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CN102822704A - 偏振膜、显示装置及其制造方法 - Google Patents

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CN102822704A CN2011800168435A CN201180016843A CN102822704A CN 102822704 A CN102822704 A CN 102822704A CN 2011800168435 A CN2011800168435 A CN 2011800168435A CN 201180016843 A CN201180016843 A CN 201180016843A CN 102822704 A CN102822704 A CN 102822704A
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Abstract

本发明提供二色比高的偏振膜。该偏振膜包括基板以及光取向膜和光吸收各向异性膜,该光取向膜及光吸收各向异性膜按该顺序依次层叠在所述基板上,所述光吸收各向异性膜是通过将二色性色素组合物的取向固定而成的,所述二色性色素组合物中,液晶性的非着色性低分子化合物所占的比例为30质量%以下,且含有具有向列液晶性的偶氮系二色性色素中的至少一种,该光吸收各向异性膜在X射线衍射测定中,显示来自取向轴垂直方向的周期结构的衍射峰,至少一个所述衍射峰表示的周期为
Figure DDA00002207118500011

Description

偏振膜、显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及偏振膜及使用了该偏振膜的显示装置,特别是涉及降低了消偏振的偏振膜及制造该偏振膜的方法。
背景技术
当需要包括激光和自然光的照射光的衰减功能、偏振功能、散射功能、遮光功能等时,以往,将按照不同的原理进行工作的装置用于各种功能。因此,与这些功能对应的产品也按照各种功能通过不同的制造工序来制造。例如,在LCD(液晶元件)中,为了控制显示中的旋光性或双折射性,使用了直线偏振片或圆偏振片。OLED(有机电致发光元件)中,为了防止外光的反射,使用了圆偏振片。以往,在这些偏振片(偏振元件)中广泛使用碘作为二色性物质。碘起偏器通过使碘溶解或吸附在像聚乙烯醇那样的高分子材料中,使其膜向一个方向以膜状拉伸而使多碘络合物取向而制作。但是,碘的升华性大,因此在用于偏振元件的情况下,其耐热性和耐光性不充分。
因此,一直在研究将有机系的色素用于二色性物质的偏振元件。但是,这些有机系的色素中,存在与碘相比只能得到二色性非常差的程度的偏振元件等问题。此外,在该方法中,还存在拉伸处理等工艺中费事等问题。
因而,最近,逐渐着眼于其他方法。例如有在湿式制膜法,其为在玻璃或透明膜等基板上利用有机色素分子的分子间相互作用等使二色性色素取向的方法。作为提高取向了的二色性色素的二色比的方法,在专利文献1中,使二色性色素以具有高度取向有序的相取向。此外,在专利文献2及3中公开了含有晶体结构的偏振元件。但是,这些偏振元件均含有对称性低的高次结构,因此,有容易产生晶畴和晶界、发生散射或消偏振的问题。此外,专利文献2中记载的具有磺基、羧基等赋予水溶性的取代基的偶氮色素为溶致液晶,因此,难以像热致液晶那样通过加热熟化实施均一取向处理,难以形成具有平滑的表面的涂布膜,成为散射或消偏振的原因。
另一方面,作为二色性色素的取向处理方法,已知有蒸镀法、摩擦法、光取向法。例如,在专利文献4中,使有机色素分子从气相蒸镀到取向膜上从而使其取向。但是,在该文献记载的方法中,存在制造上工艺本身繁杂的问题。此外,在专利文献5中公开了在经摩擦的取向膜上旋涂液晶性偶氮色素并使其取向的方法。该摩擦法以往作为使液晶化合物取向的方法被广泛使用,但是由于产生静电和尘埃,因此存在需要取向处理后的洗涤工序、成品率降低这样的制造工艺上的问题、和对比度降低这样的性能上的问题。
另一方面,作为代替该摩擦法的取向处理法,近年来,光取向法由于不需要取向处理后的洗涤工序,因而受到瞩目。例如,在专利文献6中公开了在具有光活性分子的层(所谓的光取向膜)上将具有磺酸基、氨基或羟基等亲水性取代基的二色性分子涂布取向而成的偏振元件。此外,在专利文献7及8中公开了在光取向膜上将在紫外线固化性液晶中溶解黑色的二色性色素而成的组合物(所谓的宾主型)涂布取向而形成的偏振元件。但是,通过这些方法得到的偏振元件与碘起偏器相比二色性均非常差,无法用于液晶显示装置用途。
另一方面,近年来,一直在进行以提高显示性能等为目的的新型的偏振元件的用途开发。在专利文献9中提出了在滤色器层与液晶材料层之间设置偏振层(所谓的内置偏振层)以抑制滤色器的消偏振(所谓的消偏度)。但是,液晶单元内配置的偏振层需要以更薄的膜厚来实现所希望的偏振度,并要求更高的二色性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4404606号
专利文献2:日本特开2006-79030号
专利文献3:日本专利第3667637号
专利文献4:日本专利第3687130号
专利文献5:日本特开2005-189393号公报
专利文献6:日本特开平7-261024号公报
专利文献7:日本特开2001-330726号公报
专利文献8:日本特开平11-101964号公报
专利文献9:日本特开2008-90317号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明者进行研究后发现,当利用专利文献1中记载的六角相(hexaticphase)或结晶相形成偏振层时,由于其对称性低,因此产生晶粒边界(所谓的晶体晶界)。在由于该晶界而产生的散射光的作用下,发生消偏振、对比度降低。进而,在专利文献1中,作为取向膜,使用了将聚乙烯醇膜摩擦处理而得到的摩擦膜。摩擦膜的膜表面的平坦性受损,因此在与起偏器的界面处发生散射,对比度降低。另一方面,在专利文献5中使用了光取向膜,但是,在由于紫外线固化性液晶的取向波动而产生的散射光的作用下,发生消偏振,消偏性变差。
本发明鉴于上述背景技术而作出,以实现下述目的为课题。
本发明的课题在于,提供二色性高且由散射光引起的消偏振被降低了的高对比度的偏振膜及具备该偏振膜的显示装置,以及提供上述偏振膜的制造方法。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的手段如下所述。
<1>一种偏振膜,其包括基板以及光取向膜和光吸收各向异性膜,所述光取向膜及光吸收各向异性膜按该顺序依次层叠在所述基板上,
所述光吸收各向异性膜通过将二色性色素组合物的取向固定而成,所述二色性色素组合物中,液晶性的非着色性低分子化合物所占的比例为30质量%以下,且含有具有向列液晶性的偶氮系二色性色素中的至少一种,该光吸收各向异性膜在X射线衍射测定中,显示来自取向轴垂直方向的周期结构的衍射峰,至少一个所述衍射峰表示的周期为
Figure BDA00002207118300031
且该衍射峰的强度在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内不显示极大值。
<2>根据<1>的偏振膜,其中,上述光吸收各向异性膜的至少一个衍射峰为来自面内方向的周期结构的衍射峰。
<3>根据<1>或<2>的偏振膜,其中,上述光吸收各向异性膜在X射线衍射测定中,显示来自取向轴平行方向的周期结构的衍射峰。
<4>根据<3>的偏振膜,其中,至少一个上述衍射峰表示的周期为
Figure BDA00002207118300041
<5>根据<1>~<4>中任一项的偏振膜,其中,至少一个上述衍射峰的半宽度为
Figure BDA00002207118300042
以下。
<6>根据<1>~<5>中任一项的偏振膜,其中,上述二色性色素组合物含有二种以上的二色性色素。
<7>根据<1>~<6>中任一项的偏振膜,其中,上述至少一种二色性色素为由下述通式(I)、下述通式(II)、下述通式(III)或下述通式(IV)表示的化合物。
(化学式1)
通式(I)
Figure BDA00002207118300043
(式中,R11~R14各自独立地表示氢原子或取代基;R15及R16各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的烷基;L11表示-N=N-、-CH=N-、-N=CH-、-C(=O)O-、-OC(=O)-、或-CH=CH-;A11表示可以具有取代基的苯基、可以具有取代基的萘基、或可以具有取代基的芳香族杂环基;B11表示可以具有取代基的2价的芳香族烃基或2价的芳香族杂环基;n表示1~5的整数,n为2以上时,多个B11互相可以相同,也可以不同。)
(化学式2)
通式(II)
Figure BDA00002207118300044
(式中,R21及R22分别表示氢原子、烷基、烷氧基、或由-L22-Y表示的取代基,其中,R21及R22中的至少一个表示除氢原子以外的基团;L22表示亚烷基,但是,亚烷基中存在的1个CH2基或不邻接的2个以上的CH2基可以分别被-O-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-NRCOO-、-OCONR-、-CO-、-S-、-SO2-、-NR-、-NRSO2-、或-SO2NR-(R表示氢原子或碳数为1~4的烷基)取代;Y表示氢原子、羟基、烷氧基、羧基、卤原子、或聚合性基团;L21分别表示选自由偶氮基(-N=N-)、羰基氧基(-C(=O)O-)、氧基羰基(-O-C(=O)-)、亚氨基(-N=CH-)、及亚乙烯基(-C=C-)组成的组中的连接基团;Dye分别表示由下述通式(IIa)表示的偶氮色素残基;
(化学式3)
Figure BDA00002207118300051
式(IIa)中,*表示与L21的键合部;X21表示羟基、取代或无取代的烷基、取代或无取代的烷氧基、无取代氨基、或者单或二烷基氨基;Ar21表示分别可以具有取代基的芳香族烃环基或芳香族杂环基;n表示1~3的整数,n为2以上时,2个Ar21互相可以相同,也可以不同。)
(化学式4)
通式(III)
Figure BDA00002207118300052
(式中,R31~R35各自独立地表示氢原子或取代基;R36及R37各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的烷基;Q31表示可以具有取代基的芳香族烃基、芳香族杂环基或环己烷环基;L31表示2价的连接基团;A31表示氧原子或硫原子。)
(化学式5)
通式(IV)
Figure BDA00002207118300053
(式中,R41及R42分别表示氢原子或取代基,且可以互相键合而形成环;Ar4表示可以被取代的2价的芳香族烃基或芳香族杂环基;R43及R44分别表示氢原子或可以被取代的烷基,且可以互相键合而形成杂环。)
<8>根据<1>~<7>中任一项的偏振膜,其中,上述至少一种二色性色素为方酸内鎓色素。
<9>根据<8>的偏振膜,其中,上述方酸内鎓色素为由下述通式(VI)表示的化合物。
(化学式6)
通式(VI)
Figure BDA00002207118300061
(式中,A1及A2各自独立地表示取代或无取代的烃环基或杂环基。)
<10>一种显示装置,其具有<1>~<9>中任一项的偏振膜。
<11>上述<1>~<9>中任一项的偏振膜的制造方法,其按以下顺序至少包含下述工序[1]~[3]:
[1]对在基板上形成的光取向膜进行光照射处理的工序;
[2]将溶解在有机溶剂中的二色性色素组合物涂布到光取向膜上的工序;及
[3]将该二色性色素组合物的涂布膜在50℃以上且250℃以下加热,使其取向而形成光吸收各向异性层的工序。
发明效果
根据本发明,能提供二色性高且由散射光引起的消偏振被降低了的高对比度的偏振膜及利用了该偏振膜的显示装置。
附图说明
图1是比较例1的X射线衍射图案。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。另外,本说明书中“~”按包含其前后记载的数值作为下限值及上限值的意思来使用。
1.偏振膜
本发明涉及的偏振膜是光取向膜及光吸收各向异性膜按该顺序依次层叠在基板上而得到的偏振膜,该光吸收各向异性膜是通过将二色性色素组合物的取向固定而成的,所述二色性色素组合物中,液晶性的非着色性低分子化合物所占的比例为30质量%以下,且含有具有向列液晶性的偶氮系二色性色素中的至少一种。
(1)-1光吸收各向异性膜
本发明中所说的光吸收各向异性膜是指,从色素膜的厚度方向及任意的正交的面内2个方向的立体坐标系的合计3个方向中选择的任意2个方向上的电磁学性质具有各向异性的色素膜。作为电磁学性质,可举出吸收、折射等光学性质、电阻、容量等电性质等。作为具有吸收、折射等光学各向异性的膜,例如有直线偏振膜、圆偏振膜、相位差膜、电阻率各向异性膜等。即,本发明的光吸收各向异性膜可以用于偏振膜、相位差膜或者电阻率各向异性膜。特别是本发明的光吸收各向异性膜在可见光区域整体中显示高吸光度,因此作为偏振膜是有用的。
在本发明的偏振膜中,上述光吸收各向异性膜的特征在于,在X射线衍射测定中,显示来自取向轴垂直方向的周期结构的衍射峰,至少一个所述衍射峰表示的周期为
Figure BDA00002207118300071
且该衍射峰的强度在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内不显示极大值。
这里,取向轴是指,光吸收各向异性膜对直线偏振光显示最大的吸光度的方向,通常与进行取向处理的方向一致。例如,在将二色性色素组合物的水平取向固定了的膜中,取向轴为膜面内的轴,与取向处理方向(本发明中利用了光取向膜,因此是向光取向膜照射光而表现的双折射率最大的方向)一致。
一般,形成光吸收各向异性膜的偶氮系二色性色素是长宽比(=分子长轴长/分子短轴长)大的棒状分子,在与分子长轴方向基本一致的方向上存在吸收可见光的跃迁矩(非专利文献Dichroic Dyes for Liquid CrystalDisplays)。因此,二色性色素的分子长轴与取向轴形成的角度越是平均且小、偏差越小,则光吸收各向异性膜显示越高的二色比。
本发明的光吸收各向异性膜显示来自取向轴垂直方向的周期的衍射峰。该周期例如与使分子长轴与取向轴方向一致地取向了的二色性色素的分子短轴方向的分子间距离对应,在本发明中,其范围为
Figure BDA00002207118300081
优选为
Figure BDA00002207118300082
更优选为
Figure BDA00002207118300083
进一步优选为
Figure BDA00002207118300084
本发明的光吸收各向异性膜对于上述衍射峰,在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内测定强度分布时,不显示极大值。在该测定中衍射峰的强度显示极大值的情况下,其表示在取向轴垂直方向即分子短轴方向的压缩(packing)上具有各向异性。作为这样的集合状态,具体可举出晶体、六角相、结晶相等(液晶便覧)。在压缩上具有各向异性时,因不连续的压缩而产生晶畴和晶界,有可能招致光雾的产生和各晶畴的取向紊乱、消偏振,是不优选的。本发明的光吸收各向异性膜在取向轴垂直方向的压缩上没有各向异性,不会产生晶畴和晶界,形成均匀的膜。作为这样的集合状态,具体可举出向列相、近晶型A相、这些相的过冷却状态等,但是,并不限定于这些。此外,多个集合状态混合存在,作为整体,也可以为显示上述衍射峰的特征的方式。
另外,关于在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内测定强度分布时是否显示极大值,可通过通常的使用了X射线衍射装置的测定进行确认,例如可根据“X線回折要論”(CULLITY,B.D、アグネ、1961年)、“Thin Film Analysis by X-Ray Scattering:利用X射线散射的薄膜分析”(Birkholz,Mario、Wiley、2006年)、“X線結晶構造解析”(大桥裕二、裳华房、2005/09/25)、“X線解析入門(第2版)”(角户正夫笹田义夫(共著)、东京化学同人、1973年)等中记载的方法进行测定来确认。
光吸收各向异性膜一般用于以垂直于膜或接近垂直的角度入射的光,因此,优选在面内方向具有高二色比。因此,光吸收各向异性膜优选在面内方向具有周期结构,显示来自该周期结构的衍射峰。
本发明的光吸收各向异性膜优选显示来自取向轴平行方向的周期的衍射峰。特别优选在取向轴垂直方向上邻接的分子形成层,该层在取向轴平行方向上层叠。这样的集合状态为与比向列相更高度有序的近晶相类似的状态,可得到高二色比。该周期例如包含与分子长或其2倍对应的情况,其范围为
Figure BDA00002207118300091
优选为
Figure BDA00002207118300092
更优选为
Figure BDA00002207118300093
进一步优选为
Figure BDA00002207118300094
本发明的光吸收各向异性膜显示的衍射峰的半宽度优选为
Figure BDA00002207118300095
以下。
这里,半宽度是指如下得到的值:在X射线衍射测定的一个衍射峰内,求出以基线为基准的峰顶点的强度,在峰顶点的左右各取一个表示该强度的一半强度的2个点,取2个点各自表示的周期的值之差。
可推测:根据以下理由,在X射线衍射测定中显示衍射峰、其半宽度为
Figure BDA00002207118300096
以下的光吸收各向异性膜显示高二色比。
二色性色素的分子长轴与取向轴形成的角度的偏差大时,分子间距离的偏差也增大。于是,在存在周期结构的情况下,其周期值也不均匀,通过X射线衍射测定得到的衍射峰变宽而显示大的半宽度。
相对于此,衍射峰的半宽度为一定值以下的尖锐的峰的情况意味着分子间距离的偏差小、二色性色素的分子长轴与取向轴形成的角度平均且较小,即高度有序地取向,由此可推测表现出高二色比。
在本发明中,上述衍射峰的半宽度为以下,优选为
Figure BDA00002207118300098
以下,更优选为以下,进一步优选为以下,优选为
Figure BDA000022071183000911
以上。半宽度超过上限时,色素的分子间距离的偏差增大,高度有序的取向被阻碍,是不优选的。此外,其低于下限时,容易发生取向变形,产生晶畴和晶界,有可能招致光雾的产生和各晶畴的取向紊乱、消偏振,是不优选的。
光吸收各向异性膜的衍射峰的周期及半宽度可由通过薄膜评价用X射线衍射装置(Rigaku公司制,商品名:“ATX-G”面内(in-plane)光学体系)或与其同等的装置测定的X射线线形得到。
本发明涉及的光吸收各向异性膜的X射线衍射测定例如按照下述顺序进行。
首先,对于光吸收各向异性膜,按每15°实施整个方向的面内测定。在将观测到峰的角度固定的状态下,通过使样品在与基板平行的面内旋转进行测定的所谓的
Figure BDA000022071183000912
扫描,确定峰强度大的基板平面内的朝向。使用得到的朝向中的面内测定的峰,能求出周期、半宽度。
作为将二色性色素的取向固定而成的光吸收各向异性膜且衍射峰的周期和半宽度具有上述特征的本发明的光吸收各向异性膜,其二色比高,作为偏振膜是有用的。
下面,对可用于X射线衍射测定中满足上述特性的光吸收各向异性膜的制作的材料等进行详细说明。
在本发明中,光吸收各向异性膜是通过将二色性色素组合物的取向固定而成的,所述二色性色素组合物中,液晶性的非着色性低分子化合物所占的比例为30质量%以下,且含有具有向列液晶性的偶氮系二色性色素中的至少一种。
在本发明中利用的二色性色素组合物中,液晶性的非着色性低分子化合物所占的比例为30质量%以下,优选为20质量%以下,更优选为10质量%以下,更进一步优选为5质量%以下。即,在本发明中使用的二色性色素组合物中,优选二色性色素分子通过自身的取向能力或通过与其他色素并用进行取向,通过将其状态固定,作为偏振膜等光吸收各向异性膜发挥作用。例如,利用含有二色性色素和作为主成分的非着色性的液晶化合物的组合物,沿着液晶化合物的分子的取向,使二色性色素的分子取向,也能制备成实现了规定的二色比的、所谓的宾主(GH)型的组合物,但是,与GH的方式相比,上述方式能实现更高的二色比,是优选的。在本发明中使用的二色性色素组合物中,由于液晶性的非着色性低分子化合物所占的比例低或者完全不含,从而能得到高的色素浓度,能将光吸收各向异性膜薄膜化。
这里,非着色性的液晶化合物是指,在可见光的光谱区域即400~700nm的光谱区域中不显示吸收、且表现出向列液晶相或近晶液晶相的化合物,例如可举出“液晶デバイスハンドブツク”(日本学术振兴会第142委员会编、日刊工业新闻社、1989年)的第154~192页及第715~722页中记载的液晶化合物。
在本发明中,使用含有具有向列液晶性的偶氮系二色性色素中的至少一种二色性色素组合物。在本发明中,“二色性色素”是指,根据方向的不同吸光度不同的色素。此外,“二色性”及“二色比”由在将二色性色素组合物作为光吸收各向异性膜时由吸收轴方向的偏振光的吸光度相对于偏振轴方向的偏振光的吸光度的比来计算。
本发明中的二色性色素组合物特别优选含有由下述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素中的至少一种。由下述通式(I)~(IV)表示的二色性色素优选具有向列液晶性。
(化学式7)
通式(I)
式中,R11~R14各自独立地表示氢原子或取代基;R15及R16各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的烷基;L11表示-N=N-、-CH=N-、-N=CH-、-C(=O)O-、-OC(=O)-、或-CH=CH-;A11表示可以具有取代基的苯基、可以具有取代基的萘基、或可以具有取代基的芳香族杂环基;B11表示可以具有取代基的2价的芳香族烃基或2价的芳香族杂环基;n表示1~5的整数,n为2以上时,多个B11互相可以相同,也可以不同。
在上述通式(I)中,作为R11~R14表示的取代基,可举出以下的基团。
包含:烷基(优选为碳数为1~20、更优选为碳数为1~12、特别优选为碳数为1~8的烷基,例如可举出甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正辛基、正癸基、正十六烷基、环丙基、环戊基、环己基等)、链烯基(优选为碳数为2~20、更优选为碳数为2~12、特别优选为碳数为2~8的链烯基,例如可举出乙烯基、芳基、2-丁烯基、3-戊烯基等)、炔基(优选为碳数为2~20、更优选为碳数为2~12、特别优选为碳数为2~8的炔基,例如可举出炔丙基、3-戊炔基等)、芳基(优选为碳数为6~30、更优选为碳数为6~20、特别优选为碳数为6~12的芳基,例如可举出苯基、2,6-二乙基苯基、3,5-二(三氟甲基)苯基、萘基、联苯基等)、取代或无取代的氨基(优选为碳数为0~20、更优选为碳数为0~10、特别优选为碳数为0~6的氨基,例如可举出无取代氨基、甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、苯胺基等)、
烷氧基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲氧基、乙氧基、丁氧基等)、氧基羰基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~15、特别优选为2~10,例如可举出甲氧基羰基、乙氧基羰基、苯氧基羰基等)、酰基氧基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选为2~6,例如可举出乙酰氧基、苯甲酰氧基等)、酰基氨基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如乙酰基氨基、苯甲酰基氨基等)、烷氧基羰基氨基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如可举出甲氧基羰基氨基等)、芳基氧基羰基氨基(优选碳数为7~20、更优选碳数为7~16、特别优选碳数为7~12,例如可举出苯基氧基羰基氨基等)、磺酰基氨基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲磺酰基氨基、苯磺酰基氨基等)、氨磺酰基(优选碳数为0~20、更优选碳数为0~10、特别优选碳数为0~6,例如可举出氨磺酰基、甲基氨磺酰基、二甲基氨磺酰基、苯基氨磺酰基等)、氨基甲酰基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出无取代的氨基甲酰基、甲基氨基甲酰基、二乙基氨基甲酰基、苯基氨基甲酰基等)、
烷基硫基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲基硫基、乙基硫基等)、芳基硫基(优选碳数为6~20、更优选碳数为6~16、特别优选碳数为6~12,例如可举出苯基硫基等)、磺酰基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲磺酰基、甲苯磺酰基等)、亚磺酰基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲烷亚磺酰基、苯亚磺酰基等)、酰脲基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出无取代的酰脲基、甲基酰脲基、苯基酰脲基等)、磷酸酰胺基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出二乙基磷酸酰胺基、苯基磷酸酰胺基等)、羟基、巯基、卤原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)、氰基、硝基、异羟肟酸基、亚磺基、肼基、亚氨基(-CH=N-或-N=CH-)、偶氮基、杂环基(优选碳数为1~30、更优选为1~12的杂环基,例如可举出具有氮原子、氧原子、硫原子等杂原子的杂环基,例如咪唑基、吡啶基、喹啉基、呋喃基、哌啶基、吗啉基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基等)、甲硅烷基(优选为碳数为3~40、更优选为碳数为3~30、特别优选为碳数为3~24的甲硅烷基,例如可举出三甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基等)。
这些取代基可进一步被这些取代基取代。此外,取代基具有两个以上的情况下,可以相同也可以不同。此外,在可能的情况下,也可以互相键合而形成环。
作为R11~R14表示的基团,优选为氢原子、烷基、烷氧基、卤原子,更优选为氢原子、烷基、烷氧基,进一步优选为氢原子或甲基。
作为R15及R16表示的可以具有取代基的烷基,优选为碳数为1~20、更优选为碳数为1~12、特别优选为碳数为1~8的烷基,例如可举出甲基、乙基、正辛基等。作为R15及R16表示的烷基的取代基,与上述R11~R14表示的取代基的定义相同。R15或R16表示烷基的情况下,也可以与R12或R14连结而形成环结构。R15及R16优选为氢原子、烷基,更优选为氢原子、甲基或乙基。
A11表示可以具有取代基的苯基、可以具有取代基的萘基、或可以具有取代基的芳香族杂环基。
作为该苯基或该萘基可以具有的取代基,优选为为了提高偶氮化合物的溶解性或向列液晶性而导入的基团、为了调节作为色素的色调而导入的具有给电子性或吸电子性的基团、或为了将取向固定化而导入的具有聚合性基团的基团,具体而言,与上述R11~R14表示的取代基的定义相同。优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、可以具有取代基的酰基氧基、可以具有取代基的酰基氨基、可以具有取代基的氨基、可以具有取代基的烷氧基羰基氨基、可以具有取代基的磺酰基氨基、可以具有取代基的氨磺酰基、可以具有取代基的氨基甲酰基、可以具有取代基的烷基硫基、可以具有取代基的磺酰基、可以具有取代基的酰脲基、硝基、羟基、氰基、亚氨基、偶氮基、卤原子,特别优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、可以具有取代基的酰基氧基、硝基、亚氨基、偶氮基。这些取代基中,对于具有碳原子的基团,碳原子数的优选范围与R11~R14表示的取代基的碳原子数的优选范围相同。
该苯基或该萘基可以具有1~5个这些取代基,优选具有1个。苯基更优选相对于L1在对位具有1个取代基。
作为芳香族杂环基,优选来自单环或二环性的杂环的基团。作为构成芳香族杂环基的除碳以外的原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。芳香族杂环基具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。作为芳香族杂环基,具体可举出吡啶基、喹啉基、硫代苯基、噻唑基、苯并噻唑基、噻二唑基(thiadiazolyl)、奎诺酮基(quinolonyl)、萘二甲酰亚氨基(naphthalimidoyl)、噻吩并噻唑基等。
作为芳香族杂环基,优选为吡啶基、喹啉基、噻唑基、苯并噻唑基、噻二唑基或噻吩并噻唑基,更优选为吡啶基、苯并噻唑基、噻二唑基或噻吩并噻唑基,进一步优选为吡啶基、苯并噻唑基或噻吩并噻唑基。
A11特别优选为可以具有取代基的苯基、吡啶基、苯并噻唑基或噻吩并噻唑基。
B11表示可以具有取代基的2价的芳香族烃基或2价的芳香族杂环基。N表示1~4,n为2以上时,多个B11互相可以相同,也可以不同。
作为该芳香族烃基,优选为苯基、萘基。作为该芳香族烃基可以具有的取代基,可举出可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的烷氧基、羟基、硝基、卤原子、可以具有取代基的氨基、可以具有取代基的酰基氨基、及氰基。作为该芳香族烃基可以具有的取代基,优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的烷氧基、羟基、卤原子,更优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的烷氧基、卤原子,进一步优选为甲基或卤原子。
作为该芳香族杂环基,优选为来自于单环或二环性的杂环的基团。作为构成芳香族杂环基的除碳以外的原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。在芳香族杂环基具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。作为芳香族杂环基,具体可举出吡啶基、喹啉基、异喹啉基、苯并噻二唑基、苯二甲酰亚氨基、噻吩并噻唑基等。其中特别优选噻吩并噻唑基。
作为该芳香族杂环基可以具有的取代基,可举出甲基及乙基等烷基;甲氧基、乙氧基等烷氧基;无取代或甲基氨基等氨基;乙酰基氨基、酰基氨基、硝基、羟基、氰基、卤原子等。这些取代基中,对于具有碳原子的基团,碳原子数的优选范围与R11~R14表示的取代基的碳原子数的优选范围相同。
作为上述通式(I)表示的偶氮色素的优选例子,包含下述通式(Ia)及(Ib)中的任一个表示的偶氮色素。
(化学式8)
通式(Ia)
Figure BDA00002207118300151
式中,R17a及R18a各自独立地表示氢原子、甲基或乙基;L11a表示-N=N-、-N=CH-、-O(C=O)-、或-CH=CH-;A11a表示下述通式(Ia-I)或(Ia-III)表示的基团;B11a及B12a各自独立地表示下述式(Ia-IV)、(Ia-V)或(Ia-VI)表示的基团;
(化学式9)
(Ia-II)
Figure BDA00002207118300152
(Ia-III)
Figure BDA00002207118300153
式中,R19a表示可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、或可以具有取代基的酰基氧基。
(化学式10)
(Ia-IV)
Figure BDA00002207118300154
(Ia-V)
Figure BDA00002207118300161
(Ia-VI)
Figure BDA00002207118300162
式中,m表示0~2的整数。
(化学式11)
通式(Ib)
Figure BDA00002207118300163
式中,R17b及R18b各自独立地表示氢原子、甲基或乙基;L11b表示-N=N-或-(C=O)O-;L12b表示-N=CH-、-(C=O)O-或-O(C=O)-;A11b表示下述式(Ib-II)或(Ib-III)表示的基团;m表示0~2的整数;
(化学式12)
(Ib-II)
Figure BDA00002207118300164
(Ib-III)
Figure BDA00002207118300165
式中,R19b表示可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、可以具有取代基的酰基氧基。
上述通式(Ia)及(Ib)中,作为各基团所具有的取代基的例子,与通式(I)中的R11~R14表示的取代基的例子相同。此外,对于烷基等具有碳原子的基团,碳原子数的优选范围与R11~R14表示的取代基的碳原子数的优选范围相同。
另外,上述通式(I)、(Ia)及(Ib)表示的化合物中,作为取代基,可具有聚合性基团。具有聚合性基团时,硬膜性优良化,因而优选。作为聚合性基团的例子,包括不饱和聚合性基团、环氧基及氮杂环丙烯基,优选为不饱和聚合性基团,特别优选烯键式不饱和聚合性基团。作为烯键式不饱和聚合性基团的例子,包含丙烯酰基及甲基丙烯酰基。
聚合性基团优选位于分子末端,即,在式(I)中,优选作为R15和/或R16的取代基以及作为Ar11的取代基存在。
下面示出式(I)表示的偶氮色素的具体例,但是并不限定于以下的具体例。
(化学式13)
  No.   x1   x2   R21   R22   R23   R24   R25   Y1
  A-1   -C2H5   -C2H5   -H   -CH3   -H   -H   -H   -C4H9
  A-2   -C2H5   -C2H5   -H   -CH3   -CH3   -CH3   -H   -C4H9
  A-3   -CH3   -CH3   -H   -CH3   -H   -H   -H   -C4H9
(化学式14)
Figure BDA00002207118300172
Figure BDA00002207118300173
(化学式15)
Figure BDA00002207118300181
(化学式16)
Figure BDA00002207118300183
Figure BDA00002207118300184
(化学式17)
Figure BDA00002207118300191
(化学式18)
Figure BDA00002207118300201
(化学式19)
Figure BDA00002207118300202
(化学式20)
Figure BDA00002207118300211
(化学式21)
Figure BDA00002207118300212
(化学式22)
Figure BDA00002207118300221
(化学式23)
Figure BDA00002207118300222
(化学式24)
Figure BDA00002207118300231
(化学式25)
Figure BDA00002207118300241
(化学式26)
(化学式27)
Figure BDA00002207118300261
(化学式28)
通式(II)
Figure BDA00002207118300262
通式(II)
式中,R21及R22分别表示氢原子、烷基、烷氧基或由-L22-Y表示的取代基,其中,R21及R22中的至少一个表示除氢原子以外的基团。L22表示亚烷基,但是,亚烷基中存在的1个CH2基或不邻接的2个以上的CH2基可以分别被-O-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-NRCOO-、-OCONR-、-CO-、-S-、-SO2-、-NR-、-NRSO2-、或-SO2NR-(R表示氢原子或碳数为1~4的烷基)取代。Y表示氢原子、羟基、烷氧基、羧基、卤原子或聚合性基团。
其中,R21及R22中的一个为氢原子或C1~C4左右的短链的取代基、R21及R22的另一个为C5~C30左右的长链的取代基时,溶解性进一步改善,因而优选。一般,关于液晶性的表现,已知其分子形状及极化率的各向异性等有很大影响,在液晶便覧(2000年、丸善株式会社)等中有详细记载。棒状液晶分子的代表性的骨架由刚性的介晶(mesogen)和分子长轴方向的柔软的末端链构成,一般情况下,相当于式(II)中的R21及R22的分子短轴方向的侧方取代基设为不阻碍分子的旋转的小的取代基或者不进行取代。作为侧方取代基具有特征的例子,已知有通过导入亲水性(例如离子性)的侧方取代基从而使近晶相稳定化的例子,但是,表现出稳定的向列相的例子几乎没有。特别是通过在表现出向列相的棒状液晶性分子的特定的取代位置上导入长链的取代基、从而不使取向有序度降低而使溶解性提高的例子完全没有。
作为R21及R22各自表示的烷基,可举出C1~C30的烷基。作为上述短链的烷基的例子,优选C1~C9,更优选C1~C4。另一方面,作为上述长链的烷基,优选C5~C30,更优选C10~C30,进一步优选C10~C20
作为R21及R22各自表示的烷氧基,可举出C1~C30的烷氧基。作为上述短链的烷氧基的例子,优选C1~C8,更优选C1~C3。另一方面,作为上述长链的烷氧基,优选C5~C30,更优选C10~C30,进一步优选C10~C20
R21及R22各自表示的由-L22-Y表示的取代基中,L22表示的亚烷基优选C5~C30,更优选C10~C30,进一步优选C10~C20。在上述亚烷基中存在的1个CH2基或不邻接的2个以上的CH2基分别可以被选自由-O-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-NRCOO-、-OCONR-、-CO-、-S-、-SO2-、-NR-、-NRSO2-、及-SO2NR-(R表示氢原子或碳数为1~4的烷基)组成的2价基团的组中的1个以上取代。当然,也可以被选自上述2价基团的组中的2个以上的基团取代。此外,作为L22的末端的与Y键合的CH2可以被上述2价基团的任一个取代。此外,作为L22的前端的与苯基键合的CH2可以被上述2价基团的任一个取代。
特别是从提高溶解性的观点出发,优选L22为亚烷基氧基或包含亚烷基氧基,更优选L22为由-(OCH2CH2p-(其中,p表示3以上的数,优选为3~10,更优选为3~6)表示的聚氧化乙烯基或包含聚氧化乙烯基的基团。
下面示出-L22-的例子,但是并不限定于下述例子。下述式中,q为1以上的数,优选为1~10,更优选为2~6。此外,r为5~30,优选为10~30,更优选为10~20。
-(OCH2CH2p
-(OCH2CH2p-O-(CH2q
-(OCH2CH2p-OC(=O)-(CH2q
-(OCH2CH2p-OC(=O)NH-(CH2q
-O(CH2r
-(CH2r
R21及R22分别表示的由-L22-Y表示的取代基中,Y表示氢原子、羟基、烷氧基(优选为C1~C10、更优选为C1~C5的烷氧基)、羧基、卤原子或聚合性基团。
通过L22与Y的组合,-L22-Y的末端例如能成为羧基或氨基、铵基等加强分子间相互作用的取代基,并且也能成为磺酰基氧基、卤原子等离去基团。
此外,-L22-Y的末端也可以是交联性基团、聚合性基团等与其他分子形成共价键的取代基,例如可以为-O-C(=O)CH=CH2及-O-C(=O)C(CH3)=CH2等聚合性基团。
在用作固化膜用的材料的情况下,Y优选为聚合性基团(其中,即使上述式(II)的化合物不具有聚合性基团,只要并用的化合物为聚合性,通过进行与该其他化合物的聚合反应,就能将式(II)的化合物的取向固定)。聚合反应优选为加聚(包括开环聚合)或缩聚。即,聚合性基团优选为能进行加聚反应或缩聚反应的官能团。作为上式表示的聚合性基团的例子,包括下述式(M-1)表示的丙烯酸酯基及下述式(M-2)表示的甲基丙烯酸酯基。
(化学式29)
Figure BDA00002207118300291
此外,也优选开环聚合性基团,例如优选环状醚基,更优选环氧基或氧杂环丁烷基,特别优选环氧基。
上述通式(II)中,L21分别表示选自由偶氮基(-N=N-)、羰基氧基(-C(=O)O-)、氧基羰基(-O-C(=O)-)、亚氨基(-N=CH-)、及亚乙烯基(-C=C-)组成的组中的连接基团。其中,优选亚乙烯基。
上述通式(II)中,Dye分别表示由下述通式(IIa)表示的偶氮色素残基。
(化学式30)
Figure BDA00002207118300292
式(IIa)中,*表示与L21的键合部;X21表示羟基、取代或无取代的烷基、取代或无取代的烷氧基、无取代氨基、或者单或二烷基氨基;Ar21表示分别可以具有取代基的芳香族烃环或芳香族杂环;n表示1~3的整数,n为2以上时,多个的Ar21互相可以相同,也可以不同。
X21表示的烷基优选为C1~C12、更优选为C1~C6的烷基。具体而言,包含甲基、乙基、丙基、丁基等。烷基可以具有取代基,作为该取代基的例子,包含羟基、羧基及聚合性基团。聚合性基团的优选例子与上述Y表示的聚合性基团的优选例子相同。
X21表示的烷氧基优选为C1~C20、更优选为C1~C10、进一步优选为C1~C6的烷氧基。具体而言,可举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基等。烷氧基可以具有取代基,作为该取代基的例子,包含羟基、羧基及聚合性基团。聚合性基团的优选例子与上述Y表示的聚合性基团的优选例子相同。
X21表示的取代或无取代的氨基优选为C0~C20、更优选为C0~10、进一步优选为C0~C6的氨基。具体而言,可举出无取代氨基、甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、甲基/己基氨基、苯胺基等。
其中,X21优选为烷氧基。
上述通式(II)中,Ar21表示可以具有取代基的芳香族烃环基或芳香族杂环基。作为芳香族烃环基及芳香族杂环基的例子,优选为1,4-亚苯基、1,4-亚萘基、吡啶环基、嘧啶环基、吡嗪环基、喹啉环基、噻吩环基、噻唑环基、噻二唑环基、噻吩并噻唑环基等。其中,优选为1,4-亚苯基、1,4-亚萘基、噻吩并噻唑环基,最优选为1,4-亚苯基。
作为Ar21可以具有的取代基,优选碳数为1~10的烷基、羟基、碳数为1~10的烷氧基、氰基等,更优选碳数为1~2的烷基、碳数为1~2的烷氧基。
n优选为1或2,更优选为1。
作为上述通式(II)表示的化合物的例子,包含由以下的通式(IIb)表示的化合物。式中的各符号的意义与式(II)中的各个符号的定义相同,优选的范围也相同。
(化学式31)
(IIb)
(IIb)
式中,X21互相相同或不同,优选表示C1-12的烷氧基;R21及R22优选互相不同,优选R21及R22中的一个为氢原子或C1~C4的短链的取代基(烷基、烷氧基、或由-L22-Y表示的取代基),R21及R22的另一个为C5~C30的长链的取代基(烷基、烷氧基、或由-L22-Y表示的取代基)。或者,R21及R22优选分别为由-L22-Y表示的取代基,L22为亚烷基氧基或包含亚烷基氧基的基团。
下面示出由上述通式(II)表示的化合物的具体例,但是,并非限定于以下的化合物例。
(化学式32)
Figure BDA00002207118300311
(化学式33)
Figure BDA00002207118300321
(化学式34)
Figure BDA00002207118300331
(化学式35)
通式(III)
Figure BDA00002207118300332
通式(III)
式中,R31~R35各自独立地表示氢原子或取代基;R36及R37各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的烷基;Q31表示可以具有取代基的芳香族烃基、芳香族杂环基或环己烷环基;L31表示2价的连接基团;A31表示氧原子或硫原子。
作为R31~R35表示的取代基的例子,与上述式(I)中的R11~R14分别表示的取代基的例子相同。优选为氢原子、烷基、烷氧基、卤原子,特别优选为氢原子、烷基、烷氧基,最优选为氢原子或甲基。
在上述通式(III)中,作为R36及R37表示的可以具有取代基的烷基,优选为碳数为1~20、更优选为碳数为1~12、特别优选为碳数为1~8的烷基,例如可举出甲基、乙基、正辛基等。作为R36及R37表示的烷基的取代基,与上述R31~R35表示的取代基的定义相同。R36及R37表示烷基的情况下,可互相连结形成环结构。R36或R37表示烷基的情况下,也可以分别与R32或R34连结形成环结构。
作为R36及R37表示的基团,特别优选为氢原子或烷基,进一步优选为氢原子、甲基或乙基。
在上述通式(III)中,Q31表示可以具有取代基的芳香族烃基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10,例如可举出苯基、萘基等)、可以具有取代基的芳香族杂环基或可以具有取代基的环己烷环基。
作为Q31表示的基团可以具有的取代基,优选为了提高偶氮化合物的溶解性或向列液晶性而导入的基团、为了调节作为色素的色调而导入的具有给电子性或吸电子性的基团、或为了将取向固定化而导入的具有聚合性基团的基团,具体而言,与上述R31~R35表示的取代基的定义相同。优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、可以具有取代基的酰基氧基、可以具有取代基的酰基氨基、可以具有取代基的氨基、可以具有取代基的烷氧基羰基氨基、可以具有取代基的磺酰基氨基、可以具有取代基的氨磺酰基、可以具有取代基的氨基甲酰基、可以具有取代基的烷基硫基、可以具有取代基的磺酰基、可以具有取代基的酰脲基、硝基、羟基、氰基、亚氨基、偶氮基、卤原子,特别优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、可以具有取代基的酰基氧基、硝基、亚氨基、偶氮基。这些取代基中,关于具有碳原子的基团,碳原子数的优选范围与R31~R35表示的取代基的碳原子数的优选范围相同。
该芳香族烃基、该芳香族杂环基或该环己烷环基可以具有1~5个的这些取代基,优选具有1个。Q31为苯基的情况下,优选相对于L31在对位具有1个取代基,在为环己烷环基的情况下,优选相对于L31在4位以成为反式构型的方式具有1个取代基。
作为Q31表示的芳香族杂环基,优选来自于单环或二环性的杂环的基团。作为构成芳香族杂环基的除碳以外的原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。在芳香族杂环基具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。作为芳香族杂环基,具体可举出吡啶基、喹啉基、硫代苯基、噻唑基、苯并噻唑基、噻二唑基、奎诺酮基、萘二甲酰亚氨基、噻吩并噻唑基等。
作为芳香族杂环基,优选吡啶基、喹啉基、噻唑基、苯并噻唑基、噻二唑基或噻吩并噻唑基,特别优选吡啶基、苯并噻唑基、噻二唑基或噻吩并噻唑基,最优选吡啶基、苯并噻唑基或噻吩并噻唑基。
作为Q31表示的基团,特别优选为可以具有取代基的苯基、萘基、吡啶基、苯并噻唑基、噻吩并噻唑基或环己烷环基,更优选为苯基、吡啶基、苯并噻唑基或环己烷环基。
在上述通式(III)中,作为L31表示的连接基团,可举出单键、亚烷基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、环己烷-1,4-二基等)、亚链烯基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如可举出亚乙烯基等)、亚炔基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如可举出亚乙炔基等)、亚烷基氧基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出亚甲基氧基等)、酰胺基、醚基、酰基氧基(-C(=O)O-)、氧基羰基(-OC(=O)-)、亚氨基(-CH=N-或-N=CH-)、磺酰胺基、磺酸酯基、酰脲基、磺酰基、亚磺酰基、硫醚基、羰基、-NR-基(这里,R表示氢原子、烷基或芳基)、偶氮基、氧化偶氮基、或将它们2种以上组合而构成的碳数为0~60的2价连接基团。
作为L31表示的基团,特别优选为单键、酰胺基、酰基氧基、氧基羰基、亚氨基、偶氮基或氧化偶氮基,更进一步优选为偶氮基、酰基氧基、氧基羰基、或亚氨基。
在上述通式(III)中,A31表示氧原子或硫原子,优选为硫原子。
上述通式(III)表示的化合物中,可以具有聚合性基团作为取代基。具有聚合性基团时,硬膜性优良化,因而优选。作为聚合性基团的例子,包含不饱和聚合性基团、环氧基及氮杂环丙烯基,优选不饱和聚合性基团,特别优选烯键式不饱和聚合性基团。作为烯键式不饱和聚合性基团的例子,包含丙烯酰基及甲基丙烯酰基。
聚合性基团优选位于分子末端,即,聚合性基团优选在式(III)中作为R36和/或R37的取代基以及作为Q1的取代基存在。
上述通式(III)表示的化合物中,特别优选的是下述通式(IIIa)表示的化合物。
(化学式36)
Figure BDA00002207118300361
式中,关于R31~R35,与上述式(III)中的各自的定义相同,优选的范围也相同。B31表示氮原子或可以具有取代基的碳原子;L32表示偶氮基、酰基氧基(-C(=O)O-)、氧基羰基(-OC(=O)-)、或亚氨基。
在上述通式(IIIa)中,R35优选表示氢原子或甲基,更优选为氢原子。
在上述通式(IIIa)中,B31为碳原子的情况下可以具有的取代基与上述通式(III)中Q31可以具有的取代基的定义相同,优选的范围也相同。
在上述通式(IIIa)中,L32表示偶氮基、酰基氧基、氧基羰基、或亚氨基,优选为偶氮基或酰基氧基、氧基羰基,更优选为偶氮基。
下面示出式(III)表示的化合物的具体例,但是并不限定于下述的具体例。
(化学式37)
Figure BDA00002207118300371
  No.   R1   R2   R3   R4   R5   R6   R7   R
  A3-1   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-2   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C6H13
  A3-3   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C7H15
  A3-4   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -OC4H9
  A3-5   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -CF3
  A3-6   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -OH
  A3-7   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -CN
  A3-8   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -NO2
  A3-9   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -F
  A3-10   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -Br
  A3-11   -H   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -I
  A3-12   -H   -H   -H   -H   -H   -CH3   -H   -C4H9
  A3-13   -H   -H   -H   -H   -H   -CH3   -CH3   -C4H9
  A3-14   -H   -H   -H   -H   -H   -CH3   -C6H13   -C4H9
  A3-15   -H   -H   -H   -H   -H   -CH3   -CH2CH2OH   -C4H9
  A3-16   -H   -H   -H   -H   -H   -CH3   -CH2CH2OCH3   -C4H9
  A3-17   -H   -H   -H   -H   -H   -CH3   -CH2CH2OCOCH=CH2   -C4H9
  A3-18   -H   -H   -H   -H   -H   -CH3   -CH2CH2CN   -C4H9
  A3-19   -H   -H   -H   -H   -H   -CH2CH2OCOCH=CH2   -CH2CH2OCOCH=CH2   -C4H9
  A3-20   -CH3   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-21   -F   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-22   -Cl   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-23   -OH   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-24   -OCH3   -H   -H   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-25   -H   -OCH3   -OCH3   -H   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-26   -H   -H   -H   -H   -CH3   -C2H5   -C2H5   -C4H9
(化学式38)
Figure BDA00002207118300372
Figure BDA00002207118300381
(化学式39)
Figure BDA00002207118300382
(化学式40)
Figure BDA00002207118300383
(化学式41)
Figure BDA00002207118300384
  No.   A   R5   R6   R7   R
  A3-37   S   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-38   S   -H   -C2H5   -C2H5   -C7H15
  A3-39   S   -H   -C2H5   -C2H5   -CN
  A3-40   S   -H   -C2H5   -C2H5   -Br
  A3-41   S   -CH3   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-42   S   -H   -CH3   -CH3   -C4H9
  A3-43   O   -H   -C2H5   -C2H5   -C4H9
(化学式42)
Figure BDA00002207118300391
(化学式43)
Figure BDA00002207118300392
  No.   R6   R7   R
  A3-46   -C2H5   -C2H5   -C4H9
  A3-47   -C2H5   -C2H5   -OC4H9
  A3-48   -C2H5   -C2H5   -CF3
  A3-49   -C2H5   -C2H5   -F
  A3-50   -CH3   -CH3   -C4H9
(化学式44)
Figure BDA00002207118300393
(化学式45)
通式(IV)
Figure BDA00002207118300394
式中,R41及R42分别表示氢原子或取代基,且可以互相键合形成环;Ar4表示可以被取代的2价的芳香族烃基或芳香族杂环基;R43及R44分别表示氢原子或可以被取代的烷基,也可以互相键合而形成杂环。
在通式(IV)中,作为R41及R42分别表示的取代基的例子,与上述通式(I)中的R11~R14分别表示的取代基的例子相同。作为R41及R42,优选为氢原子、烷基、烷氧基、卤原子、氰基、硝基、磺基,更优选为氢原子、烷基、卤原子、氰基、硝基,进一步优选为氢原子、烷基、氰基,更进一步优选为氢原子、甲基、氰基。
也优选R41与R42互相键合形成环。特别优选形成芳香族烃基或芳香族杂环基。作为芳香族杂环基,优选来自单环或二环性的杂环的基团。作为构成芳香族杂环基的除碳以外的原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。芳香族杂环基具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。作为芳香族杂环基,具体可举出吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、喹啉环、噻吩环、噻唑环、苯并噻唑环、噻二唑环、喹诺酮环、萘二甲酰亚胺环、噻吩并噻唑环等。
R41与R42互相键合形成的环状基团优选为苯环、萘环、吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环,更优选为苯环或吡啶环,最优选为吡啶环。
R41与R42互相键合形成的环状基团可以具有取代基,其范围与R1、R2表示的基团相同,优选的范围也相同。
作为上述通式(IV)表示的化合物的例子,包含由下述通式(IV’)表示的化合物。
(化学式46)
通式(IV’)
Figure BDA00002207118300401
式中,与式(IV)中相同的符号各自的定义相同,优选的范围也相同。A42表示N或CH,R47及R48分别表示氢原子或取代基。优选R47及R48中的任一个为取代基,也优选双方为取代基。取代基的优选的例子与R41及R42表示的取代基的例子相同,即优选为烷基、烷氧基、卤原子、氰基、硝基、磺基,更优选为烷基、卤原子、氰基、硝基,进一步优选为烷基、氰基,最优选为甲基、氰基。例如也优选R47及R48中的任一个为碳原子数为1~4的烷基、另一个为氰基的化合物例。
在通式(IV’)中,作为Ar4表示的芳香族杂环基,优选来自单环或二环性的杂环的基团。作为构成芳香族杂环基的除碳以外的原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。芳香族杂环基具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。作为芳香族杂环基,具体可举出吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、喹啉环、噻吩环、噻唑环、苯并噻唑环、噻二唑环、喹诺酮环、萘二甲酰亚胺环、噻吩并噻唑环等。
Ar4表示的基团优选为苯环、萘环、吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、喹啉环、噻吩环,更优选为苯环、萘环、吡啶环、噻吩环,最优选为苯环。
Ar4可以具有取代基,其范围与上述R41、R42表示的基团相同。
Ar4可以具有的取代基优选为烷基、烷氧基、卤原子,更优选为氢原子、烷基、烷氧基,更进一步优选为甲基。也优选Ar4为无取代。
为了提高分子的直线性、得到更大的分子长及长宽比,优选Ar4与氨基的键平行于Ar4与偶氮基的键。例如Ar4包含与偶氮基及氨基键合形成的6元环的情况下,优选氨基相对于偶氮基在4位键合,包含与偶氮基及氨基键合形成的5元环的情况下,优选氨基相对于偶氮基在3位或4位键合。
在通式(IV’)中,R43及R44表示的烷基的范围与上述R41、R42表示的烷基相同。该烷基可以具有取代基,该取代基的例子与R41、R42表示的取代基的例子相同。R43及R44表示可以被取代的烷基的情况下,也可以互相键合而形成杂环。此外,可能的情况下,也可以与Ar4具有的取代基键合形成环。
优选R43与R44互相键合形成环。优选为6元环或5元环,更优选为6元环。该环状基团可以具有碳和除碳以外的原子作为构成原子。作为除碳以外的构成原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。该环状基团具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。
作为由R43和R44形成的环状基团,具体可举出3-吡咯啉环、吡咯烷环、3-咪唑啉环、咪唑烷环、4-噁唑啉环、噁唑烷环、4-噻唑啉环、噻唑烷环、哌啶环、哌嗪环、吗啉环、硫代吗啉环、氮杂环庚烷(azepane)环、氮杂环辛烷(azocane)环等。
由R43和R44形成的环状基团优选为吡咯烷环、哌啶环、哌嗪环、吗啉环,更优选为哌啶环、哌嗪环,最优选为哌嗪环。
由R43和R44形成的环状基团可以具有取代基,其范围与R41及R42表示的基团相同。为了提高分子的直线性、得到更大的分子长及长宽比,优选该环状基团具有一个刚性的直线状的取代基,该环状基团与该取代基的键平行于该环状基团与Ar4的键。
在通式(IV)表示的二色性色素中,特别优选的是由下述通式(IVa)表示的二色性色素。
(化学式47)
Figure BDA00002207118300421
式中,R41及R42分别表示氢原子或取代基,且可以互相键合形成环;Ar4表示可以被取代的2价的芳香族烃基或芳香族杂环基;A41表示碳原子或氮原子;L41、L42、R45及R46表示单键或2价的连接基团;Q41表示可以被取代的环状烃基或杂环基;Q42表示可以被取代的2价的环状烃基或杂环基;n表示0~3的整数,n为2以上时,多个的L42及Q42互相可以相同,也可以不同。
在通式(IVa)中,R41及R42表示的基团的范围与通式(IVa)中的R41及R42相同,优选的范围也相同。
在通式(IVa)中,Ar4表示的2价的芳香族烃基或芳香族杂环基的范围与通式(IV)中的Ar4相同,优选的范围也相同。
在通式(IVa)中,A41优选为氮原子。
在通式(IVa)中,作为L41、L42、R45及R46表示的连接基团,可举出亚烷基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、环己烷-1,4-二基等)、亚链烯基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如可举出亚乙烯基等)、亚炔基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如可举出亚乙炔基等)、亚烷基氧基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出亚甲基氧基等)、酰胺基、醚基、酰基氧基(-C(=O)O-)、氧基羰基(-OC(=O)-)、亚氨基(-CH=N-或-N=CH-)、磺酰胺基、磺酸酯基、酰脲基、磺酰基、亚磺酰基、硫醚基、羰基、-NR-基(这里,R表示氢原子、烷基或芳基)、偶氮基、氧化偶氮基、或将它们2个以上组合而构成的碳数为0~60的2价的连接基团。
作为L41表示的连接基团,优选为单键、亚烷基、亚链烯基、亚烷基氧基、氧基羰基、酰基、氨基甲酰基,更优选为单键、亚烷基,进一步优选为单键、亚乙基。
作为L42表示的连接基团,优选为单键、亚烷基、亚链烯基、氧基羰基、酰基、酰基氧基、氨基甲酰基、亚氨基、偶氮基、氧化偶氮基,更优选为单键、氧基羰基、酰基氧基、亚氨基、偶氮基、氧化偶氮基,进一步优选为单键、氧基羰基、酰基氧基。
作为R45、R46表示的连接基团,优选为单键、亚烷基、亚链烯基、亚烷基氧基、酰基,更优选为单键、亚烷基,进一步优选为单键、亚甲基。
通式(IVa)中,由氮原子、亚甲基、R45、R46、A41形成的环的构成原子数由R45及R46决定,例如R45及R46均为单键的情况下,成为4元环;任一个为单键、另一个为亚甲基的情况下,成为5元环;并且,R45及R46均为亚甲基的情况下,成为6元环。
通式(IVa)中,由氮原子、亚甲基、R45、R46、A41形成的环优选为6元环或5元环,更优选为6元环。
在通式(IVa)中,Q41表示的基团优选为芳香族烃基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10,例如可举出苯基、萘基等)、芳香族杂环基、环己烷环基。
作为Q41表示的芳香族杂环基,优选来自单环或二环性的杂环的基团。作为构成芳香族杂环基的除碳以外的原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。芳香族杂环基具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。作为芳香族杂环基,具体可举出吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、喹啉环、噻吩环、噻唑环、苯并噻唑环、噻二唑环、喹诺酮环、萘二甲酰亚胺环、噻吩并噻唑环等。
Q41表示的基团优选为苯环、萘环、吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、噻唑环、苯并噻唑环、噻二唑环、喹啉环、噻吩并噻唑环、环己烷环,更优选为苯环、萘环、吡啶环、噻唑环、苯并噻唑环、噻二唑环、环己烷环,最优选为苯环、吡啶环、环己烷环。
Q41可以具有取代基,其范围与上述R41、R42表示的基团相同。
Q41可以具有的取代基优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、可以具有取代基的酰基氧基、可以具有取代基的酰基氨基、可以具有取代基的氨基、可以具有取代基的烷氧基羰基氨基、可以具有取代基的磺酰基氨基、可以具有取代基的氨磺酰基、可以具有取代基的氨基甲酰基、可以具有取代基的烷基硫基、可以具有取代基的磺酰基、可以具有取代基的酰脲基、硝基、羟基、氰基、亚氨基、偶氮基、卤原子,更优选为可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的氧基羰基、可以具有取代基的酰基氧基、硝基、亚氨基、偶氮基。这些取代基中,关于具有碳原子的基团,碳原子数的优选范围与上述R41、R42表示的基团的碳原子数的优选范围相同。
为了提高分子的直线性、得到更大的分子长及长宽比,优选Q41具有一个取代基,Q41与该取代基的键平行于Q41与L41或L42的键。特别是在n=0的情况下,优选Q41在上述位置具有取代基。
在通式(IVa)中,Q42表示可以被取代的2价的环状烃基或杂环基。
Q42表示的2价环状烃基可以是芳香族性,也可以是非芳香族性。2价环状烃基的优选的例子包含芳香族烃基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10,例如可举出苯基、萘基等)、及环己烷环基。
Q42表示的2价环状杂环基可以是芳香族性,也可以是非芳香族性。作为杂环基,优选来自单环或二环性的杂环的基团。作为构成杂环基的除碳以外的原子,可举出氮原子、硫原子及氧原子。杂环基具有多个除碳以外的构成环的原子的情况下,这些原子可以相同也可以不同。作为杂环基,具体可举出吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、喹啉环、噻吩环、噻唑环、苯并噻唑环、噻二唑环、喹诺酮环、萘二甲酰亚胺环、噻吩并噻唑环、3-吡咯啉环、吡咯烷环、3-咪唑啉环、咪唑烷环、4-噁唑啉环、噁唑烷环、4-噻唑啉环、噻唑烷环、哌啶环、哌嗪环、吗啉环、硫代吗啉环、氮杂环庚烷环、氮杂环辛烷环等。
Q42表示的基团优选为苯环、萘环、吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、哌啶环、哌嗪环、喹啉环、噻吩环、噻唑环、苯并噻唑环、噻二唑环、喹诺酮环、萘二甲酰亚胺环、噻吩并噻唑环、环己烷环,更优选为苯环、萘环、吡啶环、哌啶环、哌嗪环、噻唑环、噻二唑环、环己烷环,更进一步优选为苯环、环己烷环、哌嗪环。
Q42可以具有取代基,其范围与上述R41、R42表示的基团相同。
Q42可以具有的取代基的范围与上述Ar4可以具有的取代基相同,优选的范围也相同。
为了提高分子的直线性、得到更大的分子长及长宽比,优选Q42与L41及L42、或与两个L42的键平行。
通式(IVa)中,n表示0~3的整数,优选为0~2,更优选为0或1,最优选为1。
通式(IVa)表示的二色性色素中,特别优选的是由下述通式(IVb)表示的二色性色素。
(化学式48)
Figure BDA00002207118300451
式中,R41及R42分别表示氢原子或取代基;A41表示碳原子或氮原子;L41及L42分别表示单键或2价的连接基团;Q41表示可以被取代的环状烃基或杂环基;Q42表示可以被取代的2价的环状烃基或杂环基;n表示0~3的整数,n为2以上时,多个的L42及Q42互相可以相同,也可以不同。
在通式(IVb)中,R41、R42、L41、L42、Q41、Q42表示的基团的范围与通式(IV)中的R41、R42、L41、L42、Q41、Q42相同,优选的范围也相同。
通式(IVb)中,A41优选为氮原子。
下面示出式(IV)表示的化合物的具体例,但是并不限定于以下的具体例。
(化学式49)
Figure BDA00002207118300461
(化学式50)
Figure BDA00002207118300472
(化学式51)
Figure BDA00002207118300473
Figure BDA00002207118300474
(化学式52)
Figure BDA00002207118300481
(化学式53)
Figure BDA00002207118300491
Figure BDA00002207118300492
(化学式54)
Figure BDA00002207118300501
Figure BDA00002207118300502
(化学式55)
Figure BDA00002207118300512
(化学式56)
Figure BDA00002207118300521
Figure BDA00002207118300522
(化学式57)
Figure BDA00002207118300531
Figure BDA00002207118300532
(化学式58)
Figure BDA00002207118300541
(化学式59)
Figure BDA00002207118300551
Figure BDA00002207118300552
(化学式60)
Figure BDA00002207118300553
上述通式(I)、(II)、(III)、或(IV)表示的化合物(偶氮色素)可参考“Dichroic Dyes for Liquid Crystal Display”(A.V.Ivashchenko著、CRC公司、1994年)、「総説合成染料」(堀口博著、三共出版、1968年)及在它们中引用的文献中记载的方法来合成。
此外,本发明中的上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素可根据Journal of Materials Chemistry(1999),9(11),2755-2763等中记载的方法容易地合成。
上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素根据其分子结构可知具有下述特征:分子形状为平板且直线性良好,具有刚性的芯部分和柔软的侧链部分,且在偶氮色素的分子长轴末端具有极性的氨基,因此其自身具有容易表现出液晶性、特别是向列液晶性的性质。
这样,在本发明中,含有由上述(I)、(II)、(III)或(IV)表示的二色性色素中的至少一种二色性色素组合物成为具有液晶性的组合物。
进而,由上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素由于分子的平面性高,因此强的分子间相互作用起作用,具有分子彼此容易形成缔合状态的性质。
本发明涉及的含有由上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素的二色性色素组合物通过形成缔合不仅在可见光的宽的波长区域中表现出高的吸光度,而且含有该色素的组合物具体而言具有向列液晶性,因此,例如通过经由向经摩擦的聚乙烯醇取向膜表面的涂布等层叠工艺,能实现高次的分子取向状态。因此,将本发明涉及的含有上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素的二色性色素组合物用作光吸收各向异性膜时,能制作偏振特性高的偏振元件。
本发明的二色性色素组合物能将通过在后述的实施例中记载的方法算出的二色比(D)提高到15以上,优选的(D)为18以上。
关于上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素的液晶性,优选在10~300℃下、更优选在100~250℃下显示向列液晶相。
本发明的二色性色素组合物优选含有1种以上由通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素。关于偶氮色素的组合,没有特别限制,但是,制造的起偏器为了实现高偏振度,优选混合2种以上成为黑色的组合。
本发明的由通式(Ia)表示的偶氮色素为品红的偶氮色素,由通式(Ib)及(II)表示的偶氮色素为黄色或品红的偶氮色素,由通式(III)及(IV)表示的偶氮色素为青色的偶氮色素。
上述二色性色素组合物含有的2种以上的二色性色素中,优选至少1种为由通式(Ia)、(Ib)或(II)表示的偶氮色素。
此外,上述二色性色素组合物优选含有由通式(III)或(IV)表示的偶氮色素。
此外,上述二色性色素组合物优选含有至少1种由通式(Ia)、(Ib)或(II)表示的偶氮色素、及至少1种由通式(III)或(IV)表示的偶氮色素。
另外,上述二色性色素组合物在不损害本发明的效果的范围内,还可以含有除由通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素以外的色素等的着色材料。除由通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素以外的色素也优选选自显示液晶性的化合物中。作为能并用的色素,例如可以使用偶氮系色素、花青系色素、偶氮金属络合物、酞菁系色素、吡喃鎓系色素、噻喃鎓系色素、薁鎓(azulenium)系色素、方酸内鎓系色素、醌系色素、三苯基甲烷系色素、及三烯丙基甲烷系色素等。优选为偶氮系色素或方酸内鎓系色素。尤其是可以使用“Dichroic Dyes for Liquid Crystal Display”(A.V.Ivashchenko著、CRC公司、1994年)中记载的色素。
本发明中能使用的方酸内鎓系色素特别优选由下述通式(VI)表示。
(化学式61)
通式(VI)
Figure BDA00002207118300571
式中,A1及A2各自独立地表示取代或无取代的烃环基或杂环基。
烃环基优选为5~20元的单环或稠环的基团。烃环基可以是芳香族环,也可以是非芳香族环。构成烃环的碳原子可以被除氢原子以外的原子取代。例如,构成烃环的1个以上的碳原子可以是C=O、C=S或C=NR(R为氢原子或C1-10的烷基)。此外,构成烃环的1个以上的碳原子可以具有取代基,关于取代基的具体例,可以从后述的取代基组G中选择。上述烃环基的例子包含下述基团,但是并不限定于这些基团。
(化学式62)
上述式中,*表示键合于方酸内鎓骨架的部位,Ra~Rg分别表示氢原子或取代基,可能的话,也可以互相键合形成环结构。该取代基可以选自后述的取代基组G中。
特别优选下述的例子。
式A-1中,Rc为-N(Rc1)(Rc2),Rc1及Rc2分别表示氢原子或者取代或无取代的碳数为1~10的取代或无取代的烷基,Rb及Rd为氢原子,即,为由下述式A-1a表示的基团。
式A-2中,Re为羟基,即,为由下述式A-2a表示的基团。
式A-3中,Re为羟基,Rc及Rd为氢原子,即,为由下述式A-3a表示的基团。
式A-4中,Rg为羟基,Ra、Rb、Rc及Rf为氢原子,即,为由下述式A-4a表示的基团。
式A-5中,Rg为羟基,即,为由下述式A-5a表示的基团。
(化学式63)
Figure BDA00002207118300591
上述式A-1a中,Rc1及Rc2各自独立地表示氢原子或碳数为1~10的取代或无取代的烷基;上述式中的其他符号与上述式A-1~A-5中的各个符号的定义相同。作为烷基的取代基的例子,可举出后述的取代基组G,优选的范围也相同。Rc1及Rc2为取代或无取代的烷基的情况下,也可以互相键合形成含氮杂环基。此外,Rc1及Rc2的至少一个也可以与式A-1a中的苯环的碳原子键合形成稠环。例如,可以为下述式A-1b及A-1c。
(化学式64)
Figure BDA00002207118300592
式中,*表示键合于方酸内鎓骨架的部位,Rh表示氢原子或取代基。作为该取代基的例子,包含后述的取代基组G。Rh优选为含有1个以上苯环的取代基。
杂环基优选为5~20元的单环或稠环的基团。杂环基可具有氮原子、硫原子及氧原子中的至少1个作为环构成原子。此外,作为环构成原子,可以含有1个以上的碳原子,构成杂环的杂原子或碳原子可以被除氢原子以外的原子取代。例如,构成杂环的1个以上的硫原子例如可以为S=O或S(O)2,此外,构成杂环的1个以上的碳原子可以为C=O、C=S或C=NR(R为氢原子或C1-10的烷基)。此外,杂环基可以为芳香族环,也可以为非芳香族环。构成杂环基的1个以上的杂原子和/或碳原子可以具有取代基,关于取代基的具体例,可以选自后述的取代基组G中。作为上述杂环基的例子,包含下述基团,但是并不限定于这些基团。
(化学式65)
Figure BDA00002207118300611
(化学式66)
Figure BDA00002207118300621
上述式中,*表示键合于方酸内鎓骨架的部位,Ra~Rf分别表示氢原子或取代基,可能的话,也可以互相键合形成环结构。该取代基可以选自后述的取代基组G中。
A-6~A-43中,Rc优选为羟基(OH)或巯基(SH)。
优选的烃环基为由A-1、A-2及A-4表示的烃环基。更优选为A-1a、A-2a及A-4a。特别优选为由A-1及A-2表示的烃环基,更优选为A-1a及A-2a。进一步优选为A-1a,特别为Ra及Re表示氢原子或羟基的由A-1a表示的烃环基。
优选的杂环基为由A-6、A-7、A-8、A-9、A-10、A-11、A-14、A-24、A-34、A-37及A-39表示的杂环。特别优选为由A-6、A-7、A-8、A-9、A-11、A-14、A-34及A-39表示的杂环。这些式中,更优选Rc为羟基(OH)或巯基(SH)。
上述式(VI)中,特别优选A1及A2的至少一个为A-1(更优选为A-1a)。
上述烃环基及杂环基可以具有1个以上的取代基,作为该取代基的例子,包含下述的取代基组G。
取代基组G:
碳数为1~18(优选碳数为1~8)的取代或无取代的直链状、支链状或环状的烷基(例如甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环己基、甲氧基乙基、乙氧基羰基乙基、氰基乙基、二乙基氨基乙基、羟基乙基、氯乙基、乙酰氧基乙基、三氟甲基等);碳数为7~18(优选碳数为7~12)的取代或无取代的芳烷基(例如苄基、羧基苄基等);碳数为2~18(优选碳数为2~8)的取代或无取代的链烯基(例如乙烯基等);碳数为2~18(优选碳数为2~8)的取代或无取代的炔基(例如乙炔基等);碳数为6~18(优选碳数为6~10)的取代或无取代的芳基(例如苯基、4-甲基苯基、4-甲氧基苯基、4-羧基苯基、3、5-二羧基苯基等);
碳数为2~18(优选碳数为2~8)的取代或无取代的酰基(例如乙酰基、丙酰基、丁酰基、氯乙酰基等);碳数为1~18(优选碳数为1~8)的取代或无取代的烷基或芳基磺酰基(例如甲磺酰基、对甲苯磺酰基等);碳数为1~18(优选碳数为1~8)的烷基亚磺酰基(例如甲基亚磺酰基、乙基亚磺酰基、辛基亚磺酰基等);碳数为2~18(优选碳数为2~8)的烷氧基羰基(例如甲氧基羰基、乙氧基羰基等);碳数为7~18(优选碳数为7~12)的芳基氧基羰基(例如苯氧基羰基、4-甲基苯氧基羰基、4-甲氧基苯基羰基等);碳数为1~18(优选碳数为1~8)的取代或无取代的烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、正丁氧基、甲氧基乙氧基等);碳数为6~18(优选碳数为6~10)的取代或无取代的芳基氧基(例如苯氧基、4-甲氧基苯氧基等);碳数为1~18(优选碳数为1~8)的烷基硫基(例如甲基硫基、乙基硫基等);碳数为6~10的芳基硫基(例如苯基硫基等);
碳数为2~18(优选碳数为2~8)的取代或无取代的酰基氧基(例如乙酰氧基、乙基羰基氧基、环己基羰基氧基、苯甲酰基氧基、氯乙酰基氧基等);碳数为1~18(优选碳数为1~8)的取代或无取代的磺酰基氧基(例如甲磺酰基氧基等);碳数为2~18(优选碳数为2~8)的取代或无取代的氨基甲酰基氧基(例如甲基氨基甲酰基氧基、二乙基氨基甲酰基氧基等);无取代的氨基或碳数为1~18(优选碳数为1~8)的取代氨基(例如甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、苯胺基、甲氧基苯基氨基、氯代苯基氨基、吗啉基、哌啶基、吡咯烷基、吡啶基氨基、甲氧基羰基氨基、正丁氧基羰基氨基、苯氧基羰基氨基、甲基氨基甲酰基氨基、苯基氨基甲酰基氨基、乙基硫代氨基甲酰基氨基、甲基氨磺酰基氨基、苯基氨磺酰基氨基、乙酰基氨基、乙基羰基氨基、乙基硫代羰基氨基、环己基羰基氨基、苯甲酰基氨基、氯乙酰基氨基、甲磺酰基氨基、苯磺酰基氨基等);
碳数为1~18(优选碳数为1~8)的取代或无取代的氨基甲酰基(例如无取代的氨基甲酰基、甲基氨基甲酰基、乙基氨基甲酰基、正丁基氨基甲酰基、叔丁基氨基甲酰基、二甲基氨基甲酰基、吗啉基氨基甲酰基、吡咯烷基氨基甲酰基等);无取代的氨磺酰基、碳数为1~18(优选碳数为1~8)的取代氨磺酰基(例如甲基氨磺酰基、苯基氨磺酰基等);卤原子(例如氟、氯、溴等);羟基;硝基;氰基;羧基;杂环基(例如噁唑、苯并噁唑、噻唑、苯并噻唑、咪唑、苯并咪唑、假吲哚、吡啶、环丁砜、呋喃、噻吩、吡唑、吡咯、苯并二氢吡喃、香豆素等)。
作为由式(VI)表示的二色性方酸内鎓色素的例子,包含下述例示化合物,但是并不限定于这些化合物。
(化学式67)
Figure BDA00002207118300651
  No.   Ra   Rb   Rc   Rd
  Ⅵ-1   H   H   CH3   CH3
  Ⅵ-2   H   H   C2H5   C2H5
  Ⅵ-3   H   H   CH3   C2H5
  Ⅵ-4   OH   H   CH3   CH3
  Ⅵ-5   OH   H   C2H5   C2H5
  Ⅵ-6   OH   H   CH3   C2H5
  Ⅵ-7   OH   OH   CH3   CH3
  Ⅵ-8   OH   OH   C2H5   C2H5
  Ⅵ-9   OH   OH   CH3   C2H5
  Ⅵ-10   OH   CH3   CH3   CH3
(化学式68)
Figure BDA00002207118300661
Figure BDA00002207118300662
(化学式69)
Figure BDA00002207118300671
(化学式70)
Figure BDA00002207118300681
本发明的由上述通式(VI)表示的二色性方酸内鎓色素可根据Journal of Chemical Society,Perkin Trans.1(2000),599-603、Synthesis(2002),No.3,413-417等中记载的方法容易地合成。
本发明中使用的二色性色素优选跃迁矩与分子长轴形成的角度为0度以上且20度以下,更优选为0度以上且15度以下,进一步优选为0度以上且10度以下,特别优选为0度以上且5度以下。这里,分子长轴是指,在化合物中将原子间距离最大的2个原子连接的轴。跃迁矩的方向可通过分子轨道计算求出,由此也能计算出与分子长轴所成的角度。
本发明中使用的二色性色素优选为刚性的直线状的结构。具体而言,分子长优选为
Figure BDA00002207118300682
以上,更优选为
Figure BDA00002207118300683
以上,进一步优选为
Figure BDA00002207118300684
以上。此外,长宽比优选为1.7以上,更优选为2以上,进一步优选为2.5以上。由此,可实现良好的单轴取向,能得到偏振性能高的光吸收各向异性膜及起偏器。
这里,分子长是指在化合物中最大的原子间距离加上两端的2个原子的范德华半径而得到的值。长宽比是分子长/分子宽,分子宽是指在将各原子投影到与分子长轴垂直的面中时的最大的原子间距离加上两端的2个原子的范德华半径而得到的值。
上述二色性色素组合物含有1种以上的由上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素作为主成分。具体而言,由上述通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素的含量优选相对于所含有的全部色素的总含量为80质量%以上,特别优选为90质量%以上。上限值当然也可以为100质量%,即,所含有的色素全部为由通式(I)、(II)、(III)或(IV)表示的偶氮色素。
上述二色性色素组合物也优选含有由上述通式(VI)表示的方酸内鎓系色素。具体而言,由上述通式(VI)表示的方酸内鎓系色素的含量优选相对于所含有的全部色素的总含量为5质量%以上,特别优选为10质量%以上。
此外,在上述二色性色素组合物中所含的除溶剂外的总固体成分中,1种以上的由通式(I)、(II)、(III)、(IV)或(VI)表示的二色性色素的含量优选为20质量%以上,特别优选为30质量%以上。上限值没有特别限制,但是,在含有下述的表面活性剂等其他添加剂的方式中,为了得到这些效果,上述二色性色素组合物中所含的除溶剂外的总固体成分中,1种以上的由通式(I)、(II)、(III)、(IV)或(VI)表示的二色性色素的含量优选为95质量%以下,更优选为90质量%以下。
本发明的二色性色素组合物优选显示出热致液晶性,即,因热而转变成液晶相,显示出液晶性。优选在10~300℃下、更优选在100~250℃下显示出向列液晶相。特别优选在与向列液晶相相比的低温区域显示出近晶型A液晶相,其优选的温度范围为10~200℃,更优选为50~200℃。
除上述二色性色素以外,上述二色性色素组合物也可以含有1种以上的添加剂。上述二色性色素组合物可以含有具有自由基聚合性基团的非液晶性的多官能单体、聚合引发剂、防风斑剂、防凹陷剂、用于控制取向膜的倾角(在光吸收各向异性膜/取向膜界面处的液晶性色素的倾角)的添加剂、用于控制空气界面的倾角(在光吸收各向异性膜/空气界面处的色素的倾角)的添加剂、糖类、具有防霉、抗菌及杀菌中的至少任一种功能的药剂等。
1-(2)光取向膜
本发明的偏振膜具有光取向膜。光取向膜用于限制上述二色性色素组合物的取向。在本发明中,通过使用光取向膜,从而与将摩擦膜用作取向膜的情况相比,不需要除去粉尘等的工序,并能进行更均匀的取向控制,在这些方面是优选的。
光取向膜是指在光照射下表现出取向限制力的取向膜。作为用于通过光照射形成的取向层的光取向材料,优选为具有光反应性基团的光取向性聚合物。这里,“光反应性基团”是指,例如通过照射来自单一方向的光来使官能团的化学结构或具有该官能团的分子的取向状态发生变化,由此使配置在取向膜表面的液晶性化合物的分子向规定的方向取向的官能团。具体而言,可举出偶氮苯衍生物、肉桂酸衍生物、查耳酮衍生物、芪类、苯乙烯基吡啶衍生物、α-亚肼基-β-酮酸酯类、香豆素衍生物、亚苄基苯并[c]吡咯酮(benzylidene phthalimidine)类、视黄酸衍生物、螺吡喃类、螺噁嗪类、蒽衍生物、二苯甲酮衍生物、聚酰亚胺等。其中,优选的是香豆素衍生物、苯乙烯基吡啶衍生物、偶氮苯衍生物、肉桂酸衍生物、查耳酮衍生物,进一步优选为偶氮苯衍生物、肉桂酸衍生物、查耳酮衍生物。
光取向材料可以为低分子化合物,也可以为高分子的种类。作为上述的高分子的种类,可以是“修订高分子合成的化学”(大津隆行著、发行:株式会社化学同人、1968)第1~4页中记载的聚合物种类中的任一种,例如可举出聚烯烃类、聚酯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚碳酸酯类、聚砜类、聚碳酸酯类、聚醚类、聚缩醛类、聚酮类、聚苯醚类、聚苯硫醚类、多芳基化合物类、四氟化乙烯(PTFE)类、聚偏氟乙烯类、纤维素衍生物等。优选为聚烯烃类。
作为上述光取向材料,在大量文献等中有记载。在本发明的取向层中,例如可举出日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-76839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-94071号公报、日本特开2007-121721号公报、日本特开2007-140465号公报、日本特开2007-156439号公报、日本特开2007-133184号公报、日本特开2009-109831号公报、日本专利第3883848号、日本专利第4151746号中记载的偶氮化合物、日本特开2002-229039号公报中记载的芳香族酯化合物、日本特开2002-265541号公报、日本特开2002-317013号公报中记载的具有光取向性单元的马来酰亚胺和/或链烯基取代纳特酰亚胺(nadimide)化合物、日本专利第4205195号、日本专利第4205198号中记载的光交联性硅烷衍生物、日本特表2003-520878号公报、日本特表2004-529220号公报、日本专利第4162850号中记载的光交联性聚酰亚胺、聚酰胺、或酯作为优选的例子。更优选为偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、聚酰胺或酯。
作为上述光取向材料,特别优选的是以由下述通式(1)表示作为特征的低分子偶氮化合物、或包含从由下述通式(2)表示的单体的至少一种导出的重复单元的聚合物。
(化学式71)
通式(1)
Figure BDA00002207118300711
通式(1)
式中,R51~R54各自独立地表示氢原子或取代基,其中,R51~R54表示的基团的至少一个表示羧基或磺基;m表示1~4的整数,n表示1~4的整数,o表示1~5的整数,p表示1~5的整数,但是,m、n、o及p表示2以上的整数时,多个的R51~R54可以相同,也可以不同。
上述式(1)中,作为R51~R54分别表示的取代基,可举出下述基团。
包含:羧基(可以与碱金属形成盐,优选为未形成盐或者形成为钠盐的羧基,更优选为形成为钠盐的羧基)、磺基(可以与碱金属形成盐,优选为未形成盐或形成为钠盐的磺基,更优选为形成为钠盐的磺基)、烷基(优选为碳数为1~20、更优选为碳数为1~12、特别优选为碳数为1~8的烷基,例如可举出甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正辛基、正癸基、正十六烷基、环丙基、环戊基、环己基等)、链烯基(优选为碳数为2~20、更优选为碳数为2~12、特别优选为碳数为2~8的链烯基,例如可举出乙烯基、芳基、2-丁烯基、3-戊烯基等)、炔基(优选为碳数为2~20、更优选为碳数为2~12、特别优选为碳数为2~8的炔基,例如可举出炔丙基、3-戊炔基等)、芳基(优选为碳数为6~30、更优选为碳数为6~20、特别优选为碳数为6~12的芳基,例如可举出苯基、2,6-二乙基苯基、3,5-二(三氟甲基)苯基、萘基、联苯基等)、取代或无取代的氨基(优选为碳数为0~20、更优选为碳数为0~10、特别优选为碳数为0~6的氨基,例如可举出无取代氨基、甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、苯胺基等)、
烷氧基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲氧基、乙氧基、丁氧基等)、烷氧基羰基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选为2~6,例如可举出甲氧基羰基、乙氧基羰基等)、酰基氧基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选为2~6,例如可举出乙酰氧基、苯甲酰氧基等)、酰基氨基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如可举出乙酰基氨基、苯甲酰基氨基等)、烷氧基羰基氨基(优选碳数为2~20、更优选碳数为2~10、特别优选碳数为2~6,例如可举出甲氧基羰基氨基等)、芳基氧基羰基氨基(优选碳数为7~20、更优选碳数为7~16、特别优选碳数为7~12,例如可举出苯基氧基羰基氨基等)、磺酰基氨基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲磺酰基氨基、苯磺酰基氨基等)、氨磺酰基(优选碳数为0~20、更优选碳数为0~10、特别优选碳数为0~6,例如可举出氨磺酰基、甲基氨磺酰基、二甲基氨磺酰基、苯基氨磺酰基等)、氨基甲酰基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出无取代的氨基甲酰基、甲基氨基甲酰基、二乙基氨基甲酰基、苯基氨基甲酰基等)、
烷基硫基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲基硫基、乙基硫基等)、芳基硫基(优选碳数为6~20、更优选碳数为6~16、特别优选碳数为6~12,例如可举出苯基硫基等)、磺酰基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲磺酰基、甲苯磺酰基等)、亚磺酰基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出甲基亚磺酰基、苯亚磺酰基等)、酰脲基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出无取代的酰脲基、甲基酰脲基、苯基酰脲基等)、磷酸酰胺基(优选碳数为1~20、更优选碳数为1~10、特别优选碳数为1~6,例如可举出二乙基磷酸酰胺基、苯基磷酸酰胺基等)、羟基、巯基、卤原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)、氰基、硝基、异羟肟酸基、亚磺基、肼基、亚氨基、杂环基(优选碳数为1~30、更优选为1~12的杂环基,例如为具有氮原子、氧原子、硫原子等杂原子的杂环基,例如可举出咪唑基、吡啶基、喹啉基、呋喃基、哌啶基、吗啉基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基等)、甲硅烷基(优选为碳数为3~40、更优选为碳数为3~30、特别优选为碳数为3~24的甲硅烷基,例如可举出三甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基等)。
这些取代基可进一步被这些取代基取代。此外,取代基具有两个以上的情况下,可以相同,也可以不同。此外,在可能的情况下可以互相键合,也可以形成环。
R51~R54表示的基团可以为聚合性基团或包含聚合性基团的取代基。聚合性基团或包含聚合性基团的取代基优选存在于分子末端,即优选R53和/或R54为聚合性基团或包含聚合性基团的取代基,特别优选聚合性基团或包含聚合性基团的取代基为相对于偶氮基在对位取代的R53和/或R54。作为聚合性基团,没有特别限定,但是聚合反应优选为加聚(包含开环聚合)或缩聚。换而言之,聚合性基团优选为能进行加聚反应或缩聚反应的聚合性基团。下面示出聚合性基团的例子。
(化学式72)
Figure BDA00002207118300731
作为聚合性基团,优选为进行自由基聚合或阳离子聚合的聚合性基团。作为自由基聚合性基团,可使用一般已知的自由基聚合性基团,作为优选的基团,可举出(甲基)丙烯酸酯基。作为阳离子聚合性基团,可使用一般已知的阳离子聚合性基团,具体可举出脂环式醚基、环状缩醛基、环状内酯基、环状硫醚基、螺环原酸酯基、乙烯基氧基等。其中,优选脂环式醚基、乙烯基氧基,特别优选环氧基、氧杂环丁烷基、乙烯基氧基。
上述式(1)中,作为R51~R54表示的基团,优选为氢原子、羧基、磺基、卤原子、烷基、烷氧基、氰基、硝基、烷氧基羰基、氨基甲酰基,更优选为氢原子、羧基、磺基、卤原子、卤代甲基、卤代甲氧基、氰基、硝基、甲氧基羰基,特别优选为氢原子、羧基、磺基、卤原子、氰基、硝基。
R51~R54表示的基团中的至少一个为羧基或磺基。对于羧基或磺基的取代位置没有特别限制,但是从光活性作用的观点考虑,优选至少1个R51和/或至少1个R52为磺基,更优选至少1个R51及至少1个R52为磺基。
此外,从相同的观点出发,优选至少1个R53和/或至少1个R54为羧基,更优选至少1个R53及至少1个R54为羧基。进一步优选羧基为相对于偶氮基在间位取代了的R53及R54
在上述通式(1)中,m表示1~4的整数,n表示1~4的整数,o表示1~5的整数,p表示1~5的整数。优选情况下,m为1~2的整数,n为1~2的整数,o为1~2的整数,p为1~2的整数。
作为上述通式(1)表示的化合物的例子,包含下述化合物,但是并不限定于下述例子。
下面举出由上述式(II)表示的化合物的具体例,但是并不限定于下述具体例。
(化学式73)
Figure BDA00002207118300751
Figure BDA00002207118300752
(化学式74)
Figure BDA00002207118300761
如上所述,作为上述光取向材料的其他例子,可举出包含从由下述通式(2)表示的单体的至少一种导出的重复单元的聚合物。
(化学式75)
通式(2)
Figure BDA00002207118300762
式中,R61表示氢原子或甲基,L61表示单键或2价的连接基团,A6表示光反应性基团。此外,Y61表示-NRa-(Ra表示碳原子数为1~5的烷基或氢原子)或-O-。
在上述通式(2)中,L61表示单键或2价的连接基团。在为2价的连接基团的情况下,优选为选自由亚烷基、亚链烯基、2价的芳香族基、2价的杂环残基、-CO-、-NRa-(Ra为碳原子数为1~5的烷基或氢原子)、-O-、-S-、-SO-、-SO2-及它们的组合组成的组中的2价的连接基团。亚烷基的碳原子数优选为1~12。亚链烯基的碳原子数优选为2~12。亚芳基的碳原子数优选为6~10。亚烷基、亚链烯基及亚芳基可能的话可被烷基、卤原子、氰基、烷氧基、酰基氧基等取代。作为通式(2)中的L61,优选包含单键、-O-、-CO-、-NRa-(Ra为碳原子数为1~5的烷基或氢原子)或亚烷基,特别优选包含单键、-O-或亚烷基。
下面例示出L61的具体的结构,但是本发明并不限定于这些具体例。此外,也优选下述具体例的组合。具体例中,L61优选为L-1~L-12,更优选为L-1、L-2、L-4、L-7~L-12。
(化学式76)
Figure BDA00002207118300771
通式(2)中的A6为光反应性基团,优选为香豆素衍生物、苯乙烯基吡啶衍生物、偶氮苯衍生物、肉桂酸衍生物或查耳酮衍生物的残基,进一步优选为偶氮苯衍生物、肉桂酸衍生物或查耳酮衍生物的残基。特别优选的是偶氮苯衍生物或肉桂酸衍生物的残基。
作为上述光反应性基团,优选为由下述通式C-1表示的肉桂酸衍生物的残基。
(化学式77)
通式(C-1)
Figure BDA00002207118300772
在上述通式(C-1)中,Ar61及Ar62分别表示可以具有取代基的碳数为6~10的芳香环或碳数为5~10的杂环。优选Ar61及Ar62分别为取代或无取代的苯环、萘环、呋喃环或噻吩环,特别优选为取代或无取代的苯环。X6及Y6分别表示单键或二价的连接基团。X6及Y6分别优选为单键、或者选自由C=C、C≡C、COO、OCO、CONH、NHCO、OCOO、OCONH及NHCOO组成的组中的二价的连接基团,更优选为单键。R61及R62分别为Ar61及Ar62的取代基。R61及R62分别优选为烷基、烷氧基、烷氧基羰基、烷氧基羰基氧基、烷酰基、烷酰基氧基、氰基、硝基或卤基等,特别优选为烷氧基、烷氧基羰基、烷氧基羰基氧基、烷酰基氧基或氰基等。此外,R61或R62也优选具有聚合性基团。作为优选的聚合性基团的例子,可举出丙烯酰基氧基、甲基丙烯酰基氧基、乙烯基、乙烯基氧基、缩水甘油基及氧杂环丁烷基等。R61或R62中的一个与L61连接,形成侧链型高分子。R63及R64分别表示苯环的取代基,可举出碳数为1~6的烷基、碳数为1~6的烷氧基或卤基等。n及m独立地表示0~3的整数。优选为0或1,特别优选至少n及m的任一个为1。o及p独立地表示0~4的整数。o及p分别优选为0~2,特别优选o及p分别为0~2、且o+p为1~3。此外,q及r分别表示0~4的整数,优选为0或1。
作为上述光反应性基团,优选为由下述通式C-2表示的偶氮苯衍生物的残基。
(化学式78)
通式(C-2)
Figure BDA00002207118300781
在上述通式(C-2)中,R71及R72与上述通式(C-1)中的R61及R62表示的取代基的定义相同,其优选的范围也相同。
下面举出由上述通式(2)表示的化合物的具体例,但是并不限定于下述具体例。
(化学式79)
(化学式80)
Figure BDA00002207118300801
上述光取向材料可以是仅包含1种由上述通式(2)表示的重复单元的聚合物,也可以是包含2种以上的聚合物。此外,可以含有1种或2种以上除上述各重复单元以外的其他重复单元。对于除上述重复单元以外的重复单元没有特别限制,作为优选的例子,可举出由能进行通常的自由基聚合反应的单体衍生的重复单元。
下面,举出衍生其他重复单元的单体的具体例。本发明中,作为光取向原材料使用的聚合物可以含有由选自下述单体组中的1种或2种以上的单体衍生的重复单元。
(单体组)
可举出:
(1)链烯烃类
乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-己烯、1-十二烯、1-十八烯、1-二十碳烯、六氟丙烯、偏氟乙烯、氯三氟乙烯、3,3,3-三氟丙烯、四氟乙烯、氯乙烯、偏氯乙烯等;
(2)二烯类
1,3-丁二烯、异戊二烯、1,3-戊二烯、2-乙基-1,3-丁二烯、2-正丙基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-戊二烯、1-苯基-1,3-丁二烯、1-α-萘基-1,3-丁二烯、1-β-萘基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、1-溴-1,3-丁二烯、1-氯丁二烯、2-氟-1,3-丁二烯、2,3-二氯-1,3-丁二烯、1,1,2-三氯-1,3-丁二烯及2-氰基-1,3-丁二烯、1,4-二乙烯基环己烷等;
(3)α,β-不饱和羧酸的衍生物
(3a)丙烯酸烷基酯类
丙烯酸甲酯、丙烯酸酯乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸环己基酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸叔辛酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸2-氯乙酯、丙烯酸2-溴乙酯、丙烯酸4-氯丁酯、丙烯酸2-氰基乙酯、丙烯酸2-乙酰氧基乙酯、丙烯酸甲氧基苄酯、丙烯酸2-氯环己酯、丙烯酸糠基酯、丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、ω-甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(聚氧乙烯的加成摩尔数:n=2至100)、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-丁氧基乙酯、丙烯酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯、丙烯酸1-溴-2-甲氧基乙酯、丙烯酸1,1-二氯-2-乙氧基乙酯、丙烯酸缩水甘油酯等);
(3b)甲基丙烯酸烷基酯类
甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸烯丙基酯、甲基丙烯酸糠基酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、甲基丙烯酸甲酚酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸ω-甲氧基聚乙二醇酯(聚氧乙烯的加成摩尔数:n=2~100)、甲基丙烯酸2-乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-丁氧基乙酯、甲基丙烯酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙酯、甲基丙烯酸烯丙基酯、甲基丙烯酸2-异氰酸根合乙酯等;
(3c)不饱和多元羧酸的二酯类
马来酸二甲酯、马来酸二丁酯、衣康酸二甲酯、衣康酸二丁酯、巴豆酸二丁酯、巴豆酸二己酯、富马酸二乙酯、富马酸二甲酯等;
(3d)α、β-不饱和羧酸的酰胺类
N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-叔辛基甲基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺、N-苯基丙烯酰胺、N-(2-乙酰乙酰氧基乙基)丙烯酰胺、N-苄基丙烯酰胺、N-丙烯酰基吗啉、二丙酮丙烯酰胺、N-甲基马来酰亚胺等;
(4)不饱和腈类
丙烯腈、甲基丙烯腈等;
(5)苯乙烯及其衍生物
苯乙烯、乙烯基甲苯、乙基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、对乙烯基苯甲酸甲酯、α-甲基苯乙烯、对氯甲基苯乙烯、乙烯基萘、对甲氧基苯乙烯、对羟基甲基苯乙烯、对乙酰氧基苯乙烯等;
(6)乙烯基酯类
乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、异丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、水杨酸乙烯酯、氯乙酸乙烯酯、甲氧基乙酸乙烯酯、苯基乙酸乙烯酯等;
(7)乙烯基醚类
甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、正丙基乙烯基醚、异丙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、正戊基乙烯基醚、正己基乙烯基醚、正辛基乙烯基醚、正十二烷基乙烯基醚、正二十烷基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、环己基乙烯基醚、氟代丁基乙烯基醚、氟代丁氧基乙基乙烯基醚等;
(8)其他聚合性单体
N-乙烯基吡咯烷酮、甲基乙烯基酮、苯基乙烯基酮、甲氧基乙基乙烯基酮、2-乙烯基噁唑啉、2-异丙烯基噁唑啉等。
本发明的光取向原材料中,由上述通式(2)表示的单体优选为该光取向原材料的构成单体总量的50质量%以上,更优选为70质量%以上,进一步优选为80质量%以上。
本发明的具有光反应性基团的光取向原材料的质均分子量优选为1,000~1,000,000,更优选为1,000~500,000,进一步优选为5,000~100,000。上述质均分子量可使用凝胶渗透色谱法(GPC)以按聚苯乙烯(PS)换算的值的形式来测定。
具有光反应性基团的光取向原材料为具有来自由上述通式(2)表示的单体的重复单元的聚合物的情况下,对于该聚合物的制造方法没有特别限定。例如,可使用利用了乙烯基的阳离子聚合或自由基聚合、或者阴离子聚合等聚合方法,它们当中,自由基聚合能广泛地利用,特别优选。作为自由基聚合的聚合引发剂,可使用自由基热聚合引发剂或自由基光聚合引发剂等公知的化合物,但是特别优选使用自由基热聚合引发剂。这里,自由基热聚合引发剂为通过加热到分解温度以上而使自由基产生的化合物。作为这样的自由基热聚合引发剂,例如可举出二酰基过氧化物(乙酰基过氧化物、苯甲酰基过氧化物等)、酮过氧化物(甲乙酮过氧化物、环己酮过氧化物等)、氢过氧化物(过氧化氢、叔丁基氢过氧化物、枯烯氢过氧化物等)、二烷基过氧化物(二叔丁基过氧化物、二枯基过氧化物、二月桂酰基过氧化物等)、过氧化酯类(过氧化乙酸叔丁酯、过氧化新戊酸叔丁酯等)、偶氮系化合物(偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈等)、过硫酸盐类(过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾等)。这样的自由基热聚合引发剂可单独使用一种,或者也可以将两种以上组合使用。
上述自由基聚合方法没有特别限制,可采用乳液聚合法、悬浮聚合法、本体聚合法、溶液聚合法等。关于典型的自由基聚合方法即溶液聚合,进一步进行具体说明。关于其他聚合方法,概要相同,其详细内容在例如“高分子化学实验法”高分子学会编(东京化学同人、1981年)等中有记载。
为了进行上述溶液聚合,使用有机溶剂。这些有机溶剂可在不损害本发明的目的、效果的范围内任意地选择。这些有机溶剂通常是大气压下的具有沸点为50~200℃的范围内的值的有机化合物,优选使各构成成分均匀地溶解的有机溶剂。示出优选的有机溶剂的例子的话,可举出异丙醇、丁醇等醇类,二丁基醚、乙二醇二甲基醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷等醚类,丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮类,乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、γ-丁内酯等酯类,苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类。另外,这些有机溶剂可单独使用一种或将两种以上组合使用。进而,从单体或生成的聚合物的溶解性的观点出发,也可以使用在上述有机溶剂中并用了水的水混合有机溶剂。
此外,溶液聚合条件也没有特别限制,但是,优选例如在50~200℃的温度范围内加热10分钟~30小时。进而,优选以产生的自由基不失活的方式在溶液聚合中以及在溶液聚合开始前进行不活泼性气体吹扫。作为不活性气体,通常可适当地使用氮气。
为了在优选的分子量范围内得到本发明的具有光反应性基团的光取向原材料,使用了链转移剂的自由基聚合法特别有效。作为上述链转移剂,硫醇类(例如辛基硫醇、癸基硫醇、十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、十八烷基硫醇、苯硫酚、对壬基苯硫酚等)、多卤代烷基(例如四氯化碳、氯仿、1,1,1-三氯乙烷、1,1,1-三溴辛烷等)、低活性单体类(α-甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯二聚物等)均能使用,但是,优选为碳数为4~16的硫醇类。这些链转移剂的用量受到链转移剂的活性和单体的组合、聚合条件等的显著影响,需要进行精密控制,但是,相对于通常使用的单体的总摩尔数为0.01mol%~50mol%左右,优选为0.05mol%~30mol%,特别优选为0.08mol%~25mol%。只要使这些链转移剂在聚合过程中与应当控制聚合度的对象的单体同时存在于体系内即可,对于其添加方法没有特别限定。可以在溶解到单体中后添加,也可以与单体分别地添加。
下面,作为上述光取向材料的其他例子,举出包含从由上述通式(2)表示的单体中的至少一种衍生的重复单元的聚合体的例子,但是并不限定于下述例子。
(化学式81)
(化学式82)
Figure BDA00002207118300861
(化学式83)
Figure BDA00002207118300871
(化学式84)
1-(3)基板
本发明的偏振膜具有的基板可根据偏振膜的用途从各种基板中选择。例如可举出:在液晶显示元件、OLED元件等中使用的无碱玻璃、钠玻璃、Pyrex(注册商标)玻璃、石英玻璃;在固体摄像元件等中使用的光电转换元件基板;硅基板;塑料基板;以及在它们上形成有透明导电膜、滤色器膜、电极、TFT等功能层的基板。也可以在这些基板上形成将各像素隔离的黑色矩阵,或者为了促进附着等而设置透明树脂层。也优选在塑料基板上在其表面具有气体阻隔层和/或耐溶剂性层。
本发明中使用的基板的透光率优选为80%以上,即优选为透明。此外,塑料基板优选使用光学各向同性的聚合物膜。聚合物的具体例及优选方式可使用日本特开2002-22942号公报的第[0013]段中记载的内容。此外,即使是以往已知的像聚碳酸酯或聚砜那样的容易表现出双折射的聚合物,也可以使用通过对国际公开WO00/26705号公报中记载的分子进行修饰使该表现性降低了的聚合物。
1-(4)偏振膜的制造方法
本发明的偏振膜例如可通过至少包含下述工序[1]~[3]的方法来制造。
[1]对在基板上形成的光取向膜进行光照射处理的工序、
[2]将溶解在有机溶剂中的二色性色素组合物涂布到光取向膜上的工序、以及
[3]将该二色性色素组合物的涂布膜在50℃以上且250℃以下进行加热,使其取向而形成光吸收各向异性层的工序。
光取向膜的制造工序[1]:
上述光取向膜通过下述方法来制造:制备包含上述式(1)或(2)的光取向性材料的光取向膜形成用组合物作为涂布液,将该涂布液涂布到基板表面,对该涂布膜照射光,使具有上述光反应性基团的化合物光取向。
上述光取向膜形成用组合物优选含有上述光取向性材料作为主成分,更具体而言,从保持对二色性色素的取向性的观点出发,优选在光取向膜形成用组合物的除溶剂外的总固体成分中所占的比例为50质量%以上,特别优选为70质量%以上。上限值当然可以为100质量%,即,光取向膜形成用组合物的除溶剂外的总固体成分全部为上述光取向性材料。
上述光取向膜形成用组合物可以含有1种以上除上述光取向性材料以外的其他添加剂。例如,添加剂可以以将上述组合物均匀地涂布而得到膜厚均匀的光取向膜为目的来添加。作为添加剂,例如可举出流平剂、触变剂、表面活性剂、紫外线吸收剂、红外线吸收剂、抗氧化剂、表面处理剂等,可以按不使并用的向列液晶性偶氮色素的取向能力显著降低的程度来添加。
上述光取向膜形成用组合物优选以涂布液的形式制备。作为该涂布液的制备中使用的溶剂,没有特别限定,可以使用通常上述光活性化合物溶解的溶剂。例如可举出甲醇、乙醇等醇系溶剂,乙二醇、丙二醇、1,3-丁二醇等二醇系溶剂,四氢呋喃、2-甲氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇等醚系溶剂,2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺系溶剂,γ-丁内酯、氯代苯、二甲基亚砜等。它们可单独使用,也可以将2种以上混合使用。
上述组合物优选以总固体成分的浓度为0.2质量%以上的涂布液的形式来制备,更优选制备为0.5~10质量%左右。
将作为涂布液制备的上述光取向膜形成用组合物涂布到表面上形成涂膜。作为涂布法,可使用旋涂法、凹版印刷法、柔版印刷法、喷墨法、模涂法、帽式涂布(cap coating)法、浸渍法等公知惯用的方法。由于通常涂布用有机溶剂稀释了的溶液,因此涂布后使其干燥,得到光取向膜用涂膜。
接着,对光取向膜用涂膜照射具有各向异性的光(以下简称为光各向异性化工序),使液晶取向能力产生,形成光取向层。作为在光各向异性化工序中使用的具有各向异性的光,可举出直线偏振光及椭圆偏振光等偏振光。此外,即使是非偏振光,也可以从相对于涂膜面倾斜的方向照射。
在光各向异性化工序中利用的偏振光可以是直线偏振光及椭圆偏振光中的任一个,但是为了高效地进行光取向,优选使用偏振度高的直线偏振光。此外,使来自光源的光通过偏光滤光片或格兰-汤姆逊棱镜、格兰-泰勒棱镜等偏光棱镜,能得到直线偏振光。
另一方面,在光各向异性化工序中,从相对于膜面倾斜的方向照射非偏振光的方式中,非偏振光的入射角优选相对于基板法线为10°~80°的范围,考虑到照射面的照射能量的均匀性、得到的预倾角(pretilt angle)、取向效率等,更优选为20°~60°的范围,最优选为45°。
另外,从倾斜方向照射非偏振光的方式具有下述优点:在光照射装置中不需要偏光滤光片等,且可得到大的照射强度、能缩短用于光取向的照射时间。
照射的光的波长优选设为使用的光活性化合物的光活性基团具有吸收的波长区域。例如,光活性基团具有偶氮苯结构的情况下,特别优选具有由偶氮苯的π→π迁跃引起的强吸收的、波长为330~500nm的范围的紫外线。
作为照射光的光源,可举出氙灯、高压汞灯、超高压汞灯、金属卤化物灯、KrF、ArF等紫外光激光器等。在光活性基团为偶氮苯结构的情况下,可有效地使用365nm的紫外线的发光强度特别大的超高压汞灯。
此外,在上述光各向异性化工序中,在使用偏振光及非偏振光的任一种的方式中,照射的光特别优选为几乎平行的光。此外,在照射偏振光时,若使用光掩模,则能在光取向膜上以图案状在2个以上的不同的方向上产生液晶取向能力。具体而言,在将上述光取向膜用组合物涂布干燥后,在基板上覆盖光掩模,向整个面照射偏振光或非偏振光,以图案状向曝光部分赋予液晶取向能力。根据需要,通过将其重复多次,能在多个方向产生液晶取向能力。
此外,在上述光各向异性化工序后也可以将光取向膜冷却。作为冷却方法,只要将光各向异性化了的光取向膜用涂膜冷却即可,例如通过冷却板、腔室、低温恒温器等公知惯用的冷却装置对每个基板进行冷却。
作为冷却条件,为冷却温度20℃、1分钟以上,但是,在冷却温度低于20℃的情况下,并不限定于此。作为冷却温度,只要在使用的溶剂的熔点以上即可,但是,通常优选为-40℃~20℃的范围。为了得到液晶取向功能提高了的更稳定的光取向膜,优选为10℃以下,作为冷却时间,优选为5分钟以上。进而,为了缩短冷却时间,优选冷却温度为5℃以下。
此外,为了防止结露,可以在冷却时在干燥空气或氮、氩气氛下进行,也可以边向基板喷吹干燥空气或氮等边进行冷却。
这样,能形成光取向膜。形成的光取向膜的厚度优选一般为0.01~10μm左右,更优选为0.01~1μm左右。
涂布工序[2]:
将溶解在有机溶剂中的二色性色素组合物涂布到形成的光取向膜上。二色性色素组合物优选制备成涂布液。在该涂布液的制备中使用的溶剂优选为有机溶剂。作为能使用的有机溶剂的例子,包括酰胺(例如N,N-二甲基甲酰胺)、亚砜(例如二甲基亚砜)、杂环化合物(例如吡啶)、烃(例如苯、甲苯、己烷)、烷基卤化物(例如氯仿、二氯甲烷)、酯(例如乙酸甲酯、乙酸丁酯)、酮(例如丙酮、甲乙酮)、醚(例如四氢呋喃、1,2-二甲氧基乙烷)。优选烃、烷基卤化物及酮。可以并用2种以上的有机溶剂。
关于上述二色性色素组合物的涂布液的制备方法,没有特别限制。通过将上述1种以上的二色性色素及根据希望添加的1种以上的上述添加剂(例如表面活性剂、水平取向剂等)用溶剂溶解来制备。另外,涂布液的各成分也可以不完全溶解,可以是分散等的状态。
上述二色性色素组合物优选制备成总固体成分的浓度为0.1~10质量%左右的涂布液,更优选为0.5~5质量%左右。制备成该浓度范围的涂布液时,通过湿式制膜法能稳定地形成偏振层。
将以涂布液形式制备的上述二色性色素组合物涂布到光取向膜表面形成涂膜。作为涂布法,可使用旋涂法、凹版印刷法、柔版印刷法、喷墨法、模涂法、缝模涂布法、帽式涂布(cap coating)法、浸渍法等公知惯用的方法。由于通常涂布用有机溶剂稀释了的溶液,因此涂布后使其干燥,得到涂膜。
光吸收各向异性膜的形成工序[3]:
接着,将上述二色性色素组合物的涂布膜在50℃以上且250℃以下进行加热,使其取向而形成光吸收各向异性层。使有机溶剂等溶质从上述二色性色素组合物的涂膜蒸发,使上述二色性色素组合物取向。优选在室温下进行自然干燥。优选不使通过涂布形成的该偶氮色素分子的取向状态紊乱(避免热松弛等)。另外,也优选在减压处理中使溶剂蒸发,在更低温下进行干燥。
这里所说的减压处理是指,将具有涂膜的基板置于减压条件下将溶剂蒸发除去。此时,具有膜的基板优选以不从高部向底部流动的方式水平设置。
涂布后到开始进行涂膜的减压处理的时间越短越好,优选为1秒以上且30秒以内。
作为减压处理的方法,例如可举出以下的方法。涂布涂布液,将得到的涂膜与其基板一起放入减压处理装置中进行减压处理。例如可以使用日本特开2006-201759的图9或图10那样的减压处理装置。关于减压处理装置的详细内容,在日本特开2004-169975号公报中有记载。
作为减压处理的条件,涂膜存在的体系内的压力优选为2×104Pa以下,进一步优选为1×104Pa以下,特别优选为1×103Pa以下。此外,优选为1Pa以上,进一步优选为1×101Pa以上。通常,优选体系内最终达到的压力如上所述。超出上限时,有无法干燥而取向紊乱的可能,低于下限时,有干燥过快而产生缺陷的可能。
此外,减压处理时间优选为5秒以上且180秒以内。超出上限时,有无法在取向松弛前使涂膜快速干燥而导致取向紊乱的可能,低于下限时,有无法干燥而取向紊乱的可能。
此外,减压处理时的体系内的温度优选为10℃以上且60℃以下。超出上限时,在干燥时发生对流,有可能在涂膜中产生不均匀性,低于下限时,有可能无法干燥而取向紊乱。
在使上述涂膜干燥而使二色性色素组合物取向时,为了促进取向,可以进行加热。温度优选为50℃以上且250℃以下,进一步优选为100℃以上且250℃以下。另外,特别优选在加热到向列液晶相温度而使其取向后,降温到室温进行玻璃化。为了使该取向温度降低,也可以在二色性色素组合物中并用增塑剂等添加剂。
例如,将上述二色性色素组合物涂布到上述光取向膜表面时,1种以上的二色性色素的分子在与取向膜的界面以取向膜的倾角进行取向,在与空气的界面以空气界面的倾角进行取向。为了制造高偏振度的偏振层,优选在任一个界面中均使偶氮色素水平取向,并在该取向状态下固定。
另外,在本说明书中,“倾角”是指,偶氮色素的分子的长轴方向与界面(取向膜界面或空气界面)形成的角度。从偏振性能的观点出发,优选的取向膜侧的倾角为0°~10°,进一步优选为0°~5°,特别优选为0°~2°,更进一步优选为0°~1°。此外,优选的空气界面侧的倾角为0°~10°,进一步优选为0~5°,特别优选为0~2°。
为了将上述二色性色素的分子的空气界面侧的倾角减少到上述范围,上述组合物优选含有:含氟代脂肪族基的化合物;或包含选自由含氟代脂肪族基的单体的聚合单元及含酰胺基的单体的聚合单元组成的组中的至少一种聚合单元的含氟代脂肪族基的共聚物。在至少1种这些化合物的存在下,通过使二色性色素分子取向,能将空气界面侧的倾角减小到上述范围。
另外,取向膜侧倾角与空气界面侧倾角相比,有通过取向膜的作用而降低的倾向,但是,通过在上述组合物中添加上述的取向膜倾斜控制剂,能进一步减小取向膜侧倾角,使偶氮色素分子稳定地成为水平取向状态。
在上述二色性色素组合物含有上述非液晶性的自由基聚合性多官能单体、及上述聚合引发剂等固化性成分的方式中,在使偶氮色素分子成为所希望的取向状态后,优选通过光照射(优选为紫外线照射)或加热、或者它们的组合来使其聚合固化。
另外,关于用于聚合的光照射能量值等,可参照日本特开2001-91741号公报的第[0050]~[0051]段的记载。
如上所述,可形成光吸收各向异性膜。该膜的厚度优选为0.01~2μm,更优选为0.05~2μm。
通过固定上述二色性色素组合物的取向,能形成具有光吸收的各向异性、且具有作为利用衍射峰的周期和半宽度赋予特征的特性高的偏振膜的功能的元件(偏振元件)。
在形成的吸收各向异性膜上还可以形成保护层、粘合层、反射防止层。
此外,在使用上述各向异性膜形成液晶元件时,在上述(1)~(3)的工序中,预先在支撑体(基板)上形成ITO等透明电极,在该电极上形成各向异性色素膜(偏振膜)即可。
1-(5)其他功能层
本发明的偏振膜在基板与上述光吸收各向异性膜之间优选具有滤色器层。除滤色器层外,也可以具有透明导电膜、滤色器膜、电极、TFT等其他功能层。此外,可以形成将各像素隔离的黑色矩阵。
此外,本发明的偏振膜可以在光吸收各向异性膜上具有透明树脂固化层。
2.显示装置
本发明的显示装置具备至少一个本发明的偏振膜。关于其构成等,没有特别限制。具体而言,可举出TN、STN、VA、ECB、IPS、OCB、蓝相(Blue Phase)等各种模式的透射型、反射型、或半透射型的液晶显示装置、OLED等。特别优选为将本发明的偏振膜设置在基板的内面侧而成的(所谓的内置起偏器)显示装置,进一步优选为在滤色器基板上层叠而成的显示装置。通过形成上述构成,能够减小由散射光引起的对比度的降低,所述散射光是因滤色器层的消偏振而产生的。
实施例
下面基于实施例,进而举出比较例来对本发明作更详细地说明。在以下的实施例中所示的材料、用量、比例、处理内容、处理步骤等在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行适当变更。因此,本发明的范围并非通过以下所示的具体例来限定性地解释。
另外,以下的实施例中,关于光吸收各向异性膜的光学特性的测定如下所述来实施。
<光吸收各向异性膜的二色比>
关于二色比,用通过将碘系偏振元件配置在入射光学系统中而得到的分光光度计测定光吸收各向异性膜的吸光度,然后通过下式来计算。
二色比(D)=Az/Ay
Az:光吸收各向异性膜对吸收轴方向的偏振光的吸光度
Ay:光吸收各向异性膜对偏振轴方向的偏振光的吸光度
<偏振膜的消偏度>
将液晶电视分解,准备背光模块,作为光源。在从光源沿竖直方向离开70cm处,设置株式会社Topcon公司制的亮度计BM-5,使其能够在1°视野中测定亮度。
测定用碘系偏振元件的偏振度的测定如下进行。使偏振元件附着于光源,按照测定用偏振元件1和测定用偏振元件2的顺序附着、层叠。测定测定用偏振元件1和测定用偏振元件2的透射轴的相对方位为0度即平行配置时、90度即交叉配置时的亮度,通过下式计算偏振度P。
(数学式1)
Figure BDA00002207118300961
P = Cont - 1 Cont + 1
关于本发明的偏振膜的偏振度P’的测定,与测定用偏振元件的偏振度的测定同样地进行。
本发明的偏振膜的消偏度DI’的测定如下进行。使偏振膜附着于光源,按照测定用偏振元件1、偏振膜和测定用偏振元件2的顺序使其附着、层叠。测定相对于测定用偏振元件1、偏振膜与测定用偏振元件2的透射轴的相对方位为0度即平行配置时和90度即交叉配置时的亮度,用下式计算消偏度DI’。这里,P为测定用偏振元件的偏振度、P’为偏振膜的偏振度。
(数学式2)
Figure BDA00002207118300963
DI &prime; = 1 + 2 PP &prime; + P 2 + X ( P 2 - 1 ) P 2 ( 1 + X )
<光吸收各向异性膜的周期结构>
光吸收各向异性膜的周期及半宽度通过使用了薄膜评价用X射线衍射装置(Rigaku公司制,商品名:“ATX-G”面内光学体系)的面内测定线形和
Figure BDA00002207118300965
扫描线形来求出。与两个测定一起,使用CuKα、以入射角0.18°来实施。
衍射角与距离的关系通过下式来换算。
d=λ/(2*sinθ)
(d:距离、λ:入射X射线波长(CuKα;
Figure BDA00002207118300966
(实施例1)
在1质量份下述结构的光取向材料E-1中添加N-甲基吡咯烷酮49.5质量份及2-丁氧基乙醇49.5质量份,将得到的溶液用0.45μm膜滤器进行加压过滤。将得到的光取向膜用涂布液旋涂到玻璃基板上,在100℃下干燥1分钟。对得到的涂布膜使用偏振光紫外线曝光装置照射直线偏振光紫外线(照度为140mW、照射时间为35秒、照射量为5J/cm2)。
(化学式85)
E-1
Figure BDA00002207118300971
在得到的带光取向膜的玻璃基板上旋涂通过将下述结构的品红偶氮色素A-16(通式(I)的化合物)1质量份溶解在氯仿99质量份中而得到的二色性色素溶液,形成光吸收各向异性膜。如此制作了偏振膜。将得到的偏振膜的二色比、偏振度、消偏度、以及光吸收各向异性膜的周期结构(周期及半宽度)示于表1。该光吸收各向异性膜在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内未显示极大值。另外,光取向膜的膜厚为100nm,光吸收各向异性膜的膜厚为170nm。
(化学式86)
A-16
Figure BDA00002207118300972
K  137℃  N  266℃  I
(K:结晶相、N:向列相、I:各向同性相)
(实施例2)
在2质量份下述结构的光取向材料II-1中添加1,1,2-三氯乙烷98质量份,将得到的溶液用0.45μm膜滤器加压过滤。将得到的光取向膜用涂布液旋涂到玻璃基板上,在100℃下干燥1分钟。对得到的涂布膜使用偏振光紫外线曝光装置照射直线偏振光紫外线(照度为140mW、照射时间为35秒、照射量为5J/cm2),然后在230℃下加热5分钟。
(化学式87)
II-1
Figure BDA00002207118300981
在得到的带光取向膜的玻璃基板上旋涂通过将下述结构的品红偶氮色素C-9(通式(I)的化合物)1质量份溶解在氯仿99质量份中而得到的二色性色素溶液,形成光吸收各向异性膜。如此制作了偏振膜。将得到的偏振膜的二色比、偏振度、消偏度、以及光吸收各向异性膜的周期结构(周期及半宽度)示于表1。该光吸收各向异性膜在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内未显示极大值。另外,光取向膜的膜厚为100nm,光吸收各向异性膜的膜厚为170nm。
(化学式88)
C-9
Figure BDA00002207118300982
K  167℃  N  288℃  I
(实施例3)
在1质量份下述结构的光取向材料II-12中添加四氢呋喃99质量份,将得到的溶液用0.45μm膜滤器加压过滤。将得到的光取向膜用涂布液旋涂到玻璃基板上,在100℃下干燥1分钟。对得到的涂布膜使用偏振光紫外线曝光装置照射直线偏振光紫外线(照度为140mW、照射时间为35秒、照射量为5J/cm2)。
(化学式89)
II-12
在得到的带光取向膜的玻璃基板上旋涂通过将上述品红偶氮色素A-16(通式(I)的化合物)0.5质量份及下述结构的品红偶氮色素B-4(通式(I)的化合物)0.5质量份溶解在氯仿99质量份而得到的二色性色素溶液,形成光吸收各向异性膜。如此制作了偏振膜。将得到的光吸收各向异性膜的二色比、偏振度、消偏度、以及光吸收各向异性膜的周期结构(周期及半宽度)示于表1。该光吸收各向异性膜在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内未显示极大值。另外,光取向膜的膜厚为100nm,光吸收各向异性膜的膜厚为170nm。
(化学式90)
B-4
Figure BDA00002207118300992
K  235℃  N  240℃  I
(实施例4)
在1质量份下述结构的光取向材料II-36中添加四氢呋喃99质量份,将得到的溶液用0.45μm膜滤器加压过滤。将得到的光取向膜用涂布液旋涂到玻璃基板上,在100℃下干燥1分钟。对得到的涂布膜使用偏振光紫外线曝光装置照射直线偏振光紫外线(照度为140mW、照射时间为35秒、照射量为5J/cm2)。
(化学式91)
II-36
Figure BDA00002207118301001
在得到的带光取向膜的玻璃基板上旋涂通过将0.87质量份下述结构的黄色偶氮色素A2-3(通式(II)的化合物)及0.13质量份下述结构的青色方酸内鎓色素VI-2溶解在氯仿99质量份中而得到的二色性色素溶液,形成光吸收各向异性膜。如此制作了偏振膜。将得到的偏振膜的二色比、偏振度、消偏度、以及光吸收各向异性膜的周期结构(周期及半宽度)示于表1。该光吸收各向异性膜在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内未显示极大值。另外,光取向膜的膜厚为100nm,光吸收各向异性膜的膜厚为170nm。
(化学式92)
A2-3
Figure BDA00002207118301002
K  138℃  N  284℃  I
VI-2
Figure BDA00002207118301003
(实施例5)
使用上述光取向材料II-1,按照实施例2制作了带光取向膜的玻璃基板。
在得到的带光取向膜的玻璃基板上旋涂通过将上述黄色偶氮色素A2-3(通式(II)的化合物)0.15质量份、下述结构的品红偶氮色素A-46(通式(I)的化合物)0.30质量份、下述结构的青色偶氮色素A3-1(通式(III)的化合物)0.15质量份、及下述结构的青色偶氮色素A4-120(通式(IV)的化合物)0.40质量份溶解在氯仿99质量份中而得到的二色性色素溶液,在180℃下干燥30秒后,冷却到室温,形成光吸收各向异性膜。如此制作了偏振膜。将得到的偏振膜的二色比、偏振度、消偏度、以及光吸收各向异性膜的周期结构(周期及半宽度)示于表1。该光吸收各向异性膜在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内未显示极大值。另外,光取向膜的膜厚为100nm,光吸收各向异性膜的膜厚为170nm。
(化学式93)
A-46
K  158℃  N  240℃  I
A3-1
Figure BDA00002207118301012
K  200℃  N  237℃  I
A4-120
Figure BDA00002207118301013
(实施例6)
使用上述光取向材料II-1,按照实施例2制作了带光取向膜的玻璃基板。
在得到的带光取向膜的玻璃基板上旋涂通过将上述黄色偶氮色素A2-3(通式(II)的化合物)0.87质量份及0.13质量份下述结构的青色方酸内鎓色素VI-5溶解在氯仿99质量份中而得到的二色性色素溶液,形成光吸收各向异性膜。如此制作了偏振膜。将得到的光吸收各向异性膜的二色比、偏振度、消偏度、以及光吸收各向异性膜的周期结构(周期及半宽度)示于表1。该光吸收各向异性膜在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内未显示极大值。另外,光取向膜的膜厚为100nm,光吸收各向异性膜的膜厚为170nm。
(化学式94)
VI-5
Figure BDA00002207118301021
(比较例1)
(化学式95)
在氯仿80质量份中使上述棒状液晶(B)20质量份搅拌溶解而得到光吸收各向异性膜用溶液。通过旋涂将该溶液涂布到带有通过摩擦实施了均匀取向处理的聚乙烯醇取向膜(日产化学工业公司制、商品名:PVA-103)的玻璃基板上,使其自然干燥,得到光吸收各向异性膜。
得到的光吸收各向异性膜的二色比为6,消偏度为1.2*10-2。将从该膜的取向轴垂直方向得到的X射线衍射图案示于图1。在取向轴垂直方向检测出1个峰。将由峰求出的周期和半宽度示于下述表中。此外,在该膜的取向轴平行方向未发现X射线衍射图案。
(比较例2)
根据日本特开2001-330726号公报(上述专利文献7)中记载的实施例的方法,制作了偏振膜。
具体而言,在玻璃基板上通过棒涂机涂布聚肉桂酸乙烯酯的2质量%甲苯溶液,在室温下干燥后,得到厚度为100nm的光取向膜。将超高压汞灯作为光源,通过紫外线用偏光滤光片取出直线偏振光,向上述得到的光取向膜照射偏振光紫外线。在经该取向处理的光取向膜上通过棒涂机涂布通过在紫外线固化性液晶UCL-001-K1(大日本油墨化学工业公司制)中溶解了黑色的二色性色素S-428(三井东压化学公司制)2质量%而得到的物质,然后通过照射无偏振光紫外线使其固化。
将得到的偏振膜的二色比、偏振度、消偏度、周期结构(周期及半宽度)示于表1。另外,光吸收各向异性膜的膜厚为2000nm。
(比较例3)
在水91质量份中添加下述(A)所示的日本特开2006-79030号公报的实施例16中记载的二色性色素化合物的钠盐9质量份,搅拌溶解后,进行过滤而得到二色性色素组合物涂布液。接着,在形成于玻璃基板上并进行了摩擦的取向膜上涂布上述涂布液,进行自然干燥而制作了偏振膜。作为取向膜,使用了聚酰亚胺取向膜。另外,下述(A)的色素不具有热致液晶性,为溶致液晶性的色素。
得到的偏振膜的二色比为9,偏振度为89,消偏度为1.1*10-3。另外,取向膜的膜厚为300nm,光吸收各向异性膜的膜厚为450nm。此外,关于该膜的平面平滑性,在与摩擦方向平行的方向上可看到数十nm周期的凹凸,与实施例相比较差。
(化学式96)
Figure BDA00002207118301041
表1
Figure BDA00002207118301042

Claims (11)

1.一种偏振膜,其包括基板以及光取向膜和光吸收各向异性膜,所述光取向膜及光吸收各向异性膜按该顺序依次层叠在所述基板上,
所述光吸收各向异性膜是通过将二色性色素组合物的取向固定而成的,所述二色性色素组合物中,液晶性的非着色性低分子化合物所占的比例为30质量%以下,且含有具有向列液晶性的偶氮系二色性色素中的至少一种,该光吸收各向异性膜在X射线衍射测定中,显示来自取向轴垂直方向的周期结构的衍射峰,至少一个所述衍射峰表示的周期为且该衍射峰的强度在垂直于取向轴的面内的膜法线方向±70°的范围内不显示极大值。
2.根据权利要求1所述的偏振膜,其中,所述光吸收各向异性膜的至少一个衍射峰为来自面内方向的周期结构的衍射峰。
3.根据权利要求1或2所述的偏振膜,其中,所述光吸收各向异性膜在X射线衍射测定中,显示来自取向轴平行方向的周期结构的衍射峰。
4.根据权利要求3所述的偏振膜,其中,至少一个所述衍射峰表示的周期为
Figure FDA00002207118200012
5.根据权利要求1~4中任一项所述的偏振膜,其中,至少一个所述衍射峰的半宽度为
Figure FDA00002207118200013
以下。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的偏振膜,其中,所述二色性色素组合物含有二种以上的二色性色素。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的偏振膜,其中,所述至少一种二色性色素为由下述通式(I)、下述通式(II)、下述通式(III)、或下述通式(IV)表示的化合物,
通式(I)
Figure FDA00002207118200021
式中,R11~R14各自独立地表示氢原子或取代基;R15及R16各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的烷基;L11表示-N=N-、-CH=N-、-N=CH-、-C(=O)O-、-OC(=O)-、或-CH=CH-;A11表示可以具有取代基的苯基、可以具有取代基的萘基、或可以具有取代基的芳香族杂环基;B11表示可以具有取代基的2价的芳香族烃基或2价的芳香族杂环基;n表示1~5的整数,n为2以上时,多个B11互相可以相同,也可以不同,
通式(II)
Figure FDA00002207118200022
式中,R21及R22分别表示氢原子、烷基、烷氧基、或由-L22-Y表示的取代基,其中,R21及R22中的至少一个表示除氢原子以外的基团;L22表示亚烷基,但是,亚烷基中存在的1个CH2基或不邻接的2个以上的CH2基可以分别被-O-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-NRCOO-、-OCONR-、-CO-、-S-、-SO2-、-NR-、-NRSO2-、或-SO2NR-取代,其中R表示氢原子或碳数为1~4的烷基;Y表示氢原子、羟基、烷氧基、羧基、卤原子、或聚合性基团;L21分别表示选自由偶氮基(-N=N-)、羰基氧基(-C(=O)O-)、氧基羰基(-O-C(=O)-)、亚氨基(-N=CH-)、及亚乙烯基(-C=C-)组成的组中的连接基团;Dye分别表示由下述通式(IIa)表示的偶氮色素残基;
Figure FDA00002207118200023
式(IIa)中,*表示与L21的键合部;X21表示羟基、取代或无取代的烷基、取代或无取代的烷氧基、无取代氨基、或者单或二烷基氨基;Ar21表示分别可以具有取代基的芳香族烃环基或芳香族杂环基;n表示1~3的整数,n为2以上时,2个Ar21互相可以相同,也可以不同,
通式(III)
Figure FDA00002207118200031
式中,R31~R35各自独立地表示氢原子或取代基;R36及R37各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的烷基;Q31表示可以具有取代基的芳香族烃基、芳香族杂环基或环己烷环基;L31表示2价的连接基团;A31表示氧原子或硫原子,
通式(IV)
Figure FDA00002207118200032
式中,R41及R42分别表示氢原子或取代基,且可以互相键合而形成环;Ar4表示可以被取代的2价的芳香族烃基或芳香族杂环基;R43及R44分别表示氢原子或可以被取代的烷基,且可以互相键合而形成杂环。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的偏振膜,其中,所述至少一种二色性色素为方酸内鎓色素。
9.根据权利要求8所述的偏振膜,其中,所述方酸内鎓色素为由下述通式(VI)表示的化合物,
通式(VI)
式中,A1及A2各自独立地表示取代或无取代的烃环基或杂环基。
10.一种显示装置,其具有权利要求1~9中任一项所述的偏振膜。
11.权利要求1~9中任一项所述的偏振膜的制造方法,其按以下顺序至少包含下述工序[1]~[3]:
[1]对在基板上形成的光取向膜进行光照射处理的工序;
[2]将溶解在有机溶剂中的二色性色素组合物涂布到光取向膜上的工序;及
[3]将该二色性色素组合物的涂布膜在50℃以上且250℃以下加热,使其取向而形成光吸收各向异性层的工序。
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