JP2009294262A - 偏光板および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セルロースアシレートフィルム、偏光子、アクリルフィルムおよび粘着剤層がこの順に積層してなる偏光板において、前記アクリルフィルムの長辺および短辺方向の吸湿膨張係数がいずれも10ppm/%RH〜30ppm/%RH、かつ、25℃60%RHで1kgの荷重を1時間かけるクリープ試験における粘着剤層のクリープズレ量が100μm〜800μmであることを特徴とする偏光板。
【選択図】なし
Description
[2] 前記アクリルフィルムの表面粗さ(Ra)が0.005μm〜0.2μmであることを特徴とする[1]に記載の偏光板。
[3] 25℃から100℃におけるアクリルフィルムの長辺および短辺方向の熱膨張係数がいずれも60ppm/℃〜110ppm/℃であることを特徴とする[1]または[2]に記載の偏光板。
[4] 前記アクリルフィルムが、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、グルタル酸無水物単位の少なくとも1種の単位を含むアクリルポリマーを含有し、前記アクリルフィルムの厚みが20μm〜85μmであり、前記アクリルフィルムの製膜幅が1.5m〜4.0mであることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の偏光板。
[5] 前記アクリルフィルムが、ダイから押出されたメルトを3連以上の多連式キャストロール上で固化する工程を経て製造され、かつ、前記多連式キャストロール上で固化する工程において隣り合うキャストロールの温度が下流側ロール温度が上流側ロールより1℃〜15℃低くなってい
[6] 前記アクリルフィルムが、0.1MPa〜10MPaのタッチ圧で押圧しているTg−30℃〜Tg+10℃のタッチロールとチルロールの間にアクリル樹脂メルトを挟み込んで製造されたことを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の偏光板。
[7] 前記アクリルフィルムが、1.2倍〜3.5倍に延伸されて製造され、かつ、延伸前後の面内方向のレターデーションの変化量の絶対値(ΔRe)が0.1〜10nmであり、延伸前後の膜厚方向のレターデーションの変化量の絶対値(ΔRth)が1〜15nmであることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか1項に記載の偏光板。
[8] [1]〜[7]のいずれか一項に記載の偏光板を用いることを特徴とする液晶表示装置。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。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および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書中において、特に特定しない場合は “アクリルフィルム”はメタクリル系フィルムおよびアクリル系フィルムを表す。一方、“(メタ)アクリレート”はアクリレートおよびメタクリレートを表し、“(メタ)アクリル”はアクリルおよびメタクリルを表す。また、”%RH”は相対湿度(単位%)を表す。
本発明の偏光板は、セルロースアシレートフィルム、偏光子、アクリルフィルム、粘着剤がこの順に積層してなり、前記アクリルフィルムの長辺および短辺方向の吸湿膨張係数(25℃・相対湿度10%から25℃・相対湿度80%における)がいずれも10ppm/%RH〜30ppm/%RHであり、かつ、25℃60%RHで1kgの荷重を1時間かけるクリープ試験における粘着剤層のクリープズレ量が100μm〜800μmであることを特徴とする。
(アクリル樹脂)
本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムに含まれるアクリル樹脂は、主成分として、(メタ)アクリル酸または(メタ)アクリル酸の誘導体を重合して得られる樹脂およびその誘導体を含有する樹脂であり、本発明の効果を損なわない限り特に限定されずに公知の(メタ)アクリル酸系熱可塑性樹脂を用いることができる。前記(メタ)アクリル酸の誘導体としては、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステルを挙げることができる。前記メタクリル酸エステルとしては、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、メタクリル酸メチル等をあげることができる。前記アクリル酸エステルとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸2−エチルヘキシル等を挙げることができる。
その他の(メタ)アクリル酸の誘導体であるアクリル樹脂として、例えば、下記一般式(1)で表される構造のものを挙げることができる。
本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムに含まれるアクリル樹脂としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸tert-ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−クロロエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2,3,4,5,6−ペンタヒドロキシエキシルおよび(メタ)アクリル酸2,3,4,5−テトラヒドロキシペンチルが好ましく、熱安定性に優れる点で(メタ)アクリル酸メチル(以下MMAともいう)がより好ましい。本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムに含まれるアクリル樹脂は、アクリル樹脂1種の単重合体であっても、アクリル樹脂2種以上の共重合体であっても、少なくとも1種のアクリル樹脂とその他の樹脂の共重合体であってもよいが、ガラス転移温度(以下Tgともいう)を高める観点からアクリル樹脂とその他の樹脂の共重合体との共重合体であることが好ましい。
本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムに含まれるアクリル樹脂に共重合可能なアクリル樹脂以外の単量体としては、スチレン及びo−メチルスチレン,p−メチルスチレン,2,4−ジメチルスチレン,o−エチルスチレン,p−エチルスチレン,p−tert−ブチルスチレン等の核アルキル置換スチレン、α−メチルスチレン,α−メチル−p−メチルスチレン等のα−アルキル置換スチレン等の芳香族ビニル化合物類、アクリロニトリル、メタクリルニトリル等のシアン化ビニル類、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド類、ラクトン環単位、グルタル酸無水物単位、無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸無水物類、マレイン酸等の不飽和酸類、グルタルイミド単位等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性を向上させる観点から、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミドおよびN−メチルマレイミドなどのN−置換マレイミド、ラクトン環単位、グルタル酸無水物単位、無水マレイン酸単位およびグルタルイミド単位などが好ましく、Tgを高める観点から、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位またはグルタル酸無水物単位がより好ましい。
ラクトン環構造が重合体の分子鎖中(重合体の主骨格中は主鎖中ともいう)に形成されることにより、共重合体であるアクリル樹脂に高い耐熱性が付与され、かつ、Tgも高くなるため好ましい。また、耐熱性向上およびフィルム製造時の泡やシルバーストリーク抑制の観点から、ラクトン環構造を導く環化縮合反応の反応率は十分に高いことが好ましい。
前記有機残基は、炭素数が1〜20の範囲内であれば特には限定されないが、例えば、直鎖若しくは分岐状のアルキル基、直鎖若しくは分岐状のアルキレン基、アリール基、−OAc基、−CN基などが挙げられる。また、有機残基は酸素原子を含んでいてもよい。
前記R11〜R13の炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。
無水マレイン酸構造が重合体の分子鎖中(重合体の主骨格中)に形成されることにより、共重合体であるアクリル樹脂に高い耐熱性が付与され、かつ、Tgも高くなるため好ましい。
前記有機残基は、炭素数が1〜20の範囲内であれば特には限定されないが、例えば、直鎖若しくは分岐状のアルキル基、直鎖若しくは分岐状のアルキレン基、アリール基、−OAc基、−CN基などが挙げられる。また、有機残基は酸素原子を含んでいてもよい。
前記R21およびR22の炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。
グルタル酸無水物構造が重合体の分子鎖中(重合体の主骨格中)に形成されることにより、共重合体であるアクリル樹脂に高い耐熱性が付与され、かつ、Tgも高くなるため好ましい。
本発明においてアクリル樹脂との共重合に用いられる前記無水マレイン酸単位としては、特に制限はないが、特開2006−241263号、特開2004−70290号、特開2004−70296号、特開2004−126546号、特開2004−163924号、特開2004−291302号、特開2004−292812号、特開2005−314534号、特開2005−326613号、特開2005−331728号、特開2006−131898号、特開2006−134872号、特開2006−206881号、特開2006−241197号、特開2006−283013号、特開2007−118266号、特開2007−176982号、特開2007−178504号、特開2007−197703号、特開2008−74918号、国際公開WO2005/105918号等の各公報に記載のものを使用できる。この中でより好ましいのが特開2008−74918号公報に記載のものである。なお、これらは本発明を限定するものではなく、これらは単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
また、前記アクリル系樹脂は、耐熱性を損なわない範囲で共重合可能なその他の単量体成分を共重合した単位を有していても良い。共重合可能なその他の単量体成分としては、具体的にはスチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、o−エチルスチレン、p−エチルスチレンおよびp−t−ブチルスチレンなどの芳香族ビニル系単量体、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリルなどのシアン化ビニル系単量体、アリルグリシジルエーテル、スチレン−p−グリシジルエーテル、p−グリシジルスチレン、無水イタコン酸、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、ブトキシメチルアクリルアミド、N−プロピルメタクリルアミド、アクリル酸アミノエチル、アクリル酸プロピルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸エチルアミノプロピル、メタクリル酸フェニルアミノエチル、メタクリル酸シクロヘキシルアミノエチル、N−ビニルジエチルアミン、N−アセチルビニルアミン、アリルアミン、メタアリルアミン、N−メチルアリルアミン、p−アミノスチレン、2−イソプロペニル−オキサゾリン、2−ビニル−オキサゾリン、2−アクロイル−オキサゾリン、2−スチリル−オキサゾリン、アクリロニトリル等のニトリル系単量体、酢酸ビニル等のビニルエステル類、グルタルイミド単位等が挙げられる。
本発明のアクリル樹脂には種々の添加剤を併用することも好ましい。このような添加剤としては、可塑剤、安定剤、マット剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、レターデーション調整剤などを挙げることができる。
以下各添加剤を詳細に説明する。
本発明において、フィルム構成材料中に、安定剤の少なくとも一種を前記アクリル樹脂の加熱溶融前または加熱溶融時に添加することが好ましい。これらは、フィルム構成材料の酸化防止、分解して発生した酸の捕捉、光または熱によるラジカル種基因の分解反応を抑制または禁止する等、解明出来ていない分解反応を含めて、着色や分子量低下に代表される変質や材料の分解による揮発成分の生成を抑制するために有用である。その時、製膜するための溶融温度においても安定化剤自身が分解せずに機能することが求められる。これらの安定化剤は次に挙げられる効果に用いるがこれらに限定されるものではない。
本発明において、フィルム構成材料の熱溶融時における安定化のために用いる化合物として有用なヒンダードフェノール系安定剤は既知の化合物であり、例えば、米国特許第4,839,405号明細書の第12〜14欄に記載されているものなどの、2,6−ジアルキルフェノール誘導体化合物が含まれる。中でも、特に分子量500以上のフェノール系安定剤を添加することが好ましい態様である。好ましいフェノール系安定剤としては、ヒンダードフェノール系安定剤が挙げられる。これらの素材は、市販品として容易に入手可能であり、下記のメーカーから販売されている。チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社から、Irganox 1076、Irganox 1010、Irganox 3113、Irganox 245、Irganox 1135、Irganox 1330、Irganox 259、Irganox 565、Irganox 1035、Irganox 1098、Irganox 1425WL、として入手することができる。また、旭電化工業株式会社から、アデカスタブ AO−50、アデカスタブ AO−60、アデカスタブ AO−20、アデカスタブ AO−70、アデカスタブ AO−80として入手できる。さらに、住友化学株式会社から、スミライザーBP−76、スミライザーBP−101、スミライザーGA−80、として入手できる。また、シプロ化成株式会社からシーノックス326M、シーノックス336B、としても入手することが可能である。
上記の亜リン酸系安定剤としては、特開2004−182979号公報の[0023]〜[0039]に記載の化合物をより好ましく用いることができる。亜リン酸エステル系安定剤の具体例としては、特開昭51−70316号公報、特開平10−306175号公報、特開昭57−78431号公報、特開昭54−157159号公報、特開昭55−13765号公報に記載の化合物を挙げることができる。さらに、その他の安定剤としては、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)17頁〜22頁に詳細に記載されている素材を好ましく用いることができる。
安定剤としてさらに使用されるチオエーテル系安定剤について記述する。本発明においてアクリル樹脂に添加することができるチオエーテル系安定剤も分子量500以上が好ましく、公知の任意のチオエーテル系安定剤を用いることができる。これらは、住友化学株式会社からスミライザーTPL、同TPM、同TPS、同TDPとして市販されている。旭電化工業株式会社から、アデカスタブAO−412Sとしても入手可能である。
本発明のエポキシ系安定剤としては、脂肪族、芳香族、脂環族、芳香族脂肪族またはヘテロ環式構造を有し、側鎖としてエポキシ基を有する化合物も有用である。エポキシ基は好ましくは、グリシジル基としてエーテルまたはエステル結合により分子の残基に結合するか、あるいはヘテロ環式アミン、アミドまたはイミドのN−グリシジル誘導体である。これらのタイプのエポキシ化合物は広く公知であり、市販品として容易に入手可能である。これらの素材は特開平11−189706号公報の[0096]〜[0112]に詳細に記載されている。これらのエポキシ系素材は、アデカスタブ O−130P、アデカスタブ O−180A(旭電化工業株式会社)から、市販品として入手できる。
上記スズ系安定剤としては、公知の任意のスズ系安定剤を用いることができる。好ましいスズ系安定剤の具体例としては、オクチル錫マレエートポリマー、モノステアリル錫トリス(イソオクチルチオグリコレート)、ジブチル錫ジラウレートが挙げられる。
アクリル樹脂は高温下では酸によっても分解が促進されるため、本発明のアクリルフィルムにおいては酸捕捉剤を含有することが好ましい。
光安定剤としては、ヒンダードアミン光安定剤(HALS)化合物などが挙げられ、これは既知の化合物であり、例えば、米国特許第4,619,956号明細書の第5〜11欄および米国特許第4,839,405号明細書の第3〜5欄に記載されているように、2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン化合物、またはそれらの酸付加塩もしくはそれらと金属化合物との錯体が含まれる。これらは、旭電化からアデカスタブLA−57、同LA−52、同LA−67、同LA−62、同LA−77として、またチバ・スペシャリティーケミカルズ社からTINUVIN 765、同144として市販されている。
本発明のアクリル樹脂には、1種または2種以上の紫外線吸収剤を含有させることが好ましい。前記紫外線吸収剤としては、特に制限はないが、液晶の劣化防止の観点から、波長380nm以下の紫外線の吸収能に優れ、かつ、液晶表示性の観点から、波長400nm以上の可視光の吸収が少ないものが好ましい。例えば、オキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物などが好ましい例として挙げられる。特に好ましい紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール系化合物やベンゾフェノン系化合物である。中でも、ベンゾトリアゾール系化合物は、アクリル樹脂に対する不要な着色が少ないことからもっとも好ましい。これら好ましい紫外線吸収剤は、特開昭60−235852号、特開平3−199201号、同5−1907073号、同5−194789号、同5−271471号、同6−107854号、同6−118233号、同6−148430号、同7−11056号、同7−11055号、同7−11056号、同8−29619号、同8−239509号、特開2000−204173号の各公報に記載がある。前記紫外線吸収剤の添加量は、調製する溶融物(メルト)の0.01〜2質量%であることが好ましく、0.01〜1.5質量%であることがさらに好ましい。
紫外線吸収性モノマーから誘導されるポリマー中の紫外線吸収性モノマーの含有量が1〜70質量%であることが好ましく、より好ましくは、5〜60質量%である。
本発明のアクリルフィルムに可塑剤として知られる化合物を添加することは、機械的性質向上、柔軟性を付与、耐吸水性付与、水分透過率低減等のフィルムの改質観点において好ましい。また本発明で行う溶融流延法においては、用いる可塑剤の添加によりフィルム構成材料の溶融温度を低下させる目的、または同じ加熱温度においてアクリル樹脂よりも可塑剤を含むフィルム構成材料の粘度が低下出来る目的を含んでいる。
このような可塑剤の例として、リン酸エステル系可塑剤、フタル酸エステル系可塑剤、トリメリット酸エステル系可塑剤、ピロメリット酸系可塑剤、多価アルコールエステル系可塑剤、グリコレート系可塑剤、クエン酸エステル系可塑剤、脂肪酸エステル系可塑剤、カルボン酸エステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤などを好ましく用いることが出来るが、特に好ましくは多価アルコールエステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、クエン酸エステル系可塑剤、フタル酸エステル系可塑剤、等の非リン酸エステル系可塑剤である。また、特開2003−12859号公報に記載の重量平均分子量が500〜10000であるエチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマー、アクリル系ポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーなども好ましく用いられる。
具体的には、リン酸シクロアルキルエステル、リン酸アリールエステルが挙げられる。これらの置換基は、同一でもあっても異なっていてもよく、さらに置換されていても良い。またアルキル基、シクロアルキル基、アリール基のミックスでも良く、また置換基同志が共有結合で結合していても良い。 またエチレンビス(ジメチルホスフェート)、ブチレンビス(ジエチルホスフェート)等のアルキレンビス(ジアルキルホスフェート)、エチレンビス(ジフェニルホスフェート)、プロピレンビス(ジナフチルホスフェート)等のアルキレンビス(ジアリールホスフェート)、フェニレンビス(ジブチルホスフェート)、ビフェニレンビス(ジオクチルホスフェート)等のアリーレンビス(ジアルキルホスフェート)、フェニレンビス(ジフェニルホスフェート)、ナフチレンビス(ジトルイルホスフェート)等のアリーレンビス(ジアリールホスフェート)等のリン酸エステルが挙げられる。これらの置換基は、同一でもあっても異なっていてもよく、さらに置換されていても良い。またアルキル基、シクロアルキル基、アリール基のミックスでも良く、また置換基同志が共有結合で結合していても良い。
本発明では、アクリル樹脂にマット剤(以下、微粒子ともいう)を混合してもよい。前記マット剤としては、無機化合物の微粒子や有機化合物の微粒子が挙げられ、いずれでもよい。本発明におけるアクリル樹脂に含まれる微粒子の平均一次粒子サイズは、ヘイズを低く抑えるという観点から5nm〜3μmであることが好ましく、5nm〜2.5μmであることがより好ましく、10nm〜2.0μmであることがさらに好ましい。ここで、微粒子の平均一次粒子サイズは、アクリル樹脂フィルムを透過型電子顕微鏡(倍率50万〜100万倍)で観察し、粒子100個の一次粒子サイズの平均値を求めることにより決定する。微粒子の添加量は、アクリル樹脂に対して0.005〜1.0質量%であることが好ましく、より好ましくは0.01〜0.8質量%であり、さらに好ましくは0.02〜0.4質量%である。
その他の添加剤として、赤外線吸収剤、レターデーション調整剤を添加してもよく、これらの種類は特に制限されない。その他の添加剤の添加量は0〜15質量%であることが好ましく、0.1〜5質量%であることが好ましく、0.2〜3質量%であることが特に好ましい。
以下において、本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムの性質について説明する。
本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムは、長辺および短辺方向の吸湿膨張係数(25℃・相対湿度10%から25℃・相対湿度80%における)がいずれも10ppm/%RH〜30ppm/%RHことを特徴とする。前記アクリルフィルムの吸湿膨張係数は12〜28ppm/%RHであることがより好ましく、15p〜25ppm/%RHであることが特に好ましい。本明細書中において、吸湿膨張係数は、25℃において相対湿度を変化させた時の試料の寸法(長さ)の変化量を示す。通常セルロースアシレートフィルムの吸湿膨張係数が大きいため、アクリルフィルムの吸湿膨張係数が10ppm/%RH以上であれば、セルロースアシレートフィルム、偏光子、アクリルフィルムの順で積層する本発明の偏光板において、湿度変化による偏光板のカールが生じにくく好ましい。また、アクリルフィルムの吸湿膨張係数が30ppm/%RH以下であれば、本発明の偏光板の寸法変化が大きくなりすぎず好ましい。このように、吸湿膨張係数が本発明の範囲を満たすアクリルフィルムを用いれば、該アクリルフィルムと積層して構成される偏光板を液晶表示装置に組み込んだ際に、湿度環境の変化によって生じる色味変化(色味ムラ)およびコントラストのムラの発生を抑制することできる。
前記アクリルフィルムの面内方向の複屈折(Re)は0nm〜10nmが好ましく、より好ましくは0nm〜8nm、さらに好ましくは0nm〜5nmである。Reの遅相軸はどこを向いていてもかまわないが、より好ましいのが幅方向を向いているものである。
測定されるフィルムが、1軸または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が算出される。
Rthは、前記Reを、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH、または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および入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADHまたは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、または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、および入力された膜厚値を基に、以下の式(A)および式(B)よりRthを算出することもできる。
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およびnyに直交する方向の屈折率を表す。
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、または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および入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADHまたはWRが算出する。
本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムの表面粗さ(Ra)は0.005μm〜0.2μmであることが好ましく、0.01μm〜0.15μmであることがより好ましく、0.015μm〜0.10μmだることが特に好ましい。前記Raを0.005μm〜0.2μmにすることで、上記範囲を満たす表面凹凸特性のアクリルフィルムを用いることで、前記粘着剤層との界面の摩擦力が増加し、前記粘着剤層との密着などの総合作用が向上し、湿度および熱の変化による偏光板の寸法変化を抑制できる。すなわち、湿度および熱の変化による偏光板の寸法変化に起因する液晶表示装置の色ムラの発生とコントラストのムラを抑制できることとなる。詳しくは、アクリルフィルムの表面粗さ(Ra)が0.2μm以下であれば、フィルムの凹凸による液晶表示装置の色味ムラが発生しにくい上、膜中にフィルムがロール上を搬送(ハンドリング)される時に擦り傷に起因する像歪みも発生しにくくなり好ましい。Raが0.005μm以上であればフィルムの平面性が高くなり過ぎず、粘着剤との界面の摩擦力が十分得られるため、色ムラとコントラストのムラの抑制効果が十分である。
本発明の偏光板に用いられるアクリルフィルムの25℃から100℃におけるアクリルフィルムの長辺および短辺方向の熱膨張係数は、いずれも60〜110ppm/℃であることが好ましく、65〜100ppm/℃であることがより好ましく、70〜90ppm/℃であることが特に好ましい。熱膨張係数は小さい方が好ましいが、通常は、60ppm/℃以上の値である。このように、熱膨張係数を60〜110ppm/℃とすることで、前記アクリルフィルムと積層して構成される本発明の偏光板を液晶表示装置に組み込んだ際、温度変化による偏光板の寸法変化を抑制でき、色味ムラおよびコントラストのムラの発生を抑制することできる。
前記アクリルフィルムの膜厚は、20μm〜85μmであることが好ましく、30μm〜65μmであることがより好ましく、40μm〜60μmであることが特に好ましい。膜厚が85μm以下であれば偏光板全体の収縮力が小さくなり、液晶表示装置に組み込んだ際、色ムラおよびコントラストのムラの発生を抑制することができる。一方、膜厚が20μm以上であれば、薄過ぎず、取り扱い性が良好となる。
厚みムラは長手方向、幅方向いずれも0%〜3%が好ましく、より好ましくは0%〜2%、さらに好ましくは0%〜1%である。
前記アクリルフィルムの製膜幅は1.5m〜4.0mであることが好ましく、1.6m〜3.5mであることがより好ましく、1.7m〜3.0mであることがさらに好ましい。通常、溶融製膜する際に、フィルム幅方向にネックイン現象(両耳が幅方向に縮む)が発生し、フィルム幅が狭いほど、幅方向の残留応力分布がより不均一となる。製膜幅1.5m以上のアクリルフィルムを用いた偏光板であれば色ムラおよびコントラストのムラが抑制される。一方、フィルム幅4.0m以下であれば厚みムラが良好となり、製造設備の生産性上も好ましい。
前記アクリルフィルムは以下のような方法で製造することができる。また、下記の製造方法によれば、好ましいRe、Rth、を達成できる。
以下において、前記アクリルフィルムを製造する方法を詳細に説明する。
前記アクリルフィルムは溶液製膜法を用いて製造しても、溶融製膜法を用いて製造しても良いが、溶融製膜法により製造されることが好ましい。溶融製膜法では、あらかじめ樹脂や添加剤を混合してペレット化した後、混練押出し機に投入し溶融して溶融樹脂(以下、メルトともいう)を得て、メルトをダイから押出し、これをキャストロール上で冷却固化し製膜する。
本発明で好ましく使用される溶融製膜法では、溶液製膜法と異なり、製膜直前のダイから押出されたメルトを濾過に掛けることが一般的に好ましくないことが知られている。溶融製膜法では、メルト化したアクリル樹脂が濾過機内に滞留している間にも熱分解が進行してしまうため、濾過器内で熱分解物由来の異物が発生する。すなわち、濾過により却って異物が増加し易い傾向があり、濾過にかけることは好ましくない。したがって、1μm〜10mmの異物を3個/m2を超えてアクリルフィルムに発生させないようにするためには、フィルム製造時に異物の原因となる異物の核を根本的に発生させないような方法でアクリルフィルムを製造することが必要である。
前記アクリル樹脂と前記添加物とは、溶融製膜に先立ち混合してペレット化するのが好ましい。
ペレットは、前記アクリル樹脂と前記添加物を乾燥して含水率を0.1%以下にした混合物を得て、その後前記混合物を押出機に導入して150℃〜300℃で溶融し、溶融した混合物をヌードル状に押出し、空気中あるいは水中で固化し裁断することで得られる。また、押出機による溶融後、溶融した前記混合物を水中に口金より直接押出ながらカットする、アンダーウオーターカット法等によりペレット化を行ってもかまわない。
ペレットの大きさは10mm3〜1000mm2であることが好ましく、より好ましくは30mm3〜500mm3である。
溶融製膜に先立ちペレット中の水分を減少させることが好ましい。好ましい乾燥温度は40〜200℃であり、より好ましくは60〜150℃であり、さらに好ましくは80℃〜130℃である。乾燥後のペレット中の含水率は0.5質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以下であることがさらに好ましい。乾燥は空気中で行っても良く、窒素中で行っても良く、真空中で行っても良い。
樹脂中の異物濾過のためや異物によるギアポンプ損傷を避けるため押し出し機出口にフィルター濾材を設けるいわゆるブレーカープレート式の濾過を行うことが好ましい。この際、上記のように濾材の孔径、溶融樹脂の流速の調整により達成できる。
吐出量の変動を減少させ厚み精度を向上させるために、押出機出機とダイの間にギアポンプを設けることが好ましい。これによりダイ内の樹脂圧力変動巾を±1%以内にできる。
ギアポンプによる定量供給性能を向上させるために、スクリューの回転数を変化させて、ギアポンプ前の圧力を一定に制御する方法も用いることができる。
ダイ端部でのメルトの滞留を抑制するために、スタチックミキサーを押出し機からダイの間のメルト配管に設置することが好ましい。
前記スタチックミキサーは押出し機からダイの間のメルト配管のどこに設置しても良いが、溶融濾過器とダイの間に設置するのがより好ましく、さらに好ましくはダイの入口直前である。
前記スタチックミキサーは4枚〜50枚のエレメントを有することが好ましく、より好ましくは5枚〜40枚、さらに好ましくは6枚〜30枚である。配管の中央部に比べ配管壁近傍はメルトの流速が遅く滞留時間が長くなり熱分解物由来の異物が発生しやすい。これに対しスタチックミキサーを用いることで配管内のメルトの撹拌が促され、配管壁のメルトの滞留が抑制されるためである。
前記スタチックミキサーは、長方形の板を30°から360°、より好ましくは60°から240°、さらに好ましくは80°から200°ねじったものを、メルト配管に沿って前記枚数の範囲で装着させることが好ましい。このように構成されたスタチックミキサーをメルトが通ることで、メルトは回転させられ配管内での撹拌が促される。このようなスタチックミキサーの1枚あたりの長さは特に限定されないが、メルト配管の直径の0.5倍〜10倍が好ましく、より好ましくは0.8倍〜6倍、さらに好ましくは1.0倍〜3倍である。
前記スタチックミキサーの材質は特に限定されないが、ステンレススチールを用いるのが好ましく、この上にハードクロムやタングステンカーバイドなどのメッキを施すことがより好ましい。
前記の如く構成された押出機によって溶融され、必要に応じ濾過機、ギアポンプを経由して溶融樹脂がダイに連続的に送られる。ダイはTダイ、フィッシュテールダイ、ハンガーコートダイの何れのタイプでも構わない。
ダイは5〜50mm間隔で厚み調整可能であることが好ましい。また下流のフィルム厚み、厚み偏差を計算し、その結果をダイの厚み調整にフィードバックさせる自動厚み調整ダイも有効である。
単層製膜装置以外にも、多層製膜装置を用いて製造も可能である。
このようにして、樹脂が供給口から押出機に入ってからダイから出るまでの滞留時間は3分〜40分が好ましく、さらに好ましくは4分〜30分である。
前記アクリルフィルムを製造する方法では、ダイリップのクリアランス(C)と製膜後のフィルム厚み(T)の比(C/T)が8〜30であることが好ましく、10〜25であることがより好ましく、12〜22であること特に好ましい。
このためC/T比が30以下であればRaが小さくなり、適度な凹凸のため液浸でヘイズが低下し好ましい。一方C/T比が8以上であれば押出しでの内圧が低下しすぎに、押出し圧が安定し、厚みむらが抑制されるため好ましい。
本明細書中において、ダイ中央の温度とは、ダイリップとメルト配管の接続部の中間点をダイ全幅に渡って等間隔に20点測定した温度のうち中央部3点の平均値を指す。
また、本明細書中において、ダイ両端の温度とは、ダイリップとメルト配管の接続部の中間点をダイ全幅に渡って等間隔に20点測定した温度のうちダイ両端から各2点(合計4点)の平均値をさす。
このようなダイ中央の温度およびダイ両端の温度の温度調整はダイの幅方向に分割したヒーターを取り付け、各々の温度を調整することで達成できる。好ましい分割数は3〜20である。
本明細書中において、ダイの温度とはダイリップとメルト配管の接続部の中間点をダイ全幅に渡って等間隔に10点測定した温度の平均値を指す。
本明細書中において、ダイリップの温度とはダイリップの両端を全幅に渡って等間隔に10点測定した温度の平均値を指す。
ダイよりシート上に押し出された溶融樹脂(メルト)をキャストロール(以下、チルロールともいう)上で冷却固化し、フィルムを得る。
この時、ダイとキャストロールの間を遮蔽し風の影響を抑制することが好ましい。
メルトがキャストロールに接触する際、静電印加法、エアナイフ法、エアーチャンバー法、バキュームノズル法、タッチロール法等を用い、キャストロールとメルトとの密着を上げることが好ましく、中でも上述のようにタッチロール法が好ましい。このような密着向上法はメルトの全面に実施してもよく、一部に実施してもよい。
本発明においてチルロールとは、ダイから押し出されたメルトが最初に接触するキャストロールのことをいい、タッチロールとは、前記チルロールに対向して設置したロールをいう。設置することがより好ましく、前記タッチロールと前記チルロールの間にダイから押出したメルトを通し、成型しながら冷却固化させることが特に好ましい。このようなタッチロール法を用いることで、熱膨張係数を本発明の範囲に制御することができる。なお、以下においてキャストロールという場合は、前記チルロールと、複数キャストロールが存在する場合の2番目以降のキャストロールとを含む。
本発明において、タッチ圧とは、タッチロールを押し付けている力をフィルムとタッチロールの接触面積で割った値である。タッチ圧は0.1MPa〜10MPaであることが好ましく、0.3MPa〜7MPaであることがより好ましく、0.5MPa〜3MPaであることが特に好ましい。0.1MPa〜10MPaのタッチ圧にすることで、極めて弱いタッチ圧によりRaを本発明において好ましい範囲に制御することができる。また、タッチロールとチルロールの間で微妙なズリがかかり、アクリルフィルムにβを発現することもできる。なお、従来一般的に用いられているタッチロールの面圧は30MPa程度である。
このような弱いタッチ圧を実現するには、タッチロールは通常の剛性の高いものではなく、弾性を有するものが好ましい。このためには、ロールの外筒厚みを通常のロールよりも薄くすることが必要であり、外筒の肉厚Zは、0.05mm〜7.0mmが好ましく、より好ましくは0.2mm〜5.0mm、さらに好ましくは0.3mm〜3.5mmである。
前記タッチロールおよびキャストロールの材質は金属であることが好ましく、より好ましくはステンレスである。また、タッチロールおよびキャストロールの表面に金属メッキを行ったタッチロールおよびキャストロールも好ましい。タッチロールおよびキャストロールの表面が金属であればタッチロールおよびキャストロールのRaを100nm以下にすることが容易となるため好ましい。
タッチロールの温度は、アクリル樹脂のTgを基準としてTg−30℃〜Tg+10℃であることが好ましく、Tg−20℃〜Tg+5℃であることがより好ましく、Tg−10℃〜Tgであることが特に好ましい。例えば、本発明で用いることが好ましいアクリル樹脂の場合は、タッチロールの温度は60℃〜160℃とすることが好ましく、70℃〜150℃とすることがより好ましく、80℃〜140℃とすることが特に好ましいが、これらは本発明を限定するものではない。
このような温度制御はこれらのロール内部に温調した液体、気体を通すことで達成できる。このように内部に温調機構を有するものがより好ましい。前記温調機構としては、例えば、タッチロールを金属シャフトの上に設置してその間に熱媒(流体)を通した態様が挙げられ、外筒と金属シャフトの上に間に弾性体層を設けて外筒の間に熱媒(流体)を満たした態様が挙げられる。これらの態様において前記熱媒の温度を調整することで、タッチロールの温度を調整できる。
ダイから押出されたメルトを3連以上の多連式キャストロール上で固化する際に、キャストロールの温度パターンが、隣り合うロール間において、下流側ロール温度が上流側ロールより1℃〜15℃低いことが好ましく、1℃〜10℃低いことがより好ましく、2℃〜8℃低いことが特に好ましい。
このように、多連式キャストロールの温度分布の設定により、製膜するアクリルフィルムを徐冷することにより、パッキング密度の向上を促進することができる。そのため、得られるアクリルフィルムの湿度膨張係数、熱膨張係数およびRaを本発明の範囲に制御しやすくすることができる。また、得られるアクリルフィルムの両面の物性をより均一化することや、アクリルフィルム内の残存ひずみを解消しやすくすることもできるため、本発明の偏光板の保護フィルムとして前記アクリルフィルムを使用した場合に、湿度および熱に対する寸法安定性を向上させることができる。
このような温度制御はこれらのロール内部に温調した液体、気体を通すことで達成できる。このように内部に温調機構を有するものがより好ましい。前記温調機構としては、例えば、キャストロールを金属シャフトの上に設置してその間に熱媒(流体)を通した態様が挙げられ、外筒と金属シャフトの上に間に弾性体層を設けて外筒の間に熱媒(流体)を満たした態様が挙げられる。これらの態様において前記熱媒の温度を調整することで、キャストロールの温度を調整できる。
このような広幅での製膜は、上記のような製膜速度で製膜することで達成できる。即ちダイの広幅化によりダイ内の流路面積が増加しメルトの流れが乱れ易いが、製膜速度を上げることでダイ内のメルトの速度を上げ、ダイ内でのメルトの滞留により引き起こされるメルトの流れの不均一性を解消できる。
製膜速度が前記範囲を下回ると、このようなズリの効果が小さく、ReおよびRthが本発明の範囲を下回り好ましくない。一方、製膜速度が本発明の範囲を上回ると、ReおよびRthが本発明の範囲を上回り好ましくない。
このようにして延製膜した後、両端をトリミングすることも好ましい。トリミングで切り落とした部分は破砕し、再度原料として使用してもよい。
また片端あるいは両端に厚みだし加工(ナーリング処理)を行うことも好ましい。厚みだし加工による凹凸の高さは1μm〜50μmが好ましく、より好ましくは3μm〜20μmである。厚みだし加工は両面に凸になるようにしても、片面に凸になるようにしても構わない。厚みだし加工の幅は1mm〜50mmが好ましく、より好ましくは3mm〜30mmである。押出し加工は室温〜300℃で実施できる。
この後、キャストロールから剥ぎ取り、ニップロールを経た後巻き取る。巻き取り速度は10m/分〜100m/分が好ましく、より好ましくは15m/分〜80m/分、さらに好ましくは20m/分〜70m/分である。
好ましい巻き取り張力は2kg/m幅〜50kg/幅、より好ましくは5kg/m幅〜30kg/幅である。
巻き取る前に片面或いは両面にラミフィルムを付けることも好ましい。ラミフィルムの厚みは5μm〜100μmが好ましく、10μm〜50μmがより好ましい。材質はポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン等、特に限定されない。
溶融製膜したアクリルフィルムは縦延伸(以下、MD延伸ともいう)、横延伸(以下、MD延伸ともいう)を行うのが好ましく、さらに緩和収縮処理を組合わせても良い。このようにアクリルフィルムをMD延伸および/またはTD延伸することにより、アクリルフィルムの短辺方向および長辺方向の熱膨張係数を本発明の範囲に制御しやすくすることができる。
縦延伸は2対のニップロールを設置し、この間を加熱しながら出口側のニップロールの周速を入口側のニップロールの周速より速くすることで達成できる。この際、ニップロール間の間隔(L)と延伸前のフィルム幅(W)を変えることで厚み方向のレターデーションの発現性を変えることができる。L/Wが2を超え50以下(長スパン延伸)ではRthを小さくでき、L/Wが0.01〜0.3(短スパン延伸)ではRthを大きくできる。本発明では長スパン延伸、短スパン延伸、これらの間の領域(中間延伸=L/Wが0.3を超え2以下)どれを使用しても良いが、配向角を小さくできる長スパン延伸、短スパン延伸が好ましい。さらに高Rthを狙う場合は短スパン延伸、低Rthを狙う場合は長スパン延伸と区別して使用することがより好ましい。
これらの縦延伸の好ましい延伸温度は(Tg−10℃)〜(Tg+50)℃であり、より好ましくは(Tg−5℃)〜(Tg+40)℃であり、さらに好ましくは(Tg+5)〜(Tg+30)℃である。
MD延伸の好ましい延伸倍率は1.2倍〜3.5倍であり、より好ましくは1.3倍〜3.0倍であり、さらに好ましくは1.5倍〜2.5倍である。このようにして、本発明の範囲の熱膨張係数を達成することができる。延伸倍率が1.2倍以下を下回ると、熱膨張係数の低減効果が不十分、延伸倍率が3.5倍以上を超えると、アクリルフィルム破断発生の恐れがある。なお、本発明でいう延伸倍率とは下記式で定義されるものである。
延伸倍率={(延伸後の長さ)−(延伸前の長さ)}/(延伸前の長さ)
横延伸はテンターを用い実施できる。即ちフィルムの幅方向の両端部をクリップで把持し、横方向に拡幅することで延伸する。この時、テンター内に所望の温度の風を送ることで延伸温度を制御できる。延伸温度は、Tg−10℃〜Tg+60℃が好ましく、Tg−5℃〜Tg+45℃がより好ましく、Tg+10〜Tg+35℃がさらに好ましい。
TD延伸の好ましい延伸倍率は1.2倍〜3.5倍であり、より好ましくは1.3倍〜3.0倍であり、さらに好ましくは1.5倍〜2.5倍である。このようにMDとTDの延伸倍率がなるべく等しくなるように延伸することにより、MD、TD両方向の残留ひずみが解消し易くなり、本発明の偏光板に用いるアクリルフィルムのMDとTD両方の熱膨張係数を本発明の範囲に満たすことができる。その結果、本発明の偏光板を液晶表示装置に組み込んだ際の色ムラおよびコントラストのムラを抑制することができ、好ましい。
このようなMD延伸やTD延伸の前に予熱、延伸の後に後熱処理を行うことで延伸後のRe,Rth分布を小さくし、ボーイングに伴う配向角のばらつきを小さくできる。予熱、後熱処理はどちらか一方であっても良いが、両方行うのがより好ましい。これらの予熱、後熱処理はクリップで把持して行うのが好ましく、即ち延伸と連続して行うのが好ましい。
後熱処理は延伸温度より1℃〜50℃、より好ましく2℃〜40℃、さらに好ましくは3℃〜30℃低くすることが好ましい。さらに好ましくは延伸温度以下でかつTg以下にするのが好ましい。好ましい予熱時間は1秒〜10分であり、より好ましくは5秒〜4分、さらに好ましくは10秒〜2分である。熱固定の際、テンターの幅はほぼ一定に保つことが好ましい。ここで「ほぼ」とは延伸終了後のテンター幅の0%(延伸後のテンター幅と同じ幅)〜−10%(延伸後のテンター幅より10%縮める=縮幅)を指す。延伸幅以上に拡幅すると、フィルム中に残留歪が発生しやすく好ましくない。
予熱は延伸温度±50℃、より好ましくは延伸温度±35℃、さらに好ましくは延伸温度±20℃である。後熱処理後のボーイングが進行方向に凸の場合は延伸温度より下げるのが好ましく、進行方向に凹の場合は延伸温度より高くするのが好ましい。好ましい予熱時間は1秒〜10分であり、より好ましくは5秒〜4分、さらに好ましくは10秒〜2分である。予熱の際、テンターの幅はほぼ一定に保つことが好ましい。ここで「ほぼ」とは未延伸フィルムの幅の±10%を指す。
このように熱固定温度<延伸温度<予熱温度であることがより好ましい。
前記縦延伸や横延伸の後に緩和処理を行うのが好ましい。緩和処理はTg±40℃、より好ましくはTg±30℃、さらに好ましくはTg±20℃で、低張力(0.1〜10kg/m、より好ましくは0.2〜5kg/m、さらに好ましくは0.3〜3kg/m)で0.1分〜30分、より好ましくは0.3分〜15分、さらに好ましくは0.5分〜8分熱処理するのが好ましい。これにより延伸により発現した複屈折(レターデーション)を変化させずに、熱収縮を抑制できる。
前記アクリルフィルムに、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)にて32頁〜45頁に詳細に記載されている機能性層を組み合わせることも好ましい。中でも好ましいのが、偏光層の付与により得られる本発明の偏光板、光学異方性層の付与により得られる光学補償フィルム、反射防止層の付与により得られる反射防止フィルムである。また、これらの加工したフィルムを本発明の液晶表示装置に用いることも好ましい。
前記アクリルフィルムには、表面処理をしておくこともできる。表面処理方法としては、例えば、コロナ放電処理、表面易接着層の塗布処理、表面ケン化処理、プラズマ処理、グロー放電処理、火炎処理、オゾン処理、UVオゾン処理、紫外線処理等の方法が挙げられる。
本発明の偏光板のセルロースアシレートフィルムには、公知の偏光板用のセルロースアシレートフィルムが用いられる。例えば、公知のトリアセチルセルロース(TAC)フィルム(例えば、富士フィルム(株)製フジタックT−60)などを好ましく用いることができる。また、前記ルロースアシレートフィルムには表面処理をしておくこともできる。表面処理方法としては、例えば、けん化処理などが挙げられる。
前記偏光子としては、例えば、ポリビニルアルコールフィルムを沃素溶液中に浸漬して延伸したもの等を用いることができる。
本発明の偏光板は、他の光学フィルムや液晶セル等の他部材と接着するための粘着剤層をを有する。
本発明の偏光板の製造方法を説明する。
本発明の偏光板は、接着剤を用いて前記偏光子の少なくとも片面に本発明のアクリルフィルムの片面(表面処理をしてある場合は表面処理面)を貼り合わせることで製造できる。また、セルロースアシレートフィルム、偏光子および前記アクリルフィルムの順に貼り合わせる場合は、本発明の偏光板は偏光子の両面に接着剤を用いて偏光子とその他のフィルムを張り合わせることで製造できる。
本発明の偏光板の製造方法においては、前記アクリルフィルムが前記偏光子と直接貼合されていることが好ましい。
本発明の偏光板は、種々のモードの液晶表示装置に用いることができ、本発明の液晶表示装置を得られる。以下、本発明の液晶表示装置について、各液晶モードにおける光学異方性層の好ましい形態とあわせて説明する。
本発明のアクリルフィルムは、IPSモードの液晶セルを有するIPS型液晶表示装置の光学補償シートの支持体、または偏光板の保護膜としても特に有利に用いられる。これらのモードは黒表示時に液晶材料が略平行に配向する態様であり、電圧無印加状態で液晶分子を基板面に対して平行配向させて、黒表示する。これらの態様において本発明のアクリルフィルムを用いた偏光板は視野角拡大、コントラストの良化に寄与する。
IPS液晶表示装置は、例えば特開2003−15160号、特開2003−75850号、特開2003−295171号、特開2004−12730号、特開2004−12731号、特開2005−106967号、特開2005−134914号、特開2005−241923号、特開2005−284304号、特開2006−189758号、特開2006−194918号、特開2006−220680号、特開2007−140353号、特開2007−178904号、特開2007−293290号、特開2007−328350号、特開2008−3251号、特開2008−39806号、特開2008−40291号、特開2008−65196号、特開2008−76849号、特開2008−96815号各公報などに記載のものも使用できる。
TNモードの液晶セルは、カラーTFT液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。
TNモードの黒表示における液晶セル中の配向状態は、セル中央部で棒状液晶性分子が立ち上がり、セルの基板近傍では棒状液晶性化合物が寝た配向状態にある。
また、セル中央部分の棒状液晶性化合物に対しては、ホモジニアス配向(長軸が寝ている水平配向)の棒状液晶性化合物もしくは(透明)支持体で補償し、セルの基板近傍の棒状液晶性化合物に対しては、ハイブリット配向のディスコティック液晶性化合物で補償することもできる。
ホモジニアス配向の液晶性化合物は、液晶性化合物の長軸の平均配向方向と偏光膜の面との角度が5度未満の状態で配向している。
ハイブリット配向の液晶性化合物は、液晶性化合物の長軸の平均配向方向と偏光膜の面との角度が15度以上であることが好ましく、15度〜85度であることがさらに好ましい。
ホメオトロピック配向(水平配向)しているディスコティック液晶性化合物層およびホモジニアス配向(水平配向)している棒状液晶性化合物層に関しては、特開平12−304931号および同12−304932号の各公報に記載されている。ハイブリット配向しているディスコティック液晶性化合物層に関しては、特開平8−50206号公報に記載がある。
OCBモードの液晶セルは、棒状液晶性化合物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である。ベンド配向モードの液晶セルを用いた液晶表示装置は、米国特許4583825号、同5410422号の各公報に開示されている。棒状液晶性化合物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)液晶モードと呼ばれる。
OCBモードの液晶セルもTNモード同様、黒表示においては、液晶セル中の配向状態は、セル中央部で棒状液晶性化合物が立ち上がり、セルの基板近傍では棒状液晶性化合物が寝た配向状態にある。
VAモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性化合物が実質的に垂直に配向している。
VAモードの液晶セルには、(1)棒状液晶性化合物を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のVAモードの液晶セル(特開平2−176625号公報記載)に加えて、(2)視野角拡大のため、VAモードをマルチドメイン化した(MVAモードの)液晶セル(SID97、Digest of tech. Papers(予稿集)28(1997)845記載)、(3)棒状液晶性化合物を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード(n−ASMモード)の液晶セル(日本液晶討論会の予稿集58〜59(1998)記載)および(4)SURVAIVALモードの液晶セル(LCDインターナショナル98で発表)が含まれる。
ECBモードおよびSTNモードの液晶表示装置に対しては、上記と同様の考え方で光学的に補償することができる。
以下に本発明で使用した測定法について記載する。
1.吸湿膨張係数
吸湿膨張係数の測定方法について以下に示す。ロール状のフィルムに場合には、作製したアクリルフィルムの流延方向(長手方向:MD)および横方向(幅方向:TD)から、50mm幅×150mm長さの試験片を各5枚採取する。試験片の両端に6mmφの穴をパンチで100mm間隔に開ける。これを、25℃、相対湿度10%の室内で4時間以上調湿する。温度は25℃のまま、相対湿度を10%にして、自動ピンゲージ(新東科学(株)製)を用いて、パンチ間隔の原寸(L0)を最小目盛り1/1000mmまで測定する。次に測定済みの試験片を25℃、相対湿度80%の室内に4時間以上調湿した後、25℃・相対湿度80%の環境に、自動ピンゲージでパンチ間隔の変動寸法(L1)を測定する。吸湿膨張係数は下式により算出した。ここに言う吸湿膨張係数はn=5のMD、TDの平均値である。
吸湿膨張係数[/%RH]={(L1−L0)/L0}/(80−10)
無アルカリガラス板(コーニング社製、1737 、大きさ:50×100mm 、厚み:1.0mm)に、25mm×50mmにカットした偏光板を接着面積が10mm×25mmとなるように粘着剤を介して貼り合わせ、25℃、65%RHの環境下に1時間放置した。その後、このサンプルを鉛直方向に固定し、25℃、60%RHの下で偏光板の端部に1kgの荷重を1時間かけた。その時の初期状態からのズレ量を計測した。
レーザー干渉計((株)フジノン製F601型)を用いRaを測定した。
熱膨張係数の測定方法について以下に示す。サンプルフィルムの流延方向(MD)および横方向(TD)に、5mm幅×20mm長さのサンプル片を採取する。線膨張係数はTMA(Thermomechanical Analysis)(理学電械(株)製、TMA8310)を用いて、
100ml/min窒素雰囲気中に、フィルムの厚みが100μmに当り50mNの応力で定引張荷重法にて測定を行う。測定温度は20℃〜140℃の温度範囲、昇温速度は5℃/minとする。熱膨張係数(CTE)は下式に示すように25℃から100℃の間の平均膨張係数として求める。ここに言う熱膨張係数はMD、TDの平均値である。
CTE={(L100−L25)/(L25×(100−25))}×106 (ppm/℃)
[式中、L100は100℃におけるサンプル片の長さ、L25は25℃におけるサンプル片の長さを表す。]
走査型示差熱量計(DSC)の測定パンにサンプルを20mg入れた。これを窒素気流中で、10℃/分で30℃から250℃まで昇温した後(1st-run)、30℃まで−10℃/分で冷却した。この後、再度30℃から250℃まで昇温した(2nd-run)。2nd-runでベースラインが低温側から偏奇し始める温度をガラス転移温度(Tg)とした。
製膜状態(但しタッチロール、チルロールは25℃とする)に富士フイルム(株)製超低圧用プレスケール(LLW)を全幅にわたり通過させる。このようにして発色したプレスケールを富士フィルム(株)製圧力測定システム(専用濃度計(FPD−305E)、専用圧力換算機(FPD−306E))を用いて、全幅にわたり圧力を測定し、この平均値をタッチ圧とした。
(1)製膜フィルムの両端5cmずつスリットした後、全幅に亘り等間隔で5点サンプリング(3cm×3cmの正方形)した。この時正方形の各辺をMD(製膜方向)、TD(幅方向)に平行に切り出した。
(2)サンプルフィルムを25℃・相対湿度60%に5時間以上調湿後、自動複屈折計(KOBRA−21ADH:王子計測器(株)製)を用いて、相対湿度25℃・60%において、サンプルフィルム表面に対し垂直方向および、フィルム面法線から±50°まで10°ずつ傾斜させて方向から波長550nmにおけるレターデーション値を測定した。
(3)垂直(法線)方向から面内のレターデーション(Re)、垂直方向、±10〜50°方向の測定値から厚み方向のレターデーション(Rth)を算出した。
(4)これらの5点の平均値を求め、Re、Rthとした。
偏光板を装着した液晶表示装置を25℃10%RH、60%RH、80%RHの環境で、それぞれ1週間連続点灯した後、色味測定を行った。測定にはELDIM社製EZ−Contrast160Dを用い、CIE1976に定義される色度u’、v’を測定し、色味をΔu’v’として評価した。Δu’v’は黒表示において、正面から測定した色度を(u’ 0 、v’ 0 )、方位角45度、極角60度方向から測定したときの色度を(u’ 60 、v’ 60 )として、下記式に示すように定義した。なお、方位角は、液晶表示装置に使用される偏光板の透過軸方向に方位0度を設定して定義し、極角は液晶表示装置を正面から観察したときを極角0度として定義した。尚、これらの測定は、液晶表示装置を当該環境に72時間置いてから、画面全域を10等分した点で行った。
Δu’v’={(u’ 60 −u’ 0 ) 2 +(v’ 60 −v' 0 ) 2 }1/2
色味変化(色味ムラ)は10%RHの測定平均値と80%RHの測定平均値との差の絶対値を、60%RHの測定平均値で割り百分率で示した値を色味ムラとした。
偏光板を装着した液晶表示装置を25℃60%RHの環境で、各々の液晶表示装置のバックライトを1週間連続点灯した後、測定を行った。測定にはELDIM社製EZ−Contrast160Dを用いて、液晶表示装置で白表示と黒表示の表示画面の法線方向からの輝度を測定し、その比を正面コントラストとした。(正面コントラスト=表示装置の法線方向から測定した白表示の輝度/表示装置の法線方向から測定した黒表示の輝度)
この測定は画面全域を100等分した点で行い、コントラストの最大値と最小値の差を平均値で割り百分率で示した値をコントラストムラとした。
フィルムの膜厚は膜厚計(小野測器製ST−022)を用い、フィルムの全幅を等間隔で10点測定し、平均値を膜厚とした。
(アクリル樹脂の調製)
ラクトン環単位を含む下記アクリル樹脂LA−1の調製を行った。
特開2008−9378号公報[0222]〜[0224]の製造例1に従い、メタクリル酸メチル7500g、2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル2500gから合成し、ラクトン化率98%、Tg=134℃のアクリル樹脂LA−1を得た。
ラクトン環単位を含む下記アクリル樹脂LA−2の調製を行った。
LA−2:特開2008−58768号公報[0105]〜[0106]の製造例2に従いメタクリル酸メチル=8000g、2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル2000gから合成しラクトン化率97%、Tg=130℃のアクリル樹脂LA−2を得た。
グルタル酸無水物単位を含む下記アクリル酸樹脂GU−1およびGU−2の調製を行った。
GU−1:特開2006−241263号公報の[0130]〜[0135]に従い、グルタル酸無水物単位32重量%、メタクリル酸メチル単位65重量%、メタクリル酸単位3重量単位、Tg=138℃のアクリル樹脂GU−1を得た。
GU−2:特開2008−74918号公報[0114]に記載のTg=140℃のアクリル樹脂GU−2を得た。
また、上記構造を有しない樹脂として、PMMA樹脂(旭化成ケミカルズ(株)製デルペット80N)を使用した。このアクリル樹脂のTgは107℃であり、メタクリル酸メチル96モル%とアクリル酸メチル4モル%から成る。
(アクリルフィルムの製膜)
調製した前記アクリル樹脂LA−1を90℃の真空乾燥機で乾燥して含水率を0.03%以下とした後、安定剤(イルガノックス1010(チバガイギ(株)製)0.3重量%添加し、230℃において窒素気流中下、ベント付2軸混練押出し機を用い、水中に押出しストランド状にした後、裁断し直径3mm長さ5mmのペレットを得た。
このペレットを90℃の真空乾燥機で乾燥し含水率を0.03%以下とした後、1軸混練押出し機を用い供給部220℃、圧縮部230℃、計量部240℃で混練し押出した。このとき押し出し機とダイの間に300メッシュのスクリーンフィルター、ギアポンプ、濾過精度5μmのリーフディスクフィルターをこの順に配置し、これらをメルト配管で連結した。
この後、3連のキャストロール上にメルト(溶融樹脂)を押出した。この時、最上流側のキャストロールに表1に記載の面圧でタッチロールを接触させた。タッチロールは特開平11−235747号公報の実施例1に記載のもの(二重抑えロールと記載のあるもの、但し薄肉金属外筒厚みは2mmとした)を用い、下記表1記載のタッチ圧、タッチロール温度で使用した。なお、チルロール(CD1)を含む3連のキャストロールCD1〜CD3の温度は、表1に記載した。
この後、巻き取り直前に両端(全幅の各5cm)をトリミングした後、両端に幅10mm、高さ20μmの厚みだし加工(ナーリング)をつけた。また、製膜幅は1.7mとし、30m/分で3000m巻き取った。製膜後の未延伸フィルムの厚みは90μmとした。
得られたアクリルフィルムをTg+20℃でMDに1.5倍、TDに1.5倍延伸した。延伸後のアクリルフィルムの膜厚は、40μmであった。
(偏光子の作成)
厚さ80μmのポリビニルアルコールフィルムを、5重量%(重量比:ヨウ素/ヨウ化カリウム=1/10)のヨウ素水溶液中で染色した。次いで、3重量%のホウ酸および2重量%ヨウ化カリウムを含む水溶液に浸漬し、さらに4重量%のホウ酸および3重量%のヨウ化カリウムを含む水溶液中で6.0倍まで延伸した後、5重量%のヨウ化カリウム水溶液に浸漬した。その後、40℃のオーブンで3分間乾燥を行い、厚さ30μmの偏光子を得た。
セルロース系樹脂(イーストマンケミカル社製、セルロースアセテートプロピオネート)を酢酸ブチルに希釈(固形分濃度7.5重量%)した溶液を調製した。この溶液を、前記アクリルフィルムの片面に塗布し、100℃のオーブンで3分間乾燥させ、セルロース系樹脂層付きの偏光子保護フィルムを得た。セルロース系樹脂層の乾燥厚みは0.8μmであった。
アセトアセチル基変性したポリビニルアルコール樹脂100重量部(アセチル化度13%)に対してメチロールメラミン20重量部を含む水溶液を、濃度0.5重量%になるように調整したポリビニルアルコール系接着剤水溶液を調製した。
冷却管、窒素導入管、温度計および撹拌装置を備えた反応容器に、アクリル酸イソオクチル100重量部、アクリル酸6−ヒドロキシエチル0.085重量部および2,2´−アゾビスイソブチロニトリル0.4重量部を酢酸エチルと共に加えて溶液を調製した。次いで、この溶液に窒素ガスを吹き込みながら撹拌して、60℃で4時間反応させて、重量平均分子量175万のアクリル系ポリマーを含有する溶液を得た。さらに、このアクリル系ポリマーを含有する溶液に、酢酸エチルを加えて固形分濃度を30%に調整したアクリル系ポリマー溶液を得た。
上記粘着剤溶液を、シリコーン系剥離剤で表面処理したポリエチレンテレフタレートフィルムからなるセパレータの表面に、ファウンテンコーターで均一に塗工し、155℃の空気循環式恒温オーブンで5分間乾燥して、セパレータ表面に、厚さ25μmの粘着剤層を形成した。得た粘着剤層が、25℃60%RHで1kgの荷重を1時間かけるクリープ試験における粘着剤層のクリープズレ量が100μmであった。形成した粘着剤層を、後述の偏光板の片面(アクリルフィルム側)に移着させ、粘着型偏光板を作製した。
上記偏光子の片面に上記偏光子保護フィルムのセルロース系樹脂層の面が、もう一方の面にはけん化処理されたトリアセチルセルロース(TAC)フィルム(富士フィルム(株)製フジタックT−40、厚み40μm)が接するように、上記で調製したポリビニルアルコール系接着剤水溶液を用いて貼り合わせた。その後、70℃で10分間乾燥させて本発明の実施例1の偏光板を得た。なお、このような、アクリルフィルム/偏光子/セルロースアシレートフィルム(フジタック40μm)という構成の偏光板を構成Aとし、下記表2に記載した。
アクリル樹脂、タッチロール温度、タッチロールタッチ圧、3連のキャストロールCD1〜CD3の温度、未延伸フィルム幅、MD延伸倍率、TD延伸倍率および粘着剤層のクリープズレ量を下記表1に記載のとおりとした以外は実施例1と同様にして、本発明実施例2〜16および比較例1〜4の偏光板を作成した。なお、本発明実施例7〜11および16は未延伸フィルムを用いた。また、本発明実施例12ではタッチロールを用いずに直接キャストロール上で固化し、アクリルフィルムを製膜した。さらに、前記実施例1で使用した架橋剤「コロネートL」の配合量を0.01重量部、0.05重量部、0.8重量部、2.3重量部に変えたこと以外は、前記粘着剤合成例1と同様にして、粘着剤層のクレープズレ量がそれぞれ850μm、800μm、400μm、90μmである粘着剤層を調製した(下記表2に記載した)。なお、下記表2において偏光板の構成Bはアクリルフィルム/偏光子/セルロースアシレートフィルム(富士フィルム(株)製フジタックT−60、厚み60μm)という構成の偏光板を表し、偏光板の構成Cはアクリルフィルム/偏光子/セルロースアシレートフィルム(富士フィルム(株)製フジタックT−80、厚み80μm)という構成の偏光板を表す。
特開2008−83235号公報の実施例2にしたがって比較例5の偏光板を作成した。
実施例1〜16および比較例1〜5の偏光板の用いたアクリルフィルムの各種物性を前記評価法にしたがって、評価を行った。その結果を下記表2に示す。それぞれの偏光板の粘着剤層のクリープズレ量を前記方法により測定し、それぞれの偏光板の構成とあわせて下記表2に記載した。さらに実施例1〜16および比較例1〜5の偏光板をIPS型液晶表示装置(26型IPS液晶テレビモニター(26C3500)、東芝(株)製)に組み込まれていた偏光板の代わりに組み込み、本発明の液晶表示装置の色ムラおよびコントラストのムラを前記評価法に従って評価を行った。その結果を下記表2に示す。
また、実施例4と比較例3を比較すると、長辺および短辺吸湿膨張係数が10ppm/%RHをわずかに下回ると液晶表示装置の色ムラおよびコントラストムラが急激に悪化することが判明した。実施例5と比較例4を比較すると、長辺および短辺吸湿膨張係数が30ppm/%RHをわずかに上回ると液晶表示装置の色ムラおよびコントラストムラが急激に悪化することが判明した。
さらに、実施例2と比較例5を比較すると、特開2008−83285号公報の実施例2に記載されている偏光板は、長辺および短辺吸湿膨張係数が本発明の範囲から外れており、そのために、液晶表示装置に組み込んだ際の色ムラが非常に悪いことが判明した。
Claims (8)
- セルロースアシレートフィルム、偏光子、アクリルフィルムおよび粘着剤層がこの順に積層してなる偏光板において、前記アクリルフィルムの長辺および短辺方向の吸湿膨張係数がいずれも10ppm/%RH〜30ppm/%RH、かつ、25℃60%RHで1kgの荷重を1時間かけるクリープ試験における粘着剤層のクリープズレ量が100μm〜800μmであることを特徴とする偏光板。
- 前記アクリルフィルムの表面粗さ(Ra)が0.005μm〜0.2μmであることを特徴とする請求項1に記載の偏光板。
- 25℃から100℃におけるアクリルフィルムの長辺および短辺方向の熱膨張係数がいずれも60ppm/℃〜110ppm/℃であることを特徴とする請求項1または2に記載の偏光板。
- 前記アクリルフィルムが、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、グルタル酸無水物単位の少なくとも1種の単位を含むアクリルポリマーを含有し、前記アクリルフィルムの厚みが20μm〜85μmであり、前記アクリルフィルムの製膜幅が1.5m〜4.0mであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の偏光板。
- 前記アクリルフィルムが、ダイから押出されたメルトを3連以上の多連式キャストロール上で固化する工程を経て製造され、かつ、前記多連式キャストロール上で固化する工程において隣り合うキャストロールの温度が下流側ロール温度が上流側ロールより1℃〜15℃低くなっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の偏光板。
- 前記アクリルフィルムが、0.1MPa〜10MPaのタッチ圧で押圧しているTg−30℃〜Tg+10℃のタッチロールとチルロールの間にアクリル樹脂メルトを挟み込んで製造されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の偏光板(ここにおいてTgは前記アクリル樹脂のガラス転移温度である)。
- 前記アクリルフィルムが、1.2倍〜3.5倍に延伸されて製造され、かつ、延伸前後の面内方向のレターデーションの変化量の絶対値(ΔRe)が0.1〜10nmであり、延伸前後の膜厚方向のレターデーションの変化量の絶対値(ΔRth)が1〜15nmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の偏光板。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の偏光板を用いることを特徴とする液晶表示装置。
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