JPWO2007102340A1 - 偏光子保護フィルム、偏光板及び垂直配向方式液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

総アシル基置換度が2.2以上2.5未満のセルロースアシレートと、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーとを含むことを特徴とする偏光子保護フィルム。

Description

本発明は、偏光子保護フィルム、偏光板及び垂直配向方式液晶表示装置に関し、より詳しくは位相差フィルムとして視野角特性に優れ、コーナームラや白茶けなどの黒表示の際の光漏れが減少する偏光子保護フィルム、それを用いた偏光板及び垂直配向方式液晶表示装置に関する。
液晶表示装置の視野角拡大を目的として、様々なフィルムが提案されている。視野角拡大フィルムとしては、通常の液晶表示装置用偏光板に位相差フィルムを貼合するものや、偏光板の偏光子保護フィルムに液晶層を付与したもののほか、偏光子保護フィルム自身に位相差を持たせることによって視野角拡大を図るものがある。
液晶表示装置用の偏光子保護フィルムは、従来からセルローストリアセテート(トリアセチルセルロース、TAC)フィルムが用いられてきた。TACフィルムは透過率が高く、偏光子のポリビニルアルコールフィルムに容易に接着することが出来、かつ複屈折異方性が小さいことから、偏光板に余計な位相差成分を与えないため偏光子保護フィルムとして好適に用いられてきた。しかしながら逆にTACフィルムはある程度正の複屈折異方性を持つものの、異方性が小さ過ぎるために延伸しても十分な位相差は発現出来ない。そのため偏光板そのものに位相差機能を持たせることによって視野角拡大を狙うためにはTACフィルムは不適であると考えられていた。その後このような偏光子保護用TACフィルムに複屈折異方性を持たせるために、トリアセチルセルロースのアセチル置換基をることにより位相差を発現させる材料を用いる技術(例えば、特許文献1参照。)や、フィルムに位相差を発現させる材料を添加することによって位相差をより多く持ったフィルムにする技術(例えば、特許文献2参照。)が開発され、実用化されている。このように異方性を持たせたセルロースアセテートフィルムを適切に延伸させて位相差を発現させることによって、偏光子保護フィルム自身に位相差をもたせることが出来るようになり、特にVA(垂直配向)型液晶表示装置などの視野角改善が可能となった。
しかしながら、このような方法で作製された一般のTACフィルムとは異なる位相差をもったフィルムを用いて作製された偏光板は、今までのTACフィルムと同様に次のような問題を有している。液晶表示装置のガラス基板に貼合された偏光板は、高温放置などにより偏光子のポリビニルアルコールの収縮が起こると偏光子保護フィルムに応力が加わり、偏光子保護フィルムの位相差が変化することで黒表示の光漏れ、いわゆるTN(ツイステッド・ネマティック)型液晶表示装置の四辺周辺部で生じる額縁ムラや、VA型やIPS(横電界駆動)型液晶表示装置の四隅で生じるコーナームラと呼ばれる問題がある。また、ポリビニルアルコールとTACの温湿度による物性変化に起因する画面全体の白茶けという問題がある。
一方、セルロースアシレートフィルムは光学異方性が小さいものの、まったくないわけではなく、その小さいながらも存在する正の複屈折異方性のために液晶表示装置の視野角や色味に悪影響を与えてしまうことがある。その光学異方性を低下する手段としてはいわゆる負の複屈折異方性を持つ材料、例えばアクリルポリマーを添加する方法(例えば、特許文献3参照。)やスチレンポリマーを添加する方法(例えば、特許文献4参照。)といった、異方性を相殺する物質を添加することによって位相差を制御する手法が開示されている。
特開2001−188128号公報 特開2000−111914号公報 特開2003−12859号公報 特開2005−105140号公報
本発明の目的は、位相差フィルムとして視野角特性に優れ、コーナームラや白茶けなどの黒表示の際の光漏れが減少する偏光子保護フィルム、それを用いた偏光板及び垂直配向方式液晶表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の態様の一つは、総アシル基置換度が2.2以上2.5未満のセルロースアシレートと、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーとを含むことを特徴とする偏光子保護フィルムにある。
帯電防止層、粘着剤層を有する偏光子保護フィルムの模式図である。
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
(1) 総アシル基置換度が2.2以上2.5未満のセルロースアシレートと、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーとを含むことを特徴とする偏光子保護フィルム。
(2) 前記アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーの重量平均分子量が500以上30000以下のポリマーであることを特徴とする前記(1)に記載の偏光子保護フィルム。
(3) 前記(1)または(2)に記載の偏光子保護フィルムが位相差フィルムであることを特徴とする偏光子保護フィルム。
(4) 面内位相差値Roが0〜100nm、厚み方向の位相差値Rthが40〜250nm、であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の偏光子保護フィルム。
Ro=(nx−ny)×d
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d(式中、nxはフィルム面内の遅相軸方向の屈折率であり、nyはフィルム面内の進相軸方向の屈折率であり、nzはフィルムの厚み方向の屈折率であり、dはフィルムの厚さ(nm)である。)
(5) 前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の偏光子保護フィルムを少なくとも液晶セル側の偏光子保護フィルムとして用いることを特徴とする偏光板。
(6) 前記(5)に記載の偏光板を用いることを特徴とする垂直配向方式液晶表示装置。
本発明により、位相差フィルムとして視野角特性に優れ、コーナームラや白茶けなどの黒表示の際の光漏れが減少する偏光子保護フィルム、それを用いた偏光板及び垂直配向方式液晶表示装置を提供することが出来る。
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明は、総アシル基置換度が2.2以上2.5未満のセルロースアシレートと、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーとを含むことを特徴とする偏光子保護フィルムを位相差フィルムとして偏光板に用いることにより、視野角に優れ、コーナームラや白茶けなどの黒表示の際の光漏れを減少出来、優れた表示性能を有する偏光板、液晶表示装置が得られることを見出したものである。
前述したように、TACフィルムは複屈折異方性が小さい為に、従来偏光子を保護する目的のフィルムとして用いられてきたが、該異方性の小さい特性から、光学的補償機能を有する位相差フィルムにはそのままでは使用することが出来ず、特許文献1ではフィルム材料としてセルロースアセテートプロピオネート等を使用する技術や複屈折性を制御する添加剤技術(特許文献2)が開発された。一方、TACフィルムの異方性は小さいながらも存在する為にその異方性を減少する手段として、アクリルポリマーを使用する技術(特許文献3)や、スチレンポリマーを使用する技術(特許文献4)が開示されている。
今回本発明者は、位相差フィルムの視野角特性やコーナームラ、白茶けなどの黒表示の際の光漏れ等の問題について鋭意検討した結果、総アシル基置換度の低いセルロースアシレートと、アクリルポリマーを使用する技術を組み合わせることで、驚くべきことに上記問題を解決出来ることを見出し、本発明を成すに至った次第である。しかも総アシル基置換度の低いセルロースアシレートとスチレンポリマーを組み合わせて使用する技術ではコーナームラ、白茶けなどの黒表示の際の光漏れが改善されず、アクリルポリマー特有の効果であることも見出した。
一般に偏光板保護フィルムに用いられるトリアセチルセルロースフィルムの位相差は、23℃55%RH、波長589nmにおける厚み方向の位相差Rthが30nm以上60nm以下にあり、面内の位相差Roが5nm以下である。また、厚み方向の位相差Rthをさらに低下させて位相差を減らしたフィルムも公開されている。本発明における位相差フィルムを兼ねた偏光板保護フィルムとは、上記のRthが60nm以下である偏光板保護フィルムに対し、より位相差をもたせて60nmを越えるRthを持たせた、いわゆる負のCプレートや2軸フィルムである。
以下、本発明を詳細に説明する。
(セルロースアシレート)
本発明の偏光子保護フィルムは、総アシル基置換度が2.2以上2.5未満のセルロースアシレートを含有するセルロースアシレートフィルムであることが特徴である。(以下、本発明に係る偏光子保護フィルムをセルロースアシレートフィルムという場合がある) セルロース分子はグルコースユニットが多数連結したものからなっており、グルコースユニットに3個の水酸基がある。この3個の水酸基にアシル基が誘導された数を置換度という。例えば、セルローストリアセテートはグルコースユニットの3個の水酸基全てにアセチル基が結合している。
本発明に用いられるセルロースアシレートとしては炭素数2〜22程度のカルボン酸エステルであり、芳香族カルボン酸のエステルでもよく、特にセルロースの低級脂肪酸エステルであることが好ましい。セルロースの低級脂肪酸エステルにおける低級脂肪酸とは炭素原子数が6以下の脂肪酸を意味している。水酸基に結合するアシル基は、直鎖であっても分岐してもよく、また環を形成してもよい。更に別の置換基が置換してもよい。同じ置換度である場合、前記炭素数が多いと複屈折性が低下するため、炭素数としては炭素数2〜6のアシル基の中で選択することが好ましい。前記セルロースアシレートとしての炭素数は2〜4であることが好ましく、炭素数が2〜3であることがより好ましい。
例えば、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート等や、特開平10−45804号、同8−231761号、米国特許第2,319,052号等に記載されているようなセルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレート等の混合脂肪酸エステルを用いることが好ましい。
特に、本発明の偏光子保護フィルムは、総アシル基置換度が2.2以上2.5未満であり、かつプロピオニル基の置換度が0.7〜1.5であるセルロースアセテートプロピオネートであることが好ましい。これらは公知の方法で合成することが出来る。
尚、アシル基の置換度の測定方法はASTM−D817−96の規定に準じて測定することが出来る。
本発明のセルロースアシレートの原料のセルロースとしては、特に限定はないが、綿花リンター、木材パルプ(針葉樹由来、広葉樹由来)、ケナフ等を挙げることが出来る。またそれらから得られたセルロースアシレートはそれぞれ任意の割合で混合使用することが出来る。これらのセルロースアシレートは、アシル化剤が酸無水物(無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸)である場合には、酢酸のような有機酸やメチレンクロライド等の有機溶媒を用い、硫酸のようなプロトン性触媒を用いてセルロース原料と反応させて得ることが出来る。
アシル化剤が酸クロライド(CH3COCl、C25COCl、C37COCl)の場合には、触媒としてアミンのような塩基性化合物を用いて反応が行われる。具体的には、特開平10−45804号に記載の方法等を参考にして合成することが出来る。
セルロースアシレートフィルムの分子量が大きいと弾性率が大きくなるが、分子量を上げ過ぎるとセルロースアシレートの溶解液の粘度が高くなり過ぎるため生産性が低下する。セルロースアシレートの分子量は数平均分子量(Mn)で40000〜200000のものが好ましく、100000〜200000のものが更に好ましい。本発明で用いられるセルロースアシレートはMw/Mn比が4.0以下であることが好ましく、更に好ましくは1.4〜2.3である。
セルロースアシレートの平均分子量及び分子量分布は、高速液体クロマトグラフィーを用い測定出来るので、これを用いて数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)を算出し、その比を計算することが出来る。
測定条件は以下の通りである。
溶媒: メチレンクロライド
カラム: Shodex K806,K805,K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用した)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=1,000,000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いることが好ましい。
セルロースアシレートは、20mlの純水(電気伝導度0.1μS/cm以下、pH6.8)に1g投入し、25℃、1hr、窒素雰囲気下にて攪拌した時のpHが6〜7、電気伝導度が1〜100μS/cmであることが好ましい。
(アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマー)
本発明の偏光子保護フィルムは、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーを含有することが特徴である。本発明に係るアクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーは、単一のモノマーから構成されていても複数種のモノマーから構成されていてもかまわない。モノマーはアクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルから選択されることが好ましいが、作製するフィルムのリターデーション特性、波長分散特性、耐熱性に応じて適宜他のモノマー、例えば無水マレイン酸、スチレン等を含んでいてもかまわない。
以下、本発明に係るアクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーをポリマーXとして説明する。
〈ポリマーX〉
本発明に係るポリマーXは分子内に芳香環と親水性基を有しないエチレン性不飽和モノマーXaと分子内に芳香環を有せず、親水性基を有するエチレン性不飽和モノマーXbとを共重合して得られた重量平均分子量500以上30000以下の下記一般式(1)で表されるポリマーであることが好ましい。更に30℃下にて固体であるか、もしくはガラス転移温度が35℃以上であることが好ましい。
重量平均分子量は、500以上でコーナームラ改善効果が大きく、30000以下であるとセルロースアシレートとの相溶性と透明性に優れる。
一般式(1)
−[CH2−C(−R1)(−CO2R2)]m−[CH2(−CR3)(−CO2R4−OH)−]n
(式中、R1、R3は、HまたはCH3を表す。R2は炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基を表す。R4は−CH2−、−C2H4−または−C3H6−を表す。mおよびnは、モル組成比を表し、m+n=100である。)
本発明のポリマーXを構成するモノマー単位としてのモノマーを下記に挙げるがこれに限定されない。
分子内に芳香環と親水性基を有しないエチレン性不飽和モノマーXaは、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル(i−、n−)、アクリル酸ブチル(n−、i−、s−、t−)、アクリル酸ペンチル(n−、i−、s−)、アクリル酸ヘキシル(n−、i−)、アクリル酸ヘプチル(n−、i−)、アクリル酸オクチル(n−、i−)、アクリル酸ノニル(n−、i−)、アクリル酸ミリスチル(n−、i−)、アクリル酸(2−エチルヘキシル)、アクリル酸(ε−カプロラクトン)、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−エトキシエチル)等、または上記アクリル酸エステルをメタクリル酸エステルに変えたものを挙げることが出来る。中でも、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル(i−、n−)であることが好ましい。
分子内に芳香環を有せず、親水性基を有するエチレン性不飽和モノマーXbは、水酸基を有するモノマー単位として、アクリル酸またはメタクリル酸エステルが好ましく、例えば、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(4−ヒドロキシブチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシブチル)、またはこれらアクリル酸をメタクリル酸に置き換えたものを挙げることが出来、好ましくは、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)及びメタクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシプロピル)、アクリル酸(3−ヒドロキシプロピル)である。
本発明では、上記疎水性モノマーXaと親水性モノマーXbを用いて共重合によりポリマーXを合成する。
疎水性モノマーXaと親水性モノマーXbの合成時の使用比率は99:1〜65:35の範囲が好ましく、更に好ましくは95:5〜75:25の範囲である。疎水性モノマーXaの使用比率が多いとセルロースアシレートとの相溶性が良化するがフィルム厚み方向のリターデーション値Rthが大きくなる。親水性モノマーXbの使用比率が多いと上記相溶性が悪くなるが、リターデーション値Rthを低減させる効果が高い。また、親水性モノマーXbの使用比率が上記範囲を超えると製膜時にヘイズが出る為好ましくない。
このようなポリマーを合成するには、通常の重合では分子量のコントロールが難しく、分子量をあまり大きくしない方法で出来るだけ分子量を揃えることの出来る方法を用いることが望ましい。かかる重合方法としては、クメンペルオキシドやt−ブチルヒドロペルオキシドのような過酸化物重合開始剤を使用する方法、重合開始剤を通常の重合より多量に使用する方法、重合開始剤の他にメルカプト化合物や四塩化炭素等の連鎖移動剤を使用する方法、重合開始剤の他にベンゾキノンやジニトロベンゼンのような重合停止剤を使用する方法、更に特開2000−128911号または同2000−344823号公報にあるような一つのチオール基と2級の水酸基とを有する化合物、或いは、該化合物と有機金属化合物を併用した重合触媒を用いて塊状重合する方法等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いられる。
本発明のポリマーXの重量平均分子量は、公知の分子量調節方法で調整することが出来る。そのような分子量調節方法としては、例えば四塩化炭素、ラウリルメルカプタン、チオグリコール酸オクチル等の連鎖移動剤を添加する方法等が挙げられる。また、重合温度は通常室温から130℃、好ましくは50℃から100℃で行われるが、この温度または重合反応時間を調整することで可能である。
重量平均分子量の測定方法は前記分子量測定方法によることが出来る。
ポリマーXの添加量は、フィルムに所望の位相差を持たせるために適宜調製される。位相差を小さくするためには多く、位相差を大きくするためには少量添加すればよいが、少な過ぎるとコーナームラが悪くなり、多過ぎると膜強度が保てないため、5質量%以上45質量%以下が好ましい。
〈添加剤〉
本発明に係る偏光子保護フィルムには、本発明の効果を阻害しない範囲で種々の添加剤を用いることが出来る。フィルムに加工性・柔軟性・防湿性を付与する可塑剤、紫外線吸収機能を付与する紫外線吸収剤、フィルムの劣化を防止する酸化防止剤、フィルムに滑り性を付与する微粒子(マット剤)、フィルムのリターデーションを調整するリターデーション制御剤等を含有させても良い。
〈可塑剤〉
用いられる可塑剤としては特に限定はないが、フィルムにヘイズを発生させたりフィルムからブリードアウト或いは揮発しないように、セルロースアシレートと水素結合などによって相互作用可能である官能基を有していることが好ましい。
このような官能基としては、水酸基、エーテル基、カルボニル基、エステル基、カルボン酸残基、アミノ基、イミノ基、アミド基、イミド基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基、スルホン酸残基、ホスホニル基、ホスホン酸残基等が挙げられるが、好ましくはカルボニル基、エステル基、ホスホニル基である。
リン酸エステル系の可塑剤:具体的には、トリアセチルホスフェート、トリブチルホスフェート等のリン酸アルキルエステル、トリシクロベンチルホスフェート、シクロヘキシルホスフェート等のリン酸シクロアルキルエステル、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルフェニルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート、ジフェニルビフェニルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリナフチルホスフェート、トリキシリルオスフェート、トリスオルト−ビフェニルホスフェート等のリン酸アリールエステルが挙げられる。これらの置換基は、同一でもあっても異なっていてもよく、更に置換されていても良い。またアルキル基、シクロアルキル基、アリール基のミックスでも良く、また置換基同志が共有結合で結合していても良い。
またエチレンビス(ジメチルホスフェート)、ブチレンビス(ジエチルホスフェート)等のアルキレンビス(ジアルキルホスフェート)、エチレンビス(ジフェニルホスフェート)、プロピレンビス(ジナフチルホスフェート)等のアルキレンビス(ジアリールホスフェート)、フェニレンビス(ジブチルホスフェート)、ビフェニレンビス(ジオクチルホスフェート)等のアリーレンビス(ジアルキルホスフェート)、フェニレンビス(ジフェニルホスフェート)、ナフチレンビス(ジトルイルホスフェート)等のアリーレンビス(ジアリールホスフェート)等のリン酸エステルが挙げられる。これらの置換基は、同一でもあっても異なっていてもよく、更に置換されていても良い。またアルキル基、シクロアルキル基、アリール基のミックスでも良く、また置換基同志が共有結合で結合していても良い。
更にリン酸エステルの部分構造が、ポリマーの一部、或いは規則的にペンダントされていても良く、また酸化防止剤、酸捕捉剤、紫外線吸収剤等の添加剤の分子構造の一部に導入されていても良い。上記化合物の中では、リン酸アリールエステル、アリーレンビス(ジアリールホスフェート)が好ましく、具体的にはトリフェニルホスフェート、フェニレンビス(ジフェニルホスフェート)が好ましい。
エチレングリコールエステル系の可塑剤:具体的には、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールジブチレート等のエチレングリコールアルキルエステル系の添加剤、エチレングリコールジシクロプロピルカルボキシレート、エチレングリコールジシクロヘキルカルボキシレート等のエチレングリコールシクロアルキルエステル系の添加剤、エチレングリコールジベンゾエート、エチレングリコールジ4−メチルベンゾエート等のエチレングリコールアリールエステル系の添加剤が挙げられる。これらアルキレート基、シクロアルキレート基、アリレート基は、同一でもあっても異なっていてもよく、更に置換されていても良い。またアルキレート基、シクロアルキレート基、アリレート基のミックスでも良く、またこれら置換基同志が共有結合で結合していても良い。更にエチレングリコール部も置換されていても良く、エチレングリコールエステルの部分構造が、ポリマーの一部、或いは規則的にペンダントされていても良く、また酸化防止剤、酸捕捉剤、紫外線吸収剤等の添加剤の分子構造の一部に導入されていても良い。
グリセリンエステル系の可塑剤:具体的にはトリアセチン、トリブチリン、グリセリンジアセテートカプリレート、グリセリンオレートプロピオネート等のグリセリンアルキルエステル、グリセリントリシクロプロピルカルボキシレート、グリセリントリシクロヘキシルカルボキシレート等のグリセリンシクロアルキルエステル、グリセリントリベンゾエート、グリセリン4−メチルベンゾエート等のグリセリンアリールエステル、ジグリセリンテトラアセチレート、ジグリセリンテトラプロピオネート、ジグリセリンアセテートトリカプリレート、ジグリセリンテトララウレート、等のジグリセリンアルキルエステル、ジグリセリンテトラシクロブチルカルボキシレート、ジグリセリンテトラシクロペンチルカルボキシレート等のジグリセリンシクロアルキルエステル、ジグリセリンテトラベンゾエート、ジグリセリン3−メチルベンゾエート等のジグリセリンアリールエステル等が挙げられる。これらアルキレート基、シクロアルキルカルボキシレート基、アリレート基は、同一でもあっても異なっていてもよく、更に置換されていても良い。またアルキレート基、シクロアルキルカルボキシレート基、アリレート基のミックスでも良く、またこれら置換基同志が共有結合で結合していても良い。更にグリセリン、ジグリセリン部も置換されていても良く、グリセリンエステル、ジグリセリンエステルの部分構造が、ポリマーの一部、或いは規則的にペンダントされていても良く、また酸化防止剤、酸捕捉剤、紫外線吸収剤等の添加剤の分子構造の一部に導入されていても良い。
多価アルコールエステル系の添加剤:具体的には、特開2003−12823号公報の段落30〜33記載の多価アルコールエステル系添加剤が挙げられる。
これらアルキレート基、シクロアルキルカルボキシレート基、アリレート基は、同一でもあっても異なっていてもよく、更に置換されていても良い。またアルキレート基、シクロアルキルカルボキシレート基、アリレート基のミックスでも良く、またこれら置換基同志が共有結合で結合していても良い。更に多価アルコール部も置換されていても良く、多価アルコールの部分構造が、ポリマーの一部、或いは規則的にペンダントされていても良く、また酸化防止剤、酸捕捉剤、紫外線吸収剤等の添加剤の分子構造の一部に導入されていても良い。
ジカルボン酸エステル系の可塑剤:具体的には、ジドデシルマロネート(C1)、ジオクチルアジペート(C4)、ジブチルセバケート(C8)等のアルキルジカルボン酸アルキルエステル系の添加剤、ジシクロペンチルサクシネート、ジシクロヘキシルアジペート等のアルキルジカルボン酸シクロアルキルエステル系の添加剤、ジフェニルサクシネート、ジ4−メチルフェニルグルタレート等のアルキルジカルボン酸アリールエステル系の添加剤、ジヘキシル−1,4−シクロヘキサンジカルボキシレート、ジデシルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3−ジカルボキシレート等のシクロアルキルジカルボン酸アルキルエステル系の添加剤、ジシクロヘキシル−1,2−シクロブタンジカルボキシレート、ジシクロプロピル−1,2−シクロヘキシルジカルボキシレート等のシクロアルキルジカルボン酸シクロアルキルエステル系の添加剤、ジフェニル−1,1−シクロプロピルジカルボキシレート、ジ2−ナフチル−1,4−シクロヘキサンジカルボキシレート等のシクロアルキルジカルボン酸アリールエステル系の添加剤、ジエチルフタレート、ジメチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジ−2−エチルヘキシルフタレート等のアリールジカルボン酸アルキルエステル系の添加剤、ジシクロプロピルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート等のアリールジカルボン酸シクロアルキルエステル系の添加剤、ジフェニルフタレート、ジ4−メチルフェニルフタレート等のアリールジカルボン酸アリールエステル系の添加剤が挙げられる。これらアルコキシ基、シクロアルコキシ基は、同一でもあっても異なっていてもよく、また一置換でも良く、これらの置換基は更に置換されていても良い。アルキル基、シクロアルキル基はミックスでも良く、またこれら置換基同士が共有結合で結合していても良い。更にフタル酸の芳香環も置換されていて良く、ダイマー、トリマー、テトラマー等の多量体でも良い。またフタル酸エステルの部分構造が、ポリマーの一部、或いは規則的にポリマーへペンダントされていても良く、酸化防止剤、酸捕捉剤、紫外線吸収剤等の添加剤の分子構造の一部に導入されていても良い。
これら可塑剤の添加量は、1〜25質量%の範囲で添加することが出来る。1質量%よりも少ないと可塑剤を添加する効果が認められず、25質量%よりも多いとブリードアウトが発生しやすくなり、フィルムの経時安定性が低下するために好ましくない。また、前記ポリマーXの添加量よりも少ない量であることが、本発明の効果を得る上で好ましい。
(紫外線吸収剤)
液晶画像表示装置に用いる偏光子保護フィルムや他のフィルムには、紫外線吸収剤が含有されており、紫外線吸収剤は屋外で使用する際に液晶や偏光膜の劣化防止の役割をする。本発明の偏光子保護フィルムにおいても紫外線吸収剤は好ましく用いられる。本発明において、使用し得る紫外線吸収剤としては、例えば、オキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等を挙げることが出来る。本発明の添加剤においては、短波長の強い吸収を持つ紫外線吸収剤と、長波長に吸収を持つ紫外線吸収剤を組み合わせることが好ましく、短波長に強い吸収をもつ紫外線吸収剤としては、シアノアクリレート系化合物、長波長に吸収をもつ紫外線吸収剤としては光に対する安定性を有するベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤やベンゾフェノン系紫外線吸収剤が好ましく、不要な着色がより少ないベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が特に好ましい。短波長紫外線吸収剤としては、シプロ化成SEESORB 201、202、501、502、612NH、712が挙げられ、中でもシアノアクリレート系化合物SEESORB 501、502が好ましい。ベンゾトリアゾールとしては、例えばチバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製のTINUVIN109、TINUVIN171、TINUVIN326、TINUVIN327、TINUVIN328等を好ましく用いることが出来るが、低分子の紫外線吸収剤は使用量によっては可塑剤同様に製膜中にウェブ(金属支持体上に流延した以降のドープ膜の呼び方をウェブとする)に析出したり、揮発する場合があるので、その添加量は1〜10質量%である。
本発明においては、上記低分子の紫外線吸収剤より析出等が起こりにくい高分子紫外線吸収剤を、本発明に係るポリマーと共に偏光子保護フィルムに含有させることがより好ましく、寸法安定性、保留性、透湿性等を損なうことなく、またフィルム中で相分離することもなく安定した状態で紫外線を十分にカットすることが出来る。本発明に有用な高分子紫外線吸収剤としては、特開平6−148430号公報に記載されている高分子紫外線吸収剤や、紫外線吸収剤モノマーを含むポリマーは制限なく使用出来る。
特に、本発明では下記一般式(2)で表される紫外線吸収性モノマーから合成される紫外線吸収性共重合ポリマー(高分子紫外線吸収剤、またはポリマーUV剤ということがある)を含有していることが好ましい。
〔式中、nは0〜3の整数を表し、R1〜R5は水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を表し、Xは−COO−、−CONR7−、−OCO−、−NR7CO−、を表し、R6、R7は水素原子、アルキル基、又はアリール基を表す。但し、R6で表される基は重合性基を部分構造として有する。〕
前記一般式(2)において、nは0〜3の整数を表し、nが2以上の時、複数のR5同士は同じであっても異なっていても良く、また互いに連結して5〜7員の環を形成していても良い。
1〜R5は、各々水素原子、ハロゲン原子又は置換基を表す。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、ヨウ素原子などが挙げられ、好ましくはフッ素原子、塩素原子である。また、置換基としては、例えば、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ヒドロキシエチル基、メトキシメチル基、トリフルオロメチル基、t−ブチル基など)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基、3−ブテン−1−イル基など)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基、p−トリル基、p−クロロフェニル基など)、ヘテロ環基(例えば、ピリジル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズチアゾリル基、ベンズオキサゾリル基など)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基など)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基など)、ヘテロ環オキシ基(例えば、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基など)、アシルオキシ基(例えば、アセトキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基など)、アシル基(例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブチロイル基など)、アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基など)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェノキシカルボニル基など)、カルバモイル基(例えば、メチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基など)、アミノ基、アルキルアミノ基(例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基など)、アニリノ基(例えば、アニリノ基、N−メチルアニリノ基など)、アシルアミノ基(例えば、アセチルアミノ基、プロピオニルアミノ基など)、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、スルホンアミド基(例えば、メタンスルホンアミド基、ベンゼンスルホンアミド基など)、スルファモイルアミノ基(例えば、ジメチルスルファモイルアミノ基など)、スルホニル基(例えば、メタンスルホニル基、ブタンスルホニル基、フェニルスルホニル基など)、スルファモイル基(例えば、エチルスルファモイル基、ジメチルスルファモイル基など)、スルホニルアミノ基(例えば、メタンスルホニルアミノ基、ベンゼンスルホニルアミノ基など)、ウレイド基(例えば、3−メチルウレイド基、3,3−ジメチルウレイド基、1,3−ジメチルウレイド基など)、イミド基(例えば、フタルイミド基など)、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基など)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、n−ブチルチオ基など)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基など)等が挙げられるが、好ましくは、アルキル基、アリール基である。
一般式(2)において、R1〜R5で表される各基が、更に置換可能な基である場合、更に置換基を有していてもよく、また、隣接するR1〜R4が互いに連結して5〜7員の環を形成していてもよい。
6は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基を表すが、アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基などが挙げられる。また、上記アルキル基は更にハロゲン原子、置換基を有していてもよく、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、ヨウ素原子などが挙げられ、置換基としては、例えば、アシル基(例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブチロイル基など)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基など)、アミノ基、アルキルアミノ基(例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基など)、アシルアミノ基(例えば、アセチルアミノ基、プロピオニルアミノ基など)、ヒドロキシル基、シアノ基、カルバモイル基(例えば、メチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基など)、アシルオキシ基(例えば、アセトキシ基、ピバロイルオキシ基など)、アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基など)が挙げられる。
シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの飽和環式炭化水素を挙げることが出来、これらは無置換でも、置換されていても良い。
アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、1−メチル−2−プロペニル基、3−ブテニル基、2−ブテニル基、3−メチル−2−ブテニル基、オレイル基などが挙げられるが、好ましくはビニル基、1−メチル−2−プロペニル基である。
アルキニル基としては、例えば、エチニル基、ブタジイル基、プロパルギル基、1−メチル−2−プロピニル基、2−ブチニル基、1,1−ジメチル−2−プロピニル基などが挙げられるが、好ましくは、エチニル基、プロパルギル基である。
一般式(2)において、Xは−COO−、−CONR7−、−OCO−又は−NR7CO−を表す。
7は水素原子、アルキル基、シクロアルキル基を表すが、アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基などが挙げられる。かかるアルキル基は、更にハロゲン原子、置換基を有していてもよく、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、ヨウ素原子などが挙げられ、置換基としては、例えば、アシル基(例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブチロイル基など)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基など)、アミノ基、アルキルアミノ基(例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基など)、アニリノ基(例えば、アニリノ基、N−メチルアニリノ基など)、アシルアミノ基(例えば、アセチルアミノ基、プロピオニルアミノ基など)、ヒドロキシル基、シアノ基、カルバモイル基(例えば、メチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基など)、アシルオキシ基(例えば、アセトキシ基、ピバロイルオキシ基など)、アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基など)が挙げられる。
シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの飽和環式炭化水素を挙げることが出来、これらは無置換でも、置換されていても良い。
本発明でいう重合性基とは、不飽和エチレン系重合性基又は二官能系重縮合性基を意味するが、好ましくは不飽和エチレン系重合性基である。不飽和エチレン系重合性基の具体例としては、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、スチリル基、アクリルアミド基、メタクリルアミド基、シアン化ビニル基、2−シアノアクリルオキシ基、1,2−エポキシ基、ビニルエーテル基などが挙げられるが、好ましくは、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基アクリルアミド基、メタクリルアミド基である。また、重合性基を部分構造として有するとは、上記重合性基が直接、若しくは2価以上の連結基によって結合していることを意味し、2価以上の連結基とは、例えば、アルキレン基(例えば、メチレン、1,2−エチレン、1,3−プロピレン、1,4−ブチレン、シクロヘキサン−1,4−ジイルなど)、アルケニレン基(例えば、エテン−1,2−ジイル、ブタジエン−1,4−ジイルなど)、アルキニレン基(例えば、エチン−1,2−ジイル、ブタン−1,3−ジイン−1,4−ジイルなど)、ヘテロ原子連結基(酸素、硫黄、窒素、ケイ素、リン原子など)が挙げられるが、好ましくは、アルキレン基、及び、ヘテロ原子で連結する基である。これらの連結基は更に組み合わせて複合基を形成してもよい。紫外線吸収性モノマーから誘導されるポリマーの重量平均分子量が2000以上30000以下であることが好ましく、より好ましくは5000以上20000以下である。
本発明に用いられる紫外線吸収性共重合ポリマーの重量平均分子量は、公知の分子量調節方法で調整することが出来る。そのような分子量調節方法としては、例えば四塩化炭素、ラウリルメルカプタン、チオグリコール酸オクチル等の連鎖移動剤を添加する方法等が挙げられる。重合温度は通常室温から130℃、好ましくは50℃から100℃で行われる。
本発明に用いられる紫外線吸収性共重合ポリマーは、紫外線吸収性モノマーのみの単重合体であっても、他の重合性モノマーとの共重合体であってもよいが、共重合可能な他の重合性モノマーとしては、例えば、スチレン誘導体(例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルナフタレンなど)、アクリル酸エステル誘導体(例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸シクロヘキシルなど)、メタクリル酸エステル誘導体(例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸シクロヘキシル等)、アルキルビニルエーテル(例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテルなど)、アルキルビニルエステル(例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、ステアリン酸ビニルなど)、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリルアミド、メタクリルアミドなどの不飽和化合物が挙げられる。好ましくは、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、酢酸ビニルである。
紫外線吸収性モノマーから誘導されるポリマー中の紫外線吸収性モノマー以外の共重合成分が、親水性のエチレン性不飽和モノマーを少なくとも1種含有することも好ましい。
親水性のエチレン性不飽和モノマーとしては、親水性で分子中に重合可能な不飽和二重結合を有するもので有れば特に制限されず、例えば、アクリル酸或いはメタクリル酸等の不飽和カルボン酸、若しくはヒドロキシル基又はエーテル結合を有する、アクリル酸若しくはメタクリル酸エステル(例えば、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、2,3−ジヒドロキシ−2−メチルプロピルメタクリレート、アクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸2−エトキシエチル、アクリル酸ジエチレングリコールエトキシレート、アクリル酸3−メトキシブチルなど)、アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の(N−置換)(メタ)アクリルアミド、N−ビニルピロリドン、N−ビニルオキサゾリドン等が挙げられる。
親水性のエチレン性不飽和モノマーとしては、水酸基若しくはカルボキシル基を分子内に有する(メタ)アクリレートが好ましく、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピルが特に好ましい。
これらの重合性モノマーは、1種、または2種以上併用して紫外線吸収性モノマーと共重合させることが出来る。
本発明に用いられる紫外線吸収性共重合ポリマーの重合方法は、特に問わないが、従来公知の方法を広く採用することが出来、例えば、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合などが挙げられる。ラジカル重合法の開始剤としては、例えば、アゾ化合物、過酸化物等が挙げられ、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾビスイソブチル酸ジエステル誘導体、過酸化ベンゾイル、過酸化水素などが挙げられる。重合溶媒は特に問わないが、例えば、トルエン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ジクロロエタン、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒、メタノール等のアルコール系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系溶媒、アセトン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、水溶媒等が挙げられる。溶媒の選択により、均一系で重合する溶液重合、生成したポリマーが沈澱する沈澱重合、ミセル状態で重合する乳化重合、懸濁状態で重合する懸濁重合を行うことも出来る。但し、乳化重合によって得られる。
上記紫外線吸収性モノマー、これと共重合可能な重合性モノマー及び親水性のエチレン性不飽和モノマーの使用割合は、得られる紫外線吸収性共重合ポリマーと他の透明ポリマーとの相溶性、光学フィルムの透明性や機械的強度に対する影響を考慮して適宜選択される。
紫外線吸収性モノマーから誘導されるポリマー中の紫外線吸収性モノマーの含有量が1〜70質量%であることが好ましく、より好ましくは、5〜60質量%である。紫外線吸収性ポリマーにおける紫外線モノマーの含有量が1質量%未満の場合、所望の紫外線吸収性能を満たそうとした場合に多量の紫外線吸収性ポリマーを使用しなければならず、ヘイズの上昇或いは析出などにより透明性が低下し、フィルム強度を低下させる要因となる。一方、紫外線吸収性ポリマーにおける紫外線モノマーの含有量が70質量%を超えた場合、他のポリマーとの相溶性が低下するため、透明な光学フィルムを得ることが出来ない。また、溶媒に対する溶解度が低くなり、フィルム作製の際の作業性、生産性が劣る。
親水性エチレン性不飽和モノマーは、上記紫外線吸収性共重合体中に、0.1〜50質量%含まれることが好ましい。0.1質量%以下では、親水性エチレン性不飽和モノマーによる相溶性の改良効果が現れず、50質量%より多いと共重合体の単離精製が困難となる。親水性エチレン性不飽和モノマーの更に好ましい含量は0.5〜20質量%である。紫外線吸収性モノマー自身に親水性基が置換している場合、親水性の紫外線吸収性モノマーと、親水性エチレン性不飽和モノマーの合計の含量が上記範囲内であることが好ましい。
紫外線吸収性モノマー及び親水性モノマーの好ましい含有量を満たすために、両者に加え、更に分子中に親水性基を有さないエチレン性不飽和モノマーを共重合させることが好ましい。
紫外線吸収性モノマー及び(非)親水性エチレン性不飽和モノマーは、各々2種以上混合して共重合させても良い。
以下、本発明に好ましく用いられる紫外線吸収性モノマーの代表例を例示するが、これらに限定されるものではない。
本発明に用いられる紫外線吸収剤、紫外線吸収性モノマー及びその中間体は公知の文献を参照して合成することが出来る。例えば、米国特許第3,072,585号、同3,159,646号、同3,399,173号、同3,761,272号、同4,028,331号、同5,683,861号、ヨーロッパ特許第86,300,416号、特開昭63−227575号、同63−185969号、Polymer Bulletin.V.20(2)、169−176及びChemical Abstracts V.109、No.191389などを参照して合成することが出来る。
本発明に用いられる紫外線吸収剤及び紫外線吸収性ポリマーは、他の透明ポリマーに混合する際に、必要に応じて低分子化合物若しくは高分子化合物、無機化合物などを一緒に用いることも出来る。例えば、本発明に用いられる紫外線吸収剤と他の低分子紫外線吸収剤とを同時に他の透明ポリマーに混合したり、本発明に用いられる紫外線吸収性ポリマーと他の低分子紫外線吸収剤とを、同時に他の透明ポリマーに混合することも好ましい態様の一つである。同様に、酸化防止剤、可塑剤、難燃剤などの添加剤を同時に混合することも好ましい態様の一つである。
セルロースアシレートフィルムへの本発明に用いられる紫外線吸収剤及び紫外線吸収性ポリマーの添加方法は、セルロースアシレートフィルム中に含有させてもよいし、セルロースアシレートフィルム上に塗布してもよい。セルロースアシレートフィルム中に含有させる場合、直接添加してもインライン添加してもいずれでも構わない。インライン添加は、予め有機溶媒(例えば、メタノール、エタノール、メチレンクロライドなど)に溶解させた後、インラインミキサー等でドープ組成中に添加する方法である。
本発明に用いられる紫外線吸収剤及び紫外線吸収性ポリマーの使用量は、化合物の種類、使用条件などにより一様ではないが、紫外線吸収剤である場合には、セルロースアシレートフィルム1m2当たり0.2〜3.0gが好ましく、0.4〜2.0が更に好ましく、0.5〜1.5が特に好ましい。また、紫外線吸収ポリマーである場合には、セルロースアシレートフィルム1m2当たり0.6〜9.0gが好ましく、1.2〜6.0が更に好ましく、1.5〜3.0が特に好ましい。
本発明に用いることの出来る市販品としての紫外線吸収剤モノマーとして、UVM−1の1−(2−ベンゾトリアゾール)−2−ヒドロキシ−5−(2−ビニルオキシカルボニルエチル)ベンゼン、大塚化学社製の反応型紫外線吸収剤RUVA−93の1−(2−ベンゾトリアゾール)−2−ヒドロキシ−5−(2−メタクリロイルオキシエチル)ベンゼンまたはこの類似化合物がある。これらを単独又は共重合したポリマーまたはコポリマーも好ましく用いられるが、これらに限定されない。例えば、市販品の高分子紫外線吸収剤として、大塚化学(株)製のPUVA−30Mも好ましく用いられる。紫外線吸収剤は2種以上用いてもよい。紫外線吸収剤のドープへの添加方法は、アルコールやメチレンクロライド、ジオキソラン、酢酸メチルなどの有機溶媒に紫外線吸収剤を溶解してから添加す
また、本発明のセルロースアシレートフィルムには、酸化防止剤を含有していてもよい。例えば特開平5−197073号公報に記載されているような、過酸化物分解剤、ラジカル連鎖禁止剤、金属不活性剤または酸捕捉剤を含有していてもよい。これらの化合物の添加量は、セルロースアシレートに対して質量割合で1ppm〜1.0%が好ましく、10〜1000ppmが更に好ましい。
また本発明において、セルロースアシレートフィルム中に、微粒子のマット剤を含有するのが好ましく、微粒子のマット剤としては、例えば二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、焼成ケイ酸カルシウム、水和ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、リン酸カルシウム等の無機微粒子や架橋高分子微粒子を含有させることが好ましい。中でも二酸化ケイ素がフィルムのヘイズを小さく出来るので好ましい。微粒子の2次粒子の平均粒径は0.01〜1.0μmの範囲で、その含有量はセルロースアシレートに対して0.005〜0.3質量%が好ましい。二酸化ケイ素のような微粒子には有機物により表面処理されている場合が多いが、このようなものはフィルムのヘイズを低下出来るため好ましい。表面処理で好ましい有機物としては、ハロシラン類、アルコキシシラン類(特にメチル基を有するアルコキシシラン類)、シラザン、シロキサンなどが挙げられる。微粒子の平均粒径が大きい方がマット効果は大きく、反対に平均粒径の小さい方は透明性に優れるため、好ましい微粒子の一次粒子の平均粒径は5〜50nmで、より好ましくは7〜16nmである。これらの微粒子はセルロースアシレートフィルム中では、通常、凝集体として存在しセルロースアシレートフィルム表面に0.01〜1.0μmの凹凸を生成させることが好ましい。二酸化ケイ素の微粒子としてはアエロジル(株)製のAEROSIL 200、200V、300、R972、R972V、R974、R202、R812,OX50、TT600等を挙げることが出来、好ましくはAEROSIL 200V、R972、R972V、R974、R202、R812である。これらのマット剤は2種以上併用してもよい。2種以上併用する場合、任意の割合で混合して使用することが出来る。この場合、平均粒径や材質の異なるマット剤、例えばAEROSIL 200VとR972Vを質量比で0.1:99.9〜99.9〜0.1の範囲で使用出来る。
次に、本発明の偏光子保護フィルムの製造方法について述べる。
本発明におけるセルロースアシレートドープの調製方法について述べる。セルロースアシレートに対する良溶媒を主とする有機溶媒に溶解釜中でフレーク状のセルロースアシレートを攪拌しながら溶解し、ドープを形成する。溶解には、常圧で行う方法、主溶媒の沸点以下で行う方法、主溶媒の沸点以上で加圧して行う方法、特開平9−95544号、同9−95557号または同9−95538号公報に記載の如き冷却溶解法で行う方法、特開平11−21379号公報に記載の如き高圧で行う方法等種々の溶解方法がある。溶解後ドープを濾材で濾過し、脱泡してポンプで次工程に送る。ドープ中のセルロースアシレートの濃度は10〜35質量%程度である。更に好ましくは、15〜25質量%である。本発明に有用な前記ポリマーXをセルロースアシレートドープ中に含有させるには、予め有機溶媒に該ポリマーXを溶解してから添加、セルロースアシレートドープに直接添加等、添加方法については、制限なく行うことが出来る。この場合、ポリマーXがドープ中で白濁したり、相分離したりしないように添加する。添加量については、前記の通りである。
セルロースアシレートに対する良溶媒としての有機溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、ギ酸エチル、アセトン、シクロヘキサノン、アセト酢酸メチル、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−ヘキサフルオロ−1−プロパノール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール、ニトロエタン、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、塩化メチレン、ブロモプロパン等を挙げることが出来、酢酸メチル、アセトン、塩化メチレンを好ましく用いられる。また、これらの有機溶媒に、メタノール、エタノール、ブタノール等の低級アルコールを併用すると、セルロースアシレートの有機溶媒への溶解性が向上したりドープ粘度を低減出来るので好ましい。本発明に係るドープに使用する有機溶媒は、セルロースアシレートの良溶媒と貧溶媒を混合して使用することが、生産効率の点で好ましく、良溶媒と貧溶媒の混合比率の好ましい範囲は、良溶媒が70〜98質量%であり、貧溶媒が2〜30質量%である。本発明に用いられる良溶媒、貧溶媒とは、使用するセルロースアシレートを単独で溶解するものを良溶媒、単独では溶解しないものを貧溶媒と定義している。本発明に係るドープに使用する貧溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、n−ブタノール、シクロヘキサン、アセトン、シクロヘキサノン等を好ましく使用し得る。本発明にに係るポリマーXに対しても、有機溶媒の選定は、セルロースアシレートの良溶媒を用いるのが好ましい。前記のように、低分子可塑剤を使用する場合には、通常の添加方法で行うことが出来、ドープ中に直接添加しても、予め有機溶媒に溶解してからドープ中に注ぎ入れてもよい。
本発明において、前記のような種々の添加剤をセルロースアシレートドープに添加する際、セルロースアシレートドープと各種添加剤を少量のセルロースアシレートとを溶解させた溶液にしてインライン添加し混合を行うことも出来好ましい。例えば、スタチックミキサーSWJ(東レ静止型管内混合器 Hi−Mixer)(東レエンジニアリング製)のようなインラインミキサーを使用するのが好ましい。インラインミキサーを用いる場合、セルロースアシレートを高圧下で濃縮溶解したドープに適用するのが好ましく、加圧容器の種類は特に問うところではなく、所定の圧力に耐えることが出来、加圧下で加熱、攪拌が出来ればよい。
本発明において、セルロースアシレートドープは濾過することによって異物、特に液晶表示装置において、画像と認識しまごう異物は除去しなければならい。偏光子保護フィルムの品質は、この濾過によって決まるといってよい。濾過に使用する濾材は絶対濾過精度が小さい方が好ましいが、絶対濾過精度が小さ過ぎると濾過材の目詰まりが発生しやすく、濾材の交換を頻繁に行わなければならず、生産性を低下させるという問題点ある。このため、本発明のセルロースアシレートドープの濾材は、絶対濾過精度0.008mm以下のものが好ましく、0.001〜0.008mmの範囲がより好ましく、0.003〜0.006mmの範囲の濾材が更に好ましい。濾材の材質には特に制限はなく、通常の濾材を使用することが出来るが、ポリプロピレン、テフロン(登録商標)等のプラスチック繊
維製の濾材やステンレス繊維等の金属製の濾材が繊維の脱落等がなく好ましい。本発明のセルロースアシレートドープの濾過は通常の方法で行うことが出来るが、溶媒の常圧での沸点以上でかつ溶媒が沸騰しない範囲の温度で加圧下加熱しながら濾過する方法が、濾過前後の差圧(以下、濾圧とすることがある)の上昇が小さく、好ましい。好ましい温度範囲は45〜120℃であり、45〜70℃がより好ましく、45〜55℃の範囲であることが更に好ましい。濾圧は小さい方が好ましい。濾圧は1.6×106Pa以下であることが好ましく、1.2×106Pa以下であることがより好ましく、1.0×106Pa以下であることが更に好ましい。原料のセルロースにアシル基の未置換若しくは低酢化度のセルロースアシレートが含まれていると異物故障(以下輝点とすることがある)が発生することがある。輝点は直交状態(クロスニコル)の2枚の偏光板の間にセルロースアシレートフィルムを置き、光を片側から照射して、その反対側から光学顕微鏡(50倍)で観察すると、正常なセルロースアシレートフィルムであれば、光が遮断されていて、黒く何も見えないが、異物があるとそこから光が漏れて、スポット状に光って見える現象である。輝点の直径が大きいほど液晶画像表示装置とした場合実害が大きく、50μm以下であることが好ましく、10μm以下がより好ましく、更に8μm以下が好ましい。尚、輝点の直径とは、輝点を真円に近似して測定する直径を意味する。輝点は上記の直径のものが400個/cm2以下であれば実用上問題ないが、300個/cm2以下が好ましく、200個/cm2以下がより好ましい。このような輝点の発生数及び大きさを減少させるために、細かい異物を十分濾過することが好ましい。また、特開2000−137115号公報に記載のような、一度製膜したセルロースアシレートフィルムの粉砕品をドープにある割合再添加して、セルロースアシレート及びその添加剤の原料とする方法は輝点を低減することが出来るため好ましく用いることが出来る。
次に、セルロースアシレートドープを金属支持体上に流延する工程、金属支持体上での乾燥工程及びウェブを金属支持体から剥離する剥離工程について述べる。金属支持体は無限に移行する無端の金属ベルト或いは回転する金属ドラムであり、その表面は鏡面となっている。流延工程は、上記の如きドープを加圧型定量ギヤポンプを通して加圧ダイに送液し、流延位置において、金属支持体上に加圧ダイからドープを流延する工程である。その他の流延する方法は流延されたドープ膜をブレードで膜厚を調節するドクターブレード法、或いは逆回転するロールで調節するリバースロールコーターによる方法等があるが、口金部分のスリット形状を調整出来、膜厚を均一にし易い加圧ダイが好ましい。加圧ダイには、コートハンガーダイやTダイ等があるが、何れも好ましく用いられる。製膜速度を上げるために加圧ダイを金属支持体上に2基以上設け、ドープ量を分割して重層してもよい。膜厚の調節には、所望の厚さになるように、ドープ濃度、ポンプの送液量、ダイの口金のスリット間隙、ダイの押し出し圧力、金属支持体の速度等をコントロールするのがよい。
金属支持体上での乾燥工程は、ウェブを支持体上で加熱し溶媒を蒸発させる工程である。溶媒を蒸発させるには、ウェブ側及び支持体裏側から加熱風を吹かせる方法、支持体の裏面から加熱液体により伝熱させる方法、輻射熱により表裏から伝熱する方法等がある。またそれらを組み合わせる方法も好ましい。また、ウェブの膜厚が薄ければ乾燥が早い。金属支持体の温度は全体が同じでも、位置によって異なっていてもよい。
本発明に適した金属支持体上での乾燥方法は、例えば、金属支持体温度を0〜40℃、好ましくは5〜30℃として流延するのが好ましい。ウェブに当てる乾燥風は30〜45℃程度が好ましいが、これに限定されない。
剥離工程は、金属支持体上で有機溶媒を蒸発させて、金属支持体が一周する前にウェブを剥離する工程で、その後ウェブは乾燥工程に送られる。金属支持体からウェブを剥離する位置のことを剥離点といい、また剥離を助けるロールを剥離ロールという。ウェブの厚さにもよるが、剥離点でのウェブの残留溶媒量(下記式)があまり大き過ぎると剥離し難かったり、逆に支持体上で充分に乾燥させてから剥離すると、途中でウェブの一部が剥がれたりすることがある。通常、残留溶媒量が20〜180質量%でウェブの剥離が行われる。本発明において好ましい剥離残留溶媒量は20〜40質量%または60〜150質量%で、特に好ましくは80〜140質量%である。製膜速度を上げる方法(残留溶媒量が出来るだけ多いうちに剥離するため製膜速度を上げることが出来る)として、残留溶媒量が多くとも剥離出来るゲル流延法(ゲルキャスティング)がある。その方法としては、ドープ中にセルロースアシレートに対する貧溶媒を加えて、ドープ流延後、ゲル化する方法、支持体の温度を低めてゲル化する方法等がある。また、ドープ中に金属塩を加える方法もある。支持体上でゲル化させ膜を強くすることによって、剥離を早め製膜速度を上げることが出来る。残留溶媒量がより多い時点で剥離する場合、ウェブが柔らか過ぎると剥離時平面性を損なったり、剥離張力によるツレや縦スジが発生し易く、経済速度と品質との兼ね合いで残留溶媒量を決められる。
本発明で用いる残留溶媒量は下記の式で表せる。
残留溶媒量(質量%)={(M−N)/N}×100
ここで、Mはウェブの任意時点での質量、NはMを110℃で3時間乾燥させた時の質量である。
また、セルロースアシレートフィルムの乾燥工程においては、支持体より剥離したフィルムを更に乾燥し、残留溶媒量を2.0質量%以下にすることが好ましい、より好ましくは1.0質量%、更に好ましくは、0.5質量%以下である。
ウェブ乾燥工程ではロールを千鳥状に配置したロール乾燥装置、ウェブの両端をクリップで把持しながら、幅保持或いは若干幅方向に延伸するテンター乾燥装置でウェブを搬送しながら乾燥する方式が採られる。本発明においては、テンター乾燥装置支持体より剥離した後任意の過程で、また任意の残留溶媒量の多いところで、幅保持または延伸することによって光学性能の湿度安定性を良好ならしめるため特に好ましい。ウェブを乾燥させる手段は特に制限なく、一般的に熱風、赤外線、加熱ロール、マイクロ波等で行う。簡便さの点で熱風で行うのが好ましい。乾燥温度は40〜180℃の範囲で段階的に高くしていくことが好ましく、50〜160℃の範囲で行うことが更に好ましい。
(延伸操作、屈折率制御)
本発明の偏光子保護フィルムは、23℃55%RH下における厚み方向の位相差Rthが40nm以上250nm以下の範囲であることが好ましく、更に60nm以上250nm以下であることがより好ましい。最も好ましくは100nm以上250nm以下である。
また、本発明に係る偏光子保護フィルムの面内方向における下記式で定義される位相差Roは0nm以上110nm以下であることが好ましく、50nm以上100nm以下の範囲であることがより好ましい。
Ro=(nx−ny)×d
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
ここで、フィルム面内で最大となる屈折率をnx、それと面内で直交する軸方向の屈折率をny、フィルム厚み方向の屈折率をnz、フィルムの厚さをd(nm)とする。
Ro、Rthの測定は自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測機器)を用い例えば590nmの波長において測定出来る。
本発明の偏光子保護フィルムは、延伸操作により屈折率制御を行うことが出来る。延伸操作としては、光学フィルムの1方向に1.0〜2.0倍及びフィルム面内にそれと直交する方向に1.01〜2.5倍延伸することで好ましい範囲の屈折率に制御することが出来る。
例えばフィルムの長手方向及びそれとフィルム面内で直交する方向、即ち幅手方向に対して、逐次または同時に延伸することが出来る。このとき少なくとも1方向に対しての延伸倍率が小さ過ぎると十分な位相差が得られず、大き過ぎると延伸が困難となり破断が発生してしまう場合がある。
例えば流延した方向(長手方向)に延伸した場合、幅手方向の収縮が大き過ぎると、フィルムの厚み方向の屈折率が大きくなり過ぎてしまう。この場合、フィルムの幅収縮を抑制或いは、幅手方向にも延伸することで改善出来る。幅手方向に延伸する場合、幅手で屈折率に分布が生じる場合がある。これは、テンター法を用いた場合にみられることがあるが、幅手方向に延伸したことで、フィルム中央部に収縮力が発生し、端部は固定されていることにより生じる現象で、所謂ボーイング現象と呼ばれるものと考えられる。この場合でも、該長手方向に延伸することで、ボーイング現象を抑制出来、幅手の位相差の分布を少なく改善出来るのである。
更に、互いに直行する2軸方向に延伸することにより、得られるフィルムの膜厚変動が減少出来る。光学フィルムの膜厚変動が大き過ぎると位相差のムラとなり、液晶ディスプレイに用いたとき着色等のムラが問題となることがある。
偏光子保護フィルムの膜厚変動は、±3%、更に±1%の範囲とすることが好ましい。以上の様な目的において、互いに直交する2軸方向に延伸する方法は有効であり、互いに直交する2軸方向の延伸倍率は、それぞれ最終的には流延方向(長手方向)に1.0〜2.0倍、幅手方向に1.01〜2.5倍の範囲とすることが好ましい。
応力に対して、正の複屈折が得られるセルロースアシレートを用いる場合、幅手方向に延伸することで、偏光子保護フィルムの遅相軸を幅方向に付与することが出来る。本発明において、視野角等の表示品質の向上のためには、偏光子保護フィルムの遅相軸が、幅手方向にあるほうが好ましく、(幅手方向の延伸倍率)>(流延方向の延伸倍率)を満たすことが好ましい。ただし、本発明のフィルムはいわゆる負のCプレートフィルムに適用することもできる。その場合には幅手方向の延伸倍率と流延方向の延伸倍率ができるだけ小さいことが、フィルム面内の位相差を抑える観点で好ましい。
ウェブを延伸する方法には特に限定はない。例えば、複数のロールに周速差をつけ、その間でロール周速差を利用して流延方向に延伸する方法、ウェブの両端をクリップやピンで固定し、クリップやピンの間隔を進行方向に広げて流延方向に延伸する方法、同様に横方向に広げて幅手方向に延伸する方法、或いは縦横同時に広げて縦横両方向に延伸する方法などが挙げられる。もちろんこれ等の方法は、組み合わせて用いてもよい。また、所謂テンター法の場合、リニアドライブ方式でクリップ部分を駆動すると滑らかな延伸を行うことが出来、破断等の危険性が減少出来るので好ましい。
製膜工程のこれらの幅保持或いは幅手方向の延伸はテンターによって行うことが好ましく、ピンテンターでもクリップテンターでもよい。
本発明の偏光子保護フィルムの厚さは10〜500μmが好ましい。特に20μm以上、更に35μm以上が好ましい。又、150μm以下、更に120μm以下が好ましい。特に好ましくは35〜90μmが好ましい。上記範囲よりも偏光子保護フィルムが厚いと偏光板加工後の偏光板が厚くなり過ぎる。一方、上記範囲よりも薄いと、リターデーションの発現が困難となること、フィルムの透湿性が高くなり偏光子に対して湿度から保護する能力が低下する。
本発明の偏光子保護フィルムの遅相軸または進相軸がフィルム面内に存在し、流延製膜方向とのなす角をθ1とするとθ1は−1°以上+1°以下であることが好ましく、−0.5°以上+0.5°以下であることがより好ましい。このθ1は配向角として定義出来、θ1の測定は、自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測機器)を用いて行うことが出来る。θ1が各々上記関係を満たすことは、表示画像において高い輝度を得ること、光漏れを抑制または防止することに寄与出来、カラー液晶表示装置においては忠実な色再現を得ることに寄与出来る。
偏光子保護フィルムの幅は、1.3m以上、好ましくは1.4m〜2.8mの範囲が、生産性の観点から大サイズの液晶表示装置に好ましい。
(機能性層)
本発明の偏光子保護フィルム製造に際し、延伸の前及び/または後で帯電防止層、ハードコート層、反射防止層、易滑性層、易接着層、防眩層、バリアー層、光学補償層等の機能性層を塗設してもよい。特に、帯電防止層、ハードコート層、反射防止層、易接着層、防眩層及び光学補償層から選ばれる少なくとも1層を設けることが好ましい。この際、コロナ放電処理、プラズマ処理、薬液処理等の各種表面処理を必要に応じて施すことが出来る。
〈帯電防止層、粘着層〉
本発明の偏光子保護フィルムは、図1に示すように、偏光子保護フィルム1の片面に帯電防止層2、粘着剤層3をこの順に積層していることが好ましい。
本発明の偏光子保護フィルムの帯電防止層2は、帯電防止機能を有するカチオンポリマーを含有する層か、または帯電防止剤として金属酸化物を用いた層であることが好ましい。
本発明で好ましく用いられるカチオンポリマーは、特公昭53−13223号、同57−15376号、特公昭53−45231号、同55−145783号、同55−65950号、同55−67746号、同57−11342号、同57−19735号、特公昭58−56858号、特開昭61−27853号、同62−9346号にみられるような、側鎖中にカチオン性解離基をもつカチオン性ペンダント型ポリマー、架橋構造をもつカチオン性ポリマー等である。特に好ましいカチオンポリマーとしては、下記一般式〔3〕及び〔1a〕、〔1b〕の構造のユニットを有するポリマーが挙げられる。
式中R3、R4、R5、R6は炭素数1〜4の置換或いは未置換のアルキル基を表し、R3とR4もしくはR5とR6が結合してピペラジンなどの含窒素複素環を形成してもよい。A、B及びDはそれぞれ炭素数2〜10の置換或いは未置換のアルキレン基、アリーレン基、アルケニレン基、アリーレンアルキレン基、−R7COR8−、−R9COOR10OCOR11−、−R12OCR13COOR14−、−R15−(OR16)m−、−R17CONHR18NHCOR19−、−R20OCONHR21NHCOR22−または−R25NHCONHR24NHCONHR25−を表す。R7、R8、R9、R11、R12、R14、R15、R16、R17、R19、R20、R22、R23及びR25はアルキレン基、R10、R13、R18、R21及びR24はそれぞれ置換または未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、アリーレンアルキレン基、アルキレンアリーレン基から選ばれる連結基、mは1〜4の正の整数を表し、X−はアニオンを表す。
但し、Aがアルキレン基、ヒドロキシアルキレン基或いは、アリーレンアルキレン基である時には、Bがアルキレン基、ヒドロキシルアルキレン基或いはアリーレンアルキレン基ではないことが好ましい。
Eは単なる結合手、−NHCOR26CONH−またはDから選ばれる基を表す。R26は置換或いは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、アリーレンアルキレン基、またはアルキレンアリーレン基を表す。
1、Z2は−N=C−基は共に5員または6員環を形成するのに必要な非金属原子群(≡N+[X-]−なる4級塩の形でEに連結してもよい)を表す。
nは5〜300の整数を表す。
中でも、分子架橋を有する4級アンモニウムカチオンポリマーが特に好ましく、塩素イオンを含まず、かつ、分子架橋を有する4級アンモニウムカチオンポリマーが特に好ましく用いられる。
以下に、本発明に用いられるカチオンポリマーの具体例を挙げるが本発明はこれらに限定されない。
本発明に用いられるカチオンポリマーは、これを単独で用いてもよいし、或いは数種類のカチオンポリマーを組み合わせて使用してもよい。帯電防止層におけるカチオンポリマーの含有量は、該層の固形分の10以上80質量%以下であり、好ましくは20〜70質量%以下である。
帯電防止剤としての金属酸化物は、酸化スズ系、酸化アンチモン系、酸化インジウム系、酸化亜鉛系などが挙げられる。これらのなかでも酸化スズ系が好ましい。酸化スズ系の帯電防止剤としては、例えば、酸化スズの他、アンチモンドープ酸化スズ、インジウムドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化スズ、タングステンドープ酸化スズ、酸化チタン−酸化セリウム−酸化スズの複合体、酸化チタン−酸化スズの複合体等が挙げられる。金属酸化物は、通常、微粒子でその形状は、粒子状または針状のものが好ましく用いられる。微粒子の平均粒径は1〜100nm程度、好ましくは2〜50nmである。
またセルロースアシレート系の偏光子保護フィルムは非水系の有機溶剤に可溶して変質、劣化することがある為、金属酸化物は親水性溶媒に分散させた分散液(ゾル)として用いるのが好ましい。なお、親水性溶媒としては水が好ましい。水のほかに親水性の有機溶媒を含有出来る。親水性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、
tert−ブタノール、n−アミルアルコール、イソアミルアルコール、sec−アミルアルコール、tert−アミルアルコール、1−エチル−1−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール等のアルコール類が挙げられる。
また帯電防止層の形成材料としては、前記帯電防止剤であるカチオンポリマーや金属酸化物とともに、帯電防止層の皮膜形成性、フィルムへの密着性の向上などを目的に、バインダー成分を添加することも出来る。金属酸化物を分散液として用いる場合には、水溶性または水分散性のバインダー成分を用いる。バインダーの例としては、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、セルロースアシレートなどが挙げられる。特にポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、セルロースアシレートが好ましい。これらバインダーは1種または2種以上を適宜その用途に合わせて用いることが出来る。バインダーの使用量は、金属酸化物を使用する場合は、金属酸化物の種類にもよるが、通常、金属酸化物100質量部に対して200質量部以下であり、好ましくは5〜150質量部である。
前記帯電防止層の表面抵抗値は、1×1012Ω/□以下であることが好ましく、さらに好ましくは1×1011Ω/□以下である。表面抵抗値が1×1012Ω/□を超える場合には、帯電防止機能が十分でなく、表面保護フィルムの剥離や、偏光子保護フィルムの摩擦により静電気が発生・帯電し、液晶セルの回路の破壊や液晶の配向不良を起こす場合がある。
粘着剤層に用いられる粘着剤としては、粘着剤層の少なくとも一部分において25℃での貯蔵弾性率が1.0×104Pa〜1.0×109Paである粘着剤が用いられていることが好ましい。より好ましくは1.0×105〜1.0×109Paであり、上記粘着剤の弾性率が1.0×104Pa未満であると、十分な粘着強度が得られず、軸ズレや耐熱試験をしたときに剥がれが発生し、弾性率が1.0×109Paを超えると、粘着剤が硬過ぎるために打ち抜き加工の際に、ひび割れや切りくずが発生する不具合が起きる。種類は特に限定されないが、粘着剤を塗布し、貼り合わせた後に種々の化学反応により高分子量体または架橋構造を形成する硬化型粘着剤が好適に用いられる。具体例としては、例えば、ウレタン系粘着剤、エポキシ系粘着剤、水性高分子−イソシアネート系粘着剤、熱硬化型アクリル粘着剤等の硬化型粘着剤、湿気硬化ウレタン粘着剤、ポリエーテルメタクリレート型、エステル系メタクリレート型、酸化型ポリエーテルメタクリレート等の嫌気性粘着剤、シアノアクリレート系の瞬間粘着剤、アクリレートとペルオキシド系の2液型瞬間粘着剤等が挙げられる。また、公知の方法を用いて粘着剤中に帯電防止剤を混ぜても良い。
上記帯電防止層、粘着剤層の形成方法としては特に限定されず一般的方法、例えば、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、コンマコーター、バーコーター、スプレー塗布、インクジェット法等の方法が挙げられる。
〈粘着剤層の貯蔵弾性率の測定方法〉
粘着剤層成形組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム支持体上に形成した。これを剥離し、この粘着剤層について、動的粘弾性測定装置(レオメトリック社製の「ARES」)により、昇温モード(昇温速度5℃/分、周波数10Hz)で、25℃の貯蔵弾性率を測定する。
(偏光板)
本発明の偏光板について述べる。
偏光板は一般的な方法で作製することが出来る。本発明の偏光子保護フィルム裏面側をアルカリ鹸化処理する。ポリビニルアルコールフィルムをヨウ素溶液中に浸漬延伸して作製した偏光子の少なくとも一方の面に、該鹸化処理した偏光子保護フィルムを、完全鹸化型ポリビニルアルコール水溶液を用いて貼り合わせることが好ましい。もう一方の面にも該偏光子保護フィルムを用いても、別の偏光子保護フィルムを用いてもよい。本発明の偏光子保護フィルムに対して、もう一方の面に用いられる偏光子保護フィルムとしては、面内リターデーションRoが590nmで、0〜10nm、Rthが−30〜30nmのセルロースアシレートフィルムを用いることが好ましい。本発明の偏光子保護フィルムと組み合わせて使用することによって、平面性に優れ、安定した視野角拡大効果を有する偏光板を得ることが出来る。
裏面側に用いられる偏光子保護フィルムとしては、市販のセルロースアシレートフィルムとして、KC8UX、KC4UX、KC5UX、KC8UCR3、KC8UCR4、KC8UCR5、KC8UY、KC4UY、KC10UDR、KC8UY−HA、KC8UX−RHA(以上、コニカミノルタオプト(株)製)等が好ましく用いられる。
本発明の偏光子保護フィルムは工業的には長尺のフィルムとして作製され、同じく長尺のフィルムとして作製される偏光子と張り合わせて偏光板を構成する態様が最も有用である。また、偏光板に更に張り合わせるなど、偏光子保護フィルムとしての機能を持たない単なる位相差フィルムとして使用することも出来る。
偏光板の主たる構成要素である偏光子とは、一定方向の偏波面の光だけを通す素子であり、現在知られている代表的な偏光子は、ポリビニルアルコール系偏光フィルムで、これはポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を染色させたものと二色性染料を染色させたものがあるがこれのみに限定されるものではない。偏光子は、ポリビニルアルコール水溶液を製膜し、これを一軸延伸させて染色するか、染色した後一軸延伸してから、好ましくはホウ素化合物で耐久性処理を行ったものが用いられている。偏光子の膜厚は5〜30μmの偏光子が好ましく用いられる。
偏光板は、更に一方の面にプロテクトフィルムを、反対面にセパレートフィルムを貼合して構成することが出来る。プロテクトフィルム及びセパレートフィルムは偏光板出荷時、製品検査時等において偏光板を保護する目的で用いられる。この場合、プロテクトフィルムは、偏光板の表面を保護する目的で貼合され、偏光板を液晶セルへ貼合する面の反対面側に用いられる。また、セパレートフィルムは液晶セルへ貼合する粘着剤層をカバーする目的で用いられ、偏光板を液晶セルへ貼合する面側に用いられる。
(液晶表示装置)
液晶表示装置への偏光板の装着は、本発明に係る偏光子保護フィルム面を液晶セル側に貼合することによって、種々の視認性に優れた液晶表示装置を作製することが出来る。
前記したように液晶セルにはアクリル系粘着剤を用いて接着することが好ましい。
本発明の偏光子保護フィルムは反射型、透過型、半透過型LCDまたはTN型、STN型、OCB型、HAN型、VA型(PVA型、MVA型:垂直配向方式)、IPS型等の各種駆動方式のLCDで好ましく用いられる。特に、垂直配向方式液晶表示装置に用いることが好ましい。画面が30型以上の大画面の垂直配向方式液晶表示装置では、色ムラや波打ちムラが少なく、長時間の鑑賞でも目が疲れないという効果があった。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
〈ポリマーXの合成〉
攪拌機、2個の滴下ロート、ガス導入管および温度計の付いたガラスフラスコに、表1および表2記載の種類及び比率のモノマーXa、Xb混合液40g、連鎖移動剤のメルカプトプロピオン酸2gおよびトルエン30gを仕込み、90℃に昇温した。その後、一方の滴下ロートから、表1記載の種類及び比率のモノマーXa、Xb混合液60gを3時間かけて滴下すると共に、同時にもう一方のロートからトルエン14gに溶解したアゾビスイソブチロニトリル0.4gを3時間かけて滴下した。その後さらに、トルエン56gに溶解したアゾビスイソブチロニトリル0.6gを2時間かけて滴下した後、さらに2時間反応を継続させ、ポリマーXを得た。得られたポリマーXは常温で固体であった。次いで連鎖移動剤のメルカプトプロピオン酸の添加量、アゾビスイソブチロニトリルの添加速度を変更して分子量の異なるポリマーXを作製した。該ポリマーXの重量平均分子量は下記測定法により表1および表2に示した。
尚、表1および表2記載の、MA、MMA、及びHEMAはそれぞれ以下の化合物の略称である。
MA :メチルアクリレート
MMA:メタクリル酸メチル
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
(分子量測定)
重量平均分子量の測定は、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定した。
測定条件は以下の通りである。
溶媒: メチレンクロライド
カラム: Shodex K806,K805,K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用した)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=1000000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いる。
〈ポリマーUV剤P−1合成例〉
2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−(2−メタクリロイルオキシ)エチルエステル−2H−ベンゾトリアゾール(例示化合物MUV−19)を、下記に記載の方法に従って合成した。
20.0gの3−ニトロ−4−アミノ−安息香酸を160mlの水に溶かし、濃塩酸43mlを加えた。20mlの水に溶解させた8.0gの亜硝酸ナトリウムを0℃で加えた後、0℃のまま2時間撹拌した。この溶液に、17.3gの4−t−ブチルフェノールを水50mlとエタノール100mlに溶解させた溶液中に、炭酸カリウムで液性をアルカリ性に保ちながら0℃で滴下した。この溶液を0℃に保ちながら1時間、更に室温で1時間撹拌した。反応液を塩酸で酸性にし、生成した沈殿物をろ過した後、よく水洗した。
ろ過した沈殿を500mlの1モル/LのNaOH水溶液に溶解させ、35gの亜鉛粉末を加えた後、40%NaOH水溶液110gを滴下した。滴下後、約2時間撹拌し、ろ過、水洗し、濾液を塩酸で中和して中性とした。析出した沈殿物をろ過、水洗、乾燥後、酢酸エチルとアセトンの混合溶媒で再結晶を行うことにより、2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−2H−ベンゾトリアゾールが得られた。
次いで、10.0gの2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−2H−ベンゾトリアゾールと0.1gのハイドロキノン、4.6gの2−ヒドロキシエチルメタクリレート、0.5gのp−トルエンスルホン酸とをトルエン100ml中に加え、エステル管を備えた反応容器で10時間加熱灌流を行う。反応溶液を水中に注ぎ、析出した結晶をろ過、水洗、乾燥し、酢酸エチルで再結晶を行うことで、例示化合物MUV−19である2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−(2−メタクリロイルオキシ)エチルエステル−2H−ベンゾトリアゾールが得られた。
次いで、2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−(2−メタクリロイルオキシ)エチルエステル−2H−ベンゾトリアゾールとメタクリル酸メチルとの共重合体(高分子UV剤P−1)を下記に記載の方法に従って合成した。
テトラヒドロフラン80mlに、上記合成した4.0gの2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−(2−メタクリロイルオキシ)エチルエステル−2H−ベンゾトリアゾールと6.0gのメタクリル酸メチルとを加え、次いで、アゾイソブチロニトリル1.14gを加えた。窒素雰囲気下で9時間加熱還流した。テトラヒドロフランを減圧留去した後、20mlのテトラヒドロフランに再溶解し、大過剰のメタノール中に滴下した。析出した沈殿物を濾取し、40℃で真空乾燥して、9.1gの灰白色紛状重合体である高分子UV剤P−1を得た。この共重合体は、標準ポリスチレンを基準とするGPC分析により、数平均分子量4500のものであると確認した。また、NMRスペクトル及びUVスペクトルから、上記共重合体が、2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−(2−メタクリロイルオキシ)エチルエステル−2H−ベンゾトリアゾールとメタクリル酸メチルの共重合体であることを確認した。上記重合体の組成は略、2(2′−ヒドロキシ−5′−t−ブチル−フェニル)−5−カルボン酸−(2−メタクリロイルオキシ)エチルエステル−2H−ベンゾトリアゾール:メタクリル酸メチル=40:60であった。
(ドープ液の調製)
セルロースアシレート(セルロースアセテートプロピオネート(表1および表2中CAPと表記)、温度60℃で24時間真空乾燥。アセチル基置換度1.5、プロピオニル基置換度0.95、総アシル基置換度2.45)
100質量部
ポリマーX 15質量部
ポリマーUV剤P−1 3質量部
酸化ケイ素微粒子(アエロジルR972V(日本アエロジル株式会社製))
0.1質量部
メチレンクロライド 300質量部
エタノール 40質量部
(セルロースアシレートフィルムの製膜)
日本精線(株)製のファインメットNFで上記ドープ液を作製し次いで濾過し、ベルト流延装置を用い、温度22℃、2m幅でステンレスバンド支持体に均一に流延した。ステンレスバンド支持体で、残留溶剤量が100%になるまで溶媒を蒸発させ、剥離張力162N/mでステンレスバンド支持体上から剥離した。剥離したセルロースアシレートのウェブを35℃で溶媒を蒸発させ、1.6m幅にスリットし、その後、テンターで幅手方向に1.1倍に延伸しながら、135℃の乾燥温度で乾燥させた。このときテンターで延伸を始めたときの残留溶剤量は10%であった。テンターで延伸後130℃で5分間緩和を行った後、120℃、130℃の乾燥ゾーンを多数のロールで搬送させながら乾燥を終了させ、1.5m幅にスリットし、フィルム両端に幅10mm高さ5μmのナーリング加工を施し、初期張力220N/m、終張力110N/mで内径6インチコアに巻き取り、セルロースアシレートフィルム1を得た。ステンレスバンド支持体の回転速度とテンターの運転速度から算出されるMD方向の延伸倍率は1.01倍であった。表1および表2記載のセルロースアシレートフィルムの残留溶剤量は各々0.1%であり、膜厚は60μm、巻数は4000mであった。
次いで、セルロースアシレート種類、ポリマーXの種類、添加量、添加剤の種類、添加量を表1および表2のように代えた以外は、セルロースアシレートフィルム1と同様にしてセルロースアシレートフィルム2〜30を作製した。また、テンターで延伸を始めたときの残留溶剤量が2%となるように溶媒を蒸発させた以外はセルロースアシレートフィルム9と同様にして、セルロースアシレートフィルム31を作成した。
表1および表2中、CAPは上記セルロースアセテートプロピオネート、DACはジアセチルセルロース(ダイセル化学工業製 L−50)、TACはセルローストリアセテート(リンター綿から合成されたセルローストリアセテート、アセチル基置換度2.87)を表す。
表1および表2中、リターデーション制御剤1は下記化合物を用いた。
作製したセルロースアシレートフィルム1〜31を用いて下記方法によりリターデーションRthおよびRoを求め表1および表2に記載した。
(リターデーションRth)
自動複屈折率計(王子計測機器(株)製、KOBRA−21ADH)を用いてセルロースアシレートフィルム1〜31を23℃、55%RHの環境下で、590nmの波長において10カ所測定し3次元屈折率測定を行い、屈折率nx、ny、nzを求めた。下式に従って厚み方向のリターデーションRthを算出した。それぞれ10カ所測定しその平均値で示した。
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
ここで、フィルム面内で最大となる屈折率をnx、それと面内で直交する軸方向の屈折率をny、フィルム厚み方向の屈折率をnz、フィルムの厚さをd(nm)とする。
(偏光板の作製)
上記作製したセルロースアシレートフィルム1〜31を用いて偏光板1〜31を作製した。
厚さ120μmのポリビニルアルコールフィルムを、沃素1kg、ホウ酸4kgを含む水溶液100kgに浸漬し50℃で6倍に延伸して偏光子を作った。この偏光子の片面にアルカリケン化処理を行ったセルロースアシレートフィルム1〜31を完全ケン化型ポリビニルアルコール5%水溶液を粘着剤として各々貼り合わせた。
偏光子のもう一方の面には、コニカミノルタタックKC8UX(コニカミノルタオプト(株)製)を貼合した。
〈アルカリケン化処理〉
ケン化工程 2N−NaOH 50℃ 90秒
水洗工程 水 30℃ 45秒
中を工程 10質量%HCl 30℃ 45秒
水洗工程 水 30℃ 45秒
上記条件でフィルム試料をケン化、水洗、中和、水洗の順に行い、次いで80℃で乾燥を行った。
《評価》
(視野角評価)
垂直配向方式液晶表示装置である、ソニー製30インチ液晶テレビKDL−32S1000の予め貼合されていた偏光板を剥がして、上記作製した本発明及び比較の偏光板を下記構成Aまたは構成Bにより、市販のアクリル系粘着剤を用いて液晶セルに貼合した。その際、その偏光板の貼合の向きは、本発明に係るセルロースアシレートフィルム面が、液晶セル面側となり、かつ、予め貼合されていた偏光板と同一の方向に吸収軸が向くように行って液晶パネルを作製し、斜め上方から見て映像が見えるかどうかを調べた。
構成Aについては、液晶セルの両面に偏光板1〜12、14、15、17〜23、27および31を各々対になるように貼合した。
構成Bについては視認側の偏光板として、偏光子の両面にコニカミノルタタックKC8UX(コニカミノルタオプト(株)製)を使用して作製した偏光板を貼合し、バックライト側に上記作製した偏光板13、16を液晶セルに貼合した。その際、上記作製したセルロースアシレートフィルム13、16が各々液晶セル側となるように貼合した。構成A、構成Bについての評価基準を以下に示す。
A:しっかり見える
B:画像が判別しにくい
また、構成Cについては、NEC三菱電機ビジュアルシステムズ株式会社製液晶ディスプレイL17F4F1のあらかじめ貼合されていた偏光板を剥がして、上記作製した本発明及び比較の偏光板を液晶セルに貼合した。その際、その偏光板の貼合の向きは、本発明に係るセルロースエステルフィルム面が、液晶セルのガラス面側となり、かつ、あらかじめ貼合されていた偏光板と同一の方向に吸収軸が向くように行って液晶パネルを作製し、横方向から見て映像が確認できるかどうかを調べた。構成Cについての評価基準を以下に示す。
A・・・明瞭に確認できる。
B・・・確認できる。
C・・・うまく確認できない。
(偏光板加工)
セルロースアシレートフィルムを鹸化してポリビニルアルコールの偏光子に貼合させたが、貼合して乾燥した後に手で剥離出来たかどうかを確認した。
A:貼合されており、手で剥離出来ない。
B:手で剥離出来てしまう
(コーナームラ)
作製した液晶表示装置を65℃、湿度成り行き条件下にて500時間保管した後、液晶表示装置を点灯して、6時間後に黒表示での周辺の光漏れ(コーナームラ)の有無を確認した。
A:周辺の光漏れは全く認められない
B:周辺の光漏れが認められる
C:周辺の光漏れが著しい
(クラウディングムラ)
作製した液晶表示装置を60℃、90%RHにて1000時間保管した後、液晶表示装置を点灯して、6時間後に黒表示での全体の光漏れの有無を確認した。
A :モヤモヤとした光漏れは全く認められない
B:モヤモヤとした光漏れは殆ど気にならない
C :モヤモヤとした光漏れが認められる
結果を下記表3に示す。
本発明の構成のセルロースアシレートフィルム1〜13/偏光板1〜13は、視野角、偏光板加工、コーナームラ、クラウディングムラが総合的に優れていることが明らかである。
また、Rth値の高いセルロースアシレートフィルム13/偏光板13は、液晶表示装置における偏光板の構成を構成Bとした場合でも優れた視野角特性を有することが分かる。
実施例2
実施例1で作製した本発明の偏光板1〜13を構成するセルロースアシレートフィルム1〜13の表面上に、下記帯電防止層及び粘着剤層を形成した。
次いで、粘着剤層のセパレートフィルムを剥がして、垂直配向方式液晶表示装置であるソニー製30インチ液晶テレビKDL−32S1000の予め貼合されていた偏光板の代わりに、上記偏光板の帯電防止層及び粘着剤層を形成した面を液晶セルに貼合した。
その結果、本発明の偏光板は優れた帯電防止効果により、貼合時のゴミ故障、打ち抜き加工の際のひび割れや切りくずの発生、更に液晶の配向乱れもなく液晶パネル製造時の生産性が改善された。
〈帯電防止層の形成〉
一般式〔3〕で表されるカチオンポリマー 例示化合物IP−24 0.5質量部
セルロースジアセテートの5%アセトン溶液 10質量部
メチルエチルケトン 35質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 50質量部
上記塗布組成物は、メチルエチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の溶剤を混合し、均一になったところで撹拌しながらジアセチルセルロースを少しずつ溶解させ、ジアセチルセルロースが完全に溶解したら、メタノールで分散させたカチオンポリマーを少しずつ滴下し、投入完了後、2〜3時間撹拌させて調製した。
カチオンポリマーを含有する層は、上記塗布組成物を、ダイコーターを用いて上記作製したセルロースアシレートフィルムの一方の面にドライ膜厚0.2μmで塗布し100℃で24秒間乾燥させ層形成した。
塗布後試料の23℃55%RH下における表面比抵抗値が、2×108Ω〜2×109Ωの範囲であり良好な帯電防止性能を有していた。
〈粘着剤層の形成〉
ベースポリマーとして、ブチルアクリレート:アクリル酸:2−ヒドロキシエチルアクリレート=100:5:0.1(質量比)の共重合体からなる重量平均分子量180万のアクリル系ポリマーを含有する溶液(固形分24%)を用いた。上記アクリル系ポリマー溶液にイソシアネート系多官能性化合物である日本ポリウレタン社製コロネートLをポリマー固形分100部に対して2.5部、及び添加剤(KBM−403、信越シリコーン社製)を0.6部、粘度調整のための溶剤(酢酸エチル)を加え、粘着剤溶液(固形分11%)を調製した。当該粘着剤溶液を、乾燥後の厚みが25μmとなるように、帯電防止層上にリバースロールコート法により塗布した後、さらにその上にセパレートフィルム(ポリエチレンテレフタレート基材:ダイヤホイルMRF38、三菱化学ポリエステル製)を付与して熱風循環式オーブンで乾燥し、粘着剤層を形成した。
下記測定の結果、粘着剤層の25℃の貯蔵弾性率は4.4×106Paであった。
〈粘着剤層の貯蔵弾性率の測定方法〉
粘着剤層成形組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム支持体上に形成した。これを剥離し、この粘着剤層について、動的粘弾性測定装置(レオメトリック社製の「ARES」)により、昇温モード(昇温速度5℃/分、周波数10Hz)で、25℃の貯蔵弾性率を測定する。
本発明により、位相差フィルムとして視野角特性に優れ、コーナームラや白茶けなどの黒表示の際の光漏れが減少する偏光子保護フィルム、それを用いた偏光板及び垂直配向方式液晶表示装置を提供することが出来る。

Claims (6)

  1. 総アシル基置換度が2.2以上2.5未満のセルロースアシレートと、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーとを含むことを特徴とする偏光子保護フィルム。
  2. 前記アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルを重合してなるポリマーの重量平均分子量が500以上30000以下のポリマーであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の偏光子保護フィルム。
  3. 請求の範囲第1または2項に記載の偏光子保護フィルムが位相差フィルムであることを特徴とする偏光子保護フィルム。
  4. 面内位相差値Roが0〜100nm、厚み方向の位相差値Rthが40〜250nm、であることを特徴とする請求の範囲第1〜3項のいずれか1項に記載の偏光子保護フィルム。
    Ro=(nx−ny)×d
    Rth={(nx+ny)/2−nz}×d(式中、nxはフィルム面内の遅相軸方向の屈折率であり、nyはフィルム面内の進相軸方向の屈折率であり、nzはフィルムの厚み方向の屈折率であり、dはフィルムの厚さ(nm)である。)
  5. 請求の範囲第1〜4項のいずれか1項に記載の偏光子保護フィルムを少なくとも液晶セル側の偏光子保護フィルムとして用いることを特徴とする偏光板。
  6. 請求の範囲第5項に記載の偏光板を用いることを特徴とする垂直配向方式液晶表示装置。
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