JP6778353B2 - 偏光子および画像表示装置 - Google Patents
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Description
例えば、画像表示装置(例えば、液晶表示装置)では、表示における旋光性または複屈折性を制御するために直線偏光子または円偏光子が用いられている。また、有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode:OLED)においても、外光の反射防止のために円偏光子が使用されている。
例えば、特許文献1には、高分子液晶性化合物と二色性物質とを含有する偏光子形成用組成物が開示されている。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
液晶性化合物と、第1の二色性物質と、第2の二色性物質と、を含有する偏光子形成用組成物から形成される偏光子であって、
上記第1の二色性物質と上記第2の二色性物質から形成された配列構造を有する、偏光子。
[2]
上記配列構造において、上記第1の二色性物質と上記第2の二色性物質とが会合体を形成している、[1]に記載の偏光子。
[3]
上記第1の二色性物質を含有せず、上記第2の二色性物質および上記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜の吸収スペクトルにおける最大吸収波長λ2と、
上記偏光子の吸収スペクトルと、上記第2の二色性物質を含有せず、上記第1の二色性物質および上記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜の吸収スペクトルと、の差スペクトルにおける最大吸収波長λと、
の差の絶対値が2nmより大きい、[1]または[2]に記載の偏光子。
[4]
上記第2の二色性物質を含有せず、上記第1の二色性物質および上記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜の吸収スペクトルにおける最大吸収波長λ4と、
上記偏光子の吸収スペクトルにおける最大吸収波長λ1と、
の差の絶対値が2nmより大きい、[1]〜[3]のいずれかに記載の偏光子。
[5]
上記配列構造において、上記第1の二色性物質と上記第2の二色性物質とが結晶構造を形成している、[1]〜[4]のいずれかに記載の偏光子。
[6]
上記偏光子のX線回折スペクトルにおける上記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークO1の強度と、
上記第1の二色性物質を含有せず、上記第2の二色性物質および上記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜のX線回折スペクトルにおける上記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークO2の強度と、
が異なる、[1]〜[5]のいずれかに記載の偏光子。
[7]
上記ピークO2の強度に対する、上記ピークO1の強度の比が、1未満である、[6]に記載の偏光子。
[8]
上記偏光子のX線回折スペクトルを測定した場合、
上記第2の二色性物質を含有せず、上記第1の二色性物質および上記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜のX線回折スペクトルにおける上記第1の二色性物質に由来する周期構造のピークM2が検出される回折角、および、上記第1の二色性物質を含有せず、上記第2の二色性物質および上記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜のX線回折スペクトルにおける上記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークO2が検出される回折角、とは異なる回折角において、上記第1の二色性物質および上記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークOMが検出される、[1]〜[7]のいずれかに記載の偏光子。
[9]
上記第1の二色性物質および上記第2の二色性物質のうち、一方の二色性物質が単独で配列する構造中に、他方の二色性物質が入り込んだ際のエネルギー的な損失を表す安定化エネルギーが、72kcal/mol未満である、[1]〜[8]のいずれかに記載の偏光子。
[10]
上記安定化エネルギーが55kcal/mol以下である、[9]に記載の偏光子。
[11]
上記安定化エネルギーが35kcal/mol以下である、[9]または[10]に記載の偏光子。
[12]
上記第1の二色性物質が、560nm以上700nm以下の範囲に最大吸収波長を有する二色性物質であり、
上記第2の二色性物質が、455nm以上560nm未満の範囲に最大吸収波長を有する二色性物質である、[1]〜[11]のいずれかに記載の偏光子。
[13]
上記第1の二色性物質の側鎖のlogP値と、上記第2の二色性物質の側鎖のlogP値と、の差の絶対値が、2.30以下である、[1]〜[12]のいずれかに記載の偏光子。
[14]
さらに、最大吸収波長が380nm以上455nm未満の範囲にある第3の二色性物質を含む、[1]〜[13]のいずれかに記載の偏光子。
[15]
[1]〜[14]のいずれかに記載の偏光子を有する、画像表示装置。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、各成分は、1種を単独でも用いても、2種以上を併用してもよい。ここで、各成分について2種以上を併用する場合、その成分についての含有量とは、特段の断りが無い限り、合計の含有量を指す。
また、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」または「メタクリレート」を表す表記であり、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を表す表記であり、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」または「メタクリロイル」を表す表記である。
本発明の偏光子は、液晶性化合物と、第1の二色性物質と、第2の二色性物質と、を含有する偏光子形成用組成物から形成される偏光子であって、上記第1の二色性物質と上記第2の二色性物質から形成された配列構造を有する。
本発明者らは、第1の二色性物質と第2の二色性物質とを有する偏光子を製造した際に、配向度が高くなる場合があることを知見した。この理由の詳細を検討したところ、偏光子中の第1の二色性物質と第2の二色性物質との位置関係が密接に関連しており、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが配列構造を形成していれば、配向度が高くなることを見出した。
図1は、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが配列構造を形成している状態の一例を示す概念図である。偏光子Pは、第1の二色性物質の分子Mと、第2の二色性物質の分子Oと、液晶性化合物の分子Lと、を有する。図1に示すように、分子Mと分子Oとを含む集合体Gが形成されており、集合体Gにおいて、分子Mおよび分子Oの長軸方向が同一方向に沿って並んでおり、分子Mおよび分子Oが幅wの周期でずれるように配置されている。
第1の二色性物質と第2の二色性物質から形成される配列構造は、図1の配列構造に限定されず、例えば、図2に示すように、分子Mおよび分子Oが角度aの周期でずれるように配置されていてもよい。
なお、偏光子中において、第1の二色性物質は重合していてもよい。同様に、偏光子中において、第2の二色性物質は重合していてもよい。
本発明の偏光子の形成に用いる偏光子形成用組成物(以下、「本組成物」ともいう。)は、液晶性化合物と、第1の二色性物質と、第2の二色性物質と、を含有する。本組成物は、必要に応じて、第3の二色性物質、溶媒、重合開始剤、界面改良剤、または、これら以外の他の成分を含有していてもよい。
以下、各成分について説明する。
本組成物は、液晶性化合物を含有する。液晶性化合物を含有することで、二色性物質の析出を抑止しながら、二色性物質を高い配向度で配向させることができる。
液晶性化合物は、二色性を示さない液晶性化合物である。
液晶性化合物としては、低分子液晶性化合物および高分子液晶性化合物のいずれも用いることができる。ここで、「低分子液晶性化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有さない液晶性化合物のことをいう。また、「高分子液晶性化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有する液晶性化合物のことをいう。
低分子液晶性化合物としては、例えば、特開2013−228706号公報に記載されている液晶性化合物が挙げられる。
高分子液晶性化合物としては、例えば、特開2011−237513号公報に記載されているサーモトロピック液晶性高分子が挙げられる。また、高分子液晶性化合物は、末端に架橋性基(例えば、アクリロイル基およびメタクリロイル基)を有していてもよい。
液晶性化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
液晶性化合物の含有量は、本組成物中の二色性物質の含有量100質量部に対して、25〜2000質量部が好ましく、33〜1000質量部がより好ましく、50〜500質量部がさらに好ましい。液晶性化合物の含有量が上記範囲内にあることで、偏光子の配向度がより向上する。
式(P1−A)で表される基は、(メタ)アクリル酸エステルの重合によって得られるポリ(メタ)アクリル酸エステルの部分構造の一単位であることが好ましい。
式(P1−B)で表される基は、エポキシ基を有する化合物のエポキシ基を開環重合して形成されるエチレングリコール単位であることが好ましい。
式(P1−C)で表される基は、オキセタン基を有する化合物のオキセタン基を開環重合して形成されるプロピレングリコール単位であることが好ましい。
式(P1−D)で表される基は、アルコキシシリル基およびシラノール基の少なくとも一方の基を有する化合物の縮重合によって得られるポリシロキサンのシロキサン単位であることが好ましい。ここで、アルコキシシリル基およびシラノール基の少なくとも一方の基を有する化合物としては、式SiR4(OR5)2−で表される基を有する化合物が挙げられる。式中、R4は、(P1−D)におけるR4と同義であり、複数のR5はそれぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。
L1が表す2価の連結基としては、−C(O)O−、−OC(O)−、−O−、−S−、−C(O)NR3−、−NR3C(O)−、−SO2−、および、−NR3R4−などが挙げられる。式中、R3およびR4はそれぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を表わす。
P1が式(P1−A)で表される基である場合には、本発明の効果がより優れる理由から、L1は−C(O)O−で表される基が好ましい。
P1が式(P1−B)〜(P1−D)で表される基である場合には、本発明の効果がより優れる理由から、L1は単結合が好ましい。
ここで、SP1が表すオキシエチレン構造は、*−(CH2−CH2O)n1−*で表される基が好ましい。式中、n1は1〜20の整数を表し、*は、上記式(1)中のL1またはM1との結合位置を表す。n1は、本発明の効果がより優れる理由から、2〜10の整数であることが好ましく、2〜4の整数であることがより好ましく、3であることが最も好ましい。
また、SP1が表すオキシプロピレン構造は、本発明の効果がより優れる理由から、*−(CH(CH3)−CH2O)n2−*で表される基が好ましい。式中、n2は1〜3の整数を表し、*はL1またはM1との結合位置を表す。
また、SP1が表すポリシロキサン構造は、本発明の効果がより優れる理由から、*−(Si(CH3)2−O)n3−*で表される基が好ましい。式中、n3は6〜10の整数を表し、*はL1またはM1との結合位置を表す。
また、SP1が表すフッ化アルキレン構造は、本発明の効果がより優れる理由から、*−(CF2−CF2)n4−*で表される基が好ましい。式中、n4は6〜10の整数を表し、*はL1またはM1との結合位置を表す。
メソゲン基としては、例えば、芳香族炭化水素基、複素環基、および脂環式基からなる群より選択される少なくとも1種の環状構造を有する基が好ましい。
メソゲン基は、本発明の効果がより優れる理由から、芳香族炭化水素基を有するのが好ましく、2〜4個の芳香族炭化水素基を有するのがより好ましく、3個の芳香族炭化水素基を有するのがさらに好ましい。
A1で表される2価の基は、4〜6員環であることが好ましい。また、A1で表される2価の基は、単環でも、縮環であってもよい。
*は、SP1またはT1との結合位置を表す。
2価の芳香族複素環基を構成する炭素以外の原子としては、窒素原子、硫黄原子および酸素原子が挙げられる。芳香族複素環基が炭素以外の環を構成する原子を複数有する場合、これらは同一であっても異なっていてもよい。
2価の芳香族複素環基の具体例としては、例えば、ピリジレン基(ピリジン−ジイル基)、ピリダジン−ジイル基、イミダゾール−ジイル基、チエニレン(チオフェン−ジイル基)、キノリレン基(キノリン−ジイル基)、イソキノリレン基(イソキノリン−ジイル基)、オキサゾール−ジイル基、チアゾール−ジイル基、オキサジアゾール−ジイル基、ベンゾチアゾール−ジイル基、ベンゾチアジアゾール−ジイル基、フタルイミド−ジイル基、チエノチアゾール−ジイル基、チアゾロチアゾール−ジイル基、チエノチオフェン−ジイル基、および、チエノオキサゾール−ジイル基などが挙げられる。
式(M1−B)中、a2は1〜10の整数を表し、a2が2以上である場合には、複数のA2は同一でも異なっていてもよく、複数のA3は同一でも異なっていてもよく、複数のLA1は同一でも異なっていてもよい。a2は、本発明の効果がより優れる理由から、2以上の整数であることが好ましく、2であることがより好ましい。
式(M1−B)中、a2が1である場合には、LA1は2価の連結基である。a2が2以上である場合には、複数のLA1はそれぞれ独立に、単結合または2価の連結基であり、複数のLA1のうち少なくとも1つが2価の連結基である。a2が2である場合、本発明の効果がより優れる理由から、2つのLA1のうち、一方が2価の連結基であり、他方が単結合であることが好ましい。
T1は、本発明の効果がより優れる理由から、炭素数1〜10のアルコキシ基が好ましく、炭素数1〜5のアルコキシがより好ましく、メトキシ基がさらに好ましい。これらの末端基は、これらの基、または、特開2010−244038号公報に記載の重合性基によって、さらに置換されていてもよい。
T1の主鎖の原子数は、本発明の効果がより優れる理由から、1〜20が好ましく、1〜15がより好ましく、1〜10がさらに好ましく、1〜7が特に好ましい。T1の主鎖の原子数が20以下であることで、偏光子の配向度がより向上する。ここで、T1おける「主鎖」とは、M1と結合する最も長い分子鎖を意味し、水素原子はT1の主鎖の原子数にカウントしない。例えば、T1がn−ブチル基である場合には主鎖の原子数は4であり、T1がsec−ブチル基である場合の主鎖の原子数は3である。
本発明において、高分子液晶性化合物に含まれる各繰り返し単位の含有量は、各繰り返し単位を得るために使用される各単量体の仕込み量(質量)に基づいて算出される。
繰り返し単位(1)は、高分子液晶性化合物中において、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、繰り返し単位(1)が高分子液晶性化合物中に2種含まれているのがよい。
上記繰り返し単位BにおいてT1が表す末端基は、本発明の効果がより優れる理由から、アルコキシカルボニル基、シアノ基、又は、(メタ)アクリロイルオキシ基含有基であることが好ましく、アルコキシカルボニル基、又は、シアノ基であることがより好ましい。
高分子液晶性化合物中の上記繰り返し単位Aの含有量と高分子液晶性化合物中の上記繰り返し単位Bの含有量との割合(A/B)は、本発明の効果がより優れる理由から、50/50〜95/5であることが好ましく、60/40〜93/7であることがより好ましく、70/30〜90/10であることがさらに好ましい。
高分子液晶性化合物の重量平均分子量(Mw)は、本発明の効果がより優れる理由から、1000〜500000が好ましく、2000〜300000がより好ましい。高分子液晶性化合物のMwが上記範囲内にあれば、高分子液晶性化合物の取り扱いが容易になる。
特に、塗布時のクラック抑制の観点から、高分子液晶性化合物の重量平均分子量(Mw)は、10000以上が好ましく、10000〜300000がより好ましい。
また、配向度の温度ラチチュードの観点から、高分子液晶性化合物の重量平均分子量(Mw)は、10000未満が好ましく、2000以上10000未満が好ましい。
ここで、本発明における重量平均分子量および数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)法により測定された値である。
・溶媒(溶離液):N−メチルピロリドン
・装置名:TOSOH HLC−8220GPC
・カラム:TOSOH TSKgelSuperAWM−H(6mm×15cm)を3本接続して使用
・カラム温度:25℃
・試料濃度:0.1質量%
・流速:0.35mL/min
・校正曲線:TOSOH製TSK標準ポリスチレン Mw=2800000〜1050(Mw/Mn=1.03〜1.06)までの7サンプルによる校正曲線を使用
本組成物は、第1の二色性物質を含有する。第1の二色性物質は、第2の二色性物質との配列構造を形成できるのであれば特に限定されないが、二色性物質の核である発色団と、発色団の末端に結合する側鎖と、を有する化合物であることが好ましい。
発色団の具体例としては、芳香族環基(例えば、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基)、アゾ基などが挙げられ、芳香族環基およびアゾ基の両方を有する構造が好ましく、芳香族複素環基(好ましくはチエノチアゾール基)と2つのアゾ基を有するビスアゾ構造がより好ましい。
側鎖としては、特に限定されず、後述の式(1)のR1、R2またはR3で表される基が挙げられる。
本明細書における二色性物質の最大吸収波長(nm)は、二色性物質を良溶媒中に溶解させた溶液を用いて、分光光度計によって測定される波長380〜800nmの範囲における紫外可視光スペクトルから求められる。
上記アルキル基の炭素原子は、−O−、−CO−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−Si(CH3)2−O−Si(CH3)2−、−N(R1’)−、−N(R1’)−CO−、−CO−N(R1’)−、−N(R1’)−C(O)−O−、−O−C(O)−N(R1’)−、−N(R1’)−C(O)−N(R1’)−、−CH=CH−、−C≡C−、−N=N−、−C(R1’)=CH−C(O)−または−O−C(O)−O−、によって置換されていてもよい。
R1が水素原子以外の基である場合、各基が有する水素原子は、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、−N(R1’)2、アミノ基、−C(R1’)=C(R1’)−NO2、−C(R1’)=C(R1’)−CN、または、−C(R1’)=C(CN)2、によって置換されていてもよい。
R1’は、水素原子または炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基を表す。各基において、R1’が複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていてもよい。
上記アルキル基の炭素原子は、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−C(O)−S−、−S−C(O)−、−Si(CH3)2−O−Si(CH3)2−、−NR2’−、−NR2’−CO−、−CO−NR2’−、−NR2’−C(O)−O−、−O−C(O)−NR2’−、−NR2’−C(O)−NR2’−、−CH=CH−、−C≡C−、−N=N−、−C(R2’)=CH−C(O)−、または、−O−C(O)−O−によって置換されていてもよい。
R2およびR3が水素原子以外の基である場合、各基が有する水素原子は、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、−OH基、−N(R2’)2、アミノ基、−C(R2’)=C(R2’)−NO2、−C(R2’)=C(R2’)−CN、−C(R2’)=C(CN)2、によって置換されていてもよい。
R2’は、水素原子または炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基を表す。各基において、R2’が複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていてもよい。
R2およびR3は、互いに結合して環を形成してもよいし、R2またはR3は、Ar2と結合して環を形成してもよい。
このような基の具体例として、R1としては、アルキルスルホニル基、アルキルカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アルキルスルホニルアミノ基、アルキルスルファモイル基、アルキルスルフィニル基、および、アルキルウレイド基などが挙げられ、R2およびR3としては、下記の構造の基などが挙げられる。なお下記の構造の基は、上記式(1)において、R2およびR3が結合する窒素原子を含む形で示す。
本組成物は、第2の二色性物質を含有する。第2の二色性物質は、第1の二色性物質と異なる化合物であり、具体的にはその化学構造が異なっている。
第2の二色性物質は、第1の二色性物質との配列構造を形成できるのであれば特に限定されないが、二色性物質の核である発色団と、発色団の末端に結合する側鎖と、を有する化合物であることが好ましい。
発色団の具体例としては、芳香族環基(例えば、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基)、アゾ基などが挙げられ、芳香族炭化水素基およびアゾ基の両方を有する構造が好ましく、芳香族炭化水素基と2または3つのアゾ基とを有するビスアゾまたはトリスアゾ構造がより好ましい。
側鎖としては、特に限定されず、後述の式(2)のR4、R5またはR6で表される基が挙げられる。
特に、最大吸収波長が560〜700nmである第1の二色性物質と、最大吸収波長が455nm以上560nm未満の第2の二色性物質と、を用いれば、偏光子の色味調整がより容易になる。
式(2)中、Ar3、Ar4およびAr5はそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基または置換基を有していてもよい複素環基を表す。
複素環基としては、芳香族または非芳香族のいずれであってもよい。
芳香族複素環基を構成する炭素以外の原子としては、窒素原子、硫黄原子および酸素原子が挙げられる。芳香族複素環基が炭素以外の環を構成する原子を複数有する場合、これらは同一であっても異なっていてもよい。
芳香族複素環基の具体例としては、例えば、ピリジレン基(ピリジン−ジイル基)、ピリダジン−ジイル基、イミダゾール−ジイル基、チエニレン(チオフェン−ジイル基)、キノリレン基(キノリン−ジイル基)、イソキノリレン基(イソキノリン−ジイル基)、オキサゾール−ジイル基、チアゾール−ジイル基、オキサジアゾール−ジイル基、ベンゾチアゾール−ジイル基、ベンゾチアジアゾール−ジイル基、フタルイミド−ジイル基、チエノチアゾール−ジイル基、チアゾロチアゾール−ジイル基、チエノチオフェン−ジイル基、および、チエノオキサゾール−ジイル基などが挙げられる。
式(2)中、R5およびR6の定義はそれぞれ、式(1)中のR2およびR3と同様である。
このような基のうち、R4が電子吸引性基である場合の具体例は、R1が電子吸引性基である場合の具体例と同様であり、R5およびR6が電子供与性の低い基である場合の具体例は、R2およびR3が電子供与性の低い基である場合の具体例と同様である。
第1の二色性物質の側鎖のlogP値と、第2の二色性物質の側鎖のlogP値と、の差の絶対値(以下、「logP差」ともいう。)は、2.30以下が好ましく、2.0以下がより好ましく、1.5以下がさらに好ましく、1.0以下が特に好ましい。logP差が2.30以下であれば、第1の二色性物質と第2の二色性物質との親和性が高まって、配列構造をより形成しやすくなるため、偏光子の配向度がより向上する。
なお、第1の二色性物質または第2の二色性物質の側鎖が複数ある場合、少なくとも1つのlogP差が上記値を満たすことが好ましい。
ここで、第1の二色性物質および第2の色性色素の側鎖とは、上述した発色団の末端に結合する基を意味する。例えば、第1の二色性物質が式(1)で表される化合物である場合、式(1)中のR1、R2およびR3が側鎖であり、第2の二色性物質が式(2)で表される化合物である場合、式(2)中のR4、R5およびR6が側鎖である。特に、第1の二色性物質が式(1)で表される化合物であり、第2の二色性物質が式(2)で表される化合物である場合、R1とR4とのlogP値の差、R1とR5とのlogP値の差、R2とR4とのlogP値の差、および、R2とR5とのlogP値の差のうち、少なくとも1つのlogP差が上記値を満たすことが好ましい。
本組成物は、第3の二色性物質を含有するのが好ましい。第3の二色性物質は、第1の二色性物質および第2の二色性物質以外の二色性物質であり、具体的には、第1の二色性物質および第2の二色性物質とは化学構造が異なっている。本組成物が第3の二色性物質を含有すれば、偏光子の色味の調整が容易になるという利点がある。
第3の二色性物質の最大吸収波長は、380nm以上455nm未満が好ましく、385〜454nmがより好ましい。
第3の二色性物質の具体例としては、国際公開第2017/195833号に記載の式(1)で表される化合物が挙げられる化合物のうち、上記第1の二色性物質および上記第2の二色性物質以外の化合物が挙げられる。
本組成物において、二色性物質の含有量は、二色性物質と液晶性化合物との合計量100質量部に対して、0.1〜99質量部が好ましく、1〜60質量部がより好ましく、1.5〜30質量部が特に好ましい。
第1の二色性物質の含有量は、本組成物中の二色性物質の含有量100質量部に対して、40〜90質量部が好ましく、55〜85質量部がより好ましい。
第2の二色性物質の含有量は、本組成物中の二色性物質の含有量100質量に対して、6〜50質量部が好ましく、8〜45質量部がより好ましい。
本組成物が第3の二色性物質を含有する場合、第3の二色性物質の含有量は、本組成物中の二色性物質の含有量100質量に対して、3〜30質量部が好ましく、5〜25質量部がより好ましい。
なお、二色性物質の含有量とは、第1の二色性物質および第2の二色性物質の合計量を意味し、本組成物が第3の二色性物質を含有する場合には、第3の二色性物質の含有量も合計量に含めるものとする。
第1の二色性物質と、第2の二色性物質と、および必要に応じて用いられる第3の二色性物質と、の含有比は、偏光子の色味調整するために、任意に設定することができる。ただし、第1の二色性物質に対する第2の二色性物質の含有比(第2の二色性物質/第1の二色性物質)は、モル換算で、0.1〜10が好ましく、0.2〜5がより好ましく、0.3〜0.8が特に好ましい。第1の二色性物質に対する第2の二色性物質の含有比が上記範囲内にあれば、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが配列構造をより形成しやすくなる。
本組成物は、作業性等の観点から、溶媒を含有するのが好ましい。
溶媒としては、例えば、ケトン類(例えば、アセトン、2−ブタノン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、および、シクロヘキサノンなど)、エーテル類(例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキソラン、テトラヒドロフルフリルアルコール、および、シクロペンチルメチルエーテルなど)、脂肪族炭化水素類(例えば、ヘキサンなど)、脂環式炭化水素類(例えば、シクロヘキサンなど)、芳香族炭化水素類(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、および、トリメチルベンゼンなど)、ハロゲン化炭素類(例えば、ジクロロメタン、トリクロロメタン(クロロホルム)、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、および、クロロトルエンなど)、エステル類(例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、および、酢酸ブチル、炭酸ジエチルなど)、アルコール類(例えば、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、および、シクロヘキサノールなど)、セロソルブ類(例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、および、1,2−ジメトキシエタンなど)、セロソルブアセテート類、スルホキシド類(例えば、ジメチルスルホキシドなど)、アミド類(例えば、ジメチルホルムアミド、および、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなど)、および、ヘテロ環化合物(例えば、ピリジンなど)などの有機溶媒、ならびに、水が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの溶媒のうち、本発明の効果がより優れる理由から、有機溶媒を用いることが好ましく、ハロゲン化炭素類またはケトン類を用いることがより好ましい。
本組成物が溶媒を含有する場合、溶媒の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、本組成物の全質量に対して、70〜99.5質量%であることが好ましく、80〜99質量%であることがより好ましく、85〜98質量%であることがさらに好ましい。
本組成物は、界面改良剤を含むことが好ましい。界面改良剤を含むことにより、塗布表面の平滑性が向上し、配向度が向上したり、ハジキおよびムラを抑制して、面内の均一性の向上が見込まれる。
界面改良剤としては、液晶性化合物を水平配向させるものが好ましく、特開2011−237513号公報の[0253]〜[0293]段落に記載の化合物(水平配向剤)を用いることができる。また、特開2007−272185号公報の[0018]〜[0043]等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマーも用いることができる。界面改良剤としては、これら以外の化合物を用いてもよい。
本組成物が界面改良剤を含有する場合、界面改良剤の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、本組成物中の液晶性化合物と二色性物質との合計100質量部に対し、0.001〜5質量部が好ましく、0.01〜3質量部が好ましい。
本組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、重合開始剤を含有することが好ましい。
重合開始剤としては特に制限はないが、感光性を有する化合物、すなわち光重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤としては、各種の化合物を特に制限なく使用できる。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号および同2951758号の各明細書)、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(米国特許第3549367号明細書)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報および米国特許第4239850号明細書)、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書)、および、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63−40799号公報、特公平5−29234号公報、特開平10−95788号公報および特開平10−29997号公報)等が挙げられる。
このような光重合開始剤としては、市販品も用いることができ、BASF社製のイルガキュア184、イルガキュア907、イルガキュア369、イルガキュア651、イルガキュア819およびイルガキュアOXE−01等が挙げられる。
本組成物が重合開始剤を含有する場合、重合開始剤の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、本組成物中の液晶性化合物と二色性物質との合計100質量部に対し、0.01〜30質量部が好ましく、0.1〜15質量部がより好ましい。重合開始剤の含有量が0.01質量部以上であれば、偏光子の耐久性が良好となり、30質量部以下であることで、偏光子の配向がより良好となる。
本明細書における置換基について説明する。
置換基としては、例えば、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、および、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、および、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、および、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、2,6−ジエチルフェニル基、3,5−ジトリフルオロメチルフェニル基、スチリル基、ナフチル基、および、ビフェニ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、および、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1〜15であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、および、ブトキシ基などが挙げられる)、オキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜15、特に好ましくは2〜10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、および、フェノ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2〜10、特に好ましくは2〜6であり、例えば、アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基、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2〜10、特に好ましくは炭素数2〜6であり、例えば、アセチルアミノ基、および、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2〜10、特に好ましくは炭素数2〜6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1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6であり、例えば、メタンスルホニルアミノ基、および、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0〜10、特に好ましくは炭素数0〜6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、および、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1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6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、および、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1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6であり、例えば、メチルチオ基、および、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1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6であり、例えば、メシル基、および、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1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6であり、例えば、メタンスルフィニル基、および、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1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6であり、例えば、無置換のウレイド基、メチルウレイド基、および、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1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6であり、例えば、ジエチルリン酸アミド基、および、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、および、ヨウ素原子)、シアノ基、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、アゾ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数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、エポキシ基、オキセタニル基、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、マレイミド基、ベンゾオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、および、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、および、トリフェニルシリル基などが挙げられる)、カルボキシ基、スルホン酸基、および、リン酸基などが挙げられる。
本発明における第1の二色性物質と第2の二色性物質から形成された配列構造において、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが会合体を形成しているのが好ましい。会合体を形成していれば、偏光子の配向度および耐光性がより向上すること、および、偏光子の色味調整が容易になるという利点がある。
なお、各膜(偏光子)の製造にあたって、各膜に含まれる二色性物質の種類を変える以外は、下層(例えば、基板)の種類、組成物の濃度および塗布条件を揃え、膜の面積および膜厚が同じになるように注意する。
また、第2の二色性物質を含有しない以外は本組成物と同様の成分を含む組成物4(第2の二色性物質を含有せず、液晶性化合物および第1の二色性物質を少なくとも含有する組成物)を準備する。そして、膜1(本発明の偏光子)の吸収スペクトルの測定と同様にして、組成物4を用いて形成された膜1−4の吸収スペクトルを求める。
そして、膜1の吸収スペクトルから、膜1−4の吸収スペクトルを差し引くことで、差スペクトルを求めて、得られた差スペクトルの最大吸収波長λを求める。
このように、最大吸収波長λと最大吸収波長λ2とが異なっていれば、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが会合しているといえる。以下において、その理由を説明する。
膜1と膜1−4との組成における相違点は、第2の二色性物質の有無である。そのため、膜1の吸収スペクトルと膜1-4の吸収スペクトルとの差スペクトルは、第2の二色性物質に由来する吸収スペクトルとほぼ一致することが予測される。したがって、差スペクトルの最大吸収波長λと、膜2(第2の二色性物質を含み、第1の二色性物質を含まない)の吸収スペクトルの最大吸収波長λ2とが、一致している場合、膜(偏光子)中で第2の二色性物質が第1の二色性物質に取り込まれることなく存在しているといえる。
これに対して、図3に示すように、最大吸収波長λと最大吸収波長λ2とが異なっているということは、差スペクトルからは、第2の二色性物質に由来する吸収スペクトルがほとんど検出されていない状態にあるといえる。つまり、膜1中において第1の二色性物質と第2の二色性物質とが会合して(例えば、一方の二色性物質が他方の二色性物質に取り込まれる等の現象が生じて)、差スペクトルから第2の二色性物質の吸収スペクトルが検出されなくなったと考えられる。なお、この場合において、膜1の吸収スペクトルの波形と、膜2の吸収スペクトルの波形と、が異なっている。
特に、第1の二色性物質の最大吸収波長が第2の二色性物質の最大吸収波長よりも大きい場合、最大吸収波長λ4よりも、最大吸収波長λ1のほうが小さいことが好ましい。すなわち、λ4からλ1を引いた値(λ4−λ1)が2nmよりも大きいことが好ましく、5nm以上がより好ましい。λ4からλ1を引いた値の上限値は、40nm以下が好ましい。
このように、最大吸収波長λ1と最大吸収波長λ4とが異なっていれば、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが会合しているといえる。以下において、その理由を説明する。
膜1と膜1−4との組成における相違点は、第2の二色性物質の有無である。第1の二色性物質の最大吸収波長が第2の二色性物質の最大吸収波長よりも大きい場合、第1の二色性物質の最大吸収波長が検出されるので、膜1の最大吸収波長λ1と、膜1−4の最大吸収波長λ4とが、一致することが予測される。したがって、最大吸収波長λ1と、最大吸収波長λ4とが、一致している場合、膜(偏光子)中で第1の二色性物質が第2の二色性物質に取り込まれることなく存在しているといえる。
これに対して、図3に示すように、最大吸収波長λ1が最大吸収波長λ4よりも小さくなっているということは、第1の二色性物質に由来する吸収スペクトルが弱くなっている状態にあるといえる。つまり、膜1中において第1の二色性物質と第2の二色性物質とが会合して(例えば、一方の二色性物質が他方の二色性物質に取り込まれる等の現象が生じて)、最大吸収波長が第2の二色性物質の最大吸収波長である波長の小さい側にシフトしたと考えられる。
本発明における第1の二色性物質と第2の二色性物質から形成された配列構造において、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが結晶構造を形成しているのが好ましい。結晶構造を形成していれば、偏光子の配向度および耐光性がより向上すること、および、偏光子の色味調整が容易になるという利点がある。
なお、第1の二色性物質と第2の二色性物質は、会合体を形成しつつ、結晶構造を形成していてもよい。
二色性物質が結晶構造を形成している場合、X線回折によって結晶構造に対応するピークが観測される。本発明の偏光子中においては、第1の二色性物質と第2の二色性物質による結晶構造に加えて、第1の二色性物質による結晶構造、第2の二色性物質による結晶構造、が観測されてもよい。これらの結晶性は、それぞれの結晶構造に由来するX線ピークの強度によって観測できる。
具体的には、第1の二色性物質と第2の二色性物質とを含有し、第1の二色性物質と第2の二色性物質による結晶構造が形成されている場合を考えると、第1の二色性物質と第2の二色性物質による結晶構造に由来するピーク強度(POMという)、第1の二色性物質による結晶構造に由来するピーク強度(PMという)、および、第2の二色性物質による結晶構造に由来するピーク強度(POという)が存在することが考えられる。
また、第1の二色性物質を含有し第2の二色性物質を含有しない場合の第1の二色性物質の結晶構造に由来するピークの強度(PM1という)、第2の二色性物質を含有し第1の二色性物質を含有しない場合の第2の二色性物質の結晶構造に由来するピーク強度(PO1という)が考えられる。
第1の二色性物質と第2の二色性物質とが結晶構造を形成している場合、PMとPM1とが異なり、POとPO1とが異なる。PMがPM1よりも小さくなる場合およびPOがPO1よりも小さくなる場合、PMのピークおよびPOのピークは、検出されなくてもよく、PMがPM1よりも大きくなる場合およびPOがPO1よりも大きくなる場合、PM1のピークおよびPO1のピークは、検出されなくてもよい。例えば、POがPO1に対して小さくなる場合、第2の二色性物質に由来する結晶構造の結晶性が低下(結晶構造のサイズや結晶構造の数の低下)したことを意味すると考えられる。
また、第1の二色性物質および第2の二色性物質を含有しない以外は本組成物と同様の成分を含む組成物3(第1の二色性物質および第2の二色性物質を含有せず、液晶性化合物を少なくとも含有する組成物)を準備する。準備した組成物3を用いる以外は、膜1(本発明の偏光子)の製造方法と同様にして、膜1−3を得る。
そして、膜1(本発明の偏光子)、膜1−2および膜3について、薄膜評価用X線回折装置(リガク社製、商品名:「SmartLab」インプレーン光学系)を用いてX線回折の測定を行う。以下において、インプレーン法を用いて行われるX線回折分析を、「インプレーン XRD」とも記載する。インプレーン XRDは、薄膜X線回折装置を用いて、以下の条件で、偏光子表面にX線を照射して行うものとする。そして、液晶および二色性物質が長軸方向で配向した方向を方位角(φ)0°とし、15°刻みで全方向のインプレーン XRDを行い、観測されたピークに対して行ったφスキャンにより、ピーク強度が最大となる基板平面内における向きを決定する。得られた向きにおけるインプレーン測定のスペクトルを用いて、後述するXRDスペクトルの対比を行う。ピーク強度については、X線入射角0.2°におけるX線侵入長に相当する膜厚として規格化した値を用いる。
なお、ピークAの回折角は、本発明の効果がより優れる理由から、17°未満であることが好ましい。
また、ピークBの回折角は、本発明の効果がより優れる理由から、17°以上であることが好ましい。
条件(i):膜1−2のピークAのうち、膜1−3のXRDスペクトルには観測されない回折角のピーク(ピークO2ともいう)が、膜1のXRDスペクトルにおいて観察されないか、または、膜1のXRDスペクトルにおいても観測される場合であっても、ピークO2と同一の回折角のピーク(ピークO1ともいう)のピーク強度よりも大きい。つまり、ピークO2の強度に対する、ピークO1の強度の比が、1未満である。
条件(ii):膜1のピークAのうち、膜1−3のXRDスペクトルには観測されない回折角のピーク(ピークOMともいう)が、膜1−2および膜1−4のXRDスペクトルにおいても観察されない。つまり、膜1−2のピークAのうち、膜1−3のXRDスペクトルには観測されない回折角のピークをピークO2とし、膜1−4のピークAのうち、膜1−3のXRDスペクトルには観察されない回折角のピークをピークM2とした場合、ピークO2およびピークM2が検出される回折角と、ピークOMが検出される回折角の位置が異なる。
ピークO2は、第2の二色性物質に対応するピークである。そのため、通常、第2の二色性物質を含む膜1(本発明の偏光子)についても、ピークO2(ピークO1)が検出されると考えられる。
これに対して、偏光子が第2の二色性物質を含むのにも関わらず、ピークO1が検出されない、もしくは、ピークO1の強度が小さくなるという現象は、偏光子中において、第2の二色性物質が第1の二色性物質と何らかの相互作用を起こして、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが周期的に配列している構造(より具体的には、結晶構造)を形成しているために生じると推測される。
図4は、液晶性化合物として後述する高分子液晶性化合物L1、第2の二色性物質として第2の二色性物質O1を用いた膜1−2のXRDスペクトルを表す。
図5は、高分子液晶性化合物L1単体の膜(膜1−3)のXRDスペクトルを表す。
図6は、高分子液晶性化合物L1、第1の二色性物質として後述する第1の二色性物質M1、第2の二色性物質O1を用いた膜1(後述の実施例1の偏光子1に対応)のXRDスペクトルを表す。
図4〜6の対比からわかるように、図4の膜1−2のXRDのピークのうち、図5の膜1−3のXRDには観測されない回折角のピークO2が、図6の膜1のXRDスペクトルに観察されない。したがって、上述した条件(i)を満たし、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが結晶構造を形成していると判断される。
ピークO2は第2の二色性物質に対応するピークであり、ピークM2は第1の二色性物質に対応するピークである。そのため、第1の二色性物質および第2の二色性物質を含む膜1(本発明の偏光子)については、二色性物質に由来するピークとして、ピークO2およびピークM2のみが検出されると考えられる。
これに対して、膜1−2および膜1−4のXRDスペクトルには観察されないピークOMが膜1において検出される現象は、偏光子中において、第2の二色性物質が第1の二色性物質と何らかの相互作用を起こして、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが周期的に配列している構造(より具体的には、結晶構造)を形成しているために生じると推測される。
図7は、液晶性化合物として後述する高分子液晶性化合物L1、第1の二色性物質M1を用いた膜2−4のXRDスペクトルを表す。
図8は、液晶性化合物として後述する高分子液晶性化合物L1、第2の二色性物質として第12の二色性物質O1を用いた膜2−2のXRDスペクトルを表す。
図9は高分子液晶性化合物L1単体の膜2−3のXRDスペクトルを表す。
図10は、高分子液晶性化合物L1、第1の二色性物質として後述する第1の二色性物質M1、第2の二色性物質O1を用いた膜2のXRDスペクトルを表す。
図7、8、9および10の対比からわかるように、図10の膜2のXRDスペクトルのピークのうち、図7、8および9のXRDスペクトルには観測されない回折角のピークが、図10の膜2のXRDスペクトルでは観察される。したがって、上述した条件(ii)を満たし、第1の二色性物質と第2の二色性物質とが結晶構造を形成していると判断される。
第1の二色性物質と第2の二色性物質とが結晶構造を形成するには、理論計算による安定化エネルギーが一定の値をとることが好ましい。安定化エネルギーは、第1の二色性物質および第2の二色性物質のうち、一方の二色性物質が単独で配列する構造中に、他方の二色性物質が入り込んだ時のエネルギー的な損失(エネルギー差)を意味するため、値が小さいほど損失が小さいという理由により、他方の二色性物質が入り込みやすくなるので、配列構造が形成されやすいと考えられる。このような安定化エネルギーの計算方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。
計算条件としてGeneral AMBER Force Field(GAFF)と呼ばれる力場情報とRestrained Electro Static Potential(RESP)と呼ばれる電荷情報を使用する。ここで、GAFFはAMBER11に同梱されているAmberToolsなどのソフトを用いることで、RESPは商用化されているGaussian09などのソフトを用いたHF/6−31G(d)の条件で各1分子の二色性物質の計算し、その結果をAmberToolsに読み込ませることで設定できる。具体的には、安定化エネルギーは、上記計算条件を用いて得られる「二色性物質Aのスーパーセル中の二色性物質Aの1分子を、1分子の二色性物質Bに置き換えた状態のエネルギー」と「1分子の二色性物質Aのエネルギー」の和X1から、「1分子の二色性物質Bに置き換える前の二色性物質Aのみから構成されたスーパーセルのエネルギー」と「1分子の二色性物質Bのエネルギー」の和X2を、差し引いた値(X1−X2)として算出される。
上記の方法で計算された安定化エネルギー(X1−X2)は、第1の二色性物質と第2の二色性物質の配列構造が形成されやすくなって、配向度のより高い偏光子が得られる点から、72kcal/mol未満が好ましく、55kcal/mol以下が好ましく、35kcal/mol以下がより好ましい。また、安定化エネルギーの下限値は、−13kcal/mol以上が好ましい。
また、上述の和X2に対する、上述の和X1の比(X1/X2)(以下、「安定化エネルギー比」ともいう。)は、第1の二色性物質と第2の二色性物質の配列構造が形成されやすくなって、配向度のより高い偏光子が得られる点から、0.22以上が好ましく、0.40以上がより好ましく、0.60以上が特に好ましい。なお、安定化エネルギー比の上限値は特に限定されないが、通常は1.50以下であり、1.30以下が好ましい。
本発明の偏光子を製造する方法は特に制限されないが、得られる偏光子の配向度がより高くなる理由から、配向膜上に上述した本組成物を塗布して塗布膜を形成する工程(以下、「塗布膜形成工程」ともいう。)と、上記塗布膜に含まれる二色性物質を配向させる工程(以下、「配向工程」ともいう。)と、をこの順に備える方法(以下、「本製造方法」ともいう。)が好ましい。なお、以下、「得られる偏光子の配向度がより高くなる」ことを「本発明の効果がより優れる」ともいう。
以下、各工程について説明する。
塗布膜形成工程は、配向膜上に上述した本組成物を塗布して塗布膜を形成する工程である。塗布膜中の液晶性化合物は配向膜と(本組成物が界面改良剤を含有する場合には)界面改良剤との相互作用により水平配向する。
上述した溶媒を含有する本組成物を用いたり、本組成物を加熱などによって溶融液などの液状物としたものを用いたりすることにより、配向膜上に本組成物を塗布することが容易になる。
本組成物の塗布方法としては、ロールコーティング法、グラビア印刷法、スピンコート法、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、スプレー法、および、インクジェット法などの公知の方法が挙げられる。
配向膜は、本組成物に含有される液晶性化合物を水平配向させる膜であれば、どのような膜でもよい。
有機化合物(好ましくはポリマー)の膜表面へのラビング処理、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。なかでも、本発明では、配向膜のプレチルト角の制御し易さの点からはラビング処理により形成する配向膜が好ましく、配向の均一性の点からは光照射により形成する光配向膜も好ましい。
ラビング処理により形成される配向膜に用いられるポリマー材料としては、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。本発明においては、ポリビニルアルコールまたはポリイミド、およびその誘導体が好ましく用いられる。配向膜については国際公開第2001/88574A1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。配向膜の厚さは、0.01〜10μmであることが好ましく、0.01〜1μmであることがさらに好ましい。
光照射により形成される配向膜に用いられる光配向材料としては、多数の文献などに記載がある。本発明においては、例えば、特開2006−285197号公報、特開2007−76839号公報、特開2007−138138号公報、特開2007−94071号公報、特開2007−121721号公報、特開2007−140465号公報、特開2007−156439号公報、特開2007−133184号公報、特開2009−109831号公報、特許第3883848号、特許第4151746号に記載のアゾ化合物、特開2002−229039号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開2002−265541号公報、特開2002−317013号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび/またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第4205195号、特許第4205198号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表2003−520878号公報、特表2004−529220号公報、または、特許第4162850号に記載の光架橋性ポリイミド、ポリアミドもしくはエステルが好ましい例として挙げられる。より好ましくは、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、ポリアミド、または、エステルである。
本明細書において、「直線偏光照射」「非偏光照射」とは、光配向材料に光反応を生じせしめるための操作である。用いる光の波長は、用いる光配向材料により異なり、その光反応に必要な波長であれば特に限定されるものではない。光照射に用いる光のピーク波長は、200nm〜700nmが好ましく、光のピーク波長が400nm以下の紫外光がより好ましい。
非偏光の場合には、配向膜に対して、斜めから非偏光を照射する。その入射角度は、10〜80°が好ましく、20〜60°がより好ましく、30〜50°がさらに好ましい。
照射時間は、1分〜60分が好ましく、1分〜10分がより好ましい。
配向工程は、塗布膜に含有される二色性物質を配向させる工程である。これにより、本発明の偏光子が得られる。配向工程では、配向膜によって配向した液晶性化合物に沿って、二色性物質が配向するものと考えられる。
配向工程は、乾燥処理を有していてもよい。乾燥処理によって、溶媒などの成分を塗布膜から除去することができる。乾燥処理は、塗布膜を室温下において所定時間放置する方法(例えば、自然乾燥)によって行われてもよいし、加熱および/または送風する方法によって行われてもよい。
ここで、本組成物に含有される二色性物質は、上述した塗布膜形成工程または乾燥処理によって、配向する場合がある。例えば、本組成物が溶媒を含む塗布液として調製されている態様では、塗布膜を乾燥して、塗布膜から溶媒を除去することで、塗布膜に含有される二色性物質が配向して、本発明の偏光子が得られる場合がある。
加熱処理は、製造適性などの面から10〜250℃が好ましく、25〜190℃がより好ましい。また、加熱時間は、1〜300秒が好ましく、1〜60秒がより好ましい。
以上の工程によって、本発明の偏光子を得ることができる。
本製造方法は、上記配向工程後に、偏光子を硬化させる工程(以下、「硬化工程」ともいう。)を有していてもよい。
硬化工程は、例えば、加熱および/または光照射(露光)によって実施される。このなかでも、硬化工程は光照射によって実施されることが好ましい。
硬化に用いる光源は、赤外線、可視光または紫外線など、種々の光源を用いることが可能であるが、紫外線であることが好ましい。また、硬化時に加熱しながら紫外線を照射してもよいし、特定の波長のみを透過するフィルタを介して紫外線を照射してもよい。
また、露光は、窒素雰囲気下で行われてもよい。ラジカル重合によって偏光子の硬化が進行する場合において、酸素による重合の阻害が低減されるため、窒素雰囲気下で露光することが好ましい。
本発明の積層体は、基材と、上記基材上に設けられた配向膜と、上記配向膜上に設けられた上述した本発明の偏光子とを有する。
また、本発明の積層体は、上記本発明の偏光子上に、λ/4板を有していてもよい。
さらに、本発明の積層体は、上記本発明の偏光子とλ/4板との間に、バリア層を有していてもよい。
以下、本発明の積層体を構成する各層について説明する。
基材としては、適宜選択することができ、例えば、ガラスおよびポリマーフィルムが挙げられる。基材の光透過率は、80%以上であるのが好ましい。
基材としてポリマーフィルムを用いる場合には、光学的等方性のポリマーフィルムを用いるのが好ましい。ポリマーの具体例および好ましい態様は、特開2002−22942号公報の[0013]段落の記載を適用できる。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国際公開第2000/26705号公報に記載の分子を修飾することで発現性を低下させたものを用いることもできる。
配向膜については、上述したとおりであるので、その説明を省略する。
本発明の偏光子については、上述したとおりであるので、その説明を省略する。
「λ/4板」とは、λ/4機能を有する板であり、具体的には、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または円偏光を直線偏光に)変換する機能を有する板である。
例えば、λ/4板が単層構造である態様としては、具体的には、延伸ポリマーフィルムや、支持体上にλ/4機能を有する光学異方性層を設けた位相差フィルムなどが挙げられ、また、λ/4板が複層構造である態様としては、具体的には、λ/4板とλ/2板とを積層してなる広帯域λ/4板が挙げられる。
λ/4板と本発明の偏光子とは、接して設けられていてもよいし、λ/4板と本発明の偏光子との間に、他の層が設けられていてもよい。このような層としては、密着性担保のための粘着層または接着層、およびバリア層が挙げられる。
本発明の積層体がバリア層を備える場合、バリア層は、本発明の偏光子とλ/4板との間に設けられる。なお、本発明の偏光子とλ/4板との間に、バリア層以外の他の層(例えば、粘着層または接着層)を備える場合には、バリア層は、例えば、本発明の偏光子と他の層との間に設けることができる。
バリア層は、ガス遮断層(酸素遮断層)とも呼ばれ、大気中の酸素等のガス、水分、または、隣接する層に含まれる化合物等から本発明の偏光子を保護する機能を有する。
バリア層については、例えば、特開2014−159124号公報の[0014]〜[0054]段落、特開2017−121721号公報の[0042]〜[0075]段落、特開2017−115076号公報の[0045]〜[0054]段落、特開2012−213938号公報の[0010]〜[0061]段落、特開2005−169994号公報の[0021]〜[0031]段落の記載を参照できる。
本発明の積層体は、例えば、偏光素子(偏光板)として使用でき、例えば、直線偏光板または円偏光板として使用できる。
本発明の積層体が上記λ/4板などの光学異方性層を有さない場合には、積層体は直線偏光板として使用できる。
一方、本発明の積層体が上記λ/4板を有する場合には、積層体は円偏光板として使用できる。
本発明の画像表示装置は、上述した本発明の偏光子または上述した本発明の積層体を有する。
本発明の画像表示装置に用いられる表示素子は特に限定されず、例えば、液晶セル、有機エレクトロルミネッセンス(以下、「EL」と略す。)表示パネル、および、プラズマディスプレイパネルなどが挙げられる。
これらのうち、液晶セルまたは有機EL表示パネルであるのが好ましく、液晶セルであるのがより好ましい。すなわち、本発明の画像表示装置としては、表示素子として液晶セルを用いた液晶表示装置、表示素子として有機EL表示パネルを用いた有機EL表示装置であるのが好ましく、液晶表示装置であるのがより好ましい。
本発明の画像表示装置の一例である液晶表示装置としては、上述した本発明の偏光子と、液晶セルと、を有する態様が好ましく挙げられる。より好適には、上述した本発明の積層体(ただし、λ/4板を含まない)と、液晶セルと、を有する液晶表示装置である。
なお、本発明においては、液晶セルの両側に設けられる偏光素子のうち、フロント側の偏光素子として本発明の積層体を用いるのが好ましく、フロント側およびリア側の偏光素子として本発明の積層体を用いるのがより好ましい。
以下に、液晶表示装置を構成する液晶セルについて詳述する。
液晶表示装置に利用される液晶セルは、VA(Vertical Alignment)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、またはTN(Twisted Nematic)モードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
TNモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向し、更に60〜120゜にねじれ配向している。TNモードの液晶セルは、カラーTFT(Thin Film Transistor)液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。
VAモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に垂直に配向している。VAモードの液晶セルには、(1)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のVAモードの液晶セル(特開平2−176625号公報記載)に加えて、(2)視野角拡大のため、VAモードをマルチドメイン化した(MVAモードの)液晶セル(SID97、Digest of tech.Papers(予稿集)28(1997)845記載)、(3)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード(n−ASMモード)の液晶セル(日本液晶討論会の予稿集58〜59(1998)記載)および(4)SURVIVALモードの液晶セル(LCDインターナショナル98で発表)が含まれる。また、PVA(Patterned Vertical Alignment)型、光配向型(Optical Alignment)、およびPSA(Polymer−Sustained Alignment)のいずれであってもよい。これらのモードの詳細については、特開2006−215326号公報、および特表2008−538819号公報に詳細な記載がある。
IPSモードの液晶セルは、棒状液晶性分子が基板に対して実質的に平行に配向しており、基板面に平行な電界が印加することで液晶分子が平面的に応答する。IPSモードは電界無印加状態で黒表示となり、上下一対の偏光板の吸収軸は直交している。光学補償シートを用いて、斜め方向での黒表示時の漏れ光を低減させ、視野角を改良する方法が、特開平10−54982号公報、特開平11−202323号公報、特開平9−292522号公報、特開平11−133408号公報、特開平11−305217号公報、特開平10−307291号公報などに開示されている。
本発明の画像表示装置の一例である有機EL表示装置としては、例えば、視認側から、上述した本発明の偏光子と、λ/4板と、有機EL表示パネルと、をこの順で有する態様が好適に挙げられる。
より好適には、視認側から、λ/4板を有する上述した本発明の積層体と、有機EL表示パネルと、をこの順に有する態様である。この場合には、積層体は、視認側から、基材、配向膜、本発明の偏光子、必要に応じて設けられるバリア層、および、λ/4板の順に配置されている。
また、有機EL表示パネルは、電極間(陰極および陽極間)に有機発光層(有機エレクトロルミネッセンス層)を挟持してなる有機EL素子を用いて構成された表示パネルである。有機EL表示パネルの構成は特に制限されず、公知の構成が採用される。
第1の二色性物質M1は、次のようにして合成した。
有機層をロータリーエバポレーターを用いて濃縮し、THF(テトラヒドロフラン)15ml、酢酸エチル15mlを添加した。本溶液に、水ml240と濃塩酸20mlの混合液を滴下し、目的の(M1−3)を15.3gで得た。
NMR(Nuclear Magnetic Resonance)データ(DMSO−d6)δ:1.03(t、3H)、1.25−1.48(m、11H)、1.58(m、2H),1.71(m、2H)、2.30(m、2H)、3.97(m、4H)、7.01(d、2H)、7.29(d、2H)、10.04(br−s、3H)
上記で得られた(M1−3)6.2gを12mol/L塩酸15ml、水30mlおよびTHF30mlの混合液に添加し、内温5℃以下となるよう冷却し、亜硝酸ナトリウム1.4gを水9mlに溶解させ滴下した。内温5℃以下で1時間攪拌し、ジアゾニウム溶液を調製した。
次に、2−アミノチオフェン塩酸塩2.4gを水12ml、塩酸6ml中に溶解させ、上記で調製したジアゾニウム溶液を、内温0℃にて滴下した。反応液を室温にまで上昇させて、2時間攪拌した。
析出した固体をろ別、乾燥させて、赤橙色固体(M1−4)を6.3g得た。
NMRデータ(DMSO−d6)δ:1.01(t、3H)、1.29−1.40(m、11H)、1.55(m、2H)、1.69(m、2H)、2.29(m、2H)、3.17(s、2H)、3.97(m、4H)、6.88(br−s、1H)、6.97(d、2H)、7.39(d、2H)、7.85(m、1H)
なお、式中、「Boc」は、tert−ブトキシカルボニル基を意味する。
室温で2時間攪拌後、水を100ml加え、得られた固体をろ別、乾燥させて、5.3gの黒色固体(M1−5)を得た。
NMRデータ(CDCl3)δ:1.14(t、3H)、1.30−1.50(m、11H)、1.60(m、6H)、1.81(m、2H)、2.32(q、2H)、4.04(m)、4H)、5.31(br、2H)、6.95(d、2H)、7.66(s、1H)、7.78(d、2H)
N−エチル−N−(2−アクリロイルオキシエチル)アニリン2.2gの10mlメタノール溶液を0℃以下に維持しながら、ジアゾニウム溶液を滴下した。室温まで昇温させ、1時間攪拌後、水を30ml添加し得られた固体をろ別した。カラムにより精製し、黒緑色固体の化合物(第1の二色性物質M1)0.6gを得た。
なお、N−エチル−N−(2−アクリロイルオキシエチル)アニリンは、N−エチルアニリンを原料にして、米国特許第7601849号および公知の方法により合成した。
NMRデータ(CDCl3)δ:1.14(t、3H)、1.26(t、3H)、1.29(br−s、8H)、1.49(m、2H)、1.64(m、2H)、1.82(m、2H),2.33(m、2H)、3.58(m、2H)、3.77(m、2H)、4.07(m、4H)、4.40(m、2H)、5.90(dd、1H)、6.15(dd、1H)、6.40(dd、1H)、6.82(d、2H)、7.00(d、2H)、7.88(m、3H)、7.95(d、2H)
第2の2色性色素化合物O1は、次のようにして合成した。
フェノール17.5gにメタノール20mlを加えて攪拌して溶解させた。この溶液にNaOH28.8gを水150mlに溶解した水溶液を加えて、0℃に冷却して攪拌した。この溶液に上記の方法で調整したジアゾニウム塩溶液を0℃〜5℃で滴下した。滴下終了後、5℃で1時間攪拌し、次いで室温で1時間攪拌して反応を完結させた。次に、NaOH36.0gを水150mlに溶解した水溶液を加えて、3時間加熱還流した。反応終了後、室温に冷却してから、塩酸水溶液を添加してpH=7.0に調整して、析出した結晶を濾過して、化合物O1−1を40.2g(収率:87.2%、褐色結晶)得た。
化合物O1−1の5.0gに酢酸100ml、水10mlおよびメタノール20mlを加えて0℃に冷却して攪拌した。この溶液に濃塩酸7mlを滴下した。次いで亜硝酸ナトリウム1.8gを水5mlに溶解した水溶液を滴下した。内温を0〜5℃に保った。滴下終了後、0℃以下で1時間攪拌しジアゾニウム塩溶液を調整した。
上記で合成したN−エチル−N−(2−アクリロイルオキシエチル)アニリン8.4gに酢酸ナトリウム7.7g、メタノール100ml、水100mlを加えて攪拌して溶解させ、0℃に冷却して攪拌した。この溶液に上記の方法で調整したジアゾニウム塩溶液を0〜5℃で滴下した。滴下終了後、5℃で1時間攪拌し、次いで室温で1時間攪拌して反応を完結させた。析出した結晶をろ別し、化合物O1−2を6.2g(収率:86.8%、褐色結晶)を得た。
NMRデータ(CDCl3)δ:1.13(t、3H)、1.25(t、3H)、1.29(br−s、8H)、1.49(m、2H)、1.64(m、2H)、1.82(m、2H)、2.33(q、2H)、2.53(m、2H)、2.73(t、2H)、4.03(q、4H)、4.38(t、2H)、5.86(d、1H)、6.12(dd、1H)、6.43(d、1H)、6.83(d、2H)、7.00(d、2H)、7.94(m、8H)
第3の二色性物質Y1は、次のようにして合成した。
まず、4−ヒドロキシブチルアクリレート(20g)およびメシルクロライド(16.8g、MsCl)を酢酸エチル(90mL)に溶解させた後、氷浴で冷却しながらトリエチルアミン(16.4g、NEt3)を滴下した。その後、室温で2時間攪拌した後、1NのHClを加え分液した。得られた有機層を減圧留去し、下記構造の化合物y1(30g)を得た。
化合物y2(10g)を水(300mL)および塩酸(17mL)に溶解させて、氷浴で冷却し、亜硝酸ナトリウム(3.3g)を添加して30分攪拌した。さらにアミド硫酸(0.5g)を添加後、m−トルイジン(5.1g)を加え室温で1時間攪拌した。攪拌後、塩酸で中和し得られた固体を吸引ろ過で回収し、化合物y2(3.2g)を得た。
化合物y2(1g)を、テトラヒドロフラン(30mL、THF)、水(10mL)、および、塩酸(1.6mL)からなるTHF溶液に溶解させ、氷浴で冷却し、亜硝酸ナトリウム(0.3g)を添加し30分間攪拌した後、さらにアミド硫酸(0.5g)を添加した。別途、フェノール(0.4g)を炭酸カリウム(2.76g)および水(50mL)に溶解させて、氷浴で冷却した後、上記のTHF溶液を滴下し室温で1時間攪拌した。攪拌後、水(200mL)を添加し、得られた化合物y3(1.7g)を吸引ろ過した。
化合物y3(0.6g)、化合物y1(0.8g)および炭酸カリウム(0.95g)をDMAc(30mL、ジメチルアセトアミド)に溶解させ、90℃で3.5時間攪拌した。攪拌後、水(300mL)を添加し、得られた固体を吸引ろ過し、第3の二色性物質Y1(0.3g)を得た。
高分子液晶性化合物L1は、以下の手順により作製した。
得られた(L1−1)を含有するN−メチルピロリドン(NMP)溶液(1085g)に、N,N−ジメチルアニリン(189g)と2,2,6,6−テトラメチルピペラジン(1.5g)を加え、内温を冷却した後に、内温が10℃を超えないように、アクリル酸クロリド(122g)を滴下した。内温10℃にて2時間攪拌した後に、メタノール(81g)を滴下し、30分攪拌した。そこに酢酸エチル(1.66kg)と、10質量%食塩水(700mL)と1N塩酸水(840mL)を加え、分液操作により水層を除去した。次に、10質量%食塩水溶液(800mL)を加え、30℃で10分攪拌し、分液操作により水層を除去した。次に、20質量%食塩水溶液(800mL)を加え、30℃で10分攪拌し、分液操作により水層を除去した。得られた有機層にヘキサン/イソプロピルアルコール(1780mL/900mL)の混合溶媒を添加し、5℃まで冷却して30分攪拌した後に、ろ過を行う事で、白色固体化合物(L1−2)を209g(3工程収率65%)得た。構造式中、Buはブチル基を表す。
なお、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によりポリスチレン換算で算出、カラムはTOSOH TSKgelSuperAWM−H(東ソー社製)を3本接続して使用、溶媒はN−メチルピロリドンを使用した。
〔透明支持体1の作製〕
厚み40μmのTAC基材(製品名「TG40」、富士フイルム社製)上に、下記の組成の配向膜塗布液を#8のワイヤーバーで連続的に塗布した。その後、100℃の温風で2分間乾燥することにより、TAC基材上に厚み0.8μmのポリビニルアルコール(PVA)配向膜が形成された透明支持体1を得た。
なお、変性ポリビニルアルコールは、固形分濃度が4質量%となるように配向膜塗布液中に加えた。
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配向膜塗布液の組成
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下記の変性ポリビニルアルコール
水 70質量部
メタノール 30質量部
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下記構造の光配向材料E−1の1質量部に、ブトキシエタノール41.6質量部、ジプロピレングリコールモノメチル41.6質量部、および、純水15.8質量部を加え、得られた溶液を0.45μmメンブレンフィルターで加圧ろ過することで配向膜形成用組成物1を調製した。
次いで、得られた配向膜形成用組成物1を透明支持体1上に塗布し、60℃で1分間乾燥した。その後、得られた塗布膜に、偏光紫外線露光装置を用いて直線偏光紫外線(照度4.5mW、照射量500mJ/cm2)を照射し、配向膜1(下記表1中、アゾ(E−1)と記した。)を作製した。
得られた配向膜1上に、下記の偏光子形成用組成物1を#7のワイヤーバーで連続的に塗布し、塗布膜1を形成した。
次いで、塗布膜1を140℃で90秒間加熱し、塗布膜1を室温(23℃)になるまで冷却した。
次いで、90℃で60秒間加熱し、再び室温になるまで冷却した。
その後、高圧水銀灯を用いて照度28mW/cm2の照射条件で60秒間照射することにより、配向膜1上に偏光子1(膜1)を作製した。
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偏光子形成用組成物1の組成
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下記第1の二色性物質M1 0.555質量部
下記第2の二色性物質O1 0.205質量部
下記第3の二色性物質Y1 0.128質量部
下記高分子液晶性化合物L1 4.032質量部
下記界面改良剤F1 0.039質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 0.043質量部
シクロペンタノン 66.500質量部
テトラヒドロフラン 28.500質量部
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偏光子1上に、下記硬化性組成物1を#2のワイヤーバーで連続的に塗布し、60℃で5分間乾燥を行った。
その後、高圧水銀灯を用いて照度28mW/cm2の照射条件で60秒間照射し、硬化性組成物1を硬化させ、偏光子1上に透明樹脂層(バリア層)1が形成された積層体を作製した。このようにして、実施例1の積層体を得た。
ミクロトーム切削機を用いて、透明樹脂層1の断面を切削し、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)観察にて膜厚を測定したところ、膜厚は約1.0μmであった。
硬化性組成物1
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重合性化合物 KAYARAD PET−30
(日本化薬社製) 29質量部
重合開始剤 IRGACURE819(BASF社製) 1質量部
アルミナエタノールゾルA2K5−10
(川研ファインケミカル社製、柱状のアルミナ水和物粒子が液中に分散した
コロイド液) 70質量部
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偏光子形成用組成物1の代わりに、表1に記載の組成の偏光子形成用組成物を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って、偏光子を有する積層体を作製した。
以下に各例で使用した成分をまとめて示す。
M1:591nm
M2:591nm
M3:592nm
M4:589nm
M5:608nm
M6:592nm
M7:591nm
M8:590nm
M9:604nm
O1:471nm
O2:484nm
O3:455nm
O4:459nm
O5:471nm
O6:488nm
O7:471nm
O8:478nm
O9:477nm
O10:479nm
O11:477nm
O12:472nm
O13:460nm
O14:467nm
O15:477nm
O16:460nm
O17:484nm
Y1:418nm
Y2:418nm
Y3:447nm
上記のようにして得られた実施例および比較例の偏光子について以下の評価を行った。
光学顕微鏡(株式会社ニコン製、製品名「ECLIPSE E600 POL」)の光源側に直線偏光子を挿入した状態で、サンプル台に実施例および比較例の各積層体をセットし、マルチチャンネル分光器(Ocean Optics社製、製品名「QE65000」)を用いて、380nm〜780nmの波長域における偏光子の吸光度を1nmピッチで測定し、以下の式により配向度を400nmから700nmの範囲における平均値として算出した。結果を表1に示す。
配向度:S=((Az0/Ay0)−1)/((Az0/Ay0)+2)
Az0:偏光子の吸収軸方向の偏光に対する吸光度
Ay0:偏光子の偏光軸方向の偏光に対する吸光度
<実施例1の最大吸収波長>
(膜1−2)
上記で得られた配向膜1上に、下記の偏光子形成用組成物1−2を#7のワイヤーバーで連続的に塗布し、塗布膜1−2を形成した。
次いで、塗布膜1−2を140℃で90秒間加熱し、塗布膜1−2を室温(23℃)になるまで冷却した。
次いで、80℃で60秒間加熱し、再び室温になるまで冷却した。
その後、高圧水銀灯を用いて照度28mW/cm2の照射条件で60秒間照射することにより、膜1−2を作製した。
膜1−2は、第1の二色性物質M1を含まない。
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偏光子形成用組成物1−2の組成
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第2の二色性物質O1 0.231質量部
第3の二色性物質Y1 0.144質量部
高分子液晶性化合物L1 4.544質量部
界面改良剤F1 0.039質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 0.043質量部
シクロペンタノン 66.500質量部
テトラヒドロフラン 28.500質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
上記で得られた配向膜1上に、下記の偏光子形成用組成物1−4を#7のワイヤーバーで連続的に塗布し、塗布膜1−4を形成した。
次いで、塗布膜1−4を140℃で90秒間加熱し、塗布膜1−2を室温(23℃)になるまで冷却した。
次いで、90℃で60秒間加熱し、再び室温になるまで冷却した。
その後、高圧水銀灯を用いて照度28mW/cm2の照射条件で60秒間照射することにより、膜1−4を作製した。
膜1−4は、第2の二色性物質O1を含まない。
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偏光子形成用組成物1−4の組成
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第1の二色性物質M1 0.577質量部
第3の二色性物質Y1 0.143質量部
高分子液晶性化合物L1 4.198質量部
界面改良剤F1 0.039質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 0.043質量部
シクロペンタノン 66.500質量部
テトラヒドロフラン 28.500質量部
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実施例1の偏光子1(膜1)、膜1−2、および、膜1−4の吸収スペクトルについて、380〜800nmの波長域における吸光度を1nmピッチで測定し、以下の式により1nmピッチごとの吸光度(Abs)を算出して、膜ごとの吸収スペクトルを得た。
Abs=Az0/(1+2×S)
得られた吸収スペクトルに基づいて、偏光子1の吸収スペクトルの最大吸収波長λ1、膜1−2の吸収スペクトルの最大吸収波長λ2、膜1−4の吸収スペクトルの最大吸収波長λ4を求めた。また、偏光子1の吸収スペクトルから、膜1−4の吸収スペクトルを差し引くことで得られた差スペクトルの最大吸収波長λを求めた。結果を表1に示す。
実施例1と同様にして、実施例および比較例ごとに対応する膜を作製し、最大吸収波長λ1、最大吸収波長λ2、最大吸収波長λ4および差スペクトルの最大吸収波長λを求めた。結果を表1および表2に示す。
ガラス基材(セントラル硝子社製、青板ガラス、サイズ300mm×300mm、厚み1.1mm)をアルカリ洗剤で洗浄し、次いで純水を注いだ後、ガラス基材を乾燥させた。
下記の配向膜形成用組成物を#12のバーを用いて乾燥後のガラス基材上に塗布し、塗布した配向膜形成用組成物2を110℃で2分間乾燥して、ガラス基材上に塗布膜を形成した。
得られた塗布膜にラビング処理(ローラーの回転数:1000回転/スペーサー厚2.9mm、ステージ速度1.8m/分)を1回施して、ガラス基材上に配向膜2を作製した。
配向膜形成用組成物2の組成
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変性ビニルアルコール(下記式(PVA−1)参照) 2.00質量部
水 74.08質量部
メタノール 23.86質量部
光重合開始剤
(IRGACURE2959、BASF社製) 0.06質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
塗布膜を室温で30秒間乾燥させた後、さらに130℃で15秒間加熱した。
次いで、塗布膜を室温になるまで冷却した後、90℃に加熱し、室温になるまで冷却し、偏光子32(膜32)を作製した。
また、偏光子形成用組成物32の代わりに表3に記載の偏光子形成用組成物32−2(第2の二色性物質を含み、第1の二色性物質を含まない)を用いた以外は、同様の方法で膜32−2を作製した。
また、偏光子形成用組成物32の代わりに表3に記載の偏光子形成用組成物32−4(第1の二色性物質を含み、第2の二色性物質を含まない)を用いた以外は、同様の方法で膜32−4を作製した。
表3に記載の組成の偏光子形成用組成物を使用した以外は、実施例32と同様の手順にしたがって、実施例33の偏光子33を有する積層体、偏光子33(膜33)に対応する膜33−2および膜33−4、ならびに、比較例3の偏光子3B(膜3B)を有する積層体、偏光子3Bに対応する膜3B−2および膜3B−4を作製した。
そして、最大吸収波長λ1、最大吸収波長λ2、最大吸収波長λ4および差スペクトルの最大吸収波長λを求めた。結果を表3に示す。
<実施例1のXRDスペクトル>
実施例1におけるXRDスペクトルの測定にあたって、膜1−2および膜1−3を作製した。なお、膜1−2の作製方法は、最大吸収波長の測定で説明した通りである。
(膜1−3)
膜1−3は、下記偏光子形成用組成物1−3を用いた以外は、偏光子1と同様にして作製された膜であり、第1の二色性物質M1および第2の二色性物質O1を含まない。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
偏光子形成用組成物1−3の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――
第3の二色性物質Y1 0.151質量部
高分子液晶性化合物L1 4.768質量部
界面改良剤F1 0.039質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 0.043質量部
シクロペンタノン 66.500質量部
テトラヒドロフラン 28.500質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
(XRDスペクトルの測定方法)
実施例1の偏光子1、膜1−2、および、膜1−3のXRDスペクトルの測定を行った。得られた膜(偏光子)を40mm×40mmサイズにカットし、薄膜評価用X線回折装置(リガク社製、商品名:「SmartLab」)を用いて偏光子表面に下記条件にてX線を照射し、インプレーン XRDを行った。
X線入射角0.2°
使用光学系:平行光学系(CBO(Cross Beam Optics)(PB(Parallel Beam))
入射側 入射スリット0.2mm 入射平行スリットIn−plane PSC(Parallel Slit Collimator) 0.5deg(degree)、長手制限スリット 10mm
受光側 受光スリット 20 mm、受光平行スリットIn−plane PSA(Parallel Slit Analyzer) 0.5deg
2θχ/φスキャン Scan条件:1〜40degreeの範囲を0.008degree/step、2.0degree/min(分)
φスキャン Scan条件:−120〜120degreeの範囲を0.5degree/step、9.6degree/min
d=λ/(2×sinθ) (d:距離、λ:入射X線波長(CuKα;1.54Å))
膜1−3では、0°の方向(上述のとおり決定された向き)において、2θが2.8°(周期長:31.6Å)、4.9°(周期長:18.1Å)、7.9°(周期長:11.6Å)の位置にピークが観測された(図5参照)。これに対して、膜1−2では、0°の方向(上述のとおり決定された向き)において、2.8°(周期長:31.6Å)、4.9°(周期長:18.1Å)、7.9°(周期長:11.6Å)の位置にピークに加えて、6.0°(周期長:14.7Å)、の位置にピークが観測された(図4参照)。このことから、6.0°のピークが第2の二色性物質O1に由来するピークであることが分かる。このピークのピーク強度は530であった。
これに対し、偏光子1では、2.8°(周期長:31.6Å)、4.9°(周期長:18.1Å)、7.9°(周期長:11.6Å)の位置にピークが観測され(図6参照)、膜1−2で観測された6.0°のピークは観測されなかった。
このことから、偏光子1では、第1の二色性物質および第2の二色性物質が配列構造(詳細には、結晶構造)を形成していることで、第2の二色性物質O1のピークが消失したと推測される。
実施例1と同様にして、実施例および比較例ごとに対応する膜を作製し、偏光子における第2の二色性物質Oに由来するピークの状態を観察した。
その結果、実施例2〜31の偏光子においては、第2の二色性物質Oに由来するピークが消失しているか、または、これに対応する膜(すなわち、第1の二色性物質Mを含まず、第2の二色性物質Oを含む膜)における第2の二色性物質Oに由来するピーク強度よりも小さかった。したがって、実施例2〜31の偏光子では、第1の二色性物質および第2の二色性物質が配列構造(詳細には、結晶構造)を形成していると推察される。
これに対して、比較例1〜2の偏光子における第2の二色性物質Oに由来するピーク強度は、これに対応する膜((すなわち、第1の二色性物質Mを含まず、第2の二色性物質Oを含む膜)における第2の二色性物質Oに由来するピーク強度と同等であった。したがって、比較例の偏光子では、第1の二色性物質および第2の二色性物質が配列構造を形成していないと推察される。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
偏光子形成用組成物2−4の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――
第1の二色性物質M1 0.540質量部
第3の二色性物質Y1 0.153質量部
高分子液晶性化合物L1 5.210質量部
界面改良剤F1 0.047質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 0.051質量部
シクロペンタノン 66.500質量部
テトラヒドロフラン 28.500質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
57°の方向(上述のとおり決定された向き)において、膜2−4(第1の二色性物質を含有し、第2の二色性物質を含有しない膜)、膜2−2(第1の二色性物質を含有せず、第2の二色性物質を含有する膜)、および、膜2−3(第1の二色性物質および第2の二色性物質を含有しない膜)では、2θが17°以下にピークが観測されなかった(図7、図8および図9参照)。
これに対して、膜2(第1の二色性物質及び第2の二色性物質を含有する膜)では、2θが3.1°(周期長:28.4Å)の位置にピークが観測された(図10参照)。このピークのピーク強度は560であった。
このことから、2θが3.1°(周期長:28.4Å)の位置のピークは、第1の二色性物質と第2の二色性物質との結晶構造のピークであると判断できる。したがって、この点からも、膜2では、第1の二色性物質および第2の二色性物質が配列構造(詳細には、結晶構造)を形成していると推察される。
実施例1、4〜7、12〜15、20〜31および比較例1の偏光子について、上述した算出方法にしたがって、安定化エネルギー(単位kcal/mol)および安定化エネルギー比を、AMBER11を用いて計算した。安定化エネルギーが小さいほど第1の二色性物質と第2の二色性物質との配列構造が良好に形成されやすいことを示す。安定化エネルギーおよび安定化エネルギー比の計算結果を、表4に示す。
なお、上述した計算方法において、第1の二色性物質が二色性物質Aに相当し、第2の二色性物質が二色性物質Bに相当する。
M (第1の二色性物質の)分子
O (第2の二色性物質の)分子
L (液晶性化合物の)分子
G 集合体
w 幅
a 角度
Claims (12)
- 液晶性化合物と、第1の二色性物質と、第2の二色性物質と、を含有する偏光子形成用組成物から形成される偏光子であって、
前記第1の二色性物質と前記第2の二色性物質から形成された配列構造を有し、
前記第1の二色性物質および前記第2の二色性物質のうち、一方の二色性物質が単独で配列する構造中に、他方の二色性物質が入り込んだ際のエネルギー的な損失を表す安定化エネルギーが、72kcal/mol未満である、偏光子。 - 前記第1の二色性物質を含有せず、前記第2の二色性物質および前記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜の吸収スペクトルにおける最大吸収波長λ2と、
前記偏光子の吸収スペクトルと、前記第2の二色性物質を含有せず、前記第1の二色性物質および前記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜の吸収スペクトルと、の差スペクトルにおける最大吸収波長λと、
の差の絶対値が2nmより大きい、請求項1に記載の偏光子。 - 前記第2の二色性物質を含有せず、前記第1の二色性物質および前記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜の吸収スペクトルにおける最大吸収波長λ4と、
前記偏光子の吸収スペクトルにおける最大吸収波長λ1と、
の差の絶対値が2nmより大きい、請求項1または2に記載の偏光子。 - 前記偏光子のX線回折スペクトルにおける前記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークO1の強度と、
前記第1の二色性物質を含有せず、前記第2の二色性物質および前記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜のX線回折スペクトルにおける前記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークO2の強度と、
が異なる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の偏光子。 - 前記ピークO2の強度に対する、前記ピークO1の強度の比が、1未満である、請求項4に記載の偏光子。
- 前記偏光子のX線回折スペクトルを測定した場合、
前記第2の二色性物質を含有せず、前記第1の二色性物質および前記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜のX線回折スペクトルにおける前記第1の二色性物質に由来する周期構造のピークM2が検出される回折角、および、前記第1の二色性物質を含有せず、前記第2の二色性物質および前記液晶性化合物を含有する組成物から形成される膜のX線回折スペクトルにおける前記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークO2が検出される回折角、とは異なる回折角において、前記第1の二色性物質および前記第2の二色性物質に由来する周期構造のピークOMが検出される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の偏光子。 - 前記安定化エネルギーが55kcal/mol以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の偏光子。
- 前記安定化エネルギーが35kcal/mol以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の偏光子。
- 前記第1の二色性物質が、560nm以上700nm以下の範囲に最大吸収波長を有する二色性物質であり、
前記第2の二色性物質が、455nm以上560nm未満の範囲に最大吸収波長を有する二色性物質である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の偏光子。 - 前記第1の二色性物質の側鎖のlogP値と、前記第2の二色性物質の側鎖のlogP値と、の差の絶対値が、2.30以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の偏光子。
- さらに、最大吸収波長が380nm以上455nm未満の範囲にある第3の二色性物質を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の偏光子。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の偏光子を有する、画像表示装置。
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