JP4007811B2

JP4007811B2 - 負複屈折性フィルムの製造方法

Info

Publication number: JP4007811B2
Application number: JP2002008718A
Authority: JP
Inventors: 亨枝坂本; 周望月; 秀作中野; 貞裕中西
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP2003211464A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便な方法により負複屈折率を制御できる液晶表示素子用の負複屈折性フィルムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負複屈折性（負の一軸性とも言う。）を有するフィルムは、液晶ディスプレイの視覚補償などに用いられている。このようなフィルムは、ディスコティック液晶から形成されていたり（特開平９−１０４６５６号公報、特開平９−１９４４２９号公報、特開平９−１９４４３０号公報）、あるいは延伸処理されたポリマーフィルムから製造されたり（米国特許５，１３８，４７４号）、あるいは未延伸のポリイミドフィルムから製造される（米国特許５，３４４，９１６号、米国特許５，４８０，９６４号、米国特許５，５８０，９５０号、米国特許６，２３８，７５３号）。
【０００３】
これらの負複屈折性フィルムを得るにあたり、負複屈折率の制御は容易ではない。例えば、ディスコティック液晶は化学構造が複雑であり、合成が煩雑であることから、結果的にはコスト高になってしまう。
【０００４】
延伸フィルムの場合は、延伸倍率や延伸方向を変えることにより制御される。しかし、この方法では延伸率を大きくした場合にフィルムが極薄となり、強度が劣ったり扱いにくくなるという欠点がある。また、厚膜のフィルムを作製してこれを延伸することで出来上がりの厚みを稼ぐという方法もあるが、厚膜フィルムの作製は厚みムラを生じやすく技術上極めて困難である。また仮に厚膜のフィルムを得ることができたとしても、これを精密に延伸するには高度な技術を要する。また、そもそも延伸による作製方法では歩留まりが悪いといった欠点もある。
【０００５】
また、ポリイミド負複屈折フィルムの場合には、ポリイミドの構造を適宜変えることにより制御できることが、上記文献中に示されている。具体的には、ポリイミド主鎖の線状性及び剛直性を高めることにより負複屈折値を高めることができるが、ポリイミドの構造を変えるために必要な原料モノマー（ジアミン、酸二無水物）の入手が限られている場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複屈折率の制御が容易であるとともに、かつ簡便な液晶表示素子用の負複屈折性フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、負複屈折性フィルム、特に固有負複屈折値を有するポリマーをキャストして得られる負複屈折性フィルムに関し、簡便な方法で負複屈折値を制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、ポリアリールエーテルケトンから形成される負複屈折性を有するポリマーフィルムにおいて、揮発速度の異なる溶剤を用いて調製したワニスからフィルムを作製することにより負複屈折率を制御することを特徴とする液晶表示素子用の負複屈折性フィルムの製造方法を提供する。負複屈折性フィルムの負複屈折率値は、好ましくは０．００１〜０．６の範囲である。前記ポリアリールエーテルケトンは、主鎖の繰り返し構造単位中に少なくとも一つのフッ素原子を有するフッ素化ポリアリールエーテルケトンである。
【０００９】
前記製造方法においては、ポリアリールエーテルケトンとしては、主鎖の繰り返し構造単位中に少なくとも一つのフッ素原子を有するフッ素化ポリアリールエーテルケトンである。
【００１０】
また、本発明の製造方法においては、前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（１）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンであってもよい。
【００１１】
【化１０】

【００１２】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、Ａはハロゲン原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、ｘおよびｙは０〜４の整数であり、ｍは０又は１である。また、ｎは重合度を表し、Ｒ¹は一般式（２）で表される基である。）
【００１３】
【化１１】

【００１４】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、Ａ’はハロゲン原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、ｚおよびｘ’は０〜４の整数であり、ｐは０又は１であり、Ｒ²は２価の芳香族基である。）
また、前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（３）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンであってもよく、一般式（３）において、Ｒ¹が一般式（４）で表される基であるのがよい。
【００１５】
【化１２】

【００１６】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、ｘは０〜４の整数であり、ｍは０又は１である。また、ｎは重合度を表し、Ｒ¹は前記式（１）と同様である。）
【００１７】
【化１３】

【００１８】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、ｚは０〜４の整数であり、ｐは０又は１である。Ｒ²は２価の芳香族基である。）
また、一般式（２）および一般式（４）において、２価の芳香族基（Ｒ²）は下記式（５）からなる群から選ばれる少なくとも１種の基であることが好ましい。
【００１９】
【化１４】

【００２０】
また、本発明の製造方法においては、前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（６）、（７）、（８）または（９）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンであってもよい。
【００２１】
【化１５】

【００２２】
【化１６】

【００２３】
【化１７】

【００２４】
【化１８】

【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法は、負複屈折値を有するポリマーをキャストしてフィルムを得る場合に有用である。負複屈折値を有するポリマーはポリアリールエーテルケトンである。用いるポリマーの質量平均分子量（Ｍｗ）は、２，０００〜１，０００，０００、好ましくは３，０００〜９００，０００、特に好ましくは４，０００〜８００，０００である。質量平均分子量（Ｍｗ）が２，０００未満の場合は、皮膜を形成した時に強度に劣る場合があり、一方、１，０００，０００を越える場合は、溶媒への溶解性が劣ったり、溶液の保存安定性が悪くなる場合がある。
【００２６】
ポリアリールエーテルケトンとしては、主鎖の繰り返し単位中に、少なくとも一つのフッ素原子を有する。本発明でいうポリアリールエーテルケトンとは、繰り返し単位中にエーテル基（−Ｏ−）とケトン基（−Ｃ（＝Ｏ）−）を有し、それらがアリール基で連結されているものをいい、一般式（１）で表される。
【００２７】
【化１９】

【００２８】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、Ａはハロゲン原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、ｘおよびｙは０〜４の整数であり、ｍは０又は１である。また、ｎは重合度を表し、Ｒ¹は一般式（２）で表される基である。）
【００２９】
【化２０】

【００３０】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、Ａ’はハロゲン原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、ｚおよびｘ’は０〜４の整数であり、ｐは０又は１であり、Ｒ²は２価の芳香族基である。）
中でも、一般式（１）において、好ましくはｙ＝０のものであり、より好ましくはｙ＝０かつｘ’＝０のものである。これらのポリアリールエーテルケトンは下記一般式（３）の繰り返し構造単位を有するが、Ｒ¹は下記一般式（４）で表される基であるのが好ましい。
【００３１】
【化２１】

【００３２】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、ｘは０〜４の整数であり、ｍは０又は１である。また、ｎは重合度を表し、Ｒ¹は前記式（１）と同様である。）
【００３３】
【化２２】

【００３４】
（式中、Ｆはフッ素原子であり、ｚは０〜４の整数であり、ｐは０又は１である。Ｒ²は２価の芳香族基である。）
また、上記の一般式（２）および一般式（４）において、２価の芳香族基（Ｒ²）は、下記式（５）からなる群から選ばれる少なくとも１種の基であることが好ましい。
【００３５】
【化２３】

【００３６】
このような好ましいポリアリールエーテルケトンの具体例としては、以下の一般式（６）、一般式（７）、一般式（８）または一般式（９）で表されるようなものが挙げられる。これらの式中、ｎは重合度を表している。
【００３７】
【化２４】

【００３８】
【化２５】

【００３９】
【化２６】

【００４０】
【化２７】

【００４１】
ポリエーテルニトリルでは特にポリアリールエーテルニトリルが良く、その中でも主鎖の繰り返し単位中に少なくとも一つのフッ素原子を有するものがよい。本発明でいうポリアリールエーテルニトリルとは、繰り返し単位中にエーテル基（−Ｏ−）とニトリル基（−ＣＮ）を有し、それらがアリール基で連結されているものを言い、一般式（１０）で表される。
【００４２】
【化２８】

【００４３】
（ただし、Ｒ³は二価の有機基、ｎは重合度を表す。）
このうち、好ましいものとしては、一般式（１０）においてＲ³が二価の芳香族基のものである。このような好ましいものの具体例としては、下記の式（１１）からなる群から選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
【００４４】
【化２９】

【００４５】
中でも、溶解性、透明性に優れている点から、一般式（１２）で示されるポリアリールエーテルニトリルが好ましい。
【００４６】
【化３０】

【００４７】
本発明で言う揮発速度とは、ある温度で溶剤を揮発させた時の初期の重量減少速度のことであり、実際に測定するにあたっては溶剤の入った容器を加熱し、一定時間ごとに重量を測定すればよい。尚、実際にフィルムを作製する場合には、溶剤の揮発速度は温度だけでなく炉の風量などにも左右されるため、これらの影響も考慮する必要がある。
【００４８】
尚、揮発速度は溶剤の沸点にほぼ比例すると考えて良い。
【００４９】
本発明において、ワニスの調製はポリマーを溶媒に溶解することにより行うことができる。一般に好ましいポリマー溶液濃度は１〜８０ｗｔ％、さらに好ましくは２〜６０ｗｔ％、特に好ましくは３〜５０ｗｔ％であるが、使用する溶媒とポリマーの分子量、構造、塗工方式、目標とする膜厚により異なってくる。
【００５０】
本発明では、溶剤はポリマーが溶解するものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類；フェノール、パラクロロフェノール、ｏ−クロロフェノール、ｍ−クロロフェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾールなどのフェノール類；ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼンなどの芳香族炭化水素類；アセトン、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、シクロペンタノン、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどのケトン系溶媒；酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、２−メチル−２，４−ペンタンジオールなどのアルコール系溶媒；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒；アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル系溶媒；ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒；あるいは二硫化炭素、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブなどを、単独あるいは混合して使用することが可能である。
【００５１】
本発明のフィルムを得るための乾燥温度は、ポリマーや溶媒の種類等に応じて適宜選択され、一概に規定することはできないが、通常４０℃以上４００℃以下、好ましくは５０℃以上３００℃以下、さらに好ましくは６０℃以上２００℃以下である。塗膜の乾燥は、一定温度下において行っても良いし、段階的に温度を上昇させながら行っても良い。乾燥時間も適宜選択されるところではあるが、通常１０秒以上３０分以下、好ましくは３０秒以上２５分以下、さらに好ましくは１分以上２０分以下である。
【００５２】
ポリマー溶液が塗布される基板は、最終的に得られる光学フィルムが光学的に負の一軸性を示すフィルムとなる基板であれば特に限定されない。ガラス基板、プラスチックフィルム等のプラスチック基板、ステンレスベルトやステンレスドラム、銅箔等の金属基板等を用いることができる。中でも、偏光板との貼り合わせを考えると、プラスチック基板またはステンレスベルトやステンレスドラムを用いることが望ましい。可能であれば、偏光板に直接塗布しても良い。
【００５３】
プラスチックフィルムとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン−１）などのポリオレフィン、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、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、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、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロース系プラスチックス、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等から形成されるフィルムを挙げることができる。これらプラスチックフィルムは、光学的に等方性であっても、異方性であっても差し支えない。
【００５４】
基板に使用されるプラスチックフィルムの中でも、耐溶剤性や耐熱性の観点からポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートの各フィルムが望ましい。基板となるプラスチックフィルムの厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上である。１０μｍより薄い場合は、基板の強度が弱いために製造時に切れてしまう等の問題が発生する恐れがある。
【００５５】
本発明のフィルムを得るための塗布方法は、公知の方法をいずれも用いることができ、例えばスピンコート法、ロールコート法、プリント法、浸漬引き上げ法、カーテンコート法、マイヤーバーコート法、ドクターブレード法、ナイフコート法、タイコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、オフセットグラビアコート法、リップコート法、スプレーコート法等を採用することができる。
【００５６】
本発明の方法では、溶剤の揮発速度が速いほど高い負複屈折値を有するフィルムを得ることができる。この方法を用いることで、厚み０．１〜５００μｍ、好ましくは０．３〜２００μｍ、さらに好ましくは０．５〜１００μｍの光学フィルムで、負複屈折値が０．００１〜０．６、好ましくは０．００２〜０．６、さらに好ましくは０．００４〜０．６の範囲の負複屈折性フィルムを、簡単に得ることができる。
【００５７】
これらのポリマーは、フィルムの製造時、特に溶剤揮発時に自己配向過程を受けるために負複屈折を示すフィルムが得られるものと考えられている。従って、その自己配向過程に要する時間を制御することで、配向度及びそれに関連する負複屈折値を制御できるものと思われる。
【００５８】
本発明の方法で製造したポリマーフィルムは、各種の光学フィルムとして用いることができる。光学フィルムは、フィルム単独または必要に応じて他の光学部材、例えば、他の屈折率構造を有する位相差フィルム、液晶フィルム、光散乱フィルム、回折フィルム、偏光フィルム（偏光板）、偏光子等と組み合せた積層体として、各種の光学用途、具体的には各種液晶表示素子の光学補償部材として利用することができる。例えば、工業的に製造されているヨウ素系や染料系の偏光子と、本発明の光学フィルムとを組み合わせ、偏光子の片面または両面に光学フィルムを積層することにより、液晶表示素子の複屈折性を補償、調整する機能を有する偏光板とすることができる。偏光子の片面に本発明の光学フィルムを積層する場合、偏光子の他方の面には通常の保護フィルムを積層することができる。
【００５９】
ここでいう液晶表示素子には、例えばＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）セル、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）セル、ＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）セル、ＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｈｎｅｄ）セル、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＡｌｉｇｈｎｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）セル、ＨＡＮ（ＨｙｂｒｉｄＡｌｉｇｈｎｅｄＮｅｍａｔｉｃ）セル、ＡＳＭ（ＡｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃＡｌｉｇｈｎｅｄＭｉｃｒｏｃｅｌｌ）セル、強誘電、反強誘電セルおよびこれらに規則正しい配向分割を行ったもの、ランダムな配向分割を行った物等の各種のセルが含まれる。光学フィルムが組み込まれる液晶表示素子は、単純マトリックス方式、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）電極やＴＦＤ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＤｉｏｄｅ）電極等を用いたアクティブマトリックス方式、プラズマアドレス方式等のいずれの駆動方式であってもよい。
【００６０】
また、光学フィルムは、バックライトシステムを備えた透過型・半透過型の液晶表示素子や、反射板を備えた反射型の液晶表示素子、さらには投写型の液晶表示素子等にも組み込むことができる。液晶表示素子における光学フィルムの設置箇所は、特には限定されないが、通常は偏光板と駆動セルとの問であって、駆動セルの上側および／または下側の位置に、一枚若しくは複数枚の光学フィルムを配置するのが一般的である。この場合、光学フィルムは、屈折率構造が異なる位相差フィルム、液晶フィルム、回折フィルム、光散乱フィルム、レンズシート等と組み合わせて設置することも可能である。
【００６１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。また、特に言及しない限り、「％」は「質量％」を意味する。
【００６２】
（参考例１）
トルエン、シクロヘキサノン、２−メチルペンタノン、アセトン、酢酸エチルをアルミカップに２．０ｇずつ量り取り、１００℃のホットプレート上に置いて溶剤の重量を一定時間ごとに測定した。始めの２０秒間の溶剤の重量減少量から揮発速度（ｇ／ｓｅｃ）を算出した。その結果、これらの溶剤の揮発速度は表１のようになり、アセトン＞酢酸エチル＞トルエン＞メチルペンタノン＞シクロヘキサノンの順に速いことがわかった。
【００６３】
【表１】

【００６４】
（実施例１）
下記の構造式（化３１）で示されるポリイミド（Ｍｗ＝２１０，０００）を、シクロヘキサノン及び２−メチルペンタノンに溶解し、１０ｗｔ％のワニスＡ及びワニスＢを調製した。これらのワニスをガラス板上にスピンコートし、２１０℃で１５分間乾燥してフィルムＡ、Ｂを得た。フィルムの負複屈折率（Δｎ）は表２の通りであり、揮発速度が速い２−メチルペンタノンを用いて調製したワニスから作製したフィルムの方が高いΔｎ値を得ることができた。
【００６５】
【化３１】

【００６６】
【表２】

【００６７】
（実施例２）
下記の構造式（化３２）で表されるポリエーテルケトン（Ｍｗ＝５４０，０００）を、トルエン、２−メチルペンタノン、酢酸エチルに溶解し、１０ｗｔ％のワニスＣ、ワニスＤ、ワニスＥを調製した。これらのワニスをガラス板上にスピンコートし、１５０℃で１５分間乾燥してフィルムＣ、Ｄ、Ｅを得た。フィルムのΔｎは表３の通りであり、揮発速度が速い酢酸エチルを用いて調製したワニスから作製したフィルムの方が高いΔｎ値を得ることができた。
【００６８】
【化３２】

【００６９】
【表３】

【００７０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、主鎖の繰り返し構造単位中に少なくとも一つのフッ素原子を有するフッ素化ポリアリールエーテルケトンから形成される負複屈折値を有するポリマーからキャスト法によりフィルムを作製する際、非常に簡便に負複屈折値を制御することができる。そのため、所望の負複屈折値を得るために複雑な構造のポリマーを合成する必要がなく、種々のポリマーに適用することができる。また、フィルム薄膜化のために精密延伸を行う等の高度な技術を要さず、きわめて簡単に薄膜フィルムを得ることができるので、工業上極めて有用である。

Claims

ポリアリールエーテルケトンから形成される負複屈折性を有するポリマーフィルムにおいて、揮発速度の異なる溶剤を用いて調製したワニスからフィルムを作製することにより負複屈折率を制御し、
前記ポリアリールエーテルケトンが、主鎖の繰り返し構造単位中に少なくとも一つのフッ素原子を有するフッ素化ポリアリールエーテルケトンであることを特徴とする液晶表示素子用の負複屈折性フィルムの製造方法。
負複屈折率値が０．００１〜０．６の範囲である、請求項１に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。
前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（１）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンである、請求項１または２に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。

（式中、Ｆはフッ素原子であり、Ａはハロゲン原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、ｘおよびｙは０〜４の整数であり、ｍは０又は１である。また、ｎは重合度を表し、Ｒ¹は一般式（２）で表される基である。）

（式中、Ｆはフッ素原子であり、Ａ’はハロゲン原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、ｚおよびｘ’は０〜４の整数であり、ｐは０又は１であり、Ｒ²は２価の芳香族基である。）
前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（３）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンである、請求項１または２に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。

（式中、Ｆはフッ素原子であり、ｘは０〜４の整数であり、ｍは０又は１である。また、ｎは重合度を表し、Ｒ¹は前記式（１）と同様である。）
一般式（３）において、Ｒ¹が一般式（４）で表される基である、請求項４に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。

（式中、Ｆはフッ素原子であり、ｚは０〜４の整数であり、ｐは０又は１である。Ｒ²は２価の芳香族基である。）
一般式（２）および一般式（４）において、２価の芳香族基（Ｒ²）が下記式（５）からなる群から選ばれる少なくとも１種の基である、請求項３または５に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。
前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（６）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンである、請求項１または２に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。
前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（７）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンである、請求項１または２に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。
前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（８）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンである、請求項１または２に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。
前記ポリアリールエーテルケトンが、一般式（９）の繰り返し構造単位を有するポリアリールエーテルケトンである、請求項１または２に記載の負複屈折性フィルムの製造方法。