JPWO2006118038A1 - 光学フィルム、偏光板及び横電界スイッチングモード型液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルム(光学フィルム−Aと定義する)であって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すものであるとともに、該光学フィルムが下記の光学値を有することを特徴とする光学フィルム:nx(a)>nz(a)>ny(a)、105nm≦Ro(a)≦350nm、0.2<Nz<0.7、なお、Ro(a)、Nzは下記で定義されるものである: 式(i) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d、 式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))、(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
Description
本発明は、光学フィルム、偏光板及び横電界スイッチングモード型液晶表示装置に関し、より詳しくは該液晶表示装置に用いられる2枚の偏光板がそれぞれ異なる光学特性を有し、視野角特性が改善された光学フィルム、偏光板及び横電界スイッチングモード型液晶表示装置に関する。
液晶材料を用いる表示装置としては、従来よりネマチック液晶をツイスト配列させた液晶層を用い、電界を基板に対して垂直な方向にかける方式が広く用いられている。この方式においては、通常、液晶層の上下に偏光軸が直交するように2枚の偏光板を配置し、電界印加時には液晶分子が垂直方向に配向するため画像表示として黒が得られる。ところが、電界印加時に液晶分子が垂直に配向する場合に液晶層を斜めに透過する光は、液晶分子により複屈折を生じ偏光方向が回転してしまうので、表示装置を斜めから見た場合には完全な黒表示が得られず、コントラストが低下し、良好な画像表示を観察することの出来る視野角が狭いという問題を生じていた。
かかる問題を解決するため、近年液晶に印加する電界の方向を基板に対して平行な方向とする、いわゆる横電界スイッチングモード(本願では以降、IPSモードと呼称することがある)による液晶表示装置が提案されている。IPSモードの場合、液晶分子は主に基板に対して平行な面内で回転するので、斜めから見た場合の電界印加時と非印加時における複屈折率の度合の相違が小さく、従って、視野角が広がることが知られている。
IPSモード型液晶表示装置の視野角や色調を改善する手段の一つとして、液晶層と偏光板の間に複屈折特性を有する光学補償材料を配置することが行われている。例えば、特許文献1では、IPSモードにおいて基板と偏光子の間に複屈折光補償基が設置された電気光学的液晶切り替えエレメントが開示されている。また、特許文献2では、IPSモードにおいて基板と偏光板の間に複屈折媒体を配置し、偏光板の偏光軸と複屈折媒体の遅相軸方向のなす角が20度以上60度以下、望ましくは30度以上50度以下とすることで、白表示または中間調表示を斜め方向から直視した場合に黄色や青色に色づくという問題点が解決されるという点が開示されている。
しかしながら、IPSモードは、原理的に視覚特性上の一つの欠点を有している。IPSモードでは水平方向にホモジニアスな配向をした液晶分子と、透過軸が画面正面に対して上下と左右の方向を指して直交するように配置した2枚の偏光板を用いており、上下左右の方向から画面を斜めに見るときには、2枚の透過軸は直交して見える位置関係にありまたホモジニアス配向液晶層はツイステッドモード液晶層で生じるような複屈折も少ないことから、十分なコントラストが得られる。これに対して、方位角45度の方向から画面を斜めに見るときには、2枚の偏光板の透過軸のなす角が90度からずれるように見える位置関係にあることから、透過光が複屈折を生じ光が漏れるために十分な黒が得られず、コントラストが低下してしまう。また、コントラストの低下が生じる結果、黒から中間調の領域で輝度の反転も生じている。このような45度方向でのコントラストの低下が視覚特性の非常に良いIPSモードの欠点であった。この問題を解決するために様々な補償フィルムを用いた表示装置が提案されているが、構造が複雑であったり、生産性に問題がありその改善が求められている。例えば、特開2002−207123には、熱収縮フィルムを用いた熱収縮処理方式にて、位相差フィルムを製造する開示があり、nz>nx≧nyが具現化できることが開示されている。また、特開2001−174632には(nx>nz>ny)の領域を含む位相差フィルムの製造方法についての開示があり、該明細書でも熱収縮する方向が工程に含まれている。
しかしながら、この方法で作られたフィルムは、リタデーションの均一性を確保することが難しく、また平面性にも劣り、それを用いて作製した偏光板を用いた表示装置では均一な表示品質がを得ることが難しいといった問題があった。
特表平5−505247号公報
特開平9−80424号公報
従って本発明の目的は、IPSモード型液晶表示装置において、該IPSモード型液晶表示装置に用いられる2枚の偏光板がそれぞれ異なる光学特性を有し、視野角特性を更に改善出来る光学フィルム、偏光板及びIPSモード型液晶表示装置を提供することにある。
上記、本発明の目的を達成するための本発明の態様の一つは、針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルム(光学フィルム−Aと定義する)であって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すものであるとともに、該光学フィルムが下記の光学値を有することを特徴とする光学フィルムにある:
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義される:
式(i) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義される:
式(i) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
(1) 針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルム(光学フィルム−Aと定義する)であって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すものであるとともに、該光学フィルムが下記の光学値を有することを特徴とする光学フィルム。
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義されるものである。
(1) 針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルム(光学フィルム−Aと定義する)であって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すものであるとともに、該光学フィルムが下記の光学値を有することを特徴とする光学フィルム。
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義されるものである。
式(i) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
(2) 下記式(iii)で表されるリターデーション値Rth(a)が−30nm≦Rth(a)≦+20nmの範囲にあることを特徴とする前記(1)に記載の光学フィルム。
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
(2) 下記式(iii)で表されるリターデーション値Rth(a)が−30nm≦Rth(a)≦+20nmの範囲にあることを特徴とする前記(1)に記載の光学フィルム。
式(iii) Rth(a)={(nx(a)+ny(a))/2−nz(a)}×d(ここで延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
(3) 前記ポリマー樹脂がセルロースエステルであることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の光学フィルム。
(4) 前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光学フィルムが偏光板の保護フィルムであり、かつ該光学フィルムの遅相軸が偏光子の吸収軸に実質的に平行または直交するように配置されていることを特徴とする偏光板。
(5) 前記(4)に記載の偏光板が横電界スイッチングモードである液晶セルを挟む少なくとも一方の偏光板であることを特徴とする横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
(6) 横電界スイッチングモードである液晶セルおよび該液晶セルを挟む2枚の偏光板からなる液晶表示装置であって、前記偏光板の液晶セル側に配される樹脂を延伸して製造した偏光板保護フィルムのうち一枚(光学フィルム−Aと定義する)が、下記光学値を有することを特徴とする横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義されるものである。
(3) 前記ポリマー樹脂がセルロースエステルであることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の光学フィルム。
(4) 前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光学フィルムが偏光板の保護フィルムであり、かつ該光学フィルムの遅相軸が偏光子の吸収軸に実質的に平行または直交するように配置されていることを特徴とする偏光板。
(5) 前記(4)に記載の偏光板が横電界スイッチングモードである液晶セルを挟む少なくとも一方の偏光板であることを特徴とする横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
(6) 横電界スイッチングモードである液晶セルおよび該液晶セルを挟む2枚の偏光板からなる液晶表示装置であって、前記偏光板の液晶セル側に配される樹脂を延伸して製造した偏光板保護フィルムのうち一枚(光学フィルム−Aと定義する)が、下記光学値を有することを特徴とする横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義されるものである。
式(iv) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(v) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
(7) 前記偏光板の液晶セル側に配される偏光板保護フィルムのうち一枚が、針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルムであって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すことを特徴とする前記(6)に記載の横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
(8) 前記偏光板の液晶セル側に配される偏光板保護フィルムのうち一枚以外の(光学フィルム−A以外の)偏光板保護フィルム(光学フィルム−Bと定義する)が、下記の光学値を有することを特徴とする前記(6)に記載の横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
−15nm≦Ro(b)≦15nm
−15nm≦Rth(b)≦15nm
なお、Ro(b)、Rth(b)は下記で定義されるものである。
式(v) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
(7) 前記偏光板の液晶セル側に配される偏光板保護フィルムのうち一枚が、針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルムであって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すことを特徴とする前記(6)に記載の横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
(8) 前記偏光板の液晶セル側に配される偏光板保護フィルムのうち一枚以外の(光学フィルム−A以外の)偏光板保護フィルム(光学フィルム−Bと定義する)が、下記の光学値を有することを特徴とする前記(6)に記載の横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
−15nm≦Ro(b)≦15nm
−15nm≦Rth(b)≦15nm
なお、Ro(b)、Rth(b)は下記で定義されるものである。
式(vi) Ro(b)=(nx(b)−ny(b))×d
式(vii) Rth(b)={(nx(b)+ny(b))/2−nz(b)}×d
(ここで、光学フィルム−Bの面内の遅相軸方向の屈折率をnx(b)、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny(b)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(b)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
式(vii) Rth(b)={(nx(b)+ny(b))/2−nz(b)}×d
(ここで、光学フィルム−Bの面内の遅相軸方向の屈折率をnx(b)、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny(b)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(b)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の光学フィルムは、延伸方向に対して正の複屈折性を示す少なくとも1種のポリマー樹脂と延伸方向に対して負の複屈折性を示す少なくとも1種の針状複屈折性微粒子とを含有した光学フィルム(光学フィルム−Aと定義する)であって、該延伸方向をyとしたとき、nx(a)>nz(a)>ny(a)の関係を満たし、かつ下記式(i)で表されるリターデーション値Ro(a)が105nm≦Ro(a)≦350nm、及び下記式(ii)で表されるNzが0.2<Nz<0.7の光学値を満たすことを特徴とする。
式(i) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))(ここで延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
視野角拡大の観点で、光学フィルム−AのRo(a)は、好ましくは120nm≦Ro(a)≦300nmであり、また、−30nm≦Rth(a)≦+20nmの光学値であることが好ましい。
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))(ここで延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
視野角拡大の観点で、光学フィルム−AのRo(a)は、好ましくは120nm≦Ro(a)≦300nmであり、また、−30nm≦Rth(a)≦+20nmの光学値であることが好ましい。
本発明の光学フィルムは溶液流延方法、溶融流延方法によってロール状に製造することができる。ここで延伸方向とは、光学フィルム−Aが製造される過程でなされる延伸の方向であり、1軸延伸の場合は、その延伸方向、異なる2つの方向に延伸される場合は、延伸倍率が大きい方向が延伸方向である。本発明の光学フィルム−Aは、幅手方向が延伸方向であることが特に好ましい。
また、本発明の偏光板は、上記光学フィルムを偏光板の保護フィルムとして使用し、かつ該光学フィルムの遅相軸が偏光子の吸収軸に実質的に平行または直交するように配置されていることを特徴とする。
即ち、本発明者らは、フィルムに含有させることによって延伸方向に対して正の複屈折性を示すポリマー樹脂と、延伸方向に対して負の複屈折性を示す針状複屈折性微粒子とを含有する光学フィルムであって、該ポリマー樹脂の選択と針状複屈折性微粒子の選択及びその組み合せを調整することにより、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率nx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)とした時に、nx(a)>nz(a)>ny(a)の関係を満たし、かつ上記式(i)で表されるリターデーション値Ro(a)が105nm≦Ro(a)≦350nm、及び上記式(ii)で表されるNzが0.2<Nz<0.7の範囲にある光学フィルムを作製し、該光学フィルムを偏光板保護フィルムとして用いた偏光板を作製し、該偏光板をIPSモード型液晶表示装置に装着することにより、前記視野角特性が大幅に改善出来ることを見出したものである。
更に、IPSモード型である液晶セルを挟む一方の偏光板が上記偏光板であり、かつ他方の偏光板の液晶表示セル側に配置される偏光板保護フィルム(光学フィルム−Bと定義する)が、−15nm≦Ro(b)≦15nm、かつ−15nm≦Rth(b)≦15nmの光学値を満たす時に、より視野角特性が改善されるIPSモード型液晶表示装置が得られることを見出し、更に本発明の光学フィルムは、平面性にも優れるため、光漏れが低減され、優れた表示性能を得ることが出来たのである。
(光学フィルムの中心線平均粗さ(Ra))
光学フィルムをLCD用部材として使用する際、フィルムの光漏れを低減するため高い平面性が要求される。中心線平均粗さ(Ra)は、JIS B 0601に規定された数値であり、測定方法としては、例えば、触針法若しくは光学的方法等が挙げられる。
光学フィルムをLCD用部材として使用する際、フィルムの光漏れを低減するため高い平面性が要求される。中心線平均粗さ(Ra)は、JIS B 0601に規定された数値であり、測定方法としては、例えば、触針法若しくは光学的方法等が挙げられる。
本発明の光学フィルムの中心線平均粗さ(Ra)としては、20nm以下が好ましく、更に好ましくは、10nm以下であり、特に好ましくは、3nm以下である。。
最初に、本発明の光学フィルム−Aについて説明する。
特開平8−110402号段落番号[0007]〜[0020]に記載されているように、ポリマー樹脂は延伸に対して配向し複屈折性を示すことが知られている。また、セルロースエステルにおいても2003年日本液晶学会討論会要旨集(397頁)にセルロースのn−アルキルアシレートにおいてアシル基を構成するアルキル基の炭素数や置換度が異なることで、複屈折性および波長分散性が異なることが示されている。
本発明の光学フィルム−Aは、延伸方向に対して正の複屈折性を示す少なくとも1種のポリマー樹脂を含有することが好ましい。
ポリマー樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示すか否かについては下記の試験法により判断することが出来る。
(ポリマー樹脂の複屈折性試験法)
ポリマー樹脂を溶媒に溶解しキャスト製膜した後、加熱乾燥し、透過率80%以上のフィルムについて複屈折性の評価を行った。
ポリマー樹脂を溶媒に溶解しキャスト製膜した後、加熱乾燥し、透過率80%以上のフィルムについて複屈折性の評価を行った。
アッベ屈折率計−4T((株)アタゴ製)に多波長光源を用いて屈折率測定を行った。延伸方向のnyおよび直交する面内方向の屈折率をnxとした。550nmの各々の屈折率について(ny−nx)>0であるフィルムについて、ポリマー樹脂は延伸方向に対して正の複屈折性であると判断する。
本発明に用いることの出来るポリマー樹脂は、上記複屈折性試験で正の値を示すポリマー樹脂である以外に、製造が容易であること、光学的に均一性であること、光学的に透明性であることが好ましい。これらの性質を有していれば何れでもよく、例えばセルロースエステル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリスルホン(ポリエーテルスルホンも含む)系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂等を挙げることが出来るが、これらに限定されるわけではない。これらのうち本発明に係る光学フィルム用のポリマー樹脂としては、セルロースエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂フィルム、シクロオレフィン系樹脂が好ましく、本発明においては、特にポリマー樹脂としてセルロースエステル系樹脂が、製造上、コスト面、透明性、均一性、接着性等の面から好ましい。
本発明の光学フィルムにおいて、ポリマー樹脂は偏光板保護フィルムとして利用するときに、従来のTACフィルムと同様または類似した表面ぬれ性を発現できる観点でセルロースエステルであることが好ましい。
これは、セルロースエステルを用いた本発明の光学フィルムはアルカリケン化によってフィルム表面を親水化することができ、偏光板保護フィルムとしてポリビニルアルコール系偏光子と、ポリビニルアルコール系の接着剤を用いて貼合することが出来る点で好ましい。
これは、偏光板保護フィルムとして用いる場合、セルローストリアセテート等に代表されるセルロースエステルフィルムを公知のアルカリケン化によってフィルム表面を親水化することで、ヨウ素と延伸したポリビニルアルコールフィルムを含む偏光子との貼合において、公知のPVA糊を用いることが出来る点で好ましい。このことは、ケン化工程を介する改質によりセルロースエステルフィルムの特性を最大限に発揮出来る点で好ましい。
以下、本発明の光学フィルムとして、特に好ましいセルロースエステルについて説明する。本発明において、ポリマー樹脂にセルロースエステルを用いるとき、アシル基は単独であっても、異なっていてもよい。また目的の複屈折を得るために置換度を変化させることができる。このとき、本発明に用いるセルロースエステルは、異なる置換度の複数種の構造物を混合してもよく、同様または複数種の構造物を混合してもよい。
(セルロースエステル)
本発明の光学フィルムに用いることが出来るセルロースエステルには特に限定はないが、延伸方向に対して正の複屈折性を示すセルロースエステルとしては、セルロースエステルの置換度や組成が重要である。セルロース分子はグルコースユニットが多数連結したものからなっており、グルコースユニットに3個の水酸基がある。この3個の水酸基にアシル基が誘導された数を置換度という。例えば、セルローストリアセテートはグルコースユニットの3個の水酸基全てにアセチル基が結合している。
本発明の光学フィルムに用いることが出来るセルロースエステルには特に限定はないが、延伸方向に対して正の複屈折性を示すセルロースエステルとしては、セルロースエステルの置換度や組成が重要である。セルロース分子はグルコースユニットが多数連結したものからなっており、グルコースユニットに3個の水酸基がある。この3個の水酸基にアシル基が誘導された数を置換度という。例えば、セルローストリアセテートはグルコースユニットの3個の水酸基全てにアセチル基が結合している。
本発明に用いられるセルロースエステルとしては炭素数2〜22程度のカルボン酸エステルであり、芳香族カルボン酸のエステルでもよく、特にセルロースの低級脂肪酸エステルであることが好ましい。セルロースの低級脂肪酸エステルにおける低級脂肪酸とは炭素原子数が6以下の脂肪酸を意味している。水酸基に結合するアシル基は、直鎖であっても分岐してもよく、また環を形成してもよい。更に別の置換基が置換してもよい。同じ置換度である場合、前記炭素数が多いと複屈折性が低下するため、炭素数としては炭素数2〜6のアシル基の中で選択することが好ましい。前記セルロースエステルとしての炭素数が2乃至4であることが好ましく、炭素数が2乃至3であることがより好ましい。
前記セルロースエステルは、混合酸由来のアシル基を用いることも出来、特に好ましくは炭素数が2と3、或いは炭素数が2と4のアシル基を用いることが出来る。本発明に用いられるセルロースエステルとしては、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、またはセルロースアセテートプロピオネートブチレートのようなアセチル基の他にプロピオネート基またはブチレート基が結合したセルロースの混合脂肪酸エステルが特に好ましく用いられる。尚、ブチレートを形成するブチリル基としては、直鎖状でも分岐していてもよい。本発明において好ましく用いられるセルロースエステルとしては、特にセルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートフタレートが好ましく用いられる。
また、本発明のリターデーション値を発現させるためには、セルロースエステルの前記アシル基の種類とセルロース樹脂骨格のピラノース環へのアシル基の置換度によって、適宜制御することが出来る。
本発明に好ましいセルロースエステルとしては、下記式(1)及び(2)を同時に満足するものが好ましい。
式(1) 2.4≦(X+Y)≦2.8
式(2) 0≦X≦2.5
式中、Xはアセチル基の置換度、Yはプロピオニル基及び/またはブチリル基の置換度である。上記2式を満足するものは、本発明の目的に叶う優れた光学特性を示すセルロースエステルフィルムを製造するのに適している。
式(2) 0≦X≦2.5
式中、Xはアセチル基の置換度、Yはプロピオニル基及び/またはブチリル基の置換度である。上記2式を満足するものは、本発明の目的に叶う優れた光学特性を示すセルロースエステルフィルムを製造するのに適している。
この内特にセルロースアセテートプロピオネートが好ましく用いられ、中でも1.5≦X≦2.3であり、0.1≦Y≦0.9であることが好ましい。アシル基の置換度の測定方法はASTM−D817−96に準じて測定することが出来る。
前記アシル基の置換度が低過ぎると、セルロース樹脂の骨格を構成するピラノース環の水酸基に対して未反応部分が多くなり、該水酸基が多く残存することにより、リターデーションの湿度変化や偏光板保護フィルムとして偏光子を保護する能力が低下してしまうことがあり、好ましくない。
本発明に用いられるセルロースエステルの数平均分子量は、30000〜60000の範囲のものが好ましく用いられ、60000〜300000の範囲が、得られるフィルムの機械的強度が強く好ましい。更に70000〜200000のものが好ましく用いられる。
セルロースエステルの数平均分子量は下記のように測定出来る。
高速液体クロマトグラフィにより下記条件で測定する。
溶媒:アセトン
カラム:MPW×1(東ソー(株)製)
試料濃度:0.2(質量/容量)%
流量:1.0ml/分
試料注入量:300μl
標準試料:標準ポリスチレン
温度:23℃
本発明に用いられるセルロースエステルの原料のセルロースとしては、特に限定はないが、綿花リンター、木材パルプ、ケナフなどを挙げることが出来る。またそれらから得られたセルロースエステルはそれぞれ任意の割合で混合使用することが出来る。
カラム:MPW×1(東ソー(株)製)
試料濃度:0.2(質量/容量)%
流量:1.0ml/分
試料注入量:300μl
標準試料:標準ポリスチレン
温度:23℃
本発明に用いられるセルロースエステルの原料のセルロースとしては、特に限定はないが、綿花リンター、木材パルプ、ケナフなどを挙げることが出来る。またそれらから得られたセルロースエステルはそれぞれ任意の割合で混合使用することが出来る。
本発明に係わるセルロースエステルは、セルロース原料のアシル化剤が酸無水物(無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸)である場合には、酢酸のような有機酸やメチレンクロライド等の有機溶媒を用い、硫酸のようなプロトン性触媒を用いて反応が行われる。アシル化剤が酸クロライド(CH3COCl、C2H5COCl、C3H7COCl)の場合には、触媒としてアミンのような塩基性化合物を用いて反応が行われる。具体的には特開平10−45804号に記載の方法を参考にして合成することが出来る。
アセチルセルロースの場合、酢化率を上げようとすれば、酢化反応の時間を延長する必要がある。但し、反応時間を余り長くとると分解が同時に進行し、ポリマー鎖の切断やアセチル基の分解などが起り、好ましくない結果をもたらす。従って、酢化度を上げ、分解をある程度抑えるためには反応時間はある範囲に設定することが必要である。反応時間で規定することは反応条件が様々であり、反応装置や設備その他の条件で大きく変わるので適切でない。ポリマーの分解は進むにつれ、分子量分布が広くなってゆくので、セルロースエステルの場合にも、分解の度合いは通常用いられる重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の値で規定出来る。即ちセルローストリアセテートの酢化の過程で、余り長すぎて分解が進みすぎることがなく、かつ酢化には十分な時間酢化反応を行わせしめるための反応度合いの一つの指標として用いられる重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の値を用いることが出来る。Mw/Mnの値は1.0〜5.0が好ましく、更に好ましくは1.4〜3.0である。
セルロースエステルの製造法の一例を以下に示すと、セルロース原料として綿化リンター100質量部を解砕し、40質量部の酢酸を添加し、36℃で20分間前処理活性化をした。その後、硫酸8質量部、無水酢酸260質量部、酢酸350質量部を添加し、36℃で120分間エステル化を行った。24%酢酸マグネシウム水溶液11質量部で中和した後、63℃で35分間ケン化熟成し、アセチルセルロースを得た。これを10倍の酢酸水溶液(酢酸:水=1:1(質量比))を用いて、室温で160分間攪拌した後、濾過、乾燥させてアセチル置換度2.75の精製アセチルセルロースを得た。このアセチルセルロースはMnが92,000、Mwが156,000、Mw/Mnは1.7であった。同様にセルロースエステルのエステル化条件(温度、時間、攪拌)、加水分解条件を調整することによって置換度、Mw/Mn比の異なるセルロースエステルを合成することが出来る。
尚、合成されたセルロースエステルは、精製して低分子量成分を除去したり、未酢化または低酢化度の成分を濾過で取り除くことも好ましく行われる。
また、混酸セルロースエステルの場合には、特開平10−45804号公報に記載の方法で得ることが出来る。アシル基の置換度の測定方法はASTM−D817−96の規定に準じて測定することが出来る。
また、セルロースエステルは、セルロースエステル中の微量金属成分によっても影響を受ける。これらは製造工程で使われる水に関係していると考えられるが、不溶性の核となり得るような成分は少ない方が好ましく、鉄、カルシウム、マグネシウム等の金属イオンは、有機の酸性基を含んでいる可能性のあるポリマー分解物等と塩形成することにより不溶物を形成する場合があり、少ないことが好ましい。鉄(Fe)成分については、1ppm以下であることが好ましい。カルシウム(Ca)成分については、カルボン酸や、スルホン酸等の酸性成分と、また多くの配位子と配位化合物即ち、錯体を形成しやすく、多くの不溶なカルシウムに由来するスカム(不溶性の澱、濁り)を形成する。
カルシウム(Ca)成分は60ppm以下、好ましくは0〜30ppmである。マグネシウム(Mg)成分については、やはり多すぎると不溶分を生ずるため、0〜70ppmであることが好ましく、特に0〜20ppmであることが好ましい。鉄(Fe)分の含量、カルシウム(Ca)分含量、マグネシウム(Mg)分含量等の金属成分は、絶乾したセルロースエステルをマイクロダイジェスト湿式分解装置(硫硝酸分解)、アルカリ溶融で前処理を行った後、ICP−AES(誘導結合プラズマ発光分光分析装置)を用いて分析することが出来る。
(針状複屈折性微粒子)
本発明の光学フィルム−Aは、延伸方向に対して負の複屈折性を示す少なくとも1種の針状複屈折性微粒子を含有することが特徴である。
本発明の光学フィルム−Aは、延伸方向に対して負の複屈折性を示す少なくとも1種の針状複屈折性微粒子を含有することが特徴である。
延伸方向に対して負の複屈折性を示す針状複屈折性微粒子とは、媒質または他の樹脂の中で、延伸の方向に対して負の複屈折性を示す材料を意味する。
本発明において、延伸方向に対して正の複屈折性を示す少なくとも1種のポリマー樹脂と延伸方向に対して負の複屈折性を示す少なくとも1種の針状複屈折性微粒子とをフィルム中に含有させることで本発明の目的が達成される。延伸方向に対して正の複屈折性を示すポリマー樹脂と針状複屈折性微粒子は、目的のリターデーションを発現させるために、含有する比率、含有する形態を適宜選択して行うことが出来る。
延伸方向に対して負の複屈折性を示す針状複屈折性微粒子(以降、複屈折性微粒子ともいう)としては、特開2004−109355号公報に記載の複屈折性微粒子を用いることが出来る。例えば、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸マグネシウム、炭酸マンガン、炭酸コバルト、炭酸亜鉛、炭酸バリウムなどの種々の炭酸塩が挙げられる。
例えば、正方晶系、六方晶系および菱面体晶系は一軸性複屈折性結晶、斜方晶系、単斜晶系および三斜晶系の結晶が好ましく用いられる。またこれらは、単結晶であっても良いし、多結晶であっても良い。
又、ポリスチレンあるいはアクリル樹脂の棒状粒子なども好ましく用いられる。例えばポリスチレン樹脂あるいはアクリル樹脂を有し、極細繊維を細かく切断して製造した短繊維状の針状微粒子であってもよい。これらの繊維は製造過程で延伸されていることが複屈折性を発現しやすくなるため好ましい。又、これらの樹脂は架橋されていることが好ましい。
本発明において粒子の長径とは、電子顕微鏡写真によって観察される最長径をいい、短径とは、長径に平行な2本の直線で投影された粒子の像を挟んだ時の2直線間の距離をいう。平均径とは、電子顕微鏡写真により少なくとも1000粒子を観察した結果の長径の数平均径を言う。これらの複屈折微粒子は平均径が10〜500nmであって、長径と短径の比であるアスペクト比(長径/短径)が1.1以上であることが好ましく、特にアスペクト比が2〜100であることが好ましく、3〜30であることが好ましい。
具体的な評価法を説明すると、作成した複屈折微粒子を透過型電子顕微鏡によって2万倍で撮影し、その画像をキヤノン(株)製のパソコンであるCanoScanFB636Uを用い300dpiモノクロ階調で読み込んだ。読み込んだ画像はエプソンダイレクト(株)製のパソコンであるEndeavor Pro720L(CPU;Athlon−1GHz、メモリ;512MB)にインストールした画像処理ソフトWinROOF ver3.60(三谷商事(株)製)に取り込んだ。
取り込んだ画像について画像前処理として2×2μmの視野の範囲について抽出(自動で画像の2値化)を行って粒子の画像抽出を行った。粒子の画像抽出後の画面で粒子の90%以上が抽出されていることを確認し、もし抽出が十分でない場合は検出レベルの手動調整を行い、粒子の90%以上が検出、抽出されるよう調整を行う。
観察範囲の針状粒子の個数が1000個に満たない場合はさらに別の2×2μmの視野の範囲について同様の操作を行い、粒子の個数が合計で1000個以上になるまで行った。
しかし、これらに限られるわけではなく、前述の大きさ、形状、アスペクト比などの要件を満たせば、種々のものが利用可能である。
複屈折性微粒子は、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、などにより表面処理されていることが好ましい。
複屈折性微粒子の複屈折性については、次のように定義する。複屈折性微粒子の長径方向に偏光した光に対する屈折率をnpr、長径方向に直交する方向に偏光した光に対する平均屈折率をnvtとする。複屈折性微粒子の複屈折Δnは、下記の式で定義される。
Δn=npr−nvt
すなわち、複屈折性微粒子の長径方向の屈折率が、それに直交する方向の平均屈折率よりも大きければ正の複屈折、その逆であれば負の複屈折となる。
すなわち、複屈折性微粒子の長径方向の屈折率が、それに直交する方向の平均屈折率よりも大きければ正の複屈折、その逆であれば負の複屈折となる。
本発明で使用される複屈折性微粒子の持つ負の複屈折性の絶対値には特に制限はないが、0.01〜0.3であることが好ましく、0.05〜0.3であることが更に好ましい。針状結晶の場合は結晶の長い方向の屈折率がそれとは直交する方向の屈折率よりも小さい材料を意味する。
上記炭酸塩微粒子は、均一沈殿法あるいは炭酸ガス化合法などによって製造することができる。
例えば、特開平3−88714、特公昭55−51852、特開昭59−223225等の方法で製造することができる。
炭酸ストロンチウム結晶は、水に溶解したストロンチウムイオンと炭酸イオンとを接触させて得ることが出来る。炭酸イオンは、ストロンチウム化合物を含有する溶液中に炭酸ガスをバブリングする方法などによって添加したり、もしくは炭酸イオンを発生する物質を添加し、反応もしくは分解させて得ることが出来る。例えば、特開2004−35347記載の方法で炭酸ストロンチウム結晶微粒子を製造することができ、この方法で得られた炭酸ストロンチウム微粒子が複屈折性微粒子として好ましく用いることが出来る。炭酸ガスを発生させる物質としては尿素があげられ、尿素の加水分解酵素を併用して発生した炭酸ガスイオンとストロンチウムイオンとを反応させて炭酸ストロンチウム微粒子を得ることが出来る。微細な結晶を得るためには、できるだけ温度を下げて反応させることが好ましい。氷点下以下に冷却することが微細な結晶粒子を得ることが出来るため好ましい。例えば、凝固点降下物質としてエチレングリコール類などの有機溶媒を添加することも好ましく、凝固点が氷点下5℃を下回るように添加することが好ましい。これによって、長径方向の平均粒径が500nm以下の炭酸ストロンチウムの微粒子を得ることが出来る。
炭酸ストロンチウムは二軸性の複屈折結晶であり、特開2004−35347によれば、それぞれの光学軸方向の屈折率は、n(na,nb,nc)=(1.520,1.666,1.669)であり、針状結晶の長軸方向は、屈折率1.520の光学軸方向とほぼ一致することが報告されている。そのため、針状結晶の配向方向に対して負の複屈折効果を持つ。この炭酸ストロンチウム結晶微粒子は、針状(棒状)の形態であるため、粘性のある媒体内に分散させた状態で応力を作用させることにより、統計的に所定の方向に配向させることができる。
針状複屈折性微粒子とセルロースエステル溶液を混合する場合、針状複屈折性微粒子を針状複屈折性微粒子分散用樹脂と有機溶媒に分散した針状複屈折性微粒子分散液を用いて作製したドープを用いて光学フィルム−Aを製造することが好ましい。
針状複屈折性微粒子分散用樹脂は3000〜200000の重量平均分子量であることが好ましく、3000〜90000の重量平均分子量であることが好ましい。
針状複屈折性微粒子分散用樹脂は具体的には、エチレン性不飽和単量体単位を有する単独重合体または共重合体、アクリル酸またはメタクリル酸エステル単独重合体または共重合体、メタクリル酸メチルエステル単独重合体または共重合体、セルロースエステル、セルロースエーテル、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂及びケトン樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましい。セルロースエステルは総アシル基置換度2.0〜2.8であることが好ましい。
これらの樹脂は、溶液流延に使用される高濃度のセルロースエステル溶液であるドープ(セルロース濃度10〜30質量%)に含有させても、ヘイズの上昇が少なく、均一なフィルムを形成することができる樹脂である。これらの針状複屈折性微粒子分散用樹脂の針状複屈折性微粒子分散液に含まれている濃度は0.1〜10質量%未満であることが好ましく、微粒子分散液中の濃度は添加する樹脂によって異なるが、0.2〜5質量%含まれていることが好ましい。
本発明においては、微粒子分散液の粘度を100〜500mPa・sの範囲にコントロールすることが好ましい。
通常、微粒子分散液に添加して粘度を高める物質としてセルロースエステル溶液に使用するものと同じセルロースエステルを使用するケースがある。しかし、そのような場合、微粒子の分散性が悪化し、凝集物が多数発生し、最終濾過器を目詰まりが起こり易く濾材交換を頻繁に行う必要があり、著しく生産性が低下する。この原因はいくつか考えられるが、先ず、使用するセルロースエステルの重量平均分子量が120000〜600000と高いこと、第2にセルロースエステルと微粒子との親和性が悪いことなどが考えられる。
本発明者らは、種々の樹脂について、樹脂の種類、分子量を変化させて検討した結果、樹脂については下記のようなものが好ましく、また、重量平均分子量については、3000〜90000のものであれば広範囲の樹脂を使用することにより微粒子分散液の分散状態を著しく改善することが出来るばかりでなく、セルロースエステル溶液との相溶性もよく、凝集物のないドープを形成することが出来ることを見い出した。重量平均分子量について、より好ましくは5000〜50000、更には10000〜30000のものが好ましい。樹脂としては、特に限定がなく従来公知のものを広く使用することが出来るが、下記のような樹脂がより好適に使用出来る。
本発明の微粒子分散液において好ましく用いられる樹脂として、エチレン性不飽和単量体単位を有する単独重合体または共重合体を挙げることが出来、より好ましくは、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸プロピル、ポリアクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸アルキルの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸アルキルエステル共重合体等のアクリル酸またはメタクリル酸エステルの単独重合体または共重合体であり、更にアクリル酸またはメタクリル酸のエステルは透明性、相溶性に優れ、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル単位を有する単独重合体または共重合体、特に、アクリル酸またはメタクリル酸メチル単位を有する単独重合体または共重合体が好ましい。具体的にはポリメタクリル酸メチルが好ましい。ポリアクリル酸またはポリメタクリル酸に対してシクロヘキシル基でエステル化されたポリアクリル酸またはポリメタクリル酸の脂環式アルキルエステルは耐熱性が高く、吸湿性が低い、複屈折が低い等の利点を有し好ましい。
この他の樹脂としては、例えば、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等のアシル基の置換度が2.0〜2.80のセルロースエステル樹脂;セルロースメチルエーテル、セルロースエチルエーテル、セルロースプロピルエーテル等のアルキル基置換度2.0〜2.80のセルロースエーテル樹脂;アルキレンジカルボン酸とジアミンとの重合物のポリアミド樹脂;アルキレンジカルボン酸とジオールとの重合物、アルキレンジオールとジカルボン酸との重合物、シクロヘキサンジカルボン酸とジオールとの重合物、シクロヘキサンジオールとジカルボン酸との重合物、芳香族ジカルボン酸とジオールとの重合物等のポリエステル樹脂;ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル共重合体等の酢酸ビニル樹脂;ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール樹脂;下記に示すようなエポキシ樹脂、下記に示すようなケトン樹脂、アルキレンジイソシアナートとアルキレンジオールの線状重合物等の下記に示すようなポリウレタン樹脂等を挙げることが出来、これらから選ばれる少なくとも一つを含有することが好ましい。エポキシ樹脂としては、1分子中にエポキシ基を2個以上持った化合物が、開環反応によって樹脂を形成したもので、以下に示すようなエポキシ樹脂を挙げることが出来、代表的な市販品としてアラルダイドEPN1179及びアラルダイドAER260(旭チバ(株)製)がある。なお、アラルダイトEPN1179は重量平均分子量が約405である。nは重合度を示す。
また、ケトン樹脂としては、ビニルケトン類を重合して得られるもので、以下に示すようなケトン樹脂を挙げることが出来、代表的な市販品として、ハイラック110及びハイラック110H(日立化成(株)製)がある。nは重合度を示す。
上記の樹脂について、後述のような分散方法により、上記重量平均分子量範囲外(3,000未満90,000を超える)ものであっても良好な微粒子の分散性が改善出来、凝集性のほとんどない微粒子分散液を形成することが出来る。
上記の樹脂は重量平均分子量に制限なく使用することが出来るが、重量平均分子量が小さい方が使用し易く、重量平均分子量として300〜40000程度の範囲が好ましく、500〜20000がより好ましく、5000〜20000が更に好ましい。重量平均分子量が小さい程ドープのセルロースエステルとの相溶性、微粒子の分散性に優れ、大きい程少量の樹脂で微粒子分散液の粘度を調整することが出来るため好ましい。
本発明において、微粒子分散液中の微粒子の含量は、有機溶媒質量に対して、0.1〜2.0質量%が好ましく、また樹脂の濃度は、分子量に依存するが、おおむね5〜50質量%が好ましい。
有機溶媒としては、後述するセルロースエステルを溶解するドープ形成に有用な有機溶媒を好ましく用いることが出来る。
本発明の上記のような微粒子分散液を調製する際に使用する分散機は、大きくはメディアレス分散機とメティア分散機とに分けられ、どちらも使用することが出来る。メディアレス分散機としては、高圧力を利用して分散するタイプのマントンゴーリーなどがある。メティア分散機としては、ガラスビーズ、セラミックビーズなどのメディアの衝突力を利用して分散するタイプのサンドミル、ボールミルなどがある。特に好ましいのは、メディアの破片などの混入のないメディアレス分散機である。
針状複屈折性微粒子の添加方法は特に制限されるものではないが、後述するマット剤等と共にインライン添加することが、フィルム中に均一に分散される点で好ましい。
(添加剤)
本発明の光学フィルムは、下記のような種々の素材を用いることが出来る。
本発明の光学フィルムは、下記のような種々の素材を用いることが出来る。
光学フィルムを作製する為のドープ中には、可塑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、染料、マット剤、リターデーション調整剤等が添加される。
これらの化合物は、セルロースエステル溶液の調製の際に、セルロースエステルや溶媒と共に添加してもよいし、溶液調製中や調製後に添加してもよい。特に、光学特性を改善するリターデーション調整剤以外では、液晶表示装置用には耐熱耐湿性を付与する可塑剤、酸化防止剤や紫外線吸収剤などを添加することが好ましい。
〈可塑剤〉
本発明の光学フィルムは、いわゆる可塑剤として知られる化合物を、機械的性質向上、柔軟性を付与、耐吸水性付与、水蒸気透過率低減、リターデーション調整等の目的で添加することが好ましく、例えばリン酸エステルやカルボン酸エステルが好ましく用いられる。また、特開2003−12859(特願2001−198450)に記載の重量平均分子量が500以上10000であるエチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマー、アクリル系ポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーなども好ましく用いられる。リン酸エステルとしては、例えばトリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、フェニルジフェニルホスフェート等を挙げることが出来る。カルボン酸エステルとしては、フタル酸エステル及びクエン酸エステル等、フタル酸エステルとしては、例えばジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジオクチルフタレート及びジエチルヘキシルフタレート等、またクエン酸エステルとしてはクエン酸アセチルトリエチル及びクエン酸アセチルトリブチルを挙げることが出来る。またその他、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、セバチン酸ジブチル、トリアセチン、トリメチロールプロパントリベンゾエート等も挙げられる。アルキルフタリルアルキルグリコレートもこの目的で好ましく用いられる。アルキルフタリルアルキルグリコレートのアルキルは炭素原子数1〜8のアルキル基である。アルキルフタリルアルキルグリコレートとしてはメチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルプロピルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、オクチルフタリルオクチルグリコレート、メチルフタリルエチルグリコレート、エチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルプロピルグリコレート、プロピルフタリルエチルグリコレート、メチルフタリルプロピルグリコレート、メチルフタリルブチルグリコレート、エチルフタリルブチルグリコレート、ブチルフタリルメチルグリコレート、ブチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルブチルグリコレート、ブチルフタリルプロピルグリコレート、メチルフタリルオクチルグリコレート、エチルフタリルオクチルグリコレート、オクチルフタリルメチルグリコレート、オクチルフタリルエチルグリコレート等を挙げることが出来、メチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルプロピルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、オクチルフタリルオクチルグリコレートが好ましく、特にエチルフタリルエチルグリコレートが好ましく用いられる。またこれらアルキルフタリルアルキルグリコレート等を2種以上混合して使用してもよい。
本発明の光学フィルムは、いわゆる可塑剤として知られる化合物を、機械的性質向上、柔軟性を付与、耐吸水性付与、水蒸気透過率低減、リターデーション調整等の目的で添加することが好ましく、例えばリン酸エステルやカルボン酸エステルが好ましく用いられる。また、特開2003−12859(特願2001−198450)に記載の重量平均分子量が500以上10000であるエチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマー、アクリル系ポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーなども好ましく用いられる。リン酸エステルとしては、例えばトリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、フェニルジフェニルホスフェート等を挙げることが出来る。カルボン酸エステルとしては、フタル酸エステル及びクエン酸エステル等、フタル酸エステルとしては、例えばジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジオクチルフタレート及びジエチルヘキシルフタレート等、またクエン酸エステルとしてはクエン酸アセチルトリエチル及びクエン酸アセチルトリブチルを挙げることが出来る。またその他、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、セバチン酸ジブチル、トリアセチン、トリメチロールプロパントリベンゾエート等も挙げられる。アルキルフタリルアルキルグリコレートもこの目的で好ましく用いられる。アルキルフタリルアルキルグリコレートのアルキルは炭素原子数1〜8のアルキル基である。アルキルフタリルアルキルグリコレートとしてはメチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルプロピルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、オクチルフタリルオクチルグリコレート、メチルフタリルエチルグリコレート、エチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルプロピルグリコレート、プロピルフタリルエチルグリコレート、メチルフタリルプロピルグリコレート、メチルフタリルブチルグリコレート、エチルフタリルブチルグリコレート、ブチルフタリルメチルグリコレート、ブチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルブチルグリコレート、ブチルフタリルプロピルグリコレート、メチルフタリルオクチルグリコレート、エチルフタリルオクチルグリコレート、オクチルフタリルメチルグリコレート、オクチルフタリルエチルグリコレート等を挙げることが出来、メチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルプロピルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、オクチルフタリルオクチルグリコレートが好ましく、特にエチルフタリルエチルグリコレートが好ましく用いられる。またこれらアルキルフタリルアルキルグリコレート等を2種以上混合して使用してもよい。
これらの化合物の添加量は目的の効果の発現及びフィルムからのブリードアウト抑制などの観点から、セルロースエステルに対して1質量%〜20質量%が好ましい。また、延伸及び乾燥中の加熱温度が200℃程度まで上がるため、可塑剤としてはブリードアウトを抑制させるためには、200℃における蒸気圧が1333Pa以下のものであることが好ましい。
〈紫外線吸収剤〉
本発明に用いられる紫外線吸収剤としては、例えば、オキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等を挙げることが出来るが、着色の少ないベンゾトリアゾール系化合物が好ましい。また、特開平10−182621号、特開平8−337574号記載の紫外線吸収剤、特開平6−148430号記載の高分子紫外線吸収剤も好ましく用いられる。紫外線吸収剤としては、偏光子や液晶の劣化防止の観点から、波長370nm以下の紫外線の吸収能に優れており、且つ、液晶表示性の観点から、波長400nm以上の可視光の吸収が少ないものが好ましい。
本発明に用いられる紫外線吸収剤としては、例えば、オキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等を挙げることが出来るが、着色の少ないベンゾトリアゾール系化合物が好ましい。また、特開平10−182621号、特開平8−337574号記載の紫外線吸収剤、特開平6−148430号記載の高分子紫外線吸収剤も好ましく用いられる。紫外線吸収剤としては、偏光子や液晶の劣化防止の観点から、波長370nm以下の紫外線の吸収能に優れており、且つ、液晶表示性の観点から、波長400nm以上の可視光の吸収が少ないものが好ましい。
本発明に有用なベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の具体例として、2−(2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−ブチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−(3″,4″,5″,6″−テトラヒドロフタルイミドメチル)−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2−メチレンビス(4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール)、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−(直鎖及び側鎖ドデシル)−4−メチルフェノール、オクチル−3−〔3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−(クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル〕プロピオネートと2−エチルヘキシル−3−〔3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−(5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル〕プロピオネートの混合物等を挙げることが出来るが、これらに限定されない。また、市販品として、チヌビン(TINUVIN)109、チヌビン(TINUVIN)171、チヌビン(TINUVIN)326(何れもチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)を好ましく使用出来る。
ベンゾフェノン系化合物の具体例として、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2′−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノン、ビス(2−メトキシ−4−ヒドロキシ−5−ベンゾイルフェニルメタン)等を挙げることが出来るが、これらに限定されない。
本発明で好ましく用いられる上記記載の紫外線吸収剤は、透明性が高く、偏光板や液晶素子の劣化を防ぐ効果に優れたベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤やベンゾフェノン系紫外線吸収剤が好ましく、不要な着色がより少ないベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が特に好ましく用いられる。紫外線吸収剤のドープへの添加方法は、ドープ中で紫外線吸収剤が溶解するようなものであれば制限なく使用出来るが、本発明においては紫外線吸収剤をメチレンクロライド、酢酸メチル、ジオキソランなどのセルロースエステルに対する良溶媒、または良溶媒と低級脂肪族アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等)のような貧溶媒との混合有機溶媒に溶解し紫外線吸収剤溶液としてセルロースエステル溶液に混合してドープとする方法が好ましい。この場合出来るだけドープ溶媒組成と紫外線吸収剤溶液の溶媒組成とを同じとするか近づけるのが好ましい。紫外線吸収剤の含有量は0.01質量%〜5質量%、特に0.5質量%〜3質量%である。
〈酸化防止剤〉
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系の化合物が好ましく用いられ、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサンジオール−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、2,2−チオ−ジエチレンビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N′−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト等が挙げられる。特に2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕が好ましい。また例えば、N,N′−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル〕ヒドラジン等のヒドラジン系の金属不活性剤やトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト等のリン系加工安定剤を併用してもよい。これらの化合物の添加量は、セルロースエステルに対して質量割合で1ppm〜1.0%が好ましく、10ppm〜1000ppmが更に好ましい。
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系の化合物が好ましく用いられ、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサンジオール−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、2,2−チオ−ジエチレンビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N′−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト等が挙げられる。特に2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕が好ましい。また例えば、N,N′−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル〕ヒドラジン等のヒドラジン系の金属不活性剤やトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト等のリン系加工安定剤を併用してもよい。これらの化合物の添加量は、セルロースエステルに対して質量割合で1ppm〜1.0%が好ましく、10ppm〜1000ppmが更に好ましい。
〈リターデーション調整剤〉
リターデーションを調節するために添加する化合物は、欧州特許911,656A2号明細書に記載されているような、二つ以上の芳香族環を有する芳香族化合物を使用することが出来る。
リターデーションを調節するために添加する化合物は、欧州特許911,656A2号明細書に記載されているような、二つ以上の芳香族環を有する芳香族化合物を使用することが出来る。
また二種類以上の芳香族化合物を併用してもよい。該芳香族化合物の芳香族環には、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。芳香族性ヘテロ環であることが特に好ましく、芳香族性ヘテロ環は一般に、不飽和ヘテロ環である。中でも1,3,5−トリアジン環が特に好ましい。また、二種類以上の1,3,5−トリアジン環を有する化合物を併用してもよい。二種類以上の円盤状化合物(例えば、1,3,5−トリアジン環を有する化合物とポルフィリン骨格を有する化合物)を併用してもよい。
〈マット剤〉
本発明においてマット剤をセルロースエステルフィルム中に含有させることによって、搬送や巻き取りをし易くすることが出来る。マット剤は出来るだけ微粒子のものが好ましく、微粒子としては、例えば二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、焼成ケイ酸カルシウム、水和ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、リン酸カルシウム等の無機微粒子や架橋高分子微粒子を挙げることが出来る。中でも二酸化ケイ素がフィルムのヘイズを小さく出来るので好ましい。
本発明においてマット剤をセルロースエステルフィルム中に含有させることによって、搬送や巻き取りをし易くすることが出来る。マット剤は出来るだけ微粒子のものが好ましく、微粒子としては、例えば二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、焼成ケイ酸カルシウム、水和ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、リン酸カルシウム等の無機微粒子や架橋高分子微粒子を挙げることが出来る。中でも二酸化ケイ素がフィルムのヘイズを小さく出来るので好ましい。
二酸化ケイ素のような微粒子は有機物により表面処理されている場合が多いが、このようなものはフィルムのヘイズを低下出来るため好ましい。
表面処理で好ましい有機物としては、ハロシラン類、アルコキシシラン類、シラザン、シロキサンなどが挙げられる。微粒子の平均粒径が大きい方が滑り性効果は大きく、反対に平均粒径の小さい方は透明性に優れる。また、微粒子の二次粒子の平均粒径は0.05μm〜1.0μmの範囲である。好ましい微粒子の二次粒子の平均粒径は5nm〜50nmが好ましく、更に好ましくは、7nm〜14nmである。これらの微粒子はセルロースエステルフィルム中では、セルロースエステルフィルム表面に0.01μm〜1.0μmの凹凸を生成させる為に好ましく用いられる。微粒子のセルロースエステル中の含有量はセルロースエステルに対して0.005質量%〜0.3質量%が好ましい。
二酸化ケイ素の微粒子としては日本アエロジル(株)製のアエロジル(AEROSIL)200、200V、300、R972、R972V、R974、R202、R812、OX50、TT600等を挙げることが出来、好ましくはアエロジル200V、R972、R972V、R974、R202、R812である。これらの微粒子は2種以上併用してもよい。2種以上併用する場合、任意の割合で混合して使用することが出来る。この場合、平均粒径や材質の異なる微粒子、例えばアエロジル200VとR972Vを質量比で0.1:99.9〜99.9:0.1の範囲で使用出来る。
配向層や液晶層を塗設する場合、マット剤の凸凹により配向が阻害される場合は、一方の面の表層のみにマット剤を含有させることが出来る。或いは、これらのマット剤とセルロースエステルを含む(ジアセチルセルロース、セルロースアセテートプロピオネートなど)塗布液を塗設して摩擦係数を低減し、滑り性を改善することも出来る。
〈その他の添加剤〉
この他カオリン、タルク、ケイソウ土、石英、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナ等の無機微粒子、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属の塩などの熱安定剤を加えてもよい。更に帯電防止剤、難燃剤、滑剤、油剤等も加える場合がある。
この他カオリン、タルク、ケイソウ土、石英、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナ等の無機微粒子、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属の塩などの熱安定剤を加えてもよい。更に帯電防止剤、難燃剤、滑剤、油剤等も加える場合がある。
(有機溶媒)
セルロースエステルを溶解するドープ形成に有用な有機溶媒としては、塩素系有機溶媒と非塩素系有機溶媒がある。塩素系の有機溶媒としてメチレンクロライド(塩化メチレン)を挙げることが出来、セルロースエステル、特にセルローストリアセテートの溶解に適している。昨今の環境問題から非塩素系有機溶媒の使用が検討されている。非塩素系有機溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、アセトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、シクロヘキサノン、ギ酸エチル、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール、ニトロエタン等を挙げることが出来る。これらの有機溶媒をセルローストリアセテートに対して使用する場合には、常温での溶解方法も使用可能であるが、高温溶解方法、冷却溶解方法、高圧溶解方法等の溶解方法を用いることにより不溶解物を少なくすることが出来るので好ましい。セルローストリアセテート以外のセルロースエステルに対しては、メチレンクロライドを用いることも出来るが、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトンが好ましく使用される。特に酢酸メチルが好ましい。本発明において、上記セルロースエステルに対して良好な溶解性を有する有機溶媒を良溶媒といい、また溶解に主たる効果を示し、その中で大量に使用する有機溶媒を主有機溶媒または主たる有機溶媒という。本発明における良溶媒とは、25℃において溶媒100gに5g以上のセルロースエステルを溶解する溶媒とする。
セルロースエステルを溶解するドープ形成に有用な有機溶媒としては、塩素系有機溶媒と非塩素系有機溶媒がある。塩素系の有機溶媒としてメチレンクロライド(塩化メチレン)を挙げることが出来、セルロースエステル、特にセルローストリアセテートの溶解に適している。昨今の環境問題から非塩素系有機溶媒の使用が検討されている。非塩素系有機溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、アセトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、シクロヘキサノン、ギ酸エチル、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール、ニトロエタン等を挙げることが出来る。これらの有機溶媒をセルローストリアセテートに対して使用する場合には、常温での溶解方法も使用可能であるが、高温溶解方法、冷却溶解方法、高圧溶解方法等の溶解方法を用いることにより不溶解物を少なくすることが出来るので好ましい。セルローストリアセテート以外のセルロースエステルに対しては、メチレンクロライドを用いることも出来るが、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトンが好ましく使用される。特に酢酸メチルが好ましい。本発明において、上記セルロースエステルに対して良好な溶解性を有する有機溶媒を良溶媒といい、また溶解に主たる効果を示し、その中で大量に使用する有機溶媒を主有機溶媒または主たる有機溶媒という。本発明における良溶媒とは、25℃において溶媒100gに5g以上のセルロースエステルを溶解する溶媒とする。
本発明に用いられるドープには、上記有機溶媒の他に、1質量%〜40質量%の炭素原子数1〜4のアルコールを含有させることが好ましい。これらはドープを金属支持体に流延後溶媒が蒸発をし始めアルコールの比率が多くなるとウェブがゲル化し、ウェブを丈夫にし金属支持体から剥離することを容易にするゲル化溶媒として用いられたり、これらの割合が少ない時は非塩素系有機溶媒のセルロースエステルの溶解を促進する役割もある。炭素原子数1〜4のアルコールとしては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール等を挙げることが出来る。これらのうちドープの安定性に優れ、沸点も比較的低く、乾燥性も良く、且つ毒性がないこと等からエタノールが好ましい。これらの有機溶媒は単独ではセルロースエステルに対して溶解性に乏しいため、貧溶媒の範疇に入る。本発明における貧溶媒とは、25℃において溶媒100gに5g未満のセルロースエステルを溶解する溶媒とする。
フィルム面質の向上の観点からは、ドープ中のセルロースエステルの濃度は15質量%〜40質量%に調整し、ドープ粘度は10Pa・s〜50Pa・sの範囲に調整することが好ましい。
(光学フィルム−Aの製造方法)
光学フィルム−Aは、公知の溶液流延法または溶融押出法によって、フィルムを製造することが出来る。
光学フィルム−Aは、公知の溶液流延法または溶融押出法によって、フィルムを製造することが出来る。
溶液流延法で光学フィルム−Aを製造する場合、針状複屈折性微粒子は該フィルムを構成するセルロースエステルが溶解した溶液、セルロース樹脂が存在しない溶媒、または他の分散物が存在する分散液に、好ましくは前記針状複屈折性微粒子分散液として添加することによって、針状複屈折性微粒子を含有したフィルムを製造することが出来る。
本発明の光学フィルム−Aとしては、セルロースエステルを溶解調製したドープ液を支持体(ステンレスベルト等)上に流延、製膜し、得られたフィルムを支持体から剥ぎ取り(剥離ともいう)、その後、幅手方向に張力をかけて延伸し、乾燥ゾーン中を搬送させながら乾燥する溶液流延製膜法が用いられることが好ましい。下記に、溶液流延製膜法について説明する。尚、長手方向(MDと略記する場合がある)とは、機械搬送方向、ドープ流延方向を表し、幅手方向(TD)とは、フィルム面内で長手方向と直交する方向を表す。
《溶液流延製膜方法》
(a)溶解工程:セルロースエステル(フレーク状若しくはパウダー状若しくは顆粒状(好ましくは平均粒径100μm以上の粒子))に対する良溶媒を主とする有機溶媒に溶解釜中で該セルロースエステルや添加剤を攪拌しながら溶解し、ドープを形成する工程である。溶解には、常圧で行う方法、良溶媒の沸点以下で行う方法、良溶媒の沸点以上で加圧して行う方法、冷却溶解法で行う方法、高圧で行う方法等種々の溶解方法がある。溶解後ドープを濾材で濾過し、脱泡してポンプで次工程に送る。
(a)溶解工程:セルロースエステル(フレーク状若しくはパウダー状若しくは顆粒状(好ましくは平均粒径100μm以上の粒子))に対する良溶媒を主とする有機溶媒に溶解釜中で該セルロースエステルや添加剤を攪拌しながら溶解し、ドープを形成する工程である。溶解には、常圧で行う方法、良溶媒の沸点以下で行う方法、良溶媒の沸点以上で加圧して行う方法、冷却溶解法で行う方法、高圧で行う方法等種々の溶解方法がある。溶解後ドープを濾材で濾過し、脱泡してポンプで次工程に送る。
上記のドープとは、本発明に係るセルロースエステルと前述の針状複屈折性微粒子及び添加剤を有機溶媒に溶解した溶液である。
(b)流延工程:ドープを加圧型定量ギヤポンプを通して加圧ダイに送液し、無限に移送する無端の金属ベルト、例えばステンレスベルト、或いは回転する金属ドラム等の金属支持体上の流延位置に、加圧ダイからドープを流延する工程である。金属支持体の表面は鏡面となっている。その他の流延する方法は流延されたドープ膜をブレードで膜厚を調節するドクターブレード法、或いは逆回転するロールで調節するリバースロールコーターによる方法等があるが、口金部分のスリット形状を調製出来、膜厚を均一にし易い加圧ダイが好ましい。加圧ダイには、コートハンガーダイやTダイ等があるが、何れも好ましく用いられる。製膜速度を上げるために加圧ダイを金属支持体上に2基以上設け、ドープ量を分割して重層してもよい。
(c)溶媒蒸発工程:ウェブ(金属支持体上にドープを流延した以降のドープ膜の呼び方をウェブとする)を金属支持体上で加熱し金属支持体からウェブが剥離可能になるまで溶媒を蒸発させる工程である。溶媒を蒸発させるには、ウェブ側から風を吹かせる方法及び/または金属支持体の裏面から液体により伝熱させる方法、輻射熱により表裏から伝熱する方法等があるが、裏面液体伝熱の方法が乾燥効率の点で好ましい。またそれらを組み合せる方法も好ましい。
製膜速度を上げるため、金属支持体上でのウェブ温度を上げる方法が有効である。但し、過剰な熱供給はウェブに含まれる溶媒によりウェブ内部からの発泡を引き起こすため、ウェブの組成により好ましい乾燥速度が規定される。また、製膜速度を上げるためベルト状の金属支持体の上に流延を行う方法も好ましく用いられる。ベルト状の支持体を用いて流延を行う場合、ベルト長を長くすることにより流延速度を増加させることが出来る。但し、ベルト長の拡大はベルト自重によるたわみを助長する。このたわみは製膜の際に振動を引き起こし、流延時の膜厚を不均一にさせるため、ベルト長さとしては、40m〜120mであることが好ましい。
(d)剥離工程:金属支持体上で溶媒が蒸発したウェブを、剥離位置で剥離する工程である。剥離されたウェブは次工程に送られる。剥離する時点でのウェブの残留溶媒量があまり大き過ぎると剥離し難かったり、逆に金属支持体上で充分に乾燥させてから剥離すると、途中でウェブの一部が剥がれたりする。
製膜速度を上げる方法(残留溶媒量が出来るだけ多いうちに剥離するため製膜速度を上げることが出来る)としてゲル流延法(ゲルキャスティング)がある。
それは、ドープ中にセルロースエステルに対する貧溶媒を加えて、ドープ流延後、ゲル化する方法、金属支持体の温度を低めてゲル化する方法等がある。金属支持体上でゲル化させ剥離時の膜の強度を上げておくことによって、剥離を早め製膜速度を上げることが出来るのである。
本発明においては、該金属支持体上の剥離位置における温度を10℃〜40℃に調整することが好ましく、更に好ましくは、15℃〜30℃に調整することである。また、剥離位置におけるウェブの残留溶媒量を5質量%〜120質量%とすることが好ましい。本発明においては、残留溶媒量は下記一般式(1)で表すことが出来る。
一般式(1) 残留溶媒量(質量%)={(M−N)/N}×100
ここで、Mはウェブの任意時点での質量、NはMのものを110℃で3時間乾燥させた時の質量である。
ここで、Mはウェブの任意時点での質量、NはMのものを110℃で3時間乾燥させた時の質量である。
ベルト状支持体上に製膜する場合、速度の上昇は上述のベルト振動を助長する。剥離時の残留溶媒量及びベルト長さなどを考慮すると、製膜速度としては、10m/分〜120m/分が好ましく、15m/分から60m/分が更に好ましい。
本発明において、ウェブ全幅に対する残留溶媒量を平均残留溶媒量、或いは中央部の残留溶媒量ということがあり、またウェブの両端部の残留溶媒量というように局部的な残留溶媒量をいう場合もある。
(e)乾燥工程:剥離後、一般には、ウェブを千鳥状に配置したロールに交互に通して搬送する乾燥装置及び/またはクリップでウェブの両端をクリップして搬送するテンター装置を用いてウェブを乾燥する。乾燥の手段はウェブの両面に熱風を吹かせるのが一般的であるが、風の代わりにマイクロウエーブを当てて加熱する手段もある。あまり急激な乾燥は出来上がりのフィルムの平面性を損ね易い。全体を通して、通常乾燥温度は30〜250℃の範囲で行われる。使用する溶媒によって、乾燥温度、乾燥風量及び乾燥時間が異なり、使用溶媒の種類、組み合せに応じて乾燥条件を適宜選べばよい。
本発明において、工程D0とは、流延されたフィルムを剥離したのち、テンター部分まで搬送を行う工程をあらわす。工程D0では、延伸時のフィルム残留溶媒量をコントロールする目的で、温度をコントロールすることが好ましい。工程D0でのフィルム残留溶媒量にもよるが、搬送方向(以下、長手方向)への延伸が起こりにくく残留溶媒量を調整する意図で、20℃〜70℃が好ましく、更に好ましくは、20℃〜68℃であり、特に好ましくは、20℃〜40℃である。
工程D0において、フィルムの均一性を高める観点から、フィルム面内でありフィルム搬送に対して垂直な方向(以下、幅手方向)でのフィルム雰囲気温度分布として好ましい範囲が存在する。工程D0での温度分布は、±5℃以内が好ましく、±2℃以内がより好まく、±1℃以内が最も好ましい。
工程D0でのフィルム搬送張力としては、支持体からの剥離条件及び工程D0での搬送方向の伸びを防止する観点から、下記に示すような好ましい条件が存在する。
(工程D0でのフィルム搬送張力)
工程D0でのフィルム搬送張力は、ドープの物性、剥離時及び工程D0での残留溶媒量、工程D0での温度などに影響を受けるが、30N/m〜300N/mが好ましく、更に好ましくは、57N/m〜284N/mであり、特に好ましくは、57N/m〜170N/mである。
工程D0でのフィルム搬送張力は、ドープの物性、剥離時及び工程D0での残留溶媒量、工程D0での温度などに影響を受けるが、30N/m〜300N/mが好ましく、更に好ましくは、57N/m〜284N/mであり、特に好ましくは、57N/m〜170N/mである。
工程D0での搬送方向へフィルムの伸びを防止する目的で、テンションカットロールを設けることが好ましい。
工程D0での良溶媒及び貧溶媒の比率はフィルム搬送に対しての伸びを防止する意味で好ましい範囲が規定される。工程D0終点での貧溶媒質量/(良溶媒質量+貧溶媒質量)×100(%)としては、95質量%〜15質量%の範囲が好ましく、更に好ましくは、95質量%〜25質量%であり、特に好ましくは、95質量%〜30質量%である。
(f)延伸工程(テンター工程ともいう)
光学フィルム−Aは、延伸によって複屈折性を発現することが出来る。
光学フィルム−Aは、延伸によって複屈折性を発現することが出来る。
溶液流延法の製造時に溶媒を含む状態で延伸するか、または溶媒が乾燥した状態のフィルムを延伸することが出来る。
本発明においては、セルロースエステルと針状複屈折性微粒子が均一に相溶している場合は、フィルムのガラス転移温度−20℃〜流動する温度以下で、フィルムとして延伸することが出来る。ここでフィルムのガラス転移温度は公知の方法で測定することが出来る。
フィルム構成材料は、フィルムを形成するために溶融した状態またはフィルムを形成するために溶媒に希釈された状態で延伸することが出来、フィルム構成材料がフィルムの形態を維持出来ない流動状態の温度よりも低く、かつガラス温度−20℃以上の温度領域で延伸することで複屈折性を制御することが出来る。
本発明において、セルロースエステルと針状複屈折性微粒子が不均一である場合は、セルロースエステルに添加剤が存在する連続相または針状複屈折性微粒子の領域の少なくとも何れかが前記延伸条件を満たすことにより延伸され複屈折性を制御することが出来る。上記延伸条件は、透明フィルムを得ることと複屈折性を制御する観点で好ましい方法である。
本発明において斜め45度の光漏れを抑制しコントラストを増加させるためには、リターデーション値Ro(a)が105nm≦Ro(a)≦350nm、及びNzが0.2<Nz<0.7、より好ましくはRth(a)が−30nm≦Rth(a)≦+20nmの範囲にあることである。これらの範囲以外では、IPSモードの視野角を改善することは困難である。
〈3次元屈折率の制御〉
本発明の光学フィルム−Aを製造するときに、延伸方向をyと定義して延伸することで、nx(a)>nz(a)>ny(a)の関係を満たすことが特徴である。
本発明の光学フィルム−Aを製造するときに、延伸方向をyと定義して延伸することで、nx(a)>nz(a)>ny(a)の関係を満たすことが特徴である。
これは、光学フィルム−Aを製造するときに、フィルム面内の方向をx及び同面内に直交した方向をyと定義し、また厚さ方向をzとし、これらの方向に対応したフィルムの屈折率は、xに対応した屈折率をnx(a)、yに対応した屈折率をny(a)、z方向に対応した屈折率をnz(a)とした時に、これらの3つの方向を3次元的に屈折率を制御することが、本発明において重要である。
本発明において、光学フィルム−Aの3次元屈折率(上述のnx(a)、ny(a)、nz(a))を制御するとき、光学フィルム−Aは、延伸方向に対して正の複屈折性を有するポリマー樹脂と、延伸方向に対して負の複屈折性を示す針状複屈折性微粒子を用いる。この場合、フィルムの面が高い平滑性を有する固定幅延伸として連続的に延伸出来るテンターを用いることが好ましい。
この時、本発明の構成から負の複屈折性を示す針状複屈折性微粒子を含まないフィルムを本発明の方法で製造すると、延伸方向をyとしたときに、ny(p)>nx(p)>nz(p)の関係となる。
上記ny(p)、nx(p)、nz(p)は、針状複屈折性微粒子を含まない樹脂フィルムにおいて延伸方向をyとしたとき、延伸方向の屈折率ny(p)、延伸方向にフィルム面内に直交した方向の屈折率nx(p)、厚さ方向の屈折率nz(p)を示す。例えば、コニカミノルタオプト(製)KC8UCR−3に代表されるフィルムである。
光学フィルム−Aを製造するときに、針状複屈折性微粒子がフィルムに存在するために延伸方向に対して負の複屈折性が発現する。このとき、針状複屈折性微粒子に由来する複屈折性に着目すると、フィルムの延伸方向に対して、針状複屈折性微粒子が配向した場合に負の一軸性であるny(ma)<nx(ma)=nz(ma)を示す、または弱い二軸性を示すny(ma)<(nx(ma)≒nz(ma))の関係を満たす材料を用いる。
ここで、フィルムを延伸したときに配向によって発現した針状複屈折性微粒子の屈折率について、延伸方向をyとしてとき、延伸方向の屈折率ny(ma)、延伸方向にフィルム面内に直交した方向の屈折率nx(ma)、厚さ方向の屈折率nz(ma)とする。
上記ny(ma)、nx(ma)、nz(ma)は、針状複屈折性微粒子を含まないフィルムに針状複屈折性微粒子を添加することによって発現される針状複屈折性微粒子の屈折率である。
このとき、光学フィルム−Aの3次元屈折率において、延伸方向をyと定義して延伸すると、nx(a)>nz(a)>ny(a)の関係を満たすためには、針状複屈折性微粒子による複屈折性への光学的な寄与度が、本発明の構成から針状複屈折性微粒子を含まないフィルムの光学的な複屈折性への寄与度よりも大きいことが条件となる。
また、本発明において、光学フィルム−Aを偏光板保護フィルムとして用いるためには、フィルム樹脂として、セルロースエステルを使用し、[(針状複屈折性微粒子を含まないフィルム樹脂の質量)/(針状複屈折性微粒子の質量)]>1であることが好ましく、[(針状複屈折性微粒子を含まないフィルム樹脂の質量)/(針状複屈折性微粒子の質量)]>2であることがより好ましく、[(針状複屈折性微粒子を含まないフィルム樹脂の質量)/(針状複屈折性微粒子の質量)]>3であることが更に好ましい。
本発明の光学フィルム−Aの好ましい延伸倍率は、一方向の延伸倍率が1.01〜3.00倍に延伸され、もう一方の延伸倍率が1.00〜2.50倍に延伸製膜されたものであり、より好ましくは一方向の延伸倍率が1.01〜3.00倍に延伸され、もう一方の延伸倍率が1.00〜2.00倍に延伸されたものであり、更に好ましくは一方向の延伸倍率が1.01〜3.00倍に延伸され、もう一方の延伸倍率が1.01〜1.50倍未満に延伸されたものであり、更に好ましくは一方向の延伸倍率が1.01〜3.00倍に延伸され、もう一方の延伸倍率が1.01〜1.25倍未満に延伸されたものであり、更に好ましくは一方向の延伸倍率が1.01〜2.50倍に延伸され、もう一方の延伸倍率が1.01〜1.25倍未満に延伸されたものである。これにより、本発明のリターデーション値を有する光学フィルム−Aを好ましく得ることと共に、平面性の良好な光学フィルム−Aを得ることが出来る。製膜工程のこれらの幅保持或いは横方向の延伸はテンターによって行うことが好ましく、ピンテンターでもクリップテンターでもよい。
本発明に係る光学補償フィルムを作製する為の延伸工程(テンター工程ともいう)の一例を、図2を用いて説明する。
図2において、工程Aでは、図示されていないフィルム搬送工程D0から搬送されてきたフィルムを把持する工程であり、次の工程Bにおいて、図1に示すような延伸角度でフィルムが幅手方向(フィルムの進行方向と直交する方向)に延伸され、工程Cにおいては、延伸が終了し、フィルムが把持したまま搬送される工程である。
フィルム剥離後から工程B開始前及び/または工程Cの直後に、フィルム幅方向の端部を切り落とすスリッターを設けることが好ましい。特に、A工程開始直前にフィルム端部を切り落とすスリッターを設けることが好ましい。幅手方向に同一の延伸を行った際、特に工程B開始前にフィルム端部を切除した場合とフィルム端部を切除しない条件とを比較すると、前者がよりフィルムの幅手方向で光学遅相軸の分布(以下、配向角分布という)を改良する効果が得られる。
これは、残留溶媒量の比較的多い剥離から幅手延伸工程Bまでの間での長手方向の意図しない延伸を抑制した効果であると考えられる。
テンター工程において、配向角分布を改善するため意図的に異なる温度を持つ区画を作ることも好ましい。また、異なる温度区画の間にそれぞれの区画が干渉を起こさないように、ニュートラルゾーンを設ける事も好ましい。
尚、延伸操作は多段階に分割して実施してもよく、流延方向、幅手方向に二軸延伸を実施することが好ましい。また、二軸延伸を行う場合にも同時二軸延伸を行ってもよいし、段階的に実施してもよい。この場合、段階的とは、例えば、延伸方向の異なる延伸を順次行うことも可能であるし、同一方向の延伸を多段階に分割し、かつ異なる方向の延伸をそのいずれかの段階に加えることも可能である。即ち、例えば、次のような延伸ステップも可能である。
・流延方向に延伸−幅手方向に延伸−流延方向に延伸−流延方向に延伸
・幅手方向に延伸−幅手方向に延伸−流延方向に延伸−流延方向に延伸
また、同時2軸延伸には、一方向に延伸し、もう一方を張力を緩和して収縮させる場合も含まれる。
・幅手方向に延伸−幅手方向に延伸−流延方向に延伸−流延方向に延伸
また、同時2軸延伸には、一方向に延伸し、もう一方を張力を緩和して収縮させる場合も含まれる。
また、本発明における「延伸方向」とは、延伸操作を行う場合の直接的に延伸応力を加える方向という意味で使用する場合が通常であるが、多段階に二軸延伸される場合に、最終的に延伸倍率の大きくなった方(即ち、通常遅相軸となる方向)の意味で使用されることもある。特に、寸法変化率に関する記載の場合の単に「延伸方向」という表現の場合には主として後者の意味で使用される。残留溶媒量は下記式により表される。
光学フィルムの延伸操作を行うことによる80℃、90%RH条件下における寸法安定性の改善のためには、残留溶媒存在下、かつ加熱条件下にて延伸操作を行うことが好ましい。
光学フィルムを幅手方向に延伸する場合には、配向角分布が悪くなることはよく知られている。RthとRoの値を一定比率とし、かつ、配向角分布を良好な状態で幅手延伸を行うため、工程A、B、Cで好ましいフィルム温度の相対関係が存在する。工程A、B、C終点でのフィルム温度をそれぞれTa℃、Tb℃、Tc℃とすると、Ta≦Tb−10であることが好ましい。また、Tc≦Tbであることが好ましい。Ta≦Tb−10かつ、Tc≦Tbであることが更に好ましい。
工程Bでのフィルム昇温速度は、配向角分布を良好にするために、0.5〜10℃/sの範囲が好ましい。
工程Bでの延伸時間は、80℃、90%RH条件における寸法変化率を小さくするためには短時間である方が好ましい。但し、フィルムの均一性の観点から、最低限必要な延伸時間の範囲が規定される。具体的には1〜10秒の範囲であることが好ましく、4〜10秒がより好ましい。また、工程Bの温度は40〜180℃、好ましくは100〜160℃である。
上記テンター工程において、熱伝達係数は一定でもよいし、変化させてもよい。熱伝達係数としては、41.9〜419×103J/m2hrの範囲の熱伝達係数を持つことが好ましい。更に好ましくは、41.9〜209.5×103J/m2hrの範囲であり、41.9〜126×103J/m2hrの範囲が最も好ましい。
80℃、90%RH条件下における寸法安定性を良好にするため、上記工程Bでの幅手方向への延伸速度は、一定で行ってもよいし、変化させてもよい。延伸速度としては、50〜500%/minが好ましく、更に好ましくは100〜400%/min、200〜300%/minが最も好ましい。
テンター工程において、雰囲気の幅手方向の温度分布が少ない事が、フィルムの均一性を高める観点から好ましく、テンター工程での幅手方向の温度分布は、±5℃以内が好ましく、±2℃以内がより好ましく、±1℃以内が最も好ましい。上記温度分布を少なくすることにより、フィルムの幅手での温度分布も小さくなることが期待出来る。
工程Cに於いて、寸法変化を抑えるため幅方向に緩和する事が好ましい。具体的には、前工程のフィルム幅に対して95〜99.5%の範囲になるようにフィルム幅を調整する事が好ましい。
テンター工程で処理した後、更に後乾燥工程(以下、工程D1)を設けるのが好ましい。50〜140℃で行うのが好ましい。更に好ましくは、80〜140℃の範囲であり、最も好ましくは110〜130℃の範囲である。
工程D1で、フィルムの幅方向の雰囲気温度分布が少ない事は、フィルムの均一性を高める観点から好ましい。±5℃以内が好ましく、±2℃以内がより好ましく、±1℃以内が最も好ましい。
工程D1でのフィルム搬送張力は、ドープの物性、剥離時及び工程D0での残留溶媒量、工程D1での温度などに影響を受けるが、120〜200N/mが好ましく、140〜200N/mが更に好ましい。140〜160N/mが最も好ましい。
工程D1での搬送方向へフィルムの伸びを防止する目的で、テンションカットロールを設けることが好ましい。乾燥終了後、巻き取り前にスリッターを設けて端部を切り落とすことが良好な巻姿を得るため好ましい。
本発明において、光学フィルム−Aが長尺状であるとき、光学フィルムの遅相軸が、搬送方向と一致していることが好ましい。
本発明の光学フィルム−Aを構成する組成物、すなわち、延伸方向に対して負の複屈折性を示す少なくとも1種の針状複屈折性微粒子と延伸方向に対して正の複屈折性を示す少なくとも1種のポリマー樹脂を含有するフィルム組成物は、フィルムの製膜過程で、幅手方向に連続的に延伸すると、製膜方向(フィルムの搬送方向)に遅相軸が形成できるという特徴がある。
長尺状のPVA偏光子は長手方向に吸収軸が存在しており、偏光板保護フィルムとして適用する光学フィルム−Aの遅相軸が長手方向にあることで、両者を直接貼合できる配置となる。このことは偏光板の生産性の観点から好ましい構成である。
(g)巻き取り工程:
乾燥が終了したウェブをフィルムとして巻き取る工程である。乾燥を終了する残留溶媒量は、2質量%以下、好ましくは0.4質量%以下とすることにより寸法安定性の良好なフィルムを得ることが出来る。巻き取り方法は、一般に使用されているワインダーを用いればよく、定トルク法、定テンション法、テーパーテンション法、内部応力一定のプログラムテンションコントロール法等の張力をコントロールする方法があり、それらを使い分ければよい。
乾燥が終了したウェブをフィルムとして巻き取る工程である。乾燥を終了する残留溶媒量は、2質量%以下、好ましくは0.4質量%以下とすることにより寸法安定性の良好なフィルムを得ることが出来る。巻き取り方法は、一般に使用されているワインダーを用いればよく、定トルク法、定テンション法、テーパーテンション法、内部応力一定のプログラムテンションコントロール法等の張力をコントロールする方法があり、それらを使い分ければよい。
残留溶媒量は前記一般式(1)で表せる。
セルロースエステルフィルムの膜厚は、使用目的によって異なるが、液晶表示装置の薄型化の観点から、仕上がりフィルムとして10〜120μmの範囲が好ましく、更に30〜100μmの範囲がより好ましく、特に35〜85μmの範囲が好ましい。薄過ぎると例えば偏光板用保護フィルムとしての必要な強度が得られない場合がある。厚過ぎると従来のセルロースエステルフィルムに対して薄膜化の優位性がなくなる。膜厚の調節には、所望の厚さになるように、ドープ濃度、ポンプの送液量、ダイの口金のスリット間隙、ダイの押し出し圧力、金属支持体の速度等をコントロールするのがよい。また、膜厚を均一にする手段として、膜厚検出手段を用いて、プログラムされたフィードバック情報を上記各装置にフィードバックさせて調節するのが好ましい。
溶液流延製膜法を通しての流延直後からの乾燥までの工程において、乾燥装置内の雰囲気を、空気とするのもよいが、窒素ガスや炭酸ガス等の不活性ガス雰囲気で行ってもよい。ただ、乾燥雰囲気中の蒸発溶媒の爆発限界の危険性は常に考慮されなければならないことは勿論である。
次に、本発明において好ましい光学フィルム−Bについて説明する。
本発明において好ましい光学フィルム−Bは、前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光学フィルムを用いた偏光板に対し、IPSモード型である液晶セルを挟んで配置されるもう一方の偏光板の液晶表示セル側に配置される光学フィルムであり、下記式(iv)、(v)で表されるリターデーション値Ro(b)、Rth(b)が−15nm≦Ro(b)≦15nm、かつ−15nm≦Rth(b)≦15nmの光学値を満たすことを特徴とする。
式(iv) Ro(b)=(nx(b)−ny(b))×d
式(v) Rth(b)={(nx(b)+ny(b))/2−nz(b)}×d(ここで、光学フィルム−Bの面内の遅相軸方向の屈折率をnx(b)、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny(b)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(b)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
上記リターデーション値の範囲を満たすフィルムを作製する為に、光学フィルム−Bは、特開2003−12859号記載の方法で作製することが出来る。具体的には、特開2003−12859号の段落番号[0032]〜[0049]に記載のポリマーをセルロースエステルフィルムに含有させることが好ましく、リターデーション値の調整を前記公報記載のポリマーの種類、量で行うことが出来る。
式(v) Rth(b)={(nx(b)+ny(b))/2−nz(b)}×d(ここで、光学フィルム−Bの面内の遅相軸方向の屈折率をnx(b)、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny(b)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(b)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
上記リターデーション値の範囲を満たすフィルムを作製する為に、光学フィルム−Bは、特開2003−12859号記載の方法で作製することが出来る。具体的には、特開2003−12859号の段落番号[0032]〜[0049]に記載のポリマーをセルロースエステルフィルムに含有させることが好ましく、リターデーション値の調整を前記公報記載のポリマーの種類、量で行うことが出来る。
上記リターデーション値の範囲を満たすフィルムを作製する為に、光学フィルム−Bは、下記ポリマーを含有することが好ましい。
〈ポリマー〉
本発明の光学フィルム−Bに使用出来るポリマーは、エチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマー、アクリル系ポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーであることが好ましい。
本発明の光学フィルム−Bに使用出来るポリマーは、エチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマー、アクリル系ポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーであることが好ましい。
本発明のポリマーの重量平均分子量が500〜30000のものが好ましく用いられ、500〜10000のものが、セルロースエステルとの相溶性が良好で、製膜中において蒸発も揮発も起こらないのでより好ましい。特に、アクリル系ポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマーまたはシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーについて、好ましくは500〜5000のものであれば、上記に加え、製膜後のセルロースエステルフィルムの透明性が優れ、透湿度も極めて低く、偏光板用保護フィルムとして優れた性能を示す。
本発明のポリマーは重量平均分子量が500以上10000未満であれば、オリゴマーから低分子量ポリマーの間にあると考えられるものである。このようなポリマーを合成するには、通常の重合では分子量のコントロールが難しく、分子量をあまり大きくしない方法で出来るだけ分子量を揃えることの出来る方法を用いることが望ましい。かかる重合方法としては、クメンペルオキシドやt−ブチルヒドロペルオキシドのような過酸化物重合開始剤を使用する方法、重合開始剤を通常の重合より多量に使用する方法、重合開始剤の他にメルカプト化合物や四塩化炭素等の連鎖移動剤を使用する方法、重合開始剤の他にベンゾキノンやジニトロベンゼンのような重合停止剤を使用する方法、更に特開2000−128911号または同2000−344823号公報にあるような一つのチオール基と2級の水酸基とを有する化合物、あるいは、該化合物と有機金属化合物を併用した重合触媒を用いて塊状重合する方法等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いられるが、特に、該公報に記載の方法が好ましい。
本発明に有用なポリマーを構成するモノマー単位としてのモノマーを下記に挙げるがこれに限定されない。
エチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマーを構成するエチレン性不飽和モノマー単位としては:ビニルエステルとして、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、吉草酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、オクチル酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル等;アクリル酸エステルとして、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル(i−、n−)、アクリル酸ブチル(n−、i−、s−、t−)、アクリル酸ペンチル(n−、i−、s−)、アクリル酸ヘキシル(n−、i−)、アクリル酸ヘプチル(n−、i−)、アクリル酸オクチル(n−、i−)、アクリル酸ノニル(n−、i−)、アクリル酸ミリスチル(n−、i−)、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸(2−エチルヘキシル)、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェネチル、アクリル酸(ε−カプロラクトン)、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、アクリル酸−p−ヒドロキシメチルフェニル、アクリル酸−p−(2−ヒドロキシエチル)フェニル等;メタクリル酸エステルとして、上記アクリル酸エステルをメタクリル酸エステルに変えたもの;不飽和酸として、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸等を挙げることが出来る。上記モノマーで構成されるポリマーはコポリマーでもホモポリマーでもよく、ビニルエステルのホモポリマー、ビニルエステルのコポリマー、ビニルエステルとアクリル酸またはメタクリル酸エステルとのコポリマーが好ましい。
本発明において、アクリル系ポリマーという(単にアクリル系ポリマーという)のは、芳香環あるいはシクロヘキシル基を有するモノマー単位を有しないアクリル酸またはメタクリル酸アルキルエステルのホモポリマーまたはコポリマーを指す。芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマーというのは、必ず芳香環を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を含有するアクリル系ポリマーである。また、シクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーというのは、シクロヘキシル基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を含有するアクリル系ポリマーである。
芳香環及びシクロヘキシル基を有さないアクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル(i−、n−)、アクリル酸ブチル(n−、i−、s−、t−)、アクリル酸ペンチル(n−、i−、s−)、アクリル酸ヘキシル(n−、i−)、アクリル酸ヘプチル(n−、i−)、アクリル酸オクチル(n−、i−)、アクリル酸ノニル(n−、i−)、アクリル酸ミリスチル(n−、i−)、アクリル酸(2−エチルヘキシル)、アクリル酸(ε−カプロラクトン)、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−メトキシエチル)、アクリル酸(2−エトキシエチル)等、または上記アクリル酸エステルをメタクリル酸エステルに変えたものを挙げることが出来る。
アクリル系ポリマーは上記モノマーのホモポリマーまたはコポリマーであるが、アクリル酸メチルエステルモノマー単位が30質量%以上を有していることが好ましく、また、メタクリル酸メチルエステルモノマー単位が40質量%以上有することが好ましい。特にアクリル酸メチルまたはメタクリル酸メチルのホモポリマーが好ましい。
芳香環を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸フェニル、メタクリル酸フェニル、アクリル酸(2または4−クロロフェニル)、メタクリル酸(2または4−クロロフェニル)、アクリル酸(2または3または4−エトキシカルボニルフェニル)、メタクリル酸(2または3または4−エトキシカルボニルフェニル)、アクリル酸(oまたはmまたはp−トリル)、メタクリル酸(oまたはmまたはp−トリル)、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸フェネチル、メタクリル酸フェネチル、アクリル酸(2−ナフチル)等を挙げることが出来るが、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニチル、メタクリル酸フェネチルを好ましく用いることが出来る。
芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマー中、芳香環を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位が20〜40質量%を有し、且つアクリル酸またはメタクリル酸メチルエステルモノマー単位を50〜80質量%有することが好ましい。該ポリマー中、水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を2〜20質量%有することが好ましい。
シクロヘキシル基を有するアクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸(4−メチルシクロヘキシル)、メタクリル酸(4−メチルシクロヘキシル)、アクリル酸(4−エチルシクロヘキシル)、メタクリル酸(4−エチルシクロヘキシル)等を挙げることが出来るが、アクリル酸シクロヘキシル及びメタクリル酸シクロヘキシルを好ましく用いることが出来る。
シクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマー中、シクロヘキシル基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を20〜40質量%を有し且つ50〜80質量%を有することが好ましい。また、該ポリマー中、水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位を2〜20質量%有することが好ましい。
上述のエチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマー、アクリル系ポリマー、芳香環を側鎖に有するアクリル系ポリマー及びシクロヘキシル基を側鎖に有するアクリル系ポリマーは何れもセルロースエステルとの相溶性に優れ、蒸発や揮発もなく生産性に優れ、偏光板用保護フィルムとしての保留性がよく、透湿度が小さく、寸法安定性に優れている。
本発明の水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマーの場合はホモポリマーではなく、コポリマーの構成単位である。この場合、好ましくは、水酸基を有するアクリル酸またはメタクリル酸エステルモノマー単位がアクリル系ポリマー中2〜20質量%含有することが好ましい。
本発明において、側鎖に水酸基を有するポリマーも好ましく用いることが出来る。水酸基を有するモノマー単位としては、前記したモノマーと同様であるが、アクリル酸またはメタクリル酸エステルが好ましく、例えば、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、アクリル酸−p−ヒドロキシメチルフェニル、アクリル酸−p−(2−ヒドロキシエチル)フェニル、またはこれらアクリル酸をメタクリル酸に置き換えたものを挙げることが出来、好ましくは、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル及びメタクリル酸−2−ヒドロキシエチルである。ポリマー中に水酸基を有するアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルモノマー単位はポリマー中2〜20質量%含有することが好ましく、より好ましくは2〜10質量%である。
前記のようなポリマーが上記の水酸基を有するモノマー単位を2〜20質量%含有したものは、勿論セルロースエステルとの相溶性、添加物の保留性、寸法安定性が優れ、透湿度が小さいばかりでなく、偏光板用保護フィルムとしての偏光子との接着性に特に優れ、偏光板の耐久性が向上する効果を有している。
また、本発明においては、ポリマーの主鎖の少なくとも一方の末端に水酸基を有することが好ましい。主鎖末端に水酸基を有するようにする方法は、特に主鎖の末端に水酸基を有するようにする方法であれば限定ないが、アゾビス(2−ヒドロキシエチルブチレート)のような水酸基を有するラジカル重合開始剤を使用する方法、2−メルカプトエタノールのような水酸基を有する連鎖移動剤を使用する方法、水酸基を有する重合停止剤を使用する方法、リビングイオン重合により水酸基を末端に有するようにする方法、特開2000−128911号または2000−344823号公報にあるような一つのチオール基と2級の水酸基とを有する化合物、あるいは、該化合物と有機金属化合物を併用した重合触媒を用いて塊状重合する方法等により得ることが出来、特に該公報に記載の方法が好ましい。この公報記載に関連する方法で作られたポリマーは、綜研化学社製のアクトフロー・シリーズとして市販されており、好ましく用いることが出来る。
上記の末端に水酸基を有するポリマー及び/または側鎖に水酸基を有するポリマーは、本発明において、ポリマーの相溶性、透明性を著しく向上する効果を有する。
これらポリマーは光学フィルム−B中に1〜35質量%含有することが好ましく、特に3〜25質量%含有することがリターデーション値を制御する上で好ましい。
セルロースエステルフィルム−Bの製造法については、公知のセルロースエステルフィルムの製造方法で製造することが出来る。特に、特開2002−249599記載の製造方法を用いてもよく、上記添加剤と組み合わせて作製することが好ましい。
以下、本発明に係る光学フィルム−A並びに、光学フィルム−Bの物性に関し下記に纏める。
(光学フィルムの透過率)
LCD表示装置の部材としては高い透過率と紫外線吸収性能が求められ、上述の添加剤を組み合せて添加し、製造された光学フィルムの500nm透過率は、85%から100%が好ましく、90%から100%が更に好ましく、92%から100%が最も好ましい。また、400nm透過率は40%から100%が好ましく、50%から100%が更に好ましく、60%から100%が最も好ましい。また、380nm透過率は0%から10%が好ましく、0%から5%が更に好ましく、0%から3%が最も好ましい。
LCD表示装置の部材としては高い透過率と紫外線吸収性能が求められ、上述の添加剤を組み合せて添加し、製造された光学フィルムの500nm透過率は、85%から100%が好ましく、90%から100%が更に好ましく、92%から100%が最も好ましい。また、400nm透過率は40%から100%が好ましく、50%から100%が更に好ましく、60%から100%が最も好ましい。また、380nm透過率は0%から10%が好ましく、0%から5%が更に好ましく、0%から3%が最も好ましい。
(光学フィルムの幅手方向の膜厚分布)
光学フィルムを幅手方向に延伸する際に、幅手方向での膜厚分布R(%)を0≦R(%)≦8%に調整することが好ましく、更に好ましくは、0≦R(%)≦5%であり、特に好ましくは、0≦R(%)≦4%である。
光学フィルムを幅手方向に延伸する際に、幅手方向での膜厚分布R(%)を0≦R(%)≦8%に調整することが好ましく、更に好ましくは、0≦R(%)≦5%であり、特に好ましくは、0≦R(%)≦4%である。
(光学フィルムのヘイズ値)
幅手方向に延伸した光学フィルムのヘイズ値が上昇することは、フィルムの長手方向に意図しない延伸が起こったことが原因の一つであると考えられる。ヘイズ値を低く制御する条件で延伸することにより面内及び厚み方向のリターデーションを均一にすることができる。
幅手方向に延伸した光学フィルムのヘイズ値が上昇することは、フィルムの長手方向に意図しない延伸が起こったことが原因の一つであると考えられる。ヘイズ値を低く制御する条件で延伸することにより面内及び厚み方向のリターデーションを均一にすることができる。
光学フィルムを幅手方向に延伸する際に、延伸終了後のフィルムヘイズ値をある範囲に制御する条件で延伸する事が好ましい。フィルムヘイズ値が、2%以内が好ましく、1.5%がより好ましく、1%以内が最も好ましい。
(光学フィルムの弾性率)
光学フィルムを幅手方向に延伸する際に、延伸終了後のフィルムの引っ張り強度をある範囲に制御する条件で延伸する事が好ましい。
光学フィルムを幅手方向に延伸する際に、延伸終了後のフィルムの引っ張り強度をある範囲に制御する条件で延伸する事が好ましい。
光学フィルムを幅手方向に延伸する際に、延伸終了後のフィルムの弾性率をある範囲に制御する条件で延伸する事が好ましい。幅手方向(TD)、長手方向(MD)の弾性率は同じであっても異なっていても良い。幅手方向に延伸した光学フィルムに長手方向に意図しない延伸が起こった場合弾性率を変化させる結果となる。弾性率をある範囲に制御する条件で延伸することにより面内及び厚み方向のリターデーションを均一にすることができる。
具体的には、弾性率が1.5GPa〜5GPaの範囲が好ましく、更に好ましくは、1.8GPa〜4GPaであり、特に好ましくは、1.9GPa〜3GPaの範囲である。
幅手方向に延伸した光学フィルムに長手方向に意図しない延伸が起こった場合延伸終了後のフィルムの破断点応力を変化させる結果となる。破断点応力をある範囲に制御する条件で延伸することにより面内、及び厚み方向のリターデーションを均一にし、更にRth/Roを低く保つことが出来る。幅手方向(TD)、長手方向(MD)の破断点応力は同じであっても異なっていても良い。
具体的には、破断点応力が50から200MPaの範囲で制御することが好ましく、70から150MPaの範囲で制御する事が更に好ましく、80から100MPaの範囲に制御することが最も好ましい。
幅手方向に延伸した光学フィルムに長手方向に意図しない延伸が起こった場合延伸終了後のフィルムの破断点伸度を変化させる結果となる。破断点伸度をある範囲に制御する条件で延伸することにより面内、及び厚み方向のリターデーションを均一にし、更にRth/Roを低く保つことが出来る。幅手方向(TD)、長手方向(MD)の破断点伸度は同じであっても異なっていても良い。
具体的には、23℃、55%RHでの破断点伸度が20から80%の範囲で制御することが好ましく、30から60%の範囲で制御する事が更に好ましく、40から50%の範囲に制御することが最も好ましい。
幅手方向に延伸した光学フィルムに長手方向に意図しない延伸が起こった場合延伸終了後のフィルムの吸湿膨張率を変化させる結果となる。光学フィルムを幅手方向に延伸する際に、延伸終了後のフィルムの吸湿膨張率をある範囲に制御する条件で延伸する事が好ましい。幅手方向(TD)、長手方向(MD)の吸湿膨張率は同じであっても異なっていても良い。
具体的には、吸湿膨張率が−1から1%の範囲が好ましく、−0.5から0.5%の範囲が更に好ましく、0から0.2%以下が最も好ましい。
幅手方向に延伸した光学フィルムに長手方向に意図しない延伸が起こった場合輝点異物の発生をうながす。具体的には、輝点異物が0から80個/cm2の範囲で制御することが好ましく、0から60個/cm2の範囲で制御する事が更に好ましく、0から30個/cm2の範囲に制御することが最も好ましい。
一般的に光学フィルムを偏光板保護フィルムとして使用する場合、偏光子との接着性を良好なものにするため、アルカリ鹸化処理を行うことがある。アルカリ鹸化処理後のフィルムと偏光子とをポリビニルアルコール水溶液を接着剤として接着するため、光学フィルムのアルカリ鹸化処理後の水との接触角が高いとポリビニルアルコールでの接着が出来ず偏光板保護フィルムとしては問題となる。
このため、アルカリ鹸化処理後の光学フィルムの接触角は0から60°が好ましく、5から55°が更に好ましく、10から30°が最も好ましい。
(光学フィルムの中心線平均粗さ(Ra))
光学フィルムをLCD用部材として使用する際、フィルムの光漏れを低減するため高い平面性が要求される。中心線平均粗さ(Ra)は、JIS B 0601に規定された数値であり、測定方法としては、例えば、触針法若しくは光学的方法等が挙げられる。
光学フィルムをLCD用部材として使用する際、フィルムの光漏れを低減するため高い平面性が要求される。中心線平均粗さ(Ra)は、JIS B 0601に規定された数値であり、測定方法としては、例えば、触針法若しくは光学的方法等が挙げられる。
本発明の光学フィルムの中心線平均粗さ(Ra)としては、20nm以下が好ましく、更に好ましくは、10nm以下であり、特に好ましくは、4nm以下である。
以下に、本発明の光学フィルムに係る測定値の測定方法及び後述する実施例において用いられる測定方法の概要を説明する。
(残留溶媒量中での貧溶媒量)
残留溶媒を含んだサンプルから、残留溶媒を減圧捕集し、ガスクロマトグラフィー測定により各溶媒の定量を行った。
残留溶媒を含んだサンプルから、残留溶媒を減圧捕集し、ガスクロマトグラフィー測定により各溶媒の定量を行った。
(フィルム弾性率、破断点伸度、破断点応力)
任意の残留溶媒を含むフィルムを試料幅を10mm、長さ130mmに切り出し、任意温度、メチクロ飽和雰囲気下でチャック間距離100mmにして引っ張り速度100mm/分で引っ張り試験を行い求めた。
任意の残留溶媒を含むフィルムを試料幅を10mm、長さ130mmに切り出し、任意温度、メチクロ飽和雰囲気下でチャック間距離100mmにして引っ張り速度100mm/分で引っ張り試験を行い求めた。
残留溶媒を含まないフィルムの場合、JIS K 7127に記載の方法に従い23℃
55% RHの環境下で測定を行った。試料幅を10mm、長さ130mmに切り出し、任意温度でチャック間距離100mmにし、引っ張り速度100mm/分で引っ張り試験を行い求めた。
55% RHの環境下で測定を行った。試料幅を10mm、長さ130mmに切り出し、任意温度でチャック間距離100mmにし、引っ張り速度100mm/分で引っ張り試験を行い求めた。
(遅相軸方向の屈折率、進相軸方向の屈折率、厚さ方向の屈折率及び遅相軸の方向の測定)
自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測機器(株)製)を用いて、23℃、55%RHの環境下で、波長分散測定を行い550nmのリタデーション測定についてアッベの屈折率計1Tで測定した試料の平均屈折率を入力して、リターデーション値および3次元屈折率nx(a)、ny(a)、nz(a)、nx(b)、ny(b)、nz(b)を各々求めた。
自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測機器(株)製)を用いて、23℃、55%RHの環境下で、波長分散測定を行い550nmのリタデーション測定についてアッベの屈折率計1Tで測定した試料の平均屈折率を入力して、リターデーション値および3次元屈折率nx(a)、ny(a)、nz(a)、nx(b)、ny(b)、nz(b)を各々求めた。
(乾燥フィルム引き裂き強度)
フィルムを、温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、試料寸法試料幅50mm×64mmに切り出し、ISO 6383/2−1983に従い測定して求めた。
フィルムを、温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、試料寸法試料幅50mm×64mmに切り出し、ISO 6383/2−1983に従い測定して求めた。
(寸法変化率)
フィルムを、温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、幅手、長手それぞれに約10cm間隔にカッターにより目印をつけ、距離(L1)を測定した。次に、60℃90%に調湿された恒温槽中でフィルムを24h保管。再度、フィルムを温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、目印の距離(L2)を測定した。寸法変化率は、以下の式により評価を行った。
フィルムを、温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、幅手、長手それぞれに約10cm間隔にカッターにより目印をつけ、距離(L1)を測定した。次に、60℃90%に調湿された恒温槽中でフィルムを24h保管。再度、フィルムを温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、目印の距離(L2)を測定した。寸法変化率は、以下の式により評価を行った。
寸法変化率(%)={(L2−L1)/L1}×100
(吸湿膨張率)
フィルムを、温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、幅手、長手それぞれに約20cm間隔にカッターにより目印をつけ、距離(L3)を測定した。次に、60℃90%に調湿された恒温槽中でフィルムを24h保管。フィルムを恒温槽から出した後、2分以内に目印の距離(L4)を測定した。吸湿膨張率は、以下の式により評価を行った。
(吸湿膨張率)
フィルムを、温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、幅手、長手それぞれに約20cm間隔にカッターにより目印をつけ、距離(L3)を測定した。次に、60℃90%に調湿された恒温槽中でフィルムを24h保管。フィルムを恒温槽から出した後、2分以内に目印の距離(L4)を測定した。吸湿膨張率は、以下の式により評価を行った。
吸湿膨張率(%)={(L4−L3)/L3}×100
(膜厚分布)
試料フィルムを温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、幅手方向に10mm間隔で、膜厚を測定を行った。得られた膜厚分布データから、以下の式に従って膜厚分布R(%)を算出した。
(膜厚分布)
試料フィルムを温度23℃、相対湿度55%に調湿された部屋で4時間調湿した後、幅手方向に10mm間隔で、膜厚を測定を行った。得られた膜厚分布データから、以下の式に従って膜厚分布R(%)を算出した。
R(%)={R(max)−R(min)}×100/R(ave)
ここで、R(max):最大膜厚、R(min):最小膜厚、R(ave):平均膜厚
(ヘイズ値)
JIS K−6714に従って、ヘイズメーター(1001DP型、日本電色工業(株)製)を用いて測定し、透明性の指標とした。
ここで、R(max):最大膜厚、R(min):最小膜厚、R(ave):平均膜厚
(ヘイズ値)
JIS K−6714に従って、ヘイズメーター(1001DP型、日本電色工業(株)製)を用いて測定し、透明性の指標とした。
(透過率の測定)
透過率Tは、分光高度計U−3400(日立製作所(株))を用い、各試料を350〜700nmの波長領域で10nmおきに求めた分光透過率τ(λ)から、380、400、500nmの透過率を算出した。
透過率Tは、分光高度計U−3400(日立製作所(株))を用い、各試料を350〜700nmの波長領域で10nmおきに求めた分光透過率τ(λ)から、380、400、500nmの透過率を算出した。
(カール)
当該フィルム試料を25℃55%RH環境下で3日間放置後、該フィルムを幅手方向50mm、長手方向2mmに裁断した。更に、そのフィルム小片を23℃±2℃55%RH環境下で24時間調湿し、曲率スケールを用いて該フィルムのカール値を測定する。カール度の測定はJIS−K7619−1988のA法に準じて行った。
当該フィルム試料を25℃55%RH環境下で3日間放置後、該フィルムを幅手方向50mm、長手方向2mmに裁断した。更に、そのフィルム小片を23℃±2℃55%RH環境下で24時間調湿し、曲率スケールを用いて該フィルムのカール値を測定する。カール度の測定はJIS−K7619−1988のA法に準じて行った。
カール値は1/Rで表され、Rは曲率半径で単位はmを用いる。
(輝点異物)試料を2枚の偏光子を直交状態(クロスニコル状態)で挟み、一方の偏光板の外側から光を当て、他方の偏光板の外側から顕微鏡(透過光源で倍率30倍)で25mm2当たりに見られる白く光って見える異物の数を測定した。測定は、10箇所にわたって行い計250mm2当たりの個数から輝点異物を個/cm2を求め評価した。本発明では、輝点異物の大きさは5から50μm2であり、それ以上のものは観測されなかった。
(ケン化処理後接触角)試料を2.5N NaOHに50℃、2.5分処理、続いて純水により2.5分洗浄を行った。処理後の試料を温度23℃、相対湿度55%条件で24H調湿し、共和界面科学株式会社製接触角計CA−D型を用いて測定した。
(中心線平均粗さRa)
非接触表面微細形状計測装置WYKO NT−2000を用いて、中心線平均粗さ(Ra)を測定した。
非接触表面微細形状計測装置WYKO NT−2000を用いて、中心線平均粗さ(Ra)を測定した。
(像鮮明度)
JIS K−7105で定義される。1mmスリットで測定した時、90%以上が好ましく、95%以上が好ましく、99%以上が好ましい。
JIS K−7105で定義される。1mmスリットで測定した時、90%以上が好ましく、95%以上が好ましく、99%以上が好ましい。
(吸水率の測定方法)試料を、10cm×10cmの大きさに裁断し、23℃の水中に24時間浸漬し、取り出した直後に回りの水滴を濾紙でふき取り、その質量を測定し、W1とした。次にこのフィルムを、23℃−55%RHの雰囲気下で24時間調湿した後、その質量を測定しW0とした。それぞれの測定値から下記式により計算して、23℃の水中に24時間浸漬した時の吸水率が得られる。
吸水率(%)={(W1−W0)/W0}×100
(水分率の測定方法)
試料を10cm×10cmの大きさに裁断し、23℃−80%RHの雰囲気下で48時間調湿した後、その質量を測定しW3とした。次にこのフィルムを120℃−45分間乾燥した後の質量を測定し、W2とした。それぞれの測定値から下記式により計算し、23℃−80%RHにおける水分率が得られる。
(水分率の測定方法)
試料を10cm×10cmの大きさに裁断し、23℃−80%RHの雰囲気下で48時間調湿した後、その質量を測定しW3とした。次にこのフィルムを120℃−45分間乾燥した後の質量を測定し、W2とした。それぞれの測定値から下記式により計算し、23℃−80%RHにおける水分率が得られる。
水分率(%)={(W3−W2)/W2}×100
(透湿度の測定方法)
JIS Z 0208に記載の方法で測定する事が出来る値で定義する。本発明の光学フィルムの透湿度は、25℃、90%RH環境下で10〜250g/m2・24時間であることが好ましく、20〜200g/m2・24時間であることが更に好ましく、50〜180g/m2・24時間であることが最も好ましい。
(透湿度の測定方法)
JIS Z 0208に記載の方法で測定する事が出来る値で定義する。本発明の光学フィルムの透湿度は、25℃、90%RH環境下で10〜250g/m2・24時間であることが好ましく、20〜200g/m2・24時間であることが更に好ましく、50〜180g/m2・24時間であることが最も好ましい。
(偏光板)
本発明の偏光板、それを用いた本発明の液晶表示装置について説明する。
本発明の偏光板、それを用いた本発明の液晶表示装置について説明する。
偏光板は一般的な方法で作製することが出来る。本発明の光学フィルムの裏面側をアルカリ鹸化処理し、処理した光学フィルムを、ヨウ素溶液中に浸漬延伸して作製した偏光子の少なくとも一方の面に、完全鹸化型ポリビニルアルコール水溶液を用いて貼り合わせることが好ましい。もう一方の面にも本発明の光学フィルムを用いても、別の偏光板保護フィルムを用いてもよい。本発明の光学フィルムに対して、もう一方の面に用いられる偏光板保護フィルムは市販のセルロースエステルフィルムを用いることが出来る。例えば、市販のセルロースエステルフィルムとして、KC8UX2M、KC4UX、KC5UX、KC4UY、KC8UY、KC12UR、KC8UCR−3、KC8UCR−4、KC8UY−HA、KC8UX−RHA(以上、コニカミノルタオプト(株)製)等が好ましく用いられる。或いは更にディスコチック液晶、棒状液晶、コレステリック液晶などの液晶化合物を配向させて形成した光学異方層を有している光学補償フィルムを兼ねる偏光板保護フィルムを用いることも好ましい。例えば、特開2003−98348記載の方法で光学異方性層を形成することが出来る。本発明の光学フィルムと組み合わせて使用することによって、平面性に優れ、安定した視野角拡大効果を有する偏光板を得ることが出来る。或いは、セルロースエステルフィルム以外の環状オレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート等のフィルムをもう一方の面の偏光板保護フィルムとして用いてもよい。この場合は、ケン化適性が低い為、適当な接着層を介して偏光板に接着加工することが好ましい。
偏光板は、本発明の光学フィルム−Aを偏光子の少なくとも片側に保護フィルムとして積層したものとして構成される。その際、該光学フィルムの遅相軸が偏光子の吸収軸に実質的に平行または直交するように配置されていることが好ましい。
更に、本発明に係る光学フィルム−Bは、光学フィルム−Aを用いた偏光板に対し、IPSモード型である液晶セルを挟んで配置されるもう一方の偏光板の液晶表示セル側に配置されることが好ましい。
偏光板の主たる構成要素である偏光子とは、一定方向の偏波面の光だけを通す素子であり、現在知られている代表的な偏光膜は、ポリビニルアルコール系偏光フィルムで、これはポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を染色させたものと二色性染料を染色させたものがある。偏光膜は、ポリビニルアルコール水溶液を製膜し、これを一軸延伸させて染色するか、染色した後一軸延伸してから、好ましくはホウ素化合物で耐久性処理を行ったものが用いられている。偏光膜の膜厚は5〜40μm、好ましくは5〜30μmであり、特に好ましくは5〜20μmである。該偏光膜の面上に、本発明の光学フィルムの片面を貼り合わせて偏光板を形成する。好ましくは完全鹸化ポリビニルアルコール等を主成分とする水系の接着剤によって貼り合わせる。また、ケン化適性の低いセルロースエステルフィルム以外の樹脂フィルムの場合は、適当な粘着層を介して偏光板に接着加工することが出来る。
偏光子は一軸方向(通常は長手方向)に延伸されているため、偏光板を高温高湿の環境下に置くと延伸方向(通常は長手方向)は縮み、延伸と垂直方向(通常は幅方向)には伸びる。偏光板保護用フィルムの膜厚が薄くなるほど偏光板の伸縮率は大きくなり、特に偏光膜の延伸方向の収縮量が大きい。通常、偏光膜の延伸方向は偏光板保護用フィルムの流延方向(MD方向)と貼り合わせるため、偏光板保護用フィルムを薄膜化する場合は、特に流延方向の伸縮率を抑える事が重要である。本発明の光学フィルムは寸法安定に優れる為、このような偏光板保護フィルムとして好適に使用される。
偏光板は、更に該偏光板の一方の面にプロテクトフィルムを、反対面にセパレートフィルムを貼合して構成することが出来る。プロテクトフィルム及びセパレートフィルムは偏光板出荷時、製品検査時等において偏光板を保護する目的で用いられる。この場合、プロテクトフィルムは、偏光板の表面を保護する目的で貼合され、偏光板を液晶板へ貼合する面の反対面側に用いられる。また、セパレートフィルムは液晶板へ貼合する接着層をカバーする目的で用いられ、偏光板を液晶セルへ貼合する面側に用いられる。
(横電界スイッチングモード型液晶表示装置)
本発明の偏光板を市販のIPSモード型液晶表示装置に組み込むことによって、視認性に優れ、視野角が拡大された本発明の液晶表示装置を作製することが出来る。
本発明の偏光板を市販のIPSモード型液晶表示装置に組み込むことによって、視認性に優れ、視野角が拡大された本発明の液晶表示装置を作製することが出来る。
本発明の横電界スイッチングモードとは、フリンジ電場スイッチング(FFS:Fringe−Field Switching)モードも本発明に含み、IPSモードと同様に本発明の偏光板を組み込むことができ、同様の効果をもつ本発明の液晶表示装置を作製することが出来る。
液晶表示装置に本発明の光学フィルムを設置する場合、駆動用液晶セルの両側に位置する一対の基板の上下に配置された上側偏光子と下側偏光子が通常構成されるが、このとき該基板と上側若しくは下側偏光子のどちらか一方の間に本発明の光学フィルム−Aを設置し、好ましくはもう一方の間には光学フィルム−Bが設置される。
図3の構成−1または、図3の構成−1であるが液晶セルを挟んで視認側偏光板、バックライト側偏光板が逆に配置されている構成、及び図4に示される吸収軸の向きを有する光学フィルム、偏光板、液晶セルの配置が本発明に好ましいIPSモード型液晶表示装置の一例である。図4および図5において、60はIPS型液晶セルを表し、62、64は偏光子を表し、66は本発明に係る光学フィルムを表し、70は液晶のラビング軸を表し、72、74は偏光子の透過軸、73、75は偏光子の吸収軸を表し、76は本発明に係る光学フィルムの遅相軸を表す。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
(本発明の光学フィルム−Aの作製)〈セルロースエステル〉
用いたセルロースエステルは下記CE−1〜CE−4である。
(本発明の光学フィルム−Aの作製)〈セルロースエステル〉
用いたセルロースエステルは下記CE−1〜CE−4である。
CE−1:セルロースアセテートプロピオネート(アセチル置換度1.9、プロピオニル基置換度0.8、分子量Mn=70000、分子量Mw=220000、Mw/Mn=3.1)
CE−2:セルロースアセテートプロピオネート(アセチル置換度1.6、プロピオニル基置換度0.9、分子量Mn=75000、分子量Mw=210000、Mw/Mn=2.8)
CE−3:セルロースアセテートブチレート(アセチル置換度1.9、ブチリル基置換度0.8、分子量Mn=65000、分子量Mw=230000、Mw/Mn=3.5)
CE−4:セルロースアセテート(アセチル置換度2.92、分子量Mn=148000、分子量Mw=310000、Mw/Mn=2.1)
上記CE−1〜CE−4について、延伸方向に対する複屈折性を前記試験法により試験した結果、いずれも正の複屈折性を示した。
CE−2:セルロースアセテートプロピオネート(アセチル置換度1.6、プロピオニル基置換度0.9、分子量Mn=75000、分子量Mw=210000、Mw/Mn=2.8)
CE−3:セルロースアセテートブチレート(アセチル置換度1.9、ブチリル基置換度0.8、分子量Mn=65000、分子量Mw=230000、Mw/Mn=3.5)
CE−4:セルロースアセテート(アセチル置換度2.92、分子量Mn=148000、分子量Mw=310000、Mw/Mn=2.1)
上記CE−1〜CE−4について、延伸方向に対する複屈折性を前記試験法により試験した結果、いずれも正の複屈折性を示した。
(ドープ組成)
以下、セルロースエステルフィルムのドープ組成について示す。
以下、セルロースエステルフィルムのドープ組成について示す。
セルロースエステル(上記CE−1〜CE−3) 100質量部
溶媒:メチレンクロライド 380質量部
エタノール 70質量部
下記針状複屈折性微粒子 表1記載量
可塑剤:トリメチロールプロパントリベンゾエート 10質量部
紫外線吸収剤:
Ti109(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 0.5質量部
Ti171(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 0.5質量部
マット剤:R972V(日本アエロジル(株)製) 0.2質量部
〈針状複屈折性微粒子の合成〉
水300質量部に対し、メタノール60質量部(水に対し20質量%)と、水酸化ストロンチウム八水和物80質量部(水に対し26.7質量%)とを加えた懸濁液を調製した。攪拌モーター(新東科学株式会社製、スリーワンモーターBLh600)によってこの懸濁液を撹拌した。さらに、超音波照射機能付ウォーターバス(本多電子株式会社製、超音波洗浄器W−113MK−II)によって超音波を照射した。懸濁液の温度を−10℃に保つためにクーラー(トーマス科学機器株式会社製、密閉タンク型ハンディクーラーTRL−C13)を用いてウォーターバス中の市販のエチレングリコール系不凍液(トーマス科学機器株式会社製、ナイブライン;登録商標)を循環させた。
溶媒:メチレンクロライド 380質量部
エタノール 70質量部
下記針状複屈折性微粒子 表1記載量
可塑剤:トリメチロールプロパントリベンゾエート 10質量部
紫外線吸収剤:
Ti109(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 0.5質量部
Ti171(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 0.5質量部
マット剤:R972V(日本アエロジル(株)製) 0.2質量部
〈針状複屈折性微粒子の合成〉
水300質量部に対し、メタノール60質量部(水に対し20質量%)と、水酸化ストロンチウム八水和物80質量部(水に対し26.7質量%)とを加えた懸濁液を調製した。攪拌モーター(新東科学株式会社製、スリーワンモーターBLh600)によってこの懸濁液を撹拌した。さらに、超音波照射機能付ウォーターバス(本多電子株式会社製、超音波洗浄器W−113MK−II)によって超音波を照射した。懸濁液の温度を−10℃に保つためにクーラー(トーマス科学機器株式会社製、密閉タンク型ハンディクーラーTRL−C13)を用いてウォーターバス中の市販のエチレングリコール系不凍液(トーマス科学機器株式会社製、ナイブライン;登録商標)を循環させた。
CO2ガスとN2ガスをガス混合器を用いて、体積比でCO2:N2=30:70の割合で混合し、懸濁液中に200ml/minの流量で導入した。pHが7付近で安定するまで、この懸濁液中にの混合ガスを導入した後、混合ガス導入を止めた。この懸濁液とは別にシランカップリング溶液を調整した。水40質量部に対し、酢酸を加えpH5.3程度とし、さらにシランカップリング剤(3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン)を添加し、約3時間撹拌することにより調整した。
シランカップリング剤の量は、炭酸ストロンチウムに対して30質量%とした。調整したシランカップリング溶液を懸濁液へ加え、24時間攪拌モーターによって攪拌しながら、表面処理を行った。未反応分を取り除くため、懸濁液を0.1μmポアサイズの濾紙で吸引濾過し、生成物を600質量部のアセトン中に入れて24時間撹拌して洗浄し、もう一度濾過してできた生成物を真空乾燥機で乾燥させた。乾燥後の結晶を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ結晶の長径の平均径150nm、短径の平均径が18nmの炭酸ストロンチウム針状結晶微粒子であることが確認された。
上記粒子合成を必要な量を得るまで、反応を繰り返した。
〈針状複屈折性微粒子の分散〉
上記で作製したSrCO3の微粒子 40質量部
メチレンクロライド 460質量部
エタノール 40質量部
上記組成物を超音波分散機UH−300(株式会社エスエムテー製)で出力目盛り10で連続5分間分散後、ウルトラアペックスミルUAM015(寿工業)で下記条件で分散を行った。
上記で作製したSrCO3の微粒子 40質量部
メチレンクロライド 460質量部
エタノール 40質量部
上記組成物を超音波分散機UH−300(株式会社エスエムテー製)で出力目盛り10で連続5分間分散後、ウルトラアペックスミルUAM015(寿工業)で下記条件で分散を行った。
分散液量 400質量部
分散メディア 50μmジルコニアビーズ400質量部(充填率60%)
周速 10m/sec
分散液の循環流速は60ml/minで5時間循環、ミルジャケットは冷却水で冷却した。この分散液を、セルロースエステルに対する針状複屈折性微粒子の添加質量部として、表1記載の量になるように、かつ上述のドープ組成となるように添加して、上記組成のドープ液を加圧溶解タンクに投入し、加熱、攪拌しながら完全に溶解し、これを安積濾紙(株)製の安積濾紙No.244を使用して濾過し、ドープ液を調製した。
分散メディア 50μmジルコニアビーズ400質量部(充填率60%)
周速 10m/sec
分散液の循環流速は60ml/minで5時間循環、ミルジャケットは冷却水で冷却した。この分散液を、セルロースエステルに対する針状複屈折性微粒子の添加質量部として、表1記載の量になるように、かつ上述のドープ組成となるように添加して、上記組成のドープ液を加圧溶解タンクに投入し、加熱、攪拌しながら完全に溶解し、これを安積濾紙(株)製の安積濾紙No.244を使用して濾過し、ドープ液を調製した。
次いでベルト流延装置を用い、幅1.8mのステンレスバンド支持体に均一に流延した。ステンレスバンド支持体上で、残留溶媒量が110%になるまで溶媒を蒸発させ、ステンレスバンド支持体から剥離した。剥離の際に張力をかけて縦(MD)延伸倍率が1.0倍となるように延伸し、次いで、テンターでウェブ両端部を把持し、表1記載の延伸温度、延伸倍率で幅方向に延伸した後、その幅を維持したまま数秒間保持し、幅方向の張力を緩和させた後幅保持を解放し、更に125℃に設定された第3乾燥ゾーンで30分間搬送させて乾燥を行い、幅1.5m、かつ端部に幅1cm、高さ8μmのナーリングを有する膜厚80μm、長さ1000mの長尺の光学フィルム−A1〜13を作製した。また、針状複屈折性微粒子を添加しない以外は同様にして比較の光学フィルム−A14を作製した。
得られた光学フィルムの、延伸方向の屈折率ny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率nx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率nz(a)を下記手順で測定したところ、本発明の光学フィルム−A1〜13はnx(a)>nz(a)>ny(a)の関係を満たしていた。しかしながら比較の光学フィルム−A14は、ny(a)>nx(a)>nz(a)の関係であった。得られた屈折率及びフィルムの厚みd(nm)より、Ro(a)、Rth(a)、Nzを下記方法により求め表1に記載した。
(Ro(a)、Rth(a)、Nzの測定)
延伸方向の屈折率ny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率nx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率nz(a)とするとき、自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測器(株)製)を用いて23℃、55%RHの環境下で3次元複屈折率測定および波長分散測定を行った。波長が550nmにおけるアッベ屈折率計−1Tで求めたフィルムを構成する材料の平均屈折率およびフィルムの厚さを入力して、550nmにおける式(i)、(ii)、(iii)の値を測定値より求めた。
延伸方向の屈折率ny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率nx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率nz(a)とするとき、自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測器(株)製)を用いて23℃、55%RHの環境下で3次元複屈折率測定および波長分散測定を行った。波長が550nmにおけるアッベ屈折率計−1Tで求めたフィルムを構成する材料の平均屈折率およびフィルムの厚さを入力して、550nmにおける式(i)、(ii)、(iii)の値を測定値より求めた。
式(i) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
式(iii) Rth(a)={(nx(a)+ny(a))/2−nz(a)}×d
〈表面粗さRaの測定〉
原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope、SPI3800N、セイコーインスツルメンツ(株)製)を用いて、20μm×20μmの面積のフィルムを5枚の各々について表面粗さを測定し、これらの平均値をRa定義した。(単位(nm))本発明においてRaの好ましい値は、3nm以下である。
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
式(iii) Rth(a)={(nx(a)+ny(a))/2−nz(a)}×d
〈表面粗さRaの測定〉
原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope、SPI3800N、セイコーインスツルメンツ(株)製)を用いて、20μm×20μmの面積のフィルムを5枚の各々について表面粗さを測定し、これらの平均値をRa定義した。(単位(nm))本発明においてRaの好ましい値は、3nm以下である。
(比較の光学フィルムの作製)
〈比較の光学フィルムAF−31の作製〉
比較の光学フィルムとして、熱収縮法により延伸をしない光学フィルムを下記手順にて作製した。
〈比較の光学フィルムAF−31の作製〉
比較の光学フィルムとして、熱収縮法により延伸をしない光学フィルムを下記手順にて作製した。
厚さ60μmの長尺二軸延伸ポリプロピレンフィルムからなり、160℃における搬送の流れ方向に直交する幅方向の収縮応力が3.2N/mm2で、幅方向/流れ方向の収縮応力比が3.8であり、流れ方向の収縮率が16%で幅方向の収縮率が33%である熱収縮性フィルムの片面に厚さ25μmのアクリル系粘着層を設け、これを厚さが60μmで位相差がほぼ0の長尺ポリカーボネートフィルムの両面に接着した。延伸機を用いて長手方向に搬送しつつ、160℃に加熱して製造部材を収縮させポリカーボネートフィルムに流れ方向と幅方向の収縮処理を施したのち熱収縮性フィルムを剥離し、膜厚65μmの比較の光学フィルムAF−31を得た。
比較の光学フィルムAF−31は、Ro(a)=186nm、Rth(a)=−41nm、Nz=0.28、表面粗さRa=5.9nmであった。
〈比較の光学フィルムAF−32の作製〉
同様にして、収縮応力1.2N/mm2、幅方向/流れ方向の収縮応力比2.3、流れ方向の収縮率11%、幅方向の収縮率22%の二軸延伸ポリプロピレンフィルムからなる熱収縮性フィルムを用いたほかは、AF−31に準じて膜厚65μmの比較の光学フィルムAF−32を得た。
同様にして、収縮応力1.2N/mm2、幅方向/流れ方向の収縮応力比2.3、流れ方向の収縮率11%、幅方向の収縮率22%の二軸延伸ポリプロピレンフィルムからなる熱収縮性フィルムを用いたほかは、AF−31に準じて膜厚65μmの比較の光学フィルムAF−32を得た。
比較の光学フィルムAF−32は、Ro(a)=131nm、Rth=−24nm(a)、Nz=0.30、表面粗さRa=6.1nmであった。
〈比較の光学フィルムAF−33の作製〉
比較の光学フィルムとして、熱収縮法により光学フィルムを下記手順にて作製した。
比較の光学フィルムとして、熱収縮法により光学フィルムを下記手順にて作製した。
厚さ60μmの長尺二軸延伸ポリプロピレンフィルムからなり、160℃における搬送の流れ方向に直交する幅方向の収縮応力が1.2N/mm2で、幅方向/流れ方向の収縮応力比が2.3であり、流れ方向の収縮率が11%で幅方向の収縮率が22%である熱収縮性フィルムの片面に厚さ25μmのアクリル系粘着層を設けて製造部材を形成し、それをその粘着層を介し厚さが80μmの前記光学フィルム−A14の両面に接着して延伸機を介し長手方向に搬送しつつ、160℃に加熱して製造部材を収縮させ光学フィルム−A14に流れ方向と幅方向の収縮処理を施したのち製造部材を剥離し、膜厚86μmの比較の光学フィルムAF−33を得た。上記と同様にリターデーションを測定した結果、Ro(a)=−41nm、Rth(a)=105nmであった。また、表面粗さであるRaは5.8nmの結果を得た。
〈比較の光学フィルムAF−34の作製〉
比較の光学フィルムAF−33の作製において、光学フィルム−A14を下記光学フィルムBF−3に代えて、それ以外はAF−33と同様に行って、膜厚86μmの光学フィルムAF−34を得た。上記と同様にリターデーションを測定した結果、Ro(a)=3nm、Rth(a)=54nmであった。また、表面粗さであるRaは6.1nmの結果を得た。
比較の光学フィルムAF−33の作製において、光学フィルム−A14を下記光学フィルムBF−3に代えて、それ以外はAF−33と同様に行って、膜厚86μmの光学フィルムAF−34を得た。上記と同様にリターデーションを測定した結果、Ro(a)=3nm、Rth(a)=54nmであった。また、表面粗さであるRaは6.1nmの結果を得た。
AF−31〜AF−34共に、熱収縮法による平滑性を示すRaは、4nm以上を示し、光学フィルムとして使用する場合、画像の均一性の観点から好ましくない。
それに対し、本発明の光学フィルムは1.0倍以上に延伸するために、表1で示される表面粗さRaが小さく光学フィルムとして均一性に優れていることが分かる。
(本発明において好ましい光学フィルム−Bの作製)
〈ポリマーの調製〉
本発明において好ましい光学フィルム−Bを作製するに当たって、最初にポリマー7を調製した。
〈ポリマーの調製〉
本発明において好ましい光学フィルム−Bを作製するに当たって、最初にポリマー7を調製した。
特開2000−344823号公報に記載の重合方法により塊状重合を行った。即ち、攪拌機、窒素ガス導入管、温度計、投入口及び環流冷却管を備えたフラスコに下記メチルメタクリレートとルテノセンを導入しながら内容物を70℃に加熱した。次いで、充分に窒素ガス置換した下記β−メルカプトプロピオン酸の半分を攪拌下フラスコ内に添加した。β−メルカプトプロピオン酸添加後、攪拌中のフラスコ内の内容物を70℃に維持し2時間重合を行った。更に、窒素ガス置換したβ−メルカプトプロピオン酸の残りの半分を追加添加後、更に攪拌中の内容物の温度が70℃に維持し重合を4時間行った。反応物の温度を室温に戻し、反応物に5質量%ベンゾキノンのテトラヒドロフラン溶液を20質量部添加して重合を停止させた。重合物をエバポレーターで減圧下80℃まで徐々に加熱しながらテトラヒドロフラン、残存モノマー及び残存チオール化合物を除去してポリマー7を得た。重量平均分子量は3,400であった。また水酸基価(下記の測定方法による)は50であった。
メチルメタクリレート 100質量部
ルテノセン(金属触媒) 0.05質量部
β−メルカプトプロピオン酸 12質量部(水酸基価の測定方法)この測定は、JIS K 0070(1992)に準ずる。この水酸基価は、試料1gをアセチル化させたとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに必要とする水酸化カリウムのmg数と定義される。具体的には試料Xg(約1g)をフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬(無水酢酸20mlにピリジンを加えて400mlにしたもの)20mlを正確に加える。フラスコの口に空気冷却管を装着し、95〜100℃のグリセリン浴にて加熱する。1時間30分後、冷却し、空気冷却管から精製水1mlを加え、無水酢酸を酢酸に分解する。次に電位差滴定装置を用いて0.5mol/L水酸化カリウムエタノール溶液で滴定を行い、得られた滴定曲線の変曲点を終点とする。更に空試験として、試料を入れないで滴定し、滴定曲線の変曲点を求める。水酸基価は、次の式によって算出する。
ルテノセン(金属触媒) 0.05質量部
β−メルカプトプロピオン酸 12質量部(水酸基価の測定方法)この測定は、JIS K 0070(1992)に準ずる。この水酸基価は、試料1gをアセチル化させたとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに必要とする水酸化カリウムのmg数と定義される。具体的には試料Xg(約1g)をフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬(無水酢酸20mlにピリジンを加えて400mlにしたもの)20mlを正確に加える。フラスコの口に空気冷却管を装着し、95〜100℃のグリセリン浴にて加熱する。1時間30分後、冷却し、空気冷却管から精製水1mlを加え、無水酢酸を酢酸に分解する。次に電位差滴定装置を用いて0.5mol/L水酸化カリウムエタノール溶液で滴定を行い、得られた滴定曲線の変曲点を終点とする。更に空試験として、試料を入れないで滴定し、滴定曲線の変曲点を求める。水酸基価は、次の式によって算出する。
水酸基価={(B−C)×f×28.05/X}+D式中、Bは空試験に用いた0.5mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)、Cは滴定に用いた0.5mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)、fは0.5mol/L水酸化カリウムエタノール溶液のファクター、Dは酸価、また、28.05は水酸化カリウムの1mol量56.11の1/2。
〈本発明において好ましい光学フィルムBF−1の作製〉
(二酸化珪素分散液A)
アエロジル972V(日本アエロジル(株)製) 12質量部
(一次粒子の平均径16nm、見掛け比重90g/リットル)
エタノール 88質量部
以上をディゾルバーで30分間撹拌混合した後、マントンゴーリンで分散を行った。分散後の液濁度は200ppmであった。二酸化珪素分散液に88質量部のメチレンクロライドを撹拌しながら投入し、ディゾルバーで30分間撹拌混合し、二酸化珪素分散希釈液Aを作製した。
(二酸化珪素分散液A)
アエロジル972V(日本アエロジル(株)製) 12質量部
(一次粒子の平均径16nm、見掛け比重90g/リットル)
エタノール 88質量部
以上をディゾルバーで30分間撹拌混合した後、マントンゴーリンで分散を行った。分散後の液濁度は200ppmであった。二酸化珪素分散液に88質量部のメチレンクロライドを撹拌しながら投入し、ディゾルバーで30分間撹拌混合し、二酸化珪素分散希釈液Aを作製した。
(インライン添加液Aの作製)
チヌビン109(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 11質量部
チヌビン171(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 5質量部
メチレンクロライド 100質量部
以上を密閉容器に投入し、加熱し、撹拌しながら、完全に溶解し、濾過した。
チヌビン109(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 11質量部
チヌビン171(チバスペシャルティケミカルズ(株)製) 5質量部
メチレンクロライド 100質量部
以上を密閉容器に投入し、加熱し、撹拌しながら、完全に溶解し、濾過した。
これに二酸化珪素分散希釈液Aを36質量部、撹拌しながら加えて、更に30分間撹拌した後、セルロースアセテートプロピオネート(アセチル基置換度1.9、プロピオニル基置換度0.8)6質量部を撹拌しながら加えて、更に60分間撹拌した後、アドバンテック東洋(株)のポリプロピレンワインドカートリッジフィルターTCW−PPS−1Nで濾過し、インライン添加液Aを調製した。
(ドープ液Aの調製)
セルロースエステル(上記CE−4) 100質量部
上記調製したポリマー7 12質量部
メチレンクロライド 440質量部
エタノール 40質量部
以上を密閉容器に投入し、加熱し、撹拌しながら、完全に溶解し、安積濾紙(株)製の安積濾紙No.24を使用して濾過し、ドープ液Aを調製した。
セルロースエステル(上記CE−4) 100質量部
上記調製したポリマー7 12質量部
メチレンクロライド 440質量部
エタノール 40質量部
以上を密閉容器に投入し、加熱し、撹拌しながら、完全に溶解し、安積濾紙(株)製の安積濾紙No.24を使用して濾過し、ドープ液Aを調製した。
製膜ライン中で日本精線(株)製のファインメットNFでドープ液Aを濾過した。インライン添加液ライン中で、日本精線(株)製のファインメットNFでインライン添加液Aを濾過した。濾過したドープ液Aを100質量部に対し、濾過したインライン添加液Aを2質量部加えて、インラインミキサー(東レ静止型管内混合機 Hi−Mixer、SWJ)で十分混合し、次いで、ベルト流延装置を用い、温度35℃、1.8m幅でステンレスバンド支持体に均一に流延した。ステンレスバンド支持体で、残留溶剤量が120%になるまで溶媒を蒸発させ、ステンレスバンド支持体上から剥離した。剥離したセルロースエステルのウェブを35℃で溶媒を蒸発させ、1.65m幅にスリットし、その後、テンターでTD方向(フィルムの搬送方向と直交する方向)に1.1倍に延伸しながら、150℃の乾燥温度で、乾燥させた。このときテンターで延伸を始めたときの残留溶剤量は30%であった。
その後、110℃、120℃の乾燥ゾーンを多数のロールで搬送させながら乾燥を終了させ、1.5m幅にスリットし、フィルム両端に幅15mm、平均高さ10μmのナーリング加工を施し、巻き取り初期張力220N/m、終張力110N/mで内径6インチコアに巻き取り、膜厚80μmの本発明において好ましい光学フィルムBF−1を得た。
光学フィルムBF−1のリターデーション値を測定したところ、Ro(b)=0.1nm、Rth(b)=0nmであった。
〈本発明において好ましい光学フィルムBF−2の作製〉
ポリマー7の添加量を20質量部に変更した以外は光学フィルムBF−1同様にして、BF−2を作製した。光学フィルムBF−2のリターデーション値を測定したところ、Ro(b)=0.2nm、Rth(b)=−10nmであった。
ポリマー7の添加量を20質量部に変更した以外は光学フィルムBF−1同様にして、BF−2を作製した。光学フィルムBF−2のリターデーション値を測定したところ、Ro(b)=0.2nm、Rth(b)=−10nmであった。
〈光学フィルムBF−3の作製〉
ポリマー7をトリメチロールプロパントリベンゾエートに、延伸後の乾燥温度を135℃に変更した以外は本発明において好ましい光学フィルムBF−1と同様にして、光学フィルムBF−3を作製した。光学フィルムBF−3のリターデーション値を測定したところ、Ro(b)=0.2nm、Rth(b)=50nmであった。
ポリマー7をトリメチロールプロパントリベンゾエートに、延伸後の乾燥温度を135℃に変更した以外は本発明において好ましい光学フィルムBF−1と同様にして、光学フィルムBF−3を作製した。光学フィルムBF−3のリターデーション値を測定したところ、Ro(b)=0.2nm、Rth(b)=50nmであった。
〈光学フィルムBF−4の作製〉
ポリマー7をトリメチロールプロパントリベンゾエートに、延伸後の乾燥温度を135℃に、更に膜厚を40μmに変更した以外は本発明において好ましい光学フィルムBF−1と同様にして、光学フィルムBF−4を作製した。光学フィルムBF−4のリターデーション値を測定したところ、Ro(b)=0.1nm、Rth(b)=29nmであった。
ポリマー7をトリメチロールプロパントリベンゾエートに、延伸後の乾燥温度を135℃に、更に膜厚を40μmに変更した以外は本発明において好ましい光学フィルムBF−1と同様にして、光学フィルムBF−4を作製した。光学フィルムBF−4のリターデーション値を測定したところ、Ro(b)=0.1nm、Rth(b)=29nmであった。
(偏光板の作製)
厚さ、50μmのポリビニルアルコールフィルムを、一軸延伸(温度110℃、延伸倍率5倍)した。これをヨウ素0.075g、ヨウ化カリウム5g、水100gの比率からなる水溶液に60秒間浸漬し、次いでヨウ化カリウム6g、ホウ酸7.5g、水100gの比率からなる68℃の水溶液に浸漬した。これを水洗、乾燥し偏光子を得た。
厚さ、50μmのポリビニルアルコールフィルムを、一軸延伸(温度110℃、延伸倍率5倍)した。これをヨウ素0.075g、ヨウ化カリウム5g、水100gの比率からなる水溶液に60秒間浸漬し、次いでヨウ化カリウム6g、ホウ酸7.5g、水100gの比率からなる68℃の水溶液に浸漬した。これを水洗、乾燥し偏光子を得た。
次いで、下記工程1〜5に従って偏光子と光学フィルム−A(光学フィルム−A1〜14)、本発明において好ましい光学フィルム(BF−1、BF−2)及び光学フィルム(BF−3)を用いて、図3の構成−1になるように視認側の偏光板、バックライト側の偏光板を作製した。
工程1:60℃の2モル/Lの水酸化ナトリウム溶液に90秒間浸漬し、次いで水洗し乾燥して、偏光子と貼合する側を鹸化した前記光学フィルム−A(光学フィルム−A1〜14)、本発明において好ましい光学フィルム(BF−1、BF−2)及び光学フィルム(BF−3、BF−4)を得た。
工程2:前記偏光子を固形分2質量%のポリビニルアルコール接着剤槽中に1〜2秒浸漬した。
工程3:工程2で偏光子に付着した過剰の接着剤を軽く拭き除き、これを工程1で処理した各々の光学フィルムの上にのせて積層した。
工程4:工程3で積層した光学フィルムと偏光子を圧力20〜30N/cm2、搬送スピードは約2m/分で貼合した。
工程5:80℃の乾燥機中に工程4で作製した光学フィルムと偏光子とを貼り合わせた試料を2分間乾燥し、偏光板を作製した。
更に、熱収縮法によって作製された比較の光学フィルム(AF−31〜AF−34)は粘着層を介して、図3の構成−2でバックライト側の偏光板を作製した。
〈偏光板の湿熱保存性試験〉
上記作製した液晶表示装置のバックライト側に用いた偏光板を断裁し、2枚の偏光板を用意した。同じ偏光板を直交した配置として一枚のガラス板の両面に貼合した。直交させた偏光板を保存性試験として60℃、90%RHの環境下で500時間放置した。
上記作製した液晶表示装置のバックライト側に用いた偏光板を断裁し、2枚の偏光板を用意した。同じ偏光板を直交した配置として一枚のガラス板の両面に貼合した。直交させた偏光板を保存性試験として60℃、90%RHの環境下で500時間放置した。
分光光度計U−3400(日立製作所(株))を用いて、550nmの透過率(%)について、保存性試験前後を測定した。(保存性試験前の透過率)−(保存性試験後の透過率)の差を評価したところ、本発明の偏光板はすべて透過率が0.1%以下かつ保存性試験の結果、透過率の変動が0.05%未満であった。また、AF−31、AF−32、AF−33、AF−34を用いた偏光板は透過率がそれぞれ0.15%、0.2%、1.1%、1.3%であった。保存性試験の結果、透過率の変動がAF−31、AF−32、AF−33、AF−34について各々0.11%、0.14%、1.0%、1.2%であった。本発明の偏光板は、保存性に優れた光学フィルムを用いるために、直交した偏光板の透過率について変動が少ない点で優れている。
《液晶表示装置の作製》
視認性評価を行う液晶パネルを以下のようにして作製し、液晶表示装置としての特性を評価した。
視認性評価を行う液晶パネルを以下のようにして作製し、液晶表示装置としての特性を評価した。
IPSモード型液晶表示装置である日立製液晶テレビWooo W17−LC50を用いて、予め貼合されていた両面の偏光板を剥がして、上記作製した偏光板をそれぞれ液晶セルのガラス面に貼合した。
その際、偏光板の貼合の向き、液晶表示装置の構成は、表3及び図3の構成であり、かつ光学フィルム−A及び比較の光学フィルムの遅相軸と偏光子の吸収軸とが、平行(図4参照)または直交(図5参照)するように配置し液晶表示装置101〜119を作製した。
(視野角特性の評価)
視野角評価においては、液晶表示装置を、ELDIM社製EZ−contrastを用いて視野角を測定した。測定方法は、液晶パネルの白表示と黒表示時のコントラスト(白表示の光の強度/黒表示の光の強度)をパネル面に対する法線方向からの傾き角80°の方向から行い、これを全方位について行うことにより下記値のランク付けを行った。
視野角評価においては、液晶表示装置を、ELDIM社製EZ−contrastを用いて視野角を測定した。測定方法は、液晶パネルの白表示と黒表示時のコントラスト(白表示の光の強度/黒表示の光の強度)をパネル面に対する法線方向からの傾き角80°の方向から行い、これを全方位について行うことにより下記値のランク付けを行った。
◎◎◎:コントラストが全方位40以上
◎◎ :コントラストが全方位30以上
◎ :コントラストが全方位20以上
○ :コントラストが全方位15以上
△ :コントラストが全方位5以上15未満の領域が存在した
× :コントラストが全方位5未満の領域が存在した
液晶表示装置の構成及び上記評価結果を下記表2に示す。
◎◎ :コントラストが全方位30以上
◎ :コントラストが全方位20以上
○ :コントラストが全方位15以上
△ :コントラストが全方位5以上15未満の領域が存在した
× :コントラストが全方位5未満の領域が存在した
液晶表示装置の構成及び上記評価結果を下記表2に示す。
比較例の液晶表示装置114〜119に対し、本発明の液晶表示装置101〜113は視野角特性が格段に優れていることが分かる。中でも、Rth(a)が本発明の好ましい範囲である、−30nm≦Rth(a)≦+20nmの範囲にある水準は特に視野角特性改善の効果が大きい。
実施例2
実施例1の光学フィルム2aで用いた光学フィルム(BF−1、BF−2)の替わりに光学フィルム(BF−3)を各々用いた以外は同様にして偏光板及び液晶表示装置120〜133を作製し、実施例1と同様な視野角特性の評価を行った。
実施例1の光学フィルム2aで用いた光学フィルム(BF−1、BF−2)の替わりに光学フィルム(BF−3)を各々用いた以外は同様にして偏光板及び液晶表示装置120〜133を作製し、実施例1と同様な視野角特性の評価を行った。
結果を表3に示す。
本発明の液晶表示装置120〜132は優れた視野角特性を有しているが、実施例1で作製した液晶表示装置に対して、やや視野角特性改善効果が小さかった。また比較の光学フィルム−A14を用いた比較の液晶表示装置133は実施例1を再現し、視野角特性は劣っていた。
実施例3
実施例1で用いた光学フィルム(BF−3)の替わりに光学フィルム(BF−4)を用いた以外は実施例1と同様に液晶表示装置を作製し、視野角特性を評価したところ、実施例1を再現し、本発明の液晶表示装置は優れた視野角特性を有していた。
実施例1で用いた光学フィルム(BF−3)の替わりに光学フィルム(BF−4)を用いた以外は実施例1と同様に液晶表示装置を作製し、視野角特性を評価したところ、実施例1を再現し、本発明の液晶表示装置は優れた視野角特性を有していた。
更に、実施例2で用いた光学フィルム(BF−3)の替わりに光学フィルム(BF−4)を用いた以外は実施例2と同様に液晶表示装置を作製し、視野角特性を評価したところ、同様に実施例2を再現した。
実施例4
実施例1で使用したIPSモード型液晶表示装置である日立製液晶テレビWooo W17−LC50の替わりに、FFSモード型液晶表示装置である日立製液晶テレビWooo W32−L7000を使用した以外は実施例1と同様な液晶表示装置を作製し、視野角特性を評価したところ、実施例1を再現し本発明に係る液晶表示装置は優れた視野角特性を示した。
実施例1で使用したIPSモード型液晶表示装置である日立製液晶テレビWooo W17−LC50の替わりに、FFSモード型液晶表示装置である日立製液晶テレビWooo W32−L7000を使用した以外は実施例1と同様な液晶表示装置を作製し、視野角特性を評価したところ、実施例1を再現し本発明に係る液晶表示装置は優れた視野角特性を示した。
本発明により、IPSモード型液晶表示装置の視野角特性を更に改善出来る光学フィルム、偏光板及びIPSモード型液晶表示装置を提供することが出来る。
Claims (8)
- 針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルム(光学フィルム−Aと定義する)であって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すものであるとともに、該光学フィルムが下記の光学値を有することを特徴とする光学フィルム。
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義されるものである。
式(i) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(ii) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。) - 下記式(iii)で表されるリターデーション値Rth(a)が−30nm≦Rth(a)≦+20nmの範囲にあることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の光学フィルム。
式(iii) Rth(a)={(nx(a)+ny(a))/2−nz(a)}×d(ここで延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。) - 前記ポリマー樹脂がセルロースエステルであることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の光学フィルム。
- 請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の光学フィルムが偏光板の保護フィルムであり、かつ該光学フィルムの遅相軸が偏光子の吸収軸に実質的に平行または直交するように配置されていることを特徴とする偏光板。
- 請求の範囲第4項に記載の偏光板が横電界スイッチングモードである液晶セルを挟む少なくとも一方の偏光板であることを特徴とする横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
- 横電界スイッチングモードである液晶セルおよび該液晶セルを挟む2枚の偏光板からなる液晶表示装置であって、前記偏光板の液晶セル側に配される樹脂を延伸して製造した偏光板保護フィルムのうち一枚(光学フィルム−Aと定義する)が、下記光学値を有することを特徴とする横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
nx(a)>nz(a)>ny(a)
105nm≦Ro(a)≦350nm
0.2<Nz<0.7
なお、Ro(a)、Nzは下記で定義されるものである。
式(iv) Ro(a)=(nx(a)−ny(a))×d
式(v) Nz=(nx(a)−nz(a))/(nx(a)−ny(a))
(ここで、樹脂の延伸方向をyとし、延伸方向の屈折率をny(a)、フィルム面内でyに直交する方向の屈折率をnx(a)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(a)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。) - 前記偏光板の液晶セル側に配される偏光板保護フィルムのうち一枚が、針状複屈折性微粒子を含有する樹脂を延伸して製造した光学フィルムであって、該樹脂が延伸方向に対して正の複屈折性を示し、該針状複屈折性微粒子が樹脂の延伸方向に対して負の複屈折性を示すことを特徴とする請求の範囲第6項に記載の横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
- 前記偏光板の液晶セル側に配される偏光板保護フィルムのうち一枚以外の偏光板保護フィルム(光学フィルム−Bと定義する)が、下記の光学値を有することを特徴とする請求の範囲第6項に記載の横電界スイッチングモード型液晶表示装置。
−15nm≦Ro(b)≦15nm
−15nm≦Rth(b)≦15nm
なお、Ro(b)、Rth(b)は下記で定義されるものである。
式(vi) Ro(b)=(nx(b)−ny(b))×d
式(vii) Rth(b)={(nx(b)+ny(b))/2−nz(b)}×d
(ここで、光学フィルム−Bの面内の遅相軸方向の屈折率をnx(b)、面内で遅相軸に直交する方向の屈折率をny(b)、フィルムの厚さ方向の屈折率をnz(b)、dはフィルムの厚み(nm)をそれぞれ表す。)
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