JP5484075B2 - 位相差素子 - Google Patents
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Description
位相差素子の性能は、例えば、遅相軸方向(面内で屈折率が最大となる方向)の屈折率と進相軸方向(面内で遅相軸方向と直交する方向)の屈折率の差を示す複屈折と該素子の厚さとの積によって求められる位相差値(リタデーション)によって決めることができる。また、近年では、特許文献3〜7に開示されているような液晶性化合物を特定の方向に配向させて該配向状態を固定化することによって位相差素子を作製することも行われている。
この液晶性化合物を用いた位相差素子は、プラスチックフィルムでは実現できないような薄膜にすることができ、また、プラスチックフィルムで行われる延伸では実現できないような複雑な配向状態を実現できる特徴があることから注目されている。
しかしながら、この位相差値は種々の環境条件、例えば高温雰囲気下、高温高湿度雰囲気下等で変化することがあり、その解決が切望されている。例えば、車のインストルメントパネル部分や液晶プロジェクターに用いる液晶表示装置の場合、高温雰囲気下に晒されることにより位相差値が変化すると該液晶表示装置の視野角特性やコントラストが低下する場合があった。
式(2)中、R3は−(CH2)p−基又はフェニレン基を表し、pは4〜8の整数を表す。
式(3)中、R4は置換フェニレン基を表す。
式(1)〜式(3)中R1−1、R1−2、R1−3は、炭素数5以上の分岐構造を有するアルキル基を表す。R1−1、R1−2、R1−3は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
以下に本発明を詳述する。
上記式(2)中、R3がフェニレン基である場合、o位、m位、p位のいずれに置換基を有してもよいが、o位に置換基を有することが好ましい。
上記式(3)中、R4が置換フェニレン基である場合、o位、m位、p位のいずれに置換基を有してもよいが、o位及びp位に置換基を有することが好ましい。
ここで、上記メソゲン基として、例えば、ビフェニル基、ターフェニル基、(ポリ)安息香酸フェニルエステル基、(ポリ)エーテル基、ベンジリデンアニリン基、アセナフトキノキサリン基等のロッド状の置換基、板状の置換基、又は、トリフェニレン基、フタロシアニン基、アザクラウン基等の円盤状の置換基等が挙げられる。すなわち、上記メソゲン基は液晶相挙動を誘導する能力を有する。なお、ロッド状又は板状の置換基を有する液晶性化合物は、カラミティック液晶として知られている。また、円盤状の置換基を有する液晶性化合物は、ディスコティック液晶として知られている。
上記メソゲン基を有する重合性液晶は、必ずしもそれ自身が液晶相を示さなくても他の化合物との混合、他のメソゲン基を有する化合物との混合、他の液晶性化合物との混合、又は、これらの混合物のポリマー化によって液晶相を示す重合性液晶であってもよい。
上記重合性液晶は特に限定されず、例えば、特開平8−50206号公報、特開2003−315556号公報、特開2004−29824号公報に記載されている重合性液晶や、BASF社製「PALIOCOLORシリーズ」、Merck社製「RMMシリーズ」等が挙げられる。なかでも下記式(4)で表される重合性液晶は複数の重合性基を有することにより、耐熱性に優れるためより好ましい。
式(4−2)中、u、vは2〜10の整数を表し、R9は−COO−(CH2)w−CH3又は−(CH2)w−CH3を表す。
Wは0〜11の整数を表す。
上記液晶性を有しない重合性化合物は特に限定されず、例えば、紫外線硬化型樹脂等が挙げられる。
上記反応助剤は特に限定されず、例えば、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、n−ブチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、ジエチルアミノエチルメタアクリレート、ミヒラーケトン、4,4’−ジエチルアミノフェノン、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸(n−ブトキシ)エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル等のアミン化合物が挙げられる。
また、上記反応助剤の含有量は、上記光重合開始剤の含有量に対して、0.5〜2倍量であることが好ましい。
より具体的には、例えば、上記液晶性組成物を所定の濃度になるように溶剤に溶解させ、この溶液をラビング処理したフィルム上に塗布する。次いで、溶剤を加熱等により除去するが、この加熱の過程で、又は、その後液晶相を示す温度で放置することにより、上記液晶性化合物が一定方向に配向する。配向を固定化するために、このまま放冷しても、配向状態を維持したまま、紫外線を照射して重合等により硬化させてもよい。また本発明の位相差素子は、上記重合性液晶を重合させることにより得られたフィルムを、上記式(1)で表される化合物、上記式(2)で表される化合物及び上記式(3)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物により膨潤させて製造してもよい。
上記ラビング処理は、鋼やアルミニウム等の金属ロールに、ナイロン、レーヨン、コットン等のベルベット状のラビング布を、両面テープ等を用いて貼り合せて作製したラビングロールを用い、これを高速回転させ、ガラス板やプラスチックフィルムを接触させながら移動させることにより達成される。
上記ラビング処理の条件は、用いる液晶性化合物の配向のしやすさ、用いるラビング布の種類、ラビングロール径、ラビングロールの回転数、基板の進行方向に対する回転方向、基板とラビングロールの接触長、基板へのラビングロールの押し込みの強さ、基板の搬送速度、基板がプラスチックフィルムである場合には、該フィルムとラビングロール接触部分のラップ角、該プラスチックフィルムの搬送張力等の諸条件によって適宜調整すればよい。
上記紫外線の照射量は、液晶性化合物や他の重合性化合物の種類や反応性、光重合開始剤の種類と添加量、膜厚によって異なるが、通常、100〜1000mJ/cm2程度がよい。また、紫外線照射時の雰囲気は空気中、窒素等の不活性ガス中等、重合のしやすさに応じて適宜選択することができる。
上記位相差値は、位相差素子の面内の最大屈折率方向(遅相軸)をnx、それと面内で直交する方向をny、厚さ方向の屈折率をnz、厚さをdとするとき、正面方向の位相差値Re、及び、厚さ方向の位相差値Rthは、それぞれ下記式(8)及び下記式(9)によって求めることができる。
Re=(nx−ny)・d (8)
Rth=[{(nx+ny)/2}−nz]・d (9)
nx、ny、nzの値は用いる液晶性組成物の種類や配向の方法によって制御することができる。そのような方法として、例えば、配向処理される基板の表面張力、ラビング強度、配向膜の種類等を調整する方法が挙げられる。
本発明の粘着剤層付位相差素子は、粘着剤層を有することにより、基板等への積層が容易になる。
上記粘着剤層を構成する粘着剤は特に限定されないが、アクリル粘着剤、ゴム粘着剤、シリコーン粘着剤、ウレタン粘着剤、ポリエーテル粘着剤、ポリエステル粘着剤等の感圧接着剤が好ましく、アクリル粘着剤が特に好ましい。
上記ポリマーのモノマー成分として、例えば、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソ(メタ)ノニルアクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート等のエステル部分の炭素数が1〜18である(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ベンジル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチエル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、8−ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、10−ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、12−ヒドロキシラウリル(メタ)アクリレート、(4−ヒドロキシメチルシクロヘキシル)−メチルアクリレート、2−メチル−3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、グリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシ−シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシメチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、上記アクリル酸エステル以外のポリマーのモノマー成分として、ジメチルアミノメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ビニルエーテルモノマー、酢酸ビニル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル等の共重合できるモノマーを用いることができる。
上記基板は、例えば、トリアセチルセルロース等のセルロースフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエステルフィルム等が挙げられる。これらのフィルムは延伸等により複屈折を持たせることで、位相差フィルムとして機能する。例えば、本発明の位相差素子を複数、又は、上記位相差フィルムと本発明の位相差素子とを直接又は粘着剤若しくは接着剤を介して積層することによって複合位相差素子を得ることができる。
複数の層が積層されている複合位相差素子であって、少なくとも一層が本発明の位相差素子である複合位相差素子もまた、本発明の1つである。
本発明の位相差素子、本発明の粘着剤層付位相差素子又は本発明の複合位相差素子と、偏光板との積層体である光学素子もまた、本発明の1つである。
上記吸収型偏光板として、例えば、染料や多ヨウ素イオン等の2色性色素を含有したポリビニルアルコールフィルム等の親水性高分子フィルムを一軸延伸して得られる偏光素子や、ポリビニルアルコールフィルムの一軸延伸前又は一軸延伸後に酸により脱水してポリエン構造を形成して得られる偏光素子や、一定方向に配向するよう処理された配向膜上にリオトロピック液晶状態を発現する2色性色素の溶液を塗布して溶剤を除去して得られる偏光素子や、ポリエステルフィルムに2色性色素を含有させて一軸延伸して得られる偏光素子等をそのまま、又は、トリアセチルセルロース等のセルロースフィルムやシクロオレフィンポリマーフィルム等の保護フィルムと積層した偏光板が挙げられる。
また、本発明の位相差素子が、ハイブリッド配向したディスコティック液晶層を有する位相差素子である場合には、位相差素子の遅相軸方向と偏光板との吸収軸とが同一方向になるよう積層することで、本発明の光学素子の一形態であるTN型又はOCB型液晶表示装置用の視野角改良光学素子を得ることができる。
また、本発明の位相差素子の遅相軸方向をnx、それと直交する方向をny、厚さ方向の屈折率をnzとするとき、nx=ny>nzである位相差素子と偏光板とを積層することで、本発明の光学素子の一形態であるVA型液晶表示装置用の視野角改良光学素子を得ることができる。また、少なくとも1種のnx>nz>nyである位相差素子の進相軸と偏光板の吸収軸とが同一方向になるように積層することで、本発明の光学素子の一形態であるIPS(in−plane switching)型液晶表示装置の視野角改良光学素子を得ることができる。
(1)位相差素子の作製
紫外線硬化型重合性液晶(BASF社製「PARIOCOLORLC242」、上記式(4−1)においてsが4、tが4である重合性液晶)100重量部と、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド(BASF社製「ルシリンTPO」)4重量部と、レベリング剤(ビックケミー社製「BYK361」)0.1重量部とをシクロペンタノン243重量部に溶解させて固形分30重量%の溶液を調製した。次にトリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)を10重量部加えて均一になるまで攪拌し、液晶性組成物の溶液を得た。次にポリエステルフィルム(東洋紡社製「A4100」)をラビングマシン(EHC社製、ラビングロール径45mm、ラビングロール回転数1500rpm、搬送速度1m/min)を用いてラビング処理した。ラビング処理面上にスピンコーターにて上記液晶性組成物の溶液を塗布し、80℃で1分間乾燥後、窒素置換した雰囲気下で高圧水銀灯(630mJ/cm2)を照射して硬化させ、本発明の位相差素子を有するフィルムを得た。得られた位相差素子は厚さが4μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が270nmであった。
(1)で得られた位相差素子と、ガラス板との間に、アクリル粘着剤層を配置し、位相差素子/アクリル粘着剤層/ガラス板の順に積層された構成体を作製した。なお、アクリル粘着剤層は、ブチルアクリレートと、メチルアクリレートと、N,N−ジメチルアクリルアミドと、2−ヒドロキシエチルアクリレートとを共重合させて得られたポリマーをイソシアネート架橋剤で架橋させた粘着剤層である。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の添加量を1重量部に変更した以外は、実施例1と同様にして位相差素子を作製した。得られた位相差素子は厚さが2μm、540nmにおける位相差値が270nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の添加量を5重量部に変更した以外は、実施例1と同様にして位相差素子を作製した。得られた位相差素子は厚さが3μm、540nmにおける位相差値が270nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の添加量を12重量部に変更した以外は、実施例1と同様にして位相差素子を作製した。得られた位相差素子は厚さが4μm、540nmにおける位相差値が270nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
アクリル粘着剤層として、ブチルアクリレートと、メチルアクリレートと、アクリル酸とを共重合させて得られたポリマーをエポキシ架橋剤で架橋させた粘着剤層を用いたこと以外は、実施例2と同様にして構成体を作製した。
上記式(4−2)においてuが6、vが6、R9が−C(=O)OC5H11である紫外線硬化型重合性液晶98重量部と、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1(チバスペシャリティーケミカルズ社製「イルガキュアー369」)2重量部とをシクロペンタノン100重量部に溶解させて固形分50重量%の溶液を調製した。次にトリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)を10重量部加えて均一になるまで攪拌し、液晶性組成物の溶液を得た。この溶液を用いて、実施例1と同様の操作により、本発明の位相差素子を有するフィルムを得た。得られた位相差素子は厚さが5μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が340nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の代わりにテトラエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(4GO)10重量部を用いた以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが4μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が279nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の代わりにトリエチレングリコール−ジ−2−エチルブチレート(3GH)10重量部を用いる以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが4μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が278nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の代わりにフタル酸−ジ−2−エチルヘキシル10重量部を用いる以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが5μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が307nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして位相差素子を作製した。得られた位相差素子は厚さが3μm、540nmにおける位相差値が270nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
ポリカーボネートフィルムを一軸延伸して作製した位相差フィルムを実施例1で用いたアクリル粘着剤層を用いてガラス板に貼りつけ、構成体を作製した。
トリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)を添加しなかったこと以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが3μm、540nmにおける位相差値が275nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の代わりにジブチルマレートを10重量部を用いた以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが3μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が226nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の代わりにジトリデシルフタレートを10重量部を用いた以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが4μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が244nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の代わりにクエン酸トリエチルを10重量部を用いた以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが4μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が245nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)の代わりにトリエチレングリコール−ジ−ヘプタノエート(3G7)を10重量部を用いた以外は実施例6と同様にして位相差素子を得た。得られた位相差素子は厚さが3μmであり、ポリエステルフィルムを除去した位相差素子の位相差値を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける位相差値が226nmであった。以下、実施例1と同様にして構成体を作製した。
(耐熱性評価1)
実施例1〜8、参考例9及び比較例1〜7で得られた構成体について以下の評価を行った。結果を表1に示した。
構成体を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける初期位相差値は表1に示すとおりであった。次に、この構成体を140℃の高温雰囲気下に30分間放置し、放置前後の位相差値変化率を測定した。なお、表1における変化率は以下により求めた値である。
変化率(%)=[{(140℃、30分後の位相差値)−(初期位相差値)}/(初期位
相差値)]×100
実施例、比較例の中から実施例1、2、5、6、参考例9及び比較例1、3〜7で得られた構成体について以下の評価を行った。結果を表2に示した。
構成体を自動複屈折計(王子計測社製「KOBRA−21ADH」)で測定した結果、540nmにおける初期位相差値は表2に示すとおりであった。次に、この構成体を100℃の高温雰囲気下に2週間放置し、放置前後の位相差値変化率を測定した。なお、表2における変化率は以下により求めた値である。
変化率(%)=[{(100℃、2週間後の位相差値)−(初期位相差値)}/(初期位
相差値)]×100
本発明の位相差素子は、高温雰囲気下で使用されることの多いカーナビ、リアエンターテインメント用モニター、インストルメントパネルやカーオーディオ部の車載モニター、液晶プロジェクターや、過酷な環境下で使用される表示機器等に用いても、安定した画像表示が可能である。
Claims (9)
- トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート、テトラエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート、又は、トリエチレングリコール−ジ−2−エチルブチレートと液晶性化合物とを含有することを特徴とする位相差素子。
- トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート、テトラエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサノエート、又は、トリエチレングリコール−ジ−2−エチルブチレートの含有量が、液晶性化合物100重量部に対して0.1〜300重量部であることを特徴とする請求項1記載の位相差素子。
- 液晶性化合物が重合性液晶であり、かつ、前記重合性液晶が重合していることを特徴とする請求項1記載の位相差素子。
- 請求項1、2、3又は4記載の位相差素子と、該位相差素子の少なくとも一方の面に形成された、アクリル酸を含む複数のモノマーの共重合体を含有する粘着剤層とを有することを特徴とする粘着剤層付位相差素子。
- 複数の層が積層されている複合位相差素子であって、少なくとも一層が請求項1、2、3又は4に記載された位相差素子又は請求項5記載の粘着剤層付位相差素子であることを特徴とする複合位相差素子。
- 請求項1、2、3又は4記載の位相差素子、請求項5記載の粘着剤層付位相差素子又は請求項6記載の複合位相差素子と、偏光板との積層体であることを特徴とする光学素子。
- 請求項1、2、3又は4記載の位相差素子、請求項5記載の粘着剤層付位相差素子、請求項6記載の複合位相差素子、又は、請求項7記載の光学素子を有することを特徴とする画像表示装置。
- 請求項1、2、3又は4記載の位相差素子、請求項5記載の粘着剤層付位相差素子、請求項6記載の複合位相差素子、又は、請求項7記載の光学素子を有することを特徴とする液晶表示装置。
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