TWI637997B - 膜形成用組成物及單層塗布型水平配向薄膜 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種膜形成用組成物，其特徵為含有以下聚合物與有機溶劑，該聚合物為含有式〔1a〕及〔1b〕所示重複單位的至少1種者。
〔式中，X為式〔2〕或〔3〕所示基， (式中，R1為氫或甲基。虛線為結合鍵)
M1為式〔4〕所示基，M2為式〔5〕所示基，
(式中，s1~s4獨立為1或2，G1為單鍵、-COO-或-OCO-，R2為氫、鹵素、氰基、烷基或烷氧基，R3為烷基。虛線為結合鍵)
m及n各為0<m<100、0<n<100，且滿足m+n≦100的數，q及r獨立為2~9的整數〕。

Description

膜形成用組成物及單層塗布型水平配向薄膜
本發明係關於膜形成用組成物及單層塗佈型水平配向薄膜。詳細為有關形成具有適用於顯示裝置或記錄材料等用途上的光學特性之材料，特別為形成適合利用於液晶顯示用之偏光板及位相差板等光學補償薄膜的膜之膜形成用組成物、及由該組成物所得之單層塗佈型水平配向薄膜。
由液晶顯示裝置之顯示品位提高或輕量化等要求，作為偏光板或位相差板等光學補償薄膜，內部的分子配向結構受到控制之高分子薄膜的要求日漸提高。欲達成此要求，利用聚合性液晶化合物所具有的光學各向異性之薄膜開發正被進行者。此所使用的聚合性液晶化合物，一般為具有聚合性基與液晶結構部位(具有間隔物部與介晶部之結構部位)的液晶化合物，作為該聚合性基廣泛使用丙烯酸基。
如此聚合性液晶化合物，一般為以照射紫外線等放射線進行聚合的方法而成為聚合物(薄膜)。例 如，已知有將具有丙烯酸基之特定聚合性液晶化合物載持於支持體間，將該化合物保持在液晶狀態下，照射放射線後得到聚合物之方法(專利文獻1)，或於具有丙烯酸基之2種類聚合性液晶化合物的混合物或於該混合物混合手性液晶之組成物中添加光聚合起始劑，照射紫外線而得到聚合物之方法(專利文獻2)。
又，已有使用無須液晶配向膜之聚合性液晶化合物或聚合物的配向薄膜(專利文獻3、4)、使用含有光交聯部位之聚合物的配向薄膜(專利文獻5、6)等種種單層塗佈型配向薄膜。然而，使用於這些薄膜的聚合物之溶解性為低，必須使用作為溶劑之N-甲基-2-吡咯啶酮、氯仿、氯苯等溶解力優良的溶劑，故由這些溶液所得之薄膜的折射率各向異性(△n)、霧值等特性會有劣化之問題。又，藉由簡單製程可得到顯示低霧值之配向薄膜的材料於此尚未被發現。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開昭62-70407號公報
[專利文獻2]特開平9-208957號公報
[專利文獻3]歐洲專利申請公開第1090325號說明書
[專利文獻4]國際公開第2008/031243號
[專利文獻5]特開2008-164925號公報
[專利文獻6]特開平11-189665號公報
本發明係為有鑑於上述問題所得者，本發明係以使在簡單製程中顯示低霧值的單層塗佈型水平配向薄膜之製作成為可能的膜形成用組成物、及自該組成物所得之單層塗佈型水平配向薄膜為目的。
本發明者欲解決上述課題進行重複詳細檢討結果，發現藉由使用將γ-丁內酯骨架含於主鏈之同時，於自內酯環的γ位延伸的側鏈上具有肉桂酸酯結構之聚合物，於偏光紫外線曝光後因穩定地形成網路結構，無使用液晶配向膜下，可得到具有折射率各向異性(△n)之水平配向薄膜，可將顯示低霧值的水平配向薄膜在低溫條件下製作，而完成本發明。
即，本發明為提供下述膜形成用組成物及單層塗佈型水平配向薄膜。
1.一種膜形成用組成物，其為含有以下聚合物與有機溶劑，該聚合物為含有式〔1a〕及〔1b〕所示重複單位之至少1種者。
〔式中，X為式〔2〕或〔3〕所示基， (式中，R1為氫原子或甲基。虛線為結合鍵)
M1為式〔4〕所示基，M2為式〔5〕所示基， (式中，s1~s4各獨立為1或2，G1為單鍵、-COO-或-OCO-，R2為氫原子、鹵素原子、氰基、碳數1~10的烷基或碳數1~10的烷氧基，R3為碳數1~3的烷基。虛線為結合鍵)。
m及n各為0<m<100、0<n<100，且滿足m+n≦100之數， q及r各獨立為2~9的整數〕。
2.一種單層塗佈型水平配向薄膜，其為將1.的膜形成用組成物塗佈於基板，其次照射偏光，使其硬化後所得者。
3.如2.之單層塗佈型水平配向薄膜，其中上述偏光為直線偏光紫外線。
4.一種光學構件，其為具備2.或3.之單層塗佈型水平配向薄膜者。
本發明之聚合物為主鏈中含有γ-丁內酯骨架。因此，藉由塗佈含有此聚合物之膜形成用組成物後，在室溫下照射直線偏光，進行後烘烤之製程，可製造出顯示低霧值之單層塗佈型水平配向薄膜。
[圖1]表示在實施例1所得之薄膜的波長550nm中之遲緩值角度依賴性圖。
[圖2]表示在實施例2所得之薄膜的波長550nm中之遲緩值角度依賴性圖。
[圖3]表示在實施例3所得之薄膜的波長550nm中之遲緩值角度依賴性圖。
[圖4]表示在比較例1所得之薄膜的波長550nm中之遲緩值角度依賴性圖。
[欲實施發明之形態] 〔膜形成用組成物〕
本發明之膜形成用組成物含有至少1種下述聚合物與有機溶劑。
〔聚合物〕
於本發明之膜形成用組成物所含的聚合物含有式〔1a〕及〔1b〕所示重複單位。
式〔1a〕中，X為式〔2〕或〔3〕所示基。
(式中，R1為氫原子或甲基。虛線為結合鍵)。
式〔1a〕中，M1為式〔4〕所示基，式〔1b〕中，M2為式〔5〕所示基。
(式中，s1~s4各獨立為1或2，G1為單鍵、-COO-或-OCO-，R2為氫原子、鹵素原子、氰基、碳數1~10的烷基或碳數1~10的烷氧基，R3為碳數1~3的烷基。虛線為結合鍵)。
其中，作為鹵素原子，可舉出氟、氯、溴、碘原子，但本發明中，以氟原子為佳。
作為烷基，直鏈狀、支鏈狀、環狀中任一皆可，該碳數亦無特別限定。作為上述烷基之具體例子，可舉出甲基、乙基、n-丙基、異丙基、環丙基、n-丁基、異丁基、s-丁基、t-丁基、環丁基、n-戊基、環戊基、n-己基、環己基、n-庚基、n-辛基、n-壬基、n-癸基等。彼等中，作為R2，以直鏈狀碳數1~10的烷基為佳，以碳數1~3的烷基為較佳，特佳為甲基、乙基等。作為R3，以碳數1~3的烷基為佳，特佳為甲基、乙基等。
作為烷氧基，直鏈狀、支鏈狀、環狀中任一皆可，該碳數亦無特別限定，本發明中，以直鏈狀碳數1~10的烷氧基為佳。作為上述烷氧基之具體例子，可舉出甲氧基、乙氧基、n-丙氧基、異丙氧基、n-丁氧基、異丁氧基、s-丁氧基、t-丁氧基、n-戊基氧基、n-己基氧 基、n-庚基氧基、n-辛基氧基、n-壬基氧基、n-癸基氧基等。彼等中，以碳數1~3的烷氧基為更佳，特佳為甲氧基、乙氧基等。
且，上述烷基、烷氧基中，該氫原子的一部分或全部可由氟原子等鹵素原子所取代。
作為R2，更佳為氫原子、氟原子、氰基、甲基、甲氧基等。作為R3，更佳為甲基。
作為G1，以-COO-或-OCO-為佳。
式〔1a〕及〔1b〕中，m及n表示各重複單位之含有率(mol%)，各為滿足0<m<100、0<n<100，且m+n≦100之數，但由提高△n或提高聚合物之溶解性的觀點來看，各為滿足20≦m≦90、10≦n≦80之數者為佳，滿足50≦m≦80、20≦n≦50之數者為更佳。
式〔1a〕及〔1b〕中，q及r各獨立為2~9的整數，但以3~6為佳，特別以q為5或6時較佳。
上述聚合物的重量平均分子量以3,000~200,000為佳，以4,000~150,000為較佳，以5,000~100,000為更佳。重量平均分子量超過200,000時，對溶劑之溶解性會降低，會有降低處理性之情況產生，若重量平均分子量未達3,000時，於熱硬化時硬化會不足而降低溶劑耐性及耐熱性之情況會產生。
且，重量平均分子量係由凝膠滲透層析法(GPC)所測得之聚苯乙烯換算測定值。
又，上述聚合物以不損害本發明之效果的限 制下，可含有除式〔1a〕及〔1b〕以外之其他重複單位。作為賦予上述其他重複單位之聚合性化合物，可舉出丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、馬來醯亞胺化合物、丙烯醯基化合物、丙烯腈、馬來酸酐、苯乙烯化合物等。
上述其他重複單位之含有率於全重複單位中，以0~10mol%為佳。上述其他重複單位之含有率過大時，本發明之聚合物的特性，例如液晶性等特性會有降低之情況產生。
且，本發明之聚合物可為無規共聚物、交互共聚物、嵌段共聚物之任一種。
〔聚合性化合物〕
成為在本發明所使用的聚合物之原料的聚合性化合物如式〔6〕及〔7〕所示。
〔式中，R2、R3、G1、q、r及s1~s4與上述相同。X'為式〔8〕或〔9〕所示聚合性基。
(式中，R1與上述相同)〕。
〔聚合性化合物之合成〕
上述聚合性化合物可藉由組合有機合成化學中之方法而合成，該合成法並無特別限定。
例如式〔6〕所示聚合性化合物可由下述方法製造。
G1為-COO-時，如下述流程所示，將式〔10〕所示安息香酸衍生物與酚衍生物，於溶劑中藉由縮合劑之存在下使其縮合而製造。
(式中，R2、X'、q、s1及s2與上述相同。DCC表示N,N'-二環己基碳二亞胺，DMAP表示N,N-二甲基-4-胺基吡啶)。
G1為-OCO-時，如下述流程所示，將式〔11〕 所示酚衍生物與安息香酸衍生物，在溶劑中藉由縮合劑之存在下使其縮合而製造。
(式中，R2、X'、q、s1及s2與上述相同)。
又，式〔7〕所示化合物如下述合成流程所示，將式〔12〕所示化合物與酚衍生物，在溶劑中藉由縮合劑之存在下使其縮合而製造。
(式中，R3、r、s3及s4與上述相同)。
式〔10〕及〔11〕所示化合物在X'為式〔8〕所示基之情況時，可由SYNTHON Chemicals公司或綠化學(股)之販買品獲得。
又，式〔10〕及〔11〕所示化合物中，X'為式〔9〕所示基者、及式〔12〕所示化合物，例如可使用Talaga等(P.Talaga,M.Schaeffer,C.Benezra and J.L.Stampf, Synthesis,530(1990))所提之方法進行合成。該方法為如下述合成流程A1所示，使用SnCl2，將2-(溴甲基)丙烯酸與醛或酮進行反應之方法。且2-(溴甲基)丙烯酸可由Ramarajan等所提之方法獲得(K.Ramarajan,K.Kamalingam,D.J.O'Donnell and K.D.Berlin,Organic Synthesis,vol.61,pp.56-59(1983))。
(式中，R'表示一價有機基。Amberlyst(註冊商標)15為羅門哈斯公司製離子交換樹脂。THF表示四氫呋喃。Et表示乙基)。
又，在使用SnCl2的2-(溴甲基)丙烯酸之反應中，取代醛或酮，藉由與所對應的縮醛或縮酮之反應，可得到α-伸甲基-γ-丁內酯結構。作為縮醛或縮酮，可舉出具有二甲基縮醛基、二乙基縮醛基、1,3-二噁烷基、1,3-二氧雜環戊基等之化合物。下述合成流程A2表示使用縮醛或縮酮時的合成法及保護基。
(式中，R'與上述相同)。
藉由應用上述合成流程A1或A2之方法的下述合成流程B或C的方法，可合成式〔10〕、〔11〕或〔12〕所示化合物。
(式中，q及s1與上述相同。Me表示甲基。PCC表示吡啶鎓氯鉻酸鹽)。
(式中，q及s1與上述相同)。
〔聚合物之合成〕
作為合成上述聚合物之方法，並無特別限定，可採用自由基聚合、負離子聚合、陽離子聚合等。彼等中，特別以自由基聚合為佳，具體為在溶劑中，將上述聚合性化合物在聚合起始劑之存在下加熱並使其聚合即可。
作為聚合起始劑，可適宜地選自過去公知者使用。例如可舉出過氧化苯甲醯基、過氧化氫異丙苯、t-丁基過氫氧化物等過氧化物；過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨等過硫酸鹽；偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二甲基丁腈、偶氮二異戊腈等偶氮系化合物等。這些可單獨使用1種或組合2種以上使用。
聚合起始劑之使用量對於聚合性化合物1mol而言以0.01~0.05mol程度為佳。
反應溫度可設定在0℃至所使用之溶劑的沸點為止之適當溫度，以20~100℃程度為佳。反應時間以0.1~30小時程度為佳。
作為使用於聚合反應之溶劑，並無特別限定，可適宜地選自在上述聚合反應中一般使用的各種溶劑而使用。具體可舉出水；甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、i-丁醇、t-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、i-戊醇、t-戊醇、1-己醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、2-辛醇、2-乙基-1-己醇、苯甲基醇、環己醇等醇類；二乙基醚、二異丙基醚、二丁基醚、環戊基甲基醚、四氫呋喃、1,4-二噁烷等醚類；氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳等鹵素化烴類；甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、異丙基溶纖劑、丁基溶纖劑、二乙二醇單丁基醚等醚醇類；丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮類；乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙基、溶纖劑乙酸酯等酯類；n-戊烷、n-己烷、n-庚烷、n-辛烷、n-壬烷、n-癸烷、環戊烷、甲基環戊烷、環己烷、甲基環己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、苯甲醚等脂肪族或芳香族烴類；甲縮醛、二乙基縮醛等縮醛類；甲酸、乙酸、丙酸等脂肪酸類；硝基丙烷、硝基苯、二甲基胺、單乙醇胺、吡啶、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、乙腈等。這些可單獨使用1種或混合2種以上後使用。
上述聚合物為含有除式〔1a〕及〔1b〕以外的其他重複單位時，作為該合成方法，於上述聚合時，使賦予上述其他重複單位的聚合性化合物共存下進行聚合即可。
〔有機溶劑〕
作為於本發明之膜形成用組成物所含之有機溶劑，例如可舉出四氫呋喃、二噁烷等醚類；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴類；N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮等極性溶劑；乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯等酯類；3-甲氧基丙酸甲基、2-甲氧基丙酸甲基、3-甲氧基丙酸乙基、2-甲氧基丙酸乙基、3-乙氧基丙酸乙基、2-乙氧基丙酸乙基等烷氧基酯類；乙二醇二甲基醚、丙二醇二甲基醚等甘醇二烷基醚類；二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇甲基乙基醚、二丙二醇二甲基醚等二甘醇二烷基醚類；乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚等甘醇單烷基醚類；二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚等二甘醇單烷基醚類；丙二醇單甲基醚乙酸酯、卡必醇乙酸酯、乙基溶纖劑乙酸酯等甘醇單烷基醚酯類；環己酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、2-庚酮等酮類等。這些有機溶劑可單獨使用1種或混合2種以上後使用。
彼等中，亦以丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、乳酸乙酯、環己酮等為佳。
有機溶劑的使用量為使組成物中60~95質量%程度者為佳。
〔其他成分〕
於本發明之膜形成用組成物中，以提高與基板之親和 性的目的下可添加界面活性劑。作為界面活性劑，並無特別限定，可舉出氟系界面活性劑、聚矽氧系界面活性劑、非離子系界面活性劑等。彼等中，以與基板之親和性改善效果高的氟系界面活性劑為佳。
作為氟系界面活性劑之具體例子，可舉出(以下為商品名)、EFTOPEF301、EF303、EF352((股)Tochem Products製)、MegafacF171、F173、R-30(DIC(股)製)、FLUORADFC430、FC431(住友3M(股)製)、Asahi GuardAG710、SurflonS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(股)製)等，但並未限定於此等。且，界面活性劑可單獨使用1或亦可組合2種以上使用，該添加量對於聚合物100質量份而言以5質量份以下為佳。
且，於本發明之膜形成用組成物中，以提高與基板之密著性為目的下可添加密著促進劑。
作為密著促進劑，可舉出三甲基氯矽烷、二甲基乙烯基氯矽烷、甲基二苯基氯矽烷、氯甲基二甲基氯矽烷等氯矽烷類；三甲基甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、甲基二甲氧基矽烷、二甲基乙烯基乙氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷等烷氧基矽烷類；六甲基二矽氮烷、N,N'-雙(三甲基矽基)脲、二甲基三甲基矽基胺、三甲基矽基咪唑等矽氮烷類；乙烯基三氯矽烷、γ-氯丙基三甲氧基矽烷、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、γ-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧基丙基三 甲氧基矽烷、γ-(N-哌啶基)丙基三甲氧基矽烷等矽烷類；苯並三唑、苯並咪唑、吲唑、咪唑、2-巰基苯並咪唑、2-巰基苯並噻唑、2-巰基苯並噁唑、尿唑、硫脲嘧啶、巰基咪唑、巰基嘧啶等雜環狀化合物；1,1-二甲基脲、1,3-二甲基脲等尿素化合物；硫脲化合物等。
密著促進劑可單獨使用1種或組合2種以上使用，該添加量對於聚合物100質量份而言以1質量份以下為佳。
〔單層塗佈型水平配向薄膜〕
將以上說明之本發明的膜形成用組成物於基板(例如矽/二氧化矽被覆基板、以氮化矽基板、金屬，例如鋁、鉬、鉻等進行被覆之基板、玻璃基板、石英基板、ITO基板等)或薄膜(例如三乙醯纖維素(TAC)薄膜、環烯烴聚合物薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、丙烯酸薄膜等樹脂薄膜)等上，以棒塗佈、旋塗、流動塗佈、輥塗佈、狹縫塗佈、狹縫塗佈，再以旋塗、噴墨法、印刷法等方法進行塗佈後形成塗膜，其後在加熱板或烤箱等中進行加熱乾燥後可形成膜。
作為加熱乾燥之條件，例如可採用選自40~100℃及0.1~60分鐘之範圍中之適宜的加熱溫度及加熱時間。上述加熱溫度及加熱時間較佳為40~80℃，0.1~2分鐘。
對於如此所形成之膜，進行直線偏光照射， 並進行後烘烤後，可得到單層塗佈型水平配向薄膜。
作為直線偏光之照射方法，一般為採用150~450nm之波長的紫外線~可見光線，在室溫或加熱狀態下，藉由照射直線偏光而進行。照射線量依據所使用的光而相異，大概以100~2,000mJ/cm2為佳。
又，後烘烤僅在加熱板或烤箱等進行加熱即可，該溫度及時間較佳為90~150℃，2~20分鐘，更佳為95~120℃，5~20分鐘。
本發明之單層塗佈型水平配向薄膜的膜厚可考慮到所使用的基板之段差或光學、電性質而適宜選擇，例如以0.1~3μm為佳。
如此所得的本發明之單層塗佈型水平配向薄膜可作為在顯示裝置或記錄材料等用途上具有較佳光學特性之材料，特別為作為液晶顯示用之偏光板及位相差板等光學補償薄膜為佳。
[實施例]
以下舉出合成例、實施例及比較例並對本發明做更具體說明，但本發明並未限定於下述實施例。且，實施例中之各物性的測定方法及測定條件如以下所示。
〔1〕1H-NMR
將化合物溶解於重氫化氯仿(CDCl3)，使用核磁共振裝置(300MHz、二醇公司製)測定1H-NMR。
〔2〕平均分子量測定
使用昭和電工(股)製Shodex GPC-101(溶劑：四氫呋喃、檢量線：標準聚苯乙烯)，測定數平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)。
〔3〕霧值
使用(有限)東京電色製Spectral Haze Meter(TC-1800H)，測定薄膜之霧值。
〔4〕薄膜之遲緩值(△nd)
使用遲緩測定裝置(RETS-100、大塚電子(股)製)，測定波長550nm之△nd。
〔5〕偏光顯微鏡觀察
使用(股)尼康製的偏光顯微鏡E600-Pol進行觀察。
〔合成例1〕聚合性化合物(M1)之合成 〔1〕中間體化合物(A1)之合成
於附有冷卻管之200mL茄型燒瓶中，加入4-羥基安息香酸甲基7.61g(50.0mmol)、6-溴-1-己醇9.1g (50.0mmol)、碳酸鉀13.8g(100mmol)、及丙酮70mL作為混合物，在64℃下一邊進行24小時攪拌，一邊使其進行反應。反應終了後，減壓下自反應液餾出溶劑，得到黃色濕潤固體。將該固體藉由矽膠管柱層析法(管柱：矽膠60、0.063-0.200mm、Merck公司製，溶離液：己烷/乙酸乙酯=1/1)進行純化。自所得之溶液餾去溶劑，得到白色固體11.3g。將該固體以1H-NMR進行測定之結果如以下所示。由該結果確認該白色固體為目的之中間體化合物(A1)(產率90%)。
1H-NMR(CDCl3)δ：1.3-1.7(m,8H),3.67(m,2H),3.88(s,3H),4.03(t,2H),6.91(d,2H),7.99(d,2H)。
〔2〕中間體化合物(B1)之合成
其次，於附有冷卻管之100mL三口燒瓶中，放入PCC2.2g(10.0mmol)及二氯甲烷15.0mL，成為攪拌混合之狀態下，滴入溶解中間體化合物(A1)2.5g(10.0mmol)於二氯甲烷15.0mL之溶液，在室溫下再攪拌6小時。其後，於除去附著於燒瓶壁上的油狀物之溶液，加入二乙基醚90mL並進行減壓過濾後，減壓下餾去溶劑，得到濃綠色之濕潤固體。
將該固體以矽膠管柱層析法(管柱：矽膠60、0.063-0.200mm、Merck公司製、溶離液：己烷/乙酸乙酯=2/1)進行純化。自所得之溶液餾去溶劑，得到無色固體1.3g。將該固體以1H-NMR進行測定的結果如以下所示。由該結果確認該無色固體為目的之中間體化合物(B1)(產率50%)。
1H-NMR(CDCl3)δ：1.3-1.8(m,6H),2.49(t,2H),3.88(s,3H),3.99(t,2H),6.87(d,2H),7.99(d,2H),9.78(s,1H)。
〔3〕中間體化合物(C1)之合成
其次於附有冷卻管之50mL茄型燒瓶中，加入中間體化合物(B1)1.25g(5.0mmol)、2-(溴甲基)丙烯酸0.83g(5.0mmol)、Amberlyst(註冊商標)15(羅門哈斯公司製)0.8g、THF8.0mL、氯化錫(II)0.95g(5.0mmol)、及純水2.0mL後作為混合物，在70℃進行5小時攪拌使其進行反應。反應終了後，將反應液進行減壓過濾後與純水40mL混合，於此加入二乙基醚50mL並進行萃取。萃取進行3次。
於萃取後之有機層中，加入無水硫酸鎂並使其乾燥，自減壓過濾後之溶液餾去溶劑後得到無色固體1.5g。將該 固體以1H-NMR進行測定之結果如以下所示。由該結果確認該無色固體為目的之中間體化合物(C1)(產率94%)。
1H-NMR(DMSO-d6)δ：1.3-1.8(m,8H),2.62(m,1H),3.04(s,1H),3.81(s,3H),4.05(t,2H),4.54(m,1H),5.70(s,1H),6.01(s,1H),7.03(d,2H),7.89(d,2H)。
〔4〕中間體化合物(D1)之合成
於附有冷卻管之100mL茄型燒瓶中，加入乙醇35mL、中間體化合物(C1)1.5g(4.7mmol)、及10質量%氫氧化鈉水溶液5mL作為混合物，在85℃一邊進行3小時攪拌，一邊使其進行反應。反應終了後，於500mL之燒杯中加入水300mL與反應液，在室溫下進行30分鐘攪拌後，滴入10質量%HCl水溶液5mL後，經過濾得到白色固體1.3g。
其次於附有冷卻管之50mL茄型燒瓶中，加入所得之白色固體1.1g、Amberlyst(註冊商標)15(羅門哈斯公司製)1.0g、及四氫呋喃20.0mL作為混合物，在70℃進行5小時攪拌並使其進行反應。反應終了後，自反應液減壓過濾後的溶液餾去溶劑而得到黃色固體。將該黃色固體以再結晶(己烷/乙酸乙酯=1/1)進行純化後，得到白色 固體0.9g。將該固體以1H-NMR進行測定所得之結果如以下所示。由該結果確認該白色固體為目的之中間體化合物(D1)(產率71%)。
1H-NMR(DMSO-d6)δ：1.2-1.8(m,8H),2.60(m,1H),3.09(m,1H),4.04(m,2H),4.55(m,1H),5.69(s,1H),6.02(s,1H),6.99(d,2H),7.88(d,2H),12.5(s,broad,1H)。
〔5〕聚合性化合物(M1)之合成
將中間體化合物(D1)3.0g(10.0mmol)、甲基4-羥基肉桂酸酯1.8g(10.0mmol)、DMAP0.05g、及少量的丁基羥基甲苯(BHT)在室溫攪拌下，懸浮於二氯甲烷45mL，於此加入溶解DCC2.7g(13.0mmol)於二氯甲烷15mL之溶液，並進行一整夜攪拌。將析出之DCC脲進行過濾分離，將該濾液以0.5mol/L鹽酸50mL、飽和碳酸氫鈉水溶液50mL、飽和食鹽水100mL之順序洗淨2次，以硫酸鎂乾燥後，在減壓下餾去溶劑，得到黃色固體。將該固體藉由乙醇進行再結晶使其純化。得到目的之聚合性化合物(M1)2.6g(產率56%)。將1H-NMR之測 定結果如以下所示。
1H-NMR(CDCl3)δ：1.40-1.90(m,8H),2.58(m,1H),3.08(m,1H),3.80(s,3H),4.05(t,2H),4.55(m,1H),5.64(s,1H),6.22(s,1H),6.42(d,1H),6.97(d,2H),7.22(d,2H),7.60(d,2H),7.70(d,1H),8.15(d,2H)。
〔合成例2〕聚合性化合物(M2)之合成 〔1〕中間體化合物(A2)之合成
於附有冷卻管之100mL茄型燒瓶中，加入4-氰基-4'-羥基聯苯基5.0g(25.6mmol)、6-溴-1-己醇4.6g(25.6mmol)、碳酸鉀7.0g(50mmol)、及丙酮50mL作為混合物，在64℃一邊進行24小時攪拌，一邊使其進行反應。反應終了後，在減壓下餾去溶劑，得到黃色濕潤固體。此後混合該固體與水70mL，加入二乙基醚50mL並進行萃取。萃取進行3次。
經分液之有機層中加入無水硫酸鎂使其乾燥，過濾後在減壓下餾去溶劑，得到黃色固體。將該固體溶解於乙酸乙酯3mL，以矽膠管柱層析法(管柱：矽膠60、0.063-0.200mm、Merck公司製、溶離液：己烷/乙酸乙酯=1/1)進行純化。自所得之溶液餾去溶劑，得到白色固體6.9g。 將該固體以1H-NMR進行測定所得之結果如以下所示。由該結果確認該白色固體為目的之中間體化合物(A2)(產率91%)。
1H-NMR(DMSO-d6)δ：1.26(m,6H),1.69(m,2H),3.37(t,2H),4.03(t,2H),7.06(d,2H),7.69(d,2H),7.85(m,4H)。
〔2〕聚合性化合物(M2)之合成
將中間體化合物(A2)3.0g(10.2mmol)與三乙基胺1.5mL及少量BHT同時溶解於THF10mL，並在室溫下進行攪拌，藉由水浴在冷卻下，將溶解於THF10mL之0.9mL的丙烯醯氯經15分鐘滴入。滴入後，將反應溶液進行30分鐘攪拌，除去水浴後恢復至室溫下繼續一整夜攪拌，過濾析出的三乙基胺鹽酸鹽。由所得之濾液餾去約3/4的THF，並添加二氯甲烷50mL，將該有機層以飽和碳酸氫鈉水溶液50mL、0.5mol/L鹽酸50mL、飽和食鹽水50mL之順序洗淨，再以硫酸鎂乾燥後，餾去溶劑後得到生成物。藉由甲醇進行再結晶後，得到目的之聚合性化合物(M2)1.7g。1H-NMR之測定結果如以下所示。
1H-NMR(CDCl3)δ：1.50(m,4H),1.73(m,2H), 1.85(m,2H),4.05(t,2H),4.20(t,2H),5.82(d,1H),6.15(m,1H),6.41(d,1H),6.99(d,2H),7.55(d,2H),7.66(m,4H)。
〔合成例3〕聚合性化合物(M3)之合成
將在合成例1所得之中間體化合物(D1)0.6g(2.0mmol)、4-羥基聯苯基0.3g(2.0mmol)、DMAP0.008g、及少量BHT在室溫中攪拌下，懸浮於二氯甲烷10mL中，於此加入溶解於二氯甲烷5mL之DCC0.5g(2.5mmol)的溶液，並進行一整夜攪拌。將析出之DCC脲經過濾分離後，將該濾液以0.5mol/L鹽酸50mL、飽和碳酸氫鈉水溶液50mL、飽和食鹽水50mL之順序洗淨2次，以硫酸鎂乾燥後，餾去溶劑，藉由乙醇進行再結晶使其純化，得到目的之聚合性化合物(M3)0.6g(產率62%)。1H-NMR之測定結果如以下所示。
1H-NMR(CDCl3)δ：1.56(m,4H),1.75(m,2H),1.85(m,2H),2.61(m,1H),3.07(m,1H),4.06(t,2H),4.54(m,1H),5.63(d,1H),6.24(d,1H),6.97(d,2H),7.29(d,2H),7.35(m,1H),7.45(m,2H), 7.62(m,4H),8.17(d,2H)。
〔合成例4〕聚合性化合物(M4)之合成
將4-(6-丙烯醯氧基-1-己氧基)安息香酸(SYNTHON Chemicals公司製)29.2g(100mmol)、4-羥基聯苯基17.0g(100mmol)、DMAP0.6g、及少量BHT在室溫中攪拌下，懸浮於二氯甲烷200mL中，於此加入溶解於二氯甲烷100mL之DCC24.0g(116mmol)的溶液並進行一整夜攪拌。將析出之DCC脲過濾分離後，將此濾液以0.5mol/L鹽酸150mL、飽和碳酸氫鈉水溶液150mL、飽和食鹽水150mL之順序洗淨2次，以硫酸鎂乾燥後，餾去溶劑，藉由乙醇再結晶使其純化後得到目的之聚合性化合物(M4)39.6g(產率89%)。1H-NMR的測定結果如以下所示。
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)。
〔合成例5〕聚合性化合物(M5)之合成
將4-(6-丙烯醯氧基-1-己基)安息香酸(SYNTHON Chemicals公司製)2.9g(10mmol)、甲基4-羥基肉桂酸酯1.8g(10mmol)、DMAP0.06g、及少量BHT在室溫中攪拌下，懸浮於二氯甲烷30mL，於此加入溶解DCC2.4g(12mmol)於二氯甲烷10mL之溶液，並進行一整夜攪拌。將析出之DCC脲過濾分離，將該濾液以0.5mol/L鹽酸20mL、飽和碳酸氫鈉水溶液20mL、飽和食鹽水30mL之順序洗淨2次，以硫酸鎂乾燥後，在減壓下餾去溶劑，得到黃色固體。將該固體藉由乙醇進行再結晶並純化。得到目的之聚合性化合物(M5)3.4g(產率72%)。1H-NMR的測定結果如以下所示。
1H-NMR(CDCl3)δ：1.56(m,4H),1.76(m,2H),1.86(m,2H),3.81(s,3H),4.04(m,2H),4.19(m,2H),5.84(d,1H),6.14(m,1H),6.40(m,1H),6.97(d,2H),7.22(m,3H),7.57(d,2H),7.70(d,1H),8.17(d,2H)。
〔合成例6〕聚合物(1)之合成
於具備冷卻管之燒瓶中，裝入在合成例1所得之聚合性化合物(M1)0.98g(2.1mmol)、在合成例2所得之聚合性化合物(M2)1.7g(4.9mmol)、NMP24g、及AIBN57mg，將燒瓶內由氮取代後，在60℃進行20小時攪拌並使其反應。將所得之反應溶液投入於300mL之甲醇，沈澱白色粉末。過濾該白色粉末後，在室溫進行真空乾燥，得到聚合物(1)2.6g(產率96%)。
所得之聚合物(1)的Mn為20,643，Mw為64,612(Mw/Mn=3.13)。
〔合成例7〕聚合物(2)之合成
於具備冷卻管之燒瓶中，裝入在合成例1所 得之聚合性化合物(M1)0.40g(0.9mmol)、在合成例3所得之聚合性化合物(M3)0.91g(2.0mmol)、NMP11.8g、及AIBN25mg，將燒瓶內由氮取代後，在60℃進行20小時攪拌並使其反應。將所得之反應溶液投入於300mL之甲醇，沈澱白色粉末。過濾該白色粉末後，在室溫進行真空乾燥，得到聚合物(2)0.95g(產率73%)。
所得之聚合物(1)的Mn為23,432，Mw為52,956(Mw/Mn=2.26)。
〔合成例8〕聚合物(3)之合成
於具備冷卻管之燒瓶中，裝入在合成例1所得之聚合性化合物(M1)0.20g(0.4mmol)、在合成例4所得之聚合性化合物(M4)0.44g(1.0mmol)、NMP5.8g、及AIBN12mg，將燒瓶內由氮取代後，在60℃進行20小時攪拌並使其反應。將所得之反應溶液投入於200mL之甲醇，沈澱白色粉末。過濾該白色粉末後，在室溫進行真空乾燥，得到聚合物(3)0.5g(產率78%)。
所得之聚合物(1)的Mn為15,877，Mw為51,759(Mw/Mn=3.26)。
〔合成例9〕聚合物(4)之合成
於具備冷卻管之燒瓶中，裝入在合成例5所得之聚合性化合物(M5)0.54g(1.2mmol)、在合成例4所得之聚合性化合物(M4)1.3g(2.8mmol)、NMP16g、及AIBN34mg，將燒瓶內由氮取代後，在60℃進行20小時攪拌並使其反應。將所得之反應溶液投入於300mL之甲醇，沈澱白色粉末。過濾該白色粉末後，在室溫進行真空乾燥，得到聚合物(4)1.6g(產率89%)。
所得之聚合物(1)的Mn為12,678，Mw為22,313(Mw/Mn=1.76)。
〔膜形成用組成物之調製及薄膜製作．評估〕
使用上述合成例所得之聚合物調製出膜形成用組成物，依據下述條件製作薄膜，並檢討其特性。
薄膜製作條件：
旋塗：300rpm/5sec、500-1000rpm/20sec
預烘烤：50℃/30sec(加熱板)
曝光：直線偏光紫外線、垂直照射、照射線量1,000mJ/cm2(波長313nm)
後烘烤：100℃或120℃/20分鐘(加熱板)
〔實施例1〕
將聚合物(1)150mg及R-30(DIC(股)製界面活性劑、以下相同)。0.3mg溶解於環己酮850mg，得到聚合物(1)之溶液。
將該溶液，於玻璃基板藉由旋塗進行塗佈，經預烘烤後放置冷卻至室溫。此時，於基板上所得之膜為透明。
其次，將形成於玻璃基板之塗膜經曝光後，進行後烘烤。所得之薄膜的膜厚為1.4μm，對此以偏光顯微鏡進行觀察時，確認薄膜對於基板面成水平配向。而該△nd為43nm，霧值為0.3%。於圖1表示上述薄膜之△nd的角度依賴性。
〔實施例2〕
將聚合物(2)150mg及R-30 0.3mg溶解於環己酮850mg，得到聚合物(2)之溶液。
將該溶液，於玻璃基板藉由旋塗進行塗佈，經預烘烤後冷卻至室溫。此時，基板上所得之膜為透明。
其次，將形成於玻璃基板之塗膜經曝光後，進行後烘烤。所得之薄膜的膜厚為1.6μm，對此以偏光顯微鏡進行觀察時，確認薄膜對於基板面成水平配向。而該△nd為 53nm，霧值為0.0%。圖2表示上述薄膜之△nd的角度依賴性。
〔實施例3〕
將聚合物(3)150mg及R-30 0.3mg溶解於環己酮850mg，得到聚合物(3)之溶液。
將該溶液，於玻璃基板藉由旋塗進行塗佈，經預烘烤後冷卻至室溫。此時，基板上所得之膜為透明。
其次，將形成於玻璃基板之塗膜經曝光後，進行後烘烤。所得之薄膜的膜厚為1.8μm，對此以偏光顯微鏡進行觀察時，確認薄膜對於基板面成水平配向。而該△nd為79nm，霧值為0.4%。圖3表示上述薄膜之△nd的角度依賴性。
〔比較例1〕
將聚合物(4)150mg及R-30 0.3mg溶解於環己酮850mg，得到聚合物(4)之溶液。
將該溶液，於玻璃基板藉由旋塗進行塗佈，經預烘烤後冷卻至室溫。此時，基板上所得之膜為透明。
其次使形成於玻璃基板之塗膜曝光後，在100℃之加熱板上進行20分鐘之後烘烤。所得之薄膜的膜厚為1.5μm，對此以偏光顯微鏡進行觀察時，未得到水平配向薄膜，該△nd為25nm，霧值為4.0%。圖4表示上述薄膜之△nd的角度依賴性。
總結以上結果如下述表1所示。

Claims (7)

  1. 一種膜形成用組成物，其特徵為含有包含式〔1a〕及〔1b〕所示重複單位之至少1種的聚合物與有機溶劑；〔式中，X為式〔2〕或〔3〕所示基，(式中，R1為氫原子或甲基；虛線為結合鍵)M1為式〔4〕所示基，M2為式〔5〕所示基，(式中，s1~s4各獨立為1或2，G1為單鍵、-COO-或-OCO-，R2為氫原子、鹵素原子、氰基、碳數1~10的烷基或碳數1~10的烷氧基，R3為碳數1~3的烷基；虛線為結合鍵)m及n各為0<m<100、0<n<100，且滿足m+n≦100之數，q及r各獨立為2~9的整數〕。
  2. 如請求項1之膜形成用組成物，其中上述聚合物的重量平均分子量為3,000~200,000。
  3. 如請求項1之膜形成用組成物，其中m及n為滿足20≦m≦90，10≦n≦80，且m+n≦100的數。
  4. 如請求項1之膜形成用組成物，其中上述有機溶劑於組成物中之含有量為60~95質量%。
  5. 一種單層塗佈型水平配向薄膜，其特徵為藉由將如請求項1之膜形成用組成物塗佈於基板，其次照射偏光，使其硬化後而得者。
  6. 如請求項5之單層塗佈型水平配向薄膜，其中上述偏光為直線偏光紫外線。
  7. 一種光學構件，其特徵為具備如請求項5或6之單層塗佈型水平配向薄膜。
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