JP3955694B2 - 液晶配向膜および液晶素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜に関する。また、本発明は、基板、液晶配向膜および液晶性分子から形成された液晶層が、この順に積層されている液晶素子にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＴＮ（Super Twisted Nematic)型液晶表示装置は、ＳＴＮモードの液晶セル、二枚の偏光板およびＳＴＮモードの液晶セルと偏光板との間に設けられる一枚または二枚の光学補償シート（位相差板）からなる。
液晶セルは、棒状液晶性分子、それを封入するための二枚の基板および棒状液晶性分子に電圧を加えるための電極層からなる。ＳＴＮ型液晶セルでは、棒状液晶性分子を１８０乃至３６０度に配向させるための配向膜が、二枚の基板に設けられる。
光学補償シートがないＳＴＮ型液晶表示装置では、棒状液晶分子の複屈折性のため、表示画像がイエローグリーンまたはイエローに着色する。表示画像の着色は、白黒表示でもカラー表示でも不都合である。光学補償シートは、このような着色を解消して、明るい鮮明な画像を得るために用いられる。光学補償シートにはまた、液晶セルの視野角を拡大する機能を付与する場合もある。光学補償シートとしては、延伸複屈折フイルムが従来から使用されている。延伸複屈折フイルムを用いたＳＴＮ型液晶表示装置用の光学補償シートについては、特開平７−１０４２８４号、同７−１３０２１号の各公報に記載がある。
【０００３】
延伸複屈折フイルムからなる光学補償シートに代えて、透明支持体上にディスコティック液晶性分子を含む光学的異方性層を有する光学補償シートを使用することが提案されている。光学的異方性層は、ディスコティック液晶性分子を配向させ、その配向状態を固定することにより形成する。ディスコティック液晶性分子は、一般に大きな複屈折率を有する。そして、ディスコティック液晶性分子には、多様な配向形態がある。ディスコティック液晶性分子を用いることで、従来の延伸複屈折フイルムでは得ることができない光学的性質を有する光学補償シートを製造することが可能になる。ディスコティック液晶性分子を用いた光学補償シートについては、特開平６−２１４１１６号公報、米国特許５５８３６７９号、同５６４６７０３号、ドイツ特許公報３９１１６２０Ａ１号の各明細書に記載がある。ただし、これらの光学補償シートは、主な用途としてＴＮ型液晶表示装置を想定して設計されている。
【０００４】
ディスコティック液晶性分子を用いた光学補償シートを、ＳＴＮ型液晶表示装置に利用することが考えられる。ＳＴＮ型液晶表示装置では、９０゜よりも大きく超ねじれ配向させた棒状液晶性分子を複屈折モードで用いる。ＳＴＮ型液晶表示装置には、能動素子（薄膜トランジスターやダイオード）がない単純マトリックス電極構造でも、時分割駆動により大きな画像の鮮明な表示が可能であるとの特徴がある。
ディスコティック液晶性分子を用いてＳＴＮ型液晶セルを光学補償するためには、ディスコティック液晶性分子を垂直に配向させる（好ましくは、さらに、ねじれ配向させる）必要がある。特開平９−２６５７２号公報には、ディスコティック液晶性分子をねじれ配向させた光学補償シートが開示されている。さらに同公報の図面には、ディスコティック液晶性分子を垂直に配向させた状態が示されている。ただし、同公報に開示されている配向膜のうち、ディスコティック液晶性分子の垂直配向膜として実質的に有効であるのは、同公報の実施例２に記載されている磁場配向膜（ＳｉＯ2 スパッタリング膜に磁場を印加しながら加熱したもの）である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−２６５７２号公報に開示されている磁場配向膜では、ディスコティック液晶性分子を、垂直かつ均一な方向に安定に配向させることは、製造方法として難しい。
ディスコティック液晶性分子の垂直配向膜よりも、液晶セルに使用する棒状液晶性分子の垂直配向膜の方が研究が進んでいる。例えば、棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる垂直配向(Vertical Alignment)液晶モードの液晶セルでは、棒状液晶性分子を垂直に配向させる配向膜が必要である。棒状液晶性分子を配向させるために、様々な垂直配向膜が提案されている。
棒状液晶性分子とディスコティック液晶性分子では、分子構造も光学的性質も全く異なる。垂直配向についても、ディスコティック液晶性分子では、棒状液晶性分子とは異なり、単に垂直に配向させるだけではなく、ディスコティック液晶性分子の円盤面を一定の方向にそろえる必要がある（方向性が必要）。本発明者が研究を進めたところ、棒状液晶性分子の垂直配向膜として知られている配向膜の大部分は、ディスコティック液晶性分子を垂直かつ均一な方向に配向させる機能を示さなかった。
【０００６】
本発明の目的は、液晶性分子（特にディスコティック液晶性分子）を実質的に垂直に配向させる機能を有する液晶配向膜を提供することである。
また、本発明の目的は、液晶性分子が実質的に垂直かつ均一な方向に安定に配向している液晶素子を提供することでもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記（１）〜（５）の液晶配向膜および下記（６）の液晶素子により達成された。
（１）液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、そして、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する下記式（Ｉ）で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％および側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を０．１乃至１０モル％含むことを特徴とする液晶配向膜。
【０００８】
【化４】
【０００９】
式中、Ｌ1 は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ａｒ1 、Ａｒ2 、Ａｒ3 およびＡｒ4 は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環であり；そして、ｍおよびｎは、０または１である。
（２）Ｌ 1 が、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−からなる群より選ばれる連結基である（１）に記載の液晶配向膜。
（３）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位が、下記式（II）で表される（１）に記載の液晶配向膜。
【００１０】
【化５】
【００１１】
式中、Ｌ11は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−からなる群より選ばれる連結基であり；そして、Ｑは、重合性基である。
（４）液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、そして、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する下記式（ III) で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％含むことを特徴とする液晶配向膜。
【００１２】
【化６】
【００１３】
式中、Ｌ21は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ｌ22、Ｌ23、Ｌ24およびＬ25は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ａｒ21、Ａｒ22、Ａｒ23およびＡｒ24は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環であり；Ｑは、重合性基であり；ｍおよびｎは、０または１であり；そして、ｐは、１、２または３である。
（５）Ｌ 21 が、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−からなる群より選ばれる連結基である（４）に記載の液晶配向膜。
（６）基板、液晶配向膜および液晶性分子から形成された液晶層が、この順に積層されている液晶素子であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する上記式（ III) で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％含み、液晶性分子が５０乃至９０度の範囲の平均傾斜角で配向しており、そして、液晶性分子と変性ポリビニルアルコールとが、液晶層と液晶配向膜との界面を介して化学的に結合していることを特徴とする液晶素子。
【００１４】
【発明の効果】
本発明者は研究の結果、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を２乃至８０モル％含む変性ポリビニルアルコールを液晶配向膜に用いて、液晶性分子を実質的に垂直に配向させることに成功した。
上記の変性ポリビニルアルコールを含む液晶配向膜は、従来の配向膜よりも垂直配向膜としての機能が優れており、液晶性分子を実質的に垂直かつ均一な方向に安定に配向させることができる。
従来の垂直配向膜は、垂直配向膜を有する２枚の基板の間に液晶性分子を注入することで、液晶性分子を垂直に配向させていた。しかし、垂直配向膜を有する基板が１枚の場合は、基板と反対側の界面（空気界面）近傍の液晶性分子の傾斜角が小さくなり、液晶性分子の垂直配向が不充分であった。本発明の液晶配向膜を用いると、基板が１枚でも液晶性分子の垂直配向が達成できる。また、２枚の基板を用いる場合には、従来よりも良好な垂直配向を達成できる。
さらに、本発明では、重合性基を変性ポリビニルアルコールに導入する。これにより、液晶性分子と変性ポリビニルアルコールとを、液晶層と液晶配向膜との界面を介して化学的に結合させることができる。従って、本発明の液晶配向膜を用いた液晶素子は、耐久性が優れているとの特徴もある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［変性ポリビニルアルコールおよび液晶配向膜］
本発明は、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を２乃至８０モル％含む変性ポリビニルアルコールを液晶配向膜に用いる。さらに、本発明では、重合性基を変性ポリビニルアルコールに導入する。
重合性基は、側鎖に重合性基を有する繰り返し単位として変性ポリビニルアルコールに導入する（本発明の第１の態様）か、あるいは、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位に重合性基を導入する（本発明の第２の態様）。以下、（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位、（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位、そして（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位の順に説明する。
【００１６】
（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位
芳香族環の例には、ベンゼン環、インデン環、ナフタレン環、アズレン環、フルオレン環、フェナントレン環、アントラセン環、アセナフチレン環、ビフェニレン環、ナフタセン環、トリフェニレン環およびピレン環が含まれる。
芳香族性複素環は、一般に五員または六員の不飽和複素環である。複素環は最多二重結合を含むことが好ましい。芳香族性複素環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、フラザン環、ピラン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環およびピラジン環が含まれる。
芳香族性複素環よりも芳香族環の方が好ましく、ベンゼン環が特に好ましい。
芳香族環および芳香族性複素環は、置換基を有していてもよい。置換基の例には、ハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）、カルボキシル、シアノ、アルキル基、シクロアルキル基およびアルコキシ基が含まれる。
上記アルキル基は、分岐を有していてもよい。アルキル基の炭素原子数は、１乃至２０であることが好ましく、１乃至１５であることがより好ましく、１乃至１０であることがさらに好ましく、１乃至６であることが最も好ましい。
上記シクロアルキル基は、シクロヘキシルであることが好ましい。
上記アルコキシ基は、分岐を有していてもよい。アルコキシ基の炭素原子数は、１乃至２０であることが好ましく、１乃至１５であることがより好ましく、１乃至１０であることがさらに好ましく、１乃至６であることが最も好ましい。
【００１７】
側鎖に含まれる芳香族環または芳香族性複素環の数は、２乃至４であり、２または３であることが好ましく、２であることが最も好ましい。
主鎖と最も主鎖側の芳香族環または芳香族性複素環との間は、直結せずに、連結基を介して連結することが好ましい。連結基の例には、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−が含まれる（左側が主鎖に結合し、右側が最も主鎖側の芳香族環または芳香族性複素環に結合する）。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
少なくとも二つの芳香族環または芳香族性複素環は、単結合で直結していることが好ましい。少なくとも二つのベンゼン環が単結合で直結していることが特に好ましい。
【００１８】
側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位は、下記式（Ｉ）で表される。
【００１９】
【化７】
【００２０】
式（Ｉ）において、Ｌ1 は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基である。−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−が好ましく、−ＣＯ−ＮＨ−が特に好ましい。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
式（Ｉ）において、Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基である。Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 の少なくとも一つは、単結合であることが特に好ましい。
【００２１】
式（Ｉ）において、Ａｒ1 、Ａｒ2 、Ａｒ3 およびＡｒ4 は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環である。芳香族環であることが好ましく、ベンゼン環であることがさらに好ましい。Ａｒ1 、Ａｒ2 およびＡｒ3 は、ｐ−フェニレンであることが特に好ましい。芳香族環および芳香族性複素環は、置換基を有していてもよい。置換基の例は、前述した通りである。
式（Ｉ）において、ｍおよびｎは、０または１である。ｍは０または１でｎは０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２または３）であることが好ましく、ｍおよびｎは、それぞれ０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２）であることが最も好ましい。
以下に、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位の例を示す。
【００２２】
【化８】
【００２３】
【化９】
【００２４】
【化１０】
【００２５】
【化１１】
【００２６】
【化１２】
【００２７】
【化１３】
【００２８】
【化１４】
【００２９】
【化１５】
【００３０】
【化１６】
【００３１】
【化１７】
【００３２】
【化１８】
【００３３】
【化１９】
【００３４】
【化２０】
【００３５】
【化２１】
【００３６】
【化２２】
【００３７】
【化２３】
【００３８】
【化２４】
【００３９】
【化２５】
【００４０】
【化２６】
【００４１】
【化２７】
【００４２】
【化２８】
【００４３】
【化２９】
【００４４】
【化３０】
【００４５】
【化３１】
【００４６】
【化３２】
【００４７】
【化３３】
【００４８】
【化３４】
【００４９】
【化３５】
【００５０】
【化３６】
【００５１】
【化３７】
【００５２】
【化３８】
【００５３】
【化３９】
【００５４】
【化４０】
【００５５】
【化４１】
【００５６】
【化４２】
【００５７】
【化４３】
【００５８】
【化４４】
【００５９】
【化４５】
【００６０】
【化４６】
【００６１】
【化４７】
【００６２】
【化４８】
【００６３】
【化４９】
【００６４】
【化５０】
【００６５】
【化５１】
【００６６】
【化５２】
【００６７】
【化５３】
【００６８】
【化５４】
【００６９】
【化５５】
【００７０】
【化５６】
【００７１】
【化５７】
【００７２】
【化５８】
【００７３】
【化５９】
【００７４】
【化６０】
【００７５】
【化６１】
【００７６】
【化６２】
【００７７】
【化６３】
【００７８】
【化６４】
【００７９】
（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位
重合性基は、後述する液晶性分子の重合性基（Ｑ）と重合反応させて、液晶性分子と変性ポリビニルアルコールとを、液晶層と液晶配向膜との界面を介して化学的に結合させる。従って、重合性基の種類は、後述する液晶性分子の重合性基（Ｑ）の種類に応じて決定する。液晶性分子の重合性基（Ｑ）は、後述するように、不飽和重合性基（後述する例示のＱ１〜Ｑ７）、エポキシ基（Ｑ７）またはアジリジニル基（Ｑ８）であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基（Ｑ１〜Ｑ６）であることが最も好ましい。変性ポリビニルアルコールの重合性基も同様に、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが最も好ましい。
【００８０】
主鎖と重合性基は、直結せずに、連結基を介して連結することが好ましい。連結基の例には、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−、−Ｏ−ＣＯ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−が含まれる（左側が主鎖に結合し、右側が重合性基に結合する）。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
上記アリーレン基は、フェニレンまたはナフチレンであることが好ましく、フェニレンであることがさらに好ましく、ｐ−フェニレンであることが最も好ましい。アリーレン基は、置換基を有していてもよい。アリーレン基の置換基の例は、（１）の芳香族環および芳香族性複素環の置換基の例と同様である。
側鎖は、二以上の重合性基を有していてもよい。
側鎖に重合性基を有する繰り返し単位は、下記式（II）で表されることが好ましい。
【００８１】
【化６５】
【００８２】
式（II）において、Ｌ11は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−からなる群より選ばれる連結基である。−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−が好ましく、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−が特に好ましい。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
上記アリーレン基は、フェニレンまたはナフチレンであることが好ましく、フェニレンであることがさらに好ましく、ｐ−フェニレンであることが最も好ましい。アリーレン基は、置換基を有していてもよい。アリーレン基の置換基の例は、（１）の芳香族環および芳香族性複素環の置換基の例と同様である。
式（II）において、Ｑは、重合性基である。重合性基は、前述したように、液晶性分子の重合性基（Ｑ）と同様の基であることが好ましい。
以下に、側鎖に重合性基を有する繰り返し単位の例を示す。
【００８３】
【化６６】
【００８４】
【化６７】
【００８５】
【化６８】
【００８６】
【化６９】
【００８７】
【化７０】
【００８８】
【化７１】
【００８９】
【化７２】
【００９０】
【化７３】
【００９１】
【化７４】
【００９２】
【化７５】
【００９３】
【化７６】
【００９４】
（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位
前記（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位に、前記（２）で説明した重合性基を導入する。重合性基は、芳香族環または芳香族性複素環の置換基であることが好ましく、最も末端側の芳香族環または芳香族性複素環の置換基であることがさらに好ましい。
芳香族環または芳香族性複素環と重合性基は、直結せずに、連結基を介して連結することが好ましい。連結基の例には、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−が含まれる（左側が芳香族環または芳香族性複素環に結合し、右側が重合性基に結合する）。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
芳香族環または芳香族性複素環は、二以上の重合性基を置換基として有していてもよい。
側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位は、下記式（III)で表される。
【００９５】
【化７７】
【００９６】
式（III)において、Ｌ21は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基である。−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−が好ましく、−ＣＯ−ＮＨ−が特に好ましい。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
式（III)において、Ｌ22、Ｌ23、Ｌ24およびＬ25は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基である。Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 の少なくとも一つは、単結合であることが特に好ましい。
式（III)において、Ａｒ21、Ａｒ22、Ａｒ23およびＡｒ24は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環である。芳香族環であることが好ましく、ベンゼン環であることがさらに好ましい。Ａｒ21、Ａｒ22およびＡｒ23は、ｐ−フェニレンであることが特に好ましい。芳香族環および芳香族性複素環は、置換基を有していてもよい。置換基の例は、（１）の芳香族環および芳香族性複素環の置換基の例と同様である。
式（III)において、Ｑは、重合性基である。重合性基は、前述したように、液晶性分子の重合性基（Ｑ）と同様の基であることが好ましい。
式（III)において、ｍおよびｎは、０または１である。ｍは０または１でｎは０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２または３）であることが好ましく、ｍおよびｎは、それぞれ０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２）であることが最も好ましい。
式（III)において、ｐは、１、２または３である。ｐは、１または２であることが好ましく、１であることがさらに好ましい。
以下に、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位の例を示す。
【００９７】
【化７８】
【００９８】
【化７９】
【００９９】
【化８０】
【０１００】
【化８１】
【０１０１】
【化８２】
【０１０２】
【化８３】
【０１０３】
【化８４】
【０１０４】
【化８５】
【０１０５】
【化８６】
【０１０６】
【化８７】
【０１０７】
【化８８】
【０１０８】
本発明の第１の態様では、変性ポリビニルアルコールは（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を２乃至８０モル％および（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を０．１乃至１０モル％含む。第１の態様の変性ポリビニルアルコールは、（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を３乃至５０モル％の範囲で含むことが好ましい。また、第１の態様の変性ポリビニルアルコールは、（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を０．２乃至５モル％の範囲で含むことが好ましい。
第１の態様の変性ポリビニルアルコールを下記式（ＰＶＩ）で表す。
（ＰＶＩ）
−（ＶＡｌ）ｘ−（Ｉ）ａ−（II）ｂ−（ＶＡｃ）ｙ−
式中、ＶＡｌは、ビニルアルコールから誘導される繰り返し単位であり；Ｉは、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位であり；IIは、側鎖に重合性基を有する繰り返し単位であり；ＶＡｃは、酢酸ビニルから誘導される繰り返し単位であり；ｘは、２０乃至９５モル％（好ましくは３０乃至９５モル％）であり；ａは、２乃至８０モル％（好ましくは３乃至５０モル％）であり；ｂは、０．１乃至１０モル％（好ましくは０．２乃至５モル％）であり；そして、ｙは０乃至３０モル％（好ましくは１乃至２０モル％）である。
【０１０９】
本発明の第２の態様では、変性ポリビニルアルコールは（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位を２乃至８０モル％含む。第２の態様の変性ポリビニルアルコールは、（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位を３乃至５０モル％の範囲で含むことが好ましい。
第２の態様の変性ポリビニルアルコールを下記式（ＰＶII）で表す。
（ＰＶII）
−（ＶＡｌ）ｘ−（III)ｃ−（ＶＡｃ）ｙ−
式中、ＶＡｌは、ビニルアルコールから誘導される繰り返し単位であり；III は、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位であり；ｘは、２０乃至９５モル％（好ましくは３０乃至９５モル％）であり；ｃは、２乃至８０モル％（好ましくは３乃至５０モル％）であり；そして、ｙは０乃至３０モル％（好ましくは１乃至２０モル％）である。
【０１１０】
本発明の第１の態様と第２の態様とを組み合わせた変性ポリビニルアルコールを用いてもよい。すなわち、（１）と（３）の繰り返し単位を有する変性ポリビニルアルコール、（２）と（３）の繰り返し単位を有する変性ポリビニルアルコール、あるいは（１）、（２）および（３）の繰り返し単位を有する変性ポリビニルアルコールを用いても本発明の効果は得られる。
変性ポリビニルアルコールの末端に、繰り返し単位とは異なる基が結合していてもよい。末端基の例には、アルキルチオ基が含まれる。
以下に、変性ポリビニルアルコールの例を示す。繰り返し単位の割合は、モル％である。
【０１１１】
ＰＶ１：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）25−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ２：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−16）30−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ３：−（ＶＡｌ）51−（Ｉ−16）30−（II−１）5 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ４：−（ＶＡｌ）68−（Ｉ−16）25−（II−１）2 −（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ５：−（ＶＡｌ）64−（Ｉ−16）30−（II−１）5 −（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ６：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）30−（II−２）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ７：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）30−（II−４）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ８：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）30−（II−５）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ９：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−17）30−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ10：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−23）30−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
【０１１２】
ＰＶ11：−（ＶＡｌ）63−（III-９）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ12：−（ＶＡｌ）56−（III-９）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ13：−（ＶＡｌ）67−（III-９）30−（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ14：−（ＶＡｌ）65−（III-９）30−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ15：−（ＶＡｌ）48−（III-９）40−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ16：−（ＶＡｌ）63−（III-10）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ17：−（ＶＡｌ）56−（III-10）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ18：−（ＶＡｌ）67−（III-10）30−（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ19：−（ＶＡｌ）65−（III-10）30−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ20：−（ＶＡｌ）48−（III-10）40−（ＶＡｃ）12−
【０１１３】
ＰＶ21：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）25−（III-９）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ22：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−16）30−（III-９）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ23：−（ＶＡｌ）46−（Ｉ−16）40−（III-９）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ24：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−19）30−（III-１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ25：−（ＶＡｌ）48−（Ｉ−19）35−（III-２）5 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ26：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−23）25−（III-９）7 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ27：−（ＶＡｌ）49−（Ｉ−23）40−（III-10）10−（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ28：−（ＶＡｌ）78−（Ｉ−41）15−（III-９）2 −（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ29：−（ＶＡｌ）58−（Ｉ−41）25−（III-10）5 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ30：−（ＶＡｌ）48−（Ｉ−56）30−（III-11）10−（ＶＡｃ）12−
【０１１４】
ＰＶ31：−（ＶＡｌ）61−（II−１）2 −（III-９）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ32：−（ＶＡｌ）53−（II−１）5 −（III-９）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ33：−（ＶＡｌ）50−（II−１）10−（III-９）35−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ34：−（ＶＡｌ）53−（II−１）2 −（III-９）40−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ35：−（ＶＡｌ）61−（II−１）2 −（III-10）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ36：−（ＶＡｌ）53−（II−２）5 −（III-10）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ37：−（ＶＡｌ）50−（II−４）10−（III-10）35−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ38：−（ＶＡｌ）53−（II−１）5 −（III-10）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ39：−（ＶＡｌ）61−（II−１）2 −（III-11）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ40：−（ＶＡｌ）56−（II−４）2 −（III-11）30−（ＶＡｃ）12−
【０１１５】
ＰＶ41：-(ＶＡｌ)61-(Ｉ−16)23-(II−１)2 -(III-９)2 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ42：-(ＶＡｌ)61-(Ｉ−16)25-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ43：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−16)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ44：-(ＶＡｌ)51-(Ｉ−16)35-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ45：-(ＶＡｌ)57-(Ｉ−16)40-(II−１)0.5-(III-９)0.5-(ＶＡｃ)12-
ＰＶ46：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−16)30-(II−２)1 -(III-10)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ47：-(ＶＡｌ)51-(Ｉ−16)30-(II−４)1 -(III-10)5 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ48：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−17)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ49：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−19)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ50：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−41)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
【０１１６】
変性ポリビニルアルコールの重合度は、２００乃至５０００であることが好ましく、３００乃至３０００であることが好ましい。変性ポリビニルアルコールの分子量は、９０００乃至２０００００であることが好ましく、１３０００乃至１３００００であることがさらに好ましい。
二種類以上の変性ポリビニルアルコールを併用してもよい。
液晶配向膜の厚さは、０．１乃至１０μｍであることが好ましい。
液晶配向膜の形成において、ラビング処理を実施することが好ましい。ラビング処理は、上記の変性ポリビニルアルコールを含む膜の表面を、紙や布で一定方向に、数回こすることにより実施する。
本発明の液晶配向膜は、ディスコティック液晶性分子の垂直配向に用いると特に効果がある。
【０１１７】
［基板］
基板の種類は、液晶素子（基板、液晶配向膜および液晶性分子の積層体）の用途に応じて決定する。
液晶素子を、液晶セルとして用いる場合、透明電極層（例、ＩＴＯ）が設けられたガラス基板が普通に用いられる。透明電極層の上に上記の液晶配向膜を形成した基板を二枚準備し、液晶配向膜が対面するように配置し、その間隙に（後述する）棒状液晶性分子を封入して、液晶セルを形成する。間隙は、スペーサーにより形成する。
液晶素子を、光学補償シートとして用いる場合、基板として透明ポリマーフイルムが普通に用いられる。ポリマーフイルムは、光学的異方性が小さいことが好ましい。透明であるとは、光透過率が８０％以上であることを意味する。光学的異方性が小さいとは、具体的には、面内レターデーション（Ｒｅ）が１０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。また、厚み方向のレターデーション（Ｒth）は、４０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。面内レターデーション（Ｒｅ）と厚み方向のレターデーション（Ｒth）は、それぞれ下記式で定義される。
Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
Ｒth＝［｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝−ｎｚ］×ｄ
式中、ｎｘおよびｎｙは、透明支持体の面内屈折率であり、ｎｚは透明支持体の厚み方向の屈折率であり、そしてｄは透明支持体の厚さである。
【０１１８】
液晶セルの表示モードの種類によっては、光学補償シートの基板として光学的異方性のポリマーフイルムが用いられる場合もある。すなわち、液晶層の光学的異方性にポリマーフイルムの光学的異方性も加えて、液晶セルの光学的異方性に対応する（光学的に補償する）場合もある。そのような目的で光学的異方性ポリマーフイルムを使用する場合、ポリマーフイルムの面内レターデーション（Ｒｅ）は、２０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、厚み方向のレターデーション（Ｒth）は、８０ｎｍ以上であることが好ましく、１２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。
ポリマーフイルムを形成するポリマーは、光学的等方性とするか、光学的異方性とするかに応じて決定する。光学的等方性が要求される場合は、一般にガラスまたはセルロースエステルが用いられる。光学的異方性が要求される場合は、一般に合成ポリマー（例、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ノルボルネン樹脂）が用いられる。合成ポリマーフイルムを延伸することによって、光学的異方性を得る。セルロースエステルまたは合成ポリマーのフイルムは、ソルベントキャスト法により形成することが好ましい。
光学補償シートの基板の厚さは、２０乃至５００μｍであることが好ましく、５０乃至２００μｍであることがさらに好ましい。
光学補償シートの基板とその上に設けられる層（接着層、配向膜あるいは光学的異方性層）との接着を改善するため、透明支持体に表面処理（例、グロー放電処理、コロナ放電処理、紫外線（ＵＶ）処理、火炎処理）を実施してもよい。透明支持体の上に、接着層（下塗り層）を設けてもよい。
【０１１９】
［液晶層］
液晶層は、液晶性分子から形成する。上記の液晶配向膜は、５０乃至９０度の範囲の平均傾斜角で液晶性分子を実質的に垂直に配向させる機能を有する。
液晶性分子としては、棒状液晶性分子またはディスコティック液晶性分子が好ましい。前述したように、液棒状液晶性分子の傾斜角は棒状液晶性分子の長軸方向と基板平面との角度を意味し、ディスコティック液晶性分子の傾斜角は、ディスコティック液晶性分子の円盤面と基板平面との角度を意味する。
液晶素子を、液晶セルとして用いる場合、棒状液晶性分子を用いることが特に好ましい。
棒状液晶性分子としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。棒状液晶性分子を実質的に垂直に配向させた液晶セルとしては、ＶＡ（Vertically Aligned）モードの液晶セルが代表的である。ＶＡモードの液晶セルを用いた液晶表示装置については、日経マイクロデバイスＮｏ．１３６、１４７頁（１９９６）、特開平２−１７６６２５号公報および特許番号第２８６６３７２号公報に記載がある。
【０１２０】
液晶素子を、光学補償シートとして用いる場合、棒状液晶性分子またはディスコティック液晶性分子を好ましく用いることができる。ディスコティック液晶性分子を用いることが特に好ましい。
液晶性分子は、重合性基（後述するＱ）を有することが好ましい。
光学補償シートに用いる液晶性分子は、実質的に配向させた状態で固定することが好ましく、重合により固定することがさらに好ましい。
ディスコティック液晶性分子は、様々な文献（C. Destrade et al., Mol. Crysr. Liq. Cryst., vol. 71, page 111 (1981) ；日本化学会編、季刊化学総説、Ｎｏ．２２、液晶の化学、第５章、第１０章第２節(1994)；B. Kohne et al., Angew. Chem. Soc. Chem. Comm., page 1794 (1985)；J. Zhang et al., J. Am. Chem. Soc., vol. 116, page 2655 (1994)）に記載されている。ディスコティック液晶性分子の重合については、特開平８−２７２８４公報に記載がある。
ディスコティック液晶性分子を重合により固定するためには、ディスコティック液晶性分子の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させる必要がある。ただし、円盤状コアに重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に、連結基を導入する。従って、ディスコティック液晶性分子は、下記式で表わされる化合物であることが好ましい。
【０１２１】
Ｄ（−Ｌ−Ｑ）n
式中、Ｄは円盤状コアであり；Ｌは二価の連結基であり；Ｑは重合性基であり；そして、ｎは４乃至１２の整数である。
上記式の円盤状コア（Ｄ）の例を以下に示す。以下の各例において、ＬＱ（またはＱＬ）は、二価の連結基（Ｌ）と重合性基（Ｑ）との組み合わせを意味する。
【０１２２】
【化８９】
【０１２３】
【化９０】
【０１２４】
【化９１】
【０１２５】
【化９２】
【０１２６】
【化９３】
【０１２７】
【化９４】
【０１２８】
【化９５】
【０１２９】
【化９６】
【０１３０】
【化９７】
【０１３１】
前記式において、二価の連結基（Ｌ）は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−ＣＯ−、−ＮＨ−、−Ｏ−、−Ｓ−およびそれらの組み合わせからなる群より選ばれる二価の連結基であることが好ましい。二価の連結基（Ｌ）は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−ＣＯ−、−ＮＨ−、−Ｏ−および−Ｓ−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた基であることがさらに好ましい。二価の連結基（Ｌ）は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−ＣＯ−および−Ｏ−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた基であることが最も好ましい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至１２であることが好ましい。アルケニレン基の炭素原子数は、２乃至１２であることが好ましい。アリーレン基の炭素原子数は、６乃至１０であることが好ましい。アルキレン基、アルケニレン基およびアリーレン基は、置換基（例、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ、アルコキシ基、アシルオキシ基）を有していてもよい。
二価の連結基（Ｌ）の例を以下に示す。左側が円盤状コア（Ｄ）に結合し、右側が重合性基（Ｑ）に結合する。ＡＬはアルキレン基またはアルケニレン基を意味し、ＡＲはアリーレン基を意味する。
【０１３２】
Ｌ１：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ２：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ３：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ４：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ５：−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ６：−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ７：−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ８：−ＣＯ−ＮＨ−ＡＬ−
Ｌ９：−ＮＨ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ10：−ＮＨ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ11：−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ12：−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−
【０１３３】
Ｌ13：−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ14：−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−ＡＬ−
Ｌ15：−Ｏ−ＡＬ−Ｓ−ＡＬ−
Ｌ16：−Ｏ−ＣＯ−ＡＬ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ17：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−ＣＯ−
Ｌ18：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ19：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ20：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ21：−Ｓ−ＡＬ−
Ｌ22：−Ｓ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ23：−Ｓ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ24：−Ｓ−ＡＬ−Ｓ−ＡＬ−
Ｌ25：−Ｓ−ＡＲ−ＡＬ−
【０１３４】
なお、ＳＴＮモードのような棒状液晶性分子がねじれ配向している液晶セルを、光学的に補償するためには、ディスコティック液晶性分子もねじれ配向させることが好ましい。上記ＡＬ（アルキレン基またはアルケニレン基）に、不斉炭素原子を導入すると、ディスコティック液晶性分子を螺旋状にねじれ配向させることができる。また、不斉炭素原子を含む光学活性を示す化合物（カイラル剤）を光学的異方性層に添加しても、ディスコティック液晶性分子を螺旋状にねじれ配向させることができる。
【０１３５】
前記式の重合性基（Ｑ）は、重合反応の種類に応じて決定する。重合性基（Ｑ）の例を以下に示す。
【０１３６】
【化９８】
【０１３７】
【化９９】
【０１３８】
【化１００】
【０１３９】
重合性基（Ｑ）は、不飽和重合性基（Ｑ１〜Ｑ７）、エポキシ基（Ｑ７）またはアジリジニル基（Ｑ８）であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基（Ｑ１〜Ｑ６）であることが最も好ましい。
前記式において、ｎは４乃至１２の整数である。具体的な数字は、ディスコティックコア（Ｄ）の種類に応じて決定される。なお、複数のＬとＱの組み合わせは、異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
【０１４０】
二種類以上のディスコティック液晶性分子を併用してもよい。例えば、以上述べたような重合性ディスコティック液晶性分子と非重合性ディスコティック液晶性分子とを併用することができる。
非重合性ディスコティック液晶性分子は、前述した重合性ディスコティック液晶性分子の重合性基（Ｑ）を、水素原子またはアルキル基に変更した化合物であることが好ましい。すなわち、非重合性ディスコティック液晶性分子は、下記式で表わされる化合物であることが好ましい。
Ｄ（−Ｌ−Ｒ）n
式中、Ｄは円盤状コアであり；Ｌは二価の連結基であり；Ｒは水素原子またはアルキル基であり；そして、ｎは４乃至１２の整数である。
上記式の円盤状コア（Ｄ）の例は、ＬＱ（またはＱＬ）をＬＲ（またはＲＬ）に変更する以外は、前記の重合性ディスコティック液晶分子の例と同様である。また、二価の連結基（Ｌ）の例も、前記の重合性ディスコティック液晶分子の例と同様である。
Ｒのアルキル基は、炭素原子数が１乃至４０であることが好ましく、１乃至３０であることがさらに好ましい。環状アルキル基よりも鎖状アルキル基の方が好ましく、分岐を有する鎖状アルキル基よりも直鎖状アルキル基の方が好ましい。Ｒは、水素原子または炭素原子数が１乃至３０の直鎖状アルキル基であることが特に好ましい。
【０１４１】
光学補償シートに用いる液晶層は、液晶性分子、あるいは下記の重合性開始剤や任意の添加剤（例、可塑剤、モノマー、界面活性剤、セルロースエステル、１，３，５−トリアジン化合物、カイラル剤）を含む塗布液を、液晶配向膜の上に塗布することで形成する。
塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド（例、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）、スルホキシド（例、ジメチルスルホキシド）、ヘテロ環化合物（例、ピリジン）、炭化水素（例、ベンゼン、ヘキサン）、アルキルハライド（例、クロロホルム、ジクロロメタン）、エステル（例、酢酸メチル、酢酸ブチル）、ケトン（例、アセトン、メチルエチルケトン）、エーテル（例、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン）が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
塗布液の塗布は、公知の方法（例、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法）により実施できる。
【０１４２】
液晶性分子の重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応が好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物（米国特許２３６７６６１号、同２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許２４４８８２８号明細書記載）、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許３０４６１２７号、同２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ−アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０−１０５６６７号公報、米国特許４２３９８５０号明細書記載）およびオキサジアゾール化合物（米国特許４２１２９７０号明細書記載）が含まれる。
光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の０．０１乃至２０重量％であることが好ましく、０．５乃至５重量％であることがさらに好ましい。
ディスコティック液晶性分子の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。
照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ2 乃至５０Ｊ／ｃｍ2 であることが好ましく、１００乃至８００ｍＪ／ｃｍ2 であることがさらに好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
光学補償シートに用いる液晶層の厚さは、０．１乃至２０μｍであることが好ましく、０．５乃至１５μｍであることがさらに好ましく、１乃至１０μｍであることが最も好ましい。
【０１４３】
［液晶表示装置］
液晶素子は、実質的に垂直に配向させる液晶性分子の種類に応じて、液晶セルまたは光学補償シートとして液晶表示装置に使用できる。
棒状液晶性分子を実質的に垂直に配向させた液晶セルとしては、前述したように、ＶＡ（Vertically Aligned）モードの液晶セルが代表的である。
ディスコティック液晶性分子を実質的に垂直に配向させた光学補償シートは、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic)モードの液晶セルを用いるＳＴＮ型液晶表示装置において特に有効である。
液晶表示装置は、液晶セル、液晶セルの両側に配置された一対の偏光素子、液晶セルと一方または双方の偏光素子との間に配置された一枚または二枚の光学補償シートからなる。
【０１４４】
【実施例】
［実施例１］
変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１）１重量部を、Ｎ−メチルピロリドン４．８重量部とメチルエチルケトン１９．２重量部との混合溶媒に溶解して溶液を調製した。この溶液を、バーコーターを用いてガラス基板の上に塗布し、８０℃で１０分間乾燥して、厚さ０．８μｍの塗布層を形成した。
塗布層の表面を、ラビングロール（外径：８０ｍｍ、基板搬送速度：１００ｍ／分、ロール回転数：１０００ｒｐｍ、基板搬送張力：基板巾１ｃｍ当たり１ｋｇｆ）を用いてラビング処理して、垂直配向膜を形成した。
【０１４５】
【化１０１】
【０１４６】
垂直配向膜の上に、以下の組成の塗布液をエクストルージョン法により塗布した。
【０１４７】
【０１４８】
【化１０２】
【０１４９】
塗布層を１３０℃に加熱して、ディスコティック液晶性化合物を垂直に配向させた。塗布層を１３０℃に加熱した状態で、４秒間紫外線を照射し、ディスコティック液晶性化合物の末端ビニル基を重合させ、配向状態を固定した。このようにして、光学補償シートを作製した。
エリプソメーターを用いて光学補償シートの面内レターデーションを測定し、その角度依存性から平均傾斜角を求めたところ、８５゜であった。
また、セロハンデープを光学的異方性層表面に貼り付け、デープを光学的異方性層と平行に引っ張って剥がしたところ、剥がしたテープの表面には、いかなる層も付着していなかった。
【０１５０】
［実施例２］
変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１）に代えて、変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１１）を同量用いた以外は、実施例１と同様に光学補償シートを作製して評価した。ディスコティック液晶性分子の平均傾斜角は、８０゜であった。
また、セロハンデープを光学的異方性層表面に貼り付け、デープを光学的異方性層と平行に引っ張って剥がしたところ、剥がしたテープの表面には、いかなる層も付着していなかった。
【０１５１】
【化１０３】
【０１５２】
［実施例３］
変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１）に代えて、変性ポリビニルアルコール（ＰＶ２１）を同量用いた以外は、実施例１と同様に光学補償シートを作製して評価した。ディスコティック液晶性分子の平均傾斜角は、８５゜であった。
また、セロハンデープを光学的異方性層表面に貼り付け、デープを光学的異方性層と平行に引っ張って剥がしたところ、剥がしたテープの表面には、いかなる層も付着していなかった。
【０１５３】
【化１０４】
【０１５４】
［比較例１］
無機垂直配向膜形成材料（ＥＸＰ−ＯＡ００４、日産化学工業（株）製）をメタノールで希釈し、固形分を２重量％とした。これをガラス板上に０．４μｍとなるようにバーコーターで塗布し、１４０゜で１０分間乾燥して、配向膜を形成した。
配向膜をラビングした後、アンチパラセルを二つ作成した。一方のセルには、棒状液晶性分子（ＭＢＢＡ）を挿入した。他方のセルには、実施例１で用いた光学的異方性層塗布液からメチルエチルケトンを蒸発させて固めたもの（ディスコティック液晶性分子）を挿入した。
それぞれのセルについて、液晶性分子の配向状態を調べた。棒状液晶性分子を挿入したセルでは、棒状液晶性分子がガラス板に垂直な方向にネマチック配向していた。これに対して、ディスコティック液晶性分子を挿入したセルでは、平均傾斜角が３０゜であり、垂直配向（５０〜９０゜）にはならなかった。
使用した無機垂直配向膜形成材料は、棒状液晶性分子用の垂直配向膜として市販されており、最も普通に使用されている。他の市販の棒状液晶性分子用垂直配向膜を用いた実験結果から、市販の棒状液晶性分子用垂直配向膜は、ディスコティック液晶性分子を垂直に配向させる機能が不充分であることが判明した。
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜に関する。また、本発明は、基板、液晶配向膜および液晶性分子から形成された液晶層が、この順に積層されている液晶素子にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＴＮ（Super Twisted Nematic)型液晶表示装置は、ＳＴＮモードの液晶セル、二枚の偏光板およびＳＴＮモードの液晶セルと偏光板との間に設けられる一枚または二枚の光学補償シート（位相差板）からなる。
液晶セルは、棒状液晶性分子、それを封入するための二枚の基板および棒状液晶性分子に電圧を加えるための電極層からなる。ＳＴＮ型液晶セルでは、棒状液晶性分子を１８０乃至３６０度に配向させるための配向膜が、二枚の基板に設けられる。
光学補償シートがないＳＴＮ型液晶表示装置では、棒状液晶分子の複屈折性のため、表示画像がイエローグリーンまたはイエローに着色する。表示画像の着色は、白黒表示でもカラー表示でも不都合である。光学補償シートは、このような着色を解消して、明るい鮮明な画像を得るために用いられる。光学補償シートにはまた、液晶セルの視野角を拡大する機能を付与する場合もある。光学補償シートとしては、延伸複屈折フイルムが従来から使用されている。延伸複屈折フイルムを用いたＳＴＮ型液晶表示装置用の光学補償シートについては、特開平７−１０４２８４号、同７−１３０２１号の各公報に記載がある。
【０００３】
延伸複屈折フイルムからなる光学補償シートに代えて、透明支持体上にディスコティック液晶性分子を含む光学的異方性層を有する光学補償シートを使用することが提案されている。光学的異方性層は、ディスコティック液晶性分子を配向させ、その配向状態を固定することにより形成する。ディスコティック液晶性分子は、一般に大きな複屈折率を有する。そして、ディスコティック液晶性分子には、多様な配向形態がある。ディスコティック液晶性分子を用いることで、従来の延伸複屈折フイルムでは得ることができない光学的性質を有する光学補償シートを製造することが可能になる。ディスコティック液晶性分子を用いた光学補償シートについては、特開平６−２１４１１６号公報、米国特許５５８３６７９号、同５６４６７０３号、ドイツ特許公報３９１１６２０Ａ１号の各明細書に記載がある。ただし、これらの光学補償シートは、主な用途としてＴＮ型液晶表示装置を想定して設計されている。
【０００４】
ディスコティック液晶性分子を用いた光学補償シートを、ＳＴＮ型液晶表示装置に利用することが考えられる。ＳＴＮ型液晶表示装置では、９０゜よりも大きく超ねじれ配向させた棒状液晶性分子を複屈折モードで用いる。ＳＴＮ型液晶表示装置には、能動素子（薄膜トランジスターやダイオード）がない単純マトリックス電極構造でも、時分割駆動により大きな画像の鮮明な表示が可能であるとの特徴がある。
ディスコティック液晶性分子を用いてＳＴＮ型液晶セルを光学補償するためには、ディスコティック液晶性分子を垂直に配向させる（好ましくは、さらに、ねじれ配向させる）必要がある。特開平９−２６５７２号公報には、ディスコティック液晶性分子をねじれ配向させた光学補償シートが開示されている。さらに同公報の図面には、ディスコティック液晶性分子を垂直に配向させた状態が示されている。ただし、同公報に開示されている配向膜のうち、ディスコティック液晶性分子の垂直配向膜として実質的に有効であるのは、同公報の実施例２に記載されている磁場配向膜（ＳｉＯ2 スパッタリング膜に磁場を印加しながら加熱したもの）である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−２６５７２号公報に開示されている磁場配向膜では、ディスコティック液晶性分子を、垂直かつ均一な方向に安定に配向させることは、製造方法として難しい。
ディスコティック液晶性分子の垂直配向膜よりも、液晶セルに使用する棒状液晶性分子の垂直配向膜の方が研究が進んでいる。例えば、棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる垂直配向(Vertical Alignment)液晶モードの液晶セルでは、棒状液晶性分子を垂直に配向させる配向膜が必要である。棒状液晶性分子を配向させるために、様々な垂直配向膜が提案されている。
棒状液晶性分子とディスコティック液晶性分子では、分子構造も光学的性質も全く異なる。垂直配向についても、ディスコティック液晶性分子では、棒状液晶性分子とは異なり、単に垂直に配向させるだけではなく、ディスコティック液晶性分子の円盤面を一定の方向にそろえる必要がある（方向性が必要）。本発明者が研究を進めたところ、棒状液晶性分子の垂直配向膜として知られている配向膜の大部分は、ディスコティック液晶性分子を垂直かつ均一な方向に配向させる機能を示さなかった。
【０００６】
本発明の目的は、液晶性分子（特にディスコティック液晶性分子）を実質的に垂直に配向させる機能を有する液晶配向膜を提供することである。
また、本発明の目的は、液晶性分子が実質的に垂直かつ均一な方向に安定に配向している液晶素子を提供することでもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記（１）〜（５）の液晶配向膜および下記（６）の液晶素子により達成された。
（１）液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、そして、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する下記式（Ｉ）で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％および側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を０．１乃至１０モル％含むことを特徴とする液晶配向膜。
【０００８】
【化４】
式中、Ｌ1 は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ａｒ1 、Ａｒ2 、Ａｒ3 およびＡｒ4 は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環であり；そして、ｍおよびｎは、０または１である。
（２）Ｌ 1 が、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−からなる群より選ばれる連結基である（１）に記載の液晶配向膜。
（３）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位が、下記式（II）で表される（１）に記載の液晶配向膜。
【００１０】
【化５】
式中、Ｌ11は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−からなる群より選ばれる連結基であり；そして、Ｑは、重合性基である。
（４）液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、そして、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する下記式（ III) で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％含むことを特徴とする液晶配向膜。
【００１２】
【化６】
式中、Ｌ21は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ｌ22、Ｌ23、Ｌ24およびＬ25は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基であり；Ａｒ21、Ａｒ22、Ａｒ23およびＡｒ24は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環であり；Ｑは、重合性基であり；ｍおよびｎは、０または１であり；そして、ｐは、１、２または３である。
（５）Ｌ 21 が、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−からなる群より選ばれる連結基である（４）に記載の液晶配向膜。
（６）基板、液晶配向膜および液晶性分子から形成された液晶層が、この順に積層されている液晶素子であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する上記式（ III) で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％含み、液晶性分子が５０乃至９０度の範囲の平均傾斜角で配向しており、そして、液晶性分子と変性ポリビニルアルコールとが、液晶層と液晶配向膜との界面を介して化学的に結合していることを特徴とする液晶素子。
【００１４】
【発明の効果】
本発明者は研究の結果、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を２乃至８０モル％含む変性ポリビニルアルコールを液晶配向膜に用いて、液晶性分子を実質的に垂直に配向させることに成功した。
上記の変性ポリビニルアルコールを含む液晶配向膜は、従来の配向膜よりも垂直配向膜としての機能が優れており、液晶性分子を実質的に垂直かつ均一な方向に安定に配向させることができる。
従来の垂直配向膜は、垂直配向膜を有する２枚の基板の間に液晶性分子を注入することで、液晶性分子を垂直に配向させていた。しかし、垂直配向膜を有する基板が１枚の場合は、基板と反対側の界面（空気界面）近傍の液晶性分子の傾斜角が小さくなり、液晶性分子の垂直配向が不充分であった。本発明の液晶配向膜を用いると、基板が１枚でも液晶性分子の垂直配向が達成できる。また、２枚の基板を用いる場合には、従来よりも良好な垂直配向を達成できる。
さらに、本発明では、重合性基を変性ポリビニルアルコールに導入する。これにより、液晶性分子と変性ポリビニルアルコールとを、液晶層と液晶配向膜との界面を介して化学的に結合させることができる。従って、本発明の液晶配向膜を用いた液晶素子は、耐久性が優れているとの特徴もある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［変性ポリビニルアルコールおよび液晶配向膜］
本発明は、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を２乃至８０モル％含む変性ポリビニルアルコールを液晶配向膜に用いる。さらに、本発明では、重合性基を変性ポリビニルアルコールに導入する。
重合性基は、側鎖に重合性基を有する繰り返し単位として変性ポリビニルアルコールに導入する（本発明の第１の態様）か、あるいは、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位に重合性基を導入する（本発明の第２の態様）。以下、（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位、（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位、そして（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位の順に説明する。
【００１６】
（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位
芳香族環の例には、ベンゼン環、インデン環、ナフタレン環、アズレン環、フルオレン環、フェナントレン環、アントラセン環、アセナフチレン環、ビフェニレン環、ナフタセン環、トリフェニレン環およびピレン環が含まれる。
芳香族性複素環は、一般に五員または六員の不飽和複素環である。複素環は最多二重結合を含むことが好ましい。芳香族性複素環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、フラザン環、ピラン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環およびピラジン環が含まれる。
芳香族性複素環よりも芳香族環の方が好ましく、ベンゼン環が特に好ましい。
芳香族環および芳香族性複素環は、置換基を有していてもよい。置換基の例には、ハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）、カルボキシル、シアノ、アルキル基、シクロアルキル基およびアルコキシ基が含まれる。
上記アルキル基は、分岐を有していてもよい。アルキル基の炭素原子数は、１乃至２０であることが好ましく、１乃至１５であることがより好ましく、１乃至１０であることがさらに好ましく、１乃至６であることが最も好ましい。
上記シクロアルキル基は、シクロヘキシルであることが好ましい。
上記アルコキシ基は、分岐を有していてもよい。アルコキシ基の炭素原子数は、１乃至２０であることが好ましく、１乃至１５であることがより好ましく、１乃至１０であることがさらに好ましく、１乃至６であることが最も好ましい。
【００１７】
側鎖に含まれる芳香族環または芳香族性複素環の数は、２乃至４であり、２または３であることが好ましく、２であることが最も好ましい。
主鎖と最も主鎖側の芳香族環または芳香族性複素環との間は、直結せずに、連結基を介して連結することが好ましい。連結基の例には、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−が含まれる（左側が主鎖に結合し、右側が最も主鎖側の芳香族環または芳香族性複素環に結合する）。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
少なくとも二つの芳香族環または芳香族性複素環は、単結合で直結していることが好ましい。少なくとも二つのベンゼン環が単結合で直結していることが特に好ましい。
【００１８】
側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位は、下記式（Ｉ）で表される。
【００１９】
【化７】
式（Ｉ）において、Ｌ1 は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基である。−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−が好ましく、−ＣＯ−ＮＨ−が特に好ましい。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
式（Ｉ）において、Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基である。Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 の少なくとも一つは、単結合であることが特に好ましい。
【００２１】
式（Ｉ）において、Ａｒ1 、Ａｒ2 、Ａｒ3 およびＡｒ4 は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環である。芳香族環であることが好ましく、ベンゼン環であることがさらに好ましい。Ａｒ1 、Ａｒ2 およびＡｒ3 は、ｐ−フェニレンであることが特に好ましい。芳香族環および芳香族性複素環は、置換基を有していてもよい。置換基の例は、前述した通りである。
式（Ｉ）において、ｍおよびｎは、０または１である。ｍは０または１でｎは０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２または３）であることが好ましく、ｍおよびｎは、それぞれ０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２）であることが最も好ましい。
以下に、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位の例を示す。
【００２２】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
【化１５】
【化１６】
【化１７】
【化１８】
【化１９】
【化２０】
【化２１】
【化２２】
【化２３】
【化２４】
【化２５】
【化２６】
【化２７】
【化２８】
【化２９】
【化３０】
【化３１】
【化３２】
【化３３】
【化３４】
【化３５】
【化３６】
【化３７】
【化３８】
【化３９】
【化４０】
【化４１】
【化４２】
【化４３】
【化４４】
【化４５】
【化４６】
【化４７】
【化４８】
【化４９】
【化５０】
【化５１】
【化５２】
【化５３】
【化５４】
【化５５】
【化５６】
【化５７】
【化５８】
【化５９】
【化６０】
【化６１】
【化６２】
【化６３】
【化６４】
（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位
重合性基は、後述する液晶性分子の重合性基（Ｑ）と重合反応させて、液晶性分子と変性ポリビニルアルコールとを、液晶層と液晶配向膜との界面を介して化学的に結合させる。従って、重合性基の種類は、後述する液晶性分子の重合性基（Ｑ）の種類に応じて決定する。液晶性分子の重合性基（Ｑ）は、後述するように、不飽和重合性基（後述する例示のＱ１〜Ｑ７）、エポキシ基（Ｑ７）またはアジリジニル基（Ｑ８）であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基（Ｑ１〜Ｑ６）であることが最も好ましい。変性ポリビニルアルコールの重合性基も同様に、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが最も好ましい。
【００８０】
主鎖と重合性基は、直結せずに、連結基を介して連結することが好ましい。連結基の例には、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−、−Ｏ−ＣＯ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−が含まれる（左側が主鎖に結合し、右側が重合性基に結合する）。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
上記アリーレン基は、フェニレンまたはナフチレンであることが好ましく、フェニレンであることがさらに好ましく、ｐ−フェニレンであることが最も好ましい。アリーレン基は、置換基を有していてもよい。アリーレン基の置換基の例は、（１）の芳香族環および芳香族性複素環の置換基の例と同様である。
側鎖は、二以上の重合性基を有していてもよい。
側鎖に重合性基を有する繰り返し単位は、下記式（II）で表されることが好ましい。
【００８１】
【化６５】
式（II）において、Ｌ11は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−、−ＣＯ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−からなる群より選ばれる連結基である。−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−アリーレン基−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−が好ましく、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−ＣＯ−が特に好ましい。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
上記アリーレン基は、フェニレンまたはナフチレンであることが好ましく、フェニレンであることがさらに好ましく、ｐ−フェニレンであることが最も好ましい。アリーレン基は、置換基を有していてもよい。アリーレン基の置換基の例は、（１）の芳香族環および芳香族性複素環の置換基の例と同様である。
式（II）において、Ｑは、重合性基である。重合性基は、前述したように、液晶性分子の重合性基（Ｑ）と同様の基であることが好ましい。
以下に、側鎖に重合性基を有する繰り返し単位の例を示す。
【００８３】
【化６６】
【化６７】
【化６８】
【化６９】
【化７０】
【化７１】
【化７２】
【化７３】
【化７４】
【化７５】
【化７６】
（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位
前記（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位に、前記（２）で説明した重合性基を導入する。重合性基は、芳香族環または芳香族性複素環の置換基であることが好ましく、最も末端側の芳香族環または芳香族性複素環の置換基であることがさらに好ましい。
芳香族環または芳香族性複素環と重合性基は、直結せずに、連結基を介して連結することが好ましい。連結基の例には、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−が含まれる（左側が芳香族環または芳香族性複素環に結合し、右側が重合性基に結合する）。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
芳香族環または芳香族性複素環は、二以上の重合性基を置換基として有していてもよい。
側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位は、下記式（III)で表される。
【００９５】
【化７７】
式（III)において、Ｌ21は、単結合、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−Ｏ−および−ＣＯ−ＮＨ−アルキレン基−ＣＯ−ＮＨ−からなる群より選ばれる連結基である。−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−が好ましく、−ＣＯ−ＮＨ−が特に好ましい。
上記アルキレン基は、分岐または環状構造を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至３０であることが好ましく、１乃至２０であることがより好ましく、１乃至１５であることがさらに好ましく、１乃至１２であることが最も好ましい。
式（III)において、Ｌ22、Ｌ23、Ｌ24およびＬ25は、それぞれ独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−、−ＣＯ−ＮＨ−、−アルキレン基−、−Ｏ−アルキレン基−および−アルキレン基−Ｏ−からなる群より選ばれる連結基である。Ｌ2 、Ｌ3 およびＬ4 の少なくとも一つは、単結合であることが特に好ましい。
式（III)において、Ａｒ21、Ａｒ22、Ａｒ23およびＡｒ24は、それぞれ独立に、芳香族環または芳香族性複素環である。芳香族環であることが好ましく、ベンゼン環であることがさらに好ましい。Ａｒ21、Ａｒ22およびＡｒ23は、ｐ−フェニレンであることが特に好ましい。芳香族環および芳香族性複素環は、置換基を有していてもよい。置換基の例は、（１）の芳香族環および芳香族性複素環の置換基の例と同様である。
式（III)において、Ｑは、重合性基である。重合性基は、前述したように、液晶性分子の重合性基（Ｑ）と同様の基であることが好ましい。
式（III)において、ｍおよびｎは、０または１である。ｍは０または１でｎは０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２または３）であることが好ましく、ｍおよびｎは、それぞれ０（芳香族環または芳香族性複素環の数が２）であることが最も好ましい。
式（III)において、ｐは、１、２または３である。ｐは、１または２であることが好ましく、１であることがさらに好ましい。
以下に、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位の例を示す。
【００９７】
【化７８】
【化７９】
【化８０】
【化８１】
【化８２】
【化８３】
【化８４】
【化８５】
【化８６】
【化８７】
【化８８】
本発明の第１の態様では、変性ポリビニルアルコールは（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を２乃至８０モル％および（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を０．１乃至１０モル％含む。第１の態様の変性ポリビニルアルコールは、（１）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位を３乃至５０モル％の範囲で含むことが好ましい。また、第１の態様の変性ポリビニルアルコールは、（２）側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を０．２乃至５モル％の範囲で含むことが好ましい。
第１の態様の変性ポリビニルアルコールを下記式（ＰＶＩ）で表す。
（ＰＶＩ）
−（ＶＡｌ）ｘ−（Ｉ）ａ−（II）ｂ−（ＶＡｃ）ｙ−
式中、ＶＡｌは、ビニルアルコールから誘導される繰り返し単位であり；Ｉは、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する繰り返し単位であり；IIは、側鎖に重合性基を有する繰り返し単位であり；ＶＡｃは、酢酸ビニルから誘導される繰り返し単位であり；ｘは、２０乃至９５モル％（好ましくは３０乃至９５モル％）であり；ａは、２乃至８０モル％（好ましくは３乃至５０モル％）であり；ｂは、０．１乃至１０モル％（好ましくは０．２乃至５モル％）であり；そして、ｙは０乃至３０モル％（好ましくは１乃至２０モル％）である。
【０１０９】
本発明の第２の態様では、変性ポリビニルアルコールは（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位を２乃至８０モル％含む。第２の態様の変性ポリビニルアルコールは、（３）側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位を３乃至５０モル％の範囲で含むことが好ましい。
第２の態様の変性ポリビニルアルコールを下記式（ＰＶII）で表す。
（ＰＶII）
−（ＶＡｌ）ｘ−（III)ｃ−（ＶＡｃ）ｙ−
式中、ＶＡｌは、ビニルアルコールから誘導される繰り返し単位であり；III は、側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する繰り返し単位であり；ｘは、２０乃至９５モル％（好ましくは３０乃至９５モル％）であり；ｃは、２乃至８０モル％（好ましくは３乃至５０モル％）であり；そして、ｙは０乃至３０モル％（好ましくは１乃至２０モル％）である。
【０１１０】
本発明の第１の態様と第２の態様とを組み合わせた変性ポリビニルアルコールを用いてもよい。すなわち、（１）と（３）の繰り返し単位を有する変性ポリビニルアルコール、（２）と（３）の繰り返し単位を有する変性ポリビニルアルコール、あるいは（１）、（２）および（３）の繰り返し単位を有する変性ポリビニルアルコールを用いても本発明の効果は得られる。
変性ポリビニルアルコールの末端に、繰り返し単位とは異なる基が結合していてもよい。末端基の例には、アルキルチオ基が含まれる。
以下に、変性ポリビニルアルコールの例を示す。繰り返し単位の割合は、モル％である。
【０１１１】
ＰＶ１：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）25−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ２：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−16）30−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ３：−（ＶＡｌ）51−（Ｉ−16）30−（II−１）5 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ４：−（ＶＡｌ）68−（Ｉ−16）25−（II−１）2 −（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ５：−（ＶＡｌ）64−（Ｉ−16）30−（II−１）5 −（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ６：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）30−（II−２）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ７：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）30−（II−４）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ８：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）30−（II−５）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ９：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−17）30−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ10：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−23）30−（II−１）2 −（ＶＡｃ）12−
【０１１２】
ＰＶ11：−（ＶＡｌ）63−（III-９）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ12：−（ＶＡｌ）56−（III-９）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ13：−（ＶＡｌ）67−（III-９）30−（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ14：−（ＶＡｌ）65−（III-９）30−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ15：−（ＶＡｌ）48−（III-９）40−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ16：−（ＶＡｌ）63−（III-10）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ17：−（ＶＡｌ）56−（III-10）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ18：−（ＶＡｌ）67−（III-10）30−（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ19：−（ＶＡｌ）65−（III-10）30−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ20：−（ＶＡｌ）48−（III-10）40−（ＶＡｃ）12−
【０１１３】
ＰＶ21：−（ＶＡｌ）61−（Ｉ−16）25−（III-９）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ22：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−16）30−（III-９）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ23：−（ＶＡｌ）46−（Ｉ−16）40−（III-９）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ24：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−19）30−（III-１）2 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ25：−（ＶＡｌ）48−（Ｉ−19）35−（III-２）5 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ26：−（ＶＡｌ）56−（Ｉ−23）25−（III-９）7 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ27：−（ＶＡｌ）49−（Ｉ−23）40−（III-10）10−（ＶＡｃ）1 −
ＰＶ28：−（ＶＡｌ）78−（Ｉ−41）15−（III-９）2 −（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ29：−（ＶＡｌ）58−（Ｉ−41）25−（III-10）5 −（ＶＡｃ）12−
ＰＶ30：−（ＶＡｌ）48−（Ｉ−56）30−（III-11）10−（ＶＡｃ）12−
【０１１４】
ＰＶ31：−（ＶＡｌ）61−（II−１）2 −（III-９）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ32：−（ＶＡｌ）53−（II−１）5 −（III-９）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ33：−（ＶＡｌ）50−（II−１）10−（III-９）35−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ34：−（ＶＡｌ）53−（II−１）2 −（III-９）40−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ35：−（ＶＡｌ）61−（II−１）2 −（III-10）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ36：−（ＶＡｌ）53−（II−２）5 −（III-10）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ37：−（ＶＡｌ）50−（II−４）10−（III-10）35−（ＶＡｃ）5 −
ＰＶ38：−（ＶＡｌ）53−（II−１）5 −（III-10）30−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ39：−（ＶＡｌ）61−（II−１）2 −（III-11）25−（ＶＡｃ）12−
ＰＶ40：−（ＶＡｌ）56−（II−４）2 −（III-11）30−（ＶＡｃ）12−
【０１１５】
ＰＶ41：-(ＶＡｌ)61-(Ｉ−16)23-(II−１)2 -(III-９)2 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ42：-(ＶＡｌ)61-(Ｉ−16)25-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ43：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−16)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ44：-(ＶＡｌ)51-(Ｉ−16)35-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ45：-(ＶＡｌ)57-(Ｉ−16)40-(II−１)0.5-(III-９)0.5-(ＶＡｃ)12-
ＰＶ46：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−16)30-(II−２)1 -(III-10)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ47：-(ＶＡｌ)51-(Ｉ−16)30-(II−４)1 -(III-10)5 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ48：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−17)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ49：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−19)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
ＰＶ50：-(ＶＡｌ)56-(Ｉ−41)30-(II−１)1 -(III-９)1 -(ＶＡｃ)12-
【０１１６】
変性ポリビニルアルコールの重合度は、２００乃至５０００であることが好ましく、３００乃至３０００であることが好ましい。変性ポリビニルアルコールの分子量は、９０００乃至２０００００であることが好ましく、１３０００乃至１３００００であることがさらに好ましい。
二種類以上の変性ポリビニルアルコールを併用してもよい。
液晶配向膜の厚さは、０．１乃至１０μｍであることが好ましい。
液晶配向膜の形成において、ラビング処理を実施することが好ましい。ラビング処理は、上記の変性ポリビニルアルコールを含む膜の表面を、紙や布で一定方向に、数回こすることにより実施する。
本発明の液晶配向膜は、ディスコティック液晶性分子の垂直配向に用いると特に効果がある。
【０１１７】
［基板］
基板の種類は、液晶素子（基板、液晶配向膜および液晶性分子の積層体）の用途に応じて決定する。
液晶素子を、液晶セルとして用いる場合、透明電極層（例、ＩＴＯ）が設けられたガラス基板が普通に用いられる。透明電極層の上に上記の液晶配向膜を形成した基板を二枚準備し、液晶配向膜が対面するように配置し、その間隙に（後述する）棒状液晶性分子を封入して、液晶セルを形成する。間隙は、スペーサーにより形成する。
液晶素子を、光学補償シートとして用いる場合、基板として透明ポリマーフイルムが普通に用いられる。ポリマーフイルムは、光学的異方性が小さいことが好ましい。透明であるとは、光透過率が８０％以上であることを意味する。光学的異方性が小さいとは、具体的には、面内レターデーション（Ｒｅ）が１０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。また、厚み方向のレターデーション（Ｒth）は、４０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。面内レターデーション（Ｒｅ）と厚み方向のレターデーション（Ｒth）は、それぞれ下記式で定義される。
Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
Ｒth＝［｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝−ｎｚ］×ｄ
式中、ｎｘおよびｎｙは、透明支持体の面内屈折率であり、ｎｚは透明支持体の厚み方向の屈折率であり、そしてｄは透明支持体の厚さである。
【０１１８】
液晶セルの表示モードの種類によっては、光学補償シートの基板として光学的異方性のポリマーフイルムが用いられる場合もある。すなわち、液晶層の光学的異方性にポリマーフイルムの光学的異方性も加えて、液晶セルの光学的異方性に対応する（光学的に補償する）場合もある。そのような目的で光学的異方性ポリマーフイルムを使用する場合、ポリマーフイルムの面内レターデーション（Ｒｅ）は、２０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、厚み方向のレターデーション（Ｒth）は、８０ｎｍ以上であることが好ましく、１２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。
ポリマーフイルムを形成するポリマーは、光学的等方性とするか、光学的異方性とするかに応じて決定する。光学的等方性が要求される場合は、一般にガラスまたはセルロースエステルが用いられる。光学的異方性が要求される場合は、一般に合成ポリマー（例、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ノルボルネン樹脂）が用いられる。合成ポリマーフイルムを延伸することによって、光学的異方性を得る。セルロースエステルまたは合成ポリマーのフイルムは、ソルベントキャスト法により形成することが好ましい。
光学補償シートの基板の厚さは、２０乃至５００μｍであることが好ましく、５０乃至２００μｍであることがさらに好ましい。
光学補償シートの基板とその上に設けられる層（接着層、配向膜あるいは光学的異方性層）との接着を改善するため、透明支持体に表面処理（例、グロー放電処理、コロナ放電処理、紫外線（ＵＶ）処理、火炎処理）を実施してもよい。透明支持体の上に、接着層（下塗り層）を設けてもよい。
【０１１９】
［液晶層］
液晶層は、液晶性分子から形成する。上記の液晶配向膜は、５０乃至９０度の範囲の平均傾斜角で液晶性分子を実質的に垂直に配向させる機能を有する。
液晶性分子としては、棒状液晶性分子またはディスコティック液晶性分子が好ましい。前述したように、液棒状液晶性分子の傾斜角は棒状液晶性分子の長軸方向と基板平面との角度を意味し、ディスコティック液晶性分子の傾斜角は、ディスコティック液晶性分子の円盤面と基板平面との角度を意味する。
液晶素子を、液晶セルとして用いる場合、棒状液晶性分子を用いることが特に好ましい。
棒状液晶性分子としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。棒状液晶性分子を実質的に垂直に配向させた液晶セルとしては、ＶＡ（Vertically Aligned）モードの液晶セルが代表的である。ＶＡモードの液晶セルを用いた液晶表示装置については、日経マイクロデバイスＮｏ．１３６、１４７頁（１９９６）、特開平２−１７６６２５号公報および特許番号第２８６６３７２号公報に記載がある。
【０１２０】
液晶素子を、光学補償シートとして用いる場合、棒状液晶性分子またはディスコティック液晶性分子を好ましく用いることができる。ディスコティック液晶性分子を用いることが特に好ましい。
液晶性分子は、重合性基（後述するＱ）を有することが好ましい。
光学補償シートに用いる液晶性分子は、実質的に配向させた状態で固定することが好ましく、重合により固定することがさらに好ましい。
ディスコティック液晶性分子は、様々な文献（C. Destrade et al., Mol. Crysr. Liq. Cryst., vol. 71, page 111 (1981) ；日本化学会編、季刊化学総説、Ｎｏ．２２、液晶の化学、第５章、第１０章第２節(1994)；B. Kohne et al., Angew. Chem. Soc. Chem. Comm., page 1794 (1985)；J. Zhang et al., J. Am. Chem. Soc., vol. 116, page 2655 (1994)）に記載されている。ディスコティック液晶性分子の重合については、特開平８−２７２８４公報に記載がある。
ディスコティック液晶性分子を重合により固定するためには、ディスコティック液晶性分子の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させる必要がある。ただし、円盤状コアに重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に、連結基を導入する。従って、ディスコティック液晶性分子は、下記式で表わされる化合物であることが好ましい。
【０１２１】
Ｄ（−Ｌ−Ｑ）n
式中、Ｄは円盤状コアであり；Ｌは二価の連結基であり；Ｑは重合性基であり；そして、ｎは４乃至１２の整数である。
上記式の円盤状コア（Ｄ）の例を以下に示す。以下の各例において、ＬＱ（またはＱＬ）は、二価の連結基（Ｌ）と重合性基（Ｑ）との組み合わせを意味する。
【０１２２】
【化８９】
【化９０】
【化９１】
【化９２】
【化９３】
【化９４】
【化９５】
【化９６】
【化９７】
前記式において、二価の連結基（Ｌ）は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−ＣＯ−、−ＮＨ−、−Ｏ−、−Ｓ−およびそれらの組み合わせからなる群より選ばれる二価の連結基であることが好ましい。二価の連結基（Ｌ）は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−ＣＯ−、−ＮＨ−、−Ｏ−および−Ｓ−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた基であることがさらに好ましい。二価の連結基（Ｌ）は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−ＣＯ−および−Ｏ−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた基であることが最も好ましい。アルキレン基の炭素原子数は、１乃至１２であることが好ましい。アルケニレン基の炭素原子数は、２乃至１２であることが好ましい。アリーレン基の炭素原子数は、６乃至１０であることが好ましい。アルキレン基、アルケニレン基およびアリーレン基は、置換基（例、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ、アルコキシ基、アシルオキシ基）を有していてもよい。
二価の連結基（Ｌ）の例を以下に示す。左側が円盤状コア（Ｄ）に結合し、右側が重合性基（Ｑ）に結合する。ＡＬはアルキレン基またはアルケニレン基を意味し、ＡＲはアリーレン基を意味する。
【０１３２】
Ｌ１：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ２：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ３：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ４：−ＡＬ−ＣＯ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ５：−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ６：−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ７：−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ８：−ＣＯ−ＮＨ−ＡＬ−
Ｌ９：−ＮＨ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ10：−ＮＨ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ11：−Ｏ−ＡＬ−
Ｌ12：−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−
【０１３３】
Ｌ13：−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ14：−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−ＡＬ−
Ｌ15：−Ｏ−ＡＬ−Ｓ−ＡＬ−
Ｌ16：−Ｏ−ＣＯ−ＡＬ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ17：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−ＣＯ−
Ｌ18：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ19：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ20：−Ｏ−ＣＯ−ＡＲ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ21：−Ｓ−ＡＬ−
Ｌ22：−Ｓ−ＡＬ−Ｏ−
Ｌ23：−Ｓ−ＡＬ−Ｏ−ＣＯ−
Ｌ24：−Ｓ−ＡＬ−Ｓ−ＡＬ−
Ｌ25：−Ｓ−ＡＲ−ＡＬ−
【０１３４】
なお、ＳＴＮモードのような棒状液晶性分子がねじれ配向している液晶セルを、光学的に補償するためには、ディスコティック液晶性分子もねじれ配向させることが好ましい。上記ＡＬ（アルキレン基またはアルケニレン基）に、不斉炭素原子を導入すると、ディスコティック液晶性分子を螺旋状にねじれ配向させることができる。また、不斉炭素原子を含む光学活性を示す化合物（カイラル剤）を光学的異方性層に添加しても、ディスコティック液晶性分子を螺旋状にねじれ配向させることができる。
【０１３５】
前記式の重合性基（Ｑ）は、重合反応の種類に応じて決定する。重合性基（Ｑ）の例を以下に示す。
【０１３６】
【化９８】
【化９９】
【化１００】
重合性基（Ｑ）は、不飽和重合性基（Ｑ１〜Ｑ７）、エポキシ基（Ｑ７）またはアジリジニル基（Ｑ８）であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基（Ｑ１〜Ｑ６）であることが最も好ましい。
前記式において、ｎは４乃至１２の整数である。具体的な数字は、ディスコティックコア（Ｄ）の種類に応じて決定される。なお、複数のＬとＱの組み合わせは、異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
【０１４０】
二種類以上のディスコティック液晶性分子を併用してもよい。例えば、以上述べたような重合性ディスコティック液晶性分子と非重合性ディスコティック液晶性分子とを併用することができる。
非重合性ディスコティック液晶性分子は、前述した重合性ディスコティック液晶性分子の重合性基（Ｑ）を、水素原子またはアルキル基に変更した化合物であることが好ましい。すなわち、非重合性ディスコティック液晶性分子は、下記式で表わされる化合物であることが好ましい。
Ｄ（−Ｌ−Ｒ）n
式中、Ｄは円盤状コアであり；Ｌは二価の連結基であり；Ｒは水素原子またはアルキル基であり；そして、ｎは４乃至１２の整数である。
上記式の円盤状コア（Ｄ）の例は、ＬＱ（またはＱＬ）をＬＲ（またはＲＬ）に変更する以外は、前記の重合性ディスコティック液晶分子の例と同様である。また、二価の連結基（Ｌ）の例も、前記の重合性ディスコティック液晶分子の例と同様である。
Ｒのアルキル基は、炭素原子数が１乃至４０であることが好ましく、１乃至３０であることがさらに好ましい。環状アルキル基よりも鎖状アルキル基の方が好ましく、分岐を有する鎖状アルキル基よりも直鎖状アルキル基の方が好ましい。Ｒは、水素原子または炭素原子数が１乃至３０の直鎖状アルキル基であることが特に好ましい。
【０１４１】
光学補償シートに用いる液晶層は、液晶性分子、あるいは下記の重合性開始剤や任意の添加剤（例、可塑剤、モノマー、界面活性剤、セルロースエステル、１，３，５−トリアジン化合物、カイラル剤）を含む塗布液を、液晶配向膜の上に塗布することで形成する。
塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド（例、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）、スルホキシド（例、ジメチルスルホキシド）、ヘテロ環化合物（例、ピリジン）、炭化水素（例、ベンゼン、ヘキサン）、アルキルハライド（例、クロロホルム、ジクロロメタン）、エステル（例、酢酸メチル、酢酸ブチル）、ケトン（例、アセトン、メチルエチルケトン）、エーテル（例、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン）が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
塗布液の塗布は、公知の方法（例、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法）により実施できる。
【０１４２】
液晶性分子の重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応が好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物（米国特許２３６７６６１号、同２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許２４４８８２８号明細書記載）、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許３０４６１２７号、同２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ−アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０−１０５６６７号公報、米国特許４２３９８５０号明細書記載）およびオキサジアゾール化合物（米国特許４２１２９７０号明細書記載）が含まれる。
光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の０．０１乃至２０重量％であることが好ましく、０．５乃至５重量％であることがさらに好ましい。
ディスコティック液晶性分子の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。
照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ2 乃至５０Ｊ／ｃｍ2 であることが好ましく、１００乃至８００ｍＪ／ｃｍ2 であることがさらに好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
光学補償シートに用いる液晶層の厚さは、０．１乃至２０μｍであることが好ましく、０．５乃至１５μｍであることがさらに好ましく、１乃至１０μｍであることが最も好ましい。
【０１４３】
［液晶表示装置］
液晶素子は、実質的に垂直に配向させる液晶性分子の種類に応じて、液晶セルまたは光学補償シートとして液晶表示装置に使用できる。
棒状液晶性分子を実質的に垂直に配向させた液晶セルとしては、前述したように、ＶＡ（Vertically Aligned）モードの液晶セルが代表的である。
ディスコティック液晶性分子を実質的に垂直に配向させた光学補償シートは、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic)モードの液晶セルを用いるＳＴＮ型液晶表示装置において特に有効である。
液晶表示装置は、液晶セル、液晶セルの両側に配置された一対の偏光素子、液晶セルと一方または双方の偏光素子との間に配置された一枚または二枚の光学補償シートからなる。
【０１４４】
【実施例】
［実施例１］
変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１）１重量部を、Ｎ−メチルピロリドン４．８重量部とメチルエチルケトン１９．２重量部との混合溶媒に溶解して溶液を調製した。この溶液を、バーコーターを用いてガラス基板の上に塗布し、８０℃で１０分間乾燥して、厚さ０．８μｍの塗布層を形成した。
塗布層の表面を、ラビングロール（外径：８０ｍｍ、基板搬送速度：１００ｍ／分、ロール回転数：１０００ｒｐｍ、基板搬送張力：基板巾１ｃｍ当たり１ｋｇｆ）を用いてラビング処理して、垂直配向膜を形成した。
【０１４５】
【化１０１】
垂直配向膜の上に、以下の組成の塗布液をエクストルージョン法により塗布した。
【０１４７】
【化１０２】
塗布層を１３０℃に加熱して、ディスコティック液晶性化合物を垂直に配向させた。塗布層を１３０℃に加熱した状態で、４秒間紫外線を照射し、ディスコティック液晶性化合物の末端ビニル基を重合させ、配向状態を固定した。このようにして、光学補償シートを作製した。
エリプソメーターを用いて光学補償シートの面内レターデーションを測定し、その角度依存性から平均傾斜角を求めたところ、８５゜であった。
また、セロハンデープを光学的異方性層表面に貼り付け、デープを光学的異方性層と平行に引っ張って剥がしたところ、剥がしたテープの表面には、いかなる層も付着していなかった。
【０１５０】
［実施例２］
変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１）に代えて、変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１１）を同量用いた以外は、実施例１と同様に光学補償シートを作製して評価した。ディスコティック液晶性分子の平均傾斜角は、８０゜であった。
また、セロハンデープを光学的異方性層表面に貼り付け、デープを光学的異方性層と平行に引っ張って剥がしたところ、剥がしたテープの表面には、いかなる層も付着していなかった。
【０１５１】
【化１０３】
［実施例３］
変性ポリビニルアルコール（ＰＶ１）に代えて、変性ポリビニルアルコール（ＰＶ２１）を同量用いた以外は、実施例１と同様に光学補償シートを作製して評価した。ディスコティック液晶性分子の平均傾斜角は、８５゜であった。
また、セロハンデープを光学的異方性層表面に貼り付け、デープを光学的異方性層と平行に引っ張って剥がしたところ、剥がしたテープの表面には、いかなる層も付着していなかった。
【０１５３】
【化１０４】
［比較例１］
無機垂直配向膜形成材料（ＥＸＰ−ＯＡ００４、日産化学工業（株）製）をメタノールで希釈し、固形分を２重量％とした。これをガラス板上に０．４μｍとなるようにバーコーターで塗布し、１４０゜で１０分間乾燥して、配向膜を形成した。
配向膜をラビングした後、アンチパラセルを二つ作成した。一方のセルには、棒状液晶性分子（ＭＢＢＡ）を挿入した。他方のセルには、実施例１で用いた光学的異方性層塗布液からメチルエチルケトンを蒸発させて固めたもの（ディスコティック液晶性分子）を挿入した。
それぞれのセルについて、液晶性分子の配向状態を調べた。棒状液晶性分子を挿入したセルでは、棒状液晶性分子がガラス板に垂直な方向にネマチック配向していた。これに対して、ディスコティック液晶性分子を挿入したセルでは、平均傾斜角が３０゜であり、垂直配向（５０〜９０゜）にはならなかった。
使用した無機垂直配向膜形成材料は、棒状液晶性分子用の垂直配向膜として市販されており、最も普通に使用されている。他の市販の棒状液晶性分子用垂直配向膜を用いた実験結果から、市販の棒状液晶性分子用垂直配向膜は、ディスコティック液晶性分子を垂直に配向させる機能が不充分であることが判明した。
Claims (6)
- 液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、そして、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個有する下記式（Ｉ）で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％および側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を０．１乃至１０モル％含むことを特徴とする液晶配向膜：
- Ｌ 1 が、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−からなる群より選ばれる連結基である請求項１に記載の液晶配向膜。
- 側鎖に重合性基を有する繰り返し単位が、下記式（II）で表される請求項１に記載の液晶配向膜。
- 液晶を配向させるため基板上に設けられている液晶配向膜であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、そして、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する下記式（ III) で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％含むことを特徴とする液晶配向膜：
- Ｌ 21 が、−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＨ−および−アルキレン基−からなる群より選ばれる連結基である請求項４に記載の液晶配向膜。
- 基板、液晶配向膜および液晶性分子から形成された液晶層が、この順に積層されている液晶素子であって、液晶配向膜が変性ポリビニルアルコールを含み、変性ポリビニルアルコールが側鎖に芳香族環または芳香族性複素環を二個、三個または四個と重合性基とを有する請求項４に記載の式（ III) で表される繰り返し単位を２乃至８０モル％含み、液晶性分子が５０乃至９０度の範囲の平均傾斜角で配向しており、そして、液晶性分子と変性ポリビニルアルコールとが、液晶層と液晶配向膜との界面を介して化学的に結合していることを特徴とする液晶素子。
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