JPWO2018190196A1 - 光学フイルムおよび光学フイルムの製造方法 - Google Patents

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Abstract

視野角依存性が少ない光学フイルムおよび光学フイルムの製造方法を提供する。コレステリック液晶相が固定化された光学フイルムであって、コレステリック液晶相の螺旋軸は面内の一軸方向に配向し、Nzが0.2〜0.75である。

Description

本発明は、光学フイルムに関し、特に表示装置に用いられる光学フイルムに関する。また、本発明は、その光学フイルムの製造方法に関する。
近年、テレビやモニターの高輝度かつ高コントラスト化が進み、今まで再現できなかった明るい部分の階調を、肉眼に近い状態で表現することが可能になるHDR(High Dynamic Range)が注目を浴びている。このようなHDR化を図るために、有機発光ダイオード(OLED:Organic Light Emitting Diode)の利用が進んでいる。OLEDを用いた有機EL表示装置は、液晶を用いた装置と比べ薄型軽量化が可能で低消費電力、高速応答、高コントラストなどの特徴があり、照明やテレビ、ディスプレイ装置への応用が期待されている。特に、フレキシブルな基板を用いることでこれまで実現できなかった形状の表示装置を実現できる可能性を持っている上、視認性が高く視野角依存性が少ないといった表示性能を備えている。
一方、液晶表示装置のなかでも駆動方式がIPS(In-Plane-Switching)方式のものは、水平に寝かせた液晶分子を横方向に回転させることでバックライト光量を制御するので、液晶分子の垂直方向の傾きが発生せず視野角による輝度変化および色変化が少ないという特徴がある。
さらに、これらの有機EL表示装置および液晶表示装置の視野角を改良するために、位相差フイルムなどの光学補償フイルムを用いる方法が知られている。位相差フイルムとしては、補償したい特性に応じて、λ/4板またはλ/2板が用いられる。例えば、有機EL表示装置用反射防止膜として、広帯域λ/4板が使用されており、輝度変化および色変化が少なくなることが報告されている。また、λ/2板であれば理想的なIPS型液晶表示装置用補償フイルムとなる等、非常で有用である。
このようなλ/4板またはλ/2板の位相差フイルムを用いれば、単色光を適切な位相差を有する光へ変換するのは容易であるが、複数の単色光が混在している白色光では、全ての光を同じ位相差になるように変換することは困難である。これは、位相差フイルムを構成する材料が、波長に応じて異なる位相差を有することに起因しており、一般的に短波長成分ほど位相差を生じやすい。
このように位相差フイルムを透過して得られた白色光は波長によって異なる位相差を有した波長分散性(または順波長分散性)があるため、各波長で偏光状態が変化し位相差フイルムによって変換された偏光が有色となる色変化が生じる。このような問題を解決するため、広波長帯域で位相差に変化がない位相差フイルムを作製するために、いわゆる逆波長分散性を有する材料が検討されている。特許文献1では、優れた逆波長分散性を示す光学フイルムおよびその光学フイルムに用いる液晶化合物が提案されている。
一方、特許文献2には、高分子化合物と液晶化合物若しくは液晶組成物を混合し、両者が相溶する温度まで加熱し、その後、室温まで冷却することにより光学フイルムを製造する手法が記載されており、混合物を機械的に延伸することにより、液晶相において液晶化合物を配向させることが記載されている。光学フイルムは、延伸することにより、複合材料中の液晶化合物を配向させて光透過性を向上させている。
特開2015−200877号公報 特開2003−313556号公報
光学フイルムの特徴を表す指標の1つとして、光学フイルムの屈折率成分n、n、およびnの大小関係を表すNzファクターがある。Nzファクターが0.5のフイルムは、位相差値が視野角によらずほぼ一定である。このようなフイルムを液晶表示装置に用いることによって視野角特性が大幅に改善することが知られている。しかしながら、Nzファクターが0.5の光学フイルムは実現が難しい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Nzファクターが0.5あるいはそれにきわめて近く理想的な光学特性となる光学フイルムを実現して、視野角依存性が少ない光学フイルムおよび光学フイルムの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の光学フイルムは、コレステリック液晶相が固定化された光学フイルムであって、コレステリック液晶相の螺旋軸は面内の一軸方向に配向し、該光学フイルムの厚さ方向をZ軸としてZ軸方向における屈折率をnzとし、Z軸に垂直な面内の一方向をX軸としてX軸方向における屈折率をnxとし、面内においてX軸に垂直な方向をY軸としてY軸方向における屈折率をnyとし、かつ、前記一軸方向がY軸方向であるとき、下式(1)で定義されたNzが0.2〜0.75である。
Nz=(nx−nz)/(nx−ny) (1)
また、光学フイルムは、一軸方向に対して面内において直交する方向に延伸した延伸フイルムが望ましい。
また、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物として、逆波長分散液晶化合物を含むものが望ましい。
また、光学フイルムは、λ/4板であってもよい。
また、光学フイルムは、λ/2板であってもよい。
光学フイルムの製造方法は、コレステリック液晶相の螺旋軸を面内の一軸方向に配向させて固定化した光学フイルムを一軸方向と面内において直交する方向に延伸する工程を備えている。
延伸する工程が、延伸する方向の延伸倍率が20%以上80%以下になるように延伸させるものが望ましい。
本発明の光学フイルムは、コレステリック液晶の螺旋軸は面内の一軸方向に配向し、Nzファクターが0.2〜0.75である。このような光学フイルムは、位相差値が視野角によらずほぼ一定であるため、フイルムを液晶表示装置に用いることによって視野角特性が大幅に改善させることができる。
本発明の光学フイルムの一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の光学フイルムの延伸前の光学特性を説明するための図である。 本発明の光学フイルムの延伸と光学特性の変化を説明するための図である。 有機EL表示装置を示す概略断面図である。 IPS型液晶表示装置の概略断面図ある。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づくが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
Re(λ)、Rth(λ)は各々、波長λにおける面内レターデーションおよび厚さ方向レターデーションを表す。
レターデーションRe(λ)、Rth(λ)はAxoScan(Axometric社製)を用いて求めるものとする。面内レターデーションRe(λ)は、フイルム面の法線方向から波長λの光を入射させて測定した値である。なお、AxoScanにて平均屈折率((nx+ny+nz)/3)と膜厚(d(μm))を入力することにより、
遅相軸方向(°)
厚さ方向の位相差Rth(λ)=((nx+ny)/2−nz)×d
が算出される。
なお、本明細書では、「可視光」とは、380nm〜780nmのことをいう。
また、本明細書において、角度(例えば「90°」等の角度)、およびその関係(例えば「直交」、「平行」、および「45°で交差」等)については、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、厳密な角度±10°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な角度との誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
本明細書において、位相差フイルム等の「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味する。
また、本明細書において、位相差フイルム、および液晶層等の各部材の光学特性を示す数値、数値範囲、および定性的な表現(例えば、「同等」、「等しい」等の表現)については、液晶表示装置やそれに用いられる部材について一般的に許容される誤差を含む数値、数値範囲および性質を示していると解釈されるものとする。
なお、Nzファクターは、Nz=(nx−nz)/(nx−ny)により算出された値、あるいはNz=Rth(550)/Re(550)+0.5により算出された値とする。
なお、nxは光学フイルムの面内における遅相軸方向の屈折率を表し、この方向をX軸とする。nyは面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、この方向をY軸とする。nzはnxおよびnyに直交する方向(光学フィルムの厚さ方向)の屈折率を表し、これをZ軸とする。
<<光学フイルム>>
以下、本発明の光学フイルムおよび光学フイルムの製造方法について、図を用いて説明する。本明細書において、光学フイルムとは、各種表示装置、発光装置、偏光板、λ/4板、λ/2板などの各種光学素子などの、光学部材に用いることができるフイルムを意味する。
図1に、本発明の光学フイルムの一実施形態の概略断面図を示す。本実施形態の光学フイルム10は、支持体11上に、配向層12、およびコレステリック液晶層13を有し、コレステリック液晶層13のNzファクターは0.2以上0.75以下である。好ましくはNzファクターは0.3以上0.65以下であり、より好ましくは0.4以上0.6以下である。
コレステリック液晶層13は、棒状液晶の分子が幾重にも重なる層状の構造を持ち、互いの層は分子の配列方向が螺旋状になるように集積し面内の螺旋軸は常に1軸方向に配列している。なお、コレステリック液晶層13はフイルムの面に対して平行方向に螺旋軸が並ぶULH(Uniform Lying Helix)配向である。
また、光学フイルム10は、コレステリック液晶相が固定されてなる光学膜を螺旋軸に直交する方向に一軸延伸して得られる一軸延伸フイルムとして構成される。
光学フイルムは、30μm以下の膜厚であることが部材の薄型化の観点から好ましい。また製造適性の観点から5μm以上であることが好ましい。また、λ/4板またはλ/2板として用いる場合には、目的によって、適宜設計された値とする。
本発明の光学フイルムは、Nzファクターが0.2以上0.75以下であるので、例えば、有機EL表示装置用のλ/4板またはIPS型液晶表示装置のλ/2板として有用である。
(コレステリック液晶層)
コレステリック液晶層は、コレステリック液晶相が固定化された層である。これは、逆波長分散性液晶化合物、および順波長分散性液晶化合物のいずれを含むものであってもよいが、逆波長分散性液晶化合物が好ましい。
光学等方性材料の複屈折Δnは波長λによって異なり、一般的には、透過光の低波長側では複屈折Δnが高く、長波長側では複屈折Δnが低くなる順波長分散性になっている。そのため、短波長成分ほど色変化が大きくなる。一方、逆波長分散性液晶化合物は、透過光の低波長側では複屈折Δnが低く、長波長側では複屈折Δnが高くなる逆波長分散性である。このため、逆波長分散性液晶化合物を用いることで広波長帯域において複屈折を波長で割った値であるΔn/λの変化が小さい光学フイルムを製造することが可能になる。
コレステリック液晶層の膜厚は、1〜30μmが好ましく、1.5〜20μmがより好ましく、2〜15μmがさらに好ましい。
また、コレステリック液晶層のReは、λ/4板としては120nm≦Re(550)≦150nmを満たすことが好ましく、130nm≦Re(550)≦140nmを満たすことがより好ましい。λ/2板としては200nm≦Re(550)≦320nmを満たすことが好ましく、230nm≦Re(550)≦300nmを満たすことがより好ましい。
また、コレステリック液晶層のRthは、λ/4板としては、−45nm≦Rth(550)≦45nmを満たすことが好ましく、−25nm≦Rth(550)≦25nmを満たすことがより好ましい。λ/2板としては、−100nm≦Rth(550)≦100nmを満たすことが好ましく、−50nm≦Rth(550)≦50nmを満たすことがより好ましい。このような範囲とすることにより、Nzファクターを0.2以上0.75以下にすることができ、表示装置に組み込んだときにより効果的に本発明の効果が発揮される。
コレステリック液晶相を固定した光学フイルムの製造方法としては特に制限はないが、例えば、特開平1−133003号公報、特許第3416302号公報、特許第3363565号公報、特開平8−271731号公報に記載の方法を用いることができる。
以下、特開平8−271731号公報に記載の方法について説明する。
光学フイルムは、例えば、棒状液晶化合物を含む重合性組成物を硬化させ、一軸延伸することによって形成される。ここでは、光学フイルムの製造に用いる重合性組成物の成分である、棒状液晶化合物、その他の成分および溶媒について説明する。
−棒状液晶化合物−
まず、コレステリック液晶相を固定化してなる光学フイルムの材料である棒状液晶化合物について説明する。
棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11−513019号公報や特開2007−279688号公報に記載のものを好ましく用いることができるが、これらに限定されない。
以下に、棒状液晶化合物の例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。

なお、棒状液晶化合物は、逆波長分散棒状液晶化合物を用いるのがより好ましい。以下に示す逆分散棒状液晶化合物を好ましく用いることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。


−その他の成分−
コレステリック液晶相を固定してなる光学フイルムを形成するために用いられる重合性組成物は、棒状液晶化合物の他、キラル剤、配向制御剤、重合開始剤、および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。
キラル剤は、公知の種々のキラル剤(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第一42委員会編、1989に記載)から選択することができる。キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤が重合性基を有するとともに、併用する棒状液晶化合物も重合性基を有する場合は、重合性基を有するキラル剤と重合性棒状液晶化合物との重合反応により、棒状液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性基を有するキラル剤が有する重合性基は、重合性棒状液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。したがって、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
強い捩れ力を示すキラル剤としては、例えば、特開2010−181852号公報、特開2003−287623号公報、特開2002−80851号公報、特開2002−80478号公報、特開2002−302487号公報、に記載のキラル剤が挙げられ、本発明に好ましく用いることができる。さらに、これらの公開公報に記載されているイソソルビド化合物類については対応する構造のイソマンニド化合物類を用いることもでき、これらの公報に記載されているイソマンニド化合物類については対応する構造のイソソルビド化合物類を用いることもできる。
配向制御剤の例には、特開2004−331812に例示されているフルオロアルキル+親水性型等を好ましく用いることができる。
重合開始剤のうち光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63−40799号公報、特公平5−29234号公報、特開平10−95788号公報、特開平10−29997号公報記載)等が挙げられる。
−溶媒−
各光学フイルムを形成するための組成物の溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド(例、N、N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例、ピリジン)、炭化水素(例、ベンゼン、ヘキサン)、アルキルハライド(例、クロロホルム、ジクロロメタン)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン)、エーテル(例、テトラヒドロフラン、1、2−ジメトキシエタン)が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
次に、本発明の光学フイルムに備えられる部材、または、光学フイルムの製造方法において用いられる部材について説明する。
<支持体>
光学フイルムの支持体としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フイルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フイルム、およびシクロオレフィンポリマー系フイルム[例えば、商品名「アートン」、JSR社製、商品名「ゼオノア」、日本ゼオン社製]等を挙げることができる。
図1では、光学フイルムは支持体を含んでいるものとして説明したが、支持体を含んでいなくてもよく、例えばガラスや透明フイルムを、光学フイルムを製膜する際の支持体(以下において、仮支持体という。)として用い、仮支持体から光学フイルムを剥離して本発明の光学フイルムとしてもよい。
このような製膜時に用いられる支持体としては、特に制限はないが、後述の製造工程における延伸および剥離等に耐えうる物性を有することが好ましい。
<配向層>
光学フイルムの形成面(重合性組成物の塗布面)には、所望の液晶の配向を得るため、ここでは所望のコレステリック液晶相を得るために、配向層を備えていることが好ましい。
配向層は、有機化合物(好ましくはポリマー)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、および光配向等の手段で設けることができる。さらには、電場の付与、磁場の付与、或いは光照射により配向機能が生じる配向層も知られている。配向層は、ポリマーの膜の表面を、ラビング処理することにより形成することが好ましい。光学フイルム形成後に、仮支持体から光学フイルムを剥離する場合には、配向層も仮支持体とともに剥離することが好ましい。
支持体に用いられるポリマー種によっては、配向層を設けなくても、支持体を直接配向処理(例えば、ラビング処理)することで、配向層として機能させることもできる。そのような支持体の一例としては、PET(ポリエチレンテレフタレート)を挙げることができる。
−ラビング処理−
配向層または支持体の表面はラビング処理が施されることが好ましい。ラビング処理は、一般にはポリマーを主成分とする膜の表面を、紙や布で一定方向に擦ることにより実施することができる。ラビング処理の一般的な方法については、例えば、「液晶便覧」(丸善社発行、平成12年10月30日)に記載されている。
ラビング密度を変える方法としては、「液晶便覧」(丸善社発行)に記載されている方法を用いることができる。ラビング密度(L)は、下記式(A)で定量化されている。
式(A) L=Nl(1+2πrn/60v)
式(A)中、Nはラビング回数、lはラビングローラーの接触長、rはローラーの半径、nはローラーの回転数(rpm)、vはステージ移動速度(秒速)である。
ラビング密度を高くするためには、ラビング回数を増やす、ラビングローラーの接触長を長くする、ローラーの半径を大きくする、ローラーの回転数を大きくする、ステージ移動速度を遅くするといったことをすればよく、一方、ラビング密度を低くするためには、この逆にすればよい。また、ラビング処理の際の条件としては、特許4052558号の記載を参照することもできる。
<<光学フイルムの製造方法>>
光学フイルムの製造方法について説明する。光学フイルムは、例えば、棒状液晶化合物を含む重合性組成物から塗膜を形成する工程(1)、塗膜を硬化させる工程(2)、および硬化させた塗膜を一軸延伸する工程(3)により形成されるものである。
(1)工程では、まず、支持体上の配向層の表面に、棒状液晶化合物を含む重合性組成物(以下、重合性液晶組成物と記載する場合がある。)から塗膜を形成する。重合性液晶組成物は、溶媒に材料を溶解および/または分散した、塗布液として調製されるのが好ましい。塗布液の塗布は、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、等の種々の方法によって行うことができる。また、インクジェット装置を用いて、液晶組成物をノズルから吐出して、塗膜を形成することもできる。
次に、表面に塗布され、塗膜となった重合性液晶組成物を、コレステリック液晶相の状態にする。重合性液晶組成物が、溶媒を含む塗布液として調製されている態様では、塗膜を乾燥し、溶媒を除去することで、コレステリック液晶相の状態にすることができる場合がある。また、コレステリック液晶相への転移温度とするために、所望により、塗膜を加熱してもよい。例えば、一旦等方相の温度まで加熱し、その後、コレステリック液晶相転移温度(等方相とコレステリック液晶相との相転移温度)まで冷却する等によって、安定的にコレステリック液晶相の状態にすることができる。重合性液晶組成物の上記液晶相転移温度は、製造適性等の面から10〜250℃の範囲内であることが好ましく、10〜150℃の範囲内であることがより好ましい。10℃未満であると液晶相を呈する温度範囲にまで温度を下げるために冷却工程等が必要となることがある。また、熱エネルギーの効率利用、基板の耐熱性、等からの観点から、塗膜の加熱温度は200℃以下とすることが好ましい。このときの温度は膜面温度であり、OPTEX社製PT-2LDなどで測定することができる。
コレステリック液晶相を固定してなる光学フイルムの形成は、ポリイミドやポリビニルアルコール、SiOの斜方蒸着層等の適宜な配向層を介して直接塗布する方式、透明フイルムなどからなる液晶の配向温度で変質しない支持体に必要に応じ配向層を介して塗布する方式などの適宜な方式で行うことができる。また配向層を介したコレステリック液晶層の重畳方式なども採ることができる。
コレステリック液晶相の旋回の方向は、用いる液晶の種類または添加されるキラル剤の種類によって調整でき、螺旋ピッチ(すなわち、選択反射波長)は、これらの材料の濃度によって調整できる。また、各光学フイルムの反射する特定の領域の波長は、製造方法のさまざまな要因によってシフトさせることができることが知られており、キラル剤などの添加濃度のほか、コレステリック液晶相を固定するときの温度や照度と照射時間などの条件などでシフトさせることができる。
また、コレステリック液晶層はフイルムの面に対して平行方向に螺旋軸が並ぶULH配向となるように、配向膜にラビングや紫外線配向等で配向処理を施すことによって実現することができる。一般には螺旋軸に対して直交方向に液晶分子が並ぶような配向処理を施しつつ完全な水平配向(プラナー配向)にならないように、配向規制力があまり大きくなりすぎない様に調整する。このようにするとフイルムの面に対して平行方向に螺旋軸が並ぶULH配向にすることができる。この場合、配向処理方向に対して螺旋軸は面内で直交または平行になることが一般的である。配向規制力はラビング強度や紫外線の照射エネルギー等で調整することができる。また、空気界面側も界面に対して液晶が水平一様または垂直一様にならずちょうど間になるように配向制御剤を添加すると、フイルムの面に対して平行方向に螺旋軸が並ぶULH配向にすることができる。一例として、特許第4275087等が挙げられる。
次に、(2)の工程では、コレステリック液晶相の状態となった塗膜に、紫外線を照射して、硬化反応を進行させる。紫外線照射には、紫外線ランプ等の光源が利用される。この工程では、紫外線を照射することによって、重合性液晶組成物の硬化反応が進行し、コレステリック液晶相が固定される。
紫外線の照射エネルギー量については特に制限はないが、一般的には、100mJ/cm2〜800mJ/cm2程度が好ましい。また、塗膜に紫外線を照射する時間については特に制限はないが、硬化膜の充分な強度および生産性の双方の観点から決定される。
硬化反応を促進するため、加熱条件下で紫外線照射を実施してもよい。また、紫外線照射時の温度は、コレステリック液晶相が乱れないように、コレステリック液晶相を呈する温度範囲に維持するのが好ましい。また、雰囲気の酸素濃度は重合度に関与するため、空気中で所望の重合度に達せず、膜強度が不充分の場合には、窒素置換等の方法により、雰囲気中の酸素濃度を低下させることが好ましい。好ましい酸素濃度としては、10%以下が好ましく、7%以下がさらに好ましく、3%以下が最も好ましい。紫外線照射によって進行される硬化反応(例えば重合反応)の反応率は、層の機械的強度の保持等や未反応物が層から流出するのを抑える等の観点から、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりさらに好ましい。反応率を向上させるためには照射する紫外線の照射量を増大する方法や窒素雰囲気下あるいは加熱条件下での重合が効果的である。また、一旦重合させた後に、重合温度よりも高温状態で保持して熱重合反応によって反応をさらに推し進める方法や、再度紫外線を照射する方法を用いることもできる。反応率の測定は反応性基(例えば重合性基)の赤外振動スペクトルの吸収強度を、反応進行の前後で比較することによって行うことができる。
ここで、液晶相を「固定化した」状態は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持された状態が最も典型的、且つ好ましい態様である。それだけには限定されず、具体的には、通常0℃〜50℃、より過酷な条件下では−30℃〜70℃の温度範囲において、この層に流動性が無く、また外場や外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定化された配向形態を安定に保ち続けることができる状態を意味するものとする。紫外線照射によって進行する硬化反応により、コレステリック液晶相の配向状態を固定することが好ましい。
なお、本発明においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば充分であり、最終的に各光学フイルム中の液晶組成物がもはや液晶性を示す必要はない。例えば、液晶組成物が、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
最後に(3)の工程では、(2)で得られた硬化させた層を一軸延伸する。なお、コレステリック液晶相の積層した液晶分子の螺旋軸を横切る方向に延伸する。螺旋軸と延伸軸のなす角が85°〜95°の範囲が好ましい、螺旋軸と延伸軸が直交する方向に延伸するのがより好ましい。
一軸延伸は、公知の方法を用いることができる。
作製したコレステリック液晶相の塗膜を有するフイルムを、縦一軸延伸機において、所望の延伸倍率で縦延伸する。あるいは、テンター式延伸機を用いて所望の一軸方向に所望の延伸倍率で延伸する。一軸延伸されたフイルムは、巻取り部前で両端部を切り落とし、巻き取り部で巻き取ることによってロールフィルムとしてもよい。
延伸時の吸気温度、フイルム膜面温度、および延伸速度は、所望の延伸倍率によって適宜調製することが可能である。
延伸時のフイルム膜面温度はコレステリック液晶相を形成した支持体のガラス転移点Tg−40〜Tg+20℃が好ましく、Tg−20℃〜Tg+10℃がより好ましい。
次に、光学フイルムの光学特性と延伸倍率との関係について、図2および図3を用いて説明する。図2および図3において、フイルムの面の法線方向をZ軸とし、奥行方向をY軸とし、Z軸とY軸に直交する方向をX軸として以下説明する。
図2に示すように、(2)の工程後に得られたコレステリック液晶層は、フイルム面に対して平行な方向に螺旋軸が並ぶULH配向となっている。このとき、ULH配向の螺旋ピッチを可視光より短波に設定しておけば、可視光の範囲では選択的反射が生じないため、可視光に対する位相差フイルムとして機能させることができる。この場合、可視光においては、螺旋軸方向(図2では、螺旋軸方向をY軸方向とする)が最も低屈折率の状態になり、負の一軸の複屈折体となる。さらに、本発明では、これを延伸することにより、下記に示すような二軸性の複屈折体になる。
図2に示すように、コレステリック液晶層は、Z軸方向の屈折率nとX軸方向の屈折率nは同じ値になり、Y軸方向の屈折率nは、Z軸方向の屈折率nおよびX軸の屈折率nに比べると小さい値になる。つまり、XZ平面から見た複屈折率楕円体は円形になる(図2の下図)。このとき、n=n>nとなりNz=0である。
次に(3)の工程で、図3に示すように、硬化したフイルムをX軸方向に延伸すると、X軸方向の屈折率nが大きくなるので、X軸方向の屈折率nとY軸方向の屈折率nとZ軸方向の屈折率nの関係は、n>n>nとなる。図3(a)に示すように20%延伸すると、XZ平面から見た複屈折率楕円体はX軸方向に膨らみ、Nz=0.2になる(図3(a)の下図参照)。さらに、図3(b)(c)に示すように延伸倍率を大きくすると、複屈折率楕円体はX軸方向に膨らみNzファクターは大きくなる。図3の例では、50%延伸することによって、Nzファクターが0.5になり、80%延伸することによって、Nzファクターが0.75になる。
このように、本発明の光学フイルムの製造方法によれば、ULH配向のコレステリック液晶層がフイルムを螺旋軸に直交する方向に20%〜80%延伸することによって、Nzファクターが0.2以上0.75以下フイルムになり、Nzファクターが0.5に近い値を有するため視野角による輝度変化および色変化が少ない光学フイルムを製作することが可能になる。
<<光学フイルムの用途>>
本発明の光学フイルムは、例えば、液晶セルを光学補償するためのλ/2光学補償フイルムとして、有機EL表示装置に用いられる広帯域λ/4反射防止膜として用いることができる。なお、光学フイルムの膜厚を制御することで、λ/2板あるいは、λ/4板とすることができる。λ/2板はλ/4板を2枚重ねたものであってもよい。
また、本発明の光学フイルムは、IPS型液晶表示装置、または液晶表示装置の光学補償フイルムに好適に用いられ、斜め方向から視認した時の色味変化や黒表示時の光漏れを改善することができる。
(接着剤)
光学フイルムおよび表示装置等の作製の際は、各部材の貼合のために接着剤を用いてもよい。本明細書において、「接着」は「粘着」も含む概念で用いられる。接着剤としては特に限定はないが、ポリビニルアルコール系接着剤、ホウ素化合物水溶液、特開 2004−245925号公報に示されるような、分子内に芳香環を含まないエポキシ化合物の硬化性接着剤、特開2008−174667号公報記載の360〜450nmの波長におけるモル吸光係数が400以上である光重合開始剤と紫外線硬化性化合物とを必須成分とする活性エネルギー線硬化型接着剤、特開2008−174667号公報記載の(メタ)アクリル系化合物の合計量100質量部中に(a)分子中に(メタ)アクリロイル基を2以上有する(メタ)アクリル系化合物と、(b)分子中に水酸基を有し、重合性二重結合をただ1個有する(メタ)アクリル系化合物と、(c)フェノールエチレンオキサイド変性アクリレートまたはノニルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレートとを含有する活性エネルギー線硬化型接着剤などが挙げられる。
なお、ポリビニルアルコール系接着剤は変性または未変性ポリビニルアルコールを含む接着剤である。ポリビニルアルコール系接着剤は、変性または未変性ポリビニルアルコールのほか、架橋剤を含有していてもよい。接着剤の具体例としては、ポリビニルアルコールまたはポリビニルアセタール(例、ポリビニルブチラール)の水溶液や、ビニル系ポリマー(例、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリブチルアクリレート)のラテックスが挙げられる。特に好ましい接着剤は、ポリビニルアルコールの水溶液である。このとき、ポリビニルアルコールは完全鹸化されたものが好ましい。
接着剤により形成される接着層の膜厚は、乾燥膜厚で0.01〜10μmが好ましく、0.05〜5μmが特に好ましい。
<<表示装置>>
表示装置は、光学フイルムを備える。表示装置の一例として有機EL表示装置およびIPS型液晶表示装置について説明する。
<有機EL表示装置>
有機EL表示装置の一実施形態について説明する。図4に有機EL表示装置の一実施形態の概略断面図を示す。
図4に示すように、有機EL表示装置30は、有機ELパネル31上に反射防止膜(λ/4板)32と偏光子36とを備える。反射防止膜32が光学フイルムである。偏光子36側が視認側である。有機ELパネル31は、背面電極33および透明電極34からなる一対の電極間に発光層35が配置されている。背面電極33から注入された正孔と透明電極34から注入された電子が発光層35で再結合し、蛍光性物質などを励起することにより発光する。また、発光層35から発光した光は、直接、または背面電極33で反射して、透明電極34から出射する。反射防止膜32と偏光子36とにより反射防止機能を有する。具体的には、外からの入射光は、偏光子36により直線偏光に変換され、さらに反射防止膜32によって円偏光に変換される。円偏光された光は透明電極34によって反射され入射光とは逆回転の円偏光となる。円偏光された光は、反射防止膜32により入射光と直交する方向の直線偏光に変換されるため、偏光子36を透過しない。
有機ELパネル31は、複数の有機化合物薄膜を形成した部材であり、発光層35のほか正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、または保護層などを有してもよく、またこれらの各層はそれぞれ他の機能を備えたものであってもよい。各層の形成にはそれぞれ種々の材料を用いることができる。
背面電極33は正孔注入層、正孔輸送層、および発光層などに正孔を供給するものであり、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、またはこれらの混合物などを用いることができ、好ましくは仕事関数が4eV以上の材料である。具体例としては酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、およびこれらとITOとの積層物などが挙げられ、好ましくは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からITOが好ましい。背面電極33の膜厚は材料により適宜選択可能であるが、通常10nm〜5μmの範囲のものが好ましく、より好ましくは50nm〜1μmであり、さらに好ましくは100nm〜500nmである。
有機EL表示装置において、本発明の光学フイルムを反射防止膜として備えることにより、正面コントラストと斜め色味が良好となる。
<IPS型液晶表示装置>
次に、本発明の光学フイルムを備えたIPS型液晶表示装置について説明する。図5にIPS型液晶表示装置の一実施形態の概略断面図を示す。
図5に示すように、本実施形態のIPS型液晶表示装置40は、2枚の偏光板41および42の間にIPS型の液晶セル43が配置されている。偏光板42(λ/2板)が光学フイルムである。液晶セル43は、ガラス基板44および45との間に、液晶分子(46aおよび46b)が封入されている。ガラス基板44上には透明陽極47および透明陰極48が形成されている。電圧無印加の状態では、液晶分子は液晶分子46aのように透明陽極47および透明陰極48に平行に並んでいるが、電圧印加により90度水平に回転し、液晶分子46bのように、透明陽極47および透明陰極48に亘って並ぶ。無印加と印加で液晶分子が面内方向で90度回転することにより、2枚の偏光板の間で透過および遮蔽を作り出す。
IPS型では、液晶分子がガラス基板に対して水平面内で回転するので、液晶分子が斜めになることがないため、視野角による光学特性の変化が少なく広視野角が得られる。このようなIPS型液晶表示装置に本発明の光学フイルムを用いることによって、視野角がさらに向上する。
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
[実施例1]
<仮支持体の作製>
[下記一般式(II)で表されるラクトン環構造を有するアクリル系樹脂{共重合モノマー質量比=メタクリル酸メチル/2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル=8/2、ラクトン環化率約100%、ラクトン環構造の含有割合19.4%、重量平均分子量133000、メルトフローレート6.5g/10分(240℃、10kgf)、Tg131℃}90質量部と、アクリロニトリル−スチレン(AS)樹脂{トーヨーAS AS20、東洋スチレン社製}10質量部との混合物;Tg127℃]のペレットを二軸押出機に供給し、約280℃でシート状に溶融押出しした後、縦一軸延伸機において、給気温度130℃、フイルム膜面温度120℃、延伸速度30%/分、延伸倍率35%で縦延伸した。その後、テンター式延伸機において、給気温度130℃、フイルム膜面温度120℃、延伸速度30%/分、延伸倍率35%で横延伸し、巻取り部前で両端部を切り落とし、長さ4000mのロールフィルムとして巻き取りして、厚さ40μmの長尺状の仮支持体を得た。
上記一般式(II)中、Rは水素原子であり、RおよびRはメチル基である。
<配向層の形成>
上記仮支持体に、下記組成の配向層塗布液(A)を#14のワイヤーバーで連続的に塗布した。60℃の温風で60秒、さらに100℃の温風で120秒乾燥し、ラビングを行って配向層を形成した。ラビング方向は、コレステリック液晶の面内螺旋軸と直交する方向(X軸方向)になる。
−配向層塗布液(A)の組成−
下記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 308質量部
メタノール 70質量部
イソプロパノール 29質量部
光重合開始剤(IRGACURE(登録商標)2959、BASF社製) 0.8質量部

変性ポリビニルアルコールの組成割合は、モル分率であり、鹸化度は96.8%である。
<液晶層の形成>
(組成物(1)の調製)
下記の成分を混合して組成物(1)を得た。
重合性液晶化合物;化合物(A) 50重量部
重合性液晶化合物;化合物(C) 50重量部
カイラル剤;LC−756(BASF社製) 4.5重量部
重合開始剤;Irg−907(チバスペシャルティケミカル社製) 3.0重量部
レベリング剤;フッ素系ポリマー(E) 0.3重量部
溶剤;クロロホルム 300重量部



(塗布膜の作製)
仮支持体上に作製した配向層に、組成物(1)をワイヤーバーにより塗布し、120℃で1分間加熱乾燥した後、100℃まで降温させた。次いで、UV照射装置(EXECURE3000、HOYA社製)を用い、露光量200mJ/cm(365nm基準)で紫外線を乾燥被膜に照射することにより、重合性液晶化合物の配向を保持したまま重合させて塗布膜(1)を得た。この塗布膜(1)を断面を走査型電子顕微鏡で観察することで、ULH配向していることを確認し、膜厚およびコレステリックピッチがそれぞれ、5μmおよび300nmであることを確認した。
<延伸>
上記のように作製したフイルムを、4辺をテンターで固定したバッチ延伸機において、給気温度140℃、フイルム膜面温度130℃、変形速度30%/分で螺旋軸の直交方向(X軸方向)に20%延伸した。その後4辺の端部を切り落とし、粘着剤SKダイン2057(綜研化学株式会社製)を用いて塗布膜の層をガラス板に貼合し、これから仮支持体を剥離して実施例1のフイルムを得た。
[実施例2]
延伸倍率を50%にした以外は実施例1と同様にして実施例2のフイルムを作製した。
[実施例3]
延伸倍率を80%にした以外は実施例1と同様にして実施例3のフイルムを作製した。
[比較例1]
延伸を行わなかった以外は実施例1と同様にして比較例1のフイルムを作製した。
<Nz係数の算出>
(位相差(レターデーション))
上記で作製した各実施例および比較例の位相差フイルムについて、面内レターデーションReを自動複屈折計KOBRA−WR(王子計測器(株)製)を用いて波長550nmにおける3次元複屈折測定によって求め、膜厚方向のレターデーションRthは傾斜角を変えてReを測定することで求めた。また、同時にNz=(nx−nz)/(nx−ny)=Rth/Re+0.5を求めた。
表1に、比較例1および実施例1〜3の測定結果を示す。
<有機EL表示装置への実装および表示性能の評価>
光学フイルムを有機EL表示装置に実装し、表示性能の評価を行った。
光学フイルムを有機EL表示装置の反射防止膜(λ/4板)として用いた例について、説明する。
[実施例11]
実施例2の光学フィルムを用いてλ/4板を作製し、有機EL表示装置の反射防止性能を評価した。実施例2の光学フィルムは、Re=137nmである。
[比較例11]
比較例1の条件で膜厚調整によりRe=137nmの比較例11の光学フィルムを作製してλ/4板を作製し、有機EL表示装置の反射防止性能を評価した。
(有機EL表示装置への実装)
有機ELパネル搭載のSAMSUNG社製GALAXY SIIを分解し、円偏光板を剥離して、剥離した面に、実施例11および比較例11の光学フイルムを貼合した。さらに、それぞれの上に、特開2001−141926号公報を参考にして作製した偏光板を貼合して、実施例11および比較例11のλ/4板とし、有機EL表示装置に実装した。この際、偏光板の吸収軸が実施例11および比較例11のフイルムの遅相軸と45°の関係になるようにした。貼合には、光学的に等方性の接着剤(SK2057、綜研化学社製)を利用した。
(表示性能の評価)
作製した有機EL表示装置について、明光下にて視認性および表示品位を評価した。
表示装置に黒表示をして、正面および極角60°から蛍光灯を映し込んだときの反射光を観察した。正面および極角60°の表示品位を下記の基準に基づいて評価した。表2に評価結果を示す。
(評価基準)
A:色味付きが全く視認されない
B:色味差が視認されるものの、ごくわずかである
C:色味差が視認されるが反射光は小さく、使用上問題はない
D:色味差が視認され、反射光も多く、許容できない

評価の結果、実施例11の性能は評価基準Aであり、比較例11の性能は評価基準Dであった。実施例11の反射防止性能(表示性能)は比較例11と比べ大きく改善されたことを確認した。
次に、光学フイルムをIPS型の液晶表示装置に用いるλ/2板として用いた例について説明する。
[実施例21]
実施例2の光学フイルムを2枚貼合してλ/2板を作製し、実施例21の光学フイルムとした。この光学フイルムの光学特性は、Nz=0.5、Re=274nmであった。IPSの斜めコントラスト比CRを評価した。
[比較例21]
実施例21において、膜厚調整によりNz=0、Re=274nmの比較例21の光学フイルムを作製してλ/2板とし、実施例21と同様にして、IPSの斜めコントラスト比CRを評価した。
<IPS型液晶表示装置への実装および表示性能の評価>
iPad(光配向膜使用、Apple社製、登録商標)の液晶セルから視認側の偏光板を剥し、光配向膜を使用したIPSモードの液晶セルとして利用した。なお、セル液晶のプレチルトは0°であった。
剥がした偏光板の代わりに、実施例21および比較例21で作製したλ/2板を含む偏光板を、それぞれ液晶セルに貼合し、液晶表示装置を作製した。このとき、液晶セル基板面に対して垂直な方向から観察したとき、偏光板の吸収軸と、液晶セル内の液晶層の光軸とが垂直な方向になるように貼りあわせた。貼合には、接着剤(SK2057、綜研化学社製)を利用した。
<斜めコントラスト比>
液晶表示装置を黒表示および白表示させて、方位角45度(偏光板の透過軸に対し45度)および極角60度(法線方向からの角度)の透過率を測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いそれぞれ測定し、斜めコントラスト比CR(白表示の透過率/黒表示の透過率)を算出した。以下の評価基準に基づいて評価した。表3に評価結果を示す。
(評価基準)
A:30≦CR
B:20≦CR<30
C:5≦CR<20
D:CR<5

評価の結果、本実施例21の斜めコントラスト比は評価基準Aであり、比較例21の性能の評価基準Dであった。本実施例は斜めコントラスト比CRが大きく改善されていることが示された。
10 光学フイルム
11 支持体
12 配向層
13 コレステリック液晶層
30 有機EL表示装置
31 有機ELパネル
32 λ/4板(反射防止膜)
33 背面電極
34 透明電極
35 発光層
36 偏光子
40 IPS型液晶表示装置
41,42 偏光板
43 液晶セル
44,45 ガラス基板
46a,46b 液晶分子
47 透明陽極
48 透明陰極

Claims (7)

  1. コレステリック液晶相が固定化された光学フイルムであって、
    前記コレステリック液晶相の螺旋軸は面内の一軸方向に配向し、
    該光学フイルムの厚さ方向をZ軸としてZ軸方向における屈折率をnzとし、Z軸に垂直であり、屈折率が最大となる面内の一方向をX軸としてX軸方向における屈折率をnxとし、前記面内においてX軸に垂直な方向をY軸としてY軸方向における屈折率をnyとし、かつ、前記一軸方向がY軸方向であるとき、下式(1)で定義されたNzが0.2〜0.75である光学フイルム。
    Nz=(nx−nz)/(nx−ny) (1)
  2. 前記X軸方向に延伸した延伸フイルムである請求項1記載の光学フイルム。
  3. 前記コレステリック液晶相を構成する液晶化合物として、逆波長分散液晶化合物を含む請求項1または2項記載の光学フイルム。
  4. λ/4板である請求項1〜3いずれか1項記載の光学フイルム。
  5. λ/2板である請求項1〜3いずれか1項記載の光学フイルム。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項記載の光学フイルムの製造方法であって、
    前記コレステリック液晶相の螺旋軸を面内の前記Y軸方向に配向させて固定化した光学フイルムを前記X軸方向に延伸する工程を備えた光学フイルムの製造方法。
  7. 前記延伸する工程が、前記延伸する方向の延伸倍率が20%以上80%以下になるように延伸させる工程を含む請求項6記載の製造方法。
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