JPWO2015080221A1 - 化合物、重合体、液晶配向膜、液晶表示素子、及び光学異方体 - Google Patents

化合物、重合体、液晶配向膜、液晶表示素子、及び光学異方体 Download PDF

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Abstract

「要約」「課題」容易に形成することができ、少ない偏光照射量で効率よく配向規制力を付与することが可能であり、かつ液晶分子の配向及びプレチルト角の制御に優れる、液晶配向膜、それに用いることが可能な化合物及びその重合体を提供すること。「解決手段」 下記一般式(I)で表される化合物。[式中、Lは重合性基を表し、Spはメチレン基を含むスペーサー単位を表し、Qは直接結合、−O−等を表し、Aはトランス−1,4−シクロへキシレン基等の基からなる群より選ばれる基を含み、sは、1〜4の整数を表し、sが2〜4を表す場合は、複数存在するAは同一であっても異なっていてもよく、X及びYは、それぞれ独立して水素原子等の基を表し、Mは、下記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)を表す。]「選択図」なし

Description

本発明は、化合物、重合体、液晶配向膜、液晶表示素子、及び光学異方体に関する。より詳しくは、液晶表示素子、上記液晶表示素子における液晶配向膜、上記液晶配向膜を製造するための化合物及びその重合体、液晶表示素子、並びに液晶表示素子の光学補償等に使用する光学異方性フィルムに有用な光学異方体に関する。
液晶分子を配向させるための液晶配向膜は、液晶分子の配列の秩序を保ち液晶分子の有する屈折率異方性に基づく光学特性を発現するために重要なものであり、液晶表示素子を構成するために必須の構成部材である。液晶表示素子において、液晶分子の配向は、その表示特性に大きな影響を及ぼすことから種々の配向方式が検討されてきており、大きく分けて垂直配向型と水平配向型との二通りに分類できる。
垂直配向型の液晶層を用いた液晶表示装置(VAモード液晶表示装置と呼ばれることもある。)は、高コントラストなどの優れた表示特性を有することから広くディスプレイに使用されている。しかし、その視野角特性は必ずしも充分とはいえず、改善のために様々な手法が検討されている。視野角特性の改善方法として、1個の画素中に、各々配向方向の異なる複数の液晶ドメインを形成する(配向分割構造を形成する)マルチドメイン垂直配向方式(MVA方式)が一般化している。
MVA方式において、配向分割構造を形成するためには、液晶分子の傾斜配向を制御することが必要であり、その手法としては、電極上に、スリット(開口部)又はリブ(突起構造)を設ける方法が用いられている。しかし、スリットやリブを設ける方法の場合、スリットやリブが線状であることから、従来のツイステッドネマチック(TN)モードで用いられていた配向膜による傾斜配向の制御と異なり、液晶分子に対する配向規制力が画素内で不均一となりうる。このため、応答速度に分布が生じるといった問題がある。さらに、スリットやリブを設けた領域の光の透過率が低下し、表示輝度が低下するという問題もある。
傾斜配向を制御する別の方法として、光又は熱により重合可能なモノマーを液晶に混入しておき、電圧印加によって液晶分子が傾斜した状態で、混入させたモノマーを重合させ、液晶分子の傾斜配向を固定させるポリマー配向支持(PSA;Polymer Sustained Alignment)技術が開示されている(特許文献1参照)。この方法によれば、スリットやリブを設けた方法における、応答速度の分布や光透過率の低下の問題を解決することができる。しかし、この方法では液晶中にモノマーを混入することによる特性の変化、プロセス制御の難しさ、残存モノマーの影響等の問題がある。
よって、VAモード液晶表示装置についても、配向膜による傾斜配向の制御で配向分割構造を形成することが好ましい。傾斜配向を制御する力を付与する方法としては、ラビング法があり、ポリイミド等からなる膜を基板上に形成し、さらにこの膜をラビング布でこする事により配向方向及びプレチルト角の制御が行われる。しかし、ラビング法では精密な配向分割構造を形成することが困難であり、摩擦による静電気や不純物成分の発生という別の問題がある。
一方、水平配向型の液晶層を用いた液晶表示装置の一例として、IPSモード液晶表示装置が挙げられる。IPSモード液晶表示装置は、コントラストや色味などの視野角依存性が小さく、優れた表示特性を有することから広くディスプレイに使用されている。しかし、IPSモードでは、黒表示における視野角依存性及び色再現性を低減するためには、電極表面においてプレチルト角を1度以下とすることが要求される。
水平配向を達成する傾斜配向を制御する力を付与する方法としても、一般的に、ラビング法が用いられている。しかし、ポリイミド膜のラビング処理によって水平配向処理を行うと、液晶分子に与えるプレチルト角は1度を超えてしまうため、目的の表示特性を得ることが困難であるといった問題がある。
以上のように、垂直配向型、水平配向型のいずれの配向方式においても、配向膜を用いた液晶分子の配向方向及びプレチルト角の制御は、表示特性を向上させるために重要である。
傾斜配向を制御する力を付与する方法としては、ラビング法の他に、光配向法が知られている(特許文献2参照)。光配向法においては、光の照射パターンを変化させることにより精密な配向分割構造を容易に形成することが可能であり、膜に対して非接触で配向処理を施すことができるため静電気や不純物の発生は起こりにくい。よって、光配向法は、上述した問題を解決し、表示特性を向上できるものと期待される。
光配向法により配向付与が可能な材料としては、アゾベンゼン誘導体のように光化学的に異性化可能な部位を有する化合物(特許文献3参照)、桂皮酸誘導体、クマリン誘導体、カルコン誘導体等の光化学的に架橋可能な部位を有する化合物(特許文献4、5及び6参照)、ポリイミド誘導体等異方的な光分解を生じる化合物等が知られている。
特開2003−149647号公報 特許第2682771号公報 特開平5−232473号公報 特開平6−287453号公報 特開平9−118717号公報 特表2002−517605号公報
本発明は、容易に形成することができ、少ない偏光照射量で効率よく配向規制力を付与することが可能であり、かつ液晶分子の配向及びプレチルト角の制御に優れる、液晶配向膜、それに用いることが可能な化合物及びその重合体を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために種々の材料を鋭意検討した結果、末端にシアノ基を有する特定の化合物に由来する構成単位を有する重合体(ポリマー)を含む膜に、偏光を照射することで硬化した膜が、充分な配向規制力を有し、液晶分子の配向及びプレチルト角の制御に優れることを見い出し、本発明の完成に至った。
すなわち、本発明は、以下の<1>〜<15>を提供する。
<1>下記一般式(I)で表される化合物。
Figure 2015080221
[式中、Lは重合性基を表し、
Spはメチレン基を含むスペーサー単位を表し、
Qは直接結合、−O−、−CO−O−又は−O−CO−を表し、
Aはトランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を含み、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
sは、1〜4の整数を表し、sが2〜4を表す場合は、複数存在するAは同一であって
も異なっていてもよく、
X及びYは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素原子数1〜20のアルキル基を表し、上記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されていてもよく、上記アルキル基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−及び/又は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
Mは、下記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)
Figure 2015080221
(式(IIa)、(IIb)及び(IIc)中、破線は炭素原子への結合を表し、
は炭素原子数1〜30のアルキレン基を表し、Rが複数ある場合には、複数あるRは同一であっても異なってもよく、
は、水素原子又は炭素原子数1〜30のアルキル基を表し、
及びR中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH−、−CH=CH−、−CF=CF−及び/又は−C≡C−で置き換えられていてもよく、R及びR中に存在する水素原子は、炭素原子数1〜20のアルキル基、シアノ基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい。)を表す。]
<2>上記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)において、Rが下記一般式(IId)で表される、上記<1>に記載の化合物。
Figure 2015080221
[式中、破線は酸素原子又は窒素原子への結合を表し、*はシアノ基への結合を表し、
は、メチレン基(この基中に存在する水素原子は炭素原子数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい)、−CO−O−又は−CO−NH−を表し、
は、炭素原子数1〜20のアルキレン基を表し、上記アルキレン基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は2個以上の互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH−で置き換えられていてもよく、
は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、上記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい。]
<3>上記一般式(I)において、Aは、1,4−フェニレン基を表し、上記1,4−フェニレン基中に存在する1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよい、上記<1>又は<2>に記載の化合物。
<4>上記一般式(I)において、X及びYが水素原子を表す、上記<1>〜<3>のいずれかに記載の化合物。
<5>上記一般式(I)において、Lが下記一般式(III−1)〜下記一般式(III−10)で表される重合性基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基である、上記<1>〜<4>のいずれかに記載の化合物。
Figure 2015080221
(式中、破線はSpへの結合を表し、R30は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素原子数1〜4のアルキル基、フェニル基又はフェノキシ基を表し、R31は、水素原子、塩素原子、メチル基又はフェニル基を表し、R32は、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)
<6>上記一般式(I)において、Lが一般式(III−1)、(III−2)又は(III−6)で表される重合性基である、上記<1>〜<4>のいずれかに記載の化合物。
Figure 2015080221
(式中、破線はSpへの結合を表し、R30及びR31は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、R32は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)
<7>上記一般式(I)において、−(A)−が下記一般式(IVa)で表される、上記<1>〜<7>のいずれかに記載の化合物。
Figure 2015080221
[式中、破線はQへの結合を表し、**は炭素原子への結合を表し、
、A及びAは、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基
中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を表し、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
、Z及びZは、それぞれ独立して単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH−、−CHO−、―COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CFO−、−OCF−、−CFCF−又は−C≡C−を表し、これらの置換基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH−O−Si(CH―、−NR−、−NR−CO−、−CO−NR−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、Rは、それぞれ独立して水素又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、
p、q、rはそれぞれ0〜4の整数を表し、p+q+r=sである。]
<8>上記一般式(IVa)において、
はトランス−1,4−シクロヘキシレン基、2,6−ナフチレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、又は1,4−フェニレン基のいずれかの基を表し、上記いずれかの基中に存在する1個以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
は単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH−、−CHO−、―CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−又は−C≡C−のいずれかの基を表し、上記いずれかの基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−又は−C≡C−に置き換えられていてもよく、
qが1を表す、上記<7>に記載の化合物。
<9>上記一般式(IVa)において、Aは、1,4−フェニレン基を表し、上記1,4−フェニレン基中に存在する1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよい、上記<7>に記載の化合物。
<10>上記<1>〜<9>のいずれかに記載の化合物を含有する組成物の重合により得られ、下記一般式(PI)で表される構成単位を有する、重合体。
Figure 2015080221
(式中、LaはL由来の基を表し、Sp、Q、A、X、Y、M及びsは、一般式(I)と同様に定義される。)
<11>上記<10>に記載の重合体の硬化物を含み、垂直配向型液晶表示素子に用いられる、液晶配向膜。
<12>上記<11>に記載の液晶配向膜を備える、垂直配向型液晶表示素子。
<13>上記<10>に記載の重合体の硬化物を含み、水平配向型液晶表示素子に用いられる、液晶配向膜。
<14>上記<13>に記載の液晶配向膜を備える、水平配向型液晶表示素子。
<15>重合性液晶組成物の重合体により構成される光学異方体において、上記重合性液晶組成物中の重合性液晶分子を、上記<10>に記載の重合体の硬化物を含む液晶配向膜により配向させたことを特徴とする光学異方体。
本発明によれば、容易に形成することができ、少ない偏光照射量で効率よく配向規制力を付与することが可能であり、かつ液晶分子の配向及びプレチルト角の制御に優れる、液晶配向膜、それに用いることが可能な化合物及びその重合体を提供することができる。本発明によればまた、上記液晶配向膜を備える液晶表示素子、及び光学異方体を提供することができる。
以下、本発明の好ましい例を説明するが、本発明はこれら例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
本実施形態に係る液晶配向膜は、分子末端にシアノ基を有する特定の化合物由来の構成単位を有する重合体(ポリマー)の硬化物を含む。かかる液晶配向膜は、液晶の配向及びプレチルト角の制御に優れる他、従来の液晶配向膜と比較して、高い電圧保持率(VHR)を有し得る。なお、電圧保持率(VHR)とは、液晶表示装置において各画素に印加された電圧が、一定時間(例えば液晶表示装置における一般的な1フレーム、16.7msec)の間にどれくらい保持されるかを意味する。また、本実施形態に係る液晶配向膜は、高い電圧保持率(VHR)を有し、液晶の配向及びプレチルト角の制御に優れることから、表示品位及び信頼性の点で優れる液晶表示素子及び光学異方体を効率的に製造することを可能とする。
まず、本実施形態に係る分子末端にシアノ基を有する特定の化合物について説明する。
本実施形態に係る化合物は、下記一般式(I)で表される。
Figure 2015080221
上記一般式(I)中、Lは重合性基を表し、
Spはメチレン基を含むスペーサー単位を表し、
Qは直接結合、−O−、−CO−O−又は−O−CO−を表し、
Aはトランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を含み、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
sは、1〜4の整数を表し、sが2〜4を表す場合は、複数存在するAは同一であっても異なっていてもよく、
X及びYは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素原子数1〜20のアルキル基を表し、上記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されていてもよく、上記アルキル基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−及び/又は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
Mは、下記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)を表す。
Figure 2015080221
上記一般式(IIa)、(IIb)及び(IIc)中、破線は炭素原子への結合を表し、
は炭素原子数1〜30のアルキレン基を表し、Rが複数ある場合には、複数あるRは同一であっても異なってもよく、
は、水素原子又は炭素原子数1〜30のアルキル基を表し、
及びR中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH−、−CH=CH−、−CF=CF−及び/又は−C≡C−で置き換えられていてもよく、R及びR中に存在する水素原子は、炭素原子数1〜20のアルキル基、シアノ基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい。
上記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)において、Rで表される炭素原子数1〜30のアルキレン基は、直鎖状、分岐状又は環状であってもよく、直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基中に存在するメチレン基は環員数3〜8のシクロアルキレン基で置き換えられていてもよい。Rは、炭素原子数1〜3のアルキレン基又は炭素原子数1〜3のアルケニレン基であることが好ましい。上記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)において、−R−CNが下記式(W−1)〜(W−4)であることがより好ましく、(W−1)又は(W−2)であることがさらに好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)において、Rで表される炭素原子数1〜30のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状であってもよく、直鎖状若しくは分岐状のアルキル基中にメチル基が存在する場合は、環員数3〜8のシクロアルキル基で置き換えられていてもよく、直鎖状若しくは分岐状のアルキル基中にメチレン基が存在する場合は、環員数3〜8のシクロアルキレン基で置き換えられていてもよい。
上記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)において、Rが下記一般式(IId)で表される基であることが好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(IId)中、破線は酸素原子又は窒素原子への結合を表し、*はシアノ基への結合を表し、
は、メチレン基(この基中に存在する水素原子は炭素原子数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい)、−CO−O−又は−CO−NH−を表し、
は、炭素原子数1〜20のアルキレン基を表し、上記アルキレン基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は2個以上の互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH−で置き換えられていてもよく、
は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、上記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい。
上記一般式(IIc)において、液晶配向膜の配向規制力をより向上させるためには、Rは炭素原子数2〜8の直鎖状又は環状アルキル基であることが好ましく、炭素原子数2〜4の直鎖状又は環状アルキル基であることがさらに好ましく、炭素原子数2〜4の直鎖状アルキル基であることが特に好ましい。
また、液晶配向膜における電圧保持率を改善するためには、Rは炭素原子数1〜12の直鎖状又は環状アルキル基であることが好ましい。
また、液晶配向膜における残留電荷を少なくするためには、Rは炭素原子数1〜6の直鎖状又は環状アルキル基であることが好ましい。
上記一般式(I)において−(A)−は、下記一般式(IVa)で表される構造であることが好ましい。このような構造を備えることで、液晶配向膜の液晶配向性をより向上させることができる。
Figure 2015080221
上記一般式(IVa)中、破線はQへの結合を表し、**は炭素原子への結合を表し、
、A及びAは、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を表し、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
、Z及びZは、それぞれ独立して単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH−、−CHO−、―CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CFO−、−OCF−、−CFCF−又は−C≡C−を表し、これらの置換基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH−O−Si(CH―、−NR−、−NR−CO−、−CO−NR−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、Rは、それぞれ独立して水素又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、
p、q、rはそれぞれ0〜4の整数を表し、p+q+r=sである。p+q+r=2であることがより好ましく、r=1且つp+q=1であることがさらに好ましい。
上記一般式(I)及び(IVa)において、液晶配向膜の配向規制力をさらに改善し、アンカリング効果を向上させるためには、A、A、A及びAは、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、1,2,4,5−テトラジン−2,5−ジイル基又は1,4−フェニレン基が好ましく、ピリミジン−2,5−ジイル基であることがより好ましい。
また、得られる重合体(ポリマー)の溶解性をさらに改善するためには、A、A、A及びAは、1,4−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基、2,5−チオフェニレン基又は2,5−フラニレン基としてもよい。
また、液晶配向膜に配向規制力を付与するために必要な光照射量をさらに少なくするためには、A、A、A及びAは、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、2,5−チオフェニレン基又は1,4−フェニレン基としてもよい。
また、液晶配向膜を作製するため、より長波長の光を利用した光配向を行うためには、A、A、A及びAは、ピリミジン−2,5−ジイル基、2,5−チオフェニレン基、2,6−ナフチレン基、2,5−フラニレン基としてもよい。
上記一般式(I)及び(IVa)において、A、A、A及びAは、1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよい1,4−フェニレン基であることがより好ましく、1個以上の水素原子がメトキシ基で置換された1,4−フェニレン基であることがさらに好ましい。A、A、A及びAが、このような基である場合、上記一般式(I)で表される化合物を含む組成物の塗工性が良く、得られるポリマーを硬化させてなる液晶配向膜の配向規制力、プレチルト角の制御性をより向上させることができる。また、高い電圧保持率を有する液晶配向膜及び液晶表示装置を得ることができる。
上記一般式(IVa)において、Z、Z及びZは、液晶配向性の熱安定性を改善するために、−NR−、−NR−CO−、−CO−NR−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−又は−O−CO−O−であることが好ましい。
また、重合体の溶解性を改善するために、Z、Z及びZは、−OCH−、−CHO−、―CO−O−、−O−CO−、−CFO−、−OCF−、−CFCF−又は−NR−であることが好ましい。
上記一般式(I)で表される化合物において、X及びYは水素原子であることが好ましい。X及びYが水素原子であることにより、上記化合物を用いて得られるポリマーを使用した液晶配向膜における電圧保持率を向上させることができる。また、液晶配向膜に、より長波長の光を利用した光配向を行うためには、X及びYはフッ素原子、塩素原子又はシアノ基が好ましい。
上記一般式(I)で表される化合物において、Lは、重合性基であり、互いに重合させることができる。上記一般式(I)において、Lが下記一般式(III−1)〜(III−10)からなる群より選ばれるいずれかの重合性基であることが好ましく、中でも一般式(III−1)、(III−2)又は(III−6)が好ましく、(III−1)が更に好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(III−1)〜(III−10)中、破線はSpへの結合を表し、R30は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素原子数1〜4のアルキル基、フェニル基又はフェノキシ基を表し、R31は、水素原子、塩素原子、メチル基又はフェニル基を表し、R32は独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。一般式(III−1)、(III−2)又は(III−6)で表される重合性基において、R30及びR31は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表すものであることがより好ましい。
上記一般式(I)において、本実施形態に係る液晶配向膜における配向の安定性をより改善するためには一般式(III−1)で表される重合性基のうち、R30がメチル基、フェニル基又はフェノキシ基である重合性基が好ましく、(III−2)で表される重合性基のうち、R31がメチル基又はフェニル基である重合性基が好ましく、(III−6)、(III−7)、(III−8)又は(III−9)で表される重合性基が好ましい。
また、液晶の配向及びプレチルト角の制御性をより向上させ、電圧保持率(VHR)を改善するためには、一般式(III−1)で表される重合性基が好ましい。
また、得られるポリマーの溶解性を改善するためには、一般式(III−1)又は(III−2)で表される重合性基のうち、R30、R31が水素原子、塩素原子又はメチル基である重合性基が好ましく、(III−3)、(III−4)、(III−7)、(III−9)又は(III−10)で表される重合性基が好ましく、中でも一般式(III−1)、(III−3)、(III−4)又は(III−10)で表される重合性基が特に好ましい。
また、一般式(I)で表される化合物の重合速度を改善するためには、一般式(III−1)又は(III−2)で表される重合性基のうち、R30、R31が塩素原子である重合性基が好ましく、(III−3)、(III−4)、(III−6)、(III−7)、(III−8)、(III−9)又は(III−10)で表される重合性基が好ましく、中でも一般式(III−1)又は(III−2)で表される重合性基のうち、R30、R31が塩素原子である重合性基、又は(III−3)、(III−4)若しくは(III−10)で表される重合性基がより好ましい。
また、本実施形態に係る重合体の分子量分布を狭くするためには、一般式(III−1)で表される重合性基のうち、R30がメチル基である重合性基、又は(III−3)、(III−4)若しくは(III−5)で表される重合性基が好ましい。
また、得られるポリマーの基材への密着性を改善するためには、一般式(III−1)で表される重合性基のうち、R30が水素原子である重合性基、(III−2)で表される重合性基のうち、R31が水素原子、塩素原子、メチル基若しくはフェニル基である重合性基、又は(III−3)、(III−4)、(III−6)若しくは(III−10)で表される重合性基が好ましく、中でも一般式(III−2)で表される重合性基のうち、R31が水素原子、塩素原子若しくはメチル基である重合性基、又は(III−6)で表される重合性基が特に好ましい。
上記一般式(I)において、Spはメチレン基を含むスペーサーであり、アルキレン基又はオキシアルキレン基とすることができる。Spとしては、炭素原子数1〜20のアルキレン基又は炭素原子数1〜20のオキシアルキレン基であることが好ましく、炭素原子数6〜14のアルキレン基又は炭素原子数6〜14のオキシアルキレン基であることがより好ましく、炭素原子数8〜12のアルキレン基又は炭素原子数8〜12のオキシアルキレン基であることがより好ましい。Spとして、このような基を選択することにより、より大きなアンカリングエネルギーを有する液晶配向膜を得ることができる。オキシアルキレン基としては、オキシエチレン基が好ましい。
これらのアルキレン基及びオキシアルキレン基は、直鎖状又は分岐状であってもよく、直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−NR−、−NR−CO−、−CO−NR−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、Rはアルキル基を示す。
本実施形態に係る一般式(I)で表される化合物のうち、下記一般式(Ia)で表されるものであることがより好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(Ia)中、Rは、水素原子、フッ素原子、塩素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、Q、X、Y及びMは、一般式(I)と同様に定義され、A、A、A、Z、Z、p、q及びrは、一般式(IVa)と同様に定義される。Rは、水素原子、塩素原子又はメチル基であることが好ましい。p+q+r=2であることがより好ましく、r=1かつp=1又はq=1であることがさらに好ましい。
本実施形態に係る一般式(I)で表される化合物のうち、下記一般式(Ib)で表されるものであることがさらに好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(Ib)中、uは2〜12の整数を表し、tは0又は1の整数を表し、Z11は単結合、−COO−又は−OCO−を表し、W11は水素原子、フッ素原子、メチル基、メトキシ基、エチル基又はエトキシ基を表し、W12は、下記一般式(W12−1)〜(W12−4)を表す。
Figure 2015080221
上記一般式(Ib)において、Z11は−COO−が好ましい。また、少ない偏光UV光の照射で良好な配向を確保する観点からは、uは8〜12であることが好ましく、tが1であることが好ましく、W11はメチル基又はメトキシ基が好ましい。W12としては(W12−1)で表される基であることが特に好ましい。
本実施形態に係る一般式(I)で表される化合物としては、下記一般式(I−1)〜(I−57)で表される化合物であることが特に好ましい。
Figure 2015080221
Figure 2015080221
Figure 2015080221
Figure 2015080221
本実施形態に係る重合体(ポリマー)は、下記一般式(PI)で表される構成単位を有する。
Figure 2015080221
上記一般式(PI)中、Laは一般式(I)におけるL由来の基を表し、Sp、Q、A、X、Y、M及びsは、上記一般式(I)と同様に定義される。
上記一般式(PI)で表される構成単位としては、下記一般式(PIa)で表される構成単位であることがより好ましく、下記一般式(PIb)で表される構成単位であることがさらに好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(PIa)中、R、Q、X、Y、M、A、A、A、Z、Z、p、q及びrは、一般式(Ia)と同様に定義される。p+q+r=2であることがより好ましく、r=1かつp=1又はq=1であることがさらに好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(PIb)中、uは2〜12の整数を表し、tは0又は1の整数を表し、Z11は単結合、−COO−又は−OCO−を表し、W11は水素原子、フッ素原子、メチル基、メトキシ基、エチル基又はエトキシ基を表し、W12は、下記一般式(W12−1)〜(W12−4)を表す。
Figure 2015080221
上記一般式(PIb)において、Z11は−COO−が好ましい。また、少ない偏光UV光の照射で良好な配向を確保する観点からは、uは8〜12であることが好ましく、tが1であることが好ましく、W11はメチル基又はメトキシ基が好ましい。W12としては(W12−1)で表される基であることが特に好ましい。
上記重合体は、上記一般式(I)、(Ia)若しくは(Ib)で表される化合物、又はこれを含む重合性組成物の重合により得られる。重合性組成物は、少なくとも、上記一般式(I)で表される化合物と、重合開始剤とを含む。
重合性組成物としては、上記一般式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される化合物の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。重合性組成物としては、上記一般式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される化合物と共重合可能な化合物を用いることができる。
共重合可能な化合物は、例えば、下記一般式(VI)で表される化合物を含む。共重合可能な化合物としては、例えば、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、マレイン酸エステル、フマル酸エステル、スチレン、これらの誘導体等を挙げることができる。共重合可能な化合物は、非液晶性化合物、液晶性化合物のいずれも使用可能であるが、液晶性化合物であることが好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(VI)中、Vaは一価の有機基を示し、L、Sp、Qは、上記一般式(I)と同様に定義される。ただし、一般式(VI)で表される化合物を用いる場合、一般式(I)及び(VI)において、L、Sp、Qそれぞれ同一であっても、異なってもよい。
上記一般式(VI)のVaは、下記一般式(VIa)で表される有機基であることが好ましい。
Figure 2015080221
上記一般式(VIa)中、破線はSpへの結合を表し、
、A、A及びAは、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、トランス−1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、1,4−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、1,2,4,5−テトラジン−2,5−ジイル基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基又は1,4−フェニレン基を表し、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
、Z、Z及びZは、それぞれ独立して、単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH−、−CHO−、―COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CFO−、−OCF−、−CFCF−又は−C≡C−を表し、これらの置換基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH−O−Si(CH―、−NR16−、−NR16−CO−、−CO−NR16−、−NR16−CO−O−、−O−CO−NR16−、−NR16−CO−NR16−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、R16は、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキレン基を表し、
p1、q1、r1及びs1は、それぞれ独立して0又は1を表し、
12は水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素原子数1〜20のアルキル基を表し、上記アルキル基中の1個以上の水素原子はフッ素原子に置換されていてもよく、上記アルキル基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−O−、−O−CO−及び/又は−CH=CH−で置き換えられていてもよい。
、A、A及びAは、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、2,6−ナフチレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基又は1,4−フェニレン基を表すことが好ましい。これらの基は無置換であるか又は一個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基若しくはメトキシ基によって置換されていることが好ましい。
p1、q1、r1及びs1はp1+q1+r1+s1が0以上3以下であることが好ましい。
12は水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素原子数1〜18のアルキル基であることが好ましい。上記アルキル基中に1個のメチレン基又はたがいに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又はたがいに隣接しない2個以上のメチレン基は−O−、−CO−O−、−O−CO−及び/又は−CH=CH−で置き換えられていてもよい。
共重合可能な化合物を用いる場合には、上記一般式(I)で表される化合物100モルに対して、共重合可能な化合物が0.1〜30モルの割合であることが好ましく、0.2〜10モルの割合であることがより好ましく、0.3〜5モルの割合であることがさらに好ましい。
共重合体の中の各構成単位の並び順及びランダムネスは特に制限されない。
重合開始剤は、公知の重合開始剤を用いることができるが、重合性基の重合様式に合わせて、適宜選択することができる。重合開始剤としては、例えば、公知の刊行物『高分子の合成と反応(高分子学会編、共立出版)』等に記載された重合開始剤を用いることができる。
ラジカル重合における熱重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル等の過酸化物等が挙げられる。
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、キサントン、チオキサントン等の芳香族ケトン化合物、2−エチルアントラキノン等のキノン化合物、アセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾインエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシー2−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン化合物、ベンジル、メチルベンゾイルホルメート等のジケトン化合物、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(O−ベンゾイル)オキシム等のアシルオキシムエステル化合物、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド等のアシルホスフィンオキシド化合物、テトラメチルチウラム、ジチオカーバメート等のイオウ化合物、過酸化ベンゾイル等の有機化酸化物、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物等が挙げられる。
カチオン重合における熱重合開始剤としては、芳香族スルホニウム塩化合物等が挙げられる。
光重合開始剤としては、有機スルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物、フォスフォニウム化合物などが挙げられる。
重合開始剤の添加量は、重合性組成物中、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.1〜6質量%であることがより好ましく、0.1〜3質量%であることがさらに好ましい。
重合性組成物の重合は、溶剤の存在下で行ってもよい。溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、2−ブタノン、アセトン、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、N−メチル−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの有機溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
ガラス製、ステンレス製等の反応容器中で重合反応を行った後、生成物を精製することにより重合体を得ることができる。
ポリマーの重量平均分子量としては、80,000〜500,000であることが好ましく、150,000〜450,000であることがより好ましく、250,000〜400,000であることが特に好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される値を示し、標準ポリスチレン換算値で表す。測定条件は、本明細書の実施例と同一の条件とする。
また、ポリマーの分子量分布としては、Mw/Mnが1.2〜6.0となることが好ましく、1.4〜4.0となることがさらに好ましい。本明細書においては、Mw及びMnはそれぞれゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量及び数平均分子量を表す。
また、本実施形態に係る液晶配向膜における配向の熱安定性を改善するためには、Z、Z、Z及びZはそれぞれ独立して−NR−CO−、−CO−NR−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−、又は−O−CO−O−が好ましく、A、A、A及びAはそれぞれ独立して1,4−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基又は1,4−フェニレン基が好ましい。
また、本実施形態に係る重合体の溶解性を改善するためには、Z、Z、Z及びZはそれぞれ独立して−OCH−、−CHO−、−CFO−、−OCF−、−CFCF−、−NR−又は−CO−が好ましく、A、A、A及びAはそれぞれ独立してトランス−1,4−シクロヘキシレン基、1,4−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基又は2,5−フラニレン基が好ましい。
また、本実施形態に係る液晶配向膜に80度以上のプレチルト角を付与するためには、Z、Z、Z及びZはそれぞれ独立して単結合、−OCH−、−CHO−、―COO−、−OCO−及び−C≡C−が好ましく、A、A、A及びAはそれぞれ独立してトランス−1,4−シクロヘキシレン基、トランス−1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基及び1,4−フェニレン基が好ましく、R12は炭素原子数1〜20までのアルキル基、アルコキシ基、フッ素原子、トリフルオロメチル基及びトリフルオロメトキシ基が好ましい。
[液晶配向膜用ポリマーの調製]
本実施形態に係る化合物(特に、桂皮酸誘導体)は、単独で重合体の材料として使用してもよいし、上記化合物を他のモノマーと混合した重合性組成物として使用することもできる。上記組成物において、上記桂皮酸誘導体と上記他のモノマーとを任意の混合割合で調製することが可能である。
本実施形態に重合体は、上記化合物又はこれを含む重合性組成物を溶媒中に溶解させ、基材上に塗布して溶媒を乾燥除去した後、加熱又は光照射により重合反応を行って得ることもできる。
[液晶配向膜の形成方法]
本実施形態に係る重合体(ポリマー)を含む膜又は層は、重合体が、シアノ基及び光反応しうる構造(たとえば、桂皮酸骨格)を有することから、光照射により、液晶分子に対する配向規制力と、配向規制力の熱安定性とを併せて獲得し得る。光照射により得られる膜又は層を、液晶配向膜(光配向膜)と呼ぶことができる。
かかる液晶配向膜(光配向膜)は、例えば以下の製造方法により得ることができる。液晶配向膜の製造方法は、基材上に本実施形態に係る重合体を含有する樹脂層を形成する工程(樹脂層形成工程)と、該樹脂層に光照射する工程(光照射工程)とを備える。
上記樹脂層は、本実施形態に係る重合体と溶剤とを含む重合体溶液を調製し、これを基材上に塗工することにより得られる。塗工した後、必要に応じて、溶媒を除去する工程を設けてもよい。
塗工後の溶媒の除去は、塗工面を加熱する事により行うことが好ましい。乾燥温度は、50〜300℃であることが好ましく、80〜200℃であることがより好ましい。乾燥時間は、2〜200分であることが好ましく、2〜100分であることがより好ましい。
得られた樹脂層に対し、光照射し、樹脂層に配向規制力(配向制御能力)を付与することで、液晶配向膜を得ることができる。液晶配向膜の配向規制力は、例えば、液晶分子を含む液晶相と液晶配向膜との界面における方位角アンカリングエネルギーを測定することにより評価することができる。液晶配向膜と液晶相との界面における方位角アンカリングエネルギーは、100μJ/m以上であることが好ましく、150μJ/m以上であることがより好ましく、250μJ/m以上であることがさらに好ましい。
重合体溶液に使用する溶剤としては、本実施形態に係る重合体及び後述する任意的に使用されるその他の成分を溶解し、これらと反応しないものが好ましく用いられる。溶剤としては、例えば、1,1,2−トリクロロエタン、N−メチルピロリドン、ブトキシエタノール、γ−ブチロラクトン、エチレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール、2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、フェノキシエタノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。これらの溶剤は1種を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
上記重合体溶液は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、ガラス基板等との密着性を改善するためのシロキサン誘導体、塗膜のレベリング性を改善するためのレベリング剤、耐光性を改善させるための紫外線吸収剤や光安定化剤、材料の保存性を改善するための酸化防止剤や重合禁止剤等が挙げられる。
液晶配向膜の製造方法においては、上記重合体(ポリマー)溶液に代えて、本実施形態に係る一般式(I)で表される化合物(特に、桂皮酸誘導体)と溶剤とを含むモノマー溶液を用いることもできる。すなわち、基材上にモノマー溶液を塗工した後、塗膜を加熱又は光照射することでモノマーを重合させ、ポリマーを調製することにより樹脂層を形成してもよい。この場合、ポリマーの調製と、配向規制力の付与とを同時に行ってもよい。
モノマー溶液に使用する溶剤溶媒としては、上記重合体(ポリマー)溶液に使用する溶剤として例示したものを使用することができる。
ポリマーの調製と、配向規制力の付与とを同時に行う場合、熱と光とを併用してもよく、異なる波長の2種以上の光を併用してもよい。この場合はモノマー溶液中には、重合開始剤を含有させておくことが好ましい。塗工後、溶剤を除去し、非偏光を照射することで、光重合によるポリマー調製を行ってもよい。
熱重合によりポリマーを調製する場合、加熱温度は、重合が進行するのに充分であれば特に制限されないが、一般的には、50〜250℃程度であり、70〜200℃程度であることがさらに好ましい。
光重合によりポリマーを調製する場合、光照射には非偏光の紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、10mJ/cm〜8000mJ/cmであることが好ましく、40mJ/cm〜5000mJ/cmであることがさらに好ましい。照度は2〜1000mW/cmであることが好ましく、4〜500mW/cmであることがより好ましい。照射波長としては250〜450nmにピークを有することが好ましい。
基材としては、例えば、ガラス、シリコン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース等を挙げることができる。これらの基材は、表面に電極層(導電層)、カラーフィルタ層、液晶配向層等が形成されたものであってもよい。
電極層(導電層)としては、Cr、Al、In−SnO等からなるITO膜、SnOからなるNESA膜などが挙げられる。これらの電極層のパターニングには、フォト・エッチング法を適用できる。また、電極層を形成する際にマスクを用いる方法等によっても電極層をパターニングしてもよい。
上記液晶配向膜の製造方法において、あらかじめ液晶配向膜が形成された基材を用いる場合、該基材上に本実施形態に係る光配向膜を更に形成することで、配向方向及び配向角度の制御能力を基材に対して改めて付与することもできる。
塗工は、例えば、スピンコーティング、ダイコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、インクジェット印刷などの方法で行うことができる。
ポリマー溶液の固形分濃度は、0.5〜10質量%であることが好ましく、基材上に溶液を塗工する方法、粘性、揮発性等を考慮して、適宜選択することができる。
樹脂層に光照射する工程では、本実施形態に係る重合体を含む樹脂層に、樹脂層表面の法線方向からの直線偏光照射、及び/又は、斜め方向からの非偏光若しくは直線偏光照射を行う。かかる光照射により、光架橋反応(例えば、桂皮酸誘導体の二量化反応)を行うことで樹脂層を硬化させ配向規制力を付与することができる。
所望のプレチルト角を付与するためには、樹脂層表面に対し、斜め方向からの直線偏光照射を行うことが好ましい。斜め方向とは、基材面と平行な方向に対する傾きをいい、この傾きの角度をプレチルト角という。プレチルト角は、使用の目的に応じて適宜調整することが可能である。垂直配向用の配向膜として用いる場合、一般的には、プレチルト角は70〜89.8°であることが好ましい。また、水平配向用の配向膜として用いる場合、一般的には、プレチルト角は1〜7°であることが好ましい。特に、IPSモードでは、プレチルト角は0〜1°であることが好ましい。
光源としては、例えば、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を用いることができる。これらの光源からの光に対して、偏光フィルターや偏光プリズムを用いることで直線偏光が得られる。また、このような光源から得た紫外光及び可視光は、干渉フィルターや色フィルター等を用いて、照射する波長範囲を制限してもよい。
照射エネルギーは、15mJ/cm〜500mJ/cmであることが好ましく、20mJ/cm〜300mJ/cmであることがさらに好ましい。照度は2〜500mW/cmであることがより好ましく、5〜300mW/cmであることがさらに好ましい。
樹脂層に対し照射する光としては、光架橋反応により樹脂層を硬化させるため、例えば、150nm〜800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができる。このうち、270nm〜450nmの紫外線が特に好ましい。本実施形態に係る化合物(特に、桂皮酸誘導体)がナフチレン基を有する場合は、270nm〜450nmの紫外線照射により、配向規制力の付与の効率を一層高めることができる。このような効果は、ナフチレン基が270nm〜450nmの紫外線をよく吸収するためであると考えられる。
液晶配向膜(光配向膜)の膜厚は、10〜250nm程度が好ましく、10〜100nm程度がより好ましい。
[液晶表示素子の製造方法]
本実施形態に係る液晶配向膜は、例えば、液晶セル、液晶表示素子等に使用することができる。上記の方法により製造された液晶配向膜(光配向膜)を用いて、例えば、以下のようにして、一対の基板間に液晶組成物を挟持する液晶セル及びこれを用いた液晶表示素子を製造することができる。
本実施形態に係る液晶配向膜を用いて製造される液晶セルは、2枚の基板間に液晶が配置された構成を備える。上記基板のうち少なくとも一方が本実施形態に係る液晶配向膜が形成された基板である。
液晶セルの製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。2枚の基板のいずれもが本実施形態に係る液晶配向膜を備える場合について説明する。
まず、それぞれの液晶配向膜が対向するように2枚の基板を配置し、基板間に一定の間隙(セルギャップ)を保った状態で周辺部をシール剤により貼り合わせる。その後、液晶配向膜及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を真空充填等により注入した後、注入孔を封止することにより、液晶セルを製造することができる。
液晶セルはODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法でも製造することができる。まず、液晶配向膜を形成した基板上の所定の場所に、例えば紫外光硬化性のシール剤を塗布し、液晶配向膜上のシール剤により囲まれた領域に、液晶を滴下する。その後、液晶配向膜が対向するようにもう1枚の基板を貼り合わせる。次いで基板の全面に紫外光を照射し、シール剤を硬化することにより、液晶セルを製造することができる。
いずれの方法により上記液晶セルを製造する場合でも、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、注入時の流動配向を除去することが望ましい。徐冷する過程において、液晶が液晶配向膜の配向規制力の影響で、再配向する。
シール剤としては、例えば、エポキシ樹脂等を用いることができる。
セルギャップを一定に保つためには、2枚の基板を張り合わせるのに先立って、基板間に、例えば、シリカゲル、アルミナ、アクリル樹脂等のビーズを用いることができる。これらのビーズは、液晶配向膜の塗膜上に散布して用いてもよいし、シール剤と混合させて用いてもよい。
液晶セル中に充填する液晶としては、例えば、ネマチック型液晶を用いることができる。
垂直配向型液晶セルの場合には、負の誘電異方性を有する液晶が好ましい。このような液晶としては、例えば、ジシアノベンゼン系液晶、ピリダジン系液晶、シッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ナフタレン系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶等が挙げられる。これらの液晶は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。通常は、求める性能に応じて、2種以上を組み合わせて用いる。
水平配向型液晶セルの場合には、正の誘電率異方性を有する液晶が好ましい。このような液晶としては、例えば、シアノベンゼン系液晶、ジフルオロベンゼン系液晶、トリフルオロベンゼン系液晶、トリフルオロメチルベンゼン系液晶、トリフルオロメトキシベンゼン系液晶、ピリミジン系液晶、ナフタレン系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶等が挙げられる。これらの液晶は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。通常は、求める性能に応じて、2種以上を組み合わせて用いる。
こうして製造した上記液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより、液晶表示素子を得ることができる。
偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」からなる偏光板、又はH膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板等を挙げることができる。
本実施形態に係る液晶配向膜を備える液晶表示素子は、液晶配向膜の高い配向規制力のため、表示特性、信頼性等の諸性能に優れる。また、本実施形態に係る液晶配向膜を用いることから、水平配向型液晶表示素子、垂直配向型液晶表示素子のいずれの液晶表示素子も製造可能である。
[光学異方体の製造方法]
本実施形態に係る液晶配向膜(光配向膜)上に重合性液晶組成物を塗布し、重合性液晶組成物中の重合性液晶分子(重合性を有する液晶分子)を配向させた状態で重合させることにより、光学異方体を製造することもできる。なお、光学異方体とは、その物質中を光が進むとき、進む方向によって光の伝搬速度、屈折率、吸収等の光学的性質に違いがある物質を意味する。
重合性液晶組成物は、重合性液晶を含む組成物であり、単独又は他の液晶化合物との混合物であって、液晶性を示すものである。重合性液晶組成物としては、例えば、Handbook of Liquid Crystals(D.Demus,J.W.Goodby,G.W.Gray,H.W.Spiess,V.Vill編集、Wiley−VCH社発行、1998年)、季刊化学総説No.22、液晶の化学(日本化学会編、1994年)、あるいは、特開平7−294735号公報、特開平8−3111号公報、特開平8−29618号公報、特開平11−80090号公報、特開平11−148079号公報、特開2000−178233号公報、特開2002−308831号公報、特開2002−145830号公報に記載されているような、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基等の構造が複数繋がったメソゲンと呼ばれる剛直な部位と、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニルオキシ基、エポキシ基といった重合性官能基とを有する棒状重合性液晶化合物、あるいは特開2004−2373号公報、特開2004−99446号公報に記載されているようなマレイミド基を有する棒状重合性液晶化合物、あるいは特開2004−149522号公報に記載されているようなアリルエーテル基を有する棒状重号性液晶化合物、あるいは、例えば、Handbook of Liquid Crystals(D.Demus,J.W.Goodby,G.W.Gray,H.W.Spiess,V.Vill編集、Wiley−VCH社発行、1998年)、季刊化学総説No.22、液晶の化学(日本化学会編、1994年)や、特開平07−146409号公報に記載されているディスコティック重合性化合物があげられる。中でも、重合性基を有する棒状液晶化合物が、液晶温度範囲として室温前後の低温を含むものを作りやすく好ましい。
以下、例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。化合物の構造は、質量スペクトル(MS)、核磁気共鳴スペクトル(NMR)等により確認した。特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。
(モノマーの合成)
(実施例1:モノマーI−1−1の合成)
下記式に示す方法により、化合物1〜6の中間体を経て、目的の化合物(モノマーI−1−1)を合成した。
Figure 2015080221
(化合物1の合成)
Figure 2015080221
199g(1.21mol)の8−クロロオクタノール、158.3g(1.84mol)のメチルメタクリレート、1.5gの4−メトキシフェノール、22.8g(0.12mol)のp−トルエンスルホン酸を450mLのシクロヘキサンに溶解させ、6時間加熱還流させた。反応液を室温まで冷却し、溶液を水で3回洗浄した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で3回洗浄した後、飽和食塩水で2回洗浄した。溶液を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去することにより258gの化合物1(メタクリル酸8−クロロオクチル)を無色透明な液体として得た。純度99%(GC)。
EI−MS: 232[M
(化合物2の合成)
Figure 2015080221
34.6g(0.284mol)の4−ヒドロキシベンズアルデヒド、49g(0.341mol)の炭酸カリウム、0.1gの18−クラウン−6、を500mLのジメチルホルムアミドに溶解させ、窒素雰囲気下、室温で58g(0.284mol)のメタクリル酸8−クロロオクチルを加えた。反応液を90度まで加熱し6時間攪拌を行った。反応が完結したことをGCで確認した後、反応液を室温まで冷却し、ろ過を行った。200mLの酢酸エチルと200mLの水を加え、再度ろ過を行った。有機層と水層を分離し、水層に酢酸エチルを加えて3回抽出を行った。全ての有機層を合わせ、飽和食塩水で3回洗浄を行った。有機層に無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥させ、溶媒を留去して粗製の化合物2を得た。得られた化合物2は、特段の精製を行うことなく次の反応に用いた。
EI−MS: 318[M
(化合物3の合成)
Figure 2015080221
50g(約0.14mol)の化合物2、4.43g(0.029mol)リン酸二水素ナトリウム、16gの30%過酸化水素水を、60mLの水及び350mLのアセトニトリルに溶解させ、氷冷した。ついで23gの78%亜塩素酸ナトリウムを200mLの水に希釈した溶液を反応液に滴下した後、反応液を室温で一晩攪拌した。HPLCを用いて反応が完結したことを確認した。反応液にpHが1になるまで10%塩酸を加え、析出してきた白色固体をろ別した。得られた固体を水で3回洗浄した。得られた固体を、ジクロロメタンに溶解させ、これに無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥させた。溶液にヘプタンを加えてジクロロメタンを減圧留去し、析出した固体をろ別し、目的とする化合物3を30g得た。純度99%(HPLC)。
(化合物4の合成)
Figure 2015080221
50g(0.246mol)の4−ブロモ−2−メトキシフェノール、47.2g(0.369mol)のアクリル酸t−ブチル、50.9g(0.369mol)の炭酸カリウムを700mLのN−メチルピロリドンに溶解させ、系を窒素置換した。反応液に0.055g(0.246mmol)の酢酸パラジウムを加えて再度窒素置換を行い、系を130℃で6時間攪拌させた。HPLCで反応が完結したことを確認した。反応液を室温まで冷却し、これに300mLの酢酸エチルと300mLの5%塩酸を加えた。有機層と水層を分離し、水層に酢酸エチルを加えて抽出を行った。全ての有機層を合わせて飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を留去し、これに80gのシリカゲルを加えてスラリーとした。これを100gアルミナ/300gシリカゲルカラムに充填し、酢酸エチル/ヘプタン混合溶液で溶出させた。溶媒を留去し、得られた粗結晶をヘプタンで再結晶して、白色固体として43.2gの化合物4を得た。純度99%(HPLC)。
EI−MS: 250[M
(化合物5の合成)
Figure 2015080221
22.3g(0.06676mol)の化合物3、16.7g(0.06677mol)の化合物4、1.22g(10mmol)の4−ジメチルアミノピリジンを400mLのジクロロメタンを溶解させ、系を窒素置換したのち氷冷させた。ついで12.6g(0.1mol)のN,N’−ジイソプロピルカルボジイミドを100mLのジクロロメタンに溶解させた溶液を反応液に滴下させた後、室温で一晩攪拌を行った。反応液をろ過し、反応液を200mLの10%塩酸で洗浄し、ついで200mLの飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒をある程度留去し、これに70gのシリカゲルを加えてスラリーとし、100gアルミナ/200gシリカゲルカラムに充填し、ジクロロメタンで溶出させた。溶媒を留去し、酢酸エチル/ヘプタンの混合溶媒で再結晶することにより、白色固体として目的とする化合物5を31.8g得た。純度99%(HPLC)。
EI−MS: 566[M
(化合物6の合成)
Figure 2015080221
31.8g(0.0562mol)の化合物5を200mLのジクロロメタンに溶解させ、系を窒素置換した後、氷冷した。系に32g(0.280mol)のトリフルオロ酢酸を滴下した後、室温で一晩攪拌させた。反応が完結したことをHPLCで確認した。反応液に300mLのヘプタンを加え、溶媒を留去することにより固体を析出させ、これをろ別した。得られた個体を水とヘプタンで洗浄し、目的とする化合物6を無色の結晶として26g得た。純度99%(HPLC)。
(化合物I−1−1の合成)
Figure 2015080221
22.9g(45mmol)の化合物6、4.9g(0.04mol)の3−ヒドロキシプロピオニトリル、0.70g(5.6mmol)の4−ジメチルアミノピリジンを200mLのジクロロメタンに溶解させ、系を窒素置換したのち氷冷させた。ついで7.87g(64mmol)のN,N’−ジイソプロピルカルボジイミドを50mLのジクロロメタンに溶解させた溶液を反応液に滴下させた後、室温で一晩攪拌を行った。反応液をろ過し、反応液を100mLの10%塩酸で洗浄し、ついで100mLの飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。30gアルミナ/300gシリカゲルカラムと酢酸エチル/ジクロロメタン混合溶媒を用いて精製を行った。溶媒を留去しえられた固体をメタノールを用いて再結晶し、16.4gの目的のモノマーI−1−1を白色個体として得た。純度99.5%(HPLC)。
EI−MS: 563[M
(比較例1:化合物R−1の合成)
Figure 2015080221
4.9g(0.04mol)の3−ヒドロキシプロピオニトリルに代えて、2,2,2−トリフルオロエタノールを用いた以外は、実施例1の(化合物I−1−1の合成)と同様の方法により、化合物R−1を合成した。
EI−MS:592[M
(比較例2:化合物R−2の合成)
Figure 2015080221
4.9g(0.04mol)の3−ヒドロキシプロピオニトリルに代えて、2−ヒドロキシエチル酢酸を用いた以外は、実施例1の(化合物I−1−1の合成)と同様の方法により、化合物R−2を合成した。
EI−MS:596[M
(比較例3:化合物R−3の合成)
Figure 2015080221
4.9g(0.04mol)の3−ヒドロキシプロピオニトリルに代えて、1−プロパノールを用いた以外は、実施例1の(化合物I−1−1の合成)と同様の方法により、化合物R−3を合成した。
EI−MS:552[M
(実施例2:モノマーI−1−2の合成)
下記式に示す方法により、化合物11〜16の中間体を経て、目的の化合物(モノマーI−1−2)を合成した。出発原料として、メチルメタクリレートに代えて、アクリレートを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、目的のモノマーI−1−2を白色個体として得た。純度99.5%(HPLC)。
EI−MS: 549[M
Figure 2015080221
(桂皮酸誘導体モノマーの重合)
(実施例2:ポリマーP−I−1−1の合成)
Figure 2015080221
16.5gのモノマーI−1−1、AIBN92mgをTHF82.5mLに溶解し、窒素雰囲気下55℃で6時間反応させた。得られた溶液にヘキサンを加えることにより目的物を沈殿させ、この沈殿物を減圧乾燥することにより目的のポリマーP−I−1−1を11g得た。この重合体の重量平均分子量は198,000であった。
[重量平均分子量の測定]
重量平均分子量は以下測定条件のもと、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー、Gel Permeation Chromatography)により測定した。
測定装置には、東ソー社製GPC装置HLC−8220GPCを用い、分析カラムにはTSKgelGMHXL×2本、TSKgel G2000XL×1本、TSKgel G1000XL×1本の計4本直列、検出器には示差屈折率(RI)検出器、較正曲線作成のための標準試料には、昭和電工製ポリスチレン標準試料STANDARDSM−105(分子量範囲1,300〜3,800,000)を用いた。得られたポリマーをTHFに1μg/mLの濃度となるよう溶解し、移動相をTHF、送液速度を1mL/分、カラム温度を40℃、試料注入量を300μLとして測定した。
(比較例4:ポリマーP−R−1の合成)
Figure 2015080221
16.5gのモノマーI−1−1に代えて、3gの化合物R−1を用いた以外は実施例2と同様の方法により、ポリマーP−R−1を1.44g得た。この重合体の重量平均分子量は382,263であった。
(比較例5:ポリマーP−R−2の合成)
Figure 2015080221
16.5gのモノマーI−1−1に代えて、3gの化合物R−2を用いた以外は実施例2と同様の方法により、ポリマーP−R−21.89g得た。この重合体の重量平均分子量は315,927であった。
(比較例6:ポリマーP−R−3の合成)
Figure 2015080221
16.5gのモノマーI−1−1に代えて、3gの化合物R−3を用いた以外は実施例2と同様の方法により、ポリマーP−R−31.90g得た。この重合体の重量平均分子量は331,172であった。
(実施例3:液晶配向膜の形成)
実施例2で得られたポリマーP−I−1−1を5部と、N−メチルピロリドンを47.5部と、2−ブトキシエタノールを47.5部との混合物を室温で10分間攪拌して、均一に溶解させた。次に、該溶液を、スピンコーターを用いてガラス基板上に塗布し、100℃で3分間乾燥することで、上記ガラス基板上に膜を形成した。形成された膜を目視で観察したところ、平滑な膜が形成されていることが確認された。
次に、超高圧水銀ランプ、波長カットフィルター、バンドパスフィルター、及び、偏光フィルターを備えた偏光照射装置を用いて、紫外光(波長313nm)の直線偏光(照度:10mW/cm)を、形成された膜に対して、鉛直方向から10秒照射して、100mJ/cmのエネルギーを照射した光配向膜を得た。膜厚は、90nmであった。
(比較例7、8、9:液晶配向膜の形成)
実施例3で得られたポリマーP−I−1−1に代えて、比較例4、5、6それぞれで得られたポリマーを用いた以外は、実施例3と同様の方法で、ITO付きガラス板上に配向膜を形成した。
[アンカリングエネルギーの測定]
上記実施例3及び比較例7〜9で得られた配向膜のアンカリングエネルギーを下記要領で、測定した。
(液晶組成物Aの調製)
下記表1に示した化合物を、同表に記載の割合で混合し、液晶組成物Aを調製した。得られた液晶組成物Aに対する熱分析の結果、ネマチック−等方性液体相転移温度(透明点)は85.6℃であった。また、波長589nmにおける異常光屈折率nは1.596、波長589nmにおける常光屈折率nоは1.491であった。また、誘電率異方性は+7.0、K22は7.4pNであった。
Figure 2015080221
(液晶組成物Bの調製)
下記式で表される化合物を、上記液晶組成物Aに対し0.25質量%添加して液晶組成物Bを調製した。ピッチを測定したところ40.40μmであった。
Figure 2015080221
(評価用液晶セルの作製)
実施例3で得られた液晶配向膜を備えるガラス基板を用いて、液晶セルを作製した。より具体的には、2枚の液晶配向膜付きガラス基板を、それぞれの液晶配向膜が対向し、かつ直線偏光を照射した方向がアンチパラレル方向となるように配置し、2枚の基板間に一定の間隙(10μm)を保った状態で、周辺部をシール剤により張り合わせた。次に、液晶配向膜表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に、上記液晶組成物A又はBを、透明点をちょうど超える温度で充填し、その後、室温まで冷却することで液晶セルを作製した。このように作製した液晶セルを評価素子とした。以下に示す方法に従ってアンカリングエネルギーを測定したところ、250μJ/mであった。
[方位角アンカリングエネルギーの測定]
上記液晶セルを用いて、液晶配向膜表面と液晶層との間の界面における方位角アンカリングエネルギーを、以下のトルクバランス法と呼ばれる方法(日本液晶学会討論会講演予稿集(2001年)の251〜252頁に報告された方法)により測定した。
まず、液晶セルに液晶組成物Aを真空充填し、92℃で2分間加熱後、室温まで冷却した。
次に、白色光源、偏光子(入射側偏光板)、検光子(出射側偏光板)、検出器を備えた光学測定装置(OMS−DI4RD、中央精機株式会社製)の、偏光子−検光子間に、この液晶セルを配置し、偏光子と検光子を回転させながら、検出器にて透過光の光量を検出し、検出した光量が最も小さい位置(消光位)となる、偏光子と検光子の回転角を求め、この角度をツイスト角φとした。ツイスト角φは、1.12°であった。
次に、液晶組成物Aの代わりに液晶組成物Bを真空充填し、同様に加熱、冷却した液晶セルのツイスト角を求めた。液晶組成物Aを充填した液晶セルのツイスト角φは、1.64°であった。
方位角アンカリングエネルギーAを、次式(1)により求めた。ただし、K22は液晶のツイスト弾性係数、dはセルギャップ、pはカイラル入り液晶のらせんピッチである。
A=2K22(2πd/p−φ)/d・sin(φ−φ) (1)
比較例7〜9で得られた配向膜についても、実施例3と同様にして、アンカリングエネルギーを測定した。比較例7〜9で得られた配向膜のアンカリングエネルギーは、それぞれ、40μJ/m、100μJ/m、60μJ/mであった。
以上のとおり、実施例1の分子末端に少なくとも1個のシアノ基を有する化合物(桂皮酸誘導体)、及びその重合体を使用することによって、少ない直線偏光の照射によって、充分大きなアンカリングエネルギーを有する液晶配向膜を形成することができることが確認された。かかる液晶配向膜は、液晶の配向及びプレチルト角の制御に優れる。一方、シアノ基を有していない比較例1〜3の化合物、及びそれらのポリマーを使用した比較例においては、実施例に比べ低いアンカリングエネルギーを有する液晶配向膜しか得ることができなかった。
製造時の少ない偏光照射量で効率よく配向性が付与され、液晶の配向及びプレチルト角の制御に優れ、高い電圧保持率(VHR)を有する液晶配向膜、上記液晶配向膜に用いるポリマー、上記ポリマーを構成する化合物、上記液晶配向膜を用いた液晶表示素子、及び上記ポリマーを用いた光学異方体を提供することができる。かかる光学異方体は、光学補償等に使用しうる光学異方性フィルムを製造する上で有用である。

Claims (15)

  1. 下記一般式(I)で表される化合物。
    Figure 2015080221
    [式中、Lは重合性基を表し、
    Spはメチレン基を含むスペーサー単位を表し、
    Qは直接結合、−O−、−CO−O−又は−O−CO−を表し、
    Aはトランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を含み、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
    sは、1〜4の整数を表し、sが2〜4を表す場合は、複数存在するAは同一であっても異なっていてもよく、
    X及びYは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素原子数1〜20のアルキル基を表し、前記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されていてもよく、前記アルキル基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−及び/又は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、
    Mは、下記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)
    Figure 2015080221
    (式(IIa)、(IIb)及び(IIc)中、破線は炭素原子への結合を表し、
    は炭素原子数1〜30のアルキレン基を表し、Rが複数ある場合には、複数あるRは同一であっても異なってもよく、
    は、水素原子又は炭素原子数1〜30のアルキル基を表し、
    及びR中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH−、−CH=CH−、−CF=CF−及び/又は−C≡C−で置き換えられていてもよく、R及びR中に存在する水素原子は、炭素原子数1〜20のアルキル基、シアノ基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい。)を表す。]
  2. 前記一般式(IIa)、(IIb)又は(IIc)において、Rが下記一般式(IId)で表される、請求項1に記載の化合物。
    Figure 2015080221
    [式中、破線は酸素原子又は窒素原子への結合を表し、*はシアノ基への結合を表し、
    は、メチレン基(この基中に存在する水素原子は炭素原子数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい)、−CO−O−又は−CO−NH−を表し、
    は、炭素原子数1〜20のアルキレン基を表し、前記アルキレン基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は2個以上の互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、−NH−CO−、−NCH−で置き換えられていてもよく、
    は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、前記アルキル基中に存在する水素原子はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい。]
  3. 前記一般式(I)において、Aは、1,4−フェニレン基を表し、前記1,4−フェニレン基中に存在する1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよい、請求項1又は2に記載の化合物。
  4. 前記一般式(I)において、X及びYが水素原子を表す、請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
  5. 前記一般式(I)において、Lが下記一般式(III−1)〜下記一般式(III−10)で表される重合性基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
    Figure 2015080221
    (式中、破線はSpへの結合を表し、R30は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素原子数1〜4のアルキル基、フェニル基又はフェノキシ基を表し、R31は、水素原子、塩素原子、メチル基又はフェニル基を表し、R32は、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)
  6. 前記一般式(I)において、Lが一般式(III−1)、(III−2)又は(III−6)で表される重合性基である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
    Figure 2015080221
    (式中、破線はSpへの結合を表し、R30及びR31は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、R32は、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)
  7. 前記一般式(I)において、−(A)−が下記一般式(IVa)で表される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の化合物。
    Figure 2015080221
    [式中、破線はQへの結合を表し、**は炭素原子への結合を表し、
    、A及びAは、それぞれ独立して、トランス−1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のメチレン基又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は−O−、−NH−又は−S−に置き換えられてもよい)、1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個以上の−CH=は−N=に置き換えられてもよい)、1,4−シクロヘキセニレン基、2,5−チオフェニレン基、2,5−フラニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基からなる群より選ばれる基を表し、該基はそれぞれ無置換であるか又は1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
    、Z及びZは、それぞれ独立して単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH−、−CHO−、―CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CFO−、−OCF−、−CFCF−又は−C≡C−を表し、これらの置換基中に、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH−O−Si(CH―、−NR−、−NR−CO−、−CO−NR−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−、−CH=CH−、−C≡C−又は−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、Rは、それぞれ独立して水素又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表し、
    p、q、rはそれぞれ0〜4の整数を表し、p+q+r=sである。]
  8. 前記一般式(IVa)において、
    はトランス−1,4−シクロヘキシレン基、2,6−ナフチレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、又は1,4−フェニレン基のいずれかの基を表し、前記いずれかの基中に存在する1個以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよく、
    は単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、−OCH−、−CHO−、―CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−又は−C≡C−のいずれかの基を表し、前記いずれかの基中に1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基が存在する場合は、1個のメチレン基又は互いに隣接しない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−又は−C≡C−に置き換えられていてもよく、
    qが1を表す、請求項7に記載の化合物。
  9. 前記一般式(IVa)において、Aは、1,4−フェニレン基を表し、前記1,4−フェニレン基中に存在する1個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、メチル基又はメトキシ基によって置換されていてもよい、請求項7に記載の化合物。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の化合物を含有する組成物の重合により得られ、下記一般式(PI)で表される構成単位を有する、重合体。
    Figure 2015080221
    (式中、LaはL由来の基を表し、Sp、Q、A、X、Y、M及びsは、一般式(I)と同様に定義される。)
  11. 請求項10に記載の重合体の硬化物を含み、垂直配向型液晶表示素子に用いられる、液晶配向膜。
  12. 請求項11に記載の液晶配向膜を備える、垂直配向型液晶表示素子。
  13. 請求項10に記載の重合体の硬化物を含み、水平配向型液晶表示素子に用いられる、液晶配向膜。
  14. 請求項13に記載の液晶配向膜を備える、水平配向型液晶表示素子。
  15. 重合性液晶組成物の重合体により構成される光学異方体において、前記重合性液晶組成物中の重合性液晶分子を、請求項10に記載の重合体の硬化物を含む液晶配向膜により配向させたことを特徴とする、光学異方体。
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