JP6954288B2 - 重合性液晶組成物および液晶重合体 - Google Patents

重合性液晶組成物および液晶重合体 Download PDF

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Description

本発明は、位相差フィルムを得ることが出来る重合性液晶組成物およびこれが重合してなる液晶重合体に関する。
画像の色収差を補正することなどを意図して、液晶表示装置は、位相差フィルムを内蔵する。このような位相差フィルムとして、複屈折性を示す延伸ポリマーフィルムを用いることが一般的である。液晶重合体は複屈折性を示すため、重合性液晶組成物を硬化させて作製する液晶重合体も位相差フィルムとして使用可能である。液晶重合体の使用が、製膜性の容易さ、膜厚の薄膜化や耐久性の向上などの観点から検討されている。
液晶重合体からなる位相差フィルムにおいて、正面コントラストを向上させるために、スメクチック相の状態で配向を固定化させることが試みられている(特許文献1)。
特開2016−051178号公報
本発明は、液晶表示装置に用いた場合の正面コントラストが高い位相差フィルムを提供することを課題とする。さらに、該位相差フィルムを作製するための液晶重合体、並びに、該液晶重合体の原料となる重合性液晶組成物を提供することを課題とする。
本発明者らは、シクロヘキサン環を含め環構造を5つ有する重合性液晶化合物を含む重合性液晶組成物を重合させて得られる液晶重合体を用いることで、正面コントラストが高い位相差フィルムを提供できることを見出した。
具体的な発明内容は、以下の[1]〜[14]である。
[1] 式(1)で表される化合物を含有する、重合性液晶組成物。
Figure 0006954288
(式(1)中、
1はフッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、炭素数1〜5のアルカノイルオキシ、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、
1は−CHCHCOO−または−CHCHOCO−であり、
は−OCOCHCH−または−COOCHCH−であり、
1およびYは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
1およびQは独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
1およびPは独立して式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基である。)
Figure 0006954288
(式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。)
[2]
1が炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のアルカノイルオキシである、[1]に記載の重合性液晶組成
物。
[3] 式(1)において、Z1が−CHCHCOO−であり、Zが−OCOCHCH−である、[1]または[2]に記載の重合性液晶組成物。
[4] 式(1)で表される化合物が、式(1−1)で表される化合物である、[1]〜[3]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
Figure 0006954288
(式(1−1)中、
1は炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のアルカノイルオキシであり、Y1およびY、Q1およびQ、P1およびPは式(1)と同じである。)
[5] P1およびPが式(P−1)で表される官能基である、[1]〜[4]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
[6] 以下の式(M)で表される化合物をさらに含有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
Figure 0006954288
(式(M)中、
は独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキシレン、ナフタレン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、この1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイルまたはフルオレン−2,7−ジイルにおいて少なくとも1つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルで置き換えられてもよく、
は独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−C≡C−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、または−COOCHCH−であり、
aは1または2であり、
は独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、
は独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
は独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
は独立して式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基であり、
はフッ素、塩素、シアノ、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、炭素数1〜5のフルオロアルキル、または式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基である。)
Figure 0006954288
(式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。)
[7] 式(1)で表される化合物および式(M)で表される化合物の合計重量100重量%に対し、式(1)で表される化合物を10〜90重量%、式(M)で表される化合物を10〜90重量%含有する、[6]に記載の重合性液晶組成物。
[8] 式(M)において、Pが式(P−1)で表される官能基である、[6]または[7]に記載の重合性液晶組成物。
[9] 式(M)で表される化合物が、式(M−1)で表される化合物または式(M−2)で表される化合物を含有する、[6]〜[8]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
Figure 0006954288
(式(M−1)および(M−2)中、
は独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、
は独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、
は独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−C≡C−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、または−COOCHCH−であり、
は独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
は独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
は独立して水素またはメチルである。)
[10] 式(1)で表される化合物と、式(M−1)または式(M−2)で表される化合物の合計重量100重量%に対し、式(1)で表される化合物を30〜90重量%、式(M−1)または式(M−2)で表される化合物を10〜70重量%含有する、[9]に記載の重合性液晶組成物。
[11] [1]〜[10]のいずれかに記載の重合性液晶組成物が重合している液晶重合体。
[12] 光配向膜により液晶分子を配向させた状態で固定化した、[11]に記載の液晶重合体。
[13] [11]または[12]に記載の液晶重合体からなる位相差フィルム。
[14] [11]または[12]に記載の液晶重合体を有する偏光板。
[15] [11]または[12]に記載の液晶重合体を有する表示素子。
[16] 式(1−1)で表される重合性液晶化合物。
Figure 0006954288
(式(1−1)中、
1は炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のアルカノイルオキシであり、
1およびYは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
1およびQは独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
1およびPは独立して式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基である。)
Figure 0006954288
(式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。)
シクロヘキサン環を含め環構造を5つ有する重合性液晶化合物を含む重合性液晶組成物によって、正面コントラストが高い位相差フィルムとして用いることができる液晶重合体を製造できる。
本発明において、「正面コントラスト」とは、2枚の偏光板の間に位相差フィルムを配置した際の、(パラレルニコル状態での輝度)/(クロスニコル状態での輝度)の値を意
味する。
「クロスニコル状態」とは対向配置した偏光板の偏光軸が直交した状態を指し、「パラレルニコル状態」とは対向配置した偏光板の偏光軸が一致した状態を指す。
本発明において「透明性」とは、380〜780nmにおける任意の波長の光の透過率を意味する。
本発明において、「Δn」は液晶重合体の複屈折率を指す。
本発明において「化合物(X)」とは、式(X)で表わされる化合物を、意味する。ここで「化合物(X)」中のXは文字列、数字、記号等を意味する。
本発明において「液晶化合物」とは、液晶相を有する化合物、および化合物単体では液晶相を持たなくても、他の液晶化合物と混合したときに、液晶組成物の成分として使用できる化合物の総称を意味する。
本発明において、「重合性官能基」とは、化合物中に有すると、光、熱、触媒などの手段により重合しより大きな分子量を有する高分子へと変化させる官能基を意味する。
本発明において、「単官能化合物」とは、重合性官能基を一つ有する化合物を意味する。
本発明において、「多官能化合物」とは、重合性官能基を複数有する化合物を意味する。
本発明において、「X官能化合物」とは、重合性官能基をX個有する化合物を意味する。
ここで、「X官能化合物」中のXは整数である。
本発明において、「重合性化合物」とは、重合性官能基を少なくとも一つ有する化合物を意味する。
本発明において「重合性液晶化合物」とは、液晶化合物かつ重合性化合物である化合物を意味する。
本発明において、「非液晶性重合性化合物」とは、液晶化合物でない重合性化合物をいう。
本発明において、「重合性液晶組成物」とは、重合性化合物および液晶化合物を含む組成物又は「重合性液晶化合物」を含む組成物を意味する。
本発明において、「基材つき液晶重合体」とは、基材上の重合性液晶組成物を重合して得られる、基材を含む物を意味する。
本発明において、「基材なし液晶重合体」とは、基材つき液晶重合体から基材を除いた物を意味する。
本発明において、「液晶重合体」とは、基材つき液晶重合体および基材なし液晶重合体の総称を意味する。
本発明において、「極性基」は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、チオール基、スルホン酸基、エステル基、アミド基、およびアンモニウム基を含む。
本発明において「チルト角」とは、液晶分子の配向方向と支持基材の面の間の角度である。
本発明において「ホモジニアス配向」とは、チルト角が0度から5度のことを指す。
本発明において「ホメオトロピック配向」とは、チルト角が、85度から90度のことを指す。
本発明において「チルト配向」とは、液晶分子の長軸の配向方向が、基材から離れるにしたがって、基材に対して平行から垂直に立ちあがっている状態を指す。
本発明において「ツイスト配向」とは、液晶分子の長軸方向の配向方向が基材に対して平行ではあり、かつ、基材から離れるにしたがって、らせん軸を中心に階段状にねじれている状態をいう。
本発明において「室温」とは、15℃から35℃を指す。
化学式中に下記の官能基の記載があった場合には、波線部が該官能基の結合位置であることを意味するものとする。ここで下記のCは任意の原子または官能部である。
Figure 0006954288
≪重合性液晶組成物≫
本発明の重合性液晶組成物は、化合物(1)を含む。重合性液晶組成物中の化合物(1)の種類は、1つでも複数でもかまわない。式(1)で表される重合性液晶化合物を加えた重合性液晶組成物を原料とする液晶重合体は、正面コントラストが向上する。また、該液晶重合体は、透明性が向上する。さらに、該液晶重合体は、表面硬度が向上する。
本発明の重合性液晶組成物は、重合性液晶化合物を多量に含有しても、溶剤を除去した後も重合性液晶組成物中に結晶が発生しない。この重合性液晶組成物から、配向欠陥なしの液晶重合体を得ることができる。また、液晶重合体の入射面中の入射点に依存して、レターデーションが変動しない液晶重合体が、得られる。
Figure 0006954288
式(1)中、Wはフッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、炭素数1〜5のアルカノイルオキシまたは炭素数1〜5のフルオロアルキルである。Wが炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイルまたは炭素数1〜5のアルカノイルオキシである場合は、該重合性液晶組成物の液晶相が発現しやすく、重合性液晶組成物中の他の液晶性化合物および有機溶剤と相分離しにくいため、より好ましい。特に、Wが炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイルまたは炭素数1〜5のアルカノイルオキシである場合は、有機溶剤と相分離しにくいため、より好ましい。
式(1)中、Z1は−CHCHCOO−または−CHCHOCO−であり、Zは−OCOCHCH−または−COOCHCH−である。Z1が−CHCHCOO−であり、かつ、Zが−OCOCHCH−である場合、化合物(1)を含む重合性液晶組成物は、液晶相が広い条件下でも発現しやすく、該重合性液晶組成物中の他の液晶性化合物又は有機溶剤と相分離しにくい。また、化合物(1)は安価に製造することができる。
式(1)中、YおよびYは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−である。YおよびYが共に−O−である場合は、化合物(1)を安価に製造することができ、化合物(1)を含む重合性液晶組成物は、液晶相が広い条件下でも発現しやすいため、好ましい。
1およびQは独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであることが好ましく、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよい。Q1およびQが独立して炭素数1〜20のアルキレンである場合、重合性液晶組成物の液晶相が発現しやすく、他の液晶性化合物および有機溶剤と相分離しにくい。
1およびPは独立して、式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基である。
式(P−1)、式(P−2)、式(P−8)、および式(P−9)で表される官能基は、アルケンに電子吸引基を有しているので、様々な手段により重合し、より大きな分子量を有する高分子へと変化させる重合性官能基である。
式(P−3)〜式(P−7)で表される官能基は、ひずみを有するエーテル環を有しているので、様々な手段により重合し、より大きな分子量を有する高分子へと変化させる重合性官能基である。
Figure 0006954288
式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。該ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素である。
式(P−1)〜式(P−9)で表される官能基は、フィルムの製造条件により、適切なものを選ぶことが出来る。たとえば、通常用いられる光硬化でフィルムを作製する場合、高い硬化性、溶剤への溶解性、および取扱いのしやすさなどの点から、式(P−1)で表されるアクリル基やメタクリル基等が、好適である。
式(1)で表される重合性液晶化合物のうち、式(1−1)で表される化合物が、好ましい例である。
Figure 0006954288
(式(1−1)中、
1は炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のアルカノイルオキシであり、
1およびY、Q1およびQ、P1およびPは式(1)と同じである。)
式(1)で表される重合性液晶化合物のうち、式(1−1−1)〜式(1−2−8)で表される化合物が、より好ましい例である。
Figure 0006954288
Figure 0006954288
式(1−1−1)〜式(1−1−10)または式(1−2−1)〜式(1−2−8)において、Y1は独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、Q1は独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、PおよびPは独立して上記式(P−1)〜式(P−9)で表されるいずれか1つの官能基である。
化合物(1)は、公知の有機合成化学の手法を組み合わせることにより合成できる。
例えば、4−ヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸およびその誘導体を用いることにより、1,4−シクロへキシレンを導入できる。
Figure 0006954288

上記式においてrは2〜20の整数である。
合成された化合物の構造は、プロトンNMRスペクトルにより確認することができる。
本発明の重合性液晶組成物は、化合物(1)を1つ以上含有する。正面コントラストを増加させるため、重合性液晶組成物中の重合性液晶化合物全量に対して、化合物(1)を10〜100重量%含有することが好ましく、30〜90重量%含有することがより好ましい。
また、本発明の重合性液晶組成物では、重合性液晶組成物全量に対して、化合物(1)を0.5〜50重量%含有することが好ましく、1.5〜30重量%含有することがより好ましい。
本発明の重合性液晶性組成物には、下記の化合物(M)をさらに含有することが好ましい。
Figure 0006954288
式(M)中、Aは独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキシレン、ナフタレン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、この1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルにおいて少なくとも1つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルで置き換えられてもよく、Zは独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−C≡C−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、または−COOCHCH−であり、aは1または2であり、Wは独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、Yは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、Qは独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、Pは独立して式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基であり、Rはフッ素、塩素、シアノ、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、炭素数1〜5のフルオロアルキル、または式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基である。
Figure 0006954288
式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。
化合物(M)が単官能性化合物である場合、化合物(M)を加えた重合性液晶組成物は、液晶温度範囲、光学特性および配向性を制御しやすい。単官能性化合物である化合物(M)の添加量を増やした重合性液晶組成物は、チルト角が高くなる傾向があり、ホメオトロピック配向を得やすくなる。なお、Rが、重合性官能基でない場合に、化合物(M)が、単官能性化合物になる。
多官能性化合物の重合性液晶組成物への添加は、液晶重合体の機械的強度若しくは耐薬品性又はその両方を向上させる。たとえば、2官能性化合物である化合物(M)を加えた重合性液晶組成物の重合体は三次元構造となる。2官能性化合物である化合物(M)を加えると、三次元構造となる重合性液晶組成物の重合体はより硬くなる。なお、Rが、重合性官能基である場合に、化合物(M)が、2官能性化合物になる。
該重合性液晶組成物の液晶相が発現しやすく、化合物(1)および有機溶剤が相分離しにくく、重合後の液晶重合体の耐久性が優れることから、本発明の重合性液晶組成物が、化合物(M)である式(M−1)で表される化合物または式(M−2)で表される化合物を含むことが好ましい。
Figure 0006954288
式(M−1)および(M−2)中、Tは独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、Wは独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、Zは独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−C≡C−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、または−COOCHCH−であり、Yは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、Qは独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、Rは、水素、またはメチルである。
本発明の重合性液晶組成物は、液晶相が発現しやすく、耐久性が優れ、正面コントラストを増加させるために、式(1)および式(M)で表される化合物の合計重量100重量%に対し、式(1)で表される化合物を10〜90重量%、より好ましくは30〜90重量%含有する態様を挙げることができ、式(M)で表される化合物を10〜90重量%、より好ましくは10〜70重量%含有する態様を挙げることができる。
以下、式(M−1)で表される化合物の好ましい例を示す。
Figure 0006954288
Figure 0006954288
式(M−1−1)〜(M−1−15)において、Rは独立して水素またはメチルであり、aは独立して1〜12の整数である。
以下、化合物(M−2)で表される化合物の好ましい例を示す。
Figure 0006954288
式(M−2−1)〜(M−2−6)において、Rは独立して水素またはメチルであり、aは独立して1〜12の整数である。
本発明の重合性液晶組成物を、ラビング処理等の配向処理がなされているプラスチック基材上やプラスチックの薄膜で表面が被覆された支持基材上に塗工して製膜することにより、基材なし液晶重合体のホモジニアス配向やチルト配向を誘導する。
≪重合性液晶組成物への添加物≫
本発明の重合性液晶組成物に1種類以上の添加物を添加してもよい。
重合性液晶組成物への界面活性剤の添加は、液晶重合体の平滑性を向上させる。非イオン性界面活性剤の重合性液晶組成物への添加は、液晶重合体の平滑性をより向上させる。
非イオン性界面活性剤は、液晶重合体の空気界面側のチルト配向を抑制する効果がある。
シリコーン系非イオン性界面活性剤、フッ素系非イオン性界面活性剤、ビニル系非イオン性界面活性剤、炭化水素系非イオン性界面活性剤などは、非イオン性界面活性剤である。
他の重合性液晶化合物と一体化させる効果があるため、重合性化合物である界面活性剤の重合性液晶組成物への添加が好ましい。重合性液晶化合物との反応性の観点から、該界面活性剤は、紫外線で重合反応を開始する界面活性剤が好ましい。
液晶重合体が均一な配向になりやすいため、及び、重合性液晶組成物の塗布性が向上するため、重合性液晶組成物中の界面活性剤の含有量は、重合性液晶組成物全量に対して0.0001〜0.5重量%が好ましく、0.01〜0.2重量%がより好ましい。
界面活性剤として、イオン性界面活性剤、並びに、シリコーン系非イオン性界面活性剤、フッ素系非イオン性界面活性剤、ビニル系非イオン性界面活性剤そのほかの非イオン界面活性剤がある。
イオン性界面活性剤として、チタネート系化合物、イミダゾリン、4級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、ポリエチレングリコールおよびそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキルリン酸塩、脂肪族または芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物、ラウリルアミドプロピルベタイン、ラウリルアミノ酢酸ベタイン、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩などが挙げられる。
シリコーン系非イオン性界面活性剤としては、シロキサン結合からなる直鎖状ポリマーであって、側鎖および/または末端にポリエーテルや長鎖アルキルなどの有機基を導入した化合物などが挙げられる。
フッ素系非イオン界面活性剤としては、炭素数2〜7のパーフルオロアルキル基またはパーフルオロアルケニル基を有する化合物などが挙げられる。
ビニル系非イオン性界面活性剤としては、重量平均分子量が1000〜1000000の(メタ)アクリル系高分子などが挙げられる。
重合性液晶組成物への重合性官能基を有する界面活性剤の添加は、液晶重合体の表面硬度を向上する。
本発明の重合性液晶組成物は、非液晶性重合性化合物を含んでもよい。液晶相を維持するため、当該重合性液晶組成物中の非液晶性重合性化合物の合計重量は、当該重合性液晶組成物中の重合性化合物の合計重量比で30重量%以下であることが好ましい。
重合性基を2つ以上有する化合物の重合性液晶組成物への添加は、液晶重合体の機械的強度の強化若しくは耐薬品性の向上、又はその両方が期待できる。
非液晶性重合性化合物はビニル系重合性基を1つまたは2つ以上有する化合物が挙げられる。
側鎖および/または末端に極性基を有する非液晶性重合性化合物の重合性液晶組成物への添加により、該重合性液晶組成物と基材との密着性の向上が期待できる。
単官能化合物である非液晶性重合性化合物として、スチレン、核置換スチレン、アクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、ビニルスルホン酸、脂肪酸ビニル、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸、アルキルの炭素数が1〜18である(メタ)アクリル酸のアルキルエステル、ヒドロキシアルキルの炭素数が1〜18である(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル、アミノアルキルの炭素数が1〜18である(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステル、エーテル酸素含有アルキルの炭素数が3〜18である(メタ)アクリル酸のエーテル酸素含有アルキルエステル、N−ビニルアセトアミド、p−t−ブチル安息香酸ビニル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル、2,2−ジメチルブタン酸ビニル、2,2−ジメチルペンタン酸ビニル、2−メチル−2−ブタン酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、2−エチル−2−メチルブタン酸ビニル、ジシクロペンタニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチルアシッドフォスフェート、2−メタクリロイロキシエチルアシッドフォスフェート、重合度2〜100のポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体等のポリアルキレレングリコ−ルのモノ(メタ)アクリル酸エステル、またはジ(メタ)アクリル酸エステル若しくは末端が炭素数1〜6のアルキルによってキャップされた重合度2〜100のポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ルおよびエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体であるポリアルキレングリコ−ルのモノ(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。ここでいう「肪肪酸ビニル」には、酢酸ビニルなどが挙げられる。ここでいう「α,β−エチレン性不飽和カルボン酸」には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸などが挙げられる。ここでいう「エーテル酸素含有アルキルの炭素数が3〜18である(メタ)アクリル酸のエーテル酸素含有アルキルエステル」には、メトキシエチルエステル、エトキシエチルエステル、メトキシプロピルエステル、メチルカルビルエステル、エチルカルビルエステル、ブチルカルビルエステルなどが挙げられる。
2官能化合物である非液晶性重合性化合物として、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ビスフェノールA EO付加ジアクリレート、ビスフェノールAグリシジルジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、これらの化合物のメタクリレート化合物などが挙げられる。
2官能化合物ではない多官能化合物の非液晶性重合性化合物として、ペンタエリストールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールEO付加トリアクリレート、トリスアクリロイルオキシエチルフォスフェート、トリス(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ペンタエリストールトリメタアクリレート、トリメチロールプロパントリメタアクリレート、トリメチロールEO付加トリメタアクリレート、トリスメタアクリロイルオキシエチルフォスフェート、トリスメタアクリロイルオキシエチル、イソシアヌレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリメタアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリメタアクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリメタアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールテトラメタアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラメタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタメタアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタメタアクリレートなどが挙げられる。ビスフェノール構造又はカルド構造を有する重合性化合物の重合性液晶組成物への添加は、重合体の硬化度の向上及び液晶重合体のホメオトロピック配向を誘導する。
カルド構造を有する重合性フルオレン誘導体として、化合物(α−1)〜(α−3)などが挙げられる。
Figure 0006954288
式(α−1)〜(α−3)において、Rαは独立して水素またはメチルであり、sは独立して0〜4の整数である。
重合開始剤の添加は、重合性液晶組成物の重合速度を最適化する。重合開始剤には、光ラジカル開始剤などがある。
該光ラジカル開始剤として、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、p−メトキシフェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)トリアジン、2−(p−ブトキシスチリル)−5−トリクロロメチル−1,3,4−オキサジアゾール、9−フェニルアクリジン、9,10−ベンズフェナジン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン混合物、ヘキサアリールビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール混合物、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2,4−ジエチルキサントン/p−ジメチルアミノ安息香酸メチル混合物、ベンゾフェノン/メチルトリエタノールアミン混合物、アデカオプトマーN−1919、アデカクルーズNCI−831、アデカクルーズNCI−930、イルガキュアー127、イルガキュアー369、イルガキュアー379、イルガキュアー500、イルガキュアー754、イルガキュアー784、イルガキュアー754、イルガキュアー819、イルガキュアー907、イルガキュアー1300、イルガキュアー1700、イルガキュアー1800、イルガキュアー1850、イルガキュアー1870、イルガキュアー2959、イルガキュアーOXE01、イルガキュアーOXE02、ダロキュアー4265、ダロキュアーMBF、ダロキュアーTPOなどが挙げられる。ここでアデカ、イルガキュアーおよびダロキュアーは、登録商標である。
重合性液晶組成物中の光ラジカル重合開始剤の総含有重量は、重合性液晶組成物全量に対して0.01〜10重量%が好ましく、0.1〜4重量%がより好ましく、0.5〜4重量%が更に好ましい。
光ラジカル重合開始剤とともに増感剤を重合性液晶組成物に添加してもよい。増感剤として、イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、エチル−4ジメチルアミノベンゾエート、および2−エチルヘキシル−4−ジメチルアミノベンゾエートなどが挙げられる。
連鎖移動剤の重合性液晶組成物への添加により、基材なし液晶重合体の反応率および基材なし液晶重合体中の重合体の鎖の長さが調整できる。
該連鎖移動剤の量の増加により、該基材なし液晶重合体の反応率は低下する。該連鎖移動剤の量の増加により、該重合体の鎖の長さは減少する。
連鎖移動剤として、チオール誘導体およびスチレンダイマー誘導体などが挙げられる。
チオール誘導体として、単官能性チオール誘導体および多官能性チオール誘導体がある。
単官能性チオール誘導体として、ドデカンチオール、2−エチルへキシル−(3−メルカプト)プロピオネートなどが挙げられる。多官能性チオール誘導体として、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンなどが挙げられる。
上記スチレンダイマー系連鎖移動剤としては、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン、2,4−ジフェニル−1−ブテンなどが挙げられる。
重合性液晶組成物への重合防止剤の添加は、重合性液晶組成物の保存時の重合開始を防止する。重合防止剤として、(1)ニトロソ基を有する化合物である、2,5−ジ(t−ブチル)ヒドロキシトルエン、ハイドロキノン、メチレンブルー、ジフェニルピクリン酸ヒドラジド、フェノチアジン、N,N−ジメチル−4−ニトロソアニリンなど、および(2)ベンゾチアジン誘導体であるo−ヒドロキシベンゾフェノン、2H−1,3−ベンゾチアジン−2,4−(3H)ジオンなどが挙げられる。
重合性液晶組成物への重合阻害剤の添加は、重合性液晶組成物中のラジカルの発生による重合性液晶組成物中の重合反応を抑制する。重合阻害剤の添加は、重合性液晶組成物の保存性を向上させる。
該重合阻害剤として、(1)フェノール系酸化防止剤、(2)イオウ系酸化防止剤、(3)リン酸系酸化防止剤、(4)アミン系酸化防止剤などが挙げられる。重合性液晶組成物との相溶性や液晶重合体の透明性の観点から、フェノール系酸化防止剤が好ましい。相溶性の観点からフェノール系酸化防止剤としては、水酸基のオルト位にt−ブチル基を有する化合物が好ましい。
重合性液晶組成物への紫外線吸収剤の添加は、重合性液晶組成物の耐候性を向上させる。
重合性液晶組成物への光安定剤の添加は、重合性液晶組成物の耐候性を向上させる。
重合性液晶組成物への酸化防止剤の添加は、重合性液晶組成物の耐候性を向上させる。
重合性液晶組成物へのシランカップリング剤の添加は、基材と基材なし液晶重合体との間の密着性を改善する。
塗布を容易にするため、重合性液晶組成物に、溶剤を添加することが好ましい。
溶剤の成分として、エステル、アミド系化合物、アルコール、エーテル、グリコールモノアルキルエーテル、芳香族炭化水素、ハロゲン化芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、ハロゲン化脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、ケトン、アセテート系溶剤などが挙げられる。
アミド系化合物とは、アミド基を有する化合物であって溶剤の成分となるものを指す。
アセテート系溶剤とは、アセテート構造を有する化合物であって溶剤の成分となるものを指す。
該エステルとして、酢酸アルキル、トリフルオロ酢酸エチル、プロピオン酸アルキル、酪酸アルキル、マロン酸ジアルキル、グリコール酸アルキル、乳酸アルキル、モノアセチン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどが挙げられる。
ここでいう「酢酸アルキル」には、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチルなどが挙げられる。ここでいう「プロピオン酸アルキル」には、プロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチルなどが挙げられる。ここでいう「酪酸アルキル」には、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、酪酸プロピルなどが挙げられる。ここでいう「マロン酸ジアルキル」には、マロン酸ジエチルなどが挙げられる。ここでいう「グリコール酸アルキル」には、グリコール酸メチル、グリコール酸エチルなどが挙げられる。ここでいう「乳酸アルキル」には、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸イソプロピル、乳酸n-プロピル、乳酸ブチル、乳酸エチルヘキシルなどが挙げられる。
該アミド系化合物として、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミドジメチルアセタール、N−メチルカプロラクタム、ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。
該アルコールとして、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、t−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、ブタノール、2−エチルブタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、1−ドデカノール、エチルヘキサノール、3、5、5−トリメチルヘキサノール、n−アミルアルコール、ヘキサフルオロ−2−プロパノール、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、3−メチル−3−メトキシブタノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノールなどが挙げられる。
該エーテルとして、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ビス(2−プロピル)エーテル、1,4−ジオキサン、THFなどが好ましい。
該グリコールモノアルキルエーテルとして、エチレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、トリエチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールメチルエチルエーテルなどが挙げられる。
ここでいう「エチレングリコールモノアルキルエーテル」には、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。ここでいう「ジエチレングリコールモノアルキルエーテル」には、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどが挙げられる。ここでいう「プロピレングリコールモノアルキルエーテル」には、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。ここでいう「ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル」には、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。ここでいう「エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート」には、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。ここでいう「ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート」には、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどが挙げられる。ここでいう「プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート」には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが、挙げられる。ここでいう「ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート」には、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどが挙げられる。
該芳香族炭化水素として、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、i−プロピルベンゼン、n−プロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン、s−ブチルベンゼン、n−ブチルベンゼン、テトラリンなどが挙げられる。
該ハロゲン化芳香族炭化水素として、クロロベンゼンなどが挙げられる。該脂肪族炭化水素として、ヘキサン、ヘプタンなどが挙げられる。ハロゲン化脂肪族炭化水素として、ロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどが挙げられる。脂環式炭化水素として、シクロヘキサン、デカリンなどが挙げられる。
該ケトンとして、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルプロピルケトンなどが挙げられる。
アセテート系溶剤として、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、1−メトキシ−2−プロピルアセテートなどが挙げられる。
重合性液晶化合物との相溶性の観点から、重合性液晶組成物中の溶剤は、重合性液晶組成物全量に対して、30〜96重量%が好ましく、50〜90重量%がより好ましく、60〜80重量%が更に好ましい。
本発明の重合性液晶組成物は光学活性を有する化合物を含有してもよい。光学活性を有する化合物の液晶組成物への添加は、基材なし液晶重合体をツイスト配向に誘導する。該液晶重合体は、300〜2000nmの波長領域における選択反射フィルム及びネガティブ型Cプレートとして使用できる。
光学活性を有する化合物として、不斉炭素を有する化合物、ビナフチル構造及びヘリセン構造などを有する軸不斉化合物並びにシクロファン構造などを有する面不斉化合物などが、挙げられる。ツイスト配向の螺旋ピッチを固定化する観点から、この場合の光学活性を有する化合物は、重合性化合物であることが好ましい。
本発明の液晶重合体は二色性色素を含有してもよい。二色性色素と複合化した液晶重合体は、吸収型偏光板として使用することができる。
二色性色素は、300〜700nmの範囲に極大吸収波長を有するものが好ましい。二色性色素として、アクリジン色素、オキサジン色素、シアニン色素、ナフタレン色素、アゾ色素、アントラキノン色素などが利用できる。アゾ色素として、モノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素、テトラキスアゾ色素、スチルベンアゾ色素などが挙げられる。
本発明の液晶重合体は蛍光色素を含有してもよい。蛍光色素と複合化した液晶重合体は、偏光発光型フィルムおよび波長変換フィルムとして使用できる。
≪基材≫
基材の材質として、ガラス、プラスチック、および金属などが挙げられる。該ガラスや金属は表面にスリット状の加工を施してもよい。該プラスチックは、延伸処理並びに親水化処理および疎水化処理などの表面処理を施してもよい。
基材上にホモジニアス配向およびチルト配向の液晶重合体を形成する場合は、重合性液晶組成物を基材に塗布する前に、基材に対し、表面処理を行い、液晶重合体の配向を誘導する。該表面処理として、(a)基材に対しラビング、(d)基材に対し酸化ケイ素を傾斜蒸着、(c)基材に対し重合体被膜を設け該重合体被膜に偏光UVを照射するなどの方法が挙げられる。
以下の手順は、該ラビングの一例である。
(1)レーヨン、綿、ポリアミドなどの素材からなるラビング布を金属ロールなどに捲き付け、
(2)基材に該ロールを接し、
(3)該ロールを回転させながら基材表面と平行に該ロールを移動させる、又は該ロールを固定したまま基材を移動させる。
ラビングの前に、基材上に重合体の被膜を設け、該被膜上をラビングしてもいい。該被膜はポリイミド、ポリアミック酸またはポリビニルアルコールなどのラビング配向膜と呼ばれるものが用いられる。
ラビングにより、液晶重合体の配向の欠陥などを防止できる。
以下の手順は、該偏光UV照射の一例である。
(1)基材上に、光配向膜と呼ばれる重合体被膜を設け、
(2)基材に波長250〜400nmの直線偏光を照射する。
必要に応じて、加熱処理を施してもいい。
該光配向膜は感光性基を含むポリイミド、ポリアミック酸またはポリアクリレートなどがある。該感光性基はカルコン、シンナメート、シンナモイル、またはアゾ基であることが好ましい。
偏光UV照射により、液晶重合体の配向の欠陥などを防止でき、ラビングによる削れなどの配向の欠陥も防止できる。
≪液晶重合体≫
本発明の基材つき液晶重合体は、以下の工程で得る。
(1)重合性液晶組成物を基材上に塗布し、必要に応じて乾燥させて塗膜を形成させる。
(2)光、熱、触媒などの手段で該重合性液晶組成物を重合させ、基材つき液晶重合体を得る。
これにより、塗膜中の重合性液晶組成物が液晶状態のまま固定化する。
重合性液晶組成物の塗布には、各種コート法が用いられる。基材上の重合性液晶組成物の膜厚の均一性の観点から、塗布方法として、スピンコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、メニスカスコート法、およびダイコート法が好ましい。
基材上に基材なし液晶重合体を形成させるために、該乾燥中の、熱処理が好ましい。ホットプレート、乾燥炉並びに温風又は熱風の吹き付けなどで、該熱処理が可能である。
本発明の液晶重合体を得るために、電子線、紫外線、可視光線、および赤外線などの手段を利用できる。液晶重合体を得るために照射する光の波長の範囲は150〜500nmである。光の波長の好ましい範囲は250〜450nmであり、より好ましい範囲は300〜400nmである。
該光の光源として、低圧水銀ランプ、高圧放電ランプ、ショートアーク放電ランプが利用できる。該低圧水銀ランプとして、殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、およびブラックライトなどが挙げられる。該高圧放電ランプとして、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが挙げられる。該ショートアーク放電ランプとして、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、および水銀キセノンランプなどが挙げられる。
液晶重合体は、液晶表示素子の液晶セルの内外に配置できる。熱履歴による液晶重合体のレターデーションの変動が少なく、かつ液晶重合体から液晶への不純物の溶出が少ないため、液晶重合体は、液晶セルの内部に配置できる。
偏光板を基材とし液晶重合体を形成することで、光学補償等の機能を有する偏光板が製造できる。たとえば、1/4波長板のレタデーションを有する液晶重合体と偏光板を組合すことで、円偏光板が製造できる。
該偏光板として、ヨウ素又は二色性色素をドープした吸収型の偏光板、およびワイヤーグリッド偏光板等の反射型偏光板が挙げられる。
本発明は公開した実施例のみに制限されない。
1.用語の定義
本発明の実施例において、「DCC」は1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミドを意味する。
本発明の実施例において、「DMAP」は4−ジメチルアミノピリジンを意味する。
本発明の実施例において、「pTSA」はp−トルエンスルホン酸を意味する。
本発明の実施例において、「Irg−907」は、BASFジャパン(株)製のイルガキュアー(商標)907(Irg−907)を意味する。
本発明の実施例において、「NCI−930」は、(株)ADEKA製のアデカクルーズ(商標)NCI−930を意味する。
本発明の実施例において、「FTX−218」は、(株)ネオス製のフタージェント(商標)FTX−218を意味する。
本発明の実施例において、「TEGOFlow370」は、エボニック・ジャパン(株)のTEGOFlow(商標)370を意味する。
2.計測方法
<化合物の構造確認>
化合物の構造は、ブルカー製のDRX−500による500MHzのプロトンNMRの測定で確認した。記載した数値の単位はppmである。sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、mはマルチプレットを表す。
<相転移温度>
融点測定装置のホットプレートに試料を置き、偏光顕微鏡で転移温度を測定した。転移温度の測定は、3℃/分の速度で昇温しながら行った。転移温度を表す際に、結晶相、ネマチック相、スメクチック相、および等方性液体は、それぞれ、「C」、「N」、「S」、「I」と表記した。それぞれの相の間の数字はセシウス度で表した転移温度を意味する。「C50N63I」は、50℃で結晶からネマチック相に転移し63℃でネマチック相から等方性液体へ転移したことを示す。括弧内のアルファベットはモノトロピックの液晶相を示す。
<目視による観察方法>
位相差フィルムを形成した基材を、クロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に挟持して観察した。該基材を水平に回転させ、明暗の状態を確認した。位相差フィルムを形成した基材を偏光顕微鏡観察し、配向欠陥の有無を確認した。暗状態にて光が抜けて見える箇所がある、または明状態および暗状態を共に確認できないとき、「配向欠陥あり」とした。「配向欠陥あり」でないときを「配向欠陥なし」とした。
<膜厚測定>
液晶フィルム付きガラス基材から、液晶重合体の部分を削りだした。その部分の段差を微細形状測定装置であるKLA TENCOR(株)製のアルファステップIQで膜厚を測定した。
<偏光解析装置による測定>
レターデーションReは、シンテック(株)製のOPIPRO偏光解析装置で計測した。液晶重合体の表面に対する光の入射角を90°から減少させながら、レターデーションを計測した。計測に使用した光の波長は、450nm、550nmおよび650nmである。
<複屈折率Δnの評価>
波長ごとの複屈折率Δnは、(レターデーションRe)/(膜厚)で算出した。
<クロスニコル状態での輝度とパラレルニコル状態での輝度の計測>
クロスニコル状態での輝度及びパラレルニコル状態での輝度は、位相差フィルムを形成した基材を、偏光顕微鏡の2枚の偏光板の間に挟持し、輝度計を用いて評価を行った。輝度計はYOKOGAWA 3298Fを使用した。該基材を水平に回転させ、最小となる輝度を「クロスニコル状態での輝度」とみなした。該基材を水平面内で回転させ、最大となる輝度を「パラレルニコル状態での輝度」とみなした。
<透過率>
ガラス基材、配向膜および液晶重合体の積層体の透過率は、日本分光製の紫外可視分光光度計(V650DS)を用いて測定した。ブランクは空気とした。
<鉛筆硬度>
液晶重合体の硬さは、本明細書に記載した部分を除きJIS規格「JIS−K−5400 8.4鉛筆引掻試験」で測定した。三菱鉛筆(株)製の鉛筆であるUniを用いた。
吉光精機製の鉛筆硬度計であるC−221を使用した。液晶重合体を、45°の角度で固定した鉛筆の芯で引掻いた。液晶重合体にキズが生じるもっとも柔らかい鉛筆の芯の硬さを測定した。
鉛筆の芯は、H、F、HB、B、2B、3B、4Bの順に柔らかくなる。
3.基材の作製
<光配向剤の調製>
特開2012−087286の実施例9に記載の方法と同様にして、式(J)で表されるポリマーを合成した。
Figure 0006954288
式(J)においてxは0.1であり、重量平均分子量Mwは53700であった。式(J)で表されるポリマー5重量%を、シクロペンタノン95重量%に溶解させ、孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向剤(1)を調製した。
<光配向膜の調製>
偏光UV処理済み配向膜付きのガラスの基材は次の工程で作製した。
(1)光配向剤(1)をガラスにスピンコートし、塗膜を作製した。
(2)100℃のホットプレート上で、該塗膜から溶剤を除去した。
(3)該塗膜に、塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を200mJ/cm照射した。
4.基材上の重合性液晶組成物の重合条件法
基材上の重合性液晶組成物を重合させる光源は、250Wの超高圧水銀灯(ウシオ電機社製、マルチライト−250)を使用した。照射は、窒素雰囲気下の室温で行った。照射光は、30mW/cm2(365nm)であり、照射時間は30秒である。
5.具体的な実施例
[実施例1]
化合物(1−1−1−1)は以下の手順で合成した。
Figure 0006954288
化合物ex−1は特開2016−047813号の実施例5に記載の方法と同様の手順で合成した。
50.0gの化合物ex−1、6.8gのメチルヒドロキノンおよび2.7のDMAPを、450mLのジクロロメタンに加え、窒素雰囲気下で冷却しながら撹拌した。そこへ、24.3gのDCCを溶解させた50mLのジクロロメタン溶液を滴下した。滴下後、室温で16時間撹拌した。析出した沈殿物をろ別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下でジクロロメタンを留去し、残査をカラムクロマトグラフィーで精製し、メタノールで再結晶することにより、47.5gの化合物(1−1−1−1)を得た。ここで、カラムクロマトグラフィーの充填材はシリカゲルであり、溶離液はトルエン−酢酸エチル混合物v/v=9/1である。
化合物(1−1−1−1)の相転移温度およびNMR分析値は以下のとおりである。
相転移温度:C 114 N 134 I
H−NMR(CDCl3;δppm):7.10(d,4H),6.98−6.78(m,3H),6.81(d,4H),6.40(d,2H),6.16−6.08(m,2H),5.82(d,2H),4.80−4.72(m,2H),4.17(t,4H),3.93(t,4H),2.89(t,4H),2.61−2.48(m,6H),2.21−2.11(m,7H),2.09−2.01(m,4H),1.83−1.63(m,12H),1.55−1.37(m,12H).
[実施例2]
化合物(1−1−2−1)は、実施例1のメチルヒドロキノンを2’,5’−ジヒドロキシアセトフェノンに変更し、それ以外は実施例1に記載した方法で合成した。
Figure 0006954288
化合物(1−1−2−1)の相転移温度およびNMR分析値は以下のとおりである。
相転移温度:C 67 N 104 I
H−NMR(CDCl3;δppm):7.48(d,1H),7.25−7.22(m,1H),7.10(d,4H),7.07(d,1H),6.82(d,4H),6.40(d,2H),6.16−6.08(m,2H),5.82(d,2H),4.79−4.73(m,2H),4.17(t,4H),3.93(t,4H),2.89(t,4H),2.61−2.51(m,9H),2.24−2.15(m,4H),2.09−2.04(m,4H),1.82−1.66(m,12H),1.55−1.38(m,12H).
[実施例3]
化合物(1−1−3−1)は、実施例1のメチルヒドロキノンを2,5−ジヒドロキシ安息香酸メチルに変更し、それ以外は実施例1に記載した方法で合成した。
Figure 0006954288
化合物(1−1−3−1)の相転移温度およびNMR分析値は以下のとおりである。
相転移温度:C 61 N 100 I
H−NMR(CDCl3;δppm):7.70(d,1H),7.28−7.24(m,1H),7.11(d,4H),7.06(d,1H),6.82(d,4H),6.40(d,2H),6.16−6.08(m,2H),5.82(d,2H),4.80−4.73(m,2H),4.17(t,4H),3.93(t,4H),3.84(s,3H),2.89(t,4H),2.63−2.51(m,6H),2.26−2.14(m,4H),2.10−2.04(m,4H),1.82−1.65(m,12H),1.54−1.38(m,12H).
<重合性液晶組成物の作製>
[実施例4]
重合性液晶組成物の成分である化合物(M−1−1−1)および(M−2−1−1)の構造は、下記に示した。
Figure 0006954288
表1および表2に、本発明の実施例で確認した重合性液晶組成物中の化合物とその重合性液晶組成物に含まれる各成分の含有量を示した。表1の「0」は含有していないことを示す。
Figure 0006954288
[比較例1]
重合性液晶組成物の成分である化合物(C−1)の構造を、下記に示した。
Figure 0006954288
ここで、(C−1)の合成手順は以下のとおりである。
Figure 0006954288
11.1gのp−ヒドロキシ安息香酸、5.0gのメチルヒドロキノンおよび0.5gのpTSAを100mLのトルエンに加え、窒素雰囲気下ディーン・スターク装置にて系外に水を除去しながら、加熱還流下で8時間撹拌した。放冷し、析出物をろ別した。得られた結晶を、加熱したアセトンで洗浄することにより、化合物(cex−1)10.5gを得た。
化合物cex−2は特開2016−047813号の実施例5に記載の方法と同様にして合成した。
10.5gの化合物(cex−1)、42.0gの化合物(cex−2)、および3.2gのDMAPを、400mLのジクロロメタンに加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、27.5gのDCCを溶解させた55mLのジクロロメタン溶液を滴下した。滴下後、室温で16時間撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下でジクロロメタンを留去し、残査をカラムクロマトグラフィーで精製し、メタノールで再結晶することにより、35.7gの化合物(C−1)を得た。
カラムクロマトグラフィーの充填材はシリカゲルであり、溶離液はトルエン−酢酸エチル混合物v/v=9/1である。
[比較例2]
重合性液晶組成物の成分である化合物(C−2)の構造を、下記に示した。
Figure 0006954288
ここで、(C−2)の合成手順は以下のとおりである。
Figure 0006954288
化合物cex−3は特開2016−047813号の実施例4に記載の方法と同様にして合成した。
5.0gの化合物(cex−3)、1.1gの2,5−ジヒドロキシ安息香酸メチルおよび0.3gのDMAPを、50mLのジクロロメタンに加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、2.4gのDCCを溶解させた5mLのジクロロメタン溶液を滴下した。滴下後、室温で16時間撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下でジクロロメタンを留去し、残査をカラムクロマトグラフィーで精製し、メタノールで再結晶することにより、3.3gの化合物(C−2)を得た。
カラムクロマトグラフィーの充填材はシリカゲルであり、溶離液はトルエン−酢酸エチル混合物v/v=9/1である。
Figure 0006954288
<液晶重合体の作製>
[実施例9]
液晶重合体(F−1)を以下の手順で作製した。
(1)偏光UV処理済み配向膜付きのガラスの基材の上へ、重合性液晶組成物(S−1)を、スピンコートにより塗布した。
(2)ホットプレートを使って、該基材を、80℃で3分間、加熱した。
(3)続けて、該基材を室温で3分間冷却し、
(4)該基材を室温空気中で紫外線照射により重合させた。
液晶重合体(F−1)は、ホモジニアス配向をしており、配向欠陥なしであった。
[実施例10]
実施例9に記載の手順で、重合性液晶組成物(S−1)の代わりに重合性液晶組成物(S−2)〜(S−5)を使って、それぞれ、液晶重合体(F−2)〜(F−5)を得た。
液晶重合体(F−2)〜(F−8)は、ホモジニアス配向で配向欠陥なしであった。
[比較例2]
実施例9に記載の手順で、重合性液晶組成物(S−1)の代わりに重合性液晶組成物(SC−1)および(SC−2)を使って、それぞれ、(CF−1)および(CF−2)を得た。
実施例9に記載の方法で、重合性液晶組成物(SC−3)から、液晶重合体を得ようとしたところ、(3)の段階で、結晶が析出した。このため、重合性液晶組成物(SC−3)から、配向欠陥なしの液晶重合体を得るのは困難である。この結果から、化合物(C−2)と比べて、化合物(1)は、より多量の含有量であっても、配向欠陥なしの液晶重合体を得ることができることがわかった。
<光学異方性フィルムの光学特性>
以下の表3に、液晶なし液晶重合体ごとの、光波長550nmのレターデーションRe、光波長550nmの複屈折Δn及び正面コントラストを記載した。
Figure 0006954288
表3より、液晶重合体(F−1)〜(F−5)の正面コントラストは、液晶重合体(CF−1)および(CF−2)の正面コントラストに比べて、顕著に高い。また、液晶重合体(F−1)〜(F−5)を比較すると、化合物(1)の含有量が多いほど正面コントラストが高くなっていることが見て取れる。
このことから、本発明の重合性液晶組成物から、正面コントラストの高い液晶重合体が得られることが明らかになった。
<光学異方性フィルムの透明性と表面硬度>
以下の表4に示す結果より、液晶重合体(F−1)〜(F−5)の380nmの透過率は、液晶重合体(CF−1)および(CF−2)の透過率に比べて、顕著に高い。また、液晶重合体(F−1)〜(F−5)の鉛筆高度は、液晶重合体(CF−1)および(CF−2)の鉛筆高度に比べて、顕著に硬い。
このことから、本発明の重合性液晶組成物から、透過率が高く、表面硬度の硬い液晶重合体が得られることが明らかになった。
Figure 0006954288
本発明の重合性液晶組成物を原料とする液晶重合体は、位相差膜、光学補償膜、反射膜、選択反射膜、反射防止膜、視野角補償膜、液晶配向膜、偏光素子、円偏光素子、楕円偏光素子などの、光学異方性フィルムから成る膜または素子を有する表示素子に利用可能である。

Claims (15)

  1. 式(1)で表される化合物を含有する、重合性液晶組成物。
    Figure 0006954288
    (式(1)中、
    1 は炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5
    のアルカノイル、又は、炭素数1〜5のアルカノイルオキシであり、
    1は−CHCHCOO−または−CHCHOCO−であり、
    は−OCOCHCH−または−COOCHCH−であり、
    1およびYは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCO
    O−であり、
    1およびQは独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキ
    レンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
    1 は式(P−1)で表される官能基であり、 は式(P−1)〜式(P−9)のい
    ずれか1つで表される官能基である。)
    Figure 0006954288
    (式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、ま
    たはトリフルオロメチルである。)
  2. 式(1)において、Z1が−CHCHCOO−であり、Zが−OCOCHCH
    −である、請求項1に記載の重合性液晶組成物。
  3. 式(1)で表される化合物が、式(1−1)で表される化合物である、請求項1または2に記載の重合性液晶組成物。
    Figure 0006954288
    (式(1−1)中、
    1は炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭
    素数1〜5のアルカノイルオキシであり、Y1およびY、Q1およびQ、P1およびP
    は式(1)と同じである。)
  4. 1およびPが式(P−1)で表される官能基である、請求項1〜のいずれか一項
    に記載の重合性液晶組成物。
  5. 以下の式(M)で表される化合物をさらに含有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の重合性液晶組成物。
    Figure 0006954288
    (式(M)中、
    は独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキシレン、ナフタレン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルであり、この1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイルまたはフルオレン−2,7−ジイルにおいて少なくとも1つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルで置き換えられてもよく、
    は独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−C≡C−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCH
    CH−、−CHCHOCO−または−COOCHCH−であり、
    aは1または2であり、
    は独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、
    は独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
    は独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
    は独立して式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基であり、
    はフッ素、塩素、シアノ、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、炭素数1〜5のフルオロアルキル、または式(P−1)〜式(P−9)のいずれか1つで表される官能基である。)
    Figure 0006954288
    (式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、ま
    たはトリフルオロメチルである。)
  6. 式(1)で表される化合物および式(M)で表される化合物の合計重量100重量%に対し、式(1)で表される化合物を10〜90重量%、式(M)で表される化合物を10〜90重量%含有する、請求項に記載の重合性液晶組成物。
  7. 式(M)において、Pが式(P−1)で表される官能基である、請求項またはに記載の重合性液晶組成物。
  8. 式(M)で表される化合物が、式(M−1)で表される化合物または式(M−2)で表される化合物を含有する、請求項のいずれか一項に記載の重合性液晶組成物。
    Figure 0006954288
    (式(M−1)および(M−2)中、
    は独立してフッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、
    は独立して水素、フッ素、塩素、ホルミル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数2〜5のアルケニル、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭素数1〜5のフルオロアルキルであり、
    は独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−C≡C−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、または−COOCHCH−であり、
    は独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
    は独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
    は独立して水素またはメチルである。)
  9. 式(1)で表される化合物と、式(M−1)または式(M−2)で表される化合物の合計重量100重量%に対し、式(1)で表される化合物を30〜90重量%、式(M−1)または式(M−2)で表される化合物を10〜70重量%含有する、請求項に記載の重合性液晶組成物。
  10. 請求項1〜のいずれか一項に記載の重合性液晶組成物が重合している液晶重合体。
  11. 光配向膜により液晶分子を配向させた状態で固定化した、請求項10に記載の液晶重合体。
  12. 請求項10または11に記載の液晶重合体からなる位相差フィルム。
  13. 請求項10または11に記載の液晶重合体を有する偏光板。
  14. 請求項10または11に記載の液晶重合体を有する表示素子。
  15. 式(1−1)で表される重合性液晶化合物。
    Figure 0006954288
    (式(1−1)中、
    1は炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、炭素数1〜5のアルカノイル、または炭
    素数1〜5のアルカノイルオキシであり、
    1およびYは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCO
    O−であり、
    1およびQは独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキ
    レンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
    1 は式(P−1)で表される官能基であり、 は式(P−1)〜式(P−9)のい
    ずれか1つで表される官能基である。)
    Figure 0006954288
    (式(P−1)〜式(P−9)中、R1は独立して水素、ハロゲン、メチル、エチル、ま
    たはトリフルオロメチルである。)
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