JPWO2008136265A1 - 重合性の液晶性化合物、液晶組成物および重合体 - Google Patents

重合性の液晶性化合物、液晶組成物および重合体 Download PDF

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Abstract

本発明の化合物は式(1)で表される。式(1)において、R1、R2は水素、フッ素、塩素、メチル又はエチルであり;X1、X2は水素、フッ素、メチル又はトリフルオロメチルであり;Z1、Z2は単結合、−COO−、−OCO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH2CH2−COO−、−OCO−CH2CH2−、−CH2O−、−CONH−、−(CH2)4−、−CH2CH2−又は−C≡C−であり;Z3、Z4は単結合又は−O−であり;A1、A2は1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル又はテトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり;Y1、Y2は炭素数2〜20のアルキレンである。

Description

本発明は重合性の液晶性化合物、この化合物またはこの化合物を含む液晶組成物を重合させて得られる重合体、この重合体を用いて得られる光学異方性を有する成形体、およびこの重合体を含有する液晶表示素子に関する。
近年、偏光板、位相差板などの光学異方性体に重合性の液晶化合物が利用されている。この化合物が液晶状態において光学異方性を示し、重合によりこの異方性が固定化されるためである。光学異方性を有する成形体に必要な光学的特性は目的によって異なるので、目的にあった特性を有する化合物が必要である。このような目的に使用される化合物は、前記の異方性に加えて重合体に関する特性も重要である。この特性は、重合速度、重合体の透明性、機械的強度、塗布性、溶解度、結晶化度、収縮性、透水度、吸水度、融点、ガラス転移点、透明点、耐薬品性などである。
重合性液晶化合物の中でも、重合性基としてアクリロイルオキシ基を有する化合物は重合反応性が高く、そして得られる重合体が高い透明性を有するので、このような目的に広く用いられる(特許文献1〜3)。重合性液晶化合物は単体でも用いられるが、複数の化合物を混合した組成物としても用いられる。また、塗工性を調節する目的で有機溶剤を加えたインキとして使用する。重合性液晶化合物(組成物)を使用して光学異方性を有するフィルムを製造するには、重合性液晶化合物(組成物)、光重合開始剤、界面活性剤などを有機溶剤に溶解させて溶液粘度、レベリング性などを調整したインキを調製する。このインキを配向処理した透明基板フィルムに塗工し、溶剤を乾燥させ、重合性液晶化合物(組成物)を基板フィルム上に配向させる。次に紫外線を照射して重合させ、配向状態を固定化させる。有機溶剤には一般的にトルエンなどの炭化水素系の溶剤、あるいはメチルエチルケトン、シクロペンタノンなどのケトン系溶剤を使用するが、近年、環境への負荷、安全性(変異原性、毒性)などの問題から、より環境への負荷が少ない、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート(PGMEA)などの安全性の高い有機溶剤の使用を求められている。しかしながら、特許文献1〜3の重合性液晶化合物は、これらの安全性の高い有機溶剤に対する溶解性が低く、十分な濃度(20wt%以上)のインキを調製できない問題がある。十分な濃度のインキが調整できなければ、塗工時に十分な厚さの塗膜が得られなくなり、その結果、所望する光学異方性を有するフィルムを作ることができない。本発明者はフルオレン骨格を有する重合性液晶化合物(特許文献4)を開発した。しかしながら、これらの化合物もPGMEAなどの溶媒への溶解性が悪く、高濃度のインキが調製できない。また、融点が高く、一旦加熱して液晶とした後、室温に放置すると結晶が析出しやすいなどの欠点があった。
特開平7−17910号公報 特開平8−3111号公報 特開平9−316032号公報 US 6,824,709
本発明の第1の目的は、広範囲な液晶相発現領域を有し、他の重合性液晶化合物との優れた相溶性を示し、室温に放置した場合においても液晶相を示すような再結晶化温度が低く、PGMEAなどの安全性の高い溶剤に対する溶解性に優れている重合性液晶化合物を提供することである。第2の目的は、透明性、機械的強度、収縮性、透水度、吸水度、融点、ガラス転移点、透明点、耐薬品性などのうち、複数の優れた特性を有する光学異方性を示す重合体を提供することである。第3の目的は、この光学異方性を示す重合体を含有する液晶表示素子を提供することである。
本発明の重合性の液晶化合物は次の[1]項に示される。
[1] 式(1)で表される化合物:

Figure 2008136265
ここに、RおよびRはそれぞれ独立して水素、フッ素、塩素、メチルまたはエチルであり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;Zは単結合、−COO−、−CH=CH−COO−、−CHCH−COO−、−CHO−、−CONH−、−(CH−、−CHCH−または−C≡C−であり;Zは単結合、−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−CHCH−、−OCH−、−NHCO−、−(CH−、−CHCH−または−C≡C−であり;ZおよびZは単結合または−O−であり;AおよびAはそれぞれ独立して1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはテトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、1,3−フェニレンおよび1,4−フェニレンにおける任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そして1つまたは2つの水素はシアノ、メチル、エチル、メトキシ、ヒドロキシ、ホルミル、アセトキシ、アセチル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、またはトリフルオロメチルで置き換えられてもよく;YおよびYはそれぞれ独立して炭素数2〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、任意の−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよい。
本発明の液晶性化合物は、室温で重合する、空気中でも重合する、重合しやすい、液晶相の温度範囲が広い、化学的に安定である、無色である、有機溶剤、特にPGMEAなどの安全性の高い溶剤に溶けやすい、他の重合性化合物との相溶性がよいなどの特性において複数の特性を充足する。特にインキとして使用する時に安全性の高い溶剤への溶解性に優れている点が挙げられる。また、室温放置した場合にも再結晶化が起こりにくいなどの点が挙げられる。また、この重合性液晶化合物を原料として用いて得られる重合体は、光学異方性を有する、支持基板から剥離しにくい、充分な硬度を有する、無色透明である、耐熱性が大きい、耐候性が大きい、光弾性が小さい、などの特性において複数の特性を充足する。従って、本発明の重合体は、例えば、液晶表示素子の構成要素である位相差板、偏光素子、反射防止膜、選択反射膜、輝度向上フィルムおよび視野角補償膜などに利用することができる。
最初に本発明で用いる用語について説明する。用語「液晶性」の意味は、液晶相を有することだけに限定されない。それ自体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特性も、液晶性の意味に含まれる。式(1)で表わされる化合物を化合物(1)と表記することがある。他の式で表される化合物についても同様にして称することがある。用語「任意の」は、位置だけでなく個数についても任意であることを意味する。そして、例えば、「任意のAはB、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現は、任意のAがBで置き換えられる場合、任意のAがCで置き換えられる場合および任意のAがDで置き換えられる場合に加えて、複数のAがB〜Dの少なくとも2つで置き換えられる場合をも含むことを意味する。但し、任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい場合には、連続する複数の−CH−が−O−で置き換えられることは含まれない。なお、実施例においては、電子天秤の表示データを質量単位であるg(グラム)を用いて示した。重量%や重量部はこのような数値に基づくデータである。
本発明は上記の[1]項と下記の[2]〜[9]項とで構成される。
[2] RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素またはメチルであり;Zが−COO−、−CH=CH−COO−または−CHCH−COO−であり;Zが−OCO−、−OCO−CH=CH−または−OCO−CHCH−であり;ZおよびZが単結合または−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレンまたは1,3−フェニレンであって、これらの環における1つまたは2つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基である、[1]項に記載の化合物。
[3] RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレン、1,3−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基である、[1]項に記載の化合物。
[4] RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが単結合であり;AおよびAが1,4−フェニレン、1,3−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基である、[1]項に記載の化合物。
[5] 式(1)で表される化合物の少なくとも1つと式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる少なくとも1つの化合物とを含有する重合性液晶組成物:

Figure 2008136265

Figure 2008136265
ここに、式(1)において、RおよびRはそれぞれ独立して水素、フッ素、塩素、メチルまたはエチルであり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;Zは単結合、−COO−、−CH=CH−COO−、−CHCH−COO−、−CHO−、−CONH−、−(CH−、−CHCH−、または−C≡C−であり;Zは単結合、−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−CHCH−、−OCH−、−NHCO−、−(CH−、−CHCH−、または−C≡C−であり;ZおよびZは単結合または−O−であり;AおよびAはそれぞれ独立して1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはテトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、1,4−フェニレンおよび1,3−フェニレンにおける任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そして1つまたは2つの水素はシアノ、メチル、エチル、メトキシ、ヒドロキシ、ホルミル、アセトキシ、アセチル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、またはトリフルオロメチルで置き換えられてもよく;YおよびYはそれぞれ独立して炭素数2〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、任意の−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく;
式(M1)において、RおよびRはそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wはそれぞれ独立して水素またはフッ素であり;m1はそれぞれ独立して2〜10の整数であり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素またはメチルであり:
式(M2)において、Zはそれぞれ独立して−O−または式(2)で表される基であり;Zはそれぞれ独立して単結合、−CHCH−または−CH=CH−であり;WおよびWはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2はそれぞれ独立して2〜10の整数であり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素またはメチルであり:
式(M3)において、Rは−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wは水素またはフッ素であり;Zは−O−または式(2)で表される基であり;Zは単結合、−C≡C−または−COO−であり;m3は2〜10の整数であり;Xは水素、フッ素またはメチルである。
[6] 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素またはメチルであり;Zが−COO−、−CH=CH−COO−または−CHCH−COO−であり;Zが−OCO−、−OCO−CH=CH−または−OCO−CHCH−であり;ZおよびZが−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレンまたは1,3−フェニレンであって、これらの環における1つまたは2つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が40〜95重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が5〜60重量%である、[5]項に記載の重合性液晶組成物。
[7] 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレン、1,3−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンにおける任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が50〜90重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が10〜50重量%である、[5]項に記載の重合性液晶組成物。
[8] 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素またはメチルであり;Zが−COO−、−CH=CH−COO−、−CHCH−COO−または−C≡C−であり;Zが−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−CHCH−または−C≡C−であり;ZおよびZが単結合であり;AおよびAが1,3−フェニレン、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が50〜90重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が10〜50重量%である、[5]項に記載の重合性液晶組成物。
[9] 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが単結合であり;AおよびAが1,3−フェニレン、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が50〜90重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が10〜50重量%である、[5]項に記載の重合性液晶組成物。
[10] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の化合物の少なくとも1つを重合させて得られる光学異方性を有するフィルム。
[11] [5]〜[9]のいずれか1項に記載の重合性液晶組成物を重合させて得られる光学異方性を有するフィルム。
[12] A−プレートの光学特性を有する、[10]項または[11]項に記載の光学異方性を有するフィルム。
[13] C−プレートの光学特性を有する、[10]項または[11]項に記載の光学
異方性を有するフィルム。
[14] ネガティブC−プレートの光学特性を有する、[10]項または[11]項に記載の光学異方性を有するフィルム。
[15] [10]〜[14]のいずれか1項に記載の光学異方性を有するフィルムを含有する液晶表示素子。
本発明の化合物(1)は、通常使用される条件下において物理的および化学的に極めて安定であり、極性溶剤への溶解性がよいことを特徴とする。本発明の化合物を構成する環、結合基、側鎖を適当に選ぶことによって、高い光学異方性、低い光学異方性、低い粘性などに調整することができる。本発明の化合物を構成する原子がその同位体であっても同様の特性を示すので好ましく用いることができる。
化合物(1)はアクリロイルオキシ、メタクロイルオキシ、α−フルオロアクリロイルオキシまたはα−トリフルオロメチルアクリロイルオキシなどの重合性基を分子の両末端に有する2官能性化合物である。重合性基にアクリロイルオキシ基を有する化合物は重合速度がより速く、より短時間で重合が完了することから特に好ましい。また、2官能性化合物は単官能性化合物に比べてその重合体は、強固なクロスリンク構造が得られることから、耐熱性がより高く、吸水性、透水性およびガス透過性がより低く、機械的強度(特に硬度)がより高い。
本発明の重合性液晶化合物は、式(1)で表される。

Figure 2008136265
式(1)において、RおよびRはそれぞれ独立して水素、フッ素、塩素、メチルまたはエチルであり、好ましくはそれぞれ独立して水素またはメチルである。即ち、RおよびRのそれぞれが水素またはメチルであるか、またはRが水素であり、Rがメチルであることが好ましい。
およびXはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルであり、好ましくはそれぞれ独立して水素またはメチルであり、より好ましくは共に水素またはメチルである。即ち、XおよびXが同じ基であることが好ましい。XおよびXをこのような基から選択することにより、化合物(1)の重合反応性、透明性、ヘイズなどを調整することができる。
は単結合、−COO−、−CH=CH−COO−、−CHCH−COO−、−CHO−、−CONH−、−(CH−、−CHCH−または−C≡C−であり、好ましくは−COO−、−CH=CH−COO−または−CHCH−COO−であり、より好ましくは−COO−である。Zは単結合、−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−CHCH−、−OCH−、−NHCO−、−(CH−、−CHCH−または−C≡C−であり、好ましくは−OCO−、−OCO−CH=CH−または−OCO−CHCH−であり、より好ましくは−OCO−である。ZおよびZをこのような基から選択することにより、化合物(1)の液晶温度領域が広くなる傾向がある。
およびZは単結合または−O−が好ましい。ZおよびZが単結合の場合は融点が高くなる傾向があるが、NI点も高くなる傾向がある。ZおよびZが−O−の場合は融点が低くなる傾向があり、PGMEAなどの極性の高い溶媒に溶解しやすい傾向がある。
およびAはそれぞれ独立して1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはテトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルである。そしてこの1,4−フェニレンにおいて、任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そして1つまたは2つの水素はシアノ、メチル、エチル、メトキシ、ヒドロキシ、ホルミル、アセトキシ、アセチル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、またはトリフルオロメチルで置き換えられてもよい。AおよびAは、共に1,3−フェニレンもしくは1,4−フェニレンであるか、またはAおよびAの一方が1,3−フェニレンであってもう一方が1,4−フェニレンであることが好ましく、この1,4−フェニレンの任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよい。即ち、AおよびAの好ましい例は、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、2−クロロ−1,4−フェニレン、3−クロロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,4−ジフルオロ−1,4−フェニレン、および2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。AおよびAが共に1,4−フェニレンの場合、融点が高く、透明点が高くなり液晶相の温度領域が広くなる傾向があり、AおよびAの少なくとも一方が1,3−フェニレンの場合、融点が低くなるが、透明点が低くなる傾向がある。
およびYはそれぞれ独立して炭素数2〜20のアルキレンである。このアルキレンにおいて、任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、任意の−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよい。YおよびYは、炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であることが好ましい。なお、本発明においては、アルキレン中の−CH−が−O−で置き換えられてもよいとするとき、隣り合う2つ以上の−CH−が同時に−O−で置き換えられることは想定していない。このようなYおよびYの好ましい例は、炭素数2〜14の直鎖または分岐鎖のアルキレン、−COC−、−(CO)−C−、−(CO)−C−、および−(CO)−C−である。なお、炭素数2〜14の直鎖または分岐鎖のアルキレンでは、直鎖のアルキレンが好ましい。アルキレンの鎖長が長いと化合物(1)は広い液晶相の温度領域を示す傾向があり、アルキレンにエーテル構造(−O−)を導入すると、極性の高い溶剤への溶解性がよくなる傾向がある。
本発明の化合物は、Houben Wyle Methoden der Organischen Chemie、Organic Reactions、Organic Synthesesなどに記載された有機化学における合成方法を駆使することにより製造できる。以下に示すスキームにおいて、特に説明していない記号の意味は前記の通りである。
原料であるクロロホルメート誘導体[b−4]の合成方法について説明する。

Figure 2008136265
まず、ジオール[a−1]とアクリル酸誘導体[a−2]とのモノエステル化により、アクリル酸モノエステル誘導体[a−3]を得る。次に、[a−3]にホスゲン[a−4]を反応させることにより、対応するクロロホルメート誘導体[b−4]を合成できる。ジオール[a−1]の具体例は、エチレングルコール、1,4−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングルコール、およびペンタエチレングリコールである。アクリル酸誘導体[a−2]の具体例は、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド、α−フルオロアクリル酸フロライド、α−トリフルオロメチルアクリル酸クロライド、アクリル酸、メタクリル酸、α−フルオロアクリル酸、およびα−トリフルオロメチルアクリル酸である。
が−COO−であり、Zが−OCO−であり、Zが−O−であり、Zが−O−である化合物(1)は下記のスキーム(1)に従って合成することができる。
<スキーム(1)>

Figure 2008136265
1当量の2,7−ジヒドロキシフルオレン誘導体[b−1]と2当量の4−ヒドロキシ安息香酸誘導体[b−2]を酸触媒の存在下、トルエンやキシレン中で脱水することにより、ジエステル[b−3]が得られる。酸触媒には硫酸、ホウ酸、p−トルエンスルホン酸などが用いられる。次に、[b−3]と前記の[b−4]とのエステル化反応により化合物(1)を合成できる。なお、[b−1]と[b−2]の反応においては、Aが異なる基である複数の[b−2]を混合して用いてもよい。その結果として、異なる化合物である複数の[b−3]の混合物が得られるが、発明の効果に影響するわけではない。また、[b−3]と[b−4]の反応において、Xおよび/またはYが異なる基である複数の[b−4]を混合して用いてもよいことは、複数の[b−2]を混合して用いる場合と同じである。この事情は以下に示す他のスキームにおいても同じである。
が−CH=CH−COO−であり、Zが−OCO−CH=CH−であり、Zが−O−であり、Zが−O−である化合物(1)は次に示すスキーム(2)に従って合成することができる。
<スキーム(2)>

Figure 2008136265
ケイ皮酸誘導体[b−5]とクロロホルメート誘導体[b−4]との反応により化合物[b−6]を得る。次に、1当量の2,7−ジヒドロキシフルオレン誘導体[b−1]と2当量の化合物[b−6]をジシクロヘキシルカルボジイミドなどの脱水縮合剤によりエステル化することにより化合物(1)を合成することができる。Zが−CHCH−COO−であり、Zが−OCO−CHCH−である化合物(1)も、同様な方法により合成することができる。
およびZがそれぞれ−C≡C−であり、Zが−O−であり、Zが−O−である化合物(1)は、次に示すスキーム(3)に従って合成することができる。
<スキーム(3)>

Figure 2008136265
が−COO−であり、Zが−OCO−であり、Zが単結合であり、Zが単結合である化合物(1)は下記のスキーム(4)に従って合成することができる。
<スキーム(4)>

Figure 2008136265
1当量の2,7−ジヒドロキシフルオレン誘導体[b−1]と2当量の酸クロライド誘導体[b−7]を塩基触媒の存在下、トルエンやテトラヒドロフラン中でエステル化することにより、ジエステル[b−8]が得られる。塩基触媒にはトリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアニリンなどが用いられる。次に、[b−8]と前記の[a−3]とのエステル化反応により化合物(1)を合成できる。なお、[b−1]と[b−7]の反応においては、Aが異なる基である複数の[b−7]を混合して用いてもよい。その結果として、異なる化合物である複数の[b−8]の混合物が得られるが、発明の効果に影響するわけではない。また、[b−8]と[a−3]の反応において、Xおよび/またはYが異なる基である複数の[a−3]を混合して用いてもよいことは、複数の[b−7]を混合して用いる場合と同じである。
合成できる化合物(1)を例示する。

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265
次に、本発明の重合性液晶組成物について説明する。本発明の組成物は化合物(1)の少なくとも1つと式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる少なくとも1つの化合物を含有する。

Figure 2008136265
式(M1)において、RおよびRはそれぞれ独立して水素またはメチルである。Wはそれぞれ独立して水素またはフッ素であり、同じ基であることが好ましい。m1はそれぞれ独立して2〜10の整数であり、同じ数値であることが好ましい。XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素またはメチルであり、好ましくは水素である。化合物(M1)は2官能のアクリル化合物であり、屈折率異方性が大きいことから、組成物の屈折率異方性の調整に用いる。化合物(M1)の特に好ましい例は、化合物(M1−1)〜化合物(M1−8)である。これらの化合物は特許文献4(US 6,824,709)に記載の方法で合成できる。

Figure 2008136265

Figure 2008136265
式(M2)において、Zはそれぞれ独立して−O−または式(2)で表される基であり、同じ基であることが好ましい。Zはそれぞれ独立して単結合、−CHCH−または−CH=CH−であり、好ましくは単結合または−CHCH−の同一の基である。WおよびWはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルである。m2はそれぞれ独立して2〜10の整数であり、同じ数値であることが好ましい。XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素またはメチルであり、好ましくは水素である。化合物(M2)の特に好ましい例を次に示す。これらの化合物はMakromol. Chem., 190, 3201-3215 (1998)、WO97/00600等に記載された方法で合成できる。

Figure 2008136265

Figure 2008136265
式(M3)において、Rは−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシである。Wは水素またはフッ素であり、好ましくは水素である。Zは−O−または式(2)で表される基である。Zは単結合、−C≡C−または−COO−であり、好ましくは単結合または−COO−である。m3は2〜10の整数である。Xは水素、フッ素またはメチルであり、好ましくは水素である。化合物(M3)の特に好ましい例を次に示す。これらの化合物はMacromolecules, 26, 6132-6134 (1993)、DE19504224、WO97/00600等に記載された方法で合成できる。

Figure 2008136265
以下の説明においては、化合物(M1)、化合物(M2)および化合物(M3)を総称して化合物(M)と表記する。本発明の重合性液晶組成物は、前記の通り、化合物(1)の少なくとも1つと化合物(M)の少なくとも1つとを含有する。本発明の重合性液晶組成物における化合物(1)の好ましい含有割合は、化合物(1)と化合物(M)の合計量を基準として40〜95重量%である。この割合のより好ましい範囲は50〜90重量%である。化合物(M)の好ましい含有割合は、化合物(1)と化合物(M)の合計量を基準として5〜60重量%である。この割合のより好ましい範囲は10〜50重量%である。本発明の重合性液晶組成物は、化合物(1)と化合物(M)とからなることが好ましいが、他の成分を含有してもよい。
他の成分としては選択反射を利用したネガティブC−プレートを作製する目的で、光学活性アクリレートである化合物(K1)〜(K3)を添加してもよい。

Figure 2008136265
本発明の重合性液晶組成物は、重合体の物性を調整するために、必要に応じてさらに添加物を含有してもよい。そのような添加物の例は、シランカップリング剤、界面活性剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、非液晶性の多官能アクリレートモノマーなどである。これらの添加剤は、組成物や重合体の特性を調整するのに使われる。重合に必要な添加物の例は、光重合開始剤、増感剤などである。組成物を希釈するためには有機溶剤が好ましい。その他の重合性化合物および添加物の例を以下に示す。
ホメオトロピック配向を制御するために、有機ケイ素化合物を重合性液晶組成物に添加してもよい。有機ケイ素化合物は、式(3)で示される化合物である。

Figure 2008136265
式(3)において、Rは炭素数2〜10の直鎖アルキレンであり、このアルキレン中の1つまたは隣り合わない2つの−CH−は−O−または−NH−で置き換えられてもよい。Rはメチル、エチル、プロピルまたはイソプロピルである。Rはメチル、エチルまたはトリメチルシリルである。そして、rは0〜2の整数である。すなわち、化合物(3)はアミノ基と加水分解性のアルコキシ基またはトリメチルシリルオキシ基とを有するケイ素化合物である。
化合物(3)の具体例を次に示す。

Figure 2008136265

Figure 2008136265

Figure 2008136265
安定してホメオトロピック配向を得るためには、有機ケイ素化合物の使用割合を重合性液晶化合物の合計量に対する重量比で0.01〜0.30にすることが好ましい。この割合のより好ましい範囲は0.03〜0.20であり、さらに好ましい範囲は0.03〜0.15である。
ホモジニアス配向性の安定化あるいは塗工性を向上させる目的で界面活性剤を使用してもよい。界面活性剤の例は、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、ペルフルオロアルキルスルホン酸塩、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩、ペルフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、およびペルフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩である。界面活性剤は組成物を支持基板などに塗布するのを容易にするなどの効果を有する。界面活性剤の好ましい割合は、界面活性剤の種類、組成物の組成比などにより異なるが、重合性化合物の合計量に対する重量比で1×10−4〜0.05であり、より好ましくは0.001〜0.01である。
本発明の重合性液晶組成物には、硬化フィルムとした後での空気中の酸素による劣化を防ぐ目的で酸化防止剤を添加してもよい。酸化防止剤の例は、ヒドロキノン、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、2,6−ジ−t−ブチルフェノール、トリフェニルフォスファイト、およびトリアルキルフォスファイトである。好ましい市販品は、チバ・スペシャリティーズ製のイルガノックス245、イルガノックス1035などである。
紫外線による硬化フィルムの劣化を防ぐ目的で紫外線吸収剤を添加してもよい。紫外線吸収剤の例は、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製のTINUVIN PS、TINUVIN 292、TINUVIN 109、TINUVIN 328、TINUVIN 384−2、TINUVIN 123、TINUVIN 400、およびTINUVIN 400Lである。
本発明では、紫外線などの光で重合を行うために光開始剤を使用する。光重合開始剤は汎用品でよい。この開始剤としては、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ(株)の製品のうちから、DAROCUR1173(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン)、DAROCUR TPO、IRGACURE184(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)、IRGACURE651(2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン)、IRGACURE500、IRGACURE2959、IRGACURE907、IRGACURE369、IRGACURE1300、IRGACURE819、IRGACURE1700、IRGACURE1800、IRGACURE1850、DAROCUR4265、IRGACURE784、IRGACURE784OXE01などを挙げることができる。
光重合開始剤のその他の例は、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、およびベンゾフェノン/メチルトリエタノールアミン混合物である。
光重合開始剤には、光に対する感度を上げるために増感剤を併用してもよい。増感剤として好ましい化合物(4−1)〜化合物(4−6)を例示する。

Figure 2008136265
溶剤の例は、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン、メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン、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、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、乳酸エチル、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(PGMEA)、γ−ブチロラクトン、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、3−メチルメトキシプロピオネート、および酢酸メトキシアセテートである。溶剤は単一化合物であってもよいし、または混合物であってもよい。これらの溶剤の中で安全性の面から特に好ましい溶剤の例として、PGMEA、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、3−メチルメトキシプロピオネート、および酢酸メトキシアセテートを挙げることができる。本発明の重合性液晶組成物を支持基板に塗布するときに用いられることがある。
非液晶性の多官能アクリレートモノマーの例は、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、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、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、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリスアクリロキシエチルフォスフェート、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(大阪有機化学株式会社、商品名:ビスコート700)、およびポリエチレングリコールジアクリレートである。下記の化合物(5−1)〜化合物(5−10)なども挙げることができる。これらの化合物は本発明の重合性液晶組成物に添加して粘度の調整、配向の調整、または重合体の硬度をより大きくするために用いられることがある。

Figure 2008136265

Figure 2008136265
次に、本発明の組成物の重合条件について説明する。本発明の重合性液晶組成物を重合させることによって重合体が得られる。優れた配向の重合体を得るときは、熱重合よりも光重合触媒を用いた重合が好ましい。組成物が液晶である条件下で、重合を行なわせるのが容易だからである。
光重合に用いられる好ましい光の種類は、紫外線、可視光線、赤外線などである。電子線、X線などの電磁波を用いてもよい。通常は、紫外線または可視光線が好ましい。好ましい波長の範囲は150〜500nmである。さらに好ましい範囲は250〜450nmであり、最も好ましい範囲は300〜400nmである。光源は、低圧水銀ランプ(殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト)、高圧放電ランプ(高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ)、ショートアーク放電ランプ(超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ)などである。好ましい光源は超高圧水銀ランプである。光源からの光はそのまま組成物に照射してもよい。フィルターによって選択した特定の波長(または特定の波長領域)を組成物に照射してもよい。好ましい照射エネルギー密度は、2〜5000mJ/cm2である。さらに好ましい範囲は10〜3000mJ/cm2である。特に好ましい範囲は100〜2000mJ/cm2である。好ましい照度は0.1〜5000mW/cmである。さらに好ましい照度は1〜2000mW/cmである。組成物が液晶相を有するように、光を照射するときの温度を設定する。好ましい照射温度は100℃以下である。100℃以上の温度では熱による重合が起こりうるので、良好な配向が得られないときがある。
重合体の形状は、フィルム、板、粒、粉末などである。重合体は成形されてもよい。フィルムの重合体を得るには、支持基板が一般的に用いられる。支持基板の上に組成物を塗布し、液晶相を有している塗膜(paint film)を重合させるとフィルムが得られる。好ましい重合体の厚さは、重合体の光学異方性の値および用途に依存する。従って、その範囲を厳密に決定することはできないが、好ましい厚さは0.05〜50μmの範囲である。さらに好ましい厚さは0.1〜20μmの範囲である。特に好ましい厚さは0.5〜10μmの範囲である。これらの重合体のヘイズ値(haze value;曇り度)は、概して1.5%以下である。これらの重合体の透過率は、可視光領域において一般的に80%以上である。このような重合体は液晶表示素子に用いる光学異方性の薄膜として適している。
支持基板の例は、トリアセチルセルロース(TACと表記することがある)、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリエステル、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどである。商品名の例は、JSR(株)の「アートン」、日本ゼオン(株)の「ゼオネックス」および「ゼオノア」、三井化学(株)の「アペル」などである。支持基板は一軸延伸フィルム、二軸延伸フィルムなどである。好ましい支持基板はトリアセチルセルロースフィルムである。このフィルムを前処理することなくそのまま用いてもよい。このフィルムは、必要に応じて、ケン化処理、コロナ放電処理、UV−オゾン処理、プラズマ処理などの表面処理を行ってもよい。その他の例は、アルミニウム、鉄、銅などの金属製の支持基板、アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、フリントガラスなどのガラス製の支持基板などである。
支持基板上の塗膜は、組成物をそのまま塗布することによって調製される。塗膜は、組成物を適切な溶剤に溶かして塗布したあと、溶剤を除去することによっても調製される。塗布の方法は、スピンコート、ロールコート、カーテンコート、フローコート、プリント、マイクログラビアコート、グラビアコート、ワイヤーバーコート、デップコート、スプレーコート、メニスカスコート、流延成膜法などである。
本発明の重合性液晶組成物において、液晶分子の配向を決定する因子は、1)組成物に含有される化合物の種類、2)支持基板の種類、3)配向処理の方法、などである。好ましい配向処理の方法は酸化ケイ素を斜方蒸着させる、スリット状にエッチング加工する、などの方法である。特に好ましい配向処理の方法はレーヨン布などで一方向にこする(ラビング)である。ラビング処理においては、支持基板を直接的にラビングしてもよい。支持基板をポリイミド、ポリビニルアルコールなどの薄膜でコーティングし、この薄膜をラビングしてもよい。ラビング処理をしなくても、良好な配向を与える特殊な薄膜も知られている。あるいは側鎖型の液晶ポリマーを支持基板にコーティングしてもよい。
液晶分子における配向の分類は、ホモジニアス(homogenerous;平行)、ホメオトロピック(homeotropic;垂直)、ハイブリッド(hybrid)などである。ホモジニアスは、配向ベクトルが基板に平行で、かつ一方向にある状態をいう。ホメオトロピックは、配向ベクトルが基板に垂直である状態をいう。ハイブリッドは、配向ベクトルが基板から離れるにしたがって、平行から垂直に立ちあがっている状態をいう。これらの配向は、ネマチック相などを有する組成物で観察される。
次に、本発明の重合体について説明する。この重合体は本発明の重合性液晶組成物を重合させて得られる。この重合体は、無色透明である、光弾性(photoelasticity)が小さい、支持基板から剥離しにくい、充分な硬度を有する、耐熱性が大きい、耐候性が大きい、などの特性において、複数の特性を充足する。
重合体の用途は次のとおりである。この重合体は、光学異方性を有する成形体として使用できる。この重合体の用途の例は、位相差板(1/2波長板、1/4波長板など)、反射防止膜、選択反射膜、視野角補償膜などの光学フィルムである。ホモジニアス、ハイブリット、ホメオトロピックなどの配向を有する重合体は、位相差板、偏光素子、液晶配向膜、反射防止膜、選択反射膜、視野角補償膜、などに利用できる。このような重合体は、液晶表示素子の位相差板や視野角補償膜などに、光学補償を目的として用いられる。産業上の重要な用途の例は、VAモード、IPSモード、TNモード、MVAモードなどの液晶表示素子における視野角補償である。この重合体は、高熱伝導性エポキシ樹脂、接着剤、機械的異方性を持つ合成高分子、化粧品、装飾品、非線型光学材料、情報記憶材料などにも利用できる。
重合体の用途の一例である位相差板は偏光の状態を変換する機能を有する。1/2波長機能板は、直線偏光の振動方向を90度回転させる機能を有する。d=λ/2×Δnの式を満たすように組成物を支持基板上に塗布する。ここで、dは組成物の厚さ、λは波長、Δnは光学異方性である。この組成物の配向させたあと、光重合させることによって1/2波長機能板が得られる。一方、1/4波長機能板は、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。この場合には、d=λ/4×Δnの条件を満たすように組成物の塗膜を調製すればよい。重合体の厚さ(d)は次のように調整される。組成物を溶剤で希釈したあと、支持基板上に塗布する方法では、組成物の濃度、塗布する方法、塗布する条件などを適切に選択することによって、目的とする厚さの塗膜を得ることができる。液晶セルを利用する方法も好ましい。液晶セルはポリイミドなどの配向膜を有しているので都合がよい。この液晶セルに組成物を注入する場合には、液晶セルの間隔によって塗膜の厚さを調整することができる。
実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により制限されない。化合物の構造は核磁気共鳴スペクトル、赤外吸収スペクトル、質量スペクトルなどで確認した。相転移温度の単位は℃であり、Cは結晶を、Iは等方性液体相を示す。括弧内はモノトロピックの液晶相を示す。なお、実施例においては、容量の単位であるリットルを記号Lで表記した。以下に、物性値の測定法を示す。
<化合物の構造確認>
500MHzのプロトンNMR(ブルカー:DRX-500)の測定により合成した化合物の構造を確認した。記載した数値はppmを表し、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>
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で昇温した。液晶相が別の液晶相に転移する温度を測定した。Cは結晶、Nはネマチック相、Iは等方性液体を意味する。NI点は、ネマチック相の上限温度またはネマチック相から等方性液体への転移温度である。「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。
<光学異方性(Δn)>
上記の耐熱性試験の方法にしたがって重合体フィルムのリタデーション(25℃)の値を測定した。重合体フィルムの厚さ(d)も測定した。リタデーションはΔn×dであるから、この関係から光学異方性の値を算出した。
<液晶分子の配向>
重合体フィルム(液晶配向フィルム)は、ラビング処理したポリイミド配向膜付きガラス基板上に調製した。重合体の配向は、透過光強度の角度依存性に基づいて、次に示す方法により目視で決定した。
(目視による観察方法):クロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に重合体フィルムを狭持して、フィルム面に垂直方向(傾き角は0度)から光を照射した。照射の傾き角を0度から例えば50度に増大させながら透過光の変化を観察した。照射を傾ける方向は、ラビングの方向(液晶分子の長軸方向)に一致させた。垂直方向からの透過光が最大であるとき、配向はホモジニアスであると判断した。ホモジニアス配向では、液晶分子の配向ベクトルがガラス基板と平行であるからであり、A−プレートとして機能する。一方、垂直方向からの透過光が最小であり、傾き角を増大させるにしたがって透過光が増大するとき、配向はホメオトロピックであると判断した。ホメオトロピック配向では液晶分子の配向ベクトルがガラス基板に垂直であるからであり、C−プレートとして機能する。
(偏光解析装置による測定) :シンテック(株)製のOPTIPRO偏光解析装置を用いた。重合体フィルムに波長が550nmの光を照射した。この光の入射角度をフィルム面に対して90度から減少させながらレタデーション(Δn×d)を測定した。
<2,7−ビス(4−(6−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)−9−メチルフルオレン:化合物(1−8)の合成>
(第1段階)
窒素雰囲気下、4−ヒドロキシ安息香酸(13.0g)、2,7−ジヒドロキシ−9−メチルフルオレン(10.0g)、ホウ酸(0.3g)、キシレン(120ml)の混合物に濃硫酸(0.2ml)を加え、水分を除去しながら6時間加熱還流した。析出した固形物を減圧ろ過により集め、トルエンで洗浄した。エタノール(75ml)とアセトン(75ml)の混合溶剤から再結晶して、淡紅色結晶の2,7−ビス(4−ヒドロキシベンゾイルオキシ)−9−メチルフルオレン(化合物[H1])(14.9g)を得た。

Figure 2008136265
化合物[H1]のNMR分析値を示す。
H−NMR(DMSO;δppm):8.27(m,4H),7.98(d,2H),7.47(d,2H),7.24(dd,2H),6.81(m,4H)、4.02(m,1H),1.43(d,3H).
(第2段階)
窒素雰囲気下、化合物[H1](5.0g)をジクロロメタン(50ml)に溶解し、トリエチルアミン(4.5g)を加えて−10℃に冷却した。そこに4−アクリロイルオキシブチルクロロホルメート(4.7g)を滴下し、一晩撹拌した。反応混合物に水を加えて有機層を分離し、得られた有機層を6N塩酸および水を順次用いて洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶剤を減圧留去して得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶出液:トルエン−酢酸エチル混合溶液(容量比:トルエン/酢酸エチル=9/1))、および再結晶(トルエン)によって精製して、無色結晶の化合物(1−8)(5.66g)を得た。

Figure 2008136265
化合物(1−8)の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 81.1 N 250< I.
H−NMR(CDCl;δppm):8.27(m,4H),7.77(d,2H),7.36(m,4H),7.21(d,2H),6.43(dd,2H),6.15(dd,2H),5.85(dd,2H),4.34(t,4H),4.24(t,4H),1.83−1.91(m,8H),1.57(s,3H).
化合物(1−8)をPGMEAに溶解して20wt%PGMEA溶液を調製した。この溶液は室温(20℃)で一晩放置しても結晶の析出は無かった。
<2,7−ビス(4−(6−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)−9,9−ジメチルフルオレン:化合物(1−19)の合成>
(第1段階)
窒素雰囲気下、4−ヒドロキシ安息香酸(12.2g)、2,7−ジヒドロキシ−9,9−ジメチルフルオレン(10.0g)、ホウ酸(0.3g)、キシレン(120ml)の混合物に濃硫酸(0.2ml)を加えて水分を除去しながら6時間加熱還流した。析出物をろ過し、これをトルエンで洗浄した。エタノール(75ml)とアセトン(75ml)の混合溶剤から再結晶し、淡紅色固体の2,7−ビス(4−ヒドロキシベンゾイルオキシ)−9,9−ジメチルフルオレン(化合物[H2])(17.6g)を得た。

Figure 2008136265
化合物[H2]のNMR分析値を示す。
H−NMR(DMSO;δppm):8.27(m,4H),7.98(d,2H),7.47(d,2H),7.24(dd,2H),6.81(m,4H),1.47(s,6H).
(第2段階)
窒素雰囲気下、化合物[H2](5.0g)をジクロロメタン(50ml)に溶解し、トリエチルアミン(4.3g)を加えて−10℃に冷却した。そこに4−アクリロイルオキシブチルクロロホルメート(4.5g)を滴下し、一晩撹拌した。反応混合物に水を加えて有機層を分離し、得られた有機層を6N塩酸および水を順次用いて洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶剤を減圧留去して得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶出液:トルエン−酢酸エチル混合溶液(容量比:トルエン/酢酸エチル=9/1))、および再結晶(トルエン/ヘプタン)によって精製して、無色結晶の化合物(1−19)(4.4g)を得た。

Figure 2008136265
化合物(1−19)の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 95.6 N 142.5 I.
H−NMR(CDCl;δ ppm):8.14(t,2H),7.30−7.26(M,6H),7.18−7.12(m,6H),6.42(d,2H),6.13(dd,2H),5.85(d,2H),4.34(t,4H),4.24(t,4H),1.86(m,8H)
化合物(1−19)をPGMEAに溶解して20wt%PGMEA溶液を調製した。この溶液は室温(20℃)で一晩放置しても結晶の析出は無かった。
<2,7−ビス(4−(6−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニルオキシ)−2−フルオロベンゾイルオキシ)−9,9−ジメチルフルオレン:化合物(1−25)の合成>
(第1段階)
窒素雰囲気下、2−フルオロ−4−ヒドロキシ安息香酸(13.8g)、2,7−ジヒドロキシ−9,9−ジメチルフルオレン(10.0g)、ホウ酸(0.3g)、キシレン(120ml)の混合物に濃硫酸(0.2ml)を加えて水分を除去しながら6時間加熱還流した。析出物をろ過し、これをトルエンで洗浄した。エタノール(75ml)とアセトン(75ml)の混合溶剤から再結晶し、淡紅色固体の2,7−ビス(4−ヒドロキシ−2−フルオロベンゾイルオキシ)−9,9−ジメチルフルオレン(化合物[H3])(7.77g)を得た。

Figure 2008136265
化合物[H3]のNMR分析値を示す。
H−NMR(DMSO;δppm):7.98(dd,4H),7.89(d,4H),7.45(d,4H),7.21(dd,4H),6.78(dd,4H),6.72(dd,4H),1.47(s,6H).
19F−NMR(DMSO;δppm):−105.7(m,2F).
(第2段階)
窒素雰囲気下、化合物[H3](5.0g)をジクロロメタン(50ml)に溶解し、トリエチルアミン(4.0g)を加え−10℃に冷却した。そこに4−アクリロイルオキシブチルクロロホルメート(4.2g)を滴下し、一晩撹拌した。反応混合物に水を加えて有機層を分離し、得られた有機層を6N塩酸および水を順次用いて洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶剤を減圧留去して得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶出液:トルエン−酢酸エチル混合溶液(容量比:トルエン/酢酸エチル=19/1))、および再結晶(トルエン)によって精製して、無色結晶の化合物(1−25)(4.92g)を得た。

Figure 2008136265
化合物(1-25)の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 95.6 N 142.5 I.
H−NMR(CDCl;δ ppm):8.14(t,2H),7.30−7.26(M,6H),7.18−7.12(m,6H),6.42(d,2H),6.13(dd,2H),5.85(d,2H),4.34(t,4H),4.24(t,4H),1.86(m,8H)
<2,7−ビス(4−(6−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニルオキシフェニル)プロピオニルオキシ−9−メチルフルオレン:化合物(1−35)の合成>
(第1段階)
窒素雰囲気下、水酸化ナトリウム(4.0g)と水(60ml)の混合物を−5℃に冷却した。そこに4−ヒドロキシフェニルプロピオン酸(5.0g)と4−アクリロイルオキシブチルクロロホルメート(6.2g)を滴下し、一晩撹拌した。反応混合物を6N塩酸に投入して析出した固形物を減圧ろ過により集め、水およびメタノールを順次用いて洗浄した。エタノール(75ml)、アセトン(75ml)の混合溶剤から再結晶して、無色結晶の4−(6−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニルオキシフェニル)プロピオン酸(化合物[H4])を得た。

Figure 2008136265
化合物[H4]のNMR分析値を示す。
H−NMR(CDCl;δppm):7.23(m,4H),7.10(m,4H),6.41(dd,1H),6.13(dd,1H),5.85(dd,1H)、4.29(t,2H),4.22(t,2H),2.95(t,2H),2.68(t,2H),1.81−1.87(m,4H).
(第2段階)
窒素雰囲気下、化合物[H4](2.0g)、2,7−ジヒドロキシ−9,9−ジメチルフルオレン(0.66g)、DCC(1.29g)、DMAP(0.07g)、およびジクロロメタン(20ml)の混合物を室温で12時間撹拌した。反応混合物に水を加えて有機層を分離し、得られた有機層を1N塩酸、2N水酸化ナトリウム水溶液および水を順次用いて洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶剤を減圧留去して得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶出液:トルエン−酢酸エチル混合溶液(容量比:トルエン/酢酸エチル=19/1))および再結晶(トルエン/ヘプタン)によって精製して、無色結晶の化合物(1−35)(0.67g)を得た。

Figure 2008136265
化合物(1-35)の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 81.1 N 250< I.
H−NMR(CDCl;δppm):7.63(d,2H),7.30(m,4H),7.13(m,4H),7.06(d,2H),6.97(dd,2H),6.43(dd,2H),6.13(dd,2H),5.84(dd,2H),4.30(t,4H),4.23(t,4H),3.09(t,4H),2.90(t,4H),1.82−1.88(m,8H),1.45(s,6H).
<2,7−ビス(4−(5−アクリロイルオキシ−3−オキサペンチルオキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)−9−メチルフルオレン:化合物(1−42)の製造>
(第1段階)
窒素雰囲気下、実施例1で合成した化合物[H1](1.5g)をジクロロメタン(15mL)に溶解し、トリエチルアミン(1.34g)を加えて−10℃に冷却した。そこに5−ヒドロキシ−3−オキサペンチルアクリレートクロロホルメート(1.55g)を滴下し、一晩撹拌した。反応混合物に水を加えて有機層を分離し、得られた有機層を6N塩酸および水を順次用いて洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶剤を減圧留去して得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶出液:トルエン−酢酸エチル混合溶液(容量比:トルエン/酢酸エチル=1/1))、および再沈殿(トルエン/メタノール)によって精製して、無色結晶の化合物(1−42)(1.74g)を得た。

Figure 2008136265
この化合物の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 79.4 N 250< I.
H−NMR(CDCl;δppm):8.28(m,4H),7.77(d,2H),7.37(m,4H),7.21(d,2H),6.46(dd,2H),6.18(dd,2H),5.86(dd,2H),4.45(t,4H),4.37(t,4H),4.01(q,1H),3.83(t,4H),3.81(t,4H),1.55(d,3H).
化合物(1−42)をPGMEAに溶解して30wt%PGMEA溶液を調製した。この溶液は室温(20℃)で一晩放置しても結晶の析出は無かった。
<2,7−ビス(4−(8−アクリロイルオキシ−6−オキシ−3−オキサオクチルオキシカルボニルオキシ)ベンゾイルオキシ)−9−メチルフルオレン:化合物(1−52)の製造>
(第1段階)
窒素雰囲気下、化合物[H1](2.0g)をジクロロメタン(15mL)に溶解し、トリエチルアミン(1.80g)を加えて−10℃に冷却した。そこに8−ヒドロキシ−3−オキサオクチルアクリレートクロロホルメート(2.35g)を滴下し、一晩撹拌した。反応混合物に水を加えて有機層を分離し、得られた有機層を6N塩酸および水を順次用いて洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶剤を減圧留去して得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶出液:トルエン−酢酸エチル混合溶液(容量比:トルエン/酢酸エチル=7/3))、および再結晶(エタノール/酢酸エチル)によって精製して、無色結晶の化合物(1−52)(1.40g)を得た。

Figure 2008136265
この化合物の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 31.7 N 100.8 I.
H−NMR(CDCl;δppm):8.27(m,4H),7.77(d,2H),7.37(m,4H),7.21(d,2H),6.45(dd,2H),6.17(dd,2H),5.84(dd,2H),4.45(m,4H),4.34(t,4H),4.01(q,1H),3.83(m,4H),3.77(t,4H),3.72(m,8H),1.55(d,3H).
化合物(1−52)をPGMEAに溶解して30wt%PGMEA溶液を調製した。この溶液は室温(20℃)で一晩放置しても結晶の析出は無かった。
<2,7−ビス(4−(4−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニル)ベンゾイルオキシ)−9−メチルフルオレン:化合物(1−75)の合成>
(第1段階)
テレフタル酸クロライド(19.1g)をトルエン(150mL)に溶解した。そこに2,7−ジヒドロキシ−9−メチルフルオレン(10.0g)47.12、トリエチルアミン(10.0g)をテトラヒドロフラン(50mL)に溶解した溶液を滴下し、40℃で3時間撹拌した。析出した塩を減圧ろ過により除去し、溶媒を減圧留去して得られた残渣をトルエンに溶解し、ヘプタンに再沈殿することによって化合物[H5](21.3g)を得た。

Figure 2008136265
(第2段階)
化合物[H5](20.0g)をトルエン(150mL)に溶解した。そこに4−ヒドロキシブチルアクリレート(13.7g)、トリエチルアミン(11.6g)の混合溶液を滴下し、3時間撹拌した。析出した塩を減圧ろ過により除去し、有機層を塩酸で洗浄した。溶媒を減圧留去して得られた残渣をトルエンに溶解し、ヘプタンに再沈殿することによって無色結晶の目的物(23.4g)を得た。

Figure 2008136265
化合物(1−75)の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 100 N 143 I.
H−NMR(CDCl;δ ppm):8.30(d,4H),8.18(d,4H),7.79(d,2H),7.39(s,2H),7.24(d,2H),6.43(dd,2H),6.14(dd,2H),5.85(dd,2H),4.43(t,4H),4.26(t,4H),4.03(q,1H),1.90(m,8H),1.57(d,3H)
<2,7−ビス(4−(6−アクリロイルオキシヘキシルオキシカルボニル)ベンゾイルオキシ)−9−メチルフルオレン:化合物(1−77)の合成>
(第1段階)
化合物[H5](20.0g)36.67をトルエン(150mL)に溶解した。そこに6−ヒドロキシヘキシルアクリレート(16.4g)95.35、トリエチルアミン(11.6g)の混合溶液を滴下し、3時間撹拌した。析出した塩を減圧ろ過により除去し、有機層を塩酸で洗浄した。溶媒を減圧留去して得られた残渣をトルエンに溶解し、ヘプタンに再沈殿することによって無色結晶の目的物(20.4g)を得た。

Figure 2008136265
化合物(1−77)の相転移温度およびNMR分析値を示す。
C 60 N 150 I.
H−NMR(CDCl;δ ppm):8.30(d,4H),8.18(d,4H),7.79(d,2H),7.39(s,2H),7.24(d,2H),6.43(dd,2H),6.14(dd,2H),5.85(dd,2H),4.43(t,4H),4.26(t,4H),4.03(q,1H),1.90(m,16H),1.57(d,3H)
<2,7−ビス(4−(4−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニル)ベンゾイルオキシ)−9,9−ジメチルフルオレン:化合物(1−79)の合成>
(第1段階)
テレフタル酸クロライド(17.9g)をトルエン(150mL)に溶解した。そこに2,7−ジヒドロキシ−9,9−ジメチルフルオレン(10.0g)、トリエチルアミン(9.39g)をテトラヒドロフラン(50mL)に溶解した溶液を滴下し、40℃で3時間撹拌した。析出した塩を減圧ろ過により除去し、溶媒を減圧留去して得られた残渣をトルエンに溶解し、ヘプタンに再沈殿することによって化合物[H6](21.5g)を得た。
Figure 2008136265
(第2段階)
化合物[H6](20.0g)をトルエン(150mL)に溶解した。そこに4−ヒドロキシブチルアクリレート(13.4g)92.958、トリエチルアミン(11.3g)の混合溶液を滴下し、3時間撹拌した。析出した塩を減圧ろ過により除去し、有機層を塩酸で洗浄した。溶媒を減圧留去して得られた残渣をトルエンに溶解し、ヘプタンに再沈殿することによって無色結晶の目的物(18.8g)を得た。

Figure 2008136265
化合物(1−79)は室温で液晶状態であり、その NI点は150℃であった。
NMR分析値を示す。
H−NMR(CDCl;δ ppm):8.30(d,4H),8.18(d,4H),7.79(d,2H),7.39(s,2H),7.24(d,2H),6.43(dd,2H),6.14(dd,2H),5.85(dd,2H),4.43(t,4H),4.26(t,4H),1.90(m,8H),1.57(d,6H)
<2,7−ビス(3−(4−アクリロイルオキシブチルオキシカルボニル)ベンゾイルオキシ)−9−メチルフルオレン:化合物(1−85)の合成>
(第1段階)
イソテレフタル酸クロライド(19.1g)をトルエン(150mL)に溶解した。そこに2,7−ジヒドロキシ−9−メチルフルオレン(10.0g)、トリエチルアミン(10.0g)をテトラヒドロフラン(50mL)に溶解した溶液を滴下し、40℃で3時間撹拌した。析出した塩を減圧ろ過により除去し、溶媒を減圧留去して得られた残渣をトルエンに溶解し、ヘプタンに再沈殿することによって化合物[H7](22.6g)を得た。

Figure 2008136265
(第2段階)
化合物[H7](20.0g)をトルエン(150mL)に溶解した。そこに6−ヒドロキシヘキシルアクリレート(16.4g)、トリエチルアミン(11.6g)の混合溶液を滴下し、3時間撹拌した。析出した塩を減圧ろ過により除去し、有機層を塩酸で洗浄した。溶媒を減圧留去して得られた残渣をトルエンに溶解し、ヘプタンに再沈殿することによって無色結晶の目的物(15.9g)を得た。
化合物(1−85)の相転移温度およびNMR分析値を示す。
この化合物は液晶相がなく融点が80℃であった。
H−NMR(CDCl;δ ppm):8.85(s,2H),8.35(d,2H),8.22(d,2H),7.79(d,2H),7.52(t,2H),7.39(s,2H),7.24(s,2H),6.43(dd,2H),6.14(dd,2H),5.85(dd,2H),4.43(t,4H),4.26(t,4H),4.03(q,1H),1.90(m,8H),1.57(d,3H)
[比較例1]
化合物(M1-3)をPGMEAに溶解して10wt%PGMEA溶液を調製した。この溶液は室温(20℃)で一晩放置すると結晶が析出した。この結果を実施例1と比較するとき、エーテル結合に替えて結合基オキシカルボニルオキシを有する本発明の化合物がPGMEAに対する溶解性に優れていることが分かる。また、側鎖のアルキレンにエーテル構造(−O−)を導入すると、さらにPGMEAへの溶解性が向上することが実施例5、実施例6との比較から分かる。

Figure 2008136265
<重合性液晶組成物の調製>
下記の組成物(PLC-1)を調製した。この組成物は室温で液晶相を示し、NI点は64℃であった。

Figure 2008136265
<重合性液晶組成物の調製>
下記の組成物(PLC-2)を調製した。この組成物(PLC-2)は室温で液晶相を示し、NI点は187〜189℃であった。

Figure 2008136265
<重合性液晶組成物の調製>
下記の組成物(PLC-3)を調製した。この組成物は室温で液晶相を示し、NI点は195℃であった。

Figure 2008136265
<重合性液晶組成物の調製>
下記の組成物(PLC-4)を調製した。この組成物は室温で液晶相を示し、NI点は143℃であった。

Figure 2008136265
<重合性液晶組成物の調製>
下記の組成物(PLC-5)を調製した。この組成物は室温で液晶相を示し、NI点は95℃であった。

Figure 2008136265
重合性液晶組成物(PLC-1):40wt%、イルガキュアー907:3wt%、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート:57wt%の溶液を調製し、この溶液をウエット膜厚として約12μmが得られるバーコーターを用いてラビング配向処理を施したポリイミド配向膜付きガラス基板に塗工した。これを70℃に加熱したホットプレート上に120秒間置き、溶剤乾燥と液晶配向を行った。さらに、室温にて250W/cmの超高圧水銀灯を用いて、30mW/cm(中心波長365nm)の強度の光を30秒間照射して窒素雰囲気中にて重合させることにより、光学異方性を示す薄膜を得た。偏光解析装置を用いたレタデーションの測定結果を図1に示す。この結果からAプレート光学特性を示していることが分かる。
重合性液晶組成物(PLC-4):30wt%、チッソ株式会社製のサイラエースS−330:10wt%、イルガキュアー907:3wt%、トルエン:57wt%の溶液を調製し、この溶液をウエット膜厚として約12μmが得られるバーコーターを用いてラビング配向処理を施したポリイミド配向膜付きガラス基板に塗工した。これを70℃に加熱したホットプレート上に120秒間置き、溶剤乾燥と液晶配向を行った。さらに、室温にて250W/cmの超高圧水銀灯を用いて、30mW/cm(中心波長365nm)の強度の光を30秒間照射して窒素雰囲気中にて重合させることにより、光学異方性を示す薄膜を得た。この薄膜はホメオトロピック配向が固定化されており、Cプレートの光学特性を示した。
重合性液晶組成物(PLC-5):40wt%、イルガキュアー907:3wt%、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート:57wt%の溶液を調製し、この溶液をウエット膜厚として約12μmが得られるバーコーターを用いてラビング配向処理を施したポリイミド配向膜付きガラス基板に塗工した。これを70℃に加熱したホットプレート上に120秒間置き、溶剤乾燥と液晶配向を行った。さらに、室温にて250W/cmの超高圧水銀灯を用いて、30mW/cm(中心波長365nm)の強度の光を30秒間照射して窒素雰囲気中にて重合させることにより、光学異方性を示す薄膜を得た。この薄膜はホモジニアス配向が固定化されており、Aプレート光学特性を示した。
重合性液晶組成物(PLC-5):30wt%、チッソ株式会社製のサイラエースS−330:10wt%、イルガキュアー907:3wt%、トルエン:57wt%の溶液を調製し、この溶液をウエット膜厚として約12μmが得られるバーコーターを用いてラビング配向処理を施したポリイミド配向膜付きガラス基板に塗工した。これを70℃に加熱したホットプレート上に120秒間置き、溶剤乾燥と液晶配向を行った。さらに、室温にて250W/cmの超高圧水銀灯を用いて、30mW/cm(中心波長365nm)の強度の光を30秒間照射して窒素雰囲気中にて重合させることにより、光学異方性を示す薄膜を得た。この薄膜はホメオトロピック配向が固定化されており、Cプレートの光学特性を示した。
重合性液晶組成物(PLC-5):30wt%、2官能アクリレート(5−1):5wt%、イルガキュアー907:3wt%、シクロヘキサノン:62wt%の溶液を調製し、この溶液をウエット膜厚として約12μmが得られるバーコーターを用いてラビング配向処理を施したポリイミド配向膜付きガラス基板に塗工した。これを70℃に加熱したホットプレート上に120秒間置き、溶剤乾燥と液晶配向を行った。さらに、室温にて250W/cmの超高圧水銀灯を用いて、30mW/cm(中心波長365nm)の強度の光を30秒間照射して窒素雰囲気中にて重合させることにより、光学異方性を示す薄膜を得た。偏光解析装置を用いたレタデーションの測定結果を図2に示す。この結果から、Cプレート光学特性を示していることが分かる。
重合性液晶組成物(PLC-5):36wt%、光学活性アクリレート(K2) : 3wt%、イルガキュアー907:3wt%、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート:57wt%の溶液を調製し、この溶液をウエット膜厚として約12μmが得られるバーコーターを用いてラビング配向処理を施したポリイミド配向膜付きガラス基板に塗工した。これを70℃に加熱したホットプレート上に120秒間置き、溶剤乾燥と液晶配向を行った。さらに、室温にて250W/cmの超高圧水銀灯を用いて、30mW/cm(中心波長365nm)の強度の光を30秒間照射して窒素雰囲気中にて重合させることにより、光学異方性を示す薄膜を得た。偏光解析装置を用いたレタデーションの測定結果を図3に示す。この結果から、ネガティブCプレート光学特性を示していることが分かる。
本発明の化合物は、重合性液晶性化合物として使用でき、重合性液晶組成物の構成成分として使用できる。本発明の重合体は、例えば、液晶表示素子の構成要素である位相差板、偏光素子、選択反射膜、輝度向上フィルムおよび視野角補償膜などに利用することができる。
実施例16で得られた光学異方性薄膜についてのレタデーション測定結果 (ホモジニアス配向−Aプレートの光学特性を示す。) 実施例20で得られた光学異方性薄膜についてのレタデーション測定結果 (ホメオトロピック配向−Cプレートの光学特性を示す。) 実施例21で得られた光学異方性薄膜についてのレタデーション測定結果 (ネガティブCプレートの光学特性を示す。)
<耐熱性試験>
この試験は、100℃で500時間の条件で行ない、結果はリタデーション(retardation)の変動によって評価した。ガラス基板にポリアミック酸(チッソ(株)のPIA5310)を塗布したあと、210℃で30分加熱して支持基板を調製した。生成したポリイミドの表面はレーヨン布でラビングした。試料の組成物をトルエンとシクロペンタノンの混合溶媒(重量比で2:1)で希釈して30重量%の溶液を調製した。溶液をスピンコータで支持基板に塗布し、70℃で3分間加熱したあと、生成した塗膜に超高圧水銀灯(250W/cm)を使って紫外線を60℃で10秒間照射した。得られた重合体フィルムのリタデーションを25℃で測定した。重合体を100℃で500時間加熱したあと、再度リタデーションを25℃で測定した。2つの値を比較して耐熱性を評価した。レタデーションは、文献の方法に従い、セナルモン・コンペンセータ(Senarmont compensator)を用いて測定した。使用した波長は550nmである。文献は、粟屋裕著、「高分子素材の偏光顕微鏡入門」、94頁、アグネ技術センター発行、2001年である。
<光学異方性(Δn)>
上記の耐熱性試験の方法にしたがって重合体フィルムのリタデーション(25℃)の値を測定した。重合体フィルムの厚さ(d)も測定した。リタデーションはΔn×dであるから、この関係から光学異方性の値を算出した。

Claims (18)

  1. 式(1)で表される化合物:

    Figure 2008136265
    ここに、RおよびRはそれぞれ独立して水素、フッ素、塩素、メチルまたはエチルであり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;Zは単結合、−COO−、−CH=CH−COO−、−CHCH−COO−、−CHO−、−CONH−、−(CH−、−CHCH−または−C≡C−であり;Zは単結合、−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−CHCH−、−OCH−、−NHCO−、−(CH−、−CHCH−または−C≡C−であり;ZおよびZは単結合または−O−であり;AおよびAはそれぞれ独立して1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはテトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、1,3−フェニレンおよび1,4−フェニレンにおける任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そして1つまたは2つの水素はシアノ、メチル、エチル、メトキシ、ヒドロキシ、ホルミル、アセトキシ、アセチル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、またはトリフルオロメチルで置き換えられてもよく;YおよびYはそれぞれ独立して炭素数2〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、任意の−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよい。
  2. およびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素またはメチルであり;Zが−COO−、−CH=CH−COO−または−CHCH−COO−であり;Zが−OCO−、−OCO−CH=CH−または−OCO−CHCH−であり;ZおよびZが単結合または−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレンまたは1,3−フェニレンであって、これらの環における1つまたは2つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基である、請求項1に記載の化合物。
  3. およびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレン、1,3−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基である、請求項1に記載の化合物。
  4. およびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが単結合であり;AおよびAが1,4−フェニレン、1,3−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基である、請求項1に記載の化合物。
  5. 式(1)で表される化合物の少なくとも1つと式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる少なくとも1つの化合物とを含有する重合性液晶組成物:

    Figure 2008136265

    Figure 2008136265
    ここに、式(1)において、RおよびRはそれぞれ独立して水素、フッ素、塩素、メチルまたはエチルであり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;Zは単結合、−COO−、−CH=CH−COO−、−CHCH−COO−、−CHO−、−CONH−、−(CH−、−CHCH−、または−C≡C−であり;Zは単結合、−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−CHCH−、−OCH−、−NHCO−、−(CH−、−CHCH−、または−C≡C−であり;ZおよびZは単結合または−O−であり;AおよびAはそれぞれ独立して1,4−シクロへキシレン、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはテトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、1,4−フェニレンおよび1,3−フェニレンにおける任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、そして1つまたは2つの水素はシアノ、メチル、エチル、メトキシ、ヒドロキシ、ホルミル、アセトキシ、アセチル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、またはトリフルオロメチルで置き換えられてもよく;YおよびYはそれぞれ独立して炭素数2〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて任意の水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく、任意の−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく;
    式(M1)において、RおよびRはそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wはそれぞれ独立して水素またはフッ素であり;m1はそれぞれ独立して2〜10の整数であり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素またはメチルであり:
    式(M2)において、Zはそれぞれ独立して−O−または式(2)で表される基であり;Zはそれぞれ独立して単結合、−CHCH−または−CH=CH−であり;WおよびWはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2はそれぞれ独立して2〜10の整数であり;XおよびXはそれぞれ独立して水素、フッ素またはメチルであり:
    式(M3)において、Rは−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wは水素またはフッ素であり;Zは−O−または式(2)で表される基であり;Zは単結合、−C≡C−または−COO−であり;m3は2〜10の整数であり;Xは水素、フッ素またはメチルである。
  6. 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素またはメチルであり;Zが−COO−、−CH=CH−COO−または−CHCH−COO−であり;Zが−OCO−、−OCO−CH=CH−または−OCO−CHCH−であり;ZおよびZが−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレンまたは1,3−フェニレンであって、これらの環における1つまたは2つの水素はフッ素または塩素で置き換えられてもよく;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
    式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
    そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が40〜95重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が5〜60重量%である、請求項5に記載の重合性液晶組成物。
  7. 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが−O−であり;AおよびAが1,4−フェニレン、1,3−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンにおける任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
    式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
    そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が50〜90重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が10〜50重量%である、請求項5に記載の重合性液晶組成物。
  8. 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素またはメチルであり;Zが−COO−、−CH=CH−COO−、−CHCH−COO−または−C≡C−であり;Zが−OCO−、−OCO−CH=CH−、−OCO−CHCH−または−C≡C−であり;ZおよびZが単結合であり;AおよびAが1,3−フェニレン、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
    式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
    そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が50〜90重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が10〜50重量%である、請求項5に記載の重合性液晶組成物。
  9. 式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;XおよびXが水素であり;Zが−COO−であり;Zが−OCO−であり;ZおよびZが単結合であり;AおよびAが1,3−フェニレン、1,4−フェニレンまたは2−フルオロ−1,4−フェニレンであり;YおよびYが炭素数2〜14のアルキレンであって、このアルキレンの任意の−CH−が−O−で置き換えられてもよい同一の基であり:
    式(M1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素またはメチルであり;Wが水素またはフッ素であり;m1が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M2)において、Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−CHCH−であり;WおよびWがそれぞれ独立して水素、メチルまたはトリフルオロメチルであり;m2が2〜10の整数であり;XおよびXが水素であり:
    式(M3)において、Rが−CN、−OCF、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり;Wが水素であり;Zが−O−または式(2)で表される基であり;Zが単結合または−COO−であり;m3が2〜10の整数であり;Xが水素であり:
    そして、式(1)で表される化合物と式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の合計量を基準として、式(1)で表される化合物の割合が50〜90重量%であり、式(M1)、式(M2)および式(M3)のそれぞれで表される化合物の群から選ばれる化合物の割合が10〜50重量%である、請求項5に記載の重合性液晶組成物。
  10. 請求項1に記載の化合物の少なくとも1つを重合させて得られる光学異方性を有するフィルム。
  11. 請求項5に記載の重合性液晶組成物を重合させて得られる光学異方性を有するフィルム。
  12. A−プレートの光学特性を有する、請求項10に記載の光学異方性を有するフィルム。
  13. A−プレートの光学特性を有する、請求項11に記載の光学異方性を有するフィルム。
  14. C−プレートの光学特性を有する、請求項10に記載の光学異方性を有するフィルム。
  15. C−プレートの光学特性を有する、請求項11に記載の光学異方性を有するフィルム。
  16. ネガティブC−プレートの光学特性を有する、請求項10に記載の光学異方性を有するフィルム。
  17. ネガティブC−プレートの光学特性を有する、請求項11に記載の光学異方性を有するフィルム。
  18. 請求項10〜17のいずれか1項に記載の光学異方性を有するフィルムを含有する液晶表示素子。
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