JP2015200858A - 位相差フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る位相差フィルム1は、基材11と、配向層12と、重合性液晶組成物の硬化物を含む位相差層13とがこの順で積層されてなるものである。そして、位相差層13を構成する重合性液晶組成物は、フッ素系レベリング剤を含有し、その位相差層13においては、少なくともフッ素0.1atomic%の割合に相当するフッ素系レベリング剤が、位相差層13の表面から配向層12側に向かう鉛直方向への厚み5nm以上に浸透していることを特徴とする。
【選択図】図4
Description
1.位相差フィルムの構成
2.位相差層(液晶層)について
3.位相差フィルムの製造方法
図1は、本実施の形態に係る位相差フィルム1の一例を示す図である。この位相差フィルム1は、基材11と、配向パターンを有して基材11上に形成される配向層12と、重合性液晶組成物の硬化物を含む位相差層13とがこの順に積層されてなる。
基材11は、透明フィルム材であり、配向層12を支持する機能を有し、長尺に形成されている。基材11は、位相差が小さいことが好ましく、面内位相差(面内レターデーション値、以下「Re値」ともいう。)が、0nm〜10nmの範囲内であることが好ましく、0nm〜5nmの範囲内であることがより好ましく、0nm〜3nmの範囲内であることがさらに好ましい。Re値が10nmを超えると、例えばパターン配向膜を用いたフラットパネルディスプレイの表示品質が悪くなる可能性がある点で好ましくない。
Re[nm]=(Nx−Ny)×d[nm]
で表わされる値である。Re値は、例えば、位相差測定装置KOBRA−WR(王子計測機器社製)を用い、平行ニコル回転法により測定することができる。
配向層12は、基材11上に配向層用組成物(配向膜組成物)を塗布(塗工)して硬化させて得られた硬化物である配向膜からなる。この配向層12を構成する配向膜は、特に限定されないが、例えば、偏光照射により光配向性を発揮する光配向材料を用い光照射によって配向させる光配向方式により形成することができる。
例えば光配向方式によって配向層12を形成する場合、配向層12は、以下に説明する配向膜組成物を含有する。この配向膜組成物は、偏光照射により光配向性を発揮する光配向材料と、この光配向材料を溶かす溶媒とを含有する。
光配向材料とは、偏光紫外線の照射により配向規制力を発現できる材料をいう。配向規制力とは、光配向材料を含む配向層を形成し、この配向層上に液晶化合物(位相差層形成用の重合性液晶組成物)からなる層を形成したとき、液晶化合物を所定の方向に配列させる機能をいう。
配向膜組成物に用いる溶媒としては、上述した光配向材料等を所望の濃度に溶解できるものであれば特に限定されるものでなく、例えば、ベンゼン、ヘキサン等の炭化水素系溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、シクロヘキサン等のアノン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒を例示することができる。また、溶媒は、1種類であってもよいし、2種類以上の溶媒の混合溶媒であってもよい。
配向膜組成物は、必要に応じて、その他の添加剤を含有するものであってもよい。例えば、添加剤として密着向上剤等を含有させることができる。密着向上剤は、基材11上に配向膜組成物を塗工したとき、基材11と化学反応を起こして基材11の表面を荒らし、基材11と配向膜組成物の硬化物からなる配向層12との密着性を高める機能を有する。
上述したように、配向層12をパターン状に形成(パターン配向層を形成)する場合、ラビング処理によって形成されてもよいし、光配向方式によって形成されてもよい。例えば、ラビング処理によって形成される場合、基材11にエネルギー線硬化性樹脂を塗布し、その後、周囲に凹凸形状が形成されたローラを用いて基材11に凹凸形状を転写し、エネルギー線照射装置によるエネルギー線の照射によりエネルギー線硬化性樹脂を硬化させる。これにより、ロール版に形成された凹凸形状を基材11に転写する。
位相差層13は、重合性液晶組成物(以下、単に「液晶組成物」ともいう)を含有する。この重合性液晶組成物は、液晶性を示し分子内に重合性官能基を有する液晶化合物(棒状化合物)を含有する。なお、配向層12をパターン配向膜により構成した場合、この位相差層13は、その配向パターンに沿って形成されるため、図1に示すように、右目用の領域に対応する第1位相差領域13Aと、左目用の領域に対応する第2位相差領域13Bとを有するようになる。
重合性液晶化合物(以下、単に「液晶化合物」ともいう)は、屈折率異方性を有し、規則的に配列することにより所望の位相差性を付与する機能を有する。液晶化合物として、例えば、ネマチック相、スメクチック相等の液晶相を示す材料が挙げられるが、他の液晶相を示す液晶化合物と比較して規則的に配列させることが容易である点で、ネマチック相を示す液晶化合物を用いることがより好ましい。ネマチック相を示す液晶化合物としては、メソゲン両端にスペーサを有する材料を用いることが好ましい。メソゲン両端にスペーサを有する液晶化合物は、柔軟性に優れるため、このような液晶化合物を用いることによって位相差フィルム1を透明性に優れたものにすることができる。
本実施の形態においては、重合性液晶組成物中に、上述した重合性液晶化合物と共に、レベリング剤を含有する。このレベリング剤は、フッ素系の化合物からなるもの(以下、「フッ素系レベリング剤」ともいう)であり、例えばパーフルオロアルキル基を有する。このようにパーフルオロアルキル基を有するフッ素系レベリング剤を用いることで、配向層12をパターン配向膜により構成する場合に、より厳密な配向パターンを有する位相差フィルム1を提供することができる。
上述した液晶化合物やレベリング剤は、通常溶媒に溶かされている。溶媒は、これら液晶化合物やレベリング剤を均一に分散できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、ベンゼン、ヘキサン等の炭化水素系溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン(以下「CHN」という。)等のケトン系溶媒、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGME)等のエーテル系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、シクロヘキサン等のアノン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒を例示することができる。また、溶媒は、1種単独であってもよく、2種類以上の溶媒の混合溶媒であってもよい。
その他、重合性液晶組成物は、必要に応じて他の添加剤を含むものであってもよい。他の添加剤としては、上述した液晶化合物の配列秩序を害するものでなければ特に限定されず、例えば、重合開始剤、重合禁止剤、可塑剤、界面活性剤、及びシランカップリング剤等を挙げることができる。
重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4,4−ビス(ジメチルアミン)ベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミン)ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、4,4−ジクロロベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、p−tert−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、2−tert−ブチルアントラキノン、2−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、4−アジドベンジルアセトフェノン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)シクロヘキサン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)−4−メチルシクロヘキサノン、2−フェニル−1,2−ブタジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1,3−ジフェニル−プロパントリオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−3−エトキシ−プロパントリオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ミヒラーケトン、2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、n−フェニルチオアクリドン、4,4−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、アデカ社製N1717、四臭化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性色素とアスコルビン酸やトリエタノールアミンのような還元剤との組み合わせ等を例示できる。これらの重合開始剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
重合禁止剤は、重合性液晶組成物の保存安定性を高めるために用いられる。重合禁止剤として、例えば、ジフェニルピクリルヒドラジド、トリ−p−ニトロフェニルメチル、p−ベンゾキノン、p−tert−ブチルカテコール、ピクリン酸、塩化銅、メチルハイドロキノン、メトキノン、tert−ブチルハイドロキノン等を用いることができる。その中でも、保存安定性の点から、ハイドロキノン系の重合禁止剤が好ましく、特にメチルハイドロキノンを用いることが好ましい。
本実施の形態に係る位相差フィルム1では、位相差層13において、重合性液晶組成物中に添加したフッ素系レベリング剤が、位相差層13の表面から配向層12側に向かう鉛直方向(深さ方向)に亘って、所定の分布量で存在(位相差層13の表面から深さ方向に浸透)していることを特徴としている。
次に、位相差フィルム1の製造方法について説明する。なお、以下では、配向層12をパターン配向膜からなるものとし、光配向方式によって形成する場合を例にして位相差フィルム1の製造方法について説明するが、これに限られない。
先ず、ロール31に巻き取った長尺フィルムから基材11を提供し、この基材11上に配向膜組成物32を塗工する組成物塗工処理を行う。基材11の提供にあたっては、長尺フィルムを連続的に搬送できれば特に限定されず、一般的な搬送手段を用いる方法により基材11を提供することができる。また、ロール31の形状としては、安定的に長尺フィルムを搬送することができれば特に限定されないが、長尺フィルムに紫外線が照射される部位に配置される場合には、長尺フィルムの表面と、紫外線照射装置との距離を一定に保つことができることが好ましく、通常、真円形状であることが好ましい。
パターン配向層形成用層形成処理では、乾燥機33を用いて配向膜組成物を熱硬化させる。この処理では、積層体を乾燥機33に導き、ここで配向膜組成物を熱硬化させた後、半乾きの状態で次の工程に送出する。
続いて、パターン配向層形成用層12’に対して紫外線を照射する。偏光紫外線の照射量としては、所望の配向規制力を有する配向領域を形成できるようにする必要があり、波長310nmである場合、5mJ/cm2〜500mJ/cm2の範囲内であることが好ましく、5mJ/cm2〜300mJ/cm2の範囲内であることがより好ましく、5mJ/cm2〜100mJ/cm2の範囲内であることがさらに好ましい。
次に、位相差層形成用塗工液塗工処理について説明する。本実施の形態においては、位相差層形成用塗工液の供給装置36から位相差層形成用塗工液を塗工している。具体的な塗工の方法としては、配向層12上に位相差層形成用塗工液からなる塗膜を安定的に形成できる方法であれば特に限定されず、グラビアコート法やダイコート法等の(A)組成物塗工処理で説明したものと同様の方法を例示することができる。
続いて、レベリング装置37を用いて、位相差層形成用層の層厚を均一にするレベリング処理を行う。位相差層形成用塗工液からなる位相差層形成用層の厚さは、その後に形成される位相差層13の面内位相差がλ/4分に相当するような範囲内となるように塗布することが好ましい。位相差層13の厚さを位相差層13の面内位相差がλ/4分に相当するような範囲内の距離にする場合、具体的にどの程度の距離にするかは、液晶化合物の種類により適宜決定することができる。なお、一般的な液晶化合物を用いる場合、その距離は0.5μm〜2μmの範囲内となるが、これに限られるものではない。
続いて、位相差層形成用塗工液の塗膜に含まれる液晶化合物を、配向層12に含まれる第1配向領域12A及び第2配向領域12Bの異なる配向方向に沿って、液晶化合物を配列させる。液晶化合物を配列させる方法としては、所望の方向に配列させることができる方法であれば特に限定されず、例えば、乾燥機38を用いて液晶化合物を液晶相形成温度以上に加温する方法が挙げられる。
その後、冷却機39を用いて、基材11/配向層12/位相差層13からなる積層体を冷却する冷却処理を行う。冷却処理は、積層体が室温になる程度まで行えばよい。
続いて、液晶化合物を重合して硬化させる硬化処理を行う。液晶化合物を重合させる方法としては、液晶化合物が有する重合性官能基の種類に応じて任意に決定すればよいが、適量の重合開始剤を加えて、活性放射線の照射により硬化させる方法が好ましい。活性放射線としては、液晶化合物を重合することが可能な放射線であれば特に限定されず、通常は装置の容易性等の観点から紫外光又は可視光を使用することが好ましく、配向層12を形成する際に用いた紫外線と同様のものとすることができる。このような硬化処理を経ることで、互いに重合して、網目(ネットワーク)構造の状態にすることができる、列安定性を備え、かつ、光学特性の発現性に優れた位相差層13を形成することができる。
[重合性液晶組成物の調製]
市販の重合成液晶組成物(製品名:licrivue(登録商標) RMS03−013C,メルク社製)100重量部に、パーフルオロアルキル基を有し、重量平均分子量が1万未満であるレベリング剤(製品名:LE−604,共栄社化学株式会社製)を、それぞれ下記表1及び表2に示すような含有量(0.05質量部〜1.0質量部の計6段階)となるように加え、実施例に係る重合性液晶組成物を得た。すなわち、レベリング剤の含有量の異なる6種類の重合性液晶組成物を用意した。また、それとは別に、比較として、レベリング剤を含有しない重合性液晶組成物も用意した。
図3で説明した製造工程を経て実施例に係る位相差フィルムを得た。その際、基材は、表面に防眩処理が施されたTAC基材(商品名:TD60UL−P,厚さ:60μm,富士フィルム社製)を用い、搬送速度は12m/minとした。
フッ素系レベリング剤の含有量が異なる重合性液晶組成物を用いて作製した6種類の位相差フィルムについて、その位相差層内における、フッ素系レベリング剤に由来するフッ素(F)についてXPS(X線光電子分光分析)により定量測定した。このXPS分析では、位相差層内での、その位相差層の表面から配向層側へ鉛直方向に向かう所定の厚みにおけるフッ素の存在量を測定した。
なお、XPSの測定条件としては、以下の通りとした。
使用装置:ESCALAB 220i−XL
(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)
入射X線:Monochromated Al Kα
(単色化X線、hν=1486.6eV)
X線出力:10kV・16mA(160W)
レンズ :Large Area XL(磁場レンズ)
アパーチャ開度:F.O.V.=open、A.A.=open
測定領域:700μmφ
光電子取込角度:90度(試料法線上にインプットレンズを配置)
帯電中和:電子中和銃 +4(V)・0.08(mA)、中和補助マスク使用
次に、このような位相差フィルムについて、配向性の評価及び位相差層におけるハジキの発生の評価を行った。なお、比較として、レベリング剤を含有していない重合性液晶組成物を用いて作製した位相差フィルムについても同様に評価した。
配向性の評価は、光軸測定器Imaging Mueller Matrix Polarimeter(Axometrics社製)を用い、3.4mm×2.7mm毎に、配向パターンを形成する際に設定した配向軸と、位相差層の配向軸との角度差の絶対値で定義される配向ズレ角度を測定し、この配向ズレ角度の標準偏差を算出した。そして、標準偏差が1度以内であるか否かを確認し、1度以内であるものを『○』とし、1度を超えるものを『×』として評価した。下記表2に評価結果を示す。
それぞれの位相差フィルムについて、位相差層(液晶層)におけるハジキの発生個数を、光学顕微鏡を用いて観察した。下記表2に評価結果を示す。
11 基材
12 配向層
13 位相差層
Claims (6)
- 基材と、配向層と、重合性液晶組成物の硬化物を含む位相差層とがこの順で積層され、
前記重合性液晶組成物は、フッ素系レベリング剤を含有し、
前記位相差層においては、少なくともフッ素0.1atomic%の割合に相当する前記フッ素系レベリング剤が、該位相差層の表面から前記配向層側に向かう鉛直方向への厚み5nm以上に浸透していることを特徴とする位相差フィルム。 - 前記位相差層では、該位相差層の表面から前記配向層側に向かう鉛直方向の厚み10nm〜15nmの範囲において、フッ素0.1atomic%以上の割合に相当する前記フッ素系レベリング剤が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の位相差フィルム。
- 前記位相差層では、該位相差層の表面から前記配向層側に向かう鉛直方向の厚み10nm〜15nmの範囲において、フッ素2atomic%以上の割合に相当する前記フッ素系レベリング剤が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の位相差フィルム。
- 前記重合性液晶組成物は、前記フッ素系レベリング剤を、該組成物100質量部に対して0.1質量部〜0.6質量部の範囲で含有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位相差フィルム。
- 前記フッ素系レベリング剤は、パーフルオロアルキル基を有し、重量平均分子量が1万未満であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の位相差フィルム。
- 前記パーフルオロアルキル基の炭素数が4〜8であることを特徴とする請求項5に記載の位相差フィルム。
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