JP2009098633A - 積層光学フィルム、偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

積層光学フィルム、偏光板及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】温度変化により各層の面内レターデーション値が変化しても、全体として面内レターデーション値Reの変化を抑制できる積層光学フィルムの提供。
【解決手段】第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を有する積層光学フィルムであって、第1の光学異方性層の遅相軸が、前記第2の光学異方性層の遅相軸と略90°に交差している場合は、−10nm≦ΔRe1−ΔRe2≦10nmを満たし、第1の光学異方性層の遅相軸が、第2の光学異方性層の遅相軸と略平行の場合は、−10nm≦ΔRe1+ΔRe2≦10nmを満たし、積層光学フィルム全体の面内レターデーション値Reが、30nm≦Re≦500nmである積層光学フィルムである。ただし、ΔRe1は、第1の光学異方性層におけるRe1(50℃)−Re1(25℃)の値を表す。ΔRe2は、第2の光学異方性層におけるRe2(50℃)−Re2(25℃)の値を表す。
【選択図】なし

Description

本発明は、積層光学フィルム、該積層光学フィルムを含む偏光板及び該偏光板を用いた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、視野角の拡大等の目的で、光学異方性を有する光学フィルム(位相差フィルム)を備える。この光学フィルムの光学特性(例えば、面内レターデーション値)を調節することによって、液晶表示装置の透過率を制御できるため、光学フィルムの光学特性の実現範囲を広くしたいという要求がある。
そのため、前記光学フィルムを積層して、光学特性の実現範囲を広くすることが一般的に、行われている。
この種の光学フィルムは、透明なポリマーフィルムからなるため、温度の影響を受けやすい。そのため、温度が変化すると、光学特性も変化することがある。
例えば、液晶表示装置のバックライト点灯時、光学フィルムは、熱を受け温度が上昇し、光学特性が変化することがある。また、消灯後、光学フィルムの温度が低下して、光学フィルムの光学特性が変化することがある。
光学フィルムの光学特性が変化すると、液晶表示装置の表示品位も変化し、問題となる。
特に、複数の光学フィルムを積層して用いる場合、積層したフィルムの分だけ、光学特性の変化の影響が大きくなり、問題となる。
また、近年、液晶表示装置は、温度条件等の使用環境の変化に対する耐久性の要求が高い、カーナビゲーションシステム、インストゥルメンタルパネル等の車両用表示部に用いられている。そのため、特に、温度変化に対し、耐久性のある光学フィルムの提供が望まれている。
例えば、特許文献1は、2つの位相差板の寸法変化方向を直角に設定することにより、寸法変化による光学特性変化の低減を図る技術を開示する。
ところで、この種の位相差板(光学フィルム)においては、寸度が変化していなくても、温度変化に伴って、光学特性が変化する場合がある。このような場合、前記特許文献1に記載の技術では、光学特性変化を抑制できず、問題であった。
特開2006−392111号公報
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、温度変化により各層の面内レターデーション値が変化しても、全体として面内レターデーション値の変化を抑制できる積層光学フィルム、該積層光学フィルムを含む偏光板、該偏光板を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
<1> 少なくとも、第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を有する積層光学フィルムであって、
前記第1の光学異方性層の遅相軸が、前記第2の光学異方性層の遅相軸と略90°に交差している場合は、関係式(1)を満たし、
−10nm≦ΔRe1−ΔRe2≦10nm ・・・・・(1)
前記第1の光学異方性層の遅相軸が、前記第2の光学異方性層の遅相軸と略平行の場合は、関係式(2)を満たし、
−10nm≦ΔRe1+ΔRe2≦10nm ・・・・・(2)
前記積層光学フィルム全体の面内レターデーション値Reが、30nm≦Re≦500nmであることを特徴とする積層光学フィルムである。
ただし、前記関係式(1)及び(2)中、ΔRe1は、第1の光学異方性層におけるRe1(温度50℃)−Re1(温度25℃)の値を表す。ΔRe2は、第2の光学異方性層におけるRe2(温度50℃)−Re2(温度25℃)の値を表す。
<2> 第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層が、いずれもロール形態の状態からロールtoロールで貼合されてなる前記<1>に記載の積層光学フィルムである。
<3> 更に、第3の光学異方性層を有し、該第3の光学異方性層がハイブリッド配向したディスコティック液晶層で形成されている前記<1>から<2>のいずれかに記載の積層光学フィルムである。
<4> 第3の光学異方性層を形成する際のラビング方向が、第1の光学異方性層の遅相軸及び第2の光学異方性層の遅相軸に対し、40°〜50°の範囲にある前記<3>に記載の積層光学フィルムである。
<5> 前記<1>から<4>のいずれかに記載の積層光学フィルムと、偏光子とを有することを特徴とする偏光板である。
<6> 前記<5>に記載の偏光板と、液晶セルとを有することを特徴とする液晶表示装置である。
<7> 液晶セルが、OCB方式である前記<6>に記載の液晶表示装置である。
本発明によると、従来における問題を解決することができ、温度変化により各層の面内レターデーション値が変化しても、全体として面内レターデーション値の変化を抑制できる積層光学フィルム、該積層光学フィルムを含む偏光板、該偏光板を用いた液晶表示装置を提供することができる。
以下、本発明の積層光学フィルム、偏光板及び液晶表示装置について、詳細に説明する。なお、本実施形態の説明において、「平行」あるいは「直交(垂直)」とは、厳密な角度±5°未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との誤差は、4°未満であることが好ましく、3°未満であることがより好ましい。
また、角度について、「+」は時計周り方向を意味し、「−」は反時計回り方向を意味するものとする。
また、「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味し、屈折率の測定波長は、特別な記述がない限り、可視光域(λ=550nm)での値である。
本実施形態の説明において、測定対象物(フィルム)の面内のレターデーションRe(Re1、Re2)は、以下に示される数式(I)で定義されるものであり、KOBRA 21ADH、又はWR(王子計測機器株式会社製)において、波長λ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、又は測定値をプログラム等で変換して測定することができる。
Re=(nx−ny)×d ・・・・・数式(I)
ただし、前記数式(I)におけるnx、及びnyは、それぞれ測定対象物の面内の遅相軸方向、及び進相軸方向の屈折率を表す。dは、測定対象物の厚みを表す。
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、厚み方向のレターデーションRthが算出される。
Rthは、前記Re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°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が算出する。
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が算出する。
なお、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、以下の式(A)、及び式(II)よりRthを算出することもできる。
・・・・・・式(A)
なお、上記の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。
また、式(A)における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。
Rth=((nx+ny)/2−nz)×d ・・・・・式(II)
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は算出される。
Rthは、前記Re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°から+50°まで10°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が算出する。
また、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はnx、ny、nzを算出する。この算出されたnx,ny,nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)が更に算出される。
〔積層光学フィルム〕
積層光学フィルムは、少なくとも、光学異方性層を2層備える。本発明において、一方の光学異方性層を、第1の光学異方性層と称し、他方の光学異方性層を、第2の光学異方性層と称する。
前記第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層は、それぞれ面内に遅相軸を有する。
ここで、第1の光学異方性層の面内レターデーション値を、Re1で表し、第2の光学異方性層の面内レターデーション値を、Re2で表す。
第1の光学異方性層の厚み方向のレターデーション値を、Rth1で表し、第2の光学異方性層の厚み方向のレターデーション値を、Rth2で表す。
また、第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を積層した積層光学フィルムの面内レターデーション値を、Reで表す。
該積層光学フィルムの厚み方向のレターデーション値を、Rthで表す。
本発明の積層光学フィルムは、フィルム全体の面内レターデーション値Reが、30nm≦Re≦500nmであり、かつ、温度条件の変化により、各光学異方性層の面内レターデーション値(Re1及びRe2)が変化しても、フィルム全体としての面内レターデーション値Reが、初期特性値から変化しないように構成されたものである。
以下、本発明の積層光学フィルムの具体的な構成を、第1実施形態及び第2実施形態を例示して、説明する。
<第1実施形態>
第1実施形態の積層光学フィルムは、少なくとも第1の光学異方性層と、第2の光学異方性層とを有し、それらの面内の遅相軸のなす角が、略90°(垂直)となるように第1の光学異方性層と、第2の光学異方性層とが積層されている。
第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層が、このように積層されると、第1の光学異方性層によって生じる位相差と、第2の光学異方性層によって生じる位相差とが、互いに打ち消し合うように作用する。
ここで、25℃における第1の光学異方性層のRe1を、Re1(25℃)と表し、50℃における第1の光学異方性層のRe1を、Re1(50℃)と表す。
同様に、25℃における第2の光学異方性層のRe2を、Re2(25℃)と表し、50℃における第2の光学異方性層のRe2を、Re2(50℃)と表す。
また、Re1(50℃)−Re1(25℃)をΔRe1と表し、Re2(50℃)−Re2(25℃)をΔRe2と表す。
上記のような遅相軸の配置関係を有する第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層は、更に、以下に示す関係式(1)を満たす。
−10nm≦ΔRe1−ΔRe2≦10nm ・・・・・(1)
ここで、図1を用いて、上記関係式(1)の内容を説明する。図1は、関係式(1)を示すグラフであり、縦軸はΔRe1を表し、横軸はΔRe2を表す。
関係式(1)は、図1において示される直線ΔRe1−ΔRe2=10(符号1)と、直線ΔRe1−ΔRe2=−10(符号2)とによって挟まれた領域に対応する。
本実施形態の積層光学フィルムは、該領域内に存在するΔRe1及びΔRe2を有する第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備える、というものである。
本実施形態の積層光学フィルムは、上記関係式(1)を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備えることにより、温度条件が変化して、第1の光学異方性層のRe1及び第2の光学異方性層のRe2が変化しても、フィルム全体の面内レターデーション値Reが、初期特性値から変化するのを抑制できる。
例えば、上記関係式(1)を満たし、ΔRe1>0、かつ、ΔRe2>0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)して、各光学異方性層のRe1及びRe2が変化(増加)しても、これらの増加分は、互いに打ち消し合うように作用する。
また、上記関係式(1)を満たし、ΔRe1<0、かつ、ΔRe2<0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)して、各光学異方性層のRe1及びRe2が変化(減少)しても、これらの減少分は、互いに打ち消し合うように作用する。
なお、上記関係式(1)を満たし、ΔRe1<0、かつ、ΔRe2>0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)すると、第1の光学異方性層のRe1が減少し、第2の光学異方性層のRe2が増加する。
遅相軸が垂直に配置した第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備える本実施形態の積層光学フィルムにおいては、Re1の減少分と、Re2の増加分とは、互いに打ち消し合わないが、上記関係式(1)を満たす限り、これらが、フィルム全体の面内レターデーション値Reに与える影響は許容される。
また、上記関係式(1)を満たし、ΔRe1>0、かつ、ΔRe2<0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)すると、第1の光学異方性層のRe1が増加し、第2の光学異方性層のRe2が減少する。
遅相軸が垂直に配置した第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備える本実施形態の積層光学フィルムにおいては、Re1の増加分と、Re2の減少分とは、互いに打ち消し合わないが、上記関係式(1)を満たす限り、これらが、フィルム全体のReに与える影響は許容される。
なお、ΔRe1=0、かつ、ΔRe2=0の条件を満たす、第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択すれば、積層光学フィルムの温度が変化しても、各光学異方性層の面内レターデーション値は変化せず、フィルム全体のReも変化しないことになる。
<第2実施形態>
第2実施形態に係る積層光学フィルムは、少なくとも第1の光学異方性層と、第2の光学異方性層とを有し、それらの面内の遅相軸が、互いに略平行となるように第1の光学異方性層と、第2の光学異方性層とが積層されている。
第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層が、このように積層されると、第1の光学異方性層によって生じる位相差に、第2の光学異方性層によって生じる位相差を、足し合わせることができる。
上記のような遅相軸の配置関係を有する第1の光学異方性層と、第2の光学異方性層とは、以下に示す関係式(2)を満たす。
−10nm≦ΔRe1+ΔRe2≦10nm ・・・・・(2)
なお、関係式(2)におけるΔRe1及びΔRe2は、上記第1実施形態において示したΔRe1及びΔRe2と同義である。
ここで、図2を用いて、上記関係式(2)の内容を説明する。図2は、関係式(2)を示すグラフであり、縦軸はΔRe1を表し、横軸はΔRe2を表す。
関係式(2)は、図2において示される直線ΔRe1+ΔRe2=10(符号11)と、直線ΔRe1+ΔRe2=−10(符号12)とによって挟まれた領域に対応する。
本実施形態の積層光学フィルムは、該領域内に存在するΔRe1及びΔRe2を有する第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備える、というものである。
本実施形態の積層光学フィルムは、上記関係式(2)を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備えることにより、温度条件が変化して、第1の光学異方性層のRe1及び第2の光学異方性層のRe2が変化しても、フィルム全体の面内レターデーション値Reが、初期特性値から変化するのを抑制できる。
例えば、上記関係式(2)を満たし、ΔRe1<0、かつ、ΔRe2>0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)して、第1の光学異方性層のRe1が減少し、第2の光学異方性層のRe2が増加しても、これらの変化量は、互いに打ち消し合うように作用する。
また、上記関係式(2)を満たし、ΔRe1>0、かつ、ΔRe2<0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)して、第1の光学異方性層のRe1が増加し、第2の光学異方性層のRe2が減少しても、これらの変化量は、互いに打ち消し合うように作用する。
なお、上記関係式(2)を満たし、ΔRe1>0、かつΔRe2>0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)すると、各光学異方性層のRe1及びRe2は増加する。
遅相軸が平行に配置した第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備える本実施形態の積層光学フィルムにおいては、Re1及びRe2の増加分は、互いに打ち消し合わないが、上記関係式(2)を満たす限り、これらが、フィルム全体の面内レターデーション値Reに与える影響は許容される。
また、上記関係式(2)を満たし、ΔRe1<0、かつΔRe2<0の条件を満たす第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した場合、積層光学フィルムの温度が変化(上昇)すると、各光学異方性層のRe1及びRe2は減少する。
遅相軸が平行に配置した第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を備える本実施形態の積層光学フィルムにおいては、Re1及びRe2の減少分は、互いに打ち消し合わないが、上記関係式(2)を満たす限り、これらが、フィルム全体の面内レターデーション値Reに与える影響は許容される。
なお、ΔRe1=0、かつ、ΔRe2=0の条件を満たす、第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択すれば、積層光学フィルムの温度が変化しても、各光学異方性層の面内レターデーション値は変化せず、フィルム全体の面内レターデーション値Reも変化しないことになる。
(積層光学フィルムの製造)
上記第1実施形態及び第2実施形態の積層光学フィルムを構成する第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層は、上記関係式(1)又は(2)を満たすように、適宜、公知の材料を選択して製造される。
例えば、セルロースアセテート、セルロースジアセテート等のセルロースエステル、ノルボルネン系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー等の公知のポリマーからなる光学フィルムを用いることができる。
また、ノルボルネン系ポリマーのアートン(登録商標)、ゼオネックス(登録商標)等の市販のポリマーからなる光学フィルムを用いてもよい。
例えば、上記第1実施形態の積層光学フィルムにおいては、温度変化により、第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層の面内レターデーション値(Re1及びRe2)が、共に増加し、又は、共に減少する材料を選択することが好ましい。このような材料を選択すれば、第1実施形態においては、温度変化による各光学異方性層の光学特性の変化を打ち消すことができる。
また、上記第2実施形態の積層光学フィルムにおいては、温度変化により、一方の光学異方性層の面内レターデーション値(Re1)が増加し、他方の光学異方性層の面内レターデーション値(Re2)が減少する、材料を選択することが好ましい。このような材料を選択すれば、第2実施形態においては、温度変化による各光学異方性層の光学特性の変化を打ち消すことができる。
(第3の光学異方性層)
本発明の積層光学フィルムは、更に、第3の光学異方性層を備えてもよい。該第3の光学異方性層は、液晶化合物から形成された光学異方性層であることが好ましい。
[棒状液晶化合物]
本発明に使用可能な棒状液晶化合物としては、例えばアゾメチン類、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、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。
なお、棒状液晶化合物には、金属錯体も含まれる。また、棒状液晶化合物を繰り返し単位中に含む液晶ポリマーも用いることができる。言い換えると、棒状液晶化合物は、(液晶)ポリマーと結合していてもよい。
前記棒状液晶化合物については、季刊化学総説第22巻「液晶の化学(1994)日本化学会編」の第4章、第7章、及び第11章、及び液晶デバイスハンドブック日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載がある。
本発明に用いる棒状液晶化合物の複屈折率は、0.001〜0.7の範囲にあることが好ましい。
前記棒状液晶化合物は、その配向状態を固定するために、重合性基を有することが好ましい。重合性基は、不飽和重合性基又はエポキシ基が好ましく、不飽和重合性基が更に好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。
[ディスコティック液晶化合物]
前記ディスコティック液晶化合物には、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.71巻、111頁(1981年)に記載されているベンゼン誘導体、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.122巻、141頁(1985年)、Physics lett,A,78巻、82頁(1990)に記載されているトルキセン誘導体、B.Kohneらの研究報告、Angew.Chem.96巻、70頁(1984年)に記載されたシクロヘキサン誘導体及びJ.M.Lehnらの研究報告、J.Chem.Commun.,1794頁(1985年)、J.Zhangらの研究報告、J.Am.Chem.Soc.116巻、2655頁(1994年)に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルが含まれる。
前記ディスコティック液晶化合物には、分子中心の母核に対して、直鎖のアルキル基、アルコキシ基、又は置換ベンゾイルオキシ基が母核の側鎖として放射線状に置換した構造の、液晶性を示す化合物も含まれる。分子又は分子の集合体が、回転対称性を有し、一定の配向を付与できる化合物であることが好ましい。
前記ディスコティック液晶化合物から第3の光学異方性層を形成した場合、最終的に第3の光学異方性層に含まれる化合物は、もはや液晶性を示す必要はない。
例えば、低分子のディスコティック液晶化合物が熱、又は光で反応する基を有しており、熱又は光によって該基が反応して、重合又は架橋し、高分子量化することによって第3の光学異方性層が形成される場合などは、第3の光学異方性層中に含まれる化合物は、もはや液晶性を失っていてもよい。
前記ディスコティック液晶化合物の好ましい例は、特開平8−50206号公報、特開2006−76992号公報中の段落番号[0052]、特開2007−2220号公報中の段落番号[0040]〜[0063]に記載されている。
前記ディスコティック液晶化合物としては、例えば下記一般式(DI)、(DII)で表される化合物が高い複屈折性を示すので好ましい。
更に下記一般式(DI)、(DII)で表される化合物の中でも、ディスコティック液晶性を示す化合物が好ましく、特に、ディスコティックネマチック相を示す化合物が好ましい。
前記一般式(DI)中、R、R及びRは、それぞれ独立に下記一般式(DI−R)を表す。
<一般式(DI−R)>
*−(−L21−Q2n1−L22−L23−Q1
一般式(DI−R)中、*は一般式(DI)におけるH1〜H3側と結合する位置を表し、L21は単結合又は二価の連結基を表し、Q2は少なくとも1種類の環状構造を有する二価の基を表し、n1は0〜4の整数を表し、L22は、**−O−、**−O−CO−、**−CO−O−、**−O−CO−O−、**−S−、**−NH−、**−SO2−、**−CH2−、**−CH=CH−又は**−C≡C−を表し、**はQ2側と結合する位置を表し、L23は、−O−、−S−、−C(=O)−、−SO2−、−NH−、−CH2−、−CH=CH−及びC≡C−ならびにこ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を表し、Q1は重合性基又は水素原子を表し、前記重合性基が水素原子を含む場合該水素原子は置換基で置換されていてもよい。n1が2以上のとき、複数個の−L21−Q2は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。
前記一般式(DI)中、H、H及びHは、それぞれ独立に下記一般式(DI−A)又は下記一般式(DI−B)を表す。
<一般式(DI−A)>
一般式(DI−A)中、YA1及びYA2は、それぞれ独立にメチン又は窒素原子を表す。YA1及びYA2は、少なくとも一方が窒素原子であることが好ましく、両方が、窒素原子であることがより好ましい。XAは、酸素原子、硫黄原子、メチレン又はイミノを表し、酸素原子が好ましい。*は上記一般式(DI)におけるL1〜L3側と結合する位置を表し、**は上記一般式(DI)におけるR1〜R3側と結合する位置を表す。
<一般式(DI−B)>
一般式(DI−B)中、YB1及びYB2は、それぞれ独立にメチン又は窒素原子を表す。YB1及びYB2は、少なくとも一方が窒素原子であることが好ましく、両方が、窒素原子であることがより好ましい。XBは、酸素原子、硫黄原子、メチレン又はイミノを表し、酸素原子が好ましい。*は上記一般式(DI)におけるL1〜L3側と結合する位置を表し、**は上記一般式(DI)におけるR1〜R3側と結合する位置を表す。
前記一般式(DI)中、L、L及びLは、それぞれ独立に単結合又は二価の連結基を表す。
前記一般式(DI)中、Y11、Y12及びY13は、それぞれ独立にメチン又は窒素原子を表す。
ただし、前記一般式(DII)中、LQ(又はQL)は、二価の連結基(L)と重合性基(Q)との組み合わせを意味する。二価の連結基(L)は、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−CO−、−NH−、−O−、−S−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。
二価の連結基(L)は、アルキレン基、アリーレン基、−CO−、−NH−、−O−及び−S−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた二価の連結基であることが更に好ましい。
二価の連結基(L)は、アルキレン基、アリーレン基、−CO−及び−O−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた二価の連結基であることが特に好ましい。
前記アルキレン基の炭素原子数は、1〜12であることが好ましい。前記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い。前記アリーレン基の炭素原子数は、6〜10であることが好ましい。
重合性基(Q)は、重合反応の種類に応じて決定する。重合性基(Q)は、不飽和重合性基又はエポキシ基であることが好ましく、不飽和重合性基であることが更に好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
なお、複数のLとQの組み合わせは、異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
また、前記円盤状液晶化合物の好ましい例には、特開2005−301206号公報に記載の化合物も含まれる。
前記第3の光学異方性層は、液晶化合物を少なくとも一種含有する組成物を、表面(例えば、配向膜表面)に配置し、液晶化合物の分子を所望の配向状態とし、重合により硬化させ、その配向状態を固定して形成するのが好ましい。固定する配向状態は、ハイブリッド配向状態であるのが好ましい。ハイブリッド配向とは、層の厚み方向で液晶分子のダイレクタの方向が連続的に変化する配向状態をいう。棒状分子の場合は、ダイレクタは長軸方向、円盤状分子の場合は、ダイレクタは円盤面に垂直方向となる。
液晶性化合物の分子を所望の配向状態とするため、及び組成物の塗布性もしくは硬化性の良化のために、前記組成物は一種以上の添加剤を含んでいてもよい。
液晶化合物(特に棒状液晶化合物)の分子をハイブリッド配向させるために、層の空気界面側の配向を制御し得る添加剤(以下、「空気界面配向制御剤」という)を添加してもよい。該添加剤として、フッ化アルキル基及びスルホニル基等の親水性基を有する低分子量もしくは高分子量の化合物が挙げられる。使用可能な空気界面配向制御剤の具体例には、特開2006−267171号公報等に記載の化合物が含まれる。
また、前記組成物を塗布液として調製し、塗布により前記第3の光学異方性層を形成する場合は、塗布性の良化のために界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、フッ素系化合物が好ましく、具体的には、例えば特開2001−330725号公報中の段落番号[0028]〜[0056]に記載の化合物が挙げられる。また市販の「メガファックF780」(大日本インキ化学工業株式会社製)などを用いてもよい。
また、前記組成物は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。前記重合開始剤は、熱重合開始剤であっても光重合開始剤であってもよいが、制御が容易である等の観点から、光重合開始剤が好ましい。光の作用によりラジカルを発生させる光重合開始剤の例としては、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第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(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第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(米国特許第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、米国特許第4239850号明細書記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)、アセトフェノン系化合物、ベンゾインエーテル系化合物、ベンジル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物等が好ましい。
前記アセトフェノン系化合物としては、例えば、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシメチル−1−フェニルプロパン−1−オン、4’−イソプロピル−2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオフェノン、p−ジメチルアミノアセトン、p−tert−ブチルジクロロアセトフェノン、p−tert−ブチルトリクロロアセトフェノン、p−アジドベンザルアセトフェノン等が挙げられる。
前記ベンジル系化合物としては、例えば、ベンジル、ベンジルジメチルケタール、ベンジル−β−メトキシエチルアセタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等が挙げられる。
前記ベンゾインエーテル系化合物としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾイン−n−プロピルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−n−ブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等が挙げられる。
前記ベンゾフェノン系化合物としては、例えば、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、ミヒラーズケトン、4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン等が挙げられる。
前記チオキサントン系化合物としては、例えば、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−エチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、4−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン等が挙げられる。このような芳香族ケトン類からなる感光性ラジカル重合開始剤の中でも、アセトフェノン系化合物及びベンジル系化合物が、硬化特性、保存安定性、臭気等の面で特に好ましい。これらの芳香族ケトン類からなる感光性ラジカル重合開始剤は、1種又は2種以上のものを所望の性能に応じて配合して使用することができる。
また、感度を高める目的で重合開始剤に加えて、増感剤を用いてもよい。増感剤としては、例えばn−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン、及びチオキサントンなどが挙げられる。
前記光重合開始剤は複数種を組み合わせてもよく、使用量は、塗布液の固形分の0.01質量%〜20質量%であることが好ましく、0.5質量%〜5質量%であることがより好ましい。液晶化合物の重合のための光照射は紫外線を用いることが好ましい。
前記組成物は、重合性液晶化合物とは別に、非液晶性の重合性モノマーを含有していてもよい。重合性モノマーとしては、ビニル基、ビニルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を有する化合物が好ましい。なお、重合性の反応性官能基数が2以上の多官能モノマー、例えば、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパンアクリレートを用いると、耐久性が改善されるので好ましい。
前記非液晶性の重合性モノマーは、非液晶性成分であるので、その添加量が、液晶化合物に対して15質量%を超えることはなく、0〜10質量%程度であるのが好ましい。
前記第3の光学異方性層は、前記組成物を塗布液として調製し、該塗布液を、例えば、支持体上に形成された配向膜の表面に塗布し、乾燥して溶媒を除去するとともに、液晶化合物の分子を配向させ、その後、重合により硬化させて、形成することができる。
塗布方法としては、例えばカーテンコーティング法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、印刷コーティング法、スプレーコーティング法、スロットコーティング法、ロールコーティング法、スライドコーテティング法、ブレードコーティング法、グラビアコーティング法、ワイヤーバー法等の公知の塗布方法が挙げられる。
塗膜を乾燥する際には、加熱してもよい。塗膜を乾燥して溶媒を除去すると同時に、塗膜中の液晶化合物の分子を配向させて、所望の配向状態を得る。
次に、紫外線照射等によって重合を進行させて、配向状態を固定化し、前記光学異方性層を形成する。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/cm〜50J/cmであることが好ましく、100mJ/cm〜800mJ/cmであることがより好ましい。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。
前記第3の光学異方性層の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.1μm〜10μmが好ましく、0.5μm〜5μmがより好ましい。
前記第3の光学異方性層は、配向膜を利用して形成するのが好ましい。利用可能な配向膜の例としては、ポリビニルアルコール膜やポリイミド膜等が挙げられる。
(配向膜)
本発明の積層光学フィルムが、第3の光学異方性層を備える場合、該第3の光学異方性層と、該第3の光学異方性層が積層される第2の光学異方性層(又は第1の光学異方性層)との間に、配向膜を形成することが好ましい。
本発明において、前記配向膜は、架橋されたポリマーからなる層であるのが好ましい。
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であっても、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る。
上記配向膜は、官能基を有するポリマーあるいはポリマーに官能基を導入したものを、光、熱又はpH変化等により、ポリマー間で反応させて形成するか、又は、反応活性の高い化合物である架橋剤を用いてポリマー間に架橋剤に由来する結合基を導入して、ポリマー間を架橋することにより形成することができる。
架橋されたポリマーからなる配向膜は、通常、上記ポリマー又はポリマーと架橋剤との混合物を含む塗布液を、第2の光学異方性層上に塗布した後、加熱等を行うことにより形成することができる。
後述のラビング工程において、配向膜の発塵を抑制するために、架橋度を上げておくことが好ましい。前記塗布液中に添加する架橋剤の量(Mb)に対して、架橋後に残存している架橋剤の量(Ma)の比率(Ma/Mb)を1から引いた値(1−(Ma/Mb))を架橋度と定義した場合、架橋度は50%〜100%が好ましく、65%〜100%がより好ましく、75%〜100%が特に好ましい。
本発明において、前記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る。なお、双方の機能を有するポリマーを使用することもできる。
上記ポリマーの例としては、ポリメチルメタクリレート、アクリル酸/メタクリル酸共重合体、スチレン/マレインイミド共重合体、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)、スチレン/ビニルトルエン共重合体、クロロスルホン化ポリエチレン、ニトロセルロース、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリオレフィン、ポリエステル、ポリイミド、酢酸ビニル/塩化ビニル共重合体、エチレン/酢酸ビニル共重合体、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等のポリマー;シランカップリング剤等の化合物を挙げることができる。
好ましいポリマーの例としては、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等の水溶性ポリマーであり、更にゼラチン、ポリビルアルコール、及び変性ポリビニルアルコールが好ましく、特にポリビルアルコール及び変性ポリビニルアルコールを挙げることができる。
上記ポリマーの中で、ポリビニルアルコール、又は変性ポリビニルアルコールが好ましい。ポリビニルアルコールとしては、例えば鹸化度70%〜100%のものであり、一般に鹸化度80%〜100%のものであり、より好ましくは鹸化度85%〜95%のものである。
重合度としては、100〜3,000の範囲が好ましい。変性ポリビニルアルコールとしては、共重合変性したもの(変性基として、例えば、COONa、Si(OX)、N(CH・Cl、C19COO、SONa、C1225等が導入される)、連鎖移動により変性したもの(変性基として、例えば、COONa、SH、C1225等が導入されている)、ブロック重合による変性をしたもの(変性基として、例えば、COOH、CONH、COOR、C等が導入される)等のポリビニルアルコールの変性物を挙げることができる。
重合度としては、100〜3,000の範囲が好ましい。これらの中で、鹸化度80%〜100%の未変性〜変性ポリビニルアルコールが好ましく、より好ましくは鹸化度85%〜95%の未変性、又はアルキルチオ変性ポリビニルアルコールである。
配向膜に用いる変性ポリビニルアルコールとして、下記一般式(2)で表される化合物とポリビニルアルコールとの反応物が好ましい。なお、下記一般式(2)において、Rは無置換のアルキル基、又はアクリロリル基、メタクリロイル基もしくはエポキシ基で置換されたアルキル基を表し、Wはハロゲン原子、アルキル基、又はアルコキシ基を表し、Xは活性エステル、酸無水物又は酸ハロゲン化物を形成するために必要な原子群を表し、lは0又は1を表し、nは0〜4の整数を表す。
また、配向膜に用いる変性ポリビニルアルコールとして、下記一般式(3)で表される化合物とポリビニルアルコールとの反応物も好ましい。なお、下記一般式(3)において、Xは活性エステル、酸無水物又は酸ハロゲン化物を形成するために必要な原子群を表し、mは2〜24の整数を表す。
前記一般式(2)、及び一般式(3)により表される化合物と反応させるために用いられるポリビニルアルコールとしては、上記変性されていないポリビニルアルコール、及び上記共重合変性したもの、即ち連鎖移動により変性したもの、ブロック重合による変性をしたもの等のポリビニルアルコールの変性物、を挙げることができる。
上記特定の変性ポリビニルアルコールの好ましい例としては、特開平8−338913号公報に詳しく記載されている。
配向膜にポリビニルアルコール等の親水性ポリマーを使用する場合、硬膜度の観点から、含水率を制御することが好ましく、制御される含水率としては、0.4%〜2.5%であることが好ましく、0.6%〜1.6%であることがより好ましい。含水率は、市販のカールフィッシャー法の水分率測定器で測定することができる。
なお、配向膜は、10μm以下の膜厚であるのが好ましい。
〔積層光学フィルムの製造方法〕
本発明の積層光学フィルムは、第1の光学異方性層と、第2の光学異方性層とを、それらの遅相軸が略垂直又は略平行になるように貼合せて製造される。
なお、各光学異方性層の遅相軸の方向の設定、光学異方性層の貼合等は、適宜、公知の手法を用いて行うことができる。
本発明の積層光学フィルムは、例えば、ロール形態の第1の光学異方性層と、及びロール形態の第2の光学異方性層とを、ロールtoロールで貼合せて製造できる。
したがって、本発明の積層光学フィルムは、既存の製造設備を利用して製造することができ、大量かつ安価に製造可能である。
〔偏光板〕
前記偏光板は、少なくとも、本発明の前記積層光学フィルムと、偏光子とを有し、更に必要に応じてその他の構成を有してなる。
(偏光子)
前記偏光子は、Optiva Inc.に代表される塗布型偏光子、又はバインダーとヨウ素、もしくは二色性色素とからなる偏光子が好ましい。
前記ヨウ素及び二色性色素は、バインダー中で配向することで偏光性能を発現する。ヨウ素及び二色性色素は、バインダー分子に沿って配向するか、もしくは二色性色素が液晶のような自己組織化により一方向に配向することが好ましい。
現在市販の偏光子は、延伸したポリマーを、浴槽中のヨウ素もしくは二色性色素の溶液に浸漬し、バインダー中にヨウ素、もしくは二色性色素をバインダー中に浸透させることで作製されるのが一般的である。
また、市販の偏光子は、ポリマー表面から4μm程度(両側合わせて8μm程度)にヨウ素もしくは二色性色素が分布しており、十分な偏光性能を得るためには、少なくとも10μmの厚みが好ましい。浸透度は、ヨウ素もしくは二色性色素の溶液濃度、同浴槽の温度、同浸漬時間により制御することができる。
したがって、上記のように、バインダーの厚みの下限は、10μmであることが好ましい。厚みの上限は、偏光板を液晶表示装置に使用した場合に発生する光漏れ現象の観点からは、薄ければ薄い程よい。現在市販の偏光板(約30μm)以下であることが好ましく、25μm以下がより好ましく、20μm以下が更に好ましい。20μm以下であると、光漏れ現象は、17インチの液晶表示装置で観察されなくなる。
偏光子のバインダーは架橋していてもよい。偏光子のバインダーとして、それ自体架橋可能なポリマーを用いてもよい。官能基を有するポリマー、又はポリマーに官能基を導入して得られたポリマーに、光、熱あるいはpH変化を与えて、官能基を反応させてポリマー間を架橋させ、偏光子を形成することができる。
また、架橋剤によりポリマーに架橋構造を導入してもよい。反応活性の高い化合物である架橋剤を用いてバインダー間に架橋剤に由来する結合基を導入して、バインダー間を架橋することにより形成することができる。
架橋は一般に、架橋可能なポリマー、又はポリマーと架橋剤との混合物を含む塗布液を、支持体上に塗布した後、加熱することにより実施できる。最終商品の段階で耐久性が確保できればよいため、架橋させる処理は、最終の偏光板を得るまでのいずれの段階で行ってもよい。
上記したように、偏光子のバインダーとしては、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る。
ポリマーとしては、例えばポリメチルメタクリレート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、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)、ポリビニルトルエン、クロロスルホン化ポリエチレン、ニトロセルロース、塩素化ポリオレフィン(例えば、ポリ塩化ビニル)、ポリエステル、ポリイミド、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びそれらのコポリマー(例えば、アクリル酸/メタクリル酸共重合体、スチレン/マレインイミド共重合体、スチレン/ビニルトルエン共重合体、酢酸ビニル/塩化ビニル共重合体、エチレン/酢酸ビニル共重合体)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てもよい。
水溶性ポリマー(例えば、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及び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更に好ましく、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特に好ましい。
ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールの鹸化度は、70〜100%が好ましく、80%〜100%が更に好ましく、95%〜100%が特に好ましい。ポリビニルアルコールの重合度は、100〜5,000が好ましい。
変性ポリビニルアルコールは、ポリビニルアルコールに対して、共重合変性、連鎖移動変性あるいはブロック重合変性により変性基を導入して得られる。共重合変性では、変性基として、COONa、Si(OH)、N(CH・Cl、C19COO、SONa、C1225を導入することができる。連鎖移動変性では、変性基として、COONa、SH、SC1225を導入することができる。
変性ポリビニルアルコールの重合度は、100〜3,000が好ましい。変性ポリビニルアルコールについては、特開平8−338913号公報、特開平9−152509号公報、及び特開平9−316127号公報に記載がある。
また、鹸化度が85%〜95%の未変性ポリビニルアルコール、及びアルキルチオ変性ポリビニルアルコールが特に好ましい。
更に、ポリビニルアルコール、及び変性ポリビニルアルコールは、二種以上を併用してもよい。
架橋剤については、米国再発行特許23297号明細書に記載があり、本発明に用いることができる。また、ホウ素化合物(例、ホウ酸、硼砂)も、架橋剤として用いることができる。
バインダーの架橋剤は、多く添加すると、偏光子の耐湿熱性を向上させることができる。ただし、バインダーに対して架橋剤を50質量%以上添加すると、ヨウ素、もしくは二色性色素の配向性が低下する。架橋剤の添加量は、バインダーに対して、0.1質量%〜20質量%が好ましく、0.5質量%〜15質量%が更に好ましい。
バインダーは、架橋反応が終了した後でも、反応しなかった架橋剤をある程度含んでいる。ただし、残存する架橋剤の量は、バインダー中に1.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましい。
バインダー中に1.0質量%を超える量で架橋剤が含まれていると、耐久性に問題が生じる場合がある。即ち、架橋剤の残留量が多い偏光子を液晶表示装置に組み込み、長期使用、あるいは高温高湿の雰囲気下に長期間放置した場合に、偏光度の低下が生じることがある。
前記二色性色素としては、アゾ系色素、スチルベン系色素、ピラゾロン系色素、トリフェニルメタン系色素、キノリン系色素、オキサジン系色素、チアジン系色素あるいはアントラキノン系色素が用いられる。二色性色素は、水溶性であることが好ましい。二色性色素は、親水性置換基(例えば、スルホ、アミノ、ヒドロキシル)を有することが好ましい。
前記二色性色素としては、例えばC.I.ダイレクト・イエロー12、C.I.ダイレクト・オレンジ39、C.I.ダイレクト・オレンジ72、C.I.ダイレクト・レッド39、C.I.ダイレクト・レッド79、C.I.ダイレクト・レッド81、C.I.ダイレクト・レッド83、C.I.ダイレクト・レッド89、C.I.ダイレクト・バイオレット48、C.I.ダイレクト・ブルー67、C.I.ダイレクト・ブルー90、C.I.ダイレクト・グリ−ン59、C.I.アシッド・レッド37などが挙げられる。
前記二色性色素については、特開平1−161202号公報、特開平1−172906号公報、特開平1−172907号公報、特開平1−183602号公報、特開平1−248105号公報、特開平1−265205号公報、特開平7−261024号公報に記載がある。
前記二色性色素は、遊離酸、又はアルカリ金属塩、アンモニウム塩、もしくはアミン塩等の塩として用いられる。二種類以上の二色性色素を配合することにより、各種の色相を有する偏光子を製造することができる。偏光軸を直交させた時に黒色を呈する化合物(色素)を用いた偏光子、あるいは黒色を呈するように各種の二色性分子を配合した偏光子又は偏光板が、単板透過率及び偏光率とも優れており、好ましい。
偏光子は、バインダーからなるフィルムを偏光子の長手方向(MD方向)に延伸した後に、ヨウ素、二色性染料で染色することが好ましい。
延伸法の場合、延伸倍率は、2.5〜30.0倍が好ましく、3.0〜10.0倍が更に好ましい。延伸は、空気中でのドライ延伸で実施できる。
また、水に浸漬した状態でのウェット延伸を実施してもよい。ドライ延伸の延伸倍率は、2.5〜5.0倍が好ましく、ウェット延伸の延伸倍率は、3.0〜10.0倍が好ましい。
延伸工程は、数回に分けて行ってもよい。数回に分けることによって、高倍率延伸でもより均一に延伸することができる。
延伸前に、横あるいは縦に若干の延伸(幅方向の収縮を防止する程度)を行ってもよい。延伸は、二軸延伸におけるテンター延伸を左右異なる工程で行うことによって実施できる。上記二軸延伸は、通常のフィルム製膜において行われている延伸方法と同様である。
偏光子の両面には、保護フィルムを配置するのが好ましく、一方の面の保護フィルムとして、本発明のロール状光学フィルムの一部を用いるのが好ましい。
例えば、保護フィルム/偏光子/第3の光学異方性層/第2の光学異方性層/第1の光学異方性層の順に積層されるか、保護フィルム/偏光子/第3の光学異方性層/第2の光学異方性層/配向膜/第1の光学異方性層の順に積層されることが好ましい。
但し、この構成に限定されず、偏光子と第1の光学異方性層の表面側とを貼りあわせてもよい。貼り合せには接着剤を用いてもよく、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂(アセトアセチル基、スルホン酸基、カルボキシル基、オキシアルキレン基による変性ポリビニルアルコールを含む)やホウ素化合物水溶液を接着剤として用いることができる。これらの中でも、ポリビニルアルコール系樹脂が好ましい。
接着剤層の厚みは、乾燥後に0.01μm〜10μmの範囲にあることが好ましく、0.05μm〜5μmの範囲にあることが特に好ましい。
また、本発明の偏光板を液晶表示装置に用いる場合、視認側表面に反射防止層を設置するのが好ましく、該反射防止層を偏光子の視認側の保護層と兼用してもよい。
液晶表示装置の視角による色味変化抑制の観点から、反射防止層の内部ヘイズを50%以上にすることが好ましい。これら好ましい具体例としては、特開2001−33783号公報、特開2001−343646号公報、及び特開2002−328228号公報に記載がある。
液晶表示装置のコントラスト比を高めるためには、偏光子の透過率は高い方が好ましく、偏光度も高い方が好ましい。
本発明の偏光子の透過率は、波長550nmの光において、30%〜50%の範囲にあることが好ましく、35%〜50%の範囲にあることが更に好ましく、40%〜50%の範囲にあることが特に好ましい。
偏光度は、波長550nmの光において、90%〜100%の範囲にあることが好ましく、95%〜100%の範囲にあることが更に好ましく、99%〜100%の範囲にあることが特に好ましい。
〔偏光板の製造方法〕
上記積層光学フィルムに、公知の手法を用い、偏光子を貼合せることによって、偏光板を製造できる。
〔液晶表示装置〕
液晶表示装置は、少なくとも、上記本発明の偏光板と、液晶セルとを備え、更に必要に応じてその他の部材を備えてなる。
本発明の積層光学フィルム、又は該積層光学フィルムを用いた偏光板は、複屈折モードの液晶表示装置、特にOCB方式の液晶表示装置、及びECB型反射型液晶表示装置等の光学フィルムが装着されないと黒/白表示が困難な液晶表示装置に有利に用いられる。
透過型液晶表示装置は、液晶セル及びその両側に配置された二枚の偏光板からなる。液晶セルは、二枚の電極基板の間に液晶を担持している。
光学フィルムは、液晶セルと一方の偏光板との間に、一枚配置するか、あるいは液晶セルと双方の偏光板との間に二枚配置する。
OCBモードの液晶セルは、棒状液晶性分子を液晶セルの上部と下部とで実質的に逆の方向に(対称的に)配向させるベンド配向モードの液晶セルを用いた液晶表示装置であり、米国特許4583825号明細書、及び米国特許5410422号明細書に開示されている。棒状液晶分子が液晶セルの上部と下部とで対称的に配向しているため、ベンド配向モードの液晶セルは、自己光学補償機能を有する。
そのため、この液晶モードは、OCB(Optically Compensatory Bend)液晶モードとも呼ばれる。ベンド配向モードの液晶表示装置は、応答速度が速いとの利点がある。
また、OCB方式は、高速応答駆動が可能なため、フィールドシーケンシャル駆動方式と組み合わせることが好ましい。
本発明の液晶表示装置に用いられる液晶セルは、無電圧印加状態(液晶層に電圧を印加しない状態での液晶セル中の液晶材料の配向状態下)でのΔnd値が、800以上1,200未満であることが好ましい。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
〔光学フィルム1〜8の製造〕
光学フィルム4、及び光学フィルム8は、以下に示す作製方法1により、製造した。
(作製方法1)
下記のセルロースアシレート溶液を使用した。セルロースアシレートAは120℃に加熱して乾燥し、含水率を0.5質量%以下とした後、20質量部を使用した。
セルロースアシレート溶液:
1)セルロースアシレート
置換度が2.86のセルロースアセテートの粉体を用いた。セルロースアシレートAの粘度平均重合度は300、6位のアセチル基置換度は0.89、アセトン抽出分は7質量%、質量平均分子量/数平均分子量比は2.3、含水率は0.2質量%、6質量%ジクロロメタン溶液中の粘度は305mPa・s、残存酢酸量は0.1質量%以下、Ca含有量は65ppm、Mg含有量は26ppm、鉄含有量は0.8ppm、硫酸イオン含有量は18ppm、イエローインデックスは1.9、遊離酢酸量は47ppmであった。粉体の平均粒子サイズは1.5mm、標準偏差は0.5mmであった。
2)溶媒
下記の溶媒Aを使用した。溶媒の含水率は、いずれも0.2質量%以下であった。
・溶媒A
ジクロロメタン/メタノール/ブタノール=83/15/2質量部
3)添加剤
下記の添加剤Aを使用した。
・添加剤A
二酸化ケイ素微粒子(粒子サイズ20nm、モース硬度約7)(0.08質量部)
下記構造のレターデーション上昇剤(0.8質量部)
4)溶解
下記の溶解工程Aを使用して膨潤、溶解を行った。
・溶解工程A
攪拌羽根を有し外周を冷却水が循環する400リットルのステンレス製溶解タンクに、前記溶媒及び添加剤を投入して撹拌、分散させながら、前記セルロースアシレートを徐々に添加した。投入完了後、室温にて2時間撹拌し、3時間膨潤させた後に再度撹拌を実施し、セルロースアシレート溶液を得た。
なお、攪拌には、15m/sec(剪断応力5×10kgf/m/sec〔4.9×10N/m/sec〕)の周速で攪拌するディゾルバータイプの偏芯攪拌軸及び中心軸にアンカー翼を有して周速1m/sec(剪断応力1×10kgf/m/sec〔9.8×10N/m/sec〕)で攪拌する攪拌軸を用いた。膨潤は、高速攪拌軸を停止し、アンカー翼を有する攪拌軸の周速を0.5m/secとして実施した。
膨潤した溶液をタンクから、ジャケット付配管で50℃まで加熱し、更に2MPaの加圧化で90℃まで加熱し、完全溶解した。加熱時間は15分であった。この際、高温にさらされるフィルター、ハウジング、及び配管はハステロイ合金製で耐食性の優れたものを利用し保温加熱用の熱媒を流通させるジャケットを有する物を使用した。
次に36℃まで温度を下げ、セルロースアシレート溶液を得た。
5)ろ過
得られたセルロースアシレート溶液を、絶対濾過精度10μmの濾紙(#63、東洋濾紙株式会社製)で濾過し、更に絶対濾過精度2.5μmの金属焼結フィルター(FH025、ポール社製)にて濾過してポリマー溶液を得た。
(フィルムの作製)
下記の製膜工程Aを使用した。
・製膜工程A
前記ポリマー溶液を30℃に加温し、流延ギーサーを通して直径3mのドラムである鏡面ステンレス支持体上に流延した。支持体の温度は−5℃に設定し、流延スピードは100m/分、塗布幅は200cmとした。流延部全体の空間温度は、15℃に設定した。そして、流延部の終点部から50cm手前で、流延して回転してきたセルロースアシレートフィルムをドラムから剥ぎ取り、両端をピンテンターでクリップした。ピンテンターで保持されたセルロースアシレートフィルムは、乾燥ゾーンに搬送した。初めの乾燥では45℃の乾燥風を送風した。次に110℃で5分、更に140℃で10分乾燥して、セルロースアシレートの透明フィルムを得た。
前記製膜したセルロースアシレートフィルムに、更に下記予備延伸工程、及び熱処理/延伸工程A1又はB1、及び再延伸工程を実施した。
(予備延伸)
得られたセルロースアシレートフィルムには、更に下記予備延伸工程Aを実施した。
また、フィルムの予備延伸倍率は、フィルムの搬送方向と直交する方向に一定間隔の標線を入れ、その間隔を熱処理前後で計測し、下記式から求めた。
フィルムの予備延伸倍率(%)=100×(熱処理後の標線の間隔−熱処理前の標線の間隔)/熱処理前の標線の間隔
・予備延伸工程A
前記製膜したセルロースアシレートフィルムを、2つのニップロール間に加熱ゾーンを有する装置を用いて延伸した。延伸倍率は、ニップロールの周速を調整することで制御し、1.2倍とした。縦横比(ニップロール間の距離/ベース幅)は3.3となるように調整し、加熱ゾーンに入る前のベース温度は25℃とし、加熱ゾーンの温度は160℃として1分間加熱した。
(熱処理/延伸)
・熱処理/延伸工程A1(進行方向への延伸)
得られたフィルムを、2つのニップロール間に加熱ゾーンを有する装置を用いて搬送方向に延伸した。縦横比(ニップロール間の距離/ベース幅)は3.3となるように調整し、加熱ゾーンに入る前のベース温度は25℃とし、加熱ゾーンの温度は240℃とした。得られたフィルムは、2600mのロール状に巻き取った。
・熱処理/延伸工程B1(幅方向への延伸)
得られたフィルムを、両端をテンタークリップで把持した後、加熱ゾーン内で搬送方向と直交する方向に延伸した。加熱ゾーンの温度は240℃とした。
(再延伸)
続いて、熱処理後のフィルムの両端をテンタークリップで把持した後、加熱ゾーン内で搬送方向と直交する方向に延伸した。加熱ゾーンの温度は160℃とし、延伸倍率は15%とした。延伸倍率は、フィルムの搬送方向と平行方向に一定間隔の標線を入れ、その間隔を延伸前後で計測し、下記式から求めた。
延伸倍率(%)=100×(延伸後の標線の間隔−延伸前の標線の間隔)/延伸前の標線の間隔
光学フィルム3、及び光学フィルム7は、以下に示す作製方法2により、製造した。
(作製方法2)
前記作製方法1で作製した後に更に下記延伸工程A2又はB2を実施した。
(延伸)
・延伸工程A2(進行方向への延伸)
得られたフィルムを、2つのニップロール間に加熱ゾーンを有する装置を用いて搬送方向に延伸した。縦横比(ニップロール間の距離/ベース幅)は3.3となるように調整し、加熱ゾーンに入る前のベース温度は25℃とし、加熱ゾーンの温度は180℃とした。得られたフィルムは、2600mのロール状に巻き取った。
・延伸工程B2(幅方向への延伸)
得られたフィルムを、両端をテンタークリップで把持した後、加熱ゾーン内で搬送方向と直交する方向に延伸した。加熱ゾーンの温度は180℃とした。
光学フィルム1、光学フィルム2、光学フィルム5及び光学フィルム6は、以下に示す作製方法3により、製造した。
(作製方法3)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液Aを調製した。
[セルロースアセテート溶液Aの組成]
・酢化度60.9%のセルロースアセテート・・・100質量部
・トリフェニルホスフェート・・・7.8質量部
・ビフェニルジフェニルホスフェート・・・3.9質量部
・メチレンクロリド・・・300質量部
・メタノール・・・45質量部
別のミキシングタンクに、酢化度60.9%のセルロースアセテート(リンター)4質量部、下記のレターデーション上昇剤25質量部、シリカ微粒子(平均粒子サイズ:20nm)0.5質量部、メチレンクロリド80質量部、及びメタノール20質量部を投入し、加熱しながら攪拌して、レターデーション上昇剤溶液を調製した。
上記セルロースアセテート溶液A 470質量部に、上記レターデーション上昇剤溶液を混合し、十分に攪拌してドープを調製した。レターデーション上昇剤のセルロースアセテートに対する質量比を調整し、所望の光学特性に調整した。
(各光学フィルムにおける遅相軸、光学特性の設定)
遅相軸を、ロール(ロール形態の光学フィルム)の進行方向に発生させる場合は、ロールの進行方向への延伸を行った。光学フィルムの面内レターデーション値(Re1及びRe2)の調整は、適宜、延伸倍率を設定することより行った。
遅相軸を、ロールの幅方向に発生させる場合は、ロールの幅方向への延伸を行った。Re1及びRe2調整は、適宜、延伸倍率を設定することにより行った。
上記延伸倍率は、1.01〜1.40倍程度の間で調整した。
光学フィルムの厚み方向のレターデーション値(Rth1及びRth2)は、Rth発現素材を用い、その添加量で、所望の値に調整した。
〔光学フィルムA〜Cの製造〕
JSR株式会社製のアートン(登録商標)フィルムを延伸することで、所望の光学特性に調整し、光学フィルムA〜Cを得た。
<積層光学フィルム>
〔実施例1〜6及び比較例1〜5〕
実施例1〜6及び比較例1〜5の積層光学フィルムは、その光学特性が、Re=45nm、Rth=320nmになるように、第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を選択した。具体的には、以下の通りである。
(遅相軸が垂直の場合)
実施例1、実施例2、実施例5、実施例6、比較例1及び比較例2は、第1の光学異方性層の遅相軸と、第2の光学異方性層の遅相軸とが、垂直に配置するように、第1の光学異方性層と第2の光学異方性層をロールtoロールで積層した。
これらの実施例及び比較例の第1の光学異方性層の光学特性(初期特性、湿度50%RH、25℃条件下)は、Re1=10nm、Rth1=90nmであり、第2の光学異方性層の光学特性は、Re2=55nm、Rth2=230nmである。
(遅相軸が平行の場合)
実施例3、実施例4、比較例3、比較例4及び比較例5は、第1の光学異方性層の遅相軸と、第2の光学異方性層の遅相軸とが、平行となるように、第1の光学異方性層と第2の光学異方性層をロールtoロールで積層した。
これらの実施例及び比較例の第1の光学異方性層の光学特性(初期特性、湿度50%RH、25℃条件下)は、Re1=10nm、Rth1=90nm、第2の光学異方性層の光学特性は、Re2=35nm、Rth2=230nmである。
実施例1〜6及び比較例1〜5の第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を有する積層フィルムに、更に、第3の光学異方性層を以下に示す方法によって形成し、積層光学フィルムを得た。
(鹸化処理)
上記積層フィルムの第2の光学異方性層側の面に、1.5規定の水酸化カリウムのイソプロピルアルコール溶液を25ml/mとなるように塗布し、25℃で5秒間放置した。その後、流水で10秒洗浄し、25℃の空気を吹き付けることでフィルムの表面を乾燥した。このようにして、積層フィルムの第2の光学異方性層側の表面のみを鹸化した。
(配向膜の形成)
鹸化処理した積層フィルムの一方の面に、下記の組成の配向膜塗布液を#14のワイヤーバーコーターで24ml/m塗布した。その後、60℃の温風で60秒、更に90℃の温風で150秒乾燥して、該積層フィルムの第2の光学異方性層上に膜を形成した。
次に、形成した膜に対し、第2の光学異方性層の遅相軸と45°の方向に、ラビング処理を施して、配向膜を形成した。
[配向膜塗布液の組成]
・下記の変性ポリビニルアルコール・・・10質量部
・水・・・371質量部
・メタノール・・・119質量部
・グルタルアルデヒド(架橋剤)・・・0.5質量部
(第3の光学異方性層)
204.0質量部のメチルエチルケトンに、下記のディスコティック化合物91質量部、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート(V#360、大阪有機化学株式会社製)9質量部、セルロースアセテートブチレート(CAB531−1、イーストマンケミカル社製)0.5質量部、光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製)3質量部、及び増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬株式会社製)1質量部を溶解して塗布液を調製した。
上記配向膜上に塗布液を、#3.2のワイヤーバーで5.52ml/m塗布した。これを金属の枠に貼り付けて、130℃の恒温槽中で2分間加熱し、ディスコティック化合物を配向させた。
次に、90℃で120W/cm高圧水銀灯を用いて、4分間紫外線照射しディスコティック化合物を重合させた。その後、室温まで放冷した。このようにして、第3の光学異方性層を形成し、光学積層フィルムを得た。
<偏光板>
上記積層光学フィルムに、以下に示す方法で、偏光子を形成し、偏光板を作製した。
(偏光子の作製)
延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素を吸着させて偏光膜(偏光子)を作製した。
上記積層光学フィルムの第1の光学異方性層側に、ポリビニルアルコール系接着剤を塗布して、上記偏光膜を貼り付けた。
更に、市販のセルローストリアセテートフィルム(フジタックTD80UF、富士フイルム株式会社製)を、前記鹸化処理と同様に処理したフィルムを、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜に貼り付けて、偏光板を得た。
<液晶表示装置>
上記偏光板を用いて、液晶表示装置を作製した。
(ベンド配向液晶セルの作製)
ITO電極付きのガラス基板に、ポリイミド膜を配向膜として設け、その配向膜にラビング処理を行った。得られた二枚のガラス基板をラビング方向が平行となる配置で向かい合わせ、液晶セルの厚さを7.2μmに設定した。液晶セルの間隙にΔnが0.1396の液晶性化合物(ZLI1132、メルク社製)を注入し、ベンド配向の液晶セルを作製した。
(液晶表示装置の作製)
上記液晶セルと、上記一対の偏光板とを組み合わせて液晶表示装置を作製した。
なお、液晶セルと、一対の偏光板との配置は、偏光板が第3の光学異方性層、及び液晶セルの基板が対面し、液晶セルのラビング方向とそれに対向する第3の光学異方性層のラビング方向とが反平行になるようにした。
作製した液晶セルを挟むように、それぞれ別の透明基板に、視認側、及びバックライト側に偏光板をそれぞれ貼り付けた。
偏光板の第3の光学異方性層が前記透明基板に対向し、液晶セルのラビング方向とそれに対向する第3の光学異方性層のラビング方向とが反平行となるように配置し、液晶セルの大きさが20インチである液晶表示装置を作製した。
<液晶表示装置の評価(視野角の評価)>
実施例1〜6及び比較例1〜5の液晶表示装置の視野角を以下に示す方法によって、評価した。
25℃、湿度50%RHの環境下において、作製した液晶表示装置をバックライト上に配置し、ベンド配向液晶セルに55Hz矩形波で電圧を印加した。
電圧を調整しながら輝度計(BM−5、TOPCON社製)を用い、黒輝度(正面輝度)が最も小さくなる電圧を判定した。
次に、同様に前記輝度計を用い、画面中央での黒輝度と白輝度(正面輝度)を測定し、コントラスト視野角を測定した。
続けて、50℃、湿度50%RHの環境下において、同様にして、液晶表示装置のコントラスト視野角を測定した。
温度条件を変えたことにより、視野角が変化したか否かを評価した。結果は、表1に示した。なお、表1において、◎は、視野角が変化しなかったことを表し、×は、視野角が変化したことを表す。
表1の結果から、実施例1、実施例2、実施例5及び実施例6は、各光学異方性層の遅相軸が垂直(直交)に配置している場合であり、上記関係式(1)を満たす。これらの実施例においては、温度条件が25℃から50℃に変化しても、視野角変化が抑制されることが確かめられた。
これに対し、比較例1及び比較例2は、各光学異方性層の遅相軸が垂直(直交)に配置している場合であるが、上記関係式(1)を満たしていない。これらの比較例においては、温度条件が変化すると、視野角が変化することが確かめられた。
また、実施例3及び実施例4は、各光学異方性層の遅相軸が平行に配置している場合であり、上記関係式(2)を満たす。これらの実施例においては、温度条件が25℃から50℃に変化しても視野角変化が抑制されることが確かめられた。
これに対し、比較例3、比較例4及び比較例5は、各光学異方性層の遅相軸が垂直(直交)に配置している場合であるが、上記関係式(2)を満たしていない。これらの比較例においては、温度条件が変化すると、視野角が変化することが確かめられた。
図1は、関係式(1)を示すグラフである。 図2は、関係式(2)を示すグラフである。
符号の説明
1 直線1(関係式(1))
2 直線2(関係式(1))
11 直線11(関係式(2))
12 直線12(関係式(2))

Claims (7)

  1. 少なくとも、第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層を有する積層光学フィルムであって、
    前記第1の光学異方性層の遅相軸が、前記第2の光学異方性層の遅相軸と略90°に交差している場合は、関係式(1)を満たし、
    −10nm≦ΔRe1−ΔRe2≦10nm ・・・・・(1)
    前記第1の光学異方性層の遅相軸が、前記第2の光学異方性層の遅相軸と略平行の場合は、関係式(2)を満たし、
    −10nm≦ΔRe1+ΔRe2≦10nm ・・・・・(2)
    前記積層光学フィルム全体の面内レターデーション値Reが、30nm≦Re≦500nmであることを特徴とする積層光学フィルム。
    ただし、前記関係式(1)及び(2)中、ΔRe1は、第1の光学異方性層におけるRe1(温度50℃)−Re1(温度25℃)の値を表す。ΔRe2は、第2の光学異方性層におけるRe2(温度50℃)−Re2(温度25℃)の値を表す。
  2. 第1の光学異方性層及び第2の光学異方性層が、いずれもロール形態の状態からロールtoロールで貼合されてなる請求項1に記載の積層光学フィルム。
  3. 更に、第3の光学異方性層を有し、該第3の光学異方性層がハイブリッド配向したディスコティック液晶層で形成されている請求項1から2のいずれかに記載の積層光学フィルム。
  4. 第3の光学異方性層を形成する際のラビング方向が、第1の光学異方性層の遅相軸及び第2の光学異方性層の遅相軸に対し、40°〜50°の範囲にある請求項3に記載の積層光学フィルム。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の積層光学フィルムと、偏光子とを有することを特徴とする偏光板。
  6. 請求項5に記載の偏光板と、液晶セルとを有することを特徴とする液晶表示装置。
  7. 液晶セルが、OCB方式である請求項6に記載の液晶表示装置。
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