JP2015197604A - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で液晶層の反射波長を局所的に制御する。
【解決手段】
一実施形態に係る光学フィルムの製造方法は、配向基板フィルム上にコレステリック液晶材料を含む溶液を塗布する工程と、溶液を乾燥させて配向基板フィルム上に液晶層を形成する工程と、加熱部材を液晶層の一部の領域に接触させて該一部の領域を第１の温度で加熱し、該液晶層の該一部の領域において該液晶層の液晶分子を配向させる工程と、液晶層の配向を固定する工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光学フィルムの製造方法に関するものである。

コレステリック液晶層を含み、特定波長の光を透過又は反射させることによって視覚的効果を与える光学フィルムが利用されている。一般的に、このような光学フィルムにおいては、コレステリック液晶材料を含む溶液を配向基板フィルム上に塗布し、次いで当該溶液から溶剤を揮発させ、その後加熱して液晶相を発現させることで液晶分子が所定方向に配向されたコレステリック液晶層を配向基板フィルム上に形成する。

コレステリック液晶層は、ねじれのないネマチック液晶にカイラル剤を添加することで、液晶分子に螺旋構造を形成させたフィルムであり、螺旋の周期（螺旋ピッチ）に対応した波長の光を選択的に反射する特性を持つ。コレステリック液晶層の螺旋ピッチは、コレステリック液晶層を加熱して液晶相を発現させるときの加熱温度に依存する。このため、例えばフローティングドライヤーといった熱処理装置を用いてコレステリック液晶層を加熱して液晶相を発現させる場合には、加熱装置によるコレステリック液晶層の加熱温度によってコレステリック液晶の螺旋ピッチが決定される。

また、コレステリック液晶層の加熱温度とは異なる条件を用いてコレステリック液晶層の螺旋ピッチを制御する技術が知られている。例えば、特許文献１には、コレステリック液晶化合物と重合開始剤と含む化合物に紫外線、可視光線、電子線等のエネルギー線を照射して当該化合物を重合させることによって、コレステリック液晶の螺旋ピッチを制御しつつ当該コレステリック液晶を固定化させる方法が記載されている。この方法では、化合物に照射するエネルギー線の照射エネルギーを調整することによってコレステリック液晶の螺旋ピッチを制御している。

特開２０００−２２６５８０号明細書

ところで、上記のような光学フィルムでは、意匠性を向上させるために、コレステリック液晶層の反射波長を局所的に制御することが望まれている。しかし、熱処理装置を用いて液晶相を発現させる方法では、コレステリック液晶層の全面が均一に加熱されることになるので、全面において単一の螺旋ピッチを有するコレステリック液晶層が形成される。よって、この方法では、コレステリック液晶層の反射波長を局所的に制御することは困難である。また、例えば特許文献１に記載の方法において、コレステリック液晶層の一部の領域にのみエネルギー線を照射することによって、コレステリック液晶層の反射波長を局所的に制御することが考えられる。しかし、この場合には、エネルギー線の照射領域を高精度に制御することが必要となるので大がかりな露光装置が必要であり、設備が複雑、且つ大型化するという問題がある。

したがって、本技術分野においては、簡易な構成で液晶層の反射波長を局所的に制御することができる光学フィルムの製造方法が求められている。

一側面に係る光学フィルムの製造方法は、配向基板フィルム上にコレステリック液晶材料を含む溶液を塗布する工程と、溶液を乾燥させて配向基板フィルム上に液晶層を形成する工程と、加熱部材を液晶層の一部の領域に接触させて該一部の領域を第１の温度で加熱し、該液晶層の該一部の領域において該液晶層の液晶分子を配向させる工程と、液晶層の配向を固定する工程と、を含む。

上記方法では、液晶層に加熱部材を接触させることによって液晶層の一部の領域が第１の温度で加熱される。これにより、液晶層の当該一部の領域において、液晶層の螺旋ピッチが第１の温度に応じたものになるように液晶層の液晶分子が配向される。このように、上記方法によれば、液晶層の一部の領域の配向状態を局所的に制御することができる。また、上記方法では、加熱部材を液晶層に接触させることで液晶層を局所的に配向させているので、露光装置といった大がかりの設備が必要とされない。したがって、上記方法によれば、簡易な構成で液晶層の反射波長を局所的に制御することができる。

一形態では、前記一部の領域において液晶層の液晶分子を配向させる工程の前に、液晶層の全領域を第１の温度とは異なる第２の温度で加熱し、該液晶層の全領域において該液晶層の液晶分子を配向させる工程を更に含んでいてもよい。

上記形態では、液晶層の全領域が第２の温度に応じた螺旋ピッチになるようにコレステリック液晶材料が配向される。このため、その後に液晶層の一部の領域において液晶層の液晶分子を配向させる工程が実施されると、液晶層の当該一部の領域と他の領域とにおいて選択反射波長が異なった光学フィルムを作製することができる。よって、本形態によれば、異なる複数の色調の光を反射する意匠性の高い光学フィルムを簡易な構成で製造することができる。

以上説明したように、本発明の種々の側面及び種々の形態によれば、簡易な構成で液晶層の反射波長を局所的に制御することができる。

一実施形態に係る光学フィルムの製造方法を示す流れ図である。 図１に示す方法の各工程によって製造される光学フィルムを模式的に示す図である。 一部の領域において液晶分子を配向する手法の一例を示す図である。 一部の領域において液晶分子が配向された液晶層の一例を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係る光学フィルムの製造方法Ｍを示す流れ図である。図１に示す方法Ｍにより、配向基板フィルム上にコレステリック液晶層が形成された光学フィルム１が作製される。方法Ｍでは、まず工程Ｓ１において、配向基板フィルム１０が準備される。図２（ａ）は、工程Ｓ１において準備される配向基板フィルム１０の一例を模式的に示す図である。

配向基板フィルム１０は、光学フィルムの支持体として利用されるものであり、一例では、８〜２００μｍ、より詳細には１５〜１５０μｍ、更に詳細には２０〜１００μｍの膜厚を有し得る。配向基板フィルム１０は、その上に形成される液晶層内の液晶分子を配向する配向能を有するものであれば特に限定されない。配向基板フィルム１０としては、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール、セルロース系プラスチックスや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(４−メチル−１−ペンテン)、ノルボルネン系樹脂等の鎖式または脂環式ポリオレフィン等から形成されたプラスチックフィルムやシートが例示される。

配向基板フィルム１０は、例えば、ベースフィルム及びベースフィルム上に形成された配向膜を有していてもよい。配向膜を構成する材料としては高分子化合物を用いることができる。配向膜は、例えばポリイミド、アルキル鎖変性系ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート等によって構成される。

また、配向基板フィルム１０の表面には、プラスチックフィルムやシートの表面にシリコン処理等の表面処理、またアクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂あるいはパラフィン系のワックスがコーティングされていてもよい。このコーティングには、エンボス加工等の物理的変形処理、親水化処理、疎水化処理といった加工又は処理が施されていてもよい。

一実施形態では、配向基板フィルム１０の表面には、ラビング処理が施されていてもよい。ラビング処理は、配向基板フィルム１０の表面にラビング布を所定方向に沿って擦り付けることによって行われる。このラビング処理により、液晶層内の液晶分子は、配向基板フィルム１０との界面において配向基板フィルム１０にラビング布を擦り付ける方向に並ぶことになる。なお、配向基板フィルム１０は、一定の長さを有する連続したフィルムであり、工業的にはロール状に巻かれた形態で供給され得るような連続フィルムであってもよい。ただし、配向基板フィルム１０は必ずしもロール状に巻かれた形態で供給される必要はなく、例えば折り畳まれたものであってもよい。

図１の説明に戻り、方法Ｍでは、次いで工程Ｓ２が行われる。工程Ｓ２においては、配向基板フィルム１０の表面にコレステリック液晶材料を含む液晶溶液１２が塗布される。図２（ｂ）は、工程Ｓ２において配向基板フィルム１０上に液晶溶液１２が塗布された状態を模式的に示す図である。液晶溶液１２の塗布方法は特に限定されず、例えば、ロールコート法、カーテンコート法や、スロットコート法等のダイコート法を採用することができる。

工程Ｓ２において塗布される液晶溶液１２は、コレステリック液晶材料及び溶剤を含んでいる。コレステリック液晶材料としては、高分子コレステリック液晶、低分子コレステリック液晶、及びこれらの混合物が例示される。

高分子コレステリック液晶としては、コレステリック配向が固定化できるものであれば特に制限はなく、主鎖型、側鎖型高分子液晶を用いることができる。具体的には、高分子コレステリック液晶としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミド等の主鎖型液晶ポリマー、あるいはポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサンといった側鎖型液晶ポリマーが例示される。一例では、コレステリック配向を形成する上で配向性がよく、合成も比較的容易である液晶性ポリエステルを用いることができる。ポリマーの構成単位としては、例えば芳香族あるいは脂肪族ジオール単位、芳香族あるいは脂肪族ジカルボン酸単位、芳香族あるいは脂肪族ヒドロキシカルボン酸単位が例示される。

また低分子コレステリック液晶としては、例えばアクリロイル基、ビニル基やエポキシ基等の官能基を導入したビフェニル誘導体、フェニルベンゾエート誘導体、スチルベン誘導体等を基本骨格としたものを用いることができる。また、低分子コレステリック液晶としては、ライオトロピック性液晶、サーモトロピック性液晶の何れを用いてもよいが、サーモトロピック性を示すものが作業性、プロセス等の観点からより望ましい。

液晶溶液１２の溶剤としては、コレステリック液晶材料を溶解可能なものであれば特に限定されないが、例えば、一般的にアセトン、メチルエチルケトン、イソホロン、シクロヘキサノンなどのケトン類、ブトキシエチルアルコール、ヘキシルオキシエチルアルコール、メトキシ−２−プロパノール、ベンジルオキシエタノールなどのエーテルアルコール類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類、酢酸エチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル類、フェノール、クロロフェノールなどのフェノール類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどのアミド類、クロロホルム、テトラクロロエタン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン系などやこれらの混合系が用いられる。また、配向基板フィルム１０上に均一な塗膜を形成するために、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤等を溶液に添加してもよい。

また、液晶溶液１２に架橋剤を加えてもよい。架橋性基の例としては、例えばビスアジド化合物やグリシジルメタクリレート等が例示される。更に、液晶溶液１２には、二色性色素、染料、顔料等の各種添加剤を添加することもできる。

次いで、方法Ｍでは、工程Ｓ３において液晶溶液１２を乾燥させて配向基板フィルム１０上に液晶層１４を形成する。具体的には、液晶溶液１２が塗布された配向基板フィルム１０を温風送風炉といった熱処理炉内に搬送し、配向基板フィルム１０を加熱して液晶溶液１２を乾燥させることにより液晶溶液１２に含まれる溶剤を除去する。これにより、配向基板フィルム１０上には液晶層１４が形成される。工程Ｓ３においては、配向基板フィルム１０上の液晶溶液１２は、コレステリック液晶材料が固体から液晶へ転移する温度（以下、「液晶転移温度」という）よりも低い温度で加熱される。この加熱温度は、液晶溶液１２に含まれる溶液の種類やコレステリック液晶材料の種類によって適宜選択されうるが、一実施形態では、この加熱温度を２０℃〜２００℃、好ましくは３０℃〜１５０℃、更に好ましくは４０℃〜１２０℃とすることができる。また、熱処理炉内の温度が徐々に上昇するようにして配向基板フィルム１０を加熱してもよい。一例では、配向基板フィルム１０は、５０℃から１１０℃まで徐々に炉内の温度が昇温される熱処理炉内において４分間加熱されてもよい。図２（ｃ）は、工程Ｓ３において配向基板フィルム１０上に液晶層１４が形成された光学フィルム１を模式的に示す図である。工程Ｓ３で形成される液晶層１４は、一例では、０．３μｍ〜２０μｍ、より詳細には０．５μｍ〜１０μｍ、更に詳細には０．７μｍ〜３μｍの膜厚を有し得る。

次いで、方法Ｍでは、工程Ｓ４において液晶層１４の全領域（全面）を加熱し、液晶層１４の全領域において液晶層１４の液晶分子を配向させる。工程Ｓ４においては、液晶層１４の温度が、液晶転移温度よりも高い第２の温度になるように液晶層１４が加熱される。これにより、液晶層１４には固相から液晶相に相転移して流動性を有するようになる。第２の温度は、例えば１８０℃〜２００℃の範囲内の温度とすることができる。工程Ｓ４によって、液晶層１４の液晶分子は全領域において配向基板フィルム１０の配向能に応じた向きに容易に配向される。また、液晶層１４のコレステリック液晶の螺旋ピッチは、第２の温度に応じた長さに設定される。なお、一実施形態では、工程Ｓ３及び工程Ｓ４を明確に分離して行うことなく、両工程を同一の熱処理炉内において連続的に行ってもよい。

次いで、工程Ｓ５においては、加熱部材を液晶層１４の表面の一部の領域に接触させることにより液晶層１４の当該一部の領域を加熱し、当該一部の領域において液晶層１４の液晶分子を配向させる。加熱部材は、例えば加熱された金属板であり、液晶層１４に形成する文字や模様といった所望の意匠パターンに対応する表面形状を有している。工程Ｓ５においては、液晶層１４の全領域のうち加熱部材が接触した一部の領域（以下、「接触領域」という）が、加熱部材からの熱伝導によって局所的に加熱される。また、工程Ｓ５においては、液晶層１４の接触領域が、第２の温度とは異なり、且つ液晶転移温度よりも高い第１の温度に加熱される。これにより、液晶層１４の接触領域は固相から液晶相に相転移して流動性を有するようになる。この第１の温度は、例えば１８０℃〜２００℃の範囲内の温度とすることができる。このため、液晶層１４の接触領域における液晶分子は、配向基板フィルム１０の配向能に応じた向きに容易に配向される。この工程Ｓ５を行うことにより、液晶層１４の接触領域におけるコレステリック液晶の螺旋ピッチは、第１の温度に応じた長さに設定され、液晶層１４の接触領域を除く領域（以下、「非接触領域」という）における螺旋ピッチとは異なるものとなる。

以下、図３を参照して、工程Ｓ５の液晶分子の配向方法の一例を説明する。ここでは、液晶層１４に文字「Ａ」に対応するパターンを形成するものとする。図３に示す例では、回転可能に支持されたロール１６の外周面に、金属板１８が巻き付けられている。ここでは、金属板１８の表面には、所望の意匠パターン、即ち文字「Ａ」に対応する平面形状を有する突出部が形成されている。この金属板１８は、例えばロール１６内に設けられたヒーターによって第１の温度に加熱されている。そして、例えば図３に示す搬送方向Ａに向けて光学フィルム１を搬送しながら、ロール１６を回転させて液晶層１４の一部の領域に加熱された金属板１８の突出部を押し当てることによって、液晶層１４の一部の領域を第１の温度で加熱する。

図４は、図３に示す例により意匠パターンが形成された液晶層１４の一例を模式的に示す平面図である。液晶層１４の全領域のうち金属板１８の突出部が接触した接触領域Ｒ１においては、液晶層１４の螺旋ピッチが、第１の温度に応じたものとされている。一方、非接触領域Ｒ２におけるコレステリック液晶の螺旋ピッチは、工程Ｓ４において第２の温度に応じたものとされている。したがって、液晶層１４の接触領域Ｒ１においては、非接触領域Ｒ２とは異なる波長、即ち異なる色調の光が選択的に反射されることになる。その結果、図４に示すように、接触領域Ｒ１の形状、即ち文字「Ａ」の形状が、背景となる非接触領域Ｒ２に対して十分な色差を有して表示されることになる。

図１の説明に戻り、方法Ｍでは、次いで工程Ｓ６において液晶層１４の配向が固定される。工程Ｓ６では、例えば液晶層１４を液晶転移温度以下の温度に冷却する。これにより、コレステリック液晶材料はガラス状態となって流動性を失い、液晶分子は液晶相での配向状態で固定化される。このようにして、配向基板フィルム１０上に液晶分子が所定の方向に配向した液晶層１４が得られる。なお、液晶層１４の液晶分子の配向の固定化は、上記のように液晶層１４を液晶転移温度以下に冷却する方法に限られず、配向後に電子線、紫外線等による光架橋によって配向を固定化する方法を用いてもよい。

以上説明した実施形態によれば、異なる複数の色調の光を反射する意匠性の高い光学フィルム１を簡易な構成で製造することができる。一例として、このような光学フィルムをセキュリティホログラムに利用する場合には、複雑な意匠パターンのセキュリティホログラムを形成することができるので、偽造防止効果を向上させることができる。

以上、種々の実施形態について説明したが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、図１に示す方法Ｍでは、Ｓ４において液晶層の全領域の液晶分子を配向した後に、工程Ｓ５において液晶層１４の一部の領域の液晶分子を配向しているが、一実施形態では、方法Ｍの工程Ｓ４を省略することができる。工程Ｓ４を省略した実施形態では、液晶層１４の接触領域においては液晶層１４の液晶分子が配向された状態となり、液晶層１４の非接触領域においては液晶層１４の液晶分子が未配向の状態となる。したがって、この実施形態においても、簡易な構成で液晶層１４の反射波長を局所的に制御することができる。

また、一実施形態では、液晶層１４上の複数の領域において異なる温度に加熱された加熱部材をそれぞれ接触させてもよい。これにより、各々の接触領域において異なる反射波長を有する液晶層１４を作成することができる。また、上述の実施形態では、加熱部材が金属板である実施形態について説明したが、加熱部材の素材は、耐熱性を有するものであれば特に限定されない。

１…光学フィルム、１０…配向基板フィルム、１２…液晶溶液、１４…液晶層、１６…ロール、１８…金属板、Ｒ１…接触領域、Ｒ２…非接触領域。

Claims (2)

1. 配向基板フィルム上にコレステリック液晶材料を含む溶液を塗布する工程と、
   前記溶液を乾燥させて前記配向基板フィルム上に液晶層を形成する工程と、
   加熱部材を前記液晶層の一部の領域に接触させて該一部の領域を第１の温度で加熱し、該一部の領域において該液晶層の液晶分子を配向させる工程と、
   前記液晶層の配向を固定する工程と、
   を含む、光学フィルムの製造方法。
2. 前記一部の領域において前記液晶層の液晶分子を配向させる工程の前に、前記液晶層の全領域を第１の温度とは異なる第２の温度で加熱し、該液晶層の全領域において該液晶層の液晶分子を配向させる工程を更に含む、
   請求項１に記載の光学フィルムの製造方法。
   
   
   

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