JP6326787B2 - 液晶配向膜用ポリマー、液晶配向膜、液晶表示素子及び光学異方体 - Google Patents
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Description
<1> 光に応答して化学構造が変化する構成単位を有し、かつ、重量平均分子量が80,000〜500,000である、液晶配向膜用ポリマー。
[式中、Lは重合性基を表し、
Spはメチレン基を含むスペーサー単位を表し、
Qは直接結合、−O−、−CO−O−又は−O−CO−を表し、
Aはトランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を含み、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
sは、1〜4の整数を表し、sが2〜4を表す場合は、複数存在するAは同一であっても異なっていてもよく、
X及びYは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素数1〜20のアルキル基を表し、前記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されていてもよく、前記アルキル基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−又は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
Mは、下記一般式(IIa)又は(IIb)
(式中、破線はMが結合する炭素原子への結合を表し、
R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜30のアルキル基を表し、
R1及びR2中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH3−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−で置き換えられていてもよく、R1及びR2中に存在する水素原子は、炭素原子数1〜20のアルキル基、シアノ基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい。)を表す。]
[式中、破線は酸素原子又は窒素原子への結合を表し、
W1は、メチレン基(この基中に存在する水素原子は炭素原子数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい)、−CO−O−又は−CO−NH−を表し、
R3は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、前記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよく、
R4は、炭素原子数1〜20のアルキル基を表し、前記アルキル基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は2個以上の互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−又は−NCH3−で置き換えられていてもよい。]
<5>上記一般式(I)において、X及びYが水素原子を表す、上記<2>〜<4>のいずれかに記載の液晶配向膜用ポリマー。
(式中、破線はSpへの結合を表し、R30は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素原子数1〜4のアルキル基、フェニル基又はフェノキシ基を表し、R31は、水素原子、塩素原子、メチル基又はフェニル基を表し、R32は、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)
<7>上記一般式(I)において、Lが下記一般式(III−1)、(III−2)又は(III−6)で表される重合性基である、上記<2>〜<5>のいずれかに記載の液晶配向膜用ポリマー。
(式中、破線はSpへの結合を表し、R30及びR31は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、R32は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)
[式中、破線はQへの結合を表し、**は炭素原子への結合を表し、
A1、A2及びA3は、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を表し、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
Z1、Z2及びZ3は、それぞれ独立して単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH2−、−CH2O−、―COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−を表し、これらの置換基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH3)2−O−Si(CH3)2―、−NR6−、−NR6−CO−、−CO−NR6−、−NR6−CO−O−、−O−CO−NR6−、−NR6−CO−NR6−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、R6は、それぞれ独立して水素又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、
p、q、rはそれぞれ0〜4の整数を表し、p+q+r=sである。]
A2はトランス−1,4−シクロヘキシレン基、2,6−ナフチレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、又は1,4−フェニレン基のいずれかの基を表し、前記いずれかの基中に存在する1個以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
Z2は単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH2−、−CH2O−、―CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−又は−C≡C−のいずれかの基を表し、前記いずれかの基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−又は−C≡C−に置き換えられていてもよく、
qが1を表す、上記<8>に記載の液晶配向膜用ポリマー。
<10>上記一般式(IVa)において、A2は、1,4−フェニレン基を表し、前記1,4−フェニレン基中に存在する1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよい、上記<8>に記載の液晶配向膜用ポリマー。
<12>上記<11>記載の液晶配向膜を備える、垂直配向型液晶表示素子。
<13>
上記<11>記載の液晶配向膜を備える、水平配向型液晶表示素子。
<14>
重合性液晶組成物の重合体により構成される光学異方体において、前記重合性液晶組成物中の重合性液晶分子を、上記<1>〜<10>のいずれかに記載の液晶配向膜用ポリマーを用いて配向させたことを特徴とする、光学異方体。
(a−1)群のテトラカルボン酸二無水物は、下記化学式で表される化合物を含む。
(a−2−1)群のジアミンは、下記化学式で表される化合物を含む。
(a−2−2)群のジアミンは、分子中に−NH−(2級アミノ基)又は−CO−NH−(アミド基)を有する化合物を含む。−NH−を有するジアミンとしては、例えば、下記一般式(A)で表される化合物を用いることができる。
式中、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48及びR49は、それぞれ独立に1級アミノ基、水素原子又は1価の有機基を示す。ただし、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48及びR49のうち2つは、1級アミノ基である。
(b−1)群のテトラカルボン酸二無水物は、アゾ結合を有するテトラカルボン酸無水物を含み、例えば、下記化学式(1−8)で表される化合物が挙げられる。
(b−2)群のジアミンは、アゾ結合を有するジアミンを含み、例えば、下記化学式(1−1)〜(1−7)で表される化合物が挙げられる。
(c−2)群のジアミンは、桂皮酸から誘導される構造を有するジアミンを含み、例えば、下記化学式(1−C1)〜(1−C5)で表される化合物が挙げられる。
Spはメチレン基を含むスペーサー単位を表し、
Qは直接結合、−O−、−CO−O−又は−O−CO−を表し、
Aはトランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を含み、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
sは、1〜4の整数を表し、sが2〜4を表す場合は、複数存在するAは同一であっても異なっていてもよく、
X及びYは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素数1〜20のアルキル基を表し、上記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されていてもよく、上記アルキル基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−又は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
Mは、下記一般式(IIa)又は(IIb)を表す。
R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜30のアルキル基を表し、
R1及びR2中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH3−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−で置き換えられていてもよく、R1及びR2中に存在する水素原子は、炭素原子数1〜20のアルキル基、シアノ基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい。
W1は、メチレン基(この基中に存在する水素原子は炭素原子数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい)、−CO−O−又は−CO−NH−を表し、
R3は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、前記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよく、
R4は、炭素原子数1〜20のアルキル基を表し、前記アルキル基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は2個以上の互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−又は−NCH3−で置き換えられていてもよい。
A1、A2及びA3は、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を表し、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
Z1、Z2及びZ3は、それぞれ独立して単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH2−、−CH2O−、―COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−を表し、これらの置換基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH3)2−O−Si(CH3)2―、−NR6−、−NR6−CO−、−CO−NR6−、−NR6−CO−O−、−O−CO−NR6−、−NR6−CO−NR6−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、R6は、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、
p、q、rはそれぞれ0〜4の整数を表し、p+q+r=sである。p+q+r=2であることがより好ましく、r=1且つp+q=1であることがさらに好ましい。
また、重合体の溶解性を改善するために、Z1、Z2及びZ3は、−OCH2−、−CH2O−、―COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CF2−又は−NR6−であることが好ましい。
また、液晶配向膜に、より長波長の光を利用した光配向を行うためには、X及びYはフッ素原子、塩素原子又はシアノ基が好ましい。
また、液晶の配向及びプレチルト角の制御性をより向上させ、電圧保持率(VHR)を改善するためには、一般式(III−1)で表される重合性基が好ましい。
また、得られるポリマーの溶解性を改善するためには、一般式(III−1)又は(III−2)で表される重合性基のうち、R30、R31が水素原子、塩素原子又はメチル基である重合性基が好ましく、(III−3)、(III−4)、(III−7)、(III−9)又は(III−10)で表される重合性基が好ましく、中でも一般式(III−1)、(III−3)、(III−4)又は(III−10)で表される重合性基が特に好ましい。
また、一般式(I)で表される化合物の重合速度を改善するためには、一般式(III−1)又は(III−2)で表される重合性基のうち、R30、R31が塩素原子である重合性基が好ましく、一般式(III−3)、(III−4)、(III−6)、(III−7)、(III−8)、(III−9)又は(III−10)で表される重合性基が好ましく、中でも一般式(III−1)又は(III−2)で表される重合性基のうち、R30、R31が塩素原子である重合性基、又は一般式(III−3)、(III−4)若しくは(III−10)で表される重合性基がより好ましい。
また、本実施形態に係るポリマーの分子量分布を狭くするためには、一般式(III−1)で表される重合性基のうち、R30がメチル基である重合性基、又は、一般式(III−3)、(III−4)若しくは(III−5)で表される重合性基が好ましい。
また、得られるポリマーの基材への密着性を改善するためには、一般式(III−1)で表される重合性基のうち、R30が水素原子である重合性基、(III−2)で表される重合性基のうち、R31が水素原子、塩素原子、メチル基若しくはフェニル基である重合性基、又は、一般式(III−3)、(III−4)、(III−6)若しくは(III−10)で表される重合性基が好ましく、中でも一般式(III−2)で表される重合性基のうち、R31が水素原子、塩素原子若しくはメチル基である重合性基、又は一般式(III−6)で表される重合性基が特に好ましい。
これらのアルキレン基及びオキシアルキレン基は、直鎖状又は分岐状であってもよく、直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−NR7−、−NR7−CO−、−CO−NR7−、−NR7−CO−O−、−O−CO−NR7−、−NR7−CO−NR7−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、R7はアルキル基を示す。
(式中、mは2〜12の整数を表す。)
A4、A5、A6及びA7は、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、トランス−1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、1,4−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、1,2,4,5−テトラジン−2,5−ジイル基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基又は1,4−フェニレン基を表し、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
Z4、Z5、Z6及びZ7は、それぞれ独立して、単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH2−、−CH2O−、―COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−を表し、これらの置換基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH3)2−O−Si(CH3)2―、−NR16−、−NR16−CO−、−CO−NR16−、−NR16−CO−O−、−O−CO−NR16−、−NR16−CO−NR16−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、R16は、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキレン基を表し、
p1、q1、r1及びs1は、それぞれ独立して0又は1を表し、
R12は水素、フッ素、塩素、シアノ基又は炭素原子数1〜20のアルキル基を表し、上記アルキル基中の1個以上の水素原子はフッ素原子に置換されていてもよく、上記アルキル基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−O−、−O−CO−及び/又は−CH=CH−で置き換えられていてもよい。
R12は水素、フッ素、塩素、シアノ基又は炭素数1〜18のアルキル基であることが好ましい。上記アルキル基中に1個のメチレン基又はたがいに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又はたがいに隣接しない2個以上のメチレン基は−O−、−CO−O−、−O−CO−及び/又は−CH=CH−で置き換えられていてもよい。
本実施形態に係る液晶配向膜用ポリマーは、光に応答して化学構造が変化する構成単位を有し、かつ、重量平均分子量が80,000〜500,000であることから、該液晶配向膜用ポリマーを含む膜又は層は、光照射により、液晶分子に対する配向規制力と、配向規制力の熱安定性とを併せて獲得し得る。光照射により得られる膜又は層を、液晶配向膜(光配向膜)と呼ぶことができる。
本実施形態に係る液晶配向膜は、例えば、液晶セル、液晶表示素子等に使用することができる。上記の方法により製造された液晶配向膜(光配向膜)を用いて、例えば、以下のようにして、一対の基板間に液晶組成物を挟持する液晶セル及びこれを用いた液晶表示素子を製造することができる。
水平配向型液晶セルの場合には、正の誘電率異方性を有する液晶が好ましい。このような液晶としては、例えば、シアノベンゼン系液晶、ジフルオロベンゼン系液晶、トリフルオロベンゼン系液晶、トリフルオロメチルベンゼン系液晶、トリフルオロメトキシベンゼン系液晶、ピリミジン系液晶、ナフタレン系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶等が挙げられる。これらの液晶は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。通常は、求める性能に応じて、2種以上を組み合わせて用いる。
本実施形態に係る液晶配向膜(光配向膜)上に重合性液晶組成物を塗布し、重合性液晶組成物中の重合性液晶分子(重合性を有する液晶分子)を配向させた状態で重合させることにより、光学異方体を製造することもできる。なお、光学異方体とは、その物質中を光が進むとき、進む方向によって光の伝搬速度、屈折率、吸収等の光学的性質に違いがある物質を意味する。
(合成例1)
下記式に示す方法により、化合物1〜6の中間体を経て、目的のモノマー(I−1−1)を合成した。
199g(1.21mol)の8−クロロオクタノール、158.3g(1.84mol)のメチルメタクリレート、1.5gの4−メトキシフェノール、22.8g(0.12mol)のp−トルエンスルホン酸を450mLのシクロヘキサンに溶解させ、6時間加熱還流させた。反応液を室温まで冷却し、溶液を水で3回洗浄した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で3回洗浄した後、飽和食塩水で2回洗浄した。溶液を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去することにより258gの化合物1(メタクリル酸8−クロロオクチル)を無色透明な液体として得た。純度99%(GC)。
EI−MS: 232[M+]
34.6g(0.284mol)の4−ヒドロキシベンズアルデヒド、49g(0.341mol)の炭酸カリウム、0.1gの18−クラウン−6、を500mLのジメチルホルムアミドに溶解させ、窒素雰囲気下、室温で58g(0.284mol)のメタクリル酸8−クロロオクチルを加えた。反応液を90度まで加熱し6時間攪拌を行った。反応が完結したことをGCで確認した後、反応液を室温まで冷却し、ろ過を行った。200mLの酢酸エチルと200mLの水を加え、再度ろ過を行った。有機層と水層を分離し、水層に酢酸エチルを加えて3回抽出を行った。全ての有機層を合わせ、飽和食塩水で3回洗浄を行った。有機層に無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥させ、溶媒を留去して粗製の化合物2を得た。得られた化合物2は、特段の精製を行うことなく次の反応に用いた。
EI−MS: 318[M+]
50g(約0.14mol)の化合物2、4.43g(0.029mol)リン酸二水素ナトリウム、16gの30%過酸化水素水を、60mLの水及び350mLのアセトニトリルに溶解させ、氷冷した。ついで23gの78%亜塩素酸ナトリウムを200mLの水に希釈した溶液を反応液に滴下した後、反応液を室温で一晩攪拌した。HPLCを用いて反応が完結したことを確認した。反応液にpHが1になるまで10%塩酸を加え、析出してきた白色固体をろ別した。得られた固体を水で3回洗浄した。得られた固体を、ジクロロメタンに溶解させ、これに無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥させた。溶液にヘプタンを加えてジクロロメタンを減圧留去し、析出した固体をろ別し、目的とする化合物3を30g得た。純度99%(HPLC)。
50g(0.246mol)の4−ブロモ−2−メトキシフェノール、47.2g(0.369mol)のアクリル酸t−ブチル、50.9g(0.369mol)の炭酸カリウムを700mLのN−メチルピロリドンに溶解させ、系を窒素置換した。反応液に0.055g(0.246mmol)の酢酸パラジウムを加えて再度窒素置換を行い、系を130℃で6時間攪拌させた。HPLCで反応が完結したことを確認した。反応液を室温まで冷却し、これに300mLの酢酸エチルと300mLの5%塩酸を加えた。有機層と水層を分離し、水層に酢酸エチルを加えて抽出を行った。全ての有機層を合わせて飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を留去し、これに80gのシリカゲルを加えてスラリーとした。これを100gアルミナ/300gシリカゲルカラムに充填し、酢酸エチル/ヘプタン混合溶液で溶出させた。溶媒を留去し、得られた粗結晶をヘプタンで再結晶して、白色固体として43.2gの化合物4を得た。純度99%(HPLC)。
EI−MS: 250[M+]
22.3g(0.06676mol)の化合物3、16.7g(0.06677mol)の化合物4、1.22g(10mmol)の4−ジメチルアミノピリジンを400mLのジクロロメタンを溶解させ、系を窒素置換したのち氷冷させた。ついで12.6g(0.1mol)のN,N’−ジイソプロピルカルボジイミドを100mLのジクロロメタンに溶解させた溶液を反応液に滴下させた後、室温で一晩攪拌を行った。反応液をろ過し、反応液を200mLの10%塩酸で洗浄し、ついで200mLの飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒をある程度留去し、これに70gのシリカゲルを加えてスラリーとし、100gアルミナ/200gシリカゲルカラムに充填し、ジクロロメタンで溶出させた。溶媒を留去し、酢酸エチル/ヘプタンの混合溶媒で再結晶することにより、白色固体として目的とする化合物5を31.8g得た。純度99%(HPLC)。
EI−MS: 566[M+]
31.8g(0.0562mol)の化合物5を200mLのジクロロメタンに溶解させ、系を窒素置換した後、氷冷した。系に32g(0.280mol)のトリフルオロ酢酸を滴下した後、室温で一晩攪拌させた。反応が完結したことをHPLCで確認した。反応液に300mLのヘプタンを加え、溶媒を留去することにより固体を析出させ、これをろ別した。得られた個体を水とヘプタンで洗浄し、目的とする化合物6を無色の結晶として26g得た。純度99%(HPLC)。
22.9g(45mmol)の化合物6、4.9g(0.04mol)の3−ヒドロキシプロピオニトリル、0.70g(5.6mmol)の4−ジメチルアミノピリジンを200mLのジクロロメタンに溶解させ、系を窒素置換したのち氷冷させた。ついで7.87g(64mmol)のN,N’-ジイソプロピルカルボジイミドを50mLのジクロロメタンに溶解させた溶液を反応液に滴下させた後、室温で一晩攪拌を行った。反応液をろ過し、反応液を100mLの10%塩酸で洗浄し、ついで100mLの飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。30gアルミナ/300gシリカゲルカラムと酢酸エチル/ジクロロメタン混合溶媒を用いて精製を行った。溶媒を留去しえられた固体をメタノールを用いて再結晶し、16.4gの目的のモノマー(I−1−1)を白色個体として得た。純度99.5%(HPLC)。
EI−MS: 563[M+]
(ポリマー(PA−1)の合成)
モノマー(I−1−1)10部をテトラヒドロフラン(THF)45部に溶解し、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.03部を加えた溶液を、窒素雰囲気下8時間加熱還流して反応させた。次に、反応後の溶液をメタノール600部に滴下攪拌し、析出物を回収してTHF50部に溶解した後、氷冷したヘキサン1200部に滴下攪拌し、析出した固体を回収した。得られた固体をTHF50部に溶解させ、氷冷したメタノール1200部に滴下攪拌し、析出した固体を回収し、THFに溶解させた後、真空乾燥することで、ポリマー(PA−1)を得た。得られたポリマー(PA−1)の重量平均分子量(Mw)は383,000、分子量分布(Mw/Mn)は2.75であった。
なお、ポリマーの分子量の調整は、上記窒素雰囲気下の加熱還流時間を調節し、重量平均分子量(Mw)を測定することにより行った。
Mw及びMnは以下測定条件のもと、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー、Gel Permeation Chromatography)により測定した。
測定装置には、東ソー社製GPC装置HLC−8220GPCを用い、分析カラムにはTSKgel GMHXL×2本、TSKgel G2000XL×1本、TSKgel G1000XL×1本の計4本直列、検出器には示差屈折率(RI)検出器、較正曲線作成のための標準試料には、昭和電工製ポリスチレン標準試料STANDARDSM−105(分子量範囲1,300〜3,800,000)を用いた。得られたポリマーをTHFに1μg/mLの濃度となるよう溶解し、移動相をTHF、送液速度を1mL/分、カラム温度を40℃、試料注入量を300μLとして測定した。
ガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC)により測定した。測定装置は、セイコーインスツル社製のDSC装置DSC6220を用いた。ポリマー試料約4mgをアルミニウム製パンに封入し、−20℃から180℃まで、10℃/分の割合で昇温したとき、ガラス転移に伴うベースラインシフトが観測された。転移開始点を接線の交点から読み取り、ガラス転移温度(Tg)とした。
ポリマー(PA−1)5部と、N−メチルピロリドン47.5部と、2−ブトキシエタノール47.5部との混合物を室温で10分間攪拌して、均一に溶解させた。次に、該溶液を、スピンコーターを用いてガラス基板上に塗布し、100℃で3分間乾燥することで、上記ガラス基板上に膜を形成した。形成された膜を目視で観察したところ、平滑な膜が形成されていることが確認された。
次に、超高圧水銀ランプ、波長カットフィルター、バンドパスフィルター及び偏光フィルターを備えた偏光照射装置を用いて、紫外光(波長313nm)の直線偏光(照度:10mW/cm2)を、形成された膜に対して、鉛直方向から3秒照射(照射光量30mJ/cm2)した光配向膜と、鉛直方向から10秒照射(照射光量100mJ/cm2)した光配向膜とを得た。膜厚は、約80nmであった。
上記液晶配向膜を備えるガラス基板を用いて、液晶セルを作製した。より具体的には、2枚の液晶配向膜付きガラス基板を、それぞれの液晶配向膜が対向し、かつ直線偏光を照射した方向がアンチパラレル方向(180°)となるように配置し、2枚の基板間に一定の間隙(10μm)を保った状態で、周辺部をシール剤により張り合わせた。次に、液晶配向膜表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に、上記液晶組成物A又はBを、透明点をちょうど超える温度で充填し、その後、室温まで冷却することで液晶セルを作製した。このように作製した液晶セルを評価素子とし、以下に示す方法に従ってアンカリングエネルギーを測定した。
上記液晶セルを用いて、液晶配向膜表面と液晶層との間の界面における方位角アンカリングエネルギーを、以下のトルクバランス法と呼ばれる方法(日本液晶学会討論会講演予稿集(2001年)の251〜252頁に報告された方法)により測定した。
次に、白色光源、偏光子(入射側偏光板)、検光子(出射側偏光板)、検出器を備えた光学測定装置(OMS−DI4RD、中央精機株式会社製)の、偏光子−検光子間に、この液晶セルを配置し、偏光子と検光子を回転させながら、検出器にて透過光の光量を検出し、検出した光量が最も小さい位置(消光位)となる、偏光子と検光子の回転角を求め、この角度をツイスト角φ1とした。ツイスト角φ1は、−0.915°であった。
次に、液晶組成物Aの代わりに液晶組成物Bを真空充填し、同様に加熱、冷却した液晶セルのツイスト角を求めた。液晶組成物Bを充填した液晶セルのツイスト角φ2は、−1.441°であった。
Aφ =2K22(2πd/p−φ2)/d・sin(φ2−φ1) (1)
光配向膜への照射光量を30mJ/cm2とした基板同士を張り合わせて作製した液晶セルについても、同様にして方位角アンカリングエネルギーAφを測定した。
(ポリマー(PA−2)の合成)
AIBNの量を0.06部に変更した以外は実施例1と同様にして、ポリマー(PA−2)を得た。ポリマー(PA−2)のMwは289,100、Mw/Mnは2.54であった。
(ポリマー(PA−3)の合成)
モノマー(I−1−1)10部をトルエン60部に溶解し、AIBN0.06部を加えた溶液を、窒素雰囲気下8時間加熱還流して反応させた以外は、実施例1と同様にして、ポリマー(PA−3)を得た。ポリマー(PA−3)のMwは120,600、Mw/Mnは3.53であった。
(ポリマー(PA−4)の合成)
モノマー(I−1−1)10部をトルエン80部に溶解し、AIBN0.06部を加えた溶液を、窒素雰囲気下8時間加熱還流して反応させた以外は、実施例1と同様にして、ポリマー(PA−4)を得た。ポリマー(PA−4)のMwは105,500、Mw/Mnは1.92であった。
(ポリマー(PA−11)の合成)
モノマー(I−1−1)10部をトルエン140部に溶解し、AIBN0.06部を加えた溶液を、窒素雰囲気下8時間加熱還流して反応させた以外は、実施例1と同様にして、ポリマー(PA−11)を得た。ポリマー(PA−11)のMwは39,700、Mw/Mnは1.78であった。
(ポリマー(PA−12)の合成)
モノマー(I−1−1)10部をトルエン280部に溶解し、AIBN0.06部を加えた溶液を、窒素雰囲気下8時間加熱還流して反応させた以外は、実施例1と同様にして、ポリマー(PA−12)を得た。ポリマー(PA−12)のMwは20,200、Mw/Mnは1.51であった。
Claims (5)
- 光に応答して化学構造が変化する構成単位を有し、かつ、重量平均分子量が80,000〜500,000であり、
前記構成単位が下記一般式(PIb)で表される構成単位である、液晶配向膜用ポリマー。
(式中、uは2〜12の整数を表し、tは0又は1の整数を表し、Z 11 は単結合、−COO−又は−OCO−を表し、W 11 は水素原子、フッ素原子、メチル基、メトキシ基、エチル基又はエトキシ基を表し、W 12 は、下記一般式(W 12 −1)〜(W 12 −4)を表す。)
- 請求項1に記載の液晶配向膜用ポリマーを用いて形成される、液晶配向膜。
- 請求項2に記載の液晶配向膜を備える、垂直配向型液晶表示素子。
- 請求項2に記載の液晶配向膜を備える、水平配向型液晶表示素子。
- 重合性液晶組成物の重合体により構成される光学異方体において、前記重合性液晶組成物中の重合性液晶分子を、請求項1に記載の液晶配向膜用ポリマーを用いて配向させたことを特徴とする、光学異方体。
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