JP7376600B2 - 光学フィルム - Google Patents
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Description
特許文献1においては、光学異方性層を形成する方法として、樹脂基材にラビング処理を施して、その表面上に液晶化合物を含む組成物を塗布して、光学異方性層を形成する方法が開示されている。
また、形成される光学異方性層においては、液晶化合物の配向不良に起因する光学的欠陥の発生が抑制されることも望まれている。
光学異方性層は、液晶化合物と、液晶化合物とは異なる、ヘテロ原子を有する化合物とを含み、
光学フィルムの光学異方性層側の表面を第1表面とし、光学フィルムの樹脂基材側の表面を第2表面とし、第1表面から第2表面側に向かって、イオンビームを照射しながら飛行時間型2次イオン質量分析法で光学フィルムの深さ方向の成分を分析した際に、後述する要件1および要件2をいずれも満たす、光学フィルム。
(2) ヘテロ原子を有する化合物が、ウレタン基、エステル基、アミド基、および、ボロン酸基からなる群から選択される少なくとも1つを有する、(1)に記載の光学フィルム。
(3) 光学異方性層が、
重合性基を有する液晶化合物と、
重合性基を有する液晶化合物とは異なる、ヘテロ原子を有すると共に、重合性基を有する重合性化合物とを含む組成物を用いて形成された層である、(1)または(2)に記載の光学フィルム。
(4) ヘテロ原子を有すると共に、重合性基を有する重合性化合物が、重合性基を有する繰り返し単位を含み、ヘテロ原子を有する高分子である、(3)に記載の光学フィルム。
(5) 第1表面からA位置までにおける、ヘテロ原子を有する化合物由来の2次イオン強度の平均強度を平均値Iaveとした際、最大値Imaxと平均値Iaveとが式(A)の関係を満たす、(1)~(4)のいずれかに記載に光学フィルム。
式(A) 1.3≦Imax/Iave
(6) Imax/Iaveが、50以上である、(5)に記載の光学フィルム。
(7) C位置とD位置との間の距離が50nm以下である、(1)~(6)のいずれかに記載の光学フィルム。
(8) 樹脂基材が、セルロースアシレートを含む、(1)~(7)のいずれかに記載の光学フィルム。
本明細書において、光学異方性層中において液晶化合物が捩れ配向している場合、その捩れ角は0°超360°未満であることが好ましい。
本明細書では、「(メタ)アクリル」とはアクリルおよびメタクリルの総称であり、「(メタ)アクリレート」とはアクリレートおよびメタクリレートの総称である。
本発明において、Re(λ)およびRth(λ)はAxoScan、Axometrics社製において、波長λで測定した値である。AxoScanにて平均屈折率((nx+ny+nz)/3)と膜厚(d(μm))を入力することにより、
遅相軸方向(°)
Re(λ)=R0(λ)
Rth(λ)=((nx+ny)/2-nz)×d
が算出される。
なお、R0(λ)は、AxoScanで算出される数値として表示されるものであるが、Re(λ)を意味している。
また、ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、および、各種光学フィルムのカタログの値を使用できる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、および、ポリスチレン(1.59)。
後述する要件1は、特定化合物が光学異方性層中において樹脂基材側に偏在することを意味し、要件1を満たすことにより、樹脂基材と光学異方性層との間の密着性が向上する。
後述する要件2は、特定化合物の偏在量を表し、要件2を満たすことにより液晶化合物の配向性が担保され、光学的欠陥の発生が抑制される。
図1は、光学フィルムの一例を示す概略図である。光学フィルム10は、樹脂基材12と、光学異方性層14とをこの順で有する。図1に示すように、樹脂基材12と光学異方性層14とは直接接している。
以下、光学フィルムを構成する各部材について詳述する。
光学フィルムは、樹脂基材を有する。
樹脂基材は、配向規制力を有する。樹脂基材が配向規制力を有するとは、樹脂基材の表面上に液晶化合物が配置された際に、液晶化合物を配向させる力を有することを意味する。つまり、樹脂基材は、液晶化合物に対する配向規制力を有する。
ラビング処理の方向は特に制限されず、液晶化合物を配向させたい方向に応じて、適宜、最適な方向が選択される。
ラビング処理は、LCD(liquid crystal display)の液晶配向処理工程として広く採用されている処理方法を適用できる。即ち、樹脂基材の表面を、紙、ガーゼ、フェルト、ゴム、ナイロン繊維、または、ポリエステル繊維などを用いて一定方向に擦ることにより、配向を得る方法を用いることができる。
樹脂基材としては、例えば、セルロースアシレートフィルム(例えば、セルローストリアセテートフィルム(屈折率1.48)、セルロースジアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム)、ポリオレフィンフィルム(例えば、ポリエチレンフィルムおよびポリプロピレンフィルム)、ポリエステルフィルム(例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムおよびポリエチレンナフタレートフィルム)、ポリアクリルフィルム(例えば、ポリメチルメタクリレート)、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリウレタンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、(メタ)アクリルニトリルフィルム、および、脂環式構造を有するポリマーのフィルム(ノルボルネン系樹脂(アートン:商品名、JSR社製、非晶質ポリオレフィン(ゼオネックス:商品名、日本ゼオン社製)))が挙げられる。
なかでも、樹脂基材を構成する樹脂としては、樹脂基材と光学異方性層との密着性がより優れる点、および、光学異方性層の光学的欠陥の発生がより抑制される点の少なくとも一方の効果が得られる点(以下、単に「本発明の効果がより優れる点」ともいう。)で、セルロースアシレート、ポリ(メタ)アクリレート、脂環式構造を有するポリマー、ポリスチレン、または、ポリカーボネートが好ましく、セルロースアシレートがより好ましい。
なお、樹脂基材のSP値とは、樹脂基材を構成する樹脂のSP値に該当する。
つまり、δa値は、Hoyらの方法により算出される3次元SP値(δd、δp、δh)を用いて、下記式(X)により算出することができる。
δa=(δp2+δh2)0.5 式(X)
Hoyらの方法に従うと、求めたい化合物の化学構造式よりδd、δp、および、δhの各々の値が算出できる。
なお、複数の繰り返し単位からなるコポリマーの場合、各繰り返し単位の3次元SP値の2乗値(δd2、δp2、δh2)に、各繰り返し単位の体積分率を乗じて和を求めることでコポリマーの3次元SP値の2乗値(δd2、δp2、δh2)を算出し、これを上記式(X)に代入することでコポリマーのδa値を求めることができる。
(液晶化合物)
光学異方性層は、液晶化合物を含む。
液晶化合物の種類は特に制限されず、公知の液晶化合物が挙げられる。
液晶化合物としては、低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよい。低分子化合物とは分子量が1000以下の化合物を意味し、高分子化合物は分子量が1000超の化合物を意味する。
光学異方性層に含まれる液晶化合物は、高分子化合物であることが好ましい。
重合性液晶化合物の種類は、特に制限されない。一般的に、液晶化合物はその形状から、棒状タイプ(棒状液晶化合物)と円盤状タイプ(ディスコティック液晶化合物)とに分類できる。さらに、液晶化合物は、低分子タイプと高分子タイプとの分類できる。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)。本発明では、いずれの液晶化合物を用いることもできるが、重合性棒状液晶化合物または重合性円盤状液晶化合物を用いるのが好ましく、重合性棒状液晶化合物を用いるのがより好ましい。2種以上の重合性棒状液晶化合物、2種以上の重合性円盤状液晶化合物、または、重合性棒状液晶化合物と重合性円盤状液晶化合物との混合物を用いてもよい。
なお、重合性棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11-513019号公報の請求項1または特開2005-289980号公報の段落0026~0098に記載のものを好ましく用いることができる。
重合性円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報の段落0020~0067または特開2010-244038号公報の段落0013~0108に記載のものを好ましく用いることができる。
光学異方性層は、上述した液晶化合物とは異なる、ヘテロ原子を有する化合物(特定化合物)を含む。後述するように、特定化合物は光学フィルム中において所定の位置に分布している。
特定化合物は、本発明の効果がより優れる点で、ウレタン基、エステル基、アミド基、および、ボロン酸基からなる群から選択される少なくとも1つを有することが好ましい。
光学異方性層に含まれる特定化合物は、高分子化合物であることが好ましい。
ヘテロ原子としては、本発明の効果がより優れる点で、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、または、ホウ素原子が好ましい。
特定重合性化合物は、本発明の効果がより優れる点で、ウレタン基、エステル基、アミド基、および、ボロン酸基(-B(OH)2)からなる群から選択される少なくとも1つを有することが好ましい。
特定重合性高分子が有するヘテロ原子の種類は、上述した通りである。
特定重合性高分子は、本発明の効果がより優れる点で、ウレタン基、エステル基、アミド基、および、ボロン酸基からなる群から選択される少なくとも1つを有することが好ましい。
後述するように、特定重合性高分子は、単位1中にヘテロ原子を有していてもよい。
これらのうち、(メタ)アクリル系骨格、シロキサン系骨格、および、シクロオレフィン系骨格からなる群から選択される骨格がより好ましく、(メタ)アクリル系骨格がさらに好ましい。
L1は、単結合またはn+1価の連結基を表す。例えば、nが1の場合、L1は2価の連結基を表し、nが2の場合、L1は3価の連結基を表す。なお、L1が単結合の場合、nは1を表す。
2価の連結基としては、2価の連結基としては、置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基(例えば、アルキレン基)、置換基を有していてもよいアリーレン基、置換基を有していてもよいヘテロアリーレン、-O-、-CO-、-NH-、または、これらを2つ以上組み合わせた基が挙げられる。上記のこれらを2つ以上組み合わせた基としては、-CO-O-、-CO-NH-、-O-CO-NH-、-CO-O-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-、-CO-NH-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-、-NH-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-、-CO-O-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-置換基を有していてもよいアリーレン基-、-CO-O-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-O-、-CO-O-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-NH-、-CO-O-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-O-CO-NH-、および、-CO-O-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-O-CO-NH-置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基-O-が挙げられる。
3価の連結基としては、置換基を有していてもよい3価の脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい3価の芳香族基、窒素原子(>N-)、および、これらの基と上記2価の連結基とを組み合わせた基が挙げられる。
なかでも、L1としては、ヘテロ原子を含むn+1価の連結基が好ましく、ヘテロ原子を含む2価の連結基またはヘテロ原子を含む3価の連結基がより好ましく、ウレタン基、エステル基、および、アミド基からなる群から選択される少なくとも1つを含む2価の連結基がさらに好ましい。
ウレタン基、エステル基、および、アミド基からなる群から選択される少なくとも1つを含む2価の連結基としては、ウレタン基、エステル基、および、アミド基からなる群から選択される少なくとも1つと、脂肪族炭化水素基とを組み合わせた基が好ましく、例えば、上記2価の連結基で説明した「これらを2つ以上組み合わせた基」で例示した基が挙げられる。
単位2は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点から、式(2)で表される繰り返し単位が挙げられる。
L2は、単結合または2価の連結基を表す。2価の連結基としては、上述したL1で表される2価の連結基として例示した基が挙げられる。
R3は、置換基を有していてもよい炭化水素基を表す。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、置換基を有していてもよい、脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基(好ましくは、ベンゼン環)が好ましい。
上記脂肪族炭化水素基に含まれる炭素数は特に制限されないが、1~20が好ましく、1~10がより好ましい。
脂肪族炭化水素基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。また、脂肪族炭化水素基は、環状構造を有していてもよい。
置換基は特に制限されないが、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、および、ナフチル基)、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、水酸基が挙げられる。
本発明における重量平均分子量および数平均分子量は、以下に示す条件でゲル浸透クロマトグラフ(GPC)法により測定された値である。
・溶媒(溶離液):THF(テトラヒドロフラン)
・装置名:TOSOH HLC-8320GPC
・カラム:TOSOH TSKgel Super HZM-H(4.6mm×15cm)を3本接続して使用
・カラム温度:40℃
・試料濃度:0.1質量%
・流速:1.0ml/min
・校正曲線:TOSOH製TSK標準ポリスチレン Mw=2800000~1050(Mw/Mn=1.03~1.06)までの7サンプルによる校正曲線を使用
式(3) R4-L3-R5
R4は、重合性基を表す。重合性基の定義は、上述した通りである。
L3は、単結合または2価の連結基を表す。2価の連結基としては、上述したL1で表される2価の連結基として例示した基が挙げられる。
R5は、ボロン酸基またはヒドロキシ基を表す。
光学異方性層には、上述した液晶化合物および特定化合物以外の他の成分が含まれていてもよい。
他の成分としては、後述する光学異方性層を形成するために用いられる組成物に含まれ得る他の成分(例えば、キラル剤)が挙げられる。
また、後述するように、光学異方性層には、樹脂基材を構成する樹脂が含まれていてもよい。特に、光学異方性層の樹脂基材側の表面付近に、樹脂基材を構成する樹脂が含まれていてもよい。
光学フィルムの光学異方性層側の表面を第1表面とし、光学フィルムの樹脂基材側の表面を第2表面とし、第1表面から第2表面側に向かって、イオンビームを照射しながら飛行時間型2次イオン質量分析法で光学フィルムの深さ方向の成分を分析した際に、本発明の光学フィルムは、下記要件1および要件2をいずれも満たす。
要件1:液晶化合物由来の2次イオン強度の最大強度の80%となる2次イオン強度を示す最も第2表面側に位置する深さ位置をA位置とし、樹脂基材を構成する樹脂由来の2次イオン強度の最大強度の80%となる2次イオン強度を示す最も第1表面側に位置する深さ位置をB位置とした際に、A位置とB位置との間のいずれかの深さ位置において、ヘテロ原子を有する化合物由来の2次イオン強度の最大値Imaxを示す。
要件2:ヘテロ原子を有する化合物由来の2次イオン強度の最大値Imaxを示す深さ位置をピーク位置とし、最大値Imaxの2次イオン強度を示す、ピーク位置よりも第1表面側にあり、最もピーク位置に近い深さ位置をC位置とし、最大値Imaxの半分の2次イオン強度を示す、ピーク位置よりも第2表面側にあり、最もピーク位置に近い深さ位置をD位置とした際に、C位置とD位置との間の距離が100nm以下である。
以下、上記要件について、図面を用いて詳述する。なお、以下に示す図においては、発明の内容が理解しやすいように実際のデータとは縮尺などが異なる形で記載してある。
なお、本明細書では、深さ方向とは、光学異方性層の第1表面を基準にして、第2表面に向かう方向を意図する。
図1に示すように、光学フィルム10の光学異方性層14側の表面を第1表面10Aとし、光学フィルム10の樹脂基材12側の表面を第2表面10Bとする。
なお、TOF-SIMS法については、具体的には日本表面科学会編「表面分析技術選書 2次イオン質量分析法」丸善株式会社(1999年発行)に記載されている。
なお、本明細書中、TOF-SIMSで光学フィルムの深さ方向の成分を分析して検出された深さ方向のプロファイルにより求められる「液晶化合物由来の2次イオン強度」とは、液晶化合物に由来するフラグメントイオンの強度を意図し、「樹脂由来の2次イオン強度」とは、樹脂基材を構成する樹脂に由来するフラグメントイオンの強度を意図し、「特定化合物由来の2次イオン強度」とは、特定化合物に由来するフラグメントイオンの強度を意図する。
また、図2に示すように、第1表面10A側から第2表面10B側に向かって成分の分析を行うと、樹脂基材12を構成する樹脂由来の2次イオン強度が第2表面10B側に向かっていくにつれて増加していく。さらに、深さ方向に向かって成分の分析を行うと、樹脂基材12に到達して、樹脂基材12を構成する樹脂由来の2次イオン強度が最も高くなる。
より具体的には、まず、図2に示す深さ方向のプロファイルにおいて、液晶化合物由来の2次イオン強度の最大強度の80%となる2次イオン強度を示す最も第2表面側に位置する深さ位置をA位置とし、樹脂基材を構成する樹脂由来の2次イオン強度の最大強度の80%となる2次イオン強度を示す最も第1表面側に位置する深さ位置をB位置とする。
図2においては、液晶化合物由来の2次イオン強度の最大強度はM1に該当することから、M1の80%の2次イオン強度を示す最も第2表面側に位置する深さ位置(最も第2表面に近い位置)をA位置とする。よって、例えば、M1の80%の2次イオン強度を示す深さ位置が複数存在する場合、最も第2表面側に位置する深さ位置をA位置とする。
また、図2においては、樹脂由来の2次イオン強度の最大強度はM2に該当することから、M2の80%の強度を示す最も第1表面側に位置する深さ位置(最も第1表面に近い位置)をB位置とする。よって、例えば、M2の80%の2次イオン強度を示す深さ位置が複数存在する場合、最も第1表面側に位置する深さ位置をB位置とする。
なお、上記第1表面近傍および上記第2表面近傍においては異物によるノイズが発生する場合があるため、第1表面から第2表面側に向かって50nmの間の領域(以下、第1表面領域ともいう。)、および、第2表面から第1表面側に向かって50nmの間の領域(以下、第2表面領域ともいう。)における、各成分の2次イオン強度は、上述した最大強度の算出の際には考慮に入れない。より具体的には、上記液晶化合物由来の2次イオン強度の最大強度は、得られた液晶化合物由来の2次イオン強度のプロファイルにおいて上記第1表面領域および第2表面領域を除いた領域における、液晶化合物由来の2次イオン強度のうちの最大となる強度を最大強度として算出する。また、上記樹脂由来の2次イオン強度の最大強度は、得られた樹脂由来の2次イオン強度のプロファイルにおいて上記第1表面領域および第2表面領域を除いた領域における、樹脂由来の2次イオン強度のうちの最大となる強度を最大強度として算出する。
要件1を満たす光学フィルムにおいては、特定化合物が樹光学異方性層中において樹脂基材側に偏在している。このような要件1を満たすことにより、樹脂基材と光学異方性層との間の密着性が良好となる。
なお、図2に示すように、光学フィルムにおいては、A位置とB位置との間に位置するピーク位置PPに最大値Imaxを示すピークが観測されることが好ましい。
要件2を満たす光学フィルムにおいては、偏在している特定化合物の量が所定量以下である。つまり、偏在している特定化合物の量が多すぎる場合、上記Iwidが100nm超となる。このような要件2を満たすことにより、光学異方性層中の液晶化合物の配向性が良好となり、光学異方性層中における光学的欠陥の発生が抑制される。要件2を満たさない場合、特定化合物の量が多すぎるため、樹脂基材の配向規制力が弱まり、液晶化合物の配向性の劣化をもたらす。
なかでも、光学異方性層中における光学的欠陥の発生がより抑制される点で、上記Iwidは50nm以下が好ましい。下限は特に制限されないが、1nm以上の場合が多く、5nm以上の場合がより多い。
式(A) 1.3≦Imax/Iave
なかでも、本発明の効果がより優れる点で、Imax/Iaveは50以上が好ましく、100以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、Imax/Iaveは1000以下の場合が多く、500以下の場合がより多い。
ただし、上記第1表面近傍においては異物によるノイズが発生する場合があるため、第1表面から第2表面側に向かって50nmの間の領域(第1表面領域)における、特定化合物由来の2次イオン強度は、上述したIaveの算出の際には考慮に入れない。より具体的には、Iaveは、得られた特定化合物由来の2次イオン強度のプロファイルにおいて、第1表面からA位置までの領域から上記第1表面領域を除いた領域における、特定化合物由来の2次イオン強度の平均強度とする。
本発明の光学フィルムの製造方法は特に制限されないが、生産性良く光学フィルムを製造できる点で、重合性液晶化合物、および、特定重合性化合物を含む組成物(以下、単に「特定組成物」ともいう。)を用いる方法が好ましい。より具体的には、配向規制力を有する樹脂基材上に特定組成物を塗布して組成物層を形成し、組成物層中の重合性液晶化合物を配向させて、その後、重合性液晶化合物の配向状態を固定化して、樹脂基材と樹脂基材上に形成された光学異方性層とを有する光学フィルムを製造する方法が好ましい。
以下、上記方法の手順について詳述する。
特定組成物に含まれる、重合性液晶化合物、および、特定重合性化合物(好ましくは、特定重合性高分子)は、上述した通りである。
特定組成物中における特定重合性化合物の含有量は、重合性液晶化合物の全質量に対して、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。下限は特に制限されないが、0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましい。
なお、固形分とは、特定組成物中の溶媒を除去した光学異方性層を形成し得る成分を意味し、その性状が液体状であっても固形分とする。
例えば、特定組成物は、溶媒を含んでいてもよい。
溶媒としては、例えば、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、アミド系溶媒、カーボネート系溶媒、ケトン系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、脂環式炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、ハロゲン化炭素系溶媒、水、および、アルコール系溶媒が挙げられる。なかでも、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、アミド系溶媒、カーボネート系溶媒、または、ケトン系溶媒が好ましい。
また、溶媒は1種のみを使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
重合開始剤としては公知の重合開始剤が挙げられ、光重合開始剤、および、熱重合開始剤が挙げられ、光重合開始剤が好ましい。
特定組成物中における重合開始剤の含有量は特に制限されないが、特定組成物中の全固形分に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましい。
特定組成物中のポリマーの含有量は特に制限されないが、重合性液晶化合物全質量に対して、0.1~10質量%が好ましく、0.1~8質量%がより好ましい。
キラル剤の種類は、特に制限されない。公知のキラル剤(例えば、日本学術振興会第142委員会編「液晶デバイスハンドブック」,第3章4-3項,TN、STN用カイラル剤,199頁,1989年に記載)のいずれも用いることができる。
なお、キラル剤の螺旋誘起力(HTP)は、下記式(X)で表される螺旋配向能力を示すファクターである。
式(X) HTP=1/(螺旋ピッチの長さ(単位:μm)×液晶化合物に対するキラル剤の濃度(質量%))[μm-1]
螺旋ピッチの長さとは、コレステリック液晶相の螺旋構造のピッチP(=螺旋の周期)の長さをいい、液晶便覧(丸善株式会社出版)の196ページに記載の方法で測定できる。
キラル剤Aは、重合性基を有していてもよい。
なお、本明細書において「螺旋誘起力の増加および減少」とは、キラル剤Aの初期(光照射前)の螺旋方向を「正」としたときの増減を表す。従って、光照射により螺旋誘起力が減少し続け、0を超えて螺旋方向が「負」となった場合(つまり、初期(光照射前)の螺旋方向とは逆の螺旋方向の螺旋を誘起する場合)にも、「螺旋誘起力が減少するキラル剤」に該当する。
キラル剤Aとしては、なかでも、光異性化部位を少なくとも有する化合物が好ましく、光異性化部位は光異性化可能な二重結合を有することがより好ましい。上記光異性化可能な二重結合を有する光異性化部位としては、光異性化が起こりやすく、かつ、光照射前後の螺旋誘起力差が大きいという点で、シンナモイル部位、カルコン部位、アゾベンゼン部位またはスチルベン部位が好ましく、さらに可視光の吸収が小さいという点で、シンナモイル部位、カルコン部位またはスチルベン部位がより好ましい。なお、光異性化部位は、上述した光照射によって構造変化する光反応部位に該当する。
また、キラル剤Aは、ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造(イソソルビドに由来する部分構造)、および、イソマンニド部分構造(イソマンニドに由来する部分構造)から選ばれるいずれかの部分構造を有していることが好ましい。なお、ビナフチル部分構造、イソソルビド部分構造、および、イソマンニド部分構造とは、各々以下の構造を意図する。
ビナフチル部分構造中の実線と破線が平行している部分は、一重結合または二重結合を表す。なお、以下に示す構造において、*は、結合位置を表す。
キラル剤Bは、液晶性であっても、非液晶性であってもよい。キラル剤Bは、一般に不斉炭素原子を含む場合が多い。なお、キラル剤Bは、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物であってもよい。
キラル剤Bは重合性基を有していてもよい。
キラル剤Bとしては、公知のキラル剤を使用できる。
キラル剤Bは、上述したキラル剤Aと逆向きの螺旋を誘起するキラル剤であることが好ましい。つまり、例えば、キラル剤Aにより誘起する螺旋が右方向の場合には、キラル剤Bにより誘起する螺旋は左方向となる。
キラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値が上記範囲である場合、後述するように、光学異方性層の製造条件によっては、厚み方向に沿って光学的な特性の異なる2つ以上の層を有する光学異方性層を形成しやすい。
式(Y) 加重平均螺旋誘起力(μm-1)=(キラル剤Xの螺旋誘起力(μm-1)×重合性液晶化合物に対するキラル剤Xの濃度(質量%)+キラル剤Yの螺旋誘起力(μm-1)×重合性液晶化合物に対するキラル剤Yの濃度(質量%))/(重合性液晶化合物に対するキラル剤Xの濃度(質量%)+重合性液晶化合物に対するキラル剤Yの濃度(質量%))
ただし、上記式(Y)において、キラル剤の螺旋方向が右巻きの場合、その螺旋誘起力は正の値とする。また、キラル剤の螺旋方向が左巻きの場合、その螺旋誘起力は負の値とする。つまり、例えば、螺旋誘起力が10μm-1のキラル剤の場合、上記キラル剤により誘起される螺旋の螺旋方向が右巻きであるときは、螺旋誘起力を10μm-1として表す。一方、上記キラル剤により誘起される螺旋の螺旋方向が左巻きであるときは、螺旋誘起力を-10μm-1として表す。
なお、上記キラル剤Aは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の上記キラル剤Aを併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
なお、上記キラル剤Bは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の上記キラル剤Bを併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
光学フィルムを製造する際には、樹脂基材上に特定組成物を塗布して、組成物層を形成する。特定組成物は、樹脂基材上に直接塗布する。言い換えれば、樹脂基材表面と特定組成物とが接するように、特定組成物を塗布する。
塗布方法は特に制限されず、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が挙げられる。
なお、必要に応じて、特定組成物の塗布後に、樹脂基材上に塗布された組成物層を乾燥する処理を実施してもよい。乾燥処理を実施することにより、組成物層から溶媒を除去できる。
重合性液晶化合物を配向させる処理は特に制限されないが、加熱処理が好ましい。
加熱処理の条件としては、使用される重合性液晶化合物に応じて最適な条件が選択される。
なかでも、加熱温度としては、10~250℃の場合が多く、40~150℃の場合がより多く、50~130℃の場合がさらに多い。
加熱時間としては、0.1~60分間の場合が多く、0.2~5分間の場合がより多い。
重合性液晶化合物の配向状態は、組成物層中の材料によって異なる。配向状態としては、例えば、ホモジニアス配向が挙げられる。また、組成物層にキラル剤が含まれる場合は、組成物層の厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って重合性液晶化合物は捩れ配向する。
配向状態を固定化するする方法は特に制限されず、組成物層に対して硬化処理を施して、重合性液晶化合物中の重合性基を反応させ、光学異方性層(硬化層)を形成する方法が挙げられる。
紫外線照射には、紫外線ランプなどの光源が利用される。
光(例えば、紫外線)の照射量は特に制限されないが、一般的には、100~800mJ/cm2程度が好ましい。
例えば、光学異方性層としては、ホモジニアス配向した重合性液晶化合物を固定してなる層が挙げられる。また、光学異方性層としては、厚み方向を螺旋軸とする捩れ配向した重合性液晶化合物を固定してなる層も挙げられる。
なお、光学異方性層においては、最終的に層中の組成物がもはや液晶性を示す必要はない。
例えば、特定組成物がキラル剤Aを含む場合、以下の工程A~工程Eを実施することにより、塗布工程1回で光学特性が異なる2つの層を有する光学異方性層を製造することができる。
工程A:キラル剤Aを含む特定組成物を樹脂基材上に塗布して、組成物層を形成する工程
工程B:組成物層に加熱処理を施して、組成物層中の重合性液晶化合物を配向させる工程
工程C:工程Bの後、酸素濃度1体積%以上の条件下にて、組成物層に対して光照射を行う工程
工程D:工程Cの後、組成物層に加熱処理を施す工程
工程E:工程Dの後、組成物層に対して硬化処理を施して、重合性液晶化合物の配向状態を固定し、光学異方性層を形成する工程
以下、上記各工程の手順について詳述する。
工程Aの手順としては、特定組成物を塗布する上述した手順が挙げられる。
なお、工程Aで使用される特定組成物には、上述した重合性液晶化合物および特定重合性化合物以外に、キラル剤Aが含まれる。後述するように、特定組成物はキラル剤Bを含んでいてもよい。
工程Bの手順は特に制限されないが、上述した重合性液晶化合物を配向させる方法が挙げられる。
工程Cに関して、以下図面を用いて説明する。
以下の説明では、特定組成物にキラル剤Aおよびキラル剤Bの2種のキラル剤が含まれ、工程Aにより形成される組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力の絶対値が0である場合について代表的に説明する。
図3に示すように、工程Bによって、樹脂基材12上に、重合性液晶化合物LCがホモジニアス配向した組成物層16が形成される。なお、図3は、樹脂基材12と組成物層16との断面の概略図である。なお、図3に示す組成物層16にはキラル剤Aとキラル剤Bとが同濃度で存在しており、キラル剤Aにより誘起される螺旋方向が左巻きであり、キラル剤Bにより誘起される螺旋方向が右巻きであるとする。また、キラル剤Aの螺旋誘起力の絶対値と、キラル剤Bの螺旋誘起力の絶対値は同じとする。
図4に示すように、上述した工程Cでは酸素濃度1体積%以上の条件下にて、樹脂基材12の組成物層16側とは反対側の方向(図4中の白矢印の方向)から光照射を行う。なお、図4では光照射は樹脂基材12側から実施されているが、組成物層16側から実施されてもよい。
その際、組成物層16の樹脂基材12側の下側領域16Aと、樹脂基材12側とは反対側の上側領域16Bとを比較すると、上側領域16Bの表面のほうが空気側にあるため、上側領域16B中の酸素濃度が高く、下側領域16A中の酸素濃度は低い。そのため、組成物層16に対して光照射がなされると、下側領域16Aにおいては重合性液晶化合物の重合が進行しやすく、重合性液晶化合物の配向状態が固定される。なお、下側領域16Aにおいてもキラル剤Aが存在しており、キラル剤Aも感光し、螺旋誘起力が変化する。しかしながら、下側領域16Aでは重合性液晶化合物の配向状態が固定されているため、後述する、光照射された組成物層に対して加熱処理を施す工程Dを実施しても、液晶化合物の配向状態の変化は生じない。
また、上側領域16Bにおいては酸素濃度が高いため、光照射がなされても、重合性液晶化合物の重合が酸素により阻害され、重合が進行しにくい。そして、上側領域16Bにおいてもキラル剤Aが存在しているため、キラル剤Aが感光し、螺旋誘起力が変化する。そのため、後述する工程D(加熱処理)を実施すると、変化した螺旋誘起力に沿って重合性液晶化合物の配向状態が変化する。
なお、工程Cでの光照射は、15~70℃(好ましくは、15~50℃)にて実施されることが好ましい。
工程Dは、工程Cの後、組成物層に加熱処理を施す工程である。本工程を実施することにより、光照射が施された組成物層中のキラル剤Aの螺旋誘起力が変化した領域において、液晶化合物の配向状態が変化する。
以下では、図面を用いて本工程の機構を説明する。
上述したように、図3に示す組成物層16にはキラル剤Aとキラル剤Bとが同濃度で存在しており、キラル剤Aにより誘起される螺旋方向が左巻きであり、キラル剤Bにより誘起される螺旋方向が右巻きである。また、キラル剤Aの螺旋誘起力の絶対値と、キラル剤Bの螺旋誘起力の絶対値は同じである。よって、光照射を行う前の組成物層中のキラル剤の加重平均螺旋誘起力は0である。
上記の態様を図5に示す。図5においては、縦軸が「キラル剤の螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤の濃度(質量%)」を表し、その値がゼロから離れるほど、螺旋誘起力が大きくなる。横軸は「光照射量(mJ/cm2)」を表す。
まず、光照射を行う前の組成物層中のキラル剤Aとキラル剤Bとの関係は、光照射量が0の時点に該当し、「キラル剤Aの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Aの濃度(質量%)」の絶対値と、「キラル剤Bの螺旋誘起力(μm-1)×キラル剤Bの濃度(質量%)」の絶対値とが等しい状態に該当する。つまり、左巻きを誘起するキラル剤Aと右巻きを誘起するキラル剤Bとの両者の螺旋誘起力は相殺されている。
このような状態の上側領域16Bにおいて光照射が行われ、図5に示すように、光照射量によってキラル剤Aの螺旋誘起力が減少する場合、図6に示すように、上側領域16Bにおけるキラル剤の加重平均螺旋誘起力は大きくなり、右巻きの螺旋誘起力が強くなる。つまり、重合性液晶化合物の螺旋を誘起する螺旋誘起力は、照射量が大きいほど、キラル剤Bが誘起する螺旋の方向(+)に螺旋誘起力が大きくなる。
そのため、このような加重平均螺旋誘起力の変化が生じている工程C後の組成物層16に対して、加熱処理を施して液晶化合物の再配向を促すと、図4に示すように、上側領域16Bにおいては、組成物層16の厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って重合性液晶化合物LCが捩れ配向する。
一方で、上述したように、組成物層16の下側領域16Aにおいては工程Cの際に重合性液晶化合物の重合が進行して重合性液晶化合物の配向状態が固定されているため、重合性液晶化合物の再配向は進行しない。
上記のように、工程Dを実施することにより、組成物層の厚み方向に沿って、重合性液晶化合物の配向状態が異なる領域が複数形成される。
上記重合性液晶化合物LCの捩れの程度は、使用されるキラル剤Aの種類、および、工程Cの露光量などによって適宜調整できる。
また、上記図3および4においては、キラル剤Aとキラル剤Bとを併用する態様について説明したが、この態様には限定されない。例えば、2種のキラル剤Aを用いる態様であってもよい。具体的には、左巻きを誘起するキラル剤A1と、右巻きを誘起するキラル剤A2とを併用する態様であってもよい。キラル剤A1およびA2は、それぞれ独立に、螺旋誘起力が増加するキラル剤であってもよいし、螺旋誘起力が減少するキラル剤であってもよい。例えば、左巻きを誘起するキラル剤であって、光照射により螺旋誘起力が増加するキラル剤と、右巻きを誘起するキラル剤であって、光照射により螺旋誘起力が減少するキラル剤とを併用してもよい。
なかでも、加熱温度としては、工程Cの状態から加熱する温度であることが好ましく、35~250℃の場合が多く、50~150℃の場合がより多く、50℃超150℃以下の場合がさらに多く、60~130℃の場合が特に多い。
加熱時間としては、0.01~60分間の場合が多く、0.03~5分間の場合がより多い。
工程Eの手順は特に制限されないが、上述した硬化処理が挙げられる。
図7に示す組成物層に対して硬化処理が施される場合、形成される光学異方性層は、樹脂基材側から、ホモジニアス配向した重合性液晶化合物の配向状態を固定してなる層と、厚み方向に沿って延びる螺旋軸に沿って捩れ配向した重合性液晶化合物の配向状態を固定してなる層との2層を含む。つまり、形成される光学異方性層は、複層構造を有する。
得られた光学フィルムは、種々の用途の適用でき、例えば、液晶セルを光学補償するための光学補償フィルム、および、有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示装置に用いられる反射防止膜が挙げられる。
上述した光学フィルムは、偏光子と組み合わせて、円偏光板として使用してもよい。
偏光子は、自然光を特定の直線偏光に変換する機能を有する部材であればよく、例えば、吸収型偏光子が挙げられる。
偏光子の種類は特に制限はなく、通常用いられている偏光子を利用でき、例えば、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、ポリエン系偏光子が挙げられる。ヨウ素系偏光子および染料系偏光子は、一般に、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、延伸することで作製される。
なお、偏光子の片面または両面には、保護膜が配置されていてもよい。
例えば、密着層を介して、光学フィルムおよび偏光子を貼り合わせる方法が挙げられる。
(セルロースアシレートフィルム(基板)の作製)
下記成分をミキシングタンクに投入し、攪拌して、90℃で10分間加熱した後、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て、セルロースアシレートドープ(以下、単に「ドープ」ともいう。)を製造した。得られたドープの固形分濃度は23.5質量%であり、溶剤の質量割合は塩化メチレン/メタノール/ブタノール=81/18/1であった。
セルロースアシレートドープ
――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアシレート(アセチル置換度2.86、粘度平均重合度310)
100質量部
糖エステル化合物1(化学式(S4)に示す) 6.0質量部
糖エステル化合物2(化学式(S5)に示す) 2.0質量部
シリカ粒子分散液(AEROSIL R972、日本アエロジル(株)製)
0.1質量部
溶剤(塩化メチレン/メタノール/ブタノール) 所定量
――――――――――――――――――――――――――――――――――
得られた長尺状のセルロースアシレートフィルムの膜厚は40μmであり、波長550nmにおける面内レタデーションRe(550)は1nmであり、波長550nmにおける厚み方向のレタデーションRth(550)は26nm、SP値は22MPa1/2であった。
上記で作製したセルロースアシレートフィルムに、連続的にラビング処理を施した。このとき、長尺状のフィルムの長手方向と搬送方向は平行であり、フィルム長手方向(搬送方向)とラビングローラーの回転軸とのなす角度は72°であった。なお、フィルム長手方向(搬送方向)を90°とし、セルロースアシレートフィルム側から観察してセルロースアシレートフィルムの幅方向を基準(0°)に反時計回り方向を正の値で表すと、ラビングローラーの回転軸は18°であった。言い換えれば、ラビングローラーの回転軸の位置は、セルロースアシレートフィルムの長手方向を基準に、時計回りに72°回転させた位置であった。
さらに、得られた組成物層を90℃で10秒間加熱した。
その後、窒素雰囲気下、55℃にて、メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)の光を組成物層に照射(照射量:500mJ/cm2)することで、液晶化合物の配向を固定した光学異方性層1を形成し、光学フィルム1を作製した。
光学異方性層形成用組成物(A)の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記の棒状液晶化合物(A) 80質量部
・下記の棒状液晶化合物(B) 10質量部
・下記の棒状液晶化合物(C) 10質量部
・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
(V#360、大阪有機化学(株)製) 4質量部
・光重合開始剤(イルガキュアー819、チバ・ジャパン社製)3質量部
・下記のキラル剤(A) 0.42質量部
・下記のキラル剤(B) 0.38質量部
・下記の重合性ポリマー(b-1) 0.5質量部
・下記のポリマー(A) 0.08質量部
・メチルイソブチルケトン 117質量部
・プロピオン酸エチル 39質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
ポリマー(b-1)を重合性ポリマー(b-2)に変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルム2を作製した。
ポリマー(b-1)を重合性ポリマー(b-3)に変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルム3を作製した。
セルロースアシレートフィルムを変性メチルメタクリレート系樹脂フィルム(東洋鋼板製 商品名「ファインキャストフィルム RZ-30NA-S」)(SP値:20.5MPa1/2)に変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルム4を作製した。
セルロースアシレートフィルムを熱可塑性ノルボルネン系樹脂フィルム(日本ゼオン(株)製の「ゼオノア」)(SP値:21MPa1/2)に変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルム5を作製した。
ポリマー(b-1)をボロン酸モノマー(b-4)に変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルム6を作製した。
光学異方性層形成用組成物(A)の組成におけるポリマー(b-1)を除いた以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルムC1を作製した。
ポリマー(b-1)のかわりにアクリルアミドモノマー(b-5)を用いた以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルムC2を作製した。
光学異方性層形成用組成物(A)の組成におけるポリマー(X1)の添加量を11質量部に変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、光学フィルムC3を作製した。
(配向性)
偏光顕微鏡においてクロスニコル状態で得られた光学フィルム中の光学異方性層を観察し、以下の基準に従って評価した。
「A」:光学的欠陥が観察されない。
「B」:光学的欠点がわずかに観察されるが、実用上問題がないレベルである。
「C」:光学的欠陥が多く観察され、実用上問題があるレベルである。
装置および条件
・装置:TOF-SIMSV(ION-TOF社製)
・深さ方向分析:Arイオンスパッタ併用
・測定範囲:一の方向およびその直交方向に各々128点ずつラスタースキャン
・極性:posi、nega
Imax、IaveおよびIwidは、上述した方法に従って、算出した。また、上述した手順に従って、要件1および要件2を満たすか否かを確認した。
得られた光学フィルムの光学異方性層に対して、JIS D0202-1988に準拠するクロスカット試験(碁盤目テープ剥離試験)を実施した。光学異方性層に格子状のカットで形成された100マスのうち、セロハンテープ(「CT24」,ニチバン(株)製)の貼り付けおよび剥ぎ取りにより、剥離したマス目の個数を数え、以下の基準に従って評価した。
「S」:剥がれるマス目の個数が0個
「A」:剥がれるマス目の個数が1~30個
「B」:剥がれるマス目の個数が31~50個
「C」:剥がれるマス目の個数が51個以上
実施例1、4および5の比較より、樹脂基材としてセルロースアシレートフィルムを用いた場合、より効果が優れることが確認された。
実施例1~3および6の比較より、特定化合物として特定重合性高分子を用いた場合、より効果が優れることが確認された。
実施例1~3の比較より、Imax/Iaveが50以上の場合、より効果が優れることが確認された。
12 樹脂基材
14 光学異方性層
16 組成物層
Claims (8)
- 配向規制力を有する樹脂基材と、前記樹脂基材上に配置された光学異方性層とを有する光学フィルムであって、
前記光学異方性層は、液晶化合物に由来する化合物と、前記液晶化合物とは異なる、ヘテロ原子を有する化合物とを含み、
前記ヘテロ原子を有する化合物の含有量が、前記光学異方性層全質量に対して、10質量%以下であり、
前記ヘテロ原子を有する化合物が、ヘテロ原子を有すると共に、重合性基を有する重合性化合物を重合させて得られる高分子であり、
前記重合性化合物のSP値と前記樹脂基材のSP値との差の絶対値が2.7MPa1/2以下であり、
前記光学フィルムの前記光学異方性層側の表面を第1表面とし、前記光学フィルムの前記樹脂基材側の表面を第2表面とし、前記第1表面から前記第2表面側に向かって、イオンビームを照射しながら飛行時間型2次イオン質量分析法で前記光学フィルムの深さ方向の成分を分析した際に、下記要件1および要件2をいずれも満たす、光学フィルム。
要件1:前記液晶化合物に由来する化合物由来の2次イオン強度の最大強度の80%となる2次イオン強度を示す最も前記第2表面側に位置する深さ位置をA位置とし、前記樹脂基材を構成する樹脂由来の2次イオン強度の最大強度の80%となる2次イオン強度を示す最も前記第1表面側に位置する深さ位置をB位置とした際に、前記A位置と前記B位置との間のいずれかの深さ位置において、前記ヘテロ原子を有する化合物由来の2次イオン強度の最大値Imaxを示す。
要件2:前記ヘテロ原子を有する化合物由来の2次イオン強度の最大値Imaxを示す深さ位置をピーク位置とし、前記最大値Imaxの半分の2次イオン強度を示す、前記ピーク位置よりも前記第1表面側にあり、最も前記ピーク位置に近い深さ位置をC位置とし、前記最大値Imaxの半分の2次イオン強度を示す、前記ピーク位置よりも前記第2表面側にあり、最も前記ピーク位置に近い深さ位置をD位置とした際に、前記C位置と前記D位置との間の距離が100nm以下である。 - 前記ヘテロ原子を有する化合物が、ウレタン基、エステル基、アミド基、および、ボロン酸基からなる群から選択される少なくとも1つを有する、請求項1に記載の光学フィルム。
- 前記光学異方性層が、
重合性基を有する液晶化合物と、
前記重合性基を有する液晶化合物とは異なる、ヘテロ原子を有すると共に、重合性基を有する重合性化合物とを含む組成物を用いて形成された層である、請求項1または2に記載の光学フィルム。 - 前記ヘテロ原子を有すると共に、重合性基を有する重合性化合物が、重合性基を有する繰り返し単位を含み、ヘテロ原子を有する高分子である、請求項3に記載の光学フィルム。
- 前記第1表面から前記A位置までにおける、前記ヘテロ原子を有する化合物由来の2次イオン強度の平均強度を平均値Iaveとした際、前記最大値Imaxと前記平均値Iaveとが式(A)の関係を満たす、請求項1~4のいずれか1項に記載に光学フィルム。
式(A) 1.3≦Imax/Iave - 前記Imax/Iaveが、50以上である、請求項5に記載の光学フィルム。
- 前記C位置と前記D位置との間の距離が50nm以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の光学フィルム。
- 前記樹脂基材が、セルロースアシレートを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の光学フィルム。
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