JP2007017816A

JP2007017816A - 熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる光学補償フィルム

Info

Publication number: JP2007017816A
Application number: JP2005201029A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yano; 毅矢野; Hideshi Kitano; 秀史北野
Original assignee: Okura Industrial Co Ltd
Current assignee: Okura Industrial Co Ltd
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】
本発明は、Ｎｚ係数がＮｚ＜１を満たし、三次元屈折率が制御された光学補償フィルムを提供すること。
【解決手段】
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定した溶融張力（ＭＴ）が０．８ｇ〜２．５ｇである熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる光学補償フィルムであって、フィルム面内の屈折率が最大となる方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸、フィルムの厚さ方向をＺ軸とし、それぞれの軸方向の屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、下記の数１で表わされるＮｚ係数が１未満であることを特徴とする光学補償フィルム。
【数１】

【選択図】なし

Description

本発明は広視野角特性に優れた熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる光学補償フィルム及びその製造方法に関する。

液晶表示装置の画質を向上させるために高分子材料からなる光学補償フィルムが使用されている。このような光学補償フィルムは高分子材料からなるフィルムを延伸加工して製造されている。

従来より、フィルム面内の屈折率が最大となる方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸、フィルムの厚さ方向をＺ軸とし、それぞれの軸方向の屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）により表されるＮｚ係数がＮｚ＜１を満たす光学補償フィルムは、光学特性がよいことは知られている。このような特性を満たすためには、三次元屈折率を制御する必要があり、高分子材料としてポリカーボネート樹脂を用いた光学補償フィルムはＮｚ係数を所望の値に制御できることも知られていた。しかしながら近年、液晶テレビなどの液晶パネルの大型化に伴い画質の低下がより顕著に現れるという問題があった。すなわち、ポリカーボネート樹脂は光弾性係数が大きいのでそれを用いた光学補償フィルムはＮｚ係数を所望の値に制御できるものの、温度変化や湿度変化等に伴う材料の伸縮により発生する微小な応力によって透過光の複屈折の変化率が大きいという問題を有していた。したがって、温度や湿度の変化があっても位相差変化率の小さな光学フィルム材料が求められるようになってきた。

上記問題点を解決するために光弾性係数が小さい樹脂からなる光学補償フィルムが検討されてきた。例えば、三次元複屈折率を制御出来、光弾性係数が小さい光学補償フィルムとして、ポリカーボネート系樹脂とスチレン系樹脂を含有させることで両特性を備える光学補償フィルムが開示されている（特許文献１）。しかしながら、スチレン系樹脂は耐光性が悪いため、光学補償フィルムとして使用されるには好ましくない。また、スチレン系樹脂は焼却処理した際に有害な副生成物質を発生させ、一方で異なった高分子材料を配合すると、リサイクル出来ず、近年問題となっている環境汚染の点でも好ましくない。

一方、光弾性係数が小さい高分子材料として、熱可塑性ノルボルネン系樹脂が知られている（例えば特許文献２）。しかしながら、熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる高分子フィルムは延伸加工によって付与できる位相差が小さいため三次元屈折率を制御するのは困難であった。

特開２００５−３１６２６公報特開２００３−２３８７０５公報

本発明は、従来困難とされていた光弾性係数の小さい熱可塑性ノルボルネン系樹脂を用いて広視野角特性を有する光学補償フィルムを提供することを目的とする。

本発明者等は上記した課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の熱可塑性ノルボルネン系樹脂を使用すれば、Ｎｚ係数がＮｚ＜１を満たし、且つ熱可塑性ノルボルネン系樹脂の特徴である光弾性係数、および全光線透過率に優れる光学補償フィルムを得られることを見いだし本発明に至った。
ここで本発明に用いる特定の熱可塑性ノルボルネン系樹脂とは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定した溶融張力（ＭＴ）が０．８ｇ〜２．５ｇである熱可塑性ノルボルネン系樹脂のことである。

すなわち本発明は、次の三次元屈折率が制御された熱可塑性ノルボルネン系光学補償フィルムである。
（１）
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定した溶融張力（ＭＴ）が０．８ｇ〜２．５ｇである熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる光学補償フィルムであって、フィルム面内の屈折率が最大となる方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸、フィルムの厚さ方向をＺ軸とし、それぞれの軸方向の屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、下記の数１で表わされるＮｚ係数が１未満であることを特徴とする光学補償フィルム。

（２）
前記熱可塑性ノルボルネン系樹脂が（Ａ）８−メチル−８メトキシカルボニルテトラシクロ〔４．４．０．１２．５．１７．１０〕−３−ドデセンと（Ｂ）ビシクロ〔２．２．１〕ヘプト−２−エンもしくは５−フェニルビシクロ〔２．２．１〕ヘプト−２−エンとの開環共重合体の水素添加物からなることを特徴とする（１）記載の光学補償フィルム。
（３）
（Ａ）と（Ｂ）の成分比が（Ａ）を１００重量部に対して、（Ｂ）が２０〜１００重量部であることを特徴とする（２）記載の光学補償フィルム。
（４）
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定した溶融張力（ＭＴ）が０．８ｇ〜２．５ｇである熱可塑性ノルボルネン系樹脂を溶融押出して原反フィルムを製造した後、一軸延伸し、次いで少なくとも片面に熱収縮性フィルムを、該熱収縮性フィルムの熱収縮軸方向が一軸延伸された該原反フィルムの延伸軸と直交するように貼合し、しかる後に熱収縮させることを特徴とする光学補償フィルムの製造方法。
（５）
（１）乃至（３）のいずれかに記載の光学補償フィルムと、偏光板とが積層されていることを特徴とする楕円偏光板。
（６）
（１）乃至（３）のいずれかに記載の光学補償フィルム、または（５）記載の楕円偏光板が積層されていることを特徴とする画像表示装置。

本発明においては、特定のガラス転移温度、溶融張力を有する熱可塑性ノルボルネン系樹脂を使用することで溶融押出、延伸加工が容易になり三次元複屈折率を制御してＮｚ係数がＮｚ＜１を満たす光学補償フィルムを提供することが可能となった。したがって、液晶表示装置として使用した場合に画質、とりわけ上下左右方向からの視野角特性を向上することが可能となった。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の光学補償フィルムはＮｚ係数がＮｚ＜１を満たし液晶表示装置の画質を向上させる広視野角特性を有している。よって、本発明の光学補償フィルムや光学補償フィルムと偏光板とが積層されている楕円偏光板は、画像表示装置において好適に用いられる。Ｎｚ係数がＮｚ＞１の場合には広視野角特性を実現することが出来ない。さらにはＮｚ係数が−１＜Ｎｚ＜１を満たすことが上下左右方向からの視野角特性を有する点でより好ましい。したがって、既存の液晶駆動方式、例えばＴＮ、ＳＴＮ、ＩＰＳモード等の光学補償フィルムとしても利用できるが、特にＮｚ係数が−１＜Ｎｚ＜１を満たす光学補償フィルムはＩＰＳモードの液晶表示装置に好適であり、広視野角特性を向上することが出来る。

本発明においては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定した溶融張力（ＭＴ）が０．８ｇ〜２．５ｇである熱可塑性ノルボルネン系樹脂を使用する必要がある。ＭＴが０．８ｇ未満の場合は、溶融法にてキャストされた溶融樹脂の張力が弱いために引き取りするのが困難であり、ＭＴが２．５ｇを越えると、溶融張力は高く引き巻取りは出来るが、伸長が小さいため成形条件幅が狭くなり製造し難いといった問題が生じる。また、Ｔダイから出た溶融樹脂のネックインが大きくフィルム端部の厚み精度が悪くなり、ひいてはフィルム全体に厚み斑が生じるといった問題が生じる。

上記性質をもつ熱可塑性ノルボルネン系樹脂としては、例えば（Ａ）と（Ｂ）との開環共重合体の水素添加物からなる熱可塑性ノルボルネン系樹脂であり、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の成分比によって制御でき、より最適な成分量は（Ａ）１００重量部に対して、（Ｂ）２０〜１００重量部、好ましくは４０〜７０重量部である。ただし、（Ａ）は、８−メチル−８メトキシカルボニルテトラシクロ〔４．４．０．１^２．５．１^７．１０〕−３−ドデセンである。（Ｂ）は、ビシクロ〔２．２．１〕ヘプト−２−エンもしくは５−フェニルビシクロ〔２．２．１〕ヘプト−２−エンである。（Ｂ）成分が２０重量部未満では、ガラス転移温度が１５０℃を超え、製造した光学補償フィルムが脆く機械的物性の低下が生じ好ましくない。また（Ｂ）成分が１００重量部を超えると、逆にガラス転移温度が１１０℃未満となり、液晶表示装置に使用される光源（バックライト）の熱により歪が生じるため光学補償フィルムとしては好ましくない。

本発明で用いる熱可塑性ノルボルネン系樹脂には、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の慣用される種々の添加剤を含有することができる。

上記高分子フィルムを製造する手段は特に制限されないが、例えば、溶融押出キャスト法、流延キャスト法にて製造できる。特に溶融押出キャスト法により製造することが溶剤等を使用しないために環境負荷の無い点でより好ましい。

従来ノルボルネン系樹脂は流延キャスト法により製造されてきたが、本発明においては、上記した（Ａ）、（Ｂ）からなる共重合体からなる熱可塑性ノルボルネン系樹脂を用いることで容易にＴｇを制御できるため、溶融押出キャスト法にて、樹脂を劣化させない比較的低温度で製造できる。より好ましい製造温度は２５０℃〜２８０℃の範囲であり、樹脂の劣化による欠点物を低減できる。

また、上記高分子フィルムを長手方向、または幅方向に延伸加工する手段は特に制限されないが、例えばロールを用いた縦延伸、テンターを用いた横延伸等が挙げられる。

高分子フィルムの延伸温度は用いる樹脂のＴｇ−３０℃〜Ｔｇ＋３０℃の範囲であり、より好ましくはＴｇ−１０℃〜Ｔｇ＋１０℃である。延伸温度が低いと延伸加工時にフィルムが裂ける、割れるといった問題が起こり、延伸温度が高いと得られたフィルムの厚み斑が大きくなり易い等の問題を生じる。

高分子フィルムの延伸倍率は得ようとするフィルム面内のリターゼーション（Ｒｅ）により設定する。好ましいＲｅ値は８０ｎｍ〜４５０ｎｍであり、より好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍである。ついで、延伸軸に熱収縮性フィルム（上述したＲｅ値が８０ｎｍ〜４５０ｎｍのフィルムを熱収縮性フィルムとして使用することができる）を直交に貼合わせた後、加熱収縮加工を行う。この際に、従来の熱可塑性ノルボルネン系樹脂では、厚み方向の複屈折率ｎｚが発現しにくかったために所望の光学特性をもつ光学補償フィルムを得ることができなかったが、上記の範囲にあるＲｅ値をもつ本発明の熱可塑性ノルボルネン系樹脂を使用することで−１＜Ｎｚ＜１を満たす広視野角特性に優れた光学補償フィルムを得ることが出来る。

加熱収縮加工方法は特に制限されないが、例えば上記した長手方向に延伸した高分子フィルムと幅方向に延伸した高分子フィルムを接着剤にて延伸軸方向が直交となるよう貼合わせた後、テンター等の装置を用い加熱収縮加工したのち、貼合わせたフィルムを剥がすことにより製造出来る。

本発明の光学補償フィルムは、ノルボルネン骨格を持つ熱可塑性ノルボルネン系樹脂を用いているため、光弾性係数が１０×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下である。これは、従来の光学補償フィルムに使われているポリカーボネート系樹脂に比べると非常に小さいので、太陽光、あるいはバックライトの熱により応力を受けても、屈折率の変化が小さいという特徴を有している。

また、本発明の光学補償フィルムの全光線透過率は９０％以上であり、より好ましくは９５％以上である。全光線透過率が９０％より低いと透明性が失われているため光学用途のフィルムとしては好ましくない。

以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
尚、Ｔｇ、ＭＴ及びｎｘ、ｎｙ、ｎｚ、Ｒｅを下記に従って評価した。
＜ガラス転移点：Ｔｇ＞
島津製作所製ＤＳＣにて測定した。
＜溶融張力：ＭＴ＞
東洋精機社製キャピログラフにより、ノズル径１ｍｍφ、ノズル長１０ｍｍ、流入角度１８０度、Ｔｇ＋１２５℃の温度で、押出速度１５ｍｍ／分、引取速度１５ｍ／分、ダイ出口から張力検出器のＶプーリー下端までの距離４０ｃｍの条件で張力を測定した値である。
＜屈折率：ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ＞
王子計測機器株式会社製ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ自動複屈折装置により、入射角（λ）＝５９０ｎｍにおける屈折率を測定。
＜リターゼーション：Ｒｅ＞
得られた屈折率値と光学フィルム厚み（ｄ：ｎｍ）からリターゼーション（Ｒｅ）を求めた。
＜Ｎｚ係数＞
得られた屈折率値からＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）を求めた。

実施例１〜３、比較例１〜２
（Ａ）８−メチル−８メトキシカルボニルテトラシクロ〔４．４．０．１^２．５．１^７．１０〕−３−ドデセンと（Ｂ）ビシクロ〔２．２．１〕ヘプト−2−エンの成分比が表１の通りである開環共重合体の水素添加物から成る熱可塑性ノルボルネン系樹脂を使用して光学補償フィルムを製造した。
まず、上記熱可塑性ノルボルネン系樹脂を溶融押出キャスト法にて高分子フィルムを製造し、次に、得られた高分子フィルムを厚み４５μｍ、Ｒｅ１００ｎｍになるように縦延伸して延伸フィルムを得た。
更に、得られた延伸フィルムの片面に熱収縮性フィルム（上記熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる延伸フィルム）を熱収縮性フィルムの延伸軸方向と得られた延伸フィルムの延伸軸が直交となるように接着剤にて貼合わせた後、加熱収縮加工した。
そして熱収縮性フィルムを剥離除去し、厚み５０μｍ、Ｒｅ１４０ｎｍの光学補償フィルムを作成し、得られたフィルムの各特性を評価した。この結果を表１に示す。
比較例３
現在、市販されている熱可塑性ノルボルネン系樹脂（商品名：ゼオノア、日本ゼオン社製）を使用して光学補償フィルムを得た。まず、上記熱可塑性ノルボルネン系樹脂を溶融押出キャスト法にて高分子フィルムを製造し、次に、得られた高分子フィルムを厚み４５μｍ、Ｒｅ１００ｎｍになるように縦延伸して延伸フィルムを得た。
更に、得られた延伸フィルムの片面に熱収縮性フィルム（上記熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる延伸フィルム）を熱収縮性フィルムの延伸軸方向と得られた延伸フィルムの延伸軸が直交となるように接着剤にて貼合わせた後、加熱収縮加工した。
そして熱収縮性フィルムを剥離除去し、厚み５０μｍ、Ｒｅ１４０ｎｍの光学補償フィルムを作成し、得られたフィルムの各特性を評価した。この結果を表１に示す。

表１から明らかなように、Ｔｇが１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定したＭＴが０．８〜２．５ｇである本発明の実施例１、実施例２及び実施例３では、Ｎｚ係数が１未満である光学補償フィルムが得られた。
ただし、実施例３については、実施例１および実施例２に比べると多少光学特性が悪くなるので、好ましいとはいえないが、実用上特に問題はない。
更に、比較例１の熱可塑性ノルボルネン系樹脂は、溶融キャストＴダイ法にて製造する際の温度が３００℃を超えるので得られた高分子フィルムに欠点物（ゲル状欠点等）が多く光学補償フィルムとして使用するには好ましくなかった。また光学補償フィルムの厚み方向の複屈折率が所望の値を得ることができなかった。
また、比較例２の熱可塑性ノルボルネン系樹脂は、流動性が高すぎて、Ｔｇ＋１２５℃の時のＭＴが測定できなかった。そして、フィルム化時に流動性が高すぎて厚みが一定なフィルムを得られなかった。
現在、市販されている熱可塑性ノルボルネン系樹脂（商品名：ゼオノア、日本ゼオン社製）を使用した比較例３は、ＭＴが低いものの、フィルム化は可能であった。しかしながら光学補償フィルムの厚み方向の複屈折率が所望の値を得ることができなかった。

Claims

ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定した溶融張力（ＭＴ）が０．８ｇ〜２．５ｇである熱可塑性ノルボルネン系樹脂からなる光学補償フィルムであって、フィルム面内の屈折率が最大となる方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸、フィルムの厚さ方向をＺ軸とし、それぞれの軸方向の屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、下記の数１で表わされるＮｚ係数が１未満であることを特徴とする光学補償フィルム。
前記熱可塑性ノルボルネン系樹脂が（Ａ）８−メチル−８メトキシカルボニルテトラシクロ〔４．４．０．１２．５．１７．１０〕−３−ドデセンと（Ｂ）ビシクロ〔２．２．１〕ヘプト−２−エンもしくは５−フェニルビシクロ〔２．２．１〕ヘプト−２−エンとの開環共重合体の水素添加物からなることを特徴とする請求項１記載の光学補償フィルム。
（Ａ）と（Ｂ）の成分比が（Ａ）を１００重量部に対して、（Ｂ）が２０〜１００重量部であることを特徴とする請求項２記載の光学補償フィルム。
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃〜１５０℃であり、かつＴｇ＋１２５℃で測定した溶融張力（ＭＴ）が０．８ｇ〜２．５ｇである熱可塑性ノルボルネン系樹脂を溶融押出して原反フィルムを製造した後、一軸延伸し、次いで少なくとも片面に熱収縮性フィルムを、該熱収縮性フィルムの熱収縮軸方向が一軸延伸された該原反フィルムの延伸軸と直交するように貼合し、しかる後に熱収縮させることを特徴とする光学補償フィルムの製造方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学補償フィルムと、偏光板とが積層されていることを特徴とする楕円偏光板。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学補償フィルム、または請求項５記載の楕円偏光板が積層されていることを特徴とする画像表示装置。