1.光学フィルム
本発明の光学フィルムは、セルロースエステルと、一般式(1)で表される化合物とを含有する。
セルロースエステルについて
セルロースエステルは、セルロースと、炭素数2〜22程度の脂肪族カルボン酸および芳香族カルボン酸の少なくとも一方とをエステル化反応させて得られる化合物である。
セルロースエステルの具体例としては、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースプロピオート、セルロースブチレート等の他、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、セルロースアセテートプロピオネートブチレートなどのセルロース混合脂肪酸エステルが挙げられる。セルロースエステルに含まれうるブチリル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
セルロースエステルのアシル基の総置換度は、1.9〜3.0程度としうる。位相差発現性を高める観点からは、アシル基の総置換度は低いことが好ましい。一方で、置換度が低いと、セルロースエステル同士の相互作用が強くなる。そのため、添加剤が凝集しやすくなり、フィルムの面内方向の位相差値やヘイズのムラが大きくなりやすい。このため、アシル基の総置換度は、1.9〜2.8であることがより好ましく、2.0〜2.6であることがさらに好ましい。
セルロースエステルに含まれるアシル基の炭素数は2〜6であることが好ましい。このうち、炭素数3以上のアシル基を有する場合、その置換度は、フィルムの延伸性を一定以上とするためには、0.5以上であることが好ましく、0.8以上であることがより好ましい。一方、フィルムの強度を確保するためには、炭素数3以上のアシル基の置換度は、2.6以下であることが好ましく、1.0以下であることがより好ましい。
セルロースエステルのアシル基の置換度は、ASTM−D817−96に規定の方法で測定することができる。
セルロースエステルの数平均分子量は、得られるフィルムの機械的強度を高めるためには、5×104〜3×105の範囲であることが好ましく、5.5×104〜2×105の範囲であることがより好ましい。
セルロースエステルの分子量分布(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は、1.0〜3.0であることが好ましく、2.2〜2.9であることがより好ましい。
セルロースエステルの重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定される。測定条件は以下の通りである。
溶媒:メチレンクロライド;
カラム:Shodex K806、K805、K803G(昭和電工株式会社製)を3本接続して使用する;
カラム温度:25℃;
試料濃度:0.1質量%;
検出器:RI Model 504(GLサイエンス社製);
ポンプ:L6000(日立製作所株式会社製);
流量:1.0ml/min
校正曲線:標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー株式会社製) Mw=1000000〜500の13サンプルによる校正曲線を使用する。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いる。
セルロースエステル中の残留硫酸の含有量は、硫黄元素換算で0.1〜45質量ppmの範囲であることが好ましく、1〜30質量ppmの範囲がより好ましい。硫酸は、塩の状態でフィルムに残留していると考えられる。残留硫酸の含有量が45質量ppmを超えると、フィルムを熱延伸する際や、熱延伸後にスリッティングする際に破断しやすくなる。残留硫酸の含有量は、ASTM D817−96に規定の方法により測定することができる。
セルロースエステル中の遊離酸の含有量は、1〜500質量ppmであることが好ましく、1〜100質量ppmであることがより好ましく、1〜70質量ppmであることがさらに好ましい。遊離酸の含有量が上記範囲であると、前述と同様に、フィルムを熱延伸する際や、熱延伸後にスリッティングする際に破断しにくい。遊離酸の含有量はASTM D817−96に規定の方法により測定することができる。
セルロースエステルは、微量の金属成分を含有することがある。微量の金属成分は、セルロースエステルの合成工程で用いられる水に由来すると考えられる。これらの金属成分のように、不溶性の核となりうるような成分の含有量はできるだけ少ないことが好ましい。特に鉄、カルシウム、マグネシウム等の金属イオンは、有機の酸性基を含んでいる可能性のある樹脂分解物等と塩形成して不溶物を形成する場合がある。また、カルシウム(Ca)成分は、カルボン酸やスルホン酸等の酸性成分と、また多くの配位子と配位化合物(すなわち、錯体)を形成しやすく、多くの不溶なカルシウムに由来するスカム(不溶性の澱、濁り)を形成する虞がある。
具体的には、セルロースエステル中の鉄(Fe)成分の含有量は、1質量ppm以下であることが好ましい。また、セルロースエステル中のカルシウム(Ca)成分にの含有量は、好ましくは60質量ppm以下であり、より好ましくは30質量ppm以下である。セルロースエステル中のマグネシウム(Mg)成分の含有量は、70質量ppm以下であることが好ましく、特に20質量ppm以下であることが好ましい。
鉄(Fe)成分、カルシウム(Ca)成分、およびマグネシウム(Mg)成分などの金属成分の含有量は、絶乾したセルロースエステルをマイクロダイジェスト湿式分解装置(硫硝酸分解)、アルカリ溶融で前処理を行った後、ICP−AES(誘導結合プラズマ発光分光分析装置)を用いて測定することができる。
残留アルカリ土類金属、残留硫酸および残留酸の含有量は、合成して得られるセルロースエステルを十分に洗浄することによって調整することができる。
セルロースエステルは、公知の方法で合成することができ、例えば特開平10−45804号に記載の方法を参考にして合成することができる。セルロースエステルの原料となるセルロースは、特に限定はないが、綿花リンター、木材パルプ、ケナフなどでありうる。
本発明の光学フィルムは、原料の異なるセルロースエステルを複数種含んでいてもよい。また、本発明の光学フィルムは、セルロースエステル以外の他の樹脂をさらに含んでもよい。
他の樹脂としては、前述のセルロースエステル以外のセルロース誘導体(例えば、セルロースエーテル系樹脂等)、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアリレート系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂(例えば、ノルボルネン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、環状共役ジエン系樹脂、ビニル脂環式炭化水素系樹脂)等が挙げられる。なかでも、セルロース誘導体、(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂および環状オレフィン系樹脂が好ましく、セルロース誘導体がより好ましい。
セルロース誘導体
セルロース誘導体は、セルロースを原料とする化合物(セルロース骨格を有する化合物)である。セルロース誘導体の例には、セルロースエーテル(例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルセルロース等)、セルロースエーテルエステル(例えば、アセチルメチルセルロース、アセチルエチルセルロース、アセチルヒドロキシエチルセルロース、ベンゾイルヒドロキシプロピルセルロース等)、セルロースカーボネート(例えば、セルロースエチルカーボネート等)、セルロースカルバメート(例えば、セルロースフェニルカルバメート等)等が含まれる。
(メタ)アクリル樹脂
(メタ)アクリル樹脂は、(メタ)アクリル酸エステルの単独重合体であるか、(メタ)アクリル酸エステルと他の共重合モノマーとの共重合体であり得る。(メタ)アクリル樹脂は、1種類であっても、2種類以上の混合物であってもよい。
(メタ)アクリル酸エステルは、好ましくはメチルメタクリレートである。共重合体におけるメチルメタクリレート由来の構成単位の含有割合は50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。
メチルメタクリレートと共重合体をなす共重合モノマーの例には、アルキル部分の炭素数が2〜18のアルキルメタクリレート;アルキル部分の炭素数が1〜18のアルキルアクリレート;後述のラクトン環構造を形成し得る、ヒドロキシ基(水酸基)を有するアルキル部分の炭素数が1〜18のアルキル(メタ)アクリレート;アクリル酸、メタクリル酸等のα,β−不飽和酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和基含有2価カルボン酸;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のα,β−不飽和ニトリル;無水マレイン酸、マレイミド、N−置換マレイミド、グルタル酸無水物、アクリロイルモルホリン(ACMO)等のアクリルアミド誘導体;N−ビニルピロリドン(VP)等が含まれる。これらは、1種類で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、共重合体の耐熱分解性や流動性を高めるためには、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、s−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等のアルキルアクリレート;2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル、2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル等のヒドロキシ基を有するアルキル(メタ)アクリレートが好ましい。セルロースエステルとの相溶性を高めるためには、アクリロイルモルホリン等が好ましい。
(メタ)アクリル樹脂は、得られた光学フィルムの耐熱性を高めたり、光弾性係数を調整したりする観点等から、ラクトン環構造を含有することが好ましい。(メタ)アクリル樹脂に含まれるラクトン環構造は、好ましくは下記一般式(A)で表される。
式(A)において、R1〜R3は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜20の有機残基を表す。有機残基は、酸素原子を含んでいてもよい。有機残基の例には、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、直鎖もしくは分岐状のアルキレン基、アリール基、−OAc基(Acはアセチル基)、−CN基等が含まれる。
式(A)で表されるラクトン環構造は、後述するように、ヒドロキシ基を有するアルキル(メタ)アクリレートに由来する構造である。ラクトン環構造を含有する(メタ)アクリル樹脂は、アルキル部分の炭素数が1〜18のアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位をさらに含み、必要に応じてヒドロキシ基を含有するモノマー、不飽和カルボン酸、一般式(B)で表されるモノマー等に由来する構成単位をさらに含んでいてもよい。
式(B)におけるR4は、水素原子またはメチル基を表す。Xは、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、−OAc基(Acはアセチル基)、−CN基、アシル基または−C−OR基(Rは水素原子または炭素数1〜20の有機残基)を表す。
ラクトン環構造を含有する(メタ)アクリル樹脂における、一般式(A)で表されるラクトン環構造の含有割合は、好ましくは5〜90質量%の範囲内であり、より好ましくは10〜80質量%の範囲内であり、さらに好ましくは15〜70質量%の範囲内である。ラクトン環構造の含有割合が5質量%以上であれば、必要な位相差を有するフィルムが得られやすく、フィルムの耐熱性、耐溶剤性、表面硬度が十分である。ラクトン環構造の含有割合が90質量%以下であれば、成形加工性が高く、得られたフィルムの可とう性も高くなりやすい。
ラクトン環構造を含有する(メタ)アクリル樹脂における、アルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位の含有割合は、好ましくは10〜95質量%の範囲内であり、より好ましくは20〜90質量%の範囲内であり、さらに好ましくは30〜85質量%の範囲内である。
ラクトン環構造を含有する(メタ)アクリル樹脂における、ヒドロキシ基含有モノマー、不飽和カルボン酸または一般式(B)で表されるモノマーに由来する構成単位の含有割合は、それぞれ独立に、好ましくは0〜30質量%の範囲内であり、より好ましくは0〜20質量%であり、さらに好ましくは0〜10質量%の範囲内である。
ラクトン環構造を含有する(メタ)アクリル樹脂は、少なくとも、ヒドロキシ基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、それ以外のアルキル(メタ)アクリレートとを含むモノマー成分を重合反応させて、分子鎖中にヒドロキシ基とエステル基とを有する重合体を得るステップ、得られた重合体を加熱処理してラクトン環構造を導入するステップ、を経て製造され得る。
(メタ)アクリル樹脂の重量平均分子量Mwは、好ましくは8.0×104〜5.0×105の範囲内であり、より好ましくは9.0×104〜4.5×105の範囲内であり、さらに好ましくは1.0×105〜4.0×105の範囲内である。(メタ)アクリル樹脂の重量平均分子量Mwが8.0×104以上であれば、フィルムの耐脆性が向上やすく、5.0×105以下であれば、フィルムのヘイズが低くなりやすい。
(メタ)アクリル樹脂の重量平均分子量Mwは、セルロースエステルの重量平均分子量Mwの測定方法と同様にして、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定することができる。
セルロースエステルと他の樹脂の合計量に対する他の樹脂の含有量は、5〜70質量%程度であることが好ましい。
一般式(1)で表される化合物について
本発明の光学フィルムは、一般式(1)で表される化合物を少なくとも1種含有することを特徴とする。
一般式(1)のDは、芳香族炭化水素環、非芳香族炭化水素環、芳香族複素環または非芳香族複素環を表す。
芳香族炭化水素環は、単環であっても縮合環であってもよいが、好ましくは単環である。芳香族炭化水素環の好ましい例には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンゾピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環等が含まれ、より好ましくはベンゼン環である。
非芳香族炭化水素環は、単環であっても縮合環であってもよいが、好ましくは単環である。非芳香族炭化水素環の好ましい例には、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、シクロブテン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、シクロヘプテン環、シクロオクテン環、アダマンタン環、ビシクロノナン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、シクロノルボルネン環、ジシクロペンタジエン環、水素化ナフタレン環、水素化ビフェニル環等が含まれる。なかでも、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロノルボルネン環等がより好ましい。
芳香族複素環は、単環であっても縮合環であってもよいが、好ましくは単環である。芳香族複素環の好ましい例には、フラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、アザカルバゾール環(アザカルバゾール環とは、カルバゾール環を構成する炭素原子の1つ以上が窒素原子で置き換わったものをいう)、トリアゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、インドリン環、イソインドリン−1,3−ジオン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、フェナントリジン環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環、シロール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ジベンゾカルバゾール環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、フェナントロリン環、アクリジン環、ベンゾキノリン環、フェナジン環、フェナントリジン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環等が含まれる。なかでも、ピリジン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環等がより好ましい。
非芳香族複素環は、単環であっても縮合環であってもよく、好ましくは単環である。非芳香族複素環の好ましい例には、テトラヒドロフラン環、テトラヒドロピラン環、ジオキソラン環、ジオキサン環、ピロリジン環、ピリドン環、ピリダジノン環、イミド環、ピペリジン環、ジヒドロピロール環、ジヒドロピリジン環、テトラヒドロピリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、ジヒドロオキサゾール環、ジヒドロチアゾール環、ピペリジン環、アジリジン環、アゼチジン環、アゼピン環、アゼパン環、イミダゾリジン環、ジアゼピン環、テトラヒドロチオフェン環等が含まれる。なかでも、ピリドン環、イミド環、ピロリジン環等がより好ましい。
なかでも、一般式(1)のDは、芳香族炭化水素環または芳香族複素環であることが好ましく、芳香族炭化水素環であることがより好ましく、ベンゼン環であることが特に好ましい。
一般式(1)のAは、単結合、−O−、−S−、−CO−、−CS−、−NR1−、アルキレン基、アルケニレン基またはこれらの組み合わせからなる群より選ばれる2価の連結基を表す。前述した2以上の基の組み合わせの例には、−CO−O−、−CS−O−、−O−CO−、−O−CS−、−CH=C(−CO−O−)2−、−CO−NR1−などが含まれる。組み合わされる2以上の基は、互いに同一であっても異なってもよい。組み合わされる2以上の基は、アルキル基やアリール基などを介して結合していてもよい。
一般式(1)で表される化合物の逆波長分散性を高めるためには、該化合物が、共役系を有する連結基もしくは電子吸引性の連結基を少なくとも1つ有することが好ましい。そのため、Aは、アルケニレン基、−O−、−CO−、−CS−、−CO−O−、−CS−O−、または−CO−NR1−であることが好ましく、−CO−、−CO−O−または−CO−NR1−であることがより好ましい。
−NR1−におけるR1は、水素原子または置換基でありうる。R1で表される置換基の例には、アルキル基(メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基等)、シクロアルキル基(シクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−n−ドデシルシクロヘキシル基等)、アリール基(フェニル基、p−トリル基、ナフチル基等)、ヘテロアリール基(2−フリル基、2−チエニル基、2−ピリミジニル基、2−ベンゾチアゾリル基、2−ピリジル基等)、シアノ基等が含まれ、好ましくはアルキル基であり、より好ましくはメチル基またはエチル基である。
一般式(1)のBは、下記一般式(2)で表される連結基を表す。
一般式(2)
一般式(2)のRは、アルキレン基を表す。アルキレン基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。アルキレン基の炭素数は、1〜6であることが好ましく、2〜3であることがより好ましい。アルキレン基の例には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基等が含まれる。
中でも、セルロースエステルと相互作用しやすい観点から、疎水性が比較的低いアルキレン基が好ましい。このため、アルキレン基は、エチレン基またはプロピレン基が好ましく、化合物の凝集を抑制するという点で、分岐構造を有するプロピレン基がより好ましい。
一般式(2)のlは、2〜10の整数であることが好ましく、2〜5の整数であることがより好ましく、2または3であることが特に好ましい。lが10を超えると、セルロースエステルと連結基Bとの相互作用が大きくなりすぎることがある。それにより、一般式(1)で表される化合物の配向性が低下し、本発明の効果が得られないことがある。
一般式(1)のR11は、水素原子、アルキル基、または芳香族環を有さないアシル基を表す。アシル基が芳香族基を有する場合、フィルムの位相差や波長分散性のムラを十分には抑制できない。これは、アシル基に含まれる芳香族基が疎水的相互作用して、一般式(1)で表される化合物同士が会合体を形成することで、一般式(1)で表される化合物とセルロースエステルとが連結基Bを介して相互作用しにくくなるからであると考えられる。
アルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。アルキル基の例には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基等が挙げられ、好ましくは、メチル基、エチル基またはプロピル基である。
芳香族環を有さないアシル基の炭素数は、2〜15であることが好ましく、2〜9あることがより好ましい。芳香族を有さないアシル基の例には、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、2−エチルヘキサノイル基等が含まれ、好ましくはアセチル基、プロピオニル基、イソブチリル基である。
一般式(1)のmは、1または2を表す。mが2の場合、複数のBおよびR11は、それぞれ互いに同じでも異なっていてもよい。nは、1または2を表す。nが2の場合、複数のA、BおよびR11は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。
一般式(1)のL11は、−O−、−S−、−CO−、−CS−、−NR2−またはこれらの組み合わせからなる群より選ばれる2価の連結基を表す。前述した2以上の基の組み合わせの例には、−O−CO−、−CO−O−、−O−CS−、−CS−O−、−NR3−CO−、−CO−NR3−などが含まれる。組み合わされる2以上の基は、互いに同一であっても異なってもよい。組み合わされる2以上の基は、アルキル基やアリール基などを介して結合していてもよい。
一般式(1)で表される化合物のL11で表される連結基は、セルロースエステルと相互作用することで、一般式(1)で表される化合物に配向性を付与しうる。そのため、L11で表される連結基は、分極した基であることが好ましい。具体的には、L11で表される連結基は、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NR2−または−NR2−CO−であることが好ましく、−CO−O−、−O−CO−、−CO−NR2−または−NR2−CO−であることがより好ましい。
−NR2−におけるR2は、それぞれ独立に水素原子または置換基でありうる。R2で表される置換基の例には、アルキル基(メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基等)、シクロアルキル基(シクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−n−ドデシルシクロヘキシル基等)、アリール基(フェニル基、p−トリル基、ナフチル基等)、ヘテロアリール基(2−フリル基、2−チエニル基、2−ピリミジニル基、2−ベンゾチアゾリル基、2−ピリジル基等)、シアノ基等が含まれる。好ましくはアルキル基であり、特に好ましくはメチル基またはエチル基である。
一般式(1)のR12は、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基またはヘテロ環基を表す。
アルキル基の炭素数は、1〜20であることが好ましい。アルキル基の例には、デカニル基などが含まれる。
アリール基は、炭素数6〜20のアリール基であることが好ましい。アリール基の例には、置換または無置換のフェニル基、ナフチル基などが含まれ、好ましくは置換若しくは無置換のフェニル基であり、より好ましくは置換基を有するフェニル基であり、特に好ましくは4位に置換基を有するフェニル基である。ヘテロ環基としては、炭素数4〜20のヘテロアリール基が好ましい。
シクロアルキル基は、炭素数4〜8のシクロアルキル基が好ましい。シクロアルキル基の例には、置換若しくは無置換のシクロヘキシル基、シクロペンチル基などが含まれ、好ましくは置換若しくは無置換のシクロヘキシル基であり、より好ましくは置換基を有するシクロヘキシル基であり、さらに好ましくは4位に置換基を有するシクロヘキシル基である。
なかでも、一定以上の配向性を得るためには、R12は、置換基を有してもよいアリール基、シクロアルキル基またはヘテロ環基であることが好ましく、置換基を有してもよいアリール基、ヘテロ環基であることがより好ましい。
アルキル基、アリール基およびヘテロアリール基が有しうる置換基の例には、
ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等);
アルキル基(メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基等);
シクロアルキル基(シクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−n−ドデシルシクロヘキシル基等);
アルケニル基(ビニル基、アリル基等);
シクロアルケニル基(2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル基等)、アルキニル基(エチニル基、プロパルギル基等);
アリール基(フェニル基、p−トリル基、ナフチル基等);
ヘテロアリール基(2−フリル基、2−チエニル基、2−ピリミジニル基、2−ベンゾチアゾリル基、2−ピリジル基等);
シアノ基;
ヒドロキシ基;
ニトロ基;
カルボキシ基;
アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基、n−オクチルオキシ基、2−メトキシエトキシ基等);
アリールオキシ基(フェノキシ基、2−メチルフェノキシ基、4−tert−ブチルフェノキシ基、3−ニトロフェノキシ基、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ基等);
アシルオキシ基(ホルミルオキシ基、アセチルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ基等);
アミノ基(アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、アニリノ基、N−メチル−アニリノ基、ジフェニルアミノ基等);
アシルアミノ基(ホルミルアミノ基、アセチルアミノ基、ピバロイルアミノ基、ラウロイルアミノ基、ベンゾイルアミノ基等);
アルキルおよびアリールスルホニルアミノ基(メチルスルホニルアミノ基、ブチルスルホニルアミノ基、フェニルスルホニルアミノ基、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ基、p−メチルフェニルスルホニルアミノ基等);
メルカプト基;
アルキルチオ基(メチルチオ基、エチルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基等);
アリールチオ基(フェニルチオ基、p−クロロフェニルチオ基、m−メトキシフェニルチオ基等);
スルファモイル基(N−エチルスルファモイル基、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル基、N,N−ジメチルスルファモイル基、N−アセチルスルファモイル基、N−ベンゾイルスルファモイル基、N−(N’フェニルカルバモイル)スルファモイル基等);
スルホ基;
アシル基(アセチル基、ピバロイルベンゾイル基等);
カルバモイル基(カルバモイル基、N−メチルカルバモイル基、N,N−ジメチルカルバモイル基、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル基、N−(メチルスルホニル)カルバモイル基等)等が含まれる。
一般式(1)のpは、1または2を表す。一般式(1)で表される化合物は、L11がセルロースエステルと相互作用することで配向性を有する。そのため、pは2であることが好ましい。pが2の場合、複数のL11およびR12は、それぞれ互いに同じでも異なっていてもよい。−(L11−R12)で表される2つの基は、化合物の配向性を高めるためには、互いにDで表される環のp位もしくは1位、4位の置換位置にあることが好ましい。
一般式(1)のR13は、置換基を表す。置換基は、前述のR12で表される置換基と同様のものを挙げることができ、好ましくはアルキル基またはアルキルオキシ基である。
一般式(1)のqは、0〜4の整数を表す。qが2〜4の場合、複数のR13は互いに同じでも異なっていてもよい。
前述の通り、一般式(1)で表される化合物は、L
11がセルロースエステルと相互作用することで配向性を示すため、pが2であることが好ましい。さらに、配向性を高めるためには、2つの−(L
11−R
12)で表される基は、互いにDで表される環のp位もしくは1位、4位の置換位置にあることが好ましい。そのため、一般式(1)で表される化合物は、下記一般式(3)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(3)のAおよびBは、一般式(1)におけるAおよびBとそれぞれ同義である。一般式(3)のR21は、一般式(1)のR11と同義である。一般式(3)のmとnは、一般式(1)のmとnとそれぞれ同義である。
一般式(3)のL21およびL22は、一般式(1)のL11と同義である。一般式(3)のR22およびR24は、一般式(1)のR12と同義である。
一般式(3)のR23は、一般式(1)のR13と同義である。一般式(3)のrは、0〜3の整数を表し、かつn+r≦4を満たす。rが2または3である場合、複数のR23は互いに同じでも異なっていてもよい。
位相差発現性と波長分散性とを両立する観点から、一般式(1)または(3)で表される化合物は、芳香族炭化水素環または芳香族複素環の総数が7以下であることが好ましく、1つだけであることがより好ましい。一般式(1)または(3)で表される化合物が、芳香族炭化水素環または芳香族複素環を8以上有していると、位相差の上昇に伴い、逆波長分散性が低下する傾向がある。
一般式(1)で表される化合物の具体例を以下に示す。一般式(1)で表される化合物は、以下の具体例によって何ら限定されることはない。まず、Aで示される連結基が、アルケニレン基を含む場合の例を示す。
次に、Aで示される連結基が、−CO−または−CS−を含む場合の例を示す。
次に、Aで示される連結基が、−O−を含む場合の例を示す。
次に、Aで示される連結基が、単結合である場合の例を示す。
一般式(1)で表される化合物の具体例において、幾何異性体(トランス体とシス体)が存在する場合、指定がない限り、どちらの異性体であってもよい。位相差発現性がより高いことから、シス体よりもトランス体が好ましい。
このように構成された一般式(1)で表される化合物は、高い位相差発現性と、良好な逆波長分散性とを示す。また、一般式(1)で表される化合物は、Bに由来するアルキレンオキシ基を有するため、配向性を損なうことなく、セルロースエステル分子間の相互作用を調整したり、セルロースエステルに柔軟性を付与したりすることができる。その結果、後述するように、斜め方向に高倍率に延伸された後のフィルムの位相差ムラや波長分散性のムラを抑制できる。
一般式(1)または(3)で表される化合物は、公知の方法で合成することができる。例えば、上記例示化合物A1は、以下のスキームによって合成することができる。
エステル管を備えた反応容器に、トルエン125ml、マロン酸12.5g(0.12mol)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル31.7g(0.26mol)およびp−トルエンスルホン酸一水和物11.42gを投入し、窒素雰囲気下、加熱還流しながら5時間攪拌する。反応の経過とともに、水の留去が確認される。その後、得られる反応液から溶媒を減圧留去し、シリカゲルクロマトグラフィー(酢酸エチル/ヘプタン)で精製して、化合物(l)を27.7g得る。収率は、マロン酸基準で75%である。
N,N−ジメチルホルムアミド200mlに、2,5−ジヒドロキシベンズアルデヒド6.9g(0.05mol)、化合物(m)31.6g(0.11mol)、炭酸カリウム13.8gおよびヨウ化カリウム3.3gを加え、窒素雰囲気下、100℃で5時間攪拌する。反応液を冷却後、水および酢酸エチルを加えて、抽出する。有機層から溶媒を減圧留去し、得られる粗結晶をシリカゲルクロマトグラフィー(酢酸エチル/ヘプタン)で精製し、化合物(n)を13.2g得る。収率は、2,5−ジヒドロキシベンズアルデヒド基準で48%である。
エステル管を備えた反応容器に、トルエン50ml、化合物(n)5.5g(0.01mol)、化合物(l)3.1g(0.01mol)およびピペリジン1.5gを投入し、窒素雰囲気下、加熱還流しながら5時間攪拌する。反応の経過とともに、水の留去が確認される。得られた反応液を冷却後、水および酢酸エチルを加えて、抽出する。有機層から溶媒を減圧留去し、得られた粗結晶をシリカゲルクロマトグラフィー(酢酸エチル/ヘプタン)で精製し、例示化合物A1を6.1g得る。収率は、化合物(n)基準で72%である。
一般式(1)で表される化合物は、フィルムに十分な逆波長分散性を付与する観点などから、溶液吸収スペクトルにおいて、250nm以上400nm以下に吸収極大波長を有することが好ましい。極大吸収波長とは、一般式(1)で表される化合物をテトラヒドロフラン(重合禁止剤を含まず)で1.0×10−5mol/Lの濃度で溶解させた溶液の吸収波長を、通常の吸収分光光度計にて25℃で測定したときの吸収ピークの極大点をいう。極大吸収波長は、必ずしも最大吸収波長でなく、極大点は複数存在してもよい。
極大吸収波長が250nm未満であると、波長分散性の改善効果が小さく、極大吸収波長が400nm超であると、フィルムが着色しやすいため、添加量を制限する必要がある。一般式(1)で表される化合物が、250nm以上400nm以下の間に極大吸収波長を有することで、十分な逆波長分散性を有しうる。
一般式(1)で表される化合物の含有量は、求められる波長分散調整能および位相差を付与しうる程度に、適宜設定される。具体的には、一般式(1)で表される化合物の含有量は、熱可塑性樹脂の合計に対して1〜15質量%であることが好ましく、1.5〜10質量%であることがより好ましく、1.5〜5質量%であることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂とは、前述のセルロースエステルなどの主成分となる樹脂をいう。当該化合物の含有量が1質量%未満であると、所望の位相差発現性や波長分散調整機能が得られにくい。15質量%超であると、光学フィルムがブリードアウトを生じやすい。当該化合物の含有量が上記範囲内であれば、本発明の光学フィルムに十分な波長分散性と、高い位相差とを付与しうる。
本発明の光学フィルムは、必要に応じて種々の添加剤をさらに含有していてもよい。
(糖エステル化合物)
本発明の光学フィルムは、光学フィルムの可塑性を向上させる観点から、前述したセルロースエステル以外の糖エステル化合物をさらに含有することができる。
糖エステル化合物は、フラノース構造若しくはピラノース構造を1〜12個有する化合物であって、該化合物中のヒドロキシ基の全部または一部がエステル化された化合物でありうる。そのような糖エステル化合物の好ましい例には、下記一般式(FA)で表されるスクロースエステルが含まれる。
一般式(FA)のR1〜R8は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキルカルボニル基、または置換もしくは無置換のアリールカルボニル基を表す。R1〜R8は、互いに同じであっても、異なってもよい。
置換もしくは無置換のアルキルカルボニル基は、炭素原子数2以上の置換もしくは無置換のアルキルカルボニル基であることが好ましい。置換もしくは無置換のアルキルカルボニル基の例には、メチルカルボニル基(アセチル基)が含まれる。アルキル基が有する置換基の例には、フェニル基等のアリール基が含まれる。
置換もしくは無置換のアリールカルボニル基は、炭素原子数7以上の置換もしくは無置換のアリールカルボニル基であることが好ましい。アリールカルボニル基の例には、フェニルカルボニル基が含まれる。アリール基が有する置換基の例には、メチル基等のアルキル基や、メトキシ基等のアルコキシル基等が含まれる。
スクロースエステルのアシル基の平均置換度は、3.0〜7.5の範囲内であることが好ましい。アシル基の平均置換度がこの範囲内であると、セルロースエステルとの十分な相溶性が得られやすい。
一般式(FA)で表されるスクロースエステルの具体例には、下記例示化合物(FA−1)〜(FA−24)が含まれる。下記表は、例示化合物(FA−1)〜(FA−24)の一般式(FA)におけるR
1〜R
8と、アシル基の平均置換度を示している。
その他の糖エステル化合物の例には、特開昭62−42996号公報および特開平10−237084号公報に記載の化合物が含まれる。
糖エステル化合物の含有量は、セルロースエステルに対して0.5〜35.0質量%であることが好ましく、5.0〜30.0質量%であることがより好ましい。
本発明の光学フィルムは、フィルム製造時の組成物の流動性や、フィルムの柔軟性を向上するために、可塑剤をさらに含有していていもよい。可塑剤の例には、ポリエステル系可塑剤、多価アルコールエステル系可塑剤、多価カルボン酸エステル系可塑剤(フタル酸エステル系可塑剤を含む)、グリコレート系可塑剤、エステル系可塑剤(クエン酸エステル系可塑剤、脂肪酸エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、トリメリット酸エステル系可塑剤などを含む)などが含まれる。これらは、単独で用いても、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリエステル系可塑剤は、1〜4価のカルボン酸と、1〜6価のアルコールとを反応させて得られた化合物であり、好ましくは2価カルボン酸とグリコールとを反応させて得られた化合物である。
2価カルボン酸の例には、グルタル酸、イタコン酸、アジピン酸、フタル酸、アゼライン酸、セバシン酸等が含まれる。特に、2価カルボン酸として、アジピン酸、フタル酸等を用いた化合物は、可塑性を良好に付与し得る。
グリコールの例には、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、1,6−ヘキサメチレングリコール、ネオペンチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール等が含まれる。2価カルボン酸およびグリコールは、それぞれ1種類であってもよいし、2種類以上を併用してもよい。
ポリエステル系可塑剤は、エステル、オリゴエステル、ポリエステルのいずれであってもよい。ポリエステル系可塑剤の分子量は、100〜10000の範囲が好ましく、可塑性を付与する効果が大きいことから、600〜3000の範囲がより好ましい。
ポリエステル系可塑剤の粘度は、分子構造や分子量にもよるが、アジピン酸系可塑剤の場合、セルロースエステルとの相溶性が高く、かつ可塑性を付与する効果が高いこと等から、200〜5000MPa・s(25℃)の範囲であることが好ましい。ポリエステル系可塑剤は、1種類であっても、2種類以上を併用してもよい。
多価アルコール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化合物(アルコールエステル)であり、好ましくは2〜20価の脂肪族多価アルコールエステルである。多価アルコールエステル系化合物は、分子内に芳香環またはシクロアルキル環を有することが好ましい。
脂肪族多価アルコールの例には、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が含まれる。
モノカルボン酸は、脂肪族モノカルボン酸、脂環式モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸等であり得る。モノカルボン酸は、1種類であってもよいし、2種以上の混合物であってもよい。また、脂肪族多価アルコールに含まれるOH基の全部を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。
脂肪族モノカルボン酸は、炭素数1〜32の直鎖または側鎖を有する脂肪酸であることが好ましい。脂肪族モノカルボン酸の炭素数は、より好ましくは1〜20であり、さらに好ましくは1〜10である。そのような脂肪族モノカルボン酸の例には、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等が含まれ、セルロースエステルとの相溶性を高めるためには、好ましくは酢酸であり得る。
脂環式モノカルボン酸の例には、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等が含まれる。
芳香族モノカルボン酸の例には、安息香酸;安息香酸のベンゼン環にアルキル基又はアルコキシ基(例えばメトキシ基やエトキシ基)を1〜3個を導入したもの(例えばトルイル酸等);ベンゼン環を2個以上有する芳香族モノカルボン酸(例えば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)が含まれ、好ましくは安息香酸である。
多価アルコールエステル系可塑剤の分子量は、特に制限されないが、300〜1500の範囲内であることが好ましく、350〜750の範囲内であることがより好ましい。揮発し難くするためには、分子量が大きい方が好ましい。透湿性を高め、セルロースエステルとの相溶性を高めるためには、分子量が小さい方が好ましい。
多価アルコールエステル系可塑剤の具体例には、トリメチロールプロパントリアセテート、ペンタエリスリトールテトラアセテート、特開2008−88292号公報に記載の一般式(I)で表されるエステル化合物(A)等が含まれる。
多価カルボン酸エステル系可塑剤は、2価以上、好ましくは2〜20価の多価カルボン酸と、アルコール化合物とのエステル化合物である。多価カルボン酸は、2〜20価の脂肪族多価カルボン酸、3〜20価の芳香族多価カルボン酸または3〜20価の脂環式多価カルボン酸であることが好ましい。
多価カルボン酸の例には、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またはその誘導体;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が含まれ、フィルムからの揮発を抑制するためには、オキシ多価カルボン酸が好ましい。
アルコール化合物の例には、直鎖もしくは側鎖を有する脂肪族飽和アルコール化合物、直鎖もしくは側鎖を有する脂肪族不飽和アルコール化合物、脂環式アルコール化合物、芳香族アルコール化合物等が含まれる。脂肪族飽和アルコール化合物または脂肪族不飽和アルコール化合物の炭素数は、好ましくは1〜32であり、より好ましくは1〜20であり、さらに好ましくは1〜10である。脂環式アルコール化合物の例には、シクロペンタノール、シクロヘキサノール等が含まれる。芳香族アルコール化合物の例には、フェノール、パラクレゾール、ジメチルフェノール、ベンジルアルコール、シンナミルアルコール等が含まれる。アルコール化合物は、1種類でもよいし、2種以上の混合物であってもよい。
多価カルボン酸エステル系可塑剤の分子量は、特に制限はないが、300〜1000の範囲内であることが好ましく、350〜750の範囲内であることがより好ましい。多価カルボン酸エステル系可塑剤の分子量は、ブリードアウトを抑制する観点では、大きい方が好ましい。透湿性やセルロースエステルとの相溶性の観点では、小さい方が好ましい。
多価カルボン酸エステル系可塑剤の酸価は、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。酸価とは、試料1g中に含まれる酸(試料中に存在するカルボキシ基)を中和するために必要な水酸化カリウムのミリグラム数をいう。酸価は、JIS K0070に準拠して測定したものである。
多価カルボン酸エステル系可塑剤の例には、特開2008−88292号公報に記載の一般式(II)で表されるエステル化合物(B)等が含まれる。
多価カルボン酸エステル系可塑剤は、フタル酸エステル系可塑剤であってもよい。フタル酸エステル系可塑剤の例には、ジエチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、ジメチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジシクロヘキシルテレフタレート等が含まれる。
グリコレート系可塑剤の例には、アルキルフタリルアルキルグリコレート類が含まれる。アルキルフタリルアルキルグリコレート類の例には、メチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルプロピルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、オクチルフタリルオクチルグリコレート等が含まれる。
エステル系可塑剤には、脂肪酸エステル系可塑剤、クエン酸エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、トリメリット酸系可塑剤等が含まれる。
脂肪酸エステル系可塑剤の例には、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、セバシン酸ジブチル等が含まれる。クエン酸エステル系可塑剤の例には、クエン酸アセチルトリメチル、クエン酸アセチルトリエチル、クエン酸アセチルトリブチル等が含まれる。リン酸エステル系可塑剤の例には、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート、ジフェニルビフェニルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリブチルホスフェート等が含まれる。トリメリット酸系可塑剤の例には、トリメリット酸オクチル、トリメリット酸n−オクチル、トリメリット酸イソデシル、トリメリット酸イソノニル等が含まれる。
可塑剤の含有量は、セルロースエステルに対して0.5〜30.0質量%であることが好ましい。可塑剤の含有量が30.0質量%以下であれば、光学フィルムがブリードアウトを生じにくい。
(紫外線吸収剤)
本発明の光学フィルムは、紫外線吸収剤をさらに含有していてもよい。紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール系、2−ヒドロキシベンゾフェノン系、サリチル酸フェニルエステル系等でありうる。具体的には、2−(5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−(3,5−ジ−t−ブチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール等のトリアゾール類;2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクト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等のベンゾフェノン類等が挙げられる。
なかでも、分子量が400以上である紫外線吸収剤は、高沸点で揮発しにくく、高温成形時にも飛散しにくい。そのため、比較的添加量が少なくても、得られたフィルムに耐候性を付与することができる。
分子量が400以上である紫外線吸収剤の例には、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2−ベンゾトリアゾール、2,2−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]等のベンゾトリアゾール系;
ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート等のヒンダードアミン系;
2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−n−ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)、1−[2−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]エチル]−4−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等の分子内にヒンダードフェノールとヒンダードアミンの構造を共に有するハイブリッド系;
等が含まれ、好ましくは2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2−ベンゾトリアゾールや2,2−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]である。これらは、1種類であっても、2種以上を併用してもよい。
(微粒子)
本発明の光学フィルムは、無機化合物または有機化合物からなる微粒子を含有してもよい。
無機化合物の例には、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、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、リン酸カルシウム等が含まれる。
有機化合物の例には、ポリテトラフルオロエチレン、セルロースアセテート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチレンカーボネート、アクリルスチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、メラミン系樹脂、ポリオレフィン系粉末、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、有機高分子化合物(ポリフッ化エチレン系樹脂、澱粉等)の粉砕分級物、懸濁重合法で合成した高分子化合物、スプレードライ法または分散法等により球型にした高分子化合物等が含まれる。
微粒子は、得られたフィルムのヘイズを低く維持しうる点から、珪素を含む化合物、好ましくは二酸化珪素で構成されうる。
二酸化珪素の微粒子の例には、アエロジルR972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600(以上、日本アエロジル(株)製)等が含まれる。なかでも、アエロジル200V、アエロジルR972Vが、光学フィルムのヘイズを低く保ちながら、フィルム表面の滑り性を高め得るため、特に好ましい。酸化ジルコニウムの微粒子の例には、アエロジルR976、R811(以上、日本アエロジル(株)製)等が含まれる。
高分子化合物の例として、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、(メタ)アクリル樹脂等が含まれ、好ましくはシリコーン樹脂であり、より好ましくは3次元の網状構造を有するシリコーン樹脂である。そのようなシリコーン樹脂の例には、トスパール103、同105、同108、同120、同145、同3120、同240(以上、東芝シリコーン(株)製)等が含まれる。
微粒子の一次粒子の平均粒径は、好ましくは5〜400nmの範囲内であり、より好ましくは10〜300nmの範囲内である。微粒子は、主に粒径が0.05〜0.30μmの範囲内にある二次凝集体を形成していてもよい。微粒子の平均粒径が100〜400nmの範囲内であれば、凝集せずに一次粒子として存在しうる。
光学フィルムの少なくとも一方の面の動摩擦係数が0.2〜1.0の範囲内となるように、微粒子を含有させることが好ましい。
微粒子の含有量は、セルロースエステルに対して0.01〜1.00質量%の範囲内であることが好ましく、0.05〜0.50質量%の範囲内であることがより好ましい。
(分散剤)
本発明の光学フィルムは、微粒子の分散性を高める観点から、分散剤をさらに含有していてもよい。分散剤は、アミン系分散剤およびカルボキシ基含有高分子分散剤から選ばれる1種または2種以上である。
アミン系分散剤は、アルキルアミンまたはポリカルボン酸のアミン塩であることが好ましく、例えばポリエステル酸、ポリエーテルエステル酸、脂肪酸、脂肪酸アミド、ポリカルボン酸、アルキレンオキサイド、ポリアルキレンオキサイド、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル等をアミン化した化合物等でありうる。アミン塩の例には、アミドアミン塩、脂肪族アミン塩、芳香族アミン塩、アルカノールアミン塩、多価アミン塩等が含まれる。
アミン系分散剤の具体例には、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、トリプロピルアミン、ジエチルアミノエチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等が含まれる。市販品の例には、ソルスパーズシリーズ(ルーブリゾール社製)、アジスパーシリーズ(味の素社製)、BYKシリーズ(ビックケミー社製)、EFKAシリーズ(EFKA社製)等を挙げることができる。
カルボキシ基含有高分子分散剤は、ポリカルボン酸またはその塩であることが好ましく、例えばポリカルボン酸、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリカルボン酸ナトリウム等でありうる。カルボキシ基含有高分子分散剤の具体例には、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム共重合体、ポリマレイン酸、ポリマレイン酸アンモニウム、ポリマレイン酸ナトリウム等が含まれる。
アミン系分散剤やカルボキシ基含有高分子分散剤は、溶剤成分に溶解させて用いてもよいし、市販されているものでもよい。
分散剤の含有量は、分散剤の種類等にもよるが、微粒子に対して0.2質量%以上であることが好ましい。分散剤の含有量が、微粒子に対して0.2質量%以上であれば、微粒子の分散性を十分に高めることができる。
本発明の光学フィルムが界面活性剤等をさらに含有する場合、分散剤の微粒子表面への吸着が、界面活性剤よりも生じにくく、微粒子同士を容易に再凝集させることがある。分散剤は高価であるため、その含有量はできるだけ少ないことが好ましい。一方、分散剤の含有量が少なすぎると、微粒子の濡れ不良や、分散安定性の低下を生じやすい。そのため、本発明の光学フィルムが界面活性剤等をさらに含有する場合の分散剤の含有量は、微粒子10.00質量部に対して0.05〜10.00質量部程度としうる。
(位相差制御剤)
本発明の光学フィルムは、画像表示装置の表示品質を向上させるために、光学補償能を付与する位相差制御剤をさらに含有してもよい。
位相差制御剤の例には、欧州特許911,656A2号明細書に記載されているような2以上の芳香族環を有する芳香族化合物、特開2006−2025号公報に記載の棒状化合物等が含まれる。また、2種類以上の芳香族化合物を併用してもよい。この芳香族化合物の芳香族環は、芳香族炭化水素環や芳香族性ヘテロ環であることが好ましい。芳香族性ヘテロ環は、一般的には不飽和ヘテロ環であり;好ましくは特開2006−2026号公報に記載の1,3,5−トリアジン環でありうる。
位相差制御剤の添加量は、フィルムを構成する樹脂100質量%に対して0.5〜20質量%の範囲内であることが好ましく、1〜10質量%の範囲内であることがより好ましい。
本発明の光学フィルムは、配向膜を介して液晶層をさらに有してもよい。それにより、本発明の光学フィルムは、偏光板保護フィルムとしての機能と、液晶層由来の位相差調整機能とを有しうる。
(その他の添加剤)
本発明の光学フィルムは、成形加工時の熱分解や熱による着色を防止するための酸化防止剤、帯電防止剤や難燃剤等をさらに含有していていもよい。
リン系難燃剤としては、赤リン、トリアリールリン酸エステル、ジアリールリン酸エステル、モノアリールリン酸エステル、アリールホスホン酸化合物、アリールホスフィンオキシド化合物、縮合アリールリン酸エステル、ハロゲン化アルキルリン酸エステル、含ハロゲン縮合リン酸エステル、含ハロゲン縮合ホスホン酸エステル、含ハロゲン亜リン酸エステル等から選ばれる1種以上を挙げることができる。その具体例には、トリフェニルホスフェート、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナンスレン−10−オキシド、フェニルホスホン酸、トリス(β−クロロエチル)ホスフェート、トリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、トリス(トリブロモネオペンチル)ホスフェート等が含まれる。
光学フィルムの物性
本発明の光学フィルムは、23℃55%RHの条件下で、波長550nmで測定される面内方向のリターデーション値R0(550)が、下記の(a)を満たすことが好ましい。
(a) 110nm≦R0(550)≦170nm
R0(550)が以下の範囲を満たす光学フィルムは、例えばλ/4位相差フィルムとして好ましく機能しうる。本発明の光学フィルムは、120nm≦R0(550)≦160nmを満たすことがより好ましく、130nm≦R0(550)≦150nmを満たすことがさらに好ましい。
本発明の光学フィルムは、23℃55%RHの条件下、波長550nmで測定される厚み方向のリターデーション値Rth(550)が、50nm≦Rth(550)≦250nmを満たすことが好ましい。
本発明の光学フィルムは、23℃55%RHの条件下で、波長450nm、650nmで測定される面内方向のリターデーション値をそれぞれR0(450)、R0(650)としたとき、以下の(b)および(c)をさらに満たすことが好ましい。
(b) 0.72≦R0(450)/R0(550)≦1.03
(c) 0.83≦R0(550)/R0(650)≦1.03
R0(450)/R0(550)やR0(550)/R0(650)が上記範囲を満たす光学フィルムは、例えば広い波長領域の光に対して、位相差フィルムとして好ましく機能しうる。また、表示装置を黒表示させたときの光漏れなども低減しうる。特に、(b)0.72≦R0(450)/R0(550)≦0.96を満たすと、青色の再現性が高く;(c)0.83≦R0(550)/R0(650)≦0.97を満たすと、赤色の再現性が高いためより好ましい。
R0およびRtは、それぞれ下記式(I)、(II)で定義される。
式(I) :R0=(nx−ny)×d
式(II) :Rt={(nx+ny)/2−nz}×d
〔式(I)および(II)において、nxは、光学フィルムの面内方向において屈折率が最大になる遅相軸方向xにおける屈折率を表す。nyは、光学フィルムの面内方向において遅相軸方向xと直交する方向yにおける屈折率を表す。nzは、光学フィルムの厚さ方向zにおける屈折率を表す。dは、光学フィルムの膜厚(nm)を表す。)
R0およびRtは、自動複屈折率計、例えばAxometric社製のAxoScan、王子計測機器株式会社製のKOBRA−21ADHを用いて測定することができる。AxoScanを用いる場合、具体的には、以下の方法で測定することができる。
1)光学フィルムを、23℃・55%RHで調湿する。調湿後の光学フィルムの、波長450nm、550nmおよび650nmのそれぞれにおける平均屈折率を、アッベ屈折計と分光光源を用いて測定する。また、光学フィルムの膜厚d(nm)を、膜厚計を用いて測定する。
2)調湿後の光学フィルムに、フィルム表面の法線と平行に、波長450nm、550nmまたは650nmの光をそれぞれ入射させたときの面内方向のリターデーション値R0(450)、R0(550)およびR0(650)を、AxoScanにて測定する。測定は、23℃・55%RH条件下で行う。
3)AxoScanにより、光学フィルムの面内の遅相軸を確認する。確認された遅相軸を傾斜軸(回転軸)として、光学フィルムの表面の法線に対してφの角度(入射角(φ))から波長450nm、550nmおよび650nmの光をそれぞれ入射させたときのリターデーション値R(φ)を測定する。R(φ)の測定は、φが0〜50°の範囲で、10°毎に6点行うことができる。測定は、23℃・55%RH条件下で行う。
4)上記2)で測定されたR0(450)、R0(550)およびR0(650)と、上記3)で各波長450nm、550nmまたは650nmにて測定されたR(φ)と、上記1)で測定された平均屈折率および膜厚dとから、AxoScanにより、nx、nyおよびnzを算出する。そして、上記式(II)に基づいて、各波長450nm、550nmおよび650nmでの厚さ方向のリターデーション値Rt(450)、Rt(550)およびRt(650)を、それぞれ算出する。
本発明の光学フィルムは、下記式(d1)で定義されるNzが、下記式(d2)を満たすことが好ましい。
(d1)Nz=Rt(550)/Ro(550)+0.5
(d2)0≦Nz≦1
Nzが式(d2)を満たせば、厚さ方向のリターデーション値Rtが、面内方向のリターデーション値R0よりも相対的に小さいため、本発明の光学フィルムを具備する画像表示装置を斜め方向から観察したときの色味の変化を低減しうる。
本発明の光学フィルムの面内の遅相軸とフィルムの幅方向とのなす角θ(配向角)は、40°以上50°以下であることが好ましい。配向角が上記範囲にあると、ロール体から巻き出され、長尺方向に対して斜め方向に遅相軸を有する光学フィルムと、ロール体から巻き出され、長尺方向に平行な透過軸を有する偏光子とを、互いに長尺方向同士が重なるように、ロールtoロールで貼り合わせることで、円偏光板を容易に製造することができる。それにより、フィルムのカットロスが少なく生産上有利である。配向角θは、45±2°であることがより好ましく、45°であることが特に好ましい。
光学フィルムの配向角θの測定は、自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測機器)により測定することができる。
光学フィルムの膜厚は、熱や湿度による位相差の変動を少なくするため、好ましくは250μm以下、より好ましくは100μm以下であり、さらに好ましくは70μm以下である。一方、光学フィルムの膜厚は、一定以上のフィルム強度や位相差を発現させるため、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは20μm以上である。光学フィルムの膜厚がこれらの範囲内にあると、画像表示装置の薄型化、生産性の観点から好ましい。
光学フィルムのヘイズ(全ヘイズ)は、1%未満であることが好ましく、0.5%以下であることがより好ましく、0.2%以下であることがさらに好ましい。ヘイズが1%未満であれば、フィルムの透明性の低下が無く、光学フィルムとして十分に機能する。
光学フィルムのヘイズ(全ヘイズ)は、JIS K−7136に準拠して、ヘーズメーターNDH−2000(日本電色工業株式会社製)にて測定することができる。ヘイズメーターの光源は、5V9Wのハロゲン球とし、受光部は、シリコンフォトセル(比視感度フィルター付き)とし得る。ヘイズの測定は、23℃・55%RHの条件下にて行うことができる。
本発明の光学フィルムの可視光透過率は、90%以上であることが好ましく、93%以上であることがより好ましい。本発明の光学フィルムは、JIS−K7127−1999に準拠して測定された、少なくとも一方向の破断伸度が、好ましくは10%以上であり、より好ましくは20%以上であり、さらに好ましくは30%以上である。
本発明の光学フィルムは、前述の一般式(1)で表される化合物を含むため、面内方向の位相差値が高く、かつ十分な逆波長分散性を有する。そのため、本発明の光学フィルムは、広い波長領域で高い位相差を有する。また、高倍率延伸時のフィルムの収縮が抑制されるため、位相差ムラや波長分散性のムラも低減されうる。
本発明の光学フィルムは、有機ELディスプレイや液晶表示装置などの画像表示装置の光学フィルム;具体的には、偏光板保護フィルム、位相差フィルム、光学補償フィルム、反射防止フィルムとして用いられ、好ましくはλ/4位相差フィルムとして用いられる。
λ/4位相差フィルムは、所定の光の波長(通常、可視光領域)の約1/4の面内方向の位相差R0を有する。λ/4位相差フィルムは、本発明の光学フィルムの単層からなることが好ましい。λ/4位相差フィルムは、好ましくは有機ELディスプレイの反射防止フィルムに用いられる。
2.光学フィルムの製造方法
本発明の光学フィルムは、溶液流延法または溶融流延法で製造されうる。光学フィルムの着色や異物欠点、ダイライン等の光学欠点を抑制する観点では、溶液流延法が好ましく、光学フィルムに溶媒が残留するのを抑制する観点では、溶融流延法が好ましい。
A)溶液流延法
セルロースエステルを含む光学フィルムを溶液流延法で製造する方法は、A1)少なくともセルロースエステルと、前述の式(1)で表される化合物とを溶剤に溶解させてドープを得る工程、A2)ドープを無端の金属支持体上に流延する工程、A3)流延したドープから溶媒を蒸発させてウェブを得る工程、A4)ウェブを金属支持体から剥離する工程、およびA5)ウェブを乾燥後、延伸してフィルムを得る工程を含む。
A1)ドープを得る工程
溶解釜において、セルロースエステルと、必要に応じて他の添加剤とを溶剤に溶解させてドープを調製する。
溶剤は、セルロースエステル、その他の添加剤等を溶解するのであれば、制限なく用いることができる。例えば、塩素系有機溶媒としては、メチレンクロライド、非塩素系有機溶媒としては、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、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、シクロヘキサノン、ギ酸エチル、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−ヘキサフルオロ−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、好ましくはメチレンクロライド、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン等を用いることができる。
ドープは、1〜40質量%の炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖状の脂肪族アルコールをさらに含有することが好ましい。ドープ中のアルコールの比率が高いと、ウェブがゲル化し、金属支持体からの剥離が容易になる。一方、ドープ中のアルコールの比率が少ないと、非塩素系有機溶媒系でのセルロースアセテートの溶解を促進しうる。
炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖状の脂肪族アルコールの例には、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−ブタノール等が含まれる。なかでも、ドープの安定性が高く、沸点が比較的低く、乾燥性が高いこと等から、エタノールが好ましい。
なかでも、ドープは、溶剤のメチレンクロライドと炭素数1〜4の直鎖または分岐鎖状の脂肪族アルコールとを含有することが好ましい。
ドープにおけるセルロースエステルの濃度は、乾燥負荷を低減するためには高い方が好ましいが、セルロースエステルの濃度が高すぎるとろ過しにくい。そのため、ドープにおけるセルロースエステルの濃度は、好ましくは10〜35質量%の範囲内であり、より好ましくは15〜25質量%の範囲内である。
セルロースエステルを溶剤に溶解させる方法は、例えば、加熱および加圧下で溶解させる方法であり得る。加熱温度は、セルロースエステルの溶解性を高める観点では、高い方が好ましい。温度が高すぎると圧力を高める必要があり、生産性が低下するため、加熱温度は、45〜120℃の範囲内であることが好ましい。
添加剤は、ドープにバッチ添加してもよいし、添加剤溶解液を別途用意してインライン添加してもよい。特に、微粒子は、ろ過材への負荷を減らすために、全部又は一部を、インライン添加することが好ましい。
添加剤溶解液をインライン添加する場合は、ドープと混合しやすくするため、少量のセルロースエステルを溶解するのが好ましい。好ましい熱可塑性樹脂の含有量は、溶剤100質量部に対して1〜10質量部の範囲内とし、より好ましくは3〜5質量部の範囲内とし得る。
インライン添加および混合には、例えばスタチックミキサー(東レエンジニアリング製)、SWJ(東レ静止型管内混合器 Hi−Mixer)等のインラインミキサー等が好ましく用いられる。
得られたドープには、例えば原料であるセルロースエステルに含まれる不純物等の不溶物が含まれることがある。このような不溶物は、得られたフィルムにおいて輝点異物となり得る。不溶物を除去するため、得られたドープをさらにろ過することが好ましい。
ドープのろ過は、得られたフィルムにおける輝点異物の数が一定以下となるように行うことが好ましい。具体的には、径が0.01mm以上である輝点異物の数が、200個/cm2以下、好ましくは100個/cm2以下、より好ましくは50個/cm2以下、さらに好ましくは30個/cm2以下、特に好ましくは10個/cm2以下となるようにろ過する。
径が0.01mm以下である輝点異物も200個/cm2以下であることが好ましく、100個/cm2以下であることがより好ましく、50個/cm2以下であることがさらに好ましく、30個/cm2以下であることがさらに好ましく、10個/cm2以下であることが特に好ましく、皆無であることが最も好ましい。
フィルムの輝点異物の数は、以下の手順で測定することができる。
1)2枚の偏光板をクロスニコル状態に配置し、それらの間に得られたフィルムを配置する。
2)一方の偏光板の側から光を当てて、他方の偏光板の側から観察したときに、光が漏れてみえる点を異物として数をカウントする。
A2)流延工程
ドープを、加圧ダイのスリットから無端状の金属支持体上に流延させる。
金属支持体としては、ステンレススティールベルト又は鋳物で表面がメッキ仕上げされたドラム等が好ましく用いられる。金属支持体の表面は、鏡面仕上げされていることが好ましい。
キャストの幅は1〜4mの範囲内とすることができる。流延工程の金属支持体の表面温度は−50℃以上、溶剤が沸騰して発泡しない温度以下に設定される。温度が高い方がウェブの乾燥速度が速くできるので好ましいが、ウェブの発泡、平面性の低下を防ぐことができる温度の範囲内とする。
金属支持体の表面温度は、好ましくは0〜100℃の範囲内であり、より好ましくは5〜30℃の範囲内である。また、金属支持体を冷却して、ウェブをゲル化させて残留溶媒を多く含んだ状態でドラムから剥離できるようにしてもよい。
金属支持体の温度の調整方法は、特に制限されないが、温風または冷風を吹きかける方法や、温水を金属支持体の裏側に接触させる方法がある。温水を用いる方が熱の伝達が効率的に行われるため、金属支持体の温度が一定になるまでの時間が短く好ましい。
温風を用いる場合は溶媒の蒸発潜熱によるウェブの温度低下を考慮して、溶媒の沸点以上の温風を使用しつつ、発泡も防ぎながら目的の温度よりも高い温度の風を使う場合がある。特に、流延から剥離するまでの間で金属支持体の温度および乾燥風の温度を変更し、効率的に乾燥を行うことが好ましい。
A3)溶媒蒸発工程
ウェブ(ドープを金属支持体上に流延して得られたドープ膜)を金属支持体上で加熱し、溶媒を蒸発させる。ウェブの乾燥方法や乾燥条件は、前述のA2)流延工程と同様とし得る。
A4)剥離工程
金属支持体上で溶媒を蒸発させたウェブを、金属支持体上の剥離位置で剥離する。金属支持体上の剥離位置で剥離する際のウェブの残留溶媒量は、得られたフィルムの平面性を高めるためには、10〜150質量%の範囲内とすることが好ましく、20〜40質量%または60〜130質量%の範囲内とすることがより好ましく、20〜30質量%または70〜120質量%の範囲内とすることがさらに好ましい。
ウェブの残留溶媒量は、下記式で定義される。
残留溶媒量(%)=(ウェブの加熱処理前質量−ウェブの加熱処理後質量)/(ウェブの加熱処理後質量)×100
なお、残留溶媒量を測定する際の加熱処理は、115℃で1時間の加熱処理を意味する。
A5)乾燥及び延伸工程
金属支持体から剥離して得られたウェブを、必要に応じて乾燥させた後、延伸する。ウェブの乾燥は、ウェブを、上下に配置した多数のローラーにより搬送しながら乾燥させてもよいし、ウェブの両端部をクリップで固定して搬送しながら乾燥させてもよい。
ウェブの乾燥方法は、熱風、赤外線、加熱ローラー、マイクロ波等で乾燥する方法であってよく、簡便であることから熱風で乾燥する方法が好ましい。
ウェブの延伸により、所望の位相差を有する光学フィルムを得る。光学フィルムの位相差は、ウェブに対する張力の大きさを調整することで制御することができる。
本発明の光学フィルムは、光学フィルムの面内の遅相軸とフィルムの搬送方向とがなす角度を40〜50°の範囲内とするため、ウェブの延伸を斜め方向に行う(斜め延伸する)。斜め方向は、ウェブの搬送方向に対して40〜50°の範囲の角度の方向であり、ウェブの搬送方向に対して角度45°の方向に延伸することが好ましい。
前述したように、ロール体から巻き出され、長尺方向に透過軸を有する偏光フィルムと、ロール体から巻き出され、長尺方向に対して角度45°の方向に遅相軸を有する光学フィルムとを、長尺方向が互いに重なり合うようにロール・トゥ・ロールで貼り合わせるだけで、円偏光板を容易に製造できる。また、フィルムのカットロスを少なくすることができ、生産上有利である。
延伸倍率は、延伸前後のフィルムの幅の比の値W/W0(Wは延伸前、W0は延伸後の幅を表す)で表され、得られた光学フィルムの膜厚や、求められる位相差にもよるが、好ましくは、1.3〜3.0倍の範囲内、より好ましくは1.5〜2.8倍の範囲内である。
延伸温度は、好ましくは120〜230℃の範囲内とし、より好ましくは150〜220℃の範囲内とし、さらに好ましくは150℃より大きく210℃以下とし得る。
遅相軸が搬送方向に対し、40〜50°の範囲内で傾斜するフィルムを作製する方法としては、特に制限されない。例えば、把持手段により幅方向の左右を把持し、ウェブの把持長(把持開始から把持終了までの距離)を左右で独立に制御できるテンターを用いて延伸する方法が挙げられる。
斜め方向に延伸する機構を有する延伸装置の例には、特開2003−340916号公報の実施例1に記載の延伸装置、特開2005−284024号公報の図1に記載の延伸装置、特開2007−30466号公報に記載の延伸装置、特開2007−94007号公報の実施例1に使用された延伸装置等が含まれる。
また、直線式の斜め延伸装置(同時二軸延伸装置)を用い、長尺フィルムを繰り出す方向と、延伸後の長尺フィルムを巻き取る方向とを傾斜させる必要がない方法も挙げられる。具体的には、フィルムの両端部を複数の把持具で把持し、フィルムを搬送しながら、一方の端部を把持する把持具と他方の端部を把持する把持具との走行速度に差を設け、フィルムを斜め延伸する方法が挙げられる。例えば、特開2008−23775号公報に記載の方法が挙げられる。
延伸開始時のウェブの残留溶媒は、好ましくは20質量%以下とし、より好ましくは15質量%以下とし得る。
延伸後のフィルムを、必要に応じて乾燥させた後、巻き取る。フィルムの乾燥は、前述と同様に、フィルムを上下に配置した多数のローラーにより搬送しながら乾燥させてもよいし(ローラー方式)、ウェブの両端部をクリップで固定して搬送しながら乾燥させてもよい(テンター方式)。
B)溶融流延法
本発明の光学フィルムを溶融流延法で製造する方法は、B1)溶融ペレットを製造する工程(ペレット化工程)、B2)溶融ペレットを溶融混練した後、押し出す工程(溶融押出し工程)、B3)溶融樹脂を冷却固化してウェブを得る工程(冷却固化工程)、B4)ウェブを延伸する工程(延伸工程)、を含む。
B1)ペレット化工程
光学フィルムの主成分であるセルロースエステルを含む樹脂組成物は、あらかじめ混練してペレット化しておくことが好ましい。ペレット化は、公知の方法で行うことができ、例えば前述のセルロースエステルと、必要に応じて可塑剤等の添加剤とを含む樹脂組成物を、押し出し機にて溶融混錬した後、ダイからストランド状に押し出す。ストランド状に押し出された溶融樹脂を、水冷又は空冷した後、カッティングしてペレットを得ることができる。
ペレットの原材料は、分解を防止するために、押し出し機に供給する前に乾燥しておくことが好ましい。
酸化防止剤とセルロースエステルの混合は、固体同士で混合してもよいし、溶剤に溶解させた酸化防止剤を、セルロースエステルに含浸させて混合してもよいし、酸化防止剤を、セルロースエステルに噴霧して混合してもよい。また、押し出し機のフィーダー部分やダイの出口部分の周辺の雰囲気は、ペレットの原材料の劣化を防止するため等から、除湿した空気または窒素ガス等の雰囲気とすることが好ましい。
押し出し機では、樹脂の劣化(分子量の低下、着色、ゲルの生成等)が生じないように、低いせん断力または低い温度で混練することが好ましい。例えば、2軸押し出し機で混練する場合、深溝タイプのスクリューを用いて、2つのスクリューの回転方向を同方向にすることが好ましい。均一に混錬するためには、2つのスクリュー形状が互いに噛み合うようにすることが好ましい。
セルロースエステルを含む樹脂組成物をペレット化せずに、溶融混練していないセルロースエステルをそのまま原料として押し出し機にて溶融混練して光学フィルムを製造してもよい。
B2)溶融押出し工程
得られた溶融ペレットと、必要に応じて他の添加剤とを、ホッパーから押し出し機に供給する。ペレットの供給は、ペレットの酸化分解を防止するため等から、真空下、減圧下または不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。そして、押し出し機にて、フィルム材料である溶融ペレット、必要に応じて他の添加剤を溶融混練する。
押し出し機内のフィルム材料の溶融温度は、フィルム材料の種類にもよるが、フィルムのガラス転移温度をTg(℃)としたときに、好ましくはTg〜(Tg+100)℃の範囲内であり、より好ましくは(Tg+10)〜(Tg+90)℃の範囲内である。
さらに、可塑剤や微粒子等の添加剤を、押し出し機の途中で添加する場合、これらの成分を均一に混合するために、押し出し機の下流側に、スタチックミキサー等の混合装置をさらに配置してもよい。
押し出し機から押し出された溶融樹脂を、必要に応じてリーフディスクフィルター等でろ過した後、スタチックミキサー等でさらに混合して、ダイからフィルム状に押し出す。
押出し流量は、ギヤポンプを用いて安定化させることが好ましい。また、異物の除去に用いるリーフディスクフィルターは、ステンレス繊維焼結フィルターであることが好ましい。ステンレス繊維焼結フィルターは、ステンレス繊維体を複雑に絡み合わせたうえで圧縮し、接触箇所を焼結して一体化したもので、その繊維の太さと圧縮量により密度を変え、ろ過精度を調整できる。
ダイの出口部分における樹脂の溶融温度は、200〜300℃程度の範囲内とし得る。
B3)冷却固化工程
ダイから押し出された樹脂を、冷却ローラーと弾性タッチローラーとでニップして、フィルム状の溶融樹脂を所定の厚さにする。そして、フィルム状の溶融樹脂を、複数の冷却ローラーで段階的に冷却して固化させる。
冷却ローラーの表面温度は、フィルムのガラス転移温度をTg(℃)としたとき、Tg(℃)以下としうる。複数の冷却ローラーの表面温度は異なっていてもよい。
弾性タッチローラーは挟圧回転体ともいう。弾性タッチローラーは、市販のものを用いることもできる。弾性タッチローラー側のフィルム表面温度は、フィルムのTg〜(Tg+110)℃の範囲内としうる。
冷却ローラーから固化したフィルム状の溶融樹脂を剥離ローラー等で剥離してウェブを得る。フィルム状の溶融樹脂を剥離する際は、得られたウェブの変形を防止するために、張力を調整することが好ましい。
B4)延伸工程
溶液流延法と同様に、得られたウェブを、延伸機にて斜め方向に延伸してフィルムを得る。ウェブの延伸方法、延伸倍率及び延伸温度についても、溶液流延法と同様としうる。
このように、本発明の光学フィルムは、原反フィルムを斜め方向に高倍率延伸するステップを経て得られる。一般式(1)で表される化合物を含む原反フィルムは、適度な柔軟性を有し、良好な延伸性を有する。それにより、高倍率延伸時のフィルムの収縮を低減することができ、光学フィルムの位相差や波長分散性のムラを少なくすることができる。
3.円偏光板
本発明の円偏光板は、偏光子(直線偏光膜)と、その少なくとも一方の面上に配置された本発明の光学フィルムとを有する。本発明の光学フィルムは、偏光子に直接配置されてもよいし、他の層またはフィルムを介して配置されてもよい。
偏光子は、ヨウ素系偏光膜、二色染料を用いた染料系偏光膜またはポリエン系偏光膜でありうる。ヨウ素系偏光膜および染料系偏光膜は、一般的には、ポリビニルアルコール系フィルムを一軸延伸した後、ヨウ素または二色性染料で染色して得られたフィルムであってもよいし;ポリビニルアルコール系フィルムをヨウ素または二色性染料で染色した後、一軸延伸したフィルム(好ましくは、さらにホウ素化合物で耐久性処理を施したフィルム)であってもよい。偏光子の吸収軸は、フィルムの延伸方向と平行である。
ポリビニルアルコール系フィルムは、ポリビニルアルコール水溶液を製膜したものであってもよい。ポリビニルアルコール系フィルムは、偏光性能および耐久性能に優れ、色斑が少ない等ことから、エチレン変性ポリビニルアルコールフィルムが好ましい。
二色性染料の例には、アゾ系色素、スチルベン系色素、ピラゾロン系色素、トリフェニルメタン系色素、キノリン系色素、オキサジン系色素、チアジン系色素およびアントラキノン系色素等が含まれる。
偏光子の厚さは、5〜30μmの範囲内であることが好ましく、10〜20μmの範囲内であることがより好ましい。
円偏光板としての機能を得るためには、偏光子の吸収軸(または透過軸)と、本発明の光学フィルムの面内の遅相軸とがなす角度は、40〜50°の範囲内であることが好ましく、45°であることがより好ましい。
偏光子と本発明の光学フィルムとの間に、反射偏光板をさらに配置してもよい。反射偏光板は、偏光子の透過軸と平行な方向の直線偏光を透過させ、透過軸とは異なる方向の直線偏光を反射する。そのような円偏光板を有する有機EL表示装置は、発光層が発光した光をより多く、外側に出射させることができる。
反射偏光板の例には、一方向において屈折率の異なる高分子薄膜を交互に積層した複屈折光偏光子(特表平8−503312号公報に記載)、コレステリック構造を有する偏光分離膜(特開平11−44816号公報に記載)等が含まれる。また、偏光子の表面に保護膜をさらに配置してもよい。
偏光子の一方の面上に本発明の光学フィルムが配置される場合、偏光子の他方の面には、本発明の光学フィルム以外の透明保護フィルムが配置されてもよい。透明保護フィルムは、特に制限されず、通常のセルロースエステルフィルム等であってよい。セルロースエステルフィルムの例には、市販のセルロースエステルフィルム(例えば、コニカミノルタタック KC8UX、KC5UX、KC8UCR3、KC8UCR4、KC8UCR5、KC8UY、KC6UY、KC4UY、KC4UE、KC8UE、KC8UY−HA、KC8UX−RHA、KC8UXW−RHA−C、KC8UXW−RHA−NC、KC4UXW−RHA−NC(以上、コニカミノルタアドバンストレイヤー(株)製)等)が好ましく用いられる。
透明保護フィルムの厚さは、特に制限されないが、10〜200μm程度の範囲内とすることができ、好ましくは10〜100μmの範囲内であり、より好ましくは10〜70μmの範囲内である。
本発明の光学フィルムまたは透明保護フィルムが、ディスプレイの最表面に配置される場合、これらのフィルムの最表面には、透明ハードコート層、防眩層、反射防止層等がさらに設けられてもよい。
円偏光板は、偏光子と、本発明の光学フィルムとを貼り合わせるステップを経て製造することができる。貼り合わせに用いられる接着剤は、例えば完全ケン化型ポリビニルアルコール水溶液等が好ましく用いられる。
円偏光板は、後述する有機EL表示装置や液晶表示装置等の画像表示装置に好ましく用いることができる。
4.画像表示装置
本発明の画像表示装置は、本発明の光学フィルムを有する。本発明の画像表示装置は、有機EL表示装置や液晶表示装置などでありうる。
図1は、有機EL表示装置の構成の一例を示す模式図である。図1に示されるように、有機EL表示装置10は、光反射電極12、発光層14、透明電極層16、透明基板18および円偏光板20をこの順に有している。
光反射電極12は、光反射率の高い金属材料で構成されていることが好ましい。金属材料の例には、Mg、MgAg、MgIn、Al、LiAl等が含まれる。光反射電極12の表面が平坦であるほど、光の乱反射を防止できるので好ましい。
光反射電極12は、スパッタリング法により形成されうる。光反射電極12は、パターニングされていてもよい。パターニングは、エッチングにより行われうる。
発光層14は、R(レッド)、G(グリーン)およびB(ブルー)の発光層を含む。各発光層は、発光材料を含有する。発光材料は、無機化合物であっても、有機化合物であってもよく、好ましくは有機化合物である。
R、G、Bの各発光層は、電荷輸送材料をさらに含み、電荷輸送層としての機能をさらに有していてもよい。R、G、Bの各発光層は、ホール輸送材料をさらに含み、ホール輸送層としての機能をさらに有していてもよい。R、G、Bの各発光層が、電荷輸送材料またはホール輸送材料を含まない場合、有機EL表示装置10は、電荷輸送層またはホール輸送層をさらに有しうる。
発光層14は、発光材料を蒸着して形成することができる。R、G、Bの各発光層は、それぞれパターニングされて得られる。パターニングは、フォトマスク等を用いて行うことができる。
透明電極層16は、一般的には、ITO(酸化インジウムスズ)電極でありうる。透明電極層16は、スパッタリング法等により形成されうる。透明電極層16は、パターニングされていてもよい。パターニングは、エッチングにより行うことができる。
透明基板18は、光を透過させうるものであればよく、ガラス基板、プラスチックフィルム等でありうる。
円偏光板20は、λ/4位相差フィルム20Aが透明基板18側に位置し、偏光子20Bが視認側に位置するように配置されている。
有機EL表示装置10は、光反射電極12と透明電極層16との間を通電させると、発光層14が発光し、画像を表示することができる。また、R、GおよびBの発光層のそれぞれが通電可能に構成されていることで、フルカラー画像の表示が可能となる。
円偏光板20は、λ/4位相差フィルム20Aと、偏光子20Bとを有している。λ/4位相差フィルム20Aを、本発明の光学フィルムとすることができる。偏光子20Bは、直線偏光膜である。
本発明の光学フィルムまたはそれを含む円偏光板は、前述した構成を有する有機EL表示装置だけでなく、国際特許出願WO96/34514号明細書、特開平9−127885号公報および同11−45058号公報に記載の有機EL表示装置にも適用することができる。その場合、予め設けられた有機EL表示装置の反射防止手段に代えて、またはそれとともに、本発明の光学フィルムまたは円偏光板を配置すればよい。また、本発明の光学フィルムまたは円偏光板は、例えば「エレクトロルミネッセンスディスプレイ」(猪口敏夫著、産業図書株式会社、1991年発行)に記載の無機EL表示装置にも適用することができる。
図2は、上記円偏光板20による反射防止機能を説明する模式図である。図2に示されるように、有機EL表示装置10の表示画面の法線に平行に、外部から直線偏光a1およびb1を含む光が入射すると、偏光子20Bの透過軸方向と平行な直線偏光b1のみが偏光子20Bを通過する。偏光子20Bの透過軸と平行でない他の直線偏光a1は、偏光子20Bに吸収される。偏光子20Bを通過した直線偏光b2は、λ/4位相差フィルム20Aを通過することで、円偏光c2に変換される。円偏光c2は、有機EL表示装置10の光反射電極12(図1参照)で反射されると、逆回りの円偏光c3となる。逆回りの円偏光c3は、λ/4位相差フィルム20Aを通過することで、偏光子20Bの透過軸に直交する直線偏光b3に変換される。この直線偏光b3は、偏光子20Bに吸収され、通過できない。
このように、有機EL表示装置10に外部から入射する光(直線偏光a1およびb1を含む)は、全て偏光子20Bに吸収されるため、有機EL表示装置10の光反射電極12で反射しても、外部に出射しない。したがって、背景の映り込みによる画像表示特性の低下を防止することができる。
前述の通り、本発明の光学フィルムからなるλ/4位相差フィルム20Aは、式(1)で表される化合物を含む。そのため、λ/4位相差フィルム20Aは、十分な逆波長分散性を示し、かつ波長分散性のムラが低減されている。それにより、広い波長領域の光に対してλ/4の位相差を有しうる。そのため、外部から入射した光の大部分を、有機EL表示装置10の外部に漏れないようにすることができる。よって、有機EL表示装置10を黒表示させたときの正面方向の光漏れを抑制し、反射を防止することができる。
さらに、本発明の光学フィルムからなるλ/4位相差フィルム20Aは、高い位相差を有するため、フィルムの厚さを小さくすることができる。その結果、表示装置における正面方向の色味と斜め方向の色味との差を小さくすることができ、斜め方向からの視認性を高めることができる。
また、有機EL表示装置10の内部からの光、すなわち発光層14からの光は、円偏光c3およびc4の2つの円偏光成分を含む。一方の円偏光c3は、上述のようにλ/4位相差フィルム20Aを通過することで直線偏光b3に変換され、偏光子20Bを通過できずに吸収される。他方の円偏光c4は、λ/4位相差フィルム20Aを通過することで、偏光子20Bの透過軸と平行な直線偏光b4に変換される。そして、直線偏光b4は偏光子20Bを通過して、直線偏光b4となり、画像として認識される。
偏光子20Bとλ/4位相差フィルム20Aとの間に、反射偏光板(不図示)をさらに配置し、偏光子20Bの透過軸と直交する直線偏光b3を反射してもよい。反射偏光板は、直線偏光b3を偏光子20Bで吸収させずに反射させ、それを光反射電極12で再度反射させて、偏光子20Bの透過軸と平行な直線偏光b4に変換することができる。反射偏光板をさらに配置することで、発光層14が発光した光の全て(円偏光c3およびc4)を外側に出射させることができる。
図3は、液晶表示装置の構成の一例を示す模式図である。図3に示されるように、液晶表示装置30は、液晶セル40と、液晶セル40を挟持する2つの偏光板50および60と、バックライト70とを有する。
液晶セル40の表示方式は、特に制限されず、TN(Twisted Nematic)方式、STN(Super Twisted Nematic)方式、IPS(In-Plane Switching)方式、OCB(Optically Compensated Birefringence)方式、VA(Vertical Alignment)方式(MVA;Multi-domain Vertical Alignment、PVA;Patterned Vertical Alignmentを含む)、HAN(Hybrid Aligned Nematic)方式等がある。コントラストを高めるためには、VA(MVA、PVA)方式が好ましい。
VA方式の液晶セルは、一対の透明基板と、それらの間に挟持された液晶層とを有する。
一対の透明基板のうち、一方の透明基板には、液晶分子に電圧を印加するための画素電極が配置される。対向電極は、一方の透明基板(画素電極が配置された透明基板)に配置されてもよいし、他方の透明基板に配置されてもよい。
液晶層は、負または正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む。液晶分子は、透明基板の液晶層側の面に設けられた配向膜の配向規制力により、電圧が印加されずに、画素電極と対向電極との間に電界が生じていない時には、液晶分子の長軸が、透明基板の表面に対して略垂直となるように配向している。
このように構成された液晶セルでは、画素電極に画像信号に応じた電圧を印加することで、画素電極と対向電極との間に電界を生じさせる。これにより、透明基板の表面に対して垂直に初期配向している液晶分子を、その長軸が基板面に対して水平方向となるように配向させる。このように、液晶層を駆動し、各副画素の透過率及び反射率を変化させて画像表示を行う。
偏光板50は、液晶セル40の視認側に配置され、偏光子52と、偏光子52の視認側の面に配置された保護フィルム54と、偏光子52の液晶セル側に配置された保護フィルム56とを有する。偏光板60は、液晶セル40のバックライト70側に配置され、偏光子62と、偏光子62の液晶セル側の面に配置された保護フィルム64と、偏光子62のバックライト側に配置された保護フィルム66とを有する。保護フィルム56および64の一方は、必要に応じて省略されてもよい。
保護フィルム54、56、64および66のうちのいずれか;好ましくは保護フィルム66を、本発明の光学フィルムとすることができる。
以下において、実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。これらの実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。
1.光学フィルムの材料
1)セルロースエステル
下記表のセルロースエステルを準備した。
2)添加剤
一般式(1)で表される化合物
例示化合物A1、A2、A3、A7、A13、A14、A16、A23、A24、A27、A28、A29、A37
(中間体Aの合成)
エステル管を備えた反応容器に、トルエン125ml、マロン酸12.5g(0.12mol)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル31.7g(0.26mol)およびp−トルエンスルホン酸一水和物11.42gを投入し、窒素雰囲気下、加熱還流しながら5時間攪拌した。反応の経過とともに、水の留去が確認された。その後、反応液から溶媒を減圧留去し、シリカゲルクロマトグラフィーで精製して、中間体Aを27.7g得た。
(中間体Bの合成)
N,N−ジメチルホルムアミド200mlに、2,5−ジヒドロキシベンズアルデヒド6.9g(0.05mol)、ブロモメチル−trans−4−(trans−4‘−エチルシクロヘキシル)シクロヘキサン31.6g(0.11mol)、炭酸カリウム13.8gおよびヨウ化カリウム3.3gを加え、窒素雰囲気下、100℃で5時間攪拌した。反応液を冷却後、水および酢酸エチルを加えて、抽出を行った。有機層から溶媒を減圧留去し、得られた粗結晶をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、中間体Bを13.2g得た。
(例示化合物A1の合成)
エステル管を備えた反応容器に、トルエン50ml、中間体B 5.5g(0.01mol)、中間体A 3.1g(0.01mol)およびピペリジン1.5gを投入して、窒素雰囲気下、加熱還流しながら5時間攪拌した。反応の経過とともに、水の留去が確認された。反応液を冷却後、水および酢酸エチルを加えて、抽出を行った。有機層から溶媒を減圧留去し、得られた粗結晶をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、例示化合物A1を6.1g得た。
(中間体Cの合成)
エステル管を備えた反応容器に、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸3.0g(15.1mmol)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル60ml、3フッ化ホウ素ジエチルエーテル6.4g(45.1mmol)を投入し、窒素雰囲気下、130℃で5時間攪拌した。その後、反応液から過剰なジプロピレングリコールモノメチルエーテルを留去した後、酢酸エチル100mlを加えて、抽出液を水で洗浄した。有機層を濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、中間体Cを5.6g得た。
(例示化合物A14の合成)
中間体C4.6g(10.0mmol)に、テトラヒドロフラン45ml、ピリジン4.0g(50.0mmol)を加え、氷水冷却を行った。trans−4−(trans−4’−エチルシクロヘキシル)シクロヘキサンカルボン酸クロリド5.6g(22.0mmol)をテトラヒドロフラン10mlに溶解した溶液を滴下し、滴下終了後、25℃で2時間攪拌を行った。水30mlを加え、析出物をろ取し、メタノールで洗浄して例示化合物A14を5.4g得た。
(中間体Dの合成)
p−ヒドロキシ安息香酸13.8g(0.10mol)に、アセトン70mlおよびピリジン12.0g(0.15mol)を加え、氷水冷却を行った。これに、4−ペンチル安息香酸クロリド23.2g(0.11mol)をアセトン20mlに溶解した溶液を滴下した。滴下終了後、室温で3時間攪拌を行った。反応液を減圧濃縮し、酢酸エチル300mlを加えた。得られた有機層を、1N塩酸で洗浄した後、中性になるまで水で洗浄した。有機層を減圧濃縮した後、トルエンを加えて攪拌した。そして、析出物をろ過した後、乾燥させて、中間体Dを18.5g得た。
(中間体Eの合成)
中間体D15.6g(0.05mol)にトルエン150mlを加えた後、塩化チオニル17.8g(0.15mol)、ジメチルホルムアミド1mlを順次添加し、110℃で4時間攪拌を行った。反応液を減圧濃縮して、中間体Eを16.3g得た。
(例示化合物A23の合成)
中間体C4.6g(10.0mmol)に、テトラヒドロフラン45mlおよびピリジン4.0g(50.0mmol)を加え、氷水冷却を行った。これに、中間体E7.2g(22.0mmol)をテトラヒドロフラン10mlに溶解した溶液を滴下した。滴下終了後、25℃で2時間攪拌を行った。これに水30mlを加え、析出物をろ取し、メタノールで洗浄して例示化合物A23を8.4g得た。
(中間体Fの合成)
トリメシン酸5.0g(23.8mmol)にトルエン20mlを加えた後、塩化チオニル15.5ml(214.2mmol)、ジメチルホルムアミド0.5mlを添加し、120℃で2時間攪拌を行った。反応液を減圧濃縮して、中間体Fを6.3g得た。
(例示化合物A32の合成)
中間体F6.3g(23.7mmol)をジメチルアセトアミド100mlに溶解し、ピリジン16.8g(213.3mmol)を加え、−5℃に冷却した。これに、2−(2−メトキシエトキシ)エタンアミン0.94gをジメチルアセトアミド20mlに溶解した溶液をゆっくりと滴下し、−5℃で1時間攪拌を行った。これに、p−アミノフェノール5.2g(47.4mmol)をジメチルアセトアミド20mlに溶解した溶液をさらに滴下し、10℃で1時間攪拌を行った。これに、ジメチルアセトアミド20mlに溶解したp−アセトキシ安息香酸クロリドを9.4g(47.4mmol)を加え、25℃で2時間攪拌を行った。得られた反応液に水を加え、析出物をろ取し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して例示化合物A32を2.7g得た。
(中間体Gの合成)
p−ヒドロキシ安息香酸5.5g(40.0mmol)にテトラヒドロフラン50mlを加え、氷水冷却を行った。これに、テトラヒドロフラン10mlに溶解したtrans−1,4−シクロヘキサンジカルボン酸クロリド4.2g(20.0mmol)を滴下し、25℃で3時間攪拌を行った。得られた反応液に酢酸エチル100mlを加え、1N塩酸で洗浄した後、中性になるまで有機層を水で洗浄した。有機層を減圧濃縮した後、残渣をメタノールで懸濁して、中間体Gを5.8g得た。
(例示化合物A29の合成)
中間体G4.1g(10.0mmol)にトルエン50mlを加え、塩化チオニル5.9g(50.0mmol)、ジメチルホルムアミド0.5mlを加え、110℃で3時間攪拌を行った。得られた反応液を減圧濃縮後、テトラヒドロフラン50ml、ピリジン2.4g(30.0mmol)を加え、氷水冷却した。これに、ジプロピレングリコール3.3g(20.0mmol)をテトラヒドロフラン10mlに溶解した溶液を滴下し、滴下終了後、25℃で4時間攪拌を行った。得られた反応液を減圧濃縮後、酢酸エチル100mlを加え、1N塩酸で洗浄した後、有機層が中性になるまで水で洗浄を行った。有機層を減圧濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、例示化合物A29を4.0g得た。
他の例示化合物も、原料の種類等を変更した以外は前述の合成例のいずれかと同様にして合成した。
[溶液吸収スペクトルの測定]
準備した本発明の例示化合物および比較化合物を、テトラヒドロフラン(安定剤なし)に溶解させて、濃度10−5mol/Lの溶液を得た。得られた溶液を、石英セル(10mm長四角セル)に入れて、吸収分光光度計(U−570、日本分光社製)を用いて、溶液の吸光度を測定した。そして、得られた溶液吸収スペクトルの、波長領域200〜370nmの範囲における極大吸収の波長をλmaxとした。上記波長範囲において極大吸収が複数ある場合、最も長波長側にある極大吸収をλmaxとした。
2.光学フィルムの作製
(実施例1)
微粒子分散液1の調製
下記成分を、ディゾルバーで50分間攪拌混合した後、マントンゴーリンで分散させて、微粒子分散液1を得た。
(微粒子分散液1の組成)
微粒子(アエロジル R972V 日本アエロジル(株)製):11質量部
エタノール:89質量部
微粒子添加液1の調製
得られた微粒子分散液1を、メチレンクロライドを投入した溶解タンクに十分攪拌しながらゆっくりと添加した。得られた溶液を、微粒子の二次粒子の粒径が所定の大きさとなるようにアトライターにて分散させた後、日本精線(株)製のファインメットNFで濾過して、微粒子添加液1を得た。
(微粒子添加液1の組成)
メチレンクロライド:99質量部
微粒子分散液1:5質量部
ドープ液の調製
加圧溶解タンクに、メチレンクロライドとエタノールを投入し、さらにセルロースエステルC、糖エステル化合物、例示化合物A1および微粒子添加液1を攪拌しながら投入した。得られた溶液を加熱し、攪拌しながら完全に溶解させた。得られた溶液を、安積濾紙(株)製の安積濾紙No.244を使用して濾過し、ドープ液を得た。
(ドープ液の組成)
メチレンクロライド:520質量部
エタノール;45質量部
セルロースエステルC:100質量部
下記の糖エステル化合物A:5質量部
例示化合物A1:3質量部
微粒子添加液1:1質量部
得られたドープ液を、無端ベルト流延装置を用いて、ステンレスベルト支持体上に均一に流延させた。ステンレスベルト支持体上で、流延(キャスト)したドープ膜中の溶媒を、残留溶媒量が75%になるまで蒸発させた後、得られたウェブをステンレスベルト支持体上から剥離した。得られたウェブを、テンター延伸装置のクリップで把持しながら搬送した。得られたウェブを、乾燥ゾーン内で、多数のロールで搬送させながら乾燥させた。その後、テンタークリップで把持していたウェブの幅方向端部をレーザーカッターでスリット除去した後、巻き取って原反フィルムを得た。
得られた原反フィルムを巻き出して、原反フィルムのガラス転移温度+20℃の温度で、延伸倍率2.5倍にて斜め方向(フィルムの幅方向に対して45°)に延伸し、光学フィルム101を得た。得られた光学フィルム101の膜厚は、30μmであった。得られた光学フィルム101の面内遅相軸とフィルムの幅方向とのなす角度θは45°であった。
(実施例2〜22、比較例1〜9)
光学フィルム101の製造において、セルロースエステルC、例示化合物A1の種類と添加量、およびフィルムの膜厚を表2に示されるように変更した以外は実施例1と同様にして光学フィルム102〜131を得た。光学フィルムの膜厚は、ドープ液の流量で調整した。また、光学フィルムの面内遅相軸とフィルムの幅方向とのなす角度θは全て45°であった。
得られた光学フィルムのR0、波長分散特性(R0(450)/R0(550))およびそれらのムラを、以下の方法で評価した。
[R0、Rthおよび波長分散特性]
1)光学フィルムを、23℃55%RHで調湿した。調湿後の光学フィルムの、450nm、550nmおよび650nmにおける平均屈折率を、アッベ屈折計と分光光源を用いて、それぞれ測定した。また、光学フィルムの厚みを、膜厚計を用いて測定した。
2)調湿後の光学フィルムに、フィルム表面の法線と平行に、測定波長450nm、550nmまたは650nmの光を入射させたときの面内方向の位相差R0(450)、R0(550)またはR0(650)を、Axometric社製のAxoScanにて測定した。
3)Axometric社製のAxoScanにより、光学フィルムの面内の遅相軸を傾斜軸(回転軸)として、光学フィルムの表面の法線に対してφの角度(入射角(φ))から測定波長450nm、550nmまたは650nmの光を入射させたときの位相差R(φ)をそれぞれ測定した。位相差R(φ)の測定は、φが0°〜50°の範囲で、10°毎に6点行った。光学フィルムの面内の遅相軸は、Axometric社製のAxoScanにより確認した。
4)各波長(λ)にて測定されたR0およびR(φ)と、前述の平均屈折率と膜厚とから、Axometric社製のAxoScanにより、nx、nyおよびnzを算出して、下記式(I)および(II)に基づいて、測定波長450nm、550nmまたは650nmでの厚み方向の位相差Rth(450)、Rth(550)またはRth(650)を、それぞれ算出した。位相差の測定は、23℃55%RH条件下で行った。
式(I):R0(λ)=(nx(λ)−ny(λ))×d(nm)
式(II):Rth(λ)={(nx(λ)+ny(λ))/2−nz(λ)}×d(nm)
(式(I)および(II)において、
nx(λ)は、波長λの光を入射させたときの、光学フィルムの面内方向において屈折率が最大になる遅相軸方向xにおける屈折率を表し;
ny(λ)は、波長λの光を入射させたときの、光学フィルムの面内方向において前記遅相軸方向xと直交する方向yにおける屈折率を表し;
nz(λ)は、波長λの光を入射させたときの、光学フィルムの厚み方向zにおける屈折率を表し;
d(nm)は、光学フィルムの厚みを表す)
さらに、得られたR0(450)とR0(550)から、R0(450)/R0(550)を算出した。
[R0のムラ]
得られた光学フィルムのR0(550)の測定を、フィルムの幅方向に50mm間隔で10点行った。得られた全測定値の最大値と最小値の差を「R0のムラ」として、下記基準に従って評価した。
A:R0のムラが1nm未満
B:R0のムラが1nm以上2nm未満
C:R0のムラが2nm以上4nm未満
D:R0のムラが4nm以上6nm未満
E:R0のムラが6nm以上
ここで、Cレベル以上であれば実用上問題ないが、Bレベルであることが好ましく、Aレベルであることが特に好ましい。
[R0(450)/R0(550)のムラ]
得られた光学フィルムのR0(550)とR0(450)の測定を、フィルムの幅方向に50mm間隔で10点行った。得られたR0(450)/R0(550)の全測定値の最大値と最小値の差を「R0(450)/R0(550)のムラ」として、下記基準に従って評価した。
A:R0(450)/R0(550)のムラが0.01未満
B:R0(450)/R0(550)のムラが0.01以上0.02未満
C:R0(450)/R0(550)のムラが0.02以上0.03未満
D:R0(450)/R0(550)のムラが0.03以上
ここで、Bレベル以上であれば実用上問題ないが、Aレベルであることが好ましい。
実施例1〜19の光学フィルムの評価結果を表2に示し;実施例20〜22および比較例1〜9の光学フィルムの評価結果を表3に示す。
表2および3に示されるように、実施例1〜20の光学フィルムは、高い位相差と逆波長分散性とを有し、かつ位相差のムラと波長分散性のムラがいずれも小さいことがわかる。一方、比較例1〜9の光学フィルムは、位相差が低いか、正の波長分散性を示し、位相差のムラと波長分散性のムラも大きいことがわかる。
3.円偏光板および表示装置の作製
(実施例23)
偏光子の作製
厚さ120μmのポリビニルアルコールフィルムを、延伸温度110℃、延伸倍率5倍の条件で一軸延伸した。得られたフィルムを、ヨウ素0.075g、ヨウ化カリウム5g、水100gからなる水溶液に60秒間浸漬した後、ヨウ化カリウム6g、ホウ酸7.5g、水100gからなる68℃の水溶液に浸漬した。得られたフィルムを、水洗、乾燥して厚さ20μmの偏光子を得た。
円偏光板201の作製
上記で作製した光学フィルム101の、偏光子との貼り合わせ面をアルカリけん化処理した。同様に、コニカミノルタタックフィルムKC6UA(コニカミノルタオプト(株)製)を準備し、その偏光子との貼り合わせ面を、アルカリケン化処理した。そして、偏光子の一方の面に、光学フィルム101を、粘着剤であるポリビニルアルコール5%水溶液を介して貼り合わせ;偏光子の他方の面に、コニカミノルタタックフィルムKC6UA(コニカミノルタオプト(株)製)を、ポリビニルアルコール5%水溶液を介して貼り合わせて、円偏光板201を作製した。光学フィルム101と偏光子との貼り合わせは、偏光子の透過軸と光学フィルム101の遅相軸とのなす角が45°となるように行った。
表示装置301の作製
ガラス基板上に、スパッタリング法により、厚さ80nmのクロムからなる光反射電極を形成した。この光反射電極上に、陽極として厚さ40nmのITOの薄膜を形成した。次いで、この陽極上に、スパッタリング法により、厚さ80nmのポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホネート(PEDOT:PSS)からなる正孔輸送層を形成した。この正孔輸送層上に、シャドーマスクを用いて、RGBの発光層(赤色発光層、緑色発光層および青色発光層)をそれぞれパターニング形成した。発光層の厚みは、各色毎に100nmとした。赤色発光層は、ホストとしてトリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム(Alq3)と発光性化合物[4−(dicyanomethylene)−2−methyl−6(p−dimethylaminostyryl)−4H−pyran](DCM)とを共蒸着(質量比99:1)して形成した。緑色発光層は、ホストとしてAlq3と、発光性化合物クマリン6とを共蒸着(質量比99:1)して形成し;青色発光層は、ホストとしてBalqと発光性化合物Peryleneとを共蒸着(質量比90:10)して形成した。
得られたRGBの発光層上に、真空蒸着法により、電子が効率的に注入できるような第1の陰極として、仕事関数の低いカルシウムからなる厚み4nmの薄膜を形成した。この第1の陰極上に、第2の陰極として厚み2nmのアルミニウムからなる薄膜を形成し、有機発光層を得た。第2の陰極として用いたアルミニウムは、その上に透明電極をスパッタリング法で成膜する際に、第1の陰極であるカルシウムが化学的に変質するのを防ぐ役割がある。
次いで、第2の陰極上に、スパッタリング法により、ITOからなる厚み80nmの透明導電膜(第1の陰極、第2の陰極および透明導電膜を、合わせて透明電極層とする)を形成した。さらに、透明導電膜上に、CVD法により、窒化珪素からなる厚み200nmの薄膜を形成し、絶縁膜(透明基板)とした。
得られた絶縁膜(透明基板)上に、円偏光板201を、粘着剤を介して貼り合わせて、有機エレクトロルミネッセンス表示装置301を得た。円偏光板201の貼り合わせは、光学フィルム101が絶縁膜側となるように行った。
(実施例24〜44、比較例10〜18)
光学フィルム101を、光学フィルム102〜131に変更した以外は実施23と同様にして円偏光板202〜231と表示装置302〜331を得た。そして、表示装置の評価を実施例23と同様にして行った。
得られた有機EL表示装置の色ムラとコントラストのムラを、以下の方法で評価した。
[色ムラ]
得られた有機EL表示装置を黒表示させたときの色ムラを、以下の基準で評価した。
A:有機EL表示装置の画面に、箇所ごとの色味に違いは見られない。
B:有機EL表示装置の画面に、箇所ごとに色味に違いが見られるが使用に際して問題がない程度である。
C:有機EL表示装置の画面に、箇所ごとに色味に違いが見られ、製品として使用できない程度である。
D:有機EL表示装置の画面に、箇所ごとに色味違いが大きく、製品として使用できない程度である。
[コントラストのムラ]
得られた有機EL表示装置の23℃55%RHの環境で、白表示時の輝度と、黒表示時の輝度をそれぞれ測定した。輝度の測定は、ELDIM社製EZ−Contrast160Dにより行った。測定値を、下記式に当てはめて正面コントラストとした。
正面コントラスト=(表示装置の法線方向から測定した白表示の輝度)/(表示装置の法線方向から測定した黒表示の輝度)
有機EL表示装置の任意の10点の正面コントラストを測定した。そして、得られた10点の正面コントラストの平均値を求めた。さらに、得られた10点の正面コントラストのうち、平均値との差の絶対値が最大となる、正面コントラストの最大値もしくは最小値を求めた。これらの値を下記式に当てはめて、正面コントラストのばらつき(%)を求めた。
正面コントラストのばらつき(%)=|(正面コントラストの最大値もしくは最小値)−(正面コントラストの平均値)|/(正面コントラストの平均値)×100
そして、正面コントラストのばらつきを、以下の基準に基づいて評価した。
A:正面コントラストのばらつきがなく、ムラもない
B:正面コントラストのばらつきが1〜5%未満のばらつきであり、ムラが小さい
C:正面コントラストが5〜10%未満のばらつきであり、ムラがややある
D:正面コントラストが10%以上のばらつきであり、ムラが大きい
実施例23〜44および比較例10〜18の有機EL表示装置の評価結果を表4に示す。
表4に示されるように、本発明の光学フィルムを含む実施例23〜44の表示装置は、比較例10〜16の表示装置よりも、色ムラとコントラストのムラがいずれも少ないことがわかる。