JP2014016596A - 光学フィルム、位相差フィルム、偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1又は2種以上の添加剤、及びセルロースエステルを含む光学フィルムであって、
該添加剤の総含有量(Ct;単位:前記セルロースエステルに対する質量%)、膜厚(d;単位 μm)がCt/d≧0.375の関係を満たし、
高さが3〜30nmの線状の凹及び/又は凸形状を任意の1000mm区間に1本以上有し、
高さが30nmを超え300nm以下の線状の凹及び/又は凸形状を任意の1000mm区間に有しないか、又は1本以下有する光学フィルム。
【選択図】なし
Description
ところが、このようなフィルムを連続して製造すると、フィルムに線状(スジ状)の凹凸が生じ、このフィルムを用いた偏光板を透過観察すると、この構造に由来する明暗が視認されることがあるという新たな課題が明らかになった。
本発明の目的は、ロールの外観に優れ、所望のレタデーション、かつ所望のレタデーションの湿度依存性を有し、かつ面状に優れ、偏光板や液晶表示装置に用いることができる光学フィルムを提供することにある。また、このような光学フィルムを用いたスジ状の凹凸の発生が抑えられ、且つ密着性に優れる偏光板を提供することにある。また、前記光学フィルムを用いて製造される位相差フィルムや偏光板を用い、正面及び斜めから観察した際の表示面の光ムラ発生が改善された液晶パネル、並びに液晶表示装置を提供することにある。
ドープ吐出口が汚れる原因は、光学フィルム中の1又は2種以上の添加剤の総含有量と膜厚との関係(Ct/d≧0.375)を満たすフィルムを流延するとダイからの吐出圧力が下がるため、吐出されたドープが機械振動や風ムラなどの外乱を受けて振動しやすくなっており、吐出口に付着する確率が上がったことに起因すると推定した。また、乾燥速度の速さは、前記総含有量上昇に伴うウェブ(フィルム)のガラス転移温度低下(すなわち、ウェブ(フィルム)中の分子運動性が上がり、溶媒の拡散速度も上昇する)や、膜厚低下に伴う溶媒拡散距離の増大に起因すると推定した。
したがって、この汚れを解消するために、吐出圧力を上げる対応が有効であると考え、下記を適宜組み合わせることによって、光ムラと線状凹凸の問題とを解決したフィルムを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は下記の手段により達成することができる。
1又は2種以上の添加剤、及びセルロースエステルを含む光学フィルムであって、
該添加剤の総含有量(Ct;単位:前記セルロースエステルに対する質量%)、膜厚(d;単位 μm)がCt/d≧0.375の関係を満たし、
高さが3〜30nmの線状の凹及び/又は凸形状を任意の1000mm区間に1本以上有し、
高さが30nmを超え300nm以下の線状の凹及び/又は凸形状を任意の1000mm区間に有しないか、又は1本以下有する光学フィルム。
〔2〕
前記光学フィルムが、さらに増粘剤を含有する、〔1〕に記載の光学フィルム。
〔3〕
前記セルロースエステルの粘度平均重合度が180〜550である〔1〕又は〔2〕に記載の光学フィルム。
〔4〕
前記セルロースエステルの水酸基へのアシル置換度が2.60〜3.00である〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の光学フィルム。
〔5〕
1枚の〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の光学フィルムが巻回若しくは折返されることにより、又は2枚以上の前記光学フィルムが重ね合わされることにより形成されたフィルム積層部を有する積層体。
〔6〕
少なくとも、〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の光学フィルム又は〔5〕に記載の積層体を含む位相差フィルム。
〔7〕
少なくとも、〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の光学フィルム、〔5〕に記載の積層体又は〔6〕に記載の位相差フィルムを含む偏光板。
〔8〕
少なくとも、〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の光学フィルム、〔5〕に記載の積層体、〔6〕に記載の位相差フィルム又は〔7〕に記載の偏光板を含む画像表示装置。
〔9〕
前記画像表示装置がIPSモード又はVAモードの液晶表示装置である〔8〕に記載の画像表示装置。
〔10〕
前記添加剤が繰り返し単位を有する化合物である、〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の光学フィルム。
〔11〕
前記繰り返し単位を有する化合物が多価アルコールと多塩基酸との縮合物である、〔10〕に記載の光学フィルム。
〔12〕
前記多価アルコールと多塩基酸との縮合物が、炭素数2〜12のグリコールと炭素数4〜12の二塩基酸との縮合物である〔11〕に記載の光学フィルム。
〔13〕
下記一般式(1)又は(2)で表される化合物を含有する、〔1〕〜〔4〕及び〔10〕〜〔12〕のいずれか一項に記載の光学フィルム。
一般式(1)
一般式(2)
〔14〕
厚さが5〜120μmである、〔1〕〜〔4〕及び〔10〕〜〔13〕のいずれか一項に記載の光学フィルム。
〔15〕
1又は2種以上の添加剤、及びセルロースエステルを含み、
該添加剤の総含有量(Ct;単位:前記セルロースエステルに対する質量%)、膜厚(d;単位 μm)がCt/d≧0.375の関係を満たす光学フィルムの製造方法であって、
少なくとも該添加剤、及びセルロースエステルを含む流体をダイから押し出す工程を含み、且つダイへの送液圧力が0.5MPa以上である光学フィルムの製造方法。
〔16〕
吐出する前記ダイのクリアランスが0.2〜1.5mmである〔15〕に記載の光学フィルムの製造方法。
添加剤としては、通常セルロースエステルに使われる添加剤(例えば、発明協会公開技報2001−1745)を用いることができ、後述のような繰り返し単位を有する化合物であることが、ブリードアウト抑制やフィルム製造過程における揮発抑制の観点から好ましい。
Ct/dの上限値としては特に制限はないが、Ct/d≦3.0であることが好ましく、Ct/d≦2.0であることがより好ましく、Ct/d≦1.5であることが更に好ましい。
1又は2種以上の添加剤(好ましくは繰り返し単位を有する化合物)の総含有量(Ct)は、20〜200phrが好ましく、30〜180phrがより好ましく、45〜150phrが更に好ましい。但し、Ct/d≧0.375を満たす範囲で、場合により、添加剤の含有量は、2〜100phrが好ましく、5〜50phrがより好ましく、6〜30phrがさらに好ましいこともある。後者の好ましい態様は、光ムラ改良の観点から、特に膜厚が薄いフィルムの場合に好ましく適用することができる。このような条件を満たす総含有量、膜厚であれば光ムラを改善することができるため好ましく、200phr以下であれば、フィルムからのブリードアウトを抑制しやすく好ましい。膜厚が薄いフィルムの場合には、フィルムからのブリードアウトが促進される傾向のため、総含有量の上限は低めに設定される。一方、ドープの粘度を上昇させ、後述するダイからの吐出圧を上昇させて線状凹凸を抑制する観点からは、総含有量は少ないほうが好ましく、これらのバランスを確認しながら適宜設定することが好ましい。
本発明においては、Ct/d≧0.375の条件を満たす添加剤を含有させることで光ムラを改良させるが、そのために総含有量(Ct)を上げたり、膜厚(d)を下げたりすると、ダイからのドープ吐出が不安定になったり、製膜時の乾燥速度が速くなることが分かった。そして、このような条件で連続製造すると、偏光板状態でも視認される線状凹凸が発生するという問題が生じたため、本発明にしたがってこれらを対策することで、特定の線状凹凸のないフィルム、ならびにフィルム由来の線状凹凸跡のない偏光板が得られることが分かった。
なお、添加剤を2種以上含有させる場合には、本発明の光学フィルムでは該2種以上の添加剤の合計含有量が上記範囲に収まればよい。また、本発明の光学フィルムがセルロースエステル以外のポリマーを含む場合(例えば、ポリマーブレンド)は、該セルロースエステル以外のポリマーは添加剤に含めないものとする。
本発明の光学フィルムは、繰り返し単位を有する化合物を含有することが好ましい。
本発明における繰り返し単位を有する化合物の数平均分子量(Mn)は、600〜50000であることが好ましく、1000〜10000であることがより好ましく、1000〜5000が更に好ましい。繰り返し単位を有する化合物の数平均分子量は600以上であれば揮発性が低くなり、本発明の光学フィルムを製膜したり、延伸した時の高温条件下における揮散によるフィルム故障や工程汚染を生じにくくなると同時に、分子量を上昇させることによって湿熱環境下で保持した場合のレタデーション変化を抑制することができる。また、50000以下であればセルロースエステルとの相溶性を確保することができ、セルロースエステル分子に由来すると考えられるレタデーションの湿度依存性を効果的に低減したり、ブリードアウトを抑制したりすることができる。ただし、本発明における繰り返し単位を有する化合物は、このような繰り返し単位部分を有する化合物のみからなるものに限定されることはなく、繰り返し単位を有さない化合物との混合物であってもよい。
本発明における繰り返し単位を有する化合物の数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって測定、評価することができる。
また、本発明の繰り返し単位を有する化合物は使用する環境温度あるいは湿度下で(一般には室温状況、所謂25℃、相対湿度60%)、液体であっても固体であっても良い。また、その色味は少ないほど良好であり特に無色であることが好ましい。熱的にはより高温において安定であることが好ましく、分解開始温度が150℃以上、更に200℃以上が好ましい。
以下、本発明に用いられる繰り返し単位を有する化合物について、その具体例を挙げながら詳細に説明するが、本発明で用いることができる繰り返し単位を有する化合物はこれらに限定されるものではない。
本発明の光学フィルムに用いることのできる繰り返し単位を有する化合物としては、特に限定されないが、縮合物若しくは付加物を挙げることができ、縮合物としては、多価アルコールと多塩基酸との縮合物、多価エーテルアルコールと多塩基酸との縮合物、多価アルコールと多塩基酸との縮合物とイソシアナート化合物との縮合物を好ましく挙げることができ、付加物としては、アクリル酸エステルの付加物、メタクリル酸エステルの付加物を好ましく挙げることができる。また、ポリエーテル系化合物、ポリウレタン系化合物、ポリエーテルポリウレタン系化合物、ポリアミド系化合物、ポリスルフォン系化合物、ポリスルフォンアミド系化合物、後述するその他の高分子系化合物から選択される少なくとも1種の数平均分子量が600以上の化合物を用いることもできる。
以下に、本発明で好ましく用いられる繰り返し単位を有する化合物について種類別に記述する。
本発明で用いられる多価アルコールと多塩基酸との縮合物において、該多価アルコールは少なくとも炭素数3以上の多価アルコールを含むことが流延支持体の汚れ抑制の観点から好ましい。
本発明で使用される多価アルコールと多塩基酸との縮合物は、炭素数2〜12のグリコールと炭素数4〜12の二塩基酸とから合成することが好ましい。
以下、本発明における多価アルコールと多塩基酸との縮合物の合成に好ましく用いることができる二塩基酸及びグリコールについて説明する。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等が挙げられる。なかでも、マロン酸、コハク酸及びアジピン酸を含むことが相溶性向上の観点から好ましい。
芳香族ジカルボン酸としては、例えば、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挙げられる。なかでも、フタル酸及びテレフタル酸が好ましく、テレフタル酸が特に好ましい。
本発明に用いる二塩基酸の炭素数は、3〜12であることが好ましく、4〜8であることがより好ましく、4〜6であることが好ましい。本発明では2種以上の二塩基酸の混合物を用いてもよく、この場合、2種以上の二塩基酸の平均炭素数が上記範囲となることが好ましい。二塩基酸の炭素数が上記範囲であれば、光ムラの改良に加えて、セルロースエステルとの相溶性に優れ、光学フィルムの製膜時及び加熱延伸時においてもブリードアウトを生じにくいため好ましい。
脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸とを併用することも好ましい。具体的には、アジピン酸とフタル酸との併用、アジピン酸とテレフタル酸との併用、コハク酸とフタル酸との併用、コハク酸とテレフタル酸のとの併用が好ましく、コハク酸とフタル酸との併用、コハク酸とテレフタル酸との併用がより好ましい。脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸とを併用する場合、両者の比率(モル比)は特に限定されないが、95:5〜40:60が好ましく、55:45〜45:55がより好ましい。
脂肪族ジオールとしては、アルキルジオール又は脂環式ジオール類を挙げることができ、例えば、エチレングリコール(エタンジオール)、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、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−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、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、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、ジエチレングリコールなどが挙げられる。
好ましい脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、及び1,3−プロパンジオールの少なくとも1種であり、特に好ましくは、エチレングリコール及び1,2−プロパンジオールの少なくとも1種である。2種用いる場合は、エチレングリコール及び1,2−プロパンジオールを用いることが好ましい。
グリコールの炭素数は、2〜10であることが好ましく、2〜6であることがより好ましく、2〜4であることが特に好ましい。2種以上のグリコールを用いる場合には、該2種以上の平均炭素数が上記範囲となることが好ましい。グリコールの炭素数が上記範囲であれば、光ムラの改良に加えて、セルロースエステルとの相溶性に優れ、フィルムの製膜時及び加熱延伸時においてもブリードアウトを生じにくいため好ましい。
次に、本発明で用いられる多価エーテルアルコールと多塩基酸との縮合物について説明する。本発明の多価エーテルアルコールと多塩基酸との縮合物とは、ジカルボン酸とポリエーテルジオールとの縮合オリゴマーを示すものである。ジカルボン酸としては、多価アルコールと多塩基酸との縮合物で記述した炭素数4〜12の脂肪族ジカルボン酸残基又は炭素数8〜12の芳香族ジカルボン酸残基をそのまま使用するものである。
本発明では流延支持体の汚れ抑制のため、多価エーテルアルコールと多塩基酸との縮合物において、該多価エーテルアルコールのヒドロキシル基に隣接する炭素原子のうち、少なくとも一つが2級炭素又は3級炭素であることが好ましい。
ポリエステルポリエーテル系可塑剤の製造に際しては、当業者に周知の常用されている重合法が使用できる。
更に、本発明で用いられる多価アルコールと多塩基酸との縮合物とイソシアナート化合物との縮合物について説明する。該縮合物は、多価アルコールと多塩基酸との縮合物とイソシアナート化合物の縮合で得ることができる。まず、多価アルコールと多塩基酸との縮合物としては、前記の両末端を封止する前の多価アルコールと多塩基酸との縮合物をそのまま使用でき、多価アルコールと多塩基酸との縮合物で前述した素材を好ましく利用できる。
本発明においては、セルロースエステル以外に、その他の高分子系化合物も併用し得るものである。該高分子系化合物としては、脂肪族炭化水素系ポリマー、脂環式炭化水素系ポリマー、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアクリル系ポリマー(エステル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、イソノニル基、tert−ノニル基、ドデシル基、トリデシル基、ステアリル基、オレイル基、ベンジル基、フェニル基など)、ポリビニルイソブチルエーテル、ポリN−ビニルピロリドン等のビニル系ポリマー、ポリスチレン、ポリ4−ヒドロキシスチレン等のスチレン系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア、フェノール−ホルムアルデヒド縮合物、尿素−ホルムアルデヒド縮合物、酢酸ビニル、等が挙げられる。
本発明の光学フィルムは、前記の添加剤に加え、さらに増粘剤を含むことが好ましい。これにより、ドープの粘度を上昇させ、後述するダイからの吐出圧を上昇させて線状凹凸を抑制することができるため、流動性を損なわない範囲で添加量は適宜設定することができ、ドープ粘度に温度依存性が見られる化合物がより好ましく用いられる。増粘剤は、ドープの粘度を上昇させる化合物であれば、特に制限なく用いることができ、他の要求特性とのバランスを確認しながら適宜使用することができる。
増粘剤の例として、ゲル化剤等を挙げることができ、具体的には、オイルゲル化剤(例えば、特開2002−322294号公報に記載がある)、有機ゲル化剤(例えば、特開2006−96821号公報に記載がある)、食品用ゲル化剤(例えば、特開2003−180265号公報に記載がある)等を適宜使用することができる。食品用ゲル化剤(増粘剤)の具体例としては、アウレオバシジウム培養液、アグロバクテリウムスクシノグリカン、アマシードガム、アラビアガム、アラビノガラクタン、アルギン酸、ウェランガム、エレミ樹脂、カシアガム、ガティガム、カードラン、カラギナン、カラヤガム、カロブビーンガム、キサンタンガム、キチン、キトサン、グァーガム、グァーガム酵素分解物、グルコサミン、酵母細胞壁、サイリウムシードガム、サバクヨモギシードガム、ジェランガム、タマリンドガム、タマリンドシードガム、タラガム、デキストラン、トラガントガム、トロロアオイ、納豆菌ガム、微小繊維状セルロース、ファーセレラン、フェルラ酸、フクロノリ抽出物、プルラン、ペクチン、マクロホモプシスガム、モモ樹脂、ラムザンガム、レバン、マンナン、グルコマンナン、ヘミセルロース、ダイズヘミセルロース、発酵セルロース、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、オクラ抽出物、海藻セルロース、褐藻抽出物、グルテン、グルテン分解物、コンニャクイモ抽出物、サツマイモセルロース、ダイズ多糖類、ナタデココ、レンネツトカゼイン等が挙げられ、特開2003−180265号公報等にも記載がある。
本発明の光学フィルムは、前記の添加剤に加え、更に湿度依存性を低減させる化合物として、下記式(A)で定義されるΔRth(A)が−100以上0nm未満である湿度依存性低減剤を含有させることもできる。このような添加剤を併用すると、Rthの湿度依存性をより効率的に低減することができるため、添加剤の総量を低減することもできる。したがって、流延支持体の汚れ抑制の観点から好ましい。
式(A) ΔRth(A)=(ΔRth(rh、A)−ΔRth(rh、0))/Q[式中、ΔRth(rh、A)は、該化合物が添加されたフィルムの25℃・相対湿度10%におけるRthから25℃・相対湿度80%におけるRthを引いた値を表し、ΔRth(rh、0)は、該化合物が添加されていないフィルムの25℃・相対湿度10%におけるRthから25℃・相対湿度80%におけるRthを引いた値を表し、Qは該フィルム中のセルロースエステルの質量を100としたときの該化合物の質量を表す。]
このような化合物を使用すると、少ない添加量でも効果的にΔRthを低減することができるため、セルロースエステルに対する添加剤の総量を減らすことができ、例えば、製膜過程での添加剤の揮散を抑制したり、フィルムの搬送性を向上させたり、フィルムのブリードアウトを抑制したりすることができる。ΔRth(A)は−50〜10nmがより好ましく、−30〜0nmが更に好ましい。
このような化合物としては、水素結合性基を有しており、かつ分子量あたりの水素結合性基密度が高い化合物を挙げることができる。水素結合性基としては、少なくとも1つの−OH基又は−NH基を含有する基であるのが好ましく、例えば、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、カルバモイル基(−CONHR)、スルファモイル基(−SONHR)、ウレイド基(−NHCONHR)、アミノ基(−NHR)、ウレタン基(−NHCOOR)、アミド基(−NHCOR)がより好ましい。ただし、Rは水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜15のアリール基又はヘテロ環基を表すが、好ましくは、水素原子を表す。より好ましくは、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルバモイル基、スルファモイル基又はウレイド基であり、更に好ましくはアミノ基、ヒドロキシル基である。そしてヒドロキシル基のうち、少なくとも1つはフェノール性水酸基であることが更にまた好ましい。
レタデーションの湿度依存性を低減させる化合物としては、例えば下記のような化合物を具体例として挙げることができる。
本発明で好ましく用いられるヒドロキシル基を含む化合物であって、より好ましくはフェノール性水酸基を含む化合物としては、例えば、特開2008−89860号の13〜19ページに記載のある化合物Aや、特開2008−233530号の7〜9ページに記載のある一般式(I)で表される化合物を好ましく用いることができる。
本発明で好ましく用いられるアミノ基を含む化合物としては、特に限定されることはないが、下記一般式(1)又は(2)で表される化合物であることが好ましい。
前記、X1〜X6は、単結合又は2価の連結基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、2価の連結基としては、下記一般式(3)で表される群の中から選ばれることが好ましい。
一般式(3)
連結基群(L)
Qa、Qb及びQcが2価の連結基を表す場合、該2価の連結基としては、酸素原子、硫黄原子、又は、−N(Rf)−が好ましい(Rfは水素原子又はアルキル基を表す)。
Rfがアルキル基を表す場合、炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基がより好ましい。
Qaは、単結合、酸素原子、又は−NH−を表すことが好ましく、単結合又は酸素原子を表すことがより好ましい。
Qbは、単結合を表すことが好ましい。
Qcは、単結合を表すことが好ましい。
Ra、Rb、及びRcがアルキル基を表す場合、炭素数1〜12であることが好ましく、炭素数1〜8であることがより好ましく、炭素数1〜6であることが更に好ましく、炭素数1〜4であることが特に好ましい。
Ra、Rb、及びRcがアルケニル基を表す場合、炭素数2〜12であることが好ましく、炭素数2〜6であることがより好ましく、炭素数2〜4であることが特に好ましい。
Ra、Rb、及びRcがアルキニル基を表す場合、炭素数2〜12であることが好ましく、炭素数2〜6であることがより好ましく、炭素数2〜4であることが特に好ましい。
Ra、Rb、及びRcがアリール基を表す場合、炭素数6〜18であることが好ましく、炭素数6〜12であることがより好ましく、炭素数6(フェニル基)であることが特に好ましい。
Ra、Rb、及びRcが複素環基を表す場合、モルホリニル基などが挙げられる。
Ra、Rb、及びRcが−N(Rd)(Rd’)を表す場合、Rd又はRd’が水素原子であることが好ましい。
Rbは、水素原子であることが好ましい。
Rcは、−N(Rd)(Rd’)であることが好ましい。
X1は、下記3種の連結基のいずれかであることがより好ましく、カルボニル基であることが更に好ましい。
X2は、単結合を表すことが好ましい。
一般式(4)
一般式(4)中、X3は単結合又は前記2価の連結基群を表す。X3の具体例及び好ましい範囲は前記一般式(3)中のX1の具体例及び好ましい範囲と同様である。
一般式(4)中、X4は単結合又は2価の連結基を表す。X4の具体例及び好ましい範囲は前記一般式(1)中のX2の具体例及び好ましい範囲と同様である。
一般式(4)中、R3及びR4はそれぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基、置換若しくは無置換のアルキニル基、置換若しくは無置換のアリール基、又は、置換若しくは無置換の複素環基を表し、R3とR4は互いに連結して環を形成してもよい。R3及びR4の具体例及び好ましい範囲は前記一般式(3)中のR1及びR2の具体例及び好ましい範囲と同様である。
一般式(5)
一般式(5)中、Ar1及びAr2はそれぞれ独立に置換若しくは無置換のアリール基を表す。該アリール基の具体例及び好ましい範囲は、前記一般式(3)中のR1がアリール基を表す場合の具体例及び好ましい範囲と同様である。
一般式(6)
一般式(7)
一般式(7)中、R11、R12、R13、R14、R15及びR16はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のカルバモイル基、置換若しくは無置換のスルファモイル基、炭素原子数1〜8のアルキル基、又は、炭素原子数1〜8のアルコキシ基を表す。R11、R12、R13、R14、R15及びR16は水素原子、置換若しくは無置換のカルバモイル基、置換若しくは無置換のスルファモイル基、炭素原子数1〜8のアルキル基、又は、炭素原子数1〜8のアルコキシ基であることが好ましく、水素原子、又は炭素原子数1〜8のアルキル基であることがより好ましい。
一般式(8)
一般式(8)中、Ra8及びRc8の具体例は一般式(3)中のRaと同様である。
一般式(8)中、X81の好ましい範囲は一般式(3)中のX1と同様である。
一般式(8)中、X82の好ましい範囲は一般式(3)中のX2と同様である。
一般式(8)中、R81の好ましい範囲は一般式(3)中のR1と同様である。
一般式(8)中、R82の好ましい範囲は一般式(3)中のR2と同様である。
一般式(9)
一般式(9)中、Ra9の具体例は一般式(3)中のRaと同様である。
一般式(9)中、X91の好ましい範囲は一般式(3)中のX1と同様である。
一般式(9)中、X92〜X94の好ましい範囲は一般式(3)中のX2と同様である。
一般式(9)中、R91の好ましい範囲は一般式(3)中のR1と同様である。
一般式(9)中、R92〜R94の好ましい範囲は一般式(3)中のR2と同様である。
一般式(10)
一般式(10)中、R21〜R26の具体例は前記一般式(1)におけるR1の具体例と同様である。一般式(10)中、R21、R23、及びR25が水素原子であり、かつR22、R24、及びR26がアリール基であることが好ましい。
本発明の光学フィルムは、レタデーションの耐久性を向上させる化合物を含有させることもできる。レタデーションの耐久性には、フィルムを湿熱環境下で保持した場合のレタデーション変化として観測される耐久性と、フィルムを偏光板形態にした上で湿熱環境下で保持した場合のレタデーション変化とがある。前者に関しては、前述の少なくとも炭素数3以上の多価アルコール成分を含む縮合物を用いること、及び/又は後述の寸法変化率を制御することで改善させることができる。また、後者に関しては、前述の少なくとも炭素数3以上の多価アルコール成分を含む縮合物を用いること、及び/又は前述の繰り返し単位を有する化合物の好ましい(数平均)分子量の範囲内(600〜50000)で高い分子量に設定すること、及び/又はレタデーションの耐久性を向上させる化合物を添加することで改善させることができる。このような化合物として、分子内に塩基性の官能基を有する化合物を用いることができ、例えば下記のような化合物を具体例として挙げることができる。
次に、本発明におけるセルロースエステルについて説明する。
本発明の光学フィルムはセルロースエステルを含み、セルロースエステル含有率が30〜98質量%であることが好ましく、50〜95質量%であることがより好ましく、70〜92質量%であることが更に好ましく、80〜90質量%であることが最も好ましい。このことにより、フィルムに適度な透湿性を付与することができ、偏光板加工性に優れた光学フィルムを製造することができる。
本発明の光学フィルムに用いられるセルロースエステルは、原料のセルロースと酸とのエステルであり、炭素数2〜22程度のカルボン酸エステル(所謂セルロースアシレート)であることが好ましく、炭素数6以下の低級脂肪酸エステルであることがより好ましい。本発明のセルロースアシレートにおいて、セルロースの水酸基に置換する酢酸及び/又は炭素原子数3〜22の脂肪酸の置換度の測定方法としては、ASTMのD−817−91に準じた方法や、NMR法を挙げることができる。そして、炭素数2〜22程度のセルロースアシレートである場合には、繰り返し単位を有する縮合物を用い、特に炭素数2のセルロースアセテートである場合には、これに加え、繰り返し単位を有する付加物も好ましく用いることによって液晶表示装置の光ムラを改善することができる。
本発明に用いられるセルロースエステルの原料のセルロースとしては、綿花リンタや木材パルプ(広葉樹パルプ,針葉樹パルプ)などがあり、何れの原料セルロースから得られるセルロースエステルでも使用でき、場合により混合して使用してもよい。これらの原料セルロースについての詳細な記載は、例えばプラスチック材料講座(17)繊維素系樹脂(丸澤、宇田著、日刊工業新聞社、1970年発行)や発明協会公開技報2001−1745(7頁〜8頁)に記載のセルロースを用いることができ、本発明の光学フィルムに対しては特に限定されるものではない。
本発明の光学フィルムの光学異方性は、前述の繰り返し単位を有する化合物の添加によって制御することができるが、目的のレタデーションに応じて、更に異なる光学異方性調整剤を加えてもよい。例えば、公開特許公報 特開2006−30937号23ページから72ページに記載のRthを低減させる化合物を添加することもできるし、Rthを上昇させる化合物、具体的には、芳香環を1個以上有する化合物が好ましく、2〜15個有することがより好ましく、3〜10個有することが更に好ましい。化合物中の芳香環以外の各原子は、芳香環と同一平面に近い配置であることが好ましく、芳香環を複数有している場合には、芳香環同士も同一平面に近い配置であることが好ましい。また、Rthを選択的に上昇させるため、添加剤のフィルム中での存在状態は、芳香環平面がフィルム面と平行な方向に存在していることが好ましい。
前記添加剤は、単独で使用しても良いし、2種類以上の添加剤を組み合わせて使用しても良い。
Rthを上昇させる効果のある添加剤としては、具体的には、特開2005−104148号公報の33〜34頁に記載の可塑剤や、特開2005−104148号公報の38〜89頁に記載の光学異方性のコントロール剤などが挙げられる。詳細な理由は分かっていないが、本発明においては、液晶表示装置を斜めから観察した際に視認される円形状の光ムラの視認性を抑制するために、Rthを上昇させる効果のある低分子化合物を含有させることが、好ましい。
本発明の光学フィルムは、波長590nmで測定したRe及びRth(下記式(I)及び式(II)にて定義される)を、用途に応じて適切に調整することが重要であり、この値は、セルロースエステルの置換基の種類や置換度、前述の繰り返し単位を有する化合物の種類や添加量、フィルムの膜厚、製膜時の工程条件、延伸工程などにより制御することができる。
本発明の光学フィルムのレタデーションを低減させ、例えば、IPSモードの液晶パネル用途で使用する場合には、下記式(IIIa)及び(IVa)を満たすことが好ましく、更に保護フィルムとして用いられる光学フィルムを支持体として、後述の機能層を設けることもできる。これにより、例えば、液晶表示装置の表示画面のコントラストを向上させたり、視野角特性や色味を改善したりすることができる。
式(I) Re=(nx−ny)×d(nm)
式(II) Rth={(nx+ny)/2−nz}×d(nm)
式(IIIa) Re<10
式(IVa) |Rth|<25
(式中、nxはフィルム面内の遅相軸方向の屈折率であり、nyはフィルム面内の進相軸方向の屈折率であり、nzはフィルムの厚み方向の屈折率であり、dはフィルムの厚さ(nm)である。)
この場合、面内の遅相軸の方位は特に限定されないが、面内でフィルムの弾性率が最大となる方位に対して略並行若しくは略直交であることが好ましい。Reは0〜5nmがより好ましい。また、Rthは−20〜5nmがより好ましく、−10〜0nmが更に好ましい。本発明のセルロースアシレートフィルムを液晶表示装置の偏光板の液晶セル側保護フィルムとして用いる場合に、Re及びRthが上記範囲にあると、斜め方向からの光漏れがより改良され、表示品位を向上させることができる。
式(IIIb): 30≦Re≦85
式(IVb): 80≦Rth≦300
この場合、面内の遅相軸の方位は特に限定されないが、面内でフィルムの弾性率が最大となる方位に対して略並行若しくは略直交であることが好ましく、略並行であることがより好ましい。
式(IIIc): 60≦Re≦400
式(IVc): −0.5≦Rth/Re≦0.5
この場合、面内の遅相軸の方位は特に限定されないが、面内でフィルムの弾性率が最大となる方位に対して略並行若しくは略直交であることが好ましい。
(レタデーション)
本明細書において、Re、Rth(単位;nm)は次の方法に従って求めたものである。まず、フィルムを25℃、相対湿度60%にて24時間調湿後、プリズムカップラー(MODEL2010 Prism Coupler:Metricon製)を用い、25℃、相対湿度60%において、532nmの固体レーザーを用いて下記式(B)で表される平均屈折率(n)を求める。
式(B): n=(nTE×2+nTM)/3
[式中、nTEはフィルム平面方向の偏光で測定した屈折率であり、nTMはフィルム面法線方向の偏光で測定した屈折率である。]
測定されるフィルムが一軸又は二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(λnm)は算出される。
Rth(λnm)は前記Re(λnm)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50°まで10°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デーション値と平均屈折率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、λに関する記載が特になく、Re、Rthとのみ記載されている場合は、波長590nmの光を用いて測定した値のことを表す。また、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デーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRが算出する。
なお、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレタデーション値を測定し、その値と平均屈折率及び入力された膜厚値を基に、以下の式(3)及び式(4)よりRthを算出することもできる。
式(4): Rth=((nx+ny)/2−nz)×d
測定されるフィルムが一軸や二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(λnm)は算出される。
Rth(λnm)は前記Re(λnm)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デーション値と平均屈折率及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。これら平均屈折率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。
また、上記の測定において、平均屈折率は、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もできる。平均屈折率の値が既知でないものについては、前述の方法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。
本発明において、Reの湿度依存性(ΔRe)及びRthの湿度依存性(ΔRth)は、相対湿度がH(単位;%)であるときの面内方向及び膜厚方向のレタデーション値:Re(H%)及びRth(H%)から、下記式に基づいて算出される。
ΔRe=Re(10%)−Re(80%)
ΔRth=Rth(10%)−Rth(80%)
Re(H%)及びRth(H%)は、フィルムを25℃、相対湿度60%にて24時間調湿後、25℃、相対湿度60%において、粘着剤を介してガラス板に貼合する。これを60℃、相対湿度90%にて48時間調湿後、25℃、相対湿度H%にて24時間調湿した後に、25℃、相対湿度H%において、前述の方法と同様にして、相対湿度H%における測定波長が590nmであるときのレタデーション値を測定、算出したものである。なお、相対湿度を明記せずに単にReと表記されている場合は、前述の相対湿度60%にて測定した値を表す。
本発明のセルロースアシレートフィルムの湿度を変化させた場合のレタデーション値は、以下の関係式を満たすことが好ましい。
|ΔRe|<30、かつ、
|ΔRth|<30
また以下の関係式を満たすことがより好ましい。
|ΔRe|<15、かつ、
|ΔRth|<15
また以下の関係式を満たすことが更に好ましい。
|ΔRe|<10、かつ、
|ΔRth|<10
また以下の関係式を満たすことが最も好ましい。
|ΔRe|<5、かつ、
|ΔRth|<5
上記湿度を変化させた場合のレタデーション値を制御することにより、外部環境が変化した場合のレタデーション変化を低下させることができ、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。また、本発明の光学フィルムのΔRthを低減させることによって、特定の条件で液晶表示装置を表示面の斜めから観察した際に視認される円形状の色ムラが改善されるという好ましい効果も得られる。ΔReやΔRthを効果的に低減させるために、前述の湿度依存性低減剤を併用することも好ましい。
本発明の光学フィルムの寸法変化率は、60℃、90%RHの条件下に24時間静置した場合の寸法変化を初期長で除した値の絶対値として測定することができ、これを低減させることによって、経時でのロール外観悪化を抑制したり、このようなフィルムを偏光板の保護フィルムとして用いることにより偏光板加工時の剥がれやカールを抑制したり、更には得られた偏光板のカールや寸法変化率を抑制したりすることができる。このとき、特にロールの幅方向の寸法変化率を抑制することが特に有効である。本発明の光学フィルムの寸法変化は3%以下であることが好ましいが、生産性との両立を考慮すると、0.05〜2%であることが好ましく、0.1〜1%であることがより好ましく、0.1〜0.5%であることが更に好ましい。
寸法変化率[%]=|(L1−L0)/L0|×100
本発明において、液晶表示装置を斜めから観察した際に視認される円形状の色ムラは、前述のRthの湿度依存性に加え、フィルムの湿度膨張係数を偏光膜の湿度膨張係数に近づけることによって、より視認されにくくなることが判明した。また、偏光膜を挟んで対向側に使用される光学フィルムとのバランスによって偏光板カールに影響を及ぼすことがあるため、本発明の光学フィルムの湿度膨張係数は適宜設定することが好ましい。本発明において湿度膨張係数は、弾性率が最大となる方向を長手方向として切り出した長さ25cm(測定方向)、幅5cmのフィルム試料、及びそれと直交する方向を長手として切り出した試料をそれぞれ用意し、該試料に20cmの間隔でピン孔を空け、25℃、相対湿度10%にて24時間調湿後、ピン孔の間隔をピンゲージで測長する(測定値をL0とする)。次いで、試料を25℃、相対湿度80%にて24時間調湿後、ピン孔の間隔をピンゲージで測長する(測定値をL1とする)。これらの測定値を用いて下記式により湿度膨張係数を算出する。
湿度膨張係数[ppm/%RH]={(L1−L0)/L0}/70×106
上記70は測定した湿度の差(%)である。
本発明のフィルムの湿度膨張係数は、使用する偏光膜や対向する光学フィルムの種類にもよるが、55ppm/%RH以下であることが好ましく、3〜50ppm/%RHがより好ましく、5〜45ppm/%RHが更に好ましい。本発明の湿度膨張係数は例えば、本発明の光学フィルムに含まれるセルロースアシレートの結晶化度を上昇させること、本発明の光学フィルムを延伸することなどによって低下させることができる。
更に、液晶表示装置を斜めから観察した際に視認される円形状の色ムラは、フィルムの弾性率を低減することによっても、より視認されにくくなる。本発明の光学フィルムの引っ張り弾性率は、3.0GPa未満であることが好ましく、1.0〜3.0GPaであることがより好ましく、1.2〜2.8GPaであることがさらに好ましい。但し、Ct/d≧0.375を満たす範囲で、場合により、3.0GPa以上であることが好ましく、3.0〜10.0GPaであることがより好ましく、3.1〜5.0GPaであることがさらに好ましく、3.2〜4.5GPaであることが最も好ましい。後者の好ましい態様は、特に膜厚が薄いフィルムの場合に好ましく適用することができ、ロール状態で経時したときの外観が特に向上するという好ましい効果も得られる。具体的な測定方法としては、長さ200mm(測定方向)、幅10mmのフィルム試料を切り出し、チャック間距離を100mmに設定して、東洋ボールドウィン(株)製万能引っ張り試験機“STM T50BP”を用い、25℃、60RH%雰囲気中、引張速度10%/分で0.1%伸びと0.5%伸びにおける応力を測定し、その傾きから弾性率を求めた。弾性率の測定において、サンプルを切り出す方位を変化させることによって、弾性率の異方性を求めることができ、製造時の搬送方向と弾性率が最大となる方位とがなす角θは、特に限定されることはないが、0±10°若しくは90±10°であることが好ましい。なお、弾性率が最大となる方位は、後述の音波伝播速度が最大となる方向として評価することもでき、本発明において、特に記載がない場合は、音波伝播速度が最大となる方向とした。本発明における弾性率の値は、特に記載がない場合は、弾性率が最大となる方位における弾性率の値を表す。
本発明の光学フィルムには、マット剤として微粒子を加えることが好ましい。本発明に使用される微粒子としては、二酸化珪素、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、焼成珪酸カルシウム、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。微粒子はケイ素を含むものが濁度低減の観点から好ましく、特に二酸化珪素が好ましい。二酸化珪素の微粒子は、1次平均粒子径が20nm以下であり、かつ見かけ比重が70g/リットル以上であるものが好ましい。1次粒子の平均径が5〜16nmと小さいものがフィルムのヘイズを下げることができより好ましい。見かけ比重は90〜200g/リットル以上が好ましく、100〜200g/リットル以上が更に好ましい。見かけ比重が大きい程、高濃度の分散液を作ることが可能になり、ヘイズ、凝集物が良化するため好ましい。
最終的なドープ溶液中でのマット剤の添加量は、フィルムのヘイズが許す範囲で多いほうが好ましく、1m2あたり0.01〜1.0gが好ましく、0.03〜0.3gが更に好ましく、0.08〜0.16gが最も好ましい。また、セルロースアシレートフィルムが例えば共流延のような製膜方法で多層から形成される場合、内層への添加はせず、表層側のみに添加することが好ましく、この場合は、表層のマット剤の添加量としては、表層用ドープに含まれる固形分に対し0.001〜2.0質量%が好ましく、0.01〜1.0質量%がより好ましく、0.02〜0.5質量%がさらに好ましく、0.03〜0.3質量%が最も好ましい。
前述の繰り返し単位を有する化合物、レタデーション調整剤、マット粒子の他に、本発明の光学フィルムには、種々の添加剤(例えば、可塑剤、紫外線吸収剤、劣化防止剤、剥離剤、赤外線吸収剤、波長分散調整剤など)を加えることができ、それら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20℃以下と20℃以上の紫外線吸収材料の混合や、同様に可塑剤の混合などであり、例えば特開2001−151901号などに記載されている。更にまた、赤外吸収染料としては例えば特開2001−194522号に記載されている。またその添加する時期はドープ作製工程において何れで添加しても良いが、ドープ調製工程の最後の調製工程に添加剤を添加し調製する工程を加えて行ってもよい。更にまた、各素材の添加量は機能が発現する限りにおいて特に限定されない。また、光学フィルムが多層から形成される場合、各層の添加物の種類や添加量が異なってもよい。例えば特開2001−151902号などに記載されているが、これらは従来から知られている技術である。これらの詳細は、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)にて16頁〜22頁に詳細に記載されている素材が好ましく用いられる。
本発明の光学フィルムにおいては、前述の繰り返し単位を有する化合物に加えて他の添加剤を添加する場合、添加剤の総含有量(Ct)は、20〜200phrであることが好ましく、30〜180phrであることがより好ましく、45〜150phrであることが更に好ましい。但し、前述のように、Ct/d≧0.375を満たす範囲で、場合により、添加剤の総含有量は、2〜100phrが好ましく、5〜50phrがより好ましく、6〜30phrがさらに好ましいこともある。
本発明の光学フィルムの製造方法においては、ドープ吐出口の汚れを抑制する観点から、後述するように共流延することが好ましく、この場合、ダイと直接接触する表層用ドープに含まれる添加剤の添加量(表層添加量;Cs)は、内層よりも低下させることが好ましい。したがって、添加剤の表面含有量は、50phr以下であることが好ましいが、表面含有量と前述の総含有量との差が大きくなりすぎると、例えば微小なシワ状の面状故障を引き起こすことがあるため、CtとCsとの差は、1〜40phrであることが好ましく、3〜35phrであることがより好ましく、5〜30phrであることが更に好ましい。
光ムラを改良する目的で好ましい添加量と膜厚の関係を満たすため、添加量を上げたり、膜厚を下げたりした場合、ダイからの吐出圧が低下して線状凹凸が発生しやすくなっていると推定した。また、添加量を上げた場合には、ダイ吐出口の材料とドープとの親和性が上がり、ダイ付着性が上がったために汚れやすくなったと推定した。そして、本発明のフィルムの製造方法において、ダイからの吐出圧を上げる目的で後述する製造方法、ダイ付着性を下げる目的で表層の添加量を下げる製造方法が、線状凹凸抑制のために有効であることを見出した。
(ドープ溶液の有機溶媒)
本発明では、ソルベントキャスト法によりセルロースエステルを含むフィルムを製造することが好ましく、セルロースエステルを含むポリマーを有機溶媒に溶解した溶液(ドープ)を用いてフィルムは製造される。本発明の主溶媒として好ましく用いられる有機溶媒は、セルロースエステルを含むポリマーが溶解するものであれば特に限定されないが、炭素原子数が3〜12のエステル、ケトン、エーテル、及び炭素原子数が1〜7のハロゲン化炭化水素から選ばれる溶媒が好ましい。エステル、ケトン及び、エーテルは、環状構造を有していてもよい。エステル、ケトン及びエーテルの官能基(すなわち、−O−、−CO−及び−COO−)のいずれかを二つ以上有する化合物も、主溶媒として用いることができ、たとえばアルコール性水酸基のような他の官能基を有していてもよい。
本発明のドープ溶液の調製は、その溶解方法は特に限定されず、室温でもよく、更には冷却溶解法あるいは高温溶解方法、更にはこれらの組み合わせで実施される。本発明におけるドープ溶液の調製、更には溶解工程に伴う溶液濃縮、ろ過の各工程に関しては、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)にて22頁〜25頁に詳細に記載されている製造工程が好ましく用いられる。なお、溶解不良を起こさない範囲で、ダイからの吐出圧上昇の観点から、ドープの固形分濃度は高い方が好ましい。
次に、本発明のドープ溶液を用いたフィルムの製造方法について述べる。本発明の光学フィルムを製造する方法及び設備は、従来セルローストリアセテートフィルム製造に供する溶液流延製膜方法及び溶液流延製膜装置を用いることができる。溶解機(釜)から調製されたドープ溶液を貯蔵釜で一旦貯蔵し、ドープに含まれている泡を脱泡して最終調製をする。ドープをドープ排出口から、例えば回転数によって高精度に定量送液できる加圧型定量ギヤポンプを通して加圧型ダイに送り、ドープを加圧型ダイの口金(スリット)からエンドレスに走行している流延部の金属支持体の上に均一に流延され、金属支持体がほぼ一周した剥離点で、生乾きのドープ膜(ウェブとも呼ぶ)を金属支持体から剥離する。得られるウェブの両端をクリップで挟み、幅保持しながらテンターで搬送して乾燥し、続いて得られたフィルムをクリップから外し、加熱装置内のロール群で機械的に搬送して巻取り機でロール状に所定の長さに巻き取る。テンターとロール群の乾燥装置との組み合わせはその目的により変わる。別の態様としては、先述の金属支持体を5℃以下に冷却したドラムとし、ドラム上にダイから押出したドープをゲル化させてから約1周した時点で剥ぎ取り、ピン状のテンターで延伸しながら搬送し、乾燥する方法など、ソルベントキャスト法で製膜する様々な方法をとることが可能である。
さらに、ダイからの吐出圧上昇の観点から、ダイから吐出されるドープ流量は多いほうが好ましい。
本発明の光学フィルムの製造方法が、少なくとも前記添加剤、及びセルロースエステルを含む流体をダイから押し出す工程を含み、且つダイへの送液圧力が0.5MPa以上であることが好ましく、0.7MPa以上であることがより好ましく、0.8MPa以上であることが更に好ましい。上限としては特に制限はないが、5.0MPa以下であることが好ましく、3.0MPa以下であることがより好ましく、1.0MPa以下であることが更に好ましい。
また、吐出するダイのクリアランスは0.2〜1.5mmであることが好ましく、0.5〜1.2mmであることがより好ましい。
また、例えば、流延速度を上げることや、所望のフィルム厚みよりも厚く流延し、延伸で膜厚を低下させること、が有効である。延伸は、残留溶媒量が多い状態で行うウェット延伸でも残留溶媒がない状態で行うドライ延伸でも良く、脆性付与や生産性の観点からインラインで行うウェット延伸であることが好ましい。延伸方向は、搬送方向に延伸する縦延伸でも、搬送方向と直交する横延伸でも、傾斜した方向に延伸する斜め延伸でも良く、所望のフィルムの特性(例えば、レタデーションや弾性率、湿度膨張係数)に応じてこれらは単独で実施してもよく、組み合わせて実施しても良い。
なお、共流延する場合には、例えば、層数の調整が容易なフィードブロック法や、各層の厚み精度に優れるマルチマニホールド法を用いることができ、本発明においては、フィードブロック法をより好ましく用いることができる。
本発明の光学フィルムの製造方法においては、必要に応じて、前記光学フィルムを、更に熱処理する工程を適用することもできる。熱処理工程の効果は特に限定されることはないが、フィルムの種類に応じた温度と張力制御した熱処理とすることで、含有されるセルロースエステル分子の配向や結晶化を変化させ、例えば、湿度膨張係数を変化させることができると考えられる。
本発明の、光学フィルムの厚さは5〜120μmが好ましく、20〜90μmが更に好ましく、30〜80μmが特に好ましい。但し、前記式(2)を満たす範囲で、フィルムの厚さは、5〜80μmが好ましく、10〜60μmがより好ましく、15〜50μmがさらに好ましいこともある。後者の好ましい態様は、光ムラ改良と生産性の両立の観点から、特に添加剤の総含有量が比較的低いフィルムの場合に好ましく適用することができる。また、液晶パネルに貼合する偏光子保護フィルムとして用いる場合は、パネルの反りを改良する上で、5〜80μmが好ましく、15〜65μmがより好ましく、20〜50μmであることが特に好ましい。更に、この範囲にあると温湿度変化に伴うパネルの反りを小さくすることができる。なお、厚さが前述の範囲より薄すぎると、例えば製造工程におけるハンドリング性が悪化したり、偏光板が湿熱環境下に晒されたときに偏光板表面に微小なシワが発生することがあるため好ましくなく、厚さが前述の範囲より厚すぎると、例えば製造工程における乾燥時間に多大な時間が必要になったり、パネルが湿熱環境下に晒されたときに反りが大きくなって光モレが発生することがあるため好ましくない。
本発明の光学フィルムのヘイズは、小さいほうが好ましく、0.01〜2.0%であることが好ましい。より好ましくは1.0%以下、更に好ましくは0.5%以下である。但し、これらの好ましい範囲よりも高いヘイズ値であっても、本発明のフィルムのヘイズは、表面形状に起因する表面ヘイズ成分が支配的であるため、例えば接着剤を用いて偏光膜と接着させたり、粘着剤を塗工したりして、表面形状を変化させると消滅し、液晶表示装置の表示特性に及ぼす影響はない。ヘイズの測定は、本発明の光学フィルム試料40mm×80mmを、25℃,60%RHでヘイズメーター(HGM−2DP、スガ試験機)などを用いて、JIS K−6714に従って測定することができる。
本発明において、フィルムの線状凹凸は、製膜時のフィルム搬送方向と略平行又は略直交方向に伸びる線状凹凸のことを表す。線状凹凸の本数は、フィルムを目視にて反射又は透過で観察して数えた本数を1000mm区間あたりの本数として算出した値を表し、凹凸の高さは、各線状凹凸に関し、光干渉顕微鏡(非接触表面形状計測器VertScan、菱化システム社製)を用いて測定した高さを表す。
線状凹凸は、高さが3〜30nmの凹及び/又は凸形状のもの、高さが30nmを超え300nm以下の凹及び/又は凸形状のもの、高さが300nmを超えるものの3種類に分けることができる。これらのうち、高さが3〜30nmのものは偏光板貼合すると視認されなくなるため、偏光板外観の観点からは特に本数が制約されることはないが、1000mm区間に1本以上含まれると、偏光膜との接着性が向上する効果が期待されるため好ましく、1〜50本であることがより好ましく、3〜10本であることがさらに好ましい。高さが30nmを超え300nm以下のものは、偏光板貼合した状態でも透過観察すると視認されることがあり、偏光板外観や画像表示装置の表示特性が悪化することがあるため、任意の1000mm区間に有しないか、又は1本以下有することが好ましく、実質的に含まれないことが特に好ましい。また、高さが300nmを超えるものは、フィルムロールの外観に悪影響を及ぼすため、実質的に含まれないことが好ましい。
光学フィルムの試料13mm×40mmを、25℃、60%RHで分光光度計“U−3210”{(株)日立製作所}にて、波長300〜450nmにおける透過率を測定することができる。傾斜幅は72%の波長−5%の波長で求めることができる。限界波長は、(傾斜幅/2)+5%の波長で表し、吸収端は、透過率0.4%の波長で表すことができる。これより380nm及び350nmの透過率を評価することができる。
本発明の光学フィルムは、偏光板の液晶セルに面した保護フィルムの対向側に用いる場合には、上記方法により測定した波長380nmにおける分光透過率が45%以上95%以下であり、かつ波長350nmにおける分光透過率が10%以下であることが好ましい。
本発明においてガラス転移温度(Tg)とは、本発明のウェブやフィルムを構成するポリマーの運動性が大きく変化する境界温度である。本発明においては、示差走査熱量測定装置(DSC)の密閉型測定パンにウェブやフィルムを20mg入れ、これを窒素気流中で10℃/分で−100℃から120℃まで昇温し、ベースラインが低温側から偏奇し始める温度をTgとし、更に昇温を続け、230℃まで昇温する過程で観測された発熱ピークの開始温度をTcとする。
本発明の光学フィルムの含水率(平衡含水率)は特に限定されることはないが、偏光板の保護フィルムとして用いる際、ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマーとの接着性を損なわないために、膜厚のいかんに関わらず、25℃、80%RHにおける含水率が、0.1〜6質量%であることが好ましい。1〜4.5質量%であることがより好ましく、2〜4質量%であることが特に好ましい。平衡含水率が6質量%以下であれば、位相差フィルムの支持体として用いる際に、レタデーションの湿度変化による依存性が大きくなりすぎることがなく好ましい。
含水率の測定法は、本発明の光学フィルム試料7mm×35mmを水分測定器、試料乾燥装置“CA−03”及び“VA−05”{共に三菱化学(株)製}にてカールフィッシャー法で測定した。水分量(g)を試料質量(g)で除して算出した。
フィルムの透湿度は、JIS Z−0208をもとに、40℃、90%RHの条件において測定される。本発明の光学フィルムの透湿度は特に限定されることはないが、50〜1500g/m2・24hであることが好ましい。100〜1000g/m2・24hであることがより好ましく、200〜800g/m2・24hであることが特に好ましい。透湿度がこの範囲であれば、偏光板加工性と、湿度若しくは湿熱に対する偏光板の耐久性とを両立することができ、好ましい。
本発明において音波伝播速度が最大となる方向は、フィルムを25℃、相対湿度60%にて24時間調湿後、配向性測定機(SST−2500:野村商事(株)製)を用いて、超音波パルスの縦波振動の伝搬速度が最大となる方向として求めた。本発明において、弾性率が最大となる方向と、音波伝播速度が最大となる方向とは、略平行とみなすことができる。
本発明の光学フィルムを偏光板保護フィルムとして使用した場合には、偏光子の収縮による応力などにより複屈折(Re、Rth)が変化する場合がある。このような応力に伴う複屈折の変化は光弾性係数として測定できるが、その範囲は、15×10−12Pa−1以下(15Br以下)であることが好ましく、−5×10−12Pa−1〜12×10−12Pa−1であることがより好ましく、−2×10−12Pa−1〜11×10−12Pa−1であることが更に好ましい。
本発明の光学フィルムはセルロースアシレートを含むため、偏光板保護フィルムとして用いる場合の表面処理の有効な手段の1つとしてアルカリ鹸化処理が挙げられる。この場合、アルカリ鹸化処理後のフィルム表面の接触角が55°以下であることが好ましい。より好ましくは50°以下であり、45°以下であることが更に好ましい。
光学フィルムは、場合により表面処理を行うことによって、光学フィルムと各機能層(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。例えばグロー放電処理、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を用いることができる。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、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おり、本発明において好ましく用いることができる。
本発明の光学フィルムは、その用途として、例えば、光学用途と写真感光材料に適用される。特に光学用途が液晶表示装置であることが好ましく、液晶表示装置が、二枚の電極基板の間に液晶を担持してなる液晶セル、その両側に配置された二枚の偏光素子、及び該液晶セルと該偏光素子との間に少なくとも一枚の光学補償シートを配置した構成であることが更に好ましい。これらの液晶表示装置としては、TN、IPS、FLC、AFLC、OCB、STN、ECB、VA及びHANが好ましい。
その際に前述の光学用途に本発明の光学フィルムを用いるに際し、各種の機能層を付与することが実施される。それらは、例えば、帯電防止層、硬化樹脂層(透明ハードコート層)、反射防止層、易接着層、防眩層、光学補償層、配向層、液晶層などである。これらの機能層及びその材料としては、界面活性剤、滑り剤、マット剤、帯電防止層、ハードコート層などが挙げられ、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おり、本発明において好ましく用いることができる。
本発明の位相差フィルムは本発明の光学フィルムを少なくとも一枚含有する。
また、本発明の光学フィルムは、位相差フィルムとして用いることができる。なお、「位相差フィルム」とは、一般に液晶表示装置等の表示装置に用いられ、光学異方性を有する光学材料のことを意味し、位相差板、光学補償フィルム、光学補償シートなどと同義である。液晶表示装置において、位相差フィルムは表示画面のコントラストを向上させたり、視野角特性や色味を改善したりする目的で用いられる。
本発明の光学フィルムを用いることで、レタデーションが自在に制御され、偏光膜との密着性に優れた位相差フィルムを作製することができる。
前記液晶性化合物としては、ディスコティック液晶性化合物又は棒状液晶性化合物が好ましい。
本発明において前記液晶性化合物として使用可能なディスコティック液晶性化合物の例には、様々な文献(例えば、C.Destrade et al.,Mol.Crysr.Liq.Cryst.,vol.71,page 111(1981);日本化学会編、季刊化学総説、No.22、液晶の化学、第5章、第10章第2節(1994);B.Kohne et al.,Angew.Chem.Soc.Chem.Comm.,page 1794(1985);J.Zhang etal.,J.Am.Chem.Soc.,vol.116,page 2655(1994))に記載の化合物が含まれる。
本発明において前記液晶性化合物として使用可能な棒状液晶性化合物の例には、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類及びアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が含まれる。また、前記棒状液晶性化合物としては、以上のような低分子液晶性化合物だけではなく、高分子液晶性化合物も用いることができる。
本発明の偏光板は、本発明の光学フィルム又は本発明の位相差フィルムを少なくとも一枚含有する。
本発明の光学フィルム又は位相差フィルムは、偏光板(本発明の偏光板)の保護フィルムとして用いることができる。本発明の偏光板は、偏光膜とその両面を保護する二枚の偏光板保護フィルム(光学フィルム)からなり、本発明の光学フィルム又は位相差フィルムは少なくとも一方の偏光板保護フィルムとして用いることが特に好ましい。
本発明の光学フィルムを前記偏光板保護フィルムとして用いる場合、本発明の光学フィルムには前記表面処理(特開平6−94915号公報、同6−118232号公報にも記載)を施して親水化しておくことが好ましく、例えば、グロー放電処理、コロナ放電処理、又は、アルカリ鹸化処理などを施すことが好ましい。前記表面処理としてはアルカリ鹸化処理が最も好ましく用いられる。
偏光板は偏光子及びその両面を保護する保護フィルムで構成されており、更に該偏光板の一方の面にプロテクトフィルムを、反対面にセパレートフィルムを貼合して構成される。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。この場合、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。又、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。
液晶表示装置には通常2枚の偏光板の間に液晶を含む基板が配置されているが、本発明の光学フィルムを適用した偏光板保護フィルムはどの部位に配置しても優れた表示性が得られる。特に液晶表示装置の表示側最表面の偏光板保護フィルムには透明ハードコート層、防眩層、反射防止層等が設けられるため、該偏光板保護フィルムをこの部分に用いることが特に好ましい。
本発明の光学フィルム、位相差フィルム及び偏光板は、様々な表示モードの液晶表示装置に用いることができる。以下にこれらのフィルムが用いられる各液晶モードについて説明する。これらのモードのうち、本発明の光学フィルム、位相差フィルム及び偏光板は、全てのモードにおいて好ましく用いることができるが、特にVAモード及びIPSモードの液晶表示装置に好ましく用いられる。これらの液晶表示装置は、透過型、反射型及び半透過型のいずれでもよい。
本発明の光学フィルムは、TNモードの液晶セルを有するTN型液晶表示装置の位相差フィルムの支持体として好ましく用いられる。TNモードの液晶セルとTN型液晶表示装置とについては、古くからよく知られている。TN型液晶表示装置に用いる位相差フィルムについては、特開平3−9325号、特開平6−148429号、特開平8−50206号及び特開平9−26572号の各公報の他、モリ(Mori)他の論文(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)p.143や、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)p.1068)に記載がある。
本発明の光学フィルムは、STNモードの液晶セルを有するSTN型液晶表示装置の位相差フィルムの支持体として用いてもよい。一般的にSTN型液晶表示装置では、液晶セル中の棒状液晶性分子が90〜360度の範囲にねじられており、棒状液晶性分子の屈折率異方性(Δn)とセルギャップ(d)との積(Δnd)が300〜1500nmの範囲にある。STN型液晶表示装置に用いる位相差フィルムについては、特開2000−105316号公報に記載がある。
本発明の光学フィルムは、VAモードの液晶セルを有するVA型液晶表示装置の位相差フィルムや位相差フィルムの支持体として特に有利に用いられる。VA型液晶表示装置は、例えば特開平10−123576号公報に記載されているような配向分割された方式であっても構わない。これらの態様において本発明の光学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。
本発明の光学フィルムは、IPSモード及びECBモードの液晶セルを有するIPS型液晶表示装置及びECB型液晶表示装置の位相差フィルムや位相差フィルムの支持体、又は偏光板の保護フィルムとして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光学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。
また、|Rth|<25nmが好ましいが、更に450〜650nmの領域において、Rthが0nm以下であることが、色味の変化が小さく、特に好ましい。
本発明の光学フィルムは、OCBモードの液晶セルを有するOCB型液晶表示装置或いはHANモードの液晶セルを有するHAN型液晶表示装置の位相差フィルムの支持体としても有利に用いられる。OCB型液晶表示装置或いはHAN型液晶表示装置に用いる位相差フィルムには、レタデーションの絶対値が最小となる方向が位相差フィルムの面内にも法線方向にも存在しないことが好ましい。OCB型液晶表示装置或いはHAN型液晶表示装置に用いる位相差フィルムの光学的性質も、光学的異方性層の光学的性質、支持体の光学的性質及び光学的異方性層と支持体との配置により決定される。OCB型液晶表示装置或いはHAN型液晶表示装置に用いる位相差フィルムについては、特開平9−197397号公報に記載がある。また、モリ(Mori)他の論文(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999)p.2837)に記載がある。
本発明の光学フィルムは、TN型、STN型、HAN型、GH(Guest−Host)型の反射型液晶表示装置の位相差フィルムとしても有利に用いられる。これらの表示モードは古くからよく知られている。TN型反射型液晶表示装置については、特開平10−123478号、国際公開第98/48320号パンフレット、特許第3022477号公報に記載がある。反射型液晶表示装置に用いる位相差フィルムについては、国際公開第00/65384号パンフレットに記載がある。
本発明の光学フィルムは、ASM(Axially Symmetric Aligned Microcell)モードの液晶セルを有するASM型液晶表示装置の位相差フィルムの支持体としても有利に用いられる。ASMモードの液晶セルは、セルの厚さが位置調整可能な樹脂スペーサーにより維持されているとの特徴がある。その他の性質は、TNモードの液晶セルと同様である。ASMモードの液晶セルとASM型液晶表示装置とについては、クメ(Kume)他の論文(Kume et al.,SID 98 Digest 1089(1998))に記載がある。
更に、本発明の光学フィルムは、3D立体映像表示を表示することができる映像表示パネルで好ましく用いられる位相差フィルムや、位相差フィルムの支持体として用いることもできる。具体的には、本発明の光学フィルムの全面にλ/4層を形成させたり、例えばライン状に交互に複屈折率が異なるパターン化された位相差層を形成させたりすることができる。本発明の光学フィルムは、従来のセルロースアシレートフィルムと比較して、湿度変化に対する寸法変化率が小さいため、特に後者において好ましく用いることができる。
本発明の光学フィルムは、ハードコートフィルム、防眩フィルム、反射防止フィルムへ適用することができる。LCD、PDP、CRT、EL等のフラットパネルディスプレイの視認性を向上する目的で、本発明の光学フィルムの片面又は両面にハードコート層、防眩層、反射防止層の何れかあるいは全てを付与することができる。このような防眩フィルム、反射防止フィルムとしての望ましい実施態様は、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)の54頁〜57頁に詳細に記載されており、本発明の光学フィルムを好ましく用いることができる。
本発明の光学フィルムは光学的異方性をゼロに近く作ることもでき、優れた透明性を持っており、かつ湿熱環境下で保持してもレタデーション変化が小さいことから、液晶表示装置の液晶セルガラス基板の代替、すなわち駆動液晶を封入する透明基板としても用いることもできる。
液晶を封入する透明基板はガスバリアー性に優れる必要があることから、必要に応じて本発明の光学フィルムの表面にガスバリアー層を設けてもよい。ガスバリアー層の形態や材質は特に限定されないが、本発明の光学フィルムの少なくとも片面にSiO2等を蒸着したり、あるいは塩化ビニリデン系ポリマーやビニルアルコール系ポリマーなど相対的にガスバリアー性の高いポリマーのコート層を設けたり、これら無機層と有機層とを積層する方法が考えられ、これらを適宜使用できる。
また液晶を封入する透明基板として用いるには、電圧印加によって液晶を駆動するための透明電極を設けてもよい。透明電極としては特に限定されないが、本発明の光学フィルムの少なくとも片面に、金属膜、金属酸化物膜などを積層することによって透明電極を設けることができる。中でも透明性、導電性、機械的特性の点から、金属酸化物膜が好ましく、なかでも酸化スズを主として酸化亜鉛を2〜15%含む酸化インジウムの薄膜が好ましく使用できる。これら技術の詳細は例えば、特開2001−125079や特開2000−227603などに公開されている。
まず、特性の測定法及び評価法を以下に示す。
セルロースアシレートのアシル置換度は、Carbohydr.Res.273(1995)83−91(手塚他)に記載の方法で13C−NMRにより求めた。
作製したフィルムから、全幅、搬送方向に1000mmのサンプルを切り出し、フィルムに平行光を照射して透過画像をスクリーンに映し出し、目視にて線状凹凸の本数を数えた。得られた線状凹凸の高さは、前述の方法で測定し、高さ毎に線状凹凸の本数を分類して表1に記載した。
フィルムの幅方向5点(フィルムの中央部、端部(両端からそれぞれ全幅の5%の位置)、及び中央部と端部の中間部2点)を長手方向に100mごとにサンプリングし、5cm×5cmの大きさのサンプルを取り出し、前述の方法に従って評価した各点の平均値を算出し、それぞれRe、Rth、ΔRthを算出した。
作製した光学フィルムから1cm×5cmのサンプルを切り出し、分光エリプソメーター(M−220、日本分光株式会社製)を用いて、サンプルに25℃で応力をかけながら、フィルム面内のレタデーション値を測定し、レタデーション値と応力の関数の傾きから算出した。
東洋ボールドウィン(株)製万能引っ張り試験機“STM T50BP”を用い、25℃、60RH%雰囲気中、引張速度10%/分で0.1%伸びと0.5%伸びにおける応力を測定し、その傾きから弾性率を求めた。なお、測定は各々直交する任意の2方向について行い、それらの相乗平均を表1に記載した。
作製した光学フィルムから7mm×35mmのサンプルを切り出し、25℃、相対湿度60%にて24時間調湿後、水分測定器、試料乾燥装置“CA−03”及び“VA−05”{共に三菱化学(株)製}にてカールフィッシャー法で含水率を測定した。
本発明の光学フィルムは、以下に示す材料と製造方法から表1記載のものを選択して製造した。
1〕セルロースアシレート
下記のセルロースアシレートの中から表1に記載されるものを選択した。各セルロースアシレートは120℃に加熱して乾燥し、含水率を0.5質量%以下とした後、20質量部を使用した。
置換度が2.86のセルロースアセテートの粉体を用いた。セルロースアシレートAの粘度平均重合度は300、6位のアセチル基置換度は0.89、アセトン抽出分は7質量%、質量平均分子量/数平均分子量比は2.3、含水率は0.2質量%、6質量%ジクロロメタン溶液中の粘度は305mPa・s、残存酢酸量は0.1質量%以下、Ca含有量は65ppm、Mg含有量は26ppm、鉄含有量は0.8ppm、硫酸イオン含有量は18ppm、イエローインデックスは1.9、遊離酢酸量は47ppmであった。粉体の平均粒子サイズは1.5mm、標準偏差は0.5mmであった。
・セルロースアシレートB:
置換度が2.92、粘度平均重合度が290、6位のアセチル基置換度が0.91のセルロースアセテートの粉体を用いた。
・セルロースアシレートC:
置換度が2.86、粘度平均重合度が350、6位のアセチル基置換度が0.89のセルロースアセテートの粉体を用いた。
・セルロースアシレートD:
アセチル置換度が1.90、プロピオニル置換度が0.90、粘度平均重合度が270のリンタ由来のセルロースアセテートプロピオネート粉体、20質量部を用いた。
下記の溶媒AまたはB 80質量部を使用した。各溶媒の含水率は0.2質量%以下であった。
・溶媒A ジクロロメタン/メタノール/ブタノール=81/18/1(質量比)
・溶媒B ジクロロメタン/メタノール=85/15(質量比)
下記の添加剤群の中から表1に記載されるものを選択した。但し、表1中、各添加剤の「質量部」は、セルロースアシレートを100質量部としたときの質量部を表す。
(繰り返し単位を有する化合物)
・A−1: エタンジオール/アジピン酸(1/1モル比)の縮合物、数平均分子量1000、水酸基価112mgKOH/g
・A−2: エタンジオール/1,2−プロパンジオール/アジピン酸(7/3/10モル比)の縮合物の両末端の酢酸エステル体、数平均分子量1000、水酸基価0mgKOH/g
G:下記構造の化合物。
・M1:
二酸化ケイ素微粒子(粒子サイズ20nm、モース硬度約7)(0.02質量部)
・M2:
二酸化ケイ素微粒子(粒子サイズ20nm、モース硬度約7)(0.15質量部)
攪拌羽根を有する4000リットルのステンレス製溶解タンクに、前記溶媒及び添加剤を投入して撹拌、分散させながら、前記セルロースアシレートを徐々に添加した。投入完了後、室温にて2時間撹拌し、3時間膨潤させた後に再度撹拌を実施し、セルロースアシレート溶液を得た。
なお、攪拌には、5m/sec(剪断応力5×104kgf/m/sec2〔4.9×105N/m/sec2〕)の周速で攪拌するディゾルバータイプの偏芯攪拌軸及び中心軸にアンカー翼を有して周速1m/sec(剪断応力1×104kgf/m/sec2〔9.8×104N/m/sec2〕)で攪拌する攪拌軸を用いた。膨潤は、高速攪拌軸を停止し、アンカー翼を有する攪拌軸の周速を0.5m/secとして実施した。
膨潤した溶液をタンクから、ジャケット付配管で50℃まで加熱し、更に1.2MPaの加圧化で90℃まで加熱し、完全溶解した。加熱時間は15分であった。この際、高温にさらされるフィルター、ハウジング、及び配管はハステロイ合金(登録商標)製で耐食性の優れたものを利用し保温加熱用の熱媒を流通させるジャケットを有する物を使用した。
次に36℃まで温度を下げ、セルロースアシレート溶液を得た。
次に、最初公称孔径10μmの焼結繊維金属フィルターを通過させ、ついで同じく10μmの焼結繊維フィルターを通過させた。ろ過後のドープ温度は、36℃に調整して2000Lのステンレス製のストックタンク内に貯蔵した。
下記表中、フィルム1〜18は、前述の溶媒Aを用い、(フィルムの作製A)で作製した。
1〕流延工程
続いてストックタンク内のドープを送液した。流延ダイは、幅が2.1mであり共流延用に調整したフィードブロックを装備して、主流のほかに両面にそれぞれ積層して3層構造のフィルムを成形できるようにした装置を用いた。以下の説明において、主流から形成される層を中間層と称し、支持体面側の層を支持体面と称し、反対側の面をエアー面と称する。なお、ドープの送液流路は、中間層用、支持体面用、エアー面用の3流路を用い、各々の固形分濃度は、溶媒を添加して低下させたり、固形分濃度の高い溶液を添加して上昇させたりして、適宜調整した。また、下記表中、「支持体面」および「エア面」の項目が「−」と記載されているフィルムの作製においては、共流延用のダイは用いず、単層で流延するためのダイを用いて製膜を実施した。
ダイ、フィードブロック、配管はすべて作業工程中は29℃に保温した。
ダイの材質は、オーステナイト相とフェライト相との混合組成を持つ2相系ステンレス鋼であり、熱膨張率が2×10−6(℃−1)以下の素材であり、電解質水溶液での強制腐食試験でSUS316と略同等の耐腐食性を有する素材を使用した。流延ダイ及びフィードブロックの接液面の仕上げ精度は、表面粗さで1μm以下であった。
また、流延ダイのリップ先端には、溶射法によりWCコーティングを形成したものを用いた。また、ドープを可溶化する溶剤である混合溶媒(ジクロロメタン/メタノール/ブタノール(83/15/2質量部))をビード端部とスリットの気液界面に片側で0.5ml/分で供給した。
ダイから押出されたドープは、支持体として幅2.1mで直径が3mのドラムである鏡面ステンレス支持体を利用した。表面はニッケル鋳金及びハードクロムメッキを行った。ドラムの表面粗さは0.01μm以下に研磨し、50μm以上のピンホールは皆無であり、10μm〜50μmのピンホールは1個/m2以下、10μm以下のピンホールは2個/m2以下である支持体を使用した。このとき、ドラムの温度は−5℃に設定し、ドラムの周速度が80m/分となるようにドラムの回転数を設定した。なお、流延に伴ってドラム表面が汚れた場合には、適宜、清掃を実施した。
続いて、15℃に設定された空間に配置されているドラム上に流延され、冷却されてゲル化したドープは、ドラム上で320°回転した時点でゲル化フィルム(ウェブ)として剥ぎ取られた。このとき、支持体速度に対して剥ぎ取り速度は106%に設定した。
5)テンター搬送・乾燥工程条件
剥ぎ取られたウェブは、ピンクリップを有したテンターで両端を固定されながら乾燥ゾーン内を搬送され、乾燥風により乾燥した。
前述した方法で得られたポリマーフィルムを、ローラー搬送ゾーンで更に乾燥した。該ローラーの材質はアルミ製若しくは炭素鋼製であり、表面にはハードクロム鍍金を施した。ローラーの表面形状はフラットなものとブラストによりマット化加工したものとを用いた。
乾燥後のポリマーフィルムは、30℃以下に冷却して両端耳切りを行った。耳切りはフィルム端部をスリットする装置をフィルムの左右両端部に、2基ずつ設置して(片側当たりスリット装置数は2基)、フィルム端部をスリットした。更にフィルムの両端にナーリングを行った。ナーリングは片側からエンボス加工を行うことで付与した。こうして、最終製品幅1400mmのフィルムを得て、巻取り機により巻き取った。
こうして、最終製品幅1500mmのフィルムを得て、巻取り機により巻き取った。巻取り室は、室内温度25℃、湿度60%に保持した。巻き芯の径は169mmとし、巻き始めテンションは200N/巾であり、巻き終わりが175N/巾になるようなテンションパターンとし、巻取り全長は3900mのロール形態とした。このとき、ロール外観を検査し、「ロール外観 直後」として表1に示した。更に、ロールを25℃、相対湿度55%の貯蔵ラックに1ヶ月間保管して、同様の検査を実施し、「ロール外観 経時」として結果を表1に示した。
ロール外観を検査し、以下の基準で評価した。
A : 巻き緩み、シワなし
B : 端部に若干の巻き緩み、接着、又はシワが確認されるが実用上問題なし
C : 若干の巻き緩み、接着、又はシワが確認されるが実用上問題なし
D : 巻き緩み、接着、又はシワが酷く光学フィルムとして適用できない
なお、フィルムを製膜した後に、金属支持体であるドラム上にはドープから形成された流延膜の剥げ残りは全く見られなかった。
フィルム1および2の作製において、溶媒Aから溶媒Bに変更し、製膜方法を以下の方法に変更した以外は、フィルム1および2と同様にしてフィルム21および22を作製したところ、フィルム1および2と同等のフィルムが得られた。
1)流延工程
ストックタンク内のドープを送液した。流延ダイは、幅が1.8mであり共流延用に調整したフィードブロックを装備して、主流のほかに両面にそれぞれ積層して3層構造のフィルムを成形できるようにした装置を用いた。ドープの送液流路は、中間層用、支持体面用、エアー面用の3流路を用い、各々の固形分濃度は、溶媒を添加して低下させたり、固形分濃度の高い溶液を添加して上昇させたりして、適宜調整した。
ダイ、フィードブロック、配管はすべて作業工程中は29℃に保温した。
ダイの材質は、オーステナイト相とフェライト相との混合組成を持つ2相系ステンレス鋼であり、熱膨張率が2×10−5(℃−1)以下の素材であり、電解質水溶液での強制腐食試験でSUS316と略同等の耐腐食性を有する素材を使用した。流延ダイ及びフィードブロックの接液面の仕上げ精度は、表面粗さで1μm以下であった。
また、流延ダイのリップ先端には、溶射法によりWCコーティングを形成したものを用いた。また、ドープを可溶化する溶剤である混合溶媒(ジクロロメタン/メタノール(87/13質量部))をビード端部とスリットの気液界面に片側で0.5ml/分で供給した。
ダイから押出されたドープは、支持体として幅2.1mで長さが70mのステンレス製のエンドレスバンドを利用し、ダイから3層のドープを共流延した。流延部のドラムは支持体を冷却するように内部に伝熱媒体(冷媒)を循環させる設備を有しているものを用いた。また、他方のドラムが乾燥のための熱を供給するために伝熱媒体が通水できるものである。それぞれの伝熱媒体の温度は5℃(流延ダイ側)と40℃とした。流延直前の支持体中央部の表面温度は15℃であった。両端の温度差は6℃以下であった。
前記流延ダイ及び支持体などが設けられている流延室の温度は、35℃に保った。バンド上に流延されたドープは、最初に平行流の乾燥風を送り乾燥した。乾燥風の温度はバンド上部の上流側を135℃とし、下流側を140℃とした。また、バンド下部は、65℃とした。
剥ぎ取ったフィルムを多数のローラが設けられている渡り部で搬送した。渡り部には、3本のローラを備え、また渡り部の温度は、40℃に保持した。
剥ぎ取られたフィルムは、クリップを有したテンターで両端を固定されながらテンターの乾燥ゾーン内を搬送され、乾燥風により乾燥した。テンター内を4ゾーン(延伸ゾーン、縮幅ゾーン、加熱ゾーン、冷却ゾーン)に分け、それぞれのゾーンの乾燥風温度を独立に制御できるようにした。テンター内では搬送しつつ幅方向に延伸や縮幅も行った。
(フィルムの作製A)と同様に実施した。
(フィルムの作製A)と同様に実施し、ロールの評価を行った。
フィルム1の作製において、セルロースアシレートAからセルロースアシレートDに変更し、溶媒Aを使用せず、製膜方法を以下の方法に変更した以外は、フィルム1と同様にしてフィルム31を作製したところ、ΔRthが8nm、含水率が2.1wt%、弾性率が3.3GPaになった以外の特性はフィルム1と同等のフィルムが得られた。
1)ペレットの作製
セルロースアシレートを90℃の真空乾燥機で乾燥して含水率を0.03%以下とした後、前記添加剤および安定剤(イルガノックス1010(チバガイギ(株)製)0.3質量%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。
2)溶融製膜
得られたペレットを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210℃、圧縮部230℃、計量部230℃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7μm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。さらにスタチックミキサーをダイ直前のメルト配管内に設置し、ダイ両端の温度とダイ中央の温度の差、ダイリップ温度とダイ温度の差温度、C/T比を調整しながら、ハンガーコートダイから押出した。
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(チルロール)に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)を用いた。なお、チルロールを含む3連のキャストロールの温度は、上流から順に、タッチロール温度+3℃、タッチロール温度−2℃、タッチロール温度−7℃とした。
そして、耳切り工程以降は(フィルムの作製A)と同様に実施し、3900mのロール形態に巻き取った。
(偏光板の作製)
1〕フィルムの鹸化
実施例及び比較例で作成した各フィルム及びフジタックTD60UL(富士フイルム(株)製)を37℃に調温した4.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(けん化液)に1分間浸漬した後、フィルムを水洗し、その後、0.05mol/Lの硫酸水溶液に30秒浸漬した後、更に水洗浴を通した。そして、エアナイフによる水切りを3回繰り返し、水を落とした後に70℃の乾燥ゾーンに15秒間滞留させて乾燥し、鹸化処理したフィルムを作製した。
特開2001−141926号公報の実施例1に従い、2対のニップロール間に周速差を与え、長手方向に延伸し、厚み20μmの偏光膜を調製した。
このようにして得た偏光膜と、前記鹸化処理したフィルムのうちから2枚選び、これらで前記偏光膜を挟んだ後、PVA((株)クラレ製、PVA−117H)3%水溶液を接着剤として、偏光軸とフィルムの長手方向とが直交するようにロールツーロールで貼り合わせて偏光板を作成した。ここで、偏光膜の一方のフィルムは、表1記載のフィルム群から選択される1枚を鹸化したフィルムとし、他方のフィルムはフジタックTD60ULを鹸化したフィルムとした。
作製した2枚の偏光板を吸収軸を平行に重ね合わせた場合の透過率(Tp)及び吸収軸を直交させて重ね合わせた場合の透過率(Tc’)を測定し、下記式から偏光度(P)を算出した。
偏光度P = ((Tp−Tc’)/(Tp+Tc’))0.5
1〕初期偏光度
前記偏光板の偏光度を前述した方法で算出したところ、全ての偏光板の偏光度が99.9%であった。
前記偏光板の表1記載のフィルム(上記実施例及び比較例で作製したフィルム)側を粘着剤でガラス板に貼り合わせ、60℃・相対湿度90%の条件で500時間放置し、放置後の偏光度(経時偏光度)を前述の方法で算出したところ、全ての偏光板の偏光度が99.9%であった。
このとき、表1記載のフィルムを用いた偏光板のうち、フィルム7を用いた偏光板以外は剥がれが全く見られなかったのに対し、フィルム7を用いた偏光板では、偏光膜とフィルム7との界面付近に若干の剥がれが確認された。
(IPS型液晶表示装置への実装)
市販の液晶テレビ(IPSモードのLEDスリム型42型液晶テレビ)から、液晶セルを挟んでいる一対の偏光板のうち、バックライト側の偏光板を剥がし取り、前記作製した偏光板を、表1記載のフィルム側が液晶セル側に配置されるように、粘着剤を介して液晶セルに再貼合した。組みなおした液晶テレビの表示特性を確認し、正面及び斜めからの輝度、色味を確認したところ、偏光板を剥がし取る前と同等の特性を示した。また、装置正面から観察した場合の黒表示時の輝度ムラを観察し、以下の基準で評価した(初期評価)。評価結果を表1に示す。
(正面方向の光ムラレベル)
装置正面から観察した場合の黒表示時の輝度ムラを観察し、以下の基準で評価した。
A : 照度100lxの環境下でムラが全く視認されない
B : 照度100lxの環境下でムラがほとんど視認されない
C : 照度100lxの環境下で淡いムラが視認される
D : 照度100lxの環境下で明確なムラが視認される
E : 照度300lxの環境下で明確なムラが視認される
更に、50℃・相対湿度80%の環境で10日間保持した後に、25℃・相対湿度60%の環境に移し、黒表示状態で点灯させ続け、48時間後に目視観察して、光ムラを評価した(強制評価)。評価結果を表1に示す。
(斜め方向の光ムラレベル)
装置正面からの方位角方向45度、極角方向70度における黒表示時の輝度ムラ、色味ムラを観察し、以下の基準で評価した。
A : 照度100lxの環境下でムラが全く視認されない
B : 照度100lxの環境下でムラがほとんど視認されない
C : 照度100lxの環境下で淡いムラが視認される
D : 照度100lxの環境下で明確なムラが視認される
E : 照度300lxの環境下で明確なムラが視認される
下記表1中、総量(Ct)は、三層合計における含有量であり、膜厚(d)は三層合計の総厚である。
一方、実施例の光学フィルムはいずれも、ロールの外観に優れ、またこれを保護フィルムとして用いた偏光板はスジの発生が少なく、しかもこれを組み込んだ液晶表示装置は正面及び斜めから観察したときの光ムラが少ないことがわかる。
Claims (9)
- 1又は2種以上の添加剤、及びセルロースエステルを含む光学フィルムであって、
該添加剤の総含有量(Ct;単位:前記セルロースエステルに対する質量%)、膜厚(d;単位 μm)がCt/d≧0.375の関係を満たし、
高さが3〜30nmの線状の凹及び/又は凸形状を任意の1000mm区間に1本以上有し、
高さが30nmを超え300nm以下の線状の凹及び/又は凸形状を任意の1000mm区間に有しないか、又は1本以下有する光学フィルム。 - 前記光学フィルムが、さらに増粘剤を含有する、請求項1に記載の光学フィルム。
- 前記セルロースエステルの粘度平均重合度が180〜550である請求項1又は2に記載の光学フィルム。
- 前記セルロースエステルの水酸基へのアシル置換度が2.60〜3.00である請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学フィルム。
- 1枚の請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学フィルムが巻回若しくは折返されることにより、又は2枚以上の前記光学フィルムが重ね合わされることにより形成されたフィルム積層部を有する積層体。
- 少なくとも、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学フィルム又は請求項5に記載の積層体を含む位相差フィルム。
- 少なくとも、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学フィルム、請求項5に記載の積層体又は請求項6に記載の位相差フィルムを含む偏光板。
- 少なくとも、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学フィルム、請求項5に記載の積層体、請求項6に記載の位相差フィルム又は請求項7に記載の偏光板を含む画像表示装置。
- 前記画像表示装置がIPSモード又はVAモードの液晶表示装置である請求項8に記載の画像表示装置。
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