JP4177778B2 - ポリウレタンおよび前記ポリウレタンからなる光学フィルム - Google Patents
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Description
しかしながら、これらのフィルムは、いずれもプラスチック基板に求められる光学等方性の要求に対しては必ずしも十分な光学等方性は得られていない。
さらに本発明のもう一つの目的は、前記光学フィルムを用いた表示品位に優れた画像表示装置を提供することにある。
すなわち、本発明の上記課題は以下の手段によって達成される。
(1) 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリウレタン。
(2) ガラス転移温度が300℃以上である(1)に記載のポリウレタン。
(3) (1)または(2)に記載のポリウレタンからなる光学フィルム。
(4) 全光線透過率が80%以上である(3)に記載の光学フィルム。
(5) 少なくとも片面にガスバリア層が積層されている(3)または(4)に記載の光学フィルム。
(6) 少なくとも片面に透明導電層が積層されている(3)〜(5)のいずれかに記載の光学フィルム。
(7) (3)〜(6)のいずれかに記載の光学フィルムを用いた画像表示装置。
(8) 第4級アンモニウム塩または第4級ホスホニウム塩を用いた界面重縮合法により製造することを特徴とする(1)または(2)に記載のポリウレタンの製造方法。
なお、本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
本発明のポリウレタンは、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する。
本発明のポリウレタンは、対応するビスフェノール化合物とジアミン化合物のいずれか一方をクロロホルミル化した後に重縮合させて得ることが好ましい。重縮合方法としては、溶融重縮合法、有機塩基を用いてポリマーが可溶となる有機溶媒系で行う脱塩酸均一重合法、アルカリ水溶液と水非混和性有機溶媒の2相系で行う界面重縮合法などいずれの公知の方法を用いることができる。その中でも界面重縮合法が高分子量化に有利であり好ましい。
これらの重合触媒は、芳香族ポリエステルの界面重縮合法において一般的に用いられる化合物であり、添加量は少なすぎると触媒としての機能が不十分で、多すぎると酸クロライドの加水分解を引起し、十分な高分子量化が進行しないため、芳香族ポリエステルに用いる場合の触媒量は基質に対して0.5〜1.0モル%が一般的である。しかしながら、本発明のポリウレタンでは、用いる基質の種類によって好ましい触媒量が変動し、高分子量化のためには注意を要する。本発明のポリウレタンの界面重縮合においては、特に多量の(基質に対して5モル%程度)重合触媒を用いて、予め水、水非混和性有機溶媒、ビスフェノ−ル化合物またはジアミン化合物を混合撹拌しておき、高濃度のアルカリ水溶液とビスフェノール化合物またはジアミン化合物のクロロホルミル体を別々に徐々に添加していく方法が高分子量化に有効である。該方法の詳細に関しては後に合成例を挙げて説明する。
本発明の光学フィルムは、上記ポリウレタンで形成される。本発明のポリウレタンをフィルムまたはシート形状に成形する方法としては公知の方法が採用できるが、溶液流延法が好ましい方法として挙げられる。
溶液流延法における流延および乾燥方法については、米国特許2336310号、米国特許2367603号、米国特許2492078号、米国特許2492977号、米国特許2492978号、米国特許2607704号、米国特許2739069号、米国特許2739070号、英国特許640731号、英国特許736892号の各明細書、特公昭45−4554号、特公昭49−5614号、特開昭60−176834号、特開昭60−203430号、特開昭62−115035号の各公報に記載がある。溶液流延法で使用する製造装置の例としては、例えば、特開2002−189126号公報の段落[0061]〜[0068]に記載の製造装置、図1、図2などが例として挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
本発明の光学フィルムは、薄膜トランジスタ(TFT)表示素子用基板として用いることができる。TFTアレイの作製方法は、特表平10−512104号公報に記載された方法等が挙げられる。さらに、これらの基板はカラー表示のためのカラーフィルターを有していてもよい。カラーフィルターはいかなる方法を用いて作製してもよいが、好ましくはフォトリソグラフィー手法で作製することが好ましい。
有機EL表示素子としての具体的な層構成としては、陽極/発光層/透明陰極、陽極/発光層/電子輸送層/透明陰極、陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/透明陰極、陽極/正孔輸送層/発光層/透明陰極、陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/透明陰極、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/透明陰極等が挙げられる。
本発明のポリウレタンおよび光学フィルムの特性値は以下のように測定した。
<重量平均分子量>
クロロホルムを溶媒とするポリスチレン換算GPC測定により、ポリスチレンの分子量標準品と比較して求めた(東ソー(株)製、HLC−8120GPC)。
<ガラス転移温度(Tg)>
DSC(窒素中、昇温温度10℃/分)により測定した(セイコー(株)製、DSC6200)。
<フィルムの厚さ>
ダイヤル式厚さゲージにより測定した(アンリツ(株)製、K402B)。
<フィルムの全光線透過率>
日本分光製ヘイズメーターで測定した。
<フィルムの力学特性>
フィルムサンプル(1.0cm×5.0cm片)を作成し、引張速度3mm/分の条件下、テンシロン(東洋ボールドウィン(株)製、テンシロン RTM−25)にて測定した。測定は3サンプル行い、その平均値を求めた(サンプルは25℃、RH60%で一晩放置後使用。チャック間距離3cm)。
<フィルムのレタデーション>
(フィルム面内方向のレタデーション:Re)
フィルム平面の垂直方向から波長632.8nmにおける値を自動複屈折計により測定した(王子計測機器(株)製、KOBRA−21ADH)。
Re=|nMD−nTD|×d
ここで、nMD:フィルム長手方向の屈折率、nTD:フィルム幅方向の屈折率、d:厚み
(フィルム厚み方向のレタデ−ション:Rth)
フィルム平面の斜め方向から角度を変化させ、波長632.8nmにおける値を自動複屈折計により測定した(王子計測機器(株)製、KOBRA−21ADH)。測定結果と下記式に基づいてRthを算出した。
Rth=((nMD+nTD)/2−nTH)×d
ここで、nMD:フィルム長手方向の屈折率、nTD:フィルム幅方向の屈折率、nTH:フィルム厚み方向の屈折率、d:厚み
1.本発明のポリウレタンの合成(例示化合物U−1、U−8、U−10)
ピペラジン660mmol、テトラブチルアンモニウムクロライド33mmol、ジクロロメタン2227mlおよび水2475mlを攪拌装置を備えた反応容器中に投入し、窒素気流下、水浴中300rpmで撹拌した。30分後、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンからトリホスゲンを用いて合成したビスクロロホルメート体(以降BPFL−BCとも称する)660mmolをジクロロメタン743mlに溶解した溶液と、2M(2N)水酸化ナトリウム水溶液693mlを132mlの水で希釈した溶液とを1時間かけて同時に別々の滴下装置を用いて滴下し、滴下終了後、水165mlおよびジクロロメタン165mlでそれぞれ洗い流した。その後、3時間撹拌を継続した後、ジクロロメタン1Lを添加し、有機相を分離した。さらに12M(12N)塩酸水6.6mlを水2.5Lで希釈した溶液を添加し、有機相を洗浄した。さらに水2.5Lで2回洗浄を行った後、分離した有機相にジクロロメタン1Lを添加し、希釈した後、激しく撹拌した25Lのメタノ−ル中に1時間かけて投入した。メタノ−ル中で得られた白色沈殿を濾取し、40℃で12時間加熱乾燥した後、70℃で3時間、減圧下で乾燥し、白色粉体289gを得た。
得られた白色粉体をNICOLET社製FT−IRを用いてKBr法にて赤外吸収スペクトルを確認したところ、原料として用いたBPFL−BCの1785cm-1に見られるカルボニル伸縮振動吸収が消失し、ウレタン結合の特性吸収である1685cm-1の発現を確認した。また、分子量をGPC(クロロホルム溶媒)で測定した結果、重量平均分子量188000であったことから本発明のポリウレタンU−1であることを同定した。また、DSCで測定したガラス転移点は338℃であった。
得られたU−8とU−10の分子量およびTgをU−1と同様の測定方法により測定したところ、U−8の分子量は137000、Tgは347℃、U−10の分子量は125000、Tgは355であった。
比較例ポリマーとして、ビスフェノールAとm−キシリレンジイソシアネートから誘導されるポリウレタン(以下「BisA−XDI」を以下の方法により合成した。
ビスフェノールA150.67g(660mmol)とジブチルチンジラウレート(0.7mmol)、脱水DMAc1000mlを攪拌装置を備えた反応容器中に投入し、窒素気流下、水浴中300rpmで撹拌した。30分後、m−キシリレンジイソシアネート124.20g(660mmol)、を滴下漏斗を用いて1時間かけて滴下し、滴下終了後、脱水DMAc165mlで洗い流した。次いで、60℃に昇温し、3時間撹拌を継続した後、脱水DMAc1Lを添加し反応液を希釈した。希釈反応液を、激しく撹拌した25Lのメタノール中に1時間かけて投入した。
得られた白色沈殿を濾取し、40℃、減圧下で12時間乾燥し、246gの比較ポリマーBisA−XDIを得た。得られたBisA−XDIの分子量をGPC(DMF溶媒)で測定した結果、重量平均分子量22000であった。また、DSCでTgを測定しようと試みたが220℃付近から分解挙動が見られたため、測定を中止した。
比較例ポリマーとして、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン−イソフタル酸/テレフタル酸から誘導されるポリアリレート(以下「BPFL−I/T」を以下の方法により合成した。
9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン231.27g(660mmol)と、テトラブチルアンモニウムクロライド9.171g(33mmol)、ジクロロメタン2227mlおよび水2475mlとを攪拌装置を備えた反応容器中に投入し、窒素気流下、水浴中300rpmで撹拌した。30分後、イソフタル酸クロライド67.0g(330mmol)とテレフタル酸クロライド67.0g(330mmol)を743mlのジクロロメタンに溶解した溶液と、2M(2N)水酸化ナトリウム水溶液693mlを水132mlで希釈した溶液とを同時に別々の滴下装置を用いて1時間かけて滴下し、終了後、水165mlおよびジクロロメタン165mlでそれぞれ洗い流した。次いで、3時間撹拌を継続した後、ジクロロメタン1Lを添加し、有機相を分離した。さらに12M(12N)塩酸水6.6mlを水2.5Lで希釈した溶液を添加し、有機相を洗浄した。さらに水2.5Lで2回洗浄を行った後、分離した有機相にジクロロメタン1Lを添加し、希釈した後、激しく撹拌した25Lのメタノール中に1時間かけて投入した。得られた白色沈殿を濾取し、40℃で12時間加熱乾燥した後、70℃、減圧下で3時間乾燥し、286gの比較ポリマーBPFL−I/Tを得た。
得られたBPFL−I/Tの分子量をGPC(THF溶媒)で測定した結果、重量平均分子量258000であった。また、DSCで測定したTgは324℃であった。
本発明のポリウレタンU−1、U−8、U−10および比較ポリマーとしてBPFL−I/T、BOXFL−I/T、BDCFL−I/Tをジクロロメタンに溶解後の溶液粘度が100〜1500mPa・sの範囲の濃度になるように溶解した。この溶液を5μmのフィルターを通して濾過した後、ドクターブレードを用いてガラス基板上に流延した。流延後、室温で2時間、80℃で2時間、100℃で4時間加熱乾燥させた後、フィルムをガラス基板より剥離し光学フィルム試料(試料102〜107)を得た。
比較ポリマーとしてのBisA−XDIは、DMAcに溶解した後の溶液粘度が100〜1500mPa・sの範囲の濃度になるように溶解した。この溶液を5μmのフィルターを通して濾過した後、ドクターブレードを用いてガラス基板上に流延した。流延後、減圧下80℃で2時間、100℃で4時間加熱乾燥させた後、フィルムをガラス基板より剥離し光学フィルム試料(試料101)を得た。
得られた光学フィルム試料の膜厚、全光線透過率、Re、Rthおよび破断伸度をそれぞれ測定した。使用したポリマーの分子量およびTgとともに表1に結果を示す。
また、表1より、本発明の光学フィルム(試料105〜107)は、使用したポリマーのTg、破断伸度、透過率がポリアリレート(試料102〜104)と同等以上であり、光学等方性、特に厚み方向のレタデ−ション(Rth)が優れていることが分かる。
<ガスバリア層の形成>
上記で作製した光学フィルム試料101、102および106の両面にDCマグネトロンスパッタリング法により、Si02をターゲットとし、500Paの真空下で、Ar雰囲気下、出力5kWでスパッタリングした。得られたガスバリア層の膜厚は60nmであった。
ガスバリア層を形成した光学フィルム試料を100℃に加熱しながら、ITO(In2O3 95質量%、Sn025質量%)をターゲットとしDCマグネトロンスパッタリング法により、0.665Paの真空下で、Ar雰囲気下、出力5kWで140nmの厚みのITO膜からなる透明導電層を片面に設けた。
得られたガスバリア層および透明導電層を形成した光学フィルム試料をTFT設置を想定して300℃、1時間の加熱処理を行った。なお、光学フィルム試料101から得られたガスバリア層および透明導電層付光学フィルム試料は、5分程度で変形が顕著であったため加熱処理を中止した。
加熱処理を行ったガスバリア層および透明導電層付光学フィルム試料の透明電極層より、アルミニウムのリード線を結線し、積層構造体を形成した。なお、光学フィルム試料102から得られた透明導電層を設置した光学フィルム試料は若干の変形が見られたが、顕著ではなかったため、そのまま有機EL素子の作製を行った。
透明電極の表面に、ポリエチレンジオキシチオフェン・ポリスチレンスルホン酸の水性分散液(BAYER社製、Baytron P:固形分1.3質量%)をスピンコートした後、150℃で2時間真空乾燥し、厚さ100nmのホール輸送性有機薄膜層を形成した。これを基板Xとした。
一方、厚さ188μmのポリエーテルスルホン(住友ベークライト(株)製スミライトFS−1300)からなる仮支持体の片面上に、下記組成を有する発光性有機薄膜層用塗布液を、スピンコーターを用いて塗布し、室温で乾燥することにより、厚さ13nmの発光性有機薄膜層を仮支持体上に形成した。これを転写材料Yとした。
トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム錯体(オルトメタル化錯体):1質量部
ジクロロエタン: 3200質量部
1−ブタノ−ル: 3500質量部
下記構造を有する電子輸送性化合物: 20質量部
Claims (7)
- ガラス転移温度が300℃以上である請求項1に記載のポリウレタン。
- 請求項1または2に記載のポリウレタンからなる光学フィルム。
- 全光線透過率が80%以上である請求項3に記載の光学フィルム。
- 少なくとも片面に透明導電層が積層されている請求項3または4に記載の光学フィルム。
- 請求項3〜5のいずれか一項に記載の光学フィルムを用いた画像表示装置。
- 第4級アンモニウム塩または第4級ホスホニウム塩を用いた界面重縮合法により製造することを特徴とする請求項1または2に記載のポリウレタンの製造方法。
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