JP5064029B2 - 接着性が向上した重合液晶フィルム - Google Patents
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Description
本発明は重合性液晶(LC)材料として基板への接着性が向上したものを含むフィルム、該フィルムの製造方法、重合性LC材料として前記フィルムの製造に用いられるもの、および前記フィルムの光学、電気光学、装飾またはセキュリティ用途およびデバイスにおける使用に関する。
重合性(polymerizable)液晶(LC)材料は、光学フィルムまたは液晶ディスプレイの製造に広く用いられている。これらの材料は、多くの場合ある量の化合物として、2個または3個以上の重合性基(二官能性または多官能性)を有し、架橋されて固いフィルム(hard film)を形成する。
しかし、重合の最中に、ある種の重合性材料、例えばアクリラートのようなものは、ポリマー収縮(polymer shrinkage)を受けてしまう[R.A.M. Hikmet, B.H. Zwerver and D.J. Broer Polymer (1992), 33, 89を参照]。この収縮によって重合されたフィルムは大きな張力を受け、フィルムと基板との間の接着力が減少する。
この問題を克服するための先行技術における1つの技術としてしられているものは、基板を改変して重合フィルムへの接着を向上せしめることを中心としている。例えば、前記基板を特別な処理に付することができるところ、該処理とは、例えば、US 2,795,820またはGB 0 788 365に開示されている火炎処理(flame treatment)、DE 1 128 644に記載されているコロナ処理、またはR.L. Bersin Adhesives Age (1972) 15, 37に記載されているプラズマ処理である。
US 5,631,051には、光学補償シートをトリアセチルセルロース(TAC)の透明な基板上に設ける方法として、まず接着層としてゼラチンをTACフィルムに設けるものが開示されている。次に配向層の形成を変性ポリビニルアルコール(PVA)溶液、重合性基の付加によって化学的に変性せしめたもの、をゼラチン層にコートすることにより行い、溶媒を留去し、重合したPVA層の表面を一定方向にラビングし、最後に光学異方層としてディスコティックLC材料を含むものをラビングしたPVA層の表面にコートし、重合する。
この問題を克服するために、接着促進剤を重合性LC材料製剤に直接添加し得る。Addid 900 (登録商標)、または同様な物質が典型的な添加剤である。しかし、これらの物質を重合性LC混合物に添加した場合、多くの場合、好適に配向した、例えば光学フィルム用としてのフィルムを得るのは困難である。
したがって、有利な重合性または架橋性LC材料として、配向されたフィルムの製造に用いることができて、プラスチック基板、とくにポリイミド基板、によく接着し、異方性を保持し得るものが要求されている。
本発明の目的は、そのような材料の提供にあった。本発明のもう一つの目的は、LCポリマーフィルムとして、接着性が向上し、かつその光学的物性に影響を与えないものの提供にあった。他の目的は、当業者には以下の記載から直ちに明らかとなる。
なかんずく、本発明者らは、重合性LC材料として接着促進剤を少量含むものとして、前記接着促進剤が例えば低級アルキルアクリラート(HEA)のようなものが、上記目的に対してとくに有利であることを見出した。HEAの水酸基は基板と相互作用して接着性を向上せしめる一方、アクリル基によって前記接着促進剤は重合LCフィルムに共有結合し、相分離によってフィルム内において光学散乱(optical scattering)が生じるのを避けることができる。
HEAはポリマーの前駆体として、PDLC(ポリマー分散液晶)ディスプレイのような光学散乱デバイスに用いられるものとしても報告されている。例えばWO 93/05436に開示されている。このデバイスは等方性のポリマーマトリクスからなり、HEAおよび微液滴である低モル量のLC材料が内部に分散したものを含む。電場を適用することによって、LCの液滴を異なる配向の状態間をスイッチすることが可能である。等方性ポリマーマトリクスに対して、一方の状態は屈折率の適合(refractive index match)を示し、他方の状態は屈折率の不適合を示すことによって、それぞれ透明ナトリウム状態と散乱状態となる。しかし、WO 93/05436には、LCポリマーフィルムであって、HEA領域として相分離していない、均一な配向および高い光学的な透明度を示すものは開示されていない。
用語「フィルム」には、自己支持性の、すなわちそれ自体によって立ち得る、材料のフィルムまたは層として、少なくとも顕著な機械的な安定性および柔軟性を有するものの他、支持性の基板上のまたは2つの基板の間のコーティングまたは層が包含される。
用語「液晶またはメソゲン性材料」または「液晶またはメソゲン性化合物」には、材料または化合物として1種または2種以上の棒状、板状または円盤状のメソゲン基、すなわち液晶相の挙動の誘導能を有する基、を含むものが包含される。液晶(LC)化合物として棒状または板状の基を有するものは、当技術分野において「カラミティック」液晶としても知られている。液晶化合物として円盤状の基を有するものは、当技術分野において「ディスコティック」液晶としても知られている。メソゲン基を有する前記化合物または材料は、それら自体が液晶相を示さなくてもよい。それらは、他の化合物との混合物中においてのみか、またはメソゲン性化合物もしくは材料、またはそれらの混合物が、重合された場合のみに、液晶の挙動を示すものであってもよい。
用語「非メソゲン性化合物または材料」は、上記定義によるメソゲン基を含まないメソゲン性化合物または材料を意味する。
用語「接着促進剤」は、本発明においては、化合物または材料として、重合性LC材料において、例えばLCポリマーフィルムの製造のために用いられ、重合性LC材料またはLCポリマーフィルムの基板に対する接着性を有意に向上せしめるものを意味する。
本発明は、重合性LC材料であって、1種または2種以上の重合性メソゲン性化合物および1種または2種以上の、好ましくは非メソゲン性の、重合性接着促進剤を含む、重合性液晶材料に関する。
本発明はさらに、上記および下記の重合性LC材料から得られるポリマーフィルムに関する。
本発明はさらに、ポリマーフィルムとして重合性LC材料から得られるものの基板、フィルムまたは表面への接着性を高める方法であって、1種または2種以上の重合性接着促進剤を前記LC材料に重合前に添加することによる、前記方法に関する。
本発明はさらに、本発明によるポリマーフィルムの製造方法に関する。
本発明はさらに、光学的成分またはデバイスとして、本発明によるフィルムまたは材料を含むものに関する。
本発明はさらに、本発明によるフィルムまたは材料を含む液晶ディスプレイに関する。
本発明はさらに、本発明によるフィルムまたは材料を含む鑑定、証明もしくはセキュリティマーキング、または着色の絵柄に関する。
本発明はさらに、上記および下記の鑑定、証明もしくはセキュリティマーキング、または絵柄を含む有価物もしくは文書に関する。
接着性の向上は、好ましくは1種または2種以上の接着促進剤であって、重合LCフィルム、例えば小さいアクリラート分子のようなもの、に重合される得るものによって得られる。これらの化合物は、基板と相互作用する基も有する必要があり、好ましくは極性基であり、例えばOH基、またはCOOH、SH、−CO−、−NH−、NH2もしくはCN基またはピリジンもしくはピロール環である。例えば、重合LCフィルムのポリイミド基板への接着性を向上せしめるためには、1個または2個以上の水酸基を有する化合物がとくに有用であることが明らかになった。これは、該化合物がポリイミド層に水素結合することができるからである。他の基板には、基の性質が適切なものを選択する。例えば、チオール基は金基板にはとくに好適でありかつ好ましく、アミン基はTAC基板にはとくに好適でありかつ好ましい。
シランではない接着促進剤が好ましい。
前記接着促進剤は、重合LCフィルムの基板に対する接着性の向上として、ガラスまたはプラスチック製の基板または他の重合LCフィルムへの接着の向上にも用いることができる。例えば液晶ディスプレイにおいて用いる場合、接着促進剤は重合LCフィルムの他のディスプレイ要素に対する接着性を向上せしめることができる。他のディスプレイ要素は、例えば配向層、電極、カラーフィルター、平坦化層、偏光板、補償板、パッシベーション層、緩衝層、ブラックマスク、ディフューザ、反射板、保護層、または例えば積層状のフィルム内におけるPSA(感圧性接着剤)層である。セキュリティまたは装飾アプリケーションに用いる場合には、接着促進剤は、重合LCフィルムの、例えば有価文書または装飾の対象物の表面に対する接着性を向上せしめることができる。
重合性LC材料中における接着促進剤の好ましい濃度範囲は、1〜20重量%、極めて好ましくは5〜20重量%、最も好ましくは5〜15重量%である。
P−Sp−G I
式中、Pは重合性基、Spはスペーサー基、Gは基板に結合し得る極性官能基である。
重合性または反応性基であるPは、好ましくは以下から選択される。
CH2=CW1−COO−、
スペーサー基Spは、アルキレンまたはアルキレンオキシであって6個までのC原子を有し、無置換であるかまたはF、Cl、BrまたはCNによってモノ置換または多置換されているものである。
極めて好ましいSpはエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレンおよびヘキシレンである。
Gは好ましくはOH、COOH、SH、NH2またはCNである。
HEAを接着促進剤として用いる場合、その好ましい濃度は1〜15mol%であり、極めて好ましくは3〜12mol%であり、最も好ましくは4〜10mol%である。
−上記および下記の重合性材料の層を基板上に与えること、
−任意に、前記LC材料を均一な配向に配向せしめること、
−LC材料を重合すること、および
−任意に、前記重合されたLC材料を基板から除去することおよび/または任意に、それを他の基板の上に与えること。
本発明による重合LCフィルムはプラスチックの基板、とくにポリイミドの基板、に対して良好な接着性を示し、そのため接着コーティングまたはベースコーティングとして、これを用いなければ基板に充分に接着しない、次のLC層に用いることができる。
好適なプラスチック基板は当業者には知られていて、文献に記載されている。例えば光学フィルム業界において用いられている通常の基板のようなものである。重合にとくに好適であり好ましい基板はポリイミド(PI)フィルムである。
とくに好ましくは、重合性LC材料としてポリマーの製造のために用いられるものは、以下を含む。
−0〜97%、好ましくは25〜60%の1つの重合性基を有する1種または2種以上のメソゲン性化合物、
−3〜100%、好ましくは5〜60%の2つまたは3つ以上の重合性基を有する1種または2種以上のメソゲン性化合物、
−0.1〜20%、好ましくは1〜15%、極めて好ましくは5〜15%の接着促進剤、
−0〜10%、好ましくは0.1〜6%の1種または2種以上の重合開始剤。
他の好ましい態様においては、重合性LC材料として架橋度が低いフィルムの製造に用いられるものは、2つより多い重合性基を有する化合物を含有しない。
他の好ましい態様において、重合性LC材料として架橋度が低いフィルムの製造に用いられるものは、アキラルな材料である。すなわち、これはキラルな化合物を含有しない。
重合性LC材料にはさらに添加剤を含むことが可能である。添加剤は、例えば界面活性剤、触媒、増感剤、安定剤、連鎖移動剤、阻害剤、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水剤(hydrophobing agent)、流動改善剤、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、着色剤、染料または他の補助剤である。
本発明において用いられる重合性メソゲン性単反応性、二反応性および多反応性化合物の製造は、自体公知であり、例えば有機化学の標準的な学術書、例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgartに記載されている方法により行うことができる。
好適な重合性メソゲン性化合物であって、モノマーまたはコモノマーとして本発明の化合物と共に重合性LC混合物中で用いることができるものの例を開示しているのは、例えばWO 93/22397、EP 0 261 712、DE 195 04 224、WO 95/22586、WO 97/00600およびGB 2 351 734である。しかし、これらの文献中に開示されている化合物は、単なる例にすぎないものであって、本発明の範囲を限定するものとして見なしてはならない。
好適な重合性のキラルな化合物は、例えば上記リスト中に示したものである。他の好適なキラルな重合性化合物は、例えば商業的に入手できるパリオカラー(Paliocolour)(登録商標)材料(BASF AG、ドイツ国から)である。
他の好ましい態様において、重合性LC材料は、基板上の液晶材料の平面状配向を誘発するかまたは増強する添加剤を含む。好ましくは、該添加剤は、1種または2種以上の界面活性剤を含む。好適な界面活性剤は、例えば、J. Cognard, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 78, 補完1、1-77 (1981)に記載されている。とくに好ましいのは、非イオン系界面活性剤、まさにフルオロカーボン界面活性剤、例えば商業的に入手できるフルオロカーボン界面活性剤フルオラッド(Fluorad)FC−171(登録商標)(3M Co.から)、ゾニル(Zonyl)FSN(登録商標)(DuPontから)、またはGB 2 383 040に記載の材料である。
また、1種または2種以上の連鎖移動剤を重合性材料に加えて、ポリマーフィルムの物理的特性を改変することが可能である。とくに好ましいのは、チオール化合物、例えば単官能性チオール化合物、例えばドデカンチオールまたは多官能性チオール化合物、例えばトリメチルプロパントリ(3−メルカプトプロピオネート)、極めて好ましくは、メソゲン性または液晶性チオール化合物である。連鎖移動剤を加える際には、遊離のポリマー鎖の長さおよび/または本発明のポリマーフィルムにおける2つの架橋間のポリマー鎖の長さを、制御することができる。連鎖移動剤の量を増大させると、得られたポリマーフィルムにおけるポリマー鎖の長さは減少する。
例1
重合性LC混合物M1の処方を以下のように行った。
M1:
(1) 39.4 %
(2) 24.60 %
(3) 24.60 %
(4) 9.72 %
イルガキュア651 1.00 %
フルオラッド FC171 0.60 %
イルガノックス1076 0.08 %
M1をPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート)に33%の濃度で溶解する。2−ヒドロキシエチルアクリラートを異なる濃度で前記溶液に添加する。精製した溶液のスピンコート(2,000 RPM;30s)をラビングしたポリイミド(JSR AL1054)/スライドガラスに行い、光重合する(20 mWcm-2, 60s, N2)。
全ての混合物から、清澄で透明なポリマーフィルムであって、良好な配向性を有するものが得られた。
異なる量のHEA、4−ヒドロキシブシチルアクリラート(BHA)および2−ヒドロキシエチルメタクリラートを例1に記載の重合性LC混合物に添加し、異なる重合性混合物として表2に示したものを得た。HBAは混和性に乏しく重合性LC混合物において2.6mol%にしかならず、HEMAは混和性に乏しく4.0mol%にしかならなかった。HEAの混和性は、全ての試験濃度において>0〜7.3mol%となった。ポリマーフィルムのこれらの混合物からの生成を、例1の記載に従って行った。フィルムを25個の等しい方形に切り、それらの接着性をScotch 610を用いて行った。この試験の後に残っている方形の数を記録した(各混合物は3回試験し、平均値を記録した)。結果を表2に示した。
Claims (12)
- 1つの重合性基を有する1種または2種以上の重合性メソゲン性化合物、2つまたは3つ以上の重合性基を有する1種または2種以上の重合性メソゲン性化合物および1種または2種以上の重合性接着促進剤を含む重合性液晶材料であって、
重合性メソゲン性化合物が、式R1〜R23
Pは、アクリル、メタクリル、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテル、エポキシ、オキセタンおよびスチリル基から選択される重合性基であり、
xおよびyは、同一または異なる1〜12の整数であり、Aは1,4−フェニレンであって任意にL 1 により単置換、二置換もしくは三置換されているものであるか、または1,4−シクロヘキシレンであり、uおよびvは互いに独立して0または1であり、Z 0 は−COO−、−OCO−、−CH 2 CH 2 −、−CH=CH−、−C≡C−または単結合であり、R 0 は、F、Cl、CN、NO 2 、OH、OCH 3 、OCN、SCNまたは1〜12個のC原子を有する、任意にハロゲン化されているアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシ基から選択される基であり、Terは、テルペノイド基であり、Cholは、コレステリル基であり、L、L 1 およびL 2 は、互いに独立して、H、F、Cl、CNであるかまたは、1〜7個のC原子を有する、任意にハロゲン化されているアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、アルコキシカルボニルまたはアルコキシカルボニルオキシ基であり、rは0、1、2、3または4であり、式中のフェニル環は、任意に1個、2個、3個または4個の基Lにより置換されていてもよい、
で表される化合物からなる群からそれぞれ選択され、
重合性接着促進剤が、式I
P−Sp−G I
式中、Pは、
CH 2 =CH−COO−であり、
Spは、アルキレンまたはアルキレンオキシであって6個までのC原子を有し、無置換であるかまたはF、Cl、BrまたはCNによってモノ置換または多置換されているものであり、
Gは、OH、COOH、SH、NH 2 またはCNである、
で表される化合物からなる群から選択される、
前記重合性液晶材料。 - 1種または2種以上の重合性接着促進剤を0.1〜20重量%含むことを特徴とする、請求項1に記載の重合性液晶材料。
- 重合性接着促進剤が、2−ヒドロキシエチルアクリラート(HEA)または4−ヒドロキシブチルアクリラート(HBA)であることを特徴とする、請求項1または2に記載の重合性液晶材料。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の重合性液晶材料から得られるポリマーフィルム。
- 下記ステップを含む方法によって得られることを特徴とする、請求項4に記載のポリマーフィルム。
−請求項1〜3のいずれか1項に記載の重合性液晶材料の層を基板上に与えること、
−任意に、前記重合性液晶材料を均一な配向に配向せしめること、
−重合性液晶材料を重合すること、および
−任意に、重合された重合性液晶材料を基板から除去することおよび/または任意に、それを他の基板の上に与えること。 - ポリマーフィルムとして請求項1〜3のいずれか1項に記載の重合性液晶材料から得られるものの基板、フィルムまたは表面への接着性を高める方法であって、1種または2種以上の重合性接着促進剤を前記重合性液晶材料に重合前に添加することによる、前記方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の重合性液晶材料または請求項4または5に記載のポリマーフィルムの光学、電気光学、情報蓄積、装飾またはセキュリティ用途における使用。
- 光学、電気光学、情報蓄積、装飾またはセキュリティ用途が、液晶ディスプレイ、投影システム、偏光板、補償板、配向層、円形偏光板、カラーフィルター、装飾的な絵柄、液晶顔料、空間的に変化する反射色を有する反射フィルム、複色の絵柄、偽造不能文書であるIDカードもしくはクレジットカードまたは紙幣におけるものである、請求項7に記載の使用。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の重合性液晶材料または請求項4または5に記載のポリマーフィルムを含む、光学的デバイス。
- 光学的デバイスが、偏光板、補償板、配向層、円形偏光板、カラーフィルター、装飾的な絵柄、液晶顔料、装飾または情報蓄積のための空間的に変化する反射色を有する反射フィルムである、請求項9に記載の光学的デバイス。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の重合性液晶材料、請求項4または5に記載のポリマーフィルムまたは請求項9または10に記載の光学的デバイスを含む、液晶ディスプレイ。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の重合性液晶材料、請求項4または5に記載のポリマーフィルムまたは請求項9または10に記載の光学的デバイスを含む、鑑定、証明またはセキュリティマーキング、セキュリティ用途のための着色または複色の絵柄、偽造不能な有価物もしくは文書であるIDカードもしくはクレジットカードまたは紙幣。
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