JP2009520240A - 制御された複屈折分散を有する光学補償フィルム - Google Patents

Abstract

ディスプレイ及び他の光学的応用の分野で有用な制御された複屈折分散を有する光学フィルムが開示される。光学フィルムは、少なくとも複数の負の複屈折ポリマー層及び複数の正の複屈折ポリマー層を有し、各層は厚さが独立して２００ｎｍ以下であり、負の複屈折層と正の複屈折層とを交互に有する。

Description

本発明は、複屈折分散が制御された光学フィルムに関する。本発明のフィルムは、ディスプレイ及び他の光学的応用分野において有用である。特に、本発明は、少なくとも、多数の負の複屈折ポリマー層と多数の正の複屈折ポリマー層を有し、各層の厚みが２００ｎｍ以下である光学フィルムに関する。

液晶は電子ディスプレイに広く用いられている。こうしたディスプレイシステムでは、液晶セルは通常１対の偏光子と検光子との間に位置している。偏光子によって偏光された入射光は液晶セルを通過し、セルへの電圧の印加によって変化し得る液晶の分子配向によって影響される。この変換された光は検光子に入る。この原理を利用することによって、周辺光を含む外部光源からの光の透過を制御できる。

コントラスト、色再現性、及び安定なグレースケール強度は、液晶技術を利用する電子ディスプレイの重要な品質属性である。液晶表示装置（ＬＣＤ）のコントラストを制限する主要因子は、暗又は「黒」の画素状態にある液晶素子又はセルを通じて光が「漏れる」傾向である。ＬＣＤのコントラストは、また、表示装置画面を見る角度にも依存している。ＬＣＤの視野角特性を改善する一般的な方法の１つは、補償フィルムを使用することである。複屈折分散は、液晶表示装置の画質を改良するのに使用される補償フィルム等多くの光学部品において不可欠な特性である。補償フィルムを有していても、補償フィルムの複屈折分散が最適化されない場合、暗状態において不適当な赤や青等の色合いを示す。

少なくとも２つの異なる屈折率を表示する材料は、複屈折性であると言われている。一般に、複屈折媒体は、３つの屈折率、ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、及びｎ_ｚで特徴付けられる。通常、面外複屈折は、Δｎ_ｔｈ＝ｎ_ｚ−（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２で定義され、ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、及びｎ_ｚは、それぞれｘ、ｙ、及びｚ方向の屈折率である。それに対して、面内複屈折は、Δｎ_ｉｎ＝｜ｎ_ｘ−ｎ_ｙ｜で定義される。レターデーションは、複屈折とフィルムの厚み（ｄ）との単純な積で表される。すなわち、面外レターデーションＲ_ｔｈはｄΔｎ_ｔｈで定義され、面内レターデーションＲ_ｉｎはｄΔｎ_ｉｎで定義される。

通常の補償方式においては、光学補償複屈折（ＯＣＢ）、垂直配向（ＶＡ）、面内スイッチング（ＩＰＳ）方式ＬＣＤは、いずれも波長λ＝５５０ｎｍにおけるＲ_ｉｎが４０ｎｍよりも正であることが要求される。Ｒ_ｔｈの好ましい値や符号は、ＬＣＤのモードや、用いられる液晶セルの厚みや光学特性に依存する。一般的には、ＯＣＢ，ＶＡ，ＳＴＮ方式のＬＣＤにおいては、波長λ＝５５０ｎｍにおけるＲ_ｔｈが８０ｎｍより負であるものが要求されるのに対して、ＩＰＳ方式のＬＣＤの補償においては、Ｒ_ｔｈが５０ｎｍより大きい正しのＲ_ｔｈを有するものが要求される。

屈折率は、波長（λ）の関数である。そのため、Δｎ_ｔｈ、Ｒ_ｔｈ、及びΔｎ_ｉｎ、Ｒ_ｉｎはいずれもλに依存する。このような複屈折のλへの依存性は一般に複屈折分散と呼ばれる。

補償フィルムの特性を最適化するに際しては、面内複屈折（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）の分散とともに、Δｎ_ｔｈの分散も調整することが重要である。従来は、Ｒ_ｔｈやＲ_ｉｎは１つの波長（例えば５５０ｎｍ）に対して最適化されていた。そのため、フィルムは、特定の波長λにおいては、ＬＣＤを好適に補償するものの、全ての光のスペクトル領域において、満足のいく補償を行うものではなく、そのために、ディスプレイの暗状態におけるカラーシフトが生じていた。

レターデーション値の分散の制御は、伝播光の位相が、Ｒ_ｔｈ／λ、又はＲ_ｉｎ／λと比例するようにおこなう必要がある。液晶物質の光学特性も分散特性の要求に影響する。図１に示すように、Δｎ_ｔｈは対象とする波長領域において、負（１０２）でる場合と正（１０４）である場合がある。多くの場合、フィルムは正の固有複屈折Δ_ｉｎｔを有するポリマーをキャストすることによって生産されるが、その場合は負のΔｎ_ｔｈとなる。Δｎ_ｔｈの分散は、長波長ほど、より負となる（１０２）。一方、負の固有複屈折Δ_ｉｎｔを有するポリマーをキャストすることによって正のΔｎ_ｔｈを示し、その値が長波長ほど小さくなるもの（１０４）が得られる。このように、波長の増大に伴ってΔｎ_ｔｈの絶対値が減少する分散特性は、「正常」と称され、フィルムは正常分散を有する。

一般に、可視光の波長（λ）領域（４００〜６５０ｎｍ）において、Δｎ_ｔｈが実質的に一定であるもの（図１の曲線１０６及び１０８）が望まれる。以降、「実質的に一定」との用語は、４００ｎｍ＜λ_４≠λ_５＜６５０ｎｍを満たす任意の２つの波長λ_４≠λ_５に対して、０．９５＜｜Δｎ_ｔｈ（λ）_４｜／｜Δｎ_ｔｈ（λ）_５｜＜１．０５０を満たすものとする。特に有用な媒体は、４００ｎｍ＜λ＜６５０ｎｍを満足する波長λに対して、｜Δｎ_ｔｈ（λ）｜＜０．０００１を満足し、低く、かつ一定のΔｎ_ｔｈを有するものである（図１における曲線１１０）。すなわち、そのような媒体は、実質的にゼロの複屈折を示す。さらに他の場合においては、Δｎ_ｔｈの絶対値が、より長波長側で増加することが望ましい。そのような挙動は、「逆」分散と呼ばれ（図２における２０２と２０４の曲線）、このようなフィルムは逆分散であるとされる。

Ｒ_ｔｈ又はΔｎ_ｔｈの波長分散は、下記の分散パラメータＤＰを用いて表すことができる。
ＤＰ＝Ｒ_ｔｈ（450nm）／Ｒ_ｔｈ（590nｍ）＝Δｎ_ｔｈ（450nm）／Δｎ_ｔｈ（550nm）
ここで、ＤＰ＞１ならば「正常」分散であり、一方、ＤＰ＜１であれば、「逆」であり、その物質は「逆分散」である。同様の評価値が、Ｒ_ｉｎに対しても定義される。Ｒ_ｉｎ（Δｎ_ｉｎ）が逆分散であれば、ＯＣＢ、ＶＡ、及びＩＰＳの補償において、カラーシフトを小さくすることができる。しなしながら、Ｒ_ｔｈ（Δｎ_ｔｈ）の好ましい分散や符号は、ＬＣＤの方式により異なる。ＯＣＢやＶＡにおいては、負のＲ_ｔｈ（Δｎ_ｔｈ）であり、ＤＰ＞１であるものが好まれる。というのも、これらの２つの液晶モードの暗状態は、垂直に配向した正のＲ_ｔｈを有する液晶分子で近似されるからである。液晶の分散は正常であることが多い。ＩＰＳ方式のＬＣＤにおいては、正のＲ_ｔｈ（Δｎ_ｔｈ）であり、ＤＰ＜１であるものが要求される。ＩＰＳ方式のＬＣＤの補償は、直交する偏光子の補償と実質的に同様であり、正のＲ_ｉｎ及び正のＲ_ｔｈを有し、かつ両者が逆分散である組合せが要求される。分散挙動が最適化されていなければ、暗状態におけるカラーシフトが生じる。レターデーション値の分散を制御することは、伝播光の位相が、Ｒ_ｔｈ／λ、又はＲ_ｉｎ／λと比例するようにおこなう必要がある。

原理上は、Δｎ_ｔｈの分散が適切に異なっている２層又はそれ以上の層を、基板上にコーティングすることによって、多くの種類のΔｎ_ｔｈの分散挙動を達成することができる。しかしながら、このようなコーティングによる方法は実施が困難であるかもしれない。というのも、コーティングによると、各層の厚みを注意深く調整しなければならない上に、用いる物質の複屈折が大きい必要があり、非常にコストが高いためである。また、製造のためのコーティングの回数を増やすにつれて、製造コストも増大する。

特許文献１においては、ポリマーの主鎖と側鎖の原子団の光学異方性をバランスさせる方法によって、複屈折分散を制御する方法が開示されている。この方法は、ポリマーの繰り返し単位（モノマー）を注意深くバランスさせることによって、短波長において、低複屈折（又はレターデーション）、すなわち逆分散を有する物質を達成し得ることを教示している。このような物質は本来的に複屈折が小さく、多くの補償方法において要求されるような高いレターデーションを達成するためには、コーティング厚みを相対的に厚くする必要がある。そのため、この方法による補償フィルムは相対的にコスト高となり、低コストの（民生）機器への適用には障壁が高いであろう。

米国特許第６，５６５，９７４号明細書

従って、複屈折特性と分散特性を適切に組合せて、透明ポリマーフィルムを製造することによって、Δｎ_ｔｈの分散を制御する方法を開発するのは、望ましいことである。また、そのような特性の組合せが、補償フィルム用の高価な特殊ポリマーではなく、低コスト物質を用いて達成されることが望ましい。さらにまた、所望のΔｎ_ｔｈの分散挙動を有する、液晶表示装置用のＣプレート、あるいは二軸プレートを得ることが望ましい。

本発明の目的は、Δｎ_ｔｈの逆分散の特性と、等価のレターデーション成分とを有するフィルムを得ることにある。本発明の別の目的は、Δｎ_ｔｈでの実質的にフラットな分散特性と、等価のＲ_ｔｈ成分を有するフィルムを得ることにある。本発明の別の目的は、Δｎ_ｔｈが正常分散と逆分散とを有するフィルムを得ることにある。

本発明は、少なくとも複数の負の複屈折（Ｎ）ポリマー層と複数の正の複屈折（Ｐ）ポリマー層とを含む光学フィルムであって、各層が、２００ｎｍ以下の厚さである光学フィルムを提供する。本発明の一態様において、多層の光学補償フィルムは、交互の成分の複数の層（例えば、Ｎ／Ｐ／Ｎ／Ｐ…等）を含み、ここで、各層（Ｎ、Ｐ）は異なる非晶質ポリマー材料を含む。これらの層は、多層の複合フィルム構造物中の光の透過を確保するために十分に薄くなければならず（＜２００ｎｍ）、ポリマー材料は、符号が反対である固有複屈折レベルを有さなければならない。層の総数は、一般的に＞１０μｍの所望の最終的なフィルム厚さを達成するために５０層を超えることが好ましい。層Ｎと層Ｐとの相対的厚さを調節し、複屈折が互いに反対の符号を有し、かつその絶対値が適当なレベルを有する非晶質ポリマーを選択することによって、適切な分散とＲ_ｔｈでの符号の必要条件を満たす多層フィルム構造物を構築することができる。これを、適当なＲ_ｉｎと組み合わせることで、ＬＣＤの光学性能を最適化するために使用することができる。

Ｎ層は、好ましくは、−０．００２よりも負のΔｎ_ｔｈを有するポリマーを含み、Ｐ層は、好ましくは、＋０．００２よりも正のΔｎ_ｔｈを有するポリマーを含む。フィルムの全体のＲ_ｔｈの全体的な大きさは、好ましくは、−２０ｎｍよりも負である一方で、Ｒ_ｉｎは０〜１００ｎｍの範囲にわたって調整することができる。フィルムの全体のΔｎ_ｔｈが−４．０×１０^−３よりも負である場合、最大３００ｎｍのＲ_ｔｈを得ながら、フラット又は逆の複屈折分散を達成することができる。この実施形態によれば、安価なポリマーの使用により、所望の分散特性を有する低コストの補償フィルムを得ることができる。

さらに具体的には、本発明の一実施形態は、Ｎ及びＰポリマーの多数の交互の層（ｎ＞５０）を含む多層フィルムに関する。層Ｎは負の複屈折ポリマーＮを含み、層Ｐは正の複屈折ポリマーＰを含む。０．５ｎのＮ層と０．５ｎのＰ層とにより生じるＲ_ｔｈの合計は、以下の式で表される。
Ｒ_ｔｈ＝０．５ｎ（ｄ_ＮΔｎ_ｔｈ，Ｎ＋ｄ_ＰΔｎ_ｔｈ，Ｐ）
そして、フィルムの合計の厚さは、以下の通りとなる。
ｄ＝０．５ｎ（ｄ_Ｎ＋ｄ_Ｐ）
上記式中、ｄ_Ｎ及びΔｎ_ｔｈ，Ｎは、それぞれ層Ｎの平均厚さ及び平均複屈折であり、ｄ_Ｐ及びΔｎ_ｔｈ，Ｐは、それぞれ層Ｐの平均厚さ及び平均複屈折である。類似の表現は多層フィルムのＲ_ｉｎに関しても導くことができる。本発明によれば、多層フィルムの平均Δｎ_ｔｈ（Δｎ_ｔｈ＝Ｒ_ｔｈ／ｄ）を−４．０×１０^−３よりも負に保つことにより、フラット又は逆の複屈折分散が達成される。この特定の複屈折レベルは、適切な複屈折レベル（Δｎ_ｔｈ，Ｎ及びΔ_{ｎｔｈ，Ｐ}）を有するポリマーＮとＰとの選択、及び多層補償フィルムを調製するために使用される共押出法で最終的な層の厚さｄ_Ｎ及びｄ_Ｐを調節することにより達成することが可能である。

本発明の実施形態は、添付の図面とともに読むことにより、下記の詳細な説明から最も良く理解される。種々の特徴は必ずしも一定の縮尺で書かれているものではないことを
強調しておく。実際、それらの寸法は、議論を明瞭とするために、任意に増減し得るものである。

本発明を好ましい実施形態に関連して説明するが、かかる実施形態の変更／改良は、本発明の範囲において、当業者が実施し得ることが理解されるだろう。

上記のように、本発明は、所望の複屈折挙動を有する材料を提供する。本発明は、高い光透過率又は透明度と低いヘイズとを有する可撓性の光学フィルムを形成するために用いることができる。好ましい実施形態において、本発明の光学フィルムは、液体液晶ディスプレイに使用される補償フィルムである。別の実施形態において、本発明の補償フィルムは、偏光子保護フィルムとして用いることもできる。そのようなフィルムは、低コストのポリマーを利用することにより製造することができる。これらの利点や他の利点は以下の詳細な説明から明らかになるだろう。

図３に関連して、文字「ｘ」、「ｙ」及び「ｚ」は、所与のフィルム（３０１）に対する方向を定義する。ｘ及びｙはフィルムの面において互いに垂直にあり、ｚはフィルムの面に対して垂直であるとの定義が、本明細書での説明に適用される。

用語「光学軸」は、伝播光に複屈折が生じない方向をいう。ポリマー材料において、光学軸はポリマー鎖に平行である。

用語「ｎ_ｘ」、「ｎ_ｙ」及び「ｎ_ｚ」は、ｘ、ｙ及びｚ方向のそれぞれにおけるフィルムの屈折率である。

「Ｃプレート」とは、ｎ_ｘ＝ｎ_ｙであり、ｎ_ｚがｎ_ｘ及びｎ_ｙとは異なるプレート又はフィルムをいう。通常、材料が溶媒流延又は溶融流延によってフィルム化されると、フィルムはＣプレートの特性を有する。

所与のポリマーに対して、用語「固有（intrinsic）複屈折」（Δｎ_ｉｎｔ）は、（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）により定義される量をいう。ｎ_ｅ及びｎ_ｏは、それぞれポリマー分子鎖の異常光線屈折率、常光線屈折率である。ポリマーの固有複屈折は、官能基の分極率や、ポリマー鎖に対するそれらの結合角等の因子により決定される。フィルム等のポリマー成形品の屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ及びｎ_ｚは、成形品の製造方法、条件、及びポリマーのΔｎ_ｉｎｔに依存する。

フィルムに関して、用語「面外レターデーション」（Ｒ_ｔｈ）は、［ｎ_ｚ−（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２］ｄ（式中、ｄは図３に示されるフィルム３０１の厚みである）により定義される量である。［ｎ_ｚ−（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２］は、「面外複屈折」（Δｎ_ｔｈ）と称される。以下、所与の値はλ＝５５０ｎｍに対応する。

フィルム３０１に関して、用語「面内複屈折」は｜ｎ_ｘ−ｎ_ｙ｜で定義される。その対応する面内レターデーションＲ_ｉｎは、Ｒ_ｉｎ＝｜ｎ_ｘ−ｎ_ｙ｜ｄにより定められる。以下、所与の値はλ＝５５０ｎｍに対応する。

用語「非晶質」は、長距離の分子秩序の欠如を意味する。よって、非晶質ポリマーはＸ線回折等の技術により測定される長距離の秩序を示さない。

フィルムに関して、用語「分散パラメータ」（ＤＰ）は次式により定義される：
ＤＰ＝Δｎ_ｔｈ（４５０ｎｍ）／Δｎ_ｔｈ（５９０ｎｍ）
対応するレターデーション成分についても、同様の定義ができる。

ポリマー材料に関する屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ及びｎ_ｚは材料のΔｎ_ｉｎｔとフィルムの成形法とに由来する。例えば、流延、延伸及びアニールのような多様な製法が、ポリマー鎖の配向に異なる状態をもたらす。これと、Δｎ_ｉｎｔとを組み合わせて、ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚが決定される。一般的に、溶媒流延ポリマーフィルムは面内複屈折が小さい（λ＝５９０ｎｍで＜１×１０^−４）。しかし、製造条件及びポリマーの種類に依存して、Δｎ_ｔｈはかなり大きくなる場合がある。

Δｎ_ｔｈを生じる機構は、秩序パラメータＳの概念を用いて説明することができる。当業者によく知られているように、ポリマーフィルムの面外複屈折はΔｎ_ｔｈ＝ＳΔｎ_ｉｎｔにより与えられる。上記のように、Δｎ_ｉｎｔはポリマーの特性によってのみ決定される一方で、フィルムを形成する製法が基本的にＳを制御する。図４Ａに示されるように、ポリマーフィルム中のポリマー鎖（４０２）が統計的に平均化された配向方向（４０４）を有する場合、通常、０≦｜Ｓ｜≦１である。一方、図４Ｂに示されるように、フィルム内のポリマー鎖（４０６）がランダムに配向するが、統計的にｘ−ｙ面に限定される場合、Ｓは負の値を取る。例えば、ポリマーの溶媒流延又は溶融流延によってそのようなランダムな面内配向が得られる。この場合、面内配向が無秩序であるため、２つの屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙは実質的に等しい（図３のｘ−ｙ面）。しかし、程度の差はあるものの、ポリマー鎖はｘ−ｙ面に限定されるので、ｎ_ｚは異なる。負のΔｎ_ｔｈを得るためには、正のΔｎ_ｉｎｔを有するポリマーが用いられ、一方で、Δｎ_ｔｈを正とするためには、負のΔｎ_ｉｎｔを有するポリマーが用いられるが、両方の場合において、ｎ_ｘ≒ｎ_ｙのＣプレートの特性が得られる。図５に示されるように、本発明の多層フィルムにおいて、層Ｎ及びＰの秩序パラメータであるＳ_Ｎ及びＳ_Ｐは、両者が類似のプロセス履歴を伴うために、実質的に同一（Ｓ_Ｎ≒Ｓ_Ｐ≒Ｓ）であるが、ポリマーＮ及びＰのΔｎ_ｉｎｔ値は異なるため、フィルムの平均複屈折及びレターデーションは以下のように与えられる。
Ｒ_ｔｈ＝ｄΔｎ_ｔｈ＝０．５ｎＳ（ｄ_ＮΔ_{ｉｎｔ，Ｎ}＋ｄ_ＰΔｎ_{ｉｎｔ，Ｐ}）
フラット又は逆の分散（ＤＰ≦０）を達成する観点において、本発明は、Δｎ_ｔｈが−４．０×１０^−３よりも負であること、Δ_{ｎｉｎｔ，Ｎ}及びΔ_{ｉｎｔ，Ｐ}が反対の符号を有することを規定する。Δｎ_ｔｈは比較的低いので、液晶表示装置の補償方式に有用な所望のレベルのＲ_ｔｈを達成するために十分なフィルムの厚さを有するか、あるいは層の総数を増やすことが必要である。

本発明の目的を達成するために、ポリマーＮ及びＰを含む層は２００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。好ましくは、各層は、１５０ｎｍ以下であり、最も好ましくは１００ｎｍの厚さである。典型的には、複数のＮ及びＰ層を含む光学フィルムの厚さは約１０〜２００μｍの厚さである。フィルムの厚さが２０μｍ未満である場合、そのようなフィルムの一般的な扱い及びハンドリングが問題となったり、多様な光学的及び物理的欠陥を生じる場合がある。ＬＣＤを組み立てた際の、空間に占める偏光子の割合が大きくなるために、厚さが２００μｍを超えることは望ましいものではない。

所望の複屈折挙動を得るために、本発明の光学フィルムは合計で少なくとも５０層を含むことが好ましい。好ましくは、光学フィルムは合計で少なくとも１０００層を含み、最も好ましくは合計で少なくとも２０００層を含む。Ｎ又はＰ層のΔｎ_ｔｈは、逆分散の所望の効果を生じ、かつフィルムの全体的なレターデーションに寄与するために、十分に高くなければならない（好ましくは、−０．００２よりも負であるか、＋０．００２よりも正である）。

用語「発色団」は、光の吸収において単位となる原子又は原子の集団と定義される（Ｍｏｄｅｒｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｊ．Ｔｕｒｒｏ，Ｅｄｓ．，Ｂｅｎｊａｍｉｎ／Ｃｕｍｍｉｎｇｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，Ｍｅｎｌｏ Ｐａｒｋ，ＣＡ（１９７８），ｐ．７７）。

本発明のポリマーに使用される典型的な発色団として、ビニル、カルボニル、アミド、イミド、エステル、カーボネート、芳香族（すなわち、フェニル、ナフチル、ビフェニル、チオフェン、ビスフェノール等の複素環芳香族基又は炭素環基）、スルホン及びアゾ又はそれらの組合せが挙げられる。「不可視発色団」は、λ＝４００〜７００ｎｍの範囲外に吸収極大を有するものである。

ポリマー鎖の光学軸に対する発色団の配向はΔ_ｉｎｔの符号を決定する。主鎖に沿って発色団が配置される場合、ポリマーのΔｎ_ｉｎｔは正となり、発色団が主鎖から離れて配置され、主鎖軸に対して比較的垂直である場合、ポリマーのΔｎ_ｉｎｔは負になるだろう。上記のように、負のΔｎ_ｔｈを得るために、正のΔｎ_ｉｎｔを有するポリマーが用いられる一方で、正のΔｎ_ｔｈのためには、負のΔｎ_ｉｎｔを有するポリマーが用いられる。

正の複屈折ポリマー層に適したポリマーの例としては、ポリマー骨格から離れて不可視発色団を有する物質を含有する。そのような不可視発色団は例えば、次のものを含む：ビニル、カルボニル、アミド、イミド、エステル、ハロゲン、カーボネート、スルホン、アゾ、及び芳香族の複素環又は炭素環基（例えばフェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フェノール、ビスフェノールＡ及びチオフェン）。さらに、これらの不可視発色団の組み合わせ（すなわち、コポリマーの形態）が望ましい場合がある。そのようなポリマー及びそれらの構造の例は、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（４−ビニルビフェニル）（下記式Ｉ）、ポリ（４−ビニルフェノール）（式ＩＩ）、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（式ＩＩＩ）、ポリ（メチルカルボキシフェニルメタクリルアミド）（式ＩＶ）、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ［（１−アセチルインダゾール−３−イルカルボニルオキシ）エチレン］（式Ｖ）、ポリ（フタルイミドエチレン）（式ＶＩ）、ポリ（４−（１−ヒドロキシ−１−メチルプロピル）スチレン）（式ＶＩＩ）、ポリ（２−ヒドロキシメチルスチレン）（式ＶＩＩＩ）、ポリ（２−ジメチルアミノカルボニルスチレン）（式ＩＸ）、ポリ（２−フェニルアミノカルボニルスチレン）（式Ｘ）、ポリ（３−（４−ビフェニリル）スチレン）（式ＸＩ）及びポリ（４−（４−ビフェニリル）スチレン）（式ＸＩＩ）。

負の複屈折ポリマー層に適したポリマーの例としては、ポリマー骨格上に不可視発色団を有する物質を含有する。そのような不可視発色団は例えば、次のものを含む：ビニル、カルボニル、アミド、イミド、エステル、ハロゲン、カーボネート、スルホン、アゾ、及び芳香族の複素環若しくは炭素環基（例えばフェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フェノール、ビスフェノールＡ、及びチオフェン）。さらに、これらの不可視発色団の組み合わせを（すなわちコポリマーとして）有するポリマーが望ましい場合がある。また、不可視発色団をポリマー骨格上に有する２又はそれ以上のポリマーのブレンドを用いることもできる。そのような負の複屈折ポリマー層に好適なポリマーの例は、例えば以下のモノマー類を含むポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアリレート、ポリケトン、ポリアミド、ポリイミドである。

４，４’−シクロヘキシリデンビスフェノール

４，４’−ノルボルニリデンビスフェノール

４，４’−（２，２’−アダマンタンジイル）ジフェノール

４，４’−（ヘキサヒドロ−４，７−メタノインダン−５−イリデン）ビスフェノール

４，４’−イソプロピリデン−２，２’，６，６’−テトラクロロビスフェノール

４，４’−イソプロピリデン−２，２’，６，６’−テトラブロモビスフェノール

２，６−ジヒドロキシナフタレン

１，５−ジヒドロキシナフタレン

２，２’−ビス（４−ヒドロキシ−フェニル）プロパン

以下の表１は、いくつかの光学ポリマーとその固有複屈折Δｎ_ｉｎｔの値を示したものである。

所与のポリマーに対して、固有複屈折を測定するのは困難を伴う場合がある。そのため、概算を行う目的においては、この固有複屈折の値を常（inherent）複屈折（Δｎ_ｉｎｈ）で置き換えることができる。常複屈折は容易に決定することができる。この特性は比較的揮発性の高い溶媒を用いた１０重量％の溶液からキャストした（３〜８μｍの）薄いポリマーフィルムの（λ＝５９０ｎｍにおける）面外複屈折である。いくつかの光学フィルムの（Δｎ_ｉｎｈ）の代表値を表２に示す。

＊ 慣習により、Δｎ_ｉｎｈとΔｎ_ｉｎｔの符号は逆となる

表２の値は、所望のＲ_ｔｈと分散特性を有する多層補償子を設計する際に用いることができる。Ｎ／Ｐ／Ｎ／Ｐ／・・・型の交互積層タイプの構造においては、フラット又は逆の分散を有する複屈折フィルムを得るために、一般に以下の設計式が用いられる。
Ｒ_ｔｈ＝０．５ｎ（ｄ_ＮΔｎ_{ｉｎｈ，Ｎ}＋ｄ_ＰΔｎ_{ｉｎｈ，Ｐ}）
ここで、Ｒ_ｔｈ＜０．０、かつ、３×１０^−３＜｜（Ｒ_ｔｈ／ｄ）｜＜４×１０^−３ならば、ＤＰ≒１．０（「フラット分散」）であり、Ｒ_ｔｈ＜０．０かつ、｜（Ｒ_ｔｈ／ｔ）｜＜３×１０^−３ ならば、ＤＰ＜１．０（「逆分散」）である。

多層補償子を得るためのナノ層共押出法は、Ｓｃｈｒｅｎｋらの米国特許第３，５５７，２６５号、米国特許第３，６５６，９８５号及び米国特許第３，７７３，８８２号に詳細に記載されている。基本的に、該製法は、適当な共押出フィードブロックタイプのダイ（又はそれに類似するもの）及び一連の層増倍要素を使用する２以上の材料の溶融共押出を伴い、多層フィルムを作るものである。特定の一実施形態において、２つのポリマー（Ｎ及びＰ）は、２つ（又はそれ以上）の専用押出機により、２つの溶融流を２層のＮ／Ｐシートに変える共通のフィードブロックダイへと溶融押出される。次に、この層状シートは順々にｋ個の層増倍要素を通過させ、各要素の通過の際に、層の数が２倍となる。層の総数はｋに依存して、式：ｎ＝２^{（ｋ＋１）}に従う。例えば、およそ１０００層を有するフィルムを作るためには、９つの増倍要素が必要とされる。類似の製法は、他の特殊な光学応用品のための多層構造の製法にかかる、米国特許第５，８８２，７７４号と米国特許出願公開２００５／０１０５１９１（Ａ１）に記載されている。Ｊｏｎｚａらの米国特許第５，８８２，７７４号は、可撓性の鏡と再帰偏光子とを作る方法を記載している。これらの応用は、対応する材料対の屈折率の特定の組合せが効果的であることを要する。Ｂａｅｒらの米国特許出願公開２００５／０１０５１９１Ａ１は、米国特許第３，５５７，２６５号、米国特許第３，６５６，９８５号及び米国特許第３，７７３，８８２号に記載された種類の多層共押出工程を含む屈折率分布型レンズの製造方法を教示する。ここで、多層共押出製法は、さまざまな屈折率を有する自己支持型フィルムを作るために用いられ、これらのフィルムはその後積み重ねられ、溶融され、研磨されて、フラットな屈折率分布型レンズを形成する。

効果的な補償を達成するために限られたレベルのＲ_ｉｎが望ましい場合、本発明のフィルムは延伸工程を経る必要がある。延伸工程において、フィルムは共押出フィルム製造工程の後に当業者によく知られたテンターフレーム又は他の延伸方法を用いて一軸延伸又は二軸延伸される。延伸工程においては、フィルムの温度を、典型的には最高のＴｇを有する層のガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高くすること（すなわち、Ｔ_{ｓｔｒｅｔｃｈ}＞［Ｔｇ_Ｎ、Ｔｇ_Ｐ］の最大）を必要とする（ただし、必ずしも必須というわけではない）。延伸は、フィルムの端を拘束するか、又は拘束せずに、搬送方向に沿うか、又はそれと交差する方向に沿って実施することができる。延伸は二軸配向を生じさせるために両方向に行なうこともできる。この二軸延伸は連続的又は同時に実施することができる。本発明の一実施形態において、光学フィルムは、０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２００ｎｍ、最も好ましくは２５〜１００ｎｍのＲ_ｉｎを有する。別の実施形態又は同じ実施形態において、光学フィルムは、−３００〜＋３００ｎｍ、好ましくは、−２００〜＋２００ｎｍ、最も好ましくは−１００〜＋１００ｎｍのＲ_ｔｈを有する。

好ましくは、本発明の光学フィルムは、Ｒ_ｉｎに基づくＤＰが０．３〜１．０である。さらに好ましくは、フィルムのＤＰは０．７〜１．０である。さらに、本発明の光学フィルムのＲ_ｔｈに基づくＤＰも０．３〜１．０であることが好ましい。さらに好ましくは、フィルムのＲ_ｔｈに基づくＤＰは０．７〜１．０である。

Ｒ_ｉｎ、Ｒ_ｔｈ、及びそれらに対応する分散パラメータの好ましい値は、特定の偏光板アセンブリ及びＬＣセルに依存するが、任意の具体的において、コントラスト比とカラーシフトを最適化するようにしなければならない。本発明は、特別な溶融共押出製法により作られたナノ層フィルムを用いて、レターデーションレベルと分散パラメータとの両方を制御する一般的な方法を教示するものである。

当然のことながら、上記のようなＮ／Ｐ／Ｎ／Ｐタイプの二材料の交互のフィルム構造に加えて、Ｎ／Ｐ／Ａ／Ｎ／Ｐ／Ａ／…のタイプ、Ｎ／Ａ／Ｐ／Ａ／Ｎ／Ａ／Ｐ／Ａ／…等（ここで、材料Ａは、正の複屈折、負の複屈折又は非複屈折であってよい。）を使用することができる。それ以上の材料を有する構造も原理的には可能であるが、そのような多くの材料の多層フィルム構造を作製する費用が非常に高価になり得るため、明確な利点は提供されないであろう。

以下の実施例は本発明の実施を示すものである。それらは本発明のすべての可能な変形例を網羅するものではない。部及びパーセントは他に示さない限り重量によるものである。

表２の値は、所望のＲ_ｔｈと分散特性とを有する実施例１〜３の多層補償子を設計するために用いた。交互のＮ／Ｐ／Ｎ／Ｐ／…タイプの構造を有することから、フラット又は逆分散を有する複屈折フィルムを得る一般的な設計式は次式で与えられる。
Ｒ_ｔｈ＝０．５ｎ（ｄ_ＮΔｎ_{ｉｎｈ，Ｎ}＋ｄ_ＰΔｎ_{ｉｎｈ，Ｐ}）
ここで、Ｒ_ｔｈ＜０．０、かつ、３×１０^−３＜｜（Ｒ_ｔｈ／ｄ）｜＜４×１０^−３ならば、ＤＰ≒１．０（「フラット分散」）であり、Ｒ_ｔｈ＜０．０、かつ、｜（Ｒ_ｔｈ／ｄ）｜＜３×１０^−３ ならば、ＤＰ＜１．０（逆分散）である。

ポリカーボネートとポリスチレン層とを交互に含む多層フィルムは、米国特許第３，５５７，２６５号、米国特許第３，６５６，９８５号及び米国特許第３，７７３，８８２号に記載されたナノ層共押出法を用いて調製することができる。下記の提唱実施例において、５９０ｎｍでの面外複屈折Δｎ_ｔｈ、及びパラメータＤＰ＝Δｎ_ｔｈ（４５０ｎｍ）／Δｎ_ｔｈ（５９０ｎｍ）で表される複屈折分散は、ＷＯＯＬＬＡＭ−２０００Ｖ分光エリプソメーターを用いて測定することができる。

［実施例１〜３］
ポリスチレン（ＰＳ）樹脂及びポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を用いて、全部で１０２４層を含む交互のＰＣ／ＰＳ／ＰＣ／ＰＳ…ナノ層フィルムを形成する。この構造は、９つの層増倍要素を用いるナノ層共押出により形成される。実施例１〜３において、ＰＣ及びＰＳ層の厚さは表３に示すように異なる値を有するように調節する。

［比較例１］
同じプロセスを繰り返すが、層の厚さは、多層フィルムのΔｎ_ｔｈの絶対値が４．０×１０^−３よりも高くなるように調節する。この場合の結果も以下の表３に示す。

表３の結果から、多層フィルムのΔｎ_ｔｈが４．０×１０^−３よりも負である場合、フィルムは正常分散を示すことがわかる。それ以外の場合において、Δｎ_ｔｈが４．０×１０^−３と等しいか、又はそれよりも負でない場合、フィルムは逆分散又は基本的にフラット分散を示す。

正及び負の面外分散と、実質的に一定の分散及び正常分散とを含む多様な複屈折分散挙動を示すグラフである。 逆分散挙動を示す正及び負のΔｎ_ｔｈを示すグラフである。 厚さｄと「ｘ」、「ｙ」及び「ｚ」方向の寸法を有するフィルムを模式的に示す。ｘ及びｙはフィルムの面において互いに垂直にあり、ｚはフィルムの面に対して垂直である。 ポリマー鎖が、統計的に平均化された配向方向を有しているポリマーフィルムを示す。 ポリマー鎖が、ランダムに配向するが、フィルムのｘ−ｙ面に統計的に制限されているポリマーフィルムを示す。 本発明の多層フィルムの模式的断面図である。

符号の説明

１０２ 正のΔｎ_ｔｈ対 λ（正常分散）
１０４ 負のΔｎ_ｔｈ対 λ（正常分散）
１０６ 一定のΔｎ_ｔｈ対 λ
１０８ 一定のΔｎ_ｔｈ対 λ
１１０ 低いｎ_ｔｈと一定の λ
２０２ 正のΔｎ_ｔｈ対 λ（逆分散）
２０４ 負のΔｎ_ｔｈ対 λ（逆分散）
３０１ フィルム
４０２ ポリマー鎖
４０４ 配向方向
４０６ ポリマー鎖

Claims (33)

1. 少なくとも複数の負の複屈折ポリマー層と複数の正の複屈折ポリマー層とを含み、各層の厚みが２００ｎｍ以下である、光学フィルム。
2. 負の複屈折ポリマー層と正の複屈折ポリマー層を交互に有する、請求項１記載の光学フィルム。
3. 各層の厚みが１５０ｎｍ以下である、請求項１記載の光学フィルム。
4. 各層の厚みが１００ｎｍ以下である、請求項１記載の光学フィルム。
5. 少なくとも５０層を有する、請求項１記載の光学フィルム。
6. 少なくとも１０００層を有する、請求項１記載の光学フィルム。
7. 少なくとも２０００層を有する、請求項１記載の光学フィルム。
8. 少なくとも１０００層を有する、請求項４記載の光学フィルム。
9. 少なくとも２０００層を有する、請求項４記載の光学フィルム。
10. 前記正の複屈折ポリマー層が、０．００２より大きい面外複屈折を有し、かつ、前記負の複屈折層が−０．００２よりも小さい面外複屈折を有する、請求項１記載の光学フィルム。
11. 前記正の複屈折ポリマー層が、不可視発色団をポリマー骨格から離れて有する物質を含有する、請求項１記載の光学フィルム。
12. 前記不可視発色団が、複素環芳香族基又は炭素環基である、請求項１１記載の光学フィルム。
13. 前記不可視発色団が、カルボニル、ハロゲン、アミド、イミド、エステル、カーボネート、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ビスフェノール、チオフェン、ビニル、芳香族、スルホン、アゾ、又はこれらの組合せのいずれかである、請求項１１記載の光学フィルム。
14. 前記負の複屈折ポリマー層が、不可視発色団をポリマー骨格に有する物質を含有する、請求項１記載の光学フィルム。
15. 前記不可視発色団が、複素環芳香族基又は炭素環基である、請求項１４記載の光学フィルム。
16. 前記不可視発色団が、カルボニル、ハロゲン、アミド、イミド、エステル、カーボネート、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ビスフェノール、チオフェン、ビニル、芳香族、スルホン、アゾ、又はこれらの組合せのいずれかである、請求項１４記載の光学フィルム。
17. 前記負の複屈折ポリマーが、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリフェニレンオキサイド、ポリアリレート、及びこれらのブレンド物を含有し、前記正の複屈折ポリマーが、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルフェノール、及びこれらのブレンド物を含有する、請求項１記載の光学フィルム。
18. フィルムの面内レターデーションが０〜３００ｎｍである、請求項１記載の光学フィルム。
19. フィルムの面内レターデーションが２０〜２００ｎｍである、請求項１記載の光学フィルム。
20. フィルムの面内レターデーションが２５〜１００ｎｍである、請求項１記載の光学フィルム。
21. フィルムの面外レターデーションが−３００〜＋３００ｎｍである、請求項１記載の光学フィルム。
22. フィルムの面外レターデーションが−２００〜＋２００ｎｍである、請求項１記載の光学フィルム。
23. フィルムの面外レターデーションが−１００〜＋１００ｎｍである、請求項１記載の光学フィルム。
24. 光学フィルムの厚みが、１０〜２００μｍである、請求項１記載の光学フィルム。
25. フィルムの面内分散パラメータが０．３〜１．０である、請求項１記載の光学フィルム。
26. フィルムの面内分散パラメータが０．７〜１．０である、請求項１記載の光学フィルム。
27. フィルムの面外分散パラメータが０．３〜１．０である、請求項１記載の光学フィルム。
28. フィルムの面外分散パラメータが０．７〜１．０である、請求項１記載の光学フィルム。
29. 前記フィルムが補償フィルムである、請求項１記載の光学フィルム。
30. 前記補償フィルムが偏光子保護フィルムである、請求項２９記載の光学フィルム。
31. さらに非複屈折層を備える、請求項１記載の光学フィルム。
32. フィルム全体のΔｎ_ｔｈが−４．０×１０^−３よりも負である、請求項１記載の光学フィルム。
33. 請求項１記載の光学フィルムを有する液晶表示装置。