JP7440523B2 - 液晶組成物、光学フィルム、有機elディスプレイ用円偏光板、光学異方性層の製造方法 - Google Patents

液晶組成物、光学フィルム、有機elディスプレイ用円偏光板、光学異方性層の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、液晶組成物、光学フィルム、有機ELディスプレイ用円偏光板、及び光学異方性層の製造方法に関する。
屈折率異方性を持つ位相差層(光学異方性層)は、表示装置の反射防止膜及び液晶表示装置の光学補償フィルム等の種々の用途に適用されている。
光学異方性層としては、特許文献1に記載されるように複数の層からなる積層型の光学異方性層が開示されている。また、特許文献1では、光学異方性層の製造方法の一例として、液晶化合物と、光照射により螺旋誘起力が変化しない非感光性キラル剤(非感光性光学活性化合物)とを含む組成物を用いた製造方法が開示されている。
特許第5960743号公報
ところで、昨今、光学異方性層の製造に際して、上記非感光性キラル剤の代わりに、光照射により螺旋誘起力が変化する感光性キラル剤(感光性光学活性化合物)を使用する試みがなされている。
本発明者らは、特許文献1に記載された光学異方性層の製造方法を参照して、感光性キラル剤を含む液晶組成物を使用し、露光(例えば、波長365nmの光の照射)により上記感光性キラル剤の螺旋誘起力を変化させることによって捩れ配向した液晶化合物を含む光学異方性層を製造する方法を検討していたところ、光学異方性層の面内方向において、捩れ配向をなす液晶化合物の捩れ角にばらつきが生じる場合があることを明らかとした。光学異方性層の面内方向において液晶化合物の捩れ角にばらつきが生じると、光学異方性層の所望の光学性能の発現が阻害される場合がある。
そこで、本発明は、面内方向において液晶化合物の捩れ角のばらつきが抑制された光学異方性層を形成可能な液晶組成物を提供することを課題とする。
また、本発明は、光学フィルム、有機ELディスプレイ用円偏光板、及び光学異方性層の製造方法を提供することも課題とする。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、下記構成により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
〔1〕 液晶化合物と、
光照射により螺旋誘起力が変化する感光性光学活性化合物であって、波長365nmの光におけるモル吸光係数が5000M-1・cm-1以上である光学活性化合物Aと、
波長365nmの光におけるモル吸光係数が上記光学活性化合物Aの上記モル吸光係数よりも小さい光学活性化合物Bと、を含み、
上記液晶化合物に対する上記光学活性化合物Aの質量含有量比が、0.01未満である、液晶組成物。
〔2〕 上記光学活性化合物Aの波長365nmの光におけるモル吸光係数が、15000M-1・cm-1以上である、〔1〕に記載の液晶組成物。
〔3〕 上記光学活性化合物Bの波長365nmの光におけるモル吸光係数が、1000M-1・cm-1未満である、〔1〕又は〔2〕に記載の液晶組成物。
〔4〕 上記液晶化合物が、重合性液晶化合物である、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔5〕 上記光学活性化合物Aが誘起する螺旋の螺旋方向が、上記光学活性化合物Bが誘起する螺旋の螺旋方向と逆方向である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔6〕 上記液晶組成物中に含まれる全ての光学活性化合物に基づく加重平均螺旋誘起力の絶対値が0.0μm-1以上0.5μm-1未満である、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔7〕 波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときに、上記光学活性化合物Aの螺旋誘起力が20μm-1以上変化する、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔8〕 波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときに、上記光学活性化合物Bの螺旋誘起力が5μm-1以上変化しない、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔9〕 上記光学活性化合物A及び上記光学活性化合物Bが、ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造のいずれかの部分構造を有する、〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔10〕 上記光学活性化合物Aが、光異性化可能な二重結合を含む基を有する、〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の液晶組成物。
〔11〕 上記光異性化可能な二重結合を含む基が、シアノシンナモイル基である、〔10〕に記載の液晶組成物。
〔12〕 基板と、
上記基板上に配置された、〔1〕~〔11〕のいずれかに記載の液晶組成物から形成された光学異方性層と、を含む光学フィルム。
〔13〕 上記光学異方性層は、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する、〔12〕に記載の光学フィルム。
〔14〕 〔12〕又は〔13〕に記載の光学フィルムと偏光子とを備えた有機ELディスプレイ用円偏光板。
〔15〕 基板上に、〔1〕~〔11〕のいずれかに記載の液晶組成物を用いて組成物層を形成する工程1と、
上記組成物層に加熱処理を施して、上記組成物層中の液晶化合物を配向させる工程2と、
上記工程2の後、酸素濃度1体積%以上の条件下にて、上記組成物層に対して、光照射を行う工程3と、
光照射が施された上記組成物層に対して硬化処理を施して、上記液晶化合物の配向状態を固定し、上記液晶化合物の配向状態が異なる領域を厚み方向に沿って複数有する光学異方性層を形成する工程4と、を有し、
上記工程3を加熱条件下にて実施するか、又は、上記工程3と上記工程4との間に上記組成物層に加熱処理を施す工程5をさらに有する、光学異方性層の製造方法。
〔16〕 上記光学異方性層が、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する、〔15〕に記載の光学異方性層の製造方法。
本発明によれば、面内方向において液晶化合物の捩れ角のばらつきが抑制された光学異方性層を形成可能な液晶組成物を提供できる。
また、本発明によれば、光学フィルム、有機ELディスプレイ用円偏光板、及び光学異方性層の製造方法も提供できる。
光学異方性層の製造方法の第1実施態様における工程1及び2の一例を説明するための組成物層の断面図である。 光学異方性層の製造方法の第1実施態様における工程3の一例を説明するための組成物層の断面図である。 光学異方性層の製造方法の第1実施態様における工程5を実施した場合の一例を説明するための組成物層の断面図である。 光学活性化合物A(キラル剤A)及び光学活性化合物B(キラル剤B)の各々について、螺旋誘起力(HTP: Helical Twisting Power)(μm-1)×濃度(質量%)と光照射量(mJ/cm)との関係をプロットしたグラフの模式図である。 キラル剤A及びキラル剤Bを併用した系において、加重平均螺旋誘起力(μm-1)と光照射量(mJ/cm)との関係をプロットしたグラフの模式図である。 光学異方性層の製造方法の第1実施態様の工程1の他の例を説明するための組成物層の断面図である。 光学異方性層の製造方法の第1実施態様の工程5の他の例を説明するための組成物層の断面図である。 キラル剤A及びキラル剤Bの各々について、螺旋誘起力(μm-1)×濃度(質量%)と光照射量(mJ/cm)との関係をプロットしたグラフの模式図である。 キラル剤A及びキラル剤Bを併用した系において、加重平均螺旋誘起力(μm-1)と光照射量(mJ/cm)との関係をプロットしたグラフの模式図である。 キラル剤A及びキラル剤Bの各々について、螺旋誘起力(μm-1)×濃度(質量%)と光照射量(mJ/cm)との関係をプロットしたグラフの模式図である。 キラル剤A及びキラル剤Bを併用した系において、加重平均螺旋誘起力(μm-1)と光照射量(mJ/cm)との関係をプロットしたグラフの模式図である。 積層体の一実施態様を表す断面図である。 偏光子付き光学異方性層の一実施態様を表す断面図である。 捩れ角変動係数を説明するための断面図である。
以下、本発明について詳細に説明する。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及び上限値として含む範囲を意味する。まず、本明細書で用いられる用語について説明する。
遅相軸は、特別な断りがなければ、波長550nmにおける定義である。
本発明において、Re(λ)及びRth(λ)は、各々、波長λにおける面内のレタデーション及び厚み方向のレタデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、550nmとする。
本発明において、Re(λ)及びRth(λ)は、AxoScan、Axometrics社製)において、波長λで測定した値である。AxoScanにて平均屈折率((nx+ny+nz)/3)と膜厚(d(μm))を入力することにより、
遅相軸方向(°)
Re(λ)=R0(λ)
Rth(λ)=((nx+ny)/2-nz)×d
が算出される。
なお、R0(λ)は、AxoScanで算出される数値として表示されるものであるが、Re(λ)を意味している。
本明細書において、屈折率nx、ny、及び、nzは、アッベ屈折計(NAR-4T、アタゴ(株)製)を使用し、光源にナトリウムランプ(λ=589nm)を用いて測定する。また、波長依存性を測定する場合は、多波長アッベ屈折計DR-M2(アタゴ(株)製)にて、干渉フィルターとの組み合わせで測定できる。
また、ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、及び、各種光学フィルムのカタログの値を使用できる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、及び、ポリスチレン(1.59)。
本明細書中における「光」とは、活性光線又は放射線を意味し、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光:Extreme Ultraviolet)、X線、紫外線、及び電子線(EB:Electron Beam)等を意味する。なかでも、紫外線が好ましい。
本明細書では、「可視光」とは、380~780nmの光のことをいう。また、本明細書では、測定波長について特に付記がない場合は、測定波長は550nmである。
[液晶組成物]
本発明の液晶組成物は、
液晶化合物と、
光照射により螺旋誘起力が変化する感光性光学活性化合物であって、波長365nmの光におけるモル吸光係数が5000M-1・cm-1以上である光学活性化合物Aと、
波長365nmの光におけるモル吸光係数が上記光学活性化合物Aの上記モル吸光係数よりも小さい光学活性化合物Bと、を含み、
上記液晶化合物に対する上記光学活性化合物Aの質量含有量比が、0.01未満である。
上記構成の本発明の液晶組成物によれば、面内方向において液晶化合物の捩れ角のばらつきが抑制された光学異方性層を形成できる。
本発明の液晶組成物が上記効果を発現する作用機序は明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
今般の本発明者らの検討によれば、波長365nm光照射に用いるLED光源は、一般的に10%程度の照度ばらつきが存在しており、この照度ばらつきが、光照射により螺旋誘起力が変化する光学活性化合物である感光性光学活性化合物の螺旋誘起力の変化量に影響を与え、液晶化合物の捩れ角のばらつきをもたらし得ると推測している。例えば、感光性光学活性化合物が光照射によって異性化する化合物である場合、LED光源の照度ばらつきの影響を受けて、面内方向における感光性光学活性化合物の異性化率にばらつきが生じ、この結果として、面内方向における感光性光学活性化合物の螺旋誘起力の変化量がばらつく(これにより、液晶化合物の捩れ角のばらつきが生じる)と考えられる。
これに対して本発明の液晶組成物の特徴点としては、波長365nmの光におけるモル吸光係数が比較的大きい光学活性化合物Aを少量で使用している点が挙げられる。本発明の液晶組成物を用いて形成される組成物層に対して所定照射量の光を照射した場合、組成層中の光学活性化合物Aは光吸収性(感光性)に優れ、且つ、その配合量が少ないことから光が層深部にまで届きやすい。つまり、本発明の液晶組成物を用いて形成される組成物層は、所定照射量の光で組成物層の層中に存在する光学活性化合物Aを概ね感光させることが可能であり、この結果として、LED光源による照度ばらつきの影響が生じ得ない。
一方で、液晶組成物中の光学活性化合物Aの含有量が所定量を超えた場合(実施例欄の比較例1~3参照)、又は、液晶組成物中の感光性光学活性化合物の波長365nmの光におけるモル吸光係数を所定値未満とした場合(実施例欄の比較例4参照)、上記液晶組成物を用いて形成される組成物層に対して所定照射量の光を照射したときに、組成物層の面内方向にLED光源の照度ばらつきの影響を受けやすく、結果として液晶化合物の捩れ角のばらつきが大きくなる。
なお、以下の説明において、「光学活性化合物」を「キラル剤」と称する場合もある。併せて、「感光性光学活性化合物」を「感光性キラル剤」、「光学活性化合物A」を「キラル剤A」、及び「光学活性化合物B」を「キラル剤B」と、各々称する場合もある。
以下において、本発明の液晶組成物に含まれる各種成分について述べる。
〔液晶化合物〕
本発明の液晶組成物は、液晶化合物を含む。
液晶化合物の種類については、特に制限されない。一般的に、液晶化合物はその形状から、棒状タイプ(棒状液晶化合物)と円盤状タイプ(ディスコティック液晶化合物)とに分類できる。さらに、液晶化合物は、低分子タイプと高分子タイプとの分類できる。高分子とは一般に重合度が100以上のものを指す(高分子物理・相転移ダイナミクス,土井 正男著,2頁,岩波書店,1992)。本発明では、いずれの液晶化合物を用いることもできるが、棒状液晶化合物又はディスコティック液晶化合物を用いるのが好ましく、棒状液晶化合物を用いるのがより好ましい。2種以上の棒状液晶化合物、2種以上のディスコティック液晶化合物、又は、棒状液晶化合物とディスコティック液晶化合物との混合物を用いてもよい。
なお、棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11-513019号公報の請求項1や特開2005-289980号公報の段落0026~0098に記載のものを好ましく用いることができる。
ディスコティック液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報の段落0020~0067や特開2010-244038号公報の段落0013~0108に記載のものを好ましく用いることができる。
液晶化合物としては、なかでも、少なくとも1つの重合性基を有する液晶化合物(重合性液晶化合物)であるのが好ましい。
液晶化合物が有する重合性基の種類は特に制限されず、付加重合反応が可能な官能基が好ましく、重合性エチレン性不飽和基又は環重合性基がより好ましく、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、又はアリル基がさらに好ましい。
なお、本発明の液晶組成物を用いて形成される光学異方性層は、重合性基を有する液晶化合物(重合性基を有する棒状液晶化合物又はディスコティック液晶化合物)が重合等によって固定されて形成された層であるのが好ましい。重合性基を有する液晶化合物が重合等によって固定されて形成された層は、層となった後はもはや液晶性を示す必要はない。
〔光学活性化合物(キラル剤)〕
本発明の液晶組成物は、光学活性化合物(キラル剤)として、光学活性化合物A(キラル剤A)と光学活性化合物B(キラル剤B)とを少なくとも含む。
なお、キラル剤は、キラル剤A及びキラル剤B以外の光学活性化合物を含んでいてもよい。
キラル剤Aは、光照射により螺旋誘起力が変化する感光性光学活性化合物(感光性キラル剤)である。
なお、キラル剤の螺旋誘起力(HTP)は、下記式(X)で表される螺旋配向能力を示すファクターである。
式(X) HTP=1/(螺旋ピッチの長さ(単位:μm)×液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤の濃度(質量%))[μm-1
螺旋ピッチの長さとは、コレステリック液晶相の螺旋構造のピッチP(=螺旋の周期)の長さをいい、液晶便覧(丸善株式会社出版)の196ページに記載の方法で測定できる。
また、液晶組成物中の固形分とは、溶媒以外の成分を意図する。つまり、溶媒以外の成分であれば、液状の成分であっても固形分とみなす。
キラル剤Aは、液晶性であっても、非液晶性であってもよい。キラル剤Aは、一般に不斉炭素原子を含む場合が多い。なお、キラル剤Aは、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物又は面性不斉化合物であってもよい。
キラル剤Aは、光照射によって螺旋誘起力が増加するキラル剤であってもよいし、減少するキラル剤であってもよい。なかでも、光照射により螺旋誘起力が減少するキラル剤であることが好ましい。
なお、本明細書において「螺旋誘起力の増加及び減少」とは、キラル剤Aの初期(光照射前)の螺旋方向を「正」としたときの増減を表す。したがって、光照射により螺旋誘起力が減少し続け、0を超えて螺旋方向が「負」となった場合(つまり、初期(光照射前)の螺旋方向とは逆の螺旋方向の螺旋を誘起する場合)にも、「螺旋誘起力が減少するキラル剤」に該当する。
キラル剤Aとしては、いわゆる光反応型キラル剤が挙げられる。光反応型キラル剤とは、キラル部位と光照射によって構造変化する光反応部位を有し、例えば、照射量に応じて液晶化合物の捩れ力を大きく変化させる化合物である。
光照射によって構造変化する光反応部位の例としては、フォトクロミック化合物(内田欣吾、入江正浩、化学工業、vol.64、640p,1999、内田欣吾、入江正浩、ファインケミカル、vol.28(9)、15p,1999)等が挙げられる。また、上記構造変化とは、光反応部位への光照射により生ずる、分解、付加反応、異性化、ラセミ化、[2+2]光環化及び2量化反応等を意味し、上記構造変化は不可逆的であってもよい。また、キラル部位としては、例えば、野平博之、化学総説、No.22液晶の化学、73p:1994に記載の不斉炭素等が相当する。
キラル剤Aとしては、例えば、特開2001-159709号公報の段落0044~0047に記載の光反応型キラル剤、特開2002-179669号公報の段落0019~0043に記載の光学活性化合物、特開2002-179633号公報の段落0020~0044に記載の光学活性化合物、特開2002-179670号公報の段落0016~0040に記載の光学活性化合物、特開2002-179668号公報の段落0017~0050に記載の光学活性化合物、特開2002-180051号公報の段落0018~0044に記載の光学活性化合物、特開2002-338575号公報の段落0016~0055に記載の光学活性イソソルビド誘導体、特開2002-080478号公報の段落0023~0032に記載の光反応型光学活性化合物、特開2002-080851号公報の段落0019~0029に記載の光反応型カイラル剤、特開2002-179681号公報の段落0022~0049に記載の光学活性化合物、特開2002-302487号公報の段落0015~0044に記載の光学活性化合物、特開2002-338668号公報の段落0015~0050に記載の光学活性ポリエステル、特開2003-055315号公報の段落0019~0041に記載のビナフトール誘導体、特開2003-073381号公報の段落0008~0043に記載の光学活性フルギド化合物、特開2003-306490号公報の段落0015~0057に記載の光学活性イソソルビド誘導体、特開2003-306491号公報の段落0015~0041に記載の光学活性イソソルビド誘導体、特開2003-313187号公報の段落0015~0049に記載の光学活性イソソルビド誘導体、特開2003-313188号公報の段落0015~0057に記載の光学活性イソマンニド誘導体、特開2003-313189号公報の段落0015~0049に記載の光学活性イソソルビド誘導体、特開2003-313292号公報の段落0015~0052に記載の光学活性ポリエステル/アミド、WO2018/194157号公報の段落0012~0053に記載の光学活性化合物、及び、特開2002-179682号公報の段落0020~0049に記載の光学活性化合物等が挙げられる。
キラル剤Aとしては、なかでも、光異性化部位を少なくとも有する化合物が好ましい。
光異性化部位としては、光異性化可能な二重結合を有する部位であるのが好ましく、光異性化が起こりやすく、且つ、光照射前後の螺旋誘起力差が大きいという点で、シンナモイル部位、カルコン部位、アゾベンゼン部位、又はスチルベン部位が好ましく、さらに可視光の吸収が小さいという点で、シンナモイル部位、カルコン部位、又はスチルベン部位がより好ましい。これらの中でも、シンナモイル部位がさらに好ましく、シアノシンナモイル部位であるのが特に好ましい。なお、光異性化部位は、上述した光照射によって構造変化する光反応部位に該当する。
また、キラル剤Aは、初期(光照射前)の螺旋誘起力が高く、且つ、光照射による螺旋誘起力の減少量がより優れる点で、トランス型の光異性化可能な二重結合を有していることがより好ましい。
また、キラル剤Aは、初期(光照射前)の螺旋誘起力が低く、且つ、光照射による螺旋誘起力の増加量がより優れる点で、シス型の光異性化可能な二重結合を有していることが好ましい。
キラル剤Aは、ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造(イソソルビドに由来する部分構造)、及びイソマンニド部分構造(イソマンニドに由来する部分構造)から選ばれるいずれかの部分構造を有していることが好ましい。なお、ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造とは、各々以下の構造を意図する。
ビナフチル部分構造中の実線と破線が平行している部分は、一重結合又は二重結合を表す。なお、以下に示す構造において、*は、結合位置を表す。
キラル剤Aは、重合性基を有していてもよい。重合性基の種類は特に制限されず、付加重合反応が可能な官能基が好ましく、重合性エチレン性不飽和基又は環重合性基がより好ましく、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、又はアリル基がさらに好ましい。
キラル剤Aとしては、上述した光異性化部位を含む基を有する化合物であるのが好ましく、上述したビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造から選ばれるいずれかの部分構造と上述した光異性化部位を含む基とを有する化合物であるのがより好ましく、上述したビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造から選ばれるいずれかの部分構造と上述した光異性化可能な二重結合を含む基とを有する化合物であるのが更に好ましく、上述したビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造から選ばれるいずれかの部分構造とシンナモイル基とを有する化合物であるのが特に好ましく、上述したビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造から選ばれるいずれかの部分構造とシアノシンナモイル基とを有する化合物であるのが最も好ましい。
キラル剤Aとしては、なかでも、下記式(C1)で表される化合物であるのが好ましい。
式(C1):X-Y-X
式中、Yは、上述したビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造から選ばれるいずれかの部分構造を表す。Yとしては、イソソルビド部分構造であるのが好ましい。
及びXは、光異性化部位を含む基を表す。X及びXとしては、下記式(C1-A)で表される基であるのが好ましい。なお、下記式(C1-A)中に明示される二重結合により区別され得る幾何異性体(シス体及びトランス体)としては特に制限されないが、初期(光照射前)の螺旋誘起力が高く、且つ、光照射による螺旋誘起力の減少量がより優れる点では、トランス型であるのが好ましい。一方で、初期(光照射前)の螺旋誘起力が低く、且つ、光照射による螺旋誘起力の増加量がより優れる点では、シス型であるのが好ましい。
式(C1-A)
式中、*は、結合位置を表す。なお、式(C1)中のYがビナフチル構造部位を表す場合、上記式(C1-A)で表される基は、ビナフチル構造部位を構成する環構成炭素原子(式中に明示される環を構成する炭素原子)に置換する。
式中、R及びRは、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。
及びRで表される置換基としては特に制限されないが、例えば、シアノ基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子等)、炭素数1~3のアルキル基、及び炭素数1~3のアルコキシ基等が挙げられ、シアノ基が好ましい。なお、式(C1-A)中のR及びRのうち少なくとも1つがシアノ基を表す場合、式(C1-A)で表される基は、シアノシンナモイル基に該当する。
式中、Rc1~Rc5は、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。
なお、Rc1~Rc5は、互いに結合して環を形成していてもよい。上記結合により形成される環としては、芳香環及び脂肪族環のいずれであってもよい。
上記芳香環としては、なかでもベンゼン環であるのが好ましい。
上記脂肪族環は、脂肪族炭化水素環であっても、脂肪族複素環(ヘテロ原子としては特に制限されず、酸素原子、窒素原子、及び硫黄原子等が挙げられる)であってもよい。
また、上記結合により形成される環は、更に置換基を有していてもよい。置換基としては特に制限されないが、後述するRc1~Rc5で表される置換基と同様のものが挙げられる。
c1~Rc5で表される置換基としては特に制限されないが、例えば、アルキルカルボニル基、アラルキルカルボニル基、アルキルアルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルアルコキシカルボニル基、又は、下記式(C1-2)で表される基であるのが好ましい。なお、アルキルカルボニル基、アラルキルカルボニル基、アルキルアルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルアルコキシカルボニル基は、更に置換基(例えば、ハロゲン原子等)を有していてもよい。なお、アルキルアルコキシとは、RO-(Rは、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のアルキル基を表す)で表される基を意図する。
アルキルカルボニル基、アルキルアルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、及びアルキルアルコキシカルボニル基におけるアルキル部分としては、鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよい。また、上記アルキル部分の炭素数としては特に制限されないが、1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
アラルキルカルボニル基は、アルキルカルボニル基のアルキル部分における水素原子をアリール基(例えばフェニル基)に置換した基であり、炭素数としては、8~15が好ましく、8~10がより好ましい。
式(C1-2):*-L-(L-Ar
式中、L及びLは、各々独立に、単結合又は2価の連結基を表す。なお、mが2以上である場合、複数のL及び複数のArは、各々同一であっても異なっていてもよい。
及びLで表される2価の連結基としては特に制限されないが、例えば、2価の脂肪族炭化水素基(直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよく、炭素数としては、1~20であるのが好ましい。例えば、アルキレン基、アルケニレン基、及びアルキニレン基が挙げられる。)、-O-、-S-、-SO-、-NR-、-CO-、-N=N-、-CH=N-、及びこれらを2種以上組み合わせた基(2種以上組み合わせた基としては、例えば、-NH-CO-及び-CO-O-等が挙げられる)が挙げられる。ここで、Rは、水素原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1~10)を表す。
mは、1以上の整数を表す。mは、なかでも、2以上が好ましい。また、その上限は特に制限されないが、6以下が好ましく、4以下がより好ましい。
Arは、芳香族炭化水素環基又は脂肪族炭化水素環基を表す。
芳香族炭化水素環基を構成する芳香族炭化水素環及び脂肪族炭化水素環基を構成する脂肪族炭化水素環としては、単環及び多環のいずれであってもよいが、単環であるのが好ましい。
上記芳香族炭化水素環は、炭素数6~15であるのが好ましく、ベンゼン環がより好ましい。
上記脂肪族炭化水素環は、炭素数6~15であるのが好ましく、シクロヘキサン環がより好ましい。
上記芳香族炭化水素環及び上記脂肪族炭化水素環は、更に置換基を有していてもよい。置換基としては特に制限されないが、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルカルボニル基、アラルキルカルボニル基、アルキルアルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、及びアルキルアルコキシカルボニル基等が挙げられる。
アルキルカルボニル基、アラルキルカルボニル基、アルキルアルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、及びアルキルアルコキシカルボニル基の好適態様としては、Rc1~Rc5で表される置換基として説明したアルキルカルボニル基、アラルキルカルボニル基、アルキルアルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、及びアルキルアルコキシカルボニル基と同じである。
アルキル基としては、鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよい。また、炭素数としては特に制限されないが、1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
キラル剤Aの波長365nmの光におけるモル吸光係数は、5000M-1・cm-1(言い換えると、5000L/(mol・cm))以上であり、本発明の効果がより優れる点で、15000M-1・cm-1以上であるのがより好ましく、30000M-1・cm-1以上であるのがさらに好ましい。なお、上限値としては特に制限されないが、100000M-1・cm-1以下であるのが好ましい。
波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときのキラル剤Aの螺旋誘起力の変化量は、20μm-1以上であるのが好ましく、30μm-1以上であるのがより好ましい。換言すると、キラル剤Aとしては、波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときに、螺旋誘起力を20μm-1以上(好ましくは30μm-1以上)変化するキラル剤であるのが好ましい。
組成物層中、液晶化合物に対するキラル剤Aの質量含有量比(=キラル剤Aの含有量(wt)/液晶化合物の含有量(wt))は、0.01未満であり、0.006以下であるのが好ましく、0.005以下であるのがより好ましい。下限値は特に制限されないが、0.0001以上が好ましく、0.0002以上がより好ましく、0.0005以上がさらに好ましい。
なお、上記キラル剤Aは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の上記キラル剤Aを併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
以下において、キラル剤Aの具体例を示すが、本発明はこれに制限されない。なお、下記具体例中において「Me」は、メチル基を表す。




















光学活性化合物B(キラル剤B)は、波長365nmの光におけるモル吸光係数がキラル剤Aの波長365nmの光におけるモル吸光係数よりも小さいものであれば、その種類は特に制限されない。
キラル剤Bは、光照射により螺旋誘起力が変化するキラル剤(感光性キラル剤)であってもよいし、光照射により螺旋誘起力が変化しないキラル剤(非感光性キラル剤)であってもよいが、非感光性キラル剤であるのが好ましい。
光学活性化合物B(キラル剤B)の波長365nmの光におけるモル吸光係数としては、1000M-1・cm-1未満であるのが好ましく、500M-1・cm-1以下であるのがより好ましく、100M-1・cm-1以下であるのがさらに好ましい。なお、下限値としては、0M-1・cm-1以上であるのが好ましい。なお、キラル剤Bの波長365nmの光におけるモル吸光係数が0M-1・cm-1である場合、波長365nmの光を照射しても螺旋誘起力は変化しない。
波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときの照射によるキラル剤Bの螺旋誘起力の変化量は、5μm-1以下であるのが好ましい。換言すると、キラル剤Bとしては、波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときに、螺旋誘起力が5μm-1以上変化しないキラル剤であるのが好ましい。
キラル剤Bは、液晶性であっても、非液晶性であってもよい。キラル剤Bは、一般に不斉炭素原子を含む場合が多い。なお、キラル剤Bは、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物又は面性不斉化合物であってもよい。
キラル剤Bとしては、ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造のいずれかの部分構造を有するキラル剤であるのが好ましい。ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造については、既述のとおりである。
キラル剤Bは重合性基を有していてもよい。重合性基の種類としては、キラル剤Aが有していてもよい重合性基が挙げられる。
キラル剤Bとしては、公知のキラル剤を使用できる。
キラル剤Bは、キラル剤Aと逆方向の螺旋を誘起するキラル剤であることが好ましい。つまり、例えば、キラル剤Aにより誘起する螺旋の螺旋方向が右方向の場合には、キラル剤Bにより誘起する螺旋の螺旋方向は左方向となる。
組成物層中における上記キラル剤Bの含有量は特に制限されないが、液晶化合物が均一に配向しやすい点で、液晶化合物の全質量に対して、1.5質量%以下が好ましく、1.0質量%未満がより好ましい。下限は特に制限されないが、0.01質量%以上が好ましく、0.02質量%以上がより好ましく、0.05質量%がさらに好ましい。
なお、上記キラル剤Bは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の上記キラル剤Bを併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
以下において、キラル剤Bの具体例を示すが、本発明はこれに制限されない。



組成物層中におけるキラル剤の合計含有量(全てのキラル剤の総含有量)は、液晶化合物の全質量に対して、3.0質量%以下が好ましく、2.0質量%以下がより好ましく、1.0質量%以下がさらに好ましい。下限は特に制限されないが、0.01質量%以上が好ましく、0.02質量%以上がより好ましく、0.05質量%以上がさらに好ましい。
なお、組成物層中のキラル剤A及びキラル剤Bの含有量は、形成しようとする光学異方性層の特性(例えば、レタデーションや波長分散)に応じて適宜設定され得る。なお、光学異方性層中の液晶化合物の捩れ角はキラル剤A及びキラル剤Bの種類並びにその添加濃度に大きく依存するため、これらを調節することによって所望の捩れ角を得ることができる。
液晶組成物に含まれるキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値としては、0.0~1.9μm-1であるのが好ましく、0.0~1.5μm-1であるのがより好ましく、0.0~1.0μm-1であるのがさらに好ましく、0.0μm-1以上0.5μm-1未満であるのが特に好ましく、ゼロが最も好ましい。
なお、キラル剤の加重平均螺旋誘起力とは、液晶組成物中に2種以上のキラル剤が含まれる場合に、液晶組成物中に含まれる各キラル剤の螺旋誘起力と、液晶組成物中における固形分全量に対する各キラル剤の濃度(質量%)との積を液晶組成物中に含まれるキラル剤の合計濃度(質量%)で除した値の合計値を表す。例えば、2種類のキラル剤(キラル剤X及びキラル剤Y)を併用した場合、下記式(Y)により表される。
式(Y) 加重平均螺旋誘起力(μm-1)=(キラル剤Xの螺旋誘起力(μm-1)×液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤Xの濃度(質量%)+キラル剤Yの螺旋誘起力(μm-1)×液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤Yの濃度(質量%))/(液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤Xの濃度(質量%)+液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤Yの濃度(質量%))
ただし、上記式(Y)において、キラル剤の螺旋方向が右巻きの場合、その螺旋誘起力は正の値とする。また、キラル剤の螺旋方向が左巻きの場合、その螺旋誘起力は負の値とする。つまり、例えば、螺旋誘起力が10μm-1のキラル剤の場合、上記キラル剤により誘起される螺旋の螺旋方向が右巻きであるときは、螺旋誘起力を10μm-1として表す。一方、上記キラル剤により誘起される螺旋の螺旋方向が左巻きであるときは、螺旋誘起力を-10μm-1として表す。
また、キラル剤の加重平均螺旋誘起力は、下記式(Z)からも求めることができる。
式(Z):加重平均螺旋誘起力(μm-1)=1/{(360/捩れ角[°])×膜厚[μm]×液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤の総添加濃度(質量%)}
〔その他の成分〕
本発明の液晶組成物は、液晶化合物、キラル剤A、及びキラル剤B以外の他の成分を含んでいてもよい。
<重合開始剤>
本発明の液晶組成物は、重合開始剤を含んでいてもよい。本発明の液晶組成物が重合開始剤を含む場合、重合性液晶化合物の重合がより効率的に進行する。
重合開始剤としては、紫外線照射(好ましくは波長365nmの光)によって重合反応を開始可能な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、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、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号明細書記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、並びにオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
本発明の液晶組成物中での重合開始剤の含有量(重合開始剤が複数種含まれる場合にはその合計量)は特に制限されないが、液晶化合物の全質量に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましい。
<界面活性剤>
本発明の液晶組成物は、界面活性剤を含むのも好ましい。
界面活性剤としては特に制限されないが、例えば、フッ素系界面活性剤、ボロン酸化合物、及びイオン系界面活性剤等が挙げられる。なかでも、フッ素系界面活性剤を含むことが好ましい。
界面活性剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の液晶組成物中での界面活性剤の含有量(界面活性剤が複数種含まれる場合にはその合計量)は特に制限されないが、液晶化合物の全質量に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.01~5.0質量%がより好ましく、0.01~2.0質量%がさらに好ましい。
<溶媒>
本発明の液晶組成物は、溶媒を含んでいてもよい。
溶媒としては、水又は有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;ピリジン等のヘテロ環化合物;ベンゼン、及びヘキサン等の炭化水素;クロロホルム、及びジクロロメタン等のアルキルハライド類;酢酸メチル、酢酸ブチル、及びプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、及びシクロペンタノン等のケトン類;テトラヒドロフラン、及び1,2-ジメトキシエタン等のエーテル類;1,4-ブタンジオールジアセテート;等が挙げられる。
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。
液晶組成物が溶媒を含む場合、固形分濃度が20~50質量%となるように溶媒の含有量を調整するのが好ましい。
<重合性モノマー>
本発明の液晶組成物は、重合性液晶化合物とは異なる重合性モノマーを含んでいてもよい。
重合性モノマーとしては、ラジカル重合性化合物、及びカチオン重合性化合物が挙げられ、多官能性ラジカル重合性モノマーが好ましい。重合性モノマーとしては、例えば、特開2002-296423号公報中の段落0018~0020に記載の重合性モノマーが挙げられる。
本発明の液晶組成物中の重合性モノマーの含有量は特に制限されないが、液晶化合物の全質量に対して、1~50質量%が好ましく、5~30質量%がより好ましい。
<ポリマー>
本発明の液晶組成物は、ポリマーを含んでいてもよい。
ポリマーとしては、セルロースエステルが挙げられる。セルロースエステルとしては、特開2000-155216号公報中の段落0178に記載のものが挙げられる。
本発明の液晶組成物中のポリマーの含有量は特に制限されないが、液晶化合物の全質量に対して、0.1~10質量%が好ましく、0.1~8質量%がより好ましい。
<重合禁止剤>
本発明の液晶組成物は、重合禁止剤を含んでいてもよい。
重合禁止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が挙げられる。
本発明の液晶組成物中のポリマーの含有量は特に制限されないが、液晶化合物の全質量に対して、0.1~8質量%が好ましく、0.1~5質量%がより好ましい。
<その他の添加剤>
本発明の液晶組成物は、上記成分以外の他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、増感剤、安定剤、可塑剤、連鎖移動剤、消泡剤、レべリング剤、増粘剤、難燃剤、分散剤、並びに、染料及び顔料等の色材等の他の添加剤が挙げられる。
また、本発明の液晶組成物は、液晶化合物を水平配向状態又は垂直配向状態とするために、水平配向又は垂直配向を促進する添加剤(配向制御剤)を含んでいてもよい。
〔液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法〕
以下において、本発明の液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法の一例について述べる。
本発明の液晶組成物は、上述のとおり、キラル剤A及びキラル剤Bを少なくとも含むキラル剤を含む。本発明の液晶組成物は、液晶組成物中に導入するキラル剤A及びキラル剤Bの種類並びにその添加濃度を適宜設定することによって、各種の特性を有する光学異方性層を形成できる。
以下において、本発明の液晶組成物の具体的な実施形態、及び、上記実施形態に係る液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法について述べる。
<第1実施形態の液晶組成物及びそれを使用した光学異方性層の製造方法>
(第1実施形態の液晶組成物)
第1実施形態の液晶組成物は、キラル剤A及びキラル剤Bを少なくとも含むキラル剤を含む。第1実施形態の液晶組成物において、キラル剤Bは、キラル剤Aが誘起する螺旋の螺旋方向と逆方向の螺旋を誘起し、且つ、波長365nmの光の照射によっても螺旋誘起力が変化しないキラル剤(非感光性キラル剤)である。
第1実施形態の液晶組成物において、キラル剤Bの上記特性以外の態様については、既述のとおりである。
以下において、第1実施形態の液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法の具体的な一例を以下に示す。なお、光学異方性層の製造方法の第1及び第2実施形態においては、液晶化合物が重合性液晶化合物であるのが好ましい。
(光学異方性層の製造方法の第1実施形態)
光学異方性層の製造方法の第1実施形態は、以下の工程1~5を有する。
工程1:基板上に、第1実施形態の液晶組成物を用いて組成物層を形成する工程
工程2:組成物層に加熱処理を施して、組成物層中の液晶化合物を配向させる工程
工程3:工程2の後、酸素濃度1体積%以上の条件下にて、組成物層に対して光照射する工程
工程5:工程3と後述する工程4との間に、組成物層に加熱処理を施す工程
工程4:光照射が施された組成物層に対して硬化処理を施して、液晶化合物の配向状態を固定し、光学異方性層を形成する工程
以下、上記各工程の手順について、図面を参照して詳述する。
なお、上記第1実施態様は工程5を有するが、後述するように、工程5を実施せずに、工程3を加熱条件下にて実施する態様であってもよい。
また、以下においては、主に、液晶化合物の配向状態が異なる領域を厚み方向に沿って複数有する光学異方性層を工程1~5により形成する態様を説明するが、後述するように、例えば、液晶組成物(組成物層)に重合禁止剤を配合する等の諸条件によっては、組成物層の厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って液晶化合物が捩れ配向した配向状態が厚み方向の全領域において連続する組成物層も形成可能である。
なお、以下においては、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って液晶化合物が捩れ配向した状態を「ツイスト配向」と称する場合もある。
≪工程1≫
工程1は、第1実施形態の液晶組成物を用いて組成物層を基板上に形成する工程である。本工程を実施することにより、後述する光照射処理が施される組成物層が形成される。なお、第1実施形態の液晶組成物については、既述のとおりである。
・基板
基板は、組成物層を支持する板である。
基板としては、透明基板が好ましい。なお、透明基板とは、可視光の透過率が60%以上である基板を意図し、その透過率は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。
基板の波長550nmにおける厚み方向のレタデーション値(Rth(550))は特に制限されないが、-110~110nmが好ましく、-80~80nmがより好ましい。
基板の波長550nmにおける面内のレタデーション値(Re(550))は特に制限されないが、0~50nmが好ましく、0~30nmがより好ましく、0~10nmがさらに好ましい。
基板を形成する材料としては、光学性能透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性、及び等方性等に優れるポリマーが好ましい。
基板として用いることのできるポリマーフィルムとしては、例えば、セルロースアシレートフィルム(例えば、セルローストリアセテートフィルム(屈折率1.48)、セルロースジアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム)、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィンフィルム、ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリルフィルム、ポリウレタンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、(メタ)アクリルニトリルフィルム、並びに、脂環式構造を有するポリマーのフィルム(ノルボルネン系樹脂(アートン:商品名、JSR社製、非晶質ポリオレフィン(ゼオネックス:商品名、日本ゼオン社製)))が挙げられる。
なかでも、ポリマーフィルムの材料としては、トリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、又は脂環式構造を有するポリマーが好ましく、トリアセチルセルロースがより好ましい。
基板には、種々の添加剤(例えば、光学的異方性調整剤、波長分散調整剤、微粒子、可塑剤、紫外線防止剤、劣化防止剤、剥離剤等)が含まれていてもよい。
基板の厚みは特に制限されないが、10~200μmが好ましく、10~100μmがより好ましく、20~90μmがさらに好ましい。また、基板は複数枚の積層からなっていてもよい。基板はその上に設けられる層との接着を改善するため、基板の表面に表面処理(例えば、グロー放電処理、コロナ放電処理、紫外線(UV)処理、火炎処理)を実施してもよい。
また、基板の上に、接着層(下塗り層)を設けてもよい。
また、基板には、搬送工程でのすべり性を付与したり、巻き取った後の裏面と表面の貼り付きを防止したりするために、平均粒径が10~100nm程度の無機粒子を固形分質量比で5~40質量%混合したポリマー層を基板の片側に配置してもよい。
基板は、いわゆる仮支持体であってもよい。つまり、本態様の光学異方性層の製造方法を実施した後、基板を光学異方性層から剥離してもよい。
また、基板の表面に直接ラビング処理を施してもよい。つまり、ラビング処理が施された基板を用いてもよい。ラビング処理の方向は特に制限されず、液晶化合物を配向させたい方向に応じて、適宜、最適な方向が選択される。
ラビング処理は、LCD(liquid crystal display)の液晶配向処理工程として広く採用されている処理方法を適用できる。即ち、基板の表面を、紙、ガーゼ、フェルト、ゴム、ナイロン繊維、又はポリエステル繊維等を用いて一定方向に擦ることにより、配向を得る方法を用いることができる。
基板上には、配向膜が配置されていてもよい。
配向膜は、有機化合物(好ましくはポリマー)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、又はラングミュア・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形成できる。
さらに、電場の付与、磁場の付与、又は光照射(好ましくは偏光)により、配向機能が生じる配向膜も知られている。
配向膜は、ポリマーのラビング処理により形成することが好ましい。
配向膜に含まれるポリマーとしては、例えば、特開平8-338913号公報中の段落0022に記載のメタクリレート系共重合体、スチレン系共重合体、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコール、ポリ(N-メチロールアクリルアミド)、ポリエステル、ポリイミド、酢酸ビニル共重合体、カルボキシメチルセルロース、並びに、ポリカーボネートが挙げられる。また、シランカップリング剤をポリマーとして用いることもできる。
なかでも、水溶性ポリマー(例、ポリ(N-メチロールアクリルアミド)、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール)が好ましく、ゼラチン、ポリビニルアルコール又は変性ポリビニルアルコールがより好ましく、ポリビニルアルコール又は変性ポリビニルアルコールがさらに好ましい。
上述したように、配向膜は、配向膜形成材料である上記ポリマー及び任意の添加剤(例えば、架橋剤)を含む溶液を基板上に塗布した後、加熱乾燥(架橋させ)し、ラビング処理することにより形成できる。
・工程1の手順
工程1では、第1実施形態の液晶組成物を用いて基板上に組成物層を形成するが、その手順は特に制限されない。例えば、第1実施形態の液晶組成物を基板上に塗布して、必要に応じて乾燥処理を施す方法(以下、単に「塗布方法」ともいう。)、及び、別途組成物層を形成して基板上に転写する方法が挙げられる。なかでも、生産性の点からは、塗布方法が好ましい。
塗布方法は特に制限されず、例えば、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、及びダイコーティング法が挙げられる。
なお、必要に応じて、組成物の塗布後に、基板上に塗布された塗膜を乾燥する処理を実施してもよい。乾燥処理を実施することにより、塗膜から溶媒を除去できる。
塗膜の膜厚は特に制限されないが、0.1~20μmが好ましく、0.2~15μmがより好ましく、0.5~10μmがさらに好ましい。
≪工程2≫
工程2は、組成物層に加熱処理を施して、組成物層中の液晶化合物を配向させる工程である。本工程を実施することにより、組成物層中の液晶化合物が所定の配向状態となる。
加熱処理の条件としては、使用される液晶化合物に応じて最適な条件が選択される。
なかでも、加熱温度としては、10~250℃の場合が多く、40~150℃の場合がより多く、50~130℃の場合がさらに多い。
加熱時間としては、0.1~60分間の場合が多く、0.2~5分間の場合がより多い。
工程2によって得られる液晶化合物の配向状態は、上述したキラル剤の螺旋誘起力に応じて変わる。例えば、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる光学異方性層を形成するためには、工程1により形成される組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値は、0.0~1.9μm-1であることが好ましく、0.0~1.5μm-1であることがより好ましく、0.0~1.0μm-1であることがさらに好ましく、0.0μm-1以上0.5μm-1未満であることが特に好ましく、ゼロが最も好ましい。
工程1により形成される組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値が0.5μm-1未満である場合、図1に示すように、基板10上に、液晶化合物LCがホモジニアス配向した組成物層12が形成され得る。なお、図1は、基板10と組成物層12との断面の概略図である。なお、図1に示す組成物層12にはキラル剤Aとキラル剤Bとが同濃度で存在しており、キラル剤Aにより誘起される螺旋方向が左巻きであり、キラル剤Bにより誘起される螺旋方向が右巻きであり、光照射を行う前の組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値が0.5μm-1未満であるとする。
本明細書において、ホモジニアス配向とは、液晶化合物の分子軸(例えば、棒状液晶化合物の場合には長軸が該当)が組成物層表面に対して水平に、且つ、同一方位に配列している状態(光学的一軸性)をいう。
ここで、水平とは、厳密に水平であることを要求するものでなく、組成物層内の液晶化合物の平均分子軸が組成物層の表面とのなす傾斜角が20度未満の配向を意味するものとする。
また、同一方位とは、厳密に同一方位であることを要求するものでなく、面内の任意の20か所の位置で遅相軸の方位を測定したとき、20か所での遅相軸の方位のうちの遅相軸方位の最大差(20個の遅相軸方位のうち、差が最大となる2つの遅相軸方位の差)が10°未満であることを意味するものとする。
一方、図1においては液晶化合物LCがホモジニアス配向した態様について述べたが、液晶化合物が所定の配向状態となっていればこの態様には制限されない。例えば、工程1により形成される組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値が0.5μm-1以上である場合、工程2を経ると、後段で詳述するように、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って液晶化合物が捩れ配向した配向状態の組成物層が形成され得る。工程2において形成される組成物層中の液晶化合物の配向状態としては、上記のような態様であってもよい。
≪工程3≫
工程3は、工程2の後、酸素濃度1体積%以上の条件下にて、組成物層に対して光照射を行う工程である。組成物層に対して光照射がなされると、光照射領域におけるキラル剤Aが感光してその螺旋誘起力が変化する。以下では、図面を用いて本工程の機構を説明する。なお、以下では図1に示した組成物層12に対して工程3を実施した例を代表例として説明する。
図2に示すように、工程3では酸素濃度1体積%以上の条件下にて、基板10の組成物層12側とは反対側の方向(図2中の白抜き矢印の方向)から光照射を行う。なお、図2では光照射は基板10側から実施されているが、組成物層12側から実施されてもよい。
その際、組成物層12の基板10側の下側領域12Aと、基板10側とは反対側の上側領域12Bとを比較すると、上側領域12Bの表面のほうが空気側にあるため、上側領域12B中の酸素濃度が高く、下側領域12A中の酸素濃度は低い。そのため、組成物層12に対して光照射がなされると、下側領域12Aにおいては液晶化合物の重合が進行しやすく、液晶化合物の配向状態が固定される。なお、下側領域12Aにおいてもキラル剤Aが存在しており、キラル剤Aも感光し、螺旋誘起力が変化する。しかしながら、下側領域12Aでは液晶化合物の配向状態が固定されているため、後述する、光照射された組成物層に対して加熱処理を施す工程4を実施しても、液晶化合物の配向状態の変化は生じない。
また、上側領域12Bにおいては酸素濃度が高いため、光照射がなされても、液晶化合物の重合が酸素により阻害され、重合が進行しにくい。そして、上側領域12Bにおいてもキラル剤Aが存在しているため、キラル剤Aが感光し、螺旋誘起力が変化する。そのため、後述する工程4(加熱処理)を実施すると、変化した螺旋誘起力に沿って液晶化合物の配向状態が変化する。
つまり、工程3を実施することにより、組成物層の基板側の領域(下側領域)においては液晶化合物の配向状態の固定化が進行しやすい。また、組成物層の基板側と反対側の領域(上側領域)においては、液晶化合物の配向状態の固形化は進行しづらく、感光したキラル剤Aに応じて螺旋誘起力が変化する状態となる。
工程3は、酸素濃度1体積%以上の条件下にて実施される。なかでも、光学異方性層中において液晶化合物の配向状態が異なる領域が形成しやすい点で、酸素濃度は2体積%以上が好ましく、5体積%以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、100体積%が挙げられる。なお、工程3は、大気下で実施されるのも好ましい。
工程3における光照射の照射強度は特に制限されず、キラル剤Aの螺旋誘起力に基づいて適宜決定できる。工程3における光照射の照射量は特に制限されないが、所定の光学異方性層が形成されやすい点で、300mJ/cm2以下が好ましく、200mJ/cm2以下がより好ましい。下限としては、所定の光学異方性層が形成されやすい点で、10mJ/cm2以上が好ましく、30mJ/cm2以上がより好ましい。
なお、第1実施態様における工程3での光照射は、15~70℃(好ましくは、15~50℃)にて実施されることが好ましい。
光照射に使用される光は、キラル剤Aが感光する光であり、紫外線(好ましくは波長365nm光)が好ましい。
一方、図2においては、組成物層の基板側の領域(下側領域)と、組成物層の基板側と反対側の領域(上側領域)とで、液晶化合物の配向状態が異なっている態様について述べたが、工程3を経た組成物層において液晶化合物が捩れ配向した配向状態となっていればこの態様には制限されない。例えば、組成物層に重合禁止剤を配合する等の諸条件によっては、工程3において組成物層の基板側の領域(下側領域)において重合が進行することを抑制でき、結果として、組成物層の基板側の領域(下側領域)と、組成物層の基板側と反対側の領域(上側領域)とで液晶化合物の配向状態が均一となる態様の組成物層も形成可能である。換言すると、組成物層の厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って液晶化合物が捩れ配向した配向状態が厚み方向の全領域において連続する組成物層も形成可能であり、工程3を経た組成物層はこのような態様であってもよい。
≪工程5≫
工程5は、工程3と後述する工程4との間に、組成物層に加熱処理を施す工程である。本工程を実施することにより、光照射が施された組成物層中のキラル剤Aの螺旋誘起力が変化した領域において、液晶化合物の配向状態が変化する。
以下では、図面を用いて本工程の機構を説明する。なお、以下では図1に示した組成物層12に対して工程3を実施した後に、工程5を実施した場合を代表例として説明する。
上述したように、図1に示した組成物層12に対して工程3を実施すると、下側領域12Aにおいては液晶化合物の配向状態が固定されるのに対して、上側領域12Bでは液晶化合物の重合は進行しづらく、液晶化合物の配向状態が固定されていない。また、上側領域12Bにおいてはキラル剤Aの螺旋誘起力が変化している。このようなキラル剤Aの螺旋誘起力の変化が生じると、光照射前の状態と比較すると、上側領域12Bにおいて液晶化合物を捩じる力が変化している。この点をより詳細に説明する。
上述したように、図1に示す組成物層12にはキラル剤Aとキラル剤Bとが同濃度で存在しており、キラル剤Aにより誘起される螺旋方向が左巻きであり、キラル剤Bにより誘起される螺旋方向が右巻きであり、光照射を行う前の組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値が0.5μm-1未満である。
上記の態様を図4に示す。図4においては、縦軸が「キラル剤の螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤の濃度(質量%)」を表し、その値がゼロから離れるほど、螺旋誘起力が大きくなる。まず、光照射を行う前の組成物層中のキラル剤Aとキラル剤Bとの関係は、光照射量が0の時点に該当し、「キラル剤Aの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Aの濃度(質量%)」の絶対値と、「キラル剤Bの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Bの濃度(質量%)」の絶対値とが等しい状態に該当する。つまり、左巻きを誘起するキラル剤Aと右巻きを誘起するキラル剤Bとの両者の螺旋誘起力は相殺されている。
このような状態の上側領域12Bにおいて光照射が行われ、図4に示すように、光照射量によってキラル剤Aの螺旋誘起力が減少する場合、図5に示すように、上側領域12Bにおけるキラル剤の加重平均螺旋誘起力は大きくなり、右巻きの螺旋誘起力が強くなる。つまり、液晶化合物の螺旋を誘起する螺旋誘起力は、照射量が大きいほど、キラル剤Bが誘起する螺旋の方向(+)に螺旋誘起力が大きくなる。
そのため、このような加重平均螺旋誘起力の変化が生じている工程3後の組成物層12に対して、加熱処理を施して液晶化合物の再配向を促すと、図3に示すように、上側領域12Bにおいては、組成物層12の厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って液晶化合物LCが捩れ配向する。
一方で、上述したように、組成物層12の下側領域12Aにおいては工程3の際に液晶化合物の重合が進行して液晶化合物の配向状態が固定されているため、液晶化合物の再配向は進行しない。
上記のように、工程5を実施することにより、組成物層の厚み方向に沿って、液晶化合物の配向状態が異なる領域が複数形成される。
なお、上記図4及び5においては、キラル剤Aとして光照射により螺旋誘起力が減少するキラル剤を用いた態様について説明したが、この態様には限定されない。例えば、キラル剤Aとして光照射により螺旋誘起力が増加するキラル剤を用いてもよい。その場合、光照射によりキラル剤Aの誘起する螺旋誘起力が大きくなり、キラル剤Aの誘起する旋回方向に液晶化合物が捩れ配向することになる。
加熱処理の条件としては、使用される液晶化合物に応じて最適な条件が選択される。
なかでも、加熱温度としては、工程3の状態から加熱する温度であることが好ましく、35~250℃の場合が多く、50~150℃の場合がより多く、50℃超150℃以下の場合がさらに多く、60~130℃の場合が特に多い。
加熱時間としては、0.01~60分間の場合が多く、0.03~5分間の場合がより多い。
また、光照射後の組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値は特に制限されないが、光照射後の組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力と光照射前の加重平均螺旋誘起力との差の絶対値は、10μm-1以上が好ましく、15μm-1がより好ましい。なお、上限値としては、特に制限されないが、50μm-1以下の場合が多い。
≪工程4≫
工程4は、工程5の後、光照射が施された組成物層に対して硬化処理を施して、液晶化合物の配向状態を固定し、液晶化合物の配向状態が異なる領域を厚み方向に沿って複数有する光学異方性層を形成する工程である。本工程を実施することにより、組成物層中の液晶化合物の配向状態が固定され、結果として所定の光学異方性層が形成される。なお、例えば、上述した図3に示す組成物層12に対して硬化処理が施された場合には、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する光学異方性層が形成される。
硬化処理の方法は特に制限されず、光硬化処理及び熱硬化処理が挙げられる。なかでも、光照射処理が好ましく、紫外線照射処理がより好ましい。
紫外線照射には、紫外線ランプ等の光源が利用される。
光(例えば、紫外線)の照射量は特に制限されないが、一般的には、100~800mJ/cm2程度が好ましい。
硬化処理を実施して得られる光学異方性層では、液晶化合物の配向状態が固定されている。
なお、「固定した」状態は、液晶化合物の配向が保持された状態が最も典型的、且つ、好ましい態様である。それだけには制限されず、具体的には、通常0~50℃、より過酷な条件下では-30~70℃の温度範囲において、層に流動性が無く、また、外場もしくは外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定された配向形態を安定に保ち続けることができる状態であることがより好ましい。
なお、光学異方性層においては、最終的に層中の組成物がもはや液晶性を示す必要はない。
上述した図3に示す態様においては、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って右回りに捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する光学異方性層が作製されるが、本発明は上記態様に限定されない。
例えば、液晶化合物の捩れ配向は、左捩じれであってもよい。つまり、液晶化合物の捩れ配向の向きは左捩じれ(反時計回りの捩れ)であっても、右捩れ(時計回りの捩れ)であってもよい。
なお、液晶化合物の配向状態の特定方法としては、公知の方法が挙げられる。例えば、光学異方性層の断面を偏光顕微鏡にて観察して、液晶化合物の配向状態を特定する方法が挙げられる。
また、図3に示す態様においては、光学異方性層は2つの液晶化合物の配向状態の異なる領域を有していたが、本発明は上記態様に限定されず、光学異方性層は、液晶化合物の配向状態が異なる領域を3つ以上有していてもよい。
光学異方性層が2つの液晶化合物の配向状態の異なる領域を有する場合、2つの領域のうちの厚みの薄い領域の厚みに対する、2つ領域のうちの厚みの厚い領域の厚みの比は特に制限されないが、0.1~9が好ましく、0.2~4がより好ましい。
なお、2つの領域の厚みが同じ場合は、上記比は1となる。
また、光学異方性層は、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って第1領域とは異なる捩れ角度で、捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する光学異方性層であってもよい。
上記のような、液晶化合物の捩れ角の角度が異なる領域を形成する方法としては、例えば、上述した工程1により形成される組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値を大きく(例えば、0.5μm-1以上、好ましくは1.9μm-1超)する方法が挙げられる。工程1により形成される組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値が大きい場合、まず、図6に示すように、工程2が実施された組成物層120中において、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って液晶化合物が捩れ配向している。このような組成物層に対して、上述した工程(特に、工程3)を実施すると、酸素濃度が低い組成物層中の領域(図7中の下側領域120A)においては液晶化合物の捩れ配向がそのまま固定されるのに対して、酸素濃度が高い組成物層中の領域(図7中の上側領域120B)において螺旋誘起力が変化して、工程5を実施した後に、結果として、液晶化合物の捩れ角の角度が異なる領域を形成することができる。
以下、液晶化合物の捩れ角の角度が異なる領域を形成する方法について、図8及び9を参照してキラル剤の作用機序について補足する。図8及び9に係る説明においては、便宜上、組成物層には、左巻きの螺旋を誘起するキラル剤Aと、右巻きの螺旋を誘起するキラル剤Bとが存在しており、且つ、未露光時のキラル剤Aの螺旋誘起力の絶対値と未露光時のキラル剤Bの螺旋誘起力の絶対値の関係が、未露光時のキラル剤Aの螺旋誘起力の絶対値>未露光時のキラル剤Bの螺旋誘起力の絶対値であり、キラル剤Aは露光により螺旋誘起力の絶対値が減少するキラル剤であるとする。
図8及び9において、光照射を行う前の組成物層中のキラル剤Aとキラル剤Bとの関係は、光照射量が0の時点に該当し、「キラル剤Aの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Aの濃度(質量%)」の絶対値>「キラル剤Bの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Bの濃度(質量%)」の絶対値の状態である。つまり、工程2を経た組成物層中の液晶化合物は、「キラル剤Aの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Aの濃度(質量%)」の絶対値から「キラル剤Bの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Bの濃度(質量%)」の絶対値の差分に相当する螺旋誘起力により、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って、キラル剤Aが誘起する螺旋の方向(-)に捩れ配向した状態となっている。このような状態の組成物層に工程3が実施されると、図8に示すように、光照射量によってキラル剤Aの螺旋誘起力が減少する場合、図9に示すように、照射量が大きいほど、キラル剤Bが誘起する螺旋の方向(+)に螺旋誘起力が大きくなる。この結果として、上述した通り、酸素濃度が低い組成物層中の領域(図7中の下側領域120A)においては液晶化合物の捩れ配向がそのまま固定されるのに対して、酸素濃度が高い組成物層中の領域(図7中の上側領域120B)において螺旋誘起力が変化して、工程5を実施した後に、結果として、液晶化合物の捩れ角の角度が異なる領域を形成することができる。
なお、上記図8及び9においては、キラル剤Aとして光照射により螺旋誘起力が減少するキラル剤を用いた態様について説明したが、この態様には限定されない。例えば、キラル剤Aとして光照射により螺旋誘起力が増加するキラル剤を用いてもよい。その場合、光照射によりキラル剤Aの誘起する螺旋誘起力が大きくなり、キラル剤Aの誘起する旋回方向に液晶化合物がより捩れた捩れ配向の状態をとり得る。
形成される光学異方性層中の光学特性は特に制限されず、用途に応じて最適な値が選択される。以下、一例として、上述した手順によって作製される、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する光学異方性層の場合について詳述する。
上記光学異方性層の第1領域の厚みをd1、波長550nmで測定した第1領域の屈折率異方性をΔn1とした場合、光学異方性層を円偏光板に好適に適用できる点で、第1領域は以下の式(1-1)を満たすことが好ましい。
式(1-1) 100nm≦Δn1d1≦240nm
なかでも、式(1-2)を満たすことがより好ましく、式(1-3)を満たすことがさらに好ましい。
式(1-2) 120nm≦Δn1d1≦220nm
式(1-3) 140nm≦Δn1d1≦200nm
なお、屈折率異方性Δn1とは、第1領域の屈折率異方性を意味する。
第1領域における液晶化合物の捩れ角の絶対値は特に制限されないが、光学異方性層を円偏光板に好適に適用できる点で、60~120°が好ましく、70~110°がより好ましい。
なお、まず、液晶化合物が捩れ配向するとは、第1領域の厚み方向を軸として、第1領域の一方の表面(図3中の基板10側の表面)から他方の表面(図3中の基板10側とは反対側の表面)までの液晶化合物が捩れることを意図する。よって、上記捩れ角は、第1領域の一方表面における液晶化合物の分子軸(棒状液晶化合物の場合には長軸)と、第1領域の他方の表面における液晶化合物の分子軸とのなす角度を意味する。
捩れ角の測定方法は、Axometrics社のAxoscanを用い同社の装置解析ソフトウェアを用いて測定する。
また、上記光学異方性層の第2領域の厚みをd2、波長550nmで測定した第2領域の屈折率異方性をΔn2とした場合、光学異方性層を円偏光板に好適に適用できる点で、第2領域は以下の式(2-1)を満たすことが好ましい。
式(2-1) 100nm≦Δn2d2≦240nm
なかでも、式(2-2)を満たすことがより好ましく、式(2-3)を満たすことがさらに好ましい。
式(2-2) 120nm≦Δn2d2≦220nm
式(2-3) 140nm≦Δn2d2≦200nm
なお、屈折率異方性Δn2とは、第2領域の屈折率異方性を意味する。
第2領域は、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる領域である。ホモジニアス配向の定義は、上述した通りである。
なお、Δn1d1とΔn2d2との差は特に制限されないが、光学異方性層を円偏光板に好適に適用できる点で、-50~50nmが好ましく、-30~30nmがより好ましい。
また、上記態様のように、本製造方法にて形成される光学異方性層が厚み方向に沿って液晶化合物の配向状態が異なる領域を2つ有する場合(以下、2つの領域を領域X及び領域Yという。)、領域Xの領域Y側の表面での遅相軸と、領域Yの領域X側の表面での遅相軸とは平行となる場合が多い。
光学異方性層中の光学特性に関しては上述した態様に限定されず、例えば、光学異方性層が厚み方向に沿って液晶化合物の配向状態が異なる領域を2つ有する場合、2つの領域がそれぞれ特許第5960743号の請求項1に記載の第1光学異方性層及び第2光学異方性層の光学特性(液晶化合物の捩れ角、Δnd、ReB、遅相軸の関係)を満たすことが好ましい。
また、他の態様として、光学異方性層が厚み方向に2つの領域を有する場合、2つの領域が特許第5753922号に記載の第1光学異方性層及び第2光学異方性層の光学特性(液晶化合物の捩れ角、Δn1d1、Δn2d2、遅相軸の関係)を満たすことが好ましい。
光学異方性層は、逆波長分散性を示すことが好ましい。
つまり、光学異方性層の波長450nmで測定した面内レタデーションであるRe(450)と、光学異方性層の波長550nmで測定した面内レタデーションであるRe(550)と、光学異方性層の波長650nmで測定した面内レタデーションのであるRe(650)とは、Re(450)≦Re(550)≦Re(650)の関係にあることが好ましい。
光学異方性層の光学特性は特に制限されないが、λ/4板として機能することが好ましい。
λ/4板は、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(又は、円偏光を直線偏光に)変換する機能を有する板であり、特定の波長λnmにおける面内レタデーションRe(λ)がRe(λ)=λ/4を満たす板(光学異方性層)のことをいう。
この式は、可視光域のいずれかの波長(例えば、550nm)において達成されていればよいが、波長550nmにおける面内レタデーションRe(550)が、110nm≦Re(550)≦180nmの関係を満たすことが好ましい。
(光学異方性層の製造方法の第2実施形態)
光学異方性層の製造方法の第2実施態様は、以下の工程1、工程2、工程3、工程4を有する。ただし、第2実施態様においては、工程3を加熱条件下にて実施する。
工程1:基板上に、第1実施形態の液晶組成物を用いて組成物層を形成する工程
工程2:組成物層に加熱処理を施して、組成物層中の液晶化合物を配向させる工程
工程3:工程2の後、酸素濃度1体積%以上の条件下、加熱条件下にて、組成物層に対して光照射する工程
工程4:光照射が施された組成物層に対して硬化処理を施して、液晶化合物の配向状態を固定し、液晶化合物の配向状態が異なる領域を厚み方向に沿って複数有する光学異方性層を形成する工程
第2実施態様と第1実施態様とは、第2実施態様において工程5を実施せずに、工程3を加熱条件下にて実施する点以外は、同様の処理を実施する。
以下では、第2実施態様の工程3(特に、加熱処理)についてのみ説明する。
第2実施態様において、工程3は加熱条件下にて実施する。
加熱処理の条件としては、使用される液晶化合物に応じて最適な条件が選択される。
なかでも、加熱温度としては、加熱温度としては、35~250℃の場合が多く、50~150℃の場合がより多く、50℃超150℃以下の場合がさらに多く、60~130℃の場合が特に多い。
加熱時間としては、0.01~60分間の場合が多く、0.03~5分間の場合がより多い。
第2実施態様においては、工程3において加熱処理を実施することにより、別途加熱工程を実施することなく、図3に示すような組成物層を形成することができる。
<第2実施形態の液晶組成物及びそれを使用した光学異方性層の製造方法>
(第2実施形態の液晶組成物)
第2実施形態の液晶組成物は、キラル剤A及びキラル剤Bを少なくとも含むキラル剤を含む。第1実施形態の液晶組成物において、キラル剤Bは、キラル剤Aが誘起する螺旋の螺旋方向と同方向の螺旋を誘起し、且つ、波長365nmの光の照射によっても螺旋誘起力が変化しないキラル剤(非感光性キラル剤)である。
第2実施形態の液晶組成物において、キラル剤Bの上記特性以外の態様については、既述のとおりである。
第2実施形態の液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法は、液晶組成物が異なる点以外は、上述した第1実施形態の液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法と同じである。
以下では、第2実施形態の液晶組成物を使用して光学異方性層を製造する場合のキラル剤の作用機序についてのみ説明する。
以下の図10及び11に係る説明において、便宜上、組成物層には、左巻きの螺旋を誘起するキラル剤Aと、左巻きの螺旋を誘起するキラル剤Bとが存在しており、キラル剤Aは露光により螺旋誘起力の絶対値が減少するキラル剤であるとする。
第2実施形態の液晶組成物を使用して、上述した第1実施形態の液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法の第1及び第2実施形態を実施する場合、工程2を経た組成物層中の液晶化合物は、「キラル剤Aの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Aの濃度(質量%)」の絶対値と「キラル剤Bの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Bの濃度(質量%)」の絶対値との加算分に相当する螺旋誘起力により、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って、キラル剤A及びBが誘起する螺旋の方向(-)に捩れ配向した状態となっている。
このような状態の組成物層に工程3が実施されると、図10に示すように、光照射量によってキラル剤Aの螺旋誘起力が減少する場合、図11に示すように、照射量が大きいほど、キラル剤A及びBが誘起する螺旋の方向とは反対の螺旋方向(+)に螺旋誘起力が大きくなる。この結果として、図7に示したような、液晶化合物の捩れ角の角度が異なる領域を形成することができる。つまり、酸素濃度が低い組成物層中の領域(図7中の下側領域120A)においては液晶化合物の捩れ配向がそのまま固定されるのに対して、酸素濃度が高い組成物層中の領域(図7中の上側領域120B)において螺旋誘起力が変化して、工程5を実施した後に、結果として、液晶化合物の捩れ角の角度が異なる領域を形成することができる。
なお、上記図10及び11においては、キラル剤Aとして光照射により螺旋誘起力が減少するキラル剤を用いた態様について説明したが、この態様には限定されない。例えば、キラル剤Aとして光照射により螺旋誘起力が増加するキラル剤を用いてもよい。その場合、光照射によりキラル剤Aの誘起する螺旋誘起力が大きくなり、キラル剤A及びBが誘起する螺旋の方向と同字螺旋方向(-)に液晶化合物がより捩れた捩れ配向の状態をとり得る。
[用途]
上記光学異方性層は各種用途に適用可能である。
〔積層体〕
光学異方性層は種々の部材と組み合わせることができる。
例えば、上記光学異方性層は、他の光学異方性層と組み合わせてもよい。つまり、図12に示すように、基板10と、上述した製造方法により製造される光学異方性層20と、他の光学異方性層22とを含む積層体24を作製してもよい。なお、図12に記載の積層体24は基板10を含んでいるが、積層体中に基板は含まれていなくてもよい。
他の光学異方性層は特に制限されず、例えば、Aプレート(ポジティブAプレート及びネガティブAプレート)及びCプレート(ポジティブCプレート及びネガティブCプレート)が挙げられる。なかでも、後述する種々の用途(例えば、円偏光板)に適用しやすい点で、Cプレートが好ましい。
Cプレートの波長550nmにおける厚み方向のレタデーションの絶対値の範囲は特に制限されないが、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
なお、本明細書において、Aプレート及びCプレートは以下のように定義される。
Aプレートは、ポジティブAプレート(正のAプレート)とネガティブAプレート(負のAプレート)との2種があり、フィルム面内の遅相軸方向(面内での屈折率が最大となる方向)の屈折率をnx、面内の遅相軸と面内で直交する方向の屈折率をny、厚み方向の屈折率をnzとしたとき、ポジティブAプレートは式(A1)の関係を満たすものであり、ネガティブAプレートは式(A2)の関係を満たすものである。なお、ポジティブAプレートはRthが正の値を示し、ネガティブAプレートはRthが負の値を示す。
式(A1) nx>ny≒nz
式(A2) ny<nx≒nz
なお、上記「≒」とは、両者が完全に同一である場合だけでなく、両者が実質的に同一である場合も包含する。「実質的に同一」とは、例えば、(ny-nz)×d(ただし、dはフィルムの厚みである)が、-10~10nm、好ましくは-5~5nmの場合も「ny≒nz」に含まれ、(nx-nz)×dが、-10~10nm、好ましくは-5~5nmの場合も「nx≒nz」に含まれる。
Cプレートは、ポジティブCプレート(正のCプレート)とネガティブCプレート(負のCプレート)との2種があり、ポジティブCプレートは式(C1)の関係を満たすものであり、ネガティブCプレートは式(C2)の関係を満たすものである。なお、ポジティブCプレートはRthが負の値を示し、ネガティブCプレートはRthが正の値を示す。
式(C1) nz>nx≒ny
式(C2) nz<nx≒ny
なお、上記「≒」とは、両者が完全に同一である場合だけでなく、両者が実質的に同一である場合も包含する。「実質的に同一」とは、例えば、(nx-ny)×d(ただし、dはフィルムの厚みである)が、0~10nm、好ましくは0~5nmの場合も「nx≒ny」に含まれる。
上記積層体の製造方法は特に制限されず、公知の方法が挙げられる。例えば、上述した製造方法により得られる光学異方性層と、他の光学異方性層(例えば、Cプレート)とを積層して、積層体を得る方法が挙げられる。上記積層の方法としては、別途作製した他の光学異方性層を上述した製造方法により得られる光学異方性層上に貼合してもよいし、上述した製造方法により得られる光学異方性層上に他の光学異方性層を形成するための組成物を塗布して他の光学異方性層を形成してもよい。
また、上述した製造方法により形成される光学異方性層は、偏光子と組み合わせてもよい。つまり、図13に示すように、基板10と、上述した製造方法により形成される光学異方性層20と、偏光子26とを含む偏光子付き光学異方性層28を作製してもよい。図13においては、基板10上に偏光子26が配置されるが、この態様には限定されず、光学異方性層20上に偏光子26が配置されていてもよい。
また、図13に記載の偏光子付き光学異方性層28は基板10を含んでいるが、偏光子付き光学異方性層中に基板は含まれていなくてもよい。
光学異方性層と偏光子とを積層する際の位置関係は特に制限されないが、光学異方性層が、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する場合、第2領域の面内遅相軸と偏光子の吸収軸とのなす角度の絶対値は、光学異方性層を円偏光板等に好適に適用できる点で、5~25°が好ましく、10~20°がより好ましい。
また、上記第2領域の面内遅相軸と偏光子の吸収軸のなす角度が負の時は、第1領域での液晶化合物の捩れ角度も負であることが好ましく、上記第2領域の面内遅相軸と偏光子の吸収軸のなす角度が正の時は、第1領域での液晶化合物の捩れ角度も正であることが好ましい。
なお、上記面内遅相軸と偏光子のなす角度が負である場合とは、偏光子側から視認した際に、偏光子の吸収軸を基準にして面内遅相軸の回転角度が時計回りの場合を意味し、上記面内遅相軸と偏光子のなす角度が正である場合とは、偏光子側から視認した際に、偏光子の吸収軸を基準にして面内遅相軸の回転角度が反時計回りの場合を意味する。
また、液晶化合物の捩れ角度に関しては、表面側(手前側)にある液晶化合物の配向軸方向を基準に、奥側の液晶化合物の配向軸方向が時計回り(右回り)の時を負、反時計回り(左回り)の時を正として表す。
偏光子は、自然光を特定の直線偏光に変換する機能を有する部材であればよく、例えば、吸収型偏光子が挙げられる。
偏光子の種類は特に制限はなく、通常用いられている偏光子を利用でき、例えば、ヨウ素系偏光子、二色性染料を利用した染料系偏光子、及びポリエン系偏光子が挙げられる。ヨウ素系偏光子及び染料系偏光子は、一般に、ポリビニルアルコールにヨウ素又は二色性染料を吸着させ、延伸することで作製される。
なお、偏光子の片面又は両面には、保護膜が配置されていてもよい。
上記偏光子付き光学異方性層の製造方法は特に制限されず、公知の方法が挙げられる。例えば、上述の製造方法により得られる光学異方性層と、偏光子とを積層して、偏光子付き光学異方性層を得る方法が挙げられる。
なお、上記では光学異方性層と偏光子とを積層する態様について述べたが、本発明においては、上述した積層体と偏光子とを積層して、偏光子付き積層体を製造してもよい。
光学異方性層は種々の用途に適用できる。例えば、光学異方性層は円偏光板に好適に適用でき、上記偏光子付き光学異方性層を円偏光板として用いることもできる。
上記構成を有する円偏光板は、液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)、及び陰極管表示装置(CRT)のような画像表示装置の反射防止用途に好適に用いられ、表示光のコントラスト比を向上させることができる。
例えば、有機EL表示装置の光取り出し面側に本発明の円偏光板を用いた態様が挙げられる。なお、本発明の円偏光板を有機EL表示装置の光取り出し面側に適用する場合、本発明の円偏光板は、有機ELディスプレイ用円偏光板として機能する。この場合、外光は偏光膜によって直線偏光となり、次に光学異方性層を通過することで、円偏光となる。これが金属電極にて反射された際に円偏光状態が反転し、再び光学異方性層を通過した際に、入射時から90°傾いた直線偏光となり、偏光膜に到達して吸収される。結果として、外光の影響を抑制することができる。
なかでも、上述した偏光子付き光学異方性層又は偏光子付き積層体は、有機EL表示装置に適用されることが好ましい。つまり、偏光子付き光学異方性層又は偏光子付き積層体は、有機EL表示装置の有機ELパネル上に配置され、反射防止用途に適用されることが好ましい。
有機ELパネルは、陽極、陰極の一対の電極間に発光層もしくは発光層を含む複数の有機化合物薄膜を形成した部材であり、発光層のほか正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、及び保護層等を有してもよく、またこれらの各層はそれぞれ他の機能を備えたものであってもよい。各層の形成にはそれぞれ種々の材料を用いることができる。
〔光学フィルム〕
本発明は、光学フィルムにも関する。
本発明の光学フィルムは、基板と、基板上に配置された本発明の液晶組成物により形成される光学異方性層とを含む。
上記基板としては特に制限されないが、上段部の〔液晶組成物を使用した光学異方性層の製造方法〕にて説明した基板10が好ましく使用される。
本発明の光学フィルムは、基板と光学異方性層以外の他の構成を有していてもよい。
なお、本発明の光学フィルムの具体的な構成としては、基板と本発明の液晶組成物用いて形成された光学異方性層とからなる積層体のほか、上述した積層体と同様の構成が挙げられ、その好適態様も同じである。
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
[液晶組成物の調製]
固形分濃度が30質量%となるように表1に記載の成分とメチルエチルケトン(MEK)とを混合して、液晶組成物を調製した。なお、固形分とは、溶媒以外の成分を意図し、その性状が液状であっても固形分とみなす。
以下、表1に示す液晶組成物に含まれる各種成分を示す。
〔液晶化合物〕
以下において、表1に示す液晶組成物で使用される液晶化合物(化合物LC-1)を示す。
(化合物LC-1)
〔配向剤〕
以下において、表1に示す液晶組成物で使用される配向剤(化合物S-1)を示す。
(化合物S-1)
〔キラル剤B〕
以下において、表1に示す液晶組成物で使用されるキラル剤B(化合物B-1~B-3)を示す。
〔キラル剤A〕
以下において、表1に示す液晶組成物で使用されるキラル剤A(化合物A-1~A-7)を示す。
[キラル剤物性の測定]
表1に示す液晶組成物で使用される各キラル剤について、以下の物性を測定した。
〔波長365nmの光におけるモル吸光係数の測定〕
キラル剤1.00mgを正確に量り取り、アセトニトリルに溶解して100mLとした。分光器(島津製UV-3100)を用いて波長365nmの光におけるモル吸光係数(以下「ε365と略記する」)[M-1・cm-1]を測定した。
≪モル吸光係数≫
「A」:ε365が30000[M-1・cm-1]以上である。
「B」:ε365が15000[M-1・cm-1]以上、30000[M-1・cm-1]未満である。
「C」:ε365が5000[M-1・cm-1]以上、15000[M-1・cm-1]未満である。
「D」:ε365が1000[M-1・cm-1]以上、5000[M-1・cm-1]未満である。
「E」:ε365が1000[M-1・cm-1]未満である。
〔螺旋センス及び螺旋誘起力変化量の測定〕
液晶化合物LC-1とキラル剤とを混合した後、得られた混合物に溶剤を加えることにより、下記組成の試料溶液を調製した。
・液晶化合物(上述した化合物LC-1) 100質量部
・キラル剤(表1中に記載された各キラル剤) 5.0質量部
・溶剤(MEK/シクロヘキサノン=90/10(質量比))
溶質濃度が30質量%となる量
次に、洗浄したガラス基板上にポリイミド配向膜SE-130(日産化学社製)を塗布して塗膜を形成した。得られた塗膜を焼成した後、ラビング処理することにより、配向膜付き基板を作製した。この配向膜のラビング処理面に、30μLの上記試料溶液を回転数1000rpm、10秒間の条件でスピンコートした後、90℃で1分間熟成して液晶層を得た。
液晶層の中心反射波長を分光器(島津製UV-3100)を用いて測定した(露光前中心反射波長)。また、左右の円偏光を入射した場合の反射率の差から、キラル剤の螺旋センスを確認した。
続いて、液晶層に対して、波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射した後、中心反射波長を測定した(露光後中心反射波長)。
下記式(1)により螺旋誘起力変化量[μm-1]を算出した。
式(1):螺旋誘起力変化量=(液晶化合物の平均屈折率)/{(液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤の濃度(質量%))×(露光前中心反射波長(nm))}-(液晶化合物の平均屈折率)/{(液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤の濃度(質量%))×(露光後中心反射波長(nm))}[μm-1
なお、上記式(1)中、「液晶化合物の平均屈折率」は、1.55であると仮定して計算した。
≪螺旋誘起力変化量≫
「A」:螺旋誘起力変化量が30[μm-1]以上である。
「B」:螺旋誘起力変化量が20[μm-1]以上、30[μm-1]未満である。
「C」:螺旋誘起力変化量が5[μm-1]以上、20[μm-1]未満である。
「D」:螺旋誘起力変化量が5[μm-1]未満である。
[液晶組成物物性の測定]
〔加重平均螺旋誘起力(加重平均HTP)、加重平均螺旋誘起力変化量、及び捩れ角変更係数の測定〕
<光学異方性層の作製>
洗浄したガラス基板上にポリイミド配向膜SE-130(日産化学社製)を塗布・焼成し、ラビング処理して配向膜付き基板を作製した。この配向膜のラビング処理面に、表1に記載の液晶組成物30μLをガラス基盤上に1000rpm、10秒の条件でスピンコートして組成物層1を形成した(工程1に該当)。
次いで、得られた組成物層を90℃で1分間熟成して液晶層1を形成した(工程2に該当)。なお、この加熱により組成物層の棒状液晶化合物が所定の方向に配向した。
ここで、AxoScan(Axometrics社製)を用いて、得られた液晶層1の膜厚及び捩れ角を測定した。
また、下記式(2)により、露光前の加重平均螺旋誘起力を算出した。
式(2):(加重平均螺旋誘起力)=1/{(360/捩れ角[°])×膜厚[μm]×液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤の濃度(質量%)}[μm-1
≪露光前加重平均螺旋誘起力≫
「A」:加重平均螺旋誘起力が0.5μm-1未満[μm-1]である。
「B」:加重平均螺旋誘起力が0.5μm-1以上[μm-1]である。
その後、大気下にて、365nmのLEDランプ(アクロエッジ(株)製)を使用して液晶層1に対して紫外線照射(30mW/cmの照度で1秒間露光)を実施した(工程3に該当)。
続いて、露光後の液晶層1を90℃で60秒間加熱した(工程5に該当)。
上記手順により、基板と、基板上に配置された光学異方性層とを有する光学フィルムを作製した。
ここで、AxoScan(Axometrics社製)を用いて、上記手順により形成された光学異方性層の面内方向の任意の10か所において膜厚及び捩れ角を測定した。また、得られた捩れ角の測定値から平均値と標準偏差を算出した。なお、平均値の算出にはエクセルのAVERAGE関数、標準偏差の算出にはSTDEVP関数を使用した。
次いで、得られた捩れ角の平均値を元に、下記式(3)により、加重平均螺旋誘起力変化量を算出した。
式(3):(加重平均螺旋誘起力変化量)=|1/{(360/露光前捩れ角)×露光前膜厚[μm]×液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤の濃度(質量%)}-1/{(360/露光後捩れ角)×露光後膜厚[μm]×液晶組成物中の固形分全量に対するキラル剤の濃度(質量%)}|[μm-1
≪加重平均螺旋誘起力変化量≫
「A」:変化量が15[μm-1]以上である。
「B」:変化量が10[μm-1]以上、15[μm-1]未満である。
「C」:変化量が10[μm-1]未満である。
更に、得られた捩れ角の平均値と標準偏差に基づいて、下記式(4)により、露光後の捩れ角の変動係数を算出した。
式(4)変動係数=標準偏差/平均値×100[%]
≪捩れ角の変動係数≫
「A」:変動係数が2%未満である。
「B」:変動係数が2%以上4%未満である。
「C」:変動係数が4%以上7%未満である。
「D」:変動係数が7%以上10%未満である。
「E」:変動係数が10%以上である。
≪露光前後の配向変化≫
光学異方性層の配向状態(ツイスト配向又はホモジニアス配向)は、AxoScan(Axometrics社製)による捩れ角の測定結果において、捩れ角が略0°である場合をホモジニアス配向とし、捩れ角が正である場合を右ツイスト配向とし、捩れ角が負である場合を左ツイスト配向とした。
以下に表2を示す。
表1の結果から、実施例の液晶組成物により形成される光異方性層は、捩れ角変動係数が小さいことが明らかである。
また、実施例1、実施例2、比較例1、及び比較例2を比較すると、光学活性化合物Aの配合量が少ないほど、捩れ角変動係数が小さくなることが分かる。
実施例5、6は、光学活性化合物Aが誘起する螺旋の螺旋方向と光学活性化合物Bが誘起する螺旋の螺旋方向とが同じ方向である場合の態様である。この場合、露光前後での配向変化は、ツイスト配向からツイスト配向への変化となる。光学活性化合物Aと光学活性化合物Bの配合比を変えることで、液晶組成物の加重平均螺旋誘起力変化量を任意にコントロールすることができることが分かる。
実施例12は、光学活性化合物Aが誘起する螺旋の螺旋方向と光学活性化合物Bが誘起する螺旋の螺旋方向とが逆方向であり、且つ、露光前加重平均螺旋誘起力が0.5μm-1以上である場合の態様である。この場合、露光前後での配向変化は、ツイスト配向からツイスト配向への変化となるが、実施例5、6とは異なり、露光前後での螺旋方向が変化している。換言すると、実施例12の液晶組成物によれば、露光後に螺旋方向が逆となるツイスト配向へと変化させることができることが分かる(なお、光学活性化合物Aと光学活性化合物Bの種類及び配合比によっては、実施例5、6と同様に、螺旋方向が同じツイスト配向に変化させることもできる。)。
また、実施例5、6、12以外においては、光学活性化合物Aが誘起する螺旋の螺旋方向と光学活性化合物Bが誘起する螺旋の螺旋方向とが逆方向であり、且つ、露光前加重平均螺旋誘起力が0.5μm-1未満である場合の態様である。上記態様の場合、ホモジニアス配向からツイスト配向への変化を起こすことができることが分かる。
また、実施例9、10の結果から、光学活性化合物Aの波長365nmの光におけるモル吸光係数が小さい場合には、液晶組成物の加重平均螺旋誘起力変化量が小さくなり、捩れ角変動係数が大きくなってしまうことが分かる。
一方、比較例の液晶組成物により形成される光異方性層は、面内方向での捩れ角変動係数が大きいことが確認された。なお、比較例の光学異方性層の面内方向での捩れ角変動係数が大きいとは、例えば、図14に示すように、光学異方性層の面内方向の異なる位置(P1及びP2)において捩れ角が大きく異なることを意味する。
[光学フィルムの作製]
〔セルロースアシレートフィルム(基板)の作製〕
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して、さらに90℃で10分間加熱した。その後、得られた組成物を、平均孔径34μmのろ紙及び平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過して、ドープを調製した。ドープの固形分濃度は23.5質量%であり、可塑剤の添加量はセルロースアシレートに対する割合であり、ドープの溶剤は塩化メチレン/メタノール/ブタノール=81/18/1(質量比)である。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアシレートドープ
――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアシレート(アセチル置換度2.86、粘度平均重合度310)
100質量部
糖エステル化合物1(化学式(S4)に示す) 6.0質量部
糖エステル化合物2(化学式(S5)に示す) 2.0質量部
シリカ粒子分散液(AEROSIL R972、日本アエロジル(株)製)
0.1質量部
溶剤(塩化メチレン/メタノール/ブタノール)
――――――――――――――――――――――――――――――――――
上記で作製したドープを、ドラム製膜機を用いて流延した。0℃に冷却された金属支持体上に接するようにドープをダイから流延し、その後、得られたウェブ(フィルム)を剥ぎ取った。なお、ドラムはSUS製であった。
流延されて得られたウェブ(フィルム)を、ドラムから剥離後、フィルム搬送時に30~40℃で、クリップでウェブの両端をクリップして搬送するテンター装置を用いてテンター装置内で20分間乾燥した。引き続き、ウェブをロール搬送しながらゾーン加熱により後乾燥した。得られたウェブにナーリングを施した後、巻き取った。
得られたセルロースアシレートフィルムの膜厚は40μmであり、波長550nmにおける面内レタデーションRe(550)は1nm、厚み方向のレタデーションRth(550)は26nmであった。
(光学異方性層の形成)
上記作製したセルロースアシレートフィルムに連続的にラビング処理を施した。このとき、長尺状のフィルムの長手方向と搬送方向は平行であり、フィルム長手方向(搬送方向)とラビングローラーの回転軸とのなす角度は76.0°とした。フィルム長手方向(搬送方向)を90°とし、フィルム側から観察してフィルム幅手方向を基準(0°)に時計回り方向を正の値で表すと、ラビングローラーの回転軸は14.0°にある。言い換えれば、ラビングローラーの回転軸の位置は、フィルム長手方向を基準に、反時計回りに76.0°回転させた位置である。
上記ラビング処理したセルロースアシレートフィルムを基板として、ギーサー塗布機を用いて、下記の組成の棒状液晶化合物を含む光学異方性層形成用組成物(1)を塗布して、組成物層を形成した。なお、工程1における組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値は、0.0μm-1であった。
次に、得られた組成物層を80℃で60秒間加熱した。この加熱により組成物層の棒状液晶化合物が所定の方向に配向した。
その後、酸素を含む空気下、30℃にて、365nmのLEDランプ(アクロエッジ(株)製)使用して紫外線照射した(70mJ/cm)。
続いて、得られた組成物層を80℃で10秒間加熱した。
その後、窒素パージを行って、酸素濃度100体積ppmとして、80℃にて、メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を使用して紫外線照射し(500mJ/cm2)、液晶化合物の配向状態を固定した光学異方性層を形成した。このようにして光学フィルム(F-1)を作製した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
光学異方性層形成用組成物(1)の組成
――――――――――――――――――――――――――――――――――
下記の棒状液晶化合物(A) 100質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート
(V#360、大阪有機化学(株)製) 4質量部
光重合開始剤(Irgacure907、BASF社製) 6質量部
上記キラル剤(A-1) 0.48質量部
上記キラル剤(B-1) 0.58質量部
下記の重合性モノマー(A) 5質量部
下記の重合性モノマー(B) 5質量部
下記のポリマー(A) 0.25質量部
下記のポリマー(B) 0.10質量部
酢酸ブチル 325質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物(A)
重合性モノマー(A)
重合性モノマー(B)
ポリマー(A)(式中、各繰り返し単位に記載の数値は、全繰り返し単位に対する各繰り返しの含有量(質量%)を表す。)
ポリマー(B)(式中、各繰り返し単位に記載の数値は、全繰り返し単位に対する各繰り返しの含有量(質量%)を表す。)
上記作製した光学フィルム(F-1)をラビング方向と平行に切削し、偏光顕微鏡で光学異方性層を断面方向から観察した。光学異方性層の厚みは2.2μmであり、光学異方性層の基板側の厚み1.2μmの領域(第2領域)は捩れ角の無いホモジニアス配向であり、光学異方性層の空気側(基板と反対側)の厚み1.1μmの領域(第1領域)は液晶化合物が捩れ配向していた。
なお、Axometrix社のAxoscan、及び、同社の解析ソフトウェア(Multi-Layer Analysis)を用いて、光学フィルム(F-1)の光学特性を求めた。第2領域の波長550nmにおけるΔn2d2は168nm、液晶化合物の捩れ角は0°であり、長尺長手方向に対する液晶化合物の配向軸角度は、基板に接する側が-14.0°、第1領域に接する側が-14.0°であった。
また、第1領域のΔn1d1は164nm、液晶化合物の捩れ角度は81°であり、長尺長手方向に対する液晶化合物の配向軸角度は、第2領域に接する側が-14.0°、空気側が-95.0°であった。
なお、光学異方性層に含まれる液晶化合物の配向軸角度は、基板の長手方向を基準の0°として、光学異方性層の表面側から基板を観察し、時計回り(右回り)の時を負、反時計回り(左回り)の時を正として表してある。
また、ここで液晶化合物の捩れ構造は、光学異方性層の表面側から基板を観察し、表面側(手前側)にある液晶化合物の配向軸方向を基準に、基板側(奥側)の液晶化合物の配向軸方向が時計回り(右回り)の時を負、反時計回り(左回り)の時を正として表してある。
(偏光子の作製)
厚み80μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃で60秒間浸漬して染色した。次に、得られたフィルムをホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒間浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚み20μmの偏光子を得た。
(偏光子保護フィルムの作製)
市販のセルロースアシレート系フィルムのフジタックTG40UL(富士フイルム(株)製)を準備し、1.5モル/リットルで55℃の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した後、水で十分に水酸化ナトリウムを洗い流した。その後、0.005モル/リットルで35℃の希硫酸水溶液に得られたフィルムを1分間浸漬した後、水に浸漬し希硫酸水溶液を十分に洗い流した。最後に、得られたフィルムを120℃で十分に乾燥させて、表面を鹸化処理した偏光子保護フィルムを作製した。
(円偏光板の作製)
上述した偏光子保護フィルムの作製と同様に、上記作製した光学フィルム(F-1)を鹸化処理し、光学フィルム(F-1)に含まれる基板面に、上述した偏光子及び上述した偏光子保護フィルムをポリビニルアルコール系接着剤を用いて連続的に貼り合せ、長尺状の円偏光板(P-1)を作製した。つまり、円偏光板(P-1)は、偏光子保護フィルム、偏光子、基板、及び、光学異方性層をこの順で有していた。
なお、偏光子の吸収軸は円偏光板の長手方向と一致しており、偏光子の吸収軸とに対する第2領域の面内遅相軸の回転角度は14.0°であり、偏光子の吸収軸に対する第1領域の第2領域側とは反対側の表面の面内遅相軸の回転角度は95.0°であった。
なお、上記面内遅相軸の回転角度は、偏光子側から光学異方性層を観察して、基板の長手方向を基準の0°とし、反時計回り方向に正、時計回りに負の角度値をもって表してある。
<有機EL表示装置の作製及び表示性能の評価>
(表示装置への実装)
有機ELパネル搭載のSAMSUNG社製GALAXY S4を分解し、円偏光板を剥離して、そこに上記の実施例で作製した円偏光板(P-1)を、偏光子保護フィルムが外側に配置されるように、表示装置に貼り合わせた。有機EL表示装置に黒表示をして、明光下において正面及び斜め方向より観察した結果、パネル面内において反射率や色味づきのばらつきは観察されず均一であり、円偏光版による良好な反射防止性能が確認された。
10 基板
12,120 組成物層
12A,120A 下側領域
12B,120B 上側領域
20 光学異方性層
22 他の光学異方性層
24 積層体
26 偏光子
28 偏光子付き光学異方性層
P1,P2 光学異方性層の面内方向の任意の位置

Claims (18)

  1. 液晶化合物と、
    光照射により螺旋誘起力が変化する感光性光学活性化合物であって、波長365nmの光におけるモル吸光係数が5000M-1・cm-1以上である光学活性化合物Aと、
    波長365nmの光におけるモル吸光係数が前記光学活性化合物Aの前記モル吸光係数よりも小さい光学活性化合物Bと、を含む液晶組成物であって
    前記液晶化合物に対する前記光学活性化合物Aの質量含有量比が、0.01未満であり、
    前記液晶組成物中に含まれる全ての光学活性化合物に基づく加重平均螺旋誘起力の絶対値が0.0μm-1以上0.5μm-1未満である、液晶組成物。
  2. 前記光学活性化合物Aの波長365nmの光におけるモル吸光係数が、15000M-1・cm-1以上である、請求項1に記載の液晶組成物。
  3. 前記光学活性化合物Bの波長365nmの光におけるモル吸光係数が、1000M-1・cm-1未満である、請求項1又は2に記載の液晶組成物。
  4. 前記液晶化合物が、重合性液晶化合物である、請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  5. 前記光学活性化合物Aが誘起する螺旋の螺旋方向が、前記光学活性化合物Bが誘起する螺旋の螺旋方向と逆方向である、請求項1~4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  6. 波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときに、前記光学活性化合物Aの螺旋誘起力が20μm-1以上変化する、請求項1~5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  7. 波長365nmの光を30mW/cmの照度で1秒間照射したときに、前記光学活性化合物Bの螺旋誘起力が5μm-1以上変化しない、請求項1~6のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  8. 前記光学活性化合物A及び前記光学活性化合物Bが、ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、及びイソマンニド部分構造のいずれかの部分構造を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  9. 前記光学活性化合物Aが、光異性化可能な二重結合を含む基を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  10. 前記光異性化可能な二重結合を含む基が、シアノシンナモイル基である、請求項9に記載の液晶組成物。
  11. 前記液晶化合物に対する前記光学活性化合物Aの質量含有量比が、0.006以下である、請求項1~10のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  12. 前記液晶化合物に対する前記光学活性化合物Aの質量含有量比が、0.0043以下である、請求項1~11のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  13. 組成物中に含まれる光学活性化合物の総含有量が、前記液晶化合物の全質量に対して、2.0質量%以下であり、且つ、前記光学活性化合物Bの含有量が、前記液晶化合物の全質量に対して、1.0質量%未満である、請求項1~12のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  14. 基板と、
    前記基板上に配置された、請求項1~13のいずれか1項に記載の液晶組成物から形成された光学異方性層と、を含む光学フィルム。
  15. 前記光学異方性層は、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する、請求項14に記載の光学フィルム。
  16. 請求項14又は15に記載の光学フィルムと偏光子とを備えた有機ELディスプレイ用円偏光板。
  17. 基板上に、請求項1~13のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いて組成物層を形成する工程1と、
    前記組成物層に加熱処理を施して、前記組成物層中の液晶化合物を配向させる工程2と、
    前記工程2の後、酸素濃度1体積%以上の条件下にて、前記組成物層に対して、光照射を行う工程3と、
    光照射が施された前記組成物層に対して硬化処理を施して、前記液晶化合物の配向状態を固定し、前記液晶化合物の配向状態が異なる領域を厚み方向に沿って複数有する光学異方性層を形成する工程4と、を有し、
    前記工程3を加熱条件下にて実施するか、又は、前記工程3と前記工程4との間に前記組成物層に加熱処理を施す工程5をさらに有する、光学異方性層の製造方法。
  18. 前記光学異方性層が、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第1領域と、ホモジニアス配向した液晶化合物の配向状態を固定してなる第2領域とを、厚み方向に沿って有する、請求項17に記載の光学異方性層の製造方法。
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