HK1139741B - 相位差膜、叠层偏振光膜及液晶显示装置 - Google Patents
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Description
技术领域
本发明涉及各种光学装置,尤其涉及适合用于液晶显示装置的相位差膜(phase difference film)、采用该相位差膜的叠层偏振光膜以及液晶显示装置。
背景技术
一直以来,具有光学各向异性的薄膜,作为相位差膜或光学补偿膜、视角扩大膜等而得到广泛利用,对于提高液晶显示装置的光学性能有着显著的贡献。在本说明书中,将相位差膜、光学补偿膜、视角扩大膜等具有光学各向异性的薄膜,即可用于各种光学装置的所有薄膜,定义为“相位差膜”。
关于这种相位差膜,应对所要求的各种性能的改善,而已经作出了各种方案。尤其对于相位差膜而言改善液晶显示装置的视角的技术处于重要的地位,作出了很多方案。
例如,在专利文献1~4中,记载了在相位差膜的面内平行或正交,控制彼此正交的3个方向的主折射率(nx、ny、nz,以下称为三维折射率)的情形。具体地说,在专利文献1~4中,记载了使厚度方向的主折射率(nz)比面内的2个主折射率(nx、ny)的任意一个折射率大,且,比剩余一个折射率小的情形。如此控制3个方向的主折射率(nx、ny、nz),就能控制相位差膜的相位差对视角的依赖性,结果,能够实现液晶显示装置的广视角化。
但是,由于在专利文献1~4中记载的方法是利用了构成相位差膜的高分子取向导致的双折射(以下,称为分子取向性双折射)的方案,所以获得的相位差膜在性能上有界限。此外,为使厚度方向的主 折射率(nz)成为面内的2个主折射率(nx、ny)的中间值,需要采用非常复杂的延伸方法。又,为了得到具有这样的主折射率的相位差膜,使用复杂的延伸方法,因此存在相位差值的细微控制有很大的难度,并且,对于相位差的波长依赖性也无法充分控制的问题。
作为实现液晶显示装置的广视角化的其它方法,还提出采用粘着剂等来贴合多个相位差膜,从而达成目标效果的方法。例如在专利文献5中,记载了通过层叠在面内具有光学轴的正的单轴性光学膜和在面内具有光学轴的负的单轴性光学膜,来改良相位差膜的视角依赖性的技术。依据专利文献5的方法,无需采用复杂的延伸方法,而能进行相位差的控制。
但是,在专利文献5中记载的方法也是只利用分子取向性双折射的方法,因此所获得的相位差膜在性能上也有界限。此外,所获得的光学特性成为正的单轴性光学膜与负的单轴性光学膜这两种光学特性的混合结果,因此难以自由地控制光学特性,尤其是相位差的波长色散。
作为又一种用于实现液晶显示装置的广视角化的其它方法,在专利文献6中,记载了将在单层中体现不到相位差的不同折射率的两种由无机材料构成的各向同性的层交互层叠,形成多层重复结构,从而对面内和厚度方向给予相位差而体现双折射的(以下,称为结构性双折射)方法。在专利文献6中记载的叠层相位差膜,利用结构性双折射,想要将负的C板(plate)(即,面内的两个主折射率(nx、ny)相等,且对表面的法线方向的主折射率(nz)小于面内的两个主折射率(nx、ny)的板)用于液晶显示装置,在专利文献6中,记载了在扭曲向列(TN)型的液晶显示装置中使用该薄膜,从而改良液晶显示装置的视角的例子。
但是,在专利文献6中记载的方法是只利用结构性双折射的方法,因此所获得的相位差膜在性能上有界限。此外,在专利文献6中记载的方法中,只能得到负的单轴各向异性的多层结构体。
对于在光学领域中使用的相位差膜,强烈要求进一步改善性能以及更高精度的相位差控制,而且这些要求至今还不断。
专利文献1:日本特开平02-160204号公报
专利文献2:日本特开平04-127103号公报
专利文献3:日本特开平05-157911号公报
专利文献4:日本特开平07-230007号公报
专利文献5:日本特开平03-024502号公报
专利文献6:美国专利第5196953号说明书
发明内容
本发明鉴于上述传统技术构思而成,本发明的一个目的在于提供一种相位差膜,能以高的控制性控制相位差,且对于相位差的波长依赖性也能充分控制,从而在用于液晶显示装置的场合能够实现高水准的广视角化。
此外,本发明的另一目的在于提供能够实现广视角化的叠层偏振光膜以及显著扩大视角的液晶显示装置。
本发明人,为了解决上述课题而专心研究的结果,想到了下述的本发明。
本发明的相位差膜包含以平均折射率不同的至少两种层为构成单位的多层重复结构,所述多层重复结构体现结构性双折射,所述至少两种层中的至少一种层,是具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)。
本发明的叠层偏振光膜是本发明的相位差膜与偏振光膜叠层而成的。
本发明的液晶显示装置是具备本发明的相位差膜而成的。
(发明效果)
本发明的相位差膜同时使用分子取向性双折射和结构性双折射这两者,因此显著改善了相位差的控制性。即,本发明的相位差膜是 能够得到以往没能得到或难以得到的相位差相关的特性,并且能够应付对相位差膜所期望的广泛要求的具有新型结构的相位差膜。
因此例如依据本发明的相位差膜,无需进行复杂的取向处理,而能够使厚度方向的主折射率(nz)成为面内的两个主折射率(nx、ny)的中间的值。
此外例如,依据本发明的相位差膜,通过同时使用分子取向性双折射和结构性双折射这两者,对于相位差的波长依赖性也能充分控制,即,依据本发明的相位差膜,可以各自独立地控制面内相位差值(R(λ)值)和厚度方向相位差值(Rth(λ)值)。
此外,在本发明的相位差膜中,作为构成用于体现结构性双折射的多层重复结构的层,若采用至少一种具有负的光学各向异性的层和至少另一种在光学特性上大致各向同性的层,则容易实现以往难以获得的光学各向异性,并且设计上要考虑的参数有所减少,因此改良了相位差控制性。
此外,在本发明的相位差膜中,作为构成用于体现结构性双折射的多层重复结构的层,若使用平均折射率不同的至少两种具有负的光学各向异性的层,则通过分子取向性双折射容易确保更大的面内的光学各向异性,并且能够更加自由地控制多层重复结构的三维折射率。
即,例如在本发明的相位差膜中,若作为构成单位存在两种具有负的光学各向异性的层,且两者的慢轴大致平行,则能够相加面内的光学各向异性,其结果,可确保更大的分子取向性双折射导致的面内的光学各向异性,并且能够自由地控制多层重复结构的三维折射率。
本发明的相位差膜可以提供多样的光学特性。因此,如果将本发明的相位差膜和偏振光膜层叠,就能得到具有高水准的视角扩大性能的叠层偏振光膜。
此外,通过将本发明的相位差膜和液晶盒(sell)进行组合,能够得到显著改善了显示性能尤其是视角特性的液晶显示装置。
附图说明
图1是本发明相位差膜的多层重复结构及折射率椭圆体的概略图。
图2是各层为光学各向同性的传统技术的多层重复结构及折射率椭圆体的概略图。
图3是构成单位为三种层的本发明的多层重复结构及折射率椭圆体的概略图。
图4是以不同厚度比例的两种层为构成单位的本发明的多层重复结构的概略图。
图5是本发明叠层偏振光膜的构成概略图。
图6是本发明液晶显示装置的构成概略图。
具体实施方式
<相位差膜>
本发明的相位差膜同时使用结构性双折射和分子取向性双折射这两者。具体地说,本发明的相位差膜包含以平均折射率不同的至少两种层为构成单位的多层重复结构,在这里,该多层重复结构体现结构性双折射,至少两种层中的至少一种层是具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)。
特别是本发明的相位差膜包含以平均折射率不同的至少两种层为构成单位的多层重复结构,在这里,该多层重复结构体现结构性双折射,至少两种层中的至少一种层具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层(a),且至少两种层中的其它至少一种层为光学特性上大致各向同性的层(i)。
此外特别是本发明的相位差膜包含以平均折射率不同的至少两种层为构成单位的多层重复结构,在这里,该多层重复结构体现结构性双折射,至少两种层中的至少一种层具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层(a),且至少两种层中的其它至少一种层是具有 分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层(b)。
再者,为了有效地体现结构性双折射,各层的膜厚需要比光波长充分小,其结果,本发明的相位差膜是多层重复结构引起的内部反射在可见光区域中实质上不存在的相位差膜。
在这里,本发明中,将相位差膜、光学补偿膜、视角扩大膜等具有光学各向异性的薄膜即能够用于各种光学装置的所有薄膜,定义为“相位差膜”。
[与传统相位差膜的比较]
成为本发明相位差膜中所包含的多层重复结构的构成单位的、各层的厚度,为了体现结构性双折射的同时在可见光区域中实质上不存在多层结构引起的内部反射,需要充分小于可见光波长。在成为本发明相位差膜中所包含的多层重复结构的构成单位的各层的厚度非常薄,因此本发明的相位差膜形成多层重复结构而首次体现作为相位差膜的功能。
此外,在传统相位差膜中也有将多个相位差膜层叠而使用的场合,但是这种场合也不是同时利用结构性双折射和分子取向性双折射这两方面来高精度控制光学各向异性。因此,本发明的相位差膜与只将多个相位差膜层叠而使用的传统技术的相位差膜,在设计思想上是根本不同的。
[分子取向性双折射和结构性双折射]
本发明中的“分子取向性双折射”是指通过分子或原子的取向或排列来体现的、折射率在光传播方向上的差异,即双折射,是高分子或液晶等的取向、结晶性物质的取向等而体现的光学各向异性。
在具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的场合,若用折射率椭圆体来近似介质并采用三维折射率nx、ny及nz来记述,则该三个折射率中的至少一个折射率成为不同于其它两个折射率的状态。在相位差膜中,如果该三个折射率中的面内的折射率即nx及ny的值成为不同的状态,就成为在面内存在分子取向性双折射的状态。
另一方面,“结构性双折射”不同与上述的分子取向性双折射,是指即使不在分子或原子级别上取向,也通过令不同折射率的介质形成尺寸比光波长充分小的重复结构体来体现的光学各向异性。
在本发明中,为了体现结构性双折射,需要形成平均折射率不同的至少两种层的多层重复结构。而且,在该多层重复结构中,优选不同折射率的层间的界面与薄膜表面大致平行。
[相位差膜的光学各向异性体现原理]
以下,记述本发明相位差膜的光学各向异性的体现原理。
此外,关于本发明,在单轴性的相位差膜的场合,将折射率椭圆体近似的异常光折射率方位定义为“光学轴”方位。另一方面,在双轴性的场合,在本发明中不定义“光学轴”。此外,在任何情况下,都将介质面内的最大折射率方位称为“慢轴”。
本发明的相位差膜高度融合结构性双折射和分子取向性双折射并加以使用。因此,本发明的相位差膜相对于其它的传统相位差膜,例如即使同时存在具有结构性双折射的部分和具有分子取向性双折射的部分,也为光学特性上独立存在,且在光学特性上作为单纯的两个光学各向异性介质的组合而起作用的其它的传统相位差膜,在结构上有很大的差异。在本发明的相位差膜中,结构性双折射和分子取向性双折射高度融合,其结果,所获得的多层重复结构在光学特性上成为一个光学各向异性介质。并且这是通过使用本发明这样的多层重复结构才能首次实现的。
本发明的相位差膜是一个光学各向异性介质,因此只要确定测定波长就能仅通过三个三维折射率(nx、ny、nz)来实现光学各向异性,又能自由控制该三维折射率。因此,通过控制也能得到以往难以获得或者以往不可能得到的特性的相位差膜。
在这里,为了与本发明做对比而说明本发明,对上述专利文献6中记载的多层结构进行说明。图2是专利文献6中记载的多层结构的概略图。专利文献6中的多层结构是各层在光学特性上各向同性的结 构。在这里图2中,21是H层(光学各向同性层);22是L层(光学各向同性层);23是仅由光学各向同性的层构成的多层重复结构;24是多层结构23的折射率椭圆体。
图2所示结构的光学各向异性介质的折射率各向异性,是用以下的式(7)及(8)来表示的。这些式的依据在于“有效介质近似理论”。该理论提出在比光波长充分小的多层重复结构中折射率被平均化。可知在形成各层的膜厚比光波长充分小且不同折射率的两种层的多层重复结构,且各层间的界面与介质表面平行时,以下的式(7)和(8)成立。
在这里,no、ne分别是图2的介质23的寻常光折射率、异常光折射率。
图2的24表示介质23的折射率椭圆体,在折射率椭圆体24中示出的no、ne的方向与介质23的no、ne的方向一致。dH、dL、nH、nL分别表示H层的膜厚21、L层的膜厚22、H层的折射率及L层的折射率。根据数学原理由式(7)和(8)可知在两个层的折射率不同的条件下,以下的式(9)成立。
no>ne (9)
式(9)表示图2的介质23显示负的单轴各向异性。
接着,在图1中记载本发明相位差膜的多层结构的模式图。在这里图1中,11是第1层,12是第2层,13是本发明相位差膜中的多层重复结构,交互地层叠平均折射率不同的两种层11及12,14是反射多层结构13的折射率椭圆体,15是第1层的折射率椭圆体,16是第2层的折射率椭圆体。
在如图1所示的本发明的多层重复结构中,形成层的任何介质都 能通过折射率椭圆体来近似光学各向异性,且在能够适用有效介质近似的场合,多层重复结构的三维折射率经扩展式(7)及(8)后,如以下的式(10)~(12)那样导出。
在式中,
nx、ny、nz:图1中的多层重复结构13的三维折射率,各折射率椭圆体14的正交坐标的x轴、y轴、z轴方向上的三维折射率;
x轴方向:在多层重复结构13的面内存在光学各向异性的场合,面内的慢轴方向;
y轴方向:在多层重复结构13的面内的与x轴方向垂直的方位(即,由x轴和y轴形成的平面与多层重复结构13的表面平行);
z轴方向:对于多层重复结构13的面的法线方向;
n1x、n1y、n1z:图1中的具有负的光学各向异性的层11的、用折射率椭圆体15显示的三维折射率,分别为正交坐标的x轴、y轴及z轴方向上的折射率(在层11的面内存在光学各向异性时,定义其折射率成为最大方位的轴即慢轴与x轴或y轴中的哪一轴平行);
n2x、n2y、n2z:图1中的具有负的光学各向异性或者大致光学各向同性的层12的、用折射率椭圆体16显示的三维折射率,分别为正交坐标的x轴、y轴及z轴方向上的折射率(在层12的面内存在光学各向异性时,定义其折射率成为最大方位的轴即慢轴与x轴或y轴中的哪一轴平行);
d1、d2:层11及层12各自的膜厚(nm);
本发明中如果没有特别声明的情况下,一个多层重复结构的三维 折射率的定义与上述相同。
即,如上述式(10)~(12)所示,在本发明的相位差膜中,由层结构和各层的分子取向性双折射这两方面来决定多层重复结构的光学各向异性。因此,依据本发明,通过使用这两方面的特性,能够得到以往非常难以实现的特异的光学各向异性。
而且,上述式(10)~(12)依赖于波长。层结构的结构性双折射和各层的分子取向性双折射一般具有彼此不同的波长色散特性,因此通过控制这两方面,能够得到以往无法实现的波长色散特性。
与之相对,如上述记载的那样,在各层全部为光学特性上各向同性的专利文献6所记载的多层重复结构中,只能得到式(9)所显表的各向异性。因此,可以理解成与本发明的多层重复结构相比,专利文献6所记载的多层重复结构中欠缺对各向异性的控制性。
此外,对于本发明的更加具体的光学各向异性的例子,将在后述的设计例及实施例中进行详述。
<多层重复结构>
本发明的相位差膜包含以平均折射率不同的至少两种层为构成单位的多层重复结构。在本发明中,通过多层重复结构,体现结构性双折射。
<构成多层重复结构的层的种类数目>
本发明的相位差膜中所包含的多层重复结构将平均折射率不同的至少两种层作为构成单位即可,也可以包含折射率彼此不同的三种以上的层作为构成单位。但是,从控制光学各向异性的容易度特别是作成上的容易度方面考虑,一个多层重复结构中的平均折射率不同的层的种类优选两种。
上述的图2及式(10)~(12)示出以两种平均折射率不同的层为构成单位的多层重复结构的情形。当多层重复结构仅包括两种折射率不同的层A和层B时,作为层A和层B的排列,可以列举出如(AB)(AB)(AB)····(AB)那样,通常层A和层B的顺序相同的场 合;如(AB)(BA)(AB)····(BA)那样,层A和层B的顺序有规则或随机地不同的场合,在得到本发明的光学性能的方面上,哪一种排列都可。在这里,括号内示出最小重复单位,但是从相位差控制性的方面考虑,最小重复单位中的层A和层B的排列优选在一个多层重复结构中固定。
图3是三种层成为构成单位的多层重复结构的示图。在这里该图3中,31是第1层;32是第2层;33是第3层;34是本发明相位差膜中的多层重复结构;35是多层重复结构34的折射率椭圆体;36是第k层(k=1~3)的折射率椭圆体。
三种以上层的多层重复结构的构成,例如假设有三种折射率不同的层A、层B、层C,则为(A/B/C)/(A/B/C)/(A/B/C)...(A/B/C)、(A/B/C)/(B/C/A)/(A/B/C)/...(C/B/A)等。即,与上述同样地括号内显示最小重复单位,但是不管最小重复单位中的层A、层B、层C的排列。但是,从制造的容易性或相位差控制性的方面考虑,最小重复单位的排列优选在多层重复结构中全部相同。
在这里,若将对于平均折射率不同的两种层的多层重复结构的式即上述式(10)~(12)扩展为平均折射率不同的n种层的多层重复结构,则得到下述的式(13)~(15)。
在式中,
nx,ny,nz:图3中的多层重复结构34的、用折射率椭圆体35显示的三维折射率,分别为正交坐标的x轴、y轴、z轴方向上的折射率;
x轴方向:在多层重复结构34的面内存在光学各向异性时,面内 的慢轴方向;
y轴方向:在多层重复结构34的面内的与x轴方向垂直的方位(即,由x轴和y轴形成的平面成为与多层重复结构34的表面平行);
z轴方向:对于多层重复结构34的面的法线方向;
nkx、nky、nkz:图3中的第k层(例如,图中31、32或33)的、用折射率椭圆体36显示的三维折射率,分别为正交坐标的x轴、y轴、z轴方向上的折射率(在第k层的面内存在光学各向异性的场合,定义其慢轴与为x轴或y轴的哪一轴平行);
dk:第k层的膜厚(nm)。
[层间混合(blend)区域]
在多层重复结构的各层之间,也可以存在形成各层的材料混在一起的混合区域。特别是通过多层熔融挤压作成多层重复结构的场合,根据挤压条件或所采用的材料等,有时会存在这种区域。但是,混合区域的膜厚需要比光波长充分小。在没有比光波长充分小的情况下有时会产生内部反射或薄雾(haze)。
混合区域的厚度可通过用扫描电子显微镜或透射电子显微镜等电子显微镜观察多层重复结构的截面来确认。例如,可根据透射电子显微镜的透射电子数在厚度方向的线轮廓,确认各层厚度和混合区域厚度。
认为在混合区域中两个材料的混合比例对于厚度方向大致线性变化。因此,混合区域的光学各向异性可根据线性变化的构成单位(分率)记述,当存在混合区域时,式(7)和(8)分别如下述式(7’)以及(8’)那样表示。
在式中,dB:混合区域的膜厚。
同样地,式(10)~(12)也在考虑混合区域时,可分别如下述式(10’)~(12’)那样变形。
在式中,dB:混合区域的膜厚。
该想法还可以在设n种层的多层重复结构中各层间也存在混合区域而适用,上述式(13)~(15)可以如下述式(13’)~(15’)那样变形。
在式中,
dk:第k层的膜厚(nm);
bk:在第k层与第k-1层之间存在的混合区域的膜厚(nm)。
混合区域的膜厚例如在用多层熔融挤压法制作多层重复结构的场合,可通过多层化后从压模(die)挤出为止的滞留时间、层流的状态等进行调整。此外,混合区域的膜厚也可根据形成各层的材料的相溶性等进行调整。
由于存在混合区域,具有改善密合性或者对于各层层厚的变动,使整个相位差膜的光学特性难以变动的效果。但是,由上式(10’)~(12’)及(13’)~(15’)可知,随着混合区域的增多,结构性双折射变小,因此优选在形成各层的材料的折射率或满足目标光学特性的范围内调整混合区域的厚度。
此外,混合区域增多的结果,单独材料的层消失而只成为混合区域,多层重复结构成为折射率梯度连续体也可。在此情况下,式(7’)和(8’)也可以通过将混合区域中高折射率材料的混合比例最高的部分的折射率设为nH、将低折射率材料的混合比例最高的部分的折射率设为nL,同样地处理。在式(10’)~(12’)及式(13’)~(15’)中也同样进行处理。
[成为多层重复结构的构成单位的层的厚度]
从相位差控制性的观点来看,成为本发明相位差膜中所包含的多层重复结构的构成单位的层的厚度,最好不论层种类的数目,而使一个多层重复结构中各层的膜厚都按层的每个种类大致相同。
此外,关于相同种类的层,优选作成从相同种类层的膜厚平均即平均值的偏移在±50%以下的范围。从该平均值的偏移更优选±40%以下,进一步优选±30%以下,最优选±10%以下。
再者,各层的厚度可通过用扫描电子显微镜或透射电子显微镜等的电子显微镜观察多层重复结构的截面来确认。此外,由上述式(10)~(12)以及式(13)~(15)可知,在多层重复结构中的不同种类层的厚度之比,对于整个多层重复结构的三维折射率而言是很重要的。
[成为多层重复结构的构成单位的层的光学各向异性]
从相位差控制性的观点来看,构成本发明相位差膜中所包含的多层重复结构的层的光学各向异性,优选按层的每个种类尽量固定。关于各层的光学各向异性,由于各层的膜厚比光波长充分小,一般很难直接观测。但是,如上所述,各层的膜厚可通过电子显微镜等来求出测定平均值。因此,由形成各层的材料的固有物性即折射率波长色散、双折射率波长色散、多层重复结构的各层的膜厚、层数、面内相位差值(R值(nm))、厚度方向相位差值(Rth值(nm))的波长色散数据,通过利用上述式(10)~(12)或上述式(13)~(15),或者当存在混合层时,利用上述式(10’)~(12’)或上述式(13’)~(15’),能够求出各层的平均的光学各向异性。
再者,面内相位差值(R值(nm))用下述的式(42’)来定义。
R=(nx-ny)d (42’)
此外,厚度方向相位差值(Rth(nm))用下述式(42)来定义。
此外,依据上述的“有效介质近似理论”的构想,对于一个多层重复结构,如式(10)~(12)或式(13)~(15)、或式(10’)~(12’)或式(13’)~(15’)所表示,如果指定波长,就可通过1组的三维折射率来表示其光学各向异性。因此,在本发明中,在利用多层重复结构的面内相位差值(R值)、厚度方向相位差值(Rth值)、厚度方向的取向指标(Nz值)等的三维折射率的参数,在没有特别声明的情况下,是指针对一个多层重复结构的数值。
[多层重复结构的厚度]
一个多层重复结构的膜厚优选1~300μm,更优选5~200μm,进一步优选10~150μm,最优选20~100μm。若多层重复结构的膜厚过薄,则有时得不到充分的光学各向异性,另一方面,若过厚,则发生不能作为薄膜而卷取的问题。
[多层重复结构的数目]
本发明的相位差膜中的多层重复结构的数目,可以仅为1个,但是也可以包括多个具有不同材料、不同的各层的厚度比例等的多层重复结构的层叠结构。当包括多个多层重复结构时,优选由材料相同的两种层构成,并只使重复结构的厚度比例不同,或为厚度比例和层数不同的多个多层重复结构层叠的结构。
图4中,层的材料只使用A、B这两种,厚度比例为α的多层重复结构41和厚度比例为β的多层重复结构42层叠的相位差膜43。
在图4中,多层重复结构为2个,但本发明中可包括2个以上的多层重复结构,按照用途最优化即可。但是,随着多层结构的数目的增加,相位差膜的厚度会增加,因此多层重复结构的数目,优选5个以下,更优选3个以下,最优选2个以下。
再者,即使是具有多个多层重复结构的相位差膜,也可以通过利用例如公知的进料单元(feed block)的多层熔融挤压法控制膜厚,一次成形。
[起因于多层重复结构的内部反射]
本发明中的相位差膜的反射大致分为“外部反射”和“内部反射”。在这里“外部反射”指的是在相位差膜的两表面与不同折射率的其它介质之间产生的反射,也在一般的相位差膜中产生的现象。另一方面,“内部反射”指的是外部反射以外的反射,即,指薄膜表面以外的反射。因此,在包含多层重复结构的本发明的相位差膜中,“内部反射”指的是其多个界面中产生的反射或干涉。
本发明的相位差膜需要在可见光区域中实质上不存在起因于多层 重复结构的内部反射。具体地说,内部反射率优选在2%以下,进一步优选1%以下,更优选0.5%以下,最优选0.1%以下。
再者,本发明中的“内部反射率”是指测定波长550nm的值,例如,能够基于利用分光光度计的反射率及透射率的测定结果,减去起因于表面的外部反射而求出。
此外,本发明的相位差膜最好在可见光区域中不会发生吸收。吸收依赖于所使用的材料的吸收系数的波长依赖性,因此最好选择对可见光没有吸收的材料。
而且,本发明的相位差膜最好在可见光区域中不会发生散射。散射会使相位差膜的偏振光特性劣化,一般是因为接近光波长的尺寸的结构而出现的。在本发明中,在多层重复结构的界面与相位差薄膜表面不平行,即,多层重复结构的界面混乱的场合,会有产生散射的情形。因此,在本发明中,最好使形成多层重复结构的各界面一致与相位差薄膜表面平行。再者,观察散射的方法可以举出薄雾测定,雾度值优选2%以下,更优选1.5%以下,进一步优选1%以下,最优选0.8%以下。
[成为反射多层结构的构成单位的层的光学厚度(nd(nm))]
为了防止在本发明相位差膜中的内部反射,需要使成为多层重复结构的构成单位的各层的厚度充分小于光波长,但同时也最好使上述的最小重复单位的厚度充分小于光波长。
在这里,干涉效应依赖于层的折射率n和厚度d之积nd(光学厚度),因此成为多层重复结构的构成单位的各层的光学厚度nd(nm)最好在λ/5以下。更优选λ/15以下,进一步优选λ/20以下,特别优选λ/25以下,最优选λ/30以下。在这里,λ是指可见光的范围即400~800nm,但在设计时,优选以视感度最高的550nm来进行。
[具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)的光学特性]
在本发明相位差膜中所包含的多层重复结构中,需要将构成多层 结构的至少两种层中的至少一种层作成具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)。而且,由于得到更加复杂的光学各向异性,具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)最好在面内具有分子取向性双折射导致的光学各向异性。
再者,如在上述专利文献6中所记载的多层结构那样,在成为多层重复结构的构成单位的各层的面内为各向同性的场合,由式(10)~(12)或式(13)~(15)可知,只能作成只在所得到的多层结构的法线方向上具有光学轴的负的单轴性结构体。
[具有分子取向双折射导致的负的光学各向异性的层(a)及(b)的光学特性]
具有成为多层重复结构的构成单位的分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A),最好是具有负的光学各向异性的层(a)。此外,在本发明的相位差膜中,能够将具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层(b)与具有分子取向双折射导致的负的光学各向异性的层(a)组合使用。
在这里,本发明中“具有负的光学各向异性”定义为三维折射率满足下述式(16)或(17)。
nz>nx=ny (16)
nz≥nx>ny (17)
在式(16)和(17)中,nx和ny是在层的面内平行且彼此正交的方向上的折射率,nx定义为面内的最大的折射率(慢轴方位的折射率)。此外,nz定义为对层的面的法线方向上的折射率。再者,为得到更加复杂的光学各向异性,本发明中更优选满足表示在层的面内具有光学各向异性的状态的式(17)。
如上述式(9)所示,只以单纯的光学各向同性的层为构成单位的多层重复结构的结构体中,对于面的法线方向上的折射率小于结构体的面内方向的折射率。即,仅由多层重复结构导致的结构性双折射,无法使法线方向上的折射率大于面内方向的折射率。
与之相对地,在本发明中,作为多层重复结构的构成单位,引入具有如式(16)或(17)最好式(17)那样的负的光学各向异性的层(a)和/或(b),从而能够自由控制法线方向与面内方向的折射率差。
而且,在具有负的光学各向异性的层(a)和/或(b)的三维折射率满足上述式(17)的场合,最好使具有负的光学各向异性的层(a)和/或(b)的nnx、nny的关系满足下述式(1)。在|nnx-nny|为0.0001以下的场合,在多层重复结构中得不到充分的面内各向异性,而在0.1以上的场合,有相位差控制性恶化的情形,因此并不理想。
0.0001<|nnx-nny|<0.1 (1)
(式中,
nnx:具有负的光学各向异性的层(a)和/或(b)的x轴方向上的三维折射率;
nny:具有负的光学各向异性的层(a)和/或(b)的y轴方向上的三维折射率;
x轴:在多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:在多层重复结构的面内与x轴正交的轴)
|nx-ny|的值更优选满足下述式(24)的范围,进一步优选满足下述式(25)的范围,最优选满足下述式(26)的范围:
0.0003<|nx-ny|<0.05 (24)
0.0005<|nx-ny|<0.01 (25)
0.0007<|nx-ny|<0.007 (26)
[多层重复结构的厚度方向的取向指标(Nz值)]
如上述记载的那样,若利用分子极化率各向异性为负的高分子实施正常的延伸,则得到满足上述式(16)或(17)的膜。与之相对,若利用分子极化率各向异性为正的高分子实施正常的延伸,则得到满足下述式(18)或(19)的薄膜。
nx>ny≥nz (18)
nx=ny>nz (19)
在这里,本发明中,将满足式(18)或(19)的情形定义为“具有正的光学各向异性”。再者,式(18)和(19)中的三维折射率的定义与上述式(16)和(17)中的定义相同。
在这里,如上述记载的那样,在该技术领域中,关于液晶显示装置的广视角化,如下述的式(5’)所示,使相位差膜的厚度方向的主折射率(nz)大于相位差膜的面内的两个主折射率(nx、ny)之一,且小于剩余一个。
nx>nz>ny (5’)
若使用如以下的式(20)所示那样定义的厚度方向的取向指标(Nz值),则该式(5’)所示的关系可用式(5)表示。
式中,
nx:多层重复结构在x轴方向上的三维折射率;
ny:多层重复结构在y轴方向上的三维折射率;
nz:多层重复结构在z轴方向上的三维折射率;
x轴:在多层重复结构的面内的慢轴;
y轴:与多层重复结构的面内的x轴正交的轴;
z轴:对于多层重复结构的面的法线方位的轴。
1>Nz>0 (5)
在此,如果利用厚度方向的取向指标(Nz值)来表示意味着薄膜“具有负的光学各向异性”的式(16)和(17),就得到下述式(21)。
Nz≤0 (21)
此外,如果利用厚度方向的取向指标(Nz值)来表示意味着薄膜“具有正的光学各向异性”的式(18)和(19),就得到下述式(22)。
Nz≥1 (22)
因此,用上述式(5)来确定的范围的厚度方向的取向指标(Nz值),在高分子膜的普通延伸中是得不到的。因此,现在,为了得到 厚度方向的取向指标(Nz值)满足上述式(5)的相位差膜,必须实施在对于薄膜面的法线方向上施加应力的特殊的延伸方法。因此,满足上述式(5)的相位差膜目前难以延伸,从而相位差的控制也非常困难,其结果,成为生产性显著差,且相位差的波长色散控制也非常困难的薄膜。
但是,满足上述式(5)的特性的相位差膜,在各种类型的液晶显示装置中对于视角扩大有巨大效果是众所周知的。因此,产业界中,期待能够容易进行相位差控制的方案。
在本发明中,作为具有成为多层重复结构的构成单位的分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A),采用满足上述式(16)或(17)的具有负的光学各向异性的层(a)和/或(b),且优选采用满足上述式(17)的具有负的光学各向异性的层(a)和/或(b),从而能够得到相位差的控制性良好,且满足上述式(5)的具有光学各向异性的相位差膜。
当本发明相位差膜的多层重复结构包括具有负的光学各向异性的层(a)和具有负的光学各向异性的层(b)时,从相位差控制性或确保相位差大小的观点考虑,优选使具有负的光学各向异性的层(a)和(b)各层的面内的慢轴配置成彼此大致平行。此外,成为多层重复结构的构成单位的数种具有负的光学各向异性的层中,当面内存在光学各向异性时,优选使这些慢轴配置成彼此大致平行。
在具有负的光学各向异性的层(a)和(b)各层的面内的慢轴所形成的角度,优选在0±3°的范围,更优选在0±2°,进一步优选0±1°,最优选0±0.5°的范围。
[当还包括光学特性上大致各向同性的层(i)时]
在本发明的相位差膜中所包含的多层重复结构中,在具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)以外,作为构成单位还包括光学特性上大致各向同性的层(i)也可。
再者,本发明的相位差膜是具有分子取向性双折射导致的光学各 向异性的层(A)为具有负的光学各向异性的层(a),且同时,优选包括光学特性上大致各向同性的层(i)。
特别优选的是,多层重复结构仅由两种层构成,其中的一种层为具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层(a),且剩余一种层为光学特性上大致各向同性的层(i)。在组合具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)时,容易达成满足上述式(5)的光学各向异性的实现,此外从相位差控制性的观点来看,由于要考虑的参数少的特点而理想。
再者,作为多层重复结构的面内的光学各向异性,可将具有负的光学各向异性的层(a)的面内的光学各向异性大致原样使用,这从相位差控制性的观点来看,优选使光学特性上大致各向同性的层(i)的面内的折射率各向异性满足下述式(27)。更优选,使光学特性上大致各向同性的层(i)的面内的折射率各向异性同时满足上述式(27)和下述式(28)。
|nix-niy|≤0.0003 (27)
|nix-niy|的值更优选满足下述式(40)的范围,最优选满足下述式(41)的范围。
|nix-niy|≤0.0002 (40)
|nix-niy|≤0.0001 (41)
如式(27)及(28)所示,光学特性上大致各向同性的层(i)具有分子取向性双折射导致的一些光学各向异性也可。将具有由式(27)所示程度的光学各向异性时的层(i)作为层(i’)的场合,从相位差控制性或确保相位差大小的观点来看,优选使具有光学各向异性的层(A)和具有光学各向异性的层(i’)的慢轴配置成彼此大致正交或大致平行。
在大致正交的场合,具有光学各向异性的层(A)和具有光学各 向异性的层(i’)的慢轴所形成的角度,优选为90±3°的范围,更优选为90±2°,进一步优选为90±1°,最优选为90±0.5°的范围。
在大致平行的场合,具有光学各向异性的层(A)和具有光学各向异性的层(i’)的慢轴所形成的角度优选为0±3°的范围,更优选为0±2°,进一步优选为0±1°,最优选为0±0.5°的范围。
[形成多层重复结构的层数]
形成一个多层重复结构的层数优选为100层以上30000层以下。如果层数小于100,那么在层间不存在非常大的折射率差时有得不到充分的结构性双折射的情形,另一方面,在考虑要达成所设想的目的时,不需要层数超过30000层的光学设计。更优选为500层以上20000层以下,进一步优选为1000层以上15000层以下,最优选为2000层以上10000层以下。
本发明的相位差膜包括多个多层重复结构也可,但这时的全部层数,基于同样的理由,优选为200层以上100000层以下,更优选为1000层以上50000层以下,进一步优选为3000层以上30000层以下,最优选为4000层以上20000层以下。
[多层重复结构中的层间的平均折射率之差]
一个多层重复结构中各层的平均折射率差(即,具有负的光学各向异性的层(a)的平均折射率与光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)的平均折射率之差),最好满足下述式(2),这在特别是多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)这两种层构成的场合很理想。
0.001<|δn|<0.5 (2)
平均折射率差在0.001以下时,为了得到充分的结构性双折射有时必须将层数比上述理想的范围还要增加,另一方面,要使平均折射率差达到0.5以上,在组合各高分子材料之间的场合特别困难,需要无机材料和有机材料的组合等,这是并不现实的。而且,结构性双折 射的大小,主要依赖于层间膜厚比例和折射率差,但是平均折射率差在0.5以上的值时,结构性双折射的影响会过大于分子取向性双折射的影响,因此,难以进行多层重复结构的三维折射率的控制。再者,成为多层重复结构的构成单位的各层,也有全部层具有光学各向异性的情形,因此在这里所称的三维折射率差是指平均折射率差。此外,平均折射率n和三维折射率的关系由下述式(29)表示。
|δn|的值更优选满足下述式(30)的范围,更优选满足下述式(31)的范围,更优选满足下述式(31’)的范围,更优选满足下述式(32)的范围,更优选满足下述式(32’)的范围,最优选满足下述式(32”)的范围。
0.01<|δn|<0.3 (30)
0.02<|δn|<0.2 (31)
0.03<|δn|<0.15 (31’)
0.03<|δn|<0.1 (32)
0.05<|δn|<0.12 (32’)
0.07<|δn|<0.1 (32”)
再者,平均折射率是在光学特性上将形成各层的材料各向同性后的薄膜状态下,能够通过阿贝(Abbe)折射计或偏振光椭圆计来测定。在具有光学各向异性的状态下,用同样的方法测定三维折射率,并能够从上述式(29)求出平均折射率。
[用以满足上述式(5)的多层重复结构的优选参数]
对于本发明相位差膜中所包含的一个多层重复结构的光学各向异性进行专心研究的结果,具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)是具有负的光学各向异性的层(a),它与光学特性上大致各向同性的层(i)这两种层构成多层重复结构的场合,得知为了满足上述式(5),多层重复结构满足以下的式(3)及(4)。此外,具 有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)是具有负的光学各向异性的层(a),它与具有负的光学各向异性的层(b)这两种层构成多层重复结构的场合,得知为了满足上述式(5),多层重复结构最好满足以下的式(3)、(4)及(4’)。该式(3)是在上述式(5)上组合与结构双折射相关的式(10)~(12)而获得的。此外,这里的测定波长设为人的视感度最高的波长即550nm。
n1x≤n1z (4)
n2x≤n2z (4’)
在式中,
d1:具有负的光学各向异性的层(a)的一层的膜厚;
d2:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)的一层的膜厚(nm);
n1x:具有负的光学各向异性的层(a)在x轴方向上的三维折射率;
n1y:具有负的光学各向异性的层(a)在y轴方向上的三维折射率;
n1z:具有负的光学各向异性的层(a)在z轴方向上的三维折射率;
n2x:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在x轴方向上的三维折射率;
n2y:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在y轴方向上的三维折射率;
n2z:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在z轴方向上的三维折射率;
x轴:多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:多层重复结构的面内与x轴正交的轴;
z轴:多层重复结构的面的法线方位的轴。
在本发明的相位差膜中,具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)是具有负的光学各向异性的层(a),它与光学特性上 大致各向同性的层(i)这两种层构成多层重复结构的场合,在满足上述式(3)及(4)时,进而n1x是具有负的光学各向异性的层(a)的面内的慢轴的折射率,且多层重复结构中的x轴和具有负的光学各向异性的层(a)的慢轴所形成的角度优选为0±3°的范围,更优选为0±2°,进一步优选为0±1°,最优选为0±0.5°的范围。
在本发明的相位差膜中,具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)是具有负的光学各向异性的层(a),它与具有负的光学各向异性的层(b)这两种层构成多层重复结构的场合,满足上述式(3)、(4)及(4’),而且n1x和n2x是面内的慢轴的折射率,且多层重复结构中的x轴和这些慢轴所形成的角度,优选为0±3°的范围,更优选为0±2°,进一步优选为0±1°,最优选为0±0.5°的范围。
再者,如上所述,也有在一个多层重复结构中成为构成单位的各层全部具有光学各向异性的情形,各层的各参数上存在某一程度的偏差也可。因此,上述式(3)、(4)及(4’)只要通过各层的平均膜厚、光学各向异性来满足即可。平均膜厚例如通过用透射电子显微镜观察截面并对各层平均100点的测定来求出。此外,各层的平均光学各向异性,如上所述,可从所获得的平均膜厚等的数据,用上述式(10)~(12)来求出。
而且,光学特性上大致各向同性的层(i)最好完全为各向同性,但如上述式(27)所示,允许有某一程度的光学各向异性。
[多层重复结构的面内相位差值(R值(nm))]
本发明相位差膜中所包含的多层重复结构的面内相位差值(R值(nm)),在考虑将相位差膜用于液晶显示装置时,最好满足下述式(6)。
10nm<R<1000nm (6)
R的值更优选满足下述式(33),进一步优选满足下述式(34),最优选满足下述式(35)。
20nm<R<800nm (33)
30nm<R<600nm (34)
40nm<R<400nm (35)
[与厚度方向的延迟(retardation)相关的波长色散性]
关于本发明,相位差膜对于厚度方向的延迟有逆色散性,这可以通过下述的式来表示。
Rth(λ)/Rth(λ’)<1
{λ、λ’:测定波长(400nm≤λ<λ’≤700nm,优选为λ=450nm,且λ’=550nm)}
[与面内及厚度方向的延迟相关的波长色散性]
如上述记载的那样,依据本发明的相位差膜,可对面内相位差值(R(λ)值)和厚度方向相位差值(Rth(λ)值),分别独立地控制。
[与面内及厚度方向的延迟相关的波长色散性-独立控制1]
关于这方面,例如依据本发明的相位差膜,可以使与面内相位差值(R(λ)值)相关的波长色散性{R(λ)/R(λ’)}和与厚度方向相位差值(Rth(λ)值)相关的波长色散性(Rth(λ)/Rth(λ’)}之差,满足下述的式。
|{Rth(λ)/Rth(λ’)}-{(R(λ)/R(λ’)}|≥0.1
{λ、λ’:测定波长(400nm≤λ<λ’≤700nm,优选为λ=450nm,且λ’=550nm)}。
此外,例如依据本发明的相位差膜,能够使与面内相位差值相关的波长色散性{R(λ)/R(λ’)}和与厚度方向相位差值相关的波长色散性{Rth(λ)/Rth(λ’)}之差,在0.15以上,0.2以上,或0.25以上。
对此,对本发明相位差膜中所包含的一个多层重复结构的光学各向异性进行专心研究的结果,在多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各 向异性的层(b)这两种层构成的场合,得知最好具有满足下述的式(200)的测定波长λ(nm)及λ’(nm)(400nm≤λ<λ’≤700nm)。该式(200)是通过在上述式上组合与结构双折射相关的式(10)~(12)来获得的。此外该右边的值为例如0.15以上,0.2以上,或0.25以上。
(在式中,
d1:具有负的光学各向异性的层(a)的一层的膜厚(nm);
d2:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)的一层的膜厚(nm);
n1x:具有负的光学各向异性的层(a)在x轴方向上的三维折射率;
n1y:具有负的光学各向异性的层(a)在y轴方向上的三维折射率;
n1z:具有负的光学各向异性的层(a)在z轴方向上的三维折射率;
n2x:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在x轴方向上的三维折射率;
n2y:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在y轴方向上的三维折射率;
n2z:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在z轴方向上的三维折射率;
x轴:多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:多层重复结构的面内与x轴正交的轴;
z轴:多层重复结构的面的法线方位的轴)。
[与面内及厚度方向的延迟相关的波长色散性-独立控制2]
再者,例如依据本发明的相位差膜,能够使R(λ)/R(λ’)及Rth(λ)/Rth(λ’)中的任一个为大于1的值,且使另一个为小于1的值,即能够使面方向的延迟和厚度方向的延迟中的一个显示正常的波长色散性,且另一个显示逆波长色散性。在这里,测定波长λ、λ’为400nm≤λ<λ’≤700nm,优选为λ=450nm,且λ’=550nm)。
对此,对本发明相位差膜中所包含的一个多层重复结构的光学各向异性进行专心研究的结果,得知在多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)这两种层构成的场合,最好具有使下述式(100)和(100’)中的一个小于1且另一个超过1的测定波长λ(nm)及λ’(nm)(400nm≤λ<λ’≤700nm)。该式(100)和(100’)是在上述式上组合与结构双折射相关的式(10)~(12)来获得的。
(在式中,
d1:具有负的光学各向异性的层(a)的一层的膜厚(nm);
d2:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)的一层的膜厚(nm);
n1x:具有负的光学各向异性的层(a)在x轴方向上的三维折射率;
n1y:具有负的光学各向异性的层(a)在y轴方向上的三维折射率
n1z:具有负的光学各向异性的层(a)在z轴方向上的三维折射率;
n2x:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在x轴方向上的三维折射率;
n2y:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在y轴方向上的三维折射率;
n2z:光学特性上大致各向同性的层(i)或具有负的光学各向异性的层(b)在z轴方向上的三维折射率;
x轴:多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:多层重复结构的面内与x轴正交的轴;
z轴:多层重复结构的面的法线方位的轴)。
<相位差膜的材料>
作为构成本发明相位差膜的材料,只要成为多层重复结构的构成单位的至少一种层采用成为具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)的材料,就没有特别的限定。
此外,在本发明的相位差膜中,在不损害其效果的范围内,在形成层的材料中,加入Irganox1010、1076(汽巴精化(チバガィギ-公司制)等公知的防氧化剂、润滑剂、磷酸酯等的可塑剂、界面活性剂、苯基水杨酸、2-羟基二苯甲酮、磷酸三苯酯等的紫外线吸收剂、防带电剂、上蓝(ブル-ィング)剂等的添加剂也可。此外,为了调整玻璃转变点温度或双折射率,也可添加相溶性优越的添加剂。
[具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)的材料]
从成形性的观点考虑,本发明相位差膜中的具有成为多层重复结构的构成单位的分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)的材料,最好主要采用高分子。高分子可为结晶性、液晶性、非晶性的任意种,但从相位差控制性的观点考虑,优选非晶性高分子。而且,从成形性的观点考虑,优选热可塑性高分子。
再者,从提高相位差膜的制造效率的观点来看,具有至少一种分子取向性双折射的层(A)最好通过高分子的分子取向来体现分子取向性双折射。
从取向的长期保持性的观点来看,用于具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)的高分子的玻璃转变点温度,优选为120℃ 以上,更优选为125℃以上,进一步优选为130℃以上,最优选为135℃以上。此外,从成形性的观点来看,玻璃转变点温度的上限优选为180℃以下,更优选为170℃以下,进一步优选为160℃以下,最优选为150℃以下。此外,这里的所谓玻璃转变点温度是指不仅高分子而且还包括添加剂等在内的表观的玻璃转变点温度。玻璃转变点温度可用示差扫描热量计(DSC)来测定。
[具有负的光学各向异性的层(a)及(b)的材料]
具有成为本发明相位差膜中所包含的多层重复结构的构成单位的分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A),最好是具有负的光学各向异性的层(a)。如上所述,如果作为多层重复结构的构成单位存在具有负的光学各向异性的层(a),就能自由控制法线方向与面内方向的折射率差。本发明的相位差膜中,具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)可为具有负的光学各向异性的层(a),进而可以包括具有负的光学各向异性的层(b)。
再者,从相位差的控制性变容易的观点来看,用于本发明的具有负的光学各向异性的层(a)和(b)最好主要包括分子极化率各向异性为负的高分子。
在这里,“分子极化率各向异性为负的高分子”被定义为:设高分子的玻璃转变点温度为Tg(℃),在Tg±10℃的范围进行纵向单轴延伸时,具有薄膜面内的折射率的最大方位与延伸方向大致正交的性质的高分子。同样地,“分子极化率各向异性为正的高分子”被定义为在相同条件下所得到的薄膜面内的折射率的最大方位与延伸方向大致平行的高分子。
从成形性的观点来看,具有负的光学各向异性的层(a)及层(b)的材料最好主要采用高分子。高分子可为结晶性、液晶性、非晶性的任意种,但从相位差控制性的观点来看,优选非晶性高分子。而且,从成形性的观点来看,优选热可塑性高分子。
再者,从提高相位差膜的制造效率的观点考虑,具有负的光学各 向异性的层(a)及层(b)的分子取向性双折射最好通过构成层(a)和层(b)的高分子的分子取向来分别体现。
从取向的长期保持性的观点来看,成为形成具有负的光学各向异性的层(a)及层(b)的材料的高分子的玻璃转变点温度,优选为120℃以上,更优选为125℃以上,进一步优选为130℃以上,最优选为135℃以上。此外,从成形性的观点来看玻璃转变点温度的上限优选为180℃以下,更优选为170℃以下,进一步优选为160℃以下,最优选为150℃以下。此外,这里的所谓玻璃转变点温度是指不仅高分子而且还包括添加剂等的表观的玻璃转变点温度。玻璃转变点温度可用示差扫描热量计(DSC)来测定。
此外,当形成具有负的光学各向异性的层(a)和层(b)的材料不同时,这些玻璃转变点温度最好大致相同。成为具有负的光学各向异性的层(a)及层(b)的材料的高分子的玻璃转变点温度之差,优选为20℃以下,更优选为15℃以下,进一步优选为10℃以下,最优选为5℃以下。
作为分子极化率各向异性为负的高分子,可举出例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰吗啉(polyacryloilmorpholine)、丙烯类、聚酯类、聚碳酸酯类、聚苯乙烯类、间规聚苯乙烯、加氢的聚苯乙烯、有机酸置换纤维素类、具有苯基的共聚烯烃马来酰亚胺类、具有芴骨架的聚碳酸酯类、苯乙烯-无水马来酸共聚体等的聚合物、对聚苯氧和聚苯乙烯的混合物,以及它们的混合物等。
分子极化率各向异性为负的高分子是苯乙烯/无水马来酸的共聚摩尔比为70/30~86/14的苯乙烯和无水马来酸的共聚体,特别是光弹性系数为8×10-12pa-1以下的共聚体。这种共聚体具有改良的耐热相位差稳定性,且光弹性系数小,且具有负的光学各向异性。例如,当苯乙烯/无水马来酸的共聚摩尔比为85/15时,能够使玻璃转变温度成为133℃且光弹性系数成为5.4×10-12pa-1,当该比为78/22时,能够使玻璃转变温度成为150℃且光弹性系数成为4.3×10-12pa-1,此外当 该比为74/26时,能够使玻璃转变温度成为150℃且光弹性系数成为2.8×10-12pa-1。
[光学特性上大致各向同性的层(i)的材料]
构成本发明相位差膜中所包含的多层重复结构的层,将具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)设为具有负的光学各向异性的层(a),进而优选其它构成层为光学特性上大致各向同性的层(i)。通过使多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)构成,变得容易实现满足上述式(5)的光学各向异性,此外,在设计时要考虑的参数也有所减少,因此从相位差控制性的观点来看也是很理想的。
再者,从成形性的观点来看,光学特性上大致各向同性的层(i)最好主要由高分子构成。具体的高分子可举出:聚乙烯醇类、变性聚乙烯醇类、有机硅烷醇、丙烯类、硅类、聚酯类、聚亚胺酯类、聚醚类、橡胶类、聚碳酸酯类、聚苯乙烯类、间规聚苯乙烯、非晶聚烯烃类、具有降冰片烯骨架的聚合物、具有降冰片烯骨架的环状烯烃类聚合物、有机酸置换纤维素类、聚醚砜类、多芳化合物类、烯烃马来酰亚胺类、具有苯基的共聚烯烃马来酰亚胺类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酮醚、聚芳酮醚、聚酰胺亚胺类、聚酯亚胺类、具有芴骨架的聚碳酸酯类、苯乙烯-无水马来酸共聚、对聚苯氧类等的聚合物以及它们的混合等,但本发明中并不限定于此。
构成光学特性上大致各向同性的层(i)的高分子的玻璃转变点温度,优选构成具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层(A)的高分子的玻璃转变点温度附近以下。在光学特性上大致各向同性的层(i)中,如果能保持形状则取向未必要保持,因此可以使用玻璃转变点温度处于室温附近那样的高分子弹性体等。
[其它层]
本发明的相位差膜可为具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层(a)和层(b)以及在光学特性上大致各向同性的层(i) 以外的层。即,在多层重复结构以外还可以具有其它层,或,在多层重复结构中,除了包括具有负的光学各向异性的层(a)和层(b)以及光学特性上大致各向同性的层(i)以外,还可以包括其它层。
这种其它层的材料,只要不损害本发明的效果,就没有特别的限定,能够适当从公知的材料中选择。
例如,为了改善相位差膜自身的机械强度,多层重复结构的两面能够层叠保护膜(X)。在这里该保护膜(X)可以由破断强度10~50MPa、破断伸度300~1500%、面冲击破坏能量5×10-4J/μm以上且在-40℃中频率1Hz上的动态贮藏弹性率以及动态损耗弹性率为1×105~2×108Pa的热可塑树脂组成物(P)制作,且在光学特性上大致各向同性。
对此,关于保护膜的各种测定值是如下述那样测定的。
(1)破断强度
破断强度是通过依据JIS C2151-1990的方法在23℃中将宽度10mm的试料膜,在试长间100mm、牵引速度200mm/分的条件下进行牵引试验,从薄膜破断时的应力求出的值。
(2)破断伸度
破断伸度是通过依据JIS C2151-1990的方法在23℃中将宽度10mm的试料膜,在试长间100mm、牵引速度200mm/分的条件下进行牵引试验,从薄膜破断时的应变(延伸率)求出的值。
(3)面冲击破坏能量(50%冲击破坏能量)
面冲击破坏能量是在固定周围的样品中央安放(set)针(pin)(尺寸φ4.0mm),从其上方落下重锤(重量0.5kg(保护膜的场合)或0.02kg(相位差膜的场合)),通过JIS K7211-1的数据处理方法(阶梯(staircase)法),算出单位薄膜厚度的破坏能量来获得的值。
(4)动态贮藏弹性率以及动态损耗弹性率
使用Rheometrics(レォメトリックス)公司制RSA-II,在牵引模式下测定温度-40℃、频率1Hz为条件测定的值。
由上述的破断强度、破断伸度、面冲击破坏能量、动态贮藏弹性率、及动态损耗弹性率的值可理解到用于保护膜(X)的热可塑树脂组成物(P)具有较大的机械强度及弹性。通过使用这样的保护膜,能够改良本发明相位差膜的处理(handling)时或热休克(heat shock)试验时等中的耐破损性。
热可塑性树脂组成物(P)的破断强度为10MPa以上,优选在20MPa以上。若破断强度在10MPa以下,则在用热可塑性树脂组成物(P)作成的具有相位差膜用保护膜的叠层相位差膜中的延伸中,有可能在薄膜中发生龟裂,此外从该热可塑性树脂组成物(P)获得的相位差膜用保护膜有时不会充分发挥其作为相位差膜用保护膜的功能。
热可塑性树脂组成物(P)的破断伸度为300%以上,优选500%以上。若破断伸度小于300%,则在具有由热可塑性树脂组成物(P)作成的相位差膜用保护膜的叠层相位差膜中的延伸中,有可能在薄膜上发生龟裂,此外从该热可塑性树脂组成物(P)获得的相位差膜用保护膜有时不会充分发挥其作为相位差膜用保护膜的功能。
在热可塑性树脂组成物(P)中,面冲击破坏能量为5×10-4J/μm以上,特别是在8×10-4J/μm以上。当面冲击破坏能量小时,从该热可塑性树脂组成物(P)获得的相位差膜用保护膜,有时不会充分发挥其作为相位差膜用保护膜的功能。
热可塑性树脂组成物(P)在-40℃中频率1Hz条件下的动态贮藏弹性率以及动态损耗弹性率均为1×105~2×108Pa,优选为5×105~5×107Pa。若这些值小于1×105Pa,则有可能在收卷薄膜时容易粘上。由热可塑性树脂组成物(P)作成的相位差膜用保护膜存在于本发明叠层相位差膜的两侧,因此相位差膜用保护膜的抑制粘附作用很重要。此外,若这些值超过2×108Pa,则在具有由热可塑性树脂组成物(P)作成的相位差膜用保护膜的叠层相位差膜中,有可能因热循环测试而产生破损。
热可塑性树脂组成物(P)未延伸时的光弹性系数,优选为-10~+10×10-12/Pa,进一步优选为-7~+7×10-12/Pa,最好优选为-5~+5×10-12/Pa。通过使未延伸时的光弹性系数处于该范围,能够按照偏振光片保护膜、相位差膜等的光学用途而适当地使用。
热可塑树脂组成物(P)可为满足上述条件的任意热可塑树脂组成物,作为例子可以适当地举出乙烯类共聚树脂(P-1);包括由苯乙烯组成的聚合体单元和由丁二烯组成的聚合体单元或由异戊二烯组成的聚合单元的共聚体,或含有其共聚体的氢化物聚合体(P-2)的组成物。
保护膜(X)在光学特性上大致各向同性,例如满足下述的式:
|R(X)|≤20nm,特别是10nm,更特别是5nm
(式中,R(X):利用波长400~700nm的光测定的保护膜(X)的面内延迟(retardation)(当存在多个相位差膜用保护膜时所有相位差膜用保护膜的面内延迟的总和))。
<相位差膜的制造方法>
在体现本发明相位差膜中分子取向性双折射导致的光学各向异性时,从光学各向异性的控制变容易的观点来看,最好采用延伸处理。
延伸处理可为单轴延伸或双轴延伸中的任一种,在双轴延伸的场合,可为逐次双轴延伸或同时双轴延伸中的任一种。此外,对于延伸方法没有特别制限,可采用例如辊间延伸的纵向单轴延伸、利用展幅机的横向单轴延伸、或组合这些的同时双轴延伸、逐次双轴延伸等公知的方法。
延伸温度最好是所用的高分子的玻璃转变点附近,例如,在使用热可塑性高分子的场合,对于玻璃转变点温度(Tg),优选设为(Tg-20℃)~(Tg+30℃)的范围,更优选为(Tg-10℃)~(Tg+20℃)的范围。此外,本发明的相位差膜包含由多种构成单位构成的多层重复结构,因此延伸温度优选与Tg最高的层一致地适当设定。
此外,在形成延伸前的多层结构时,只要是能形成多层结构的方 法就无特别限定,可举出例如多层旋涂法、多层溶液浇铸法、多层熔融挤压法等。
作为本发明相位差膜的更优选的成形法,可举出按照多层熔融挤压法使用由高分子组成的材料而形成多层膜,接着将该多层膜延伸的方法。依据该方法,即便是复杂的多层结构,在熔融挤压后也可以像1张薄膜处理,其结果,能够容易获得复杂的光学各向异性。
多层熔融挤压法没有特别限定,能够采用例如日本特许3264958中所记载的公知的方法。作为多层熔融挤压法,可以举出例如多歧管(multi manifold)法、进料单元法等,但在本发明中优选采用进料单元法。
在多层熔融挤压时,优选所用的高分子的熔融粘度大致相同。当熔融粘度明显不同时,有时难以形成多层结构。在本发明中,在温度250℃、剪切速度180sec-1的条件下测定的熔融粘度,优选100~6000Pa·s,更优选200~4000Pa·s,进一步优选300~2000Pa·s,最优选400~1800Pa·s的范围。若熔融粘度脱离上述范围,则有时多层重复结构的制膜不稳定。
此外,在多层熔融挤压工程中,若形成多层结构を的材料间的熔融粘度差大,则有时难以形成层结构。优选熔融粘度差小,例如,在温度250℃、剪切速度180sec-1的条件下测定的熔融粘度差优选为5000Pa·s以下,更优选为3000Pa·s以下,进一步优选为2000Pa·s以下,最优选为1000Pa·s以下。若熔融粘度脱离上述范围,则有时多层重复结构的制膜不稳定。但是,即使使用有粘度差的材料,也因流路的形状而剪切速度有所不同,所以有可能制造出稳定的多层重复结构。
在多层熔融挤压法中,优选使用T型压模挤出树脂,其后,送到冷却辊的方法。挤出时的树脂温度可考虑树脂的流动性、热稳定性等而适当设定。此外,为了防止多层重复结构中的界面剥离,用于多层熔融挤压的高分子优选彼此粘接性良好的材料。
<相位差膜的设计例>
以下,记述设计例,对实施本发明的最佳方式进一步详细说明。在各设计例中,材料使用实际存在的高分子,并利用该高分子的参数进行了设计。
[设计例1]
在设计例1中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)这两种层构成的相位差膜。在这里,将具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将光学特性上大致各向同性的层(i)设为B层。
(A层)材料:聚苯乙烯
聚苯乙烯具有负的分子极化率各向异性,因此通过延伸体现负的光学各向异性。在表1中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表1
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5962 | 1.5930 | 1.5967 |
| 550 | 1.5883 | 1.5853 | 1.5888 |
| 650 | 1.5798 | 1.5769 | 1.5803 |
(B层)材料:乙烯-降冰片烯共聚体
乙烯-降冰片烯共聚体在光学特性上各向同性,所获得的层在光学特性上各向同性。在表2中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表2
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5215 | 1.5215 | 1.5215 |
| 550 | 1.5175 | 1.5175 | 1.5175 |
| 650 | 1.5116 | 1.5116 | 1.5116 |
(多层体)
按照表3中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表3及表4中。在这里,表4中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将A层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表3
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 100000 | 4000 | 4000 | 15 | 10 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 196 | 44 | 1.5667 | 1.5648 | 1.5653 | 0.73 |
| 550 | 183 | 36 | 1.5604 | 1.5586 | 1.5591 | 0.70 |
| 650 | 176 | 30 | 1.5529 | 1.5511 | 1.5517 | 0.67 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 1.23 | 0.83 |
表4
(结果)
由表3及表4的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都满足上述式(5),并且,也满足上述式(3)及(4)。
此外,关注表示延迟的波长色散的R(450)/R(550)、R(650)/R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
在由单一层构成的相位差膜,尤其在液晶显示装置中被广泛使用的通过高分子的延伸法制作的相位差膜中,R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550),以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)一般给出相同的值。此外,Nz值不依赖波长,一般是固定的。
R值是正面入射光时的薄膜的光学各向异性的信息,另一方面,Rth值、Nz值表示倾斜入射时的薄膜的光学各向异性的信息。因此,设计例1的相位差膜显示正面入射时和倾斜入射时的光学各向异性的波长色散不同,表示能够独立地控制在传统相位差膜中是不可能的、正面入射时和倾斜入射时的光学各向异性的波长色散。这是因为本发明的相位差膜并用结构性双折射和分子取向性双折射这两方面而能够实现的、以往没有存在的特异的特征之一,利用该特性,就可以改善例如采用垂直取向型液晶等的液晶表示装置中的视角性能。
而且,为了确认本设计例的有效介质近似理论的成立性,对于与上述完全相同的多层体,实施了4×4的琼斯矩阵(Jones matrix)计算。作为比较方法,采用了将表3所示的多层结构的有效介质近似产生的折射率椭圆体,和向将A层及B层各层叠4000层的共8000层的多层结构体入射各种偏振光后出射的偏振光进行比较的方法。其结果,确认了两者大致一致,并确认了本设计例中有效介质近似有效。
[设计例2]
在设计例2中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)这两种层构成的相位差膜。在这里,将具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将光学特性上大致各向同性的层(i)设为B层。
(A层)材料:与设计例1相同的材料即聚苯乙烯
在表5中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表5
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5965 | 1.5928 | 1.5965 |
| 550 | 1.5887 | 1.2852 | 1.5887 |
| 650 | 1.5801 | 1.5768 | 1.5801 |
(B层)材料:与设计例1相同的材料即乙烯-降冰片烯共聚体
在表6中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表6
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5215 | 1.5215 | 1.5215 |
| 550 | 1.5175 | 1.5175 | 1.5175 |
| 650 | 1.5116 | 1.5116 | 1.5116 |
(多层体)
按照表7中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表7及表8中。在这里,表8中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将A层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表7
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 90000 | 3000 | 3000 | 26 | 4 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 294 | 70 | 1.5867 | 1.5835 | 1.5859 | 0.26 |
| 550 | 275 | 68 | 1.5794 | 1.5763 | 1.5786 | 0.25 |
| 650 | 264 | 68 | 1.5712 | 1.5682 | 1.5704 | 0.24 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 1.03 | 0.99 |
[0400] 表8
由表7及表8的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都满足上述式(5),并且,也满足上述式(3)及(4)。
此外,关注表示相位差的波长色散的R(450)/R(550)、R(650)/R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
[设计例3]
在设计例3中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)这两种层构成的相位差膜。在这里,将具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将光学特性上大致各向同性的层(i)设为B层。
(A层)材料:与设计例1相同的材料即聚苯乙烯
在表9中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表9
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5967 | 1.5924 | 1.5967 |
| 550 | 1.5888 | 1.5848 | 1.5888 |
| 650 | 1.5803 | 1.5764 | 1.5803 |
(B层)材料:与设计例1相同的材料即乙烯-降冰片烯共聚体
在表10中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表10
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5215 | 1.5215 | 1.5215 |
| 550 | 1.5175 | 1.5175 | 1.5175 |
| 650 | 1.5116 | 1.5116 | 1.5116 |
(多层体)
按照表11中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表11及表12中。在这里,表12中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将A层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表11
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 100000 | 2500 | 2500 | 29 | 11 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 314 | -11 | 1.5764 | 1.5733 | 1.5749 | 0.47 |
| 550 | 293 | -15 | 1.5695 | 1.5666 | 1.5682 | 0.45 |
| 650 | 282 | -18 | 1.5617 | 1.5589 | 1.5605 | 0.44 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 0.73 | 1.22 |
表12
由表11及表12的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都 满足上述式(5),并且,也满足上述式(3)及(4)。
此外,关注表示相位差的波长色散的R(450)/R(550)、R(650)/R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
而且,若详细比较R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550),则前者是大于1的所谓正常延迟的色散,但后者小于1,成为随着波长的增大而Rth变小的所谓逆色散。这表示能够独立控制正面入射时和倾斜入射时的光学各向异性的波长色散。
[设计例4]
在设计例4中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)这两种层构成的相位差膜。在这里,将具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将光学特性上大致各向同性的层(i)设为B层。
(A层)材料:与设计例1相同的材料即聚苯乙烯
在表13中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表13
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5965 | 1.5928 | 1.5965 |
| 550 | 1.5887 | 1.5852 | 1.5887 |
| 650 | 1.5801 | 1.5768 | 1.5801 |
(B层)材料:与设计例1相同的材料即乙烯-降冰片烯共聚体
在表示14中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表14
| λ(nm) |
[0435]
| 450 | 1.5215 | 1.5215 | 1.5215 |
| 550 | 1.5175 | 1.5175 | 1.5175 |
| 650 | 1.5116 | 1.5116 | 1.5116 |
(多层体)
按照表15中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表15及表16中。在这里,表16中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将A层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表15
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 80000 | 3200 | 3200 | 10 | 15 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 123 | 76 | 1.5520 | 1.5504 | 1.5502 | 1.12 |
| 550 | 115 | 67 | 1.5464 | 1.5449 | 1.5448 | 1.08 |
| 650 | 110 | 61 | 1.5394 | 1.5380 | 1.5379 | 1.05 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 1.14 | 0.91 |
表16
由表15及表16的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都不满足上述式(5)。
此外,关注表示相位差的波长色散的R(450)/R(550)、R(650) /R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
[设计例5]
在设计例5中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上具有负的光学各向异性的层(b)这两种层组成的相位差膜。在这里,具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将具有负的光学各向异性的层(b)设为B层。
(A层)材料:具有芴骨架的共聚聚碳酸酯
具有芴骨架的共聚聚碳酸酯具有负的分子极化率各向异性,通过延伸来体现负的光学各向异性。在表17中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表17
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.6381 | 1.6348 | 1.6390 |
| 550 | 1.6171 | 1.6144 | 1.6178 |
| 650 | 1.6069 | 1.6044 | 1.6076 |
(B层)材料:聚丙烯酰吗啉
聚丙烯酰吗啉具有负的分子极化率各向异性,通过延伸来体现负的光学各向异性。在表18中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表18
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5130 | 1.5102 | 1.5137 |
| 550 | 1.4949 | 1.4922 | 1.4956 |
| 650 | 1.4802 | 1.4776 | 1.4810 |
(多层体)
按照表19中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表19及表20中。在这里,表20中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将各层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表19
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 90000 | 3600 | 3600 | 5 | 20 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 256 | 81 | 1.5388 | 1.5360 | 1.5365 | 0.82 |
| 550 | 243 | 81 | 1.5201 | 1.5174 | 1.5178 | 0.83 |
| 650 | 238 | 107 | 1.5064 | 1.5038 | 1.5039 | 0.95 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.05 | 0.98 | 1.00 | 1.32 |
表20
由表19及表20的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都满足上述式(5),并且,也满足上述式(3)及(4)及(4’)。此外,关注表示相位差的波长色散的R(450)/R(550)、R(650)/R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
在由单一层构成的相位差膜,尤其在液晶显示装置中被广泛使用的通过高分子的延伸法制作的相位差膜中,R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550),以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)一般给出相同的值。此外,Nz值不依赖波长,一般是固定的。
R值是正面入射光时的薄膜的光学各向异性的信息,另一方面,Rth值、Nz值表示倾斜入射时的薄膜的光学各向异性的信息。因此,设计例5的相位差膜显示正面入射时和倾斜入射时的光学各向异性的波长色散不同,表示能够独立地控制在传统相位差膜中是不可能的、正面入射时和倾斜入射时的光学各向异性的波长色散。这是因为本发明的相位差膜并用结构性双折射和分子取向性双折射这两方面而能够实现的、以往没有存在的特异的特征之一,利用该特性,就可以改善例如采用垂直取向型液晶等的液晶表示装置中的视角性能。
而且,为了确认本设计例的有效介质近似理论的成立性,对于与上述完全相同的多层体,实施了4×4的琼斯矩阵(Jones matrix)计算。作为比较方法,采用了将表19所示的多层结构的有效介质近似产生的折射率椭圆体,和向将A层及B层各层叠3600层的共7200层的多层结构体入射各种偏振光后出射的偏振光进行比较的方法。其结果,确认了两者大致一致,并确认了本设计例中有效介质近似有效。
[设计例6]
在设计例6中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上具有负的光学各向异性的层(b)这两种层构成的相位差膜。在这里,将具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将具有负的光学各向异性的层(b)设为B层。
(A层)材料:苯乙烯-无水马来酸共聚体
苯乙烯-无水马来酸共聚体具有负的分子极化率各向异性,通过延伸来体现负的光学各向异性。在表21中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表21
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5735 | 1.5698 | 1.5735 |
| 550 | 1.5604 | 1.5569 | 1.5604 |
| 650 | 1.5526 | 1.5493 | 1.5526 |
(B层)材料:与设计例5相同的材料即聚丙烯酰吗啉
在表示22中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表22
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5135 | 1.5099 | 1.5135 |
| 550 | 1.4954 | 1.4919 | 1.4954 |
| 650 | 1.4808 | 1.4773 | 1.4808 |
(多层体)
按照表23中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表23及表24中。在这里,表24中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将各层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表23
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 90000 | 3000 | 3000 | 15 | 15 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 328 | -59 | 1.5438 | 1.5402 | 1.5426 | 0.32 |
| 550 | 315 | -33 | 1.5282 | 1.5247 | 1.5268 | 0.40 |
| 650 | 307 | 0 | 1.5171 | 1.5137 | 1.5154 | 0.50 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.04 | 0.97 | 1.78 | 0.01 |
表24
由表23及表24的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都满足上述式(5),并且,也满足上述式(3)及(4)及(4’)。
此外,关注表示相位差的波长色散的R(450)/R(550)、R(650)/R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
[设计例7]
在设计例7中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上具有负的光学各向异性的层(b)这两种层组成的相位差膜。在这里,具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将具有负的光学各向异性的层(b)设为B层。
(A层)材料:与设计例6相同的材料即苯乙烯-无水马来酸共聚体
在表25中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表25
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5734 | 1.5702 | 1.5734 |
| 550 | 1.5602 | 1.5572 | 1.5602 |
| 650 | 1.5525 | 1.5496 | 1.5525 |
(B层)材料:与设计例5相同的材料即聚丙烯酰吗啉在表26中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维 折射率。
表26
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5128 | 1.5113 | 1.5128 |
| 550 | 1.4947 | 1.4932 | 1.4947 |
| 650 | 1.4801 | 1.4786 | 1.4801 |
(多层体)
材料:按照表27中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表27及表28中。在这里,表28中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将各层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表27
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 100000 | 2500 | 2500 | 15 | 25 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 217 | 3 | 1.5358 | 1.5336 | 1.5347 | 0.51 |
| 550 | 208 | 27 | 1.5196 | 1.5175 | 1.5183 | 0.63 |
| 650 | 202 | 60 | 1.5076 | 1.5056 | 1.5060 | 0.80 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.04 | 0.97 | 0.10 | 2.21 |
表28
由表27及表28的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都 满足上述式(5),并且,也满足上述式(3)及(4)及(4’)。
此外,关注表示相位差的波长色散的R(450)/R(550)、R(650)/R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
而且,若详细比较R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550),则前者是大于1的所谓正常延迟的色散,但后者小于1,成为随着波长的增大而Rth变小的所谓逆色散。这表示能够独立控制正面入射时和倾斜入射时的光学各向异性的波长色散。
[设计例8]
在设计例8中,设计多层重复结构由具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上具有负的光学各向异性的层(b)这两种层构成的相位差膜。在这里,将具有负的光学各向异性的层(a)设为A层,且将具有负的光学各向异性的层(b)设为B层。
(A层)材料:与设计例5相同的材料即具有芴骨架的共聚聚碳酸酯
在表29中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表29
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.6389 | 1.6341 | 1.6389 |
| 550 | 1.6177 | 1.6137 | 1.6177 |
| 650 | 1.6076 | 1.6038 | 1.6076 |
(B层)材料:与设计例5相同的材料即聚丙烯酰吗啉
在表30中示出用于计算的三个波长(450、550、650nm)的三维折射率。
表30
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5136 | 1.5096 | 1.5136 |
| 550 | 1.4955 | 1.4915 | 1.4955 |
| 650 | 1.4809 | 1.4770 | 1.4809 |
(多层体)
按照表31中所记载的条件,基于有效介质近似理论计算了由A层和B层组成的交互多层膜(A/B/A/B/····A/B)。将计算结果示于表31及表32中。在这里,表32中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,将各层的面内的慢轴方位与多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
表31
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 90000 | 3000 | 3000 | 15 | 15 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 401 | 247 | 1.5775 | 1.5731 | 1.5726 | 1.12 |
| 550 | 360 | 251 | 1.5578 | 1.5538 | 1.5530 | 1.20 |
| 650 | 347 | 294 | 1.5455 | 1.5417 | 1.5403 | 1.35 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.11 | 0.96 | 0.98 | 1.17 |
表32
由表31及表32的计算结果可知,对于所有的计算波长,Nz值都不满足上述式(3)。
此外,关注表示相位差的波长色散的R(450)/R(550)、R(650)/R(550)、Rth(450)/Rth(550)、Rth(650)/Rth(550),则在R(450)/R(550)和Rth(450)/Rth(550)以及R(650)/R(550)和Rth(650)/Rth(550)各情况下显示不同值。Nz值在三个波长上也分别表示不同值。
<相位差膜的用途>
[叠层相位差膜]
本发明的相位差膜单独也充分起到作为相位差膜的作用,根据需要与其它相位差膜组合使用也可。
[叠层偏振光膜]
本发明的相位差膜与偏振光膜层叠而作为叠层偏振光膜也可。在图5中示出叠层偏振光膜的例子。在这里,该图5中,51为偏振光膜,52为本发明的相位差膜,53为本发明的叠层偏振光膜的光学配置,54是吸收轴,55是相位差膜面内的慢轴,56是本发明的叠层偏振光膜。
再者,以液晶显示装置的视角扩大为目的、采用叠层偏振光膜时,优选配置成使偏振光膜的偏振光轴与本发明的相位差膜的面向慢轴以平行或正交地配置。
当偏振光膜的偏振光轴与本发明相位差膜的面内慢轴平行时,它们所形的角度优选使偏差进入0±2°的范围,更优选为0±1°,进一步优选为0±0.5°,最优选为0±0.3°。
当偏振光膜的偏振光轴与本发明的相位差膜的面内慢轴正交时,它们所形成的角度优选使偏差进入90±2°的范围,更优选为90±1°,进一步优选优选90±0.5°,最优选90±0.3°。
此外,为了以更加高水准扩大液晶显示装置的视角,使偏振光片的偏振光轴和本发明的相位差膜的慢轴平行或正交地配置,且,优选满足下述式(36)及上述式(5)。而且,在这里所采用的相位差膜优选仅由一个多层重复结构构成。
100nm<R<350nm (36)
特别是在要求以高水准扩大视角场合,优选使偏振光片的偏振光轴和本发明的相位差膜的慢轴平行或正交地配置,且满足下述式(37)及(38)。
150nm<R<300nm (37)
0.2<Nz<0.8 (38)
对于偏振光膜没有特别的限定,可适当选择能够得到规定偏振光状态的光的膜。尤其优选使用能够得到线偏振光状态的透射光的膜。
当偏振光膜上存在偏振光膜用保护膜时,偏振光膜用保护膜的光学各向异性最好是尽量小,具体地说面内相位差优选10nm以下,更优选7nm以下,最优选5nm以下。此外,Rth(λ)优选70nm以下,更优选50nm以下,进一步优选30nm以下,最优选20nm以下。
而且,偏振光膜用保护膜的薄膜面内的慢轴优选配置成与偏振光膜的吸收轴正交或平行,从偏振光膜进行连续生产的观点来看,更优选平行。
对于偏振光膜用保护膜没有特别的限定,可从以往使用的公知的薄膜中适当选择而使用。在其中,优选使用醋酸纤维素。
在相关的本发明的叠层偏振光膜中,本发明的相位差膜本身兼作为偏振光膜用保护膜也可。从而,可以省略使用偏振光膜用保护膜,并能排除偏振光膜用保护膜的光学各向异性导致的偏差之影响,可进一步改善光学性能。
在将偏振光膜和相位差膜层叠时,可根据需要通过粘接剂等来进行固定。再者,从防止轴关系的偏移等的观点来看,优选将偏振光膜和相位差膜粘接固定。在粘接时,能够使用透明的粘接剂,对于其种类没有特别的限定。从防止光学特性的变化的观点等考虑,优选在固化或干燥时不需要高温的工序的粘接剂,进一步优选不需要长时间的固化处理或干燥处理的粘接剂。此外,优选在加热或加湿条件下不发生剥离等的粘接剂。
此外,能够通过使用例如水杨酸酯类化合物、苯酚类化合物、苯 并三唑类化合物、氰基丙烯酸酯类化合物、镍络盐类化合物等的紫外线吸收剂进行处理的方式等,使上述的偏振光膜、相位差膜、偏振光膜用保护膜、粘接剂层等各层具有紫外线吸收功能。
[液晶显示装置]
此外,通过在液晶显示装置上使用本发明的相位差膜或叠层偏振光膜,能够得到显著改善视角特性等的液晶显示装置。对于能使用的液晶显示装置没有特别的限定,可适用于IPS、VA、TN、OCB模式等各种方式。
图6是作为本发明的一例液晶显示装置,优选IPS模式液晶显示装置时的光学膜的配置。相位差膜使用了由本发明的一个多层重复结构构成的R值为λ/2(nm)且Nz值为0.5的薄膜。在这里,该图6中,61是偏振光膜;62是IPS液晶盒;63是本发明的相位差膜;64是偏振光膜;65是吸收轴;66是液晶层的慢轴;67是本发明的相位差膜的慢轴;68是吸收轴。
[相位差膜的光弹性系数]
本发明相位差膜的光弹性系数是使用公知的偏振光椭圆计等来测定。若光弹性系数的绝对值大,则在组装到液晶显示装置时有相位差值发生偏移的情形,且在对比度降低或液晶显示装置的暗状态下有时在画面中零星地出现光泄漏,发生光学斑点。在以波长550nm的光测定的情况下,优选光弹性系数的绝对值在15×10-12pa-1以下。更优选在10×10-12pa-1以下,进一步优选在5×10-12pa-1以下。优选形成多层重复结构中使用的层的材料的光弹性系数的符号彼此不同,例如使形成具有负的光学各向异性的层(a)的材料与形成光学特性上大致各向同性的层(i)的材料的光弹性系数的符号彼此不同,或者形成具有负的光学各向异性的层(a)的材料与形成光学特性上具有负的光学各向异性的层(b)的材料的光弹性系数的符号彼此不同。这是因为形成这些层的材料的光弹性系数的符号彼此而互相抵消彼此层的光弹性系数,从而能够减小光弹性系数的绝对值的缘故。
实施例
以下,列举实施例来进一步详细说明本发明,但本发明并不限定于此。
<测定及评价方法>
在实施例中,通过以下方法对以下的项目实施测定及评价。
(1)面内相位差值(R(λ)值(nm))、厚度方向相位差值Rth(λ)值(nm))、厚度方向的取向指标(Nz(λ)值)
面内相位差值(R(λ)值)、厚度方向相位差值(Rth(λ)值)、及厚度方向的取向指标(Nz值)是通过用分光式偏振光椭圆计(日本分光(株)制,商品名:M150)的测定来求出。R值是在入射光束与薄膜表面正交的状态下测定的。此外,在求出Rth值和Nz值时,改变入射光束与薄膜表面所形成的角度,测定各角度上的相位差值,并利用公知的折射率椭圆体的公式,经曲线拟合(curve fitting)来进行了三维折射率即nx、ny、nz的数值运算。此外,这时需要平均折射率n这样的其它参数,但这使用了用阿贝折射计((株)爱拓(ァタゴ)公司制,商品名:阿贝折射计2-T)或利用棱镜耦合法(Prism CouplerMetricon(プリズムカプラメトリコン)公司制,商品名:棱镜耦合器MODEL2010)来测定的值。将所获得的三维折射率代入下述式(20)及(42),分别得到了Rth值及Nz值。此外,在本实施例中,没有特别声明的情况下,测定波长为550nm。
(2)玻璃转变点温度(Tg)
玻璃转变点温度(Tg)是用示差扫描热量计(TA Instruments公司制,商品名:DSC Q10)来测定的。
(3)薄膜厚度
用电子显微膜厚计(安立(アンリツ)公司制)来测定。
(4)薄膜的全部光束透射率以及雾度值
用雾度计(日本电色工业(株)制,型式:NDH-2000型)来测定。
(5)各层膜厚的测定
用切片机(Leica Microsystems公司制,商品名:ULTRACUT-S)来作成了相位差膜截面的薄膜切片(厚度约60nm)。接着用透射型电子显微镜(FEI制,商品名:TECNAI-G2)在加速电压120kV的情况下观察及拍摄该切片,从照片测定了各层的厚度。混合区域的厚度是从薄膜厚度方向的透射电子数的线轮廓测定的。
(6)上述式(1)和(3)的关系验证方法
(6-i)形成多层重复结构的各层的单独的树脂的物性测定
利用熔融挤压法或溶液浇注法,单独将A层及B层薄膜化,然后利用阿贝折射计((株)爱拓公司制,商品名:阿贝折射计2-T)或利用棱镜耦合法(Prism Coupler Metricon公司制,商品名:棱镜耦合器MODEL2010)来测定其平均折射率的色散(n(450)、n(550)、n(650):括号内显示测定波长(nm))。接着将这些薄膜分别在玻璃转变温度+10℃中纵向单轴延伸,用分光式偏振光椭圆计(日本分光(株)制,商品名:M150)测定双折射率的色散值(Δn(450)/Δn(550)、Δn(650)/Δn(550):括号内显示测定波长(nm))。
(6-ii)由多层重复结构构成的相位差膜的R及Rth的色散测定
用分光偏振光椭圆计(日本分光(株)制,商品名:M150)测定。测定波长设为450、550、650nm。
(6-iii)多层重复结构的各层膜厚测定
与上述(5)同样地测定,决定A、B层及混合层的平均厚度。
(6-iv)多层重复结构中各层的三维折射率波长色散的决定
由电子显微镜的观察结果,被看作为多层重复结构中不存在混合层时,采用式(10)~(12)或式(13)~(15),另一方面,存在 混合层时,采用式(10’)~(12’)或式(13’)~(15’)。利用这些关系式和经上述(6-i)~(6-iii)获得的数据,求出多层重复结构中各层的三维折射率波长色散。
(6-v)式(1)及(3)的关系式的验证
利用通过上述(6-i)~(6-iv)的过程而得到的数据,验证式(1)和(3)的关系式。
(7)熔融粘度测定
熔融粘度的测定是利用(株)东洋精机制作所制的商品名流动性试验(キャピログラフ)1B来实施的。试验温度设为250℃,剪切速度设为180sec-1。
<实施例1>
[多层重复结构的光学设计]
与上述设计例同样地,如表33~36所示,设计以具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上各向同性的层(i)为构成单位的多层重复结构,基于该设计,作成了如下多层重复结构。在这里,表36中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,具有负的光学各向异性的层(a)的面内的慢轴方位和多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
(1)形成具有负的光学各向异性的层(a)(A层)的材料的调制
使用由下述化学式(I)表示的单量体((株)兴人制,商品名:ACMO),将引发剂(汽巴精化(Ciba Specialty Chemicals Ltd.)公司制,商品名:艳佳固(IRGACOR)184)以单量体对比0.1质量%混合,将所得到的混合物100g放入三角烧瓶内,并封管。接着,以水银灯为光源,将光强度30mW/cm2的紫外光照射2分钟,进行聚合,从而得到聚合物。所得到的聚合物的玻璃转变点温度为140℃。向所得到的聚合物加水作成1质量%的水溶液,将它作为旋涂用溶液N。
使加入与上述相同混合比的引发剂的单量体流入特氟隆(登记商标)树脂制的铸型(设计成薄膜形状的铸型),在氮气氛下,通过与上述相同条件的UV聚合法,来作成厚度200μm的薄膜。用纵向单轴延伸机在宽30mm、夹头间距离50mm、延伸温度140℃、延伸倍率2倍的条件下对所得到的薄膜进行单轴延伸,得到了延伸薄膜。所得到的延伸薄膜的膜厚为140μm,且具有R值=490nm、Nz值=0的负的光学各向异性。即,所得到的聚合物具有负的分子极化率各向异性。在表33中示出所得到的延伸薄膜的三维折射率波长色散数据。
表33
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5135 | 1.5098 | 1.5135 |
| 550 | 1.4954 | 1.4919 | 1.4954 |
| 650 | 1.4807 | 1.4774 | 1.4807 |
(2)形成光学特性上大致各向同性的层(i)(B层)的材料的调制
作为光学特性上具有大致各向同性的材料,聚合了具有芴骨架的共聚聚碳酸酯。聚碳酸酯的聚合采用了公知的使用光气(phosgene)的界面缩聚法。具体地说,在具备搅拌机、温度计、及回流冷却器的反应槽中,装进氢氧化钠水溶液及离子交换水,并分别以72.3对27.7的摩尔比溶解具有以下述化学式(II)和(III)来表示的结构的单量体,还加入了少量的亚硫酸氢盐(hydrosulfite)。
接着,再加入二氯甲烷,在20℃的条件下吹入光气约60分钟。进而,加入对叔丁基苯酚而进行乳化后,加入三乙胺在30℃的条件下搅拌约3小时后结束反应。在反应结束后,分取有机相,使二氯甲烷蒸发,得到了聚碳酸酯共聚体。所得到的共聚体的组成比与进料量比大致相同,玻璃转变点温度为204℃。
为了使形成多层结构体的各聚合物之间的玻璃转变点温度一致,将以下述化学式(IV)的结构为主成分的磷酸酯类化合物(大八化学工业(株)制,商品名:PX200)和所得到的聚碳酸酯共聚体,分别以20质量%、80质量%的比例溶解于二氯甲烷中,调制出浓度20质量%的渗杂溶液。
使用所得到的渗杂溶液,通过溶液浇铸法在玻璃上制膜,在40℃的条件下10分钟放在恒温干燥机后,从玻璃剥离薄膜。接着,将薄膜夹入长方形的金框,进而在恒温干燥机中以80℃的条件下10分钟、140℃的条件下1小时的顺序进行干燥。测定所得到的薄膜的玻璃转变点温度的结果,为135℃,膜厚为100μm。
用纵向单轴延伸机在宽30mm、夹头间距离50mm、延伸温度140℃、延伸倍率2倍的条件下对所得到的薄膜进行单轴延伸。所得到的延伸薄膜的膜厚为75μm,且R值=10nm、Nz值=1,得知即使延伸也光学特性上大致各向同性。此外,光学特性上的各向同性满足了上述式(27)。在表34中示出所得到的延伸薄膜的三维折射率波长色散数据。
表34
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.603 | 1.603 | 1.603 |
| 550 | 1.582 | 1.582 | 1.582 |
| 650 | 1.55 | 1.55 | 1.55 |
接着,将所得到的聚碳酸酯共聚体和上述磷酸酯类化合物(大八化学工业(株)制,商品名:PX200),分别以80质量%、20质量%的比例溶解于甲苯中,调制出固体量0.4质量%的甲苯溶液,并作为旋涂用溶液I。
(3)由一个多层重复结构构成的相位差膜的作成
按照表35所记载的条件,通过旋涂法,作成了以具有负的光学各向异性的层(a)(A层)和光学特性上大致各向同性的层(i)(B层)为构成单位的交互多层膜。具体地说,在表面研磨处理后的玻璃基板(直径15cm)上,通过旋涂法交互涂敷上述所得到的旋涂用溶液N和I而进行了层叠。此外,在涂敷各层之前,作为表面处理实施了150秒钟的UV臭氧处理。再者,进行UV臭氧处理时,使用了EYE GRAPHICS(株)制,商品名:EYE UV臭氧清洗装置OC-250615-D+A及商品名:EYE臭氧分解装置OCA-150L-D。旋涂中的涂敷量以旋涂用溶液N为3ml、溶液I为8ml,且以转速4000转/分钟、20秒时间为旋转条件。
将所得到的多层重复膜从玻璃剥离,用纵向单轴延伸机在宽30mm、夹头间距离50mm、延伸温度140℃、延伸倍率2倍的条件下实施单轴延伸,从而得到了相位差膜。
表35
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 99200 | 3200 | 3200 | 25 | 6 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz | |||
| 450 | 296 | 8 | 1.5313 | 1.5283 | 1.5297 | 0.53 |
| 550 | 277 | 10 | 1.5125 | 1.5097 | 1.5110 | 0.54 |
| 650 | 266 | -36 | 1.4944 | 1.4917 | 1.4934 | 0.36 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 0.82 | -3.60 |
表36
(4)相位差膜的评价
所得到的相位差膜为R值=270nm、膜厚100μm、Nz值=0.5的双轴性相位差膜。此外,全光束透射率为91%,雾度为0.6%。
此外,用分光光度计((株)日立制作所制,商品名:U4000)测定透射率、反射率的结果,在550nm的测定波长中,内部反射率大 致为0%。
而且,用透射电子显微镜观察相位差膜截面,确认了大致按照设计的厚度形成。
在这里,由旋涂用溶液N、溶液I形成的层分别设为N层、I层,利用上述式(10)~(12),求出了各层的平均的光学各向异性。本相位差膜的多层结构中各层的光学各向异性难以直接测定,但如上所述,借助上述式(10)~(12)从形成N层、I层的材料的固有物性即折射率波长色散、双折射率波长色散、多层重复结构的各层膜厚、层数、R值、Rth值的波长色散数据,能够求出各层的平均的光学各向异性。其结果,确认了大致按照设计而成,而且满足上述式(3)和(4)。
<实施例2>
[多层重复结构的光学设计]
与上述设计例4~8同样地,如表37~40所示,设计以具有负的光学各向异性的层(a)和具有负的光学各向异性的层(b)为构成单位的多层重复结构,基于该设计作成了多层重复结构。在这里,表40中的a、b分别为A层、B层的膜厚。此外,各层的面内的慢轴方位和多层重复结构的面内的慢轴方位设定为一致。
(1)形成具有负的光学各向异性的层(b)(B层)的材料的调制
使用由下述化学式(I)表示的单量体((株)兴人制,商品名:ACMO),将引发剂(汽巴精化(Ciba Specialty Chemicals Ltd.)公司制,商品名:艳佳固(IRGACOR)184)以单量体对比0.1质量%混合,将所得到的混合物100g放入三角烧瓶内,并封管。接着,以水银灯为光源,将光强度30mW/cm2的紫外光照射2分钟,进行聚合,从而得到聚合物。所得到的聚合物的玻璃转变点温度为140℃。向所得到的聚合物加水作成1质量%的水溶液,将它作为旋涂用溶液B。
使加入与上述相同混合比的引发剂的单量体流入特氟隆(登记商标)树脂制的铸型(设计成薄膜形状的铸型),在氮气氛下,通过与上述相同条件的UV聚合法,来作成厚度200μm的薄膜。用纵向单轴延伸机在宽30mm、夹头间距离50mm、延伸温度140℃、延伸倍率2倍的条件下对所得到的薄膜进行单轴延伸,得到了延伸薄膜。所得到的延伸薄膜的膜厚为140μm,且具有R值=430nm、Nz值=0的负的光学各向异性。即,所得到的聚合物具有负的分子极化率各向异性。在表37中示出所得到的延伸薄膜的三维折射率波长色散数据。
表37
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.5133 | 1.5102 | 1.5133 |
| 550 | 1.4952 | 1.4922 | 1.4952 |
| 650 | 1.4806 | 1.4776 | 1.4806 |
(2)形成具有负的光学各向异性的层(a)(A层)的材料的调制
作为具有负的光学各向异性的层(a)的材料,聚合了具有芴骨架的共聚聚碳酸酯。聚碳酸酯的聚合采用了公知的使用光气的界面缩聚法。具体地说,在具备搅拌机、温度计、及回流冷却器的反应槽中,装进氢氧化钠水溶液及离子交换水,并分别以85对15的摩尔比溶解具有以下述化学式(II)和(III)来表示的结构的单量体,还加入了少量的亚硫酸氢盐。
接着,再加入二氯甲烷,在20℃的条件下吹入光气约60分钟。进而,加入对叔丁基苯酚而进行乳化后,加入三乙胺在30℃的条件下搅拌约3小时后结束反应。在反应结束后,分取有机相,使二氯甲烷蒸发,得到了聚碳酸酯共聚体。所得到的共聚体的组成比与进料量比大致相同,玻璃转变点温度为225℃。
为了使形成多层结构体的各聚合物之间的玻璃转变点温度一致,将以下述化学式(IV)的结构为主成分的磷酸酯类化合物(大八化学工业(株)制,商品名:PX200)和所得到的聚碳酸酯共聚体,分别以30质量%、70质量%的比例溶解于二氯甲烷中,调制出浓度20质量%的渗杂溶液。
使用所得到的渗杂溶液,通过溶液浇铸法在玻璃上制膜,在40℃的条件下10分钟放在恒温干燥机后,从玻璃剥离薄膜。接着,将薄膜夹入长方形的金框,进而在恒温干燥机中以80℃的条件下10分钟、140℃的条件下1小时的顺序进行干燥。测定所得到的薄膜的玻璃转变点温度的结果,为134℃,膜厚为100μm。
用纵向单轴延伸机在宽30mm、夹头间距离50mm、延伸温度142℃、延伸倍率2倍的条件下对所得到的薄膜进行单轴延伸。所得到的延伸薄膜的膜厚为75μm,且R值=150nm、Nz值=0。此外,这满足了上述式(40)。在表38中示出所得到的延伸薄膜的三维折射率波长色散数据。
表38
| λ(nm) | |||
| 450 | 1.6381 | 1.6357 | 1.6381 |
| 550 | 1.6171 | 1.6151 | 1.6171 |
| 650 | 1.6069 | 1.6050 | 1.6069 |
接着,将所得到的聚碳酸酯共聚体和上述磷酸酯类化合物(大八化学工业(株)制,商品名:PX200),分别以70质量%、30质量%的比例溶解于甲苯中,调制出固体量0.4质量%的甲苯溶液,并作为旋涂用溶液A。
(3)由一个多层重复结构构成的相位差膜的作成
按照表39所记载的条件,通过旋涂法,作成了以具有负的光学各向异性的层(a)(A层)和具有负的光学各向异性的层(b)(B层)为构成单位的交互多层膜。具体地说,在表面研磨处理后的玻璃基板(直径15cm)上,通过旋涂法交互涂敷上述所得到的旋涂用溶液A和B而进行了层叠。此外,在涂敷各层之前,作为表面处理实施了150秒钟的UV臭氧处理。在进行UV臭氧处理时,使用了EYE GRAPHICS(株)制,商品名:EYE UV臭氧清洗装置OC-250615-D+A及商品名:EYE臭氧分解装置OCA-150L-D。旋涂中的涂敷量以旋涂用溶液A为3ml、溶液B为6ml,且以转速4000转/分钟、20秒时间为旋转条件。
将所得到的多层重复膜从玻璃剥离,用纵向单轴延伸机在宽30mm、夹头间距离50mm、延伸温度142℃、延伸倍率2倍的条件下实施单轴延伸,从而得到了相位差膜。
表39
| 全膜厚(nm) | A层总数 | B层总数 | A层膜厚(nm) | B层膜厚(nm) |
| 80000 | 2000 | 2000 | 5 | 35 |
[0642]
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | ||||
| 450 | 241 | 48 | 1.5295 | 1.5265 | 1.5274 | 0.70 |
| 550 | 234 | 45 | 1.5110 | 1.5081 | 1.5090 | 0.69 |
| 650 | 231 | 60 | 1.4970 | 1.4941 | 1.4948 | 0.76 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.03 | 0.99 | 1.05 | 1.33 |
表40
(4)相位差膜的评价
所得到的相位差膜为R值=223nm、膜厚81μm、Nz值=0.7的双轴性相位差膜。此外,全光束透射率为91%,雾度为0.6%。
此外,用分光光度计((株)日立制作所制,商品名:U4000)测定透射率、反射率的结果,在550nm的测定波长中,内部反射率大致为0%。
而且,用透射电子显微镜观察相位差膜截面,确认了大致按照设计的厚度形成。
在这里,由旋涂用溶液A、溶液B形成的层分别设为A层、B层,利用上述式(10)~(12),求出了各层的平均的光学各向异性。本相位差膜的多层结构中各层的光学各向异性难以直接测定,但如上所述,借助上述式(10)~(12)从形成A层、B层的材料的固有物性即折射率波长色散、双折射率波长色散、多层重复结构的各层膜厚、层数、R值、Rth值的波长色散数据,能够求出各层的平均的光学各向异性。其结果,确认了大致按照设计而成,而且满足上述式(3)(4)和(4’)。
<实施例3>
设计出以具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)为构成单位的多层重复结构,基于该设计作成了多层重复结构。
(1)形成具有负的光学各向异性的层(a)及光学特性上大致各向同性的层(i)的材料的调制
作为形成多层重复结构中具有负的光学各向异性的层(a)的高分子,使用了苯乙烯-无水马来酸共聚体(a3)即商品名:DYLARKD332(诺瓦化学(ノバケミカル)公司制)。此外,作为形成光学特性上大致各向同性的层(i)的材料,使用了聚甲基丙烯酸甲酯(i3)即商品名:PARAPET G(株式会社可乐丽(クラレ)制)。
这些高分子材料在分别干燥后,供给挤压机。高分子材料(a3)及(i3)的熔融粘度分别为500Pa·s、500Pa·s。
(2)由一个多层重复结构构成的相位差膜的作成
在挤压机中使各高分子材料(a3)和(i3)成为260℃的熔融状态,经过齿轮泵及过滤器后,使之在201层的进料单元中合流,再通过4个静止混合器(static mixer),从而作成使各层的厚度相等的3201层的结构。在保持该叠层状态的情况下引导至压模,浇注到流延鼓(casting drum)上,制作了高分子材料(a3)和(i3)交互层叠的总数3201层的未延伸多层膜。这时调整高分子材料(a3)及(i3)的挤压量成为50∶50。此外,在进料单元合流后从压模被挤出为止的滞留时间约为50秒。
将这样得到的未延伸多层膜,在140℃中单轴2.5倍延伸,从而得到了具有多层重复结构的相位差膜。该相位差膜的厚度为90μm,且具有负的光学各向异性的层(a)的膜厚平均8nm,光学特性上大致各向同性的层(i)的膜厚平均8nm,且混合区域为20nm。在表41中示出所得到的多层相位差膜的特性。得知在550nm的测定波长中Nz为0.5,能够控制三维折射率。
表41
| 全膜厚(nm) | 层(a)平均膜厚(nm) | 层(i)平均膜厚(nm) |
| 90000 | 8 | 8 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz |
| 450 | 298 | 17 | 0.6 |
| 550 | 279 | 1 | 0.5 |
| 650 | 269 | -7 | 0.5 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 19.61 | -7.91 |
此外,在表42中记载了形成以上述(6)的(i)的方法实施的多层重复结构的各层的单独树脂的光学物性。在表43中记载了从通过上述(6)的方法求出的多层重复结构的各层参数求得的、具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)的平均面内折射率差|nx-ny|。此外,具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)的面内的慢轴,与延伸方向大致正交。此外,整个相位差膜中的面内的慢轴方位与延伸方向大致正交。
表42
表43
| λ=550nm | 层(a) | 层(i) |
| 0.006 | 0.0001 |
可知在测定波长550nm上满足上述式(3)。
<实施例4>
设计出以具有负的光学各向异性的层(a)和具有负的光学各向异性的层(b)为构成单位的多层重复结构,基于该设计作成了多层重复结构。
(1)形成具有负的光学各向异性的层(a)的材料的调制
作为形成多层重复结构中具有负的光学各向异性的层(a)的高分子,使用了苯乙烯-无水马来酸共聚体(a4)即商品名:DYLARKD332(诺瓦化学公司制)。
(2)形成具有负的光学各向异性的层(b)的材料的调制
在环己烷3250重量部中溶解苯乙烯聚合体(三洋化成工业(株)制HEMA(ハィマ)-ST-95)950重量部,将该聚合物溶液装进不锈钢制高压锅(autoclave),接着加入甲基-丁基醚650重量部、镍/硅氧化铝触媒(ALDRICH公司制Ni承载量65重量%)80重量部,在氢压9.81MPa、180℃的条件下进行3小时的加氢反应,得到氢化率99.9摩尔%且Tg=148℃的加氢聚苯乙烯(b4),将它作为具有负的光学各向异性的层(b)。熔融粘度为700Pa·s。
(3)多层结构体的作成
作为形成多层重复结构中具有负的光学各向异性的层(a)的高分子,使用了苯乙烯-无水马来酸共聚体(a4),另一方面,作为形成具有负的光学各向异性的层(b)的材料,使用了加氢聚苯乙烯(b4)。这些高分子材料在分别干燥后,供给挤压机。
在挤压机中使各高分子材料成为280℃的熔融状态,经过齿轮泵及过滤器后,使之在201层的进料单元中合流,再通过4个静止混合 器,从而作成使各层的厚度相等的3201层的结构。在保持该叠层状态的情况下引导至压模,浇注到流延鼓上,制作了用于形成具有负的光学各向异性的层(a)和(b)的高分子材料(a4)和(b4)交互层叠的总数3201层的未延伸多层膜。这时调整高分子材料(a4)和(b4)的挤压量成为41∶59。此外,在进料单元合流后从压模被挤出为止的滞留时间约为10秒。
将这样得到的未延伸多层膜,在150℃中单轴2.8倍延伸,从而得到了具有多层重复结构的相位差膜。该相位差膜的厚度为45μm,且具有负的光学各向异性的层(a)的膜厚平均11nm,具有负的光学各向异性的层(b)的膜厚平均16nm,且几乎观察不到混合区域。在表44中示出所得到的多层相位差膜的特性。得知在550nm的测定波长中Nz为0.5,能够控制三维折射率。
表44
| 全膜厚(nm) | 层(a)平均膜厚(nm) | 层(b)平均膜厚(nm) |
| 45000 | 11 | 16 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz |
| 450 | 142 | 26 | 0.7 |
| 550 | 141 | 4 | 0.5 |
| 650 | 140 | -6 | 0.5 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.01 | 1.00 | 6.08 | -1.47 |
此外,在表45中记载了形成以上述(6)的(i)的方法实施的多层重复结构的各层的单独树脂的光学物性。在表46中记载了从通过上述(6)的方法求出的多层重复结构的各层参数求得的、具有负的 光学各向异性的层(a)和层(b)的平均面内折射率差|nx-ny|。此外,层(a)和(b)的面内的慢轴,与延伸方向大致正交。此外,整个相位差膜中的面内的慢轴方位与延伸方向大致正交。
表45
表46
| λ=550nm | 层(a) | 层(b) |
| 0.004 | 0.0025 |
可知在测定波长550nm上满足上述式(3)。
<实施例5>
设计出以具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)为构成单位的多层重复结构,基于该设计作成了多层重复结构。
(1)形成具有负的光学各向异性的层(a)及光学特性上大致各向同性的层(i)的材料的调制
作为形成多层重复结构中的层(a)的高分子,使用了苯乙烯-无水马来酸共聚体(a5)即商品名:DYLARK D332(诺瓦化学公司制),另一方面,作为形成层(i)的材料,使用了聚甲基丙烯酸甲酯(i5)即商品名:PARAPET G(株式会社可乐丽制)。这些高分子材料在分别干燥后,供给挤压机。各高分子材料(a5)及(i5)的熔融粘度 分别为500Pa·s、500Pa·s。
(2)多层结构体的作成
在挤压机中使各高分子材料(a5)和(i5)成为260℃的熔融状态,经过齿轮泵及过滤器后,使之在201层的进料单元中合流,使之通过双重(doubling)四分割部来作成使各层的厚度相等的801层的结构,该双重四分割部将宽度方向4分割后的结构体再沿厚度方向配置。在保持该叠层状态的情况下引导至压模,浇注到流延鼓(casting drum)上,制作了高分子材料(a5)和(i5)交互层叠的总数801层的未延伸多层膜。这时调整高分子材料(a5)及(i5)的挤压量成为71∶29。此外,在进料单元合流后从压模被挤出为止的滞留时间约为30秒。
将这样得到的未延伸多层膜,在140℃中单轴2.2倍延伸,从而得到了具有多层重复结构的相位差膜。该相位差膜的厚度为30μm,且具有负的光学各向异性的层(a)的膜厚平均42nm,光学特性上大致各向同性的层(i)的膜厚平均11nm,且混合区域平均11nm。在表47中示出所得到的多层相位差膜的特性。得知在550nm的测定波长中Nz为0.3,能够控制三维折射率。
表47
| 全膜厚(nm) | 层(a)平均膜厚(nm) | 层(b)平均膜厚(nm) |
| 30000 | 42 | 11 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz |
| 450 | 93 | -9 | 0.4 |
| 550 | 87 | -14 | 0.3 |
| 650 | 84 | -17 | 0.3 |
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 0.63 | -1.17 |
[0700] 此外,在表48中记载了形成以上述(6)的(i)的方法实施的多层重复结构的各层的单独树脂的光学物性。在表49中记载了从通过上述(6)的方法求出的多层重复结构的各层参数求得的、具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)的平均面内折射率差|nx-ny|。此外,具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)的面内的慢轴,与延伸方向大致正交。此外,整个相位差膜中的面内的慢轴方位与延伸方向大致正交。
表48
表49
| λ=550nm | 层(a) | 层(i) |
| 0.004 | 0.0001 |
可知在测定波长550nm上满足上述式(3)。
<实施例6>
设计出以具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)为构成单位的多层重复结构,基于该设计作成了多层重复结构。
(1)形成具有负的光学各向异性的层(a)及光学特性上大致各向同性的层(i)的材料的调制
作为形成多层重复结构中的层(a)的高分子,使用了苯乙烯-无 水马来酸共聚体(a6)即商品名:DYLARK D332(诺瓦化学公司制),另一方面,作为形成层(i)的材料,使用了聚甲基丙烯酸甲酯(i6)即商品名:PARAPET G(株式会社可乐丽制)。这些高分子材料在分别干燥后,供给挤压机。各高分子材料(a6)及(i6)的熔融粘度分别为500Pa·s、500Pa·s。
(2)多层结构体的作成
在挤压机中使各高分子材料(a6)和(i6)成为260℃的熔融状态,经过齿轮泵及过滤器后,使之在201层的进料单元中合流,作成使各层的厚度相等的201层的结构。在保持该叠层状态的情况下引导至压模,再在叠层结构的两最外层上使热可塑性树脂(i6)合流后,浇注到流延鼓上,制作了高分子材料(a6)和(i6)交互层叠的总数203层的未延伸多层膜。这时调整高分子材料(a6)及(i6)的挤压量成为50∶50。此外,在进料单元合流后从压模被挤出为止的滞留时间约为30秒。
将这样得到的未延伸多层膜,在140℃中单轴2.6倍延伸,从而得到了具有多层重复结构的相位差膜。该相位差膜的厚度为24μm,且具有负的光学各向异性的层(a)的膜厚平均30nm,光学特性上大致各向同性的层(i)的膜厚平均30nm,且混合区域平均30nm。在表50中示出所得到的多层相位差膜的特性。得知如在550nm的测定波长中Nz显示为0.3那样,能够控制相位差膜的三维折射率。
表50
| 全膜厚(nm) | 层(a)平均膜厚(nm) | 层(i)平均膜厚(nm) |
| 24000 | 30 | 30 |
| λ(nm) | R(nm) | Rth(nm) | Nz |
| 450 | 40 | -4 | 0.4 |
| 550 | 37 | -6 | 0.3 |
| 650 | 36 | -7 | 0.3 |
[0716]
| R(450) /R(550) | R(650) /R(550) | Rth(450) /Rth(550) | Rth(650) /Rth(550) |
| 1.07 | 0.96 | 0.61 | 1.18 |
此外,在表51中记载了形成以上述(6)的(i)的方法实施的多层重复结构的各层的单独树脂的光学物性。在表52中记载了从通过上述(6)的方法求出的多层重复结构的各层参数求得的、具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)的平均面内折射率差|nx-ny|。此外,具有负的光学各向异性的层(a)和光学特性上大致各向同性的层(i)的面内的慢轴,与延伸方向大致正交。此外,整个相位差膜中的面内的慢轴方位与延伸方向大致正交。
表51
表52
| λ=550nm | 层(a) | 层(i) |
| 0.006 | 0.0001 |
可知在测定波长550nm上满足上述式(3)。
<实施例7>
除了在多层重复结构的两侧为改变机械特性而设置其它树脂层以外,与实施例3同样地通过多层挤压来作成了相位差膜。形成该其它 树脂层的树脂X7使用了乙烯类共聚树脂(住友化学(株)制商品名:ACRYFTE(ァクリフト)WH206)。在表示53中记载了该树脂的机械物性。
在挤压机中使构成多层重复结构的两种热可塑性树脂(a3)和(i3)成为260℃的熔融状态,经过齿轮泵及过滤器后,使之在201层的进料单元中合流,再通过4个静止混合器,从而作成使各层的厚度相等的3201层的结构。在保持该叠层状态的情况下引导至压模,再使树脂(X7)合流到叠层结构的两最外层后,浇注到流延鼓上,制作了树脂(X7)层叠到总数3201层的多层重复结构两面的薄膜。这时调整热可塑性树脂(a3)和热可塑性树脂(i3)的挤压量成为50∶50。此外,在进料单元合流后从压模被挤出为止的滞留时间约为50秒。
将这样得到的未延伸多层膜,在140℃中单轴2.5倍延伸,从而得到了相位差膜。该相位差膜的厚度为120μm,由树脂X7构成的两最外层的厚度分别为15μm,光学特性及多层重复结构的各层的平均膜厚与实施例3大致相同。
在表53中示出由该实施例作成的多层重复结构构成的相位差膜的机械物性。
表53
产业上的利用可能性
本发明的相位差膜使用分子取向性双折射和结构性双折射这两者,因此能够实现在传统方法中难以实现的光学各向异性及波长色散特性。因此,通过将本发明的相位差膜单独或与偏振光片或其它相位差膜一起组合后用于液晶显示装置上,能够对显示装置的高性能化尤其是广视角化作出极大的贡献。
Claims (26)
1.一种相位差膜,其中,
包含以平均折射率不同的至少两种层为构成单位的多层重复结构,
所述多层重复结构体现结构性双折射,
所述至少两种层中的至少一种层是具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层A,以及
所述多层重复结构的厚度方向的取向指标Nz值满足下述式(5):
0<Nz<1 (5)
在式中,
nx:多层重复结构在x轴方向上的三维折射率;
ny:多层重复结构在y轴方向上的三维折射率;
nz:多层重复结构在z轴方向上的三维折射率;
x轴:在多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:多层重复结构的面内的与x轴正交的轴;以及
z轴:多层重复结构的面的法线方位的轴。
2.如权利要求1所述的相位差膜,其中,所述具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层A,在面内具有分子取向性双折射导致的光学各向异性。
3.如权利要求1或2所述的相位差膜,其中,所述具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层A,是具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层a。
4.如权利要求3所述的相位差膜,其中,所述至少两种层中的至少另一种层是光学特性上大致各向同性的层i或具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层b。
5.如权利要求1所述的相位差膜,其中,成为所述多层重复结构的构成单位的各层的光学厚度nd为λ/5以下,其中λ是指可见光的范围即400~800nm。
6.如权利要求1所述的相位差膜,其中,形成所述多层重复结构的层数为100层以上且30000层以下。
7.如权利要求4所述的相位差膜,其中,所述多层重复结构满足下述式(2):
0.001<|δn|<0.5 (2)
在式中,δn表示具有负的光学各向异性的层a的平均折射率与光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b的平均折射率之间的差值。
8.如权利要求4所述的相位差膜,其中,所述具有负的光学各向异性的层a和/或具有负的光学各向异性的层b满足下述式(1):
0.0001<|nnx-nny|<0.1 (1)
在式中,
nnx:具有负的光学各向异性的层a或具有负的光学各向异性的层b在x轴方向上的三维折射率;
nny:具有负的光学各向异性的层a或具有负的光学各向异性的层b在y轴方向上的三维折射率;
x轴:多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;以及
y轴:多层重复结构的面内的与x轴正交的轴。
9.如权利要求1所述的相位差膜,其中,所述分子取向性双折射是通过构成具有光学各向异性的层A的高分子的分子取向来体现的。
10.如权利要求3所述的相位差膜,其中,所述具有负的光学各向异性的层a包含分子极化率各向异性为负的高分子。
11.如权利要求4所述的相位差膜,其中,所述光学特性上大 致各向同性的层i由高分子构成。
12.如权利要求1所述的相位差膜,其中,所述多层重复结构的面内相位差值R值满足下述式(6):
10nm<R<1000nm (6)。
13.如权利要求1所述的相位差膜,其中,所述分子取向性双折射是通过延伸来体现的。
14.如权利要求1所述的相位差膜,其中,通过高分子的多层熔融挤压来成形多层膜,接着,延伸该多层膜而获得。
15.如权利要求1所述的相位差膜,其中,光弹性系数的绝对值在15×10-12Pa-1以下。
16.如权利要求1所述的相位差膜,其中,在所述相位差膜的两面层叠保护膜X,该保护膜X由破断强度10~50MPa、破断伸度300~1500%、面冲击破坏能量5×10-4J/μm以上且在-40℃中频率1Hz上的动态贮藏弹性率以及动态损耗弹性率为1×105~2×108Pa的热可塑树脂组成物P制作,且光学特性上大致各向同性。
17.如权利要求1所述的相位差膜,其中,具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层A,由包含苯乙烯和无水马来酸的共聚体的苯乙烯类树脂制作,苯乙烯/无水马来酸的共聚摩尔比为70/30~86/14,且光弹性系数为8×10-12pa-1以下。
18.如权利要求1所述的相位差膜,其中,具有满足下式的关系的测定波长λ及λ’:
|{Rth(λ)/Rth(λ’)}-{(R(λ)/R(λ’)}|≥0.1
该测定波长λ、λ’的波长单位为nm,且400nm≤λ<λ’≤700nm,其中,
R(λ)值表示关于λ的面内相位差值,Rth(λ)值表示关于λ的厚度方向相位差值,R(λ’)值表示关于λ’的面内相位差值,Rth(λ’)值表示关于λ’的厚度方向相位差值。
19.如权利要求1所述的相位差膜,其中,{(R(λ)/R(λ’)}及{Rth(λ)/Rth(λ’)}中的一个小于1,且另一个超过1,测定波长λ、λ’的波长单位为nm,且400nm≤λ<λ’≤700nm,其中,
R(λ)值表示关于λ的面内相位差值,Rth(λ)值表示关于λ的厚度方向相位差值,R(λ’)值表示关于λ’的面内相位差值,Rth(λ’)值表示关于λ’的厚度方向相位差值。
20.如权利要求1所述的相位差膜,其中,
所述具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层A,是具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层a,且所述至少两种层中的至少另一种层是光学特性上大致各向同性的层i,
所述具有负的光学各向异性的层a在面内具有分子取向性双折射导致的光学各向异性,
所述具有负的光学各向异性的层a的慢轴与所述光学特性上大致各向同性的层i的慢轴,配置成彼此大致正交或大致平行。
21.如权利要求1所述的相位差膜,其中,
所述具有分子取向性双折射导致的光学各向异性的层A,是具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层a,且所述至少两种层中的至少另一种层是具有分子取向性双折射导致的负的光学各向异性的层b,
所述具有负的光学各向异性的层a及具有负的光学各向异性的层b,在面内具有分子取向性双折射导致的光学各向异性,
所述具有负的光学各向异性的层a的慢轴与所述具有负的光学各向异性的层b的慢轴,配置成彼此大致平行。
22.如权利要求1所述的相位差膜,其中,所述多层重复结构由具有负的光学各向异性的层a和光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b这两种层构成,当所述多层重复结构由所述具有负的光学各向异性的层a和光学特性上大致各向同性的层i 这两种层构成时,满足下述式(3)及(4),且当所述多层重复结构由所述具有负的光学各向异性的层a和具有负的光学各向异性的层b这两种层构成时,满足下述式(3)、(4)及(4’):
n1x≤n1z (4)
n2x≤n2z (4’)
在式中,
d1:具有负的光学各向异性的层a的一层的膜厚,膜厚的单位是nm;
d2:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b的一层的膜厚,膜厚的单位是nm;
n1x:具有负的光学各向异性的层a在x轴方向上的三维折射率;
n1y:具有负的光学各向异性的层a在y轴方向上的三维折射率;
n1z:具有负的光学各向异性的层a在z轴方向上的三维折射率;
n2x:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在x轴方向上的三维折射率;
n2y:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在y轴方向上的三维折射率;
n2z:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在z轴方向上的三维折射率;
x轴:多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:多层重复结构的面内与x轴正交的轴;以及
z轴:多层重复结构的面的法线方位的轴。
23.如权利要求1所述的相位差膜,其中,
所述多层重复结构由具有负的光学各向异性的层a和光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b这两种层构成,其中,所述多层重复结构具有满足下述的式(200)的测定波长 λ及λ’:
该测定波长λ、λ’的波长单位为nm,且400nm≤λ<λ’≤700nm,膜厚的单位是nm,
在式中,
d1:具有负的光学各向异性的层a的一层的膜厚,膜厚的单位是nm;
d2:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b的一层的膜厚,膜厚的单位是nm;
n1x:具有负的光学各向异性的层a在x轴方向上的三维折射率;
n1y:具有负的光学各向异性的层a在y轴方向上的三维折射率;
n1z:具有负的光学各向异性的层a在z轴方向上的三维折射率;
n2x:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在x轴方向上的三维折射率;
n2y:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在y轴方向上的三维折射率;
n2z:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在z轴方向上的三维折射率;
x轴:多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:多层重复结构的面内与x轴正交的轴;以及
z轴:多层重复结构的面的法线方位的轴。
24.如权利要求1所述的相位差膜,其中,
所述多层重复结构由具有负的光学各向异性的层a和光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b这两种层构成,其中,所述多层重复结构具有满足下述式(100)及(100’)中的一个小于1,且另一个超过1的条件的测定波长λ及λ’:
该测定波长λ、λ’的波长单位为nm,且400nm≤λ<λ’≤700nm,膜厚的单位是nm,
在式中,
d1:具有负的光学各向异性的层a的一层的膜厚,膜厚的单位是nm;
d2:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b的一层的膜厚,膜厚的单位是nm;
n1x:具有负的光学各向异性的层a在x轴方向上的三维折射率;
n1y:具有负的光学各向异性的层a在y轴方向上的三维折射率;
n1z:具有负的光学各向异性的层a在z轴方向上的三维折射率;
n2x:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在x轴方向上的三维折射率;
n2y:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在y轴方向上的三维折射率;
n2z:光学特性上大致各向同性的层i或具有负的光学各向异性的层b在z轴方向上的三维折射率;
x轴:多层重复结构的面内的多层重复结构的慢轴;
y轴:多层重复结构的面内与x轴正交的轴;以及
z轴:多层重复结构的面的法线方位的轴。
25.一种层叠了权利要求1所述的相位差膜和偏振光膜的叠层偏振光膜。
26.一种具备权利要求1所述的相位差膜的液晶显示装置。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP147056/2007 | 2007-06-01 | ||
| JP2007147056 | 2007-06-01 | ||
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