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JPWO2008018279A1 - 偏光板保護フィルム、それを用いた偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

偏光板保護フィルム、それを用いた偏光板及び液晶表示装置 Download PDF

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JPWO2008018279A1
JPWO2008018279A1 JP2008528767A JP2008528767A JPWO2008018279A1 JP WO2008018279 A1 JPWO2008018279 A1 JP WO2008018279A1 JP 2008528767 A JP2008528767 A JP 2008528767A JP 2008528767 A JP2008528767 A JP 2008528767A JP WO2008018279 A1 JPWO2008018279 A1 JP WO2008018279A1
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忠宣 関矢
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Abstract

本発明は、生産性に優れ偏光散乱異方性を有し輝度向上機能を有する偏光板保護フィルム、更にこれを用いた偏光板及び液晶表示装置を提供する。この偏光板保護フィルムは、セルロースエステルからなる光学的連続相と、下記式(1)で定義されるアスペクト比が2以上のドメインとを含む偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムであって、該セルロースエステルのアセチル基置換度Xと、プロピオニル基置換度Yとが、下記式(2)及び式(3)で規定する条件を満たし、かつ該偏光板保護フィルムの製膜方向と各々のドメインの長軸方向とのなす角度の絶対値の平均値が、25°以内であることを特徴とする。式(1) アスペクト比=長軸径/短軸径(長軸径とはドメインの絶対最大長、短軸径は絶対最大長に平行な2本の直線で投影されたドメインの像を挟んだときの2直線間の距離)、式(2) 2.3≦X+Y≦2.8、式(3) 0.7≦Y≦2.3

Description

本発明は、生産性に優れた、偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム、及びこれを用いた偏光板、液晶表示装置に関する。
昨今、液晶テレビに代表されるような液晶表示装置の分野では、バックライトからの光エネルギーをいかに効率よく利用するかが、輝度を高める観点のみならず、消費電力を削減する観点からも、重要な技術課題となってきている。その意味で、通常、二色性偏光フィルムを光が透過する時点で吸収されてしまう50%(理論値)の部分をいかに効率的に利用出来るかがポイントとなってくる。
このような課題に対し、従来、いくつかの光利用効率を高めるための、所謂、輝度向上フィルムの検討がなされてきた。例えば、特許文献1に開示されているような、複屈折性を有する層と複屈折性のない層を積層し、屈折率を異らせることで薄膜干渉の原理を利用して反射させる軸と、屈折率差がなくそのまま透過する軸とを有することで偏光分離させるフィルムや、特許文献2に開示されているような、コレステリック液晶の円偏光二色性を利用した偏光分離フィルムなどが挙げられる。しかし、これらのフィルムは、いずれも製造難易度が高く、生産性が低いという欠点がある。また、特許文献3には、複屈折を有する光学的連続相中に、ポリマー粒子の分散相を含んでなる偏光散乱異方性を有するフィルムの開示があり、特許文献1と同様に複屈折性を利用して偏光分離させている。この技術は、先の特許文献1或いは特許文献2の技術と比較すると、若干製造難易度は下がるものの、なお複屈折性と屈折率を共に調整しなくてはならない為、難易度の高い技術が要求される。加えて、フィルム表面の平滑性が悪いため、二色性偏光フィルムとの一体化が困難という欠点も有しており、液晶表示装置分野における昨今のバックライト側部材数の削減ニーズに応えられるものではない。特願2006−111680号には、特許文献3の平滑性の悪さを改善し、偏光板保護フィルム機能と輝度向上機能が一体化した技術の開示がなされているが、複屈折を有する光学的連続相中にポリマー粒子の分散相を含有させ偏光散乱異方性を持たせる点で、特許文献3同様、複屈折性と屈折率を共に調整しなければならないという難易度の高い技術が要求されるという難点は残っている。
比較的生産性の高い偏光散乱異方性を有する偏光素子に関する情報として、特許文献4に開示されているような、例えば、酸化チタンのような針状の散乱粒子を特定方向に配向させて、樹脂中に分散させる技術が知られている。この技術では、UV硬化樹脂中に樹脂とは屈折率の異なる微細な針状粒子を分散させることで、粒子の長軸方向の偏光に対しては反射が発生し、粒子の短軸方向の偏光に対しては、光線の波長に対して粒子が十分に小さくレイリー散乱領域とすることにより反射させないことで、偏光散乱異方性を持たせている。しかしながら、特許文献4の実施例通り、特定UV硬化樹脂中に酸化チタン針状粒子を分散させる方法を追試しても、粒子凝集は十分に改善されず開示されているような輝度向上効果は得られなかった。また、特許文献4には光学的連続相としてのポリマー樹脂に関する記載は全くなく、実用化上重要な課題のひとつと思われるドメイン個々の分散性についての記載もない。更には、UV硬化樹脂と散乱粒子を使って作製した偏光板保護フィルム/二色性偏光フィルム/セルロースエステル系偏光板保護フィルムの順に積層した偏光板は、透湿度バランスが悪く、湿度環境変動での反りが生じ易く光漏れ等の問題が生じてしまう。
一方、偏光板保護フィルムにトリアセチルセルロースフィルムを使うことは極めて一般的だが、従来のセルロースエステルと上記特許文献群との単なる併用範疇では、分散性に優れたドメインを形成することは出来ず、十分な偏光散乱異方性を有し、液晶表示装置に用いられることで輝度向上機能を発現させることができる偏光板保護フィルムを提供することは困難であった。
特許第3621415号公報 特開2003−227933号公報 特表2000−506990号公報 特許第3090890号公報
従って、本発明の目的は、生産性に優れ、偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム、更にはこれを用いた偏光板及び液晶表示装置を提供することにある。
本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。
1.セルロースエステルからなる光学的連続相と、下記式(1)で定義されるアスペクト比が2以上のドメインとを含む偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムであって、該セルロースエステルのアセチル基置換度Xと、プロピオニル基置換度Yとが、下記式(2)及び式(3)で規定する条件を満たし、かつ該偏光板保護フィルムの製膜方向と各々のドメインの長軸方向とのなす角度の絶対値の平均値が、25°以内であることを特徴とする偏光板保護フィルム。
式(1)
アスペクト比=長軸径/短軸径
(ここで、長軸径とはドメイン中の絶対最大長を意味し、短軸径とは絶対最大長に平行な2本の直線で、投影されたドメインの像を挟んだときの2直線間の距離を意味する。)
式(2)
2.3≦X+Y≦2.8
式(3)
0.7≦Y≦2.3
2.前記光学的連続相と前記ドメインとの屈折率差の最小値が0.25以上であり、かつ前記ドメインの長軸径が400nm以上、10000nm以下であり、短軸径が50nm以上、390nm以下であることを特徴とする前記1に記載の偏光板保護フィルム。
3.前記ドメインが、表面改質剤により表面処理を施されている無機化合物であることを特徴とする前記1または2に記載の偏光板保護フィルム。
4.前記1乃至3のいずれか1項に記載の偏光板保護フィルム/二色性偏光フィルム/偏光板保護フィルムBの順で一体化された偏光板であって、該二色性偏光フィルムの吸収軸が、前記偏光板保護フィルムの長手方向にあることを特徴とする偏光板。
5.前記4に記載の偏光板を用い、かつ前記1乃至3のいずれか1項に記載の偏光板保護フィルムがバックライト側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
本発明の目的は、生産性に優れ、偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム、更にはこれを使った偏光板及び液晶表示装置を提供することにある。
本発明に係るセルロースエステルを主体とした光学的連続相とドメインとを含む偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムの一例を示す模式図である。 溶液流延製膜方法のドープ調製工程、流延工程及び乾燥工程の一例を模式的に示した図である。 本発明に好ましい液晶表示装置の一例を示す構成図である。
符号の説明
1、10 溶解釜
3、6、12、15 濾過器
4、13 ストックタンク
5、14 送液ポンプ
8、16 導管
20 合流管
21 混合機
30 ダイス
31 金属支持体
32 ウェブ
33 剥離位置
34 テンター装置
35 ロール乾燥装置
60 偏光板
61 本発明の偏光板保護フィルム
62 二色性偏光子
63 偏光板保護フィルムB
64 光拡散板
65 導光板
66 バックライト
67 液晶表示パネル
68 視認側偏光板
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。
偏光散乱異方性を有するフィルム(以下、輝度向上フィルムともいう)は、例えば、特表平11−509014号公報に開示されているように、所定の偏光を選択的に透過し、他の偏光を選択的に散乱することが可能であり、液晶表示装置中に用いる際には、散乱光を再利用することにより輝度を向上することが出来るフィルムをいう。
本発明の偏光板保護フィルムは、偏光散乱異方性を有し、液晶表示装置中に用いることで輝度を向上させることができるフィルムであり、セルロースエステルからなる光学的連続相と、下記式(1)で定義されるアスペクト比が2以上の光学的異方性を有するドメインとを含み、該セルロースエステルのアセチル基置換度Xと、プロピオニル基置換度Yとが、下記式(2)及び式(3)で規定する条件を満たし、かつ該偏光板保護フィルムの製膜方向と各々のドメインの長軸方向とのなす角度の絶対値の平均値が、25°以内であることを特徴とする。
式(1)
アスペクト比=長軸径/短軸径
上記式(1)において、長軸径とはドメイン中の絶対最大長を意味し、短軸径とは絶対最大長に平行な2本の直線で、投影されたドメインの像を挟んだときの2直線間の距離を意味する。
式(2)
2.3≦X+Y≦2.8
式(3)
0.7≦Y≦2.3
更に、前記偏光板保護フィルムに含まれる光学的連続相とドメインとの屈折率差の最小値が、0.25以上であることが好ましく、また前記ドメインの長軸径が400nm〜10000nm、短軸径が50nm〜390nmであることが好ましく、前記ドメインが表面改質剤により表面処理を施されている無機化合物であることが好ましい。
以下、本発明を詳細に説明する。
(光学的連続相/ドメイン)
本発明において、光学的連続相とは、ポリマーフィルムの各部位の屈折率がほぼ一定で連続している相をいい、該屈折率の各部位のばらつきは0.01未満である相をいう。好ましくは、屈折率のばらつきは0.005以下であり、特に好ましくは0.001以下である。また、本発明において、ドメインとは、前述の光学的連続相と同じフィルム中に存在し、かつ、該光学的連続相とは異なる屈折率を有する個々に独立した領域を意味する。本発明でいう「異なる屈折率」とは、ドメインのいずれかの軸での屈折率と光学的連続相の屈折率との差が、0.02以上であることを意味する。ドメイン自身は複屈折率を有していても有していなくても構わない。
本発明に係るドメインは、下記式(1)で表されるアスペクト比が2以上のものである。
式(1)
アスペクト比=長軸径/短軸径
上記式(1)において、長軸径とはドメイン中の絶対最大長を意味し、短軸径とは絶対最大長に平行な2本の直線で、投影されたドメインの像を挟んだときの2直線間の距離を意味する。
本発明に係るドメインは、前記式で定義されるアスペクト比が2以上の粒子であり、該アスペクト比は、後述するようにドメインの配向を高める意味で、アスペクト比が3〜100の範囲であることが好ましく、より好ましくは5〜50の範囲であり、特に好ましくは10〜30の範囲である。
アスペクト比が2以上のドメインであれば、十分に配向を高めることができ、結果として後述の偏光散乱異方性が強く、十分な輝度向上効果を得ることができ、好ましい。
フィルム中のドメインの長軸径/短軸径は、電子顕微鏡によって観察した画像データを用いて求めることが出来る。
例えば、作製したフィルムを、透過型電子顕微鏡用いて2万倍で撮影し、その画像をキャノン(株)製のスキャナCanoScan FB 636Uを用い、300dpi(本発明でいうdpiとは、2.54cmあたりのドット数を表す。) モノクロ256階調で読み込み、読み込んだ画像はエプソンダイレクト(株)製のパソコンであるEndeavor Pro720L(CPU;Athlon−1GHz、メモリ;512MB)にインストールした画像処理ソフトWinROOF ver3.60(三谷商事(株)製)に取り込む。取り込んだ画像についてドメインの画像抽出を行い、ドメインの画像抽出後の画面で300個以上のドメインがあることを確認し、もし抽出が十分でない場合は検出レベルの手動調整を行い、300個以上のドメインが検出、抽出されるよう調整を行う。このようにして抽出処理した画像データの各々のドメインについて、長軸径/短軸径の測定を行い、ドメイン個数平均のアスペクト比を算出することが出来る。この際、必ずしもドメインの形状は以下の例に示すような粒子の個々の姿を反映しているとは限らない。本発明において、複数の構成粒子からなる凝集体は1つのドメインとみなす。また不定形をなすドメインの場合は、ドメインの絶対最大長を長軸径に持ち、ドメイン投影面積と同面積の楕円に変換した上で、先述の定義に従い短軸径を求めることとする。
ドメインとしては、例えば、無機粒子または有機系化合物からなる粒子を用いることが出来る。
無機粒子としては、例えば、TiO2(ルチル型、アナターゼ型、あるいはこれらの混晶等)、珪酸カルシウム(ウォラストナイト、ゾノトライト等)、チタン酸カリウム、硼酸アルミニウム、塩基性硫酸マグネシウム、ガラスファイバーなどが挙げられる。
有機系化合物からなる粒子としては、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂及びアクリル樹脂よりなるポリマー粒子を挙げることが出来る。特にシリコーン樹脂が好ましく、三次元の網状構造を有するもの等が好ましい。これらの無機粒子またはポリマー粒子の1種のみをドメインとすることも出来るし、複数種のものをドメインとして同一フィルムに使用することも可能である。
本発明においては、ドメインは後述する表面改質剤により表面処理を施されている無機化合物であることが好ましい。
ドメインのサイズは、ドメインの長軸径が400nm〜10000nmで、短軸径が50nm〜390nmであることが、偏光散乱異方性を高める点で好ましい。
ドメインの屈折率は、1.3〜3.0の範囲内にあるものが好ましい。また、光学的連続相とドメインの屈折率差の最小値は0.02以上であり、好ましくは0.25以上、更に好ましくは0.5以上であることが偏光散乱異方性を高める点で好ましい。
本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムには、該ドメインが0.1体積%以上含有されていることが好ましく、含有率の好ましい態様はドメイン種やそのサイズにより各々のケースで異なるが、屈折率が2.0以上のドメインの場合、5体積%以下にすることが好ましく、屈折率が1.3〜2.0未満の粒ドメインの場合、20体積%以下にすることが好ましい。
本発明に係るドメインとして用いる粒子は、セルロースエステル樹脂との親和性やフィルム製造過程での有機溶剤との親和性を向上させる目的で、種々の表面処理を施しておくことが好ましい。
十分に乾燥させ水分を除去した粒子に対し、脂肪酸系、油脂系、界面活性剤系、ワックス系、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、カルボン酸系カップリング剤、リン酸系カップリング剤、高分子系等の各種改質剤を利用出来る。
処理方法も、脂肪酸や金属塩、界面活性剤等で表面を被覆させるコーティング法や、粒子表面にカップリング剤を結合させるトポケミカル法、更には、粒子粉砕工程で有機処理剤を添加していくメカノケミカル法や、モノマーを粒子表面上で重合或いはグラフト重合で粒子表面をポリマーでまぶすカプセル法など様々な方法がある。
どのような改質剤を使ってどのような方法で粒子表面を処理するかは、粒子種とセルロースエステル系樹脂の組合せによって若干異なるが、脂肪酸系改質剤を使ったコーティング処理法或いは各種シランカップリング剤によるトポケミカル処理法が、一般的には好ましい。
上記表面処理した粒子をセルロースエステル系樹脂中に分散させる方法としては、大きく分けて分散機を使用する方法と混練機を使用する方法の2つがある。
前者は、更にメディア分散とメディアレス分散に分けられる。メディア分散としては、例えば、ボールミル、サンドミル、ダイノミル等の分散機によるものが挙げられ、メディアレス分散としては、例えば、超音波型、遠心型、高圧型等が挙げられる。本発明では、各種ミル分散或いは、混練機を使用した分散が好ましい。混練方法としては、ロータが1本或いは2本の押出機を用い、ホッパから樹脂を投入し、ある程度粘度が低下したところで、サイドから粒子を投入する方法をとることで、粒子の破損を最小限に抑えかつ混練性を高めることが出来る。ミル分散方法としては、ビーズ径が0.1mm以下のものを使用することで、粒子の破損、再凝集を抑えつつ、分散性に優れたドメインが得られるため、好ましい。
(偏光散乱異方性)
本発明の偏光板保護フィルムは、偏光散乱異方性を有することを特徴とする。ここで、偏光散乱異方性を有するとは、本発明においては、以下の定義とする。即ち、直線偏光化された入射光を用いて、偏光板保護フィルムの全透過光量を測定する際、該入射光電場振動軸と該偏光板保護フィルムの製膜方向の軸とがなす角度θを、該偏光板保護フィルム平面内で変化させたとき、全透過光量の最大値と最小値との比(最大値/最小値)が1.2以上であるとき、該偏光板保護フィルムは、偏光散乱異方性を有すると定義する。
この値を求めるには、例えば、日本電色工業株式会社製NDH2000のような曇り度計を用い、測定対象である偏光板保護フィルムに入射光が当たる手前に、ヨウ素含有ポリビニルアルコール偏光フィルムなどを挿入して入射光を直線偏光化し、該偏光板保護フィルムを、入射光を法線とした状態で回転角度を変化させながら各々の位置で全透過光量を測定し、その最大値と最小値を求めることで容易に算出することが出来る。本発明における偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムの上記測定方法による全透過光量の最大値/最小値比は、1.2以上であり、より輝度向上効果を高める上では1.5以上であることが好ましく、2.0以上であることが更に好ましい。
本発明において、偏光板保護フィルムの偏光散乱異方性を持たせる手段としては、本発明に係るアスペクト比2以上のドメインを種々の方法により特定方向に配向させることが有効である。本発明に係るドメインを配向させる方法としては、例えば、ドメインが均一に分散されたフィルムの場合、これを一方向に延伸する方法がある。特に、製膜方向にフィルムが延伸される製造条件とすることは、別途延伸工程を設ける必要がなく、簡易な方法でドメインを配向させることができるため好ましい。また、フィルムを作製する段階では、高アスペクト比の粒子の使用、或いは粒子と樹脂を含む液の粘度やダイス形状を調整することにより、高アスペクト比の粒子にかかるせん断応力を高める方法により、より特定方向への配向を高めることが出来る。更には、フィルムとして完全に固化する前のある程度流動性がある段階で、例えば、溶融押出法を用いてフィルムを作製する場合は押出す速度に対し、フィルムの巻き取り速度を高める方法や、流動性のあるままで一方向にずり応力を与えた後に固化させる方法などで、延伸と同様の効果を得ることが出来る。また、ドメインに磁場異方性或いは電場異方性がある場合は、一方向に磁場或いは電場をかけながら支持基体中で固化させる方法なども利用出来る。これら種々の方法を任意に併用することも好ましい。
このような方法で偏光散乱異方性を持たせることにより、偏光度合いを大幅に向上させることが可能だが、液晶ディスプレイでの液晶セルに対しバックライト側にある偏光板を、本発明の偏光板にすることで、所謂、輝度向上の効果を発現する。
(配向角)
本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムの、製膜方向と各々のドメインの長軸方向とのなす角度の絶対値(0°〜90°が取り得る値)の平均値と定義するところの配向角は、偏光散乱異方性を高める意味で、小さい値であることが要求される。ここで、具体的な配向角の求め方としては、透過型電子顕微鏡を用い、フィルム切片の製膜方向の位置を決めた後、この軸と各ドメイン300個との各々の角度を測定、これらの合計を個数平均して求める方法を採用する。本発明において、該偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムのドメインの配向角は、25°以内であって、より輝度向上効果を高める上では、15°以内であること好ましく、5°以内であることが特に好ましい。
(二色性偏光フィルム)
本発明に係る二色性偏光フィルムとは、特に限定はなく、一般的な二色性偏光フィルムを用いることができる。一般的に二色性偏光フィルムとは、2枚の偏光板保護フィルム内に挟まれた二色性の偏光子であり、最大で入射光の半分の強度で、殆ど完全に平面偏光となる光を通す。通常、二色性の偏光子を構成する材料粒子は、結晶もしくは分子が同じ方向に配向されている。液晶表示装置用の二色性偏光フィルムとしては、代表的には、ポリビニルアルコールをヨウ素または二色性染料で着色し一軸延伸することで得られる。
図1は、本発明に係るセルロースエステルを主体とした光学的連続相とアスペクト比が2以上のドメインとを含む偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムの模式図である。
図1において、セルロースエステルを主体とした光学的連続相1に、アスペクト比が2以上のドメインが偏光板保護フィルムの長手方向(製膜方向もしくはMD方向)に大凡一定方向に並んでいる状態を示している。光学的連続相(樹脂)の屈折率をn1、ドメインの長軸方向の屈折率をn2、ドメインの短軸方向の屈折率をn3とした時、n1=n3、n2>n3である時、ドメインの短軸方向に平行な偏光は透過し、長軸方向に平行な偏光は散乱する。透過した偏光は光吸収型偏光子の透過軸と平行であれば該偏光子を透過することになる。但し、本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムは、上記屈折率の関係に限定されるものではなく、例えば、n2>n3>n1かつn3−n1≧0.5のような関係においても、ドメインの短軸径が光源波長に対し十分短い長さ(所謂レイリー散乱領域)であれば、同様の偏光散乱異方性を発現し得る。この場合、ドメインの短軸径の目安としては、50nm〜390nmが好ましい。
(セルロースエステル)
本発明に係る光学的連続相は、セルロースエステルからなることが特徴である。
特に、本発明で用いられるセルロースエステルは、アセチル基置換度Xとプロピオニル基置換度Yが下記式(2)及び式(3)で規定する条件を満たすセルロースアセテートプロピオネートであることが特徴である。
式(2)
2.3≦X+Y≦2.8
式(3)
0.7≦Y≦2.3
これらアシル基置換度は、ASTM−D817−96に規定の方法に準じて測定することが出来る。
本発明者らの検討によれば、驚くべきことに総アシル基置換度(X+Y)、プロピオニル基置換度(Y)を上記範囲にすることにより、フィルム中のドメインの分散性が非常に優れたものになることが見出された。この理由は定かではないが、セルロースアセテートプロピオネートの疎水性/親水性のバランスをある範囲に制御することで、該セルロースアセテートプロピオネートが、製膜過程でのドメインと有機溶剤の親和性を最大限に高める分散剤の働きをするのではないかと推定している。現に、プロピオニル基置換度(Y)が、Y<0.7でも、Y>2.3でも、ドメインの分散性は劣る。また、これとは別に、Y>2.3では二色性偏光フィルムとの接着性が劣化するという問題もある。
本発明に係るセルロースエステルの原料である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、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エステルは、それぞれ単独で、または任意の割合で混合して使用することが出来る。
本発明に係るセルロースエステルは、セルロース原料のアシル化剤が酸無水物(例えば、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反応が行われる。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号に記載の方法で合成することが出来る。セルロースエステルはアシル基がセルロース分子の水酸基に反応する。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あたり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。
本発明に係るセルロースエステルの一種であるセルロースアセテートプロピオネートの製造法の一例を下記に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
〈セルロースアセテートプロピオネートの合成例〉
特表平6−501040号公報の例Bを参考にして合成した。
以下のような混合液A〜Eを調製した。
A:プロピオン酸:濃硫酸=5:3(質量比)
B:酢酸:純水=3:1(質量比)
C:酢酸:純水=1:1(質量比)
D:酢酸:純水:炭酸マグネシウム=12:11:1(質量比)
E:純水14.6kg中に、炭酸カリウム0.5モル、クエン酸1.0モルを溶解した水溶液
機械式攪拌機を備えた反応容器に、綿花から精製したセルロース100質量部、酢酸317質量部、プロピオン酸67質量部を添加し、55℃で30分間攪拌した。反応容器の温度を30℃に低下させた後、混合液Aを2.3質量部添加し、30分間攪拌した。反応容器の温度を−20℃に冷却した後、無水酢酸100質量部及び無水プロピオン酸250質量部を添加し、1時間攪拌した。反応容器の温度を10℃に昇温した後、溶液Aを4.5質量部添加し、60℃に昇温して3時間攪拌した。さらに混合液Bを533質量部添加し、17時間攪拌した。さらに混合液Cを333質量部、混合液Dを730質量部添加し、15分間攪拌した。不溶物を濾過した後、溶液を攪拌しながら、沈殿物の生成が終了するまで水を添加した後、生成した白色沈殿を濾過した。得られた白色固体は、洗浄液が中性になるまで純水で洗浄した。この湿潤生成物に、混合液Eを1.8質量部添加し、次いで真空下70℃で3時間乾燥し、セルロースアセテートプロピオネートを得た。
得られたセルロースエステルの置換度を、ASTM−D817−96に基づいて算出した結果、アセチル基による置換度が2.08、プロピオニル基による置換度が0.72であった。また前記の条件でGPCを測定したところ、Mnが92000、Mwが156000、Mw/Mnは1.7であった。
なお、合成されたセルロースエステルは、精製して低分子量成分を除去すること、未酢化の成分を濾過で取り除くことも好ましく行われる。
本発明に用いられるセルロースエステルの分子量は、重量平均分子量(Mw)で50000〜350000のものが用いられる。60000〜300000のものが更に好ましく、80000〜250000が特に好ましい。
アセチルセルロースの場合、酢化率を上げようとすれば、酢化反応の時間を延長する必要がある。但し、反応時間を余り長くとると分解が同時に進行し、ポリマー鎖の切断やアセチル基の分解等が起り、好ましくない結果をもたらす。従って、酢化度を上げ、分解をある程度抑えるためには、反応時間はある範囲に設定することが必要である。反応時間で規定することは、反応条件がさまざまであり、反応装置や設備その他の条件で大きく変わるので適切でない。ポリマーの分解が進むにつれ、分子量分布が広くなっていくので、セルロースエステルの場合にも、分解の度合いは通常用いられる重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の値で規定出来る。即ち、セルローストリアセテートの酢化の過程で、余り長過ぎて分解が進み過ぎることがなく、かつ酢化には十分な時間酢化反応を行わせるためには、反応度合いの一つの指標として重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)の値を用いることが出来る。
本発明で用いられるセルロースエステルは、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比、Mw/Mnが、前記のように1.4〜3.9であることが好ましく、更に好ましくは1.6〜3.5の範囲である。
セルロースエステルの平均分子量及び分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCともいう)を用いて公知の方法で測定することが出来る。これを用いて数平均分子量、重量平均分子量を測定する。
測定条件は以下の通りである。
〈ゲルパーミエーションクロマトグラフィー:GPCによる分子量測定〉
GPCによる数平均分子量の測定方法は、試料固形分濃度が0.1%となるようにテトラヒドロフランを用いて希釈した。粒子を含むためフィルターを用いて粒子を除去し、カラム温度25℃で、以下の条件により測定を行った。
カラム;東ソー社製TSKgelG5000HXL−TSKgelG2000H XL
溶離液;THF(テトラヒドロフラン)
ポンプ;L6000(日立製作所(株)製)
流量 :1.0ml/min
検出 ;RI Model 504(GLサイエンス社製)
試料濃度;0.8%
標準試料・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する。13サンプルは、ほぼ等間隔にすることが好ましい。
また、セルロースエステルは、セルロースエステル中の微量金属成分によっても影響を受ける。これらは製造工程で使われる水に関係していると考えられるが、不溶性の核となり得るような成分は少ない方が好ましく、鉄、カルシウム、マグネシウム等の金属イオンは、有機の酸性基を含んでいる可能性のあるポリマー分解物等と塩形成することにより不溶物を形成する場合があり、少ないことが好ましい。鉄(Fe)成分については、1ppm以下であることが好ましい。カルシウム(Ca)成分については、地下水や河川の水等に多く含まれ、これが多いと硬水となり、飲料水としても不適当であるが、カルボン酸や、スルホン酸等の酸性成分と、また多くの配位子と配位化合物、即ち錯体を形成しやすく、多くの不溶なカルシウムに由来するスカム(不溶性の澱、濁り)を形成する。
カルシウム(Ca)成分は60ppm以下、好ましくは0〜30ppmである。マグネシウム(Mg)成分については、やはり多過ぎると不溶分を生ずるため、0〜70ppmであることが好ましく、特に0〜20ppmであることが好ましい。鉄(Fe)分の含量、カルシウム(Ca)分含量、マグネシウム(Mg)分含量等の金属成分は、絶乾したセルロースエステルをマイクロダイジェスト湿式分解装置(硫硝酸分解)、アルカリ溶融で前処理を行った後、ICP−AES(誘導結合プラズマ発光分光分析装置)を用いて分析を行うことによって求めることが出来る。
(有機溶媒)
セルロースエステルを溶解し、セルロースエステル溶液またはドープ形成に有用な有機溶媒としては、塩素系有機溶媒と非塩素系有機溶媒がある。塩素系の有機溶媒としては、メチレンクロライド(塩化メチレン)を挙げることが出来、セルロースエステル、特にセルローストリアセテートの溶解に適している。昨今の環境問題から非塩素系有機溶媒の使用が検討されている。非塩素系有機溶媒としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、アセトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、シクロヘキサノン、ギ酸エチル、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、ニトロエタン等を挙げることが出来る。これらの有機溶媒をセルローストリアセテートに対して使用する場合には、常温での溶解方法も使用可能であるが、高温溶解方法、冷却溶解方法、高圧溶解方法等の溶解方法を用いることにより不溶解物を少なくすることが出来るので好ましい。セルローストリアセテート以外のセルロースエステルに対しては、メチレンクロライドを用いることは出来るが、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトンが好ましく使用される。特に酢酸メチルが好ましい。本発明において、上記セルロースエステルに対して良好な溶解性を有する有機溶媒を良溶媒といい、また溶解に主たる効果を示し、その中で大量に使用する有機溶媒を主(有機)溶媒または主たる(有機)溶媒という。
本発明に用いられるドープには、上記有機溶媒の他に、1〜40質量%の炭素原子数1〜4のアルコールを含有させることが好ましい。これらは、ドープを金属支持体に流延後、溶媒が蒸発をし始めアルコールの比率が多くなると、ドープ膜(ウェブ)がゲル化し、ウェブを丈夫にし、金属支持体から剥離することを容易にするゲル化溶媒として用いることができ、これらの割合が少ない時は非塩素系有機溶媒のセルロースエステルの溶解を促進する役割もある。炭素原子数1〜4のアルコールとしては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノールを挙げることが出来る。これらのうち、ドープの安定性に優れ、沸点も比較的低く、乾燥性もよいこと等からエタノールが好ましい。これらの有機溶媒は、単独ではセルロースエステルに対して溶解性を有していないので貧溶媒という。
ドープ中のセルロースエステルの濃度は15〜30質量%、ドープ粘度は100〜500Pa・sの範囲に調製されることが、良好なフィルム面品質を得る上で好ましい。
ドープ中に添加される添加剤としては、可塑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、染料、微粒子等がある。本発明において、微粒子以外の添加剤については、セルロースエステル溶液の調製の際に添加してもよいし、微粒子分散液の調製の際に添加してもよい。液晶画像表示装置に使用する偏光板には、耐熱耐湿性を付与する可塑剤、酸化防止剤や紫外線吸収剤等を添加することが好ましい。下記に添加剤を説明する。
(可塑剤)
本発明に係る偏光板保護フィルムもしくは後述する偏光板保護フィルムBには、所謂可塑剤として知られる化合物を、機械的特性向上、柔軟性付与、耐吸水性付与、水蒸気透過率低減、リターデーション調整等の目的で添加することが好ましく、例えば、リン酸エステルやカルボン酸エステルが好ましく用いられる。
リン酸エステルとしては、例えば、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、フェニルジフェニルホスフェート等を挙げることが出来る。
カルボン酸エステルとしては、フタル酸エステル及びクエン酸エステル等、フタル酸エステルとして、例えば、ジメチルフタレート、ジエチルホスフェート、ジオクチルフタレート及びジエチルヘキシルフタレート等、また、クエン酸エステルとしては、例えば、クエン酸アセチルトリエチル及びクエン酸アセチルトリブチルを挙げることが出来る。またその他、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、セバチン酸ジブチル、トリアセチン等も挙げられる。アルキルフタリルアルキルグリコレートもこの目的で好ましく用いられる。アルキルフタリルアルキルグリコレートのアルキルは炭素原子数1〜8のアルキル基である。アルキルフタリルアルキルグリコレートとしては、例えば、メチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルプロピルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、オクチルフタリルオクチルグリコレート、メチルフタリルエチルグリコレート、エチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルプロピルグリコレート、プロピルフタリルエチルグリコレート、メチルフタリルプロピルグリコレート、メチルフタリルブチルグリコレート、エチルフタリルブチルグリコレート、ブチルフタリルメチルグリコレート、ブチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルブチルグリコレート、ブチルフタリルプロピルグリコレート、メチルフタリルオクチルグリコレート、エチルフタリルオクチルグリコレート、オクチルフタリルメチルグリコレート、オクチルフタリルエチルグリコレート等を挙げることが出来、メチルフタリルメチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート、プロピルフタリルプロピルグリコレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、オクチルフタリルオクチルグリコレートが好ましく用いられる。またこれらアルキルフタリルアルキルグリコレートを2種以上混合して使用してもよい。
また、多価アルコールエステルも好ましく用いられる。
本発明に用いられる多価アルコールは、下記一般式(1)で表される。
一般式(1)
1−(OH)n
上記一般式(1)において、R1はn価の有機基、nは2以上の正の整数、OH基はアルコール性またはフェノール性水酸基を表す。
多価アルコールエステル系可塑剤は、2価以上の脂肪族多価アルコールとモノカルボン酸のエステルよりなる可塑剤であり、分子内に芳香環またはシクロアルキル環を有することが好ましい。好ましくは2〜20価の脂肪族多価アルコールエステルである。
好ましい多価アルコールの例としては、以下のようなものを挙げることが出来るが、本発明はこれらに限定されるものではない。アドニトール、アラビトール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ジブチレングリコール、1,2,4−ブタントリオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ヘキサントリオール、ガラクチトール、マンニトール、3−メチルペンタン−1,3,5−トリオール、ピナコール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、キシリトール等を挙げることが出来る。特に、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、キシリトールが好ましい。
多価アルコールエステルに用いられるモノカルボン酸としては、特に制限はなく、公知の脂肪族モノカルボン酸、脂環族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸等を用いることが出来る。脂環族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸を用いると透湿性、保留性を向上させる点で好ましい。
好ましいモノカルボン酸の例としては、以下のようなものを挙げることが出来るが、本発明はこれに限定されるものではない。
脂肪族モノカルボン酸としては、炭素数1〜32の直鎖または側鎖を有する脂肪酸を好ましく用いることが出来る。炭素数は1〜20であることが更に好ましく、1〜10であることが特に好ましい。酢酸を含有させるとセルロースエステルとの相溶性が増すため好ましく、酢酸と他のモノカルボン酸を混合して用いることも好ましい。
好ましい脂肪族モノカルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、2−エチル−ヘキサン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等の飽和脂肪酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸等を挙げることが出来る。
好ましい脂環族モノカルボン酸の例としては、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸、またはそれらの誘導体を挙げることが出来る。
好ましい芳香族モノカルボン酸の例としては、安息香酸、トルイル酸等の安息香酸のベンゼン環にアルキル基を導入したもの、ビフェニルカルボン酸、ナフタレンカルボン酸、テトラリンカルボン酸等のベンゼン環を2個以上有する芳香族モノカルボン酸、またはそれらの誘導体を挙げることが出来る。特に安息香酸が好ましい。
多価アルコールエステルの分子量は、特に制限はないが、300〜1500であることが好ましく、350〜750であることが更に好ましい。分子量が大きい方が揮発し難くなるため好ましく、透湿性、セルロースエステルとの相溶性の点では小さい方が好ましい。
多価アルコールエステルに用いられるカルボン酸は、1種類でもよいし、2種以上の混合であってもよい。また、多価アルコール中のOH基は、全てエステル化してもよいし、一部をOH基のままで残してもよい。
以下に、本発明に用いられる多価アルコールエステル系可塑剤の具体的化合物を示すが、本発明はこれに限定されない。
これらの化合物は、セルロースエステルに対して1〜30質量%、好ましくは1〜20質量%となるように含まれていることが好ましい。また、延伸及び乾燥中のブリードアウト等を抑制させるため、200℃における蒸気圧が1400Pa以下の化合物であることが好ましい。
これらの化合物は、セルロースエステル溶液の調製の際に、セルロースエステルや溶媒と共に添加してもよいし、溶液調製中や調製後に添加してもよい。
更に本発明では、下記一般式(2)で表される芳香族末端エステル系可塑剤を用いることが好ましい。
一般式(2)
B−(G−A)n−G−B
上記一般式(2)において、Bはベンゼンモノカルボン酸残基、Gは炭素数2〜12のアルキレングリコール残基または炭素数6〜12のアリールグリコール残基または炭素数が4〜12のオキシアルキレングリコール残基、Aは炭素数4〜12のアルキレンジカルボン酸残基または炭素数6〜12のアリールジカルボン酸残基を表し、またnは1以上の整数を表す。
一般式(2)において、Bで示されるベンゼンモノカルボン酸残基とGで示されるアルキレングリコール残基またはオキシアルキレングリコール残基またはアリールグリコール残基、Aで示されるアルキレンジカルボン酸残基またはアリールジカルボン酸残基とから構成されるものであり、通常のポリエステル系可塑剤と同様の反応により得られる。
本発明に用いられる芳香族末端エステル系可塑剤のベンゼンモノカルボン酸成分としては、例えば、安息香酸、パラターシャリブチル安息香酸、オルソトルイル酸、メタトルイル酸、パラトルイル酸、ジメチル安息香酸、エチル安息香酸、ノルマルプロピル安息香酸、アミノ安息香酸、アセトキシ安息香酸等があり、これらはそれぞれ1種または2種以上の混合物として使用することが出来る。
本発明に用いられる芳香族末端エステル系可塑剤の炭素数2〜12のアルキレングリコール成分としては、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(ネオペンチルグリコール)、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール(3,3−ジメチロ−ルペンタン)、2−n−ブチル−2−エチル−1,3プロパンジオール(3,3−ジメチロールヘプタン)、3−メチル−1,5−ペンタンジオール1,6−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル1,3−ペンタンジオール、2−エチル1,3−ヘキサンジオール、2−メチル1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−オクタデカンジオール等があり、これらのグリコールは、1種または2種以上の混合物として使用される。
また、芳香族末端エステルの炭素数4〜12のオキシアルキレングリコール成分としては、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール等があり、これらのグリコールは、1種または2種以上の混合物として使用出来る。
また、芳香族末端エステルの炭素数6〜12のアリールグリコール成分としては、例えば、ハイドロキノン、レゾルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノール等があり、これらのグリコールは、1種または2種以上の混合物として使用出来る。
芳香族末端エステルの炭素数4〜12のアルキレンジカルボン酸成分としては、例えば、コハク酸、マレイン酸、フマール酸、グルタール酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等があり、これらは、それぞれ1種または2種以上の混合物として使用される。炭素数6〜12のアリールジカルボン酸成分としては、フタル酸、テレフタル酸、1,5ナフタレンジカルボン酸、1,4ナフタレンジカルボン酸等がある。
芳香族末端エステル系可塑剤は、数平均分子量が、好ましくは300〜2000、より好ましくは500〜1500の範囲が好適である。また、その酸価は、0.5mgKOH/g以下、水酸基価は25mgKOH/g以下、より好ましくは酸価0.3mgKOH/g以下、水酸基価は15mgKOH/g以下のものが好適である。
〈芳香族末端エステルの酸価、水酸基価〉
酸価とは、試料1g中に含まれる酸(分子末端に存在するカルボキシル基)を中和するために必要な水酸化カリウムのミリグラム数をいう。酸価及び水酸基価は、JIS K0070(1992)に準拠して測定したものである。
以下、本発明に用いられる芳香族末端エステル系可塑剤の合成例を示す。
〈サンプルNo.1(芳香族末端エステルサンプル)〉
反応容器に、フタル酸820部(5モル)、1,2−プロピレングリコール608部(8モル)、安息香酸610部(5モル)及び触媒としてテトライソプロピルチタネート0.30部を一括して仕込み窒素気流中で攪拌下、還流凝縮器を付して過剰の1価アルコールを還流させながら、酸価が2以下になるまで130〜250℃で加熱を続け、生成する水を連続的に除去した。次いで、200〜230℃で6.65×103Pa〜最終的に4×102Pa以下の減圧下、留出分を除去し、この後濾過して次の性状を有する芳香族末端エステルを得た。
粘度(25℃、mPa・s);19815
酸価 ;0.4
〈サンプルNo.2(芳香族末端エステルサンプル)〉
反応容器に、アジピン酸500部(3.5モル)、安息香酸305部(2.5モル)、ジエチレングリコール583部(5.5モル)及び触媒としてテトライソプロピルチタネート0.45部を用いる以外はサンプルNo.1と全く同様にして次の性状を有する芳香族末端エステルを得た。
粘度(25℃、mPa・s);90
酸価 ;0.05
〈サンプルNo.3(芳香族末端エステルサンプル)〉
反応容器にフタル酸410部(2.5モル)、安息香酸610部(5モル)、ジプロピレングリコール737部(5.5モル)及び触媒としてテトライソプロピルチタネート0.40部を用いる以外はサンプルNo.1と全く同様にして次の性状を有する芳香族末端エステル系可塑剤を得た。
粘度(25℃、mPa・s);43400
酸価 ;0.2
以下に、本発明に用いられる芳香族末端エステル系可塑剤の具体的化合物を示すが、本発明はこれに限定されない。
本発明に用いられる芳香族末端エステル系可塑剤の含有量は、セルロースエステルフィルム中に1〜20質量%含有することが好ましく、特に3〜11質量%含有することが好ましい
(紫外線吸収剤)
本発明の偏光板保護フィルムには、紫外線吸収剤を含有させることが出来る。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、トリアジン系化合物等を挙げることが出来るが、着色の少ないベンゾトリアゾール系化合物が好ましい。また、特開平10−182621号、同8−337574号、特開2001−72782号公報に記載の紫外線吸収剤、特開平6−148430号、特開2002−31715号、同2002−169020号、同2002−47357号、同2002−363420号、同2003−113317号公報に記載の高分子紫外線吸収剤も好ましく用いられる。紫外線吸収剤としては、偏光子や液晶の劣化防止の観点から、波長370nm以下の紫外線の吸収能に優れており、かつ、液晶表示性の観点から、波長400nm以上の可視光の吸収が少ないものが好ましい。
本発明に有用な紫外線吸収剤の具体例として、2−(2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−ブチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−(3″,4″,5″,6″−テトラヒドロフタルイミドメチル)−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2−メチレンビス(4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール)、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−(直鎖及び側鎖ドデシル)−4−メチルフェノール、オクチル−3−〔3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−(クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル〕プロピオネートと2−エチルヘキシル−3−〔3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−(5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル〕プロピオネートの混合物等を挙げることが出来るが、これらに限定されない。また、市販品として、チヌビン(TINUVIN)109、チヌビン(TINUVIN)171、チヌビン(TINUVIN)326(何れもチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)を好ましく使用出来る。高分子紫外線吸収剤としては、大塚化学社製の反応型紫外線吸収剤RUVA−93を例として挙げることが出来る。
ベンゾフェノン系化合物の具体例として、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2′−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノン、ビス(2−メトキシ−4−ヒドロキシ−5−ベンゾイルフェニルメタン)等を挙げることが出来るが、これらに限定されない。
本発明で好ましく用いられる上記記載の紫外線吸収剤は、透明性が高く、偏光板や液晶素子の劣化を防ぐ効果に優れた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く用いられる。
紫外線吸収剤のドープへの添加方法は、ドープ中で紫外線吸収剤を溶解するようなものであれば、制限なく使用出来るが、本発明においては紫外線吸収剤をメチレンクロライド、酢酸メチル、ジオキソラン等のセルロースエステルに対する良溶媒、または良溶媒と低級脂肪族アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等)のような貧溶媒との混合有機溶媒に溶解し紫外線吸収剤溶液としてセルロースエステル溶液に添加してドープとする方法が好ましい。この場合できるだけドープ溶媒組成と紫外線吸収剤溶液の溶媒組成とを同じとするか近づけることが好ましい。紫外線吸収剤の含有量は0.01〜5質量%、特に0.5〜3質量%である。
(酸化防止剤)
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系の化合物が好ましく用いられ、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサンジオール−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、2,2−チオ−ジエチレンビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N′−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト等が挙げられる。特に2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕が好ましい。また例えば、N,N′−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル〕ヒドラジン等のヒドラジン系の金属不活性剤やトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト等のリン系加工安定剤を併用してもよい。これらの化合物の添加量は、セルロースエステル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。
(マット剤)
本発明では、マット剤として微粒子を偏光板保護フィルム中に含有させることが出来、これによって、搬送や巻き取りをしやすくすることが出来る。
マット剤の粒径は10nm〜0.1μmの1次粒子もしくは2次粒子であるであることが好ましい。1次粒子の針状比は1.1以下の略球状のマット剤が好ましく用いられる。
微粒子としては、ケイ素を含むものが好ましく、特に二酸化珪素が好ましい。本発明に好ましい二酸化珪素の微粒子としては、例えば、日本アエロジル(株)製のアエロジルR972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600(以上、日本アエロジル(株)製)の商品名で市販されているものを挙げることが出来、アエロジル200V、R972、R972V、R974、R202、R812を好ましく用いることが出来る。ポリマーの微粒子の例として、シリコーン樹脂、弗素樹脂及びアクリル樹脂を挙げることが出来る。シリコーン樹脂が好ましく、特に三次元の網状構造を有するものが好ましく、例えば、トスパール103、同105、同108、同120、同145、同3120及び同240(以上、東芝シリコーン(株)製)を挙げることが出来る。
二酸化珪素の微粒子は、一次平均粒子径が20nm以下であり、かつ見かけ比重が70g/L以上であるものが好ましい。一次粒子の平均径が、5〜16nmであることがより好ましく、5〜12nmが更に好ましい。一次粒子の平均径は小さい方が、ヘイズが低く好ましい。見かけ比重は90〜200g/L以上が好ましく、100〜200g/L以上がより好ましい。見かけ比重が大きい程、高濃度の微粒子分散液を作ることが可能になり、ヘイズ、凝集物が発生せず好ましい。
本発明におけるマット剤の添加量は、偏光板保護フィルム1m2当たり0.01〜1.0gが好ましく、0.03〜0.3gがより好ましく、0.08〜0.16gが更に好ましい。
(その他の添加剤)
この他、カオリン、タルク、ケイソウ土、石英、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナ等の無機微粒子、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩等の熱安定剤を加えてもよい。更に界面活性剤、剥離促進剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤、油剤等も加えてもよい。
〔製膜方法〕
本発明の偏光板保護フィルムは、溶液流延製膜法、溶融押出製膜法いずれの方法でも製膜することができる。以下、一例として溶液流延製膜方法での詳細を記載する。
(溶液流延製膜方法)
本発明の偏光板保護フィルムは、溶液流延製膜法により製膜することが好ましい。ここで、溶液流延製膜方法について図2を用いて説明する。
図2は、本発明に係る溶液流延製膜方法のドープ調製工程、流延工程及び乾燥工程を模式的に示した工程の一例を示した図である。
(1)セルロースエステル溶液調製工程
本発明では、予め調製されたドメイン形成材料、セルロースエステルと溶媒とを混合してドープが調製される。具体的には、溶解釜に溶媒の一部とドメイン形成材料とを添加混合もしくは分散した後、ここに残りの溶媒とセルロースエステルとを攪拌しながら添加し溶解させることが好ましい。可塑剤等の添加剤は、先に溶解釜に添加していても、後から添加することも出来る。
或いは、溶解釜中の溶媒にセルロースエステルや可塑剤等の添加剤を攪拌しながら添加し、セルロースエステルの溶解中に更に前記ドメイン形成材料を添加してもよい。もしくは、溶媒とセルロースエステル及び可塑剤等の添加剤とを混合してセルロースエステル溶液を得て、ここに前記溶媒に混合もしくは分散したドメイン形成材料を攪拌しながら添加することも出来る。
セルロースエステル溶液を調製する方法を、更に詳細に説明する。
前述のセルロースエステルに対する良溶媒を主とする有機溶媒に溶解釜中でセルロースエステルや可塑剤等の添加剤を攪拌しながら溶解する。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高温溶解方法、冷却して溶解する冷却溶解方法、かなりの高圧で行う高圧溶解方法等種々の溶解方法があるが、本発明においては、高温溶解方法が好ましく用いられる。
溶解釜の中で前記ドメイン形成材料とセルロースエステルと溶媒が混合されて得られたセルロースエステル溶液は、セルロースエステルが溶解した後、ポンプで濾過器に送液して濾過される。
濾過は、このセルロースエステル溶液をフィルタープレス用の濾紙等の適当な濾材を用いて行うことが好ましい。本発明における濾過材としては、不溶物等を除去するために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いという問題点があり、絶対濾過精度8μm以下の濾材が好ましく、1〜8μmの範囲の濾材がより好ましく、3〜6μmの範囲の濾材が更に好ましい。濾紙としては、例えば市販品の安積濾紙(株)のNo.244や277等を挙げることが出来、好ましく用いられる。
濾過に用いる濾材の材質は特に制限はなく、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)等のプラスチック製の濾材やステンレス等の金属製の濾材が繊維の脱落等がなく好ましい。濾過は通常の方法で行うことが出来るが、加圧下で、使用有機溶媒の常圧での沸点以上で、かつ有機溶媒が沸騰しない範囲の温度で加熱または保温しながら濾過する方法が、濾過材前後の差圧(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使用有機溶媒に依存はするが、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く、0.3〜1.6MPaであることが好ましく、0.3〜1.2MPaであることがより好ましく、0.3〜1.0MPaであることが更に好ましい。
このようにして得られたドープは、ストックタンクに保管され、脱泡された後流延に用いられる。
このようにドープ釜中でドメイン形成材料とセルロースエステル溶液とを混合してドープを調製することが好ましい方法として挙げられるが、セルロースエステル溶液とドメイン形成材料の一部もしくは全部をインラインで混合することも出来る。例えば、図2ではインラインでドメイン形成材料を添加する工程の一例を示している。適当な溶媒に混合または分散されたドメイン形成材料溶液は、セルロースエステル溶液(もしくはドープ原液と称する場合がある)と、合流管20で合流される。合流管20の直前には、濾過器が配置されており、例えば濾材交換等に伴い経路から発生する、塊や大きな異物を、送液中のドメイン形成材料溶液或いはドープ原液から除去することが出来る。ここでは、耐溶剤性を有する金属製の濾過器が好ましく用いられる。濾材としては、耐久性の観点から金属、特にステンレス鋼が好ましい。目詰まりの観点から60〜80%の空孔率を有していることが好ましい。最も好ましくは、絶対濾過精度30〜60μmであって、かつ空孔率60〜80%の金属製濾材で濾過することであり、これにより、長期に亘り、確実に粗大な異物を除くことが出来好ましい。絶対濾過精度30〜60μmでかつ空孔率60〜80%の金属製濾材としては、例えば、日本精線(株)製ファインポアNFシリーズのNF−10、同NF−12、同NF−13等を挙げることが出来る。
(2)インライン添加工程
溶解釜で、予めドメイン形成材料とセルロースエステルと溶媒とを混合してドープを調製する場合は、通常ドメイン形成材料をインライン添加する必要はない。しかしながら、必要に応じて、ドメイン形成材料の全部もしくは一部をインラインで混合することが出来る。図2を用いてインライン添加工程を説明すると、セルロースエステル溶液(ドープ原液と称することがある)及びドメイン形成材料溶液それぞれを送液ポンプ5及び14により移送し濾過器6及び15で濾過し、導管8及び16中を移送し合流管20で両液を合流させる。合流した両液は導管内を層状で移送するためそのままでは混合しにくい。そこで、両液を合流後、インラインミキサーのような混合機21で十分に混合しながら次工程に移送する。本発明で使用出来るインラインミキサーとしては、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)が好ましい。
(2)の工程によって調製されたドープは、ドープ中の固形分濃度は15質量%以上に調整することが好ましく、特に18〜30質量%が好ましい。ドープ中の固形分濃度が高過ぎるとドープの粘度が高くなり過ぎ、流延時にシャークスキン等が生じてフィルム平面性が劣化する場合があるので、30質量%以下であることが望ましい。
(3)流延工程
前工程までに調製されたドープをダイス30に送液し、無限に移送する無端の金属支持体31、例えば、ステンレスベルト、或いは回転する金属ドラム等の金属支持体31上の流延位置に、ダイス30からドープを流延する工程である。金属支持体31の表面は鏡面となっている。ダイス30(例えば加圧型ダイス)は口金部分のスリット形状を調整出来、膜厚を均一にしやすいため好ましい。ダイス30には、コートハンガーダイスやTダイス等があるが、何れも好ましく用いられる。製膜速度を上げるためにダイスを金属支持体31上に2基以上設け、ドープ量を分割して重層してもよい。
流延用の金属支持体の表面温度は10〜55℃、ドープの温度は25〜60℃、更に溶液の温度を支持体の温度と同じまたはそれ以上の温度にすることが好ましく、5℃以上の温度に設定することが更に好ましい。
溶液温度、支持体温度は、高いほど溶媒の乾燥速度が速く出来るので好ましいが、余り高過ぎると発泡し、平面性の劣化を招く場合がある。
支持体の温度の更に好ましい範囲は、使用する有機溶媒に依存するが、20〜55℃、溶液温度の更に好ましい範囲は、35〜45℃である。
(4)溶媒蒸発工程
ウェブ(金属支持体上にドープを流延した以降のドープ膜の呼び方をウェブとする)32を金属支持体31上で加熱し金属支持体31からウェブ32が剥離可能になるまで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32側から風を吹かせる方法及び/または金属支持体31の裏面から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が、裏面液体伝熱の方法が、乾燥効率がよく好ましい。またそれらを組み合わす方法も好ましい。裏面液体伝熱の場合は、ドープ使用有機溶媒の主溶媒または最も低い沸点を有する有機溶媒の沸点以下で加熱するのが好ましい。
(5)剥離工程
金属支持体31上で溶媒が蒸発したウェブ32を、剥離位置33で剥離する工程である。剥離されたウェブ32は次工程に送られる。剥離する時点でのウェブ32の残留溶媒量(後述の式)が余り大き過ぎると剥離し難かったり、逆に金属支持体31上で充分に乾燥させてから剥離すると、途中でウェブ32の一部が剥がれたりする。本発明において、薄手のウェブを金属支持体から剥離する際、平面性の劣化やつれがないように行うには、剥離張力として剥離出来る最低張力から170N/m以内の力で剥離することが好ましく、140N/m以内の力がより好ましい。
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、ゲル流延法(ゲルキャスティング)がある。それは、ドープ中にセルロースエステルに対する貧溶媒を加えて、ドープ流延後、ゲル化する方法、金属支持体の温度を低めてゲル化する方法等がある。金属支持体31上でゲル化させ剥離時の膜の強度を上げておくことによって、剥離を早め製膜速度を上げることが出来るのである。金属支持体31上でのウェブ32の乾燥が条件の強弱、金属支持体31の長さ等により5〜150質量%の範囲で剥離することが出来るが、残留溶媒量がより多い時点で剥離する場合、ウェブ32が柔らか過ぎると、剥離時平面性を損いやすく、また剥離張力によるツレや縦スジが発生しやすく、経済速度と品質との兼ね合いで剥離の際の残留溶媒量が決められる。従って、本発明においては、該金属支持体31上の剥離位置における温度を10〜40℃、好ましくは15〜30℃とし、かつ該剥離位置におけるウェブ32の残留溶媒量を10〜120質量%とすることが好ましい。
製造時の偏光板保護フィルムが良好な平面性を維持するために、金属支持体から剥離する際の残留溶媒量を10〜150質量%とすることが好ましく、より好ましくは70〜150質量%であり、更に好ましくは100〜130質量%である。残留溶剤中に含まれる良溶剤の比率は50〜90%が好ましく、更に好ましくは、60〜90%であり、特に好ましくは、70〜80%である。
本発明においては、残留溶媒量は下記の式で表すことが出来る。
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で、下記のガスクロマトグラフィーにより測定した質量であり、Nは該Mを110℃で3時間乾燥させた時の質量である。測定はヘッドスペースサンプラーを接続したガスクロマトグラフィーで測定する。本発明では、ヒューレット・パッカード社製のガスクロマトグラフィー5890型SERISIIとヘッドスペースサンプラーHP7694型を使用し、以下の測定条件で行った。
ヘッドスペースサンプラー加熱条件:120℃、20分
GC導入温度:150℃
昇温:40℃、5分保持→100℃(8℃/分)
カラム:J&W社製DB−WAX(内径0.32mm、長さ30m)。
(6)乾燥工程
剥離後、一般には、ウェブ32を複数のロールに交互に通して搬送するロール乾燥装置35及びウェブ32の両端を把持して搬送するテンター装置34を用いてウェブ32を乾燥する。図2では、テンター装置34の後にロール乾燥装置35が配置されているがこの配置のみに限定されるものではない。乾燥の手段としてはウェブの両面に熱風を吹かせるのが一般的であるが、風の代わりにマイクロウエーブを当てて加熱する手段もある。余り急激な乾燥はでき上がりのフィルムの平面性を損ねやすい。全体を通して、通常乾燥温度は40〜250℃の範囲で行われる。使用する溶媒によって、乾燥温度、乾燥風量及び乾燥時間が異なり、使用溶媒の種類、組合せに応じて乾燥条件を適宜選べばよい。37はでき上がった偏光板保護フィルムの巻き取りである。偏光板保護フィルムの乾燥工程において、残留溶媒量を0.5質量%以下にすることが好ましく、0.1質量%以下にして巻き取ることがより好ましい。
本発明の偏光板保護フィルムは、ドメイン形成材料を添加したドープを調製後、流延工程によりフィルム製膜されるが、添加したドメイン形成材料を配向させる方法としてはフィルム作製時にフィルムをTDまたはMD方向に延伸する方法、或いは流延時にドープの流れを作り、この流れに沿う形でドメイン形成材料を配向させる方法などをとることが可能である。更に電場や磁場などでドメイン形成材料の配向を促進することも可能である。特に本発明では、ドメイン形成材料を配向させる為に少なくともMD方向に延伸する方法を用いることが好ましい。
(7)延伸工程(テンター工程ともいう)
本発明の偏光板保護フィルムは、延伸によって複屈折性を調整したり、ドメインの配向性を調整したりして、偏光散乱異方性を制御することが出来る。溶液流延法の製造時に溶媒を含む状態で延伸するか、または溶媒が乾燥した状態のフィルムを延伸することが出来る。延伸温度は、フィルムのガラス転移温度−20℃〜流動する温度以下で行うことが好ましい。ここでフィルムのガラス転移温度は公知の方法で測定することが出来る。延伸は、製膜方向もしくは幅手方向に行うことが出来るが、本発明では少なくとも長手方向に延伸することが好ましい。延伸によって、ドメインは延伸方向に配向する比率を高くすることが出来る。
延伸工程について更に詳細に説明する。本発明の偏光板保護フィルムを製造する際の延伸倍率は、製膜方向もしくは幅手方向に対して、1.01〜3倍であり、好ましくは1.5〜3倍である。2軸方向に延伸する場合、高倍率で延伸する側が、1.01〜3倍であり、好ましくは1.5〜3倍であり、もう一方の方向の延伸倍率は0.8〜1.5倍、好ましくは0.9〜1.2倍に延伸することが出来る。
これにより、本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムを好ましく得ることと共に、平面性の良好な偏光板保護フィルムを得ることが出来る。製膜工程のこれらの幅保持或いは横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。
(8)巻き取り工程
乾燥が終了したウェブをフィルムとして巻き取る工程である。乾燥を終了する残留溶媒量は、0.5質量%以下、好ましくは0.1質量%以下とすることにより寸法安定性の良好なフィルムを得ることが出来る。巻き取り方法は、一般に使用されているワインダーを用いればよく、定トルク法、定テンション法、テーパーテンション法、内部応力一定のプログラムテンションコントロール法等の張力をコントロールする方法があり、それらを使い分ければよい。
本発明の偏光板保護フィルムの膜厚は、使用目的によって異なるが、液晶表示装置の薄型化の観点から、仕上がりフィルムとして10〜150μmの範囲が好ましく、更に30〜100μmの範囲がより好ましく、特に40〜80μmの範囲が好ましい。薄過ぎると例えば偏光板用保護フィルムとしての必要な強度が得られない場合がある。厚過ぎると従来の偏光板保護フィルムに対して薄膜化の優位性がなくなる。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、ダイスの口金のスリット間隙、ダイスの押し出し圧力、金属支持体の速度等をコントロールするのがよい。また、膜厚を均一にする手段として、膜厚検出手段を用いて、プログラムされたフィードバック情報を上記各装置にフィードバックさせて調節するのが好ましい。
溶液流延製膜法を通しての流延直後からの乾燥までの工程において、乾燥装置内の雰囲気を、空気とするのもよいが、窒素ガスや炭酸ガス等の不活性ガス雰囲気で行ってもよい。
(偏光板及び液晶表示装置)
次に、本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムを液晶表示装置に用いる場合を説明する。
本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムは、これを構成する樹脂がセルロース系樹脂であるために、従来の偏光板製造工程を活用出来る利点があり、特に一般的に用いられているポリビニルアルコール誘導体を延伸して二色性色素を活用した光吸収型の偏光子に対して、本発明に係る偏光板保護フィルムは、水糊等の水溶性の接着材料で直に接着出来ることから薄膜化や生産性において大幅に優れている。
また、本発明の偏光板保護フィルムは、セルロースエステルで構成される偏光板保護フィルムとしての特性を持つことから、輝度向上機能を備えた長尺状のフィルムとしてロール状に偏光板の製造工程に納入することが出来る為、該ロール状のフィルムには、傷やゴミ付着を防止するためのプロテクトシートを用いなくてもよい等の利点もある。
本発明の偏光板は、偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム/二色性偏光フィルムを用いた偏光子/偏光板保護フィルムBの構成をとることが好ましい。
本発明では、偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム、偏光子、偏光板保護フィルムBはいずれも長尺状のフィルムであることが好ましく、各々を貼合するにはロール トゥ ロールで行うことが好ましい。
液晶表示装置に用いる場合、透過型の液晶表示装置には、偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムが偏光板の中で最もバックライト側に配置されることが好ましい。
偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムに対して、偏光子の対向に位置する偏光板保護フィルムBは、一般的なセルロースアセテート樹脂に代表されるTACフィルムを用いてもよく、偏光板保護フィルムBが視野角拡大フィルム或いは位相差フィルムの機能を有する偏光板保護フィルムであってもよい。また、偏光板として用いる場合に、偏光板保護フィルムB上に粘着層或いは接着層を介してコントラストや色味に対して表示品質を向上させるための機能フィルムまたは機能層を設置してもよい。
本発明の偏光板に用いられる偏光板保護フィルムBは、セルロースエステルフィルムであっても、セルロースエステルフィルム以外の偏光板保護フィルムであってもよい。また、本発明は偏光板保護フィルムBの特性を問わず、水糊等を用いた偏光板製造の乾燥工程において、本発明の偏光板保護フィルムは透湿性を有していることが好ましく、この場合、偏光板製造時に含まれた水分を乾燥工程で除去出来る利点を有している。
従って、本発明において、本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムの透湿度は50g/m2/day以上であることが好ましく、100g/m2/day以上であることが偏光板製造時の乾燥負荷を低減させる点で好ましい。一方、本発明の散乱異方性を有する偏光板保護フィルムの透湿度の上限は1500g/m2/day以下であることが、偏光子の偏光能を維持する観点で好ましく、より好ましくは1200g/m2/day以下である。
偏光板保護フィルムは、アルカリ液によってアルカリケン化されることで、水に対するぬれ性が増すことになり、これが、前述の水糊として代表されるポリビニルアルコール系の糊で接着出来ることにつながる。本発明の偏光板保護フィルムは、少なくとも片側の面がケン化処理前の水に対する接触角が60°以上80°以下、かつケン化処理後の水に対する接触角が15°以上40°以下であることが好ましい。
本発明の偏光板に好ましく用いられる偏光子としては、ポリビニルアルコール系偏光フィルムが挙げられ、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。ポリビニルアルコール系フィルムとしては、エチレンで変性された変性ポリビニルアルコール系フィルムが好ましく用いられる。偏光子は、ポリビニルアルコール水溶液を製膜して、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5〜40μm、好ましくは5〜30μmであり、特に好ましくは5〜20μmである。該偏光子の面上に、本発明の偏光板保護フィルムの片面を貼り合わせて偏光板を形成する。
偏光子は一軸方向(通常は長手方向)に延伸されているため、偏光板を高温高湿の環境下に置くと延伸方向(通常は長手方向)は縮み、延伸に対して直交する方向(通常は幅方向)には伸びる。偏光板保護フィルムの膜厚が薄くなるほど偏光板の伸縮率は大きくなり、特に偏光子の延伸方向の収縮量が大きい。通常、偏光子の延伸方向は偏光板保護フィルムの流延方向(MD方向)と貼り合わせるため、偏光板保護フィルムを薄膜化する場合は、特に流延方向の伸縮率を抑えることが重要である。本発明の偏光板保護フィルムは寸法安定に優れるため、このような偏光板保護フィルムとして好適に使用される。
次に、本発明において好ましい偏光板保護フィルムBについて説明する。
本発明において好ましい偏光板保護フィルムBは、本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムに対して偏光子を挟んで配置されるもう一方の偏光板保護フィルムである。
偏光板保護フィルムBは、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリシクロオレフィンフィルム、セロファン、セルロースアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートフタレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム、セルローストリアセテート、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体からなるフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコールフィルム、シンジオタクティックポリスチレン系フィルム、ポリカーボネートフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム(例えば、ARTON(JSR社製)、ゼオネックス、ゼオノア(日本ゼオン社製))、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルム、ポリスルホン系フィルム、ポリエーテルケトンイミドフィルム、ポリアミドフィルム、アクリルフィルム或いはポリアクリレート系フィルム等を挙げることが出来る。
本発明には、セルロースアセテートプロピオネートフィルム、セルローストリアセテートフィルム(TACフィルム)等のセルロースエステルフィルム(例えば、コニカミノルタオプト(株)製のコニカミノルタタックKC8UX2M、KC4UX、KC5UX、KC4UY、KC4UE、KC4FR−1、KC4FR−2、KC8UY、KC12UR、KC8UY−HA、KC8UX−RHA等が好ましく用いられる)、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またはポリアクリルフィルムが透明性、機械的性質、光学的異方性がない点等で好ましく、特にセルロースエステルフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルムが好ましく、前記したようにロール トゥ ロールで偏光板を作製する観点からは、ケン化適性に優れるセルロースエステルフィルムが最も好ましい。これらの樹脂フィルムは溶融流延法または溶液流延法で製膜されたフィルムであってもよい。
本発明に用いられる偏光板保護フィルムBは、下記式により定義されるリターデーション値Roが0〜300nmでかつリターデーション値Rtが−600〜600nmの範囲にあることが好ましい。また、より好ましい範囲はRo値が0〜120nm、Rt値が−400〜400nmの範囲であり、特に好ましい範囲はRo値が0〜100nm及びRt値が−300〜300nmの範囲である。
式(I)
Ro=(nx−ny)×d
式(II)
Rt={(nx+ny)/2−nz}×d
式中、nx、ny、nzは、23℃RH、590nmにおける屈折率nx(フィルムの面内の最大の屈折率、遅相軸方向の屈折率ともいう)、屈折率ny(フィルム面内で遅相軸に直角な方向の屈折率)、屈折率nz(厚み方向におけるフィルムの屈折率)であり、dはフィルムの厚み(nm)である。
本発明に用いられる偏光板保護フィルムBを、VAモードの液晶セルを有するVA型液晶表示装置の光学補償フィルムとして用いる場合は、Ro値を20〜150nmとし、Rt値を70〜400nmとすることが好ましい。Ro値は、30〜100nmであることが更に好ましい。VA型液晶表示装置に二枚の光学補償フィルムを使用する場合、フィルムのRt値は70〜250nmであることが好ましい。VA型液晶表示装置に一枚の光学補償フィルムを使用する場合、フィルムのRt値は150〜400nmであることが好ましい。
本発明に用いられる偏光板保護フィルムBは、横電界スイッチングモード型(IPSモード型ともいう)液晶表示装置に用いられる偏光板保護フィルム用としても適しており、その場合、偏光板保護フィルムBのリターデーション値Ro、Rthが0nm≦Ro≦2nm、かつ−15nm≦Rth≦15nmの範囲にあることが好ましい。更に好ましくは0nm≦Ro≦0.5nm、かつ−15nm≦Rth≦5nmである。
本発明に用いられる偏光板保護フィルムBを、横電界スイッチングモード型(IPSモード型ともいう)液晶表示装置に用いられる偏光板保護フィルムとして用いる場合、偏光板保護フィルムBは、重量平均分子量が500以上30000以下であるアクリルポリマーを含有することが好ましく、中でも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さ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5000以上30000以下のポリマーX、より好ましく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さ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5000以上30000以下のポリマーXと、芳香環を有さないエチレン性不飽和モノマーYaを重合して得られた重量平均分子量500以上3000以下のポリマーYとを含有することが好ましい。
〈ポリマーX、ポリマーY〉
本発明に用いられるポリマー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5000以上30000以下のポリマーである。
好ましくは、Xaは分子内に芳香環と親水性基を有しないアクリルまたはメタクリルモノマー、Xbは分子内に芳香環を有せず親水性基を有するアクリルまたはメタクリルモノマーである。
本発明に用いられるポリマーXは、下記一般式(X)で表される。
一般式(X)
−(Xa)m−(Xb)n−(Xc)p−
さらに好ましくは、下記一般式(X−1)で表されるポリマーである。
一般式(X−1)
−[CH2−C(−R1)(−CO22)]m−[CH2−C(−R3)(−CO24−OH)−]n−[Xc]p−
(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−、−C24−または−C36−を表す。Xcは、Xa、Xbに重合可能なモノマー単位を表す。m、n及びpは、モル組成比を表す。ただしm≠0、n≠0、k≠0、m+n+p=100である。)
本発明に用いられるポリマー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。
Xにおいて、親水性基とは、水酸基、エチレンオキシド連鎖を有する基をいう。
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。
Xcとしては、Xa、Xb以外のものでかつ共重合可能なエチレン性不飽和モノマーであれば、特に制限はないが、芳香環を有していないものが好ましい。
Xa、Xb及びXcのモル組成比m:n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。Xcのpは0〜10である。Xcは複数のモノマー単位であってもよい。
Xaのモル組成比が多いとセルロースエステル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。Xbのモル組成比が多いと上記相溶性が悪くなるが、Rthを低減させる効果が高い。また、Xbのモル組成比が上記範囲を超えると製膜時にヘイズが出る傾向があり、これらの最適化を図りXa、Xbのモル組成比を決めることが好ましい。
ポリマーXの分子量は重量平均分子量が5000以上30000以下であり、更に好ましくは8000以上25000以下である。
重量平均分子量を5000以上とすることにより、セルロースエステルフィルムの、高温高湿下における寸法変化が少ない、偏光板保護フィルムとしてカールが少ない等の利点が得られ好ましい。重量平均分子量が30000を以内とした場合は、セルロースエステルとの相溶性がより向上し、高温高湿下においてのブリードアウト、さらには製膜直後でのヘイズの発生が抑制される。
本発明に用いられるポリマー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下記方法によることが出来る。
(重量平均分子量測定方法)
重量平均分子量Mwは、ゲルパーミエーション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。
本発明に用いられるポリマーYは芳香環を有さないエチレン性不飽和モノマーYaを重合して得られた重量平均分子量500以上3000以下のポリマーである。重量平均分子量500以上ではポリマーの残存モノマーが減少し好ましい。また、3000以下とすることは、リターデーション値Rth低下性能を維持するために好ましい。Yaは、好ましくは芳香環を有さないアクリルまたはメタクリルモノマーである。
本発明に用いられるポリマーYは、下記一般式(Y)で表される。
一般式(Y)
−(Ya)k−(Yb)q−
さらに好ましくは、下記一般式(Y−1)で表されるポリマーである。
一般式(Y−1)
−[CH2−C(−R5)(−CO26)]k−[Yb]q−
(式中、R5は、HまたはCH3を表す。R6は炭素数1〜12のアルキル基またはシクロ
アルキル基を表す。Ybは、Yaと共重合可能なモノマー単位を表す。k及びqは、モル組成比を表す。ただしk≠0、k+q=100である。)
Ybは、Yaと共重合可能なエチレン性不飽和モノマーであれば特に制限はない。Ybは複数であってもよい。k+q=100、qは好ましくは0〜30である。
芳香環を有さないエチレン性不飽和モノマーを重合して得られるポリマーYを構成するエチレン性不飽和モノマーYaはアクリル酸エステルとして、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−)、アクリル酸シクロヘキシル、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−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)、メタクリル酸エステルとして、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;不飽和酸として、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸等を挙げることが出来る。
Ybは、Yaと共重合可能なエチレン性不飽和モノマーであれば特に制限はないが、ビニルエステルとして、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、吉草酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、オクチル酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、桂皮酸ビニル等が好ましい。Ybは複数であってもよい。
ポリマーX、Y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が、特に、ポリマーYは、分子中にチオール基と2級の水酸基とを有する化合物を連鎖移動剤として使用する重合方法が好ましい。この場合、ポリマーYの末端には、重合触媒及び連鎖移動剤に起因する水酸基、チオエーテルを有することとなる。この末端残基により、Yとセルロースエステルとの相溶性を調整することが出来る。
ポリマーX及びYの水酸基価は30〜150[mgKOH/g]であることが好ましい。
(水酸基価の測定方法)
この測定は、JIS K 0070(1992)に準ずる。この水酸基価は、試料1gをアセチル化させたとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに必要とする水酸化カリウムのmg数と定義される。具体的には試料Xg(約1g)をフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬(無水酢酸20mlにピリジンを加えて400mlにしたもの)20mlを正確に加える。フラスコの口に空気冷却管を装着し、95〜100℃のグリセリン浴にて加熱する。1時間30分後、冷却し、空気冷却管から精製水1mlを加え、無水酢酸を酢酸に分解する。次に電位差滴定装置を用いて0.5mol/L水酸化カリウムエタノール溶液で滴定を行い、得られた滴定曲線の変曲点を終点とする。更に空試験として、試料を入れないで滴定し、滴定曲線の変曲点を求める。水酸基価は、次の式によって算出する。
水酸基価={(B−C)×f×28.05/X}+D
(式中、Bは空試験に用いた0.5mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)、Cは滴定に用いた0.5mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)、fは0.5mol/L水酸化カリウムエタノール溶液のファクター、Dは酸価、また、28.05は水酸化カリウムの1mol量56.11の1/2を表す。)
上述のポリマーXとポリマーYは何れもセルロースエステルとの相溶性に優れ、蒸発や揮発もなく生産性に優れ、偏光板用保護フィルムとしての保留性がよく、透湿度が小さく、寸法安定性に優れている。
ポリマーXとポリマーYのセルロースエステルフィルム中での含有量は、下記式(III)、式(IV)を満足する範囲であることが好ましい。ポリマーXの含有量をXg(質量%=ポリマーXの質量/セルロースエステルの質量×100)、ポリマーYの含有量をYg(質量%)とすると、
式(III)
5≦Xg+Yg≦35(質量%)
式(IV)
0.05≦Yg/(Xg+Yg)≦0.4
式(III)の好ましい範囲は、10〜25質量%である。
ポリマーXとポリマーYは総量として5質量%以上であれば、リターデーション値Rthの低減に十分な作用をする。また、総量として35質量%以下であれば、ポリビニルアルコール系の偏光子との接着性が良好である。
ポリマーXとポリマーYは後述するドープ液を構成する素材として直接添加、溶解するか、もしくはセルロースエステルを溶解する有機溶媒に予め溶解した後ドープ液に添加することが出来る。
以下、本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム、及び偏光板保護フィルムBの物性に関し、下記に纏める。
(偏光板保護フィルムBの透過率)
LCD表示装置の部材としては高い透過率が求められ、上述の添加剤を組み合せて添加し、製造された偏光板保護フィルムBの500nm透過率は、85〜100%が好ましく、90〜100%が更に好ましく、92〜100%が最も好ましい。400nm透過率は40〜100%が好ましく、50〜100%が更に好ましく、60〜100%が最も好ましい。また、紫外線吸収性能が求められることがあり、その場合は、380nm透過率は0〜10%が好ましく、0〜5%が更に好ましく、0〜3%が最も好ましい。
(偏光板保護フィルムの幅手方向の膜厚分布)
本発明の偏光板保護フィルムは、幅手方向での膜厚分布R(%)を0≦R(%)≦5%であることが好ましく、更に好ましくは、0≦R(%)≦3%であり、特に好ましくは、0≦R(%)≦1%である。
(偏光板保護フィルムBのヘイズ値)
本発明の偏光板保護フィルムBは、ヘイズ値が、2%以内が好ましく、1.5%がより好ましく、1%以内が最も好ましい。
(偏光板保護フィルムの弾性率)
弾性率は1.5〜5GPaの範囲が好ましく、更に好ましくは、1.8〜4GPaであり、特に好ましくは、1.9〜3GPaの範囲である。
また、破断点応力が50〜200MPaの範囲であることが好ましく、70〜150MPaの範囲であることが更に好ましく、80〜100MPaの範囲であることが最も好ましい。
23℃、55%RHでの破断点伸度が20〜80%の範囲であることが好ましく、30〜60%の範囲であることが更に好ましく、40〜50%の範囲であることが最も好ましい。
また、吸湿膨張率が−1〜1%の範囲であることが好ましく、−0.5〜0.5%の範囲が更に好ましく、0〜0.2%以下が最も好ましい。
また、輝点異物が0〜80個/cm2であることが好ましく、0〜60個/cm2の範囲であることが更に好ましく、0〜30個/cm2の範囲であることが最も好ましい。
(偏光板保護フィルムの中心線平均粗さ(Ra))
偏光板保護フィルムをLCD用部材として使用する際、フィルムの光漏れを低減するため高い平面性が要求される。中心線平均粗さ(Ra)は、JIS B 0601に規定された数値であり、測定方法としては、例えば、触針法もしくは光学的方法等が挙げられる。
本発明の偏光板保護フィルムの中心線平均粗さ(Ra)としては、20nm以下が好ましく、更に好ましくは、10nm以下であり、特に好ましくは、4nm以下である。
《偏光板》
本発明の偏光板、それを用いた本発明の液晶表示装置について説明する。
偏光板は一般的な方法で作製することが出来る。アルカリ鹸化処理した本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムは、ポリビニルアルコール系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、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。もう一方の面には、前記偏光板保護フィルムBを貼合することが好ましい。
本発明による偏光板は、本発明に係る偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム/二色性偏光フィルム/偏光板保護フィルムBの順で一体化された偏光板であって、該二色性偏光フィルムの吸収軸が前記偏光板保護フィルムの長手方向にあることを特徴とする。この構成により、本発明の偏光板保護フィルムは液晶表示装置において優れた輝度向上フィルムとしても機能する。
偏光板は、更に該偏光板の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。
《液晶表示装置》
本発明の偏光板を液晶セルの少なくともバックライト側の面に貼合した液晶表示装置とすることによって、輝度が向上出来、視認性に優れた本発明の液晶表示装置を作製することが出来る。本発明の偏光板保護フィルムは反射型、透過型、半透過型LCD或いはTN型、STN型、OCB型、HAN型、VA型(PVA型、MVA型)、IPS型等の各種駆動方式のLCDで好ましく用いられる。特に画面が30型以上の大画面の表示装置では、色むらや波打ちむらが少なく、長時間の鑑賞でも目が疲れないという効果があった。
本発明の偏光板を視認側にも配置することも出来るが、後方散乱に基づく視認阻害を回避する点などから、液晶パネルのバックライト側にのみ配置することが好ましい。
図3に本発明に好ましい液晶表示装置の構成例について示すが、これに限定されるものではない。
本発明の液晶表示装置は、光反射板64、バックライト67、導光板65、光拡散板66に隣接して、本発明に係る偏光板60(偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルム61/二色性物質による光吸収作用を利用した二色性偏光フィルム62/偏光板保護フィルムB63の構成)、液晶表示パネル68、視認側偏光板69の順に積層された構成をとることが好ましい。
導光板の具体例としては、透明な樹脂板の側面に(冷,熱)陰極管等の線状光源や発光ダイオード、EL等の光源を配置し、その樹脂板に板内を伝送される光を拡散や反射、回折や干渉等により板の片面側に出射するようにしたものなどが挙げられる。導光板を含む積層偏光板の形成に際しては、光の出射方向を制御するためのプリズムシート等からなるプリズムアレイ層、均一な発光を得るための光拡散板、線状光源からの出射光を導光板の側面に導くための光源ホルダなどの補助手段を導光板の上下面や側面などの所定位置に必要に応じ1層又は2層以上を配置して適宜な組合せ体とすることが出来る。
液晶表示装置のバックライトは直下式バックライト方式であることが好ましい。具体的な直下式バックライト方式としては、特開2001−215497号、特開2001−305535号、特開2003−215585号、特開2004−29091号、特開2004−102119号等に記載のバックライトが有効に用いられる。
特に、本発明の偏光板を用いた液晶表示装置ではサイズが15インチ以上で、光源と偏光板の距離を短くした熱の影響が大きい薄型液晶表示装置で本発明は有効である。
《横電界スイッチングモード型液晶表示装置》
上記本発明に用いられる偏光板保護フィルムBを市販のIPS(In Plane Switching)モード型液晶表示装置に組み込むことによって、視認性に優れ、視野角が拡大された本発明の液晶表示装置を作製することが出来る。
本発明でいう横電界スイッチングモードとは、フリンジ電場スイッチング(FFS:Fringe−Field Switching)モードも本発明に含み、IPSモードと同様に本発明の偏光板を組み込むことが出来、同様の効果をもつ本発明の液晶表示装置を作製することが出来る。本発明に用いられる偏光板保護フィルムBは、駆動用液晶セルと下側偏光素子の間に設置されることが好ましい。
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
《偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムの作製》
用いる粒子、可塑剤、紫外線吸収剤について表1に示す。
下記ドープ液100質量部を、インラインミキサー(東レ社製 静止型管内混合機 Hi−Mixer、SWJ)で十分に混合し、次いでベルト流延装置を用い、幅2mの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上で、残留溶媒量が110%になるまで溶媒を蒸発させ、ステンレスバンド支持体から剥離した。剥離の際に張力をかけて縦(MD)延伸倍率が1.2倍となるように延伸し、次いで、テンターでウェブ両端部を把持し、幅手(TD)方向の延伸倍率が1.1倍となるように延伸した。延伸開始時の残留溶媒は30%であった。延伸後、その幅を維持したまま数秒間保持し、幅方向の張力を緩和させた後幅保持を解放し、更に125℃に設定された第3乾燥ゾーンで30分間搬送させて乾燥を行い、幅1.5m、かつ端部に幅1cm、高さ8μmのナーリングを有する膜厚40μm、巻き長3000mの本発明に係る偏光板保護フィルムである偏光板保護フィルム101を作製した。
〈ドープ101の組成〉
メチレンクロライド 300質量部
エタノール 40質量部
セルロースエステル(セルロースアセテートプロピオネート;アセチル基置換度1.9、プロピオニル基置換度0.7、総アシル基置換度2.6) 100質量部
可塑剤(A) 5.5質量部
可塑剤(B) 5.5質量部
紫外線吸収剤(A) 1.2質量部
紫外線吸収剤(B) 0.8質量部
粒子(A) 2質量部
次いで、ドープ(セルロースエステル樹脂、粒子の種類)を表2に記載のように変更し、縦(MD)延伸倍率を表2に記載のように変更した以外は、偏光板保護フィルム101と同様にして、偏光板保護フィルム102〜124を作製した。また、セルロースエステル樹脂の代わりに、特許第3090890号公報の実施例に記載されている紫外線硬化樹脂を用いた以外は、偏光板保護フィルム101に準じて偏光板保護フィルム125を作製した。尚、最終的な膜厚は、全て偏光板保護フィルム101同様、40μmとなるよう、流延時の条件を適宜変更した。
セルロースエステル樹脂のアシル基置換度は、ASTM−D817−96に規定の方法に準じて測定した。
また、フィルム中のドメインの長軸径、短軸径、アスペクト比は、以下の測定法に従って行った。
〈ドメインの長軸径、短軸径、アスペクト比、配向角の測定〉
作製したフィルムの表面付近を、ミクロトームを使って数100nm程度の厚みの薄い切片を取り出し、これを透過型電子顕微鏡により、2万倍で撮影しその画像をキャノン(株)製のスキャナCanoScan FB 636Uを用い300dpi モノクロ256階調で読み込み、読み込んだ画像はエプソンダイレクト(株)製のパソコンであるEndeavor Pro720L(CPU;Athlon−1GHz、メモリ;512MB)にインストールした画像処理ソフトWinROOF ver3.60(三谷商事(株)製)に取り込む。取り込んだ画像についてドメインの画像抽出を行い、ドメインの画像抽出後の画面で300個以上のドメインがあることを確認し、もし抽出が十分でない場合は検出レベルの手動調整を行い、300個以上のドメインが検出、抽出されるよう調整を行った。このようにして抽出処理した画像データの各々のドメインについて、長軸径/短軸径の測定を行い、ドメイン個数平均のアスペクト比を算出した。また、偏光板保護フィルムの製膜方向とドメインの長軸方向とのなす角度を配向角とした時に、該配向角の絶対値の平均値は透過型電子顕微鏡を用い、フィルム切片の製膜方向の位置決めを行った後、この軸と各ドメイン300個との各々の角度を測定、これらの合計を個数平均して求めた。
《偏光板保護フィルムBの作製》
(偏光板保護フィルム201の作製)
〈微粒子分散液〉
微粒子(アエロジルR972V(日本アエロジル(株)製)) 11質量部
エタノール 89質量部
以上をディゾルバーで50分間攪拌混合した後、高圧型分散機であるマントンゴーリンで分散を行った。
〈微粒子添加液〉
メチレンクロライドを入れた溶解タンクにセルロースエステルAを添加し、加熱して完全に溶解させた後、これを安積濾紙(株)製の安積濾紙No.244を使用して濾過した。濾過後のセルロースエステル溶液を充分に攪拌しながら、ここに上記微粒子分散液をゆっくりと添加した。更に、二次粒子の粒径が所定の大きさとなるようにアトライターにて分散を行った。これを日本精線(株)製のファインメットNFで濾過し、微粒子添加液を調製した。
メチレンクロライド 99質量部
セルロースエステルA(セルロースアセテートプロピオネート;アセチル基置換度1.6、プロピオニル基置換度0.8、総アシル基置換度2.4) 4質量部
微粒子分散液 11質量部
下記組成の主ドープ液を調製した。まず加圧溶解タンクにメチレンクロライドとエタノールを添加した。溶剤の入った加圧溶解タンクにセルロースエステルを攪拌しながら投入した。これを加熱し、攪拌しながら、完全に溶解し、更に可塑剤及び紫外線吸収剤を添加、溶解させた。これを安積濾紙(株)製の安積濾紙No.244を使用して濾過し、主ドープ液を調製した。
主ドープ液100質量部と微粒子添加液5質量部となるように加えて、インラインミキサー(東レ静止型管内混合機 Hi−Mixer、SWJ)で十分に混合し、次いでベルト流延装置を用い、幅2mの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上で、残留溶媒量が110%になるまで溶媒を蒸発させ、ステンレスバンド支持体から剥離した。剥離の際に張力をかけて縦(MD)延伸倍率が1.1倍となるように延伸し、次いで、テンターでウェブ両端部を把持し、幅手(TD)方向の延伸倍率が1.3倍となるように延伸した。延伸後、その幅を維持したまま数秒間保持し、幅方向の張力を緩和させた後幅保持を解放し、更に125℃に設定された第3乾燥ゾーンで30分間搬送させて乾燥を行い、幅1.5m、かつ端部に幅1cm、高さ8μmのナーリングを有する膜厚40μm、巻き長3000mの偏光板保護フィルム201を作製した。
〈ドープ201の組成〉
メチレンクロライド 390質量部
エタノール 80質量部
セルロースエステル(セルロースアセテートプロピオネート;アセチル基置換度1.6、プロピオニル基置換度0.8、総アシル基置換度2.4) 100質量部
可塑剤(A) 5.5質量部
可塑剤(B) 5.5質量部
紫外線吸収剤(A) 1.2質量部
紫外線吸収剤(B) 0.8質量部
(偏光板保護フィルム202の作製)
〈ポリマーXの合成〉
攪拌機、2個の滴下ロート、ガス導入管及び温度計の付いたガラスフラスコに、表4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及びトルエン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4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。ポリマーXの重量平均分子量は下記測定法により表4に示した。
尚、表4記載の、MMA、HEAはそれぞれ以下の化合物の略称である。
MMA:メタクリル酸メチル
HEA:2−ヒドロキシエチルアクリレート
(重量平均分子量測定)
重量平均分子量の測定は、ゲルパーミエーション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Yの合成〉
特開2000−128911号公報に記載の重合方法により塊状重合を行った。即ち、攪拌機、窒素ガス導入管、温度計、投入口及び環流冷却管を備えたフラスコにモノマーYaとして、下記メチルアクリレート(MA)を投入し、窒素ガスを導入してフラスコ内を窒素ガスで置換した下記チオグリセロールを攪拌下添加した。チオグリセロール添加後、内容物の温度を適宜変化させ4時間重合を行い、内容物を室温に戻し、それにベンゾキノン5質量%テトラヒドロフラン溶液を20質量部添加し、重合を停止させた。内容物をエバポレーターに移し、80℃で減圧下、テトラヒドロフラン、残存モノマー及び残存チオグリセロールを除去し、表4に記載のポリマーYを得た。得られたポリマーYは常温で液体であった。該ポリマーYの重量平均分子量は上記測定法により表4に示した。
メチルアクリレート 100質量部
チオグリセロール 5質量部
〈ドープ202の組成〉
(二酸化珪素分散液1)
アエロジル972V(日本アエロジル(株)製) 12質量部
(1次粒子の平均径16nm、見掛け比重90g/リットル)
エタノール 88質量部
以上をディゾルバーで30分間攪拌混合した後、マントンゴーリンで分散を行った。分散後の液濁度は200ppmであった。二酸化珪素分散液に88質量部のメチレンクロライドを攪拌しながら投入し、ディゾルバーで30分間攪拌混合し、二酸化珪素分散希釈液1を作製した。
(ドープ添加液1)
メチレンクロライド 50質量部
ポリマーX 表4記載量
ポリマーY 表4記載量
二酸化珪素分散液1 10質量部
紫外線吸収剤(A) 1.2質量部
紫外線吸収剤(B) 0.8質量部
以上について、メチレンクロライドとポリマーXとポリマーYを攪拌しながら完全溶解させた後、二酸化珪素分散液1を添加させて攪拌混合させてドープ添加液1を調製した。
(ドープ202の調製)
セルロースエステル(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2.92) 100質量部
メチレンクロライド 380質量部
エタノール 30質量部
ドープ添加液1 前記作製質量部
以上を密閉容器に投入し、加熱し、攪拌しながら、完全に溶解し、安積濾紙(株)製の安積濾紙No.24を使用して濾過し、ドープ202を調製した。
日本精線(株)製のファインメットNFで上記ドープ液を濾過し、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105%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エステルのウェブを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℃で幅手張力を緩和して幅保持を開放した後、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7μm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、表3記載の偏光板保護フィルム202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1.1倍であった。表3記載の偏光板保護フィルムの残留溶剤量は各々0.1%であり、膜厚は40μm、巻長は3000mであった。
《偏光板の作製》
上記作製した偏光板保護フィルム101〜125、偏光板保護フィルムB201、202を用いて、表5,表6に記載の偏光板301〜350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倍に延伸して偏光膜を作った。この偏光膜の両面にアルカリケン化処理を行った上記偏光板保護フィルム101〜125、偏光板保護フィルムB201、202を、表5,表6の組み合わせで、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。
〈アルカリケン化処理〉
ケン化工程 2モル/L−NaOH 50℃ 90秒
(貼合しにくい場合は70℃ 90秒)
水洗工程 水 30℃ 45秒
中和工程 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。
《VA型液晶表示装置の作製》
VA型液晶表示装置であるシャープ製32型テレビAQ−32AD5の予め貼合されていたバックライト側の偏光板を剥がして、上記作製した偏光板301〜325をそれぞれ液晶セル(VA型)のガラス面に貼合し、液晶表示装置301〜325を作製した。
その際、偏光板保護フィルムBである偏光板保護フィルム201が液晶セル側で、かつ偏光板の貼合の向きは予め貼合されていた偏光板と同一方向に吸収軸が向くように行った。
《IPSモード型液晶表示装置》
IPSモード型液晶表示装置である23型(株)東芝製液晶テレビFACE 23LC100を用いて、予め貼合されていたバックライト側の偏光板を剥がして、上記作製した偏光板326〜350をそれぞれ液晶セル(IPS型)のガラス面に貼合し、液晶表示装置326〜350を作製した。
その際、偏光板保護フィルムBである偏光板保護フィルム202が液晶セル側で、かつ偏光板の貼合の向きは予め貼合されていた偏光板と同一方向に吸収軸が向くように行った。
以上作製した液晶表示装置301〜350を用いて、以下の要領で輝度を評価した。
《液晶表示装置の輝度の評価》
作製した各液晶表示装置の正面輝度を評価した。
輝度は、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)で測定した値を輝度(cd/m2)とした。バックライト側に配置される偏光板保護フィルム115
を用いた液晶表示装置315と340の輝度を各々1とし、各液晶表示方式での相対輝度を以下の基準で表した。
◎:1.2倍以上の正面輝度
○:1.1倍以上かつ1.2倍未満の正面輝度
△:1.05倍以上かつ1.1倍未満の正面輝度
×:1.05倍未満
結果を下記表5,表6に示した。
表5,表6の結果から、本発明の偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムが貼合された偏光板を用いた、VA型液晶表示装置301〜314、IPS型液晶表示装置326〜339は、優れた輝度向上効果を示していることが分かる。
実施例2
実施例1に記載の本発明の偏光板301〜314、326〜339で用いた偏光素子の代わりに、下記エチレン変性PVAフィルムを偏光素子として用いた以外は同様にして偏光板を作製し、実施例1と同様な評価を実施したところ、輝度向上効果の高い偏光板を作製出来ることが分かった。
〈偏光素子:エチレン変性PVAフィルムの作製〉
エチレン単位の含有量2.5モル%、けん化度99.95モル%、重合度2400のエチレン変性PVA100質量部に、グリセリン10質量部及び水170質量部を含浸させたものを溶融混練し、脱泡後、Tダイから金属ロールに溶融押出し、製膜した。乾燥及び熱処理後に得られたエチレン変性PVAフィルムは厚みが40μmであり、フィルムの熱水切断温度の平均値は70℃であった。
このようにして得られたエチレン変性PVAフィルムを予備膨潤、染色、一軸延伸、固定処理、乾燥、熱処理の順番で連続的に処理して偏光フィルムを作製した。即ち、前記エチレン変性PVAフィルムを30℃の水中に60秒間浸して予備膨潤し、ホウ酸濃度40g/リットル、ヨウ素濃度0.4g/リットル、ヨウ化カリウム濃度60g/リットルの35℃の水溶液中に2分間浸した。続いて、ホウ酸濃度4%の55℃の水溶液中で6倍に一軸延伸を行い、ヨウ化カリウム濃度60g/リットル、ホウ酸濃度40g/リットル、塩化亜鉛濃度10g/リットルの30℃の水溶液中に5分間浸漬して固定処理を行った。この後、エチレン変性PVAフィルムを取り出し、定長下、40℃で熱風乾燥し、さらに100℃で5分間熱処理を行い膜厚15μmの偏光膜を得た。
得られた偏光フィルムの透過率は44.34%、偏光度は99.46%であり、計算により求めた二色性比は49.13であった。得られた偏光フィルムを延伸軸方向(0度)に対して平行状態に配置した2枚の偏光板の間に10度の角度で置いたところ、偏光フィルムの幅方向に対して中央部と端部の輝度の差が小さく、色斑も小さく良好であった。

Claims (5)

  1. セルロースエステルからなる光学的連続相と、下記式(1)で定義されるアスペクト比が2以上のドメインとを含む偏光散乱異方性を有する偏光板保護フィルムであって、該セルロースエステルのアセチル基置換度Xと、プロピオニル基置換度Yとが、下記式(2)及び式(3)で規定する条件を満たし、かつ該偏光板保護フィルムの製膜方向と各々のドメインの長軸方向とのなす角度の絶対値の平均値が、25°以内であることを特徴とする偏光板保護フィルム。
    式(1)
    アスペクト比=長軸径/短軸径
    (ここで、長軸径とはドメイン中の絶対最大長を意味し、短軸径とは絶対最大長に平行な2本の直線で、投影されたドメインの像を挟んだときの2直線間の距離を意味する。)
    式(2)
    2.3≦X+Y≦2.8
    式(3)
    0.7≦Y≦2.3
  2. 前記光学的連続相と前記ドメインとの屈折率差の最小値が0.25以上であり、かつ前記ドメインの長軸径が400nm以上、10000nm以下であり、短軸径が50nm以上、390nm以下であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の偏光板保護フィルム。
  3. 前記ドメインが、表面改質剤により表面処理を施されている無機化合物であることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の偏光板保護フィルム。
  4. 請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項に記載の偏光板保護フィルム/二色性偏光フィルム/偏光板保護フィルムBの順で一体化された偏光板であって、該二色性偏光フィルムの吸収軸が、前記偏光板保護フィルムの長手方向にあることを特徴とする偏光板。
  5. 請求の範囲第4項に記載の偏光板を用い、かつ請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項に記載の偏光板保護フィルムがバックライト側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
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