JP4941850B2 - 接着性に優れた配向膜組成物 - Google Patents

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Description

本発明は接着性に優れた配向膜組成物に関するもので、より詳しくは、液晶層との接着性に優れるだけでなく、高温多湿な環境で使用する場合光学的特性が著しく低下する従来の光学フィルム用基材として使用されるトリアセチルセルロース(TAC)の代わりに、シクロオレフィン系延伸フィルム(COP)を基材として使用するとき上記基材との接着性に優れた新規な配向膜組成物に関するものである。
液晶ディスプレイ装置(LCD)は、偏光板の間に位置する液晶の配列による偏光作用の変化により光を選択的に通過させる原理を利用して画素を表現するディスプレイ装置である。
但し、上記ディスプレイ装置が単純に液晶と偏光素子のみを含む偏光板として用いられる場合、液晶を液晶画面に垂直な正面から眺める場合以外の多様な視野角度で観察する場合、明るさまたはコントラストが著しく低下したり、または光漏れ現象などが発生するという問題があるため、上記偏光板は偏光素子の他にも位相差フィルムや視野角補償フィルムのような光学補償フィルムを含むか、またはこれらフィルムが別途にパネルに付着する場合が一般である。
このような光学補償フィルムは、大きく高分子フィルムを延伸して光学異方性を与えた延伸フィルムとプラスチック基材上に重合性液晶化合物を塗布し硬化して作った液晶フィルムと、の形態に分けられる。特に、延伸フィルムが光学的に一軸または二軸性などの異方性を有することが出来ないのに反して、液晶フィルムは延伸フィルムで具現し難い様々な形態の光学性質を有することが出来る。
即ち、液晶は液晶分子の形によって円盤状(disc−type)液晶と棒状(rod−type)液晶に分けられるが、中でも特に棒状液晶は、平面(planar)、垂直(homeotropic)、傾斜(tilted)、広がり(splay)、捻れ(cholesteric)などの多様な配向形態を有するため、それから起因する光学性質も延伸フィルムより多様かつ独特である。また、延伸フィルム上に液晶フィルムを形成することにより、偏光素子の保護フィルムと光学補償フィルムの役割も同時に行うことが出来る。従って、液晶フィルムの需要は増大している実情である。
上記液晶フィルムはプラスチック基材上に液晶配向膜を形成する配向膜組成物を塗布した後、乾燥及び硬化して配向膜を形成させ、これをまたラビングして配向性を与えた後、液晶をその上に塗布、乾燥及び硬化する方式で作製されることが一般である。このような配向膜は、液晶フィルムや基材との接着性に優れない場合には液晶フィルムが配向膜から剥離したり、高温多湿な環境で液晶フィルムの収縮が生じるなどの問題が発生し得るため優れた接着性を有する必要がある。
従来、上記配向膜を形成する配向膜組成物としてはポリイミドが広く知られており、最近はポリビニルアルコールが広く使われている。しかし、ポリビニルアルコールを配向膜組成物として使用する場合には、液晶フィルムとの接着力が足らず上述のように液晶フィルムが剥離したり、高温多湿な環境で液晶フィルムが収縮するなどの問題が発生し得るため好適ではない。
また、液晶フィルムとの接着力を向上させるため、ポリビニルアルコールを改質した変性ポリビニルアルコールを使用する方法が特許文献1及び特許文献2に提案されたが、このような変性ポリビニルアルコールは直接的な塗布液として使用することが出来ず、さらに変性ポリビニルアルコールを分離及び精製する工程を経た後、配向膜組成物として使用できる。
また、配向膜は通常、基材上に形成されることが一般であるが、このような過程から製造された配向膜組成物であっても使用可能な基材の種類に制限があるのは仕方なく、トリアセチルセルロース(TAC)のような基材には効果的に接着できるが、シクロオレフィンポリマー(COP)のような基材には接着性が不良である。
即ち、トリアセチルセルロースは配向膜を形成させるために広く使用される基材ではあるが、高い吸湿性を有しているため高温多湿な環境下で光漏れ現象を誘発し、偏光度を低下させるなど耐久性が劣るという問題を有している基材で、従って、これを代替するために様々な基材が提案されているが、その中でシクロオレフィンポリマーが代表例である。
ところが、上記シクロオレフィンポリマーの場合には、上述の従来の配向膜組成物を使用する場合、接着性が不良であるため配向膜が分離するなどの問題が起こり得る。
また、これとは別に、配向膜に求められる基本的な性質で表面をラビングしたとき、ラビングした方向に液晶分子が均一に配向できなければならないが、このような能力は、液晶分子がラビングした方向からどれ程外れたのかの程度を表した光軸離脱角で表現できる。しかし、従来の配向膜、即ちポリビニルアルコールを用いた配向膜は、ある程度は光軸離脱を防いで良好な配向特性を有しているが、その程度が十分ではない。液晶の光軸離脱角が大きい場合、このような液晶を利用して製造した偏光板は、偏光板の光漏れを誘発してコントラスト比率の低下のような光学的な損失をもたらすことがある。
日本特開2002−62426号 日本特開平7−179125号
従って、本発明は上述の従来技術の問題点を解決するためのもので、別途の分離及び精製工程を行う必要がなく、その上に形成される液晶層との接着性に優れた配向膜用組成物を提供することを、その目的とする。
また、本発明は配向膜がシクロオレフィンポリマーのようなトリアセチルセルロース以外の基材上に形成されるときでも、基材との接着性が良好な配向膜用組成物を提供することを、他の目的とする。
また、本発明は配向膜上に液晶フィルムを形成させる場合、液晶の光軸離脱を最少化することが出来る配向膜用組成物を提供することを、さらに他の目的とする。
上述の本発明の目的を達成すべく、本発明の配向膜組成物の一側面の広がり配向用配向膜組成物は、ポリビニルアルコール(PVA)、上記ポリビニルアルコールの重量対比13〜25%のアクリレート単量体、上記アクリレート単量体重量対比20〜30%の相溶化剤及び上記アクリレート単量体重量対比10〜50%の水溶性光重合開始剤(photo initiator)を含むことを特徴とする。
この際、上記ポリビニルアルコールは96%以下に加水分解されることが好ましい。
そして、上記アクリレート単量体としては炭素数3〜6個の多官能性アクリレート単量体が1種または2種以上使用されることが好ましい。
この際、上記アクリレート単量体はペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETTA)またはジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)であることが効果的である。
また、上記アクリレート単量体がペンタエリスリトールトリアクリレートの場合、ポリビニルアルコール重量対比17〜25%含まれることが好ましい。
そして、上記アクリレート単量体がペンタエリスリトールテトラアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比15〜21%含まれることが好ましい。
また、上記アクリレート単量体がジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比13〜21%を使用することが良い。
そして、上記相溶化剤は水溶性であることが好ましい。
この際、上記相溶化剤はポリ(4−ビニルフェノール)であることが効果的である。
そして、上記光重合開始剤は水溶性であることが効果的である。
また、上記光重合開始剤はイルガキュア2959(IRGACURE2959、2−Hydroxy−1−[4−(2−hydroxyethoxy)phenyl]−2−methyl−1−propanone)、イルガキュア500(IRGACURE500、1−Hydroxy−cyclohexyl−phenyl−ketone+Benzophenone)またはイルガキュア754(IRGACURE754、oxy−phenyl−acetic acid2−[2oxo−2phenyl−acetoxy−ethoxy]−ethyl ester and oxy−phenyl−acetic2−[2−hydroxy−ethoxy]−ethyl ester)であることが良い。
また、上記配向膜組成物が水とアルコールの混合溶媒に溶解され配向膜組成物溶液を形成することが好ましい。
そして、上記配向膜組成物は溶液中2.44〜7.25重量%含まれることが効果的である。
この際、上記混合溶媒中、水:アルコールの比率は40:60〜50:50であることが良い。
また、アルコールはメチルアルコール、エチルアルコールまたはイソプロピルアルコールであることが良い。
本発明の配向膜組成物のまた異なる一側面の平面配向用配向膜組成物は、ポリビニルアルコール(PVA)、上記ポリビニルアルコールの重量対比25%以上のアクリレート単量体、上記アクリレート単量体重量対比20〜30%の水溶性相溶化剤及び上記アクリレート単量体重量対比10〜50%の水溶性光重合開始剤(photo initiator)を含むことを特徴とする。
この際、上記ポリビニルアルコールは96%以下に加水分解されることが良い。
そして、上記アクリレート単量体としては炭素数3〜6個の多官能性アクリレート単量体が1種または2種以上使用されることが好ましい。
この際、上記アクリレート単量体はペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETTA)またはジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)であることが効果的である。
そして、上記アクリレート単量体がペンタエリスリトールトリアクリレートの場合、ポリビニルアルコール重量対比30%以上含まれることが好ましい。
また、上記アクリレート単量体がペンタエリスリトールテトラアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比25%以上含まれることが効果的である。
また、上記アクリレート単量体がジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比25%以上使用することが良い。
そして、上記相溶化剤は水溶性であることが好ましい。
この際、上記相溶化剤は重量平均分子量がポリ(4−ビニルフェノール)であることが効果的である。
そして、上記光重合開始剤は水溶性であることが効果的である。
また、上記光重合開始剤はイルガキュア2959(IRGACURE2959、2−Hydroxy−1−[4−(2−hydroxyethoxy)phenyl]−2−methyl−1−propanone)、イルガキュア500(IRGACURE500、1−Hydroxy−cyclohexyl−phenyl−ketone+Benzophenone)またはイルガキュア754(IRGACURE754、oxy−phenyl−acetic acid2−[2oxo−2phenyl−acetoxy−ethoxy]−ethyl ester and oxy−phenyl−acetic2−[2−hydroxy−ethoxy]−ethyl ester)であることが良い。
また、上記配向膜組成物が水とアルコールの混合溶媒に溶解され配向膜組成物溶液を形成することが好ましい。
この際、上記配向膜組成物は溶液中3.78〜8.15重量%含まれることが効果的である。
この際、上記混合溶媒中、水:アルコールの比率は40:60〜50:50であることが良い。
また、アルコールはメチルアルコール、エチルアルコールまたはイソプロピルアルコールであることが良い。
本発明によると、別途の分離及び精製工程が必要なく、配向膜の上に形成される液晶層との接着性に優れた配向膜組成物を提供することができ、上記配向膜はシクロオレフィンポリマーのようなトリアセチルセルロース以外の基材上に形成されるときでも、良好な接着性を有し、上記配向膜上に形成された液晶フィルムは最少化された光軸離脱角を有する。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の発明者等は上述の従来技術の問題点を克服し、本発明の目的に附合する新たな組成の配向膜組成物を開発すべく研究をかさねた結果、配向膜組成物をポリビニルアルコールと多官能性アクリレート単量体、相溶化剤、光重合開始剤及び溶剤からなるようにする場合、特性に優れた配向膜組成物を得ることができるということを発見し、本発明に至った。
先ず、本発明で意味する配向膜組成物(または配向膜用組成物)とは、配向膜を形成するための材料であって、これを重合させる場合、本発明で意図する性能を有する配向膜に製造できる配向膜用材料をいう。本発明で提供しようとする配向膜組成物は、図1に図示した通り液晶を広がり(splay)配向させる場合と、図2に図示した通り液晶を平面(planar)配向させる場合によって、その組成が異なって定められるが、これをみるとそれぞれ次の通りである。
先ず、図1に図示したように広がり(splay)配向させるためには、液晶と配向膜との接着性能と液晶が広がり配向される条件を全て満たさなければならない。勿論、液晶を広がり配向させるか、または平面配向させるかというのは配向膜組成物のみに依存するのではない。配向の形態は配向膜組成物の特性だけでなく、配向膜上に液晶を形成させる方法にも大きく依存するため、本配向膜組成物の組成範囲では必ず広がり配向だけ起こり、逆に平面配向用配向膜組成物の組成範囲では必ず平面配向だけ起こるのではない。従って、広がり配向用配向膜組成物の組成範囲は必ず平面配向用配向膜組成物の組成範囲を排除するのではなく、両組成物の組成範囲は一部区間でも重なることは当然である。
本発明の広がり配向用配向膜組成物は、ポリビニルアルコール(PVA)、上記ポリビニルアルコールの重量対比13〜25%のアクリレート単量体、上記アクリレート単量体重量対比20〜30%の水溶性相溶化剤及び上記アクリレート単量体重量対比10〜50%の水溶性光重合開始剤(photo initiator)を含む。このような本発明の配向膜組成物は、全体溶液中2.44〜7.25重量%含まれるよう水とアルコールの混合溶媒に溶解されて使用されることが好ましい。
このうち上記ポリビニルアルコールは配向膜を形成する主材料で、以下において残り全ての成分の含量は上記ポリビニルアルコール重量を基準として記載する。上記ポリビニルアルコールとしては重量平均分子量(Mw)が85,000〜146,000のポリビニルアルコールであって96%以下に加水分解されることが好ましい。但し、上記ポリビニルアルコールの重量平均分子量は接着特性に多少影響を与えるが、配向膜の性能に大きな差が生じるものではない。通常、85,000〜146,000であるものが多く使用される。そして、ポリビニルアルコールは通常、80%以上加水分解されたものが多く使用されているが、中でも96%を超えるものは配向膜の接着性能や配向特性に悪影響を与えることになって好ましくないため、96%以下のものを使用することが好ましい。また、加水分解程度の下限は特に定める必要はないが、一般的に手配できるポリビニルアルコールの加水分解程度は80%が最低である。
同様に、アクリレート単量体も、架橋反応を起こすことにより上記ポリビニルアルコールを補助して本発明の有利な効果を有する配向膜を製造するための重要な成分であって、上記アクリレート単量体はポリビニルアルコール重量対比13〜25%含まれることが好ましい。上記アクリレート単量体がポリビニルアルコール重量の13%未満に含まれる場合には、配向膜と液晶フィルム間または配向膜とシクロオレフィンポリマー(COP)のような基材との層間接着が不良となり配向膜または液晶フィルムが剥離する問題が発生し得る。逆に、上記アクリレート単量体がポリビニルアルコール重量対比25%を超えて含まれる場合には、液晶配向を広がり配向させることが困難である。上記アクリル単量体としては多官能性アクリレートがより好ましく、中でもC3〜C6のアクリレート、即ち、トリアクリレート(triacrylate)(特に、Pentaerythritol triacrylate、PETA)、テトラアクリレート(tetraacrylate)(特に、Pentaerythritol tetraacrylate、PETTA)またはヘキサアクリレート(hexaacrylate)(特に、Dipentaerthritol hexaacrylate、DPHA)などが好ましい。
これらは必ずしも1種類のみ使用される必要はなく、2種以上が混合して使用されることも出来る。上記単量体としてトリアクリレートを使用する場合、適正な範囲はポリビニルアルコール重量対比17〜25%含まれることが好ましく、テトラアクリレートを使用する場合には、ポリビニルアルコール重量対比15〜21%含まれることが好ましく、そしてヘキサアクリレートを使用する場合には、ポリビニルアルコール重量対比13〜21%を使用することが好ましい。上記それぞれの場合の上限と下限を定めた理由は、上述のように層間接着力を確保すると同時に、広がり配向が容易に形成されるようにするためである。最も好ましい場合は、トリアクリレートの場合ポリビニルアルコール重量対比20%、テトラアクリレートの場合ポリビニルアルコール重量対比18%、ヘキサアクリレートの場合ポリビニルアルコール重量対比17%である。
また、接着性を増大させるため接着増進剤(adhesion promoter)として相溶化剤が含まれることが好ましい。上記相溶化剤は上記アクリレート単量体重量対比20〜30%含まれることが好ましいが、上記相溶化剤がアクリレート単量体重量対比20%未満含まれる場合には、溶液状態で本発明の配向膜組成物を基材上に塗布する場合、基材上で配向膜組成物が均一に分散して基材表面を濡らすことができず、溶液適が所々に固まってしまう、いわゆる脱濡れ(dewetting)現象が起きる。従って、配向膜を基材上に形成させることが困難となる。逆に、上記相溶化剤がアクリレート単量体重量対比30%を超えて含まれると、液晶フィルムの配向を広がり配向にすることが困難となる。最も好ましい相溶化剤の含量はアクリレート単量体重量対比25%である。このような相溶化剤は、配向膜組成物が水とアルコールの混合溶媒に溶解されて使用されることが好ましいという点を考えると水溶性であることが好ましい。上記のような水溶性相溶化剤の代表的な例としては、ポリ(4−ビニルフェノール)が挙げられ、より詳しくは、重量平均分子量が8,000または20,000のポリ(4−ビニルフェノール)が挙げられる。
基材上に塗布された配向膜組成物を配向膜に形成させるためには、配向膜組成物を硬化させる過程が必要である。上記配向膜組成物の硬化は通常、配向膜組成物を乾燥した後、乾燥により溶媒が蒸発した配向膜を光硬化(特にUV硬化)することにより行われることが出来るが、このためには光重合開始剤(photo initiator)が含まれる必要がある。上記光重合開始剤は上記アクリレート単量体重量対比10〜50%含まれることが好ましい。上記光重合開始剤がアクリレート単量体重量対比10%未満に含まれる場合には、光重合反応が円滑に起こることが困難であるため配向膜の硬化に不利で、逆にアクリレート単量体重量対比50%を超える場合には液晶配向の形成に不利である。最も好ましい光重合開始剤の含量はアクリレート単量体重量対比25%である。
また、上記光重合開始剤は水とアルコールの混合溶媒で使用されることを考えると水溶性であることが好ましく、その例として、チバ・ガイギー(Ciba−Geigy)社で供給するイルガキュア2959(IRGACURE2959、2−Hydroxy−1−[4−(2−hydroxyethoxy)phenyl]−2−methyl−1−propanone)、イルガキュア500(IRGACURE500、1−Hydroxy−cyclohexyl−phenyl−ketone+Benzophenone)、イルガキュア754(IRGACURE754、oxy−phenyl−acetic acid2−[2oxo−2phenyl−acetoxy−ethoxy]−ethyl ester and oxy−phenyl−acetic2−[2−hydroxy−ethoxy]−ethyl ester)などが挙げられる。
上記のような組成の本発明の配向膜組成物は、水とアルコールの混合溶媒に溶解されて使用されることが好ましいが、ここでアルコールとしてはメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどを使用することが好ましい。ここで、混合溶媒を製造するとき混合溶媒中、水:アルコールの比率を40:60乃至50:50にすることが好ましく、特にメチルアルコールまたはエチルアルコールの場合には41:59%が最も好ましく、イソプロピルアルコールの場合には40:60の場合が最も好ましい。上記配向膜組成物は全体組成物(溶液)の重量対比2.44〜7.25%含まれることが好ましいが、2.44重量%未満に含まれる場合には溶媒量が多過ぎて十分な厚さの配向膜が形成されることに不利で接着性の確保も困難である。逆に、7.25重量%を超えて含まれる場合には液晶配向を広がり配向にすることが困難となる。従って溶媒を除いた配向膜組成物の適切な含量は2.44〜7.25重量%である。
上記のような配向膜組成物は、これまで知られた通常の組成物の製造方法により用意されることが出来る。但し、上記配向膜組成物を用意するためのより効果的な方法を例示すると、水にポリビニルアルコールを150度で溶かした溶液と、エタノールにアクリレート、相溶化剤、光開始剤を溶かした溶液を作り、両溶液を混ぜた後150度で再加熱する方法が好ましい。上記配向膜用組成物を成す全ての成分を同時に混合することも出来るが、同時に全ての成分を混合するとポリビニルアルコールとエタノールが混ざり難く製造時間が長くなるため上記方法がより好ましい。
次に、図2に図示した平面(planar)配向用配向膜組成物について説明する。
本発明の平面配向用配向膜組成物は、ポリビニルアルコール(PVA)、上記ポリビニルアルコールの重量対比25%以上のアクリレート単量体、上記アクリレート単量体重量対比20〜30%の水溶性相溶化剤及び上記アクリレート単量体重量対比10〜50%の水溶性光重合開始剤(photo initiator)を含む。このような本発明の配向膜組成物は全体溶液中3.78〜8.15重量%含まれるよう水とアルコールの混合溶媒に溶解されて使用されることが好ましい。
このうち上記ポリビニルアルコールは配向膜を形成する主材料で、以下において残り全ての成分の含量は上記ポリビニルアルコール重量を基準として記載する。上記ポリビニルアルコールとしては、重量平均分子量(Mw)が85,000〜146,000のポリビニルアルコールであって96%以下に加水分解されたものが好ましい。但し、上記ポリビニルアルコールの重量平均分子量は接着特性に多少の影響を与えるが、配向膜の性能に大きな差が生じるものではない。通常、85,000〜146,000のものが多く使用される。そして、ポリビニルアルコールは、通常80%以上のものが多く使用されているが、中でも96%を超えるものは配向膜の接着性能や配向特性に悪影響を与えて好ましくないため96%以下のものを使用することが好ましい。また、加水分解程度の下限は特に定める必要は無いが、一般的に手配できるポリビニルアルコールの加水分解程度は80%が最低である。
同様に、アクリレート単量体も架橋反応を起こすことにより、上記ポリビニルアルコールを補助して本発明の有利な効果を有する配向膜を製造するための重要な成分であって、上記アクリレート単量体はポリビニルアルコール重量対比25%以上含まれることが好ましい。上記アクリレート単量体がポリビニルアルコール重量の25%未満に含まれる場合には、配向膜と液晶フィルム間または配向膜とシクロオレフィンポリマー(COP)のような基材との層間接着が不良で配向膜または液晶フィルムが剥離するという問題が発生し得る。逆に、本発明者が検討した結果、上記アクリレート単量体のポリビニルアルコール重量に対する比率を高めても特に問題点を発見することは出来なかった。本発明者が検討した結果、上記アクリレート単量体は、ポリビニルアルコール重量対比200%までは添加しても別に問題はなく、それ以上添加する場合、ポリビニルアルコールの相対的な含量が減少するという問題があり得るため、上記アクリレートの含量上限はポリビニルアルコール重量対比200%に定めることがより好ましい。
上記アクリル単量体としては多官能性アクリレートがより好ましく、中でもC3〜C6のアクリレート、即ちトリアクリレート(triacrylate)(特に、Pentaerythritol triacrylate、PETA)、テトラアクリレート(tetraacrylate)(特に、Pentaerythritol tetraacrylate、PETTA)またはヘキサアクリレート(hexaacrylate)(特に、Dipentaerthritol hexaacrylate、DPHA)などが好ましい。これらは必ずしも1種類のみ使用されるのではなく、2種以上が混合され使用されることも出来る。上記単量体としてトリアクリレートを使用する場合、適正な範囲はポリビニルアルコール重量対比30%以上含まれることが好ましく、テトラアクリレートを使用する場合には、ポリビニルアルコール重量対比25%以上含まれることが好ましく、そしてヘキサアクリレートを使用する場合には、ポリビニルアルコール重量対比25%以上使用することがより好ましい。上記それぞれの場合の上限と下限を定めた理由は、上述の通り、層間接着力を確保すると同時に、平面配向が容易に形成されるようにするためである。最も好ましい場合は、トリアクリレートの場合ポリビニルアルコール重量対比35%、テトラアクリレートの場合ポリビニルアルコール重量対比30%、ヘキサアクリレートの場合ポリビニルアルコール重量対比30%である。
また、接着性を増大させるため接着増進剤(adhesion promoter)として相溶化剤が含まれることが好ましい。上記相溶化剤は上記アクリレート単量体重量対比20〜30%含まれることが好ましいが、上記相溶化剤がアクリレート単量体重量対比20%未満に含まれる場合には、溶液状態で本発明の配向膜組成物を基材上に塗布する場合、基材上で配向膜組成物が均一に分散して基材表面を濡らすことができず、溶液敵が所々に固まってしまう、いわゆる脱濡れ(dewetting)現象が起こる。従って、配向膜を基材上に形成させることが困難となる。逆に、上記相溶化剤がアクリレート単量体重量対比30%を超えて含まれると、液晶フィルムの配向を平面配向にすることが困難となる。最も好ましい相溶化剤の含量は、アクリレート単量体重量対比25%である。このような相溶化剤は配向膜組成物が水とアルコールの混合溶媒に溶解されて使用されることが好ましいという点を考えると水溶性であることが好ましい。上記のような水溶性相溶化剤の代表的な例としては、ポリ(4−ビニルフェノール)が挙げられ、より詳しくは、重量平均分子量が8,000または20,000のポリ(4−ビニルフェノール)が挙げられる。
基材上に塗布された配向膜組成物を配向膜に形成させるためには、配向膜組成物を硬化させる過程が必要である。上記配向膜組成物の硬化は通常、配向膜組成物を乾燥した後、乾燥により溶媒が蒸発した配向膜を光硬化(特にUV硬化)することにより行われることが出来るが、このためには光重合開始剤(photo initiator)が含まれる必要がある。上記光重合開始剤は上記アクリレート単量体重量対比10〜50%含まれることが好ましい。上記光重合開始剤がアクリレート単量体重量対比10%未満に含まれる場合には、光重合反応が円滑に起きることが困難なため配向膜の硬化に不利で、逆にアクリレート単量体重量対比50%を超える場合には、液晶配向形成に不利である。最も好ましい光重合開始剤の含量はアクリレート単量体重量対比25%である。
また、上記光重合開始剤は水とアルコールの混合溶媒で使用されることを考えると水溶性であることが好ましく、その例としては、チバ・ガイギー(Ciba−Geigy)社で供給するイルガキュア2959(IRGACURE2959、2−Hydroxy−1−[4−(2−hydroxyethoxy)phenyl]−2−methyl−1−propanone)、イルガキュア500(IRGACURE500、1−Hydroxy−cyclohexyl−phenyl−ketone+Benzophenone)またはイルガキュア754(IRGACURE754、oxy−phenyl−acetic acid2−[2oxo−2phenyl−acetoxy−ethoxy]−ethyl ester and oxy−phenyl−acetic2−[2−hydroxy−ethoxy]−ethyl ester)が挙げられる。
上記のような組成の本発明の配向膜組成物は、水とアルコールの混合溶媒に溶解されて使用されることが好ましいが、ここでアルコールとしてはメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどを使用することが好ましい。ここで混合溶媒を製造するとき混合溶媒中、水:アルコールの比率を40:60乃至50:50にすることが好ましく、特にメチルアルコールまたはエチルアルコールの場合には41:59%が最も好ましく、イソプロピルアルコールの場合には40:60の場合が最も好ましい。上記配向膜組成物は全体組成物(溶液)の重量対比2.44〜7.25%含まれることが好ましいが、2.44重量%未満に含まれる場合には、溶媒量が多過ぎて十分な厚さの配向膜が形成されることに不利で接着性の確保も困難である。逆に、7.25重量%を超えて含まれる場合には、液晶配向を平面配向にすることが困難となる。従って、溶媒を除いた配向膜組成物の適切な含量は3.78〜8.15重量%である。
上記のような配向膜組成物は、これまで知られた通常の組成物の製造方法により用意することが出来る。但し、上記配向膜組成物を用意するためのより効果的な方法を例示すると、水にポリビニルアルコールを150度で溶かした溶液と、エタノールにアクリレート、相溶化剤、光開始剤を溶かした溶液を作り、両溶液を混ぜた後150度で再加熱する方法が好ましい。上記配向膜用組成物を成す全ての成分を同時に混合することも出来るが、同時に全ての成分を混合するとポリビニルアルコールとエタノールが混ざり難く製造時間が長くなるため上記方法がより好ましい。
以下の実施例において、添付の図面とデータを利用して本発明をより詳しく説明する。但し、下記の実施例は本発明を例示して説明するためのもので、本発明の権利範囲を制限するためのものではない。本発明の権利範囲は請求範囲に記載された事項と、これから合理的に解釈される事項により決定される。
広がり配向用配向膜製造
下記の表1に図示した通り配向膜組成物の成分を制御して、水とアルコールの混合溶媒に150℃の温度で溶解し配向膜組成物溶液を製造した。
Figure 0004941850
上記の方法から作られた配向膜組成物溶液をシクロオレフィンポリマー(COP)上にワイヤバー(wire bar)で塗布し、100℃乾燥オーブンで2分間熱風乾燥させた後、80W/CM高圧水銀ランプを利用して3m/分の速度で1回硬化し、硬化された配向膜の表現をラビング処理して配向膜を完成した。
4−(6−アクリロイオキシヘキシルオキシ)−ベンゾ酸(4−シアノフェニルエステル)、4−(6−アクリロイオキシヘキシルオキシ)−ベンゾ酸[4−トランス−4−プロピルシクロヘキシル]フェニルエステル]、4−3(アクリロイオキシプロピルオキシ)−ベンゾ酸2−メチル−1,4−フェニレンエステル(4−(6−Acryloyoxyhexyloxy)−benzoic acid(4−cyanophenyl ester)、4−(6−Acryloyoxyhexyloxy)−benzoic acid[4−trans−4−propylcyclohexyl]phenyl ester)、4−(3−Acryloyoxypropyloxy)−benzoic acid2−methyl−1,4−phenylene ester))で表現される広がり配向を有する重合性液晶化合物をトルエンに溶解させ、固形分の濃度が25重量%になるよう作った液晶溶液を上記配向膜上にワイヤバーで塗布し70℃乾燥オーブンで1分間熱風乾燥させた後、80W/CM高圧水銀ランプを利用して3m/分の速度で1回硬化させ、液晶フィルムを作製した。
従って、最終的にはCOP基材、上記COP基材上に形成されたラビング処理された配向膜と上記配向膜上で形成された液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。
各層の間、即ちCOPと配向膜、配向膜と液晶フィルムの間の接着力をASTM法(Cross−Cut試験方法)を利用して評価し、配向膜上に形成された液晶フィルムの光学特性を評価するためAXOSCANを利用して視野角による位相差と光軸離脱角を測定した。
下記の表2で規定する配向膜の組成で溶液を製造した以外には実施例1と同様の方法でCOP基材上に配向膜を形成し液晶フィルムを形成する方式でCOP基材、配向膜及び液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。
Figure 0004941850
下記の表3で規定する配向膜の組成で溶液を製造した以外には、実施例1と同様の方法でCOP基材上に配向膜を形成し液晶フィルムを形成する方式でCOP基材、配向膜及び液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。
Figure 0004941850
比較例1
配向膜組成物溶液の組成を表4のようにした以外は上記実施例1と同様にCOP基材上に配向膜を形成し液晶フィルムを形成する方式でCOP基材、配向膜及び液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。下記の表4に記載された組成は、従来のポリビニルアルコール系配向膜として広く使用される組成を意味する。
Figure 0004941850
比較例2
配向膜を形成せず、COP基材上に液晶フィルムを積層したフィルム積層体を得た。
広がり配向の位相差確認
図3に実施例2により製造された配向膜上に形成された液晶フィルムの視野角による位相差分布を表した。図3のグラフで確認できるように、視野角が変化することにより、上記広がり配向液晶フィルムの位相差が良好に分布していることが確認できた。図示してはいないが、他の実施例1及び実施例3の場合も類似な傾向をみせていることが確認できた。
ラビング角に対する配向離脱の確認
上記実施例1により製造された光学補償フィルムと比較するため共に評価したTN用補償フィルムとしてFUJI社のWV(WIDE VIEW)−EAフィルムの光軸離脱特性を評価した結果を図4に表した。図面の四角形内に存在する線の方向がラビング角に対する液晶の配向程度を意味する。即ち、上記線が同一方向に整列されているほど液晶の光軸離脱程度が少ない。本発明による実施例1の場合は、ラビング角に対して約0.16度程度の光軸離脱角が発生し、比較に使用されたフィルムの場合、光軸離脱角が約0.31度程度であることが確認できた。
配向性及び接着性の確認
実施例1、実施例2、実施例3、比較例1及び比較例2による液晶フィルムの配向性と、基材と配向膜の間の接着性、配向膜と液晶の間の接着性を評価し、その結果を下記の表5に表した。配向性の評価は全く配向されない場合(X)と、多少のバラツキはあっても配向される場合(O)を基準として行った。接着性はASTM規格によりカッターで液晶フィルムの表面に1mm間隔で碁盤目のような線状にクロス−カット(cross−cut)した後、その上にセロハンテープを張り、これを外し取るときに付いているか否かにより判断するもので、Oは完全に付いている場合を、Xは碁盤目の間が部分的または完全に剥離した場合を、そして−は実験結果がないのを表したものである。
Figure 0004941850
平面配向用配向膜製造
下記の表6に図示した通り、配向膜組成物の成分を制御して水とアルコールの混合溶媒に150℃の温度で溶解して配向膜組成物溶液を製造した。
Figure 0004941850
上記の方法から作られた配向膜組成物溶液をシクロオレフィンポリマー(COP)上にワイヤバー(wire bar)で塗布し、100℃乾燥オーブンで2分間熱風乾燥させた後、80W/CM高圧水銀ランプを利用して3m/分の速度で1回硬化し、硬化した配向膜の表現をラビング処理して配向膜を完成した。
4−(6−アクリロイオキシヘキシルオキシ)−ベンゾ酸(4−シアノフェニルエステル)、4−(6−アクリロイオキシヘキシルオキシ)−ベンゾ酸[4−トランス−4−プロピルシクロヘキシル]フェニルエステル]、4−3(アクリロイオキシプロピルオキシ)−ベンゾ酸2−メチル−1,4−フェニレンエステル(4−(6−Acryloyoxyhexyloxy)−benzoic acid(4−cyanophenyl ester)、4−(6−Acryloyoxyhexyloxy)−benzoic acid [4−trans−4−propylcyclohexyl]phenyl ester)、4−(3−Acryloyoxypropyloxy)−benzoic acid 2−methyl−1,4−phenylene ester)などからなる平面配向を有する重合性液晶化合物をトルエンに溶解させ固形分の濃度が25重量%になるよう作った液晶溶液を上記配向膜上にワイヤバーで塗布し70℃乾燥オーブンで1分間熱風乾燥させた後、80W/CM高圧水銀ランプを利用して3m/分の速度で1回硬化させ、液晶フィルムを作製した。
従って、最終的にはCOP基材、上記COP基材上に形成されたラビング処理された配向膜と上記配向膜上で形成された液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。
各層の間、即ちCOPと配向膜、配向膜と液晶フィルムの間の接着力をASTMで規定するCross−Cut試験方法を利用して評価し、配向膜上に形成された液晶フィルムの光学特性を評価するためAXOSCANを利用して視野角による位相差と光軸離脱角を測定した。
下記の表7で規定する配向膜の組成で溶液を製造した以外には、実施例4と同様の方法でCOP基材上に配向膜を形成し液晶フィルムを形成する方式でCOP基材、配向膜及び液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。
Figure 0004941850
下記の表8で規定する配向膜の組成で溶液を製造した以外には、実施例4と同様の方法でCOP基材上に配向膜を形成し液晶フィルムを形成する方式でCOP基材、配向膜及び液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。
Figure 0004941850
比較例3
配向膜組成物溶液の組成を表9のようにした以外は、上記実施例4と同様にCOP基材上に配向膜を形成し液晶フィルムを形成する方式でCOP基材、配向膜及び液晶フィルムの順で積層されたフィルム積層体を得ることが出来た。下記の表9に記載された組成は、従来のポリビニルアルコール系配向膜として広く使用される組成を意味する。
Figure 0004941850
比較例4
配向膜を形成せず、COP基材上に液晶フィルムを積層したフィルム積層体を得た。
−平面配向の位相差の確認
図5に実施例5により製造された配向膜上に形成された液晶フィルムの視野角による位相差分布を表した。図5のグラフで確認できるように、視野角が変化することにより、上記平面配向液晶フィルムの視野角0°を基準として位相差が良好に対称分布していることが確認できた。図示してはいないが、他の実施例4及び実施例6の場合も類似な傾向をみせていることが確認できた。
−配向性及び接着性の確認
実施例4、実施例5、実施例6、比較例3及び比較例4による液晶フィルムの配向性と、基材と配向膜との接着性、配向膜と液晶との接着性を評価し、その結果を下記の表10に表した。
Figure 0004941850
上述の通り、本発明により提供される配向膜組成物により配向膜を形成し、その上に液晶フィルムを形成すると優れた光学特性と接着性能が得られることを確認することが出来た。
広がり配向の形態を表した概略図である。 平面配向の形態を表した概略図である。 本発明の実施例1により製造された配向膜上に形成された広がり配向された液晶フィルムの視野角による位相差分布を表したグラフである。 本発明の実施例1により製造された配向膜と従来の配向膜上に形成された液晶フィルムの光軸離脱の程度を測定した結果を比較した図面である。 本発明の実施例4により製造された配向膜上に形成された平面配向された液晶フィルムの視野角による位相差分布を表したグラフである。

Claims (30)

  1. ポリビニルアルコール(PVA)、前記ポリビニルアルコールの重量対比13〜25%のアクリレート単量体、前記アクリレート単量体重量対比20〜30%の相溶化剤及び前記アクリレート単量体重量対比10〜50%の水溶性光重合開始剤(photo initiator)を含むことを特徴とする広がり(splay)配向用配向膜組成物。
  2. 前記ポリビニルアルコールは、96%以下に加水分解されたことを特徴とする請求項1に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  3. 前記アクリレート単量体としては炭素数3〜6個の多官能性アクリレート単量体が1種または2種以上使用されることを特徴とする請求項1に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  4. 前記アクリレート単量体は、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETTA)またはジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)であることを特徴とする請求項3に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  5. 前記アクリレート単量体がペンタエリスリトールトリアクリレートの場合、ポリビニルアルコール重量対比17〜25%含まれることを特徴とする請求項4に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  6. 前記アクリレート単量体がペンタエリスリトールテトラアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比15〜21%含まれることを特徴とする請求項4に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  7. 前記アクリレート単量体がジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比13〜21%を使用することを特徴とする請求項4に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  8. 前記相溶化剤は、水溶性であることを特徴とする請求項1に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  9. 前記相溶化剤は、ポリ(4−ビニルフェノール)であることを特徴とする請求項8に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  10. 前記光重合開始剤は、水溶性であることを特徴とする請求項1に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  11. 前記光重合開始剤は、イルガキュア2959(IRGACURE2959、2−Hydroxy−1−[4−(2−hydroxyethoxy)phenyl]−2−methyl−1−propanone)、イルガキュア500(IRGACURE500、1−Hydroxy−cyclohexyl−phenyl−ketone+Benzophenone)またはイルガキュア754(IRGACURE754、oxy−phenyl−acetic acid2−[2oxo−2phenyl−acetoxy−ethoxy]−ethyl ester and oxy−phenyl−acetic 2−[2−hydroxy−ethoxy]−ethyl ester)であることを特徴とする請求項10に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  12. 前記配向膜組成物が水とアルコールの混合溶媒に溶解されて配向膜組成物溶液を形成することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  13. 前記配向膜組成物は、溶液中2.44〜7.25重量%含まれることを特徴とする請求項12に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  14. 前記混合溶媒中、水:アルコールの比率は40:60〜50:50であることを特徴とする請求項12に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  15. アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコールまたはイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項12に記載の広がり配向用配向膜組成物。
  16. ポリビニルアルコール(PVA)、前記ポリビニルアルコールの重量対比25%以上のアクリレート単量体、前記アクリレート単量体重量対比20〜30%の水溶性相溶化剤及び前記アクリレート単量体重量対比10〜50%の水溶性光重合開始剤(photo initiator)を含むことを特徴とする平面(planar)配向用配向膜組成物。
  17. 前記ポリビニルアルコールは、96%以下に加水分解されたことを特徴とする請求項16に記載の平面配向用配向膜組成物。
  18. 前記アクリレート単量体としては炭素数3〜6個の多官能性アクリレート単量体が1種または2種以上使用されることを特徴とする請求項16に記載の平面配向用配向膜組成物。
  19. 前記アクリレート単量体は、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETTA)またはジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)であることを特徴とする請求項18に記載の平面配向用配向膜組成物。
  20. 前記アクリレート単量体がペンタエリスリトールトリアクリレートの場合ポリビニルアルコール重量対比30%以上含まれることを特徴とする請求項19に記載の平面配向用配向膜組成物。
  21. 前記アクリレート単量体がペンタエリスリトールテトラアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比25%以上含まれることを特徴とする請求項19に記載の平面配向用配向膜組成物。
  22. 前記アクリレート単量体がジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの場合には、ポリビニルアルコール重量対比25%以上含まれることを特徴とする請求項19に記載の平面配向用配向膜組成物。
  23. 前記相溶化剤は、水溶性であることを特徴とする請求項16に記載の平面配向用配向膜組成物。
  24. 前記相溶化剤は、ポリ(4−ビニルフェノール)であることを特徴とする請求項23に記載の平面配向用配向膜組成物。
  25. 前記光重合開始剤は、水溶性であることを特徴とする請求項16に記載の平面配向用配向膜組成物。
  26. 前記光重合開始剤は、イルガキュア2959(IRGACURE2959、2−Hydroxy−1−[4−(2−hydroxyethoxy)phenyl]−2−methyl−1−propanone)、イルガキュア500(IRGACURE500、1−Hydroxy−cyclohexyl−phenyl−ketone+Benzophenone)またはイルガキュア754(IRGACURE754、oxy−phenyl−acetic acid2−[2oxo−2phenyl−acetoxy−ethoxy]−ethyl ester and oxy−phenyl−acetic 2−[2−hydroxy−ethoxy]−ethyl ester)であることを特徴とする請求項25に記載の平面配向用配向膜組成物。
  27. 前記配向膜組成物が水とアルコールの混合溶媒に溶解され配向膜組成物溶液を形成することを特徴とする請求項16ないし26のいずれか1項に記載の平面配向用配向膜組成物。
  28. 前記配向膜組成物は、溶液中3.78〜8.15重量%含まれることを特徴とする請求項27に記載の平面配向用配向膜組成物。
  29. 前記混合溶媒中、水:アルコールの比率は40:60〜50:50であることを特徴とする請求項27に記載の平面配向用配向膜組成物。
  30. アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコールまたはイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項27に記載の平面配向用配向膜組成物。
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