JP2019206677A - 重合性液晶化合物、組成物およびその重合体 - Google Patents

重合性液晶化合物、組成物およびその重合体 Download PDF

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大輔 大槻
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Abstract

【課題】波長分散特性の制御が可能で低波長分散特性や逆波長分散特性を示す光学異方性フィルム製造用重合性液晶化合物。【解決手段】式(1)で表される重合性液晶化合物を30重量%以上含む重合性液晶組成物。式(1)中、A1は独立して、1,4−フェニレンなどであり;Z1は独立して、単結合、−OCH2−などであり;mは独立して、0〜3の整数であり;すくなくとも1つのmは1以上であり;Ar1は芳香環などであり;Ar1の炭素数は18以下であり;R1は独立して、水素などまたは式(2)で表される基である。【選択図】なし

Description

本発明は、重合性液晶化合物、該化合物を含む重合性液晶組成物、およびこの組成物から得られる重合体、光学異方性フィルムおよびそれらの用途に関する。
近年、重合性基を持つ液晶化合物が、反射型偏光板、位相差板などの複屈折性(光学異方性)を示す光学異方性フィルムに活用されている。この化合物を液晶状態で配向させ、重合させると、液晶の配向が固定できる。配向として、ホモジニアス(水平配向)、チルト(傾斜配向)、ホメオトロピック(垂直配向)およびツイスト(ねじれ配向)等がある。
重合性液晶化合物を用いて得られる位相差板は、従来用いられていた延伸フィルムの位相差板と比較し、大きな複屈折を示すことから薄膜化が可能である。重合性液晶化合物を用いて得られる位相差板は、基材に直接塗布することが可能であるため接着層が不要である。重合性液晶化合物を用いて得られる位相差板は、強固なネットワークを構築できるため外部環境に対する特性の変化率が小さいなどの優れた特性を有する。液晶の配向制御により3次元屈折率を容易に制御することが可能であるため、重合性液晶化合物を用いて得られる位相差板は、成形性も優れる。
ホモジニアス配向を有する光学異方性フィルムは、例えば、1/2波長板、1/4波長板、または他の光学機能を有するフィルムと組み合わせることで、複合位相差板、円偏光板として使用することができる。
ホメオトロピック配向を有する光学異方性フィルムは、光軸の方向がnz方向にあり、光軸方向の屈折率がその直交する方向の屈折率より大きいため、屈折率楕円体では、ポジティブC−プレートに分類される。このポジティブC−プレートは、他の光学機能を有するフィルムと組み合わせることによって、水平配向した液晶モードいわゆるIPS(In-Plane Switching)モード等の光学補償、例えば偏光板の視野角特性の改善に応用できる。
光学異方性フィルムに必要な光学的特性は、用途や目的によって異なるので、多様な重合性液晶化合物が開発されている。また、単独では前記の異方性や配向特性の制御が困難であることが多いため、種々の化合物を混合した、重合性液晶組成物が利用される。
このような重合性液晶組成物は塗布性を調節する目的などで有機溶剤へ溶解させ、インクとして使用する。重合性液晶組成物を使用して光学異方性を有するフィルムを製造するには、重合性液晶化合物、光重合開始剤、界面活性剤などを有機溶剤に溶解させて溶液粘度、レベリング性などを調整したインキを調製する。このインキを基材に塗布し、溶剤を乾燥させ、重合性液晶組成物を基材上に配向させる。この際、配向処理を施した基材を使用すると均一な配向状態が得られやすい。次に、紫外線を照射して重合させ、配向状態を固定化する。通常、溶剤を乾燥除去してから重合するまでのプロセスは室温下で行われ、この間は結晶などが析出することなく均一な液晶状態を保たねばならないため、重合性液晶化合物には、他の化合物との良好な相溶性や有機溶剤への高い溶解性が必要となる。重合性液晶組成物は、溶剤除去後に室温付近にて、長時間液晶相を維持することが求められる。
加えて、該重合性液晶組成物から得られる重合体は、高い透明性、機械的強度、基材への密着性、収縮性の低さ、耐熱性、耐薬品性などの特性も求められる。
棒状分子より形成された光学異方性層において、通常、異方性分子の2つの屈折率ne(neは、分子長軸に平行な方向における異常屈折率である。)とno(noは、分子長軸に垂直な方向における通常屈折率)は波長が大きくなるに従って、小さくなる。この時noよりneの方が、波長に対する屈折率変化が大きい事から、複屈折率(Δn=ne−no)は波長が大きくなるに伴い、小さくなる。そこでこのような光学異方層では、中心波長から遠くなるほど位相差のズレが生じ、適切な光学補償が出来ない。この問題を防ぐためには、波長が大きくなるに伴い複屈折率が大きくなる、逆波長分散特性を持つ材料が求められている。また他の光学部材などの特性に合わせ、最適な光学補償を行うため、波長分散特性を容易に制御出来る材料が求められている。
近年、有機ELディスプレイ(OLED)において、外光反射を防止する目的として、視認側に1/4波長板と偏光子からなる円偏光板を用いることが知られている。このような用途においても、視領域の全波長に対して効果的な反射防止性能を発揮させるため、逆波長分散特性を有する材料が求められている(特許文献1〜6)。
特許文献1に記載の化合物は複屈折率が低いため、当該化合物を含む光学異方性層は、所望の位相差を得るためには膜厚を厚くする必要がある。また当該光学異方性層は、アスペクト比が小さいため当該光学異方性層の配向均一性を制御しにくい。合成ルートが長いため、当該化合物は、製造が難しい。これらの問題が懸念されている。特許文献2〜5に記載の化合物は液晶相の温度範囲および透明点が高いため、温度をかけながら紫外線を照射して重合するなどの煩雑な工程が必要となる。また、特許文献1〜5に記載の化合物は総じて有機溶剤に対する溶解性が低く、また室温下での液晶相保持時間が短いことにより製造マージンが狭い。このような問題も改善が求められている。加えて、熱や光等の環境に強い、いわゆる耐候性の高い材料が求められている。さらに特許文献6に関しては、化合物を羅列しているが、良好な液晶性や逆波長分散特性を与えるような化合物情報の開示が無い。
特表2010−522893号公報 特開2009−179563号公報 国際公開第2012/060011号 特開2005−289980号公報 特開2010−31223号公報 国際公開第2016/104317号
本発明は、有機溶剤への溶解性が高く、室温下での液晶相保持時間が長いことにより、取り扱いが容易で、煩雑な工程を必要とせずに、波長分散特性の制御が可能で、低波長分散特性や逆波長分散特性を示す光学異方性フィルムを簡便に製造することができる重合性液晶化合物を提供することを目的とする。
発明者らは鋭意検討を重ねた結果、特定の重合性液晶化合物が、当該目的を解決する事を見出し、発明を完成させた。
本発明の第1の態様は、重合性液晶成分として、式(1)で表される化合物を、重合性液晶成分の総量に対して、30重量%以上含む組成物である。
Figure 2019206677
式(1)中、
は独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイルまたはナフタレン−2,6−ジイルであり、この1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルにおいて、すくなくとも1つの水素は、フッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく;
は独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−OCHCHO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、−OCOCHO−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH−、−CCH=N−、−N=N−、または−C≡C−であり;
mは独立して、0〜3の整数であり;
すくなくとも1つのmは、1以上であり;
Arは芳香環であり、この芳香環は、水素がアルキル、シアノまたはニトロで置換されていてもよく、アルキルの−CH−は、−O−、−S−、−CO−または−NH−で置換されていてもよく、アルキル基の−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−または−N=CH−で置換されていてもよく、アルキル基の水素は、シアノまたはニトロで置換されていてもよく;
Arの炭素数は、18以下であり;
は独立して、水素、フッ素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数1〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルキルエステル、または式(2)で表される基であり、
すくなくとも1つのRは式(2)で表される基であり;
Figure 2019206677
式(2)中、
は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり;
は、単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、すくなくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
PGは、式(PG−1)〜式(PG−9)のいずれか1つで表される基であり
Figure 2019206677
(式(PG−1)〜式(PG−9)中、
PGは独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。)
本発明の第2の態様は、式(1)におけるAr−NH−のNが、
Arの環を構成する=N−又は
Arの環上のシアノ基、またはニトロ基と共役している第1の態様の重合性液晶組成物である。
本発明の第3の態様は、式(2)におけるPGが式(PG−1)で表される基であり、かつRPGが水素またはメチルである第2の態様の重合性液晶組成物である。
本発明の第4の態様は、式(1)において、
が独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、または1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレンであり、この1,4−フェニレンにおいて、すくなくとも1つの水素はフッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく;
が独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−OCHCHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、または−OCOCHO−であり;
が独立して、式(2)で表される基である第3の態様の重合性液晶組成物である。
本発明の第5の態様は、式(1)で表される化合物が、式(1−1)から(1−6)のいずれか1つで表される化合物である第4の態様の重合性液晶組成物である。
Figure 2019206677
式(1−1)から式(1−6)中、
は独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、この1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルにおいて、すくなくとも1つの水素は、フッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく;
は、独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−OCHCHO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、−OCOCHO−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH−、−CCH=N−、−N=N−、または−C≡C−であり;
Arは芳香環からなる基であり、この芳香環は、少なくとも1つの水素がアルキルで置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−NH−で置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−、または−N=CH−で置き換えられてもよく;
Arの炭素数は、18以下であり;
m1は独立して0〜2の整数であり;
m2は0または1であり;
は独立して、水素、フッ素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数1〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルキルエステル、または式(2)で表される基であり、
すくなくとも1つのRは式(2)で表される基であり;
Figure 2019206677
式(2)中、
は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり;
は、単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいてすくなくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
PGは、式(PG−1)〜式(PG−9)のいずれか1つで表される基であり:
Figure 2019206677

式(PG−1)〜式(PG−9)中、
PGは独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。
本発明の第6の態様は、第1から5の態様の重合性液晶組成物が硬化した光学異方性フィルムである。
本発明の第7の態様は、{波長450nmの光に対する複屈折率}/{波長550nmの光に対する複屈折率}≦1.05、かつ、{波長650nmの光に対する複屈折率}/{波長550nmの光に対する複屈折率}≧0.97である、第6または7の態様の光学異方性フィルムである。
本発明の第8の態様は、第6〜8のいずれかの態様の光学異方性フィルムを備える偏光板。
本発明の第9の態様は、第6〜8のいずれかの態様の光学異方性フィルムを備える表示素子である。
本発明の第10の態様は、第8の態様の偏光板を備える表示素子。
本発明の第11の態様は、
(i)基材に対する、第1から5の態様の重合性液晶組成物の塗布と、
(ii)加熱処理と、
(iii)光を照射による重合性液晶組成物の硬化と
を含む、光学異方性フィルムの製造方法である。
本発明の第12の態様は、
式(1−1−a)で表される化合物である。
Figure 2019206677
式(1−1−a)中、
は独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、この1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルにおいて、すくなくとも1つの水素は、フッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく:
は独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−OCHCHO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、−OCOCHO−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH−、−CCH=N−、−N=N−、または−C≡C−であり、
Arは、芳香環からなる基であり、この芳香環は、少なくとも1つの水素がアルキルで置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−は、−O−、−S−、−CO−または−NH−で置換されていてもよく、このアルキルの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−、または−N=CH−で置き換えられてもよく、
Arの炭素数は18以下であり;
m3は独立して、0または1であり:
は独立して、水素、フッ素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数1〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルキルエステル、または式(2)で表される基であり、
すくなくとも1つのRは式(2)で表される基であり;
Figure 2019206677

式(2)中、
は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり;
は、単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、すくなくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
PGは、式(PG−1)〜式(PG−9)のいずれか1つで表される基であり;
Figure 2019206677

式(PG−1)〜式(PG−9)中、
PGは独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。
本発明の第13の態様は、式(1−1−a)中、
Arが、1,3,5−トリアジニルであって、
このトリアジニルの少なくとも1つの水素が、アルキルで置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−NH−で置換されていてもよく、このアルキルの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−、または−N=CH−で置き換えられてもよい第12の態様の化合物である。
本発明の第1から5の態様の組成物を含む原料から作成した光学異方性フィルムは、波長分散特性の制御が可能で、容易に製造することができる。
本発明の第6から7の態様のフィルムは、波長分散特性の制御が可能で、低波長分散特性や逆波長分散特性を示しつつ、容易に製造することができる。
本発明の第8の態様の偏光板は、波長分散特性の制御が可能で、低波長分散特性や逆波長分散特性を示しつつ、容易に製造することができる。
本発明の第9から10の態様の表示素子は、位相差のズレに伴い、光が有色となる問題を、容易に解決する。
本発明の第12から13の態様の化合物を含む原料から作成した光学異方性フィルムは、波長分散特性の制御が可能で、容易に製造することができる。
本発明において「液晶性」は、液晶相を有する化合物または組成物を表す。液晶相はネマチック相(コレステリック相)やスメクチック相などがある。本発明では、ネマチック相を意味する。液晶下限温度は、液晶相を示す下限の温度のことであり、液晶相から結晶へ転移する温度のことである。
重合性は、光、熱、触媒などの手段により単量体が重合し、重合体を与える能力を意味する。液晶化合物において、重合性基を有する液晶化合物を重合性液晶化合物と呼び、重合性液晶化合物は、液晶化合物に含まれる。
重合性化合物は、液晶性を示さない重合性基を有する化合物を意味する。
化合物が重合性基を1つ有する場合を、単官能性あるいは単官能化合物と呼ぶ。また、化合物が重合性基を複数有する場合、多官能性、あるいは重合性基の数に対応した呼称で呼ぶ。
本発明において、「液晶フィルム」とは、重合性液晶組成物を重合して得られる重合体である。
式(X)で表わされる化合物を、化合物(X)と表記することがある。ここで、「X」は、数字、文字、文字列などである。
本発明において、光学的異方性膜とは、光学素子に利用出来る膜を表す。光学的な分類として、「+Aプレート」、「+Cプレート」、および「−Cプレート」などがある。本発明においては、重合性液晶組成物を所定の方向に配向させ、固定化させた膜を言う。
本発明において、「Δn」は光学異方性膜の複屈折率である。
本発明において、「Δn(X)」とは波長XnmにおけるΔnである。ここで、「X」は、数値である。
本発明において、「Re」とは、レターデーションであり、常光に対する異常光の位相の遅れのことである。液晶重合膜の厚みをdとすると、Re=Δn・dを満たす。
本発明において「Re」とは、波長Xnmの光を、光学的異方性膜面に対して垂直に入射した時のレターデーションである。ここで、Xは、数値である。
本発明において、「Re450/550」は、Re450/Re550の計算値である。
本発明において、「Re650/550」は、Re650/Re550の計算値である。
本発明において、「波長分散特性」とは、光の波長Xnmに対するΔn(X)の依存性である。
本発明において、「低波長分散」とは、光の波長Xnmに対する、Δn(X)の依存性が小さいことを意味する。
本発明において、「逆波長分散」とは、光の波長が大きくなるに従ってΔnが大きくなることを意味する。
化合物の構造を説明する際に用いる用語「少なくとも一つの」は、位置だけでなく個数についても少なくとも一つであることを意味する。例えば、「少なくとも一つのAはB、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現は、少なくとも一つのAがBで置き換えられる場合、少なくとも一つのAがCで置き換えられる場合および少なくとも一つのAがDで置き換えられる場合に加えて、複数のAがB〜Dの少なくとも2つで置き換えられる場合をも含むことを意味する。但し、少なくとも一つの−CH−が−O−で置き換えられてもよいとする定義には、結果として結合基−O−O−が生じるような置き換えは含まれない。また、少なくとも一つの−CH−が−O−で置き換えられる場合、炭素数が記載の範囲を越えることはない。
例えば、式(2)におけるQ1は炭素数1〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−などで置き換えられてもよいが、−O−などでの置き換えを含むアルキレンの炭素数は、この場合20を超えない。このルールは、他の定義についても適用する。
化学式として、下記に示す内容の記載があった場合には、AからBへの直線は結合を意味しており、環Aにおける水素が基Bで置き換えられていて、その位置は任意であることを意味している。Xは置き換えられる基Bの数を示している。Xが0の場合は、Bは存在しない、換言すると置き換えられていないことを示す。
Figure 2019206677
また、化学式として、下記Cに示すような基の記載があった場合には、波線部が基としての結合位置であることを意味するものとする。
Figure 2019206677
≪重合性液晶化合物≫
本発明の第1から5の態様である重合性液晶組成物(以下、「本発明の重合性液晶組成物」と略す場合がある。)は、式(1)で表される重合性液晶化合物を少なくとも一つ含有することを特徴とする。本発明の重合性液晶組成物を利用することにより、Δn(450)/Δn(550)≦1.05かつΔn(650)/Δn(550)≧0.97の関係を満たす光学異方性フィルム、即ち、低波長分散特性や逆波長分散特性を示す光学異方性フィルムを製造することができる。
通常、液晶性化合物は、芳香環や脂環をコア骨格とし、アルキル等からなるフレキシブルな基がこれに結合した、棒状またはディスク状の分子形状を持つ。一方、本発明における式(1)で表される重合性液晶化合物は、棒状分子の短軸方向にNHを介して芳香環が伸びた形のコア骨格を有する。
式(1)で表される重合性液晶化合物を含有することにより、低波長分散特性や逆波長分散特性を示す光学異方性フィルムが得られるメカニズムは以下のように考察される。屈折率の波長分散特性は、Lorentz−Lorenzの式で表されているように、物質の吸収波形と密接な関係にある。物質の光吸収の極大が生じる領域では、長波長側から短波長側へ向かい吸収波長に近づくにつれて(波長が短くなるに従い)、屈折率が急激に増大する異常分散領域が存在する。つまり、側方部に剛直で共役系を伸張させる置換基を導入することによって、短軸方向の吸収を長波長領域に拡大することができ、これに伴いno(通常屈折率)の波長に対する屈折率変化率を大きくすることができる。また、長軸方向にシクロヘキサン環などを導入することで長軸方向の吸収を短波長化させることができ、ne(異常屈折率)の波長に対する屈折率変化率を小さくすることができる。この2つの効果により、複屈折率の波長分散特性を制御することができると考えられる。
本発明の重合性液晶組成物は、(I)室温付近で良好な液晶相を示す、(II)有機溶剤に対する良好な溶解性を示す、(III)溶剤を除去した後も室温下において長時間液晶相を維持することができる等の特性を持った組成物とすることができ、さらに得られたフィルムは、光学異方性、透明性、耐熱性、密着性、寸法安定性、および機械的強度等に優れるため、本発明の重合性液晶組成物は、光学異方性フィルムの製造に非常に適した材料である。
以下、式(1)で表される重合性液晶化合物を詳細に説明する。本発明の重合性液晶組成物において、式(1)で表される重合性液晶化合物は1種類に限られず、式(1)に該当する化合物を2種類以上含んでいてもよい。
Figure 2019206677
この式(1)中、A1はそれぞれ独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイルまたはナフタレン−2,6−ジイルである。Z1がそれぞれ独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、または、2−シクロへキセン−1,4−イレンである場合は、高い液晶性を有し、他の液晶性化合物および有機溶剤に対する良好な混和性を有し、かつ化合物を安価に製造することができる。より良好な波長分散特性を有するために、ArNHが置換している中央のベンゼン環に隣接するA1は、1,4−シクロへキシレンであることがより好ましい。より大きな複屈折率を有すために、A1は1,4−フェニレンであることがより好ましい。この1,4−フェニレンにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよい。高い液晶性を化合物に付与するためには、この1,4−フェニレンは無置換であることが好適である。
式(1)中、Z1は独立して単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−OCHCHO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、−OCOCHO−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=C(CH)−、−C(CH)=N−、−N=N−または−C≡C−である。Z1が独立して単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−OCHCHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、または−OCHCOO−、−OCOCHO−である場合は、高い液晶性を有し、かつ化合物を安価に製造することができる。また、Z1のうち少なくとも一つが−CH2CH2COO−、または−OCOCH2CH2−である場合は、他の液晶性化合物および有機溶剤に対する良好な混和性を有し、透明点を低下させることができ、さらに再結晶性を低下させることができる。
式(1)で表される重合性液晶化合物が高い液晶性を有し、他の液晶性化合物および有機溶剤に対する良好な混和性を有するためには、mは独立して0〜3の整数である。ただし、mのうち少なくとも一つは0ではない。また、mが2である場合は、液晶性と有機溶剤に対する混和性のバランスに優れる。
式(1)で表される重合性液晶化合物の波長分散特性が良好なため、Arは炭素数18までの芳香環が好ましい。ここで、芳香環は置換基を有してもよく、または環構造が縮環していてもよい。
液晶性や波長分散特性の観点から、Arとして以下の式(Ar1−1)から式(Ar1−19)の基を選択する事が好ましい。製造が容易な事から、以下の式(Ar1−8)から式(Ar1−19)の基を選択する事がより好ましい。
Figure 2019206677
式(Ar1−1)から式(Ar1−19)の基は、液晶性や逆波長分散性を向上させるため、芳香環上のHが有機基で置換されていても良い。置換基としては、例えばF、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルコキシ、カルボニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、ニトロ、シアノ、フルオロアルキル、アルキルアミノ、アルカノイル、アルキルスルフィド、または芳香環などを挙げることができる。
このような置換基の中でも、逆波長分散性を向上させるためには、アルケニル、アルコキシ、カルボニル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、ニトロ、シアノ、アルキルアミノ、アルカノイル、アルキルスルフィド、または芳香環を選択する事が好ましく、ニトロ、シアノ、アルキルアミノ、アルキルスルフィド、または芳香環を選択する事が、さらに好ましい。
また化合物製造を容易にする観点からは、ニトロまたはシアノを選択し、かつ、式(1)におけるNと共役するように導入する事が好ましい。
Arの置換基として選択できる芳香環としては、式(T−1)〜式(T−9)に記載のいずれかの芳香環が、液晶性、有機溶剤への溶解性、および波長分散特性の向上のため、好ましい。
Figure 2019206677
(式(T−1)〜式(T−9)中、Xは−O−、−S−または−NR−であり、ここでRは水素、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルカノイルまたはフェニルであり、少なくとも一つの−CH=は-N=に置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、シアノ、トリフルオロメチル、トリフルオロアセチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルキルエステルまたは炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよい)
式(T−1)〜式(T−9)の置換基とArとは、直接または結合基を介して置換していても良い。このとき、液晶性、有機溶剤への溶解性、および波長分散特性の向上のため、単結合、−C≡C−、−O−、−NR10−、および−S−を選択する事が好ましい。ただし、R10は有機基を表す。
上記に記載した置換基は組み合わせて使用してもよい。
式(1)中、Rは独立して水素、フッ素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数1〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルキルエステルまたは式(2)で表される基であり、ただし、Rの少なくとも一つは式(2)で表される基である。
Figure 2019206677
式(2)中、Yは単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
は単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH−は−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−CH≡CH−で置き換えられてもよく、
PGは式(PG−1)〜式(PG−9)のいずれか1つで表される重合性基である。)
Figure 2019206677
(式(PG−1)〜式(PG−9)中、RPGはそれぞれ独立して水素、フッ素、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。)
式(2)中、式(PG−1)〜式(PG−9)で表される重合性基の選択は、フィルムの製造条件により、適切なものを選ぶことが出来る。光硬化でフィルムを作製する場合、アクリル基やメタクリル基等を含む式(PG−1)を選択する事が、高い硬化性、溶剤への溶解性、取扱いのしやすさなどの点から、好適である。
逆波長分散性を大きくするため、式(1)で表される化合物は、以下の式(1−1)から(1−6)が好ましく、製造の容易さの観点から、式(1−1)、(1−2)および(1−4)が、さらに好ましい。
Figure 2019206677
式(1−1)から式(1−6)中、A、Z、Ar、およびRの定義は、上記式(1)と同じであり、m1は独立して0〜2の整数であり、m2は0または1である。
重合性液晶組成物の相溶性を向上させ、フィルム成膜時の結晶化を防ぎ、および製造を容易にするため、重合性液晶組成に、下記の式(1−1−a)で表される化合物を含むことが好ましい。
Figure 2019206677
式(1−1−a)中、A、Z、Ar、およびRの定義は、上記式(1)と同じであり、m3はそれぞれ独立して0または1である。
式(1)で表される重合性液晶化合物の具体的な好ましい例は、式(1−1−1)から式(1−1−29)、式(1−2−1)から式(1−6−4)である。
ただし、以下に示すものに限定されるものではない。
Figure 2019206677
Figure 2019206677
Figure 2019206677
Figure 2019206677
Figure 2019206677
Figure 2019206677
式(1)で表される重合性液晶化合物は、公知の有機合成化学の手法を組み合わせることにより合成できる。出発物質に目的の末端基、環および結合基を導入する方法は、ホーベン−ワイル(Houben-Wyle, Methods of Organic Chemistry, Georg Thieme Verlag, Stuttgart)、オーガニック・シンセシーズ(Organic Syntheses, John Wily & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wily & Sons Inc.)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、および、新実験化学講座(丸善)等の成書に記載されている。
式(1)で表される化合物において、逆波長分散などの特性を与える2位がArNHで置換された1,4−フェニレン骨格(以下、「コア骨格」という。)は、例えば以下の式のように合成してもよい
手順(1)2,5−ジメトキシアニリンと芳香族ハライドとを、塩基存在下で反応させ、式(1−A)の化合物を得、
手順(2):式(1−A)の化合物をBBr3などの試薬で脱メチル化し、式(1−B)の化合物を得る。
Figure 2019206677
(ただし、Arの定義は、式(1)のAr上記と同じであり、XはCl、Br、またはIである。)
化合物の収率の観点から、2,5−ジメトキシアニリンから式(1−A)の化合物への合成は、銅触媒、Pd等の触媒を用いてもよい。当該合成方法は、Angew.Chem.Int.Ed.,56,16136(2017).などに、記載されている。
高価な触媒を用いずとも、収率よく当該合成法が利用できるため、式(1)の−N<が、Arの環を構成する=N−又はAr上にあるシアノ基、ニトロ基と共役している場合が好ましい。高価な触媒を用いずとも、収率よく当該合成法が利用できるため、式(1)の−N<が、隣接する複数の原子と共役構造を有する、化合物Ar−Xが、好ましい。
式(1)の化合物中の1,4−シクロへキシレン基は、4−ヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸を用いて、導入できる。
以下の化学反応式が、4−ヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸による合成例である。
Figure 2019206677

ここで、当該式においてrは2〜20の整数である。
本発明において、「チルト角」とは、液晶分子の配向方向と基材の面の間の角度である。
本発明において、「ホモジニアス配向」とは、チルト角が0度から5度の配向である。
本発明において、「ホメオトロピック配向」とは、チルト角が、85度から90度の配向である。
本発明において、「チルト配向」とは、液晶分子の長軸の配向方向が、液晶分子が基材から離れるにしたがって、基材に対して平行から垂直に立ちあがっている状態を指す。
本発明において、「ツイスト配向」とは、液晶分子の長軸方向の配向方向が基材に対して平行ではあり、かつ、基材から離れるにしたがって、基材表面の垂線を軸として、階段状にねじれている状態をいう。
≪重合性液晶組成物≫ 本発明の重合性液晶組成物は、式(1)で表される重合性液晶化合物を少なくとも1つ含有する。本発明の重合性液晶組成物は、0℃〜120℃の範囲ででネマチック相やスメクチック相の液晶相を呈する。
本発明の重合性液晶組成物を、ラビング処理等の配向処理がなされているプラスチック基材上やプラスチックの薄膜で表面が被覆された基材上に塗工して製膜する場合、重合性液晶組成物は、ホモジニアス配向やチルト配向となる。本発明の重合性液晶組成物は、後述する光学活性化合物を添加すると、ツイスト配向を呈する。本発明の重合性液晶組成物は、後述するカルド構造を有する化合物または末端に極性基を有する化合物の添加により、ホメオトロピック配向とすることができる。ここで、極性基は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、チオール基、スルホン酸基、エステル基、アミド基、またはアンモニウム基を例示できるが、これらに限定されない。
組成物の溶解性を維持し、Δnの波長分散の制御が容易なため、組成物中の、式(1)の化合物の総量の比率は、組成物全体の30重量%から100重量%が好ましい。
その他の液晶性化合物として、液晶性化合物のデータベースであるリクリスト(LiqCryst, LCI Publisher GmbH, Hamburg, Germany)に記載されている化合物から選択することができる。式(LC)で表される化合物が好ましい。
Figure 2019206677
式(LC)中、A2は独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、およびナフタレン−2,6−ジイルから選ばれるいずれかの二価基であり、該二価基において、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ヒドロキシ、ホルミル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく、;Z2は独立して単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、該アルキレンにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、該アルキレンにおいて少なくとも一つの水素はハロゲンで置き換えられてもよく;bは1〜5の整数であり;R3はそれぞれ独立して水素、フッ素、塩素、シアノ、ヒドロキシ、ホルミル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のアルコキシであり、該アルキルにおいて少なくとも一つの−CH2−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよい。
式(LC−1)から(LC−38)は、式(LC)で表される化合物の具体例である。
Figure 2019206677
Figure 2019206677
Figure 2019206677
重合性液晶組成物は、式(LC−1)から(LC−38)で表される化合物を含有する場合、重合性液晶組成物全量に対し、通常50重量%以下の含有量とすることが好ましい。
重合性液晶組成物は、公知の重合性液晶化合物を含んでもよい。その際、重合性液晶化合物は、記式(M1)、(M2)および(M3)で表される化合物が好ましい。
Figure 2019206677
式(M1)、(M2)および(M3)中、AMは独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルから選ばれるいずれかの二価基であり、該二価基において、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ヒドロキシ、ホルミル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく;ZMは独立して単結合、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−、−OCOO−、−CONH−、−NHCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CH2CH2COO−、−OCOCH2CH2−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=C(CH3)−、−C(CH3)=N−、−N=N−、−C≡C−または−C≡C−C≡C−であり;XMは水素、フッ素、塩素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数1〜20のアルコキシ、または炭素数1〜20のアルコキシカルボニルであり;qは1〜4の整数であり;cおよびdはそれぞれ0〜3の整数であり、かつ1≦c+d≦4を満たし;aは0〜20の整数であり;RMは水素またはメチルであり;YMは単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−である。
ここで、q、c、またはdが2以上である場合、このAMおよびZMはその繰り返し毎に異なっていてもよい。
低い波長分散特性を示し、良好な液晶性を示し、透明点の低さ、有機溶剤への溶解性の高さ、他の化合物との相溶性の高さ、容易かつ安価に化合物を製造できるなどの点で、式(M1)または(M2)において、AMが1,4−フェニレンまたは1,4−シクロへキシレンであるが、少なくとも一つは1,4−シクロへキシレンであり、ZMが単結合、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−CH2CH2COO−、または−OCOCH2CH2−で表される化合物がより好適である。
式(M1)で表される化合物は単官能重合性液晶化合物である。単官能重合性液晶化合物の組成を調整することによって、液晶組成物の液晶温度範囲、光学特性および配向性が制御できる。また、添加量を増やすことでチルト角が高くなる傾向にあり、ホメオトロピック配向を得やすくなる。式(M2)で表される化合物は2官能重合性液晶化合物である。これを多く含む組成物からなる重合体は三次元構造になるため、重合性基を1つのみ有する式(M1)で表される化合物と比較して硬い重合体となる。式(M3)で表される化合物は3官能重合性液晶化合物である。これを多く含む組成物からなる重合体はさらに強固なネットワークを形成することができるので、1つおよび2つの重合性基を有する化合物を多く含む重合体と比較してさらに硬い重合体となる。今後、式(M1)、(M2)および(M3)で表される化合物や、これらから派生する化合物の総称として式(M)と称することがある。
以下、式(M1−1)から(M1−24)で表される化合物は、式(M1)で表される化合物の例である。
Figure 2019206677
Figure 2019206677
式(M1−1)〜(M1−24)において、RMは独立して水素またはメチルであり、aは独立して1〜12の整数である。
式(M2−1)〜(M2−31)で表される化合物は、式(M2)で表される化合物の例をである。
Figure 2019206677
Figure 2019206677
Figure 2019206677
式(M2−1)〜(M2−31)において、RMは独立して水素またはメチルであり、aは独立して1〜12の整数である。
式(M3−1)〜(M3−10)で表される化合物は、式(M3)で表される化合物の例である。
Figure 2019206677
Figure 2019206677
式(M3−1)〜(M3−10)において、RMは独立して水素またはメチルであり、aはそれぞれ独立して1〜12の整数である。
重合性液晶組成物は、式(M)で表される化合物を含む場合、式(1)で表される本発明の重合性液晶化合物の少なくとも1種と、式(M)で表される化合物の少なくとも1種との、合計量100重量%に対し、式(1)で表される本発明の重合性液晶化合物の少なくとも1種を30〜99重量%含有することが好ましく、40〜99重量%含有することがさらに好ましい。重合性液晶組成物中の当該各成分の含有量が当該範囲にあると、室温付近で幅広い液晶相を有し、複屈折率の波長分散制御が容易で、良好な塗布性を有する重合性液晶組成物を得ることができる。
重合性液晶組成物は、さらに界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤としてはイオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤が挙げられる。重合性液晶組成物から形成される塗布膜の平滑性を向上させる効果や空気界面側のチルト配向を抑制する効果が高いことから、非イオン性界面活性剤を使用することがより好ましい。
その他の液晶化合物および/またはその他の重合性液晶化合物を含有するか否かにかかわらず、重合性液晶組成物中の界面活性剤は、式(1)で表される重合性液晶化合物に対して、0.01〜10重量%が好ましく、0.01〜0.5重量%がより好ましい。
イオン性界面活性剤は、チタネート系化合物、イミダゾリン、4級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、ポリエチレングリコールおよびそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキルリン酸塩、脂肪族または芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物、ラウリルアミドプロピルベタイン、ラウリルアミノ酢酸ベタイン、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩の化合物を例示できるが、これらに限定されない。
非イオン性界面活性剤は、シリコーン系、フッ素系、ビニル系、炭化水素系の化合物を例示できるが、これらに限定されない。
シリコーン系非イオン性界面活性剤は、未変性シリコーンあるいは変性シリコーンを主成分としたポリフローKL−400HF、ポリフローKL−401、ポリフローKL−402、ポリフローKL−403、ポリフローKL−404、BYK−300、BYK−302、BYK−306、BYK−307、BYK−310、BYK−315、BYK−320、BYK−322、BYK−323、BYK−325、BYK−330、BYK−331、BYK−333、BYK−337、BYK−341、BYK−342、BYK−344、BYK−345、BYK−346、BYK−347、BYK−348、BYK−349、BYK−370、BYK−371、BYK−375、BYK−377、BYK−378、BYK−3455、BYK−3500、BYK−3510、BYK−3530、BYK−3570、BYK−Silclean3720、およびTEGOFlow425を例示できるが、これらに限定されない。
フッ素系非イオン性界面活性剤は、BYK−340、フタージェント251、フタージェント212M、フタージェント215M、フタージェント250、フタージェント222F、フタージェント245F、フタージェント208G、フタージェント240G、フタージェント220P、フタージェント228P、フタージェントFTX−218、フタージェントDFX−18、フタージェント710FL、フタージェント710FM、フタージェント710FS、フタージェント730LM、メガファックF−251、メガファックF−410、メガファックF−430、メガファックF−444、メガファックF−477、メガファックF−551、メガファックF−553、メガファックF−554、メガファックF−556、メガファックF−557、メガファックF−558、メガファックF−559、メガファックF−562、メガファックF−563、メガファックF−565、メガファックF−570、メガファックR−40、メガファックR−41、メガファックR−43、またはメガファックR−94を例示できるが、これらに限定されない。
ビニル系非イオン性界面活性剤は、アクリル系ポリマーを主成分としたポリフローNo.7、ポリフローNo.50EHF、ポリフローNo.54N、ポリフローNo.75、ポリフローNo.77、ポリフローNo.85HF、ポリフローNo.90、ポリフローNo.95、ポリフローNo.99C、BYK−350、BYK−352、BYK−354、BYK−355、BYK−358N、BYK−361N、BYK−380N、BYK−381、BYK−392、BYK−399、BYK−Silclean3700、TEGOFlow300、TEGOFlow370、およびTEGOFlowZFS460を例示できるが、これらに限定されない。
また、界面活性剤は重合性液晶化合物と一体化させるために重合性基を有していてもよい。界面活性剤に導入される重合性基としては、UV反応型の官能基または熱重合性を有する官能基を例示できるが、これらに限定されない。重合性液晶化合物との反応性の観点から、当該重合性基は、UV反応型の官能基が好ましい。
UV反応型の非イオン性界面活性剤は、フタージェント601AD、フタージェント602A、フタージェント650A、メガファックRS−55、メガファックRS−56、メガファックRS−72−K、メガファックRS−75、メガファックRS−78、およびメガファックRS−90を例示できるが、これらに限定されない。
基材への塗れ性を最適化するには、湿潤剤として分類される界面活性剤を併用してもよい。湿潤剤は重合性液晶組成物の表面張力を低下させ、塗工基材への塗れ性を向上させる効果を有する。このような湿潤剤は、ポリフローシリーズ(KL−100、KL−700、LE−604、LE−605、LE−606)、TEGO Twinシリーズ(4000)、TEGO Wetシリーズ(KL245、250、260、265、270、280、500、505、510)を例示できるが、これらに限定されない。なお、湿潤剤の補助剤として、フッ化変性ポリマーやフッ素変性アクリルポリマーを主成分とした界面活性剤を適用してもよい。これに該当するものは、AFCONA社製の3000シリーズ(例えば、3277、3700、3770等)を例示できるが、これらに限定されない。
なお、ポリフローシリーズは共栄社化学(株)から販売されている。BYKシリーズはビックケミー・ジャパン(株)から販売されている。フタージェントシリーズは(株)ネオスから販売されている。メガファックシリーズはDIC(株)から販売されている。TEGOFlowシリーズはエボニック・ジャパン(株)から販売されている。
界面活性剤は、単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
その他の重合性化合物としては、ビニル誘導体、スチレン誘導体、(メタ)アクリル酸誘導体、オキシラン誘導体、オキセタン誘導体、ソルビン酸誘導体、フマル酸誘導体、イタコン酸誘導体などの化合物であって液晶性を有しないものが挙げられる。この液晶性を有しないその他の重合性化合物には、重合性基を1つ有する化合物、重合性基を2つ有する化合物および重合性基を3つ以上有する多官能化合物などがある。
その他の重合性化合物は、液晶相を維持できる限り添加してもよい。式(1)で表される重合性液晶化合物の重量、およびその他の液晶化合物やその他の重合性液晶化合物を含有する場合は式(1)で表される重合性液晶化合物との合計重量に対する重量比で0.5以下であることが好ましい。
重合性基を1つ有する化合物は、スチレン、核置換スチレン、アクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、ビニルスルホン酸、脂肪酸ビニル(酢酸ビニルなど)、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸など)、(メタ)アクリル酸のアルキルエステル、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステル、(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル((メタ)アクリル酸メトキシエチルエステル、(メタ)アクリル酸エトキシエチルエステル、(メタ)アクリル酸メトキシプロピルエステル、(メタ)アクリル酸メチルカルビルエステル、(メタ)アクリル酸エチルカルビルエステル、(メタ)アクリル酸ブチルカルビルエステルなど)、N−ビニルアセトアミド、p−t−ブチル安息香酸ビニル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル、2,2−ジメチルブタン酸ビニル、2,2−ジメチルペンタン酸ビニル、2−メチル−2−ブタン酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、2−エチル−2−メチルブタン酸ビニル、ジシクロペンタニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチルアシッドフォスフェート、2−メタクリロイロキシエチルアシッドフォスフェート、重合度1〜100のポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体等のポリアルキレレングリコ−ルのモノ(メタ)アクリル酸エステル又はジ(メタ)アクリル酸エステル、若しくは末端が炭素数1〜6のアルキル基によってキャップされた重合度1〜100のポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、およびエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体等のポリアルキレングリコ−ルのモノ(メタ)アクリル酸エステルを例示できるが、これらに限定されない。
重合性基を2つ有する化合物は、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ビスフェノールA EO付加ジアクリレート、ビスフェノールAグリシジルジアクリレート(ビスコート V#700)、ポリエチレングリコールジアクリレート、およびこれらの化合物のアクリレートをメタクリレートに置換した化合物を例示できるが、これらに限定されない。
重合性基を3つ以上有する化合物は、ペンタエリストールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールEO付加トリ(メタ)アクリレート、トリス(メタ)アクリロイルオキシエチルフォスフェート、トリス((メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ビスコート V#802(官能基数=8)、ビスコート V#1000(官能基数=平均14)を例示できるが、これらに限定されない。「ビスコート」は大阪有機化学株式会社の商品である。官能基が16以上のものはPerstorp Specialty Chemicalsが販売しているBoltorn H20(16官能)、Boltorn H30(32官能)、Boltorn H40(64官能)を原料にそれらをアクリル化することで得られる。
その他の重合性化合物は、カルド構造を有する重合性フルオレン誘導体やビスフェノール構造を有する重合性化合物を例示できるが、これらに限定されない。カルド構造を有する重合性フルオレン誘導体は、配向の制御や重合体の硬化度をさらに高める。そして、ビスフェノール構造を有する重合性化合物は、液晶組成物の被膜形成能や配向均一性の補助に適している。カルド構造を有する重合性フルオレン誘導体の例は式(α−1)〜(α−3)で示した。重合性ビスフェノール誘導体の例を式(N−1)〜(N−8)で示した。
Figure 2019206677
式(α−1)〜(α−3)において、Rαはそれぞれ独立して水素またはメチルであり、sはそれぞれ独立して0〜4の整数である。式中に2つ以上のsがあるとき、任意の2つのsは同一でもよく、異なっていてもよい。
Figure 2019206677
式(N−1)〜(N−8)において、RNはそれぞれ独立して水素またはメチルであり、tはそれぞれ独立して2〜12の整数である。式中に2つ以上のtがあるとき、任意の2つのtは同一でもよく、異なっていてもよい。
その他の重合性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してもよい。
重合速度を最適化するために、重合開始剤を重合性液晶組成物に添加してもよい。重合開始剤は、光ラジカル開始剤を例示できる。光ラジカル重合開始剤は、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(ダロキュアー1173)、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(イルガキュアー651)、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(イルガキュアー184)、イルガキュアー127、イルガキュアー500(イルガキュアー184とベンゾフェノンの混合物)、イルガキュアー2959、イルガキュアー907、イルガキュアー369、イルガキュアー379、イルガキュアー754、イルガキュアー1300、イルガキュアー819、イルガキュアー1700、イルガキュアー1800、イルガキュアー1850、イルガキュアー1870、ダロキュアー4265、ダロキュアーMBF、ダロキュアーTPO、イルガキュアー784、イルガキュアー754、イルガキュアーOXE01、イルガキュアーOXE02、アデカオプトマーN−1919、アデカクルーズNCI−831およびアデカクルーズNCI−930を例示できるが、これらに限定されない。ダロキュアシリーズおよびイルガキュアーシリーズはBASFジャパン(株)から販売されている。アデカオプトマーシリーズおよびアデカクルーズシリーズは(株)ADEKAから販売されている。
光ラジカル重合開始剤は、さらに、p−メトキシフェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)トリアジン、2−(p−ブトキシスチリル)−5−トリクロロメチル−1,3,4−オキサジアゾール、9−フェニルアクリジン、9,10−ベンズフェナジン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン混合物、ヘキサアリールビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール混合物、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、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、2,4−ジエチルキサントン/p−ジメチルアミノ安息香酸メチル混合物、ベンゾフェノン/メチルトリエタノールアミン混合物を例示できるが、これらに限定されない。
光ラジカル重合開始剤の好ましい添加量は、式(1)で表される重合性液晶化合物の重量に対して、またはその他の液晶化合物やその他の重合性液晶化合物を含有する場合は式(1)で表される重合性液晶化合物との合計重量に対する重量比で0.0001〜0.20である。この重量比のより好ましい範囲は0.001〜0.15である。さらに好ましい範囲は0.01〜0.15である。光ラジカル開始剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
また、これら光ラジカル重合開始剤に、増感剤を添加して使用してもよい。増感剤は、イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、エチル−4ジメチルアミノベンゾエート(ダロキュアーEDB)、2−エチルヘキシル−4−ジメチルアミノベンゾエート(ダロキュアーEHA)を例示できるが、これらに限定されない。これら増感剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
重合体の重合反応率や機械特性を制御する等のために、連鎖移動剤を重合性液晶組成物に添加してもよい。連鎖移動剤を用いることにより、得られる重合体の反応率や鎖長を制御してもよい。連鎖移動剤の量を増大させると、重合反応率が低下し、ポリマー鎖の長さは減少する。連鎖移動剤は、チオール化合物またはスチレンダイマーを例示できるが、これらに限定されない。これら連鎖移動剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
チオール系連鎖移動剤は、単官能性チオールおよび多官能性チオールを例示できるが、これらに限定されない。該単官能性チオールは、ドデカンチオール、3−メルカプトプロピオン 2−エチルへキシルを例示できるが、これらに限定されない。該多官能性チオールは、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン(カレンズMT BD1)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)(カレンズMT PE1)、および1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン(カレンズMT NR1)を例示できるが、これらに限定されない。カレンズシリーズは昭和電工株式会社から販売されている。
スチレンダイマー系連鎖移動剤は、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンおよび2,4−ジフェニル−1−ブテンを例示できるが、これらに限定されない。
重合性液晶組成物には、保存時の重合開始を防止するために重合防止剤を添加することができる。公知の重合防止剤を使用できる。重合防止剤は、2,5−ジ(t−ブチル)ヒドロキシトルエン(BHT)、ハイドロキノン、メチレンブルー、ジフェニルピクリン酸ヒドラジド(DPPH)、フェノチアジン、N,N−ジメチル−4−ニトロソアニリンなどのニトロソ化合物、o−ヒドロキシベンゾフェノン、および2H−1,3−ベンゾチアジン−2,4−(3H)ジオンなどのベンゾチアジン誘導体を例示できるが、これらに限定されない。
重合性液晶組成物の保存性を向上させるために、重合阻害剤を添加することもできる。重合性液晶組成物やその溶液内でラジカルが発生した場合は、重合性化合物の重合反応が促進される。これを防ぐ目的で重合阻害剤を添加することが好ましい。重合阻害剤は、フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン酸系酸化防止剤を例示できるが、これらに限定されない。
重合性液晶組成物の耐候性を更に向上させるために、紫外線吸収剤、光安定剤(ラジカル捕捉剤)および酸化防止剤等を添加してもよい。紫外線吸収剤は、チヌビンPS、チヌビンP、チヌビン99−2、チヌビン109、チヌビン213、チヌビン234、チヌビン326、チヌビン328、チヌビン329、チヌビン384−2、チヌビン571、チヌビン900、チヌビン928、チヌビン1130、チヌビン400、チヌビン405、チヌビン460、チヌビン479、チヌビン5236、アデカスタブLA−32、アデカスタブLA−34、アデカスタブLA−36、アデカスタブLA−31、アデカスタブ1413、およびアデカスタブLA−51を例示できるが、これらに限定されない。チヌビンシリーズはBASFジャパン(株)から販売されている。アデカスタブシリーズはADEKAから販売されている。これら紫外線吸収剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
光安定剤は、チヌビン111FDL、チヌビン123、チヌビン144、チヌビン152、チヌビン292、チヌビン622、チヌビン770、チヌビン765、チヌビン780、チヌビン905、チヌビン5100、チヌビン5050、5060、チヌビン5151、キマソーブ119FL、キマソーブ944FL、キマソーブ944LD、アデカスタブLA−52、アデカスタブLA−57、アデカスタブLA−62、アデカスタブLA−67、アデカスタブLA−63P、アデカスタブLA−68LD、アデカスタブLA−77、アデカスタブLA−82、アデカスタブLA−87、サイテック社製のサイアソーブUV−3346、およびグッドリッチ社のグッドライトUV−3034を例示できるが、これらに限定されない。キマソーブシリーズはBASFジャパン(株)から販売されている。これら光安定剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
酸化防止剤は、ADEKAのアデカスタブAO−20、AO−30、AO−40、AO−50、AO−60、AO−80、住友化学(株)から販売されているスミライザーBHT、スミライザーBBM−S、およびスミライザーGA−80、並びにBASFジャパン(株)から販売されているIrganox1076、Irganox1010、Irganox3114、およびIrganox245を例示できるが、これらに限定されない。これら酸化防止剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
基材との密着性を制御する等のために、シランカップリング剤を重合性液晶組成物に添加してもよい。シランカップリング剤は、ビニルトリアルコキシシシラン、3−イソシアネート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アルコキシシラン、N−(1,3-ジメチルブチリデン)−3−(トリアルコキシシリル)−1−プロパンアミン、3−グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、3−クロロトリアルコキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリアルコキシシランなどを例示できるが、これらに限定されない。また、アルコキシシランにおいて、アルコキシ基(3つ)のうちの1つをメチルに置き換えられたジアルコキシメチルシランも、シランカップリング剤として用い得る。これらシランカップリング剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
本発明の重合性液晶組成物は、塗布を容易にするために、溶剤を含有してもよい。溶剤は、エステル系溶剤、アミド系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、グリコールモノアルキルエーテル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、ハロゲン化芳香族炭化水素系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤、ハロゲン化脂肪族炭化水素系溶剤、脂環式炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、およびアセテート系溶剤を例示できるが、これらに限定されない。
エステル系溶剤は、酢酸アルキル(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチルなど)、トリフルオロ酢酸エチル、プロピオン酸アルキル(プロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチルなど)、酪酸アルキル(酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、酪酸プロピルなど)、マロン酸ジアルキル(マロン酸ジエチルなど)、グリコール酸アルキル(グリコール酸メチル、グリコール酸エチルなど)、乳酸アルキル(乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸イソプロピル、乳酸n-プロピル、乳酸ブチル、乳酸エチルヘキシルなど)、モノアセチン、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンを例示できるが、これらに限定されない。
アミド系溶剤は、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミドジメチルアセタール、N−メチルカプロラクタムおよびジメチルイミダゾリジノンを例示できるが、これらに限定されない。
アルコール系溶剤は、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、t−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、ブタノール、2−エチルブタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、1−ドデカノール、エチルヘキサノール、3、5、5−トリメチルヘキサノール、n−アミルアルコール、ヘキサフルオロ−2−プロパノール、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、3−メチル−3−メトキシブタノール、シクロヘキサノールおよびメチルシクロヘキサノールを例示できるが、これらに限定されない。
エーテル系溶剤は、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メチルエーテル、ビス(2−プロピル)エーテル、1,4−ジオキサンおよびテトラヒドロフラン(THF)を例示できるが、これらに限定されない。
グリコールモノアルキルエーテル系溶剤は、エチレングリコールモノアルキルエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテルおよびエチレングリコールモノブチルエーテルを例示できるが、これらに限定されない。)、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル(ジエチレングリコールモノエチルエーテルを例示できるが、これに限定されない。)、トリエチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノブチルエーテルを例示できるが、これに限定されない。)、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル(ジプロピレングリコールモノメチルエーテルを例示できるが、これに限定されない。)、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート(エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを例示できるが、これに限定されない。)、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート(ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートを例示できるが、これに限定されない。)、トリエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテートを例示できるが、これらに限定されない。)、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート(ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを例示できるが、これに限定されない。)、およびジエチレングリコールメチルエチルエーテルを例示できるが、これらに限定されない。
芳香族炭化水素系溶剤は、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、i−プロピルベンゼン、n−プロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン、s−ブチルベンゼン、n−ブチルベンゼン、およびテトラリンである。ハロゲン化芳香族炭化水素系溶剤はクロロベンゼンなどが好ましい。脂肪族炭化水素系溶剤は、ヘキサンおよびヘプタンなどが好ましい。ハロゲン化脂肪族炭化水素系溶剤は、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエチレンおよびテトラクロロエチレンなどが好ましい。脂環式炭化水素系溶剤は、シクロヘキサンおよびデカリンを例示できるが、これらに限定されない。
ケトン系溶剤は、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、およびメチルプロピルケトンを例示できるが、これらに限定されない
アセテート系溶剤は、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、および1−メトキシ−2−プロピルアセテートを例示できるが、これらに限定されない
重合性液晶化合物の溶解性の観点からは、アミド系溶剤、芳香族炭化水素系、ケトン系溶剤の使用が好ましい。溶剤の沸点を考慮すると、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、グリコールモノアルキルエーテル系溶剤の併用も好ましい。溶剤の選択に関して特に制限はない。基材としてプラスチック基材を用いる場合は、基材の変形を防ぐために乾燥温度を低くすること、および溶剤が基材を侵食しないようにすることが必要である。このような場合に好ましい溶剤は、芳香族炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、アルコール系溶剤、アセテート系溶剤、グリコールモノアルキルエーテル系溶剤を例示できある。
溶剤を使用する場合の好ましい割合は、式(1)で表される重合性液晶化合物の重量に対して、またはその他の液晶化合物やその他の重合性液晶化合物を含有する場合は式(1)で表される重合性液晶化合物とそれらの化合物の合計重量に対して、30〜96重量%である。この割合の好ましい範囲は50〜90重量%であり、より好ましい範囲は60〜80重量%である。これら溶剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
液晶フィルムは、次のプロセスで得てもよい:
手順(1)重合性液晶組成物または重合性液晶組成物の溶液を基材上に塗布し、塗膜を得、
手順(2)当該塗膜を乾燥させ、乾燥塗膜を得、
手順(3)乾燥塗膜に光照射し、重合性液晶組成物を重合させ、
ネマチック配向の重合性液晶組成物をネマチック配向のまま、固定化する。
ここで、基材は、ガラスおよびプラスチックを例示できるが、これらに限定されない。
プラスチックは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロース、トリアセチルセルロースおよびその部分鹸化物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびシクロオレフィン系樹脂を例示できるが、これらに限定されない。基材は、通常の場合、シート状またはフィルム状である。
シクロオレフィン系樹脂は、ノルボルネン系樹脂、ジシクロペンタジエン系樹脂が例示できるが、これらに限定されない。ノルボルネン系樹脂は、1種又は2種以上のノルボルネン系モノマーの開環(共)重合体の水素添加物、1種又は2種以上のノルボルネン系モノマーの付加(共)重合体、ノルボルネン系モノマーとオレフィン系モノマー(エチレン、α−オレフィン等)との付加共重合体、ノルボルネン系モノマーとシクロオレフィン系モノマー(シクロペンテン、シクロオクテン、5,6−ジヒドロジシクロペンタジエン等)との付加共重合体、及び、これらの変性物等が例示できるが、これらに限定されない。
これに該当する市販品は、ZEONEX、ZEONOR(共に商品名、日本ゼオン(株)製)、ARTON(商品名、JSR(株)製)、TOPAS(商品名、ティコナ社製)、APEL(商品名、三井化学(株)製)、エスシーナ(商品名、積水化学工業(株)製)、OPTOREZ(商品名、日立化成(株)製)を例示できるが、これに限定されない。
基材である重合体フィルム(プラスチックフィルム)は、一軸延伸フィルムであってよく、二軸延伸フィルムであってもよい。これらのフィルムは、例えば、コロナ処理若しくはプラズマ処理などの親水化処理、または疎水化処理などの表面処理を施したものであってもよい。親水化処理の方法は特に制限はない。親水化処理は、コロナ処理あるいはプラズマ処理が好ましい。特に好ましい方法はプラズマ処理である。プラズマ処理は、特開2002−226616号公報、特開2002−121648号公報などに記載されている方法を用いてもよい。また、液晶フィルムとプラスチックフィルムとの密着性を改良するためにアンカーコート層を形成させてもよい。無機系材料、有機系材料のいずれであっても、液晶フィルムとプラスチックフィルムの密着性を高めるものであれば、このようなアンカーコート層は有効である。また、プラスチックフィルムは積層フィルムであってもよい。プラスチックフィルムに代えて、表面にスリット状の溝をつけたアルミニウム、鉄、銅などの金属基材、または表面をスリット状にエッチング加工したアルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、フリントガラスなどのガラス基材なども利用可能である。
ホモジニアス配向およびチルト配向の液晶フィルムを形成する場合は、重合性液晶組成物の塗膜形成に先立って、これらのガラス基材及びプラスチックフィルム等の基材に、ラビング等による物理的、機械的な表面処理を行う。ホメオトロピック配向の液晶フィルムを形成する場合はラビング等の表面処理を行わない場合が多い。該基材に、配向欠陥等を防止する点でラビング処理を行ってもよい。ラビング処理には任意の方法が採用できる。通常はレーヨン、綿、ポリアミドなどの素材からなるラビング布を金属ロールなどに捲き付け、基材または重合体被膜に接した状態でロールを回転させながら移動させる方法、ロールを固定したまま基材側を移動させる方法などが採用される。ラビング処理は基材に直接施されていてもよく、または基材上に予め一般に配向膜と呼ばれるポリイミドなどの重合体被膜を設け、その重合体被膜にラビング処理を施してもよい。ラビング処理の方法は前述のとおりである。基材の種類によっては、その表面に酸化ケイ素を傾斜蒸着して配向能を付与することもできる。
また、ホモジニアス配向およびチルト配向の液晶フィルムを形成する場合は、基材上に予め一般に光配向膜と呼ばれるポリイミドやポリアクリレートなどの重合体被膜を設け、その重合体被膜に偏光UV処理を施してもよい。
重合性液晶組成物またはその溶液を塗布するとき、均一な膜厚を得る必要がある。このときの塗布の方法は、スピンコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、メニスカスコート法およびダイコート法を例示できるが、これらに限定されない。ラビング等による基材の表面処理を行わないで、塗布時に重合性液晶組成物にせん断応力がかかるワイヤーバーコート法等を、重合性液晶組成物の配向を制御する場合に用いてもよい。
本発明の重合性液晶組成物の溶液を塗布するときに、塗布後に基材上に膜厚の均一な重合性液晶組成物の層を形成させるために、熱処理を行ってもよい。熱処理に、ホットプレートや、乾燥炉、温風や熱風の吹き付けなどが利用できる。
塗膜を熱処理する際の温度および時間、光照射に用いられる光の波長、光源から照射する光の量などの好ましい範囲は、重合性液晶組成物に用いる化合物の種類と組成比、光重合開始剤の添加の有無やその添加量などに依存する。従って、以下に説明する塗膜の熱処理の温度および時間、光照射に用いられる光の波長、および光源から照射する光の量についての条件は、あくまでもおよその範囲を示すものである。
塗膜の熱処理は、重合性液晶組成物の均一配向性が得られる条件で行うことが好ましい。重合性液晶組成物の液晶相転移点以上で行ってもよい。熱処理方法の一例は、前記重合性液晶組成物がネマチック液晶相を示す温度まで塗膜を加温して、塗膜中の重合性液晶組成物にネマチック配向を形成させる方法である。重合性液晶組成物がネマチック液晶相を示す温度範囲内で、塗膜の温度を変化させることによってネマチック配向を形成させてもよい。この方法は、当該温度範囲の高温域まで塗膜を加温することによって塗膜中にネマチック配向を概ね完成させ、次いで温度を下げることによってさらに秩序だった配向にする方法である。当該どちらの熱処理方法を採用する場合でも、熱処理温度は室温〜120℃である。この温度の好ましい範囲は室温〜100℃である。また、配向均一性をより向上させる目的で、80℃〜120℃の温度範囲にて熱処理した後、NI点−15℃〜NI点の温度範囲にてさらに熱処理を行ってもよい。熱処理時間は5秒〜2時間である。この時間の好ましい範囲は10秒〜40分であり、より好ましい範囲は20秒〜20分である。重合性液晶組成物からなる層の温度を所定の温度まで上昇させるためには、熱処理時間を5秒以上にすることが好ましい。生産性を低下させないためには、熱処理時間を2時間以内にすることが好ましい。このようにして本発明の重合性液晶層が得られる。
重合性液晶層中に形成された液晶化合物のネマチック配向状態は、この液晶化合物を光照射により重合させることによって固定化される。光照射に用いられる光の波長は特に限定されない。電子線、紫外線、可視光線、赤外線(熱線)などを利用することができる。通常は、紫外線または可視光線を用いればよい。波長の範囲は150〜500nmである。好ましい範囲は250〜450nmであり、より好ましい範囲は300〜400nmである。光源の例は、低圧水銀ランプ(殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト)、高圧放電ランプ(高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ)、ショートアーク放電ランプ(超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ)である。光源の好ましい例は、メタルハライドランプやキセノンランプ、超高圧水銀ランプおよび高圧水銀ランプである。光源と重合性液晶層との間にフィルターなどを設置して特定の波長領域のみを通すことにより、照射光源の波長領域を選択してもよい。光源から照射する光量は、塗膜面到達時で2〜5000mJ/cm2である。光量の好ましい範囲は10〜3000mJ/cm2であり、より好ましい範囲は100〜2000mJ/cm2である。光照射時の温度条件は、当該熱処理温度と同様に設定されることが好ましい。また、重合環境の雰囲気は窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気、空気雰囲気のいずれでもよい。窒素雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気が硬化性を向上させる観点から好ましい。
本発明の重合性液晶層、およびこれを光や熱などにより重合させた液晶フィルムを様々な光学素子に用いる場合、または液晶表示装置に用いる光学補償素子として適用する場合には、厚み方向における液晶分子のチルト角の分布の制御が極めて重要となる。
チルト角を制御する方法の一つは、重合性液晶組成物に用いる液晶化合物の種類や組成比などを調整する方法である。この重合性液晶組成物に他の成分を添加することによっても、チルト角を制御することができる。液晶フィルムのチルト角は、重合性液晶組成物中の溶剤の種類や溶質濃度、他の成分の1つとして加える界面活性剤の種類や添加量などによっても制御することができる。基材または重合体被膜の種類やラビング条件、重合性液晶組成物の塗膜の乾燥条件や熱処理条件などによっても、液晶フィルムのチルト角を制御することができる。さらに、配向後の光重合工程での照射雰囲気や照射時の温度なども液晶フィルムのチルト角に影響を与える。即ち、液晶フィルムの製造プロセスにおけるほとんど全ての条件が多少なりともチルト角に影響を与えると考えてよい。従って、重合性液晶組成物の最適化と共に、液晶フィルムの製造プロセスの諸条件を適宜選択することにより、任意のチルト角にすることができる。
ホモジニアス配向は、チルト角が基材界面から自由界面にかけて一様に0度に近く、特に0〜5度に分布している。この配向状態は、本発明の重合性液晶組成物を、ラビング等の表面処理を行った基材表面に塗布し、塗膜を形成させることによって得られる。
本発明の重合性液晶組成物にはキラルな化合物、つまりは光学活性を有する化合物を添加してもよい。光学活性化合物の好適例は、式(Op−1)〜(Op−25)で表される化合物である。これらの式において、Akは炭素数1〜15のアルキルまたは炭素数1〜15のアルコキシを、Me、EtおよびPhはそれぞれ、メチル、エチルおよびフェニルを表す。P2は重合性基であり、(メタ)アクリロイルオキシ、ビニルオキシ、オキシラニル、またはオキセタニルを含む基であることが好ましい。本発明の重合性液晶組成物は以下に説明する重合体の原料として用いる他、液晶表示素子の構成要素である液晶として用いてもよい。
Figure 2019206677
Figure 2019206677
具体例として、特開2011−148762号公報のp.70の段落0159〜p.81の段落0170記載の化合物がある。
光学活性を有する化合物を含有した重合性液晶組成物、または、光学活性を有する重合性化合物を含有した重合性液晶組成物を、配向処理した基材上に塗布して重合することによって、らせん構造(ツイスト構造)を示す位相差フィルムが得られる。重合性液晶組成物の重合によって、このらせん構造が固定される。得られる液晶フィルムの特性は、得られたらせん構造のらせんピッチに依存する。このらせんピッチ長は、光学活性化合物の種類および添加量により調整できる。添加する光学活性化合物は1つでもよいが、らせんピッチの温度依存性を相殺する目的で複数の光学活性化合物を用いてもよい。なお、重合性液晶組成物には、光学活性化合物の他に、その他の重合性化合物が含まれてもよい。
当該組成物を含む液晶フィルムの特性である可視光の選択反射は、らせん構造が入射光に作用し、円偏光や楕円偏光を反射させるものである。選択反射特性はλ=n・Pitch(λは選択反射の中心波長、nは平均屈折率、Pitchはらせんピッチ)で表されるため、nまたはPitchを変えることにより中心波長(λ)および波長幅(Δλ)を適宜調整することができる。色純度を改善するには波長幅(Δλ)を小さくすればいい。広帯域の反射を改善するには波長幅(Δλ)を大きくすればよい。さらにこの選択反射は重合体の厚みの影響も大きく受ける。色純度を保つために、重合体の厚みが小さくなりすぎないようにしなければならない。均一な配向性を保つために、重合体の厚みが大きくなりすぎないようにしなければならない。したがって、適度な重合体の厚みの調整が必要であり、0.5〜25μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。
らせんピッチを可視光よりさらに短くすることで、W. H. de Jeu, Physical Properties of Liquid Crystalline Materials, Gordon and Breach, New York(1980)に記載のネガティブ型Cプレート(Negative C plate)を調製できる。らせんピッチを短くするためには、ねじり力(HTP:ヘリカル・ツイスティング・パワー)の大きな光学活性化合物を用い、さらにその添加量を増やすことで達成できる。具体的にはλを350nm以下、好ましくは250nm以下とすることで、ネガティブ型Cプレートを調製できる。このネガティブ型Cプレートは液晶表示素子のうちVAN型、VAC型、OCB型等の表示素子に適した光学補償膜である。
液晶フィルムは、らせんピッチを可視光より長くすることで特開2004−333671号公報に記載されているような反射波長領域を近赤外(波長800〜2500nm)に設定した反射フィルムに用いることができる。らせんピッチを長くするためには、例えば、ねじり力の小さな光学活性化合物を用いること、または光学活性化合物の添加量を減らすことにより達成できる。
当該光学活性化合物は、らせん構造を誘起し、ベースとなる重合性液晶組成物と適切に混合できれば、いずれの光学活性化合物を用いてもよい。また、重合性化合物でも非重合性化合物のいずれでもよく、目的に応じて最適な化合物を添加することができる。耐熱性および耐溶剤性を考慮した場合、重合性化合物の方が好適である。
さらに当該光学活性化合物の中でも、ねじり力(HTP:ヘリカル・ツイスティング・パワー)が大きいものは、らせんピッチを短くする上で好適である。ねじり力の大きな化合物の代表例が、GB2298202号公報、DE10221751号公報で開示されている。
液晶フィルムの厚さ(膜厚)は、目的とする素子に応じたレターデーションや液晶フィルムの複屈折率(光学異方性の値)によって適当な厚さが異なる。従って、厚さの範囲は目的に依存する。厚さの範囲は、0.05〜100μmである。より好ましい範囲は0.1〜50μmである。さらに好ましい範囲は0.5〜20μmである。液晶フィルムの好ましいヘイズ値は2.0%以下であり、好ましい透過率は80%以上である。より好ましいヘイズ値は1.0%以下である。より好ましい透過率は90%以上である。可視光領域でこれらの条件を満たす透過率を有することが好ましい。
液晶フィルムの複屈折率(光学異方性の値)が高いほど厚みを薄くできる。厚みが薄いほどヘイズ値や透過率などの光学特性は良くなる傾向がある。
液晶フィルムは、液晶表示素子(特に、アクティブマトリックス型およびパッシブマトリックス型の液晶表示素子)に適用する光学補償素子として有効である。この液晶フィルムを光学補償膜として使用するのに適している液晶表示素子の型の例は、IPS型(イン・プレーン・スイッチング)、OCB型(光学的に補償された複屈折)、TN型(ツィステッド・ネマティック)、STN型(スーパー・ツィステッド・ネマティック)、ECB型(電気的に制御された複屈折)、DAP型(整列相の変形効果)、CSH型(カラー・スーパー・ホメオトロピック)、VAN/VAC型(垂直配向したネマチック/コレステリック)、OMI型(光学モード干渉)、SBE型(超複屈折効果)などである。さらにゲスト−ホスト型、強誘電性型、反強誘電性型などの表示素子用の位相レターダーとして、この液晶フィルムを使用することもできる。なお、液晶フィルムに求められるチルト角の厚み方向の分布や厚みなどのパラメーターの最適値は、補償すべき液晶表示素子の種類とその光学パラメーターに強く依存するので、素子の種類によって異なる。
液晶フィルムは、偏光板などと一体化した光学素子としても使用することができる。この場合に、液晶フィルムは、液晶セルの外側に配置させられる。一方、光学補償素子としての液晶フィルムは、セルに充填された液晶への不純物の溶出がないかまたは少ないので、液晶セルの内部に配置させることも可能である。例えば、特開2008−01943号公報に開示されている方法を応用すれば、カラーフィルター上に本発明の重合性液晶層を形成することでカラーフィルターの機能を更に向上させることが可能となる。また本液晶フィルムが適用できる光学素子に用いられる偏光板の種類には、特に制限はない。広く実用されているヨウ素をドープした吸収型の偏光板はもとより、ワイヤーグリッド偏光板等の反射型偏光板の光学補償にも好適に用いることが出来る。
液晶フィルムは二色性色素等の添加物を含有してもよい。二色性色素は、300〜700nmの範囲に極大吸収波長(λMAX)を有するものが好ましい。このような二色性色素は、アクリジン色素、オキサジン色素、シアニン色素、ナフタレン色素、アゾ色素およびアントラキノン色素を例示できるが、これらに限定されない。アゾ色素は、モノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素、テトラキスアゾ色素およびスチルベンアゾ色素を例示できるが、これらに限定されない。二色性色素と複合化したホモジニアス配向の液晶フィルムは、吸収型偏光板としても使用することができる。また、蛍光色素と複合化したホモジニアス配向の液晶フィルムは、偏光発光型フィルムとしても使用することができる。
本発明にかかる光学異方性フィルムは、Δn(450)/Δn(550)≦1.05であり、Δn(650)/Δn(550)≧0.97であり、波長分散特性を有する。このような波長分散特性を満たす光学異方性フィルムは重合性液晶化合物を用いた従来からの光学異方性フィルムと比較し、色むらや視野角などの視認性を向上させることができる。
特に、0.75≦Δn(450)/Δn(550)≦1.05、かつ0.97≦Δn(650)/Δn(550)≦1.24の関係を満たす波長分散特性を有することがさらに好ましい。
Δn(450)/Δn(550)の値が小さすぎると、緑に対して最適なレターデーションを設定した場合は、青のレターデーションが最適値から小さすぎる値になってしまうため、視野角特性が悪くなる。該値が大きすぎると、緑に対して最適なレターデーションを設定した場合は、青のレターデーションが最適値から大きすぎる値になってしまうため、視野角特性が悪くなる。
また、Δn(650)/Δn(550)の値が小さすぎると、緑に対して最適なレターデーションを設定した場合は、赤のレターデーションが最適値から小さすぎる値になってしまうため、視野角特性が悪くなる。該値が大きすぎる、緑に対して最適なレターデーションを設定した場合は、赤のレターデーションが最適値から大きすぎる値になってしまうため、視野角特性が悪くなる。
当該Δnの関係式を満足するものは、従来のものとは異なり、屈折率の波長分散特性が低いもの、または波長が大きくなるに伴い複屈折率が大きくなるものとなる。前記関係式を満足するものは、より最適化された光学異方性フィルム材料となる。
実施例で、本発明を具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限らない。
<化合物の入手>
本実施例において、「DMAP」とは4−ジメチルアミノピリジンである。
本実施例において、「FTX−218」は、ネオス製の界面活性剤、フタージェント(FTERGENT)(登録商標)FTX−218である。
本実施例において、「IRG−907」は、BASFジャパン製の重合開始剤、イルガキュアー(IRUGACURE)(登録商標)907である。
本実施例において、「TG370」は、エボニック・ジャパン製の界面活性剤、TEGO(登録商標)Flow375である。
本実施例において、「NCI−930」は、ADEKA製の重合開始剤、アデカ(ADEKA)(登録商標)クルーズNCI−930である。
本実施例において、化合物(D−1)および化合物(D−2)は、以下の構造の化合物である。
Figure 2019206677
化合物(D−1)および化合物(D−2)は、特開2017−125009公報に従って合成した。
本実施例において、化合物(M2−7−1)、化合物(M2−1−1)および化合物(M1−24−1)は、以下の構造の化合物である。
Figure 2019206677
化合物(M2−7−1)および化合物(M2−1−1)は、市販品を購入して使用した。
化合物(M1−24−1)は、以下に従い合成した。すなわち、特開2007−269640号に従って合成した2−(4−(6−アクリルオキシ−n−ヘキシルオキシ)フェニル)プロピオン酸 30.0g(93.6mmol)、市販の4−(4−n−ペンチルシクロヘキシル)フェノール 23.1g(93.6mmol)、2.3g(18mmol)のDMAPを、200mLのCHClに加え、窒素雰囲気下で氷浴上で冷却しながら撹拌した。そこへ、gの1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド 20.3g(98.3mmol)を溶かした100mLのCHCl溶液を、滴下した。滴下後、室温で一晩撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下でCHClを留去し、残渣をカラムクロマトグラフィーで精製し後、アセトンーメタノールで再結晶し、38.5gの化合物(M1−24−1)を得た。カラムクロマトグラフィーの充填物は、シリカゲルであった。溶離液はトルエン−酢酸エチル混合物(v/v=40/1)であった。
相転移温度 C 39.5 S 75.9 N 85.7 I
<ラビング処理済配向膜付きガラス基材の入手>
ラビング処理済配向膜付きガラス基材を以下の手順で作成した:
(1)厚さ1.1mmのガラス基材に、水平配向モード用ポリアミック酸をスピンコートし、
(2)スピンコートした塗膜から溶剤を80℃のホットプレート上で除去し、
(3)該塗膜を230℃で30分間、オーブンで焼成し、
(4)レーヨン布でラビング処理して、ラビング処理済配向膜付きガラス基材を得た。
ただし、水平配向モード用ポリアミック酸は、JNC株式会社製のリクソン(登録商標)アライナーPIA−5370であり、ラビング処理のローラー押し込みは、0.32mmであり、ラビング処理の回転数は、1000rpmである。
<露光条件>
本実施例において、「露光」は、室温で250Wの超高圧水銀灯(ウシオ電機社製、マルチライト−250)を用いて、30mW/cm2(365nm)の強度の光の30秒間の照射である。
<化合物の構造確認>
−NMRは、500MHzのブルカー:DRX−500で測定した。H−NMRの計測値の単位はppmである。sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、mはマルチプレットを意味する。
<試料の、相転移温度と液晶相の有無の確認>
試料の、相転移温度と液晶相の有無の確認を以下の手順で行った:
(1)偏光顕微鏡または示差走査熱量計を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、
(2)偏光顕微鏡で観察しながら3℃/分の速度で昇温し、相転移温度と液晶相の有無を確認した。
示差走査熱量計は、Perkin Elmer社のDiamond DSCである。
転移温度は、相を示す表記の間に、摂氏温度を記載することで表記した。
相を示す表記において、Cは結晶層、Nはネマチック相、Sはスメクチック相、Iは等方性液体である。相を示す表記において、括弧付の相の記載はモノトロピックの液晶相を示す。
相を示す表記において、たとえば、「C50N63I」は、50℃で結晶からネマチック相に転移し、63℃でネマチック相から等方性液体へ転移したことを示す。
<配向欠陥の有無の確認>
配向欠陥の有無を以下(A)および(B)の両手順で確認した:
(A)(1)バックライト上に設置したクロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に、試料を挟持し、試料を水平面内で回転させ、光漏れがないか観察し、
(2)光漏れがなければ、「配向欠陥がない」とし、光漏れが多数あれば、「配向欠陥が酷い」とした。
(B)(1)試料を偏光顕微鏡観察し、
(2)配向欠陥の程度を再確認した。
ここで、偏光顕微鏡は、(株)ニコン社製のECLIPSE E600 POLを用いた。
<偏光解析装置による測定>
シンテック(株)製のOPIPRO偏光解析装置を用いてReを測定した。液晶重合体の表面に対する光の入射角を−50°から50まで5°刻みで変えた。ここで光の入射角の傾き方向は液晶重合体の遅相軸と同じである。以下の両方の条件を満たすときは、液晶重合体がホモジニアス配向であるとみなした。
(a)液晶重合体の入射角に対するレターデーションが上に凸
(b)絶対値が同じ入射角での、それぞれのレターデーションの差が、5%以内
<膜厚測定>
光学異方性フィルム付きガラス基材の光学異方性フィルムの層を削りだして、その段差を微細形状測定装置(KLA TENCOR(株)製 アルファステップIQ)を用いて測定した。
<Δnの評価>
Δnは、Δn=Re/dで求めた。ただし、Reは、光の入射角度がフィルム面に対して90°であるときの、波長550nmの光学異方性フィルムのレターデーションであり、dは、光学異方性フィルムの膜厚である。
[実施例1]
化合物(1−1−12)を以下の手順で合成した。
Figure 2019206677
2,4−ジエチルチオ-6−クロロ−1,3,5−トリアジンをAngew. Chem., Int. Ed., 52, 4945 - 4949 (2013)に従って合成した。5.0gの2,5−ジメトキシアニリン、7.7gの2,4−ジエトキシチオ-6−クロロー1,3,5−トリアジン、5.4g炭酸カリウムおよび50mlの1,4−ジオキサンの混合物を4時間還流させた。還流後の混合物を、冷却し、50mlの純水と混合し、50mlのトルエンで洗浄した。有機層を無水MgSOで乾燥させ、ろ過し、減圧留去し、残渣をカラムクロマトグラフィーで精製し、8.3gの化合物(1−1−12−A)を得た。カラムクロマトグラフィーの充填物は、シリカゲルであった。溶離液はトルエンと酢酸エチルの混合物(v/v=10/1)であった。
8.0gの化合物(1−1−12−A)を80mlのCHClに溶解させ、−50℃以下で、12.5gのBBr を加えた。室温で一晩撹拌後、残渣を50mlの氷水にゆっくり加え。溶媒を吸引ろ過し、生じた固体を乾燥させて、5.0gの化合物(1−1−12−B)を得た。
3.0gの化合物(1−1−12−B)、8.5gの化合物(1−1−A)および0.25gのDMAPを、50mLのCHClに加え、窒素雰囲気下、氷浴上で冷却しながら撹拌した。そこへ、4.32gの1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミドを溶かした60mLのCHCl溶液を、滴下した。滴下後、室温で一晩撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下でCHClを留去し、残渣をカラムクロマトグラフィーで精製し後、トルエンーメタノールで再結晶し、6.1gの化合物(1−1−12)を得た。カラムクロマトグラフィーの充填物は、シリカゲルであった。溶離液はトルエン−酢酸エチル混合物(v/v=10/1)であった。
得られた化合物(1−1−12)の相転移温度およびNMR分析値は以下のとおりである:
C 88.6 (N 82.4) I
−NMR:(CDCl3;δppm):8.08(d,1H),7.10(d,5H)、6.98(s,1H),6.83−6.80(m,5H),6.41(d,2H),6.15−6.09(m,2H),5.83−5.79(m,2H),4.85−4.70(m,2H),4.17(t,4H),3.93(t,4H),3.11−3.06(m,4H)、2.90−2.87(m,4H)、2.68−2.50(m,6H)、2.17−2.10(m,4H),2.10−2.02(m,4H)、1.84−1.65(m,12H),1.56−1.32(m,18H)。
[比較例1]
化合物r(1−1−12)を以下の手順で合成した。
Figure 2019206677
窒素気流中で、2.50gの化合物(1−1−12−A)を溶かした20mlのTHF溶液に、 0.34gのNaHを溶かした(60重量%、8.50mmol)溶液を4回に分けて投入した。室温で30分撹拌後、0.57ml(9.2mmol)のMeI を溶解させたのを加えた。室温で3日間撹拌後、反応液を30mlの純水に注ぎ、50mlの酢酸エチルで抽出した。有機層を無水MgSOで乾燥させ、ろ過した。溶媒を減圧留去した。残渣をカラムクロマトグラフィーで精製し、2.6gの化合物r(1−1−12−A)を得た(収率100%)。カラムクロマトグラフィーの充填物は、シリカゲルであった。溶離液はトルエン−酢酸エチル混合物(v/v=20/1)であった。
化合物r(1−1−12−A)を、実施例1の化合物(1−1−12−A)と置き換えて合成し、7.4gの化合物r(1−1−12)を得た(収率84%)。ただし、カラムクロマトグラフィーの溶離液は、トルエン−酢酸エチル混合物(v/v=6/1)であった。
得られた化合物r(1−1−12)のNMR分析値は以下のとおりである:
1H−NMR(CDCl3;δppm):7.30−7.00(m,7H),6.81(dd,4H),6.40(d,2H),6.15−6.09(m,2H),5.82(d,2H),4.80−4.63(m,2H),4.17(t,4H),3.93(t,4H),3.75−3.69(m,2H),3.36(S,3H),3.19−3.05(m,2H),2.90−2.80(m,4H),2.75−2.2.60(m,2H),2.61−2.50(m,4H),2.20−1.20(m,38H)。
化合物r(1−1−12)は、−50℃以下で粘調性液体であった。
以上から、化合物r(1−1−12−A)の−NMe−を−NH−に置換すると、液晶性が顕著に改善した。故に、化合物(1)はNHが好ましい。
<重合性液晶組成物の調製>
[実施例2]
表1に、重合性液晶組成物を構成する重合性液晶化合物の種類と含有量、その他の重合性液晶化合物の種類と含有量、界面活性剤の含有量を示した。ここで、重合性液晶溶液全重量に対し、固形分の濃度が20重量%になるように、それぞれの重合性液晶組成物に、シクロペンタノンを加えた。
Figure 2019206677

[比較例2]
表2に、重合性液晶組成物を構成する重合性液晶化合物の種類と含有量、その他の重合性液晶化合物の種類と含有量、界面活性剤の含有量を示した。ここで、重合性液晶溶液全重量に対し、固形分の濃度が20重量%になるように、それぞれの重合性液晶組成物に、シクロペンタノンを加えた。
Figure 2019206677


<光学異方性フィルムの作製>
[実施例3]
重合性液晶組成物(C1)から(C5)を、ラビング処理済配向膜付きガラス基材上へ、スピンコートにより塗布した。スピンコートは、15秒間、回転数800rpmでおこなった。
これら基材を、表3に記載の加熱温度で3分間加熱し、室温で1分冷却した。
重合性液晶組成物の溶剤が除去された重合性液晶組成物の層を空気中で露光し、液晶の配向状態を固定させて光学異方性フィルムを得た。光学異方性フィルムを偏光顕微鏡観察および偏光解析装置で確認した結果を表3に記載した。
Figure 2019206677


[比較例3]
実施例3の光学異方性フィルムの作製方法の重合性液晶組成物を、重合性液晶組成物(R1)〜(R3)に置き換えて、表4の加熱温度で光学異方性フィルムを作製した。
Figure 2019206677

実施例3および比較例3で作製した光学異方性フィルムの光学特性を、表5に示した。
Figure 2019206677


Re450/550は、小さいほど波長分散特性が良好である。Re450/550は、1より小さい場合は、逆波長分散特性を有することを示す。
Re650/550は、大きいほど波長分散特性が良好である。Re650/550は、1より大きい場合は、逆波長分散特性を有することを示す。
実施例3〜8、および比較例3〜5から、光学異方性フィルム(FR1)から(FR5)は光学異方性フィルム(FR1)および異方性フィルム(FR3)とほぼ同等の波長分散特性が得られることがわかった。
<光学異方性フィルムの耐熱性>
[実施例9〜13、比較例4および5]
加熱前後の波長分散特性の比較を以下の手順で行った:
(1)光学異方性フィルムをガラス基材ごと、200時間、室温120℃のオーブンに入れ、
(2)室温に戻した後で、Re550を計測した。
加熱前後の波長分散特性の比較を表6に示した。
表6の変化率は、[{加熱前のRe550}-{加熱後のRe550}]/{加熱前のRe550}×100で算出した。
Figure 2019206677
表6から、本発明の光学異方性フィルムは、変化率が低く、加熱後も、Reの低下しにくいことがわかった。

Claims (13)

  1. 重合性液晶成分として、式(1)で表される重合性液晶化合物を、重合性液晶成分の総量に対して、30重量%以上含む重合性液晶組成物。
    Figure 2019206677

    式(1)中、
    は独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイルまたはナフタレン−2,6−ジイルであり、この1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルにおいて、すくなくとも1つの水素は、フッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく;
    は独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−OCHCHO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、−OCOCHO−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH−、−CCH=N−、−N=N−、または−C≡C−であり;
    mは独立して、0〜3の整数であり;
    すくなくとも1つのmは、1以上であり;
    Arは芳香環であり、この芳香環は、水素がアルキル、シアノまたはニトロで置換されていてもよく、アルキル基の−CH−は、−O−、−S−、−CO−または−NH−で置換されていてもよく、アルキル基の−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−または−N=CH−で置換されていてもよく、アルキルの水素は、シアノまたはニトロで置換されていてもよく;
    Arの炭素数は、18以下であり;
    は独立して、水素、フッ素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数1〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルキルエステル、または式(2)で表される基であり、
    すくなくとも1つのRは式(2)で表される基であり;
    Figure 2019206677

    式(2)中、
    は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり;
    は、単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、すくなくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
    PGは、式(PG−1)〜式(PG−9)のいずれか1つで表される基であり;
    Figure 2019206677

    式(PG−1)〜式(PG−9)中、
    PGは独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。
  2. 式(1)におけるAr−NH−のNが、
    Arの環を構成する=N−又は
    Arの環上のシアノ、またはニトロと共役している請求項1に記載の重合性液晶組成物。
  3. 式(2)におけるPGが式(PG−1)で表される基であり、かつRPGが水素またはメチルである請求項1に記載の重合性液晶組成物。
  4. 式(1)において、
    が独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、または1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレンであり、この1,4−フェニレンにおいて、すくなくとも1つの水素はフッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく;
    が独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−OCHCHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、または−OCOCHO−であり;
    が独立して、式(2)で表される基である請求項1に記載の重合性液晶組成物。
  5. 式(1)で表される化合物が、式(1−1)から(1−6)のいずれか1つで表される化合物である請求項1に記載の重合性液晶組成物。
    Figure 2019206677

    式(1−1)から式(1−6)中、
    は独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、この1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルにおいて、すくなくとも1つの水素は、フッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく;
    は、独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−OCHCHO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、−OCOCHO−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH−、−CCH=N−、−N=N−、または−C≡C−であり;
    Arは芳香環からなる基であり、この芳香環は、少なくとも1つの水素がアルキルで置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−NH−で置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−、または−N=CH−で置き換えられてもよく;
    Arの炭素数は、18以下であり;
    m1は独立して0〜2の整数であり;
    m2は0または1であり;
    は独立して、水素、フッ素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数1〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルキルエステル、または式(2)で表される基であり、
    すくなくとも1つのRは式(2)で表される基であり;
    Figure 2019206677
    式(2)中、
    は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり;
    は、単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいてすくなくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
    PGは、式(PG−1)〜式(PG−9)のいずれか1つで表される基であり:
    Figure 2019206677

    式(PG−1)〜式(PG−9)中、
    PGは独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の重合性液晶組成物が硬化した光学異方性フィルム。
  7. {波長450nmの光に対する複屈折率}/{波長550nmの光に対する複屈折率}≦1.05であり、かつ{波長650nmの光に対する複屈折率}/{波長550nmの光に対する複屈折率}≧0.97である、請求項6に記載の光学異方性フィルム。
  8. 請求項6〜7のいずれか1項に記載の光学異方性フィルムを備える偏光板。
  9. 請求項6〜7のいずれか1項に記載の光学異方性フィルムを備える表示素子。
  10. 請求項8に記載の偏光板を備える表示素子。
  11. (i)基材に対する、請求項1から5に記載の重合性液晶組成物の塗布と、
    (ii)加熱処理と、
    (iii)光を照射による重合性液晶組成物の硬化と
    を含む、光学異方性フィルムの製造方法。
  12. 式(1−1−a)で表される化合物。
    Figure 2019206677

    式(1−1−a)中、
    は独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1−シクロへキセン−1,4−イレン、2−シクロへキセン−1,4−イレン、ピリジン−2,5−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、この1,4−フェニレンまたはナフタレン−2,6−ジイルにおいて、すくなくとも1つの水素は、フッ素、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく:
    は独立して、単結合、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CFO−、−OCF−、−CHCH−、−CFCF−、−OCHCHO−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−、−CHCHOCO−、−COOCHCH−、−OCHCOO−、−OCOCHO−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH−、−CCH=N−、−N=N−、または−C≡C−であり、
    Arは、芳香環からなる基であり、この芳香環は、少なくとも1つの水素がアルキルで置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−は、−O−、−S−、−CO−または−NH−で置換されていてもよく、このアルキルの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−、または−N=CH−で置き換えられてもよく、
    Arの炭素数は18以下であり;
    m3は独立して、0または1であり:
    は独立して、水素、フッ素、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ、炭素数1〜12のアルケニル、炭素数1〜12のアルキルエステル、または式(2)で表される基であり、
    すくなくとも1つのRは式(2)で表される基であり;
    Figure 2019206677

    式(2)中、
    は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり;
    は、単結合または炭素数1〜20のアルキレンであり、このアルキレンにおいて、すくなくとも1つの−CH−は、−O−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
    PGは、式(PG−1)〜式(PG−9)のいずれか1つで表される基であり;
    Figure 2019206677

    式(PG−1)〜式(PG−9)中、
    PGは独立して、水素、ハロゲン、メチル、エチル、またはトリフルオロメチルである。
  13. 式(1−1−a)中、
    Arが、1,3,5−トリアジニルであって、
    このトリアジニルの少なくとも1つの水素が、アルキルで置き換えられてもよく、このアルキルの−CH−は、−O−、−S−、−CO−、または−NH−で置換されていてもよく、このアルキルの−CH−CH−は、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=NH−、または−N=CH−で置き換えられてもよい
    請求項12に記載の化合物。
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