JP7260853B2 - 硬化膜形成組成物、配向材および位相差材 - Google Patents
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Description
第2観点として、(A)成分の自己架橋部位がメチロール基またはアルコキシメチル基である第1観点に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第3観点として、(B)メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基を2つ以上有するモノマーもしくはポリマーをさらに含有する第1観点または第2観点に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第4観点として、(C)架橋触媒をさらに含有する第1観点乃至第3観点のうち何れか一に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第5観点として、(D)1つ以上の重合性基と、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基A又は該基Aと反応する少なくとも1つの基とを有する化合物を含有する第1観点乃至第4観点のうち何れか一に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第6観点として、(A)成分の100質量部に対して1質量部~400質量部の(B)成分を含有する第3観点乃至第5観点のいずれか一に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第7観点として、(A)成分の100質量部に対して0.01質量部~20質量部の(C)成分を含有する第4観点乃至第6観点のいずれか一に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第8観点として、(A)成分の100質量部に対して1質量部~100質量部の(D)成分を含有する第5観点乃至第7観点のいずれか一に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第9観点として、第1観点乃至第8観点のうち何れか一に記載の硬化膜形成組成物を硬化させて得られることを特徴とする硬化膜に関する。
第10観点として、第1観点乃至第8観点のうち何れか一に記載の硬化膜形成組成物を硬化させて得られることを特徴とする配向材に関する。
第11観点として、第1観点乃至第8観点のうち何れか一に記載の硬化膜形成組成物から得られる硬化膜を使用して形成されることを特徴とする位相差材に関する。
本発明によれば、液晶配向性と光透過性に優れた配向材、及び高精度な光学パターニングが可能な位相差材を提供することができる。
本発明の硬化膜形成組成物は、(A)光二量化部位および自己架橋部位を有する重合体を含有する。本発明の硬化膜形成組成物は、上記(A)成分に加えて、さらに、(B)成分としてメチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基を2つ以上有するモノマーもしくはポリマーを含有することもできる。さらに、(C)成分として架橋触媒をも含有することができる。さらに(D)成分として1つ以上の重合性基と、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基A又は該基Aと反応する少なくとも1つの基とを有する化合物を含有することができる。そして、本発明の効果を損なわない限りにおいて、その他の添加剤を含有することができる。
以下、各成分の詳細を説明する。
(A)成分は光二量化部位及び自己架橋部位を有するアクリル共重合体である。
本発明において、アクリル共重合体としてはアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン等の不飽和二重結合を有するモノマーを重合して得られる共重合体が適用されうる。
前記アクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、2,3-ジヒドロキシプロピルアクリレート、ジエチレングリコールモノアクリレート、カプロラクトン2-(アクリロイルオキシ)エチルエステル、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテルアクリレート、5-アクリロイルオキシ-6-ヒドロキシノルボルネン-2-カルボキシリック-6-ラクトン、アクリル酸、モノ-(2-(アクリロイルオキシ)エチル)フタレート、グリシジルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2-エトキシエチルアクリレート、2-アミノエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3-メトキシブチルアクリレート、2-メチル-2-アダマンチルアクリレート、2-プロピル-2-アダマンチルアクリレート、8-メチル-8-トリシクロデシルアクリレート、及び8-エチル-8-トリシクロデシルアクリレート等が挙げられる。
前記方法により得られる特定共重合体は、通常、溶剤に溶解した溶液の状態である。
本発明の硬化膜形成組成物は、(B)成分として、メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基を2つ以上有するモノマーもしくはポリマーを含有することもできる。
本発明の硬化膜形成組成物は、前記(A)成分に加えて、さらに(C)成分として架橋触媒を含有することができる。
(C)成分である架橋触媒としては、例えば、酸または熱酸発生剤を好適に使用できる。この(C)成分は、本発明の硬化膜形成組成物の熱硬化反応を促進させることにおいて有効である。
(C)成分は、具体的には、上記酸としてスルホン酸基含有化合物、塩酸またはその塩が挙げられる。そして上記熱酸発生剤としては、加熱処理時に熱分解して酸を発生する化合物、すなわち温度80℃から250℃で熱分解して酸を発生する化合物であれば、特に限定されるものではない。
本発明は(D)成分として、1つ以上の重合性基と、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基A又は該基Aと反応する少なくとも1つの基とを有する化合物を含有することもできる。これは、形成される硬化膜の接着性を向上させる成分(以下、密着向上成分とも言う。)となる。
このような(D)成分としては、ヒドロキシ基と(メタ)アクリル基とを有する化合物、N-アルコキシメチル基と(メタ)アクリル基とを有する化合物、N-アルコキシメチル基と(メタ)アクリル基を有するポリマー等が挙げられる。以下、それぞれ具体例を示す。
(D)成分の例であるヒドロキシ基含有多官能アクリレートとしては、例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレートおよびジペンタエリトリトールペンタアクリレート等を挙げることができる。
R52は炭素原子数2乃至20のアルキル基、炭素原子数5乃至6の1価の脂肪族環基、若しくは炭素原子数5乃至6の脂肪族環を含む1価の脂肪族基を表し、構造中にエーテル結合を含んでいてもよい。
R53は直鎖又は分枝鎖の炭素原子数2乃至20のアルキレン基、炭素原子数5乃至6の2価の脂肪族環基、若しくは炭素原子数5乃至6の脂肪族環を含む2価の脂肪族基を表し、構造中にエーテル結合を含んでいてもよい。
R54は直鎖又は分枝鎖の炭素原子数1乃至20の2価乃至9価の脂肪族基、炭素原子数5乃至6の2価乃至9価の脂肪族環基、若しくは炭素原子数5乃至6の脂肪族環を含む2価乃至9価の脂肪族基を表し、これらの基の一つのメチレン基または隣り合わない複数のメチレン基がエーテル結合に置き換わっていてもよい。
Zは>NCOO-、または-OCON<(ここで「-」は結合手が1つであることを示す。また、「>」「<」は結合手が2つであることを示し、かつ、どちらか1つの結合手にアルコキシメチル基(即ち-OR52基)が結合していることを示す。)を表す。
rは2以上9以下の自然数である。
またR54の定義における炭素原子数1乃至20の2価乃至9価の脂肪族基の具体例としては、炭素原子数1乃至20のアルキル基から、さらに1乃至8個の水素原子を取り去った2価乃至9価の基が挙げられる。
本発明の硬化膜形成組成物は、主として溶剤に溶解した溶液状態で用いられる。その際に使用する溶剤は、(A)成分および必要に応じ、(B)成分、(C)成分、(D)成分および/または後述するその他添加剤を溶解できればよく、その種類および構造などは特に限定されるものでない。
さらに、本発明の硬化膜形成組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて、密着向上剤、シランカップリング剤、界面活性剤、レオロジー調整剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、酸化防止剤等を含有することができる。
本発明の硬化膜形成組成物は、(A)成分のポリマーを含有し、所望により(B)成分のポリマー、(C)成分の架橋触媒および(D)成分の密着促進剤、そして更に本発明の効果を損なわない限りにおいてその他の添加剤を含有することができる組成物である。そして通常は、それらが溶剤に溶解した溶液の形態として用いられる。
[1]:(A)成分を含有する硬化膜形成組成物。
[2]:(A)成分、(A)成分100質量部に基づいて、1~400質量部の(B)成分、並びに、溶剤を含有する硬化膜形成組成物。
[3]:(A)成分、(A)成分100質量部に基づいて、1~400質量部の(B)成分、(A)成分であるポリマーの100質量部に対して0.01質量部~20質量部の(C)成分、溶剤を含有する硬化膜形成組成物。
[4]:(A)成分、(A)成分100質量部に基づいて、1~400質量部の(B)成分、(A)成分であるポリマーの100質量部に対して0.01質量部~20質量部の(C)成分、(A)成分であるポリマーの100質量部に対して1質量部~100質量部の(D)成分、並びに、溶剤を含有する硬化膜形成組成物。
本発明の硬化膜形成組成物における固形分の割合は、各成分が均一に溶剤に溶解している限り、特に限定されるものではないが、1質量%~60質量%であり、好ましくは2質量%~50質量%であり、より好ましくは2質量%~20質量%である。ここで、固形分とは、硬化膜形成組成物の全成分から溶剤を除いたものをいう。
本発明の硬化膜形成組成物の溶液を基板(例えば、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、金属、例えば、アルミニウム、モリブデン、クロムなどが被覆された基板、ガラス基板、石英基板、ITO基板等)やフィルム基板(例えば、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム、ポリカーボネート(PC)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、シクロオレフィンコポリマー(COC)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、アクリルフィルム、ポリエチレンフィルム等の樹脂フィルム)等の上に、バーコート、回転塗布、流し塗布、ロール塗布、スリット塗布、スリットに続いた回転塗布、インクジェット塗布、印刷などによって塗布して塗膜を形成し、その後、ホットプレートまたはオーブン等で加熱乾燥することにより、硬化膜を形成することができる。該硬化膜はそのまま配向材として適用できる。
このように本発明の硬化膜形成組成物は、各種位相差材(位相差フィルム)や液晶表示素子等の製造に好適に用いることができる。
以下の実施例で用いる略記号の意味は、次のとおりである。
<原料>
CIN1
AIBN:α,α’-アゾビスイソブチロニトリル
BMAA:N-ブトキシメチルアクリルアミド
HEMA:2-ヒドロキシエチルメタクリレート
MMA:メチルメタクリレート
<B成分>
HCM:下記の構造式で表されるメラミン架橋剤[サイメル(CYMEL)(登録商標)303(三井サイテック(株)製)]
PTSA:p-トルエンスルホン酸・一水和物
<D成分>
D-1:下記の構造式で示されるヒドロキシ基およびアクリル基を有する化合物
実施例及び比較例の各樹脂組成物は溶剤を含有し、その溶剤として、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PM)、シクロヘキサノン(CH)を用いた。
重合例におけるアクリル共重合体の分子量は、(株)Shodex社製常温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(GPC-101)、Shodex社製カラム(KD―803、KD-805)を用い以下のようにして測定した。
なお、下記の数平均分子量(以下、Mnと称す。)及び重量平均分子量(以下、Mwと称す。)は、ポリスチレン換算値にて表した。
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
検量線作成用標準サンプル:昭和電工社製 標準ポリスチレン(分子量 約197,000、55,100、12,800、3,950、1,260、580)。
特表2013-514449号公報に記載の合成方法に従い、CIN1を合成した。
GMA 8.3g(58.4mmol)、4-メトキシ桂皮酸 20.7g(116.2mmol)、ジブチルヒドロキシトルエン 0.2g、トリフェニルエチルホスホニウムブロミド 0.3g、ジオキサン 80mLを混合し、90℃で3日間加熱した。反応終了後、ジオキサンを減圧留去後、酢酸エチル 150mLを加えて不溶物を濾別後、重曹水100mLを加えて3回洗浄して過剰のメトキシ桂皮酸を除去した。酢酸エチルを減圧留去して、目的物のCIN2 16.5gを得た(得率:88%)。
国際公開パンフレットWO2013/191251に記載の合成方法に従い、CIN3を合成した。
Macromolecules,39,9357-9364(2006)に記載の合成方法に従い、CIN4を合成した。
<重合例1>
CIN1 15.0g、BMAA 1.7g、重合触媒としてAIBN 0.4gをPM 123.4g、CH 30.9gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-1)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは10,000、Mwは29,000であった。
CIN2 15.0g、BMAA 1.7g、重合触媒としてAIBN 0.5gをPM 155.9gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-2)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは8,400、Mwは18,000であった。
CIN3 15.0g、BMAA 1.4g、重合触媒としてAIBN 0.4gをPM 120.3g、CH 30.1gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-3)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは18,000、Mwは55,000であった。
CIN4 15.0g、BMAA 1.8g、重合触媒としてAIBN 0.9gをPM 111.5g、CH 47.8gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-4)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは9,000、Mwは20,000であった。
CIN3 10.0g、BMAA 3.0g、重合触媒としてAIBN 0.4gをPM 96.6g、CH 24.2gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-5)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは8,000、Mwは20,000であった。
CIN3 15.0g、BMAA 0.9g、HEMA 0.7g、重合触媒としてAIBN 0.4gをPM 122.4g、CH 30.6gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-6)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは11,000、Mwは32,000であった。
CIN3 15.0g、HEMA 1.2g、重合触媒としてAIBN 0.4gをPM 118.4g、CH 29.6gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-7)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは10,000、Mwは35,000であった。
CIN2 15.0g、HEMA 1.5g、重合触媒としてAIBN 0.5gをPM 122.4g、CH 30.6gに溶解し、80℃で20時間反応させることによりアクリル共重合体(PA-8)を10重量%含有する溶液を得た。得られたアクリル共重合体のMnは8,700、Mwは28,000であった。
<重合例9>
BMAA 100.0g、重合触媒としてAIBN 4.2gをPM 193.5gに溶解し、90℃にて20時間反応させることによりアクリル重合体溶液を得た。得られたアクリル重合体のMnは2,700、Mwは3,900であった。アクリル重合体溶液をヘキサン2000.0gに徐々に滴下して固体を析出させ、ろ過および減圧乾燥することで、重合体(PB-1)を得た。
MMA 30.0g、HEMA 3.0g、重合触媒としてAIBN 0.3gをPM146.0gに溶解し、80℃にて20時間反応させることによりアクリル共重合体溶液を得た。アクリル共重合体溶液をヘキサン1000.0gに徐々に滴下して固体を析出させ、ろ過および減圧乾燥することでアクリル共重合体(PB-2)を得た。得られたアクリル共重合体のMnは18,000、Mwは32,800であった。
重合性液晶LC242(BASF社製)29.0g、重合開始剤としてイルガキュア907(BASF社製)0.9g、レベリング剤としてBYK-361N(BYK社製)0.2g、溶媒としてのシクロペンタノンを加えて固形分濃度が30質量%の重合性液晶溶液(RM-1)を得た。
上記重合例1で得たアクリル共重合体(PA-1)を含有する溶液のアクリル共重合体(PA-1)に換算して100質量部に相当する量と、p-トルエンスルホン酸・一水和物 5質量部、これにPMおよびCHを加え、溶媒組成がPM:CH=80:20(質量比)、固形分濃度が5.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、液晶配向剤用組成物A-1を調製した。
<実施例2乃至10および比較例1乃至3>
A成分であるアクリル共重合体、ならびに他成分の種類および量を、それぞれ表1に記載の通りとしたほかは実施例1と同様に実施し、液晶配向剤用組成物A-2乃至A-13を、それぞれ調製した。
[配向性の評価]
実施例1乃至10および比較例1乃至3の各配向剤用組成物を、TACフィルム上にバーコーターを用いてWet膜厚4μmにて塗布した。それぞれ温度110℃で120秒間、熱循環式オーブン中で加熱乾燥を行い、TACフィルム上にそれぞれ硬化膜を形成した。この各硬化膜に313nmの直線偏光を20mJ/cm2の露光量で垂直に照射し、配向材を形成した。TACフィルム上の配向材の上に、重合性液晶溶液(RM-1)を、バーコーターを用いてWet膜厚6μmにて塗布した。この塗膜を温度90℃のホットプレート上で60秒間乾燥後、300mJ/cm2で露光し、位相差材を作製した。作製した基板上の位相差材を一対の偏光板で挟み込み、位相差材における位相差特性の発現状況を観察し、位相差が欠陥なく発現しているものを○、位相差が発現していないものを×として「配向性」の欄に記載した。評価結果は、後に表2にまとめて示す。
Claims (10)
- (A)光二量化部位および自己架橋部位を有する重合体を含有する硬化膜形成組成物であって、該自己架橋部位がメチロール基またはアルコキシメチル基であるとともに、該重合体の光配向性基を与えるモノマーが下記式[3]又は[4]で表されるモノマーである硬化膜形成組成物。
- (B)メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基を2つ以上有するモノマーもしくはポリマーをさらに含有する請求項1に記載の硬化膜形成組成物。
- (C)架橋触媒をさらに含有する請求項1又は2に記載の硬化膜形成組成物。
- (D)1つ以上の重合性基と、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基A又は該基Aと反応する少なくとも1つの基とを有する化合物をさらに含有する請求項1乃至3のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
- (A)成分の100質量部に対して1質量部乃至400質量部の(B)成分を含有する請求項2乃至4のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
- (A)成分の100質量部に対して0.01質量部乃至20質量部の(C)成分を含有する請求項3乃至5のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
- (A)成分の100質量部に対して1質量部乃至100質量部の(D)成分を含有する請求項4乃至6のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
- 請求項1乃至7のうち何れか一項記載の硬化膜形成組成物を硬化させて得られることを特徴とする硬化膜。
- 請求項1乃至7のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物を硬化させて得られることを特徴とする配向材。
- 請求項1乃至7のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物から得られる硬化膜を使用して形成されることを特徴とする位相差材。
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