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特許7513018液晶配向膜を有する基板の製造方法、及び液晶表示素子の製造方法
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(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】2024-07-01
(45)【発行日】2024-07-09
(54)【発明の名称】液晶配向膜を有する基板の製造方法、及び液晶表示素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
   G02F 1/1337 20060101AFI20240702BHJP
   C08F 220/30 20060101ALI20240702BHJP
【FI】
G02F1/1337 520
C08F220/30
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2021509560
(86)(22)【出願日】2020-03-26
(86)【国際出願番号】 JP2020013519
(87)【国際公開番号】W WO2020196698
(87)【国際公開日】2020-10-01
【審査請求日】2023-02-24
(31)【優先権主張番号】P 2019061354
(32)【優先日】2019-03-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000003986
【氏名又は名称】日産化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100097102
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 敬夫
(74)【代理人】
【識別番号】100094640
【弁理士】
【氏名又は名称】紺野 昭男
(74)【代理人】
【識別番号】100103447
【弁理士】
【氏名又は名称】井波 実
(74)【代理人】
【識別番号】100111730
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 武泰
(74)【代理人】
【識別番号】100180873
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 慶政
(72)【発明者】
【氏名】永井 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】森内 正人
(72)【発明者】
【氏名】藤枝 司
(72)【発明者】
【氏名】芦澤 亮一
【審査官】磯崎 忠昭
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2011/125876(WO,A1)
【文献】国際公開第2013/002260(WO,A1)
【文献】国際公開第2017/126459(WO,A1)
【文献】国際公開第2017/115790(WO,A1)
【文献】国際公開第2017/018501(WO,A1)
【文献】国際公開第2014/054785(WO,A2)
【文献】特表2004-530734(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02F 1/1337
C08F 220/30
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
[I] (A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体、及び
(B)有機溶媒
を含有する重合体組成物であって、
前記面内配向を誘起する部位を有する側鎖が、下記式(1)~(3)
(式中、A、B、Dはそれぞれ独立に、単結合、-O-、-CH-、-COO-、-OCO-、-CONH-又は-NH-CO-を表す;
Sは、炭素数1~12のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子はそれぞれ独立にハロゲン原子に置き換えられていてもよい;
Tは、単結合または炭素数1~12のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子はハロゲン原子に置き換えられていてもよい;
Tが単結合であるときはBも単結合を表す;
は、2価のベンゼン環である;
、Q及びQは、それぞれ独立にベンゼン環及び炭素数5~8の脂環式炭化水素環からなる群から選ばれる基である;
は、水素原子、-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、(炭素数1~5のアルキル)カルボニル基、炭素数3~7のシクロアルキル基又は炭素数1~5のアルキルオキシ基である。
、P、Q及びQにおいて、ベンゼン環に結合する水素原子はそれぞれ独立に-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、(炭素数1~5のアルキル)カルボニル基、又は炭素数1~5のアルキルオキシ基で置換されてもよい;
及びXは、それぞれ独立に-O-、-COO-又は-OCO-を表す;
n1及びn2はそれぞれ独立に0、1または2である、
の数が2となるときは、X同士は同一でも異なっていてもよく、Xの数が2となるときは、X同士は同一でも異なっていてもよい;
の数が2となるときは、Q同士は同一でも異なっていてもよく、Qの数が2となるときは、Q同士は同一でも異なっていてもよい;
破線は重合性基との結合手を表す。)
からなる群から選ばれる式で表される構造を有する側鎖であり、
前記面外配向を誘起する部位が下記式(a-2-1)~(a-2-7)及び(a-3-1)~(a-3-8)(式中、Yは単結合を表すか、-O-、-CH O-、-COO-、-OCO-、-NH -、-NHCO-、-NH-CO-O-および-NH-CO-NH-から選ばれる結合基を表し、Y は、水素原子、炭素数1~17のアルキル基、炭素数1~17のフッ化アルキル基、炭素数2~17のアルコキシアルキル基または炭素数2~17のフッ化アルコキシアルキル基を表す。)からなる群から選ばれる1種である、上記重合体組成物を、液晶駆動用の電極を有する基板上に塗布して塗膜を形成する工程;
[II] [I]で得られた塗膜に、S波が主成分となるように偏光した紫外線を斜め方向から照射する工程;及び
[III] [II]で得られた塗膜を加熱する工程;
を有することによって配向制御能が付与された液晶配向膜を得る、前記液晶配向膜を有する基板の製造方法。
【化1】


【請求項2】
上記面内配向を誘起する部位が光異性化を起こす部位である請求項1に記載の方法
【請求項3】
前記面外配向を誘起する部位が下記式(a-2-1)~(a-2-7)(式中、Yは単結合を表すか、-O-、-CH O-、-COO-、-OCO-、-NH -、-NHCO-、-NH-CO-O-および-NH-CO-NH-から選ばれる結合基を表し、Y は、水素原子、炭素数1~17のアルキル基、炭素数1~17のフッ化アルキル基、炭素数2~17のアルコキシアルキル基または炭素数2~17のフッ化アルコキシアルキル基を表す。)からなる群から選ばれる1種である請求項1又は2に記載の方法。
【化2】
【請求項4】
前記(A)重合体が液晶性を発現する成分をさらに有する請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記液晶性を発現する成分が下記式M2-1~M2-5及びM2-10~M2-16(式中、PGはPG1~PG8(式PG1中、M は水素原子又はメチル基を表す)で表される重合性基を示し、s1は2~9の整数を示す)からなる群から選ばれるモノマー由来である請求項4に記載の方法。
【化3】


【請求項6】
前記面内配向を誘起する部位が、下記式A-1-1~A-1-12、A-2-1~A-2-8及びA-3-1~A-3-5(式中、PGはPG1~PG8(式PG1中、M は水素原子又はメチル基を表す)で表される重合性基を示し、s1およびs2はそれぞれ独立に2~9の整数を示す)からなる群から選ばれるモノマー由来である請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
【化4】






【請求項7】
請求項1~6のいずれか一項に記載の方法で得られた第1の基板を準備する工程;
請求項1~6のいずれか一項に記載の方法で得られた第2の基板を準備する工程;及び
[IV] 液晶を介して第1及び第2の基板の液晶配向膜が相対するように、露光方向が互いに直交するように第1及び第2の基板を対向配置して液晶表示素子を得る工程;
を有することにより、液晶表示素子を得る、該液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新規な重合体組成物又は新規な液晶配向剤、それを用いて形成される液晶配向膜、該液晶配向膜を有する基板、該基板を有する液晶表示素子、および当該配向膜を有する基板の製造方法に関する。さらには、チルト角特性に優れる液晶表示素子を製造するための新規な方法に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示素子は、軽量、薄型かつ低消費電力の表示デバイスとして知られ、近年では大型のテレビ用途に用いられるなど、目覚ましい発展を遂げている。液晶表示素子は、例えば、電極を備えた透明な一対の基板により液晶層を挟持して構成される。そして、液晶表示素子では、液晶が基板間で所望の配向状態となるように有機材料からなる有機膜が液晶配向膜として使用されている。
【0003】
すなわち、液晶配向膜は、液晶表示素子の構成部材であって、液晶を挟持する基板の液晶と接する面に形成され、その基板間で液晶を一定の方向に配向させるという役割を担っている。そして、液晶配向膜には、液晶を、例えば、基板に対して平行な方向など、一定の方向に配向させるという役割に加え、液晶のプレチルト角を制御するという役割を求められることがある。こうした液晶配向膜における、液晶の配向を制御する能力(以下、配向制御能と言う。)は、液晶配向膜を構成する有機膜に対して配向処理を行うことによって与えられる。
【0004】
配向制御能を付与するための液晶配向膜の配向処理方法としては、従来からラビング法が知られている。ラビング法とは、基板上のポリビニルアルコールやポリアミドやポリイミド等の有機膜に対し、その表面を綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一定方向に擦り(ラビングし)、擦った方向(ラビング方向)に液晶を配向させる方法である。このラビング法は簡便に比較的安定した液晶の配向状態を実現できるため、従来の液晶表示素子の製造プロセスにおいて利用されてきた。そして、液晶配向膜に用いられる有機膜としては、耐熱性等の信頼性や電気的特性に優れたポリイミド系の有機膜が主に選択されてきた。
【0005】
しかしながら、ポリイミドなどからなる液晶配向膜の表面を擦るラビング法は、発塵や静電気の発生が問題となることがあった。また、近年の液晶表素子の高精細化や、対応する基板上の電極や液晶駆動用のスイッチング能動素子による凹凸のため、液晶配向膜の表面を布で均一に擦ることができず、均一な液晶の配向を実現できないことがあった。
【0006】
そこで、ラビングを行わない液晶配向膜の別の配向処理方法として、光配向法が盛んに検討されている。
【0007】
光配向法には様々な方法があるが、直線偏光またはコリメートした光によって液晶配向膜を構成する有機膜内に異方性を形成し、その異方性に従って液晶を配向させる。
【0008】
主な光配向法としては、分解型の光配向法が知られている。例えば、ポリイミド膜に偏光紫外線を照射し、分子構造の紫外線吸収の偏光方向依存性を利用して異方的な分解を生じさせる。そして、分解せずに残されたポリイミドにより液晶を配向させるようにする(例えば、特許文献1を参照のこと。)。
【0009】
一方、液晶配向膜は液晶に対し、ある一定の傾斜角(プレチルト角)を付与する役割も担っており、プレチルト角の付与が液晶配向膜の開発において重要な課題となって来ている(特許文献2~5参照)。
【0010】
また、光架橋型による光配向法も知られている。例えば、ポリビニルシンナメートを用い、偏光紫外線を照射し、偏光と平行な2つの側鎖の二重結合部分で二量化反応(架橋反応)を生じさせる。更に、斜め方向に偏光紫外線を照射することでプレチルト角が発現する(例えば、非特許文献1を参照のこと。)。また、光配向法によりプレチルト角を付与するために、特定の重合体を用いて、斜方から光照射をするものが知られている(特許文献6、非特許文献2)。
【0011】
以上の例のように、光配向法による液晶配向膜の配向処理方法では、ラビングを不要とし、発塵や静電気の発生の懸念が無い。そして、表面に凹凸のある液晶表示素子の基板に対しても配向処理を施すことができ、工業的な生産プロセスに好適な液晶配向膜の配向処理の方法となる。加えて、光配向法は液晶の配向方向を紫外線によって制御できる事から、画素のなかに配向方向の異なる領域を複数形成(配向分割)し,視野角依存性を補償することが可能であり液晶表示素子の表示品位の向上に役立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【文献】日本特許第3893659号公報
【文献】日本特開平02-223916号
【文献】日本特開平04-281427号公報
【文献】日本特開平05-043687号公報
【文献】日本特開平10-333153号公報
【文献】日本特開2000-212310号
【非特許文献】
【0013】
【文献】S. Kobayashi et al., Journal of Photopolymer Science and Technology, Vol.8, No.2, pp25-262(1995).
【文献】M. Shadt et al., Nature. Vol381, 212 (1996).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
以上のように、光配向法は、液晶表示素子の配向処理方法として従来から工業的に利用されてきたラビング法と比べてラビング工程そのものを不要とし、そのため大きな利点を備える。そして、ラビングによって配向制御能がほぼ一定となるラビング法に比べ、光配向法では、偏光した光の照射量を変化させて配向制御能を制御することができる。しかしながら、光配向法では、ラビング法による場合と同程度の配向制御能を実現しようとする場合、大量の偏光した光の照射量が必要となったり、安定な液晶の配向が実現できない場合がある。
【0015】
例えば、上記した特許文献1に記載の分解型の光配向法では、ポリイミド膜に出力500Wの高圧水銀灯からの紫外光を60分間照射する必要があるなど、長時間かつ大量の紫外線照射が必要となる。また、二量化型や光異性化型の光配向法の場合においても、数J(ジュール)~数十J程度の多くの量の紫外線照射が必要となる場合がある。さらに、光架橋型や光異性化型の光配向法の場合、液晶の配向の熱安定性や光安定性に劣るため、液晶表示素子とした場合に、配向不良や表示焼き付きが発生するといった問題があった。例えば、バックライトが当たる環境で長く使用していると、バックライトによって、光による配向処理時の反応の逆反応が進行することによりチルト角を失う、いわゆるチルト戻りにより、配向不良が発生するという問題があった。
【0016】
また、特許文献6の方法では、特定の重合体の溶解性が低いために、クロロホルム溶媒等のハロゲン系溶媒を用いており、実用場面に用いるにはなお課題がある。
【0017】
したがって、光配向法では、配向処理の高効率化や安定な液晶配向の実現が求められており、液晶配向膜への高い配向制御能の付与を高効率に行うことができる液晶配向膜や液晶配向剤が求められている。
【0018】
本発明は、高効率で配向制御能が付与され、チルト角特性に優れた、液晶表示素子用液晶配向膜を有する基板及び該基板を有する液晶表示素子を提供することを目的とする。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、向上したチルト角特性を有する液晶表示素子及び該素子のための液晶配向膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0019】
本発明者らは、上記課題を達成するべく鋭意検討を行った結果、以下の発明を見出した。
<1> [I](A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体、及び
(B)有機溶媒
を含有する重合体組成物を、液晶駆動用の電極を有する基板上に塗布して塗膜を形成する工程;
[II] [I]で得られた塗膜に、S波が主成分となるように偏光した紫外線を斜め方向から照射する工程;及び
[III] [II]で得られた塗膜を加熱する工程;
を有することによって配向制御能が付与された液晶配向膜を得ることを特徴とする、液晶配向膜を有する基板の製造方法。
<2> 上記<1>において、上記面内配向を誘起する部位が光異性化を起こす部位であるのがよい。
<3> 上記<1>または<2>において、面内配向を誘起する部位が、S波を主成分とする偏光紫外線の照射方向、すなわち、S波の振動方向に対して平行方向に異方性を発現する基であるのがよい。
<4> 上記<1>~<3>のいずれかにおいて、面内配向を誘起する部位を有する側鎖が、下記式(1)~(3)から選ばれる式で表される構造を有する側鎖であることが好ましい。
【0020】
【化1】
【0021】
式中、A、B、Dはそれぞれ独立に、単結合、-O-、-CH-、-COO-、-OCO-、-CONH-又は-NH-CO-を表す;
Sは、炭素数1~12のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子はそれぞれ独立にハロゲン原子に置き換えられていてもよい;
Tは、単結合または炭素数1~12のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子はハロゲン原子に置き換えられていてもよい;
Tが単結合であるときはBも単結合を表す;
は、2価のベンゼン環である;
、Q及びQは、それぞれ独立にベンゼン環及び炭素数5~8の脂環式炭化水素環からなる群から選ばれる基である;
は、水素原子、-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、(炭素数1~5のアルキル)カルボニル基、炭素数3~7のシクロアルキル基又は炭素数1~5のアルキルオキシ基である。
、P、Q及びQにおいて、ベンゼン環に結合する水素原子はそれぞれ独立に-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、(炭素数1~5のアルキル)カルボニル基、又は炭素数1~5のアルキルオキシ基で置換されてもよい;
及びXは、それぞれ独立に-O-、-COO-又は-OCO-を表す;
n1及びn2はそれぞれ独立に0、1または2である、
の数が2となるときは、X同士は同一でも異なっていてもよく、Xの数が2となるときは、X同士は同一でも異なっていてもよい;
の数が2となるときは、Q同士は同一でも異なっていてもよく、Qの数が2となるときは、Q同士は同一でも異なっていてもよい;
破線は重合性基との結合手を表す。
【0022】
<5> 上記<1>~<4>記載の製造方法により製造された液晶配向膜を有する基板。
<6> 上記<5>の基板を有する液晶表示素子。
【0023】
<7> 上記<5>の基板(第1の基板)を準備する工程;
[I’] 第2の基板上に、上記<1>~<5>のいずれかに記載の重合体組成物を、塗布して塗膜を形成する工程;
[II’] [I’]で得られた塗膜に、S波が主成分となるように偏光した紫外線を照射する工程;及び
[III’] [II’]で得られた塗膜を加熱する工程;
を有することによって配向制御能が付与された液晶配向膜を得る、該液晶配向膜を有する第2の基板を得る工程;及び
[IV] 液晶を介して第1及び第2の基板の液晶配向膜が相対するように、露光方向が互いに直交するように第1及び第2の基板を対向配置して液晶表示素子を得る工程;
を有することにより、液晶表示素子を得る、該液晶表示素子の製造方法。
<8> 上記<7>により製造された液晶表示素子。
<9> (A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体、及び(B)有機溶媒を含有する重合体組成物。
<10> 上記<9>に記載の重合体組成物から得られる液晶配向膜。
【発明の効果】
【0024】
本発明により、高効率で配向制御能が付与され、チルト角特性に優れた液晶配向膜を有する基板及び該基板を有する液晶表示素子を提供することができる。
本発明の方法によって製造された液晶表示素子は、高効率に配向制御能が付与されているため長時間連続駆動しても表示特性が損なわれることがない。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の製造方法において用いられる重合体組成物は、(A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体(以下、単に側鎖型高分子とも呼ぶ)を有している。ここで、面内配向を誘起する部位とは、偏光UVを遮光露光することにより、形成されるチルト角が<1°となり、ホモジニアス配向を発現する部位のことである。面内配向を誘起する部位は、もともとは液晶と近い構造を有しているが、光照射によって構造が変化し、液晶と近い構造ではなくなるという性質を有している。この性質によって、面内配向を有する部位に偏光を照射すると、ある方向の面内配向を誘起する部位のみが構造が変化して液晶配向性を失う一方、それと異なる方向の面内配向を誘起する部位は構造が変化せず、液晶と近い構造を有していることから、それに沿って液晶が並ぶことになる。その結果、面内で液晶を配向させることができる。
【0026】
そして、面外配向を誘起する部位とは、その部位単独においてホメオトロピック配向を発現させうる部位のことである。
【0027】
前記重合体組成物を用いて得られる塗膜は、側鎖型高分子を有する膜である。この塗膜にはラビング処理を行うこと無く、斜め方向からの偏光照射によって配向処理を行う。そして、偏光照射の後、その側鎖型高分子膜を加熱する工程を経て、配向制御能が付与された塗膜(以下、液晶配向膜とも称する)となる。このとき、偏光照射によって発現した僅かな異方性がドライビングフォースとなり、液晶性の側鎖型高分子自体が自己組織化により効率的に再配向する。その結果、液晶配向膜として高効率な配向処理が実現し、高い配向制御能が付与された液晶配向膜を得ることができる。本願発明は、偏光として、S波を用いることを特徴とする。S波を斜め方向から照射することにより、チルト角が発現する方向を規定することができる。
【0028】
また、本願発明では、光照射により配向性を獲得するのが面内配向を誘起する部位であり、それによって面外配向を誘起する部位が配向することでチルト角特性が付与される。したがって、チルト角は面外配向を誘起する部位によって付与されていることから、例えばバックライト等により、面内配向を誘起する部位が逆反応を起こしても、面外配向を有する部位は安定に保たれているため、いわゆるチルト戻りが発生せず、安定なチルト角特性を示すことができる。
【0029】
以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。
<液晶配向膜を有する基板の製造方法>及び<液晶表示素子の製造方法>
本発明の液晶配向膜を有する基板の製造方法は、
[I](A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体、及び
(B)有機溶媒
を含有する重合体組成物を、液晶駆動用の電極を有する基板上に塗布して塗膜を形成する工程;
[II] [I]で得られた塗膜に、S波が主成分となるように偏光した紫外線を斜め方向から照射する工程;及び
[III] [II]で得られた塗膜を加熱する工程;
を有する。
上記工程により、配向制御能が付与された液晶配向膜を得ることができ、該液晶配向膜を有する基板を得ることができる。
【0030】
液晶表示素子の製造方法は、
[IV] 上記で得られた第1及び第2の基板を、液晶を介して第1及び第2の基板の液晶配向膜が相対するように、対向配置して液晶表示素子を得る工程;
を有する。これにより液晶表示素子を得ることができる。
【0031】
以下、本発明の製造方法の有する[I]~[III]、および[IV]の各工程について説明する。
<工程[I]>
工程[I]では、液晶駆動用の電極を有する基板上に、(A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体、及び有機溶媒を含有する重合体組成物を塗布して塗膜を形成する。
【0032】
<基板>
基板については、特に限定はされないが、製造される液晶表示素子が透過型である場合、透明性の高い基板が用いられることが好ましい。その場合、特に限定はされず、ガラス基板、またはアクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることができる。
【0033】
液晶駆動のための電極としてはITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)、IZO(Indium Zinc Oxide:酸化インジウム亜鉛)などが好ましい。また、反射型の液晶表示素子では片側の基板のみにならばシリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極はアルミ等の光を反射する材料も使用できる。
基板に電極を形成する方法は、従来公知の手法を用いることができる。
【0034】
<重合体組成物>
本発明の製造方法に用いられる重合体組成物は、(A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体及び(B)有機溶媒を含有する。
【0035】
<<(A)側鎖型高分子>>
(A)成分は、(A)偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体である。
(A)側鎖型高分子は、250~400nmの波長範囲の光で反応し、かつ100~300℃の温度範囲で液晶性を示すのがよい。
(A)側鎖型高分子は、250~400nmの波長範囲の光に反応する感光性側鎖を有することが好ましい。
(A)側鎖型高分子は、100~300℃の温度範囲で液晶性を示すためメソゲン基を有することが好ましい。
【0036】
(A)側鎖型高分子は、偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面内配向を誘起する部位が主鎖に結合しており、光に感応して異性化反応を起こすことができる。この場合、熱などの外部ストレスに曝されたとしても、実現された配向制御能を長期間安定に保持することができる。面内配向を誘起する部位の構造は、そうした特性を満足するものであれば特に限定されないが、側鎖構造に剛直なメソゲン成分を有することが好ましい。この場合、該側鎖型高分子を液晶配向膜とした際に、安定な液晶配向を得ることができる。
【0037】
(A)側鎖型高分子は、偏光紫外線の平行方向(P波方向)に対し垂直方向(S波方向)に面外配向を誘起する部位を有していることにより、所望のチルト角を発現する液晶配向膜を与える。これは、液晶配向膜として用いたときに、側鎖型高分子が面外配向を誘起する部位に寄り添うことで異方性が発現し、チルト角が得られると考えられる。
【0038】
該高分子の構造は、例えば、主鎖とそれに結合する側鎖を有し、その側鎖が、ビフェニル基、ターフェニル基、フェニルシクロヘキシル基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基などのメソゲン成分と、光に感応して異性化反応をする感光性基とを有する構造とすることができる。
【0039】
液晶性を発現し得る感光性の側鎖型高分子膜の構造のより具体的な例としては、炭化水素、(メタ)アクリレート、イタコネート、フマレート、マレエート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン等のラジカル重合性基およびシロキサンからなる群から選択される少なくとも1種から構成された主鎖と、面内配向を誘起する部位を有する側鎖と、面外配向を誘起する部位を有する側鎖と、所望により液晶性を有する側鎖とを有する構造であることが好ましい。
【0040】
(A)成分の側鎖型高分子における面内配向を誘起する部位を有する側鎖としては、下記式(1)~(3)の少なくとも1種からなる構造を有する側鎖であることが好ましい。
【0041】
【化2】
【0042】
式中、A、B、Dはそれぞれ独立に、単結合、-O-、-CH-、-COO-、-OCO-、-CONH-又は-NH-CO-を表す;
Sは、炭素数1~12のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子はそれぞれ独立にハロゲン原子に置き換えられていてもよい;
Tは、単結合または炭素数1~12のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子はハロゲン原子に置き換えられていてもよい;
Tが単結合であるときはBも単結合を表す;
は、2価のベンゼン環である;
、Q及びQは、それぞれ独立にベンゼン環及び炭素数5~8の脂環式炭化水素環からなる群から選ばれる基である;
は、水素原子、-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、(炭素数1~5のアルキル)カルボニル基、炭素数3~7のシクロアルキル基又は炭素数1~5のアルキルオキシ基である。
、P、Q及びQにおいて、ベンゼン環に結合する水素原子はそれぞれ独立に-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、(炭素数1~5のアルキル)カルボニル基、又は炭素数1~5のアルキルオキシ基で置換されてもよい;
及びXは、それぞれ独立に-O-、-COO-又は-OCO-を表す;
n1及びn2はそれぞれ独立に0、1または2である、
の数が2となるときは、X同士は同一でも異なっていてもよく、Xの数が2となるときは、X同士は同一でも異なっていてもよい;
の数が2となるときは、Q同士は同一でも異なっていてもよく、Qの数が2となるときは、Q同士は同一でも異なっていてもよい;
破線は重合性基との結合手を表す。
【0043】
光配向性側鎖は、溶媒への溶解性の観点から、一つの側鎖が有するベンゼン環の数とナフタレン環の数の合計は3つ以内が好ましい。
また、S波を主成分とする偏光紫外線の斜め方向からの照射により、異方性が付与しやすいという点で、本願記載のプロセスにおいて、偏光紫外線の照射方向、すなわち、S波の振動方向に対して平行方向に異方性を発現する基であることが好ましい。
【0044】
面外配向を誘起する部位としては、特に限定されるものではないが、炭素数が1~17の炭化水素基を含む基が好ましく、具体的には式(4)で表される基が好適である。
【0045】
【化3】
【0046】
式(4)中、Yは、単結合を表すか、-O-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCO-、-NH-CO-O-および-NH-CO-NH-から選ばれる結合基を表し、
は、単結合、炭素数1~15のアルキレン基または-CH-CH(OH)-CH-基を表すか、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、環状基上の任意の水素原子がZで置換されていてもよく、
は、単結合または炭素数1~15のアルキレン基を表し、
は、単結合、ベンゼン環、シクロヘキサン環もしくは複素環から選ばれる2価の環状基、または炭素数17~30のステロイド骨格を有する2価の有機基を表し、環状基上の任意の水素原子がZで置換されていてもよく、
は、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、これらの環状基上の任意の水素原子がZで置換されていてもよく、mは0~4の整数を表し、mが2以上の場合、Yは互いに同一でも異なっていてもよく、
は、水素原子、炭素数1~17のアルキル基、炭素数1~17のフッ化アルキル基、炭素数2~17のアルコキシアルキル基または炭素数2~17のフッ化アルコキシアルキル基を表し、
Zは、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数1~3のフッ化アルキル基、炭素数1~3のフッ化アルコキシ基またはフッ素原子を表し、アルキル基、アルコキシ基、フッ化アルキル基およびフッ化アルコキシ基は、結合基同士が隣り合わない限り、その中に1~3の上記結合基を有していてもよく、
~Yにおいて、アルキレン基、-CH-CH(OH)-CH-基、2価の環状基、ステロイド骨格を有する2価の有機基、アルキル基、アルコキシアルキル基、フッ化アルキル基およびフッ化アルコキシアルキル基は、それらに隣接する基と上記結合基を介して結合していてもよい。
但し、Y~Yが表す置換基の総炭素数は、結合基の炭素数も含めて1~30である。
【0047】
上記炭素数1~15のアルキレン基は、後述する炭素数1~17のアルキル基のうち炭素数1~15のアルキル基から水素原子を1つ除去した2価の基が挙げられ、その具体例としては、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレン、オクタメチレン基等が挙げられる。
【0048】
複素環の具体例としては、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、シンノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環等が挙げられ、これらの中でも、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環が好ましい。
【0049】
炭素数17~30のステロイド骨格を有する2価の有機基の具体例としては、コレステリル、アンドロステリル、β-コレステリル、エピアンドロステリル、エリゴステリル、エストリル、11α-ヒドロキシメチルステリル、11α-プロゲステリル、ラノステリル、メラトラニル、メチルテストロステリル、ノレチステリル、プレグネノニル、β-シトステリル、スチグマステリル、テストステリル、および酢酸コレステロ-ルエステル等から選ばれる構造から水素原子を2個取り去った構造を有する2価の有機基が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0050】
炭素数1~17のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、i-プロピル、n-ブチル、i-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、1-メチル-n-ヘキシル、2-メチル-n-ヘキシル、3-メチル-n-ヘキシル、1,1-ジメチル-n-ペンチル、1,2-ジメチル-n-ペンチル、1,3-ジメチル-n-ペンチル、2,2-ジメチル-n-ペンチル、2,3-ジメチル-n-ペンチル、3,3-ジメチル-n-ペンチル、1-エチル-n-ペンチル、2-エチル-n-ペンチル、3-エチル-n-ペンチル、1-メチル-1-エチル-n-ブチル、1-メチル-2-エチル-n-ブチル、1-エチル-2-メチル-n-ブチル、2-メチル-2-エチル-n-ブチル、2-エチル-3-メチル-n-ブチル、n-オクチル、1-メチル-n-ヘプチル、2-メチル-n-ヘプチル、3-メチル-n-ヘプチル、1,1-ジメチル-n-ヘキシル、1,2-ジメチル-n-ヘキシル、1,3-ジメチル-n-ヘキシル、2,2-ジメチル-n-ヘキシル、2,3-ジメチル-n-ヘキシル、3,3-ジメチル-n-ヘキシル、1-エチル-n-ヘキシル、2-エチル-n-ヘキシル、3-エチル-n-ヘキシル、1-メチル-1-エチル-n-ペンチル、1-メチル-2-エチル-n-ペンチル、1-メチル-3-エチル-n-ペンチル、2-メチル-2-エチル-n-ペンチル、2-メチル-3-エチル-n-ペンチル、3-メチル-3-エチル-n-ペンチル、n-ノニル、n-デシル、n-ウンデシル、n-ドデシル、n-トリデシル、n-テトラデシル、n-ペンタデシル、n-ヘキサデシル、n-ヘプタデシル等が挙げられる。
【0051】
炭素数1~17のフッ化アルキル基としては、上記炭素数1~17のアルキル基における少なくとも1つの水素原子をフッ素原子で置換した基が挙げられ、その具体例としては、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、2,2,2-トリフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、2,2,2-トリフルオロ-1-(トリフルオロメチル)エチル、ノナフルオロブチル、4,4,4-トリフルオロブチル、ウンデカフルオロペンチル、2,2,3,3,4,4,5,5,5-ノナフルオロペンチル、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチル、トリデカフルオロヘキシル、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-ウンデカフロオロヘキシル、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-デカフルオロヘキシル、3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロヘキシル等が挙げられる。
【0052】
炭素数1~17のフッ化アルコキシ基の具体例としては、上記炭素数1~17のフッ化アルキル基に酸素原子(-O-)が結合した基が挙げられ、その具体例としては、フルオロメトキシ、ジフルオロメトキシ、トリフルオロメトキシ、ペンタフルオロエトキシ、2,2,2-トリフルオロエトキシ、ヘプタフルオロプロポキシ、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロポキシ、2,2,3,3-テトラフルオロプロポキシ、2,2,2-トリフルオロ-1-(トリフルオロメチル)エトキシ、ノナフルオロブトキシ、4,4,4-トリフルオロブトキシ、ウンデカフルオロペンチルオキシ、2,2,3,3,4,4,5,5,5-ノナフルオロペンチルオキシ、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルオキシ、トリデカフルオロヘキシルオキシ、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-ウンデカフロオロヘキシルオキシ、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-デカフルオロヘキシルオキシ、3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
【0053】
なお、上記Zにおける、炭素数1~3のアルキル基としては、上記炭素数1~17で例示した基のうち炭素数1~3のものが挙げられ、炭素数1~3のアルコキシ基としては、上記炭素数1~17のアルコキシ基で例示した基のうち炭素数1~3のものが挙げられ、炭素数1~3のフッ化アルキル基としては、上記炭素数1~17のフッ化アルキル基で例示した基のうち炭素数1~3のものが挙げられ、炭素数1~3のフッ化アルコキシ基としては、上記炭素数1~17のフッ化アルコキシ基で例示した基のうち、炭素数1~3のものが挙げられる。
【0054】
これらの中でも、合成の容易さ等の点から、Yは単結合が好ましく、Yはベンゼン環またはシクロへキサン環が好ましく、Yは炭素数1~15のアルキレン基が好ましく、炭素数1~9のアルキレン基がより好ましく、Yはベンゼン環、シクロへキサン環または炭素数17~30のステロイド骨格を有する2価の有機基が好ましく、Yはベンゼン環またはシクロへキサン環が好ましく、Yは炭素数1~17のアルキル基、炭素数1~10のフッ化アルキル基、炭素数2~17のアルコキシアルキル基または炭素数2~17のフッ化アルコキシアルキル基が好ましく、炭素数1~12のアルキル基がより好ましく、炭素数1~9のアルキル基がより一層好ましい。
【0055】
ただし、Yがステロイド骨格を有する2価の有機基である場合は、Yは水素原子が好ましい。
【0056】
また、原料の入手性や合成の容易さ等の点から、mは0~3が好ましく、0~2がより好ましく、0または1がより一層好ましい。
【0057】
なお、上記アルキレン基、アルキル基、フッ化アルキル基、アルコキシ基およびフッ化アルコキシ基は、結合基同士が隣り合わない限り、その中に1~3の上述した結合基を有していてもよく、Y~Yにおいて、アルキレン基、-CH-CH(OH)-CH-基、2価の環状基、ステロイド骨格を有する2価の有機基、アルキル基およびフッ化アルキル基は、それらに隣接する基と上述した結合基を介して結合していてもよい。
【0058】
また、Y~Yがそれぞれ表す置換基の総炭素数は1~30であるが、1~20が好ましい。末端にアルキル基を有する場合は、末端のアルキル基は炭素数1~17のアルキル基であることが好ましい。
【0059】
また、上記面外配向を誘起する部位(a-1)以外にも、例えば、上記Y~Yが、単結合であり、mが、2または3であり、Yが、ベンゼン環またはシクロヘキサン環であり、Yが、炭素数1~17のアルキル基である面外配向を誘起する部位(a-2)も好適に用いることができる。
【0060】
このような面外配向を誘起する部位(a-2)の具体例としては、下記(a-2-1)~(a-2-7)で示される基が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
式中、Yは上記と同で、Yは単結合を表すか、-O-、-CHO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCO-、-NH-CO-O-および-NH-CO-NH-から選ばれる結合基を表す。
【0061】
【化4】
【0062】
さらに、上記面外配向を誘起する部位(a-1)および(a-2)に加え、例えば、上記Y~Yが単結合であり、Yが炭素数17~30のステロイド骨格を有する2価の有機基であり、mが0であり、Yが水素原子である面外配向を誘起する部位(a-3)も好適に用いることができる。
【0063】
このような面外配向を誘起する部位(a-3)としては、例えば、下記(a-3-1)~(a-3-8)で示される基が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、式中、*は結合位置を表す。
【0064】
【化5】
【0065】
以上で説明した面外配向を誘起する部位は、これを有する(メタ)アクリル系モノマー、ビニル系モノマー、スチレン系モノマー、マレイミド系モノマー等の不飽和二重結合を有するモノマーを用いてポリマー中に導入することができるが、この場合も、上記面外配向を誘起する部位を有する(メタ)アクリル系モノマーを用いてポリマー中に導入することが好ましい。
【0066】
また、(A)側鎖型高分子は、下記式(21)~(31)からなる群から選ばれる1種または複数の液晶性側鎖を有するのがよい。
式中、A及びBは上記と同じ定義を有する;
q1及びq2は、それぞれ独立して0または1である。
は、1価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、窒素含有複素環、及び炭素数5~8の脂環式炭化水素、および、それらの組み合わせからなる群から選ばれる基であり、それらに結合する水素原子はそれぞれ独立に-NO、-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、又は炭素数1~5のアルキルオキシ基で置換されても良い;
は、水素原子、-NO、-CN、-CH=C(CN)、-CH=CH-CN、ハロゲン原子、1価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、窒素含有複素環、炭素数5~8の脂環式炭化水素、炭素数1~12のアルキル基、又は炭素数1~12のアルコキシ基を表す;
lは1~12の整数を表し、mは0から2の整数を表し、但し、式(23)~(24)において、全てのmの合計は2以上であり、式(25)~(26)において、全てのmの合計は1以上であり、m1、m2およびm3は、それぞれ独立に1~3の整数を表す;
は、水素原子、-NO、-CN、ハロゲン原子、1価のベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フラン環、窒素含有複素環、及び炭素数5~8の脂環式炭化水素、および、アルキル基、又はアルキルオキシ基を表す;
、Zは単結合、-CO-、-CHO-、-CH=N-、-CF-を表す。
【0067】
【化6】
【0068】
[面内配向を誘起する部位を有するモノマー]
面内配向を有機する部位を有するモノマーとは、高分子を形成した場合に、高分子の側鎖部位に面内配向を誘起する部位を有する高分子を形成することができるモノマーのことである。
面内配向を有機する部位を有するモノマーとしては、式(1)の構造を有するモノマー(A-1)、式(2)の構造を有するモノマー(A-2)および式(3)の構造を有するモノマー(A-3)が好ましい。
【0069】
モノマー(A-1)およびモノマー(A-2)は、炭化水素、(メタ)アクリレート、イタコネート、フマレート、マレエート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン等のラジカル重合性基およびトリアルコキシシリル基からなる群から選択される少なくとも1種から構成された重合性基と、上記式(1)及び(2)で表される構造から選ばれる感光性側鎖を有するモノマーが好ましい。
【0070】
重合性基としては、下記式PG1~PG8で表される基から選ばれるのが好ましい。なかでも、重合反応の制御が容易であるという点と重合体の安定性の観点では、PG1で表されるアクリル基またはメタクリル基が好ましい。なお、式中、破線は上記式(1)、(2)または(3)で表される感光性側鎖との結合手を表す。また、式PG1中、M1は水素原子又はメチル基である。
【0071】
【化7】
【0072】
モノマー(A-1)としては、例えば、下記式A-1-1~A-1-12から選ばれるモノマーが挙げられる。下記式A1-1~A1-12中、PGは上記式PG1~PG8で表される基から選ばれる重合性基を表し、s1はメチレン基の数を表し、2~9の整数である。
【0073】
【化8】
【0074】
【化9】
【0075】
【化10】
【0076】
モノマー(A-2)としては、例えば、下記式A-2-1~A-2-8から選ばれるモノマーが挙げられる。下記式A2-1~A2-8中、PGは上記式PG1~PG8で表される基から選ばれる重合性基を表し、s1およびs2はそれぞれ独立にメチレン基の数を表し、2~9の整数である。
【0077】
【化11】
【0078】
【化12】
【0079】
上記モノマー(A-1)およびモノマー(A-2)は、あるものは市販されており、あるものは、例えば国際特許出願公開WO2014/074785等に記載の方法で製造することができる。
【0080】
モノマー(A-3)は、基(3)を有するモノマーであり、この基(3)はそれだけでは液晶性は有していないが、面内で水素結合により二量化することによって液晶に近い構造となる。これが、光照射によって構造変化を起こすと、水素結合が開裂することによって液晶と近い構造ではなくなる。これにより、上記の機構で面内配向を誘起する部位となりえる。
このような基(3)を有するモノマー(A-3)としては、例えば、下記式A-3-1~A-3-5から選ばれるモノマーが挙げられる。下記式中、PGは上記式PG1~PG8で表される基から選ばれる重合性基を表し、s1はメチレン基の数を表し、2~9の整数である。
【0081】
【化13】
【0082】
上記式(3)で表される構造を有するモノマー(A-3)としては、例えば、4-(6-メタクリルオキシヘキシル-1-オキシ)けい皮酸、4-(6-アクリルオキシヘキシル-1-オキシ)けい皮酸、4-(3-メタクリルオキシプロピル-1-オキシ)けい皮酸、4-(4-(6-メタクリルオキシヘキシル-1-オキシ)ベンゾイルオキシ)けい皮酸などが挙げられる。
【0083】
[面外配向を誘起する部位を有するモノマー]
具体的なモノマーとしては、(メタ)アクリル酸のアルキルエステル、アルキルビニルエーテル、2-アルキルスチレン、3-アルキルスチレン、4-アルキルスチレン、N-アルキルマレイミドで、当該アルキル基が炭素数1~20のものが挙げられる。
これらのモノマーは、公知の方法により製造することができ、また市販品として入手可能なものもある。
【0084】
なお、上記式(4)で表される面外配向を誘起する部位を有する(メタ)アクリル系モノマーを用いてポリマー中に面外配向を誘起する部位を導入する場合、その面外配向を誘起する部位を有する側鎖は下記式(4′)で示される。
【0085】
【化14】
【0086】
このような面外配向性基を有するモノマーとしては、例えば、下記式M3-1~M3-4からなる群から選ばれる式で表されるモノマーが好ましい。下記式中、X及びYはそれぞれ独立に単結合、-O-、-CH-、-NH-、-CO-、-COO-または-OCO-を表し、Rはメチル基、メトキシ基またはトリフルオロメチル基を表し、PGは上記式PG1~PG8で表される基から選ばれる重合性基を表し、s1はメチレン基の数を表し、2~9の整数であり、s2はメチレン基の数を表し、2~12の整数である。
【0087】
【化15】
【0088】
[液晶性側鎖モノマー]
液晶性側鎖モノマーとは、該モノマー由来の高分子が液晶性を発現し、該高分子が側鎖部位にメソゲン基を形成することができるモノマーのことである。
【0089】
側鎖の有するメソゲン基として、ビフェニルやフェニルベンゾエートなどの単独でメソゲン構造となる基であっても、安息香酸などのように側鎖同士が水素結合することでメソゲン構造となる基であってもよい。側鎖の有するメソゲン基としては下記の構造が好ましい。
【0090】
【化16】
【0091】
液晶性側鎖モノマーのより具体的な例としては、炭化水素、(メタ)アクリレート、イタコネート、フマレート、マレエート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン等のラジカル重合性基およびシロキサンからなる群から選択される少なくとも1種から構成された重合性基と、上記式(21)~(31)の少なくとも1種からなる側鎖を有する構造であることが好ましい。
【0092】
このような液晶性モノマーのうち、カルボキシル基を有するモノマーとしては、下記式M2-1~M2-5からなる群から選ばれる式で表されるモノマーを用いることもできる。下記式中、PGは上記式PG1~PG8で表される基から選ばれる重合性基を表し、s1はメチレン基の数を表し、2~9の整数である。
【0093】
【化17】
【0094】
また、当該その他モノマーの一例である液晶性を発現する置換基を有するモノマーとして、下記式M2-10~M2-16からなる群から選ばれる式で表されるモノマーを用いることもできる。下記式中、PGは上記式PG1~PG8で表される基から選ばれる重合性基を表し、s1はメチレン基の数を表し、2~9の整数である。
【0095】
【化18】
【0096】
[側鎖(a)を有するモノマー]
本願の(A)成分である重合体は、より耐久性の高い液晶配向膜を得るために、窒素含有芳香族複素環基、アミド基及びウレタン基から選ばれる基を有する側鎖(a)をさらに有していてもよい。側鎖(a)を有する重合体を製造するには、側鎖(a)を有するモノマーを共重合させればよい。
【0097】
かかる側鎖(a)を有するモノマーとしては、炭化水素、(メタ)アクリレート、イタコネート、フマレート、マレエート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン等のラジカル重合性基およびシロキサンからなる群から選択される少なくとも1種から構成された重合性基と、窒素含有芳香族複素環基、アミド基及びウレタン基を有する側鎖を有する構造であることが好ましい。アミド基及びウレタン基のNHは置換されていてもいなくても良い。置換されていても良い場合の置換基としては、アルキル基、アミノ基の保護基、ベンジル基等が挙げられる。
【0098】
窒素含有芳香族複素環は、下記の式[20a]、式[20b]及び式[20c](式中、Zは炭素数1~5の直鎖または分岐アルキル基である)からなる群から選ばれる構造を少なくとも1個、好ましくは1~4個含有する芳香族複素環であるのがよい。
【0099】
【化19】
【0100】
具体的には、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。さらに、これら窒素含有芳香族複素環の炭素原子には、ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい。
これらのうち、例えば、ピリジン環が好ましい。
【0101】
そのようなモノマーのうち、窒素含有芳香族複素環基を有するモノマーとして、具体的には、例えば、2-(2-ピリジルカルボニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、2-(3-ピリジルカルボニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、2-(4-ピリジルカルボニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、等が挙げられる。
【0102】
アミド基またはウレタン基を有するモノマーとしては、具体的には、例えば、2-(4-メチルピペリジン-1-イルカルボニルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、4-(6-メタクリロイルオキシヘキシルオキシ)安息香酸 N-(tert-ブチルオキシカルボニル)ピペリジン-4-イルエステル、4-(6-メタクリロイルオキシヘキシルオキシ)安息香酸 2-(tert-ブチルオキシカルボニルアミノ)エチルエステル等が挙げられる。
【0103】
(A)側鎖型高分子は、上述した面内配向を誘起する部位を有するモノマー及び面外配向を誘起する部位を有するモノマーと、所望により液晶性側鎖を有するモノマーと、所望により側鎖(a)を有するモノマーとの共重合反応により得ることができる。さらに、本発明の効果を損なわない範囲でその他のモノマーと共重合することができる。
【0104】
その他のモノマーとしては、例えば工業的に入手できるラジカル重合反応可能なモノマーが挙げられる。
その他のモノマーの具体例としては、不飽和カルボン酸、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、アクリロニトリル、マレイン酸無水物、スチレン化合物及びビニル化合物等が挙げられる。
【0105】
不飽和カルボン酸の具体例としてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸などが挙げられる。
【0106】
アクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2-エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3-メトキシブチルアクリレート、2-メチル-2-アダマンチルアクリレート、2-プロピル-2-アダマンチルアクリレート、8-メチル-8-トリシクロデシルアクリレート、及び、8-エチル-8-トリシクロデシルアクリレート等が挙げられる。
【0107】
メタクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、2-メトキシエチルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、2-エトキシエチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3-メトキシブチルメタクリレート、2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート、2-プロピル-2-アダマンチルメタクリレート、8-メチル-8-トリシクロデシルメタクリレート、及び、8-エチル-8-トリシクロデシルメタクリレート等が挙げられる。
【0108】
ビニル化合物としては、例えば、ビニルエーテル、メチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、及び、プロピルビニルエーテル等が挙げられる。
【0109】
スチレン化合物としては、例えば、スチレン、2-メチルスチレン、3-メチルスチレン、2-クロロスチレン、3-クロロスチレン、2-ブロモスチレン、3-ブロモスチレン等が挙げられる。
【0110】
マレイミド化合物としては、例えば、マレイミド、N-メチルマレイミド、N-フェニルマレイミド、及びN-シクロヘキシルマレイミド等が挙げられる。
【0111】
本発明の側鎖型高分子における面外配向を誘起する部位の含有量は、液晶配向性への影響といった点から、0.1モル%~50モル%が好ましく、0.5モル%~40モル%がより好ましく、1モル%~35モル%が更に好ましい。
【0112】
本発明の側鎖型高分子における面内配向を誘起する部位を有する側鎖の含有量は、液晶配向性といった点から、20モル%~99.9モル%が好ましく、30モル%~95モル%がより好ましく、40モル%~90モル%が更に好ましい。
【0113】
本発明の側鎖型高分子における液晶性側鎖の含有量は、液晶配向性といった点から、80モル%以下が好ましく、含有する場合は10モル%~70モル%がより好ましく、20モル%~60モル%が更に好ましい。
【0114】
本発明の側鎖型高分子における側鎖(a)の含有量は、チルト角発現といった点から、60モル%以下が好ましく、含有する場合は0.3モル%~50モル%がより好ましく、0.5モル%~30モル%が更に好ましい。
【0115】
本発明の側鎖型高分子は、面外配向を誘起する部位を有する側鎖、面内配向を誘起する部位を有する側鎖、液晶性側鎖及び側鎖(a)以外のその他側鎖を含有していてもよい。その含有量は、面外配向を誘起する部位を有する側鎖、面内配向を誘起する部位を有する側鎖、液晶性側鎖及び側鎖(a)の含有量の合計が100%に満たない場合に、その残りの部分である。
【0116】
本実施の形態の側鎖型高分子の製造方法については、特に限定されるものではなく、工業的に扱われている汎用な方法が利用できる。具体的には、液晶性側鎖モノマーや光反応性側鎖モノマーのビニル基を利用したカチオン重合やラジカル重合、アニオン重合により製造することができる。これらの中では反応制御のしやすさなどの観点からラジカル重合が特に好ましい。
【0117】
ラジカル重合の重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤や、可逆的付加-開裂型連鎖移動(RAFT)重合試薬等の公知の化合物を使用することができる。
【0118】
ラジカル熱重合開始剤は、分解温度以上に加熱することにより、ラジカルを発生させる化合物である。このようなラジカル熱重合開始剤としては、例えば、ケトンパーオキサイド類(メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等)、ジアシルパーオキサイド類(アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等)、ハイドロパーオキサイド類(過酸化水素、tert-ブチルハイドパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等)、ジアルキルパーオキサイド類(ジ-tert-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド等)、パーオキシケタール類(ジブチルパーオキシ シクロヘキサン等)、アルキルパーエステル類(パーオキシネオデカン酸-tert-ブチルエステル、パーオキシピバリン酸-tert-ブチルエステル、パーオキシ2-エチルシクロヘキサン酸-tert-アミルエステル等)、過硫酸塩類(過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等)、アゾ系化合物(アゾビスイソブチロニトリル、および2,2’-ジ(2-ヒドロキシエチル)アゾビスイソブチロニトリル等)が挙げられる。このようなラジカル熱重合開始剤は、1種を単独で使用することもできるし、あるいは2種以上を組み合わせて使用することもできる。
【0119】
ラジカル光重合開始剤は、ラジカル重合を光照射によって開始する化合物であれば特に限定されない。このようなラジカル光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、キサントン、チオキサントン、イソプロピルキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-エチルアントラキノン、アセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-4’-イソプロピルプロピオフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、イソプロピルベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテル、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、カンファーキノン、ベンズアントロン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4,4’-ジ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,4,4’-トリ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2-(4’-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3’,4’-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(2’,4’-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(2’-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4’-ペンチルオキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、4-[p-N,N-ジ(エトキシカルボニルメチル)]-2,6-ジ(トリクロロメチル)-s-トリアジン、1,3-ビス(トリクロロメチル)-5-(2’-クロロフェニル)-s-トリアジン、1,3-ビス(トリクロロメチル)-5-(4’-メトキシフェニル)-s-トリアジン、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズチアゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、3,3’-カルボニルビス(7-ジエチルアミノクマリン)、2-(o-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラキス(4-エトキシカルボニルフェニル)-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’ビス(2,4-ジブロモフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、3-(2-メチル-2-ジメチルアミノプロピオニル)カルバゾール、3,6-ビス(2-メチル-2-モルホリノプロピオニル)-9-n-ドデシルカルバゾール、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ビス(5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム、3,3’,4,4’-テトラ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’-テトラ(t-ヘキシルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’-ジ(メトキシカルボニル)-4,4’-ジ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,4’-ジ(メトキシカルボニル)-4,3’-ジ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4,4’-ジ(メトキシカルボニル)-3,3’-ジ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2-(3-メチル-3H-ベンゾチアゾール-2-イリデン)-1-ナフタレン-2-イル-エタノン、又は2-(3-メチル-1,3-ベンゾチアゾール-2(3H)-イリデン)-1-(2-ベンゾイル)エタノン等を挙げることができる。これらの化合物は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用することもできる。
【0120】
ラジカル重合法は、特に制限されるものでなく、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法、沈殿重合法、塊状重合法、溶液重合法等を用いることができる。
【0121】
液晶性を発現し得る感光性の側鎖型高分子の重合反応に用いる有機溶媒としては、生成した高分子が溶解するものであれば特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
【0122】
N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、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-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド等が挙げられる。
【0123】
これら有機溶媒は単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、生成する高分子を溶解させない溶媒であっても、生成した高分子が析出しない範囲で、上述の有機溶媒に混合して使用してもよい。
また、ラジカル重合において有機溶媒中の酸素は重合反応を阻害する原因となるので、有機溶媒は可能な程度に脱気されたものを用いることが好ましい。
【0124】
ラジカル重合の際の重合温度は30~150℃の任意の温度を選択することができるが、好ましくは50~100℃の範囲である。また、反応は任意の濃度で行うことができるが、濃度が低すぎると高分子量の重合体を得ることが難しくなり、濃度が高すぎると反応液の粘性が高くなり過ぎて均一な撹拌が困難となるので、モノマー濃度が、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、有機溶媒を追加することができる。
【0125】
上述のラジカル重合反応においては、ラジカル重合開始剤の比率がモノマーに対して多いと得られる高分子の分子量が小さくなり、少ないと得られる高分子の分子量が大きくなるので、ラジカル開始剤の比率は重合させるモノマーに対して0.1~10モル%であることが好ましい。また重合時には各種モノマー成分や溶媒、開始剤などを追加することもできる。
【0126】
[重合体の回収]
上述の反応により得られた、液晶性を発現し得る感光性の側鎖型高分子の反応溶液から、生成した高分子を回収する場合には、反応溶液を貧溶媒に投入して、それら重合体を沈殿させれば良い。沈殿に用いる貧溶媒としては、メタノール、アセトン、ヘキサン、ヘプタン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、水等を挙げることができる。貧溶媒に投入して沈殿させた重合体は、濾過して回収した後、常圧あるいは減圧下で、常温あるいは加熱して乾燥することができる。また、沈殿回収した重合体を、有機溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2回~10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の貧溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類、炭化水素等が挙げられ、これらの中から選ばれる3種類以上の貧溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
【0127】
本発明の(A)側鎖型高分子の分子量は、得られる塗膜の強度、塗膜形成時の作業性、および塗膜の均一性を考慮した場合、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量が、2000~1000000が好ましく、より好ましくは、5000~500000である。
【0128】
[重合体組成物の調製]
本発明に用いられる重合体組成物は、液晶配向膜の形成に好適となるように塗布液として調製されることが好ましい。すなわち、本発明に用いられる重合体組成物は、樹脂被膜を形成するための樹脂成分が有機溶媒に溶解した溶液として調製されることが好ましい。ここで、その樹脂成分とは、既に説明した液晶性を発現し得る感光性の側鎖型高分子を含む樹脂成分である。その際、樹脂成分の含有量は、1~20質量%が好ましく、より好ましくは3~15質量%、特に好ましくは3~10質量%である。
【0129】
本実施形態の重合体組成物において、前述の樹脂成分は、全てが上述した液晶性を発現し得る感光性の側鎖型高分子であってもよいが、液晶発現能および感光性能を損なわない範囲でそれら以外の他の重合体が混合されていてもよい。その際、樹脂成分中における他の重合体の含有量は、0.5~80質量%、好ましくは1~50質量%である。
そのような他の重合体は、例えば、ポリ(メタ)アクリレートやポリアミック酸やポリイミド等からなり、液晶性を発現し得る感光性の側鎖型高分子ではない重合体等が挙げられる。
【0130】
<(B)有機溶媒>
本発明に用いられる重合体組成物に用いる有機溶媒は、樹脂成分を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチル-ε-カプロラクタム、2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-ビニル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、プロピレングリコールモノアセテート、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-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル等が挙げられる。これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。
【0131】
本発明に用いられる重合体組成物は、上記(A)及び(B)成分以外の成分を含有してもよい。その例としては、重合体組成物を塗布した際の、膜厚均一性や表面平滑性を向上させる溶媒や化合物、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物、(C)アミン化合物等を挙げることができるが、これに限定されない。
【0132】
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒)の具体例としては、次のものが挙げられる。
例えば、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、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-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、1-ヘキサノール、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-プロピル、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、1-ブトキシ-2-プロパノール、1-フェノキシ-2-プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセテート、プロピレングリコール-1-モノエチルエーテル-2-アセテート、ジプロピレングリコール、2-(2-エトキシプロポキシ)プロパノール等の低表面張力を有する溶媒等が挙げられる。
【0133】
これらの貧溶媒は、1種類でも複数種類を混合して用いてもよい。上述のような溶媒を用いる場合は、重合体組成物に含まれる溶媒全体の溶解性を著しく低下させることが無いように、溶媒全体の5~80質量%であることが好ましく、より好ましくは20~60質量%である。
【0134】
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤およびノ二オン系界面活性剤等が挙げられる。
より具体的には、例えば、エフトップ(登録商標)301、EF303、EF352(三菱マテリアル電子化成社製)、メガファック(登録商標)F171、F173、R-30(DIC社製)、フロラードFC430、FC431(スリーエムジャパン社製)、アサヒガード(登録商標)AG710(AGC社製)、サーフロン(登録商標)S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGCセイミケミカル社製)等が挙げられる。これらの界面活性剤の使用割合は、重合体組成物に含有される樹脂成分の100質量部に対して、好ましくは0.01~2質量部、より好ましくは0.01~1質量部である。
【0135】
液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物の具体例としては、次に示す官能性シラン含有化合物などが挙げられる。
例えば、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、2-アミノプロピルトリメトキシシラン、2-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N-トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10-トリメトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、10-トリエトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、9-トリメトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、9-トリエトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-ビス(オキシエチレン)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ビス(オキシエチレン)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
【0136】
さらに、基板と液晶配向膜の密着性の向上に加え、液晶表示素子を構成した時のバックライトによる電気特性の低下等を防ぐ目的で、以下のようなフェノプラスト系やエポキシ基含有化合物の添加剤を、重合体組成物中に含有させても良い。具体的なフェノプラスト系添加剤を以下に示すが、この構造に限定されない。
【0137】
【化20】
【0138】
具体的なエポキシ基含有化合物としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2-ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6-テトラグリシジル-2,4-ヘキサンジオール、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4、4’-ジアミノジフェニルメタンなどが例示される。
【0139】
基板との密着性を向上させる化合物を使用する場合、その使用量は、重合体組成物に含有される樹脂成分の100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは1~20質量部である。使用量が0.1質量部未満であると密着性向上の効果は期待できず、30質量部よりも多くなると液晶の配向性が悪くなる場合がある。
【0140】
<(C)アミン化合物>
本発明に用いられる重合体組成物は、(C)成分として特定のアミン化合物、具体的には分子内に第一級アミノ基を1個と窒素含有芳香族複素環とを有し、かつ前記第一級アミノ基が脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合しているアミン化合物を有することができる。そのような化合物は、WO2008/013285号公報に(B)成分として記載されているものである。かかるアミン化合物を含有することにより、液晶配向膜としたときに、イオン性不純物の溶出を低減することができる。
特定のアミン化合物は、本発明に用いられる重合体組成物が液晶配向膜を形成した際、次の効果i)及び/又はii)を奏するものであれば、特に限定されない。i)液晶配向膜界面において液晶中のイオン性不純物を吸着するか、及び/又はii)向上した電圧保持率を奏する。
特定のアミン化合物の量は、上記効果を奏するのであれば、特に限定されないが、本発明に用いられる重合体組成物100質量部中、0.01~10質量部、好ましくは0.1~5質量部であるのがよい。
【0141】
添加剤として、光増感剤を用いることもできる。無色増感剤および三重項増感剤が好ましい。
光増感剤としては、芳香族ニトロ化合物、クマリン(7-ジエチルアミノ-4-メチルクマリン、7-ヒドロキシ-4-メチルクマリン)、ケトクマリン、カルボニルビスクマリン、芳香族2-ヒドロキシケトン、およびアミノ置換された、芳香族2-ヒドロキシケトン(2-ヒドロキシベンゾフェノン、モノ-もしくはジ-p-(ジメチルアミノ)-2-ヒドロキシベンゾフェノン)、アセトフェノン、アントラキノン、キサントン、チオキサントン、ベンズアントロン、チアゾリン(2-ベンゾイルメチレン-3-メチル-β-ナフトチアゾリン、2-(β-ナフトイルメチレン)-3-メチルベンゾチアゾリン、2-(α-ナフトイルメチレン)-3-メチルベンゾチアゾリン、2-(4-ビフェノイルメチレン)-3-メチルベンゾチアゾリン、2-(β-ナフトイルメチレン)-3-メチル-β-ナフトチアゾリン、2-(4-ビフェノイルメチレン)-3-メチル-β-ナフトチアゾリン、2-(p-フルオロベンゾイルメチレン)-3-メチル-β-ナフトチアゾリン)、オキサゾリン(2-ベンゾイルメチレン-3-メチル-β-ナフトオキサゾリン、2-(β-ナフトイルメチレン)-3-メチルベンゾオキサゾリン、2-(α-ナフトイルメチレン)-3-メチルベンゾオキサゾリン、2-(4-ビフェノイルメチレン)-3-メチルベンゾオキサゾリン、2-(β-ナフトイルメチレン)-3-メチル-β-ナフトオキサゾリン、2-(4-ビフェノイルメチレン)-3-メチル-β-ナフトオキサゾリン、2-(p-フルオロベンゾイルメチレン)-3-メチル-β-ナフトオキサゾリン)、ベンゾチアゾール、ニトロアニリン(m-もしくはp-ニトロアニリン、2,4,6-トリニトロアニリン)またはニトロアセナフテン(5-ニトロアセナフテン)、(2-[(m-ヒドロキシ-p-メトキシ)スチリル]ベンゾチアゾール、ベンゾインアルキルエーテル、N-アルキル化フタロン、アセトフェノンケタール(2,2-ジメトキシフェニルエタノン)、ナフタレン、アントラセン(2-ナフタレンメタノール、2-ナフタレンカルボン酸、9-アントラセンメタノール、および9-アントラセンカルボン酸)、ベンゾピラン、アゾインドリジン、メチルクマリン等がある。
好ましくは、芳香族2-ヒドロキシケトン(ベンゾフェノン)、クマリン、ケトクマリン、カルボニルビスクマリン、アセトフェノン、アントラキノン、キサントン、チオキサントン、およびアセトフェノンケタールである。
【0142】
重合体組成物には、上述したものの他、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、液晶配向膜の誘電率や導電性などの電気特性を変化させる目的で、誘電体や導電物質、さらには、液晶配向膜にした際の膜の硬度や緻密度を高める目的で、架橋性化合物を添加してもよい。
【0143】
上述した重合体組成物を液晶駆動用の電極を有する基板上に塗布する方法は特に限定されない。
塗布方法は、工業的には、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷またはインクジェット法などで行う方法が一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スリットコータ法、スピンナ法(回転塗布法)またはスプレー法などがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。
【0144】
液晶駆動用の電極を有する基板上に重合体組成物を塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブンまたはIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により50~230℃、好ましくは50~220℃で0.4~60分間、好ましくは0.5~10分間溶媒を蒸発させて塗膜を得ることができる。このときの乾燥温度は、側鎖型高分子の液晶相発現温度よりも低いことが好ましい。
【0145】
塗膜の厚みは、厚すぎると液晶表示素子の消費電力の面で不利となり、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、好ましくは5~300nm、より好ましくは10~150nmである。
尚、工程[I]の後、続く工程[II]の前に塗膜の形成された基板を室温にまで冷却する工程を設けることも可能である。
【0146】
<工程[II]>
工程[II]では、工程[I]で得られた塗膜に、S波が主成分となるように偏光した紫外線を斜め方向から照射する。塗膜の膜面に偏光した紫外線を照射する場合、基板に対して一定の方向から偏光板を介して偏光された紫外線を照射する。使用する紫外線としては、波長100~400nmの範囲の紫外線を使用することができる。好ましくは、使用する塗膜の種類によりフィルター等を介して最適な波長を選択する。そして、例えば、選択的に光架橋反応を誘起できるように、波長290~400nmの範囲の紫外線を選択して使用することができる。紫外線としては、例えば、高圧水銀灯から放射される光を用いることができる。
【0147】
S波が主成分となるように偏光した紫外線の照射量は、使用する塗膜に依存する。照射量は、該塗膜における、偏光した紫外線の偏光方向と平行な方向の紫外線吸光度と垂直な方向の紫外線吸光度との差であるΔAの最大値(以下、ΔAmaxとも称する)を実現する偏光紫外線の量の1~70%の範囲内とすることが好ましく、1~50%の範囲内とすることがより好ましい。
【0148】
偏光した紫外線の照射方向は、通常、基板に対して1°~89°であるが、好ましくは10°~80°、特に好ましくは20°~70°である。この角度が小さすぎる場合はプレチルト角が小さくなるという問題があり、大きすぎる場合はプレチルト角が高くなるという問題がある。
【0149】
照射方向を上記の角度に調節する方法としては、基板自体を傾ける方法と、光線を傾ける方法があるが、光線自体を傾けるのが液晶表示素子の生産スループットの観点からより好ましい。
【0150】
<工程[III]>
工程[III]では、工程[II]で偏光した紫外線の照射された塗膜を加熱する。加熱により、塗膜に配向制御能を付与することができる。
加熱は、ホットプレート、熱循環型オーブンまたはIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段を用いることができる。加熱温度は、使用する塗膜の液晶性を発現させる温度を考慮して決めることができる。
【0151】
加熱温度は、側鎖型高分子が液晶性を発現する温度(以下、液晶発現温度という)の温度範囲内であることが好ましい。塗膜のような薄膜表面の場合、塗膜表面の液晶発現温度は、液晶性を発現し得る感光性の側鎖型高分子をバルクで観察した場合の液晶発現温度よりも低いことが予想される。このため、加熱温度は、塗膜表面の液晶発現温度の温度範囲内であることがより好ましい。すなわち、偏光紫外線照射後の加熱温度の温度範囲は、使用する側鎖型高分子の液晶発現温度の温度範囲の下限より10℃低い温度を下限とし、その液晶温度範囲の上限より10℃低い温度を上限とする範囲の温度であることが好ましい。加熱温度が、上記温度範囲よりも低いと、塗膜における熱による異方性の増幅効果が不十分となる傾向があり、また加熱温度が、上記温度範囲よりも高すぎると、塗膜の状態が等方性の液体状態(等方相)に近くなる傾向があり、この場合、自己組織化によって一方向に再配向することが困難になることがある。
なお、液晶発現温度は、側鎖型高分子または塗膜表面が固体相から液晶相に相転移がおきるガラス転移温度(Tg)以上であって、液晶相からアイソトロピック相(等方相)に相転移を起こすアイソトロピック相転移温度(Tiso)以下の温度をいう。
【0152】
加熱後に形成される塗膜の厚みは、工程[I]で記した同じ理由から、好ましくは5~300nm、より好ましくは50~150nmであるのがよい。
【0153】
以上の工程を有することにより、本発明の製造方法では、高効率な、塗膜への異方性の導入を実現することができる。そして、高効率に液晶配向膜付基板を製造することができる。
【0154】
<工程[IV]>
工程[IV]は、基板の液晶配向膜が形成された側が対向するように配置された2枚の工程[III]で得られた基板と、基板間に設けられた液晶層と、基板と液晶層との間に設けられ本発明の液晶配向剤により形成された上記液晶配向膜とを有する液晶セルを具備する液晶表示素子を作製する工程である。このような本発明の液晶表示素子としては、ツイストネマティック(TN:Twisted Nematic)方式、垂直配向(VA:Vertical Alignment)方式や、水平配向(IPS:In-Plane Switching)方式、OCB配向(OCB:Optically Compensated Bend)等、種々のものが挙げられる。
【0155】
液晶セル又は液晶表示素子の作製の一例を挙げるならば、上述の第1及び第2の基板を用意し、片方の基板の液晶配向膜上にスペーサを散布し、液晶配向膜面が内側になるようにして、紫外線露光方向が互いに直交するようにもう片方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法、または、スペーサを散布した液晶配向膜面に液晶を滴下した後に、基板を貼り合わせて封止を行う方法、等を例示することができる。このときのスペーサの径は、好ましくは1~30μm、より好ましくは2~10μmである。このスペーサ径が、液晶層を挟持する一対の基板間距離、すなわち、液晶層の厚みを決めることになる。
【0156】
得られた液晶表示素子は、さらに配向安定性のためにアニール処理をすることが好ましい。加熱温度は液晶の相転移温度である、好ましくは10~160℃、より好ましくは50~140℃であるのがよい。
【0157】
本発明の塗膜付基板の製造方法は、重合体組成物を基板上に塗布し塗膜を形成した後、偏光した紫外線を斜め方向から照射する。次いで、加熱を行うことにより側鎖型高分子膜への高効率な異方性の導入を実現し、液晶の配向制御能を備えた液晶配向膜付基板を製造する。
本発明に用いる塗膜では、側鎖の光反応と液晶性に基づく自己組織化によって誘起される分子再配向の原理を利用して、塗膜への高効率な異方性の導入を実現する。本発明の製造方法では、側鎖型高分子に光反応性基として光架橋性基を有する構造の場合、側鎖型高分子を用いて基板上に塗膜を形成した後、偏光した紫外線を照射し、次いで、加熱を行った後、液晶表示素子を作成する。
【0158】
したがって、本発明の方法に用いる塗膜は、塗膜への偏光した紫外線の照射と加熱処理を順次行うことにより、高効率に異方性が導入され、配向制御能に優れた液晶配向膜とすることができる。
【0159】
そして、本発明の方法に用いる塗膜では、塗膜への偏光した紫外線の照射量と照射方向、加熱処理における加熱温度を最適化する。それにより高効率な、塗膜への異方性の導入を実現することができる。
【0160】
本発明に用いられる塗膜への高効率な異方性の導入に最適な偏光紫外線の照射量は、その塗膜において感光性基が光異性化反応する量を最適にする偏光紫外線の照射量に対応する。本発明に用いられる塗膜に対して偏光した紫外線を照射した結果、光異性化反応する側鎖の感光性基が少ないと、十分な光反応量とならない。その場合、その後に加熱しても十分な自己組織化は進行しない。
【0161】
したがって、本発明に用いられる塗膜において、偏光紫外線の照射によって側鎖の感光性基が光異性化反応する最適な量は、その側鎖型高分子膜の有する感光性基の0.1~40モル%にすることが好ましく、0.1~20モル%にすることがより好ましい。光反応する側鎖の感光性基の量をこのような範囲にすることにより、その後の加熱処理での自己組織化が効率良く進み、膜中での高効率な異方性の形成が可能となる。
【0162】
本発明の方法に用いる塗膜では、偏光した紫外線の照射量の最適化により、側鎖型高分子膜の側鎖における、感光性基の光異性化反応の量を最適化する。そして、その後の加熱処理と併せて、高効率な、本発明に用いられる塗膜への異方性の導入を実現する。その場合、好適な偏光紫外線の量については、本発明に用いられる塗膜の紫外吸収の評価に基づいて行うことが可能である。
【0163】
すなわち、本発明に用いられる塗膜について、偏光紫外線照射後の、偏光した紫外線の偏光方向と平行な方向の紫外線吸収と、垂直な方向の紫外線吸収とをそれぞれ測定する。紫外吸収の測定結果から、その塗膜における、偏光した紫外線の偏光方向と平行な方向の紫外線吸光度と垂直な方向の紫外線吸光度との差であるΔAを評価する。そして、本発明に用いられる塗膜において実現されるΔAの最大値(ΔAmax)とそれを実現する偏光紫外線の照射量を求める。本発明の製造方法では、このΔAmaxを実現する偏光紫外線照射量を基準として、液晶配向膜の製造において照射する、好ましい量の偏光した紫外線量を決めることができる。
【0164】
本発明の製造方法では、本発明に用いられる塗膜への偏光した紫外線の照射量を、ΔAmaxを実現する偏光紫外線の量の1~70%の範囲内とすることが好ましく、1~50%の範囲内とすることがより好ましい。本発明に用いられる塗膜において、ΔAmaxを実現する偏光紫外線の量の1~50%の範囲内の偏光紫外線の照射量は、その側鎖型高分子膜の有する感光性基全体の0.1~20モル%を光架橋反応させる偏光紫外線の量に相当する。
【0165】
以上より、本発明の製造方法では、塗膜への高効率な異方性の導入を実現するため、その側鎖型高分子の液晶温度範囲を基準として、上述したような好適な加熱温度を定めるのがよい。したがって、例えば、本発明に用いられる側鎖型高分子の液晶温度範囲が100~200℃である場合、偏光紫外線照射後の加熱の温度を90~190℃とすることが望ましい。こうすることにより、本発明に用いられる塗膜において、より大きな異方性が付与されることになる。こうすることにより、本発明によって提供される液晶表示素子は光や熱などの外部ストレスに対して高い信頼性を示すことになる。
【0166】
以上のようにして、本発明の方法によって製造された液晶表示素子用基板又は該基板を有する液晶表示素子は、信頼性や配向安定性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に利用できる。
以下、実施例を用いて本発明を説明するが、本発明は、該実施例に限定されるものではない。
【実施例
【0167】
実施例で使用する略号は以下のとおりである。
<メタクリルモノマー>
【0168】
【化21】
【0169】
MA-1は特許文献(WO2011-084546)に記載の合成法にて合成した。
MA-2は特許文献(特開平9-118717)に記載の合成法にて合成した。
MA-3及びMA-4は特許文献(WO2011-125876)に記載の合成法にて合成した。
MA-6は国際特許出願公開WO2014/054785号パンフレットに記載の合成法にて合成した。
MA-7は非特許文献(Macromolecules 2007, 40, 6355-6360)に記載の合成法にて合成した。
MA-8は非特許文献(Macromolecules 2002, 35, 706-713)に記載の合成法にて合成した。
MA-10は特許文献(特開平9-118717)に記載の合成法にて合成した。
MA-11は特許文献(WO2017-018501)に記載の合成法にて合成した。
MA-12は東京化成工業株式会社より購入して使用した。
MA-13は東京化成工業株式会社より購入して使用した。
【0170】
<有機溶媒>
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
THF:テトラヒドロフラン
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
PhMe:トルエン
EtOH:エタノール
【0171】
<重合開始剤>
AIBN:2,2’-アゾビスイソブチロニトリル
【0172】
HNMRの測定>
装置:フーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT-NMR)「AVANCE III」(BRUKER製)500MHz。
溶媒:重水素化クロロホルム(CDCl)又は重水素化N,N-ジメチルスルホキシド([D]-DMSO)。
標準物質:テトラメチルシラン(TMS)。
【0173】
<メタクリル化合物>
MA-5は、文献等未公開の新規化合物であり、以下のモノマー合成例1でその合成法を詳述する。
【0174】
<モノマー合成例1:[MA-5]の合成>
【0175】
【化22】
【0176】
1L四つ口フラスコに4-ヒドロキシ-4’-ヨードビフェニル(25.2g:85mmol)、1-ブロモプロパン(12.6g:102mmol)、炭酸カリウム(17.6g:128mmol)、DMF(250g)を仕込み、80℃で撹拌した。反応終了後、反応液を純水(1500g)に注ぎ、析出物を濾別した。得られた粗物に酢酸エチル(30g)、ヘキサン(20g)加え、室温でリパルプ洗浄することで、[MA-5-1]を21.8g得た。
【0177】
1L四つ口フラスコに[MA-5-1](21.8g:64mmol)、2-プロピン-1-オール(5.0g:90mmol)、トリエチルアミン(13.0g:129mmol)、THF(220g)を仕込み、窒素置換後、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(4.5g:6mmol)、ヨウ化銅(I)(1.2g:6mmol)を加え、室温で撹拌した。反応終了後、沈殿物を濾過し、濾液を濃縮した。得られた残渣に酢酸エチル(400g)を加え、有機層を1規定-塩酸水溶液(500g)、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500g)、純水(500g)で洗浄後、濃縮した。得られた粗物を酢酸エチル/ヘキサン(体積比1:3)溶液を用いて、シリカゲルによる原点カットを行ったのち、さらに、得られた粗物にヘキサン(700g)を加え、室温でリパルプ洗浄することで、[MA-5-2]を13.6g得た。
【0178】
300mL四つ口フラスコに[MA-5-2](13.6g:51mmol)、THF(100g)、EtOH(100g)を仕込み、窒素置換後、5% Pd/Cを加え、水素置換して室温で撹拌した。反応終了後、反応液をメンブレンフィルターで濾過することで、Pd/Cを除去した。得られた粗物を酢酸エチル/ヘキサン(体積比1:10)溶液を用いて、シリカゲルによる原点カットを行い、さらに、得られた粗物にヘキサン(50g)を加え、室温でリパルプ洗浄することで、[MA-5-3]を5.6g得た。
【0179】
300mL四つ口フラスコに[MA-5-3](5.6g:21mmol)、メタクリル酸(2.2g:25mmol)、p-トルエンスルホン酸一水和物(0.6g:3mmol)、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(0.05g:0.2mmol)、PhMe(60g)を仕込み、ディーン・スターク装置を用いて、還流状態で撹拌した。反応終了後、反応液を酢酸エチル(200g)に注ぎ、10質量%炭酸カリウム水溶液(300g)、純水(300g)で洗浄後、濃縮した。得られた残渣を酢酸エチル/ヘキサン(体積比1:10)溶液を用いて、シリカゲルによる原点カットを行いさらに、得られた粗物にヘキサン(30g)を加え、室温でリパルプ洗浄することで、[MA-5](黄色固体)を2.9g得た。目的物の1H-NMRの結果を以下に示す。この結果から、得られた固体が、目的の[MA-5]であることを確認した。
1H NMR (500 MHz, [D6]-DMSO):δ7.51-7.56 (q,4H), 7.25-7.27 (d,2H), 6.98-7.00 (d,2H), 6.03 (s,1H), 5.67 (s,1H), 4.10-4.12 (t,2H), 3.94-3.97 (t,2H), 2.68-2.71 (m,2H), 1.94-1.99 (m,2H), 1.93 (s,3H), 1.71-1.78 (m,2H), 0.98-1.00 (t,3H)
【0180】
<合成例1: メタクリルポリマー>
MA-1(10g:30mmol)、MA-2(15g:50mmol)、MA-3(8g:20mmol)をNMP(227g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P1を得た。
【0181】
<合成例2: メタクリルポリマー>
MA-1(10g:30mmol)、MA-2(15g:50mmol)、MA-4(9g:20mmol)をNMP(233g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P2を得た。
【0182】
<合成例3: メタクリルポリマー>
MA-1(10g:30mmol)、MA-2(15g:50mmol)、MA-5(7g:20mmol)をNMP(219g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P3を得た。
【0183】
<合成例4: メタクリルポリマー>
MA-1(10g:30mmol)、MA-2(15g:50mmol)、MA-3(8g:20mmol)、MA-9(0.2g:1mmol)をNMP(229g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P4を得た。
【0184】
<合成例5: メタクリルポリマー>
MA-1(10g:30mmol)、MA-2(12g:40mmol)、MA-3(8g:20mmol)、MA-10(4g:10mmol)をNMP(230g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P5を得た。
【0185】
<合成例6: メタクリルポリマー>
MA-1(10g:30mmol)、MA-2(9g:30mmol)、MA-3(8g:20mmol)、MA-10(7g:20mmol)をNMP(232g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P6を得た。
【0186】
<合成例7: メタクリルポリマー>
MA-6(16g:30mmol)、MA-2(15g:50mmol)、MA-3(8g:20mmol)をNMP(265g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P7を得た。
【0187】
<合成例8: メタクリルポリマー>
MA-7(17g:30mmol)、MA-2(15g:50mmol)、MA-3(8g:20mmol)をNMP(275g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P7を得た。
【0188】
<合成例9: メタクリルポリマー>
MA-8(15g:30mmol)、MA-2(15g:50mmol)、MA-3(8g:20mmol)をNMP(263g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P9を得た。
【0189】
<合成例10: メタクリルポリマー>
MA-1(13g:40mmol)、MA-2(18g:60mmol)をNMP(217g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P10を得た。
【0190】
<合成例11: メタクリルポリマー>
MA-2(15g:50mmol)、MA-3(4g:10mmol)、MA-11(22g:50mmol)をNMP(280g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P11を得た。
【0191】
<合成例12: メタクリルポリマー>
MA-2(15g:50mmol)、MA-4(4g:10mmol)、MA-11(22g:50mmol)をNMP(282g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P12を得た。
【0192】
<合成例13: メタクリルポリマー>
MA-2(15g:50mmol)、MA-12(2g:10mmol)、MA-11(22g:50mmol)をNMP(265g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P13を得た。
【0193】
<合成例14: メタクリルポリマー>
MA-2(15g:50mmol)、MA-13(4g:15mmol)、MA-11(22g:50mmol)をNMP(279g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.5g:3mmol)を加え再び脱気を行った。この後、60℃で6時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノール(2000mL)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末P14を得た。
【0194】
<液晶配向剤の作製:A1>
上記合成例1にて得られたメタクリレートポリマー粉末P1(0.9g)にNMP(8.1g)を加え、室温で1時間撹拌して溶解させた。この溶液に、BCS(6.0g)を加え、固形分濃度が6.0質量%のポリマー溶液(A1)を得た。このポリマー溶液は、そのまま液晶配向膜を形成するための液晶配向剤となる。
【0195】
表1に示す条件にて液晶配向剤A2~9、B1~5に関しても、液晶配向剤A1と同様の方法を用い液晶配向剤を作製した。
【0196】
【表1】
【0197】
<面内配向度(In-plane order parameter)測定用基板の作成>
上記で得られた液晶配向剤を用いて下記に示すような手順で光反応率測定用基板の作製を行った。基板は、40mm×40mmの大きさで、厚さが1.0mmの石英基板を用いた。液晶配向剤A1をフィルター孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、石英基板上にスピンコートし、70℃のホットプレート上で90秒間乾燥後、膜厚100nmの液晶配向膜を形成した。
【0198】
(実施例1)
塗膜面を45°傾けて、偏光板を介してS波の313nmの紫外線を40mJ/cm照射した後に、130℃のホットプレートで20分間加熱し、光反応済みの液晶配向膜付き基板を得た。
【0199】
表2に示す条件にて実施例2~9、比較例1~5に関しても、実施例1と同様の方法を用いて面内配向度測定用基板を作成した。
【0200】
<面内配向度の測定>
上記で作製した液晶配向膜付き基板を用い、液晶配向膜の光学的異方性を測定するために、偏光の吸光度から面内配向度であるSを下式より算出した。算出値は照射量範囲内で最も高い値を用いた。
なお、吸光度の測定には、島津製作所製の紫外線可視近赤外分析光度計U-3100PCを使用した。
【0201】
【数1】
【0202】
ここで、Aparaは、照射した偏光UV方向に対して平行方向の吸光度、Aperは、照射した偏光UV方向に対して垂直方向の吸光度を表す。Alargeは、平行方向と垂直方向の吸光度を比較して値が大きい方の吸光度、Asmallは、平行方向と垂直方向の吸光度を比較して値が小さい方の吸光度を表す。面内配向度の絶対値が、1に近い程より一様な配向状態となっていることを示している。
【0203】
【表2】
【0204】
表2に示す通り、実施例1~9の液晶配向剤を用いた場合はいずれも偏光UV方向に対して垂直方向の配向度が高いことが分かる。比較例2~5の液晶配向剤を用いた場合は偏光UV方向に対して平行方向の配向度が高い。これは感光性基の光反応が異性化に由来するか、二量化に由来するかによるものである。
【0205】
<液晶セルの作製>
液晶配向剤(A1)を0.45μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、70℃のホットプレート上で90秒間乾燥後、膜厚100nmの液晶配向膜を形成した。
【0206】
(実施例10)
塗膜面を45°傾けて、偏光板を介しS波の313nmの紫外線を基板40mJ/cm照射した後に130℃のホットプレートで20分間加熱し、液晶配向膜付き基板を得た。このような液晶配向膜付き基板を2枚用意し、一方の基板の液晶配向膜面に4μmのスペーサを設置した後、2枚の基板の配向方向が平行になるようにして組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし、セルギャップが4μmの空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-3018(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、アンチパラレル液晶セルを得た。
【0207】
表3に示す条件にて実施例11~18、及び比較例6~10に関しても、実施例10と同様の方法を用いて液晶セルを作成した。
【0208】
(比較例11)
塗膜面を40°傾けて、偏光板を介しP波の313nmの紫外線を基板80mJ/cm照射した後に210℃のホットプレートで20分間加熱し、液晶配向膜付き基板を得た。このような液晶配向膜付き基板を2枚用意し、一方の基板の液晶配向膜面に4μmのスペーサを設置した後、2枚の基板の配向方向が平行になるようにして組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし、セルギャップが4μmの空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-3018(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、アンチパラレル液晶セルを得た。
【0209】
表3に示す条件にて比較例12~14に関しても、比較例11と同様の方法を用いて液晶セルを作成した。
【0210】
(プレチルト角)
上記で得られた液晶表示素子に、温度120℃で30分間加熱の等方相処理を行った後、液晶セルのプレチルト角の測定は、Axometrics社製のAxoScanを用いて、ミューラーマトリックス法により測定した。評価結果を表3に示す。
【0211】
(配向安定性の評価)
液晶セルを25℃環境下、336時間の間バックライトを照射し、ストレス前後のプレチルト角の測定を実施した。測定結果は下記の式に基づき計算し、評価した。評価結果を表3に示す。
【0212】
【数2】
【0213】
【表3】
【0214】
表3に示す通り、実施例10~18の液晶配向剤を用いた場合はいずれもツイストネマティックモードやOCBに好適な液晶プレチルト角を得ることが可能であった。またストレス後の配向安定性も高い。これは、面内配向を誘起する部位と、面外配向を誘起する部位とを、それぞれ別の側鎖に有する重合体を用いていること、すなわち、面内配向性とプレチルト角形成を機能分離していることに由来していると考察される。