JP2016532893A - 位相差フィルム及びそれを備えた画像表示装置 - Google Patents

位相差フィルム及びそれを備えた画像表示装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、各層間接着力が非常に高い位相差フィルム及びそれを備えた画像表示装置を提供する。本発明の位相差フィルムは、化学的結合により接合された液晶層と基材とを備えた位相差フィルムであり、化学的結合は、基材の表面の反応性基と、液晶層に含まれている接着力強化剤の末端に存在するイソシアネート基及び(メタ)アクリレート基とにより形成される。

Description

本発明は、配向層なしで液晶層の配向が行われ、層間接着力に優れた位相差フィルム、及びそれを備えた画像表示装置に関する。
従来、画像表示装置においてはCRTモニタが主流であったが、近年、その技術の飛躍的な発展に伴い、LCD、OLED、電子ペーパー等のより広くて軽量で、しかも曲げることのできる画像表示装置が紹介されている。
画像表示装置において最も一般的である液晶表示装置としては、従来より知られているTN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード、VA(Vertical Alignment)モードなどの液晶セルを有する液晶表示装置の他、IPS(In−Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードなどの、対向配置された一対の基板の片側のみに電極を形成し、基板に平行な方向に電界を発生する横電界方式の液晶表示装置が知られている。
液晶表示装置では、光源としてのバックライト(back light)から放出された光は、異方性を有する液晶及び互いに垂直に配置された一対の偏光板を通過するため、液晶表示装置の正面からは良好な画像が得られるが、側面から観察した場合、表示性能が低下する視野角依存性を示す。このような、液晶表示装置の黒表示状態(ブラック特性)、側面コントラスト比(contrast ratio:CR)、カラーシフト(color shift)などを改善することで視野角依存性を低減するために、位相差フィルムが使用されている。位相差フィルムは、直線偏光を楕円偏光や円偏光に変換するか、又は任意の直線偏光の方向を他の方向に変換する機能を行うため、それを用いることにより、液晶表示装置の視野角、輝度、コントラスト等を改善することができる。
位相差フィルムは、通常、配向剤をコーティングして薄い配向膜を形成した後、液晶を前記配向膜上にコーティングして配向させ、硬化する方式により製造されている。前記液晶は、棒状(rod−type)液晶またはコイン状のディスコティック(discotic)液晶に分けられる。このうち、棒状液晶の配向状態は、以下の5種類に大別される。
第1に、平面(planar)配向は、光軸がフィルム平面に対して平行な配向をいう。第2に、垂直(homeotropic)配向は、光軸がフィルム平面に垂直な配向、すなわちフィルム法線に平行な配向をいう。第3に、傾斜(tilted)配向は、光軸がフィルム平面に対して0°〜90°の間の特定の角度で傾斜した配向をいう。第4に、スプレイ(splay)配向は、傾斜角が0°から90°、あるいは0°〜90°範囲内の最小値において光軸が連続して変化する配向をいう。第5に、コレステリック(cholesteric)配向は、光軸がフィルム平面に対して平行な点は平面配向と類似しているが、厚さ方向に進行するほど、平面に対して垂直方向から観察する際に光軸が時計回り又は反時計回りに一定角度だけ回転する配向をいう。
このうち、垂直配向液晶フィルムは、単独で又は他のフィルムと組み合わせることにより、前述のように、TNモード、STNモード、IPSモード、VAモード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モードなどの液晶表示装置において位相差フィルムなどの光学フィルムとして用いることができる。
垂直配向液晶フィルムは、輝度向上用又は視野角補償用などの目的で偏光板に貼り付けるためには、偏光板の製造工程のように、互いに一定間隔をおいて対向しているローラとローラとの間を通りながら圧着されるロール・ツー・ロール(roll−to−roll)作業が必要となるが、このためには、圧力と若干の衝撃にも柔軟なプラスチック基材を用いることが好ましい。
このようなプラスチックフィルム上に垂直配向液晶を形成するためのいくつかの提案がなされている。
米国特許第6,816,218号(特許文献1)は、プラスチック基材上に蒸着されたアルミニウム膜を垂直配向膜として用いることについて記述している。しかし、この場合は、アルミニウムがプラスチック基材の表面に弱く貼り付けられることにより、剥離時にアルミニウムの一部が取り除かれて欠陥の原因となる。
欧州特許第1376163号(特許文献2)は、プラスチック基材上に水平またはコレステリック配向を有する液晶溶液をコーティングした後、それを配向膜として用いて、その上に垂直配向液晶を実現することについて記述している。しかし、この場合は、配向膜として用いる液晶の硬化程度に応じて液晶層の垂直配向の程度が決められる問題がある。
米国特許出願公開第20060278851号(特許文献3)及び特開第2006−126757号(特許文献4)は、垂直配向液晶溶液に1級アミノシラン(primary amino silane)系のカップリング剤を添加して接着力を増加させたフィルムを提示している。しかし、このような1級アミノシラン系のカップリング剤は、結果的に液晶の配向を悪化させて透明度を低下させる欠点を有している。
韓国公開特許第2006−0066045号(特許文献5)では、液晶の垂直配向を誘導するための配向膜を別途に用いることなく、所定の界面活性剤を含む重合可能な反応性液晶混合物溶液を、表面に親水処理を施したプラスチック基材上にコーティングすることにより、垂直配向液晶フィルムを製作した。しかし、液晶と基材との接着力に大きな問題があり、根本的に液晶配向が不安定であって、それによる様々な欠陥(defect)が発生する。
米国特許第6,816,218号 欧州特許第1376163号 米国特許出願公開第20060278851号 特開第2006−126757号 韓国公開特許第2006−0066045号
本発明は、配向膜を含まない位相差フィルムを提供することを目的とする。
また、本発明は、各層間の接着力に優れ、製造工程中に液晶層と基材とが剥離しない位相差フィルムを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、前記位相差フィルムを備えた画像表示装置を提供することを目的とする。
1.化学的結合により接合された液晶層と基材とを備えた位相差フィルムであって、
前記化学的結合は、前記基材の表面の反応性基と、前記液晶層に含まれている接着力強化剤の末端に存在するイソシアネート基及び(メタ)アクリレート基とにより形成されたものである位相差フィルムである。
2.前記項目1において、前記接着力強化剤は、下記の[化学式1]〜[化学式4]の化合物からなる群より選択される1種以上である位相差フィルムである。
Figure 2016532893
(式中、R及びRは、互いに独立して、水素又はメチル基であり、
及びRは、互いに独立して、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
及びRは、互いに独立して、アミド基、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
は、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
Figure 2016532893
(式中、R及びRは、互いに独立して、水素又はメチル基であり、
及びR11は、互いに独立して、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
10は、
(i)
Figure 2016532893
又は(ii)
Figure 2016532893
であり、E及びEは、互いに独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキル基、若しくは炭素数1〜8のアルコキシ基であり、Eは、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
Figure 2016532893
(式中、R12は、水素又はメチル基であり、
13は、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
Figure 2016532893
(式中、R14は、水素又はメチル基であり、
15は、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
3.前記項目1において、前記液晶層は、接着力強化剤のイソシアネート基又は(メタ)アクリレート基と反応することができる反応性基を有する液晶性化合物を含む硬化性組成物から形成されたものである位相差フィルムである。
4.前記項目3において、前記液晶性化合物の反応性基は、炭素−炭素不飽和結合、ヒドロキシ基、エポキシ基又はシアノ基である位相差フィルムである。
5.前記項目3において、液晶層形成用硬化性組成物は、前記液晶性化合物100重量部に対して、前記接着力強化剤0.1〜15重量部を含む位相差フィルムである。
6.前記項目3において、前記液晶性化合物は、垂直配向型の液晶性化合物である位相差フィルムである。
7.前記項目1において、基材の表面の反応性基は、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基及びアミン基からなる群より選択される少なくとも一つである位相差フィルムである。
8.前記項目1において、前記基材は、表面処理されたトリアセチルセルロース系、シクロオレフィン系又はPMMA系重合体を含む位相差フィルムである。
9.前記項目8において、前記表面処理は、ケン化処理、プライマー処理、コロナ処理、プラズマ処理及びコーティング処理からなる群より選択される少なくとも一つの処理である位相差フィルムである。
10.前記項目9において、前記プラズマ処理は、リモートプラズマ(remote plasma)処理、直接プラズマ(direct plasma)処理及び単量体プラズマ(monomer plasma)処理からなる群より選択される少なくとも一つである位相差フィルムである。
11.前記項目1において、液晶層と基材との間の化学的結合は、ウレタン結合及びチオレン結合のうちの少なくとも一つである位相差フィルムである。
12.前記項目11において、液晶層と基材との間のウレタン結合は、前記配向膜の接着力強化剤のイソシアネート基と、前記基材のヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基又はアミン基との反応により形成されるものである位相差フィルムである。
13.前記項目11において、液晶層と基材との間のチオレン結合は、前記配向膜の接着力強化剤の(メタ)アクリレート基と前記基材のチオール基との反応により形成されるものである位相差フィルムである。
14.前記項目1において、前記基材は、液晶層側の表面の水接触角が60°〜80°である位相差フィルムである。
15.前記項目1において、前記基材は+Aプレート又は−Bプレートであり、前記液晶層は+Cプレートである位相差フィルムである。
16.前記項目1〜15のいずれか1項に記載の位相差フィルムを備えた画像表示装置である。
17.前記項目16において、前記画像表示装置は、IPSモードである画像表示装置である。
本発明の位相差フィルムは、配向膜を含まないため、薄膜構造の実現が可能であり、製造が容易である。
また、本発明の位相差フィルムは、液晶層が形成される過程で液晶層と基材フィルムとの間に化学結合が形成され、層間接着力が非常に高い。
さらに、本発明の位相差フィルムは、層間接着力が非常に高いため、偏光フィルムのような光学フィルムの製造時における粘着層を用いた脱着過程で剥離現象が顕著に減少し、不良率が低く、それにより生産性を向上させることができる。
本発明に係る位相差フィルムの概略断面図である。 屈折率(nx、ny、nz)の方向(x、y、z)の関係を示す図である。 本発明の位相差フィルムを備えたディスプレイパネルの概略的な積層構造を示す図である。
本発明は、化学的結合により接合された液晶層と基材とを備えた位相差フィルムであって、前記化学的結合が、前記基材の表面の反応性基と、前記液晶層に含まれている接着力強化剤の末端に存在するイソシアネート基及び(メタ)アクリレート基とにより形成されることにより、各層間接着力が非常に高くなっている位相差フィルムに関する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明による位相差フィルムの一実施例の構造を図1に示す。本発明の位相差フィルム100は、基材110上に液晶層120が形成された構造を有する。
<液晶層>
液晶層120は、液晶層形成用組成物を硬化することで製造できる。本発明による液晶層形成用組成物は、当分野で通常用いられる(b)液晶性化合物、(c)重合開始剤、(d)有機溶媒に加えて、(a)接着力強化剤をさらに含む。
(a)接着力強化剤
本発明による液晶層形成用組成物は、液晶層120と基材110との間で化学的結合を形成できる接着力強化剤を含む。前記接着力強化剤は、一方の末端にイソシアネート基を、他方の末端に(メタ)アクリレート基を含む構造を有する。前記接着力強化剤の(メタ)アクリレート基及びイソシアネート基は、基材110の表面の反応性基と反応することで化学的結合を形成する。これにより、液晶層120と基材110との間の接着力が顕著に上昇する。
本発明において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタアクリレートを意味し、場合によってはアクリレート及びメタアクリレートの両方を意味する。
本発明において、接着力強化剤の(メタ)アクリレート基及びイソシアネート基は、接着力強化剤が液晶層形成用組成物と混合される時点で(メタ)アクリレート基及び/又はイソシアネート基を末端に有していなくても、位相差フィルムの基材110と化学的結合をする前に、追加の処理、例えば熱処理などの後処理により(メタ)アクリレート基又はイソシアネート基が生成される作用基も指すこととする。例えば、熱処理によりイソシアネート基が生成される作用基として、接着力強化剤の末端にアミド結合により連結されたピラゾール基が挙げられる。前記ピラゾール基は、熱処理により分離され、末端にイソシアネート基が形成される。
本発明による接着力強化剤としては、一方の末端にイソシアネート基を、他方の末端に(メタ)アクリレート基を、それぞれ少なくとも一つずつ含む構造を有する化合物であれば、特に制限なく用いることができる。より具体的には、下記の[化学式1]〜[化学式4]の化合物をそれぞれ単独に又は2種以上混合して用いることができる。
Figure 2016532893
(式中、R及びRは、互いに独立して、水素又はメチル基であり、
及びRは、互いに独立して、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
及びRは、互いに独立して、アミド基、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
は、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
Figure 2016532893
(式中、R及びRは、互いに独立して、水素又はメチル基であり、
及びR11は、互いに独立して、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
10は、
(i)
Figure 2016532893
又は(ii)
Figure 2016532893
であり、E及びEは、互いに独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキル基、若しくは炭素数1〜8のアルコキシ基であり、Eは、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
Figure 2016532893
(式中、R12は、水素又はメチル基であり、
13は、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
Figure 2016532893
(式中、R14は、水素又はメチル基であり、
15は、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
本発明による液晶層形成用組成物において、前記の[化学式1]〜[化学式4]で表される接着力強化剤としては、より優れた層間接着力を確保するために、[化学式2]〜[化学式4]で表される化合物の少なくとも一つと、前記[化学式1]で表される化合物との混合物が用いられてもよい。
前記[化学式1]〜[化学式4]の接着力強化剤としては、より具体的には、下記の[化学式5]〜[化学式15]で表される化合物からなる群より選択される1種以上が挙げられる。
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
前記[化学式4]で表される化合物及びその化合物の例示である前記[化学式12]、[化学式13]、[化学式14]及び[化学式15]で表される化合物は、末端のジメチルピラゾール基が乾燥工程などの熱処理過程により分離され、それにより、末端にイソシアネート基を有することになる。
接着力強化剤は、液晶性化合物100重量部に対して0.1〜15重量部を含むことが、基材と液晶層との間の密着力を強化する効果を効率的に発揮しながらも、液晶配向性を維持し、位相差を低下させない点で好ましい。
(b)液晶性化合物
本発明において、液晶性化合物は、特定方向に配向され、位相差フィルムの目的とする効果を示す主な原料である。本発明による液晶性化合物は、配向を誘導する通常の配向膜なしで基材フィルム上で配向されることから、垂直配向型の液晶性化合物であることが好ましい。垂直配向型の液晶性化合物であれば、特に制限なく、本発明に適用することができる。
液晶性化合物は、配向後の硬化反応を行う反応性基を有するが、この反応性基は、前記接着力強化剤のイソシアネート基又は(メタ)アクリレート基とも反応することができる。液晶性化合物の反応性基としては、炭素−炭素不飽和結合、ヒドロキシ基、エポキシ基、シアノ基などが挙げられるが、好ましくは炭素−炭素不飽和結合が挙げられる。より具体的には、前記炭素−炭素不飽和結合は、アクリロイルオキシ基、シアノアクリレート基、アリル基、シンナメート基又はアリルオキシ基に含まれた炭素−炭素不飽和結合であってもよい。
従って、本発明では、当分野で用いられる垂直配向型の液晶性化合物のうち、反応性基を有している液晶性化合物であれば、制限なく用いることができる。また、当分野で通常用いられる液晶性化合物が、それ自体ではそのような反応性基を有していなくても、当分野で知られている前処理工程により末端に反応性基を導入できるものであれば制限なく用いることができる。このような液晶性化合物の具体例として、下記の[化学式16]〜[化学式18]の化合物が挙げられる。
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
なお、液晶性化合物の反応性基と、接着力強化剤のイソシアネート基又は(メタ)アクリレート基との化学結合は、下記の[反応式1]〜[反応式6]を参照されたい。
(c)重合開始剤
本発明による液晶層形成用組成物において、重合開始剤としては、当分野で通常用いられる光開始剤又は熱開始剤を用いることができ、好ましくは光開始剤を用いることができる。
より具体的には、光開始剤としては、例えば、トリアジン系化合物、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、オキシム系化合物、ベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、アントラセン系化合物等を用いることができるが、これに限定されるものではない。
前記トリアジン系化合物としては、例えば、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メトキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メトキシナフチル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−ピペロニル−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メトキシスチリル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル]−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(フラン−2−イル)エテニル]−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(4−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)エテニル]−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル]−1,3,5−トリアジン等が挙げられる。
前記アセトフェノン系化合物としては、例えば、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパン−1−オンのオリゴマー、2−メチル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)エタン−1−オン、2−エチル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)エタン−1−オン、2−プロピル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)エタン−1−オン、2−ブチル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)エタン−1−オン、2−メチル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)プロパン−1−オン、2−メチル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン、2−エチル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)プロパン−1−オン、2−エチル−2−アミノ(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン、2−メチル−2−メチルアミノ(4−モルホリノフェニル)プロパン−1−オン、2−メチル−2−ジメチルアミノ(4−モルホリノフェニル)プロパン−1−オン、2−メチル−2−ジエチルアミノ(4−モルホリノフェニル)プロパン−1−オン等が挙げられる。
前記ビイミダゾール系化合物としては、例えば、2,2'−ビス(2−クロロフェニル)−4,4',5,5'−テトラフェニルビイミダゾール、2,2'−ビス(2,3−ジクロロフェニル)−4,4',5,5'−テトラフェニルビイミダゾール、2,2'−ビス(2−クロロフェニル)−4,4',5,5'−テトラ(アルコキシフェニル)ビイミダゾール、2,2'−ビス(2−クロロフェニル)−4,4',5,5'−テトラ(トリアルコキシフェニル)ビイミダゾール、4,4',5,5'位のフェニル基がカルボアルコキシ基により置換されているイミダゾール化合物等が挙げられる。中でも、2,2'−ビス(2−クロロフェニル)−4,4',5,5'−テトラフェニルビイミダゾール、2,2'−ビス(2,3−ジクロロフェニル)−4,4',5,5'−テトラフェニルビイミダゾールが好ましく用いられる。
前記オキシム系化合物としては、o−エトキシカルボニル−α−オキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン等が挙げられる。
前記ベンゾイン系化合物としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等が挙げられる。
前記ベンゾフェノン系化合物としては、例えば、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4'−メチルジフェニルスルフィド、3,3',4,4'−テトラ(tert−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン等が挙げられる。
前記チオキサントン系化合物としては、例えば、2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン等が挙げられる。
前記アントラセン系化合物としては、例えば、9,10−ジメトキシアントラセン、2−エチル−9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、2−エチル−9,10−ジエトキシアントラセン等が挙げられる。
その他、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、10−ブチル−2−クロロアクリドン、2−エチルアントラキノン、ベンジル、9,10−フェナントレンキノン、カンファキノン、フェニルグリオキシル酸メチル、チタノセン化合物、日本特表第2002−544205号公報に記載されている連鎖移動を起こすことができる基を有する光重合開始剤等が挙げられる。
本発明の液晶層形成用組成物は、他の観点において、光開始剤を含まなくてもよい。光開始剤は、光配向剤の光重合反応を容易にするメリットを有する。但し、光開始剤は、過量使用されると、不純物として働いて配向力を低下させ、液晶配向を乱し、交差偏光時に光濡れ現象を発生させたり、光硬化後に開始剤が昇華されてマスク(mask)を汚染したりする。また、露光時、光配向剤が反応する波長に対比し、開始剤の反応波長の強度(intensity)が非常に高い場合は、光配向を行うために工程速度(line speed)を落とす等、生産効率が低下する問題が発生することがある。このような観点から、本発明の液晶層形成用組成物は、光開始剤を極少量含むか、あるいは含まなくてもよい。
(d)有機溶媒
本発明による液晶層形成用組成物において、有機溶媒としては、当分野で通常用いられる有機溶媒を特に制限なく用いることができる。例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、及びエチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;ジ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エチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル等のジエチレングリコールジアルキルエーテル類;メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート、メトキシペンチルアセテート等のアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールエチルメチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールプロピルメチルエーテル、プロピレングリコールエチルプロピルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;プロピレングリコールメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールプロピルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールブチルエーテルプロピオネート等のプロピレングリコールアルキルエーテルプロピオネート類;メトキシブチルアルコール、エトキシブチルアルコール、プロポキシブチルアルコール、ブトキシブチルアルコール等のブチルジオールモノアルキルエーテル類;メトキシブチルアセテート、エトキシブチルアセテート、プロポキシブチルアセテート、ブトキシブチルアセテート等のブタンジオールモノアルキルエーテルアセテート類;メトキシブチルプロピオネート、エトキシブチルプロピオネート、プロポキシブチルプロピオネート、ブトキシブチルプロピオネート等のブタンジオールモノアルキルエーテルプロピオネート類;ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル等のジプロピレングリコールジアルキルエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸メチル、ヒドロキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、3−ヒドロキシプロピオン酸メチル、3−ヒドロキシプロピオン酸エチル、3−ヒドロキシプロピオン酸プロピル、3−ヒドロキシプロピオン酸ブチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸プロピル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸プロピル、エトキシ酢酸ブチル、プロポキシ酢酸メチル、プロポキシ酢酸エチル、プロポキシ酢酸プロピル、プロポキシ酢酸ブチル、ブトキシ酢酸メチル、ブトキシ酢酸エチル、ブトキシ酢酸プロピル、ブトキシ酢酸ブチル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸ブチル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸ブチル、2−ブトキシプロピオン酸メチル、2−ブトキシプロピオン酸エチル、2−ブトキシプロピオン酸プロピル、2−ブトキシプロピオン酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸プロピル、3−エトキシプロピオン酸ブチル、3−プロポキシプロピオン酸メチル、3−プロポキシプロピオン酸エチル、3−プロポキシプロピオン酸プロピル、3−プロポキシプロピオン酸ブチル、3−ブトキシプロピオン酸メチル、3−ブトキシプロピオン酸エチル、3−ブトキシプロピオン酸プロピル、3−ブトキシプロピオン酸ブチル等のエステル類;テトラヒドロフラン、ピラン等の環状エーテル類;γ−ブチロラクトン等の環状エステル類等を、単独に又は2種以上混合して用いることができる。
(e)添加剤
本発明の液晶層形成用組成物は、必要に応じて、充填剤、硬化剤、レベリング剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、連鎖移動剤などの添加剤をさらに含んでもよい。
<基材>
本発明による基材110としては、当分野で用いられる基材の中、表面にイソシアネート基又は(メタ)アクリレート基と反応して化学的結合を形成できる反応性基を有している基材であれば、制限なく用いることができる。また、当分野で通常用いられる基材が、それ自体ではそのような反応性基を有していなくても、当分野で知られている表面処理工程により表面に反応性基を導入できるものであれば、制限なく用いることができる。
使用できる基材110としては、透明材料が好ましく、例えば、TAC(triacetylcellulose)系、COP(cyclo−olefin polymer)系、PMMA(poly(methylmethacrylate))系重合体等を含むフィルムが挙げられる。TAC、COP、PMMAは、それ自体では表面にイソシアネート又は(メタ)アクリレートと反応できる反応性基を有していない。
そのため、表面処理により表面に反応性基を導入するが、ヒドロキシ基を例として説明すると、TACの表面にケン化(safonification)処理を施すと、表面にヒドロキシ基を導入でき、COPの表面にプラズマ処理を施すと、表面にヒドロキシ基を導入できる。その他の表面処理としては、コロナ処理、プライマー処理などの乾式処理;ケン化処理を含むアルカリ処理等の化学処理;接着剤層を形成するコーティング処理;等が挙げられる。好ましくは、セルロース系フィルムは、ケン化処理を含むアルカリ処理が有利であり、アクリル系、ポリオレフィン系及びポリエステル系フィルムは、コロナ処理又はプラズマ処理などの乾式処理が有利である。前記プラズマ処理としては、より具体的には、リモートプラズマ(remote plasma)、直接プラズマ(direct plasma)、単量体プラズマ(monomer plasma)のうちの少なくとも一つ以上を行うことができる。
基材110が、前記のような表面処理によりその表面に有することができる反応性基の具体例としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基、アミン基等が挙げられる。
なお、基材110の表面の前記のような反応性基は、親水性基(hydrophilic group)である。基材110の表面の親水性基は、液晶層の液晶性化合物が垂直配向するに容易な表面エネルギーを提供する。このような親水性は、液晶性化合物が垂直配向するに適切な程度であれば特に制限されず、例えば、水接触角が60°〜80°であってもよいが、これに限定されるものではない。
また、本発明において、基材110は、位相差値を有していなくてもよいし、必要に応じて位相差値を有していてもよい。基材110が位相差値を有する場合は、液晶層120の位相差値と組み合わせて目的とする効果を奏するようにすることができる。基材110に位相差値を付与する方法は、基材110に求られる位相差値を有する材料を用いるか、又は基材110の製造工程中に延伸工程を行う方法等であってもよい。
<位相差フィルム>
本発明は、化学的結合により接合された液晶層120と基材110とを備える位相差フィルム100を提供する。前記化学的結合は、前記液晶層120に含まれているイソシアネート基及び(メタ)アクリレート基をその末端に含む接着力強化剤と、基材110の表面の反応性基との間に形成される結合である。より具体的には、前記化学的結合は、液晶層120の基材側の表面に露出した接着力強化剤のイソシアネート基又は(メタ)アクリレート基と、基材110の液晶層側の表面に存在する反応性基との反応により形成される化学的結合である。これにより、本発明の位相差フィルムは、液晶層120と基材110との間の層間接着力を顕著に改善することができる。
液晶層120のイソシアネート又は(メタ)アクリレートと、基材110の反応性基とが反応して形成できる化学的結合は、例えば、液晶層120の接着力強化剤のイソシアネート基と、基材110のヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基又はアミン基との反応により形成されるウレタン結合;及び液晶層120の接着力強化剤の(メタ)アクリレート基と基材110のチオール基との反応により形成されるチオレン結合;を含み得る。
具体例として、液晶層120と基材110との間のウレタン結合は、基材の表面のヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基又はアミン基が、接着力強化剤のイソシアネート基と反応することで形成されることになるが、その具体的な反応式は下記の[反応式1]〜[反応式4]の通りである。
なお、液晶層120内の液晶性化合物の反応性基と接着力強化剤との間の化学的結合も、前記の反応メカニズムと同様である。そのほか、液晶性化合物の反応性基のうちのエポキシ基及びシアノ基と接着力強化剤との反応式は、下記反応式5及び反応式6の通りである。シアノ基は、加熱しながらHOで前処理することでアミン基又はカルボン酸に変形させ、イソシアネート基と反応させることができる。
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
Figure 2016532893
本発明の位相差フィルムは、用いられる液晶の種類に応じて様々な位相差機能を有することができる。位相差フィルムが有する位相差機能は、屈折率比Nzによって区分され得るが、本発明における屈折率比Nzは、下記[数式1]により定義される。
Figure 2016532893
式中、nx及びnyは、フィルムの面上屈折率であり、面上屈折率が最大となる振動方向をxとするとき、この方向に振動する光による屈折率をnxとすると、nxとnyとは互いに垂直をなし、nx≧nyであり、nzは、nx及びnyにより定義される平面に垂直な方向(フィルムの厚さ方向)の屈折率を示す。nx、ny、nzの関係については、図2に概略的に示している。
前記[数式1]において、Rthは面内の平均屈折率に対する厚さ方向の屈折率の差を示した厚さ方向の位相差値であり、下記[数式2]により定義され、Rは、光がフィルムの法線方向(垂直方向)を通過したとき、実質的な位相差である正面位相差値であり、下記[数式3]により定義される。
Figure 2016532893
式中、nx及びnyは、フィルムの面上屈折率であり、面上屈折率が最大となる振動方向をxとするとき、この方向に振動する光による屈折率をnxとすると、nxとnyとは互いに垂直をなし、nx≧nyであり、nzは、nx及びnyにより定義される平面に垂直な方向(フィルムの厚さ方向)の屈折率を示し、dは、フィルムの厚さを示す。
Figure 2016532893
式中、nx及びnyは、フィルムの面上屈折率であり、面上屈折率が最大となる振動方向をxとするとき、この方向に振動する光による屈折率をnxとすると、nxとnyとは互いに垂直をなし、nx≧nyであり、dは、フィルムの厚さを示す。
また、通常、位相差のプレートは、1)光が特定方向に進行するとき、その進行方向上のすべての振動方向の屈折率が同一であり、その進行方向に進行する光の位相差が存在しない光の進行方向である光軸が面内方向に存在する場合をAプレートといい、2)光軸が面の垂直方向に存在する場合をCプレートといい、3)光軸が二つ存在する場合をBプレートという。より具体的に区分すると、次のとおりになる。
(1)Nz=−∞:+Cプレート(POSITIVE C PLATE)、nz>nx=ny
(2)Nz<0:+Bプレート(POSITIVE B PLATE)、nz>nx>ny
(3)Nz=0:−Aプレート(NEGATIVE A PLATE)、nx=nz>ny
(4)0<Nz<1:Z軸配向フィルム、nx>nz>ny
(5)Nz=1:+Aプレート(POSITIVE A PLATE)、nx>ny=nz
(6)1<Nz:−Bプレート(NEGATIVE B PLATE)、nx>ny>nz
(7)Nz=∞:−Cプレート(NEGATIVE C PLATE)、nx=ny>nz
しかし、上記の定義は、理論的なものであり、上記定義に完全に一致するAプレート、Bプレート及びCプレートを実際に作ることは非常に困難である。このため、通常は、必要に応じて、上記定義から大きく外れない範囲内で屈折率比、正面位相差などの値を一定の範囲に設定して区分する。
本発明の位相差フィルムは、用いられた液晶の配向方向によって様々な位相差機能を有することができる。垂直配向型の液晶が用いられた場合は、液晶層120が+Cプレートである位相差フィルムであってもよい。理論的に、+Cプレートとは、屈折率比Nzが−∞の場合を意味するが、本発明では−6以下の場合を+Cプレートと定義する。この点で、本発明では、屈折率比Nzが−6以下の場合も+Cプレートと判断することとする。
また、本発明の他の実施例において、位相差フィルム100は、液晶層120が+Cプレートの場合に、+Aプレート又は−Bプレートの基材110を用いて、視野角補償特性を有する位相差フィルムであってもよい。理論的に、+Aプレートとは、屈折率比Nzが1の場合を意味するが、現実的な状況を勘案し、本発明では0.9〜1.1の場合を+Aプレートと定義する。この点で、本発明では屈折率比Nzが0.9〜1.1の場合も+Aプレートと判断することとする。したがって、本発明の基材110が+Aプレート又は−Bプレートの場合は、屈折率比Nzが0.9以上の場合、好ましくは1以上の場合を意味する。加えて、基材110が、+Aプレートの場合はRが120〜140nmであってもよく、−Bプレートの場合はRが115〜125nmであってもよい。
このような視野角補償特性を有する位相差フィルムは、IPSモードの液晶セルを備えた画像表示装置に有用に用いられ得る。
<画像表示装置>
本発明は、前述した本発明の位相差フィルムを備えた画像表示装置を提供する。本発明の位相差フィルムは、粘着剤などを用いて偏光フィルムに接合されるか、あるいはPVA偏光子の一方の面に保護フィルムの代わりに直接接合され、ディスプレイパネルに用いられ得る。このディスプレイパネルは、代表的に液晶表示装置等に適用され得る。
図3は、本発明の位相差フィルム100を備えたディスプレイパネルの概略的な積層構造を示している。また、図3は、上板偏光子300の一方の面に本発明の位相差フィルムが直接接合された構造を示している。上板偏光子300の一方の面に、本発明の位相差フィルムの中の液晶層120が直接接合され、液晶層120の液晶セル400側には、光軸が0°の基材110が接合されている。この場合、液晶層120は、+Cプレートであってもよく、基材110は、+Aプレート又は−Bプレートであってもよい。また、液晶セル400は、IPSモードの液晶セルであってもよい。
PVA系の上板偏光子300と+Cプレートである液晶層120とは、当分野における公知の接着剤を用いて接合することができる。例えば、水系またはUV系の接着剤で接合することができる。液晶セル400と基材110とは、当分野における公知の粘着剤または接着剤を用いて接合することができる。
液晶セル400の下面には、下板偏光子300'が配置され、液晶セル400と下板偏光子300'との間には、保護フィルム500が挿入されてもよい。保護フィルム500は、R及びRthが0であってもよい。
但し、前述のディスプレイパネルは、本発明による一例に過ぎず、本発明の位相差フィルムを備えることを除いては、本発明の技術分野で当業者に知られている構成を含んでもよいし、特に制限されない。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。なお、本発明による実施例は、種々の形態に変形することができ、本発明の範囲をこれらの実施例に限定して解釈してはならない。本発明の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
実施例1−7及び比較例1−2
下記表1に記載の組成で液晶層形成用組成物を調製した。表1において、液晶性化合物は、垂直配向型の液晶性化合物として、[化学式16]の化合物(BASF社製)と[化学式17]の化合物(愛敬化学製)と[化学式18]の化合物(愛敬化学製)とを28:38:28の重量比で混合したものを用いた。
一方、プラズマ表面処理によりヒドロキシ基を導入した(実施例4及び6を除く)延伸のCOPフィルムに前記実施例1−7及び比較例1−2の液晶層形成用組成物を塗布し、60℃で1分間乾燥した。その後、露光することで硬化反応を誘導し、位相差フィルムを製造した。
Figure 2016532893
試験例
製造した位相差フィルムについて下記の試験を行い、その結果を表2に記載した。
<位相差1>
R0:視野角0°で測定した位相差フィルムの位相差
R50、R−50:視野角50°、視野角−50°で測定した当該位相差フィルムの位相差
〔評価基準〕
◎:0.97<R0/R50又はR0/R−50<1.03
○:0.95<R0/R50又はR0/R−50<0.97、あるいは
1.03<R0/R50又はR0/R−50<1.05
△:0.90<R0/R50又はR0/R−50<0.95、あるいは
1.05<R0/R50又はR0/R−50<1.1
×:R0/R50又はR0/R−50が1.1以上又は0.90以下
<位相差2>
Rr:比較例1で製造した位相差フィルムの位相差
Rs:当該位相差フィルムの位相差
〔評価基準〕
◎:0.97<Rs/Rr<1.03
○:0.95<Rs/Rr<0.97又は1.03<Rs/Rr<1.05
△:0.90<Rs/Rr<0.95又は1.05<Rs/Rr<1.1
×:Rs/Rrが1.1以上又はRs/Rrが0.90以下
<層間接着力>
液晶層の表面にクロス・ハッチ(cross hatch)を用いて、100個の四角形が設けられるように切れ目を入れた。その上にニチバン株式会社製のテープを貼り付け、該テープを垂直方向に引き剥がし、剥がれた四角形の個数を数え、基材と液晶との間の層間接着力を確認した。液晶層を光学顕微鏡により評価する際に、下記のようにパターンの剥がれの程度で評価した。
〔評価基準〕
◎:パターンの剥がれなし
○:パターンの剥がれが1〜3個
△:パターンの剥がれが4〜8個
×:パターンの剥がれが8個超え
Figure 2016532893
上記表2から、本発明の実施例による位相差フィルムは、比較例の位相差フィルムと同一または類似の光学性能を示すが、層間接着力は比較例よりも優れていることが分かる。

Claims (17)

  1. 化学的結合により接合された液晶層と基材とを備えた位相差フィルムであって、
    前記化学的結合は、前記基材の表面の反応性基と、前記液晶層に含まれている接着力強化剤の末端に存在するイソシアネート基及び(メタ)アクリレート基とにより形成されたものである位相差フィルム。
  2. 前記接着力強化剤は、下記の[化学式1]〜[化学式4]の化合物からなる群より選択される1種以上である請求項1に記載の位相差フィルム。
    Figure 2016532893
    (式中、R及びRは、互いに独立して、水素又はメチル基であり、
    及びRは、互いに独立して、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
    及びRは、互いに独立して、アミド基、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
    は、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
    Figure 2016532893
    (式中、R及びRは、互いに独立して、水素又はメチル基であり、
    及びR11は、互いに独立して、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基であり、
    10は、
    (i)
    Figure 2016532893
    又は(ii)
    Figure 2016532893
    であり、E及びEは、互いに独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキル基、若しくは炭素数1〜8のアルコキシ基であり、Eは、炭素数1〜8のアルコキシ基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
    Figure 2016532893
    (式中、R12は、水素又はメチル基であり、
    13は、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
    Figure 2016532893
    (式中、R14は、水素又はメチル基であり、
    15は、ケトン基、エステル基及びチオール基からなる群より選択される基で置換または非置換された炭素数1〜10のアルキレン基である。)
  3. 前記液晶層は、接着力強化剤のイソシアネート基又は(メタ)アクリレート基と反応することができる反応性基を有する液晶性化合物を含む硬化性組成物から形成されたものである請求項1に記載の位相差フィルム。
  4. 前記液晶性化合物の反応性基は、炭素−炭素不飽和結合、ヒドロキシ基、エポキシ基又はシアノ基である請求項3に記載の位相差フィルム。
  5. 液晶層形成用硬化性組成物は、前記液晶性化合物100重量部に対して、前記接着力強化剤0.1〜15重量部を含む請求項3に記載の位相差フィルム。
  6. 前記液晶性化合物は、垂直配向型の液晶性化合物である請求項3に記載の位相差フィルム。
  7. 基材の表面の反応性基は、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基及びアミン基からなる群より選択される少なくとも一つである請求項1に記載の位相差フィルム。
  8. 前記基材は、表面処理されたトリアセチルセルロース系、シクロオレフィン系又はPMMA系重合体を含む請求項1に記載の位相差フィルム。
  9. 前記表面処理は、ケン化処理、プライマー処理、コロナ処理、プラズマ処理及びコーティング処理からなる群より選択される少なくとも一つの処理である請求項8に記載の位相差フィルム。
  10. 前記プラズマ処理は、リモートプラズマ(remote plasma)処理、直接プラズマ(direct plasma)処理及び単量体プラズマ(monomer plasma)処理からなる群より選択される少なくとも一つである請求項9に記載の位相差フィルム。
  11. 液晶層と基材との間の化学的結合は、ウレタン結合及びチオレン結合のうちの少なくとも一つである請求項1に記載の位相差フィルム。
  12. 液晶層と基材との間のウレタン結合は、前記配向膜の接着力強化剤のイソシアネート基と、前記基材のヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基又はアミン基との反応により形成されるものである請求項11に記載の位相差フィルム。
  13. 液晶層と基材との間のチオレン結合は、前記配向膜の接着力強化剤の(メタ)アクリレート基と前記基材のチオール基との反応により形成されるものである請求項11に記載の位相差フィルム。
  14. 前記基材は、液晶層側の表面の水接触角が60°〜80°である請求項1に記載の位相差フィルム。
  15. 前記基材は+Aプレート又は−Bプレートであり、前記液晶層は+Cプレートである請求項1に記載の位相差フィルム。
  16. 請求項1〜15のいずれか1項に記載の位相差フィルムを備えた画像表示装置。
  17. 前記画像表示装置は、IPSモードである請求項16に記載の画像表示装置。
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