JP5825137B2 - 位相差フィルム用液晶配向剤、位相差フィルム用液晶配向膜、位相差フィルム及びその製造方法 - Google Patents

位相差フィルム用液晶配向剤、位相差フィルム用液晶配向膜、位相差フィルム及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、位相差フィルム用液晶配向剤、位相差フィルム用液晶配向膜、位相差フィルム及びその製造方法に関する。
液晶ディスプレイ(LCD)はテレビや各種モニタ等に広く利用されている。LCDの表示素子としては、例えばSTN(Super Twisted Nematic)型、TN(Twisted Nematic)型、IPS(In Plane Switching)型、VA(Vertically Aligned)型、PSA(Polymer sustained alignment)型等が知られている(特開昭56−91277号公報及び特開平1−120528号公報参照)。この液晶表示素子には様々な光学材料が用いられており、中でも位相差フィルムは表示の着色を解消する目的や、見る角度によって表示色及びコントラスト比が変化する視野角依存性を解消する目的で用いられる(特開平4−229828号公報及び特開平4−258923号公報参照)。
従来、位相差フィルムは、一般的にはプラスチックフィルムの延伸を利用して製造されており、より複雑な光学特性を有する場合、重合性液晶を硬化させて製造されている。この方法では、重合性液晶分子を基板面に対して所定の方向に配向させるため、基板表面に液晶配向膜を設けることが一般的である。上記液晶配向膜は、例えばポリビニルシンナメート等の感光性薄膜に偏光又は非偏光の放射線を照射する光配向法により形成される(特開平6−287453号公報、特開平10−251646号公報、特開平11−2815号公報、特開平11−152475号公報、特開2000−144136号公報、特開2000−319510号公報、特開2000−281724号公報、特開平9−297313号公報、特開2003−307736号公報、特開2004−163646号公報及び特開2002−250924号公報参照)。この光配向法によれば、均一な液晶配向を実現でき、さらに放射線照射時にフォトマスク等を使用することで、一つの基板上に液晶配向方向が異なる複数の領域を任意に形成できる。しかし、従来の技術では放射線照射時に加熱が必要とされることや、多大な積算露光量が必要であるという不都合がある(特開平10−278123号公報参照)。
一方、近年3D映像を表現する技術が盛んとなり、家庭用においても3D映像が視聴可能なディスプレイが普及しつつある。3D映像の表示方式として、例えば特許第3461680号公報には、右目用画像と左目用画像とで偏光状態の異なった画像を形成し、これをそれぞれの偏光状態の映像のみを見ることが出来る偏光眼鏡を用いる方式が紹介されている。この方式で得られる立体画像はフリッカーがなく、観察者は軽量安価な偏光眼鏡を装着することで立体画像を観察できる。
上記右目用画像と左目用画像とで偏光状態の異なる画像を形成する従来技術としては、投影表示では2台の偏光プロジェクターを用いスクリーン上で両者の画像を重ね合わせて立体画像を形成し、また直視表示では2台の表示装置の画像をハーフミラー又は偏光ミラーで合成するか、基板面に配置する偏光フィルムの偏光透過軸を画素毎に異ならせて配置することで形成する。しかし、偏光軸の異なる画像2枚を常に同時に映すためには、2台の表示装置や映写装置が必要となり家庭向きには不向きである。1台の表示装置で右目用画像と左目用画像で偏光状態の異なった画像を形成する従来技術としては、偏光軸が隣接する画素間で互いに直交するモザイク状の偏光層を1台の表示装置の前面に密着させ、観察者が偏光眼鏡を装着することにより立体画像を観察できる方式が知られている。
かかる偏光層としては、μmオーダーでパターニングされた位相差フィルムが必要となる。このような位相差フィルムの製造方法として、例えば特開2005−49865号公報には、感光性ポリマー層に偏光を照射する方法等が開示されている。しかし、偏光照射に多大な積算照射量が必要であること、感光性ポリマー層の熱安定性が不十分であること等の不都合がある。
このような状況に鑑み、液晶配向性に優れ、少量の放射線照射によって光配向が可能であり、放射線照射中及び照射後の加熱工程が不要で、さらには熱安定性にも優れる位相差フィルム用液晶配向剤の開発が望まれている。
特開昭56−91277号公報 特開平1−120528号公報 特開平4−229828号公報 特開平4−258923号公報 特開平6−287453号公報 特開平10−251646号公報 特開平11−2815号公報 特開平11−152475号公報 特開2000−144136号公報 特開2000−319510号公報 特開2000−281724号公報 特開平9−297313号公報 特開2003−307736号公報 特開2004−163646号公報 特開2002−250924号公報 特開平10−278123号公報 特許第3461680号公報 特開2005−49865号公報
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、液晶配向性に優れ、少量の放射線照射によっても光配向が可能であり、かつ照射中及び照射後の加熱工程が不要で、さらには熱安定性にも優れる位相差フィルム用液晶配向膜を形成可能な液晶配向剤を提供することである。また、この位相差フィルム用液晶配向膜を備え、液晶配向性及び熱安定性に優れる位相差フィルム及びその製造方法を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]桂皮酸構造を有する基を含むセルロースを含有する位相差フィルム用液晶配向剤である。
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、桂皮酸構造を有する基を含む[A]セルロースを含有するため、高感度の光配向性を有し、配向に必要な光照射量を低減することができる。また、上記桂皮酸構造を有する基は、桂皮酸又はその誘導体を基本骨格とするため、セルロースへの導入が容易である。さらに、当該位相差フィルム用液晶配向剤は、放射線照射中及び照射後の加熱工程が不要なため、効率よく位相差フィルムを製造できる。また、主鎖としてセルロースを採用しているので、当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される位相差フィルムは、優れた熱的安定性を有する。
[A]セルロースは下記式(1)で表されることが好ましい。
Figure 0005825137
(式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基であり、少なくとも1つは、桂皮酸構造を有する基である。Xは、酸素原子又は硫黄原子である。mは、10〜10,000の整数である。)
[A]セルロースが、桂皮酸構造を有する上記特定構造であることにより、当該位相差フィルム用液晶配向剤は、高感度の光配向性を有し、配向に必要な光照射量をさらに低減できる。
[A]セルロースは下記式(1−1)で表されることが好ましい。
Figure 0005825137
(式(1−1)中、R〜R、X及びmは、上記式(1)と同義である。)
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、[A]セルロースが上記特定の立体構造を有することにより、光配向性を向上させることができる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、上記桂皮酸構造を有する基が、下記式(2)で表される化合物及び式(3)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(以下、「特定桂皮酸誘導体」と称することがある。)に由来する基であることが好ましい。
Figure 0005825137
(式(2)中、Rは、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10のアルキル基、フッ素原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは、単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子、−CH=CH−、−NH−、−COO−又は−OCO−である。aは、0〜3の整数である。但し、aが2以上の場合、複数のR及びRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。Rは、フッ素原子又はシアノ基である。bは、0〜4の整数である。但し、bが2以上の場合、複数のRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
式(3)中、R10は、フェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。R11は、単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子又は−NH−である。cは、1〜3の整数である。但し、cが2以上の場合、複数のR10及びR11は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。R12は、フッ素原子又はシアノ基である。dは、0〜4の整数である。但し、dが2以上の場合、複数のR12は、同一でも異なっていてもよい。R13は、酸素原子、−COO−又は−OCO−である。R14は、芳香族基、脂環式基、複素環式基又は縮合環式基である。R15は、単結合、−OCO−(CH−*又は−O(CH−*である。但し、*は、カルボキシル基と結合する部位である。f及びgは、それぞれ1〜10の整数である。eは、0〜3の整数である。但し、eが2以上の場合、複数のR13及びR14は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
上記桂皮酸構造を有する基として上記の特定桂皮酸誘導体に由来する基を用いることにより、当該位相差フィルム用液晶配向剤の光配向性能がさらに向上する。
上記式(1)において、R〜Rの少なくとも1つが下記式(5)で表される基であることが好ましい。
Figure 0005825137
(式(5)中、R19は、水素原子又はメチル基である。hは、1〜10の整数である。但し、hが2以上である場合、複数のR19は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。R20は、単結合又は(h+1)価の炭素数1〜20の炭化水素基である。R21は、単結合、−COO−又は−OCO−である。iは、0〜10の整数である。jは、0又は1である。R22は、メチレン基、炭素数2〜10のアルキレン基、フェニレン基又はシクロヘキシレン基である。kは、0又は1である。)
当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される位相差フィルム用液晶配向膜は、[A]セルロースが上記特定構造のアクリル基を有することにより、基板への密着性を向上させることができる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、[B][A]セルロース以外の重合体(以下、「[B]重合体」ともいう)をさらに含有し、上記[B]重合体は上記式(5)で表される基を含むことが好ましい。当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される位相差フィルム用液晶配向膜は、上記特定構造のアクリル基を含む[B]重合体をさらに含有することで、基板への密着性を向上させることができる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、光配向法により液晶配向膜、特に位相差フィルム製造のため用いられる液晶配向膜を形成するために好適に使用できる。また本発明には、液晶配向方向が異なる2種以上の領域を含む位相差フィルム用液晶配向膜、かかる位相差フィルム用液晶配向膜を備える位相差フィルムも好適に含まれる。
本発明に含まれる位相差フィルムの製造方法は、
(1)基板上に、当該位相差フィルム用液晶配向剤の塗布により塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜への放射線の照射により位相差フィルム用液晶配向膜を形成する工程、
(3)上記位相差フィルム用液晶配向膜の少なくとも一部への重合性液晶の塗布により重合性液晶層を形成する工程
を有する。
本発明の製造方法では少量の放射線照射によっても光配向が可能であって、かつ照射中及び照射後の加熱工程が不要である。従って、位相差フィルムを効率よく製造でき、生産性が高く、また製造コストの削減に資する。
また、本発明には、3D映像用途等での異なる位相差の領域を含む位相差フィルムの製造方法も好適に含まれる。この製造方法は、
上記工程(2)が、
(2−1)上記塗膜への第一方向の放射線の照射により、第一方向の液晶配向能を付与する工程及び
(2−2)上記塗膜の一部への第一方向とは異なる第二方向の放射線の照射により第二方向の液晶配向能をさらに付与する工程
を有する。
また、他の製造方法としては、
上記工程(2)が、
(2−1’)上記塗膜への第一方向の放射線の照射により第一方向の液晶配向能を付与する工程及び
(2−2’)上記塗膜の放射線が照射されなかった部分への、第一方向とは異なる第二方向の放射線の照射により第二方向の液晶配向能を付与する工程
を有する。
本発明の位相差フィルム用液晶配向剤、液晶配向膜、位相差フィルムは、上述のように少量の放射線照射によっても光配向が可能であって、かつ照射中及び照射後の加熱工程が不要であるため、今日普及しつつある3D映像用の偏光層として好適に使用される。
<位相差フィルム用液晶配向剤>
本発明の位相差フィルム用液晶配向剤は、[A]セルロースを含有する。[A]セルロースは桂皮酸構造を有する基を含むため、当該位相差フィルム用液晶配向剤は、高感度の光配向性により配向に必要な光照射量の低減ができる。また、当該位相差フィルム用液晶配向剤は、放射線照射中及び照射後の加熱工程が不要なため効率よく位相差フィルムを製造できる。さらに、当該位相差フィルム用液晶配向剤から得られる位相差フィルムは、液晶配向性及び熱安定性に優れる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、本発明の効果を損なわない限り[B][A]セルロース以外の重合体をさらに含有することができる。また、[C]カルボン酸のアセタールエステル構造、カルボン酸のケタールエステル構造、カルボン酸の1−アルキルシクロアルキルエステル構造及びカルボン酸のt−ブチルエステル構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を2個以上有する化合物(以下「[C]エステル構造含有化合物」ともいう)、及びその他の任意成分を含有してもよい。以下、[A]セルロース、[B]重合体、[C]エステル構造含有化合物及びその他の任意成分について詳述する。
<[A]セルロース>
[A]セルロースは、光配向性である桂皮酸構造を有する基を含み、上記式(1)で表されることが好ましく、上記式(1−1)で表されることがより好ましい。
上記式(1)及び(1−1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基であり、少なくとも1つは、桂皮酸構造を有する基である。Xは、酸素原子又は硫黄原子である。mは、10〜10,000の整数である。
上記1価の有機基については、「桂皮酸構造を有する基」と「桂皮酸構造を有さない基」とに分けて以下に説明する。
[桂皮酸構造を有する基]
上記R〜Rのうち少なくとも1つは、桂皮酸構造を有する基であり、上記桂皮酸構造を有する基としては、桂皮酸又はその誘導体を基本骨格として含有していれば特に限定されないが、上記式(2)で表される化合物及び上記式(3)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する基であることが好ましい。
上記式(2)中、Rは、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10のアルキル基、フッ素原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは、単結合、炭素数1〜3のアルキレン基、酸素原子、硫黄原子、−CH=CH−、−NH−、−COO−又は−OCO−である。aは、0〜3の整数である。但し、aが2以上の場合、複数のR及びRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。Rは、フッ素原子又はシアノ基である。bは、0〜4の整数である。但し、bが2以上の場合、複数のRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記Rで表されるフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部が置換されてもよい炭素数1〜10のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、へキシル基等が挙げられる。
上記Rで表されるフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部が置換されてもよい。フッ素原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、へキシルオキシ基、これらの基が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されている基等が挙げられる。
上記Rで表される炭素数1〜3のアルカンジイル基としては、メチレン基、エタンジイル基及びプロパンジイル基が挙げられる。
上記式(2)で表される化合物としては、例えば下記式で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005825137
これらのうち、上記式(2)におけるRがフェニレン基、又はフッ素原子で置換されたフェニレン基である化合物、Rが単結合、酸素原子又は−CH=CH−である化合物、bが0〜1である化合物が好ましい。具体的には、上記式(2−9)、(2−13)、(2−14)及び(2−17)で表される化合物が好ましい。
上記式(3)中、R10は、フェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。R11は、単結合、炭素数1〜3のアルキレン基、酸素原子、硫黄原子又は−NH−である。cは、1〜3の整数である。但し、cが2以上の場合、複数のR10及びR11は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。R12は、フッ素原子又はシアノ基である。dは、0〜4の整数である。但し、dが2以上の場合、複数のR12は、同一でも異なっていてもよい。R13は、酸素原子、−COO−又は−OCO−である。R14は、芳香族基、脂環式基、複素環式基又は縮合環式基である。R15は、単結合、−OCO−(CH−*又は−O(CH−*である。但し、*は、カルボキシル基と結合する部位である。f及びgは、それぞれ1〜10の整数である。eは、0〜3の整数である。但し、eが2以上の場合、複数のR13及びR14は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記R10で表されるフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部が置換されてもよい炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基等が挙げられる。
上記炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、シクロブトキシ基、シクロへキシルオキシ基等が挙げられる。
上記R11で表される炭素数1〜3のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基等が挙げられる。
上記式(3)で表される化合物としては、例えば下記式(3−1)、(3−2)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005825137
上記式中、Qは炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基である。fは、式(3)と同義である。
上記特定桂皮酸誘導体の合成方法は特に限定されず、従来公知の方法を組み合わせて行うことができる。代表的な合成手順としては、例えば、(i)塩基性条件下、ハロゲン原子で置換されたベンゼン環骨格を有する化合物と、アクリル酸とを遷移金属触媒存在下で反応させて特定桂皮酸誘導体を得る方法、(ii)塩基性条件下、ベンゼン環の水素原子がハロゲン原子で置換された桂皮酸と、ハロゲン原子で置換されたベンゼン環骨格を有する化合物とを遷移金属触媒存在下で反応させて特定桂皮酸誘導体とする方法等が挙げられる。
[桂皮酸構造を有さない基]
上記R〜Rで表される桂皮酸構造を有さない1価の有機基としては、炭素数1〜10の鎖状炭化水素基、炭素数3〜10の脂環式炭化水素基、炭素数6〜15の芳香族炭化水素基、これらの基と、−CO−、−COO−、−OCO−及び−O−からなる群より選択される少なくとも1種の基とを組み合わせてなる基等が挙げられる。
上記炭素数1〜10の鎖状炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ブタジエニル基、ペンテニル基、ペンタジエニル基、ヘキセニル基、ヘキサジエニル基等が挙げられる。
上記炭素数3〜10の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、ジシクロへキシル基、トリシクロデシル基等が挙げられる。
上記炭素数6〜15の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、ナフタレニル基等が挙げられる。
上記R〜Rで表される桂皮酸構造を有さない1価の有機基としては、下記式(4)で表される化合物に由来する基又は上記式(5)で表される基が好ましく、当該位相差フィルム用液晶配向膜の密着性を向上できる観点から上記式(5)で表される基がより好ましい。以下、上記式(4)で表される化合物に由来する基、式(5)で表される基について詳述する。
(下記式(4)で表される化合物に由来する基)
Figure 0005825137
上記式(4)中、R16は、炭素数1〜20のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数1〜20のフルオロアルキル基若しくはフルオロアルコキシ基である。R17は、単結合、炭素数1〜20のアルキレン基若しくはシクロアルキレン基、又は炭素数6〜20のアリーレン基である。R18は、1価の有機基である。
上記R16としては、炭素数8〜20のアルキル基及びアルコキシ基、並びに炭素数4〜20のフルオロアルキル基及びフルオロアルコキシ基が好ましい。R17としては、単結合、1,4−シクロヘキシレン基及び1,4−フェニレン基が好ましい。R18としては、カルボキシル基、ハロゲン化カルボニル基が好ましい。
上記式(4)で表される化合物としては、例えば下記式(4−1)〜(4−3)で表される化合物が好ましい化合物として挙げられる。
Figure 0005825137
上記式(4)で表される化合物としては、[A]セルロースの合成の際に上記基の導入効率が良好であるという観点から、例えば上記式(4−1)〜(4−3)で表されるカルボン酸のハロゲン化物も好ましい化合物として挙げられる。
(上記式(5)で表される基)
上記式(5)中、R19は、水素原子又はメチル基である。hは、1〜10の整数である。但し、hが2以上である場合、複数のR19は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。R20は、単結合又は(h+1)価の炭素数1〜20の炭化水素基である。iは、0〜10の整数である。R21は、−COO−又は−OCO−である。jは、0又は1である。R22は、メチレン基、炭素数2〜10のアルキレン基、フェニレン基又はシクロヘキシレン基である。kは、0又は1である。
上記R20で表される(h+1)価の炭素数1〜20の炭化水素基としては、例えば(h+1)価の直鎖状又は分岐状の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記R22で表される炭素数2〜10のアルキレン基としては、例えばエタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、ヘキサンジイル基等が挙げられる。なお、R22で表されるフェニレン基及びシクロへキシレン基は、それぞれ、1,2−フェニレン基及び1,2−シクロへキシレン基が好ましい。
上記式(5)で表される基を与える化合物としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、2−アクリロキシエチル−2−ヒドロキシエチル−フタル酸、4−(2−メチル−アクリロイロキシ)安息香酸、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイロキシエチル−コハク酸、メタクリロイロキシエチルコハク酸、2−メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、フタル酸モノヒドロキシエチルアクリレート、下記式(5−1)及び(5−2)で表される化合物、これらの化合物のハロゲン化物等が挙げられる。上記式(5)で表される基を[A]セルロースに導入する際には、上記基の導入効率を向上させることができるという観点から上記ハロゲン化物を用いることが好ましい。
上記式(5)で表される基を与える化合物の市販品としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸(以上、東京化成工業社製)、ライトエステルHO−MS、ライトエステルHO−HH、HOA−MPL、HOA−MS、HOA−HH(以上、共栄社化学社製)、M−5400(東亞合成社製)等が挙げられる。
Figure 0005825137
上記式(1)及び(1−1)で表される[A]セルロースとしては、当該位相差フィルム用液晶配向剤の液晶配向性の観点からは、上記R〜Rのうち、2つ以上が上記桂皮酸構造を有する基であることが好ましく、3つ以上がより好ましく、4つ以上がさらに好ましく、全てが上記桂皮酸構造を有する基であることが特に好ましい。また、当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される液晶配向膜の基板等への密着性の観点からは、上記R〜Rのうち、いずれかが上記式(5)で表される基であることが好ましく、2つ以上が上記式(5)で表される基であることがより好ましい。当該位相差フィルム用液晶配向剤は、用いる基板の性質等に合わせて、[A]セルロースにおける桂皮酸構造を有する基の数と、上記式(5)で表される基の数を適宜調節することで、上記液晶配向性及び密着性のバランスを向上させることができる。
上記式(1)で表される[A]セルロースとしては、例えば、下記式(1−1)〜(1−10)で表される高分子化合物が挙げられる。
Figure 0005825137
Figure 0005825137
Figure 0005825137
<[A]セルロースの合成方法>
[A]セルロースは、例えば多様な置換比率を有するヒドロキシエチル化セルロースと上記桂皮酸誘導体及び/又はその他の化合物とを反応させることにより得られ、下記スキーム等に従って合成することができる。なお、下記スキームは、R〜Rの全てが桂皮酸構造を有する基である[A]セルロースの合成方法を示している。
Figure 0005825137
上記式中、mは、上記式(1)と同義である。R’は、下記式で表される桂皮酸構造を有する基である。
Figure 0005825137
上記式中、R〜R、a及びbは、上記式(2)と同義である。
上記式(I)で示すように、桂皮酸誘導体と塩化チオニルを混合し、桂皮酸誘導体の酸塩化物を合成する。次に上記式(II)に示すように、ニトロベンゼン、クロロホルム等の不活性溶媒内においてヒドロキシエチル(HE)−セルロースと桂皮酸誘導体の酸塩化物とを反応させることにより、[A]セルロースとしてのHE−セルロースシンナメイトを得ることができる。反応後の混合物はメタノールにより希釈し、濾過する。その後真空乾燥し、振動製粉機にて粉砕することにより当該位相差フィルム用液晶配向剤の調整に用いられるHE−セルロースシンナメイトが得られる。
ここで特定桂皮酸誘導体の使用量としては、HE−セルロース等のセルロースが有する水酸基1モルに対して0.001モル〜10モルが好ましく、0.01モル〜5モルがより好ましく、0.05モル〜2モルが特に好ましい。
反応温度としては、0℃〜200℃が好ましく、50℃〜150℃がより好ましい。反応時間としては、0.1時間〜50時間が好ましく、0.5時間〜20時間がより好ましい。
[A]セルロースは、上述のようにHE−セルロースが有する水酸基部分に、特定桂皮酸誘導体の酸塩化物等が結合することにより特定桂皮酸誘導体に由来する構造を導入することができる。この製造方法は簡便であり、しかも特定桂皮酸誘導体に由来する構造の導入率を高くすることができる点で極めて好適な方法である。
本発明においては、本発明の効果を損なわない範囲で上記特定桂皮酸誘導体の一部を上記式(4)で表される化合物、上記式(5)で表される基を与える化合物等で置き換えて使用してもよい。この場合、[A]セルロースの合成は、セルロースと、特定桂皮酸誘導体並びに上記式(4)で表される化合物、上記式(5)で表される基を与える化合物等の混合物とを反応させることにより行われる。
上記式(4)で表される化合物は、[A]セルロースの活性部位を失活させて当該位相差フィルム用液晶配向剤の安定性向上に寄与し得る。また、[A]セルロースが上記式(5)で表される基を含むことで、当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される液晶配向膜の基板等への密着性を向上させることができる。本発明において、特定桂皮酸誘導体とともに上記式(4)で表される化合物及び/又は上記式(5)で表される基を与える化合物を使用する場合、特定桂皮酸誘導体、上記式(4)で表される化合物及び上記式(5)で表される基を与える化合物の合計の使用割合としては、セルロースの有する水酸基1モルに対して0.001モル〜1.5モルが好ましく、0.01モル〜1モルがより好ましく、0.05モル〜0.9モルがさらに好ましい。この場合、上記式(4)で表される化合物及び上記式(5)で表される基を与える化合物の使用量としては、特定桂皮酸誘導体との合計に対して50モル%以下が好ましく、25モル%以下がより好ましい。上記式(4)で表される化合物及び上記式(5)で表される基を与える化合物の使用割合が50モル%を超えると、液晶配向膜における配向性が低下する不具合を生じるおそれがある。
<[B]重合体>
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、[B]重合体を含有できる。[B]重合体としては、ポリアミック酸、ポリイミド、エチレン性不飽和化合物重合体、桂皮酸構造を有する基を含まないセルロースからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。当該位相差フィルム用液晶配向剤が、これら[B]重合体を含有する場合、当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される位相差フィルム用液晶配向膜においては、その表層付近にセルロースが偏在することが明らかとなっている。この為、[B]重合体の含有量を増やすことにより当該位相差フィルム用液晶配向剤中におけるセルロースの含有量を減らしても、セルロースは配向膜表面に偏在するので、十分な液晶配向性が得られる。従って、本発明では製造コストの高い桂皮酸構造を有する基を含むセルロースの当該位相差フィルム用液晶配向剤中における含有量を減らすことが可能となり、結果として当該位相差フィルム用液晶配向剤の製造コストを低下できる。
[B]重合体は、上記式(5)で表される基を含む重合体であることが好ましい。当該位相差フィルム用液晶配向剤が上記特定の基を含む重合体を含有することにより、当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される液晶配向膜は、基板等への密着性を向上させることができる。このような[B]重合体としては、ポリアミック酸、ポリイミド、エチレン性不飽和化合物重合体、桂皮酸構造を有する基を含まないセルロースのいずれが上記特定の基を含んでいるものであってもよいが、桂皮酸構造を有する基を含まないセルロースが上記特定の基を含んでいるものがより好ましい。
[ポリアミック酸]
ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを反応させることにより得られる。
テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、芳香族テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらのテトラカルボン酸二無水物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、2,4,6,8−テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン−2:4,6:8−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン等が挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物等が挙げられる他、特願2010−97188号に記載のテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
これらのテトラカルボン酸二無水物のうち、脂環式テトラカルボン酸二無水物が好ましく、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物又は1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物がより好ましく、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物がさらに好ましい。
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物又は1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の使用量としては、全テトラカルボン酸二無水物に対して、10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物又は1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物のみからなることがさらに好ましい。
ジアミン化合物としては、例えば、脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、ジアミノオルガノシロキサン、芳香族ジアミン等が挙げられる。これらジアミン化合物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
脂肪族ジアミンとしては、例えば、メタキシリレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
脂環式ジアミンとしては、例えば、1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等が挙げられる。
ジアミノオルガノシロキサンとしては、例えば、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン等が挙げられるほか、特願2009−97188号に記載のジアミンが挙げられる。
芳香族ジアミンとしては、例えば、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,5−ジアミノナフタレン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,7−ジアミノフルオレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、3,6−ジアミノアクリジン、3,6−ジアミノカルバゾール、N−メチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−ベンジジン、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−N,N’−ジメチルベンジジン、1,4−ビス−(4−アミノフェニル)−ピペラジン、3,5−ジアミノ安息香酸、ドデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ドデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ−3,5−ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ−3,5−ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ−2,4−ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ−2,4−ジアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5−ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5−ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6−ビス(4−アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6−ビス(4−アミノフェノキシ)コレスタン、4−(4’−トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート、4−(4’−トリフルオロメチルベンゾイロキシ)シクロヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート、1,1−ビス(4−((アミノフェニル)メチル)フェニル)−4−ブチルシクロヘキサン、1,1−ビス(4−((アミノフェニル)メチル)フェニル)−4−ヘプチルシクロヘキサン、1,1−ビス(4−((アミノフェノキシ)メチル)フェニル)−4−ヘプチルシクロヘキサン、1,1−ビス(4−((アミノフェニル)メチル)フェニル)−4−(4−ヘプチルシクロヘキシル)シクロヘキサン、2,4−ジアミノーN,N―ジアリルアニリン、4−アミノベンジルアミン、3−アミノベンジルアミン及び下記式(A−1)で表されるジアミン化合物等が挙げられる。
Figure 0005825137
上記式(A−1)中、Xは、炭素数1〜3のアルキル基、*−O−、*−COO−又は*−OCO−である。但し、*は、ジアミノフェニル基と結合する部位である。rは、0又は1である。sは、0〜2の整数である。tは、1〜20の整数である。
ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物の使用割合としては、ジアミン化合物に含まれるアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.2当量〜2当量が好ましく、0.3当量〜1.2当量がより好ましい。
合成反応は、有機溶媒中において行うことが好ましい。反応温度としては、−20℃〜150℃が好ましく、0℃〜100℃がより好ましい。反応時間としては、0.5時間〜24時間が好ましく、2時間〜12時間がより好ましい。
有機溶媒としては、合成されるポリアミック酸を溶解できるものであれば特に制限はなく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミド等の非プロトン系極性溶媒;m−クレゾール、キシレノール、フェノール、ハロゲン化フェノール等のフェノール系溶媒が挙げられる。
有機溶媒の使用量(a)としては、テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の総量(b)と有機溶媒の使用量(a)の合計(a+b)に対して、0.1質量%〜50質量%が好ましく、5質量%〜30質量%がより好ましい。
反応後に得られるポリアミック酸溶液は、そのまま当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸を単離した上で当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよく、単離したポリアミック酸を精製した上で当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよい。ポリアミック酸の単離方法としては、例えば反応溶液を大量の貧溶媒中に注いで得られる析出物を減圧下乾燥する方法、反応溶液をエバポレーターで減圧留去する方法等が挙げられる。ポリアミック酸の精製方法としては、単離したポリアミック酸を再び有機溶媒に溶解し、貧溶媒で析出させる方法、エバポレーターで有機溶媒等を減圧留去する工程を1回若しくは複数回行う方法が挙げられる。
[ポリイミド]
ポリイミドは、上記ポリアミック酸の有するアミック酸構造を脱水閉環してイミド化することにより製造できる。ポリイミドは、その前駆体であるポリアミック酸が有しているアミック酸構造の全てを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造とが併存している部分イミド化物であってもよい。
ポリイミドの合成方法としては、例えば、(i)ポリアミック酸を加熱する方法(以下、「方法(i)」と称することがある)、(ii)ポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、この溶液中に脱水剤及び脱水閉環触媒を添加し、必要に応じて加熱する方法(以下、「方法(ii)」と称することがある)等のポリアミック酸の脱水閉環反応による方法が挙げられる。
方法(i)における反応温度としては、50℃〜200℃が好ましく、60℃〜170℃がより好ましい。反応温度が50℃未満では、脱水閉環反応が十分に進行せず、反応温度が200℃を超えると得られるポリイミドの分子量が低下することがある。反応時間としては、0.5時間〜48時間が好ましく、2時間〜20時間がより好ましい。
方法(i)において得られるポリイミドはそのまま当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよく、ポリイミドを単離した上で当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよく又は単離したポリイミドを精製した上で又は得られるポリイミドを精製した上で当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよい。
方法(ii)における脱水剤としては、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸等の酸無水物が挙げられる。
脱水剤の使用量としては、所望のイミド化率により適宜選択されるが、ポリアミック酸のアミック酸構造1モルに対して0.01モル〜20モルが好ましい。
方法(ii)における脱水閉環触媒としては、例えば、ピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミン等が挙げられる。
脱水閉環触媒の使用量としては、含有する脱水剤1モルに対して0.01モル〜10モルが好ましい。なお、イミド化率は上記脱水剤及び脱水閉環剤の含有量が多いほど高くできる。
方法(ii)に用いられる有機溶媒としては、例えば、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒と同様の有機溶媒等が挙げられる。
方法(ii)における反応温度としては、0℃〜180℃が好ましく、10℃〜150℃がより好ましい。反応時間としては、0.5時間〜20時間が好ましく、1時間〜8時間がより好ましい。反応条件を上記範囲とすることで、脱水閉環反応が十分に進行し、また、得られるポリイミドの分子量を適切なものとできる。
方法(ii)においてはポリイミドを含有する反応溶液が得られる。この反応溶液をそのまま当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液から脱水剤及び脱水閉環触媒を除いたうえで当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよく、ポリイミドを単離した上で当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよく又は単離したポリイミドを精製した上で当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に供してもよい。反応溶液から脱水剤及び脱水閉環触媒を除く方法としては、例えば溶媒置換の方法等が挙げられる。ポリイミドの単離方法及び精製方法としては、例えばポリアミック酸の単離方法及び精製方法として例示したものと同様の方法等が挙げられる。
[エチレン性不飽和化合物重合体]
[B]他の重合体としてのエチレン性不飽和化合物重合体は、公知のエチレン性不飽和化合物を公知の方法で重合させることにより得られる。例えば、(a)エポキシ基含有エチレン性不飽和化合物(以下、「(a)不飽和化合物」と称することがある)と(b1)エチレン性不飽和カルボン酸及び/又は重合性不飽和多価カルボン酸無水物(以下、「(b1)不飽和化合物」と称することがある)と(a)不飽和化合物及び(b1)不飽和化合物以外の重合性不飽和化合物(以下、「(b2)不飽和化合物」と称することがある)との共重合体(以下、「(B1)共重合体」と称することがある)とを重合することで得られる。
(a)不飽和化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシブチル、α−エチルアクリル酸3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチル等が挙げられる。
(b1)不飽和化合物としては、例えば、
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、α−エチルアクリル酸、α−n−プロピルアクリル酸、α−n−ブチルアクリル酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸類;
無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、シス−1,2,3,4−テトラヒドロフタル酸無水物等の不飽和多価カルボン酸無水物類等が挙げられる。
(b2)不飽和化合物としては、例えば、
(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;
(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(以下、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルを「ジシクロペンタニル」という。)、(メタ)アクリル酸2−ジシクロペンタニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸イソボロニル等の(メタ)アクリル酸脂環式エステル類;
(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸アリールエステル類;
マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等の不飽和ジカルボン酸ジエステル類;
N−フェニルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジル)マレイミド等の不飽和ジカルボニルイミド誘導体;
(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等のシアン化ビニル化合物;
(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の不飽和アミド化合物;
スチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メトキシスチレン等の芳香族ビニル化合物;
インデン、1−メチルインデン等のインデン誘導体類;
1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等の共役ジエン系化合物の他、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル等が挙げられる。
(B1)共重合体において、(a)不飽和化合物に由来する構造単位の含有率としては、全構造単位に対して、10質量%〜70質量%が好ましく、20質量%〜60質量%がより好ましく、(b1)不飽和化合物に由来する構造単位の合計含有率としては、全構造単位に対して、5質量%〜40質量%が好ましく、10質量%〜30質量%がより好ましく、(b2)不飽和化合物に由来する構造単位の含有率としては、全構造単位に対して、10質量%〜70質量%が好ましく、20質量%〜50質量%がより好ましい。
(B1)共重合体は、各不飽和化合物を、適当な溶媒及び重合開始剤の存在下、例えばラジカル重合によって合成することができる。有機溶媒としては、例えばポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒と同様の有機溶媒等が挙げられる。
重合開始剤としては、例えば、
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物;
ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1’−ビス−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物;
過酸化水素;
これらの過酸化物と還元剤とからなるレドックス型開始剤等が挙げられる。これらの重合開始剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
[桂皮酸構造を有する基を含まないセルロース]
桂皮酸構造を有する基を含まないセルロースとしては、例えば、[A]セルロースの合成の材料として用いられるHE−セルロース、上記式(4)で表される化合物に由来する基及び/又は上記式(5)で表される基を含むセルロース等のセルロースが挙げられる。これらのうち、上記式(5)で表される基を含むセルロースが好ましく、このような[B]重合体を[A]セルロースと合わせて用いることで、当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される液晶配向膜は、基板等への密着性を向上させることができる。また、当該位相差フィルム用液晶配向剤が桂皮酸構造を有する基を含まないセルロースを含む場合、桂皮酸構造を有する基を含まないセルロースの大部分は、[A]セルロースとは独立して存在していればその一部は[A]セルロースとの縮合物として存在していても良い。なお、上記式(4)で表される化合物に由来する基及び上記式(5)で表される基については、[A]セルロースの説明におけるそれぞれの説明を適用できる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤が、[B]重合体を含有する場合、[B]重合体の含有割合としては、[B]重合体の種類により異なるが、[A]セルロース100質量部に対して10,000質量部以下が好ましい。
<[C]エステル構造含有化合物>
当該位相差フィルム用液晶配向剤は[C]エステル構造含有化合物を含むことができる。当該位相差フィルム用液晶配向剤が[C]エステル構造含有化合物を含むことにより耐熱性等に優れる位相差フィルム用液晶配向膜を形成し得る。
[C]エステル構造含有化合物は、分子内にカルボン酸のアセタールエステル構造、カルボン酸のケタールエステル構造、カルボン酸の1−アルキルシクロアルキルエステル構造及びカルボン酸のt−ブチルエステル構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を2個以上有する化合物である。[C]エステル構造含有化合物は、これらの構造のうちの同じ種類の構造を2個以上有する化合物であってもよく、これらの構造のうちの異なる種類の構造を合わせて2個以上有する化合物であってもよい。上記カルボン酸のアセタールエステル構造を含む基としては、例えば、下記式(C−1)及び式(C−2)で表される基等が挙げられる。
Figure 0005825137
上記式(C−1)中、R23及びR24は、それぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜10の脂環式基、炭素数6〜10のアリール基又は炭素数7〜10のアラルキル基である。上記式(C−2)中、n1は2〜10の整数である。
上記式(C−1)中、R23で表される炭素数1〜20のアルキル基としてはメチル基が好ましく、炭素数3〜10の脂環式基としてはシクロヘキシル基が好ましく、炭素数6〜10のアリール基としてはフェニル基が好ましく、炭素数7〜10のアラルキル基としてはベンジル基が好ましい。R24で表される炭素数1〜20のアルキル基としては炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、炭素数3〜10の脂環式基としては炭素数6〜10の脂環式基が好ましく、炭素数6〜10のアリール基としてはフェニル基が好ましく、炭素数7〜10のアラルキル基としてはベンジル基又は2−フェニルエチル基が好ましい。式(C−2)におけるn1としては3又は4が好ましい。
上記式(C−1)で表される基としては、例えば、1−メトキシエトキシカルボニル基、1−エトキシエトキシカルボニル基、1−n−プロポキシエトキシカルボニル基、1−n−ブトキシエトキシカルボニル基、1−i−ブトキシエトキシカルボニル基、1−sec−ブトキシエトキシカルボニル基、1−t−ブトキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−ノルボルニルオキシエトキシカルボニル基、1−フェノキシエトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(メトキシ)メトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(フェノキシ)メトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(ベンジルオキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(メトキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(フェノキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(ベンジルオキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(メトキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(フェノキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(ベンジルオキシ)メトキシカルボニル基等が挙げられる。
上記式(C−2)で表される基としては、例えば、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基等が挙げられる。
これらのうち、1−エトキシエトキシカルボニル基、1−n−プロポキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基が好ましい。
上記カルボン酸のケタールエステル構造を含む基としては、例えば、下記式(C−3)〜(C−5)で表される基等が挙げられる。
Figure 0005825137
上記式(C−3)中、R25は、炭素数1〜12のアルキル基である。R26及びR27は、それぞれ独立して、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜20の脂環式基、炭素数6〜20のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基である。上記式(C−4)中、R28は、炭素数1〜12のアルキル基である。n2は、2〜8の整数である。上記式(C−5)中、R29は、炭素数1〜12のアルキル基である。n3は、2〜8の整数である。
上記式(C−3)におけるR25の炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましく、R26における炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましく、炭素数3〜20の脂環式基としてはシクロヘキシル基が好ましく、炭素数6〜20のアリール基としてはフェニル基が好ましく、炭素数7〜20のアラルキル基としてはベンジル基が好ましい。R27における炭素数7〜20のアルキル基としては炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。炭素数3〜20の脂環式基としては炭素数6〜10の脂環式基が好ましい。炭素数6〜20のアリール基としてはフェニル基が好ましい。炭素数7〜20のアラルキル基としてはベンジル基又は2−フェニルエチル基が好ましい。式(C−4)におけるR28の炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましい。n2としては3又は4が好ましい。式(C−5)におけるR29の炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましい。n3としては3又は4が好ましい。
上記式(C−3)で表される基としては、例えば、1−メチル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−n−プロポキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−n−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−i−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−sec−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−t−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−ノルボルニルオキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−ベンジルオキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−フェネチルオキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−エトキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−ベンジルオキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−ベンジルオキシエトキシカルボニル基等が挙げられる。
上記式(C−4)で表される基としては、例えば、2−(2−メチルテトラヒドロフラニル)オキシカルボニル基、2−(2−メチルテトラヒドロピラニル)オキシカルボニル基等が挙げられる。
上記式(C−5)で表される基としては、例えば、1−メトキシシクロペンチルオキシカルボニル基、1−メトキシシクロヘキシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
これらのうち、1−メチル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基が好ましい。
上記カルボン酸の1−アルキルシクロアルキルエステル構造を含む基としては、例えば、下記式(C−6)で表される基が挙げられる。
Figure 0005825137
上記式(C−6)中、R30は炭素数1〜12のアルキル基である。n4は1〜8の整数である。
上記式(C−6)におけるR30の炭素数1〜12のアルキル基としては炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。
上記式(C−6)で表される基としては、例えば1−メチルシクロプロポキシカルボニル基、1−メチルシクロブトキシカルボニル基、1−メチルシクロペントキシカルボニル基、1−メチルシクロへキシロキシカルボニル基、1−メチルシクロデシロキシカルボニル基、1−エチルシクロブトキシカルボニル基、1−エチルシクロペントキシカルボニル基、1−エチルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−エチルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)プロピルシクロプロポキシカルボニル基、1−(イソ)プロピルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)プロピルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロペントキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロヘプチロキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)ペンチルシクロヘプチロキシカルボニル基、1−(イソ)ペンチルシクロオクチロキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロプロポキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロペントキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロノニロキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロプロポキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロペントキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロヘプチロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロオクチロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロデシロキシカルボニル基等を挙げることができる。
上記カルボン酸のt−ブチルエステル構造を含む基とは、t−ブトキシカルボニル基である。
本発明における[C]エステル構造含有化合物としては、下記式(C)で表される化合物が好ましい。
R・・・(C)
式(C)中、Tは、上記式(C−1)〜(C−6)のいずれかで表される基若しくはt−ブトキシカルボニル基である。n及びRについては、nが2であり、かつRが単結合であるか、又はnが2〜10の整数であり、かつRが炭素数3〜10の複素環化合物からn個の水素を除去して得られる基若しくは炭素数1〜18のn価の炭化水素基である。
nとしては、2又は3が好ましい。
上記式(C)におけるRとしては、nが2である場合としては単結合、炭素数1〜12のアルカンジイル基、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基、2,6−ナフタレニル基、5−ナトリウムスルホ−1,3−フェニレン基、5−テトラブチルホスホニウムスルホ−1,3−フェニレン基等が挙げられる。
nが3である場合、上記Rとしては、下記式で表される基、ベンゼン−1,3,5−トリイル基等が挙げられる。
Figure 0005825137
上記アルカンジイル基としては、直鎖状が好ましい。
上記式(C)で表される[C]エステル構造含有化合物は、有機化学の定法により、又は有機化学の定法を適宜に組み合わせることにより合成できる。
例えば上記式(C)におけるTが上記式(C−1)で表される基である化合物(但し、R23がフェニル基である場合を除く)は、好ましくはリン酸触媒の存在下で化合物R−(COOH)(但し、R及びnは、それぞれ上記式(C)と同義である)及び化合物R24−O−CH=R23’(但し、R24は上記式(C−1)と同義である。R23’は上記式(C−1)におけるR23の一位炭素から水素原子を除去して得られる基である)を付加することにより合成できる。
上記式(C)におけるTが上記式(C−2)で表される基である化合物は、好ましくはp−トルエンスルホン酸触媒の存在下で、化合物R−(COOH)及び下記式で表される化合物を付加することにより合成できる。但し、R及びnは、上記式(C)と同義である。
Figure 0005825137
上記式中、n1は上記式(C−2)と同義である。
当該位相差フィルム用液晶配向剤中の[C]エステル構造含有化合物の含有量としては、要求される耐熱性等を考慮して決めれば特に限定されないが、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン100質量部に対して[C]エステル構造含有化合物0.1質量部〜50質量部が好ましく、1質量部〜20質量部がより好ましく、2質量部〜10質量部がさらに好ましい。
なお、[C]エステル構造含有化合物は、公知の方法により合成することができる。
<その他の任意成分>
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、上記等の感放射線性高分子のほかに、本発明の効果を損なわない範囲で分子内に少なくとも一つのエポキシ基を有する化合物(以下、「エポキシ化合物」と称することがある)、官能性シラン化合物、界面活性剤、光増感剤等を含有できる。以下、これらのその他の任意成分について詳述する。なお、これらの任意成分は、1種又は2種以上を混合して用いてもよく、また、それぞれの任意成分についても1種又は2種以上を用いることができる。
[エポキシ化合物]
エポキシ化合物は、形成される液晶配向膜の基板表面に対する接着性をより向上する目的で当該位相差フィルム用液晶配向剤に含有できる。
エポキシ化合物としては、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N−ジグリシジル−ベンジルアミン、N,N−ジグリシジル−アミノメチルシクロヘキサン等が挙げられる。
エポキシ化合物の含有割合としては、[A]セルロースと任意に含有される[B]他の重合体との合計100質量部に対して、40質量部以下が好ましく、0.1質量部〜30質量部がより好ましい。なお、当該位相差フィルム用液晶配向剤がエポキシ化合物を含有する場合、架橋反応を効率良く起こす目的で、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール等の塩基触媒を併用してもよい。
[官能性シラン化合物]
上記官能性シラン化合物は、形成される液晶配向膜の基板表面に対する接着性を向上する目的で使用できる。
官能性シラン化合物としては、例えば3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、テトラカルボン酸二無水物とアミノ基を有するシラン化合物との反応物等のほか、特開昭63−291922号公報に記載されている、テトラカルボン酸二無水物とアミノ基を有するシラン化合物との反応物等が挙げられる。
官能性シラン化合物の含有割合としては、[A]セルロースと任意に含有される[B]他の重合体との合計100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましい。
[界面活性剤]
界面活性剤としては、例えばノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン界面活性剤、ポリアルキレンオキシド界面活性剤、含フッ素界面活性剤等が挙げられる。
界面活性剤の使用割合としては、当該位相差フィルム用液晶配向剤の全体100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、1質量部以下がより好ましい。
[光増感剤]
当該位相差フィルム用液晶配向剤に含有され得る光増感性剤は、カルボキシル基、水酸基、−SH、−NCO、−NHR(但し、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である)、−CH=CH及びSOClからなる群より選択される少なくとも1種の基並びに光増感性構造を有する化合物である。上記HE−セルロース等のセルロースと、特定桂皮酸誘導体及び光増感性剤の混合物とを反応させることにより、当該位相差フィルム用液晶配向剤に含有される[A]セルロースは、特定桂皮酸誘導体に由来する感光性構造(桂皮酸構造)と光増感性剤に由来する光増感性構造とを併有することとなる。この光増感性構造は、光の照射により励起し、この励起エネルギーを重合体内で近接する感光性構造に与える機能を有する。この励起状態は一重項であってもよく、三重項であってもよいが、長寿命や効率的なエネルギー移動に鑑み、三重項であることが好ましい。上記光増感性構造が吸収する光は、波長150nm〜600nmの範囲の紫外線又は可視光線であることが好ましい。波長が上記下限より短い光は、通常の光学系で取り扱うことができないため、光配向法に好適に用いることができない。一方、上記上限より波長の長い光は、エネルギーが小さく、上記光増感性構造の励起状態を誘起し難い。
かかる光増感性構造としては、例えば、アセトフェノン構造、ベンゾフェノン構造、アントラキノン構造、ビフェニル構造、カルバゾール構造、ニトロアリール構造、フルオレン構造、ナフタレン構造、アントラセン構造、アクリジン構造、インドール構造等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。これらの光増感性構造は、それぞれ、アセトフェノン、ベンゾフェノン、アントラキノン、ビフェニル、カルバゾール、ニトロベンゼンもしくはジニトロベンゼン、ナフタレン、フルオレン、アントラセン、アクリジン又はインドールから、1〜4個の水素原子を除去して得られる基からなる構造をいう。ここで、アセトフェノン構造、カルバゾール構造及びインドール構造のそれぞれは、アセトフェノン、カルバゾール又はインドールのベンゼン環が有する水素原子のうちの1〜4個を除去して得られる基からなる構造であることが好ましい。これらの光増感性構造のうち、アセトフェノン構造、ベンゾフェノン構造、アントラキノン構造、ビフェニル構造、カルバゾール構造、ニトロアリール構造及びナフタレン構造からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、アセトフェノン構造、ベンゾフェノン構造及びニトロアリール構造からなる群より選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。
光増感性剤としては、カルボキシル基及び光増感性構造を有する化合物であることが好ましく、さらに好ましい化合物として、例えば下記式(H−1)〜(H−10)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005825137
上記式中、qは1〜6の整数である。
光増感性剤の使用量としては、セルロースが有する水酸基1モルに対して、0.0001モル〜0.5モルが好ましく、0.0005モル〜0.2モルがより好ましく、0.001モル〜0.1モルが特に好ましい。
<位相差フィルム用液晶配向剤の調製>
本発明の位相差フィルム用液晶配向剤は、上述の通り、[A]セルロースを必須成分として含有し、必要に応じて[B]重合体、[C]エステル構造含有化合物及びその他の任意成分を含有するものであるが、好ましくは各成分が有機溶媒に溶解された溶液状の組成物として調製される。
有機溶媒としては、[A]セルロース及び任意に使用される他の成分を溶解し、これらと反応しないものが好ましい。当該位相差フィルム用液晶配向剤に好ましく使用できる有機溶媒としては、任意に含有される他の重合体の種類により異なる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤が[A]セルロースと、[B]重合体を含有するものである場合における好ましい有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤の調製に用いられる好ましい溶媒は、他の重合体の使用の有無及びその種類に従い、上記した有機溶媒の1種又は2種以上を組み合わせて得られる。このような溶媒は、下記の好ましい固形分濃度において位相差フィルム用液晶配向剤に含有される各成分が析出せず、且つ位相差フィルム用液晶配向剤の表面張力が25mN/m〜40mN/mの範囲となるものである。
本発明の位相差フィルム用液晶配向剤の固形分濃度、すなわち当該位相差フィルム用液晶配向剤中の溶媒以外の全成分の質量が位相差フィルム用液晶配向剤の全質量に占める割合は、粘性、揮発性等を考慮して選択されるが、好ましくは1質量%〜10質量%である。固形分濃度が1質量%未満では、当該位相差フィルム用液晶配向剤から形成される液晶配向膜の膜厚が過小となって良好な液晶配向膜が得られない場合がある。一方、固形分濃度が10質量%を超えると、塗膜の膜厚が過大となって良好な液晶配向膜を得られない場合があり、また、位相差フィルム用液晶配向剤の粘性が増大して塗布特性が不足する場合がある。好ましい固形分濃度の範囲は、基板に位相差フィルム用液晶配向剤を塗布する際に採用する方法によって異なる。例えばスピンナー法による場合の固形分濃度の範囲としては、1.5質量%〜4.5質量%が好ましい。印刷法による場合、固形分濃度を3質量%〜9質量%の範囲とし、それによって溶液粘度を12mPa・s〜50mPa・sの範囲とすることが好ましい。インクジェット法による場合、固形分濃度を1質量%〜5質量%の範囲とし、それによって溶液粘度を3mPa・s〜15mPa・sの範囲とすることが好ましい。
本発明の位相差フィルム用液晶配向剤を調製する際の温度としては、0℃〜200℃が好ましく、0℃〜40℃がより好ましい。
<位相差フィルム用液晶配向膜及びその形成方法>
当該位相差フィルム用液晶配向剤は、光配向法により液晶配向膜、特に位相差フィルム製造のため用いられる液晶配向膜を形成するために好適に使用できる。
位相差フィルム用液晶配向膜を形成する方法としては、例えば基板上に液晶配向膜の塗膜を形成し、次いでこの塗膜に光配向法により液晶配向能を付与する方法が挙げられる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤を使用した位相差フィルム用液晶配向膜は、例えば次の方法によって製造できる。当該位相差フィルム用液晶配向剤を、例えばロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法等の適宜の塗布方法により基板に塗布する。次に、該塗布面を予備加熱(プレベーク)し、次いでポストベークすることにより塗膜を形成する。プレベーク条件としては、例えば40℃〜120℃において0.1分〜5分である。ポストベーク条件としては、100℃〜300℃が好ましく、110℃〜250℃がより好ましく、1分〜200分が好ましく、5分〜100分がより好ましい。ポストベーク後の塗膜の膜厚は、好ましくは0.001μm〜1μmであり、より好ましくは0.005μm〜0.5μmである。
上記基板としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラス基材、トリアセチルセルロース(TAC)、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、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート等のプラスチック基材を含む透明基板等が挙げられる。特にTACはLCDで重要な機能を負担する偏光フィルムの保護層として一般的に使用されている。位相差フィルムは多くの場合、偏光フィルムと組み合わせて使用される。位相差フィルムは、偏光フィルムの偏光軸に対して所望の光学特性を発揮できる角度に精密に制御して貼り合わせる必要がある。従って、TACフィルム上に光配向法により任意の方向に液晶を配向させることが可能な液晶配向膜を形成し、希望の光学特性を発揮できるように重合性液晶を塗布・硬化して形成した位相差膜を作製出来れば、従来の偏光フィルムと位相差フィルムの貼り合わせ工程を省くことができ、生産性向上に寄与する。さらにLCD材料の小型・軽量化にも寄与し、フレキシブルディスプレイ等への適用も可能である。しかしながら、TACフィルムは耐用溶媒性に劣るという特徴があり、配向膜形成のために使用できる溶媒は限られ、NMPといった溶解性の高い溶媒は使用できない。加えて、TACフィルムは耐熱性が低く、配向膜の形成のために高温で処理することが出来ないという特徴がある。
さらに当該位相差フィルム用液晶配向剤は、例えばカラーフィルターといったLCD構成部材上や偏光板、位相差フィルムを含む光学フィルムフィルム上に塗布して、後述する放射線照射工程を経て、液晶配向膜として用いることができる。また当該位相差フィルム用液晶配向剤を用いて製造した位相差フィルム上に、重ねて当該位相差フィルム用液晶配向剤を塗布して、同様の工程を経て液晶配向膜として用いることもできる。
当該位相差フィルム用液晶配向剤の塗布に際しては、基板と塗膜との接着性をさらに良好にするために、基板上に予め官能性シラン化合物、チタネート等を塗布しておいてもよい。
次いで、上記塗膜に直線偏光若しくは部分偏光された放射線又は無偏光の放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する。放射線としては、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が、300nm〜400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。用いる放射線が直線偏光又は部分偏光している場合には、照射は基板面に垂直の方向から行っても、プレチルト角を付与するために斜め方向から行ってもよく、また、これらを組み合わせて行ってもよい。無偏光の放射線を照射する場合には、照射の方向は斜め方向である必要がある。なお、本明細書における「プレチルト角」とは、基板面と平行な方向からの液晶分子の傾きの角度をいう。
使用する光源としては、例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマーレーザー水銀−キセノンランプ(Hg−Xeランプ)等が挙げられる。上記の好ましい波長領域の紫外線は、上記光源を、例えばフィルター、回折格子等と併用する手段等により得られる。
放射線の照射量としては、1J/m以上10,000J/m未満が好ましく、10J/m〜3,000J/mがより好ましい。なお、従来知られている液晶配向剤から形成される塗膜に光配向法により液晶配向能を付与する場合、10,000J/m以上の放射線照射量が必要であるところ、当該位相差フィルム用液晶配向剤を用いると、光配向法の際の放射線照射量が3,000J/m以下、さらに1,000J/m以下であっても良好な液晶配向能を付与でき液晶表示素子の製造コストの削減に資する。
<位相差フィルム及びその製造方法>
本発明には、位相差フィルム用液晶配向膜を備える位相差フィルムも好適に含まれる。当該位相差フィルム用液晶配向剤を用いて形成される位相差フィルムは、例えば以下のようにして製造できる。本発明に含まれる位相差フィルムの形成方法は、
(1)基板上に、当該位相差フィルム用液晶配向剤の塗布により塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜への放射線の照射により位相差フィルム用液晶配向膜を形成する工程、
(3)上記位相差フィルム用液晶配向膜の少なくとも一部への重合性液晶の塗布により重合性液晶層を形成する工程
を有する。
工程(1)及び(2)では、上述の位相差フィルム用液晶配向膜の形成方法と同様に操作して、基板に位相差フィルム用液晶配向膜を形成する。工程(3)では、形成した位相差フィルム用液晶配向膜の少なくとも一部に重合性液晶を塗布する。重合性液晶を塗布する方法としては、例えばロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法等の適宜の塗布方法が挙げられる。次いで、加熱及び/又は非偏向の放射線照射等により重合性液晶に含まれる溶媒を乾燥させ、重合性液晶を硬化させ、重合性液晶層を形成する。なお、この重合工程は空気下で行ってもよく、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、用いる重合性液晶の重合性基や開始剤によって適した条件を選択できる。このようにして得られたフィルムは、意図した配向状態で重合性液晶を固定化でき、位相差フィルムとして用いることができる。
上記重合性液晶としては、加熱又は放射線照射によって重合できる化合物であれば特に限定は無い。例えば、UVキュアラブル液晶とその応用(液晶 第3巻 第1号 1999年 第34頁〜第42頁参照)に記載されているようなネマティック液晶化合物でも良く、複数の化合物との混合物でも良い。また公知の光重合開始剤又は熱重合開始剤を含んでいても良い。これらの重合性液晶化合物やその混合物は適切な溶媒に溶解して使用できる。さらに、カイラル剤等を加えることで基板に垂直方向でねじれたツイストネマティック配向をする液晶や、コレステリック液晶を用いても良く、ディスコティック液晶を用いても良い。
重合性液晶の膜厚は所望の光学特性が得られる膜厚を選択する。例えば、波長540nmの可視光における1/2波長板を製造する場合は、形成した位相差フィルムの位相差が240nm〜300nmとなるような膜厚を選択し、例えば1/4波長板であれば位相差が120nm〜150nmとなるような膜厚を選択する。目的の位相差が得られる膜厚は用いる重合性液晶の光学特性により異なる。例えば、メルク社の重合性液晶(RMS03−013C)を使用した場合、1/4波長板を製造する為の膜厚としては0.6μm〜1.5μmの範囲で選択される。
重合性液晶を加熱する場合の温度としては、良好な配向が得られる温度を選択する。例えば、メルク社製重合性液晶、RMS03−013Cを使用した場合では40℃〜80℃の範囲で選択される。
放射線を照射する場合の放射線としては、例えば非偏向の紫外線等が挙げられる。放射線の照射量としては、1,000J/m〜100,000J/m未満が好ましく、10,000J/m〜50,000J/mがより好ましい。
<液晶配向方向が異なる2種以上の領域を含む位相差フィルムの製造方法>
また、本発明には、3D映像用途等での液晶配向方向が異なる領域を2種以上含む位相差フィルムの製造方法も好適に含まれる。当該位相差フィルム用液晶配向剤を用いて形成される3D映像用途での液晶配向方向が異なる領域を有する位相差フィルムは、例えば以下のようにして製造できる。当該位相差フィルムの製造方法は、
上記工程(2)が、
(2−1)上記塗膜への第一方向の放射線の照射により第一方向の液晶配向能を付与する工程及び
(2−2)上記塗膜の一部への第一方向とは異なる第二方向の放射線の照射により第二方向の液晶配向能をさらに付与する工程
を有する。
また、他の製造方法としては、
上記工程(2)が、
(2−1’)上記塗膜への第一方向の放射線の照射により、第一方向の液晶配向能を付与する工程及び
(2−2’)上記塗膜の放射線が照射されなかった部分への、第一方向とは異なる第二方向の放射線の照射により第二方向の液晶配向能を付与する工程
を有する。
ここで「方向」とは、放射線の入射方向又は偏光方向を意味する。工程(2−2)及び(2−2’)における第二方向としては、工程(2−1)又は(2−1’)にて、放射線照射によって液晶配向能を付与した第一方向と異なっていれば特に限定されないが、回転した偏光方向が70°〜110°が好ましく、85°〜95°がより好ましく、90°が最も好ましい。異なる方向に照射する手段としては、マスクを介して放射線を照射する方法が挙げられる。また、マスクとしては、透過部と遮光部が交互に並ぶように短冊状にパターニングしたものが好ましい。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、以下の実施例において用いた原料化合物及び重合体の必要量は、下記の合成例に示す合成スケールでの原料化合物及び重合体の合成を必要に応じて繰り返すことにより確保した。
<特定桂皮酸誘導体の合成>
特定桂皮酸誘導体の合成反応は全て不活性雰囲気中で行った。
[合成例1]
冷却管を備えた500mLの三口フラスコに4−ブロモジフェニルエーテル20g、酢酸パラジウム0.18g、トリス(2−トリル)ホスフィン0.98g、トリエチルアミン32.4g、ジメチルアセトアミド135mLを混合した。次にシリンジでアクリル酸を7g混合溶液に加え撹拌した。この混合溶液を更に120℃で3時間加熱撹拌した。TLC(薄層クロマトグラフィー)で反応の終了を確認した後、反応溶液を室温まで冷却した。沈殿物をろ別した後、ろ液を1N塩酸水溶液300mLに注ぎ、沈殿物を回収した。これらの沈殿物を酢酸エチルとヘキサンの1:1(質量比)溶液で再結晶することにより下記式(K−1)で表される化合物(特定桂皮酸誘導体(K−1))を8.4g得た。
Figure 0005825137
[合成例2]
冷却管を備えた300mLの三口フラスコに4−フルオロフェニルボロン酸6.5g、4−ブロモ桂皮酸10g、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム2.7g、炭酸ナトリウム4g、テトラヒドロフラン80mL、純水39mLを混合した。引き続き反応溶液を80℃で8時間加熱撹拌し、反応終了をTLCで確認した。反応溶液を室温まで冷却後、1N−塩酸水溶液200mLに注ぎ、析出固体をろ別した。得られた固体を酢酸エチルに溶解させ、1N−塩酸水溶液100mL、純水100mL、飽和食塩水100mLの順で分液洗浄した。次に有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた固体を真空乾燥し、下記式(K−2)で表される化合物(特定桂皮酸誘導体(K−2))を9g得た。
Figure 0005825137
[合成例3]
冷却管を備えた200mLの三口フラスコに、4−フルオロスチレン3.6g、4−ブロモ桂皮酸6g、酢酸パラジウム0.059g、トリス(2−トリル)ホスフィン0.32g、トリエチルアミン11g、ジメチルアセトアミド50mLを混合した。この溶液を120℃で3時間加熱撹拌し、TLCで反応の終了を確認した後、反応溶液を室温まで冷却した。沈殿物をろ別した後、ろ液を1N塩酸水溶液300mLに注ぎ、沈殿物を回収した。これらの沈殿物を酢酸エチルで再結晶することにより下記式(K−3)で表される化合物(特定桂皮酸誘導体(K−3))を4.1g得た。
Figure 0005825137
[合成例4]
冷却管を備えた200mLの三口フラスコに4−ビニルビフェニル9.5g、4−ブロモ桂皮酸10g、酢酸パラジウム0.099g、トリス(2−トリル)ホスフィン0.54g、トリエチルアミン18g、ジメチルアセトアミド80mLを混合した。この溶液を120℃で3時間加熱撹拌し、TLCで反応の終了を確認した後、反応溶液を室温まで冷却した。沈殿物をろ別した後、ろ液を1N塩酸水溶液500mLに注ぎ、沈殿物を回収した。これらの沈殿物をジメチルアセトアミド、エタノール1:1溶液で再結晶することにより下記式(K−4)で表される化合物(特定桂皮酸誘導体(K−4))を11g得た。
Figure 0005825137
[合成例5]
冷却管を備えた500mLの三口フラスコに4−ブロモフェニルシクロヘキサンを47.8g、酢酸パラジウム0.9g及びトリ(o−トリル)ホスフィン4.9gを仕込み、窒素置換を3回繰り返して系内の酸素を除去した。次に、脱水DMAc350mL、トリエチルアミン110mL及びアクリル酸16.5mLを仕込み、90℃で4時間反応させた。反応終了後、室温に冷やし酢酸エチル600mL加え、1M塩酸水600mLで1回、水400mLで2回洗浄し、セライトろ過を行った。つづいて、ヘキサンを加えて濃縮して析出した結晶を回収することで、下記式(K−5)で表される化合物(特定桂皮酸誘導体(K−5))を24.0g得た。
Figure 0005825137
<[A]セルロースの合成>
[合成例6]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の酸塩化物0.05mol(合成例1で得られた特定桂皮酸誘導体(K−1)、過量の塩化チオニル及びジメチルホルムアミドを混合して調製した。)、ヒドロキシエチルセルロース(HE−セルロース)0.01mol、及びピリジン0.06molを20mLのニトロベンゼンに入れ、80℃で24時間加熱した。その後、冷却し、メタノールで希釈した。その反応生成物を濾過し、メタノール及び水で洗浄し、真空で乾燥後、振動製粉機で粉砕し、[A]セルロース(セルロースシンナメイト:A−1)を得た。セルロースシンナメイトの収率は約65%〜92%であった。薄膜クロマトグラフィー(TLC)により、反応生成物中に桂皮酸の残存がないことを確認した。
[合成例7]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、合成例2で得た特定桂皮酸誘導体(K−2)3gを用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、[A]セルロース(セルロースシンナメイトA−2)の白色粉末を得た。
[合成例8]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、合成例3で得た特定桂皮酸誘導体(K−3)4gを用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、[A]セルロース(セルロースシンナメイトA−3)の白色粉末を得た。
[合成例9]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、合成例4で得た特定桂皮酸誘導体(K−4)4.1gを用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、[A]セルロース(セルロースシンナメイトA−4)の白色粉末を得た。
[合成例10]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、合成例5で得た特定桂皮酸誘導体(K−5)の酸塩化物0.05mol(特定桂皮酸誘導体(K−5)、過量の塩化チオニル及びジメチルホルムアミドを混合して調製した。)を用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、[A]セルロース(セルロースシンナメイトA−5)の白色粉末を得た。
[合成例11]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、合成例5で得た特定桂皮酸誘導体(K−5)の酸塩化物0.03mol及びアクリロイルクロリド0.02molを用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、[A]セルロース(セルロースシンナメイトA−6)の白色粉末を得た。
[合成例12]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、合成例5で得た特定桂皮酸誘導体(K−5)の酸塩化物0.04mol及び下記式(a)で表される化合物0.01molを用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、[A]セルロース(セルロースシンナメイトA−7)の白色粉末を得た。
Figure 0005825137
[合成例13]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、合成例5で得た特定桂皮酸誘導体(K−5)の酸塩化物0.03mol及び下記式(b)で表される化合物0.02molを用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、[A]セルロース(セルロースシンナメイトA−8)の白色粉末を得た。
Figure 0005825137
<[B]重合体の合成>
[合成例14]
シクロブタンテトラカルボン酸二無水物19.61g(0.1mol)と4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチルビフェニル21.23g(0.1mol)とをNMP367.6gに溶解し、室温で6時間反応させた。次いで、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、ポリアミック酸(PA−1)を35g得た。
[合成例15]
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物22.4g(0.1mol)とシクロヘキサンビス(メチルアミン)14.23g(0.1mol)とをNMP329.3gに溶解し、60℃で6時間反応させた。次いで、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、ポリアミック酸(PA−2)を32g得た。
[合成例16]
合成例10で得た(PA−2)を17.5gとり、これにNMP232.5g、ピリジン3.8g及び無水酢酸4.9gを添加し、120℃において4時間反応させてイミド化を行った。次いで、反応混合液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下で15時間乾燥することにより、ポリイミド(PI−1)を15g得た。
[合成例17]
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部とジエチレングリコールメチルエチルエーテル(DEGME)200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸グリシジル40質量部、スチレン10質量部、メタクリル酸30質量部及びシクロヘキシルマレイミド20質量部を仕込み窒素置換した後ゆるやかに攪拌を始めた。溶液温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持しポリ(メタ)アクリレートの共重合体(MA−1)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は33.1質量%であった。得られた重合体の重量平均分子量Mwは7,000であった。
[合成例18]
特定桂皮酸誘導体(K−1)の代わりに、上記式(a)で表される化合物0.05molを用いたこと以外は合成例6と同様に操作して、セルロース(セルロースシンナメイトCE−1)の白色粉末を得た。
<[C]エステル構造含有化合物の合成>
下記スキームに従って、エステル構造含有化合物(C−1−1)を合成した。
Figure 0005825137
[合成例19]
還流管、温度計及び窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコにトリメシン酸21g、n−ブチルビニルエーテル60g及びリン酸0.09gを仕込み、50℃で30時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物にヘキサン500mLを加えて得た有機層につき、1M水酸化ナトリウム水溶液で2回及び水で3回、順次に分液洗浄した。その後、有機層から溶媒を留去することにより、エステル構造含有化合物(C−1−1)を無色透明の液体として50g得た。
<位相差フィルム用液晶配向剤の調製>
[実施例1]
[B]重合体としてポリアミック酸(PA−1)を含有する溶液を、これに含有されるポリアミック酸(PA−1)に換算して1,000質量部に相当する量をとり、ここに[A]セルロース(A−1)100質量部を加え、さらにNMP及びエチレングリコールモノブチルエーテル(EGMB)を混合し、溶媒組成がNMP:EGMB=50:50(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、位相差フィルム用液晶配向剤(S−1)を調製した。
[実施例2〜11]
下記表1に示す種類及び量の[A]〜[C]成分及び溶媒を加え、実施例1と同様に操作して、位相差フィルム用液晶配向剤(S−2)〜(S−11)(それぞれ固形分濃度は4.0質量%)を調製した。なお、表1中、実施例2、3及び7〜11で用いた溶媒のうちのDEGMEとは、ジエチレングリコールモノエチルエーテルを示す。
[参考例1]
ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)13.1gをNMP50mLに加熱溶解し、室温まで冷やした後、ピリジン10mLを添加した。これに塩化シンナモイル17.0gを加え、8時間攪拌した。反応混合物をNMPで希釈した後メタノールに加え、沈殿を十分に水洗し乾燥することで重合体25gを得た。これにNMP及びエチレングリコールモノブチルエーテルを加えて、溶媒組成がNMP:EGMB=50:50(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、組成物(CS−1)を調製した。
[参考例2]
4−(2−メタクリロイルオキシエトキシ)アゾベンゼン1.00gと2、2’−アゾビス(イソブチロニトリル)0.01gと乾燥したベンゼン2.00gとをアンプルに入れて脱気した後、封管し、これをメタノール中に注ぎ高分子化合物の沈殿物を得た。これを濾過した後、再度、沈殿物をベンゼンに溶解しメタノールで再沈殿して濾過する操作を2回繰り返した後、乾燥させた。これにNMP及びEGMBを加えて、溶媒組成がNMP:EGMB=50:50(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、組成物(CS−2)を調製した。
Figure 0005825137
[TACフィルム上への塗布性及び液晶配向性の評価]
TACフィルムの一面に、実施例1〜11及び参考例1〜2で調整した位相差フィルム用液晶配向剤をスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換したオーブン中、100℃で10分間ポストベークして膜厚0.1μmの塗膜を形成した。その際、TACフィルムに溶解が見られなかった場合、TAC塗布性を良好とし、溶解が見られた場合を不良とした。TAC塗布性が良好であったものについては、この塗膜表面に、Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/mを、基板法線から垂直に照射して位相差フィルム用液晶配向膜を製造し、後述する液晶配向性の評価をした。結果を表1に合わせて示す。
[密着性の評価]
実施例1〜11及び参考例1〜2で調製した位相差フィルム用液晶配向剤を、スピンナーを用いてTACフィルムの一面に塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換したオーブン中、100℃で10分間ポストベークして膜厚0.1μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に対して、JIS K−5400−1990の8.5.3付着性碁盤目テープ法を行い、碁盤目100個中で残った碁盤目の数を求め、塗膜の密着性を評価した。碁盤目100個中で残った碁盤目の数が80個以上の場合、密着性は良好と言える。
<位相差フィルム用液晶配向膜の製造>
[実施例12]
透明ガラス基板の一面に、実施例1で調製した位相差フィルム用液晶配向剤(S−1)をスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換したオーブン中、200℃で1時間ポストベークして膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次いで、この塗膜表面にHg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/mを、基板法線から垂直に照射して位相差フィルム用液晶配向膜を製造した。
[実施例13〜22、参考例3〜5]
表2に示す位相差フィルム用液晶配向剤を使用し所定の照射量の上記紫外線を使用したこと以外は実施例12と同様に操作して位相差フィルム用液晶配向膜を製造した。
Figure 0005825137
<位相差フィルムの製造>
[実施例23〜33、比較例1〜3]
実施例12〜22及び参考例3〜5で製造した位相差フィルム用液晶配向膜が形成された面に、重合性液晶(メルク社、RMS03−013C)を孔径0.2μmのフィルターで濾過した後、スピンナーを用いて塗布し、60℃のホットプレートで1分間ベークを行った後、Hg−Xeランプを用いて365nmの輝線を含む非偏光の紫外線30,000J/mを重合性液晶塗布面に照射して位相差フィルムを製造し、以下の評価を行った。結果を表3に示す。
[液晶配向性の評価]
実施例23〜33、比較例1〜3で製造した位相差フィルムにつき、異常ドメインの有無を偏光顕微鏡により観察し、異常ドメインが観察されなかった場合を液晶配向性「A」とし、異常ドメインが観察された場合を液晶配向性「B」として評価した。
[熱安定性の評価]
液晶配向性が「A」となる照射条件で、位相差フィルム用液晶配向膜を作成後、重合性液晶塗布前に、150℃で1時間加熱を行った以外は上記と同様に操作して位相差フィルムを製造し、上記と同様の液晶配向性評価を行い、異常ドメインが観察されなかった場合を熱安定性「A」とし、異常ドメインが観察された場合を熱安定性「B」とした。
Figure 0005825137
表3の結果から明らかなように、当該位相差フィルム用液晶配向剤を用いて位相差フィルム用液晶配向膜を作製する際の光配向に必要な光照射量は極めて低く、また当該位相差フィルム用液晶配向膜を備える位相差フィルムは、優れた液晶配向性、耐熱性を有することがわかった。
<液晶配向方向が異なる領域を含む位相差フィルムの製造>
[実施例34]
実施例12と同様にして基板上に位相差フィルム用液晶配向膜を形成した後、最初の偏光紫外線から90°回転した偏光方向で、透過部と遮光部が交互に並ぶように短冊状にパターニングしたマスクを通して2回目の偏光紫外線(Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて得られる313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/m)を照射した。次に、位相差フィルム用液晶配向膜が形成された面に、重合性液晶(メルク社、RMS03−013C)を孔径0.2μmのフィルターで濾過した後、スピンナーを用いて塗布し、60℃のホットプレートで1分間ベークを行った後、Hg−Xeランプを用いて365nmの輝線を含む非偏光の紫外線30,000J/mを重合性液晶塗布面に照射して液晶配向方向が異なる領域を含む位相差フィルムを製造した。
[実施例35]
実施例12と同様にして基板上に位相差フィルム用液晶配向剤を塗布した後、基板の半分を遮光した状態で最初の偏光紫外線(Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて得られる313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/m)を照射した。次に、最初の偏光紫外線から90°回転した偏光方向で、最初に露光した露光部を遮光して、未露光部に偏光紫外線が照射されるようにして、2回目の偏光紫外線照射(Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/m)を行った。次に、位相差フィルム用液晶配向膜が形成された面に、重合性液晶(メルク社、RMS03−013C)を孔径0.2μmのフィルターで濾過した後、スピンナーを用いて塗布し、60℃のホットプレートで1分間ベークを行った後、Hg−Xeランプを用いて365nmの輝線を含む非偏光の紫外線30,000J/mを重合性液晶塗布面に照射して液晶配向方向が異なる領域を含む位相差フィルムを製造した。
[液晶配向方向が異なる領域を含む位相差フィルムの評価]
実施例34で得られた位相差フィルムをクロスニコル条件で配置した偏光板の間に配置し、観察側と逆方向からの透過光を用いて観察したところ、照射した偏光紫外線の偏光方向と平行又は直角となるように配置した場合には、パターニングによらず全面が暗かった。一方、位相差フィルムをその平面において45°回転させると、位相差フィルムはパターニングによらず全面明るくなり複屈折を有することを示した。
実施例35で得られた位相差フィルムを上記同様に観察したところ、照射した偏光紫外線の偏光方向と平行又は直角となるように配置した場合には、照射した偏光紫外線の偏光方向によらず全面が暗かった。一方、位相差フィルムをその平面において45°回転させると、位相差フィルムは照射した偏光紫外線の偏光方向によらず全面明るくなり、複屈折を有することを示した。
また、実施例23と同様に操作して製造した位相差フィルムを用いて、その照射した偏光紫外線の偏光方向と、上記実施例34及び35で得られた2種の液晶配向方向が異なる領域を含む位相差フィルムの照射した偏光紫外線の偏光方向とを、平行又は直角となるように配置してクロスニコル条件で観察した場合には、明るくなるパターンと暗くなるパターンとが明瞭なエッジで外形を区画されて存在していることが確認された。
本発明によれば、少量の放射線照射によっても光配向が可能であって、かつ照射中及び照射後の加熱工程が不要な位相差フィルム用液晶配向膜を形成可能な液晶配向剤、この位相差フィルム用液晶配向膜を備え、液晶配向性及び熱安定性に優れる位相差フィルム及びその製造方法を提供できる。

Claims (11)

  1. [A]桂皮酸構造を有する基を含むセルロース、及び
    [B][A]セルロース以外の重合体
    を含有し、
    上記[B]重合体が下記式(5)で表される基を含み、
    [B]重合体の含有割合が、[A]セルロース100質量部に対して50質量部以上10,000質量部以下である位相差フィルム用液晶配向剤。
    Figure 0005825137
    (式(5)中、R 19 は、水素原子又はメチル基である。hは、1〜10の整数である。但し、hが2以上である場合、複数のR 19 は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。R 20 は、単結合又は(h+1)価の炭素数1〜20の炭化水素基である。R 21 は、単結合、−COO−又は−OCO−である。iは、0〜10の整数である。jは、0又は1である。R 22 は、メチレン基、炭素数2〜10のアルキレン基、フェニレン基又はシクロヘキシレン基である。kは、0又は1である。)
  2. [A]セルロースが下記式(1)で表される請求項1に記載の位相差フィルム用液晶配向剤。
    Figure 0005825137
    (式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基であり、少なくとも1つは、桂皮酸構造を有する基である。Xは、酸素原子又は硫黄原子である。mは、10〜10,000の整数である。)
  3. [A]セルロースが下記式(1−1)で表される請求項2に記載の位相差フィルム用液晶配向剤。
    Figure 0005825137
    (式(1−1)中、R〜R、X及びmは、上記式(1)と同義である。)
  4. 上記桂皮酸構造を有する基が、下記式(2)で表される化合物及び式(3)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する基である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の位相差フィルム用液晶配向剤。
    Figure 0005825137
    (式(2)中、Rは、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10のアルキル基、フッ素原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは、単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子、−CH=CH−、−NH−、−COO−又は−OCO−である。aは、0〜3の整数である。但し、aが2以上の場合、複数のR及びRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。Rは、フッ素原子又はシアノ基である。bは、0〜4の整数である。但し、bが2以上の場合、複数のRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
    式(3)中、R10は、フェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。R11は、単結合、炭素数1〜3のアルキレン基、酸素原子、硫黄原子又は−NH−である。cは、1〜3の整数である。但し、cが2以上の場合、複数のR10及びR11は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。R12は、フッ素原子又はシアノ基である。dは、0〜4の整数である。但し、dが2以上の場合、複数のR12は、同一でも異なっていてもよい。R13は、酸素原子、−COO−又は−OCO−である。R14は、芳香族基、脂環式基、複素環式基又は縮合環式基である。R15は、単結合、−OCO−(CH−*又は−O(CH−*である。但し、*は、カルボキシル基と結合する部位である。f及びgは、それぞれ1〜10の整数である。eは、0〜3の整数である。但し、eが2以上の場合、複数のR13及びR14は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  5. 上記式(1)において、R〜Rの少なくとも1つが上記式(5)で表される基である請求項2、請求項3又は請求項4に記載の位相差フィルム用液晶配向剤。
  6. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載の位相差フィルム用液晶配向剤により形成される位相差フィルム用液晶配向膜。
  7. 液晶配向方向が異なる2種以上の領域を含む請求項に記載の位相差フィルム用液晶配向膜。
  8. 請求項又は請求項に記載の位相差フィルム用液晶配向膜と、重合性液晶層とを備える位相差フィルム。
  9. (1)基板上に、請求項1から請求項のいずれか1項に記載の位相差フィルム用液晶配向剤の塗布により塗膜を形成する工程、
    (2)上記塗膜への放射線の照射により、位相差フィルム用液晶配向膜を形成する工程、
    (3)上記位相差フィルム用液晶配向膜の少なくとも一部への重合性液晶の塗布により、重合性液晶層を形成する工程
    を有する位相差フィルムの製造方法。
  10. 上記工程(2)が、
    (2−1)上記塗膜への第一方向の放射線の照射により、第一方向の液晶配向能を付与する工程及び
    (2−2)上記塗膜の一部への第一方向とは異なる第二方向の放射線の照射により、第二方向の液晶配向能をさらに付与する工程
    を有する請求項に記載の位相差フィルムの製造方法。
  11. 上記工程(2)が、
    (2−1’)上記塗膜への第一方向の放射線の照射により、第一方向の液晶配向能を付与する工程及び
    (2−2’)上記塗膜の放射線が照射されなかった部分への、第一方向とは異なる第二方向の放射線の照射により第二方向の液晶配向能を付与する工程を有する請求項に記載の位相差フィルムの製造方法。
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