(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向膜上に棒状ネマチック重合性液晶化合物を塗工することにより前記液晶化合物を傾斜配向させた傾斜配向層を製造する方法において、配向膜として任意の配向特性が付与された光配向膜を用い、かつ棒状ネマチック重合性液晶化合物として垂直配向性基板上でホメオトロピック配向を示すものを用いることにより、光配向膜の界面近傍における前記液晶化合物の傾斜角を任意の傾斜角に制御し、前記液晶化合物の平均傾斜角が４５°以上である傾斜配向層を形成することを特徴とする傾斜配向層の製造方法。
【請求項２】
前記光配向膜が、支持基板上に塗工された光反応性ポリマー溶液に対して、偏光紫外線または非偏光紫外線を照射することにより配向特性が付与されたものであり、その照射角度が、前記光配向膜の法線方向から５〜８０°であることを特徴とする請求項１記載の傾斜配向層の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の製造方法により形成された傾斜配向層を、その配向状態を維持した状態で紫外線硬化させ固定化することを特徴とする傾斜配向フィルムの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法により得られた傾斜配向フィルム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜配向層の製造方法に関する。本発明の傾斜配向層の製造方法によれば、棒状ネマチック重合性液晶化合物を比較的大きい平均傾斜角に制御した傾斜配向層が得られる。また、本発明は、前記傾斜配向層から傾斜配向フィルムを製造する方法、さらには当該製造方法により得られる傾斜配向フィルムに関する。傾斜配向フィルムは単独でまたは他のフィルムと組み合わせて、位相差フィルム、視角補償フィルム、光学補償フィルム、楕円偏光フィルム等の光学フィルムとして使用できる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の視角補償フィルムとして、液晶化合物をねじれ配向させたり、傾斜配向を制御したものを固定したフィルムの開発が盛んに行われている。このような視角補償フィルムのうち、ツイスティドネマチック（ＴＮ）−ＬＣＤの視覚補償フィルムには、光軸がフィルム面に対して傾斜している補償フィルム、すなわち傾斜配向フィルムが欠かせない。
【０００３】
これまでに提供されている前記傾斜配向フィルムとしては、ディスコチック液晶化合物を傾斜させたものや棒状ネマチック液晶高分子化合物を傾斜させたものなどが知られている。これら傾斜配向フィルムは、配向膜上に上記液晶化合物を配向させることにより得られており、その配向状態は、配向膜界面から空気界面に向かって傾斜が徐々に増大するハイブリッド配向である。
【０００４】
上述のハイブリッド配向させた傾斜配向フィルムの製造に用いる配向膜としては、主にポリイミドやポリビニルアルコールなどのフィルムのラビング処理膜が用いられている。しかし、一般に配向膜として用いるラビング処理膜の界面近傍において、液晶化合物分子の示す傾斜角はせいぜい５°と大変小さく、平均傾斜角の大きいハイブリッド配向の傾斜配向フィルムは得られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、配向膜の界面近傍における液晶化合物の傾斜角を制御することにより、任意の平均傾斜角を実現したハイブリッド配向の傾斜配向層を製造する方法を提供すること、さらにはハイブリッド配向の傾斜配向フィルムを製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す方法により前記目的を達成できることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、配向膜上に棒状ネマチック重合性液晶化合物を塗工することにより前記液晶化合物を傾斜配向させた傾斜配向層を製造する方法において、配向膜として任意の配向特性が付与された光配向膜を用い、かつ棒状ネマチック重合性液晶化合物として垂直配向性基板上でホメオトロピック配向を示すものを用いることにより、光配向膜の界面近傍における前記液晶化合物の傾斜角を任意の傾斜角に制御し、前記液晶化合物の平均傾斜角が４５°以上である傾斜配向層を形成することを特徴とする傾斜配向層の製造方法、に関する。
【０００８】
本発明では、傾斜配向フィルムの形成に供する、重合性の棒状ネマチック液晶化合物を、まず任意の傾斜角に制御して傾斜配向層を形成する。また当該傾斜配向層の形成にあたっては、前記重合性液晶化合物を配向処理する配向膜として光配向膜を用いることにより、配向膜としてラビング膜を用いた場合より配向膜の界面近傍における傾斜角を大きい傾斜角で維持する。しかも前記重合性液晶化合物としてホメオトロピック配向性のものを用いることにより空気界面では前記液晶化合物がホメオトロピック配向しやすくなり、空気界面に向かって連続的に傾斜角を増大させたハイブリッド配向の傾斜配向層を形成している。こうして得られる傾斜配向層は、光配向膜に付与された配向特性により任意にその傾斜配向を調整することができ、光配向膜の配向特性を適宜に変えることにより、傾斜配向層を形成する前記重合性液晶化合物の傾斜角を任意の傾斜角に制御することができる。
【０００９】
前記傾斜配向層の製造方法は、傾斜配向層の平均傾斜角が４５°以上である場合に特に有用である。
【００１０】
本発明によれば、光配向膜の界面近傍での重合性液晶化合物の傾斜角を大きい傾斜角で維持し、かつ制御することができ、ラビング処理膜上では実現困難であった約４５°以上の大きな平均傾斜角でハイブリッド配向状態の傾斜配向層を得ることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記製造方法により形成された傾斜配向層を、その配向状態を維持した状態で紫外線硬化させ固定化することを特徴とする傾斜配向フィルムの製造方法、に関する。さらには、本発明は当該製造方法により得られた傾斜配向フィルム、に関する。
【００１２】
前記任意にハイブリッド配向状態を制御した傾斜配向層を紫外線硬化させることにより、重合性液晶化合物をそのままの配向状態で固定化した傾斜配向フィルムを製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、棒状ネマチック重合性液晶化合物の傾斜配向層を配向膜上で形成させるが、配向膜としては光配向膜を用いて光配向膜の界面近傍における重合性液晶化合物の傾斜角を任意の角度に制御する。
【００１４】
光配向膜の調製は、従来より知られている光配向技術を採用できる。例えば、光配向技術は、紫外線などを照射すると二量化反応や異性化反応などを引起こすような光官能部を有する光反応性ポリマーに、偏光された紫外線を照射し、このとき偏光の電気ベクトルに平行な光官能部のみが反応することにより、ラビング処理した配向膜と同じように配向規制力が付与され、液晶化合物の分子を配向させる技術をいう。本発明に用いる光配向技術は前記特徴を有すものであればどのようなものでもよく、照射する紫外線が非偏光の紫外線であっても、前記光配向膜の調製が可能であれば紫外線が偏光であるか否かは問われない。
【００１５】
前記光配向技術は、近年、開発が進んでおり、照射する偏光紫外線または非偏光紫外線の照射条件を調節することにより配向膜に任意の配向特性を付与できる。たとえば照射条件（照射量、照射角度等）を適宜に調整することにより光配向膜の配向特性を決定し、光配向膜の界面近傍における液晶化合物の傾斜角を任意に制御することができる。
【００１６】
前記光反応性ポリマーは、光官能部と高分子主鎖からなり、その光官能部が照射した偏光の電気ベクトル振動方向で規定される方向に化学結合を生じて、任意の配向特性を付与できるものであれば特に制限はない。光官能部としては、二量化反応、分解反応、異性化反応等を引起こす反応性置換基などがあげられ、たとえば、カルコン系、シンナミル系、アゾベンゼン系、クマリン系等のものを例示できる。高分子主鎖としてはポリアクリレート、ポリシロキサン、ポリメタクリレート、ポリサカライド、ポリビニルアルコール等を例示できる。光官能部は反応性ポリマーの主鎖および／または側鎖のいずれにあってもよい。
【００１７】
光配向膜の作製は、具体的には、光反応性ポリマーを、塩化メチレン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル等の汎用の溶媒に溶かして希薄溶液とし、これをスピンコートあるいはバーコート等を含む公知の塗工方法により、支持基板上に塗工することにより行う。光配向膜の支持基板はガラス基板のほか、位相差のない透明なフィルム基板があげられる。スピンコートの際には溶媒は揮発し、薄膜が基板上に形成される。次いで、前記基板上の光反応性ポリマー溶液に、偏光紫外線または非偏光紫外線を照射して光配向膜とする。
支持基板上に形成された光配向膜層の厚さは約１０〜１０００ｎｍである。
【００１８】
偏光紫外線または非偏光紫外線の照射の仕方は用いる光反応性ポリマーに応じて適宜選択され、照射量、照射角度等は目的とする重合性液晶化合物の傾斜配向層の傾斜角により適宜に決定する。通常、照射量は約１０〜１００００ｍＪ／ｃｍ2 程度である。照射角度は、配向膜の法線方向と異なる方向であればよく、通常、法線方向から約５〜８０°の方向で目的に応じて適宜選択される。
【００１９】
続いて、前記光配向膜上に棒状ネマチック重合性液晶化合物を塗工し、傾斜配向層を形成する。棒状ネマチック重合性液晶化合物は、重合性官能基として、たとえば、アクリレート基またはメタクリレート基等を有する棒状ネマチック液晶性化合物であり、垂直配向性基板上でホメオトロピック配向を示すものであれば特に制限はない。
【００２０】
ネマチック液晶性を示す部位は特に制限されず、たとえば、ビフェニル系、フェニルベンゾエート系、フェニルシクロヘキサン系、アゾキシベンゼン系、アゾメチン系、アゾベンゼン系、フェニルピリミジン系、ジフェニルアセチレン系、ジフェニルベンゾエート系、ビシクロへキサン系、シクロヘキシルベンゼン系、ターフェニル系等がメソゲン基となる環状単位を有するものがあげられる。これら環状単位の末端は、たとえば、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基等の置換基を有していてもよい。また、前記メソゲン基は屈曲性を付与するスペーサ部を介して結合していてもよい。スペーサー部としては、ポリメチレン鎖、ポリオキシメチレン鎖等があげられる。スペーサー部を形成する構造単位の繰り返し数は、メソゲン部の化学構造により適宜に決定される。
【００２１】
また垂直配向性基板上でホメオトロピック配向を示すものとは、たとえば、表面を垂直配向処理したガラス基板上や垂直配向剤としてレシチンなどの界面活性剤層を設けた基板のような垂直配向を誘起する基板上において垂直配向（ホメオトロピック配向）するものである。このような、棒状ネマチック重合性液晶化合物としては、例えば、大日本インキ化学工業 (株）製のＵＣＬ−００１があげられる。
【００２２】
前記重合性液晶化合物は、光重合開始剤と共に、シクロヘキサン、シクロペンタノン、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル、テトラヒドロフランなどの汎用溶媒に溶解した溶液を、スピンコートあるいはバーコート等を含む公知の塗工方法で、上記処理をした光配向膜上に塗工する。溶液の濃度は、用いる液晶化合物の溶解性や最終的に目的とする傾斜配向フィルムの膜厚に依存するため一概には言えないが、通常３〜５０重量％程度である。塗工された前記液晶化合物からなる傾斜配向層の厚みは０．１〜１０μｍ程度とするのが好ましい。重合性液晶化合物は適宜に熱処理を施して液晶状態とする。なお、室温で液晶性を示す重合性液晶化合物を用いる場合には、室温で液晶状態であるから、光配向膜上にそのまま塗工することができ、数秒から数分放置することにより、自発的に重合性液晶化合物が配向する。傾斜配向層は、前記重合性液晶化合物の傾斜角が光配向膜の配向特性に応じた任意の傾斜角に制御されている。これを液晶状態を示す液晶温度範囲で保持することにより、傾斜配向層を維持する。
【００２３】
このようにして得られたハイブリッド傾斜配向層に、紫外線を照射し、前記重合性液晶化合物を重合し硬化することにより、前記傾斜配向を固定化した傾斜配向フィルムとする。紫外線の照射の条件は、充分な表面硬化を達成するために、不活性気体雰囲気とするのが好ましい。通常、約８０〜１６０ｍＷ／ｃｍ2 の照度を有する高圧水銀紫外線ランプが代表的に用いられる。メタルハライドＵＶランプおよび白熱管などの別種のランプも使用することができる。なお、紫外線照射時の液晶表面温度が液晶温度範囲内になるように、コールドミラー、水冷その他の冷却処理あるいはライン速度を早くするなどして適宜に調整する。
【００２４】
こうして得られた傾斜配向フィルムは、光学フィルムとして用いられる。傾斜配向フィルムは基板上の光配向膜から剥離して用いてもよいし、剥離することなく基板上の光配向膜に形成された傾斜配向層としてそのまま用いてもよい。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明の一態様について説明するが、本発明は実施例に限定されないことはいうまでもない。
【００２６】
実施例
光配向膜として用いる光反応性ポリマーとして、文献（高分子論文集、ｖｏｌ．５６−４．ｐ２３４．（１９９９））記載のシンナモイル基を側鎖に有するメタクリル系ポリマーを用いた。該光反応性ポリマーを塩化メチレンに溶解させ（濃度２０％）、これをガラス基板にスピンコートし、薄膜（５０ｎｍ）を形成した。これに、偏光紫外線を斜め４０°の方向から照射して光配向膜を作製した。
【００２７】
次いで、棒状ネマチック重合性液晶化合物（大日本インキ化学工業（株）製，ＵＣＬ−００１）と光重合開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製のイルガキュア３６９）を９７対３の割合（重量部）で混合し、さらに、メチルエチルケトンに溶解して３０重量％の溶液に調整し、これを８００ｒｐｍで前記光配向膜上にスピンコートした後、傾斜配向層を形成した。
【００２８】
（液晶化合物の平均傾斜角の評価法）
異常光屈折率ｎｅ、常光屈折率ｎｏの液晶化合物が厚さｄ（μｍ）にわたって同じ角度θで一様に傾斜しているとき、正面から見た位相差δ（ｎｍ）と上記のパラメーターの間には、下記式（１）：
δ＝（ｎｅ／（ｎｏ2 ・ｃｏｓ2 θ＋ｎｅ2 ・ｓｉｎ2 θ）1/2 −１）×１０００・ｎｏ・ｄ−−−−−式（１）
の関係が成立することが知られている（Ｔ．Ｊ．Ｓｃｈｅｆｆｅｒら、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４８，１７８３（１９７７））。このことから、δ、ｎｅ、ｎｏ、ｄの値が分かっていれば、傾斜角θが分かる。得られた傾斜配向層について、真正面から見たときの位相差δ、膜厚ｄを測定し、また別途、液晶化合物のｎｏおよびｎｅを測定しておき、これらを式（１）に代入して求めた傾斜角θの値を平均傾斜角θとした。実施例では、ｄ＝２．５μｍ、ｎｅ＝１．６４６、ｎｏ＝１．５０９、であった。正面から見た位相差δと液晶化合物の傾斜角θの関係を図１に示す。実施例の傾斜配向層はハイブリッドの傾斜配向層である。したがって、本発明の平均傾斜角θとは、厚さｄにわたって傾斜角を平均化した値を見積もった値である。
【００２９】
前記実施例では、光配向膜に照射する偏光紫外線の照射量を約５０〜５００ｍＪ／ｃｍ2 で検討した場合に、約１００ｍＪ／ｃｍ2 時に、配向膜界面の傾斜角が最大になり、このとき平均傾斜角約６０°（正面から見た位相差約８０ｎｍ）であった。
【００３０】
また、偏光紫外線の照射量または照射角度を変化させると、重合性液晶化合物の平均傾斜角も変化した。結果として、偏光紫外線の照射条件を変化させることで、重合性液晶化合物を任意の傾斜角度に制御できた。さらに、窒素置換した雰囲気下で傾斜配向層に紫外線を照射させることにより重合性液晶化合物を硬化して、配向状態を損なうことなく固定化した傾斜配向フィルム（光学フィルム）を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の正面から見たときの位相差δと液晶化合物の傾斜角θの間の関係を示すグラフである。
【図１】
0004618700.tif 000002