JP4523406B2 - 光学補償シート及び光学異方性層の作製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、新規な光学補償シート、および光学異方性層の製造方法の技術分野に属する。
光学補償シートは、画像着色を解消したり、視野角を拡大するために、様々な液晶表示装置で用いられている。従来、光学補償シートとしては、延伸複屈折フイルムが使用されている。また、近年、延伸複屈折フイルムに代えて、透明支持体上にディスコティック液晶性化合物からなる光学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。
この光学異方性層は、通常、ディスコティック液晶性化合物を含むディスコティック液晶組成物を配向膜の上に塗布し、配向温度よりも高い温度で加熱してディスコティック液晶性化合物を配向させ、その配向状態を固定することにより形成される。一般に、ディスコティック液晶性化合物は、大きな複屈折率を有するとともに、多様な配向形態がある。ディスコティック液晶性化合物を用いることで、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実現することが可能になった。特に、透明支持体との距離に伴って傾斜角が変化するように配向(ハイブリッド配向)させた光学異方性層を有する光学補償シートは、TN(Twisted Nematic)モードやOCB(Optically Compensatory Bend)モードの液晶表示装置の視野角の拡大に有用である。例えば、5〜50度の傾斜角で配向させたトリフェニレン液晶からなる光学異方性層を有する光学補償シートが提案されている(例えば、米国特許第5,583,679号明細書、米国特許第5,646,703号明細書)。また、欧州特許第1054049A1号明細書には、メラミンと置換安息香酸からなるカラムナー錯体を含む光学補償体が開示されている。
一方、ディスコティック液晶性化合物は、多様な配向形態があるため、所望の光学特性を発現させるためには、光学異方性層におけるディスコティック液晶性化合物の配向を制御する必要がある。例えば、特開平11−352328号公報の9〜21ページには、ディスコティック液晶性化合物に、セルロース低級脂肪酸エステル、含フッ素界面活性剤または1,3,5−トリアジン環を有する化合物を添加することにより、ディスコティック液晶性化合物を平均傾斜角が5度未満の水平状態に配向制御可能であることが記載されている。特開2001−330725号公報には、フッ素置換アルキル基と親水基(スルホ基が連結基を介してベンゼン環に結合した)を有する化合物を、層中におけるディスコティック液晶化合物のチルト角を制御するために、光学異方性層に添加した光学補償シートが開示されている。特開2002−20363号公報には、疎水性排除体積効果化合物を光学異方性層に添加して、液晶性化合物の配向を制御することが記載されている。しかし、本発明者がこれらの光学補償シートを実際に使用してみたところ、偏光板の斜め方向からの光漏れが認められ、視野角が充分に(理論的に期待される程度まで)拡大しなかったり、光学補償機能が十分ではなかった。光学補償機能が不十分になる理由の一つとして液晶性化合物の傾斜角が充分に確保できないことがある。ディスコティック液晶化合物のハイブリッド配向を促進可能な化合物は未だ開示されていない。
液晶性化合物の配向を制御する他の方法として、配向膜(界面処理)を用いる方法が知られている。しかし配向膜の規制力だけでは、液晶性化合物を配向膜界面から空気界面まで均一に配向(モノドメイン配向)させることが難しく、シュリーレンなどの欠陥が残りやすい。特に、生産性を向上させるために熟成時間を短縮すると、シュリーレン欠陥の発生が顕著になる。光学異方性層にシュリーレン欠陥が生じると光散乱が起こり、光学特性を損なうという問題がある。
米国特許第5995184号(特開2000−105315号)には、基板を提供し;基板に液晶配向層を設け;前記配向層に重合可能な液晶材料の薄膜を設けて該薄膜の自由表面が液晶と空気との界面を構成するようにし、該液晶材料は該液晶と空気との界面における該液晶材料のディレクタの固有の傾斜配向を減じる界面活性材料を含み;該薄膜の大部分において該薄膜のディレクタを配向するよう、該薄膜の温度を調節し;及び該薄膜を重合して該配向を保つ;位相遅延プレートを製造する方法が開示されている。
本発明は、シュリーレン欠陥などの欠陥の少ないハイブリッド配向の光学異方性層を、迅速に製造可能な光学異方性層の製造方法を提供することを課題とする。また、本発明は、液晶分子が向上した傾斜角で配向した光学異方性層を有する、光学補償機能に優れた新規な光学補償シートを提供することを課題とする。特に、ディスコティック液晶分子が向上した傾斜角で配向した光学異方性層を有し、TNモードまたはOCBモード等の液晶表示装置の視野角の改善に寄与する光学補償シートを提供することを課題とする。
ある側面において、本発明は、透明支持体と、その上に、下記一般式(I)または下記一般式(II)で表させる少なくとも一種の化合物を含有する光学異方性層とを有する光学補償シートを提供する。
一般式(I)
(R1−X1−)mAr1(−COOH)p
Ar1は芳香族ヘテロ環基又は縮合芳香族炭素環基を表し;X1は単結合又は2価の連結基を表し;R1はアルキル基を表し;mは1〜4の整数を表し、pは1〜4の整数を表し;mが2以上の時、複数のR1−X1は互いに同一でも異なっていてもよい。
一般式(II):
(R2−X2−)nAr2(−SO3H)q
Ar2は芳香族ヘテロ環基又は芳香族炭素環基を表し、X2は単結合又は2価の連結基を表し、R2はアルキル基を表し;nは1〜4の整数を表し、qは1〜4の整数を表し;mが2以上の時、複数のR2−X2は互いに同一でも異なっていてもよい。
他の側面において、本発明は、透明支持体と、その上に、トリフェニレン液晶化合物及び下記一般式(III)で表される化合物の少なくとも一種からなる光学異方性層とを有する光学補償シートを提供する。
一般式(III)
(R−)sAr(−Y)r
Arは芳香族ヘテロ環基又は縮合芳香族炭素環基を表し;Rは置換基を表し;Yはスルホ又はカルボニルを表し;sは0〜5のいずれかの整数を表し、rは1〜4のいずれかの整数を表し;s及びrが2以上の時、複数のR及びYは同一でも異なっていてもよい。
本発明の態様として、前記一般式(III)で表される化合物が、下記一般式(IIIa)で表される前記光学補償シート:
Figure 0004523406
Zは置換基を表し、X3は単結合又は二価の連結基を表し、R3はアルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表し;Y1はスルホ又はカルボニルを表し、tは0〜4の整数であり、s1は1〜4の整数であり、r1は1〜4の整数であり;t、s1及びr1が2以上の時、複数のZ、R3、X3及びY1は同一でも異なっていてもよい;及び式(IIIa)中、Zがアルキル基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し;X3が−O−、−S−、−OCO−、−N(Ra)CO−、−CO−、−COO−又は−CON(Ra)−を表し;Raが炭素原子数1〜5のアルキル基又は水素原子を表し;R3が置換もしくは無置換の炭素原子数8〜20のアルキル基又は末端にCF2基又はCF3基を有し水素原子の60%以上がフッ素原子で置換されている炭素数4〜12のアルキル基を表し;tが0〜2の整数であり、s1が1〜3の整数であり、及びr1が1である前記光学補償シート;が提供される。
他の側面において、本発明は、透明支持体と、その上に、ディスコティック液晶化合物及び下記一般式(IVb)で表される化合物の少なくとも一種からなる光学異方性層とを有し、前記ディスコティック液晶化合物がハイブリッド配向に固定されている光学補償シートを提供する。
Figure 0004523406
7、X8及びX9は独立に、−NH−、−NHCO−、−NHSO2−、−O−又は−S−を表し;L1、L2、L3、L4、L5及びL6は独立に、式(IVc)又は(IVd)で表される構造を有する基を表す;
Figure 0004523406
(IVc)及び(IVd)中、R7及びR8は独立に、置換もしくは無置換のアルキル基を表し;nは1〜12の整数である。
他の側面において、本発明は、透明支持体と、その上に、ディスコティック液晶化合物、一般式(XIIIa)で表される化合物の少なくとも一種、及び一般式(XXII)で表される化合物の少なくとも一種からなる光学異方性層とを有し、前記ディスコティック液晶化合物がハイブリッド配向に固定されている光学補償シートを提供する。
Figure 0004523406
4、R5及びR6は独立して、水素原子又は置換基を表し;X4、X5及びX6は独立して−CO−、−NRa−(Raはa炭素原子数1〜5のアルキル基または水素原子)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる二価の連結基を表し;m1、m2及びm3は独立して1〜5の整数を表し;m1、m2及びm3が2以上の時、複数のR4、R5及びR6は同一でも異なっていてもよい;
一般式(XXII)
Ar3(−L7−Y2m4
Ar3は芳香族炭素環基又は芳香族へテロ環基を表し;Y2はスルホ又はカルボキシルを表し;L7は単結合又は二価の連結基を表し;m4は1〜10の整数である。
他の側面において、本発明は、ハイブリッド配向した液晶性化合物からなる光学異方性層を作製する方法であって、前記液晶性化合物を水平配向させる第一の工程と、前記液晶性化合物をハイブリッド配向させる第二の工程とを含む光学異方性層の製造方法を提供する。
本発明の態様として、ハイブリッド配向した液晶性化合物からなる光学異方性層を作製する方法であって、前記液晶性化合物を水平配向させる第一の工程と、
前記第一の工程の後に、前記液晶性化合物をハイブリッド配向させる第二の工程とを含み、前記第一の工程において、水平配向化剤の存在下で前記液晶性化合物を温度T1℃で水平配向させ、且つ前記第二の工程において、温度T2(但し、T2<T1)℃で前記水平配向化剤の存在下で前記液晶性化合物をハイブリッド配向させる光学異方性層の製造方法;前記水平配向化剤が、一般式(IVb)で表される化合物である前記方法;
Figure 0004523406
7、X8及びX9は独立に、−NH−、−NHCO−、−NHSO2−、−O−又は−S−を表し;L1、L2、L3、L4、L5及びL6は独立に、式(IVc)又は(IVd)で表される構造を有する基を表す;
Figure 0004523406
(IVc)及び(IVd)中、R7及びR8は独立に、置換もしくは無置換のアルキル基を表し;nは1〜12の整数である;が提供される。
本発明の態様として、前記第一の工程において、水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の存在下で、温度T1℃で前記液晶性化合物を水平配向させ、且つ前記二種の化合物の存在下で温度T2℃(但し、T1<T2)で前記液晶性化合物をハイブリッド配向させる前記方法;前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物が、1,3,5−トリアジン環を有する化合物である前記方法;前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の少なくとも一方が、カルボキシル基を有する化合物である前記方法;前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の少なくとも一方が、スルホ基を有する化合物である前記方法;前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の一方が、1,3,5−トリアジン環を有する化合物であり、他方がカルボキシル基又はスルホ基を有する化合物である前記方法;前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の一方が、一般式(XIIIa)で表される化合物であり、他方が一般式(XXII)で表される化合物である前記方法;
Figure 0004523406
4、R5及びR6は独立に水素原子又は置換基を表し;X4、X5及びX6は独立に−CO−、−NRa−(Raは炭素原子数1〜5のアルキル基又は水素原子を表し)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−及びこれらの組み合わせから選ばれる二価の連結基を表し;m1、m2及びm3は独立に1〜5の整数であり;m1、m2及びm3が2以上の時、複数のR4、R5及びR6は同一でも異なっていてもよい
一般式(XXII)
Ar3(−L7−Y2m4
Ar3は芳香族炭素環基又は芳香族へテロ環基を表し;Y2はスルホ又はカルボキシルを表し;L7は単結合又は二価の連結基を表し;m4は1〜10の整数である。
本発明の態様として、前記第二の工程の後に、前記液晶化合物をハイブリッド配向に固定する第三の工程をさらに含む前記方法;前記液晶化合物がディスコティック液晶化合物である前記方法が提供される。
また、他の側面から、本発明は、前記方法のいずれかによって作製された光学異方性層を有する光学補償シートを提供する。
発明の実施の形態
[チルト角向上剤]
本発明の光学補償シートは、透明支持体と、その上に、一般式(I)、(II)又は(III)で表される化合物の少なくとも一種を含有する光学異方性層とを有する。一般式(I)〜(III)で表される化合物は、液晶性化合物が大きなチルト角で安定的にハイブリッド配向するのに寄与するであろう。特に、空気界面におけるチルト角の向上に寄与し、その結果、光学補償性を格段に改善する。さらに、液晶層(光学異方性層)に一般式(I)〜(III)で表される化合物を添加すると、該層と支持体との濡れ性が改善され、言い換えればハジキが防止できる。
一般式(I)
(R1−X1−)mAr1(−COOH)p
式中、Ar1は芳香族ヘテロ環基又は芳香族縮合炭素環基を表し;X1は単結合又は二価の連結基を表し;R1はアルキル基を表し;mは1〜4の整数であり、pは1〜4の整数であり;mが2以上の時、複数のR1−X1は互いに同一でも異なっていてもよい。
一般式(II):
(R2−X2−)nAr2(−SO3H)q
式中、Ar2は芳香族へテロ環基又は芳香族炭素環基を表し;X2は単結合又は二価の連結基を表し;R2はアルキル基を表し;nは1〜4の整数であり及びqは1〜4の整数であり;nが2以上の時、複数のR2−X2は互いに同一でも異なっていてもよい。
一般式(III):
(R−)SAr(−Y)r
式中、Arは芳香族へテロ環基又は芳香族炭素環基を表し;Rは置換基を表し;Yはスルホ又はカルボキシルを表し;sは0〜5の整数であり及びrは1〜4の整数であり;及びs及びrが2以上の時、複数のR及びsは同一でも異なっていてもよい。
まず、前記一般式(I)について詳細に説明する。
Ar1で表される芳香族へテロ環基は、炭素原子数が1〜20、好ましくは炭素原子数が1〜20、より好ましくは炭素原子数が1〜12である。該基に含まれる芳香族へテロ環は少なくとも1つのヘテロ原子、例えば窒素原子(N)、酸素原子(O)又は硫黄原子(S)等のヘテロ原子を有する。前記芳香族へテロ環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、1,3,5−トリアジン環、インドール環、インダゾール環、キノン環及びカルバゾール環が含まれる。
Ar1で表される前記芳香族縮合炭素環基は2以上の環からなる前記芳香族縮合炭素環基は、炭素原子数が10〜30であるのが好ましく、10〜20であるのが好ましい。前記芳香族縮合炭素環基の最も好ましい例は、ナフタレン環を含む基である。
Ar1は芳香族縮合炭素環であるのが好ましい。
Ar1で表される前記ヘテロ環及び炭素環は置換基を有していてもよく、該置換基としては以下のものが挙げられる。
アルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ヘキサデシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8のアルケニル基であり、例えば、ビニル基、アリール基、2−ブテニル基、3−ペンテニル基などが挙げられる)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8のアルキニル基であり、例えば、プロパルギル基、3−ペンチニル基などが挙げられる)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12のアリール基であり、例えば、フェニル基、p−メチルフェニル基、ナフチル基などが挙げられる)、置換もしくは無置換のアミノ基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜10、特に好ましくは炭素数0〜6のアミノ基であり、例えば、無置換アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、アニリノ基などが挙げられる)、
アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜10のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基などが挙げられる)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは2〜10のアルコキシカルボニル基であり、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基などが挙げられる)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは2〜10のアシルオキシ基であり、例えば、アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基などが挙げられる)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10のアシルアミノ基であり、例えばアセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基などが挙げられる)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12のアルコキシカルボニルアミノ基であり、例えば、メトキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜12のアリールオキシカルボニルアミノ基であり、例えば、フェニルオキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルホニルアミノ基であり、例えば、メタンスルホニルアミノ基、ベンゼンスルホニルアミノ基などが挙げられる)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜16、特に好ましくは炭素数0〜12のスルファモイル基であり、例えば、スルファモイル基、メチルスルファモイル基、ジメチルスルファモイル基、フェニルスルファモイル基などが挙げられる)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のカルバモイル基であり、例えば、無置換のカルバモイル基、メチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基、フェニルカルバモイル基などが挙げられる)、
アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のアルキルチオ基であり、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基などが挙げられる)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12のアリールチオ基であり、例えば、フェニルチオ基などが挙げられる)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルホニル基であり、例えば、メシル基、トシル基などが挙げられる)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルフィニル基であり、例えば、メタンスルフィニル基、ベンゼンスルフィニル基などが挙げられる)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のウレイド基であり、例えば、無置換のウレイド基、メチルウレイド基、フェニルウレイド基などが挙げられる)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のリン酸アミド基であり、例えば、ジエチルリン酸アミド基、フェニルリン酸アミド基などが挙げられる)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは1〜12のヘテロ環基であり、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有するヘテロ環基であり、例えば、イミダゾリル基、ピリジル基、キノリル基、フリル基、ピペリジル基、モルホリノ基、ベンゾオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズチアゾリル基などが挙げられる)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは、炭素数3〜24のシリル基であり、例えば、トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などが挙げられる)が含まれる。
これらの置換基はさらにこれらの置換基によって置換されていてもよい。また、置換基が二つ以上有する場合は、同じでも異なってもよい。また、可能な場合には互いに結合して環を形成していてもよい。
Ar1で表される芳香族ヘテロ環又は縮合芳香族炭素環の置換基としては、好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基であり、より好ましくはアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基である。
1で表される2価の連結基はアルキレン基、アルケニレン基、2価の芳香族基、2価のヘテロ環残基、−CO−、−NRa−(Raは炭素原子数が1〜5のアルキル基又は水素原子)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる2価の連結基であることが好ましい。2価の連結基は、アルキレン基、−CO−、−NRa−、−O−、−S−、−SO2−及びそれらの群より選ばれる2価の連結基を少なくとも2つ組み合わせた基であることがより好ましい。アルキレン基の炭素原子数は、1〜12であることが好ましい。アルケニレン基の炭素原子数は、2〜12であることが好ましい。アリーレン基の炭素原子数は、6〜10であることが好ましい。アルキレン基、アルケニレン基及びアリーレン基は、可能であれば前述のAr1の置換基として例示された基(例、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ、アルコキシ基、アシルオキシ基など)によって置換されていてもよい。
1は二価の連結基であるのが好ましく、−O−、−O(CH2CH2O)n−(nは1〜4の整数である)、−S−、−OCO−、−N(Ra)CO−、−CO−、−COO−又は−CON(Ra)−であるのがより好ましい。
1で表されるアルキル基は直鎖、分岐又は環状構造を有していてもよく、炭素数6〜60のアルキル基が好ましく、炭素数7〜50のアルキル基がより好ましく、炭素数8〜40のアルキル基がさらに好ましく、炭素数8〜30のアルキル基が特に好ましく、炭素数8〜20のアルキル基が最も好ましい。
1で表されるアルキル基は、可能であれば前述のAr1の置換基として例示された基によって置換されていてもよい。置換基としてはハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。R1がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す場合、末端がCHF2基又はCF3基であることが好ましく、炭素数は、1〜12であり、4〜16であることが好ましく、4〜12であることがより好ましい。前記末端にCF3基を有するアルキル基は、アルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましく、アルキル基に含まれる水素原子の60%以上が置換されていることが好ましい。
1の例を以下に示す。
Figure 0004523406
一般式(I)中、mは1〜3の整数が好ましく、pは1が好ましい。
前記一般式(I)で表される化合物の中でも、下記一般式(Ia)で表される化合物が好ましい。
Figure 0004523406
式中、X11は−O−、−O(CH2CH2O)n−(nは1〜4の整数である)、−S−、−OCO−、−N(Ra)CO−、−CO−、−COO−又は−CON(Ra)−を表し;R11は炭素原子数8〜20の無置換アルキル基又は末端に−CHF2又は−CF3を有し水素原子の60%以上がフッ素原子で置換されている炭素原子4〜12のアルキル基;p1は1〜3の整数であり;Raは炭素原子数1〜5のアルキル基又は水素原子を表す。
式中、X11は好ましくは−O−、−O(CH2CH2O)n−(nは1〜4の整数である)、−OCO−又は−COO−を表すのが好ましい。
p1が1の場合、R11は末端にCF3基を有し水素原子の60%以上がフッ素原子で置換されている炭素数4〜12のアルキル基が好ましく、p1が2の場合、R11は炭素数12〜20の無置換のアルキル基又は末端にCHF2基又はCF3基を有し水素原子の60%以上がフッ素原子で置換されている炭素数4〜12のアルキル基が好ましく、p1が3の場合、R11は炭素数8〜20の無置換のアルキル基又は末端にCHF2基又はCF3基を有し水素原子の60%以上がフッ素原子で置換されている炭素数4〜12のアルキル基が好ましい。
次に、一般式(II)の化合物について詳細に説明する。
前記一般式(II)中、Ar2は芳香族ヘテロ環又は芳香族炭素環を表す。Ar2で表される芳香族ヘテロ環は、前記一般式(I)中のAr1で表される芳香族ヘテロ環と同義であり、その好ましい範囲も同一である。Ar2で表される芳香族炭素環は、好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20の芳香族炭素環であり、ベンゼン環又はナフタレン環が最も好ましい。Ar2は、芳香族炭素環であるのが好ましい。
Ar2で表される芳香族ヘテロ環又は芳香族炭素環は置換基を有していてもよく、置換基としてはAr1の置換基と同義であり、その好ましい範囲も同一である。
前記一般式(II)中、X2、R2、n及びqは、それぞれ前記一般式(I)中のX1、R1、m及びpと同義であり、その好ましい範囲も同一である。
前記一般式(II)で表される化合物の中でも、下記一般式(IIa)で表される化合物が好ましい。
一般式(IIa)
HO3S−(Ar22)−(X22−R22q1
式中、Ar22はベンゼン環又はナフタレン環を表し;X22は−O−、−O(CH2CH2O)n−(nは1〜4の整数である)、−S−、−OCO−、−N(Ra)CO−、−CO−、−COO−、−CON(Ra)−を表し;R22は炭素原子数8〜20の無置換のアルキル基又は末端にCHF2基又はCF3基を有し水素原子の60%以上がフッ素原子で置換されている炭素数4〜12のアルキル基を表し、q1は1〜3の整数を表す。また、Raは炭素原子数が1〜5のアルキル基又は水素原子を表す。
前記一般式(IIa)中、X22、R22及びq1は、それぞれ前記一般式(Ia)中のX11、R11及びp1と同義であり、その好ましい範囲も同一である。
次に、一般式(III)について詳細に説明する。
式中、Arは芳香族へテロ環基又は芳香族炭素環基を表す。Rで表される芳香族へテロ環基及び芳香族炭素環基は一般式(II)中のAr2で表されるそれらと同義であり、好ましい範囲も同一である。Arは好ましくはベンゼン環である。
Rで表される置換基はAr1に対する置換基と同義である。
前記一般式(III)で表される化合物の好ましい態様は、一般式(IIIa)で表される。
Figure 0004523406
一般式(IIIa)中、Zは置換基を表し、X3は単結合又は二価の連結基を表し;R3はアルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表し;Y1はスルホ又はカルボキシルを表し;tは0〜4の整数であり、s1は1〜4の整数であり、及びr1は1〜4の整数であり、t、s1及びr1がそれぞれ2以上の時、複数のZ、R3−X3及びY1は同一でも異なっていてもよい。
Zで表される置換基は一般式(III)中のRで表される置換基と同義であり、好ましい範囲も同一である。Zはアルキル基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又はシアノであるのが好ましい。
3で表される二価の連結基は一般式(I)中のX1で表される二価の連結基と同義であり、その好ましい範囲も同一である。
3で表されるアルキル基、アルケニル基、およびアルキニル基は直鎖、分岐または環状構造を有していてもよく、好ましくは6〜60、より好ましくは7〜50、さらに好ましくは8〜40、さらにより好ましくは8〜30、最も好ましくは8〜20の炭素原子を有する。R3で表されるアルキル基、アルケニル基、およびアルキニル基は、一般式(III)中のRとして例示された置換基の少なくとも一つによって置換されていてもよい。R3で表されるアルキル基、アルケニル基、およびアルキニル基の置換基としてはハロゲン原子が好ましく、中でもフッ素原子が好ましい。R3がフッ素置換されたアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を表す場合、R3は末端にCHF2基又はCF3基を有しているのが好ましく、好ましくは1〜20、より好ましくは4〜16、さらに好ましくは4〜12の炭素原子を有する。末端にCHF2基又はCF3基を有するアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基は、50%以上の水素原子がフッ素原子で置換されているのが好ましく、60%以上の水素原子がフッ素原子で置換されているのがより好ましい。R3はアルキル基であるのが好ましい。
3の例を以下に示す。
Figure 0004523406
式中、tは0〜2の整数であるのが好ましく、s1は1〜4の整数であるのが好ましく、r1は1〜4の整数であるのが好ましい。t、s1及びr1が2以上の時、複数のZ、R3、X3及びY1はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
前記式(IIIa)で表される化合物の好ましい態様は、一般式(IIIb)で表される。
Figure 0004523406
一般式(IIIb)中、Z1はアルキル基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又はシアノを表し;X10は−O−、−O(CH2CH2O)n−(nは1〜4の整数である)、−S−、−OCO−、−N(Ra)CO−、−CO−、−COO−又は−CON(Ra)−を表し;Raは炭素原子数1〜5のアルキル基又は水素原子を表し;R9は炭素原子数8〜20の無置換アルキル基、又は水素原子の60%以上がフッ素原子で置換された末端に−CHF2又は−CF3を有する炭素原子数4〜12のアルキル基を表し;t1は0〜2の整数であり、s2は1〜3の整数である。
一般式(IIIb)中、X10は好ましくは−O−、−O(CH2CH2O)n−(nは1〜4の整数である)、−OCO−又は−COO−を表す。s2が1の時、R9は好ましくは水素原子の60%以上がフッ素原子で置換された末端に−CHF2又は−CF3を有する炭素原子数4〜12のアルキル基を表し;s2が2の時、R9は好ましくは炭素原子数12〜20の無置換アルキル基又は水素原子の60%以上がフッ素原子で置換された末端に−CHF2又は−CF3を有する炭素原子数4〜12のアルキル基を表し;及びs2が3の時、R9は好ましくは炭素原子数8〜20の無置換のアルキル基又は水素原子の60%以上がフッ素原子で置換された末端に−CHF2又は−CF3を有する炭素原子数4〜12のアルキル基を表す。S2が1又は2であり、且つR9が水素原子の60%以上、さらに好ましくは65%以上、がフッ素原子で置換された末端に−CHF2又は−CF3を有する炭素原子数4〜12のアルキル基を表すのがより好ましい。
式中、t1及びs2が2以上の時、複数のZ1及びR9−X10はそれぞれ、同一でも異なっていてもよい。
液晶性化合物を配向状態に固定するために、前記一般式(I)、(II)及び(III)で表される化合物は、重合性基を有しているのが好ましい。
前記一般式(I)、(II)及び(III)で表される化合物の具体例を以下に示す。しかし、本発明に使用可能な化合物はこれらに限定されるものではない。以下の具体例中、No.I−1〜37は一般式(I)及び(III)で表される化合物の具体例であり;No.II−1〜46は一般式(II)及び(III)で表される化合物の具体例であり;No.III−1〜36は一般式(III)で表される化合物の具体例である。
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
一般式(I)、(II)及び(III)で表される化合物は、アルキル化、エステル化、及びアミノ化等のヒドロキシ基の一般的反応の組み合わせによって調製することができる。
本発明において、一般式(I)、(II)又は(III)で表される化合物の量は、液晶性化合物の重量に対して、好ましくは0.01〜20重量%、より好ましくは0.05〜10重量%、さらに好ましくは0.1〜5重量%である。本発明には、前記一般式(I)、(II)又は(III)で表される2種以上の化合物を用いてもよい。前記一般式(I)と(II),(II)と(III)、(I)と(III)、又は(I)と(II)と(III)が併用されてもよい。
[光学異方性層の製造方法]
本発明は、液晶性化合物をハイブリッド配向状態に固定してなる光学異方性層の製造方法であって、液晶性化合物を水平配向させる第一の配向工程と、水平配向した液晶性化合物をハイブリッド配向させる第二の配向工程と、ハイブリッド配向した液晶性化合物をその配向状態に固定する固定化工程とを含む光学異方性層の製造方法に関する。本発明によれば、液晶性化合物を一旦水平配向させた後、ハイブリッド配向に転移させることにより、シュリーレン欠陥などの欠陥の少ないハイブリッド配向の光学異方性層を迅速に製造することができる。
実際の状態ではないが、イメージで表現すれば、「ハイブリッド配向」とは、液晶化合物の長軸と該化合物からなる層の水平面との間の角(以下「チルト角」という)が、層の深さ方向に連続的に変化している配向を意味する。もし、化合物がディスコティック液晶化合物であり、前記層が支持体上にある場合は、チルト角は分子の円盤面と支持体の表面との間の角である。また、「水平配向(ホモジーナスアライメント)」は、液晶性化合物の長軸が該化合物からなる層の水平面に平行である配向を意味するが、しかし、本明細書では、それらが互いに正確に平行であることを要求するものではない。本明細書では、「水平配向(ホモジーナスアライメント)」は、チルト角が10°未満の配向をいうものとする。本発明では、第一の工程における水平配向(ホモジーナスアライメント)のチルト角は5°以下であるのが好ましく、3°以下であるのがより好ましく、2°以下であるのがさらにより好ましく、1°以下であるのが最も好ましい。チルト角が0°であってもいいことはいうまでもない。
前記第一および/または第二の配向工程において、液晶性化合物に電場、磁場、放射線および熱のいずれか少なくとも一種を供与することによって、液晶性化合物を水平配向および/またはハイブリッド配向させることができる。例えば、第一と第二の配向工程において、外部から供与するエネルギーの大きさを変化させる(例えば、加熱により配向させる場合は、加熱温度を変化させる)ことによって、液晶性化合物の配向状態を調整することができる。製造適性の観点から、前記第一および第二の配向工程において、液晶性化合物の加熱温度を変化させることによって、水平配向からハイブリッド配向に転移させるのが好ましい。
本発明では、前述した様に、外部からのエネルギーの供与によって、液晶性化合物を所望の配向状態に配向させることができるが、光学異方性層を配向膜上に形成することによって、または液晶性化合物の配向状態を制御し得る化合物を光学異方性層に添加することによっても、所望の配向状態を達成することができる。特に、後述する1,3,5−トリアジン環を有する化合物をはじめとする、水平配向を促進する添加剤を用いると、より迅速に、欠陥の少ないハイブリッド配向の光学異方性層を製造できるので好ましい。
次に、本発明の2つの好ましい態様について説明する。本発明の第一の態様は、前記第一の工程における水平配向のための温度が、前記第二の工程におけるハイブリッド配向のための温度より高い前記方法であり;本発明の第二の態様は、前記第一の工程における水平配向のための温度が、前記第二の工程におけるハイブリッド配向のための温度より低い前記方法である。
(1)第一の態様(T1>T2
本態様では、まず、ディスコティック液晶性化合物、および所望により1,3,5−トリアジン環を有する化合物等の添加剤を溶剤に溶解した溶液を、配向膜上に塗布した後、乾燥する。次いで、ディスコティックネマチック相形成温度まで加熱し、さらに液晶相状態において水平配向状態をとる温度、T1℃、まで昇温する。その後、該液晶相状態を呈する温度範囲の低温度領域、T2(<T1)℃、まで冷却して、ハイブリッド配向状態にする。次に、UV光の照射等により、液晶性化合物および/または所望により添加される添加剤を重合し、ハイブリッド配向状態に固定する。この製造方法によれば、シュリーレン欠陥が少なく、液晶性化合物がハイブリッド配向した光学異方性層を迅速に製造できる。
本態様では、液晶性化合物の配向過程における温度制御が重要である。水平配向状態を呈する温度(T1℃)としては、50〜200℃が好ましく、70〜200℃がより好ましく、90〜150℃が特に好ましい。
本態様では、水平配向状態を呈する温度(T1℃)は、ハイブリッド配向状態を呈する温度(T2℃)よりも高温であることが好ましい。その温度差(T1−T2)は10℃以上であるのが好ましく、20℃以上であるのがより好ましい。さらに、水平配向からハイブリッド配向へ配向を変化させるときのハイブリッド配向化温度(T2℃)は、50℃〜200℃が好ましく、70℃〜150℃がより好ましく、90℃〜130℃が特に好ましい。
なお、T1およびT2℃は、光学異方性層の膜面温度として測定される温度である。
液晶性化合物が水平配向化状態を呈する温度は、液晶性化合物、または後述する添加剤の種類や添加量によって任意に制御することができ、それに応じて、T1℃およびT2℃を設定することができる。また、T1℃およびT2℃の各温度に維持する時間、ならびにT1℃からT2℃に変化させる時間については、液晶性化合物の種類等に応じて、適宜設定することができる。
次に、本態様に使用可能な水平配向化剤について詳細に説明する。
本態様では、1,3,5−トリアジン環化合物が液晶性化合物とともに好ましく用いられる。1,3,5−トリアジン環を有する化合物は、前記第一の配向工程において、液晶性化合物の水平配向を促進する機能を有するとともに、前記第二の配向工程において、液晶性化合物が水平配向状態からハイブリッド配向状態に変化する際に、分子間相互作用により共同的にハイブリッド配向に変化するのを促進する機能を有すると推測される。また、前記1,3,5−トリアジン環を有する化合物を添加することにより、液晶層と支持体との濡れ性が改善されるなどの効果も得られる。
前記1,3,5−トリアジン環を有する化合物としては、前記機能を有するものであれば特に制限はないが、下記一般式(IV)で表される1,3,5−トリアジン環を有する化合物を用いるのが好ましい。
Figure 0004523406
式中、X12、X13及びX14はそれぞれ、単結合又は二価の連結基を表し;R12、R13又はR14はそれぞれ、水素原子又は置換基を表す。
12、X13及びX14でそれぞれ表される二価の連結基は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、二価のヘテロ環基、−CO−、―NRa−(Raは炭素原子数1〜5のアルキル基又は水素原子を表す)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるのが好ましく;アルキレン基、アルケニレン基、−CO−、−NRa−、−O−、−S−、−SO2−及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれるのがより好ましく;アルキレン基、−CO−、−NRa−、−O−、−S−、−SO2−及びこれらの2又は3の組み合わせからなる群より選ばれるのがさらに好ましい。前記アルキレン基に含まれる炭素原子の数は、1〜12であるのが好ましい。前記アルケニレン基に含まれる炭素原子の数は、2〜12であるのが好ましい。前記アリーレン基に含まれる炭素原子の数は、6〜10であるのが好ましい。前記アルキレン基、前記アルケニレン基及び前記アリーレン基は、R12、R13およびR14の置換基として後に例示される基(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)によって置換されていてもよい。
12、R13およびR14で各々表される置換基としては、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ヘキサデシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8のアルケニル基であり、例えば、ビニル基、アリル基、2−ブテニル基、3−ペンテニル基などが挙げられる)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8のアルキニル基であり、例えば、プロパルギル基、3−ペンチニル基などが挙げられる)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12のアリール基であり、例えば、フェニル基、p−メチルフェニル基、ナフチル基などが挙げられる)、置換もしくは無置換のアミノ基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜10、特に好ましくは炭素数0〜6のアミノ基であり、例えば、無置換アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、アニリノ基などが挙げられる)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基などが挙げられる)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12のアリールオキシ基であり、例えば、フェニルオキシ基、2−ナフチルオキシ基などが挙げられる)、アシル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12アシル基であり、例えば、アセチル基、ベンゾイル基、ホルミル基、ピバロイル基などが挙げられる)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12のアルコキシカルボニル基であり、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基などが挙げられる)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜10のアリールオキシカルボニル基であり、例えば、フェニルオキシカルボニル基などが挙げられる)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10のアシルオキシ基であり、例えば、アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基などが挙げられる)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10のアシルアミノ基であり、例えばアセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基などが挙げられる)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12のアルコキシカルボニルアミノ基であり、例えば、メトキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜12のアリールオキシカルボニルアミノ基であり、例えば、フェニルオキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルホニルアミノ基であり、例えば、メタンスルホニルアミノ基、ベンゼンスルホニルアミノ基などが挙げられる)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜16、特に好ましくは炭素数0〜12のスルファモイル基であり、例えば、スルファモイル基、メチルスルファモイル基、ジメチルスルファモイル基、フェニルスルファモイル基などが挙げられる)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のカルバモイル基であり、例えば、無置換のカルバモイル基、メチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基、フェニルカルバモイル基などが挙げられる)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のアルキルチオ基であり、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基などが挙げられる)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12のアリールチオ基であり、例えば、フェニルチオ基などが挙げられる)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルホニル基であり、例えば、メシル基、トシル基などが挙げられる)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルフィニル基であり、例えば、メタンスルフィニル基、ベンゼンスルフィニル基などが挙げられる)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のウレイド基であり、例えば、無置換のウレイド基、メチルウレイド基、フェニルウレイド基などが挙げられる)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のリン酸アミド基であり、例えば、ジエチルリン酸アミド基、フェニルリン酸アミド基などが挙げられる)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは1〜12のヘテロ環基であり、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有するヘテロ環基であり、例えば、イミダゾリル基、ピリジル基、キノリル基、フリル基、ピペリジル基、モルホリノ基、ベンゾオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズチアゾリル基などが挙げられる)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは、炭素数3〜24のシリル基であり、例えば、トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などが挙げられる)が含まれる。これらの置換基はさらにこれらの置換基によって置換されていてもよい。また、置換基が二つ以上有する場合は、同じでも異なってもよい。また、可能な場合には互いに結合して環を形成していてもよい。
12、R13およびR14で各々表される置換基としては、好ましくはアルキル基、アリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アリールチオ基、スルホニル基、ウレイド基、ヘテロ環基であり、より好ましくはアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、アリールオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アリールチオ基、ヘテロ環基である。
前記一般式(IV)で表される化合物の中でも、下記一般式(IVa)で表される化合物が好ましい。
Figure 0004523406
15、X16およびX17は、各々独立して−CO−、―NRa−(Raは炭素原子数が1〜5のアルキル基または水素原子)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−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を表す。X15、X16およびX17はそれぞれ、−NRa−、−N(Ra)CO−、−N(Ra)SO2−、−O−または−S−を表すのが好ましい。Raは好ましくは水素原子を表す。
前記一般式(IVa)中、R15、R16およびR17は各々独立して、置換もしくは無置換のアルコキシ基を表し;m5、m6及びm7は各々独立して1〜5のいずれかの整数を表す。m5、m6及びm7はそれぞれ、2または3が好ましい。m5、m6及びm7が各々2以上の整数の場合、複数個のR15、R16およびR17はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
前記一般式(IV)で表される化合物の中でも、下記一般式(IVb)で表される化合物が特に好ましい。
Figure 0004523406
前記式中、X7、X8およびX9は各々独立して、−NH-、−NHCO-、−NHSO2-、−O−または−S−を表し;L1、L2、L3、L4、L5およびL6は各々独立して、下記一般式(IVc)または(IVd)で表される基を表す。
Figure 0004523406
式(IVc)および(IVd)中、R7およびR8は各々独立して、置換もしくは無置換のアルキル基を表す。前記アルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。前記アルキル基は、好ましくは炭素数1〜20のアルキル基であり、さらに好ましくは4〜16のアルキル基であり、特に好ましくは8〜16のアルキル基である。前記置換アルキル基の置換基としては、前述のR12、R13およびR14で表される置換基として例示した置換基のいずれかを適用できる。置換基として好ましくはハロゲン原子であり、特に好ましくはフッ素原子である。n1は1〜12のいずれかの整数を表し、好ましくは1〜8であり、より好ましくは2〜6である。
なお、上記一般式(IV)、(IVa)、および(IVb)で表される化合物は、配向状態を固定化するために置換基として1以上の重合性基を有してもよい。
前記式(IV)で表される化合物の具体例を以下に示すが、本発明に使用可能な化合物はこれらに限定されるものではない。
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
1,3,5−トリアジン環を有する化合物は、単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。前記化合物の添加量としては、液晶性化合物の量の0.01〜20重量%が好ましく、0.05〜10重量%がより好ましく、0.1〜5重量%がさらに好ましい。
本態様の製造方法において、1,3,5−トリアジン環を有する化合物以外の、液晶性化合物の水平配向を促進する種々の水平配向化剤を用いることもできる。水平配向化剤は、前記1,3,5−トリアジン環を有する化合物と同様の機能により、迅速かつ欠陥なく、液晶性化合物をハイブリッド配向させるのに寄与する。使用可能な水平配向化剤としては、ベンゼン環に、2以上の長鎖アルコキシ基が結合した化合物等が挙げられる。
(2)第二の態様(T1 < T2
本態様は、水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の存在下で、温度T1℃で前記液晶性化合物を水平配向させる第一の配向工程と、前記二種の化合物の存在下で温度T2℃(但し、T1<T2)で前記液晶性化合物をハイブリッド配向させる第二の配向工程と、前記固定化工程を含む、ハイブリッド配向した液晶性化合物からなる光学異方性層の製造方法に関する。
本態様では、水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の存在下で、液晶性化合物を一旦水平配向させた後、温度を上昇させてハイブリッド配向へ転移させることによって、シュリーレン欠陥などの欠陥の発生を抑制しつつ、ハイブリッド配向の光学異方性層の迅速な製造を可能にしている。
本態様では、まず、例えば、ディスコティック液晶、水素結合性基を有する異なる二種の化合物、および適宜光学異方性層の形成に必要な化合物を溶剤に溶解した溶液を配向膜上に塗布した後、乾燥し、水平配向状態をとる温度(T1℃)まで昇温する(第一の配向工程)。温度T1℃において、前記ディスコティック液晶は水平配向状態になる。その後、ハイブリッド配向状態をとる温度(T2℃)まで昇温して、前記ディスコティック液晶をハイブリッド配向に転移させる(第二の配向工程)。最後に、UV光の照射等により重合し配向状態を固定化する。この製造方法によれば、ディスコティック液晶がハイブリッド配向してなる光学異方性層をシュリーレン欠陥の発生を抑制しつつ、迅速に製造できる。
本態様では、液晶性化合物の配向過程における温度制御が前記第一の態様と同様に、重要である。水平配向状態を呈する温度T1℃としては、50〜200℃が好ましく、70〜200℃が特に好ましく、90〜150℃がより好ましい。
前記第二の態様では、水平配向状態を呈する温度T1℃は、ハイブリッド配向状態を呈する温度T2℃よりも低温である。その温度差(T2−T1)は10℃以上であるのが好ましく、20℃以上であるのがより好ましい。なお、T1およびT2℃は、光学異方性層の膜面温度として測定される温度である。
本態様において、液晶性化合物が水平配向化状態を呈する温度は、液晶性化合物および後述する添加剤の種類や添加量によって任意に制御することができ、それに応じて、T1℃およびT2℃を設定することができる。また、T1℃およびT2℃の各温度に維持する時間、ならびにT1℃からT2℃に変化させる時間については、液晶性化合物の種類等に応じて、適宜設定できる。
次に、前記第二の態様に使用される水素結合性基を有する化合物について詳細に説明する。
前記第二の態様では、水素結合性基を有する化合物の少なくとも二種類を、液晶性化合物とともに用いる。水素結合は、電気的に陰性な原子(例えば、O,N,F,Cl)と結合した水素原子を有する分子で生じる。水素結合の理論的な解釈としては、例えば、H.Uneyama and K.Morokuma、Journal of American Chemical Society、第99巻、第1316〜1332頁、1977年に報告がある。具体的な水素結合の様式としては、例えば、J.N.イスラエスアチヴィリ著、近藤保、大島広行訳、分子間力と表面力、マグロウヒル社、1991年の第98頁、図17に記載の様式が挙げられる。具体的な水素結合の例としては、例えば、G.R.Desiraju、Angewante Chemistry International Edition English、第34巻、第2311頁、1995年に記載のものが挙げられる。水素結合性基を有する二種の化合物は、前記第一の配向工程において、水素結合により錯体構造を形成することによって、液晶性化合物の水平配向を促進する機能を有するとともに、前記第二の配向工程において加熱の際に与えられる熱エネルギーで水素結合を開裂することによって、液晶性化合物の配向状態を水平配向状態からハイブリッド配向状態に転移させる機能を有するものと推測される。また、これらの水素結合性基を有する化合物を添加することによって、液晶層と支持体の濡れ性が改善されるなどの効果も得られる。
前記水素結合性基を有する二種類の化合物は、構造が異なる二種の化合物であることが好ましく、この二種で水素結合して錯体構造を形成し、前記機能を発現するものが好ましい。好ましい水素結合性基としては、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、メルカプト基、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボンアミド基、スルホンアミド基、酸アミド基、ウレイド基、アシル基、カルバモイル基、カルボキシル基、スルホ基、含窒素複素環基(例えば、イミダゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、1,3,5−トリアジル基、ピリミジル基、ピリダジル基、キノリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズチアゾリル基、コハクイミド基、フタルイミド基、マレイミド基、ウラシル基、チオウラシル基、バルビツール酸基、ヒダントイン基、マレイン酸ヒドラジド基、イサチン基、ウラミル基などが挙げられる)を挙げることができる。更に好ましい水素結合性基としては、アミノ基、カルボンアミド基、スルホンアミド基、酸アミド基、ウレイド基、アシル基、カルバモイル基、カルボキシル基、スルホ基、ピリジル基、1,3,5−トリアジル基、ピリミジル基、フタルイミド基、マレイミド基、ウラシル基、バルビツール酸基を挙げることができる。
前記第二の態様において、前記水素結合性基を有する化合物としては、下記一般式(V)〜(XXI)で表される化合物が特に好ましい。
Figure 0004523406
式中、R18、R19、R20およびR21は各々独立して、水素原子または置換基を表し、L8は水素原子またはm8価の基を表し、X18、X19およびX20は単結合または二価の連結基を表し、m8は1〜6の整数を表し、n2は0〜6の整数を表す。m8またはn2が2以上の場合、複数の−NHR18、−CONHR18、−CONHCOR18、−NHCONHR18、−NHCOR18、R18およびR19は同一であっても異なっていてもよい。
18、R19、R20およびR21で各々表される置換基は、上記一般式(IV)中のR12、R13及びR14によって表される置換基と同義である。
18、R19、R20およびR21で各々表される置換基としては、好ましくはアルキル基、アリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルホニル基、ウレイド基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、カルボキシル基、ヘテロ環基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、カルバモイル基、アルキルチオ基、ウレイド基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基である。
8は水素原子またはm8価の基である。L8で表されるm8価の基としては、好ましくはm8価のアルキル基、m8価のアルケニル基、m8価のアルキニル基、m8価のアリール基、m8価のヘテロ環基である。L8は特に好ましくは、m8価のアルキル基、m8価のアリール基である。上記アリール基の炭素原子数は、6〜30であることが好ましく、6〜20であることが特に好ましく、6〜12であることが最も好ましい。上記アルキル基又は上記アルケニル基の炭素原子数は、1〜40であることが好ましく、1〜30であることがより好ましく、1〜20であることがさらに好ましく、1〜15であることがさらにまた好ましく、1〜12であることがさらによりまた好ましい。上記アルキニル基の炭素原子数は、2〜40であることが好ましく、2〜30であることがより好ましく、2〜20であることがさらに好ましく、2〜15であることがさらにまた好ましく、2〜12であることがよりさたにまた好ましい。
8は1〜6の整数を表し、1〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることがさらにより好ましい。
18、X19およびX20で表される二価の連結基は、アルキレン基、アルケニレン基、二価の芳香族基、二価のヘテロ環残基、−CO−、―NRa−(Raは炭素原子数が1〜5のアルキル基または水素原子)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−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。二価の連結基は、アルキレン基、アルケニレン基、−CO−、−NRa−、−O−、−S−、−SO2−およびそれらの群より選ばれる二価の連結基を少なくとも二つ組み合わせ基であることがより好ましい。アルキレン基の炭素原子数は、1〜12であることが好ましい。アルケニレン基の炭素原子数は、2〜12であることが好ましい。アリーレン基の炭素原子数は、6〜10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、可能であれば前述のR12、R13及びR14として例示された基(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)によって置換されていてもよい。
前記一般式(V)〜(XXI)で表される化合物の中でも、一般式(V)、(VI)、(IX)、(XI)、(XIII)、(XIV)、(XV)、(XVIII)又は(XXI)で表される化合物が好ましく;一般式(VI)、(XI)、(XIII)、(XIV)、(XV)又は(XXI)で表される化合物がより好ましい。
一般式(XIIIa)または(XXII)で表される化合物も好ましい。
Figure 0004523406
式中、R4、R5およびR6は各々独立して、水素原子または置換基を表し、X4、X5およびX6は各々独立して、−CO−、―NRa−(Raは炭素原子数が1〜5のアルキル基または水素原子)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−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を表し、m1、m2及びm3はそれぞれ1〜5の整数であり、m1、m2及びm3が2以上の時、複数のR4、R5、R6、X4、X5及びX6はそれぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。
一般式(XXII)
Ar3(−L7−Y2m4
式中、Ar3は芳香族炭素環または芳香族ヘテロ環を表し、Y2はスルホニル又はカルボキシルを表し、L7は単結合または2価の連結基を表し、m4は1〜10の整数を表す。
まず、前記一般式(XIIIa)で表される化合物について詳細に説明する。
式中、R4、R5およびR6で表される置換基は、一般式(V)〜(XXI)中、R18、R19、R20およびR21で表される置換基と同義でありその好ましい範囲も同一である。R4、R5およびR6は、好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、カルバモイル基、アルキルチオ基、ウレイド基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基であり、特に好ましくは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、ハロゲン原子である。
式中、X4、X5およびX6は、好ましくは−NRa−、−N(Ra)CO−、−N(Ra)SO2−、−O−、−S−である。Raは水素原子が好ましい。
1、m2及びm3は、1、2または3が好ましい。
次に、前記一般式(XXII)で表される化合物について詳細に説明する。
式中、Ar3で表される芳香族炭素環は、好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12の芳香族炭素環であり、ベンゼン環またはナフタレン環がより好ましい。Ar3で表される芳香族へテロ環は、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは1〜12の芳香族ヘテロ環であり、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有するヘテロ環基であり、ピリジン環、ピリミジン環または1,3,5−トリアジン環が最も好ましい。Ar3は、芳香族炭化水素環が好ましい。
Ar3で表される芳香族炭素環または芳香族へテロ環は置換基を有していてもよく、置換基としては、R18、R19、R20およびR21で表される置換基と同義でありその好ましい範囲も同一である。置換基としては、好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基であり、より好ましくはアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基である。
7で表される2価の連結基は、前記一般式(V)〜(XXI)中、X18、X19およびX20で表される2価の連結基と同義でありその好ましい範囲も同一である。L7は、好ましくは単結合またはアルケニレン基である。
4は1が好ましい。
前記式(XXI)で表される化合物の中でも、式(VIa)又は式(XXIa)で表される化合物が好ましい。
一般式(VIa)
(R111−X111m111−(Ar111)−COOH
式中、Ar111はベンゼン環又はナフタレン環であり;X111は−O−、−O(CH2CH2O)n− (nは1〜4の整数)、−OCO−又は−COO−を表し;R111は置換もしくは無置換の炭素原子数8〜20のアルキル基又は水素原子の60%以上がフッ素原子で置換された末端に−CHF2又は−CF3を有する炭素原子数4〜12のアルキル基を表し;m111は1〜3の整数である。
一般式(XXIa)
(R222−X222m222−(Ar222)−SO3
式中、Ar222、X222、R222及びm222は前記式(VIa)中のAr111、X111、R111及びm111とそれぞれ同義であり、好ましい範囲もそれぞれ同一である。
なお、前記水素結合性基を有する化合物は、液晶性化合物の配向状態を固定化するために置換基として重合性基を有していてもよい。
前記水素結合性基を有する化合物の具体例を以下に示すが、本態様に用いられる化合物はこれらに限定されるものではない。下記の具体例中、No.XIII−1〜17は前記一般式(XIII)、No.VI−1〜10は前記一般式(VI)、No.XI−1〜3は前記一般式(XI)、No.XII−1〜3は前記一般式(XII)、No.XIV−1、2は前記一般式(XIV)、No.XV−1〜4は前記一般式(XV)、No.XVIII−1、2は前記一般式(XVIII)、No.XIX−1、2は前記一般式(XIX);及びNo.XXI−1〜23は前記一般式(XXI)で表される化合物の例である。
XIII-1 IV-1と同一(上記参照のこと)。
XIII-2 IV-2と同一(上記参照のこと)。
XIII-3 IV-3と同一(上記参照のこと)。
XIII-4 IV-4と同一(上記参照のこと)。
XIII-5 IV-6と同一(上記参照のこと)。
Figure 0004523406
XIII-7 IV-20と同一(上記参照のこと)。
XIII-8 IV-21と同一(上記参照のこと)。
XIII-9 IV-23と同一(上記参照のこと)。
XIII-10 IV-24と同一(上記参照のこと)。
Figure 0004523406
VI-1 III-15と同一(上記参照のこと)。
Figure 0004523406
VI-3 III-18と同一(上記参照のこと)。
VI-4 III-13と同一(上記参照のこと)。
Figure 0004523406
VI-6 I-1と同一(上記参照のこと)。
VI-7 I-2と同一(上記参照のこと)。
Figure 0004523406
VI-11 III-7と同一(上記参照のこと)。
Figure 0004523406
Figure 0004523406
XXI-1 II-1と同一(上記参照のこと)。
XXI-2 II-2と同一(上記参照のこと)。
XXI-3 II-3と同一(上記参照のこと)。
XXI-4 II-4と同一(上記参照のこと)。
XXI-5 II-9と同一(上記参照のこと)。
XXI-6 II-27と同一(上記参照のこと)。
XXI-7 II-28と同一(上記参照のこと)。
XXI-8 II-29と同一(上記参照のこと)。
XXI-9 II-30と同一(上記参照のこと)。
XXI-10 II-31と同一(上記参照のこと)。
XXI-11 II-32と同一(上記参照のこと)。
XXI-12 II-33と同一(上記参照のこと)。
XXI-13 II-34と同一(上記参照のこと)。
XXI-14 II-35と同一(上記参照のこと)。
XXI-15 II-36と同一(上記参照のこと)。
XXI-16 II-37と同一(上記参照のこと)。
XXI-17 II-38と同一(上記参照のこと)。
XXI-18 II-39と同一(上記参照のこと)。
XXI-19 II-40と同一(上記参照のこと)。
XXI-20 II-41と同一(上記参照のこと)。
XXI-21 II-42と同一(上記参照のこと)。
XXI-22 II-43と同一(上記参照のこと)。
XXI-23 II-44と同一(上記参照のこと)。
本態様では、前述した様に、水素結合により錯体を形成可能な組み合わせで、前記水素結合性基を有する二種の化合物を選択するのが好ましい。好ましい組み合わせを以下に示すが、これらに限定されるものではない。
前記一般式 (V)と前記一般式(VI)との組み合わせ
前記一般式 (VI)と前記一般式(VI)との組み合わせ
前記一般式 (VI)と前記一般式(XI)との組み合わせ
前記一般式 (VI)と前記一般式(XIII)との組み合わせ
前記一般式 (VI)と前記一般式(XIX)との組み合わせ
前記一般式 (IX)と前記一般式(XIII)との組み合わせ
前記一般式 (XI)と前記一般式(XVI)との組み合わせ
前記一般式 (XII)と前記一般式(XIV)との組み合わせ
前記一般式 (XIII)と前記一般式(XIV)との組み合わせ
前記一般式 (XIII)と前記一般式(XV)との組み合わせ
前記一般式 (XIII)と前記一般式(XVIII)との組み合わせ
前記一般式 (XIII)と前記一般式(XX)との組み合わせ
前記一般式 (XIII)と前記一般式(XXI)との組み合わせ
前記一般式 (XIV)と前記一般式(XIV)との組み合わせ
前記一般式 (XV)と前記一般式(XV)との組み合わせ。
より好ましい組み合わせは、(VI)と(XIII)、(XIII)と(XIV)、(XIII)と(XV)、(XIII)と(XX)、及び(XIII)と(XXI); さらにより好ましい組み合わせは、(VI)と(XIII)、(XIII)と(XX)、(XIII)と(XXI); 特にさらにより好ましい組み合わせは(XIII)と(XXII); 最も好ましい組み合わせは(XIIIa)と(VIa)、及び(XIIIa)と(XXIa)である。
本態様において、各々の水素結合性基を有する化合物の添加量としては、液晶性化合物(好ましくはディスコティック液晶性化合物)の量の0.01〜20重量%が好ましく、0.05〜10重量%がより好ましく、0.1〜5重量%がさらに好ましい。
[光学異方性層]
次に、本発明の光学異方性層に用いられる種々の材料について説明する。
(1)液晶性化合物
本発明において、光学異方性層の作製に用いる液晶性化合物は、棒状液晶性化合物およびディスコティック液晶性化合物のいずれでもよく、また、高分子液晶および低分子液晶のいずれでもよい。さらに光学異方性層中で、低分子液晶が架橋され液晶性を示さなくなったものも含まれる。本発明に用いる液晶性化合物としては、ディスコティック液晶性化合物が好ましい。
棒状液晶性化合物としては、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。なお、棒状液晶性化合物には、金属錯体の液晶性化合物も含まれる。また、棒状液晶性化合物を繰り返し単位中に含む液晶ポリマーも、棒状液晶性化合物として用いることができる。言い換えると、棒状液晶性化合物は、(液晶)ポリマーと結合していてもよい。棒状液晶性化合物については、季刊化学総説第22巻液晶の化学(1994)日本化学会編の第4章、第7章および第11章、および液晶デバイスハンドブック日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載がある。棒状液晶性化合物の複屈折率は、0.001〜0.7の範囲にあることが好ましい。棒状液晶性化合物は、その配向状態を固定するために、重合性基を有することが好ましい。棒状液晶性化合物についてはWO01/88574A1号50頁7行〜57頁末行に記載されている。
円盤状(ディスコティック)液晶性化合物の例としては、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.71巻、111頁(1981年)に記載されているベンゼン誘導体、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.122巻、141頁(1985年)、Physics lett,A,78巻、82頁(1990)に記載されているトルキセン誘導体、B.Kohneらの研究報告、Angew.Chem.96巻、70頁(1984年)に記載されたシクロヘキサン誘導体およびJ.M.Lehnらの研究報告、J.Chem.Commun.,1794頁(1985年)、J.Zhangらの研究報告、J.Am.Chem.Soc.116巻、2655頁(1994年)に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルなどを挙げることができる。さらに、ディスコティック液晶性化合物としては、一般的にこれらを分子中心の母核とし、直鎖のアルキル基やアルコキシ基、置換ベンゾイルオキシ基等がその直鎖として放射線状に置換された構造のものも含まれ、液晶性を示す。ディスコティック液晶性化合物の好ましい例は、特開平8−50206号公報に記載されている。
本発明において、トリフェニレン液晶類を用いるのが好ましい。トリフェニレン液晶類の例には、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.71巻、111頁(1981年)、またはB.Moureyらの研究報告、Mol.Cryst.84巻、193頁(1982年)に記載されているトリフェニレン誘導体等を挙げることができる。特に好ましいトリフェニレン液晶としては、特開平7−306317号公報記載の一般式(1)〜(3)にて表されるトリフェニレン誘導体、特開平7−309813号公報記載の一般式(I)で表されるトリフェニレン誘導体、および特開2001−100028号公報記載の一般式(I)で表されるトリフェニレン誘導体を挙げることができる。
また、光学異方性層が最終的に形成された際に、液晶性化合物はもはや液晶性化合物である必要はない。例えば、低分子のディスコティック液晶性化合物が熱、光等で反応する基を有しており、結果的に熱、光等で反応により重合または架橋し、高分子量化して、液晶性を失ってもよい。ディスコティック液晶性化合物の重合については、特開平8−27284号公報に記載がある。
ディスコティック液晶性化合物を重合により固定する方法の一例として、ディスコティック液晶性化合物として、ディスコティックコアに置換基として重合性基が結合した液晶性化合物を用い、ハイブリッド配向させた後、前記液晶性化合物を重合させて固定する方法がある。但し、ディスコティック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傾向にある。そこで、ディスコティックコアと重合性基との間に、連結基を導入することが好ましい。即ち、ディスコティック液晶性化合物としては、下記式(XXIII)で表わされる化合物が好ましい。
一般式(XXIII)
D(−L−P)n
式中、Dはディスコティックコアを表し、Lは二価の連結基を表し、Pは重合性基を表し、nは2〜12のいずれかの整数を表す。前記ディスコティック液晶性化合物の具体例としては、WO01/88574A1号公報の58頁6行〜65頁8行に記載されている。
従って、前記特開平7−306317号公報記載の一般式(1)〜(3)にて表されるトリフェニレン誘導体、特開平7−309813号公報記載の一般式(I)で表されるトリフェニレン誘導体、および特開2001−100028号公報記載の一般式(I)で表されるトリフェニレン誘導体の中でも、トリフェニレンコアと重合性基との間に連結基を有する化合物が特に好ましい。
本発明では、2種類以上のディスコティック液晶性分子を併用して用いてもよい。また、例えば、上記の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も可能である。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(XXIV)で表される化合物であることが好ましい。
式(XXIV)
D(−L−R)n
式中、Dは円盤状コアを、Lは二価の連結基を、Rは水素原子またはアルキル基を表し、nは4〜12の整数である。
(2) 光学異方性層の添加剤
本発明では、前記光学異方性層中に、液晶性化合物、および前記式(I)、(II)又は(III)で表される化合物もしくは水平配向化剤とともに、添加剤を含有していてもよい。添加剤の例には、ハジキ防止剤、配向膜のプレチルト角(光学異方性層/配向膜界面での液晶性分子の傾斜角)を制御するための添加剤、重合開始剤、配向温度を低下させる添加剤(可塑剤)、重合性モノマー等である。
(2)−1 ハジキ防止剤
一般式には高分子が、層中のハジキを軽減するために、ディスコティック液晶性化合物からなる層に添加される。使用するポリマーとしては、ディスコティック液晶性化合物と相溶性を有し、液晶性化合物の傾斜角変化や配向を著しく阻害しない限り、特に制限はない。
ポリマーの例としては、特開平8−95030号公報に記載があり、特に好ましい具体的ポリマー例としてはセルロースエステル類を挙げることができる。セルロースエステルの例としては、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、ヒドロキシプロピルセルロースおよびセルロースアセテートブチレートを挙げることができる。ディスコティック液晶性化合物の配向を阻害しないように、ハジキ防止目的で使用されるポリマーの添加量は、液晶性化合物に対して一般に0.1〜10重量%の範囲にあり、0.1〜8重量%の範囲にあることがより好ましく、0.1〜5重量%の範囲にあることがさらに好ましい。
(2)−2 配向膜プレチルト角制御剤
配向膜のプレチルト角を制御する添加剤として、分子内に極性基と非極性基の両方を有する化合物を添加することができる。
極性基としては、R−OH、R−COOH、R−O−R、R−NH2、R−NH−R、R−SH、R−S−R、R−CO−R、R−COO−R、R−CONH−R、R−CONHCO−R、R−SO3H、R−SO3−R、R−SO2NH−R、R−SO2NHSO2−R、R−C=N−R、HO−P(−R)2、(HO−)2P−R、P(−R)3、HO−PO(−R)2、(HO−)2PO−R、PO(−R)3、R−NO2、R−CN、等が例として挙げられる。また、有機塩(例えば、アンモニウム塩、ピリジニウム塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩)でもかまわない。極性基で好ましい基は、R−OH、R−COOH、R−O−R、R−NH2、R−SO3H、HO−PO(−R)2、(HO−)2PO−R、PO(−R)3もしくは有機塩である。
ここで、上記各Rとしては下記の非極性基が挙げられる。
非極性基としては、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30の直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基)、アルケニル基(好ましくは炭素数1〜30の直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルケニル基)、アルキニル基(好ましくは炭素数1〜30の直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルケニル基)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリール基)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のシリル基)が例として挙げられる。
この非極性基はさらに置換基を有していてもよく、置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールアゾ基、ヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基等が例として挙げられる。
配向膜プレチルト制御剤を加えることで配向膜のプレチルト角は変えることができるが、その時の変化量はラビング密度に関係がある。ラビング密度が高い配向膜とラビング密度の低い配向膜を比較すれば、ラビング密度の低い配向膜の方が、同じ添加量であっても、プレチルト角は変わりやすい。
したがって、配向膜プレチルト制御剤の添加量は、配向膜のラビング密度および所望のプレチルト角の大きさ等によって変わるが、液晶性化合物に対して、0.001重量%〜20重量%が好ましく、0.001重量%〜20重量%がより好ましく、更に0.005重量%〜10重量%がよりさらに好ましい。
配向膜プレチルト制御剤の具体例を以下に示すが、本発明に用いられる化合物はこれらに限定されるものではない。
Figure 0004523406
Figure 0004523406
Figure 0004523406
(2)−3 重合開始剤
本発明では、液晶性分子を配向状態に固定されていることが好ましく、そのため重合反応により液晶性分子を固定することが好ましい。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)が挙げられる。光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の0.01〜20重量%であることが好ましく、0.5〜5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/cm2〜50J/cm2であることが好ましく、100mJ/cm2〜800mJ/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。
(2)−4 重合性モノマー
液晶性化合物とともに使用する重合性モノマーとしては、液晶性化合物と相溶性を有し、液晶性化合物の傾斜角変化や配向阻害を著しく引き起こさない限り、特に限定はない。これらの中では重合活性なエチレン性不飽和基、例えばビニル基、ビニルオキシ基、アクリロイル基およびメタクリロイル基などを有する化合物が好ましく用いられる。上記重合性モノマーの添加量は、液晶性化合物に対して一般に1〜50重量%の範囲にあり、5〜30重量%の範囲にあることが好ましい。また反応性官能基数が2以上のモノマーを用いると、配向膜と光学異方性層間の密着性を高める効果が期待できるため、特に好ましい。
(4) 光学異方性層用の塗布液の溶媒
光学異方性層用の塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましい。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、テトラクロロエタン)、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。中でも、アルキルハライドおよびケトンが好ましい。2種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
(5) 塗布工程
本発明では、光学異方性層は、液晶性化合物を前記溶媒に溶解して調製した塗布液を、配向膜等の上に塗布して、液晶性化合物を配向膜上で配向させることで作製されるであろう。塗布液の塗布は、公知の方法(例、ワイヤーバーコーティング法、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。塗布液は、液晶性化合物を10〜50重量%含有しているのが好ましく、20〜40重量%含有しているのがより好ましい。
(6) 光学異方性層の性質
本発明では、前記光学異方性層の厚さは、01.〜20μmであることが好ましく、0.5〜15μmであることがさらに好ましく、1〜10μmであることが最も好ましい。
光学異方性層用液晶性組成物が配向膜上に塗布されると、液晶性分子は配向膜との界面では配向膜のプレチルト角で配向し、空気との界面では空気界面のプレチルト角で配向することとなる。したがって、塗布後、液晶性分子を均一配向(モノドメイン配向)させることで、空気界面から配向膜界面に向けて、つまり光学異方性層の深さ方向に液晶性分子の傾斜角(ディスコティック液晶性分子およびトリフェニレン液晶性分子の場合は、その円盤面の法線と透明支持体の配向膜を設ける面の法線とがなす角)が連続的に変化するハイブリッド配向を実現することができる。ハイブリッド配向させた光学補償シートにより、視野角を拡大させ、並びに視角変化に対するコントラスト低下、階調または黒白反転、および色相変化等を防止することができる。
ディスコティック液晶性分子およびトリフェニレン液晶性分子の場合、空気界面のプレチルト角は50°以上であり、光学補償シートとして好ましい性能を発揮できる状態のハイブリッド配向を実現するために、本発明では、配向膜のプレチルト角を3°〜30°とするのが好ましい。この配向膜のプレチルト角は前記した方法(配向膜のラビング密度、配向膜プレチルト角制御剤等)により制御することで、本発明の光学補償シートを適用する液晶表示装置の表示モードに応じて、好ましいハイブリッド配向状態を実現することができる。
(7) プレチルト角
プレチルト角とは、液晶性分子の長軸方向と界面(配向膜界面あるいは空気界面)の法線がなす角度を意味する。配向膜のプレチルト角は3°〜30°、空気界面側のプレチルト角は40〜80°であるのが好ましい。
プレチルト角が小さすぎると、液晶性分子のモノドメイン配向に要する時間が長くなるため大きい方が好ましいが、プレチルト角が大きくなりすぎると、光学補償シートとして好ましい光学性能が得られなくなるため逆に好ましくない。したがって、モノドメイン化時間の短縮と光学補償シートとしての好ましい光学性能の両立の観点から、好ましい配向膜のプレチルト角は5°〜30°、より好ましくは7〜20°、さらにより好ましいのは9〜20°である。また、好ましい空気界面側のプレチルト角は40〜80°、より好ましくは50〜80°、さらにより好ましいのは50〜70°である。
配向膜側のプレチルト角は、後述する配向膜のラビング密度を変える方法、あるいは前述の配向膜プレチルト角制御剤の添加などにより、数度〜数十度の範囲で制御可能である。
[配向膜]
配向膜は、有機化合物(好ましくはポリマー)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、あるいはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で、設けることができる。さらに、電場の付与、磁場の付与あるいは光照射により、配向機能が生じる配向膜も知られている。本発明においては、配向膜のプレチルト角の制御し易さの点から、特にポリマーのラビング処理により形成する配向膜が特に好ましい。ラビング処理は、一般にはポリマー層の表面を、紙や布で一定方向に数回擦ることにより実施することができるが、特に本発明では「液晶便覧」(丸善(株))に記載されている方法により行うことが好ましい。
配向膜の厚さは、0.01〜10μmであることが好ましく、0.05〜1μmであることがさらに好ましい。
配向膜に用いられるポリマーは、多数の文献に記載があり、多数の市販品を入手することができる。本発明の光学補償フイルム用の配向膜ではポリビニルアルコール及びその誘導体が好ましく用いられる。特に好ましくは、疎水性基が結合している変性ポリビニルアルコールが特に好ましい。配向膜についてはWO01/88574A1号公報の43頁24行〜49頁8行の記載を参照することができる。
[配向膜のラビング密度]
配向膜のラビング密度を変える方法としては、「液晶便覧」(丸善(株))に記載されている方法を用いることができる。ラビング密度(L)は式(A)で定量化されている。
式(A) L=N×l×(1+2πrn/60v)
式(A)中、Nはラビング回数、lはラビングローラーの接触長、rはローラーの半径、nはローラーの回転数(rpm)、vはステージ移動速度(秒速)である。
ラビング密度を高くするためには、ラビング回数を増やす、ラビングローラーの接触長を長く、ローラーの半径を大きく、ローラーの回転数を大きく、ステージ移動速度を遅くすればよく、一方、ラビング密度を低くするためには、この逆にすればよい。
ラビング密度と配向膜のプレチルト角との間には、ラビング密度を高くするとプレチルト角は小さくなり、ラビング密度を低くするとプレチルト角は大きくなる関係がある。
[透明支持体]
本発明には、光学的に等方性のポリマーフイルムを透明支持体に用いるのが好ましい。支持体についていうときは、「透明」とは光透過性が80%以上であることを意味する。
透明支持体に用いる材料の例に特に制限はく、セルロースエステル(例、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート)、ノルボルネン系ポリマー、ポリメチルメタクリレートのフイルムが含まれる。種々の市販のポリマーを用いることができる。光学特性の観点から、セルロースエステルが好ましく、セルロースの低級脂肪酸エステルがさらに好ましい。低級脂肪酸とは、炭素原子数が6以下の脂肪酸を意味する。脂肪酸の炭素原子数は、2(セルロースアセテート)、3(セルロースプロピオネート)または4(セルロースブチレート)であることが好ましい。セルローストリアセテートが特に好ましい。セルロースアセテートプロピオネートやセルロースアセテートブチレートのような混合脂肪酸エステルを用いてもよい。また、従来知られているポリカーボネートやポリスルホンのような複屈折の発現しやすいポリマーであってもWO00/26705号明細書に記載の分子を修飾することで該発現性を低下させたものを用いることもできる。
ポリマーフイルムとしては、酢化度が55.0〜63.5%であるセルロースアセテートを使用することが好ましい。特に酢化度が57.0〜62.0%であることが好ましい。酢化度とは、セルロース単位質量当たりの結合酢酸量を意味する。酢化度は、ASTM:D−817−91(セルロースアセテート等の試験法)におけるアセチル化度の測定および計算に従う。セルロースエステルの粘度平均重合度(DP)は、250以上であることが好ましく、290以上であることがさらに好ましい。また、本発明に使用するセルロースエステルは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるMw/Mn(Mwは質量平均分子量、Mnは数平均分子量)の分子量分布が狭いことが好ましい。具体的なMw/Mnの値としては、1.0〜1.7であることが好ましく、1.3〜1.65であることがさらに好ましく、1.4〜1.6であることが最も好ましい。
セルロースエステルでは、一般的に、セルロースの2位、3位、6位の水酸基が全体の置換度の1/3ずつに均等に分配されるわけではなく、6位水酸基の置換度が小さくなる傾向がある。セルロースの6位水酸基の置換度が、2位、3位に比べて多いほうが好ましい。全体の置換度に対して6位の水酸基が30%以上40%以下でアシル基で置換されていることが好ましく、さらには31%以上、特に32%以上であることが好ましい。6位の置換度は、0.88以上であることが好ましい。6位水酸基は、アセチル基以外に炭素数3以上のアシル基(例、プロピオニル、ブチリル、バレロイル、ベンゾイル、アクリロイル)で置換されていてもよい。各位置の置換度の測定は、NMRによって求める事ができる。6位水酸基の置換度が高いセルロースエステルは、特開平11−5851号公報の段落番号0043〜0044に記載の合成例1、段落番号0048〜0049に記載の合成例2、そして段落番号0051〜0052に記載の合成例3の方法を参照して合成することができる。
透明支持体として用いるセルロースエステルフイルムの厚み方向のレターデーション値は、厚み方向の複屈折率にフイルムの厚みを乗じた値である。具体的には、測定光の入射方向をフイルム膜面に対して鉛直方向として、遅相軸を基準とする面内レターデーションの測定結果と、入射方向をフイルム膜面に対する鉛直方向に対して傾斜させた測定結果から外挿して求める。測定は、エリプソメーター(例えば、M−150:日本分光(株)製)を用いて実施できる。厚み方向のレターデーション値(Rth)と面内レターデーション値(Re)とは、それぞれ下記式に従って算出する。
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
Re=(nx−ny)×d
式中、nxはフイルム平面内のx方向の屈折率であり、nyはフイルム平面内のy方向の屈折率であり、nzはフイルム面に垂直な方向の屈折率であり、そしてdはフイルムの厚み(nm)である。
本発明では、ポリマー基材のReレターデーション値を20〜70nmの範囲に、そして、Rthレターデーション値を70〜400nmの範囲に調節することが好ましい。液晶表示装置に二枚の光学的異方性層を使用する場合、基材のRthレターデーション値は70〜250nmの範囲にあることが好ましい。また、液晶表示装置に一枚の光学的異方性層を使用する場合、基材のRthレターデーション値は150〜400nmの範囲にあることが好ましい。
なお、基材フイルムの複屈折率(Δn:nx−ny)は、0.00028〜0.020の範囲にあることが好ましい。また、厚み方向の複屈折率{(nx+ny)/2−nz}は、0.001〜0.04の範囲にあることが好ましい。
透明支持体として用いるポリマーフイルム、特にセルロースアセテートフイルムのレターデーションを調整するために、少なくとも二つの芳香族環を有する芳香族化合物をレターデーション上昇剤として使用することが好ましい。芳香族化合物は、セルロースアセテート100重量部に対して、0.01〜20重量部の範囲で使用する。芳香族化合物は、セルロースアセテート100重量部に対して、0.05〜15重量部の範囲で使用することが好ましく、0.1〜10重量部の範囲で使用することがさらに好ましい。2種類以上の芳香族化合物を併用してもよい。
芳香族化合物の芳香族環には、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。
芳香族炭化水素環は、6員環(すなわち、ベンゼン環)であることが特に好ましい。
芳香族性ヘテロ環は一般に、不飽和ヘテロ環である。芳香族性ヘテロ環は、5員環、6員環または7員環であることが好ましく、5員環または6員環であることがさらに好ましい。芳香族性ヘテロ環は一般に、最多の二重結合を有する。ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましく、窒素原子が特に好ましい。芳香族性ヘテロ環の例には、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、トリアゾール環、ピラン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環および1,3,5−トリアジン環が含まれる。
芳香族環としては、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環および1,3,5−トリアジン環が好ましく、ベンゼン環および1,3,5−トリアジン環がさらに好ましい。
芳香族化合物は、少なくとも一つの1,3,5−トリアジン環を有することが好ましい。
芳香族化合物が有する芳香族環の数は、2〜20であることが好ましく、2〜12であることがより好ましく、2〜8であることがさらに好ましく、2〜6であることがさらにより好ましい。
二つの芳香族環の結合関係は、(a)縮合環を形成する場合、(b)単結合で直結する場合および(c)連結基を介して結合する場合に分類できる(芳香族環のため、スピロ結合は形成できない)。結合関係は、(a)〜(c)のいずれでもよい。このようなレターデーション上昇剤についてはWO01/88574A1、WO00/2619A1、特開2000−111914号公報、同2000−275434号公報、特開2002−363343号公報に記載されている。
セルロースアセテートフイルムは、調製されたセルロースアセテート溶液(ドープ)から、ソルベントキャスト法により製造することが好ましい。ドープには、前記のレターデーション上昇剤を添加することが好ましい。
ドープは、ドラムまたはバンド上に流延し、溶媒を蒸発させてフイルムを形成する。流延前のドープは、固形分量が18〜35%となるように濃度を調整することが好ましい。ドラムまたはバンドの表面は、鏡面状態に仕上げておくことが好ましい。ソルベントキャスト法における流延および乾燥方法については、米国特許2336310号、同2367603号、同2492078号、同2492977号、同2492978号、同2607704号、同2739069号、同2739070号、英国特許640731号、同736892号の各明細書、特公昭45−4554号、同49−5614号、特開昭60−176834号、同60−203430号、同62−115035号の各公報に記載がある。
ドープは、表面温度が10℃以下のドラムまたはバンド上に流延することが好ましい。流延してから2秒以上風に当てて乾燥することが好ましい。得られたフイルムをドラムまたはバンドから剥ぎ取り、さらに100から160℃まで逐次温度を変えた高温風で乾燥して残留溶剤を蒸発させることもできる。以上の方法は、特公平5−17844号公報に記載がある。この方法によると、流延から剥ぎ取りまでの時間を短縮することが可能である。この方法を実施するためには、流延時のドラムまたはバンドの表面温度においてドープがゲル化することが必要である。
調製したセルロースアセテート溶液(ドープ)を用いて、ドープを2層以上流延することによりフイルム化することもできる。ドープは、ドラムまたはバンド上に流延し、溶媒を蒸発させてフイルムを形成する。流延前のドープは、固形分量が10〜40%となるように濃度を調整することが好ましい。ドラムまたはバンドの表面は、鏡面状態に仕上げておくことが好ましい。
複数のセルロースアセテート溶液を流延する場合、支持体の進行方向に間隔をおいて設けた複数の流延口からセルロースアセテートを含む溶液をそれぞれ流延させて、それらを積層させながらフイルムを作製してもよい。例えば、特開昭61−158414号、特開平1−122419号、および特開平11−198285号の各公報に記載の方法を用いることができる。また、2つの流延口からセルロースアセテート溶液を流延することによりフイルム化してもよい。例えば、特公昭60−27562号、特開昭61−94724号、特開昭61−947245号、特開昭61−104813号、特開昭61−158413号、および特開平6−134933号の各公報に記載の方法を用いることができる。また、特開昭56−162617号公報に記載の、高粘度セルロースアセテート溶液の流れを低粘度のセルロースアセテート溶液で包み込み、高粘度および低粘度のセルロースアセテート溶液を同時に押出すセルロースアセテートフイルムの流延方法を用いてもよい。
セルロースアセテートフイルムは、さらに延伸処理によりレターデーションを調整することができる。延伸倍率は、3〜100%の範囲にあることが好ましい。本発明のセルロースアセテートフイルムを延伸する場合には、テンター延伸が好ましく使用され、遅相軸を高精度に制御するために、左右のテンタークリップ速度、離脱タイミング等の差をできる限り小さくすることが好ましい。
セルロースエステルフイルムには、機械的物性を改良するため、または乾燥速度を向上するために、可塑剤を添加することができる。可塑剤としては、リン酸エステルまたはカルボン酸エステルが用いられる。リン酸エステルの例には、トリフェニルフォスフェート(TPP)およびトリクレジルホスフェート(TCP)が含まれる。カルボン酸エステルとしては、フタル酸エステルおよびクエン酸エステルが代表的である。フタル酸エステルの例には、ジメチルフタレート(DMP)、ジエチルフタレート(DEP)、ジブチルフタレート(DBP)、ジオクチルフタレート(DOP)、ジフェニルフタレート(DPP)およびジエチルヘキシルフタレート(DEHP)が含まれる。クエン酸エステルの例には、O−アセチルクエン酸トリエチル(OACTE)およびO−アセチルクエン酸トリブチル(OACTB)が含まれる。その他のカルボン酸エステルの例には、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、セバシン酸ジブチル、種々のトリメリット酸エステルが含まれる。フタル酸エステル系可塑剤(DMP、DEP、DBP、DOP、DPP、DEHP)が好ましく用いられる。DEPおよびDPPが特に好ましい。可塑剤の添加量は、セルロースエステルの量の0.1〜25重量%であることが好ましく、1〜20重量%であることがさらに好ましく、3〜15重量%であることが最も好ましい。
セルロースエステルフイルムには、劣化防止剤(例、酸化防止剤、過酸化物分解剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、酸捕獲剤、アミン)や紫外線防止剤を添加してもよい。劣化防止剤については、特開平3−199201号、同5−1907073号、同5−194789号、同5−271471号、同6−107854号の各公報に記載がある。劣化防止剤の添加量は、調製する溶液(ドープ)の0.01〜1重量%であることが好ましく、0.01〜0.2重量%であることがさらに好ましい。添加量が0.01重量%未満であると、劣化防止剤の効果がほとんど認められない。添加量が1重量%を越えると、フイルム表面への劣化防止剤のブリードアウト(滲み出し)が認められる場合がある。
特に好ましい劣化防止剤の例としては、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を挙げることができる。紫外線防止剤については、特開平7−11056号公報に記載がある。
セルロースアセテートフイルムは、表面処理を施すことが好ましい。具体的方法としては、コロナ放電処理、グロー放電処理、火炎処理、酸処理、アルカリ処理または紫外線照射処理が挙げられる。また、特開平7−333433号公報に記載のように、下塗り層を設けることも好ましく利用される。
フイルムの平面性を保持する観点から、これら処理においてセルロースアセテートフイルムの温度をTg(ガラス転移温度)以下、具体的には170℃以下とすることが好ましい。
セルロースアセテートフイルムの表面処理は、偏光膜との接着性の観点から、酸処理またはアルカリ処理、すなわちセルロースアセテートに対するケン化処理を実施することが特に好ましい。
表面エネルギーは55mN/m以上であることが好ましく、60〜75mN/mの範囲にあることがさらに好ましい。
以下、アルカリ鹸化処理を例に、具体的に説明する。アルカリ溶液としては、水酸化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液が挙げられる。水酸化イオンの規定濃度は、0.1〜3.0Nの範囲にあることが好ましく、0.5〜2.0Nの範囲にあることがさらに好ましい。アルカリ溶液温度は、室温〜90℃の範囲にあることが好ましく、40〜70℃の範囲にあることがさらに好ましい。
固体の表面エネルギーは、「ぬれの基礎と応用」(リアライズ社 1989.12.10発行)に記載のように接触角法、湿潤熱法、および吸着法により求めることができる。本発明のポリマーフイルムの場合、接触角法を用いることが好ましい。具体的には、表面エネルギーが既知である2種の溶液をセルロースアセテートフイルムに滴下し、液滴の表面とフイルム表面との交点において、液滴に引いた接線とフイルム表面のなす角で、液滴を含む方の角を接触角と定義し、計算によりフイルムの表面エネルギーを算出できる。
セルロースアセテートフイルムの厚さは、使用目的によって異なるが、通常5〜500μmの範囲であり、20〜250μmの範囲が好ましく、30〜180μmの範囲がより好ましく、30〜110μmの範囲がよりさらに好ましい。
[光学補償シート]
本発明の好ましい態様は、透明支持体と、その上に配向層と光学異方性層とを有する光学補償シートである。
本発明の光学補償シートは、偏光膜と組合わせて楕円偏光板の用途に供することができる。さらに、透過型液晶表示装置に、偏光膜と組合わせて適用することにより、視野角の拡大に寄与する。
以下に、本発明の光学補償シートを利用した楕円偏光板および液晶表示装置について説明する。
[楕円偏光板]
本発明の光学補償シートと偏光膜を積層することによって楕円偏光板を作製することができる。本発明の光学補償シートを利用することにより、液晶表示装置の視野角を拡大しうる楕円偏光板を提供することができる。
前記偏光膜には、ヨウ素系偏光膜、二色性染料を用いる染料系偏光膜やポリエン系偏光膜がある。ヨウ素系偏光膜および染料系偏光膜は、一般にポリビニルアルコール系フイルムを用いて製造する。偏光膜の偏光軸は、フイルムの延伸方向に垂直な方向に相当する。
偏光膜は前記光学補償シートの光学異方性層側に積層する。偏光膜の光学補償シートを積層した側と反対側の面に透明保護膜を形成することが好ましい。透明保護膜は、光透過率が80%以上であるのが好ましい。透明保護膜としては、一般にセルロースエステルフイルム、好ましくはトリアセチルセルロースフイルムが用いられる。セルロースエステルフイルムは、ソルベントキャスト法により形成することが好ましい。透明保護膜の厚さは、20〜500μmであることが好ましく、50〜200μmであることがさらに好ましい。
[液晶表示装置]
本発明の光学補償シートの利用により、視野角が拡大された液晶表示装置を提供することができる。TNモードの液晶セル用光学補償シートは、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。また、IPSモードまたはFLCモードの液晶セル用光学補償シートは、特開平10−54982号公報に記載がある。さらに、OCBモードまたはHANモードの液晶セル用光学補償シートは、米国特許5805253号明細書および国際公開WO96/37804号公報に記載がある。さらにまた、STNモードの液晶セル用光学補償シートは、特開平9−26572号公報に記載がある。そして、VAモードの液晶セル用光学補償シートは、特許番号第2866372号公報に記載がある。
本発明において、前記記載の公報を参考にして各種のモードの液晶セル用光学補償シートを作製することができる。本発明の光学補償シートは、TN(Twisted Nematic)、IPS(In−Plane Switching)、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)、OCB(Optically Compensatory Bend)、STN(Super Twisted Nematic)、VA(Vertically Aligned)およびHAN(Hybrid Aligned Nematic)モードなど、種々のモードで駆動される液晶セルと組合わせて液晶表示装置に適用できる。本発明の光学補償シートは、TNモード又はOCBモードの液晶表示装置において特に効果がある。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、割合、操作等は本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができ、本発明の範囲は以下に示す具体例に制限されるものではない。
[実施例1]
厚さ100μm、サイズ270mm×100mmのトリアセチルセルロースフイルム(フジタック、富士写真フイルム(株)製)を透明支持体として用いた。透明支持体上にアルキル変性ポリビニルアルコール(MP−203、クラレ(株)製)を0.5μmの厚さに塗布、乾燥し、その表面をラビング処理して、配向膜を形成した。配向膜の上に、以下の組成の塗布液をバーコーターを用いて塗布した。
光学異方性層塗布液
一般式(I)で表される例示化合物No.I−1 0.6重量部
トリフェニレン液晶(I) 100重量部
(特開平7−306317号公報に化合物No.TP−53として開示されている)
Figure 0004523406
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート
(V#360、大阪有機化学(株)製) 9.9重量部
重合開始剤
(イルガキュア907、日本チバガイギー(株)製 3.3重量部
増感剤 1.1重量部
メチルエチルケトン 220重量部
次に、上記塗布層を約150秒間で膜面温度125℃まで加熱し、液晶の配向を熟成させ、次いで約20秒間で80℃まで冷却した。次に、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して、配向を固定した。形成した光学異方性層の厚さは1.8μmであった。以上の如く光学異方性層を形成し、光学補償シートを作製した。
(光学補償シートの評価)
光学補償シートの光学異方性層における液晶性分子の配向膜近傍の傾斜角及び空気界面近傍の傾斜角は、エリプソメーター(APE−100、島津製作所(株)製)を用いて観察角度を変えてレターデーションを測定し、屈折率楕円体モデルと仮想し、Designing Concepts of the Discotic Negative Birefringence Compensation Films,SID98 DIGEST に記載されている手法で算出した。測定波長は632.8nmであった。
結果を表1に示す。
[実施例2〜12と比較例1及び2]
実施例1で用いた例示化合物(I−1)を表1の如く変更した以外は、実施例1と同様にして光学補償シートを作製し、同様に傾斜角を算出した。結果を表1に示す。
Figure 0004523406
Figure 0004523406
上記表1に示した結果から判るように、本発明に係る前記一般式(I)、(II)又は(III)で表される化合物を含有する光学異方性層は、液晶性分子の傾斜角、特に空気界面側の傾斜角が大きいハイブリッド配向が実現されている。
次に、ハイブリッド配向を迅速に形成する方法に関する実施例を説明する。まず、第一の工程の水平配向温度が、第二の工程のハイブリッド配向温度より高い場合の例について説明する
[実施例13]
実施例1で用いた化合物I−1 0.6重量部に代えて、表2中に示した1,3,5−トリアジン化合物 4.5重量部を使用し、且つ配向工程を以下に示す工程に代えた以外は、実施例1と同一の方法で光学補償シートを作製した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
(配向工程)
上記塗布層を約20秒間で120℃まで加熱した。次いで約20秒間で80℃まで冷却した後、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。形成した光学異方性層の厚さは1.75μmであった。以上の如く光学異方性層を形成し、光学補償シートを作製した。
[比較例3]
上記配向工程に代えて、以下の配向工程を実施した以外は、実施例13と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層を約20秒間で120℃まで加熱し、その後、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[比較例4]
上記配向工程に代えて、以下の配向工程を実施した以外は、実施例13と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層を約20秒間で120℃まで加熱し、引き続き同温度で20秒間維持した。その後、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[比較例5]
1,3,5−トリアジン系化合物を添加せず、上記配向工程に代えて、以下の配向工程を実施した以外は、実施例1と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層を約20秒間で120℃まで加熱し、引き続き同温度で20秒間維持した。その後、温度を、80℃まで20秒間で低下させ、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[比較例6]
1,3,5−トリアジン系化合物を添加せず、上記配向工程に代えて、以下の配向工程を実施した以外は、実施例1と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層(1,3,5−トリアジン系化合物不含)を約20秒間で120℃まで加熱した。その後、温度を80℃まで20秒間で低下させ、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[実施例14]
実施例1−1の1,3,5−トリアジン系化合物No.IV−1 4.5重量部を、NoIV−2 0.3重量部に代えた以外は、実施例13と同様にして光学補償シートを作製した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[比較例7]
配向方法を以下の如く変更した以外は、実施例14と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層を約20秒間で120℃まで加熱した後、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[実施例15]
実施例13の1,3,5−トリアジン系化合物No.IV−1 4.5重量部をNoIV−6 0.5重量部に代えた以外は、実施例13と同様にして光学補償シートを作製した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[比較例8]
配向方法を以下の如く変更した以外は、実施例15と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層を約20秒間で120℃まで加熱した後、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[実施例16]
実施例1の1,3,5−トリアジン系化合物No.IV−1 4.5重量部をNo.IV−41 0.3重量部に代えた以外は、実施例13と同様にして光学補償シートを作製した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
[比較例9]
配向方法を以下の如く変更した以外は、実施例16と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層を約20秒間で120℃まで加熱した後、同温度にて0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。表2に示した傾斜角は、実施例1と同一の方法で算出した。
Figure 0004523406
上記表に示した結果から、光学異方性層の形成において、高温度領域(120℃)から低温度領域(80℃)へ変化させた、実施例13,14,15及び16の光学異方性層では、高温度領域において液晶性化合物が水平配向した後、低温度領域においてハイブリッド配向へ配向転移したことがわかる。また、実施例13、14及び16の光学異方性層には、比較例5および6の光学異方性層に見られるようなシュリーレン欠陥がなかった。
[実施例17]
化合物(I−1) 0.6重量部の代わりに、化合物(XIII−2) 0.4重量部及び化合物(VI−7) 0.4重量部を用い、配向工程を以下の工程に代えた以外は、実施例1と同様にして光学補償シートを作製した。
上記塗布層を約10秒間で70℃まで加熱した。次いで約10秒間で125℃まで加熱し、同温度にて更に約10秒間熟成した後、0.4Jの紫外線を照射して光学異方性層の配向状態を固定した。形成した光学異方性層の厚さは1.9μmであった。以上の如く光学異方性層を形成し光学補償シートを作製した。
[比較例10]
加熱熟成方法を以下の表3の如く変更した以外は、実施例17と同様にして光学補償シートを作製し、同一の手法で配向膜近傍の傾斜角、空気界面近傍の傾斜角および平均傾斜角を算出した。
Figure 0004523406
上記表3の結果からわかるように、水素結合性基を有する化合物の二種を光学異方性層に含有する光学補償シートでは、低温度領域(70℃)で初期配向が水平配向になった後、高温度領域(125℃)への昇温過程においてハイブリッドへ配向転移している。
[実施例18〜20及び比較例11〜17]
水素結合性基を有する化合物を表4の如く変更した以外は、実施例17と同様にして光学補償シートを作製した。表4に示した傾斜角は実施例1と同一の方法で算出した。
Figure 0004523406
上記表4における実施例17〜20の結果からわかるように、水素結合性基を有する化合物の二種を光学異方性層に含有する光学補償シートでは、傾斜角、特に空気界面側の傾斜角、の高いハイブリッド配向が実現できる。一方、比較例11〜17の結果からわかるように、水素結合性基を有する化合物を一種または全く含有しない光学補償シートでは、その様なハイブリッド配向は達成されなかった。比較例12〜17では、配向速度が遅いため多数のシュリーレン欠陥が存在し;比較例11では、配向速度は速くても傾斜角が低い水平配向になってしまう。従って、本発明の水素結合性基を有する化合物を二種併用することによって初めて、シュリーレン欠陥なく迅速に傾斜角の高いハイブリッド配向が実現できる。
次に、液晶表示装置としての応用例を示す。まず、傾斜角の改善について説明する。
[実施例21]
(透明支持体の作製)
下記の成分をミキシングタンクに投入し、加熱攪拌して、セルロースアセテート溶液(ドープ)を調製した。
セルロースアセテート溶液組成
アセチル化率60.9%のセルロースアセテート 100重量部
トリフェニルホスフェート 6.5重量部
ビフェニルジフェニルホスフェート 5.2重量部
下記のレターデーション上昇剤(1) 0.1重量部
下記のレターデーション上昇剤(2) 0.2重量部
メチレンクロライド 310.25重量部
メタノール 54.75重量部
1−ブタノール 10.95重量部
Figure 0004523406
得られたドープを流延口から0℃に冷却したドラム上に流延した。溶媒含有率70重量%の状態で剥ぎ取り、フイルムの幅方向の両端をピンテンターで固定し、溶媒含有率が3〜5重量%の領域で、幅方向(機械方向に垂直な方向)の延伸率が3%となる間隔を保ちつつ乾燥した。その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、さらに乾燥し、120℃を越える領域で機械方向の延伸率が実質0%、(剥ぎ取り時に機械方向に4%延伸することを考慮して)幅方向の延伸率と機械方向の延伸率との比が0.75となるように調整して、厚さ100μmのセルロースアセテートフイルムを作製した。作製したフイルムのレターデーションを波長632.8nmで測定したところ、厚み方向のレターデーションが40nm、面内のレターデーションが4nmであった。作製したセルロースアセテートフイルムを透明支持体として用いた。
(第1下塗り層の形成)
透明支持体の上に、下記の組成の塗布液を28ml/m2塗布し、乾燥して、第1下塗り層を形成した。
第1下塗り層塗布液組成
ゼラチン 5.42重量部
ホルムアルデヒド 1.36重量部
サリチル酸 1.60重量部
アセトン 391重量部
メタノール 158重量部
メチレンクロライド 406重量部
水 12重量部
(第2下塗り層の形成)
第1下塗り層の上に、下記の組成の塗布液を7ml/m2塗布し、乾燥して、第2下塗り層を形成した。
第2下塗り層塗布液組成
下記のアニオン性ポリマー 0.79重量部
クエン酸モノエチルエステル 10.1重量部
アセトン 200重量部
メタノール 877重量部
水 40.5重量部
Figure 0004523406
(バック層の形成)
透明支持体の反対側の面に、下記の組成の塗布液を25ml/m2 塗布し、乾燥して、バック層を形成した。
バック層塗布液組成
酢化度55%のセルロースジアセテート 6.56重量部
シリカ系マット剤(平均粒子サイズ:1μm) 0.65重量部
アセトン 679重量部
メタノール 104重量部
(配向膜の形成)
第2下塗り層の上に、長鎖アルキル変性ポリビニルアルコールの水溶液を塗布し、60℃の温風で90秒間乾燥した後、ラビング処理を行い配向膜を形成した。配向膜のラビング方向は、透明支持体の流延方向と平行であった。
(光学異方性層の形成)
配向膜の上に、前記実施例1で用いた光学異方性層塗布液を、#4のワイヤーバーを用いて塗布した。形成した光学異方性層の厚さは1.74μmであった。
塗布層を130℃の恒温槽中で20秒間かけて膜面温度120℃まで加熱した後、さらに120秒間同温度に維持した。20秒間かけて温度を80℃まで低下させ、引き続き、0.4Jの紫外線を照射して、配向状態を固定した。室温まで放冷して、光学補償シートを作製した。
(液晶表示装置の作製)
ITO透明電極が設けられたガラス基板の上に、ポリイミド配向膜を設け、ラビング処理を行った。5μmのスペーサーを介して、二枚の基板を配向膜が向き合うように重ねた。二枚の基板は、配向膜のラビング方向が直交するように配置した。基板の間隙に、棒状液晶性化合物(ZL4792、メルク社製)を注入し、棒状液晶層を形成した。棒状液晶性化合物のΔnは0.0969であった。以上のように作製したTN液晶セルの両側に、作製した光学補償シート二枚を光学異方性層が液晶セルの基板と対面するように貼り付けた。さらにそれらの外側に、偏光板二枚を貼り付けて液晶表示装置を作製した。光学補償シートの配向膜のラビング方向と、それに隣接する液晶セルの配向膜のラビング方向とは、反平行になるように配置した。また、偏光板の吸収軸と、液晶セルのラビング方向とは平行になるように配置した。液晶表示装置の液晶セルに電圧を印加し、白表示2V、黒表示5Vにおける白表示と黒表示との透過率をコントラスト比として、上下左右でコントラスト比10、かつ階調反転のない領域を視野角として測定した。結果を表5に示す。
[実施例22〜26及び比較例18]
実施例21で用いた例示化合物(I−1)を表5の如く変更した以外は、実施例21と同様にして、光学補償シート及び液晶表示装置を作製した。液晶表示装置の視野角は、実施例21と同一の方法で測定した。結果を表5に示す。
Figure 0004523406
上記表5に示した結果から、本発明に係る前記一般式(I)で表される化合物を含有する光学異方性層を有する光学補償シートは、液晶表示装置の視野角の拡大に寄与した。この効果は、実施例21〜26の光学補償シートでは、光学異方性層中において液晶の傾斜角が増加していることによると推測される。
次に、配向速度の改善効果について説明する。まず、第一の工程の水平配向温度が、第二の工程のハイブリッド配向工程の温度より高い方法(方法(1))によってもたらされるかかる効果について説明する。
[実施例27]
実施例21で用いた塗布液を、実施例13で用いた塗布液に代え、且つ配向工程を以下に示す工程に代えた以外は、実施例21と同様にして、光学補償シート及び液晶表示装置を作製した。結果を表6に示す。
(配向工程)
塗布層が形成されたフイルムを、130℃の恒温槽中で20秒間かけて膜面温度120℃まで加熱し、引き続き、同温度で20秒間加熱した。その後、20秒間かけて80℃まで冷却しディスコティック液晶性化合物を配向させた。その後、同温度で0.4Jの紫外線を照射して、配向を固定した。室温まで放冷して、光学補償シートを作製した。
液晶表示装置の視野角を実施例21と同一の方法で測定した。結果を表6に示した。
[比較例19]
配向工程を以下に示す工程に代えた以外は、実施例27と同一の方法で光学補償シートを作製した。
塗布層を、130℃の恒温槽中で30秒間加熱してディスコティック液晶性化合物を配向させた。その後、同温度で0.4Jの紫外線を照射して、配向を固定した。液晶表示装置の視野角を実施例21と同一の方法で測定した。結果を表6に示した。
[比較例20]
1,3,5−トリアジン化合物を使用せず、且つ配向工程を以下に示す工程に代えた以外は、実施例27と同一の方法で光学補償シートを作製した。
塗布層を、130℃の恒温槽中で30秒間加熱してディスコティック液晶性化合物を配向させた。その後、同温度で0.4Jの紫外線を照射して、配向を固定した。液晶表示装置の視野角を実施例21と同一の方法で測定した。結果を表6に示した。
[比較例21]
1,3,5−トリアジン化合物を使用しなかった以外は、実施例27と同一の方法で光学補償シートを作製した。
結果を表6に示した。
[参考例1]
1,3,5−トリアジン化合物を使用せず、且つ配向工程を以下に示す工程に代えた以外は、実施例26と同一の方法で光学補償シートを作製した。
塗布層を、130℃の恒温槽中で120秒間加熱して、ディスコティック液晶性化合物を配向させた。80℃まで冷却した後、ディスコティック液晶性化合物を配向させた。その後、同温度で0.4Jの紫外線を照射して、配向を固定した。
液晶表示装置の視野角を実施例21と同一の方法で測定した。結果を表6に示した。
Figure 0004523406
上記表6の結果から、ハイブリッド配向の光学異方性層を有する実施例27の光学補償シートは、液晶表示装置の視野角を拡大させる効果を有し、その効果は、水平配向の光学異方性層を有する比較例19の光学補償シートよりも格段に優れていることがわかる。さらに、実施例27の光学補償シートの光学異方性層には、比較例20及び21にみられるシュリーレン欠陥がなく、モノドメインなハイブリッド配向が実現できたことがわかる。また、水平配向を経由せずにハイブリッド配向させた参考例1と比較して、迅速にハイブリッド配向が実現できたことがわかる。
次に、低温で水平配向させる第一の工程と、高温でハイブリッド配向させる第二の工程とを含む方法(方法(2))によってもたらされる、配向速度の改善効果について説明する。
[実施例28]
実施例21で用いた塗布液を、実施例19で用いた塗布液に代え、且つ以下に示す配向工程を実施した以外は、実施例21と同様にして、光学補償シート及び液晶表示装置を作製した。液晶表示装置の視野角を実施例21と同一の方法で測定した。結果を表7に示す。
(配向工程)
塗布層が形成されたフイルムを、130℃の恒温槽中で20秒間かけて膜面温度120℃まで加熱し、同温度に20秒間維持した。その後、20秒間かけて80℃まで冷却しディスコティック液晶性化合物を配向させた。引き続き、同温度で0.4Jの紫外線を照射して、配向状態を固定した。室温まで放冷して、光学補償シートを作製した。
液晶表示装置の視野角を、実施例21と同一の方法で測定した。結果を表7に示す。
[比較例22〜25]
表7に示す様に、水素結合性の基を有する化合物及び配向工程を代えた以外は、実施例28と同様にして光学補償シートを作製した。液晶表示装置の視野角を、実施例21と同一の方法で測定した。結果を表7に示す。
Figure 0004523406
上記表7中の比較例25の結果によって示されている様に、低温度(80℃)で紫外線照射すると、水平配向状態に固定された化合物からなる層が形成され、その結果、視野角改善効果は小さい。一方、表7中の実施例28の結果によって示されている様に、高温度(120℃)まで加熱した後、紫外線を照射すると、ハイブリッド配向状態に固定された化合物からなる層が形成され、その結果、視野角改善効果が大きい。比較例23と24では、配向速度が遅いため、多数のシュリーレン欠陥が層中に生じ、視野角を測定できず;比較例22では、配向速度は速いが、傾斜角の低い水平配向となった。特に、比較例24では、光学異方性層が、水素結合性の基を一種類も含有していないため、配向速度が遅く、多数のシュリーレン欠陥が層中に生じた。従って、本発明に係る水素結合性基を有する化合物を二種含有することによって初めて、迅速に広い視野角を実現した液晶表示装置を提供できる。前記二種の化合物の存在下、まず、液晶性化合物は低温(80℃)で水平配向し、且つ該水平配向は、高温(120℃)で、ハイブリッド配向に転移した。シュリーレン欠陥のない、高傾斜角なハイブリッド配向を達成し、且つ視野角の改善に寄与する光学補償シートを提供するためには、水素結合性基を有する化合物を二種一緒に使用する必要がある。
本発明によれば、液晶性化合物が大きい傾斜角、特に空気界面側の傾斜角、でハイブリッド配向している光学異方性層を有する光学補償シートを、特定の化合物の1種又は2種以上と液晶性化合物とを組み合わせることで、作製することができる。本発明によれば、表示装置に用いた場合に、視野角の改善に寄与し得る光学補償シートを提供することができる。本発明によれば、液晶性化合物の配向に必要な時間を軽減できるので、高傾斜角でハイブリッド配向している化合物からなる光学異方性層を有する光学補償シートを、高生産性で且つシュリーレン欠陥なしに作製することができる。

Claims (7)

  1. ハイブリッド配向したディスコティック液晶からなる光学異方性層を作製する方法であって、
    前記ディスコティック液晶を水平配向させる第一の工程と、
    前記第一の工程の後に、前記ディスコティック液晶をハイブリッド配向させる第二の工程とを含み、
    前記第一の工程において、水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の存在下で、温度T1℃で前記ディスコティック液晶を水平配向させ、且つ前記二種の化合物の存在下で温度T2℃(但し、T1<T2)で前記ディスコティック液晶をハイブリッド配向させる光学異方性層の製造方法。
  2. 前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物が、1,3,5−トリアジン環を有する化合物である請求項1に記載の方法。
  3. 前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の少なくとも一方が、カルボキシル基又はスルホ基を有する化合物である請求項1に記載の方法。
  4. 前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の一方が、1,3,5−トリアジン環を有する化合物であり、他方がカルボキシル基又はスルホ基を有する化合物である請求項1に記載の方法。
  5. 前記水素結合性基を有する少なくとも二種の化合物の一方が、一般式(XIIIa)で表される化合物であり、他方が一般式(XXII)で表される化合物である請求項1に記載の方法;
    Figure 0004523406
    4、R5及びR6は独立に水素原子又は置換基を表し;X4、X5及びX6は独立に−CO−、−NRa−(Raは炭素原子数1〜5のアルキル基又は水素原子を表し)、−O−、−S−、−SO−、−SO2−及びこれらの組み合わせから選ばれる二価の連結基を表し;m1、m2及びm3は独立に1〜5の整数であり;m1、m2及びm3が2以上の時、複数のR4、R5及びR6は同一でも異なっていてもよい;
    一般式(XXII)
    Ar3(−L7−Y2m4
    Ar3は芳香族炭素環基又は芳香族へテロ環基を表し;Y2はスルホ又はカルボキシルを表し;L7は単結合又は二価の連結基を表し;m4は1〜10の整数である。
  6. 前記第二の工程の後に、前記ディスコティック液晶化合物をハイブリッド配向に固定する第三の工程をさらに含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記ディスコティック液晶化合物がトリフェニレン液晶化合物である請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
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