JP5228918B2 - 偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は偏光板及び液晶表示装置に関し、より詳しくは横電界スイッチングモード型液晶表示装置に適した偏光板であり、視角を変えたときの色味変化を低減した偏光板及びそれを用いた液晶表示装置に関する。
横電界スイッチングモード型液晶表示装置は、他の液晶表示装置の液晶モード、例えばTNモードに対しては色味、コントラスト、視野角等に優れ、また垂直配向モード(VA、MVA,PVAなど)に対しては視野角等の表示性能に優れ、更に視角による輝度変化の少なさ、中間調での応答速度の落ち込みの少なさといった優れた効果から、いわゆるIPS(In Plane Switching)モード型液晶表示装置として市場に活発に提供されるようになった。IPSモード型液晶表示装置としては、いわゆるIPSモード以外に、FFS(フリンジフィールドスイッチング)モード、FLC(強誘電性液晶)モードが挙げられる。
従来、IPS方式は、液晶セル自体は補償する必要が無く、補償フィルムなしでも広い視野角が得られるという特徴を持っていた(例えば、特許文献1参照。)。
ところが、液晶表示装置に用いる偏光板自体が、クロスニコル状態で吸収軸と45°方向に視角を変化させた場合に光モレが発生し、それによって液晶表示装置の周辺コントラストが低下してしまう現象が起こっている。
そこで、例えば、特許文献2や特許文献3に記載のような光学フィルムを偏光板に積層させて、偏光板の光モレを抑える方式が提案されている。しかし、これらの方法は、ロール トゥ ロールでの偏光板化が難しく、また粘着層や接着層を介して複数のフィルムを貼合するため、手間とコストがかかり、さらに透過率の低下や偏光板の厚膜化という問題が起こってしまう。
また、特許文献4に記載のように、リタデーション上昇剤を入れた支持体に棒状液晶を垂直配向させて固めた層を設ける方法、特許文献5に記載のように、円盤状液晶の法線方向をフィルム面と平行になるように配向させたフィルムが提案されている。これらは、配向処理に特殊な層を設け、さらにはラビング処理などを行うことで、前記配向を達成しており、コントラスト視野角は広がっている。しかしながら、これらの方法で製造されたフィルムは波長分散特性に問題があり、その結果、これらのフィルムを液晶表示装置に使用した場合、正面から視角がずれた時の色味の変化が著しく、品質に大きな問題を発生してしまうことが分かった。
特開2000−131700号公報 特開2006−126770号公報 特開2005−31626号公報 特開2005−265889号公報 特開2005−309379号公報
従って、本発明の目的は、横電界スイッチングモード型液晶表示装置に適した偏光板であり、視角を変えたときの色味変化を低減した偏光板及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
1.少なくとも第1の保護膜と第1の偏光膜と、積層位相差層とがこの順序で配置された偏光板であって、前記積層位相差層には下記式1を満たすセルロースエステルを主成分とする第2の保護膜と、前記偏光膜または第2の保護膜の面に実質的に垂直配向した棒状液晶の配向を固定化した位相差層とが積層され、該位相差層は前記第2の保護膜と前記偏光膜との間に配置されており、前記第2の保護膜と前記位相差層の23℃、55%RHの環境下で波長590nmにおける下記式3、4で表されるリタデーションRo、Rtは、それぞれ、
第2の保護膜:Ro:30〜115nm
Rt:100〜250nm
Rt/Ro:1.6〜4.4
位相差層: Ro:0〜10nm
Rt:−100〜−400nmであり、
前記積層位相差層は面内に光軸を有しており、23℃、55%RHの環境下で波長59
0nmにおけるリタデーションは、Ro:30〜105nm、Rt:−300〜25nm
であり、且つ下記式5、6、7、8で定義する波長分散特性が、
D(Ro)1:0.9〜1.0
D(Ro)2:−9.5〜0nm
D(Rt)1:0.3〜0.9
D(Rt)2:−100〜−10nmであり、
前記偏光膜の透過軸と前記第2の保護膜の面内遅相軸とのなす角度の絶対値が0〜1°の範囲にあることを特徴とする偏光板。
式1:2.00≦(X+Y)≦2.60
(式中、セルロースエステルのアシル基の置換度として、Xはアセチル基置換度、Yはプロピオニル基置換度を表す。)
式3:Ro=(nx−ny)×d
式4:Rt=〔(nx+ny)/2−nz〕×d
(式中、第2の保護膜または位相差層、もしくは第2の保護膜と位相差層との積層物の面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny、厚み方向の屈折率をnz、dは各々の厚み(nm)を表す。)
式5:D(Ro)1=Ro(630)/Ro(480)
式6:D(Ro)2=Ro(630)−Ro(480)
式7:D(Rt)1=|Rt(630)/Rt(480)|
式8:D(Rt)2=Rt(480)−Rt(630)
(式中、Ro(480)、Ro(630)は各々23℃、55%RHの環境下で480nm、630nmにおけるリタデーションRo値、Rt(480)、Rt(630)は各々480nm、630nmにおけるリタデーションRt値を表す。)
2.前記セルロースエステルが、下記式2を満たすことを特徴とする前記1に記載の偏光板。
式2:0.10≦Y≦1.0
3.前記1に記載の偏光板と、黒表示の際に実質的にガラス基盤に平行方向に液晶分子が配向し、両方のガラス基盤の側の配向方向が実質的に平行である液晶セルと、第3の保護膜と第2の偏光膜と第4の保護膜によって構成された偏光板とを有し、該前記1に記載の偏光板の第2の保護膜の面内遅相軸と、液晶セルの配向方向が実質的に平行であり、且つ第3の保護膜がRo:0〜5nm,Rt:−10〜10nmであり、さらに該第3の保護膜の膜厚が20〜45μmであることを特徴とする液晶表示装置。
4.前記1に記載の偏光板と、黒表示の際に実質的にガラス基盤に平行方向に液晶分子が配向し、両方のガラス基盤の側の配向方向が実質的に平行である液晶セルと、第3の保護膜と第2の偏光膜と第4の保護膜によって構成された偏光板とを有し、該前記1に記載の偏光板の第2の保護膜の面内遅相軸と、液晶セルの配向方向が実質的に直交であり、第3の保護膜がRo:0〜5nm,Rt:−10〜10nmであり、さらに該第3の保護膜の膜厚が20〜45μmであることを特徴とする液晶表示装置。
本発明により、横電界スイッチングモード型液晶表示装置に適した偏光板であり、視角を変えたときの色味変化を低減した偏光板及びそれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
請求の範囲に係る偏光板及び液晶表示装置の構成を示す模式図である。
符号の説明
1 第1の保護膜
2 第2の保護膜
3 第3の保護膜
4 第4の保護膜
5 第1の偏光膜
6 第2の偏光膜
7 位相差層
8 液晶セル
9、10 ガラス基板
a 偏光膜の偏光透過軸
b 第2の保護膜の遅相軸
c 液晶セルの配向方向
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者らは上記課題について鋭意検討を重ねた結果、横電界スイッチングモード型液晶表示装置において、位相差板の位相差の波長分散特性、特にフィルム厚み方向の位相差の波長分散特性を制御することが、視角を変えたときの色味変化に対して大きく影響することが確認され、更に検討を重ねることで、視角の適点において色味変動を制御できる手段に至ったものである。
本発明の横電界スイッチングモード型液晶表示装置用の偏光板は、少なくとも第1の保護膜と第1の偏光膜と、下記式1、2を満たすセルロースエステルを主成分とする第2の保護膜と、該偏光膜または第2の保護膜の面に実質的に垂直配向した棒状液晶の配向を固定化した位相差層とがこの順序で配置された偏光板であって、該第2の保護膜と該位相差層の23℃、55%RHの環境下で波長590nmにおける式3、4で表されるリタデーションRo、Rtはそれぞれ、
第2の保護膜:Ro:30〜115nm
Rt:100〜250nm
Rt/Ro:1.6〜4.4
位相差層: Ro:0〜10nm
Rt:−100〜−400nm
であり、該第2の保護膜と該位相差層とを積層した状態で23℃、55%RHの環境下で波長590nmにおけるリタデーションは、Ro:30〜105nm、Rt:−300〜25nmであり、積層されたフィルムは同一面内に光軸を有しており、且つ下記式5、6、7、8で定義する波長分散特性が、
D(Ro)1:0.9〜1.0
D(Ro)2:−9.5〜0nm
D(Rt)1:0.3〜0.9
D(Rt)2:−100〜−10nm
であり、該偏光膜の透過軸と該第2の保護膜の面内遅相軸とのなす角度の絶対値が0〜1°の範囲にあることを特徴とする。
式1:2.00≦(X+Y)≦2.60
式2:0.10≦Y≦1.00
(式中、セルロースエステルのアシル基の置換度として、Xはアセチル基置換度、Yはプロピオニル基置換度を表す。)
式3:Ro=(nx−ny)×d
式4:Rt=((nx+ny)/2−nz)×d
(式中、第2の保護膜または位相差層、もしくは第2の保護膜と位相差層との積層物の面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny、厚み方向の屈折率をnz、dは各々の厚み(nm)を表す。)
式5:D(Ro)1=Ro(630)/Ro(480)
式6:D(Ro)2=Ro(630)−Ro(480)
式7:D(Rt)1=|Rt(630)/Rt(480)|
式8:D(Rt)2=Rt(480)−Rt(630)
(式中、Ro(480)、Ro(630)は各々23℃、55%RHの環境下で480nm、630nmにおけるリタデーションRo値、Rt(480)、Rt(630)は各々480nm、630nmにおけるリタデーションRt値を表す。)
前記第2の保護膜を上記数値範囲とするためには、該第2の保護膜を、フィルムを加熱処理した状態で延伸処理を行うことが好ましい。また、該セルロースエステルを加熱処理して延伸する場合には、残留歪を出来るだけ少なくするために、ガラス転移点±10℃程度の範囲で1.1倍〜1.5倍程度に、搬送方向と直交する方向に延伸するか、あるいは溶液流延にて作製したフィルムを、残留溶媒量が2〜100質量%程度残った状態で、搬送方向と直行する方向に1.1〜1.7倍程度に延伸することが好ましい。また、前記位相差層を上記範囲とするためには、位相差層の膜厚制御、紫外線硬化時の温度、チルト角制御、および支持体と空気界面でのプレチルト角の制御を行うことが好ましい。特に膜厚制御と硬化時の温度が位相差制御に対して大きな影響を有する。また液晶の配向に垂直配向膜を用いたりする場合もあるが、本発明では液晶材料と空気界面のプレチルト角が基盤側まで到達するため、特別な配向膜は必要としない。
また、前記第2の保護膜と前記位相差層とを積層した積層位相差層のリタデーションを前記の数値範囲とするためには、第2の保護膜のRoを上記手段にてコントロールし、且つ第2の保護膜と位相差層それぞれの斜め方向から見たときの位相差を制御することで達成できる。第2の保護膜の斜め方向の位相差は、該第2の保護膜を作製する際の延伸条件で制御することが好ましい。該第2の保護膜の面内進相軸を基準にして該位相差を小さくするには延伸倍率を上げるか延伸温度を下げることで達成できる。前記位相差層の斜め方向の位相差は該位相差層の膜厚か硬化時の温度で制御することが好ましい。斜め方向の位相差を小さくするには膜厚を薄くするか、硬化時の温度を上げることで達成できる。これらの進相軸を基準にした斜め方向の位相差の和と面内位相差から、Rtを算出することが出来る。
更に、前記波長分散を制御する手段としては、D(Ro)1、D(Ro)2は前記第2の保護膜の材料および製造方法を適宜選択することが好ましい。材料に関してはセルロースエステル系の材料で置換基(種類・置換度)を変えることでこれらの値を達成できる。アセチル基のみの場合、置換度が低くなるほど値が大きくなり、プロピオニル基を増やすほど小さくなる傾向がある。また添加剤によっても変化する。特許文献3などに記載されているリタデーション上昇剤などの場合、大きくなる傾向にある。D(Rt)1、D(Rt)2は第2の保護膜と位相差層のそれぞれの位相差を制御することで達成できる。具体的には、第2の保護膜の位相差を相対的に大きくすることで小さな値になる。
本発明では、前記第1の偏光膜の透過軸と前記第2の保護膜の面内遅相軸とのなす角度の絶対値が0〜1°の範囲にあることを特徴とするが、これは第2の保護膜の面内遅相軸を搬送方向と直行方向にし、かつ面内のムラを制御することで達成できる。そのためには、延伸温度と延伸倍率のバランスを精密にコントロールし、延伸部分(テンターのクリップなど)を該保護膜の両側で独立に制御することが好ましい。これはクリップ位置とクリップの応力に対して延伸温度と延伸倍率を調整することで達成できる。
また、本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光板と、IPSモード型液晶セルの特徴である黒表示の際に実質的にガラス基盤に平行方向に液晶分子が配向し、両方のガラス基盤の側の配向方向が実質的に平行である液晶セルと、第3の保護膜と第2の偏光膜と第4の保護膜によって構成された偏光板とを有し、該請求項1に記載の偏光板の第2の保護膜の面内遅相軸と、液晶セルの配向方向が実質的に平行または直交であり、且つ第3の保護膜がRo:0〜5nm,Rt:−10〜10nmであり、さらに第3の保護膜の膜厚が20〜45μmであることを特徴とする横電界スイッチングモード型液晶表示装置である。
即ち、第2の保護膜及び位相差層のリタデーションを特定範囲に制御し、更に第3の保護膜のリタデーションRo、Rtを低下させ薄膜化することで、横電界スイッチングモード型液晶表意装置の視野角拡大効果に加えて色味の変化を大幅に抑えることができ、従来は黒表示の際の色味変化が著しかったが、それを大幅に低減できたものである。
前記第3の保護膜のリタデーションを前記数値範囲とするためには、第3の保護膜がセルロースエステルであれば、溶融製膜にて製造するか、あるいは溶液製膜にて、途中でガラス転移点以上の温度で15秒以上保持するか、あるいはセルロースエステルと反対の複屈折発現性を持つ添加剤を加えることが好ましい。また、シクロオレフィン系フィルムであれば、溶融もしくは溶液流延により製造したフィルムを、延伸処理を行わずにそのまま用いることが好ましい。
以下、本発明を各要素の詳細について説明する。
(リタデーションの測定)
本発明に係るリタデーションの測定は、一例として、王子計測機器製KOBRA21ADHを用いて23℃、55%RHの環境下で行うことができる。また、厚み方向のリタデーションを計算する際には、アッベの屈折計を用いて各層の該当波長の屈折率を測定した値を用いる。また、積層体の場合、各層の屈折率の平均値を用いることとする。
本発明における積層体の厚み方向のリタデーションが負の値になっているサンプルは、リタデーションを計算する際に、積層体の面内進相軸を傾斜軸とし、40度傾斜させた時のリタデーションを測定して計算に用いることとした。
(偏光板及び液晶表示装置の構成)
本発明の偏光板及び液晶表示装置の構成を、図を用いて説明する。
図1の(A)は、請求項3に係る偏光板及び液晶表示装置の構成である。
視認側より第1の保護膜1、第1の偏光膜5、第2の保護膜2、棒状液晶の配向を固定化した位相差層7により視認側の偏光板を構成し、該偏光板はガラス基板9、10により挟持された液晶セル8に貼合される。更に該液晶セル8とは反対側の面に、第3の保護膜3、第2の偏光膜6、第4の保護膜4により構成される偏光板が配置される。
第2の保護膜の面内遅相軸bと液晶セルの配向方向cは平行である。偏光膜の偏光透過軸a、ガラス基板のラビング軸dは図で示す方向にある。図中、請求項1に係る偏光板の場合は、位相差層7は第1の偏光膜5と第2の保護膜2の間に配置される
図1の(B)は、請求項4に係る偏光板及び液晶表示装置の構成である。
視認側より第4の保護膜4、第2の偏光膜6、第3の保護膜3により偏光板を構成し、該偏光板はガラス基板9、10により挟持された液晶セル8に貼合される。更に該液晶セル8とは反対側の面に、棒状液晶の配向を固定化した位相差層7、第2の保護膜2、第1の偏光膜5、第1の保護膜1により構成される偏光板が配置される。
第2の保護膜の面内遅相軸bと液晶セルの配向方向cは直交である。偏光膜の偏光透過軸a、ガラス基板のラビング軸dは図で示す方向にある。図中、請求項1に係る偏光板の場合は、位相差層7は第1の偏光膜5と第2の保護膜2の間に配置される
(位相差層)
本発明の偏光板は、液晶(もしくは液晶の溶液)を基材に塗布し、乾燥と熱処理(配向処理ともいう)を行い紫外線硬化もしくは熱重合などで液晶配向の固定化を行い、実質的に垂直配向した棒状液晶による位相差層を有することが特徴である。該位相差層は、基材として、第1の偏光膜或いは第2の保護膜上に形成されるが、好ましくは第2の保護膜上に形成されることである。
ここでいう垂直配向とは、得られた液晶配向層の光学位相差を評価するために、偏光顕微鏡を用いて評価した場合、液晶配向層をクロスニコル偏光子の間に挟んだ場合に黒色に見え、クロスニコル偏光子の間で液晶配向層を傾けた場合に光が透過するものを垂直配向しているものと定義する。
液晶配向層を形成する際には、いわゆる垂直配向膜を用いても良く、垂直配向膜として特に制限はないが、液晶材料自身が空気界面で垂直配向する場合で、その配向規制力が空気界面と反対の界面まで及ぶ場合には該配向膜は特に必要ではなく、構成が簡素化できる観点からもその方が好ましい。垂直配向膜を使用する場合は、特開2005−148473号公報などに記載されている(メタ)アクリル系ブロックポリマーを含有するブロックポリマー組成物の架橋体からなる配向膜等を用いることも好ましい。
本発明に係る位相差層は、リタデーションRoが0〜10nm、Rtが−100〜−400nmの範囲にある実質的に垂直配向した棒状液晶による位相差層である。更にRoは0〜5nmの範囲がより好ましい。該位相差層を上記範囲とするためには、位相差層の膜厚制御、紫外線硬化時の温度、チルト角制御、および支持体と空気界面でのプレチルト角の制御を行うことが好ましい。
前記位相差層は、所定の温度で液晶相となり得る液晶材料が、所定の液晶規則性を有して硬化することにより形成されたものである。液晶相を示す温度の上限は、例えば基材の透明樹脂フィルムがダメージを受けない温度であれば特に限定されるものはない。具体的には、プロセス温度のコントロールの容易性と寸法精度維持の観点から120℃以下が好ましく、より好ましくは100℃以下の温度で液晶相となる液晶材料が好適に用いられる。一方、液晶相を示す温度の下限は、位相差板として用いる際に、液晶材料が配向状態を保持し得る温度であるといえる。
本発明に係る位相差板として用いられる液晶材料としては、重合性液晶材料を用いることが好ましい。重合性液晶材料は、所定の活性放射線を照射することにより重合させて用いることができ、重合させた状態では配向状態は固定化されているので、重合性液晶材料を用いる場合には、液晶相となる温度の下限は特に限定されるものではない。
重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、もしくは重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができ、相互に混合して用いることもできる。重合性液晶材料は、配向状態を固定化することが可能であるので、液晶の配向を低温で容易に行うことが可能であり、かつ使用に際しては配向状態が固定化されているので、温度等の使用条件にかかわらず使用することができる。
重合性液晶材料としては、上記のうちでも、特に重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度が高いことから、配向させることが容易だからである。
具体的な重合性液晶モノマーとしては、下記の一般式(1)で表される棒状液晶性化合物(I)、および下記の一般式(2)で表される棒状液晶性化合物(II)を挙げることができる。棒状液晶性化合物(I)としては、一般式(1)に包含される化合物の2種以上を混合して使用することもでき、同様に、棒状液晶性化合物(II)としては、一般式(2)に包含される化合物の2種以上を混合して使用することもできる。また、棒状液晶性化合物(I)を1種以上と棒状液晶性化合物(II)を1種以上混合して使用することもできる。
棒状液晶性化合物(I)を表す一般式(1)において、R1およびR2はそれぞれ水素原子またはメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからR1およびR2は共に水素原子であることが好ましい。Xは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、炭素数1〜4のアルキル基、メトキシ基、シアノ基、もしくはニトロ基のいずれであっても差し支えないが、塩素原子またはメチル基であることが好ましい。また、棒状液晶性化合物(I)の分子鎖両端の(メタ)アクリロイロキシ基と、芳香環とのスペーサであるアルキレン基の鎖長を示すaおよびbは、それぞれ個別に2〜12の範囲で任意の整数を取り得るが、4〜10の範囲であることが好ましく、6〜9の範囲であることがさらに好ましい。a=b=0である一般式(1)の化合物は、安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物自体の結晶性が高い。また、aおよびbがそれぞれ13以上である一般式(1)の化合物は、アイソトロピック転移温度(TI)が低い。この理由から、これらの化合物はどちらも液晶性を示す温度範囲が狭く好ましくない。
棒状液晶性化合物(I)は任意の方法で合成することができる。例えば、Xがメチル基である棒状液晶性化合物(I)は、1当量のメチルヒドロキノンと2当量の4−(m−(メタ)アクリロイロキシアルコキシ)安息香酸とのエステル化反応により得ることができる。エステル化反応は、上記安息香酸を酸クロリドやスルホン酸無水物などで活性化し、これとメチルヒドロキノンとを反応させるのが通例である。また、DCC(ジシクロヘキシルカルボジイミド)等の縮合剤を用いて、カルボン酸単位とメチルヒドロキノンを直接反応させることもできる。これ以外の方法としては、1当量のメチルヒドロキノンと、2当量の4−(m−ベンジルオキシアルコキシ)安息香酸とのエステル化反応をまず行い、次いで得られたエステルを水素添加反応等により脱ベンジル化した後、分子末端をアクリロイル化する方法によっても、棒状液晶性化合物(I)を合成することができる。メチルヒドロキノンと4−(m−ベンジルオキシアルコキシ)安息香酸とのエステル化反応を行うに際しては、メチルヒドロキノンをジアセテートに導入した後、上記の安息香酸と溶融状態で反応させ、直接エステル体を得ることも可能である。一般式(1)のXがメチル基でない場合の棒状液晶性化合物(I)も、対応する置換基を有するヒドロキノンを、メチルヒドロキノンの代わりに用いて上と同様の反応を行うことにより得ることができる。
棒状液晶性化合物(II)を表す一般式(2)において、R3は水素原子またはメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからR3は水素であることが好ましい。アルキレン基の鎖長を示すcに関して言えば、この値が2〜12である棒状液晶性化合物(II)は液晶性を示さない。しかしながら、液晶性を持つ棒状液晶性化合物(I)との相溶性を考慮すると、cは4〜10の範囲であることが好ましく、6〜9の範囲であることがより好ましい。棒状液晶性化合物(II)も任意の方法で合成可能であり、例えば、1当量の4−シアノフェノールと1当量の4−(n−(メタ)アクリロイロキシアルコキシ)安息香酸とのエステル化反応により棒状液晶性化合物(II)を合成することができる。このエステル化反応は棒状液晶性化合物(I)を合成する場合と同様に、上記安息香酸を酸クロリドやスルホン酸無水物などで活性化し、これと4−シアノフェノールとを反応させるのが一般的である。また、DCC(ジシクロヘキシルカルボジイミド)等の縮合剤を用いて上記安息香酸と4−シアノフェノールを反応させてもよい。
以上の他、本発明においては、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマー等を用いることが可能である。このような重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーとしては、従来提案されているものを適宜選択して用いることが可能である。
本発明においては、重合性液晶材料に加え、必要に応じて光重合開始剤を用いてもよい。電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合があるが、一般的に用いられている例えば紫外線(UV)照射による硬化の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。
光重合開始剤としては、ベンジル(ビベンゾイルとも言う)、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4′−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、2−n−ブトキシエチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、p−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、3,3′−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、もしくは1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。光重合開始剤の添加量としては、一般的には0.01%〜20%が好ましく、より好ましくは0.1%〜10%であり、もっと好ましくは0.5%〜5%の範囲で、本発明の重合性液晶材料に添加することができる。尚、光重合開始剤の他に、本発明の目的が損なわれない範囲で増感剤を添加することも可能である。
本発明における液晶層の膜厚は0.1μm〜20μmの範囲内であることが好ましく、0.2〜10μmの範囲内であることがより好ましい。本発明に係る液晶層が上記範囲を超えて厚くなると必要以上の光学異方性が生じてしまい、また上記範囲より薄いと所定の光学異方性が得られない場合がある。よって、液晶層の膜厚は、必要な光学異方性に準じて決定すればよい。
重合性液晶材料は、必要に応じて光重合開始剤、増感剤等を配合して液晶層形成用組成物を調製して用い、基材上に塗工し、液晶層形成用層を形成する。液晶層形成用層を形成する方法としては、例えばドライフィルム等を予め形成してこれを液晶層形成用層としたものを基材上に積層する方法や、液晶層形成用組成物を融解させて基材上に塗工する方法等をとることも可能であるが、本発明においては、液晶層形成用組成物としては溶媒を加えて、その他の成分を溶解した塗工用組成物を用いて配向膜上に塗工し、溶媒を除去することにより液晶層形成用層を形成することが好ましい。これは、他の方法と比較して工程上簡便である。
溶媒としては、上述した重合性液晶材料等を溶解することが可能な溶媒であり、かつ透明樹脂フィルムの性状を低下させない溶媒であれば、特に限定されるものではなく、具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、n−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類;メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;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、もしくは2,4−ペンタンジオン等のケトン類;酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、もしくはγ−ブチロラクトン等のエステル類;2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、もしくはジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、もしくはオルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒;t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルソルブ、もしくはブチルセルソルブ等のアルコール類;フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類等の1種または2種以上が使用可能である。
単一種の溶媒を使用しただけでは、重合性液晶材料等の溶解性が不充分であり、上述したように基材が侵食される場合がある。しかし2種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記した溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素系溶媒とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類またはケトン類と、グリコール類との混合系である。溶液の濃度は、重合性液晶材料等の溶解性や製造しようとする液晶層の膜厚に依存するため一概には規定できないが、通常は1%〜60%が好ましく、より好ましくは3%〜40%の範囲で調整される。
本発明に用いられる液晶層形成用組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、上記以外の化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと1塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、(メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリエステル(メタ)アクリレート;ポリオール基と2個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に(メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン(メタ)アクリレート;ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族もしくは脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、(メタ)アクリル酸を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート等の光重合性化合物、またはアクリル基もしくはメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。本発明の液晶層形成用組成物に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択され、一般的には、本発明の液晶層形成用組成物の40%以下であることが好ましく、より好ましくは20%以下である。これらの化合物の添加により、本発明における液晶材料の硬化性が向上し、得られる液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
また、溶剤を配合した液晶層形成用組成物には、塗工を容易にするために界面活性剤等を加えることができる。添加可能な界面活性剤を例示すると、イミダゾリン、第四級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体等の陽イオン系界面活性剤;ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、第一級あるいは第二級アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、ポリエチレングリコールおよびそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキルリン酸塩、脂肪族あるいは芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物等の陰イオン系界面活性剤;ラウリルアミドプロピルベタイン、ラウリルアミノ酢酸ベタイン等の両性系界面活性剤;ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン系界面活性剤;パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル基・親水性基含有オリゴマー、パーフルオロアルキル・親油基含有オリゴマーパーフルオロアルキル基含有ウレタン等のフッ素系界面活性剤などが挙げられる。界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類、液晶材料の種類、溶媒の種類、さらには溶液を塗工する配向膜の種類にもよるが、通常は溶液に含まれる重合性液晶材料の10ppm〜10%が好ましく、より好ましくは100ppm〜5%であり、もっと好ましくは0.1〜1%の範囲である。
液晶層形成用組成物を塗工する方法としては、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、浸漬引き上げ法、ダイコート法、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、もしくは押し出しコート法等が挙げられる。液晶層形成用組成物を塗工した後、溶媒を除去する方法としては、例えば、風乾、加熱除去、もしくは減圧除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行われる。溶媒が除去されることにより、液晶層形成用層が形成される。
重合性液晶材料を硬化させる工程では、重合性液晶材料を硬化させるためのエネルギーが与えられ、熱エネルギーでもよいが、通常は、重合を起こさせる能力がある電離放射線の照射によって行う。必要であれば重合性液晶材料内に重合開始剤が含まれていてもよい。電離放射線としては、重合性液晶材料を重合せさることが可能な放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が150〜500nmの光が好ましく、より好ましくは250〜450nmであり、もっと好ましくは300〜400nmの波長の紫外線である。
本発明においては、紫外線(UV)を活性放射線として照射し、紫外線で重合開始剤からラジカルを発生させ、ラジカル重合を行わせる方法が好ましい。活性放射線としてUVを用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。
この紫外線を照射するための光源としては、低圧水銀ランプ(殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト)、高圧放電ランプ(高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ)、もしくはショートアーク放電ランプ(超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ)等を挙げることができる。なかでもメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ灯等の使用が推奨される。照射強度は、液晶層を形成している重合性液晶材料の組成や光重合開始剤によって適宜に調整すればよい。
活性放射線の照射による配向固定化工程は、上述した液晶層形成用層を形成する工程における処理温度、すなわち重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で行ってもよく、また液晶相となる温度より低い温度で行ってもよい。一旦液晶相となった重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはない。
(基材)
本発明において、第1〜4の保護膜に用いられる基材としては、製造が容易であること、光学的に透明であること等が好ましく、特に透明樹脂フィルムであることが好ましい。
本発明でいう透明とは、可視光の透過率60%以上であることをさし、好ましくは80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。
上記の性質を有していれば特に限定はないが、例えば、セルロースジアセテートフィルム、セルローストリアセテートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム等のセルロースエステル系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリカーボネート系フィルム、ポリアリレート系フィルム、ポリスルホン(ポリエーテルスルホンも含む)系フィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、セロファン、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコールフィルム、シンジオタクティックポリスチレン系フィルム,ポリカーボネートフィルム、ノルボルネン系樹脂フィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリエーテルケトンイミドフィルム、ポリアミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、ナイロンフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、アクリルフィルムまたはガラス板等を挙げることができる。中でもノルボルネン系樹脂フィルム、及びセルロースエステル系フィルムが好ましい。
本発明で好ましく用いられるノルボルネン系樹脂フィルムとしては、ノルボルネン構造を有する非晶性ポリオレフィンフィルムで、例えば、三井石油化学(株)製のAPOや日本ゼオン(株)製のゼオネックス、JSR(株)製のARTON等がある。
本発明に係る第1〜4の保護膜においては、これらの中でもセルロースエステル系フィルムを用いることが好ましく、特に第2の保護膜の基材は、後述する特定のセルロースエステルを主成分とするセルロースエステル系フィルムである。セルロースエステルとしては、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、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フタレートが好ましく、中でも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が好ましく用いられる。市販のセルロースエステルフィルムとしては、例えば、コニカミノルタタック KC8UX、KC4UX、KC5UX、KC8UCR3、KC8UCR4、KC8UCR5、KC8UY、KC4UY、KC12UR、KC4FR、KC8UY−HA、KC8UX−RHA(以上、コニカミノルタオプト(株)製)等が、製造上、コスト面、透明性、密着性等の観点から好ましく用いられる。これらのフィルムは、溶融流延製膜で製造されたフィルムであっても、溶液流延製膜で製造されたフィルムであってもよい。
〈セルロースエステル〉
本発明に係る第2の保護膜に用いられるセルロースエステルを詳細に説明する。
本発明に係る第2の保護膜に用いられるセルロースエステルは、炭素数2〜22程度の脂肪族カルボン酸エステルまたは芳香族カルボン酸エステル或いは脂肪族カルボン酸エステルと芳香族カルボン酸エステルの混合エステルが好ましく用いられ、特にセルロースの低級脂肪酸エステルであることが好ましい。セルロースの低級脂肪酸エステルにおける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。具体的には、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートフタレート等や、特開平10−45804号公報、同8−231761号公報、米国特許第2,319,052号明細書等に記載されているような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である。上記記載の中でも、特に好ましく用いられるセルロースの低級脂肪酸エステルは、セルロースアセテートプロピオネートである。
該セルロースエステルは、炭素原子数2〜22のアシル基を置換基として有し、アセチル基の置換度をXとし、プロピオニル基の置換度をYとした時、下記式1及び2を同時に満たすセルロースエステルである。
式1 2.00≦X+Y≦2.60
式2 0.10≦Y≦1.00
中でも2.30≦X+Y≦2.55が好ましく、2.40≦X+Y≦2.55がより好ましい。また、0.50≦Y≦0.90が好ましく、0.70≦Y≦0.90がより好ましい。
アシル基で置換されていない部分は通常水酸基として存在している。これらは公知の方法で合成することができる。また、これらアシル基置換度は、ASTM−D817−96に規定の方法に準じて測定することができる。
セルロースエステルは綿花リンター、木材パルプ、ケナフ等を原料として合成されたセルロースエステルを単独或いは混合して用いることができる。特に綿花リンター(以下、単にリンターとすることがある)、木材パルプから合成されたセルロースエステルを単独或いは混合して用いることが好ましい。
また、これらから得られたセルロースエステルはそれぞれ任意の割合で混合使用することができる。これらのセルロースエステルは、セルロース原料をアシル化剤が酸無水物(無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸)である場合には、酢酸のような有機酸やメチレンクロライド等の有機溶媒を用い、硫酸のようなプロトン性触媒を用いて常法により反応させて得ることができる。
アセチルセルロースの場合、酢化率を上げようとすれば、酢化反応の時間を延長する必要がある。但し、反応時間を余り長くとると分解が同時に進行し、ポリマー鎖の切断やアセチル基の分解などが起こり、好ましくない結果をもたらす。従って、酢化度を上げ、分解をある程度抑えるためには反応時間はある範囲に設定することが必要である。反応時間で規定することは反応条件が様々であり、反応装置や設備その他の条件で大きく変わるので適切でない。ポリマーの分解は進むにつれ、分子量分布が広くなってゆくので、セルロースエステルの場合にも、分解の度合いは通常用いられる重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の値で規定できる。即ちセルローストリアセテートの酢化の過程で、余り長過ぎて分解が進み過ぎることがなく、かつ酢化には十分な時間酢化反応を行わせしめるための反応度合いの一つの指標として用いられる重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の値を用いることができる。
本発明に用いられるセルロースエステルの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnの値は、1.4〜3.0であることが好ましい。尚、本発明においては、セルロースエステルフィルムが、材料として、Mw/Mnの値が1.4〜3.0であるセルロースエステルを含有すればよいが、フィルムに含まれるセルロースエステル(好ましくはセルローストリアセテートまたはセルロースアセテートプロピオネート)全体のMw/Mnの値は1.4〜3.0の範囲であることがより好ましい。セルロースエステルの合成過程で1.4未満とすることは困難であり、ゲル濾過などによって分画することで分子量の揃ったセルロースエステルを得ることはできる。しかしながらこの方法はコストが著しくかかる。また、3.0以下であると平面性が維持されやすく好ましい。尚、より好ましくは1.7〜2.2である。
本発明に用いられるセルロースエステルの分子量は、数平均分子量(Mn)で80000〜200000のものを用いることが好ましい。100000〜200000のものが更に好ましく、150000〜200000が特に好ましい。
セルロースエステルの平均分子量及び分子量分布は、高速液体クロマトグラフィーを用いて公知の方法で測定することができる。これを用いて数平均分子量、重量平均分子量を算出し、その比(Mw/Mn)を計算することができる。
測定条件は以下の通りである。
溶媒: メチレンクロライド
カラム: Shodex K806,K805,K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用する)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=1000000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用する。13サンプルは、ほぼ等間隔に得ることが好ましい。
セルロースエステルの製造法は、特開平10−45804号公報に記載の方法で得ることができる。
また、セルロースエステルは、セルロースエステル中の微量金属成分によっても影響を受ける。これらは製造工程で使われる水に関係していると考えられるが、不溶性の核となり得るような成分は少ない方が好ましく、鉄、カルシウム、マグネシウム等の金属イオンは、有機の酸性基を含んでいる可能性のあるポリマー分解物等と塩形成する事により不溶物を形成する場合があり、少ないことが好ましい。鉄(Fe)成分については、1ppm以下であることが好ましい。カルシウム(Ca)成分については、地下水や河川の水等に多く含まれ、これが多いと硬水となり、飲料水としても不適当であるが、カルボン酸や、スルホン酸等の酸性成分と、また多くの配位子と配位化合物即ち、錯体を形成し易く、多くの不溶なカルシウムに由来するスカム(不溶性の澱、濁り)を形成する。
カルシウム(Ca)成分は60ppm以下、好ましくは0〜30ppmである。マグネシウム(Mg)成分については、やはり多過ぎると不溶分を生ずるため、0〜70ppmであることが好ましく、特に0〜20ppmであることが好ましい。鉄(Fe)分の含量、カルシウム(Ca)分含量、マグネシウム(Mg)分含量等の金属成分は、絶乾したセルロースエステルをマイクロダイジェスト湿式分解装置(硫硝酸分解)、アルカリ溶融で前処理を行った後、ICP−AES(誘導結合プラズマ発光分光分析装置)を用いて分析を行うことによって求めることができる。
本発明で用いられるセルロースエステルフィルムの屈折率は550nmで1.45〜1.60であるものが好ましく用いられる。フィルムの屈折率の測定方法は、アッベ屈折率計を使用し、日本工業規格JIS K 7105に基づき測定する。
〈添加剤〉
セルロースエステルフィルムには可塑剤や紫外線吸収剤、酸化防止剤、マット剤等の添加剤を含有させることができる。
前述のように本発明に係る第3の保護膜に用いられるセルロースエステルフィルムは、リタデーションがRoは0〜5nm、Rtは−10〜10nmの範囲にあることが好ましい。上記数値範囲とするためには、第3の保護膜がセルロースエステルであれば、溶融製膜にて製造するか、あるいは溶液製膜にて、途中でガラス転移点以上の温度で15秒以上保持するか、あるいはセルロースエステルと反対の複屈折発現性を持つ添加剤を加えることが好ましい。中でも、リタデーションを上記範囲内に調整する為には、下記アクリルポリマーを含有することが好ましい。
〈アクリルポリマー〉
本発明に係る第3の保護膜に用いられるセルロースエステルフィルムは、延伸方向に対して負の配向複屈折性を示す重量平均分子量が500以上30000以下であるアクリルポリマーを含有することが好ましく、該アクリルポリマーは芳香環を側鎖に有するアクリルポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリルポリマーであることが好ましい。
該ポリマーの重量平均分子量が500以上30000以下のもので該ポリマーの組成を制御することで、セルロースエステルと該ポリマーとの相溶性を良好にすることができる。
特に、アクリルポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリルポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリルポリマーについて、好ましくは重量平均分子量が500以上10000以下のものであれば、上記に加え、製膜後のセルロースエステルフィルムの透明性が優れ、透湿度も極めて低く、偏光板用保護フィルムとして優れた性能を示す。
該ポリマーは重量平均分子量が500以上30000以下であるから、オリゴマーから低分子量ポリマーの間にあると考えられるものである。このようなポリマーを合成するには、通常の重合では分子量のコントロールが難しく、分子量を余り大きくしない方法でできるだけ分子量を揃えることのできる方法を用いることが望ましい。
かかる重合方法としては、クメンペルオキシドやt−ブチルヒドロペルオキシドのような過酸化物重合開始剤を使用する方法、重合開始剤を通常の重合より多量に使用する方法、重合開始剤の他にメルカプト化合物や四塩化炭素等の連鎖移動剤を使用する方法、重合開始剤の他にベンゾキノンやジニトロベンゼンのような重合停止剤を使用する方法、更に特開2000−128911号または同2000−344823号公報にあるような一つのチオール基と2級の水酸基とを有する化合物、或いは、該化合物と有機金属化合物を併用した重合触媒を用いて塊状重合する方法等を挙げることができ、何れも本発明において好ましく用いられるが、特に、該公報に記載の方法が好ましい。
本発明に有用なポリマーを構成するモノマー単位としてのモノマーを下記に挙げるがこれに限定されない。
エチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマーを構成するエチレン性不飽和モノマー単位としては:ビニルエステルとして、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、吉草酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、オクチル酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル等;アクリル酸エステルとして、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル(i−、n−)、アクリル酸ブチル(n−、i−、s−、t−)、アクリル酸ペンチル(n−、i−、s−)、アクリル酸ヘキシル(n−、i−)、アクリル酸ヘプチル(n−、i−)、アクリル酸オクチル(n−、i−)、アクリル酸ノニル(n−、i−)、アクリル酸ミリスチル(n−、i−)、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸(2−エチルヘキシル)、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェネチル、アクリル酸(ε−カプロラクトン)、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、アクリル酸−p−ヒドロキシメチルフェニル、アクリル酸−p−(2−ヒドロキシエチル)フェニル等;メタクリル酸エステルとして、上記アクリル酸エステルをメタクリル酸エステルに変えたもの;不飽和酸として、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸等を挙げることができる。上記モノマーで構成されるポリマーはコポリマーでもホモポリマーでもよく、ビニルエステルのホモポリマー、ビニルエステルのコポリマー、ビニルエステルとアクリル酸またはメタクリル酸エステルとのコポリマーが好ましい。
本発明において、アクリルポリマーとは、芳香環或いはシクロヘキシル基を有するモノマー単位を有しないアクリル酸またはメタクリル酸アルキルエステルのホモポリマーまたはコポリマーを指す。芳香環を側鎖に有するアクリルポリマーというのは、必ず芳香環を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を含有するアクリルポリマーである。
また、シクロヘキシル基を側鎖に有するアクリルポリマーというのは、シクロヘキシル基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を含有するアクリルポリマーである。
芳香環及びシクロヘキシル基を有さないアクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル(i−、n−)、アクリル酸ブチル(n−、i−、s−、t−)、アクリル酸ペンチル(n−、i−、s−)、アクリル酸ヘキシル(n−、i−)、アクリル酸ヘプチル(n−、i−)、アクリル酸オクチル(n−、i−)、アクリル酸ノニル(n−、i−)、アクリル酸ミリスチル(n−、i−)、アクリル酸(2−エチルヘキシル)、アクリル酸(ε−カプロラクトン)、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−メトキシエチル)、アクリル酸(2−エトキシエチル)等、または上記アクリル酸エステルをメタクリル酸エステルに変えたものを挙げることができる。
アクリルポリマーは上記モノマーのホモポリマーまたはコポリマーであるが、アクリル酸メチルエステルモノマー単位が30質量%以上を有していることが好ましく、また、メタクリル酸メチルエステルモノマー単位が40質量%以上有することが好ましい。特にアクリル酸メチルまたはメタクリル酸メチルのホモポリマーが好ましい。
芳香環を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸フェニル、メタクリル酸フェニル、アクリル酸(2または4−クロロフェニル)、メタクリル酸(2または4−クロロフェニル)、アクリル酸(2または3または4−エトキシカルボニルフェニル)、メタクリル酸(2または3または4−エトキシカルボニルフェニル)、アクリル酸(oまたはmまたはp−トリル)、メタクリル酸(oまたはmまたはp−トリル)、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸フェネチル、メタクリル酸フェネチル、アクリル酸(2−ナフチル)等を挙げることができるが、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニチル、メタクリル酸フェネチルを好ましく用いることができる。
芳香環を側鎖に有するアクリルポリマーの中で、芳香環を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位が20〜40質量%を有し、且つアクリル酸またはメタクリル酸メチルエステルモノマー単位を50〜80質量%有することが好ましい。該ポリマー中、水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を2〜20質量%有することが好ましい。
シクロヘキシル基を有するアクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸(4−メチルシクロヘキシル)、メタクリル酸(4−メチルシクロヘキシル)、アクリル酸(4−エチルシクロヘキシル)、メタクリル酸(4−エチルシクロヘキシル)等を挙げることができるが、アクリル酸シクロヘキシル及びメタクリル酸シクロヘキシルを好ましく用いることができる。
シクロヘキシル基を側鎖に有するアクリルポリマー中、シクロヘキシル基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を20〜40質量%有し、且つ50〜80質量%有することが好ましい。また、該ポリマー中、水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を2〜20質量%有することが好ましい。
上述のエチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマー、アクリルポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリルポリマー及びシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリルポリマーは何れもセルロース樹脂との相溶性に優れる。
これらの水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマーの場合はホモポリマーではなく、コポリマーの構成単位である。この場合、好ましくは、水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位がアクリルポリマー中2〜20質量%含有することが好ましい。
本発明において、側鎖に水酸基を有するポリマーも好ましく用いることができる。水酸基を有するモノマー単位としては、前記したモノマーと同様であるが、アクリル酸またはメタクリル酸エステルが好ましく、例えば、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、アクリル酸−p−ヒドロキシメチルフェニル、アクリル酸−p−(2−ヒドロキシエチル)フェニル、またはこれらアクリル酸をメタクリル酸に置換したものを挙げることができ、好ましくは、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル及びメタクリル酸−2−ヒドロキシエチルである。ポリマー中に水酸基を有するアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルモノマー単位はポリマー中2〜20質量%含有することが好ましく、より好ましくは2〜10質量%である。
前記のようなポリマーが上記の水酸基を有するモノマー単位を2〜20質量%含有したものは、勿論セルロースエステルとの相溶性、保留性、寸法安定性が優れ、透湿度が小さいばかりでなく、偏光板保護フィルムとしての偏光子との接着性に特に優れ、偏光板の耐久性が向上する効果を有している。
アクリルポリマーの主鎖の少なくとも一方の末端に水酸基を有するようにする方法は、特に主鎖の末端に水酸基を有するようにする方法であれば限定ないが、アゾビス(2−ヒドロキシエチルブチレート)のような水酸基を有するラジカル重合開始剤を使用する方法、2−メルカプトエタノールのような水酸基を有する連鎖移動剤を使用する方法、水酸基を有する重合停止剤を使用する方法、リビングイオン重合により水酸基を末端に有するようにする方法、特開2000−128911号または2000−344823号公報にあるような一つのチオール基と2級の水酸基とを有する化合物、或いは、該化合物と有機金属化合物を併用した重合触媒を用いて塊状重合する方法等により得ることができ、特に該公報に記載の方法が好ましい。
この公報記載に関連する方法で作られたポリマーとしては、綜研化学社製のアクトフロー・シリーズとして市販されており、好ましく用いることができる。上記の末端に水酸基を有するポリマー及び/または側鎖に水酸基を有するポリマーは、本発明において、ポリマーの相溶性、透明性を著しく向上する効果を有する。
更に、延伸方向に対して負の配向複屈折性を示すエチレン性不飽和モノマーとして、スチレン類を用いたポリマーであることが負の屈折性を発現させるために好ましい。スチレン類としては、例えば、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、クロロメチルスチレン、メトキシスチレン、アセトキシスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、ブロモスチレン、ビニル安息香酸メチルエステルなどが挙げられるが、これらに限定される物ではない。
前記不飽和エチレン性モノマーとして挙げた例示モノマーと共重合してもよく、また複屈折性を制御する目的で、2種以上の上記ポリマーを用いてセルロースエステルに相溶させて用いても良い。
更に、本発明に用いられるセルロースエステルフィルムは、分子内に芳香環と親水性基を有しないエチレン性不飽和モノマーXaと分子内に芳香環を有せず、親水性基を有するエチレン性不飽和モノマーXbとを共重合して得られた重量平均分子量5000以上30000以下のポリマーXと、より好ましくは芳香環を有さないエチレン性不飽和モノマーYaを重合して得られた重量平均分子量500以上3000以下のポリマーYとを含有することが好ましい。
(ポリマーX、ポリマーY)
本発明に用いられるポリマーXは、分子内に芳香環と親水性基を有しないエチレン性不飽和モノマーXaと分子内に芳香環を有せず、親水性基を有するエチレン性不飽和モノマーXbとを共重合して得られた重量平均分子量5000以上30000以下のポリマーである。好ましくは、Xaは分子内に芳香環と親水性基を有しないアクリルまたはメタクリルモノマー、Xbは分子内に芳香環を有せず親水性基を有するアクリルまたはメタクリルモノマーである。
本発明に用いられるポリマーXは、下記一般式(X)で表される。
一般式(X)
−(Xa)−(Xb)−(Xc)
さらに好ましくは、下記一般式(X−1)で表されるポリマーである。
一般式(X−1)
−[CH−C(−R1)(−COR2)]−[CH−C(−R3)(−COR4−OH)−]−[Xc]
(式中、R1、R3、R5は、HまたはCHを表す。R2は炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基を表す。R4、R6は−CH−、−C−または−C−を表す。Xcは、Xa、Xbに重合可能なモノマー単位を表す。m、n及びpは、モル組成比を表す。ただしm≠0、n≠0、k≠0、m+n+p=100である。)
本発明に用いられるポリマーXを構成するモノマー単位としてのモノマーを下記に挙げるがこれに限定されない。
Xにおいて、親水性基とは、水酸基、エチレンオキシド連鎖を有する基をいう。
分子内に芳香環と親水性基を有しないエチレン性不飽和モノマーXaは、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル(i−、n−)、アクリル酸ブチル(n−、i−、s−、t−)、アクリル酸ペンチル(n−、i−、s−)、アクリル酸ヘキシル(n−、i−)、アクリル酸ヘプチル(n−、i−)、アクリル酸オクチル(n−、i−)、アクリル酸ノニル(n−、i−)、アクリル酸ミリスチル(n−、i−)、アクリル酸(2−エチルヘキシル)、アクリル酸(ε−カプロラクトン)、アクリル酸(2−エトキシエチル)等、または上記アクリル酸エステルをメタクリル酸エステルに変えたものを挙げることができる。中でも、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル(i−、n−)であることが好ましい。
分子内に芳香環を有せず、親水性基を有するエチレン性不飽和モノマーXbは、水酸基を有するモノマー単位として、アクリル酸またはメタクリル酸エステルが好ましく、例えば、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、またはこれらアクリル酸をメタクリル酸に置き換えたものを挙げることができ、好ましくは、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)及びメタクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)である。
Xcとしては、Xa、Xb以外のものでかつ共重合可能なエチレン性不飽和モノマーであれば、特に制限はないが、芳香環を有していないものが好ましい。
Xa、Xb及びXcのモル組成比(m:n)は、99:1〜65:35の範囲が好ましく、更に好ましくは95:5〜75:25の範囲である。Xcのpは0〜10である。Xcは複数のモノマー単位であってもよい。
Xaのモル組成比が多いとセルロースエステルとの相溶性が良化するがフィルム厚み方向のリタデーション値Rtが大きくなる。Xbのモル組成比が多いと上記相溶性が悪くなるが、Rtを低減させる効果が高い。また、Xbのモル組成比が上記範囲を超えると製膜時にヘイズが出る傾向があり、これらの最適化を図りXa、Xbのモル組成比を決めることが好ましい。
ポリマーXの分子量は、重量平均分子量が5000以上30000以下であることが好ましく、更に好ましくは8000以上25000以下である。
重量平均分子量を5000以上とすることにより、セルロースエステルフィルムの、高温高湿下における寸法変化が少ない、偏光板保護フィルムとしてカールが少ない等の利点が得られ好ましい。重量平均分子量が30000を以内とした場合は、セルロースエステルとの相溶性がより向上し、高温高湿下においてのブリードアウト、さらには製膜直後でのヘイズの発生が抑制される。
本発明に用いられるポリマーXの重量平均分子量は、公知の分子量調節方法で調整することができる。そのような分子量調節方法としては、例えば四塩化炭素、ラウリルメルカプタン、チオグリコール酸オクチル等の連鎖移動剤を添加する方法等が挙げられる。また、重合温度は通常室温から130℃、好ましくは50℃から100℃で行われるが、この温度または重合反応時間を調整することで可能である。
重量平均分子量の測定方法は下記方法によることができる。
(重量平均分子量測定方法)
重量平均分子量Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定する。
測定条件は以下の通りである。
溶媒: メチレンクロライド
カラム: Shodex K806,K805,K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用する)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=1000000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用する。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いる。
本発明に用いられるポリマーYは、芳香環を有さないエチレン性不飽和モノマーYaを重合して得られた重量平均分子量500以上3000以下のポリマーである。
重量平均分子量500以上ではポリマーの残存モノマーが減少し好ましい。また、3000以下とすることは、リタデーション値Rt低下性能を維持するために好ましい。
Yaは、好ましくは芳香環を有さないアクリルまたはメタクリルモノマーである。
本発明に用いられるポリマーYは、下記一般式(Y)で表される。
一般式(Y)
−(Ya)−(Yb)
さらに好ましくは、下記一般式(Y−1)で表されるポリマーである。
一般式(Y−1)
−[CH−C(−R5)(−COR6)]−[Yb]
(式中、R5は、HまたはCHを表す。R6は炭素数1〜12のアルキル基またはシクロアルキル基を表す。Ybは、Yaと共重合可能なモノマー単位を表す。k及びqは、モル組成比を表す。ただしk≠0、k+q=100である。)
Ybは、Yaと共重合可能なエチレン性不飽和モノマーであれば特に制限はない。Ybは複数であってもよい。k+q=100、qは好ましくは0〜30である。
芳香環を有さないエチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマーYを構成するエチレン性不飽和モノマーYaはアクリル酸エステルとして、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル(i−、n−)、アクリル酸ブチル(n−、i−、s−、t−)、アクリル酸ペンチル(n−、i−、s−)、アクリル酸ヘキシル(n−、i−)、アクリル酸ヘプチル(n−、i−)、アクリル酸オクチル(n−、i−)、アクリル酸ノニル(n−、i−)、アクリル酸ミリスチル(n−、i−)、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸(2−エチルヘキシル)、アクリル酸(ε−カプロラクトン)、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、メタクリル酸エステルとして、上記アクリル酸エステルをメタクリル酸エステルに変えたもの;不飽和酸として、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸等を挙げることができる。
Ybは、Yaと共重合可能なエチレン性不飽和モノマーであれば特に制限はないが、ビニルエステルとして、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、吉草酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、オクチル酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、桂皮酸ビニル等が好ましい。Ybは複数であってもよい。
ポリマーX、Yを合成するには、通常の重合では分子量のコントロールが難しく、分子量を余り大きくしない方法でできるだけ分子量を揃えることのできる方法を用いることが望ましい。かかる重合方法としては、クメンペルオキシドやt−ブチルヒドロペルオキシドのような過酸化物重合開始剤を使用する方法、重合開始剤を通常の重合より多量に使用する方法、重合開始剤の他にメルカプト化合物や四塩化炭素等の連鎖移動剤を使用する方法、重合開始剤の他にベンゾキノンやジニトロベンゼンのような重合停止剤を使用する方法、更に特開2000−128911号または同2000−344823号公報にあるような一つのチオール基と2級の水酸基とを有する化合物、或いは、該化合物と有機金属化合物を併用した重合触媒を用いて塊状重合する方法等を挙げることができ、何れも本発明において好ましく用いられるが、特に、分子中にチオール基と2級の水酸基とを有する化合物を連鎖移動剤として使用する重合方法が好ましい。
この場合、ポリマーX及びポリマーYの末端には、重合触媒及び連鎖移動剤に起因する水酸基、チオエーテルを有することとなる。この末端残基により、ポリマーX、Yとセルロースエステルとの相溶性を調整することができる。
ポリマーX及びYの水酸基価は、30〜150[mgKOH/g]であることが好ましい。
(水酸基価の測定方法)
この測定は、JIS K 0070(1992)に準ずる。この水酸基価は、試料1gをアセチル化させたとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに必要とする水酸化カリウムのmg数と定義される。具体的には試料Xg(約1g)をフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬(無水酢酸20mlにピリジンを加えて400mlにしたもの)20mlを正確に加える。フラスコの口に空気冷却管を装着し、95〜100℃のグリセリン浴にて加熱する。
1時間30分後、冷却し、空気冷却管から精製水1mlを加え、無水酢酸を酢酸に分解する。次に電位差滴定装置を用いて0.5mol/L水酸化カリウムエタノール溶液で滴定を行い、得られた滴定曲線の変曲点を終点とする。更に空試験として、試料を入れないで滴定し、滴定曲線の変曲点を求める。
水酸基価は、次の式によって算出する。
水酸基価={(B−C)×f×28.05/X}+D
(式中、Bは空試験に用いた0.5mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)、Cは滴定に用いた0.5mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)、fは0.5mol/L水酸化カリウムエタノール溶液のファクター、Dは酸価、また、28.05は水酸化カリウムの1mol量56.11の1/2を表す)
上述のポリマーX、ポリマーYは何れもセルロースエステルとの相溶性に優れ、蒸発や揮発もなく生産性に優れ、偏光板用保護フィルムとしての保留性がよく、透湿度が小さく、寸法安定性に優れている。
ポリマーXとポリマーYのセルロースエステルフィルム中での含有量は、下記式(i)、式(ii)を満足する範囲であることが好ましい。ポリマーXの含有量をXg(質量%=ポリマーXの質量/セルロースエステルの質量×100)、ポリマーYの含有量をYg(質量%)とすると、
式(i) 5≦Xg+Yg≦35(質量%)
式(ii) 0.05≦Yg/(Xg+Yg)≦0.4
式(i)の好ましい範囲は、10〜25質量%である。
ポリマーXとポリマーYは総量として5質量%以上であれば、リタデーション値Rtの低減に十分な作用をする。また、総量として35質量%以下であれば、偏光子PVAとの接着性が良好である。
ポリマーXとポリマーYは後述するドープ液を構成する素材として直接添加、溶解するか、もしくはセルロースエステルを溶解する有機溶媒に予め溶解した後ドープ液に添加することができる。
〈その他の添加剤〉
本発明の第1〜4の保護膜であるセルロースエステルフィルムには、通常のセルロースエステルフィルムに添加することのできる添加剤を含有させることができる。
これらの添加剤としては、可塑剤、紫外線吸収剤、微粒子等を挙げることができる。
本発明には下記のような可塑剤を含有するのが好ましい。可塑剤としては、例えば、リン酸エステル系可塑剤、フタル酸エステル系可塑剤、トリメリット酸エステル系可塑剤、ピロメリット酸系可塑剤、グリコレート系可塑剤、クエン酸エステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、多価アルコールエステル系可塑剤等を好ましく用いることができる。
リン酸エステル系可塑剤では、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート、ジフェニルビフェニルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリブチルホスフェート等、フタル酸
エステル系可塑剤では、ジエチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、ジメチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、ブチルベンジルフタレート、ジフェニルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート等、トリメリット酸系可塑剤では、トリブチルトリメリテート、トリフェニルトリメリテート、トリエチルトリメリテート等、ピロメリット酸エステル系可塑剤では、テトラブチルピロメリテート、テトラフェニルピロメリテート、テトラエチルピロメリテート等、グリコレート系可塑剤では、トリアセチン、トリブチリン、エチルフタリルエチルグリコレート、メチルフタリルエチルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート等、クエン酸エステル系可塑剤では、トリエチルシトレート、トリ−n−ブチルシトレート、アセチルトリエチルシトレート、アセチルトリ−n−ブチルシトレート、アセチルトリ−n−(2−エチルヘキシル)シトレート等を好ましく用いることができる。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。
ポリエステル系可塑剤として脂肪族二塩基酸、脂環式二塩基酸、芳香族二塩基酸等の二塩基酸とグリコールの共重合ポリマーを用いることができる。脂肪族二塩基酸としては特に限定されないが、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、テレフタル酸、1,4−シクロヘキシルジカルボン酸等を用いることができる。グリコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール等を用いることができる。これらの二塩基酸及びグリコールはそれぞれ単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
多価アルコールエステル系可塑剤は2価以上の脂肪族多価アルコールとモノカルボン酸のエステルよりなる。好ましい多価アルコールの例としては、例えば以下のようなものを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。アドニトール、アラビトール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2ープロパンジオール、1,3ープロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2ーブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4ーブタンジオール、ジブチレングリコール、1,2,4−ブタントリオール、1,5ーペンタンジオール、1,6ーヘキサンジオール、ヘキサントリオール、2−n−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、ガラクチトール、マンニトール、3−メチルペンタン−1,3,5−トリオール、ピナコール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、キシリトール、等を上げることができる。特に、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、キシリトール、であることが好ましい。多価アルコールエステルに用いられるモノカルボン酸としては特に制限はなく公知の脂肪族モノカルボン酸、脂環族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸などを用いることができる。脂環族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸を用いると透湿性、保留性を向上させる点で好ましい。好ましいモノカルボン酸の例としては以下のようなものを上げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。脂肪族モノカルボン酸としては炭素数1〜32の直鎖または側鎖を持った脂肪酸を好ましく用いることができる。炭素数1〜20であることが更に好ましく、炭素数1〜10であることが特に好ましい。酢酸を含有させるとセルロースエステルとの相溶性が増すため好ましく、酢酸と他のモノカルボン酸を混合して用いることも好ましい。好ましい脂肪族モノカルボン酸としては酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、2−エチル−ヘキサンカルボン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸などの飽和脂肪酸、ウンデシレン酸、オ
レイン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸などの不飽和脂肪酸などを上げることができる。好ましい脂環族モノカルボン酸の例としては、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸、またはそれらの誘導体を上げることができる。好ましい芳香族モノカルボン酸の例としては、安息香酸、トルイル酸などの安息香酸のベンゼン環にアルキル基を導入したもの、ビフェニルカルボン酸、ナフタリンカルボン酸、テトラリンカルボン酸などのベンゼン環を2個以上もつ芳香族モノカルボン酸、またはそれらの誘導体を上げることができる。特に安息香酸であることが好ましい。多価アルコールエステルの分子量は特に制限はないが、分子量300〜1500の範囲であることが好ましく、350〜750の範囲であることが更に好ましい。保留性向上の点では大きい方が好ましく、透湿性、セルロースエステルとの相溶性の点では小さい方が好ましい。
本発明に用いられる多価アルコールエステルに用いられるカルボン酸は一種類でも良いし、2種以上の混合であっても良い。また、多価アルコール中のOH基はカルボン酸で全てエステル化しても良いし、一部をOH基のままで残しても良い。
これらの可塑剤は単独または併用するのが好ましい。
これらの可塑剤の使用量は、フィルム性能、加工性等の点で、セルロースエステルに対して1〜20質量%が好ましく、特に好ましくは、3〜13質量%である。
本発明に使用することができる紫外線吸収剤は、400nm以下の紫外線を吸収することで、耐久性を向上させることを目的としており、特に波長370nmでの透過率が10%以下であることが好ましく、より好ましくは5%以下、更に好ましくは2%以下である。
本発明に用いられる紫外線吸収剤は特に限定されないが、例えばオキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、トリアジン系化合物、ニッケル錯塩系化合物、無機粉体等が挙げられる。高分子型の紫外線吸収剤としてもよい。
本発明に用いられるセルロースエステルフィルムには微粒子を用いることが好ましい。微粒子は、無機化合物でも有機化合物でもどちらも用いることができる。無機化合物の例としては、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、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を挙げることができる。微粒子は珪素を含むものが濁度が低くなる点で好ましく、特に二酸化珪素が好ましい。
微粒子の一次粒子の平均粒径は5〜50nmが好ましく、更に好ましいのは7〜20nmである。これらは主に粒径0.05〜0.3μmの2次凝集体として含有されることが好ましい。セルロースエステルフィルム中の該微粒子の含有量は、0.05〜1質量%であることが好ましく、特に0.1〜0.5質量%が好ましい。共流延法による多層構成のセルロースエステルフィルムの場合は、表面にこの添加量の微粒子を含有することが好ましい。
二酸化珪素の微粒子は、例えば、アエロジルR972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600(以上、日本アエロジル(株)製)の商品名で市販されており、使用することができる。
酸化ジルコニウムの微粒子は、例えば、アエロジルR976及びR811(以上、日本アエロジル(株)製)の商品名で市販されており、使用することができる。
ポリマーの例として、シリコーン樹脂、フッ素樹脂及びアクリル樹脂を挙げることができる。シリコーン樹脂が好ましく、特に三次元の網状構造を有するものが好ましく、例えば、トスパール103、同105、同108、同120、同145、同3120及び同240(以上、東芝シリコーン(株)製)の商品名で市販されており、使用することができる。
これらの中でも、アエロジル200V、アエロジルR972Vがセルロースエステルフィルムの濁度を低く保ちながら、摩擦係数を下げる効果が大きいため特に好ましく用いられる。
〈セルロースエステルフィルムの製造方法〉
次に、本発明に用いられるセルロースエステルフィルムの製造方法について説明する。
本発明に用いられるセルロースエステルフィルムは、溶液流延法もしくは溶融流延で製造されたセルロースエステルフィルムが好ましい。
本発明に用いられるセルロースエステルフィルムの製造は、セルロースエステル並びに添加剤を溶剤に溶解させてドープを調製する工程、ドープを無限に移行する無端の金属支持体上に流延する工程、流延したドープをウェブとして乾燥する工程、金属支持体から剥離する工程、延伸または幅保持する工程、更に乾燥する工程、仕上がったフィルムを巻き取る工程により行われる。
ドープを調製する工程について述べる。ドープ中のセルロースエステルの濃度は、濃い方が金属支持体に流延した後の乾燥負荷が低減できて好ましいが、セルロースエステルの濃度が高すぎると濾過時の負荷が増えて、濾過精度が悪くなる。これらを両立する濃度としては、10〜35質量%が好ましく、更に好ましくは、15〜25質量%である。
ドープで用いられる溶剤は、単独で用いても2種以上を併用してもよいが、セルロースエステルの良溶剤と貧溶剤を混合して使用することが生産効率の点で好ましく、良溶剤が多い方がセルロースエステルの溶解性の点で好ましい。
良溶剤と貧溶剤の混合比率の好ましい範囲は、良溶剤が70〜98質量%であり、貧溶剤が2〜30質量%である。良溶剤、貧溶剤とは、使用するセルロースエステルを単独で溶解するものを良溶剤、単独で膨潤するかまたは溶解しないものを貧溶剤と定義している。
そのため、セルロースエステルの平均酢化度(アセチル基置換度)によっては、良溶剤、貧溶剤が変わり、例えばアセトンを溶剤として用いる時には、セルロースエステルの酢酸エステル(アセチル基置換度2.4)、セルロースアセテートプロピオネートでは良溶剤になり、セルロースの酢酸エステル(アセチル基置換度2.8)では貧溶剤となる。
本発明に用いられる良溶剤は特に限定されないが、メチレンクロライド等の有機ハロゲン化合物やジオキソラン類、アセトン、酢酸メチル、アセト酢酸メチル等が挙げられる。特に好ましくはメチレンクロライドまたは酢酸メチルが挙げられる。
また、本発明に用いられる貧溶剤は特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、n−ブタノール、シクロヘキサン、シクロヘキサノン等が好ましく用いられる。また、ドープ中には水が0.01〜2質量%含有していることが好ましい。また、セルロースエステルの溶解に用いられる溶媒は、フィルム製膜工程で乾燥によりフィルムから除去された溶媒を回収し、これを再利用して用いられる。
上記記載のドープを調製する時の、セルロースエステルの溶解方法としては、一般的な方法を用いることができる。加熱と加圧を組み合わせると常圧における沸点以上に加熱できる。溶剤の常圧での沸点以上でかつ加圧下で溶剤が沸騰しない範囲の温度で加熱しながら攪拌溶解すると、ゲルやママコと呼ばれる塊状未溶解物の発生を防止するため好ましい。また、セルロースエステルを貧溶剤と混合して湿潤或いは膨潤させた後、更に良溶剤を添加して溶解する方法も好ましく用いられる。
加圧は窒素ガス等の不活性気体を圧入する方法や、加熱によって溶剤の蒸気圧を上昇させる方法によって行ってもよい。加熱は外部から行うことが好ましく、例えばジャケットタイプのものは温度コントロールが容易で好ましい。
溶剤を添加しての加熱温度は、高い方がセルロースエステルの溶解性の観点から好ましいが、加熱温度が高過ぎると必要とされる圧力が大きくなり生産性が悪くなる。好ましい加熱温度は45〜120℃であり、60〜110℃がより好ましく、70℃〜105℃が更に好ましい。また、圧力は設定温度で溶剤が沸騰しないように調整される。
もしくは冷却溶解法も好ましく用いられ、これによって酢酸メチルなどの溶媒にセルロースエステルを溶解させることができる。
次に、このセルロースエステル溶液を濾紙等の適当な濾過材を用いて濾過する。濾過材としては、不溶物等を除去するために絶対濾過精度が小さい方が好ましいが、絶対濾過精度が小さ過ぎると濾過材の目詰まりが発生し易いという問題がある。このため絶対濾過精度0.008mm以下の濾材が好ましく、0.001〜0.008mmの濾材がより好ましく、0.003〜0.006mmの濾材が更に好ましい。
濾材の材質は特に制限はなく、通常の濾材を使用することができるが、ポリプロピレン、テフロン(登録商標)等のプラスチック製の濾材や、ステンレススティール等の金属製の濾材が繊維の脱落等がなく好ましい。濾過により、原料のセルロースエステルに含まれていた不純物、特に輝点異物を除去、低減することが好ましい。
輝点異物とは、2枚の偏光板をクロスニコル状態にして配置し、その間にロール状セルロースエステルを置き、一方の偏光板の側から光を当てて、他方の偏光板の側から観察した時に反対側からの光が漏れて見える点(異物)のことであり、径が0.01mm以上である輝点数が200個/cm2以下であることが好ましい。より好ましくは100個/cm2以下であり、更に好ましくは50個/m2以下であり、更に好ましくは0〜10個/cm2以下である。また、0.01mm以下の輝点も少ない方が好ましい。
ドープの濾過は通常の方法で行うことができるが、溶剤の常圧での沸点以上で、且つ加圧下で溶剤が沸騰しない範囲の温度で加熱しながら濾過する方法が、濾過前後の濾圧の差(差圧という)の上昇が小さく、好ましい。好ましい温度は45〜120℃であり、45〜70℃がより好ましく、45〜55℃であることが更に好ましい。
濾圧は小さい方が好ましい。濾圧は1.6MPa以下であることが好ましく、1.2MPa以下であることがより好ましく、1.0MPa以下であることが更に好ましい。
ここで、ドープの流延について説明する。
流延(キャスト)工程における金属支持体は、表面を鏡面仕上げしたものが好ましく、金属支持体としては、ステンレススティールベルトもしくは鋳物で表面をメッキ仕上げしたドラムが好ましく用いられる。キャストの幅は1〜4mとすることができる。流延工程の金属支持体の表面温度は−50℃〜溶剤の沸点未満の温度で、温度が高い方がウェブの乾燥速度が速くできるので好ましいが、余り高過ぎるとウェブが発泡して、平面性が劣化する場合がある。好ましい支持体温度は0〜40℃であり、5〜30℃が更に好ましい。
或いは、冷却することによってウェブをゲル化させて残留溶媒を多く含んだ状態でドラムから剥離することも好ましい方法である。
金属支持体の温度を制御する方法は特に制限されないが、温風または冷風を吹きかける方法や、温水を金属支持体の裏側に接触させる方法がある。温水を用いる方が熱の伝達が効率的に行われるため、金属支持体の温度が一定になるまでの時間が短く好ましい。温風を用いる場合は目的の温度よりも高い温度の風を使う場合がある。
フィルム状セルロースエステルが良好な平面性を示すためには、金属支持体からウェブを剥離する際の残留溶媒量は10〜150質量%が好ましく、更に好ましくは20〜40質量%または60〜130質量%であり、特に好ましくは、20〜30質量%または70〜120質量%である。
また、フィルム状セルロースエステルの乾燥工程においては、ウェブを金属支持体より剥離し、更に乾燥し、残留溶媒量を1質量%以下にすることが好ましく、更に好ましくは0.1質量%以下であり、特に好ましくは0〜0.01質量%以下である。
フィルム乾燥工程では一般にロール乾燥方式(上下に配置した多数のロールをウェブを交互に通し乾燥させる方式)やテンター方式でウェブを搬送させながら乾燥する方式が採られる。
本発明に係る第2の保護膜に用いられるセルロースエステルフィルムを作製するには、金属支持体より剥離した直後のウェブで、残留溶剤量の多いところで搬送方向(=長尺方向)に延伸し、更にウェブの両端をクリップ等で把持するテンター方式で幅方向に延伸を行うことが好ましい。
延伸操作は多段階に分割して実施してもよく、流延方向、幅手方向に二軸延伸を実施することが好ましい。また、二軸延伸を行う場合にも同時二軸延伸を行ってもよいし、段階的に実施してもよい。この場合、段階的とは、例えば、延伸方向の異なる延伸を順次行うことも可能であるし、同一方向の延伸を多段階に分割し、かつ異なる方向の延伸をそのいずれかの段階に加えることも可能である。
好ましい延伸倍率は1.05〜2倍が好ましく、好ましくは1.1〜1.5倍である。同時2軸延伸の際に縦方向に収縮させてもよく、0.8〜0.99、好ましくは0.9〜0.99となるように収縮させてもよい。好ましくは、横方向延伸及び縦方向の延伸若しくは収縮により面積が1.12倍〜1.44倍となっていることが好ましく、1.15倍〜1.32倍となっていることが好ましい。これは縦方向の延伸倍率×横方向の延伸倍率で求めることができる。
また、本発明における「延伸方向」とは、延伸操作を行う場合の直接的に延伸応力を加える方向という意味で使用する場合が通常であるが、多段階に二軸延伸される場合に、最終的に延伸倍率の大きくなった方(即ち、通常遅相軸となる方向)の意味で使用されることもある。
本発明に係る第2の保護膜に用いられるセルロースエステルフィルムにおいて、下記式3、4で表されるリタデーションは、Roが30〜115nm、Rtが100〜250nmの範囲であり、Rt/Roは1.6〜4.4の範囲である。更に、Roが45〜95nm、Rtが110〜200nmの範囲であり、Rt/Roは2.0〜3.5の範囲が好ましい。尚、リタデーションは23℃、55%RHの環境下で波長590nmにおいて測定される。
特に、ガラス転移点±10℃程度の範囲で1.1倍〜1.5倍程度に搬送方向と直交する方向に延伸するか、あるいは溶液流延にて作製したフィルムを、残留溶媒量が2〜100質量%程度残った状態で、搬送方向と直行する方向に1.1〜1.7倍程度に延伸することで、上記リタデーションの範囲に収めることができる。
また、本発明に係る第2の保護膜と位相差層とを積層した状態のリタデーションは、Roが30〜105nm、Rtは−300〜25nmの範囲である。更に、Roが45〜95nm、Rtは−100〜25nm、特に好ましくはRtが−60〜20nmの範囲である。
更に、本発明に係る第2の保護膜と位相差層とを積層した状態で、該積層フィルムが同一面内に光軸を有しており、且つ下記式5、6、7、8で定義する波長分散特性が、
D(Ro)1:0.9〜1.0
D(Ro)2:−9.5〜0nm
D(Rt)1:0.3〜0.9
D(Rt)2:−100〜−10nm
であり、該第1の偏光膜の透過軸と該第2の保護膜の面内遅相軸とのなす角度の絶対値が0〜1°の範囲にあることが特徴である。
特にD(Ro)1は0.93〜0.98の範囲、D(Rt)1は0.4〜0.8が好ましく、0.45〜0.65の範囲であることが好ましい。
上記第1の偏光膜の透過軸と該第2の保護膜の面内遅相軸とのなす角度の絶対値が0〜1°の範囲にするには、第2の保護膜の面内遅相軸を搬送方向と直行方向にし、かつ面内のムラを制御することで達成できる。そのためには、延伸温度と延伸倍率のバランスを精密にコントロールし、延伸部分(テンターのクリップなど)を該保護膜の両側で独立に制御することが好ましい。これはクリップ位置とクリップの応力に対して延伸温度と延伸倍率を調整することで達成できる。
式3:Ro=(nx−ny)×d
式4:Rt=((nx+ny)/2−nz)×d
(式中、第2の保護膜または位相差層、もしくは第2の保護膜と位相差層との積層物の面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny、厚み方向の屈折率をnz、dは各々の厚み(nm)を表す。)
式5:D(Ro)1=Ro(630)/Ro(480)
式6:D(Ro)2=Ro(630)−Ro(480)
式7:D(Rt)1=|Rt(630)/Rt(480)|
式8:D(Rt)2=Rt(480)−Rt(630)
(式中、Ro(480)、Ro(630)は各々23℃、55%RHの環境下で480nm、630nmにおけるリタデーションRo値、Rt(480)、Rt(630)は各々480nm、630nmにおけるリタデーションRt値を表す。)
前記波長分散を制御する手段としては、D(Ro)1、D(Ro)2は前記第2の保護膜の材料および製造方法を適宜選択することが達成できる。材料に関してはセルロースエステル系の材料で置換基(種類・置換度)を変えることが好ましい。アセチル基のみの場合、置換度が低くなるほど値が大きくなり、プロピオニル基を増やすほど小さくなる傾向がある。また添加剤によっても変化する。一般にリタデーション上昇剤などの場合、大きくなる傾向にある。D(Rt)1、D(Rt)2は第2の保護膜と位相差層のそれぞれの位相差を制御することが好ましい。具体的には、第2の保護膜の位相差相対的に大きくすることで小さな値になる。
本発明の偏光板に用いられる前記第1の保護膜、第4の保護膜のリタデーションは、特に限定されるものではなく、面内方向のリタデーションRoとしては30nm〜1000nmの範囲が好ましく、更に好ましくは、30nm〜500nmの範囲であり、特に好ましくは、30nm〜150nmがであり、最も好ましくは、30nm〜75nmの範囲である。
また、厚み方向のリタデーションRtとしては、30nm〜1000nmの範囲が好ましく、更に好ましくは、30nm〜500nmの範囲であり、特に好ましくは、30nm〜250nmの範囲である。
本発明に係る第1〜第4の保護膜に用いられるセルロースエステルフィルムは、その膜厚が20〜200μmの範囲であることが好ましく、20〜100μmであることがより好ましく、20〜80μmであることが更に好ましい。特に、第3の保護膜に用いられるセルロースエステルフィルムは、20〜45μmであることが本発明の効果を得る上で好ましい。
(偏光板)
偏光板は一般的な方法で作製することができる。本発明の第1〜第4の保護膜に用いられるセルロースエステルフィルムの裏面側をアルカリ鹸化処理し、沃素溶液中に浸漬延伸して作製した偏光膜の少なくとも一方の面に、完全鹸化型ポリビニルアルコール水溶液を用いて貼り合わせることが好ましい。もう一方の面には該フィルムを用いても、別の偏光板保護フィルムを用いてもよい。市販のセルロースエステルフィルム(例えば、コニカミノルタタック KC8UX、KC4UX、KC5UX、KC8UCR3、KC8UCR4、KC8UCR5、KC8UY、KC4UY、KC12UR、KC4FR(以上コニカミノルタオプト(株)製))も好ましく用いられる。
偏光板の主たる構成要素である偏光膜とは、一定方向の偏波面の光だけを通す素子であり、現在知られている代表的な偏光膜は、ポリビニルアルコール系偏光フィルムで、これはポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を染色させたものと二色性染料を染色させたものがある。偏光膜は、ポリビニルアルコール水溶液を製膜し、これを一軸延伸させて染色するか、染色した後一軸延伸してから、好ましくはホウ素化合物で耐久性処理を行ったものが用いられている。
(表示装置)
本発明の偏光板を液晶表示装置に組み込むことによって、視認性に優れた本発明の液晶表示装置を作製することができる。本発明の偏光板は、IPSモード型のLCDで好ましく用いられるが、特に、請求の範囲第5項または請求の範囲第6項で規定する構成を採用したIPSモード型液晶表示装置に好適に用いられる。特に画面が30型以上、特に30型〜54型の大画面の液晶表示装置でも、コントラストが高く、特に視角による色味変化を抑制し、長時間の鑑賞でも目が疲れないという効果があった。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
《リタデーション、及び波長分散の測定》
実施例では、王子計測機器製のKOBRA21ADHを用いて23℃、55%RHの環境下でリタデーション測定を行った。また、厚み方向のリタデーションを計算する際には、アッベの屈折計を用いて各層の該当波長の屈折率を測定した値を用いた。積層体の場合、各層の屈折率の平均値を用いることとした。リタデーションの算出は下記式3、式4を用いた。
本発明における積層体の厚み方向のリタデーションが負の値になっているサンプルは、リタデーションを計算する際には、積層体の面内進相軸を傾斜軸とし、40度傾斜させた時のリタデーションを測定して計算に用いた。
式3:Ro=(nx−ny)×d
式4:Rt=((nx+ny)/2−nz)×d
(式中、第2の保護膜または位相差層、もしくは第2の保護膜と位相差層との積層物の面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny、厚み方向の屈折率をnz、dは各々の厚み(nm)を表す。)
また、波長分散特性は、式5〜8に従って求めた。
式5:D(Ro)1=Ro(630)/Ro(480)
式6:D(Ro)2=Ro(630)−Ro(480)
式7:D(Rt)1=|Rt(630)/Rt(480)|
式8:D(Rt)2=Rt(480)−Rt(630)
(式中、Ro(480)、Ro(630)は各々23℃、55%RHの環境下での480nm、630nmにおけるリタデーションRo値、Rt(480)、Rt(630)は各々480nm、630nmにおけるリタデーションRt値を表す。)
《位相差層付き保護膜A〜Lの作製》
(二酸化珪素分散液)
アエロジル972V(日本アエロジル(株)製) 12質量部
(1次粒子の平均径16nm、見掛け比重90g/リットル)
エタノール 88質量部
以上をディゾルバーで30分間攪拌混合した後、マントンゴーリン分散機で分散を行った。分散後の液濁度は200ppmであった。二酸化珪素分散液に88質量部のメチレンクロライドを攪拌しながら投入し、ディゾルバーで30分間攪拌混合し、二酸化珪素分散希釈液を調製した。
(ドープ液)
セルロースエステル(アセチル基置換度2.50、プロピオニル基置換度0.10、総アシル基置換度2.60) 100質量部
トリメチロールプロパントリベンゾエート 5質量部
エチルフタリルエチルグリコレート 5質量部
二酸化珪素分散希釈液 10質量部
チヌビン109(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 1.2質量部
チヌビン171(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 0.8質量部
メチレンクロライド 430質量部
エタノール 40質量部
上記ドープ組成物を密封容器に投入し、70℃まで加熱し、撹拌しながら、セルロースエステルを完全に溶解しドープ液を得た。次に、ドープ液を濾過した後、33℃に温度調整したドープ液を、ダイに送液して、ダイスリットからステンレスベルト上に幅2.5mで均一に流延した。ステンレスベルトの流延部は裏面から37℃の温水で加熱した。流延後、金属支持体上のドープ膜(ステンレスベルトに流延以降はウェブという)に44℃の温風をあてて乾燥させ、剥離の残留溶媒量が120質量%で剥離し、剥離の際の張力をかけて1.1倍の縦延伸倍率となるように延伸し、次いで、残留溶媒量24%、温度135℃にてテンターでウェブ端部を把持し、幅手方向に1.2倍の延伸倍率となるように延伸した。延伸後、その幅を維持したまま数秒間保持した後、幅方向の張力を緩和させ、幅保持を解放した後に120℃で乾燥させた。以上のようにして作製した膜厚30μm、幅2.65m、長さ7500mのセルロースエステルフィルムをコアに巻きとった。
このセルロースエステルフィルムの位相差は、Roは30nm、Rtは130nm、Rt/Roは4.3であった。
次いで、得られたセルロースエステルフィルム上に、下記位相差層を設けた。
下記式(a)の化合物45質量%
下記式(b)の化合物45質量%
下記式(d)の化合物質量10%
からなる重合性液晶組成物(H)を調製した。この重合性液晶組成物(H)のネマチック−等方性液体相転移温度は73℃であった。重合性液晶組成物(H)99.7%に光重合開始剤ルシリンTPO(バスフ社製)0.2%、ヒンダードアミンLS−765(三共ライフテック株式会社製)を0.1%添加した重合性液晶組成物(H1)を調製した。次に重合性液晶組成物(H1)を33%含有するキシレン溶液を調製した。このキシレン溶液をダイコータによりセルロースエステルフィルム上に5μmの厚みで塗布した。コートしたフィルムに酸素濃度0.2%、温度38℃にて250mJ/mmの紫外線を80秒照射して、重合性液晶組成物(H1)を硬化させ、位相差層付き保護膜Aを得た。
この硬化膜の位相差を測定したところ、Roは0.5nm、Rtは−288nm、また積層された位相差層付き保護膜AのRoは30.5nm、Rtは−105nmであった。
また、上記式で定義されるD(Ro)1は0.9、D(Ro)2は−3.09nm、D(Rt)1は0.70、D(Rt)2は−36nmであった。
続いて、第2の保護膜として表1、表2に記載の種類のセルロースエステル、表3に記載の延伸条件及び膜厚、及び式(a)、(b)、(d)で表される化合物の組成割合を変えてリタデーションを変化させた表1、表2に記載の位相差層を用いた以外は、上記位相差層付き保護膜Aの作製と同様にして、位相差層付き保護膜B〜Lを作製した。
《位相差層付き保護膜M、Nの作製》
セルロースエステルとして、セルロースアセテートプロピオネート(アセチル基置換度1.9、プロピオニル基置換度0.75)を用いた以外は位相差層付き保護膜Aと同様にして位相差層付き保護膜M、Nを作製した。
《位相差層付き保護膜O、Pの作製》
第2の保護膜であるセルロースエステルフィルムを下記に従って作製した。
(ドープ液Bの調製)
セルロースエステル(リンター綿から合成されたセルローストリアセテート)
100質量部
(Mn=148000、Mw=310000、Mw/Mn=2.1)
トリフェニルホスフェート 9.5質量部
エチルフタリルエチルグリコレート 2.2質量部
メチレンクロライド 440質量部
エタノール 40質量部
以上を密閉容器に投入し、加熱し、撹拌しながら、完全に溶解し、安積濾紙(株)製の安積濾紙No.24を使用して濾過し、ドープ液Bを調製した。製膜ライン中で日本精線(株)製のファインメットNFでドープ液Bを濾過した。(ドープ液Bの一部は下記のインライン添加液Bの作製にも使用した。)
(二酸化珪素分散液B)
アエロジル200V(日本アエロジル(株)製) 2質量部
(一次粒子の平均径12nm、見掛け比重100g/リットル)
エタノール 18質量部
以上をディゾルバーで30分間撹拌混合した後、マントンゴーリン分散機で分散を行った。分散後の液濁度は100ppmであった。二酸化珪素分散液に18質量部のメチレンクロライドを撹拌しながら投入し、ディゾルバーで30分間撹拌混合し、二酸化珪素分散希釈液Bを調製した。
(インライン添加液Bの作製)
メチレンクロライド 100質量部
ドープ液B 34質量部
チヌビン109(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 5質量部
チヌビン171(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 5質量部
チヌビン326(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 3質量部
以上を密閉容器に投入し、加熱し、撹拌しながら、完全に溶解し、濾過した。
これに、20質量部の二酸化珪素分散希釈液Bを、撹拌しながら加えて、さらに60分間撹拌した後、アドバンテック東洋(株)のポリプロピレンワインドカートリッジフィルターTCW−PPS−1Nで濾過し、インライン添加液Bを調製した。
インライン添加液のライン中で、日本精線(株)製のファインメットNFでインライン添加液Bを濾過した。濾過したドープ液Bを100質量部に対し、濾過したインライン添加液Bを2.5質量部加えて、インラインミキサー(東レ静止型管内混合機 Hi−Mixer、SWJ)で十分混合し、次いで、ベルト流延装置を用い、温度35℃、2.5m幅でステンレスバンド支持体に均一に流延した。ステンレスバンド支持体で、残留溶剤量が100%になるまで溶媒を蒸発させ、ステンレスバンド支持体上から剥離した。剥離したセルロースエステルのウェブを35℃で溶媒を蒸発させ、その後、テンターで幅方向に1.2倍に延伸しながら、130℃の乾燥温度で、乾燥させた。このときテンターで延伸を始めたときの残留溶剤量は11%であった。その後、120℃、110℃の乾燥ゾーンを多数のロールで搬送させながら乾燥を終了させ、2.6m幅にスリットし、フィルム両端に幅15mm、平均高さ10μmのナーリング加工を施し、巻き取り初期張力220N/m、終張力110N/mで内径6インチコアに巻き取り、膜厚80μm、長さ7500mの第2の保護膜であるセルロースエステルフィルムOを作製した。
同様にして上記幅方向の延伸をせずに膜厚40μm、長さ7500mの第2の保護膜であるセルロースエステルフィルムPを作製した。
次いで、作製したセルロースエステルフィルムO、Pを用い、位相差層付き保護膜Aと同様にして位相差層付き保護膜O、Pを作製した。
《位相差層付き保護膜Q(及び第3の保護膜Q、V〜Z)の作製》
〈ポリマーの合成〉
(ポリマーXの合成)
特開2003−12859号公報に記載されている方法を参考にして、ポリマーXを合成した。すなわち、攪拌機、2個の滴下ロート、ガス導入管および温度計の付いたガラスフラスコに、メチルメタクリレート(MMA):2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)を80:20の割合で混合したモノマー混合液40g、連鎖移動剤のメルカプトプロピオン酸3.0gおよびトルエン30gを仕込み、90℃に昇温した。その後、一方の滴下ロートから、上記モノマー混合液60gを3時間かけて滴下すると共に、同時にもう一方のロートからトルエン14gに溶解したアゾビスイソブチロニトリル0.6gを3時間かけて滴下した。その後さらに、トルエン56gに溶解したアゾビスイソブチロニトリル0.6gを2時間かけて滴下した後、さらに2時間反応を継続させ、ポリマーXを得た。重量平均分子量は8000であった。
(ポリマーYの合成)
特開2000−344823号公報に記載の重合方法により塊状重合を行った。すなわち、攪拌機、窒素ガス導入管、温度計、投入口及び環流冷却管を備えたフラスコに下記メチルメタクリレートとルテノセンを導入しながら内容物を70℃に加熱した。次いで、充分に窒素ガス置換した下記β−メルカプトプロピオン酸の半分を攪拌下フラスコ内に添加した。β−メルカプトプロピオン酸添加後、攪拌中のフラスコ内の内容物を70℃に維持し2時間重合を行った。更に、窒素ガス置換したβ−メルカプトプロピオン酸の残りの半分を追加添加後、更に攪拌中の内容物の温度が70℃に維持し重合を4時間行った。反応物の温度を室温に戻し、反応物に5質量%ベンゾキノンのテトラヒドロフラン溶液を20質量部添加して重合を停止させた。重合物をエバポレーターで減圧下80℃まで徐々に加熱しながらテトラヒドロフラン、残存モノマー及び残存チオール化合物を除去してポリマーYを得た。重量平均分子量は1000であった。
メチルメタクリレート 100質量部
ルテノセン(金属触媒) 0.05質量部
β−メルカプトプロピオン酸 12質量部
重量平均分子量の測定方法を下記に示す。
(重量平均分子量測定方法)
重量平均分子量Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定した。
測定条件は以下の通りである。
溶媒: メチレンクロライド
カラム: Shodex K806,K805,K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用した)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=1000000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いた。
上記ポリマーX、Yを用いて下記に示すように位相差層付き保護膜Q及び、位相差層を設けない第3の保護膜Q、V〜Zを作製した。
(ドープ液)
セルローストリアセテート(酢化度:61.5%,Mn:110000、Mw/Mn=2.0) 100質量部
ポリマーX 10質量部
ポリマーY 5質量部
メチレンクロライド 430質量部
エタノール 40質量部
上記ドープ組成物を密封容器に投入し、70℃まで加熱し、撹拌しながら、セルローストリアセテート(TAC)を完全に溶解しドープを得た。溶解に要した時間は4時間であった。次に、ドープ組成物を濾過した後、33℃に温度調整したセルロースエステル溶液を、ダイに送液して、ダイスリットからステンレスベルト上に幅2.5mに均一に流延した。ステンレスベルトの流延部は裏面から37℃の温水で加熱した。流延後、金属支持体上のドープ膜(ステンレスベルトに流延以降はウェブという)に44℃の温風をあてて乾燥させ、剥離の残留溶媒量が120質量%で剥離し、剥離の際の張力をかけて1.1倍の縦延伸倍率となるように延伸し、次いで、残留溶媒量4質量%、温度123℃となるように調整し、テンターでウェブ端部を把持し、幅手方向に1.1倍の延伸倍率となるように延伸した。延伸後、その幅を維持したまま数秒間保持した後、幅方向の張力を緩和させた後、幅保持を解放し120℃で乾燥させた。以上のようにして作製した膜厚41μm、幅2.65m、長さ7500mの第2の保護膜であるセルロースエステルフィルムをコアに巻きとった。
次いで、位相差層付き保護膜Aと同様にして位相差層を設け位相差層付き保護膜Qを作製した。
また、上記セルロースエステルフィルムは、位相差層を設けずに第3の保護膜Qとして用いた。第3の保護膜Qのリタデーションは、Roが0.8nm、Rtが1nmであった。
更に、ポリマーX、ポリマーYの比率を変化させ、表1、表2記載のリタデーション及び膜厚を有する第3の保護膜V〜Zを作製した。
《位相差層付き保護膜R〜Uの作製》
セルロースエステルの置換度を表1記載のように変化させた以外は位相差層付き保護膜Aの作製と同様にして、位相差層付き保護膜R〜Uを作製した。
以上のようにして、位相差層付き保護膜A〜U、位相差層を設けない第3の保護膜Q、V〜Zを作製した。
《偏光板の作製》
上記作製した位相差層付き保護膜A〜U、位相差層を設けない第3の保護膜Q、V〜Zを、40℃の2.5mol/L水酸化ナトリウム水溶液で60秒間アルカリ処理し、3分間水洗して鹸化処理し、アルカリ処理フィルムを得た。
次いで、厚さ120μmのポリビニルアルコールフィルムを、一軸延伸(温度110℃、延伸倍率5倍)した。これをヨウ素0.075g、ヨウ化カリウム5g、水100gからなる水溶液に60秒間浸漬し、次いでヨウ化カリウム6g、ホウ酸7.5g、水100gからなる68℃の水溶液に浸漬した。これを水洗、乾燥し偏光膜を得た。
次に上記作製した偏光膜、及び市販の偏光板保護フィルムであるコニカミノルタタック、KC4UY(コニカミノルタオプト(株)製)を上記の方法で鹸化処理し、完全鹸化型ポリビニルアルコール5%水溶液を粘着剤として、位相差層付き保護膜A〜U、偏光膜、KC4UY(第1の保護膜)の順で積層して視認側の偏光板を作製した。同様にして、位相差層を設けない第3の保護膜Q、V〜Z、偏光膜、KC4UY(第4の保護膜)の順に積層してバックライト側(BL側)の偏光板を作製した。
《液晶表示装置の作製》
視野角測定を行う液晶パネルを以下のようにして作製し、液晶表示装置としての特性を評価した。
IPSモード型液晶表示装置である日立製液晶テレビWooo W17−LC50の予め貼合されていた偏光板を剥がして、上記作製した視認側及びBL側の偏光板を図1A.の構成で液晶セルのガラス面に貼合し、IPSモード型液晶表示装置1〜26を作製した。偏光板の第2の保護膜の面内遅相軸と、液晶セルの配向方向は実質的に平行であった。
《液晶表示装置の評価》
(視野角)
上記作製した液晶表示装置を、ELDIM社製EZ−contrastにより視野角を測定した。視野角は、液晶セルの白表示と黒表示時のコントラストを算出し、斜め方向にてコントラストが100となる角度を視野角とした。
(色味)
黒表示時の色味測定を、Topcon製SR−3Aにて行った。
正面と斜め上(方位角45度)の倒れ角60°(正面基準)との色味測定を行い、((x−x′)2+(y−y′)21/2を評価した。
*式中、正面:(x、y)、斜め:(x′、y′)を表す。
得られた結果を表4に示す。
表4に記載の結果より明らかな様に、本発明の液晶表示装置1〜16は、視野角(コントラスト100以上)は50度を超え、色身の変化0.09より小さくなっており、比較に対して優れていることが分かる。
また、位相差層7が第1の偏光膜5と第2の保護膜2の間に配置される請求項1に係る偏光板の構成でも、同様な結果を得た。
実施例2
実施例1で作製した位相差層付き保護膜A〜U、位相差層を設けない第3の保護膜Q、V〜Zを用いて、実施例1と同様にして偏光板を作製し、図1の(B)に示す構成でIPSモード型液晶表示装置を作製した。この場合、偏光板の第2の保護膜の面内遅相軸と、液晶セルの配向方向は実質的に直交している。
作製したIPSモード型液晶表示装置を用いて、実施例1と同様にして視野角及び色味の評価を行ったところ、実施例1を再現し本発明の液晶表示装置は優れたコントラストと色味を有していることが分かった。
また、位相差層7が第1の偏光膜5と第2の保護膜2の間に配置される請求項1に係る偏光板の構成でも、同様な結果を得た。

Claims (4)

  1. 少なくとも第1の保護膜と第1の偏光膜と、積層位相差層とがこの順序で配置された偏光板であって、前記積層位相差層には下記式1を満たすセルロースエステルを主成分とする第2の保護膜と、前記偏光膜または第2の保護膜の面に実質的に垂直配向した棒状液晶の配向を固定化した位相差層とが積層され、該位相差層は前記第2の保護膜と前記偏光膜との間に配置されており、前記第2の保護膜と前記位相差層の23℃、55%RHの環境下で波長590nmにおける下記式3、4で表されるリタデーションRo、Rtは、それぞれ、
    第2の保護膜:Ro:30〜115nm
    Rt:100〜250nm
    Rt/Ro:1.6〜4.4
    位相差層: Ro:0〜10nm
    Rt:−100〜−400nmであり、
    前記積層位相差層は面内に光軸を有しており、23℃、55%RHの環境下で波長59
    0nmにおけるリタデーションは、Ro:30〜105nm、Rt:−300〜25nm
    であり、且つ下記式5、6、7、8で定義する波長分散特性が、
    D(Ro)1:0.9〜1.0
    D(Ro)2:−9.5〜0nm
    D(Rt)1:0.3〜0.9
    D(Rt)2:−100〜−10nmであり、
    前記偏光膜の透過軸と前記第2の保護膜の面内遅相軸とのなす角度の絶対値が0〜1°の範囲にあることを特徴とする偏光板。
    式1:2.00≦(X+Y)≦2.60
    (式中、セルロースエステルのアシル基の置換度として、Xはアセチル基置換度、Yはプロピオニル基置換度を表す。)
    式3:Ro=(nx−ny)×d
    式4:Rt=〔(nx+ny)/2−nz〕×d
    (式中、第2の保護膜または位相差層、もしくは第2の保護膜と位相差層との積層物の面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny、厚み方向の屈折率をnz、dは各々の厚み(nm)を表す。)
    式5:D(Ro)1=Ro(630)/Ro(480)
    式6:D(Ro)2=Ro(630)−Ro(480)
    式7:D(Rt)1=|Rt(630)/Rt(480)|
    式8:D(Rt)2=Rt(480)−Rt(630)
    (式中、Ro(480)、Ro(630)は各々23℃、55%RHの環境下で480nm、630nmにおけるリタデーションRo値、Rt(480)、Rt(630)は各々480nm、630nmにおけるリタデーションRt値を表す。)
  2. 前記セルロースエステルが、下記式2を満たすことを特徴とする請求項1に記載の偏光板。
    式2:0.10≦Y≦1.00
  3. 請求項1に記載の偏光板と、黒表示の際に実質的にガラス基盤に平行方向に液晶分子が配向し、両方のガラス基盤の側の配向方向が実質的に平行である液晶セルと、第3の保護膜と第2の偏光膜と第4の保護膜によって構成された偏光板とを有し、該請求項1に記載の偏光板の第2の保護膜の面内遅相軸と、液晶セルの配向方向が実質的に平行であり、且つ第3の保護膜がRo:0〜5nm,Rt:−10〜10nmであり、さらに該第3の保護膜の膜厚が20〜45μmであることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項1に記載の偏光板と、黒表示の際に実質的にガラス基盤に平行方向に液晶分子が配向し、両方のガラス基盤の側の配向方向が実質的に平行である液晶セルと、第3の保護膜と第2の偏光膜と第4の保護膜によって構成された偏光板とを有し、該請求項1に記載の偏光板の第2の保護膜の面内遅相軸と、液晶セルの配向方向が実質的に直交であり、第3の保護膜がRo:0〜5nm,Rt:−10〜10nmであり、さらに該第3の保護膜の膜厚が20〜45μmであることを特徴とする液晶表示装置。
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