JP4288099B2 - 光学補償シート、偏光板、及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状を改良した光学補償シート、及び該光学補償シートの製造方法に関する。さらに該光学補償シートを用いた偏光板、及び該偏光板を配置した液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、通常、液晶セル、偏光板および光学補償シート(位相差板)からなり、主として透過型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置に大別される。透過型液晶表示装置では、二枚の偏光板を液晶セルの両側に取り付け、一枚または二枚の光学補償シートを液晶セルと偏光板との間に配置する。反射型液晶表示装置では、反射板、液晶セル、一枚の光学補償シート、そして一枚の偏光板の順に配置する。
液晶セルは、通常、棒状液晶性分子、それを封入するための二枚の基盤および棒状液晶性部分子に電圧を加えるための電極層からなる。液晶セルは、棒状液晶性分子の配向状態の違いにより様々な表示モードが提案されており、透過型については、TN(Twisted Nematic)、IPS(In-Plane Switching)、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)、OCB(Optically Compensatory Bend)、STN(Supper Twisted Nematic)、VA(Vertically Aligned)等、反射型については、HAN(Hybrid Aligned Nematic)等が提案されている。
偏光板は、一般的に、偏光膜と透明保護膜とからなっている。該偏光膜は、一般的に、ポリビニルアルコールにヨウ素または二色性染料の水溶液を含浸させ、さらにこのフィルムを一軸延伸することにより得られる。該偏光板はこの偏光膜の両側に二枚の透明保護膜を貼りつけた構成を有する。
【0003】
光学補償シートは、画像着色を解消したり、視野角を拡大するために、様々な液晶表示装置で用いられている。光学補償シートとしては、延伸複屈折フィルムが従来から使用されていた。
延伸複屈折フィルムからなる光学補償シートに代えて、透明支持体上に液晶性分子(特にディスコティック液晶性分子)から形成された光学異方性層を有する光学補償シートを使用することが提案されている。光学異方性層は、液晶性分子を配向させ、その配向状態を固定化することにより形成する。一般に、重合性基を有する液晶性分子を用いて、重合反応によって配向状態を固定化する。液晶性分子は、大きな複屈折を有する。そして、液晶性分子には、多様な配向形態がある。液晶性分子を用いることで、従来の延伸複屈折フィルムでは得ることができない光学的性質を実現することが可能になった。
【0004】
光学補償シートの光学的性質は、液晶セルの光学的性質、具体的には上記のような表示モードの違いに応じて決定する。光学補償シートに液晶性分子、特にディスコティック液晶性分子を用いると液晶セルの様々な表示モードに対応する様々な光学的性質を有する光学補償シートを製造することができる。
ディスコティック液晶性分子を用いた光学補償シートでは、様々な表示モードに対応するものが既に提案されている。例えば、TNモードの液晶セル用光学補償シート(特許文献1乃至4参照)、IPSモードまたはFLCモードの液晶セル用光学補償シート(特許文献5参照)、OCBモードまたはHANモードの液晶セル用光学補償シート(特許文献6又は7参照)、STNモードの液晶セル用光学補償シート(特許文献8参照)、VAモードの液晶セル用光学補償シート(特許文献9参照)が提案されている。
【0005】
又、液晶性分子を用いた光学補償シートと偏光板とを積層して楕円偏光板とすれば、光学補償シートを、偏光膜の一方の透明保護膜として機能させることができる。すなわち液晶性分子を用いた光学補償シートの透明支持体と偏光板の一方の保護膜を共通化した一体型楕円偏光板は、透明保護膜、偏光膜、透明支持体、そして液晶性分子から形成された光学異方性層の順序の層構成を有する。液晶表示装置は薄型で軽量という特徴が求められており、その構成要素の一つを兼用によって削減すれば、装置をさらに薄く軽量にすることができる。また、液晶表示装置の構成要素を一つ削減すれば、構成要素の貼り付け工程も一つ削減され、装置を製造する際に故障が生じる可能性が低くなる。液晶性分子を用いた光学補償シートの透明支持体と偏光板の一方の保護膜を共通化した一体型楕円偏光板は、既に各公報等に提案されている(例えば、特許文献10乃至12参照)。
【0006】
光学補償シートを製造する場合、通常は、透明支持体上に配向膜及び液晶性分子の配向を固定化した光学異方性層を設けて成る。配向膜は、光学的に欠陥のない均一な配向制御、配向処理(特に、擦りで行うラビング処理)、シートとしての耐湿性等が重要で、静帯電を生じ難い親水性樹脂硬化膜が汎用される。透明支持体(通常は、セルロースアセテートフィルム)は、親水性配向膜(通常はポリビニルアルコール)塗設側表面に親水性付与をして配向膜との間の密着性を保持する。密着性付与手段として、フィルム上にゼラチン等の下塗り層を設ける方法(例えば特許文献13参照)、フィルム表面をエネルギー線照射処理(例えば、グロー放電、コロナ放電、紫外線照射等)、火炎処理、薬品処理(例えば、酸、アルカリ、オゾン)等で親水性を付与する方法が提案されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平6−214116号公報
【特許文献2】
米国特許5583679号明細書
【特許文献3】
米国特許5646703号明細書
【特許文献4】
独国特許出願公開3911620A1号明細書
【特許文献5】
特開平10−54982号公報
【特許文献6】
米国特許5805253号明細書
【特許文献7】
国際公開96/37804号パンフレット
【特許文献8】
特開平9−26572号公報
【特許文献9】
特許第2866372号公報
【特許文献10】
特開平7−191217号公報
【特許文献11】
特開平8−21996号公報
【特許文献12】
特開平8−94838号公報
【特許文献13】
特開平11−248940号公報
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記のような密着性付与した透明支持体上に塗設された配向膜上に光学異方性層を形成する際には、配向状態に影響を与えることなく面状ムラ(例えば、フィルムの長手方向にスジ状のムラ、白抜け現象等)を生ずることなく安定して製造することが重要である。
然し、上記に挙げた技術を用いても、配向膜層との密着性と良好な面状の両立が難しく、特に長尺フィルムを製造すると実用に供しえる性能のものを得る得率が著しく低下するという課題があり、未だ充分とはいえない。
特に近年、前記のような種々の液晶表示装置に対応できる光学補償シートとしての特性に優れるものが強く望まれている。
従って、本発明の目的は、密着性及び良好な面状を両立した光学補償シートを提供することである。
さらに本発明の他の目的は、該光学補償シートを偏光膜の片側に配置した偏光板を備えた、表示品位の高い液晶表示装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下記構成の光学補償シート、その製造方法、該光学補償シートを用いた偏光版及び該偏光板を配置した液晶表示装置が提供され、本発明の上記目的が達成される。
(1)透明支持体、配向膜、光学異方性層がこの順序に積層され、且つ前記透明支持体の配向膜の側がアルカリ溶液によりアルカリ鹸化処理された光学補償シートを製造する方法であって、
−OH、−SH、−NHR、−CONHR、−SO2NHR、−HNCONHR、又は−NHSO2NHR、−NHCOR1、−NHSO2R1、−OOCNHR1及び−NHCOOR1(Rは水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、R1は脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表す)の中から選ばれた少なくとも1つの極性基を含有した有機酸を含んだ溶液を塗布することにより、前記光学異方性層を形成する工程、
を有することを特徴とする光学補償シートの製造方法。
(2)透明支持体、配向膜、光学異方性層がこの順序に積層された光学補償シートにおいて、前記の光学異方性層が、−OH、−SH、−NHR、−CONHR、−SO2NHR、−HNCONHR、又は−NHSO2NHR、−NHCOR1、−NHSO2R1、−OOCNHR1及び−NHCOOR1(Rは水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、R1は脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表す)の中から選ばれた少なくとも1つの極性基を含有した有機酸を含んだ溶液を塗布されて形成され、
前記の透明支持体の配向膜の側がアルカリ溶液によりアルカリ鹸化処理された透明支持体であることを特徴とする光学補償シート。
(3)前記の有機酸がカルボン酸であることを特徴とする上記(2)に記載の光学補償シート。
(4)前記の有機酸が、少なくとも1つのヒドロキシル基を含有したポリカルボン酸であり、その少なくとも1つのカルボキシル基がエステル化されたポリカルボン酸であることを特徴とする上記(2)又は(3)のいずれかに記載の光学補償シート。
【0010】
(5)前記のアルカリ鹸化処理された透明支持体の該アルカリ鹸化処理に使用されたアルカリ溶液に、水溶性有機溶媒、並びに界面活性剤及び/又は相溶化剤が少なくとも含まれていたことを特徴とする上記(2)乃至(4)のいずれかに記載の光学補償シート。
(6)前記のアルカリ鹸化処理された透明支持体の該アルカリ鹸化処理がアルカリ溶液を透明支持体上に塗布されたことによって施されたことを特徴とする上記(2)乃至(5)のいずれかに記載の光学補償シート。
(7)前記の透明支持体が、膜厚30〜80μmであることを特徴とする上記(2)乃至(6)のいずれかに記載の光学補償シート。
(8)上記の透明支持体が、セルロースアセテートフィルムであることを特徴とする上記(2)乃至(7)のいずれかに記載の光学補償シート。
(9) 透明保護膜、偏光膜、透明支持体上に配向膜及び液晶性化合物から成る光学異方性層を設けた光学補償シートがこの順に積層されている偏光板において、該光学補償シートが上記(2)乃至(8)のいずれかに記載の光学補償シートであることを特徴とする偏光板。
(10) 偏光膜及びその両側に配置された二枚の透明保護膜からなる偏光板を、液晶セルの両側に配置したことから成る液晶表示装置において、液晶セルと偏光板との間に配置される二枚の透明保護膜の少なくとも一方が、上記(2)乃至(8)のいずれかに記載の光学補償シートであることを特徴とする液晶表示装置。
【0011】
すなわち、本発明の光学補償シートは、アルカリ液で鹸化した透明支持体、配向膜、及び光学異方性層がこの順に積層された層構成を有する。
該光学補償シートは、光学異方性層に上記(1)に挙げた特定の極性基を少なくとも1つ含有する有機酸を含む溶液を塗布して得たことからなる光学異方性層を有する。
また、本発明の偏光板は、前記光学補償シート、偏光膜、透明保護膜を含有することからなる。本発明の液晶表示装置は、液晶セル、前記光学補償シート、偏光膜、透明保護膜を含有することからなる。
【0012】
光学補償シートの透明支持体は一般的に疎水性であり、一般的に親水性樹脂硬化膜である配向膜との間の密着性を得るために表面処理を行う。本発明の研究の結果、アルカリ溶液を塗布し鹸化処理した透明支持体を用いることにより、密着性と良好な面状を両立した光学補償シートが得られることが見出された。
しかし、アルカリ溶液で鹸化した後は、充分に洗浄を行う必要があり、この洗浄が不十分であると透明支持体、配向膜、及び光学異方性層を積層した後得られた光学補償シートの配向性に問題が生じる。
本発明では、配向膜、特に親水性樹脂硬化膜上に光学異方性層を形成する際に、光学異方性層に液晶性分子に加えて前記有機酸を含有させ、その溶液を塗布することで光学補償シートを作製すれば、たとえ前記アルカリ溶液を洗浄し除去する工程において洗浄が不充分であっても、配向性へ影響を与える事無く、安定した光学補償シートが得られることが見出された。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学補償シート、その製造方法、該光学補償シート補償シートを用いた偏光板及び該偏光板を配置した液晶表示装置について詳しく説明する。まず、光学補償シート及びその製造方法について説明する。本発明の光学補償シートは、前記した通り、予め密着性を付与処理した透明支持体、配向膜、及び光学異方性層がこの順に積層された層構成を有する。
【0014】
[透明支持体]
本発明の透明支持体は、ガラス、もしくは透明なポリマーフイルムであることが好ましい。透明支持体は、光透過率が80%以上であることが好ましい。ポリマーフイルムを構成するポリマーの例としては、セルロースエステル(例、セルロースのモノ乃至トリアシレート体)、ノルボルネン系ポリマーおよびポリメチルメタクリレートが挙げられる。市販のポリマー(ノルボルネン系ポリマーでは、アートン及びゼオネックスいずれも商品名))を用いてもよい。又、従来知られているポリカーボネートやポリスルホンのような複屈折の発現しやすいポリマーであっても、国際公開00/26705号パンフレットに記載のように、分子を修飾することで複屈折の発現性を制御すれば、本発明の光学フイルムに用いることができる。
本発明のポリマーフィルムとしては、セルロースエステルフィルムが好ましく、さらにはセルロスアセテートフィルムが好ましい。
本発明の透明支持体の厚さは、20乃至500μmであることが好ましく、40乃至200μmであることがさらに好ましく、30乃至80μmが最も好ましい。
【0015】
ポリマーフイルムを光学補償シートに用いる場合、ポリマーフイルムは、所望のレターデーション値を有することが好ましい。ポリマーフイルムのReレターデーション値およびRthレターデーション値は、それぞれ、下記式(I)および(II)で定義される。
(I) Re=|nx−ny|×d
(II) Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
式(I)および(II)において、nxは、フイルム面内の遅相軸方向(屈折率が最大となる方向)の屈折率、nyは、フイルム面内の進相軸方向(屈折率が最小となる方向)の屈折率、nzは、フイルムの厚み方向の屈折率、dは、単位をnmとするフイルムの厚みである。
ポリマーフイルムのレターデーション値は光学補償シートが用いられる液晶表示装置やその使用の方法に応じて好ましい範囲が異なり、通常、Reレターデーション値は0〜200nmであり、かつRthレターデーション値は70〜400nm範囲に調節することが好ましい。
【0016】
液晶表示装置に二枚の光学的異方性層を使用する場合、ポリマーフイルムのRthレターデーション値は70乃至250nmの範囲にあることが好ましい。液晶表示装置に一枚の光学的異方性層を使用する場合、ポリマーフィルムのRthレターデーション値は150乃至400nmの範囲にあることが好ましい。
尚、ポリマーフイルムの複屈折率(Δn:nx−ny)は、0.00028乃至0.020の範囲にあることが好ましい。また、ポリマーフイルムの厚み方向の複屈折率{(nx+ny)/2−nz}は、0.001乃至0.04の範囲にあることが好ましい。
ポリマーフイルムのレターデーションを調整するためには延伸のような外力を与える方法が一般的であり、他の方法として、光学異方性を調節するためのレターデーション上昇剤が、場合により添加される。
【0017】
本発明に用いられるセルロースエステルとしては、セルロースの低級脂肪酸エステルを用いることが好ましい。低級脂肪酸とは、炭素原子数が6以下の脂肪酸を意味する。炭素原子数が2乃至4のセルロースアシレートが好ましい。セルロースアセテートが特に好ましい。セルロースアセテートプロピオネートやセルロースアセテートブチレートのような混合脂肪酸エステルを用いてもよい。
セルロースアセテートの粘度平均重合度(DP)は、250以上であることが好ましく、290以上であることがさらに好ましい。又、セルロースアセテートは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるMw/Mn(Mwは質量平均分子量、Mnは数平均分子量)の分子量分布が狭いことが好ましい。具体的なMw/Mnの値としては、1.0乃至4.0であることが好ましい。
本発明の透明支持体としては、酢化度が55.0乃至62.5%であるセルロースアセテートを使用することが好ましい。酢化度は、57.0乃至62.0%であることがさらに好ましい。酢化度とは、セルロース単位質量当たりの結合酢酸量を意味する。酢化度は、ASTM:D−817−91(セルロースアセテート等の試験法)におけるアセチル化度の測定および計算によって求められる。
【0018】
セルロースアセテートでは、セルロースの2位、3位、6位のヒドロキシルが均等に置換されるのではなく、6位の置換度が小さくなる傾向がある。本発明に用いるセルロースアセテートでは、セルロースの6位置換度が、2位、3位に比べて同程度または多い方が好ましい。
2位、3位、6位の置換度の合計に対する、6位の置換度の割合は、30乃至40%であることが好ましく、31乃至40%であることがさらに好ましく、32乃至40%であることが最も好ましい。6位の置換度は、0.88以上であることが好ましい。
【0019】
前記したようにレターデーション上昇剤を用いて、透明支持体の厚み方向のレターデーションを高い値とすることもできる。レターデーション上昇剤としては、芳香族環を少なくとも二つ有し、二つの芳香族環の立体配座を立体障害しない分子構造を有する化合物を使用できる。芳香族化合物は、セルロースエステル100質量部に対して、0.01乃至20質量部の範囲で使用する。芳香族化合物は、セルロースエステル100質量部に対して、0.05乃至15質量部の範囲で使用することが好ましく、0.1乃至10質量部の範囲で使用することがさらに好ましい。二種類以上の芳香族化合物を併用してもよい。芳香族化合物の芳香族環には、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。
レターデーション上昇剤としては例えば、欧州特許0911656A2号明細書、特開2000−111914号、同2000−275434号公報等記載の化合物等が挙げられる。
【0020】
本発明の透明支持体には、耐傷性やフィルムの搬送性を良好に保持するために微粒子を添加するのが好ましい。
それらは、マット剤、ブロッキング防止剤あるいはキシミ防止剤と称されて従来から利用されている。それらは、前述の機能を呈する素材であれば特に限定されないが、これらのマット剤の好ましい具体例は、無機化合物としては、ケイ素を含む化合物、二酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、酸化アンチモン、酸化スズ、酸化スズ・アンチモン、炭酸カルシウム、タルク、クレイ、焼成カオリン、焼成ケイ酸カルシウム、水和ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム及びリン酸カルシウム等が好ましく、更に好ましくはケイ素を含む無機化合物や酸化ジルコニウムであるが、透明支持体の濁度を低減できるので、二酸化ケイ素が特に好ましい。
又、表面処理された無機微粒子も透明支持体中への分散性が良好となり好ましい。処理法としては、例えば、特開昭54−57562号公報に記載の方法が挙げられる。粒子としては、例えば、特開2001−151936号公報に記載のものが挙げられる。
有機化合物としては、例えば、架橋ポリスチレン、シリコーン樹脂、フッ素樹脂及びアクリル樹脂等のポリマーが好ましく、なかでも、シリコーン樹脂が好ましく用いられる。シリコーン樹脂のなかでも、特に三次元の網状構造を有するものが好ましい。
【0021】
本発明の透明支持体には、機械的物性を改良するため、または乾燥速度を向上するために、可塑剤を添加することができる。可塑剤としては、リン酸エステルまたはカルボン酸エステルが用いられる。リン酸エステルの例には、トリフェニルフォスフェート(TPP)およびトリクレジルホスフェート(TCP)が含まれる。カルボン酸エステルとしては、フタル酸エステルおよびクエン酸エステルが代表的である。フタル酸エステルの例には、ジメチルフタレート(DMP)、ジエチルフタレート(DEP)、ジブチルフタレート(DBP)、ジオクチルフタレート(DOP)、ジフェニルフタレート(DPP)およびジエチルヘキシルフタレート(DEHP)が含まれる。クエン酸エステルの例には、O−アセチルクエン酸トリエチル(OACTE)およびO−アセチルクエン酸トリブチル(OACTB)が含まれる。その他のカルボン酸エステルの例には、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、セバシン酸ジブチル、種々のトリメリット酸エステルが含まれる。フタル酸エステル系可塑剤(DMP、DEP、DBP、DOP、DPP、DEHP)が好ましく用いられる。DEPおよびDPPが特に好ましい。
可塑剤の添加量は、セルロースエステルの量の0.1乃至25質量%であることが好ましく、1乃至20質量%であることがさらに好ましく、3乃至15質量%であることが最も好ましい。
【0022】
本発明の透明支持体には、更に、劣化防止剤(例、酸化防止剤、過酸化物分解剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、酸捕獲剤、アミン)や紫外線防止剤を添加してもよい。劣化防止剤については、特開平3−199201号、同5−1907073号、同5−194789号、同5−271471号、同6−107854号の各公報に記載されている化合物が挙げられる。劣化防止剤の添加量は、調製する溶液(ドープ)の0.01乃至1質量%であることが好ましく、0.01乃至0.2質量%であることがさらに好ましい。特に好ましい劣化防止剤の例としては、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を挙げることができる。紫外線防止剤については、特開平7−11055号公報及び同7−11056号公報に記載されている化合物が挙げられる。
更に、これらの詳細は、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行 発明協会)の17頁〜22頁に詳細に記載されている素材が好ましく用いられる。
【0023】
更には、本発明の光学補償シートに用いる透明支持体の吸湿膨張係数を30×10-5/%RH以下とすることが好ましい。吸湿膨張係数は、15×10-5/%RH以下とすることが好ましく、10×10-5/%RH以下であることがさらに好ましい。また、吸湿膨張係数は小さい方が好ましいが、通常は、1.0×10-5/%RH以上の値である。吸湿膨張係数は、一定温度下において相対湿度を変化させた時の試料の長さの変化量を示す。
この吸湿膨張係数を調節することで、光学補償シートの光学補償機能を維持したまま、額縁状の透過率上昇すなわち歪みによる光漏れを防止することができる。
【0024】
吸湿膨張係数の測定方法について以下に示す。作製した透明支持体から幅5mm。長さ20mmの試料を切り出し、片方の端を固定して25℃、20%RH(R0)の雰囲気下にぶら下げた。他方の端に0.5gの重りをぶら下げて、10分間放置し長さ(L0)を測定した。次に、温度は25℃のまま、湿度を80%RH(R1)にして、長さ(L1)を測定した。吸湿膨張係数は下式により算出した。測定は同一試料につき10サンプル行い、平均値を採用した。
吸湿膨張係数[/%RH]={(L1−0L)/L0}/(R1−R0)
作製した透明支持体の吸湿による寸度変化を小さくするには、疎水性基を有する化合物或は微粒子等を添加することが好ましい。疎水性基を有する化合物としては、分子中に脂肪族基や芳香族基のような疎水性基を有する可塑剤や劣化防止剤の中で該当する素材が特に好ましく用いられる。これらの化合物の添加量は、調整する溶液(ドープ)に対して0.01乃至10質量%の範囲にあることが好ましい。又、透明支持体中の自由体積を小さくすればよく、具体的には、後述のソルベントキャスト方法による成膜時の残留溶剤量が少ない方が自由堆積が小さくなる。透明支持体に対する残留溶剤量が、0.01乃至1.00質量%の範囲となる条件で乾燥することが好ましい。
【0025】
[透明支持体の製造方法]
本発明では、ソルベントキャスト法によりセルロースアセテートフィルムを製造することが好ましく、セルロースアセテートを有機溶媒に溶解した溶液(ドープ)を用いてフィルムは製造される。
用いる有機溶媒としては、従来公知の有機溶媒が挙げられ、例えば溶解度パラメーターで17〜22の範囲ものが好ましい。低級脂肪族炭化水素の塩化物、低級脂肪族アルコール、炭素原子数3から12までのケトン、炭素原子数3〜12のエステル、炭素原子数3〜12のエーテル、炭素原子数5〜8の脂肪族炭化水素類、炭素数6〜12の芳香族炭化水素類等が挙げられる。
エーテル、ケトンおよびエステルは、環状構造を有していてもよい。エーテル、ケトンおよびエステルの官能基(すなわち、−O−、−CO−および−COO−)のいずれかを二つ以上有する化合物も、有機溶媒として用いることができる。有機溶媒は、アルコール性水酸基のような他の官能基を有していてもよい。二種類以上の官能基を有する有機溶媒の場合、その炭素原子数は、いずれかの官能基を有する化合物の規定範囲内であればよい。
具体的には、例えば前記の公技番号2001−1745の12頁〜16頁に詳細の化合物が挙げられる。
【0026】
特に、本発明では、溶媒は2種類以上の有機溶媒を混合して用いることが好ましく、特に好ましい有機溶媒は、互いに異なる3種類以上の混合溶媒であって、第1の溶媒が炭素原子数が3〜4のケトンおよび炭素原子数が3〜4のエステル或いはその混合液であり、第2の溶媒が炭素原子数が5〜7のケトン類またはアセト酢酸エステルから選ばれ、第3の溶媒として沸点が30〜170℃のアルコールまたは沸点が30〜170℃の炭化水素から選ばれることが好ましい。
とくに、酢酸エステルを20〜90質量%、ケトン類を5〜60質量%、アルコール類を5〜30質量%の混合比で用いることがセルロースアセテートの溶解性の点から好ましい。
【0027】
また、ハロゲン化炭化水素を含まない非ハロゲン系有機溶媒系が特に好ましい。
技術的には、メチレンクロリドのようなハロゲン化炭化水素は問題なく使用できるが、地球環境や作業環境の観点では、有機溶媒はハロゲン化炭化水素を実質的に含まないことが好ましい。「実質的に含まない」とは、有機溶媒中のハロゲン化炭化水素の割合が5質量%未満(好ましくは2質量%未満)であることを意味する。また、製造したセルロースアセテートフィルムから、メチレンクロリドのようなハロゲン化炭化水素が全く検出されないことが好ましい。
【0028】
本発明に使用する有機溶媒は具体的には、例えば特開2002−146043号明細書の段落番号〔0021〕〜〔0025〕、特開2002−146045号明細書の段落番号〔0016〕〜〔0021〕等に記載の溶媒系の例が挙げられる。
【0029】
本発明に用いるドープには、上記本発明の有機溶媒以外に、フルオロアルコールやメチレンクロライドを本発明の全有機溶媒量の10質量%以下、より好ましくは5質量%以下含有させることもフィルムの透明性を向上させたり、溶解性を早めたりする上で好ましい。フルオロアルコールとしては沸点が165℃以下のものがよく、好ましくは111℃以下がよく、更に80℃以下が好ましい。フルオロアルコールは炭素原子数が2から10程度、好ましくは2から8程度のものがよい。また、フルオロアルコールはフッ素原子含有脂肪族アルコールで、置換基があってもなくてもよい。置換基としてはフッ素原子含有或いはなしの脂肪族置換基、芳香族置換基などがよい。
【0030】
該フルオロアルコールとしては例えば、特開平8−143709号公報明細書中の段落番号[0020]、同11−60807号公報明細書中の段落番号[0037]等に記載の化合物が挙げられる。これらのフルオロアルコールは一種又は二種以上使用してもよい。
【0031】
本発明のセルロースアセテート溶液を調製する際に、容器内に窒素ガスなどの不活性ガスを充満させてもよい。セルローストリアセテート溶液の製膜直前の粘度は、製膜の際、流延可能な範囲であればよく、通常10ps・s〜2000ps・sの範囲に調製されることが好ましく、特に30ps・s〜400ps・sが好ましい。
【0032】
本発明に係るセルロースアセテート溶液(ドープ)の調製については、その溶解方法は特に限定されず、室温溶解法でもよく、冷却溶解法あるいは高温溶解方法、さらにはこれらの組み合わせで実施される。これらに関しては、例えば特開平5−163301、特開昭61−106628、特開昭58−127737、特開平9−95544、特開平10−95854、特開平10−45950、特開2000−53784、特開平11−322946、さらに特開平11−322947、特開平2−276830、特開2000−273239、特開平11−71463、特開平04−259511、特開2000−273184、特開平11−323017、特開平11−302388などに記載のセルロースアシレート溶液の調製法が挙げられる。以上記載したこれらのセルロースアシレートの有機溶媒への溶解方法は、本発明においても適宜本発明の範囲であればこれらの技術を適用できるものである。さらにセルロースアセテートのドープ溶液は、溶液の濃縮とろ過が通常実施され、同様に前記の公技番号2001−1745の25頁に詳細に記載されている。なお、高温度で溶解する場合は、使用する有機溶媒の沸点以上の場合がほとんどであり、その場合は加圧状態で用いられる。
【0033】
次に、本発明において、セルロースアシレート溶液を用いたフィルムの製造方法について述べる。セルロースアシレートフィルムを製造する方法及び設備は、セルローストリアセテートフィルム製造に供するドラム方法若しくはバンド方法と称される、従来公知の溶液流延製膜方法及び溶液流延製膜装置が用いられる。バンド法を例として製膜の工程を説明すると、溶解機(釜)から調製されたドープ(セルロースアシレート溶液)を貯蔵釜に一旦貯蔵し、ドープに含まれている泡を脱泡して最終調製をする。調製したドープをドープ排出口から、例えば回転数によって高精度に定量送液できる加圧型定量ギヤポンプを通して加圧型ダイに送り、ドープを加圧型ダイの口金(スリット)からエンドレスに走行している流延部の金属支持体の上に均一に流延し、金属支持体がほぼ一周した剥離点で、生乾きのドープ膜(ウェブとも呼ぶ)を金属支持体から剥離する。得られるウェブの両端をクリップで挟み、幅保持しながらテンターで搬送して乾燥し、続いて乾燥装置のロール群で搬送し乾燥を終了して巻き取り機で所定の長さに巻き取る。テンターとロール群の乾燥装置との組み合わせはその目的により変わる。これらの各製造工程(流延(共流延を含む)、金属支持体、乾燥、剥離、延伸などに分類)については、前記の公技番号2001−1745の25頁〜30頁に詳細に記載された内容が挙げられる。流延工程では1種類のセルロースアシレート溶液を単層流延してもよいし、2種類以上のセルロースアシレート溶液を同時及び又は逐次共流延しても良い。
【0034】
さらに本発明のセルロースアセテート溶液は、他の機能層(例えば、接着層、染料層、帯電防止層、アンチハレーション層、UV吸収層、偏光層など)を同時に流延することも実施しうる。
【0035】
従来の単層液では、必要なフィルム厚さにするためには高濃度で高粘度のセルロースアセテート溶液を押出すことが必要であり、その場合セルロースアセテート溶液の安定性が悪くて固形物が発生し、ブツ故障となったり、平面性が不良であったりして問題となることが多かった。この解決として、複数のセルロースアセテート溶液を流延口から流延することにより、高粘度の溶液を同時に支持体上に押出すことができ、平面性も良化し優れた面状のフィルムが作製できるばかりでなく、濃厚なセルロースアセテート溶液を用いることで乾燥負荷の低減化が達成でき、フィルムの生産スピードを高めることができる。
【0036】
[透明支持体の密着性付与の方法]
本発明の透明支持体は、配向膜を塗布方式で設ける場合には、該透明支持体表面に密着性を付与し、配向膜用塗布液が均一に塗工されるように表面処理を施すことが好ましい。
表面処理の方法としては、配向膜の下塗り層を設ける方法が挙げられる。特開平7−333433号公報記載の下塗り層、或いは疎水性基と親水性基との両方を含有するゼラチン等の樹脂層を一層のみ塗布する単層法第1層として高分子フィルムによく密着する層(以下、下塗第1層と略す)を設け、その上に第2層として配向膜とよく密着するゼラチン等の親水性の樹脂層(以下、下塗第2層と略す)を塗布する所謂重層法(例えば、特開平11−248940号公報記載)の内容が挙げられる。
他の表面処理として、コロナ放電処理、グロー放電処理、紫外線照射処理、火炎処理、オゾン酸化処理、酸処理、アルカリ処理等で該フィルム表面を改質する方法が挙げられる。これらについては、詳細が前記の公技番号2001−1745の30頁〜32頁に詳細に記載されている。これらの中でも特に好ましくは、アルカリ鹸化処理であり透明支持体の表面処理としては極めて有効であり、好ましい。
【0037】
[アルカリ鹸化処理]
アルカリ鹸化処理は、通常、アルカリ鹸化液を透明支持体に浸漬、噴射若しくは塗布することで行う。好ましくは、塗布で鹸化処理することが好ましく、塗布方法としては、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、エクストルージョンコーティング法、バーコーティング法およびE型塗布法を挙げることができる。
【0038】
[アルカリ溶液]
本発明のアルカリ溶液はpH11以上のアルカリ溶液が好ましい。より好ましくはpH12〜14である。
アルカリ溶液に用いられるアルカリ剤の例として、水酸化ナトリウム、同カリウム、同リチウム、同アンモニウムなどの無機アルカリ剤、又、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、DBU(1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン)、DBN(1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン)、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルブチルアンモニウムヒドロキシドなどの有機アルカリ剤も用いられる。これらのアルカリ剤は単独もしくは二種以上を組み合わせて併用することもでき、一部を例えばハロゲン化したような塩の形で添加してもよい。
これらのアルカリ剤の中でも、水酸化ナトリウム或は水酸化カリウムが、これらの量を調整することにより広いpH領域でのpH調整が可能となるため好ましい。
【0039】
アルカリ溶液の濃度は、使用するアルカリ剤の種類、反応温度および反応時間に応じて決定されるが、アルカリ剤の含有量は、アルカリ溶液中の0.1〜5mol/Kgが好ましく、0.5〜3mol/Kgがより好ましい。
【0040】
本発明のアルカリ溶液の溶媒は、水及び水溶性有機溶媒の混合溶液を含有することからなることが好ましい。有機溶媒としては、水と混和可能な有機溶媒であればいずれも用いることができるが沸点120℃以下、より好ましくは100℃以下のものが好ましい。
その中でも好ましい有機溶媒は、無機性/有機性値(I/O値)が0.5以上、且つ溶解度パラメーターが16〜40[mJ/m3]1/2の範囲のものが好ましい。より好ましくは、I/O値が0.6〜10、且つ溶解度パラメーターが18〜31[mJ/m3]1/2である。I/O値がこの範囲よりも無機性が強いか、又は溶解度パラメーターが低いと、アルカリ鹸化速度が低下し、また鹸化度の全面均一性も不満足となる。一方、I/O値が上記範囲よりも有機性の側であるか、又は溶解度パラメーターが高溶解性の側では、鹸化速度は速いが、ヘイズを生じ易く、したがって全面均一性の点では同様に不満足となる。
また、有機溶媒、とりわけ上記有機性と溶解性の各範囲の有機溶媒を後述する界面活性剤、相溶化剤等と組み合わせて用いると高い鹸化速度が維持されて、かつ全面に亘る鹸化度の均一性が向上し、好ましい。
【0041】
好ましい特性値を有する有機溶媒は、例えば、有機合成化学協会編、「新版溶剤ポケットブック」((株)オーム社、1994年刊)等に記載のものが挙げられている。(また、有機溶媒の無機性/有機性値(I/O値)については、例えば、田中善生著有機概念図)三共出版社1983年刊、1〜31頁に解説されている)。
【0042】
具体的には、一価脂肪族アルコール類(例、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等)、脂環式アルカノール(例、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、メトキシシクロヘキサノール、シクロヘキシルメタノール、シクロヘキシルエタノール、シクロヘキシルプロパノール等)、フェニルアルカノール(例、べンジルアルコール、フェニルエタノール、フェニルプロパノール、フェノキシエタノール、メトキシベンジルアルコール、ベンジルオキシエタノール等)、複素環式アルカノール類(フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール等)、グリコール化合物のモノエーテル類(メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、プロピルセルソルブ、メトキシメトキシエタノール、ブチルセルソルブ、ヘキシルセルソルブ、メチルカルビトール、エチルカルビトール、プロピルカルビトール、ブチルカルビトール、メトキシトリグリコール、エトキシトリグリコール、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等)ケトン類(例、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)、アミド類(例、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3ジメチルイミダゾリジノン等)、スルホキシド類(例、ジメチルスルホキシド)およびエーテル類(例、テトラヒドロフラン、ピラン、ジオキサン、トリオキサン、ジメチルセルソルブ、ジエチルセルソルブ、ジプロピルセルソルブ、メチルエチルセルソルブ、ジメチルカルビトール、ジメチルカルビトール、メチルエチルカルビトール等)等が挙げられる。用いる有機溶媒は、単独若しくは2種以上を混合して用いてもよい。
【0043】
有機溶媒を単独或いは2種以上を混合する場合の少なくとも一種の有機溶媒は、水への溶解性が大きなものが好ましい。有機溶媒の水の溶解度は、50質量%以上が好ましく、水と自由に混合するものがより好ましい。これによりアルカリ剤、鹸化処理で副生する脂肪酸の塩、空気中の二酸化炭素を吸収して生じた炭酸の塩等への溶解性が充分なアルカリ溶液を調製できる。
有機溶媒の溶媒中の使用割合は、溶媒の種類、水との混和性(溶解性)、反応温度および反応時間に応じて決定する。
水と有機溶媒の混合比は、3/97〜85/15質量比が好ましい。より好ましくは5/95〜60/40質量比であり、更に好ましくは15/85〜40/60質量比である。この範囲において、透明支持体の光学特性を損なうことなく容易にフィルム全面が均一に鹸化処理される。
【0044】
本発明に用いるアルカリ溶液が含有する有機溶媒として、上記した好ましいI/O値を有する有機溶媒とは異なる有機溶媒(例えばフッ化アルコール等)を、後述の界面活性剤、相溶化剤の溶解助剤として併用してもよい。その含有量は使用液の総質量に対して0.1〜5%が好ましい。
【0045】
本発明に用いるアルカリ溶液は、界面活性剤を含有することが好ましい。界面活性剤を添加することによって表面張力を下げて塗布を容易にしたり、塗膜の均一性を上げてハジキ故障を防止し、かつ有機溶媒が存在すると起こり易いヘイズを抑止し、さらに鹸化反応が均一に進行し、好ましい。その効果は、後述する相溶化剤と共存させることによって特に顕著となり、より好ましい。用いられる界面活性剤には特に制限はなく、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、フッ素系界面活性剤等のいずれであってもよい。
【0046】
具体的には、例えば、吉田時行著「界面活性剤ハンドブック(新版)」(工学図書、1987年刊行)、「界面活性剤の機能創製・素材開発・応用技術」第1編(技術教育出版、2000年刊行)等記載の公知の化合物が挙げられる。
これらの界面活性剤の中でも、カチオン性界面活性剤としての4級アンモニウム塩類、ノニオン性界面活性剤としての各種のポリアルキレンレングリコール誘導体類、各種のポリエチレンオキサイド付加物類等のポリエチレンオキサイド誘導体類、両性界面活性剤としてのベタイン型化合物類が好ましい。
アルカリ溶液には、ノニオン活性剤とアニオン活性剤又はノニオン活性剤とカチオン活性剤を共存させて用いることも本発明の効果が高められて好ましい。
【0047】
これらの界面活性剤のアルカリ溶液に対する添加量は、好ましくは、0.001〜10質量%であり、より好ましくは、0.01〜5質量%でありる。
【0048】
本発明に用いられるアルカリ溶液は、相溶化剤を含有させることも好ましい。本発明において、「相溶化剤」とは、温度25℃において、相溶化剤100gに対して水の溶解度が50g以上となる親水性化合物をいう。相溶化剤の水の溶解度は、相溶化剤100gに対して、80g以上であるのが好ましく、100g以上であるのがより好ましい。また、相溶化剤が液状化合物である場合は、沸点が100℃以上であるのが好ましく、120℃以上であるのがより好ましい。
【0049】
相溶化剤は、アルカリ溶液を貯留する浴等の壁面に付着したアルカリ溶液の乾燥を防止し、固着を抑制し、アルカリ溶液を安定に保持させる作用を有する。また、透明支持体の表面にアルカリ溶液を塗布して一定時間保持した後、鹸化処理を停止するまでの間に、塗布されたアルカリ溶液の薄膜が乾燥し、固形物の析出を生じ、水洗工程での固形物の洗い出しを困難にすることを防止する作用を有する。さらには、溶媒となる水と有機溶剤との相分離を防止する。特に、界面活性剤と有機溶剤と上述した相溶化剤との共存によって、処理された透明支持体は、ヘイズが少なく、かつ、長尺の連続鹸化処理の場合であっても安定して全面均一な鹸化度となり、好ましい。
【0050】
相溶化剤は、上記の条件を満たす材料であれば、特に限定されないが、例えば、ポリオール化合物、糖類等のヒドロキシル基および/またはアミド基を有する繰り返し単位を含む水溶性重合体が好適に挙げられる。
ポリオール化合物は、低分子化合物、オリゴマー化合物および高分子化合物のいずれも用いることができる。
脂肪族ポリオール類としては、例えば、炭素数2〜8のアルカンジオール(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、グリセリンモノメチルエーテル、グリセリンモノエチルエーテル、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール等)、ヒドロキシル基を3個以上含有する炭素数3〜18のアルカン類(例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ジペンタエリスリトール、イノシットール等)が挙げられる。
ポリアルキレンオキシポリオール類としては、上記のような同じアルキレンジオール同士が結合していてもよく、異なるアルキレンジオールが互いに結合していてもよいが、同じアルキレンジオール同士が結合したポリアルキレンポリオールがより好ましい。いずれの場合もの結合数は3〜100であるのが好ましく、3〜50であるのがより好ましい。具体的には、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ(オキシエチレン−オキシプロピレン)が挙げられる。
【0051】
糖類としては、例えば、高分子学会高分子実験学編集委員会編「天然高分子」第二章(共立出版(株)、1984年刊)、小田良平等編「近代工業化学22、天然物工業化学II」((株)朝倉書店、1967年刊)等に記載されている水溶性化合物が挙げられる。中でも、遊離のアルデヒド基およびケトン基を持たない、還元性を示さない糖類が好ましい。
糖類は、一般に、グルコース、スクロース、還元基同士の結合したトレハロース型少糖類、糖類の還元基と非糖類が結合した配糖体および糖類に水素添加して還元した糖アルコールに分類されるが、いずれも本発明に好適に用いられる。
例えば、サッカロース、トレハロース、アルキル配糖体、フェノール配糖体、カラシ油配糖体、D,L−アラビット、リビット、キシリット、D,L−ソルビット、D,L−マンニット、D,L−イジット、D,L−タリット、ズリシット、アロズルシット、還元水あめが挙げられる。これらの糖類は、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0052】
ヒドロキシル基および/またはアミド基を有する繰り返し単位を有する水溶性重合体としては、例えば、天然ガム類(例えば、アラビアガム、グアーガム、トラガンドガム等)、ポリビニルピロリドン、ジヒドキシプロピルアクリレート重合体、セルロース類またはキトサン類とエポキシ化合物(エチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイド)との付加反応体が挙げられる。
中でも、アルキレンポリオール、ポリアルキレンオキシポリオール、糖アルコール等のポリオール化合物が好ましい。
【0053】
相溶化剤の含有量は、アルカリ溶液に対して、0.5〜25質量%であるのが好ましく、1〜20質量%であるのがより好ましい。
【0054】
本発明に用いられるアルカリ溶液は、いずれもその他の添加剤を含有することができる。その他の添加剤としては、例えば、消泡剤、アルカリ溶液安定化剤、pH緩衝剤、防腐剤、防菌剤等の公知のものが挙げられる。
【0055】
[アルカリ鹸化方法]
上記のアルカリ溶液を用いた透明支持体の表面処理方法は従来公知のいずれの方法でもよいが、特に、フィルムの片面のみをムラ無く均一に鹸化処理する場合は、塗布方式が好ましい。塗布の方法としては、従来公知の塗布方法[例えば、ダイコーター(エクストルージョンコーター、スライドコーター)、ロールコーター(順転ロールコーター、逆転ロールコーター、グラビアコーター)、ロッドコーター、ブレードコーター等]が好ましく利用できる。
鹸化処理は、処理するフィルムの変形、処理液の変質等が生じない温度120℃を越えない範囲の処理温度で行うことが好ましい。更に温度10℃以上であり100℃以下の範囲が好ましい。特に、温度20〜80度が好ましい。
又、鹸化処理の時間は、アルカリ溶液、処理温度により適宜調整して決定するが、1秒から60秒の範囲で行われるのが好ましい。
【0056】
更に、透明支持体をその表面が少なくとも10℃以上の温度でアルカリ溶液で鹸化処理する工程、透明支持体の温度を少なくとも10℃以上に維持する工程、そして、アルカリ溶液を透明支持体から洗い落とす工程によりアルカリ鹸化処理を実施することが好ましい。
透明支持体をその表面が所定の温度でアルカリ溶液で鹸化処理には、塗布する前に予め所定の温度に調整する工程、アルカリ液を予め所定の温度に調整しておく工程、或いはこれらを組み合わせた工程等が挙げられる。塗布する前に予め所定の温度に調整する工程と組み合わせることが好ましい。
鹸化反応後は、水洗、中和し水洗等でフィルム表面からアルカリ溶液及び鹸化処理反応物とを洗浄し除去することが好ましい。
具体的には、例えば国際公開第02/46809号パンフレット等に記載の内容が挙げられる。
【0057】
[配向膜]
本発明の配向膜は、有機化合物(好ましくはポリマー)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。
【0058】
配向膜に使用するポリマーの種類は、液晶セルの表示モードの種類に応じて決定する。
液晶セル内の棒状液晶性分子の多くが実質的に垂直に配向している表示モード(例、VA、OCB、HAN)では、光学異方性層の液晶性分子を実質的に水平に配向させる機能を有する配向膜を用いる。液晶セル内の棒状液晶性分子の多くが実質的に水平に配向している表示モード(例、STN)では、光学異方性層の液晶性分子を実質的に垂直に配向させる機能を有する配向膜を用いる。液晶セル内の棒状液晶性分子の多くが実質的に斜めに配向している表示モード(例、TN)では、光学異方性層の液晶性分子を実質的に斜めに配向させる機能を有する配向膜を用いる。
【0059】
本発明の配向膜に使用される具体的なポリマーの種類については、前述した様々な表示モードに対応するディスコティック液晶性分子を用いた光学補償シートについての文献に記載がある。
配向膜に使用されるポリマーは、それ自体架橋可能なポリマーあるいは架橋剤により架橋されるポリマーのいずれも使用することができ、これらの組み合わせを複数使用することができる。ポリマーの例として、例えば特開平8−338913号公報明細書中段落番号[0022]記載の化合物が挙げられる。好ましくは水溶性ポリマー(例、ポリ(N−メチロールアクリルアミド)、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール)が挙げられ、この中でもゼラチン、ポリビニルアルコールおよび変性ポリビニルアルコールがさらに好ましく、ポリビニルアルコールおよび変性ポリビニルアルコールが最も好ましい。
【0060】
ポリビニルアルコールの鹸化度は、70乃至100%が好ましく、80乃至100%がさらに好ましく、85乃至95%が最も好ましい。ポリビニルアルコールの重合度は、100乃至3000であることが好ましい。
【0061】
変性ポリビニルアルコールの変性基は、共重合変性、連鎖移動変性またはブロック重合変性により導入できる。変性基の例には、親水性基(カルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、アミノ基、アンモニウム基、アミド基、チオール基等)、炭素数10〜100個の炭化水素基、フッ素原子置換の炭化水素基、チオエーテル基、重合性基(不飽和重合性基、エポキシ基、アジリニジル基等)、アルコキシシリル基(トリアルコキシ、ジアルコキシ、モノアルコキシ)等が挙げられる。これらの変性ポリビニルアルコール化合物の具体例として、例えば特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0022]〜[0145]、同2002−62426号公報明細書中の段落番号[0018]〜[022]に記載のもの等が挙げられる。
【0062】
前記配向膜に使用するポリマー(好ましくは水溶性ポリマー、さらに好ましくはポリビニルアルコールまたは変性ポリビニルアルコール)の架橋剤の例には、アルデヒド、N−メチロール化合物、ジオキサン誘導体、カルボキシル基を活性化することにより作用する化合物、活性ビニル化合物、活性ハロゲン化合物、イソオキサゾールおよびジアルデヒド澱粉が含まれる。二種類以上の架橋剤を併用してもよい。具体的には、例えば特開2002−62426号公報明細書中の段落番号[0023]〜[024]記載の化合物等が挙げられる。反応活性の高いアルデヒド、特にグルタルアルデヒドが好ましい。
【0063】
架橋剤の添加量は、ポリマーに対して0.1乃至20質量%が好ましく、0.5乃至15質量%がさらに好ましい。配向膜に残存する未反応の架橋剤の量は、1.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがさらに好ましい。配向膜中に1.0質量%を超える量で架橋剤が残存していると、充分な耐久性が得られない。そのような配向膜を液晶表示装置に使用すると、長期使用、あるいは高温高湿の雰囲気下に長期間放置した場合にレチキュレーションが発生することがある。
【0064】
配向膜は、基本的に、配向膜形成用組成物である上記ポリマー、架橋剤を含む塗布液を透明支持体上に塗布した後、加熱乾燥し(架橋させ)、ラビング処理することにより形成することができる。架橋反応は、前記のように、透明支持体上に塗布した後、任意の時期に行なって良い。ポリビニルアルコールのような水溶性ポリマーを配向膜形成用組成物として用いる場合には、塗布液は消泡作用のある有機溶媒(例、メタノール)と水の混合溶媒とすることが好ましい。その比率は質量比で水:メタノールが0:100〜99:1が好ましく、0:100〜91:9であることがさらに好ましい。これにより、泡の発生が抑えられ、配向膜、更には光学異方層の層表面の欠陥が著しく減少する。
【0065】
配向膜の塗布方法は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、エクストルージョンコーティング法、ロッドコーティング法またはロールコーティング法が好ましい。特にロッドコーティング法が好ましい。また、乾燥後の膜厚は0.1乃至10μmが好ましい。加熱乾燥は、20℃〜110℃で行なうことができる。充分な架橋を形成するためには60℃〜100℃が好ましく、特に80℃〜100℃が好ましい。乾燥時間は1分〜36時間で行なうことができるが、好ましくは1分〜30分である。pHも、使用する架橋剤に最適な値に設定することが好ましく、グルタルアルデヒドを使用した場合は、pH4.5〜5.5で、特に5が好ましい。
【0066】
配向膜は、透明支持体上又は上記下塗層上に設けられる。配向膜は、上記のようにポリマー層を架橋したのち、表面をラビング処理することにより得ることができる。配向膜は、その上に設けられる光学異方性層のディスコティック液晶性分子の配向方向を規定するために設けられる。
前記ラビング処理は、LCDの液晶配向処理工程として広く採用されている処理方法を適用することができる。即ち、配向膜の表面を、紙やガーゼ、フェルト、ゴムあるいはナイロン、ポリエステル繊維などを用いて一定方向に擦ることにより、配向を得る方法を用いることができる。一般的には、長さおよび太さが均一な繊維を平均的に植毛した布などを用いて数回程度ラビングを行うことにより実施される。
配向膜の厚さは、0.01乃至5μmであることが好ましく、0.05乃至1μmであることがさらに好ましい。
【0067】
[光学異方性層]
本発明の光学異方性層は、液晶性分子を含有する。
液晶性分子としては、棒状液晶性分子またはディスコティック液晶性分子が好ましく、ディスコティック液晶性分子が特に好ましい。
棒状液晶性分子としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。これら低分子液晶性化合物は重合性基を分子内に有することが好ましい(例えば、特開2000−304932号公報明細書段落番号[0016]等記載)。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。高分子液晶性分子は、以上のような低分子液晶性分子に相当する側鎖を有するポリマーである。高分子液晶性分子を用いた光学補償シートについては、特開平5−53016号公報に記載の化合物が挙げられる。
【0068】
ディスコティック液晶性分子としては、様々な文献(C. Destrade et al., Mol. Crysr. Liq. Cryst., vol. 71, page 111 (1981) ;日本化学会編、季刊化学総説、No.22、液晶の化学、第5章、第10章第2節(1994);B. Kohne et al., Angew. Chem. Soc. Chem. Comm., page 1794 (1985);J. Zhang et al., J. Am. Chem. Soc., vol. 116, page 2655 (1994))に記載されている化合物が挙げられる。ディスコティック液晶性分子の重合については、特開平8−27284公報の記載が挙げられる。
ディスコティック液晶性分子を重合により固定するためには、ディスコティック液晶性分子の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させる必要がある。円盤状コアと重合性基は、連結基を介して結合する化合物が好ましく、これにより重合反応においても配向状態を保つことが出来る。例えば、特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0151]〜「0168」記載の化合物等が挙げられる。
なお、STNモードのような棒状液晶性分子がねじれ配向している液晶セルを、光学的に補償するためには、ディスコティック液晶性分子もねじれ配向させることが好ましい。上記連結基に、不斉炭素原子を導入すると、ディスコティック液晶性分子を螺旋状にねじれ配向させることができる。また、不斉炭素原子を含む光学活性を示す化合物(カイラル剤)を光学異方性層に添加しても、ディスコティック液晶性分子を螺旋状にねじれ配向させることができる。
【0069】
二種類以上のディスコティック液晶性分子を併用してもよい。例えば、以上述べたような重合性ディスコティック液晶性分子と非重合性ディスコティック液晶性分子とを併用することができる。
非重合性ディスコティック液晶性分子は、前述した重合性ディスコティック液晶性分子の重合性基を、水素原子またはアルキル基に変更した化合物であることが好ましい。すなわち、非重合性ディスコティック液晶性分子は、例えば特許第2640083号公報記載の化合物等が挙げられる。
【0070】
本発明では、光学補償シートに使用する光学異方性層に、後に挙げる特定の極性基を少なくとも1つ含有する有機酸を含む溶液を塗布することからなる光学異方性層を含有することが好ましい。
【0071】
前記したとおり、光学補償シートの透明支持体は一般的に疎水性であり、一般的に親水性樹脂硬化膜である配向膜との間の密着性を得るために表面処理を行う。本発明では表面処理として特に透明支持体にアルカリ溶液を塗布し鹸化処理することが好ましいが、アルカリ溶液で鹸化した後は、充分に洗浄を行う必要があり、この洗浄が不十分であると透明支持体、配向膜、及び光学異方性層を積層した後得られた光学補償シートの配向性に問題が生じる。
上記のように、光学異方性層に液晶性分子に加えて特定の極性基を少なくとも1つ含有する有機酸を含有させ、その溶液を塗布することで光学補償シートを作製すれば、たとえ前記アルカリ溶液を洗浄し除去する工程において洗浄が不充分であっても、配向性へ影響を与える事無く、安定した光学補償シートが得られ、非常に好ましい。
添加する有機酸はその添加量により効果が異なる為、適時に量を調整する必要がある。
又、有機酸は、液晶性分子との組み合わせによっては配向を悪化させる直接の原因になる場合もある為、適時選択することが重要である。
【0072】
[光学異方性層に含有される有機酸]
本発明で使用する有機酸(カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸等)としては、下記の特定の極性基を少なくとも1つ含有する有機酸が好ましい。
特定の極性基として、−OH、−SH、−NHR、−CONHR、−SO2NHR、−HNCONHR、又は−NHSO2NHR、−NHCOR1、−NHSO2R1、−OOCNHR1、又は−NHCOOR1が挙げられる。
但し、Rは、水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表す。R1は、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表す。
該有機酸が上記の極性基を複数含有する場合には、該極性基は同じでも異なってもよい。
【0073】
Rが脂肪族基を表す場合、脂肪族基は炭素数1〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ナノデシル基、エイコサニル基、ヘネイコサニル基、ドコサニル基等)、炭素数2〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基(例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ヘキサデセニル基、オクタデセニル基、エイコセニル基、ドコセニル基、ブタジエニル基、ペンタジエニル基、ヘキサジエニル基、オクタジエニル基等)、炭素数2〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルキニル基(例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ヘキシニル基、オクタニル基、デカニル基、ドデカニル基等)、炭素数5〜22の脂環式炭化水素基(例えば、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、シクロヘプタン、シクロヘプテン、シクロへプタジエン、シクロオクタン、シクロオクテン、シクロオクタジエン、デカリン等)が挙げられる。
脂肪族基としては、これらの中で、炭素数1〜18の直鎖状、炭素原子数3〜18の分岐状脂肪族基がより好ましい。
芳香族基としては、炭素数6〜18のアリール基(アリール環としては、ベンゼン、ナフタレン、ジヒドロナフタレン、ビフェニレン等)を表す。
複素環基としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子のいずれかを少なくとも1個含有する単環式若しくは多環式の環構造を有する複素環基(複素環基としては、例えば、フラニル基、テトラヒドロフラニル基、ピラニル基、ピロイル基、、ピリジイル基、ピラジニル基、モルホリニル基、チエニル基、ベンゾチエニル基等)等が挙げられる。
【0074】
上記の脂肪族基、芳香族基、複素環基は各々置換基を有していてもよく、その導入し得る置換基としては、水素を除く一価の非金属原子団が用いられる。
非金属原子団の具体的な例としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、ニトロ基、−OR11、−SR11、−COR11、−COOR11、−OCOR11、−SO2R11、−NHCONHR11、−N(R12)COR11、−N(R12)SO2R11、−N(R13)(R14)、−CON(R13)(R14)、−SO2N(R13)(R14)、−P(=O)(R15)(R16)、−OP(=O)(R15)(R16)、−Si(R17)(R18)(R19)、炭素数1〜22の脂肪族基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18のアリール基、又は複素環基を表す。これら脂肪族基、アリール基、複素環基は、前記Rのものと同義である。
【0075】
前記R11は、炭素数1〜22の脂肪族基、炭素数6〜18のアリール基、又は複素環基を表す。R11における脂肪族基は前記Rで表される脂肪族基と同義である。R11におけるアリール基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したアリール基と同様のものが挙げられる。かかるアリール基は、更に置換基を有していてもよく、その置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。
R12は、水素原子又はR11基と同様のものを表す。
前記R13及びR14は、各々独立に、水素原子、又はR11と同様のものを表し、R13とR14とは互いに結合して、N原子を含有する5員又は6員の環を形成してもよい。
【0076】
前記R15及びR16は、各々独立に、炭素数1〜22の脂肪族基、炭素数6〜14のアリール基、又は−OR11を表す。R15及びR16における脂肪族基は前記Rで表される脂肪族基と同義である。R15及びR16におけるアリール基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したアリール基と同様のものが挙げられる。かかるアリール基は更に置換基を有していてもよく、その置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。但し、かかる極性置換基において、R15及びR16の双方が−OHで表されることはない。
【0077】
前記R17、R18及びR19は、各々独立に、炭素数1〜22の炭化水素基又は−OR20を表すが、これらの置換基の内少なくとも1つは炭化水素基を表す。炭化水素基は前記Rで示される脂肪族基及びアリール基と同様のものを表し、−OR20は前記−OR11と同様の内容を表す。
R1における、脂肪族基、芳香族基および複素環基はRと同じものを表す。
【0078】
上記に挙げた有機酸の中でも光学異方性層の光学特性に影響を与えない、もしくは光学特性に比較適影響が少ない有機酸として、特にカルボン酸が好ましい。より好ましくは、ヒドロキシル基、アミノ基、メルカプト基、アミド基、アルコキシ基(例えば、炭素数1〜8のアルキル基からなるアルコキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、炭素数1〜8のアルキル基等)等の極性基から選ばれる少なくとも1つの極性基、及びカルボキシル基を1個以上含有する炭素数1〜22(カルボン酸の炭素原子を除く)の脂肪族カルボン酸、炭素数6〜14の芳香族カルボン酸、複素環カルボン酸である。
有機酸としてのpKaが6.5以下となるものが好ましく、より好ましくはカルボン酸のpKaが2.5〜6.0の化合物が挙げられる。
【0079】
具体的には、例えばオキシ酸(例えば、グリコール酸、乳酸、グリセリン酸、α−オキシアルカン酸(アルカンとしては、炭素数3〜18のアルカン)、等)、アミノ酸、α−オキシ−β−アミノ酸、α−オキシ−γ−アミノ酸、β−オキシ−α−アミノ酸、これらオキシ酸或はオキシアミノ酸のヒドロキシル基がアルコキシ基に誘導された化合物、ヒドキシシクロヘキサンカルボン酸類、ヒドロキシベンゼンカルボン酸類、ポリオール(例えば、アルカンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等)の少なくとも1個のヒドロキシル基を環状カルボン酸無水物(コハク酸、マレイン酸、グルタル酸、アジピン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、フタル酸等の無水物等)でエステル化した化合物等が挙げられるが、本発明の化合物はこれらに限定されるものではない。
【0080】
好ましくは、少なくとも1つのヒドロキシル基を含有したポリカルボン酸でその少なくとも1つのカルボキシル基がエステル化されたポリカルボン酸が挙げられる。
少なくとも1つのヒドロキシル基を含有したポリカルボン酸としては、タルトロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、オキシグルタミン酸(β−体、γ−体)、上記のポリオールの少なくとも2個のヒドロキシル基を環状カルボン酸無水物でエステル化した化合物等が挙げられる。
【0081】
これらのポリカルボン酸の少なくとも1つのカルボキシル基が炭素数1〜22の炭化水素基でエステル置換されていることが好ましい。
エステル置換される炭素数1〜22の炭化水素基は、脂肪族基、アリール基、複素環基が挙げられる。具体的には脂肪族基としては、炭素数1〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ナノデシル基、エイコサニル基、ヘネイコサニル基、ドコサニル基等)、炭素数2〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基(例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ヘキサデセニル基、オクタデセニル基、エイコセニル基、ドコセニル基、ブタジエニル基、ペンタジエニル基、ヘキサジエニル基、オクタジエニル基等)、炭素数2〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルキニル基(例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ヘキシニル基、オクタニル基、デカニル基、ドデカニル基等)、炭素数5〜22の脂環式炭化水素基(例えば、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、シクロヘプタン、シクロヘプテン、シクロへプタジエン、シクロオクタン、シクロオクテン、シクロオクタジエン、、デカリン等)が挙げられる。
これらの中で、炭素数1〜18の直鎖状、炭素原子数3〜18の分岐状脂肪族基がより好ましい。
上記の炭化水素基がアリール基或は複素環基の場合は、具体的には前記したRのものと同様のものが挙げられる。
【0082】
かかる炭化水素基は置換基を有していてもよく、その導入し得る置換基としては、水素を除く一価の非金属原子団が用いられる。
非金属原子団の具体的な例としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、ニトロ基、−OH基、−OR21、−SR21、−COR21、−COOR21、−OCOR21、−SO2R21、−NHCONHR21、−N(R22)COR21、−N(R22)SO2R21、−N(R23)(R24)、−CO(R23)(R24)、−SO2(R23)(R24)、−P(=O)(R25)(R26)、−OP(=O)(R25)(R26)、−Si(R27)(R28)(R29)、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数2〜18のアルキニル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基、炭素数6〜18のアリール基(アリール環としては、ベンゼン、ナフタレン、ジヒドロナフタレン、ビフェニレン等)、酸素原子、硫黄原子、窒素原子のいずれかを少なくとも1個含有する単環式若しくは多環式の環構造を有する複素環基(複素環基としては、例えば、フラニル基、テトラヒドロフラニル基、ピラニル基、ピロイル基、、ピリジイル基、ピラジニル基、モルホリニル基、チエニル基、ベンゾチエニル基等)等が挙げられる。
【0083】
前記R21は、炭素数1〜22の脂肪族基、炭素数6〜18のアリール基、又は複素環基を表す。R21における脂肪族基は前記Rで表される脂肪族基と同義である。R21におけるアリール基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したアリール基と同様のものが挙げられる。かかるアリール基は、更に置換基を有していてもよく、その置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。
R12は、水素原子又はR21基と同様のものを表す。
前記R23及びR24は、各々独立に、水素原子、又はR21と同様のものを表し、R23とR24とは互いに結合して、N原子を含有する5員又は6員の環を形成してもよい。
前記R25及びR26は、各々独立に、−OH、炭素数1〜22の脂肪族基、炭素数6〜14のアリール基、又は−OR21を表す。R25及びR26における脂肪族基は前記Rで表される脂肪族基と同義である。R25及びR26におけるアリール基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したアリール基と同様のものが挙げられる。かかるアリール基は更に置換基を有していてもよく、その置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。但し、かかる極性置換基において、R25及びR26の双方が−OHで表されることはない。
前記R27、R28及びR29は、各々独立に、炭素数1〜22の炭化水素基又は−OR30を表すが、これらの置換基の内少なくとも1つは炭化水素基を表す。炭化水素基は前記Rで示される脂肪族基及びアリール基と同様のものを表し、−OR30は前記−OR21と同様の内容を表す。
【0084】
本発明に使用される有機酸は、光学異方性層組成物中、0.05質量%〜10質量%の割合で添加するのが好ましい。更には、0.1〜5質量%が好ましい。
【0085】
[光学異方性層の他の組成物]
上記の液晶性分子と共に、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー、ポリマー等を併用して、塗工膜の均一性、膜の強度、液晶分子の配向性等を向上することが出来る。液晶性分子と相溶性を有し、液晶性分子の傾斜角の変化を与えられるか、あるいは配向を阻害しないことが好ましい。
【0086】
重合性モノマーとしては、ラジカル重合性若しくはカチオン重合性の化合物が挙げられる。好ましくは、多官能性ラジカル重合性モノマーであり、上記の重合性基含有の液晶化合物と共重合性のものが好ましい。例えば、特開2002−296423号公報明細書中の段落番号[0018]〜[0020]記載のものが挙げられる。上記化合物の添加量は、ディスコティック液晶性分子に対して一般に1〜50質量%の範囲にあり、5〜30質量%の範囲にあることが好ましい。
【0087】
界面活性剤としては、従来公知の化合物が挙げられるが、特にフッ素系化合物が好ましい。具体的には、例えば特開2001−330725号公報明細書中の段落番号[0028]〜[0056]記載の化合物が挙げられる。
ディスコティック液晶性分子とともに使用するポリマーは、ディスコティック液晶性分子に傾斜角の変化を与えられることが好ましい。
界面活性剤としては、従来公知の化合物が挙げられるが、特にフッ素系化合物が好ましい。具体的には、例えば特開2001−330725号公報明細書中の段落番号[0028]〜[0056]記載の化合物が挙げられる。
ディスコティック液晶性分子とともに使用するポリマーは、ディスコティック液晶性分子に傾斜角の変化を与えられることが好ましい。
【0088】
[光学異方性層の塗布液及び光学異方性層の形成]
本発明の光学異方性層は、液晶性分子、上記したような任意の公知の化合物等の添加剤(例、可塑剤、モノマー、界面活性剤、セルロースエステル、1,3,5−トリアジン化合物、カイラル剤)あるいは下記の重合性開始剤を含む塗布液を、配向膜の上に塗布することで形成する。
塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド(例、N,N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例、ピリジン)、炭化水素(例、ベンゼン、ヘキサン)、アルキルハライド(例、クロロホルム、ジクロロメタン)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例、アセトン、メチルエチルケトン)、エーテル(例、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン)が含まれる。このうちアルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
塗布液の塗布は、公知の方法(例、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法)により実施できる。
【0089】
液晶性分子は、実質的に均一に配向していることが好ましく、実質的に均一に配向している状態で固定されていることがさらに好ましく、重合反応により液晶性分子が固定されていることが最も好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応がより好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許4212970号明細書記載)が挙げられる。
光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の0.01乃至20質量%であることが好ましく、0.5乃至5質量%であることがさらに好ましい。
ディスコティック液晶性分子の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。
照射エネルギーは、20mJ/cm2 乃至50J/cm2 であることが好ましく、100乃至800mJ/cm2 であることがさらに好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
【0090】
光学異方性層の厚さは、0.1乃至10μmであることが好ましく、0.5乃至5μmであることがさらに好ましく、0.7乃至5μmであることが最も好ましい。ただし、液晶セルのモードによっては、高い光学的異方性を得るために、光学異方性層を厚く(3乃至10μm)する場合がある。
光学異方性層内での液晶性分子の配向状態は、前述したように、液晶セルの表示モードの種類に応じて決定される。液晶性分子の配向状態は、具体的には、液晶性分子の種類、配向膜の種類および光学異方性層内の添加剤(例、可塑剤、ポリマー、界面活性剤)の使用によって制御される。
【0091】
上記のようにして、本発明の光学補償シートが製造される。本発明の光学補償シートは、前記した通り、予め密着性を付与処理した透明支持体、配向膜、及び光学異方性層がこの順に積層された層構成を有する。
本発明の光学補償シートは、偏光板と貼り合せるか、偏光板の保護フィルムとして使用することで、その機能を著しく発揮され、好ましい。
以下、偏光板、続いて液晶表示装置について説明する。
【0092】
[偏光板の透明保護膜]
偏光板は通常、偏光膜と透明保護膜からなる。保護膜が透明であるとは、光透過率が80%以上であることを意味する。透明保護膜としては、一般にセルロースエステルフィルム、好ましくはアセチルセルロースフィルムが用いられる。セルロースエステルフィルムは、前記の透明支持体に記載のソルベントキャスト法により形成することが好ましい。透明保護膜の厚さは、20乃至500μmであることが好ましく、50乃至200μmであることがさらに好ましい。通常は偏光膜の両面に透明保護膜を配置する。本発明では、偏光板の片面に透明保護膜の代わりに光学補償シートを用いる事が好ましい。
【0093】
[光学補償シートの表面処理]
光学補償シートを偏光板の透明保護膜の代わりに使用する場合、光学補償シートと偏光板の透明保護膜との接着が問題となる。本発明では、光学補償シートの偏光膜側の面を表面処理することにより、光学補償シートと偏光膜との接着を改善する。表面処理としては、コロナ放電処理、グロー放電処理、火炎処理、紫外線照射処理、オゾン処理、酸処理又はアルカリ処理を実施する。
コロナ放電処理、グロー放電処理、火炎処理、紫外線照射処理、オゾン処理、酸処理、アルカリ処理等の処理方法は、例えば、前記の公技番号2001−1745号、30頁〜31頁に記載の内容が挙げられる。本発明は、アルカリ処理することが好ましく、前記したフィルムの鹸化処理で記載と同様の内容のものが挙げられる。
【0094】
[偏光膜]
本発明に用いられる偏光膜は、エチレン−酢酸ビニル共重合体系部分鹸化ポリマー、部分ホルマール化ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールのような親水性ポリマーからなるフィルムを延伸した後、ヨウ素または二色性染料を吸着させたものや、ポリ塩化ビニルのようなプラスチックフィルムを処理して、ポリエンを配向させたものである。
【0095】
[液晶表示装置]
透過型液晶表示装置は、通常、液晶セル及びその両側に配置された二枚の偏光板からなる。液晶セルは、二枚の電極基板の間に液晶を担持している。
本発明の液晶表示装置では、前記光学補償シートを、液晶セルと一方の偏光板との間に、一枚配置するか、あるいは液晶セルと双方の偏光板との間に二枚配置することが好ましい。
各液晶モードにおける光学異方性層の好ましい形態において、本発明の光学補償シート又は該光学補償シートを用いた偏光板は、有利に光学的に補償することができる。
TNモードの液晶セルでは、電極無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向し、さらに60乃至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、多数の文献の記載が挙げられる。
VAモードの液晶セルでは電圧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配向させ、電極印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向させる狭義のVAモード液晶セル(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. Paper(予稿集)28(1997)845記載)、(3)棒状液晶性分子を電圧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巻9(1998)記載)および(4)SURVAIVALモードの液晶セル(LCDインターナショナル98発表)が挙げられる。
OCBモードの液晶セルは、棒状液晶性分子を液晶セルの上部と下部とで実質的に逆の方向に(対称的に)配向させるベンド配向モードの液晶セルを用いた液晶表示装置であり、米国特許4583825号、同5410422号の各明細書に開示されている装置が挙げられる。棒状液晶性分子が液晶セルの上部と下部とで対称的に配向しているため、ベンド配向モードの液晶セルは、自己補償機能を有する。そのため、この液晶モードはOCB(Optically Compensatory Bend)液晶モードとも呼ばれる。ベンド配向モードの液晶表示装置は、応答速度が速いとの利点がある。
【0096】
以下に本発明の光学補償シート、偏光板、液晶表示装置についての具体的な実施例を記述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0097】
【実施例】
[実施例1]
(透明支持体の作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
【0098】
<セルロースアセテート溶液組成>
酢化度60.9%のセルロースアセテート 100質量部
トリフェニルホスフェート(可塑剤) 7.8質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤) 3.9質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 300質量部
メタノール(第2溶媒) 45質量部
染料(住化ファインケム(株)製 360FP)0.0009質量部
【0099】
別のミキシングタンクに、下記のレターデーション上昇剤16質量部、メチレンクロライド80質量部およびメタノール20質量部を投入し、加熱しながら攪拌して、レターデーション上昇剤溶液を調製した。
上記組成のセルロースアセテート溶液464質量部にレターデーション上昇剤溶液36質量部、およびシリカ微粒子(アイロジル製 R972)1.1重量部を混合し、充分に攪拌してドープを調製した。レターデーション上昇剤の添加量は、セルロースアセテート100質量部に対して、5.0質量部であった。また、シリカ微粒子の添加量は、セルロースアセテート100質量部に対して、0.15質量部であった。
【0100】
【化1】
【0101】
得られたドープを、バンド流延機を用いて流延した。バンド上での膜面温度が40℃となってから、1分乾燥し、剥ぎ取った後、乾燥風で、残留溶剤量が0.3質量%のセルロースアセテートフィルム(CA−1)(厚さ109μm)を製造した。
作成したセルロースアセテートフィルム(CA−1)について、レターデーションを測定したところ、厚み方向のレターデーションRthは85nm、面内のレターデーションReは7nmであった。
【0102】
(鹸化処理、及び配向膜の形成)
セルロースアセテートフィルム(CA−1)上に、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度40℃に昇温した後に、下記に示す組成のアルカリ溶液(S−1)をロッドコーターを用いて塗布量15cc/m2で塗布し、110℃に加熱した(株)ノリタケカンパニーリミテド製のスチーム式遠赤外ヒーターの下に15秒滞留させた後に、同じくロッドコーターを用いて純水を3cc/m2塗布した。この時のフイルム温度は40℃であった。次いで、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りを3回繰り返した後に70℃の乾燥ゾーンに5秒間滞留させて乾燥した。
【0103】
<アルカリ溶液(S−1)組成>
水酸化カリウム 8.55質量%
水 23.235質量%
イソプロパノール 54.20質量%
界面活性剤(K−1:C14H29O(CH2CH2O)20H) 1.0質量%
プロピレングリコール 13.0質量%
消泡剤サーフィノールDF110D(日信化学工業(株)製)0.015質量%
【0104】
次に、セルロースアセテートフィルム(CA−1)の長手方向にラビング処理を実施した。
この表面処理したフィルム上に、下記の組成の配向膜塗布液をロードーコーターで28ml/m2の塗布量で塗布した。60℃の温風で60秒、さらに90℃の温風で150秒乾燥した。
【0105】
<配向膜塗布液>
下記変性ポリビニルアルコール 20質量%
水 360質量%
メタノール 120質量%
グルタルアルデヒド 0.5質量%
【0106】
【化2】
【0107】
(光学異方性層の形成)
下記の組成のディスコティック液晶塗布液(DA−1)を#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シート(KS−1)を作成した。
【0108】
<ディスコティック液晶塗布液(DA−1)>
下記のディスコティック液晶DLC−A 9.1質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパンアクリレート
(V#360、大阪有機化学(株)) 0.9質量部
セルロースアセテートブチレート 0.2質量部
(CAB551−0.2 イーストマンケミカル)
セルロースアセテートブチレート 0.05質量部
(CAB531−1 イーストマンケミカル)
イルガキュアー907 3.0質量部
カヤキュアーDETX(日本化薬(株)製) 0.1質量部
クエン酸ハーフエステル(下記有機酸(A−1))1.0質量部
メチルエチルケトン 25.9質量部
【0109】
【化3】
【0110】
【化4】
【0111】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KS−1)のレターデーションをユリプソメトリー(日本分光(株)製、M−150)で測定した所、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KS−1)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ、配向不良)の確認を行った。また、光学補償シート(KS−1)を、アクリル系接着剤を用いてガラス板に貼りつけ、90℃で20時間保存した。アクリル系接着剤は液晶表示装置の組み立てに、ガラス板は液晶セルに用いられるものと同じである。ガラス板から光学補償シートを垂直方向に剥がして、剥離残りが生じた部分を調べることで、密着性を評価した。評価は、0(著しく剥離残りがある)から5(剥離の残りが全く認められない)までの5段階で行った。それらの結果を表1に示す。
【0112】
[実施例2]
(透明支持体の作製)
実施例1で得られたドープを、バンド流延機を用いて流延した。バンド上での膜面温度が40℃となってから、1分乾燥し、剥ぎ取った後、乾燥風で、残留溶剤量が0.3質量%のセルロースアセテートフィルム(CA−2)(厚さ60μm)を製造した。
作成したセルロースアセテートフィルム(CA−2)について、レターデーションを測定したところ、厚み方向のレターデーションRthは43nm、面内のレターデーションReは4nmであった。
【0113】
(鹸化処理、及び配向膜の形成)
セルロースアセテートフィルム(CA−2)上に、100℃の熱風を衝突させ、45℃まで加熱した後に、25℃に保温した下記内容のアルカリ溶液(S−2)をロッドコーターを用いて14cc/m2 塗布し、13秒間経過後、再びロッドコーターを用いて純水を5cc/m2 塗布した。この時のフイルム温度は45℃であった。次いで、エクストルージョン型コーターを用いて1000cc/m2 の純水を塗布し、水洗を行い、5秒間経過後に100m/秒の風をエアナイフより水塗布面に衝突させた。このエクストルージョンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りを2回繰り返した後に80℃の乾燥ゾーンに10秒間滞留させて乾燥した。その後、実施例1と同様に配向膜を塗布し、乾燥させた後、ラビング処理を実施した。
【0114】
<アルカリ溶液(S−2)組成>
水酸化ナトリウム 6.5質量%
水 55.49質量%
n−プロパノール 37.0質量%
界面活性剤(K−2) 1.0質量%
(K−2:エチレンジアミンエチレンオキシド付加物)
消泡剤サーフィノール104(日信化学工業(株)製)0.01質量%
【0115】
(光学異方性層の形成)
実施例1で使用したディスコティック液晶塗布液(DA−1)において、有機酸(A−1)1.0質量部の代わりに、下記有機酸(A−2)1.2質量部を用いた他は塗布液(DA−1)と同様の塗布液(DA−2)を用いて、#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シート(KS−2)を作成した。
【0116】
【化5】
【0117】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KS−2)のレターデーションを、配向膜のラビング方向に沿って測定したところ、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KS−2)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ、配向不良)の確認を行った。
また、光学補償シート(KS−2)で、実施例1と同様に密着評価を実施した。
【0118】
[実施例3]
(透明支持体の作製)
実施例1で得られたドープを、バンド流延機を用いて流延した。バンド上での膜面温度が40℃となってから、1分乾燥し、剥ぎ取った後、乾燥風で、残留溶剤量が0.3質量%のセルロースアセテートフィルム(CA−3)(厚さ40μm)を製造した。
作成したセルロースアセテートフィルム(CA−3)について、レターデーションを測定したところ、厚み方向のレターデーションRthは32nm、面内のレターデーションReは3nmであった。
【0119】
(鹸化処理、及び配向膜の形成)
セルロースアセテートフィルム(CA−3)上に、下記内容のアルカリ溶液(S−3)を用いた他は、実施例1と同様にして鹸化処理した。
【0120】
<アルカリ溶液(S−3)組成>
水酸化カリウム 4.0質量%
水 42.7質量%
メチルセロソルブ 40.0質量%
テトラエチレングリコール 12.0質量%
界面活性剤(K−3) 1.3質量%
(K−3:C9H19Ph(OCH2CH2)3SO3Na(Phはフェニレン基))
消泡剤プルロニックTR70(旭電化工業(株)製)0.1質量%
【0121】
その後、下記組成の配向膜塗布液を用いた他は実施例1の配向膜と同様にして塗布・乾燥させた後、ラビング処理を実施した。
【0122】
<配向膜塗布液>
下記変性ポリビニルアルコール 20質量%
水 360質量%
メタノール 120質量%
グルタルアルデヒド 0.5質量%
【0123】
【化6】
【0124】
(光学異方性層の形成)
実施例1で使用したディスコティック液晶塗布液(DA−1)において、有機酸(A−1)の代わりに下記有機酸(A−3)1.0質量部を用いた他は同様の内容の塗布液(DA−3)を用いて、#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シート(KS−3)を作成した。
【0125】
【化7】
【0126】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KS−3)のレターデーションを、配向膜のラビング方向に沿って測定したところ、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KS−3)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ、配向不良)の確認を行った。
また、光学補償シート(KS−3)で、実施例1と同様に密着評価を実施した。
【0127】
[実施例4]
(鹸化処理、及び配向膜の形成)
セルロースアセテートフィルム(CA−1)上に、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度30℃に昇温した後に、下記内容のアルカリ溶液(S−4)をロッドコーターを用いて塗布量10cc/m2で塗布し、110℃に加熱した(株)ノリタケカンパニーリミテド製のスチーム式遠赤外ヒーターの下に20秒滞留するように搬送させた後に、同じくロッドコーターを用いて純水を3cc/m2塗布した。この時のフイルム温度は40℃であった。次いで、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りを3回繰り返した後に70℃の乾燥ゾーンに5秒間滞留させて乾燥した。
【0128】
<アルカリ処理液(S−4)組成>
水酸化カリウム 5.7質量%
水 33.3質量%
n−プロピルアルコール 49.8質量%
エチレングリコール 10.0質量%
消泡剤プルロニックTR70(旭電化工業(株)製)0.01質量%
【0129】
その後、実施例1と同様に配向膜を塗布し、乾燥させた後、ラビング処理を実施した。
【0130】
(光学異方性層の形成)
実施例1で使用したディスコティック液晶塗布液(DA−1)において、ディスコティック液晶DLC−A、及び有機酸(A−1)の代わりに、下記のディスコティック液晶DLC−B 0.35質量部及び下記の有機酸(A−4)1.4質量部を用いた他は塗布液(DA−1)と同一の内容の塗布液(DA−4)を用いて、#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シートKS−4を作成した。
【0131】
【化8】
【0132】
【化9】
【0133】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KS−4)のレターデーションを測定したところ、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KS−4)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ、配向不良)の確認を行った。
また、光学補償シート(KS−4)で、実施例1と同様に密着評価を実施した。
【0134】
[比較例1]
下記内容の光学異方性層を設けた他は、実施例4と同様にして光学補償シート(KSR−1)を作成した。
【0135】
(光学異方性層の形成)
下記の組成のディスコティック液晶塗布液(DAR−1)を#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シート(KSR−1)を作成した。
【0136】
<ディスコティック液晶塗布液(DAR−1)>
ディスコティック液晶DLC−A 9.1質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパンアクリレート
(V#360、大阪有機化学(株)) 0.9質量部
セルロ−スアセテ−トブチレ−ト 0.2質量部
(CAB551−0.2 イ−ストマンケミカル)
セルロ−スアセテ−トブチレ−ト 0.05質量部
(CAB531−1 イ−ストマンケミカル)
イルガキュアー907 3.0質量部
カヤキュアーDETX(日本化薬(株)製) 0.1質量部
メチルエチルケトン 25.9質量部
【0137】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KSR−1)のレターデーションを測定したところ、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KS−5)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ)の確認を行った。
また、光学補償シート(KSR−1)で、実施例1と同様に密着評価を実施した。
【0138】
[比較例2]
(下塗り処理、及び配向膜の形成)
セルロースアセテートフィルム(CA−1)上に下記ゼラチン下塗り塗布液を28ml/m2塗布し、乾燥してゼラチン下塗り層を形成し、その後、実施例1と同様に配向膜を塗布し、乾燥させた後、ラビング処理を実施した。
【0139】
(光学異方性層の形成)
ディスコティック液晶塗布液(DA−1)を#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シート(KSR−2)を作成した。
【0140】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KS−7)のレターデーションを測定したところ、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KSR−2)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ)の確認を行った。
また、光学補償シート(KSR−2)で、実施例1と同様に密着評価を実施した。
【0141】
[比較例3]
(下塗り処理、及び配向膜の形成)
セルロースアセテートフィルム(CA−1)上に下記ゼラチン下塗り塗布液を28ml/m2塗布し、乾燥してゼラチン下塗り層を形成し、その後、実施例1と同様に配向膜を塗布し、乾燥させた後、ラビング処理を実施した。
【0142】
(光学異方性層の形成)
ディスコティック液晶塗布液(DAR−1)を#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シート(KSR−3)を作成した。
【0143】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KS−8)のレターデーションを測定したところ、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KSR−3)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ)の確認を行った。
また、光学補償シート(KSR−3)で、実施例1と同様に密着評価を実施した。
【0144】
[実施例5]
(鹸化処理、及び配向膜の形成)
セルロースアセテートフィルム(CA−1)上に1.5規定KOH−イソプロピルアルコール/水(75/25質量比)溶液を25ml/m2塗布し、25℃で5秒間乾燥させた。流水で20秒洗浄し、25℃の空気を吹き付けることでフィルム表面を乾燥させた。その後、実施例1と同様に配向膜を塗布し、乾燥させた後、45°方向にラビング処理を実施した。
【0145】
(光学異方性層の形成)
実施例1で使用したディスコティック液晶塗布液(DA−1)において、有機酸(A−1)の代わりに下記の有機酸(A−5)1.10質量部を用いた他は塗布液(DA−1)と同様の内容の塗布液(DA−5)を用いて、#4のワイヤーバーコーターで塗布し、125℃の高温槽中で3分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた後、高圧水銀灯を用いてUVを500mJ/cm2照射し、室温まで放冷して、光学補償シート(KS−5)を作成した。
【0146】
【化10】
【0147】
クリスタルローテーション法を応用して傾斜角を測定したところ、ディスコティック液晶性分子は円盤面とガラス基板平面とのなす角度(傾斜角)が、膜面から光学空気界面に向かって3度から80度まで増加(ハイブリッド配向)し、平均チルト角が約40度でハイブリット配向していることが判った。光学異方性層の厚さは、1.8μmであった。光学補償シート(KS−5)のレターデーションを測定したところ、面内レターデーション(Re)は33nmであった。光学補償シート(KS−5)をクロスニコル偏光板間に挟み、面状(スジ状のムラ、配向不良)の確認を行った。
また、光学補償シート(KS−5)で、実施例1と同様に密着評価を実施した。
【0148】
【表1】
【0149】
[実施例6]
(透明支持体の作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
【0150】
<セルロースアセテート溶液組成>
酢化度60.9%のセルロースアセテート(リンター) 80質量部
酢化度60.8%のセルロースアセテート(リンター) 20質量部
トリフェニルホスフェート(可塑剤) 7.8質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤) 3.9質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 300質量部
メタノール(第2溶媒) 54質量部
1−ブタノール(第3溶媒) 11質量部
【0151】
別のミキシングタンクに、酢化度60.9%のセルロースアセテート(リンター)4質量部、前記実施例1のレターデーション上昇剤16質量部、シリカ微粒子(粒径20nm、モース硬度約7)0.5質量部、メチレンクロライド87質量部およびメタノール13質量部を投入し、加熱しながら攪拌して、レターデーション上昇剤溶液を調製した。
セルロースアセテート溶液464質量部にレターデーション上昇剤溶液36質量部を混合し、充分に攪拌してドープを調製した。レターデーション上昇剤の添加量は、セルロースアセテート100質量部に対して、5.0質量部であった。
【0152】
得られたドープを、バンド流延機を用いて流延した。バンド上での膜面温度が40℃となってから、1分乾燥し、残留溶剤量が43質量%のフィルムを剥ぎ取った後、140℃の乾燥風で、テンターを用いて幅方向に28%延伸した。この後、135℃の乾燥風で20分間乾燥し、残留溶剤量が0.3質量%のセルロースアセテートフィルム(CA−4)を製造した。
得られたセルロースアセテートフィルム(CA−4)の幅は1340mmであり、厚さは、92μmであった。エリプソメーター(M−150、日本分光(株)製)を用いて、波長590nmにおけるレターデーション値(Re)を測定したところ、43nmであった。また、波長590nmにおけるレターデーション値(Rth)を測定したところ、175nmであった。
【0153】
(鹸化処理、及び配向膜の形成)
作製したセルロースアセテートフィルム(CA−4)を、水酸化カリウム1.5規定の水/イソプロピルアルコール(30/70)質量比から成る溶液に35℃で1分間浸漬した後、硫酸で中和し、純水で水洗、乾燥した。このセルロースアセテートフィルム(CA−4)の表面エネルギーを接触角法により求めたところ、63mN/mであった。
このセルロースアセテートフィルム(CA−4)上に、下記の組成の配向膜塗布液を#16のワイヤーバーコーターで28ml/m2の塗布量で塗布した。60℃の温風で60秒、さらに90℃の温風で150秒乾燥した。
【0154】
<配向膜塗布液組成>
下記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 371質量部
メタノール 119質量部
グルタルアルデヒド(架橋剤) 0.5質量部
【0155】
【化11】
【0156】
セルロースアセテートフィルム(CA−4)の遅相軸(波長632.8nmで測定)と45゜の方向に配向膜にラビング処理を実施した。
【0157】
(光学異方性層の形成)
ディスコティック液晶DLC−A 41.01Kg、エチレンオキサイド変成トリメチロールプロパントリアクリレート(V#360、大阪有機化学(株)製)4.06Kg、セルロースアセテートブチレート(CAB531−1、イーストマンケミカル社製)0.35Kg、光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製)1.35Kg、増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)0.45Kg、前記有機酸(A−1)0.45Kgを、102Kgのメチルエチルケトンに溶解し、この塗布液を配向膜上に、#3.6のワイヤーバーで連続的に塗布し、130℃の状態で2分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた。次に、100℃で120W/cm高圧水銀灯を用いて、1分間UV照射し、ディスコティック液晶性分子を重合させた。その後、室温まで放冷した。このようにして、光学異方性層付き光学補償シート(KS−6)を作製した。
波長546nmで測定した光学異方性層のReレターデーション値は38nmであった。また、円盤面と第1透明支持体面との間の角度(傾斜角)は平均で31゜であった。
偏光板をクロスニコル配置とし、得られた光学補償シートのムラを観察したところ、正面、および法線から60°まで傾けた方向から見ても、ムラは検出出来なかった。
【0158】
(偏光膜の作製)
平均重合度4000、鹸化度99.8mol%のPVAを水に溶解し、4.0%の水溶液を得た。この溶液をテーパーのついたダイを用いてバンド流延して乾燥し、延伸前の幅が110mmで厚みは左端が120μm、右端が135μmになるように製膜した。
このフィルムをバンドから剥ぎ取り、ドライ状態で45度方向に斜め延伸してそのままよう素0.5g/L、よう化カリウム50g/Lの水溶液中に30℃で1分間浸漬し、次いでホウ酸100g/L、よう化カリウム60g/Lの水溶液中に70℃で5分間浸漬し、さらに水洗槽で20度で10秒間水洗したのち80℃で5分間乾燥してよう素系偏光膜(HF−1)を得た。偏光膜は、幅660mm、厚みは左右とも20μmであった。
【0159】
(偏光板の作製)
ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、光学異方性層付き光学補償シート(KS−6)をセルロースアセテートフィルム(CA−4)面で偏光膜(HF−1)の片側に貼り付けた。また、厚さ80μmのトリアセチルセルロースフィルム(TD−80U:富士写真フイルム(株)製)に鹸化処理を行い、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の反対側に貼り付けた。
偏光膜の透過軸とセルロースアセテートフィルム(CA−4)の遅相軸とは平行になるように配置した。偏光膜の透過軸と上記トリアセチルセルロースフイルムの遅相軸とは、直交するように配置した。このようにして偏光板(HB−1)を作製した。
【0160】
[比較例4]
有機酸(A−1)を光学異方性層に添加しないこと以外は、実施例1と同様にして、光学補償シート(KSR−4)、さらには光学補償シート(KSR−4)付偏光板(HB−H1)を作製した。
【0161】
[実施例7]
(透明支持体の作製)
ミキシングタンクに、実施例1で使用したレターデーション上昇剤16質量部、メチレンクロライド80質量部およびメタノール20質量部を投入し、加熱しながら攪拌して、レターデーション上昇剤溶液を調製した。
実施例6で作製したセルロースアセテート溶液474質量部にレターデーション上昇剤溶液25質量部を混合し、充分に攪拌してドープを調製した。レターデーション上昇剤の添加量は、セルロースアセテート100質量部に対して、3.5質量部であった。
【0162】
得られたドープを、バンド流延機を用いて流延した。バンド上での膜面温度が40℃となってから、1分乾燥し、剥ぎ取った後、140℃の乾燥風で、残留溶剤量が0.3質量%のセルロースアセテートフィルム(CA−5)を製造した。得られたセルロースアセテートフィルム(CA−5)の幅は1500mmであり、厚さは、65μmであった。エリプソメーター(M−150、日本分光(株)製)を用いて、波長590nmにおけるレターデーション値(Re)を測定したところ、4nmであった。また、波長590nmにおけるレターデーション値(Rth)を測定したところ、78nmであった。
【0163】
(鹸化処理)
セルロースアセテートフィルム(CA−5)を、2.0Nの水酸化カリウム溶液(25℃)に2分間浸漬した後、硫酸で中和し、純水で水洗、乾燥した。セルロースアセテートフィルム(CA−5)の表面エネルギーを接触角法により求めたところ、63mN/mであった。
(配向膜の形成)
作製したセルロースアセテートフィルム(CA−5)上に、下記の組成の塗布液を#16のワイヤーバーコーターで28ml/m2の塗布量で塗布した。60℃の温風で60秒、さらに90℃の温風で150秒乾燥した。
【0164】
<配向膜塗布液組成>
実施例1の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 371質量部
メタノール 119質量部
グルタルアルデヒド(架橋剤) 0.5質量部
次に、セルロースアセテートフィルム(CA−5)の長手方向と平行な方向に配向するように変性ポリビニルアルコール膜にラビング処理を実施した。
【0165】
<光学異方性層の形成>
配向膜上に、ディスコティック液晶DLC−A 41.01Kg、エチレンオキサイド変成トリメチロールプロパントリアクリレート(V#360、大阪有機化学(株)製)4.06Kg、セルロースアセテートブチレート(CAB551−0.2、イーストマンケミカル社製)0.90Kg、セルロースアセテートブチレート(CAB531−1、イーストマンケミカル社製)0.23Kg、光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製)1.35Kg、増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)0.45Kg、下記構造の有機酸(A−6)0.40Kgを、102Kgのメチルエチルケトンに溶解した溶液と塗布液とし、これを、#3.4のワイヤーバーで塗布した。これを130℃の恒温ゾーンで2分間加熱し、ディスコティック液晶性分子を配向させた。次に、60℃の雰囲気下で120W/cmの高圧水銀灯を用いて、1分間UV照射し、ディスコティック液晶性分子を重合させた。その後、室温まで放冷した。このようにして、光学異方性層を形成し、光学補償シート(KS−9)を作製した。
【0166】
【化12】
【0167】
波長546nmで測定した光学異方性層のReレターデーション値は40nmであった。また、円盤面と第1透明支持体面との間の角度(傾斜角)は平均で37゜であった。
偏光板をクロスニコル配置とし、得られた光学補償シートのムラを観察したところ、正面、および法線から60°まで傾けた方向から見ても、ムラは検出出来なかった。
【0168】
(偏光板の作製)
ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、光学補償シート(KS−9)を偏光膜(HF−1)の片側に貼り付けた。また、厚さ80μmのトリアセチルセルロースフィルム(TD−80U:富士写真フイルム(株)製)に鹸化処理を行い、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の反対側に貼り付けた。
偏光膜の透過軸とセルロースアセテートフィルム(CA−5)の遅相軸とは平行になるように配置した。偏光膜の透過軸と上記トリアセチルセルロースフイルムの遅相軸とは、直交するように配置した。このようにして偏光板(HB−2)を作製した。
【0169】
[比較例5]
有機酸(A−6)を光学異方性層に添加しないこと以外は、実施例7と同様にして、光学補償シート(KSR−5)、さらには、光学補償シート(KSR−5)付偏光板(HB−H2)を作製した。
【0170】
(ベンド配向液晶セルの作製)
ITO電極付きのガラス基板に、ポリイミド膜を配向膜として設け、配向膜にラビング処理を行った。得られた二枚のガラス基板をラビング方向が平行となる配置で向かい合わせ、セルギャップを6μmに設定した。Δn(屈折率neとnoの差)が0.1396の液晶性化合物(ZLI1132、メルク社製)を注入し、ベンド配向液晶セルを作製した。液晶セルの大きさは20インチであった。
作製したベンド配向セルを挟むように、実施例6で作製した偏光板(HB−1)を二枚貼り付けた。楕円偏光板の光学異方性層がセル基板に対面し、液晶セルのラビング方向とそれに対面する光学異方性層のラビング方向とが反平行となるように配置した。
液晶セルに55Hzの矩形波電圧を印加した。白表示2V、黒表示5Vのノーマリーホワイトモードとした。透過率の比(白表示/黒表示)をコントラスト比として、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いて、黒表示(L1)から白表示(L8)までの8段階で視野角を測定した。
また、同様の方法で、比較例4で作製した偏光板(HB−H1)を貼り付け、視野角の測定を行った。視野角の評価尺度として、視野の画像のコントラスト比が10以上を維持し、かつ黒側の階調反転の起こらない(即ち黒表示(L1)と次のレベル(L2)の間で反転が起こらない)範囲の開角度の値を用いた。測定結果を表2に示す。
【0171】
【表2】
【0172】
(液晶表示装置パネル上でのムラ評価)
実施例6、および比較例4の液晶表示装置の表示パネルを全面中間調に調整し、ムラを評価した。実施例6は、どの方向から見てもムラは観察されなかったが、比較例4では、上視野45°以上で格子状にムラが検出された。
【0173】
(TN液晶セルでの評価)
TN型液晶セルを使用した液晶表示装置(AQUOS LC20C1S、シャープ(株)製)に設けられている一対の偏光板を剥がし、代わりに実施例7で作製した偏光板(HB−2)を、光学補償シート(KS−9)が液晶セル側となるように粘着剤を介して、観察者側およびバックライト側に一枚ずつ貼り付けた。観察者側の偏光板の透過軸と、バックライト側の偏光板の透過軸とは、Oモードとなるように配置した。
作製した液晶表示装置について、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いて、黒表示(L1)から白表示(L8)までの8段階で視野角を測定した。
又、同様の方法で、比較例5で作製した偏光板(HB−H2)を貼り付け視野角を測定した。
測定結果を表3に示す。
【0174】
【表3】
【0175】
(液晶表示装置パネル上でのムラ評価)
実施例7、および比較例5の液晶表示装置の表示パネルを全面中間調に調整し、ムラを評価した。実施7は、どの方向から見てもムラは観察されなかったが、比較例5では、上視野45°以上で格子状にムラが検出された。
【0176】
[実施例8〜15]
実施例1における光学異方性層の有機酸(A−1)の代わりに、下記表4記載の有機酸(A)を同モル用いた他は、実施例1と同様にして各偏光板を作成した。
【0177】
【表4】
【0178】
得られた各偏光板を、実施例1と同様に評価した結果、いずれの試料も実施例1と同等の良好な性能を示した。
【0179】
【発明の効果】
本発明の光学補償シートは、密着性と良好な面状を両立し、ムラが少ないという特徴を有する。
上記特性に優れた本発明の光学補償シートは偏光版、液晶表示装置に好適に用いられ、ムラが非常に少ないという特徴を有する。
Claims (10)
- 透明支持体、配向膜、光学異方性層がこの順序に積層され、且つ前記透明支持体の配向膜の側がアルカリ溶液によりアルカリ鹸化処理された光学補償シートを製造する方法であって、
−OH、−SH、−NHR、−CONHR、−SO2NHR、−HNCONHR、又は−NHSO2NHR、−NHCOR1、−NHSO2R1、−OOCNHR1及び−NHCOOR1(Rは水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、R1は脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表す)の中から選ばれた少なくとも1つの極性基を含有した有機酸を含んだ溶液を塗布することにより、前記光学異方性層を形成する工程、
を有することを特徴とする光学補償シートの製造方法。 - 透明支持体、配向膜、光学異方性層がこの順序に積層された光学補償シートにおいて、前記の光学異方性層が、−OH、−SH、−NHR、−CONHR、−SO2NHR、−HNCONHR、又は−NHSO2NHR、−NHCOR1、−NHSO2R1、−OOCNHR1及び−NHCOOR1(Rは水素原子、脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表し、R1は脂肪族基、芳香族基又は複素環基を表す)の中から選ばれた少なくとも1つの極性基を含有した有機酸を含んだ溶液を塗布されて形成され、
前記の透明支持体の配向膜の側がアルカリ溶液によりアルカリ鹸化処理された透明支持体であることを特徴とする光学補償シート。 - 前記の有機酸がカルボン酸であることを特徴とする請求項2に記載の光学補償シート。
- 前記の有機酸が、少なくとも1つのヒドロキシル基を含有したポリカルボン酸であり、その少なくとも1つのカルボキシル基がエステル化されたポリカルボン酸であることを特徴とする請求項2又は3のいずれかに記載の光学補償シート。
- 前記のアルカリ鹸化処理された透明支持体の該アルカリ鹸化処理に使用されたアルカリ溶液に、水溶性有機溶媒、並びに界面活性剤及び/又は相溶化剤が少なくとも含まれていたことを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の光学補償シート。
- 前記のアルカリ鹸化処理された透明支持体の該アルカリ鹸化処理がアルカリ溶液を透明支持体上に塗布されたことによって施されたことを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の光学補償シート。
- 前記の透明支持体が、膜厚30〜80μmであることを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の光学補償シート。
- 上記の透明支持体が、セルロースアセテートフィルムであることを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載の光学補償シート。
- 透明保護膜、偏光膜、透明支持体上に配向膜及び液晶性化合物から成る光学異方性層を設けた光学補償シートがこの順に積層されている偏光板において、該光学補償シートが請求項2乃至8のいずれかに記載の光学補償シートであることを特徴とする偏光板。
- 偏光膜及びその両側に配置された二枚の透明保護膜からなる偏光板を、液晶セルの両側に配置したことから成る液晶表示装置において、液晶セルと偏光板との間に配置される二枚の透明保護膜の少なくとも一方が、請求項2乃至8のいずれかに記載の光学補償シートであることを特徴とする液晶表示装置。
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