JP2005141073A - 光学異方性フィルムの製造方法、およびそれを用いた光学異方性フィルム。 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便かつ容易な配向パターニングを実現できる光学異方性フィルムの製造方法を提供する。
【解決手段】 重合性液晶材料を含む薄膜に磁界を印加し、前記重合性液晶材料を磁場方向に配向させた後（第１の配向工程）、前記薄膜に光または紫外線を照射して、前記薄膜の少なくとも一部の領域における重合性液晶材料を重合させ（第１の重合工程）、さらに前記薄膜に、第１の配向工程とは異なる磁場方向に磁界を印加し、重合していない重合性液晶材料を前記磁場方向に配向させた後（第２の配向工程）、前記薄膜に光または紫外線を照射して、重合していない重合性液晶材料を有する領域における重合性液晶材料を重合させる（第２の重合工程）ことにより、光学異方性フィルムを製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、構成材料の分子配向がパターニングされている光学異方性フィルムの製造方法に関する。

従来から、光学分野においては、各種液晶材料を使用した光学フィルムが種々の用途に供されている。このような光学フィルムは、前記液晶材料の配向によって光学特性を発揮するものであり、通常、ラビング処理を施した基板や、表面に配向膜を積層した基板を使用し、前記基板表面の配向性を利用して前記液晶材料を配向させることによって製造されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

また、近年では、前記液晶材料を所定の方向のみに配向させるのではなく、領域ごとに異なる方向に液晶材料配向させた光学フィルム、すなわち、配向方向がパターニングされた光学フィルムが求められている。

しかしながら、前述のような方法によると、液晶材料を配向させるためには、ラビング処理や配向膜が必要となるため、配向のパターニングを行うには、ラビング処理自体をパターニングすることや、複数の配向膜を所望の配向方向となるように、うまく配置する必要がある。このため、極めて操作が煩雑となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
特開平５‐１４２５１０号公報 特開平９‐２８１３３１号公報 特開平９‐２８１４８１号公報

そこで、本発明は、構成分子の配向がパターニングされた光学フィルムの製造方法であって、簡便かつ容易な配向パターニングを実現できる製造方法の提供を目的とする。
の製造方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、構成分子の配向がパターニングされた光学異方性フィルムの製造方法であって、
重合性液晶材料を含む薄膜に磁界を印加し、前記重合性液晶材料を磁場方向に配向させる第１の配向工程、
前記薄膜に光を照射して、前記薄膜の少なくとも一部の領域において重合性液晶材料を重合させる第１の重合工程、
前記薄膜に、第１の配向工程とは異なる磁場方向に磁界を印加し、重合していない重合性液晶材料を前記磁場方向に配向させる第２の配向工程、および、
前記薄膜に光を照射して、重合していない重合性液晶材料を有する領域の全部または少なくとも一部において重合性液晶材料を重合させる第２の重合工程を含むことを特徴とする。

このような本発明の製造方法によれば、例えば、所望のパターンに対応するように、基板にラビング処理を施したり、配向層を配置する等の必要がなく、磁場方向への配向処理と重合処理のみによって、容易に構成分子の配向をパターン化することができるため、分子配向がパターン化された光学異方性フィルムを極めて容易に提供できる。したがって、本発明の製造方法は、光学異方性フィルムを使用する、種々の電子光学分野に極めて有用である。

次に、本発明の製造方法について、一例をあげて説明するが、本発明の製造方法および光学異方性フィルムは、以下の実施の形態に何等限定されるものではない。

まず、基板上に前記重合性液晶材料を含む薄膜を形成する。前記薄膜は、前記重合性液晶材料を含む塗工液を準備し、これを前記基板に塗工することによって形成できる。

本発明において、前記重合性液晶材料としては、磁界の印加によって配向可能であり、かつ、光照射によって重合できるものであれば特に制限されず、従来公知の液晶材料が使用できる。中でも、光硬化型液晶材料、光照射が紫外線照射の場合は紫外線硬化型液晶材料、重合性液晶モノマー等が好ましい。なお、重合性液晶材料は、一種類でもよいし、配向および光重合が可能である限り、二種類以上を併用してもよい。

前記塗工液は、例えば、前記重合性液晶材料を適当な溶媒に溶解・分散することによって調製できる。前記溶媒としては、特に制限されないが、例えば、例えば、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、テトラクロロエタン、塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、フェノール、ｐ−クロロフェノール、ｏ−クロロフェノール、ｍ−クレゾール、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾールなどのフェノール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、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、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、ｔ−ブチルアルコール、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、２−メチル−２，４−ペンタンジオールのようなアルコール系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドのようなアミド系溶媒、アセトニトリル、ブチロニトリルのようなニトリル系溶媒、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンのようなエーテル系溶媒、あるいは二硫化炭素、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ等が使用できる。これらの溶剤は、例えば、一種類でもよいし、二種類以上を混合して使用してもよい。

前記塗工液には、前記重合性液晶材料の他に、例えば、カイラル剤を含んでいてもよい。このようにカイラル剤を含むと、前記重合性液晶材料をコレステリック構造となるように配向させることができる。また、前記塗工膜は、この他にも、架橋剤、重合剤、老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等、種々の添加剤を適宜配合してもよい。これらの添加剤は、例えば、いずれか一種を添加してもよいし、二種類以上を併用してもよい。

前記塗工膜における重合性液晶材料の濃度は、特に制限されない。

前記塗工液は、例えば、ロールコート法、スピンコート法、ワイヤバーコート法、ディップコート法、エクストルージョン法、カーテンコート法、スプレコート法等の従来公知の方法によって流動展開させればよく、この中でも、塗布効率の点からスピンコート、エクストルージョンコートが好ましい。

前記基板としては、なんら制限されず、具体的には、その表面の配向の有無、異方性か否かに関わらず使用することができる。本発明の製造方法においては、前述のように磁界の印加によって前記重合性液晶材料を配向でき、前記基板表面の配向の有無には影響されないからである。前記基板の材料としては、例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン−１）等のポリオレフィン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、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、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、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、セルロース系プラスチックス、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチックがあげられる。さらに、アルミ、銅、鉄等の金属製基板、セラミック製基板、ガラス製基板等であってもよい。

次に、前記基板上の薄膜に磁界を印加する（第１の配向工程）。前記磁界の印加によって、前記薄膜を構成する前記重合性液晶材料を磁場方向に配向させるのである。

磁界の印加は、例えば、特開２００３−１９５０５０号公報、特開２００３‐２５５１２７号公報等に開示された従来公知の方法によって行うことができ、例えば、玉川製作所社製の商品名電磁石ＴＭ-ＷＶ8615ＭＲ-156型、ジャパンマグネット社製の商品名ＪＭＴＤ-10Ｔ 100Ｍ等が使用できる。磁場の印加条件、例えば、印加時間、磁場強度等は、適宜決定できる。

前記重合性液晶材料は、液晶性を示す状態において配向し易いことから、前記磁界の印加は、加熱処理を施しながら行うことが好ましい。このように加熱処理を施せば、前記重合性液晶材料は、液晶層（液晶状態）となるため、磁界方向に配向させ易くなる。前記加熱処理の温度条件は、例えば、前記重合性液晶材料の種類、具体的には前記液晶モノマーが液晶性を示す温度に応じて適宜決定できる。

続いて、前記薄膜に光を照射して、前記薄膜の少なくとも一部の領域において重合性液晶材料を重合させる（第１の重合工程）。これによって、前記一部の領域において、重合性液晶材料は前記配向状態を維持したまま重合し、前記配向状態が固定される。そして、前記領域においては、前記配向状態が固定された非液晶性のポリマーが形成されるのである。なお、この第１の重合工程においては、少なくとも一部の領域のみを重合させるため、重合していない他の領域については、後述するように、さらに異なる配向状態に変化させることが可能になるのである。なお、光照射としては、特に制限されないが、例えば、紫外線照射があげられ、具体的には、例えば、特開２００３‐１９５０５０号公報、特開２０００‐１６２６１５号公報等に記載の方法が採用できる。

本工程において、前述のように少なくとも一部の領域の重合性液晶材料を重合するには、特に制限されないが、例えば、前記薄膜上に、前記一部の領域のみが露出するようにフォトマスクを配置した後、光照射を行えばよい。光照射の方法は、なんら制限されず、従来公知の方法によって行うことができ、紫外線照射の場合は、例えば、林時計工業社製の商品名ＬＡ-310ＵＶ等が使用できる。なお、光照射の条件、例えば、光の強度、照射時間、温度等は、適宜決定できる。

さらに、前記薄膜に対して、第１の配向工程とは異なる磁場方向に磁界を印加する（第２の配向工程）。これによって、前記第１の重合工程において重合していない重合性液晶材料が本工程における磁場方向に配向し、前記薄膜内において、領域によって配向方向を変化させるのである。なお、前記第１の重合工程においてフォトマスクを配置している場合には、これを剥離してから磁界を印加する。

第２の配向工程においても、前記第１の配向工程と同様の理由から、加熱条件下で磁界を印加することが好ましく、その条件も前述と同様である。磁界方向は、前記第１の配向工程とは異なる方向に設定するが、この磁界方向の設定は通常の方法によって行うことができる。

そして、前記薄膜に再度光照射を行う（第２の重合工程）。これによって、第２の配向工程において配向状態を変化させた領域における重合性液晶材料は、その配向状態を維持したまま重合し、前記配向状態が固定される。そして、第１の重合工程で形成された非液晶ポリマー領域とは異なる配向状態を有する非液晶性ポリマー領域が形成されるのである。このようにして、構成分子の配向状態がパターン化された光学異方性フィルムが得られるのである。なお、第２の配向工程の処理条件は特に制限されず、前記第１の配向工程と同様にして行うことができる。

なお、第２の重合工程は、重合性液晶材料が重合していない領域全体に紫外線を照射してもよい。また、第２の重合工程において、前記薄膜上にフォトマスクを配置して部分的に紫外線照射を行い、さらに未重合領域に対して、配向処理および重合処理を施すことによって、配向状態が異なる領域を３領域以上形成してパターニングを行ってもよい。

本発明の製造方法において、配向工程と重合工程とは、例えば、図２に示すような装置を用いて連続的に行うことができる。前記装置は、ヒーターを備えた試料台１、磁気付与手段２、および紫外線照射手段３とを備える。この装置を使用する場合には、例えば、試料台１上に前述のような薄膜１０を配置し、磁気付与手段２により磁界を印加し、続いて、前記薄膜１０上にフォトマスク２０を配置した後、試料台１の上方に配置した紫外線照射手段３により前記薄膜に紫外線を照射すればよい。

このような製造方法によって得られる本発明の光学異方性フィルムは、前述のようにその配向がパターニングされているため、例えば、視覚補償板の画素対応を最適化するため等に使用でき、光学分野において極めて有用である。

以下、実施例および比較例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例１におけるフィルムの配向方法は、図１（Ａ）〜（Ｆ）の概略図を用いて説明する。

下記式で表される光硬化型液晶モノマー（商品名ＬＣ２４２；ＢＡＳＦ社製）および光重合開始剤（商品名イルガキュア907；チバスペシャリティーケミカルズ社製）をトルエンに溶解して液晶溶液を調製した。なお、前記液晶モノマーは４０重量％となるようにトルエンに溶解し、前記光重合開始剤は、前記モノマーに対して５重量％となるように添加した。そして、前記液晶溶液をガラス基板（長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ）に塗布して前記基板上に薄膜１０を形成した（図１（Ａ））。

前記基板上の薄膜１０に、超伝導装置（商品名ＪＴＭＤ-10Ｔ100Ｍ；ジャパンマグネットテクノロジー社製）を用いて２．４テスラ（Ｔ）の磁界を印加し、図１（Ｂ）に示すように、前記薄膜１０ａの液晶モノマーを磁場方向に配向させた。つぎに、前記配向済みの薄膜１０ａ上に、図１（Ｃ）に示すＹ字の切り抜きパターンを有するフォトマスク２を配置してから、紫外線を照射し、前記薄膜の前記フォトマスク２が配置されていないＹ時部分１１ａのみを光重合させた。続いて、図１（Ｄ）に示すように、前記フォトマスク２をはずした後に、前記薄膜を４５°回転させてから、前述と同じ条件で磁界を印加して、前記薄膜の光重合していない部分１０ａの液晶モノマーを、再度磁場方向に配向させた（１０ｂ：図１（Ｅ））。そして、さらに前記薄膜に紫外線を照射して、未重合部分１０ｂを光重合させた（１１ｂ：図１（Ｆ））。そして、前記薄膜１１（１１ａ、１１ｂ）を基材から剥離してサンプルフィルムとした。サンプルフィルムの写真を図４（Ａ）に示す。

このフィルムは、配向がパターニングされたフィルム（パターン化フィルム）であって、Ｙ字部分の配向とそれ以外の部分の配向が異なった方向であり、この配向の違いによってパターニングされているのである。具体的には、図３に示すように、実線矢印で示すＹ字部分における配向方向に対して、点線矢印で示すＹ字以外の部分における配向方向は、４５°傾いた方向に配向していた状態である。

そして、前記サンプルフィルムを、クロスニコルに配置した２枚の偏光板で挟み、その状態を目視で観察した。この結果を図４（Ｂ）および（Ｃ）の写真に示す。なお、図４（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ２枚の偏光板をクロスニコルに配置しているが、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に対して、２枚の偏光板の偏光方向を４５°回転させた場合の結果である。そして、図４（Ｂ）および（Ｃ）の横に示す矢印（Ａ、Ｐ）は、２枚の偏光板の偏光方向を示す。

図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、前記サンプルフィルムを偏光板に挟み、その状態を観察したところ、配向方向の違いによってパターニングされていることがわかった。

以上のように本発明のパターン化フィルムの製造方法によれば、磁場によって液晶分子を配向させるため、従来技術のように、ラビングをパターン化することや、パターンに応じた配向層が不要である。このため、極めて容易に、高精度に配向がパターニングされたフィルムを提供できる。したがって、光学分野において極めて有用なフィルムの製造方法であるといえる。

本発明の製造方法の一例を示す模式図である。 本発明の製造方法に使用する装置の一例を示す断面図である。 本発明の光学異方性フィルムの配向状態の一例を示す模式図である。 本発明の実施例における光学異方性フィルムの写真であり、（Ａ）が前記光学異方性フィルムのみの写真、（Ｂ）および（Ｃ）が前記光学異方性フィルムを偏光板に挟んだ状態の写真である。

符号の説明

１ 試料台
２ 磁界発生手段
３ 紫外線照射手段
１０ 薄膜
１１ 光学異方性フィルム

Claims (6)

1. 構成分子の配向がパターニングされた光学異方性フィルムの製造方法であって、
   重合性液晶材料を含む薄膜に磁界を印加し、前記重合性液晶材料を磁場方向に配向させる第１の配向工程、
   前記薄膜に光を照射して、前記薄膜の少なくとも一部の領域において重合性液晶材料を重合させる第１の重合工程、
   前記薄膜に、第１の配向工程とは異なる磁場方向に磁界を印加し、重合していない重合性液晶材料を前記磁場方向に配向させる第２の配向工程、および、
   前記薄膜に光を照射して、重合していない重合性液晶材料を有する領域の全部または少なくとも一部において重合性液晶材料を重合させる第２の重合工程を含むことを特徴とする光学異方性フィルムの製造方法。
2. 加熱条件下で、前記薄膜に磁界を印加する請求項１記載の製造方法。
3. 第１の重合工程において、前記薄膜上に、前記一部の領域のみが露出するようにフォトマスクを配置した後、光照射を行う請求項１または２記載の製造方法。
4. 重合性液晶材料が、液晶モノマーである請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 光照射が紫外線照射であって、前記重合性液晶材料が、紫外線硬化型液晶材料である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法によって製造した光学異方性フィルム。
   
   
   
   

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