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JP6879219B2 - 液晶組成物、及び単層塗布型水平配向フィルム - Google Patents

液晶組成物、及び単層塗布型水平配向フィルム Download PDF

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JP6879219B2 JP2017566946A JP2017566946A JP6879219B2 JP 6879219 B2 JP6879219 B2 JP 6879219B2 JP 2017566946 A JP2017566946 A JP 2017566946A JP 2017566946 A JP2017566946 A JP 2017566946A JP 6879219 B2 JP6879219 B2 JP 6879219B2
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Description

本発明は、液晶組成物、及び単層塗布型水平配向フィルムに関する。詳しくは、表示装置や記録材料等の用途に好適な光学特性を有し、特に、液晶ディスプレイ用の偏光板及び位相差板等の光学補償フィルム作製に好適に利用できる液晶組成物、及び該組成物から得られる単層塗布型水平配向フィルムに関する。
液晶表示装置の表示品位の向上や軽量化等の要求から、偏光板や位相差板等の光学補償フィルムとして、内部の分子配向構造が制御された高分子フィルムの要求が高まっている。この要求に応えるべく、重合性液晶化合物が有する光学異方性を利用したフィルムの開発がなされている。ここで用いられる重合性液晶化合物は、一般に、重合性基と液晶構造部位(スペーサ部とメソゲン部とを有する構造部位)とを有する液晶化合物であり、この重合性基としてアクリル基が広く用いられている。
このような重合性液晶化合物は、一般的に、紫外線等の放射線を照射して重合する方法で重合体(フィルム)とされる。例えば、アクリル基を有する特定の重合性液晶化合物を支持体間に担持し、この化合物を液晶状態に保持しつつ放射線を照射して重合体を得る方法(特許文献1)や、アクリル基を有する2種類の重合性液晶化合物の混合物又はこの混合物にカイラル液晶を混合した組成物に光重合開始剤を添加し、紫外線を照射して重合体を得る方法(特許文献2)が知られている。
また、液晶配向膜を必要としない重合性液晶化合物や重合体を用いた配向フィルム(特許文献3、4)、又は光架橋部位を含有した重合体を用いた配向フィルム(特許文献5、6)等、様々な単層塗布型配向フィルムが報告されてきた。
本発明者らは、簡単なプロセスによって高い屈折率異方性(Δn)を有する単層塗布型水平配向フィルム作製を可能とするための材料を報告している(特許文献7)。しかし、更に高い屈折率異方性(Δn)を有するフィルムが求められている。
特開昭62−70407号公報 特開平9−208957号公報 欧州特許出願公開第1090325号明細書 国際公開第2008/031243号 特開2008−164925号公報 特開平11−189665号公報 国際公開第2013/133078号
本発明は、前記問題に鑑みなされたものであり、より高い屈折率異方性(Δn)を有する単層塗布型水平配向フィルム作製を可能とする液晶組成物、及び該液晶組成物から得られる単層塗布型水平配向フィルムを提供することを目的とする。
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、γ−ブチロラクトン骨格を主鎖に含有するとともに、ラクトン環のγ位から延びる側鎖上にケイ皮酸エステル構造を有する重合体、所定の液晶性を示さない化合物、及び有機溶媒を含む組成物から得られるフィルムが、低温処理が可能であり、これによってより高い屈折率異方性(Δn)を有する水平配向フィルムが得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、下記液晶組成物、及び単層塗布型水平配向フィルムを提供する。
1.(A)下記式[1a]、[1b]及び[1c]で表される繰り返し単位を含む重合体、
(B)下記式[7a]、[7b]又は[7c]で表される液晶性を示さない化合物、及び
(C)有機溶媒
を含む液晶組成物。
Figure 0006879219
[式中、X及びYは、それぞれ独立に、下記式[2]又は[3]で表される基であり、
Figure 0006879219
(式中、R1は、水素原子又はメチル基であり、破線は、結合手である。)
1は、下記式[4]で表される基であり、M2は、下記式[5]又は[6]で表される基であり、
Figure 0006879219
(式中、s1、s2、s3、s4、s5及びs6は、それぞれ独立に、1又は2であり、G1及びG2は、それぞれ独立に、単結合、−COO−又は−OCO−であり、R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数1〜10のアルコキシ基であり、R4は、炭素数1〜3のアルキル基であり、破線は結合手である。)
Aは、炭素数2〜15の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、
m、n及びpは、それぞれ0<m<1、0<n<1、0≦p≦0.5、かつ、m+n+p≦1を満たす数であり、
q及びrは、それぞれ独立に、2〜9の整数である。]
Figure 0006879219
(式中、R5及びR6は、それぞれ独立に、−OH、−OCH3、−C(=O)OH、−C(=O)OCH3、−C(=O)OCH2CH3又は−OC(=O)CH3であり、R7及びR8は、それぞれ独立に、水素原子、−OH、−OCH3、−C(=O)OH、−C(=O)OCH3、−C(=O)OCH2CH3又は−OC(=O)CH3であり、G3は、単結合、−C(=O)−O−又は−O−C(=O)−であり、G4は、単結合、−CH=CH−又は−CH2CH2−である。)
2.1の液晶組成物を用いて作製された単層塗布型水平配向フィルム。
3.2の単層塗布型水平配向フィルムを備える光学部材。
4.1の液晶組成物を基板に塗布する工程、偏光を照射する工程、及びポストベークをする工程を含む、単層塗布型水平配向フィルムの製造方法。
5.前記偏光が、直線偏光紫外線である4の単層塗布型水平配向フィルムの製造方法。
本発明の液晶組成物を塗布し、室温にて直線偏光を照射し、低温でのポストベークを行うプロセスにより、高いΔnを示す単層塗布型水平配向フィルムを作製することが可能である。
比較例1及び実施例1〜5で得られた各フィルムのリタデーション値角度依存性を示す図である。 比較例1及び実施例6〜9で得られた各フィルムのリタデーション値角度依存性を示す図である。 比較例2〜3及び実施例10〜11で得られた各フィルムのリタデーション値角度依存性を示す図である。
[液晶組成物]
本発明の液晶組成物は、(A)所定の重合体、(B)所定の液晶性を示さない化合物、及び(C)有機溶媒を含むものである。
[(A)重合体]
(A)成分の重合体は、下記式[1a]及び[1b]で表される繰り返し単位を含み、必要に応じて、更に下記式[1c]で表される繰り返し単位を含むものである。
Figure 0006879219
式[1a]及び[1c]中、X及びYは、それぞれ独立に、下記式[2]又は[3]で表される基である。
Figure 0006879219
式[3]中、R1は、水素原子又はメチル基である。破線は、結合手である(以下同じ)。これらのうち、X及びYとしては、ともに式[3]で表される基が好ましい。
式[1a]中、M1は、下記式[4]で表される基である。式[1b]中、M2は、下記式[5]又は[6]で表される基である。
Figure 0006879219
式[4]〜[6]中、s1、s2、s3、s4、s5及びs6は、それぞれ独立に、1又は2であり、G1及びG2は、それぞれ独立に、単結合、−COO−又は−OCO−である。R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数1〜10のアルコキシ基である。R4は、炭素数1〜3のアルキル基である。
前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられるが、本発明においては、フッ素原子が好ましい。
2及びR3で表されるアルキル基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよいが、本発明においては、炭素数1〜10の直鎖状アルキル基が好ましい。前記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1〜3のアルキル基が更に好ましく、特にメチル基、エチル基等が好ましい。R4で表されるアルキル基としては、直鎖状、分岐状のいずれでもよいが、本発明においては、炭素数1〜3の直鎖状アルキル基が好ましい。
前記アルコキシ基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよいが、本発明においては、炭素数1〜10の直鎖状アルコキシ基が好ましい。前記アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、s−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1〜3のアルコキシ基が更に好ましく、特にメトキシ基、エトキシ基等が好ましい。なお、前記アルキル基及びアルコキシ基において、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子等のハロゲン原子で置換されていてもよい。
2又はR3としてより好ましくは、水素原子、フッ素原子、シアノ基、メチル基、メトキシ基である。R4としては、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
1としては、−COO−又は−OCO−が好ましく、G2としては、単結合が好ましい。
式[1c]中、Aは、直鎖状又は分岐状の炭素数2〜15のアルキル基である。前記アルキル基として具体的には、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基、n−ヘプチル基、1−メチル−n−ヘキシル基、2−メチル−n−ヘキシル基、3−メチル−n−ヘキシル基、1,1−ジメチル−n−ペンチル基、1,2−ジメチル−n−ペンチル基、1,3−ジメチル−n−ペンチル基、2,2−ジメチル−n−ペンチル基、2,3−ジメチル−n−ペンチル基、3,3−ジメチル−n−ペンチル基、1−エチル−n−ペンチル基、2−エチル−n−ペンチル基、3−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−1−エチル−n−ブチル基、1−メチル−2−エチル−n−ブチル基、1−エチル−2−メチル−n−ブチル基、2−メチル−2−エチル−n−ブチル基、2−エチル−3−メチル−n−ブチル基、n−オクチル基、1−メチル−n−ヘプチル基、2−メチル−n−ヘプチル基、3−メチル−n−ヘプチル基、1,1−ジメチル−n−ヘキシル基、1,2−ジメチル−n−ヘキシル基、1,3−ジメチル−n−ヘキシル基、2,2−ジメチル−n−ヘキシル基、2,3−ジメチル−n−ヘキシル基、3,3−ジメチル−n−ヘキシル基、1−エチル−n−ヘキシル基、2−エチル−n−ヘキシル基、3−エチル−n−ヘキシル基、1−メチル−1−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、3−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基等が挙げられる。
これらのうち、得られる重合体の有機溶媒に対する溶解性等を考慮すると、炭素数4〜15、特に4〜12のアルキル基が好ましく、n−ブチル基、2−エチル−n−ヘキシル基、n−ドデシル基等がより好ましい。
式[1a]〜[1c]中、m、n及びpは、それぞれ0<m<1、0<n<1、0≦p≦0.5、かつ、m+n+p≦1を満たす数である。Δnの向上や重合体の溶解性の向上等の点から、m、n及びpは、それぞれ0.2≦m≦0.9、0.1≦n≦0.8、0≦p≦0.4を満たす数であることが好ましく、0.2≦m≦0.8、0.1≦n≦0.5、0.1≦p≦0.3を満たす数であることが更に好ましい。ただし、M2が式[6]で表される基の場合、p=0であって、0<m<1、0<n<1、かつ、m+n≦1を満たすことが好ましく、0.2≦m≦0.9、0.1≦n≦0.8を満たすことがより好ましく、0.5≦m≦0.8、0.2≦n≦0.5を満たすことが更に好ましい。
また、式[1a]及び[1b]中、q及びrは、それぞれ独立に、2〜9の整数であるが、3〜6が好ましく、特にqとしては5又は6がより好ましい。
(A)成分の重合体は、重量平均分子量(Mw)が3,000〜200,000であることが好ましく、4,000〜150,000であることがより好ましく、5,000〜100,000であることが更に好ましい。Mwが200,000を超えると、溶剤に対する溶解性が低下しハンドリング性が低下する場合があり、Mwが3,000未満であると、熱硬化時に硬化不足になり溶剤耐性及び耐熱性が低下する場合がある。なお、Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算測定値である。
また、(A)成分の重合体は、本発明の効果を損なわない限り、式[1a]〜[1c]以外の他の繰り返し単位を含んでもよい。前記他の繰り返し単位を与える重合性化合物としては、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、マレイミド化合物、アクリルアミド化合物、アクリロニトリル、マレイン酸無水物、スチレン化合物等が挙げられる。
他の繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位100モル%中、0〜10モル%が好ましい。他の繰り返し単位の含有率が大きすぎると、前記重合体の特性、例えば液晶性等の特性が低下する場合がある。
(A)成分の重合体が前記他の繰り返し単位を含む場合、その合成方法としては、前記重合の際に、前記他の繰り返し単位を与える重合性化合物を共存させて重合すればよい。
なお、(A)成分の重合体は、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体のいずれでもよい。また、前記重合体は、1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(A)成分の重合体を合成する方法としては、例えば、国際公開第2013/133078号や国際公開第2015/025794号に記載の方法が挙げられるが、これらに限定されない。
[(B)液晶性を示さない化合物]
(B)成分である液晶性を示さない化合物は、下記式[7a]、[7b]又は[7c]で表されるものである。
Figure 0006879219
式[7a]中、R5及びR6は、それぞれ独立に、−OH、−OCH3、−C(=O)OH、−C(=O)OCH3、−C(=O)OCH2CH3又は−OC(=O)CH3である。これらのうち、−C(=O)OCH3又は−C(=O)OCH2CH3が好ましく、−C(=O)OCH2CH3がより好ましい。
式[7b]中、R7及びR8は、それぞれ独立に、水素原子、−OH、−OCH3、−C(=O)OH、−C(=O)OCH3、−C(=O)OCH2CH3又は−OC(=O)CH3である。これらのうち、−C(=O)OCH3又は−C(=O)OCH2CH3が好ましく、−C(=O)OCH2CH3がより好ましい。
式[7b]中、G3は、単結合、−C(=O)−O−又は−O−C(=O)−である。これらのうち、単結合又は−C(=O)−O−が好ましく、単結合がより好ましい。
式[7c]中、G4は、単結合、−CH=CH−又は−CH2CH2−である。これらのうち、単結合又は−CH=CH−が好ましく、単結合がより好ましい。
式[7a]で表される化合物としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
Figure 0006879219
式[7b]で表される化合物としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
Figure 0006879219
式[7c]で表される化合物としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
Figure 0006879219
式[7a]〜[7c]で表される化合物は、公知の方法(例えば、エステル化反応)を利用して合成することができ、又は市販品として入手することもできる。
(B)成分の含有量は、(A)成分の重合体100質量部に対して1〜10質量部が好ましく、1〜5質量部がより好ましい。(B)成分の含有量が前記範囲であれば、リタデーション向上の効果を示す。(B)成分の化合物は、1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
[(C)有機溶媒]
(C)成分の有機溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の極性溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル等のエステル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸エチル等のアルコキシエステル類;エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル等のグリコールジアルキルエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等のジグリコールジアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールモノアルキルエーテル類;ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル等のジグリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート、エチルセロソルブアセテート等のグリコールモノアルキルエーテルエステル類;シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン等のケトン類が挙げられる。これらの有機溶媒は、1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、トルエン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、シクロヘキサノン等が好ましい。有機溶媒の使用量は、組成物中、60〜95質量%程度とすることが好適である。
[その他の成分]
本発明の組成物には、基板との親和性を向上させる目的で、界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、特に限定されず、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等が挙げられるが、基板との親和性改善効果の高いフッ素系界面活性剤が好ましい。
フッ素系界面活性剤の具体例としては(以下、商品名)、エフトップ(登録商標)EF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製)、メガファック(登録商標)F171、F173、R−30、R−30N(DIC(株)製)、フロラード(登録商標)FC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガード(登録商標)AG710、サーフロン(登録商標)S−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、界面活性剤は、1種単独でも複数種を組み合わせて用いることもでき、その添加量は、重合体100質量部に対して5質量部以下が好ましい。
更に、本発明の組成物には、基板との密着性を向上させる目的で、密着促進剤を添加してもよい。密着促進剤としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類;トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類;ヘキサメチルジシラザン、N,N'−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類;ビニルトリクロロシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−ピペリジニル)プロピルトリメトキシシラン等のシラン類;ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環状化合物;1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素化合物;チオ尿素化合物等が挙げられる。
密着促進剤は、1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもでき、その添加量は、重合体100質量部に対して1質量部以下が好ましい。
[単層塗布型水平配向フィルム]
本発明の組成物を基板(例えば、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、金属、例えば、アルミニウム、モリブデン、クロム等が被覆された基板、ガラス基板、石英基板、ITO基板等)やフィルム(例えば、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、アクリルフィルム等の樹脂フィルム)等の上に、バーコート、スピンコート、フローコート、ロールコート、スリットコート、スリットコートに続いたスピンコート、インクジェット法、印刷法等の方法によって塗布して塗膜を形成し、その後、ホットプレート又はオーブン等で加熱乾燥することにより、フィルムを形成することができる。
加熱乾燥の条件としては、例えば、50〜100℃、0.1〜60分間の範囲の中から適宜選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。前記加熱温度及び加熱時間は、好ましくは50〜80℃、0.1〜2分間である。
このようにして形成されたフィルムは、直線偏光照射を行い、ポストベークを行うことにより、単層塗布型水平配向フィルムが得られる。直線偏光の照射方法としては、通常150〜450nmの波長の紫外線乃至は可視光線が用いられ、室温又は加熱した状態で、直線偏光を照射することによって行われる。
また、ポストベークは、ホットプレート又はオーブン等で加熱すればよく、その温度及び時間は、好ましくは90〜150℃、2〜20分間であり、より好ましくは95〜120℃、5〜20分間である。
本発明の単層塗布型水平配向フィルムの膜厚は、使用する基板の段差や光学的、電気的性質を考慮し適宜選択することができ、例えば、0.1〜3μmが好適である。
このようにして得られた本発明の単層塗布型水平配向フィルムは、表示装置や記録材料等の用途に好適な光学特性を有する材料であり、特に、液晶ディスプレイ用の偏光板及び位相差板等の光学補償フィルムとして好適である。
以下、合成例、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されない。なお、実施例における各物性の測定方法及び測定条件は、以下のとおりである。
[NMR]
化合物を重水素化クロロホルム(CDCl3)に溶解し、核磁気共鳴装置(300MHz、ジオール社製)を用いて1H−NMRを測定した。
[平均分子量測定]
昭和電工(株)製Shodex GPC-101(溶媒:テトラヒドロフラン(THF)、検量線:標準ポリスチレン)を用いて、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を測定した。
[フィルムのリタデーション値]
リタデーション測定装置(RETS-100、大塚電子(株)製)を用いて波長550nmのリタデーション値角度依存性を測定した。
[1]化合物の合成
[合成例1]重合性化合物(M1)の合成
Figure 0006879219
4−(6−アクリロイルオキシ−1−ヘキシルオキシ)安息香酸(SYNTHON Chemicals社製)29.2g(100mmol)、4−ヒドロキシビフェニル17.0g(100mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)0.6g、及び少量のジブチルヒドロキシトルエン(BHT)を室温にて攪拌下、塩化メチレン200mLに懸濁させ、それに塩化メチレン100mLにN,N'−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)24.0g(116mmol)を溶解させた溶液を加えて終夜攪拌した。析出したDCCウレアをろ別し、そのろ液を、0.5mol/L塩酸150mL、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液150mL、飽和食塩水150mLにて順次2回ずつ洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去し、エタノールによる再結晶で精製し、目的の重合性化合物(M1)39.6gを得た(収率89%)。NMRの測定結果を以下に示す。
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.57(m, 4H), 1.70(m, 2H), 1.86(m, 2H), 4.00(m, 2H), 4.19(m, 2H), 5.82(m, 1H), 6.12(m, 1H), 6.39(m, 1H), 6.97(d, 2H), 7.29(m, 2H), 7.36(m, 1H), 7.47(m, 2H), 7.62(m, 4H), 8.18(m, 2H)
[合成例2]重合性化合物(M2)の合成
(1)中間体化合物(Q2)の合成
Figure 0006879219
冷却管付き500mLナスフラスコに、ビフェノール18.6g(100mmol)、2−(4−ブロモ−1−ブチル)−1,3−ジオキソラン10.0g(48mmol)、炭酸カリウム13.8g(100mmol)、及びアセトン200mLを加えて混合物とし、64℃で24時間攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液を純水500mLに注ぎ、白色の固体を得た。この固体をメタノールと混合し、ろ過を行い、溶媒を留去したところ、白色の固体を得た。次に、この固体をクロロホルムと混合し、ろ過を行い、溶媒を留去して、白色の固体7.2gを得た。この固体をNMRで測定した結果を以下に示す。この結果から、この白色固体が、中間体化合物(Q2)であることが確認された(収率48%)。
1H-NMR (CDCl3) δ: 1.62(m, 2H), 1.76(m, 2H), 1.87(m, 2H), 3.85(m, 2H), 4.00(m, 4H), 4.90(m, 1H), 6.87(m, 4H), 7.42(m, 4H)
(2)中間体化合物(Z2)の合成
Figure 0006879219
次に、冷却管付き300mLナスフラスコに、中間体化合物(Q2)7.2g(23mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸4.1g(25mmol)、THF60mL、塩化スズ(II)4.7g(25mmol)、及び10質量%塩酸19mLを加えて混合物とし、70℃で5時間攪拌して反応させた。反応終了後、反応液を純水200mLに注ぎ、白色固体6.1gを得た。この固体をNMRで測定した結果を以下に示す。この結果から、この白色固体が、中間体化合物(Z2)であることが確認された(収率78%)。
1H-NMR (CDCl3) δ: 1.60-1.95(m, 6H), 2.64(m, 1H), 3.11(s, 1H), 4.02(t, 2H), 4.60(m, 1H), 4.82(s, 1H), 5.64(s, 1H), 6.24(s, 1H), 6.88(d, 2H), 6.94(d, 2H), 7.44(m, 4H)
(3)重合性化合物(M2)の合成
Figure 0006879219
中間体化合物(Z2)3.4g(10mmol)、4−メトキシケイ皮酸1.8g(10mmol)、DMAP0.08g、及び少量のBHTを室温にて攪拌下、塩化メチレン30mLに懸濁させ、それに塩化メチレン15mLにDCC2.6g(13mmol)を溶解させた溶液を加えて終夜攪拌した。析出したDCCウレアをろ別し、そのろ液を、0.5mol/L塩酸50mL、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液50mL、飽和食塩水50mLにて順次2回ずつ洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去し、エタノールによる再結晶で精製し、目的の重合性化合物(M2)4.3gを得た(収率86%)。NMRの測定結果を以下に示す。
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.60-1.90(m, 6H), 2.63(m, 1H), 3.09(m, 1H), 3.87(s, 3H), 4.03(m, 2H), 4.57(m, 1H), 5.64(m, 1H), 6.24(d, 1H), 6.54(d, 1H), 6.95(m, 4H), 7.26(m, 2H), 7.44(m, 2H), 7.57(m, 4H), 7.86(d, 1H)
[合成例3]重合性化合物(M3)の合成
(1)中間体化合物(A3)の合成
Figure 0006879219
冷却管付き200mLナスフラスコに、4−ヒドロキシ安息香酸メチル7.61g(50.0mmol)、6−ブロモ−1−ヘキサノール9.1g(50.0mmol)、炭酸カリウム13.8g(100mmol)、及びアセトン70mLを加えて混合物とし、温度64℃で24時間攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液を減圧ろ過して減圧下で溶媒を留去し、黄色の湿潤固体を得た。この固体を、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(カラム:シリカゲル60、0.063−0.200mm、メルク社製、溶出液:へキサン/酢酸エチル=1/1)により精製した。得られた溶液から溶媒を留去し、白色の固体11.3gを得た。この固体をNMRで測定した結果を以下に示す。この結果から、この白色固体が、中間体化合物(A3)であることが確認された(収率90%)。
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.3-1.7(m, 8H), 3.67(m, 2H), 3.88(s, 3H), 4.03(t, 2H), 6.91(d, 2H), 7.99(d, 2H).
(2)中間体化合物(B3)の合成
Figure 0006879219
次に、冷却管付き100mL三口フラスコに、ピリジニウムクロロクロマート2.2g(10.0mmol)、及び塩化メチレン15.0mLを入れて攪拌混合した状態で、中間体化合物(A3)2.5g(10.0mmol)を塩化メチレン15.0mLに溶解した溶液を滴下し、室温で6時間更に攪拌した。その後、フラスコの壁に付着したオイル状物を除いた溶液に、ジエチルエーテル90mLを加えて減圧濾過した後、減圧下で溶媒を留去して、濃緑色の湿潤な固体を得た。
この固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(カラム:シリカゲル60、0.063−0.200mm、メルク社製、溶出液:ヘキサン/酢酸エチル=2/1)で精製した。得られた溶液の溶媒を留去して、無色の固体1.3gを得た。この固体をNMRで測定した結果を以下に示す。この結果から、この無色の固体が、中間体化合物(B3)であることが確認された(収率50%)。
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.3-1.8(m, 6H), 2.49(t, 2H), 3.88(s, 3H), 3.99(t, 2H), 6.87(d, 2H), 7.99(d, 2H), 9.78(s, 1H).
(3)中間体化合物(C3)の合成
Figure 0006879219
次に、冷却管付き50mLナスフラスコに、中間体化合物(B3)1.25g(5.0mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸0.83g(5.0mmol)、Amberlyst(登録商標)15(ロームエンドハース社製)0.8g、THF8.0mL、塩化スズ(II)0.95g(5.0mmol)、及び純水2.0mLを加えて混合物とし、温度70℃で5時間攪拌して反応させた。反応終了後、反応液を減圧ろ過して純水40mLと混合し、そこにジエチルエーテル50mLを加えて抽出した。抽出は3回行った。
抽出後の有機層に、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、減圧濾過した後の溶液から溶媒を留去し、無色固体1.5gを得た。この固体をNMRで測定した結果を以下に示す。この結果から、この無色固体が、中間体化合物(C3)であることが確認された(収率94%)。
1H-NMR(DMSO-d6) δ: 1.3-1.8(m, 8H), 2.62(m, 1H), 3.04(s, 1H), 3.81(s, 3H), 4.05(t, 2H), 4.54(m, 1H), 5.70(s, 1H), 6.01(s, 1H), 7.03(d, 2H), 7.89(d, 2H).
(4)中間体化合物(D3)の合成
Figure 0006879219
冷却管付き100mLナスフラスコに、エタノール35mL、中間体化合物(C3)1.5g(4.7mmol)、及び10質量%水酸化ナトリウム水溶液5mLを加えて混合物とし、温度85℃で3時間攪拌しながら反応させた。反応終了後、500mLのビーカーに水300mLと反応液とを加えて、30分間室温で攪拌した後、10質量%塩酸5mLを滴下した後、ろ過して白色固体1.3gを得た。
次に、冷却管付き50mLナスフラスコに、得られた白色固体1.1g、Amberlyst(登録商標)15(ロームエンドハース社)1.0g、及びTHF20.0mLを加えて混合物とし、温度70℃で5時間攪拌して反応させた。反応終了後、反応液を減圧濾過した後の溶液から溶媒を留去し黄色固体を得た。この黄色固体を再結晶(ヘキサン/酢酸エチル=1/1)で精製した後、白色固体0.9gを得た。この固体をNMRで測定した結果を以下に示す。この結果から、この白色固体が、中間体化合物(D3)であることが確認された(収率71%)。
1H-NMR(DMSO-d6) δ: 1.2-1.8(m, 8H), 2.60(m, 1H), 3.09(m, 1H), 4.04(m, 2H), 4.55(m, 1H), 5.69(s, 1H), 6.02(s, 1H), 6.99(d, 2H), 7.88(d, 2H), 12.5(s, broad, 1H).
(5)重合性化合物(M3)の合成
Figure 0006879219
中間体化合物(D3)3.0g(10.0mmol)、メチル4−ヒドロキシシナメート1.8g(10.0mmol)、DMAP0.05g、及び少量のBHTを室温にて攪拌下、塩化メチレン60mLに懸濁させ、それにDCC2.7g(13.0mmol)を溶解させた溶液を加えて終夜攪拌した。析出したDCCウレアをろ別し、そのろ液を、0.5mol/L塩酸50mL、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液50mL、飽和食塩水100mLにて順次2回ずつ洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去して、黄色固体を得た。この固体を再結晶(エタノール)で精製した。目的の重合性化合物(M3)2.6gを得た(収率56%)。
1H-NMR(CDCl3) δ: 1.40-1.90(m, 8H), 2.58(m, 1H), 3.08(m, 1H), 3.80(s, 3H), 4.05(t, 2H), 4.55(m, 1H), 5.64(s, 1H), 6.22(s, 1H), 6.42(d, 1H), 6.97(d, 2H), 7.22(d, 2H), 7.60(d, 2H), 7.70(d, 1H), 8.15(d, 2H).
[合成例4]重合体(P1)の合成
Figure 0006879219
冷却管を備えたフラスコに、重合性化合物(M1)2.16g(4.8mmol)、重合性化合物(M2)1.80g(3.6mmol)、n−ドデシルアクリレート0.84g(3.6mmol)、NMP48.0g、及びアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.10gを仕込み、フラスコ内を窒素置換した後、60℃で20時間攪拌して反応させた。得られた反応溶液を400mLのメタノールに投入し、白色粉末を沈殿させた。この白色粉末をろ過した後、室温で真空乾燥を行い、重合体(P1)を3.60g得た(収率75%)。重合体(P1)のMnは、13,258であった(Mw/Mn=2.0)。
[合成例5]重合体(P2)の合成
Figure 0006879219
冷却管を備えたフラスコに、重合性化合物(M1)0.36g(0.8mmol)、重合性化合物(M2)0.60g(1.2mmol)、n−ドデシルアクリレート0.48g(2.0mmol)、NMP16.0g、及びAIBN0.034gを仕込み、フラスコ内を窒素置換した後、60℃で20時間攪拌して反応させた。得られた反応溶液を200mLのメタノールに投入し、白色粉末を沈殿させた。この白色粉末をろ過した後、室温で真空乾燥を行い、重合体(P3)を0.95g得た(収率66%)。重合体(P2)のMnは、13,647であった(Mw/Mn=2.0)。
[合成例6]重合体(P3)の合成
Figure 0006879219
冷却管を備えたフラスコに、合成例1で得られた重合性化合物(M1)0.20g(0.4mmol)、合成例3で得られた重合性化合物(M3)0.44g(1.0mmol)、NMP5.8g、AIBN12mgを仕込み、フラスコ内を窒素置換した後、温度60℃で20時間撹拌して反応した。得られた反応溶液を200mLのメタノールに投入し、白色粉末を沈殿した。この白色粉末をろ過した後、室温で真空乾燥を行い、重合体(P3)を0.5g得た(収率78%)。得られた重合体(P3)のMnは、15,877であった(Mw/Mn=3.26)。
[2]液晶組成物の調製及びフィルム作製・評価
下記例で使用した化合物(1)〜(9)の構造を以下に示す。
Figure 0006879219
化合物(2)は、4−(4−ヒドロキシフェニル)安息香酸(東京化成工業(株)製)とエタノールとの硫酸を用いたエステル化反応より合成した。
Figure 0006879219
化合物(6)は、p−アニス酸(東京化成工業(株)製)と化合物(1)とのDMAPを用いたエステル化反応より合成した。
Figure 0006879219
[実施例1]
重合体(P1)150mg及び化合物(1)(東京化成工業(株)製)7.5mgを、界面活性剤であるR−30N(DIC(株)製)を0.02質量%含むトルエン/シクロヘキサノン(75/25、w/w)0.850gに溶解し、液晶組成物を調製した。
得られた組成物を、ガラス基板にスピンコート(300rpm/5秒、500rpm/20秒)により塗布し、温度55℃のホットプレート上で30秒間プリベークした後、室温まで放冷した。
次に、ガラス基板に形成された塗膜に、直線偏光紫外線を100mJ/cm2(波長313nmで照度測定)垂直に照射した後、ホットプレート上で100℃、15分間ポストベークし、フィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.8μmであり、リタデーション値(Δnd)は212nmであり、Δnは0.118であった。
[実施例2]
化合物(1)のかわりに化合物(2)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.9μmであり、リタデーション値は275nmであり、Δnは0.145であった。
[実施例3]
化合物(1)のかわりに化合物(3)(東京化成工業(株)製)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.8μmであり、リタデーション値は235nmであり、Δnは0.127であった。
[実施例4]
化合物(1)7.5mgのかわりに化合物(4)(東京化成工業(株)製)3.0mgを用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.9μmであり、リタデーション値は211nmであり、Δnは0.111であった。
[実施例5]
化合物(1)のかわりに化合物(5)(東京化成工業(株)製)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が2.0μmであり、リタデーション値は242nmであり、Δnは0.120であった。
[実施例6]
化合物(1)のかわりに化合物(6)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.8μmであり、リタデーション値は255nmであり、Δnは0.142であった。
[実施例7]
化合物(1)のかわりに化合物(7)(ALDRICH社製)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.8μmであり、リタデーション値は240nmであり、Δnは0.133であった。
[実施例8]
化合物(1)のかわりに化合物(8)(ALDRICH社製)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が2.0μmであり、リタデーション値は207nmであり、Δnは0.103であった。
[実施例9]
化合物(1)のかわりに化合物(9)(和光純薬工業(株)製)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.7μmであり、リタデーション値は182nmであり、Δnは0.107であった。
[実施例10]
重合体(P2)150mg及び化合物(2)7.5mgを、界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)を0.02質量%含むトルエン/シクロヘキサノン(75/25、w/w)0.850gに溶解し、液晶組成物を調製した。
得られた組成物を、ガラス基板にスピンコート(300rpm/5秒、900rpm/20秒)により塗布し、温度55℃のホットプレート上で30秒間プリベークした後、室温まで放冷した。
次に、ガラス基板に形成された塗膜に、直線偏光紫外線を100mJ/cm2(波長313nmで照度測定)垂直に照射した後、ホットプレート上で100℃、15分間ポストベークし、フィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.7μmであり、リタデーション値(Δnd)は110nmであり、Δnは0.065であった。
[実施例11]
重合体(P3)150mg及び化合物(2)7.5mgを、界面活性剤であるR−30(DIC(株)製)を0.02質量%含むシクロヘキサノン0.850gに溶解し、液晶組成物を調製した。
得られた組成物を、ガラス基板にスピンコート(300rpm/5秒、500rpm/20秒)により塗布し、温度55℃のホットプレート上で30秒間プリベークした後、室温まで放冷した。
次に、ガラス基板に形成された塗膜に、直線偏光紫外線を100mJ/cm2(波長313nmで照度測定)垂直に照射した後、ホットプレート上で100℃、15分間ポストベークし、フィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.5μmであり、リタデーション値(Δnd)は35nmであり、Δnは0.023であった。
[比較例1]
化合物(1)を用いなかった以外は、実施例1と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.8μmであり、リタデーション値は175nmであり、Δnは0.099であった。
[比較例2]
化合物(2)を用いなかった以外は、実施例10と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.6μmであり、リタデーション値は87nmであり、Δnは0.054であった。
[比較例3]
化合物(2)を用いなかった以外は、実施例11と同様の方法で液晶組成物及びフィルムを得た。得られたフィルムは、膜厚が1.5μmであり、リタデーション値は26nmであり、Δnは0.018であった。
以上の結果をまとめて、表1に示す。
Figure 0006879219
図1〜3に、実施例1〜11及び比較例1〜3のフィルムのリタデーション値の角度依存性を示す。これにより、水平配向フィルムが得られることがわかった。

Claims (5)

  1. (A)下記式[1a]、[1b]及び[1c]で表される繰り返し単位を含む重合体、
    (B)下記式[7a]、[7b]又は[7c]で表される液晶性を示さない化合物、及び
    (C)有機溶媒
    を含む液晶組成物。
    Figure 0006879219
    [式中、X及びYは、それぞれ独立に、下記式[2]又は[3]で表される基であり、
    Figure 0006879219
    (式中、R1は、水素原子又はメチル基であり、破線は、結合手である。)
    1は、下記式[4]で表される基であり、M2は、下記式[5]又は[6]で表される基であり、
    Figure 0006879219
    (式中、s1、s2、s3、s4、s5及びs6は、それぞれ独立に、1又は2であり、G1及びG2は、それぞれ独立に、単結合、−COO−又は−OCO−であり、R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数1〜10のアルコキシ基であり、R4は、炭素数1〜3のアルキル基であり、破線は結合手である。)
    Aは、炭素数2〜15の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、
    m、n及びpは、それぞれ0<m<1、0<n<1、0≦p≦0.5、かつ、m+n+p≦1を満たす数であり、
    q及びrは、それぞれ独立に、2〜9の整数である。]
    Figure 0006879219
    (式中、R5及びR6は、それぞれ独立に、−OH、−OCH3、−C(=O)OH、−C(=O)OCH3、−C(=O)OCH2CH3又は−OC(=O)CH3であり、R7及びR8は、それぞれ独立に、水素原子、−OH、−OCH3、−C(=O)OH、−C(=O)OCH3、−C(=O)OCH2CH3又は−OC(=O)CH3であり、G3は、単結合、−C(=O)−O−又は−O−C(=O)−であり、G4は、単結合、−CH=CH−又は−CH2CH2−である。)
  2. 請求項1記載の液晶組成物を用いて作製された単層塗布型水平配向フィルム。
  3. 請求項2記載の単層塗布型水平配向フィルムを備える光学部材。
  4. 請求項1記載の液晶組成物を基板に塗布する工程、偏光を照射する工程、及びポストベークをする工程を含む、単層塗布型水平配向フィルムの製造方法。
  5. 前記偏光が、直線偏光紫外線である請求項4記載の単層塗布型水平配向フィルムの製造方法。
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