JP2004110051A

JP2004110051A - 積層位相差フィルム

Info

Publication number: JP2004110051A
Application number: JP2003357446A
Authority: JP
Inventors: Akiko Shimizu; 清水　朗子; Koji Azuma; 東　浩二
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】　従来とは異なる光学特性を有する位相差フィルムに、無機層状化合物層からなる位相差フィルムが積層された積層位相差フィルムを提供する。
【解決手段】　面内のレターデーション値が５０〜３００nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.５以上１.８以下である熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルム１枚又は２枚以上と、無機層状化合物層からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上とが積層されてなり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.０３以上０.３未満である積層位相差フィルムが提供される。この積層位相差フィルムは、液晶表示装置の光学補償層として用いることができる。

【選択図】　なし

Description

産業上の利用分野

　本発明は、特定の光学特性を有する熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルムに、無機層状化合物層からなる位相差フィルムが積層された積層位相差フィルムに関するものである。

従来の技術

　位相差フィルムはＳＴＮ型液晶表示装置の光学補償層として一般に使用されているが、近年ではＳＴＮ型のみならず、それ以外の方式の液晶表示装置に対する光学補償層としても種々の応用が検討されている。例えば、最近、ＳＴＮ及びＴＮ型液晶表示装置等において、用途に応じて特殊な視野角特性が要求される場合があり、その結果、それぞれの用途に応じて種々の光学特性を有する位相差フィルムが必要とされるようになっている。

　しかし、現状で開発されている位相差フィルムは、前述のＳＴＮ型液晶表示装置に用いられている一軸配向性に近い特性を持つもの、及び EP-A-0541308 号公報に記載されているような面内の屈折率と厚み方向の屈折率が異なる無機層状化合物層からなる完全二軸配向性に近い特性を有するものの２種に限られ、たとえそれらを組み合わせても、これら２種の位相差フィルムの中間の特性を有するような位相差フィルムはこれまで開発されていなかった。

　また、ユーロディスプレイ'９３の予稿集ｐ.１４９においては、ベンド配向型のＯＣＢモードの液晶表示装置（πセル）に対する光学補償層として、ｎ_X ＝１.６１８、ｎ_Y ＝１.６０６、ｎ_Z ＝１.４９３、フィルム厚み９.２９６μm という屈折率構造を有する位相差フィルムが有効であろうとのシミュレーションがなされている。これから計算される位相差フィルムの面内レターデーション値は１１２nm、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比は０.１０１である。

　しかし、これまでのＳＴＮ型液晶表示装置に用いられてきた位相差フィルムは、一軸配向性のため、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が２.０以上であり、一方、EP-A-0541308 号公報に記載されているような面内の屈折率と厚み方向の屈折率が異なる無機層状化合物層からなる位相差フィルムでは、面内のレターデーションが０〜５０nmのものしか得られないため、現在量産可能な位相差フィルムとして開発されているものからは、例えば上記のπセルの光学補償層として使用可能な特性を有する位相差フィルムを得ることはできない。このため、従来とは異なる光学特性を有する位相差フィルムの開発が必要であり、特に軽量な熱可塑性樹脂を用いた位相差フィルムの開発、及びかかる位相差フィルムを効率的にしかも工業的にも有利に製造する方法の開発が望まれている。

　本発明者らは、上記課題を解決するために検討を行った結果、面内のレターデーション値が５０〜３００nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.５以上１.８以下である光学特性を有する位相差フィルムの開発に成功し、さらに、この面内のレターデーション値が５０〜３００nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.５以上１.８以下である光学特性を有する位相差フィルムと無機層状化合物層からなる位相差フィルムが積層されてなり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.０３以上０.３未満である積層位相差フィルムの開発に成功し、本発明に到達した。

　すなわち本発明は、面内のレターデーション値が５０〜３００nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.５以上１.８以下である熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルム１枚又は２枚以上と、無機層状化合物層からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上とが積層されてなり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.０３以上０.３未満である積層位相差フィルムに関するものである。

　熱可塑性樹脂としては、透明性に優れているものが好ましく用いられる。例えば、ポリカーボネート系樹脂、二酢酸セルロース、ポリビニルアルコール、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレートなどが挙げられる。中でも、ポリカーボネート系樹脂又はポリサルフォンがより好ましい。

　熱可塑性樹脂フィルムとしては通常、溶剤キャスト法を用いて製造されたものが用いられる。熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、例えば、５０〜３００μm であり、好ましくは、１００〜２００μm である。本発明に用いる熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルムは、例えば以下の方法で製造できる。

　溶剤キャスト法により製造された熱可塑性樹脂フィルムには、予熱部、延伸部及び熱処理部を連続して備えたテンター内において、予熱、一軸延伸及び熱処理が、連続して施される。まず、予熱とは、次の延伸処理において良好に延伸できるよう、予め熱可塑性樹脂フィルムを加熱により軟化させておく処理をいう。予熱装置内に導入された熱可塑性樹脂フィルムは、
　　　Ｔｇ＜Ｔｐ≦（Ｔｇ＋１００℃）
（但し、Ｔｇは熱可塑性樹脂のガラス転移温度を示し、Ｔｐは予熱温度を示す）の温度範囲Ｔｐで予熱される。予熱時間は、樹脂を必要なだけ軟化させ、かつ必要以上の変形を抑制するために、通常は０.１分〜１分間であるのが好ましい。

　次いで、予熱されたフィルムは延伸部に導入され、
　　　Ｔｇ＜Ｔｓ≦（Ｔｇ＋１００℃）
（但し、Ｔｓは延伸温度を示す）の温度範囲Ｔｓで、延伸軸と直交する方向の収縮を起こさないようにした状態で、変形速度１５０％／分〜１０００％／分、延伸倍率２〜３倍でフィルムの進行方向と直交する方向へ横一軸延伸される。ここで、延伸温度、変形速度及び延伸倍率は、原反として用いる熱可塑性樹脂フィルムの種類や厚み、及び必要とされる位相差フィルムの面内のレターデーション値、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比の値、厚み等により適宜選択される。例えば、ポリカーボネートフィルムを用いる場合には、延伸温度１９０〜２２０℃、変形速度１５０〜６００％／分、延伸倍率２〜３倍とするのが好ましい。一般的には、延伸温度を低下させるか、変形速度を上昇させるか、あるいは延伸倍率を増加させると、面内のレターデーション値は増加する傾向にあり、また、延伸倍率を増加させることにより、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比の値は大きくなる傾向にある。

　さらに、一軸延伸されたフィルムは熱処理部に導入され、フィルムの配向を固定するなどの目的で、延伸後のチャック幅（延伸軸方向の幅）を保った状態にて、
　　　（Ｔｓ−５０℃）≦Ｔｈｓ≦Ｔｓ
（但し、Ｔｈｓは熱処理温度を示す）の温度範囲Ｔｈｓで、０.１分〜１分間、保温される。この保温を通常、熱処理と称する。このとき、必要な場合には、フィルムを延伸軸方向に０〜１０％の範囲で収縮させてもよい。収縮させるには、例えば、チャック幅を所要の収縮率となるように狭めればよい。前記したテンターによる予熱、一軸延伸及び熱処理の連続処理方法以外で行うこともできるが、工業的な製造においては、テンターを用いる方法が好ましい。

　得られる位相差フィルムの面内のレターデーション値は５０nm〜３００nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比は０.５以上１.８以下であり、従来の位相差フィルムとは全く異なる光学特性を有している。

　面内のレターデーション値及び（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比の値は、位相差フィルムの用途により適宜選択される。面内のレターデーション値は、好ましくは８０nm〜２００nmであり、厚み方向のレターデーション値は、好ましくは４５nm〜４００nmである。位相差フィルムの厚みは、ハンドリング性の点から好ましくは５０〜１５０μm である。

　こうして得られる熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルムは、 EP-A-0541308 号公報に記載されているような、面内の屈折率と厚み方向の屈折率が異なる無機層状化合物層からなり、面内のレターデーション値が０〜５０nmであり、厚み方向のレターデーション値が５０nm〜１０００nmの位相差フィルムと組み合わせて用いられる。

　無機層状化合物層からなる位相差フィルムは、例えば、 EP-A-0541308 号公報に記載されているように、無機層状化合物を溶媒に膨潤又は分散させた後、塗布、乾燥させることにより、得ることができる。無機層状化合物としては、例えば、粘土鉱物を用いることができる。好ましくは、化学合成され、不純物の少ないナトリウム４珪酸雲母やスメクタイト族である。スメクタイト族に属するものとしては、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト及びそれらと類似の結晶構造を持つ化学合成品などが例示できる。無機層状化合物を膨潤又は分散させるために用いる溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ニトロメタン、水、メタノール、エチレングリコールなどから、適宜選択して用いることができる。

　無機層状化合物層を形成するにあたっては、 EP-A-0541308 号公報に記載されているように、製膜性の向上及び無機層状化合物層の割れ防止等の力学的性質の向上のため、無機層状化合物の分散液に光学的に透明な親水性樹脂を混合しておくことが好ましく、無機層状化合物／光学的に透明な樹脂の体積比は、例えば、０.１〜１０程度である。光学的に透明な親水性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコールが挙げられる。また、光学的に透明な樹脂フィルム上に無機層状化合物層を形成させることにより、光学的に透明な樹脂フィルムで補強された無機層状化合物層からなる位相差フィルムとすることもできる。本発明においては、かかる態様をも無機層状化合物層からなる位相差フィルムという。

　熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルムと無機層状化合物層からなる位相差フィルムを積層する方法としては、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルム上に直接、無機層状化合物層を形成させて積層する方法、あるいは、 EP-A-0541308 号公報に記載されているような、光学的に透明な基板上に無機層状化合物層が形成された無機層状化合物層からなる位相差フィルムと、熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルムとを、接着剤あるいは粘着剤等により貼合する方法などを用いることができる。積層する各々の位相差フィルムの枚数、及び、各々の位相差フィルムの光学特性、すなわち、面内のレターデーション及び（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比の値などは、積層位相差フィルムとして最終的に必要とされる光学特性に応じて適宜選択される。

　また、透明基板上に無機層状化合物層が形成された無機層状化合物層からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上と、熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルム１枚又は２枚以上の積層にあたり、無機層状化合物層からなる位相差フィルムが面内のレターデーションを有する場合には、最終的に必要とされる積層位相差フィルムの光学特性に応じて、無機層状化合物層からなる位相差フィルムの各々の遅相軸と熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルムの各々の遅相軸を、互いに平行あるいは直交するように積層することにより、最終的に必要とされる光学特性に合うよう調節することができる。熱可塑性樹脂からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上と無機層状化合物層からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上とを積層した積層位相差フィルムは、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.０３以上０.３未満の光学補償層として用いることができる。

　本発明によれば、面内のレターデーション値が５０〜３００nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.５以上１.８以下という新規な光学特性を有する位相差フィルム１枚又は２枚以上と、無機層状化合物層からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上とを積層した積層位相差フィルムが提供され、この積層位相差フィルムは、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.０３以上０.３未満の光学補償層として用いることができる。

　以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、面内のレターデーション値は、セナルモンコンペンセーターを装備した偏光顕微鏡を用いて、フィルム面と光学系が垂直となるようにして求めた。また、厚み方向のレターデーション値は、以下の式に従って求めた。
　　厚み方向のレターデーション値＝（（ｎ_X＋ｎ_Y）／２−ｎ_Z）×ｄ
（但し、ｎ_X はフィルム面内の最大屈折率、ｎ_Y はフィルム面内でｎ_X の垂直方向の屈折率、ｎ_Z はフィルム厚み方向の屈折率、ｄはフィルム厚みを示す。）

　また、熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルム１枚又は２枚以上と無機層状化合物層からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上とを積層した積層位相差フィルムは、その全体を一層の位相差フィルムとみて、上記と同様にして、面内のレターデーション値及び厚み方向のレターデーション値を求めた。

実施例１（参考）
　溶剤キャスト法により、ポリカーボネート（Ｔｇ：１４８℃）の連続フィルム（厚さ
１４０μm ）を作製した。このフィルムを、予熱部が３ｍ、延伸部が６ｍ、熱処理部が３ｍであるテンター内に導入し、予熱処理（温度２２０℃、２０秒間）、フィルムの進行方向と直交する方向への横一軸延伸処理（変形速度２００％／分、延伸温度２０７℃、延伸倍率２.２倍）、及び熱処理（温度１８０℃、２０秒間、延伸軸方向の収縮率０％）を連続的に行った。得られた位相差フィルムの厚みは５８μm 、面内のレターデーション値は１０１nm、厚み方向のレターデーション値は１４３nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比は０.７０６であった。

実施例２（参考）
　溶剤キャスト法により、ポリカーボネート（Ｔｇ：１４８℃）の連続フィルム（厚さ
１４０μm ）を作製した。このフィルムを、実施例１で用いたのと同様のテンター内に導入し、予熱処理（温度２２０℃、２０秒間）、フィルムの進行方向と直交する方向への横一軸延伸処理（変形速度２３３％／分、延伸温度２００℃、延伸倍率２.４倍）、及び熱処理（温度１８０℃、２０秒間、延伸軸方向の収縮率８.３％）を連続して施した。得られた位相差フィルムの厚みは６０μm 、面内のレターデーション値は１１７nm、厚み方向のレターデーション値は１５９nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比は０.７３６であった。

実施例３（参考）
　溶剤キャスト法により、ポリカーボネート（Ｔｇ：１４８℃）の連続フィルム（厚さ
１８５μm ）を作製した。このフィルムを、実施例１で用いたのと同様のテンター内に導入し、予熱処理（温度２２０℃、１０秒間）、フィルムの進行方向と直交する方向への横一軸延伸処理（変形速度４６７％／分、延伸温度２０８℃、延伸倍率２.４倍）、及び熱処理（温度２００℃、１０秒間、延伸軸方向の収縮率０％）を連続して施した。得られた位相差フィルムの厚みは７０μm 、面内のレターデーション値は１１９nm、厚み方向のレターデーション値は１４３nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比は０.８３２であった。

実施例４
　厚み８０μm のトリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム株式会社製の“フジタック”）の表面をケン化処理したフィルムの上に、合成ヘクトライト（Laporte 社製の“ラポナイト XLS”）の５％水分散液と、ポリビニルアルコール（株式会社クラレ製の“ポバール 103”、ケン化度９８.５％、重合度３００）の２.５％水溶液とを３：７（体積比）で混合して得られた水分散液を、乾燥後の膜厚が２３μm になるように成膜し、トリアセチルセルロースフィルム上に無機層状化合物層が形成された無機層状化合物層からなる位相差フィルム（以下、フィルムＡ）を得た。フィルムＡの面内のレターデーション値は８nmであり、厚み方向のレターデーション値は３７０nmであった。また、フィルムＡの厚みは１０３μm であった。

　２枚のフィルムＡを遅相軸が互いに平行になるようアクリル系粘着剤により積層し、実施例２と同様にして作製した位相差フィルムを、その遅相軸がフィルムＡの遅相軸と直交するようにアクリル系粘着剤により貼合して、積層位相差フィルムを得た。積層位相差フィルムの厚みは３１６μm 、面内のレターデーション値は１０５nm、厚み方向のレターデーション値は１０１２nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比は０.１０４であった。

実施例５
　乾燥後の膜厚を１６μm とした以外は、実施例４と同様にして、無機層状化合物層からなる位相差フィルム（以下、フィルムＢ）を得た。フィルムＢの面内のレターデーション値は１０nmであり、厚み方向のレターデーション値は３０５nmであった。またフィルムＢの厚みは９６μm であった。実施例２と同様にして作製した位相差フィルムを、その遅相軸がフィルムＢの遅相軸に対して直交するようにアクリル系粘着剤により貼合して、積層位相差フィルムを得た。積層位相差フィルムの厚みは２１１μm 、面内のレターデーション値は１１０nm、厚み方向のレターデーション値は５４５nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比は０.２０２であった。

Claims

　面内のレターデーション値が５０〜３００nmであり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.５以上１.８以下である熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルム１枚又は２枚以上と、無機層状化合物層からなる位相差フィルム１枚又は２枚以上とが積層されてなり、（面内のレターデーション値）／（厚み方向のレターデーション値）の比が０.０３以上０.３未満であることを特徴とする、積層位相差フィルム。
　熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート樹脂又はポリサルフォン樹脂である請求項１記載の積層位相差フィルム。
　熱可塑性樹脂フィルムからなる位相差フィルムは、面内のレターデーション値が８０〜２００nmである請求項１記載の積層位相差フィルム。
　無機層状化合物層からなる位相差フィルムは、無機層状化合物の分散液に光学的に透明な親水性樹脂を混合し、塗布、乾燥させることにより得られたものである、請求項１記載の積層位相差フィルム。
　無機層状化合物層からなる位相差フィルムは、光学的に透明な樹脂フィルム上に無機層状化合物層を形成させたものである、請求項１記載の積層位相差フィルム。