CN103364845B - 光学薄膜、偏振片及使用了其的图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能赋予相位差和表面耐擦伤性且能提供能满足薄型化的要求、没有图像的反射、黑色浓密度也优异的偏振片的光学薄膜及使用了该光学薄膜的偏振片、液晶显示装置。该光学薄膜在透明支撑体的一个面的最表面上具有由固化性树脂组合物形成的光学各向异性层,在另一个面上按照所述透明支撑体、硬涂层及低折射率层的顺序具有硬涂层和折射率为1.20~1.45且平均膜厚为50~120nm的低折射率层;所述低折射率层含有平均粒径为30nm~65nm的无机微粒A、平均粒径大于65nm且为130nm以下的无机微粒B及粘合剂;无机微粒B的相对于所述低折射率层的总固体成分的含量为1.5~15质量%;具有低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于JISB0601-2001的算术平均粗糙度Ra为0.030μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及在透明支撑体的一个面上具有光学各向异性层、在另一个面上具有硬涂层、低折射率层的光学薄膜,具有该光学薄膜的偏振片以及图像显示装置。特别地,本发明涉及适合作为液晶显示装置用表面薄膜使用的光学薄膜、包含该光学薄膜作为保护薄膜的偏振片,还涉及按照所述硬涂层成为视觉识别侧、所述光学各向异性层成为偏振膜侧的方式将所述光学薄膜配置在表面的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置(LCD)由于厚度薄、重量轻且耗电小而得到广泛应用。液晶显示装置包含液晶单元及偏振片。偏振片通常由保护膜和偏振膜构成,其通过将由聚乙烯醇薄膜构成的偏振膜用碘染色、进行拉伸并在其两个面上层叠保护膜而得到。透射型液晶显示装置中,一般情况下,将该偏振片安装在液晶单元的两侧,进而将一片以上的光学补偿薄膜(相位差薄膜)配置在2个偏振片的内侧(液晶单元侧)。另外,有时也将光学补偿薄膜用作上述保护膜。作为光学补偿薄膜,例如具有通过盘状液晶性化合物在保持取向状态的状态下被固定在基材薄膜(透明支撑体)上而得到的光学各向异性层的光学补偿薄膜被广泛应用。
近年来,为了实现液晶显示装置的高功能化,使用了透射型液晶显示装置的立体图像显示装置的开发不断进步。例如专利文献1中,作为立体图像显示方法,记载了一种分时双眼立体视觉的透射型液晶显示装置,其以在2片偏振片的内侧配置了液晶单元的透射型液晶显示装置作为基础,将具有λ/4的面内延迟的相位差薄膜(λ/4片)配置在视觉识别侧偏振片的外侧,并使λ/4片的慢轴与视觉识别侧偏振片的吸收轴成45°,将出射光进行圆偏振化。
作为具有λ/4的面内延迟的相位差薄膜,可列举出使用拉伸薄膜的相位差薄膜,和在透明支撑体上具有由固化型液晶性化合物形成的光学各向异性层的相位差薄膜。
其中,拉伸薄膜由于通常是沿长度方向或宽度方向拉伸而制成的,因此慢轴与长度方向平行或垂直。
在偏振片的制作中,当将相位差薄膜与起偏器贴合时,相位差薄膜与起偏器以辊到辊的方式贴合从生产效率的角度出发是优选的。
另一方面,液晶显示装置中,通常聚乙烯醇的拉伸薄膜被用作偏振膜,偏振光的吸收轴与长度方向平行。
因此,为了将相对于偏振轴在45°方向上具有慢轴的相位差薄膜与起偏器以辊到辊的方式贴合,需要在45°方向上具有慢轴的相位差薄膜的辊薄膜(roll film),因此拉伸薄膜不适合以辊到辊的方式贴合。
与此相对,具有由固化型液晶性化合物形成的光学各向异性层的相位差薄膜通过采用摩擦等方法来控制液晶性化合物的取向方向,从而能够自由地改变慢轴的方向,因此适合以辊到辊的方式贴合。
专利文献2中示出了,将三乙酰纤维素膜作为透明支撑体,制作相对于聚合性棒状液晶性化合物取向的长度方向在45°方向上具有慢轴的辊薄膜状的λ/4片,然后将其以辊到辊的方式与起偏器贴合,从而能够制作椭圆偏振片。如此制作的椭圆偏振片具有光学各向异性层/取向膜/透明支撑体/起偏器/保护薄膜这样的构成,液晶单元配置在光学各向异性侧、保护薄膜配置在显示装置的视觉识别侧。
虽然专利文献2中没有记载,但考虑为了对配置在显示装置的表面侧的保护薄膜赋予耐擦伤性的功能,通常将硬涂薄膜用作保护薄膜。
另一方面,当使用上述专利文献2中记载的构成的椭圆偏振片作为上述专利文献1的分时双眼立体视觉的透射型液晶显示装置中的λ/4片时,由于光学各向异性层被配置在显示装置的视觉识别侧,因此为了赋予耐擦伤性,考虑优选将硬涂薄膜用于最表面。若想要在光学各向异性层的表面设置硬涂薄膜(通常通过在透明支撑体上设置硬涂层而成),则成为硬涂层/透明支撑体/粘附剂层/光学各向异性层/取向膜/透明支撑体/起偏器/保护薄膜这样的构成,产生表面的部件(偏振片)变厚这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-243705号公报
专利文献2:日本特开2007-155970号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了解决这样的问题,本发明者们研究了利用硬涂层与光学各向异性层的基材的共通化来进行表面部件的薄型化,想到通过在透明支撑体的一个面上层叠硬涂层、在另一个面上层叠光学各向异性层,从而能够省略一个透明支撑体。即,发现了通过采用硬涂层/透明支撑体/(取向膜/)光学各向异性层/起偏器/保护薄膜这样的构成,使得偏振片的薄型化成为可能。
但是,可知在上述构成中,在设置了表面平滑的硬涂层的构成中,当以长条辊状保存时,会发生硬涂面与光学各向异性层粘接的问题。
为了防止图像的反射(也称“映入”),目前,表面薄膜的主流是表面具有凹凸形状的防眩薄膜,和在表面平滑的硬涂层上设置了低折射率层的防反射薄膜。在上述构成中,发生粘接问题的限于表面平滑的防反射薄膜。相对于表面凹凸的防眩薄膜,表面平滑的防反射薄膜的黑色浓密度良好且具有根深蒂固的人气,在上述构成中,期望能解决粘接问题的技术。
综上所述,本发明的目的在于提供一种光学薄膜,其能够赋予相位差和表面耐擦伤性,且能提供满足薄型化的要求、没有图像的反射、黑色浓密度也优异的偏振片,并且即使以长条辊状进行卷取也不会发生粘接的问题。另外,本发明的目的还在于提供使用了具有上述特性的光学薄膜的偏振片、液晶显示装置。
用于解决课题的手段
本发明者们如上所述,首先研究了利用硬涂层与光学各向异性层的基材的共通化来进行表面部件的薄型化,想到通过将硬涂层直接层叠在光学各向异性层上,能够省略透明支撑体与粘附剂层。即,发现了通过采用低折射率层/硬涂层/光学各向异性层/取向膜/透明支撑体/起偏器/保护薄膜这样的构成,薄型化成为可能。
在上述构成中,为了防止图像的反射、同时改善黑色浓密度,在硬涂层上直接或介由其他层设置低折射率层。
此外,还发现通过在该构成中使低折射率层含有特定尺寸的微粒,能够在维持相位差和表面耐擦伤性、图像的反射、黑色浓密度也优异的性能的同时,即使在长条辊上进行卷取,也能够解决粘接问题,从而完成了本发明。
本发明的上述目的通过下述手段而得以实现。
〔1〕一种光学薄膜,其特征在于,其在透明支撑体的一个面的最表面上具有由固化性树脂组合物形成的光学各向异性层,在另一个面上按照所述透明支撑体、硬涂层及低折射率层的顺序具有所述硬涂层和折射率为1.20~1.45且平均膜厚为50~120nm的所述低折射率层;
所述低折射率层含有平均粒径为30nm~65nm的无机微粒A、平均粒径大于65nm且为130nm以下的无机微粒B、及粘合剂;
相对于所述低折射率层的总固体成分,无机微粒B的含量为1.5~15质量%;
具有低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于JIS B0601-2001的算术平均粗糙度Ra为0.030μm以下。
〔2〕根据〔1〕所述的光学薄膜,其特征在于,相对于低折射率层的总固体成分,所述无机微粒B的含量为3.0~10质量%。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒B的平均粒径为70nm~100nm。
〔4〕根据〔1〕~〔3〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒B为二氧化硅粒子。
〔5〕根据〔1〕~〔4〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒A为中空二氧化硅粒子。
〔6〕根据〔1〕~〔5〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒A的平均粒径为40nm~60nm。
〔7〕根据〔1〕~〔6〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述具有低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于原子力显微镜(AFM)的算术平均面粗糙度Ra为2~6nm。
〔8〕根据〔1〕~〔7〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述具有低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于AFM的算术平均面粗糙度Ra为2.5nm~4nm。
〔9〕根据〔1〕~〔8〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述低折射率层中所含有的粘合剂的至少1种为下述通式(1)表示的含氟多官能团单体。
通式(1):
[化学式1]
(式中,Rf1表示可具有醚键的(p+q)价的全氟代饱和烃基。Rf2表示至少含有碳原子和氟原子且可以含有氧原子或氢原子的链状或环状的1价的氟化烃基。p表示3~10的整数,q表示0~7的整数,且(p+q)表示3~10的整数。r表示0~100的整数,s、t分别独立地表示0或1。R表示氢原子、甲基、或氟原子。通式(1)中不限于(OCF2CF2)、(OCF2)、(OCFRf2)的配置顺序。)
〔10〕根据〔1〕~〔9〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述光学薄膜在550nm处的面内延迟为80~200nm。
〔11〕根据〔1〕~〔10〕中任一项所述的光学薄膜,其特征在于,所述光学各向异性层是由含有液晶性化合物的组合物形成的。
〔12〕根据〔11〕所述的光学薄膜,其中,所述液晶性化合物为盘状液晶性化合物。
〔13〕根据〔11〕或〔12〕所述的光学薄膜,其特征在于,所述光学各向异性层是由含有以固体成分浓度计为93质量%以上的液晶性化合物的组合物形成的。
〔14〕根据〔1〕~〔13〕中任一项所述的光学薄膜,其为长条辊状,以长度方向为基准时,正面延迟的慢轴在顺时针或逆时针方向为5~85°。
〔15〕一种偏振片,其具有至少1个保护膜和偏振膜,所述至少1个保护膜为〔1〕~〔14〕中任一项所述的光学薄膜,所述光学薄膜的光学各向异性层侧的表面与所述偏振膜贴合。
〔16〕一种图像显示装置,其包含至少1个〔1〕~〔14〕中任一项所述的光学薄膜或〔15〕所述的偏振片。
〔17〕一种液晶显示装置,其从视觉识别侧起依次具有〔1〕~〔14〕中任一项所述的光学薄膜、偏振膜和液晶单元,所述光学薄膜按照低折射率层在视觉识别侧、所述光学各向异性层在所述偏振膜侧的方式配置。
发明的效果
根据本发明,能够提供以辊状进行卷取时不会发生粘接问题、生产率高、表面硬度高、没有图像的反射、黑色浓密度也优异、搭载的图像显示装置的图像品位(光学补偿优异、没有串扰等)也优异、适于偏振片或搭载了该偏振片的图像显示装置的薄型化的光学薄膜。
另外,本发明的光学薄膜适于以透射型液晶显示装置为基础的立体型图像显示装置。
具体实施方式
本说明书中,当数值表示物性值、特性值等时,“(数值1)~(数值2)”这样的记载表示“数值1以上~数值2以下”的意思。另外,本说明书中,“(甲基)丙烯酸酯”这样的记载表示“丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少任一个”的意思。“(甲基)丙烯酸”等也同样。
本发明的光学薄膜的特征在于,其在透明支撑体的一个面的最表面上具有由固化性树脂组合物形成的光学各向异性层,在另一个面上按照透明支撑体、硬涂层及低折射率层的顺序具有硬涂层和折射率为1.20~1.45且平均膜厚为50~120nm的低折射率层;
低折射率层含有平均粒径为30nm~65nm的无机微粒A、和平均粒径大于65nm且为130nm以下的无机微粒B、及粘合剂;
相对于所述低折射率层的总固体成分,无机微粒B的含量为1.5~15质量%;
具有所述低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于JIS B0601-2001的算术平均粗糙度Ra为0.030μm以下。
(可层叠于透明支撑体的层和其层构成)
本发明的光学薄膜根据目的,对于透明支撑体,在层叠了硬涂层和低折射率层的面上,除了硬涂层和低折射率层以外,还可以设置需要的功能层。例如,可以设置防反射层(中折射率层、高折射率层等调节折射率的层)、防静电层、紫外线吸收层、防污层等。
本发明的光学薄膜的光学各向异性层为由固化性树脂组合物形成的光学各向异性层。所述光学各向异性层优选含有液晶性化合物。当含有液晶化合物时,与光学各向异性层邻接的层优选为用于使液晶化合物取向的取向膜层。
本发明的光学薄膜的更优选的具体的层构成的例子如下所示,但只要不脱离本发明的主旨,则并不限定于这些。
作为光学各向异性层,可以是具有一定相位差的膜在面内均匀地形成的光学各向异性层,也可以是形成有慢轴的方向或相位差的大小彼此不同的相位差区域在面内规则地配置而成的图案的光学各向异性层。
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/导电性层/硬涂层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/导电性层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/高折射率层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/导电性层/硬涂层/高折射率层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/导电性层/硬涂层/高折射率层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/导电性层/高折射率层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/高折射率层/导电性层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/中折射率层/高折射率层/低折射率层光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/导电性层/硬涂层/中折射率层/高折射率层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/导电性层/中折射率层/高折射率层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/中折射率层/导电性层/高折射率层/低折射率层
光学各向异性层/(取向膜/)透明支撑体/硬涂层/中折射率层/高折射率层/导电性层/低折射率层
在另一方面,关于能够用于各功能层的材料及详细的层构成,可以使用日本特开2010-152311号公报的段落编号0018~0167、段落编号0170~0183、段落编号0187~0243中记载的材料和层构成,但本发明并不限定于这些。
下面,对本发明的光学薄膜的各层进行说明。
<透明支撑体>
本发明的光学薄膜中,使用透明支撑体。作为形成本发明的透明支撑体的材料,可以优选使用热塑性降冰片烯系树脂。作为热塑性降冰片烯系树脂,可列举出日本Zeon株式会社制的ZEONEX、ZEONOR、JSR株式会社制的ARTON等。
另外,作为形成本发明中的透明支撑体的材料,可以优选使用以以往一直被用作偏振片的透明保护薄膜的三乙酰纤维素为代表的纤维素系聚合物(以下称为纤维素酰化物)。以下,作为本发明的透明支撑体的例子,主要对纤维素酰化物的详细情况进行说明,但应明白其技术上的事项对于其他的高分子薄膜也同样地适用。
本发明的光学薄膜中,优选使用纤维素酰化物。这是因为,当用于液晶显示装置时,通过使用能够控制光学各向异性的材料和添加剂,能够适应所有的液晶显示模式。
本发明中使用的透明支撑体的厚度优选为20~80μm、更优选为30~70μm。当厚度过厚时,在将本发明的光学薄膜卷取为辊状时,由于卷芯附近的半径方向应力变大,会发生所谓的粘连(blocking)现象,因粘接导致光学薄膜易于变形。
<光学薄膜的雾度>
本发明的光学薄膜的雾度优选小于1%、更优选小于0.7%、最优选小于0.5%。通过使雾度在上述范围内,能够抑制过大的、光学上的散射,当将本发明的光学薄膜应用于液晶显示装置时,能够防止对比度的降低。
<低折射率层>
本发明的低折射率层的折射率为1.20~1.45、更优选为1.25~1.43、进一步优选为1.30~1.40,通过将折射率控制到该范围内,能够兼顾防止图像的反射和耐擦伤性。
<低折射率层的凹凸>
本发明的具有低折射率层的一侧的薄膜表面的基于JIS B0601-2001的算术平均粗糙度Ra为0.030μm以下。当大于0.030μm时,难以获得良好的黑色浓密性。另外,所述Ra优选为0.001~0.025μm、更优选为0.002~0.020μm。通过将Ra控制在该范围内,能够确保黑色浓密性。
另外,从抑制涂膜的白浊的同时减小粘接痕迹的观点出发,具有低折射率层的一侧的薄膜表面的根据AFM的算术平均面粗糙度Ra优选为2~6nm、进一步优选为2.5~5nm、最优选为2.5~4nm。
这里,算术平均面粗糙度Ra可以用原子力显微镜(AFM:Atomic ForceMicroscope、SPI3800N、Seiko Instruments株式会社制)对10μm见方的视野以256×256的测定点测定5个视野,作为从获得的图像分别测定的值的平均值算出。
<低折射率层的粒子>
本发明的光学薄膜的低折射率层含有平均粒径不同的多种无机微粒。
以下,对本发明中使用的平均粒径不同的多种无机微粒所发挥的功能详细地进行说明。
<无机微粒A>
本发明中,低折射率层所含有的无机微粒A的平均粒径为30nm~65nm,更优选为40nm~60nm。平均粒径为30nm~65nm的粒子主要用来控制低折射率层的折射率。因此,优选粒子自身的折射率小。
本发明中,平均粒径可以通过用电子显微镜观察随机选择的粒子来算出。本发明中,选择400个在低折射率层中含有的任意粒子,求出这些粒子的粒径分布(相对于粒径的粒数分布),将其粒数形成峰的粒径定义为平均粒径。
上述通过选择400个粒子而得到的粒径分布中,当存在多个峰时,为含有具有不同平均粒径的多种粒子。此时,所述多个峰相当于上述多种粒子具有的各个平均粒径。
即使是相同平均粒径的粒子,粒子的形状、材质等明显不同的粒子(例如不定形的非球状的粒子等)视为不同的粒子。不定形的非球状的粒子的情况下,粒径用当量球直径来表述。
另外,通过相同的制造方法和合成方法得到的粒子中,特别大的粒径的峰、被视为所谓的“粗大粒子”的粒子由于与本发明的主旨不相符,因此不包括在本发明的粒子中。
作为粒子的折射率小的粒子,具体地可列举出二氧化硅、氟化镁等,优选二氧化硅粒子。
二氧化硅粒子可以使用AEROSIL R972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600(以上由日本AEROSIL株式会社制)、SnowTex(日产化学株式会社)、sicastar(Corefront株式会社)、スルーリア(日挥触媒化成工业株式会社)等的市售品。
(多孔质或中空的微粒)
为了实现低折射率化,低折射率层中所含的无机微粒中至少1种优选使用多孔质或中空结构的微粒,无机微粒A特别优选为多孔质或中空结构的微粒。这些粒子的孔隙率优选为10~80%、进一步优选为20~60%、最优选为30~60%。使中空微粒的孔隙率在上述范围内,从低折射率化和维持粒子的耐久性的观点出发优选。
多孔质或中空粒子为二氧化硅的情况下,微粒的折射率优选为1.10~1.40、进一步优选为1.15~1.35、最优选为1.15~1.30。这里的折射率表示粒子整体的折射率,并非仅表示形成二氧化硅粒子的外壳的二氧化硅的折射率。
多孔质或中空二氧化硅的制造方法记载在例如日本特开2001-233611或日本特开2002-79616中。特别是对于壳的内部具有空洞的粒子,特别优选其壳的细孔被闭塞的粒子。另外,这些中空二氧化硅粒子的折射率可以按照日本特开2002-79616号公报中记载的方法算出。
低折射率层中所含有的所述无机微粒A的粒子的含量相对于总固体成分优选为20~60质量%、进一步优选为25~50质量%、最优选为30~45质量%。当其含量过少时,低折射率化的效果和改善耐擦伤性的效果减小;当其含量过多时,保持粒子的粘合剂的量变得过少、涂膜强度显著降低,低折射率层表面出现微细的凹凸、黑色浓密度等外观或积分反射率变差。
本发明中,低折射率层的粒子可以具有粒径分布,其变异系数优选为60%~5%、进一步优选为50%~10%。
当无机微粒A的粒径过小时,空孔部的比例减小、无法预料到折射率的降低;当其粒径过大时,低折射率层表面出现微细的凹凸,黑色浓密度这样的外观、积分反射率变差。二氧化硅微粒可以是结晶质、非晶的任一种,另外优选单分散粒子。形状最优选球形,但即使是不定形也没有问题。
本发明中,中空二氧化硅的比表面积优选为20~300m2/g、进一步优选为30~120m2/g、最优选为40~90m2/g。表面积可以使用氮通过BET法求出。
<无机微粒B>
下面,对本发明中使用的平均粒径大于65nm且为130nm以下的无机微粒B进行说明。
本发明中,无机微粒B是指低折射率层所含有的平均粒径大于65nm且为130nm以下的无机微粒。
本发明的低折射率层含有相对于总固体成分为1.5~15质量%的无机微粒B,其含量优选为3.0~10质量%、进一步优选为5.0~10.0质量%。无机微粒B主要发挥在低折射率层上形成凹凸的功能。
当无机微粒B过少时,凹凸的密度减小,由于除凹凸以外的平坦部分会导致发生粘接,因此不优选。当无机微粒B过多时,由于可见表面白浊,因此不优选。为了将用于控制折射率的无机微粒A致密地配置且赋予粘接耐受性,需要使无机微粒B的含有比在适当的范围内。
本发明中,无机微粒B的平均粒径进一步优选为65~110nm、特别优选为70~100nm。通过使平均粒径在上述范围内,能够利用大粒子抑制光散射,且能够抑制雾度和涂膜的白浊。
作为无机微粒B,具体地可列举出二氧化硅、氟化镁等,优选二氧化硅粒子。
上述二氧化硅粒子可以使用AEROSIL R972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600(以上日本AEROSIL株式会社制)、SnowTex(日产化学株式会社)、sicastar(Corefront株式会社)、スルーリア(日挥触媒化成工业株式会社)等市售品。其中,优选SnowTex IPA-ST-ZL、MEK-ST-ZL。
(无机微粒的表面处理方法)
低折射率层中含有的无机微粒中的至少1种为了改善在低折射率层形成用的涂布组合物中的分散性,优选无机微粒的表面利用有机硅烷的水解物和/或其部分缩合物进行了处理,更优选无机微粒A的表面利用有机硅烷的水解物和/或其部分缩合物进行了处理,进一步优选在处理时使用酸催化剂和金属螯合物中的任一种或者两者。有机硅烷的结构没有特别限定,末端具有(甲基)丙烯酰基的有机硅烷通过与粘合剂结合,能够获得优异的耐擦伤性,因此优选。作为具体的化合物,可以适宜地使用后文(有机硅烷化合物)中所示的化合物。
<低折射率层的厚度>
本发明的光学薄膜中,层叠在所述支撑体的一个面上的低折射率层的厚度为50~120nm、优选为70nm~110nm。当厚度过薄时,光学薄膜整体的色泽降低,大大有损提供高品质的液晶显示装置的目的,因此不优选。另外,当厚度过厚时,使用了不同粒子的凹凸变得无法赋予,发生粘接,因此不优选。
<固化性组合物>
关于本发明的光学薄膜,层叠在透明支撑体的一个面上的多个层中,低折射率层由含有上述平均粒径不同的多种上述粒子的固化性组合物形成。本发明中的固化性组合物只要能实现本发明的目的,则没有特殊限制,能够使用任意的固化性组合物。
以下,对本发明中的粘合剂进行说明。
作为上述低折射率层所含有的粘合剂形成材料,可以优选使用通过使含氟乙烯基单体与其他共聚成分共聚而成的含氟共聚物。
作为含氟乙烯基单体,可列举出氟代烯烃类(例如氟代乙烯、偏氟乙烯、四氟代乙烯、六氟代丙烯等)、(甲基)丙烯酸的部分或完全氟化烷基酯衍生物类(例如VISCOAT6FM(商品名,大阪有机化学制)或R-2020(商品名,Daikin制)等)、完全或部分氟化乙烯基醚类等,优选全氟代烯烃类,从折射率、溶解性、透明性、获得性等观点出发,特别优选六氟代丙烯。增加这些含氟乙烯基单体的组成比时,能降低折射率,但皮膜强度会降低。本发明中,关于含氟共聚物的含氟率,优选按照达到20~60质量%的方式导入含氟乙烯基单体,更优选按照达到25~55质量%的方式导入,进一步优选按照达到30~50质量%的方式导入。
作为与上述含氟乙烯基单体共聚的其他共聚成分,为了赋予交联反应性,优选可列举出下述(a)、(b)、(c)所示的单体等。
(a):(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、缩水甘油基乙烯基醚等在分子内预先具有自交联性官能团的单体。
(b):具有羧基、羟基、氨基、磺酸基等的单体(例如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟甲酯、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、丙烯酸烯丙酯、羟基乙基乙烯基醚、羟基丁基乙烯基醚、马来酸、巴豆酸等)。
(c):分子内具有与上述(a)、(b)的官能团反应的基团和与这些基团不同的交联性官能团的单体(例如可通过使丙烯酰氯作用于羟基等方法合成的单体)。
关于上述(c)的单体,交联性官能团优选为光聚合性基团。这里,作为光聚合性基团,可列举出例如(甲基)丙烯酰基、链烯基、肉桂酰基、亚肉桂基乙酰基、苯亚甲基苯乙酮基、苯乙烯基吡啶基、α-苯基马来酰亚胺基、苯基叠氮基、磺酰叠氮基、羰基叠氮基、重氮基、邻苯醌二叠氮基、呋喃基丙烯酰基、香豆素基、吡喃酮基、蒽基、二苯甲酮基、茋基、二硫代氨基甲酸酯基、黄原酸酯基、1,2,3-噻二唑基、环丙烯基、氮杂二氧杂双环基(azadioxabicyclo)等,它们可以仅是1种也可以是2种以上。其中,优选为(甲基)丙烯酰基和肉桂酰基,特别优选为(甲基)丙烯酰基。
作为用来制备含有光聚合性基团的含氟共聚物的具体方法,可列举出下述方法,但并不限定于这些。
a.使(甲基)丙烯酰氯与含有羟基的含交联性官能团的共聚物反应进行酯化的方法;
b.使含有异氰酸酯基的(甲基)丙烯酸酯与含有羟基的含交联性官能团的共聚物反应进行氨基甲酸酯化的方法;
c.使(甲基)丙烯酸与含有环氧基的含交联性官能团的共聚物反应进行酯化的方法;
d.使含有环氧基的(甲基)丙烯酸酯与含有羧基的含交联性官能团的共聚物反应进行酯化的方法。
上述光聚合性基团的导入量可以任意地进行调节,从涂膜面状稳定性和无机粒子共存时的面状故障降低和膜强度提高等角度出发,优选残留一定量的羧基、羟基等。
对本发明有用的含氟共聚物中,除了由上述含氟乙烯基单体导入的重复单元及在侧链具有(甲基)丙烯酰基的重复单元以外,从对基材的密合性、聚合物的Tg(赋予皮膜硬度)、在溶剂中的溶解性、透明性、润滑性、防尘和防污性等各种观点出发,还可以适当地使其他乙烯基单体共聚。这些乙烯基单体根据目的可以多种组合,优选在总计为共聚物中的0~65摩尔%的范围内导入、更优选为0~40摩尔%的范围、特别优选为0~30摩尔%的范围。
作为可并用的其他乙烯基单体,没有特殊限定,可列举出例如烯烃类(乙烯、丙烯、异戊二烯、氯乙烯、偏氯乙烯等)、丙烯酸酯类(丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-羟基乙酯)、甲基丙烯酸酯类(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯等)、苯乙烯衍生物(苯乙烯、对羟基甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯等)、乙烯基醚类(甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、环己基乙烯基醚、羟基乙基乙烯基醚、羟基丁基乙烯基醚等)、乙烯基酯类(醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、肉桂酸乙烯酯等)、不饱和羧酸类(丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、马来酸、衣康酸等)、丙烯酰胺类(N,N-二甲基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺等)、甲基丙烯酰胺类(N,N-二甲基甲基丙烯酰胺)、丙烯腈等。
本发明中特别有用的含氟共聚物是全氟代烯烃与乙烯基醚类或乙烯基酯类的无规共聚物。特别优选具有可单独发生交联反应的基团((甲基)丙烯酰基等自由基反应性基团、环氧基、氧杂环丁烷基等开环聚合性基团等)。这些含交联反应性基团的聚合单元优选占聚合物的总聚合单元的5~70mol%、特别优选占30~60mol%的情况。关于优选的聚合物,可列举出日本特开2002-243907号、日本特开2002-372601号、日本特开2003-26732号、日本特开2003-222702号、日本特开2003-294911号、日本特开2003-329804号、日本特开2004-4444、日本特开2004-45462号中记载的聚合物。
本发明的含氟共聚物中,从赋予防污性的目的出发,优选导入有聚硅氧烷结构。聚硅氧烷结构的导入方法没有限制,优选例如如日本特开平6-93100号、日本特开平11-189621号、日本特开平11-228631号、日本特开2000-313709号各公报中记载的,使用有机硅大分子偶氮引发剂导入聚硅氧烷嵌段共聚成分的方法;如日本特开平2-251555号、日本特开平2-308806号各公报中记载的,使用有机硅大分子单体导入聚硅氧烷接枝共聚成分的方法。作为特别优选的化合物,可列举出日本特开平11-189621号的实施例1、2和3的聚合物、或日本特开平2-251555号的共聚物A-2和A-3。这些聚硅氧烷成分优选为含氟共聚物中的0.5~10质量%、特别优选为1~5质量%。
关于本发明中可优选使用的含氟共聚物的优选分子量,质均分子量为5000以上、优选为10000~500000、最优选为15000~200000。通过并用平均分子量不同的含氟共聚物,还能够进行涂膜面状的改良和耐损伤性的改良。
(具有聚合性不饱和键的化合物)
作为上述粘合剂形成材料,还优选使用具有聚合性不饱和键的化合物。如日本特开平10-25388号公报和日本特开2000-17028号公报中记载的,可以将上述含氟共聚物与具有聚合性不饱和键的化合物适当并用。另外,如日本特开2002-145952号记载的,也优选含氟共聚物与具有聚合性不饱和键的多官能团的含氟化合物并用。作为具有聚合性不饱和键的化合物,可列举出具有(甲基)丙烯酰基、乙烯基、苯乙烯基、烯丙基等聚合性官能团的化合物,其中,优选(甲基)丙烯酰基。可以特别优选使用下述的在1个分子内含有2个以上的(甲基)丙烯酰基的化合物。这些化合物特别是在使用了在含氟共聚物本体中具有聚合性不饱和基团的化合物的情况下,对于耐擦伤性或药品处理后的耐擦伤性的改善有很大的并用效果,因此优选。
作为具有聚合性不饱和键的化合物的具体例子,可以共通地使用后述的硬涂层所使用的硬涂层形成用组合物用固化性单体中记载的化合物。
多官能团单体可以二种以上并用。
这些具有烯键式不饱和基团的单体的聚合可以在光自由基引发剂或热自由基引发剂的存在下利用电离放射线的照射或加热来进行。
光聚合性多官能团单体的聚合反应优选使用光聚合引发剂。作为光聚合引发剂,优选光自由基聚合引发剂和光阳离子聚合引发剂,特别优选的是光自由基聚合引发剂。
(含氟多官能团单体)
本发明中,作为固化性组合物,也优选使用下述含氟多官能团单体,其为具有3个以上的聚合性基团的含氟化合物,氟含有率为该含氟化合物的分子量的35.0质量%以上,当使所述聚合性基团聚合时,所有交联间分子量的计算值为300以下。
作为所述含氟多官能团单体,优选下述通式(1)表示的化合物。
通式(1):
[化学式2]
(式中,Rf1表示可具有醚键的(p+q)价的全氟代饱和烃基。Rf2表示至少含有碳原子和氟原子、可以含有氧原子或氢原子的链状或环状的1价的氟化烃基。p表示3~10的整数、q表示0~7的整数、且(p+q)表示3~10的整数。r表示0~100的整数,s、t分别独立地表示0或1。R表示氢原子、甲基或氟原子。对(OCF2CF2)、(OCF2)、(OCFRf2)的配置顺序没有限制。)
对通式(1)进行说明。
Rf1表示可具有醚键的(p+q)价的全氟代饱和烃基(称为含氟芯部)。作为含氟芯部的代表性烃基,可列举出下述的具体例子,但本发明并不限定于这些。
[化学式3]
[化学式4]
上述具体例子中,优选Rf-6、8~15、17。上述具体例子中,*表示与反应性官能团或羟基连接的位置。其中,反应性官能团或羟基与含氟芯部之间,可以具有二价的连接基团。
作为该二价的连接基团,表示碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为6~10的亚芳基、-O-、-S-、-N(Ra)-、碳原子数为1~10的亚烷基与-O-、-S-或-N(Ra)-组合而得到的基团、碳原子数为6~10的亚芳基与-O-、-S-或-N(Ra)-组合而得到的基团。Ra表示氢原子或碳原子数为1~5的烷基。该二价的连接基团表示亚烷基或亚芳基时,该二价的连接基团表示的亚烷基和亚芳基优选被卤素原子取代,优选被氟原子取代。
Rf2表示至少含有碳原子和氟原子、可以含有氧原子或氢原子的(可以含有氧原子和氢原子二者)链状或环状的1价的氟化烃基。
Rf2优选为碳原子数为1~12的链状或分支的全氟代烷基(例如三氟代甲基、全氟代乙基、全氟代丙基等)或碳原子数为3~12的全氟代环烷基(例如全氟代戊基、全氟代环己基等),更优选为上述的全氟代烷基,最优选为三氟代甲基。
p表示3~10的整数、优选3~6、更优选3~4。
q表示0~7的整数、优选0~3、更优选0~1、进一步优选0。
(p+q)表示3~10的整数、优选3~6、更优选3~4。
r表示0~100的整数、优选0~20、更优选1~5、进一步优选1。s表示0或1、优选0。t表示0或1。
R表示氢原子、甲基或氟原子,优选氢原子、甲基,更优选氢原子。
通式(1)中,r=1~5、s=0或1、t=0或1、p=3~6、q=0的情况也是优选的方式。
作为所述含氟多官能团单体的其他例子,具体地可以优选使用日本特开2006-28409号公报的段落编号〔0023〕~〔0027〕中记载的X-2~4、X-6、X-8~14、X21~33。
另外,还可以优选使用日本特开2006-284761号公报的段落编号〔0062〕~〔0065〕中记载的M-1~M-16。
低折射率层中使用的无机微粒B由于粒径大,当发生凝集时,在涂膜表面会形成不需要的大的凹凸,容易发生白浊。通过将上述含氟化合物并用,粒子的凝集难以发生,能够在防止粘接痕迹的同时抑制涂膜的白浊。此外,还能够兼顾低折射率和优异的耐擦伤性。
尤其是从兼顾耐擦伤性和低折射率的观点出发,特别优选使用上述X-22和M-1,最优选使用M-1。
另外,也可以适当使用WO2005/059601号公报的段落编号0135~0149中记载的下述化合物。
[化学式5]
(上述通式(I)中,A1~A6分别独立地表示丙烯酰基、甲基丙烯酰基、α-氟代丙烯酰基、或三氟代甲基丙烯酰基,n、m、o、p、q、r各自独立地表示0~2的整数,R1~R6各自独立地表示碳原子数为1~3的亚烷基、或氢原子中的1个以上被氟原子取代而得到的碳原子数为1~3的氟代亚烷基。)
[化学式6]
(上述通式(II)中,A11~A14各自独立地表示丙烯酰基、甲基丙烯酰基、α-氟代丙烯酰基、或三氟代甲基丙烯酰基,s、t、u、v各自独立地表示0~2的整数,R11~R14各自独立地表示碳原子数为1~3的亚烷基、或氢原子中的1个以上被氟原子取代而得到的碳原子数为1~3的氟代亚烷基。)
另外,也可以优选使用以下所示的化合物MA1~MA20。
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
[化学式11]
此外,也可以适当使用日本特开2006-291077号公报的段落编号0014~0028中记载的化合物。
(有机硅烷化合物)
关于在构成本发明的光学薄膜的一个面上层叠的层中的至少1层,从耐擦伤性的角度出发,在形成该层的涂布液中优选含有有机硅烷化合物的水解物和/或其部分缩合物中的至少一种成分、即所谓的溶胶成分(下文有时也如此称呼)。
本发明的光学薄膜中,特别是为了兼顾防反射能力和耐擦伤性,优选低折射率层含有溶胶成分。该溶胶成分在涂布涂布液后经干燥、加热工序而发生缩合形成固化物,从而成为上述层的粘合剂的一部分。另外,该固化物具有聚合性不饱和键时,在活性光线的照射下会形成具有3维结构的粘合剂。
有机硅烷化合物优选下述通式1表示的化合物。
通式1:(R1)m-Si(X)4-m
上述通式1中,R1表示取代或无取代的烷基、取代或无取代的芳基。作为烷基,优选碳原子数为1~30的烷基、更优选碳原子数为1~16的烷基、特别优选碳原子数为1~6的烷基。作为烷基的具体例子,可列举出甲基、乙基、丙基、异丙基、己基、癸基、十六烷基等。作为芳基,可列举出苯基、萘基等,优选苯基。
X表示羟基或能水解的基团,例如烷氧基(优选碳原子数为1~5的烷氧基,可列举出例如甲氧基、乙氧基等)、卤素原子(例如Cl、Br、I等)、和R2COO(R2优选氢原子或碳原子数为1~6的烷基。可列举出例如CH3COO、C2H5COO等)表示的基团,优选为烷氧基,特别优选为甲氧基或乙氧基。
m表示1~3的整数、优选为1~2。
存在多个X时,多个X分别可以相同也可不同。
作为包含在R1中的取代基,没有特别限制,可列举出卤素原子(氟、氯、溴等)、羟基、巯基、羧基、环氧基、烷基(甲基、乙基、异丙基、丙基、叔丁基等)、芳基(苯基、萘基等)、芳香族杂环基(呋喃基、吡唑基、吡啶基等)、烷氧基(甲氧基、乙氧基、异丙氧基、己氧基等)、芳氧基(苯氧基等)、烷基硫基(甲基硫基、乙基硫基等)、芳基硫基(苯基硫基等)、链烯基(乙烯基、1-丙烯基等)、酰氧基(乙酸基、丙烯酰基氧基、甲基丙烯酰基氧基等)、烷氧基羰基(甲氧基羰基、乙氧基羰基等)、芳氧基羰基(苯氧基羰基等)、氨基甲酰基(氨基甲酰基、N-甲基氨基甲酰基、N,N-二甲基氨基甲酰基、N-甲基-N-辛基氨基甲酰基等)、酰基氨基(乙酰基氨基、苯甲酰氨基、丙烯酰基氨基、甲基丙烯酰基氨基等)等,这些取代基还可以进一步被取代。
R1优选为取代烷基或取代芳基。
作为有机硅烷化合物,也优选以通式2的化合物为起始原料而合成的下述通式2表示的具有乙烯基聚合性的取代基的有机硅烷化合物。
通式2
[化学式12]
上述通式2中,R2表示氢原子、甲基、甲氧基、烷氧基羰基、氰基、氟原子或氯原子。作为烷氧基羰基,可列举出甲氧基羰基、乙氧基羰基等。优选氢原子、甲基、甲氧基、甲氧基羰基、氰基、氟原子和氯原子,进一步优选氢原子、甲基、甲氧基羰基、氟原子和氯原子,特别优选氢原子和甲基。
Y表示单键或*-COO-**、*-CONH-**或*-O-**,优选单键、*-COO-**和*-CONH-**,进一步优选单键和*-COO-**,特别优选*-COO-**。*表示与=C(R2)-键合的位置,**表示与L键合的位置。
L表示2价的连接链。具体地,可列举出取代或无取代的亚烷基、取代或无取代的亚芳基、内部具有连接基团(例如醚、酯、酰胺等)的取代或无取代的亚烷基、内部具有连接基团的取代或无取代的亚芳基,优选取代或无取代的亚烷基、取代或无取代的亚芳基、内部具有连接基团的亚烷基,进一步优选无取代的亚烷基、无取代的亚芳基、内部具有醚或酯连接基团的亚烷基,特别优选无取代的亚烷基、内部具有醚或酯连接基团的亚烷基。取代基可列举出卤素、羟基、巯基、羧基、环氧基、烷基、芳基等,这些取代基还可以进一步被取代。
l表示满足l=100-m的数学式的数、m表示0~50的数。m更优选为0~40的数、特别优选0~30的数。
R3~R5优选卤素原子、羟基、无取代的烷氧基、或无取代的烷基。R3~R5更优选氯原子、羟基、无取代的碳原子数为1~6的烷氧基,进一步优选羟基、碳原子数为1~3的烷氧基,特别优选羟基或甲氧基。
R6表示氢原子、烷基。烷基优选甲基、乙基等。R7优选由上述通式1的R1定义的基团或羟基,更优选羟基或无取代的烷基,进一步优选羟基或碳原子数为1~3的烷基,特别优选羟基或甲基。
通式1的化合物可以并用2种以上。特别是,通式2的化合物是以2种通式1的化合物为起始原料而合成的。以下示出了通式1的化合物和通式2表示的化合物的起始原料的具体例子,但并不是进行限定。
[化学式13]
[化学式14]
[化学式15]
[化学式16]
[化学式17]
[化学式18]
[化学式19]
SI-48甲基三甲氧基硅烷
为了获得本发明的所期望的效果,有机硅烷的水解物和/或其部分缩合物中,含有上述乙烯基聚合性基团的有机硅烷的含量优选在有机硅烷的水解物和/或其部分缩合物的总量中占30质量%~100质量%,更优选占50质量%~100质量%、进一步优选70质量%~95质量%。
上述有机硅烷的水解物和其部分缩合物的至少任一种优选为了涂布品性能的稳定化而抑制挥发性,具体地优选105℃下每1小时的挥发量为5质量%以下、更优选为3质量%以下、特别优选为1质量%以下。
本发明中使用的溶胶成分通过将上述有机硅烷水解和/或部分缩合来制备。
水解缩合反应是如下进行的:相对于水解性基团(X)1摩尔添加0.05~2.0摩尔、优选0.1~1.0摩尔的水,在本发明所使用的催化剂的存在下、在25~100℃下进行搅拌。
上述有机硅烷的水解物和其部分缩合物的至少任一种中,关于含有乙烯基聚合性基团的有机硅烷的水解物和其部分缩合物的任一种的质均分子量,在将分子量小于300的成分除外的情况下,优选450~20000、更优选500~10000、进一步优选550~5000、进一步优选600~3000。
这里,质均分子量和分子量是利用使用了TSKgel GMHxL、TSKgel G4000HxL、TSKgel G2000HxL(均为TOSOH株式会社制的商品名)的柱的GPC分析装置、通过溶剂THF、示差折射计检测而得到的以聚苯乙烯换算表示的分子量,含量为以分子量为300以上的成分的峰面积为100%时的上述分子量范围的峰的面积%。
分散度(质均分子量/数均分子量)优选为3.0~1.1、更优选为2.5~1.1、进一步优选为2.0~1.1、特别优选为1.5~1.1。
对本发明中使用的有机硅烷化合物的水解物和部分缩合物的详细情况进行说明。
有机硅烷的水解反应、继其之后的缩合反应通常在催化剂的存在下进行。作为催化剂,可列举出盐酸、硫酸、硝酸等无机酸类;草酸、醋酸、丁酸、马来酸、柠檬酸、甲酸、甲磺酸、甲苯磺酸等有机酸类;氢氧化钠、氢氧化钾、氨等无机碱类;三乙基胺、吡啶等有机碱类;三异丙氧基铝、四丁氧基锆、钛酸四丁基酯、二丁基锡二月桂酸酯等金属醇盐类;以Zr、Ti或Al等金属为中心金属的金属螯合物等;KF、NH4F等含F化合物。
上述催化剂可以单独使用,也可以多种并用。
有机硅烷的水解和缩合反应可以无溶剂地进行,也可以在溶剂中进行,但是为了使成分均匀混合,优选使用有机溶剂,例如醇类、芳香族烃类、醚类、酮类、酯类等是适合的。
溶剂优选能够使有机硅烷和催化剂溶解的溶剂。另外,从工序上出发优选有机溶剂用作涂布液或涂布液的一部分,优选当与含氟聚合物等其它材料混合时不影响溶解性或分散性的溶剂。
通过相对于有机硅烷的水解性基团1摩尔,添加0.05~2摩尔、优选0.1~1摩尔的水,在上述溶剂存在下或不存在下,并且在催化剂的存在下、在25~100℃下进行搅拌来进行。
本发明中使用的涂布液中,除了含有上述溶胶成分和金属螯合物的组合物外,还优选添加β-二酮化合物和β-酮酸酯化合物中的至少一种。
上述有机硅烷化合物的水解物和部分缩合物的含量优选在较薄的薄膜即防反射层的情况下较少、在厚膜即硬涂层的情况下较多。当考虑效果的显现、折射率、膜的形状和面状等时,含量优选为含有层(添加层)的总固体成分的0.1~50质量%、更优选为0.5~30质量%、最优选为1~15质量%。
用于本发明的低折射率层形成用的组合物中,优选含有在后文的“光聚合引发剂”中记述的光聚合引发剂。关于本发明中的低折射率层形成用组合物中的光聚合引发剂的含量,从为了使低折射率层形成用组合物中所含的可聚合的化合物聚合而设定为足够多的量、且为了不会过度增加引发点而设定得足够少的量的理由出发,相对于低折射率层形成用组合物中的总固体成分,优选为0.5~8质量%、更优选为1~5质量%。
本发明的光学薄膜中,作为在所述支撑体的一个面上层叠的层的最优选的例子,对硬涂层进行说明。
<硬涂层形成用组合物>
本发明中,硬涂层是指通过形成该层而使透明支撑体的铅笔硬度提高的层。从实用的角度出发,硬涂层层叠后的铅笔硬度(JIS K5400)优选为1H以上、进一步优选为2H以上、最优选为3H以上。硬涂层的厚度优选为0.4~35μm、进一步优选为1~30μm、最优选为1.5~20μm。
硬涂层形成用组合物优选含有固化性的单体、光聚合引发剂和溶剂。所使用的溶剂只要能使固化性的单体和光聚合引发剂溶解,能够制作硬涂层形成用组合物,则没有特殊的限定,可以优选使用以下这样的溶剂、和固化性的单体。
<溶剂>
硬涂层使用的溶剂优选为选自(S-1)和(S-2)中的至少1种溶剂与选自(S-3)中的至少1种溶剂的混合物,或者选自(S-1)中的至少1种溶剂与选自(S-2)中的至少1种溶剂的混合物。
(S-1)使透明支撑体溶解的溶剂
(S-2)使透明支撑体溶胀的溶剂
(S-3)不会使透明支撑体溶解或溶胀的溶剂
这里,使透明支撑体溶解的溶剂(S-1)是指:当在室温(25℃)下将24mm×36mm大小的基材薄膜浸渍到装有该溶剂的15cc的瓶中60秒后取出,然后将浸渍过的溶液通过凝胶渗透色谱法(GPC)分析时,透明支撑体成分的峰面积为400mV/sec以上的溶剂。或者,在室温(25℃)下将24mm×36mm(厚度为80μm)大小的基材薄膜浸渍到装有该溶剂的15cc的瓶中经过24小时,并适当摇晃瓶子等,薄膜完全溶解、形态消失的溶剂,也是指对基材有溶解能力的溶剂。
另外,对透明支撑体具有溶胀能力的溶剂(S-2)是指:在25℃下将24mm×36mm(成型为厚度80μm)大小的基材薄膜纵向放入装入有该溶剂的15cc的瓶中浸渍60秒,边适当摇晃该瓶子边进行观察,可见弯曲或变形的溶剂(薄膜溶胀部分的尺寸发生变化,可观察到弯曲或变形。没有溶胀能力的溶剂未见弯曲或变形这样的变化)。
另外,不会使透明支撑体溶解或溶胀的溶剂(S-3)是指:不属于上述(S-1)和(S-2)的溶剂。
当透明支撑体为组成不同的多种材料的层叠体时,使用涂布有硬涂层的一侧的透明支撑体的最表面部分的材料来进行判定。
下面,以使用三乙酰纤维素膜作为透明支撑体的情况为例,对具有溶解能力或溶胀能力的溶剂进行示例。
作为使支撑体溶解的溶剂(S-1),可列举出例如甲酸甲酯、醋酸甲酯、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、二噁烷、二氧杂戊环、氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷等。
作为使支撑体溶胀的溶剂(S-2),可列举出例如甲乙酮(MEK)、环己酮、二丙酮醇、醋酸乙酯、乳酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯。
另外,作为不会使支撑体溶解和溶胀的溶剂(S-3),可列举出例如甲基异丁基酮(MIBK)、甲苯、二甲苯。
对本发明中可使用的溶剂的混合比例进行说明。
本发明中可使用的溶剂的优选的一个方式为选自(S-1)和(S-2)中的至少1种溶剂与选自(S-3)中的至少1种溶剂的混合物。优选(S-1)与(S-3)并用或(S-2)与(S-3)并用。这些混合溶液的情况下,相对于总溶剂的(S-1)或(S-2)的比率优选为20~90质量%、进一步优选为30~80质量%。另外,在以该混合溶剂使用的情况中,作为(S-1),优选为醋酸甲酯或丙酮、进一步优选为醋酸甲酯。另外,作为(S-2),优选为甲乙酮、环己酮、醋酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯,进一步优选为甲乙酮、醋酸乙酯、碳酸二甲酯。
本发明中可使用的溶剂的优选的另一方式为选自(S-1)中的至少1种溶剂与选自(S-2)中的至少1种溶剂的混合物。(S-1)与(S-2)的比率(质量比)优选为90:10~10:90、进一步优选为80:20~20:80、最优选为30:70~70:30。
硬涂层组合物的溶剂优选为含有液晶性化合物的层的氟系取向助剂的溶解性高的溶剂,特别优选含有醋酸甲酯、甲乙酮、碳酸二甲酯。通过为上述溶剂组成,能够在透明支撑体与硬涂层之间形成化合物分布(透明支撑体成分与硬涂层成分)从透明支撑体侧到硬涂层侧缓慢变化的梯度区域。
这里,硬涂层是指仅含有硬涂层成分而不含有透明支撑体成分的部分,透明支撑体是指不含有硬涂层成分的部分。
梯度区域的厚度从抑制干涉斑的观点出发,优选相对于硬涂层的厚度为5%~200%、进一步优选为5%~150%、最优选为5%~95%。
作为优选上述区域的理由,通过形成该范围的梯度区域,即使在透明支撑体与硬涂层之间存在折射率差,也难以引起干涉斑。另外,还因为如果梯度区域薄,则硬涂层厚度也那样程度地增厚,因此易于保持良好的硬涂性(高硬度和低卷曲)。
另外,梯度区域可以如下测定:当将薄膜用切片机切削、并用飞行时间型二次离子质量分析装置(TOF-SIMS)分析截面时,将同时检测到透明支撑体成分和硬涂层成分的部分作为该梯度区域,该区域的膜厚也同样地可根据TOF-SIMS的截面信息进行测定。
关于本发明的硬涂层形成用组合物中的总溶剂量,组合物中的固体成分的浓度优选为1~70质量%的范围、更优选为20~70质量%的范围、进一步优选为40~70质量%、更优选为45~65质量%、进一步优选为50~65质量%、最优选为55~65质量%。
<硬涂层形成用组合物中可使用的固化性单体>
下面,对本发明的硬涂层形成用组合物可使用的固化性单体的优选的方式进行说明。
本发明中,作为硬涂层形成用组合物,可优选使用在1个分子中具有3个以上的官能团的化合物。在1个分子中具有3个以上的官能团的化合物可以作为硬涂层的粘合剂和固化剂发挥功能,从而可提高涂膜的硬度和耐擦伤性。1个分子中的官能团的数目优选为3~20、更优选为3~10、最优选为3~6。
在1个分子中具有3个以上的官能团的化合物在本发明的硬涂层形成用组合物中也优选并用2种以上。
作为在1个分子中具有3个以上的官能团的化合物,可列举出具有(甲基)丙烯酰基、乙烯基、苯乙烯基、烯丙基等聚合性官能团(聚合性不饱和双键)的化合物,其中优选具有(甲基)丙烯酰基和-C(O)OCH=CH2的化合物。特别优选可以使用下述的在1个分子内含有3个以上的(甲基)丙烯酰基的化合物。
作为具有聚合性官能团的化合物的具体例子,可列举出亚烷基二醇的(甲基)丙烯酸二酯类、聚氧亚烷基二醇的(甲基)丙烯酸二酯类、多元醇的(甲基)丙烯酸二酯类、环氧乙烷或环氧丙烷加成物的(甲基)丙烯酸二酯类、环氧(甲基)丙烯酸酯类、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯类、聚酯(甲基)丙烯酸酯类等。
其中,优选多元醇与(甲基)丙烯酸的酯类。可列举出例如季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、EO改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、PO改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、EO改性磷酸三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、1,2,3-环己烷四甲基丙烯酸酯、聚氨酯聚丙烯酸酯、聚酯聚丙烯酸酯、己内酯改性三(丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯等。
作为在1个分子中具有3个以上的官能团的化合物,可使用市售品。例如作为具有(甲基)丙烯酰基的多官能团丙烯酸酯系化合物类,可列举出日本化药株式会社制KAYARADDPHA、DPCA-30、PET30,新中村化学工业株式会社制A-TMMT。另外,作为聚氨酯聚丙烯酸酯,可列举出新中村化学工业株式会社15HA、U4HA、UA306H、EB5129等。
关于本发明中的硬涂层形成用组合物中的在1个分子中具有3个以上的官能团的化合物的含量,为了给予充分的聚合率而赋予硬度等,相对于硬涂层形成用组合物中的总固体成分,优选为40~99质量%、更优选为45~99质量%、进一步优选为50~99质量%、最优选为55~95质量%。
另外,本发明中,还可以使用在1个分子中具有3个以上官能团的氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物。
本发明中,相对于上述的在1个分子中具有3个以上的官能团的化合物,还优选并用在1个分子中具有2个以下官能团的化合物。作为在1个分子中具有2个以下官能团的化合物,可列举出具有(甲基)丙烯酰基、乙烯基、苯乙烯基、烯丙基等聚合性官能团(聚合性不饱和双键)的化合物,其中优选具有(甲基)丙烯酰基和-C(O)OCH=CH2的化合物。在1个分子中具有2个以下官能团的化合物易于浸透到透明支撑体中,通过与上述化合物并用,易于形成梯度区域、且易于获得没有梯度层与硬涂层的折射率界面的效果。
作为在1个分子中具有2个以下官能团的化合物的具体例子,可列举出新戊二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等亚烷基二醇的(甲基)丙烯酸二酯类;
二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯等亚乙基单元重复数为8以下的聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯,二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等亚丙基单元重复数为6以下的聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等聚氧亚烷基二醇的(甲基)丙烯酸二酯类;
季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-环己烷二甲醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯等多元醇的(甲基)丙烯酸二酯类;
2,2-双{4-(甲基丙烯酰氧基·乙氧基)苯基}丙烷、2,2-双{4-(丙烯酰氧基·二乙氧基)苯基}丙烷等环氧乙烷加成物的(甲基)丙烯酸二酯类;
异冰片基(甲基)丙烯酸酯、辛基(甲基)丙烯酸酯、癸基(甲基)丙烯酸酯、脂肪族环氧(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化苯基(甲基)丙烯酸酯、β-羧基乙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰基氧乙基琥珀酸酯、甘油单(甲基)丙烯酸酯、2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯、环己基(甲基)丙烯酸酯、月桂基(甲基)丙烯酸酯等单官能团的(甲基)丙烯酸酯类;等。
作为在1个分子中具有2个以下官能团的化合物,可以使用市售品,可列举出日油株式会社制的Blemmer E、Blemmer PE―90、Blemmer GMR、Blemmer PME-100、BlemmerPME-200、Blemmer PME-400、Blemmer PDE―200、Blemmer PDE―400,新中村化学社制的ABE10、ABE300、A-200、A-400,大阪有机化学工业株式会社制的VISCOAT#195,Daicel工业的EB4858等。
本发明中的硬涂层形成用组合物中的在1个分子中具有2个以下官能团的化合物的含量相对于硬涂组合物中所含的多官能团材料优选为0质量%~10质量%。更优选为0.5~9质量%、进一步优选为0.5~8质量%。通过提高在1个分子中具有2个以下官能团的化合物的添加量,卷曲显著改善,另一方面,当过多地添加时,铅笔硬度有时会下降,从获得卷曲改善的同时硬度良好的区域的观点出发,优选上述添加量范围。
不过,关于上述添加量,采用单官能团的化合物时和采用2个官能团的化合物时的最适范围可以偏离±5%。这是因为与使用2个官能团的化合物时相比,使用单官能团的化合物时的卷曲改善效果较大。
另外,另一优选的硬涂层单体的第3方式为硬涂层形成用组合物所含有的单体的至少一部分是下述(Aa)。
(Aa)具有1个以上的可光聚合的基团且具有-(CH2CH2O)n-结构的聚环氧乙烷化合物(n表示1~50的数)
[(Aa)聚环氧乙烷化合物]
对本发明的硬涂层形成用组合物中所含的所述(Aa)具有1个以上的可光聚合的基团且具有-(CH2CH2O)n-结构的聚环氧乙烷化合物(n表示1~50的数)进行说明。
(Aa)聚环氧乙烷化合物具有1个以上的可光聚合的基团且具有-(CH2CH2O)n-结构(n表示1~50的数)。
作为(Aa)聚环氧乙烷化合物所具有的可光聚合的基团的数目,从抑止渗出且不影响硬涂层的硬度的观点出发,作为官能团当量,优选为10~2000g·mol-1、更优选为50~1000g·mol-1、进一步优选为100~500g·mol-1。作为进一步具体的官能团数目,优选为1~18个、更优选为2个或3个、进一步优选2个。
作为(Aa)聚环氧乙烷化合物所具有的可光聚合的基团,可列举出(甲基)丙烯酰基、(甲基)丙烯酰基氧基、乙烯基、烯丙基等,从与其他具有不饱和双键的化合物的反应性良好的观点出发,优选为(甲基)丙烯酰基氧基、更优选为丙烯酰基氧基。
(Aa)聚环氧乙烷化合物中,n表示重复数目、表示1~50的数。n优选为1~30、更优选为3~20。
特别地,(Aa)聚环氧乙烷化合物中,当可光聚合的基团为2个时,n优选为1~20、更优选为3~15。(Aa)聚环氧乙烷化合物中,当可光聚合的基团为2个时,当n为20以下时,硬涂层的硬度提高,因此优选。另外,当n为1以上时,在减少卷曲方面优异,因此优选。
另外,(Aa)聚环氧乙烷化合物中,当可光聚合的基团为3个时,n优选为1~30、更优选为5~20。考虑这是因为,与n为2的情况相比,交联密度进一步增高,从而对于减少卷曲而言,最适值向聚环氧乙烷链更长的一方变化。
关于(Aa)聚环氧乙烷化合物中所含的-(CH2CH2O)n-结构的数目,从将1个分子中所含的-(CH2CH2O)-结构的总个数进行比较时、聚环氧乙烷链较长对于减少卷曲是有利的这点出发,优选较少,更优选为6个以内,进一步优选为4个以内,特别优选为1个。
(Aa)聚环氧乙烷化合物的分子量优选为1000以下。当分子量为1000以下时,硬涂层的硬度提高、卷曲减少效果也大,因此优选。考虑这是因为,当(Aa)聚环氧乙烷化合物的分子量为1000以下时,(Aa)聚环氧乙烷化合物变得难以聚集在透明支撑体表面。
(Aa)聚环氧乙烷化合物包含可光聚合的基团和-(CH2CH2O)n-结构,但也可以包含除这些以外的结构。可列举出例如亚烷基、酰胺键、磺酰胺键、硫代酰胺键、醚键、酯键、尿烷键等。
从卷曲减少效果最易显现的理由出发,(Aa)聚环氧乙烷化合物优选由可光聚合的基团和-(CH2CH2O)n-结构构成。
(Aa)聚环氧乙烷化合物可以具有分支状或直线状的结构,当比较一分子中所含的(CH2CH2O)结构的数目相同的具有分支状和直线状的结构的化合物时,分支碳部分没有卷曲减少效果,因此从直线状的化合物能够更有利地减少卷曲的观点出发,优选具有直线状的结构的化合物。
作为(Aa)聚环氧乙烷化合物的特别优选的结构,优选为在1个-(CH2CH2O)n-结构的两末端键合了可光聚合的基团的结构的下述通式(a1)表示的化合物。
[化学式20]
上述式中,RA和RB各自独立地表示氢原子或甲基。n与上述含义相同、优选的范围也相同。其中,最优选n≈9。
下面示出(Aa)聚环氧乙烷化合物的具体例子,但并不限定于这些。其中,将环氧乙烷简记为“EO”。
EO加成三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯
EO加成季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯
EO加成二-(三羟甲基丙烷)四(甲基)丙烯酸酯
EO加成二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯
EO加成二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯
三(2-羟基乙基)异氰脲酸酯三(甲基)丙烯酸酯
EO改性二甘油四丙烯酸酯
(Aa)聚环氧乙烷化合物可以通过例如日本特开2001-172307号公报、日本专利第4506237号公报等中记载的方法合成。另外,作为(Aa)聚环氧乙烷化合物,也可以使用市售品。作为市售品,优选可列举出新中村化学工业株式会社制的“A-400”,日油株式会社制的“Blemmer PP-500”、“Blemmer PME-1000”,大阪有机化学工业株式会社制的“VISCOAT V#360”,共荣社化学制的“DGE-4A”等。
关于本发明的硬涂层形成用组合物中的(Aa)聚环氧乙烷化合物的含量,从在不会减小硬涂层的硬度的范围内卷曲减少效果也优异的观点出发,相对于硬涂层形成用组合物中的总固体成分,优选为0质量%~40质量%、更优选为3质量%~30质量%、进一步优选为5质量%~20质量%。
<光聚合引发剂>
本发明中的硬涂层形成用组合物中优选含有光聚合引发剂。
作为光聚合引发剂,可列举出苯乙酮类、苯偶姻类、二苯甲酮类、氧化膦类、缩酮类、蒽醌类、噻吨酮类、偶氮化合物、过氧化物类、2,3-二烷基二酮化合物类、二硫化物化合物类、氟代胺化合物类、芳香族锍鎓类、三苯基咪唑二聚物类、鎓盐类、硼酸盐类、活性酯类、活性卤素类、无机络合物、香豆素类等。光聚合引发剂的具体例子和优选的方式、市售品等在日本特开2009-098658号公报的段落[0133]~[0151]中有记载,在本发明中可同样适用。
“最新UV硬化技術”{(株)技術情報協会}(1991年)、p.159和“紫外線硬化システム”加藤清视著(平成元年、総合技術センター発行)、p.65~148中也记载有各种例子,可用于本发明。
关于本发明中的硬涂层形成用组合物中的光聚合引发剂的含量,从为了使硬涂层形成用组合物中所含的可聚合的化合物聚合而设定为足够多的量、且为了不会过度增加引发点而设定得足够少的量的理由出发,相对于硬涂层形成用组合物中的总固体成分,优选为0.5~8质量%、更优选为1~5质量%。
以使用三乙酰纤维素膜为透明支撑体的情况为例,对具有溶解能力或溶胀能力的溶剂进行示例。
作为使支撑体溶解的溶剂,可列举出例如甲酸甲酯、醋酸甲酯、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、二噁烷、二氧杂戊环、氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷等。
作为使支撑体溶胀的溶剂,可列举出例如甲乙酮(MEK)、环己酮、二丙酮醇、醋酸乙酯、乳酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯。
另外,作为不会使支撑体溶解和溶胀的溶剂,可列举出例如甲基异丁基酮(MIBK)、甲苯、二甲苯。
只要不影响本发明的目的和效果,硬涂层形成用组合物中可以适当将这些溶剂组合。
本发明中,硬涂层形成用组合物中为了控制硬涂层的膜厚不均可以使用流平剂。只要不影响本发明的目的和效果,可以使用所有的流平剂。作为优选的流平剂,也优选日本专利4474114号中记载的含有氟代脂肪族基团的聚合物。作为与日本专利4474114号中记载的含有氟代脂肪族基团的聚合物的组成比的差异,含有氟代脂肪族基团的聚合单元的比率为50~70%范围的含有氟代脂肪族基团的聚合物也可用作流平剂。
另外,有机硅系化合物也可用作流平剂。作为有机硅系化合物,优选改性有机硅。作为用于改性的官能团,可列举出例如聚醚基、聚氨酯基、环氧基、羧基、(甲基)丙烯酸酯基、甲醇基、羟基、烷基、芳基、亚烷基醚基等。
本发明中,为了消除硬涂层的涂布不均,优选在硬涂层表面排列足够量的流平剂。但是,当在硬涂层上层叠防反射层时,硬涂层中含有的流平剂如果残留在硬涂层与防反射层的界面,则会使密合性变差,显著地损害耐擦伤性。因此,当层叠防反射层时快速地将流平剂提取到防反射层中而不使其残留在界面是非常重要的。
关于本发明中的硬涂层形成用组合物中的流平剂的含量,从需要赋予充分的流平性、改善涂布不均且不会残留在硬涂层与其他层的界面而要设定得足够少的理由出发,相对于硬涂层形成用组合物中的总固体成分,优选为0.0005质量%~2.5质量%、更优选为0.005质量%~0.5质量%。当多于0.5质量%时,根据所使用的固化性单体和溶剂的种类的不同,流平剂会成为导致相分离发生的原因而无法形成均匀的硬涂层,因此不优选。
<导电性化合物>
本发明的光学薄膜中的硬涂层可以为了赋予防静电性而含有导电性化合物。特别地,通过使用具有亲水性的导电性化合物,能够提高流平剂的表面偏向存在性,能够防止面状不均、进一步提高耐擦伤性。为了使导电性化合物具有亲水性,可以向导电性化合物导入亲水性基团,作为亲水性基团,从显现高的导电性、且较为廉价的观点出发,优选具有阳离子性基团,其中更优选具有季铵盐基团。
用于本发明的导电性化合物没有特别的限制,可列举出离子导电性化合物或电子传导性化合物。作为离子导电性化合物,可列举出阳离子性、阴离子性、非离子性、两性等离子导电性化合物。作为电子传导性化合物,可列举出作为将芳香族碳环或芳香族杂环用单键或二价以上的连接基团连接得到的非共轭高分子或共轭高分子的电子传导性化合物。其中,从防静电性能高、较为廉价、且进一步偏向存在于透明支撑体侧区域的观点出发,具有季铵盐基团的化合物(阳离子系化合物)是合适的。
作为具有季铵盐基团的化合物,还可以使用低分子型或高分子型中的任一种,但从不会发生因渗出等导致的防静电性的变动的观点出发,更优选使用高分子型阳离子系防静电剂。作为高分子型的具有季铵盐基团的阳离子化合物,可以从公知化合物中适当选择使用,但从偏向存在于透明支撑体侧区域的观点出发,优选具有下述通式(I)~(III)所表示的结构单元中的至少1种单元的聚合物。
[化学式21]
通式(I)
通式(I)中,R1表示氢原子、烷基、卤素原子或-CH2COO-M+。Y表示氢原子或-COO-M+。M+表示质子或阳离子。L表示-CONH-、-COO-、-CO-或-O-。J表示亚烷基、亚芳基、或将它们组合而成的基团。Q表示选自下述组A中的基团。
[化学式22]
式中,R2、R2’和R2’’各自独立地表示烷基。J表示亚烷基、亚芳基、或将它们组合而成的基团。X-表示阴离子。p和q各自独立地表示0或1。
[化学式23]
通式(II)
[化学式24]
通式(III)
通式(II)、(III)中,R3、R4、R5和R6各自独立地表示烷基,R3与R4及R5与R6可以分别相互键合形成含氮杂环。A、B和D各自独立地表示亚烷基、亚芳基、亚链烯基、亚芳基亚烷基、-R7COR8-、-R9COOR10OCOR11-、-R12OCR13COOR14-、-R15-(OR16)m-、-R17CONHR18NHCOR19-、-R20OCONHR21NHCOR22-或―R23NHCONHR24NHCONHR25-。E表示单键、亚烷基、亚芳基、亚链烯基、亚芳基亚烷基、-R7COR8-、-R9COOR10OCOR11-、-R12OCR13COOR14-、-R15-(OR16)m-、-R17CONHR18NHCOR19-、-R20OCONHR21NHCOR22-或―R23NHCONHR24NHCONHR25-或-NHCOR26CONH-。R7、R8、R9、R11、R12、R14、R15、R16、R17、R19、R20、R22、R23、R25和R26表示亚烷基。R10、R13、R18、R21和R24各自独立地表示选自亚烷基、亚链烯基、亚芳基、亚芳基亚烷基和亚烷基亚芳基中的连接基团。m表示1~4的正的整数。X-表示阴离子。Z1、Z2表示与-N=C-基一起形成5元或6元环所需要的非金属原子组,可以以成为≡N+[X-]-的季铵盐的形式与E连接。n表示5~300的整数。
对通式(I)~(III)的基团进行说明。
卤素原子可列举出氯原子、溴原子,优选氯原子。烷基优选碳原子数为1~4的分支或直链的烷基,更优选甲基、乙基、丙基。亚烷基优选碳原子数为1~12的亚烷基,更优选亚甲基、亚乙基、亚丙基,特别优选亚乙基。亚芳基优选碳原子数为6~15的亚芳基,更优选亚苯基、二亚苯基、苯基亚甲基、苯基二亚甲基、亚萘基,特别优选苯基亚甲基,这些基团也可以具有取代基。亚链烯基优选碳原子数为2~10的亚链烯基,亚芳基亚烷基优选碳原子数为6~12的亚芳基亚烷基,这些基团还可以具有取代基。作为各基团可具有的取代基,可列举出甲基、乙基、丙基等。
通式(I)中,R1优选氢原子。
Y优选为氢原子。
J优选为苯基亚甲基。
Q优选为选自组A中的下述通式(VI),R2、R2’和R2’’各自为甲基。
X-可列举出卤素离子、磺酸阴离子、羧酸阴离子等,优选为卤素离子,更优选为氯离子。p和q优选为0或1,更优选为p=0、q=1。
[化学式25]
通式(VI)
通式(II)和(III)中,R3、R4、R5和R6优选为碳原子数为1~4的取代或无取代的烷基,更优选甲基、乙基,特别优选甲基。A、B和D优选各自独立地表示碳原子数为2~10的取代或无取代的亚烷基、亚芳基、亚链烯基、亚芳基亚烷基,优选为苯基二亚甲基。
X-可列举出卤素离子、磺酸阴离子、羧酸阴离子等,优选为卤素离子,更优选为氯离子。
E优选为单键、亚烷基、亚芳基、亚链烯基、亚芳基亚烷基。作为Z1、Z2与-N=C-基一起形成的5元或6元环,可示例出二氮鎓(diazonia)双环辛烷环等。
下面,列举出具有通式(I)~(III)表示的结构的单元的化合物的具体例子,但本发明并不限定于这些。其中,下述具体例子中的下标(m、x、y、z、r和实际的数值)中,m表示各单元的重复单元数,x、y、z、r表示各个单元的摩尔比。
[化学式26]
[化学式27]
[化学式28]
[化学式29]
[化学式30]
上述例示的导电性化合物可以单独使用,也可以将2种以上的化合物并用。另外,在防静电剂的分子内具有聚合性基团的防静电化合物由于能够提高防静电层的耐擦伤性(膜强度),因此更优选。
作为电子传导性化合物,优选为将芳香族碳环或芳香族杂环用单键或二价以上的连接基团连接而得到的非共轭高分子或共轭高分子。作为非共轭高分子或共轭高分子中的所述芳香族碳环,可列举出例如苯环,可进一步形成稠环。作为非共轭高分子或共轭高分子中的所述芳香族杂环,可列举出例如吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环、三嗪环、噁唑环、噻唑环、咪唑环、噁二唑环、噻二唑环、***环、四唑环、呋喃环、噻吩环、吡咯环、吲哚环、咔唑环、苯并咪唑环、咪唑并吡啶环等,可进一步形成稠环,可具有取代基。
另外,作为非共轭高分子或共轭高分子中的所述二价以上的连接基团,可列举出由碳原子、硅原子、氮原子、硼原子、氧原子、硫原子、金属、金属离子等形成的连接基团。优选为由碳原子、氮原子、硅原子、硼原子、氧原子、硫原子和它们的组合形成的基团,作为通过组合形成的基团,可列举出取代或无取代的亚甲基、羰基、亚氨基、磺酰基、亚磺酰基、酯基、酰胺基、甲硅烷基等。
作为电子传导性化合物,具体地可列举出取代或非取代的导电性聚苯胺、聚对苯撑、聚对苯乙烯、聚噻吩、聚呋喃、聚吡咯、聚硒吩、聚异硫茚、聚苯硫醚、聚乙炔、聚吡啶乙烯、聚吖嗪或它们的衍生物等。它们可以仅使用1种,也可以根据目的使用将2种以上组合使用。
另外,只要是能够实现所期望的导电性的范围,也可以使用与不具有导电性的其它聚合物的混合物,也可以使用能构成导电性聚合物的单体与不具有导电性的其它单体的共聚物。
作为电子传导性化合物,进一步优选为共轭高分子。作为共轭高分子的例子,可列举出聚乙炔、聚二乙炔、聚(对亚苯基)、聚芴、聚薁、聚(对苯硫醚)、聚吡咯、聚噻吩、聚异硫茚、聚苯胺、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚(2,5-亚噻嗯基亚乙烯基)、双链型共轭系高分子(聚周萘(polyperinaphthalene)等)、金属酞菁系高分子、其它共轭系高分子(聚(对二甲苯)、聚[α-(5,5’-联二噻吩二基)苯亚甲基]等)、或它们的衍生物等。优选可列举出聚(对亚苯基)、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚(2,5-亚噻嗯基亚乙烯基),更优选可列举出聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯或它们的衍生物,进一步优选为聚噻吩和其衍生物中的至少一种。
本发明中使用的电子传导性化合物的质均分子量优选为1,000~1,000,000、更优选为10,000~500,000、进一步优选为10,000~100,000。这里,质均分子量是通过凝胶渗透色谱法测定的聚苯乙烯换算质均分子量。
本发明中使用的电子传导性化合物从赋予涂布性和与其它成分的亲和性的观点出发,优选在有机溶剂中是可溶的。这里,“可溶”是指在溶剂中以单一分子状态或多个单一分子缔合的状态溶解,或者分散成粒径为300nm以下的粒子状的状态。
通常,由于电子传导性化合物溶解于以水为主成分的溶剂中,因此作为化合物具有亲水性,但为了使这样的电子传导性化合物可溶于有机溶剂,通过在含有电子传导性化合物的组合物中添加能提高与有机溶剂的亲和性的化合物(例如可溶化助剂等)或用于有机溶剂中的分散剂等,或使用经疏水化处理的聚阴离子掺杂物,能够使其变得可溶于有机溶剂。采用这些方法,也可溶解于本发明所示的有机溶剂中,但作为化合物的亲水性残留,如果应用本发明的方法,则导电性化合物可能发生偏向存在。
当使用具有季铵盐基团的化合物作为导电性化合物时,通过元素分析(ESCA)得到的防静电层表面侧的氮或硫的原子量优选为0.5~5mol%。当在该范围时,易于得到良好的防静电性。更优选为0.5~3.5mol%、进一步优选为0.5~2.5mol%。
本发明的硬涂层形成用组合物可以含有或不含有导电性化合物,当含有时,导电性化合物的含量相对于硬涂层形成用组合物中的总固体成分,优选为5~20质量%、更优选为10~15质量%。
<涂布方法>
本发明的光学薄膜中,当在所述透明支撑体的一个面上层叠多层时,可以通过以下的方法形成,但并不限于该方法。
首先,制备含有用于形成各层的成分的涂布液。接着,将用于形成各层的涂布液通过浸渍涂布法、气刀涂布法、帘式涂布法、辊涂法、绕线棒涂布法、凹版涂布法或模涂法涂布到透明支撑体上,进行加热和干燥,更优选凹版涂布法、绕线棒涂布法、模涂法,特别优选模涂法。其后,在干燥工序中去除溶剂。作为干燥工序,优选设置下述干燥工序:在刚涂布后设置干燥区,并通过控制干燥区内的环境来控制干燥速度;更优选设置下述干燥工序:配置如日本特开2003-106767号中所记载的那样的干燥装置,所述干燥装置中,与刚涂布后的行进位置大致平行地设置板状部件即冷凝板,控制冷凝板与涂布膜的距离和冷凝板的温度,将涂布液中的溶剂冷凝、回收。
其后进行光照射或加热,将用于形成各层的单体聚合、固化。由此形成各层。
<所述透明支撑体的另一面的多个层>
本发明中,在透明支撑体的一个面上层叠多个层,在所述多个层中的低折射率层的表面形成凹凸,在透明支撑体的另个一面进一步层叠多个层。虽然能够赋予这些多个层以各种各样的功能,但将赋予了与向一个层赋予的功能不同的功能的层层叠到另一层上。可列举出例如导电性层、亮度提高层、光学各向异性层、易粘接层、折射率控制层、防湿层、取向膜层等。
本发明中,上述多个层中,距离透明支撑体最远的层(所谓的最外层)为由固化性树脂组合物形成的光学各向异性层。
本发明的光学薄膜可以先对一个面和另一个面中的任一者进行层叠。可以在将一个面层叠、形成凹凸后,通过不同的方法在另一个面进行层叠,从而制作光学薄膜。可以通过同时对一个面和另一个面进行层叠来制作光学薄膜。关于本发明的光学薄膜,优选通过在层叠凹凸前,对另一个面进行层叠,其后层叠赋予凹凸的一个面的方法来制作本发明的光学薄膜。
另外,对透明支撑体的表面和背面没有设定特别的限定,当在透明支撑体上设置滚花时,优选将没有赋予凹凸的面作为滚花的凹凸面,对一个面和另一个面进行层叠。
关于本发明的光学薄膜,层叠在透明支撑体上的一个面的双键反应率A优选为60%以上。更优选为70%以上、最优选为80%以上。
关于本发明的光学薄膜,与层叠在所述透明支撑体上的一个面相对一侧的另一个面的双键反应率B优选为70%以上。更优选为75%以上、最优选为80%以上。
当上述双键反应率A较小时,当将光学薄膜卷取为辊状、以堆积状态经过一段时间后,一个面的层叠物会转印到另一个面上,因此不优选。另一方面,当上述双键反应率B较小时,当将光学薄膜卷取为辊状、以堆积状态经过一段时间后,另一个面会转印到一个面上,因此不优选。
作为在上述另一个面上层叠的层的优选的一个例子,对光学各向异性层和取向膜进行详细说明。
如上文所述的,作为光学各向异性层,可以是在面内均匀地形成了具有一定相位差的膜的光学各向异性层,也可以是形成有慢轴的方向或相位差的大小互不相同的相位差区域规则地在面内配置而成的图案的光学各向异性层。这里,对在面内均匀地形成有具有一定的相位差的膜的光学各向异性层进行说明。
其中,关于形成有规则地在面内配置相位差区域而成的图案的光学各向异性层,例如,在日本特表2012-517024号公报(WO2010/090429号公报)中记载了将光取向膜与图案曝光组合的技术,光学薄膜中可优选使用形成有这样的图案的光学各向异性层。
[光学各向异性层]
本发明中,可结合各种用途来选择材料和制造条件,使用了聚合性液晶性化合物的光学各向异性层是一个优选的方式。
首先,对光学特性的测定方法进行说明。本说明书中,Re(λ)、Rth(λ)各自表示波长λ下的面内的延迟、和厚度方向的延迟。Re(λ)通过在KOBRA21ADH或WR(王子计测机器株式会社制)中,使波长λnm的光沿薄膜法线方向入射来测定。当选择测定波长λnm时,可以手动更换波长选择滤波器,或者通过程序等变换测定值来进行测定。当所测定的薄膜为用单轴或双轴的折射率椭圆体表示的薄膜时,可以通过以下的方法算出Rth(λ)。其中,该测定方法也可部分地用在后述的光学各向异性层中的盘状液晶分子的取向膜侧的平均倾角、其相反侧的平均倾角的测定中。
Rth(λ)可如下算出:相对于以面内的慢轴(通过KOBRA21ADH或WR来判断)为倾斜轴(旋转轴)(没有慢轴的情况下,以膜面内的任意方向为旋转轴)的膜法线方向,从法线方向到单侧50°为止以10度的间隔分别从该倾斜的方向使波长λnm的光入射来测定所述Re(λ),测定全部6个点,以该测定的延迟值、平均折射率的假设值和输入的膜厚值为基础,用KOBRA21ADH或WR算出Rth(λ)。在上述方法中,在从法线方向以面内的慢轴为旋转轴且具有在某个倾斜角度处延迟值为零的方向的膜的情况下,将大于该倾斜角度的倾斜角度下的延迟值的符号变更为负后,用KOBRA21ADH或WR计算。另外,也可以以慢轴为倾斜轴(旋转轴)(没有慢轴的情况下,以膜面内的任意方向为旋转轴),从任意的2个倾斜的方向测定延迟值,以该值、平均折射率的假设值和输入的膜厚值为基础,通过以下式(A)和式(III)计算出Rth。
[数学式1]
······式(A)
其中,上述的Re(θ)表示从法线方向倾斜角度θ的方向上的延迟值。
本发明中,正面延迟是指按照波长为550nm和θ为0度进行测定时的式(A)的Re(θ)。
关于本发明的光学薄膜,正面延迟优选为80nm~200nm、更优选为110nm~160nm、进一步优选为115nm~150nm、最优选为120~145nm。
另外,式(A)中的nx表示面内的慢轴方向的折射率,ny表示在面内与nx垂直的方向的折射率,nz表示与nx和ny垂直的方向的折射率。d表示膜厚。
Rth=((nx+ny)/2-nz)×d···········式(III)
在所测定的膜为无法用单轴或双轴的折射率椭圆体表示、即为所谓的无光学轴(optic axis)的膜的情况下,通过下述方法算出Rth(λ)。以面内的慢轴(通过KOBRA21ADH或WR来判断)为倾斜轴(旋转轴),相对于膜法线方向从-50°到+50°以10度的间隔分别从该倾斜的方向使波长λnm的光入射来测定上述Re(λ),测定11点,以该测得的延迟值、平均折射率的假设值以及输入的膜厚值为基础,用KOBRA21ADH或WR算出Rth(λ)。另外,上述测定中,平均折射率的假设值可以使用聚合物手册(JOHN WILEY&SONS,INC)、各种光学膜的产品目录中的值。对于平均折射率的值不是已知的膜,可以使用阿贝折射计进行测定。主要的光学膜的平均折射率的值在下面示例:纤维素酰化物(1.48)、环烯烃聚合物(1.52)、聚碳酸酯(1.59)、聚甲基丙烯酸甲酯(1.49)、聚苯乙烯(1.59)。通过输入这些平均折射率的假设值和膜厚,KOBRA21ADH或WR会算出nx、ny、nz。由该算出的nx、ny、nz进一步算出Nz=(nx-nz)/(nx-ny)。
本发明的光学薄膜为长条辊状的光学薄膜,优选以长度方向(长条方向)为基准,正面延迟的慢轴在顺时针或逆时针方向为5~85°。
[含有液晶性化合物的光学各向异性层]
用于本发明的光学薄膜可具有的光学各向异性层的形成的液晶性化合物的种类没有特别限制。例如可以使用下述光学各向异性层:将低分子液晶性化合物在液晶状态下形成向列型取向后,通过光交联或热交联进行固定而得到的光学各向异性层;或将高分子液晶性化合物在液晶状态下形成向列型取向后通过冷却将该取向固定而得到的光学各向异性层。另外,本发明中,即使是在光学各向异性层中使用液晶性化合物的情况,光学各向异性层是将该液晶性化合物通过聚合等固定而形成的层,形成层后已经不需要显示液晶性。聚合性液晶性化合物可以是多官能性聚合性液晶,也可以是单官能团性聚合性液晶性化合物。另外,液晶性化合物可以是盘状液晶性化合物,也可以是棒状液晶性化合物。
所述光学各向异性层中,液晶性化合物的分子优选被固定为垂直取向、水平取向、混合取向和倾斜取向中的任一种取向状态。为了制作视角依赖性对称的相位差片,优选盘状液晶性化合物的圆盘面相对于薄膜面(光学各向异性层面)实质上是垂直的,或者棒状液晶性化合物的长轴相对于薄膜面(光学各向异性层面)实质上为水平的。盘状液晶性化合物实质上为垂直,意味着薄膜面(光学各向异性层面)与盘状液晶性化合物的圆盘面所成的角度的平均值在70°~90°的范围内。更优选在80°~90°的范围内、进一步优选在85°~90°的范围内。棒状液晶性化合物实质上为水平,意味着薄膜面(光学各向异性层面)与棒状液晶性化合物的长轴(日文原文:ダイレクター)所成的角度在0°~20°的范围内。更优选在0°~10°的范围内、进一步优选在0°~5°的范围内。
当通过使液晶性化合物的分子混合取向从而制作视角依赖性为非对称的光学补偿薄膜时,液晶性化合物的长轴的平均倾斜角优选为5~85°、更优选为10~80°、进一步优选为15~75°。
所述光学薄膜包含含有液晶性化合物的光学各向异性层,该光学各向异性层可以仅由一层构成,也可以是二层以上的光学各向异性层的层叠体。
所述光学各向异性层可以通过将含有棒状液晶性化合物或盘状液晶性化合物等液晶性化合物和根据期望的后述的聚合引发剂、取向控制剂或其他添加剂的涂布液涂布到支撑体上来形成。优选通过在支撑体上形成取向膜,然后在该取向膜表面涂布所述涂布液来形成。
本发明中,光学各向异性层优选由以固体成分浓度计含有80质量%以上的液晶性化合物的组合物形成,更优选由含有85质量%以上的液晶性化合物的组合物形成,进一步优选以固体成分浓度计含有93质量%以上的液晶性化合物的组合物形成。通过使含量在该范围内,与本发明中的低折射率层组合时,粘接性的改善效果大,因此优选。
[盘状液晶性化合物]
本发明中,所述光学薄膜具有的光学各向异性层的形成中优选使用盘状液晶性化合物。盘状液晶化合物在各种文献(C.Destrade等,Mol.Crysr.Liq.Cryst.,vol.71,page111(1981);日本化学会编、季刊化学总説、No.22、液晶の化学、第5章、第10章第2节(1994);B.Kohne等,Angew.Chem.Soc.Chem.Comm.,page1794(1985);J.Zhang等,J.Am.Chem.Soc.,vol.116,page2655(1994))中有记载。关于盘状液晶性化合物的聚合,在日本特开平8-27284号公报中有记载。
作为本发明中可优选使用的盘状液晶性化合物的具体例子,可列举出日本特开2009-97002号公报[0038]~[0069]中记载的化合物。另外,作为苯并[9,10]菲化合物的波长分散小的盘状液晶性化合物,可列举出日本特开2007-108732号公报的段落[0062]~[0067]中记载的化合物等。
[棒状液晶性化合物]
本发明中,可以使用棒状液晶性化合物。作为棒状液晶性化合物,优选使用甲亚胺类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯基酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯基酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代苯基嘧啶类、烷氧基取代苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类和链烯基环己基苯甲腈类。不仅是如所上述的低分子液晶性化合物,还可以使用高分子液晶性化合物。更优选将棒状液晶性化合物通过聚合来使取向固定。液晶性化合物中,优选使用具有可在活性光线或电子射线、热等的作用下发生聚合或交联反应的部分结构的液晶性化合物。其部分结构的个数优选为1~6个、更优选为1~3个。作为聚合性棒状液晶性化合物,可以使用Makromol.Chem.,190卷、2255页(1989年)、Advanced Materials5卷、107页(1993年)、美国专利第4683327号说明书、美国专利第5622648号说明书、美国专利第5770107号说明书、国际公开WO95/22586号公报、国际公开WO95/24455号公报、国际公开WO97/00600号公报、国际公开WO98/23580号公报、国际公开WO98/52905号公报、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-16616号公报、日本特开平7-110469号公报、日本特开平11-80081号公报、和日本特开2001-328973号公报等中记载的化合物。
[垂直取向促进剂]
当形成所述光学各向异性层时,为了使液晶性化合物的分子均匀地垂直取向,优选在取向膜界面侧和空气界面侧使用能控制液晶性化合物垂直地取向的取向控制剂。为了该目的,优选在取向膜上使用含有通过排除体积效果、静电效果或表面能量效果来发挥使液晶性化合物垂直取向的作用的化合物和液晶性化合物的组合物来形成光学各向异性层。另外,关于空气界面侧的取向控制,优选所述化合物液晶性化合物在取向时偏向存在于空气界面,并且使用含有通过排除体积效果、静电效果或表面能量效果来发挥使液晶性化合物垂直取向的作用的化合物和液晶性化合物的组合物来形成光学各向异性层。作为这样的在取向膜界面侧促进液晶性化合物的分子垂直取向的化合物(取向膜界面侧垂直取向剂),优选使用吡啶鎓衍生物。作为在空气界面侧促进液晶性化合物的分子垂直取向的化合物(空气界面侧垂直取向剂),优选使用促进该化合物在空气界面侧偏向存在的、含有选自由氟代脂肪族基团、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、膦酰基氧基{-OP(=O)(OH)2}和它们的盐组成的组中的1种以上的亲水性基团的化合物。另外,通过配合这些化合物,例如将液晶性组合物制备成涂布液时,该涂布液的涂布性得到改善,不均、凹陷的发生得以抑制。下面,对垂直取向剂详细地进行说明。
[取向膜界面侧垂直取向剂]
作为本发明中可使用的取向膜界面侧垂直取向剂,优选使用吡啶鎓衍生物(吡啶鎓盐),作为化合物的具体例子,可列举出日本特开2006-113500号公报说明书[0058]~[0061]中记载的化合物。
所述光学各向异性层形成用的组合物中的所述吡啶鎓衍生物的含量的优选的范围根据其用途的不同而不同,优选在所述组合物(当制备成涂布液时为除溶剂外的液晶性组合物)中为0.005~8质量%、更优选为0.01~5质量%。
[空气界面侧垂直取向剂]
作为本发明中的空气界面侧垂直取向剂,优选使用下述氟系聚合物(含有式(II)作为部分结构)或通式(III)表示的含氟化合物。
首先,对氟系聚合物(含有式(II)作为部分结构)进行说明。作为本发明的空气界面侧垂直取向剂,氟系聚合物优选为含有由含氟代脂肪族基团的单体衍生的重复单元和下述式(II)表示的重复单元的共聚物。
[化学式31]
式中,R1、R2和R3各自独立地表示氢原子或取代基,
L表示选自下述连接基团组中的2价的连接基团或将选自下述连接基团组中的2种以上组合而形成的2价的连接基团,
(连接基团组)
[单键、-O-、-CO-、-NR4-(R4表示氢原子、烷基、芳基、或芳烷基)、-S-、-SO2-、-P(=O)(OR5)-(R5表示烷基、芳基、或芳烷基)、亚烷基和亚芳基]
Q表示羧基(-COOH)或其盐、磺酸基(-SO3H)或其盐、或膦酰基氧基(phosphonooxy){-OP(=O)(OH)2}或其盐。
本发明中可使用的氟系聚合物的特征在于,含有选自由氟代脂肪族基、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、膦酰基氧基{-OP(=O)(OH)2}和它们的盐组成的组的1种以上的亲水性基团。作为聚合物的种类,在“改訂高分子合成の化学”(大津隆行著、发行:株式会社化学同人、1968)第1~4页中有记载,可列举出例如聚烯烃类、聚酯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚碳酸酯类、聚砜类、聚碳酸酯类、聚醚类、聚缩醛类、聚酮类、聚苯醚类、聚苯硫醚类、聚芳酯类、PTFE类、聚偏氟乙烯类、纤维素衍生物等。所述氟系聚合物优选为聚烯烃类。
所述氟系聚合物为在侧链具有氟代脂肪族基团的聚合物。所述氟代脂肪族基团优选为碳原子数为1~12、更优选为6~10。脂肪族基团可以为链状、也可以为环状,当为链状时,可以为直链状、也可以为分支链状。其中,优选直链状的碳原子数为6~10的氟代脂肪族基团。对氟原子取代的程度没有特别的限制,优选脂肪族基团中的50%以上的氢原子被氟原子取代、更优选60%以上被取代。氟代脂肪族基团包含在通过酯键、酰胺键、酰亚胺键、尿烷键、脲键、醚键、硫醚键、芳香族环等与聚合物主链键合的侧链中。
作为氟系聚合物,作为本发明中优选使用的含氟代脂肪族基团的共聚物的具体例子,可列举出日本特开2006-113500公报的段落[0110]~[0114]中记载的化合物等,但本发明并不限于这些具体例子。
本发明中使用的所述氟系聚合物的质均分子量优选为1,000,000以下、更优选为500,000以下、进一步优选为100,000以下。质均分子量可使用凝胶渗透色谱法(GPC)以聚苯乙烯(PS)换算的值计进行测定。
其中,本发明的氟系聚合物为了使盘状液晶性化合物的取向状态固定也优选具有聚合性基团作为取代基。
组合物中的所述氟系聚合物的含量的优选的范围根据其用途的不同而不同,当用于形成光学各向异性层时,组合物(在涂布液的情况下为除溶剂外的组合物)中,优选为0.005~8质量%、更优选为0.01~5质量%、进一步优选为0.05~3质量%。所述氟系聚合物的添加量小于0.005质量%时,效果不充分,而当多于8质量%时,涂膜的干燥无法充分进行,或者对作为光学薄膜的性能(例如延迟的均匀性等)产生不良。
下述通式(III)表示的含氟化合物。
通式(III)
(R0)m-L0-(W)n
式中,R0表示烷基、在末端具有CF3基的烷基、或在末端具有CF2H基的烷基,m表示1以上的整数。多个R0可以相同也可不同,至少一个表示在末端具有CF3基或CF2H基的烷基。L0表示(m+n)价的连接基团,W表示羧基(-COOH)或其盐、磺酸基(-SO3H)或其盐、或膦酰基氧基{-OP(=O)(OH)2}或其盐,n表示1以上的整数。
作为本发明中可使用的用通式(III)表示的含氟化合物的具体例子,可列举出日本特开2006-113500公报的段落[0136]~[0140]中记载的化合物等,但本发明不受这些具体例子的任何限制。
其中,本发明的含氟化合物为了使盘状液晶性化合物的取向状态固定优选具有聚合性基团作为取代基。
组合物中的所述含氟化合物的含量的优选的范围根据其用途的不同而不同,当用于形成光学各向异性层时,在组合物(在涂布液的情况下为除溶剂外的组合物)中优选为0.005~8质量%、更优选为0.01~5质量%、进一步优选为0.05~3质量%。
[聚合引发剂]
取向(优选垂直取向)了的液晶性化合物维持取向状态地固定。固定化优选通过导入到液晶性化合物中的聚合性基团(P)的聚合反应来实施。聚合反应包括使用热聚合引发剂的热聚合反应和使用光聚合引发剂的光聚合反应。优选光聚合反应。光聚合引发剂的例子包括α-羰基化合物(美国专利2367661号、美国专利2367670号的各说明书的记载)、偶姻醚(美国专利2448828号说明书的记载)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(美国专利2722512号说明书的记载)、多醌化合物(美国专利3046127号、美国专利2951758号的各说明书的记载)、三芳基咪唑二聚物与对氨基苯基酮的组合(美国专利3549367号说明书的记载)、吖啶和吩嗪化合物(日本特开昭60-105667号公报、美国专利4239850号说明书的记载)及噁二唑化合物(美国专利4212970号说明书的记载)。
光聚合引发剂的用量优选为涂布液的固体成分的0.01~20质量%、进一步优选为0.5~5质量%。用于液晶性分子的聚合的光照射优选使用紫外线。照射能量优选为20mJ/cm2~50J/cm2、进一步优选为100~800mJ/cm2。为了促进光聚合反应,可以在加热条件下或在0.1%以下的低氧浓度化下实施光照射。含有液晶性化合物的光学各向异性的厚度优选为0.1~10μm、进一步优选为0.5~5μm、最优选为1~5μm。
[光学各向异性层的其它添加剂]
通过与上述液晶性化合物一起并用增塑剂、表面活性剂、聚合性单体等,能够提高涂布膜的均匀性、膜的强度、液晶性化合物的取向性等。这些材料优选与液晶性化合物具有相容性且不阻碍取向。
作为聚合性单体,可列举出自由基聚合性或阳离子聚合性的化合物。优选为多官能性自由基聚合性单体,优选与上述含聚合性基团的液晶性化合物具有共聚性的单体。可列举出例如日本特开2002-296423号公报说明书中的段落编号[0018]~[0020]记载的单体。上述化合物的添加量相对于液晶性分子通常在1~50质量%的范围内,优选在5~30质量%的范围内。
作为表面活性剂,可列举出以往公知的化合物,特别优选氟系化合物。具体地可列举出例如日本特开2001-330725号公报说明书中的段落编号[0028]~[0056]记载的化合物、日本特愿2003-295212号说明书中的段落编号[0069]~[0126]记载的化合物。
与液晶性化合物一起使用的聚合物优选能够增加涂布液的粘度。作为聚合物的例子,可列举出纤维素酯。作为纤维素酯的优选的例子,可列举出日本特开2000-155216号公报说明书中的段落编号[0178]记载的纤维素酯。为了不阻碍液晶性化合物的取向,上述聚合物的添加量相对于液晶性分子优选在0.1~10质量%的范围内、更优选在0.1~8质量%的范围内。
液晶性化合物的盘状向列型液晶相-固相转变温度优选70~300℃、进一步优选70~170℃。
[涂布溶剂]
作为涂布液的制备中使用的溶剂,优选使用有机溶剂。有机溶剂的例子中包括酰胺(例如N,N-二甲基甲酰胺)、亚砜(例如二甲基亚砜)、杂环化合物(例如吡啶)、烃(例如苯、己烷)、烷基卤化物(例如氯仿、二氯甲烷)、酯(例如醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯)、酮(例如丙酮、甲乙酮)、醚(例如四氢呋喃、1,2-二甲氧基乙烷)。优选烷基卤化物和酮。可以将二种以上的有机溶剂并用。
[涂布方法]
涂布液的涂布可以通过公知的方法(例如绕线棒涂布法、挤出涂布法、直接凹版涂布法法、反向凹版涂布法、模涂法)实施。
[取向膜]
本发明中,优选在取向膜的表面涂布所述组合物,使液晶性化合物的分子取向。取向膜由于具有规定液晶性化合物的取向方向的功能,因此为了实现本发明的优选的方式,优选使用。但是,使液晶性化合物取向后在其取向状态下进行了固定时,由于取向模已经发挥了其作用,因此作为本发明的构成要素并非是必须的。也就是说,通过仅将取向状态被固定的取向膜上的光学各向异性层转印到另外的透明支撑体上也能够制作本发明的光学薄膜用光学基材。
取向膜可以通过如下的方法进行设定:有机化合物(优选聚合物)的摩擦处理、无机化合物的斜向蒸镀、具有微沟槽的层的形成、或利用Langmuir-Blodgett法(LB膜)的有机化合物(例如ω-二十三酸、二(十八烷基)甲基氯化铵、硬脂酸甲酯)的累积。此外,还已知通过施加电场、施加磁场或光照射而产生取向功能的取向膜。
取向膜优选通过聚合物的摩擦处理形成。
聚合物的例子包括例如日本特开平8-338913号公报说明书中的段落编号[0022]记载的甲基丙烯酸酯系共聚物、苯乙烯系共聚物、聚烯烃、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇、聚(N-羟甲基丙烯酰胺)、聚酯、聚酰亚胺、醋酸乙烯酯共聚物、羧甲基纤维素、聚碳酸酯等。可使用硅烷偶联剂作为聚合物。优选水溶性聚合物(例如聚(N-羟甲基丙烯酰胺)、羧甲基纤维素、明胶、聚乙烯醇、改性聚乙烯醇),进一步优选明胶、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇,最优选聚乙烯醇和改性聚乙烯醇。
聚乙烯醇的皂化度优选为70~100%、进一步优选为80~100%。聚乙烯醇的聚合度优选为100~5000。
所述取向膜中,优选将具有交联性官能团(例如双键)的侧链键合在主链上,或者将具有使液晶性分子取向的功能的交联性官能团导入侧链。关于取向膜中使用的聚合物,可以使用其自身可交联的聚合物或通过交联剂交联的聚合物中的任一种,也可以使用多种它们的组合。
当将具有交联性官能团的侧链键合到取向膜聚合物的主链上,或者在具有使液晶性分子取向的功能的侧链中导入交联性官能团时,可以使取向膜的聚合物与光学各向异性层中所含的多官能团单体共聚。其结果,不仅多官能团单体与多官能团单体之间、而且取向膜聚合物与取向膜聚合物之间、并且多官能团单体与取向膜聚合物之间也通过共价键牢固地结合。因此,通过将交联性官能团导入到取向膜聚合物中,能够显著改善光学补偿片的强度。
取向膜聚合物的交联性官能团优选与多官能团单体同样地含有聚合性基团。具体地可列举出例如日本特开2000-155216号公报说明书的段落编号[0080]~[0100]记载的交联性官能团。
取向膜聚合物也可以与上述交联性官能团分开地使用交联剂交联。作为交联剂,包括醛、N-羟甲基化合物、二噁烷衍生物、通过使羧基活化来发挥作用的化合物、活性乙烯基化合物、活性卤素化合物、异噁唑和二醛淀粉。可以将二种以上的交联剂并用。具体地优选例如日本特开2002-62426号公报说明书中的段落编号[0023]~[0024]记载的化合物等。反应活性高的醛特别优选戊二醛。
交联剂的添加量相对于聚合物优选0.1~20质量%、进一步优选0.5~15质量%。取向膜中残存的未反应的交联剂的量优选为1.0质量%以下、进一步为0.5质量%以下。通过如此调节,即使将取向膜长期用于液晶显示装置或者在高温高湿的环境下长期间放置,也能够不会发生缩皱网纹的充分的耐久性。
取向膜基本上可以通过下述操作形成:将含有作为取向膜形成材料的上述聚合物、交联剂和添加剂的溶液涂布到透明支撑体上后,进行加热干燥(使其交联)、摩擦处理。交联反应如上所述,可以在涂布到透明支撑体上后,在任意时期进行。当将如聚乙烯醇那样的水溶性聚合物用作取向膜形成材料时,涂布液优选具有消泡作用的有机溶剂(例如甲醇)与水的混合溶剂。其比率以质量比计优选水:甲醇为0:100~99:1、进一步优选为0:100~91:9。由此,能够抑制泡的发生、取向膜进而光学各向异性层的层表面的缺陷显著减少。
取向膜形成时采用的涂布方法优选旋涂法、浸涂法、帘式涂布法、挤出涂布法、杆涂法或辊涂法。特别优选杆涂法。另外,干燥后的膜厚优选0.1~10μm。加热干燥可以在20℃~110℃下进行。为了形成充分的交联,优选60℃~100℃、特别优选80℃~100℃。干燥时间可在1分钟~36小时间进行,优选为1分钟~30分钟。pH也优选设定为最适合所使用的交联剂的值,当使用戊二醛时,pH优选为4.5~5.5。
取向膜优选设置在透明支撑体上。如上所述,在将聚合物层交联后,可通过对表面进行摩擦处理来得到取向膜。
所述摩擦处理可以适用作为LCD的液晶取向处理工序而广泛采用的处理方法。即可以采用通过将取向膜的表面用纸、纱布、毛毡、橡胶或尼龙、聚酯纤维等沿一定方向摩擦来获得取向的方法。通常,通过使用将长度和粗细均匀的纤维均匀地植毛而得到的布等进行数次左右的摩擦来实施。
在取向膜的摩擦处理面涂布上述组合物,使液晶性化合物的分子取向。其后,根据需要,使取向膜聚合物与光学各向异性层中所含的多官能团单体反应,或者使用交联剂使取向膜聚合物交联,从而能形成所述光学各向异性层。
[偏振片]
本发明的偏振片可以是具有偏振膜和保护该偏振膜的两个面的2片保护薄膜的偏振片,优选该保护薄膜的至少一个是本发明的光学薄膜。
偏振膜有碘系偏振膜、使用二色性染料的染料系偏振膜和多烯系偏振膜。碘系偏振膜和染料系偏振膜通常可以使用聚乙烯醇系薄膜来制造。
优选光学薄膜的含有液晶性化合物的光学各向异性层侧介由粘接剂或其它基材与偏振膜粘接、且偏振膜另一侧也具有保护薄膜的构成,进一步优选为光学薄膜的光学各向异性层介由粘接剂直接与偏振膜粘接的构成。为了改善光学各向异性层与偏振膜之间的粘接性,优选对光学各向异性层的表面实施表面处理(例如辉光放电处理、电晕放电处理、等离子体处理、紫外线(UV)处理、火焰处理、皂化处理、溶剂洗涤)。另外,光学各向异性层上还可以设置粘接层(底涂层)。
另外,在构成偏振片的另一个保护薄膜的与偏振膜相对的一侧的面上也可以具有粘附剂层。
通过将本发明的光学薄膜用作偏振片用保护薄膜,能够制作除了λ/4膜等所期待的光学性能外、物理强度、防静电性、耐久性也优异的偏振片。
另外,本发明的偏振片还可具有光学补偿功能。此时,使用上述光学薄膜仅形成2片表面保护薄膜的表面和背面中的任一个面侧,该偏振片的与具有光学薄膜的一侧成另一面侧的表面保护薄膜优选为光学补偿薄膜。
[图像显示装置]
本发明的光学薄膜和偏振片可以在有机EL、触摸面板、3D显示装置、3D显示装置观察用眼镜等用途中用于图像显示装置的表面。其中,优选用于3D显示装置、特别优选用于分时双眼立体视觉的透射型液晶显示装置。
优选为下述液晶显示装置,其为从视觉识别侧依次具有本发明的光学薄膜、偏振膜和液晶单元的液晶显示装置,按照低折射率层在视觉识别侧、所述光学各向异性层成为所述偏振膜侧的方式配置了所述光学薄膜。
实施例
下面,例举实施例和比较例对本发明的特征进一步具体地进行说明。以下实施例所示的材料、用量、比例、处理内容、处理顺序等只要不脱离本发明的主旨,则可以适当地变更。因此,本发明的范围并不应限定性地解释为以下所示的具体例子。
[实施例1]
(光学薄膜101的作制)
《含有液晶性化合物的光学各向异性层的形成》
(碱皂化处理)
作为透明支撑体,使用TD80UL(富士胶片株式会社制、厚度为80μm),使其从温度为60℃的感应式加热辊中通过,将薄膜表面温度升高到40℃,然后,在薄膜的带面将下文所示组成的碱性溶液用棒涂机以14ml/m2的涂布量涂布,用10秒搬运到已加热至110℃的株式会社Noritake Co.Limited制的蒸汽式远红外加热器下。接着,同样地使用棒涂机,涂布3ml/m2的纯水。然后,将利用喷注式涂布机(fountain coater)进行的水洗和利用气刀进行的除水重复3次后,用10秒钟搬运到70℃的干燥区进行干燥,制作经碱皂化处理的纤维素酰化物薄膜。
(碱性溶液组成)
(取向膜的形成)
用#14的绕线棒将下述组成的取向膜涂布液连续地涂布到如上经皂化处理的长条状的纤维素醋酸酯薄膜上。在60℃的热风下干燥60秒、进而在100℃的热风下干燥120秒。
取向膜涂布液的组成
改性聚乙烯醇
[化学式32]
上述式中,重复单元比86.3:12:1.7为摩尔比。
质均分子量(Mw)为10000。
(含有盘状液晶性化合物的光学各向异性层的形成)
对上述制作的取向膜连续地实施摩擦处理。此时,搬运方向与长条状的薄膜的长度方向平行,相对于薄膜长度方向,摩擦辊的旋转轴在逆时针方向上设为45°的方向。
将含有下述组成的盘状液晶化合物的光学各向异性层涂布液(A)用#3.6的绕线棒连续地涂布到上述制作的取向膜上。使薄膜的搬运速度(V)为36m/min。为了涂布液的溶剂的干燥和盘状液晶化合物的取向熟化,在120℃的热风下加热90秒。接着,用80℃进行UV照射,使液晶性化合物的取向固定,形成厚度为1.6μm的光学各向异性层,并卷取为辊形态,由此得到带有光学各向异性层的透明支撑体1。
制作的带有光学各向异性层的透明支撑体1在550nm处的Re为125nm、Nz值为0.9。慢轴的方向与摩擦辊的旋转轴垂直。即,相对于支撑体的长度方向,慢轴在顺时针方向上为45°的方向。确认了盘状液晶性分子的圆盘面相对于薄膜面的平均倾斜角为90°,盘状液晶相对于薄膜面垂直地取向。
光学各向异性层涂布液(A)的组成
盘状液晶性化合物
[化学式33]
丙烯酸酯单体:
环氧乙烷改性三羟甲基丙烷三丙烯酸酯
(V#360、大阪有机化学株式会社制)
[化学式34]
吡啶盐
[化学式35]
氟系聚合物(FP1)
[化学式36]
氟系聚合物(FP3)
上述式中,重复单元比98:2为质量比。
<防反射层的形成>
(硬涂层用组合物的制备)
将下述组合物投入混合罐中、搅拌,用孔径为0.4μm的聚丙烯制过滤器过滤,得到硬涂层用组合物(固体成分浓度为58质量%)。
溶剂
各个使用的化合物如下所示。
[化学式37]
流平剂(SP-13)
上述式中,重复单元比60:40为质量比。
PETA:新中村化学工业株式会社制的下述结构的化合物。质均分子量为325、1分子中的官能团的数目为3.5(平均值)。
[化学式38]
氨基甲酸酯丙烯酸酯单体:下述结构的化合物。质均分子量为596、1分子中的官能团的数目为4。
[化学式39]
<低折射率层用组合物的制备>
(具有烯键式不饱和基团的含氟聚合物A(甲基丙烯酸改性氟聚合物)的合成)
首先,合成含羟基的含氟聚合物。用氮气将内容体积为2.0升的带电磁搅拌机的不锈钢制高压釜充分替换后,加入醋酸乙酯400g、全氟代(丙基乙烯基醚)53.2g、乙基乙烯基醚36.1g、羟基乙基乙烯基醚44.0g、过氧化月桂酰1.00g、下述式(7)表示的含偶氮基的聚二甲基硅氧烷(VPS1001(商品名),和光纯药工业株式会社制)6.0g和非离子性反应性乳化剂(NE-30(商品名),旭电化工业株式会社制)20.0g,用干冰-甲醇冷却到-50℃后,再次用氮气将体系内的氧除去。
[化学式40]
上述式中,y为10~500、z为1~50。
接着,加入六氟代丙烯120.0g,开始升温。当高压釜内的温度达到60℃时,压力显示为5.3×105Pa。其后,在70℃下搅拌20小时继续反应,当压力降低至1.7×105Pa时,将高压釜水冷,使反应停止。达到室温后,放出未反应单体,开放高压釜,得到固体成分浓度为26.4质量%的聚合物溶液。将得到的聚合物溶液投入甲醇,使聚合物析出,然后,用甲醇洗涤,在50℃下进行真空干燥,得到220g的含羟基的含氟聚合物。将其作为含羟基的含氟聚合物。使用的单体和溶剂示于表1。
[表1]
对于得到的含羟基的含氟聚合物,用凝胶渗透色谱法测定聚苯乙烯换算数均分子量。另外,根据1H-NMR、13C-NMR的两种NMR分析结果和元素分析结果,确定构成含羟基的含氟聚合物的各单体成分的比例。结果示于表2。
[表2]
其中,VPS1001是数均分子量为约60,000、聚硅氧烷部分的分子量为约10,000的所述式(7)表示的含偶氮基的聚二甲基硅氧烷。
接着,使用得到的含羟基的含氟聚合物合成含烯键式不饱和基团的氟聚合物A。向具备电磁搅拌机、玻璃制冷却管和温度计的容量为1升的可拆式烧瓶中加入含羟基的含氟聚合物50.0g、作为阻聚剂的2,6-二-叔丁基甲基苯酚0.01g和甲基异丁基酮(MIBK)370g,在20℃下将含羟基的含氟聚合物溶解于MIBK,进行搅拌直至溶液达到透明、均匀。
接着,向该体系中添加15.1g的2-甲基丙烯酰基氧乙基异氰酸酯,搅拌直至溶液达到均匀后,添加二丁基锡二月桂酸酯0.1g,引发反应,将体系的温度保持在55~65℃,继续搅拌5小时,由此得到具有烯键式不饱和基团的含氟聚合物A的MIBK溶液。
称量该溶液2g到铝皿中,然后在150℃的加热板上干燥5分钟,称量求出固体成分含量,结果为15.2质量%。使用的化合物、溶剂和固体成分含量示于表3。
[表3]
中空二氧化硅分散液的制备
(分散液R-1的制备)
根据日本特开2002-79616号公报的制备例4,改变制备时的条件,制作内部具有空洞的二氧化硅微粒。在最终步骤中从水分散液状态溶剂替换成甲醇,制成20质量%二氧化硅分散液,得到平均粒径为45nm、壳厚度为约7nm、二氧化硅粒子的折射率为1.30的粒子。将其作为分散液(A-1)。
相对于分散液(A-1)500质量份,加入丙烯酰基氧基丙基三甲氧基硅烷20质量份和二异丙氧基铝乙基醋酸酯1.5质量份,混合后加入离子交换水9质量份。在60℃下使其反应8小时后,冷却至室温,添加乙酰基丙酮1.8质量份。使总液量基本恒定地边添加MEK边通过减压蒸留来替换溶剂。最终按照固体成分达到20质量%的方式进行调节,制备分散液R-1。
(分散液R-5的制备)
除了改变分散液R-1中的粒径以外,同样地操作得到平均粒径为25nm、折射率为1.41的中空二氧化硅分散液R-5。
(分散液R-6的制备)
除了改变分散液R-1中的粒径以外,同样地操作得到平均粒径为60nm、折射率为1.25的中空二氧化硅分散液R-6。
如上表4所示地混合各材料,添加MEK/PGMEA(丙二醇单甲基醚醋酸酯)为8/2(质量比)的溶剂以使固体成分浓度达到5质量%,加入带有搅拌机的玻璃制可拆式烧瓶中,室温下搅拌1小时后,用孔径为0.5μm的聚丙烯制深层过滤器(depth filter)过滤,得到低折射率层用涂布液LL-1~LL16。
下面,对实施例中使用的材料进行说明。
R-2:MEK-ST-ZL(日产化学工业株式会社制,硅溶胶,平均粒径为约85nm)
R-3:二氧化硅溶胶(MEK-ST-ZL的平均粒径不同,平均粒径为150nm)
R-4:二氧化硅溶胶(MEK-ST-ZL的平均粒径不同,平均粒径为50nm)
R-7:二氧化硅溶胶(MEK-ST-ZL的平均粒径不同,平均粒径为98nm)
无机微粒的平均粒径如下求出:用透射型电子显微镜对光学薄膜的截面进行观察和拍照,求出低折射率层内400个粒子的粒径分布,由其粒数达到峰值的粒径求出平均粒径。
防污剂A:Rad2600(EVONIK公司制,数均分子量:16,000,含有下述式(17)表示的结构单元和下述式(18)表示的结构单元,且具有6个下述式(18)表示的结构单元。)
[化学式41]
[化学式42]
防污剂B:Rad2500(EVONIK公司制,数均分子量:1,500,含有上述式(17)表示的结构单元和上述式(18)表示的结构单元,且具有2个上述式(18)表示的结构单元。)
PET-30:季戊四醇三丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯的混合物,日本化药株式会社制
DPHA:二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯的混合物,日本化药株式会社制
B-1:丙烯酸改性全氟代环氧丙烷:下述化合物中Rb=H的化合物
[化学式43]
B-2:日本特开2006-284761中记载的下述化合物M-1
[化学式44]
B-3:本文记载的化合物MA13
B-4:日本特开2006-28409中记载的下述化合物X-22
[化学式45]
[化学式46]
Irg.127:IRGACURE127:所述式(16)所示的化合物,Ciba Specialty Chemicals公司制
防污剂C:Silaplane FM-0725(下述式(24)所示的有机硅化合物,CHISSO公司制,数均分子量:10,000)
[化学式47]
[式(24)中,g为化合物的数均分子量达到10,000时的整数。]
防污剂D:X-22-164C(反应性有机硅油,信越化学工业制)
[硬涂层、低折射率层的涂设]
使用日本特开2003-211052号公报的图1中记载的孔缝式模涂机涂布液晶化合物,并卷取为辊形态,卷出带光学各向异性层的透明支撑体1,在与涂布了光学各向异性层一侧相反侧的面上,以13cc/m2的流量涂布硬涂层用涂布液,在25℃下干燥15秒、在60℃下干燥30秒后,进而在氮吹扫下用160W/cm的“高压汞灯”{Dr.honle.AG公司制},照射照射量为120mJ/cm2的紫外线,使涂布层固化,制作膜厚为10μm的硬涂层。
其后,在硬涂层上使用日本特开2003-211052号公报的图1中记载的孔缝式模涂机,按照低折射率层的干燥膜厚达到90nm的方式湿法涂布低折射率层用组合物LL-1,在25℃下干燥15秒、在60℃下干燥30秒后,进一步通过氮吹扫,在氧浓度为100ppm的气氛下,使用240W/cm的“高压汞灯:{Dr.honle AG公司制},照射照射量为300mJ/cm2的紫外线,形成低折射率层,使低折射率层侧为外侧,用250N的张力以1000m辊形态卷取到168φ的卷芯上,制作光学薄膜101。各层的涂布在等级为100的洁净室内实施。光学薄膜101的正面延迟为125nm。
除了将制作的光学薄膜101中的低折射率层用组合物从LL-1变更为LL-2~16以外,采用同样的方法制作光学薄膜102~116。
除了将制作的光学薄膜101中的低折射率层用组合物从LL-1变更为LL-2、LL-4,且将透明支撑体变更为TD60UL(富士胶片株式会社制,厚度为60μm)、TD40UL(富士胶片株式会社制,厚度为40μm)以外,采用同样的方法制作光学薄膜117~120。
除了不形成制作的光学薄膜104中的光学各向异性层以外,采用同样的方法制作光学薄膜121。
除了按照使制作的光学薄膜101中的低折射率层的膜厚达到45nm、70nm、110nm、130nm的方式调整低折射率层用组合物的涂布量以外,采用同样的方法制作光学薄膜122~125。
除了不形成制作的光学薄膜101中的低折射率层以外,采用同样的方法制作光学薄膜126。
<光学薄膜的评价>
(1)粘接痕迹的评价
将辊状的光学薄膜在23℃、60%的环境下静置2周,将辊状光学薄膜的外周约2m部分从辊垂下,在反射光下目视观察薄膜的形状变化(=粘接痕迹)。
A:无粘接痕迹
B:有粘接痕迹,但形状变化缓和
C:有能一眼就确认形状变化的粘接痕迹
D:粘接痕迹显著,在从辊形态解卷的途中变形变得进一步显著,或者薄膜破裂
(2)转印
将辊状的光学薄膜在23℃、60%的环境下静置2周后解卷,反射光下目视观察约1m的卷芯部分,目视观察有无由转印导致的色泽变化和发白(whiteness)。
A:无转印
B:在暗室环境下,使用荧光灯的反射光观察光学薄膜表面,稍稍可见转印的程度
C:发生转印
(3)耐擦伤性
使用摩擦测试仪在以下条件下进行摩擦测试。
评价环境条件:25℃、60%RH摩擦材料:将钢棉(日本Steelwool株式会社制,No.0000)卷到与试样接触的测试仪的摩擦前端部(1cm×1cm),进行带固定使其无法活动。
移动距离(单程):13cm,摩擦速度:13cm/秒,荷重:500g/cm2,前端部接触面积:1cm×1cm,摩擦次数:10次往复。
在摩擦结束后的试样的内侧(光学各向异性层侧)涂上油性黑油墨,在反射光下目视观察,将摩擦部分的伤用以下基准进行评价。
A:虽然非常认真地看,但完全未见有伤
B:非常认真地看,稍稍可见弱的伤。
C:可见中等程度的伤,或者仅看一眼也可知有伤。
(4)雾度测定
使用雾度计MODEL1001DP(日本电色工业株式会社制)测定光学薄膜的雾度。
(5)反射率测定
在透明支撑体上不层叠光学各向异性层而仅层叠防反射层,将其安装到分光光度计V-550(日本分光株式会社制)的积分球(integrating sphere)上,在380~780nm的波长区域中,测定积分球反射率,算出450~650nm的平均反射率,评价防反射性。
(6-1)通过AMF得到的算术平均面粗糙度Ra
对形成有防反射层的一侧(硬涂层或低折射率层侧)的表面,使用原子力显微镜(AFM:Atomic Force Microscope,SPI3800N,Seiko Instruments株式会社制),取10μm见方的视野以256×256的测定点测定5个视野,作为从得到的图像分布测定的值的平均值算出。
(6-2)基于JIS B0601的算术平均面粗糙度Ra
以JIS-B0601-2001为基准,使用小坂研究所株式会社制、Surfcorder MODELSE-3F测定试样表面(硬涂层或低折射率层侧)的中心线平均粗糙度(Ra)。在测定条件为评价长度为1.25mm、截止值(cut-off)为0.25mm下进行。
(7)白浊
在试样的背侧(光学各向异性层侧)涂上油性黑油墨,制作防止了背面的光反射的A4尺寸的样品。在周围为全黑色的房间内,将光全部遮蔽,在太阳光源下目视观察该样品,按照以下基准进行评价。
A:即使认真地看,膜表面未见带有发白。
B:当认真地看时,虽然膜表面可见稍有发白,但无需介意。
C:膜表面带有发白,有些介意。
D:仅看一眼,即可见膜表面白浊,非常介意。
上述各项目的评价结果示于表5。
从表5所示的结果可知,低折射率层的平均粒径最大的粒子(粒子B)在固体成分中的含量在1.5~15质量%的范围外,或者完全不含有的光学薄膜103、104均发生粘接痕迹。另外,超过15质量%的光学薄膜105尽管粘接痕迹改善,但耐擦伤性、涂膜的白浊变差,雾度也差。可知,无机微粒B的平均粒径超过130nm的薄膜106的耐擦伤性、涂膜的白浊变差且雾度也差。可知,无机微粒B的平均粒径在65nm以下的薄膜107发生粘接痕迹。
另外可知,无机微粒的平均粒径小于30nm的光学薄膜110的折射率超过1.45、反射率也高。光学薄膜111的折射率超过1.45且不满足低折射率层的折射率、反射率也高。不含有无机微粒B的光学薄膜119、120发生粘接痕迹。另外可以说,在与透明支撑体的具有硬涂层的面相反侧的面上不具有光学各向异性层的光学薄膜121没有发生粘接痕迹、耐擦伤性等也良好,只要在透明支撑体的与具有硬涂层的面相反侧的面上不具有光学各向异性层,则无法形成有利于立体型图像显示装置的薄膜化的薄膜型偏振片。另外可知,低折射率层的膜厚小于50nm的光学薄膜122发生转印、耐擦伤性也差。另外可知,低折射率层的膜厚超过120nm的光学薄膜125和本申请的没有设置低折射率层的光学薄膜126发生粘接痕迹。
另一方面可知,低折射率层的折射率为1.20~1.45、膜厚为50~120nm、无机微粒A的平均粒径为30nm~65nm、低折射率层中的平均粒径最大的粒子(无机微粒B)相对于固体成分的含量为1.5~15质量%、Ra为0.030μm以下的光学薄膜101、102、108、109、112~118、123、124没有粘接痕迹和转印,耐擦伤性优异,雾度、涂膜的白浊也少。特别可知在特定尺寸的无机微粒中并用特定的含氟单体而得到的光学薄膜114~116的上述性能全部非常优异。
[偏振片和图像显示装置的制作]
将厚度为80μm的辊状聚乙烯醇薄膜在碘水溶液中连续拉伸至5倍、干燥,得到厚度为20μm的偏振膜。将聚乙烯醇(kuraray制PVA-117H)3质量%水溶液作为粘接剂,准备经碱皂化处理的VA用相位差薄膜(富士胶片公司制,波长550nm处的Re/Rth=50/125),按照经皂化的面为偏振膜侧的方式贴合偏振膜。此外,在偏振膜侧介由粘附剂与光学薄膜的光学各向异性层侧贴合,制作偏振片。此时,使光学薄膜的慢轴与起偏器的透射轴所成的角度达到45度。
另外,同样操作,在准备的带有VA相位差薄膜的偏振片的偏振膜侧介由粘附剂贴合TD80UL(富士胶片株式会社制)以替代光学薄膜。
(安装)
剥下TV:SAMSUNG公司制UN46C7000(3D-TV)的视觉识别侧的偏振片,将上述制作的偏振片的VA用相位差薄膜与LC单元介由粘附剂贴合,制作立体显示装置。
剥下LC快门式眼镜:SAMSUNG公司制SSG-2100AB(LC快门式眼镜)的与眼睛相反侧(面板侧)的偏振片,在其上介由粘附剂贴合上述制作的光学薄膜的支撑体侧,制作LC快门式眼镜。这里,使眼镜上贴合的光学薄膜的慢轴与TV上贴合的偏振片中所含的光学薄膜的慢轴垂直。
(显示装置的评价)
在有荧光灯的房间中,在面板面的照度约达到200lux的环境下,戴上上述制作的LC快门式眼镜,观赏3D影像。包含本发明的光学薄膜的3D-TV当侧着脸看时或从斜向看时几乎没有串扰(二重像),也几乎没有显示色泽的变化。另外得到了画面低反射、黑色没有褪色泛白的对比度高的立体感优异的印象。与此相对,使用了通用的TAC薄膜(TD80UL)的3D-TV与包含本发明的光学薄膜的情况相比,串扰和显示色泽变化较大,当仅稍稍侧着脸时,即可显著地看到串扰。另外,黑色褪色泛白,立体感差。
<具有不同的光学各向异性层的光学薄膜201的制作>
在上述制作的光学薄膜101中,将下述组成的含有盘状液晶化合物的光学各向异性层涂布液(B)替代光学各向异性层涂布液(A)用#2.7的绕线棒连续涂布到上述制作的取向膜上。使薄膜的搬运速度(V)为36m/min。为了涂布液的溶剂的干燥和盘状液晶化合物的取向熟化,在120℃的热风中加热90秒。接着,用80℃进行UV照射,使液晶性化合物的取向固定,形成厚度为1μm的光学各向异性层,并卷取成辊形态,制作带有光学各向异性层的透明支撑体。其后,采用与实施例1同样的方法,层叠硬涂层、低折射率层,制作光学薄膜201。光学薄膜201的正面延迟为145nm。光学各向异性层涂布液(B)的组成
[化学式48]
盘状液晶化合物
[化学式49]
吡啶鎓盐
[化学式50]
氟系聚合物(FP2)
上述式中,a/b/c=5/55/40为质量比。
<具有不同的光学各向异性层的光学薄膜301的制作>
上述制作的光学薄膜201中,将下述组成的光学各向异性层涂布液(C)替代涂布光学各向异性层涂布液(B)用#3.0的绕线棒连续涂布到上述制作的取向膜上。
使薄膜的搬运速度(V)为36m/min。为了涂布液的溶剂的干燥和盘状液晶化合物的取向熟化,在120℃的热风中加热90秒。接着,用80℃进行UV照射,使液晶性化合物的取向固定,形成厚度为1.1μm的光学各向异性层,并卷取成辊形态,制作带有光学各向异性层的透明支撑体。其后,采用与实施例1同样的方法,形成光学各向异性层,其后,层叠硬涂层、低折射率层,制作光学薄膜301。光学薄膜301的正面延迟为135nm。
其中,光学各向异性层涂布液(C)中使用的材料中,除丙烯酸酯单体以外的材料与所述光学各向异性层涂布液(B)中使用的材料相同,丙烯酸酯单体与光学各向异性涂布液(A)中使用的丙烯酸酯单体相同。
光学各向异性层涂布液(C)的组成
<具有不同的光学各向异性层的光学薄膜401的制作>
上述制作的光学薄膜201中,将下述组成的光学各向异性层涂布液(D)替代涂布光学各向异性层涂布液(B)用#3.3的绕线棒连续涂布到上述制作的取向膜上。
使薄膜的搬运速度(V)为36m/min。为了涂布液的溶剂的干燥和盘状液晶化合物的取向熟化,在120℃的热风中加热90秒。接着,用80℃进行UV照射,使液晶性化合物的取向固定,形成厚度为1.2μm的光学各向异性层,并卷取成辊形态,制作带有光学各向异性层的透明支撑体。其后,采用与实施例1同样的方法,层叠硬涂层、低折射率层,制作光学薄膜401。光学薄膜401的正面延迟为125nm。
其中,光学各向异性涂布液(D)中使用的材料与上述光学各向异性层涂布液(C)中使用的材料是相同的。
光学各向异性层涂布液(D)的组成
与上述实施例同样地评价上述制作的光学薄膜201、301、401。评价结果示于表5。
得到与上述实施例大致相同的结果。此外,聚合性化合物中使用了97%以上的丙烯酸酯单体的光学薄膜的粘接性更加优异。
此外,使用光学薄膜201,301、401与上述实施例同样地制作偏振片,贴合到3D-TV上,戴上上述制作的LC快门式眼镜,观赏3D影像。包含本发明的光学薄膜的3D-TV,当侧着脸看时或从斜向看时几乎没有串扰(二重像),显示色泽也几乎没有变化。
<硬涂层用组合物(B)的制备>
将下述组合物投入混合罐中、搅拌,用孔径为0.4μm的聚丙烯制过滤器过滤,得到硬涂层用组合物(B)(固体成分浓度为58质量%)。
各个使用的化合物如下所示。
A-400:新中村化学工业株式会社制。1分子中的官能团的数目为2。
[化学式51]
A-TMMT:新中村化学工业株式会社NK酯。质均分子量为304、1分子中的官能团的数目为4。
[化学式52]
<具有不同的硬涂层的光学薄膜的制作>
在实施例1中制作的光学薄膜101~126中,除了在形成光学各向异性层后,涂布上述组成的硬涂层用组合物(B)替代硬涂层用组合物(A)以外,采用与光学薄膜101~126同样的方法,形成硬涂层。其后,采用与实施例1同样的方法,层叠低折射率层,制作光学薄膜501~526。光学薄膜501~526的正面延迟均与光学薄膜101~126等同。
接着,以具有光自由基固化系光取向膜且形成了图案的光学各向异性层为例,对包含形成了图案的光学各向异性层的本发明的方式进行说明。
[硬涂层、低折射率层的涂设]
将作为透明支撑体的Fujitac TD60(富士胶片株式会社制、宽度为1340mm、厚度为60μm)从辊形态卷出,使用日本特开2003-211052号公报的图1中记载的孔缝式模涂机,以13cc/m2的流量涂布上述的硬涂层用涂布液,在25℃下干燥15秒、在60℃下干燥30秒后,进而在氮吹扫下用160W/cm的“高压汞灯”{Dr. honle AG公司制},照射照射量为120mJ/cm2的紫外线,使涂布层固化,制作膜厚为10μm的硬涂层。
其后,在硬涂层上使用日本特开2003-211052号公报的图1中记载的孔缝式模涂机,按照低折射率层的干燥膜厚达到90nm的方式湿法涂布低折射率层用组合物LL-15,在25℃下干燥15秒、在60℃下干燥30秒后,进而通过氮吹扫,在氧浓度为100ppm的气氛下,使用240W/cm的“高压汞灯:{Dr. honle AG公司制},照射照射量为300mJ/cm2的紫外线,形成低折射率层,使低折射率层侧为外侧,用250N的张力以1000m辊形态卷取到168φ的卷芯上。
参考US2012/0076954 A1的[0193],进行5-降冰片烯-2-甲基-(4-甲氧基肉桂酸酯)的聚合反应,得到下述化学式表示的具有肉桂酸酯基的聚降冰片烯(重均分子量、Mw=150,000)。
[化学式1]
(含有聚降冰片烯的取向膜组合物的组成)
使用含有上述聚降冰片烯的取向膜组合物,参考日本特表2012-517024号公报(WO2010/090429号公报)的实施例,在上述制作的薄膜的没有层叠硬涂层的面上形成干燥厚度为(埃)的含有聚降冰片烯的取向膜。
其后,使上下和左右相互不同地交互配置有光透射区域的宽度为500μm的光透射区域和光遮蔽区域图案的图案掩膜(100mm×100mm)位于含有聚降冰片烯的取向膜的上部。
其后,使具有透射各个不同的偏振光的2个区域的UV偏振片相对于薄膜行进方向并列地位于所述图案掩膜的上部。其后,使透明支撑体以3m/分钟的速度沿薄膜行进方向移动,同时从所述UV偏振片的上部连续照射强度为300mW/cm2的紫外线30秒,得到根据含有聚降冰片烯的取向膜的规定区域的不同高分子沿不同方向取向的第1取向区域和第2取向区域沿透明支撑体的长度方向交互地配置的取向膜。
在所述取向膜上,按照形成约1μm的干燥厚度的方式涂布作为液晶化合物的BASF公司的LC242TM,照射强度为300mW/cm2的紫外线10秒,使液晶化合物固化,形成相位差层,得到液晶化合物的光轴在第1取向区域和第2取向区域各不相同地取向的光学薄膜601。
(光学薄膜601的评价)
与光学薄膜115同样地评价光学薄膜601,结果反射率为1.54%、粘接痕迹为A、转印为A、耐擦伤性为A、雾度为0.20%、涂膜的白浊为A,可知即使本发明的光学薄膜的光学各向异性层为图案状,也能够得到与具有一定相位差的各向异性层时同样的效果。
Claims (17)
1.一种光学薄膜,其特征在于,其具有以与透明支撑体的一个面接触的方式配置或者隔着取向膜配置在所述透明支撑体的一个面上的光学各向异性层,在所述透明支撑体的另一个面上按照所述透明支撑体、硬涂层及低折射率层的顺序具有所述硬涂层和折射率为1.20~1.45且平均膜厚为50~120nm的所述低折射率层;
所述低折射率层含有平均粒径为30nm~65nm的无机微粒A、平均粒径大于65nm且为130nm以下的无机微粒B、及粘合剂;
相对于所述低折射率层的总固体成分,无机微粒B的含量为1.5~15质量%;
具有低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于JIS B0601-2001的算术平均粗糙度Ra为0.030μm以下。
2.根据权利要求1所述的光学薄膜,其特征在于,相对于低折射率层的总固体成分,所述无机微粒B的含量为3.0~10质量%。
3.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒B的平均粒径为70nm~100nm。
4.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒B为二氧化硅粒子。
5.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒A为中空二氧化硅粒子。
6.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述无机微粒A的平均粒径为40nm~60nm。
7.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述具有低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于原子力显微镜即AFM的算术平均面粗糙度Ra为2~6nm。
8.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述具有低折射率层的一侧的光学薄膜表面的基于AFM的算术平均面粗糙度Ra为2.5nm~4nm。
9.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述低折射率层中所含有的粘合剂的至少1种为下述通式(1)表示的含氟多官能团单体,
通式(1):
式中,Rf1表示可具有醚键的(p+q)价的全氟代饱和烃基;Rf2表示至少含有碳原子和氟原子且可以含有氧原子或氢原子的链状或环状的1价的氟化烃基;p为3~10的整数,q为0~7的整数,且(p+q)表示3~10的整数;r表示0~100的整数,s、t分别独立地表示0或1;R表示氢原子、甲基、或氟原子;通式(1)中不限于(OCF2CF2)、(OCF2)、(OCFRf2)的配置顺序。
10.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述光学薄膜在550nm处的面内延迟为80~200nm。
11.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其特征在于,所述光学各向异性层是由含有液晶性化合物的组合物形成的。
12.根据权利要求11所述的光学薄膜,其中,所述液晶性化合物为盘状液晶性化合物。
13.根据权利要求11所述的光学薄膜,其特征在于,所述光学各向异性层是由含有以固体成分浓度计为93质量%以上的液晶性化合物的组合物形成的。
14.根据权利要求1或2所述的光学薄膜,其为长条辊状,以长度方向为基准时,正面延迟的慢轴在顺时针或逆时针方向为5~85°。
15.一种偏振片,其具有至少1个保护膜和偏振膜,所述至少1个保护膜为权利要求1~14中任一项所述的光学薄膜,所述光学薄膜的光学各向异性层侧的表面与所述偏振膜贴合。
16.一种图像显示装置,其包含至少1个权利要求1~14中任一项所述的光学薄膜或权利要求15所述的偏振片。
17.一种液晶显示装置,其从视觉识别侧起依次具有权利要求1~14中任一项所述的光学薄膜、偏振膜和液晶单元,所述光学薄膜按照低折射率层在视觉识别侧、所述光学各向异性层在所述偏振膜侧的方式配置。
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