JP7324171B2 - フッ素含有共重合体、組成物、光学フィルム、液晶フィルム、ハードコートフィルム、偏光板 - Google Patents
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Description
光学フィルムとしては延伸複屈折フィルムが使用されていたが、近年、延伸複屈折フィルムに代えて、液晶化合物からなる光学異方性層を有するフィルム(液晶フィルム)を使用することが提案されている。
そこで、本発明は、溶解性に優れ、配向性と均質な塗布性に優れる膜を形成することができるフッ素原子含有共重合体、上記共重合体を含有する組成物、上記組成物から形成される層を有する光学フィルム、液晶フィルム、ハードコートフィルム、偏光板を提供することを課題とする。
すなわち、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。
下記一般式(1)で表される繰返し単位を含み、ブロック構造、グラフト構造、スター構造もしくは分岐構造を有するフッ素原子含有共重合体。
一般式(1)中、R1は水素原子、ハロゲン原子、またはアルキル基を表す。L1は二価の連結基を表す。Rfは少なくとも1つのフッ素原子を含有する置換基を表す。
〔2〕
上記一般式(1)中、Rfのフッ素原子が結合している炭素原子数が1~4である〔1〕に記載のフッ素原子含有共重合体。
〔3〕
上記一般式(1)中、Rfのフッ素原子が結合している炭素原子数が4である〔1〕に記載のフッ素原子含有共重合体。
〔4〕
〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のフッ素原子含有共重合体が、さらに下記一般式(2)で表される繰返し単位を有するフッ素原子含有共重合体。
一般式(2)中、R2は水素原子、ハロゲン原子、またはアルキル基を表す。R3は置換基を有していてもよい炭素環または複素環を含有し、L2は単結合または二価の連結基を表す。
〔5〕
〔1〕~〔4〕に記載のフッ素原子含有共重合体が、さらに下記一般式(3)で表される繰返し単位を有するフッ素原子含有共重合体。
一般式(3)中、R5は水素原子、ハロゲン原子、またはアルキル基を表す。L3は単結合または二価の連結基を表し、Q1はカチオン重合性基及びラジカル重合性基からなる群より選ばれる反応性基を含む基を表す。
〔6〕
〔1〕~〔5〕に記載のフッ素原子含有共重合体が、さらに下記一般式(4)で表される繰返し単位を有するフッ素原子含有共重合体。
一般式(4)中、R6は水素原子、ハロゲン原子、またはアルキル基を表す。U1およびU2は、それぞれ独立に、-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCOO-、-NH-を表す。R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子、あるいは、置換もしくは無置換の脂肪族炭化水素基、置換もしくは無置換のアリール基、または、置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表し、R7およびR8は、これらの組み合わせからなる連結基を介して互いに連結していてもよい。L4は、単結合または二価の連結基を表す。
〔7〕
〔1〕~〔6〕のいずれかに記載のフッ素原子含有共重合体を含有する組成物。
〔8〕
〔1〕~〔6〕のいずれかに記載のフッ素原子含有共重合体および重合性液晶化合物を含有する液晶組成物。
〔9〕
〔8〕に記載の液晶組成物から形成される層を有する光学フィルム。
〔10〕
〔8〕に記載の液晶組成物から形成される層を有する液晶フィルム。
〔11〕
〔7〕に記載の組成物または〔8〕に記載の液晶組成物から形成される層を有するハードコートフィルム。
〔12〕
〔7〕に記載の組成物または〔8〕に記載の液晶組成物から形成される層を有する偏光板。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、表記される二価の基(例えば、-CO-O-)の結合方向は特に制限されず、例えば、後述する一般式(W)中のD1が-CO-O-である場合、Ar側に結合している位置を*1、G1側に結合している位置を*2とすると、D1は、*1-CO-O-*2であってもよく、*1-O-CO-*2であってもよい。
本明細書において、樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分散度(分子量分布ともいう)(Mw/Mn)は、GPC(Gel Permeation Chromatography)装置(東ソー製HLC-8120GPC)によるGPC測定(溶剤:テトラヒドロフラン、流量(サンプル注入量):10μL、カラム:東ソー社製TSK gel Multipore HXL-M、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/分、検出器:示差屈折率検出器(Refractive Index Detector))によるポリスチレン換算値として定義される。
(置換基T)
置換基Tとしては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、および、ヨウ素原子等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、および、tert-ブトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基およびp-トリルオキシ基等のアリールオキシ基;メトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、および、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、および、ベンゾイルオキシ基等のアシルオキシ基;アセチル基、ベンゾイル基、イソブチリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、および、メトキサリル基等のアシル基;メチルスルファニル基およびtert-ブチルスルファニル基等のアルキルスルファニル基;フェニルスルファニル基およびp-トリルスルファニル基等のアリールスルファニル基;アルキル基;シクロアルキル基;アリール基;ヘテロアリール基;水酸基;カルボキシ基;ホルミル基;スルホ基;シアノ基;アルキルアミノカルボニル基;アリールアミノカルボニル基;スルホンアミド基;シリル基;アミノ基;モノアルキルアミノ基;ジアルキルアミノ基;アリールアミノ基;ならびに、これらの組み合わせが挙げられる。
本発明のフッ素原子含有繰返し単位は、ブロック構造、グラフト構造もしくは分岐構造を有するため、フッ素原子団が塊として存在することで、共重合体の塗膜表面への移行性が向上する。また、フッ素置換アルキル鎖長が1~4のランダム構造を有する共重合体においては、フッ素原子団の塊が小さく、汎用溶剤への溶解性は優れるものの、塗膜表面への移行性は低い。一方、本発明の共重合体においては、上記フッ素原子団が塊として存在することに起因し、フッ素置換アルキル鎖長が1~4でも塗膜表面への移行性が高く、このような共重合体を組成物中に添加することで、塗膜の表面張力を低下させ、塗工時における組成物の基材に対するぬれ性(均質塗工性)、塗膜表面の面状を良好なものとできると考えている。
本発明のフッ素原子含有共重合体は、後述する一次構造を有している。
この一次構造は、フッ素原子含有共重合体を形成する繰り返し単位が1種である場合、グラフト構造、分岐構造又は星型構造であり、上記繰り返し単位が2種以上である場合、ブロック構造、グラフト構造、分岐構造又星型構造である。
フッ素原子含有共重合体は、上記一次構造を1種有していても、2種以上を有していてもよい。
以下の説明においては、理解のため、1~4種の繰り返し単位A~Dからなるポリマー(共重合体)を例に挙げるが、本発明においては、後述するように、繰り返し単位は1~4種に限定されない。また、図中における繰り返し単位A、B、C及びDはそれぞれ別の構造(繰り返し単位)で置き換えることができる。
また、本発明において、「繰り返し単位からなる」とは、特定の繰り返し単位のみからなる態様に加えて、特定の繰り返し単位と、これとは別の1種以上の繰り返し単位からなる態様を包含する。別の繰り返し単位としては、特に限定されないが、例えば、グラフト鎖を導入するための、重合性基を有する化合物由来の繰り返し単位、又は、後述する、2種以上の構成成分からなる繰り返し単位が挙げられる。
本発明において、ブロック構造とは、単一種の繰り返し単位からなる部分構造同士の主鎖方向が、ポリマー鎖内において単一の直線方向である構造をいう。ブロック構造は、2種以上の繰り返し単位からなる。
本発明において、1つの繰り返し単位が2種以上の構成成分からなる場合、単一種の繰り返し単位からなる部分構造は、各構成成分が同一である繰り返し単位が結合してなる部分構造と、構成成分の少なくとも一つが異なる繰り返し単位を含んでなる部分構造を含む。
図1Aに示すブロック構造は、繰り返し単位Aからなる部分構造と、繰り返し単位Bからなる部分構造とが、ポリマー鎖内において単一の直線方向に、結合したブロック構造(A-B型)である。図1Bに示すブロック構造は、繰り返し単位Aからなる部分構造の両端部に対し、繰り返し単位Bからなる部分構造がポリマー鎖内において単一の直線方向に結合したブロック構造(B-A-B型)である。図1Cに示すブロック構造は、繰り返し単位Bからなる部分構造と、繰り返し単位Aからなる部分構造と、更に第3成分として繰り返し単位Cからなる部分構造とが、この順で、ポリマー鎖内において単一の直線方向に結合したブロック構造である。図1Dに示すブロック構造は、図1Cに示すブロック構造において、繰り返し単位Cからなる部分構造に、更に第4成分として繰り返し単位Dからなる部分構造がポリマー鎖内において単一の直線方向に結合したブロック構造である。図1Eに示すブロック構造は、繰り返し単位Aからなる部分構造と、繰り返し単位Bからなる部分構造とが、ポリマー鎖内において単一の直線方向に交互に2回繰り返された(結合した)ブロック構造である。
Rは、末端基を示し、後述する末端構造の末端基と同義である。
本発明において、グラフト構造とは、下記の条件(G-1)~(G-3)をともに満たすものを意味する。
(G-1)1種類又は2種類以上の繰り返し単位からなるポリマーPAG1(幹ポリマーともいう)に対し、1種類又は2種類以上の繰り返し単位からなる別のポリマーPBG1(枝ポリマーともいう)が1つ以上結合した構造である。
(G-2)ポリマー鎖内において、上記ポリマーPBG1の主鎖方向と、上記ポリマーPAG1の主鎖方向とは異なる。
(G-3)上記ポリマーPBG1に対し、上記ポリマーPBG1の主鎖方向と異なる主鎖方向を有するポリマーPBG2が結合していない。
更に、ポリマーPAG1に結合するポリマーPBG1の数は、1つ以上であればよく、フッ素原子含有共重合体の特性等に応じて適宜に決定される。例えば、1個以上とすることができ、200個以下とすることができる。好ましくは100個以下であり、より好ましくは50個以下である。
図2Aに示すグラフト構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAG1(幹ポリマー)に対し、繰り返し単位AからなるポリマーPBG1(枝ポリマー)が3本結合したグラフト構造である。図2Bに示すグラフト構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAG1(幹ポリマー)に対し、繰り返し単位AからなるポリマーPBG1(枝ポリマー)が6本結合したグラフト構造である。図2Cに示すグラフト構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAG1(幹ポリマー)に対し、繰り返し単位BからなるポリマーPBG1(枝ポリマー)が3本結合したグラフト構造である。
すなわち、図2Dに示すグラフト構造は、繰り返し単位A及び繰り返し単位Cからなるランダム構造のポリマーPAG1(幹ポリマー)に対し、繰り返し単位BからなるポリマーPBG1(枝ポリマー)が3本結合したグラフト構造である。図2Eに示すグラフト構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAG1(幹ポリマー)に対し、繰り返し単位BからなるポリマーPBG1-Bが2本と、繰り返し単位CからなるポリマーPBG1―Cが1本結合したグラフト構造である。図2Fに示すグラフト構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAG1(幹ポリマー)に対し、繰り返し単位B及びCからなるブロック構造(交互共重合構造を含む)のポリマーPBG1-BCが3本結合したグラフト構造である。図2Gに示すグラフト構造は、繰り返し単位A及びBからなるランダム構造のポリマーPAG1―AB(幹ポリマー)に対し、繰り返し単位C及びDからなるブロック構造(交互共重合構造を含む)のポリマーPBG1-CDが3本結合したグラフト構造である。
図3において、X及びYは重合反応性基を表し、W及びZは反応性基を表す。ここで、Zが表す反応性基とは、反応性基Wに対して重合とは異なる反応によってポリマーの部分構造を形成する基となるものを意味する。
本発明において、スター構造(星型構造)とは、下記の条件(S-1)~(S-3)をともに満たすものを意味する。
(S-1)ポリマー中に核を1つ有する。
(S-2)上記核に対し、1種類又は2種類以上の繰り返し単位からなるポリマーPAS1が3つ以上結合している。
(S-3)上記ポリマーPAS1に対し、上記ポリマーPAS1の主鎖方向と異なる主鎖方向を有し、かつ、1種類又は2種類以上の繰り返し単位からなるポリマーPBS1が結合していない。
また、「核」とは、上記ポリマーPAS1が結合可能な多分岐構造(基)を意味し、多数(例えば2~12本)のポリマーが生える中心点となる。
上記スター構造において、ポリマーPAS1を形成する繰り返し単位の結合様式(構造)は、特に限定されず、ブロック構造でもランダム構造でもよい。
図4Aに示すスター構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAS1が核に対して4本結合した構造である。図4Bに示すスター構造は、繰り返し単位A及びBをランダム構造で有するポリマーPAS1が核に対して4本結合した構造である。図4Cに示すスター構造は、繰り返し単位Aからなる部分構造及び繰り返し単位Bからなる部分構造をブロック構造で有するポリマーPAS1が、その繰り返し単位Aを介して、核に対して4本結合した構造である。図4Dに示すスター構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAS1が核に対して8本結合した構造である。
上述した重合方法については、遠藤剛編、澤本光男他著、「高分子の合成(上)-ラジカル重合・カチオン重合・アニオン重合」、講談社、2010年、p110-113を参照することができる。
更に、スター構造を有するポリマーの合成には、アニオン重合も用いることができ、遠藤剛編、澤本光男他著、「高分子の合成(上)-ラジカル重合・カチオン重合・アニオン重合」、講談社、2010年、p395-402を参照することができる。
上述した核としては、以下に記載の化合物が例として挙げられる。また、遠藤剛編、澤本光男他著、「高分子の合成(上)-ラジカル重合・カチオン重合・アニオン重合」、講談社、2010年、p110-113を参照することができる。
本発明において、分岐構造とは、下記の条件(B-1)~(B-3)をともに満たすものを意味する。
(B-1)ポリマー中に核を1つ以上有する。
(B-2)上記核に対し、1種類又は2種類以上の繰り返し単位からなるポリマーPAB1が2つ以上結合している。
(B-3)上記ポリマーPAB1に対し、上記ポリマーPAB1の主鎖方向と異なる主鎖方向を有し、かつ、1種類又は2種類以上の繰り返し単位(世代)からなるポリマーPBB1が(核を介して)結合している。
上記条件(B-3)は、複数回満たすことができる。すなわち、上記のように結合したポリマーPBB1に対して、更に別のポリマーPBB1が(B-3)に規定の方向に結合する(各世代が繰り返してポリマー化する)ことができる(樹木状多分岐構造)。この場合、条件(B-3)を満たす複数回は、2回以上であればよく、フッ素原子含有共重合体の特性等に応じて適宜に決定される。例えば、2~7回とすることができる。
更に、ポリマー中に有する核の数は、1つ以上であればよく、フッ素原子含有共重合体の特性等に応じて適宜に決定される。例えば、1個以上とすることができ、150個以下とすることができる。また、核に結合するポリマーPAB1の数は、2つ以上であればよく、フッ素原子含有共重合体の特性等に応じて適宜に決定される。例えば、2個以上とすることができ、20個以下とすることができる。更に、ポリマーPAB1に対して結合するポリマーPBB1の数は、フッ素原子含有共重合体の特性等に応じて適宜に決定され、例えば、1個以上とすることができ、150個以下とすることができる。特に、1個のポリマーPAB1(核)に結合するポリマーPBB1の数は2個以上が好ましい。
図5A及び図5Bに示す分岐構造は、核に対して結合したポリマーPAB1に対し、更に結合したポリマーPBB1を有する。すなわち、核から末端方向に従って繰り返し単位Aが次々と分岐した、樹木状多分岐構造である。図5Cに示す分岐構造は、分岐鎖の端部から繰り返し単位Bを分岐状に有すること以外は図5Bに示す樹木状多分岐構造と同じ構造である。図5Dに示す分岐構造は、繰り返し単位A及び繰り返し単位Bを分岐状にランダムな配列で有すること以外は図5Bに示す樹木状多分岐構造と同じ構造である。図5Eに示す分岐構造は、分岐鎖の端部から繰り返し単位B(第2世代)を分岐状に有し、更にその途中から第3成分として繰り返し単位C(第3世代)を分岐状に有すること以外は図5Bに示す樹木状多分岐構造と同じ構造である。図17Fに示す分岐構造は、繰り返し単位AからなるポリマーPAS1が核に対して5本結合したスター構造2つが、各スター構造の1つのポリマーPAS1同士で結合された構造である。
上述した核としては、Macromolecules,2005,38(21),p8701-8711、Macromolecules,2006,39(22),p4361-4365、又は、遠藤剛編、澤本光男他著、「高分子の合成(上)-ラジカル重合・カチオン重合・アニオン重合」、講談社、2010年、p402-414を参照することができる。
上記一次構造の同定については、「若手研究者のための有機・高分子測定ラボガイド」、講談社、2006年が参照できる。
フッ素原子含有共重合体を形成する繰り返し単位は、1種又は2種以上であれば特に限定されない。2種以上の繰り返し単位からなる、ブロック構造、グラフト構造、分岐構造若しくはスター構造の場合、繰り返し単位は、2~10種が好ましく、2~5種がより好ましく、2種又は3種が更に好ましい。繰り返し単位については後述する。
フッ素原子含有共重合体がグラフト構造を有する場合、数平均分子量(Mn)を用いて、端部の数を求めることができる。
例えば、モノマーAと、マクロモノマーAA-1(Mn=5,000)の共重合によってグラフト構造を有するコポリマー(Mn=100,000)を合成した場合は、
(端部の個数)=(コポリマーの数平均分子量)/(マクロモノマーの数平均分子量)+(幹の末端の個数)
より、
(端部の個数)=100,000/5,000+2
=22(個)
として、算出することができる。
ここで、コポリマー及びマクロモノマーの数平均分子量は、後述する実施例で記載する方法等で測定することができる。
スター構造の場合は、
(端部の個数)=(核に用いた化合物の最大分岐数)
となる。
また、分岐構造の場合は、核の分岐数に各分岐点において用いた核の最大分岐数を掛け合わせることにより算出される。すなわち、
(端部の個数)=核の最大分岐数×(分岐点1に用いた核の最大分岐数)×(分岐点2に用いた核の最大分岐数)×…×(分岐点nに用いた核の最大分岐数)
として算出することができる。ここで、nは分岐点の数(世代数-1と同義)を表す。
ブロック構造の場合、端部の個数は2である。
炭素環または複素環を含有する繰り返し単位は、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。炭素環または複素環を含有する繰り返し単位を2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
反応性基を含む基を有する繰り返し単位は、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。反応性基を含む基を有する繰り返し単位を2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
フッ素原子含有共重合体の重量平均分子量(Mw)は、1000~500000が好ましく、1500~400000がより好ましく、2000~300000がさらに好ましい。
フッ素原子含有共重合体の数平均分子量(Mn)は、500~250000が好ましく、1000~200000がより好ましく、1500~150000がさらに好ましい。
フッ素原子含有共重合体の分散度(Mw/Mn)は、1.00~20.00が好ましく、1.00~18.00がより好ましく、1.00~16.00がさらに好ましい。
この範囲であると、汎用溶剤への溶解性および組成物との混和性に優れ、なおかつ本発明の主眼である光学異方性層の配向の均一性との両立が可能である。
フッ素原子含有共重合体を2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
なお、全固形分とは、光学異方性層を形成する成分を意図し、溶媒は含まれない。また、光学異方性層を形成する成分であれば、その性状が液体状であっても、固形分とみなす。
本発明の液晶フィルムは、液晶組成物を用いて形成される光学異方性層と支持体とを少なくとも有する。
また、上記液晶組成物は、重合性液晶化合物および上記フッ素原子含有共重合体を含む。
以下、本発明の液晶フィルムを構成する各層について説明する。
<液晶組成物>
光学異方性層は、液晶組成物(光学異方性層形成用組成物)を用いて形成される。液晶組成物は、少なくとも、フッ素原子含有含有共重合体、および、重合性液晶化合物を含む。 以下、液晶組成物に含まれる成分について説明する。
液晶組成物は、重合性液晶化合物を含む。
重合性液晶化合物とは、重合性基を少なくとも1つ以上有する液晶化合物である。
一般的に、液晶化合物はその形状から、棒状タイプと円盤状タイプとに分類できる。さらにそれぞれ低分子と高分子タイプとがある。高分子とは一般に重合度が100以上のものを指す(高分子物理・相転移ダイナミクス,土井 正男 著,2頁,岩波書店,1992)。
重合性液晶化合物は、重合性基を有する限り、いずれの液晶化合物を用いることもでき、中でも、棒状の重合性液晶化合物または円盤状の重合性液晶化合物を用いるのが好ましく、棒状の重合性液晶化合物を用いるのがより好ましい。
なお、液晶組成物が、重合性液晶化合物以外の液晶化合物を含んでいてもよい。
なお、液晶化合物が重合によって固定された後においてはもはや液晶性を示す必要はないが、こうして形成された層は便宜上液晶層と称することがある。液晶層は、配向した液晶化合物が、その配向状態を保ったまま固定された層であるのが好ましい。
また、棒状の重合性液晶化合物は、逆波長分散性の重合性液晶化合物であるのが好ましい。
ここで、本明細書において「逆波長分散性」の重合性液晶化合物とは、これを用いて作製された位相差フィルム(光学異方性層等)の特定波長(可視光範囲)における面内のレターデーション値(Re)を測定した際に、測定波長が大きくなるにつれてReが同等または高くなるものをいう。
具体的には、下記式を満たす光学異方性層を形成することができる重合性液晶化合物が好ましい。
Re(450)/Re(550)<1.00
ここで、上記式中、Re(450)は、光学異方性層の波長450nmにおける面内レターデーションを表し、Re(550)は、光学異方性層の波長550nmにおける面内レターデーションを表す。面内レターデーションの値は、AxoScan OPMF-1(オプトサイエンス社製)を用い、測定波長の光を用いて測定することができる。
重合性液晶化合物は、一般式(A1)~(A5)で表される基からなる群から選択される基を有する化合物であるのが好ましい。このような基を有することで、重合性液晶化合物に、逆波長分散性を導入しやすい。
一般式(A1)中、Q1は、NまたはCHを表し、Q2は、-S-、-O-、または、-N(J5)-を表し、J5は、水素原子または炭素数1~6のアルキル基を表し、Y1は、置換基を有してもよい、炭素数6~12の芳香族炭化水素基、または、炭素数3~12の芳香族複素環基を表す。
J5が示す炭素数1~6のアルキル基としては、具体的には、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、および、n-ヘキシル基等が挙げられる。
Y1が示す炭素数6~12の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、2,6-ジエチルフェニル基、および、ナフチル基等のアリール基が挙げられる。
Y1が示す炭素数3~12の芳香族複素環基としては、例えば、チエニル基、チアゾリル基、フリル基、および、ピリジル基等のヘテロアリール基が挙げられる。
また、Y1が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、および、ハロゲン原子等が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、炭素数1~18の直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基が好ましく、炭素数1~8のアルキル基(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、sec-ブチル基、t-ブチル基、および、シクロヘキシル基等)がより好ましく、炭素数1~4のアルキル基がさらに好ましく、メチル基またはエチル基が特に好ましい。
アルコキシ基としては、例えば、炭素数1~18のアルコキシ基が好ましく、炭素数1~8のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n-ブトキシ基、および、メトキシエトキシ基等)がより好ましく、炭素数1~4のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基またはエトキシ基が特に好ましい。
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、および、ヨウ素原子等が挙げられ、中でも、フッ素原子、または、塩素原子が好ましい。
炭素数1~20の一価の脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~15のアルキル基が好ましく、炭素数1~8のアルキル基がより好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert-ペンチル基(1,1-ジメチルプロピル基)、tert-ブチル基、または、1,1-ジメチル-3,3-ジメチル-ブチル基がさらに好ましく、メチル基、エチル基、または、tert-ブチル基が特に好ましい。
炭素数3~20の一価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、メチルシクロヘキシル基、および、エチルシクロヘキシル基等の単環式飽和炭化水素基;シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘプテニル基、シクロオクテニル基、シクロデセニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキサジエニル基、シクロオクタジエニル基、および、シクロデカジエン等の単環式不飽和炭化水素基;ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、ビシクロ[2.2.2]オクチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、トリシクロ[3.3.1.13,7]デシル基、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデシル基、および、アダマンチル基等の多環式飽和炭化水素基;等が挙げられる。
炭素数6~20の一価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、2,6-ジエチルフェニル基、ナフチル基、および、ビフェニル基等が挙げられ、炭素数6~12のアリール基(特にフェニル基)が好ましい。
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、および、ヨウ素原子等が挙げられ、中でも、フッ素原子、塩素原子、または、臭素原子が好ましい。
一方、J6~J8が示す炭素数1~6の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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、および、n-ヘキシル基等が挙げられる。
J9が示す置換基としては、上記一般式(A1)中のY1が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
また、Xが示す第14~16族の非金属原子としては、例えば、酸素原子、硫黄原子、置換基を有する窒素原子、および、置換基を有する炭素原子が挙げられ、置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキル置換アルコキシ基、環状アルキル基、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基等)、シアノ基、アミノ基、ニトロ基、アルキルカルボニル基、スルホ基、および、水酸基等が挙げられる。
また、上記一般式(A4)~(A5)中、Ayは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基、または、芳香族炭化水素環および芳香族複素環からなる群から選択される少なくとも1つの芳香環を有する、炭素数2~30の有機基を表す。
ここで、AxおよびAyにおける芳香環は、置換基を有していてもよく、AxとAyとが結合して環を形成していてもよい。
また、Q3は、水素原子、または、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基を表す。
AxおよびAyとしては、特許文献3(国際公開第2014/010325号)の[0039]~[0095]段落に記載されたものが挙げられる。
また、Q3が示す炭素数1~6の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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、および、n-ヘキシル基等が挙げられ、置換基としては、上記一般式(A1)中のY1が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
中でも、重合性液晶化合物は、一般式(W)で表される逆波長分散性の重合性液晶化合物が好ましい。
E1-SP1-A1-D3-G1-D1-Ar-D2-G2-D4-A2-SP2-E2 ・・(W)
また、上記一般式(W)中、G1およびG2は、それぞれ独立に、炭素数5~8の二価の脂環式炭化水素基を表し、脂環式炭化水素基を構成する-CH2-の1個以上が-O-、-S-または-NH-で置換されていてもよい。
また、上記一般式(W)中、A1およびA2は、それぞれ独立に、炭素数6以上の芳香環基、または、炭素数6以上のシクロアルキレン環基を表す。
また、上記一般式(W)中、SP1およびSP2は、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~12の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、または、炭素数1~12の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基を構成する-CH2-の1個以上が-O-、-S-、-NH-、-N(Q)-、もしくは、-CO-に置換された二価の連結基を表し、Qは、置換基を表す。
また、上記一般式(W)中、E1およびE2は、それぞれ独立に一価の有機基を表し、E1およびE2の少なくとも一方は重合性基を表す。ただし、Arが、上述の一般式(A3)で表される基である場合は、E1およびE2ならびに上述の一般式(A3)中のE3およびE4の少なくとも1つが重合性基を表す。
また、上記一般式(W)中、A1およびA2が示す炭素数6以上のシクロアルキレン環基としては、例えば、シクロヘキサン環基、および、シクロヘキセン環基等が挙げられ、なかでも、シクロヘキサン環(例えば、シクロヘキサン-1,4-ジイル基等)が好ましい。
ラジカル重合性基としては、一般に知られているラジカル重合性基を用いることができ、アクリロイル基またはメタクリロイル基が好ましい。この場合、重合速度はアクリロイル基が一般的に速いことが知られており、生産性向上の観点からアクリロイル基が好ましいが、メタクリロイル基も高複屈折性液晶の重合性基として同様に使用できる。
カチオン重合性基としては、一般に知られているカチオン重合性基を用いることができ、具体的には、脂環式エーテル基、環状アセタール基、環状ラクトン基、環状チオエーテル基、スピロオルソエステル基、および、ビニルオキシ基等が挙げられる。中でも、脂環式エーテル基、または、ビニルオキシ基が好ましく、エポキシ基、オキセタン基、または、ビニルオキシ基がより好ましい。
特に好ましい重合性基の例としては下記が挙げられる。
重合性液晶化合物としては、液晶便覧(液晶便覧編集委員会編、丸善(株)2000年10月30日発行)に掲載された重合性液晶化合物、および、公知の重合性液晶化合物を使用してもよい。
重合性液晶化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。
重合性液晶化合物を2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
液晶組成物の固形分とは、光学異方性層を形成し得る成分であり、溶媒は含まれない。なお、上記成分の性状が液体状であっても、光学異方性層を形成し得る場合は、固形分として計算する。
逆波長分散性である重合性液晶化合物(好ましくは、一般式(W)で表される重合性液晶化合物)は、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。逆波長分散性である重合性液晶化合物を2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
なお、上記液晶化合物の全質量とは、液晶組成物中の液晶性を示す化合物の合計質量であり、液晶組成物が非重合性の液晶化合物をも含む場合は、重合性液晶化合物のみならず、非重合性の液晶化合物の質量をも加えて得られる質量である。
液晶組成物は、重合開始剤を含んでいてもよい。
使用される重合開始剤は、重合反応の形式に応じて選択され、例えば、熱重合開始剤、および、光重合開始剤が挙げられる。
光重合開始剤としては、ベンゾイン化合物、ベンゾフェノン化合物、アルキルフェノン化合物、アシルホスフィンオキサイド化合物、トリアジン化合物、オキシムエステル類、および、オニウム塩類等が挙げられる。必要に応じ、増感剤および/または連鎖移動剤と組み合わせることができる。
液晶組成物中、重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物と後述の非液晶性の重合性モノマーとの合計含有量に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.5~5質量%がより好ましい。
重合開始剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。重合開始剤を2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
液晶組成物は、塗工膜の均一性および膜の強度の観点から、非液晶性の重合性モノマーを含んでいてもよい。
非液晶性の重合性モノマーとしては、ラジカル重合性またはカチオン重合性の化合物が挙げられる。例えば、多官能性ラジカル重合性モノマーを使用でき、上記の重合性基含有の液晶化合物と共重合性のものが好ましい。例えば、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル(例、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-シクロヘキサンジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,2,3-シクロヘキサンテトラメタクリレート、ポリウレタンポリアクリレート、ポリエステルポリアクリレート)、ビニルベンゼン及びその誘導体(例、1,4-ジビニルベンゼン、4-ビニル安息香酸-2-アクリロイルエチルエステル、1,4-ジビニルシクロヘキサノン)、ビニルスルホン(例、ジビニルスルホン)、アクリルアミド(例、メチレンビスアクリルアミド)及びメタクリルアミドが挙げられ、特に多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルが好ましい。
液晶組成物中、非液晶性の重合性モノマーの含有量は、重合性液晶化合物の全質量に対して、1~50質量%が好ましく、2~30質量%がより好ましい。
非液晶性の重合性モノマーは、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。
非液晶性の重合性モノマーを2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
液晶組成物は、有機溶媒を含んでいてもよい。有機溶媒としては、上述した重合性液晶化合物を完全に溶解し得るものが好ましく、重合性液晶化合物の重合反応に不活性な溶剤が好ましい。
有機溶媒としては、メタノール、エタノール、エチレングリコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、および、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、および、乳酸エチル等のエステル溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、および、メチルイソブチルケトン等のケトン溶剤;ペンタン、ヘキサン、および、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶剤;トルエンおよびキシレン等の芳香族炭化水素溶剤、アセトニトリル等のニトリル溶剤;テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、および、ジメトキシエタン等のエーテル溶剤;クロロホルムおよびクロロベンゼン等の塩素含有溶剤;等が挙げられる。
液晶組成物中の有機溶媒の含有量は、例えば、液晶組成物の固形分濃度が、13~50質量%となる量が好ましく、15~40質量%となる量がより好ましい。
有機溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。有機溶媒を2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記範囲内であるのが好ましい。
液晶組成物は、上述した以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分として、例えば、光学異方性層の配向性の調整等の観点から、界面活性剤およびカイラル剤等を使用してもよい。
また、液晶組成物の粘度、相転移温度、配向均一性の調整、光学異方性層の膜物性、および、光学特性の調整等の観点から、サブ液晶化合物(非重合性の液晶化合物)を使用してもよい。サブ液晶化合物は、低分子液晶化合物であってもよい。また、サブ液晶化合物は、主鎖型液晶高分子または側鎖型液晶高分子であってもよい。
液晶組成物のポットライフ付与、および、光学異方性層の耐久性向上等の観点から、重合禁止剤、酸化防止剤、および、紫外線吸収剤等を使用してもよい。
さらなる機能付与、液物性の調整、および、膜物性の調整等の観点から、可塑剤、レターデーション調整剤、二色性色素、蛍光色素、フォトクロミック色素、サーモクロミック色素、光異性化材料、光二量化材料、ナノ粒子、および、チキソ剤等を添加してもよい。
液晶組成物を用いた光学異方性層の形成方法は特に限定されず、例えば、支持体上に直接、液晶組成物を塗布して塗膜を形成し、得られた塗膜に対して加熱および/または冷却等の配向形成処理、および、硬化処理(紫外線の照射(光照射処理)または加熱処理)を施すことにより光学異方性層を形成できる。また、後述する配向膜上に、液晶組成物を塗布して、上述したのと同様の処理をして光学異方性層を形成してもよい。
液晶組成物の塗布は、公知の方法(例えば、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、および、ダイコーティング法)により実施できる。
光学異方性層は、水平配向、垂直配向、傾斜配向、ハイブリッド配向、ランダムホモジニアス配向、および、コレステリック配向等種々の配向状態で配向させることができ、重合性液晶化合物の光学異方性と配向状態を適切に選択することにより種々の光学特性を付与できる。
Aプレートは、ポジティブAプレート(正のAプレート)とネガティブAプレート(負のAプレート)との2種があり、フィルム面内の遅相軸方向(面内での屈折率が最大となる方向)の屈折率をnx、面内の遅相軸と面内で直交する方向の屈折率をny、厚み方向の屈折率をnzとしたとき、ポジティブAプレートは式(A1)の関係を満たすものであり、ネガティブAプレートは式(A2)の関係を満たすものである。なお、ポジティブAプレートはRthが正の値を示し、ネガティブAプレートはRthが負の値を示す。
式(A1) nx>ny≒nz
式(A2) ny<nx≒nz
なお、上記「≒」とは、両者が完全に同一である場合だけでなく、両者が実質的に同一である場合も包含する。「実質的に同一」とは、例えば、(ny-nz)×d(ただし、dはフィルムの厚みである)が、-10~10nm、好ましくは-5~5nmの場合も「ny≒nz」に含まれ、(nx-nz)×dが、-10~10nm、好ましくは-5~5nmの場合も「nx≒nz」に含まれる。
Cプレートは、ポジティブCプレート(正のCプレート)とネガティブCプレート(負のCプレート)との2種があり、ポジティブCプレートは式(C1)の関係を満たすものであり、ネガティブCプレートは式(C2)の関係を満たすものである。なお、ポジティブCプレートはRthが負の値を示し、ネガティブCプレートはRthが正の値を示す。
式(C1) nz>nx≒ny
式(C2) nz<nx≒ny
なお、上記「≒」とは、両者が完全に同一である場合だけでなく、両者が実質的に同一である場合も包含する。「実質的に同一」とは、例えば、(nx-ny)×d(ただし、dはフィルムの厚みである)が、0~10nm、好ましくは0~5nmの場合も「nx≒ny」に含まれる。
光学異方性層は、逆波長分散性を示すのが好ましい。具体例としては、光学異方性層が、一軸性の位相差層として、下記式(II)を満たすのが好ましい。
Δn(450)/Δn(550)<1.00 ・・・(II)
ここで、式(II)中、Δn(450)は、光学異方性層の波長450nmにおける屈折率最大方向とその直交方向の屈折率差を表し、Δn(550)は、光学異方性層の波長550nmにおける屈折率最大方向とその直交方向の屈折率差を表す。
本発明の液晶フィルムは、上述したように、支持体を有する。支持体としては特に制限はなく、公知の種々の材料を用いることができる。中でも、連続生産を可能とする点で、長尺状のポリマーフィルムが好ましい。
ポリマーフィルムとしては、ポリプロピレン、および、ノルボルネン系ポリマー等のポリオレフィン・環状オレフィン系樹脂;ポリビニルアルコール;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、および、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂;ポリメチルメタクリレート等のポリメタクリル酸エステル・ポリアクリル酸エステル;トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、および、セルロースアセテートプロピオネート等のセルロースエステル;ポリエチレンナフタレート;ポリカーボネート;ならびに、これらの共重合体等をフィルム化したポリマーフィルムが挙げられる。これらのポリマーフィルムは、引張弾性率、曲げ弾性率、平行光線透過率、ヘイズ、光学異方性、光学等方性、易剥離性、および、易接着性等の観点に基づいて適宜選択できる。
また、支持体上に後述の配向層を設け、液晶組成物を配向層に塗布して光学異方性層を形成する場合は、配向層の表面が平滑であればよく、その表面粗さRaは3~50nmであるのが好ましい。後述する中間層等を設けて、これらの表面粗さを調整することも可能である。
本発明の液晶フィルムは、必要に応じ、配向層を有してもよい。配向性がより優れる光学異方性層を得やすいという観点からは支持体上に配向層を設け、さらに配向層上に上述の光学異方性層を設けるのが好ましい。つまり本発明の液晶フィルムは、支持体と光学異方性層との間に光配向層を有するのが好ましい。
異物に起因する配向欠陥を未然に防ぐ観点から、配向層としては、光配向膜からなる光配向層も好ましい。
中でも、光配向に要する照射エネルギーおよび配向規制力等の観点から、アゾ基の光異性化反応を用いる光配向膜、または、シンナメート化合物の光反応を用いる光配向膜が好ましい。
本発明の液晶フィルムは、必要に応じさらにその他の層を含むことができる。例えば、平滑化層、易接着層、易剥離層、遮光層、着色層、蛍光層、酸素バリア層、および、水蒸気バリア層等が挙げられる。このような層の機能を1つ以上有する層を中間層と総称する。中間層は、上述したような機能以外の機能を有する層であってもよい。
中間層を、例えば、支持体と光学異方性層との間、および/または、支持体と上述の配向層との間等に設けて、種々の機能を発現させることができる。
本発明の液晶フィルムは、例えば、支持体上に、各層を形成するための組成物(液晶組成物等)を順次積層塗布していくことで作製できる。
好ましい一つの様態として、下記工程(1)~(4)を順に有する態様が挙げられる。
(1)支持体上に配向膜形成用組成物を塗布して、塗膜を得る工程(塗布工程)
(2)塗膜にラビング処理または光配向処理を施して配向規制力を付与し、上記塗膜を配向層とする工程(配向規制力付与工程)
(3)配向層上に液晶組成物を塗布する工程
(4)重合性液晶化合物を配向させた後に配向状態を固定する工程
なお、工程(3)以降は、光学異方性層の形成方法として述べたとおりである。
塗布工程における塗布方法は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコーティング、ダイコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、および、インクジェット印刷等が挙げられる。配向膜形成用組成物の塗布の後に溶剤除去工程(乾燥工程)を伴うことが好ましく、さらにポストベーク工程を伴うことができる。
配向規制力付与工程は、配向膜形成用組成物を用いて形成された塗膜にラビング処理または光照射処理等を行う工程である。ラビング処理は従来公知の方法で行うことができる。
光配向膜形成用組成物を用いて形成された塗膜に対する光照射処理は、偏光を照射するのが好ましい。偏光は特に制限はなく、例えば、直線偏光、円偏光、および、楕円偏光等が挙げられ、中でも、直線偏光が好ましい。水平配向した液晶層を形成する観点では垂直方向から偏光照射するのが好ましく、傾斜配向またはチルトを与える観点からは斜め方向から偏光を照射するのが好ましい。
また、偏光または非偏光を照射するための光源としては、例えば、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、レーザー、および、LED(light emitting diode)等が挙げられる。必要に応じ、光源から得た紫外線や可視光線に対して、干渉フィルタまたは色フィルタ等を用いることで、照射する波長範囲を制限することができる。また、これらの光源からの光に対して、偏光フィルタまたは偏光プリズム等を用いることで、直線偏光を得ることができる。
偏光または非偏光の照度としては、光配向膜形成用組成物の塗膜に、液晶化合物に対する配向制御能を付与することができる限り、特に制限はないが、0.1~300mW/cm2が好ましく、1~100mW/cm2がより好ましい。
本発明の光学積層体は、上述した液晶組成物からなる光学異方性層、接着剤、および、光学機能層、を有する光学積層体であって、光学異方性層と上記光学機能層とは、接着層を介して接合されている。本発明の光学積層体において、光学機能層は、さらに異なる層(例えば、別の光学機能層等)と接合していてもよい。
また、本発明の光学積層体において、光学異方性層の空気界面側ではない面が、さらに異なる層(例えば、支持体または別の光学機能層等)と接合していてもよい。
支持体を剥離して除去するにあたって、支持体上に光学異方性層を直接設けている場合は支持体と光学異方性層との界面にて剥離できる。また、支持体と光学異方性層との間に配向層および/またはその他の層(中間層)を設けた場合は、支持体と光学異方性層との間の任意の界面もしくは層内で剥離を行ってもよい。
光学機能層としては、偏光子、光学的に等方な層、位相差層、旋光層、反射層、散乱層、着色層、および、蛍光層等、種々の機能を持つ層を利用できる。
1つの光学機能層は、上述した層のうちの複数の機能を有していてもよい。また、1つの光学機能層が、複数の層からなっていてもよい。光学機能層を構成する複数の層の中の1つ以上は、光学的な機能を有さない層であってもよい。
例えば、光学機能層は、偏光子または位相差層が好ましい。
また、光学機能層は液晶層であるのも好ましい。なお、光学機能層として使用される液晶層は、上述の液晶組成物を用いて形成してもよいし、その他の組成物を用いて形成してもよい。このような液晶層は、例えば、位相差層として使用できる。
偏光子は、光を特定の偏光に変換する機能を有する部材であれば特に限定されず、例えば、従来公知の吸収型偏光子および反射型偏光子が挙げられる。
吸収型直線偏光子としては、ヨウ素系偏光子、二色性染料を利用した染料系偏光子、およびポリエン系偏光子等が挙げられる。ヨウ素系偏光子および染料系偏光子には、塗布型偏光子と延伸型偏光子のいずれも適用できる。汎用性に優れる点で、ポリビニルアルコールにヨウ素または二色性染料を吸着させ、延伸して作製される偏光子が好ましい。
反射型偏光子としては、例えば、複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子、ワイヤーグリッド型偏光子等の反射型直線偏光子、および、選択反射域を有するコレステリック液晶を含む反射型円偏光子等が挙げられる。
なお、光学異方性層の空気界面側であった面と接着層を介して接合する光学機能層として偏光子を配置する以外にも、光学異方性層の空気側界面であった面とは反対側の面に、直接または他の層(接着層等)を介して偏光子が配置されるのも好ましい。
光学機能層として使用される位相差層は特に限定されず、公知の種々のものを利用できる。例えば、ポリマーフィルムおよびその延伸配向フィルム、液晶化合物を含む組成物を用いて形成される層(液晶層)、および、無機物を配向させることにより得られる層等が制限なく利用できる。
なお、本発明にて開示した液晶フィルムまたはその光学異方性層を位相差層(光学機能層)として使用してもよい。すなわち、本発明の液晶フィルムまたはその光学異方性層を複数組み合わせて光学積層体としてもよい。
本発明の光学積層体では、本発明の液晶フィルムの光学異方性層の空気界面側であった面と光学機能層とを接合するために接着層が使用されている。接着層を形成する接着剤としては公知の種々の材料を用いることができ、例えば、感圧性接着剤、ホットメルト型接着剤、熱硬化性接着剤、光硬化性接着剤、湿度硬化性接着剤、および、乾燥固化型接着剤等が挙げられる。
光硬化性接着剤としては、例えば、ラジカル重合型(例えば、アクリル系接着剤)とカチオン重合型(例えば、エポキシ系接着剤)とが挙げられる。また、接着剤は、光学機能層への影響が小さく抑えられる点で、無溶剤型の接着剤が好ましい。
本発明の光学積層体は、使用する光学機能層によって種々の用途に適用できる。
本発明の光学積層体は、画像表示装置に適用できる。
画像表示装置に用いられる表示素子は特に限定されず、例えば、液晶セル、有機EL表示素子、および、プラズマディスプレイパネル等が挙げられる。本発明の光学積層体は、表示画質を向上させるための光学補償のために使用することもできるし、外光が表示素子で反射されることによる表示画質の低下を抑制するために使用することもできる。
画像表示装置の一例である液晶表示装置は、上述した本発明の光学積層体と、液晶セルとを有する液晶表示装置である。液晶セルは、VA(Virtical Alignment)モード、OCB(Optical Compensated Bend)モード、IPS(In-Place-Switching)モード、または、TN(Twisted Nematic)が挙げられる。またそれ以外の方式であってもよい。液晶セルに合わせた光学補償構成および輝度向上構成に、本発明の光学積層体を適用して組み合わせることにより、優れた広視野角特性や黒表示の光漏れ防止、高輝度表示を実現できる。
有機EL表示装置が上述の円偏光板を有するのも好ましい。この場合、円偏光板は反射防止板として機能するのが好ましい。
有機EL表示素子としては、公知の構成を広く利用できる。また、有機EL表示装置はさらにタッチパネルを具備していてもよい。
<合成例1:ポリマーP-1の合成>
高分子の合成(講談社、2020年、p60、p108-110及びp387-393を参考に、ポリマーP-1を合成した。
得られたポリマーP-1を以下に示す。
Macromolecules,2006,39(22),4361.を参考に、ポリマーP-3を合成した。
温度計、攪拌羽根及び還流環を備えた500mLの三つ口フラスコを十分に乾燥させ、ベンゼン150mLを加え、-78℃で攪拌してn-BuLi(n-ブチルリチウム、0.16Mのヘキサン溶液)を12.5mL添加した。ペンタフルオロプロピルメタクリレートpreA-2(繰り返し単位A-2を導く化合物preA-2。以下、繰り返し単位X-Yを導く化合物をpreX-Yということがある。)を10.0g加え、1時間攪拌した。温度計、攪拌羽根及び還流環を備えた500mLの三つ口フラスコで、4-(ジクロロメチルシリル)ジフェニルエチレンを196mgと上記反応液を混合した。ここへ、s-BuLi(s-ブチルリチウム、0.53Mのヘキサン溶液)を1.26mL添加し、更にペンタフルオロプロピルメタクリレートpreA-2を5.0g加え、1時間攪拌した後、トリクロロメチルシラン33.2mgを加え攪拌した。反応終了後、少量のメタノールを加え、反応溶液を室温まで放冷し、メチルエチルケトン30gで希釈し、メタノール500mLで再沈殿させて白色固体を得た。得られた白色固体をろ別した後、50℃で終夜乾燥することで目的の分岐構造を有するポリマーP-3を10.0g得た。
得られたポリマーP-3を以下に示す。
このポリマーP-3は、図5Aに示す構造、具体的には、下記ポリマーP-3の右上のSi原子が核となってポリマーPAB1が3つ結合し、更に、このポリマーPAB1に対して上記ジフェニルエチレン由来の核を介してポリマーPBB1が2つ結合した分岐構造を有していた。
100mL三角フラスコにペンタフルオロプロピルメタクリレートpreA-2を25.0g、重合開始剤としてジメチル-2,2’-アゾビスイソブチレートを0.16g、核となる化合物としてテトラキス(3-メルカプトプロピオン酸)ペンタエリトリトールI-4を0.86g、及び、メチルエチルケトンを15.0g量りとり、これらを混合溶解させてモノマー組成物P4を調製した。
次いで、温度計、攪拌羽根及び還流環を備えた300mLの三つ口フラスコに、メチルエチルケトン10.0gを仕込み、窒素気流下、80℃で攪拌した。このメチルエチルケトン中に、上記モノマー組成物P4を、0.31mL/minの速度で滴下した。滴下にはケミカルポンプを使用した。滴下終了後の反応溶液を、更に80℃で2時間反応させ、次いで、ジメチル-2,2’-アゾビスイソブチレート0.02gを更に添加し、得られた混合物を更に3時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を室温(30℃)まで放冷し、メチルエチルケトン70gで希釈し、メタノール1.4L及び水0.4Lの混合溶液にて再沈殿させて白色固体を得た。得られた白色固体をろ別した後、50℃で終夜乾燥することで、目的のP-4を20.0g得た。
得られたポリマーP-4を以下に示す。下記構造において、Rで示す繰り返し単位に付した数字(40)はポリマーPAS1中の繰り返し単位の数を表す。
このポリマーP-4は、図4Aに示す構造、具体的には、繰り返し単位A-2を有するポリマーPAS1が核に対して4本結合したスター構造を有していた。
10mLバイアル瓶に、臭化銅(I)を0.22mg、N,N,N’,N’’,N’’-ペンタメチルジエチレントリアミンを0.17mg、及び、トルエンを1mL加え、均一な触媒溶液を得た。温度計、攪拌羽根及び還流環を備えた200mLの三つ口フラスコに、ペンタフルオロプロピルメタクリレートpreA-2を20.0g、ジメチル-2,2’-アゾビスイソブチレートを0.17g、及び、2-ブロモイソ酪酸エチルを6.7mg量りとり、触媒溶液を加えて、窒素気流下、70℃で20時間攪拌した。
次いで、得られた上記反応溶液に、3.73gのボリブチレングリコールモノアクリレートpreE-1とトルエン2mLの混合溶液を窒素置換した後に添加し、70℃で攪拌した。反応終了後、反応溶液を室温まで放冷し、メチルエチルケトン70gで希釈し、メタノール1.2L及び水0.5Lの混合溶液にて再沈殿させて白色沈殿を得た。得られた白色固体をろ別した後、50℃で終夜乾燥することで目的のP-5を20.0g得た。
得られたポリマーP-5を以下に示す。このポリマーP-5は、2種の繰り返し単位〔a〕からなる図1Aに示す構造、具体的には、繰り返し単位A-2からなる部分構造と、繰り返し単位E-1からなる部分構造とがポリマー鎖内において単一の直線方向に結合したブロック構造(A-B型)であった。
〔光配向膜形成用組成物の調製〕
WO2016/002722号公報の実施例1に記載された光配向膜形成材料を調製し、これを本発明の液晶フィルムの製造に用いた。
下記組成の液晶組成物を調製した。
液晶組成物1
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記重合性液晶化合物L-3 43.00質量部
・下記重合性液晶化合物L-4 43.00質量部
・下記重合性液晶化合物A-1 14.00質量部
・下記重合開始剤S-1(オキシムエステル類) 0.50質量部
・上記フッ素原子含有共重合体P-5 0.23質量部
・ハイソルブMTEM(東邦化学工業社製) 2.00質量部
・NKエステルA-200(新中村化学工業社製) 1.00質量部
・ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業社製)
6.00質量部
・メチルエチルケトン(溶媒) 160.00質量部
・シクロペンタノン(溶媒) 51.00質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
なお、下記重合性液晶化合物L-3およびL-4のアクリロイルオキシ基に隣接する基は、プロピレン基(メチル基がエチレン基に置換した基)を表し、下記重合性液晶化合物L-3およびL-4は、メチル基の位置が異なる位置異性体の混合物を表す。
作成した液晶組成物について、目視にてフッ素原子含有共重合体起因の液濁りの有無を観察し、観察の結果を下記基準に照らして区分した。結果を下記表2に示す。
A:液濁りが全くなく、溶解性に非常に優れる
B:液濁りがわずかにある(濾過で除ける)
C:液が激しく白濁している(濾過で除けない)
(コア層セルロースアシレートドープの作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して、各成分を溶解し、コア層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
コア層セルロースアシレートドープ
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
・特開2015-227955号公報の実施例に
記載されたポリエステル化合物B 12質量部
・下記の化合物G 2質量部
・メチレンクロライド(第1溶媒) 430質量部
・メタノール(第2溶剤) 64質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
上記のコア層セルロースアシレートドープ90質量部に下記のマット剤溶液を10質量部加え、外層セルロースアシレートドープとして用いるセルロースアセテート溶液を調製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
マット剤溶液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
平均粒子サイズ20nmのシリカ粒子
(AEROSIL R972、日本アエロジル(株)製) 2質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 76質量部
メタノール(第2溶剤) 11質量部
上記のコア層セルロースアシレートドープ 1質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
上記コア層セルロースアシレートドープと上記外層セルロースアシレートドープを平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した後、上記コア層セルロースアシレートドープとその両側に外層セルロースアシレートドープとを3層同時に流延口から20℃のドラム上に流延した(バンド流延機)。溶剤含有率略20質量%の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端をテンタークリップで固定し、横方向に延伸倍率1.1倍で延伸しつつ乾燥した。その後、得られたフィルムを熱処理装置のロール間を搬送することにより、さらに乾燥し、厚み40μmの光学フィルムを作製し、これをセルロースアシレートフィルム1とした。セルロースアシレートフィルム1のコア層は厚み36μm、コア層の両側に配置された外層はそれぞれ厚み2μmであった。得られたセルロースアシレートフィルム1の波長550nmにおける面内レターデーションは0nmであった。
得られたセルロースアシレートフィルム1を支持体とした。
作製したセルロースアシレートフィルム1の片側の面に、先に調製した光配向膜形成用組成物をバーコーターで塗布した。
光配向膜形成用組成物を塗布後、得られたフィルムを120℃のホットプレート上で1分間乾燥して溶剤を除去し、厚さ0.3μmの光配向膜形成用組成物層を形成した。
得られた光配向膜形成用組成物層に偏光紫外線照射(10mJ/cm2、超高圧水銀ランプ使用)することで、光配向層を形成した。
次いで、光配向層上に、先に調製した液晶組成物1~7をそれぞれバーコーターで塗布し、液晶組成物層を形成した。
形成した液晶組成物層をホットプレート上でいったん110℃まで加熱した後、60℃に冷却させて配向を安定化させた。
その後、60℃に保ち、窒素雰囲気下(酸素濃度100ppm)で紫外線照射(500mJ/cm2、超高圧水銀ランプ使用)によって配向を固定化し、厚さ2.3μmの光学異方性層を形成し、液晶フィルムを作製した。得られた液晶フィルムの波長550nmにおける面内レターデーションは140nmであった。
作製した液晶フィルムについて、偏光顕微鏡を用いて消光位から2度ずらした状態で観察した。観察した際に部分的な明暗差が存在していない状態を、液晶ダイレクタが均一に配向している(配向性に優れる)と評価した。
観察の結果を下記基準に照らして区分した。結果を下記表1に示す。
A:液晶ダイレクタが均一に整って配向し、表示性能が優れる
B:液晶ダイレクタの乱れが部分的であり、面状が安定している
C:液晶ダイレクタが大幅に乱れて面状が安定せず、表示性能が非常に劣る
裏面側から蛍光灯を照射し、液晶組成物層塗布面(おもて面)側から透過目視面検、及び液晶組成物層塗布面側から蛍光灯を照射した反射目視面検にて3m2検査し、輝点状の欠陥を採取した。更に、採取した欠陥を顕微鏡及びIR、顕微ラマン分光装置で分析して、欠陥部の組成が、正常部と同一であるものの数をカウントし、その値を3で割って1m2当たりのブツ状欠陥の数を算出した。
A:ブツ状欠陥が1m2当たりに換算し0個であり、発生していない
B:ブツ状欠陥が1m2当たりに換算し1~5個発生しているものの、低頻度であり気にならない
C:ブツ状欠陥が1m2当たりに換算し6個以上発生しており、気になる
Claims (7)
- フッ素原子含有共重合体および重合性液晶化合物を含有する液晶組成物であって、
前記フッ素原子含有共重合体が、一般式(1)で表される繰返し単位を含み、ブロック構造、スター構造もしくは分岐構造を有するフッ素原子含有共重合体であり、
前記一般式(1)で表される繰返し単位の含有量が、前記フッ素原子含有共重合体の全繰返し単位に対して、40~60質量%であり、
前記フッ素原子含有共重合体が、一般式(2)で表される繰返し単位、一般式(3)で表される繰返し単位、および、一般式(4)で表される繰返し単位からなる群から選択される繰返し単位を含む、液晶組成物。
- 前記一般式(1)中、Rfのフッ素原子が直接結合している炭素原子数が1~4である請求項1に記載の液晶組成物。
- 前記一般式(1)中、Rfのフッ素原子が直接結合している炭素原子数が4である請求項1に記載の液晶組成物。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶組成物から形成される層を有する光学フィルム。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶組成物から形成される層を有する液晶フィルム。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶組成物から形成される層を有するハードコートフィルム。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶組成物から形成される層を有する偏光板。
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