JP4460474B2 - 位相差板および光学素子 - Google Patents
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Description
前述の屈折率nx、ny、nzがいずれも異なる場合、光学的に二軸であるという。 光学的に二軸性のフィルム(二軸性フィルム)を作製する場合、ポリマーから得られるフィルムを二軸延伸によって得る方法が一般的である(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、光学異方性層の最も大きい屈折率方向が位相差板の透明支持体面の法線方向にほぼ平行な位相差板を、ポリマーから得られるフィルムを延伸する方法で製造することは容易ではなかった。
最近では、二軸性の液晶相を示す化合物(ニ軸性液晶性化合物)を用いて二軸性のフィルムを得る方法が提案されている。液晶性化合物を用いた二軸性フィルムは、これまで多く用いられてきた二軸性延伸フィルムと比較して、その膜厚を非常に薄くできるメリットを持つため、二軸性フィルムに液晶性化合物を採用することは、デバイスの薄層化や軽量化等に有用な手段である。
(1)透明支持体の上に、少なくとも一層の光学異方性層を有する位相差板であって、
前記透明支持体と少なくとも一層の光学異方性層との間に配向膜を有し、
前記光学異方性層の少なくとも一層が、二軸性を示し、かつ、液晶相を発現する化合物を含み、
さらに前記光学異方性層の屈折率が最も大きい方向と前記透明支持体面とのなす角が、透明支持体側界面と空気界面とのいずれにおいても75〜105°であり、
前記光学異方性層は、正の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物と、負の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物とを含有し、前記正の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物および/または前記負の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物が配向膜側界面制御剤を含有することを特徴とする位相差板。
(2)前記二軸性を示す液晶相を発現する化合物が、重合性化合物および/または高分子化合物である、(1)に記載の位相差板。
(3)前記光学異方性層の屈折率が最も小さい方向と透明支持体面の法線方向とのなす角が、透明支持体側界面および空気側界面のいずれにおいても75〜105°であり、かつ、前記光学異方性層の屈折率が最も大きい方向と透明支持体とのなす角が、透明支持体側界面と空気界面とのいずれにおいても75〜105°である、(1)または(2)に記載の位相差板。
(4)前記液晶性組成物が空気界面側配向制御剤を有する、(1)〜(3)のいずれかに記載の位相差板。
(5)前記配向膜側界面制御剤が、オニウム塩である、(1)〜(4)のいずれかに記載の位相差板。
(6)前記配向膜が、疎水性基および/または排除体積基を有するポリマーを含む、(1)〜(5)のいずれかに記載の位相差板。
(7)偏光膜と、(1)〜(6)のいずれかに記載の位相差板と、コレステリック液晶層からなる光学異方性層とを該順に積層してなる光学素子。
[液晶性化合物]
本発明の位相差板は、透明支持体上に、液晶性化合物から形成される光学異方性層を少なくとも一層有する。ここで、液晶性化合物は、一軸性液晶性化合物であっても、二軸性液晶性化合物であってもよいが、二軸性液晶性化合物であることが好ましい。本発明の光学異方性層は、液晶相を発現した状態で該液晶性化合物を固定化して形成する。そのため、二軸性液晶性化合物を用いると、本発明の光学異方性層を形成し易くなるので好ましい。一軸性液晶性化合物など単独では二軸性を示さない液晶性化合物を用いる場合には、2種類以上の化合物を混合させることなどにより、二軸性を示す液晶相(光学異方性層)を形成することができる。本発明で採用する液晶性組成物は、三方向の屈折率主軸をn1、n2、n3とするとn1>n2>n3の関係を満たす液晶性組成物である。
本発明で光学異方性層を形成するために用いられるニ軸性液晶性化合物とは、光学的に二軸性を示す液晶性化合物である。換言すれば、液晶相の3軸方向の屈折率主軸n1、n2、n3が異なり、例えばn1>n2>n3の関係を満たす液晶性化合物である。
また、上記以外で本発明で好ましく用いることのできる低分子液晶性化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、上記以外で本発明で好ましく用いることのできる高分子液晶性化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、正の複屈折性を有する液晶相とは、屈折率主軸がn1>n2≧n3であり、例えば、下記数式(I)を満たす液晶相を指す。また、負の複屈折性を有する液晶相とは、屈折率主軸がn1≧n2>n3であり、例えば、下記数式(II)を満たす液晶相を指す。
数式(II) 20<(n1−n3)/(n1−n2)≦∞
また、液晶性化合物以外に、後述する光学異方性層の形成にあたり加えることのできる添加剤(例えば、空気界面側配向制御剤、ハジキ防止剤、重合開始剤、重合性モノマーおよび溶媒等)を含んでいてもよい。また、本発明では、液晶性組成物Rおよび/または液晶性組成物Dが配向膜側界面制御剤を含有する。これらの添加剤は、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dとを混合して形成する際に、添加してもよい。
液晶性組成物Rとしては、例えば板状の形状(棒状の形状を含む)を有する液晶性化合物が発現する、ネマチック相、スメクチックA相およびスメクチックC相等を好ましい例として挙げることができる。このような液晶相は、n1>n2=n3の関係にあるため、正の複屈折性を有する一軸性の液晶相である。詳しくは液晶便覧(丸善(株)2000年発行)第2章などに記載されており、数式(I)を満たす液晶相としてはネマチック相がより好ましい。
X1AおよびX2Aは、それぞれ独立に、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子)、カルボキシル基、水酸基、シアノ基、ニトロ基、アルキル基、アルキルオキシ基、アシル基、アシルオキシ基およびアルキルオキシカルボニル基を表す。特に、ハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、シアノ基および炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルキルオキシ基がより好ましく、ハロゲン原子およびシアノ基がさらに好ましい。
n1およびn2は、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。n1およびn2は、それぞれ独立に、0〜2が好ましい。特に(n1+n2)が1〜4が好ましい。n1またはn2が、2以上であるときは、2以上のX1AおよびX2Aは、それぞれ、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
R1A、R2A、R3AおよびR4Aは、それぞれ独立に下記式(R−IA)を表す。
式(R−IA)
*−(L1A−二価の環状基)p−L2A−二価の鎖状基−Q1A
L1Aは単結合または二価の連結基である。L1Aが二価の連結基の場合、−O−、−S−、−C(=O)−、−NR7−、−CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、およびこれらの組み合わせからなる群より選ばれる二価の連結基であることが好ましい。上記R7は炭素原子数が1〜7のアルキル基または水素原子であり、炭素原子数1〜4のアルキル基または水素原子であることが好ましく、メチル基、エチル基または水素原子であることがさらに好ましく、水素原子であることが最も好ましい。
L2Aは単結合、および*−O−、*−O−CO−、*−CO−O−、*−O−CO−O
−、*−CO−、*−S−、*−NR7−、(ここで、*は一般式(R−IA)中の二価の環状基に連結する位置を表す)が好ましく、単結合、*−O−、*−O−CO−、*−CO−O−、*−O−CO−O−がより好ましい。
二価の環状基のうち、芳香族環としては、ベンゼン環およびナフタレン環を有するものが好ましい。脂肪族環としては、シクロヘキサン環を有するものが好ましい。複素環としては、ピリジン環、ピリミジン環、チオフェン環、1,3−ジオキサン環および1,3−ジチアン環を有するものが好ましい。
二価の環状基のうち、ベンゼン環を有する環状基としては、1,4−フェニレン基が好ましい。ナフタレン環を有する環状基としては、ナフタレン−1,5−ジイル基およびナフタレン−2,6−ジイル基が好ましい。シクロヘキサン環を有する環状基としては1,4−シクロへキシレン基であることが好ましい。ピリジン環を有する環状基としてはピリジン−2,5−ジイル基が好ましい。ピリミジン環を有する環状基としては、ピリミジン−2,5−ジイル基が好ましい。チオフェン環を有する環状基としては、チオフェン−2,5−ジイル基が好ましい。1,3−ジオキサン環を有する環状基としては、1,3−ジオキシレン−2,5−ジイル基が好ましい。1,3−ジチアン環を有する骨格としては、1,3−ジチアニレン−2,5−ジイル基が好ましい。
二価の環状基は、1,4−フェニレン基、1,4−シクロへキシレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキシレン−2,5−ジイル基が好ましく、さらに1,4−フェニレン基、1,4−シクロへキシレン基、1,3−ジオキシレン−2,5−ジイル基が好ましく、1,4−フェニレン基が特に好ましい。
さらに、重合性基は付加重合反応が可能な官能基であることが特に好ましい。そのような重合性基としては、重合性エチレン性不飽和基または開環重合性基が好ましい。
上記(M−1)〜(M−6)の中でも、(M−1)または(M−2)が好ましく、(M−1)がより好ましい。
以下に、一般式(R−I)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
液晶性組成物Dとしては、例えば円盤状の形状を有する液晶性化合物が発現する、ディスコティックネマチック相、カラムナー相、カラムナーラメラ相等を挙げることができる。本発明においては、数式(II)を満たす液晶相としてはディスコティックネマチック相がより好ましい。
一方、一軸性の液晶相であるのか、二軸性の液晶相であるのか判断が難しい液晶相も知られている。例えば、D.Demus,J.Goodby等著〔Handbook of Liquid Crystals Vol.2B:Low Molecular Weight Liquid Crystals II、pp933−943:WILEY−VCH社刊〕に記載の液晶相は判断の困難な液晶相と言える。数式(II)を満たす液晶相としては、このような一軸性と二軸性の判断が困難な液晶相も含まれる。
D(−L−Q)n
Y11、Y12および/またはY13がメチンの場合、該メチンの水素原子は置換基によって置換されていてもよい。置換基の例には、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基、2−ブテニル基、3−ペンテニル基などが挙げられる)、アルキニル基(例えば、プロパルギル基、3−ペンチニル基などが挙げられる)、アリール基(例えば、フェニル基、p−メチルフェニル基、ナフチル基などが挙げられる)、アミノ基(例えば、無置換アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、アニリノ基などが挙げられる)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基などが挙げられる)、アリールオキシ基(例えば、フェニルオキシ基、2−ナフチルオキシ基などが挙げられる)、アシル基(例えば、アセチル基、ベンゾイル基、ホルミル基、ピバロイル基などが挙げられる)、アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基などが挙げられる)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基などが挙げられる)、アシルオキシ基(例えば、アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基などが挙げられる)、アシルアミノ基(例えばアセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基などが挙げられる)、アルコキシカルボニルアミノ基(例えば、メトキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、アリールオキシカルボニルアミノ基(例えば、フェニルオキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、アルキルスルホニルアミノ基(例えば、メタンスルホニルアミノ基が挙げられる)、アリールスルホニルアミノ基(例えば、ベンゼンスルホニルアミノ基などが挙げられる)、スルファモイル基(例えば、スルファモイル基、N−メチルスルファモイル基、N,N−ジメチルスルファモイル基、N−フェニルスルファモイル基などが挙げられる)、カルバモイル基(例えば、無置換のカルバモイル基、N−メチルカルバモイル基、N,N−ジエチルカルバモイル基、N−フェニルカルバモイル基などが挙げられる)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基などが挙げられる)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基などが挙げられる)、アルキルスルホニル基(例えば、メシル基などが挙げられる)、アリールスルホニル基(例えば、トシル基などが挙げられる)、アルキルスルフィニル基(例えば、メタンスルフィニル基などが挙げられる)、アリールスルフィニル基(例えば、ベンゼンスルフィニル基などが挙げられる)、ウレイド基(例えば、無置換のウレイド基、3−メチルウレイド基、3−フェニルウレイド基などが挙げられる)、リン酸アミド基(例えば、ジエチルリン酸アミド基、フェニルリン酸アミド基などが挙げられる)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有するヘテロ環基であり、例えば、イミダゾリル基、ピリジル基、キノリル基、フリル基、ピペリジル基、モルホリノ基、ベンゾオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズチアゾリル基などが挙げられる)、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などが挙げられる)が含まれる。これらの置換基はさらにこれらの置換基によって置換されていてもよい。
二価の5員環環状基は、少なくとも1個のメチンを有していることが好ましく、2個以上のメチンを有していることがさらに好ましい。
二価の5員環環状基としては、例えば、チオフェン−2,5−ジイル基、フラン−2,5−ジイル基、オキサゾール−2,5−ジイル基、イミダゾール2,5−ジイル基、1,3,4−オキサジアゾ−ル−2,5−ジイル基、テトラヒドロフラン−2,4−ジイル基等を挙げることができる。
二価の5員環環状基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、Y11、Y12およびY13と同様の置換基を挙げることができる。
Q3は、重合性基またはメチル基である。一の分子中に2以上のQ3が含まれる場合、これらは同一であってもよいし、異なっていてもよい。Q3は重合性基であることが好ましい。重合反応は、付加重合(開環重合を含む)または縮合重合であることが好ましい。言い換えると、重合性基は、付加重合反応または縮合重合反応が可能な官能基であることが好ましい。より具体的には、Q3は、一般式(R−IA)におけるQ1Aと同義であり、好ましい範囲も同義である。
Q1は、一般式(III)のQ3と同義であり、好ましい範囲も同義である。
L21は単結合、および、*−O−CO−、*−CO−O−、*−CH=CH−、*−C≡C−(ここで、*は一般式(IV)中の*を表す)が好ましい。
L−2:−二価の鎖状基−O−二価の環状基−CO−O−
L−3:−二価の鎖状基−O−二価の環状基−O−CO−
L−4:−二価の鎖状基−O−二価の環状基−CO−NR7−
L−5:−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基―
L−6:−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基―CO−O−
L−7:−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基―O−CO−
L−8:−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−
L−9:−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−CO−O−
L−10:−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−O−CO−
L−11:−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−CO−NR7−
L−12:−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基―
L−13:−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基―CO−O−
L−14:−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基―O−CO−
L−15:−二価の鎖状基−CO−O−二価の環状基−
L−16:−二価の鎖状基−CO−O−二価の環状基−CO−O−
L−17:−二価の鎖状基−CO−O−二価の環状基−O−CO−
L−18:−二価の鎖状基−CO−O−二価の環状基−CO−NR7−
L−19:−二価の鎖状基−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基―
L−20:−二価の鎖状基−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基―CO−O−
L−21:−二価の鎖状基−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基―O−CO−
L−22:−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−
L−23:−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−CO−O−
L−24:−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−O−CO−
L−25:−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−CO−NR7−
L−26:−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基―
L−27:−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基―CO−O−
L−28:−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基―O−CO−
L−29:−二価の鎖状基−
L−30:−二価の鎖状基−O−
L−31:−二価の鎖状基−CO−O−
L−32:−二価の鎖状基−O−CO−
L−33:−二価の鎖状基−CO−NR7−
L−34:−二価の鎖状基−O−二価の鎖状基−
L−35:−二価の鎖状基−O−二価の鎖状基−O−
L−36:−二価の鎖状基−O−二価の鎖状基−CO−O−
L−37:−二価の鎖状基−O−二価の鎖状基−O−CO−
一般式(V)
R4はハロゲン原子(好ましくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルキルオキシ基、炭素原子数2〜8のアシル基、炭素原子数2〜8のアシルオキシ基、炭素原子数2〜8のアルコキシカルボニル基、ニトロ基またはシアノ基を表す。好ましくは、ハロゲン原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルキルオキシ基、炭素原子数2〜4のアシル基、炭素原子数2〜4のアシルオキシ基、炭素原子数2〜4のアルコキシカルボニル基またはシアノ基である。
lは0〜4の整数を表し、好ましくは0または1であり、最も好ましくは0である。lが2以上の場合、それぞれのR4で表される基はそれぞれ異なっていてもよい。
L6は**−O−、**−CO−O−、**−O−CO−、**−O−CO−O−、または**−CH2−を表し、**は一般式(V)中のベンゼン環に結合する位置を表す。
R5は水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基を表し、より好ましくは水素原子もしくはメチル基であり、さらに好ましくは水素原子である。
mは2〜16の整数を表し、好ましくは2〜12の整数である。
R6は水素原子またはメチル基を表し、好ましくは水素原子である。
一般式(I)
本発明においては、一般式(I)で表される化合物のなかでも、R1、R2およびR3がそれぞれ独立に上記一般式(V)で表されることが好ましい。
一般式(I)で表される化合物および該化合物を含む液晶性組成物が発現する液晶相としては、前述の数式(II)を満たす液晶相として挙げたものが挙げられる。なかでも、カラムナー相またはディスコティックネマチック相が好ましく、ディスコティックネマチック相がより好ましい。液晶相は、30〜300℃の範囲で発現するものが好ましく、50〜250℃の範囲で発現するものがより好ましい。
本発明で採用する液晶性組成物は、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dとを含有し、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dとが混合した状態で、如何なる混合比においても液晶相を発現することが好ましい。
本発明において、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dとが混合した状態で、如何なる混合比においても液晶相を発現するとは、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dとが、その混合比によらず互いに相分離せずに混じり合った状態になり、その状態で液晶相を発現することを意味する。したがって、例えば、R. Pratibaらの報告(Molecular Crystals and Liquid Crystals , 1985年, 1巻, 111頁)のように、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dが相分離した状態で液晶相を発現する場合は、本発明から除外される。
二軸性液晶性化合物の液晶相は、一軸性の液晶相よりも低い温度で発現する場合が多い。例えば、一軸性のネマチック相(棒状ネマチック相やディスコティックネマチック相)を降温することで二軸性ネマチック相に転移する場合が多い。多くの場合、特定の混合比(液晶性組成物R/液晶性組成物D)を境に、液晶性組成物Rの含率が少し多くなると、降温時に棒状ネマチック相から二軸性ネマチック相への転移が起こる。また液晶性組成物Dの含率が少し多くなるとディスコティックネマチック相から二軸性ネマチック相への転移が起こる。
例えば、棒状ネマチック相((n1−n3)/(n1−n2)=1.0)から降温していくと、(n1−n3)/(n1−n2)値は、突然変化するのではなく、温度に応じて徐々に上昇していく傾向にある。したがって、UV照射による重合等の配向固定する温度を選択することで、(n1−n3)/(n1−n2)値を制御できる。棒状ネマチック相から二軸性ネマチック相へ転移させた場合の、(n1−n3)/(n1−n2)値の制御範囲幅は、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dの分子構造等により変化するため、一概には定義できないが、1.0により近い範囲が制御しやすい。具体的には1.0<(n1−n3)/(n1−n2)<10が制御しやすい。
また、ディスコティックネマチック相から二軸性ネマチック相へ転移させた場合も棒状ネマチック相から転移させた場合と同様に(n1−n3)/(n1−n2)値の制御が可能となるが、この場合は、ディスコティックネマチック相の(n1−n3)/(n1−n2)値は∞(n1=n2)であるため、その制御範囲幅は、∞により近い範囲が制御しやすい。具体的には1.2<(n1−n3)/(n1−n2)<∞が制御しやすい。
数式(VI) 1.2≦(n1−n3)/(n1−n2)≦10
本発明の位相差板は、透明支持体の上に二軸性液晶性化合物を含む液晶組成物、または、液晶性組成物Rと液晶性組成物Dを含む液晶性組成物から形成される光学異方性層を有する。ここで、透明支持体の「上」とは、透明支持体の表面上のほか、透明支持体の表面に何らかの層(膜)を設けた表面に設けることも含む趣旨である。例えば、透明支持体と光学異方性層の間に配向膜を設けるのが好ましい。光学異方性層は、本発明の液晶組成物に必要に応じて他の添加剤を加え、該組成物を配向膜上に塗布した後、液晶状態の配向を固定化して得られる。
本発明の位相差板における光学的異方性層の厚さは、0.1〜20μmであることが好ましく、0.2〜15μmであることがさらに好ましく、0.3〜10μmであることが最も好ましい。
本発明においては二軸性液晶からなる光学異方性層の屈折率は、フィルム法線方向が最大の屈折率になる。
本発明の光学異方性層のうち少なくとも1層は、液晶性化合物を含み、組成物として二軸性の液晶相を発現する液晶性組成物から形成する。
この液晶性組成物の液晶温度範囲は、位相差板の製造適性等の面から10〜200℃の範囲内に存在することが好ましく、10〜150℃の範囲内に存在することがより好ましい。10℃以上とすることにより、液晶相を呈する温度範囲にまで温度を下げるために冷却する必要がなくなり好ましい。また、200℃以下とすることにより、液晶相を呈する温度範囲よりもさらに高温の等方性液体状態にするために高温を要することがなく、基板の変形や変質等をより効果的に抑止することができる。
[光学異方性層]
本発明では、上記液晶性組成物を用いることにより、光学異方性層の光学異方性を、互いに直交する三方向の屈折率主値が異なる光学的二軸性となるように調節する。光学異方性層は好ましくは、二軸性液晶性化合物からなる液晶性組成物によって形成されるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において他の成分を含んでいてもよい。例えば、液晶性組成物は、層形成のために必要な成分(重合開始剤等)を含んでいてもよい。
本発明では、液晶性化合物を下記配向膜などを用いて配向させて、光学的二軸性を示す光学異方性層を形成する。
二軸性液晶性化合物を用いる場合には、二軸性液晶性化合物が、一軸性液晶性化合物とは異なり、互いに直交する三方向の屈折率主値(n1>n2>n3)が異なるため、三方向の配向方向を制御する必要がある。
本発明の位相差板では、光学異方性層の最も屈折率の大きい方向(屈折率主軸のn1方向)と、透明支持体面の法線方向(膜厚方向に相当でz軸とする)とがほぼ平行である。
このため、液晶性組成物が発現する液晶相の最も屈折率の大きい方向(屈折率主軸のn1方向)と、透明支持体面の法線方向(膜厚方向に相当でz軸)とがほぼ平行になるように配向させる。なお、最も屈折率の小さい方向(屈折率主軸のn3方向)は、配向膜のラビング方向と平行でも直交でもよく、配向方向は配向膜の選択ならびにラビング方向の選択によって任意に調整可能である。
本発明において、光学異方性層の最も屈折率の大きい方向(屈折率主軸のn1方向)と、透明支持体面の法線方向(膜厚方向に相当でz軸)がほぼ平行とは、透明支持体側界面、空気側界面のいずれにおいても最も屈折率の大きい方向と透明支持体の面(位相差板のフィルム面)がほぼ直交であること、すなわち両者のなす角が75〜105°であることを意味し、さらにこの角度は80〜100°であることが好ましい。すなわち、二軸性液晶性化合物を用いた場合には、該化合物のnx屈折率方向と透明支持体側との界面およびnx屈折率方向と空気界面の2種のプレチルト角が両方とも、90〜75°であることを意味し、さらにこの2種のプレチルト角がいずれも90〜80°であることが好ましい。
同様に、光学異方性層の最も屈折率の小さい方向(屈折率主軸のn3方向)と、透明支持体面の法線方向(膜厚方向に相当でz軸)とがほぼ直交とは、支持体側界面、空気界面のいずれにおいても両者のなす角が75〜105°であることを意味し、さらにこの角度は80〜100°であることが好ましい。すなわち、二軸性液晶性化合物を用いた場合には、該化合物の屈折率主軸のn1方向と支持体側界面および屈折率主軸のn1方向と空気界面の2種のプレチルト角が両方とも、0〜15°であることを意味し、さらにこの2種のプレチルト角がいずれも0〜10°であることが好ましい。
上記液晶性化合物の配向(なす角度)は、配向膜やそのラビング方向、さらには配向制御剤により調整できる。
ここで、本発明でいう固定化したという状態は、その配向が保持された状態が最も典型的、且つ好ましい態様ではあるが、それだけには限定されず、具体的には、0℃〜50℃が好ましく、より過酷な条件下では−30℃〜70℃の温度範囲において、光学異方性層に流動性が無く、また外場や外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定化された配向形態を安定に保ち続けることができる状態を指すものがより好ましい。
光学異方性層の表面の表面エネルギーは、空気界面の配向制御剤やハジキ防止剤により低下させることができ、液晶相の状態に応じて配向制御剤を適宜使用し、表面エネルギーを調整することができる。
本発明で採用する液晶性組成物には、空気界面のプレチルト角を制御するために、添加剤を用いることが好ましい。本発明では、このような添加剤としては、炭素原子数が6〜40の置換若しくは無置換の脂肪族基または炭素原子数が6〜40の置換若しくは無置換脂肪族置換オリゴシロキサノキシ基を、分子内に1本以上有する化合物が好ましく、分子内に2本以上有する化合物がさらに好ましい。例えば、空気界面側配向制御剤としては、特開2002−20363号公報に記載の疎水性で排除体積効果を有する化合物を用いることができる。また、フルオロ脂肪族基と、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SO3H)、スルファト基(−OSO3H)、ホスホノキシ基{−OP(=O)(OH)2}およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種以上の親水性基とを含む化合物を用いることもできる。
本発明に用いられるフルオロ脂肪族基と一種以上の親水性基とを有する化合物は、フルオロ脂肪族基と一種以上の親水性基を有するフッ素系ポリマーまたは下記一般式(2)で表される含フッ素化合物であるのが好ましい。まず、本発明の組成物に使用可能なフッ素系ポリマーについて説明する。
本発明では、フルオロ脂肪族基と、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SO3H)、ホスホノキシ基{−OP(=O)(OH)2}およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種以上の親水性基とを有するフッ素系ポリマーを用いることができる。ポリマーの種類としては、「改訂 高分子合成の化学」(大津隆行著、発行:株式会社化学同人、1968)1〜4ページに記載があり、例えば、ポリオレフィン類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリウレタン類、ポリカーボネート類、ポリスルホン類、ポリカーボナート類、ポリエーテル類、ポリアセタール類、ポリケトン類、ポリフェニレンオキシド類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリアリレート類、PTFE類、ポリビニリデンフロライド類、セルロース誘導体などが挙げられる。前記フッ素系ポリマーは、ポリオレフィン類であることが好ましい。
以下に、フッ素系ポリマーとして本発明に好ましく用いられるフルオロ脂肪族基含有共重合体の具体例を示すが、本発明はこれらの具体例によってなんら限定されるものではない。ここで式中の数値(a、b、c、d等の数値)は、それぞれ各モノマーの組成比を示す質量百分率であり、MwはGPCにより測定されたPS換算の質量平均分子量である。
L0は(m2+n2)価の連結基を表し、Wはカルボキシル基(−COOH)もしくはその塩、スルホ基(−SO3H)もしくはその塩、スルファト基(−OSO3H)もしくはその塩、またはホスホノキシ基{−OP(=O)(OH)2}もしくはその塩を表し、n2は1以上の整数を表す。
本発明に使用可能な前記一般式(2)で表される含フッ素化合物その他の含むフッ素化合物の具体例を以下に示すが、本発明に用いられる含フッ素化合物はこれらに限定されるものではない。
本発明では、光学異方性層の最も大きな屈折率を与える方向は透明支持体面の法線方向とほぼ平行な方向である。このような方向に二軸性液晶の配向方向を規制するためには配向膜界面側制御剤を用いることが有効であり、本発明ではオニウム塩を添加することが特に有効である。以下、本発明に用いられるオニウム塩について説明する。
(オニウム塩:配向膜界面側垂直配向剤)
オニウム塩の例には、アンモニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩等のオニウム塩が含まれる。より好ましくは、4級オニウム塩であり、さらに好ましくは第4級アンモニウム塩である。
R9およびR10でそれぞれ表される置換もしくは無置換の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アリール基または複素環基は、前記一般式(3a)中、R8で表される基と同義であり、その好ましい範囲も同一である。
X−で表されるアニオンは、前記一般式(3a)中、X−で表されるアニオンと同義であり、その好ましい範囲も同儀である。前記した様に、X−は1価のアニオンである必要はなく、2価以上のアニオンであってもよく、かかる場合は、前記化合物中のカチオンとアニオンとの比率も1:2である必要はなく、適宜決定される。
以下に、一般式(3a)または(3b)で表される化合物および4級アンモニウム塩化合物を例示するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
液晶性化合物とともに使用して、本発明で採用する液晶組成物の塗布時のハジキを防止するための材料としては、一般にポリマーを好適に用いることができる。
使用するポリマーとしては、液晶性化合物の傾斜角変化や配向を著しく阻害しない限り、特に制限はない。
ポリマーの例としては、特開平8−95030号公報に記載があり、特に好ましい具体的ポリマー例としてはセルロースエステル類を挙げることができる。セルロースエステルの例としては、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、ヒドロキシプロピルセルロースおよびセルロースアセテートブチレートを挙げることができる。
液晶性化合物の配向を阻害しないように、ハジキ防止目的で使用されるポリマーの添加量は、液晶性化合物に対して0.1〜10質量%の範囲にあることが好ましく、0.1〜8質量%の範囲にあることがより好ましく、0.1〜5質量%の範囲にあることがさらに好ましい。
本発明では、液晶性化合物はモノドメイン配向、つまり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好ましく、そのため重合性の液晶性化合物を用いている場合には重合反応により液晶性化合物を固定することが好ましい。
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電子線照射による重合反応が含まれるが、熱により支持体等が変形、変質するのを防ぐためにも、光重合反応と電子線照射による重合反応が好ましい。
光重合開始剤の使用量は、液晶組成物の固形分の0.01〜20質量%であることが好ましく、0.5〜5質量%であることがさらに好ましい。
液晶性化合物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、10mJ〜50J/cm2であることが好ましく、50mJ〜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。また、雰囲気の酸素濃度は重合度に関与するため、空気中で所望の重合度に達しない場合には、窒素置換等の方法により酸素濃度を低下させることが好ましい。好ましい酸素濃度としては、10%以下が好ましく、7%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましい。
本発明の液晶性組成物には、重合性のモノマーを添加してもよく、使用できる重合性モノマーとしては、液晶性化合物と相溶性を有し、液晶性化合物の傾斜角変化や配向阻害を著しく引き起こさない限り、特に限定はない。これらの中では重合活性なエチレン性不飽和基、例えばビニル基、ビニルオキシ基、アクリロイル基およびメタクリロイル基などを有する化合物が好ましく用いられる。上記重合性モノマーの添加量は、液晶性化合物に対して0.5〜50質量%の範囲にあることが好ましく、1〜30質量%の範囲にあることがより好ましい。また反応性官能基数が2以上のモノマーを用いると、配向膜と光学異方性層間の密着性を高める効果が期待できるため、特に好ましい。
液晶性組成物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(例えば、N,N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例えば、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例えば、ピリジン)、炭化水素(例えば、トルエン、ヘキサン)、アルキルハライド(例えば、クロロホルム、ジクロロメタン)、エステル(例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例えば、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)、エーテル(例えば、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン)が含まれる。アルキルハライド、エステル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。
光学異方性層は、上記溶媒を用いて液晶性組成物の塗布液を調製し配向膜上に塗布し、二軸性液晶性化合物を配向処理することで形成することができる。塗布液の塗布は、公知の方法(例えば、ワイヤーバーコーティング法、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。
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、またはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例えば、ω−トリコサン酸、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。
配向膜上に設けられる光学異方性層の液晶性化合物に所望の配向を付与できるのであれば、配向膜としてはどのような層でもよいが、本発明においては、ラビング処理もしくは、光照射により形成される配向膜が好ましい。ポリマーのラビング処理により形成する配向膜が特に好ましい。ラビング処理は、一般にはポリマー層の表面を、紙や布で一定方向に数回擦ることにより実施することができるが、特に本発明では液晶便覧(丸善(株))に記載されている方法により行うことが好ましい。
配向膜の厚さは、0.01〜10μmであることが好ましく、0.05〜3μmであることがさらに好ましい。
疎水性基を用いることで、配向膜の表面張力が下がり、光学異方性層で本発明の配向状態を実現しやすくなることが考えられる。配向膜の表面張力を下げていくと、通常の棒状液晶が配向膜界面で立ちやすくなる報告例がある(例えば、「液晶便覧」、液晶便覧編集委員会編、丸善(株)、2000年、p.231)。これは、例えば疎水性基としてアルキル基を用いる場合、棒状液晶のアルキル基と配向膜のアルキル基との相互作用が多くなる方向、即ち、分子が立つ方向が有利となるためと推定される。
脂肪族環基、芳香族基および複素環基は、置換基を有していてもよい。置換基の例には、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、tert−ブチル基)、置換アルキル基(例えば、クロロメチル基、ヒドロキシメチル基、塩化トリメチルアンモニオ基)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基)、ハロゲン原子(F、Cl、Br)、カルボキシル基、アシル基(例えば、ホルミル基)、アミノ基、スルホ基、アリール基(例えば、フェニル基)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基)およびオキソが含まれる。
ポリマーに水溶性を付与する置換基としては、例えば、有機もしくは無機の塩基と反応して塩を形成する置換基(例えば、カルボキシル基、スルホ基が挙げられる)やその置換基が形成した塩、有機または無機の酸と反応して塩を形成する置換基(例えば、一級アミノ基、二級アミノ基、三級アミノ基が挙げられる)やその置換基が形成した塩、水と水素結合を形成する置換基(例えば、ヒドロキシ基、メルカプト基、エーテル基が挙げられる)、塩を形成している置換基(四級アミノ基が挙げられる)が好ましく用いられる。特に有機もしくは無機の塩基と反応して塩を形成する置換基(例えば、カルボキシル基、スルホ基が挙げられる)やその置換基が形成した塩が好ましい。
配向膜のラビング密度と配向膜界面での液晶性化合物のプレチルト角との間には、ラビング密度を高くするとプレチルト角は小さくなり、ラビング密度を低くするとプレチルト角は大きくなる関係があるので、配向膜のラビング密度を変えることで、プレチルト角の調整をすることができる。
配向膜のラビング密度を変える方法としては、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会編(丸善(株)、2000年)に記載されている方法を用いることができる。ラビング密度(L)は式(A)で定量化されている。
本発明で採用する透明支持体としては、主に光学的等方性で、光透過率が80%以上であれば、特に材料の制限はないが、ポリマーフィルムが好ましい。
ポリマーの具体例として、セルロースエステル類(例えば、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート)、ノルボルネン系ポリマー、ポリ(メタ)アクリレートエステル類のフィルムなどを挙げることができ、多くの市販のポリマーを好適に用いることが可能である。このうち、光学性能の観点からセルロースエステル類が好ましく、セルロースの低級脂肪酸エステルがさらに好ましい。低級脂肪酸とは、炭素原子数が6以下脂肪酸で、炭素原子数は、2(セルロースアセテート)、3(セルロースプロピオネート)または4(セルロースブチレート)であることが好ましい。セルローストリ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。また、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第00/26705号パンフレットに記載の分子を修飾することで該発現性を低下させたものを用いることもできる。
セルロースエステルの粘度平均重合度(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。また、本発明に使用するセルロースエステルは、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、1.0〜1.7であることが好ましく、1.3〜1.65であることがより好ましく、1.4〜1.6であることがさらに好ましい。
セルロースエステルでは、セルロースの2位、3位、6位の水酸基が全体の置換度の1/3づつに均等に分配されるわけではなく、6位水酸基の置換度が小さくなる傾向がある。セルロースの6位水酸基の置換度が、2位、3位に比べて多いほうが好ましい。全体の置換度に対して6位の水酸基が30%〜40%でアシル基で置換されていることが好ましく、さらには31%以上が好ましく、32%以上であることがより好ましい。6位の置換度は、0.88以上であることが好ましい。6位水酸基は、アセチル基以外に炭素数3以上のアシル基(例えば、プロピオニル基、ブチリル基、バレロイル基、ベンゾイル基、アクリロイル基)で置換されていてもよい。各位置の置換度の測定は、NMRによって求めることができる。6位水酸基の置換度が高いセルロースエステルは、特開平11−5851号公報の段落番号0043〜0044に記載の合成例1、段落番号0048〜0049に記載の合成例2、段落番号0051〜0052に記載の合成例3の方法を参照して合成することができる。
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。
芳香族性ヘテロ環は一般に、不飽和ヘテロ環である。芳香族性ヘテロ環は、5員環、6員環または7員環であることが好ましく、5員環または6員環であることがさらに好ましい。芳香族性ヘテロ環は一般に、最多の二重結合を有する。ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましく、窒素原子がより好ましい。芳香族性ヘテロ環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、フラザン環、トリアゾール環、ピラン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環および1,3,5−トリアジン環が含まれる。
芳香族環としては、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環および1,3,5−トリアジン環が好ましく、ベンゼン環および1,3,5−トリアジン環がより好ましい。芳香族化合物は、少なくとも一つの1,3,5−トリアジン環を有することがさらに好ましい。
二つの芳香族環の結合関係は、(a)縮合環を形成する場合、(b)単結合で直結する場合および(c)連結基を介して結合する場合に分類できる(芳香族環のため、スピロ結合は形成できない)。結合関係は、(a)〜(c)のいずれでもよい。このようなレターデーション上昇剤については国際公開第01/88574A1号パンフレット、国際公開第00/2619A1号パンフレット、特開2000−111914号公報、同2000−275434号公報各公報、特開2002−363343号公報等に記載されている。
ドープは、ドラムまたはバンド上に流延し、溶媒を蒸発させてフィルムを形成する。流延前のドープは、固形分量が18〜35%となるように濃度を調整することが好ましい。ドラムまたはバンドの表面は、鏡面状態に仕上げておくことが好ましい。ソルベントキャスト法における流延および乾燥方法については、米国特許第2336310号、同2367603号、同2492078号、同2492977号、同2492978号、同2607704号、同2739069号、同2739070号、英国特許第640731号、同736892号の各明細書、特公昭45−4554号、同49−5614号、特開昭60−176834号、同60−203430号、同62−115035号の各公報に記載がある。
ドープは、表面温度が10℃以下のドラムまたはバンド上に流延することが好ましい。流延してから2秒以上風に当てて乾燥することが好ましい。得られたフィルムをドラムまたはバンドから剥ぎ取り、さらに100℃から160℃まで逐次温度を変えた高温風で乾燥して残留溶剤を蒸発させることもできる。以上の方法は、特公平5−17844号公報に記載がある。この方法によると、流延から剥ぎ取りまでの時間を短縮することが可能である。この方法を実施するためには、流延時のドラムまたはバンドの表面温度においてドープがゲル化することが必要である。
複数のセルロースアセテート溶液を流延する場合、透明支持体の進行方向に間隔をおいて設けた複数の流延口からセルロースアセテートを含む溶液をそれぞれ流延させて、それらを積層させながらフィルムを作製してもよい。例えば、特開昭61−158414号、特開平1−122419号、および特開平11−198285号の各公報に記載の方法を用いることができる。また、2つの流延口からセルロースアセテート溶液を流延することによりフィルム化してもよい。例えば、特公昭60−27562号、特開昭61−94724号、特開昭61−947245号、特開昭61−104813号、特開昭61−158413号、および特開平6−134933号の各公報に記載の方法を用いることができる。また、特開昭56−162617号公報に記載の、高粘度セルロースアセテート溶液の流れを低粘度のセルロースアセテート溶液で包み込み、高粘度および低粘度のセルロースアセテート溶液を同時に押出すセルロースアセテートフィルムの流延方法を用いてもよい。
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7−11056号公報に記載がある。
フィルムの平面性を保持する観点から、これら処理においてセルロースアセテートフィルムの温度をTg(ガラス転移温度)以下、具体的には150℃以下とすることが好ましい。
以下、アルカリ鹸化処理を例に、具体的に説明する。
アルカリ鹸化処理は、フィルム表面をアルカリ溶液に浸漬した後、酸性溶液で中和し、水洗して乾燥するサイクルで行われることが好ましい。アルカリ溶液としては、水酸化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液が挙げられる。水酸化イオンの規定濃度は、0.1〜3.0Nの範囲にあることが好ましく、0.5〜2.0Nの範囲にあることがより好ましい。アルカリ溶液温度は、室温(例えば、25℃)〜90℃の範囲にあることが好ましく、40〜70℃の範囲にあることがより好ましい。
表面エネルギーは、前述した光学異方性層の表面エネルギーの算出方法と同様な方法により求めることができる。
本発明の位相差板は、偏光膜と組み合わせて光学素子の用途に供することができる。さらに、透過型、反射型および半透過型液晶表示装置に、偏光膜と組み合わせて適用することにより、視野角の拡大に寄与する。
以下に、本発明の位相差板を利用した光学素子および液晶表示装置について説明する。
本発明の位相差板と偏光膜とを積層することによって光学素子を作製することができる。本発明の位相差板を利用することにより、液晶表示装置の視野角を拡大しうる光学素子を提供することができる。
前記偏光膜には、ヨウ素系偏光膜、二色性染料を用いる染料系偏光膜やポリエン系偏光膜がある。ヨウ素系偏光膜および染料系偏光膜は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造する。偏光膜の偏光軸は、フィルムの延伸方向に垂直な方向に相当する。
本発明の位相差板の利用により、液晶セル内で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(例えばIPS、STN)において視野角が拡大された液晶表示装置を提供することができる。IPS(In−Plane Switching)モードの液晶セル用光学補償シートは、特開平10−54982号公報に記載がある。さらに、STN(Super Twisted Nematic)モードの液晶セル用光学補償シートは、特開平9−26572号公報に記載がある。
液晶表示装置は、液晶セル、偏光素子および位相差板(光学補償シート)からなる。偏光素子は、一般に偏光膜と保護膜からなる。偏光膜と保護膜については、上記光学素子で説明したものを用いることができる。
コレステリック液晶層に位相差膜を適用して輝度向上フィルムとして使用できることが特開2003−279379号公報等に記載されている。USP5731886号明細書には、ホメオトロピック配向した液晶層を、コレステリック液晶層と1/4波長板の間に配置した輝度向上フィルムを用いることで、視角特性の改善された反射偏光板が得られることが記載されている。
本発明の発明者が鋭意検討した結果、本発明に開示の2軸液晶性組成物を用いた位相差板を、前述のUSP5731886号明細書に記載されているホメオトロピック配向した液晶層と1/4波長板の変わりに、コレステリック液晶層と積層することによって著しく視角特性の改善された輝度向上フィルムを提供できることが明らかになった。
コレステリック液晶層は、少なくとも1層の可視光領域に選択反射波長を有する円偏光分離層である。コレステリック液晶層は、左回りまたは右回りのいずれか一方の円偏光を反射してほかの光は透過する特性を示すものなどが挙げられ、液晶ポリマーの配向物、あるいは液晶モノマーの配向物の重合層によって形成することが出来る。またコレステリック液晶層はこれらの複合層により形成することが出来る。具体的なコレステリック液晶層に関しては、例えば、特開2003−279737号公報の段落番号0020〜0024、および特開2004−219540号公報の段落番号0016〜0052に記載されている。
本発明の位相差板を輝度向上フィルムとして用いる場合には正面では1/4波長板として機能することが好ましい。
1−1 配向膜の形成
下記のアクリル酸コポリマー(PA310)およびトリエチルアミンを、トリエチルアミンがアクリル酸コポリマーに対して20重量%となるように、メタノールと水との混合溶媒(容積比=30/70)に溶解し、5重量%溶液を調製した。
上記のラビングした配向膜上に、下記の組成を有する光学異方性層塗布液を、#4のワイヤーバーを用いて塗布した。
二軸性液晶性化合物 m−3 100質量部
下記空気界面側配向制御剤 I−53 0.2質量部
下記配向膜側配向制御剤 Z−(1) 0.2重量部
下記の光重合開始剤 HJ−1 2.0質量部
Lucirin TPO−L(BASF社(製)) 2.0質量部
メチルエチルケトン 250質量部
得られた位相差板の光学異方性層における二軸性の判断と傾斜角の判断を、自由台座を備えた偏光顕微鏡で行うと、光学異方性層が二軸性を示すこと、そして屈折率が最も大きい方向が透明支持体面の法線とほぼ平行であり、屈折率が最も小さい方向が透明支持体面の法線方向とほぼ直交していて、かつ、ラビング方向と直交していることが確認できた。
得られた位相差板のレターデーションの角度依存性の測定を行ったところ、屈折率主軸n1>n2>n3は、n3方向はガラス基盤面と平行(ラビング方向に直交)でありn1方向はガラス基盤面に対して垂直であった。また、(n1−n3)/(n1−n2)を求めたところ、3.0であった。
2−1 配向膜の形成
下記変性ポリビニルアルコールとグルタルアルデヒド(変性ポリビニルアルコールの5質量%)とを、メタノール/水の混合溶媒(容積比=20/80)に溶解して、5質量%の溶液を調製した。
前記で作製したラビングした配向膜上に、下記の組成を有する光学異方性層塗布液を、スピンコーターを用いて塗布した。
・液晶性化合物 D−8 69.7質量部
・液晶性化合物 TO−3 30.3質量部
・空気界面側配向制御剤 P−16 0.2質量部
・上記配向膜側配向制御剤 Z−(1) 1.5重量部
・イルガキュア907(長瀬産業(株)) 1.0質量部
・クロロホルム 400質量部
得られた位相差板の光学異方性層における二軸性の判断と傾斜角の判断を、自由台座を備えた偏光顕微鏡で行うと、光学異方性層が二軸性を示すこと、そして屈折率が最も大きい方向が透明支持体面の法線とほぼ平行であり、屈折率が最も小さい方向が透明支持体面の法線方向とほぼ直交していて、かつ、ラビング方向と直交していることが確認できた。
得られた位相差板のレターデーションの角度依存性の測定を行ったところ、屈折率主軸n1>n2>n3は、n3方向はガラス基盤面と平行(ラビング方向に直交)でありn1方向はガラス基盤面に対して垂直であった。(n1−n3)/(n1−n2)を求めたところ、4.0であった。
また、本位相差板は、実施例1よりも好ましいものであった。
3−1 光学異方性層の形成
実施例1で作製したラビングした配向膜上に、下記の組成を有する光学異方性層塗布液を、スピンコーターを用いて塗布した。
・前記液晶性化合物 D−8 68.8質量部
・前記液晶性化合物 TO−3 31.2質量部
・空気界面側配向制御剤 P−16 0.2質量部
・配向膜側配向制御剤 Z−(1) 1.5重量部
・イルガキュア907(長瀬産業(株)) 1.0質量部
・クロロホルム 400質量部
得られた位相差板の光学異方性層における二軸性の判断と傾斜角の判断を、自由台座を備えた偏光顕微鏡で行うと、光学異方性層が二軸性を示すこと、そして屈折率が最も大きい方向が透明支持体面の法線とほぼ平行であり、屈折率が最も小さい方向が透明支持体面の法線方向とほぼ直交していて、かつ、ラビング方向と直交していることが確認できた。
得られた位相差板のレターデーションの角度依存性の測定を行ったところ、屈折率主軸n1>n2>n3は、n3方向はガラス基盤面と水平であり、n1方向はガラス基盤面に対して垂直であった。(n1−n3)/(n1−n2)を求めたところ、2.0であった。
また、本位相差板は、実施例1よりも好ましいものであった。
実施例3において、配向膜側配向制御剤Z−(1)および空気界面側配向制御剤P−16を添加せずに、実施例3と同様に光学異方性層を形成した。本比較例のものは、屈折率最大の方向が光学異方性層の面内にあり、法線と直交する方向である。
得られた位相差板のレターデーションの角度依存性を測定したところ、屈折率主軸n1>n2>n3は、n3方向はガラス基盤面と垂直であり、n1方向はガラス基盤面に対して水平(ラビング方向に平行)であった。(n1−n3)/(n1−n2)を求めたところ、2.0であった。
特開2003−27940号公報の実施例に記載の方法に準じてコレステリック液晶層からなる円偏光分離層を作成した。
実施例3に記載の方法で作成した位相差板を、前述の円偏光分離層の選択反射波長が短い側に積層した。このときの位相差板の正面レターデーションは120nmであった。得られた位相差板のレターデーションの角度依存性を測定したところ、屈折率主軸n1>n2>n3は、n3方向はガラス基盤面と垂直であり、n1方向はガラス基盤面に対して水平(ラビング方向に平行)であった。(n1−n3)/(n1−n2)を求めたところ、2.0であった。
得られた位相差板を特開2003−27940号公報の実施例に記載の方法に準じて、円偏光分離層の選択反射波長の短い側に粘着剤を用いて張り合わせ、さらに偏光フィルムを張り合わせ光学フィルムを作製した。上記で得られた光学フィルムを円偏光分離層が反射層を有する面光源の上に配置して照明装置を作成した。この照明装置の光出射側(偏光フィルム側)に液晶セルを設置した液晶表示装置を用いて、斜めから見たときの色相を評価した。斜めから見たときの色相は白く、正面とほとんど変化なかった。
実施例4において、位相差板に一軸延伸のポリカーボネートフィルム(厚み70μm、レターデーション120nm)を用いた。斜めから見たときの色相は青く、正面とは大きく異なっていた。
Claims (7)
- 透明支持体の上に、少なくとも一層の光学異方性層を有する位相差板であって、
前記透明支持体と少なくとも一層の光学異方性層との間に配向膜を有し、
前記光学異方性層の少なくとも一層が、二軸性を示し、かつ、液晶相を発現する化合物を含み、
さらに前記光学異方性層の屈折率が最も大きい方向と前記透明支持体面とのなす角が、透明支持体側界面と空気界面とのいずれにおいても75〜105°であり、
前記光学異方性層は、正の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物と、負の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物とを含有し、前記正の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物および/または前記負の複屈折性を有する液晶相を発現する液晶性組成物が配向膜側界面制御剤を含有することを特徴とする位相差板。 - 前記二軸性を示す液晶相を発現する化合物が、重合性化合物および/または高分子化合物である、請求項1に記載の位相差板。
- 前記光学異方性層の屈折率が最も小さい方向と透明支持体面の法線方向とのなす角が、透明支持体側界面および空気側界面のいずれにおいても75〜105°であり、かつ、前記光学異方性層の屈折率が最も大きい方向と透明支持体とのなす角が、透明支持体側界面と空気界面とのいずれにおいても75〜105°である、請求項1または2に記載の位相差板。
- 前記液晶性組成物が空気界面側配向制御剤を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の位相差板。
- 前記配向膜側界面制御剤が、オニウム塩である、請求項1〜4のいずれかに記載の位相差板。
- 前記配向膜が、疎水性基および/または排除体積基を有するポリマーを含む、請求項1〜5のいずれかに記載の位相差板。
- 偏光膜と、請求項1〜6のいずれかに記載の位相差板と、コレステリック液晶層からなる光学異方性層とを該順に積層してなる光学素子。
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