JP7121207B2 - 位相差フィルムおよびその用途 - Google Patents

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Description

本開示は、位相差フィルムとその用途に関する。
テレビやスマートフォンなどに搭載される画像表示装置には、その種類などに応じて様々な位相差フィルムが使用されている。
例えば、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、タッチパネルディスプレイ、有機ELディスプレイなどの画像表示装置では、偏光状態を制御して画像を表示したり、反射光を吸収して視認性を確保したりするために、1/4波長板と偏光板(直線偏光板)とを、1/4波長板の遅相軸に対して偏光板の吸収軸が45°の角度となるように貼り合わせて形成される円偏光板が用いられている。特に、有機ELディスプレイは、スマートフォンだけでなくテレビでの採用が増えてきているため、外光反射を防いで視認性およびコントラスト比を高める必要性からも、広帯域に波長分散性に優れる円偏光板の重要度が増している。詳しくは、有機ELディスプレイでは、円偏光板により反射光を吸収して光漏れを抑制することで、青色の着色を防止して視認性を向上できるとともに、前記着色に伴う不十分な黒表示も防止できるためコントラスト比も向上できる。そのため、可視光の広帯域において位相差がほぼ1/4波長となるような逆波長分散性を示す位相差フィルム(広帯域1/4波長板)を円偏光板が有しない場合、特定波長の反射光が漏れて視認性やコントラスト比が低下するおそれがある。
一般的な高分子は、波長が長くなるほど位相差が小さくなる順波長分散性、または位相差があまり変化しないフラット分散性を示すことが多く、波長が長くなるほど位相差が大きくなる逆波長分散性を示す高分子は限られている。このような逆波長分散性を示す高分子のフィルムとして、主鎖の芳香環と側鎖の芳香環とが直交したカルド構造、すなわち、9,9-ビスフェニルフルオレン骨格を有する構造単位と、イソソルビド環やシクロヘキサン環を有する構造単位を含む共重合ポリカーボネートや共重合ポリエステルなどのポリエステル系樹脂フィルムが開発され、円偏光板に採用されている(特許文献1~3)。
一方、大型の液晶表示装置(LCD)、特に、液晶テレビにおいても逆波長分散性を示す位相差フィルムが求められている。液晶テレビは、垂直配向方式(VA-LCD)、面内駆動方式(IPS-LCD)の2つの方式のうち、正面コントラストが高く、上下左右の視野角が非常に広いVA-LCDが主流となっている。このVA方式では、斜め方向におけるコントラストの高い視野角を確保し難いため、液晶セルと、その上下に配置される各偏光板との間に位相差フィルムを配置して前記斜め方向の視野角を確保している。
VA-LCD用位相差フィルムにおいて、可視光の全領域で位相差の補償(または視野角の補償)をする観点から、逆波長分散性が非常に重要であり、特に、視角の変化に伴って色味が変化するカラーシフトの抑制に有効とされている。このようなVA-LCD用位相差フィルムの材料としては、添加剤により逆波長分散性を付与できるセルロースアセテートプロピオネート(CAP)が利用されている。
しかし、近年、液晶パネルはテレビセットメーカーへ簡易梱包で輸送されるオープンセル方式が増えており、輸送中にCAPの吸湿によって画像表示機能に不具合を起こす問題が生じている。そのため、吸水性の高いCAPに代えて、環状オレフィン系共重合体(COP)が採用されるケースが増えているものの、COPはフラット分散性でありカラーシフトを有効に抑制できない。
特開2010-134232号公報 特開2012-31369号公報 特開2018-151627号公報
近年、ディスプレイの薄型化または軽量化のために位相差フィルムにも薄膜化が要求されているが、位相差はフィルムの厚みに比例するため、所望の位相差を保持しつつ薄膜化するためには複屈折を高く調整する必要がある。特許文献1~3記載の逆波長分散性を示すフィルムは、一軸延伸によって位相差を発現させているものの、いずれも固有複屈折(または位相差発現性)が小さいため、薄膜に成形するためには延伸条件を厳しくして配向複屈折を高めないと所望の位相差を得るのは困難である。しかし、これらの高分子は主としてカルド構造およびイソソルビド環やシクロヘキサン環などの環構造を含む剛直な構造で形成されているため、フィルムは脆性で延伸により破断し易く、延伸条件を厳しくするには限界がある。特に、一軸延伸よりも延伸条件が厳しい二軸延伸により位相差を調整するVA-LCD用位相差フィルムの成形は極めて困難である。
また、延伸により薄膜に成形できても脆性であるため、機械強度が不足して取り扱いが困難となるおそれがあるとともに、厳しい延伸条件下では残留応力によるフィルムの収縮を招き、耐環境信頼性(耐熱性および耐水性(耐湿性)ならびに熱や水分に対する寸法安定性および位相差安定性)が低下するおそれもある。そのため、薄型で良質な位相差フィルムを簡便にまたは効率よく製造できない。
さらに、一般的に高い位相差と逆波長分散性とはトレードオフの関係になる傾向がある。すなわち、逆波長分散性をもつフィルムは延伸条件を厳しくするにつれて位相差は高くなるが、波長分散特性が逆分散から順分散(または正分散)の方向に変化し易くする。そのため、延伸条件によって所望の位相差および逆波長分散性を同時に満たすことは容易ではない。特に、逆波長分散性をもつフィルムは、通常、前述のように位相差発現性が低いため、位相差と逆波長分散性との両立はより一層困難である。
従って、本開示の目的は、高い位相差発現性と、逆波長分散性(面内位相差Roの逆波長分散性)とを両立する新規な位相差フィルムおよびその用途を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、単独フィルムにおける配向複屈折が負で順波長分散性を示すポリエステル系樹脂と、単独フィルムにおける配向複屈折が正でフラット分散性を示すポリアミド系樹脂とを組み合わせて位相差フィルムを形成すると、高い位相差発現性および逆波長分散性を示すことを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本開示の位相差フィルムは、負の配向複屈折性を示し、かつ位相差が順波長分散性を示すポリエステル系樹脂と、正の配向複屈折性を示し、かつ位相差がフラット分散性を示すポリアミド系樹脂とを含んでいる。
前記ポリエステル系樹脂は、フルオレン-9,9-ジイル基を有する構成単位を含み、前記ポリアミド系樹脂は、脂環骨格を有する構成単位を含んでいてもよい。前記ポリエステル系樹脂は、前記フルオレン-9,9-ジイル基を有する構成単位として、フルオレンジカルボン酸単位(A1)およびフルオレンジオール単位(B1)から選択される少なくとも1種の構成単位を含み、前記フルオレンジカルボン酸単位(A1)が、下記式(1)で表されるジカルボン酸単位を含み、前記フルオレンジオール単位(B1)が、下記式(2)で表されるジオール単位を含んでいてもよい。
Figure 0007121207000001
(式中、Rは置換基を示し、kは0~8の整数を示し、X1aおよびX1bはそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示す)。
Figure 0007121207000002
(式中、Rは置換基を示し、mは0~8の整数を示し、X2aおよびX2bはそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、A1aおよびA1bはそれぞれ独立して直鎖状または分岐鎖状アルキレン基を示し、n1およびn2は0以上の整数を示す)。
前記フルオレンジオール単位(B1)は、下記式(2A)で表されるジオール単位を含んでいてもよい。
Figure 0007121207000003
(式中、Z1aおよびZ1bはそれぞれ独立してアレーン環を示し、R3aおよびR3bはそれぞれ独立して置換基を示し、p1およびp2はそれぞれ独立して0以上の整数を示し、R、m、A1aおよびA1b、n1およびn2はそれぞれ前記式(2)に同じ)。
前記ポリエステル系樹脂は、下記式(3)で表される(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)を含んでいてもよい。
Figure 0007121207000004
(式中、Aは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基を示し、qは1以上の整数を示す)。
前記ポリエステル系樹脂は、前記式(1)において、X1aおよびX1bが直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であり、
前記式(2A)において、Z1aおよびZ1bがC6-12アレーン環であり、R3aおよびR3bがC1-4アルキル基またはC6-10アリール基であり、p1およびp2が0~2の整数であり、A1aおよびA1bが直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であり、n1およびn2が0~2の整数であり、
前記式(3)において、Aが直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であり、qが1~4の整数であってもよい。
前記ポリアミド系樹脂は、下記式(4)で表されるジアミン単位を含んでいてもよい。
Figure 0007121207000005
(式中、Yは直接結合、または置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、R4aおよびR4bはそれぞれ独立して置換基を示し、r1およびr2はそれぞれ独立して0~4の整数を示す)。
前記ポリアミド系樹脂は、脂肪族ジカルボン酸成分に由来する構成単位(ジカルボン酸単位)を含んでいてもよい。前記ポリアミド系樹脂は、前記式(4)において、YがC1-4アルキレン基であり、R4aおよびR4bがC1-4アルキル基であり、r1およびr2が0または1であるジアミン単位と、直鎖状または分岐鎖状C4-16アルカン-ジカルボン酸成分に由来する構成単位(ジカルボン酸単位)とを含んでいてもよい。
前記位相差フィルムにおいて、ポリエステル系樹脂のガラス転移温度と、ポリアミド系樹脂のガラス転移温度との差は0~20℃程度であってもよい。前記位相差フィルムは、ポリエステル系樹脂を含む第1の層と、ポリアミド系樹脂を含む第2の層とを含む積層フィルムであってもよい。前記位相差フィルムは、前記第1の層の両面に、前記第2の層が積層された3層構造の積層フィルムであってもよく、好ましくは前記第2の層の両面に、前記第1の層が積層された3層構造の積層フィルムであってもよい。前記位相差フィルムにおいて、前記第1の層の総厚みと、前記第2の層の総厚みとの割合は、前者/後者=1/1~10/1程度であってもよい。前記位相差フィルムの厚みは、20~70μm程度であってもよい。
前記位相差フィルムは、一軸延伸フィルムであってもよい。前記位相差フィルムは、フィルム長さ方向に対して斜めに延伸した一軸延伸フィルムであり、フィルム面内の遅相軸と、フィルム長さ方向とがなす角度が40~50°程度であってもよい。前記位相差フィルムは、波長λnmにおける面内位相差をRo(λ)とするとき、Ro(550)が100~160nm程度であり、Ro(450)/Ro(550)が0.7以上1未満程度であってもよい。前記位相差フィルムは、1/4波長板であってもよい。
また、前記位相差フィルムは、二軸延伸フィルムであってもよい。前記位相差フィルムは、フィルム面内の遅相軸が、フィルム長さ方向に対して略垂直、例えば85~95°程度であってもよい。前記位相差フィルムは、波長λnmにおける面内位相差をRo(λ)、厚み方向位相差をRth(λ)とするとき、Ro(550)が30~50nm程度であり、Ro(450)/Ro(550)が0.7以上1未満程度であり、Rth(589)が120~140nm程度であってもよい。前記位相差フィルムは、垂直配向方式液晶ディスプレイ用の光学補償フィルムであってもよい。
本開示は、前記位相差フィルムを含む偏光板、およびこの偏光板を含む画像表示装置も包含する。前記画像表示装置は、有機ELディスプレイまたは垂直配向方式液晶ディスプレイであってもよい。
なお、本明細書および請求の範囲において、配向複屈折(または配向複屈折性)および固有複屈折が「正」とは、高分子の配向フィルム(または一軸延伸フィルム)面内において、配向方向(または延伸方向)の屈折率が、前記配向方向に垂直な方向の屈折率よりも大きい値を示す性質を意味し、「負」とは、配向方向の屈折率が、前記配向方向に垂直な方向の屈折率よりも小さい性質を意味する。
また、波長分散性に関し、本明細書および請求の範囲における「順波長分散性」または「順分散(または正分散)」とは、波長が長くなるにつれて面内位相差Roの絶対値が小さくなる性質、特に、測定温度20℃におけるRo(450)/Ro(550)が1.05より大きいことを意味し;「逆波長分散性」または「逆分散」とは、波長が長くなるにつれて面内位相差Roの絶対値が大きくなる性質、特に、測定温度20℃におけるRo(450)/Ro(550)が1未満であることを意味し;「フラット分散性(またはフラット分散)」とは、面内位相差Roの絶対値が波長によってほぼ変わらない性質、特に、測定温度20℃におけるRo(450)/Ro(550)が1~1.05であることを意味する。
また、本明細書および請求の範囲において、「ジオール単位」または「ジオール成分由来の構成単位」は、対応するジオール成分の2つのヒドロキシル基から、2つの水素原子を除いた単位(または2価の基)を意味し、「ジオール成分」(ジオール成分として例示される化合物を含む)は、対応する「ジオール単位」と同義に用いる場合がある。
同様に、「ジカルボン酸単位」または「ジカルボン酸成分由来の構成単位」は、対応するジカルボン酸の2つのカルボキシル基から、2つのOH(ヒドロキシル基)を除いた単位(または2価の基)を意味し、「ジカルボン酸成分」(ジカルボン酸成分として例示される化合物を含む)は、対応する「ジカルボン酸単位」と同義に用いる場合がある。
なお、本明細書および請求の範囲において、「ジカルボン酸成分」とは、ジカルボン酸に加えて、そのエステル形成性誘導体、例えば、ジカルボン酸低級アルキルエステル、ジカルボン酸ハライド、ジカルボン酸無水物などを含む意味に用いる。前記ジカルボン酸低級アルキルエステルとしては、例えば、メチルエステル、エチルエステル、t-ブチルエステルなどのC1-4アルキルエステルなどが挙げられる。前記ジカルボン酸ハライドとしては、例えば、ジカルボン酸クロリド、ジカルボン酸ブロミドなどが挙げられる。なお、「エステル形成性誘導体」は、モノエステル(ハーフエステル)またはジエステルであってもよい。
また、「ジアミン単位」または「ジアミン成分由来の構成単位」は、対応するジアミンの2つのアミノ基から、水素原子を1つずつ除いた単位(または2価の基)を意味し、「ジアミン成分」(ジアミン成分として例示される化合物を含む)は、対応する「ジアミン単位」と同義に用いる場合がある。
なお、本明細書および請求の範囲において、置換基の炭素原子の数をC、C、C10などで示すことがある。例えば、炭素数が1のアルキル基は「Cアルキル」で示し、炭素数が6~10のアリール基は「C6-10アリール」で示す。
本開示の位相差フィルムは、負の配向複屈折性を示し、かつ位相差が順波長分散性を示すポリエステル系樹脂と、正の配向複屈折性を示し、かつ位相差がフラット分散性を示すポリアミド系樹脂とを組み合わせて形成されているため、高い位相差発現性と優れた(または適切な)逆波長分散性とを両立できる。そのため、薄膜に形成しても所望の位相差を保持し易く、薄さ、位相差および逆波長分散性のバランスに優れた位相差フィルムを形成できる。また、比較的穏和な延伸条件であっても位相差を発現し易いため、成形性(または生産性)および耐環境信頼性も高い。特に、所定のフルオレン-9,9-ジイル基を有する構成単位を含むポリエステル系樹脂と、所定の脂環骨格を有する構成単位を含むポリアミド系樹脂とを組み合わせると、靭性(または柔軟性)にも優れるフィルムを調製できるため、より一層成形性や取り扱い性を向上できる。そのため、広帯域1/4波長板や、カラーシフトを抑制に抑制できるVA-LCD用位相差フィルムを容易にまたは効率よく形成できる。
本開示では、所定のポリエステル系樹脂と所定のポリアミド系樹脂とを組み合わせて位相差フィルムを形成する。
[ポリエステル系樹脂]
ポリエステル系樹脂は、その単独フィルム(一軸延伸フィルム)において、負の配向複屈折性を示し、かつ位相差が順波長分散性を示す樹脂であればよい。逆波長分散性に優れた位相差フィルムを調整しやすくする観点から、ポリエステル系樹脂の順波長分散性は、波長に対する位相差の変化量が大きな順波長分散性(急峻な順波長分散性)、例えば、測定温度20℃におけるRo(450)/Ro(550)が1.1~1.3程度、好ましくは1.12~1.25、さらに好ましくは1.15~1.2である。ポリエステル系樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステルカーボネート樹脂などが挙げられる。これらのポリエステル系樹脂は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。これらのポリエステル系樹脂のうち、成形性や位相差発現性などの点から、ポリエステル樹脂が好ましい。
上記特性を示すポリエステル系樹脂としては、例えば、フルオレン-9,9-ジイル基(またはフルオレニリデン基)、9-フルオレニル基などのフルオレン環含有基を有する構成単位を含むポリエステル系樹脂などが挙げられ、好ましくはフルオレン-9,9-ジイル基を有する構成単位を含むポリエステル系樹脂(フルオレン環の9位が主鎖上に位置し、フルオレン環を側鎖として有する樹脂)などが挙げられる。
ポリエステル系樹脂は、ジカルボン酸成分(A)およびジオール成分(B)を重合成分として含むことが好ましく、フルオレン環含有基を有する構成単位はいずれの重合成分に由来する単位であってもよいが、少なくともジカルボン酸単位(A)がフルオレン環含有基を有するジカルボン酸単位(以下、フルオレンジカルボン酸単位ともいう)(A1)を有することが好ましく、特に、ジカルボン酸単位(A)およびジオール単位(B)の双方がフルオレン環含有基を有する構成単位を有するのが好ましい。
(ジカルボン酸単位(A))
フルオレンジカルボン酸単位(A1)
フルオレンジカルボン酸単位(A1)としては、下記式(1)で表されるジカルボン酸単位などが挙げられる。
Figure 0007121207000006
(式中、Rは置換基を示し、kは0~8の整数を示し、X1aおよびX1bはそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示す)。
前記式(1)において、X1aおよびX1bにおける2価の炭化水素基としては、フェニレン基などの2価の芳香族炭化水素基であってもよいが、シクロヘキシレン基などの2価の脂環族炭化水素基、2価の脂肪族炭化水素基が好ましく、特に2価の脂肪族炭化水素基が好ましい。主鎖を形成するX1aおよびX1bが2価の脂環族または脂肪族炭化水素基の場合、側鎖のフルオレン環構造(フルオレン-9,9-ジイル基)との組み合わせにより、主鎖方向の屈折率の波長依存性が小さく、主鎖方向に直交する方向の屈折率の波長依存性は大きくなる。そのため、配向複屈折が負を示し、順波長分散性でかつ波長依存性が大きなポリエステル系樹脂を調製し易くなる。特にX1aおよびX1bが2価の脂肪族炭化水素基であると、位相差発現性が高くなり、より穏やかな延伸条件での延伸が可能になり、さらには、ポリエステル系樹脂に靭性(柔軟性)を向上して破断し難く成形性および取り扱い性に優れたフィルムを形成できたり、残留応力による熱収縮などが軽減されたりするため、より薄膜な位相差フィルムを形成する点で好ましい。
基X1aおよびX1bで表される2価の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基、直鎖状または分岐鎖状アルキニレン基などであってもよいが、直鎖状または分岐鎖状アルキレン基であるのが好ましい。直鎖状または分岐鎖状アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、1,2-ブタンジイル基、2-メチルプロパン-1,3-ジイル基などの直鎖状または分岐鎖状C1-8アルキレン基などが挙げられる。これらのうち、好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-6アルキレン基、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-4アルキレン基であり、さらに好ましくは直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であり、なかでも、エチレン基、プロピレン基などの直鎖状または分岐鎖状C2-3アルキレン基が好ましく、特にエチレン基が好ましい。なお、X1aおよびX1bは、互いに異なっていてもよいが、同一の基であることが好ましい。
また、X1aおよびX1bで表される2価の炭化水素基が有していてもよい置換基としては、フェニル基などのアリール基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基などが挙げられる。置換基の数は特に制限されず、例えば0~10、好ましくは0~2、さらに好ましくは0または1、特に0である。置換基を有する2価の炭化水素基としては、例えば、1-フェニルエチレン基、1-フェニルプロパン-1,2-ジイル基などであってもよい。なお、X1aおよびX1bは、置換基を有していない直鎖状または分岐鎖状アルキレン基であるのが好ましい。
前記式(1)において、基Rとしては、重合反応に不活性な非重合性基または非反応性置換基であってもよく、例えば、シアノ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子;アルキル基、アリール基などの炭化水素基などが挙げられる。前記アリール基としては、フェニル基などのC6-10アリール基などが挙げられる。好ましい基Rとしては、シアノ基、ハロゲン原子、またはアルキル基であり、特にアルキル基である。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基などのC1-12アルキル基、好ましくはC1-8アルキル基、特にメチル基などのC1-4アルキル基などが挙げられる。
なお、基Rの置換数kが複数(2以上)である場合、フルオレン環を構成する2つのベンゼン環のうち、同一ベンゼン環に置換する2以上の基Rの種類は同一または異なっていてもよく、異なるベンゼン環に置換する2以上の基Rの種類は同一または異なっていてもよい。また、基Rの結合位置(置換位置)は、特に限定されず、例えば、フルオレン環の2位、7位、2,7位などが挙げられる。
置換数kは、例えば0~6程度の整数であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~4、0~3、0~2の整数であり、好ましくは0または1、特に0である。なお、フルオレン環を構成する2つのベンゼン環において、基Rのそれぞれの置換数は、互いに異なっていてもよいが、同一であるのが好ましい。
前記式(1)で表される代表的なジカルボン酸単位としては、X1aおよびX1bが直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレン基である構成単位、例えば、9,9-ビス(2-カルボキシエチル)フルオレン、9,9-ビス(2-カルボキシプロピル)フルオレンなどの9,9-ビス(カルボキシC2-6アルキル)フルオレンに由来する構成単位などが挙げられる。これらの前記式(1)で表されるジカルボン酸単位は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いてもよい。これらの前記式(1)で表されるジカルボン酸単位のうち、好ましくは9,9-ビス(カルボキシC2-6アルキル)フルオレン、さらに好ましくは9,9-ビス(カルボキシC2-4アルキル)フルオレンであり、特に、9,9-ビス(2-カルボキシエチル)フルオレン、9,9-ビス(2-カルボキシプロピル)フルオレンなどの9,9-ビス(カルボキシC2-3アルキル)フルオレンに由来する構成単位を含むのが好ましい。
フルオレンジカルボン酸単位(A1)は、単独でまたは2種以上組み合わせてもよい。前記式(1)で表されるジカルボン酸単位の割合は、フルオレンジカルボン酸単位(A1)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的にフルオレンジカルボン酸単位(A1)が前記式(1)で表されるジカルボン酸単位のみを含むのが好ましい。前記式(1)で表されるジカルボン酸単位の割合が少なすぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがある。
また、前記式(1)で表されるジカルボン酸単位のうち、X1aおよびX1bが直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、特に、直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレン基である構成単位の割合は、前記式(1)で表されるジカルボン酸単位全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的に前記式(1)で表されるジカルボン酸単位が、X1aおよびX1bが直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、特に、直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレン基である構成単位のみを含むのが好ましい。X1aおよびX1bが直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、特に、直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレン基である構成単位の割合が少なすぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがあるとともに、より薄膜な位相差フィルムを形成し難くなるおそれがある。
第2のジカルボン酸単位(A2)
ポリエステル系樹脂は、ジカルボン酸単位(A)として、フルオレンジカルボン酸単位(または第1のジカルボン酸単位)(A1)とは異なるジカルボン酸単位(第2のジカルボン酸単位(A2))を含んでいなくてもよいが、本開示の効果を害しない範囲であれば必要に応じて含んでいてもよい。
第2のジカルボン酸単位(A2)としては、例えば、芳香族ジカルボン酸成分[ただし、フルオレンジカルボン酸成分(A1)を除く]、脂環族ジカルボン酸成分、脂肪族ジカルボン酸成分などに由来する構成単位が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸成分としては、例えば、ベンゼンジカルボン酸、アルキルベンゼンジカルボン酸、多環式アレーンジカルボン酸、ジアリールアルカンジカルボン酸、ジアリールケトンジカルボン酸、およびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
ベンゼンジカルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが挙げられる。
アルキルベンゼンジカルボン酸としては、例えば、4-メチルイソフタル酸、5-メチルイソフタル酸などのC1-4アルキル-ベンゼンジカルボン酸などが挙げられる。
多環式アレーンジカルボン酸としては、例えば、縮合多環式アレーンジカルボン酸、環集合アレーンジカルボン酸などが挙げられる。
縮合多環式アレーンジカルボン酸としては、例えば、1,2-ナフタレンジカルボン酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、1,8-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸などのナフタレンジカルボン酸;アントラセンジカルボン酸;フェナントレンジカルボン酸などの縮合多環式C10-24アレーン-ジカルボン酸、好ましくは縮合多環式C10-14アレーン-ジカルボン酸などが挙げられる。
環集合アレーンジカルボン酸としては、例えば、2,2’-ビフェニルジカルボン酸、3,3’-ビフェニルジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸などのビC6-10アレーン-ジカルボン酸などが挙げられる。
ジアリールアルカンジカルボン酸としては、例えば、4,4’-ジフェニルメタンジカルボン酸などのジC6-10アリールC1-6アルカン-ジカルボン酸などが挙げられる。
ジアリールケトンジカルボン酸としては、例えば、4.4’-ジフェニルケトンジカルボン酸などのジ(C6-10アリール)ケトン-ジカルボン酸などが挙げられる。
脂環族ジカルボン酸成分としては、例えば、シクロアルカンジカルボン酸、架橋環式シクロアルカンジカルボン酸、シクロアルケンジカルボン酸、架橋環式シクロアルケンジカルボン酸、およびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
シクロアルカンジカルボン酸としては、例えば、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸などのC5-10シクロアルカン-ジカルボン酸などが挙げられる。
架橋環式シクロアルカンジカルボン酸としては、例えば、デカリンジカルボン酸、ノルボルナンジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸、トリシクロデカンジカルボン酸などのジまたはトリシクロアルカンジカルボン酸などが挙げられる。
シクロアルケンジカルボン酸としては、例えば、シクロヘキセンジカルボン酸などのC5-10シクロアルケン-ジカルボン酸などが挙げられる。
架橋環式シクロアルケンジカルボン酸としては、例えば、ノルボルネンジカルボン酸などのジまたはトリシクロアルケンジカルボン酸などが挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸成分としては、例えば、アルカンジカルボン酸、不飽和脂肪族ジカルボン酸、およびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
アルカンジカルボン酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸などのC2-12アルカン-ジカルボン酸などが挙げられる。
不飽和脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのC2-10アルケン-ジカルボン酸などが挙げられる。
これらの第2のジカルボン酸単位(A2)は、単独でまたは2種以上組み合わせてもよい。
フルオレンジカルボン酸単位(A1)の割合は、ジカルボン酸単位(A)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的に第2のジカルボン酸単位(A2)を含まないのが好ましい。フルオレンジカルボン酸単位(A1)の割合が少なすぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがある。
(ジオール単位(B))
ポリエステル系樹脂において、ジオール単位(B)は、フルオレン環含有基を有するジオール単位(以下、フルオレンジオール単位ともいう)(B1)を有するのが好ましい。
フルオレンジオール単位(B1)
フルオレンジオール単位(B1)としては、下記式(2)で表されるジオール単位などが挙げられる。
Figure 0007121207000007
(式中、Rは置換基を示し、mは0~8の整数を示し、X2aおよびX2bはそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、A1aおよびA1bはそれぞれ独立して直鎖状または分岐鎖状アルキレン基を示し、n1およびn2は0以上の整数を示す)。
前記式(2)において、Rで表される置換基およびその置換数mは、具体的な基、置換数の範囲、置換位置などの好ましい態様を含めて、前記式(1)におけるRで表される置換基およびその置換数kとそれぞれ同様である。
2aおよびX2bにおいて、2価の炭化水素基としては、前記式(1)におけるX1aおよびX1bと同様に直鎖状または分岐鎖状アルキレン基などの2価の脂肪族炭化水素基、シクロヘキシレン基などの2価の脂環族炭化水素基、フェニレン基などの2価の芳香族炭化水素基などが挙げられる。好ましい2価の炭化水素基としては、2価の脂肪族炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基である。
2aおよびX2bにおいて、2価の炭化水素基が有していてもよい置換基としては、重合反応に不活性な非反応性基または非重合性置換基であってもよく、例えば、ハロゲン原子、炭化水素基(または基[-R])、基[-OR](式中、Rは前記炭化水素基を示す)、基[-SR](式中、Rは前記炭化水素基を示す)、アシル基、ニトロ基、シアノ基、モノまたはジ置換アミノ基などが挙げられる。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
前記Rで表される炭化水素基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基などが挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基などの直鎖状または分岐鎖状C1-10アルキル基が挙げられ、好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-6アルキル基、さらに好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-4アルキル基である。
シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などのC5-10シクロアルキル基が挙げられる。
アリール基としては、例えば、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基などのC6-12アリール基が挙げられる。アルキルフェニル基としては、例えば、メチルフェニル基(またはトリル基)、ジメチルフェニル基(またはキシリル基)などのモノないしトリC1-4アルキル-フェニル基が挙げられる。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基などのC6-10アリール-C1-4アルキル基が挙げられる。
前記基[-OR]としては、例えば、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基などが挙げられ、具体的には、前記炭化水素基Rの例示に対応する基が挙げられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、t-ブトキシ基などの直鎖状または分岐鎖状C1-10アルコキシ基が挙げられる。シクロアルキルオキシ基としては、例えば、シクロヘキシルオキシ基などのC5-10シクロアルキルオキシ基が挙げられる。アリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基などのC6-10アリールオキシ基が挙げられる。アラルキルオキシ基としては、例えば、ベンジルオキシ基などのC6-10アリール-C1-4アルキルオキシ基が挙げられる。
前記基[-SR]としては、例えば、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基などが挙げられ、具体的には、前記炭化水素基Rの例示に対応する基が挙げられる。アルキルチオ基としては、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、n-ブチルチオ基、t-ブチルチオ基などのC1-10アルキルチオ基が挙げられる。シクロアルキルチオ基としては、例えば、シクロヘキシルチオ基などのC5-10シクロアルキルチオ基が挙げられる。アリールチオ基としては、例えば、チオフェノキシ基などのC6-10アリールチオ基が挙げられる。アラルキルチオ基としては、例えば、ベンジルチオ基などのC6-10アリール-C1-4アルキルチオ基が挙げられる。
アシル基としては、アセチル基などのC1-6アルキル-カルボニル基などが挙げられる。
モノまたはジ置換アミノ基としては、例えば、ジアルキルアミノ基、ビス(アルキルカルボニル)アミノ基などが挙げられる。ジアルキルアミノ基としては、例えば、ジメチルアミノ基などのジC1-4アルキルアミノ基が挙げられる。ビス(アルキルカルボニル)アミノ基としては、例えば、ジアセチルアミノ基などのビス(C1-4アルキル-カルボニル)アミノ基が挙げられる。
2aおよびX2bにおいて、2価の炭化水素基が有していてもよい置換基の数としては、例えば0~10程度の範囲から選択してもよく、好ましくは0~2、さらに好ましくは0または1、特に0である。
2aおよびX2bの種類は、互いに異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
アルキレン基A1aおよびA1bとしては、例えば、エチレン基、プロピレン基(1,2-プロパンジイル基)、トリメチレン基、1,2-ブタンジイル基、テトラメチレン基などの直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレン基などが挙げられ、繰り返し数n1またはn2が1以上である場合、好ましくは直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基、さらに好ましくはエチレン基、プロピレン基などの直鎖状または分岐鎖状C2-3アルキレン基であり、特にエチレン基が好ましい。
オキシアルキレン基(-OA1a-)および(-OA1b-)の繰り返し数(付加モル数)n1およびn2は、それぞれ0以上であればよく、例えば0~15程度の整数の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~10、0~8、0~6、0~4、0~2、0~1である。また、X2aおよびX2bが直鎖状または分岐鎖状アルキレン基などの2価の脂肪族炭化水素基である場合、繰り返し数n1またはn2は、0であることが好ましく、後述する式(2A)のようにX2aおよびX2bが2価の芳香族炭化水素基である場合、繰り返し数n1およびn2は、重合反応性を向上できる点から、それぞれ1以上であることが好ましく、例えば、それぞれ1~15程度の整数の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、1~10、1~8、1~6、1~4、1~3、1~2であり、特に1であるのが好ましい。なお、本明細書および請求の範囲において、「繰り返し数(付加モル数)」は、平均値(算術平均値、相加平均値)または平均付加モル数であってもよく、好ましい態様は、上記好ましい範囲(上記整数の範囲)と同様である。繰り返し数n1および/またはn2が大きすぎると、屈折率や耐熱性が低下するおそれがある。
また、2つの繰り返し数n1およびn2は、互いに同一または異なっていてもよい。n1またはn2が2以上である場合、2以上のオキシアルキレン基(-OA1a-)または(-OA1b-)の種類は、互いに同一または異なっていてもよい。また、X2aおよびX2bにエーテル結合(-O-)を介して結合する(ポリ)オキシアルキレン基(-OA1a-)n1および(-OA1b-)n2の種類は、互いに同一または異なっていてもよい。
前記式(2)で表される代表的なジオール単位としては、X2aおよびX2bが直鎖状または分岐鎖状アルキレン基であるジオール単位(以下、単にビスアルキルフルオレンジオール単位ともいう)(B1-1)、後述する式(2A)で表されるジオール単位(以下、単にビスアリールフルオレンジオール単位ともいう)(B1-2)などが挙げられる。これらのフルオレンジオール単位(B1)は、単独でまたは2種以上組み合わせてもよい。
ビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)
ビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)は、X2aおよびX2bが脂肪族炭化水素基の直鎖状または分岐鎖状アルキレン基であるため、前記式(1)で表されるフルオレンジカルボン酸単位の場合と同様に、側鎖のフルオレン環構造(フルオレン-9,9-ジイル基)との組み合わせによって、主鎖方向の屈折率の波長依存性が小さく、主鎖方向に直交する方向の屈折率の波長依存性は大きくなるため、配向複屈折が負、順分散でかつ波長依存性が大きなポリエステル系樹脂を調製し易い。また、位相差発現性も高く、より穏やかな延伸条件で延伸できるのみならず、靭性(柔軟性)を向上して破断し難く成形性および取り扱い性に優れたフィルムを形成できたり、残留応力による熱収縮などが軽減できるため、より薄膜な位相差フィルムを形成する点で好ましい。
ビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)において、直鎖状または分岐鎖状アルキレン基X2aおよびX2bとしては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、1,2-ブタンジイル基、2-メチルプロパン-1,3-ジイル基などの直鎖状または分岐鎖状C1-8アルキレン基などが挙げられる。これらのうち、好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-6アルキレン基、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-4アルキレン基であり、さらに好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-3アルキレン基であり、なかでも、メチレン基、エチレン基などのC1-2アルキレン基が好ましく、特にメチレン基が好ましい。なお、これらのアルキレン基のなかでも、n1および/またはn2が0である場合に2級アルコールによる重合反応性低下を抑制できる点から、直鎖状のアルキレン基であるのが好ましい。
代表的なビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)としては、9,9-ビス(ヒドロキシメチル)フルオレン、9,9-ビス(2-ヒドロキシエチル)フルオレン、9,9-ビス(3-ヒドロキシプロピル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシブチル)フルオレンなどの9,9-ビス(ヒドロキシ直鎖状または分岐鎖状C1-6アルキル)フルオレンなどが挙げられる。
これらのビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)は、単独でまたは2種以上組み合わせてもよい。好ましいビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)としては、9,9-ビス(ヒドロキシ直鎖状C1-6アルキル)フルオレン、より好ましくは9,9-ビス(ヒドロキシ直鎖状C1-4アルキル)フルオレン、さらに好ましくは9,9-ビス(ヒドロキシ直鎖状C1-3アルキル)フルオレンであり、なかでも9,9-ビス(ヒドロキシ直鎖状C1-2アルキル)フルオレンが好ましく、特に9,9-ビス(ヒドロキシメチル)フルオレンが好ましい。
ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)
下記式(2A)で表されるビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)は、そのカルド構造によってポリエステル系樹脂を配向複屈折が負で、順分散かつ波長依存性を大きくする効果(急峻な順波長分散性にする効果)を有している。ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)は、前記式(2)のX2aおよびX2bが2価の芳香族炭化水素基である単位に対応し、主鎖方向の屈折率およびその波長依存性が比較的大きく、ビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)に比べると、前述の光学的特性(位相差発現性および波長分散特性)に調整する効果や、フィルムの靭性に由来する成形性や取り扱い性が若干低くなるおそれがあるものの、ポリエステル系樹脂のガラス転移温度を向上し易いことから、残留応力による熱収縮などを軽減して耐環境信頼性(耐熱性および耐水性(耐湿性)ならびに熱や水分に対する寸法安定性および位相差安定性)を有効に向上できるため、ビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)よりも好ましい。すなわち、ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)は、位相差発現性および波長分散特性と、耐環境信頼性とのバランスを調整するのに有効である。そのため、ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)は、前記式(1)で表されるフルオレンジカルボン酸単位および/またはビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)と組み合わせるのが好ましく、少なくとも、前記式(1)で表されるフルオレンジカルボン酸単位と組み合わせるのがさらに好ましい。
Figure 0007121207000008
(式中、Z1aおよびZ1bはそれぞれ独立してアレーン環を示し、R3aおよびR3bはそれぞれ独立して置換基を示し、p1およびp2はそれぞれ独立して0以上の整数を示し、R、m、A1aおよびA1b、n1およびn2はそれぞれ好ましい態様を含めて前記式(2)に同じ)。
前記式(2A)において、Z1aおよびZ1bで表されるアレーン環(芳香族炭化水素環)としては、例えば、ベンゼン環などの単環式アレーン環、多環式アレーン環などが挙げられる。多環式アレーン環としては、縮合多環式アレーン環(縮合多環式芳香族炭化水素環)、環集合アレーン環(環集合多環式芳香族炭化水素環)などが挙げられる。
縮合多環式アレーン環としては、例えば、縮合二環式アレーン環、縮合三環式アレーン環などの縮合二乃至四環式アレーン環などが挙げられる。縮合二環式アレーン環としては、例えば、ナフタレン環、インデン環などの縮合二環式C10-16アレーン環などが挙げられる。縮合三環式アレーン環としては、例えば、アントラセン環、フェナントレン環などの縮合三環式C14-20アレーン環などが挙げられる。好ましい縮合多環式アレーン環は、ナフタレン環などの縮合多環式C10-14アレーン環である。
環集合アレーン環としては、例えば、ビフェニル環、フェニルナフタレン環、ビナフチル環などのビアレーン環;テルフェニル環などのテルアレーン環などが挙げられる。好ましい環集合アレーン環は、ビフェニル環などのC12-18ビアレーン環である。
なお、本明細書および請求の範囲において、「環集合アレーン環」とは、2つ以上の環系(アレーン環系)が一重結合(単結合)または二重結合で直結し、環を直結する結合の数が環系の数より1つだけ少ないアレーン環を意味する。例えば、上述のように、ビフェニル環、フェニルナフタレン環、ビナフチル環などのビアレーン環は、ナフタレン環骨格などの縮合多環式アレーン環骨格を有していても環集合アレーン環に分類される。そのため、「環集合アレーン環」は、ナフタレン環(非環集合アレーン環)などの「縮合多環式アレーン環」と明確に区別される。
好ましい環Z1aおよびZ1bとしては、C6-14アレーン環が挙げられ、より好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環などのC6-12アレーン環、さらに好ましくはベンゼン環、ナフタレン環などのC6-10アレーン環、特にベンゼン環が好ましい。
環Z1aおよびZ1bの種類は、互いに異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。なお、フルオレン環の9位に結合する環Z1aおよびZ1bの置換位置は、特に限定されない。例えば、環Z1aがベンゼン環の場合、いずれの位置であってもよく、環Z1aがナフタレン環の場合、1位または2位のいずれかの位置、好ましくは2位であり、環Z1aがビフェニル環の場合、2位、3位、4位のいずれかの位置、好ましくは3位である。環Z1bについても同様である。
3aおよびR3bで表される置換基としては、前記式(2)のX2aおよびX2bにおいて、2価の炭化水素基が有していてもよい置換基として例示した置換基などが挙げられる。これらの基R3aおよびR3bのうち、代表的には、ハロゲン原子;アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基などの炭化水素基;アルコキシ基;アシル基;ニトロ基;シアノ基;置換アミノ基などが挙げられる。置換数p1および/またはp2が1以上である場合、好ましい基R3aおよび/またはR3bとしては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基が挙げられ、さらに好ましくはメチル基などの直鎖状または分岐鎖状C1-6アルキル基、シクロヘキシル基などのC5-8シクロアルキル基、フェニル基などのC6-14アリール基、メトキシ基などの直鎖状または分岐鎖状C1-4アルコキシ基が挙げられる。これらのなかでも、直鎖状または分岐鎖状C1-4アルキル基などのアルキル基、アリール基が好ましく、直鎖状または分岐鎖状C1-3アルキル基、C6-10アリール基がより好ましく、メチル基などのC1-2アルキル基、フェニル基がさらに好ましい。なお、基R3aがアリール基であるとき、基R3aは、環Z1aとともに前記環集合アレーン環を形成してもよい。R3bおよびZ1bについても同様である。
基R3aおよびR3bの置換数p1およびp2は、それぞれ0以上の整数であればよく、環Z1aおよびZ1bの種類に応じて適宜選択でき、例えば、0~8程度の整数であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~4の整数、0~3の整数、0~2の整数であり、なかでも0または1が好ましく、特に0が好ましい。
なお、置換数p1およびp2は、互いに異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。また、置換数p1が2以上である場合、同一の環Z1aに置換する2以上のR3aの種類は、互いに同一または異なっていてもよい。p2、Z1bおよびR3bについても同様である。また、基R3aおよびR3bの種類は、互いに異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。特に、p1が1である場合、環Z1aがベンゼン環、ナフタレン環またはビフェニル環、基R3aがメチル基であってもよい。p2、Z1bおよびR3bについても同様である。また、基R3aの置換位置は特に制限されず、環Z1aと、フルオレン環の9位および基[-O-(A1aO)n1-](以下、エーテル含有基ともいう)との結合位置以外の位置に置換していればよく、環Z1aにおいて、エーテル含有基に対してオルト位(エーテル含有基の結合位置に隣接する炭素原子)に置換することが好ましい。R3b、Z1bおよび[-O-(A1bO)n2-]についても同様である。
基[-O-(A1aO)n1-]の環Z1aに対する置換位置は、特に限定されず、環Z1aの適当な位置に置換していればよい。前記エーテル含有基の置換位置は、環Z1aがベンゼン環である場合、フルオレン環の9位に結合するフェニル基の2位、3位、4位のいずれかの位置、なかでも、3位または4位、特に4位に置換するのが好ましい。また、環Z1aがナフタレン環である場合、エーテル含有基はフルオレン環の9位に結合するナフチル基の5~8位のいずれかの位置に置換しているのが好ましく、例えば、フルオレン環の9位に対してナフタレン環の1位または2位が置換し(1-ナフチルまたは2-ナフチルの関係で置換し)、この置換位置に対して1,5-位、2,6-位などの関係、特に2,6-位の関係で置換するのが好ましい。また、環Z1aが環集合アレーン環である場合、前記エーテル含有基の置換位置は特に限定されず、例えば、フルオレンの9位に結合するアレーン環またはこのアレーン環に隣接するアレーン環に置換していてもよい。例えば、環Z1aがビフェニル環(または環Z1aがベンゼン環、p1が1、R3aがフェニル基)の場合、ビフェニル環の3位または4位がフルオレンの9位に結合していてもよく、ビフェニル環の3位がフルオレンの9位に結合する場合、前記エーテル含有基の置換位置は、例えば、ビフェニル環の2位、4位、5位、6位、2’位、3’位、4’位のいずれの位置であってもよく、好ましくは6位または4’位、特に6位に置換するのが好ましい。基[-O-(A1bO)n2-]、Z1b、p2およびR3bについても同様である。
代表的なビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)としては、例えば、前記式(2A)において、n1およびn2が0である9,9-ビス(ヒドロキシアリール)フルオレン類;n1およびn2が1以上、例えば1~10程度である9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン類に対応するジオール単位などが挙げられる。なお、本明細書および請求の範囲において、特に断りのない限り、「(ポリ)アルコキシ」とは、アルコキシ基およびポリアルコキシ基の双方を含む意味に用いる。
9,9-ビス(ヒドロキシアリール)フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス(ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(アルキル-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(アリール-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(ヒドロキシナフチル)フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス(ヒドロキシフェニル)フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス(アルキル-ヒドロキシフェニル)フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-イソプロピルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)フルオレンなどの9,9-ビス[(モノまたはジ)C1-4アルキル-ヒドロキシフェニル]フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス(アリール-ヒドロキシフェニル)フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-フェニルフェニル)フルオレンなどの9,9-ビス(C6-10アリール-ヒドロキシフェニル)フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス(ヒドロキシナフチル)フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス(6-ヒドロキシ-2-ナフチル)フルオレン、9,9-ビス(5-ヒドロキシ-1-ナフチル)フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン、9,9-ビス[アルキル-ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン、9,9-ビス[アリール-ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン、9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシナフチル]フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシプロポキシ)フェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[ヒドロキシ(モノないしデカ)C2-4アルコキシ-フェニル]フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[アルキル-ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-3,5-ジメチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシプロポキシ)-3-メチルフェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(モノまたはジ)C1-4アルキル-ヒドロキシ(モノないしデカ)C2-4アルコキシ-フェニル]フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[アリール-ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス(4-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-フェニルフェニル)フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン、9,9-ビス(4-(2-ヒドロキシプロポキシ)-3-フェニルフェニル)フルオレンなどの9,9-ビス[C6-10アリール-ヒドロキシ(モノないしデカ)C2-4アルコキシ-フェニル]フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシナフチル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[6-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[5-(2-ヒドロキシエトキシ)-1-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[6-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)-2-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[6-(2-ヒドロキシプロポキシ)-2-ナフチル]フルオレンなどの9,9-ビス[ヒドロキシ(モノないしデカ)C2-4アルコキシ-ナフチル]フルオレンなどが挙げられる。
これらのビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)のうち、好ましくは9,9-ビス[ヒドロキシ(モノないしヘキサ)C2-4アルコキシC6-10アリール]フルオレンなどの9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン類、より好ましくは9,9-ビス[ヒドロキシ(モノまたはジ)C2-4アルコキシ-C6-10アリール]フルオレン、さらに好ましくは9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[6-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレンなどの9,9-ビス[ヒドロキシC2-3アルコキシ-C6-12アリール]フルオレン、なかでも、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[ヒドロキシC2-3アルコキシ-フェニル]フルオレンに由来する構成単位が好ましい。
フルオレンジオール単位(B1)において、ビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)およびビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いてもよい。ビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)およびビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)の総量の割合は、フルオレンジオール単位(B1)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的にフルオレンジオール単位(B1)がビスアルキルフルオレンジオール単位(B1-1)および/またはビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)のみであるのが好ましい。前記割合が少なすぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがある。位相差発現性および波長分散特性と、耐環境信頼性とをバランスよよく充足する点から、フルオレンジオール単位(B1)がビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)のみを含むのが好ましい。
また、フルオレンジオール単位(B1)の割合は、ジオール単位(B)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30~100モル%、50~99モル%、60~98モル%、70~97モル%、80~96モル%であり、特に85~95モル%が好ましい。フルオレンジオール単位(B1)の割合が少なすぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがあり、多すぎると、成形性や取り扱い性が低下するおそれがある。
(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)
ポリエステル系樹脂は、ジオール単位(B)として、下記式(3)で表される(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)を必要に応じて含んでいてもよい。(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)を含むと、ポリエステル系樹脂の重合反応性を向上して分子量を増加できたり、柔軟な化学構造によって靭性を向上できるため、成形性および取り扱い性に優れた位相差フィルムを調製するのに有効である。そのため、ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)と組み合わせるのが好ましい。
Figure 0007121207000009
(式中、Aは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基を示し、qは1以上の整数を示す)。
前記式(3)において、Aで表されるアルキレン基としては、例えば、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、1,2-ブタンジイル基、1,3-ブタンジイル基、テトラメチレン基、1,5-ペンタンジイル基、1,6-ヘキサンジイル基、1,8-オクタンジイル基、1,10-デカンジイル基などの直鎖状または分岐鎖状C2-12アルキレン基などが挙げられる。好ましいアルキレン基Aとしては、以下段階的に、直鎖状または分岐鎖状C2-10アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状C2-8アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であり、さらに好ましくはエチレン基、プロピレン基などの直鎖状または分岐鎖状C2-3アルキレン基であり、特にエチレン基が好ましい。
繰り返し数qは、例えば、1~10程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、1~8、1~6、1~4、1~3、1~2であり、特に1が好ましい。なお、繰り返し数qは、平均値(算術平均値または相加平均値)であってもよく、好ましい態様は前記整数の範囲と同様である。qが2以上である場合、2以上のオキシアルキレン基(-AO-)の種類は、互いに異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)に対応するジオール成分としては、例えば、アルキレングリコール(またはアルカンジオール)、ポリアルキレングリコール(またはポリアルカンジオール)などが挙げられる。
アルキレングリコールとしては、例えば、前記式(3)においてqが1であり、Aが前記例示のアルキレン基に対応する化合物、具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、テトラメチレングリコール(または1,4-ブタンジオール)、1,5-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオールなどの直鎖状または分岐鎖状C2-12アルキレングリコールなどが挙げられ、好ましい態様は前記アルキレン基Aに対応して同様である。
ポリアルキレングリコールとしては、前記式(3)においてqが2以上、例えば、2~10程度であり、Aが前記例示のアルキレン基に対応する化合物、具体的には、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコールなどのジないしデカ直鎖状または分岐鎖状C2-12アルキレングリコールなどが挙げられ、好ましくはジないしヘキサ直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレングリコール、さらに好ましくはジないしテトラ直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレングリコールが挙げられる。
これらの(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)は、単独でまたは2種以上組み合わせて含まれていてもよい。好ましい(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)としては、耐熱性を低減し難い点から、アルキレングリコールに由来するジオール単位であり、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレングリコール、さらに好ましくはエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオールなどの直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレングリコール、なかでも、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの直鎖状または分岐鎖状C2-3アルキレングリコール、特にエチレングリコールに由来する構成単位が好ましい。
(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)の割合は、ジオール単位(B)全体に対して、0~100モル%、例えば1~50モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、3~30モル%、5~20モル%、7~15モル%であり、特に8~12モル%が好ましい。(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)の割合が多すぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがあり、少なすぎると、成形性や取り扱い性が低下するおそれがある。
フルオレンジオール単位(B1)と(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)とを組み合わせる場合、その割合B1/B2(モル比)は、例えば1/99~99/1程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、10/90~99/1、30/70~99/1、50/50~99/1、60/40~98/2、70/30~97/3、80/20~96/4であり、特に85/15~95/5が好ましい。特に、ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)と(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)とを組み合わせる場合、その割合B1-2/B2(モル比)は、上記B1/B2の割合と好ましい態様を含めて同様である。フルオレンジオール単位(B1)またはビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)の割合が少なすぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがあり、多すぎると、成形性や取り扱い性が低下するおそれがある。
第3のジオール単位(B3)
ポリエステル系樹脂は、ジオール単位(B)として、フルオレンジオール単位(または第1のジオール単位)(B1)、(ポリ)アルキレングリコール単位(または第2のジオール単位)(B2)とは異なる第3のジオール単位(B3)を含んでいなくてもよいが、本開示の効果を害しない範囲であれば必要に応じて含んでいてもよい。
第3のジオール単位(B3)としては、例えば、脂環族ジオール、芳香族ジオール[ただし、フルオレンジオール単位(B1)に対応するジオールを除く]、およびこれらのジオール成分のアルキレンオキシド(アルキレンカーボネートまたはハロアルカノール)付加体に由来する構成単位などが挙げられる。
脂環族ジオールとしては、例えば、シクロヘキサンジオールなどのシクロアルカンジオール;シクロヘキサンジメタノールなどのビス(ヒドロキシアルキル)シクロアルカン;ビスフェノールAの水添物などの後に例示する芳香族ジオールの水添物などが挙げられる。
芳香族ジオールとしては、例えば、ヒドロキノン、レゾルシノールなどのジヒドロキシアレーン;ベンゼンジメタノールなどの芳香脂肪族ジオール;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールC、ビスフェノールG、ビスフェノールSなどのビスフェノール類;p,p’-ビフェノールなどのビフェノール類などが挙げられる。
これらのジオール成分のアルキレンオキシド(対応するアルキレンカーボネートまたはハロアルカノール)付加体としては、例えば、C2-4アルキレンオキシド付加体、好ましくはエチレンオキシド付加体、プロピレンオキシド付加体などのC2-3アルキレンオキシド付加体が挙げられ、付加モル数は特に制限されない。具体的には、ビスフェノールAなどのジオール1モルに対して、2~10モル程度のエチレンオキシドが付加した付加体などが挙げられる。
ジオール単位(B)は、これらの第3のジオール単位(B3)を、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
フルオレンジオール単位(B1)および(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)の総量の割合は、ジオール単位(B)全体に対して、例えば、1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的に第3のジオール単位(B3)を含まないのが好ましい。
ポリエステル系樹脂は、所定の配向複屈折性および波長分散特性に調整し易い点から、フルオレンジカルボン酸単位(A1)と、フルオレンジオール単位(B1)とを含むのが好ましく、さらに好ましくはフルオレンジカルボン酸単位(A1)、ビスアリールフルオレンジオール単位(B1-2)および(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)を含むのが好ましい。
ポリエステル系樹脂において、フルオレン環含有基を有する構成単位、すなわち、フルオレンジカルボン酸単位(A1)およびフルオレンジオール単位(B1)の総量の割合は、ポリエステルの構成単位全体に対して、例えば10モル%以上、具体的には30~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、50~100モル%、60~100モル%、70~100モル%、80~100モル%、90~99モル%であり、さらに好ましくは92~98モル%である。フルオレン環含有基を有する構成単位の割合が少なすぎると、負の配向複屈折性および順波長分散性を示すポリエステル系樹脂を形成できないおそれがある。
なお、樹脂は、ジカルボン酸単位(A)およびジオール単位(B)とは異なる他の構成単位(C)を含んでいなくてもよいが、必要に応じ、本開示の効果を害しない範囲で含んでいてもよい。他の構成単位(C)としては、例えば、ヒドロキシアルカン酸や対応するラクトン、3以上のカルボキシル基および/またはヒドロキシル基を有する多官能性重合成分、カーボネート結合形成成分などに由来する構成単位が挙げられる。
前記ヒドロキシアルカン酸や対応するラクトンとしては、例えば、乳酸、3-ヒドロキシ酪酸、6-ヒドロキシヘキサン酸などのC2-10ヒドロキシアルカン酸;ε-カプロラクトンなどのヒドロキシアルカン酸に対応するラクトンなどが挙げられる。
前記多官能性重合成分としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸や、グリセリン、ペンタエリスリトールなどの3価以上の多価アルコールなど、合計で3以上のカルボキシル基および/またはヒドロキシル基を有する多官能性重合成分などが挙げられる。
カーボネート結合形成成分としては、2つのジオール成分との反応により、カーボネート結合を形成可能な化合物であればよい。すなわち、「カーボネート結合形成成分に由来する構成単位」とは、カルボニル基を意味し、このカルボニル基に隣接して結合する2つのジオール単位の末端酸素原子とともにカーボネート結合を形成する。代表的なカーボネート結合形成成分としては、例えば、ホスゲン、トリホスゲンなどのホスゲン類、ジフェニルカーボネートなどの炭酸ジエステル類などが挙げられる。
このような他の構成単位(C)の割合は、構成単位全体(ジカルボン酸単位(A)、ジオール単位(B)および他の構成単位(C)の総量)に対して、例えば、50モル%以下、好ましい範囲としては、以下段階的に、40モル%以下、30モル%以下、20モル%以下、10モル%以下、5モル%以下であり、他の構成単位(C)を実質的に含まないのが好ましい。なお、前記割合は、0~10モル%程度、例えば、0.01~1モル%であってもよい。
(ポリエステル系樹脂の製造方法および特性)
前記ポリエステル系樹脂の製造方法は、樹脂の種類または他の重合成分(共重合成分)などに応じて、慣用の方法が利用できる。例えば、ポリエステル系樹脂がポリエステル樹脂である場合、前述の各ジカルボン酸単位などに対応するジカルボン酸成分(A)と、前述のジオール単位などに対応するジオール成分(B)とを反応させて製造すればよく、慣用の方法、具体的には、エステル交換法、直接重合法などの溶融重合法、溶液重合法、界面重合法などで調製でき、溶融重合法が好ましい。なお、反応は、重合方法に応じて、溶媒の存在下または非存在下で行ってもよい。
ジカルボン酸成分(A)とジオール成分(B)との使用割合(または仕込み割合)は、前者/後者(モル比)=例えば、1/1.2~1/0.8、好ましくは1/1.1~1/0.9であってもよいが、必ずしもこの範囲である必要はなく、各ジカルボン酸成分(A)および各ジオール成分(B)から選択される少なくとも1種の成分を、予定する導入割合に対して過剰に用いて反応させてもよい。例えば、反応系から留出可能なエチレングリコールなどの(ポリ)アルキレングリコール成分(B2)は、樹脂中に導入される割合(または導入割合)よりも過剰に使用してもよい。
反応は、触媒の存在下で行ってもよい。触媒としては、慣用のエステル化触媒、例えば、金属触媒などが利用できる。金属触媒としては、例えば、ナトリウムなどのアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、バリウムなどのアルカリ土類金属;チタン、マンガン、コバルトなどの遷移金属;亜鉛、カドミウムなどの周期表第12族金属;アルミニウムなどの周期表第13族金属;ゲルマニウム、鉛などの周期表第14族金属;アンチモンなどの周期表第15族金属などを含む金属化合物が用いられる。金属化合物としては、例えば、アルコキシド;酢酸塩、プロピオン酸塩などの有機酸塩;ホウ酸塩、炭酸塩などの無機酸塩;酸化物などであってもよく、これらの水和物であってもよい。代表的な金属化合物としては、例えば、二酸化ゲルマニウム、水酸化ゲルマニウム、シュウ酸ゲルマニウム、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウム-n-ブトキシドなどのゲルマニウム化合物;三酸化アンチモン、酢酸アンチモン、アンチモンエチレングリコレートなどのアンチモン化合物;テトラ-n-プロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラ-n-ブチルチタネート(チタン(IV)テトラブトキシド)、シュウ酸チタン、シュウ酸チタンカリウムなどのチタン化合物;酢酸マンガン・4水和物などのマンガン化合物;酢酸カルシウム・1水和物などのカルシウム化合物などが例示できる。
これらの触媒は単独でまたは2種以上組み合わせて使用できる。複数の触媒を用いる場合、反応の進行に応じて、各触媒を添加することもできる。これらの触媒のうち、酢酸マンガン・4水和物、酢酸カルシウム・1水和物、二酸化ゲルマニウム、チタン(IV)テトラブトキシドなどが好ましい。触媒の使用量は、例えば、ジカルボン酸成分(A)1モルに対して、0.01×10-4~100×10-4モル、好ましくは0.1×10-4~40×10-4モルである。
また、反応は、必要に応じて、熱安定剤や酸化防止剤などの安定剤の存在下で行ってもよい。通常、熱安定剤がよく利用され、例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、ジブチルホスフェート(リン酸ジブチルまたはジブチルリン酸)、亜リン酸、トリメチルホスファイト、トリエチルホスファイトなどのリン化合物などが挙げられる。これらのうち、リン酸ジブチルがよく利用される。熱安定剤の使用量は、例えば、ジカルボン酸成分(A)1モルに対して、0.01×10-4~100×10-4モル、好ましくは0.1×10-4~40×10-4モルである。
反応は、不活性ガス、例えば、窒素ガス;ヘリウム、アルゴンなどの希ガスなどの雰囲気中で行われてもよい。また、反応は、減圧下、例えば、1×10~1×10Pa程度で行うこともできる。エステル交換反応は、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、重縮合反応は、減圧下で行うことが好ましい。反応温度は、重合方法に応じて選択でき、例えば、溶融重合法における反応温度は150~320℃、好ましくは180~310℃、さらに好ましくは200~300℃である。
このようにして得られるポリエステル系樹脂のガラス転移温度Tgは、例えば80~250℃程度の範囲であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、100~200℃、110~170℃、110~160℃、115~150℃、120~140℃、120~130℃である。ガラス転移温度が高すぎると、成形性が低下して溶融製膜が困難になるおそれがあり、低すぎると、耐環境信頼性(耐熱性および耐水性(耐湿性)、熱や水分に対する寸法安定性および位相差安定性)が低下するおそれがあるとともに、画像表示装置に実装した後も湿熱環境下での信頼性(または耐久性)が低下するおそれがある。
なお、後述するように多層フィルム(積層フィルム)として位相差フィルムを形成する場合、ポリエステル系樹脂のガラス転移温度をポリアミド系樹脂のガラス転移温度付近に調整すると成形性を有効に向上できるため好ましい。
ポリエステル系樹脂の重量平均分子量Mwは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)などにより測定でき、ポリスチレン換算で、例えば20000~150000程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、25000~120000、30000~100000、35000~90000、40000~80000、45000~75000、50000~70000、55000~65000である。重量平均分子量が低すぎると、製膜性や延伸性などの成形性が低下して、延伸などにより破断したり、フィルムの機械的強度が不足して取り扱い性が低下するおそれがある。重量平均分子量が大きすぎると溶融粘度が高くなりすぎて成形性が低下するおそれがある。
なお、本明細書および請求の範囲において、ガラス転移温度Tg、重量平均分子量Mwは、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
[ポリアミド系樹脂]
ポリアミド系樹脂は、その単独フィルム(一軸延伸フィルム)において、正の配向複屈折性を示し、かつ位相差がフラット分散性を示す樹脂であればよい。ポリアミド系樹脂としては、主鎖に少なくともアミド結合(またはアミド基)を含む化学構造を有していればよく、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルアミド樹脂などが挙げられる。これらのポリアミド系樹脂は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。これらのポリアミド系樹脂のうち、成形性や位相差発現性などの点から、ポリアミド樹脂が好ましい。
上記特性を示すポリアミド系樹脂としては、例えば、脂環骨格(または脂環族炭化水素基)を有する構成単位を含むポリアミド系樹脂などが挙げられ、好ましくは脂環骨格を主鎖上に有する構成単位を含むポリアミド系樹脂が挙げられる。
従来、脂環骨格を有する樹脂として環状オレフィン系共重合体(COP)が位相差フィルムに採用されている。COPはフラット分散性であり、通常、位相差発現性が低い。位相差発現性(位相差の発現し易さ)は、化学構造中に芳香環骨格を導入すると向上できるものの、波長分散特性がフラット分散性から順波長分散性の方向に大きく変化してしまうため、高い位相差発現性とフラット分散性とを両立するのは極めて困難である。
しかし、本発明者らは、脂環骨格を有するポリアミド系樹脂では、主鎖に存在するアミド基が波長分散特性を順分散の方向に大きく変化させることなく位相差を向上できるためか、意外なことに高い位相差発現性とフラット分散性とを両立できること、さらには、前述した所定のポリエステル系樹脂と組み合わせると、高い位相差発現性と逆波長分散性とを両立できること、特に、成形性(または生産性)および耐環境信頼性を向上しつつ、薄さ、位相差および逆波長分散性のバランスに優れた位相差フィルムを形成できることを見出した。
なお、脂環骨格としては、脂肪族炭化水素環(非芳香族性のまたは芳香環を有さない炭化水素環)であればよく、環中に二重結合などの多重結合を含んでいてもよいが、多重結合を含まないのが好ましい。脂肪族炭化水素環は、単環式脂肪族炭化水素環、架橋環式脂肪族炭化水素環に大別できる。
単環式脂肪族炭化水素環としては、例えば、シクロアルカン環、シクロアルケン環などが挙げられる。シクロアルカン環としては、例えば、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環などのC3-20シクロアルカン環などが挙げられる。シクロアルケン環としては、シクロペンテン環、シクロヘキセン環などのC3-20シクロアルケン環などが挙げられる。
架橋環式脂肪族炭化水素環としては、例えば、架橋環式シクロアルカン環、架橋環式シクロアルケン環などが挙げられる。架橋環式シクロアルカン環としては、デカリン環、ノルボルナン環、アダマンタン環、トリシクロデカン環、テトラシクロドデカン環などのC7-20ビないしテトラシクロアルカン環など挙げられる。トリシクロデカン環としては、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン環などが挙げられる。テトラシクロドデカン環としては、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン環などが挙げられる。架橋環式シクロアルケン環としては、ノルボルネン環、トリシクロデセン環、テトラシクロドデセン環などのC7-20ビないしテトラシクロアルケン環などが挙げられる。
脂環骨格を有する構成単位は、これらの脂環骨格を化学構造中に単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。これらの脂環骨格のうち、多重結合を含まないシクロアルカン環、架橋環式シクロアルカン環が好ましく、フラット分散性の観点から単環式であるシクロアルカン環が好ましく、さらに好ましくはC5-10シクロアルカン環であり、なかでも、シクロヘキサン環などのC5-8シクロアルカン環が好ましい。
ポリアミド系樹脂は、ジアミン成分およびジカルボン酸成分の重合、アミノカルボン酸成分および/またはラクタム成分の重合、ジアミン成分およびジカルボン酸成分とアミノカルボン酸成分および/またはラクタム成分との重合などにより形成でき、その形態に応じて、ポリアミド系樹脂を形成する重合成分のうち少なくとも1種が脂環骨格を有していればよい。そのため、ポリアミド系樹脂は、後述する脂環族ジアミン成分、脂環族ジカルボン酸成分および脂環族アミノカルボン酸成分から選択される少なくとも1種の重合成分を含んで形成されていればよく、代表的なポリアミド系樹脂としては、ジアミン成分(D)およびジカルボン酸成分(E)を含む重合成分から形成され、少なくともジアミン成分が脂環骨格を有しているのが好ましい。
(ジアミン単位(D))
脂環族ジアミン単位(D1)
ジアミン単位(D)は、脂環骨格を有する脂環族ジアミン単位(D1)を含むのが好ましい。脂環族ジアミン単位(D1)としては、前記例示の脂環骨格を化学構造中に有するジアミン単位であればよく、例えば、シクロヘキサンジアミンなどのC5-10シクロアルカンジアミン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどのビス(アミノC1-4アルキル)C5-10シクロアルカンなどに由来するジアミン単位などであってもよいが、下記式(4)で表されるジアミン単位を少なくとも含むのが好ましい。
Figure 0007121207000010
(式中、Yは直接結合、または置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、R4aおよびR4bはそれぞれ独立して置換基を示し、r1およびr2はそれぞれ独立して0~4の整数を示す)。
前記式(4)において、Yは直接結合であってもよいが、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であるのが好ましい。2価の炭化水素基は、フェニレン基などの2価の芳香族炭化水素基であってもよいが、フラット分散性の観点から、シクロヘキシレン基などの2価の脂環族炭化水素基、2価の脂肪族炭化水素基が好ましく、特に2価の脂肪族炭化水素基が好ましい。
で表される2価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基、具体的には、ビニレン基、1-メチルビニレン基、プロペニレン基、1-ブテニレン基、2-ブテニレン基、1-ペンテニレン基、2-ペンテニレン基などの直鎖又は分岐鎖状C2-20アルケニレン基;直鎖状または分岐鎖状アルキニレン基、具体的には、エチニレン基、プロピニレン基、3-メチル-1-プロピニレン基、ブチニレン基、2-ペンチニレン基、2-ヘキシニレン基、3-ヘプチニレン基、4-オクチニレン基、4-ノニニレン基、5-デシニレン基、6-ウンデシニレン基、6-ドデシニレン基などの直鎖状または分岐鎖状C2-20アルキニレン基;直鎖状または分岐鎖状アルカ-ジないしトリイニレン基、具体的には、1、3-ブタジイニレン基、2,4-ペンタジイニレン基、1,3,5-ヘキサトリイニレン基などであってもよいが、直鎖状または分岐鎖状アルキレン基であるのが好ましい。
で表される直鎖状または分岐鎖状アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、メチルメチレン基(エチリデン基)、プロピレン基、トリメチレン基、プロパン-2,2-ジイル基(ジメチルメチレン基)などの直鎖状または分岐鎖状C1-20アルキレン基などが挙げられ、好ましくは、以下段階的に、直鎖状または分岐鎖状C1-10アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状C1-6アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状C1-4アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状C1-3アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状C1-2アルキレン基であり、メチレン基がさらに好ましい。
また、Yで表される2価の炭化水素基が有していてもよい置換基としては、フェニル基などのアリール基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基などが挙げられる。置換基の数は特に制限されず、例えば0~10、好ましくは0~2、さらに好ましくは0または1、特に0である。置換基を有する2価の炭化水素基としては、例えば、1-フェニルエチレン基、1-フェニルプロパン-1,2-ジイル基などであってもよい。なお、Yは、置換基を有していない直鎖状または分岐鎖状アルキレン基であるのが好ましい。
4aおよびR4bで表される置換基としては、重合反応に不活性な非反応性基または非重合性置換基であってもよく、例えば、前記式(2)のX2aおよびX2bにおいて、2価の炭化水素基が有していてもよい置換基として例示した基と同様の基などが挙げられる。これらの置換基のうち、アルキル基が好ましく、より好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などの直鎖状または分岐鎖状C1-5アルキル基、さらに好ましくは直鎖状または分岐鎖状C1-4アルキル基であり、なかでも、直鎖状または分岐鎖状C1-3アルキル基が好ましく、特にメチル基などの直鎖状または分岐鎖状C1-2アルキル基が好ましい。
4aおよびR4bの置換数r1およびr2は、それぞれ、例えば0~3程度の整数の範囲から選択してもよく、好ましくは0~2、さらに好ましくは0または1であり、なかでも、0が好ましく、特にr1およびr2の双方が0であるのが好ましい。r1が2以上である場合、2以上のR4aの種類は、それぞれ同一または異なっていてもよい。r2およびR4bについても同様である。また、異なるシクロヘキサン環に置換するR4aおよびR4bの種類は互いに同一または異なっていてもよい。
前記式(4)で表される代表的なジアミン単位としては、ビス(アミノシクロヘキシル)アルカン類に由来する構成単位などが挙げられ、例えば、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパンなどのビス(アミノシクロヘキシル)C1-6アルカン;ビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4-アミノ-3,5-ジメチルシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-アミノ-3-シクロヘキシル)プロパンなどのビス(アミノ-モノないしトリC1-6アルキル-シクロヘキシル)C1-6アルカンなどに由来する構成単位が挙げられる。
これらの前記式(4)で表されるジアミン単位は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることもできる。これらの前記式(4)で表されるジアミン単位のうち、ビス(アミノシクロヘキシル)アルカンに由来する構成単位が好ましく、より好ましくはビス(アミノシクロヘキシル)C1-4アルカン、さらに好ましくはビス(アミノシクロヘキシル)C1-3アルカン、なかでも、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタンなどのビス(アミノシクロヘキシル)C1-2アルカンに由来する構成単位が好ましい。
脂環族ジアミン単位(D1)は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。脂環族ジアミン単位(D1)において、前記式(4)で表されるジアミン単位の割合は、脂環族ジアミン単位(D1)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的に脂環族ジアミン単位(D1)が前記式(4)で表されるジアミン単位のみであるのが好ましい。前記割合が少なすぎると、正の配向複屈折性およびフラット分散性を示すポリアミド系樹脂を形成できないおそれがある。
第2のジアミン単位(D2)
ポリアミド系樹脂は、ジアミン単位(D)として、脂環族ジアミン単位(または第1のジアミン単位)(D1)とは異なるジアミン単位(第2のジアミン単位(D2))を含んでいなくてもよいが、本開示の効果を害しない範囲であれば必要に応じて含んでいてもよい。
第2のジアミン単位(D2)としては、例えば、脂肪族ジアミン成分、芳香族(または芳香脂肪族)ジアミン成分などに由来する構成単位が挙げられる。
脂肪族ジアミン成分としては、例えば、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、2-メチルオクタメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミンなどの直鎖状又は分岐鎖状C2-20アルキレンジアミンなどが挙げられる。
芳香族(または芳香脂肪族)ジアミン成分としては、例えば、ジアミノアレーン、具体的には、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミンなどのジアミノC6-14アレーン;ビス(アミノアルキル)アレーン、具体的には、m-キシリレンジアミンなどのビス(アミノC1-4アルキル)アレーンなどが挙げられる。
これらの第2のジアミン単位(D2)は、単独でまたは2種以上組み合わせてもよい。
脂環族ジアミン単位(D1)の割合は、ジアミン単位(D)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的にジアミン単位(D)が脂環族ジアミン単位(D1)のみを含むのが好ましい。前記割合が少なすぎると、正の配向複屈折性およびフラット分散性を示すポリアミド系樹脂を形成できないおそれがある。
(ジカルボン酸単位(E))
ジカルボン酸単位(E)は、後述する脂環族ジカルボン酸単位(E2)を含んでいてもよく、含んでいなくてもよいが、脂肪族ジカルボン酸単位(E1)を含むのが好ましい。
脂肪族ジカルボン酸単位(E1)
脂肪族ジカルボン酸単位(E1)を含むとポリアミド系樹脂のガラス転移温度Tgを適切な範囲に調整でき、成形性を向上し易くなるため、脂環骨格を有する構成単位、例えば、前述の脂環族ジアミン単位(D1)などと組み合わせると、脂環骨格を有していても有効に成形性を向上できる。
脂肪族ジカルボン酸単位(E1)を形成する脂肪族ジカルボン酸成分としては、前記式(4)のYとして具体的に例示した2価の脂肪族炭化水素基に対して2つのカルボキシル基が結合したジカルボン酸成分などが挙げられる。
これらの脂肪族ジカルボン酸成分は単独でまたは2種以上組み合わせて用いてもよい。これらの脂肪族ジカルボン酸成分のうち、直鎖状または分岐鎖状アルカンジカルボン酸成分が好ましい。直鎖状または分岐鎖状アルカンジカルボン酸成分としては、例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10-デカンジカルボン酸などの直鎖状または分岐鎖状C1-20アルカン-ジカルボン酸成分などが挙げられ、好ましくはアジピン酸、セバシン酸、1,10-デカンジカルボン酸などの直鎖状または分岐鎖状C4-16アルカン-ジカルボン酸成分、さらに好ましくは直鎖状または分岐鎖状C6-14アルカン-ジカルボン酸成分であり、特に、1,10-デカンジカルボン酸などの直鎖状または分岐鎖状C8-12アルカンジカルボン酸成分が好ましい。なお、直鎖状または分岐鎖状アルカンジカルボン酸成分のなかでも、直鎖状アルカンジカルボン酸成分が好ましいようである。
脂肪族ジカルボン酸単位(E1)の割合は、ジカルボン酸単位(E)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的にジカルボン酸単位(E)が脂肪族ジカルボン酸単位(E1)のみであるのが好ましい。前記割合が少なすぎると、成形性が低下するおそれがある。
脂環族ジカルボン酸単位(E2)
ジカルボン酸単位(E)は、脂環族ジカルボン酸単位(E2)を必ずしも含んでいなくてもよく、例えば、ジアミン単位(D)が脂環族ジアミン単位(D1)を含む場合では含んでいなくてもよいが、必要に応じて、脂環骨格を有する構成単位として含んでいてもよい。
脂環族ジカルボン酸単位(E2)としては、脂環骨格として例示した前述の脂肪族炭化水素環を1または複数有するジカルボン酸単位などが挙げられる。前記脂環骨格は、単独でまたは2種以上組み合わせて有していてもよく、複数有する場合は、脂環骨格同士が直接結合または前記式(4)におけるYとして具体的に例示した2価の脂肪族炭化水素基などを介して結合していてもよい。また、前記脂環骨格は、置換基、例えば、アルキル基などを有していてもよく、具体的には、メチル基などのC1-6アルキル基を有していてもよい。
代表的な脂環族ジカルボン酸単位(E2)としては、前記第2のジカルボン酸単位(A2)として具体的に例示した脂環族ジカルボン酸成分に由来する構成単位などが挙げられる。これらの脂環族ジカルボン酸単位(E2)は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。好ましい脂環族ジカルボン酸単位(E2)としては、シクロアルカンジカルボン酸が挙げられ、さらに好ましくは1,4-シクロヘキサンジカルボン酸などのC5-10シクロアルカン-ジカルボン酸である。
第3のジカルボン酸単位(E3)
ポリアミド系樹脂は、ジカルボン酸単位(E)として、脂肪族ジカルボン酸単位(または第1のジカルボン酸単位)(E1)、脂環族ジアミン単位(または第2のジカルボン酸単位)(E2)とは異なるジカルボン酸単位(第3のジカルボン酸単位)(E3)を含んでいなくてもよいが、本開示の効果を害しない範囲であれば必要に応じて含んでいてもよい。
第3のジカルボン酸単位(E3)としては、例えば、芳香族ジカルボン酸成分などに由来する構成単位が挙げられる。芳香族ジカルボン酸成分としては、芳香族炭化水素環、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環などのC6-20芳香族炭化水素環に対して、2つのカルボキシル基が置換したジカルボン酸成分などが挙げられる。なお、芳香族ジカルボン酸成分は、前記芳香族炭化水素環を1または複数有していてもよく、単独でまたは2種以上組み合わせて有していてもよい。複数有する場合は、芳香族炭化水素環同士が直接結合または前記式(4)におけるYとして具体的に例示した2価の脂肪族炭化水素基もしくは2価の脂環族炭化水素基などを介して結合していてもよい。また、前記芳香族炭化水素環骨格は、置換基、例えば、アルキル基、シクロアルキル基などを有していてもよく、具体的には、メチル基などのC1-6アルキル基、シクロヘキシル基などのC3-6シクロアルキル基などを有していてもよい。
代表的な芳香族ジカルボン酸成分としては、前記第2のジカルボン酸単位(A2)として具体的に例示した芳香族ジカルボン酸成分、例えば、イソフタル酸、テレフタル酸などのベンゼンジカルボン酸成分などが挙げられる。
これらの第3のジカルボン酸単位(E3)は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
脂肪族ジカルボン酸単位(E1)および脂環族ジカルボン酸単位(E2)の総量の割合は、ジカルボン酸単位(E)全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的にジカルボン酸単位(E)が脂肪族ジカルボン酸単位(E1)および/または脂環族ジカルボン酸単位(E2)のみを含むのが好ましい。前記割合が少なすぎると、成形性が低下したり、正の配向複屈折性およびフラット分散性を示すポリアミド系樹脂を形成できないおそれがある。
(アミノカルボン酸(またはラクタム)単位(F))
ポリアミド系樹脂は、アミノカルボン酸(または対応するラクタム)単位(F)を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。
脂環族アミノカルボン酸単位(F1)
アミノカルボン酸単位(F)は、脂環族アミノカルボン酸単位(F1)を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。脂環族アミノカルボン酸単位(F1)としては、例えば、アミノシクロアルカンカルボン酸成分、具体的には、アミノシクロヘキサンカルボン酸などのアミノC5-10シクロアルカン-カルボン酸成分などに由来する構成単位が挙げられる。これらの脂環族アミノカルボン酸単位(F1)は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
第2のアミノカルボン酸単位(F2)
ポリアミド系樹脂は、アミノカルボン酸単位(F)として、脂環族アミノカルボン酸単位(または第1のアミノカルボン酸単位)(F1)とは異なるアミノカルボン酸単位(第2のアミノカルボン酸単位)(F2)を含んでいなくてもよいが、本開示の効果を害しない範囲であれば必要に応じて含んでいてもよい。
第2のアミノカルボン酸単位(F2)としては、例えば、脂肪族アミノカルボン酸成分(または対応するラクタム成分)、芳香族アミノカルボン酸成分などに由来する構成単位が挙げられる。
脂肪族アミノカルボン酸成分としては、例えば、6-アミノヘキサン酸、11-アミノウンデカン酸、12-アミノドデカン酸などのアミノC2-20アルキルカルボン酸成分などが挙げられ、好ましくはアミノC4-16アルキルカルボン酸成分、さらに好ましくはアミノC5-11アルキルカルボン酸成分である。また、対応するラクタム成分としては、例えば、ε-カプロラクタム、ω-ラウロラクタムなどの4~12員環のラクタムなどが挙げられ、好ましくは7~12員環のラクタムである。
芳香族アミノカルボン酸成分としては、例えば、アミノ安息香酸などのアミノアレーンカルボン酸などが挙げられる。
これらの第2のアミノカルボン酸単位(F2)は、単独でまたは2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
ポリアミド系樹脂を形成するジアミン単位(D)およびジカルボン酸単位(E)の総量の割合は、ポリアミド系樹脂の構成単位全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上であり、特に100モル%、実質的にポリアミド系樹脂がジアミン単位(D)およびジカルボン酸単位(E)のみを含むのが好ましい。
また、ポリアミド系樹脂は少なくとも脂環骨格を有する構成単位を含んでいればよく、脂環族ジアミン単位(D1)、脂環族ジカルボン酸単位(E2)および脂環族アミノカルボン酸単位(F1)の総量の割合は、ポリアミド系樹脂の構成単位全体に対して、例えば1モル%以上、具体的には10~100モル%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、15~90モル%、20~80モル%、30~70モル%、40~60モル%であり、さらに好ましくは45~55モル%である。前記割合が少なすぎると、正の配向複屈折性およびフラット分散性を示すポリアミド系樹脂を形成できないおそれがあり、多すぎると、成形性が低下するおそれがある。
好ましいポリアミド系樹脂としては、脂環族ジアミン単位(D1)と脂肪族ジカルボン酸単位(E1)とを含むポリアミド系樹脂であり;より好ましくは、前記式(4)で表されるジアミン単位と、直鎖状または分岐鎖状アルカンジカルボン酸成分に由来する構成単位とを含むポリアミド系樹脂であり;さらに好ましくはビス(アミノシクロヘキシル)アルカンに由来する構成単位と、直鎖状または分岐鎖状C4-16アルカン-ジカルボン酸成分に由来する構成単位とを含むポリアミド系樹脂であり;なかでも、ビス(アミノシクロヘキシル)C1-4アルカンに由来する構成単位と、直鎖状または分岐鎖状C8-12アルカンジカルボン酸成分に由来する構成単位とを含むポリアミド系樹脂が好ましく;特に、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタンなどのビス(アミノシクロヘキシル)C1-3アルカンに由来する構成単位と、1,10-デカンジカルボン酸などの直鎖状C8-12アルカンジカルボン酸成分に由来する構成単位とを含むポリアミド系樹脂が好ましい。
ポリアミド系樹脂は、公知の方法により製造してもよく、市販品を用いてもよい。市販品としては、例えば、ダイセル・エボニック(株)製「TrogamidCX7323」、エムスケミー(株)製「グリルアミドTR90」、アルケマ社製「リルサンG350」、「リルサンG850」などが挙げられる。
ポリアミド系樹脂のガラス転移温度Tgは、例えば80~250℃程度の範囲であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、100~200℃、110~170℃、115~150℃、120~145℃、125~140℃、130~135℃である。ガラス転移温度が高すぎると、成形性が低下して溶融製膜が困難になるおそれがあり、低すぎると、耐環境信頼性(耐熱性および耐水性(耐湿性)、熱や水分に対する寸法安定性および位相差安定性)が低下するおそれがあるとともに、画像表示装置に実装した後も湿熱環境下での信頼性(または耐久性)が低下するおそれがある。
なお、後述するように多層フィルム(積層フィルム)として位相差フィルムを形成する場合、ポリアミド系樹脂のガラス転移温度をポリエステル系樹脂のガラス転移温度付近に調整すると成形性を有効に向上できるため好ましい。
ポリアミド系樹脂の重量平均分子量Mwは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)などにより測定でき、ポリスチレン換算で、例えば20000~100000程度の範囲から選択してもよい。重量平均分子量が低すぎると、製膜性や延伸性などの成形性が低下して、延伸などにより破断したり、フィルムの機械的強度が不足して取り扱い性が低下するおそれがある。重量平均分子量が大きすぎると溶融粘度が高くなりすぎて成形性が低下するおそれがある。
[位相差フィルム]
(構成)
位相差フィルムは、少なくとも前記ポリエステル系樹脂およびポリアミド系樹脂を含んでいればよく、本開示の効果を妨げない限り、他の慣用の熱可塑性樹脂などを1または複数含んでいてもよいが、含まないのが好ましい。他の慣用の熱可塑性樹脂の割合は、前記ポリエステル系樹脂およびポリアミド系樹脂の総量に対して、例えば、30質量%以下、好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは0~5質量%である。
また、位相差フィルムは、本開示の効果を妨げない限り、種々の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、エステル類、フタル酸系化合物、エポキシ化合物、スルホンアミド類などの可塑剤;無機系難燃剤、有機系難燃剤、コロイド難燃物質などの難燃剤;酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤などの安定剤;帯電防止剤;酸化物系無機充填剤、非酸化物系無機充填剤、金属粉末などの充填剤;発泡剤;消泡剤;滑剤;天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸またはその金属塩、酸アミド類などの離型剤;易滑性付与剤、具体的には、シリカ、酸化チタン、炭酸カルシウム、クレー、マイカ、カオリンなどの無機微粒子、(メタ)アクリル系樹脂、(架橋)スチレン系樹脂などの有機微粒子;相溶化剤などが挙げられる。これらの添加剤は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの添加剤は、慣用の方法、例えば、一軸または二軸押出装置を用いて、溶融混練する方法などにより添加してもよい。添加剤の合計割合は、前記ポリエステル系樹脂およびポリアミド系樹脂の総量に対して、例えば、30質量%以下、好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは0~5質量%である。
位相差フィルムは、前記ポリエステル系樹脂と前記ポリアミド系樹脂とを含む単層フィルムでもよいが、多層フィルム(または積層フィルム)である場合が好ましい。多層フィルムである場合、多層フィルム中の同一の層内に前記ポリエステル系樹脂および前記ポリアミド系樹脂を含んでいてもよいが、耐環境信頼性や、偏光板などの他の光学素子(または光学フィルム)との積層における易接着性などの観点から、それぞれの樹脂を別々の層に含む態様、すなわち、前記ポリエステル系樹脂を含む第1の層(ポリエステル系樹脂層)と、前記ポリアミド系樹脂を含む第2の層(ポリアミド系樹脂層)とを有する積層フィルムであるのが好ましい。
なお、第1の層において、前記ポリエステル系樹脂の割合は、第1の層を形成する樹脂成分全体に対して、例えば1質量%以上、具体的には10~100質量%程度の範囲から選択してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、30質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上であり、さらに好ましくは100質量%、実質的に第1の層中の樹脂成分が前記ポリエステル系樹脂のみを含むのが好ましい。また、第2の層における前記ポリアミド系樹脂の割合(第2の層を形成する樹脂成分全体に対する割合)も上記第1の層におけるポリエステル系樹脂の割合と対応して好ましい態様を含めて同様であり、実質的に第2の層中の樹脂成分が前記ポリアミド系樹脂のみを含むのが好ましい。
また、多層フィルムである場合、位相差フィルムは第1および第2の層を、それぞれ、少なくとも1層含んでいればよく、複数の第1の層および/または複数の第2の層を含んでいてもよい。また、必要に応じて、位相差フィルムはポリエステル系樹脂およびポリアミド系樹脂を含まない第3の層を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。
多層フィルムである場合の層数は、例えば2~10層程度の範囲から選択してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、2~8層、2~6層、2~4層、2~3層であり、さらに好ましくは3層である。
3層構造である場合、中央に位置するコア層の両面に、同種の樹脂で形成されたスキン層が積層された3層構造(2種3層構造)が好ましく、両面のスキン層の厚み(平均厚み)がほぼ同程度の3層構造であるのがさらに好ましい。多層フィルムでは、各層を形成する樹脂間において成形後の収縮力に差があると、多層フィルムがカールして取り扱い性が低下するおそれがあるが、前述の3層構造とすることにより、両面のスキン層で収縮力の差が打ち消されて成形後の位相差フィルムのカールを有効に抑制できる。
3層構造である場合、コア層を第1の層(ポリエステル系樹脂層)、両面のスキン層を第2の層(ポリアミド系樹脂層)として形成してもよいが、コア層としての第2の層の両面にスキン層としての第1の層を形成した3層構造が好ましい。吸水率が高いポリアミド系樹脂で形成された第2の層をコア層として内部に配置し、外側にスキン層としてポリエステル系樹脂層を配置することで、水分(または湿熱環境下)による耐環境信頼性(寸法安定性および位相差安定性)を有効に向上できる。また、偏光子(または偏光板)などの他の光学素子と積層して利用する場合、スキン層(最外層)がポリエステル系樹脂層であると、易接着性の点で好ましく、特に、耐水性の低いPVAフィルムで形成された偏光子と積層する場合においても、スキン層がポリエステル系樹脂層であると偏光子の光学特性の低下を有効に抑制できる。
位相差フィルムは、所定のポリエステル系樹脂と、所定のポリアミド系樹脂とを組み合わせて形成されるため、優れた(または適切な)逆波長分散性と、高い位相差とを両立できる。すなわち、所望の位相差および逆波長分散性を示す位相差フィルムを、多層フィルムの形態であってもより薄く形成できる。そのため、位相差フィルムの膜厚(平均厚み)は、例えば20~70μm程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、25~60μm、30~60μm、30~50μm、30~45μmであり、さらに好ましくは30~40μmである。なお、本明細書および請求の範囲において、膜厚(平均厚み)は、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
フィルムの厚さが薄すぎると、製膜工程において巻き取り性が悪く(しわが付き易くなったり、ちぎれ易くなって、巻き取り難く)、安定して巻き取れないおそれがあるとともに、延伸工程で破断するおそれがある。厚すぎると、位相差フィルムの薄型化の要求に応えられないおそれがある。また、厚すぎると、湿熱環境下で収縮などによる応力が生じた場合に、フィルムに過大な負荷がかかって位相差が大きく変化し、光学特性が低下する(耐環境信頼性が低下する)おそれがある。さらに、偏光子(または偏光板)と貼り合わせて利用する場合には、貼り合せ工程における乾燥で反りが発生し易く、偏光子の光学特性を低下させるおそれもある。
位相差フィルムが第1の層および第2の層を含む多層フィルムである場合、第1の層の総厚み(各第1の層の平均厚みの合計値)と、第2の層の総厚み(各第2の層の平均厚みの合計値)との割合は、例えば、前者/後者=0.1/1~100/1、具体的には0.3/1~50/1程度の範囲から選択してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、0.5/1~30/1、0.7/1~20/1、0.9/1~15/1、1/1~10/1、1.3/1~8/1、1.5/1~7/1、1.8/1~6/1であり、後述する1/4波長板を調製する場合には、より好ましくは2/1~5/1であり、さらに好ましくは2/1~4.5/1であり、後述するVA-LCD用位相差フィルムを調製する場合には、より好ましくは2/1~5.5/1であり、さらに好ましくは2.2/1~5/1である。
なお、位相差フィルム(延伸フィルム)における前記第1の層の総厚みと第2の層の総厚みとの割合は、延伸前の積層フィルム(原反フィルムまたは未延伸フィルム)と同等であることが多いため、前記割合は原反フィルムにおける割合であってもよい。第2の層の総厚みに対して第1の層の総厚みが薄すぎると、優れた逆波長分散性が得られないおそれがあり、厚すぎても、逆波長分散性が得られないおそれがある。また、第1の層厚みが厚すぎると1/4波長板を調製できなくなるおそれがある。
(製造方法、特性および用途)
位相差フィルムは、前記ポリエステル樹脂および前記ポリアミド系樹脂を製膜する製膜工程と、製膜工程で得られた原反フィルムを延伸する延伸工程とを少なくとも経ることにより調製できる。
製膜方法としては、例えば、キャスティング法(溶液キャスト法または溶液流延法)、エキストルージョン法、カレンダー法などが挙げられる。エキストルージョン法としては、インフレーション法、Tダイ法などの溶融押出法が挙げられる。成形性に優れるだけでなく、残留溶媒による光学的特性の低下を防止できる観点から、Tダイ法などの溶融押出法であるのが好ましい。
また、位相差フィルムが多層フィルムである場合、前記ポリエステル樹脂を含む第1の層と、前記ポリアミド系樹脂を含む第2の層とを別々に製膜および延伸した後で積層してもよいが、成形性(または生産性)の観点から、共押出で得られた積層フィルム(原反フィルム)を共延伸するのが好ましい。このような方法では、各層ごとの製膜および延伸工程、各層を積層する工程などを省略できるのみならず、各層の光軸のズレなどによる不良(貼り合わせ不良)を有効に低減できる。
共押出による代表的な製膜方法としては、ペレット状の各樹脂を水分率が例えば100ppm未満となるように乾燥した後、各樹脂ペレットおよび添加剤を計量し、混合して押出機に供給し、スリット状のダイ(Tダイ)を用いて各溶融樹脂を合流させ、ダイからシート状に溶融押出して原反フィルムを成形する方法などが挙げられる。
前記押出機における各樹脂の溶融温度は、各樹脂のガラス転移温度Tgに対して、例えばTg+50~Tg+180℃程度にすることが好ましく、より好ましくはTg+80~Tg+150℃である。押出機での溶融温度が低すぎると、樹脂の流動性が不足するおそれがあり、逆に溶融温度が高すぎると、樹脂が劣化するおそれがある。
押出機で溶融した各樹脂は、必要に応じて、濾過器、ギアポンプなどを経由してダイに連続的に供給してもよく、各溶融樹脂中に含まれる異物を有効に除去するために高精度濾過を行ってもよい。溶融樹脂の高精度濾過に用いられる濾材は、特に限定されないが、ステンレス焼結体の濾材が除去性能に優れるため好ましい。
スリット状のダイ(Tダイ)としては、例えば、マルチマニホールドダイ、フィードブロックダイなどが挙げられる。層厚を精密に制御する点では、各樹脂の粘度に合わせてTダイを設計するマルチマニホールドダイが好ましい。
製膜工程で得られる原反フィルム(共押出で得られる積層フィルム)の平均厚み(総厚み)は、例えば10~1000μm程度の範囲から選択してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、20~500μm、30~200μm、40~170μm、50~150μm、60~140μm、70~130μm、75~125μm、80~120μmである。フィルム原反の平均厚みが厚すぎると、位相差フィルムを十分に薄膜化できないおそれがあり、平均厚みが薄すぎると、巻き取り性が悪く(巻き取り難く)、安定して巻き取れないおそれがあるとともに、延伸工程などで破断するおそれがある。なお、平均厚みは、後述の実施例に記載の方法により測定できる。
延伸工程では、製膜工程で得られた各樹脂フィルムを延伸してもよいが、前述のように成形性の観点から、製膜工程で得られた共押出フィルムを共延伸するのが好ましい。
共延伸において、各樹脂間のガラス転移温度Tgの差、特に、前記ポリエステル系樹脂とポリアミド系樹脂とのTgの差は小さいのが好ましい。そのため、前記ポリエステル系樹脂とポリアミド系樹脂とのTgの差は、例えば0~30℃程度の範囲となるように調整してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~20℃、0~15℃、0~10℃、0~8℃、0~5℃である。Tgの差がこのような範囲内にあると、多層フィルムであっても所望の特性の位相差フィルムを容易に成形し易く、薄膜化できる。
詳しくは、共延伸における延伸温度、延伸速度、延伸倍率などの延伸条件は、通常、各層単膜(単独フィルム)での延伸実験の結果に基づいて決定する。すなわち、同一の延伸条件で延伸した各層の単独フィルムの位相差、波長分散特性、厚みなどの特性から、各単独フィルムを重ね合わせた際に所望の特性となるように延伸条件を検討する。しかし、各樹脂間のガラス転移温度Tgの差が大きすぎると、所望の特性に調整可能な延伸条件の範囲が狭く成形性(または生産性)が低下したり、所望の特性に成形できなくなったり、そもそも延伸が困難になるおそれがある。
なお、本明細書および請求の範囲において、前記ポリエステル系樹脂および前記ポリアミド系樹脂を合計3種以上含む場合における前記Tgの差は、最大のTgを示す樹脂と、最小のTgを示す樹脂との差を意味する。
また、延伸方法としては、例えば、ロール間延伸、加熱ロール延伸、圧縮延伸、テンター延伸などの慣用の方法などが挙げられ、一軸延伸であってもよく、二軸延伸であってもよい。
これらの延伸方法や、延伸温度、延伸倍率、延伸速度などの延伸条件は、位相差フィルムに求められる特性や用途などに応じて、適宜選択できる。例えば、1/4波長板などの波長板、特に、有機ELディスプレイなどで利用される広帯域1/4波長板を調製する場合には、一軸延伸であってもよい。また、VA-LCD用の位相差フィルムを調製する場合には、二軸延伸であってもよい。
(1/4波長板)
一軸延伸としては、延伸方向に対して垂直なフィルム面内の方向(幅方向)の長さを一定に維持または固定(またはネックイン(収縮)を抑制)しつつ延伸する固定端一軸延伸であってもよく、フィルム幅方向に応力を作用させることなく延伸する自由端一軸延伸であってもよい。なかでも、ネックインが少なく、物性値の調整が容易である点から、テンター延伸である固定端一軸延伸が好ましい。
また、一軸延伸における延伸方向は、フィルム長さ方向に対して、ほぼ平行に延伸する縦延伸であってもよく、垂直な幅方向に延伸する横延伸であってもよく、フィルム長さ方向に対して所定の角度をなす斜め方向に延伸する斜め延伸であってもよい。これらのうち、斜め延伸が好ましく、フィルム長さ方向に対してフィルム面内の遅相軸(フィルム面内において屈折率が最大となる軸)の方向(延伸方向)がなす角度は、例えば30~60°程度の範囲から選択してもよく、好ましくは35~55°、より好ましくは40~50°、さらに好ましくは42~48°、特にほぼ45°である。このように斜め延伸した位相差フィルムでは、ロールツーロールで直線偏光板などの偏光板に貼り合せた際に、遅相軸が偏光板の吸収軸に対して45°の角度となるよう容易に調整できるため、円偏光板を製造する際に、裁断して貼り合せるバッチ式で貼り合わせる必要がなく、成形性(または生産性)に優れる点で特に好ましい。
延伸温度は、各層中に含まれる全ての樹脂成分のTgのうち、最小値をTgminとしたとき、例えばTgmin-10~Tgmin+20℃、好ましい範囲としては、以下段階的に、Tgmin-5~Tgmin+17℃、Tgmin~Tgmin+15℃、Tgmin+3~Tgmin+13℃、Tgmin+5~Tgmin+11℃、Tgmin+6~Tgmin+10℃、Tgmin+7~Tgmin+9℃である。具体的な温度としては、例えば117~147℃、好ましい範囲としては、以下段階的に、122~144℃、127~142℃、130~140℃、132~138℃、133~137℃、134~136℃である。延伸温度が高すぎると、所望の位相差を発現し難くなるだけでなく、フィルムが均一に延伸できず、膜厚が不均一になる。延伸温度が低すぎると、所望の位相差を発現し難くなるだけでなく、フィルムが破断するおそれがある。
延伸倍率は、例えば1.1~10倍程度の範囲から選択してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、1.3~8倍、1.5~6倍、1.8~5倍、2~4倍、2~3倍であり、さらに好ましくは2.2~2.8倍である。延伸倍率が低すぎると、所望の位相差が得られないおそれがある。しかし、本開示の位相差フィルムは、位相差発現性が高く、薄膜であっても所望の位相差に調整し易い。一方、延伸倍率が高すぎると、位相差が高くなり過ぎたり、フィルムが破断するおそれがあるとともに、フィルムの残留応力が大きく、湿熱環境下でフィルムの収縮により位相差が変化してしまうおそれがある。しかし、本開示の位相差フィルムは位相差発現性が高く、比較的穏和な条件で延伸しても所望の位相差に調整できるため、収縮にともなう位相差変化を有効に抑制できる。また、成形性または延伸性に優れ、薄膜に成形しても靱性があるためフィルムが破断し難い。
延伸速度(伸長率/分)は、例えば50~600%/分程度の範囲から選択してもよく、好ましくは100~500%/分、さらに好ましくは200~400%/分である。なお、本明細書および請求の範囲において、伸長率とは、(延伸後の長さ-延伸前の長さ)/延伸前の長さ×100[%]で定義される。延伸速度が速すぎると、フィルムが破断するおそれがある。延伸速度が低すぎると、所望の位相差が得られないおそれがある。
なお、延伸の前に予熱処理および/または延伸の後に熱固定処理を行ってもよい。これらの処理によって、延伸後の位相差のばらつきを小さくし、ボーイング(歪みにより遅相軸(または配向軸)が幅方向で不均一(弓なり)になる現象)に伴う配向角(フィルム長さ方向と遅相軸(または配向軸)とがなす角)のばらつきを小さくできる。予熱処理および熱固定処理のいずれか一方が行われてもよいが、両方行われるのが好ましい。これらの処理はクリップ(またはテンター)で把持して行うのが好ましく、特に延伸工程と連続的に行うのが好ましい。
予熱処理において、加熱温度としては、各層中に含まれる全ての樹脂成分のTgのうち、最小値をTgminとしたとき、例えばTgmin-10~Tgmin+20℃程度の範囲から選択してもよく、好ましくはTgmin+7~Tgmin+9℃であり、延伸温度と同じ温度であるのが好ましい。予熱時間としては、例えば1秒~20分程度の範囲から選択してもよく、好ましくは1~15分、さらに好ましくは5~12分である。
熱固定処理において、加熱温度としては、各層中に含まれる全ての樹脂成分のTgのうち、最小値をTgminとしたとき、例えばTgmin-5~Tgmin+25℃、好ましくはTgmin~Tgmin+15℃である。また、加熱温度は、延伸温度以下、例えば、延伸温度より1~50℃程度低い温度であってもよく、好ましく2~40℃低い温度、さらに好ましくは3~30℃低い温度が好ましい。さらに、加熱温度は、延伸温度以下で、かつTgmin以下であるのが特に好ましい。熱固定の処理時間としては、例えば1秒~10分程度の範囲から選択してもよく、好ましくは5秒~4分、さらに好ましくは10秒~2分である。熱固定の際、テンターの幅は、延伸終了後の幅に対して、0~10%程度縮めるのが好ましい。
上述のように一軸延伸して1/4波長板を形成した場合、波長λnmにおける面内位相差をRo(λ)とするとき、位相差フィルムのRo(550)は、例えば100~170nm程度であってもよく、好ましくは、以下段階的に、110~160nm、120~155nm、125~150nm、130~145nm、133~143nmである。
また、Ro(450)/Ro(550)は、例えば0.7以上1未満程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、0.75~0.95、0.8~0.9、0.81~0.87である。
なお、理想的な広帯域1/4波長板である場合、Ro(550)は137.5nmであり、Ro(450)/Ro(550)が約0.818であり、Ro(550)およびRo(450)/Ro(550)が上記理想値に近いほど優れた広帯域1/4波長板であるといえる。面内位相差Ro(550)、分散性Ro(450)/Ro(550)および厚み(薄さ)の特性のなかでも、特に面内位相差Ro(550)が理想値に近いことが重要視される。
なお、本明細書および請求の範囲において、Ro(550)およびRo(450)/Ro(550)は、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
(VA-LCD用位相差フィルム)
VA-LCD用の位相差フィルム(光学補償フィルム)は二軸延伸により調製できる。二軸延伸としては、縦方向および横方向に同時に延伸する同時二軸延伸であってもよく、一方向ずつ延伸する逐次二軸延伸であってもよい。また、縦方向および横方向の延伸倍率が等しい等延伸であってもよく、延伸倍率が異なる偏延伸であってもよい。
好ましい二軸延伸としては、延伸条件を自由に調整し易く成形性に優れるとともに、フィルム面内における遅相軸のばらつきを抑制できる点から、逐次二軸延伸が挙げられる。逐次二軸延伸において、フィルム長さ方向に延伸する縦延伸と、フィルム幅方向に延伸する横延伸とは、非連続的に延伸(一方向の延伸後に巻取り、他方向の延伸に供する)してもよいが、成形性(または生産性)の点から、連続的に延伸するのが好ましい。具体的な延伸方法としては、前述の方法などが挙げられ、縦延伸はロール間延伸またはテンター延伸であるのが好ましく、横延伸はテンター延伸であるのが好ましい。
縦延伸および横延伸の順序は特に限定されないが、縦延伸の後に横延伸するのが好ましく、縦延伸の後に、この縦延伸よりも強い延伸条件(分子鎖がより配向して位相差がより高くなる延伸条件)で横延伸するのがさらに好ましい。このような逐次二軸延伸では、フィルム面内の遅相軸(フィルム面内において屈折率が最大となる方向)が、フィルム長さ方向に対して略垂直、例えば80~100°、好ましくは85~95°の角度をなすように成形できるため好ましい。
詳しくは、前述のように、VA-LCD用の位相差フィルムは、液晶セルとその上下に配置される直線偏光板(直線偏光フィルム)との間に配置され、具体的には、位相差フィルムのフィルム面内の遅相軸が、直線偏光板の吸収軸に対して略垂直となるように積層された形態で利用される。通常、直線偏光板は、フィルム長さ方向に吸収軸を有するように配置されるため、前述のように遅相軸がフィルム長さ方向に対して略垂直な位相差フィルムと積層すると、ロールツーロールで貼り合わせることができ成形性(または生産性)の点で有利である。
延伸温度は、縦延伸と横延伸とで同一であってもよく、異なっていてもよい。延伸温度は、各層中に含まれる全ての樹脂成分のTgのうち、最小値をTgminとしたとき、例えばTgmin-10~Tgmin+30℃、好ましい範囲としては、以下段階的に、Tgmin~Tgmin+20℃、Tgmin+5~Tgmin+15℃、Tgmin+7~Tgmin+13℃、Tgmin+8~Tgmin+12℃、Tgmin+9~Tgmin+11℃である。具体的な温度としては、例えば117~157℃、好ましい範囲としては、以下段階的に、127~147℃、132~142℃、134~140℃、135~139℃、136~138℃である。延伸温度が高すぎると、所望の位相差を発現し難くなるだけでなく、フィルムが均一に延伸できず、膜厚が不均一になるおそれがある。延伸温度が低すぎると、所望の位相差を発現し難くなるだけでなく、フィルムが破断するおそれがある。
延伸倍率は、縦延伸と横延伸とで同一であってもよいが、異なっているのが好ましく、縦延伸よりも横延伸の延伸倍率が大きいのがさらに好ましい。縦延伸(またはMD方向(またはフィルム長さ方向)の延伸)の延伸倍率は、例えば1.1~10倍程度の範囲から選択してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、1.2~2.5倍、1.3~2.3倍、1.4~2.1倍、1.5~2倍、1.6~1.9倍であり、さらに好ましくは1.7~1.8倍である。横延伸(またはTD方向(またはフィルム幅方向)の延伸)の延伸倍率は、例えば1.1~10倍程度の範囲から選択してもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、1.5~5倍、1.8~3.5倍、2~3倍、2.1~2.8倍、2.2~2.6倍であり、さらに好ましくは2.3~2.5倍である。延伸倍率が低すぎると、所望の位相差が得られないおそれがある。しかし、本開示の位相差フィルムは、位相差発現性が高く、薄膜であっても所望の位相差に調整し易い。一方、延伸倍率が高すぎると、位相差が高くなり過ぎたり、フィルムが破断するおそれがあるとともに、フィルムの残留応力が大きく、湿熱環境下でフィルムの収縮により位相差が変化してしまうおそれがある。しかし、本開示の位相差フィルムは位相差発現性が高く、比較的穏和な条件で延伸しても所望の位相差に調整できるため、収縮にともなう位相差変化を有効に抑制できる。また、成形性または延伸性に優れ、薄膜に成形しても靱性があるためフィルムが破断し難い。
延伸速度(伸長率/分)は、縦延伸と横延伸とで同一であってもよく、異なっていてもよい。縦延伸の延伸速度(伸長率/分)は、例えば50~600%/分程度の範囲から選択してもよく、好ましくは100~500%/分、さらに好ましくは200~400%/分である。横延伸の延伸速度(伸長率/分)は、例えば50~600%/分程度の範囲から選択してもよく、好ましくは100~500%/分、さらに好ましくは200~400%/分である。延伸速度が速すぎると、フィルムが破断するおそれがある。延伸速度が低すぎると、所望の位相差が得られないおそれがある。
なお、延伸の前に予熱処理および/または延伸の後に熱固定処理を行ってもよい。これらの処理によって、延伸後の位相差のばらつきを小さくし、ボーイング(歪みにより遅相軸(または配向軸)が幅方向で不均一(弓なり)になる現象)に伴う配向角(フィルム長さ方向と遅相軸(または配向軸)とがなす角)のばらつきを小さくできる。予熱処理および熱固定処理のいずれか一方が行われてもよいが、両方行われるのが好ましい。これらの処理はクリップ(またはテンター)で把持して行うのが好ましく、特に延伸工程と連続的に行うのが好ましい。
予熱処理において、加熱温度としては、各層中に含まれる全ての樹脂成分のTgのうち、最小値をTgminとしたとき、例えばTgmin-10~Tgmin+30℃程度の範囲から選択してもよく、好ましくはTgmin+9~Tgmin+11℃であり、延伸温度と同じ温度であるのが好ましい。予熱時間としては、例えば1秒~20分程度の範囲から選択してもよく、好ましくは1~15分、さらに好ましくは5~12分である。
熱固定処理において、加熱温度としては、各層中に含まれる全ての樹脂成分のTgのうち、最小値をTgminとしたとき、例えばTgmin-5~Tgmin+25℃、好ましくはTgmin~Tgmin+15℃である。また、加熱温度は、延伸温度以下、例えば、延伸温度より1~50℃程度低い温度であってもよく、好ましく2~40℃低い温度、さらに好ましくは3~30℃低い温度が好ましい。さらに、加熱温度は、延伸温度以下で、かつTgmin以下であるのが特に好ましい。熱固定の処理時間としては、例えば1秒~10分程度の範囲から選択してもよく、好ましくは5秒~4分、さらに好ましくは10秒~2分である。熱固定の際、テンターの幅は、延伸終了後の幅に対して、0~10%程度縮めるのが好ましい。
上述のように二軸延伸してVA-LCD用の位相差フィルムを形成した場合、波長λnmにおける面内位相差をRo(λ)とするとき、VA-LCD用の位相差フィルムのRo(550)は、例えば20~65nm程度であってもよく、好ましくは、以下段階的に、25~60nm、30~55nmである。
VA-LCD用の位相差フィルムのRo(450)/Ro(550)は、例えば0.7以上1未満程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、0.75~0.95、0.78~0.93、0.8~0.92、0.81~0.91、0.818~0.9である。
また、波長λnmにおける厚み方向位相差をRth(λ)とするとき、Rth(589)は、例えば100~160nm程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、110~150nm、115~145nm、120~140nm、125~135nmである。
なお、VA-LCD用の位相差フィルム、特にTV向けの用途では、面内位相差Ro(550)、分散性Ro(450)/Ro(550)、厚み方向の位相差Rth(589)および厚み(薄さ)の特性のなかでも、Ro(550)、Ro(450)/Ro(550)およびRth(589)が重要度の高い特性とされ、特にRo(550)およびRth(589)が上記好ましい範囲にあることが最も重要視される。
なお、本明細書および請求の範囲において、Ro(550)、Ro(450)/Ro(550)およびRth(589)は、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
以下に、実施例に基づいて本開示をより詳細に説明するが、本開示はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下に、評価方法および原料の詳細について示す。
[評価方法]
(ガラス転移温度Tg)
示差走査熱量計(セイコーインスツル(株)製「DSC 6220」)を用い、アルミパンに試料を入れ、窒素ガス雰囲気下、昇温速度10℃/分、30℃から200℃の範囲でTgを測定した。
(分子量)
ゲル浸透クロマトグラフィ(東ソー(株)製、「HLC-8120GPC」)を用い、試料をクロロホルムに溶解させ、ポリスチレン換算で、重量平均分子量Mwを測定した。
(面内位相差Roおよび厚み方向位相差Rth)
リタデーション測定装置(大塚電子(株)製「RETS-100」)を用いて、測定温度20℃で、延伸フィルムの波長450nmにおける面内位相差Ro(450)および波長550nmにおける面内位相差Ro(550)を各サンプルの厚みにおける実測値としてそれぞれ測定し、得られた結果より、Ro(450)をRo(550)で除してRo(450)/Ro(550)を算出した。また、延伸フィルムの波長589nmにおける厚み方向の位相差Rth(589)についても同様の装置で測定した。
(平均厚み)
測厚計((株)ミツトヨ製「マイクロメーター」)を用いて、所定の間隔をおいて複数点測定し、その平均値を算出した。なお、実施例の各原反フィルムおよび各延伸フィルムのいずれにおいても、平均厚みはフィルム中心付近の厚みとほぼ同じであった。
[原料]
FDPM:9,9-ビス(2-メトキシカルボニルエチル)フルオレン[別名:9,9-ビス(2-カルボキシエチル)フルオレンのジメチルエステル、またはフルオレン-9,9-ジプロピオン酸のジメチルエステル]、特開2005-89422号公報に記載の実施例1においてアクリル酸t-ブチル56.6g(0.44モル)をアクリル酸メチル37.9g(0.44モル)に変更したこと以外は同様にして合成したもの
BPEF:9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、大阪ガスケミカル(株)製
EG:エチレングリコール
ポリアミド樹脂:式(4)において、YがCH基、r1およびr2が0のジアミン単位とドデカン二酸に由来するジカルボン酸単位[-OC-(CH10-CO-]とで形成されたポリアミド樹脂、ダイセル・エボニック(株)製「トロガミドCX7323」、ガラス転移温度Tg:132℃
[合成例1]
FDPM 1.00モル、BPEF 0.90モル、EG 2.10モルに、エステル交換触媒として酢酸マンガン・4水和物 2×10-4モルおよび酢酸カルシウム・1水和物 8×10-4モルを加え、撹拌しながら徐々に加熱溶融した。230℃まで昇温した後、トリメチルホスフェート14×10-4モル、酸化ゲルマニウム20×10-4モルを加え、270℃、0.13kPa以下に到達するまで、徐々に昇温、減圧しながらEGを除去した。所定の撹拌トルクに到達後、内容物を反応器から取り出し、フルオレン環含有ポリエステルのペレットを調製した。
得られたペレットを、H-NMRにより分析したところ、フルオレン環含有ポリエステルに導入されたジカルボン酸単位の100モル%がFDPM由来であり、導入されたジオール単位の90モル%がBPEF由来、10モル%がEG由来であった。
得られたフルオレン環含有ポリエステルのガラス転移温度Tgは127℃、重量平均分子量Mwは60000であった。
[実施例1~5]
合成例1で作製したフルオレン環含有ポリエステルをスキン層、ポリアミド樹脂をコア層とし、コア層の両面にスキン層を積層した2種3層の多層フィルムを作製した。詳しくは、フルオレン環含有ポリエステル、ポリアミド樹脂をそれぞれ乾燥した後、フィードブロック式Tダイ(ダイス幅300mm)を装着した押出機(スキン層用押出機:φ25mm、L/D=25;コア層用押出機:φ30mm、L/D=38)にそれぞれ投入し、表1に記載した原反フィルムの設定膜厚(各層の厚み、総厚み)になるよう溶融押出成形して、2種3層の総厚み平均100μmの多層フィルム(原反フィルム)を作製した。
得られた多層フィルムを60mm×60mmのサイズに切り出し、テンター式延伸装置((株)井元製作所製 「IMC-1A97型」)を用いて、チャック部分を除いた有効幅40mmの領域を表1に記載の延伸温度および延伸倍率、ならびに延伸速度120mm/分(300%/分)でTD方向に固定端一軸延伸を行い、延伸フィルムを作製した。なお、多層フィルムには、延伸前に延伸温度と同じ温度で10分間予熱処理を施した。また、得られた延伸フィルムにおける各層の厚み比は、原反フィルムにおける各層の厚み比と同等であった。
得られた延伸フィルムのRo(450)、Ro(550)、Ro(450)/Ro(550)および延伸後のフィルムの平均厚み(総膜厚)を表1に示す。
なお、表1中、原反フィルムのスキン層膜厚は2層の合計膜厚を示し、スキン層1層当たりの膜厚は37.5μmである。
Figure 0007121207000011
表1から明らかなように、実施例1~5で得られた位相差フィルムは、広帯域1/4波長板に適した特性を有し、かつ膜厚が30μm台と薄膜に調製されている。また、実施例1~5の位相差フィルムを形成するフルオレン環含有ポリエステルおよびポリアミド樹脂のTgが比較的高く、耐熱性(耐環境信頼性)にも優れている。なかでも、理想的な広帯域1/4波長板における特性(Ro(550)が137.5nm、Ro(450)/Ro(550)が0.818)に近く、かつ薄膜である点から実施例1~4が好ましく、より好ましくは実施例1、2および4であり、実施例2および4がさらに好ましい。
[実施例6~8]
表2に記載した原反フィルムの設定膜厚(各層の厚み、総厚み)になるよう溶融押出成形して、2種3層の総厚み平均170μmとする以外は、実施例1と同様にして、合成例1で作製したフルオレン環含有ポリエステルをスキン層、ポリアミド樹脂をコア層とし、コア層の両面にスキン層を積層した2種3層の多層フィルム(原反フィルム)を作製した。
得られた多層フィルムを60mm×60mmのサイズに切り出し、テンター式延伸装置((株)井元製作所製 「IMC-1A97型」)を用いて、表2に記載の延伸温度および延伸倍率、各延伸方向の延伸速度120mm/分(300%/分)で、チャック部分を除いた有効幅40mmの領域を逐次二軸延伸(MD方向に延伸後、TD方向に延伸)して、延伸フィルムを作製した。なお、多層フィルムには、延伸前に延伸温度と同じ温度で10分間予熱処理を施した。また、得られた延伸フィルムにおける各層の厚み比は、原反フィルムにおける各層の厚み比と同等であった。得られた延伸フィルムのRo(450)、Ro(550)、Ro(450)/Ro(550)、Rth(589)および延伸後のフィルムの平均厚み(総膜厚)を表2に示す。
Figure 0007121207000012
なお、表2中、原反フィルムのスキン層膜厚は2層の合計膜厚を示し、スキン層1層当たりの膜厚は65μmである。また、延伸温度はMD方向およびTD方向の延伸で同一の温度であり、延伸倍率は、縦方向(MD方向またはフィルム長さ方向)の倍率×横方向(TD方向またはフィルム幅方向)の倍率を意味する。
表2から明らかなように、実施例6~8で得られた位相差フィルムは、VA-LCD用の光学補償フィルムに適した特性を有し、かつ薄膜に調製されている。特に、RoおよびRthがより好ましい範囲にあることから、実施例6および7が好ましい。
本開示の位相差フィルムは、位相差発現性と逆波長分散性とに優れている。そのため、穏やかな延伸条件によって作製可能で、薄型でかつ靭性などの機械強度(または取り扱い性)に優れ、耐環境信頼性にも優れている。そのため、広帯域に反射防止性能を備えた円偏光板および前記円偏光板を備えた有機ELディスプレイ、ならびにVA-LCD用位相差フィルムおよび垂直配向方式液晶表示装置に好適に用いることができる。

Claims (21)

  1. 負の配向複屈折性を示し、かつ位相差が順波長分散性を示すポリエステル系樹脂と、正の配向複屈折性を示し、かつ位相差がフラット分散性を示すポリアミド系樹脂とを含む位相差フィルムであって、
    前記ポリエステル系樹脂を含む第1の層と、前記ポリアミド系樹脂を含む第2の層とを含む積層フィルムであり、
    前記ポリエステル系樹脂のガラス転移温度と、前記ポリアミド系樹脂のガラス転移温度との差が0~20℃である位相差フィルム。
  2. 前記ポリエステル系樹脂が、フルオレン-9,9-ジイル基を有する構成単位を含み、前記ポリアミド系樹脂が、脂環骨格を有する構成単位を含む請求項1記載の位相差フィルム。
  3. 前記ポリエステル系樹脂が、フルオレン-9,9-ジイル基を有する構成単位として、フルオレンジカルボン酸単位(A1)およびフルオレンジオール単位(B1)から選択される少なくとも1種の構成単位を含み、前記フルオレンジカルボン酸単位(A1)が、下記式(1)
    Figure 0007121207000013
    (式中、Rは置換基を示し、kは0~8の整数を示し、X1aおよびX1bはそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示す。)
    で表されるジカルボン酸単位を含み、前記フルオレンジオール単位(B1)が、下記式(2)
    Figure 0007121207000014
    (式中、Rは置換基を示し、mは0~8の整数を示し、X2aおよびX2bはそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、A1aおよびA1bはそれぞれ独立して直鎖状または分岐鎖状アルキレン基を示し、n1およびn2は0以上の整数を示す。)
    で表されるジオール単位を含む請求項1または2記載の位相差フィルム。
  4. 前記フルオレンジオール単位(B1)が、下記式(2A)
    Figure 0007121207000015
    (式中、Z1aおよびZ1bはそれぞれ独立してアレーン環を示し、R3aおよびR3bはそれぞれ独立して置換基を示し、p1およびp2はそれぞれ独立して0以上の整数を示し、R、m、A1aおよびA1b、n1およびn2はそれぞれ請求項3記載の式(2)に同じ。)
    で表されるジオール単位を含む請求項3記載の位相差フィルム。
  5. 前記ポリエステル系樹脂が、下記式(3)
    Figure 0007121207000016
    (式中、Aは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基を示し、qは1以上の整数を示す。)で表される(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)を含む請求項1~4のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  6. 前記ポリエステル系樹脂が、請求項3記載の式(1)において、X1aおよびX1bが直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であるジカルボン酸単位と
    請求項4記載の式(2A)において、Z1aおよびZ1bがC6-12アレーン環であり、R3aおよびR3bがC1-4アルキル基またはC6-10アリール基であり、p1およびp2が0~2の整数であり、A1aおよびA1bが直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であり、n1およびn2が0~2の整数であるジオール単位と
    前記式(3)において、Aが直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレン基であり、qが1~4の整数である(ポリ)アルキレングリコール単位(B2)とを含む請求項5記載の位相差フィルム。
  7. 前記ポリアミド系樹脂が、下記式(4)
    Figure 0007121207000017
    (式中、Yは直接結合、または置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、R4aおよびR4bはそれぞれ独立して置換基を示し、r1およびr2はそれぞれ独立して0~4の整数を示す。)
    で表されるジアミン単位を含む請求項1~6のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  8. 前記ポリアミド系樹脂が、脂肪族ジカルボン酸成分に由来する構成単位を含む請求項1~7のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  9. 前記ポリアミド系樹脂が、請求項7記載の式(4)において、YがC1-4アルキレン基であり、R4aおよびR4bがC1-4アルキル基であり、r1およびr2が0または1であるジアミン単位と、
    直鎖状または分岐鎖状C4-16アルカン-ジカルボン酸成分に由来する構成単位とを含む請求項8記載の位相差フィルム。
  10. 前記第2の層の両面に、前記第1の層が積層された3層構造の積層フィルムである請求項1~9のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  11. 前記第1の層の総厚みと、前記第2の層の総厚みとの割合が、前者/後者=1/1~10/1である請求項1~10のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  12. 厚みが20~70μmである請求項1~11のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  13. 一軸延伸フィルムである請求項1~12のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  14. 波長λnmにおける面内位相差をRo(λ)とするとき、Ro(550)が100~160nmであり、Ro(450)/Ro(550)が0.7以上1未満である請求項13記載の位相差フィルム。
  15. 1/4波長板である請求項13または14記載の位相差フィルム。
  16. 二軸延伸フィルムである請求項1~12のいずれか一項に記載の位相差フィルム。
  17. 波長λnmにおける面内位相差をRo(λ)、厚み方向位相差をRth(λ)とするとき、Ro(550)が30~50nmであり、Ro(450)/Ro(550)が0.7以上1未満であり、Rth(589)が120~140nmである請求項16記載の位相差フィルム。
  18. 垂直配向方式液晶ディスプレイ用の光学補償フィルムである請求項16または17記載の位相差フィルム。
  19. 請求項1~18のいずれか一項に記載の位相差フィルムを含む偏光板。
  20. 請求項19記載の偏光板を含む画像表示装置。
  21. 有機ELディスプレイまたは垂直配向方式液晶ディスプレイである請求項20記載の画像表示装置。
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