説明

液晶組成物、及び光学異方性膜

【課題】光学異方性膜等の作製に有用な新規な液晶組成物を提供する。
【解決手段】可視光域においてΔnが逆波長分散である下記一般式(1)で表される化合物の少なくとも一種と、可視光域においてΔnが順波長分散である少なくとも一種の液晶化合物とを含有することを特徴とする液晶組成物である。式中、A1及びA2は各々独立に、−O−、−NR−等を表し;Zは、炭素原子等を表し、式中記載のC−C=C−C又はC=C−C=Cと共に5又は6員環を形成し;R1、R2及びR3は各々独立に置換基を表し;mは0〜4の整数;L1及びL2は連結基を表す。Xは炭素等の非金属原子を表す。(但し、該化合物は少なくとも1つの重合性基を有する。)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶組成物ならびに該液晶組成物から形成される光学異方性膜に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶性化合物はいわゆる液晶ディスプレイ等に代表される液晶表示装置の中で、光のシャッター機能を果たす重要な材料として活用されている。近年液晶ディスプレイの表示特性、特に斜めから観察したときの表示特性を改善する目的で種々の光学補償材料が開発されている。光学補償材料はポリマーの延伸や高分子液晶の配向のほか、低分子の液晶材料を配向させた後にその配向を固定する方法で作製される。低分子の液晶材料を用いる方法は、高分子液晶材料よりも配向速度が速く、重合反応等で配向を固定化するので光学特性が変化しにくいという優れた特徴を有する。
ところで、屈折率異方性の材料は、屈折率の波長依存性が、短波長側が大きくて長波長側が小さい、いわゆる順波長分散性を示すものがほとんどであり、長波長側が大きくて短波長側が小さい、いわゆる逆波長分散性を示す材料は少ない(例えば、特許文献1)。一方、光学補償材料の位相差については、ある用途においては、順波長分散性が望まれ、また他の用途では逆波長分散性が望まれる等、要求は様々である。また、位相差の波長分散性の程度についても、用途によっては、光学補償に適する範囲に調整する必要がある。
【特許文献1】特開2005−289980号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明は、光学異方性膜等の光学異方性材料の作製に有用な新規な液晶組成物、及び該液晶組成物から形成された新規な光学異方性膜を提供することを課題とする。
また、本発明は、屈折率異方性の波長分散性を容易に調整可能であり、位相差が所望の波長分散性を示す光学異方性膜を容易に作製可能な液晶組成物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0004】
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
[1] 可視光域においてΔnが逆波長分散である下記一般式(1)で表される化合物の少なくとも一種と、可視光域においてΔnが順波長分散である液晶化合物の少なくとも一種とを含有することを特徴とする液晶組成物:
【化1】

式中、A1及びA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子又は置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表し;Zは、炭素原子及び第14〜16族の非金属原子からなる群から選択される1つ又は2つの原子を表し、式中記載のC−C=C−C又はC=C−C=Cと共に5又は6員環を形成し;R1、R2及びR3は各々独立に置換基を表し;mは0〜4の整数であり;L1及びL2は各々独立に単結合又は二価の連結基を表す。Xは第14〜16族の非金属原子を表し(ただし、Xには水素原子又は置換基R4が結合してもよい);但し、R、R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つは、重合性基を有する置換基である。
【0005】
[2] 前記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする[1]の液晶組成物:
【化2】

式中、A1、A2、Z、R1、R2、R3、m、L1及びL2は、一般式(1)中のそれぞれと同義であり、R5及びR6は、各々独立に置換基を表し;但し、R、R1、R2、R3、R5及びR6の少なくとも1つには重合性基を有する置換基である。
【0006】
[3] 前記式(2)中、R5及びR6がそれぞれ、シアノ基(CN)、アシル基(−COR:Rは置換もしくは無置換のアルキル基またはアリール基を表す)、置換もしくは無置換のアルコキシキカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基(C(=O)OR:Rは置換もしくは無置換のアルキル基またはアリール基を表す)、又は置換もしくは無置換のカルバモイル基(C(=O)NR1112:R11及びR12はそれぞれ、水素原子、又は置換もしくは無置換のアルキル基又はアリール基を表し、互いに結合して環を形成していてもよい)を表すことを特徴とする[2]の液晶組成物。
[4] 式中のZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される環が、芳香環であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかの液晶組成物。
【0007】
[5] R2及びR3がそれぞれ、下記式のいずれかで表される[1]〜[4]のいずれかの液晶組成物。
【化3】

式中、L11は、単結合もしくは連結基であり、R11は置換基である。
【0008】
[6] 前記一般式(1)で表される化合物と前記液晶化合物とを、質量比で1:10〜10:1の割合で含有することを特徴とする[1]〜[5]のいずれかの液晶組成物。
[7] [1]〜[6]のいずれかの液晶組成物から形成された光学異方性膜。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、光学異方性膜の作製に有用な新規な液晶組成物、及び該液晶組成物から形成された新規な光学異方性膜を提供することができる。
また、本発明によれば、屈折率異方性の波長分散性を容易に調整可能であり、位相差が所望の波長分散性を示す光学異方性膜を容易に作製可能な液晶組成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【0011】
[Re(λ)及びRth(λ)の定義]
本明細書において、Re(λ)、Rth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション(nm)及び厚さ方向のレターデーション(nm)を表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(商品名、王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。測定波長λnmの選択にあたっては、波長選択フィルターをマニュアルで交換するか、または測定値をプログラム等で変換して測定するができる。
【0012】
測定されるフィルムが1軸又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は、前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRにおいて算出される。
【0013】
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRにおいて算出される。
尚、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の数式(1)及び数式(2)によりRthを算出することもできる。
【0014】
【数1】

【0015】
【数2】

【0016】
式中、Re(θ)は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値を表す。nxは面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、nzはnx及びnyに直交する方向の屈折率を表す。dはフィルムの膜厚を表す。
【0017】
測定されるフィルムが1軸や2軸の屈折率楕円体で表現できないもの、いわゆる光学軸(optic axis)がないフィルムの場合には、以下の方法によりRth(λ)が算出される。
Rth(λ)は、前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して−50度から+50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRにより算出される。
【0018】
上記の測定において、平均屈折率の仮定値は、ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADH又はWRにおいてnx、ny、nzが算出される。この算出されたnx、ny、nzによりNz=(nx−nz)/(nx−ny)が更に算出される。
【0019】
[Δnの定義]
Δnは偏光に対する異方性を示すもので、詳しくは「液晶便覧」(丸善(株)、2000年)第2章 2.3物性などに記載されているが、一軸異方性を示す物体を直線偏光が通過するときに、偏光方向が異方軸に垂直である場合の屈折率(no)と偏光方向が異方軸に平行である場合の屈折率(ne)の差をΔnと表す。
【0020】
[Δnの波長分散の定義]
Δnは、一般に測定波長によって異なる。これは前述のno及びneが波長によって異なることに起因しており、Δnの波長分散はnoとneの屈折率差の波長依存性を示す。詳しくは「液晶便覧」(丸善(株)、2000年)第2章 2.4.13に記載されている。本発明では、Δn(450)、Δn(550)及びΔn(650)と表記する場合があるが、それぞれ、450nm、550nm及び650nmにおけるΔnを表す。ただし、それぞれの測定波長は、±10nmの誤差を含む。
【0021】
液晶のΔnの測定方法は、例えば「液晶便覧」2.4.13(丸善(株)、2000年)に記載されているようなくさび型の液晶セルを用いる方法を挙げることができる。この方法において、450nm、550nm、650nmの3種類のバンドパスフィルターを用いることで、それぞれの波長のΔnを求める。
測定対象の材料が重合性であると、くさび型の液晶セル中で重合反応が起こることがあり、測定が困難な場合がある。このような場合は、重合禁止剤を添加して測定することが好ましい。また、液晶を均一に配向させた状態で、例えばKOBRA(商品名、王子計測機器(株)製)のような位相差を測定できる装置で測定することにより、それぞれの波長におけるReを求め、膜厚を別途測定することで、Δnを求めることもできる(Δn=Re/d(膜厚)の式より)。
【0022】
[Δnの波長分散における順、逆の定義]
一般に物質は波長が短くなるに従って屈折率も大きくなる。液晶化合物もこれに従い、no及びneも測定波長が短いほど屈折率は大きくなる。しかしながらΔnはnoとneの差であるのでnoとneの波長分散が異なる場合には、Δnの波長分散は短波長側が大きい場合と、短波長側が小さい場合がある。一般には、短波長側が大きい場合が多く、本明細書でも、Δnについて短波長側が大きい性質を、「順分散性」又は「順波長分散性」といい、Δnについて短波長側が小さい性質を、「逆分散性」又は「逆波長分散性」という。
【0023】
[光学異方性材料のレターデーションの波長依存性の定義]
光学補償材料などでは光学異方性をRe又はRthで表している(これらの定義については前述の通りである)。Δnの波長分散ならびにΔnの波長分散における順分散、逆分散に準じ、Re(λ)又はRth(λ)において、Re又はRthの波長依存性を波長分散と呼び、波長分散において短波長側が大きい場合を順波長分散とよび、短波長側が小さい場合を逆波長分散と呼ぶ。
【0024】
[液晶組成物]
まず、本発明の液晶組成物について説明する。
本発明の液晶組成物は、可視光域においてΔnが逆波長分散性を示す下記一般式(1)で表される化合物の少なくとも一種と、可視光域においてΔnが順波長分散性を示す少なくとも一種の液晶化合物とを含有することを特徴とする。
可視光域においてΔnが逆波長分散性である液晶化合物とは、可視光域において短波長側であるほど、Δnが小さい化合物をいう。具体的には前述の方法によってΔn(450)、Δn(550)及びΔn(650)を求め、Δn(450)/Δn(550)、Δn(550)/Δn(650)及びΔn(450)/Δn(650)の少なくとも1つが1より小さい化合物を表す。本発明では、Δnが逆波長分散である液晶化合物として、下記一般式(1)で表される化合物を用いる。
【0025】
【化4】

【0026】
式中、A1及びA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子又は置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。Zは、炭素原子及び第14〜16族の非金属原子からなる群から選択される1つ又は2つの原子を表し、式中記載のC−C=C−C又はC=C−C=Cと共に5又は6員環を形成する。R1、R2及びR3は各々独立に置換基を表す。mは0〜4の整数である。L1及びL2は各々独立に単結合又は二価の連結基を表す。Xは第14〜16族の非金属原子を表す(ただし、Xには水素原子又は置換基R4が結合してもよい。)。なお、R、R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つには、重合性基を有する置換基である。
【0027】
上記一般式(1)で表される化合物の中でも、下記一般式(2)で表される化合物が好ましい。
【化5】

【0028】
式中、A1、A2、Z、R1、R2、R3、m、L1及びL2は、上記一般式(1)におけるものと同様である。R5及びR6は、各々独立に置換基を表す。なお、R、R1、R2、R3、R5及びR6の少なくとも1つには重合性基を有する置換基である。
【0029】
前記一般式(1)又は(2)において、L1及びL2が表す二価の連結基としては、特に限定されるものではないが、好ましくは下記の例が挙げられる。なお、結合位置に関して、前記のZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される5〜6員環との結合位置が下記に例示した連結基の左側にあるものとする。
【0030】
【化6】

【0031】
さらに好ましくは−O−、−COO−、−OCO−である。
【0032】
前記一般式(1)又は(2)において、Zは、炭素原子及び第14〜16族の非金属原子からなる群から選択される1つ又は2つの原子を表し、式中記載のC−C=C−C又はC=C−C=Cと共に5又は6員環を形成する。ZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される5〜6員環としては、特に限定されるものではないが、下記の例が好適に挙げられる。なお、下記の例において、点線はL1又はL2と結合することを表す。
【0033】
【化7】

【0034】
ZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される環は、6員環であることが好ましい。6員環とすることにより、より配向秩序度が高く配向させることが可能となる。また、同様の理由により、芳香環であることも好ましく、より好ましくは芳香環かつ6員環である。
これらの観点及び合成上の観点から、ZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される環は、チオフェン環、ベンゼン環、ピリジン環が好ましく、ベンゼン環が最も好ましい。
【0035】
一般式(1)又は(2)において、R1は置換基であり、複数存在する場合は同じでも異なっていてもよく、環を形成してもよい。置換基の例として下記のものが挙げられる。
【0036】
ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30の直鎖、分岐の置換もしくは無置換のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換又は無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−n−ドデシルシクロヘキシル基)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換又は無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5〜30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル基、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル基)、
【0037】
アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30の置換又は無置換のアルケニル基、例えば、ビニル基、アリル基)、シクロアルケニル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換又は無置換のシクロアルケニル基、つまり、炭素数3〜30のシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル基)、ビシクロアルケニル基(置換又は無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5〜30の置換又は無置換のビシクロアルケニル基、つまり二重結合を一個持つビシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル基、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル基)、アルキニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換のアルキニル基、例えば、エチニル基、プロパルギル基)、
【0038】
アリール基(好ましくは炭素数6〜30の置換又は無置換のアリール基、例えばフェニル基、p−トリル基、ナフチル基)、ヘテロ環基(好ましくは5又は6員の置換又は無置換の、芳香族又は非芳香族のヘテロ環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、さらに好ましくは、炭素数3〜30の5又は6員の芳香族のヘテロ環基である。例えば、2−フリル基、2−チエニル基、2−ピリミジニル基、2−ベンゾチアゾリル基)、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換又は無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基、n−オクチルオキシ基、2−メトキシエトキシ基)、アリールオキシ基(好ましくは、炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ基、2−メチルフェノキシ基、4−tert−ブチルフェノキシ基、3−ニトロフェノキシ基、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ基)、
【0039】
シリルオキシ基(好ましくは、炭素数3〜20のシリルオキシ基、例えば、トリメチルシリルオキシ基、tert−ブチルジメチルシリルオキシ基)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換のヘテロ環オキシ基、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基)、アシルオキシ基(好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2〜30の置換又は無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールカルボニルオキシ基、例えば、ホルミルオキシ基、アセチルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ基)、カルバモイルオキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換又は無置換のカルバモイルオキシ基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ基、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ基、モルホリノカルボニルオキシ基、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ基、N−n−オクチルカルバモイルオキシ基)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換アルコキシカルボニルオキシ基、例えばメトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、tert−ブトキシカルボニルオキシ基、n−オクチルカルボニルオキシ基)、アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換又は無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基、例えば、フェノキシカルボニルオキシ基、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ基、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ基)、
【0040】
アミノ基(好ましくは、アミノ基、炭素数1〜30の置換又は無置換のアルキルアミノ基、炭素数6〜30の置換又は無置換のアニリノ基、例えば、アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、アニリノ基、N−メチル−アニリノ基、ジフェニルアミノ基)、アシルアミノ基(好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1〜30の置換又は無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールカルボニルアミノ基、例えば、ホルミルアミノ基、アセチルアミノ基、ピバロイルアミノ基、ラウロイルアミノ基、ベンゾイルアミノ基)、アミノカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換又は無置換のアミノカルボニルアミノ基、例えば、カルバモイルアミノ基、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ基、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ基、モルホリノカルボニルアミノ基)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30の置換又は無置換アルコキシカルボニルアミノ基、例えば、メトキシカルボニルアミノ基、エトキシカルボニルアミノ基、tert−ブトキシカルボニルアミノ基、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ基、N−メチル−メトキシカルボニルアミノ基)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換又は無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基、例えば、フェノキシカルボニルアミノ基、p−クロロフェノキシカルボニルアミノ基、m−n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ基)、
【0041】
スルファモイルアミノ基(好ましくは、炭素数0〜30の置換又は無置換のスルファモイルアミノ基、例えば、スルファモイルアミノ基、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ基、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ基)、アルキル又はアリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30の置換又は無置換のアルキルスルホニルアミノ基、炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールスルホニルアミノ基、例えば、メチルスルホニルアミノ基、ブチルスルホニルアミノ基、フェニルスルホニルアミノ基、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ基、p−メチルフェニルスルホニルアミノ基)、メルカプト基、アルキルチオ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換又は無置換のアルキルチオ基、例えばメチルチオ基、エチルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールチオ基、例えば、フェニルチオ基、p−クロロフェニルチオ基、m−メトキシフェニルチオ基)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数2〜30の置換又は無置換のヘテロ環チオ基、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ基、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ基)、
【0042】
スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30の置換又は無置換のスルファモイル基、例えば、N−エチルスルファモイル基、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル基、N,N−ジメチルスルファモイル基、N−アセチルスルファモイル基、N−ベンゾイルスルファモイル基、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル基)、スルホ基、アルキル又はアリールスルフィニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換又は無置換のアルキルスルフィニル基、炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールスルフィニル基、例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、p−メチルフェニルスルフィニル基)、アルキル又はアリールスルホニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換又は無置換のアルキルスルホニル基、炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、フェニルスルホニル基、p−メチルフェニルスルホニル基)、
【0043】
アシル基(好ましくはホルミル基、炭素数2〜30の置換又は無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7〜30の置換又は無置換のアリールカルボニル基、例えば、アセチル基、ピバロイルベンゾイル基)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは、炭素数7〜30の置換又は無置換のアリールオキシカルボニル基、例えば、フェノキシカルボニル基、o−クロロフェノキシカルボニル基、m−ニトロフェノキシカルボニル基、p−tert−ブチルフェノキシカルボニル基)、アルコキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換アルコキシカルボニル基、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、n−オクタデシルオキシカルボニル基)、カルバモイル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換又は無置換のカルバモイル基、例えば、カルバモイル基、N−メチルカルバモイル基、N,N−ジメチルカルバモイル基、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル基、N−(メチルスルホニル)カルバモイル基)、
【0044】
アリール又はヘテロ環アゾ基(好ましくは炭素数6〜30の置換又は無置換のアリールアゾ基、炭素数3〜30の置換又は無置換のヘテロ環アゾ基、例えば、フェニルアゾ基、p−クロロフェニルアゾ基、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ基)、イミド基(好ましくは、N−スクシンイミド基、N−フタルイミド基)、ホスフィノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換のホスフィノ基、例えば、ジメチルホスフィノ基、ジフェニルホスフィノ基、メチルフェノキシホスフィノ基)、ホスフィニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換のホスフィニル基、例えば、ホスフィニル基、ジオクチルオキシホスフィニル基、ジエトキシホスフィニル基)、ホスフィニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換のホスフィニルオキシ基、例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ基、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ基)、ホスフィニルアミノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換のホスフィニルアミノ基、例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ基、ジメチルアミノホスフィニルアミノ基)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換又は無置換のシリル基、例えば、トリメチルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、フェニルジメチルシリル基)
【0045】
上記の置換基の中で水素原子を有するものは、これを取り去りさらに上記の基で置換されていてもよい。そのような官能基の例としては、アルキルカルボニルアミノスルホニル基、アリールカルボニルアミノスルホニル基、アルキルスルホニルアミノカルボニル基、アリールスルホニルアミノカルボニル基が挙げられる。その具体例としては、メチルスルホニルアミノカルボニル基、p−メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル基、アセチルアミノスルホニル基、ベンゾイルアミノスルホニル基が挙げられる。
【0046】
1は好ましくは、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、シアノ基又はアミノ基であり、さらに好ましくはハロゲン原子、アルキル基、シアノ基又はアルコキシ基である。
【0047】
1が複数存在し、互いに環を形成する場合、その環は5〜8員環が好ましく、5又は6員環がさらに好ましい。もっとも好ましくは6員環である。
【0048】
前記一般式(1)又は(2)において、mはR1の置換数を表し、ZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される環の構造によって取り得る数は変化する。mは0が最小であり、Zが二つの炭素原子を表し、かつ、ZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される環が芳香族性を有しない場合に最大4である。mは好ましくは0又は1であり、より好ましくは0である。
【0049】
前記一般式(1)又は(2)において、R2及びR3は各々独立に置換基を表す。例としては上記R1の例が挙げられる。R2及びR3は前記一般式(1)又は(2)で表される化合物における、分子の長手方向となる。
また、前記一般式(1)又は(2)で表される化合物は液晶性を示すことが好ましい。液晶性を発現させるための要素としては、「液晶便覧」(丸善)第3章「分子構造と液晶性」に記載されているように、コアと呼ばれる剛直部と側鎖と呼ばれる柔軟部が必要である。そのため、R2及びR3の置換基として、少なくとも1つの剛直部、つまり環状部分が存在することが好ましい。R2及びR3は、好ましくは置換もしくは無置換のフェニル基、置換もしくは無置換のシクロヘキシル基である。好ましくは置換基を有するフェニル基、置換基を有するシクロヘキシル基であり、より好ましくは4位に置換基を有するフェニル基、4位に置換基を有するシクロヘキシル基である。さらに好ましくは4位に置換基を有するベンゾイルオキシ基を4位に有するフェニル基、4位に置換基を有するシクロヘキシル基を4位に有するフェニル基、4位に置換基を有するフェニル基を4位に有するシクロヘキシル基、4位に置換基を有するシクロヘキシル基を4位に有するシクロへキシル基である。即ち、R2及びR3がそれぞれ、下記式のいずれかで表される基であるのがさらに好ましい。
【0050】
【化8】

式中、L11は、単結合もしくは連結基であり、R11は置換基である。L11は、単結合、又は−O−、−COO−もしくは−OCO−であるのが好ましい。また、R11が表す置換基の例は、R1が表す置換基の例と同様である。中でも、置換又は無置換の炭素数1〜10のアルキルカルボニルオキシ基(シクロアルキルカルボニルオキシ基も含む意味である)、置換又は無置換の炭素数1〜10のアルコキシ基、及び置換又は無置換の炭素数6〜16のアリールカルボニルオキシ基が好ましく、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキルカルボニルオキシ基、置換又は無置換の炭素数1〜10のアルコキシ基がより好ましい。当該アルキルカルボニルオキシ基またはアルコキシ基中のアルキル部分において、隣接しない炭素原子の一方が酸素原子もしくは硫黄原子に置換されていてもよい。また、当該アルキル部分の末端が、後述する重合性基、例えば(M−1)及び(M−2)、を末端に有する基などが好ましい例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0051】
また、4位に置換基を有するシクロヘキシル基にはシス体及びトランス体の立体異性体が存在するが、本発明においては限定されず、両者の混合物でもよい。好ましくはトランス−シクロヘキシル基である。
【0052】
前記一般式(1)又は(2)において、R5及びR6は各々独立に置換基を表す。例としては上記R1の例があげられる。好ましくは、R5及びR6のうち少なくとも1つがハメットの置換基定数σp値が0より大きい電子吸引性の置換基であることが好ましく、σp値が0〜1.5の電子吸引性の置換基を有していることがさらに好ましい。このような置換基としてはトリフルオロメチル基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。
なお、ハメットの置換基定数のσp、σmに関しては、例えば、稲本直樹著「ハメット則−構造と反応性−」(丸善)、日本化学会編「新実験化学講座14 有機化合物の合成と反応V」2605頁(丸善)、仲谷忠雄著「理論有機化学解説」217頁(東京化学同人)、「ケミカル レビュー」,91巻,165〜195頁(1991年)等の文献に詳しく解説されている。
【0053】
前記一般式(1)又は(2)において、A1及びA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子又は置換基)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。好ましくは−O−、−NR−(Rは置換基を表し、例としては上記R1の例が挙げられる。)又は−S−である。
【0054】
前記一般式(1)において、Xは第14〜16族の非金属原子を表す。ただし、Xには水素原子又は置換基が結合してもよい。Xは=O、=S、=NR4、=C(R5)R6が好ましい。ここでR4、R5、R6は各々独立に置換基を表し、例としては上記R1の例が挙げられる。
5及びR6の好ましい例には、シアノ基(CN)、アシル基(−COR:Rは置換もしくは無置換のアルキル基またはアリール基を表す)、置換もしくは無置換のアルコキシキカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基(C(=O)OR:Rは置換もしくは無置換のアルキル基またはアリール基を表す)、又は置換もしくは無置換のカルバモイル基(C(=O)NR1112:R11及びR12はそれぞれ、水素原子、又は置換もしくは無置換のアルキル基又はアリール基を表し、互いに結合して環を形成していてもよい)が含まれる。R、R11及びR12が表す置換もしくは無置換のアルキル基は、C1〜C10の置換もしくは無置換のアルキル基であるのが好ましく、C2〜C8の置換もしくは無置換のアルキル基であるのがより好ましく、C2〜C6の置換もしくは無置換のアルキル基であるのがさらに好ましい。また、アルキル基中の隣接しない炭素原子の一方が酸素原子もしくは硫黄原子に置換されていてもよい。R、R11及びR12が表す置換もしくは無置換のアリール基の例には、R1の例として挙げたアリール基の具体例が含まれる。前記アルキル基及びアリール基の置換基の例は、R1が表す置換基の例と同様である。後述する重合性基を置換基として有しているのも好ましい。また、R11及びR12が互いに結合して形成される環の例には、ピペラジン環が含まれる。
中でも、R5及びR6のうち、一方がシアノ基であり、及び他方が置換もしくは無置換のアルコキシキカルボニル基であるのが好ましい。
【0055】
前記一般式(1)又は(2)で表される液晶化合物は重合性基を有する。これにより、硬化によって光学異方性膜を形成可能であり、該光学異方性膜の位相差は、熱などによってほとんど変化せず、耐久性に優れる。重合性基は、化合物の分子の末端に有することが好ましい。
前記一般式(1)においては、R、R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つが、又は前記一般式(2)において、R、R1、R2、R3、R5及びR6の少なくとも1つが、重合性基を有する置換基である。好ましくは1〜6が、さらに好ましくは1〜4が、最も好ましくは1〜3が、重合性基を有する置換基である。中でも、一般式(1)中では、R2、R3及びR4が、並びに一般式(2)中では、R2、R3、R5及びR6が、重合性基を有する置換基であるのが好ましい。
【0056】
前記重合性基としては、付加重合反応又は縮合重合反応が可能な基が好ましい。そのような重合性基としては、重合性エチレン性不飽和基又は開環重合性基が好ましい。以下に重合性基の例を示す。
【0057】
【化9】

【0058】
さらに、重合性基は付加重合反応が可能な官能基であることが特に好ましい。そのような重合性基としては、重合性エチレン性不飽和基又は開環重合性基が好ましい。
重合性基は、下記の一般式P1、P2、P3又はP4のいずれかで表される基であることが好ましい。
【0059】
【化10】

【0060】
式中、R511、R512、R513、R521、R522、R523、R531、R532、R533、R541、R542、R543、R544、及びR545はそれぞれ各々独立に水素原子又はアルキル基を表す。nは0又は1を表す。
【0061】
重合性基P1中、R511、R512、R513は各々独立に水素原子又はアルキル基を表す。
重合性基P1を有する置換基は、重合性基P1を有するアルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はアルコキシカルボニルオキシ基であるのが好ましく、より具体的には、アルキレンオキシ基(例えばエチレンオキシ、プロピレンオキシ、ブチレンオキシ、ペンチレンオキシ、ヘキシレンオキシ、ヘプチレンオキシなどのアルキレンオキシ基、またエチレンオキシエトキシなどのエーテル結合を含む置換アルキレンオキシ基)、アルキレンオキシカルボニルオキシ基(例えばエチレンオキシカルボニルオキシ、プロピレンオキシカルボニルオキシ、ブチレンオキシカルボニルオキシ、ペンチレンオキシカルボニルオキシ、ヘキシレンオキシカルボニルオキシ、ヘプチレンオキシカルボニルオキシなどのアルキレンオキシカルボニルオキシ基、またエチレンオキシエトキシカルボニルオキシなどのエーテル結合を含む置換アルキレンオキシカルボニルオキシ基)、アルキレンオキシカルボニル基(例えばエチレンオキシカルボニル基、プロピレンオキシカルボニル基、ブチレンオキシカルボニル基、ペンチレンオキシカルボニル基、ヘキシレンオキシカルボニル基、ヘプチレンオキシカルボニル基などのアルキレンオキシカルボニル基、又はエチレンオキシエトキシカルボニル基などのエーテル結合を含む置換アルキレンオキシカルボニル基)などが好ましい。
重合性基P1が直接芳香環に結合してもよい。
【0062】
nは0〜1の整数を表し、nが1であることが好ましく、nが1の時は、重合性基P1は置換又は無置換のビニルエーテル基を表す。R511及びR513は、各々独立に水素原子、アルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、R511がメチル基でR513が水素原子、又はR511及びR513が共に水素原子の組み合わせが好ましい。
【0063】
512は水素原子、置換又は無置換のアルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、2−クロロエチル、3−メトキシエチル、メトキシエトキシエチルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、水素原子、低級アルキル基が好ましく、さらに水素原子が好ましい。従って、重合性基P1としては、一般には重合活性の高い官能基である無置換のビニルオキシ基が好ましく用いられる。
【0064】
重合性基P2は置換又は無置換のオキシラン基を表す。R521及びR522は、各々独立に水素原子、アルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、R521及びR522が共に水素原子が好ましい。
【0065】
523は水素原子、置換又は無置換のアルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、2−クロロエチル、3−メトキシエチル、メトキシエトキシエチルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、水素原子又はメチル、エチル、n−プロピルなどの低級アルキル基が好ましい。
【0066】
重合性基P3は置換又は無置換のアクリル基を表す。置換基R531及びR533は、各々独立に水素原子、アルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、R531がメチルでR533が水素原子、又はR531及びR533が共に水素原子の組み合わせが好ましい。
【0067】
532は水素原子、置換又は無置換のアルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、2−クロロエチル、3−メトキシエチル、メトキシエトキシエチルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、水素原子が好ましい。従って、重合性基P3としては、一般には無置換のアクリルオキシ基、メタクリルオキシ基、クロトニルオキシなどの重合活性の高い官能基が好ましく用いられる。
【0068】
重合性基P4は置換又は無置換のオキセタン基を表す。R542、R543、R544及びR545は各々独立に水素原子、アルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、R542、R543、R544及びR545が共に水素原子が好ましい。
【0069】
541は水素原子、置換又は無置換のアルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、2−クロロエチル、3−メトキシエチル、メトキシエトキシエチルが挙げられ、メチル、エチルなどの低級アルキル基が好ましく、さらにメチルが好ましい。)を表し、水素原子又はメチル、エチル、n−プロピルなどの低級アルキル基が好ましい。
【0070】
以下に、前記一般式(1)又は(2)で表される化合物の具体例を示すが、以下の具体例に限定されることはない。下記化合物に関しては、指定のない限り括弧( )内の数字にて例示化合物(X)と示す。
【0071】
【化11】

【0072】
【化12】

【0073】
【化13】

【0074】
【化14】

【0075】
【化15】

【0076】
【化16】

【0077】
【化17】

【0078】
【化18】

【0079】
【化19】

【0080】
【化20】

【0081】
【化21】

【0082】
【化22】

【0083】
【化23】

【0084】
【化24】

【0085】
前記一般式(1)又は(2)で表される化合物の合成は、既知の方法を参照して行うことができる。例えば、例示化合物(2)は、下記スキームに従って合成することができる。
【0086】
【化25】

【0087】
前記スキーム中、化合物(2−1)から化合物(2−3)までの合成は、“Journal of Chemical Crystallography"(1997),27(9),p.515-526.に記載の方法を参照して行うことができる。
さらに、前記スキームに示したように、化合物(2−4)及び化合物(2−5)からはジシクロへキシルカルボジイミド(DCC)を用いた定法のエステル化にて化合物(2−6)が得られる。化合物(2−3)及び化合物(2−6)のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)懸濁溶液に少量の重合禁止剤(Irganox1010、商品名、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)を添加し、加熱することで化合物(2−7)が得られる。化合物(2−7)のテトラヒドロフラン(THF)溶液に、塩基としてピリジン(Py)を加え、化合物(2−8)から塩化チオニルを用いた定法の酸クロライド合成にて得られる化合物(2−9)を添加することで、例示化合物(2)を得ることができる。
【0088】
(複屈折性)
本発明の前記一般式(1)又は(2)で表される重合性液晶化合物は、固有複屈折率Δnが逆波長分散性、即ち下記数式(3)を満足する波長分散性を有することが好ましい。
数式(3) Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.0
【0089】
本発明の液晶化合物は、同じ液晶相であれば、波長分散性は温度にほとんど依存しないが、本発明をより明確化するために、前記数式(3)における値は、相が変化する温度の上限温度から20℃下で測定した値を指すこととする。また、液晶温度範囲が20℃以下の場合は液晶相の上限温度から10℃下で測定した値、液晶温度範囲が10℃以下の場合は上限温度から5℃下で測定した値、液晶温度範囲が5℃以下の場合は2℃下で測定した値を指す。
【0090】
Δnの波長分散性は、液晶化合物を用いる用途により好ましい範囲が異なるため、一義的に範囲を限定することができないが、Δnの波長分散のより好ましい範囲としては、下記数式(4)及び(5)を満足することが好ましい。
【0091】
数式(4) 0.60<Δn(450nm)/Δn(550nm)<0.99
数式(5) 1.01<Δn(650nm)/Δn(550nm)<1.35
【0092】
更に、本発明の液晶化合物をλ/4板として使用する場合を考えれば、下記数式(6)及び(7)を満足することが好ましい。
【0093】
数式(6) 0.60<Δn(450nm)/Δn(550nm)<0.95
数式(7) 1.04<Δn(650nm)/Δn(550nm)<1.35
【0094】
前記数式(3)〜(7)中、Δn(450)、Δn(550)およびΔn(650)はそれぞれ、450nm、550nmおよび650nmにおけるΔnを表す。ただし、それぞれの測定波長は、±10nmの誤差を含む。
【0095】
液晶のΔnの測定方法は、例えば「液晶便覧」2.4.13(丸善(株)、2000年)に記載されているようなくさび型の液晶セルを用いる方法を挙げることができる。この方法において、450nm、550nm、650nmの3種類のバンドパスフィルターを用いることで、それぞれの波長のΔnを求める。
本発明の化合物のように液晶化合物が重合性基を有する場合には、くさび型の液晶セル中で重合反応が起こることがあり、測定が困難な場合が生じやすい。このような場合は、重合禁止剤を添加して測定することが好ましい。また、液晶を均一に配向させた状態で、例えばKOBRA(商品名、王子計測機器(株)製)のような位相差を測定できる装置で測定することにより、それぞれの波長におけるReを求め、膜厚を別途測定することで、Δnを求めることができる(Δn=Re/d(膜厚)の式より)。
【0096】
本発明の液晶化合物は、正または負の複屈折性のどちらの複屈折性を有していても良いが、正の複屈折性を有することが好ましい。
正の複屈折性を有する液晶相としては、詳しくは「液晶便覧」(丸善(株)、2000年)第2章などに記載されており、例えば、ネマチック相、コレステリック相、スメクチック相(例えば、スメクチックA相、スメクチックC相)を挙げることができる。
【0097】
本発明の液晶化合物を光学異方性層に用いる場合には、均一な欠陥のない配向のために、良好なモノドメイン性を示すものが好ましい。モノドメイン性が悪い場合には、得られる構造がポリドメインとなり、ドメイン同士の境界に配向欠陥が生じ、光を散乱するようになる。これは、光学異方性層の透過率低下にもつながるので好ましくない。良好なモノドメイン性を示すために、本発明の液晶化合物は、ネマチック相(N相)もしくはスメクチックA相(SA相)を発現することが好ましい。特にネマチック相を発現することが好
ましい。
【0098】
液晶化合物は、低分子液晶化合物でもよいし、高分子液晶化合物でもよいが、液晶の配向のしやすさを考慮すると、低分子液晶化合物の方が好ましい。
【0099】
(逆波長分散性を有するフィルムの作製)
本発明の前記一般式(1)又は(2)で表される重合性液晶化合物を配向膜上に塗布、配向させた後、固定化することで、逆波長分散性を有するフィルムを作製することができる。例えば、配向膜上に本発明の液晶化合物を略水平配向させた場合(いわゆるAプレート)は、配向方向(以下、TD方向と示す)とそれに直交する方向(以下、MD方向と示す)との位相差Re(550nm)が正であり、かつ特定波長における位相差Reが以下の数式(8)及び(9)を満たす。
【0100】
数式(8) 0.5<Re(450nm)/Re(550nm)<1.0
数式(9) 1.05<Re(650nm)/Re(550nm)<1.5
【0101】
上式(8)及び(9)を満たすフィルムを作製するためには、フィルムとして、TD方向とMD方向における吸収波長と遷移モーメントの方向を上手く配置する必要がある。ここで、青(450nm)、緑(550nm)、赤(650nm)であり、視野角特性向上のためにはそれぞれの波長における最適レターデーションに合わせる必要がある。本発明では、最も重要な緑(550nm)に対して正の複屈折性を与えた場合の好適な青(450nm)、赤(650nm)の範囲が前記の数式(8)及び(9)の範囲となる。
【0102】
ReはTD方向とMD方向の位相差つまり、TD方向の屈折率からMD方向の屈折率を差し引いた値(Δn)の比例関係であるため、TD方向の屈折率の波長分散性よりも、MD方向の波長分散性が、より右肩下がり(左を短波長側、右を長波長側とおいたときのΔnの傾き)であれば、その差し引いた値は、以下の数式(10)及び(11)を満たす。
【0103】
数式(10) 1>|Δn(450nm)/Δn(550nm)|
数式(11) 1<|Δn(650nm)/Δn(550nm)|
【0104】
屈折率の波長分散性は、Lorentz−Lorenzの式で表されているように、物質の吸収に密接な関係にあるため、MD方向の波長分散性をより右肩下がりにするためには、TD方向に比較してMD方向の吸収遷移波長をより長波化できれば、数式(8)及び(9)を満たすフィルムを設計することができる。例えば延伸処理を行ったポリマー材料では、MD方向は分子の鎖に直交方向である。そのような高分子幅方向の吸収遷移波長を長波化することは高分子材料としては非常に困難である。
【0105】
また、本発明の液晶化合物を略垂直配向させた場合(いわゆるCプレート)は、厚さ方向の位相差Rth(550nm)が負でありかつ特定波長における位相差Rthが以下の数式(12)及び(13)を満たす。
【0106】
数式(12) 0.6<Rth(450nm)/Rth(550nm)<0.99
数式(13) 1.01<Rth(650nm)/Rth(550nm)<1.35
【0107】
上式(12)及び(13)を満たすフィルムを作製するためには、フィルムとして、面内方向と厚み方向における吸収波長と遷移モーメントの方向を上手く配置する必要がある。ここで、青(450nm)、緑(550nm)、赤(650nm)であり、視野角特性向上のためにはそれぞれの波長における最適レターデーションに合わせる必要がある。本発明では、最も重要な緑(550nm)に対して正の複屈折性を与えた場合の好適な青(450nm)、赤(650nm)の範囲が前記の数式(12)及び(13)の範囲となる。
【0108】
厚さ方向の位相差Rth(550nm)が負であり、かつ上式(12)及び(13)を満たすフィルムを作製するには、厚み方向の屈折率が面内方向の屈折率に対して大きく、かつ厚み方向に比較して面内方向の吸収遷移波長をより長波化することで達成できる。しかしながら、例えばポリマー材料を用いた場合、分子の鎖は面内方向に並ぶため、厚み方向に比較して面内方向の吸収遷移波長をより長波化することは比較的容易であるが、厚み方向の屈折率が面内方向の屈折率に対して大きくするとは非常に困難であって、これら両条件を同時に満たすことはさらに困難である。
【0109】
また、本発明の液晶化合物を略螺旋配向させ、その螺旋軸が基板に対して略垂直である場合は、厚さ方向の位相差Rth(550nm)が正でありかつ特定波長における位相差Rthが数式(14)及び(15)を満たす。
【0110】
数式(14) 0.6<Rth(450nm)/Rth(550nm)<0.99
数式(15) 1.01<Rth(650nm)/Rth(550nm)<1.35
【0111】
上式(14)及び(15)を満たすフィルムを作製するためには、フィルムとして、面内方向と厚み方向における吸収波長と遷移モーメントの方向を上手く配置する必要がある。
【0112】
厚さ方向の位相差Rth(550nm)が正であり、かつ上式(14)及び(15)を満たすフィルムを作製するには、面内方向の屈折率が厚み方向の屈折率に対して大きく、かつ面内方向に比較して厚み方向の吸収遷移波長をより長波化することで達成できる。しかしながら、例えばポリマー材料を用いた場合、分子の鎖は面内方向に並ぶため、面内方向の屈折率が厚み方向の屈折率に対して大きくするとは比較的容易であるが、面内方向に比較して厚み方向の吸収遷移波長をより長波化することは非常に困難であって、これら両条件を同時に満たすことはさらに困難である。
【0113】
前述のように、本発明の液晶化合物を配向させた後、固定化する方法にて、ポリマー材料を用いた場合に非常に困難なフィルム、すなわち、
1)フィルム面内方向に位相差が正であり、その分散が逆波長分散であるフィルム、
2)フィルム厚み方向に位相差が負であり、その分散が逆波長分散であるフィルム、又は3)フィルム厚み方向に位相差が正であり、その分散が逆波長分散であるフィルム
を作製することができる。
【0114】
Δnの波長分散性は、液晶化合物を用いる用途により好ましい範囲が異なるため、一義的に範囲を限定することができないが、Δnの波長分散のより好ましい範囲としては、下記数式(4)及び(5)を満足することが好ましい。
【0115】
数式(4) 0.60<Δn(450nm)/Δn(550nm)<0.99
数式(5) 1.01<Δn(650nm)/Δn(550nm)<1.35
【0116】
前記一般式(1)で表される化合物は、正又は負の複屈折性のどちらの複屈折性を有していてもよいが、正の複屈折性を有することが好ましい。
正の複屈折性を有する液晶相としては、詳しくは「液晶便覧」(丸善(株)、2000年)第2章などに記載されており、例えば、ネマチック相、コレステリック相、スメクチック相(例えば、スメクチックA相、スメクチックC相)を挙げることができる。
【0117】
本発明の液晶組成物を光学異方性膜の形成に用いる場合は、前記一般式(1)で表される化合物の分子は、均一な欠陥のない配向状態になることが好ましく、そのためには、良好なモノドメイン性を示すものが好ましい。モノドメイン性が悪い場合には、得られる構造がポリドメインとなり、ドメイン同士の境界に配向欠陥が生じ、光を散乱するようになる。これは、光学異方性膜の透過率低下にもつながるので好ましくない。良好なモノドメイン性を示すために、前記一般式(1)で表される化合物は、ネマチック相(N相)もしくはスメクチックA相(SA相)を発現することが好ましい。特にネマチック相を発現することが好ましい。
【0118】
前記一般式(1)で表される化合物は、低分子液晶化合物でもよいし、高分子液晶化合物でもよいが、液晶の配向のしやすさを考慮すると、低分子液晶化合物の方が好ましい。
【0119】
本発明の液晶組成物は、可視光域において、Δnの波長分散が順分散である液晶化合物をさらに含有する。
可視光域においてΔnが順波長分散性である液晶化合物とは、可視光域において短波長側であるほど、Δnが大きい化合物をいう。具体的には前述の方法によってΔn(450)、Δn(550)及びΔn(650)を求め、Δn(450)/Δn(550)、Δn(550)/Δn(650)及びΔn(450)/Δn(650)のすべてが1以上である化合物を表す。Δnが順波長分散性である液晶化合物としては、棒状液晶性化合物であることが好ましく、具体的には、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類及びアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
【0120】
Δnが順波長分散性の液晶化合物としては、活性光線や電子線、熱などによって重合や架橋反応を起こしうる部分構造を有する化合物が好ましい。即ち、重合性基を1以上有する化合物が好ましく、1〜6有する化合物がより好ましく、1〜3有する化合物がさらに好ましく、2又は3個有する化合物がよりさらに好ましい。重合性基は、ラジカル重合性不飽和基が好ましく、具体的には、例えば特表2000−514202号公報、又は特開2002−62427号公報記載の重合性基が挙げられ、また該公報に記載の重合性液晶化合物も好ましい。
【0121】
本発明で用いられるΔnが順波長分散性の液晶化合物としては、例えば特開平11−80081号公報、特開2000−281628号公報、特開2002−128742号公報、特開2002−145830号公報、特開2002−265475号公報、特開2002−308831号公報、特開2003−12762号公報、特開2003−192645号公報、特開2007−191442号公報、特開2004−182678号公報、特表2005−502730号公報、特表2005−542219号公報、特表2002−539182号公報、特表2002−522410号公報、特表2002−521354号公報、特表2001−527570号公報、登録特許3901238号公報、登録特許3973707号公報、登録特許3866307号公報、特開2002−30042号公報、特開平11−116538号公報、特表平11−513029号公報、特開2003−238491号公報、特開2004−175728号公報、特開2004−231638号公報、特開2005−15473号公報、特開2005−112850号公報、特開2005−179557号公報、特開2005−206579号公報、特開2005−320317号公報、特開2005−35985号公報、特開2005−60373号公報、特開2006−111571号公報、特開2006−225463号公報、特開2006−241116号公報、特開2006−225607号公報、特開2006−232809号公報、特開2006−241116号公報、特開2006−348022号公報、特開2007−70285号公報、特開2007−70302号公報、特開2001−270848号公報、特開2001−199938号公報、特開2004−91380号公報、特開2006−219533号公報、特開2006−219524号公報、特開2007−119415号公報、特開2005−309255号公報、特表2000−507932号公報に記載の液晶化合物が挙げられる。
【0122】
Δnが順波長分散性の液晶化合物は、重合性であっても非重合性であってもよく、またそれらを組み合せて用いてもよい。該液晶化合物は、ネマチック液晶相、スメクチック液晶相、又はコレステリック液晶相のいずれを形成してもよいが、ネマチック相又はスメクチック相を形成することがより好ましい。
【0123】
Δnが順波長分散性の液晶化合物としては、下記一般式(3)で表される化合物が好ましい。
一般式(3): Q1−SP1−X1−MG−X2−SP2−Q2
一般式(3)において、Q1及びQ2はそれぞれ反応性基を表し、SP1及びSP2はそれぞれスペーサー基を表し、X1及びX2はそれぞれ連結基を表し、MGはメソゲン基を表す。
1及びQ2はそれぞれ独立に、重合性基である。重合性基の重合反応は、付加重合(開環重合を含む)又は縮合重合であることが好ましい。言い換えると、重合性基は、付加重合反応又は縮合重合反応が可能な官能基であることが好ましい。重合性基の例を以下に示す。
【0124】
【化26】

【0125】
重合性基(Q1及びQ2)は、不飽和重合性基(Q−1〜Q−7)、エポキシ基(Q−8)又はアジリジニル基(Q−9)であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基(Q−1〜Q−6)であることがよりさらに好ましい。
【0126】
式(3)において、SP1及びSP2は、それぞれ独立に二価のスペーサー基である。SP1及びSP2は、それぞれ独立に、−O−、−S−、−CO−、−NR2−、二価の鎖状基及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる二価の連結基であることが好ましい。上記R2は、炭素原子数が1〜7のアルキル基又は水素原子である。組み合わせからなる二価の連結基の例を以下に示す。
左側がQ(Q1又はQ2)に、右側がX(X1又はX2)に結合する。
【0127】
L−1:−CO−O−二価の鎖状基−
L−2:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の鎖状基−
L−3:−CO−O−二価の鎖状基−S−二価の鎖状基−
【0128】
二価の鎖状基は、アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基、アルキニレン基又は置換アルキニレン基を意味する。アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基及び置換アルケニレン基が好ましく、アルキレン基及びアルケニレン基がさらに好ましい。アルキレン基は、分岐を有していてもよい。アルキレン基の炭素原子数は、1〜12であることが好ましく、2〜10であることがさらに好ましく、2〜8であることがよりさらに好ましい。置換アルキレン基のアルキレン部分は、上記アルキレン基と同様である。置換アルキレン基の置換基の例には、アルコキシ基、ハロゲン原始が含まれる。アルケニレン基は、分岐を有していてもよい。アルケニレン基の炭素原子数は、2〜12であることが好ましく、2〜10であることがさらに好ましく、2〜8であることがよりさらに好ましい。置換アルケニレン基のアルケニレン部分は、上記アルケニレン基と同様である。置換アルケニレン基の置換基の例には、アルコキシ基、ロゲン原子が含まれる。アルキニレン基は、分岐を有していてもよい。アルキニレン基の炭素原子数は、2〜12であることが好ましく、2〜10であることがさらに好ましく、2〜8であることがよりさらに好ましい。置換アルキニレン基のアルキニレン部分は、上記アルキニレン基と同様である。置換アルキニレン基の置換基の例には、アルコキシ基、ハロゲン原子が含まれる。
【0129】
一般式(3)において、X1及びX2はそれぞれ独立して、2価の連結基である。X1及びX2は、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−NR2−及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる二価の連結基であることが好ましい。より好ましくは単結合、−O−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NH−、又は−O−CO−O−である。
【0130】
一般式(3)においてMGはメソゲン基を表す。好ましくは下記式(MG−I)で表される基である。
MG−I: −(A1−Z1m−A2−Z2−A3
式中、A1、A2及びA3は相互に独立して、1,4−フェニレン基、又は1,4−フェニレン基の1個又は2個以上のCH基がNにより置き換えられたヘテロ環基、1,4−シクロヘキシレン基、1,4−シクロヘキシレン基の1個のCH2基又は隣接していない2個のCH2基がO及び/又はSにより置き換えられていてもよいへテロ環基、あるいは1,4−シクロヘキセニレン基又はナフタレン−2,6−ジイル基であり、これらの基は置換基を有していてもよい。Z1及びZ2はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−又は単結合であり、mは、0、1又は2である。
二環状又は三環状のメソゲン基が好ましく、Z1及びZ2が、−COO−、−OCO−、−CH2−CH2−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−又は単結合である化合物は特に好ましい。
【0131】
MG−Iで表わされる好ましいメソゲン基の例を下記に示す。簡潔にするために略号を用いたが、Pheは、1,4−フェニレンであり、PheLは、少なくとも1個の置換基Lにより置換されていることを表し、そしてCycは、1,4−シクロヘキシレンである。
【0132】
【化27】

【0133】
これらにおいて、好ましくは、Z1及びZ2は、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−CH=CH−COO−又は単結合である。
特に好ましいメソゲン基は下記式で表される基である。
【0134】
【化28】

【0135】
【化29】

【0136】
rは0〜4の整数を表し、rは0、1又は2が好ましい。rが2のとき、2つのLは同じでも異なっていてもよい。
次いで、置換基Lについて説明する。置換基の例には、ハロゲン原子、シアノ、ニトロ、炭素原子数が1〜5のアルキル基、炭素原子数が1〜5のハロゲン置換アルキル基、炭素原子数が1〜5のアルコキシ基、炭素原子数が1〜5のアルキルチオ基、炭素原子数が1〜5のアシル基、炭素原子数が2〜6のアシルオキシ基、炭素原子数が2〜6のアルコキシカルボニル基、カルバモイル、炭素原子数が2〜6のアルキル置換カルバモイル基及び炭素原子数が2〜6のアミド基が含まれる。より好ましくはハロゲン原子、シアノ、炭素原子数が1〜3のアルキル基、炭素原子数が1〜3のハロゲン置換アルキル基、炭素原子数が1〜3のアルコキシ基、炭素原子数が2〜4のアシルオキシ基である。
Lは好ましくは、F、Cl、Br、CN、NO2、CH3、C25、OCH3、OC25、COCH3、COC25、CF3、OCF3、OCHF2、OC25、特にF、Br、Cl、CN、CH3、C25、OCH3、COCH3及びOCF3、よりさらに好ましくはF、Br,CH3、OCH3及びCOCH3である。
【0137】
以下に一般式(3)で表される化合物の具体的な例を示すが、これらに限定されるものではない。
【0138】
【化30】

【0139】
【化31】

【0140】
【化32】

【0141】
【化33】

【0142】
【化34】

【0143】
【化35】

【0144】
【化36】

【0145】
【化37】

【0146】
【化38】

【0147】
【化39】

【0148】
【化40】

【0149】
【化41】

【0150】
【化42】

【0151】
【化43】

【0152】
【化44】

【0153】
【化45】

【0154】
本発明の液晶組成物におけるΔnが逆波長分散性の前記一般式(1)で表される化合物(以下、「逆分散性化合物」という)と、Δnが順波長分散性の液晶化合物(以下、「順分散性化合物」という)との割合については特に制限されず、用途などに応じてその好ましい範囲も異なるが、一般的には、式(1)で表される逆分散性化合物と、順分散性化合物との割合は、質量比で1:10〜10:1の割合で含有する好ましい。
【0155】
本発明の液晶組成物は、ネマチック相、スメクチック相、又はコレステリック相を示すことが好ましい。本発明の液晶組成物は、前記一般式(1)の化合物及び前記順分散性液晶化合物とともに、他の添加剤を含有していてもよい。
・配向促進剤
本発明の液晶組成物中には、前記逆分散性化合物及び/又は前記順分散性化合物の分子の配向を促進する添加剤を添加してもよい。配向を促進する添加剤の組成物中における含有量は、前記逆分散性及び順分散性化合物に対し0.01〜10質量%であるのが好ましく、0.05〜5質量%であるのがより好ましく、0.05〜4質量%であるのが更に好ましい。配向を促進する添加剤は、空気界面あるいは配向膜界面においてその排除体積効果や静電気的な効果によって液晶性化合物の分子を配向させるのに寄与する。特開2002−20363号公報、特開2002−129162号公報に記載されている化合物を用いることができる。また、特開2004−53981号明細書の段落番号[0072]〜[0075]、特開2004−4688号明細書の段落番号[0071]〜[0078]、特開2004−139015号明細書の段落番号[0052]〜[0054]、[0065]〜[0066]、[0092]〜[0094]に記載される事項も本発明に適宜適用することができる。
【0156】
・連鎖移動剤
本発明の液晶組成物中には、連鎖移動剤を用いてもよい。組成物中における含有量は、前記逆分散性及び順分散性化合物に対し、0.01〜10質量%であるのが好ましく、0.05〜5質量%であるのがより好ましく、0.05〜4質量%であるのが更に好ましい。具体的な連鎖移動剤としては一般に知られているものが用いることができるが、好ましくはメルカプト基を有する化合物(チオール化合物、例えばドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン、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)など)やジスルフィド化合物(例えばジフェニルジスルフィドなど)である。逆分散性及び順分散性化合物との相溶性も必要であり、相溶性の観点から液晶性を示すチオール化合物がより好ましい。液晶性を示すチオール化合物としては、米国特許6096241号に記載の化合物などが挙げられる。
【0157】
・その他の添加剤
本発明の液晶組成物は、所望により添加される前記の配向促進剤及び連鎖移動剤の他に、重合開始剤、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー等を含有していてもよい。これらの材料は、種々の目的、例えば、配向の固定化、塗工膜の均一性、膜の強度、液晶性化合物の配向性の向上等を目的として添加される。これらの材料は、併用する液晶性化合物と相溶性を有し、配向を阻害しないことが好ましい。
【0158】
重合開始剤としては、熱重合開始剤及び光重合開始剤のいずれを用いてもよい。光重合開始剤が好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許3549367号明細書記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許4239850号明細書記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許4212970号明細書記載)が含まれる。光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の0.01〜20質量%であることが好ましく、0.5〜10質量%であることがさらに好ましい。
【0159】
重合性モノマーとしては、ラジカル重合性もしくはカチオン重合性の化合物が挙げられる。好ましくは、多官能性ラジカル重合性モノマーであり、上記の重合性基含有の液晶化合物と共重合性のものが好ましい。例えば、特開2002−296423号公報明細書中の段落番号[0018]〜[0020]記載のものが挙げられる。上記化合物の添加量は、液晶性化合物に対して一般に1〜50質量%の範囲にあり、1〜30質量%の範囲にあることが好ましい。
【0160】
界面活性剤としては、従来公知の化合物が挙げられるが、特にフッ素系化合物が好ましい。具体的には、例えば特開2001−330725号公報明細書中の段落番号[0028]〜[0056]記載の化合物が挙げられる。
【0161】
ポリマーとしては、塗布液を増粘できることが好ましい。ポリマーの例としては、セルロースエステルを挙げることができる。セルロースエステルの好ましい例としては、特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0178]記載のものが挙げられる。液晶性化合物の配向を阻害しないように、上記ポリマーの添加量は、液晶性分子に対して0.1〜10質量%の範囲にあることが好ましく、0.1〜8質量%の範囲にあることがより好ましい。
【0162】
[光学異方性膜]
次に、本発明の液晶組成物から形成される光学異方性膜について説明する。
本発明の光学異方性膜は、本発明の液晶組成物を、配向膜等の表面に適用して、ある配向状態をとらせた後に固定して形成することができる。本発明の液晶組成物は、ネマチック相又はスメクチック相を発現することが好ましい。
本発明の液晶組成物は、塗布液として調製してもよい。塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド(例、N,N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例、ピリジン)、炭化水素(例、ベンゼン、ヘキサン)、アルキルハライド(例、クロロホルム、ジクロロメタン)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例、アセトン、メチルエチルケトン)、エーテル(例、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン)が含まれる。アルキルハライド、エステル及びケトンが好ましく、特にエステル及びケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
【0163】
前記塗布液の塗布は、公知の方法(例、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法)により実施できる。
【0164】
塗布により形成した塗膜を、所望の配向状態とする。前記液晶組成物を塗布した後、ネマチック相又は等方性相に保持したのち、冷却してスメクチック相にすることが好ましい。スメクチック相への転移温度以上の温度として0.1度以上が好ましいが、より好ましくは1度以上であり、さらに好ましくは5度以上20度以下である。ネマチック相又は等方性相で熱処理する時間として10秒以上保持することが好ましく、より好ましくは20秒以上で、さらに好ましくは30秒以上3分以内である。
【0165】
所望の配向状態とした後、その配向状態を固定化する。固定化は重合性化合物の重合反応により実施することができる。固定化のために実施する重合反応には、光重合開始剤を用いた光重合反応を利用するのが好ましい。重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2であることが好ましく、100〜800mJ/cm2であることがさらに好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。また酸素濃度を減らして重合してもよい。
【0166】
前記光学異方性膜の厚さは、0.1〜10μmであることが好ましく、0.2〜5μmであることがさらに好ましく、0.5〜5μmであることがよりさらに好ましい。
【0167】
本発明の光学異方性膜の作製には、配向膜を用いてもよい。配向膜は、液晶性分子の配向方向を規制する機能を有する。さらには、配向膜は、配向の均一性の向上及び支持体として用いられるポリマー基材と光学異方性膜との間の密着性を向上させる目的で用いられる。なお、液晶性化合物を配向後にその配向状態を固定してしまえば、配向膜はその役割を果たしているために、除去することも可能である。
【0168】
配向膜は、有機化合物(好ましくはポリマー)の膜のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、あるいはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で設けることができる。さらに、電場の付与、磁場の付与あるいは光照射により、配向機能が生じる配向膜も知られている。
【0169】
本発明では、ポリマー膜の表面をラビング処理して形成した配向膜を利用するのが好ましい。配向膜形成用ポリマーの例には、例えば特開平8−338913号公報明細書中段落番号[0022]記載のメタクリレート系重合体、スチレン系重合体、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコール、ポリ(N−メチロールアクリルアミド)、ポリエステル、ポリイミド、酢酸ビニル重合体、カルボキシメチルセルロース、ポリカーボネート等が含まれる。シランカップリング剤をポリマーとして用いることができる。水溶性ポリマー(例、ポリ(N−メチロールアクリルアミド)、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール)が好ましく、ゼラチン、ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールがさらに好ましく、ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールが最も好ましい。重合度が異なるポリビニルアルコール又は変性ポリビニルアルコールを2種類併用することが特に好ましい。
【0170】
ポリビニルアルコールの鹸化度は、70〜100%が好ましく、80〜100%がさらに好ましい。ポリビニルアルコールの重合度は、100〜5000であることが好ましい。
【0171】
配向膜形成用ポリマーは、液晶性分子を配向させる機能を有する側鎖を有する。該側鎖は、疎水性基を官能基として有するのが一般的である。具体的な官能基の種類は、液晶性分子の種類及び必要とする配向状態に応じて決定する。例えば、変性ポリビニルアルコールの変性基としては、共重合変性、連鎖移動変性又はブロック重合変性により導入できる。変性基の例には、親水性基(カルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、アミノ基、アンモニウム基、アミド基、チオール基等)、炭素数10〜100個の炭化水素基、フッ素原子置換の炭化水素基、チオエーテル基、重合性(不飽和重合性基、エポキシ基、アジリニジル基等)、アルコキシシリル基(トリアルコキシ、ジアルコキシ、モノアルコキシ)等が挙げられる。これらの変性ポリビニルアルコール化合物の具体例として、例えば特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0022]〜[0145]、同2002−62426号公報明細書中の段落番号[0018]〜[0022]に記載のもの等が挙げられる。
【0172】
前記配向膜形成用ポリマーとしては、架橋性官能基(例、二重結合)を側鎖に有するものが好ましく、該架橋性官能基は、液晶性分子を配向させる機能をも有するものであってもよい。また、配向膜に使用されるポリマーは、それ自体架橋可能なポリマーあるいは架橋剤により架橋されるポリマーのいずれも使用することができし、これらの組み合わせを複数使用することができる。
前記配向膜形成用ポリマーが、架橋性官能基を側鎖に有すると、配向膜のポリマーとその上に形成される光学異方性膜中に含まれる多官能モノマーとを共重合させることができ、その結果、多官能モノマーと多官能モノマーとの間だけではなく、配向膜ポリマーと配向膜ポリマーとの間、そして多官能モノマーと配向膜ポリマーとの間も共有結合で強固に結合させることができる。
配向膜ポリマーの架橋性官能基は、多官能モノマーと同様に、重合性基を含むことが好ましい。具体的には、例えば特開2000−155216号公報明細書中段落番号[0080]〜[0100]記載のもの等が挙げられる。
【0173】
上記した通り、配向膜ポリマーは、上記の架橋性官能基とは別に、架橋剤を用いて架橋させることもできる。
架橋剤としては、アルデヒド、N−メチロール化合物、ジオキサン誘導体、カルボキシル基を活性化することにより作用する化合物、活性ビニル化合物、活性ハロゲン化合物、イソオキサゾール及びジアルデヒド澱粉が含まれる。2種類以上の架橋剤を併用してもよい。具体的には、例えば特開2002−62426号公報明細書中の段落番号[0023]〜[024]記載の化合物等が挙げられる。反応活性の高いアルデヒド、特にグルタルアルデヒドが好ましい。
【0174】
架橋剤の添加量は、ポリマーに対して0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜15質量%がさらに好ましい。配向膜に残存する未反応の架橋剤の量は、1.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがさらに好ましい。このように調節することで、配向膜を液晶表示装置に長期使用、或は高温高湿の雰囲気下に長期間放置しても、レチキュレーション発生のない充分な耐久性が得られる。
【0175】
配向膜は、一般的には、配向膜形成材料である上記ポリマー、及び所望により架橋剤を含む組成物を、ポリマーフィルム等の透明支持体の表面に塗布した後、加熱乾燥(架橋させ)し、必要であればラビング処理することにより形成することができる。架橋反応は、前記のように、透明支持体上に塗布した後、任意の時期に行なってよい。ポリビニルアルコールのような水溶性ポリマーを配向膜形成材料として用いる場合には、塗布液は消泡作用のある有機溶媒(例、メタノール)と水の混合溶媒とすることが好ましい。その比率は質量比で、水:メタノールが0より大きく99以下:100未満1以上が好ましく、0より大きく91以下:100未満9以上であることがさらに好ましい。これにより、泡の発生が抑えられ、配向膜、更にはその上に形成される光学異方性膜の表面の欠陥が著しく減少する。
【0176】
配向膜を形成する際の塗布方法は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、エクストルージョンコーティング法、ロッドコーティング法又はロールコーティング法が好ましい。特にロッドコーティング法が好ましい。また、乾燥後の膜厚は0.1〜10μmが好ましい。加熱乾燥は、20〜110℃で行なうことができる。充分な架橋を形成するためには60〜100℃が好ましく、特に80〜100℃が好ましい。乾燥時間は1分〜36時間で行なうことができるが、好ましくは1分〜30分である。pHも、使用する架橋剤に最適な値に設定することが好ましく、グルタルアルデヒドを使用した場合は、pH4.5〜5.5で、特に4.8〜5.2が好ましい。
【0177】
所望により実施されるラビング処理は、一般的には、ポリマー膜の表面を、紙やガーゼ、フェルト、ゴムあるいはナイロン、ポリエステル繊維などを用いて一定方向に擦ることにより、実施される。一般的には、長さ及び太さが均一な繊維を平均的に植毛した布などが用いられる。
【0178】
[支持体]
本発明の光学異方性膜を、支持体上に形成してもよい。支持体は透明であるのが好ましく、具体的には、光透過率が80%以上であるのが好ましい。
支持体となるポリマーフィルムの例には、セルロースエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート及びポリメタクリレートのフィルムが含まれる。セルロースエステルフィルムが好ましく、アセチルセルロースフィルムがさらに好ましく、トリアセチルセルロースフィルムが最も好ましい。ポリマーフィルムは、ソルベントキャスト法により形成することが好ましい。透明支持体の厚さは、20〜500μmであることが好ましく、40〜200μmであることがさらに好ましい。透明支持体とその上に設けられる層(接着層、垂直配向膜あるいは位相差層)との接着を改善するため、透明支持体に表面処理(例、グロー放電処理、コロナ放電処理、紫外線(UV)処理、火炎処理、ケン化処理)を実施してもよい。透明支持体の上に、接着層(下塗り層)を設けてもよい。また、透明支持体や長尺の透明支持体には、搬送工程でのすべり性を付与したり、巻き取った後の裏面と表面の貼り付きを防止するために、平均粒径が10〜100nm程度の無機粒子を固形分質量比で5%〜40%混合したポリマー層を支持体の片側に塗布や支持体との共流延によって形成したものを用いることが好ましい。
【0179】
本発明の光学異方性膜は、種々の用途に用いることができる。本発明の光学異方性膜は、可視光域においてΔnが逆波長分散である前記一般式(1)で表される化合物と、可視光域においてΔnが順波長分散である液晶化合物との混合割合によって、可視光域の光に対する面内レターデーションReの波長分散性が、順分散性、逆分散性、又は波長によらず一定、のいずれの特性も達成し得る。
【実施例】
【0180】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
[実施例1]
化合物(78)は以下の経路にて合成した。
【化46】

【0181】
・ 化合物(78)−Bの合成
ベンゾキノン(化合物(78)−A)を出発物質にJ. Org. Chem.,69巻、2164〜2177ページ(2004年)に記載の方法で化合物(78)−Bを得た。
【0182】
・ 化合物(78)−Cの合成
化合物(78)−Bを16.4g(50mmol)、シアノ酢酸ブチル8.5g(60mmol)をN−メチル−ピロリジノン50mlに加えて90℃にて2時間攪拌した。室温まで冷却した後、内容物にメタノール300mlを加えて析出物をろ別し、目的物の化合物(78)−Cを15.2g得た。得られた化合物の1H−NMRスペクトルは以下のとおりであった。
1H−NMR(300MHz,d6−DMSO): 0.93ppm(3H,t),1.40ppm(2H,m),1.65ppm(2H,m),4.23ppm(2H,t),6.79ppm(2H,s),10.32ppm(1H,s),10.37ppm(1H,s),
1H−NMRおよびその他のスペクトルから目的物であることを確認した。
【0183】
・ 化合物(78)−Kの合成
trans−4−ヒドロキシ−シクロヘキサンカルボン酸7.2g(50mmol)、ベンジルブロミド10.2g(60mmol)をN−メチル−ピロリジノン90mlに加えて攪拌し、炭酸水素ナトリウム8.2g(100mmol)を添加して90℃にて3時間攪拌した。室温まで冷却した後、内容物に酢酸エチル400ml、水300mlを加えて抽出した。有機層を希塩酸、水で洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物(78)−K 9.2gを得た。1H−NMRから目的物であることを確認した。
【0184】
・ 化合物(78)−Dの合成
化合物(78)−DはRecl. Trav. Pays−Bas、 115巻、321〜328ページ(1996年)に記載の方法により合成した。
【0185】
・ 化合物(78)−Eの合成
化合物(78)−D 24.4g(0.1mol)をN−メチル−ピロリジノン200mlに加えて攪拌し、室温にてtert−ブチルジフェニルクロロシラン54.8g(0.22mol)を加え、更にイミダゾール27.2gを添加した。室温にて3時間攪拌した後、酢酸エチル500mlと希塩酸500mlを加えて抽出し、有機層を水で洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。濃縮物をメタノール300mlとテトラヒドロフラン200mlに溶解し、水200mlに炭酸カリウム28gを溶解した溶液を加えて室温で8時間攪拌した。溶液を濃縮した後、酢酸エチル500mlと水300mlとを加えて抽出し、有機層を水で洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物(78)−E 28.5g(61mmol)を得た。1H−NMRから目的物であることを確認した。
【0186】
・ 化合物(78)−Fの合成
化合物(78)−E 9.5g(20.4mmol)をトルエン30mlに溶解し、N,N−ジメチルホルムアミド 0.1ml、塩化チオニル2mlを加え、70℃にて3時間攪拌した。溶媒を減圧留去した後、残渣にN−メチル−ピロリジノン30mlに加えて攪拌し、化合物(78)−K 4.7g(20mol)を加え、5℃以下に冷却した。冷却後にトリエチルアミン3ml、次いで4−N,N−ジメチルアミノピリジン100mgを順次加えた後、5℃以下にて30分攪拌し、その後、室温で2時間攪拌した。反応液に酢酸200ml及び希塩酸200mlを加えて抽出し、有機層を水で洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物(78)−F 10.0g(14.3mmol)を得た。1H−NMRから目的物であることを確認した。
【0187】
・ 化合物(78)−Gの合成
化合物(78)−F 20g(28.6mmol)をテトラヒドロフラン100mlに溶解し、酢酸5mlを加え、次いでテトラブチルアンモニウムフロリド(テトラヒドロフラン溶液、濃度1mol/l)を30ml加えて室温で3時間攪拌した。反応液に酢酸200ml希塩酸200mlを加えて抽出し、有機層を水で洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物(78)−G 13.0g(28.2mmol)を得た。得られた化合物の1H−NMRスペクトルは以下のとおりであった。
1H−NMR(300MHz,CDCl3): 1.16〜2.12ppm(24H,m),2.21ppm(1H,m),2.34ppm(1H,m),3.47ppm(2H,t),3.65ppm(2H,s),4.70ppm(1H,m),5.11ppm(2H,s),7.37ppm(5H,m)。
1H−NMRから目的物であることを確認した。
【0188】
・ 化合物(78)−Hの合成
化合物(78)−G 13g(28.2mmol)をエタノール130mlに溶解し、10%パラジウム炭素を1.3g添加し、常圧下で水素添加した。触媒をセライト濾過してろ液を濃縮し、化合物(78)−H 9.3g(25mmol)を得た。1H−NMRから目的物であることを確認した。
【0189】
・ 化合物(78)−Iの合成
化合物(78)−H 7.2g(19mmol)をN−メチル−ピロリジノン40mlに加えて攪拌し、5℃以下にてアクリロイルクロリド5mlを加えた。室温にて3時間攪拌した後、再び5℃以下に冷却して、ピリジン6mlと水6mlの混合溶液を滴下した。反応液に酢酸エチル200mlと希塩酸200mlとを加えて抽出し、有機層を水で洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。目的物の化合物(78)−I 7.3g(17l)を得た。1H−NMRから目的物であることを確認した。
【0190】
・ 化合物(78)の合成
化合物(78)−I 4.5g(10.6mmol)をトルエン20mlに溶解し、N,N−ジメチルホルムアミド 0.1ml、塩化チオニル1.1mlを加え、70℃にて3時間攪拌した。溶媒を減圧留去した後、残渣にN−メチル−ピロリジノン20mlに加えて攪拌し、化合物(78)−C 1.61g(5mol)を加え、5℃以下に冷却した。冷却下にトリエチルアミン2ml、次いで4−N,N−ジメチルアミノピリジン100mgを順次加えた後、5℃以下にて30分攪拌した後、室温で2時間攪拌した。反応液に酢酸エチル200mlと希塩酸200mlとを加えて抽出し、有機層を水で洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(78) 2.5g( 2.2mmol)を得た。得られた化合物の1H−NMRスペクトルは以下のとおりであった。
1H−NMR(300MHz,CDCl3): 0.93ppm(3H,t),1.20〜1.86ppm(36H,m),1.98〜2.32ppm(18H,m),2.65ppm(2H,m),3.21ppm(2H,m),3.46ppm(4H,m),4.19ppm(4H,m),4.30ppm(2H,t),4.79(2H,m),5.65ppm(2H,d),6.14ppm(2H,dd),6.42ppm(2H,d),7.23ppm(2H,d),7.27(2H,d)。
1H−NMRおよびその他のスペクトルデータから目的物であることを確認した。
また、化合物(78)の相転移温度は以下のとおりであった。
結晶―147℃→ネマチック相―163℃→等方相
【0191】
(実施例2:組成物の調製)
順分散な液晶化合物として化合物(V−1)を、逆波長分散な液晶化合物として化合物(78)を用いて液晶組成物を調製した。化合物(V−1)と化合物(78)の混合物100質量部に対し、イルガキュア819(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)3質量部、下記構造の添加剤0.1質量部を1,1,2−トリクロロエタン430質量部に溶解し、溶液を得た。液晶化合物の混合物に対する化合物(78)の質量パーセントは、溶液aでは25%、溶液bでは50%、溶液cでは75%、溶液dでは80%、溶液eでは90%になるように混合比を調整した。なお比較例として化合物(V−1)単独で調液した溶液x、および化合物(78)単独で調液した溶液yを用意した。
【0192】
【化47】

【0193】
(実施例3:光学異方性膜の作製と光学特性の評価)
実施例2で調製した溶液(a〜e、x及びy)をラビング処理を施したガラス基板にスピンコートで塗布した。100℃で1分乾燥した後、115℃にて1分熟成し、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を照射した。得られたサンプルa〜eおよびx、yの正面(膜面に対して法線方向)でのレターデーション値を、測定波長を変えて測定し、波長分散特性としてRe(450nm)/Re(550nm)を求めた。結果を表に示す。
【0194】
【表1】

【0195】
上記表に示した結果から、混合比を変えることで光学異方性膜の波長分散特性を容易にコントロールし得ることが理解できる。
【0196】
(比較例1:ゼオノアおよびポリカーボネートの評価)
日本ゼオン社製のゼオノア及びポリカーボネートからなる光学異方性膜を作製し、その複屈折率の異方性を調べ、波長分散特性としてRe(450nm)/Re(550nm)を求めた。ゼオノアは1.01であり、ポリカーボネートは1.07であった。
本発明によれば、市販されている種々の光学異方性膜と同様の波長依存性を示す光学異方性膜を、所定の逆波長分散性の化合物と、順分散液晶とを混合することで容易に作製することができる。
【0197】
(実施例4:光学異方性膜の作製と光学特性の評価)
実施例2において用いた化合物V−1に代えて、化合物V−71を用いた以外は同様にして、下記表に示す混合比で溶液サンプル(a2〜e2、x2)を調製し、実施例3と同様にして光学異方性膜サンプルa2〜e2、及びx2をそれぞれ作製した。各サンプルの正面(膜面に対して法線方向)でのレターデーション値を、測定波長を変えて測定し、波長分散特性としてRe(450nm)/Re(550nm)を求めた。結果を下記表に示す。
【0198】
【表2】

【0199】
上記表に示した結果から、混合比を変えることで光学異方性膜の波長分散特性を容易にコントロールし得ることが理解できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視光域においてΔnが逆波長分散である下記一般式(1)で表される化合物の少なくとも一種と、可視光域においてΔnが順波長分散である液晶化合物の少なくとも一種とを含有することを特徴とする液晶組成物:
【化1】

式中、A1及びA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子又は置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表し;Zは、炭素原子及び第14〜16族の非金属原子からなる群から選択される1つ又は2つの原子を表し、式中記載のC−C=C−C又はC=C−C=Cと共に5又は6員環を形成し;R1、R2及びR3は各々独立に置換基を表し;mは0〜4の整数であり;L1及びL2は各々独立に単結合又は二価の連結基を表す。Xは第14〜16族の非金属原子を表し(ただし、Xには水素原子又は置換基R4が結合してもよい);但し、R、R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つは、重合性基を有する置換基である。
【請求項2】
前記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の液晶組成物:
【化2】

式中、A1、A2、Z、R1、R2、R3、m、L1及びL2は、一般式(1)中のそれぞれと同義であり、R5及びR6は、各々独立に置換基を表し;但し、R、R1、R2、R3、R5及びR6の少なくとも1つには重合性基を有する置換基である。
【請求項3】
前記式(2)中、R5及びR6がそれぞれ、シアノ基(CN)、アシル基(−COR:Rは置換もしくは無置換のアルキル基またはアリール基を表す)、置換もしくは無置換のアルコキシキカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基(C(=O)OR:Rは置換もしくは無置換のアルキル基またはアリール基を表す)、又は置換もしくは無置換のカルバモイル基(C(=O)NR1112:R11及びR12はそれぞれ、水素原子、又は置換もしくは無置換のアルキル基又はアリール基を表し、互いに結合して環を形成していてもよい)を表すことを特徴とする請求項2に記載の液晶組成物。
【請求項4】
式中のZとC−C=C−C又はC=C−C=Cとによって形成される環が、芳香環であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
【請求項5】
2及びR3がそれぞれ、下記式のいずれかで表されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
【化3】

式中、L11は、単結合もしくは連結基であり、R11は置換基である。
【請求項6】
前記一般式(1)で表される化合物と前記液晶化合物とを、質量比で1:10〜10:1の割合で含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶組成物から形成された光学異方性膜。

【公開番号】特開2009−62508(P2009−62508A)
【公開日】平成21年3月26日(2009.3.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−47108(P2008−47108)
【出願日】平成20年2月28日(2008.2.28)
【出願人】(306037311)富士フイルム株式会社 (25,513)
【Fターム(参考)】