JP5742846B2 - 複層フィルム及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複層フィルム及びそれを備えた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置等に設けられる光学フィルムは、光源からの発熱や液晶表示装置の使用環境の変化などによって加熱されることがある。加熱された光学フィルムは、通常、熱膨張によって変形したり、その光学特性が変化したりする。このような変形又は光学特性の変化が生じると液晶表示装置の表示品質が低下する傾向があるので、従来から、熱膨張を抑制し、線膨張係数を小さくする技術が開発されてきた(特許文献1参照)。
特開2008−231386号公報
近年開発が進む立体画像表示装置における表示方式のうち、代表的な方式の一つに、パッシブ方式と呼ばれる方式がある。パッシブ形式の立体画像表示装置では、通常、同一画面内に右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示させ、これらの画像を専用のメガネを用いて左右の目それぞれに振り分けるようにしている。そのため、パッシブ形式の立体画像表示装置には、左右の目それぞれに対応した画像を、それぞれ異なる位置に異なる偏光状態で表示させるため、パターン化された位相差フィルムが設けられることがある。パターン化された位相差フィルムでは、パターンに応じて面内の位置ごとに異なる位相差が与えられるようになっている。
前記のパターン化された位相差フィルムは、例えば、基材フィルムの表面に、所望の位相差を有する層を設けることにより製造される。ところが、立体画像表示装置の使用時に前記の基材フィルムが熱膨張すると、位相差フィルムのパターンの位置がずれることがある。また、基材フィルムと接着された他の層に、熱膨張によって力が加わって、変形が生じることもある。これらが生じると画質の低下を招くことがあり、特にフィルムの面内方向(すなわち、フィルムの厚み方向に直交する方向)において熱膨張が生じた場合に、画質の低下がより顕著であった。そこで、従来よりも更に熱膨張を抑制できる光学フィルムが望まれる。
本発明は前記の課題に鑑みて創案されたものであって、画像表示装置における通常の高温環境の温度範囲(通常は30℃から90℃の範囲)において、面内方向の熱膨張係数を抑制した複層フィルム、並びに、それを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明者らは上述した課題を解決するべく鋭意検討した結果、基材の少なくとも片面に活性エネルギー線の照射により硬化してなる樹脂層を設け、且つ、基材と樹脂層との厚みの比を所定の範囲に収めることにより、基材の線膨張係数を樹脂層によって効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明によれば以下の〔1〕〜〔5〕が提供される。
〔1〕 脂環式構造を有する重合体を含む樹脂からなる厚みが45μm以下の基材と、前記基材の少なくとも片面に設けられた、活性エネルギー線の照射により硬化してなる樹脂層とを備えた複層フィルムであって、
前記基材の厚みと樹脂層との厚みとの合計に対する、前記基材の厚みの比が、0.6以上0.95以下であり、
30℃以上90℃以下の温度範囲において、前記複層フィルムの線膨張係数が前記基材の線膨張係数に比べて5ppm/℃以上小さい、複層フィルム。
〔2〕 前記脂環式構造を有する重合体を含む樹脂のガラス転移温度が130℃以上である、〔1〕記載の複層フィルム。
〔3〕 前記複層フィルムの透湿度が20g/m・24h以上500g/m・24h以下である、〔1〕又は〔2〕に記載の複層フィルム。
〔4〕 前記の活性エネルギー線を照射して硬化してなる樹脂層が、少なくとも下記成分(A)及び成分(B)を含む組成物を硬化させてなる、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の複層フィルム。
(A)ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート及びポリエステルアクリレートからなる群より選択される少なくとも1種類のオリゴマー型アクリレート。
(B)数平均粒子径が100nm以下の無機微粒子。
〔5〕 液晶セルと、前記液晶セルよりも視認側に設けられた視認側偏光板と、前記視認側偏光板よりも視認側に設けられた〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の複層フィルムとを備える、液晶表示装置。
本発明の複層フィルムは、画像表示装置における使用時の温度範囲において、面内方向の熱膨張係数を抑制できる。
本発明の液晶表示装置は、その使用時において複層フィルムの熱膨張による画質の低下を防止できる。
図1は、本発明の一実施形態に係る複層フィルムを模式的に示す断面図である。 図2は、本発明の液晶表示装置の第一実施形態としての立体画像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図3は、本発明の液晶表示装置の第一実施形態としての立体画像表示装置における画像表示の仕組みを説明するため、立体画像表示装置を分解し、その液晶パネル、第一の位相差フィルム及び第二の位相差フィルムを模式的に示す斜視図である。 図4は、本発明の液晶表示装置の第二実施形態としての立体画像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図5は、本発明の液晶表示装置の第二実施形態としての立体画像表示装置における画像表示の仕組みを説明するため、立体画像表示装置を分解し、その液晶パネル及び位相差フィルムを模式的に示す斜視図である。
以下、本発明について実施形態及び例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態及び例示物等に限定されるものではなく、本発明の請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。なお、以下の説明において、「(メタ)アクリレート」とは「アクリレート」及び「メタクリレート」のことを意味し、「(メタ)アクリル」とは「アクリル」及び「メタクリル」のことを意味する。
[1.複層フィルム]
図1は、本発明の一実施形態に係る複層フィルムを模式的に示す断面図である。図1に示すように、本発明の複層フィルム10は、基材11と、基材11の表面に設けられた、活性エネルギー線の照射により硬化してなる樹脂層(以下、適宜「硬化樹脂層」という。)12とを備える。これにより、硬化樹脂層12が基材11の熱膨張を抑制するので、複層フィルム10の全体としての線膨張係数を小さくすることができる。
[1−1.基材]
基材は、脂環式構造を有する重合体を含む樹脂からなる部材である。脂環式構造を有する重合体を含む樹脂は、透明性、低吸湿性、寸法安定性および軽量性などに優れ、光学フィルムに適した材料である。
脂環式構造を有する重合体とは、主鎖及び側鎖の一方又は両方に脂環式構造を有する重合体である。中でも、機械強度および耐熱性などの観点から、主鎖に脂環式構造を含有する重合体が好ましい。
脂環構造としては、例えば、飽和脂環炭化水素(シクロアルカン)構造、不飽和脂環炭化水素(シクロアルケン)構造などが挙げられるが、機械強度および耐熱性などの観点から、シクロアルカン構造が好ましい。
脂環構造を構成する炭素原子数には、格別な制限はないが、通常4個以上、好ましくは5個以上であり、通常30個以下、好ましくは20個以下、より好ましくは15個以下であるときに、機械強度、耐熱性、及び基材の成形性の特性が高度にバランスされ、好適である。
脂環式構造を有する重合体における、脂環構造を有する繰り返し単位の割合は、好ましくは55重量%以上、さらに好ましくは70重量%以上、特に好ましくは90重量%以上であり、通常100重量%以下である。脂環式構造を有する重合体中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合が前記範囲にあると、透明性および耐熱性の観点から好ましい。
脂環式構造を有する重合体としては、例えば、ノルボルネン系重合体、単環の環状オレフィン系重合体、環状共役ジエン系重合体、ビニル脂環式炭化水素系重合体、及び、これらの水素化物等を挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン系重合体は、透明性と成形性が良好なため、好適に用いることができる。
ノルボルネン系重合体としては、例えば、ノルボルネン構造を有する単量体の開環重合体若しくはノルボルネン構造を有する単量体と他の単量体との開環共重合体、又はそれらの水素化物;ノルボルネン構造を有する単量体の付加重合体若しくはノルボルネン構造を有する単量体と他の単量体との付加共重合体、又はそれらの水素化物;等を挙げることができる。これらの中でも、ノルボルネン構造を有する単量体の開環(共)重合体水素化物は、透明性、成形性、耐熱性、低吸湿性、寸法安定性、軽量性などの観点から、特に好適に用いることができる。なお、「(共)重合」とは、重合及び共重合のことを意味する。
ノルボルネン構造を有する単量体としては、例えば、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(慣用名:ノルボルネン)、トリシクロ[4.3.0.12,5]デカ−3,7−ジエン(慣用名:ジシクロペンタジエン)、7,8−ベンゾトリシクロ[4.3.0.12,5]デカ−3−エン(慣用名:メタノテトラヒドロフルオレン)、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン(慣用名:テトラシクロドデセン)、およびこれらの化合物の誘導体(例えば、環に置換基を有するもの)などを挙げることができる。なお、ノルボルネン構造を有する単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
ここで、ノルボルネン構造を有する単量体が有する置換基としては、例えばアルキル基、アルキレン基、極性基などを挙げることができる。また、これらの置換基の種類は、1種類でもよく、2種類以上でもよい。さらに、一つの単量体に置換する置換基の数も、1個でもよく、2個以上でもよい。極性基の種類としては、ヘテロ原子、またはヘテロ原子を有する原子団などが挙げられる。ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、ハロゲン原子などが挙げられる。極性基の具体例としては、カルボキシル基、カルボニルオキシカルボニル基、エポキシ基、ヒドロキシル基、オキシ基、エステル基、シラノール基、シリル基、アミノ基、ニトリル基、スルホン基などが挙げられる。透湿度が小さい複層フィルムを得るためには、極性基の量が少ない方が好ましく、極性基を持たない方がより好ましい。
ノルボルネン構造を有する単量体と開環共重合可能な単量体としては、例えば、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテンなどのモノ環状オレフィン類およびその誘導体;シクロヘキサジエン、シクロヘプタジエンなどの環状共役ジエンおよびその誘導体;などが挙げられる。なお、これらの開環共重合可能な単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
ノルボルネン構造を有する単量体の開環重合体、および、ノルボルネン構造を有する単量体と共重合可能な単量体との開環共重合体は、例えば、単量体を公知の開環重合触媒の存在下に(共)重合することにより得ることができる。
ノルボルネン構造を有する単量体と付加共重合可能な単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテンなどの炭素数2〜20のα−オレフィンおよびこれらの誘導体;シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセンなどのシクロオレフィンおよびこれらの誘導体;1,4−ヘキサジエン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,4−ヘキサジエンなどの非共役ジエンなどが挙げられる。これらの中でも、α−オレフィンが好ましく、エチレンがより好ましい。なお、これらの付加共重合可能な単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
ノルボルネン構造を有する単量体の付加重合体、および、ノルボルネン構造を有する単量体と共重合可能な単量体との付加共重合体は、例えば、単量体を公知の付加重合触媒の存在下に重合することにより得ることができる。
脂環式構造を有する重合体として、例えばノルボルネン構造を有する単量体の開環重合体の水素化物、ノルボルネン構造を有する単量体とこれと開環共重合可能な単量体との開環共重合体の水素化物、ノルボルネン構造を有する単量体の付加重合体の水素化物、および、ノルボルネン構造を有する単量体とこれと付加共重合可能な単量体との付加共重合体の水素化物などの、水素化物を用いる場合、水素化方法は、特段の制限はなく、公知の方法に従って行ってよい。水素化方法の例を挙げると、前記の重合体の溶液に、ニッケル、パラジウムなどの遷移金属を含む公知の水素化触媒を含ませ、水素を接触させればよい。通常、水素化率が大きいほど水素化物の流動性及び耐熱性が向上する傾向があるので、前記の水素化は、重合体の炭素−炭素不飽和結合のうち90%以上を水素化するように行うことが好ましい。
上述したノルボルネン系重合体の中でも、繰り返し単位として、X:ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4−ジイル−エチレン構造と、Y:トリシクロ[4.3.0.12,5]デカン−7,9−ジイル−エチレン構造とを有し、これらの繰り返し単位X及びYの含有量が、ノルボルネン系重合体の繰り返し単位全体に対して90重量%以上であり、かつ、Xの含有割合とYの含有割合との比が、X:Yの重量比で100:0〜40:60であるものが好ましい。このような重合体を用いることにより、長期的に寸法変化がなく、光学特性の安定性に優れる光学フィルムを得ることができる。
脂環式構造を有する重合体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
脂環式構造を有する重合体の分子量は、溶媒としてシクロヘキサン(但し、重合体樹脂がシクロヘキサンに溶解しない場合にはトルエンを用いてもよい)を用いたゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーで測定したポリイソプレンまたはポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)で、通常10,000以上、好ましくは15,000以上、より好ましくは20,000以上であり、通常100,000以下、好ましくは80,000以下、より好ましくは50,000以下である。重量平均分子量Mwがこのような範囲にあるときに、複層フィルムの機械的強度および成型加工性が高度にバランスされ、好適である。
脂環式構造を有する重合体を含む樹脂は、必要に応じて、脂環式構造を有する重合体以外にその他の追加の成分を含んでいてもよい。追加の成分の例を挙げると、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、分散剤、塩素捕捉剤、難燃剤、結晶化核剤、強化剤、ブロッキング防止剤、防曇剤、離型剤、顔料、有機又は無機の充填剤、中和剤、滑剤、分解剤、金属不活性化剤、汚染防止剤、および抗菌剤などの添加剤;脂環式構造を有さない重合体、などが挙げられる。ただし、追加の成分の量は本発明の効果を著しく損なわない範囲にすることが好ましく、具体的には、脂環式構造を有する重合体100重量部に対して、通常50重量部以下、好ましくは30重量部以下である。
脂環式構造を有する重合体を含む樹脂のガラス転移温度は、通常130℃以上、好ましくは140℃以上、より好ましくは150℃以上である。ガラス転移温度をこのように高くすることにより、画像表示装置における通常の高温環境(30℃以上90℃以下)の温度範囲において、基材の線膨張係数を小さくすることができるので、本発明の複層フィルムの線膨張係数も小さくすることができる。なお、脂環式構造を有する重合体を含む樹脂のガラス転移温度の上限は、通常200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは170℃以下である。ガラス転移温度をこのような温度範囲とすることにより、成型加工性に適した樹脂とすることができる。
上述した脂環式構造を有する重合体を含む樹脂の例を商品名で挙げると、ゼオノア(日本ゼオン製)、アートン(JSR株式会社製)、アペル(三井化学社製)、TOPAS(Topas Advanced Polymers社製)等を挙げることができる。
通常、基材はフィルム状の部材である。基材の具体的な厚みの範囲は、通常45μm以下、好ましくは42μm以下、より好ましくは40μm以下である。基材の厚みが厚すぎる場合には、硬化樹脂層によっても線膨張係数を効果的に抑制することができない可能性があるので、基材の厚みは前記のように薄くされている。なお、本発明の複層フィルムに実用的な強度を備えさせる観点から、基材の厚みは、通常10μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは25μm以上である。
本発明の複層フィルムにおいて、基材の厚みと硬化樹脂層の厚みとの合計T10に対する、基材の厚みT11の比「T11/T10」は、0.95以下である。これにより、本発明の複層フィルムの線膨張係数を、30℃以上90℃以下の温度範囲において、効果的に抑制できる。すなわち、本発明の複層フィルムにおいて前記の厚み比T11/T10を0.95以下とすれば、厚み比T11/T10を0.95よりも大きくした場合と比較して、複層フィルムの面内方向の熱膨張係数を顕著に抑制できる。また、前記の厚み比T11/T10の値が小さくなると硬化樹脂層の厚みが厚くなることになるが、厚い硬化樹脂層は効率的な製造が困難であることから、厚み比T11/T10は、通常0.6以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.8以上である。なお、基材の厚みとは、本発明の複層フィルムが基材を1層だけ備える場合にはその層の厚みを意味し、本発明の複層フィルムが基材を2層以上備える場合にはそれらの層の合計を意味する。また、硬化樹脂層の厚みとは、本発明の複層フィルムが硬化樹脂層を1層だけ備える場合にはその層の厚みを意味し、本発明の複層フィルムが硬化樹脂層を2層以上備える場合にはそれらの層の合計を意味する。
基材は、延伸されていない未延伸フィルムであることが好ましい。基材が延伸フィルムであると、延伸方向とそれに交差する方向との間で線膨張係数に差が生じることがあり、特に、延伸方向に対して直交する方向において大きな膨張又は収縮が生じる傾向がある。そのため、基材として延伸フィルムを備えた本発明の複層フィルムでは、加熱された時に、線膨張係数が大きい方向(通常は、延伸方向に直交する方向)において相対的に大きな変形を生じることがある。基材として未延伸フィルムを用いた場合でも面内方向において線膨張係数の差が生じることがあるが、その差は基材として延伸フィルムを用いた場合よりも小さくなるので、熱膨張を抑制して変形を防止する観点では、基材は未延伸フィルムであることが好ましい。ただし、基材として延伸フィルムを用いた場合でも、線膨張係数を抑制する効果は得られることから、本発明の複層フィルムの用途によっては、基材として延伸フィルムを用いてもよい。
基材は、その片面又は両面に表面処理が施されたものであってもよい。表面処理を施すことにより、基材上に直接形成される他の層との密着性を向上させることができる。表面処理としては、例えば、エネルギー線照射処理や薬品処理などが挙げられる。
エネルギー線照射処理としては、例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、電子線照射処理、紫外線照射処理などが挙げられる。中でも、処理効率の点から、コロナ放電処理およびプラズマ処理が好ましく、コロナ放電処理が特に好ましい。
薬品処理としては、例えば、重クロム酸カリウム溶液、濃硫酸などの酸化剤水溶液中に、浸漬し、その後、充分に水で洗浄する処理が挙げられる。なお、浸漬した状態で振盪すると効果的であるが、長期間浸漬したままにしておくと表面が溶解したり、透明性が低下したりすることがあるので、処理に用いる薬品の反応性、濃度などに応じて、浸漬時間、温度などの処理条件を調整することが好ましい。
本発明の複層フィルムは、通常は基材を1層だけ備えるが、本発明の効果を損なわない限り、基材を2層以上備えていてもよい。
基材の製造方法に制限は無く、例えば、脂環式構造を有する重合体を含む樹脂を公知のフィルム成形法で成形することによって製造できる。フィルム成形法としては、例えば、キャスト成形法、押出成形法、インフレーション成形法などが挙げられる。中でも、溶剤を使用しない溶融押出法が、残留揮発成分量を効率よく低減させることができ、地球環境や作業環境の観点、及び製造効率に優れる観点から好ましい。溶融押出法としては、例えばダイスを用いるインフレーション法などが挙げられるが、生産性や厚さ精度に優れる点でTダイを用いる方法が好ましい。
[1−2.硬化樹脂層]
硬化樹脂層は、活性エネルギー線の照射により硬化してなる樹脂層である。したがって、硬化樹脂層を形成する樹脂としては、活性エネルギー線硬化型樹脂を用いる。通常は、未硬化状態の樹脂組成物の膜を基板の表面に形成し、その膜に活性エネルギー線を照射して硬化させることにより、硬化樹脂層が形成される。
(樹脂組成物)
未硬化状態の樹脂組成物は、活性エネルギー線を照射されることにより重合反応又は架橋反応が進行して硬化するモノマー、オリゴマー及びポリマーのうち、いずれかを含む。活性エネルギー線を照射される以前の時点において未硬化状態であれば、モノマー、オリゴマー及びポリマーのうちいずれを用いてもよいが、モノマー及びオリゴマーの一方又は両方を含むものが好ましい。基材の表面において重合反応又は架橋反応が進行することにより、モノマー又はオリゴマー同士の重合反応又は架橋反応だけでなく、モノマー又はオリゴマーと基材表面に存在する反応性官能基との間でも重合反応又は架橋反応が進行し、基材と硬化樹脂層との接着強度を高めることができるからである。また、モノマー又はオリゴマーを使用することで、表面硬度が格段に向上し、耐擦傷性を向上させることができる。なお、ここでオリゴマーとは、2個以上のモノマーが結合した成分であってポリマーよりも重合度が小さい成分のことを指し、その重量平均分子量は通常10000以下である。
また、未硬化状態の樹脂組成物に含まれるモノマー、オリゴマー及びポリマーとしては、基材との密着性を高める観点から、極性基を有するものが好ましく、中でも極性基を多く有するものがより好ましい。また、通常は本発明の複層フィルムは面内位相差を有さないことが望ましいので、未硬化状態の樹脂組成物に含まれるモノマー、オリゴマー及びポリマーとしても、屈折率異方性が小さく硬化樹脂層に面内位相差を発現させないものが好ましい。
未硬化状態の樹脂組成物に含まれるモノマー、オリゴマー及びポリマーとしては、例えば、ポリエステル(メタ)アクリレートが挙げられる。ポリエステル(メタ)アクリレートは、例えば、多塩基酸と多価アルコールとから得られるポリエステルの末端水酸基を(メタ)アクリル酸と反応させることによって得られる。
多塩基酸としては、例えば、フタル酸、アジピン酸、マレイン酸、イタコン酸、コハク酸、テレフタル酸などが挙げられる。なお、多塩基酸は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、などが挙げられる。なお、多価アルコールは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
ポリエステル(メタ)アクリレートの具体例を挙げると、例えば、EBECRYL 851,852,853,884,885(ダイセルサイテック社製);オレスター(三井化学社製);アロニックスM−6100,M−6400,6200,6250,6500(東亞合成社製)などを挙げることができる。
未硬化状態の樹脂組成物に含まれるモノマー、オリゴマー及びポリマーとしては、例えば、エポキシ(メタ)アクリレートも挙げられる。エポキシ(メタ)アクリレートは、例えば、エポキシ樹脂に(メタ)アクリル酸を開環付加反応させた反応物として得られる。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンからなるビスフェノールA型、フェノールノボラックとエピクロロヒドリンからなるノボラック型、脂肪族型、脂環型のものがある。脂肪族型エポキシ樹脂としては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルなどを用いることができ、またブタジエン系エポキシ樹脂、イソプレン系エポキシ樹脂などの不飽和脂肪酸エポキシ樹脂も用いることができる。脂環型エポキシ樹脂は、例えば、ビニルシクロヘキセンモノオキサイド、1,2−エポキシ−4−ビニルシクロヘキサン、1,2:8,9−ジエポキシシリモネン、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートなどを用いることができる。なお、エポキシ樹脂は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
エポキシ(メタ)アクリレートの具体例を挙げると、EBECRYL600,860,3105,3420,3700,3701,3702,3703,3708,6040(ダイセルサイテック社製);ネオポール8101,8250,8260,8270,8355,8351,8335,8414,8190,8195,8316,8317,8318,8319,8371(日本ユピカ社製);デナコールアクリレート DA212,250,314,721,722,DM201(ナガセケムテックス社製);バンビーム(ハリマ化成社製);Miramer PE210,PE230,EA2280(東洋ケミカルズ社製)などを挙げることができる。
未硬化状態の樹脂組成物に含まれるモノマー、オリゴマー及びポリマーとしては、例えば、ウレタン(メタ)アクリレートも挙げられる。ウレタン(メタ)アクリレートは、例えば、水酸基を有する(メタ)アクリルモノマー、多官能イソシアネートおよび多価アルコールを反応させることにより、中心にウレタン骨格を有する反応物として得られる。
水酸基を有する(メタ)アクリルモノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。なお、水酸基を有する(メタ)アクリルモノマーは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
多官能イソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、トリメチロールプロパントリレンジイソシアネート、ジフェニルメタントリイソシアネートなどが挙げられ、中でも耐候性の良好なヘキサメチレンジイソシアネートが好適に用いられる。なお、多官能イソシアネートは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
多価アルコールとしては、例えば、ポリエステル(メタ)アクリレートに使用できるものを使用することができる。
ウレタン(メタ)アクリレートの具体例を挙げると、EBECRYL204,210,220,230,270,4858,8200,8201,8402,8804,8807,9260,9270,KRM8098,7735,8296(ダイセルサイテック社製);UX2201,2301,3204,3301,4101,6101,7101,8101,0937(日本化薬社製);UV6640B,6100B,3700B,3500BA,3520TL,3200B,3000B,3310B,3210EA,7000B,6630B,7461TE、7640B(日本合成化学社製);ユピカ8921,8932,8940,8936,8937,8980,8975,8976(日本ユピカ社製);Miramer PU240,PU340(東洋ケミカルズ社製)などを挙げることができる。
未硬化状態の樹脂組成物に含まれるモノマー、オリゴマー及びポリマーの例を更に挙げると、アクリル酸、メタクリル酸などのアクリル酸類;アクリロニトリル;メタクリロニトリル;エチレンオキサイド変性フェノールのアクリレート若しくはメタクリレート、プロピレンオキサイド変性フェノールのアクリレート若しくはメタクリレート、エチレンオキサイド変性ノニルフェノールのアクリレート若しくはメタクリレート、プロピレンオキサイド変性ノニルフェノールのアクリレート若しくはメタクリレート、2−エチルヘキシルカルビトールアクリレート、2−エチルヘキシルカルビトールメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、ヒドロキシヘキシルアクリレート、ヒドロキシヘキシルメタクリレート、ジエチレングリコールモノアクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、ジプロピレングリコールモノアクリレート、ジプロピレングリコールメタクリレート、トリエチレングリコールモノアクリレート、トリエチレングリコールモノメタクリレート、トリプロピレングリコールモノアクリレート、トリプロピレングリコールモノメタクリレート、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、等の単官能アクリレート若しくは単官能メタクリレート類;
ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、テトラプロピレングリコールジアクリレート、テトラプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、エチレンオキサイド変性ネオペンチルグリコールのジアクリレート若しくはジメタクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAのジアクリレート若しくはジメタクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAのジアクリレート若しくはジメタクリレート、エチレンオキサイド変性水添ビスフェノールAのジアクリレート若しくはジメタクリレート、トリメチロールプロパンのジアクリレート若しくはジメタクリレート、トリメチロールプロパンアリルエーテルジアクリレート、トリメチロールプロパンアリルエーテルジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、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、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリメタクリレート、プロピ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、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート等の多官能アクリレート若しくは多官能メタクリレート類;
環状ヒンダートアミン構造を有する2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジニルメタクリレート、ベンゾトリアゾール環を有する2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリロキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
なお、これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
上述したものの中でも、未硬化状態の樹脂組成物が(A)ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート及びポリエステルアクリレートからなる群より選択される少なくとも1種類のオリゴマー型アクリレートを含むことが好ましい。本発明の複層フィルムの熱膨張係数を安定して抑制でき、かつ脂環式構造を有する重合体を含む樹脂との密着性を保持することができるからである。さらに、その中でもウレタンアクリレート及びエポキシアクリレートがより好ましく、ウレタンアクリレートが特に好ましい。
未硬化状態の樹脂組成物は、上述したモノマー、オリゴマー及びポリマー以外の成分を含んでいてもよい。
例えば、未硬化状態の樹脂組成物は、(B)数平均粒子径が100nm以下の無機微粒子を含むことが好ましい。このように小さい無機微粒子を含むことにより、本発明の複層フィルムの透明性を損なうことなく硬化樹脂層の架橋密度を高めることができ、また、基材と硬化樹脂層との密着性を高めることができる。さらに、無機微粒子を含ませることにより表面硬度を向上させることができる。特に、(A)ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート及びポリエステルアクリレートからなる群より選択される少なくとも1種類のオリゴマー型アクリレートと、(B)数平均粒子径が100nm以下の無機微粒子とを組み合わせて用いることが好ましい。
無機微粒子の材料は、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンなどの酸化物;フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム等のフッ化物などが挙げられるが、中でも酸化物が好ましく、特に酸化ケイ素(シリカ)が好ましい。なお、無機微粒子は、1種類の材料で形成されたものを用いてもよく、2種類以上の材料で形成されたものを用いてもよい。また、無機微粒子として、1種類の無機微粒子を用いてもよく、2種類以上の無機微粒子を組み合わせて用いてもよい。
無機微粒子の数平均粒子径は、通常100nm以下、好ましくは90nm以下であり、通常5nm以上、好ましくは15nm以上である。無機微粒子の数平均粒子径を前記のように小さくすることにより、樹脂組成物の塗工が容易となる。また、無機微粒子の粒子径分布は、狭くて、単分散であることが好ましいが、多分散粒子でもよい。したがって、無機微粒子としては、数平均粒子径の異なる2種類以上の粒子を組み合わせて用いてもよい。さらに、無機微粒子は、所定の粒子径を満たすならば凝集した粒子でも構わない。無機微粒子の形状は、球状であることが好ましいが、不定形であってもよい。なお、数平均粒子径は、電子顕微鏡写真から求めることができる。
樹脂組成物が無機微粒子を含む場合、無機微粒子の量は、モノマー、オリゴマー及びポリマーの合計重量を100重量部に対して、好ましくは5重量部以上、より好ましくは10重量部以上、特に好ましくは15重量部以上であり、好ましくは60重量部以下、より好ましくは50重量部以下、特に好ましくは40重量部以下である。無機微粒子の量を前記範囲とすることにより、無機微粒子を含ませた効果を有効に発揮させることができる。
例えば、未硬化状態の樹脂組成物は、重合開始剤を含んでいてもよい。重合開始剤としては、例えば、アリールケトン系光重合開始剤(例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、アルキルアミノベンゾフェノン類、ベンジル類、ベンゾイン類、ベンゾインエーテル類、ベンジルジメチルケタール類、ベンゾイルベンゾエート類、α−アシロキシムエステル類など);含硫黄系光重合開始剤(例えば、スルフィド類、チオキサントン類など);アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤;等の光重合開始剤などが挙げられる。なお、重合開始剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。また、重合開始剤は、例えばアミン類などの光増感剤と組み合わせて用いてもよい。
重合開始剤の量は、モノマー、オリゴマー及びポリマーの合計重量を100重量部に対して、好ましくは0.01重量部以上、より好ましくは0.1重量部以上であり、好ましくは20重量部以下、より好ましくは10重量部以下である。
例えば、未硬化状態の樹脂組成物は、溶剤を含んでいてもよい。溶剤としては、例えば、ジアセトンアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類;イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、n−プロピルアルコールなどのアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、キシレン、トルエン等が挙げられる。なお、溶剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。溶剤の量は、使用する塗工機の塗工条件(例えば、適正粘度、適正膜厚)により適宜調整すればよい。
例えば、未硬化状態の樹脂組成物は、必要に応じて、基材を形成する樹脂が含んでいてもよい添加剤などを含んでいてもよい。ただし、添加剤の量は本発明の効果を著しく損なわない範囲にすることが好ましく、具体的には、モノマー、オリゴマー及びポリマーの合計重量を100重量部に対して、通常20重量部以下、好ましくは10重量部以下である。
(塗工工程)
未硬化状態の樹脂組成物を用意した後で、未硬化状態の樹脂組成物の膜を基板の表面に形成する塗工工程を行う。通常は、塗布法により、基材の表面に樹脂組成物の膜を形成する。塗布方法としては、例えば、スピンコート法、ディップ法、スプレー法、バーコート法、ダイコート法、マイクログラビアコート法、などが挙げられる。
(加熱工程)
基材の表面に樹脂組成物の膜を形成した後で、必要に応じて、その膜に熱を加える加熱工程を行う。加熱工程と活性エネルギー線の照射工程の2段階の工程によって樹脂組成物の膜を硬化させることにより、溶剤等の揮発成分を速やかに除去でき、また、基材と硬化樹脂層との密着性を高くして、本発明の複層フィルムの熱膨張を更に向上させることができる。
加熱工程では、樹脂組成物の膜の周囲の温度を、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上とし、好ましくは150℃以下、より好ましくは130℃以下にする。また、加熱する時間は、通常は1分以上5分以内である。加熱時の雰囲気は、空気等の酸素が存在する酸化性雰囲気であってもよいし、窒素パージ等を行った不活性ガス雰囲気であってもよい。
加熱は、例えば、熱風炉、近赤外線ヒータ、遠赤外線ヒータ、カーボンヒータ、熱ロールなど公知の方法で行えばよい。熱風炉で行う場合は、噴出した熱風が直接に樹脂組成物の膜に当たらないように、邪魔板やスリットなどで塗膜への風を遮るようにすることが好ましい。
(活性エネルギー線の照射工程)
必要に応じて加熱工程を行った後で、樹脂組成物の膜に活性エネルギー線を照射する。活性エネルギー線としては、樹脂組成物の種類に応じて各種のエネルギー線を用いればよく、例えば、紫外線、可視光線及びその他の電子線等が挙げられるが、中でも紫外線が好ましい。
活性エネルギー線の光源としては、例えば、高圧水銀灯、無電極ランプ等が挙げられる。
活性エネルギー線の照度は、好ましくは100mW以上、より好ましくは200mW以上であり、好ましくは600mW以下、より好ましくは500mW以下である。また、活性エネルギー線の照射は、積算光量として、好ましくは300mJ/cm以上、より好ましくは400mJ/cm以上であり、好ましくは700mJ/cm以下、より好ましくは650mJ/cm以下である。
活性エネルギー線を照射する際の樹脂組成物の膜の雰囲気は、空気などの酸素の存在する酸化性雰囲気であってもよいし、窒素パージなどを行った不活性ガス雰囲気であってもよい。
活性エネルギー線の照射により、樹脂組成物が硬化して、硬化樹脂層が得られる。
(硬化樹脂層の組成、厚み等)
硬化樹脂層は上記のように製造されるため、未硬化状態の樹脂組成物に含まれていたモノマー、オリゴマー及びポリマーが重合体した重合体と、必要に応じて含まれる無機微粒子等の追加の成分とを含む。したがって、未硬化状態の樹脂組成物が(A)ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート及びポリエステルアクリレートからなる群より選択される少なくとも1種類のオリゴマー型アクリレートと、(B)数平均粒子径が100nm以下の無機微粒子とを含んでいた場合には、硬化樹脂層は、前記のオリゴマー型アクリレートが重合した重合体と前記の無機微粒子とを含む。硬化樹脂層において、重合体に対する無機微粒子の量(重量部)は、通常は、未硬化状態の樹脂組成物におけるモノマー、オリゴマー及びポリマーに対する量と同様となる。
硬化樹脂層の厚みは、基材の厚みと硬化樹脂層の厚みとの合計T10に対する、基材の厚みT11の比T11/T10が先述した範囲に収まる範囲であれば、任意に設定できる。また、硬化樹脂層を基材のおもて面と裏面との両面に設ける場合、2層の硬化樹脂層の厚みは異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。本発明の複層フィルムの反り等を安定して防止するためである。
硬化樹脂層は、基材の少なくとも片面に設ければよいが、図1に示したように基材の両面に設けることが好ましい。本発明の複層フィルムの熱膨張をより効果的に抑制するため、及び、発明の複層フィルムの反り等を安定して防止するためである。
硬化樹脂層は、基材の表面に直接に設けられることが好ましいが、本発明の効果を著しく損なわない限り、基材の表面に他の層を介して間接的に設けられていてもよい。例えば、厚みが0.5μm以下の薄い接着層を介して基材の表面に硬化樹脂層を設けるようにしてもよい。しかし、本発明の効果を効果的に発揮させるためには、硬化樹脂層は基材の表面に直接に設けることが好ましい。
硬化後の硬化樹脂層は線膨張係数が小さいので、温度の変化によって基材が熱膨張しようとした場合でも、面内方向においては硬化樹脂層が基材の熱膨張を拘束するので、本発明の複層フィルム全体としては、線膨張係数を抑制することができる。
[1−3.物性]
硬化樹脂層によって基材の熱膨張が抑制されるので、本発明の複層フィルムの線膨張係数は基材の線膨張係数に比べて小さくなっている。具体的には、30℃から90℃までの温度範囲において測定した場合、本発明の複層フィルムの線膨張係数は、基材の線膨張係数に比べて、通常5ppm/℃以上小さく、好ましくは8ppm/℃以上小さく、より好ましくは10ppm/℃以上小さい。ここで、本発明の複層フィルムの線膨張係数とは複層フィルムの面内方向の線膨張係数を指し、基材の線膨張係数とは基材の面内方向の線膨張係数を指す。また、通常は本発明の複層フィルム及び基材において面内方向の線膨張係数は均一ではないが、面内方向のうちの少なくとも一方向において前記のように本発明の複層フィルムの線膨張係数が基材の線膨張係数に比べて小さくなっていればよい。ただし、面内方向のうちの全ての方向において前記のように本発明の複層フィルムの線膨張係数が基材の線膨張係数に比べて小さいことが、より好ましい。
なお、線膨張係数は、測定対象(複層フィルム及び基材等)を試料片に切り出し、20℃/分の加熱速度で25℃から120℃まで一度加熱したあと、試料片を冷却し、10℃/分の加熱速度で25℃から120℃まで加熱しながら測定を行い、それ以外は、JIS K7197に準拠して行う。その測定結果から、30℃から90℃へと加熱した場合の線膨張係数を算出すればよい。
本発明の複層フィルムの透湿度は、好ましくは500g/m・24h以下、より好ましくは100g/m・24h以下、特に好ましくは60g/m・24h以下である。本発明の複層フィルムにおいては、基材を形成する脂環式構造を有する重合体を含む樹脂の透湿性が低い傾向があるので、前記のように低い透湿度を実現できる。また、下限は、好ましくは20g/m・24h以上、より好ましくは30g/m・24h以上、特に好ましくは40g/m・24h以上である。具体的な透湿度の値は、例えば、基材及び硬化樹脂層の材料及び厚みを調整することにより制御できる。なお、透湿度は、JIS K7129Bに基づいて、40℃、90%RHの条件で測定を行えばよい。
本発明の複層フィルムは、通常は光学フィルムとして使用することになるので、高い透明性を有することが好ましい。具体的には、複層フィルム全体としての全光線透過率が、好ましくは85%以上、より好ましくは92%以上である。なお、上限は理想的には100%である。ここで、全光線透過率は、JIS K7361−1997に準拠して測定すればよい。
本発明の複層フィルムは、例えば位相差フィルム等の基材フィルムとして使用することがありうるので、ヘイズが小さいことが好ましい。具体的には、複層フィルム全体としてのヘイズが、通常10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。なお、下限値は理想的にはゼロであるが、通常は0.1%以上である。ここで、ヘイズは、JIS K7361−1997に準拠して測定すればよい。
本発明の複層フィルムは、JIS鉛筆硬度で、HBまたはそれ以上の硬さを有することが好ましい。このJIS鉛筆硬度の制御は、例えば、基材及び硬化樹脂層の材料及び厚みを調節することにより行うことができる。なお、JIS鉛筆硬度は、JIS K5600−5−4に準拠して、各種硬度の鉛筆を45°傾けて、上から500g重の荷重をかけてフィルム表面を引っ掻き、傷が付きはじめる鉛筆の硬さである。
さらに、通常は硬化樹脂層の硬度が高いので、本発明の複層フィルムは耐擦傷性に優れる。中でも、硬化樹脂層が無機微粒子を含む場合に耐擦傷性の特に優れる傾向がある。耐擦傷性の評価方法は、複層フィルムの表面にスチールウール#0000を荷重0.025MPaで押し付けた状態で、該スチールウールを複層フィルムの表面で10往復させて擦り、擦った後の複層フィルムの表面状態を目視で観察し、以下の指標で評価すればよい。
「良」:キズが認められない。
「不良」:キズが認められる。
[1−4.その他]
本発明の複層フィルムは、本発明の効果を著しく損なわない限り、基材及び硬化樹脂層以外の層を備えていてもよい。例えば、本発明の複層フィルムの表面に着脱可能な保護シートを備えていてもよい。保護シートを備えることにより、本発明の複層フィルムをロール状に巻き取って保存及び運搬等を行う場合に本発明の複層フィルムを傷等から保護できる。さらに、本発明の複層フィルムをロール状に巻き取る際に、複層フィルム間の動摩擦係数が低下し、シワ、バンド(フィルムが部分的に盛り上がって形成されるロールの周方向に延在する帯状の凸部)の発生のないロールを作製することができる。なお、通常、使用時には前記の保護シートは本発明の複層フィルムから剥がされることになる。
[2.液晶表示装置]
本発明の液晶表示装置は、液晶セルと、この液晶セルよりも視認側に設けられた視認側偏光板と、この視認側偏光板よりも視認側に設けられた本発明の複層フィルムとを備える。以下、本発明の液晶表示装置の実施形態について図面を示して説明するが、本発明の液晶表示装置は以下の実施形態に限定されるものではない。
[第一実施形態]
図2は、本発明の液晶表示装置の第一実施形態としての立体画像表示装置の構成を模式的に示す図である。なお、図2においては、図中左側が光源側であり、図中右側が視認側である。図2に示すように、立体画像表示装置100は、光源110と、液晶パネル120と、位相差フィルム積層体130とを、この順に備える。
光源110は、画像表示に使用される光を発するものである。また、液晶パネル120は、光源110に近い順に、直線偏光板である光源側偏光板121と、液晶セル122と、直線偏光板である視認側偏光板123とを備える。したがって、光源110から発せられた光は、液晶パネル120を透過し、直線偏光となって液晶パネル120の視認側表面から出射するようになっている。
位相差フィルム積層体130は、基材フィルム131と、第一の位相差フィルム132と、第二の位相差フィルム133とを備える。ここで、基材フィルム131としては、本発明の複層フィルムを用いる。なお、この基材フィルム131は面内位相差を有さないものとする。
第一の位相差フィルム132は、基材131の表面に、直接又は配向膜等を介して形成された位相差フィルムであって、異なる位相差を有する領域が面内にパターン化されて存在する位相差フィルムである。ここでパターン化とは、ある一定の周期で繰り返される態様を意味する。即ち、異なる面内位相差を有する領域が面内に「パターン化される」とは、面内に、2種類以上の異なる面内位相差を有する領域が、面内のある方向に沿って観察した場合同じ順序で繰り返し現れるよう配置されることをいう。パターン化された領域は、細長い帯状の領域が平行に並んだストライプ状のものであることが好ましい。また、異なる位相差を有する領域とは、位相差の値が異なる複数の領域が存在する態様、並びに、位相差を有する領域と位相差を有さない領域とが存在する態様などを意味する。
本実施形態では、第一の位相差フィルム132には、1/2波長板として機能するように、透過光に対して略1/2波長の面内位相差を与える異方性領域134と、入射した光の偏光状態を実質的に変えずに透過させる等方性領域135とが、一定方向に沿って交互に存在する帯状の領域として設けられているものとする。ここで、透過光に対して略1/2波長の面内位相差を与えるとは、波長550nmの光における異方性領域134の面内位相差が、透過する光の波長範囲の中心値の1/2の値から、通常±65nm、好ましくは±30nm、より好ましくは±10nmの範囲となっていることを意味する。また、実質的に偏光状態を変えないとは、入射した偏光が直線偏光である場合にはそのまま直線偏光として透過させ、入射した偏光が円偏光である場合にはそのまま円偏光で出射されることを意味する。なお、図2においては、異方性領域134と等方性領域135との区別のために、異方性領域134に斜線を付して示す。
第二の位相差フィルム133は、第一の位相差フィルム132の表面に、直接又は配向膜等を介して形成された位相差フィルムであって、面内に一様な位相差を有する位相差フィルムである。具体的には、第二の位相差フィルム133が1/4波長板として機能するように、波長550nmの光における第二の位相差フィルム133の面内位相差は、透過する光の波長範囲の中心値の1/4の値から通常±65nm、好ましくは±30nm、より好ましくは±10nmの範囲であるか、または、中心値の3/4の値から通常±65nm、好ましくは±30nm、より好ましくは±10nmの範囲となっている。
なお、前記の面内位相差Reは、(nx−ny)×d(式中、nxは厚み方向に垂直な方向(面内方向)であって最大の屈折率を与える方向の屈折率を表し、nyは厚み方向に垂直な方向(面内方向)であってnxの方向に直交する方向の屈折率を表し、dは膜厚を表す。)で表される値である。また、厚み方向の位相差Rthは、{(nx+ny)/2−nz}×d(式中、nxは厚み方向に垂直な方向(面内方向)であって最大の屈折率を与える方向の屈折率を表し、nyは厚み方向に垂直な方向(面内方向)であってnxの方向に直交する方向の屈折率であり、nzは厚み方向の屈折率を表し、dは膜厚を表す。)で表される値である。
図3は、本発明の液晶表示装置の第一実施形態としての立体画像表示装置100における画像表示の仕組みを説明するため、立体画像表示装置100を分解し、その液晶パネル120、第一の位相差フィルム132及び第二の位相差フィルム133を模式的に示す斜視図である。なお、図3においては、異方性領域134と等方性領域135との区別のために、異方性領域134に斜線を付して示す。
立体画像表示装置100は上述したように構成されているので、図3に示すように、光源110(図3では図示せず。)から発せられた光Lは液晶パネル120を透過し、矢印A120で示すように直線偏光となって出射する。
直線偏光となった光Lは、基材フィルム131(図3では図示せず。)を透過して第一の位相差フィルム132に入射する。第一の位相差フィルム132に入射した光Lのうち、異方性領域134に入射した光Lは、異方性領域134を透過する際に略1/2波長の位相差を与えられて、矢印A134に示すように偏光方向が90°変更された直線偏光となって出射する。他方、等方性領域135に入射した光Lは、偏光状態を変化させること無く、矢印A135に示すように入射光と同じ偏光方向を有する直線偏光のままで出射する。
第一の位相差フィルム132を透過した光Lは、第二の位相差フィルム133に入射する。第二の位相差フィルム133に入射した光Lは、第二の位相差フィルム133を透過する際に略1/4波長の位相差を与えられて円偏光となって出射する。第一の位相差フィルム132の異方性領域134を透過した光Lと等方性領域135を透過した光Lとは偏光方向が直交しているので、異方性領域134を透過してから第二の位相差フィルム133を透過した光Lの円偏光の向きと、等方性領域135を透過してから第二の位相差フィルム133を透過した光Lの円偏光の向きとは、矢印A133R及び矢印A133Lで示すように、逆向きとなる。
立体画像表示装置100の使用者は、第二の位相差フィルム133から出射した光Lを、右目レンズと左目レンズとがクロスニコルとなるようにした偏光メガネ140をかけて視る。ここでは、偏光メガネ140のレンズのうち、右目用のレンズは右円偏光及び左円偏光のうち一方の円偏光のみを透過させ、左目用のレンズは右円偏光及び左円偏光のうち他方の円偏光のみを透過させるようになっている。このような偏光メガネ140は、例えば、直線偏光板に1/4波長板を、直線偏光板の透過軸に対して1/4波長板の遅相軸が45°の角度をなすように貼り合わせて作製することができる。このようにして、使用者は、異方性領域134及び等方性領域135を透過した光の一方を右目で視て、また、異方性領域134及び等方性領域135を透過した光の他方を左目で視ることになる。このようにして、右目用の画像と左目用の画像とを表示することにより、使用者は、立体画像を視認できるようになっている。
本実施形態では、図2に示すように、位相差フィルム積層体130の基材フィルム131として本発明の複層フィルムを備えているので、光源110が発する熱や使用環境の昇温などによって基材フィルム131が加熱されても、基材フィルム131の熱膨張は抑制される。このため、第一の位相差フィルム132の異方性領域134及び等方性領域135の位置がずれたり、第一の位相差フィルム132に応力がかかって屈折率変化及び変形が生じたりして画質の低下を招くことを防止できる。特に、第一の位相差フィルム132の異方性領域134及び等方性領域135の位置がずれると立体画像の視認性が大きく低下する可能性があるので、立体画像表示装置100において基材フィルム131の熱膨張を抑制できることは、大きな利点である。また、第一の位相差フィルム132及び第二の位相差フィルム133は液晶組成物を塗布及び硬化させて製造する場合があり、その場合には液晶組成物硬化層の支持体として基材フィルム131が必須となるため、基材フィルム131の熱膨張が立体画像の視認性に大きく影響することとなるが、基材フィルム131の熱膨張を抑制できればその場合でも画質の低下を防止できるので、特に好ましい。
以上、本発明の液晶表示装置の第一実施形態について説明したが、上記の実施形態は更に変更して実施してもよい。
例えば、第一の位相差フィルム132と第二の位相差フィルム133との順番を入れ替えて、第一の位相差フィルム132を第二の位相差フィルム133よりも視認側に設けてもよい。
また、例えば、第一の位相差フィルム133における異方性領域134は、ツイステッドネマチック液晶等で形成することにより、直線偏光を90°旋光させる領域にしてもよい。
また、例えば、基材フィルム131の位置は、上記の実施形態のように第一の位相差フィルム132及び第二の位相差フィルム133よりも光源側にしてもよく、第一の位相差フィルム132及び第二の位相差フィルム133よりも視認側にしてもよく、第一の位相差フィルム132と第二の位相差フィルム133との間にしてもよい。
また、例えば、立体画像表示装置100に、拡散フィルム、輝度向上フィルム、接着層、粘着層、ハードコート層、反射防止膜、保護層などを設けてもよく、位相差フィルム積層体130の視認側にさらに例えばガラスやプラスチック製の前面板を設けてもよい。
[第二実施形態]
図4は、本発明の液晶表示装置の第二実施形態としての立体画像表示装置の構成を模式的に示す図である。なお、図4においては、図中左側が光源側であり、図中右側が視認側である。図4に示すように、立体画像表示装置200は、光源110と、液晶パネル120と、位相差フィルム積層体230とを、この順に備える。
立体画像表示装置200において、光源110及び液晶パネル120は、第一実施形態と同様である。
位相差フィルム積層体230は、基材フィルム131と、位相差フィルム232とを備える。ここで、基材フィルム131は、第一実施形態と同様である。
位相差フィルム232は、基材131の表面に、直接又は配向膜等を介して形成された位相差フィルムであって、位相差は同じであるが遅相軸の方向が異なる領域が面内にパターン化されて存在する位相差フィルムである。位相差が同じであるが遅相軸の方向が異なる領域とは、位相差は同じ値であるが、当該領域の遅相軸の方向が平行ではない態様を意味する。
本実施形態では、位相差フィルム232には、1/4波長板として機能するように、透過光に対して略1/4波長の面内位相差を与える第一の異方性領域234と、透過光に対して第一の異方性領域234と同じ面内位相差(即ち、略1/4波長)を与えるが遅相軸の方向が異なる第二の異方性領域235とが、一定方向に沿って交互に存在する帯状の領域として設けられているものとする。ここで、第一の異方性領域234の遅相軸の方向と、第二の異方性領域235の遅相軸の方向とは、90°異なっている。したがって、ある直線偏光が第一の異方性領域234及び第二の異方性領域235を透過した場合には、第一の異方性領域234を透過して変換される円偏光の向きと、第二の異方性領域235を透過して変換される円偏光の向きとは、逆向きになるようになっている。なお、図4においては、第一の異方性領域234と第二の異方性領域235との区別のために、第一の異方性領域234に斜線を付して示す。
図5は、本発明の液晶表示装置の第二実施形態としての立体画像表示装置200における画像表示の仕組みを説明するため、立体画像表示装置200を分解し、その液晶パネル120及び位相差フィルム232を模式的に示す斜視図である。なお、図5においては、第一の異方性領域234と第二の異方性領域235との区別のために、第一の異方性領域234に斜線を付して示す。
立体画像表示装置200は上述したように構成されているので、図5に示すように、光源110(図5では図示せず。)から発せられた光Lは液晶パネル120を透過し、矢印A120で示すように直線偏光となって出射する。
直線偏光となった光Lは、基材フィルム131(図5では図示せず。)を透過して位相差フィルム232に入射する。位相差フィルム232に入射した光Lのうち、第一の異方性領域234に入射した光Lは、第一の異方性領域234を透過する際に略1/4波長の位相差を与えられて、円偏光となって出射する。他方、第二の異方性領域235に入射した光Lも、第二の異方性領域235を透過する際に略1/4波長の位相差を与えられて、円偏光となって出射する。ただし、第一の異方性領域234と第二の異方性領域235とは遅相軸の方向が直交するため、第一の異方性領域234を透過して変換される円偏光の向きと、第二の異方性領域235を透過して変換される円偏光の向きとは、矢印A234及び矢印A235で示すように、逆向きとなる。
立体画像表示装置200の使用者は、位相差フィルム232から出射した光Lを、第一実施形態と同様に、右目レンズと左目レンズとがクロスニコルとなるようにした偏光メガネ140をかけて視る。これにより、使用者は、第一の異方性領域234及び第二の異方性領域235を透過した光の一方を右目で視て、また、第一の異方性領域234及び第二の異方性領域235を透過した光の他方を左目で視ることになる。このようにして、右目用の画像と左目用の画像とを表示することにより、使用者は、立体画像を視認できるようになっている。
本実施形態においても、図4に示すように、位相差フィルム積層体230の基材フィルム131として本発明の複層フィルムを備えているので、第一実施形態と同様の利点が得られる。
また、本実施形態は更に変更して実施してもよく、例えば、第一実施形態と同様に変更して実施してもよい。
以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではなく、本発明の請求の範囲及びその均等の範囲において任意に変更して実施できる。なお、以下の説明において、量を表す「部」及び「%」は、特に断らない限り重量基準である。また、以下の説明において温度及び圧力について特に断らない限り、操作は常温常圧の環境において行った。
[評価方法]
〔厚みの測定方法〕
接触式厚さ計(ミツトヨ社製、コードNo.547−401)を用いて、フィルムの厚みを測定した。次いで、フィルムを切断し、断面を光学顕微鏡で観察して、各層の厚さ比を求めて、その比率より各層の厚みを計算した。以上の操作をフィルムのMD方向及びTD方向において50mm間隔毎に30箇所行い、厚みの平均値を求め、この平均値をフィルム及び層の厚みとした。
〔線膨張係数の差の測定方法〕
線膨張係数は、測定対象(複層フィルム及び基材等)を試料片に切り出し、20℃/分の加熱速度で25℃から120℃まで一度加熱したあと、試料片を冷却し、10℃/分の加熱速度で25℃から120℃まで加熱しながら測定を行い、それ以外は、JIS K7197に準拠して測定を行った。その測定結果から、30℃から90℃へと加熱した場合の線膨張係数を算出した。
複層フィルムの線膨張係数から基材の線膨張係数を減算し、複層フィルムと基材との線膨張係数の差を算出した。
なお、評価は、フィルムのMD方向及びTD方向においてそれぞれ行った。ここでMD方向とは長尺のフィルムとして用意した基材の長手方向のことを指し、TD方向とは基材の幅方向を指す。
〔透湿度の測定方法〕
JIS K7129Bに基づいて、「PERMATRAN W3/33」(モコン社製)を用いて、40℃/90%RHの条件で測定を行った。
〔鉛筆硬度〕
JIS K5600−5−4に準拠して、各種硬度の鉛筆を45°傾けて、上から500g重の荷重をかけてフィルム表面を引っ掻き、傷が付きはじめる鉛筆の硬さを鉛筆硬度とした。
〔耐擦傷性〕
複層フィルムの表面にスチールウール#0000を荷重0.025MPaで押し付けた状態で、該スチールウールを複層フィルムの表面で10往復させて擦る。擦った後の複層フィルムの表面状態を目視で観察し、以下の指標で評価した。
「良」:キズが認められない。
「不良」:キズが認められる。
[実施例1]
ウレタンアクリレート(日本合成化学社製、製品名「UV7640B」)100部と、4−ヒドロキシブチルアクリレート(大阪有機化学社製、製品名「4HBA」)30部と、オルガノシリカゾル(日産化学工業製、製品名「MEK−ST」、固形分30%、数平均粒子径10nm〜15nm)10部と、光重合開始剤(チバ・スペシャリティケミカルズ社製、製品名「Irg184」)7.5部と、溶剤としてメチルイソブチルケトン412部とを混合し、液状の樹脂組成物を調製した。
長尺のフィルム状の基材としてゼオノアフィルム(日本ゼオン社製、厚み40μm、材料であるノルボルネン樹脂のガラス転移温度Tg163℃)を用意し、その両面を濡れ指数56dyne/cmになるようにコロナ放電処理した。
その後、基材の片面に、用意した液状の樹脂組成物を、バーコーター#6で塗布した。70℃で2分乾燥した後で、高圧水銀灯で200mJ/cmで照射して、樹脂組成物を硬化させ、硬化樹脂層を形成した。
さらに、基材のもう一方の面にも、同様にして硬化樹脂層を形成した。
これにより、厚み40μmの未延伸基材の両面に、それぞれ厚み5μmの硬化樹脂層を備える複層フィルムを製造した。
得られた複層フィルムについて、上述した要領で評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例2]
硬化樹脂層の厚みを両面とも1.5μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
基材として厚み38μmのゼオノアフィルム(材質は実施例1と同じ)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
硬化樹脂層を基材の片面にだけ設けるようにしたこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
基材として厚み23μmのゼオノアフィルム(材質は実施例1と同じ)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例6]
基材として、材料であるノルボルネン樹脂のガラス転移温度Tgが135℃のゼオノアフィルム(厚みは実施例1と同じ)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表2に示す。
[実施例7]
ウレタンアクリレートUV7640Bの代わりに、エポキシアクリレートEBECRYL600(ダイセル・サイテック社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表2に示す。
[実施例8]
オルガノシリカゾルとして、MEK−STの代わりにMEK−ST−L(日産化学工業製、固形分30%、数平均粒子径40nm〜50nm)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表2に示す。
[実施例9]
基材であるゼオノアフィルムを、温度170℃でMD方向に1.5倍に延伸してから使用したこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表2に示す。なお、延伸により基材の厚みは38μmとなった。
[比較例1]
基材をそのまま試料として用いて、上述した要領で評価を行った。結果を表3に示す。
[比較例2]
樹脂組成物の塗布の条件を変更し、それにより硬化樹脂層の厚みを両面とも0.8μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表3に示す。
[比較例3]
樹脂組成物の塗布の条件を変更し、それにより硬化樹脂層の厚みを両面とも0.4μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表3に示す。
[比較例4]
樹脂組成物の塗布の条件を変更し、それにより硬化樹脂層の厚みを両面とも15μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして、複層フィルムを製造し、評価を行った。結果を表3に示す。なお、比較例4では硬化樹脂層が脆く破損したため、線膨張係数の差、鉛筆硬度及び耐擦傷性を評価できなかった。
Figure 0005742846
Figure 0005742846
Figure 0005742846
[実施例1〜9及び比較例1〜4の検討]
前記の実施例及び比較例の比較から、基材の少なくとも片面に活性エネルギー線の照射により硬化してなる硬化樹脂層を設けることにより、基材の熱膨張を硬化樹脂層によって抑制できるので、複層フィルムの線膨張係数を小さくできることが確認された。また、この際、下記の表4に示すように、基材の厚みと硬化樹脂層との厚みとの合計に対する基材の厚み比「0.95」を境にして、複層フィルムと基材との線膨張係数の差がMD方向及びTD方向のいずれでも大きく相違していることから、前記の厚み比を0.95以下とすることには臨界的な意義があることが確認された。
Figure 0005742846
[実施例10;画像表示装置の製造及び評価]
(複層フィルムの製造)
実施例2と同様にして複層フィルムを製造した。
(複層フィルム上への配向膜の形成)
変性ポリアミド(重量平均分子量45000)100部、p−トルエンスルホン酸0.7部、および1−プロパノール3265部からなる配向膜用組成物を用意した。前記の複層フィルムの片面に、濡れ指数56dyne/cmとなるようにコロナ放電処理を施し、用意した配向膜用組成物をバーコーター#4で塗布し、100℃で5分間乾燥して、膜厚0.2μmの乾燥膜を得た。この乾燥膜にラビング処理を施して、配向膜を形成した。
(配向膜上への第一の位相差フィルムの形成)
重合性液晶化合物(BASF社製 LC242)を40部、重合開始剤(チバ・スペシャリティケミカルズ社製、製品名「Irg907」)を2部、界面活性剤であるフタージェント209F(ネオス社製)を0.04部、溶剤であるメチルエチルケトンを60部混合して、液晶組成物を調製した。この液晶組成物を、前記の配向膜の表面にバーコーター#8で塗布し、75℃で2分配向処理して、重合性液晶化合物を配向させた。
前記の液晶組成物の塗膜上に、フォトレジストを塗布、現像及びエッチングすることによって作製したマスクを設け、このマスクを介して、塗膜面側から0.1mJ/cm〜45mJ/cmの微弱な紫外線を照射した。前記のマスクは、150μmピッチのストライプ状の遮光部を有していた。これにより、紫外線が照射された領域で重合性液晶化合物を硬化させて、透過光に対して1/2波長の面内位相差を有する樹脂領域(異方性領域)を形成した。
続いて、マスクを外して、130℃で10秒間加温処理を施し、塗膜の未硬化領域における液晶組成物の液晶相を等方相に転移させた。この状態で、窒素雰囲気下で塗膜面側より2000mJ/cmの紫外線を照射して、等方相の領域を硬化させた。これにより、乾燥膜厚が2μmであり、透過光に対して1/2波長の面内位相差を与える異方性領域と、透過光の偏光状態を実質的に変えない等方性領域とを同一面内に有する、第一の位相差フィルムを作製した。この第一の位相差フィルムには、使用したマスクの遮光部のストライプ形状に合わせて異方性領域と等方性領域とからなるストライプ状のパターンが形成されていて、このパターンの位置は、後述する3D液晶モニターの画素位置に合致するようになっている。
(第一の位相差フィルム上への配向膜の形成)
複層フィルム上に配向膜を形成したのと同様にして、第一の位相差フィルム上に配向膜を形成した。
(配向膜上への第二の位相差フィルムの形成)
配向膜上に、「(配向膜上への第一の位相差フィルムの形成)」の項で用意したのと同様の液晶組成物をバーコーター#4で塗布し、75℃で2分配向処理した。さらに、窒素雰囲気下で塗膜面側より2000mJ/cmの紫外線を照射して硬化させ、透過光に対して1/4波長の面内位相差を有する第二の位相差フィルムを形成した。
これにより、複層フィルム、配向膜、第一の位相差フィルム、配向膜及び第二の位相差フィルムをこの順に備える位相差フィルム積層体を得た。
(実装評価)
日本ビクター社製 3D液晶モニター「GD463D10」の視認側偏光板に貼り合わせてあるシートを剥離した。他方、前記の位相差フィルム積層体の硬化樹脂層側の表面に、濡れ指数56dyne/cmとなるようにコロナ放電処理を施した。位相差フィルム積層体のコロナ放電処理を施した表面と、シートを剥離した3D液晶モニターの視認側偏光板とを、3D液晶モニターの画素位置と位相差フィルム積層体のストライプ位置が合致するように、円偏光板を介して透過光で観察しながら位置合わせを実施した後に、粘着層を介して、視認側偏光板と第一の位相差フィルムとを貼り合わせた。
ここで円偏光板とは、直線偏光板に1/4波長板を貼り合わせた構成のものである。
3D液晶モニターを、45℃×90%RH環境下に24時間放置し、その後室温に戻して観察したところ、液晶セルのたわみの発生もなく、液晶セルの画素位置と第一の位相差フィルムのパターン位置が合った状態で変化していないことを確認した。
また、3D液晶モニターを60℃環境下に24時間放置し、その後室温に戻し観察したところ、液晶セルのたわみの発生もなく、液晶セルの画素位置と第一の位相差フィルムのパターン位置が合った状態で変化していないことを確認した。
本発明の複層フィルムは光学フィルムとして使用することが好ましく、中でも熱膨張が小さい点を有効に活用する観点から、温度変化がある環境において使用される光学フィルムの基材フィルムとして使用することが特に好ましい。具体例を挙げると、立体画像表示装置における位相差フィルムの基材フィルムが挙げられる。
本発明の液晶表示装置は、例えば、立体テレビ等の立体画像表示装置として用いて好適である。
10 複層フィルム
11 基材
12 硬化樹脂層(活性エネルギー線の照射により硬化してなる樹脂層)
100 立体画像表示装置(液晶表示装置)
110 光源
120 液晶パネル
121 光源側偏光板
122 液晶セル
123 視認側偏光板
130 位相差フィルム積層体
131 基材フィルム
132 第一の位相差フィルム
133 第二の位相差フィルム
134 異方性領域
135 等方性領域
140 偏光メガネ

Claims (6)

  1. 脂環式構造を有する重合体を含む樹脂からなる厚みが45μm以下の基材と、前記基材の面に設けられた、活性エネルギー線の照射により硬化してなる樹脂層とを備えた複層フィルムであって、
    前記基材の厚みと樹脂層の厚みとの合計に対する、前記基材の厚みの比が、0.6以上0.95以下であり、
    30℃以上90℃以下の温度範囲において、前記複層フィルムの線膨張係数が前記基材の線膨張係数に比べて5ppm/℃以上小さい、複層フィルム。
  2. 前記脂環式構造を有する重合体を含む樹脂のガラス転移温度が130℃以上である、請求項1記載の複層フィルム。
  3. 前記複層フィルムの透湿度が20g/m・24h以上500g/m・24h以下である、請求項1又は2に記載の複層フィルム。
  4. 前記の活性エネルギー線を照射して硬化してなる樹脂層が、少なくとも下記成分(A)及び成分(B)を含む組成物を硬化させてなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の複層フィルム。
    (A)ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート及びポリエステルアクリレートからなる群より選択される少なくとも1種類のオリゴマー型アクリレート。
    (B)数平均粒子径が100nm以下の無機微粒子。
  5. 前記基材が、延伸フィルムである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の複層フィルム。
  6. 液晶セルと、前記液晶セルよりも視認側に設けられた視認側偏光板と、前記視認側偏光板よりも視認側に設けられた請求項1〜5のいずれか一項に記載の複層フィルムとを備える、液晶表示装置。
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