(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-17
(45)【発行日】2022-01-26
(54)【発明の名称】液晶組成物、光吸収異方性膜、積層体および画像表示装置
(51)【国際特許分類】
C09K 19/38 20060101AFI20220119BHJP
C09K 19/60 20060101ALI20220119BHJP
G02F 1/1335 20060101ALI20220119BHJP
G02F 1/13363 20060101ALI20220119BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20220119BHJP
【FI】
C09K19/38
C09K19/60 A
G02F1/1335 510
G02F1/13363
G02B5/30
(21)【出願番号】P 2020124432
(22)【出願日】2020-07-21
(62)【分割の表示】P 2018232454の分割
【原出願日】2018-12-12
【審査請求日】2020-09-07
(73)【特許権者】
【識別番号】306037311
【氏名又は名称】富士フイルム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100152984
【氏名又は名称】伊東 秀明
(74)【代理人】
【識別番号】100148080
【氏名又は名称】三橋 史生
(72)【発明者】
【氏名】星野 渉
(72)【発明者】
【氏名】松山 拓史
【審査官】吉川 陽吾
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2018/124198(WO,A1)
【文献】特開平11-101964(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 5/30
C09K 19/38
C09K 19/60
G02F 1/1335
G02F 1/13363
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高分子液晶性化合物、二色性物質および界面改良剤を含有する液晶組成物であって、
前記高分子液晶性化合物が、下記式(1)で表される繰り返し単位(1)と、下記式(2)で表される繰り返し単位(2)と、を有する共重合体であり、
前記界面改良剤の含有量は、前記高分子液晶性化合物と前記二色性物質との合計100質量部に対して0.001~5質量部である、液晶組成物。
【化1】
前記式(1)中、P1は繰り返し単位の主鎖を表し、L1は単結合または2価の連結基を表し、SP1はスペーサー基を表し、M1はメソゲン基を表し、T1は末端基を表す。
【化2】
前記式(2)中、P2は、繰り返し単位の主鎖を表す。
前記式(2)中、L2は、単結合、置換基を有していてもよい2価の脂環式基または置換基を有していてもよい2価の芳香族基を表す。
前記式(2)中、SP2は、主鎖の原子数が
15以上のアルキレン基を表す。ただし、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH
2-は、-O-、-S-、-N(R
21)-、-C(=O)-、-C(=S)-、-C(R
22)=C(R
23)-、アルキニレン基、-Si(R
24)(R
25)-、-N=N-、-C(R
26)=N-N=C(R
27)-、-C(R
28)=N-および-S(=O)
2-からなる群より選択される少なくとも一種の基によって置き換えられていてもよく、R
21~R
28はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基または炭素数1~10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表す。また、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH
2-に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、炭素数1~10の直鎖状のアルキル基および炭素数1~10の分岐状のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の基によって置き換えられていてもよい。
前記式(2)中、T2は、水素原子、メチル基、水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ボロン酸基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、置換基を有していてもよいオキセタニル基、または、ボロン酸基、スルホン酸基、ビニル基およびアミノ基からなる群から選択される少なくとも1種の置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
【請求項2】
高分子液晶性化合物、二色性物質および界面改良剤を含有する液晶組成物であって、
前記高分子液晶性化合物が、下記式(1)で表される繰り返し単位(1)と、下記式(2)で表される繰り返し単位(2)と、を有する共重合体であり、
前記界面改良剤の含有量は、前記高分子液晶性化合物と前記二色性物質との合計100質量部に対して0.001~5質量部である、液晶組成物。
【化3】
前記式(1)中、P1は繰り返し単位の主鎖を表し、L1は単結合または2価の連結基を表し、SP1はスペーサー基を表し、M1はメソゲン基を表し、T1は末端基を表す。
【化4】
前記式(2)中、P2は、繰り返し単位の主鎖を表す。
前記式(2)中、L2は、単結合、置換基を有していてもよい2価の脂環式基または置換基を有していてもよい2価の芳香族基を表す。
前記式(2)中、SP2は、主鎖の原子数が10以上のアルキレン基を表す。ただし、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH
2
-は、-O-、-S-、-N(R
21
)-、-C(=O)-、-C(=S)-、-C(R
22
)=C(R
23
)-、アルキニレン基、-Si(R
24
)(R
25
)-、-N=N-、-C(R
26
)=N-N=C(R
27
)-、-C(R
28
)=N-および-S(=O)
2
-からなる群より選択される少なくとも一種の基によって置き換えられていてもよく、R
21
~R
28
はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基または炭素数1~10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表す。また、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH
2
-に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、炭素数1~10の直鎖状のアルキル基および炭素数1~10の分岐状のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の基によって置き換えられていてもよい。
前記式(2)中、T2は、水素原子、メチル基、水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ボロン酸基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、置換基を有していてもよいオキセタニル基、フェニル基、または、ボロン酸基、スルホン酸基、および、ビニル基からなる群から選択される少なくとも1種の置換基を有するフェニル基を表す。
【請求項3】
前記式(2)において、T2が、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、または、置換基を有していてもよいオキセタニル基である、請求項1または2に記載の液晶組成物。
【請求項4】
前記式(2)において、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH
2-が、-O-、-N(R
21)-、-C(=O)-からなる群より選択される少なくとも一種の基によって置き換えられている、請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
【請求項5】
前記繰り返し単位(2)の含有量が、前記高分子液晶性化合物が有する全繰り返し単位の含有量に対して、4~20質量%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
【請求項6】
請求項1~5のいずれか1項に記載の液晶組成物を用いて形成される、光吸収異方性膜。
【請求項7】
基材と、前記基材上に設けられる請求項6に記載の光吸収異方性膜とを有する、積層体。
【請求項8】
さらに、前記光吸収異方性膜上に設けられるλ/4板を有する、請求項7に記載の積層体。
【請求項9】
請求項6に記載の光吸収異方性膜、または、請求項7もしくは請求項8に記載の積層体を有する、画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶組成物、光吸収異方性膜、積層体および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザー光または自然光を含む照射光の減衰機能、偏光機能、散乱機能、または、遮光機能等が必要となった際には、それぞれの機能ごとに異なった原理によって作動する装置を利用していた。そのため、上記の機能に対応する製品も、それぞれの機能別に異なった製造工程によって製造されていた。
例えば、画像表示装置(例えば、液晶表示装置)では、表示における旋光性または複屈折性を制御するために直線偏光子または円偏光子が用いられている。また、有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode:OLED)においても、外光の反射防止のために円偏光子が使用されている。
【0003】
従来、これらの偏光子には、ヨウ素が二色性物質として広く使用されてきたが、ヨウ素の代わりに有機色素を二色性物質として使用する偏光子についても検討されている。
例えば、特許文献1には、二色性物質(二色性色素化合物)と、メソゲン基を有する繰り返し単位のみから構成された高分子液晶性化合物と、を含有する液晶組成物(着色組成物)を用いて、光吸収異方性膜を形成することが示されている(実施例19等)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者らは、特許文献1に記載された光吸収異方性膜について検討したところ、高い配向度を示すものの、光吸収異方性膜の形成に用いられる高分子液晶性化合物の種類によっては、光吸収異方性膜と下地層(例えば、基材または配向膜)との密着性、および、光吸収異方性膜の面状均一性に改善の余地があることを明らかにした。
【0006】
そこで、本発明は、密着性および面状均一性に優れ、かつ、高い配向度の光吸収異方性膜を形成できる液晶組成物、光吸収異方性膜、積層体および画像表示装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、二色性物質とともに配合する高分子液晶性化合物が特定構造の繰り返し単位(1)および(2)を有することで、密着性および面状均一性に優れ、かつ、高い配向度の光吸収異方性膜を形成できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
【0008】
[1]
高分子液晶性化合物および二色性物質を含有する液晶組成物であって、
上記高分子液晶性化合物が、後述の式(1)で表される繰り返し単位(1)と、後述の式(2)で表される繰り返し単位(2)と、を有する共重合体である、液晶組成物。
後述の式(1)中、P1は繰り返し単位の主鎖を表し、L1は単結合または2価の連結基を表し、SP1はスペーサー基を表し、M1はメソゲン基を表し、T1は末端基を表す。
後述の式(2)中、P2は、繰り返し単位の主鎖を表す。
後述の式(2)中、L2は、単結合、置換基を有していてもよい2価の脂環式基または置換基を有していてもよい2価の芳香族基を表す。
後述の式(2)中、SP2は、主鎖の原子数が10以上のアルキレン基を表す。ただし、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH2-は、-O-、-S-、-N(R21)-、-C(=O)-、-C(=S)-、-C(R22)=C(R23)-、アルキニレン基、-Si(R24)(R25)-、-N=N-、-C(R26)=N-N=C(R27)-、-C(R28)=N-および-S(=O)2-からなる群より選択される少なくとも一種の基によって置き換えられていてもよく、R21~R28はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基または炭素数1~10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表す。また、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH2-に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、炭素数1~10の直鎖状のアルキル基および炭素数1~10の分岐状のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の基によって置き換えられていてもよい。
後述の式(2)中、T2は、水素原子、メチル基、水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ボロン酸基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、置換基を有していてもよいオキセタニル基、または、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
[2]
後述の式(2)において、SP2の主鎖の原子数が15以上である、[1]に記載の液晶組成物。
[3]
後述の式(2)において、T2が、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、または、置換基を有していてもよいオキセタニル基である、[1]または[2]に記載の液晶組成物。
[4]
後述の式(2)において、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH2-が、-O-、-N(R21)-、-C(=O)-からなる群より選択される少なくとも一種の基によって置き換えられている、[1]~[3]のいずれかに記載の液晶組成物。
[5]
上記繰り返し単位(2)の含有量が、上記高分子液晶性化合物が有する全繰り返し単位の含有量に対して、4~20質量%である、[1]~[4]のいずれかに記載の液晶組成物。
[6]
[1]~[5]のいずれかに記載の液晶組成物を用いて形成される、光吸収異方性膜。
[7]
基材と、上記基材上に設けられる[6]に記載の光吸収異方性膜とを有する、積層体。
[8]
さらに、上記光吸収異方性膜上に設けられるλ/4板を有する、[7]に記載の積層体。
[9]
[6]に記載の光吸収異方性膜、または、[7]もしくは[8]に記載の積層体を有する、画像表示装置。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、密着性および面状均一性に優れ、かつ、高い配向度の光吸収異方性膜を形成できる液晶組成物、光吸収異方性膜、積層体および画像表示装置を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、(メタ)アクリル酸とは、「アクリル酸」および「メタクリル酸」の総称であり、(メタ)アクリロイルとは、「アクリロイル」および「メタクリロイル」の総称である。
【0011】
[液晶組成物]
本発明の液晶組成物は、高分子液晶性化合物および二色性物質を含有する液晶組成物であって、上記高分子液晶性化合物が、後述の式(1)で表される繰り返し単位(1)と、後述の式(2)で表される繰り返し単位(2)と、を有する共重合体である。
本発明の液晶組成物によれば、密着性および面状均一性に優れ、かつ、高い配向度の光吸収異方性膜を形成できる。この理由の詳細は明らかではないが、概ね以下のように推定している。
【0012】
本発明における高分子液晶性化合物は、メソゲン基を有する繰り返し単位(1)と、分子鎖の長い柔軟な構造(式(2)のSP2)をもつ繰り返し単位(2)と、を有する。このように、繰り返し単位(2)を有することによって、高分子液晶性化合物を構成する分子鎖同士の絡まりが生じやすくなるので、光吸収異方性膜の凝集破壊(具体的には、光吸収異方性膜自体が破壊すること)が抑制される。その結果、光吸収異方性膜と、下地層(例えば、基材または配向膜)との密着性が向上すると推測される。
また、面状均一性の低下は、二色性物質と高分子液晶性化合物は相溶性が低いために生じると考えられる。すなわち、二色性物質と高分子液晶性化合物は相溶性が不十分であると、析出する二色性物質を核とする面状不良(配向欠陥)が発生すると考えられる。この問題に対して、高分子液晶性化合物が分子鎖の長い柔軟な構造(式(2)のSP2)をもつことで、二色性物質の析出が抑制されて、面状均一性に優れた光吸収異方性膜が得られたと推測される。
ここで、面状均一性に優れるとは、高分子液晶性化合物を含む液晶組成物が下地層(例えば、基材または配向膜)上ではじかれて生じる配向欠陥が少ないことを意味する。
【0013】
〔高分子液晶性化合物〕
高分子液晶性化合物は、繰り返し単位(1)と繰り返し単位(2)との共重合体であり、ブロック重合体、交互重合体、ランダム重合体、および、グラフト重合体など、いずれの重合体であってもよい。
【0014】
<繰り返し単位(1)>
本発明の液晶組成物に含まれる高分子液晶性化合物は、下記式(1)で表される繰り返し単位(1)を含む。
【0015】
【0016】
式(1)中、P1は繰り返し単位の主鎖を表し、L1は単結合または2価の連結基を表し、SP1はスペーサー基を表し、M1はメソゲン基を表し、T1は末端基を表す。
【0017】
P1が表す繰り返し単位の主鎖としては、具体的には、例えば、下記式(P1-A)~(P1-D)で表される基が挙げられ、なかでも、原料となる単量体の多様性および取り扱いが容易である観点から、下記式(P1-A)で表される基が好ましい。
【0018】
【0019】
式(P1-A)~(P1-D)において、「*」は、式(1)におけるL1との結合位置を表す。式(P1-A)において、R1は水素原子またはメチル基を表す。式(P1-D)において、R2はアルキル基を表す。
式(P1-A)で表される基は、本発明の効果がより優れる点から、(メタ)アクリル酸エステルの重合によって得られるポリ(メタ)アクリル酸エステルの部分構造の一単位であることが好ましい。
式(P1-B)で表される基は、本発明の効果がより優れる点から、エチレングリコールを重合して得られるポリエチレングリコールにおけるエチレングリコール単位であることが好ましい。
式(P1-C)で表される基は、本発明の効果がより優れる点から、プロピレングリコールを重合して得られるプロピレングリコール単位であることが好ましい。
式(P1-D)で表される基は、本発明の効果がより優れる点から、シラノールの縮重合によって得られるポリシロキサンのシロキサン単位であることが好ましい。ここで、シラノールは、式Si(R3)3(OH)で表される化合物である。式中、複数のR3はそれぞれ独立に、水素原子またはアルキル基を表す。ただし、複数のR3の少なくとも1つはアルキル基を表す。
【0020】
L1は、単結合または2価の連結基である。
L1が表す2価の連結基としては、-C(O)O-、-OC(O)-、-O-、-S-、-C(O)NR4-、-NR4C(O)-、-S(O)2-、および、-NR4R5-などが挙げられる。式中、R4およびR5はそれぞれ独立に、水素原子、置換基(例えば、後述する置換基W)を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基を表わす。上記2価の連結基の具体例において、左側の結合手がP1と結合し、右側の結合手がSP1と結合する。
P1が式(P1-A)で表される基である場合には、本発明の効果がより優れる点から、L1は-C(O)O-で表される基が好ましい。
P1が式(P1-B)~(P1-D)で表される基である場合には、本発明の効果がより優れる点から、L1は単結合が好ましい。
【0021】
SP1が表すスペーサー基は、オキシエチレン構造、オキシプロピレン構造、ポリシロキサン構造およびフッ化アルキレン構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を含む基、または、炭素数2~20の直鎖または分岐のアルキレン基が好ましい。ただし、上記アルキレン基は、-O-、-O-CO-、-CO-O-、または-O-CO-O-を含んでいてもよい。
SP1が表すスペーサー基は、液晶性を発現しやすいこと、および、原材料の入手性などの理由から、オキシエチレン構造、オキシプロピレン構造、ポリシロキサン構造およびフッ化アルキレン構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を含む基であるがより好ましい。
ここで、SP1が表すオキシエチレン構造は、*-(CH2-CH2O)n1-*で表される基が好ましい。式中、n1は1~20の整数を表し、*はL1またはM1との結合位置を表す。n1は、本発明の効果がより優れる点から、2~10の整数であることが好ましく、2~4の整数がより好ましく、3であることが最も好ましい。
また、SP1が表すオキシプロピレン構造は、本発明の効果がより優れる点から、*-(CH(CH3)-CH2O)n2-*で表される基が好ましい。式中、n2は1~3の整数を表し、*はL1またはM1との結合位置を表す。
また、SP1が表すポリシロキサン構造は、本発明の効果がより優れる点から、*-(Si(CH3)2-O)n3-*で表される基が好ましい。式中、n3は6~10の整数を表し、*はL1またはM1との結合位置を表す。
また、SP1が表すフッ化アルキレン構造は、本発明の効果がより優れる点から、*-(CF2-CF2)n4-*で表される基が好ましい。式中、n4は6~10の整数を表し、*はL1またはM1との結合位置を表す。
【0022】
M1が表すメソゲン基とは、液晶形成に寄与する液晶分子の主要骨格を示す基である。液晶分子は、結晶状態と等方性液体状態の中間の状態(メソフェーズ)である液晶性を示す。メソゲン基については特に制限はなく、例えば、「Flussige Kristalle in Tabellen II」(VEB Deutsche Verlag fur Grundstoff Industrie,Leipzig、1984年刊)、特に第7頁~第16頁の記載、および、液晶便覧編集委員会編、液晶便覧(丸善、2000年刊)、特に第3章の記載、を参照することができる。
メソゲン基としては、例えば、芳香族炭化水素基、複素環基、および脂環式基からなる群より選択される少なくとも1種の環状構造を有する基が好ましい。
メソゲン基は、本発明の効果がより優れる点から、芳香族炭化水素基を有するのが好ましく、2~4個の芳香族炭化水素基を有するのがより好ましく、3個の芳香族炭化水素基を有するのがさらに好ましい。
【0023】
M1が表すメソゲン基としては、液晶性の発現、液晶相転移温度の調整、原料入手性および合成適性という観点、ならびに、本発明の効果がより優れるから、下記式(M1-A)または下記式(M1-B)で表される基が好ましく、式(M1-B)で表される基がより好ましい。
【0024】
【0025】
式(M1-A)中、A1は、芳香族炭化水素基、複素環基および脂環式基からなる群より選択される2価の基である。これらの基は、アルキル基、フッ化アルキル基またはアルコキシ基または後述する置換基Wなどの置換基で置換されていてもよい。
A1で表される2価の基は、4~6員環であることが好ましい。また、A1で表される2価の基は、単環でも、縮環であってもよい。
*は、SP1またはT1との結合位置を表す。
【0026】
A1が表す2価の芳香族炭化水素基としては、フェニレン基、ナフチレン基、フルオレン-ジイル基、アントラセン-ジイル基およびテトラセン-ジイル基などが挙げられ、メソゲン骨格の設計の多様性や原材料の入手性などの観点から、フェニレン基またはナフチレン基が好ましく、フェニレン基がより好ましい。
【0027】
A1が表す2価の複素環基としては、芳香族または非芳香族のいずれであってもよいが、配向度がより向上するという観点から、2価の芳香族複素環基であることが好ましい。
2価の芳香族複素環基を構成する炭素以外の原子としては、窒素原子、硫黄原子および酸素原子が挙げられる。芳香族複素環基が炭素以外の環を構成する原子を複数有する場合、これらは同一であっても異なっていてもよい。
2価の芳香族複素環基の具体例としては、例えば、ピリジレン基(ピリジン-ジイル基)、ピリダジン-ジイル基、イミダゾール-ジイル基、チエニレン(チオフェン-ジイル基)、キノリレン基(キノリン-ジイル基)、イソキノリレン基(イソキノリン-ジイル基)、オキサゾール-ジイル基、チアゾール-ジイル基、オキサジアゾール-ジイル基、ベンゾチアゾール-ジイル基、ベンゾチアジアゾール-ジイル基、フタルイミド-ジイル基、チエノチアゾール-ジイル基、チアゾロチアゾール-ジイル基、チエノチオフェン-ジイル基、および、チエノオキサゾール-ジイル基などが挙げられる。
【0028】
A1が表す2価の脂環式基の具体例としては、シクロペンチレン基およびシクロへキシレン基などが挙げられる。
【0029】
式(M1-A)中、a1は1~10の整数を表す。a1が2以上である場合には、複数のA1は同一でも異なっていてもよい。
【0030】
式(M1-B)中、A2およびA3はそれぞれ独立に、芳香族炭化水素基、複素環基および脂環式基からなる群より選択される2価の基である。A2およびA3の具体例および好適態様は、式(M1-A)のA1と同様であるので、その説明を省略する。
式(M1-B)中、a2は1~10の整数を表し、a2が2以上である場合には、複数のA2は同一でも異なっていてもよく、複数のA3は同一でも異なっていてもよく、複数のLA1は同一でも異なっていてもよい。a2は、本発明の効果がより優れる点から、2以上の整数であることが好ましく、2であることがより好ましい。
式(M1-B)中、a2が1である場合には、LA1は2価の連結基である。a2が2以上である場合には、複数のLA1はそれぞれ独立に、単結合または2価の連結基であり、複数のLA1のうち少なくとも1つが2価の連結基である。a2が2である場合、本発明の効果がより優れる点から、2つのLA1のうち、一方が2価の連結基であり、他方が単結合であることが好ましい。
【0031】
式(M1-B)中、LA1が表す2価の連結基としては、-O-、-(CH2)g-、-(CF2)g-、-Si(CH3)2-、-(Si(CH3)2O)g-、-(OSi(CH3)2)g-(gは1~10の整数を表す。)、-N(Z)-、-C(Z)=C(Z’)-、-C(Z)=N-、-N=C(Z)-、-C(Z)2-C(Z’)2-、-C(O)-、-OC(O)-、-C(O)O-、-O-C(O)O-、-N(Z)C(O)-、-C(O)N(Z)-、-C(Z)=C(Z’)-C(O)O-、-O-C(O)-C(Z)=C(Z’)-、-C(Z)=N-、-N=C(Z)-、-C(Z)=C(Z’)-C(O)N(Z”)-、-N(Z”)-C(O)-C(Z)=C(Z’)-、-C(Z)=C(Z’)-C(O)-S-、-S-C(O)-C(Z)=C(Z’)-、-C(Z)=N-N=C(Z’)-(Z、Z’、Z”は独立に、水素、C1~C4アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、シアノ基、または、ハロゲン原子を表す。)、-C≡C-、-N=N-、-S-、-S(O)-、-S(O)(O)-、-(O)S(O)O-、-O(O)S(O)O-、-SC(O)-、および、-C(O)S-などが挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる点から、-C(O)O-が好ましい。LA1は、これらの基を2つ以上組み合わせた基であってもよい。
【0032】
M1の具体例としては、例えば以下の構造が挙げられる。なお、下記具体例において、「Ac」は、アセチル基を表す。
【0033】
【0034】
【0035】
T1が表す末端基としては、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のアルキルチオ基、炭素数1~10のアルコキシカルボニルオキシ基、炭素数1~10のアルコキシカルボニル基(ROC(O)-:Rはアルキル基)、炭素数1~10のアシルオキシ基、炭素数1~10のアシルアミノ基、炭素数1~10のアルコキシカルボニルアミノ基、炭素数1~10のスルホニルアミノ基、炭素数1~10のスルファモイル基、炭素数1~10のカルバモイル基、炭素数1~10のスルフィニル基、および、炭素数1~10のウレイド基、(メタ)アクリロイルオキシ基含有基などが挙げられる。T1は、これらの基を2つ以上組み合わせた基であってもよい。
上記(メタ)アクリロイルオキシ基含有基としては、例えば、-L-A(Lは単結合又は連結基を表す。連結基の具体例は上述したL1及びSP1と同じである。Aは(メタ)アクリロイルオキシ基を表す)で表される基が挙げられる。
T1は、本発明の効果がより優れる点から、炭素数1~10のアルコキシ基が好ましく、炭素数1~5のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基がさらに好ましい。これらの末端基は、これらの基、または、特開2010-244038号公報に記載の重合性基によって、さらに置換されていてもよい。
T1の主鎖の原子数は、本発明の効果がより優れる点から、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10がさらに好ましく、1~7が特に好ましい。T1の主鎖の原子数が20以下であることで、偏光子の配向度がより向上する。ここで、T1おける「主鎖」とは、M1と結合する最も長い分子鎖を意味し、水素原子はT1の主鎖の原子数にカウントしない。例えば、T1がn-ブチル基である場合には主鎖の原子数は4であり、T1がsec-ブチル基である場合の主鎖の原子数は3である。
【0036】
繰り返し単位(1)の含有量は、本発明の効果がより優れる点から、高分子液晶性化合物が有する全繰り返し単位(100質量%)に対して、70~98質量%が好ましく、75~95質量%がより好ましい。
本発明において、高分子液晶性化合物に含まれる各繰り返し単位の含有量は、各繰り返し単位を得るために使用される各単量体の仕込み量(質量)に基づいて算出される。
繰り返し単位(1)は、高分子液晶性化合物中において、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。繰り返し単位(1)が2種以上含まれる場合、上記繰り返し単位(1)の含有量は、繰り返し単位(1)の含有量の合計を意味する。
なかでも、本発明の効果がより優れる点から、繰り返し単位(1)が高分子液晶性化合物中に2種含まれているのがよい。
【0037】
高分子液晶性化合物が繰り返し単位(1)を2種含む場合、本発明の効果がより優れる点から、一方(繰り返し単位A)においてT1が表す末端基がアルコキシ基であり、他方(繰り返し単位B)においてT1が表す末端基がアルコキシ基以外の基であることが好ましい。
上記繰り返し単位BにおいてT1が表す末端基は、本発明の効果がより優れる点から、アルコキシカルボニル基、シアノ基、または、(メタ)アクリロイルオキシ基含有基であることが好ましく、アルコキシカルボニル基、または、シアノ基であることがより好ましい。
【0038】
<繰り返し単位(2)>
本発明の液晶組成物に含まれる高分子液晶性化合物は、下記式(2)で表される繰り返し単位(2)を含む。
【0039】
【0040】
式(2)中、P2は、繰り返し単位の主鎖を表す。
式(2)中、L2は、単結合、置換基を有していてもよい2価の脂環式基または置換基を有していてもよい2価の芳香族基を表す。
式(2)中、SP2は、主鎖の原子数が10以上のアルキレン基を表す。ただし、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH2-は、-O-、-S-、-N(R21)-、-C(=O)-、-C(=S)-、-C(R22)=C(R23)-、アルキニレン基、-Si(R24)(R25)-、-N=N-、-C(R26)=N-N=C(R27)-、-C(R28)=N-および-S(=O)2-からなる群より選択される少なくとも一種の基(以下、「基2C」ともいう。)によって置き換えられていてもよく、R21~R28はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基または炭素数1~10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表す。また、SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH2-に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、炭素数1~10の直鎖状のアルキル基および炭素数1~10の分岐状のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の基(以下、「基2H」ともいう。)によって置き換えられていてもよい。
式(2)中、T2は、水素原子、メチル基、水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ボロン酸基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、置換基を有していてもよいオキセタニル基、または、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
【0041】
P2の具体例および好適態様は、式(1)のP1と同様であるので、その説明を省略する。
【0042】
L2が表す置換基を有していてもよい2価の脂環式基の具体例としては、式(M1-A)におけるA1で説明した2価の脂環式基と同様であるので、その説明を省略する。また、置換基としては、後述の置換基Wが挙げられ、なかでも、フッ素原子、塩素原子、アルキル基、シアノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基、ニトロ基、アシルオキシ基、アミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アルキルスルホニル基、アルキルスルホニルアミノ基、スルホ基、アルキルスルフィニル基またはアルコキシカルボニル基が好ましい。
L2が表す置換基を有していてもよい2価の芳香族基としては、2価の芳香族炭化水素基および2価の芳香族複素環基が挙げられる。2価の芳香族炭化水素基の具体例および好適態様は、式(M1-A)におけるA1で説明した2価の芳香族炭化水素基と同様であるので、その説明を省略する。また、2価の芳香族複素環基の具体例および好適態様は、式(M1-A)におけるA1で説明した2価の芳香族複素環基と同様であるので、その説明を省略する。また、置換基としては、後述の置換基Wが挙げられ、なかでも、フッ素原子、塩素原子、アルキル基、シアノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基、ニトロ基、アシルオキシ基、アミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アルキルスルホニル基、アルキルスルホニルアミノ基、スルホ基、アルキルスルフィニル基またはアルコキシカルボニル基が好ましい。
L2としては、本発明の効果がより発揮される点から、単結合が好ましい。
【0043】
SP2は、主鎖の原子数が10以上のアルキレン基を表し、アルキレン基を構成する1個以上の-CH2-は上述の基2Cによって置き換えられていてもよく、アルキレン基を構成する1個以上の-CH2-に含まれる水素原子は上述の基2Hによって置き換えられていてもよい。
SP2の主鎖の原子数は、10以上であり、密着性および面状均一性の少なくとも一方がより優れた光吸収異方性膜が得られる点から、15以上が好ましく、19以上がより好ましい。また、SP2の主鎖の原子数の上限は、配向度により優れた光吸収異方性膜が得られる点から、70以下が好ましく、60以下がより好ましく、50以下が特に好ましい。
ここで、SP2における「主鎖」とは、L2とT2とを直接連結するために必要な部分構造を意味し、「主鎖の原子数」とは、上記部分構造を構成する原子の個数を意味する。換言すれば、SP2における「主鎖」は、L2とT2を連結する原子の数が最短になる部分構造である。例えば、SP2が3,7-ジメチルデカニル基である場合の主鎖の原子数は10であり、SP2が4,6-ジメチルドデカニル基の場合の主鎖の原子数は12である。また、下記式(2-1)においては、点線の四角形で表す枠内がSP2に相当し、SP2の主鎖の原子数(点線の丸で囲った原子の合計数に相当)は11である。
【0044】
【0045】
SP2が表すアルキレン基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
SP2が表すアルキレン基の炭素数は、配向度により優れた光吸収異方性膜が得られる点から、8~80が好ましく、15~80が好ましく、25~70がより好ましく、25~60が特に好ましい。
【0046】
SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH2-は、密着性および面状均一性により優れた光吸収異方性膜が得られる点から、上述の基2Cによって置き換えられているのが好ましい。
また、SP2が表すアルキレン基を構成する-CH2-が複数ある場合、密着性および面状均一性により優れた光吸収異方性膜が得られる点から、複数の-CH2-の一部のみが基2Cによって置き換えられていることがより好ましい。
【0047】
基2Cは、上述したように、-O-、-S-、-N(R21)-、-C(=O)-、-C(=S)-、-C(R22)=C(R23)-、アルキニレン基、-Si(R24)(R25)-、-N=N-、-C(R26)=N-N=C(R27)-、-C(R28)=N-および-S(=O)2-からなる群より選択される少なくとも一種の基であり、密着性および面状均一性により優れた光吸収異方性膜が得られる点から、-O-、-N(R21)-、-C(=O)-および-S(=O)2-からなる群より選択される少なくとも一種の基が好ましく、-O-、-N(R21)-および-C(=O)-からなる群より選択される少なくとも1種の基がより好ましい。
特に、SP2は、アルキレン基を構成する1個以上の-CH2-が-O-によって置き換えられたオキシアルキレン構造、アルキレン基を構成する1個以上の-CH2-CH2-が-O-および-C(=O)-によって置き換えられたエステル構造、ならびに、アルキレン基を構成する1個以上の-CH2-CH2-CH2-が-O-、-C(=O)-および-NH-によって置き換えられたウレタン結合からなる群より選択される少なくとも1つを含む基であるのが好ましい。
【0048】
SP2が表すアルキレン基を構成する1個以上の-CH2-に含まれる水素原子は、上述の基2Hによって置き換えられていてもよい。この場合、-CH2-に含まれる水素原子の1個以上が基2Hに置き換えられていればよい。すなわち、-CH2-に含まれる水素原子の1個のみが基2Hによって置き換えられていてもよいし、-CH2-に含まれる水素原子の全て(2個)が基2Hによって置き換えられていてもよい。
基2Hは、上述したように、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、炭素数1~10の直鎖状のアルキル基および炭素数1~10の分岐状のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の基であり、水酸基、炭素数1~10の直鎖状のアルキル基および炭素数1~10の分岐状のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の基が好ましく、水酸基がより好ましい。
【0049】
T2は、上述したように、水素原子、メチル基、水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ボロン酸基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、置換基を有していてもよいオキセタニル基、または、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
エポキシシクロアルキル基におけるシクロアルキル基部分の炭素数は、本発明の効果がより優れる点から、3~15が好ましく、5~12がより好ましく、5~8がさらに好ましく、6(すなわち、エポキシシクロアルキル基がエポキシシクロヘキシル基である場合)が特に好ましい。
オキセタニル基の置換基としては、炭素数1~10のアルキル基が挙げられ、本発明の効果がより優れる点から、炭素数1~5のアルキル基が好ましい。オキセタニル基の置換基としてのアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよいが、本発明の効果がより優れる点から直鎖状であることが好ましい。
フェニル基の置換基としては、ボロン酸基、スルホン酸基、ビニル基およびアミノ基が挙げられ、本発明の効果がより優れる点から、ボロン酸基が好ましい。
これらの中でも、架橋、および/または、下地層(例えば、基材または配向膜)との相互作用によって密着性が向上する点から、T2は、水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ボロン酸基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、または、置換基を有していてもよいオキセタニル基が好ましく、光吸収異方性膜自体が架橋することによって、光吸収異方性膜の凝集破壊をより抑制できる結果、密着性がより向上する点から、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、エポキシシクロアルキル基、マレイミド基、または、置換基を有していてもよいオキセタニル基がより好ましい。
【0050】
繰り返し単位(2)の具体例としては、例えば以下の構造が挙げられる。なお、下記具体例において、n1は2以上の整数を表し、n2は1以上の整数を表す。
【0051】
【0052】
繰り返し単位(2)の含有量は、高分子液晶性化合物が有する全繰り返し単位(100質量%)に対して、4~20質量%が好ましく、6~18質量%がより好ましい。繰り返し単位(2)の含有量が4質量%以上であれば、密着性により優れた光吸収異方性膜が得られる。また、繰り返し単位(2)の含有量が20質量%以下であれば、面状均一性により優れた光吸収異方性膜が得られる。
繰り返し単位(2)は、高分子液晶性化合物中において、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。繰り返し単位(2)が2種以上含まれる場合、上記繰り返し単位(2)の含有量は、繰り返し単位(2)の含有量の合計を意味する。
【0053】
高分子液晶性化合物において、繰り返し単位(2)に対する繰り返し単位(1)の質量比(繰り返し単位(1)の含有量/繰り返し単位(2)の含有量)は、本発明の効果がより優れる点から、1.25~99.0が好ましく、2.16~49.5がより好ましく、3.50~32.7が特に好ましい。
【0054】
<置換基W>
本明細書における置換基Wについて記載する。
置換基Wとしては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基(例えば、tert-ブチル基)(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といってもよい)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルまたはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルまたはアリールスルフィニル基、アルキルまたはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールまたはヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(-B(OH)2)、ホスファト基(-OPO(OH)2)、スルファト基(-OSO3H)、その他の公知の置換基などが挙げられる。
なお、置換基の詳細については、特開2007-234651号公報の段落[0023]に記載される。
【0055】
<物性>
高分子液晶性化合物の重量平均分子量(Mw)は、本発明の効果がより優れる点から、1000~500000が好ましく、2000~300000がより好ましい。高分子液晶性化合物のMwが上記範囲内にあれば、高分子液晶性化合物の取り扱いが容易になる。
特に、塗布時のクラック抑制の観点から、高分子液晶性化合物の重量平均分子量(Mw)は、10000以上が好ましく、10000~300000がより好ましい。
また、配向度の温度ラチチュードの観点から、高分子液晶性化合物の重量平均分子量(Mw)は、10000未満が好ましく、2000以上10000未満が好ましい。
ここで、本発明における重量平均分子量および数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)法により測定された値である。
・溶媒(溶離液):N-メチルピロリドン
・装置名:TOSOH HLC-8220GPC
・カラム:TOSOH TSKgelSuperAWM-H(6mm×15cm)を3本接続して使用
・カラム温度:25℃
・試料濃度:0.1質量%
・流速:0.35mL/min
・校正曲線:TOSOH製TSK標準ポリスチレン Mw=2800000~1050(Mw/Mn=1.03~1.06)までの7サンプルによる校正曲線を使用
【0056】
高分子液晶性化合物の液晶性は、ネマチック性およびスメクチック性のいずれを示してもよいが、少なくともネマチック性を示すことが好ましい。
ネマチック相を示す温度範囲は、室温(23℃)~450℃であることが好ましく、取り扱いや製造適性の観点から、50~400℃であることが好ましい。
【0057】
<二色性物質>
本発明の液晶組成物が含有する二色性物質は、特に限定されず、可視光吸収物質(二色性色素)、発光物質(蛍光物質、燐光物質)、紫外線吸収物質、赤外線吸収物質、非線形光学物質、カーボンナノチューブ、無機物質(例えば量子ロッド)、などが挙げられ、従来公知の二色性物質(二色性色素)を使用することができる。
具体的には、例えば、特開2013-228706号公報の[0067]~[0071]段落、特開2013-227532号公報の[0008]~[0026]段落、特開2013-209367号公報の[0008]~[0015]段落、特開2013-14883号公報の[0045]~[0058]段落、特開2013-109090号公報の[0012]~[0029]段落、特開2013-101328号公報の[0009]~[0017]段落、特開2013-37353号公報の[0051]~[0065]段落、特開2012-63387号公報の[0049]~[0073]段落、特開平11-305036号公報の[0016]~[0018]段落、特開2001-133630号公報の[0009]~[0011]段落、特開2011-215337号公報の[0030]~[0169]、特開2010-106242号公報の[0021]~[0075]段落、特開2010-215846号公報の[0011]~[0025]段落、特開2011-048311号公報の[0017]~[0069]段落、特開2011-213610号公報の[0013]~[0133]段落、特開2011-237513号公報の[0074]~[0246]段落、特開2016-006502号公報の[0005]~[0051]段落、WO2016/060173号の[0005]~[0041]段落、WO2016/136561号の[0008]~[0062]段落、WO2017/154835号の[0014]~[0033]段落、WO2017/154695号の[0014]~[0033]段落、WO2017/195833号の[0013]~[0037]段落、WO2018/164252号の[0014]~[0034]段落などに記載されたものが挙げられる。
【0058】
本発明においては、2種以上の二色性物質を併用してもよく、例えば、偏光子を黒色に近づける観点から、波長370~550nmの範囲に極大吸収波長を有する少なくとも1種の二色性物質と、波長500~700nmの範囲に極大吸収波長を有する少なくとも1種の二色性物質とを併用することが好ましい。
【0059】
上記二色性物質は、架橋性基を有していてもよい。
上記架橋性基としては、具体的には、例えば、(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、オキセタニル基、スチリル基などが挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基が好ましい。
【0060】
二色性物質の含有量は、本発明の効果がより優れる点から、上記高分子液晶性化合物100質量部に対して1~400質量部が好ましく、2~100質量部がより好ましく、5~30質量部が特に好ましい。
二色性物質が2種以上含まれる場合、上記二色性物質の含有量は、二色性物質の含有量の合計を意味する。
【0061】
〔重合開始剤〕
本発明の液晶組成物は、重合開始剤を含有することが好ましい。
重合開始剤としては特に制限はないが、感光性を有する化合物、すなわち光重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤としては、各種の化合物を特に制限なく使用できる。光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号および同2951758号の各明細書)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報および米国特許第4239850号明細書)、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書)、および、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63-40799号公報、特公平5-29234号公報、特開平10-95788号公報および特開平10-29997号公報)などが挙げられる。
このような光重合開始剤としては、市販品も用いることができ、BASF社製のイルガキュア(IRGACURE)184、907、369、651、819、OXE-01およびOXE-02などが挙げられる。
本発明の液晶組成物が重合開始剤を含有する場合、重合開始剤の含有量は、液晶組成物中の上記二色性物質と上記高分子液晶性化合物との合計100質量部に対し、0.01~30質量部が好ましく、0.1~15質量部が好ましい。重合開始剤の含有量が0.01質量部以上であることで、光吸収異方性膜の耐久性が良好となり、30質量部以下であることで、光吸収異方性膜の配向が良好となる。
重合開始剤は、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。重合開始剤が2種以上含まれる場合、上記重合開始剤の含有量は、重合開始剤の含有量の合計を意味する。
【0062】
〔溶媒〕
本発明の液晶組成物は、作業性等の観点から、溶媒を含有するのが好ましい。
溶媒としては、例えば、ケトン類(例えば、アセトン、2-ブタノン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなど)、エーテル類(例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロピラン、ジオキソランなど)、脂肪族炭化水素類(例えば、ヘキサンなど)、脂環式炭化水素類(例えば、シクロヘキサンなど)、芳香族炭化水素類(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼンなど)、ハロゲン化炭素類(例えば、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、クロロトルエンなど)、エステル類(例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチルなど)、アルコール類(例えば、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、イソペンチルアルコール、ネオペンチルアルコール、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコールなど)、セロソルブ類(例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、1,2-ジメトキシエタンなど)、セロソルブアセテート類、スルホキシド類(例えば、ジメチルスルホキシドなど)、アミド類(例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドンなど)、および、ヘテロ環化合物(例えば、ピリジンなど)などの有機溶媒、ならびに、水が挙げられる。これの溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの溶媒のうち、溶解性に優れるという効果を活かす観点から、ケトン類(特にシクロペンタノン、シクロヘキサノン)、エーテル類(特にテトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロピラン、ジオキソラン)、および、アミド類(特に、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン)が好ましい。
本発明の液晶組成物が溶媒を含有する場合、溶媒の含有量は、液晶組成物の全質量に対して、80~99質量%が好ましく、83~98質量%がより好ましく、85~96質量%がさらに好ましい。
溶媒が2種以上含まれる場合、上記溶媒の含有量は、溶媒の含有量の合計を意味する。
【0063】
〔界面改良剤〕
本発明の液晶組成物は、界面改良剤を含むことが好ましい。界面改良剤を含むことにより、塗布表面の平滑性が向上し、配向度が向上したり、ハジキおよびムラを抑制して、面内の均一性の向上が見込まれる。
界面改良剤としては、液晶性化合物を塗布表面側で水平にさせるものが好ましく、特開2011-237513号公報の[0253]~[0293]段落に記載の化合物(水平配向剤)を用いることができる。また、特開2007-272185号公報の[0018]~[0043]等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマーも用いることができる。界面改良剤としては、これら以外の化合物を用いてもよい。
本発明の液晶組成物が界面改良剤を含有する場合、界面改良剤の含有量は、液晶組成物中の上記二色性物質と上記高分子液晶性化合物との合計100質量部に対し、0.001~5質量部が好ましく、0.01~3質量部が好ましい。
界面改良剤は、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。界面改良剤が2種以上含まれる場合、上記界面改良剤の含有量は、界面改良剤の含有量の合計を意味する。
【0064】
[光吸収異方性膜]
本発明の光吸収異方性膜は、上述した本発明の液晶組成物を用いて形成される光吸収異方性膜である。
本発明の光吸収異方性膜の製造方法の一例としては、上記液晶組成物を基材上に塗布して塗布膜を形成する工程(以下、「塗布膜形成工程」ともいう。)と、塗布膜に含まれる二色性物質を配向させる工程(以下、「配向工程」ともいう。)と、をこの順に含む方法が挙げられる。
以下、本発明の光吸収異方性膜を作製する製造方法の各工程について説明する。
【0065】
〔塗布膜形成工程〕
塗布膜形成工程は、上記液晶組成物を基材上に塗布して塗布膜を形成する工程である。
上述した溶媒を含有する液晶組成物を用いたり、液晶組成物を加熱などによって溶融液などの液状物としたものを用いたりすることにより、基材上に液晶組成物を塗布することが容易になる。
液晶組成物の塗布方法としては、ロールコーティング法、グラビア印刷法、スピンコート法、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スプレー法、および、インクジェット法などの公知の方法が挙げられる。
本態様では、液晶組成物が基材上に塗布されている例を示したが、これに限定されず、例えば、基材上に設けられた配向膜上に液晶組成物を塗布してもよい。基材および配向膜の詳細については後述する。
【0066】
〔配向工程〕
配向工程は、塗布膜に含まれる二色性物質を配向させる工程である。これにより、光吸収異方性膜が得られる。
配向工程は、乾燥処理を有していてもよい。乾燥処理によって、溶媒などの成分を塗布膜から除去することができる。乾燥処理は、塗布膜を室温下において所定時間放置する方法(例えば、自然乾燥)によって行われてもよいし、加熱および/または送風する方法によって行われてもよい。
ここで、液晶組成物に含まれる二色性物質は、上述した塗布膜形成工程または乾燥処理によって、配向する場合がある。例えば、液晶組成物が溶媒を含む塗布液として調製されている態様では、塗布膜を乾燥して、塗布膜から溶媒を除去することで、光吸収異方性を持つ塗布膜(すなわち、光吸収異方性膜)が得られる。
【0067】
配向工程は、加熱処理を有することが好ましい。これにより、塗布膜に含まれる二色性物質を配向させることができるため、加熱処理後の塗布膜を光吸収異方性膜として好適に使用できる。
加熱処理は、製造適性などの面から10~250℃が好ましく、25~190℃がより好ましい。また、加熱時間は、1~300秒が好ましく、1~60秒がより好ましい。
【0068】
配向工程は、加熱処理後に実施される冷却処理を有していてもよい。冷却処理は、加熱後の塗布膜を室温(20~25℃)程度まで冷却する処理である。これにより、塗布膜に含まれる二色性物質の配向を固定することができる。冷却手段としては、特に限定されず、公知の方法により実施できる。
以上の工程によって、光吸収異方性膜を得ることができる。
なお、本態様では、塗布膜に含まれる二色性物質を配向する方法として、乾燥処理および加熱処理などを挙げているが、これに限定されず、公知の配向処理によって実施できる。
【0069】
〔他の工程〕
光吸収異方性膜の製造方法は、上記配向工程後に、光吸収異方性膜を硬化させる工程(以下、「硬化工程」ともいう。)を有していてもよい。
硬化工程は、例えば、加熱および/または光照射(露光)によって実施される。このなかでも、硬化工程は光照射によって実施されることが好ましい。
硬化に用いる光源は、赤外線、可視光または紫外線など、種々の光源を用いることが可能であるが、紫外線であることが好ましい。また、硬化時に加熱しながら紫外線を照射してもよいし、特定の波長のみを透過するフィルターを介して紫外線を照射してもよい。
また、露光は、窒素雰囲気下で行われてもよい。ラジカル重合によって光吸収異方性膜の硬化が進行する場合において、酸素による重合の阻害が低減されるため、窒素雰囲気下で露光することが好ましい。
【0070】
光吸収異方性膜の膜厚は、0.1~5.0μmが好ましく、0.3~1.5μmであることがより好ましい。液晶組成物中の二色性物質の濃度によるが、膜厚が0.1μm以上であると、優れた吸光度の光吸収異方性膜が得られ、膜厚が5.0μm以下であると、優れた透過率の光吸収異方性膜が得られる。
【0071】
[積層体]
本発明の積層体は、基材と、基材上に設けられる本発明の光吸収異方性膜とを有する。
また、本発明の積層体は、上記光吸収異方性膜上に、λ/4板を有していてもよい。
さらに、本発明の積層体は、上記基材と上記光吸収異方性膜との間に、配向膜を有していてもよい。
さらに、本発明の積層体は、上記光吸収異方性膜とλ/4板との間に、バリア層を有していてもよい。
以下、本発明の積層体を構成する各層について説明する。
【0072】
〔基材〕
基材としては、光吸収異方性膜の用途に応じて選択することができ、例えば、ガラスおよびポリマーフィルムが挙げられる。基材の光透過率は、80%以上であるのが好ましい。
基材としてポリマーフィルムを用いる場合には、光学的等方性のポリマーフィルムを用いるのが好ましい。ポリマーの具体例および好ましい態様は、特開2002-22942号公報の[0013]段落の記載を適用できる。また、従来知られているポリカーボネートやポリスルホンのような複屈折の発現しやすいポリマーであっても国際公開第2000/26705号公報に記載の分子を修飾することで発現性を低下させたものを用いることもできる。
【0073】
〔光吸収異方性膜〕
光吸収異方性膜については、上述した通りであるので、その説明を省略する。
【0074】
〔λ/4板〕
「λ/4板」とは、λ/4機能を有する板であり、具体的には、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または円偏光を直線偏光に)変換する機能を有する板である。
例えば、λ/4板が単層構造である態様としては、具体的には、延伸ポリマーフィルムや、支持体上にλ/4機能を有する光学異方性層を設けた位相差フィルムなどが挙げられ、また、λ/4板が複層構造である態様としては、具体的には、λ/4板とλ/2板とを積層してなる広帯域λ/4板が挙げられる。
λ/4板と光吸収異方性膜とは、接して設けられていてもよいし、λ/4板と光吸収異方性膜との間に、他の層が設けられていてもよい。このような層としては、密着性担保のための粘着層または接着層、およびバリア層が挙げられる。
【0075】
〔バリア層〕
本発明の積層体がバリア層を有する場合、バリア層は、光吸収異方性膜とλ/4板との間に設けられる。なお、光吸収異方性膜とλ/4板との間に、バリア層以外の他の層(例えば、粘着層または接着層)を有する場合には、バリア層は、例えば、光吸収異方性膜と他の層との間に設けることができる。
バリア層は、ガス遮断層(酸素遮断層)とも呼ばれ、大気中の酸素等のガス、水分、または、隣接する層に含まれる化合物等から光吸収異方性膜を保護する機能を有する。
バリア層については、特開2014-159124号公報の[0014]~[0054]段落、特開2017-121721号公報の[0042]~[0075]段落、特開2017-115076号公報の[0045]~[0054]段落、特開2012-213938号公報の[0010]~[0061]段落、特開2005-169994号公報の[0021]~[0031]段落の記載を参照できる。
【0076】
〔配向膜〕
本発明の積層体は、基材と光吸収異方性膜との間に、配向膜を有していてもよい。
配向膜は、配向膜上において本発明の液晶組成物に含まれる二色性物質を所望の配向状態とすることができるのであれば、どのような層でもよい。
有機化合物(好ましくはポリマー)の膜表面へのラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、あるいはラングミュアブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例、ω-トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で、設けることができる。さらに、電場の付与、磁場の付与あるいは光照射により、配向機能が生じる配向膜も知られている。なかでも、本発明では、配向膜のプレチルト角の制御し易さの点からはラビング処理により形成する配向膜が好ましく、配向の均一性の点からは光照射により形成する光配向膜も好ましい。
【0077】
<ラビング処理配向膜>
ラビング処理により形成される配向膜に用いられるポリマー材料としては、多数の文献に記載があり、多数の市販品を入手することができる。本発明においては、ポリビニルアルコールまたはポリイミド、およびその誘導体が好ましく用いられる。配向膜については国際公開第2001/88574A1号公報の43頁24行~49頁8行の記載を参照することができる。配向膜の厚さは、0.01~10μmであることが好ましく、0.01~1μmであることがさらに好ましい。
【0078】
<光配向膜>
光照射により形成される配向膜に用いられる光配向材料としては、多数の文献などに記載がある。本発明においては、例えば、特開2006-285197号公報、特開2007-76839号公報、特開2007-138138号公報、特開2007-94071号公報、特開2007-121721号公報、特開2007-140465号公報、特開2007-156439号公報、特開2007-133184号公報、特開2009-109831号公報、特許第3883848号、特許第4151746号に記載のアゾ化合物、特開2002-229039号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開2002-265541号公報、特開2002-317013号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび/またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第4205195号、特許第4205198号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表2003-520878号公報、特表2004-529220号公報、または、特許第4162850号に記載の光架橋性ポリイミド、ポリアミドもしくはエステルが好ましい例として挙げられる。より好ましくは、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、ポリアミド、または、エステルである。
【0079】
上記材料から形成した光配向膜に、直線偏光または非偏光照射を施し、光配向膜を製造する。
本明細書において、「直線偏光照射」「非偏光照射」とは、光配向材料に光反応を生じせしめるための操作である。用いる光の波長は、用いる光配向材料により異なり、その光反応に必要な波長であれば特に限定されるものではない。光照射に用いる光のピーク波長は、200nm~700nmが好ましく、光のピーク波長が400nm以下の紫外光がより好ましい。
【0080】
光照射に用いる光源は、通常使われる光源、例えばタングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ、水銀ランプ、水銀キセノンランプおよびカーボンアークランプなどのランプ、各種のレーザー[例、半導体レーザー、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザーおよびYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザー]、発光ダイオード、ならびに、陰極線管などを挙げることができる。
【0081】
直線偏光を得る手段としては、偏光板(例えば、ヨウ素偏光板、二色色素偏光板、および、ワイヤーグリッド偏光板)を用いる方法、プリズム系素子(例えば、グラントムソンプリズム)もしくはブリュースター角を利用した反射型偏光子を用いる方法、または、偏光を有するレーザー光源から出射される光を用いる方法が採用できる。また、フィルターまたは波長変換素子などを用いて必要とする波長の光のみを選択的に照射してもよい。
【0082】
照射する光は、直線偏光の場合には、配向膜に対して上面、または裏面から配向膜表面に対して垂直、または斜めから光を照射する方法が採用される。光の入射角度は、光配向材料によって異なるが、0~90°(垂直)が好ましく、40~90°が好ましい。
非偏光の場合には、配向膜に対して、斜めから非偏光を照射する。その入射角度は、10~80°が好ましく、20~60°がより好ましく、30~50°がさらに好ましい。
照射時間は、1分~60分が好ましく、1分~10分がより好ましい。
【0083】
パターン化が必要な場合には、フォトマスクを用いた光照射をパターン作製に必要な回数施す方法、または、レーザー光走査によるパターンの書き込みによる方法を採用できる。
【0084】
〔用途〕
本発明の積層体は、偏光素子(偏光板)として使用でき、例えば、直線偏光板または円偏光板として使用できる。
本発明の積層体が上記λ/4板などの光学異方性層を有さない場合には、積層体は直線偏光板として使用できる。
一方、本発明の積層体が上記λ/4板を有する場合には、積層体は円偏光板として使用できる。
【0085】
[画像表示装置]
本発明の画像表示装置は、上述した光吸収異方性膜または上述した積層体を有する。
本発明の画像表示装置に用いられる表示素子は特に限定されず、例えば、液晶セル、有機エレクトロルミネッセンス(以下、「EL」と略す。)表示パネル、および、プラズマディスプレイパネルなどが挙げられる。
これらのうち、液晶セルまたは有機EL表示パネルであるのが好ましく、液晶セルであるのがより好ましい。すなわち、本発明の画像表示装置としては、表示素子として液晶セルを用いた液晶表示装置、表示素子として有機EL表示パネルを用いた有機EL表示装置であるのが好ましく、液晶表示装置であるのがより好ましい。
【0086】
〔液晶表示装置〕
本発明の画像表示装置の一例である液晶表示装置としては、上述した光吸収異方性膜と、液晶セルと、を有する態様が好ましく挙げられる。より好適には、上述した積層体(ただし、λ/4板を含まない)と、液晶セルと、を有する液晶表示装置である。
なお、本発明においては、液晶セルの両側に設けられる光吸収異方性膜(積層体)のうち、フロント側の偏光素子として本発明の光吸収異方性膜(積層体)を用いるのが好ましく、フロント側およびリア側の偏光素子として本発明の光吸収異方性膜(積層体)を用いるのがより好ましい。
以下に、液晶表示装置を構成する液晶セルについて詳述する。
【0087】
<液晶セル>
液晶表示装置に利用される液晶セルは、VA(Vertical Alignment)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モード、IPS(In-Plane-Switching)モード、またはTN(Twisted Nematic)モードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
TNモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向し、更に60~120゜にねじれ配向している。TNモードの液晶セルは、カラーTFT(Thin Film Transistor)液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。
VAモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に垂直に配向している。VAモードの液晶セルには、(1)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のVAモードの液晶セル(特開平2-176625号公報記載)に加えて、(2)視野角拡大のため、VAモードをマルチドメイン化した(MVAモードの)液晶セル(SID97、Digest of tech.Papers(予稿集)28(1997)845記載)、(3)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード(n-ASMモード)の液晶セル(日本液晶討論会の予稿集58~59(1998)記載)および(4)SURVIVALモードの液晶セル(LCDインターナショナル98で発表)が含まれる。また、PVA(Patterned Vertical Alignment)型、光配向型(Optical Alignment)、およびPSA(Polymer-Sustained Alignment)のいずれであってもよい。これらのモードの詳細については、特開2006-215326号公報、および特表2008-538819号公報に詳細な記載がある。
IPSモードの液晶セルは、棒状液晶性分子が基板に対して実質的に平行に配向しており、基板面に平行な電界が印加することで液晶分子が平面的に応答する。IPSモードは電界無印加状態で黒表示となり、上下一対の偏光板の吸収軸は直交している。光学補償シートを用いて、斜め方向での黒表示時の漏れ光を低減させ、視野角を改良する方法が、特開平10-54982号公報、特開平11-202323号公報、特開平9-292522号公報、特開平11-133408号公報、特開平11-305217号公報、特開平10-307291号公報などに開示されている。
【0088】
〔有機EL表示装置〕
本発明の画像表示装置の一例である有機EL表示装置としては、例えば、視認側から、光吸収異方性膜と、λ/4板と、有機EL表示パネルと、をこの順で有する態様が好適に挙げられる。
より好適には、視認側から、λ/4板を有する上述した積層体と、有機EL表示パネルと、をこの順に有する態様である。この場合には、積層体は、視認側から、基材、必要に応じて設けられる配向膜、光吸収異方性膜、必要に応じて設けられるバリア層、および、λ/4板の順に配置されている。
また、有機EL表示パネルは、電極間(陰極および陽極間)に有機発光層(有機エレクトロルミネッセンス層)を挟持してなる有機EL素子を用いて構成された表示パネルである。有機EL表示パネルの構成は特に制限されず、公知の構成が採用される。
【実施例】
【0089】
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容および処理手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
【0090】
[合成例1]
高分子液晶性化合物L1は、以下の手順により合成した。
【0091】
【0092】
ブチルパラベン(201g)のN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)溶液(300mL)に2-クロロエトキシエトキシエタノール(244g)、および、炭酸カリウム(200g)を添加した。95℃で9時間攪拌した後、トルエン(262mL)と水(660mL)を添加して、濃塩酸(147g)を滴下した。10分攪拌した後に、静置し、分液操作により反応液を洗浄した。得られた有機層に、28質量%ナトリウムメトキシドメタノール溶液(500g)と水(402mL)を加え、50℃で2時間攪拌した。その後、濃縮により有機溶媒を留去し、水(402mL)を加え、重量が1.13kgになるまで50℃で再び濃縮を行った。得られた溶液に水(478mL)を添加し、濃塩酸(278g)を滴下した。そこに、酢酸エチル(1.45kg)を加え、30℃で10分攪拌し、分液操作により水層を除去した。次に、20質量%食塩水溶液(960mL)を加え、30℃で10分攪拌し、分液操作により水層を除去した。得られた有機層にN-メチルピロリドン(824g)を添加し、70℃で4時間濃縮操作を行い、化合物(L1-1)を含有するN-メチルピロリドン溶液を1.13kg得た。得られた(L1-1)を含有するN-メチルピロリドン溶液のうち、1085gを用いて次工程を実施した。
得られた(L1-1)を含有するN-メチルピロリドン(NMP)溶液(1085g)に、N,N-ジメチルアニリン(189g)と2,2,6,6-テトラメチルピペラジン(1.5g)を加え、内温を冷却した後に、内温が10℃を超えないように、アクリル酸クロリド(122g)を滴下した。内温10℃にて2時間攪拌した後に、メタノール(81g)を滴下し、30分攪拌した。そこに酢酸エチル(1.66kg)と、10質量%食塩水(700mL)と1N塩酸水(840mL)を加え、分液操作により水層を除去した。次に、10質量%食塩水溶液(800mL)を加え、30℃で10分攪拌し、分液操作により水層を除去した。次に、20質量%食塩水溶液(800mL)を加え、30℃で10分攪拌し、分液操作により水層を除去した。得られた有機層にヘキサン/イソプロピルアルコール(1780mL/900mL)の混合溶媒を添加し、5℃まで冷却して30分攪拌した後に、ろ過を行う事で、白色固体化合物(L1-2)を209g(3工程収率65%)得た。構造式中、Buはブチル基を表す。
1H-NMR(Nuclear Magnetic Resonance)(溶媒:CDCl3)δ(ppm):3.67-3.78(m,6H),3.87-3.92(m,2H),4.18-4.23(m,2H),4.31-4.35(m,2H),5.80-5.85(m,1H),6.11-6.19(m,1H),6.40-6.46(m,1H),6.93-6.98(m,2H),8.02-8.07(m,2H)
【0093】
【0094】
メタンスルホニルクロリド(MsCl)(73.4mmol,5.7mL)のテトラヒドロフラン(THF)溶液(70mL)にジブチルヒドロキシトルエン(BHT)(200mg)を加え、内温を-5℃まで冷却した。そこに、化合物(L1-2)(66.7mmol,21.6g)とジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)(75.6mmol,13.0mL)のTHF溶液を内温が0℃以上に上昇しないように滴下した。-5℃で30分攪拌した後、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン(DMAP)(200mg)を加え、ジイソプロピルエチルアミン(75.6mmol,13.0mL)と、4-ヒドロキシ-4’-メトキシビフェニル(60.6mmol,12.1g)のテトラヒドロフラン(THF)およびジメチルアセトアミド(DMAc)溶液を内温が0℃以上に上昇しないように滴下した。その後、室温で4時間攪拌した。メタノール(5mL)を加えて反応を停止した後に、水と酢酸エチルを加えた。酢酸エチルで抽出した有機層を、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去し、酢酸エチルおよびヘキサンを用いたカラムクロマトグラフィーによる精製を行い、白色固体である化合物(L1-3)18.7g(収率61%)を得た。
1H-NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):3.65-3.82(m,6H),3.85(s,3H),3.85-3.95(m,2H),4.18-4.28(m,2H),4.28-4.40(m,2H),5.82(dd,1H),6.15(dd,1H),6.43(dd,1H),6.90-7.05(m,4H),7.20-7.30(m,2H),7.45-7.65(m,4H),8.10-8.20(m,2H)
不純物としては、下記化合物(L1-b)が含まれる。
【0095】
【0096】
【0097】
4-(4-ヒドロキシフェニル)安息香酸エチルは、Macromolecules,2002,35,1663-1671に記載の方法で合成した。
【0098】
メタンスルホニルクロリド(MsCl)(54.8mmol,6.27g)の酢酸エチル溶液(44mL)に2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(68mg)を加え、内温を-5℃まで冷却した。そこに、化合物(P1-1)(52.6mmol,17.1g)とジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)(57.0mol,7.36g)のTHF溶液を内温が0℃以上に上昇しないように滴下した。-5℃で30分攪拌した後、4-(4-ヒドロキシフェニル)安息香酸エチル(43.8mmol,10.6g)のDMAc溶液、N-メチル-イミダゾール(NMI)(1.8g)を加え、ジイソプロピルエチルアミン(75.6mmol,13.0mL)を内温が0℃以上に上昇しないように滴下した。その後、室温で4時間攪拌した。水と酢酸エチルを加えて反応を停止した。分液を行い、酢酸エチルで抽出した有機層を、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去し、酢酸エチルおよびヘキサンを用いたカラムクロマトグラフィーによる精製を行い、白色固体である化合物(L1-4)20.6g(収率86%)を得た。
1H-NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.41(t,3H),3.68-3.80(m,6H),3.88-3.95(m,2H),4.20-4.27(m,2H),4.31-4.38(m,2H),4.41(q,2H),5.83(dd,1H),6.16(dd,1H),6.43(dd,1H),6.97-7.05(m,2H),7.28-7.35(m,2H),7.64-7.72(m,4H),8.08-8.20(m,4H)
【0099】
【0100】
化合物L1-3(0.72g)、化合物L1-4(0.18g)、化合物L1-5(0.10g)のDMAc溶液(3.3mL)を、窒素気流下、内温が80℃まで加熱した。そこに、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオン酸)ジメチル(0.015g)(商品名「V-601」、和光純薬社製)のDMAc溶液(0.5mL)を加え、80℃で2時間攪拌した。その後、1H-NMRスペクトル測定にて重合性基の消失を確認し、室温まで冷却した。メタノールを加えてろ過を行い、残渣をメタノールで洗浄することで白色固体である化合物(L1)を0.91g得た。得られた高分子液晶性化合物L1をゲル浸透クロマトグラフ(GPC)で分析したところ、重量平均分子量(Mw)は16000(ポリスチレン換算)であった。
【0101】
[合成例2]
二色性物質Y1は、次のようにして合成した。
【0102】
【0103】
4-ヒドロキシブチルアクリレート(20g)およびメシルクロライド(16.8g、MsCl)を酢酸エチル(90mL)に溶解させた後、氷浴で冷却しながらトリエチルアミン(16.4g、NEt3)を滴下した。その後、室温で2時間攪拌した後、1NのHClを加え分液した。得られた有機層を減圧留去し、化合物y1(30g)を得た。
続いて、文献(Chem.Eur.J.2004.10.2011)にしたがって、化合物y2(10g)を合成した。
化合物y2(10g)を水(300mL)および塩酸(17mL)に溶解させて、氷浴で冷却し、亜硝酸ナトリウム(3.3g)を添加して30分攪拌した。さらにアミド硫酸(0.5g)を添加後、m-トルイジン(5.1g)を加え室温で1時間攪拌した。攪拌後、塩酸で中和し得られた固体を吸引ろ過で回収し、化合物y2(3.2g)を得た。
化合物y2(1g)を、テトラヒドロフラン(30mL、THF)、水(10mL)、および、塩酸(1.6mL)からなるTHF溶液に溶解させ、氷浴で冷却し、亜硝酸ナトリウム(0.3g)を添加し30分間攪拌した後、さらにアミド硫酸(0.5g)を添加した。別途、フェノール(0.4g)を炭酸カリウム(2.76g)および水(50mL)に溶解させて、氷浴で冷却した後、上記のTHF溶液を滴下し室温で1時間攪拌した。攪拌後、水(200mL)を添加し、得られた化合物y3(1.7g)を吸引ろ過した。
化合物y3(0.6g)、化合物y1(0.8g)および炭酸カリウム(0.95g)をDMAc(30mL、ジメチルアセトアミド)に溶解させ、90℃で3.5時間攪拌した。攪拌後、水(300mL)を添加し、得られた固体を吸引ろ過し、第1の二色性物質Y1(0.3g)を得た。
【0104】
[合成例3]
二色性物質M1は、次のようにして合成した。
【0105】
【0106】
p-アセチルアミノアニリン27gに水100mlを加えて0℃に冷却して攪拌した。この溶液に濃塩酸66mlを滴下した。次いで亜硝酸ナトリウム(和光純薬社製)12.5gを水30mlに溶解した水溶液を滴下した。内温を0℃~5℃に保った。滴下終了後、0℃以下で1時間攪拌しジアゾニウム塩溶液を調整した。
フェノール17.5gにメタノール20mlを加えて攪拌して溶解させた。この溶液にNaOH28.8gを水150mlに溶解した水溶液を加えて、0℃に冷却して攪拌した。この溶液に上記の方法で調整したジアゾニウム塩溶液を0℃~5℃で滴下した。滴下終了後、5℃で1時間攪拌し、次いで室温で1時間攪拌して反応を完結させた。次に、NaOH36.0gを水150mlに溶解した水溶液を加えて、3時間加熱還流した。反応終了後、室温に冷却してから、塩酸水溶液を添加してpH=7.0に調整して、析出した結晶を濾過して、化合物M1-1を40.2g(収率:87.2%、褐色結晶)得た。
【0107】
N-エチル-N-(2-アクリロイルオキシエチル)アニリンは、N-エチルアニリンを原料にして、米国特許第7601849号および公知の方法により合成した。
化合物M1-1の5.0gに酢酸100ml、水10mlおよびメタノール20mlを加えて0℃に冷却して攪拌した。この溶液に濃塩酸7mlを滴下した。次いで亜硝酸ナトリウム1.8gを水5mlに溶解した水溶液を滴下した。内温を0~5℃に保った。滴下終了後、0℃以下で1時間攪拌しジアゾニウム塩溶液を調整した。
上記で合成したN-エチル-N-(2-アクリロイルオキシエチル)アニリン8.4gに酢酸ナトリウム7.7g、メタノール100ml、水100mlを加えて攪拌して溶解させ、0℃に冷却して攪拌した。この溶液に上記の方法で調整したジアゾニウム塩溶液を0~5℃で滴下した。滴下終了後、5℃で1時間攪拌し、次いで室温で1時間攪拌して反応を完結させた。析出した結晶をろ別し、化合物M1-2を6.2g(収率:86.8%、褐色結晶)を得た。
【0108】
1-ブロモノナノール50.0gを酢酸エチル500mlに溶解させた後、トリエチルアミン26.5gを滴下し、5℃で攪拌した。プロピオニルクロリド22.8gを滴下したのち、室温で1時間攪拌し、反応を完結させた。反応終了後、水175mlを加え分液した後、有機層に硫酸マグネシウム10gを加え、脱水した。得られた有機層をロータリーエバポレーターを用いて濃縮し、プロピオン酸-9-ブロモノニル(52g、無色透明液体)を得た。
【0109】
化合物M1-2(7.2g)、炭酸カリウム(7.7g、0.014mmol)、沃化カリウム(0.15g、0.002mol)にジメチルアセトアミド72mlを加えて80℃に加熱攪拌した。この溶液に上記で合成したプロピオン酸-9-ブロモノニル8.4gを滴下した。滴下終了後、80℃に加熱して4時間攪拌して反応を完結させた。反応終了後、反応液を水中に注ぎ、析出した結晶を濾過して水洗した。この結晶をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:クロロホルム、次いでクロロホルム/酢酸エチル=50/1の順序で使用)で分離精製した。残留物にメタノールを添加して析出した結晶を濾過して、メタノールで洗浄し乾燥した。このようにして、第2の二色性物質M1(橙色結晶)を5.5gを得た。
1H-NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.13(t、3H)、1.25(t、3H)、1.29(br-s、8H)、1.49(m、2H)、1.64(m、2H)、1.82(m、2H)、2.33(q、2H)、2.53(m、2H)、2.73(t、2H)、4.03(q、4H)、4.38(t、2H)、5.86(d、1H)、6.12(dd、1H)、6.43(d、1H)、6.83(d、2H)、7.00(d、2H)、7.94(m、8H)
【0110】
[合成例4]
二色性物質C1は、次のようにして合成した。
【0111】
【0112】
4-ニトロフェノール12.6g、9-ブロモノナノール20.0g、炭酸カリウム13.8gをN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)30mlに溶解させ、外設105℃で2時間攪拌した。室温まで降温し、酢酸エチル・10%塩化アンモニウム水溶液で分液洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、ロータリーエバポレーターを用いて濃縮し、褐色液体(C1-1)を得た。
【0113】
次いで、得られた(C1-1)にDMAcを25ml添加し、氷浴下で攪拌した。反応系の温度を15℃以下に維持してプロピオン酸クロライド9.5gを滴下し、適下後に室温で1時間攪拌した。酢酸エチル・10%塩化アンモニウム水溶液を添加して分液洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥後、ロータリーエバポレーターを用いて濃縮し、褐色液体(C1-2)を得た。
【0114】
Fe粉末15.2g、塩化アンモニウム7.2g、2-プロパノール20ml、および、水10mlを混ぜ、外設105℃で還流させた。この還流させた系内へ、酢酸エチル30mlに加熱溶解させた黄色固体(M1-2)を滴下した。滴下終了後、還流下、30分反応させた。室温まで降温後、セライトろ過により鉄粉を除去し、ろ液を酢酸エチル/水で分液し、有機層を水で3回洗浄した。
有機層をロータリーエバポレーターを用いて濃縮し、THF(テトラヒドロフラン)15ml、酢酸エチル15mlを添加した。本溶液に、水ml240と濃塩酸20mlの混合液を滴下し、目的の(C1-3)を15.3gで得た。
1H-NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.03(t、3H)、1.25-1.48(m、11H)、1.58(m、2H),1.71(m、2H)、2.30(m、2H)、3.97(m、4H)、7.01(d、2H)、7.29(d、2H)、10.04(br-s、3H)
【0115】
2-アミノチオフェン塩酸塩は文献記載(Journal of Medicinal Chemistry、2005年、第48巻、5794ページ)の方法に従い、2-ニトロチオフェンより合成した。
上記で得られた(C1-3)6.2gを12mol/L塩酸15ml、水30mlおよびTHF30mlの混合液に添加し、内温5℃以下となるよう冷却し、亜硝酸ナトリウム1.4gを水9mlに溶解させ滴下した。内温5℃以下で1時間攪拌し、ジアゾニウム溶液を調製した。
次に、2-アミノチオフェン塩酸塩2.4gを水12ml、塩酸6ml中に溶解させ、上記で調製したジアゾニウム溶液を、内温0℃にて滴下した。反応液を室温にまで上昇させて、2時間攪拌した。析出した固体をろ別、乾燥させて、赤橙色固体(C1-4)を6.3g得た。
なお、式中、「Boc」は、tert-ブトキシカルボニル基を意味する。
1H-NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.01(t、3H)、1.29-1.40(m、11H)、1.55(m、2H)、1.69(m、2H)、2.29(m、2H)、3.17(s、2H)、3.97(m、4H)、6.88(br-s、1H)、6.97(d、2H)、7.39(d、2H)、7.85(m、1H)
【0116】
上記で得られた(C1-4)5.6gを酢酸100mlに懸濁溶解させ、室温下でチオシアン酸ナトリウム1.5gを加えた。水冷し内温を20℃以下に維持しながら臭素2.0gを滴下した。
室温で2時間攪拌後、水を100ml加え、得られた固体をろ別、乾燥させて、黒色固体(C1-5)を5.3gを得た。
1H-NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.14(t、3H)、1.30-1.50(m、11H)、1.60(m、6H)、1.81(m、2H)、2.32(q、2H)、4.04(m)、4H)、5.31(br、2H)、6.95(d、2H)、7.66(s、1H)、7.78(d、2H)
【0117】
上記で得られた(C1-5)4.7gを塩酸6mlと酢酸6mlに添加し、氷冷下、亜硝酸ナトリウム0.72gの水溶液5mlを0℃以下で滴下し、1時間攪拌後に0.52mgのアミド硫酸を添加しジアゾニウム溶液を得た。
N-エチル-N-(2-アクリロイルオキシエチル)アニリン2.2gの10mlメタノール溶液を0℃以下に維持しながら、ジアゾニウム溶液を滴下した。室温まで昇温させ、1時間攪拌後、水を30ml添加し得られた固体をろ別した。カラムにより精製し、黒緑色固体の化合物(第3の二色性物質C1)0.6gを得た。
なお、N-エチル-N-(2-プロピオンオキシ)エチルアニリンは、N-エチルアニリンを原料にして、米国特許第7601849号および公知の方法により合成した。
1H-NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.13(m、6H)、1.25-1.52(m、15H)、1.82(m、2H)、2.35(m、4H)、3.54(m、2H)、3.72(m、2H)、4.08(m、4H)、4.31(m、2H)、6.81(d、2H)、7.00(d、2H)、7.86(m、3H)7.94(d、2H)
【0118】
[実施例1]
〔配向膜Aの作製〕
ケン化処理を施した厚み40μmのTAC基材(TG40、富士フイルム社製)上に、下記の組成の配向膜塗布液1を#17のワイヤーバーで塗布した。その後、110℃の温風で2分間乾燥することにより、TAC基材上にポリビニルアルコール(PVA)配向膜Aを得た。なお、変性ポリビニルアルコールは、固形分濃度が4質量%となるように配向膜塗布液中に加えた。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
配向膜塗布液1の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記の変性ビニルアルコール 2.00質量部
・水 74.08質量部
・メタノール 23.86質量部
・光重合開始剤
(IRGACURE2959、BASF社製) 0.06質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0119】
【0120】
〔光吸収異方性膜1Aの作製〕
得られた配向膜Aにラビング処理(ローラーの回転数:1000回転/スペーサー厚1.8mm、ステージ速度1.8m/分)を1回施し、下記の液晶組成物1を#7のワイヤーバーで塗布し、塗布膜を形成した。
次いで、塗布膜を140℃で40秒間加熱し、塗布膜1を室温(23℃)になるまで冷却した。
次いで、85℃で10秒間加熱し、再び室温になるまで冷却した。
その後、高圧水銀灯を用いて照度28mW/cm2の照射条件で60秒間照射することにより、配向膜A上に光吸収異方性膜1Aを作製し、TAC基材、配向膜Aおよび光吸収異方性膜1Aがこの順に積層された積層体1Aを得た。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶組成物1の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記液晶化合物L1 4.685質量部
・下記二色性物質Y1 0.181質量部
・下記二色性物質M1 0.278質量部
・下記二色性物質C1 0.742質量部
・下記界面改良剤F1 0.060質量部
・重合開始剤I1(IRGACURE819:BASF社製)
0.054質量部
・シクロペンタノン 47.000質量部
・テトラヒドロフラン 47.000質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0121】
【0122】
〔光吸収異方性膜1Bの作製〕
得られた配向膜A上に光配向膜用塗布液1を塗布し、135℃で2分間乾燥した。塗布膜に、偏光紫外線露光装置を用いて直線偏光紫外線(照射量10mJ/cm2)を照射し、光配向膜Bを作製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向膜用塗布液1の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記光配向材料P1 7.600質量部
・下記重合開始剤P-I 0.400質量部
・メチルエチルケトン 9.200質量部
・ブトキシエタノール 82.800質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0123】
【0124】
上述の光吸収異方性膜1Aと同様の材料および手順によって、得られた配向膜B上に光吸収異方性膜1Bを作製し、TAC基材、配向膜A、配向膜Bおよび光吸収異方性膜1Bがこの順に積層された積層体1Bを得た。
【0125】
[実施例2~8、比較例1~3]
液晶組成物1の代わりに、表1に記載の組成の液晶組成物を使用した以外は、実施例1と同様の手順にしたがって、積層体1Aおよび積層体1Bに対応する積層体を作製した。
ただし、実施例4、5および7、ならびに、比較例3については、積層体1Bに対応する積層体を作製する際に、下記光配向材料P1の代わりに、下記構造の光配向材料P2を使用した。
以下に各例で使用した高分子液晶性化合物、二色性物質および光配向材料P2の構造をまとめて示す。
【0126】
〔高分子液晶性化合物〕
【0127】
【0128】
【0129】
〔第1の二色性物質〕
【0130】
【0131】
〔第2の二色性物質〕
【0132】
【0133】
〔第3の二色性物質〕
【0134】
【0135】
〔光配向材料P2〕
【0136】
【0137】
[評価試験]
〔密着性〕
実施例1の積層体1Aの光吸収異方性膜にセロハンテープを貼り、垂直方向にセロハンテープを剥がし、光吸収異方性膜の剥離状況を目視にて観察し、以下の評価を行った。
また、積層体1Aに対応する実施例および比較例の各積層体についても、同様の方法で試験を行い、以下の評価を行った。
A:セロハンテープが貼られた部分の半分以下の領域で光吸収異方性膜が剥離
B:セロハンテープが貼られた部分の半分を超える領域であって、セロハンテープが貼られた部分の全面には満たない領域において光吸収異方性膜が剥離
C:セロハンテープが貼られた部分の全面で光吸収異方性膜が剥離
【0138】
〔配向度〕
光学顕微鏡(株式会社ニコン製、製品名「ECLIPSE E600 POL」)の光源側に直線偏光子を挿入した状態で、サンプル台に実施例1の積層体1Aをセットし、マルチチャンネル分光器(Ocean Optics社製、製品名「QE65000」)を用いて、380nm~780nmの波長域における光吸収異方性膜の吸光度を1nmピッチで測定し、以下の式により400nm~700nmにおける配向度を算出した。
配向度:S=((Az0/Ay0)-1)/((Az0/Ay0)+2)
Az0:色素膜の吸収軸方向の偏光に対する吸光度
Ay0:色素膜の偏光軸方向の偏光に対する吸光度
上記式において、「Az0」は光吸収異方性膜の吸収軸方向の偏光に対する吸光度を表し、「Ay0」は光吸収異方性膜の偏光軸方向の偏光に対する吸光度を表す。
また、積層体1Aに対応する実施例および比較例の各積層体についても、同様の方法で試験を行い、配向度を算出した。
【0139】
〔面状の均一性(配向欠陥)〕
実施例1の偏光子1Bを目視で観察し、面状(配向欠陥)を目視にて観察した。また、偏光子1Bを4cm×4cmの大きさに打ち抜き、2.5cm×2.5cmの範囲で配向欠陥の個数を数え、以下の評価を行った。
また、積層体1Bに対応する実施例および比較例の各積層体についても、同様の方法で試験を行い、以下の評価を行った。
A:部分的に配向欠陥が存在しない、または配向欠陥が存在する場合であっても、その個数が1個である。
B:全面に配向欠陥が存在し、その個数が2個以上9個以下。
C:全面に配向欠陥が存在し、その個数が10個以上。
【0140】
【0141】
表1に示すように、二色性物質と、繰り返し単位(1)および繰り返し単位(2)を有する高分子液晶性化合物と、を含有する液晶組成物を用いれば(実施例1~8)、密着性および面状均一性に優れ、かつ、高い配向度の光吸収異方性膜を形成できることが示された。
また、実施例1~7の対比から、高分子液晶性化合物における式(2)に相当する繰り返し単位において、SP2の主鎖の原子数が15以上であれば(実施例1~6および8)、面状均一性により優れた光吸収異方性膜を形成できることが示された。
また、実施例1~6および8の対比から、高分子液晶性化合物における式(2)に相当する繰り返し単位において、T2の種類がビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、エポキシ基、オキセタニル基またはマレイミド基等の重合性基であれば(実施例2~5および8)、密着性により優れた光吸収異方性膜を形成できることが示された。
【0142】
これに対して、表1に示すように、式(2)に相当する繰り返し単位を有しない高分子液晶性化合物を用いた場合(比較例1および2)、および、式(2)におけるSP2の主鎖の原子数が10未満である繰り返し単位を有する高分子液晶性化合物を用いた場合(比較例3)、高い配向度を示すものの、密着性および面状均一性が劣る光吸収異方性が得られた。