JP4881340B2 - 光学フィルム、偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
該光学フィルムは、例えば、ディスコティック化合物等の液晶性化合物を含む光学異方性層を、トリアセチルセルロース等の光透過性及び光学的等方性に優れた支持体に積層したものがある。
該複屈折性フィルムは、波長λ(nm)における面内レタデーション値Re(λ)が、Re(450)/Re(550)>1.08の関係を有するとされている。
また、該光学フィルムは、該光学異方性層の遅相軸と、該複屈折性の遅相軸とが略直交するように積層されている。
また、該特許文献2は、波長が長くなるにつれて位相差が大きくなる、所謂、逆波長分散性を示す樹脂フィルムを光学フィルムとして用いることを開示する。
数式(2) 0.95≦Re(450)/Re(550)≦1.05
即ち、本発明は、液晶表示装置のコントラスト、色味及び左右対称性のすべてを向上させる光学フィルム、該光学フィルムを用いた偏光板、及び該偏光板を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
特に、TN方式の液晶表示装置のコントラスト、色味及び左右対称性のすべてを向上できることを知見した。
数式(1) 0≦Re(450)/Re(550)≦0.5
数式(2) 0.95≦Re(450)/Re(550)≦1.05
<1> 少なくとも2層の光学異方性層を含む光学フィルムであって、
一方の光学異方性層が下記数式(1)を満たし、
他方の光学異方性層が下記数式(2)を満たし、
前記一方の光学異方性層の遅相軸と、前記他方の光学異方性層の遅相軸とが平行であることを特徴とする光学フィルムである。
数式(1) 0≦Re(450)/Re(550)≦0.5
数式(2) 0.95≦Re(450)/Re(550)≦1.05
各数式中、Re(λ)は波長λnmにおける光学異方性層の面内レタデーション値(単位:nm)を表す。
該<1>の少なくとも2層の光学異方性層を含む光学フィルムは、一方の光学異方性層が上記数式(1)を満たし、他方の光学異方性層が上記数式(2)を満たし、前記一方の光学異方性層の遅相軸と、前記他方の光学異方性層の遅相軸とが平行であることによって、液晶表示装置のコントラスト、色味及び左右対称性のすべてを向上させる。
<2> 第1光学異方性層及び第2光学異方性層の2層の積層体として、下記数式(3)を満たす前記<1>に記載の光学フィルムである。
数式(3) 0.75≦Re(450)/Re(550)<1.05
数式中、Re(λ)は波長λnmにおける前記積層体の面内レタデーション値(単位:nm)を表す。
<3> 更に、液晶性化合物を含む光学異方性層を備える前記<1>又は<2>に記載の光学フィルムである。
<4> 液晶性化合物がディスコティック液晶性化合物を含む前記<3>に記載の光学フィルムである。
<5> 数式(1)を満たす一方の光学異方性層がセルロールアセテートからなり、数式(2)を満たす他方の光学異方性層が、少なくとも環状オレフィン系ホモポリマーおよび環状オレフィン系コポリマーの何れか1つからなる前記<1>から<4>のいずれかに記載の光学フィルムである。
<6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の光学フィルムと、偏光子とを少なくとも有する偏光板である。
<7> 液晶セルと、前記<6>に記載の偏光板とを少なくとも有する液晶表示装置である。
<8> 液晶セルが、TN方式である前記<7>に記載の液晶表示装置である。
Re(λ)は、KOBRA 21ADH、又はWR(王子計測器(株)製)において、波長λnmの光を、フィルム状の測定対象物の法線方向に入射させて測定される。
測定波長λnmを変更する方法としては、波長選択フィルターをマニュアルで交換する方法、測定値をプログラム等で変換して測定する方法がある。
測定されるフィルム状の測定対象物が1軸、又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合、以下の方法により、Rth(λ)が算出される。
Rth(λ)は、前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH、又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合には、フィルム状の測定対象物の面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム状の測定対象物の法線方向に対して、法線方向から片側50°まで10°ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定されたレタデーション値と、平均屈折率の仮定値、及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH、又はWRが算出する。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレタデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルム状の測定対象物の場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレタデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH、又はWRが算出する。
なお、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム状の測定対象物の面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレタデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値、及び入力された膜厚値を基に、以下の式(A)、及び式(B)よりRthを算出することもできる。
また、式(A)におけるnxは、面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは、面内においてnxに直行する方向の屈折率を表し、nzは、nx及びnyに直交する方向の屈折率を表す。dは膜厚を表す。
Rth(λ)は、前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH、又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して−50°から+50°まで10°ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定されたレタデーション値と平均屈折率の仮定値、及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH、又はWRが算出する。
上記の測定において、平均屈折率の仮定値は、ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用できる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定できる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示すると、セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)。ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADH、又はWRは、nx、ny、nzを算出する。この算出されたnx、ny、nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)が更に算出される。
本発明の光学フィルムは、少なくとも2層の光学異方性層を含む。2層の光学異方性層の内、一方の光学異方性層は下記数式(1)を満たし、他方の光学異方性層は下記数式(2)を満たす。
ここで、2層の光学異方性層の内、一方の光学異方性層を第1光学異方性層とし、他方の光学異方性層を第2光学異方性層とする。
数式(2) 0.95≦Re(450)/Re(550)≦1.05
また、前記Re(450)/Re(550)が0.75未満であると色味が悪化することがあり、0.95以上であるとコントラスト視野角が悪化することがある。
なお、第1光学異方性層のRe(550)より、第2光学異方性層のRe(550)の方が大きいと、前記積層体は、容易に上記数式(3)を満たすことができる。
前記第1光学異方性層は、上記のとおり、下記数式(1)を満たす。
該第1光学異方性層のRe(550)は、0nm〜50nmが好ましく、2nm〜30nmがより好ましく、4nm〜20nmが更に好ましい。
前記セルロースエステルの中でも、セルロースの低級脂肪酸エステルが更に好ましい。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。
特に、炭素原子数が2(セルロースアセテート)、3(セルロースプロピオネート)又は4(セルロースブチレート)が好ましく、セルロースアセテートが最も好ましい。
なお、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等の混合脂肪酸エステルを用いてもよい。
該レターデーション上昇剤については、例えば、欧州特許出願公開第0911656号明細書、特開2000−111914号及び同2000−275434号の各公報に記載がある。
前記第2光学異方性層は、上記のとおり、下記数式(2)を満たす。
該第2光学異方性層のRe(550)は、30nm〜90nmが好ましく、40nm〜80nmがより好ましく、50nm〜70nmが更に好ましい。
前記環状オレフィン系コポリマーとは、ノルボルネン等の環状オレフィンからなるモノマーと共に、エチレン、プロピレン等の非環状ポリオレフィン系モノマー、メチルメタクリレート、メチルアクリレート等のアクリル系モノマー等のビニル基を有するモノマーを共重合して得られるポリマーである。
前記光学フィルムは、更に、液晶性化合物を含む光学異方性層(以下、液晶性光学異方性層と称する場合がある)を備えてもよい。
該液晶性光学異方性層は、液晶性化合物等を含む組成物から製造される。
該配向膜としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択される。なお、該配向膜にラビング処理を行う際、ラビング処理の方向を適宜設定することによって、液晶性光学異方性層中の液晶性化合物の配向方向を定めることができる。
該配向膜を形成する際、前記光学フィルムの第1光学異方性層、又は第2光学異方性層に、適宜、鹸化処理を行ってもよい。
該配向膜の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜設定されるが、10μm以下が好ましい。
前記棒状液晶性化合物としては、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、トラン類及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。
なお、該棒状液晶性化合物には、金属錯体も含まれる。また、該棒状液晶性化合物を繰り返し単位中に含む液晶ポリマーも、本発明の棒状液晶性化合物として用いることができる。言い換えると、棒状液晶性化合物は、(液晶)ポリマーと結合していてもよい。
該棒状液晶性化合物については、例えば、季刊化学総説第22巻液晶の化学(1994)日本化学会編の第4章、第7章及び第11章、及び液晶デバイスハンドブック日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載のものを採用できる。
該棒状液晶性化合物の複屈折率は、0.001〜0.7の範囲にあることが好ましい。
前記ディスコティック液晶性化合物には、C.Destradeらの研究報告(Mol.Cryst.71巻、111頁(1981年))に記載されているベンゼン誘導体、C.Destradeらの研究報告(Mol.Cryst.122巻、141頁(1985年)、Physics lett,A,78巻、82頁(1990))に記載されているトルキセン誘導体、B.Kohneらの研究報告(Angew.Chem.96巻、70頁(1984年))に記載されたシクロヘキサン誘導体及びJ.M.Lehnらの研究報告(J.C.S.,Chem.Commun.,1794頁(1985年))、J.Zhangらの研究報告(J.Am.Chem.Soc.116巻、2655頁(1994年))に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルが含まれる。
ディスコティック液晶性化合物から形成される光学異方性層は、最終的に光学異方性層に含まれる化合物がディスコティック液晶性化合物である必要はなく、例えば、低分子のディスコティック液晶性分子が熱や光で反応する基を有しており、結果的に熱、光で反応により重合又は架橋し、高分子量化し液晶性を失った化合物も含まれる。ディスコティック液晶性化合物の好ましい例は、特開平8−50206号公報に記載されている。また、ディスコティック液晶性化合物の重合については、特開平8−27284号公報に記載がある。
二価の連結基(L)は、アルキレン基、アリーレン基、−CO−、−NH−、−O−及びS−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた二価の連結基であることが更に好ましい。
二価の連結基(L)は、アルキレン基、アリーレン基、−CO−及びO−からなる群より選ばれる二価の基を少なくとも二つ組み合わせた二価の連結基であることが特に好ましい。
アルキレン基の炭素原子数は、1〜12であることが好ましく、アルケニレン基の炭素原子数は、2〜12であることが好ましく、アリーレン基の炭素原子数は、6〜10であることが好ましい。
L1:−AL−CO−O−AL−
L2:−AL−CO−O−AL−O−
L3:−AL−CO−O−AL−O−AL−
L4:−AL−CO−O−AL−O−CO−
L5:−CO−AR−O−AL−
L6:−CO−AR−O−AL−O−
L7:−CO−AR−O−AL−O−CO−
L8:−CO−NH−AL−
L9:−NH−AL−O−
L10:−NH−AL−O−CO−
L12:−O−AL−O−
L13:−O−AL−O−CO−
L14:−O−AL−O−CO−NH−AL−
L15:−O−AL−S−AL−
L16:−O−CO−AL−AR−O−AL−O−CO−
L17:−O−CO−AR−O−AL−CO−
L18:−O−CO−AR−O−AL−O−CO−
L19:−O−CO−AR−O−AL−O−AL−O−CO−
L20:−O−CO−AR−O−AL−O−AL−O−AL−O−CO−
L21:−S−AL−
L22:−S−AL−O−
L23:−S−AL−O−CO−
L24:−S−AL−S−AL−
L25:−S−AR−AL−
また、上記一般式(1)において、nは4〜12の整数である。具体的なnの値は、円盤状コア(D)の種類に応じて決定される。なお、複数のLとQの組み合わせは、異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
また、傾斜角の変化としては、連続的増加、連続的減少、間欠的増加、間欠的減少、連続的増加と連続的減少を含む変化、あるいは、増加及び減少を含む間欠的変化が可能である。間欠的変化は、厚さ方向の途中で傾斜角が変化しない領域を含んでいる。
傾斜角は、角度が変化しない領域を含んでいても、全体として増加又は減少していればよい。更に、傾斜角は連続的に変化することが好ましい。
また、表面側(空気側)のディスコティック液晶性化合物の長軸(円盤面)方向は、一般にディスコティック液晶性化合物あるいはディスコティック液晶性化合物と共に使用する添加剤の種類を選択することにより調整することができる。
ディスコティック液晶性化合物と共に使用する添加剤の例としては、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー及びポリマーなどを挙げることができる。長軸の配向方向の変化の程度も、上記と同様に、液晶性分子と添加剤との選択により調整できる。
上記化合物の添加量は、ディスコティック液晶性化合物に対して一般に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。なお、重合性の反応性官能基数が4以上のモノマーを混合して用いると、配向膜と光学異方性層間の密着性を高めることができる。
ポリマーの例としては、セルロースエステルが挙げられる。
セルロースエステルの好ましい例としては、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、及びセルロースアセテートブチレートが挙げられる。
上述した様に、セルロースエステル類、特にセルロースアセテートブチレートは添加量が多くなると、ドメインの形成を促進するので、ディスコティック液晶性化合物の配向を阻害しないように、上記ポリマーの添加量は、ディスコティック液晶性化合物に対して0.1〜2.0質量%の範囲にあることが好ましく、0.1〜1.5質量%の範囲にあることがより好ましく、0.1〜1.0質量%の範囲にあることが更に好ましい。
また、ディスコティック液晶性化合物のディスコティックネマティック液晶相−固相転移温度は、70〜300℃が好ましく、70〜170℃がより好ましい。
また、上記ポリマーとして、フッ素系ポリマー等を適宜、添加してもよい。
配向させた液晶性分子を、配向状態を維持して固定することができる。固定化は、重合反応により実施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が含まれる。それらの中でも光重合反応が好ましい。
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号の各公報記載)、アシロインエーテル(米国特許2448828号公報記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許2722512号公報記載)、多核キノン化合物(米国特許3046127号、同2951758号の各公報記載)、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号公報記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60−105667号、米国特許4239850号の各公報記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許4212970号公報記載)が含まれる。
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/cm2〜50J/cm2の範囲にあることが好ましく、20〜5,000mJ/cm2の範囲にあることがより好ましく、100〜800mJ/cm2の範囲にあることが更に好ましい。また、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。
前記光学フィルムには、前記第1光学異方性層、第2光学異方性層、及び液晶性光学異方性層以外に、本発明の機能を損なわない限りにおいて、他の光学異方性層、保護層等を積層してもよい。
本発明の偏光板は、少なくとも、前記光学フィルム、及び偏光子を備える。その他、適宜、保護膜(保護フィルム)を備えてもよい。
前記偏光板は、少なくとも第1光学異方性層及び第2光学異方性層を有し、液晶性光学異方性層を有さない光学フィルムを備えても良いし、第1光学異方性層及び第2光学異方性層に更に液晶性光学異方性層を積層した光学フィルム(積層光学フィルム)を備えてもよい。
前記偏光子は、偏光膜からなる。
前記偏光子は、Optiva社製のものに代表される塗布型偏光膜、もしくはバインダーと、ヨウ素又は二色性色素からなる偏光膜が好ましい。
偏光膜におけるヨウ素及び二色性色素は、バインダー中で配向することで偏向性能を発現する。ヨウ素及び二色性色素は、バインダー分子に沿って配向するか、もしくは二色性色素が液晶のような自己組織化により一方向に配向することが好ましい。
汎用の偏光膜は、ポリマー表面から4μm程度(両側合わせて8μm程度)にヨウ素もしくは二色性色素が分布しており、十分な偏光性能を得るためには、少なくとも10μmの厚みが必要である。浸透度は、ヨウ素もしくは二色性色素の溶液濃度、同浴槽の温度、同浸漬時間により制御することができる。
上記のように、バインダー厚みの下限は、10μmであることが好ましい。一方、厚みの上限については、特に限定はしないが、偏光板を液晶表示装置に使用した場合に発生する光漏れ現象の観点からは、薄ければ薄い程よい。現在、汎用の偏光板(約30μm)以下であることが好ましく、25μm以下が好ましく、20μm以下が更に好ましい。20μm以下であると、光漏れ現象は、17インチの液晶表示装置では、観察されなくなる。
また、架橋剤によりポリマーに架橋構造を導入してもよい。反応活性の高い化合物である架橋剤を用いてバインダー間に架橋剤に由来する結合基を導入して、バインダー間を架橋することにより形成することができる。
架橋は一般に、ポリマー又はポリマーと架橋剤の混合物を含む塗布液を、透明支持体上に塗布したのち、加熱を行なうことにより実施される。最終商品の段階で耐久性が確保できればよいため、架橋させる処理は、最終の偏光板を得るまでのいずれの段階で行なってもよい。
変性ポリビニルアルコールは、ポリビニルアルコールに対して、共重合変性、連鎖移動変性あるいはブロック重合変性により変性基を導入して得られる。
共重合変性では、変性基として、−COONa、−Si(OH)3、N(CH3)3・Cl、C9H19COO−、−SO3Na、−C12H25を導入することができる。
連鎖移動変性では、変性基として、−COONa、−SH、−SC12H25を導入することができる。
変性ポリビニルアルコールの重合度は、100〜3,000が好ましい。変性ポリビニルアルコールについては、特開平8−338913号、同9−152509号及び同9−316127号の各公報に記載がある。
鹸化度が85〜95%の未変性ポリビニルアルコール及びアルキルチオ変性ポリビニルアルコールが特に好ましい。
ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールは、2種以上を併用してもよい。
バインダーは、架橋反応が終了した後でも、反応しなかった架橋剤をある程度含んでいる。ただし、残存する架橋剤の量は、バインダー中に1.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることが更に好ましい。バインダー層中に1.0質量%を超える量で架橋剤が含まれていると、耐久性に問題が生じる場合がある。すなわち、架橋剤の残留量が多い偏光膜を液晶表示装置に組み込み、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、偏光度の低下が生じることがある。
架橋剤については、米国再発行特許23297号公報に記載がある。また、ホウ素化合物(例、ホウ酸、硼砂)も、架橋剤として用いることができる。
二色性色素の例には、C.I.ダイレクト・イエロー12、C.I.ダイレクト・オレンジ39、C.I.ダイレクト・オレンジ72、C.I.ダイレクト・レッド39、C.I.ダイレクト・レッド79、C.I.ダイレクト・レッド81、C.I.ダイレクト・レッド83、C.I.ダイレクト・レッド89、C.I.ダイレクト・バイオレット48、C.I.ダイレクト・ブルー67、C.I.ダイレクト・ブルー90、C.I.ダイレクト・グリーン59、C.I.アシッド・レッド37が含まれる。
二色性色素については、特開平1−161202号、同1−172906号、同1−172907号、同1−183602号、同1−248105号、同1−265205号、同7−261024号の各公報に記載がある。二色性色素は、遊離酸、あるいはアルカリ金属塩、アンモニウム塩又はアミン塩として用いられる。2種類以上の二色性色素を配合することにより、各種の色相を有する偏光膜を製造することができる。偏光軸を直交させた時に黒色を呈する化合物(色素)を用いた偏光膜、あるいは黒色を呈するように各種の二色性分子を配合した偏光膜又は偏光板が、単板透過率及び偏光率とも優れており好ましい。
偏光板の透過率は、波長550nmの光において、30〜50%の範囲にあることが好ましく、35〜50%の範囲にあることが更に好ましく、40〜50%の範囲にある(偏光板の単板透過率の最大値は50%である)ことが特に好ましい。
偏光度は、波長550nmの光において、90〜100%の範囲にあることが好ましく、95〜100%の範囲にあることが更に好ましく、99〜100%の範囲にあることが特に好ましい。
偏光膜は、歩留まりの観点から、バインダーを偏光膜の長手方向(MD方向)に対して、10〜80度傾斜して延伸するか(延伸法)、もしくはラビングした(ラビング法)後に、ヨウ素、二色性染料で染色することが好ましい。傾斜角度は、LCDを構成する液晶セルの両側に貼り合わされる2枚の偏光板の透過軸と液晶セルの縦又は横方向のなす角度にあわせるように延伸することが好ましい。
通常の傾斜角度は45度である。しかし、最近は、透過型、反射型及び半透過型LCDにおいて必ずしも45度でない装置が開発されており、延伸方向はLCDの設計にあわせて任意に調整できることが好ましい。
延伸工程は、斜め延伸を含め数回に分けて行ってもよい。数回に分けることによって、高倍率延伸でもより均一に延伸することができる。斜め延伸前に、横あるいは縦に若干の延伸(幅方向の収縮を防止する程度)を行ってもよい。
延伸は、二軸延伸におけるテンター延伸を左右異なる工程で行うことによって実施できる。上記二軸延伸は、通常のフィルム製膜において行われている延伸方法と同様である。
二軸延伸では、左右異なる速度によって延伸されるため、延伸前のバインダーフイルムの厚みが左右で異なるようにする必要がある。流延製膜では、ダイにテーパーを付けることにより、バインダー溶液の流量に左右の差をつけることができる。
以上のように、偏光膜のMD方向に対して10〜80度斜め延伸されたバインダーフイルムが製造される。
一般には、長さ及び太さが均一な繊維を平均的に植毛した布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。このとき、ロール自身の真円度、円筒度、振れ(偏芯)がいずれも30μm以下であるラビングロールを用いて実施することが好ましい。ラビングロールへのフィルムのラップ角度は、0.1〜90度が好ましい。ただし、特開平8−160430号公報に記載されているように、360度以上巻き付けることで、安定なラビング処理を得ることもできる。
長尺フィルムをラビング処理する場合は、フィルムを搬送装置により一定張力の状態で1〜100m/minの速度で搬送することが好ましい。ラビングロールは、任意のラビング角度設定のためフィルム進行方向に対し水平方向に回転自在とされることが好ましい。0〜60度の範囲で適切なラビング角度を選択することが好ましい。液晶表示装置に使用する場合は、40〜50度が好ましい。45度が特に好ましい。
偏光膜の光学異方性層とは反対側の表面には、ポリマーフィルムを配置する(光学異方性層/偏光膜/ポリマーフィルムの配置とする)ことが好ましい。
本発明の光学フィルム及び偏光板は、種々のモードの液晶表示装置に用いることができるが、特に、TN方式の液晶表示装置に用いることが好ましい。
前記液晶表示装置は、少なくとも、液晶セル及びその両側に配置された二枚の偏光板かを備える。液晶セルは、二枚の電極基板の間に液晶を担持している。
前記液晶表示装置としては、TN方式(モード)液晶表示装置以外に、OCBモード液晶表示装置、VAモード液晶表示装置、ECBモード液晶表示装置、STNモード液晶表示装置等がある。
(セルロースアセテートフィルムの作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら撹拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
(セルロースアセテート溶液組成)
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
酢化度60.7〜61.1%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) 336質量部
メタノール(第2溶媒) 29質量部
1−ブタノール(第3溶媒) 11質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解した後、平均孔径34μmのろ紙及び平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
環状ポリオレフィン溶液A
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・アートンG(JSR株式会社製) 150質量部
・メチレンクロライド 550質量部
・エタノール 50質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
マット剤分散液
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 2質量部
・メチレンクロライド 75質量部
・エタノール 5質量部
・環状ポリオレフィン溶液A 10質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
上述のドープを、バンド流延機を用いて流延した。残留溶剤量が約22質量%でバンドから剥離した。その後テンタークリップで保持し、搬送ゾーンにて横延伸を行った後に、130℃で乾燥し巻き取った。できた環状ポリオレフィンフィルムの厚さは48μmであった。このフィルムを真鍮製の上下電極間(アルゴンガス雰囲気)で、グロー放電処理(周波数3000Hz、4200Vの高周波数電圧を上下電極間に引加、20秒処理)して開環重合環状ポリオレフィンフィルムを作製した。フィルム表面の純水の接触角は38°から42°の間であった。接触角は協和界面科学株式会社製の接触角計CA−X型により測定した。この環状ポリオレフィンフィルムについて、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、遅相軸は搬送方向に直交であり、Re(550)は60nm、Rth(550)は30nmであった。また、波長450nmでのReレタデーション値Re(450)は61.8nmであり、Re(450)/Re(550)は1.03であった。
作製したセルロースアセテートフィルムを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。このフィルムの表面エネルギーを接触角法により求めたところ、62mN/mであった。
このセルロースアセテートフィルム上に、下記の組成の塗布液を#14のワイヤーバーコーターで24mL/m2塗布した100℃の温風で120秒乾燥した。次に、セルロースアセテートフィルムの長手方向を0度とし、0度方向に、形成した膜にラビング処理を実施した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記の変性ポリビニルアルコール 40質量部
・水 728質量部
・メタノール 228質量部
・グルタルアルデヒド(架橋剤) 2質量部
・クエン酸エステル(AS3、三共化学(株)) 0.69質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
配向膜上に、下記の組成の塗布液を、#3.0のワイヤーバーを1093回転/分でフィルムの搬送方向と同じ方向に回転させて、28m/分で搬送されている上記ロールフィルムの配向膜面に連続的に塗布した。室温から100℃に連続的に加温する工程で、溶媒を乾燥させ、その後、125℃の乾燥ゾーンで、約120秒間加熱し、液晶化合物を配向させた。次に、95℃の乾燥ゾーンに搬送させて、紫外線照射装置(紫外線ランプ:出力160W/cm、発光長1.6m)により、照度600mWの紫外線を4秒間照射し、架橋反応を進行させ、液晶化合物をその配向に固定した。その後、室温まで放冷し、円筒状に巻き取ってロール状の光学フィルムを得た。
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記のディスコティック液晶化合物 41.01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トリアクリレート
(V#360、大阪有機化学(株)製) 4.06質量部
・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) 0.35質量部
・光重合開始剤
(イルガキュアー907、チバガイギー社製) 1.35質量部
・増感剤
(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製) 0.45質量部
・フルオロ脂肪族基含有共重合体
(メガファックF780 大日本インキ(株)製) 0.10質量部
・メチルエチルケトン 102.00質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物層を形成したセルロースアセテートフィルムのセルロースアセテートフィルム側と環状ポリオレフィンフィルムを、粘着剤SK−1478(綜研化学社製)を介して積層し、液晶化合物層、セルロースアセテートフィルム、環状ポリオレフィンフィルムの順である積層光学フィルムを得た。
別途、液晶化合物層を形成する前のセルロースアセテートフィルムと環状ポリオレフィンフィルムとを遅相軸が平行になるように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は80nm、Re(450)は69.8nmであり、Re(450)/Re(550)は0.87であった。
厚さ80μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃で60秒浸漬して染色し、次いでホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚さ20μmの偏光膜を得た。
市販のセルロースアセテートフィルムを1.5モル/Lで55℃の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した後、水で十分に水酸化ナトリウムを洗い流した。その後、0.005モル/Lで35℃の希硫酸水溶液に1分間浸漬した後、水に浸漬し希硫酸水溶液を十分に洗い流した。最後に試料を120℃で十分に乾燥させた。
前記のように作製した積層光学フィルムと、鹸化処理を行った市販のセルロースアセテートフィルム(保護膜)と組み合わせて前記の偏光膜を挟むようにポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り合せて偏光板を得た。ここで、積層光学フィルムの液晶化合物層は外側にくるように配置した。また市販のセルロースアセテートフィルムとしてはフジタックTF80UL(富士フイルム(株)製)を用いた。このとき、偏光膜と該偏光膜の外側の保護膜及び積層光学フィルムは、ロール形態で作製されているため各ロールフィルムの長手方向が平行となっており連続的に貼り合わされる。従って積層光学フィルムのロール長手方向(セルロースアセテートフィルムの流延方向)と偏光子吸収軸とは平行な方向となった。
TN型液晶セルを使用した液晶表示装置(AL2216W、日本エイサー(株)製)に設けられている一対の偏光板を剥がし、代わりに上記の作製した偏光板を、光学フィルムが液晶セル側となるように粘着剤を介して、観察者側及びバックライト側に一枚ずつ貼り付けた。このとき、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が直交するように配置した。
符号10は、第1光学異方性層を表し、符合12は、第2光学異方性層を表し、符合20は、液晶性光学異方性層を表し、符号30は、偏光子(偏光膜)を表し、符合40は、保護膜を表し、符号50は、液晶セルを表す。
図2は、光学フィルム1の2つの光学異方性層の遅相軸の配置関係を示す説明図である。図2に示されるように、2つの光学異方性層10、12の遅相軸60、62は、平行に配置している。
○:50以上
△:40以上、50未満
×:40未満
○:正面Δu‘v’<0.05
△:0.05≦正面Δu‘v’<0.08
×:0.08≦正面Δu‘v’
○:左右Δu‘v’≦0.05
×:左右Δu‘v’>0.05
(環状ポリオレフィンフィルムの作製)
環状ポリオレフィン樹脂として、市販のゼオノア#1600(日本ゼオン社製)を、単軸溶融押出機にTダイを配置してなる溶融押出成形機にて230℃の溶融温度で押出成形を行い、厚み80μmの環状ポリオレフィンフィルムを得た。
続いてテンター延伸機のテンタークリップで保持し、搬送ゾーンにて150度に加熱、延伸を行った後に、130℃で乾燥し巻き取った。できた環状ポリオレフィンフィルムの厚さは50μmであった。このフィルムを真鍮製の上下電極間(アルゴンガス雰囲気)で、グロー放電処理(周波数3000Hz、4200Vの高周波数電圧を上下電極間に引加、20秒処理)して開環重合環状ポリオレフィンフィルムを作製した。フィルム表面の純水の接触角は37°から41°の間であった。接触角は協和界面科学株式会社製の接触角計CA−X型により測定した。この環状ポリオレフィンフィルムについて、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、遅相軸は搬送方向に直交であり、Re(550)は58nm、Rth(550)は29nmであった。また、波長450nmでのReレタデーション値Re(450)は57.4nmであり、Re(450)/Re(550)は0.99であった。
実施例1で作製した液晶化合物層を形成したセルロースアセテートフィルムのセルロースアセテートフィルム側と実施例2で作製した環状ポリオレフィンフィルムを、粘着剤SK−1478(綜研化学社製)を介して積層し、液晶化合物層、セルロースアセテートフィルム、環状ポリオレフィンフィルムの順である積層光学フィルムを得た。
別途、実施例1で作製した液晶化合物層を形成する前のセルロースアセテートフィルムと実施例2で作製した環状ポリオレフィンフィルムとを遅相軸が平行になるように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は78nm、Re(450)は65.4nmであり、Re(450)/Re(550)は0.84であった。
(セルロースアセテートフィルムの作製)
実施例1で作製したセルロースアセテート溶液474質量部にレタデーション上昇剤溶液7質量部を混合し、充分に撹拌してドープを調製した。
実施例1と同様に実施例3で作製したセルロースアセテートフィルム上に液晶化合物層を形成し、実施例1の環状ポリオレフィンフィルムを、粘着剤SK−1478(綜研化学社製)を介して積層し、液晶化合物層、セルロースアセテートフィルム、環状ポリオレフィンフィルムの順である積層光学フィルムを得た。
別途、実施例3で作製した液晶化合物層を形成する前のセルロースアセテートフィルムと実施例1で作製した環状ポリオレフィンフィルムとを遅相軸が平行になるように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は78nm、Re(450)は64.8nmであり、Re(450)/Re(550)は0.83であった。
(セルロースアセテートフィルムの作製)
実施例1で作製したセルロースアセテート溶液487.7質量部に、レタデーション上昇剤溶液2を10.3質量部、及びシリカ微粒子(アイロジル製 R972)0.15質量部を混合し、充分に攪拌してドープを調製した。
下記レタ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、1.4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。
実施例3で作製した液晶化合物層を形成したセルロースアセテートフィルムのセルロースアセテートフィルム側と実施例4で作製したセルロースアセテートフィルムを、粘着剤SK−1478(綜研化学社製)を介して積層し、液晶化合物層、実施例3のセルロースアセテートフィルム、実施例4のセルロースアセテートフィルムの順である積層光学フィルムを得た。
別途、実施例3で作製した液晶化合物層を形成する前のセルロースアセテートフィルムと実施例4で作製したセルロースアセテートフィルムとを遅相軸が平行になるように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は78nm、Re(450)は63.2nmであり、Re(450)/Re(550)は0.81であった。
配向膜作製において、長手方向の0度として、時計回りに45度方向にラビング処理すること以外、実施例1と同様に液晶化合物層を形成したセルロースアセテートフィルムを作製し、実施例1と同様に環状ポリオレフィンフィルムとの積層を行った。
ITO電極つきのガラス基板に、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4.1μmに設定した。セルギャップにΔn(550)が0.1396の液晶性化合物(ZLI1132、メルク社製)を注入し、OCBモード液晶セルを作製した。
液晶セルと前記で作製した偏光板二枚を組み合わせて液晶表示装置を作製した。液晶セルと二枚の偏光板との配置は、偏光板の液晶化合物層および液晶セルの基板が対面し、液晶セルのラビング方向とそれに対向する液晶化合物層のラビング方向とが反平行になるように配置した。
環状ポリオレフィンフィルムとの積層を行わなかったこと以外、実施例1と同様に光学フィルムの作製、偏光板の作製、TNモード液晶表示装置への実装、評価を行った。結果は表1に示した。
実施例1で作製した環状ポリオレフィンフィルムの上に、実施例1と同様に配向膜を作製し、液晶化合物層を形成して光学フィルムを作製した。さらにこの光学フィルムを用いて偏光板作製、TNモード液晶表示装置への実装、評価を行った。結果は表1に示した。
(セルロースアセテートフィルムの作製)
レタデーション上昇剤溶液2の量を0.5質量部にしたこと以外、実施例4と同様にセルロースアセテートフィルムの作製を行った。レタ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、0.07質量部であった。
得られたフィルムの厚さは116μmであり、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて、波長550nmにおけるReレタデーション値およびRthレタデーション値を測定したところ、遅相軸は搬送方向に直交であり、Re(550)は55nm、Rth(550)は27nmであった。また、波長450nmでのReレタデーション値Re(450)は44nmであり、Re(450)/Re(550)は0.80であった。
実施例1で作製した液晶化合物層を形成したセルロースアセテートフィルムのセルロースアセテートフィルム側と比較例3で作製したセルロースアセテートフィルムを、粘着剤SK−1478(綜研化学社製)を介して積層し、液晶化合物層、実施例1のセルロースアセテートフィルム、比較例3のセルロースアセテートフィルムの順である積層光学フィルムを得た。
別途、実施例1で作製した液晶化合物層を形成する前のセルロースアセテートフィルムと比較例3で作製したセルロースアセテートフィルムとを遅相軸が平行になるように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は75nm、Re(450)は52nmであり、Re(450)/Re(550)は0.69であった。
比較例2で作製した環状ポリオレフィンフィルム上に液晶化合物層を形成した光学フィルムと、実施例2で作製した環状ポリオレフィンフィルムを用い、環状ポリオレフィンフィルム同士の遅相軸が平行になるように積層することで積層光学フィルムを作製した。
別途、比較例2で作製した液晶化合物層を形成する前の環状ポリオレフィンフィルムと実施例2で作製した環状ポリオレフィンフィルムとを遅相軸が平行になるように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は118nm、Re(450)は119.2nmであり、Re(450)/Re(550)は1.01であった。
実施例1で作製した、液晶化合物層とセルロースアセテートフィルムからなる光学フィルムと、実施例1で作製した環状ポリオレフィンフィルムについて、セルロースアセテートフィルムの遅相軸と環状ポリオレフィンフィルムの遅相軸が10度をなすように積層し、積層光学フィルムを得た。
別途、実施例1の液晶化合物層を形成する前のセルロースアセテートフィルムと環状ポリオレフィンフィルムとを遅相軸が10度をなすように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は79.1nm、Re(450)は68.9nmであり、Re(450)/Re(550)は0.87であった。
実施例1で作製した、液晶化合物層とセルロースアセテートフィルムからなる光学フィルムと、実施例1で作製した環状ポリオレフィンフィルムについて、セルロースアセテートフィルムの遅相軸と環状ポリオレフィンフィルムの遅相軸が80度をなすように積層し、積層光学フィルムを得た。
別途、実施例1の液晶化合物層を形成する前のセルロースアセテートフィルムと環状ポリオレフィンフィルムとを遅相軸が80度をなすように粘着剤SK−1478を介して積層し、KOBRA 21ADH(王子計測器(株)製)を用いて測定したところ、Re(550)は39.1nm、Re(450)は52.9nmであり、Re(450)/Re(550)は1.35であった。
2 光学フィルム(積層光学フィルム)
10 第1光学異方性層
12 第2光学異方性層
20 液晶性光学異方性層
3 偏光板
30 偏光子
40 保護膜
50 液晶セル
4 液晶表示装置
60 第1光学異方性層の遅相軸
62 第2光学異方性層の遅相軸
Claims (8)
- 少なくとも2層の光学異方性層を含む光学フィルムであって、
一方の光学異方性層が下記数式(1)を満たし、
他方の光学異方性層が下記数式(2)を満たし、
下記数式(1)を満たす前記一方の光学異方性層のRe(450)が2nm〜10nmであり、
下記数式(1)を満たす前記一方の光学異方性層がセルロースアセテートからなり、
前記一方の光学異方性層の遅相軸と、前記他方の光学異方性層の遅相軸とが平行であることを特徴とする光学フィルム。
数式(1) 0≦Re(450)/Re(550)≦0.5
数式(2) 0.95≦Re(450)/Re(550)≦1.05
ここで、Re(λ)は波長λnmにおける光学異方性層の面内レタデーション値(単位:nm)を表す。 - 第1光学異方性層及び第2光学異方性層の2層の積層体として、下記数式(3)を満たす請求項1に記載の光学フィルム。
数式(3) 0.75≦Re(450)/Re(550)<1.05
数式中、Re(λ)は波長λnmにおける前記積層体の面内レタデーション値(単位:nm)を表す。 - 更に、液晶性化合物を含む光学異方性層を備える請求項1又は2に記載の光学フィルム。
- 液晶性化合物がディスコティック液晶性化合物を含む請求項3に記載の光学フィルム。
- 数式(2)を満たす他方の光学異方性層が、少なくとも環状オレフィン系ホモポリマーおよび環状オレフィン系コポリマーの何れか1つからなる請求項1から4のいずれかに記載の光学フィルム。
- 請求項1から5のいずれかに記載の光学フィルムと、偏光子とを少なくとも有する偏光板。
- 液晶セルと、請求項6に記載の偏光板とを少なくとも有する液晶表示装置。
- 液晶セルが、TN方式である請求項7に記載の液晶表示装置。
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