JP7420502B2 - 重合性液晶混合組成物、位相差板、楕円偏光板および有機el表示装置 - Google Patents

重合性液晶混合組成物、位相差板、楕円偏光板および有機el表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、重合性液晶混合組成物、前記重合性液晶混合組成物の硬化物である液晶硬化膜を含む位相差板、および前記位相差板を含む楕円偏光板および有機EL表示装置に関する。
フラットパネル表示装置(FPD)に用いられる位相差板などの光学フィルムとして、例えば、重合性液晶化合物を溶剤に溶解させて得られる塗工液を、支持基材に塗布後、重合して得られる光学フィルムがある。従来、重合性液晶化合物としては、例えば、6員環が2~4個連結された棒状構造のネマチック液晶化合物などが知られている。一方、位相差板としては、その特性の1つとして全波長領域において偏光変換可能であることが求められており、例えば[Re(450)/Re(550)]<1の逆波長分散性を示す波長域では、理論上、一様の偏光変換が可能であることが知られている。このような位相差板を構成し得る重合性化合物は、例えば特許文献1に開示されている。
特開2011-207765号公報
特許文献1に開示されるような重合性液晶化合物を溶剤に溶解させて得られる塗工液を支持基材に塗布して塗膜を形成した後、塗膜に含まれる重合性液晶化合物をネマチック相等の液晶相状態へ転移させ、塗膜を乾燥して溶剤を留去する方法によって位相差板等の光学フィルムを得ることができる。しかしながら、重合性液晶化合物の種類によっては、その分子構造に起因して溶剤への溶解性が低い場合がある。このような溶解性が低い重合性液晶化合物においては、得られる光学フィルムに配向欠陥が生じやすくなるという課題があることがわかった。このような化合物は塗工液中で析出する場合もあり、製膜性が低下するのみならず得られる光学フィルムに配向欠陥を生じる場合がある。特に、芳香族環を含む重合性液晶化合物は、逆波長分散性を有し光学特性に優れる位相差板を得るための好適な材料となり得る一方で、対称性が高い分子構造有する化合物であるとかかる分子構造に由来してさらに溶解性が劣るという課題があることがわかった。
本発明は、溶剤への溶解性および製膜性に優れる重合性液晶混合組成物、好ましくは逆波長分散性を示し、高い光学特性を有する位相差板の製造に好適な重合性液晶混合組成物を提供することを目的とする。
本発明は、以下の好適な態様を提供するものである。
[1]分子構造が異なり、かつ式(I):
Figure 0007420502000001
〔式(I)中、
は、芳香族炭化水素環または芳香族複素環を少なくとも1つ含む2価の連結基を表し、
およびBは、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、-O-、-S-、-Ra1ORa2-、-Ra3COORa4-、-Ra5OCORa6-、-Ra7OC=OORa8-、-ORO-、-C(=O)-NR-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-を表し、ここで、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に単結合または炭素数1~4のアルキレン基であり、Rは炭素数1~4のアルキレン基であり、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子を表し、
およびGは、それぞれ独立に、2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を表し、該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のフルオロアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、シアノ基またはニトロ基に置換されていてもよく、該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を構成する炭素原子は、酸素原子、硫黄原子または窒素原子に置換されていてもよく、n1および/またはn2が2である場合、2つのGおよび/または2つのGは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、
およびLは、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、-O-、-S-、-Ra1ORa2-、-Ra3COORa4-、-Ra5OCORa6-、-Ra7OC=OORa8-、-ORO-、-C(=O)-NR-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-を表し、ここで、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に単結合または炭素数1~4のアルキレン基であり、Rは炭素数1~4のアルキレン基であり、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子を表し、n1および/またはn2が2である場合、2つのLおよび/または2つのLは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、
およびEは、それぞれ独立に、炭素数1~20のアルカンジイル基を表し、ここで、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、炭素数1~4のアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる-CH-は、-O-または-S-で置換されていてもよく(但し、-O-および/または-S-が複数存在する場合、これらは互いに隣接しない)、
Pはアクリロイルオキシル基またはメタクリロイルオキシル基であり、
n1およびn2は、それぞれ独立に1または2である〕
で表される重合性液晶化合物を少なくとも3種含む重合性液晶混合組成物であって、
前記重合性液晶化合物として、式(I)中のEとEとが互いに同一である重合性液晶化合物を含み、該重合性液晶化合物のうちEおよびEが表すアルカンジイル基の炭素数が最も小さい重合性液晶化合物を式(I-1):
Figure 0007420502000002
〔式(I-1)中、
、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2は、前記式(I)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2とそれぞれ同様に定義され、
は、前記式(I)中のEおよびEと同様に定義され、2つのEは同一である〕
で表される重合性液晶化合物(I-1)とした場合に、該重合性液晶化合物(I-1)と、前記重合性液晶化合物(I-1)の構造に基づき定義される、少なくとも1種の式(I-2):
Figure 0007420502000003
〔式(I-2)中、
、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2は、前記式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2とそれぞれ同一であり、
は、前記式(I-1)中のEとは異なる炭素数1~20のアルカンジイル基を表し、ここで、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、炭素数1~4のアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる-CH-は、-O-または-S-で置換されていてもよい(但し、-O-および/または-S-が複数存在する場合、これらは互いに隣接しない)〕
で表される重合性液晶化合物(I-2)と、前記重合性液晶化合物(I-1)の構造に基づき定義される、少なくとも1種の式(I-3):
Figure 0007420502000004
〔式(I-3)中、
、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2は、前記式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2とそれぞれ同一であり、
は、前記式(I-2)中のEと同一であり、かつ、式(I-3)中の2つのEが同一である〕
で表される重合性液晶化合物(I-3)とを含む、重合性液晶混合組成物。
[2]式(I-1)中、n1とn2とが同一である、前記[1]に記載の重合性液晶組成物。
[3]Mが、含まれるπ電子数の合計数Nπが16以上36未満である芳香族炭化水素環または芳香族複素環を少なくとも1つ含む2価の連結基である、前記[1]または[2]に記載の重合性液晶化合物。
[4]式(I-1)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合には、GとGとが互いに同一であり、n1およびn2がそれぞれ2である場合には、Bに結合するGとBに結合するGとが互いに同一であり、かつ、他方のGとGとが互いに同一である、前記[1]~[3]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
[5]式(I-1)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合には、LとLとが互いに同一であり、n1およびn2がそれぞれ2である場合には、それぞれEに結合するLとLとが互いに同一であり、かつ、他方のLとLとが互いに同一である、前記[1]~[4]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
[6]式(I-1)および式(I-2)中の各Eと、式(I-2)および式(I-3)中の各Eがいずれも炭素数4~20のアルカンジイル基であり、かつ、
式(I-1)および式(I-2)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数と、式(I-2)および式(I-3)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数との差がいずれも2以上である、前記[1]~[5]のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物。
[7]式(I)で表される重合性液晶化合物のうち、M、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2がそれぞれ互いに同一である式(I)で表される重合性液晶化合物の総モル量に対して、式(I-1)で表される重合性液晶化合物と、式(I-2)で表される重合性液晶化合物と、式(I-3)で表される重合性液晶化合物とをそれぞれ10モル%以上含む、前記[1]~[6]のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物。
[8]有機溶剤を含む、前記[1]~[7]のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物。
[9]前記[1]~[8]のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物の硬化物であって、該重合性液晶混合組成物中の重合性液晶化合物が配向した状態で硬化してなる液晶硬化膜を含む位相差板。
[10]液晶硬化膜が式(1)、(2)および(3):
Re(450)/Re(550)≦1.00 (1)
1.00≦Re(650)/Re(550) (2)
100nm≦Re(550)≦180nm (3)
〔式中、Re(λ)は液晶硬化膜の波長λnmにおける面内位相差値を示し、Re=(nx(λ)-ny(λ))×dである(dは液晶硬化膜の厚みを表し、nxは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に平行な方向の波長λnmにおける主屈折率を表し、nyは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して平行であり、且つ、前記nxの方向に対して直交する方向の波長λnmにおける屈折率を表す)〕
で表される光学特性を有する、前記[9]に記載の位相差板。
[11]液晶硬化膜が式(4)、(5)および(6):
Rth(450)/Rth(550)≦1.00 (4)
1.00≦Rth(650)/Rth(550) (5)
-100nm≦Rth(550)≦-40nm (6)
〔式中、Rth(λ)は液晶硬化膜の波長λnmにおける厚み方向の位相差値を示し、Rth=((nx(λ)+ny(λ))/2-nz)×dである(dは液晶硬化膜の厚みを表し、nxは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に平行な方向の波長λnmにおける屈折率を表し、nyは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して平行であり、且つ、前記nxの方向に対して直交する方向の波長λnmにおける屈折率を表し、nzは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して垂直な方向の波長λnmにおける屈折率を表す)〕
で表される光学特性を有する、前記[9]に記載の位相差板。
[12]前記[9]~[11]のいずれかに記載の位相差板と偏光フィルムとを含む楕円偏光板。
[13]前記[12]に記載の楕円偏光板を備える有機EL表示装置。
[14]下記式(III-1)で表される化合物の反応性基Rと、(III-2)で表される化合物の反応性基Rと、(III-3)で表される化合物のRとを反応させることを含む、前記[1]~[8]のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物の製造方法。
Figure 0007420502000005
〔式中、RおよびRは互いに独立して、反応性基を表し、
、L、L、G、G、P、n1およびn2は、式(I-1)中のM、L、L、G、G、P、n1およびn2と同じ意味を表し、
は、式(I-1)中のEと同じ意味を表し、
は、式(I-2)中のEと同じ意味を表す。〕
本発明によれば、溶剤への溶解性および製膜性に優れる重合性液晶混合組成物、好ましくは逆波長分散性を示し、高い光学特性を有する位相差板の製造に好適な重合性液晶混合組成物を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更をすることができる。
<重合性液晶混合組成物>
本発明の重合性液晶混合組成物は、互いに分子構造が異なり、かつ、式(I)で表される重合性液晶化合物を少なくとも3種含む。互いに分子構造が異なりながら、式(I)で表される分子構造として互いに類似する少なくとも3種の重合性液晶化合物を含むことにより、溶剤に対する高い溶解性を確保し得る。
Figure 0007420502000006
〔式(I)中、
は、芳香族炭化水素環または芳香族複素環を少なくとも1つ含む2価の連結基を表し、
およびBは、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、-O-、-S-、-Ra1ORa2-、-Ra3COORa4-、-Ra5OCORa6-、-Ra7OC=OORa8-、-ORO-、-C(=O)-NR-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-を表し、ここで、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に単結合または炭素数1~4のアルキレン基であり、Rは炭素数1~4のアルキル基であり、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子を表し、
およびGは、それぞれ独立に、2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を表し、該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のフルオロアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、シアノ基またはニトロ基に置換されていてもよく、該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を構成する炭素原子は、酸素原子、硫黄原子または窒素原子に置換されていてもよく、n1および/またはn2が2である場合、2つのGおよび/または2つのGは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、
およびLは、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、-O-、-S-、-Ra1ORa2-、-Ra3COORa4-、-Ra5OCORa6-、-Ra7OC=OORa8-、-ORO-、-C(=O)-NR-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-を表し、ここで、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に単結合または炭素数1~4のアルキレン基であり、Rは炭素数1~4のアルキレン基であり、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子を表し、n1および/またはn2が2である場合、2つのLおよび/または2つのLは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、
およびEは、それぞれ独立に、炭素数1~20のアルカンジイル基を表し、ここで、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、炭素数1~4のアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる-CH-は、-O-または-S-で置換されていてもよく(但し、-O-および/または-S-が複数存在する場合、これらは互いに隣接しない)、
Pはアクリロイルオキシル基またはメタクリロイルオキシル基であり、
n1およびn2は、それぞれ独立に1または2である〕。
本発明の重合性液晶混合組成物は、前記少なくとも3種の重合性液晶化合物として、式(I)中のEとEとが互いに同一である重合性液晶化合物を含み、該重合性液晶化合物のうちEおよびEが表すアルカンジイル基の炭素数が最も小さい重合性液晶化合物を式(I-1):
Figure 0007420502000007
〔式(I-1)中、
、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2は、前記式(I)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2とそれぞれ同様に定義され、
は、前記式(I)中のEおよびEと同様に定義され、2つのEは同一である〕
で表される重合性液晶化合物(I-1)(以下、「重合性液晶化合物(I-1)」ともいう)とした場合に、該重合性液晶化合物(I-1)と、前記重合性液晶化合物(I-1)の構造に基づき定義される、少なくとも1種の式(I-2):
Figure 0007420502000008
〔式(I-2)中、
、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2は、前記式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2とそれぞれ同一であり、
は、前記式(I-1)中のEとは異なる炭素数1~20のアルカンジイル基を表し、ここで、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、炭素数1~4のアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる-CH-は、-O-または-S-で置換されていてもよい(但し、-O-および/または-S-が複数存在する場合、これらは互いに隣接しない)〕
で表される重合性液晶化合物(以下、「重合性液晶化合物(I-2)」ともいう)と、前記重合性液晶化合物(I-1)の構造に基づき定義される、少なくとも1種の式(I-3):
Figure 0007420502000009
〔式(I-3)中、
、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2は、前記式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2とそれぞれ同一であり、
は、前記式(I-2)中のEと同一であり、かつ、式(I-3)中の2つのEが同一である〕
で表される重合性液晶化合物(以下、「重合性液晶化合物(I-3)」ともいう)とを含む。本発明においては、重合性液晶混合組成物が上記式(I-1)に相当する化合物を複数含む場合、式(I-1)で表される化合物に相当する化合物のうちEおよびEが表すアルカンジイル基の炭素数が最も小さい重合性液晶化合物を「重合性液晶化合物(I-1)」とする。なお、EおよびEが表すアルカンジイル基が置換基を有する場合、「EおよびEが表すアルカンジイル基の炭素数」とは、EおよびEが表すアルカンジイル基のうち式(I-1)で表される化合物の主鎖を構成する部分の炭素数を意味する。
本発明の重合性液晶混合組成物を構成する上記3種の重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)は、重合性液晶化合物(I-1)の分子構造を基準とした場合、各式(I-1)、(I-2)および(I-3)中のM以外の部分(以下、M部分を「コア部」、M以外の部分を「メソゲン部」ともいう)を構成するEおよび/またはEで表されるアルカンジイル基の構造のみにおいてそれぞれ異なる。重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)の構造が互いに近似していることにより、重合性液晶化合物が互いに混ざりやすくなり、混合組成物としての溶剤に対する溶解性を高めることができる。このため、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)または(I-3)を単独で溶剤に溶解させる場合と比較して、同じ量またはより少ない量の溶剤に対してより多くの重合性液晶化合物を容易に溶解させることが可能となり、さらには重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)または(I-3)単独では溶解し得ない溶剤に対しても混合組成物として溶解させることが可能となる場合もある。これにより、塗工液中に未溶解の重合性液晶化合物が残存し難く、製膜時の高い塗布性を確保することができ、製膜性に優れた重合性液晶混合組成物となる。さらに、塗工液を調製するために必要とされる溶剤量を削減することができる、選択し得る溶剤の種類が多くなることにより用いる基材や配向膜、製造条件等に関する選択肢が増えるといった点においても有利である。また、溶剤に対する重合性液晶化合物の溶解性が向上することにより、塗工液中での重合性液晶化合物の析出やスタッキングを抑制することができる。これにより、未溶解の重合性液晶化合物や析出物等に起因する配向欠陥の発生を抑制したり、保管安定性を向上させたりすることができ、用いる重合性液晶化合物が本来発現し得る光学特性の低下を抑制しながら製膜化することが可能となり、光学特性に優れる位相差板の製造に好適な重合性液晶組成物が得られる。
重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)は、それぞれ式(I):
Figure 0007420502000010
で表される重合性液晶化合物である。式(I)で表される構造を有する化合物は、通常、一方向に配向した状態で重合させたときに逆波長分散性の複屈折を示す重合性液晶化合物であり、広い波長域において一様の偏光変換が可能である。したがって、式(I)で表される重合性液晶化合物を用いることにより、表示装置に用いた場合に良好な表示特性を付与し得る重合性液晶組成物を得ることができる。
式(I)中、BおよびBは、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、-O-、-S-、-Ra1ORa2-、-Ra3COORa4-、-Ra5OCORa6-、-Ra7OC=OORa8-、-ORO-、-C(=O)-NR-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-である。ここで、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に単結合または炭素数1~4のアルキレン基であり、Rは炭素数1~4のアルキレン基であり、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子である。BおよびBはそれぞれ独立に、好ましくは単結合、-ORa2-1-、-CH-、-CHCH-、-COORa4-1-、または-OCORa6-1-である。ここで、Ra2-1、Ra4-1、Ra6-1はそれぞれ独立に単結合、-CH-、-CHCH-のいずれかを表す。BおよびBはそれぞれ独立に、さらに好ましくは単結合、-O-、-CHCH-、-COO-、-COOCHCH-、または-OCO-である。式(I)中、BおよびBは互いに同一であっても異なっていてもよい。なお、BとBが互いに同一であるとは、Mを中心としてみた場合のBとBの構造が互いに同一であることを意味する。以下、GとG、LとL、EとEにおける関係についても同様である。
およびGは、それぞれ独立に、2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を表し、該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のフルオロアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、シアノ基またはニトロ基に置換されていてもよい。該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を構成する炭素原子は、酸素原子、硫黄原子または窒素原子に置換されていてもよく、n1および/またはn2が2である場合、2つのGおよび/または2つのGは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。GおよびGは、それぞれ独立に、好ましくは、ハロゲン原子および炭素数1~4のアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換されていてもよい1,4-フェニレンジイル基、ハロゲン原子および炭素数1~4のアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換されていてもよい1,4-シクロヘキサンジイル基であり、より好ましくはメチル基で置換された1,4-フェニレンジイル基、無置換の1,4-フェニレンジイル基、または無置換の1,4-trans-シクロヘキサンジイル基であり、特に好ましくは無置換の1,4-フェニレンジイル基または無置換の1,4-trans-シクロへキサンジイル基である。式(I)中、GおよびGは互いに同一であっても異なっていてもよい。GおよびGがそれぞれ2つ存在する場合、そのうち少なくとも1つが2価の脂環式炭化水素基であることが好ましい。また、BまたはBに結合するGおよびGのうちの少なくとも1つは2価の脂環式炭化水素基であることがより好ましく、特に、良好な液晶性を示すことから、BまたはBに結合するGおよびGのいずれもが1,4-trans-シクロヘキサンジイル基であることがさらに好ましく、BまたはBに結合するGおよびGのいずれもが1,4-trans-シクロヘキサンジイル基であり、かつ、BまたはBと隣り合わないGおよびGのいずれもが1,4-フェニレンジイル基であることがとりわけ好ましい。
およびLは、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、-O-、-S-、-Ra1ORa2-、-Ra3COORa4-、-Ra5OCORa6-、-Ra7OC=OORa8-、-ORO-、-C(=O)-NR-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-を表す。ここで、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に単結合または炭素数1~4のアルキレン基であり、Rは炭素数1~4のアルキレン基であり、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子を表す。n1および/またはn2が2である場合、2つのLおよび/または2つのLは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。LおよびLはそれぞれ独立に、好ましくは単結合、-ORa2-1-、-CH-、-CHCH-、-COORa4-1-またはOCORa6-1-である。ここで、Ra2-1、Ra4-1、Ra6-1はそれぞれ独立に単結合、-CH-、-CHCH-のいずれかを表す。LおよびLはそれぞれ独立に、さらに好ましくは単結合、-O-、-CHCH-、-COO-、-COOCHCH-、-OCO-または-OCOCHCH-である。式(I)中、LおよびLは互いに同一であっても異なっていてもよい。
およびEは、それぞれ独立に、炭素数1~20のアルカンジイル基を表す。ここで、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、炭素数1~4のアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる-CH-は、-O-または-S-で置換されていてもよい(但し、-O-および/または-S-が複数存在する場合、これらは互いに隣接しない)。EおよびEは、それぞれ独立に、好ましくは炭素数4~20のアルカンジイル基であり、より好ましくは炭素数4~11のアルカンジイル基である。本発明の重合性液晶混合組成物を構成する3種の重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)は、式(I)中のEおよび/またはEで表される構造に相当する基の構造において互いに異なる。
Pはアクリロイルオキシル基またはメタクリロイルオキシル基である。式(I)中、2つのPは同一である。
n1およびn2は、それぞれ独立に1または2である。所定の波長分散特性を発現させるという観点から、n1およびn2は同じ数字を示すことが好ましく、n1=2かつn2=2であることがより好ましい。
式(I)中、Mは、芳香族炭化水素環または芳香族複素環を少なくとも1つ含む2価の連結基である。ここでいう芳香族炭化水素環および芳香族複素環とは、該環構造が有するπ電子数がヒュッケル則に従い[4n+2]個(nは整数を表す)であるもの(芳香族複素環の場合、-N=や-S-等のヘテロ原子上の非共有結合電子対を含めてヒュッケル則を満たす)をさし、例えば後述する(M-1)~(M-23)で例示されるような基を2価の連結基を介して2個以上有していてもよい。2価の連結基Mは芳香族炭化水素環または芳香族複素環を1つ含むものであってもよく、2つ以上含むものであってもよい。芳香族炭化水素環または芳香族複素環を1つ含む場合、2価の連結基Mは置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基であってもよく、置換基を有していてもよい2価の芳香族複素環基であってもよい。芳香族炭化水素環または芳香族複素環を2つ以上含む場合、芳香族炭化水素環のみ、または芳香族複素環のみを複数個含んでいてもよく、芳香族炭化水素環と芳香族複素環とをそれぞれ1つ以上含んでいてもよい。2つ以上の芳香族炭化水素環および/または芳香族複素環は、互いに単結合、-CO-O-、-O-などの2価の結合基で結合していてもよい。
に含まれ得る芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等が挙げられ、ベンゼン環、ナフタレン環が好ましい。芳香族複素環としては、フラン環、ベンゾフラン環、ピロール環、インドール環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、トリアゾール環、トリアジン環、ピロリン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、チエノチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、およびフェナンスロリン環等が挙げられる。Mに窒素原子が含まれる場合、当該窒素原子はπ電子を有することが好ましい。
中でも、Mは、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群から選択される少なくとも2つのヘテロ原子を含む芳香族複素環を有することが好ましく、チアゾール環、ベンゾチアゾール環またはベンゾフラン環を有することがより好ましく、ベンゾチアゾール環を有することがさらに好ましい。なお、Mが窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群から選択される少なくとも2つのヘテロ原子を含む芳香族複素環を有する場合、前記芳香族複素環は、式(I)中のBおよびBと直接結合して2価の連結基を構成していてもよく、BおよびBと直接結合する2価の連結基の置換基として含まれていてもよいが、前記芳香族複素環を含むM基全体が分子配向方向に対して略直交方向に立体配置していることが好ましい。
式(I)中、Mで表される芳香族炭化水素環または芳香族複素環を少なくとも1つ含む2価の連結基に含まれるπ電子の合計数Nπは好ましくは16以上、より好ましくは18以上、特に好ましくは20以上である。また、好ましくは36未満、より好ましくは30以下、さらに好ましくは26以下、特に好ましくは24以下である。
で表される2価の連結基としては、例えば以下の基が挙げられる。
Figure 0007420502000011
式(M-1)~式(M-23)中、*印は連結部を表し、Z、ZおよびZは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~12のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数1~12のアルキルスルフィニル基、炭素数1~12のアルキルスルホニル基、カルボキシル基、炭素数1~12のフルオロアルキル基、炭素数1~12のアルコキシ基、炭素数1~12のアルキルチオ基、炭素数1~12のN-アルキルアミノ基、炭素数2~12のN,N-ジアルキルアミノ基、炭素数1~12のN-アルキルスルファモイル基または炭素数2~12のN,N-ジアルキルスルファモイル基を表す。また、Z、ZおよびZは、重合性基を含んでいてもよい。
およびQは、それぞれ独立に、-CR2’3’-、-S-、-NH-、-NR2’-、-CO-またはO-を表し、R2’およびR3’は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~4のアルキル基を表す。
、およびJは、それぞれ独立に、炭素原子、または窒素原子を表す。
、YおよびYは、それぞれ独立に、置換されていてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。
およびWは、それぞれ独立に、水素原子、シアノ基、メチル基またはハロゲン原子を表し、mは0~6の整数を表す。
、YおよびYにおける芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ビフェニル基等の炭素数6~20の芳香族炭化水素基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。芳香族複素環基としては、フリル基、ピロリル基、チエニル基、ピリジニル基、チアゾリル基、ベンゾチアゾリル基等の窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を少なくとも1つ含む炭素数4~20の芳香族複素環基が挙げられ、フリル基、チエニル基、ピリジニル基、チアゾリル基、ベンゾチアゾリル基が好ましい。
、YおよびYは、それぞれ独立に、置換されていてもよい多環系芳香族炭化水素基または多環系芳香族複素環基であってもよい。多環系芳香族炭化水素基は、縮合多環系芳香族炭化水素基、または芳香環集合に由来する基をいう。多環系芳香族複素環基は、縮合多環系芳香族複素環基、または芳香環集合に由来する基をいう。
、ZおよびZは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~12のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数1~12のアルコキシ基であることが好ましく、Zは、水素原子、炭素数1~12のアルキル基、シアノ基がさらに好ましく、ZおよびZは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、メチル基、シアノ基がさらに好ましい。また、Z、ZおよびZは重合性基を含んでいてもよい。
およびQは、-NH-、-S-、-NR2’-、-O-が好ましく、R2’は水素原子が好ましい。中でも-S-、-O-、-NH-が特に好ましい。
式(M-16)~(M-23)において、Yは、これが結合する窒素原子およびZと共に、芳香族複素環基を形成していてもよい。芳香族複素環基としては、Mが有していてもよい芳香族複素環として前記したものが挙げられるが、例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピロリン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、インドール環、キノリン環、イソキノリン環、プリン環、ピロリジン環等が挙げられる。この芳香族複素環基は、置換基を有していてもよい。また、Yは、これが結合する窒素原子およびZと共に、前述した置換されていてもよい多環系芳香族炭化水素基または多環系芳香族複素環基であってもよい。例えば、ベンゾフラン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環等が挙げられる。
式(M-1)~(M-23)の中でも、式(M-6)および式(M-7)が分子の安定性の観点から好ましい。
本発明の重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)は、上記式(I)で表される構造においてEおよび/またはEで表されるアルカンジイル基の構造のみにおいて互いに異なる。重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物(I-1)の構造を基準とすると、重合性液晶化合物(I-2)は、重合性液晶化合物(I-1)とメソゲン部を構成する式(I)のEおよびEに相当するアルカンジイル基のいずれか一方〔式(I-2)中のE〕の構造においてのみ異なる。また、重合性液晶化合物(I-3)は、重合性液晶化合物(I-1)とメソゲン部を構成する式(I)のEおよびEに相当する2つのアルカンジイル基〔式(I-3)中のE〕の構造においてのみ異なる。なお、重合性液晶化合物(I-3)は、重合性液晶化合物(I-2)とメソゲン部を構成する式(I-2)中のEで表されるアルカンジイル基の構造においてのみ異なる。上記少なくとも3種の重合性液晶化合物の構造が互いに近似しているが異なる化合物を用いることにより、重合性液晶化合物が互いに混ざりやすくなり、混合組成物としての溶剤に対する溶解性を高めることができ、製膜性に優れる重合性液晶混合組成物を得ることができる。
本発明の重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物の構造の基準となる重合性液晶化合物(I-1)において、式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2としては、式(I)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2として例示したものと同様のものが挙げられる。式(I-1)中のEとしては、式(I)中のEおよびEとして例示したものと同様のものが挙げられ、式(I-1)中のEは互いに同一である。
重合性液晶化合物(I-1)において、Mで表される2価の連結基(コア部)を中心として、M以外のメソゲン部における環構造の数が対称となることが好ましい。したがって、式(I-1)中、n1とn2とが同一であることが好ましい。
また、コア部を中心として対称関係にあるメソゲン部の環構造が互いに同一であることがより好ましい。したがって、式(I-1)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合に、GとGとが互いに同一であることがより好ましく、
n1およびn2がそれぞれ2である場合に、Bに結合するGとBに結合するGとが互いに同一であり、かつ、他方の(BまたはBに隣り合わない)GとGとが互いに同一であることがより好ましい。
また、コア部を中心として対称関係にあるメソゲン部の各分子構造が互いに同一であることがより好ましく、
式(I-1)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合に、LとLとが互いに同一であることがより好ましく、
n1およびn2がそれぞれ2である場合に、それぞれEに結合するLとLとが互いに同一であり、かつ、他方のLとLとが互いに同一であることがより好ましい。
本発明の好適な一態様において、M以外のメソゲン部がコア部を中心として対称となる分子構造を有することが特に好ましく、
式(I-1)中、BとBとが同一であり、GとGとが同一であり、LとLとが同一であり、n1とn2とが同一であることが特に好ましく、
式(I-1)中、BとBとが同一であり、GとGとが同一であり、LとLとが同一であり、n1とn2とがともに2であることがとりわけ好ましい。
対称性が高い分子構造を有する液晶化合物は溶解性に劣る傾向にあるが、本発明においては、かかる対称性の高い分子構造を有する液晶化合物を互いに近似する構造を有する液晶化合物の混合物とすることにより溶剤に対する溶解性を向上させるものである。このため本発明は、従来、単独では溶剤に対する溶解性が十分ではなかった対称性の高い分子構造を有する重合性液晶化合物の利用に好適である。
なお、BおよびBが互いに同一であるとは、Mを中心としてみた場合のBおよびBの構造が互いに同一であることを意味し、例えばBが-O-CO-*1である場合において、Bと互いに同一であるBとは*2-CO-O-である(*1及び*2は、それぞれ独立してMとの結合手を表す)。以下、GとG、LとLにおける関係についても同様である。
本発明において、重合性液晶化合物(I-1)としては、例えば、特開2019-003177号等に記載されるような化合物が挙げられる。
式(I-2)で表される重合性液晶化合物において、式(I-2)中のM、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2は、重合性液晶混合組成物中にともに含まれる重合性液晶化合物(I-1)における式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2と同一である。式(I-2)中のEは式(I-1)中のEとは異なる炭素数1~20のアルカンジイル基であり、式(I)中のEおよびEとして例示したものと同様のものが挙げられる。式(I-2)中、メソゲン部を構成するEとEとは互いに異なる構造を有するため、重合性液晶化合物(I-2)はコア部であるMを中心として非対称構造のメソゲン部を有する。
重合性液晶化合物(I-2)は、Mで表される2価の連結基(コア部)を中心として、M以外のメソゲン部が非対称となる分子構造を有するが、コア部を中心として対称関係にあるメソゲン部の環構造が互いに同一であることがより好ましく、式(I-2)中のEおよびEの構造においてのみ非対称となることがさらに好ましい。したがって、式(I-2)中、n1およびn2が同一であることが好ましく、
n1およびn2がそれぞれ1である場合に、GとGとが互いに同一であることがより好ましく、
n1およびn2がそれぞれ2である場合に、Bに結合するGとBに結合するGとが互いに同一であり、かつ、他方のGとGとが互いに同一であることがより好ましい。 また、式(I-2)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合に、LとLとが互いに同一であることがより好ましく、
n1およびn2がそれぞれ2である場合に、それぞれEに結合するLとLとが互いに同一であり、かつ、他方のLとLとが互いに同一であることがより好ましく、
とBとが同一であり、GとGとが同一であり、LとLとが同一であり、n1とn2とが同一であることが特に好ましい。
本発明において重合性液晶化合物(I-2)の構造は、重合性液晶混合組成物中にともに含まれる重合性液晶化合物(I-1)との関係において特定され、重合性液晶化合物(I-1)とはメソゲン部を構成する式(I-1)中の一方の-E-〔式(I-2)中の-E-〕に相当する構造においてのみ異なる。本発明の重合性液晶混合組成物に含まれる重合性液晶化合物(I-2)は、1種のみであってもよく、2種以上であってもよい。なお、式(I-2)中のコア部Mが非対称構造の2価の連結基である場合、重合性液晶化合物(I-2)には、式(I-2a)で表される化合物および式(I-2b)で表される化合物が含まれる。
Figure 0007420502000012
Figure 0007420502000013
本発明において、式(I-3)で表される重合性液晶化合物において、式(I-3)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2は、重合性液晶混合組成物中にともに含まれる重合性液晶化合物(I-1)における式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2と同一である。式(I-3)中のEは、重合性液晶混合組成物中にともに含まれる重合性液晶化合物(I-2)における式(I-2)中のEと同一であり、式(I-3)中の2つのEは互いに同一である。
重合性液晶化合物(I-3)は、Mで表される2価の連結基(コア部)を中心として、コア部を中心として対称関係にあるメソゲン部の環構造が互いに同一であることがより好ましく、M以外のメソゲン部が対称となる分子構造を有することがより好ましい。したがって、式(I-3)中、n1およびn2が同一であることが好ましく、
n1およびn2がそれぞれ1である場合に、GとGとが互いに同一であることがより好ましく、
n1およびn2がそれぞれ2である場合に、Bに結合するGとBに結合するGとが互いに同一であり、かつ、他方のGとGとが互いに同一であることがより好ましい。 また、式(I-3)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合に、LとLとが互いに同一であることがより好ましく、
n1およびn2がそれぞれ2である場合に、それぞれEに結合するLとLとが互いに同一であり、かつ、他方のLとLとが互いに同一であることがより好ましく、
とBとが同一であり、GとGとが同一であり、LとLとが同一であり、n1とn2とが同一であることが特に好ましい。
本発明において重合性液晶化合物(I-3)の構造は、重合性液晶混合組成物中にともに含まれる重合性液晶化合物(I-1)および(I-2)との関係において特定され、重合性液晶化合物(I-1)とはメソゲン部を構成する式(I-1)中の-E-〔式(I-3)中の-E-〕に相当する構造においてのみ異なり、かつ、重合性液晶化合物(I-2)とはメソゲン部を構成する式(I-2)中の-E-〔式(I-3)中の一方の-E-〕に相当する構造においてのみ異なる。本発明の重合性液晶混合組成物に含まれる重合性液晶化合物(I-3)は、1種のみであってもよく、2種以上であってもよい。
本発明の重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物(I-1)および(I-3)は、式(I-1)または式(I-3)中のMで表される2価の連結基(コア部)を中心として、M以外の部分(メソゲン部)が対称となる分子構造を有することが好ましい。一方、重合性液晶化合物(I-2)は、式(I-2)中のMで表される2価の連結基(コア部)を中心として、M以外の部分(メソゲン部)が非対称となる分子構造を有する。本発明の重合性液晶混合組成物が、構造が互いに近似する少なくとも3種の重合性液晶化合物であって、コア部を中心として対称構造のメソゲン部を有する重合性液晶化合物(I-1)および(I-3)と、コア部を中心として非対称構造のメソゲン部を有する重合性液晶化合物(I-2)とを含む場合、重合性液晶化合物が互いに混ざりやすくなり、混合組成物としての溶剤に対する溶解性をより高めることができる。このため、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)または(I-3)を単独で溶剤に溶解させる場合と比較して、同じ量またはより少ない量の溶剤に対してより多くの重合性液晶化合物を容易に溶解させることが可能となる。また、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)または(I-3)単独では溶解し得ない溶剤に対しても混合組成物として溶解することが可能となる場合がある。これにより、塗工液中に未溶解の重合性液晶化合物が残存し難く、製膜時の高い塗布性を確保することができ、製膜性に優れた重合性液晶混合組成物となる。さらに、塗工液を調製するために必要とされる溶剤量を削減することができる、選択し得る溶剤の種類が多くなることにより用いる基材や配向膜、製造条件等の選択肢が増えるといった点においても有利である。また、溶剤に対する重合性液晶化合物の溶解性が向上することにより、塗工液中での重合性液晶化合物の析出やスタッキングを抑制することができる。これにより、未溶解の重合性液晶化合物や析出物等に起因する配向欠陥の発生を抑制したり、保管安定性を向上させたりすることができ、用いる重合性液晶化合物が本来発現し得る光学特性を低下させることなく製膜化することが可能となる。また、重合性液晶化合物のメソゲン部のアルキル鎖〔式(I)中のEおよびEの炭素数〕の長さのみを変更することにより、重合性液晶化合物の合成時の反応性に差異を生じることなく、所望の組成比で各重合性液晶化合物を含む重合性液晶混合組成物を得やすい利点もある。
本発明の重合性液晶混合組成物において、式(I-1)および式(I-2)中の各Eと、式(I-2)および式(I-3)中の各Eがいずれも炭素数4~20のアルカンジイル基であることが好ましく、
式(I-1)および式(I-2)中の各Eと、式(I-2)および式(I-3)中の各Eがいずれも炭素数4~20のアルカンジイル基であり、かつ、式(I-1)および式(I-2)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数と、式(I-2)および式(I-3)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数との差がいずれも2以上であることがより好ましい。
前記アルカンジイル基の炭素数の差がいずれも2以上であると、液晶混合組成物として各重合性液晶化合物の溶剤に対する溶解性を効果的に高めることができるため、塗布性および製膜性に優れ、生産効率よく光学フィルムを製造するのに適した重合性液晶混合組成物を得ることができる。
式(I-1)および式(I-2)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数と、式(I-2)および式(I-3)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数との差の上限は、通常20以下であり、好ましくは9以下、より好ましくは7以下である。なお、炭素数の差が「いずれも2以上」とは、重合性液晶化合物(I-2)および/または(I-3)が複数種存在する場合、その全ての重合性液晶化合物(I-2)および/または(I-3)におけるEで表されるアルカンジイル基の炭素数が、式(I-1)および式(I-2)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数と2以上異なることを意味する。
本発明の重合性液晶混合組成物を構成する式(I)で表される重合性液晶化合物の組み合わせとしては、例えば、下記表1~4に例示するような組み合わせが挙げられる。各表に記載される重合性液晶混合組成物は、基本構造として記載される構造中のEおよび/またはEのみにおいて互いに異なる3種以上の重合性液晶化合物を含んでなる。
Figure 0007420502000014
Figure 0007420502000015
Figure 0007420502000016
Figure 0007420502000017
Figure 0007420502000018
本発明の重合性液晶混合組成物は、式(I)で表される重合性液晶化合物のうち、M、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2がそれぞれ互いに同一である〔すなわち、式(I)中のEおよび/またはEで表される構造に相当する構造以外の分子構造が互いに同一である〕式(I)で表される重合性液晶化合物の総モル量に対して、式(I-1)で表される重合性液晶化合物と、式(I-2)で表される重合性液晶化合物と、式(I-3)で表される重合性液晶化合物とをそれぞれ10モル%以上含むことが好ましい。分子構造が互いに近似する3種の重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)をそれぞれ10モル%以上含むことにより、3種の重合性液晶化合物の含有量に著しい偏りがなく互いに混ざりやすくなるため、溶剤に対する各重合性液晶化合物の溶解性を効果的に高めることができる。
本発明の一態様において、本発明の重合性液晶混合組成物は、重合性液晶化合物(I-1)の含有量と比較して重合性液晶化合物(I-2)の含有量が多いことが好ましく、重合性液晶混合組成物における重合性液晶化合物(I-1)と(I-2)の含有比率〔モル比、(I-1):(I:2)〕は、好ましくは1:1~1:5であり、より好ましくは1:1~1:2である。また、重合性液晶化合物(I-3)の含有量と比較して重合性液晶化合物(I-2)の含有量が多いことが好ましく、重合性液晶混合組成物における重合性液晶化合物(I-2)と(I-3)の含有比率〔モル比、(I-2):(I:3)〕は、好ましくは1:8~8:1であり、より好ましくは1:4~4:1である。なお、重合性液晶混合組成物が複数種の重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および/または(I-3)を含む場合、前記含有比率は各重合性液晶化合物に相当する化合物の合計量として算出される。
本発明の重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)などの式(I)で表される重合性液晶化合物の製造方法は特に限定されず、Methoden der Organischen Chemie、Organic Reactions、OrganicSyntheses、Comprehensive Organic Synthesis、新実験化学講座等に記載されている公知の有機合成反応(例えば、縮合反応、エステル化反応、ウイリアムソン反応、ウルマン反応、ウイッティヒ反応、シッフ塩基生成反応、ベンジル化反応、薗頭反応、鈴木-宮浦反応、根岸反応、熊田反応、檜山反応、ブッフバルト-ハートウィッグ反応、フリーデルクラフト反応、ヘック反応、アルドール反応等)を、その構造に応じて、適宜組み合わせることにより、製造することができる。具体的には、例えば、特開2019-003177号等に記載の重合性液晶化合物の製造方法に従い、所望する重合性液晶化合物の構造に対応する構造を有するアルコール化合物とカルボン酸化合物とのエステル化反応により調製することができる。
本発明の重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)は、それぞれを別々に調製した後、3種を混合することによって液晶混合物とすることができる。また、下記式(III-1)で表される化合物の反応性基Rと、(III-2)で表される化合物の反応性基Rと、(III-3)で表される化合物のRとを反応させることを含む方法により、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)を含む液晶混合物として調製することもできる。
Figure 0007420502000019
〔式中、RおよびRは互いに独立して、反応性基を表し、
、L、L、G、G、P、n1およびn2は、式(I-1)中のM、L、L、G、G、P、n1およびn2と同じ意味を表し、
は、式(I-1)中のEと同じ意味を表し、
は、式(I-2)中のEと同じ意味を表す。〕
合成が簡便であり、重合性液晶混合組成物をより効率的に製造し得る観点からは後者の方法により製造することが好ましい。
式(III-1)、(III-2)および(III-3)中のM、L、L、G、G、E、E、P、n1およびn2は、所望する重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)の対応する分子構造に応じて決定される。
式(III-3)中のRと、式(III-1)および(III-2)中のRは、互いに反応して重合性液晶化合物(I-1)~(I-3)を表す式(I-1)~(I-3)中のBおよびBで表される構造を形成し得るものであればよい。例えば、Rおよび/またはRで表される反応性基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基等が挙げられ、重合性液晶化合物の製造に利用する反応に応じてRおよびRで表される反応性基をそれぞれ選択すればよい。
反応の容易性や材料の取扱い性、入手容易性等の観点から、典型的には例えば、式(III-3)で表される化合物として式(III-3)中のRがヒドロキシル基であるアルコール化合物と、式(III-1)で表される化合物および式(III-2)で表される化合物として式(III-1)および(III-2)中のRがそれぞれカルボキシル基であるカルボン酸化合物とを用いてエステル化反応を行うことにより本発明の重合性液晶混合物を製造できる。該エステル化反応は、式(I)で表される重合性液晶化合物等を製造するために利用し得るエステル化反応と同様の方法に従い行うことができ、例えば上述した特開2019-003177号等に記載の方法や条件を採用することができる。
調製に用いる式(III-1)で表される化合物および式(III-2)で表される化合物の量を調整することにより得られる液晶混合物における重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)の含有量を制御することができる。上記RとRとを反応させる方法でカルボン酸化合物を複数用いることにより、多数の化合物を同時に合成することができる。カルボン酸化合物の合計を1とした場合のカルボン酸化合物のモル分率をそれぞれAn、Bn、Cnとすると、重合性液晶化合物(I-1)と(I-2)との合計を1とした場合の重合性化合物(I-1)の理論的なモル分率Snは下記の通り表される。
Sn=Σ(An+Bn+Cn
また、重合性化合物(I-2)の理論的なモル分率は、同様に1-Snで表される。
本発明の重合性液晶混合組成物は、本発明の効果に影響を及ぼさない限りにおいて、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)以外の重合性液晶化合物を含んでいてもよい。重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)以外の他の重合性液晶化合物としては、例えば、式(I)で表される分子構造を有するが、式(I-1)で表される重合性液晶化合物との関係において重合性液晶化合物(I-2)および(I-3)のいずれにも該当しない重合性液晶化合物の他、一般に正波長分散性を示す重合性液晶化合物、例えば、液晶便覧(液晶便覧編集委員会編、丸善(株)平成12年10月30日発行)の「3.8.6 ネットワーク(完全架橋型)」、「6.5.1 液晶材料 b.重合性ネマチック液晶材料」に記載された化合物の中で重合性基を有する化合物等が挙げられる。
本発明の重合性液晶混合組成物が重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)以外の重合性液晶化合物を含む場合、その含有量は、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)の合計100質量部に対して150質量部以下であることが好ましく、100質量部以下であることがより好ましく、50質量部以下であることがさらに好ましい。特に、分子構造の大きく異なる液晶化合物の含有量が多くなり過ぎると、相分離を引き起こし、外観を著しく損なうおそれがあるため、本発明の重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物が、式(I)で表される重合性液晶化合物から実質的に構成されることが好ましく、式(I)におけるM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2が式(I-1)におけるM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2と同一である重合性液晶化合物から実質的に構成されることがより好ましい。なお、前記「実質的に構成される」とは、前記式(I)で表される重合性液晶化合物等の含有量が本発明の重合性液晶混合組成物に含まれる重合性液晶化合物の総質量に対して90質量%以上であることをいう。
重合性液晶混合組成物中の重合性液晶化合物の含有量(全ての重合性液晶化合物の総量)は、重合性液晶混合組成物の固形分100質量部に対して、例えば70~99.5質量部であり、好ましくは80~99質量部であり、より好ましくは85~98質量部であり、さらに好ましくは90~95質量部である。重合性液晶化合物の含有量が上記範囲内であれば、得られる液晶硬化膜の配向性の観点から有利である。なお、本明細書において、重合性液晶混合組成物の固形分とは、重合性液晶混合組成物から有機溶剤等の揮発性成分を除いた全ての成分を意味する。
本発明の重合性液晶混合組成物は、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)に加えて、有機溶剤、光重合開始剤、重合禁止剤、光増感剤、レベリング剤などの添加剤をさらに含んでいてもよい。これらの成分は、それぞれ、1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明において重合性液晶混合組成物は、通常、溶剤に溶解した状態で基材等に塗布されるため溶剤を含むことが好ましい。溶剤としては、重合性液晶化合物(I-1)~(I-3)等の重合性液晶混合組成物を構成する重合性液晶化合物を溶解し得る溶剤が好ましく、また、重合性液晶化合物の重合反応に不活性な溶剤であることが好ましい。溶剤としては、例えば、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、1-メトキシ-2-プロパノール、2-ブトキシエタノールおよびプロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートおよび乳酸エチル等のエステル溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-ヘプタノンおよびメチルイソブチルケトン等のケトン溶剤;ペンタン、ヘキサンおよびヘプタン等の脂肪族炭化水素溶剤;エチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素溶剤;トルエンおよびキシレン等の芳香族炭化水素溶剤;アセトニトリル等のニトリル溶剤;テトラヒドロフランおよびジメトキシエタン等のエーテル溶剤;クロロホルムおよびクロロベンゼン等の塩素含有溶剤;ジメチルアセトアミド、ジメチルホルミアミド、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等のアミド系溶剤等が挙げられる。これらの溶剤は、単独または二種以上組み合わせて使用できる。これらの中でも、有機溶剤が好ましく、アルコール溶剤、エステル溶剤、ケトン溶剤、塩素含有溶剤、アミド系溶剤および芳香族炭化水素溶剤がより好ましい。
重合性液晶混合組成物中の溶剤の含有量は、重合性液晶混合組成物100質量部に対して、好ましくは50~98質量部、より好ましくは70~95質量部である。従って、重合性液晶混合組成物100質量部に占める固形分は、2~50質量部が好ましく、5~30質量部がより好ましい。固形分が50質量部以下であると、重合性液晶混合組成物の粘度が低くなることから、膜の厚みが略均一になり、ムラが生じ難くなる傾向がある。上記固形分は、製造しようとする液晶硬化膜の厚みを考慮して適宜定めることができる。
本発明の重合性液晶混合組成物は重合開始剤を含むことが好ましい。重合開始剤は、熱または光の寄与によって反応活性種を生成し、重合性液晶等の重合反応を開始し得る化合物である。反応活性種としては、ラジカル、カチオンまたはアニオン等の活性種が挙げられる。中でも反応制御が容易であるという観点から、光照射によってラジカルを発生する光重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンジルケタール化合物、α-ヒドロキシケトン化合物、α-アミノケトン化合物、トリアジン化合物、ヨードニウム塩およびスルホニウム塩等が挙げられる。具体的には、イルガキュア(Irgacure、登録商標)907、イルガキュア184、イルガキュア651、イルガキュア819、イルガキュア250、イルガキュア369、イルガキュア379、イルガキュア127、イルガキュア2959、イルガキュア754、イルガキュア379EG(以上、BASFジャパン株式会社製)、セイクオールBZ、セイクオールZ、セイクオールBEE(以上、精工化学株式会社製)、カヤキュアー(kayacure)BP100(日本化薬株式会社製)、カヤキュアーUVI-6992(ダウ社製)、アデカオプトマーSP-152、アデカオプトマーSP-170、アデカオプトマーN-1717、アデカオプトマーN-1919、アデカアークルズNCI-831、アデカアークルズNCI-930(以上、株式会社ADEKA製)、TAZ-A、TAZ-PP(以上、日本シイベルヘグナー社製)およびTAZ-104(三和ケミカル社製)が挙げられる。
本発明において、重合性液晶混合組成物は少なくとも1種の光重合開始剤を含むことが好ましく、2種以上の光重合開始剤を含んでいてもよい。
光重合開始剤は、光源から発せられるエネルギーを十分に活用でき、生産性に優れるため、極大吸収波長が300nm~400nmであると好ましく、300nm~380nmであるとより好ましく、中でも、α-アセトフェノン系重合開始剤、オキシム系光重合開始剤が好ましい。
α-アセトフェノン化合物としては、2-メチル-2-モルホリノ-1-(4-メチルスルファニルフェニル)プロパン-1-オン、2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-2-ベンジルブタン-1-オンおよび2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-2-(4-メチルフェニルメチル)ブタン-1-オン等が挙げられ、より好ましくは2-メチル-2-モルホリノ-1-(4-メチルスルファニルフェニル)プロパン-1-オンおよび2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-2-ベンジルブタン-1-オンが挙げられる。α-アセトフェノン化合物の市販品としては、イルガキュア369、379EG、907(以上、BASFジャパン(株)製)およびセイクオールBEE(精工化学社製)等が挙げられる。
オキシム系光重合開始剤は、光が照射されることによってメチルラジカルを生成させる。このメチルラジカルにより、形成される液晶硬化膜深部における重合性液晶化合物の重合が好適に進行する。また、形成される液晶硬化膜深部での重合反応をより効率的に進行させるという観点から、波長350nm以上の紫外線を効率的に利用可能な光重合開始剤を使用することが好ましい。波長350nm以上の紫外線を効率的に利用可能な光重合開始剤としては、トリアジン化合物やオキシムエステル型カルバゾール化合物が好ましく、感度の観点からはオキシムエステル型カルバゾール化合物がより好ましい。オキシムエステル型カルバゾール化合物としては、1,2-オクタンジオン、1-[4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-1-(O-アセチルオキシム)等が挙げられる。オキシムエステル型カルバゾール化合物の市販品としては、イルガキュアOXE-01、イルガキュアOXE-02、イルガキュアOXE-03(以上、BASFジャパン株式会社製)、アデカオプトマーN-1919、アデカアークルズNCI-831(以上、株式会社ADEKA製)等が挙げられる。
光重合開始剤の添加量は、重合性液晶化合物100質量部に対して、通常、0.1質量部~30質量部であり、好ましくは1質量部~20質量部であり、より好ましくは1質量部~15質量部である。上記範囲内であれば、重合性基の反応が十分に進行し、かつ、重合性液晶化合物の配向を乱し難い。
重合禁止剤を配合することにより、重合性液晶化合物の重合反応をコントロールすることができる。重合禁止剤としては、ハイドロキノンおよびアルキルエーテル等の置換基を有するハイドロキノン類;ブチルカテコール等のアルキルエーテル等の置換基を有するカテコール類;ピロガロール類、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシラジカル等のラジカル補捉剤;チオフェノール類;β-ナフチルアミン類およびβ-ナフトール類が挙げられる。配向を乱すことなく重合性液晶化合物を重合するためには、重合禁止剤の含有量は、重合性液晶化合物100質量部に対して、通常0.01~10質量部であり、好ましくは0.1~5質量部であり、さらに好ましくは0.1~3質量部である。
さらに、増感剤を用いることにより、光重合開始剤を高感度化することができる。光増感剤としては、例えば、キサントン、チオキサントン等のキサントン類;アントラセンおよびアルキルエーテル等の置換基を有するアントラセン類;フェノチアジン;ルブレンが挙げられる。光増感剤としては、例えば、キサントン、チオキサントン等のキサントン類;アントラセンおよびアルキルエーテル等の置換基を有するアントラセン類;フェノチアジン;ルブレンが挙げられる。光増感剤の含有量は、重合性液晶化合物100質量部に対して、通常0.01~10質量部であり、好ましくは0.05~5質量部であり、さらに好ましくは0.1~3質量部である。
さらに、本発明の重合性液晶混合組成物はレベリング剤を含んでいてもよい。レベリング剤は、重合性液晶混合組成物の流動性を調整し、これを塗布して得られる膜をより平坦にする機能を有する添加剤であり、例えば、シリコーン系、ポリアクリレート系およびパーフルオロアルキル系のレベリング剤が挙げられる。具体的には、DC3PA、SH7PA、DC11PA、SH28PA、SH29PA、SH30PA、ST80PA、ST86PA、SH8400、SH8700、FZ2123(以上、全て東レ・ダウコーニング(株)製)、KP321、KP323、KP324、KP326、KP340、KP341、X22-161A、KF6001(以上、全て信越化学工業(株)製)、TSF400、TSF401、TSF410、TSF4300、TSF4440、TSF4445、TSF-4446、TSF4452、TSF4460(以上、全てモメンティブ パフォーマンス マテリアルズ ジャパン合同会社製)、フロリナート(fluorinert)(登録商標)FC-72、同FC-40、同FC-43、同FC-3283(以上、全て住友スリーエム(株)製)、メガファック(登録商標)R-08、同R-30、同R-90、同F-410、同F-411、同F-443、同F-445、同F-470、同F-477、同F-479、同F-482、同F-483(以上、いずれもDIC(株)製)、エフトップ(商品名)EF301、同EF303、同EF351、同EF352(以上、全て三菱マテリアル電子化成(株)製)、サーフロン(登録商標)S-381、同S-382、同S-383、同S-393、同SC-101、同SC-105、KH-40、SA-100(以上、全てAGCセイミケミカル(株)製)、商品名E1830、同E5844((株)ダイキンファインケミカル研究所製)、BM-1000、BM-1100、BYK-352、BYK-353およびBYK-361N(いずれも商品名:BM Chemie社製)等が挙げられる。中でも、ポリアクリレート系レベリング剤およびパーフルオロアルキル系レベリング剤が好ましい。
重合性液晶混合組成物におけるレベリング剤の含有量は、重合性液晶化合物100質量部に対して、0.01~5質量部が好ましく、0.05~3質量部がさらに好ましい。レベリング剤の含有量が、上記範囲内であると、重合性液晶化合物を配向させることが容易であり、かつ得られる液晶硬化膜がより平滑となる傾向があるため好ましい。重合性液晶混合組成物は、レベリング剤を2種類以上含有していてもよい。
本発明の重合性液晶混合組成物は、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)に、必要に応じて、溶剤、重合開始剤、重合禁止剤、光増感剤またはレベリング剤などの添加剤を加えて、所定温度で撹拌混合すること等により調製することができる。
<位相差板>
本発明の重合性液晶混合組成物は、重合性液晶化合物の溶剤に対する溶解性が高く、塗布性および製膜性に優れるため、未溶解の重合性液晶化合物や保管中の析出物等に起因する配向欠陥の発生を抑制することができる。このため、本発明の重合性液晶混合組成物を用いることにより、重合性液晶化合物が本来発現し得る光学特性を低下させることなく製膜化することが可能となり、優れた光学特性を有した液晶硬化膜を得ることができる。したがって、本発明は、本発明の重合性液晶混合組成物の硬化物であって、該重合性液晶混合組成物の硬化物であって、該重合性液晶混合組成物中の重合性液晶化合物が配向した状態で硬化してなる液晶硬化膜を含む位相差板にも関する。前記液晶硬化膜から構成される位相差板は、用いる重合性液晶化合物が本来発揮し得る光学特性を十分に発現することができ、高い光学性能を有する位相差板となり得る。
本発明の位相差板を構成する液晶硬化膜は、配向状態の重合性液晶化合物(I-1)のホモポリマーと、重合性液晶化合物(I-2)のホモポリマーと、重合性液晶化合物(I-3)のホモポリマーとから構成されていてもよく、また、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)の混合物の配向状態における共重合体から構成されていてもよい。重合反応が容易であり、均一な液晶硬化膜を得やすいため、本発明の位相差板を構成する液晶硬化膜は、重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)の混合物の配向状態における共重合体から構成されていることが好ましい。
本発明の一態様において、本発明の位相差板は、本発明の重合性液晶混合組成物の硬化物であり、下記式(1)、(2)および(3)で表される光学特性を有する液晶硬化膜を含む。該液晶硬化膜は、通常、重合性液晶化合物が該液晶硬化膜平面に対して水平方向に配向した状態で硬化してなる硬化物(以下、「水平配向液晶硬化膜」ともいう)である。
Re(450)/Re(550)≦1.00 (1)
1.00≦Re(650)/Re(550) (2)
100nm≦Re(550)≦180nm (3)
〔式中、Re(λ)は液晶硬化膜の波長λnmにおける面内位相差値を表し、Re=(nx(λ)-ny(λ))×dである(dは液晶硬化膜の厚みを表し、nxは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に平行な方向の波長λnmにおける主屈折率を表し、nyは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して平行であり、且つ、前記nxの方向に対して直交する方向の波長λnmにおける屈折率を表す)。〕
水平配向液晶硬化膜が式(1)および(2)を満たす場合、当該水平配向液晶硬化膜は、短波長での面内位相差値が長波長での面内位相差値よりも小さくなる、いわゆる逆波長分散性を示す。逆波長分散性が向上し、位相差板の光学特性がより向上することから、Re(450)/Re(550)は、好ましくは0.70以上、より好ましくは0.78以上であり、また、好ましくは0.92以下、より好ましくは0.90以下、さらに好ましくは0.87以下、特に好ましくは0.86以下、より特に好ましくは0.85以下である。また、Re(650)/Re(550)は、好ましくは1.00以上、より好ましくは1.01以上であり、さらに好ましくは1.02以上である。
上記面内位相差値は、水平配向液晶硬化膜の厚みdによって調整することができる。面内位相差値は、上記式Re(λ)=(nx(λ)-ny(λ))×dによって決定されることから、所望の面内位相差値(Re(λ):波長λ(nm)における水平配向液晶硬化膜の面内位相差値)を得るには、3次元屈折率と膜厚dとを調整すればよい。
また、水平配向液晶硬化膜が式(3)を満たす場合、該水平配向液晶硬化膜を含む位相差板を備える楕円偏光板を有機EL表示装置に適用した場合の正面反射色相の向上効果(着色を抑制させる効果)に優れる。面内位相差値のより好ましい範囲は、120nm≦Re(550)≦170nmであり、さらに好ましい範囲は130nm≦Re(550)≦150nmである。
本発明の一態様において、本発明の位相差板は、本発明の重合性液晶混合組成物の硬化物であり、下記式(4)、(5)および(6)で表される光学特性を有する液晶硬化膜を含む。該液晶硬化膜は、通常、重合性液晶化合物が該液晶硬化膜平面に対して垂直方向に配向した状態で硬化してなる硬化物(以下、「垂直配向液晶硬化膜」ともいう)である。
Rth(450)/Rth(550)≦1.00 (4)
1.00≦Rth(650)/Rth(550) (5)
-100nm≦Rth(550)≦-40nm (6)
〔式中、Rth(λ)は液晶硬化膜の波長λnmにおける厚み方向の位相差値を表し、Rth=((nx(λ)+ny(λ))/2―nz)×dである(dは液晶硬化膜の厚みを表し、nxは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に平行な方向の波長λnmにおける主屈折率を表し、nyは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して平行であり、且つ、前記nxの方向に対して直交する方向の波長λnmにおける屈折率を表し、nzは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して垂直な方向の波長λnmにおける屈折率を表す)。〕
垂直配向液晶硬化膜が式(4)および(5)を満たす場合、当該垂直配向液晶硬化膜を含む位相差板を備える楕円偏光板において、短波長側で楕円率の低下を抑制することができ、斜方反射色相を向上させることができる。垂直配向液晶硬化膜におけるRth(450)/Rth(550)の値は、好ましくは0.70以上、より好ましくは0.78以上であり、また、好ましくは0.92以下、より好ましくは0.90以下、さらに好ましくは0.87以下、特に好ましくは0.86以下、より特に好ましくは0.85以下である。また、Rth(650)/Rth(550)は、好ましくは1.0以上、より好ましくは1.01以上であり、さらに好ましくは1.02以上である。
また、垂直配向液晶硬化膜が式(6)を満たす場合、該垂直配向液晶硬化膜を含む位相差板を備える楕円偏光板を有機EL表示装置に適用した場合の斜方反射色相を向上させることができる。垂直配向液晶硬化膜の膜厚方向の位相差値Rth(550)は、より好ましくは-90nm以上、さらに好ましくは-80nm以上であり、また、より好ましくは-50nm以下である。
本発明の位相差板は、例えば、
本発明の重合性液晶混合組成物の塗膜を形成し、該塗膜を乾燥し、かつ、該重合性液晶混合組成物中の重合性液晶化合物を配向させる工程、および、
配向状態を保持したまま光照射により重合性液晶化合物を重合させ、液晶硬化膜を形成する工程
を含む方法により製造することができる。
重合性液晶混合組成物の塗膜は、基材上または後述する配向膜上などに重合性液晶組成物を塗布することにより形成することができる。
基材としては、例えば、ガラス基材やフィルム基材等が挙げられるが、加工性の観点から樹脂フィルム基材が好ましい。フィルム基材を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびノルボルネン系ポリマーのようなポリオレフィン;環状オレフィン系樹脂;ポリビニルアルコール;ポリエチレンテレフタレート;ポリメタクリル酸エステル;ポリアクリル酸エステル;トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、およびセルロースアセテートプロピオネートのようなセルロースエステル;ポリエチレンナフタレート;ポリカーボネート;ポリスルホン;ポリエーテルスルホン;ポリエーテルケトン;ポリフェニレンスルフィドおよびポリフェニレンオキシドのようなプラスチックが挙げられる。このような樹脂を、溶媒キャスト法、溶融押出法等の公知の手段により製膜して基材とすることができる。基材表面には、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等から形成される保護層を有していてもよく、シリコーン処理のような離型処理、コロナ処理、プラズマ処理等の表面処理が施されていてもよい。
基材として市販の製品を用いてもよい。市販のセルロースエステル基材としては、例えば、フジタックフィルムのような富士写真フィルム株式会社製のセルロースエステル基材;「KC8UX2M」、「KC8UY」、および「KC4UY」のようなコニカミノルタオプト株式会社製のセルロースエステル基材などが挙げられる。市販の環状オレフィン系樹脂としては、たとえば、「Topas(登録商標)」のようなTicona社(独)製の環状オレフィン系樹脂;「アートン(登録商標)」のようなJSR株式会社製の環状オレフィン系樹脂;「ゼオノア(ZEONOR)(登録商標)」、および「ゼオネックス(ZEONEX)(登録商標)」のような日本ゼオン株式会社製の環状オレフィン系樹脂;「アペル」(登録商標)のような三井化学株式会社製の環状オレフィン系樹脂が挙げられる。市販されている環状オレフィン系樹脂基材を用いることもできる。市販の環状オレフィン系樹脂基材としては、「エスシーナ(登録商標)」および「SCA40(登録商標)」のような積水化学工業株式会社製の環状オレフィン系樹脂基材;「ゼオノアフィルム(登録商標)」のようなオプテス株式会社製の環状オレフィン系樹脂基材;「アートンフィルム(登録商標)」のようなJSR株式会社製の環状オレフィン系樹脂基材が挙げられる。
位相差板の薄型化、基材の剥離容易性、基材のハンドリング性等の観点から、基材の厚みは、通常、5~300μmであり、好ましくは10~150μmである。
重合性液晶混合組成物を基材等に塗布する方法としては、スピンコーティング法、エクストルージョン法、グラビアコーティング法、ダイコーティング法、バーコーティング法、アプリケータ法などの塗布法、フレキソ法などの印刷法等の公知の方法が挙げられる。
次いで、溶剤を乾燥等により除去することにより、乾燥塗膜が形成される。乾燥方法としては、自然乾燥法、通風乾燥法、加熱乾燥および減圧乾燥法等が挙げられる。この際、重合性液晶組成物から得られた塗膜を加熱することにより、塗膜から溶剤を乾燥除去させるとともに、重合性液晶化合物を塗膜平面に対して所望の方向(例えば、水平または垂直方向)に配向させることができる。塗膜の加熱温度は、用いる重合性液晶化合物および塗膜を形成する基材等の材質などを考慮して適宜決定し得るが、重合性液晶化合物を液晶相状態へ相転移させるために、通常、液晶相転移温度以上の温度であることが必要である。重合性液晶組成物に含まれる溶剤を除去しながら、重合性液晶化合物を所望の配向状態とするため、例えば、前記重合性液晶混合組成物に含まれる重合性液晶化合物の液晶相転移温度(スメクチック相転移温度またはネマチック相転移温度)程度以上の温度まで加熱することができる。なお、液晶相転移温度は、例えば、温度調節ステージを備えた偏光顕微鏡や、示差走査熱量計(DSC)、熱重量示差熱分析装置(TG-DTA)等を用いて測定することができる。少なくとも3種の重合性液晶化合物を含む本発明の重合性液晶混合組成物における上記相転移温度は、重合性液晶組成物を構成する全重合性液晶化合物を重合性液晶組成物における組成と同じ比率で混合した重合性液晶化合物の混合物を用いて測定される温度を意味する。
本発明の重合性液晶混合組成物は、少なくとも3種の重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)および(I-3)を含んでおり、通常、それぞれ単独の重合性液晶化合物(I-1)、(I-2)または(I-3)が液晶相へ転移する温度よりも低い温度で液晶相転移することができる。このため、本発明の重合性液晶混合組成物を用いた位相差板の製造においては、熱エネルギーの過剰な消費を抑えることができ、生産効率を向上させることができる。また、比較的低い温度での加熱により液晶相転移を行えることにより、重合性液晶混合組成物を塗布する支持基材の選択肢が広がるといった利点もある。
加熱時間は、加熱温度、用いる重合性液晶化合物の種類、溶剤の種類やその沸点およびその量等に応じて適宜決定し得るが、通常、15秒~10分であり、好ましくは0.5~5分である。
塗膜からの溶剤の除去は、重合性液晶化合物の液晶相転移温度以上への加熱と同時に行ってもよいし、別途で行ってもよいが、生産性向上の観点から同時に行うことが好ましい。重合性液晶化合物の液晶相転移温度以上への加熱を行う前に、重合性液晶混合組成物から得られた塗膜中に含まれる重合性液晶化合物が重合しない条件で塗膜中の溶剤を適度に除去させるための予備乾燥工程を設けてもよい。かかる予備乾燥工程における乾燥方法としては、自然乾燥法、通風乾燥法、加熱乾燥および減圧乾燥法等が挙げられ、該乾燥工程における乾燥温度(加熱温度)は、用いる重合性液晶化合物の種類、溶剤の種類やその沸点およびその量等に応じて適宜決定し得る。
次いで、得られた乾燥塗膜において、重合性液晶化合物の配向状態を保持したまま、光照射により重合性液晶化合物を重合させることにより、所望の配向状態で存在する重合性液晶化合物の重合体である液晶硬化膜が形成される。本発明の重合性液晶組成物は、重合性液晶化合物に対する損傷を抑えながら、高強度の紫外線等の光照射により高度に重合させることが可能であるため、重合方法としては、通常、光重合法が用いられる。光重合において、乾燥塗膜に照射する光としては、当該乾燥塗膜に含まれる重合開始剤の種類、重合性液晶化合物の種類およびその量に応じて適宜選択される。その具体例としては、可視光、紫外光、赤外光、X線、α線、β線およびγ線からなる群より選択される1種以上の光や活性電子線が挙げられる。中でも、重合反応の進行を制御し易い点や、光重合装置として当分野で広範に用いられているものが使用できるという点で、紫外光が好ましく、紫外光によって、光重合可能なように、重合性液晶混合組成物に含有される重合性液晶化合物や重合開始剤の種類を選択しておくことが好ましい。また、重合時に、適切な冷却手段により乾燥塗膜を冷却しながら光照射することで、重合温度を制御することもできる。このような冷却手段の採用により、より低温で重合性液晶化合物の重合を実施すれば、基材が比較的耐熱性が低いものを用いたとしても、適切に液晶硬化膜を形成できる。また、光照射時の熱による不具合(基材の熱による変形等)が発生しない範囲で重合温度を高くすることにより重合反応を促進することも可能である。光重合の際、マスキングや現像を行うなどによって、パターニングされた硬化膜を得ることもできる。
前記活性エネルギー線の光源としては、例えば、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、カーボンアーク灯、タングステンランプ、ガリウムランプ、エキシマレーザー、波長範囲380~440nmを発光するLED光源、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀灯、メタルハライドランプ等が挙げられる。
紫外線照射強度は、通常、10~3,000mW/cmである。紫外線照射強度は、好ましくは光重合開始剤の活性化に有効な波長領域における強度である。光を照射する時間は、通常0.1秒~10分であり、好ましくは0.1秒~5分、より好ましくは0.1秒~3分、さらに好ましくは0.1秒~1分である。このような紫外線照射強度で1回または複数回照射すると、その積算光量は、10~3,000mJ/cm、好ましくは50~2,000mJ/cm、より好ましくは100~1,000mJ/cmである。
液晶硬化膜の厚みは、適用される表示装置に応じて適宜選択でき、好ましくは0.2~3μm、より好ましくは0.2~2μmである。
重合性液晶混合組成物の塗膜は配向膜上に形成されてもよい。配向膜は、重合性液晶化合物を所望の方向に液晶配向させる、配向規制力を有するものである。この中でも、重合性液晶化合物を水平方向に配向させる配向規制力を有する配向膜を水平配向膜、垂直方向に配向させる配向規制力を有する配向膜を垂直配向膜と呼ぶことがある。配向規制力は、配向膜の種類、表面状態やラビング条件等によって任意に調整することが可能であり、配向膜が光配向性ポリマーから形成されている場合は、偏光照射条件等によって任意に調整することが可能である。
配向膜としては、重合性液晶混合組成物の塗布等により溶解しない溶剤耐性を有し、また、溶剤の除去や後述する重合性液晶化合物の配向のための加熱処理における耐熱性を有するものが好ましい。配向膜としては、配向性ポリマーを含む配向膜、光配向膜および表面に凹凸パターンや複数の溝を有するグルブ配向膜、配向方向に延伸してある延伸フィルム等が挙げられ、配向角の精度および品質の観点から光配向膜が好ましい。
配向性ポリマーとしては、例えば、分子内にアミド結合を有するポリアミドやゼラチン類、分子内にイミド結合を有するポリイミドおよびその加水分解物であるポリアミック酸、ポリビニルアルコール、アルキル変性ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリオキサゾール、ポリエチレンイミン、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸およびポリアクリル酸エステル類が挙げられる。中でも、ポリビニルアルコールが好ましい。配向性ポリマーは単独または2種以上を組み合わせて使用できる。
配向性ポリマーを含む配向膜は、通常、配向性ポリマーが溶剤に溶解した組成物(以下、「配向性ポリマー組成物」ということがある)を基材に塗布し、溶剤を除去する、または、配向性ポリマー組成物を基材に塗布し、溶剤を除去し、ラビングする(ラビング法)ことで得られる。溶剤としては、重合性液晶混合組成物に用い得る溶剤として先に例示した溶剤と同様のものが挙げられる。
配向性ポリマー組成物中の配向性ポリマーの濃度は、配向性ポリマー材料が、溶剤に完溶できる範囲であればよいが、溶液に対して固形分換算で0.1~20%が好ましく、0.1~10%程度がさらに好ましい。
配向性ポリマー組成物として、市販の配向膜材料をそのまま使用してもよい。市販の配向膜材料としては、サンエバー(登録商標、日産化学工業(株)製)、オプトマー(登録商標、JSR(株)製)などが挙げられる。
配向性ポリマー組成物を基材に塗布する方法としては、重合性液晶混合組成物を基材へ塗布する方法として例示したものと同様のものが挙げられる。
配向性ポリマー組成物に含まれる溶剤を除去する方法としては、自然乾燥法、通風乾燥法、加熱乾燥および減圧乾燥法等が挙げられる。
配向膜に配向規制力を付与するために、必要に応じてラビング処理を行うことができる(ラビング法)。ラビング法により配向規制力を付与する方法としては、ラビング布が巻きつけられ、回転しているラビングロールに、配向性ポリマー組成物を基材に塗布しアニールすることで基材表面に形成された配向性ポリマーの膜を接触させる方法が挙げられる。ラビング処理を行う時に、マスキングを行えば、配向の方向が異なる複数の領域(パターン)を配向膜に形成することもできる。
光配向膜は、通常、光反応性基を有するポリマーまたはモノマーと溶剤とを含む組成物(以下、「光配向膜形成用組成物」ともいう)を基材に塗布し、溶剤を除去後に偏光(好ましくは、偏光UV)を照射することで得られる。光配向膜は、照射する偏光の偏光方向を選択することにより、配向規制力の方向を任意に制御することができる点でも有利である。
光反応性基とは、光照射することにより液晶配向能を生じる基をいう。具体的には、光照射により生じる分子の配向誘起または異性化反応、二量化反応、光架橋反応もしくは光分解反応等の液晶配向能の起源となる光反応に関与する基が挙げられる。中でも、二量化反応または光架橋反応に関与する基が、配向性に優れる点で好ましい。光反応性基として、不飽和結合、特に二重結合を有する基が好ましく、炭素-炭素二重結合(C=C結合)、炭素-窒素二重結合(C=N結合)、窒素-窒素二重結合(N=N結合)および炭素-酸素二重結合(C=O結合)からなる群より選ばれる少なくとも1つを有する基が特に好ましい。
C=C結合を有する光反応性基としては、ビニル基、ポリエン基、スチルベン基、スチルバゾール基、スチルバゾリウム基、カルコン基およびシンナモイル基等が挙げられる。C=N結合を有する光反応性基としては、芳香族シッフ塩基、芳香族ヒドラゾンなどの構造を有する基が挙げられる。N=N結合を有する光反応性基としては、アゾベンゼン基、アゾナフタレン基、芳香族複素環アゾ基、ビスアゾ基、ホルマザン基、および、アゾキシベンゼン構造を有する基等が挙げられる。C=O結合を有する光反応性基としては、ベンゾフェノン基、クマリン基、アントラキノン基およびマレイミド基等が挙げられる。これらの基は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリルオキシ基、シアノ基、アルコキシカルボニル基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、ハロゲン化アルキル基などの置換基を有していてもよい。
中でも、光二量化反応に関与する光反応性基が好ましく、光配向に必要な偏光照射量が比較的少なく、かつ、熱安定性や経時安定性に優れる光配向膜が得られやすいという点で、シンナモイル基およびカルコン基が好ましい。光反応性基を有するポリマーとしては、当該ポリマー側鎖の末端部が桂皮酸構造となるようなシンナモイル基を有するものが特に好ましい。
光配向膜形成用組成物を基材上に塗布することにより、基材上に光配向誘起層を形成することができる。該組成物に含まれる溶剤としては、重合性液晶混合組成物に用い得る溶剤として先に例示した溶剤と同様のものが挙げられ、光反応性基を有するポリマーあるいはモノマーの溶解性に応じて適宜選択することができる。
光配向膜形成用組成物中の光反応性基を有するポリマーまたはモノマーの含有量は、ポリマーまたはモノマーの種類や目的とする光配向膜の厚みによって適宜調節できるが、光配向膜形成用組成物の質量に対して、少なくとも0.2質量%とすることが好ましく、0.3~10質量%の範囲がより好ましい。光配向膜の特性が著しく損なわれない範囲で、光配向膜形成用組成物は、ポリビニルアルコールやポリイミドなどの高分子材料や光増感剤を含んでいてもよい。
光配向膜形成用組成物を基材に塗布する方法としては、配向性ポリマー組成物を基材に塗布する方法と同様の方法が挙げられる。塗布された光配向膜形成用組成物から、溶剤を除去する方法としては例えば、自然乾燥法、通風乾燥法、加熱乾燥および減圧乾燥法等が挙げられる。
偏光を照射するには、基材上に塗布された光配向膜形成用組成物から、溶剤を除去したものに直接、偏光UVを照射する形式でも、基材側から偏光を照射し、偏光を透過させて照射する形式でもよい。また、当該偏光は、実質的に平行光であると特に好ましい。照射する偏光の波長は、光反応性基を有するポリマーまたはモノマーの光反応性基が、光エネルギーを吸収し得る波長領域のものがよい。具体的には、波長250~400nmの範囲のUV(紫外線)が特に好ましい。当該偏光照射に用いる光源としては、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、KrF、ArFなどの紫外光レーザーなどが挙げられ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプおよびメタルハライドランプがより好ましい。これらの中でも、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプおよびメタルハライドランプが、波長313nmの紫外線の発光強度が大きいため好ましい。前記光源からの光を、適当な偏光子を通過して照射することにより、偏光UVを照射することができる。かかる偏光子としては、偏光フィルターやグラントムソン、グランテーラーなどの偏光プリズムやワイヤーグリッドタイプの偏光子を用いることができる。
なお、ラビングまたは偏光照射を行う時に、マスキングを行えば、液晶配向の方向が異なる複数の領域(パターン)を形成することもできる。
グルブ(groove)配向膜は、膜表面に凹凸パターンまたは複数のグルブ(溝)を有する膜である。等間隔に並んだ複数の直線状のグルブを有する膜に重合性液晶化合物を塗布した場合、その溝に沿った方向に液晶分子が配向する。
グルブ配向膜を得る方法としては、感光性ポリイミド膜表面にパターン形状のスリットを有する露光用マスクを介して露光後、現像およびリンス処理を行って凹凸パターンを形成する方法、表面に溝を有する板状の原盤に、硬化前のUV硬化樹脂の層を形成し、形成された樹脂層を基材へ移してから硬化する方法、および、基材に形成した硬化前のUV硬化樹脂の膜に、複数の溝を有するロール状の原盤を押し当てて凹凸を形成し、その後硬化する方法等が挙げられる。
さらに、重合性液晶化合物を液晶硬化膜平面に対して垂直方向に配向させる配向規制力を示す材料としては、上述した配向性ポリマー等の他にパーフルオロアルキル等のフッ素系ポリマーおよびシラン化合物並びにそれらの縮合反応により得られるポリシロキサン化合物などを用いてもよい。
配向膜を形成する材料としてシラン化合物を使用する場合には、表面張力を低下させやすく、配向膜に隣接する層との密着性を高めやすい観点から、構成元素にSi元素とC元素とを含む化合物が好ましく、シラン化合物を好適に使用することができる。シラン化合物としてはシラン含有イオン性化合物等が使用可能であり、このようなシラン化合物を使用することにより垂直配向規制力を高めることができる。シラン化合物としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよく、その他の材料と混合して使用してもよい。シラン化合物が非イオン性シラン化合物である場合には、垂直配向規制力を高めやすい観点から分子末端にアルキル基を有するシラン化合物が好ましく、炭素数3~30のアルキル基を有するシラン化合物がより好ましい。
配向膜(配向性ポリマーを含む配向膜または光配向膜)の厚みは、通常10~10000nmの範囲であり、好ましくは10~1000nmの範囲であり、より好ましくは10~500nm以下であり、さらに好ましくは10~300nm、特に好ましい50~250nmの範囲である。
本発明は、本発明の位相差板と偏光フィルムとを含む楕円偏光板を包含する。
偏光フィルムは、偏光機能を有するフィルムであり、吸収異方性を有する色素を吸着させた延伸フィルムや吸収異方性を有する色素を塗布したフィルムを偏光子として含むフィルム等が挙げられる。吸収異方性を有する色素としては、例えば、二色性色素が挙げられる。
吸収異方性を有する色素を吸着させた延伸フィルムを偏光子として含むフィルムは通常、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムを一軸延伸する工程、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムを二色性色素で染色することにより、その二色性色素を吸着させる工程、二色性色素が吸着されたポリビニルアルコール系樹脂フィルムをホウ酸水溶液で処理する工程、およびホウ酸水溶液による処理後に水洗する工程を経て製造された偏光子の少なくとも一方の面に接着剤を介して透明保護フィルムで挟み込むことで作製される。
ポリビニルアルコール系樹脂は、ポリ酢酸ビニル系樹脂をケン化することによって得られる。ポリ酢酸ビニル系樹脂としては、酢酸ビニルの単独重合体であるポリ酢酸ビニルの他、酢酸ビニルとそれに共重合可能な他の単量体との共重合体が用いられる。酢酸ビニルに共重合可能な他の単量体としては、例えば、不飽和カルボン酸類、オレフィン類、ビニルエーテル類、不飽和スルホン酸類、アンモニウム基を有するアクリルアミド類などが挙げられる。
ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度は、通常85~100モル%程度であり、好ましくは98モル%以上である。ポリビニルアルコール系樹脂は変性されていてもよく、例えば、アルデヒド類で変性されたポリビニルホルマールやポリビニルアセタールも使用することができる。ポリビニルアルコール系樹脂の重合度は、通常1,000~10,000程度であり、好ましくは1,500~5,000の範囲である。
このようなポリビニルアルコール系樹脂を製膜したものが、偏光フィルムの原反フィルムとして用いられる。ポリビニルアルコール系樹脂を製膜する方法は、特に限定されるものでなく、公知の方法で製膜することができる。ポリビニルアルコール系原反フィルムの膜厚は、例えば、10~150μm程度とすることができる。
ポリビニルアルコール系樹脂フィルムの一軸延伸は、二色性色素による染色の前、染色と同時、または染色の後で行うことができる。一軸延伸を染色の後で行う場合、この一軸延伸は、ホウ酸処理の前に行ってもよいし、ホウ酸処理中に行ってもよい。また、これらの複数の段階で一軸延伸を行うことも可能である。一軸延伸にあたっては、周速の異なるロール間で一軸に延伸してもよいし、熱ロールを用いて一軸に延伸してもよい。また一軸延伸は、大気中で延伸を行う乾式延伸であってもよいし、溶剤を用い、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムを膨潤させた状態で延伸を行う湿式延伸であってもよい。延伸倍率は、通常3~8倍程度である。
ポリビニルアルコール系樹脂フィルムの二色性色素による染色は、例えば、二色性色素を含有する水溶液に、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムを浸漬する方法によって行われる。
二色性色素として、具体的には、ヨウ素や二色性の有機染料が用いられる。二色性の有機染料としては、C.I.DIRECT RED 39などのジスアゾ化合物からなる二色性直接染料および、トリスアゾ、テトラキスアゾなどの化合物からなる二色性直接染料等が挙げられる。ポリビニルアルコール系樹脂フィルムは、染色処理前に、水への浸漬処理を施しておくことが好ましい。
二色性色素としてヨウ素を用いる場合は通常、ヨウ素およびヨウ化カリウムを含有する水溶液に、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムを浸漬して染色する方法が採用される。この水溶液におけるヨウ素の含有量は、水100質量部あたり、通常、0.01~1質量部程度である。またヨウ化カリウムの含有量は、水100質量部あたり、通常、0.5~20質量部程度である。染色に用いる水溶液の温度は、通常20~40℃程度である。また、この水溶液への浸漬時間(染色時間)は、通常20~1,800秒程度である。
一方、二色性色素として二色性の有機染料を用いる場合は通常、水溶性二色性染料を含む水溶液にポリビニルアルコール系樹脂フィルムを浸漬して染色する方法が採用される。この水溶液における二色性有機染料の含有量は、水100質量部あたり、通常、1×10-4~10質量部程度であり、好ましくは1×10-3~1質量部であり、さらに好ましくは1×10-3~1×10-2質量部である。この水溶液は、硫酸ナトリウム等の無機塩を染色助剤として含んでいてもよい。染色に用いる二色性染料水溶液の温度は、通常、20~80℃程度である。また、この水溶液への浸漬時間(染色時間)は、通常、10~1,800秒程度である。
二色性色素による染色後のホウ酸処理は通常、染色されたポリビニルアルコール系樹脂フィルムをホウ酸水溶液に浸漬する方法により行うことができる。このホウ酸水溶液におけるホウ酸の含有量は、水100質量部あたり、通常2~15質量部程度であり、好ましくは5~12質量部である。二色性色素としてヨウ素を用いた場合には、このホウ酸水溶液はヨウ化カリウムを含有することが好ましく、その場合のヨウ化カリウムの含有量は、水100質量部あたり、通常0.1~15質量部程度であり、好ましくは5~12質量部である。ホウ酸水溶液への浸漬時間は、通常60~1,200秒程度であり、好ましくは150~600秒、さらに好ましくは200~400秒である。ホウ酸処理の温度は、通常50℃以上であり、好ましくは50~85℃、さらに好ましくは60~80℃である。
ホウ酸処理後のポリビニルアルコール系樹脂フィルムは通常、水洗処理される。水洗処理は、例えば、ホウ酸処理されたポリビニルアルコール系樹脂フィルムを水に浸漬する方法により行うことができる。水洗処理における水の温度は、通常5~40℃程度である。また浸漬時間は、通常1~120秒程度である。
水洗後に乾燥処理が施されて、偏光子が得られる。乾燥処理は例えば、熱風乾燥機や遠赤外線ヒーターを用いて行うことができる。乾燥処理の温度は、通常30~100℃程度であり、好ましくは50~80℃である。乾燥処理の時間は、通常60~600秒程度であり、好ましくは120~600秒である。乾燥処理により、偏光子の水分率は実用程度にまで低減される。その水分率は、通常5~20質量%程度であり、好ましくは8~15質量%である。水分率が5質量%を下回ると、偏光子の可撓性が失われ、偏光子がその乾燥後に損傷したり、破断したりすることがある。また、水分率が20質量%を上回ると、偏光子の熱安定性が悪くなる可能性がある。
こうしてポリビニルアルコール系樹脂フィルムに、一軸延伸、二色性色素による染色、ホウ酸処理、水洗および乾燥をして得られる偏光子の厚さは好ましくは5~40μmである。
吸収異方性を有する色素を塗布したフィルムとしては、液晶性を有する二色性色素を含む組成物または、二色性色素と重合性液晶とを含む組成物を塗布して得られるフィルム等が挙げられる。当該フィルムは、好ましくは、その片面または両面に保護フィルムを有する。当該保護フィルムとしては、液晶硬化膜の製造に用い得る基材として先に例示した樹脂フィルムと同一のものが挙げられる。
吸収異方性を有する色素を塗布したフィルムは薄い方が好ましいが、薄すぎると強度が低下し、加工性に劣る傾向がある。当該フィルムの厚さは、通常20μm以下であり、好ましくは5μm以下であり、より好ましくは0.5~3μmである。
前記吸収異方性を有する色素を塗布したフィルムとしては、具体的には、特開2012-33249号公報等に記載のフィルムが挙げられる。
このようにして得られた偏光子の少なくとも一方の面に、接着剤を介して透明保護フィルムを積層することにより偏光フィルムが得られる。透明保護フィルムとしては、液晶硬化膜の製造に用い得る基材として先に例示した樹脂フィルムと同様の透明フィルムを好ましく用いることができる。
本発明の楕円偏光板は、本発明の位相差板と偏光フィルムとを含んで構成されるものであり、例えば、本発明の位相差板と偏光フィルムとを接着剤層または粘着剤層等を介して積層させることにより本発明の楕円偏光板を得ることができる。
本発明の一態様においては、水平配向液晶硬化膜を含む本発明の位相差板と偏光フィルムとが積層される場合、位相差板を構成する水平配向液晶硬化膜の遅相軸(光軸)と偏光フィルムの吸収軸との成す角が45±5°となるように積層することが好ましい。
本発明の楕円偏光板は、従来の一般的な楕円偏光板、または偏光フィルムおよび位相差板が備えるような構成を有していてよい。そのような構成としては、例えば、楕円偏光板を有機EL等の表示素子に貼合するための粘着剤層(シート)、偏光フィルムや位相差板の表面を傷や汚れから保護する目的で用いられるプロテクトフィルム等が挙げられる。
本発明の楕円偏光板は、さまざまな表示装置に用いることができる。
表示装置とは、表示素子を有する装置であり、発光源として発光素子または発光装置を含む。表示装置としては、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置、無機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置、タッチパネル表示装置、電子放出表示装置(例えば電場放出表示装置(FED)、表面電界放出表示装置(SED))、電子ペーパー(電子インクや電気泳動素子を用いた表示装置、プラズマ表示装置、投射型表示装置(例えばグレーティングライトバルブ(GLV)表示装置、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を有する表示装置)および圧電セラミックディスプレイなどが挙げられる。液晶表示装置は、透過型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、直視型液晶表示装置および投写型液晶表示装置などのいずれをも含む。これらの表示装置は、2次元画像を表示する表示装置であってもよいし、3次元画像を表示する立体表示装置であってもよい。特に本発明の楕円偏光板は有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置および無機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置に好適に用いることができ、本発明の積層体は液晶表示装置およびタッチパネル表示装置に好適に用いることができる。これらの表示装置は、光学特性に優れる本発明の楕円偏光板を備えることにより、良好な画像表示特性を発現することができる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。尚、例中の「%」および「部」は、特記ない限り、それぞれ質量%および質量部を意味する。
〔実施例1:液晶混合物(A-1)の製造〕
下記式(A-1)で表される液晶混合物(以下、「液晶混合物(A-1)」という)を以下のスキームに従い合成した。
Figure 0007420502000020
ジムロート冷却管および温度計を設置した100mL-四ツ口フラスコ内を窒素雰囲気とし、特許文献(特開2010-31223)を参考に合成した式(E-1)で表される化合物2.70部、式(E-2)で表される化合物2.88部〔式(E-1)で表される化合物:式(E-2)で表される化合物のモル比=50:50〕、特許文献(特開2019-003177)を参考に合成した式(G-1)で表される化合物2部、ジメチルアミノピリジン(富士フィルム和光純薬工業(株)製)0.02部、ジブチルヒドロキシトルエン(富士フィルム和光純薬工業(株)製)0.2部、およびクロロホルム(関東化学(株)製)30部を添加し、混合した後、IPC(和光純薬工業(株)製)1.92gを滴下漏斗を用いてさらに添加し、これらを0℃で一晩反応させた。反応終了後、濾過により不溶成分を除去した。得られたクロロホルム溶液を、該溶液に含まれるクロロホルムの重量に対して3倍の重量のヘプタン(和光純薬工業(株)製)に滴下し、固体を析出させた。続いて、析出した固体を濾過により取り出し、20gのヘプタンで3回洗浄した後、40℃で減圧乾燥することにより、液晶混合物(A-1)を5.96g得た。液晶混合物(A-1)の収率は、化合物(G-1)基準で98%であった。
〔実施例2:液晶混合物(A-2)の製造〕
式(E-2)で表される化合物の代わりに以下に示す式(E-3)で表される化合物を用い、かつ式(E-1)で表される化合物:式(E-3)で表される化合物のモル比が50:50になるようにした以外は、実施例1と同様にして液晶混合物(A-2)を製造した。
〔実施例3:液晶混合物(A-3)の製造〕
式(E-1)で表される化合物の代わりに以下に示す式(E-3)で表される化合物を用い、かつ式(E-2)で表される化合物:式(E-3)で表される化合物のモル比が50:50になるようにした以外は、実施例1と同様にして液晶混合物(A-3)を製造した。
〔実施例4:液晶混合物(A-4)の製造〕
式(E-1)で表される化合物及び式(E-2)で表される化合物に加えて、以下に示す式(E-3)で表される化合物を用いた。式(E-1)で表される化合物、式(E-2)で表される化合物と式(E-3)で表される化合物のモル比を等分にした以外は、実施例1と同様にして液晶混合物(A-4)を製造した。
〔実施例5:液晶混合物(A-5)の製造〕
式(G-1)で表される化合物の代わりに以下に示す式(G-2)で表される化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして液晶混合物(A-5)を製造した。
〔実施例6:液晶混合物(A-6)の製造〕
式(G-1)で表される化合物の代わりに以下に示す式(G-2)で表される化合物を用いた以外は、実施例2と同様にして液晶混合物(A-6)を製造した。
〔実施例7:液晶混合物(A-7)の製造〕
式(G-1)で表される化合物の代わりに以下に示す式(G-2)で表される化合物を用いた以外は、実施例3と同様にして液晶混合物(A-7)を製造した。
〔実施例8:液晶混合物(A-8)の製造〕
式(G-1)で表される化合物の代わりに以下に示す式(G-2)で表される化合物を用いた以外は、実施例4と同様にして液晶混合物(A-8)を製造した。
Figure 0007420502000021
〔比較例1〕
式(E-2)で表される化合物を用いずに、式(E-1)で表される化合物5.40部のみを使用した以外は実施例1と同様にして重合性液晶化合物を合成した。
〔比較例2〕
式(E-1)で表される化合物を用いずに、式(E-2)で表される化合物5.96部のみを使用した以外は実施例1と同様にして重合性液晶化合物を合成した。
得られた液晶混合物及び重合性液晶化合物を表6に示した。なお、液晶混合物に含まれる重合性液晶化合物及び比較例1,2で合成した重合性液晶化合物は以下の式(I’)で表される化合物を表す。また、表6における(G1-1)及び(G2-1)はそれぞれ以下の部分構造を表す(式中の*は酸素原子との結合手を表す)。
Figure 0007420502000022
Figure 0007420502000023
〔溶解度の測定〕
有機溶媒4種(o-キシレン、トルエン、シクロペンタン、N-メチル-2-ピロリドン)を用意し、各有機溶媒1gをそれぞれスクリュー瓶に加えた。
上記実施例1の液晶混合物を各スクリュー瓶に加えていき、目視で完溶確認を行い、溶解度を測定した。実施例2~8、比較例1および2の液晶混合物または重合性液晶化合物についても同様にして、各有機溶媒に対する溶解度を測定した。得られた結果を表7に示す。
Figure 0007420502000024

Claims (13)

  1. 分子構造が異なり、かつ式(I):
    Figure 0007420502000025
    〔式(I)中、
    は、芳香族炭化水素環または芳香族複素環を少なくとも1つ含む2価の連結基を表し、
    が、含まれるπ電子数の合計数N π が16以上36未満である芳香族炭化水素環または芳香族複素環を少なくとも1つ含む2価の連結基であり、
    およびBは、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、-O-、-S-、-Ra1ORa2-、-Ra3COORa4-、-Ra5OCORa6-、-Ra7OC=OORa8-、-ORO-、-C(=O)-NR-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-を表し、ここで、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に単結合または炭素数1~4のアルキレン基であり、Rは炭素数1~4のアルキレン基であり、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子を表し、
    およびGは、それぞれ独立に、2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を表し、該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のフルオロアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、シアノ基またはニトロ基に置換されていてもよく、該2価の脂環式炭化水素基または芳香族基を構成する炭素原子は、酸素原子、硫黄原子または窒素原子に置換されていてもよく、n1および/またはn2が2である場合、2つのGおよび/または2つのGは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、
    およびLは、それぞれ独立に、単結合、-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-OC=OO-、-C(=O)-NRc-、-N=N-、-CR=CR-または-C≡C-を表し、ここで、RおよびRは炭素数1~4のアルキル基または水素原子を表し、n1および/またはn2が2である場合、2つのLおよび/または2つのLは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、
    およびEは、それぞれ独立に、炭素数1~20のアルカンジイル基を表し、ここで、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、炭素数1~4のアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる-CH-は、-O-または-S-で置換されていてもよく(但し、-O-および/または-S-が複数存在する場合、これらは互いに隣接しない)、
    Pはアクリロイルオキシル基またはメタクリロイルオキシル基であり、
    n1およびn2は、それぞれ独立に1または2である〕
    で表される重合性液晶化合物を少なくとも3種含む重合性液晶混合組成物であって、
    前記重合性液晶化合物として、式(I)中のEとEとが互いに同一である重合性液晶化合物を含み、該重合性液晶化合物のうちEおよびEが表すアルカンジイル基の炭素数が最も小さい重合性液晶化合物を式(I-1):
    Figure 0007420502000026
    〔式(I-1)中、
    、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2は、前記式(I)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2とそれぞれ同様に定義され、
    は、前記式(I)中のEおよびEと同様に定義され、2つのEは同一である〕
    で表される重合性液晶化合物(I-1)とした場合に、該重合性液晶化合物(I-1)と、前記重合性液晶化合物(I-1)の構造に基づき定義される、少なくとも1種の式(I-2):
    Figure 0007420502000027
    〔式(I-2)中、
    、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2は、前記式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、E、P、n1およびn2とそれぞれ同一であり、
    は、前記式(I-1)中のEとは異なる炭素数のアルカンジイル基を表し、ここで、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、炭素数1~4のアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる-CH-は、-O-または-S-で置換されていてもよい(但し、-O-および/または-S-が複数存在する場合、これらは互いに隣接しない)〕
    で表される重合性液晶化合物(I-2)と、前記重合性液晶化合物(I-1)の構造に基づき定義される、少なくとも1種の式(I-3):
    Figure 0007420502000028
    〔式(I-3)中、
    、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2は、前記式(I-1)中のM、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2とそれぞれ同一であり、
    は、前記式(I-2)中のEと同一であり、かつ、式(I-3)中の2つのEが同一である〕
    で表される重合性液晶化合物(I-3)とを含む、重合性液晶混合組成物。
  2. 式(I-1)中、n1とn2とが同一である、請求項1に記載の重合性液晶混合組成物。
  3. 式(I-1)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合には、GとGとが互いに同一であり、n1およびn2がそれぞれ2である場合には、Bに結合するGとBに結合するGとが互いに同一であり、かつ、他方のGとGとが互いに同一である、請求項1または2に記載の重合性液晶混合組成物。
  4. 式(I-1)中、n1およびn2がそれぞれ1である場合には、LとLとが互いに同一であり、n1およびn2がそれぞれ2である場合には、それぞれEに結合するLとLとが互いに同一であり、かつ、他方のLとLとが互いに同一である、請求項1~のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物。
  5. 式(I-1)および式(I-2)中の各Eが炭素数4~20のアルカンジイル基であり、かつ、
    式(I-1)および式(I-2)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数と、式(I-2)および式(I-3)中の各Eで表されるアルカンジイル基の炭素数との差がいずれも2以上である、請求項1~のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物。
  6. 式(I)で表される重合性液晶化合物のうち、M、B、B、G、G、L、L、P、n1およびn2がそれぞれ互いに同一である式(I)で表される重合性液晶化合物の総モル量に対して、式(I-1)で表される重合性液晶化合物と、式(I-2)で表される重合性液晶化合物と、式(I-3)で表される重合性液晶化合物とをそれぞれ10モル%以上含む、請求項1~のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物。
  7. 有機溶剤を含む、請求項1~のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物。
  8. 請求項1~のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物の硬化物であって、該重合性液晶混合組成物中の重合性液晶化合物が配向した状態で硬化してなる液晶硬化膜を含む位相差板。
  9. 液晶硬化膜が式(1)、(2)および(3):
    Re(450)/Re(550)≦1.00 (1)
    1.00≦Re(650)/Re(550) (2)
    100nm≦Re(550)≦180nm (3)
    〔式中、Re(λ)は液晶硬化膜の波長λnmにおける面内位相差値を示し、Re=(nx(λ)-ny(λ))×dである(dは液晶硬化膜の厚みを表し、nxは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に平行な方向の波長λnmにおける主屈折率を表し、nyは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して平行であり、且つ、前記nxの方向に対して直交する方向の波長λnmにおける屈折率を表す)〕
    で表される光学特性を有する、請求項に記載の位相差板。
  10. 液晶硬化膜が式(4)、(5)および(6):
    Rth(450)/Rth(550)≦1.00 (4)
    1.00≦Rth(650)/Rth(550) (5)
    -100nm≦Rth(550)≦-40nm (6)
    〔式中、Rth(λ)は液晶硬化膜の波長λnmにおける厚み方向の位相差値を示し、Rth=((nx(λ)+ny(λ))/2-nz)×dである(dは液晶硬化膜の厚みを表し、nxは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に平行な方向の波長λnmにおける屈折率を表し、nyは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して平行であり、且つ、前記nxの方向に対して直交する方向の波長λnmにおける屈折率を表し、nzは、液晶硬化膜が形成する屈折率楕円体において、液晶硬化膜の平面に対して垂直な方向の波長λnmにおける屈折率を表す)〕
    で表される光学特性を有する、請求項に記載の位相差板。
  11. 請求項8~10のいずれかに記載の位相差板と偏光フィルムとを含む楕円偏光板。
  12. 請求項11に記載の楕円偏光板を備える有機EL表示装置。
  13. 下記式(III-1)で表される化合物の反応性基Rと、(III-2)で表される化合物の反応性基Rと、(III-3)で表される化合物のRとを反応させることを含む、請求項1~のいずれかに記載の重合性液晶混合組成物の製造方法。
    Figure 0007420502000029
    〔式中、RおよびRは互いに独立して、反応性基を表し、
    、L、L、G、G、P、n1およびn2は、式(I-1)中のM、L、L、G、G、P、n1およびn2と同じ意味を表し、
    は、式(I-1)中のEと同じ意味を表し、
    は、式(I-2)中のEと同じ意味を表す。〕
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