JPWO2013133078A1 - 重合体、該重合体を含む組成物、及び単層塗布型水平配向フィルム - Google Patents
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Abstract
Description
ここで用いられる重合性液晶化合物は、一般に、重合性基と液晶構造部位(スペーサ部とメソゲン部とを有する構造部位)とを有する液晶化合物であり、この重合性基としてアクリル基が広く用いられている。
例えば、アクリル基を有する特定の重合性液晶化合物を支持体間に担持し、この化合物を液晶状態に保持しつつ放射線を照射して重合体を得る方法(特許文献1)や、アクリル基を有する2種類の重合性液晶化合物の混合物又はこの混合物にカイラル液晶を混合した組成物に光重合開始剤を添加し、紫外線を照射して重合体を得る方法(特許文献2)が知られている。
1. 下記式[1a]、[1b]及び[1c]で表される繰り返し単位を含有することを特徴とする重合体、
M1は下記式[4]で表される基であり、M2は下記式[5]で表される基であり、
Aは、炭素数2〜15の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、
m、n及びpは、それぞれ0<m<1、0<n<1、0≦p≦0.5、かつ、m+n+p≦1を満たす数であり、
q及びrは、それぞれ独立に2〜9の整数である。]
2. 上記X及びYが、上記式[3]で表される基である1の重合体、
3. 上記m、n及びpが、それぞれ0.2≦m≦0.9、0.1≦n≦0.8、0≦p≦0.4を満たす数である1又は2の重合体、
4. 上記m、n及びpが、それぞれ0.2≦m≦0.8、0.1≦n≦0.5、0.1≦p≦0.3を満たす数である3の重合体、
5. 1〜4のいずれかの重合体と有機溶媒とを含有する組成物、
6. 5の組成物を基板に塗布し、次いで偏光を照射し、硬化させることにより得られる単層塗布型水平配向フィルム、
7. 上記偏光が、直線偏光紫外線である6の単層塗布型水平配向フィルム、
8. 6又は7の単層塗布型水平配向フィルムを備える光学部材、
9. 下記式[7]で表されることを特徴とする重合性化合物
を提供する。
[重合体]
本発明の重合体は、下記式[1a]及び[1b]で表される繰り返し単位を含有し、必要に応じて、更に下記式[1c]で表される繰り返し単位を含有するものである。
これらのうち、X、Yともに式[3]で表される基が好ましい。
上記アルキル基としては、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、またその炭素数も特に限定されるものではないが、本発明においては、直鎖の炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1〜3のアルキル基が更に好ましく、特にメチル基、エチル基等が好ましい。
なお、上記アルキル基、アルコキシ基において、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子等のハロゲン原子で置換されていてもよい。
本発明の重合体の原料となる重合性化合物は、下記式[6]、[7]又は[8]で表される。
X’及びY’は、それぞれ独立に下記式[9]又は[10]で表される重合性基である。
上記式[6]で表される重合性化合物は、例えば、以下のようにして製造される。
また、上記式[12]及び[13]で表される化合物は、X’が式[10]で表される基の場合は、例えば、Talaga等(P. Talaga,M. Schaeffer,C. Benezra and J. L. Stampf,Synthesis,530 (1990))が提案する手法を用いて合成することができる。この手法は、下記合成スキーム(A1)で表されるように、SnCl2を用いて2−(ブロモメチル)アクリル酸(2-(bromomethyl)propenoic acid)と、アルデヒド又はケトンとを反応させる方法である。なお、2−(ブロモメチル)アクリル酸は、Ramarajan等が提案する方法で得ることができる(K.Ramarajan, K.Kamalingam,D. J. O'Donnell and K. D. Berlin,Organic Synthesis,vol. 61,pp. 56-59 (1983))。
アセタール又はケタールとしては、ジメチルアセタール基、ジエチルアセタール基、1,3−ジオキサン基、1,3−ジオキソラン基等を有する化合物が挙げられる。下記合成スキーム(A2)に、アセタール又はケタールを用いた場合の合成法及び保護基を示す。
本発明の重合体を合成する方法としては、特に限定されず、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合等を採用し得る。これらのうち、特にラジカル重合が好ましく、具体的には、溶媒中、上記重合性化合物を重合開始剤の存在下で加熱し、重合させればよい。
反応温度は、0℃から使用する溶媒の沸点までで適宜設定すればよいが、20〜100℃程度が好ましい。反応時間は、0.1〜30時間程度が好ましい。
なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算測定値である。
本発明の組成物は、上記重合体の少なくとも1種と有機溶媒とを混合することにより得られる。
有機溶媒の使用量は、組成物中、60〜95質量%程度とすることが好適である。
密着促進剤としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類;トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類;ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類;ビニルトリクロロシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−ピペリジニル)プロピルトリメトキシシラン等のシラン類;ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環状化合物;1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素化合物;チオ尿素化合物等が挙げられる。
以上説明した本発明の組成物を基板(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、クロム等が被覆された基板、ガラス基板、石英基板、ITO基板等)やフィルム(例えば、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、アクリルフィルム等の樹脂フィルム)等の上に、バーコート、スピンコート、フローコート、ロールコート、スリットコート、スリットコートに続いたスピンコート、インクジェット法、印刷法等の方法によって塗布して塗膜を形成し、その後、ホットプレート又はオーブン等で加熱乾燥することにより、膜を形成することができる。
直線偏光の照射方法としては、通常150〜450nmの波長の紫外線〜可視光線が用いられ、室温又は加熱した状態で、直線偏光を照射することによって行われる。
[1]NMR
化合物を重水素化クロロホルム(CDCl3)に溶解し、核磁気共鳴装置(300MHz、ジオール社製)を用いて1H−NMRを測定した。
[2]平均分子量測定
昭和電工(株)製Shodex GPC−101(溶媒:テトラヒドロフラン、検量線:標準ポリスチレン)を用いて、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)を測定した。
[3]ヘイズ値
(有)東京電色製Spectral Haze Meter(TC-1800H)を用いてフィルムのヘイズ値を測定した。
[4]フィルムのリタデーション値
リタデーション測定装置(RETS−100、大塚電子(株)製)を用いて波長550nmのリタデーション値を測定した。
[5]偏光顕微鏡観察
(株)ニコン製の偏光顕微鏡E600−Polを用いて観察を行った。
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.57(m,4H),1.70(m,2H),1.86(m, 2H),4.00(m,2H),4.19(m,2H),5.82(m,1H),6.12(m,1H), 6.39(m,1H),6.97(d,2H),7.29(m,2H),7.36(m,1H),7.47(m,2H),7.62(m,4H),8.18(m,2H)
1H-NMR (CDCl3) δ: 1.62 (m, 2H), 1.76 (m, 2H), 1.87 (m, 2H),3.85 (m, 2H), 4.00 (m, 4H), 4.90 (m, 1H), 6.87 (m, 4H), 7.42 (m, 4H)
1H-NMR (CDCl3) δ: 1.60-1.95 (m, 6H), 2.64 (m, 1H), 3.11 (s, 1H), 4.02 (t, 2H), 4.60(m, 1H), 4.82(s, 1H), 5.64 (s, 1H), 6.24 (s, 1H), 6.88 (d, 2H), 6.94 (d, 2H), 7.44 (m, 4H)
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.60-1.90(m,6H),2.63(m,1H),3.09(m,1H),3.87(s,3H),4.03(m,2H),4.57(m,1H),5.64(m,1H),6.24 (d,1H),6.54 (d,1H),6.95(m,4H),7.26(m,2H),7.44(m,2H),7.57(m,4H), 7.86(d,1H)
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.93(m,4H),3.87(s,3H),4.03(m,2H),4.26(m,2H),5.85(m,1H), 6.14(m,1H),6.17 (d,1H),6.44 (d,1H),6.95(m,4H),7.19(m,2H),7.55(m,6H), 7.82(d,1H)
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.57(m,4H),1.70(m,2H),1.86(m, 2H),3.82(s,3H),4.00(m,2H),4.19(m,2H),5.84(m,1H),6.13(m,1H), 6.39(m,1H),6.97(m,4H),7.10(m,2H),8.11(m,2H)
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.57(m,4H),1.71(m,2H),1.86(m, 2H),4.00(m,2H),4.19(m,2H),5.84(m,1H),6.13(m,1H), 6.39(m,1H),6.99(m,2H),7.36(m,2H),7.72(m,2H),8.11(m,2H)
得られた重合体(1)のMnは10,975、Mwは19,206であった(Mw/Mn=1.75)。
得られた重合体(2)のMnは7,068、Mwは9,542であった(Mw/Mn=1.35)。
得られた重合体のMnは12,664、Mwは39,258であった(Mw/Mn=3.10)。
得られた重合体のMnは10,357、Mwは23,925であった(Mw/Mn=2.31)。
得られた重合体のMnは11,065、Mwは28,769であった(Mw/Mn=2.6)。
得られた重合体のMnは10,828、Mwは23,822であった(Mw/Mn=2.2)。
得られた重合体のMnは12,455、Mwは22,544であった(Mw/Mn=1.81)。
得られた重合体のMnは8,025、Mwは11,556であった(Mw/Mn=1.44)。
得られた重合体のMnは15,040、Mwは35,795であった(Mw/Mn=2.38)。
得られた重合体のMnは11,873、Mwは26,358であった(Mw/Mn=2.22)。
上記実施例、比較例で得られた重合体を用いて組成物を調製し、下記条件にしたがってフィルムを作製し、その特性を検討した。
フィルム作製条件:
スピンコート:300rpm/5秒、800−2,000rpm/20秒
プリベーク:50℃/20秒(ホットプレート)
露光:直線偏光紫外線、波長313nm、垂直照射、照射線量500mJ/cm2
ポストベーク:100℃/10分(ホットプレート)
重合体(1)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(1)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.8μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのリタデーション値(Δnd)は62.3nmであり、ヘイズ値は2.1%であった。
重合体(2)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(2)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.7μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、水平配向フィルムが得られず、そのΔndは7.6nmであり、ヘイズ値は10.5%であった。
重合体(3)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(3)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.8μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは96.7nmであり、ヘイズ値は1.3%であった。
重合体(4)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(4)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.9μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは118.8nmであり、ヘイズ値は0.9%であった。
重合体(5)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(5)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.9μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは99.1nmであり、ヘイズ値は0.4%であった。
重合体(6)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(6)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.8μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは113.3nmであり、ヘイズ値は0.9%であった。
重合体(7)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(7)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.9μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは118.3nmであり、ヘイズ値は1.8%であった。
重合体(8)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(8)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.8μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、水平配向フィルムが得られず、そのΔndは8.4nmであり、ヘイズ値は4.7%であった。
重合体(9)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン850mgに溶解し、重合体(9)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.8μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは86.0nmであり、ヘイズ値は2.2%であった。
重合体(10)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン/トルエン(25/75、質量比)850mgに溶解し、重合体(10)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が1.0μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは77.3nmであり、ヘイズ値は0.5%であった。
重合体(11)150mg及び界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)0.3mgをシクロヘキサノン/トルエン(25/75、質量比)850mgに溶解し、重合体(11)の溶液を得た。
この溶液を、ガラス基板にスピンコートにより塗布し、プリベークした後、室温まで放冷した。このとき、基板上の得られた膜は透明であった。
次に、ガラス基板に形成された塗膜を露光した後、ポストベークした。得られたフィルムは、膜厚が0.9μmであり、偏光顕微鏡でそれを観察したところ、フィルムが基板面に対して水平配向していることを確認した。そして、そのΔndは76.2nmであり、ヘイズ値は0.5%であった。
Claims (9)
- 下記式[1a]、[1b]及び[1c]で表される繰り返し単位を含有することを特徴とする重合体。
M1は下記式[4]で表される基であり、M2は下記式[5]で表される基であり、
Aは、炭素数2〜15の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、
m、n及びpは、それぞれ0<m<1、0<n<1、0≦p≦0.5、かつ、m+n+p≦1を満たす数であり、
q及びrは、それぞれ独立に2〜9の整数である。] - 上記X及びYが、上記式[3]で表される基である請求項1記載の重合体。
- 上記m、n及びpが、それぞれ0.2≦m≦0.9、0.1≦n≦0.8、0≦p≦0.4を満たす数である請求項1又は2記載の重合体。
- 上記m、n及びpが、それぞれ0.2≦m≦0.8、0.1≦n≦0.5、0.1≦p≦0.3を満たす数である請求項3記載の重合体。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載の重合体と有機溶媒とを含有する組成物。
- 請求項5記載の組成物を基板に塗布し、次いで偏光を照射し、硬化させることにより得られる単層塗布型水平配向フィルム。
- 上記偏光が、直線偏光紫外線である請求項6記載の単層塗布型水平配向フィルム。
- 請求項6又は7記載の単層塗布型水平配向フィルムを備える光学部材。
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