JP2022163714A - 光学積層体及びフレキシブル表示装置 - Google Patents

光学積層体及びフレキシブル表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高温条件下や高湿条件下で使用した場合であっても、破断、白化等が生じない光学積層体を提供する。【解決手段】ポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層と、硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを含み、温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における歪み3%の時の応力が110MPa以上である、光学積層体。【選択図】図1

Description

本発明は、ポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層と硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを含む光学積層体、並びに該光学積層体を備えるフレキシブル表示装置に関する。
従来、太陽電池や画像表示装置等の表示部材の前面板としてガラスが用いられてきた。しかし、近年の小型化、薄型化、軽量化及びフレキシブル化の要求に対して、ガラスは十分な特性を有するものではなく、ガラスの代替材料として各種フィルムが検討されている。このようなフィルムとしては、例えば、ポリイミド系樹脂フィルムがある(例えば特許文献1~3)。
特開2008-12675号公報 特開2020-64236号公報 国際公開第2014/046180号
フレキシブル表示装置等のフレキシブル電子デバイスは、様々な環境下で使用される。特にフレキシブル電子デバイスは、使用時に折り畳み操作や巻き取り操作などを伴うため、該デバイスにおいて前面板として使用されるポリイミド系樹脂フィルムも、様々な環境下で折り畳み操作等が行われる可能性がある。そのため、前面板には、様々な環境下で折り畳み等の操作が行われた場合であっても、破断、白化等が生じないことが要求される。特に、高温条件下や高湿条件下で使用した場合であっても、破断、白化等が生じないことが重要である。しかし、従来の光学フィルムや光学積層体において、このような高温条件下や高湿条件下での折り畳み操作時の破断、白化等は、十分に防止されているとはいえない。したがって、本発明は、高温条件下や高湿条件下で使用した場合であっても、破断、白化等が生じない光学積層体を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、ポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層と硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを含み、特定の物性値を満たす光学積層体によって、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明には、以下の態様が含まれる。
〔1〕ポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層と、硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを含み、温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における歪み3%の時の応力が110MPa以上である、光学積層体。
〔2〕温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における降伏点歪みが1.50%以上である、〔1〕に記載の光学積層体。
〔3〕温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における耐力が70MPa以上である、〔1〕又は〔2〕に記載の光学積層体。
〔4〕温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における弾性率が4.0GPa以上である、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の光学積層体。
〔5〕ポリイミド系樹脂フィルムの湿度膨張係数は40ppm/K以下である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の光学積層体。
〔6〕ポリイミド系樹脂フィルムの温度60℃、湿度90%条件下での吸湿率は3%以下である、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の光学積層体。
〔7〕15~120μmの厚さを有し、R=1.5mmで測定した耐屈曲回数が30万回以上である、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の光学積層体。
〔8〕ポリイミド系樹脂フィルムは、式(1):
Figure 2022163714000002
[式(1)中、Xは2価の有機基を表し、Yは4価の有機基を表し、*は結合手を表す]
で表される構成単位を含み、式(1)中のYとして、式(3):
Figure 2022163714000003
[式(3)中、Rは、互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表し、R~Rは、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基を表し、mは、互いに独立に、0~3の整数を表し、nは1~4の整数を表し、*は結合手を表し、ただし、R~Rを有する少なくとも1つのベンゼン環において、R~Rのうち少なくとも3つがハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基である]
で表される構造を含むポリイミド系樹脂を含む、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の光学積層体。
〔9〕〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の光学積層体を備えるフレキシブル表示装置。
〔10〕タッチセンサをさらに備える、〔9〕に記載のフレキシブル表示装置。
〔11〕偏光板をさらに備える、〔9〕又は〔10〕に記載のフレキシブル表示装置。
本発明の光学積層体によれば、高温条件下や高湿条件下で使用した場合であっても、破断、白化等が生じない光学積層体を提供することができる。
実施例及び比較例で得た光学積層体の温度60℃、湿度93%で測定した応力-歪曲線を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更をすることができる。また、特定のパラメータについて複数の上限値及び下限値が記載されている場合、これらの上限値及び下限値のうち任意の上限値と下限値とを組合せて好適な数値範囲とすることができる。
<光学積層体>
本発明の光学積層体は、ポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層と、硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを含み、温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における歪み3%の時の応力が110MPa以上である光学積層体である。
光学積層体の温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における歪み3%の時の応力が110MPa未満である場合、高温条件下や高湿条件下で、折り畳み操作等の変形を伴う操作を行い、光学積層体を含むフレキシブル電子デバイスを使用した場合に、破断、白化等の発生を十分に防止することができない。その理由は明らかではないが、光学積層体に降伏点応力よりも高い応力がかかる際、基材層の同応力でも歪みが大きくなる領域が生じるため、硬化性樹脂の硬化物を含む機能層のみにかかる力が大きくなる。その結果、機能層に歪みが生じやすくなり、フィルムの白化や破断が生じやすくなると考えられる。光学積層体の温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における歪み3%の時の応力は、高温高湿条件下で使用する際の破断及び白化を低減しやすい観点から、好ましくは111MPa以上、より好ましくは112MPa以上である。上記の歪み3%の時の応力の上限は、好ましくは200MPa以下である。上記歪み3%の時の応力は、光学積層体を測定試料とし、温度60℃、湿度93%の環境下、チャック間距離70mm、引張速度10mm/分の条件で得た応力-歪曲線における、歪み3%の時の応力を測定することで得られる値であり、例えば実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
光学積層体の歪み3%の時の応力を上記の範囲に調整する方法は特に限定されないが、例えば、後述する降伏応力を有するポリイミド系樹脂フィルムを基材層として用いて硬化性樹脂の硬化物を含む機能層を積層させる方法、後述するポリイミド系樹脂を含むポリイミド系樹脂フィルムの基材層と硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを積層させる方法等が挙げられる。
本発明の光学積層体の温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における降伏点歪み(Yield Strainという。以下、YSと記載することがある)は、引張試験機(試験条件;温度60℃、湿度93%、チャック間距離70mm、引張速度10mm/分)を用いて測定して、好ましくは1.50%以上、より好ましくは1.60%以上、さらに好ましくは1.70%以上、さらにより好ましくは1.80%以上であり、好ましくは3.0%以下である。高温高湿環境下でのYSが上記の範囲内であると、高温高湿条件下で使用する際の破断及び白化をより低減しやすい。YSは、温度60℃、湿度93%の環境下、チャック間距離70mm、引張速度10mm/分の条件で引張試験機を用いて得た応力-歪曲線の歪み0.2%の点を基準に、弾性率に等しい傾きの直線をひいたときに、応力-歪曲線と交わる点の歪みであり、例えば実施例に記載の方法により測定できる。また、該点における応力が、後述する耐力である。
本発明の光学積層体の温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における耐力は、引張試験機(試験条件;温度60℃、湿度93%、チャック間距離70mm、引張速度10mm/分)を用いて測定して、好ましくは70MPa以上、より好ましくは75MPa以上、さらに好ましくは79MPa以上であり、好ましくは200MPa以下である。高温高湿環境下での耐力が上記の範囲内であると、高温高湿条件下で使用する際の破断及び白化をより低減しやすい。
本発明の光学積層体の温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における弾性率は、引張試験機(試験条件;温度60℃、湿度93%、チャック間距離70mm、引張速度10mm/分)を用いて測定して、好ましくは4.0GPa以上、より好ましくは4.1GPa以上であり、通常100GPa以下である。高温高湿環境下での弾性率が上記の下限以上であると、特に高温高湿環境下においても、繰り返し折り曲げてもクラック、割れ、折り皺等の発生をより有効に抑制しやすい。高温高湿環境下での弾性率は、例えば実施例に記載の方法により測定できる。
本発明の光学積層体の耐屈曲回数は、温度60℃、湿度93%で、R=1.5mmで測定して、好ましくは20万回以上、より好ましくは25万回以上、さらに好ましくは30万回以上である。耐屈曲回数が上記の下限以上であると、特に高温高湿環境下においても、繰り返し折り曲げてもクラック、割れ、折り皺等の発生を有効に抑制できる。耐屈曲回数は、折り畳み試験機を用いて測定でき、例えば実施例に記載の方法により測定できる。また、本発明の光学積層体は、上記の条件で行う30万回の屈曲試験前後における該光学積層体の黄色度YIの差の絶対値(以下、ΔYIとも称する)を算出した時に、ΔYIが小さいことが好ましく、ΔYIはより好ましくは0.8以下、さらに好ましくは0.5以下、さらにより好ましくは0.3以下、とりわけ好ましくは0.25以下である。
本発明の光学積層体の室温での弾性率は、耐折性を向上させやすい観点、及び、シワや傷付き等を防止しやすい観点から、好ましくは4.0GPa以上、より好ましくは4.5GPa以上、さらに好ましくは4.8GPa以上、さらにより好ましくは5.2GPa以上、とりわけ好ましくは6.0GPa以上であり、通常100GPa以下である。なお、弾性率は、引張試験機(室温、湿度50%、チャック間距離50mm、引張速度10mm/分)を用いて測定できる。
本発明の光学積層体は、好ましくは優れた耐屈曲性を有する。本発明の光学積層体の室温での耐屈曲回数は、室温、湿度50%で、R=1.5mmで測定して、好ましくは20万回以上、より好ましくは25万回以上、さらに好ましくは30万回以上である。耐屈曲回数が上記の下限以上であると、繰り返し折り曲げてもクラック、割れ、折り皺等の発生を有効に抑制できる。耐屈曲回数は、折り畳み試験機を用いて測定でき、例えば実施例に記載の方法により測定できる。
本発明の光学積層体の黄色度(以下、YIと記載することがある)は好ましくは3.0未満である。YIが3.0未満である場合、光学積層体を介して例えば画像等を視認する際の視認性を向上させやすい。本発明の光学積層体のYIは、光学積層体を介した画像等の視認性をより向上させやすい観点から、好ましくは2.8以下、より好ましくは2.6以下、さらに好ましくは2.5以下であり、好ましくは-5以上、より好ましくは-2以上である。光学積層体のYIが上記の上限以下であると、透明性が良好となり、表示装置の前面板に使用した場合に、高い視認性に寄与することができる。なお、YIは紫外可視近赤外分光光度計を用いて300~800nmの光に対する透過率測定を行い、3刺激値(X、Y、Z)を求め、YI=100×(1.2769X-1.0592Z)/Yの式に基づいて算出できる。光学積層体のYIを上記の範囲に調整する方法としては、特に限定されないが、後述するようなポリイミド系樹脂を使用する方法、青色色素を添加する方法、薄膜化する方法、モノマー主鎖の芳香族環に側鎖を導入する方法等が挙げられる。
本発明の光学積層体の全光線透過率は、好ましくは85%以上、より好ましくは88%以上、さらに好ましくは89%以上、とりわけ好ましくは90%以上である。全光線透過率が上記の下限以上であると、光学積層体を前面板として表示装置に組み込んだ際に視認性を高めやすい。本発明の光学積層体は通常、高い全光線透過率を示すので、例えば、透過率の低いフィルムを用いた場合と比べて、一定の明るさを得るために必要な表示素子等の発光強度を抑えることが可能となる。このため、消費電力を削減することができる。例えば、本発明の光学積層体を表示装置に組みこむ場合、バックライトの光量を減らしても明るい表示を得られる傾向があり、エネルギーの節約に貢献できる。全光線透過率の上限は、通常100%以下である。なお、全光線透過率は、例えばJIS K 7361-1:1997に準拠してヘーズコンピュータを用いて測定できる。全光線透過率は、後述する光学積層体の厚さの範囲における全光線透過率であってよい。なお、本明細書において、光学積層体が光学特性に優れるとは、全光線透過率が高いこと、及び/又は、へーズが低いこと、及び/又は、YIが低いことを意味し、透明性が高まる又は向上すると同じ意味で使用することがある。
本発明の光学積層体のヘーズは、好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、さらに好ましくは3%以下、さらにより好ましくは2%以下、とりわけ好ましくは1%以下、とりわけより好ましくは0.8%以下、とりわけさらに好ましくは0.5%以下であり、通常0.01%以上である。光学積層体のヘーズが上記の範囲にあると、光学積層体を、特に前面板として、表示装置に組み込んだ際に、視認性を高めやすい。なお、ヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠してヘーズコンピュータを用いて測定できる。
本発明の光学積層体の厚さは、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上、さらにより好ましくは25μm以上、とりわけ好ましくは30μm以上であり、好ましくは200μm以下、より好ましくは120μm以下、さらに好ましくは100μm以下、さらにより好ましくは80μm以下、とりわけ好ましくは60μm以下であり、好ましい範囲はこれらの上限と下限の組合せであってよい。光学積層体の厚さが上記の範囲内であると、光学積層体の高温高湿環境下での耐屈曲性をより高めやすい。なお、光学積層体の厚さは、マイクロメーター等を用いて測定でき、例えば実施例に記載の方法により測定できる。本発明の光学積層体は、好ましくは15~120μm、より好ましくは20~100μm、さらに好ましくは25~80μmの厚さを有していてもよい。
全光線透過率及びヘーズは、光学積層体の厚さに応じて変化し、厚さが大きくなるほど、全光線透過率は低下し、ヘーズは高くなる。すなわち、厚さが大きいフィルムにおいて、全光線透過率が高く、かつヘーズが低い光学積層体を作製することは困難になる傾向がある。本発明の好適な実施形態において、本発明の光学積層体は、高水準の透明性を有するため、厚さが比較的大きくても、高い全光線透過率及び低いヘーズを示すことができる。そのため、本発明の光学積層体の厚さは、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上、さらにより好ましくは25μm以上、とりわけ好ましくは30μm以上、とりわけより好ましくは35μm以上、とりわけさらに好ましくは40μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下、さらに好ましくは60μm以下である。光学積層体の厚さは、膜厚計などで測定でき、例えば実施例に記載の方法により測定できる。
(基材層)
本発明の光学積層体は、ポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層を含む。ポリイミド系樹脂フィルムに含まれるポリイミド系樹脂は、上記特定の降伏応力を有する光学積層体が得られる限り特に限定されない。本明細書において、ポリイミド系樹脂とは、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド前駆体樹脂、及び、ポリアミドイミド前駆体樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を表す。ポリイミド樹脂は、イミド基を含む繰返し構成単位を含有する樹脂であり、ポリアミドイミド樹脂は、イミド基及びアミド基の両方を含む繰返し構成単位を含有する樹脂である。ポリイミド前駆体樹脂及びポリアミドイミド前駆体樹脂は、それぞれ、イミド化によりポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂を与える、イミド化前の前駆体であり、ポリアミック酸とも称される樹脂である。本発明の光学積層体に含まれるポリイミド系樹脂フィルムは、1種類のポリイミド系樹脂を含んでいてもよいし、2種以上のポリイミド系樹脂を組合せて含んでいてもよい。本発明の光学積層体を高温高湿条件下で使用した場合であっても、破断、白化等の発生を抑制しやすい観点から、ポリイミド系樹脂フィルムに含まれるポリイミド系樹脂は、好ましくはポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であり、より好ましくはポリアミドイミド樹脂である。
本発明の好ましい一実施形態において、折り畳み時、特に高温高湿条件下での折り畳み時の破断及び白化を低減しやすい観点、及び、化学的安定性を高めやすい観点から、ポリイミド系樹脂は芳香族系の樹脂であることが好ましい。本明細書において、芳香族系の樹脂とは、ポリイミド系樹脂に含まれる構成単位が主に芳香族系の構成単位である樹脂を表す。
上記の好ましい一実施形態において、折り畳み時の破断及び白化を低減しやすい観点、及び、化学的安定性を高めやすい観点から、ポリイミド系樹脂に含まれる全構成単位に対する芳香族系モノマーに由来する構成単位の割合は、好ましくは60モル%以上、より好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上、さらにより好ましくは85モル%以上である。ここで、芳香族系モノマーに由来する構成単位とは、芳香族系の構造、例えば芳香環を少なくとも一部に含むモノマーに由来し、芳香族系の構造、例えば芳香環を少なくとも一部に含む構成単位である。芳香族系モノマーとしては、例えば芳香族テトラカルボン酸化合物、芳香族ジアミン、芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
本発明の好ましい一実施形態において、ポリイミド系樹脂は、式(1):
Figure 2022163714000004
[式(1)中、Yは4価の有機基を表し、Xは2価の有機基を表し、*は結合手を表す]
で表される構成単位を含み、式(1)中のYとして、式(3):
Figure 2022163714000005
[式(3)中、Rは、互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表し、R~Rは、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基を表し、
mは、互いに独立に、0~3の整数を表し、
nは1~4の整数を表し、
*は結合手を表し、ただし、R~Rを有する少なくとも1つのベンゼン環において、R~Rのうち少なくとも3つがハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基である]
で表される構造を含むポリイミド系樹脂であってよい。
式(1)において、Yは、互いに独立に、4価の有機基を表し、好ましくは炭素数4~80の4価の有機基を表し、より好ましくは環状構造を有する炭素数4~60の4価の有機基を表す。環状構造としては、脂環、芳香環、ヘテロ環構造が挙げられる。前記有機基は、有機基中の水素原子が置換基で置換されていてもよい有機基であり、該置換基は、好ましくはハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、1価の炭化水素基、例えばアルキル基、アリール基等、アルコキシ基又はアリールオキシ基であり、かかる場合、ハロゲン原子を有してもよい、1価の炭化水素基、アルコキシ基又はアリールオキシ基の炭素数は好ましくは1~8である。本発明の一実施形態であるポリイミド系樹脂は、複数種のYを含み得、複数種のYは、互いに同一であっても、異なっていてもよい。
ポリイミド系樹脂は、式(1)中のYとして、好ましくは式(3)で表される構造を含む。式(3)において、Rは、互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表す。ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、2-メチル-ブチル基、3-メチルブチル基、2-エチル-プロピル基、n-ヘキシル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。アリール基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基等が挙げられる。アリールオキシ基としては、例えばフェノキシ基、ナフチルオキシ基、ビフェニルオキシ基等が挙げられる。Rは、互いに独立に、好ましくはハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数6~12のアリール基、又は炭素数6~12のアリールオキシ基を表す。ポリイミド系樹脂フィルムを含む光学積層体において、折り畳み時の破断及び白化を低減しやすいと共に、透明性を向上しやすい観点から、Rは、互いに独立に、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基又はアルコキシ基であることが好ましく、ハロゲン原子を有してもよい、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のアルコキシ基であることがより好ましい。
式(3)において、光学積層体の折り畳み時の破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性を向上しやすい観点から、mは、互いに独立に、0~3の整数を表し、好ましくは0~2の整数、より好ましくは0又は1、さらに好ましくは0を表す。
式(3)において、R、R、R及びRは、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基を表し、R~Rを有する少なくとも1つのベンゼン環において、R~Rのうち少なくとも3つがハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基である。炭化水素基としては、芳香族炭化水素基、脂環族炭化水素基、脂肪族炭化水素基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基等のアリール基などが挙げられる。脂環族炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基などが挙げられる。脂肪族炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、2-メチル-ブチル基、3-メチルブチル基、2-エチル-プロピル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、tert-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基等のアルキル基などが挙げられる。ハロゲン原子としては、上記に記載のものが挙げられる。R~Rは、互いに独立に、好ましくは水素原子、又はハロゲン原子を有してもよい、炭素数6~12のアリール基、炭素数4~8のシクロアルキル基、又は炭素数1~6のアルキル基を表す。樹脂の溶媒への溶解性を高めやすく、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性を向上しやすい観点から、R~Rは、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよいアルキル基が好ましく、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよい1~6のアルキル基がより好ましく、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよい1~3のアルキル基がさらに好ましい。
式(3)中のR~Rを有する少なくとも1つのベンゼン環において、R~Rのうち少なくとも3つがハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基である場合、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい。また、ポリイミド系樹脂の溶媒への溶解性も向上できる。
樹脂の溶媒への溶解性を高めやすく、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性を向上しやすい観点から、nが2以上の場合、R~Rを有する少なくとも2つのベンゼン環において、R~Rのうち少なくとも3つがハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基であることがより好ましく、R~Rを有する全てのベンゼン環において、R~Rのうち少なくとも3つがハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基であることがさらに好ましい。
式(3)において、nは1~4の整数を表し、ポリイミド系樹脂フィルムの弾性率及び透明性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい観点から、nは好ましくは1~3の整数であり、より好ましくは2又は3であり、さらに好ましくは2である。なお、式(1)で表される構成単位は、Yとして、式(3)で表される構造を1種又は複数種含んでいてよい。
本発明の好適な実施形態においては、式(3)は、式(3’):
Figure 2022163714000006
[式(3’)中、*は結合手を表す]
で表される。すなわち、式(1)中の複数のYの少なくとも一部は、式(3’)で表されることが好ましい。このような形態であると、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性を向上しやすい。
本発明の一実施形態では、式(1)で表される構成単位のうち、Yが式(3)で表される構成単位の割合は、式(1)で表される構成単位の総モル量に対して、好ましくは10モル%以上、より好ましくは30モル%以上、さらに好ましくは45モル%以上、さらにより好ましくは50モル%以上、特に好ましくは55モル%以上であり、好ましくは70モル%未満、より好ましくは65モル%以下、さらに好ましくは62モル%以下、特に好ましくは60モル%以下である。Yが式(3)で表される構成単位の割合が上記の下限以上であると、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい。またYが式(3)で表される構成単位の割合が上記の上限以下であると、光学積層体の透明性を高めやすい。Yが式(3)で表される構成単位の割合は、例えばH-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
ポリイミド系樹脂は、式(1)中のYとして、さらに式(5):
Figure 2022163714000007
[式(5)中、Bは、単結合、-O-、ジフェニルメチレン基、ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基、-SO-、-S-、-CO-、-COO-、-PO-、-PO-、-N(RB1)-又は-Si(RB2-を表し、
B1及びRB2は、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよいアルキル基を表し、
は、互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表し、
tは、互いに独立に、0~3の整数を表し、
*は結合手を表す]
で表される構造を含むことが好ましい。式(1)中のYとして式(5)で表される構造をさらに含む場合、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性をより向上させやすい。
式(5)において、Rは、互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表す。ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基及びアリールオキシ基としては、それぞれ式(3)のRとして例示されたものが挙げられる。光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性を向上しやすい観点から、Rは、互いに独立に、好ましくはハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6のアルキル基であり、より好ましくはハロゲン原子を有してもよい炭素数1~3のアルキル基である。
式(5)において、tは0~3の整数を表し、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性を向上しやすい観点から、好ましくは0~2の整数を表し、より好ましくは0又は1を表し、さらに好ましくは0である。
式(5)中のBは、互いに独立に、単結合、-O-、ジフェニルメチレン基、ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基、-SO-、-S-、-CO-、-COO-、-PO-、-PO-、-N(RB1)-又は-Si(RB2-を表し、RB1及びRB2は、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよいアルキル基を表す。
ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基としては、式(3)中のR~Rにおけるハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基のうち、水素原子をさらに1つ除いた2価の基が挙げられる。ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基は、その基に含まれる水素原子のうち、2つの水素原子に代わって環を形成、すなわち、該2つの水素原子を結合手に代え、その2つの結合手を連結させて環を形成してもよく、該環としては、例えば炭素数3~12のシクロアルカン環等が挙げられる。また、式(5)中のBに含まれる-N(RB1)-及び-Si(RB2-中のRB1及びRB2におけるハロゲン原子を有してもよいアルキル基としては、式(3)中のRにおけるハロゲン原子を有してもよいアルキル基として上記に例示のものが挙げられる。
式(5)中のBは、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性を向上しやすい観点から、好ましくは単結合、又は、ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基、より好ましくは単結合、-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-又は-C(CF-、さらに好ましくは単結合、-C(CH-又は-C(CF-、さらにより好ましくは単結合又は-C(CF-、とりわけ好ましくは-C(CF-が挙げられる。
本発明の好適な実施形態においては、式(5)は、式(5’)
Figure 2022163714000008
[式(5’)中、*は結合手を表す]
で表される。すなわち、好ましい一態様において、式(1)中の複数のYの少なくとも一部は、式(5’)で表される。このような形態であると、光学積層体を折り畳み時の破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性をより向上させやすい。
式(1)で表される構成単位のうち、式(1)中のYが式(3)で表される構成単位の割合は、式(1)中のYが式(5)で表される構成単位1モルに対して、好ましくは0.1モル以上、より好ましくは0.4モル以上、さらに好ましくは1.0モル以上であり、好ましくは2.3モル以下、より好ましくは1.9モル以下、さらに好ましくは1.7モル以下である。式(1)中のYが式(5)で表される構成単位に対する式(1)中のYが式(3)で表される構成単位の割合が上記の下限以上であると、ポリイミド系樹脂フィルムの弾性率を高めやすい。また該割合が上記の上限以下であると、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性をより向上させやすい。式(1)中のYが式(5)で表される構成単位に対する式(1)中のYが式(3)で表される構成単位の割合は、例えばH-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
式(1)で表される構成単位のうち、式(1)中のYが式(5)で表される構成単位の割合は、式(1)で表される構成単位の総モル量に対して、好ましくは30モル%超、より好ましくは35モル%以上、さらに好ましくは38モル%以上、さらにより好ましくは40モル%以上であり、好ましくは90モル%以下、より好ましくは70モル%以下、さらに好ましくは55モル%以下、さらにより好ましくは50モル%以下、特に好ましくは45モル%以下である。
式(1)で表される構成単位の総モル量に対して、Yが式(5)で表される構成単位の割合が上記の下限以上であると、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ透明性をより向上させやすい。また、該割合が上記の上限以下であると、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率を高めやすい。なお、式(1)中のYが式(5)で表される構成単位の割合は、例えばH-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
本発明の一実施形態において、Yが式(3)で表される構成単位及びYが式(5)で表される構成単位との合計割合は、式(1)で表される構成単位の総モル量に対して、好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上であり、好ましくは100モル%以下である。該合計割合が上記範囲であると、ポリイミド系樹脂フィルムの弾性率及び透明性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい。なお、該合計割合は、例えばH-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
式(1)において、Yとしては、式(3)で表される構造の他に、場合により式(5)で表される構造、並びに、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)及び式(29):
Figure 2022163714000009
で表される構造を含んでもよい。
式(20)~式(29)中、*は結合手を表し、Wは、単結合、-O-、ジフェニルメチレン基、ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基、例えば-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-、-C(CF-など、-Ar-、-SO-、-S-、-CO-、-PO-、-PO-、-N(RW1)-、-Si(RW2-、-O-Ar-O-、-Ar-O-Ar-、-Ar-CH-Ar-、-Ar-C(CH-Ar-又は-Ar-SO-Ar-を表す。Arは、フッ素原子を有してもよい炭素数6~20のアリーレン基を表し、具体例としてはフェニレン基が挙げられる。RW1及びRW2は、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよいアルキル基を表す。なお、式(20)~式(29)で表される基中の水素原子は、メチル基、フルオロ基、クロロ基又はトリフルオロメチル基で置換された基;並びに4価の炭素数6以下の鎖式炭化水素基であってよい。なお、式(20)~式(29)における環上の水素原子は、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基又は炭素数6~12のアリール基で置換されていてもよい。炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基及び炭素数6~12のアリール基としては、それぞれ、式(3)のRとして上記に例示のものが挙げられる。
式(20)~式(29)で表される基の中でも、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、弾性率を向上しやすく、かつ透明性をより向上させやすい観点から、式(26)、式(28)又は式(29)で表される基が好ましく、式(26)で表される基がより好ましい。また、Wは、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、弾性率を向上しやすく、かつ透明性をより向上させやすい観点から、好ましくは単結合、-O-、-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-又は-C(CF-、より好ましくは単結合、-O-、-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-又は-C(CF-、さらに好ましくは単結合、-C(CH-又は-C(CF-、さらにより好ましくは単結合又は-C(CF-、とりわけ好ましくは-C(CF-を表す。
式(1)において、Xは、2価の有機基を表し、好ましくは炭素数4~40の2価の有機基を表す。
本発明において、ポリイミド系樹脂は、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、弾性率を向上しやすく、かつ透明性をより向上させやすい観点から、式(1)中のXとして、2価の芳香族基、2価の脂環族基、及び2価の脂肪族基の少なくとも1種を含むことが好ましく、2価の芳香族基を含むことがより好ましい。2価の芳香族基としては、例えば式(3)中のR~Rとして上記に例示の芳香族炭化水素基中の水素原子のうち、1つの水素原子が結合手に置き換わった2価の芳香族炭化水素基;該2価の芳香族炭化水素基のうち、少なくとも1つ以上を連結基、例えば後述のV等の連結基により結合させた基が挙げられる。2価の脂環族基としては、例えば式(3)中のR~Rとして上記に例示の脂環族炭化水素基中の水素原子のうち、1つの水素原子が結合手に置き換わった2価の脂環族炭化水素基;該2価の脂環族炭化水素基のうち、少なくとも1つ以上を連結基、例えば後述のV等の連結基により結合させた基が挙げられる。2価の脂肪族基としては、例えば式(3)中のR~Rとして上記に例示の脂肪族炭化水素基中の水素原子のうち、1つの水素原子が結合手に置き換わった2価の脂肪族炭化水素基;該2価の脂肪族炭化水素基のうち、少なくとも1つ以上を連結基、例えば後述のV等の連結基により結合させた基が挙げられる。
式(1)中のXは、好ましくは脂環、芳香環、ヘテロ環構造等の環状構造を有する炭素数4~40の2価の有機基、より好ましくは炭素数4~40の2価の芳香族基及び炭素数4~40の2価の脂環族基を表し、さらに好ましくは炭素数4~40の2価の芳香族基を表す。該有機基は、有機基中の水素原子が炭化水素基又はフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよく、その場合、炭化水素基及びフッ素置換された炭化水素基の炭素数は好ましくは1~8である。本発明の一実施形態において、ポリイミド系樹脂は、複数種のXを含み得、複数種のXは、互いに同一であっても、異なっていてもよい。Xとしては、式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)、式(17)及び式(18)で表される基;それらの式(10)~式(18)で表される基中の水素原子がメチル基、フルオロ基、クロロ基又はトリフルオロメチル基で置換された基;並びに炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。
Figure 2022163714000010
式(10)~式(18)中、
*は結合手を表し、
、V及びVは、互いに独立に、単結合、-O-、-S-、-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-、-C(CF-、-SO-、-CO-又は-N(Q)-を表す。ここで、Qはハロゲン原子を有してもよい炭素数1~12の1価の炭化水素基を表す。ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~12の1価の炭化水素基としては、式(3)のR~Rにおけるハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基として上記に例示のものが挙げられる。
1つの例は、V及びVが単結合、-O-又は-S-であり、かつ、Vが-CH-、-C(CH-、-C(CF-又は-SO-である。VとVとの各環に対する結合位置、及び、VとVとの各環に対する結合位置は、互いに独立に、各環に対して好ましくはメタ位又はパラ位、より好ましくはパラ位である。なお、式(10)~式(18)における環上の水素原子は、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基又は炭素数6~12のアリール基で置換されていてもよい。炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基及び炭素数6~12のアリール基としては、それぞれ、式(3)のRとして上記に例示のものが挙げられる。
本発明の好適な実施形態では、ポリイミド系樹脂は、式(1)中のXとして、式(4):
Figure 2022163714000011
[式(4)中、Aは、単結合、-O-、ジフェニルメチレン基、ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基、-SO-、-S-、-CO-、-PO-、-PO-、-N(RA1)-又は-Si(RA2-を表し、
A1及びRA2は、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよいアルキル基を表し、
は互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表し、
sは、互いに独立に、0~4の整数を表し、
*は結合手を表す]
で表される構造を含むことができる。このような形態であると、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び透明性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい。また、式(1)で表される構成単位は、Xとして式(4)で表される構造を1種又は複数種含んでいてもよい。
は、互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表す。ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリールオキシ基としては、それぞれ、式(3)のRとして上記に例示のものが挙げられる。
これらの中でも、Rは、互いに独立に、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び透明性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい観点から、好ましくは炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のハロゲン化アルキル基であり、より好ましくは炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のフルオロアルキル基、好ましくはパーフルオロアルキル基である。好適な形態では、Rは、互いに独立に、メチル基、クロロ基又はトリフルオロメチル基である。sは、互いに独立に、0~4の整数を表し、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び透明性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい観点から、好ましくは1~3の整数であり、より好ましくは1又は2であり、さらに好ましくは1である。
本発明の好ましい実施形態では、各ベンゼン環において、sが1であり、-A-を基準とするオルト位にRが置換し、かつRがメチル基、フルオロ基、クロロ基又はトリフルオロメチル基であることが好ましい。
式(4)において、結合手の位置は、互いに独立に、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び透明性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい観点から、-A-を基準に、好ましくはメタ位又はパラ位、より好ましくはパラ位である。
式(4)中のAは、互いに独立に、単結合、-O-、ジフェニルメチレン基、ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基、-SO-、-S-、-CO-、-PO-、-PO-、-N(RA1)-又は-Si(RA2-を表し、RA1及びRA2は、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよいアルキル基を表す。
ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基としては、式(3)のR~Rにおけるハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基のうち、水素原子をさらに1つ除いた2価の基が挙げられる。ハロゲン原子を有してもよい2価の炭化水素基は、その基に含まれる水素原子のうち、2つの水素原子に代わって環を形成、すなわち、該2つの水素原子を結合手に代え、その2つの結合手を連結させて環を形成してもよく、該環としては、例えば炭素数3~12のシクロアルカン環等が挙げられる。また、式(4)中のAに含まれる-N(RA1)-及び-Si(RA2-のRA1及びRA2におけるハロゲン原子を有してもよいアルキル基としては、式(3)中のRにおけるハロゲン原子を有してもよいアルキル基として上記に例示のものが挙げられる。
式(4)中のAとしては、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、弾性率を向上しやすく、かつ透明性をより向上させやすい観点から、好ましくは単結合、-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-又は-C(CF-、より好ましくは単結合、-C(CH-又は-C(CF-、さらに好ましくは単結合又は-C(CF-、とりわけ好ましくは単結合が挙げられる。
本発明の好適な実施形態では、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び透明性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい観点から、式(4)中、Rは、互いに独立に、炭素数1~6のハロゲン化アルキル基を表し、sは1又は2、Aは単結合、-C(CH-又は-C(CF-を表す。
本発明の好適な実施形態においては、式(4)は、式(4’):
Figure 2022163714000012
で表される。すなわち、式(1)中の複数のXの少なくとも一部は、好ましくは式(4’)で表される。このような形態であると、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、弾性率を向上しやすく、かつ透明性をより向上させやすい。
本発明の一実施形態において、式(1)中のXとして、式(4)で表される構造を含む場合、Xが式(4)で表される構成単位の割合は、式(1)で表される構成単位の総モル量に対して、好ましくは30モル%以上、より好ましくは50モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上、さらにより好ましくは80モル%以上、特に好ましくは90モル%以上であり、好ましくは100モル%以下である。Xが式(4)で表される構成単位の割合が上記の範囲であると、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、弾性率をさらに向上させやすい。Xが式(4)で表される構成単位の割合は、例えばH-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
式(1)で表される構成単位を含むポリイミド系樹脂は、さらに、式(2):
Figure 2022163714000013
[式(2)中、Z及びXは、互いに独立に、2価の有機基を表し、*は結合手を表す]
で表される構成単位を有するポリアミドイミド樹脂であってもよい。以下において式(2)について説明する。この態様において、ポリアミドイミド樹脂に含まれるアミド成分の割合は、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、弾性率をさらに向上させやすい観点から、ポリアミドイミド樹脂に含まれる全構成単位の量に対して、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上、さらに好ましくは15モル%以上、さらにより好ましくは20モル%以上である。
式(2)において、Zは、2価の有機基であり、好ましくは炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は炭素数6~12のアリール基(これらの基における水素原子はハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で置換されていてもよい)で置換されていてもよい、炭素数4~40の2価の有機基であり、より好ましくは炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は炭素数6~12のアリール基(これらの基における水素原子はハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で置換されていてもよい)で置換されていてもよい、環状構造を有する炭素数4~40の2価の有機基である。なお、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は炭素数6~12のアリール基の例としては、後述する式(3)中のR3a及びR3bに関する例示が同様にあてはまる。環状構造としては、脂環、芳香環、ヘテロ環構造が挙げられる。Zの有機基として、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)及び式(29):
Figure 2022163714000014
[式(20)~式(29)中、Wは、単結合、-O-、-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-、-C(CF-、-Ar-、-SO-、-CO-、-O-Ar-O-、-Ar-O-Ar-、-Ar-CH-Ar-、-Ar-C(CH-Ar-又は-Ar-SO-Ar-を表し、ここで、Arは、互いに独立に、水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数6~20のアリーレン基(例えばフェニレン基)を表し、*は結合手を表す]
で表される基の結合手のうち、隣接しない2つが水素原子に置き換わった基及び炭素数6以下の2価の鎖式炭化水素基が例示され、Zのヘテロ環構造としてはチオフェン環骨格を有する基が例示される。ポリイミド系樹脂フィルムのYIを低減しやすい観点、全光線透過率を高めやすい観点及びヘーズを低減しやすい観点から、Zにおける環状構造としては、式(20)~式(29)で表される基、及び、チオフェン環骨格を有する基が好ましく、式(26)、式(28)及び式(29)で表される基がより好ましい。
Zの有機基としては、式(20’)、式(21’)、式(22’)、式(23’)、式(24’)、式(25’)、式(26’)、式(27’)、式(28’)及び式(29’):
Figure 2022163714000015
[式(20’)~式(29’)中、W及び*は、式(20)~式(29)において定義した通りである]
で表される2価の有機基がより好ましい。なお、式(20)~式(29)及び式(20’)~式(29’)における環上の水素原子は、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は炭素数6~12のアリール基(これらの基における水素原子はハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で置換されていてもよい)で置換されていてもよい。
ポリアミドイミド樹脂が、式(2)中のZが上記の式(20’)~式(29’)のいずれかで表される構成単位を有する場合、中でも式(2)中のZが後述する式(6’)で表される構成単位を有する場合、ポリアミドイミド樹脂は、該構成単位に加えて、次の式(d1):
Figure 2022163714000016
[式(d1)中、R41は、互いに独立に、後述する式(6)中のR3aについて定義する基又は水素原子であり、R42は、R41又は-C(=O)-*を表し、*は結合手を表す]
で表されるカルボン酸由来の構成単位をさらに有することが、ワニスの成膜性を高めやすく、フィルムの均一性を高めやすい観点から好ましい。構成単位(d1)としては、具体的には、R41及びR42がいずれも水素原子である構成単位(ジカルボン酸化合物に由来する構成単位)、R41がいずれも水素原子であり、R42が-C(=O)-*を表す構成単位(トリカルボン酸化合物に由来する構成単位)等が挙げられる。
ポリアミドイミド樹脂は、式(2)中のZとして複数種のZを含んでよく、複数種のZは、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。特に、フィルムの引張弾性率を高めやすく、かつ、光学特性を高めやすい観点から、式(2)中のZが好ましくは式(6):
Figure 2022163714000017
[式(6)中、R3a及びR3bは、互いに独立に、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は炭素数6~12のアリール基を表し、R3a及びR3bに含まれる水素原子は、互いに独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよく、Wは、互いに独立に、単結合、-O-、-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-、-C(CF-、-SO-、-S-、-CO-又は-N(R)-を表し、Rは水素原子、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1~12の1価の炭化水素基を表し、sは0~4の整数であり、tは0~4の整数であり、uは0~4の整数であり、*は結合手を表す]
、より好ましくは式(6’):
Figure 2022163714000018
[式(6’)中、R3a、R3b、s、t、u、W及び*は、式(6)において定義した通りである]
で表される構成単位を少なくとも有することが好ましい。なお、本明細書において、ポリアミドイミド樹脂が式(2)中のZが式(6)で表される構成単位を有することと、ポリアミドイミド系樹脂が式(2)中のZとして式(6)で表される構造を有することとは、同様の意味を有し、ポリアミドイミド樹脂に含まれ得る複数の式(2)で表される構成単位のうち、少なくとも一部の構成単位におけるZが式(6)で表されることを意味する。当該記載は、他の同様の記載にもあてはまる。
式(6)及び式(6’)において、Wは、互いに独立に、単結合、-O-、-CH-、-CH-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-、-C(CF-、-SO-、-S-、-CO-又は-N(R)-を表し、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の耐屈曲性の観点から、好ましくは-O-又は-S-、より好ましくは-O-を表す。
3a及びR3bは、互いに独立に、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は炭素数6~12のアリール基を表す。炭素数1~6のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、2-メチル-ブチル基、3-メチルブチル基、2-エチル-プロピル基、n-ヘキシル基等が挙げられる。炭素数1~6のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、tert-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。炭素数6~12のアリール基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基等が挙げられる。ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率、表面硬度及び柔軟性の観点から、R3a及びR3bは、互いに独立に、好ましくは炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のアルコキシ基、より好ましくは炭素数1~3のアルキル基又は炭素数1~3のアルコキシ基を表す。ここで、R3a及びR3bに含まれる水素原子は、互いに独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
は水素原子、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1~12の1価の炭化水素基を表す。炭素数1~12の1価の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、2-メチル-ブチル基、3-メチル-ブチル基、2-エチル-プロピル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、tert-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基等が挙げられ、これらはハロゲン原子で置換されていてもよい。前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
式(6)及び式(6’)中、t及びuは、互いに独立に、0~4の整数であり、好ましくは0~2の整数、より好ましくは1又は2である。
式(6)中及び式(6’)中、sは0~4の範囲の整数であり、sがこの範囲内であると、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び耐屈曲性を向上しやすく、かつ光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい。式(6)及び式(6’)中、sは、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び耐屈曲性をより向上しやすい観点から、好ましくは0~3の範囲の整数、より好ましくは0~2の範囲の整数、さらに好ましくは0又は1、さらにより好ましくは0である。ポリアミドイミド樹脂はZにおいて、式(6)又は式(6’)で表される構成単位を1種又は2種類以上含んでいてもよい。
本発明の好ましい一実施形態において、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び耐屈曲性の向上、YI低減の観点からは、Zは、sが0であり、かつ、uが好ましくは1~3、より好ましくは1又は2である、式(6)又は式(6’)で表されることが好ましい。さらに、また、sが0である式(6)又は式(6’)で表されるZを有する式(2)で表される構成単位に加えて、上記の式(d1)で表される構成単位をさらに有することも好ましい。
ポリアミドイミド樹脂が、式(6)又は式(6’)で表される構成単位を有する場合、その割合は、ポリアミドイミド樹脂の式(1)で表される構成単位及び式(2)で表される構成単位の合計を100モル%としたときに、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上、さらに好ましくは40モル%以上、さらにより好ましくは50モル%以上、とりわけ好ましくは60モル%以上であり、好ましくは90モル%以下、より好ましくは85モル%以下、さらに好ましくは80モル%以下である。式(6)又は式(6’)で表される構成単位の割合が上記の下限以上であると、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び耐屈曲性を高めやすい。式(6)又は式(6’)で表される構成単位の割合が上記の上限以下であると、式(6)由来のアミド結合間水素結合による樹脂含有ワニスの粘度上昇を抑制し、フィルムの加工性を向上しやすい。なお、式(1)、式(2)、式(6)又は式(6’)で表される構成単位の割合は、例えばH-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
本発明の好ましい一実施形態において、ポリアミドイミド樹脂中のZの、好ましくは30モル%以上、より好ましくは40モル%以上、さらに好ましくは45モル%以上、さらにより好ましくは50モル%以上が、sが0~4である式(6)又は式(6’)で表される構成単位である。Zの上記の下限以上が、sが0~4である式(6)又は式(6’)で表される構成単位であると、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率及び耐屈曲性を高めやすい。また、ポリアミドイミド樹脂中のZの100モル%以下が、sが0~4である式(6)又は式(6’)で表される構成単位であればよい。なお、樹脂中の、sが0~4である式(6)又は式(6’)で表される構成単位の割合は、例えばH-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
ポリイミド系樹脂がポリアミドイミド樹脂である場合、式(2)で表される構成単位の含有量は、式(1)で表される構成単位1モルに対して、好ましくは0.1モル以上、より好ましくは0.5モル以上、さらに好ましくは1.0モル以上、さらにより好ましくは1.5モル以上であり、好ましくは6.0モル以下、より好ましくは5.0モル以下、さらに好ましくは4.5モル以下である。式(2)で表される構成単位の含有量が上記の下限以上であると、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の耐衝撃性及び弾性率を高めやすい。また、式(2)で表される構成単位の含有量が上記の上限以下であると、式(2)中のアミド結合間の水素結合による増粘を抑制し、ポリイミド系樹脂フィルムの加工性を向上させやすい。
ポリイミド系樹脂は、式(30)で表される構成単位及び/又は式(31)で表される構成単位を含むものであってもよく、また式(1)及び場合により式(2)で表される構成単位の他に、式(30)で表される構成単位及び/又は式(31)で表される構成単位を含むものであってもよい。
Figure 2022163714000019
式(30)において、Yは4価の有機基であり、好ましくは有機基中の水素原子が炭化水素基又はフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基である。Yとしては、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)及び式(29)で表される基、該式(20)~式(29)で表される基中の水素原子がメチル基、フルオロ基、クロロ基又はトリフルオロメチル基で置換された基、並びに4価の炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。本発明の一実施形態において、ポリイミド系樹脂は、複数種のYを含み得、複数種のYは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
式(31)において、Yは3価の有機基であり、好ましくは有機基中の水素原子が炭化水素基又はフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基である。Yとしては、上記の式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)及び式(29)で表される基の結合手のいずれか1つが水素原子に置き換わった基、及び3価の炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。本発明の一実施形態において、ポリイミド系樹脂は、複数種のYを含み得、複数種のYは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
式(30)及び式(31)において、X及びXは、互いに独立に、2価の有機基であり、好ましくは有機基中の水素原子が炭化水素基又はフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基である。X及びXとしては、上記の式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)、式(17)及び式(18)で表される基;該式(10)~式(18)で表される基中の水素原子がメチル基、フルオロ基、クロロ基又はトリフルオロメチル基で置換された基;並びに炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。
本発明の一実施形態において、ポリイミド系樹脂は、式(1)及び/又は式(2)で表される構成単位、並びに場合により式(30)及び/又は式(31)で表される構成単位からなる。また、光学積層体を折り畳み時の破断及び白化の低減、耐屈曲性、及びポリイミド系樹脂フィルムの透明性及び弾性率を高めやすい観点から、上記ポリイミド系樹脂において、式(1)及び式(2)で表される構成単位の割合は、式(1)及び式(2)、並びに場合により式(30)及び式(31)で表される全構成単位に基づいて、好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上である。なお、ポリイミド系樹脂において、式(1)及び式(2)で表される構成単位の割合は、式(1)及び式(2)、並びに場合により式(30)及び/又は式(31)で表される全構成単位に基づいて、通常100%以下である。なお、上記割合は、例えば、H-NMRを用いて測定することができ、又は原料の仕込み比から算出することもできる。
本発明の一実施形態において、ポリイミド系樹脂フィルム中におけるポリイミド系樹脂の含有量は、該フィルム100質量部に対して、好ましくは10質量部以上、より好ましくは30質量部以上、さらに好ましくは50質量部以上であり、好ましくは99.5質量部以下、より好ましくは95質量部以下である。ポリイミド系樹脂の含有量が上記範囲内であると、ポリイミド系樹脂フィルムの化学的安定性、光学特性、耐衝撃性及び弾性率を向上させやすく、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすい。
ポリイミド系樹脂の重量平均分子量は、光学積層体を折り畳み時に破断及び白化を低減しやすく、かつ弾性率及び耐屈曲性を向上しやすい観点から、標準ポリスチレン換算で、好ましくは200,000以上、より好ましくは230,000以上、さらに好ましくは250,000以上、さらにより好ましくは270,000以上、とりわけ好ましくは280,000以上、とりわけより好ましくは300,000以上である。また、ポリイミド系樹脂の重量平均分子量は、該樹脂の溶媒に対する溶解性を向上しやすいと共に、ポリイミド系樹脂フィルムの延伸性及び加工性を向上しやすい観点から、好ましくは1,000,000以下、より好ましくは800,000以下、さらに好ましくは700,000以下、さらにより好ましくは500,000以下である。重量平均分子量は、例えばGPC測定を行い、標準ポリスチレン換算によって求めることができる。
本発明の好ましい一実施形態において、ポリイミド系樹脂フィルムに含まれるポリイミド系樹脂は、例えば上記の含フッ素置換基等によって導入することができる、フッ素原子等のハロゲン原子を含んでよい。ポリイミド系樹脂がハロゲン原子を含む場合、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率を向上させ、かつYIを低減させやすい。ポリイミド系樹脂フィルムのYIが低いと、該フィルムの透明性及び視認性を向上させやすくなる。ハロゲン原子は、好ましくはフッ素原子である。ポリイミド系樹脂にフッ素原子を含有させるために好ましい含フッ素置換基としては、例えばフルオロ基及びトリフルオロメチル基が挙げられる。
ポリイミド系樹脂におけるハロゲン原子の含有量は、ポリイミド系樹脂の質量を基準として、好ましくは1~40質量%、より好ましくは5~40質量%、さらに好ましくは5~30質量%である。ハロゲン原子の含有量が上記の範囲にあると、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率をより向上させ、YIをより低減し、透明性及び視認性をより向上させやすく、また、合成が容易になる。
本発明の別の好ましい一実施形態において、ポリイミド系樹脂に含まれるケイ素原子の含有量は、ケイ素原子を含むとガラス転移温度が低下する傾向が見られることから少ないことが好ましい。ポリイミド系樹脂に含まれるケイ素原子の含有量は、ポリイミド系樹脂の質量を基準として、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下、さらにより好ましくは0.5質量%以下である。ポリイミド系樹脂は、ケイ素原子を実質的に含まないことがとりわけ好ましい。
ポリイミド系樹脂のイミド化率は、好ましくは90%以上、より好ましくは93%以上、さらに好ましくは96%以上であり、通常100%以下である。ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の光学特性を高めやすい観点から、イミド化率が上記の下限以上であることが好ましい。イミド化率は、ポリイミド系樹脂中のテトラカルボン酸化合物に由来する構成単位のモル量の2倍の値に対する、ポリイミド系樹脂中のイミド結合のモル量の割合を示す。なお、ポリイミド系樹脂がトリカルボン酸化合物を含む場合には、ポリイミド系樹脂中のテトラカルボン酸化合物に由来する構成単位のモル量の2倍の値と、トリカルボン酸化合物に由来する構成単位のモル量との合計に対する、ポリイミド系樹脂中のイミド結合のモル量の割合を示す。また、イミド化率は、IR法、NMR法などにより求めることができる。
本発明の光学積層体に基材層として含まれるポリイミド系樹脂フィルムの湿度膨張係数(以下、「CME」とも称する)は、該フィルムを含む光学積層体の高温高湿条件下での折り畳み時の破断及び白化を低減しやすい観点から、好ましくは40ppm/K以下、より好ましくは35ppm/K以下、さらに好ましくは30ppm/K以下、さらにより好ましくは25ppm/K以下、とりわけ好ましくは20ppm/K以下であり、通常0ppm/Kである。湿度膨張率は小さいほどよい。CMEは、温度60℃、湿度90%に制御し、1時間保持した際のフィルムの湿度膨張率であってよく、例えば実施例に記載の方法により測定できる。
ポリイミド系樹脂フィルムの温度60℃、湿度90%条件下での吸湿率は、該フィルムを含む光学積層体の高温高湿条件下での折り畳み時の破断及び白化を低減しやすい観点から、好ましくは3%以下、より好ましくは2.8%以下、さらに好ましくは2.7%以下である。温度60℃、湿度90%条件下での吸湿率は、熱機械的分析装置を用いて、例えば実施例に記載の方法により測定できる。
ポリイミド系樹脂フィルムの厚さは、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上、さらに好ましくは20μm以上、さらにより好ましくは25μm以上、とりわけ好ましくは30μm以上であり、とりわけより好ましくは40μm以上であり、きわめて好ましくは45μm以上であり、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下、さらにより好ましくは80μm以下、とりわけ好ましくは60μm以下であり、好ましい範囲はこれらの上限と下限の組合せであってよい。ポリイミド系樹脂フィルムの厚さが上記の範囲内であると、光学積層体の歪み3%の時の応力等を上記の範囲内に調整しやすく、光学積層体の高温高湿条件下での折り畳み時の破断及び白化を低減しやすい光学積層体において凹みを低減しやすい。
本発明の光学積層体に基材層として含まれるポリイミド系樹脂フィルムの弾性率、耐折回数、YI、全光線透過率及びヘーズは、本発明の光学積層体について上記に記載した好ましい範囲内であることが、光学積層体の上記特性を得やすい観点から好ましい。
ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体樹脂は、例えば、テトラカルボン酸化合物及びジアミン化合物を主な原料として製造でき、ポリアミドイミド樹脂及びポリアミドイミド前駆体樹脂は、例えば、テトラカルボン酸化合物、ジカルボン酸化合物及びジアミン化合物を主な原料として製造できる。
ポリイミド系樹脂の製造に用いられるテトラカルボン酸化合物は、少なくとも式(X):
Figure 2022163714000020
[式(X)中、R~R、n及びmは、それぞれ、式(3)中のR~R、n及びmと同じである]
で表される化合物を含むことが好ましく、式(Y):
Figure 2022163714000021
[式(Y)中、B、R及びtは、それぞれ、式(5)中のB、R及びtと同じである]
で表される化合物をさらに含むことがより好ましい。
式(X)で表される化合物は、慣用の方法、例えば無水トリメリット酸又はその誘導体と芳香族ジオールとを反応させることにより得てもよいし、市販品を使用してもよい。
式(1)及び式(30)で表される構成単位は、通常、ジアミン化合物とテトラカルボン酸化合物とから誘導される。式(31)で表される構成単位は、通常、ジアミン化合物とトリカルボン酸化合物とから誘導される。
ポリイミド系樹脂の合成に用いられるテトラカルボン酸化合物としては、芳香族テトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸化合物;及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸化合物等が挙げられる。テトラカルボン酸化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。テトラカルボン酸化合物は、二無水物の他、酸クロリド化合物等のテトラカルボン酸化合物類縁体であってもよい。
樹脂の製造に用いられるテトラカルボン酸化合物としては、芳香族テトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸化合物;及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸化合物等が挙げられる。テトラカルボン酸化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。テトラカルボン酸化合物は、二無水物の他、酸クロリド化合物等のテトラカルボン酸化合物類縁体であってもよい。
芳香族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、非縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物、単環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物及び縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。非縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば4,4’-オキシジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下、BPDAと記載することがある)、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシフェニル)プロパン二無水物、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物(6FDAと記載することがある)、1,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、4,4’-(p-フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物、4,4’-(m-フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物が挙げられる。また、単環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物が挙げられ、縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
これらの中でも、好ましくは4,4’-オキシジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、BPDA、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシフェニル)プロパン二無水物、6FDA、1,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、4,4’-(p-フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物及び4,4’-(m-フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物が挙げられ、より好ましくは4,4’-オキシジフタル酸二無水物、BPDA、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、6FDA、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物及び4,4’-(p-フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物が挙げられる。これらは単独又は2種以上を組合せて使用できる。
脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、環式又は非環式の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物とは、脂環式炭化水素構造を有するテトラカルボン酸二無水物であり、その具体例としては、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物等のシクロアルカンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物及びこれらの位置異性体が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組合せて用いることができる。非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物、及び1,2,3,4-ペンタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組合せて用いることができる。また、環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物を組合せて用いてもよい。
上記テトラカルボン酸二無水物の中でも、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の高耐衝撃性、高弾性率、高表面硬度、高透明性、高柔軟性、高屈曲耐性、及び低着色性の観点から、4,4’-オキシジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、BPDA、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、6FDA、並びにこれらの混合物が好ましく、BPDA及び6FDA、並びにこれらの混合物がより好ましく、6FDA及びBPDAがさらに好ましい。
樹脂の製造に使用されるジアミン化合物としては、例えば、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン及びこれらの混合物が挙げられる。なお、本実施形態において「芳香族ジアミン」とは、アミノ基が芳香環に直接結合しているジアミンを表し、その構造の一部に脂肪族基又はその他の置換基を含んでいてもよい。この芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環及びフルオレン環等が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環が例示される。また「脂肪族ジアミン」とは、アミノ基が脂肪族基に直接結合しているジアミンを表し、その構造の一部に芳香環やその他の置換基を含んでいてもよい。
脂肪族ジアミンとしては、例えば、ヘキサメチレンジアミン等の非環式脂肪族ジアミン、並びに1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ノルボルナンジアミン及び4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン等の環式脂肪族ジアミン等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組合せて用いることができる。
芳香族ジアミンとしては、例えばp-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-トルエンジアミン、m-キシリレンジアミン、p-キシリレンジアミン、1,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン等の、芳香環を1つ有する芳香族ジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルプロパン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’-ジメチルベンジジン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノジフェニル(TFMBと記載することがある)、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-アミノ-3-メチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-アミノ-3-クロロフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-アミノ-3-フルオロフェニル)フルオレン等の、芳香環を2つ以上有する芳香族ジアミンが挙げられる。これらは単独又は2種以上を組合せて使用できる。
芳香族ジアミンは、好ましくは4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルプロパン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’-ジメチルベンジジン、TFMB、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニルであり、より好ましくは4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルプロパン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’-ジメチルベンジジン、TFMB、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニルである。これらは単独又は2種以上を組合せて使用できる。
上記ジアミン化合物の中でも、ポリイミド系樹脂フィルムの高弾性率、高透明性、高柔軟性、高屈曲耐性及び低着色性の観点からは、ビフェニル構造を有する芳香族ジアミンからなる群から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。TFMB、2,2’-ジメチルベンジジン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル及び4,4’-ジアミノジフェニルエーテルからなる群から選ばれる1種以上を用いることがより好ましく、TFMBを用いることがよりさらに好ましい。
樹脂の製造に用いられるジカルボン酸化合物としては、好ましくはテレフタル酸、イソフタル酸、4,4’-オキシビス安息香酸又はそれらの酸クロリド化合物が用いられる。テレフタル酸、イソフタル酸、4,4’-オキシビス安息香酸又はそれらの酸クロリド化合物に加えて、他のジカルボン酸化合物が用いられてもよい。他のジカルボン酸化合物としては、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸及びそれらの類縁の酸クロリド化合物、酸無水物等が挙げられ、2種以上を組合せて用いてもよい。具体例としては、イソフタル酸;ナフタレンジカルボン酸;4,4’-ビフェニルジカルボン酸;3,3’-ビフェニルジカルボン酸;炭素数8以下である鎖式炭化水素のジカルボン酸化合物及び2つの安息香酸が単結合、-CH-、-C(CH-、-C(CF-、-SO-若しくはフェニレン基で連結された化合物並びに、それらの酸クロリド化合物が挙げられる。具体例としては、4,4’-オキシビス(ベンゾイルクロリド)(OBBCと記載することがある)、テレフタロイルクロリド又はイソフタロイルクロリドが好ましく、4,4’-オキシビス(ベンゾイルクロリド)とテレフタロイルクロリドとを組合せて用いることがさらに好ましい。
なお、上記ポリイミド系樹脂は、ポリイミド系樹脂フィルムの各種物性を損なわない範囲で、上記テトラカルボン酸化合物に加えて、テトラカルボン酸及びトリカルボン酸並びにそれらの無水物及び誘導体をさらに反応させたものであってもよい。
テトラカルボン酸としては、上記テトラカルボン酸化合物の無水物の水付加体が挙げられる。
トリカルボン酸化合物としては、芳香族トリカルボン酸、脂肪族トリカルボン酸及びそれらの類縁の酸クロリド化合物、酸無水物等が挙げられ、2種以上を組合せて用いてもよい。具体例としては、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸の無水物;1,3,5-ベンゼントリカルボン酸の無水物;2,3,6-ナフタレントリカルボン酸-2,3-無水物;フタル酸無水物と安息香酸とが単結合、-O-、-CH-、-C(CH-、-C(CF-、-SO-若しくはフェニレン基で連結された化合物が挙げられる。
樹脂の製造において、ジアミン化合物、テトラカルボン酸化合物及び/又はジカルボン酸化合物の使用量は、所望とするポリイミド系樹脂の各構成単位の比率に応じて適宜選択できる。
樹脂の製造において、ジアミン化合物、テトラカルボン酸化合物及びジカルボン酸化合物の反応温度は、特に限定されないが、例えば5~350℃、好ましくは20~200℃、より好ましくは25~100℃である。反応時間も特に限定されないが、例えば30分~10時間程度である。必要に応じて、不活性雰囲気又は減圧の条件下において反応を行ってよい。好ましい態様では、反応は、常圧及び/又は不活性ガス雰囲気下、撹拌しながら行う。また、反応は、反応に不活性な溶媒中で行うことが好ましい。溶媒としては、反応に影響を与えない限り特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、1-メトキシ-2-プロパノール、2-ブトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン(以下、GBLと記載することがある)、γ-バレロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、乳酸エチル等のエステル系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒;エチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素溶媒;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒;アセトニトリル等のニトリル系溶媒;テトラヒドロフラン及びジメトキシエタン等のエーテル系溶媒;クロロホルム及びクロロベンゼン等の塩素含有溶媒;N,N-ジメチルアセトアミド(以下、DMAcと記載することがある)、N,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFと記載することがある)等のアミド系溶媒;ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系溶媒;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;及びそれらの組合せ、すなわち混合溶媒などが挙げられる。これらの中でも、溶解性の観点から、アミド系溶媒を好適に使用できる。
ポリイミド系樹脂の製造におけるイミド化工程では、イミド化触媒の存在下で、イミド化することができる。イミド化触媒としては、例えばトリプロピルアミン、ジブチルプロピルアミン、エチルジブチルアミン等の脂肪族アミン;N-エチルピペリジン、N-プロピルピペリジン、N-ブチルピロリジン、N-ブチルピペリジン、及びN-プロピルヘキサヒドロアゼピン等の脂環式アミン(単環式);アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン、アザビシクロ[3.2.1]オクタン、アザビシクロ[2.2.2]オクタン、及びアザビシクロ[3.2.2]ノナン等の脂環式アミン(多環式);並びにピリジン、2-メチルピリジン(2-ピコリン)、3-メチルピリジン(3-ピコリン)、4-メチルピリジン(4-ピコリン)、2-エチルピリジン、3-エチルピリジン、4-エチルピリジン、2,4-ジメチルピリジン、2,4,6-トリメチルピリジン、3,4-シクロペンテノピリジン、5,6,7,8-テトラヒドロイソキノリン、及びイソキノリン等の芳香族アミンが挙げられる。また、イミド化反応を促進しやすい観点から、イミド化触媒とともに、酸無水物を用いることが好ましい。酸無水物は、イミド化反応に用いられる慣用の酸無水物等が挙げられ、その具体例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸等の脂肪族酸無水物、フタル酸等の芳香族酸無水物などが挙げられる。
ポリイミド系樹脂は、慣用の方法、例えば、濾過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組合せた分離手段により分離精製して単離してもよく、好ましい態様では、透明ポリイミド系樹脂を含む反応液に、多量のメタノール等のアルコールを加え、樹脂を析出させ、濃縮、濾過、乾燥等を行うことにより単離することができる。
ポリイミド系樹脂フィルムは、ポリイミド系樹脂に加えて、少なくとも1種のフィラーを含んでよい。フィラーとしては、例えば有機粒子、無機粒子などが挙げられ、好ましくは無機粒子が挙げられる。無機粒子としては、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化インジウム、酸化スズ、インジウムスズ酸化物(ITO)、酸化アンチモン、酸化セリウム等の金属酸化物粒子、フッ化マグネシウム、フッ化ナトリウム等の金属フッ化物粒子などが挙げられ、これらの中でも、ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の弾性率を高めやすい観点から、好ましくはシリカ粒子、ジルコニア粒子、アルミナ粒子が挙げられ、より好ましくはシリカ粒子が挙げられる。これらのフィラーは単独又は2種以上を組合せて使用できる。
フィラー、好ましくはシリカ粒子の平均一次粒子径は、通常1nm以上、好ましくは5nm以上、より好ましくは10nm以上、さらに好ましくは11nm以上、とりわけ好ましくは13nm以上であり、好ましくは100nm以下、より好ましくは90nm以下、さらに好ましくは80nm以下、さらにより好ましくは70nm以下、とりわけ好ましくは60nm以下、とりわけより好ましくは50nm以下、とりわけさらに好ましくは40nm以下である。フィラー、好ましくはシリカ粒子の平均一次粒子径が上記範囲内であると、フィラー、好ましくはシリカ粒子の凝集を抑制し、得られるポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の光学特性を向上しやすい。フィラーの平均一次粒子径は、BET法により測定できる。なお、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡の画像解析により、平均一次粒子径を測定してもよい。
ポリイミド系樹脂フィルムがフィラー、好ましくはシリカ粒子を含有する場合、フィラーの含有量は、ポリイミド系樹脂フィルム100質量部に対して、通常0.1質量部以上、好ましくは1質量部以上、より好ましくは5質量部以上、さらに好ましくは10質量部以上、さらによりに好ましくは20質量部以上、とりわけ好ましくは30質量部以上であり、好ましくは60質量部以下である。フィラーの含有量が上記の下限以上であると、得られるポリイミド系樹脂フィルムの弾性率を向上しやすい。また、フィラーの含有量が上記の上限以下であると、ポリイミド系樹脂フィルムの光学特性を向上しやすい。
ポリイミド系樹脂フィルムは、紫外線吸収剤をさらに含有してもよい。紫外線吸収剤は、樹脂材料の分野で紫外線吸収剤として通常用いられているものから、適宜選択することができる。紫外線吸収剤は、400nm以下の波長の光を吸収する化合物を含んでいてもよい。紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系化合物、サリシレート系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、及びトリアジン系化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。紫外線吸収剤は単独又は二種以上を組合せて使用できる。ポリイミド系樹脂フィルムが紫外線吸収剤を含有することにより、樹脂の劣化が抑制されるため、得られる光学積層体を画像表示装置等に適用した場合に視認性を高めることができる。本明細書において、「系化合物」とは、当該「系化合物」が付される化合物の誘導体を指す。例えば、「ベンゾフェノン系化合物」とは、母体骨格としてのベンゾフェノンと、ベンゾフェノンに結合している置換基とを有する化合物を指す。
ポリイミド系樹脂フィルムが紫外線吸収剤を含有する場合、紫外線吸収剤の含有量は、ポリイミド系樹脂フィルム100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上であり、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下、さらに好ましくは6質量部以下である。好適な含有量は用いる紫外線吸収剤により異なるが、400nmの光線透過率が20~60%程度になるように紫外線吸収剤の含有量を調節すると、ポリイミド系樹脂フィルムの耐光性が高められるとともに、透明性を高めやすい。
ポリイミド系樹脂フィルムは、フィラー、紫外線吸収剤以外の他の添加剤をさらに含有していてもよい。他の添加剤としては、例えば、酸化防止剤、離型剤、安定剤、ブルーイング剤、難燃剤、pH調整剤、シリカ分散剤、滑剤、増粘剤、及びレベリング剤等が挙げられる。他の添加剤を含有する場合、その含有量は、ポリイミド系樹脂フィルム100質量部に対して、好ましくは0.001~20質量部、より好ましくは0.01~15質量部、さらに好ましくは0.1~10質量部であってよい。
〔ポリイミド系樹脂フィルムの製造方法〕
本発明のポリイミド系樹脂フィルムの製造方法は、特に限定されないが、例えば以下の工程:
(a)前記ポリイミド系樹脂と、溶媒とを少なくとも含む樹脂組成物(以下において、「ワニス」とも称する)を調製するワニス調製工程、
(b)ワニスを支持材に塗布して塗膜を形成する塗布工程、及び
(c)前記塗膜を乾燥させて、ポリイミド系樹脂フィルムを形成するポリイミド系樹脂フィルム形成工程
を少なくとも含む製造方法であってよい。
ワニス調製工程において、ポリイミド系樹脂を溶媒に溶解させ、必要に応じて、前記フィラー、紫外線吸収剤等の添加剤を添加して撹拌混合することによりワニスを調製する。なお、フィラーとしてシリカ粒子を用いる場合、シリカ粒子を含むシリカゾルの分散液を、前記樹脂が溶解可能な溶媒、例えば下記のワニスの調製に用いられる溶媒で置換したシリカゾルを樹脂に添加してもよい。
ワニスの調製に用いる溶媒は、前記樹脂を溶解可能であれば特に限定されない。かかる溶媒としては、例えばDMAc、DMF等のアミド系溶媒;GBL、γ-バレロラクトン等のラクトン系溶媒;ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系溶媒;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;及びそれらの組合せが挙げられる。これらの中でも、アミド系溶媒又はラクトン系溶媒が好ましい。これらの溶媒は単独又は二種以上組合せて使用できる。また、ワニスには水、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、非環状エステル系溶媒、エーテル系溶媒などが含まれてもよい。ワニスの固形分濃度は、好ましくは1~25質量%、より好ましくは5~20質量%、さらに好ましくは5~15質量%である。
塗布工程において、公知の塗布方法により、支持材上にワニスを塗布して塗膜を形成する。公知の塗布方法としては、例えばワイヤーバーコーティング法、リバースコーティング、グラビアコーティング等のロールコーティング法、ダイコート法、カンマコート法、リップコート法、スピンコーティング法、スクリーンコーティング法、ファウンテンコーティング法、ディッピング法、スプレー法、流涎成形法等が挙げられる。
フィルム形成工程において、塗膜を乾燥し、支持材から剥離することによって、ポリイミド系樹脂フィルムを形成することができる。剥離後にさらにポリイミド系樹脂フィルムを乾燥する工程を設けてもよい。塗膜の乾燥は、通常50~350℃の温度にて行うことができる。必要に応じて、不活性雰囲気又は減圧の条件下において塗膜の乾燥を行ってよい。なお、得られるポリイミド系樹脂フィルムには、ワニスに含まれていた溶媒の一部がわずかに残存していてもよい。ポリイミド系樹脂フィルムに含まれる溶媒の量は、ポリイミド系樹脂フィルムの質量に対して、好ましくは1.5%以下、より好ましくは1.2%以下、さらに好ましくは1.1%以下、さらにより好ましくは1.0%以下である。溶媒の量の下限は、好ましくは0%以上、より好ましくは0.02%以上、さらに好ましくは0.1%以上、さらにより好ましくは0.3%以上である。
支持材の例としては、金属系であれば、SUS板、樹脂系であればPETフィルム、PENフィルム、ポリアミド系樹脂フィルム、他のポリイミド系樹脂フィルム、シクロオレフィン系ポリマーフィルム、アクリル系フィルム等が挙げられる。中でも、平滑性、耐熱性に優れる観点から、PETフィルム、シクロオレフィン系ポリマーフィルム等が好ましく、さらにポリイミド系樹脂フィルムとの密着性及びコストの観点から、PETフィルムがより好ましい。
〔機能層〕
本発明の光学積層体は、上記のポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層と、硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを含む。該硬化性樹脂の硬化物を含む機能層としては、例えばハードコート層、紫外線吸収層、プライマー層、ガスバリア層、粘着層、色相調整層、屈折率調整層などが挙げられる。本発明の光学積層体は、1種又は二種以上の機能層を有していてよい。該硬化性樹脂の硬化物を含む機能層は、好ましくはハードコート層である。
本発明の光学積層体が、硬化性樹脂の硬化物を含む機能層としてハードコート層を有する場合、ハードコート層の厚さは特に限定されないが、好ましくは2~100μm、より好ましくは3~50μm、さらに好ましくは4~30μmである。ハードコート層の厚さが前記の範囲にあると、光学積層体を折り畳み時の破断及び白化を低減したり、耐衝撃性をより高めることができると共に、耐屈曲性が低下しにくい傾向がある。ハードコート層は、活性エネルギー線照射、または熱エネルギー付与により架橋構造を形成し得る反応性材料を含むハードコート組成物を硬化させて形成することができ、活性エネルギー線照射によるものが好ましい。活性エネルギー線は、活性種を発生する化合物を分解して活性種を発生させることができるエネルギー線と定義され、可視光、紫外線、赤外線、X線、α線、β線、γ線及び電子線などが挙げられ、好ましくは紫外線が挙げられる。前記ハードコート組成物は、ラジカル重合性化合物及びカチオン重合性化合物の少なくとも1種の重合物を含有する。
前記ラジカル重合性化合物は、ラジカル重合性基を有する化合物である。前記ラジカル重合性化合物が有するラジカル重合性基としては、ラジカル重合反応を生じ得る官能基であればよく、炭素‐炭素不飽和二重結合を含む基などが挙げられ、具体的には、ビニル基、(メタ)アクリロイル基などが挙げられる。なお、前記ラジカル重合性化合物が2個以上のラジカル重合性基を有する場合、これらのラジカル重合性基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。前記ラジカル重合性化合物が1分子中に有するラジカル重合性基の数は、ハードコート層の硬度を向上する点から、好ましくは2以上である。前記ラジカル重合性化合物としては、反応性の高さの点から、好ましくは(メタ)アクリロイル基を有する化合物が挙げられ、具体的には1分子中に2~6個の(メタ)アクリロイル基を有する多官能アクリレートモノマーと称される化合物やエポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレートと称される分子内に数個の(メタ)アクリロイル基を有する分子量が数百から数千のオリゴマーが挙げられ、好ましくはエポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート及びポリエステル(メタ)アクリレートから選択された1種以上が挙げられる。
前記カチオン重合性化合物は、エポキシ基、オキセタニル基、ビニルエーテル基等のカチオン重合性基を有する化合物である。前記カチオン重合性化合物が1分子中に有するカチオン重合性基の数は、ハードコート層の硬度を向上する点から、好ましくは2以上であり、より好ましくは3以上である。
また、前記カチオン重合性化合物としては、中でも、カチオン重合性基としてエポキシ基及びオキセタニル基の少なくとも1種を有する化合物が好ましい。エポキシ基、オキセタニル基等の環状エーテル基は、重合反応に伴う収縮が小さいという点から好ましい。また、環状エーテル基のうちエポキシ基を有する化合物は多様な構造の化合物が入手し易く、得られたハードコート層の耐久性に悪影響を与えず、ラジカル重合性化合物との相溶性もコントロールし易いという利点がある。また、環状エーテル基のうちオキセタニル基は、エポキシ基と比較して重合度が高くなりやすく、低毒性であり、得られたハードコート層のカチオン重合性化合物から得られるネットワーク形成速度を早め、ラジカル重合性化合物と混在する領域でも未反応のモノマーを膜中に残さずに独立したネットワークを形成する等の利点がある。
エポキシ基を有するカチオン重合性化合物としては、例えば、脂環族環を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル又は、シクロヘキセン環、シクロペンテン環含有化合物を、過酸化水素、過酸等の適当な酸化剤でエポキシ化する事によって得られる脂環族エポキシ樹脂;脂肪族多価アルコール、又はそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖多塩基酸のポリグリシジルエステル、グリシジル(メタ)アクリレートのホモポリマー、コポリマーなどの脂肪族エポキシ樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールFや水添ビスフェノールA等のビスフェノール類、又はそれらのアルキレンオキサイド付加体、カプロラクトン付加体等の誘導体と、エピクロルヒドリンとの反応によって製造されるグリシジルエーテル、及びノボラックエポキシ樹脂等でありビスフェノール類から誘導されるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂等が挙げられる。
前記ハードコート組成物は重合開始剤をさらに含むことができる。重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤、ラジカル及びカチオン重合開始剤等が挙げられ、適宜選択して用いられる。これらの重合開始剤は、活性エネルギー線照射及び加熱の少なくとも一種により分解されて、ラジカル又はカチオンを発生してラジカル重合とカチオン重合を進行させるものである。
ラジカル重合開始剤は、活性エネルギー線照射及び加熱の少なくともいずれかによりラジカル重合を開始させる物質を放出することが可能であればよい。例えば、熱ラジカル重合開始剤としては、過酸化水素、過安息香酸等の有機過酸化物、アゾビスブチロニトリル等のアゾ化合物等があげられる。
活性エネルギー線ラジカル重合開始剤としては、分子の分解でラジカルが生成されるType1型ラジカル重合開始剤と、3級アミンと共存して水素引き抜き型反応でラジカルを生成するType2型ラジカル重合開始剤があり、それらは単独で又は併用して使用される。
カチオン重合開始剤は、活性エネルギー線照射及び加熱の少なくともいずれかによりカチオン重合を開始させる物質を放出することが可能であればよい。カチオン重合開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、シクロペンタジエニル鉄(II)錯体等が使用できる。これらは、構造の違いによって活性エネルギー線照射又は加熱のいずれかあるいはいずれでもカチオン重合を開始することができる。
前記重合開始剤は、前記ハードコート組成物全体100質量%に対して好ましくは0.1~10質量%を含むことができる。前記重合開始剤の含量が前記の範囲にあると、硬化を十分に進行させることができ、最終的に得られる塗膜の機械的物性や密着力を良好な範囲とすることができ、また、硬化収縮による接着力不良や割れ現象及びカール現象が発生し難くなる傾向がある。
前記ハードコート組成物は、溶剤及び添加剤からなる群から選択される一つ以上をさらに含むことができる。
前記溶剤は、前記重合性化合物及び重合開始剤を溶解又は分散させることができるもので、本技術分野のハードコート組成物の溶剤として知られている溶剤であれば、本発明の効果を阻害しない範囲で、使用することができる。
前記添加剤は、無機粒子、レベリング剤、安定剤、界面活性剤、帯電防止剤、潤滑剤、防汚剤などをさらに含むことができる。
硬化性樹脂の硬化物を含む機能層、例えばハードコート層において、塗膜に活性エネルギー線などの高エネルギー線を照射し、塗膜を硬化させてハードコート層を形成する。照射強度は、硬化性組成物の組成によって適宜決定され、特に限定されないが、重合開始剤の活性化に有効な波長領域の照射が好ましい。照射強度は、好ましくは0.1~6,000mW/cm、より好ましくは10~1,000mW/cm、さらに好ましくは20~500mW/cmである。照射強度が前記範囲内であると、適当な反応時間を確保でき、光源から輻射される熱及び硬化反応時の発熱による樹脂の黄変や劣化を抑えることができる。照射時間は、硬化性組成物の組成によって適宜選択すればよく、特に制限されるものではないが、前記照射強度と照射時間との積として表される積算光量が好ましくは10~10,000mJ/cm、より好ましくは50~1,000mJ/cm、さらに好ましくは80~500mJ/cmとなるように設定される。積算光量が前記範囲内であると、重合開始剤由来の活性種を十分量発生させて、硬化反応をより確実に進行させることができ、また、照射時間が長くなりすぎず、良好な生産性を維持できる。また、この範囲での照射工程を経ることでハードコート層の硬度をさらに高め得るため有用である。ハードコート層の平滑性を向上させ、光学フィルムの広角方向の視認性をさらに向上させる観点から、溶剤の種類、成分比、固形分濃度の最適化及びレベリング剤の添加などが挙げられる。
紫外線吸収層は、紫外線吸収の機能を有する層であり、例えば、紫外線硬化型の透明樹脂、電子線硬化型の透明樹脂、及び熱硬化型の透明樹脂から選ばれる主材と、この主材に分散した紫外線吸収剤とから構成される。
粘着層は、粘着性の機能を有する層であり、ポリイミド系樹脂フィルムを他の部材に接着させる機能を有する。粘着層の形成材料としては、通常知られたものを用いることができる。例えば、熱硬化性樹脂組成物又は光硬化性樹脂組成物を用いることができる。この場合、事後的にエネルギーを供給することで樹脂組成物を高分子化し硬化させることができる。
粘着層は、感圧型接着剤(Pressure Sensitive Adhesive、PSAと称されることがある)と呼ばれる、押圧により対象物に貼着される層であってもよい。感圧型接着剤は、「常温で粘着性を有し、軽い圧力で被着材に接着する物質」(JIS K 6800)である粘着剤であってもよく、「特定成分を保護被膜(マイクロカプセル)に内容し、圧力や熱等の適当な手段によって被膜を破壊するまでは安定性を保持できる接着剤」(JIS K 6800に規定)であるカプセル型接着剤であってもよい。
色相調整層は、色相調整の機能を有する層であり、ポリイミド系樹脂フィルムを含む積層体を目的の色相に調整することができる層である。色相調整層は、例えば、樹脂及び着色剤を含有する層である。この着色剤としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、弁柄、チタニウムオキサイド系焼成顔料、群青、アルミン酸コバルト、及びカーボンブラック等の無機顔料;アゾ系化合物、キナクリドン系化合物、アンスラキノン系化合物、ペリレン系化合物、イソインドリノン系化合物、フタロシアニン系化合物、キノフタロン系化合物、スレン系化合物、及びジケトピロロピロール系化合物等の有機顔料;硫酸バリウム、及び炭酸カルシウム等の体質顔料;並びに塩基性染料、酸性染料、及び媒染染料等の染料を挙げることができる。
屈折率調整層は、屈折率調整の機能を有する層であり、例えばポリイミド系樹脂フィルムとは異なる屈折率を有し、光学積層体に所定の屈折率を付与することができる層である。屈折率調整層は、例えば、適宜選択された樹脂、及び場合によりさらに顔料を含有する樹脂層であってもよいし、金属の薄膜であってもよい。屈折率を調整する顔料としては、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化アンチモン、酸化錫、酸化チタン、酸化ジルコニウム及び酸化タンタルが挙げられる。該顔料の平均一次粒子径は、0.1μm以下であってもよい。顔料の平均一次粒子径を0.1μm以下とすることにより、屈折率調整層を透過する光の乱反射を防止し、透明度の低下を防止することができる。屈折率調整層に用いられる金属としては、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ケイ素、酸化インジウム、酸窒化チタン、窒化チタン、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素等の金属酸化物又は金属窒化物が挙げられる。
本発明の好ましい一実施形態において、本発明の光学積層体は、画像表示装置の前面板、中でもフレキシブル表示装置の前面板(以下、ウィンドウフィルムとも称する)、ローラブルディスプレイやフォルダブルディスプレイの前面板として非常に有用である。フレキシブル表示装置は、例えば、フレキシブル機能層と、フレキシブル機能層に重ねられて前面板として機能する光学積層体を有する。すなわち、フレキシブル表示装置の前面板は、フレキシブル機能層の上の視認側に配置される。この前面板は、フレキシブル機能層、例えばフレキシブルディスプレイ内の画像表示素子を保護する機能を有する。なお、フレキシブル表示装置とは、画像表示装置を繰り返し折り曲げる、繰り返し巻く等の操作を伴い使用される表示装置である。このような繰り返しの折り曲げ操作等を伴い使用されるフレキシブル表示装置の前面板には高い耐屈曲性が求められる。また、前面板には、高い視認性も求められる。画像表示装置の内部で使用される画像表示装置の基板用のフィルムと比較して、画像表示装置の前面板、特にフレキシブル表示装置の前面板用のフィルムには、高い視認性が求められると共に、高い耐屈曲性が求められる。例えば、本発明のフィルムは、フレキシブル表示装置の前面板用に用いる場合の視認性を高めやすい観点から、上記に記載したような全光線透過率、ヘーズ及び/又はYIを有することが好ましく、また、フレキシブル表示装置の前面板として用いる場合の耐屈曲性を高めやすい観点から、MIT耐折疲労試験における耐屈曲回数が10万回以上であることが好ましく、20万回以上であることがより好ましい。
画像表示装置としては、テレビ、スマートフォン、携帯電話、カーナビゲーション、タブレットPC、携帯ゲーム機、電子ペーパー、インジケーター、掲示板、時計、及びスマートウォッチ等のウェアラブルデバイス等が挙げられる。フレキシブル表示装置としては、フレキシブル特性を有する全ての画像表示装置が挙げられ、例えば上記のようなローラブルディスプレイやフォルダブルディスプレイが挙げられる。ローラブルディスプレイとは、前面板を含む画像表示部分がロール状に巻き取られており、該画像表示部分を引き出して平面又は曲面にした状態で使用される画像表示装置であり、ロール状に巻き取る等の操作が使用の度に行われるような画像表示装置である。また、フォルダブルディスプレイとは、前面板を含む画像表示部分が折り曲げられており、該画像表示部分を開いて平面又は曲面にした状態で使用される画像表示装置であり、折り曲げ等の操作が使用の度に行われるような画像表示装置である。このような巻き取り、折り曲げ等の操作が繰り返し行われる画像表示装置をフレキシブル画像表示装置と称する。
[フレキシブル表示装置]
本発明は、本発明の光学積層体を備えるフレキシブル表示装置も提供する。本発明の光学積層体は、好ましくはフレキシブル表示装置において前面板として用いられる。フレキシブル表示装置は、フレキシブル表示装置用積層体と、有機EL表示パネルとからなり、有機EL表示パネルに対して視認側にフレキシブル表示装置用積層体が配置され、折り曲げ可能に構成されている。フレキシブル表示装置用積層体は、本発明の光学積層体であるウィンドウフィルム、偏光板、タッチセンサを含有していてもよく、それらの積層順は任意であるが、視認側からウィンドウフィルム、偏光板、タッチセンサ又はウィンドウフィルム、タッチセンサ、偏光板の順に積層されていることが好ましい。タッチセンサの視認側に偏光板が存在すると、タッチセンサのパターンが視認されにくくなり表示画像の視認性が良くなるので好ましい。それぞれの部材は接着剤、粘着剤等を用いて積層することができる。また、ウィンドウフィルム、偏光板、タッチセンサのいずれかの層の少なくとも一面に形成された遮光パターンを具備することができる。
[偏光板]
本発明のフレキシブル表示装置は、偏光板、好ましくは円偏光板をさらに備えていてもよい。円偏光板は、直線偏光板にλ/4位相差板を積層することにより右円偏光成分又は左円偏光成分のみを透過させる機能を有する機能層である。たとえば外光を右円偏光に変換して有機ELパネルで反射されて左円偏光となった外光を遮断し、有機ELの発光成分のみを透過させることで反射光の影響を抑制して画像を見やすくするために用いられる。円偏光機能を達成するためには、直線偏光板の吸収軸とλ/4位相差板の遅相軸は理論上45°である必要があるが、実用的には45±10°である。直線偏光板とλ/4位相差板とは必ずしも隣接して積層される必要はなく、吸収軸と遅相軸の関係が前述の範囲を満足していればよい。全波長において完全な円偏光を達成することが好ましいが実用上は必ずしもその必要はないので本発明における円偏光板は楕円偏光板をも包含する。直線偏光板の視認側にさらにλ/4位相差フィルムを積層して、出射光を円偏光とすることで偏光サングラスをかけた状態での視認性を向上させることも好ましい。
直線偏光板は、透過軸方向に振動している光は通すが、それとは垂直な振動成分の偏光を遮断する機能を有する機能層である。前記直線偏光板は、直線偏光子単独又は直線偏光子及びその少なくとも一面に貼り付けられた保護フィルムを備えた構成であってもよい。前記直線偏光板の厚さは、200μm以下であってもよく、好ましくは0.5~100μmである。厚さが前記の範囲にあると柔軟性が低下し難い傾向にある。
前記直線偏光子は、ポリビニルアルコール(以下、PVAとも称される)系フィルムを染色、延伸することで製造されるフィルム型偏光子であってもよい。延伸によって配向したPVA系フィルムに、ヨウ素等の二色性色素が吸着、又はPVAに吸着した状態で延伸されることで二色性色素が配向し、偏光性能を発揮する。前記フィルム型偏光子の製造においては、他に膨潤、ホウ酸による架橋、水溶液による洗浄、乾燥等の工程を有していてもよい。延伸や染色工程はPVA系フィルム単独で行ってもよいし、ポリエチレンテレフタレートのような他のフィルムと積層された状態で行うこともできる。用いられるPVA系フィルムの厚さは好ましくは10~100μmであり、延伸倍率は好ましくは2~10倍である。
さらに前記偏光子の他の一例としては、液晶偏光組成物を塗布して形成する液晶塗布型偏光子であってもよい。前記液晶偏光組成物は、液晶性化合物及び二色性色素化合物を含むことができる。前記液晶性化合物は液晶状態を示す性質を有していればよく、スメクチック相等の高次の配向状態を有していると高い偏光性能を発揮することができるため好ましい。また、液晶性化合物は重合性官能基を有していることも好ましい。
前記二色性色素は、前記液晶化合物とともに配向して二色性を示す色素であって、二色性色素自身が液晶性を有していてもよいし、重合性官能基を有していることもできる。液晶偏光組成物の中のいずれかの化合物は重合性官能基を有している。
前記液晶偏光組成物はさらに開始剤、溶剤、分散剤、レベリング剤、安定剤、界面活性剤、架橋剤、シランカップリング剤などを含むことができる。
前記液晶偏光層は、配向膜上に液晶偏光組成物を塗布して液晶偏光層を形成することにより製造される。
液晶偏光層は、フィルム型偏光子に比べて厚さを薄く形成することができる。前記液晶偏光層の厚さは、好ましくは0.5~10μm、より好ましくは1~5μmであってもよい。
前記配向膜は、例えば基材上に配向膜形成組成物を塗布し、ラビング、偏光照射等により配向性を付与することで製造することができる。前記配向膜形成組成物は、配向剤の他に溶剤、架橋剤、開始剤、分散剤、レベリング剤、シランカップリング剤等を含んでいてもよい。前記配向剤としては、例えば、ポリビニルアルコール類、ポリアクリレート類、ポリアミック酸類、ポリイミド類を使用できる。光配向を適用する場合にはシンナメート基を含む配向剤を使用することが好ましい。前記配向剤として使用される高分子の重量平均分子量が10,000~1,000,000程度であってもよい。前記配向膜の厚さは、配向規制力の観点から、好ましくは5~10,000nm、より好ましは10~500nmである。前記液晶偏光層は基材から剥離して転写して積層することもできるし、前記基材をそのまま積層することもできる。前記基材が、保護フィルムや位相差板、ウィンドウフィルムの透明基材としての役割を担うことも好ましい。
前記保護フィルムとしては、透明な高分子フィルムであればよく、具体的には、用いられる高分子フィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ノルボルネン又はシクロオレフィンを含む単量体の単位を有するシクロオレフィン系誘導体等のポリオレフィン類、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース、プロピオニルセルロース等の(変性)セルロース類、メチルメタクリレート(共)重合体等のアクリル類、スチレン(共)重合体等のポリスチレン類、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体類、アクリロニトリル・スチレン共重合体類、エチレン‐酢酸ビニル共重合体類、ポリ塩化ビニル類、ポリ塩化ビニリデン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等のポリエステル類、ナイロン等のポリアミド類、ポリイミド類、ポリアミドイミド類、ポリエーテルイミド類、ポリエーテルスルホン類、ポリスルホン類、ポリビニルアルコール類、ポリビニルアセタール類、ポリウレタン類、エポキシ樹脂類などのフィルムが挙げられ、透明性及び耐熱性に優れる点で、好ましくはポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、オレフィン、アクリル又はセルロース系のフィルムが挙げられる。これらの高分子はそれぞれ単独又は2種以上混合して使用することができる。これらのフィルムは未延伸のまま、あるいは1軸又は2軸延伸したフィルムとして使用される。セルロース系フィルム、オレフィン系フィルム、アクリルフィルム、ポリエステル系フィルムが好ましい。エポキシ樹脂等のカチオン硬化組成物やアクリレート等のラジカル硬化組成物を塗布して硬化して得られるコーティング型の保護フィルムであってもよい。必要により可塑剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、顔料や染料のような着色剤、蛍光増白剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、帯電防止剤、酸化防止剤、滑剤、溶剤等を含んでいてもよい。前記保護フィルムの厚さは、200μm以下であってもよく、好ましくは1~100μmである。前記保護フィルムの厚さが前記の範囲にあると、保護フィルムの柔軟性が低下し難い。
前記λ/4位相差板は、入射光の進行方向に直交する方向、言い換えるとフィルムの面内方向に、λ/4の位相差を与えるフィルムである。前記λ/4位相差板は、セルロース系フィルム、オレフィン系フィルム、ポリカーボネート系フィルム等の高分子フィルムを延伸することで製造される延伸型位相差板であってもよい。必要により位相差調整剤、可塑剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、顔料や染料のような着色剤、蛍光増白剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、帯電防止剤、酸化防止剤、滑剤、溶剤等を含んでいてもよい。前記延伸型位相差板の厚さは、200μm以下であってもよく、好ましくは1~100μmである。厚さが前記の範囲にあるとフィルムの柔軟性が低下し難い傾向にある。
さらに前記λ/4位相差板の他の一例としては、液晶組成物を塗布して形成する液晶塗布型位相差板であってもよい。前記液晶組成物は、ネマチック、コレステリック、スメクチック等の液晶状態を示す性質を有する液晶性化合物を含む。液晶組成物の中の液晶性化合物を含むいずれかの化合物は重合性官能基を有している。前記液晶塗布型位相差板はさらに開始剤、溶剤、分散剤、レベリング剤、安定剤、界面活性剤、架橋剤、シランカップリング剤などを含むことができる。前記液晶塗布型位相差板は、前記液晶偏光層での記載と同様に配向膜上に液晶組成物を塗布硬化して液晶位相差層を形成することで製造することができる。液晶塗布型位相差板は、延伸型位相差板に比べて厚さを薄く形成することができる。前記液晶偏光層の厚さは、通常0.5~10μm、好ましくは1~5μmであってもよい。前記液晶塗布型位相差板は基材から剥離して転写して積層することもできるし、前記基材をそのまま積層することもできる。前記基材が、保護フィルムや位相差板、ウィンドウフィルムの透明基材としての役割を担うことも好ましい。
一般的には、短波長ほど複屈折が大きく、長波長ほど小さな複屈折を示す材料が多い。この場合には全可視光領域でλ/4の位相差を達成することはできないので、視感度の高い560nm付近に対してλ/4となるような面内位相差、すなわち100~180nm、好ましくは130~150nmとなるように設計されることが多い。通常とは逆の複屈折率波長分散特性を有する材料を用いた逆分散λ/4位相差板を用いることは視認性をよくすることができるので好ましい。このような材料としては延伸型位相差板の場合は特開2007-232873号公報等、液晶塗布型位相差板の場合には特開2010-30979号公報に記載されているものを用いることも好ましい。
また、他の方法としてはλ/2位相差板と組合せることで広帯域λ/4位相差板を得る技術も知られている(例えば、特開平10-90521号公報)。λ/2位相差板もλ/4位相差板と同様の材料及び方法で製造される。延伸型位相差板と液晶塗布型位相差板との組合せは任意であるが、どちらも液晶塗布型位相差板を用いることは厚さを薄くすることができるので好ましい。
前記円偏光板には斜め方向の視認性を高めるために、正のCプレートを積層する方法も知られている(例えば、特開2014-224837号公報)。正のCプレートも液晶塗布型位相差板であっても延伸型位相差板であってもよい。厚さ方向の位相差は、通常-200~-20nm、好ましくは-140~-40nmである。
[タッチセンサ]
本発明のフレキシブル表示装置は、タッチセンサをさらに備えていてもよい。タッチセンサは入力手段として用いられる。タッチセンサとしては、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、静電容量方式等様々な様式が提案されており、いずれの方式でも構わない。中でも静電容量方式が好ましい。静電容量方式タッチセンサは活性領域及び前記活性領域の外郭部に位置する非活性領域に区分される。活性領域は表示パネルで画面が表示される領域、すなわち表示部に対応する領域であって、使用者のタッチが感知される領域であり、非活性領域は表示装置で画面が表示されない領域、すなわち非表示部に対応する領域である。タッチセンサはフレキシブルな特性を有する基板と;前記基板の活性領域に形成された感知パターンと;前記基板の非活性領域に形成され、前記感知パターンとパッド部を介して外部の駆動回路と接続するための各センシングラインを含むことができる。フレキシブルな特性を有する基板としては、前記高分子フィルムと同様の材料が使用できる。タッチセンサの基板は、その靱性が2,000MPa%以上であるものがタッチセンサのクラック抑制の面から好ましい。より好ましくは靱性が2,000~30,000MPa%であってもよい。ここで、靭性は、高分子材料の引張実験を通じて得られる、応力(MPa)-歪み(%)曲線(Stress-strain curve)で破壊点までの曲線の下部面積として定義される。
前記感知パターンは、第1方向に形成された第1パターン及び第2方向に形成された第2パターンを備えることができる。第1パターンと第2パターンは互いに異なる方向に配置される。第1パターン及び第2パターンは、同一層に形成され、タッチされる地点を感知するためには、それぞれのパターンが電気的に接続されなければならない。第1パターンは各単位パターンが継ぎ手を介して互いに接続された形態であるが、第2パターンは各単位パターンがアイランド形態に互いに分離された構造になっているので、第2パターンを電気的に接続するためには別途のブリッジ電極が必要である。感知パターンは周知の透明電極素材を適用することができる。例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、亜鉛酸化物(ZnO)、インジウム亜鉛スズ酸化物(IZTO)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)、カドミウムスズ酸化物(CTO)、PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))、炭素ナノチューブ(CNT)、グラフェン、金属ワイヤなどを挙げることができ、これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。好ましくはITOを使用することができる。金属ワイヤに使用される金属は特に限定されず、例えば、銀、金、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、チタン、セレニウム、クロムなどを挙げることができる。これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。
ブリッジ電極は感知パターン上部に絶縁層を介して前記絶縁層上部に形成することができ、基板上にブリッジ電極が形成されており、その上に絶縁層及び感知パターンを形成することができる。前記ブリッジ電極は感知パターンと同じ素材で形成することもでき、モリブデン、銀、アルミニウム、銅、パラジウム、金、白金、亜鉛、スズ、チタン又はこれらのうちの2種以上の合金などの金属で形成することもできる。第1パターンと第2パターンは電気的に絶縁されなければならないので、感知パターンとブリッジ電極の間には絶縁層が形成される。絶縁層は第1パターンの継ぎ手とブリッジ電極の間にのみ形成することもでき、感知パターンを覆う層の構造に形成することもできる。後者の場合は、ブリッジ電極は絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して第2パターンを接続することができる。前記タッチセンサはパターンが形成されたパターン領域と、パターンが形成されていない非パターン領域間の透過率の差、具体的には、これらの領域における屈折率の差によって誘発される光透過率の差を適切に補償するための手段として基板と電極の間に光学調節層をさらに含むことができ、前記光学調節層は無機絶縁物質又は有機絶縁物質を含むことができる。光学調節層は光硬化性有機バインダー及び溶剤を含む光硬化組成物を基板上にコーティングして形成することができる。前記光硬化組成物は無機粒子をさらに含むことができる。前記無機粒子によって光学調節層の屈折率を上昇させることができる。
前記光硬化性有機バインダーは、例えば、アクリレート系単量体、スチレン系単量体、カルボン酸系単量体などの各単量体の共重合体を含むことができる。前記光硬化性有機バインダーは、例えば、エポキシ基含有繰り返し単位、アクリレート繰り返し単位、カルボン酸繰り返し単位などの互いに異なる各繰り返し単位を含む共重合体であってもよい。
前記無機粒子は、例えば、ジルコニア粒子、チタニア粒子、アルミナ粒子などを含むことができる。前記光硬化組成物は、光重合開始剤、重合性モノマー、硬化補助剤などの各添加剤をさらに含むこともできる。
[接着層]
前記フレキシブル表示装置用積層体を形成する、ウィンドウフィルム、偏光板、タッチセンサなどの各層並びに各層を構成する、直線偏光板、λ/4位相差板等のフィルム部材は接着剤によって接着することができる。接着剤としては、水系接着剤、有機溶剤系接着剤、無溶剤系接着剤、固体接着剤、溶剤揮散型接着剤、湿気硬化型接着剤、加熱硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤、水系溶剤揮散型接着剤、活性エネルギー線硬化型接着剤、硬化剤混合型接着剤、熱溶融型接着剤、感圧型接着剤、感圧型粘着剤、再湿型接着剤等、汎用に使用されているものが使用できる。中でも水系溶剤揮散型接着剤、活性エネルギー線硬化型接着剤、粘着剤がよく用いられる。接着層の厚さは、求められる接着力等に応じて適宜調節することができ、例えば0.01~500μm、好ましくは0.1~300μmである。接着層は、前記フレキシブル画像表示装置用積層体には複数存在してよいが、それぞれの厚さ及び用いられる接着剤の種類は同じであっても異なっていてもよい。
前記水系溶剤揮散型接着剤としてはポリビニルアルコール系ポリマー、でんぷん等の水溶性ポリマー、エチレン-酢酸ビニル系エマルジョン、スチレン-ブタジエン系エマルジョン等水分散状態のポリマーを主剤ポリマーとして使用することができる。水、前記主剤ポリマーに加えて、架橋剤、シラン系化合物、イオン性化合物、架橋触媒、酸化防止剤、染料、顔料、無機フィラー、有機溶剤等を配合してもよい。前記水系溶剤揮散型接着剤によって接着する場合、前記水系溶剤揮散型接着剤を被接着層間に注入して被着層を貼合した後、乾燥させることで接着性を付与することができる。前記水系溶剤揮散型接着剤を用いる場合の接着層の厚さは0.01~10μm、好ましくは0.1~1μmであってもよい。前記水系溶剤揮散型接着剤を複数層の形成に用いる場合、それぞれの層の厚さ及び前記接着剤の種類は同一であっても異なっていてもよい。
前記活性エネルギー線硬化型接着剤は、活性エネルギー線を照射して接着剤層を形成する反応性材料を含む活性エネルギー線硬化組成物の硬化により形成することができる。前記活性エネルギー線硬化組成物は、ハードコート組成物と同様のラジカル重合性化合物及びカチオン重合性化合物の少なくとも1種の重合物を含有することができる。前記ラジカル重合性化合物とは、ハードコート組成物と同様であり、ハードコート組成物と同様の種類のものが使用できる。接着層に用いられるラジカル重合性化合物としてはアクリロイル基を有する化合物が好ましい。接着剤組成物としての粘度を下げるために単官能の化合物を含むことも好ましい。
前記カチオン重合性化合物は、ハードコート組成物と同様であり、ハードコート組成物と同様の種類のものが使用できる。活性エネルギー線硬化組成物に用いられるカチオン重合性化合物としては、エポキシ化合物がより好ましい。接着剤組成物の粘度を下げるために単官能の化合物を反応性希釈剤として含むことも好ましい。
活性エネルギー線組成物には重合開始剤をさらに含むことができる。重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤、ラジカル又はカチオン重合開始剤等であり、適宜選択して用いることができる。これらの重合開始剤は、活性エネルギー線照射及び加熱の少なくとも一種により分解されて、ラジカルもしくはカチオンを発生してラジカル重合とカチオン重合を進行させるものである。ハードコート組成物の記載の中で活性エネルギー線照射によりラジカル重合又はカチオン重合の内の少なくともいずれか開始することができる開始剤を使用することができる。
前記活性エネルギー線硬化組成物はさらに、イオン捕捉剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、密着付与剤、熱可塑性樹脂、充填剤、流動粘度調整剤、可塑剤、消泡剤溶剤、添加剤、溶剤を含むことができる。前記活性エネルギー線硬化型接着剤によって接着する場合、前記活性エネルギー線硬化組成物を被接着層のいずれか又は両方に塗布後貼合し、いずれかの被着層又は両方の被着層を通して活性エネルギー線を照射して硬化させることで接着することができる。前記活性エネルギー線硬化型接着剤を用いる場合の接着層の厚さは、通常0.01~20μm、好ましくは0.1~10μmであってもよい。前記活性エネルギー線硬化型接着剤を複数層の形成に用いる場合には、それぞれの層の厚さ及び用いられる接着剤の種類は同一であっても異なっていてもよい。
前記粘着剤としては、主剤ポリマーに応じて、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等に分類され何れを使用することもできる。粘着剤には主剤ポリマーに加えて、架橋剤、シラン系化合物、イオン性化合物、架橋触媒、酸化防止剤、粘着付与剤、可塑剤、染料、顔料、無機フィラー等を配合してもよい。前記粘着剤を構成する各成分を溶剤に溶解・分散させて粘着剤組成物を得て、該粘着剤組成物を基材上に塗布した後に乾燥させることで、粘着層又は接着層が形成される。粘着層は直接形成されてもよいし、別途基材に形成したものを転写することもできる。接着前の粘着面をカバーするためには離型フィルムを使用することも好ましい。前記粘着剤を用いる場合の接着層の厚さは、通常1~500μm、好ましくは2~300μmであってもよい。前記粘着剤を複数層の形成に用いる場合、それぞれの層の厚さ及び用いられる粘着剤の種類は同一であっても異なっていてもよい。
[遮光パターン]
前記遮光パターンは前記フレキシブル画像表示装置のベゼル又はハウジングの少なくとも一部として適用することができる。遮光パターンによって前記フレキシブル画像表示装置の辺縁部に配置される配線が隠されて視認されにくくすることで、画像の視認性が向上する。前記遮光パターンは単層又は複層の形態であってもよい。遮光パターンのカラーは特に制限されることはなく、黒色、白色、金属色などの多様なカラーを有することができる。遮光パターンはカラーを具現するための顔料と、アクリル系樹脂、エステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン、シリコーンなどの高分子で形成することができる。これらの単独又は2種類以上の混合物で使用することもできる。前記遮光パターンは、印刷、リソグラフィ、インクジェットなど各種の方法にて形成することができる。遮光パターンの厚さは、通常1~100μm、好ましくは2~50μmである。また、遮光パターンの厚さ方向に傾斜等の形状を付与することも好ましい。
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中の「%」及び「部」はそれぞれ、特記しない限り、「質量%」及び「質量部」である。まず、各物性値等の測定方法について記載する。
<重量平均分子量の測定>
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定
(1)前処理方法
ポリアミドイミドフィルムにDMF溶離液(10mmol/L臭化リチウム添加溶液)を濃度2mg/mLとなるように加え、80℃にて30分間撹拌しながら加熱し、冷却後、0.45μmメンブランフィルターろ過したものを測定溶液とした。
(2)測定条件
カラム:東ソー(株)製TSKgel α-2500((7)7.8mm径×300mm)×1本、α-M((13)7.8mm径×300mm)×2本
溶離液:DMF(10mmol/Lの臭化リチウム添加)
流量:1.0mL/分
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μL
分子量標準:標準ポリスチレン
<黄色度(YI)の測定>
実施例及び比較例において得た光学積層体の黄色度(Yellow Index:YI)は、JIS K 7373:2006に準拠して、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光(株)製、V-670)を用いて測定した。フィルムがない状態でバックグランド測定を行った後、フィルムをサンプルホルダーにセットして、300~800nmの光に対する透過率測定を行い、3刺激値(X、Y、Z)を求めた。YIを、下記の式に基づいて算出した。
YI=100×(1.2769X-1.0592Z)/Y
〔ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の厚さ〕
ポリイミド系樹脂フィルム及び光学積層体の厚さは、デジマチックインジケーター((株)ミツトヨ製、ID-C112XBS)を用いて、10点以上のフィルムの厚さを測定し、その平均値を算出した。
〔機能層の厚さ〕
機能層の厚さは、卓上膜厚システム(Filmetrics社製、F20)を用いて測定した。
<フィルム屈曲試験>
実施例及び比較例において得た光学積層体を測定サンプルとし、屈曲試験機(ユアサシステム機器(株)製、ML11MC-CET02A)を用いて、屈曲試験を実施した。
(高温高湿屈曲試験)
温度60℃、湿度93%、60回/分、R=1.5mmの条件下で屈曲試験を30万回繰り返す間に、フィルムの白化及び破断した時の回数を測定した。また、屈曲回数10万回の時点でのYIを測定し、屈曲試験前のYIとの差をΔYIとして算出した。
<引張試験>
実施例及び比較例において得た光学積層体を、ダンベルカッターを用いてJIS2号ダンベル状にカットし、サンプルを得た。卓上形精密万能試験機((株)島津製作所製、オートグラフAGS-X)と恒温恒湿槽((株)島津製作所製、THC1)を用いて測定を行った。温度60℃、湿度93%、チャック間距離70mm、引張速度10mm/分の条件で、卓上形精密万能試験機にサンプルをセットし、温度と湿度が一定になった時点で応力-歪曲線を測定した。得られた応力-歪曲線の傾きから弾性率を算出した。また、応力-歪曲線の歪み0.2%の点を基準に、弾性率に等しい傾きの直線を引いた時に、応力-歪曲線と交わる点の歪みをYSとし、該点の応力を耐力として算出した。次に、歪み3%の時の応力を、歪み3%の時の応力として算出した。
<湿度膨張係数CMEの測定>
温度60℃、湿度0%から温度60℃、湿度90%に調整後、引張荷重20mNの負荷がある状態で1時間保持した時の光学積層体の膨張率を、熱機械的分析装置((株)日立ハイテクサイエンス製、TMA/SS6100)を用いて測定し、得られた膨張率から湿度平均線膨張係数を求めた。
<温度60℃、湿度90%条件下での吸湿率の測定>
示差熱熱重量計(セイコー電子工業(株)製、TG/DTA6200)を用いて測定を行った。15mm角のサイズにカットしたフィルム片を試料皿に設置し、温度60℃、湿度90%の測定条件に設定した。試料質量が安定するまで静置した後、試料質量を10秒ごとに計測し、一分間の計測値の平均値を求め下記式から質量変化から吸湿率を算出した。
吸湿量(mg)=湿度90%における試料質量(mg)-加湿前の試料質量(mg)
吸湿率(%)=吸湿量(mg)÷加湿前の試料質量(mg)×100
<製造例1:ハードコート用光硬化性樹脂組成物Aの調製>
ウレタンアクリレート(Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.製、MIRAMER PU620D) 19質量部、多官能アクリレート(Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.製、MIRAMER SP1106) 19質量部、五酸化アンチモン(東洋インキ(株)製、TYS-F90-KR) 20質量部、メチルエチルケトン(東京化成工業(株)製) 38質量部、レベリング剤(ビックケミー・ジャパン(株)製、BYK(登録商標)-307) 0.3質量部を撹拌混合し、光硬化性樹脂組成物Aを得た。
<製造例2:ハードコート用光硬化性樹脂組成物Bの調製>
ウレタンアクリレート(Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.製、MIRAMER PU620D) 18質量部、多官能アクリレート(Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.製、MIRAMER SP1106) 18質量部、(メタ)アクリレート基及びアニオン含有リチウム塩(Specific Polymers社製、MTFSiLi) 1.8質量部、メチルエチルケトン(東京化成工業(株)製) 60質量部、レベリング剤(ビックケミー・ジャパン(株)製、BYK(登録商標)-307) 0.3質量部を撹拌混合し、光硬化性樹脂組成物Bを得た。
<製造例3:ポリアミドイミド樹脂(1)の調製>
窒素ガス雰囲気下、撹拌翼を備えた1Lセパラブルフラスコに、DMAc 313.6gを加え、室温で撹拌しながらTFMB 16.77g(52.37mmol)を加えて、DMAcに溶解させた。次に、フラスコに6FDA 4.797g(10.80mmol)と下記化学式(A)で示されるテトラカルボン酸二無水物(TMPBP-TME) 6.679g(10.8mmol)を添加し、室温で16時間撹拌した。
Figure 2022163714000022
その後、TPC 6.576g(32.39mmol)とDMAc 313.6gをフラスコに加え、室温で2時間撹拌した。次いで、フラスコにN,N-ジイソプロピルエチルアミン 5.582g(43.19mmol)と無水酢酸 7.716g(75.58mmol)、4-メチルピリジン 4.022g(43.19mmol)を加え、室温で30分間撹拌後、オイルバスを用いて70℃に昇温し、さらに3時間撹拌し、反応液を得た。得られた反応液を室温まで冷却し、撹拌し、反応液の質量の1.385倍の質量にあたるメタノールを徐々に投入し、その後、得られた反応液の質量の0.6924倍の質量にあたる水を徐々に投入した。析出した沈殿物を取り出し、メタノールで洗浄した。次に、80℃にて沈殿物の減圧乾燥を行い、ポリアミドイミド樹脂(1)を得た。ポリアミドイミド樹脂(1)のMwは、360,000であった。
<製造例4:ポリアミドイミドフィルム(1)の製膜>
製造例3で得られたポリアミドイミド樹脂(1)に、濃度が10.5質量%となるようにDMAcを加え、ポリアミドイミドワニス(1)を作製した。得られたポリアミドイミドワニス(1)を、ガラス基材の平滑面上に自立膜の厚さが50μmになるようにアプリケーターを用いて塗工し、140℃30分間で乾燥し、自立膜を得た。得られた自立膜を金枠に固定し、210℃で90分間乾燥し、厚さ50μmのポリアミドイミドフィルム(1)を得た。
<実施例1:光学積層体(1)の製膜>
製造例4で得たポリアミドイミドフィルム(1)の片面に、光硬化性樹脂組成物Aを乾燥後の厚さが10μmになるようにバーコーターにより塗布した。その後、80℃で3分乾燥を行い、紫外線を照射して硬化させることで、光学積層体(1)を得た。紫外線の照射は、窒素雰囲気下、高圧水銀(UV露光量:500mJ/cm、紫外線照度:200mW/cm)で行った。得られた光学積層体(1)におけるハードコート層の厚さは10μmであった。
<実施例2:光学積層体(2)の製膜>
製造例4で得たポリアミドイミドフィルム(1)の片面に、光硬化性樹脂組成物Aを乾燥後の厚さが5μmになるようにバーコーターにより塗布したこと以外は、実施例1と同様にして光学積層体(2)を得た。光学積層体(2)におけるハードコート層の厚さは5μmであった。
<製造例5:GBL分散シリカゾルの調製>
2000mLのフラスコにメタノール分散シリカゾル(日産化学工業(株)製、MA-ST-G-ML1;一次粒子径27nm、シリカ粒子固形分30.5質量%) 393.4g及びGBL 261.0gを投入し、真空エバポレータで45℃の湯浴下、400hPaで40分間、250hPaで60分間メタノールを蒸発させた。さらに、250hPa下で80℃まで昇温して30分間加熱し、GBL分散シリカゾルを得た。
<製造例6:ポリアミドイミドフィルム(2)の製膜>
製造例3で得たポリアミドイミド樹脂(1)をGBLに溶解し、製造例5で得たGBL分散シリカゾルを加えて十分に混合し、ポリアミドイミド樹脂(1)/シリカ粒子混合ワニスを得た。得られたワニス質量に対するポリアミドイミド樹脂(1)とシリカ粒子の総質量から求まる固形分濃度を10.0質量%とし、ポリアミドイミド樹脂(1)とシリカ粒子の質量比率が80:20となるようにして、ポリアミドイミドワニス(2)を得た。ポリアミドイミドワニス(1)に代えて、ポリアミドイミドワニス(2)を用いたこと以外は、製造例4と同様にして、厚さ50μmのポリアミドイミドフィルム(2)を得た。
<実施例3:光学積層体(3)の製膜>
製造例4で得たポリアミドイミドフィルム(1)に代えて製造例6で得たポリアミドイミドフィルム(2)を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、光学積層体(3)を得た。光学積層体(3)におけるハードコート層の厚さは5μmであった。
<製造例7:ポリアミドイミド樹脂(2)の調製>
窒素ガス雰囲気下、撹拌翼を備えた1Lセパラブルフラスコに、DMAc 313.6gを加え、室温で撹拌しながらTFMB 18.36g(57.33mmol)を加えて、DMAcに溶解させた。次に、反応液を10℃に冷却した。冷却後、フラスコに6FDA 7.718g(17.37mmol)を添加し、10℃を維持したまま、16時間撹拌した。その後、OBBC 1.7091g(5.791mmol)とTPC 6.576g(32.39mmol)とをフラスコに加え、10℃で2時間撹拌した。次いで、フラスコにN,N-ジイソプロピルエチルアミン 5.240g(40.54mmol)と無水酢酸 12.416g(121.6mmol)、4-メチルピリジン 3.775g(40.54mmol)を加え、室温で30分間撹拌後、オイルバスを用いて70℃に昇温し、さらに3時間撹拌し、反応液を得た。得られた反応液を室温まで冷却し、攪拌し、反応液の質量の1.385倍の質量にあたるメタノールを徐々に投入し、その後、得られた反応液の質量の0.6924倍の質量にあたる水を徐々に投入した。析出した沈殿物を取り出し、メタノールで洗浄した。次に、80℃にて沈殿物の減圧乾燥を行い、ポリアミドイミド樹脂(2)を得た。ポリアミドイミド樹脂(2)のMwは、300,000であった。
<製造例8:ポリアミドイミドフィルム(3)の製膜>
製造例7で得たポリアミドイミド樹脂(2)をGBLに溶解し、製造例5で得たGBL分散シリカゾルを加えて十分に混合し、ポリアミドイミド樹脂(2)/シリカ粒子混合ワニスを得た。得られたワニス質量に対するポリアミドイミド樹脂(2)とシリカ粒子の総質量から求まる固形分濃度を10.5質量%とし、ポリアミドイミド樹脂(2)とシリカ粒子の質量比率が80:20となるようにして、ポリアミドイミドワニス(3)を得た。ポリアミドイミドワニス(1)に代えて、ポリアミドイミドワニス(3)を用いたこと以外は、製造例4と同様にして、厚さ50μmのポリアミドイミドフィルム(3)を得た。
<比較例1:光学積層体(4)の製膜>
製造例3で得たポリアミドイミドフィルム(3)の片面に、光硬化性樹脂組成物Bを乾燥後の厚さが10μmになるようにバーコーターにより塗布した以外は、実施例1と同様にして、光学積層体(4)を得た。光学積層体(4)におけるハードコート層の厚さは10μmであった。
上記のようにして得たポリアミドイミドフィルム(1)~(3)又は光学積層体(1)~(4)について、上記に記載する測定方法に従い、黄色度YI、ΔYI、耐屈曲回数、弾性率、耐力、YS及び3%歪み時の応力を測定した。得られた結果を表1に示す。また、光学積層体(1)~(4)について温度60℃、湿度93%で測定した応力-歪曲線を図1に示す。
Figure 2022163714000023

Claims (11)

  1. ポリイミド系樹脂フィルムからなる基材層と、硬化性樹脂の硬化物を含む機能層とを含み、温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における歪み3%の時の応力が110MPa以上である、光学積層体。
  2. 温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における降伏点歪みが1.50%以上である、請求項1に記載の光学積層体。
  3. 温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における耐力が70MPa以上である、請求項1に記載の光学積層体。
  4. 温度60℃、湿度93%の環境下での引張試験における弾性率が4.0GPa以上である、請求項1に記載の光学積層体。
  5. ポリイミド系樹脂フィルムの湿度膨張係数は40ppm/K以下である、請求項1に記載の光学積層体。
  6. ポリイミド系樹脂フィルムの温度60℃、湿度90%条件下での吸湿率は3%以下である、請求項1に記載の光学積層体。
  7. 15~120μmの厚さを有し、R=1.5mmで測定した耐屈曲回数が30万回以上である、請求項1に記載の光学積層体。
  8. ポリイミド系樹脂フィルムは、式(1):
    Figure 2022163714000024
    [式(1)中、Xは2価の有機基を表し、Yは4価の有機基を表し、*は結合手を表す]
    で表される構成単位を含み、式(1)中のYとして、式(3):
    Figure 2022163714000025
    [式(3)中、Rは、互いに独立に、ハロゲン原子、ハロゲン原子を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、又はアリールオキシ基を表し、R~Rは、互いに独立に、水素原子、又はハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基を表し、mは、互いに独立に、0~3の整数を表し、nは1~4の整数を表し、*は結合手を表し、ただし、R~Rを有する少なくとも1つのベンゼン環において、R~Rのうち少なくとも3つがハロゲン原子を有してもよい1価の炭化水素基である]
    で表される構造を含むポリイミド系樹脂を含む、請求項1~7のいずれかに記載の光学積層体。
  9. 請求項1に記載の光学積層体を備えるフレキシブル表示装置。
  10. タッチセンサをさらに備える、請求項9に記載のフレキシブル表示装置。
  11. 偏光板をさらに備える、請求項9又は10に記載のフレキシブル表示装置。
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