JP2022066287A - 光学フィルムおよび液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、耐光性および耐久性に優れ、内部反射の発生が抑制された光学フィルム、および液晶表示装置を提供することである。【解決手段】本発明の光学フィルムは、少なくとも１種の２色性色素化合物を有する光吸収異方性層と、上記光吸収異方性層に隣接する保護層とを有し、上記光吸収異方性層と、上記保護層が、特定の式関係を満たす。【選択図】なし

Description

本発明は光学フィルムおよび液晶表示装置に関する。
液晶表示装置の覗き込み防止や視角制御のため、厚さ方向に吸収軸を持つ光吸収異方性層を併用する技術が知られている。例えば、特許文献１では、２色性物質を含有し、吸収軸とフィルム面の法線とのなす角が０°～４５°であるフィルムを用いた視角制御システムに関する偏光素子が提案されている。
特許第４９０２５１６号公報
近年、光学フィルムに求められる要求性能が高くなっており、具体的には、耐光性および耐久性に優れる光学フィルムが求められている。
本発明者らは、特許文献１の記載を参考にして、２色性色素化合物を有する光吸収異方性層と、接着剤を介して上記光吸収異方性層と貼り合わされた保護層と、を有する光学フィルムの耐光性および耐久性を検討したところ、光吸収異方性層の種類によっては、耐光性が劣る場合があるのを知見した。さらに、光学フィルムの内部反射が高くなる場合があるのを知見した。
そこで、本発明は、耐光性および耐久性に優れ、内部反射の発生が抑制された光学フィルム、および液晶表示装置を提供することを課題とする。
本発明者らは、面内および厚さ方向の屈折率が所定の関係を満たす光吸収異方性層を用い、光吸収異方性層の厚さ方向の屈折率が所定値以上であり、光吸収異方性層と保護層との屈折率が所定の関係を満たし、光吸収異方性層と保護層とが隣接するように配置された光学フィルムを用いれば、耐光性および耐久性に優れ、内部反射の発生が抑制できるのを見出し、本発明に至った。
すなわち、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。
［１］ 少なくとも１種の２色性色素化合物を有する光吸収異方性層と、上記光吸収異方性層に隣接する保護層と、を有し、下記式（１）～（４）を満たす、光学フィルム。
－０．２≦（ｎｘ＋ｎｙ）／２－ｎ≦０．２ （１）
ｎｚ＞１．７ （２）
ｎｚ＞ｎｘ （３）
ｎｚ＞ｎｙ （４）
ここで、上記式中、ｎは上記保護層の屈折率を表し、ｎｘは上記光吸収異方性層の面内における屈折率最大方向の屈折率を表し、ｎｙは上記光吸収異方性層の面内において、ｎｘと直交する方向の屈折率を表し、ｎｚは上記光吸収異方性層の厚さ方向の屈折率を表す。
［２］ 上記ｎｚが１．８５以上である、［１］に記載の光学フィルム。
［３］ 上記保護層が、ポリビニルアルコール系樹脂を含む、［１］または［２］に記載の光学フィルム。
［４］ 上記保護層がアクリレートモノマーを有する組成物を硬化した層である、［１］または［２］に記載の光学フィルム。
［５］ 上記保護層の酸素透過係数が５ｃｃｍｍ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の光学フィルム。
［６］ 上記保護層のヌープ硬度が１６０Ｎ／ｍｍ２以上である、［１］～［５］のいずれかに記載の光学フィルム。
［７］ さらに、透明基材フィルムを、上記光吸収異方性層の、上記保護層とは反対側に有する、［１］～［６］のいずれかに記載の光学フィルム。
［８］ 上記透明基材フィルムがセルロースアシレートフィルムである、［７］に記載の光学フィルム。
［９］ 上記透明基材フィルムと上記光吸収異方性層との間に配向膜を有する、［７］または［８］に記載の光学フィルム。
［１０］ 上記配向膜がポリビニルアルコール系樹脂を有する、［９］に記載の光学フィルム。
［１１］ 上記光吸収異方性層が高分子液晶性化合物を有する、［１］～［１０］のいずれかに記載の光学フィルム。
［１２］ 上記高分子液晶性化合物がネマチック液晶相を形成する、［１１］に記載の光学フィルム。
［１３］ 上記光吸収異方性層が、アクリレートを含む化合物を含む組成物を用いて得られる層である、［１］～［１２］のいずれかに記載の光学フィルム。
［１４］ ［１］～［１３］のいずれかに記載の光学フィルムと、偏光子と、液晶セルと、をこの順に有する、液晶表示装置。
本発明によれば、耐光性および耐久性に優れ、内部反射の発生が抑制された光学フィルム、および液晶表示装置を提供することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において偏光板とは、偏光子の少なくとも一方に偏光板保護層、または機能層が配置されたものを言い、偏光子と偏光板は区別して用いる。
また、本明細書において、平行、直交とは厳密な意味での平行、直交を意味するのではなく、平行または直交から±５°の範囲を意味する。
［光学フィルム］
本発明の光学フィルムは、少なくとも１種の２色性色素化合物を有する光吸収異方性層と、上記光吸収異方性層に隣接する保護層と、を有し、下記式（１）～（４）を満たす。
－０．２≦（ｎｘ＋ｎｙ）／２－ｎ≦０．２ （１）
ｎｚ＞１．７ （２）
ｎｚ＞ｎｘ （３）
ｎｚ＞ｎｙ （４）
ここで、上記式中、ｎは上記保護層の屈折率を表し、ｎｘは上記光吸収異方性層の面内における屈折率最大方向の屈折率を表し、ｎｙは上記光吸収異方性層の面内において、ｎｘと直交する方向の屈折率を表し、ｎｚは上記光吸収異方性層の厚さ方向の屈折率を表す。
本発明の光学フィルムは、耐光性に優れる。これは以下の理由によると推測される。
光吸収異方性層が上記式（３）および式（４）を満たすことで、これに含まれる２色性色素化合物が光吸収異方性層の厚さ方向に沿って配向する（すなわち、２色性色素化合物が垂直配向する）。さらに、光吸収異方性層が式（２）を満たすこと、つまり、厚さ方向の屈折率ｎｚが大きい値であれば、２色性色素化合物が光吸収異方性層の厚さ方向に沿って高配向度で配列する。また、光吸収異方性層と保護層とが隣接していることで（換言すれば、光吸収異方性層と保護層とが接触していること）、これらの層間に接着層等の他の層が存在する場合と比較して、光吸収異方性層の配向の乱れが生じること、および、２色性色素化合物が接着層等の他の層に移動することを抑制できると考えられる。
このように、２色性色素化合物が高配向度で垂直配向している場合、光学フィルムの法線方向に照射された光は、光吸収異方性層を透過して、２色性色素化合物に吸収されにくくなる。その結果、光吸収異方性層中の２色性色素化合物の光分解が抑制されて、耐光性に優れた光学フィルムが得られたと考えられる。
さらに、保護層を有することによる耐光性の向上効果と、上述の耐光性の向上効果との相乗効果によって、耐光性がより向上したと考えられる。
また、本発明の光学フィルムによれば、内部反射の発生を抑制できる。これは以下の理由によると推測される。
光吸収異方性層と保護層とが上記式（１）の関係を満たすことで、光吸収異方性層と保護層との界面における屈折率の差が小さくなって、内部反射の発生を抑制できたと考えられる。
ここで、２色性色素化合物が高配向度で垂直配向していれば、光吸収異方性層の面内方向における屈折率（ｎｘおよびｎｙ）が小さくなる傾向にある。上述したように、本発明の光学フィルムにおいて、２色性色素化合物が高配向度で垂直配向している。そのため、光吸収異方性層の面内方向における屈折率（ｎｘおよびｎｙ）と、保護層の屈折率（ｎ）と、の値が近接して、上記値を満たすことができたと考えられる。
また、本発明の光学フィルムは、保護層によって光吸収異方性層が保護されるので、耐久性に優れる。
＜透明基材フィルム＞
本発明の光学フィルムは、透明基材フィルムを有するのが好ましい。
透明基材フィルムは、光吸収異方性層における保護層が設けられた面とは反対側の面に配置されるのが好ましい。
透明基材フィルムとしては、公知の透明樹脂フィルム、透明樹脂板、透明樹脂シートなどを用いることができ、特に限定は無い。透明樹脂フィルムとしては、セルロースアシレートフィルム（例えば、セルローストリアセテートフィルム（屈折率１．４８）、セルロースジアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム）、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリアクリル系樹脂フィルム、ポリウレタン系樹脂フィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、（メタ）アクリルニトリルフィルム等が使用できる。
その中でも、透明性が高く、光学的に複屈折が少なく、製造が容易であり、偏光板の保護フィルムとして一般に用いられているセルロースアシレートフィルムが好ましく、セルローストリアセテートフィルムが特に好ましい。
透明基材フィルムの厚さは、通常２０μｍ～１００μｍである。
本発明においては、透明基材フィルムがセルロースエステル系フィルムであり、かつ、その膜厚が２０～７０μｍであるのが特に好ましい。
＜光吸収異方性層＞
本発明における光吸収異方性層は、上記式（１）～（４）を満たし、少なくとも１種の２色性色素化合物を有する層である。光吸収異方性層は、厚さ方向に吸収軸を有する。
上記式（２）において、ｎｚの値は、１．７よりも大きく、２色性色素化合物をより高配向度で垂直配向できる観点から、１．８５以上が好ましい。
ｎｘおよびｎｙの値はそれぞれ、１．４０～１．６０が好ましく、１．４５～１．５５がより好ましい。
式（２）～式（４）を満たすための具体的な方法としては、光吸収異方性層の作製に用いる成分の種類および／または配合割合等を調整する方法が挙げられる。
本発明における光吸収異方性層に含まれる成分としては、２色性色素化合物を用いること以外特に制限はない。本発明において、「２色性色素化合物」とは、色素分子に対する入射光の入射方向によって吸収波長が異なる色素を意味する。
２色性色素化合物を所望の配向とする技術は、２色性色素化合物を利用した偏光子の作製技術や、ゲスト－ホスト液晶セルの作製技術などを参考にすることができる。例えば、特開２００２－９０５２６号公報に記載の２色性偏光素子の作製方法、及び特開２００２－９９３８８号公報に記載のゲストホスト型液晶表示装置の作製方法で利用されている技術を、本発明における光吸収異方性層の作製にも利用することができる。
２色性色素化合物は、その分子の形状が棒状であるものと、円盤状であるものとに分類することができる。本発明における光吸収異方性層の作製には、いずれを使用してもよいが、分子が棒状の２色性色素化合物を用いるのが好ましい。
分子が棒状の２色性色素化合物は、アゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素等、メリシアニン色素が好ましい。具体的には、アゾ色素としては特開平１１－１７２２５２号公報に記載の例、アントラキノン色素としては特開平８－６７８２２号公報に記載の例、ペリレン色素としては特開昭６２－１２９３８０号公報等に記載の例、メリシアニン色素としては特開２００２－２４１７５８号公報に記載の例が挙げられる。
分子が棒状の２色性色素化合物は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
分子が円盤状の２色性色素化合物としては、ＯＰＴＩＶＡ Ｉｎｃ．に代表されるリオトロピック液晶が挙げられ、“Ｅ－Ｔｙｐｅ偏光子”として用いられるものが知られており、例えば、特開２００２－９０５４７号公報に記載の材料が挙げられる。また、同様に円盤状に光を吸収する化学構造として紐状ミセル型の構造を利用したピスアゾ系２色性色素化合物を用いた例もあり、特開２００２－９０５２６号公報に記載の材料が挙げられる。
分子が円盤状の２色性色素化合物は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
本発明における光吸収異方性層は、例えば、上記２色性色素化合物を含む着色組成物を用いて作製できる。
着色組成物は、２色性色素化合物以外の成分を含んでいてもよく、例えば、液晶性化合物、溶媒、界面改良剤、重合性成分、重合開始剤（例えば、ラジカル重合開始剤）等が挙げられる。この場合、本発明における光吸収異方性層は、液状成分（溶媒等）以外の固形成分を含む。
液晶性化合物は、２色性を示さない液晶性化合物である。
液晶性化合物としては、低分子液晶性化合物および高分子液晶性化合物のいずれも用いることができる。ここで、「低分子液晶性化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有さない液晶性化合物のことをいう。また、「高分子液晶性化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有する液晶性化合物のことをいう。
低分子液晶性化合物としては、例えば、特開２０１３－２２８７０６号公報に記載されている液晶性化合物が挙げられる。
高分子液晶性化合物としては、例えば、特開２０１１－２３７５１３号公報に記載されているサーモトロピック液晶性高分子が挙げられる。また、高分子液晶性化合物は、末端に架橋性基（例えば、アクリロイル基およびメタクリロイル基）を有していてもよい。
液晶性化合物は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
液晶性化合物を含有する場合において、液晶性化合物の含有量は、着色組成物中の２色性色素化合物の含有量１００質量部に対して、２５～２０００質量部が好ましく、３３～１０００質量部がより好ましく、５０～５００質量部がさらに好ましい。液晶性化合物の含有量が上記範囲内にあることで、光吸収異方性層の配向度がより向上する。
本発明における光吸収異方性層が高分子液晶性化合物を含む場合、高分子液晶性化合物は、ネマチック液晶相を形成するのが好ましい。
ネマチック液晶相を示す温度範囲は、室温（２３℃）～４５０℃が好ましく、取り扱いや製造適性の観点から、５０℃～４００℃が好ましい。
溶媒としては、例えば、ケトン類（例えば、アセトン、２－ブタノン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなど）、エーテル類（例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロピラン、ジオキソランなど）、脂肪族炭化水素類（例えば、ヘキサンなど）、脂環式炭化水素類（例えば、シクロヘキサンなど）、芳香族炭化水素類（例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼンなど）、ハロゲン化炭素類（例えば、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、クロロトルエンなど）、エステル類（例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチルなど）、アルコール類（例えば、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、イソペンチルアルコール、ネオペンチルアルコール、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコールなど）、セロソルブ類（例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、１，２－ジメトキシエタンなど）、セロソルブアセテート類、スルホキシド類（例えば、ジメチルスルホキシドなど）、アミド類（例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－エチルピロリドンなど）、および、ヘテロ環化合物（例えば、ピリジンなど）などの有機溶媒、ならびに、水が挙げられる。これの溶媒は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
着色組成物が溶媒を含む場合、溶媒の含有量は、着色組成物の全質量に対して、８０～９９質量％が好ましく、８３～９８質量％がより好ましく、８５～９６質量％がさらに好ましい。
界面改良剤としては、後述する実施例欄に記載の界面改良剤を用いることができる。
着色組成物が界面改良剤を含む場合、界面改良剤の含有量は、着色組成物中の上記２色性色素化合物と上記液晶性化合物との合計１００質量部に対し、０．００１～５質量部が好ましい。
重合性成分としては、アクリレートを含む化合物（例えば、アクリレートモノマー）が挙げられる。この場合、本発明における光吸収異方性層は、上記アクリレートを含む化合物を重合させて得られるポリアクリレートを含む。
重合性成分としては、例えば、特開２０１７－１２２７７６号公報の段落００５８に記載の化合物が挙げられる。
着色組成物が重合性成分を含む場合、重合性成分の含有量は、着色組成物中の上記２色性色素化合物と上記液晶性化合物との合計１００質量部に対し、３～２０質量部が好ましい。
液晶性化合物を用いる場合、例えば、ゲストホスト型液晶セルの技術を利用して、ホスト液晶の配向に付随させて２色性色素化合物の分子を、上記のような所望の配向にすることができる。具体的には、ゲストとなる２色性色素化合物と、ホスト液晶となる棒状液晶性化合物とを混合し、ホスト液晶を配向させるとともに、その液晶分子の配向に沿って２色性色素化合物の分子を配向させて、その配向状態を固定することで、本発明における光吸収異方性層を作製することができる。
本発明における光吸収異方性層の光吸収特性の使用環境による変動を防止するために、２色性色素化合物の配向を、化学結合の形成によって固定するのが好ましい。例えば、ホスト液晶、２色性色素化合物、又は所望により添加される重合性成分の重合を進行させることで、配向を固定することができる。
また、一対の基板に、２色性色素化合物とホスト液晶とを少なくとも含む液晶層を有するゲストホスト型液晶セルそのものを、本発明における光吸収異方性層として利用してもよい。ホスト液晶の配向（及びそれに付随する２色性色素化合物分子の配向）は、基板内面に形成された配向膜によって制御することができ、電界等の外部刺激を与えない限り、その配向状態は維持され、本発明における光吸収異方性層の光吸収特性を一定にすることができる。
また、ポリマーフィルム中に２色性色素化合物を浸透させて、ポリマーフィルム中のポリマー分子の配向に沿って２色性色素化合物を配向させることで、本発明における光吸収異方性層に要求される光吸収特性を満足するポリマーフィルムを作製できる。具体的には、２色性色素化合物の溶液をポリマーフィルムの表面に塗布して、フィルム中に浸透させて、作製できる。２色性色素化合物の配向は、ポリマーフィルム中のポリマー鎖の配向、その性質（ポリマー鎖又はそれが有する官能基等の化学的及び物理的性質）、塗布方法などによって調整できる。この方法の詳細については、特開２００２－９０５２６号公報に記載されている。
＜保護層＞
本発明における保護層は、上記光吸収異方性層と隣接して配置され、上記式（１）を満たす層である。
上記式（１）における「（ｎｘ＋ｎｙ）／２－ｎ」の値は、－０．２～０．２の範囲内にあり、内部反射の発生がより抑制される観点から、－０．１～０．１の範囲内にあるのが好ましく、－０．０８～０．０８の範囲内にあるのがより好ましく、－０．０５～０．０５の範囲内にあるのが特に好ましい。
式（１）を満たす方法の具体例としては、上述したように２色性色素化合物を高配向度で垂直配向させる方法が挙げられる。
ｎの値は、１．４０～１．６０が好ましく、１．４５～１．５５がより好ましい。
本発明における保護層の具体例としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系樹脂を含む層、アクリレートモノマーを有する組成物を硬化した層、エポキシ樹脂を含む層等が挙げられる。これらの中でも、ポリビニルアルコール系樹脂を含む層、および、アクリレートモノマーを有する組成物を硬化した層が好ましい。
本発明における保護層は、耐久性改良の観点から、酸素透過係数が２５℃、５０％ＲＨの環境において５ｃｃｍｍ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下が好ましく、３ｃｃｍｍ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下がより好ましく、２ｃｃｍｍ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下が特に好ましい。酸素透過係数がこの値を満たすことで、保護層における光吸収異方性層が設けられた面以外の面側に粘着剤層を設けた場合、光吸収異方性層への粘着剤の拡散が抑えられ、耐久性を大幅に改良できる。
本発明における保護層は、光学フィルムの耐傷性を向上できる観点から、ヌープ硬度が１６０Ｎ／ｍｍ２以上が好ましく、１７０Ｎ／ｍｍ２以上がより好ましく、１８０Ｎ／ｍｍ２以上が特に好ましい。
アクリレートモノマーとしては、耐久性をより向上して、傷の発生を抑制する観点から、多官能アクリレートモノマーを用いることが特に好ましい。多官能アクリレートモノマーとしては、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４－シクロヘキサンジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、１，２，３－クロヘキサンテトラメタクリレート、ポリウレタンポリアクリレート、ポリエステルポリアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート等が挙げられる。
＜配向膜＞
本発明の光学フィルムは、透明基材フィルムと光吸収異方性層との間に、配向膜を有していてもよい。
配向膜は、配向膜上において２色性色素化合物を所望の配向状態とすることができるのであれば、どのような層でもよい。
有機化合物（好ましくはポリマー）の膜表面へのラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、あるいはラングミュアブロジェット法（ＬＢ膜）による有機化合物（例、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル）の累積のような手段で、設けることができる。さらに、電場の付与、磁場の付与あるいは光照射により、配向機能が生じる配向膜も知られている。なかでも、本発明では、配向膜のプレチルト角の制御し易さの点からはラビング処理により形成する配向膜が好ましく、配向の均一性の点からは光照射により形成する光配向膜も好ましい。
（ラビング処理配向膜）
ラビング処理により形成される配向膜に用いられるポリマー材料としては、多数の文献に記載があり、多数の市販品を入手することができる。本発明においては、ポリビニルアルコール系樹脂またはポリイミド、およびその誘導体が好ましく用いられる。配向膜については国際公開第２００１／８８５７４Ａ１号公報の４３頁２４行～４９頁８行の記載を参照することができる。配向膜の厚さは、０．０１～１０μｍであることが好ましく、０．０１～１μｍであることがさらに好ましい。
（光配向膜）
光照射により形成される配向膜に用いられる光配向材料としては、多数の文献などに記載がある。本発明においては、例えば、特開２００６－２８５１９７号公報、特開２００７－７６８３９号公報、特開２００７－１３８１３８号公報、特開２００７－９４０７１号公報、特開２００７－１２１７２１号公報、特開２００７－１４０４６５号公報、特開２００７－１５６４３９号公報、特開２００７－１３３１８４号公報、特開２００９－１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号、特許第４１５１７４６号に記載のアゾ化合物、特開２００２－２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２－２６５５４１号公報、特開２００２－３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号、特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３－５２０８７８号公報、特表２００４－５２９２２０号公報、または、特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、ポリアミドもしくはエステルが好ましい例として挙げられる。より好ましくは、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、ポリアミド、または、エステルである。
＜光学フィルムの製造方法＞
本発明の光学フィルムの製造方法の一例としては、上記着色組成物を上記透明基材フィルム上に塗布して塗布膜を形成する工程と、上記塗布膜に含まれる２色性色素化合物を配向させて上記光吸収異方性層を得る工程と、上記光吸収異方性層に隣接するように上記保護層を形成する工程と、をこの順に含む方法が挙げられる。
各工程は、公知の方法にしたがって実施でき、特に限定されるものではない。
［液晶表示装置］
本発明の液晶表示装置は、上記光学フィルムと、偏光子と、液晶セルと、をこの順に有する。以下、液晶表示装置を構成する部材について説明する。なお、光学フィルムについては、上述した通りであるので、その説明を省略する。
＜偏光子＞
偏光子としては、例えば、特開第２０１０－１５２３５１号公報に記載の液晶性化合物を含まず水平配向（光吸収異方性膜の厚み方向と交差する方向）した２色性色素化合物を含む光吸収異方性層、および、国際公開第２０１７／１５４９０７号に記載の液晶性化合物および水平配向した２色性色素化合物を含む光吸収異方性層が挙げられる。
本発明における偏光子は、偏光子を含む光学フィルム（以下、「他の光学フィルム」ともいう。）の形態で本発明の液晶表示装置に導入されていてもよい。この場合、他の光学フィルムにおける偏光子以外の層としては、例えば、特開第２０１０－１５２３５１号公報に記載の配向膜、粘着層、保護層等が挙げられ、各層（膜）の積層順序も同様にできる。
本発明の光学フィルムと、偏光子とは、公知の接着層または粘着層を介して積層されていてもよい。同様に、偏光子と、液晶セルとは、接着層または粘着層を介して積層されていてもよい。
＜液晶セル＞
本発明の液晶表示装置に利用される液晶セルは、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、またはＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
ＴＮモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向し、更に６０～１２０゜にねじれ配向している。ＴＮモードの液晶セルは、カラーＴＦＴ液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。
ＶＡモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に垂直に配向している。ＶＡモードの液晶セルには、（１）棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のＶＡモードの液晶セル（特開平２－１７６６２５号公報記載）に加えて、（２）視野角拡大のため、ＶＡモードをマルチドメイン化した（ＭＶＡモードの）液晶セル（ＳＩＤ９７、Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ（予稿集）２８（１９９７）８４５記載）、（３）棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード（ｎ－ＡＳＭモード）の液晶セル（日本液晶討論会の予稿集５８～５９（１９９８）記載）及び（４）ＳＵＲＶＩＶＡＬモードの液晶セル（ＬＣＤインターナショナル９８で発表）が含まれる。また、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、光配向型（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、およびＰＳＡ（Ｐｏｌｙｍｅｒ－Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）のいずれであってもよい。これらのモードの詳細については、特開２００６－２１５３２６号公報、および特表２００８－５３８８１９号公報に詳細な記載がある。
ＩＰＳモードの液晶セルは、液晶性化合物が基板に対して実質的に平行に配向しており、基板面に平行な電界が印加することで液晶分子が平面的に応答する。即ち電界無印加状態で、液晶性化合物が面内に配向している。ＩＰＳモードは電界無印加状態で黒表示となり、上下一対の偏光板の吸収軸は直交している。光学補償シートを用いて、斜め方向での黒表示時の漏れ光を低減させ、視野角を改良する方法が、特開平１０－５４９８２号公報、特開平１１－２０２３２３号公報、特開平９－２９２５２２号公報、特開平１１－１３３４０８号公報、特開平１１－３０５２１７号公報、特開平１０－３０７２９１号公報などに開示されている。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
＜配向膜の作製＞
（１） 配向膜１の作製
透明基材フィルムとして、市販のセルロースアシレート系フィルム、商品名 「フジタック ＴＧ４０ＵＬ」（富士フイルム社製）を準備し、ケン化処理により表面を親水化した後、下記の配向膜形成用組成物１を＃１２のバーを用いて塗布し、１１０℃で２分間乾燥し、透明基材フィルム上に配向膜１を形成した。
（配向膜形成用組成物１の組成）
・下記変性ポリビニルアルコール ２．００質量部
・水 ７４．０８質量部
・メタノール ２３．７６質量部
・光重合開始剤
（イルガキュア２９５９、ＢＡＳＦ社製） ０．０６質量部
（変性ポリビニルアルコール）
Figure 2022066287000001
（式中、繰り返し単位に付された数値は、各繰り返し単位のモル比率を表す。）
＜光吸収異方性層の作製＞
（１） 光吸収異方性層１の作製
得られた配向膜上に、下記の着色組成物１を１０００回転でスピンコートして、塗布膜を形成した。塗布膜を室温で３０秒間乾燥させた後、１４０℃まで加熱して３０秒間保持し、塗布膜を室温になるまで冷却した。次いで、塗布膜を８０℃まで再加熱して３０秒保持して後に室温まで冷却した。このようにして作製した層を光吸収異方性層１とした。
（着色組成物１の組成）
・２色性色素化合物Ｄ１ ９．６３質量部
・２色性色素化合物Ｄ２ ７．９２質量部
・高分子液晶性化合物Ｐ１ ４０．１１質量部
・界面改良剤Ｆ１ ０．７３質量部
・界面改良剤Ｆ２ ０．７３質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．８７質量部
・テトラヒドロフラン ７９９．０質量部
・シクロペンタノン １４１．０質量部
Figure 2022066287000002
（２） 光吸収異方性層２の作製
乾燥後の加熱温度を１３５℃に変更したこと以外は、光吸収異方性層１と同様の方法を用いて、光吸収異方性層２を作製した。
（３） 光吸収異方性層３の作製
着色組成物１を着色組成物２に変更した以外は、光吸収異方性層１と同様の方法を用いて、光吸収異方性層３を作製した。
（着色組成物２の組成）
・２色性色素化合物Ｄ１ ９．７６質量部
・２色性色素化合物Ｄ２ ８．０３質量部
・高分子液晶性化合物Ｐ１ ４０．６５質量部
・界面改良剤Ｆ１ ０．４９質量部
・界面改良剤Ｆ２ ０．４９質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．５８質量部
・テトラヒドロフラン ７９９．０質量部
・シクロペンタノン １４１．０質量部
（４） 光吸収異方性層４の作製
着色組成物１を着色組成物３に変更した以外は、光吸収異方性層１と同様の方法を用いて、光吸収異方性層４を作製した。
（着色組成物３の組成）
・２色性色素化合物Ｄ１ ９．８７質量部
・２色性色素化合物Ｄ２ ８．１２質量部
・高分子液晶性化合物Ｐ１ ４１．１３質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．８７質量部
・テトラヒドロフラン ７９９．０質量部
・シクロペンタノン １４１．０質量部
（５） 光吸収異方性層５の作製
着色組成物１を着色組成物４に変更した以外は、光吸収異方性層１と同様の方法を用いて、光吸収異方性層５を作製した。
（着色組成物４の組成）
・２色性色素化合物Ｄ１ １７．３３質量部
・２色性色素化合物Ｄ２ １４．２６質量部
・高分子液晶性化合物Ｐ１ ２６．０７質量部
・界面改良剤Ｆ１ ０．７３質量部
・界面改良剤Ｆ２ ０．７３質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．８７質量部
・テトラヒドロフラン ７９９．０質量部
・シクロペンタノン １４１．０質量部
（６） 光吸収異方性層６の作製
着色組成物１を着色組成物５に変更した以外は、光吸収異方性層１と同様の方法を用いて、光吸収異方性層６を作製した。
（着色組成物５の組成）
・２色性色素化合物Ｄ１ １７．７７質量部
・２色性色素化合物Ｄ２ １４．６２質量部
・高分子液晶性化合物Ｐ１ ２６．７４質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．８７質量部
・テトラヒドロフラン ７９９．０質量部
・シクロペンタノン １４１．０質量部
（７） 光吸収異方性層７の作製
無延伸の非晶質ポリオレフィンフイルム（オプテス社製 ゼオノアフイルム、厚さ１００μｍ）上に、下記の着色組成物６を塗布し、５０℃で加熱して溶媒を蒸発させ、液晶モノマー層を形成した。これをさらに８０℃で加熱して液晶モノマー層を等方状態にした後、徐冷しながら、フィルム面の法線に対し２０°傾けた方向に１ｋＶの直流電界を印加した状態で３００ｍＪ／ｍ２の紫外線を照射することで液晶モノマーを重合し、完全に硬化させた。このようにして作製した層を光吸収異方性層７とし、これを試料Ｎｏ．１３とした。
（着色組成物６の組成）
下記［６－１］と［６－２］を４対１の比率で混ぜ合わせたものを着色組成物６とした。
［６－１］
・末端に重合性基を有する一官能のサーモトロピックのシアノビフェニル系ネマチック液晶モノマー １００．００質量部
・高分子性液晶性化合物Ａ ２５．００質量部
・４－メチル－２－ペンタノン ４００．００質量部
・イルガキュア９０７ ５質量部
［６－２］
・シクロペンタノン １００．０質量部
・波長４５８ｎｍに吸収ピークを有するボリアゾ系染料 １．５０質量部
・波長５４２ｎｍに吸収ピークを有するボリアゾ系染料 ０．８０質量部
・波長６２１ｎｍに吸収ピークを有するポリアゾ系染料 １．００質量部
＜保護層形成用塗布組成物の作製＞
（１） 保護層形成用塗布組成物１の作製
配向膜形成用組成物１の組成と全く同じ組成のものを保護層形成用塗布組成物１として作製した。
（２） 保護層形成用塗布組成物２の作製
以下の組成で各成分を混合し、保護層形成用塗布組成物２を作製した。
（保護層形成用塗布組成物２の組成）
・Ａ－ＤＣＰ ９７９．８質量部
・イルガキュア１２７ ２０．０質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．２質量部
（３） 保護層形成用塗布組成物３の作製
以下の組成で各成分を混合し、保護層形成用塗布組成物３を作製した。
（保護層形成用塗布組成物３の組成）
・Ａ－ＴＭＭＴ ９７９．８質量部
・イルガキュア１２７ ２０．０質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．２質量部
（４） 保護層形成用塗布組成物４の作製
以下の組成で各成分を混合し、保護層形成用塗布組成物を作製した。
（保護層形成用塗布組成物４の組成）
・ＢＰＥ－５００ ９７９．８質量部
・イルガキュア１２７ ２０．０質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．２質量部
使用した成分の詳細を下記に示す。
Ａ－ＤＣＰ ： トリシクロデカンジメタノールジアクリレート（新中村化学製）
Ａ－ＴＭＭＴ ： ペンタエリスリトールテトラアクリレート（新中村化学製）
ＢＰＥ－５００ ： エトキシ化ビスフェノールＡジメタクリレート（新中村化学製）
イルガキュア１２７ ： ２－ヒロドキシ－１－｛４－［４－（２－ヒドロキシ－２－メチル－プロピオニル）－ベンジル］フェニル｝－２－メチル－プロパン－１－オン（ＢＡＳＦ製）
イルガキュア９０７ ： 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（ＢＡＳＦ製）
高分子液晶性化合物Ａ：下記構造の高分子液晶性化合物（黒金化成製）
Figure 2022066287000003
＜保護層の塗設＞
光吸収異方性層上に、上記保護層形成用塗布組成物を３０００回転でスピンコートして、保護層と光吸収異方性とが隣接するように塗設した。その後、１６０Ｗ／ｃｍの空冷メタルハライドランプ（アイグラフィックス（株）製）を用いて、照度２００ｍＷ／ｃｍ２、照射量３００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射して保護層を硬化させた。
表１記載の通り配向膜と光吸収異方性層、保護層を組み合わせ、試料（光学フィルム）Ｎｏ．１～１２を作製した。配向膜を用いない試料Ｎｏ．１２に関しては、ケン化処理をした「フジタック ＴＧ４０ＵＬ」上に光吸収異方性層を塗設した。また、試料（光学フィルム）Ｎｏ．１３においては、表１の通りの結果が得られた。
＜性能の評価＞
（１）垂直配向度および正面透過率の評価
得られた光学フィルムを用い、ＡｘｏＳｃａｎ ＯＰＭＦ－１（オプトサイエンス社製）において、波長λにおける、光吸収異方性層のミューラーマトリックスを極角を－５０°～５０°まで１０°毎に計測した。表面反射の影響を除去した後、スネルの式やフレネルの式を考慮した下記理論式にフィッティングすることにより、ｋｏ［λ］、ｋｅ［λ］を算出した。特に記載がないときは、波長λは、５５０ｎｍとする。
ｋ＝－ｌｏｇ（Ｔ）×λ／（４πｄ）
この得られたｋｏ［λ］、ｋｅ［λ］より、面内方向および厚さ方向の吸光度、２色比を算出し、最終的に垂直配向度を求めた。
また、表面反射の影響を除去した極角０°での測定結果を正面透過率として用い、さらに極角６０°でのＴｍｉｎの値もこの評価から求めたものを用いた。
（２）耐光試験
得られた光学フィルムの、保護層、もしくは光吸収異方性層を粘着剤を用いてガラスに貼り合わせた状態で、スガ試験機株式会社製のスーパーキセノンウェザーメーターＳＸ７５を用いてキセノン（Ｘｅ）を１５０時間照射し、照射前後での正面透過率の変化率に基づいて、耐光性を評価した。
Ａ：正面透過率の変化が２％未満。
Ｂ：正面透過率の変化が２％以上１５％未満。
Ｃ：正面透過率の変化が１５％以上。
（３）耐久試験
得られた光学フィルムの、保護層、もしくは光吸収異方性層を粘着剤を用いてガラスに貼り合わせた状態で、６５℃９０％５００時間の耐久試験を行った。この耐久試験前後での正面透過率に基づいて、耐久性を評価した。
Ａ：正面透過率の変化が２％未満。
Ｂ：正面透過率の変化が２％以上１５％未満。
Ｃ：透正面過率の変化が１５％以上。
（４）スチールウール耐傷性（ＳＷ耐傷性）
ラビングテスターを用いて、透明基材フィルムとは反対側の表面に対して以下の条件で擦りテストを行った。
評価環境条件：２５℃、６０％ＲＨ
こすり材：スチールウール（日本スチールウール（株）製、グレードＮｏ．００００）
試料と接触するテスターのこすり先端部（１ｃｍ×１ｃｍ）にこすり材を巻いて、こすり材をバンドで固定した。
移動距離（片道）：１３ｃｍ
擦り速度：１３ｃｍ／秒
荷重：１００ｇ／ｃｍ２
先端部接触面積：１ｃｍ×１ｃｍ
擦り回数：１０往復
擦り終えた試料の裏側に油性黒インキを塗り、反射光で目視観察して、こすり部分の傷
を、以下の基準で評価した。実用的には、Ｂランク以上のレベルが必要である。
Ａ：注意深く見ても、全く傷が見えない。
Ｂ：浅い傷が見える。
Ｃ：一目見ただけで分かる深い傷がある。
（５）酸素透過係数
酸素透過係数の測定は下記の条件で行った。また、保護層単独の酸素透過係数は、完成した光学フィルムと、それに対応する保護層を形成する前のフィルムの測定値の２つの値から計算で算出した。
試験法： ＩＳＯ １５１０５－２ （等圧法）
試験機： ハックウルトラアナリティカル社製酸素濃度計モデル３６００を一部改造した
自作酸素透過性試験機（モコン社 酸素透過性試験機 ＯＸ－ＴＲＡＮ ２／１０型にて検量、校正）
試験温度： ２５℃、
試験湿度： 相対湿度 ５０％ＲＨ、
試験ガス： 空気（酸素分)
（６）屈折率
Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製分光エリプソメトリＭ－２０００Ｕを用い、入射角５０～７０°で測定を行った。光吸収異方性層の屈折率は、それぞれ保護層が形成されていない状態のものを測定することで求めた。配向膜の光学定数はＣａｕｃｈｙの誘電関数モデルにより解析した。１軸異方性を仮定して、ｇａｕｓｓｉａｎ吸収（５個）を仮定した誘電関数モデルにより各角度の測定スペクトルを同時に満たす解を求め、各方向の４００ｎｍ～７５０ｎｍの波長依存データを算出した。これらデータにおける、各方向での全波長における平均値をそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした。
保護層の屈折率は、配向膜に直接保護層を塗設し、測定することで求めた。保護層の屈折率はどれも等法的であり、これをｎとした。
（７）内部反射率
透明基材フィルムと反対側の表面をサンドペーパーで粗面化した後に黒色インクで処理し、裏面反射をなくした状態で、透明基材フィルム側を、分光光度計（日本分光（株）製）を用いて、３８０～７８０ｎｍの波長領域において、入射角５°における積分分光反射率を測定した。結果には４００～７５０ｎｍの積分反射率の算術平均値を用いた。この測定を本発明における光学フィルムに加え、透明基材フィルム単体でも同様に行い、その差分を内部反射率とした。
（８）ヌープ硬度
本発明におけるヌープ硬度は、得られた光学フィルムの保護層上から、下記条件にて、１０回測定を行った平均値である。
［測定装置］微小硬度試験機：フィッシャースコープＨＭ２０００（フィッシャーインスツルメンツ（株）製）
［負荷時間］１０秒
［押しこみ荷重］５０ｍＮ
Figure 2022066287000004
上記結果から、光吸収異方性層１～３および５を用いた光学フィルムでは高い正面透過率に対して、６０°の透過率が大幅に低減されていることがわかる。これは２色性色素化合物が膜厚に沿って垂直に配向していることにより、正面の光は透過する一方で、斜め方向の光は吸収されるためと考えられる。光吸収異方性層４および６を用いたものは、６０°の透過率が低いが、これは正面透過率がそもそも低く、かつ斜めから見た光路長の分だけ透過率が低下したものであり、斜め方向の透過率をより低下させたいという目的には合致していない。
また、試料Ｎｏ．８および１１に対する試料Ｎｏ．３、６、７および１０のように、ｎｘおよびｎｙに対してｎｚの値が高く、垂直配向していると、耐光性が良化していることがわかる。これは垂直に配向して正面透過率が高くなることで、耐光試験中における光の吸収が減るためと考えられる。
さらに、試料Ｎｏ．２に対する試料Ｎｏ．１のように、表面に保護層を設けることで耐久性を大幅に良化できることがわかる。これは、光吸収異方性層が直接粘着剤に接する場合、粘着剤との間で物質の拡散が起こり、性能が劣化してしまうが、保護層を形成することで拡散を抑えられるためと考えられる。

Claims (14)

  1. 少なくとも１種の２色性色素化合物を有する光吸収異方性層と、
    前記光吸収異方性層に隣接する保護層と、を有し、
    下記式（１）～（４）を満たす、光学フィルム。
    －０．２≦（ｎｘ＋ｎｙ）／２－ｎ≦０．２ （１）
    ｎｚ＞１．７ （２）
    ｎｚ＞ｎｘ （３）
    ｎｚ＞ｎｙ （４）
    ここで、前記式中、ｎは前記保護層の屈折率を表し、ｎｘは前記光吸収異方性層の面内における屈折率最大方向の屈折率を表し、ｎｙは前記光吸収異方性層の面内において、ｎｘと直交する方向の屈折率を表し、ｎｚは前記光吸収異方性層の厚さ方向の屈折率を表す。
  2. 前記ｎｚが１．８５以上である、請求項１に記載の光学フィルム。
  3. 前記保護層が、ポリビニルアルコール系樹脂を含む、請求項１または２に記載の光学フィルム。
  4. 前記保護層がアクリレートモノマーを有する組成物を硬化した層である、請求項１または２に記載の光学フィルム。
  5. 前記保護層の酸素透過係数が５ｃｃｍｍ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  6. 前記保護層のヌープ硬度が１６０Ｎ／ｍｍ２以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  7. さらに、透明基材フィルムを、前記光吸収異方性層の、前記保護層とは反対側に有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  8. 前記透明基材フィルムがセルロースアシレートフィルムである、請求項７に記載の光学フィルム。
  9. 前記透明基材フィルムと前記光吸収異方性層との間に配向膜を有する、請求項７または８に記載の光学フィルム。
  10. 前記配向膜がポリビニルアルコール系樹脂を有する、請求項９に記載の光学フィルム。
  11. 前記光吸収異方性層が高分子液晶性化合物を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  12. 前記高分子液晶性化合物がネマチック液晶相を形成する、請求項１１に記載の光学フィルム。
  13. 前記光吸収異方性層が、アクリレートを含む化合物を含む組成物を用いて得られる層である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の光学フィルムと、偏光子と、液晶セルと、をこの順に有する、液晶表示装置。
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