JP4087205B2 - Optical film for liquid crystal display element and liquid crystal display element equipped with the film - Google Patents

Description

（式（１）中、Ｒ₁は水素またはメチル基を表し、Ｒ₂は水素、メチル基またはエチル基を表し、Ｌ₁およびＬ₂はそれぞれ個別に単結合、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、または−ＣＯ−Ｏ−のいずれかを表し、Ｍは式（２）、式（３）または式（４）を表し、ｎおよびｍはそれぞれ０〜１０の整数を示す。
−Ｐ₁−Ｌ₃−Ｐ₂−Ｌ₄−Ｐ₃− （２）
−Ｐ₁−Ｌ₃−Ｐ₃− （３）
−Ｐ₃− （４）
式（２）、式（３）および式（４）中、Ｐ₁およびＰ₂はそれぞれ個別に式（５）から選ばれる基を表し、Ｐ₃は式（６）から選ばれる基を表し、
【化６】

【化７】

Ｌ₃およびＬ₄はそれぞれ個別に単結合、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−ＣＯ−Ｏ−を表す。）
【００１１】
本発明の第２は、前記側鎖型液晶性高分子物質が、式（７）で表されるユニットを５〜１００モル％含むことを特徴とする前記液晶表示素子用光学フィルムに関する。
【化８】

（式（７）中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｍ、ｎおよびｍは式（１）と同じである。）
【００１２】
本発明の第３は、前記側鎖型液晶性高分子物質の重量平均分子量が２，０００〜１００，０００であることを特徴とする前記液晶表示素子用光学フィルムに関する。
本発明の第４は、前記側鎖型液晶性高分子物質を液晶材料中に少なくとも１０質量％以上含有することを特徴とする前記液晶表示素子用光学フィルムに関する。
本発明の第５は、前記液晶材料中に光カチオン発生剤および／または熱カチオン発生剤を含むことを特徴とする前記液晶表示素子用光学フィルムに関する。
【００１３】
本発明の第６は、前記液晶フィルムが、前記液晶材料を配向基板上に展開し、当該液晶材料を配向させた後、光照射および／または加熱処理することにより当該配向状態を固定化することにより製造されたものであることを特徴とする前記液晶表示素子用光学フィルムに関する。
本発明の第７は、前記配向状態が、ネマチック配向、ねじれネマチック配向、コレステリック配向またはネマチックハイブリッド配向のいずれかの配向状態を固定化したものであることを特徴とする前記液晶表示素子用光学フィルムに関する。
【００１４】
本発明の第８は、位相差フィルム、色補償フィルム、視野角改良フィルム、円偏光フィルム、旋光性フィルムのいずれかであることを特徴とする前記液晶表示素子用光学フィルムに関する。
本発明の第９は、前記液晶表示素子用光学フィルムを搭載した液晶表示素子に関する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、式（１）で表されるオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物の（メタ）アクリル部位を単独重合もしくは、他の（メタ）アクリル化合物と共重合して得られる側鎖型液晶性高分子物質を含有する液晶材料を用い、当該液晶材料の配向状態を固定化して形成した液晶フィルムからなる液晶表示素子用光学フィルムである。
【００１６】
【化９】

上記式（１）中、Ｒ₁は水素またはメチル基を表し、Ｒ₂は水素、メチル基またはエチル基を表し、Ｌ₁およびＬ₂はそれぞれ個別に単結合、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、または−ＣＯ−Ｏ−のいずれかを表し、Ｍは式（２）、式（３）または式（４）を表し、ｎおよびｍはそれぞれ０〜１０の整数を示す。
−Ｐ₁−Ｌ₃−Ｐ₂−Ｌ₄−Ｐ₃− （２）
−Ｐ₁−Ｌ₃−Ｐ₃− （３）
−Ｐ₃− （４）
【００１７】
式（２）、式（３）および式（４）中、Ｐ₁およびＰ₂はそれぞれ個別に式（５）から選ばれる基を表し、Ｐ₃は式（６）から選ばれる基を表し、Ｌ₃およびＬ₄はそれぞれ個別に単結合、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−ＣＯ−Ｏ−を表す。
【化１０】

【化１１】

【００１８】
本発明で用いるオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物は、芳香族エステルなどからなるメソゲン部分とそれに結合した炭化水素鎖からなるスペーサー部分と、片末端の反応性オキセタニル基、他方の片末端を（メタ）アクリル基を構成単位として含み、この化合物の（メタ）アクリル基を単独もしくは他の（メタ）アクリル化合物と共重合して得られる高分子物質が液晶性を示すことを特徴とする化合物である。
【００１９】
まず各構成単位について説明する。
本発明におけるオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物のメソゲン部分は、式（１）における「−Ｌ₁−Ｍ−Ｌ₂−」で表され、さらにＭは、「−Ｐ₁−Ｌ₃−Ｐ₂−Ｌ₄−Ｐ₃−」、「−Ｐ₁−Ｌ₃−Ｐ₃−」または「−Ｐ₃−」で表される。当該メソゲン部分は、１個ないし３個の芳香環またはシクロヘキサン環が、直接結合（単結合）、エーテル結合（−Ｏ−）あるいはエステル結合（−ＣＯ−Ｏ−）を介して、スペーサ部分、オキセタニル基あるいは（メタ）アクリル基と結合した構造を有している。
式（１）において、Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃およびＬ₄は、それぞれ独立に、単結合（ここでは、Ｌで表される基を介さずに直接両側の基が結合する場合を意味する。）、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−または−ＣＯ−Ｏ−のいずれかを表し、Ｐ₁およびＰ₂は、それぞれ独立に前記した式（５）から選ばれるいずれかの基を表し、またＰ₃は前記した式（６）から選ばれるいずれかの基を表す。
【００２０】
本発明のオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物のメソゲン部分としては、前記した各種の組み合わせから任意に選択することができるが、下記式で表される構造の基が特に好ましい例として挙げることができる。
【化１２】

【００２１】
式（１）中の「-（ＣＨ₂）_n-」および「-（ＣＨ₂）_m-」で表されるスペーサー部分は、単結合（ここでは、ｎまたはｍが０の場合を意味する。）または炭素数が１〜１０（すなわち、ｎまたはｍが１〜１０）の２価の直鎖状炭化水素基である。目的とする化合物が液晶性を示す場合、メソゲン部分とオキセタニル基部分および（メタ）アクリル基部分がスペーサー部分を介さず直接結合（単結合）していてもよく、エーテル結合（−Ｏ−）あるいはエステル結合（−ＣＯ−Ｏ−）を介して結合していてもよい。一般に、メソゲン部分と（メタ）アクリル基部分の間のスペーサー部分が、短すぎると液晶性を発現する温度領域が狭くなることがある。またスペーサー部分がり、長い場合には、液晶フィルムとした場合の耐熱性に悪影響を及ぼすことがある。これらのことからメソゲン部分と（メタ）アクリル基部分の間のスペーサー部分の炭素数は通常１〜８、好ましくは２〜６であることが望ましい。また、メソゲン部分とオキセタニル基部分の間のスペーサ部分は、長すぎると液晶フィルムとした場合の耐熱性に悪影響を及ぼすことがある。そこでメソゲン部分とオキセタニル基部分の間のスペーサー部分の炭素数は通常０〜６、好ましくは０〜４であることが望ましい。（ここで炭素数０とは、メソゲン部分とオキセタニル基部分が直接単結合でつながっている場合を指す）
【００２２】
本発明において用いられるオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物の片末端は反応性オキセタニル基であり、他方の片末端は（メタ）アクリル基である。カチオン重合性基であるオキセタニル基と、ラジカル重合性またはアニオン重合性の（メタ）アクリル基の両方を有する２官能性のモノマーとすることにより、ラジカル重合またはアニオン重合で（メタ）アクリル基のみを重合することが可能となり、カチオン重合性基であるオキセタニル基を持つ側鎖型液晶性高分子物質を得ることができる。すなわち、重合性反応基としてカチオン以外の条件では反応性が低いオキセタニル基をカチオン重合性基として用いることにより、ラジカル重合もしくはアニオン重合でまず（メタ）アクリル基を重合させて側鎖型液晶性高分子化合物を合成する。側鎖型液晶性高分子化合物は主鎖型液晶性高分子と比べてＴｇが低いため配向し易く、容易に低い温度で配向することができる。側鎖型液晶性高分子化合物を配向処理した後、次にカチオンの存在でオキセタニル基を重合（硬化／架橋）させることで、Ｔｇが上昇し、耐熱性や機械的強度が向上した液晶フィルムを作成することができる。
【００２３】
本発明において用いられるオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物の合成法は特に制限されるものではなく、通常の有機化学合成法で用いられる方法を適用することによって合成することができる。
例えば、ウィリアムソンのエーテル合成や、縮合剤を用いたエステル合成などの手段でオキセタニル基を持つ部位と（メタ）アクリル基を持つ部位をつなげることで、オキセタニル基と（メタ）アクリル基の２つの反応性官能基を持つオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物を合成することができる。
具体的一例を挙げれば、次に示す工程により本発明のオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物を合成することができる。
【００２４】
【化１３】

【００２５】
上記式中、略号はそれぞれ下記を表す。
ＤＣＣ：１，３−ジシクロヘキシルカルボジイミド
ＤＭＡＰ：４，−ジメチルアミノピリジン
ＤＣＭ：ジクロロメタン
ＰＰＴＳ：ピリジニウム−ｐ−トルエンスルホン酸
ＴＨＦ：テトラヒドロフラン
ＤＭＦ：ジメチルホルムアミド
ＢＨＴ：２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール
【００２６】
本発明において、式（１）で表されるオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物の（メタ）アクリル基を単独重合もしくは、他の（メタ）アクリル化合物と共重合することにより下記式（７）で表されるユニットを含む側鎖型液晶性高分子物質が得られる。
【化１４】

【００２７】
式（７）で表されるユニットを含む側鎖型液晶性高分子物質は、式（１）で表されるオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物の（メタ）アクリル基部分をラジカル重合またはアニオン重合をで単独もしくは他の（メタ）アクリル化合物と共重合することにより容易に合成することができる。重合条件は特に限定されるものではなく、通常の条件を採用することができる。
【００２８】
例えば、ラジカル重合の例としては、（メタ）アクリル化合物をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの溶媒に溶かし、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）や過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）などを開始剤として、８０〜９０℃で数時間反応させる方法が挙げられる。また、液晶相を安定に出現させるために、臭化銅（Ｉ）／２，２’−ビピリジル系やＴＥＭＰＯ系などを開始剤としたリビングラジカル重合を行い、分子量分布を制御する方法も有効である。これらのラジカル重合は厳密に脱酸素条件で行う必要がある。
【００２９】
アニオン重合の例としては、（メタ）アクリル化合物をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などの溶媒に溶かし、有機リチウム化合物、有機ナトリウム化合物、グリニャール試薬などの強塩基を開始剤として、反応させる方法が挙げられる。また、開始剤や反応温度を最適化することでリビングアニオン重合とし、分子量分布を制御することもできる。これらのアニオン重合は、厳密に脱水かつ脱酸素条件で行う必要がある。
【００３０】
また、このとき共重合する（メタ）アクリル化合物は特に限定されるものではなく、合成される高分子物質が液晶性を示せば何でもよいが、合成される高分子物質の液晶性を高めるため、メソゲン基を有する（メタ）アクリル化合物が好ましい。下記式で示されるような（メタ）アクリル化合物が特に好ましい。
【００３１】
【化１５】

【００３２】
側鎖型液晶性高分子物質は、式（７）で表されるユニットを５〜１００モル％含むものが好ましく、１０〜１００モル％含むものが特に好ましい。また、側鎖型液晶性高分子物質は、重量平均分子量が２，０００〜１００，０００であるものが好ましく、５，０００〜５０，０００のものが特に好ましい。
【００３３】
次に、本発明の側鎖型液晶性高分子物質を含む液晶材料について説明する。
本発明において用いられる液晶材料は、前記の側鎖型液晶性高分子物質を少なくとも１０質量％以上、好ましくは３０質量％以上、さらに好ましくは５０質量％以上含む高分子液晶組成物である。側鎖型液晶性高分子物質の含有量が１０質量％未満では組成物中に占める重合性基濃度が低くなり、重合後の機械的強度が不十分となるため好ましくない。
【００３４】
本発明で用いる液晶材料においては、前記側鎖型液晶性高分子物質の他に、液晶性を損なわずに混和し得る種々の化合物を含有することができる。含有することができる化合物としては、オキセタニル基、エポキシ基、ビニルエーテル基などのカチオン重合性官能基を有する化合物、フィルム形成能を有する各種の高分子物質、ネマチック液晶性、コレステリック液晶性あるいはディスコティック液晶性を示す各種の低分子液晶性化合物や高分子液晶性化合物などが挙げられる。また、本発明の高分子液晶組成物にコレステリック液晶性を発現させる目的で、液晶性の有無を問わず各種の光学活性化合物を配合することもできる。
【００３５】
前記液晶材料は配向処理された後、オキセタニル基をカチオン重合させて架橋することにより、当該液晶状態が固定化される。これにより、液晶フィルムの耐熱性が向上する。従って、カチオン重合を容易に速やかに進行させるため、液晶材料中に、光や熱などの外部刺激でカチオンを発生する光カチオン発生剤および／または熱カチオン発生剤を含有させておくことが好ましい。また必要によっては各種の増感剤を併用してもよい。
【００３６】
光カチオン発生剤とは、適当な波長の光を照射することによりカチオンを発生できる化合物を意味し、有機スルフォニウム塩系、ヨードニウム塩系、フォスフォニウム塩系などを例示することが出来る。これら化合物の対イオンとしては、アンチモネート、フォスフェート、ボレートなどが好ましく用いられる。具体的な化合物としては、Ａｒ₃Ｓ⁺ＳｂＦ₆ ^-、Ａｒ₃Ｐ⁺ＢＦ₄ ^-、Ａｒ₂Ｉ⁺ＰＦ₆ ^-（ただし、Ａｒはフェニル基または置換フェニル基を示す。）などが挙げられる。また、スルホン酸エステル類、トリアジン類、ジアゾメタン類、β−ケトスルホン、イミノスルホナート、ベンゾインスルホナートなども用いることができる。
【００３７】
熱カチオン発生剤とは、適当な温度に加熱されることによりカチオンを発生できる化合物であり、例えば、ベンジルスルホニウム塩類、ベンジルアンモニウム塩類、ベンジルピリジニウム塩類、ベンジルホスホニウム塩類、ヒドラジニウム塩類、カルボン酸エステル類、スルホン酸エステル類、アミンイミド類、五塩化アンチモン−塩化アセチル錯体、ジアリールヨードニウム塩−ジベンジルオキシ銅、ハロゲン化ホウ素−三級アミン付加物などを挙げることができる。
【００３８】
これらのカチオン発生剤の液晶材料中への添加量は、用いる側鎖型液晶性高分子物質を構成するメソゲン部分やスペーサ部分の構造や、オキセタニル基当量、液晶の配向条件などにより異なるため一概には言えないが、側鎖型液晶性高分子物質に対し、通常１００質量ｐｐｍ〜２０質量％、好ましくは１０００質量ｐｐｍ〜１０質量％、より好ましくは０．２質量％〜７質量％、最も好ましくは０．５質量％〜５質量％の範囲である。１００質量ｐｐｍよりも少ない場合には、発生するカチオンの量が十分でなく重合が進行しないおそれがあり、また２０質量％よりも多い場合には、液晶フィルム中に残存するカチオン発生剤の分解残存物等が多くなり耐光性などが悪化するおそれがあるため好ましくない。
【００３９】
次に、本発明の液晶材料（高分子液晶組成物）を用いた液晶フィルムの製造方法について説明する。液晶フィルム製造の方法としてはこれらに限定されるものではないが、液晶材料を配向基板上に展開し、当該液晶材料を配向させた後、光照射および／または加熱処理することにより当該配向状態を固定化することにより製造することができる。
【００４０】
まず、本発明の液晶材料を配向基板上に展開し、当該液晶材料を配向させる。配向基板としては、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、トリアセチルセルロース等のフィルムが例示できる。これらのフィルムは製造方法によっては、該液晶材料に対して充分な配向能を示し、そのまま配向基板として用いることができるものもあるが、多くはラビング、延伸、偏光照射、斜め光照射などの操作を行うことで配向能を発現もしくは強化させて用いる。またこれらの基板フィルム上に、ポリイミド、ポリビニルエーテル、ポリビニルシンナメートなどの公知の配向膜を設けて、ラビング、延伸、偏光照射、斜め光照射などの操作を行うことで配向能を発現することもできる。
【００４１】
配向基板として、光学的に等方でない、あるいは得られる液晶フィルムが最終的に目的とする使用波長領域において不透明である、もしくは配向基板の膜厚が厚すぎて実際の使用に支障を生じるなどの問題がある場合、配向基板上で形成された形態から、光学的に等方な、あるいは得られる液晶フィルムが最終的に目的とする使用波長領域において透明なフィルム、もしくは液晶フィルムを液晶セルなどに貼合するまでの間、仮に支持しておくためのフィルムに転写した形態も使用しうる。転写方法としては公知の方法を採用することができる。例えば、特開平４−５７０１７号公報や特開平５−３３３３１３号公報に記載されているように液晶フィルム層を粘着剤もしくは接着剤を介して、配向基板とは異なる基板を積層した後に、必要により粘着剤もしくは接着剤をつかって表面の硬化処理を施し、該積層体から配向基板を剥離することで液晶フィルムのみを転写する方法等を挙げることができる。
【００４２】
前記の配向基板と異なる基板としては、例えばフジタック（富士写真フィルム社製品）、コニカタック（コニカ社製品）などのトリアセチルセルロースフィルム、ＴＰＸフィルム（三井化学社製品）、アートンフィルム（ＪＳＲ社製品）、ゼオネックスフィルム（日本ゼオン社製品）、アクリプレンフィルム（三菱レーヨン社製品）などの透明フィルムや、シリコン処理を施したり、表面に易剥離層を設けたりしたポリエチレンテレフタレートフィルムなどが挙げられる。また必要によっては、偏光フィルムに直接転写することも可能である。
転写に使用する粘着剤もしくは接着剤は、光学グレードのものであれば特に制限はなく、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系など一般に用いられているものを用いることができる。
【００４３】
液晶材料を配向基板上に展開して液晶材料層を形成する方法としては、液晶材料を溶融状態で直接配向基板上に塗布する方法や、液晶材料の溶液を配向基板上に塗布後、塗膜を乾燥して溶媒を留去させる方法が挙げられる。
溶液の調製に用いる溶媒に関しては、本発明の液晶材料を溶解でき適当な条件で留去できる溶媒であれば特に制限はなく、一般的にアセトン、メチルエチルケトン、イソホロンなどのケトン類、ブトキシエチルアルコール、ヘキシルオキシエチルアルコール、メトキシ−２−プロパノールなどのエーテルアルコール類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類、酢酸エチル、乳酸エチルなどのエステル類、フェノール、クロロフェノールなどのフェノール類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどのアミド類、クロロホルム、テトラクロロエタン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン系などやこれらの混合系が好ましく用いられる。また、配向基板上に均一な塗膜を形成するために、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤などを溶液に添加してもよい。
【００４４】
液晶材料を直接塗布する方法でも、溶液を塗布する方法でも、塗布方法については、塗膜の均一性が確保される方法であれば、特に限定されることはなく公知の方法を採用することができる。例えば、スピンコート法、ダイコート法、カーテンコート法、ディップコート法、ロールコート法などが挙げられる。
液晶材料の溶液を塗布する方法では、塗布後に溶媒を除去するための乾燥工程を入れることが好ましい。この乾燥工程は、塗膜の均一性が維持される方法であれば、特に限定されることなく公知の方法を採用することができる。例えば、ヒーター（炉）、温風吹きつけなどの方法が挙げられる。
【００４５】
続いて、配向基板上に形成された液晶材料層を、熱処理などの方法で液晶配向を形成し、光照射および／または加熱処理で硬化を行い固定化する。最初の熱処理では、使用した液晶材料の液晶発現温度範囲に加熱することで、該液晶材料が本来有する自己配向能により液晶を配向させる。熱処理の条件としては、用いる液晶材料の液晶相挙動温度（転移温度）により最適条件や限界値が異なるため一概には言えないが、通常１０〜２５０℃、好ましくは３０℃〜１６０℃の範囲であり、該液晶材料のＴｇ以上の温度、さらに好ましくはＴｇより１０℃以上高い温度で熱処理するのが好ましい。あまり低温では、液晶配向が充分に進行しないおそれがあり、また高温では液晶材料中のカチオン重合性反応基や配向基板に悪影響を与えるおそれがある。また、熱処理時間については、通常３秒〜３０分、好ましくは１０秒〜１０分の範囲である。３秒より短い熱処理時間では、液晶配向が充分に完成しないおそれがあり、また３０分を超える熱処理時間では、生産性が悪くなるため、どちらの場合も好ましくない。
【００４６】
該液晶材料層を熱処理などの方法で液晶配向を形成したのち、液晶配向状態を保ったまま液晶材料を組成物中のカチオン重合性反応基の重合反応により硬化させる。硬化工程は、完成した液晶配向を硬化（架橋）反応により液晶配向状態を固定化し、より強固な膜に変性することを目的にしている。
【００４７】
本発明の液晶材料はカチオン重合性反応基を持つため、その反応基の重合（架橋）には、カチオン重合開始剤（カチオン発生剤）を用いるのが好ましいことは前述のとおりである。また、重合開始剤としては、熱カチオン発生剤より光カチオン発生剤の使用が好ましい。
光カチオン発生剤を用いた場合、光カチオン発生剤の添加後、液晶配向のための熱処理までの工程を暗条件（光カチオン発生剤が解離しない程度の光遮断条件）で行えば、液晶材料は配向段階までは硬化することなく、充分な流動性をもって液晶配向することができる。この後、適当な波長の光を発する光源からの光を照射することによりカチオンを発生させ、液晶材料層を硬化させる。
【００４８】
光照射の方法としては、用いる光カチオン発生剤の吸収波長領域にスペクトルを有するようなメタルハライドランプ、高圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノンランプ、アークランプ、レーザーなどの光源からの光を照射し、光カチオン発生剤を開裂させる。１平方センチメートルあたりの照射量としては、積算照射量として通常１〜２０００ｍＪ、好ましくは１０〜１０００ｍＪの範囲である。ただし、光カチオン発生剤の吸収領域と光源のスペクトルが著しく異なる場合や、液晶材料自身に光源波長の吸収能がある場合などはこの限りではない。これらの場合には、適当な光増感剤や、吸収波長の異なる２種以上の光カチオン発生剤を混合して用いるなどの方法を採ることもできる。
光照射時の温度は、該液晶材料が液晶配向をとる温度範囲である必要がある。また、硬化の効果を充分にあげるためには、該液晶材料のＴｇ以上の温度で光照射を行うのが好ましい。
【００４９】
以上のような工程により製造した液晶材料層は、充分強固な膜となっている。具体的には、硬化反応によりメソゲンが３次元的に結合され、硬化前と比べて耐熱性（液晶配向保持の上限温度）が向上するのみでなく、耐スクラッチ性、耐磨耗性、耐クラック性などの機械的強度に関しても大幅に向上する。本発明は、容易に液晶配向という緻密な配向を制御し、熱的・機械的強度の向上を果たすという、相反する目的を同時に達成できる方法を提供する意味で、工業的な意義が大きい。
【００５０】
液晶配向が固定化された液晶材料層は、配向基板上に形成されたままの形態（配向基板／（配向膜）／液晶フィルム）、配向基板上とは異なる透明基板フィルム等に液晶フィルムを転写した形態（透明基板フィルム／液晶フィルム）、または液晶フィルム単層形態（液晶フィルム）で光学フィルムとして用いることができる。
【００５１】
液晶材料の成分である側鎖型液晶性高分子物質やその他の化合物の構造を適宜選定することにより、本発明の液晶材料層が取りうる液晶配向状態を制御することができる。本発明の液晶材料層は、例えば、ネマチック配向、ねじれネマチック配向、コレステリック配向、ネマチックハイブリッド配向、スメクチック配向、スメクチックＣ^*配向などをとることができ、それぞれの配向を固定化した光学フィルムを製造することが可能である。
【００５２】
本発明の液晶フィルムは特に光学フィルムとして好適に用いることができ、液晶表示素子に搭載される。光学フィルムは、その配向構造によって様々な用途があり、特に、位相差フィルム、色補償フィルム、視野角改良フィルム、円偏光フィルム、旋光性フィルムとして好ましく用いられる。
例えば、ネマチック配向もしくはねじれネマチック配向を固定化した光学フィルムは位相差フィルムとして機能し、ＳＴＮ型、ＴＮ型、ＯＣＢ型、ＨＡＮ型等の透過または反射型液晶表示装置の補償板として使用できる。コレステリック配向もしくはスメクチックＣ^*配向を固定化した光学フィルムは、輝度向上用の偏光反射フィルム、反射型カラーフィルタ、選択反射に起因する反射光の視角による色変化を生かした各種の装飾フィルムなどに利用できる。スメクチック配向を固定化したフィルムは回折フィルムなどに利用できる。ネマチックハイブリッド配向を固定化したフィルムは、正目から見たときのリタデーションを利用して、位相差フィルムや波長板として利用でき、リタデーションの視角依存性の非対称性を生かして、ＴＮ型液晶表示装置の視野角改善フィルムに利用できる。
【００５３】
【発明の効果】
新規なオキセタニル基を有する（メタ）アクリル化合物を重合して得られる側鎖型液晶性高分子物質を含有する液晶材料を用い、当該液晶材料の配向状態を固定化することにより耐熱性に優れ、硬度が高く、機械的強度に優れた液晶フィルムが得られ、各種の液晶表示素子用の光学フィルムとして有用である。
【００５４】
【実施例】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、実施例で用いた各分析方法は以下の通りである。
（１）^１Ｈ−ＮＭＲの測定
化合物を重水素化クロロホルムに溶解し、４００ＭＨｚの^１Ｈ−ＮＭＲ（日本電子社製ＪＮＭ−ＧＸ４００）で測定した。
（２）ＧＰＣの測定
化合物をテトラヒドロフランに溶解し、東ソー社製８０２０ＧＰＣシステムで、ＴＳＫ−ＧＥＬ ＳｕｐｅｒＨ１０００、ＳｕｐｅｒＨ２０００、ＳｕｐｅｒＨ３０００、ＳｕｐｅｒＨ４０００を直列につなぎ、溶出液としてテトラヒドロフランを用いて測定した。分子量の較正にはポリスチレンスタンダードを用いた。
（３）相挙動の観察
相挙動はメトラー社製ホットステージ上で、試料を加熱しつつ、オリンパス光学社製ＢＨ２偏光顕微鏡で観察した。
相転移温度は、Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ社製示差走査熱量計ＤＳＣ７により測定した。
（４）液晶フィルムのパラメータ測定
ネマチック配向のリタデーション測定は、王子計測機器社製のＫＯＢＲＡを用いた。
【００５５】
［参考例１］
オキセタニル基を持つアクリル化合物１の合成
スキーム１に従い、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン（東亞合成社製、商品名ＯＸＴ−１０１）を原料として、オキセタニル基を持つアクリル化合物１を合成した。
アクリル化合物１の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図１に示す。なお、図中の×は不純物を表す。
【００５６】
【化１６】

【００５７】
［参考例２］
オキセタニル基を持たないアクリル化合物２の合成
スキーム２に従い、オキセタニル基を持たないアクリル化合物２を合成した。アクリル化合物２の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図２に示す。
【００５８】
【化１７】

【００５９】
［参考例３］
オキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３の合成
オキセタニル基を有するアクリル化合物１の１部（モル比）とオキセタニル基を持たないアクリル化合物２の９部（モル比）とから、２，２’−アゾビスイソブチロニトリルを開始剤、ＤＭＦを溶媒として、窒素下、９０℃、６時間、ラジカル重合を行い、メタノールに再沈して精製することで、オキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３を合成した。オキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図３に示す。
ＧＰＣにより測定したポリマー３の重量平均分子量は、９，７００であった。ＤＳＣ測定より、Ｔｇは７９℃であった。メトラー観察より、Ｔｇ以上の温度で液晶相を発現し、スメクチックネマチック転移温度が１０９℃、ネマチックアイソトロピック転移温度は２５０℃以上であることを確認した。
【００６０】
［参考例４］
オキセタニル基を持たない側鎖型液晶性ポリアクリレート４の合成
オキセタニル基を持たないアクリル化合物２を、２，２’−アゾビスイソブチロニトリルを開始剤、ＤＭＦを溶媒として、窒素下、９０℃、６時間、ラジカル重合を行い、メタノールに再沈して精製することで、オキセタニル基を持たない側鎖型液晶性ポリアクリレート４を合成した。オキセタニル基を持たない側鎖型液晶性ポリアクリレート４の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図４に示す。
ＧＰＣにより測定したポリマー４の重量平均分子量は、６，６００であった。ＤＳＣ測定より、Ｔｇは７４℃であった。メトラー観察より、Ｔｇ以上の温度でネマチック相を発現し、ネマチックアイソトロピック転移温度は２５０℃以上であることを確認した。
【００６１】
［参考例５］
２官能性オキセタンモノマー５の合成
スキーム３に従い、２官能性オキセタンモノマー５を合成した。２官能性オキセタンモノマー５の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図５に示す。
ＤＳＣ測定とメトラー観察より、結晶−６９℃−ネマチック相−９５℃−アイソトロピック相という相挙動をとることがわかった。
【００６２】
【化１８】

【００６３】
［実施例１］
オキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３を用いた液晶フィルムの作成
参考例３で合成したオキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３の１．０ｇを、９ｍｌのシクロヘキサンに溶かし、暗所でトリアリルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート５０％プロピレンカーボネート溶液（アルドリッチ社製、試薬）０．０５ｇを加えた後、孔径０．４５μｍのポリテトラフルオロエチレン製フィルターで不溶分をろ過して液晶材料の溶液を調製した。
この溶液を、表面をレーヨン布によりラビング処理した厚み５０μｍのポリエチレンナフタレートフィルムテオネックスＱ−５１（帝人社製）上にスピンコート法を用いて塗布し、塗布後６０℃のホットプレート上で乾燥させた。得られたポリエチレンナフタレートフィルム上の液晶材料層を１５０℃に加熱しながら、空気雰囲気下、高圧水銀ランプにより積算照射量４５０ｍＪ／ｃｍ²の紫外線光を照射した後、冷却して硬化した液晶材料層を得た。
【００６４】
基板として用いたポリエチレンテレフタレートフィルムは大きな複屈折を持ち光学用フィルムとして好ましくないため、得られたフィルムを紫外線硬化型接着剤ＵＶ−１３９４（東亜合成社製）を介して、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムに転写し光学フィルムを得た。すなわち、ポリエチレンナフタレートフィルム上の硬化した液晶材料層の上に、ＵＶ−１３９４を５μｍ厚となるように塗布し、ＴＡＣフィルムでラミネートして、ＴＡＣフィルム側から４００ｍＪ／ｃｍ²の紫外線光を照射して接着剤を硬化させた後、ポリエチレンナフタレートフィルムを剥離した。
【００６５】
得られた光学フィルムを偏光顕微鏡下で観察すると、ディスクリネーションなどがないモノドメインの均一なネマチック液晶配向が観察され、そのリタデーションは１１５ｎｍであった。さらに光学フィルムの液晶材料部分のみをかきとり、ＤＳＣを用いてガラス転移点を測定したところ、Ｔｇは９５℃であった。またフィルムの液晶材料層表面の鉛筆硬度は２Ｈ程度となり、充分に強固な膜が得られた。
【００６６】
このフィルムを２ｍｍ厚の青板ガラスにノンキャリア粘着剤を介して貼り付け、その上に液晶のラビング軸と偏光板の吸収軸を一致させて、偏光板（住友化学工業社製ＳＱＷ−８６２）を貼り付けた。このサンプルをバックライト上、偏光板を介して観察したところ、均一なフィルムであった。このサンプルを８０℃の恒温槽中で２４時間経過させたのち、取り出して、同様の観察を行ったところ、特に変化はなく、液晶配向の乱れは観測されなかった。
このように、オキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３を用いることで、良好な液晶配向性を有し、液晶配向固定化後の熱安定性と強度に優れたフィルムが作成できることがわかった。
【００６７】
［比較例１］
側鎖型液晶性ポリアクリレート４を用いた液晶フィルムの作成
参考例４で合成した側鎖型液晶性ポリアクリレート４の１ｇを９ｍｌのシクロヘキサンに溶かし、孔径０．４５μｍのポリテトラフルオロエチレン製フィルターで不溶分をろ過して液晶材料の溶液を調整した。
この溶液を、表面をレーヨン布によりラビング処理した厚み５０μｍのポリエチレンナフタレートフィルムテオネックスＱ−５１（帝人社製品）上にスピンコート法を用いて塗布し、塗布後６０℃のホットプレート上で乾燥させた。得られたポリエチレンナフタレートフィルム上の液晶材料層を１５０℃で５分間加熱し、室温まで急冷することで液晶材料層を得た。
【００６８】
基板として用いたポリエチレンテレフタレートフィルムは大きな複屈折を持ち光学用フィルムとして好ましくないため、得られたフィルムを紫外線硬化型接着剤ＵＶ−１３９４（東亜合成社製）を介して、ＴＡＣフィルムに転写し光学フィルムを得た。すなわち、ポリエチレンナフタレートフィルム上の硬化した液晶材料層の上に、ＵＶ−１３９４を５μｍ厚となるように塗布し、ＴＡＣフィルムでラミネートして、ＴＡＣフィルム側から４００ｍＪ／ｃｍ²の紫外線光を照射して接着剤を硬化させた後、ポリエチレンナフタレートフィルムを剥離した。
【００６９】
得られた光学フィルムを偏光顕微鏡下で観察すると、ディスクリネーションなどがないモノドメインの均一なネマチック液晶配向が観察され、そのリタデーションは１００ｎｍであった。しかし、光学フィルムの液晶材料部分のみをかきとり、ＤＳＣを用いてガラス転移点を測定したところ、Ｔｇは８０℃と低く、またフィルムの液晶材料層表面の鉛筆硬度はＢ程度と光学フィルムとして用いるには軟らかいものだった。
このフィルムを２ｍｍ厚の青板ガラスにノンキャリア粘着剤を介して貼り付け、その上に液晶のラビング軸と偏光板の吸収軸を一致させて、偏光板（住友化学工業社製ＳＱＷ−８６２）を貼り付けた。このサンプルをバックライト上、偏光板を介して観察したところ、均一なフィルムであった。このサンプルを８０℃の恒温槽中で２４時間経過させたのち、取り出して、同様の観察を行ったところ、周辺部で液晶配向の乱れのため白抜けが発生していた。
【００７０】
［実施例２］
オキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３を用いた液晶フィルム の作成
参考例３で合成したオキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３の０．８ｇと、参考例５で合成した２官能性オキセタンモノマー５の０．２ｇを、９ｍｌのシクロヘキサンに溶かし、暗所でトリアリルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート５０％プロピレンカーボネート溶液（アルドリッチ社製、試薬）０．０５ｇを加えた後、孔径０．４５μｍのポリテトラフルオロエチレン製フィルターで不溶分をろ過して液晶材料の溶液を調製した。
この溶液を、表面をレーヨン布によりラビング処理した厚み１００μｍのポリイミドフィルムカプトン（デュポン社製）上にスピンコート法を用いて塗布し、塗布後６０℃のホットプレート上で乾燥させた。得られたポリイミドフィルム上の液晶材料層を１５０℃に加熱しながら、空気雰囲気下、高圧水銀ランプにより積算照射量４５０ｍＪ／ｃｍ²の紫外線光を照射した後、冷却して硬化した液晶材料層を得た。
【００７１】
基板として用いたポリイミドフィルムは褐色であり光学用フィルムとして好ましくないため、得られたフィルムを紫外線硬化型接着剤ＵＶ−１３９４（東亜合成社製）を介して、ＴＡＣフィルムに転写し光学フィルムを得た。すなわち、ポリイミドフィルム上の硬化した液晶材料層の上に、ＵＶ−１３９４を５μｍ厚となるように塗布し、ＴＡＣフィルムでラミネートして、ＴＡＣフィルム側から４００ｍＪ／ｃｍ²の紫外線光を照射して接着剤を硬化させた後、ポリイミドフィルムを剥離した。
【００７２】
得られた光学フィルムを偏光顕微鏡下で観察すると、ディスクリネーションなどがないモノドメインの均一なネマチックハイブリッド液晶配向が観察され、正面から見たときのリタデーションは１１５ｎｍであった。また、ラビング軸に沿って鉛直から４０°傾いた場所から見たときのリタデーションは１４１ｎｍ、その反対の−４０°傾いた場所から見たときのリタデーションは５３ｎｍと非対称であり、どの角度でもリタデーションが０ｎｍになる点が存在しなかったことから、このフィルムはネマチックハイブリッド配向構造をとっているとわかる。
さらに光学フィルムの液晶材料部分のみをかきとり、ＤＳＣを用いてガラス転移点を測定したところ、Ｔｇは観測されなかった。
【００７３】
このフィルムを２ｍｍ厚の青板ガラスにノンキャリア粘着剤を介して貼り付け、その上に液晶のラビング軸と偏光板の吸収軸を一致させて、偏光板（住友化学工業社製ＳＱＷ−８６２）を貼り付けた。このサンプルをバックライト上、偏光板を介して観察したところ、均一なフィルムであった。このサンプルを８０℃の恒温槽中で２４時間経過させたのち、取り出して、同様の観察を行ったところ、特に変化はなく、液晶配向の乱れは観測されなかった。
またフィルムの液晶材料層表面の鉛筆硬度は２Ｈ程度となり、充分に強固な膜が得られた。このように、オキセタニル基を持つ側鎖型液晶性ポリアクリレート３を用いることで、良好な液晶配向性を有し、液晶配向固定化後の熱安定性と強度に優れたフィルムが作成できることがわかった。
【００７４】
［実施例３］
実施例１で作成したリタデーション１１５ｎｍの光学フィルム１１と、液晶材料層の厚みを変えて同様に作成したリタデーション２６５ｎｍの光学フィルム１２を用いて、広帯域λ／４板とし、反射板を有する半透過ＴＦＴ−ＴＮＥＣＢ型液晶セルを組み合わせて、図６のような配置で液晶ディスプレイを作成した。この液晶セルは、液晶性材料としてＺＬＩ−１６９５（Ｍｅｒｃｋ社製）を用い、液晶層厚５μｍにホモジニアス配向させた。セル界面のプレチルト角は２度であり、液晶セルのΔｎｄは３１０ｎｍであった。また、偏光板としては、住友化学工業社製ＳＱＷ−８６２を用いた。
その結果、ＣＲ＝８の良好な白黒表示が得られることがわかった。
【００７５】
［実施例４］
実施例１および実施例２でそれぞれ作成した正面リタデーション１１５ｎｍの光学フィルム１１および１３と、実施例３で液晶材料層の厚みを変えて作成したリタデーション２６５ｎｍの光学フィルム１２を用いて、広帯域λ／４板とし、反射板を有するＴＦＴ−半透過ＥＣＢ型液晶セルを組み合わせて、図７のような配置で液晶ディスプレイを作成した。この液晶セルは、液晶性材料としてＺＬＩ−１６９５（Ｍｅｒｃｋ社製）を用い、液晶層厚５μｍにホモジニアス配向させた。セル界面のプレチルト角は２度であり、液晶セルのΔｎｄは３１０ｎｍであった。また、偏光板としては、住友化学工業社製ＳＱＷ−８６２を用いた。
その結果、ＣＲ＝８の良好な白黒表示が得られることがわかった。また、実施例３と比較して、より広い視野角が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１で得られたアクリル化合物１の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
【図２】参考例２で得られたアクリル化合物２の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
【図３】参考例３で得られた側鎖型液晶性ポリアクリレート３の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
【図４】参考例４で得られた側鎖型液晶性ポリアクリレート４の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
【図５】参考例５で得られた２官能オキセタンモノマー５の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
【図６】実施例３で用いた液晶表示装置の軸配置を示す模式図である。
【図７】実施例４で用いた液晶表示装置の軸配置を示す模式図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
    The present inventionOptical film for liquid crystal display elementsAnd a display element on which the film is mounted.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development for applying liquid crystal materials to optical applications has been actively conducted, and liquid crystal films obtained by aligning liquid crystal materials into films have been put to practical use for liquid crystal display color compensation and viewing angle expansion applications. Has been.
Various methods are known for filming liquid crystal materials. For example, after forming a thin film of a liquid crystalline polymer material on a substrate having alignment ability, the liquid crystal is aligned by heating to a temperature of the glass transition point Tg or higher, and then the liquid crystal alignment is fixed by rapid cooling. A method for producing a liquid crystal film (for example, see Patent Document 1) can be mentioned. This method can be applied to both main-chain and side-chain liquid crystal polymer materials, but the main-chain liquid crystal polymer material having a high Tg increases the temperature at which the liquid crystal is aligned. There are problems such as an increase in size and a limited number of substrates having orientation ability. Further, the side chain type liquid crystalline polymer substance having a low Tg has a problem in the heat resistance of the liquid crystal film after preparation, and there is a drawback that the liquid crystal alignment is disturbed when the temperature is close to Tg.
[0003]
As another method, after encapsulating a liquid crystalline low-molecular substance having a reactive group in a liquid crystal cell provided with an alignment substrate, the liquid crystal is heated to the liquid crystal expression temperature to align the liquid crystal, and then this is subjected to external stimuli such as light and heat. A method of preparing a liquid crystal film by polymerizing and fixing liquid crystal alignment (for example, see Patent Document 2). In this method, since the liquid crystal to be aligned is a low-molecular substance, the temperature dependence of physical properties such as fluidity and birefringence is large, so it is difficult to control the parameters of the liquid crystal film after preparation, and the liquid crystal after polymerization is also on the side. Since the structure is similar to that of the chain-type liquid crystalline polymer substance, Tg is not sufficiently increased, and there are many problems in the heat resistance of the liquid crystal film.
[0004]
In addition, as a method for polymerizing and fixing liquid crystal alignment by external stimulation, after liquid crystal alignment of a mixture of a liquid crystalline polymer substance and a reactive low molecular substance, external stimulation is applied and reaction curing is performed (for example, Patent Documents) However, since the reaction between the reactive low molecular weight substance and the liquid crystalline polymeric substance does not proceed sufficiently, the Tg still does not rise to a sufficient extent, and the heat resistance of the liquid crystal film is improved. Often there are problems.
[0005]
In that respect, by directly introducing a reactive group into a liquid crystalline polymer substance having a relatively low Tg such as a side chain type, and reacting the reactive group by external stimulation such as light or heat after liquid crystal alignment, It can be said that the method of increasing Tg (for example, see Patent Document 4) is the most excellent. However, this method has a problem that it is difficult to synthesize a side chain type liquid crystalline polymer substance having a reactive group. For example, when a reactive group is introduced after a polymer structure is first constructed, the amount of reactive group introduced tends to be insufficient. On the other hand, in the method of synthesizing a side chain type liquid crystalline polymer substance having a reactive group by polymerizing one reactive group of a monomer having two reactive groups, the reactivity of the remaining reactive group is reduced. There is a problem that the reactive group needs to be lower than the reactive group to be reacted first, and the reaction of the reactive group after liquid crystal alignment tends to be insufficient.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-3-9321
[Patent Document 2]
JP-A-8-21915
[Patent Document 3]
JP-A-10-120640
[Patent Document 4]
JP 2000-319527 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention is a liquid crystal film excellent in heat resistance that solves the above-mentioned problemsOptical film for liquid crystal display device comprisingAnd the liquid crystal display element which mounts the said film is provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and is a side-chain liquid crystalline polymer obtained by polymerizing a novel compound having a reactive group excellent in reactivity at the time of fixing a liquid crystal alignment structure. A liquid crystal film excellent in heat resistance is produced by fixing the alignment state of the liquid crystal material using a liquid crystal material containing a liquid crystal.
[0009]
  That is, the first of the present invention is obtained by homopolymerizing the (meth) acrylic moiety of the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group represented by the formula (1) or copolymerizing with another (meth) acrylic compound. Using a liquid crystal material containing a side-chain liquid crystalline polymer substance, and fixing the alignment state of the liquid crystal materialOptical film for liquid crystal display device comprising the formed liquid crystal filmAbout.
[0010]
[Chemical formula 5]

(In formula (1), R₁Represents hydrogen or a methyl group, R₂Represents hydrogen, methyl group or ethyl group, L₁And L₂Each independently represents a single bond, —O—, —O—CO—, or —CO—O—, M represents Formula (2), Formula (3), or Formula (4), and n and m shows the integer of 0-10, respectively.
-P₁-L_Three-P₂-L_Four-P_Three-(2)
-P₁-L_Three-P_Three-(3)
-P_Three-(4)
In formula (2), formula (3) and formula (4), P₁And P₂Each independently represents a group selected from Formula (5);_ThreeRepresents a group selected from formula (6),
[Chemical 6]

[Chemical 7]

L_ThreeAnd L_FourEach independently represents a single bond, —CH═CH—, —C≡C—, —O—, —O—CO— or —CO—O—. )
[0011]
  A second aspect of the present invention is characterized in that the side-chain liquid crystalline polymer substance contains 5 to 100 mol% of a unit represented by the formula (7).Optical film for liquid crystal display elementAbout.
[Chemical 8]

(In formula (7), R₁, R₂, L₁, L₂, M, n and m are the same as in formula (1). )
[0012]
  A third aspect of the present invention is characterized in that the side chain type liquid crystalline polymer substance has a weight average molecular weight of 2,000 to 100,000.Optical film for liquid crystal display elementAbout.
  A fourth aspect of the present invention is characterized in that the side chain type liquid crystalline polymer substance is contained in the liquid crystal material at least 10% by mass or more.Optical film for liquid crystal display elementAbout.
  A fifth aspect of the present invention is characterized in that the liquid crystal material contains a photo cation generator and / or a thermal cation generator.Optical film for liquid crystal display elementAbout.
[0013]
  The sixth of the present invention isThe liquid crystal film isThe alignment state is fixed by spreading the liquid crystal material on an alignment substrate, aligning the liquid crystal material, and then performing light irradiation and / or heat treatment.The optical film for a liquid crystal display element, wherein the optical film is manufactured byAbout.
  The seventh aspect of the present invention is characterized in that the orientation state is a fixed one of a nematic orientation, a twisted nematic orientation, a cholesteric orientation, or a nematic hybrid orientation.Optical film for liquid crystal display elementAbout.
[0014]
  First of the present invention8Is a retardation film, a color compensation film, a viewing angle improving film, a circularly polarizing film, or an optical rotation filmOptical film for liquid crystal display elementAbout.
  First of the present invention9SaidFor liquid crystal display elementsThe present invention relates to a liquid crystal display element equipped with an optical film.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described in detail.
  The present invention relates to a side chain type liquid crystal obtained by homopolymerizing a (meth) acrylic moiety of a (meth) acrylic compound having an oxetanyl group represented by the formula (1) or copolymerizing with another (meth) acrylic compound. Using a liquid crystal material containing a functional polymer substance, and fixing the alignment state of the liquid crystal materialOptical film for liquid crystal display device comprising the formed liquid crystal filmIt is.
[0016]
[Chemical 9]

In the above formula (1), R₁Represents hydrogen or a methyl group, R₂Represents hydrogen, methyl group or ethyl group, L₁And L₂Each independently represents a single bond, —O—, —O—CO—, or —CO—O—, M represents Formula (2), Formula (3), or Formula (4), and n and m shows the integer of 0-10, respectively.
-P₁-L_Three-P₂-L_Four-P_Three-(2)
-P₁-L_Three-P_Three-(3)
-P_Three-(4)
[0017]
In formula (2), formula (3) and formula (4), P₁And P₂Each independently represents a group selected from Formula (5);_ThreeRepresents a group selected from Formula (6), and L_ThreeAnd L_FourEach independently represents a single bond, —CH═CH—, —C≡C—, —O—, —O—CO— or —CO—O—.
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[0018]
The (meth) acrylic compound having an oxetanyl group used in the present invention has a mesogenic portion composed of an aromatic ester and the like, a spacer portion composed of a hydrocarbon chain bonded thereto, a reactive oxetanyl group at one end, and the other end ( A compound comprising a (meth) acrylic group as a structural unit, and a polymer substance obtained by copolymerizing the (meth) acrylic group of this compound alone or with another (meth) acrylic compound exhibits liquid crystallinity. is there.
[0019]
First, each structural unit will be described.
The mesogenic moiety of the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group in the present invention is represented by “-L” in the formula (1).₁-ML₂-"And M is" -P ".₁-L_Three-P₂-L_Four-P_Three-"," -P₁-L_Three-P_Three-"Or" -P_Three-". The mesogen moiety is composed of 1 to 3 aromatic rings or cyclohexane rings via a direct bond (single bond), an ether bond (—O—) or an ester bond (—CO—O—), and a spacer moiety, oxetanyl. Group or a (meth) acryl group.
In formula (1), L₁, L₂, L_ThreeAnd L_FourEach independently represents a single bond (in this case, a group on both sides is directly bonded without a group represented by L), —CH═CH—, —C≡C—, —O. -, -O-CO- or -CO-O-₁And P₂Each independently represents any group selected from the above formula (5), and P_ThreeRepresents any group selected from the above formula (6).
[0020]
The mesogenic portion of the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group of the present invention can be arbitrarily selected from the various combinations described above, and a group having a structure represented by the following formula is particularly preferable. it can.
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[0021]
In formula (1), “— (CH₂)_n-"And"-(CH₂)_mThe spacer portion represented by “-” is a single bond (in this case, n or m means 0) or a divalent valence having 1 to 10 carbon atoms (that is, n or m is 1 to 10). It is a linear hydrocarbon group. When the target compound exhibits liquid crystallinity, the mesogen portion, the oxetanyl group portion, and the (meth) acryl group portion may be directly bonded (single bond) without a spacer portion, and may be an ether bond (—O—) or You may couple | bond together through an ester bond (-CO-O-). In general, if the spacer portion between the mesogenic portion and the (meth) acrylic group portion is too short, the temperature range in which liquid crystallinity is exhibited may be narrowed. In addition, when the spacer portion is long and has a long length, it may adversely affect the heat resistance of the liquid crystal film. From these facts, the carbon number of the spacer part between the mesogenic part and the (meth) acrylic group part is usually 1 to 8, preferably 2 to 6. Further, if the spacer portion between the mesogen portion and the oxetanyl group portion is too long, it may adversely affect the heat resistance when a liquid crystal film is formed. Therefore, the carbon number of the spacer portion between the mesogen portion and the oxetanyl group portion is usually 0 to 6, preferably 0 to 4. (Here, 0 carbon atoms refers to the case where the mesogen moiety and the oxetanyl group moiety are directly connected by a single bond)
[0022]
One end of the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group used in the present invention is a reactive oxetanyl group, and the other end is a (meth) acrylic group. By using a bifunctional monomer having both an oxetanyl group, which is a cationically polymerizable group, and a radically polymerizable or anionically polymerizable (meth) acrylic group, only the (meth) acrylic group is obtained by radical polymerization or anionic polymerization. Polymerization is possible, and a side chain liquid crystalline polymer substance having an oxetanyl group which is a cationic polymerizable group can be obtained. That is, by using an oxetanyl group, which has low reactivity as a polymerizable reactive group under conditions other than the cation, as a cationic polymerizable group, a (meth) acrylic group is first polymerized by radical polymerization or anionic polymerization to improve the side chain type liquid crystallinity. Synthesize molecular compounds. Since the side chain type liquid crystalline polymer compound has a low Tg as compared with the main chain type liquid crystalline polymer, it is easily oriented and can be easily oriented at a low temperature. After aligning the side chain type liquid crystalline polymer compound and then polymerizing (curing / crosslinking) the oxetanyl group in the presence of a cation, a liquid crystal film having increased Tg and improved heat resistance and mechanical strength is obtained. Can be created.
[0023]
The method for synthesizing the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group used in the present invention is not particularly limited, and can be synthesized by applying a method used in a general organic chemical synthesis method.
For example, by connecting a site having an oxetanyl group and a site having a (meth) acrylic group by means of Williamson's ether synthesis or ester synthesis using a condensing agent, two oxetanyl groups and (meth) acrylic groups can be obtained. A (meth) acrylic compound having an oxetanyl group having a reactive functional group can be synthesized.
As a specific example, the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group of the present invention can be synthesized by the following steps.
[0024]
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[0025]
In the above formula, abbreviations represent the following.
DCC: 1,3-dicyclohexylcarbodiimide
DMAP: 4, -dimethylaminopyridine
DCM: dichloromethane
PPTS: pyridinium-p-toluenesulfonic acid
THF: tetrahydrofuran
DMF: Dimethylformamide
BHT: 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol
[0026]
In the present invention, the (meth) acrylic group of the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group represented by the formula (1) is homopolymerized or copolymerized with another (meth) acrylic compound to obtain the following formula (7) A side-chain liquid crystalline polymer substance containing a unit represented by
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[0027]
The side chain type liquid crystalline polymer substance containing a unit represented by the formula (7) is a radical polymerization or anion of a (meth) acrylic group portion of a (meth) acrylic compound having an oxetanyl group represented by the formula (1). It can be easily synthesized by polymerization alone or by copolymerization with other (meth) acrylic compounds. Polymerization conditions are not particularly limited, and normal conditions can be employed.
[0028]
For example, as an example of radical polymerization, a (meth) acrylic compound is dissolved in a solvent such as dimethylformamide (DMF), and 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide (BPO), etc. are started. Examples of the agent include a method of reacting at 80 to 90 ° C. for several hours. In order to make the liquid crystal phase appear stably, it is also effective to control the molecular weight distribution by performing living radical polymerization using a copper (I) bromide / 2,2′-bipyridyl system or a TEMPO system as an initiator. is there. These radical polymerizations must be carried out strictly under deoxygenation conditions.
[0029]
Examples of anionic polymerization include a method in which a (meth) acrylic compound is dissolved in a solvent such as tetrahydrofuran (THF) and reacted with a strong base such as an organic lithium compound, an organic sodium compound, or a Grignard reagent as an initiator. In addition, the molecular weight distribution can be controlled by optimizing the initiator and the reaction temperature for living anionic polymerization. These anionic polymerizations must be performed strictly under dehydration and deoxygenation conditions.
[0030]
In addition, the (meth) acryl compound to be copolymerized at this time is not particularly limited and may be anything as long as the synthesized polymer substance exhibits liquid crystallinity, but in order to increase the liquid crystallinity of the synthesized polymer substance, A (meth) acrylic compound having a mesogenic group is preferred. A (meth) acrylic compound represented by the following formula is particularly preferred.
[0031]
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[0032]
The side chain type liquid crystalline polymer substance preferably contains 5 to 100 mol% of the unit represented by the formula (7), and particularly preferably contains 10 to 100 mol%. The side chain type liquid crystalline polymer substance preferably has a weight average molecular weight of 2,000 to 100,000, particularly preferably 5,000 to 50,000.
[0033]
Next, a liquid crystal material containing the side chain type liquid crystalline polymer substance of the present invention will be described.
The liquid crystal material used in the present invention is a polymer liquid crystal composition containing at least 10% by mass, preferably 30% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more of the side chain type liquid crystalline polymer substance. If the content of the side chain type liquid crystalline polymer substance is less than 10% by mass, the concentration of the polymerizable group in the composition becomes low, and the mechanical strength after polymerization becomes insufficient.
[0034]
The liquid crystal material used in the present invention may contain various compounds that can be mixed without impairing liquid crystallinity, in addition to the side-chain liquid crystalline polymer substance. Examples of the compound that can be contained include compounds having a cation polymerizable functional group such as oxetanyl group, epoxy group, vinyl ether group, various polymer materials having film forming ability, nematic liquid crystal property, cholesteric liquid crystal property, or discotic liquid crystal material. Examples include various low-molecular liquid crystalline compounds and high-molecular liquid crystalline compounds that exhibit properties. Various optically active compounds can be blended with or without liquid crystallinity for the purpose of exhibiting cholesteric liquid crystallinity in the polymer liquid crystal composition of the present invention.
[0035]
After the liquid crystal material is subjected to an alignment treatment, the liquid crystal state is fixed by crosslinking the oxetanyl group by cationic polymerization. Thereby, the heat resistance of a liquid crystal film improves. Therefore, in order to easily and rapidly proceed cationic polymerization, it is preferable that the liquid crystal material contains a photocation generator and / or a thermal cation generator that generates cations by external stimuli such as light and heat. If necessary, various sensitizers may be used in combination.
[0036]
The photo cation generator means a compound capable of generating a cation by irradiating with light having an appropriate wavelength, and examples thereof include organic sulfonium salt systems, iodonium salt systems, and phosphonium salt systems. Antimonates, phosphates, borates and the like are preferably used as counter ions of these compounds. Specific compounds include Ar_ThreeS⁺SbF₆ ^-, Ar_ThreeP⁺BF_Four ^-, Ar₂I⁺PF₆ ^-(Wherein Ar represents a phenyl group or a substituted phenyl group). In addition, sulfonate esters, triazines, diazomethanes, β-ketosulfone, iminosulfonate, benzoinsulfonate, and the like can also be used.
[0037]
The thermal cation generator is a compound capable of generating a cation when heated to an appropriate temperature, for example, benzylsulfonium salts, benzylammonium salts, benzylpyridinium salts, benzylphosphonium salts, hydrazinium salts, carboxylic acid esters, Examples thereof include sulfonic acid esters, amine imides, antimony pentachloride-acetyl chloride complexes, diaryliodonium salts-dibenzyloxycopper, and boron halide-tertiary amine adducts.
[0038]
The amount of these cation generators added to the liquid crystal material varies depending on the structure of the mesogenic part and spacer part, the oxetanyl group equivalent, the alignment condition of the liquid crystal, etc. constituting the side chain type liquid crystalline polymer material to be used. Although it cannot be said, it is usually 100 mass ppm to 20 mass%, preferably 1000 mass ppm to 10 mass%, more preferably 0.2 mass% to 7 mass%, most preferably based on the side chain type liquid crystalline polymer substance. Is in the range of 0.5% to 5% by weight. If the amount is less than 100 mass ppm, the amount of cations generated may not be sufficient and polymerization may not proceed. If the amount is more than 20 mass%, the remaining cation generator remains in the liquid crystal film. It is not preferable because there is a risk that the light resistance and the like may deteriorate due to an increase in the number of objects.
[0039]
Next, a method for producing a liquid crystal film using the liquid crystal material (polymer liquid crystal composition) of the present invention will be described. The method for producing the liquid crystal film is not limited to these, but after the liquid crystal material is spread on the alignment substrate and the liquid crystal material is aligned, the alignment state is obtained by light irradiation and / or heat treatment. It can be manufactured by immobilization.
[0040]
First, the liquid crystal material of the present invention is developed on an alignment substrate, and the liquid crystal material is aligned. Examples of the alignment substrate include films of polyimide, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyether ketone, polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyarylate, triacetyl cellulose, and the like. Depending on the manufacturing method, these films exhibit sufficient alignment ability for the liquid crystal material and can be used as an alignment substrate as they are, but many operations such as rubbing, stretching, irradiation with polarized light, irradiation with oblique light, etc. Is used to develop or enhance the orientation ability. In addition, a known alignment film such as polyimide, polyvinyl ether, or polyvinyl cinnamate is provided on these substrate films, and alignment ability can be expressed by performing operations such as rubbing, stretching, polarized light irradiation, oblique light irradiation, etc. it can.
[0041]
As an alignment substrate, it is not optically isotropic, or the liquid crystal film to be obtained is finally opaque in the intended wavelength range of use, or the alignment substrate is too thick, causing problems in actual use, etc. When there is a problem, from the form formed on the alignment substrate, optically isotropic, or the liquid crystal film obtained is transparent in the intended use wavelength region, or the liquid crystal film is used as a liquid crystal cell, etc. It is also possible to use a form transferred to a film for temporary support until bonding. As a transfer method, a known method can be adopted. For example, as described in JP-A-4-57017 and JP-A-5-333313, a liquid crystal film layer is laminated on a substrate different from the alignment substrate via an adhesive or an adhesive, and then if necessary. Examples thereof include a method of transferring only the liquid crystal film by performing a surface curing treatment using an adhesive or an adhesive and peeling the alignment substrate from the laminate.
[0042]
Examples of the substrate different from the alignment substrate include triacetyl cellulose films such as Fujitac (product of Fuji Photo Film), Konicatak (product of Konica), TPX film (product of Mitsui Chemicals), Arton film (product of JSR) And transparent films such as ZEONEX film (product of Nippon Zeon) and acrylprene film (product of Mitsubishi Rayon), polyethylene terephthalate film subjected to silicon treatment, and provided with an easy-release layer on the surface. If necessary, it can be directly transferred to a polarizing film.
The pressure-sensitive adhesive or adhesive used for transfer is not particularly limited as long as it is of optical grade, and generally used ones such as acrylic, epoxy, and urethane can be used.
[0043]
The liquid crystal material is spread on the alignment substrate to form the liquid crystal material layer. The liquid crystal material is applied directly on the alignment substrate in a molten state, or the liquid crystal material solution is applied on the alignment substrate, and then the coating film is applied. And drying the solvent to distill off the solvent.
The solvent used for preparing the solution is not particularly limited as long as it can dissolve the liquid crystal material of the present invention and can be distilled off under appropriate conditions. Generally, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and isophorone, butoxyethyl alcohol, Ether alcohols such as hexyloxyethyl alcohol and methoxy-2-propanol, glycol ethers such as ethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol dimethyl ether, esters such as ethyl acetate and ethyl lactate, phenols such as phenol and chlorophenol, N, N -Amides such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, halogens such as chloroform, tetrachloroethane, dichlorobenzene and the like, and mixed systems thereof are preferable. It is needed. Further, in order to form a uniform coating film on the alignment substrate, a surfactant, an antifoaming agent, a leveling agent, or the like may be added to the solution.
[0044]
Regardless of the method of directly applying the liquid crystal material or the method of applying the solution, the application method is not particularly limited as long as the uniformity of the coating film is ensured, and a known method may be adopted. it can. Examples thereof include spin coating, die coating, curtain coating, dip coating, and roll coating.
In the method of applying a liquid crystal material solution, it is preferable to include a drying step for removing the solvent after the application. As long as the uniformity of a coating film is maintained, this drying process can employ | adopt a well-known method, without being specifically limited. For example, a method such as a heater (furnace) or hot air blowing may be used.
[0045]
Subsequently, the liquid crystal material layer formed on the alignment substrate is liquid crystal aligned by a method such as heat treatment, and is cured and fixed by light irradiation and / or heat treatment. In the first heat treatment, the liquid crystal is aligned by the self-alignment ability inherent in the liquid crystal material by heating to the liquid crystal expression temperature range of the liquid crystal material used. As conditions for the heat treatment, the optimum conditions and limit values differ depending on the liquid crystal phase behavior temperature (transition temperature) of the liquid crystal material to be used. It is preferable that the heat treatment be performed at a temperature equal to or higher than the Tg of the liquid crystal material, more preferably at a temperature higher by 10 ° C. than the Tg. If the temperature is too low, the liquid crystal alignment may not proceed sufficiently, and if the temperature is high, the cationic polymerizable reactive group in the liquid crystal material and the alignment substrate may be adversely affected. Moreover, about heat processing time, it is 3 seconds-30 minutes normally, Preferably it is the range of 10 seconds-10 minutes. If the heat treatment time is shorter than 3 seconds, the liquid crystal alignment may not be completed sufficiently, and if the heat treatment time exceeds 30 minutes, the productivity is deteriorated.
[0046]
After the liquid crystal material layer is formed into a liquid crystal alignment by a method such as heat treatment, the liquid crystal material is cured by a polymerization reaction of a cationic polymerizable reactive group in the composition while maintaining the liquid crystal alignment state. The curing step is aimed at fixing the liquid crystal alignment state of the completed liquid crystal alignment by a curing (crosslinking) reaction and modifying it into a stronger film.
[0047]
Since the liquid crystal material of the present invention has a cationic polymerizable reactive group, it is preferable to use a cationic polymerization initiator (cation generator) for the polymerization (crosslinking) of the reactive group as described above. As the polymerization initiator, it is preferable to use a photo cation generator rather than a thermal cation generator.
When a photo cation generator is used, the liquid crystal material can be obtained by adding the photo cation generator to the heat treatment for aligning the liquid crystal under dark conditions (light blocking conditions that do not cause the photo cation generator to dissociate). The liquid crystal can be aligned with sufficient fluidity without curing until the alignment stage. Thereafter, the liquid crystal material layer is cured by generating cations by irradiating light from a light source that emits light of an appropriate wavelength.
[0048]
As a light irradiation method, light from a light source such as a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a xenon lamp, an arc lamp, or a laser having a spectrum in the absorption wavelength region of the photocation generator to be used is used. Cleave the generator. The dose per square centimeter is usually in the range of 1 to 2000 mJ, preferably 10 to 1000 mJ, as the cumulative dose. However, this is not the case when the absorption region of the photocation generator and the spectrum of the light source are significantly different, or when the liquid crystal material itself has the ability to absorb the light source wavelength. In these cases, it is possible to adopt a method such as using a suitable photosensitizer or a mixture of two or more photocation generators having different absorption wavelengths.
The temperature at the time of light irradiation needs to be within a temperature range in which the liquid crystal material takes liquid crystal alignment. In order to sufficiently enhance the curing effect, it is preferable to perform light irradiation at a temperature equal to or higher than Tg of the liquid crystal material.
[0049]
The liquid crystal material layer produced by the above process is a sufficiently strong film. Specifically, the mesogens are three-dimensionally bonded by the curing reaction, and not only the heat resistance (the upper limit temperature for maintaining the liquid crystal alignment) is improved as compared to before curing, but also scratch resistance, abrasion resistance, crack resistance. The mechanical strength such as property is also greatly improved. The present invention is industrially significant in the sense that it provides a method capable of simultaneously achieving the conflicting objectives of easily controlling the precise alignment of liquid crystal alignment and improving the thermal and mechanical strength.
[0050]
The liquid crystal material layer in which the liquid crystal alignment is fixed is transferred to the transparent substrate film or the like that is formed on the alignment substrate (alignment substrate / (alignment film) / liquid crystal film). It can be used as an optical film in the form (transparent substrate film / liquid crystal film) or liquid crystal film single layer form (liquid crystal film).
[0051]
By appropriately selecting the structure of the side chain type liquid crystalline polymer substance or other compound that is a component of the liquid crystal material, the liquid crystal alignment state that the liquid crystal material layer of the present invention can take can be controlled. The liquid crystal material layer of the present invention includes, for example, nematic alignment, twisted nematic alignment, cholesteric alignment, nematic hybrid alignment, smectic alignment, and smectic C.^*The orientation can be taken, and an optical film in which each orientation is fixed can be produced.
[0052]
The liquid crystal film of the present invention can be particularly suitably used as an optical film, and is mounted on a liquid crystal display element. The optical film has various uses depending on its orientation structure, and is particularly preferably used as a retardation film, a color compensation film, a viewing angle improving film, a circularly polarizing film, and an optical rotation film.
For example, an optical film in which nematic orientation or twisted nematic orientation is fixed functions as a retardation film, and can be used as a compensation plate for transmission or reflection type liquid crystal display devices such as STN type, TN type, OCB type, and HAN type. Cholesteric orientation or smectic C^*The optical film in which the orientation is fixed can be used for a polarizing reflection film for improving brightness, a reflective color filter, various decorative films that take advantage of color change depending on the viewing angle of reflected light caused by selective reflection, and the like. A film having a fixed smectic orientation can be used as a diffraction film. A film in which the nematic hybrid orientation is fixed can be used as a retardation film or a wave plate by utilizing retardation when viewed from the front. By utilizing the asymmetry of the viewing angle dependency of retardation, a TN liquid crystal display device It can be used as a viewing angle improvement film.
[0053]
【The invention's effect】
Using a liquid crystal material containing a side chain type liquid crystalline polymer obtained by polymerizing a (meth) acrylic compound having a novel oxetanyl group, it has excellent heat resistance by fixing the alignment state of the liquid crystal material, A liquid crystal film having high hardness and excellent mechanical strength is obtained, and is useful as an optical film for various liquid crystal display elements.
[0054]
【Example】
  EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
  In addition, each analysis method used in the Example is as follows.
(1)¹H-NMR measurement
  Dissolve the compound in deuterated chloroform and add 400MHz¹It was measured by H-NMR (JNM-GX400 manufactured by JEOL Ltd.).
(2) GPC measurement
  The compound was dissolved in tetrahydrofuran, TSK-GEL SuperH1000, SuperH2000, SuperH3000, and SuperH4000 were connected in series with an 8020 GPC system manufactured by Tosoh Corporation, and measurement was performed using tetrahydrofuran as an eluent. Polystyrene standards were used for molecular weight calibration.
(3) Observation of phase behavior
  The phase behavior was observed with a BH2 polarizing microscope manufactured by Olympus Optics while heating the sample on a hot stage manufactured by Mettler.
  The phase transition temperature was measured with a differential scanning calorimeter DSC7 manufactured by Perkin-Elmer.
(4) Parameter measurement of liquid crystal film
  The retardation measurement of nematic orientation isOji measuring instrumentKOBRA manufactured by the company was used.
[0055]
[Reference Example 1]
Synthesis of acrylic compound 1 with oxetanyl group
According to Scheme 1, acrylic compound 1 having an oxetanyl group was synthesized using 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane (trade name OXT-101, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) as a raw material.
Of acrylic compound 1¹The H-NMR spectrum is shown in FIG. In the drawing, x represents an impurity.
[0056]
Embedded image

[0057]
[Reference Example 2]
Synthesis of acrylic compound 2 without oxetanyl group
According to Scheme 2, acrylic compound 2 having no oxetanyl group was synthesized. Of acrylic compound 2¹The H-NMR spectrum is shown in FIG.
[0058]
Embedded image

[0059]
[Reference Example 3]
Synthesis of side-chain liquid crystalline polyacrylate 3 with oxetanyl group
From 1 part (molar ratio) of acrylic compound 1 having an oxetanyl group and 9 parts (molar ratio) of acrylic compound 2 having no oxetanyl group, 2,2′-azobisisobutyronitrile is used as an initiator and DMF A side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 having an oxetanyl group was synthesized by radical polymerization under nitrogen at 90 ° C. for 6 hours as a solvent, reprecipitation in methanol and purification. Of side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 having oxetanyl group¹The H-NMR spectrum is shown in FIG.
The weight average molecular weight of the polymer 3 measured by GPC was 9,700. From the DSC measurement, Tg was 79 ° C. From the Mettler observation, it was confirmed that the liquid crystal phase was developed at a temperature of Tg or higher, the smectic nematic transition temperature was 109 ° C., and the nematic isotropic transition temperature was 250 ° C. or higher.
[0060]
[Reference Example 4]
Synthesis of side-chain liquid crystalline polyacrylate 4 without oxetanyl group
Acrylic compound 2 having no oxetanyl group was subjected to radical polymerization at 90 ° C. for 6 hours under nitrogen using 2,2′-azobisisobutyronitrile as an initiator and DMF as a solvent, and reprecipitated in methanol. By purifying, side chain type liquid crystalline polyacrylate 4 having no oxetanyl group was synthesized. Of side chain type liquid crystalline polyacrylate 4 having no oxetanyl group¹The H-NMR spectrum is shown in FIG.
The weight average molecular weight of the polymer 4 measured by GPC was 6,600. From the DSC measurement, Tg was 74 ° C. From the Mettler observation, it was confirmed that a nematic phase was developed at a temperature of Tg or higher and the nematic isotropic transition temperature was 250 ° C. or higher.
[0061]
[Reference Example 5]
Synthesis of bifunctional oxetane monomer 5
According to Scheme 3, a bifunctional oxetane monomer 5 was synthesized. Of bifunctional oxetane monomer 5¹The H-NMR spectrum is shown in FIG.
From DSC measurement and Mettler observation, it was found that the phase behavior of crystal-69 ° C.-nematic phase-95 ° C.-isotropic phase was taken.
[0062]
Embedded image

[0063]
[Example 1]
Preparation of liquid crystal film using side-chain liquid crystalline polyacrylate 3 with oxetanyl group
1.0 g of the side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 having an oxetanyl group synthesized in Reference Example 3 was dissolved in 9 ml of cyclohexane, and triallylsulfonium hexafluoroantimonate 50% propylene carbonate solution (Aldrich) in the dark. (Manufactured, reagent) 0.05 g was added, and the insoluble matter was filtered through a polytetrafluoroethylene filter having a pore size of 0.45 μm to prepare a solution of a liquid crystal material.
This solution was applied on a polyethylene naphthalate film Theonex Q-51 (manufactured by Teijin Ltd.) having a thickness of 50 μm whose surface was rubbed with a rayon cloth using a spin coating method, and then dried on a hot plate at 60 ° C. I let you. While heating the liquid crystal material layer on the obtained polyethylene naphthalate film to 150 ° C., an integrated irradiation dose of 450 mJ / cm with a high-pressure mercury lamp in an air atmosphere²After being irradiated with UV light, a liquid crystal material layer cured by cooling was obtained.
[0064]
Since the polyethylene terephthalate film used as the substrate has a large birefringence and is not preferable as an optical film, the obtained film is triacetylcellulose (TAC) via an ultraviolet curable adhesive UV-1394 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.). The film was transferred to a film to obtain an optical film. That is, UV-1394 is applied on the cured liquid crystal material layer on the polyethylene naphthalate film to a thickness of 5 μm, laminated with a TAC film, and 400 mJ / cm from the TAC film side.²After the ultraviolet light was irradiated to cure the adhesive, the polyethylene naphthalate film was peeled off.
[0065]
When the obtained optical film was observed under a polarizing microscope, a monodomain uniform nematic liquid crystal alignment without disclination was observed, and the retardation was 115 nm. Furthermore, only the liquid crystal material portion of the optical film was scraped, and the glass transition point was measured using DSC. The Tg was 95 ° C. Moreover, the pencil hardness of the liquid crystal material layer surface of the film was about 2H, and a sufficiently strong film was obtained.
[0066]
This film is affixed to a 2 mm thick blue plate glass with a non-carrier adhesive, and the rubbing axis of the liquid crystal and the absorption axis of the polarizing plate are made to coincide with each other to obtain a polarizing plate (SQW-862 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.). Pasted. When this sample was observed on a backlight through a polarizing plate, it was a uniform film. This sample was allowed to elapse for 24 hours in a constant temperature bath at 80 ° C., and then taken out and observed in the same manner. As a result, there was no particular change, and no disorder in the liquid crystal alignment was observed.
Thus, it was found that by using the side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 having an oxetanyl group, a film having excellent liquid crystal alignment and excellent in thermal stability and strength after fixing the liquid crystal alignment can be produced. It was.
[0067]
[Comparative Example 1]
Preparation of liquid crystal film using side chain type liquid crystalline polyacrylate 4
1 g of the side chain type liquid crystalline polyacrylate 4 synthesized in Reference Example 4 was dissolved in 9 ml of cyclohexane, and the insoluble matter was filtered through a polytetrafluoroethylene filter having a pore diameter of 0.45 μm to prepare a solution of the liquid crystal material.
This solution was applied to a polyethylene naphthalate film Teonex Q-51 (Teijin Co., Ltd.) having a thickness of 50 μm whose surface was rubbed with a rayon cloth using a spin coating method, and then dried on a hot plate at 60 ° C. I let you. The liquid crystal material layer on the obtained polyethylene naphthalate film was heated at 150 ° C. for 5 minutes and rapidly cooled to room temperature to obtain a liquid crystal material layer.
[0068]
Since the polyethylene terephthalate film used as a substrate has a large birefringence and is not preferable as an optical film, the obtained film is transferred to a TAC film via an ultraviolet curable adhesive UV-1394 (manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) and optical A film was obtained. That is, UV-1394 is applied on the cured liquid crystal material layer on the polyethylene naphthalate film to a thickness of 5 μm, laminated with a TAC film, and 400 mJ / cm from the TAC film side.²After the ultraviolet light was irradiated to cure the adhesive, the polyethylene naphthalate film was peeled off.
[0069]
When the obtained optical film was observed under a polarizing microscope, a monodomain uniform nematic liquid crystal alignment without disclination was observed, and the retardation was 100 nm. However, only the liquid crystal material portion of the optical film was scraped, and the glass transition point was measured using DSC. The Tg was as low as 80 ° C., and the pencil hardness on the surface of the liquid crystal material layer of the film was about B. Was soft.
This film is affixed to a 2 mm thick blue plate glass with a non-carrier adhesive, and the rubbing axis of the liquid crystal and the absorption axis of the polarizing plate are made to coincide with each other to obtain a polarizing plate (SQW-862 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.). Pasted. When this sample was observed on a backlight through a polarizing plate, it was a uniform film. When this sample was allowed to pass for 24 hours in an 80 ° C. constant temperature bath and taken out, the same observation was performed. As a result, white spots were generated in the peripheral portion due to disorder of liquid crystal alignment.
[0070]
[Example 2]
Liquid crystal film using side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 having oxetanyl group Create
0.8 g of the side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 having an oxetanyl group synthesized in Reference Example 3 and 0.2 g of the bifunctional oxetane monomer 5 synthesized in Reference Example 5 were dissolved in 9 ml of cyclohexane, and dark place was obtained. And then adding 0.05 g of a triallylsulfonium hexafluoroantimonate 50% propylene carbonate solution (manufactured by Aldrich Co., Ltd., reagent), and then filtering insolubles with a polytetrafluoroethylene filter having a pore size of 0.45 μm to obtain a liquid crystal material A solution of was prepared.
This solution was applied onto a 100 μm-thick polyimide film Kapton (manufactured by DuPont) whose surface was rubbed with a rayon cloth, and dried on a hot plate at 60 ° C. after the application. While heating the liquid crystal material layer on the obtained polyimide film to 150 ° C., an integrated irradiation amount of 450 mJ / cm with a high-pressure mercury lamp in an air atmosphere.²After being irradiated with UV light, a liquid crystal material layer cured by cooling was obtained.
[0071]
Since the polyimide film used as a substrate is brown and is not preferable as an optical film, the obtained film is transferred to a TAC film via an ultraviolet curable adhesive UV-1394 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.) to obtain an optical film. It was. That is, UV-1394 is applied to a thickness of 5 μm on the cured liquid crystal material layer on the polyimide film, laminated with a TAC film, and 400 mJ / cm from the TAC film side.²After the ultraviolet light was irradiated to cure the adhesive, the polyimide film was peeled off.
[0072]
When the obtained optical film was observed under a polarization microscope, a monodomain uniform nematic hybrid liquid crystal alignment without disclination was observed, and the retardation when viewed from the front was 115 nm. In addition, the retardation when viewed from a position tilted 40 ° from the vertical along the rubbing axis is 141 nm, and the retardation when viewed from a position −40 ° tilted oppositely is 53 nm, and the retardation is asymmetric at any angle. Since the point which becomes 0 nm did not exist, it turns out that this film has taken the nematic hybrid orientation structure.
Furthermore, when only the liquid crystal material portion of the optical film was scraped and the glass transition point was measured using DSC, Tg was not observed.
[0073]
This film is affixed to a 2 mm-thick blue plate glass with a non-carrier adhesive, and the rubbing axis of the liquid crystal and the absorption axis of the polarizing plate are made to coincide with each other to obtain a polarizing plate (SQW-862 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.). Pasted. When this sample was observed on a backlight through a polarizing plate, it was a uniform film. This sample was allowed to elapse for 24 hours in a constant temperature bath at 80 ° C., and then taken out and observed in the same manner. As a result, there was no particular change, and no disorder in the liquid crystal alignment was observed.
Moreover, the pencil hardness of the liquid crystal material layer surface of the film was about 2H, and a sufficiently strong film was obtained. Thus, it was found that by using the side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 having an oxetanyl group, a film having excellent liquid crystal alignment and excellent in thermal stability and strength after fixing the liquid crystal alignment can be produced. It was.
[0074]
[Example 3]
A transflective TFT having a reflection plate with a broadband λ / 4 plate using the optical film 11 having a retardation of 115 nm prepared in Example 1 and the optical film 12 having a retardation of 265 nm similarly prepared by changing the thickness of the liquid crystal material layer -A liquid crystal display was produced by combining the TNECB type liquid crystal cells as shown in FIG. In this liquid crystal cell, ZLI-1695 (manufactured by Merck) was used as a liquid crystalline material, and the liquid crystal layer was homogeneously aligned with a thickness of 5 μm. The pretilt angle at the cell interface was 2 degrees, and the Δnd of the liquid crystal cell was 310 nm. Further, SQW-862 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was used as the polarizing plate.
As a result, it was found that a good monochrome display with CR = 8 was obtained.
[0075]
[Example 4]
Using the optical films 11 and 13 having a front retardation of 115 nm prepared in Example 1 and Example 2 and the optical film 12 having a retardation of 265 nm prepared by changing the thickness of the liquid crystal material layer in Example 3, respectively, a broadband λ / 4 A TFT-semi-transmissive ECB type liquid crystal cell having a reflection plate as a plate was combined to prepare a liquid crystal display with an arrangement as shown in FIG. In this liquid crystal cell, ZLI-1695 (manufactured by Merck) was used as a liquid crystalline material, and the liquid crystal layer was homogeneously aligned with a thickness of 5 μm. The pretilt angle at the cell interface was 2 degrees, and the Δnd of the liquid crystal cell was 310 nm. Further, SQW-862 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was used as the polarizing plate.
As a result, it was found that a good monochrome display with CR = 8 was obtained. It was also found that a wider viewing angle can be obtained as compared with Example 3.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the acrylic compound 1 obtained in Reference Example 1.¹H-NMR spectrum is shown.
FIG. 2 shows the acrylic compound 2 obtained in Reference Example 2.¹H-NMR spectrum is shown.
FIG. 3 shows the side chain type liquid crystalline polyacrylate 3 obtained in Reference Example 3.¹H-NMR spectrum is shown.
FIG. 4 shows the side chain type liquid crystalline polyacrylate 4 obtained in Reference Example 4.¹H-NMR spectrum is shown.
FIG. 5 shows the bifunctional oxetane monomer 5 obtained in Reference Example 5.¹H-NMR spectrum is shown.
6 is a schematic diagram showing an axial arrangement of a liquid crystal display device used in Example 3. FIG.
7 is a schematic diagram showing an axial arrangement of a liquid crystal display device used in Example 4. FIG.

Claims (9)

Side-chain liquid crystalline polymer obtained by homopolymerizing the (meth) acrylic moiety of the (meth) acrylic compound having an oxetanyl group represented by the formula (1) or copolymerizing with another (meth) acrylic compound An optical film for a liquid crystal display element comprising a liquid crystal film formed by using a liquid crystal material containing a liquid crystal material and fixing an alignment state of the liquid crystal material.

(In Formula (1), R ₁ represents hydrogen or a methyl group, R ₂ represents hydrogen, a methyl group, or an ethyl group, and L ₁ and L ₂ are each independently a single bond, —O—, —O—CO, -Represents either-or -CO-O-, M represents Formula (2), Formula (3) or Formula (4), and n and m each represent an integer of 0 to 10.
-P ₁ -L ₃ -P ₂ -L ₄ -P _3- (2)
-P ₁ -L ₃ -P _3- (3)
-P _3- (4)
In Formula (2), Formula (3) and Formula (4), P ₁ and P ₂ each independently represent a group selected from Formula (5), P ₃ represents a group selected from Formula (6),

L ₃ and L ₄ each independently represents a single bond, —CH═CH—, —C≡C—, —O—, —O—CO— or —CO—O—. ) The optical film for a liquid crystal display element according to claim 1, wherein the side chain type liquid crystalline polymer substance contains 5 to 100 mol% of a unit represented by the formula (7).

(In formula (7), R ₁ , R ₂ , L ₁ , L ₂ , M, n and m are the same as in formula (1).) 2. The optical film for a liquid crystal display element according to claim 1, wherein the side chain type liquid crystalline polymer substance has a weight average molecular weight of 2,000 to 100,000. 2. The optical film for a liquid crystal display element according to claim 1, wherein the side chain type liquid crystalline polymer substance is contained in the liquid crystal material at least 10% by mass or more. 2. The optical film for a liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal material contains a photo cation generator and / or a thermal cation generator. The liquid crystal film is manufactured by spreading the liquid crystal material on an alignment substrate, aligning the liquid crystal material, and then fixing the alignment state by light irradiation and / or heat treatment. The optical film for a liquid crystal display element according to claim 1 . The optical film for a liquid crystal display element according to claim 6, wherein the alignment state is a fixed one of nematic alignment, twisted nematic alignment, cholesteric alignment, or nematic hybrid alignment. The optical film for a liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 7, which is any one of a retardation film, a color compensation film, a viewing angle improving film, a circularly polarizing film, and an optical rotation film. The liquid crystal display element which mounts the optical film for liquid crystal display elements in any one of Claims 1-8 .

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