JP2011046931A - セルロースアシレートフィルム及びその製造方法、並びにそれを用いた偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

セルロースアシレートフィルム及びその製造方法、並びにそれを用いた偏光板及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】面内レターデーションが高く、Rth/Reが低いセルロースアシレートフィルム、及びその製造方法の提供。
【解決手段】2.0≦A+B≦2.45、0.8≦A≦1.4及び0.6≦B≦1.65(Aはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基のアセチル基による置換度であり、Bはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基の炭素原子数が3以上のアシル基による置換度である)を満たすセルロースアシレートを少なくとも含む、50nm≦Re(590)≦70nm、100nm≦Rth(590)≦120nm、及び1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.6を満たすことを特徴とするセルロースアシレートフィルムである。前記セルロースアシレートを溶剤に溶解した溶液を、流延及び乾燥して流延膜とすること、及び残留溶剤量が10〜75質量%の流延膜を剥ぎ取ることを含む前記セルロースアシレートフィルムの製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、セルロースアシレートフィルム及びその製造方法、並びにそれを用いた偏光板及び液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、低電圧・低消費電力で小型化・薄膜化が可能など様々な利点からパーソナルコンピューターや携帯機器のモニター、テレビ用途に広く利用されている。このような液晶表示装置は液晶セル内の液晶分子の配列状態により様々なモードが提案されているが、従来は液晶セルの下側基板から上側基板に向かって約90°捩れた配列状態になるTNモードが主流であった。一般に液晶表示装置は液晶セル、光学補償シート、偏光子から構成される。光学補償シートは画像着色を解消したり、視野角を拡大するために用いられており、延伸した複屈折フィルムや透明フィルムに液晶を塗布したフィルムが使用されている。例えば、ディスコティック液晶をトリアセチルセルロースフィルム上に塗布し配向させて固定化して作製した光学補償シートを、TNモードの液晶セルに適用し、視野角を広げる技術が提案されている。しかしながら、大画面で様々な角度から見ることが想定されるテレビ用途の液晶表示装置は視野角依存性に対する要求が厳しく、前述のような手法をもってしても要求を満足することはできていない。そのため、IPS(In−Plane Switching)モード、OCB(Optically Compensatory Bend)モード、VA(Vertically Aligned)モードなど、TNモードとは異なる液晶表示装置が研究されている。特にVAモードはコントラスト比が高く、比較的製造の歩留まりが高いことからテレビ用の液晶表示装置として着目されている。
ところで、セルロースアシレートフィルムは、他のポリマーフィルムと比較して、光学的等方性が高い(レターデーション値が低い)という特徴がある。従って、光学的等方性が要求される用途、例えば偏光板の部材(例えば、保護膜)には、セルロースアシレートフィルムを用いることが一般的に行われている。
特許文献1には、アセチル基置換度(DSac)及びプロピオニル基置換度(DSpr)の合計が2.8以下であり、Rthが60nm〜300nmの脂肪酸セルロースエステルフィルムが開示され、その一態様として、DSacが1.5〜2.3、及びDSprが0.5〜1.2であり、Reが30nm以下の脂肪酸セルロースエステルフィルムが開示されている。
特許文献2には、所定の特性の偏光板が開示され、その一態様として、アシル基の総置換度2.10〜2.65であり、かつプロピオニル基の置換度が0.7〜1.5であるセルロースアセテートプロピオネートを含み、Reが40nm以上50nm以下、厚さ方向のレターデーションRthが110nm以上140nm以下のセルロースエステルフィルムを偏光板保護フィルムとして有する偏光板が開示されている。
特許文献3には、所定のエステル化合物とセルロース誘導体とを含む位相差フィルムが開示され、その一態様として、フィルム面内位相差値Roが20nm以上80nm以下、フィルム厚み方向位相差値Rthが100nm以上250nm以下、Rth/Roが2.6以上5.0以下の位相差フィルムが開示され、使用可能なセルロース誘導体として、セルロースアセテートプロピオネートが例示されている。
近年、液晶表示装置においては、視野角性能及び黒表示時の色味等の点で、表示品位のさらなる向上が求められており、これを達成するためには、液晶表示装置に使用されるセルロースアシレートフィルムについても、Rth/Re比のさらなる低減が求められている。
US6503581B2号公報 特開2007−3767号公報 WO2007/125764A1号公報
本発明の課題は、面内レターデーションが高く、Rth/Reが低いセルロースアシレートフィルム、及び該フィルムを安定的に製造可能な製造方法を提供することである。
本発明の第2の課題は、広視野角特性であり、及び斜め方向においても高コントラストの表示が可能な液晶表示装置、及びそれに用いられる偏光板を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、原料として、置換度(アセチル置換度をA、炭素原子数が3以上のアシル基による置換度をB)が、2.0≦A+B≦2.45、0.8≦A≦1.4、及び0.6≦B≦1.65を満足するセルロースアシレートを用いることが、有効であることを見出した。
従来、アセチル/プロピオニル基を有するセルロースアシレートについては、プロピオニル基の置換度を増加させることは、高分子鎖間の凝集状態を広げ、分子鎖間の相互作用を弱めることになり、フィルムの機械的強度の低下を招き、好ましくないと考えられてきた。しかし、本発明者が検討した結果、位相差フィルム及び偏光板保護フィルムとして使用する際には実用上問題がなく、また製造工程中においても、近年の搬送技術の進歩が著しく、ハンドリングを問題なく行えることがわかった。
セルロースアシレートは、アシル基による置換度が低下するほど、通常、固有複屈折が増加する傾向があるので、アシル基による置換度が低いセルロースアシレートを原料として用いると、作製されるフィルムのReを大きくすることができる。しかし、本発明者が検討したところ、低置換度のセルロールアシレートの中には、それを原料として用いてフィルムを作製すると、フィルムのReが増加すると同時に、フィルムのRthも増加してしまうものがほとんどであることがわかった。よって、その様なセルロースアシレートを原料として用いてフィルムを作製しても、フィルムのRth/Re値を十分に低下させることはできない。本発明者がさらに検討した結果、置換度が上記関係を満足するセルロースアシレートを原料として用いるとともに、製膜時の乾燥工程の条件を制御することにより、Rth/Reが十分に低減されたセルロースアシレートフィルムを安定的に提供できるとの知見を得、本発明を完成するに至った。
即ち、上記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1]式(I)〜(III)を満たすセルロースアシレートを少なくとも含む、式(IV)〜(VI)を満たすことを特徴とするセルロースアシレートフィルム。
式(I):2.0≦A+B≦2.45
式(II):0.8≦A≦1.4
式(III):0.6≦B≦1.65
(式(I)〜(III)中、Aはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基のアセチル基による置換度であり、Bはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基の炭素原子数が3以上のアシル基による置換度である。)
式(IV):50nm≦Re(590)≦70nm
式(V):100nm≦Rth(590)≦120nm
式(VI):1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.6
(式(IV)及び(VI)中、Re(λ)は25℃60%RH環境湿度における波長λnmの光に対するフィルムの面内方向のレターデーション値(単位:nm)であり;式(V)及び(VI)中、Rth(λ)は25℃60%RH環境湿度における波長λnmの光に対するフィルムの厚み方向のレターデーション値(単位:nm)である。)
[2]式(VII)及び(VIII)を満たすことを特徴とする[1]のセルロースアシレートフィルム。
式(VII):0nm≦Re(630)−Re(450)≦10nm
式(VIII):0nm≦Rth(630)−Rth(450)≦15nm
[3]式(IVb)〜(VIb)を満たすことを特徴とする[1]又は[2]のセルロースアシレートフィルム。
式(IVb):60nm≦Re(590)≦70nm
式(Vb):100nm≦Rth(590)≦110nm
式(VIb):1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.0
[4]前記セルロースアシレートが、0.65≦B≦1.55を満足する[1]〜[3]のいずれかのセルロースアシレートフィルム。
[5]少なくとも、[1]中に記載の式(I)〜(III)を満たすセルロースアシレートを溶剤に溶解した溶液を、流延及び乾燥して流延膜とすること、及び
残留溶剤量が10〜75質量%の流延膜を剥ぎ取ること、
を含む[1]〜[4]のいずれかのセルロースアシレートフィルムの製造方法。
[6]溶液を流延した直後から1分間の乾燥平均速度が、6〜20質量%/secであることを特徴とする[5]の方法。
[7]溶液を流延した直後から30秒間の乾燥平均速度が、8〜30質量%/secであることを特徴とする[5]又は[6]の方法。
[8]溶液を流延した直後から1分間以内に、温度が50〜150℃で且つ風速が3〜15m/secの気体を吹き付けて乾燥させることを特徴とする[5]〜[7]のいずれかの方法。
[9][1]〜[4]のいずれかのセルロースアシレートフィルムを含むことを特徴とする偏光板。
[10][9]の偏光板を含むことを特徴とする液晶表示装置。
[11]液晶セルがVAモードであることを特徴とする[10]に記載の液晶表示装置。
本発明によれば、面内レターデーションが高く、Rth/Reが低いセルロースアシレートフィルム、及び該フィルムを安定的に製造可能な製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、広視野角特性であり、及び斜め方向においても高コントラスト比の表示が可能な液晶表示装置、及びそれに用いられる偏光板を提供することができる。
本発明の液晶表示装置の一例の断面模式図である。 (a)〜(c)ともに、本発明のフィルムの一例の傾斜角の測定方法を示す概略図である。
以下、本発明について詳細に説明する。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及び上限値として含む範囲を意味する。
1. セルロースアシレートフィルム
1.−1 セルロースアシレート
本発明のセルロースアシレートフィルムは、下記式(I)〜(III)を満たすセルロースアシレートを少なくとも含む。なお、本発明のセルロースアシレートフィルムは、下記式(I)〜(III)を満たすセルロースアシレートの1種を含有していてもよいし、2種以上を含有していてもよい。
式(I):2.0≦A+B≦2.45
式(II):0.8≦A≦1.4
式(III):0.6≦B≦1.65
式(I)〜(III)中、Aはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基のアセチル基による置換度であり、Bはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基の炭素原子数が3以上のアシル基による置換度である。
前記式(I)〜(III)を満たすセルロースアシレートは、セルロースの水酸基をアセチル基及び炭素原子数が3以上のアシル基で置換して得られたセルロースの混合脂肪酸エステルである。
セルロースを構成するβ−1,4結合しているグルコース単位は、2位、3位及び6位に遊離の水酸基を有する。セルロースアシレートは、これらの水酸基の一部又は全部をアシル基によりエステル化した重合体(ポリマー)である。アシル置換度は、2位、3位及び6位のそれぞれについて、セルロースがエステル化している割合(100%のエステル化は置換度1)を意味する。
本発明に用いられるセルロースアシレートの好ましい一例は、下記式(Ia)〜(IIIa)を満たす。
式(Ia):2.0≦A+B≦2.35
式(IIa):0.8≦A≦1.3
式(IIIa):0.6≦B≦1.55
本発明に用いられるセルロースアシレートの好ましい他の例は、下記式(Ib)〜(IIIb)を満たす。
式(Ib):2.0≦A+B≦2.25
式(IIb):0.8≦A≦1.2
式(IIIb):0.6≦B≦1.45
A+Bが2.0未満のセルロースアシレートは親水性が高く、それを原料とするフィルムは、光学特性が環境湿度の影響を受けやすくなり、実用上好ましくない。一方、A+Bが2.45を越えるセルロースアシレートを原料として、フィルムを作製すると、フィルムの光学特性として発現される領域が狭く、高Reの達成が困難である。また、Bが0.6未満のセルロースアシレートは、性質がセルロースアセテートに類似し、これを原料とするフィルムは、その光学特性が、環境湿度の影響を受けやすく、実用上好ましくない。一方、Bが1.65を越えるセルロースアシレートを原料として、フィルムを作製すると、フィルムの熱特性、例えば熱膨張係数、が大きくなるなど、同様に実用上好ましくない。上記式(I)〜(III)を満足するセルロースアシレートを原料として用いてフィルムを作製すると、この様な弊害がなく、しかも、高Reで且つ低Rthのフィルムとなる。中でも、A+Bが2.0〜2.4であるセルロースアシレートを用いるのが好ましい。また、Bが0.65〜1.55であるセルロースアシレートを用いるのが好ましい。
本発明に用いるセルロースアシレートは、炭素原子数が3以上のアシル基を有するが、その28%以上が6位水酸基の置換基として存在するのが好ましく、30%以上がより好ましく、31%以上がさらに好ましく、32%以上がよりさらに好ましい。
また更に、本発明用いるセルロースアシレートは、6位の水酸基の、アセチル基及び炭素原子数が3以上のアシル基による置換度の総和が0.75以上であるのが好ましく、0.80以上であるのがより好ましく、0.85以上であるのがさらに好ましい。これらの条件を満足するセルロースアシレートは、塩素系有機溶媒のみならず、非塩素系有機溶媒への溶解性も良好であり、またその溶液の粘度が低く、濾過性も良好であるので、溶液製膜法に用いられるポリマー溶液(ドープ)の調製が容易である。
なお、本発明において、各置換基の置換度は、Y.Tezukaらの、Carbhydrate Research、第273巻、83〜91頁(1995年)に記載されており、13C−NMR法を用いて2位、3位及び6位へのアセチル基及びプロピオニル基又はブチリル基の置換の状態を測定する方法によって測定することができる。
炭素原子数3以上のアシル基の例には、脂肪族アシル基及び芳香族アシル基の双方が含まれる。具体的には、アルキルカルボニル基、アルケニルカルボニル基、芳香族カルボニル基、芳香族アルキルカルボニル基などであり、それぞれさらに置換基を有していてもよい。炭素原子数3以上のアシル基の好ましい例には、プロピオニル、ブタノイル、ヘプタノイル、ヘキサノイル、オクタノイル、デカノイル、ドデカノイル、トリデカノイル、テトラデカノイル、ヘキサデカノイル、オクタデカノイル、iso−ブタノイル、t−ブタノイル、シクロヘキサンカルボニル、オレオイル、ベンゾイル、ナフチルカルボニル、及びシンナモイル基が含まれるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも、プロピオニル、ブタノイル、ドデカノイル、オクタデカノイル、t−ブタノイル、オレオイル、ベンゾイル、ナフチルカルボニル、及びシンナモイル基がより好ましい。特に好ましくはプロピオニル、及びブタノイル基である。
本発明に用いるセルロースアシレートの好ましい一例は、アセチル基及びプロピオニル基で水酸基が置換されたセルロースアセテートプロピオネートであって、プロピオニル基置換度Bが、0.6〜1.65(好ましくは0.6〜1.55、より好ましくは0.6〜1.45)である。
本発明に使用可能なセルロースアシレートの例としては、上記式(I)〜(III)を満足する、セルロースアセテートプロピオネート、及びセルロースアセテートブチレートが挙げられる。
本発明のセルロースアシレートフィルムは、フィルムを構成するポリマー成分が、実質的に上記セルロースアシレートであることが好ましい。『実質的に』とは、ポリマー成分の55質量%以上(好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上)を意味する。
セルロースアシレートの合成方法の基本的な原理は、右田他、木材化学180〜190頁(共立出版、1968年)に記載されている。代表的な合成方法は、カルボン酸無水物−酢酸−硫酸触媒による液相酢化法である。具体的には、綿花リンタや木材パルプ等のセルロース原料を適当量の酢酸で前処理した後、予め冷却したカルボン酸化混液に投入してエステル化し、完全セルロースアシレート(2位、3位及び6位のアシル置換度の合計が、ほぼ3.00)を合成する。上記カルボン酸化混液は、一般に溶媒としての酢酸、エステル化剤としての無水カルボン酸及び触媒としての硫酸を含む。無水カルボン酸は、これと反応するセルロース及び系内に存在する水分の合計よりも、化学量論的に過剰量で使用することが普通である。アシル化反応終了後に、系内に残存している過剰の無水カルボン酸の加水分解及びエステル化触媒の一部の中和のために、中和剤(例えば、カルシウム、マグネシウム、鉄、アルミニウム又は亜鉛の炭酸塩、酢酸塩又は酸化物)の水溶液を添加する。次に、得られた完全セルロースアシレートを少量の酢化反応触媒(一般には、残存する硫酸)の存在下で、50〜90℃に保つことによりケン化熟成し、所望のアシル置換度及び重合度を有するセルロースアシレートまで変化させる。所望のセルロースアシレートが得られた時点で、系内に残存している触媒を前記のような中和剤を用いて完全に中和するか、あるいは中和することなく水又は希硫酸中にセルロースアシレート溶液を投入(あるいは、セルロースアシレート溶液中に、水又は希硫酸を投入)してセルロースアシレートを分離し、洗浄及び安定化処理によりセルロースアシレートを得る。
本発明では、いずれの方法で合成したセルロースアシレートを用いてもよい。
本発明で好ましく用いられるセルロースアシレートの重合度は、粘度平均重合度が好ましくは200〜700、より好ましくは250〜550、更に好ましくは250〜400であり、特に好ましくは粘度平均重合度250〜350である。平均重合度は、宇田らの極限粘度法(宇田和夫、斉藤秀夫、繊維学会誌、第18巻第1号、105〜120頁、1962年)により測定できる。更に特開平9−95538に詳細に記載されている。
低分子成分が除去されると、平均分子量(重合度)が高くなるが、粘度は通常のセルロースアシレートよりも低くなるため有用である。低分子成分の少ないセルロースアシレートは、通常の方法で合成したセルロースアシレートから低分子成分を除去することにより得ることができる。低分子成分の除去は、セルロースアシレートを適当な有機溶媒で洗浄することにより実施できる。なお、低分子成分の少ないセルロースアシレートを製造する場合、酢化反応における硫酸触媒量を、セルロース100質量に対して0.5〜25質量部に調整することが好ましい。硫酸触媒の量を上記範囲にすると、分子量分布の点でも好ましい(分子量分布の均一な)セルロースアシレートを合成することができる。セルロースアシレートの重合度及び分子量分布は、GPC等で測定することができる。
本発明のセルロースアシレートフィルムの原料としては、セルロースアシレートの粒子を使用することが好ましい。使用する粒子の90質量%以上は、0.5〜5mmの粒子径を有することが好ましい。また、使用する粒子の50質量%以上が1〜4mmの粒子径を有することが好ましい。セルロースアシレート粒子は、なるべく球形に近い形状を有することが好ましい。
本発明のセルロースアシレートフィルムの原料として使用するセルロースアシレートは、その含水率が2質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは1質量%以下であり、特には0.7質量%以下の含水率のセルロースアシレートが好ましい。一般に、セルロースアシレートは、水を含有しており、その含水率は、2.5〜5質量%程度であることが知られている。よって、乾燥処理をして、セルロースアシレートの含水率を前記好ましい範囲にしてから、フィルム原料として用いるのが好ましい。乾燥方法については、目的とする含水率となれば、特に限定されない。
セルロースアシレートについては、その原料綿や合成方法が発明協会公開技報(公技番号 2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)に7頁〜12頁に詳細に記載されている。
1.−2 セルロースアシレートフィルムの特性
本明細書において、Re(λ)及びRth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション(単位:nm)及び厚さ方向のレターデーション(単位:nm)を表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。
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Rth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)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。
尚、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、以下の数式(21)及び数式(22)よりRthを算出することもできる。
Figure 2011046931
上記式中、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、上記式中、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。dはフィルムの膜厚を表す。
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(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)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。
なお、本明細書において、Re、Rth及び屈折率について特に測定波長が付記されていない場合は、測定波長590nmであるものとする。また、特に測定環境について記載がない場合は、温度25℃相対湿度60%RHの環境下で測定した値であるものとする。
本発明のセルロースアシレートフィルムは、下記式(IV)〜(VI)を満足する。
式(IV):50nm≦Re(590)≦70nm
式(V):100nm≦Rth(590)≦120nm
式(VI):1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.6
Re及びRthがこの範囲であると、液晶表示装置、特にVAモード液晶表示装置、に搭載した場合に、視野角特性及びコントラストの改善に寄与し、好ましい。
本発明のセルロースアシレートフィルムは、下記式(IVa)〜(VIa)を満足するのが好ましい。
式(IVa):55nm≦Re(590)≦70nm
式(Va):100nm≦Rth(590)≦115nm
式(VIa):1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.3
本発明のセルロースアシレートフィルムは、下記式(IVb)〜(VIb)を満足するのがより好ましい。
式(IVb):60nm≦Re(590)≦70nm
式(Vb):100nm≦Rth(590)≦110nm
式(VIb):1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.0
さらに、本発明のセルロースアシレートフィルムの光学特性は、25℃60%RH環境湿度において波長λnmの光に対し測定したRe(λ)及びRth(λ)が、下記式(VII)〜(VIII)の関係を満たすことが好ましい。
式(VII):0nm≦Re(630)−Re(450)≦10nm
式(VIII):0nm≦Rth(630)−Rth(450)≦15nm
より好ましくは、下記式(VIIa)〜(VIIIa)の関係を満たすことが好ましい。
式(VIIa):2nm≦Re(630)−Re(450)≦10nm
式(VIIIa):4nm≦Rth(630)−Rth(450)≦15nm
本発明のセルロースアシレートフィルムは、前記式(I)〜(III)を満足するセルロースアシレートを含有することにより、面内レターデーションRe及び膜厚方向のレターデーションRthの湿度による変化が軽減されているという特徴もある。具体的には、25℃10%RHにおけるRe値と25℃80%RHにおけるRe値の差ΔRe(=|Re10%RH−Re80%RH|)が0〜15nmを達成可能である。より好ましくは0〜12nmであり、さらに好ましくは0〜9nmである。また、25℃10%RHにおけるRth値と25℃80%RHにおけるRth値の差、ΔRth(=|Rth10%RH−Rth80%RH|)、が0〜20nmを達成可能であり、より好ましくは0〜15nmであり、さらに好ましくは0〜10nmである。
本発明のセルロースアシレートフィルムの遅相軸方位バラツキの標準偏差は1.0°以下であり、膜厚のPV値は1.0μm以下であることが好ましい。
遅相軸方位バラツキは、自動複屈折計(AD-200、エトー(株))で測定することができる。幅方向に全幅にわたって等間隔で13点測定し、遅相軸方位の平均値を求められる。また、遅相軸方位バラツキとは、幅方向全域にわたって等間隔に13点測定し、軸方位の最大値と最小値の差とったものである。
また、遅相軸方位バラツキの標準偏差は、長手方向に1m間隔で、上記遅相軸方位バラツキを算出し、100点分(100m分)の遅相軸バラツキの平均値
Figure 2011046931
Figure 2011046931
により算出(ここで、xiは、各遅相軸バラツキであり、nは100である)する。分散σを次式
Figure 2011046931
により求め、その平方根が標準偏差、すなわち、遅相軸方位バラツキの標準偏差とした。
遅相軸方位バラツキの標準偏差の好ましい範囲としては、0以上0.5以下であり、より好ましくは0以上0.45以下であり、さらに好ましくは0以上0.4以下である。
遅相軸方位バラツキの標準偏差を上記の範囲とすることで幅方向、長手方向での均一性に優れ、長尺ロールフィルムの全領域にわたって、遅相軸方向がそろっており、好ましい。
試料70mm×100mmを、自動複屈折計(KOBRA21DH、王子計測(株))にて、入射光を垂直入射させた時の位相差より遅相軸を算出した。
本発明において、膜厚のPV値(最大高低差)は、FUJINON縞解析装置(FX−03)により測定することができる。この時、測定面積は直径φ=60mmの範囲とする。
このようにして測定された膜厚のPV値の好ましい範囲としては、0.6μm以下であり、より好ましくは0.8μm以下であり、さらに好ましくは0.55μm以下であり、よりさらに好ましくは0.5μm以下である。
PV値を上記の値とすることで膜厚ムラが減少し面状の点で良好であり好ましい。
本発明のセルロースアシレートフィルムは、前記の特定のセルロースアシレートと必要に応じて、添加剤とを有機溶媒に溶解させた溶液を用いて、フィルム化することにより得ることができる。
ヘイズ:
本発明のセルロースアシレートフィルムのヘイズは0.01〜2.0%であることが好ましい。より好ましくは0.05〜1.5%であり、0.1〜1.0%であることがさらに好ましい。ヘイズが2%以上になるとパネルに貼り合わせたときに光漏れが増大するので好ましくない。
ヘイズの測定は、フィルム試料40mm×80mmを、25℃60%RHでヘイズメーター(HGM−2DP、スガ試験機)でJIS K−6714に従って測定することができる。
1.−3 添加剤
本発明のセルロースアシレートフィルムには、所望の特性を発現させることを目的として、1種以上の添加剤を添加することができる。添加剤の例には、可塑剤、紫外線吸収剤、劣化防止剤、Re上昇剤、Rth低減剤、微粒子、剥離促進剤、赤外吸収剤、ReあるいはRthの湿度変化を抑制する添加剤などを挙げることができる。使用する添加剤は固体でもよく油状物でもよい。すなわち、その融点や沸点において特に限定されるものではない。例えば、特開2001−151901号公報などに記載されている。
フラノース構造もしくはピラノース構造を有する化合物:
本発明のセルロースアシレートフィルムには、Re又はRthの湿度変化を抑制するために、フラノース構造もしくはピラノース構造を有する化合物を、添加することが好ましい。
フラノース構造もしくはピラノース構造を有する化合物は、フラノース構造もしくはピラノース構造を1個有する化合物(A)中の、又は、フラノース構造もしくはピラノース構造の少なくとも1種を2個〜12個結合した化合物(B)中の、OH基の全て又は一部をエステル化したエステル化化合物である。以下、これらを総称して、「糖エステル化合物」という場合がある。
化合物(A)の例としては、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、キシロース、あるいはアラビノースが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
化合物(B)の例としては、ラクトース、スクロース、ニストース、1F−フラクトシルニストース、スタキオース、マルチトール、ラクチトール、ラクチュロース、セロビオース、マルトース、セロトリオース、マルトトリオース、ラフィノースあるいはケストースが挙げられる。このほか、ゲンチオビオース、ゲンチオトリオース、ゲンチオテトラオース、キシロトリオース、ガラクトシルスクロースなども挙げられが、これらに限定されるものではない。
これらの化合物(A)及び化合物(B)の中で、特にフラノース構造とピラノース構造の双方を有する化合物が好ましい。例としては、スクロース、ケストース、ニストース、1F−フクラトシルニストース、スタキオースなどが好ましく、更に好ましくは、スクロースである。また、化合物(B)において、フラノース構造もしくはピラノース構造の少なくとも1種を2個以上、3個以下結合した化合物であることも、好ましい態様の1つである。
化合物(A)及び化合物(B)中のOH基の全てもしくは一部をエステル化するのに用いられるモノカルボン酸としては、特に制限はなく、公知の脂肪族モノカルボン酸、脂環族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸等を用いることができる。用いられるカルボン酸は1種類でもよいし、2種類以上の混合であってもよい。
好ましい脂肪族モノカルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、2−エチル−ヘキサンカルボン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等の飽和脂肪酸;ウンデシレン酸、オレイン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、オクテン酸等の不飽和脂肪酸;等を挙げることができる。
好ましい脂環族モノカルボン酸の例としては、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸、又はそれらの誘導体を挙げることができる。
好ましい芳香族モノカルボン酸の例としては、安息香酸、トルイル酸等の安息香酸のベンゼン環に、アルキル基又はアルコキシ基を導入した芳香族モノカルボン酸;ケイ皮酸;ベンジル酸、ビフェニルカルボン酸、ナフタリンカルボン酸、テトラリンカルボン酸等のベンゼン環を2個以上有する芳香族モノカルボン酸;及びこれらの誘導体;を挙げることができ、より、具体的には、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、γ−イソジュリル酸、ジュリル酸、メシト酸、α−イソジュリル酸、クミン酸、α−トルイル酸、ヒドロアトロパ酸、アトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、サリチル酸、o−アニス酸、m−アニス酸、p−アニス酸、クレオソート酸、o−ホモサリチル酸、m−ホモサリチル酸、p−ホモサリチル酸、o−ピロカテク酸、β−レソルシル酸、バニリン酸、イソバニリン酸、ベラトルム酸、o−ベラトルム酸、没食子酸、アサロン酸、マンデル酸、ホモアニス酸、ホモバニリン酸、ホモベラトルム酸、o−ホモベラトルム酸、フタロン酸、p−クマル酸を挙げることができるが、特に安息香酸が好ましい。
上記化合物(A)及び化合物(B)をエステル化したエステル化化合物の中では、エステル化によりアセチル基が導入されたアセチル化化合物が好ましい。
これらアセチル化化合物の製造方法は、例えば、特開平8−245678号公報に記載されている。
前記フラノース構造もしくはピラノース構造の少なくとも1種を3〜12個結合した化合物の例には、オリゴ糖のエステル化化合物も含まれる。
オリゴ糖は、澱粉、ショ糖等にアミラーゼ等の酵素を作用させて製造されるもので、オリゴ糖の例には、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、キシロオリゴ糖が含まれる。
また、オリゴ糖も上記化合物(A)及び化合物(B)と同様な方法でアセチル化できる。
前記エステル化化合物の製造例の一例は、以下の通りである。
グルコース(29.8g、166mmol)にピリジン(100ml)を加えた溶液に無水酢酸(200ml)を滴下し、24時間反応させた。その後、エバポレートで溶液を濃縮し氷水へ投入した。1時間放置した後、ガラスフィルターにてろ過し、固体と水を分離し、ガラスフィルター上の固体をクロロホルムに溶かし、これが中性になるまで冷水で分液した。有機層を分離後、無水硫酸ナトリウムにより乾燥した。無水硫酸ナトリウムをろ過により除去した後、クロロホルムをエバポレートにより除き、更に減圧乾燥することによりグリコースペンタアセテート(58.8g、150mmol、90.9%)を得た。尚、上記無水酢酸の替わりに、上述のモノカルボン酸を使用することができる。
以下に、フラノース構造もしくはピラノース構造を有する化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2011046931
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本発明のセルロースアシレートフィルムは、位相差値の湿度変動を抑制して、表示品位を安定化する為に、前記糖エステル化合物を、1〜30質量%含むことが好ましく、特には、5〜30質量%含むことが好ましい。この範囲内であれば、ブリードアウトなどもなく好ましい。
可塑剤:
本発明のセルロースアシレートフィルムは、前記糖エステル化合物とともに、又は前記糖エステル化合物に代えて、可塑剤を含有していてもよい。使用可能な可塑剤の例には、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が含まれる。特に好ましくは多価アルコール系可塑剤、カルボン酸エステル系可塑剤、及びエステル系可塑剤である。エステル系可塑剤は、2価以上の脂肪族多価アルコールとモノカルボン酸とのエステルよりなり、分子内に芳香環又はシクロアルキル環を有することが好ましい。
特に、脂肪族多価アルコールと脂肪族多価カルボン酸とからなる脂肪族エステル系可塑剤が、Rth低減効果があり特に好ましい。
上記多価アルコールの例には、下記の一般式(2)で表される化合物が含まれる。
一般式(2)
−(OH)
(ただし、Rはn価の有機基、nは2以上の正の整数を表す)
好ましい多価アルコールの例としては、例えば以下のようなものをあげることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。アドニトール、アラビトール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ジブチレングリコール、1,2,4−ブタントリオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ヘキサントリオール、ガラクチトール、マンニトール、3−メチルペンタン−1,3,5−トリオール、ピナコール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、キシリトール等を挙げることができる。特に、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、キシリトールが好ましい。
上記多価アルコールエステルに用いられるモノカルボン酸としては、特に制限はなく、公知の脂肪族モノカルボン酸、脂環族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸等を用いることができる。脂環族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸を用いると透湿性、保留性を向上させる点で好ましい。
好ましいモノカルボン酸の例としては以下のようなものを挙げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
脂肪族モノカルボン酸としては、炭素数1〜32の直鎖又は側鎖を有する脂肪酸を好ましく用いることができる。炭素数は1〜20であることが更に好ましく、1〜10であることが特に好ましい。酢酸を含有させると、セルロースアシレートとの相溶性が増すため好ましく、酢酸と他のモノカルボン酸を混合して用いることも好ましい。
好ましい脂肪族モノカルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、2−エチル−ヘキサンカルボン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等の飽和脂肪酸;ウンデシレン酸、オレイン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸;等を挙げることができる。
好ましい脂環族モノカルボン酸の例としては、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸、又はそれらの誘導体を挙げることができる。
好ましい芳香族モノカルボン酸の例としては、安息香酸、トルイル酸等の安息香酸のベンゼン環にアルキル基、アルコキシ基を導入した芳香族モノカルボン酸;ビフェニルカルボン酸、ナフタリンカルボン酸、テトラリンカルボン酸等のベンゼン環を2個以上有する芳香族モノカルボン酸;又はそれらの誘導体;を挙げることができ、より具体的には、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、γ−イソジュリル酸、ジュリル酸、メシト酸、α−イソジュリル酸、クミン酸、α−トルイル酸、ヒドロアトロパ酸、アトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、サリチル酸、o−アニス酸、m−アニス酸、p−アニス酸、クレオソート酸、o−ホモサリチル酸、m−ホモサリチル酸、p−ホモサリチル酸、o−ピロカテク酸、β−レソルシル酸、バニリン酸、イソバニリン酸、ベラトルム酸、o−ベラトルム酸、沈食子酸、アサロン酸、マンデル酸、ホモアニス酸、ホモバニリン酸、ホモベラトルム酸、o−ホモベラトルム酸、フタロン酸、p−クマル酸を挙げることができる。特に安息香酸が好ましい。
多価アルコールエステルの分子量は特に制限はないが、300〜1500であることが好ましく、350〜750であることが更に好ましい。分子量が大きい方が揮発し難くなるため好ましく、透湿性、セルロース誘導体との相溶性の点では小さい方が好ましい。
多価アルコールエステルに用いられるカルボン酸は1種類でもよいし、2種以上の混合であってもよい。また、多価アルコールエステル中のOH基は、全てエステル化してもよいし、一部をOH基のままで残してもよい。
以下に、多価アルコールエステルの具体的化合物を例示する。
Figure 2011046931
Figure 2011046931
Figure 2011046931
Figure 2011046931
本発明においては、多価カルボン酸系可塑剤も好ましく用いられる。多価カルボン酸系可塑剤の例には、2価以上(好ましくは2価〜20価)の多価カルボン酸とアルコールとのエステルよりなる可塑剤が含まれる。また、脂肪族多価カルボン酸は2〜20価であることが好ましく、芳香族多価カルボン酸、脂環式多価カルボン酸の場合は3価〜20価であることが好ましい。
上記多価カルボン酸の例には、下記一般式(3)で表される化合物が含まれる。
一般式(3)
(COOH)(OH)
但し、Rは(m+n)価の有機基、mは2以上の正の整数、nは0以上の整数、COOH基はカルボキシル基、OH基はアルコール性又はフェノール性水酸基を表す。
好ましい多価カルボン酸の例としては、例えば以下のようなものを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸のような3価以上の芳香族多価カルボン酸又はその誘導体;コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、シュウ酸、フマル酸、マレイン酸、テトラヒドロフタル酸のような脂肪族多価カルボン酸;酒石酸、タルトロン酸、リンゴ酸、クエン酸のようなオキシ多価カルボン酸;等を好ましく用いることができる。特にオキシ多価カルボン酸を用いることが、保留性向上等の点で好ましい。
上記多価カルボン酸エステル化合物に用いられるアルコールとしては特に制限はなく公知のアルコール類、及びフェノール類を用いることができる。例えば、炭素数1〜32の直鎖又は側鎖を持った脂肪族飽和アルコール(例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、アミルアルコール、イソアミルアルコール、ヘキシルアルコール等)、又はアリルアルコール、プロパルギルアルコール等の脂肪族不飽和アルコールを好ましく用いることができる。炭素数1〜20であることがさらに好ましく、炭素数1〜10であることが特に好ましい。また、シクロペンタノール、シクロヘキサノール等の脂環式アルコール又はその誘導体、ベンジルアルコール、シンナミルアルコール等の芳香族アルコール又はその誘導体等も好ましく用いることができる。
多価カルボン酸としてオキシ多価カルボン酸を用いる場合は、オキシ多価カルボン酸のアルコール性又はフェノール性の水酸基をモノカルボン酸を用いてエステル化してもよい。好ましいモノカルボン酸の例としては以下のようなものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
脂肪族モノカルボン酸としては炭素数1〜32の直鎖又は側鎖を持った脂肪酸を好ましく用いることができる。炭素数1〜20であることがさらに好ましく、炭素数1〜10であることが特に好ましい。
好ましい脂肪族モノカルボン酸としては酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、2−エチル−ヘキサンカルボン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等の飽和脂肪酸;ウンデシレン酸、オレイン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸:等を挙げることができる。
好ましい脂環族モノカルボン酸の例としては、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸、又はそれらの誘導体を挙げることができる。
好ましい芳香族モノカルボン酸の例としては、安息香酸、トルイル酸等の安息香酸のベンゼン環にアルキル基を導入したもの;ビフェニルカルボン酸、ナフタリンカルボン酸、テトラリンカルボン酸等のベンゼン環を2個以上もつ芳香族モノカルボン酸:又はそれらの誘導体;を挙げることができ、より、具体的には、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、γ−イソジュリル酸、ジュリル酸、メシト酸、α−イソジュリル酸、クミン酸、α−トルイル酸、ヒドロアトロパ酸、アトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、サリチル酸、o−アニス酸、m−アニス酸、p−アニス酸、クレオソート酸、o−ホモサリチル酸、m−ホモサリチル酸、p−ホモサリチル酸、o−ピロカテク酸、β−レソルシル酸、バニリン酸、イソバニリン酸、ベラトルム酸、o−ベラトルム酸、沈食子酸、アサロン酸、マンデル酸、ホモアニス酸、ホモバニリン酸、ホモベラトルム酸、o−ホモベラトルム酸、フタロン酸、p−クマル酸を挙げることができるが、特に酢酸、プロピオン酸、安息香酸であることが好ましい。
多価カルボン酸エステル化合物の分子量は特に制限はないが、分子量300〜1000の範囲であることが好ましく、350〜750の範囲であることが更に好ましい。保留性向上の点では大きい方が好ましく、透湿性、セルロースアシレートとの相溶性の点では小さい方が好ましい。
上記多価カルボン酸エステルに用いられるアルコール類は一種類でもよいし、二種以上の混合であってもよい。
上記多価カルボン酸エステル化合物の酸価は1mgKOH/g以下であることが好ましく、0.2mgKOH/g以下であることがさらに好ましい。酸価を上記範囲にすることによって、レターデーションの環境変動も抑制されるため好ましい。
特に好ましい多価カルボン酸エステル化合物の例には、トリエチルシトレート、トリブチルシトレート、アセチルトリエチルシトレート(ATEC)、アセチルトリブチルシトレート(ATBC)、ベンゾイルトリブチルシトレート、アセチルトリフェニルシトレート、アセチルトリベンジルシトレート、酒石酸ジブチル、酒石酸ジアセチルジブチル、トリメリット酸トリブチル、ピロメリット酸テトラブチル等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
エステル系可塑剤は特に限定されないが、分子内に芳香環又はシクロアルキル環を有するエステル系可塑剤を好ましく用いることができる。好ましいエステル系可塑剤の例には、下記一般式(4)で表される芳香族末端エステル系可塑剤が含まれる。
一般式(4)
B−(G−A)−G−B
式中、Bはベンゼンモノカルボン酸残基、Gは炭素数2〜12のアルキレングリコール残基、炭素数6〜12のアリールグリコール残基、又は炭素数4〜12のオキシアルキレングリコール残基を表し;Aは炭素数4〜12のアルキレンジカルボン酸残基、又は炭素数6〜12のアリールジカルボン酸残基を表し;nは1以上の整数を表す。
一般式(4)で表される化合物は、通常のポリエステル系可塑剤と同様の反応により得られる。
上記エステル系可塑剤のベンゼンモノカルボン酸成分としては、例えば、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、γ−イソジュリル酸、ジュリル酸、メシト酸、α−イソジュリル酸、クミン酸、α−トルイル酸、ヒドロアトロパ酸、アトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、サリチル酸、o−アニス酸、m−アニス酸、p−アニス酸、クレオソート酸、o−ホモサリチル酸、m−ホモサリチル酸、p−ホモサリチル酸、o−ピロカテク酸、β−レソルシル酸、バニリン酸、イソバニリン酸、ベラトルム酸、o−ベラトルム酸、没食子酸、アサロン酸、マンデル酸、ホモアニス酸、ホモバニリン酸、ホモベラトルム酸、o−ホモベラトルム酸、フタロン酸、p−クマル酸、安息香酸、パラターシャリブチル安息香酸、オルソトルイル酸、メタトルイル酸、パラトルイル酸、ジメチル安息香酸、エチル安息香酸、ノルマルプロピル安息香酸、アミノ安息香酸、アセトキリ安息香酸等があり、これらはそれぞれ1種又は2種以上の混合物として使用することができる。
エステル系可塑剤の炭素数2〜12のアルキレングリコール成分としては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−プロパンジオール、2−メチル−1、3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(ネオペンチルグリコール)、2,2−ジエチル−1、3−プロパンジオール(3,3−ジメチロールペンタン)、2−n−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール(3,3−ジメチロールヘプタン)、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−オクタデカンジオール等があり、これらのグリコールは、1種又は2種以上の混合物として使用される。特に炭素数2〜12のアルキレングリコールがセルロースエステルとの相溶性に優れているため、特に好ましい。
また、芳香族末端エステルの炭素数4〜12のオキシアルキレングリコール成分としては、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール等があり、これらのグリコールは、1種又は2種以上の混合物として使用できる。
芳香族末端エステルの炭素数4〜12のアルキレンジカルボン酸成分としては、例えば、コハク酸、マレイン酸、フマール酸、グルタール酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等があり、これらは、それぞれ1種又は2種以上の混合物として使用される。炭素数6〜12のアリーレンジカルボン酸成分としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸等がある。
本発明で使用されるエステル系可塑剤は、数平均分子量が、好ましくは300〜1500、より好ましくは400〜1000の範囲である。また、その酸価は、0.5mgKOH/g以下、水酸基価は25mgKOH/g以下、より好ましくは酸価0.3mgKOH/g以下、水酸基価は15mgKOH/g以下である。
以下、本発明で使用される芳香族末端エステル系可塑剤の合成例を示す。
〈サンプルNo.1(芳香族末端エステルサンプル)〉
反応容器にフタル酸410部、安息香酸610部、ジプロピレングリコール737部、及び触媒としてテトライソプロピルチタネート0.40部を一括して仕込み窒素気流中で攪拌下、還流凝縮器を付して過剰の1価アルコールを還流させながら、酸価が2以下になるまで130〜250℃で加熱を続け生成する水を連続的に除去した。次いで200〜230℃で1.33×104Pa〜最終的に4×102Pa以下の減圧下、留出分を除去し、この後濾過して次の性状を有する芳香族末端エステル系可塑剤を得た。
粘度(25℃、mPa・s): 43400
酸価: 0.2
〈サンプルNo.2(芳香族末端エステルサンプル)〉
反応容器に、フタル酸410部、安息香酸610部、エチレングリコール341部、及び触媒としてテトライソプロピルチタネート0.35部を用いる以外はサンプルNo.1と全く同様にして次の性状を有する芳香族末端エステルを得た。
粘度(25℃、mPa・s): 31000
酸価: 0.1
〈サンプルNo.3(芳香族末端エステルサンプル)〉
反応容器に、フタル酸410部、安息香酸610部、1,2−プロパンジオール418部、及び触媒としてテトライソプロピルチタネート0.35部を用いる以外はサンプルNo.1と全く同様にして次の性状を有する芳香族末端エステルを得た。
粘度(25℃、mPa・s):38000
酸価:0.05
〈サンプルNo.4(芳香族末端エステルサンプル)〉
反応容器に、フタル酸410部、安息香酸610部、1,3−プロパンジオール418部、及び触媒としてテトライソプロピルチタネート0.35部を用いる以外はサンプルNo.1と全く同様にして次の性状を有する芳香族末端エステルを得た。
粘度(25℃、mPa・s):37000
酸価:0.05
以下に、本発明に用いることのできる芳香族末端エステル系可塑剤の具体的化合物を示すが、本発明はこれに限定されない。
Figure 2011046931
Figure 2011046931
これらの可塑剤と上記糖エステル化合物とを併用することができる。可塑剤の添加量は、セルロースアシレートに対して1〜30質量%であるのが好ましく、1〜20質量%であるのがより好ましい。可塑剤と糖エステル化合物を併用する場合は、その総量は、セルロースアシレートに対して、5〜30質量%であるのが好ましい。
紫外線吸収剤:
本発明のセルロースアシレートフィルムは、紫外線吸収剤の少なくとも1種を含有していてもよい。なお、セルロースアシレートフィルムに、紫外線吸収剤を含有する層を積層してもよい。
紫外線吸収剤は、波長370nm以下の紫外線に吸収能を示し、波長400nm以上の可視光に対して吸収がない(又は少ない)剤から選択されるのが好ましい。使用し得る紫外線吸収剤の例には、トリアジン系化合物、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等を挙げることができるが、これらに限定されない。また、特開平6−148430号公報に記載の高分子紫外線吸収剤も好ましく用いられる。
本発明において、有用な紫外線吸収剤の具体例としては、2−(2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−ブチル−フェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−ブチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−(3″,4″,5″,6″−テトラヒドロフタルイミドメチル)−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2−メチレンビス(4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−(直鎖及び側鎖ドデシル)−4−メチルフェノール(チヌビン(TINUVIN)171)、オクチル−3−〔3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−(クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル〕プロピオネートと2−エチルヘキシル−3−〔3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−(5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル〕プロピオネートの混合物(ちぬびん(TINUVIN)109)、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2イル)−4,6−ビス(1−メチル−1−フェニルメチル)フェノール(チヌビン234)、2−(3−tブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロ−ベンゾトリアゾール(チヌビン326)等を挙げることができるが、これらに限定されない。また、上記のチヌビン109、チヌビン171、チヌビン326等、何れもチバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製の市販品で、好ましく使用できる。
ベンゾフェノン系化合物の具体例として、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2′−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノン、ビス(2−メトキシ−4−ヒドロキシ−5−ベンゾイルフェニルメタン)等を挙げることができるが、これらに限定されない。
また、本発明のセルロースアシレートフィルムに添加可能な紫外線吸収剤の例には、特開2000−187825号公報に記載されている分配係数が9.2以上の紫外線吸収剤も含まれる。この紫外線吸収剤は、塗布性に優れる。特に分配係数10.1以上の紫外線吸収剤を用いることが好ましい。
また、特開平6−148430号公報及び特開2002−47357号公報記載の高分子紫外線吸収剤(又は紫外線吸収性ポリマー)を好ましく用いることができる。特開平6−148430号公報に記載の一般式(1)もしくは一般式(2)、又は特開2002−47357号公報に記載の一般式(3)、(6)及び(7)の高分子紫外線吸収剤が好ましいい。
また、本発明のセルロースアシレートフィルムが、紫外線吸収剤として、1,3,5−トリアジン環を有する化合物を含有することも好ましい。該化合物はレターデーション調整剤としても用いることができる。
これらの化合物の添加量は、セルロースアシレートに対して、0.1〜5質量%であるのが好ましく、0.5〜1.5質量%であるのがより好ましい。
酸化防止剤:
酸化防止剤は、一般に、劣化防止剤ともいわれる。高温高湿の状態に液晶表示装置などが置かれた場合には、セルロースアシレートフィルムの劣化が起こる場合がある。酸化防止剤は、例えば、セルロースアシレートフィルム中の残留溶媒量のハロゲンやリン酸系可塑剤のリン酸等によりセルロースアシレートフィルムが分解するのを遅らせたり、防いだりする作用がある。
このような酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系の化合物が好ましく用いられ、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサンジオール−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、2,2−チオ−ジエチレンビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N′−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト等を挙げることができる。特に、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕が好ましい。また例えば、N,N′−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル〕ヒドラジン等のヒドラジン系の金属不活性剤やトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト等のリン系加工安定剤を併用してもよい。
これらの化合物の添加量は、セルロースアシレートに対して、1ppm〜1.0質量%が好ましく、10〜1000ppmがさらに好ましい。
剥離促進剤:
剥離促進剤としては、クエン酸のエチルエステル類が例として挙げられる。
赤外線吸収剤:
赤外線吸収剤としては、例えば、特開2001−194522号公報に記載の例を用いることができる。
マット剤:
本発明のセルロースアシレートフィルムには、滑り性を付与するために、マット剤等の微粒子を添加するのが好ましい。微粒子としては、無機化合物の微粒子または有機化合物の微粒子が挙げられる。微粒子の添加量は、セルロースアシレートフィルム1m当たり0.01〜1.0gが好ましく、0.03〜0.5gがより好ましく、0.08〜0.3gが更に好ましい。これにより、セルロースアシレートフィルムの表面に、0.1〜1μmの凸部が形成されることが好ましく、フィルムに滑り性が付与される。
本発明のセルロースアシレートフィルムに添加される微粒子としては、無機化合物の微粒子の例として、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、タルク、クレイ、焼成カオリン、焼成ケイ酸カルシウム、水和ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、及びリン酸カルシウムを挙げることができる。中でもケイ素を含むものは、濁度が低くなり、また、フィルムのヘイズを小さくできるので好ましく、二酸化ケイ素が好ましい。二酸化ケイ素のような微粒子は、有機物により表面処理されている場合が多いが、このようなものは、フィルムのヘイズを低下できるため好ましい。表面処理で好ましい有機物としては、ハロシラン類、アルコキシシラン類、シラザン、シロキサンなどを挙げることができる。
二酸化ケイ素微粒子は、例えば、気化させた四塩化ケイ素と水素とを混合させたものを、1000〜1200℃にて空気中で燃焼させて調製することができる。二酸化ケイ素の微粒子は、一次平均粒子径が20nm以下、見掛比重が70g/L(リットル)以上であるものが好ましい。一次粒子の平均径が5〜16nmであるのがより好ましく、5〜12nmであるのが更に好ましい。これらの微粒子はフィルム中で二次凝集体を形成して、フィルム表面に凹凸を形成することによって滑り性を付与している。一次粒子の平均径が小さいほうが、ヘイズが低く好ましい。見掛比重は90〜200g/L以上がより好ましく、さらには100〜200g/L以上がさらに好ましい。見掛比重が大きいほど、高濃度の微粒子分散液を調製することが可能になり、ヘイズ、大きな凝集物の発生が少なく好ましい。
好ましい二酸化珪素の微粒子としては、日本アエロジル株式会社からAEROSIL
(アエロジル)R972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600の商品名で市販されているものを挙げることができ、アエロジル200V、R972、R972V、R974、R202、R812を好ましく用いることができる。酸化ジルコニウムの微粒子としては、例えば、日本アエロジル株式会社からアエロジルR976及びR811の商品名で市販されているものが挙げられる。
これらの中で、アエロジル200V、アエロジルR972V、アエロジルTT600を用いると、セルロースアシレートの低濁度を維持しつつ、摩擦係数を下げる効果が大きいので特に好ましい。
有機化合物の微粒子の例としては、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素化合物樹脂、ウレタン樹脂等の微粒子が挙げられる。これらのうちシリコーン樹脂が好ましく、特に三次元の網状構造を有するものが好ましく、例えば、トスパール103、同105、同108、同120、同145、同3120、及び同240(以上、東芝シリコーン(株)製)を挙げることができる。
微粒子の1次平均粒子径の測定は、透過型電子顕微鏡(倍率50万〜200万倍)で粒子の観察を行い、粒子100個を観察し、その平均値をもって、一次平均粒子径とする。
また、上記の見掛比重は、微粒子を一定量のメスシリンダーに採り、この時の重さを測定し、下記式で算出することができる。
見掛比重(g/L)=微粒子質量(g)/微粒子の容積(L)
またセルロースアシレートフィルム中には、これらの微粒子を添加せずに、微粒子を含有する層を塗布によって、セルロースアシレートフィルムの表面に形成してもよい。当該層の形成に用いる微粒子の種類については特に限定されない。上記と同様、酸化ケイ素が好ましい。当該層の一例は、平均粒子径が0.01〜3.0μmの微粒子を、0.1〜50質量%程度含有する、0.05〜5μm程度の膜厚の層である。微粒子とともにバインダーを含んでいてもよく、バインダーの例には、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等のセルロース樹脂、及びアクリル樹脂などが含まれる。塗布液の調製に用いられる溶媒についても特に限定されず、例えば、後述する本発明のセルロースアシレートフィルムの作製に用いられるドープの調製に使用可能な溶媒の例と同様である。当該層の形成は、セルロースアシレートフィルムを製膜中又は製膜した後であって巻き取り前に行うことが好ましく、一旦巻き取った後に行うことがより好ましい。
1.−4 セルロースアシレートフィルムの作製方法
本発明のセルロースアシレートフィルムは、上記式(I)〜(III)を満足するセルロースアシレートの1種又は2種以上を含有する組成物を製膜することで作製することができる。本発明のセルロースアシレートフィルムは、溶液製膜法で作製することが好ましく、即ち、上記セルロースアシレートの1種又は2種以上の溶液を、流延して製膜することが好ましい。以下、好ましい製膜方法について説明する。
1)溶解(ドープの調製)工程
セルロースアシレートに対する良溶媒を主とする有機溶媒に、溶解釜中で、上記セルロースアシレート、及び所望により添加剤を攪拌しながら溶解し、ドープを調製する。又は、上記セルロースアシレートの溶液に、所望により添加剤の溶液を混合して、ドープを調製する。セルロースアシレートの溶解を、常圧で行う方法、主溶媒の沸点以下で行う方法、主溶媒の沸点以上で加圧して行う方法、特開平9−95544号公報、特開平9−95557号公報、又は特開平9−95538号公報等に記載の冷却溶解法で行う方法、特開平11−21379号公報等に記載の高圧で行う方法等、種々の溶解方法を用いることができるが、特に主溶媒の沸点以上で加圧して行う方法が好ましい。
ドープ中のセルロースアシレート濃度は、10〜35質量%であるのが好ましい。ドープ中の固形分濃度は、15質量%以上に調整することが好ましく、特に18〜35質量%のものが好ましい。ドープ中の固形分濃度が前記範囲より高過ぎると、ドープの粘度が高くなり過ぎ、流延時にシャークスキンなどが生じてフィルムの平面性が低下する場合がある。
ドープ粘度は、10〜50Pa・sの範囲で調整されるのが好ましい。溶解法には上記した通り種々の方法があるが、良溶媒の沸点以上の温度で、且つ沸騰しない圧力をかけて溶解する方法としては、40.4〜120℃で0.11〜1.50MPaに加圧することで発泡を抑え、且つ短時間に溶解することができる。
上記セルロースアシレートの代わりに、セルロースアシレートフィルムの返材を用いることもできる。返材とは、フィルム製造工程で生じた製品とはならなかったフィルムの端部の切りくずなどのことである。返材の使用割合は、主ドープ等の処方値の固形分に対して0〜70質量%が好ましく、10〜50質量%が更に好ましく、20〜40質量%が特に好ましい。返材使用量が多いほうが、ドープの濾過性に優れ、返材使用量が少ないほうが、フィルムの滑り性に優れるため、上記範囲とすることが好ましい。
なお、返材を使用した場合は、その使用量に応じて、可塑剤、紫外線吸収剤、微粒子などの添加剤を減量させて、最終的に、セルロースアシレートフィルムの組成が設計値になるように調整するのが好ましい。
ドープを調製する際に使用される溶媒としては、セルロースアシレートを溶解できる溶媒であれば特に限定されない。単独で溶解できない溶媒であっても、他の溶媒と混合することにより溶解できるものであれば使用することができる。一般的にはセルロースアシレートの良溶媒として例えば、メチレンクロライドを用い、これと、貧溶媒との混合溶媒を用いるのが好ましく、混合溶媒中に、貧溶媒を4〜35質量%含有するものを好ましく用いることができる。
セルロースアシレートの良溶媒の例としては、メチレンクロライド、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、アセトン、テトラヒドロフラン(THF)、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、シクロヘキサノン、蟻酸エチル、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール、ニトロエタン等を挙げることができる。中でも、メチレンクロライド等の有機ハロゲン化合物、ジオキソラン誘導体、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン等が好ましい良溶媒である。酢酸メチルを用いると、得られるフィルムのカールが少なくなるので、好ましい。
使用可能な貧溶媒の例には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール等の炭素原子数1〜8のアルコール;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸プロピル、モノクロルベンゼン、ベンゼン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、メチルソロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテル等を挙げることができ、これらの貧溶媒は単独もしくは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
溶解中または後のドープに添加剤を加えて溶解及び分散した後、濾材で濾過し、脱泡して送液ポンプで次工程に送ることが好ましく、また、その際、ドープ中には、可塑剤、酸化防止剤等が好ましく添加される。
これらの添加剤は、セルロースアシレート溶液の調製の際に、セルロースアシレートや溶媒とともに添加してもよいし、溶液調製中や調製後に添加してもよい。この様にして得られたドープを用い、次の流延工程を実施する。
2)流延工程
得られたドープを送液ポンプ(例えば、加圧型定量ギヤポンプ)を通して加圧ダイに送液し、無限に移送する無端の金属ベルト、例えばステンレスベルト、又は回転する金属ドラム等の金属支持体上の流延位置に、加圧ダイスリットからドープを流延する。ダイの口金部分のスリット形状を調整でき、膜厚を均一にし易い加圧ダイが好ましい。加圧ダイには、コートハンガーダイやTダイ等があるが、何れも好ましく用いられる。金属支持体の表面は鏡面となっているのが好ましい。製膜速度を上げるために加圧ダイを金属支持体上に2基以上設け、ドープ量を分割して重層してもよい。又は複数のドープを同時に流延する共流延法によって積層構造のセルロースアシレートフィルムを得ることもできる。
3)溶媒蒸発工程
ウェブ(金属支持体上にドープを流延した以降のドープ膜を、「ウェブ」という)を金属支持体上で乾燥し、金属支持体からウェブが剥離可能になるまで溶媒を蒸発させる。溶媒を蒸発させるには、ウェブ側から風を吹かせる方法及び/または金属支持体の裏面から液体により伝熱させる方法、輻射熱により表裏から伝熱する方法等があり、いずれを利用してもよい。またこれらの方法の2以上を組み合わせてもよい。
乾燥条件を、以下の通りにすると、Rth/Reが小さいフィルムを、安定的に作製することができる。
ドープを支持体の表面に流延した直後から1分間の乾燥平均速度を、6〜20質量%/sec、より好ましくは、6〜15質量%/secにする。なお、乾燥平均速度は、下記式で算出される値をいうものとする。
式:
乾燥平均速度[1分間]={ドープ溶剤濃度(質量%)−流延後1分後のウェブの溶剤濃度(質量%)}/60sec
なお、流延直後から1分間以内の乾燥温度は、同一である必要はなく、また乾燥速度も等速度である必要はない。乾燥温度及び乾燥速度は、連続的又は不連続的に、上下させてもよい。
また、ドープを支持体の表面に流延した直後から30秒間の乾燥平均速度を、8〜30質量%/sec、より好ましくは、8〜20質量%/secにする。なお、乾燥平均速度は、下記式で算出される値をいうものとする。
式:
乾燥平均速度[30秒間]={ドープ溶剤濃度(質量%)−流延後30秒後のウェブの溶剤濃度(質量%)}/30sec
なお、流延直後から30秒間以内の乾燥温度は、同一である必要はなく、また乾燥速度も等速度である必要はない。乾燥温度及び乾燥速度は、連続的又は不連続的に、上下させてもよい。
乾燥は、ウェブに高温の気体を吹付けること等により行われる。乾燥工程の好ましい一例では、ドープを流延した直後から1分以内(好ましくは30秒間以内)に、温度が50〜150℃(より好ましくは70〜150℃、さらに好ましくは90〜150℃)で且つ風速が3〜15m/sec(より好ましくは5〜15m/sec、さらに好ましくは6〜15m/sec)の気体を吹き付けて、ウェブを乾燥する。この条件の乾燥は、残留溶媒量が500〜300質量%程度に減少するまで実施されるのが好ましく、通常は、流延直後から30秒程度、この条件で乾燥が行われるであろう。第1乾燥工程の上記式から算出される乾燥平均速度は、30〜8質量%/secであるのが好ましく、20〜8質量%/secであるのがより好ましい。
第1乾燥工程を実施した後、第1乾燥工程よりも、より高い温度の気体を吹付けて、第2乾燥工程を実施するのが好ましい。第2乾燥工程は、残留溶媒量が350〜120質量%程度に減少するまで実施されるのが好ましく、通常は、第1乾燥工程終了後、30秒程度実施されるであろう。第2乾燥工程の好ましい一例では、第1乾燥工程終了直後から1分間以内(好ましくは30秒程度以内)に、温度が100〜170℃(より好ましくは110〜170℃、さらに好ましくは120〜170℃)で且つ風速が3〜15m/sec(より好ましくは5〜15m/sec、さらに好ましくは7〜15m/sec)の気体を吹き付けて、ウェブを乾燥する。第2乾燥工程の上記式から算出される乾燥平均速度は、10〜1質量%/secであるのが好ましく、8〜1質量%/secであるのがより好ましく、6〜1質量%/secであるのがさらに好ましい。
第2乾燥工程を実施した後、第2乾燥工程よりも、より低い温度の気体を吹付けて、第3乾燥工程を実施するのが好ましい。第3乾燥工程は、残留溶媒量が250〜50質量%程度に減少するまで実施されるのが好ましく、通常は、第2乾燥工程終了後、1分間程度実施されるであろう。ウェブは、第3乾燥工程の後、下記の剥ぎ取り工程に供せられるのが好ましい。第3乾燥工程の一例では、温度が30〜120℃(より好ましくは40〜120℃、さらに好ましくは50〜120℃)で且つ風速が3〜15m/sec(より好ましくは3〜12m/sec、さらに好ましくは3〜10m/sec)の気体を吹き付けて、ウェブを乾燥する。第3乾燥工程の上記式から算出される乾燥平均速度は、5〜0.2質量%/secであるのが好ましく、4〜0.2質量%/secであるのがより好ましく、3〜0.2質量%/secであるのがさらに好ましい。
第1乾燥工程、第2乾燥工程、第3乾燥工程の温度条件は、第2乾燥工程≧第1乾燥工程≧第3乾燥工程とすることが、Rth/Reが低く、かつフィルム均一性(ムラ)のよいフィルムを作製する上で好ましい。
4)剥ぎ取り工程
金属支持体上で溶媒が蒸発したウェブを、剥離位置で剥ぎ取る工程である。剥ぎ取られたウェブは次工程に送られる。尚、剥離する時点でのウェブの残留溶媒量(下記式)があまり大き過ぎると剥離し難かったり、逆に金属支持体上で充分に乾燥させ過ぎてから剥離すると、途中でウェブの一部が剥がれたりする。
ここで、製膜速度を上げる方法(残留溶媒量が出来るだけ多いうちに剥離することで製膜速度を上げることができる)としてゲル流延法(ゲルキャスティング)がある。例えば、ドープ中にセルロースアシレートに対する貧溶媒を加えて、ドープ流延後、ゲル化する方法、金属支持体の温度を低めてゲル化する方法等がある。金属支持体上でゲル化させ剥離時の膜の強度を上げておくことによって、剥離を早め製膜速度を上げることができるのである。
金属支持体上でのウェブの強弱、金属支持体の長さ等により、剥離時の残留溶媒量は決定されるが、一般的には、残留溶媒量5〜150質量%の範囲で剥離することができる。残留溶媒量がより多い時点で剥離する場合、ウェブが柔らか過ぎると剥離時平面性を損なったり、剥離張力によるツレや縦スジが発生し易いため、経済速度と品質との兼ね合いで剥離時の残留溶媒量が決められる。本発明においては、該金属支持体上の剥離位置における温度を10〜40℃とするのが好ましく、15〜30℃とするのがより好ましい。
また、該剥離位置におけるウェブの残留溶媒量は、10〜75質量%とすることが好ましく、30〜60質量%とすることがより好ましく、45〜50質量%であるのがさらに好ましい。残留溶媒量が前記範囲である状態で剥離すると、Rth/Reが低いフィルムが得られ、かつ剥離荷重が低くでき、ムラのないフィルムが得られるため好ましい。
なお、残留溶媒量は下記の式で表すことができる。
残留溶媒量(質量%)={(M−N)/N}×100
ここで、Mはウェブの任意時点での質量、Nは質量Mのものを110℃で3時間乾燥させた時の質量である。
5)乾燥及び延伸工程
剥離後、ウェブを乾燥装置内に複数配置したロールに交互に通して搬送する乾燥装置、及び/またはクリップでウェブの両端をクリップして搬送するテンター装置を用いて、ウェブを乾燥する。クリップ間の幅手方向に対して1.0〜2.0倍に延伸することが好ましく、その方法として、テンター装置を用いて延伸することが好ましい。更に好ましくは縦及び横方向に2軸延伸されたものである。2軸延伸の際に、縦方向に0.8〜1.0倍に緩和させて所望のレターデーションを得ることもできる。
延伸の際の温度は、80〜180℃であるのが好ましく、90〜160℃であるのがより好ましい。延伸時の残留溶媒量は、5〜50質量%であるのが好ましく、より好ましくは10〜30質量%である。これにより、セルロースアシレートフィルムは、湿度が変動する条件下でも、Re及びRthの変動のより少ない、特性の変動が少ない、安定したものとなる。
乾燥の手段はウェブの両面に熱風を吹かせるのが一般的であるが、風の代わりにマイクロウエーブを当てて加熱する手段もある。あまり急激な乾燥は出来上がりのフィルムの平面性を損ね易い。全体を通して、通常乾燥温度は40〜250℃の範囲で行われる。使用する溶媒によって、乾燥温度、乾燥風量及び乾燥時間が異なり、使用溶媒の種類、組合せに応じて乾燥条件を適宜選べばよい。
フィルムの厚さは特に限定されないが、例えば、10μm〜1mm程度のもの等、任意の厚さのフィルムを作製することができる。好ましくは、乾燥、延伸等の処理が終わった後の膜厚が、10〜500μmであり、より好ましくは30〜120μm、さらに好ましくは30〜80μmである。
2.セルロースアシレートフィルムの用途
2.−1 偏光板
本発明は、本発明のセルロースアシレートフィルムを少なくとも有する偏光板にも関する。本発明の偏光板の一例は、偏光子及びその両側に配置された二枚の透明保護膜を有し、少なくとも一方の保護膜が、本発明のセルロースアシレートフィルムである。他方の保護膜は、通常のセルロースアセテートフィルムを用いてもよい。
偏光子には、ヨウ素系偏光子、二色性染料を用いる染料系偏光子やポリエン系偏光子がある。ヨウ素系偏光子及び染料系偏光子は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造する。
本発明の偏光板は、一般的な方法で作製することができる。作製方法の一例を以下に記載するが、これに限定されるものではない。
まず、本発明のセルロースアシレートフィルムを表面処理する。これにより、セルロースアシレートフィルムと偏光子との接着性が改善する。また偏光子と貼合する場合のみならず、各機能層(例えば、下塗層及びバック層)との接着の向上を達成することができる。表面処理の例には、グロー放電処理、紫外線照射処理、コロナ処理、火炎処理、酸又はアルカリ処理が含まれる。ここでいうグロー放電処理とは、10-3〜20Torrの低圧ガス下でおこる低温プラズマでもよく、更にまた大気圧下でのプラズマ処理も好ましい。プラズマ励起性気体とは上記のような条件においてプラズマ励起される気体をいい、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、窒素、二酸化炭素、テトラフルオロメタンの様なフロン類及びそれらの混合物などがあげられる。これらについては、詳細が発明協会公開技報公技番号2001−1745号(2001年3月15日発行、発明協会)にて30頁〜32頁に詳細に記載されている。なお、近年注目されている大気圧でのプラズマ処理は、例えば10〜1000Kev下で20〜500Kgyの照射エネルギーが用いられ、より好ましくは30〜500Kev下で20〜300Kgyの照射エネルギーが用いられる。これらの中でも特に好ましくは、アルカリ鹸化処理でありセルロースアシレートフィルムの表面処理としては極めて有効である。
アルカリ鹸化処理は、セルロースアシレートフィルムを鹸化液の槽に直接浸漬する方法又は鹸化液をセルロースアシレートフィルム塗布する方法で実施することが好ましい。塗布方法としては、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、エクストルージョンコーティング法、バーコーティング法及びE型塗布法を挙げることができる。アルカリ鹸化処理塗布液の溶媒は、鹸化液の透明支持体に対して塗布するために濡れ性が良く、また鹸化液溶媒によって透明支持体表面に凹凸を形成させずに、面状を良好なまま保つ溶媒を選択することが好ましい。具体的には、アルコール系溶媒が好ましく、イソプロピルアルコールが特に好ましい。また、界面活性剤の水溶液を溶媒として使用することもできる。アルカリ鹸化塗布液のアルカリは、上記溶媒に溶解するアルカリが好ましく、KOH、NaOHがさらに好ましい。鹸化塗布液のpHは10以上が好ましく、12以上がさらに好ましい。アルカリ鹸化時の反応条件は、室温で1秒以上5分以下が好ましく、5秒以上5分以下がさらに好ましく、20秒以上3分以下が特に好ましい。アルカリ鹸化反応後、鹸化液塗布面を水洗あるいは酸で洗浄したあと水洗することが好ましい。
アルカリ処理の代わりに、特開平6−94915号公報、特開平6−118232号公報に記載されているような易接着加工を施してもよい。
次に、表面処理(好ましくは、アルカリ処理)を施されたセルロースアシレートフィルムの表面と、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延伸して作製した偏光子の表面とを貼合する。貼合には接着剤を用いることができる。セルロースアシレートフィルムと偏光子との貼合に使用される接着剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアルコール系接着剤や、ブチルアクリレート等のビニル系ラテックス等が挙げられる。接着剤としては、完全ケン化ポリビニルアルコール水溶液を好ましく用いることができる。
本発明のセルロースアシレートフィルムと偏光子との貼合時には、偏光子の透過軸と本発明のセルロースアシレートフィルムの遅相軸とを一致させるように貼り合せることが好ましい。なお、偏光板クロスニコル下で作製した偏光板の評価を行なったところ、本発明のセルロースアシレートフィルムの遅相軸と偏光子の吸収軸(透過軸と直交する軸)との直交精度が1°より大きいと、偏光板クロスニコル下での偏光度性能が低下して光抜けが生じることがわかった。この場合、液晶セルと組み合わせた場合に、十分な黒レベルやコントラスト比が得られないことになる。したがって、本発明のセルロースアシレートフィルムの主屈折率nxの方向と偏光板の透過軸の方向とは、そのずれが1°以内、好ましくは0.5°以内であることが好ましい。
偏光板の単板透過率TT、平行透過率PT、直交透過率CTはUV3100PC(島津製作所社製)を用いた。測定では、380nm〜780nmの範囲で測定し、単板、平行、直交透過率ともに、10回測定の平均値を用いた。偏光板耐久性試験は(1)偏光板のみと(2)偏光板をガラスに粘着剤を介して貼り付けた、2種類の形態で次のように行った。偏光板のみの測定は、2つの偏光子の間に光学補償膜が挟まれるように組み合わせて直交、同じものを2つ用意し測定した。ガラス貼り付け状態のものはガラスの上に偏光板を光学補償膜がガラス側にくるように貼り付けたサンプル(約5cm×5cm)を2つ作成する。単板透過率測定ではこのサンプルのフィルムの側を光源に向けてセットして測定する。2つのサンプルをそれぞれ測定し、その平均値を単板の透過率とする。偏光性能の好ましい範囲としては単板透過率TT、平行透過率PT、直交透過率CTの順でそれぞれ、40.0≦TT≦45.0、30.0≦PT≦40.0、CT≦2.0であり、より好ましい範囲としては41.0≦TT≦44.5、34≦PT≦39.0、CT≦1.3(単位はいずれも%)である。また偏光板耐久性試験ではその変化量はより小さいほうが好ましい。
また、本発明の偏光板は、60℃95%RHに500時間静置させたときの直交単板透過率の変化量ΔCT(%)、偏光度変化量ΔPが下記式(j)、(k)の少なくとも1つ以上を満たしていることが好ましい。
(j)−6.0≦ΔCT≦6.0
(k)−10.0≦ΔP≦0.0
ここで、変化量とは試験後測定値から試験前測定値を差し引いた値である。
この要件を満たすと偏光板の使用中あるいは保管中の安定性が確保され好ましい。
本発明の偏光板は、一方の面にプロテクトフィルムを有していてもよいし、さらに反対面にセパレートフィルムを有していてもよい。プロテクトフィルム及びセパレートフィルムは偏光板出荷時、製品検査時等において偏光板を保護する目的で用いられる。プロテクトフィルムは、偏光板の表面を保護する目的で貼合され、偏光板を液晶板へ貼合する面の反対面側に用いられる。また、セパレートフィルムは液晶板へ貼合する接着層をカバーする目的で用いられ、偏光板を液晶板へ貼合する面側に用いられる。
本発明の偏光板は、さらに、一方の側の保護膜の表面にハードコート層、防眩層、反射防止層の少なくとも一層を設けることが好ましい。保護膜として用いられる本発明のセルロースアシレートフィルム、及び偏光子の他方の面の透明保護膜上に、目的に応じて必要な機能層を単独又は複数層設けてもよい。
2.−2 光学フィルム
本発明のセルロースアシレートフィルムは、反射防止フィルム等の種々の光学フィルムの作製に利用することができる。該光学フィルムの一例は、透明支持体上に防眩層を有する光学フィルムであって、防眩層が防眩層を構成する透光性樹脂と少なくとも2種の透光性粒子とを含有し、該防眩層の膜厚が10〜15μmであり、これら複数の透光性粒子の平均粒子径がそれぞれ7〜15μmであり、これら複数の透光性粒子と該透光性樹脂の屈折率差の絶対値はそれぞれ0.001〜0.050の範囲内であり、且つこれら複数の透光性粒子が該防眩層中の全固形分に対して合計で15〜40質量%含まれていることを特徴とする光学フィルムである。
前記光学フィルムは、透明支持体の上に少なくとも1層の防眩層を有する。該防眩層は表面散乱または内部散乱、もしくはその両者を用いた光拡散機能を有する層である。防眩層は1層でもよいし、複数層、例えば2層〜4層で構成されていてもよい。
前記光学フィルムの好ましい層構成の例を下記に示す。下記構成において基材フィルムは、フィルムで構成された透明支持体を指している。
・基材フィルム/防眩層
・基材フィルム/帯電防止層/防眩層
・基材フィルム/防眩層/低屈折率層
・基材フィルム/防眩層/帯電防止層/低屈折率層
・基材フィルム/ハードコート層/防眩層/低屈折率層
・基材フィルム/ハードコート層/防眩層/帯電防止層/低屈折率層
・基材フィルム/ハードコート層/帯電防止層/防眩層/低屈折率層
・基材フィルム/防眩層/高屈折率層/低屈折率層
・基材フィルム/防眩層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層
・帯電防止層/基材フィルム/防眩層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層
・基材フィルム/帯電防止層/防眩層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層
・帯電防止層/基材フィルム/防眩層/高屈折率層/低屈折率層/高屈折率層/低屈折率層
前記光学フィルムでは、防眩層以外の層が塗設されていてもよく、これらの層としては、例えばハ−ドコート層、帯電防止層、低屈折率層、防汚層等が挙げられる。防眩層がハ−ドコート層、帯電防止層、防汚層等の機能を同時に有することがより好ましい。上記構成の中屈折率層、高屈折率層の少なくとも1つが帯電防止層の機能を兼ねることが好ましい。中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層の3層構成である場合は、中屈折率層が帯電防止層の機能を兼ねることが、所望の帯電防止性と屈折率実現の観点で特に好ましい。
低反射化の点からは、中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層を含む構成の反射防止膜が好ましく、例えば、特開平8−122504号公報、同8−110401号公報、同10−300902号公報、特開2002−243906号公報、特開2000−111706号公報等に記載の構成が挙げられる。
好ましい形態は、製造が単純で生産性の高いという観点から、透明支持体上に単一層の防眩層を有する光学フィルム、および、支持体上に単一層の防眩層と単一層の低屈折率層をこの順に有する反射防止フィルムである。
<防眩層の構成>
前記光学フィルムにおける防眩層は、少なくとも2種の平均粒子径が7μm〜15μmの透光性粒子、および透光性樹脂を含む。該防眩層は、該透光性粒子と、マトリックス形成成分(バインダー用モノマー類等)及び有機溶媒を含有する塗布液を塗布・乾燥し硬化して得ることができる。
防眩層を形成する塗布液は、例えば、電離放射線等で硬化されて形成する透光性ポリマーの原料となる主たるマトリックス形成バインダー用モノマー類、前記特定粒径の透光性粒子、重合開始剤を含み、さらに、塗布液の粘度を調整するための高分子化合物、カール低減や屈折率調節等のための無機微粒フィラー、塗布助剤等を含んでもよい。
防眩層の厚さは10μm〜15μmであり、更に好ましくは12μm〜15μmであり、最も好ましくは13μm〜14μmである。10μm未満の場合には、下記に述べる透光性粒子を用いた場合に表面凹凸が大きくなりすぎ黒締まりが悪化し、15μmを超えると表面凹凸が小さくなり防眩性が不十分であり、また、膜の脆性が悪化する。
<防眩層の透光性粒子>
透光性粒子の平均粒子径は7μm〜15μmであり、7.5μm〜12μmがより好ましく、8μm〜12μmがさらに好ましい。粒子径がこの範囲である場合、防眩性、黒締まりに優れる。
透光性粒子としては、後述の光散乱性の観点から少なくとも2種用いられる。少なくとも2種の透光性粒子は、その平均粒子径および屈折率のうち少なくともどちらかは互いに異なっていることが好ましい。2種類の粒子(例えば、粒子Aと粒子B)のみを含む態様が好ましいが、更に追加の粒子を含めることができ、例えば粒子Aまたは粒子Bのどちらか一方と同じ粒子サイズの粒子Cを含むことができる。
透光性粒子は、防眩層の全固形分に対して、15〜40質量%であり、15〜25質量%であることが好ましく、15〜20質量%であることがより好ましい。粒子量がこの範囲にあると、防眩性と膜強度に優れる光学フィルムになる。
また、粒子Aと粒子Bの質量比は25:75〜75:25が好ましく、37:63〜75:25がより好ましく、50:50〜75:25が更に好ましい。
透光性粒子の平均粒子径は、塗膜中で2つ以上の粒子が隣接して存在している場合も、独立して存在している場合も、平均粒子径は一次粒径を指す。但し、一次粒子径が0.1μm程度の凝集性の無機粒子が二次粒子として、上記粒子サイズ範囲を満たす大きさで塗布液中に分散され、その後塗布されている場合には二次粒子の大きさとする。
内部散乱性と表面散乱性を独立に制御することが好ましい。
内部散乱性と表面散乱性に制御については後述するが、内部散乱性は内部散乱に起因するヘイズ値(以降、「内部ヘイズ」と記載する)によって、表面散乱性は表面散乱に起因するヘイズ値(以降、「表面ヘイズ」と記載する)によって測定され、確認できる。
必要な内部散乱性を得るために、防眩層の粒子と透光性樹脂(マトリックス)との屈折率を調節するのが好ましい。該透光性粒子と該透光性樹脂の屈折率差の絶対値は0.001〜0.050が好ましく、より好ましくは0.005〜0.040であり、更に好ましくは0.015〜0.040であり、最も好ましくは0.020〜0.030である。2種以上の粒子を使用する場合は粒子Aと粒子Bの屈折率差は0でも良いが、異なっている方が好ましい。
屈折率差が小さすぎると、所望の内部散乱性を得るために、粒子量を多くする必要があり、膜強度が悪化する。屈折率差が大きすぎる場合は、画像表示部に起因するムラを見えにくくする効果が得ることができない。
粒子A又は粒子Bの一方がマトリックスよりも屈折率が低く、一方がマトリックスよりも屈折率が高い態様をとることが好ましい。例えば、粒子A又は粒子Bのうち高屈折率粒子(粒子Aとする)は屈折率が透光性樹脂に対して0.010〜0.050高いのが好ましく、更に好ましくは0.020〜0.040であり、最も好ましいのは0.020〜0.030である。低屈折率側粒子(粒子Bとする)は透光性樹脂に対して0.010〜0.050低いのが好ましく、更に好ましくは0.020〜0.040であり、最も好ましいのは0.020〜0.030である。粒子Aと粒子Bの屈折率差があることで内部散乱と表面の形状の制御が容易となる。また、このようにマトリックスに対し、屈折率を高くした粒子A,低くした粒子Bを使用することで、驚くべき事に、液晶表示装置(LCD)の表面に使用した場合、3波長蛍光灯をディスプレイ表面に写りこませても虹色状のムラや、画像表示部に起因するムラが発生しない。
虹色状のムラの原因は明確ではないが以下の様に推定している。虹ムラは暗室下、3波長の蛍光灯を画像表示装置に映り込ませた場合、画像表示装置(例えば、液晶表示装置)内のガラス板、偏光板、電気回路あるいは、ブラックマトリックス等により反射された内部反射光が、正反射像の周辺に発生するためと推定している。また、画像表示部に起因するムラは液晶表示装置によっては灰色のベタ表示をした状態で縞状あるいは同心円状の表示ムラを観察することができる。原因については明確ではないが、バックライトとブラックマトリックスによるそれぞれの陰影の干渉によって生じている現象と推定している。
粒子Aと粒子Bの平均粒子径は実質的に同じであることが好ましい。実質的に同じとは、粒子Aの平均粒子径(φA)と粒子Bの平均粒子径(φB)の比(φB/φA)が0.90〜1.10であり、より好ましくは0.95〜1.05であり、特に好ましくは0.97〜1.03である。粒径比が上記の範囲であれば表面形態が変化せず、防眩性と黒締まり感の観点で好ましい。
また、別の態様として、透光性樹脂との屈折率差の絶対値が0.015〜0.050である透光性粒子Aと、透光性樹脂との屈折率差の絶対値が0.001以上0.015未満である透光性粒子Bをとることも好ましい。この場合は、透光性粒子A,Bの平均粒子径は異なることが好ましく、φA<φBであることが更に好ましい。この範囲であれば、3波長蛍光灯をディスプレイ表面に写りこませても虹色状のムラが発生せず、防眩性と黒締まり感の観点で好ましい。
透光性粒子は、以下に説明する粒子の中から、所望の屈折率、平均粒子サイズに応じて選択することができる。透光性粒子として、樹脂粒子および/または無機微粒子を用いることができる。
樹脂粒子の具体例としては、例えば架橋ポリメチルメタアクリレート粒子、架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子、架橋ポリスチレン粒子、架橋メチルメタアクリレート−メチルアクリレート共重合粒子、架橋アクリレート−スチレン共重合粒子、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂粒子、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド樹脂粒子等の樹脂粒子が好ましく挙げられる。なかでも架橋スチレン粒子、架橋ポリメチルメタアクリレート粒子、架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子等が好ましい。さらにはこれらの樹脂粒子の表面にフッ素原子、シリコン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、スルホン酸基、燐酸基等を含む化合物を化学結合させた所謂表面修飾した粒子やシリカやジルコニアなどのナノサイズの無機微粒子を表面に結合した粒子も好ましく挙げられる。
また、透光性粒子として、無機微粒子を用いることもできる。無機微粒子の具体例としては、シリカ粒子、アルミナ粒子等が好ましく挙げられるが、シリカ粒子が特に好ましく用いられる。
塗布のムラや干渉ムラを目立ち難くする、あるいは、コストの観点から、防眩層のマトリックスの屈折率を1.54以下、特に好ましくは屈折率1.53以下にする場合は、透光性粒子は、架橋ポリメチルメタアクリレート粒子、架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子、シリカ粒子が好ましい。架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子を用いる場合、スチレンの共重合比率を10%以上90%以下にすることが好ましい。
粒子の形状は、真球又は不定形のいずれも使用できる。粒度分布はヘイズ値と拡散性の制御性、塗布面状の均質性から単分散性粒子が好ましい。粒子径の均一さを表すCV値は15%以下が好ましく、より好ましくは13%以下、更に好ましくは10%以下である。さらに、平均粒子径よりも33%以上粒子径が大きな粒子を粗大粒子と規定した場合、この粗大粒子の割合は全粒子数の1%以下であることが好ましく、より好ましくは0.8%以下であり、さらに好ましくは、0.4%以下である。粗大粒子が多すぎると表面の粗面化が強調して認識されてしまうため、ブツブツ感が悪化し、好ましくない。
平均粒子径よりも16%以上粒子径が小さな粒子を微小粒子と規定した場合、この微小粒子の割合は全粒子数の10%以下であることが好ましく、より好ましくは6%以下であり、さらに好ましくは、4%以下である。このような粒子径分布を持つ粒子は通常の合成反応後に、分級によって得られ、分級の回数を上げることやその程度を強くすることにより、より好ましい分布の粒子を得ることができる。分級には風力分級法、遠心分級法、沈降分級法、濾過分級法、静電分級法等の方法を用いることが好ましい。
透光性粒子の粒子径の測定方法は、粒子の粒子径を測る測定方法であれば、任意の測定方法が適用できるが、粒子の粒度分布をコールターカウンター法により測定し、測定された分布を粒子数分布に換算して得られた粒子分布から算出する方法や、透過型電子顕微鏡(倍率50万〜200万倍)で粒子の観察を行い、粒子100個を観察し、その平均値をもって平均粒子径とする方法がある。
なお、平均粒子径はコールターカウンター法によって得られた値を用いる。
透光性粒子の屈折率は、ヨウ化メチレン、1,2−ジブロモプロパン、n−ヘキサンから選ばれる任意の屈折率の異なる2種類の溶媒の混合比を変化させて屈折率を変化させた溶媒中に透光性粒子を等量分散して濁度を測定し、濁度が極小になった時の溶媒の屈折率をアッベ屈折計で測定することで測定される。
<表面形態>
良好な防眩性と黒締まりを両立するのが好ましい。防眩性に関しては、実用上では、様々な光源が様々な角度から映りこむ場合で良好な防眩性を示す必要がある。このような多様な映り込みは、光源が映り込む場合の見こみ角を変えることで簡易的に評価できる。大きなサイズの光源(例えば蛍光灯)と細い光源(例えば蛍光灯をカバーで覆って模擬的に作った線光源)の両方で良好な映り込みを示す必要がある。また、黒締まりに関しても、明室環境下でディスプレイの垂直方向から視認した場合と45°程度の角度をつけて視認した場合の両方で良好な黒締まりを達成する必要がある。このような指標で評価して優れた防眩性と黒締まりを達成するためには、上記の膜厚範囲で特定の表面形態を達成することが好ましいことが判った。上記の粒子の粒径、屈折率などの好ましい範囲は、上記膜厚で特定の表面形態を達成するための好適な手段である。
前記光学フィルムの好ましい表面形態(表面凹凸)を下記に記す。
前記防眩フィルムにおいて、表面ヘイズ値は0.2〜10%であることが好ましく、更に好ましくは0.5〜5%である。表面ヘイズが大きすぎると黒締まりが悪化し、小さすぎると防眩性が悪化する。
中心線平均粗さRaが0.05μm以上0.25μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.10μm以上0.20μm以下、最も好ましくは0.12μm以上0.18μm以下である。
中心線平均粗さRaはJIS−B0601(1982)に準拠して測定することができる。Raが大きすぎると黒締まり、明室コントラスト比が悪化し、Raが小さすぎると防眩性が悪化する。
防眩性と黒締まりの両立に適した表面形態を得るためには、凹凸の平均間隔Smも重要である。Smは50μm以上350μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは60μm以上200μm以下あるいは250μm以上350μm以下、最も好ましくは60μm以上150μm以下あるいは300μm以上350μm以下である。
凹凸の平均間隔SmはJIS B0601(1994)に準拠して測定することができる。Smが大きすぎると大きなサイズの光源の映り込みが見え易くなる。Smが小さすぎると黒締まりが悪化するとともに、細い光源(線光源)のエッジボケが弱く、好ましくない。Smが200μm超〜250μm未満の場合、面荒れが強く外観が良くない。
RaとSmがともに上記好ましい範囲であることがより好ましい。
明室コントラスト比を良化するためには、平均傾斜角度θaも同時に特定の範囲に制御する必要がある。平均傾斜角θaが0.5°以上3.0°以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.6°以上2.5°以下、最も好ましくは0.6°以上2.0°以下である。平均傾斜角度が大きすぎると黒締まりが悪化するとともに、細い光源(線光源)のエッジボケが弱くなり好ましくない。平均傾斜角度が小さすぎると大きなサイズの光源の映り込みが見え易くなり好ましくない。
傾斜角分布の最大角は0.3°以下が好ましく、さらに好ましくは0.28°以下、最も好ましくは0.25°以下である。
平均傾斜角θaと傾斜角分布の最大角とがともに上記好ましい範囲を満たすことがより好ましい。
前記光学フィルムの平均傾斜角度は以下の方法で決定される。すなわち、面積が0.5〜2平方マイクロメートルである三角形の頂点を透明フィルム基材面(支持体面)に仮定し、その点から鉛直上向きに伸ばした3つの垂線がフィルム表面と交わる3点によって形成される三角形の面の法線が、支持体から鉛直上向きに伸ばした垂線となす角を表面の傾斜角度とし、基材上で250000平方マイクロメートル(0.25平方ミリメートル)以上の面積を該三角形に分割して測定した時の全測定点の平均値を平均傾斜角度として算出する。
傾斜角度を測定する方法をさらに詳細に述べる。図2(a)のように面積が0.5〜2平方マイクロメートルとなるようなメッシュにフィルムを分割する。図2(b)は分割したメッシュのうちの3点を抽出した図である。この支持体上の3点から鉛直上向きに垂線を伸ばし、その3点が表面と交わった点をA、B、Cとする。三角形ABC面の法線DD’が、支持体から鉛直上向きに伸ばした垂線OO’と為す角度θを傾斜角度とする。図2(c)は点O’DD’を含む平面Pで切ったときのフィルムの断面図である。線分EFは三角形ABCと平面Pとの交線である。測定面積は支持体上で250000平方マイクロメートル(0.25平方ミリメートル)以上が好ましく、この面を支持体上で三角形に分割して測定し、傾斜角度を求める。測定する装置はいくつかあるが、一例を述べる。装置はマイクロマップ社(米国)製SXM520−AS150型を用いた場合を説明する。例えば対物レンズが10倍の時、傾斜角度の測定単位は0.8平方マイクロメートルであり、測定範囲は500000平方マイクロメートル(0.5平方ミリメートル)である。対物レンズの倍率を大きくすれば、それに合わせて測定単位と測定範囲は小さくなる。測定データはMAT−LAB等のソフトを用いて解析し、傾斜角度分布を算出することができ、そのデータをもとに平均傾斜角度を算出することができる。
表面ヘイズ、表面粗さをこの範囲にすることで黒締まりに優れた防眩性フィルムが得られる。また、内部ヘイズ値は10〜35%であることが好ましく、更に好ましくは15〜30%、最も好ましくは20〜30%である。内部へイズをこの範囲にすることで、表面コントラスト比の低下とギラツキの防止の2つの性能を実用的に満足させることができる。これらへイズの調節は、透光性粒子の種類と量の調節により行うことができる。
なお、表面ヘイズと内部ヘイズは以下の手順で測定することができる。
(1) JIS−K7136に準じてフィルムの全ヘイズ値(H)を測定する。
(2) フィルムの表面および裏面にシリコーンオイルを数滴添加し、厚さ1mmのガラス板(ミクロスライドガラス品番S 9111、MATSUNAMI製)を2枚用いて裏表より挟んで、完全に2枚のガラス板とフィルムを光学的に密着させ、表面ヘイズを除去した状態でヘイズを測定し、別途測定したガラス板2枚の間にシリコーンオイルのみを挟みこんで測定したヘイズを引いた値をフィルムの内部ヘイズ(Hi)として算出する。
(3) 上記(1)で測定した全ヘイズ(H)から上記(2)で算出した内部ヘイズ(Hi)を引いた値をフィルムの表面ヘイズ(Hs)として算出する。
<防眩層の透光性樹脂(マトリックス形成用バインダー)>
防眩層を形成するマトリックスを形成するバインダー(以降、「バインダー」と記載する)としては、特に限定されないが、電離放射線等による硬化後に飽和炭化水素鎖、又はポリエーテル鎖を主鎖として有する透光性樹脂であることが好ましい。また、後述のモノマーを硬化後の主たるバインダーポリマーは架橋構造を有することが好ましい。
硬化後に飽和炭化水素鎖を主鎖として有するバインダーポリマーとしては、下記に述べる第一群の化合物より選ばれるエチレン性不飽和モノマーの重合体が好ましい。また、ポリエーテル鎖を主鎖として有するポリマーとしては、下記に述べる第二群の化合物より選ばれる環状エーテル系モノマー、例えばエポキシ系モノマー及びオキセタン系モノマーの開環による重合体が好ましい。さらにこれらのモノマー類の混合物の重合体も好ましい。
第一群の化合物として、飽和炭化水素鎖を主鎖として有し、且つ架橋構造を有するバインダーポリマーとしては、2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーの(共)重合体が好ましい。高屈折率にするには、このモノマーの構造中に芳香族環や、フッ素以外のハロゲン原子、硫黄原子、リン原子、及び窒素原子から選ばれた少なくとも1種を含むことが好ましい。
防眩層を形成するためのバインダーポリマーに用いられる、2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーとしては、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル{例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,2,3−クロヘキサンテトラメタクリレート、ポリウレタンポリアクリレート、ポリエステルポリアクリレート}、ビニルベンゼン及びその誘導体(例えば、1,4−ジビニルベンゼン、4−ビニル安息香酸−2−アクリロイルエチルエステル、1,4−ジビニルシクロヘキサノン)、ビニルスルホン(例えば、ジビニルスルホン)、(メタ)アクリルアミド(例えば、メチレンビスアクリルアミド)等が挙げられる。
さらに、2個以上のエチレン性不飽和基を有する樹脂、例えば低分子量のポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂および多価アルコール等の、多官能化合物などのオリゴマー又はプレポリマー等もあげられる。これらのモノマーは2種以上併用してもよく、また、2個以上のエチレン性不飽和基を有する樹脂はバインダーマトリックス全量に対して10〜100質量%含有することが好ましい。
これらのエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合は、光ラジカル重合開始剤又は熱ラジカル重合開始剤の存在下、電離放射線の照射又は加熱により行うことができる。従って、エチレン性不飽和基を有するモノマー、光ラジカル重合開始剤又は熱ラジカル重合開始剤、および粒子、必要に応じて無機フィラー、塗布助剤、その他の添加剤、有機溶媒等を含有する塗布液を調製し、該塗布液を透明支持体上に塗布後、電離放射線又は熱による重合反応により硬化して防眩層を形成する。電離放射線硬化と熱硬化を合わせて行うことも好ましい。光及び熱重合開始剤としては市販の化合物を利用することができ、それらは、「最新UV硬化技術」(p.159,発行人;高薄一弘,発行所;(株)技術情報協会,1991年発行)や、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)の「光重合開始剤」カタログ(例えば、IRGACUREシリーズ,DAROCURシリーズ)等に記載されている。
第二群の化合物として、硬化膜の硬化収縮低減のためには、以下で述べるエポキシ系化合物を用いることが好ましい。これらのエポキシ基を有するモノマー類としては、1分子中にエポキシ基を2基以上有するモノマーが好ましく、これらの例としては特開2004−264563号、同2004−264564号、同2005−37737号、同2005−37738号、同2005−140862号、同2005−140863号、同2002−322430号公報等に記載されているエポキシ系モノマー類が挙げられる。
エポキシ基を有するモノマー類は層を構成する全バインダーマトリックスに対して20〜100質量%含有することが硬化収縮低減のために好ましく、35〜100質量%含有することがより好ましく、50〜100質量%含有することがさらに好ましい。
エポキシ系モノマー、化合物類を重合させるための、光の作用によってカチオンを発生させる光酸発生剤としては、トリアリールスルホニウム塩やジアリールヨードニウム塩などのイオン性の化合物やスルホン酸のニトロベンジルエステルなどの非イオン性の化合物等が挙げられ、有機エレクトロニクス材料研究会編、「イメージング用有機材料」ぶんしん出版社刊(1997)などに記載されている化合物等種々の公知の光酸発生剤が使用できる。この中で特に好ましくはスルホニウム塩もしくはヨードニウム塩であり、対イオンとしてはPF 、SbF 、AsF 、B(C などが好ましい。
重合開始剤は、上記第一群の化合物100質量部に対して、重合開始剤総量で0.1〜15質量部の範囲で使用することが好ましく、1〜10質量部の範囲がより好ましい。
光酸発生剤は、上記第二群の化合物100質量部に対して、光酸発生剤総量で0.1〜15質量部の範囲で使用することが好ましく、1〜10質量部の範囲がより好ましい。
<防眩層の高分子化合物>
防眩層形成用組成物にバインダーとは異なる高分子化合物を含有してもよい。高分子化合物を添加することで、硬化収縮を小さくしたり、塗布液の粘度調整を行うことができる。
高分子化合物は、塗布液に添加する時点で既に重合体を形成しており、該高分子化合物としては、例えばセルロースエステル類(例えば、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースナイトレート等)、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、(メタ)アクリル酸エステル類(例えば、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸メチル共重合体、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸エチル共重合体、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸ブチル共重合体、メタクリル酸メチル/スチレン共重合体、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸共重合体、ポリメタクリル酸メチル等)、ポリスチレン等が好ましく用いられる。
高分子化合物は、硬化収縮への効果や塗布液の粘度増加効果の観点から、高分子化合物を含有する層に含む全バインダーマトリックスに対して、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜40質量%の範囲で含有することが好ましい。また、高分子化合物の分子量は質量平均で0.3万〜40万が好ましく、0.5万〜30万がより好ましく、0.5万〜20万がさらに好ましい。
<防眩層の無機フィラー>
前記防眩層には、上記の透光性粒子に加えて、屈折率の調整、膜強度の調整、硬化収縮減少、さらに低屈折率層を設けた場合の反射率低減の目的に応じて、無機フィラー使用することもできる。例えば、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモンのうちより選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する酸化物からなり、一次粒子の平均粒子径が、一般に0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下、より好ましくは0.06μm以下1nm以上である微細な高屈折率無機フィラーを含有することも好ましい。
透光性粒子との屈折率差を調整するために、マトリックスの屈折率を低くする必要が生じた場合は、無機フィラーとして、シリカ微粒子、中空シリカ微粒子等の微細な低屈折率無機フィラーを用いることができる。好ましい粒径は、前記の微細な高屈折率無機フィラーと同じである。
無機フィラーは、表面をシランカップリング処理又はチタンカップリング処理されることも好ましく、フィラー表面にバインダー種と反応できる官能基を有する表面処理剤が好ましく用いられる。
無機フィラーの添加量は、防眩層の全質量の10〜90質量%であることが好ましく、より好ましくは20〜80質量%であり、特に好ましくは30〜75質量%である。
なお、無機フィラーは、粒径が光の波長よりも十分短いために散乱が生じず、バインダーポリマーに該フィラーが分散した分散体は光学的に均一な物質の性質を有する。
防眩層の屈折率は1.46〜1.65であることが好ましく、1.49〜1.60であることがより好ましく、1.49〜1.53であることが特に好ましい。屈折率をこの範囲にすることで、塗布ムラ、干渉ムラを目立ちにくくし、硬度の高い防眩層をえることができる。
ここで、該透光性粒子を除く光拡散層の膜の屈折率は、アッベ屈折計で直接測定するか、分光反射スペクトルや分光エリプソメトリーを測定するなどして定量評価できる。
<防眩層の界面活性剤>
前記防眩層では、特に塗布ムラ、乾燥ムラ、点欠陥等の面状均一性を確保するために、フッ素系、シリコーン系の何れかの界面活性剤、あるいはその両者を防眩層用の塗布組成物中に含有することが好ましい。特に、フッ素系の界面活性剤は、より少ない添加量において、前記光学フィルムの塗布ムラ、乾燥ムラ、点欠陥等の面状故障を改良する効果が現れるため、好ましく用いられる。これにより、面状均一性を高めつつ、高速塗布適性を持たせることにより生産性を高めることができる。フッ素系の界面活性剤の好ましい例としては、例えば、特開2007−188070号公報の段落番号0049〜0074に記載の化合物が挙げられる。
前記防眩層で用いられる界面活性剤(特に、フッ素系ポリマー)の好ましい添加量は、塗布液に対して0.001〜5質量%の範囲であり、好ましくは0.005〜3質量%の範囲であり、更に好ましくは0.01〜1質量%の範囲である。界面活性剤の添加量が0.001質量%以上で効果が十分であり、また5質量%以下とすることで、塗膜の乾燥が十分に行われ、塗膜としての良好な性能(例えば反射率、耐擦傷性)が得られる。
<防眩層用塗布液の有機溶媒>
防眩層を形成する塗布組成物には、有機溶媒を添加することができる。
有機溶媒としては、例えばアルコール系では、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、第二ブタノール、第三ブタノール、イソアミルアルコール、1−ペンタノール、n−ヘキサノール、メチルアミルアルコール等、ケトン系では、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルエチルケトン(MEK)、ジエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール等、エステル系では、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソアミル、酢酸n−アミル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酢酸メチル、乳酸メチル、乳酸エチル等、エーテル、アセタール系では、1,4ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルフラン、テトラヒドロピラン、ジエチルアセタール等、炭化水素系では、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、リグロイン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン、ジビニルベンゼン等、ハロゲン炭化水素系では、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、塩化エチレン、1,1,1−トリクロルエタン、1,1,2−トリクロルエタン、トリクロルエチレン、テトラクロルエチレン、1,1,1,2−テトラクロルエタン等、多価アルコールおよびその誘導体系では、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、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキシレングリコール、1,5−ペンタンジオール、グリセリンモノアセテート、グリセリンエーテル類、1,2,6−ヘキサントリオール等、脂肪酸系では、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、絡酸、イソ絡酸、イソ吉草酸、乳酸等、窒素化合物系では、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、アセトニトリル等、イオウ化合物系では、ジメチルスルホキシド等、が挙げられる。
有機溶媒の中でメチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、1−ペンタノール等が特に好ましい。また、有機溶媒には、凝集性制御の目的でアルコール、多価アルコール系の溶媒を適宜混合して用いてもよい。これらの有機溶媒は、単独でも混合して用いてもよく、塗布組成物中に有機溶媒総量として、20質量%〜90質量%含有することが好ましく、30質量%〜80質量%含有することがより好ましく、40質量%〜70質量%含有することが最も好ましい。防眩層の表面形状の安定化のためには、沸点が100℃未満の溶媒と沸点が100℃以上の溶媒を併用することが好ましい。
<防眩層の硬化>
防眩層は、塗布液を透明支持体に塗布後、光照射、電子線ビーム照射、加熱処理などを実施して、架橋又は重合反応させて形成できる。紫外線照射の場合、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、キセノンアーク、メタルハライドランプ等の光線から発する紫外線等が利用できる。紫外線による硬化は、窒素パージ等で酸素濃度が4体積%以下、更に好ましくは2体積%以下、最も好ましくは0.5体積%以下の雰囲気下で硬化することが好ましい。
以下に、防眩層以外の層について説明する。
<低屈折率層>
前記光学フィルムでは、反射率を低減するため、屈折率が防眩層よりも低い層(以降、「低屈折率層」と記載する。)を有することが好ましい。低屈折率層の屈折率は、1.20〜1.46であることが好ましく、1.25〜1.46であることがより好ましく、1.30〜1.40であることが特に好ましい。低屈折率層の厚さは、50〜200nmであることが好ましく、70〜100nmであることがさらに好ましい。低屈折率層のヘイズは、3%以下であることが好ましく、2%以下であることがさらに好ましく、1%以下であることが最も好ましい。
好ましい低屈折率層の硬化物組成の態様としては、
(1)架橋性若しくは重合性の官能基を有する含フッ素化合物を含有する組成物、
(2)含フッ素のオルガノシラン材料の加水分解縮合物を主成分とする組成物、
(3)2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーと無機微粒子(特に中空構造を有する無機微粒子が好ましい。)を含有する組成物、
などが挙げられる。
(1)及び(2)に関しても、無機微粒子を含有することが好ましく、さらに屈折率の低い中空構造を有する無機微粒子用いると、低屈折率化や無機微粒子添加量と屈折率の調整などの観点で特に好ましい。
(1)架橋性若しくは重合性の官能基を有する含フッ素化合物
架橋性または重合性の官能基を有する含フッ素化合物としては、含フッ素モノマーと架橋性または重合性の官能基を有するモノマーの共重合体を挙げることができる。これら含フッ素ポリマーの具体例は、特開2003−222702号公報、特開2003−183322号公報等に記載されている。
上記のポリマーに対しては特開2000−17028号公報に記載のごとく適宜重合性不飽和基を有する硬化剤を併用してもよい。また、特開2002−145952号に記載のごとく含フッ素の多官能の重合性不飽和基を有する化合物との併用も好ましい。多官能の重合性不飽和基を有する化合物の例としては、上記の2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーを挙げることができる。また、特開2004−170901号公報に記載のオルガノランの加水分解縮合物も好ましく、特に(メタ)アクリロイル基を含有するオルガノシランの加水分解縮合物が好ましい。これら化合物は、特にポリマー本体に重合性不飽和基を有する化合物を用いた場合に耐擦傷性改良に対する併用効果が大きく好ましい。
ポリマー自身が単独で十分な硬化性を有しない場合には、架橋性化合物を配合することにより、必要な硬化性を付与することができる。例えばポリマー本体に水酸基含有する場合には、各種アミノ化合物を硬化剤として用いることが好ましい。架橋性化合物として用いられるアミノ化合物は、例えば、ヒドロキシアルキルアミノ基及びアルコキシアルキルアミノ基のいずれか一方又は両方を合計で2個以上含有する化合物であり、具体的には、例えば、メラミン系化合物、尿素系化合物、ベンゾグアナミン系化合物、グリコールウリル系化合物等を挙げることができる。これら化合物の硬化には、有機酸又はその塩を用いるのが好ましい。
(2)含フッ素のオルガノシラン材料の加水分解縮合物を主成分とする組成物
含フッ素のオルガノシラン化合物の加水分解縮合物を主成分とする組成物も屈折率が低く、塗膜表面の硬度が高く好ましい。フッ素化アルキル基に対して片末端又は両末端に加水分解性のシラノールを含有する化合物とテトラアルコキシシランの縮合物が好ましい。具体的組成物は、特開2002−265866号公報、特開2002−317152号公報に記載されている。
(3)2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーと中空構造を有する無機微粒子を含有する組成物
更に別の好ましい態様として、低屈折率の粒子とバインダーからなる低屈折率層が挙げられる。低屈折率粒子としては、有機でも無機でも良いが、内部に空孔を有する粒子が好ましい。中空粒子の具体例は、特開2002−79616号公報に記載のシリカ系粒子に記載されている。粒子屈折率は1.15〜1.40が好ましく、1.20〜1.30が更に好ましい。バインダーとしては、上記防眩層の頁で述べた二個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーを挙げることができる。
本発明に用いられる低屈折率層用の組成物には、前述の光ラジカル重合開始剤または熱ラジカル重合開始剤を添加することが好ましい。ラジカル重合性化合物を含有する場合には、該化合物に対して1〜10質量部、好ましくは1〜5質量部の重合開始剤を使用できる。
本発明に用いられる低屈折率層には、無機粒子を併用することができる。耐擦傷性を付与するために、低屈折率層の厚みの15%〜150%、好ましくは30%〜100%、更に好ましくは45%〜60%の粒径を有する微粒子を使用することができる。
前記低屈折率層には、防汚性、耐水性、耐薬品性、滑り性等の特性を付与する目的で、公知のポリシロキサン系あるいはフッ素系の防汚剤、滑り剤等を適宜添加することができる。
3. 液晶表示装置
本発明は、本発明のセルロースアシレートフィルム、本発明の偏光板のいずれかを有する液晶表示装置にも関する。好ましくは、一対の偏光板を液晶セルの上下に1枚ずつ用いた液晶表示装置である。また、該偏光板の少なくとも一方の保護膜が、本発明のセルロースアシレートフィルムであることが好ましい。さらにまた、一方の保護膜の上にハードコート層、防眩層、反射防止層の少なくとも一層を設けた態様も好ましい。このような構成とすることで、軽くて薄い液晶表示装置を得ることができる。
以下に、本発明に使用可能な液晶セルの例を挙げる。
本発明の液晶表示装置は、様々な表示モードの液晶セルに用いることができる。TN(Twisted Nematic)、IPS(In−Plane Switching)、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)、AFLC(Anti−Ferroelectric Liquid Crystal)、OCB(Optically Compensatory Bend)、STN(Super Twisted Nematic)、VA(Vertically Aligned)及びHAN(Hybrid Aligned Nematic)のような様々な表示モードを挙げることができる。このうち、VAモード又はOCBモードに好ましく用いることができ、特にVAモードに用いることが好ましい。
VAモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子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)棒状液晶性分子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モードを突起により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集(1997)p.845記載}、(3)棒状液晶性分子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、CPAモード)の液晶セル(シャープ技報第80号11頁記載)及び、(4)斜め電界によりマルチドメイン配向させるSURVAIVALモードの液晶セル{月刊ディスプレイ5月号14頁(1999年)}、PVAモードの液晶セル{“18th,IDRC Proceedings”, p.383(1998年)}が含まれる。
VAモードの液晶表示装置としては、図1に模式図を示すように、液晶セル(VAモードセル)及びその両側に配置された二枚の偏光板(TAC1、偏光子及びTAC2からなる偏光板)からなるものが挙げられる。液晶セルは、特に図示しないが二枚の電極基板の間に液晶を担持している。
本発明の液晶表示装置の一態様は、透過型VAモード液晶表示装置であり、本発明のセルロースアシレートフィルムを光学補償シートとして用い、液晶セルと一方の偏光板との間に、一枚配置されるか、あるいは液晶セルと双方の偏光板との間に二枚配置される態様である。
本発明の透過型液晶表示装置の別の態様では、液晶セルと偏光子との間に配置される偏光板の保護膜として、本発明のセルロースアシレートフィルムが用いられる。一方の偏光板における液晶セルと偏光子との間の保護膜のみに上記のセルロースアシレートフィルムを用いてもよいし、あるいは双方の偏光板における液晶セルと偏光子との間の二枚の保護膜に、上記のセルロースアシレートフィルムを用いてもよい。液晶セルへの貼り合せは、本発明のセルロースアシレートフィルム(TAC1)をVAセル側にすることが好ましい。一方の偏光板における液晶セルと偏光子との間の保護膜のみに上記のセルロースアシレートフィルムを用いた場合、これが、上側偏光板(観察者側)、及び下側偏光板(光源側:バックライト側)のどちら側でもよく、機能的には何ら問題がない。ただし、上側偏光板として使用すると機能性膜を観察者側(上側)に設ける必要性があり生産得率が下がる可能性があるため、下側偏光板として使用する場合が高いと考えられ、より好ましい実施形態であると考えられる。
そして、図1中の光源側及び観察者側の両方を本発明の偏光板とした態様も本発明の液晶表示装置の一態様であり、また、光源側のみを本発明の偏光板とした態様も、本発明の液晶表示装置の一態様である。
図1中、保護膜(TAC2)は通常のセルレートアシレートフィルムでもよく、その膜厚は本発明のセルロースアシレートフィルムと同じ、又は本発明のセルロースアシレートフィルムよりも薄いことが好ましい。例えば、40〜80μm程度が好ましく、市販のKC4UX2M(コニカオプト株式会社製40μm)、KC5UX(コニカオプト株式会社製60μm)、TD80UL(富士フイルム製80μm)等が挙げられるが、これらに限定されない。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
1.セルロースアシレートフィルム101〜120の作製
まず、下記表に示す組成及び濃度のセルロースアシレート溶液(ドープ)を調製して、各フィルムの作製に用いた。いずれも溶媒としては、メチレンクロライドとエタノールとの混合溶媒(メチレンクロライド/エタノール=5/1(質量割合))を用いた。なお、下記表中の添加剤1及び添加剤2の添加量は、セルロースアシレートの量を100質量部として算出した値である。
Figure 2011046931
*1 添加剤1の種類は、フラノース構造等を有する化合物である場合は、上記フラノース構造等を有する化合物の例示化合物番号で特定されている。また化合物Xは下記の化合物である。
Figure 2011046931
*2 添加剤2の種類は、「C」はトリメチロールプロパントリベンゾエートを意味し、その他の番号は、上記多価アルコールエステルの例示化合物番号である。
上記各ドープを、金属支持体の表面に流延し、下記表に示す条件で、第1乾燥工程、第2乾燥工程、第3乾燥工程、剥ぎ取り工程、及び延伸工程を実施し、セルロースアシレートフィルムをそれぞれ作製した。
Figure 2011046931
Figure 2011046931
作製した各セルロースアシレートフィルムの特性を、それぞれ測定し、以下の表にまとめた。
Figure 2011046931
*1 Re(10%RH)-Re(80%RH)は、温度25℃相対湿度10%RHで測定したReと温度25℃相対湿度80%RHで測定したReとの差である。
*2 Rth (10%RH)-Rth(80%RH)は、温度25℃相対湿度10%RHで測定したRthと温度25℃相対湿度80%RHで測定したRthとの差である。
2. 偏光板の作製
上記で作製した各セルロースアシレートフィルムの原反試料を用い、偏光板をそれぞれ作製した。
・ アルカリケン化処理
各セルロースアシレートフィルムに、以下の条件でケン化工程を実施し、その後、以下の条件の水洗、中和、水洗の工程を順次行い、次いで80℃で乾燥した。
ケン化工程 2mol/L−NaOH溶液 50℃ 90秒
水洗工程 水 30℃ 45秒
中和工程 10質量%HCl溶液 30℃ 45秒
水洗工程 水 30℃ 45秒
・ 偏光子の作製
厚さ120μmの長尺ロール状のポリビニルアルコールフィルムを、沃素1質量部、ホウ酸4質量部を含む水溶液100質量部に浸漬し、50℃で5倍に搬送方向に延伸して偏光膜を作製した。上記偏光膜の片面に、アルカリケン化処理したフジタックTD80UL、TD60UL、及び下記の方法で作製した防眩性反射防止フィルムA−1のいずれかを貼合し、反対側には上記アルカリケン化処理後の各セルロースアシレートフィルムを、完全ケン化型ポリビニルアルコール5%水溶液を接着剤として、各々貼り合わせ、乾燥して各偏光板を作製した。
防眩性反射防止フィルムA−1の作製:
下記の組成の防眩層用塗布液A−1を調製した。
防眩層用塗布液A−1の組成
PET−30 65.0g
イルガキュア127 3.0g
8μm架橋アクリル・スチレン粒子a分散液(30%) 52.6g
8μm架橋アクリル粒子b分散液(30%) 20.0g
SP−13 0.2g
CAB−531−1 0.5g
MIBK 72.6g
MEK 32.5g
低屈折率層用塗布液L−1の組成
エチレン性不飽和基含有含フッ素ポリマー(A−1) 3.9g
シリカ分散液A(22%) 25.0g
イルガキュア127 0.2g
DPHA 0.4g
MEK 100.0g
MIBK 45.5g
上記低屈折率層用塗布液は孔径1μmのポリプロピレン製フィルターでろ過して塗布液を調製した。上記塗布液を塗布硬化してなる低屈折率層の硬化後の屈折率は1.360であった。
それぞれ使用した化合物を以下に示す。
PET−30:ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物[日本化薬(株)製];
DPHA:ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物[日本化薬(株)製];
8μm架橋アクリル・スチレン粒子a分散液(30%):8μm架橋アクリル・スチレン粒子a(屈折率1.555、粒子径8.0μm)[積水化成品工業(株)製]をポリトロン分散機にて10000rpmで20分間分散した粒子含有量30%のMIBK分散液;
8μm架橋アクリル粒子b分散液(30%):8μm架橋アクリル粒子b(屈折率1.500、粒子径8μm)[積水化成品工業(株)製]をポリトロン分散機にて10000rpmで20分間分散した粒子含有量30%のMIBK分散液;
イルガキュア127:重合開始剤[チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製];
CAB−531−1:セルロースアセテートブチレート[イーストマンケミカル社製];
エチレン性不飽和基含有含フッ素ポリマー(A−1):特開2005−89536公報製造例3に記載のフッ素ポリマー(A−1);
SP−13:フッ素系の界面活性剤(MEKの10質量%溶液として溶解した後に使用した。)
次に、以下の方法でシリカ分散液を調製した。
中空シリカ微粒子ゾル(イソプロピルアルコールシリカゾル、平均粒子径60nm、シェル厚み10nm、シリカ濃度20質量%、シリカ粒子の屈折率1.31、特開2002−79616号公報の調製例4に準じサイズを変更して作成)500gに、アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製)10g、およびジイソプロポキシアルミニウムエチルアセテート1.0gを加え混合した後に、イオン交換水を3g加えた。60℃で8時間反応させた後に室温まで冷却し、アセチルアセトン1.0gを添加した。この分散液500gにほぼシリカの含量一定となるようにシクロヘキサノンを添加しながら、減圧蒸留による溶媒置換を行った。分散液に異物の発生はなく、固形分濃度をシクロヘキサノンで調整し22質量%にしたときの粘度は25℃で5mPa・sであった。得られた分散液Aのイソプロピルアルコールの残存量をガスクロマトグラフィーで分析したところ、1.0%であった。
(1)防眩層の形成
80μmの厚さのトリアセチルセルロースフィルム(フジタック TDH60、富士フイルム(株)製)をロール形態から巻き出して、上記で調製した防眩層用塗布液A−1を使用し、特開2006−122889号公報の実施例1記載のスロットダイを用いたダイコート法で、搬送速度30m/分の条件で塗布し、60℃で150秒乾燥の後、さらに窒素パージ下酸素濃度約0.1%で160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度400mW/cm2、照射量100mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させて防眩層を形成し、その後巻き取った。塗布量を調節することで、膜厚14.0μmの防眩層を形成した。
(2)低屈折率層の塗設
上記防眩層を塗設したトリアセチルセルロースフィルムを再び巻き出して、上記低屈折率層用塗布液L−1を前記のスロットダイを用いたダイコート法で、搬送速度30m/分の条件で塗布し、90℃で75秒乾燥の後、窒素パージ下酸素濃度0.01〜0.1%で240W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度400mW/cm2、照射量240mJ/cm2の紫外線を照射し、厚さ100nmの低屈折率層を形成し、巻き取った。
この様にして、防眩性反射防止フィルムA−1を作製した。このフィルムの諸特性を以下の表に示す。
Figure 2011046931
3.VAモード液晶表示装置の作製と評価
・ 液晶表示装置の作製
VA型液晶表示装置であるソニー製の40型ディスプレイKDL-40J5000の予め貼合されていた両面の偏光板を剥がして、上記作製した偏光板から選択した2枚を準備し、液晶セル(VA型)のガラス面に同一の偏光板を貼合し、液晶表示装置をそれぞれ作製した。
その際、偏光板の貼合の向きは、視認側は偏光板吸収軸が画面の長辺(左右方向)、バックライト側は偏光板吸収軸が画面の短辺(上下方向)とした。
・ 液晶表示装置の評価
作製した各VAモード液晶表示装置について、斜め方向(方位角45°、極角60°)のコントラスト比(白輝度/黒輝度)およびカラーシフト(方位角0〜360゜、極角60゜)を25℃60%RHの環境下で、ELDIM社製のEZ−Contrast160Dを用いて求めた。斜め方向のコントラスト比については、初期において測定するとともに、VAモード液晶表示装置を温度80℃湿度10%RH以下のチャンバー内に120時間放置し、その後25℃60%RHの環境下に取り出して1時間放置後にも測定した。カラーシフトの大きさは下記式で定義されるΔu’v’で表す。
Δu’v’={(u’−u’0,60+(v’−v’0,600.5
上式において、u’0,60およびv’0,60は、液晶表示装置の方位角0°、極角60°方向から測定したu’v’色度(u’0,60,v’0,60)である。u’およびv’は、方位角0〜360゜、極角60゜方向から測定したu’v’色度(u’,v’)の値である。Δu’v’の最大値をΔu’v’maxと定義する。結果を、下記表に示す。
Figure 2011046931

Claims (11)

  1. 式(I)〜(III)を満たすセルロースアシレートを少なくとも含む、式(IV)〜(VI)を満たすことを特徴とするセルロースアシレートフィルム。
    式(I):2.0≦A+B≦2.45
    式(II):0.8≦A≦1.4
    式(III):0.6≦B≦1.65
    (式(I)〜(III)中、Aはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基のアセチル基による置換度であり、Bはセルロースアシレートのグルコース単位の水酸基の炭素原子数が3以上のアシル基による置換度である。)
    式(IV):50nm≦Re(590)≦70nm
    式(V):100nm≦Rth(590)≦120nm
    式(VI):1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.6
    (式(IV)及び(VI)中、Re(λ)は25℃60%RH環境湿度における波長λnmの光に対するフィルムの面内方向のレターデーション値(単位:nm)であり;式(V)及び(VI)中、Rth(λ)は25℃60%RH環境湿度における波長λnmの光に対するフィルムの厚み方向のレターデーション値(単位:nm)である。)
  2. 式(VII)及び(VIII)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のセルロースアシレートフィルム。
    式(VII):0nm≦Re(630)−Re(450)≦10nm
    式(VIII):0nm≦Rth(630)−Rth(450)≦15nm
  3. 式(IVb)〜(VIb)を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載のセルロースアシレートフィルム。
    式(IVb):60nm≦Re(590)≦70nm
    式(Vb):100nm≦Rth(590)≦110nm
    式(VIb):1.4≦Rth(590)/Re(590)≦2.0
  4. 前記セルロースアシレートが、0.65≦B≦1.55を満足する請求項1〜3のいずれか1項に記載のセルロースアシレートフィルム。
  5. 少なくとも、請求項1中に記載の式(I)〜(III)を満たすセルロースアシレートを溶剤に溶解した溶液を、流延及び乾燥して流延膜とすること、及び
    残留溶剤量が10〜75質量%の流延膜を剥ぎ取ること、
    を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のセルロースアシレートフィルムの製造方法。
  6. 溶液を流延した直後から1分間の乾燥平均速度が、6〜20質量%/secであることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 溶液を流延した直後から30秒間の乾燥平均速度が、8〜30質量%/secであることを特徴とする請求項5又は6に記載の方法。
  8. 溶液を流延した直後から1分間以内に、温度が50〜150℃で且つ風速が3〜15m/secの気体を吹き付けて乾燥させることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のセルロースアシレートフィルムを含むことを特徴とする偏光板。
  10. 請求項9の偏光板を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  11. 液晶セルがVAモードであることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
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