JPWO2013164868A1 - 位相差フィルム、偏光板の製造方法および液晶表示装置 - Google Patents

位相差フィルム、偏光板の製造方法および液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

本発明の目的は、低アシル基置換度のセルロースアセテートを含むにも係わらず、鹸化液へ浸漬したときの膨潤が少なく、偏光子との密着性が良好な位相差フィルムを提供することである。本発明の位相差フィルムは、アシル基の総置換度が2.0〜2.55であり、かつGPC−LALLS−粘度測定により得られる、絶対分子量Mw(a)の常用対数log[Mw(a)]を横軸とし、固有粘度Iv(a)の常用対数log[Iv(a)]を縦軸とするプロットの傾きが0.65〜0.85であるセルロースエステルと、SP値が9.0〜11.0のガラス転移温度低下剤とを含み、前記位相差フィルムに残留する溶媒量が700〜3000質量ppmであり、80℃90%RH下で保存前後のフィルムの重量変化率が−0.5〜0.5%である。

Description

本発明は、位相差フィルム、偏光板の製造方法および液晶表示装に関する。
液晶表示装置は、テレビやパソコンなどの液晶ディスプレイとして広く用いられている。なかでも、垂直配向型の液晶表示装置は、コントラストが高いことから、好ましく用いられている。
液晶表示装置は、液晶セルと、それを挟持する偏光板とを有する。偏光板は、偏光子と、それを挟持する保護フィルムとを有する。偏光子の液晶セル側に配置される保護フィルムには、通常、位相差フィルム(または光学補償フィルム)が用いられている。
位相差フィルムとしては、例えばセルロースアセテートフィルムと、その上に設けられた液晶性化合物を含む光学異方性層とを含む光学補償フィルムなどが提案されている(例えば特許文献1を参照)。
特許第4267191号公報
ところで、位相差フィルムとしては、延伸によって高い位相差を発現しやすい低アシル基置換度のセルロースエステル(例えばセルロースジアセテート)を含むフィルムも好ましく用いられる。これらのセルロースエステルを含む位相差フィルムは、通常、鹸化液で鹸化処理された後、接着剤を介して偏光子と貼り合わされる。
しかしながら、低アシル基置換度のセルロースアセテートを含む位相差フィルムは、高アシル基置換度のセルロースアセテートを含むフィルムよりも親水性が高いため、鹸化液に浸漬したときに膨潤しやすい。そのため、鹸化処理後の位相差フィルムの遅相軸と偏光子の吸収軸とのなす角が、設定角度からずれやすい(軸ズレが生じやすい)という問題があった。このような、位相差フィルムと偏光子の軸ズレは、垂直配向型の液晶表示装置の視認性の低下;特にカラーシフトを生じる原因となる。特に、開口率が高い液晶表示装置では、カラーシフトが目立ちやすい。
一方、鹸化液に浸漬したときの位相差フィルムの膨潤は、鹸化液への浸漬時間を短くすることで、ある程度は抑制できる。しかしながら、鹸化液への浸漬時間が短いと、位相差フィルムの表面を十分に鹸化処理できず、偏光子との接着性が不十分となりやすい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低アシル基置換度のセルロースアセテートを含むにも係わらず、鹸化液へ浸漬したときの膨潤が少なく、偏光子との接着性が良好な位相差フィルムを提供することを目的とする。
[1] アシル基の総置換度が2.0〜2.55であり、かつGPC−LALLS−粘度測定により得られる、絶対分子量Mw(a)の常用対数log[Mw(a)]を横軸とし、固有粘度Iv(a)の常用対数log[Iv(a)]を縦軸とするプロットの傾きが0.65〜0.85であるセルロースエステルと、SP値が9.0〜11.0のガラス転移温度低下剤と、を含む位相差フィルムであって、前記位相差フィルムに残留する溶媒量が700〜3000質量ppmであり、80℃90%RH下で保存する前の前記位相差フィルムの重量をM0とし、80℃90%RH下で120時間保存した後の前記位相差フィルムの重量をM1としたとき、下記式で表される重量変化率が−0.5〜0.5%である、位相差フィルム。
Figure 2013164868
[2] 前記セルロースエステルに含まれる前記アシル基の全てがアセチル基である、[1]に記載の位相差フィルム。
[3] 前記位相差フィルムに残留する溶媒が、ジクロロメタンおよびメタノールを含有する、[1]または[2]に記載の位相差フィルム。
[4] 前記ガラス転移温度低下剤が、リン酸エステル化合物またはポリエステル化合物である、[1]〜[3]のいずれかに記載の位相差フィルム。
[5] 80℃90%RH下で300時間保存した後の前記位相差フィルムの重量をM2としたとき、下記式で表される重量変化率が−2〜−4%である、[1]〜[4]のいずれかに記載の位相差フィルム。
Figure 2013164868
[6] 前記位相差フィルムは、フィルムの幅方向に垂直な方向に巻き取られた巻き取り体である、[1]〜[5]のいずれかに記載の位相差フィルム。
[7] 偏光子と、[1]〜[6]のいずれかに記載の位相差フィルムとを含む偏光板の製造方法であって、前記偏光子の厚みをP(μm)とし、前記位相差フィルムの厚みをF(μm)としたとき、下記式(a)および(b)をいずれも満たす、偏光板の製造方法。
(a) 40≦F≦100
(b) 6≦F/P≦16
[8] 液晶セルと、前記液晶セルの一方の面に配置され、第一の偏光子を含む第一の偏光板と、前記液晶セルの他方の面に配置され、第二の偏光子を含む第二の偏光板とを含む液晶表示装置であって、前記液晶セルは、薄膜トランジスタを有するアレイ基板と、対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に配置され、液晶分子を含む液晶層とを有し、前記液晶セルは、電圧無印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して垂直に配向させ、かつ電圧印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して水平に配向させるものであり、前記第一の偏光板は、前記第一の偏光子の前記液晶セル側の面に[1]に記載の位相差フィルムを有するか、または前記第二の偏光板は、前記第二の偏光子の前記液晶セル側の面に[1]に記載の位相差フィルムを有する、液晶表示装置。
[9] 液晶セルと、前記液晶セルの一方の面に配置され、第一の偏光子を含む第一の偏光板と、前記液晶セルの他方の面に配置され、第二の偏光子を含む第二の偏光板とを含む液晶表示装置であって、前記液晶セルは、薄膜トランジスタを有するアレイ基板と、対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に配置され、液晶分子を含む液晶層とを有し、前記液晶セルは、電圧無印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して垂直に配向させ、かつ電圧印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して水平に配向させるものであり、前記第一の偏光板は[7]に記載の製造方法により得られたものであり、前記第一の偏光板の位相差フィルムは、前記第一の偏光子の前記液晶セル側の面に配置されているか、または前記第二の偏光板は[7]に記載の製造方法により得られたものであり、前記第二の偏光板の位相差フィルムは、前記第二の偏光子の前記液晶セル側の面に配置されている、液晶表示装置。
[10] 前記液晶セルの前記アレイ基板は、カラーフィルタをさらに有する、[8]または[9]に記載の液晶表示装置。
本発明の位相差フィルムは、アシル基置換度のセルロースアセテートを含むにも係わらず、鹸化液に浸漬したときの膨潤が少なく、偏光子との密着性も良好である。それにより、当該位相差フィルムを含む液晶表示装置は、カラーシフトが抑制されうる。
本発明の液晶表示装置の一例を示す模式図である。 COA構造を有する液晶セルの積層断面図である。 図2のCOA構造を有する液晶セルのアレイ基板の上面図である。 本発明の液晶表示装置の他の例を示す模式図である。 接着性の測定用サンプルの一例を示す模式図である。
1.位相差フィルム
本発明の位相差フィルムは、少なくともセルロースエステルと、ガラス転移温度低下剤とを含有する。
セルロースエステル
セルロースエステルは、セルロースの水酸基を、脂肪族カルボン酸または芳香族カルボン酸でエステル化して得られる化合物である。
セルロースエステルに含まれるアシル基は、脂肪族アシル基または芳香族アシル基であり、好ましくは脂肪族アシル基である。なかでも、一定以上の位相差発現性を得るためには、炭素原子数2〜6の脂肪族アシル基が好ましく、炭素原子数2〜4の脂肪族アシル基がより好ましい。炭素原子数2〜4の脂肪族アシル基の例には、アセチル基、プロピオニル基、ブタノイル基などが含まれ、より好ましくはアセチル基である。
セルロースエステルの例には、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、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ブチレートなどが含まれ、好ましくはセルロースアセテートである。セルロースアセテートは、セルロースエステルに含まれるアシル基の全てがアセチル基であることが好ましい。
セルロースエステルのアシル基の総置換度、好ましくはセルロースアセテートのアセチル基の置換度は、延伸によって位相差を発現しやすいことなどから、好ましくは2.0〜2.55であり、より好ましくは2.2〜2.5であり、さらに好ましくは2.3〜2.45である。
セルロースエステルのアシル基の置換度は、ASTM−D817−96に準じて測定することができる。
本発明では、鹸化処理後の位相差フィルムと偏光子の軸ズレを抑制するためには、位相差フィルムを鹸化液に浸漬させたときの膨潤(寸法変化)を少なくすることが有効である。そして、鹸化液に浸漬させたときの位相差フィルムの膨潤を少なくするためには、位相差フィルムに含まれるセルロースエステルが、一定以上の分岐度を有することが好ましい。一定以上の分岐度を有するセルロースエステルは、例えば架橋点を有するマトリクス構造を有するため、水を吸収しにくいと考えられる。
セルロースエステルの分岐度は、GPC(Gel permeation chromatography)−LALLS(Low Angle LASER. Light Scattering:低角レーザー光散乱)−粘度測定により、横軸:絶対分子量Mw(a)の常用対数log[Mw(a)]、縦軸:固有粘度Iv(a)の常用対数log[Iv(a)]を横軸とするプロットの傾きとして表される。このプロットの傾きは、0.65〜0.85であることが好ましく、0.70〜0.80であることがより好ましい。プロットの傾きが0.65未満であると、セルロースエステルの分岐度が低いため、セルロースエステルが例えば架橋点を有するマトリクス構造を十分には形成せず(または自己組織化せず)、水を吸収しやすい。一方、プロットの傾きが0.85超であると、セルロースエステルの分岐度が高すぎるため、得られるフィルムの柔軟性が低下したり、得られるフィルムの鹸化液との親和性が低下し、偏光子との十分な接着性が得られにくかったりする。
セルロースエステルの分岐度の測定は、以下の手順で行うことができる。
1)20ml試験管に、合成したセルロースアセテート0.1gと、THF10mlとを入れて、25℃で4時間溶解させる。得られた溶液を、簡易処理フィルタでろ過して、GPC−LALLS−粘度測定用の溶液試料とする。
2)前記1)で得られた溶液試料を、以下の条件で、GPC−LALLS−粘度測定を行う。
(測定条件)
装置:HLC−8220GPC 東ソー社製
カラム:TSK-GEL(R) Super AWM-H(東ソー社製)の2連カラム、充填剤の材質:親水性ポリメタアクリレート
検出器:Viscotek社製Model302(屈折率計、散乱強度計および粘度計(4キャピラリー(ブリッジタイプ)差圧粘度計)を検出器として有するトリプル検出器)
送液温度:40℃
溶媒:THF
流速:0.4ml/min
注入量:500μl
GPC−LALLS−粘度測定により、横軸:絶対分子量(Mw)の常用対数log[Mw]、縦軸:粘度Iv(a)の常用対数log[Iv(a)]のプロットを得る。プロットは、本体付属の解析ソフトにより、任意の分析範囲を指定してマークホーインクプロットして得られる。そして、得られたプロットの傾きa(log[Iv(a)]/log[Mw])を求める。
セルロースエステルの分岐度は、セルロースエステルの合成方法や条件によって調整されうる。例えば、分岐度が一定以上のセルロースエステルは、1)原料としてのセルロースを酢酸などにより活性化する工程(活性化工程);2)活性化後のセルロースに、第二の糖(マンナン、キシランなど)を添加して、セルロースを架橋させる工程(架橋工程);3)前記2)の工程を経たセルロースと無水酢酸を、硫酸触媒の存在下で反応させてセルローストリアセテートを得る工程(酢化工程);3)得られたセルローストリアセテートをケン化(加水分解)・熟成して酢化度を調整する工程(ケン化・熟成工程)、を経て得ることができる。
即ち、活性化前のセルロースに第二の糖を添加しても、セルロースと第二の糖とが架橋反応しにくいが、活性化後のセルロースに第二の糖を添加すると、活性化後のセルロースと第二の糖とが架橋反応しやすくなると考えられる。
1)の活性化工程は、原料セルロースに、例えば酢酸や含水酢酸を噴霧、あるいは酢酸や含水酢酸に浸漬して行うことができる。酢酸の添加量は、原料セルロース100質量部に対して10〜600質量部、好ましくは20〜80質量部、さらに好ましくは30〜60質量部としうる。
原料セルロースの例には、綿花リンター、木材パルプ(針葉樹由来、広葉樹由来)およびケナフなどが含まれ、分岐度が高いセルロースエステルを合成しやすいことから、好ましくは木材パルプである。原料セルロースは、一種類だけであってもよいし、二種類以上であってもよい。
2)の架橋工程では、活性化後のセルロースに、第二の糖を添加してセルロースを架橋させる。添加される第二の糖の例には、マンナン、キシラン、マンノース、キシロース、グルコマンナンなどが含まれる。
第二の糖の添加量は、原料セルロース100質量部に対して1〜10質量部とすることができ、好ましくは1〜7質量部としうる。第二の糖の添加量が1質量部未満であると、セルロースを十分に架橋させることができず、得られるセルロースエステルの分岐度が低くなりやすい。一方、第二の糖の添加量が10質量部超であると、得られるセルロースエステルの分岐度が高すぎて、鹸化液との親和性が低下しやすい。
3)の酢化工程(アセチル化工程)では、前記2)で得られる、例えば架橋点を有するマトリクス構造を有するセルロースに、硫酸触媒の存在下で無水酢酸を添加して、アセチル化させる。酢化工程では、必要に応じて、前述の第二の糖の単量体(キシラン、マンナンの構成成分であるキシロースおよびマンノースなど)をさらに添加してもよい。
無水酢酸の添加量は、得ようとするセルロースエステルの酢化度に応じて選択設定されうる。無水酢酸の添加量は、例えば、原料セルロース100質量部に対して230〜300質量部、好ましくは240〜290質量部、さらに好ましくは250〜280質量部としうる。
硫酸触媒の使用量は、通常、セルロース100重量部に対して、1〜15重量部、好ましくは5〜15重量部、特に5〜10重量部程度である。酢化工程では、酢酸などの溶媒がさらに使用されてもよい。酢酸の使用量は、例えば原料セルロース100質量部に対して200〜700質量部、好ましくは300〜600質量部、さらに好ましくは350〜500質量部としうる。
酢化温度は、45〜70℃であることが好ましく、セルロースを架橋させやすくするためには、50〜60℃であることがより好ましい。
4)のケン化・熟成工程では、前記3)で得られたセルローストリアセテートに、酢酸カルシウム水溶液を添加する。得られた反応物に、100℃程度の水をさらに添加し、反応物中の水分量(熟成水分量)を50〜80モル%程度に調整する。ケン化・熟成工程は、40〜90℃の範囲で行うことが好ましい。
セルロースエステルの光学特性を調整するために、例えば3)の酢化工程や4)のケン化・熟成工程の後に、生成したセルロースエステルを酸化剤でさらに処理してもよい。
用いられる酸化剤の例には、過酸化水素;過ギ酸,過酢酸,過安息香酸などの過酸;過酸化ジアセチルなどの有機過酸化物などが含まれる。なかでも、セルロースエステルからの分離が容易であり、かつ残留しにくい過酸化水素、過ギ酸、過酢酸などが好ましく、過酸化水素や過酢酸が特に好ましい。酸化剤は、一種類であっても、二種類以上であってもよい。酸化剤の使用量は、例えばセルロースエステル100質量部に対して、0.01〜5質量部、好ましくは0.1〜2.5質量部、特に0.1〜1質量部程度としうる。
セルロースエステルの、GPC−LALLS−粘度測定法による絶対分子量Mw(s)の範囲は、0.8×10〜2.6×10であることが好ましく、1.0×10〜1.5×105であることがより好ましい。
セルロースエステルの数平均分子量は、一定以上の機械的強度を有するフィルムを得るためには、3.0×10以上9.0×10以下であることが好ましく、4.5×10以上8.5×10以下であることがより好ましい。セルロースエステルの重量平均分子量は、1.1×10以上3.0×10未満であることが好ましく、1.2×10以上2.5×10以下であることがより好ましく、1.5×10以上2.0×10未満であることがさらに好ましい。
セルロースエステルの分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、1.8〜4.5であることが好ましい。
セルロースエステルの数平均分子量および重量平均分子量は、GPC−LALLS−粘度測定法により、前述と同様の条件で測定できる。
ガラス転移温度低下剤
ガラス転移温度低下剤の例には、ポリエステル化合物、多価アルコールエステル化合物、多価カルボン酸エステル化合物(フタル酸エステル化合物を含む)、グリコレート化合物、およびエステル化合物(脂肪酸エステル化合物やリン酸エステル化合物などを含む)が含まれる。これらは、単独で用いても、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリエステル化合物は、一般式(I)で表されるポリエステル化合物であることが好ましい。
Figure 2013164868
一般式(I)のAは、炭素数6〜14のアリーレン基、炭素数2〜6の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、または炭素数3〜10のシクロアルキレン基を示し、Tg低下能に優れることから、好ましくは炭素数6〜14のアリーレン基であり、より好ましくはフェニレン基、ナフチレン基またはビフェニリレン基である。Bは、炭素数2〜6の直鎖または分岐のアルキレン基または炭素数3〜10のシクロアルキレン基を示す。Xは、水素原子または炭素数6〜14の芳香族モノカルボン酸または炭素数1〜6の脂肪族モノカルボン酸の残基を示し、好ましくは水素原子または炭素数6〜14の芳香族モノカルボン酸の残基である。nは、1以上の自然数を表す。
一般式(I)で表されるポリエステル化合物は、炭素数6〜14のアリーレン基、炭素数2〜6の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、または炭素数3〜10のシクロアルキレン基を有するジカルボン酸と、炭素数2〜6の直鎖または分岐のアルキレン基または炭素数3〜10のシクロアルキレン基を有するジオールとを縮合反応させた後、必要に応じて芳香族モノカルボン酸または脂肪族モノカルボン酸で末端を封止して得ることができる。
炭素数6〜14のアリーレン基を有するジカルボン酸の例には、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,8−ナフタレンジカルボン酸、2,2’−ビフェニルジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸等が含まれ、好ましくはテレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸である。これらのジカルボン酸に含まれるアリーレン基は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜6のアルケニル基、または炭素数1〜6のアルコキシ基などの置換基をさらに有してもよい。
炭素数2〜6の直鎖または分岐のアルキレン基を有するジカルボン酸の例には、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸などが含まれ、好ましくはコハク酸、アジピン酸である。炭素数3〜10のシクロアルキレン基を有するジカルボン酸の例には、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等が含まれ、好ましくは1,4−シクロヘキサンジカルボン酸である。
炭素数2〜6の直鎖または分岐のアルキレン基を有するジオールの例には、エタンジオール(エチレングリコール)、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等が含まれ、好ましくはエタンジオール(エチレングリコール)、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオールである。
炭素数3〜10の直鎖または分岐のシクロアルキレン基を有するジオールの例には、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が含まれる。
炭素数6〜14の芳香族モノカルボン酸の残基の例には、安息香酸、オルトトルイル酸、メタトルイル酸、パラトルイル酸、パラターシャリブチル安息香酸、ジメチル安息香酸、パラメトキシ安息香酸の残基が含まれ、好ましくは安息香酸、パラトルイル酸、パラターシャリブチル安息香酸の残基である。炭素数1〜6の脂肪族モノカルボン酸の残基の例には、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸の残基などが含まれる。
一般式(I)で表されるポリエステル化合物の具体例を以下に示す。下記具体例において、一般式(I)のXは全て水素原子としうる。
Figure 2013164868
Figure 2013164868
Figure 2013164868
Figure 2013164868
Figure 2013164868
Figure 2013164868
多価アルコールエステル化合物は、2価以上の脂肪族多価アルコールと、モノカルボン酸とのエステル化合物(アルコールエステル)であり、好ましくは2〜20価の脂肪族多価アルコールエステルである。多価アルコールエステル化合物は、分子内に芳香環またはシクロアルキル環を有することが好ましい。
脂肪族多価アルコールの好ましい例には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ジブチレングリコール、1,2,4−ブタントリオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、トリメチロールエタン、キシリトール等が含まれる。なかでも、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、キシリトールなどが好ましい。
モノカルボン酸は、特に制限はなく、脂肪族モノカルボン酸、脂環式モノカルボン酸または芳香族モノカルボン酸等でありうる。フィルムの透湿性を高め、かつ揮発しにくくするためには、脂環式モノカルボン酸または芳香族モノカルボン酸が好ましい。モノカルボン酸は、一種類であってもよいし、二種以上の混合物であってもよい。また、脂肪族多価アルコールに含まれるOH基の全部をエステル化してもよいし、一部をOH基のままで残してもよい。
脂肪族モノカルボン酸は、炭素数1〜32の直鎖または側鎖を有する脂肪酸であることが好ましい。脂肪族モノカルボン酸の炭素数はより好ましくは1〜20であり、さらに好ましくは1〜10である。脂肪族モノカルボン酸の例には、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、2−エチル−ヘキサン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等の飽和脂肪酸;ウンデシレン酸、オレイン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸等が含まれる。なかでも、セルロースアセテートとの相溶性を高めるためには、酢酸、または酢酸とその他のモノカルボン酸との混合物が好ましい。
脂環式モノカルボン酸の例には、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸などが含まれる。
芳香族モノカルボン酸の例には、安息香酸;安息香酸のベンゼン環にアルキル基またはアルコキシ基(例えばメトキシ基やエトキシ基)を1〜3個を導入したもの(例えばトルイル酸など);ベンゼン環を2個以上有する芳香族モノカルボン酸(例えばビフェニルカルボン酸、ナフタリンカルボン酸、テトラリンカルボン酸など)が含まれ、好ましくは安息香酸である。
多価アルコールエステル化合物の具体例を以下に示す。2価のアルコールエステル化合物の例には、以下のものが含まれる。
Figure 2013164868
3価以上のアルコールエステル化合物の例には、以下の化合物が含まれる。
Figure 2013164868
Figure 2013164868
Figure 2013164868
Figure 2013164868
多価カルボン酸エステル化合物は、2価以上、好ましくは2〜20価の多価カルボン酸と、アルコール化合物とのエステル化合物である。多価カルボン酸は、2〜20価の脂肪族多価カルボン酸であるか、3〜20価の芳香族多価カルボン酸または3〜20価の脂環式多価カルボン酸であることが好ましい。
多価カルボン酸の例には、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸のような3価以上の芳香族多価カルボン酸またはその誘導体、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、シュウ酸、フマル酸、マレイン酸、テトラヒドロフタル酸のような脂肪族多価カルボン酸、酒石酸、タルトロン酸、リンゴ酸、クエン酸のようなオキシ多価カルボン酸などが含まれ、フィルムからの揮発を抑制するためには、オキシ多価カルボン酸が好ましい。
アルコール化合物の例には、直鎖もしくは側鎖を有する脂肪族飽和アルコール化合物、直鎖もしくは側鎖を有する脂肪族不飽和アルコール化合物、脂環式アルコール化合物または芳香族アルコール化合物などが含まれる。脂肪族飽和アルコール化合物または脂肪族不飽和アルコール化合物の炭素数は、好ましくは1〜32であり、より好ましくは1〜20であり、さらに好ましくは1〜10である。脂環式アルコール化合物の例には、シクロペンタノール、シクロヘキサノールなどが含まれる。芳香族アルコール化合物の例には、ベンジルアルコール、シンナミルアルコールなどが含まれる。
多価カルボン酸エステル化合物の分子量は、特に制限はないが、300〜1000であることが好ましく、350〜750であることがより好ましい。多価カルボン酸エステル系可塑剤の分子量は、ブリードアウトを抑制する観点では、大きいほうが好ましく;透湿性やセルロースアセテートとの相溶性の観点では、小さいほうが好ましい。
多価カルボン酸エステル化合物の例には、トリエチルシトレート、トリブチルシトレート、アセチルトリエチルシトレート(ATEC)、アセチルトリブチルシトレート(ATBC)、ベンゾイルトリブチルシトレート、アセチルトリフェニルシトレート、アセチルトリベンジルシトレート、酒石酸ジブチル、酒石酸ジアセチルジブチル、トリメリット酸トリブチル、ピロメリット酸テトラブチル等が含まれる。
多価カルボン酸エステル化合物は、フタル酸エステル化合物であってもよい。フタル酸エステル化合物の例には、ジエチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、ジメチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、ジオクチルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジシクロヘキシルテレフタレート等が含まれる。
グリコレート化合物の例には、アルキルフタリルアルキルグリコレート類が含まれる。アルキルフタリルアルキルグリコレート類の例には、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、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が含まれる。
エステル化合物には、脂肪酸エステル化合物、クエン酸エステル化合物やリン酸エステル化合物などが含まれる。
脂肪酸エステル化合物の例には、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、およびセバシン酸ジブチル等が含まれる。クエン酸エステル化合物の例には、クエン酸アセチルトリメチル、クエン酸アセチルトリエチル、およびクエン酸アセチルトリブチル等が含まれる。リン酸エステル化合物の例には、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート、ビフェニルジフェニルホスフェート、トリオクチルホスフェート、およびトリブチルホスフェート等が含まれる。
なかでも、ポリエステル化合物およびリン酸エステル化合物が好ましい。
ガラス転移温度低下剤のTg低下能は、好ましくは3.5℃/質量部以上であり、より好ましくは3.8℃/質量部以上であり、さらに好ましくは4.0℃/質量部以上である。ガラス転移温度低下剤のTg低下能が上記範囲であると、少ない添加量でも優れたTg低下効果が得られる。一方、ガラス転移温度低下剤のTg低下能は、通常、10.0℃/質量部以下である。
ガラス転移温度低下剤のTg低下能は、下記式によって定義される。下記式において、Xは、セルロースアセテートからなるフィルムのTgを示し;Yは、セルロースアセテート100質量部と、ガラス転移温度低下剤を5質量部とからなるフィルムのTgを示す。フィルムのTgは、示差走査熱量測定法(DSC)により測定することができる。
Figure 2013164868
ガラス転移温度低下剤のSP値は、9.0〜11.0の範囲であることが好ましい。SP値が9.0未満であるガラス転移温度低下剤は、セルロースエステルとの相溶性が低いため、それを含むフィルムはヘイズが高くなりやすい。一方、SP値が11.0超であるガラス転移温度低下剤は、水との相溶性が高いため、それを含むフィルムを鹸化液に浸漬したときに膨潤しやすい。
SP値は、Hoy、Fedors、またはSmallなどのパラメーターを用いて計算により求めることができる。本発明におけるSP値は、パラメーターが豊富で広範囲の化合物に適用することができるFedorsのパラメーターを用いて計算により求めることが好ましい。SP値の単位は、凝集エネルギー密度△Eをモル体積Vで除した値の平方根で、「(cm/cal)1/2」を用いることができる。Fedorsのパラメーターは、参考文献:コーティングの基礎科学 原田勇次著 槇書店(1977)のp54〜57に記載されている。
ガラス転移温度低下剤の含有量は、セルロースエステルに対して好ましくは1〜15質量%であり、より好ましくは1.5〜10質量%である。ガラス転移温度低下剤の含有量が1質量%未満であると、ガラス転移温度低下剤によるTg低下効果が十分でないことがある。一方、ガラス転移温度低下剤の含有量が10質量%超であると、位相差フィルムの位相差が十分には得られにくいことがある。
微粒子(マット剤)
位相差フィルムは、表面の滑り性を高めるためなどから、微粒子(マット剤)をさらに含有してもよい。
微粒子は、無機微粒子であっても有機微粒子であってもよい。無機微粒子の例には、二酸化珪素(シリカ)、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、炭酸カルシウム、タルク、クレイ、焼成カオリン、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およびリン酸カルシウムなどが含まれる。なかでも、二酸化珪素や酸化ジルコニウムが好ましく、得られるフィルムのヘイズの増大を少なくするためには、より好ましくは二酸化珪素である。
二酸化珪素の微粒子の例には、アエロジルR972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600、NAX50(以上日本アエロジル(株)製)、シーホスターKE−P10、KE−P30、KE−P50、KE−P100(以上日本触媒(株)製)などが含まれる。なかでも、アエロジルR972V、NAX50、シーホスターKE−P30などが、得られるフィルムの濁度を低く保ちつつ、摩擦係数を低減させうるため特に好ましい。
微粒子の一次粒子径は、5〜50nmであることが好ましく、7〜20nmであることがより好ましい。一次粒子径が大きいほうが、得られるフィルムの滑り性を高める効果は大きいが、透明性が低下しやすい。そのため、微粒子は、粒子径0.05〜0.3μmの二次凝集体として含有されていてもよい。微粒子の一次粒子またはその二次凝集体の大きさは、透過型電子顕微鏡にて倍率50万〜200万倍で一次粒子または二次凝集体を観察し、一次粒子または二次凝集体100個の粒子径の平均値として求めることができる。
微粒子の含有量は、低置換度成分を含むセルロースアセテート全体に対して0.05〜1.0質量%であることが好ましく、0.1〜0.8質量%であることがより好ましい。
位相差フィルムの物性
本発明の位相差フィルムは、鹸化液に浸漬したときの膨潤を抑制するために、一定量以上の溶媒が残留していることが好ましい。即ち、本発明の位相差フィルムの残留溶媒量は、700〜3000質量ppmであることが好ましく、900〜200質量ppmであることがより好ましい。残留溶媒量が700質量ppm未満であると、セルロースエステル分子間に水が浸入しやすいため、鹸化液に浸漬時に位相差フィルムが膨潤しやすい。一方、残留溶媒量が3000質量ppm超であると、フィルム強度が低いため、偏光板の作製工程において大きな搬送張力を加えることができないだけでなく、乾燥による収縮が大きいため軸ズレを生じやすい。
位相差フィルムの残留溶媒量の測定は、以下の手順で行うことができる。
1)検量線の作成
溶媒(例えばジクロロメタン)の濃度が既知の試料を、専用のバイアル瓶に入れて密閉した後、ヘッドスペースサンプラーにセットする。そして、バイアル瓶を下記のヘッドスペース加熱条件で加熱して揮発成分を生成させ、当該揮発成分をガスクロマトグラフィーで測定する。
(ヘッドスペースサンプラー)
機器:ヒューレット・パッカード社製ヘッドスペースサンプラーHP7694型
ヘッドスペース加熱条件:120℃で20分
(ガスクロマトグラフィー)
機器:ヒューレット・パッカード社製5971型
カラム:J&W社製 DB−624
検出器:水素炎イオン化検出器(FID)
GC昇温条件:45℃で3分保持した後、8℃/分で100℃まで昇温
GC導入温度:150℃
溶媒(例えばジクロロメタン)の濃度の異なる試料についても同様の測定を行う。そして、各測定で得られたGCチャートにおける溶媒のピーク面積を算出し、溶媒濃度とピーク面積のプロットを作成し、検量線を得る。同様にして、他の溶媒(例えばメタノール)の検量線も作成する。
2)位相差フィルムの残留溶媒量の測定
10cm角に切り出した位相差フィルムを細かく刻んで専用のバイアル瓶に入れて密閉する以外は前記1)と同様にしてヘッドスペース加熱条件にて加熱し、生成した揮発成分をガスクロマトグラフィーにて測定する。
得られたチャートから、各溶媒のピーク面積を算出し、前記1)で得られた検量線と照合して、位相差フィルムに残留する各溶媒の量を求める。位相差フィルムの残留溶媒量は、フィルム全体に対する質量割合(質量%)として求められる。
位相差フィルムに残留する溶媒は、ジクロロメタンとメタノールとを含有することが好ましい。位相差フィルムが水を吸収しにくくするためには、位相差フィルムに残留する溶媒のうち、ジクロロメタンの含有割合が70〜90質量%であることが好ましい。
本発明の位相差フィルムは、鹸化液に浸漬したときの膨潤を抑制するために、高温多湿条件下で保存後の重量変化率が少ないことが好ましい。具体的には、保存前の位相差フィルムの重量をM0とし、80℃90%RH下で120hr保存後の位相差フィルムの重量をM1としたとき、下記式で表される重量変化率が−0.5〜0.5%であることが好ましく、−0.25〜0.25%であることがより好ましい。
Figure 2013164868
即ち、セルロースエステルを含むフィルムは、通常、高温多湿下で保存されると、セルロースエステルが水を吸収して加水分解し、生成する酢酸が揮発除去されてフィルムの重量が減ったり;水を保持してフィルムの重量が増えたりしやすい。これに対して、重量変化率の絶対値が0.5%以下である本発明の位相差フィルムは、水を吸収または保持しにくい。
さらに、80℃90%RH下で300hr保存後の位相差フィルムの重量をM2としたとき、下記式で表される重量変化率が−2〜−4%であることが好ましく、−2.5〜−3.5%であることがより好ましい。
Figure 2013164868
重量変化率の測定は、以下の手順で行うことができる。
1)位相差フィルムを25cm角に切り出してサンプルフィルムとし、該サンプルフィルムを、23℃55%RH下での重量(保存前の重量)を測定する。
2)次いで、サンプルフィルムを恒温槽に入れて、80℃90RH%の条件下で120hrまたは300hr保存する。その後、サンプルフィルムを恒温槽から取り出して、23℃55%RH下で12時間放置した後、サンプルフィルムの23℃55%RH下での重量(保存後の重量)を測定する。
3)そして、サンプルフィルムの保存前の重量と保存後の重量を、下記式にそれぞれ当てはめて、重量変化率(%)を算出する。
保存前後の重量変化率(%)=(保存後の重量−保存前の重量)/(保存前の重量)×100
位相差フィルムの重量変化率は、セルロースエステルの分岐度、ガラス転移温度低下剤の種類、残留溶媒量などによって調整されうる。位相差フィルムの重量変化率を小さくするためには、少なくともセルロースエステルの分岐度(log[Iv(a)]/log[Mw(a)])を一定以上にすることが好ましく;さらにガラス転移温度低下剤を含有させ、かつ残留溶媒量を700質量ppm以上とすることがより好ましい。
位相差フィルムは、例えばVA方式の液晶セルの光学補償を行うためには、測定波長590nm、23℃55%RHの条件下で測定される面内方向のレターデーションRは、10〜100nmであることが好ましく、30〜70nmであることがより好ましい。位相差フィルムの、測定波長590nm、23℃55%RHの条件下で測定される厚み方向のレターデーションRthは、70〜300nmであることが好ましく、90〜230nmであることがより好ましい。
およびRthは、セルロースアセテートのアシル基の総置換度や延伸条件などによって調整することができる。Rを大きくするためには、例えばセルロースアセテートのアシル基の総置換度を低くしたり、延伸倍率を大きくしたりすればよい。Rthを大きくするためには、例えば延伸温度を低くしたり、フィルムの膜厚を大きくしたりすればよい。
レターデーションRおよびRthは、それぞれ以下の式で定義される。
式(I):R=(nx−ny)×d(nm)
式(II):Rth={(nx+ny)/2−nz}×d(nm)
(式(I)および(II)において、
nxは、位相差フィルムの面内方向において屈折率が最大になる遅相軸方向xにおける屈折率を表し;
nyは、位相差フィルムの面内方向において前記遅相軸方向xと直交する方向yにおける屈折率を表し;
nzは、位相差フィルムの厚み方向zにおける屈折率を表し;
d(nm)は、位相差フィルムの厚みを表す)
レターデーションRおよびRthは、例えば以下の方法によって求めることができる。
1)位相差フィルムを、23℃55%RHで調湿する。調湿後の位相差フィルムの平均屈折率をアッベ屈折計などで測定する。
2)調湿後の位相差フィルムに、当該フィルム表面の法線に平行に測定波長590nmの光を入射させたときのRを、王子計測(株)製KOBRA21ADHにて測定する。
3)王子計測(株)製KOBRA21ADHにより、位相差フィルムの面内の遅相軸を傾斜軸(回転軸)として、位相差フィルムの表面の法線に対してθの角度(入射角(θ))から測定波長590nmの光を入射させたときのレターデーション値R(θ)を測定する。レターデーション値R(θ)の測定は、θが0°〜50°の範囲で、10°毎に6点行うことができる。位相差フィルムの面内の遅相軸は、王子計測(株)製KOBRA21ADHにより確認できる。
4)測定されたRおよびR(θ)と、前述の平均屈折率と膜厚とから、KOBRA21ADHにより、nx、nyおよびnzを算出して、測定波長590nmでのRthを算出する。レターデーションの測定は、23℃55%RH条件下で行うことができる。
位相差フィルムの面内遅相軸とフィルムの幅方向とのなす角θ1(配向角)は、好ましくは−1°〜+1°であり、さらに好ましくは−0.5°〜+0.5°である。位相差フィルムの配向角θ1の測定は、自動複屈折計KOBRA−WX(王子計測機器)を用いて測定することができる。
位相差フィルムの厚みは、10〜200μmであることが好ましく、40〜100μmであることがより好ましく、50〜70μmであることがさらに好ましい。位相差フィルムの厚みが200μm超であると、熱や湿度によるレターデーションの変動が大きくなりやすい。一方、位相差フィルムの厚みが10μm未満であると、十分なフィルム強度やレターデーションが得られにくい。
位相差フィルムのヘイズ(全ヘイズ)は、1.0%以下であることが好ましい。位相差フィルムのヘイズ(全ヘイズ)は、JIS K−7136に準拠して、ヘイズメーター(濁度計)(型式:NDH 2000、日本電色(株)製)にて測定することができる。ヘイズメーターの光源は、5V9Wのハロゲン球とし、受光部は、シリコンフォトセル(比視感度フィルター付き)としうる。ヘイズの測定は、いずれも23℃55%RHの条件下にて行う。
位相差フィルムの可視光透過率は、90%以上であることが好ましく、93%以上であることがより好ましい。
本発明の位相差フィルムは、分岐度が一定以上のセルロースエステル(例えば架橋点を有するマトリクス構造を有するセルロースエステル)を含有するため、セルロースエステル分子間に水を取り込みにくい。また、本発明の位相差フィルムは、セルロースエステルよりも疎水性が高い、残留溶媒を一定量以上含有し、かつSP値が9.0〜11.0のガラス転移温度低下剤を含有する、水を吸収しにくい。それにより、本発明の位相差フィルムは、鹸化液などに浸漬したときの膨潤(寸法変化)が抑制されうる。
2.位相差フィルムの製造方法
位相差フィルムは、溶液流延法または溶融流延法で製造され、好ましくは溶液流延法により製造されうる。
セルロースアセテートを含む位相差フィルムを溶液流延法で製造する方法は、1)少なくともセルロースアセテートと、必要に応じて他の添加剤とを溶媒に溶解させてドープを調製する工程、2)ドープを無端の金属支持体上に流延する工程、3)流延したドープから溶媒を蒸発させてウェブとする工程、4)ウェブを金属支持体から剥離する工程、5)ウェブを乾燥後、延伸してフィルムを得る工程、6)得られたフィルムを乾燥後、巻き取る工程を含む。
1)ドープ調製工程
溶解釜において、セルロースアセテートと、必要に応じて他の添加剤とを溶媒に溶解させてドープを調製する。
ドープに含まれる溶媒は、1種類でも2種以上を組み合わせたものでもよい。生産効率を高める観点では、セルロースアセテートの良溶媒と貧溶媒を組み合わせて用いることが好ましい。良溶媒とは、セルロースアセテートを単独で溶解する溶媒をいい、貧溶媒とは、セルロースアセテートを膨潤させるか、または単独では溶解しないものをいう。そのため、良溶媒および貧溶媒は、セルロースアセテートのアシル基の総置換度(アセチル基置換度)によって異なる。
良溶媒と貧溶媒を組み合わせて用いる場合、セルロースアセテートの溶解性を高めるためには、良溶媒が貧溶媒よりも多いことが好ましい。良溶媒と貧溶媒の混合比率は、良溶媒が70〜98質量%であり、貧溶媒が2〜30質量%であることが好ましい。
良溶媒の例には、ジクロロメタン等の有機ハロゲン化合物、ジオキソラン類、アセトン、酢酸メチル、およびアセト酢酸メチルなどが含まれ、好ましくはジクロロメタンである。貧溶媒の例には、メタノール、エタノール、n−ブタノール、シクロヘキサン、およびシクロヘキサノン等が含まれ、好ましくはメタノールである。
ドープにおけるセルロースアセテートの濃度は、乾燥負荷を低減するためには高いほうが好ましいが、セルロースアセテートの濃度が高すぎるとろ過しにくい。そのため、ドープにおけるセルロースアセテートの濃度は、好ましくは10〜35質量%であり、より好ましくは15〜25質量%である。
セルロースアセテートを溶媒に溶解させる方法は、例えば加熱および加圧下で溶解させる方法、セルロースアセテートに貧溶媒を加えて膨潤させた後、良溶媒をさらに加えて溶解させる方法、および冷却溶解法などでありうる。
なかでも、常圧における沸点以上に加熱できることから、加熱および加圧下で溶解させる方法が好ましい。具体的には、常圧下で溶媒の沸点以上であり、かつ加圧下で溶媒が沸騰しない範囲の温度に加熱しながら攪拌溶解すると、ゲルやママコと呼ばれる塊状未溶解物の発生を抑制できる。
加熱温度は、セルロースアセテートの溶解性を高める観点では、高いほうが好ましいが、高過ぎると、圧力を高める必要があり、生産性が低下する。このため、加熱温度は、45〜120℃であることが好ましく、60〜110℃がより好ましく、70℃〜105℃であることがさらに好ましい。
得られるドープには、例えば原料であるセルロースアセテートに含まれる不純物などの不溶物が含まれることがある。このような不溶物は、得られるフィルムにおいて輝点異物となりうる。このような不溶物等を除去するために、得られたドープをさらに濾過することが好ましい。
2)流延工程
ドープを、送液ポンプ(例えば、加圧型定量ギヤポンプ)を通して加圧ダイに送液し、無端状の金属支持体(例えばステンレスベルトや回転する金属ドラムなど)上に、加圧ダイのスリットから流延させる。
ダイは、口金部分のスリット形状を調整でき、膜厚を均一に調整しやすい加圧ダイが好ましい。加圧ダイの例には、コートハンガーダイ、T−ダイなどが含まれる。金属支持体の表面は、鏡面加工されていることが好ましい。
3)溶媒蒸発工程
ウェブ(ドープを金属支持体上に流延して得られるドープ膜)を金属支持体上で加熱し、溶媒を蒸発させる。
ウェブの乾燥は、40〜100℃の雰囲気下で行うことが好ましい。ウェブを40〜100℃の雰囲気下で乾燥させるためには、40〜100℃の温風をウェブ上面に当てたり、赤外線などで加熱したりすることが好ましい。
溶媒を蒸発させる方法としては、ウェブの表面に風を当てる方法、ベルト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などがあるが、乾燥効率が高いことから、ベルトの裏面から液体により伝熱させる方法が好ましい。
得られるウェブの面品質や透湿性、剥離性などを高める観点から、流延後、30〜120秒以内で、ウェブを金属支持体から剥離することが好ましい。
4)剥離工程
金属支持体上で溶媒を蒸発させたウェブを、金属支持体上の剥離位置で剥離する。金属支持体上の剥離位置における温度は、好ましくは10〜40℃であり、さらに好ましくは11〜30℃である。
金属支持体上の剥離位置で剥離する際のウェブの残留溶媒量は、乾燥条件や金属支持体の長さなどにもよるが、50〜120質量%とすることが好ましい。残留溶媒量が多いウェブは、柔らか過ぎて平面性を損ないやすく、剥離張力による縦方向にのびるシワが発生し易い。そのような縦方向にのびるシワを抑制できるように、剥離位置でのウェブの残留溶媒量が設定されうる。
ウェブの残留溶媒量は、下記式で定義される。
残留溶媒量(%)=(ウェブの加熱処理前質量−ウェブの加熱処理後質量)/(ウェブの加熱処理後質量)×100
なお、残留溶媒量を測定する際の加熱処理とは、115℃で1時間の加熱処理を意味する。
ウェブがガラス転移温度低下剤を含む場合、得られる位相差フィルムにおいてガラス転移温度低下剤をフィルム厚み方向に偏在させるためには、ウェブを金属支持体から剥離するときの、ウェブ中の残留溶媒量を一定以下に低減することで、ウェブの金属支持体と接していない面側の溶媒量を十分に減らすことが好ましい。具体的には、ウェブ中の残留溶媒量は、好ましくは90質量%以下とし、より好ましくは85質量%以下とし、さらに好ましくは80質量%以下としうる。
ウェブの残留溶媒量は、乾燥温度や乾燥時間によって調整されうる。例えば、ガラス転移温度低下剤を含むウェブの残留溶媒量を上記範囲とするためには、乾燥温度は、好ましい25〜50℃程度とし、より好ましくは35〜45℃程度としうる。乾燥時間は、好ましくは15〜150秒間程度としうる。
金属支持体からウェブを剥離する際の剥離張力は、通常、300N/m以下としうる。
5)乾燥および延伸工程
金属支持体から剥離して得られたウェブを乾燥させた後、延伸する。ウェブの乾燥は、ウェブを、上下に配置した多数のロールにより搬送しながら乾燥させてもよいし、ウェブの両端部をクリップで固定して搬送しながら乾燥させてもよい。
ウェブの乾燥方法は、熱風、赤外線、加熱ロールおよびマイクロ波等で乾燥する方法であってよく、簡便であることから熱風で乾燥する方法が好ましい。ウェブの乾燥温度は、40〜250℃程度、好ましくは40〜160℃程度としうる。
ウェブの延伸により、所望のレターデーションを有する位相差フィルムを得る。位相差フィルムのレターデーションは、ウェブに掛かる張力の大きさを調整することで制御することができる。
ウェブの延伸は、幅方向(TD方向)、ドープの流延方向(MD方向)、または斜め方向の延伸であり、少なくとも幅方向(TD方向)に延伸することが好ましい。ウェブの延伸は、一軸延伸であっても、二軸延伸であってもよい。二軸延伸は、好ましくはドープの流延方向(MD方向)と幅方向(TD方向)への延伸である。二軸延伸は、逐次二軸延伸であっても同時二軸延伸であってもよい。
逐次二軸延伸には、延伸方向の異なる延伸を順次行う方法や、同一方向の延伸を多段階に分けて行う方法などが含まれる。逐次二軸延伸の例には、以下のような延伸ステップが含まれる。
流延方向(MD方向)に延伸−幅方向(TD方向)に延伸−流延方向(MD方向)に延伸−流延方向(MD方向)に延伸
幅方向(TD方向)に延伸−幅方向に延伸(TD方向)−流延方向(MD方向)に延伸−流延方向(MD方向)に延伸
同時二軸延伸には、一方向に延伸し、もう一方の方向の張力を緩和して収縮させる態様も含まれる。
延伸倍率は、得られる位相差フィルムの膜厚や、求められるレターデーション値にもよるが、最終的には、流延方向に0.8〜1.5倍、好ましくは0.8〜1.1倍とし;幅方向に1.1〜2.0倍、好ましくは1.3〜1.7倍としうる。
ウェブの延伸温度は、好ましくは120℃〜200℃とし、より好ましくは150℃〜200℃とし、さらに好ましくは150℃超190℃以下としうる。
ウェブの延伸方法は、特に制限されず、複数のロールに周速差をつけ、その間でロール周速差を利用して流延方向(MD方向)に延伸する方法(ロール延伸法)、ウェブの両端をクリップやピンで固定し、クリップやピンの間隔を流延方向(MD方向)に向かって広げて流延方向(MD方向)に延伸したり、幅方向(TD方向)に広げて幅方向(TD方向)に延伸したり、流延方向(MD方向)と幅方向(TD方向)の両方に広げて流延方向(MD方向)と幅方向(TD方向)の両方に延伸する方法など(テンター延伸法)などが挙げられる。これらの延伸方法は、組み合わせてもよい。
延伸開始時のウェブの残留溶媒は、好ましくは20質量%以下とし、より好ましくは15質量%以下としうる。
6)フィルムを乾燥した後、巻き取る工程
位相差フィルムの残留溶媒量を低減するために、延伸後に得られるフィルムを、さらに乾燥させることが好ましい。乾燥温度は、140℃以下、好ましくは100〜120℃程度としうる。乾燥温度が低すぎると、溶媒を十分に蒸発除去させにくい。一方、乾燥温度が高すぎると、フィルムの残留溶媒量が少なくなりすぎる。フィルムの乾燥方法は、例えばフィルムを搬送させながら、熱風を当てる方法などでありうる。
位相差フィルムを、巻き取り機を用いて、フィルムの幅方向に垂直な方向に巻き取ってロール体を得ることができる。
3.偏光板
本発明の偏光板は、偏光子と、その少なくとも一方の面に配置された本発明の位相差フィルムとを含む。本発明の位相差フィルムは、偏光子上に直接配置されてもよいし、他のフィルムまたは層を介して配置されてもよい。
偏光子は、一定方向の偏波面の光のみを通過させる素子である。偏光子は、ポリビニルアルコール系偏光フィルムであり、好ましくはヨウ素または二色性染料で染色されたポリビニルアルコール系一軸延伸フィルムなどである。
染色されたポリビニルアルコール系一軸延伸フィルムは、ポリビニルアルコール系フィルムを一軸延伸した後、ヨウ素または二色性染料で染色したものであってもよいし;ポリビニルアルコール系フィルムをヨウ素または二色性染料で染色した後、一軸延伸したものであってもよい。一軸延伸は、最終的な延伸倍率が5倍程度となるように行うことができる。
ポリビニルアルコール系フィルムは、ポリビニルアルコール水溶液を製膜したものであってもよい。ポリビニルアルコール系フィルムは、偏光性能および耐久性能に優れ、色斑が少ないなどことから、エチレン変性ポリビニルアルコールフィルムが好ましい。エチレン変性ポリビニルアルコールフィルムの例には、特開2003−248123号公報、特開2003−342322号公報等に記載されたエチレン単位の含有量1〜4モル%、重合度2000〜4000、けん化度99.0〜99.99モル%のフィルムが含まれる。
二色性色素の例には、アゾ系色素、スチルベン系色素、ピラゾロン系色素、トリフェニルメタン系色素、キノリン系色素、オキサジン系色素、チアジン系色素およびアントラキノン系色素などが含まれる。
ポリビニルアルコール系フィルムまたはその一軸延伸フィルムをヨウ素または二色性染料で染色した後、それらを固定させやすくするために、ホウ素化合物でさらに処理することが好ましい。ホウ素化合物の好ましい例には、ホウ酸などが含まれる。
偏光子の厚みは、特に制限されないが、2〜30μm程度であり、偏光板の厚みを薄くするためには、10μm以下であることが好ましい。
本発明の位相差フィルムが、偏光子の一方の面のみに配置される場合、偏光子の他方の面には、他の透明保護フィルムが配置されてもよい。透明保護フィルムの例には、セルロースエステルフィルム等が含まれる。セルロースエステルフィルムの例には、市販のセルロースエステルフィルム(例えば、コニカミノルタタック KC8UX、KC5UX、KC8UCR3、KC8UCR4、KC8UCR5、KC8UY、KC6UY、KC4UY、KC4UE、KC8UE、KC8UY−HA、KC8UX−RHA、KC8UXW−RHA−C、KC8UXW−RHA−NC、KC4UXW−RHA−NC、以上コニカミノルタオプト(株)製)が好ましく用いられる。
透明保護フィルムの厚みは、特に制限されないが、10〜200μm程度、好ましくは10〜100μm、より好ましくは10〜70μmとしうる。
本発明の偏光板は、偏光子の厚みをP(μm)とし、本発明の位相差フィルムの厚みをF(μm)としたとき、下記式(a)および(b)をいずれも満たすことが好ましい。
(a) 40≦F≦100
(b) 6≦F/P≦16
本発明の偏光板は、例えば、偏光子と本発明の位相差フィルムとを、接着剤を用いて貼り合わせるステップを経て製造されうる。偏光子の厚みP(μm)と、本発明の位相差フィルムの厚みF(μm)は、上記範囲を満たすことが好ましい。
偏光子の厚みが、例えば10μm以下と薄い場合は、位相差フィルムと貼り合わされる偏光子は、基材フィルム上に配置された樹脂層(PVA層)であってもよい。その場合、偏光子と本発明の位相差フィルムとを接着剤を用いて貼り合わせた後、基材フィルムを樹脂層(PVA層)から剥離すればよい。
貼り合わせに用いられる接着剤は、例えば完全鹸化型ポリビニルアルコール水溶液などが好ましく用いられる。また、貼り合わされる位相差フィルムは、偏光子との接着性を高めるために、鹸化液(例えばアルカリ水溶液)に浸漬または塗布して、鹸化処理されていることが好ましい。
これに対して本発明の位相差フィルムは、鹸化液に浸漬したときの膨潤(寸法変化)が少ない。そのため、鹸化処理後の位相差フィルムと偏光子との軸ズレを抑制できる。また、本発明の位相差フィルムと、厚みが薄い偏光子とを貼り合わせても、得られる偏光板に反りなども生じにくい。
さらに、位相差フィルムと偏光子の接着性を高めるためには、位相差フィルムと偏光子の界面に、(位相差フィルムに含まれる)セルロースエステルと、偏光子に含まれるホウ素化合物が存在することが好ましい。
これに対して、本発明の位相差フィルムは、分岐度が一定以上のセルロースエステル(例えば、架橋点を有するマトリクス構造を有するセルロースエステルなど)を含むため、ガラス転移温度低下剤がフィルム表面に移動しにくく、位相差フィルムの表面(偏光子との接着界面)のセルロースエステルを活性化させやすい。また、本発明の位相差フィルムは、残留溶媒を多く含むため、偏光子に含まれるホウ素化合物(好ましくはホウ酸)を、位相差フィルムと偏光子との接着界面に移動させやすい。それにより、偏光子と位相差フィルムとの界面に、セルロースエステルとホウ素化合物が存在し、かつ両者が十分に相互作用して、架橋構造(ホウ酸架橋)を形成しうる。そのため、鹸化処理時間を短くしても、位相差フィルムと偏光子とを良好に接着させることができる。
4.液晶表示装置
本発明の液晶表示装置は、液晶セルと、それを挟持する一対の偏光板とを有する。
液晶セルは、薄膜トランジスタを有するアレイ基板と、対向基板と、それらの間に配置され、液晶分子を含む液晶層とを含む。液晶セルの表示方式は、特に制限されず、TN(Twisted Nematic)方式、STN(Super Twisted Nematic)方式、IPS(In−Plane Switching)方式、OCB(Optically Compensated Birefringence)方式、VA(Vertical Alignment)方式(MVA;Multi−domain Vertical AlignmentやPVA;Patterned Vertical Alignmentも含む)、HAN(Hybrid Aligned Nematic)方式等であり、コントラストが高いことなどから、好ましくはVA(MVA、PVA)方式である。
アレイ基板は、薄膜トランジスタと、それと接続された画素電極とを有する。対向電極は、アレイ基板に設けられてもよいし、対向基板に設けられてもよい。
カラーフィルタは、アレイ基板と対向基板のどちらに配置されてもよいが、液晶セルの開口率を高めるためには、アレイ基板に配置されることが好ましい。
液晶層は、負または正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む。一方の透明基板に画素電極が配置され、他方の透明基板に対向電極が配置される場合には、液晶層に含まれる液晶分子は、負の誘電率異方性を有することが好ましい。一方の透明基板に、画素電極と対向電極の両方が配置される場合には、液晶層に含まれる液晶分子は、正の誘電率異方性を有することが好ましい。
このように構成された液晶セルでは、画素電極に画像信号(電圧)を印加することで、画素電極と対向電極との間に電界を生じさせる。それにより、透明基板の表面に対して垂直に配向している液晶分子を、その長軸が透明基板の表面に平行方向(水平方向)となるように配向させる。このように、液晶層を駆動し、各副画素の透過率および反射率を変化させて画像表示を行う。
一対の偏光板のうち少なくとも一方は、本発明の偏光板である。本発明の偏光板は、偏光子と、その液晶セル側の面に配置された本発明の位相差フィルムとを有する。
図1は、VA方式の液晶表示装置の構成の一例を示す模式図である。図1に示されるように、液晶表示装置10は、液晶セル30と、それを挟持する第一の偏光板50および第二の偏光板70と、バックライト90とを有する。
液晶セル30は、アレイ基板100と、対向基板200と、それらの間に配置され、液晶分子301を有する液晶層300とを有する。そして、アレイ基板100は、透明基板110と、薄膜トランジスタ120と、それと接続される画素電極(不図示)と、カラーフィルタ130とを有する。即ち、液晶セル30は、COA構造(カラーフィルタ・オン・アレイ構造)を有する。
図2および図3は、COA構造を有する液晶セルの好ましい構成の一例を示す模式図である。図2は、COA構造を有する液晶セルの積層断面図である。図3は、COA構造を有する液晶セルのアレイ基板100(図2参照)の上面図である。図2に示される積層断面図は、図3のXVI−XVI線断面図である。
図2に示されるように、液晶セル20は、アレイ基板100と、対向基板200と、これらによって挟持された液晶層300とを有する。
図2および図3に示されるように、アレイ基板100は、透明基板110上に、共通電極270と、画素電極191a(画素電極)および画素電極191b(対向電極)とを有する。画素電極191aと画素電極191bは、透明基板110上にストライプ状に、かつ交互に配置されている。共通電極270は、透明基板110上に面状に配置されている。そして、画素電極191aおよび画素電極191bと、共通電極270とがオーバーラップしている(図3参照)。
透明基板110は、透明なガラスまたは樹脂で構成される。
図2に示されるように、アレイ基板100は、透明基板110上に、薄膜トランジスタ120と、画素電極191aおよび画素電極191bとを有する。画素電極191aは、薄膜トランジスタ120のドレイン電極175aに接続している。同様に、画素電極191bは、薄膜トランジスタ120のドレイン電極175bに接続している(ただし、図2には示さず)。図3に示されるように、各画素電極に接続する薄膜トランジスタ120は、各画素の隅に配置される。
図2に示されるように、薄膜トランジスタ120は、ゲート電極124aと、ゲート絶縁膜140と、島状半導体154aと、第1および第2の島状オーミックコンタクト部材(163aおよび165a)と、ソース電極173aと、ドレイン電極175aとを有する。ソース電極(173a、173b)は、それぞれデータ信号を伝達するデータ線(171a、171b)と連結されている(図3参照)。
薄膜トランジスタ120は、下部保護膜180pで覆われており、下部保護膜180pの上には遮光部材220またはカラーフィルタ130が配置されている。遮光部材220またはカラーフィルタ130は、上部保護膜180qでさらに覆われており、上部保護膜180qの一部上に画素電極191aが配置されている。画素電極191aは、下部保護膜180pと上部保護膜180qに設けられたコンタクトホール185aを介してドレイン電極175aに接続している。さらに、上部保護膜180qと画素電極191aは、配向膜11で覆われている。符号225aは貫通孔であり、符号227は遮光部材220の開口部である。
対向基板200は、透明基板210と、配向膜21とを有する。透明基板210は、透明基板110と同様に透明なガラスまたは樹脂で構成される。
液晶層300に含まれる液晶分子301は、好ましくは正の誘電異方性を有するネマチック液晶材料(p型ネマチック液晶材料)である。
このように構成された液晶セル30では、共通電極270に共通電圧を印加し、画素電極(191a、191b)に、互いに極性が異なるデータ電圧を印加すると、透明基板110または210の表面に対してほぼ水平の電場が生成される。これにより、電圧無印加時に透明基板110または210の表面に対して垂直配向していた液晶分子301は、電場に応答して、その長軸が透明基板110または210の表面に対して水平な方向に配向する。それにより液晶表示装置の表示画面に画像を表示することができる。
第一の偏光板50は、液晶セル30のバックライト90側の面に配置されており、第一の偏光子51と、第一の偏光子51のバックライト90側の面に配置された保護フィルム53(F1)と、第一の偏光子51の液晶セル30側の面に配置された保護フィルム55(F2)とを有する。第二の偏光板70は、液晶セル30の視認側の面に配置されており、第二の偏光子71と、第二の偏光子71の液晶セル30側の面に配置された保護フィルム73(F3)と、第二の偏光子71の視認側の面に配置された保護フィルム75(F4)とを有する。保護フィルム55(F2)と73(F3)の少なくとも一方は、本発明の位相差フィルムである。
第一の偏光子51の吸収軸と保護フィルム55(F2)の面内遅相軸とは直交しており;第二の偏光子71の吸収軸と保護フィルム73(F3)の面内遅相軸とは直交している。
図4は、VA方式の液晶表示装置の構成の他の例を示す模式図である。図4に示されるように、液晶表示装置10’は、液晶セル30を液晶セル30’とした以外は図1と同様に構成されうる。
液晶セル30’は、アレイ基板100’と、対向基板200’と、それらの間に配置され、液晶分子301を有する液晶層300とを有する。アレイ基板100’は、透明基板110上に、薄膜トランジスタ120と、それと接続される画素電極(不図示)とが配置されており;対向基板200’は、透明基板210上に、カラーフィルタ130が配置されている。
液晶表示装置の開口率は、好ましくは57%以上であり、より好ましくは65%以上である。
本発明の偏光板における、偏光子の吸収軸と本発明の位相差フィルムの遅相軸とは高精度に直交しているため、それを含む本発明の液晶表示装置は、カラーシフトが低減されうる。特に、図1に示されるような、高い開口率を有する液晶表示装置であっても、カラーシフトが目立ちにくい。
以下において、実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。これらの実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。
まず、セルロースアセテートの合成に用いた材料を以下に示す。
1)セルロース
パルプ1:クラフト法溶解パルプ(α−セルロース含有率95質量%)
パルプ2:パルプ(α−セルロース含有率92質量%)
2)第二の糖
キシロース:東京化成工業株式会社製 キシロース (>98.0% LC)
キシラン:東京化成工業株式会社製 キシラン (from birchwood)
マンノース:東京化成工業株式会社製 マンノース (>98.0% GC)
マンナン:東京化成工業株式会社製 マンナン (from yeast)
グルコマンナン:光純薬工業(株)製 グルコマンナン
1.セルロースアセテートの合成
(合成例1)
クラフト法溶解パルプ(α−セルロース含有率95%)を水で解砕した後、アセトンで置換して乾燥させた。得られたパルプ100質量部に対し、500質量部の酢酸を均一に散布し、40℃にて30分間混合して、パルプを活性化させた(活性化工程)。
活性化後のパルプに、キシラン2質量部と、キシロース1質量部とを添加した(架橋工程)。これに、無水酢酸250質量部と、硫酸14.0質量部との混合物をさらに添加し、常法によりエステル化反応を行った(酢化工程)。パルプに含まれる水と無水酢酸との反応、およびセルロースと無水酢酸との反応により発熱が生じるが、外部から冷却した。
得られた反応物に、35質量部の20%酢酸カルシウム水溶液を、反応物中の硫酸量(熟成硫酸量)が2.5重量部となるように、2分間にわたって添加した。得られた反応物に、大気圧下100℃程度の水をさらに添加し、反応物中の水分量(熟成水分量)を40mol%とし、50分間保持した(ケン化・熟成工程)。これに、希酢酸水溶液をさらに加え、フレーク状セルロースアセテートを分離した。得られたフレーク状のセルロースアセテートを充分水洗した後、乾燥させて、セルロースアセテートAを得た。
(合成例2〜6)
添加工程におけるキシラン、キシロース、マンナン、マンノースまたはグルコマンナンの添加量、酢化工程における酢化温度、ケン化・熟成工程における熟成条件などを表1に示されるように変更した以外は合成例1と同様にしてセルロースアセテートB〜Fを得た。
(合成例7〜10)
パルプ(α−セルロース含有率95%)を、キシランを2質量%含有するパルプ(α−セルロース含有率92%)に変更し、かつ添加工程におけるキシラン、キシロース、マンナン、マンノースまたはグルコマンナンの添加量、酢化工程での酢化温度、ケン化・熟成工程での熟成条件を表1のように変更した以外は合成例1と同様にしてセルロースアセテートG〜Jを合成した。
得られたセルロースアセテートの分岐度を、以下の方法で測定した。
(セルロースアセテートの分岐度)
1)前処理
20ml試験管に、合成したセルロースアセテート0.1gと、THF10mlとを入れて、25℃で4時間溶解させた。得られた溶液を、簡易処理フィルタ(ポアサイズ0.2μm以上0.5μm以下のマイショリディスクH−25−2(東ソー社製))でろ過して、GPC−LALLS−粘度測定用の溶液試料を得た。
2)本測定
得られた溶液試料を、以下の条件で、GPC−LALLS−粘度測定を行った。
(測定条件)
装置:HLC−8220GPC 東ソー社製
カラム:TSK-GEL(R) Super AWM-H(東ソー社製)の2連カラム
検出器:Viscotek社製Model302(屈折率計、散乱強度計および粘度計(4キャピラリー(ブリッジタイプ)差圧粘度計)を検出器として有するトリプル検出器)
送液温度:40℃
溶媒:THF
流速:0.4ml/min
注入量:500μl
そして、GPC−LALLS−粘度測定により、横軸:絶対分子量(Mw)の常用対数log[Mw]、縦軸:粘度Iv(a)の常用対数log[Iv(a)]のプロットを得た。プロットの作成は、本体付属の解析ソフトにより、任意の分析範囲を指定してマークホーインクプロットして行った。そして、得られたプロットの傾きa(log[Iv(a)]/log[Mw])を求めた。プロットの傾きaは、log[Mw]が5.2〜5.8の範囲におけるプロットを直線近似して求めた。
合成例1〜10の合成条件を表1に示し;合成例1〜10で得られたセルロースエステルの物性を表2に示す。
Figure 2013164868
Figure 2013164868
表1および2に示されるように、第二の糖を、活性化後のセルロースに添加した合成例1〜8および10のセルロースエステルは、いずれも分岐度が0.65以上と高いことがわかる。一方、第二の糖を、活性化前のセルロースに添加した合成例9のセルロースエステルは、分岐度が0.65未満と低いことがわかる。
2.その他の材料
1)添加剤
TPP:トリフェニルホスフェート(SP値10.7)
ポリエステル化合物:下記式で示されるポリエステル化合物(SP値10.1)
Figure 2013164868
PETB:ペンタエリスリトールテトラベンゾエート(SP値11.5)
トリアジン化合物:下記式で示されるトリアジン化合物
Figure 2013164868
各材料のSP値は、参考文献:コーティングの基礎科学 原田勇次著 槇書店(1977)のp54〜57に記載の計算方法に基づいて算出した。
3.位相差フィルムの製造
(実施例1)
微粒子添加液1の調製
下記成分を、ディゾルバーで50分間攪拌混合した後、マントンゴーリンで分散させて、微粒子分散液1を得た。
(微粒子分散液1の組成)
微粒子(アエロジル R972V 日本アエロジル(株)製):11質量部
メタノール:89質量部
得られた微粒子分散液1を、ジクロロメタンを投入した溶解タンクに十分攪拌しながらゆっくりと添加した。得られた溶液を、微粒子の二次粒子の粒径が所定の大きさとなるようにアトライターにて分散させた後、日本精線(株)製のファインメットNFで濾過して、微粒子添加液1を得た。
(微粒子添加液1の組成)
ジクロロメタン:99質量部
微粒子分散液1:5質量部
次いで、加圧溶解タンクに、ジクロロメタン、メタノールおよびドープ液中の水含有量が1.6質量%となる量の水を投入した。これに、合成例1で得られたセルロースアセテート、トリフェニルホスフェート、微粒子添加液1を攪拌しながらさらに投入し、加熱下で攪拌しながら完全に溶解させた。得られた溶液を、主溶解釜に投入して密閉し、さらに攪拌しながら溶解させてドープ液1を得た。
(ドープ液1の組成)
ジクロロメタン(SP値9.7):340質量部
メタノール(SP値12.7):64質量部
水:ドープ液中の水の含有量が1.6質量%となる量
セルロースアセテートA(アセチル基置換度Dac=2.40、log[Iv]/log[Mw]=0.73):100質量部
トリフェニルホスフェート(TPP):10質量部
微粒子添加液1:1質量部
得られたドープ液1を35℃に調整し、ベルト流延装置を用いて、1800mm幅でステンレスバンド支持体に均一に流延した。得られたドープ膜中の溶媒を、残留溶媒量が88質量%になるまでステンレスバンド支持体上で蒸発させた。その後、ドープ膜を、ステンレスバンド支持体から剥離張力130N/mで剥離してウェブを得た。得られたウェブに含まれる溶媒を、55℃でさらに蒸発させた後、1650mm幅にスリットした。
得られたウェブを、テンター延伸機にて155℃でウェブの幅方向(TD方向)に40%延伸した。延伸を開始したときのウェブの残留溶媒量は4.6質量%であった。
得られたフィルムを多数のロールで搬送させながら、110℃で11分間乾燥させて、膜厚60μmのフィルム101を得た。
(実施例2〜4)
フィルムの乾燥条件を、表3に示されるように変更した以外は実施例1と同様にして位相差フィルム102〜104を得た。
(実施例5〜6)
添加剤の種類を、表3に示されるように変更した以外は実施例2と同様にして位相差フィルム105〜106を得た。
(実施例7〜11)
セルロースアセテートの種類と乾燥条件を、表3に示されるように変更した以外は実施例6と同様にして位相差フィルム107〜111を得た。
(実施例12〜13)
フィルム厚みと乾燥条件を、表3に示されるように変更した以外は実施例6と同様にして位相差フィルム112〜113を得た。
(比較例1)
フィルムの乾燥条件を、表3に示されるように変更した以外は実施例1と同様にして位相差フィルム114を得た。
(比較例2〜5)
セルロースアセテートと添加剤の種類を、表3に示されるように変更した以外は実施例1と同様にして位相差フィルム115〜118を得た。
(比較例6〜7)
添加剤の種類と乾燥条件を、表3に示されるように変更した以外は実施例1と同様にして位相差フィルム119〜120を得た。
得られたフィルムの残留溶媒量と重量変化率を、以下の方法で測定した。
(残留溶媒量)
1)検量線の作成
メタノールの濃度が既知の試料を専用のバイアル瓶に入れ、セプタムとアルミキャップで密閉し、ヘッドスペースサンプラーにセットした。そして、バイアル瓶を、下記のヘッドスペース加熱条件にて加熱して揮発成分を生成させ、当該揮発成分を、ガスクロマトグラフィーにて測定した。
(ヘッドスペースサンプラー)
機器:ヒューレット・パッカード社製ヘッドスペースサンプラーHP7694型
ヘッドスペース加熱条件:120℃で20分
(ガスクロマトグラフィー)
機器:ヒューレット・パッカード社製5971型
カラム:J&W社製 DB−624
検出器:水素炎イオン化検出器(FID)
GC昇温条件:45℃で3分保持した後、8℃/分で100℃まで昇温
GC導入温度:150℃
メタノール濃度の異なる試料についても、同様の測定を行った。そして、各測定で得られたGCチャートにおける溶媒のピーク面積を算出し、溶媒濃度とピーク面積のプロットを作成し、メタノールの検量線を得た。同様にして、ジクロロメタンの検量線も作成した。
2)位相差フィルムの残留溶媒量の測定
10cm角に切り出したフィルムを、5mm程度に細かく刻んで専用のバイアル瓶に封入した以外は前記1)と同様にしてヘッドスペース加熱条件にて加熱処理し、得られた揮発成分をガスクロマトグラフィーにて測定した。
得られたチャートから、各溶媒のピーク面積を算出し、前記1)で得た検量線と照合して、フィルムに残留する各溶媒の量を求めた。フィルムに残留する溶媒の量は、フィルム全体に対する質量割合(質量%)として求めた。
(重量変化率)
得られたフィルムを25cm角に切り出してサンプルフィルムとした。サンプルフィルムを、23℃55%RH下での重量(保存前の重量)を測定した。次いで、サンプルフィルムを恒温槽に入れて、80℃90RH%の条件下で120hrまたは300hr保存した。その後、サンプルフィルムを恒温槽から取り出して、23℃55%RH下で12時間放置した後、サンプルフィルムの23℃55%RH下での重量(保存後の重量)を測定した。
そして、サンプルフィルムの保存前の重量と保存後の重量を、下記式にそれぞれ当てはめて、重量変化率(%)を算出した。
Figure 2013164868
得られたフィルムの評価結果を表3に示す。
Figure 2013164868
表3に示されるように、1)分岐度が所定の範囲にあるセルロースエステルと、2)ガラス転移温度低下剤とを含み、かつ3)残留溶媒量が所定の範囲にある実施例1〜13の位相差フィルムは、高温多湿条件下で保存前後の重量変化率が少なく、鹸化液に浸したときに膨潤しにくいことが示唆される。一方、上記1)〜3)のうち少なくとも一つを満たさない比較例1〜7の位相差フィルムは、高温多湿条件下で保存前後の重量変化率が大きく、鹸化液に浸したときに膨潤しやすいことが示唆される。
なかでも、比較例1の位相差フィルムは、残留溶媒量が少ないため、水を吸収しやすく、重量変化率が大きくなったと考えられる。比較例2の位相差フィルムは、セルロースエステルの分岐度が低い;例えば、前述の架橋点を有するマトリックス構造を有さず、より直線的な構造を有するため、水をセルロースエステル分子間に取り込んだ場合に膨潤しやすいと考えられる。比較例6の位相差フィルムは、SP値が所定の範囲にあるガラス転移温度低下剤を含まないため、水を吸収しやすいと考えられる。
4.偏光板の作製
(実施例14)
偏光子の作製
厚さ125μmのポリビニルアルコールフィルムを、温度110℃、延伸倍率5倍で一軸延伸した。得られたフィルムを、ヨウ素0.075g、ヨウ化カリウム5g、水100gからなる水溶液に60秒間浸漬させた後、ヨウ化カリウム6g、ホウ酸7.5g、水100gからなる68℃の水溶液に浸漬させた。得られたフィルムを水洗した後、乾燥させて厚さ25μmの偏光子を得た。
偏光板201の作製
下記工程1〜5に従って、偏光板201を作製した。
工程1:実施例1で得られたフィルム101を、60℃の2モル/Lの水酸化ナトリウム溶液に30秒間浸漬させた後、水洗および乾燥して、表面を鹸化処理した。同様に、コニカミノルタタックKC4UY(コニカミノルタオプト(株)製セルロースエステルフィルム、厚み40μm、アセチル基置換度2.89)の表面を鹸化処理した。
工程2:前述で作製した偏光子を、固形分2質量%のポリビニルアルコール接着剤中に1〜2秒間浸漬させた。
工程3:偏光子の表面に付着した過剰の接着剤を軽く拭きとった後、偏光子の一方の面に鹸化処理済みのフィルム101を配置し、他方の面に鹸化処理済みのコニカミノルタタックKC4UYを配置して、積層物を得た。
工程4:工程3で得られた積層物を、圧力20〜30N/cm、搬送スピード約2m/分で貼り合わせた。
工程5:貼り合わせた積層物を、80℃の乾燥機中で2分間乾燥させて、偏光板201を得た。
(実施例15〜26および比較例8〜14)
実施例1で得られたフィルム101を、実施例2〜13および比較例1〜7で得られたフィルム102〜120とした以外は実施例14と同様にして偏光板202〜220を得た。
(実施例27)
特許第4691205号公報に記載の方法で、基材フィルム上にPVA層を塗布形成した。具体的には、重合度1000以上、ケン化度99%以上のPVA粉末を水に溶解させて4〜5%濃度のPVA水溶液を調製した。このPVA溶液を、非晶性PETフィルム(基材フィルム)上に塗布した後、乾燥させてPVA層を形成し、積層体aを得た(偏光子層形成工程)。得られた積層体aを、130℃で1.8倍に延伸して積層体bとした(空中補助延伸工程)。得られた積層体bを、水に0.3質量%のヨウ素と2.1質量%のヨウ化カリウムとを溶解させた液温30℃の染色液に、60秒間浸漬させて、着色された積層体cを得た(染色工程)。着色された積層体cを、4質量%のホウ酸と5質量%のヨウ化カリウムとを含む液温65℃のホウ酸水溶液中で、総延伸倍率が5.0倍となるように延伸した(ホウ酸水中延伸工程)。それにより、基材フィルムと、厚み9μmのPVA層とを有する積層体dを得た。
得られた積層体dのPVA層と、鹸化処理済みの実施例6で得られた位相差フィルム106とを、ポリビニルアルコール接着剤を介して貼り合わせた後、基材フィルムを剥離して、位相差フィルム106とPVA層の積層フィルムを得た。さらに、積層フィルムのPVA層と、鹸化処理済みのコニカミノルタタックKC4UYとを、ポリビニルアルコール接着剤を介して貼り合わせて、偏光板221を得た。
(実施例28〜30)
位相差フィルムの種類またはPVA層の厚みを、表4に示されるように変更した以外は実施例27と同様にして偏光板222〜224を得た。
得られた偏光板の、偏光子と位相差フィルムの接着性を、以下の方法で評価した。
(接着性)
得られた偏光板を50×50mmに切り出して測定用サンプルとした。測定用サンプルを、塗膜付着強度測定機(ダイプラ・ウィンテス社製、サイカスDN−EX20S型)の試料台上に配置し、測定用サンプルの下面を吸引して試料台に固定した。次いで、すくい角5°、逃げ角5°のV溝切刃を使用して、測定用サンプルの厚み方向に、位相差フィルムfの表面から偏光子pの一部までを切削して、1.5mm間隔で2本の溝を形成した(図5参照)。そして、測定用サンプルの剥離強度を、表面−界面切削法(SAICAS法)により測定した。
測定条件は、以下の通りとした。即ち、切刃は、幅1.0mm、すくい角20°逃げ角10°の単結晶ダイヤモンド製のものを使用した。切削は、水平速度6μm/秒、垂直速度0.5μm/秒の条件で行った。具体的には、切刃を、位相差フィルムの表面からフィルムの厚み方向(垂直方向)に、垂直速度0.5μm/秒で移動させて切削した。次いで、切刃が位相差フィルムと偏光子との界面まで到達(切削)した時点で、垂直速度を0μm/分とし;切刃をフィルム面に平行方向(水平方向)に動かして、平行力FH(kN)を測定した。得られた平行力FH(kN)と、切刃の幅w(m)とを下記式に当てはめて、剥離強度P(kN/m)を算出した。
剥離強度P(kN/m)=FH(kN)/w(m)
偏光子と位相差フィルムの接着性を、以下の基準に基づいて評価した。
◎:剥離強度Pが4以上である
○:剥離強度Pが2.5以上4未満である
△:剥離強度Pが1.0以上2.5未満である
×:剥離強度Pが1.0未満である
偏光板の評価結果を、表4に示す。
Figure 2013164868
表4に示されるように、実施例14〜26の偏光板は、比較例8〜10および12の偏光板よりも、偏光子と位相差フィルムとの接着性が高いことがわかる。
特に、比較例8で用いた位相差フィルムは、残留溶媒量が少ないため、偏光子と位相差フィルムの接着界面に十分な量のホウ素化合物を存在させることができず、接着性が低下したと考えられる。比較例9で用いた位相差フィルムは、セルロースエステルの分岐度が低いため、添加剤がフィルム表面に移動しやすく、フィルム表面のセルロースエステルを十分に活性化できなかったと考えられる。
また、位相差フィルム上に、PVA水溶液を塗布形成するステップを経て得られる実施例27〜30の偏光板は、反りを生じることなく、偏光子層と位相差フィルムと良好に接着することがわかる。偏光板の反りが抑制されたのは、実施例27〜30に用いられた位相差フィルムが、PVA水溶液に対して膨潤しにくいためであると考えられる。
5.液晶表示装置の作製
(実施例31)
液晶表示装置として、SONY製BRAVIA KDL40V5を準備した。この液晶表示装置に含まれる液晶セルAは、薄膜トランジスタが設けられた第一の透明基板とは異なる第二の透明基板上にカラーフィルタが設けられたものである(図2参照)。また、対向電極は、第一の透明基板上に設けられており;液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含むものであった。そして、液晶セルAの両側に予め貼り合わされていた一対の偏光板を取り外して、作製した偏光板201をそれぞれ液晶セルの両面に貼り合わせて、液晶表示装置301を得た。液晶表示装置301の開口率は52%であった。
偏光板201と液晶セルとの貼り合あわせは、フィルム101が、液晶セルと接するように行い、かつ偏光板201の偏光子の吸収軸と、予め貼り合わされていた偏光板の吸収軸とが同一方向となるように行った。
(実施例32〜47および比較例15〜21)
液晶セルAの両面に貼り合わせる一対の偏光板を、表5に示されるように変更した以外は実施例27と同様にして液晶表示装置302〜324を得た。
(実施例48)
液晶表示装置として、SONY製BRAVIA KDL−46HX800を準備した。この液晶表示装置に含まれる液晶セルBは、薄膜トランジスタが設けられた透明基板上にカラーフィルタが設けられたCOA構造を有するものである(図1参照)。また、対向電極は、第一の透明基板上に設けられており;液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含むものであった。そして、液晶セルBの両側に予め貼り合わされていた一対の偏光板を取り外して、作製した偏光板201をそれぞれ液晶セルの両面に貼り合わせて、液晶表示装置325を得た。液晶表示装置325の開口率は67%であった。
(実施例49〜50および比較例22〜23)
液晶セルBの両面に貼り合わせる一対の偏光板を、表5に示されるように変更した以外は実施例42と同様にして液晶表示装置326〜329を得た。
得られた液晶表示装置のカラーシフト耐性を、以下の2通りの方法で測定した。
カラーシフト耐性1(目視観察)
得られた液晶表示装置に、23℃55%RH下でカラーチャート画像を表示させた。次いで、液晶表示装置を、60℃90%RH下で1500時間保存した後、保存後の液晶表示装置に、23℃55%RH下でカラーチャート画像を表示させた。そして、保存前と保存後の液晶表示装置のカラーシフト(色調変動)を目視観察して対比した。カラーシフト耐性の評価は、以下の基準に基づいて行った。
◎:保存前の液晶表示装置と、保存後の液晶表示装置の間で色ムラは全く認められない
○:保存前の液晶表示装置と、保存後の液晶表示装置の間で色ムラはほぼ認められない
△:保存前の液晶表示装置と、保存後の液晶表示装置の間で特定の色表示で色ムラがやや認められるが、実用上問題はない
×:保存前の液晶表示装置と、保存後の液晶表示装置の間で強いカラーシフト色ムラが認めら、実用上問題となる品質である
カラーシフト耐性2(色味変動の測定)
得られた液晶表示装置を、60℃90%RH下で1500時間保存した。そして、保存後の液晶表示装置を、23℃55%RH下で黒表示させたときの色味変動を、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いて測定した。
表示画面の法線方向から観察された色味の座標を、CIE1931、xy色度図に表示した。そして、xy色度図において、ニュートラルな色味がD65光源であると仮定した場合のニュートラルな色味の座標(x,y)=(0.313,0.34)と、測定された色味の座標との最大距離Δxy(最大色味変動幅)を算出した。カラーシフト耐性の評価は、以下の基準に基づいて行った。
◎:Δxy値が0.05未満である
○:Δxy値が0.05以上0.07未満である
△:Δxy値が0.07以上0.09未満である
×:Δxy値が0.09以上である
以上により得られた各評価結果を表5に示す。
Figure 2013164868
表5に示されるように、実施例31〜47の液晶表示装置は、比較例15〜21の液晶表示装置よりもカラーシフト耐性が高いことがわかる。同様に、実施例48〜50の液晶表示装置は、比較例22〜23の液晶表示装置よりもカラーシフト耐性が高いことがわかる。
特に、本発明の位相差フィルムを用いた実施例48〜50の液晶表示装置は、COA構造を有するにも係わらず、カラーシフトが良好に抑制されることがわかる。
本発明の位相差フィルムは、低アシル基置換度のセルロースアセテートを含むにも係わらず、鹸化液へ浸漬したときの膨潤が少なく、偏光子との良好な接着性が得られる。
10、10’ 液晶表示装置
11、21 配向膜
30、30’ 液晶セル
50 第一の偏光板
51 第一の偏光子
53 保護フィルム(F1)
55 保護フィルム(F2)
70 第二の偏光板
71 第二の偏光子
73 保護フィルム(F3)
75 保護フィルム(F4)
90 バックライト
100、100’ アレイ基板
110、210 透明基板
120 薄膜トランジスタ
130 カラーフィルタ
124a ゲート電極
140 ゲート絶縁膜
154a 島状半導体
163a 第1の島状オーミックコンタクト部材
165a 第2の島状オーミックコンタクト部材
171a、171b データ線
173a、173b ソース電極
175a ドレイン電極
180p 下部保護膜
180q 上部保護膜
191a 画素電極(画素電極)
191b 画素電極(対向電極)
200、200’ 対向基板
225a 貫通孔
227 遮光部材220の開口部
270 共通電極
300 液晶層

Claims (10)

  1. アシル基の総置換度が2.0〜2.55であり、かつGPC−LALLS−粘度測定により得られる、絶対分子量Mw(a)の常用対数log[Mw(a)]を横軸とし、固有粘度Iv(a)の常用対数log[Iv(a)]を縦軸とするプロットの傾きが0.65〜0.85であるセルロースエステルと、
    SP値が9.0〜11.0のガラス転移温度低下剤と、を含む位相差フィルムであって、
    前記位相差フィルムに残留する溶媒量が700〜3000質量ppmであり、
    80℃90%RH下で保存する前の前記位相差フィルムの重量をM0とし、80℃90%RH下で120時間保存した後の前記位相差フィルムの重量をM1としたとき、下記式で表される重量変化率が−0.5〜0.5%である、位相差フィルム。
    Figure 2013164868
  2. 前記セルロースエステルに含まれる前記アシル基の全てがアセチル基である、請求項1に記載の位相差フィルム。
  3. 前記位相差フィルムに残留する溶媒が、ジクロロメタンおよびメタノールを含有する、請求項1に記載の位相差フィルム。
  4. 前記ガラス転移温度低下剤が、リン酸エステル化合物またはポリエステル化合物である、請求項1に記載の位相差フィルム。
  5. 80℃90%RH下で300時間保存した後の前記位相差フィルムの重量をM2としたとき、下記式で表される重量変化率が−2〜−4%である、請求項1に記載の位相差フィルム。
    Figure 2013164868
  6. 前記位相差フィルムは、フィルムの幅方向に垂直な方向に巻き取られた巻き取り体である、請求項1に記載の位相差フィルム。
  7. 偏光子と、請求項1に記載の位相差フィルムとを含む偏光板の製造方法であって、
    前記偏光子の厚みをP(μm)とし、前記位相差フィルムの厚みをF(μm)としたとき、下記式(a)および(b)をいずれも満たす、偏光板の製造方法。
    (a) 40≦F≦100
    (b) 6≦F/P≦16
  8. 液晶セルと、前記液晶セルの一方の面に配置され、第一の偏光子を含む第一の偏光板と、前記液晶セルの他方の面に配置され、第二の偏光子を含む第二の偏光板とを含む液晶表示装置であって、
    前記液晶セルは、薄膜トランジスタを有するアレイ基板と、対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に配置され、液晶分子を含む液晶層とを有し、
    前記液晶セルは、電圧無印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して垂直に配向させ、かつ電圧印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して水平に配向させるものであり、
    前記第一の偏光板は、前記第一の偏光子の前記液晶セル側の面に請求項1に記載の位相差フィルムを有するか、または
    前記第二の偏光板は、前記第二の偏光子の前記液晶セル側の面に請求項1に記載の位相差フィルムを有する、液晶表示装置。
  9. 液晶セルと、前記液晶セルの一方の面に配置され、第一の偏光子を含む第一の偏光板と、前記液晶セルの他方の面に配置され、第二の偏光子を含む第二の偏光板とを含む液晶表示装置であって、
    前記液晶セルは、薄膜トランジスタを有するアレイ基板と、対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に配置され、液晶分子を含む液晶層とを有し、
    前記液晶セルは、電圧無印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して垂直に配向させ、かつ電圧印加時には、前記液晶分子を前記アレイ基板の表面に対して水平に配向させるものであり、
    前記第一の偏光板は請求項7に記載の製造方法により得られたものであり、前記第一の偏光板の位相差フィルムは、前記第一の偏光子の前記液晶セル側の面に配置されているか、または
    前記第二の偏光板は請求項7に記載の製造方法により得られたものであり、前記第二の偏光板の位相差フィルムは、前記第二の偏光子の前記液晶セル側の面に配置されている、液晶表示装置。
  10. 前記液晶セルの前記アレイ基板は、カラーフィルタをさらに有する、請求項8に記載の液晶表示装置。
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