JP2014169435A - 感光性ポリマーおよび光配向性位相差フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】式(1)で表される構成単位を有する感光性ポリマー
[R1は独立してH又はメチル;aは2又は3;pは独立して1〜12の整数;X1は独立して−O−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−CH=CH−又は−C≡C−;bは0〜3の整数;A1、Z1は各々異なる特定の二価基;W1及びW2は独立してH、F、Cl、CF3−、C1〜5のアルキル又はC1〜5のアルコキシ;Y1は単結合、−O−、又は−NH−;R2はC1〜20のアルキル、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−又は−C≡C−で置き換えられてもよい]
【選択図】なし
Description
[4] 水素結合性の基がカルボキシル基である、[3]に記載の感光性ポリマー。
[8] 重量平均分子量が1000〜500000である[1]〜[7]のいずれか1項に記載の感光性ポリマー。
[10] [9]に記載の光配向性位相差剤を基板に塗布し、直線偏光を含む光を照射し、さらにこれを加熱することで光学的異方性を付与した位相差フィルム。
[12] [11]に記載の光学フィルムを用いて製造される表示素子。
[13] [10]に記載の位相差フィルム上にさらに光学的異方性材料を塗布してなる積層体。
[14] 光学的異方性材料が重合性液晶組成物からなる異方性ポリマーである[13]に記載の積層体。
本発明において位相差フィルムを作製するためには、液晶性を示しかつ光反応性基(感光性基)を有するポリマーの少なくとも一種を用いている。光反応性基を有するポリマーを感光性ポリマーと呼ぶ。感光性ポリマーとは、例えば、平面偏光の照射により光異性化反応、光二量化反応、光転移反応および光分解反応の少なくとも1つを起こす化合物である。該感光性ポリマーは、光照射により光異性化反応、光二量化反応を起こす化合物であるのが好ましく、光二量化反応を起こす化合物であるのが特に好ましい。該感光性ポリマーは、重量平均分子量が1000〜500000程度のものが好ましい。
本願明細書の記載において、化学式の記号について説明する際に用いる用語「任意の」は、「元素(または官能基)の位置だけでなくその数においても自由に選択できること」を意味する。そして例えば、「任意のAがB、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現は、1つのAはB、CおよびDのいずれか1つで置き換えられてもよく、Aの任意の2つは、B、CまたはDの2つで置き換えられてもよく、また、BとC、BとD、またはCとDで置き換えられてもよい。すなわち、ある官能基がAを1つ以上有しているときに当該官能基について「任意のAがB、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現がある場合、当該官能基上に存在するAのうち少なくとも1つの代わりに、B、CおよびDから選ばれるいずれか1つ(ここで、選択された種をXとする。)が配置されていてもよいことを意味する。ここで、複数のAが置換されているときには、当該Aに代わって配置されている複数のXが同一であってもよいし、あるいは互いに異なっていてもよい。ただし、Aに代わって配置されるXの数は、1個のAに対して1つである。したがって、任意の−CH2−が−O−で置き換えられてもよいとするとき、結果として結合基−O−O−が生じるような置き換えは含まれない。
感光性ポリマーを、単にポリマーと略すことがある。また、液晶表示素子を表示素子、液晶配向膜を配向膜と略すことがある。
構成単位(1)
本発明の感光性ポリマーは、式(1)で表される構成単位を有するポリマーである:
また、本発明の感光性ポリマーは、式(1)で表される構成単位のみを有するものであってもよいが、式(1)で表される構成単位以外に、水素結合性の基(水素結合を生じさせるような極性基)を有するモノマーから形成される構成単位、望ましくは水素結合を生じるような極性基を末端に有するモノマーから形成される構成単位をさらに含んでいることも好ましい。極性基としては水酸基、アミノ基、カルボキシル基などがより好ましく、カルボキシル基がさらに好ましい。上記感光性ポリマーは、式(2)で表されるようなカルボキシル基を末端に有する構成単位を有することが特に好ましい:
式(1)で表される構成単位の具体例として、以下のものが挙げられる。
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、および3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキルエステル類;
ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、フタル酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、および2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレートなどの単官能(メタ)アクリレート化合物;
1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジ(メタ)アクリレート、エトキシ化水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールSジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールビスヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、およびモノヒドロキシペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート化合物;
グリシジル(メタ)アクリレート、(3−メチル−3−オキセタニル)メチル(メタ)アクリレート、および(3−エチル−3−オキセタニル)メチル(メタ)アクリレートなどの環状エーテル基を有する(メタ)アクリレート化合物がある。
大阪有機化学工業(株)製のビスコート#295(トリメチロ−ルプロパントリアクリレート)、同#300(ペンタエリスリトールトリアクリレート)、同#360(トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリアクリレート)、および同#400(ペンタエリスリトールテトラアクリレート);
日本化薬(株)製のKAYARAD(登録商標) TMPTA(トリメチロールプロパントリアクリレート)、同PET−30(ペンタエリスリトールトリアクリレート)、同DPHA{ジペンタエリスリトールペンタアクリレートおよびジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(主成分)の混合物}、同D−310(ジペンタエリスリトールペンタアクリレート)、同D−330、および同DPCA−60などがある。
ラジカル熱重合開始剤は、分解温度以上に加熱することにより、ラジカルを発生させる化合物である。このようなラジカル熱重合開始剤としては、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類;アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;過酸化水素、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド類;ジ−tert−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイド類;ジブチルパーオキシシクロヘキサン等のパーオキシケタール類、パーオキシネオデカン酸−tert−ブチルエステル、パーオキシピバリン酸−tert−ブチルエステル、パーオキシ−2−エチルシクロヘキサン酸−tert−アミルエステル等のアルキルパーエステル類;過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類;並びに、アゾビスイソブチロニトリル、および2,2′−ジ(2−ヒドロキシエチル)アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系化合物が挙げられる。このようなラジカル熱重合開始剤は、1種を単独で使用することもできるし、あるいは2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本願の光配向性位相差剤は、単独でなく基板上に形成して用いる。該光配向性位相差剤からなる位相差フィルムは良好な配向性や基板との密着性、塗布均一性、耐薬品性、耐熱性、透過度、ガスバリア性といった、光学フィルムや光学表示素子に必要な特性が要求される。そのような特性を付与するために、添加剤を用いることができる。
添加剤としては、アクリル系、スチレン系、ポリエチレンイミン系又はウレタン系の高分子分散剤、アニオン系、カチオン系、ノニオン系又はフッ素系の界面活性剤、シリコーン樹脂等の塗布性向上剤、シランカップリング剤等の密着性向上剤、アルコキシベンゾフェノン類等の紫外線吸収剤、ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤、オキシラン化合物、メラミン化合物又はビスアジド化合物等の熱架橋剤、有機カルボン酸等のアルカリ溶解性促進剤等がある。
光増感剤としては、芳香族ニトロ化合物、クマリン(7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン、7−ヒドロキシ4−メチルクマリン、ケトクマリン、カルボニルビスクマリン)、芳香族2−ヒドロキシケトン、およびアミノ置換された、芳香族2−ヒドロキシケトン(2−ヒドロキシベンゾフェノン、モノ−もしくはジ−p−(ジメチルアミノ)−2−ヒドロキシベンゾフェノン)、アセトフェノン、アントラキノン、キサントン、チオキサントン、ベンズアントロン、チアゾリン(2−ベンゾイルメチレン−3−メチル−β−ナフトチアゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾチアゾリン、2−(α−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾチアゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチルベンゾチアゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトチアゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトチアゾリン、2−(p−フルオロベンゾイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトチアゾリン)、オキサゾリン(2−ベンゾイルメチレン−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾオキサゾリン、2−(α−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾオキサゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチルベンゾオキサゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン、2−(p−フルオロベンゾイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン)、ベンゾチアゾール、ニトロアニリン(m−もしくはp−ニトロアニリン、2,4,6−トリニトロアニリン)またはニトロアセナフテン(5−ニトロアセナフテン)、(2−[(m−ヒドロキシ−p−メトキシ)スチリル]ベンゾチアゾール、ベンゾインアルキルエーテル、N−アルキル化フタロン、アセトフェノンケタール(2,2−ジメトキシフェニルエタノン)、ナフタレン、アントラセン(2−ナフタレンメタノール、2−ナフタレンカルボン酸、9−アントラセンメタノール、および9−アントラセンカルボン酸)、ベンゾピラン、アゾインドリジン、フロクマリン等がある。
好ましくは、芳香族2−ヒドロキシケトン(ベンゾフェノン)、クマリン、ケトクマリン、カルボニルビスクマリン、アセトフェノン、アントラキノン、キサントン、チオキサントン、およびアセトフェノンケタールである。
上述した本発明の光配向性位相差剤は、特にその用途が限定されるものではないものの、位相差フィルムとして好適に用いることができる。本発明において、位相差フィルムは、上述した本発明の光配向性位相差剤から形成される塗膜に直線偏光を含む光を照射し、さらにこれを加熱することで光学的異方性を付与することにより得ることができる。
このとき用いられる有機溶剤としては、感光性ポリマーの重合時に使用した溶媒をそのまま使用してもよく、あるいは、重合時の溶媒を一旦除去し、改めて新たな溶剤を使用してもよい。このとき新たに使用する有機溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、およびエチルベンゼンなどの芳香族化合物;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、およびシクロヘプタンなどの脂肪族化合物;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、およびエチレングリコール等のアルコール類;ジブチルエーテル、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、テトラヒドロフランおよびジオキサン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンおよびシクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルおよびγ−ブチロラクトン等のエステル類;などが挙げられる。毒性や環境負荷の観点から、1−プロパノール、2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、2−ブトキシエタノール、3−メトキシ−3−メチルブタノール、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、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソホロン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートまたは酢酸ブチルなどが好ましい。また、プラスチック基板に対する耐溶剤性の観点から、1−メトキシ−2−プロパノール、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノンなどが好ましい。なお、これらの有機溶媒は、1種単独または2種以上を組み合わせて用いることが可能である。
Tm−80℃≦T≦Ti
であることが好ましい。一般的には、60℃〜250℃程度であり、80℃〜150℃程度であることが好ましい。なお、Tmはポリマーの結晶相−液晶相転移温度もしくはガラス転位温度であり、Tiは液晶相−等方相転移温度に対応する。
さらに、本発明の位相差フィルムを用いて、光学フィルムを得ることができる。ここで、本発明の光学フィルムは、位相差フィルムや液晶表示素子のコントラスト向上や視野角範囲の拡大を実現するための光学補償フィルムを意味する。そのような光学フィルムは、具体的には、本発明の位相差フィルムから構成されるフィルムであり、本発明の位相差フィルムそれ自体をそのまま光学フィルムとして用いてもよいし、あるいは、本発明の位相差フィルムに他のフィルムを組み合わせてなる光学フィルムであってもよい。
本発明の位相差フィルムは、液晶材料を配向させる能力を有している。そのため、この位相差フィルム上に重合性液晶や液晶性ポリマーなどを塗布することで容易に光学的異方性を有するフィルムの積層体を成形することが可能となる。この積層体として、塗工性の容易さや配向均一性の高さなどから重合性液晶材料を用いることがより好ましい。重合性液晶材料としては、分子中に少なくとも一つの重合性基を有する液晶性(メタ)アクリル化合物、液晶性オキシラン化合物および液晶性オキセタン化合物などを含む重合性液晶組成物が挙げられる。これらのうち液晶性(メタ)アクリル化合物を用いた重合性液晶組成物を使用することがより好ましい。
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。
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、10℃/分の速度で昇温した。相が別の相に転移する温度を測定した。Cは結晶、Gはガラス状態、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。「C 50 N 63 I」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。括弧内はモノトロピックの液晶相を示す。
島津製作所製の島津LC−9A型ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)、および昭和電工製のカラムShodex(商標登録) GF−7M HQ(展開溶媒はDMFあるいはTHF、標準物質は分子量既知のポリスチレン)を用いた。
重合反応における反応転化率をガスクロマトグラフィー(GC)や液体クロマトグラフィーによる未反応モノマーの量より検出し、当該反応転化率および/またはNMRを用いて共重合比を算出した。
以下に示す方法により確認した。
(1)目視による観察方法
クロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に位相差フィルムを形成した基板を挟持して観察し、基板を水平面内で回転させ、明暗の状態を確認した。位相差フィルムを形成した基板を偏光顕微鏡観察し、配向欠陥の有無を確認した。
シンテック(株)製のOPTIPRO(登録商標)偏光解析装置を用い、位相差フィルムを形成した基板に波長が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°から減少させながらレタデーションを測定した。レタデーション(retardation;位相遅れ)はΔn×dで表される。記号Δnは光学異方性値であり、記号dは重合体フィルムの厚さである。
基板から位相差フィルムの層を削りだして、その段差を微細形状測定装置(KLA TENCOR(株)製 アルファステップIQ)を用いて測定した。
位相差フィルム層について求めたレタデーションと膜厚値から、Δn=レタデーション/膜厚として算出した。
[実施例1]
(i)化合物(M−1)の合成
化合物(M−1)は、以下のスキームに従って合成した。
p−アセトキシ安息香酸50gをトルエン250mLに加え、ピリジン0.2gを添加し、60℃に加熱しながら攪拌した。そこへ、塩化チオニル39.6gを滴下した。滴下後、60℃で4時間撹拌した。減圧下で溶媒を留去し、得られた残渣に再びトルエン250mLを加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、アセトン200mLにp−クマル酸メチル49.5gおよびトリエチルアミン42.1gを加えた混合溶液を滴下した。滴下後、室温で8時間撹拌した。これを水に注ぎ込み、析出した結晶をろ別した。さらにろ液より有機層を抽出し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣と先ほど取り出した結晶をトルエンで再結晶することにより、化合物(ex−1)77.7gを得た。
化合物(ex−1)77.7gをTHF160mLおよびメタノール80mLに加え、窒素雰囲気下室温で撹拌した。そこへ、アンモニウム水溶液26mLを滴下した。滴下後、室温で8時間撹拌した。酢酸エチルおよび水を加え有機層を抽出し、得られた有機層を飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去し、残渣をメタノールで再結晶することにより、化合物(ex−2)43.7gを得た。
化合物(ex−2)43.7g、2−メタクリルオキシエチルサクシネート33.7gおよび4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)3.58gを、ジクロロメタン500mlに加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)31.7gのジクロロメタン溶液70mlを滴下した。滴下後、室温で16時間撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下で溶媒を留去し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶離液:トルエン−酢酸エチル混合物(容量比:トルエン/酢酸エチル=8/1))で精製し、エタノールで再結晶することにより、化合物(M−1)62.3gを得た。
相転移温度:C 86 (S 58 N 60) I
1H−NMR(CDCl3;δppm):8.23(d,2H),7.71(d,1H),7.60(d,2H),7.28−7.23(m,4H),6.43(d,1H),6.13(s,1H),5.59(s,1H),4.32−4.26(m,4H),3.82(s,3H),2.93(t,2H),2.80(t,2H),1.94(s,3H).
以下の手順により、化合物(M−1)および化合物(M−2)からポリマー(P−1)を合成した。
得られたポリマー(P−1)は、Mwが22000、Mw/Mnが2.8であり、62℃〜155℃の範囲に液晶相を有する。
<位相差フィルムF−1の作製>
ポリマー(P−1)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度15重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(H−1)を調製した。この光配向性位相差剤(H−1)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を150mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を130℃で5分間加熱することで位相差フィルム(F−1)を得た。
位相差フィルム(F−1)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
<位相差フィルムF−2の作製>
光配向性位相差剤(H−1)の固形分濃度を20重量%のCPN溶液とした以外は実施例2に記載の方法で位相差フィルム(F−2)を得た。
位相差フィルム(F−2)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
<位相差フィルムF−3の作製>
光配向性位相差剤(H−1)の固形分濃度を25重量%のCPN溶液とした以外は実施例2に記載の方法で位相差フィルム(F−3)を得た。
位相差フィルム(F−3)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
(i)化合物(M−3)の合成
化合物(M−3)は、以下のスキームに従って合成した。
p−ヒドロキシ安息香酸30gをTHF500mLに加え、トリエチルアミン36.6gを添加し、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、クロロメチルメチルエーテル(MOMCl)30.6gを滴下した。滴下後、室温で8時間撹拌した。酢酸エチルおよび水を加え有機層を抽出し、得られた有機層を飽和重曹水および水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶離液:トルエン−酢酸エチル混合物(容量比:トルエン/酢酸エチル=4/1))で精製することにより、化合物(ex−3)30.0gを得た。
化合物(ex−3)30g、2−(2−クロロエトキシ)エタノール24.6g、炭酸カリウム27.3gおよびヨウ化カリウム3.3gをDMF150mLに加え、窒素雰囲気下80℃で加熱しながら16時間撹拌した。トルエンおよび水を加え有機層を抽出し、得られた有機層を飽和重曹水および水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶離液:トルエン−酢酸エチル混合物(容量比:トルエン/酢酸エチル=2/1))で精製することにより、化合物(ex−4)22.0gを得た。
化合物(ex−4)20gおよびトリエチルアミン15.0gをトルエン200mLに加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、メタクリル酸クロリド8.5gを滴下した。滴下後、室温で8時間撹拌した。水を加え有機層を抽出し、得られた有機層を水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣にTHF40mLを加え、さらにp−トルエンスルホン酸(PTSA)1.1gおよび水5mLを添加し、窒素雰囲気下50℃で加熱しながら撹拌した。酢酸エチルおよび水を加え有機層を抽出し、得られた有機層を飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去し、残渣をトルエンで再結晶することにより、化合物(ex−5)9.1gを得た。
化合物(ex−6)5g、p−クマル酸メチル3gおよびDMAP0.4gを、ジクロロメタン50mlに加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、DCC3.7gのジクロロメタン溶液8mlを滴下した。滴下後、室温で16時間撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下で溶媒を留去し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶離液:トルエン−酢酸エチル混合物(容量比:トルエン/酢酸エチル=10/1))で精製し、エタノールで再結晶することにより、化合物(M−3)4.9gを得た。
相転移温度:C 78 (N 65) I
1H−NMR(CDCl3;δppm):8.14(d,2H),7.71(d,1H),7.59(d,2H),7.24(d,2H),7.01(d,2H),6.42(d,1H),6.14(s,1H),5.58(s,1H),4.35(t,2H),4.23(t,2H),3.92(t,2H),3.84(t,2H),3.82(s,3H),1.95(s,3H).
以下の手順により、化合物(M−3)および化合物(M−2)からポリマー(P−2)を合成した。
得られたポリマー(P−2)は、Mwが12000、Mw/Mnが1.8であり、63℃〜153℃の範囲に液晶相を有する。
<位相差フィルムF−4の作製>
ポリマー(P−2)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度15重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(H−2)を調製した。この光配向性位相差剤(H−2)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を50mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を120℃で5分間加熱することで位相差フィルム(F−4)を得た。
位相差フィルム(F−4)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
(i)化合物(M−4)の合成
化合物(M−4)は、以下のスキームに従って合成した。
化合物(ex−3)5.9g、化合物(M−2)10.0gおよびDMAP0.8gを、ジクロロメタン100mlに加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、DCC7.1gのジクロロメタン溶液20mlを滴下した。滴下後、室温で16時間撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下で溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶離液:トルエン−酢酸エチル混合物(容量比:トルエン/酢酸エチル=8/1))で精製した。得られた残渣にTHF30mlへ加え、さらにPTSA0.6gおよび水3mLを添加し、窒素雰囲気下50℃で加熱しながら撹拌した。酢酸エチルおよび水を加え有機層を抽出し、得られた有機層を飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去し、残渣をエタノールで再結晶することにより、化合物(M−4)6.5gを得た。
相転移温度:C 115 S 200 < I
1H−NMR(CDCl3;δppm):13.07(s,1H),8.09(d,2H),8.04(d,2H),7.41(d,2H),7.12(d,2H),6.02(s,1H),5.67(s,1H),4.14−4.07(m,4H),1.88(s,3H),1.82−1.73(m,2H),1.69−1.62(m,2H),1.53−1.38(m,4H).
以下の手順により、化合物(M−1)、(M−2)および化合物(M−4)からポリマー(P−3)を合成した。
得られたポリマー(P−3)は、Mwが27000、Mw/Mnが2.3であり、58℃〜167℃の範囲に液晶相を有する。
<位相差フィルムF−5の作製>
ポリマー(P−3)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度15重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(H−3)を調製した。この光配向性位相差剤(H−3)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を200mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を140℃で5分間加熱することで位相差フィルム(F−5)を得た。
位相差フィルム(F−5)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
(i)化合物(CM−1)の合成
以下の手順により、化合物(CM−1)および化合物(M−2)からポリマー(CP−1)を合成した。
得られたポリマー(CP−1)は、Mwが34000、Mw/Mnが2.4であり、119℃〜188℃の範囲で液晶相を有する。
ポリマー(CP−1)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度10重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(CH−1)を調製した。この光配向性位相差剤(CH−1)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を100mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を130℃で5分間加熱することで位相差フィルム(CF−1)を得た。
位相差フィルム(CF−1)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
(i)化合物(CM−2)の合成
化合物(CM−2)は、以下のスキームに従って合成した。
p−クマル酸メチル5.8g、化合物(M−2)10.0gおよびDMAP0.8gを、ジクロロメタン100mlに加え、窒素雰囲気下冷却しながら撹拌した。そこへ、DCC7.1gのジクロロメタン溶液20mlを滴下した。滴下後、室温で16時間撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下でジクロロメタンを留去し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶離液:トルエン−酢酸エチル混合物(容量比:トルエン/酢酸エチル=8/1))で精製し、エタノールで再結晶することにより、化合物(CM−2)9.8gを得た。
相転移温度:C 67 S 96 N 104 I
1H−NMR(CDCl3;δppm):8.13(d,2H),7.70(d,1H),7.58(d,2H),7.24(d,2H),6.97(d,2H),6.43(d,1H),6.10(s,1H),5.56(s,1H),4.17(t,2H),4.05(t,2H),3.81(s,3H),1.95(s,3H),1.89−1.82(m,2H),1.78−1.71(m,2H),1.58−1.45(m,4H).
以下の手順により、化合物(CM−2)および化合物(M−2)からポリマー(CP−2)を合成した。
得られたポリマー(CP−2)は、Mwが28000、Mw/Mnが3.5であり、148℃〜160℃の範囲で液晶相を有する。
ポリマー(CP−2)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度15重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(CH−2)を調製した。この光配向性位相差剤(CH−2)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を150mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を140℃で5分間加熱することで位相差フィルム(CF−2)を得た。
位相差フィルム(CF−2)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
<位相差フィルムCF−3の作製>
光配向性位相差剤(CH−2)の固形分濃度を20重量%のCPN溶液とした以外は比較例2に記載の方法で位相差フィルム(CF−3)を得た。
位相差フィルム(CF−3)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
<位相差フィルムCF−4の作製>
光配向性位相差剤(CH−2)の固形分濃度を25重量%のCPN溶液とした以外は実施例2に記載の方法で位相差フィルム(CF−4)を得た。
位相差フィルム(CF−4)をクロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向(ホモジニアス配向)であることを確認した。
<ポリマーの溶解性>
ポリマー(P−1)〜(P−3)、(CP−1)および(CP−2)のそれぞれについて、ポリマーと溶剤の合計重量を100重量部とし、ポリマーが10、20、30重量部のときの各種溶剤に対する溶解性を目視にて評価し、完全に溶解したものを○、不溶物があるものを×、一旦溶解するものすぐに析出するものを△とした。結果を以下の表2に示す。
<位相差フィルムの配向性、レタデーションと光学異方性Δn>
位相差フィルム(F−1)〜(F−5)および(CF−1)〜(CF−4)を偏光顕微鏡観察にて配向欠陥を観察した。配向欠陥のないものを○、配向欠陥のあるものを×とした。また、偏光解析装置によりレタデーション(Re)を測定し、そのReの値と膜厚より光学異方性値Δnを算出した。結果を以下の表3に示す。
<重合性液晶組成物(1)の調製>
化合物(LC−1−1):化合物(LC−2−1):化合物(LC−5−1):化合物(LC−6−1)=25:25:40:10(重量比)で4つの化合物を混合した。この組成物をMIX1とする。このMIX1の全重量を基準として、重量比0.002の非イオン性のフッ素系界面活性剤(ネオス(株)製、商品名フタージェント(登録商標) FTX−218)、および重量比0.06の重合開始剤irgacure907(BASF社製、登録商標)を添加した。この組成物にトルエンを加えて、溶剤の割合が80重量%である重合性液晶組成物(1)を作製した。
実施例2で得られた位相差フィルムF−1に、重合性液晶組成物(1)をスピンコートにより塗布した。この基板を80℃で2分間加熱してから、室温で3分間冷却し、溶剤が除去された塗膜を紫外線により大気中で重合させて、液晶の配向状態を固定させた光学フィルムを得た。この光学フィルムを偏光顕微鏡で観察したところ、配向欠陥はなく、均一な配向を有していることが確認できた。この光学フィルムのレタデーションを測定したところ、ホモジニアス配向であることが確認できた。
ポリマー(P−4)の合成
以下の手順により、化合物(M−1)からポリマー(P−4)を合成した。
得られたポリマー(P−4)は、Mwが31000、Mw/Mnが2.2であり、103℃〜183℃の範囲に液晶相を有する。
ポリマー(P−4)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度20重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(H−4)を調製した。この光配向性位相差剤(H−4)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を200mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を150℃で5分間加熱することで位相差フィルム(F−6)を得た。
ポリマー(P−5)の合成
以下の手順により、化合物(M−1)および化合物(M−2)からポリマー(P−5)を合成した。
得られたポリマー(P−5)は、Mwが42000、Mw/Mnが2.5であり、81℃〜156℃の範囲に液晶相を有する。
ポリマー(P−5)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度20重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(H−5)を調製した。この光配向性位相差剤(H−5)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を200mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を140℃で5分間加熱することで位相差フィルム(F−7)を得た。
ポリマー(P−6)の合成
以下の手順により、化合物(M−1)および化合物(M−2)からポリマー(P−6)を合成した。
得られたポリマー(P−6)は、Mwが42000、Mw/Mnが2.2であり、69℃〜149℃の範囲に液晶相を有する。
ポリマー(P−6)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度20重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(H−6)を調製した。この光配向性位相差剤(H−6)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を200mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を140℃で5分間加熱することで位相差フィルム(F−8)を得た。
ポリマー(P−7)の合成
以下の手順により、化合物(M−1)および化合物(M−2)からポリマー(P−7)を合成した。
得られたポリマー(P−7)は、Mwが25000、Mw/Mnが2.2であり、78℃〜166℃の範囲に液晶相を有する。
ポリマー(P−7)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度20重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(H−7)を調製した。この光配向性位相差剤(H−7)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を200mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を120℃で5分間加熱することで位相差フィルム(F−9)を得た。
<位相差フィルムの配向性、レタデーションと光学異方性Δn>
位相差フィルム(F−2)および(F−6)〜(F−9)を偏光顕微鏡観察にて配向欠陥を観察した。配向欠陥のないものを○、配向欠陥のあるものを×とした。また、偏光解析装置によりレタデーション(Re)を測定し、そのReの値と膜厚より光学異方性値Δnを算出した。結果を以下の表4に示す。
(i)化合物(CM−3)の合成
(ii)ポリマー(CP−3)の合成
以下の手順により、化合物(M−1)および化合物(CM−3)からポリマー(CP−3)を合成した。
得られたポリマー(CP−3)は、Mwが42000、Mw/Mnが2.8であり、65℃〜173℃の範囲に液晶相を有する。
ポリマー(CP−3)をシクロペンタノン(CPN)に溶解させ、固形分濃度20重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより、光配向性位相差剤(CH−5)を調製した。この光配向性位相差剤(CH−5)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で2分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)より、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から313nm付近の波長の直線偏光紫外線を200mJ/cm2照射することで、光配向処理した。この基板を150℃で5分間加熱することで位相差フィルム(CF−5)を得た。
CF−5はホメオトロピック配向となり、良好なReを得られなかった。
Claims (14)
- 式(1)で表される構成単位を有する感光性ポリマー。
- 式(1)中、pは独立して1〜4の整数であり;X1は独立して−O−、−COO−または−OCO−であり;bは1〜3の整数であり;A1は独立して1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルから選ばれるいずれかの二価基であり、該二価基において、少なくとも一つの水素はフッ素、炭素数1〜5のアルキルまたは炭素数1〜5のアルコキシで置き換えられてもよく;Z1は独立して単結合、−COO−、−CH=CH−COO−、−CH2CH2−COO−、−CH2O−または−CONH−であり;W1およびW2は独立して水素、フッ素、炭素数1〜5のアルキルまたは炭素数1〜5のアルコキシであり;Y1は−O−であり;R2は炭素数1〜10のアルキルであり、このアルキルにおける少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよい、請求項1に記載の感光性ポリマー。
- 水素結合性の基を有するモノマーから形成される構成単位を有する、請求項1または2に記載の感光性ポリマー。
- 水素結合性の基がカルボキシル基である、請求項3に記載の感光性ポリマー。
- 水素結合性の基を末端に有するモノマーから形成される構成単位が、式(2)で表される構成単位である、請求項4に記載の感光性ポリマー。
- 式(2)中、Qは炭素数1〜12のアルキレンであり、このアルキレンにおける少なくとも一つの−CH2−は−O−、−COO−または−OCO−で置き換えられてもよく;
X2は−O−、−COO−または−OCO−であり;A2は独立して1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルから選ばれるいずれかの二価基であり、該二価基において、任意の水素はフッ素、炭素数1〜5のアルキルまたは炭素数1〜5のアルコキシで置き換えられてもよく;Z2は独立して単結合、−COO−、−CH=CH−COO−、−CH2CH2−COO−、−CH2O−、−CONH−または−CH2CH2−であり;Y2は単結合である、請求項5に記載の感光性ポリマー。 - 液晶性を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の感光性ポリマー。
- 重量平均分子量が1000〜500000である請求項1〜7のいずれか1項に記載の感光性ポリマー。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の感光性ポリマーを少なくとも一つ含有する光配向性位相差剤。
- 請求項9に記載の光配向性位相差剤を基板に塗布し、直線偏光を含む光を照射し、さらにこれを加熱することで光学的異方性を付与した位相差フィルム。
- 請求項10に記載の位相差フィルムを用いて製造される光学フィルム。
- 請求項11に記載の光学フィルムを用いて製造される表示素子。
- 請求項10に記載の位相差フィルム上にさらに光学的異方性材料を塗布してなる積層体。
- 光学的異方性材料が重合性液晶組成物からなる異方性ポリマーである請求項13に記載の積層体。
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