JP2004029180A

JP2004029180A - 紫外線偏光光源装置及びそれを用いた液晶配向膜の製造方法

Info

Publication number: JP2004029180A
Application number: JP2002182431A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Shudo; 首藤　俊介
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】低コストで大面積の偏光を容易に形成できると共に、広い波長域の紫外光を利用できて配向膜形成物質の選択範囲が広く、スリムな形態で取扱いが容易で、偏光紫外線の照射量を出力下限値より小さく調整することができて、低照射量タイプの光配向膜の形成にも対応することが可能な紫外線偏光光源装置、および本紫外線偏光光源装置を用いた液晶配向膜の製造方法を提供する。
【解決手段】紫外領域において二色性を示す物質を含有する偏光フィルムと、短波長の紫外線をカットする光学フィルターと、紫外線照射装置とを組合せた紫外線偏光光源装置であって、前記偏光フィルムと紫外線照射装置との間に遮光スリットを備えている紫外線偏光光源装置。該装置を液晶配向膜の製造に用いることにより、モノドメイン配向した液晶層や斜め配向した液晶層を形成できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学分野、光エレクトロニクス分野、各種表示装置分野、照明装置分野等に有用で、液晶を配向処理する配向膜の形成などに好適な大面積の偏光紫外線が照射可能な紫外線偏光光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラビング処理による配向膜では大きい面積での均一な処理が難しく、帯電や塵の発生も多いことなどより液晶表示装置の大型化に対処することが困難で、液晶を大面積で配向処理できる配向膜が求められる中、紫外光を利用した製品や技術が数多く開発されている。特にディスプレイの分野では、性能向上や製造プロセスの簡略化のために、こういった動きが活発である。例えば、偏光紫外線を照射してポリビニルシンナメート配向膜の架橋結合の生成する方向を制御する方法（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ　ｅｔ　ａｌ．：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１，２１５５−２１６４（１９９２））や、偏光紫外線照射によりポリイミド配向膜の分解反応に異方性を持たせる方法（Ｍ．Ｎｉｓｈｉｋａｗａ　ｅｔ　ａｌ．：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　２６，５７５−５８０（１９９９））などの光二量化反応や光分解反応、あるいは光異性化反応による配向膜の形成方法が多数報告されている。また、偏光紫外線の斜め照射による、大きなプレチルトの付与についても多数報告されている。
【０００３】
従来、前記した偏光紫外線の形成部材としては、プリズム偏光子や偏光分離器、偏光フィルムが知られていた。しかしながら、プリズム偏光子では大型化が困難で大面積の偏光を得ることが難しかった。積層石英板などによるブリュスター角を利用した偏光分離器では、偏光を大面積化するには装置の大型化が不可欠であり、入射角をブリュスター角に設定する必要のあることから、装置の組立に高精度なセッティング技術が要求される問題点があった。
【０００４】
また、紫外領域で二色性を示す物質を用いた偏光フィルムでは、大型化が容易である利点を持つが、紫外線光源からの光の吸収による劣化や発熱が大きいため、耐久性に問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記の点に関して、大面積の観点から紫外領域で二色性を示す物質を有する偏光フィルムに着目し、紫外光による偏光フィルムの劣化を考慮して、短波長の紫外線をカットできるフィルターを用いた偏光特性、安定性に優れ、大面積での偏光紫外線を容易に形成する、紫外領域で二色性を示す物質を用いた偏光フィルムによる紫外線偏光光源装置を開発した。
【０００６】
しかしながら、上述の紫外線偏光光源装置をロールｔｏロールのラインに組み込んだ場合、市販の大面積紫外線照射装置では、安定な紫外線照射を供給するための出力下限値が存在するため、偏光紫外線を出力下限値より少ない照射量に制御することが困難であった。また、光配向膜の種類によっては、照射量過多になって、配向規制力の低下を引き起こした。
【０００７】
さらに、紫外線の出射特性から、斜め照射することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、低コストで大面積の偏光を容易に形成できると共に、広い波長域の紫外光を利用できて配向膜形成物質の選択範囲が広く、スリムな形態で取扱いが容易で、偏光紫外線の照射量を出力下限値より小さく調整することができて、低照射量タイプの光配向膜の形成にも対応することが可能な紫外線偏光光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、前記紫外線偏光光源装置を用いた液晶配向膜の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、紫外領域において二色性を示す物質を含有する偏光フィルムと、短波長の紫外線をカットする光学フィルターと、紫外線照射装置とを組合せた紫外線偏光光源装置であって、前記偏光フィルムと紫外線照射装置との間に遮光スリットを備えていることを特徴とする紫外線偏光光源装置を提供するものである。
【００１０】
本発明の紫外線偏光光源装置においては、短波長の紫外線をカットする光学フィルターが、紫外線照射装置と遮光スリットとの間に配置されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記のカットされる短波長の紫外線は、波長２９０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明においては、遮光スリットを設けたことにより、紫外線偏光光源装置から出射される偏光紫外線の量だけでなく偏光紫外線の方向も制御することができる。よって、紫外線が斜めに出射するように遮光スリットを配置することもでき、これにより従来達成できなかった斜め照射が可能となり、配向膜にプレチルトを付与することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記の紫外線偏光光源装置を用いたことを特徴とする液晶配向膜の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による紫外線偏光光源装置は、紫外領域において二色性を示す物質を含有する偏光フィルムを用いた紫外線偏光光源装置で、これに短波長の紫外線（特に２９０ｎｍ以下の波長の紫外線）をカットしうる光学フィルターと紫外線照射装置とを組合せたものであり、偏光フィルムと紫外線照射装置との間に、紫外線を遮光する遮光スリットを備えている。
【００１５】
図１及び図２は本発明の好ましい実施形態の一例を示す図であり、本発明の紫外線偏光光源装置は、偏光フィルム１と、反射ミラー４と光源６を備えた紫外線照射装置２と、紫外線照射装置２の前面に配置されたバンドパスフィルター３と、遮光スリット５とから構成される。遮光スリットは、図１のように偏光紫外線が偏光フィルムに対してほぼ直角な方向に出射されるような位置に配置したり、図２のように偏光紫外線が斜めに出射されるような位置に配置することもでき、遮光スリットの位置は任意である。
【００１６】
市販の紫外領域において二色性を示す物質を含有する偏光フィルムは、通常紫外線を照射すると著しく劣化するため、それを抑制することが必要である。紫外線による偏光フィルムの劣化には短波長の紫外線、特に２９０ｎｍ以下の紫外線が最も寄与することから、２９０ｎｍの波長の紫外線をカットする光学フィルターを、紫外線照射装置と偏光フィルムとの間に配置することにより、偏光フィルムの劣化が劇的に低減され、偏光特性と安定性に優れた紫外線偏光を大面積で照射することが可能となる。
【００１７】
本発明における偏光フィルムは、紫外領域で二色性を示すもので、かつ３００ｎｍ以上、特に２５０ｎｍ以上の波長の紫外線に対して透過性を有し、配向膜形成物質等の紫外線照射対象に照射する目的の紫外線の透過率が１０％以上、とりわけ２０％以上、特に３０％以上のものが用いられる。すなわち、紫外領域において二色性を示す物質を含有する偏光フィルムであれば特に限定はなく、市販の偏光フィルム等を適宜使用することができる。市販の偏光フィルムとしては、日東電工（株）製のＮＰＦ等を代表的なものとして挙げることができる。
【００１８】
なお、紫外線偏光の偏光特性は、偏光フィルムの偏光度により決定されるため、フィルムの選択により様々な偏光特性を有する紫外線が照射できる。さらに、偏光フィルムを回転することにより、面内で任意方向に容易に偏光を照射することができる。
【００１９】
本発明で用いる光学フィルターは、２９０ｎｍ以下の波長の紫外線をカットするものであり、前記波長の紫外線の透過率が４０％以下であることが必要である。好ましくは透過率が２０％以下である。最も好ましいものは、実質的に２９０ｎｍ以下の波長の紫外線を透過しない光学フィルター、すなわちＵＶバンドパスフィルターのような透過率が０％である光学フィルターを用いることである。波長２９０ｎｍ以下の紫外線の透過率が４０％を超えると、偏光フィルムの劣化の進行が速くなり、実用性に欠けるものとなる。
【００２０】
光学フィルターの材質等に特に限定はないが、耐熱性に優れたガラスフィルターが好ましい。ガラスフィルターであれば、送排風式の紫外線照射装置に用いられるガラス板および石英板に重ねて配置するか、それらの代替として用いることができるからである。
【００２１】
またフィルターの形態にも限定はなく、偏光フィルムに到達する光が短波長の紫外線、特に２９０ｎｍ以下の波長の紫外線をカットされたものであれば良い。そのため、ランプに使用されるガラスにフィルターが付与されているものであってもよい。特にブルーフィルター付きランプは、２９０ｎｍ以下の波長の紫外線をカットする能力があるため、このランプを用いることにより、ＵＶバンドパスフィルタと同様の性能を有することが出来る。
【００２２】
偏光フィルムの劣化の因子としては、短波長の紫外線だけではなく、照射強度も寄与してくる。そのため、照射強度の調整も重要となる。照射強度を小さくするほど、耐久性が向上する。偏光フィルム表面にかかる３１０ｎｍの紫外線の照射強度は、２０ｍＷ／ｃｍ^２以下が好ましく、１０ｍＷ／ｃｍ^２以下がさらに好ましい。照射強度の調整は、ランプの出力および偏光フィルムとランプとの距離により簡単に行うことが出来る。
【００２３】
また、偏光フィルム表面にかかる温度も重要であるが、上記の照射強度に調整すれば、市販の紫外線照射装置においてはほとんどフィルムに影響を与えることはない。送排風式や水冷式の紫外線照射装置や、熱線カットフィルターを適宜用いることにより、温度の制御は十分可能である。しかしながら、偏光フィムの表面温度としては８０℃以下が好ましく、とりわけ５０℃以下、特に室温程度にすることがより好ましい。
【００２４】
また配向膜の形成等の実用性において、より好ましい紫外線偏光光源装置は、目的とする偏光の波長、例えば３１０ｎｍの紫外光に基づく垂直入射光の直進光透過率が１０％以上、とりわけ２０％以上、特に３０％以上であるものや、消光比が５以上、とりわけ１０以上であるものである。
【００２５】
また、偏光紫外線の照射量も重要な因子である。ロールｔｏロールで偏光紫外線照射を行う場合、照射量はランプの出力、ライン速度および照射領域で決まる。ライン速度は配向膜の形成において重要な因子となるため、照射量の制御因子としては不適当である。したがって、照射量の制御因子としては、ランプの出力と照射領域の２つとなる。市販の大面積用紫外線照射装置では、幅方向に均一で安定な紫外線照射を供給するための出力下限値が存在するため、ランプの出力制御には限界があり、最小出力でも照射量を制御できない。よって、より小さい照射量にするためには、照射領域を制御する必要がある。
【００２６】
本発明では図１に示すように、ランプと偏光フィルムの間に紫外線をカットする遮光板を設けて遮光スリットを作製するため、スリットの幅を調整することにより照射領域を制御することができる。すなわち、従来の紫外線照射装置では最小出力でも照射量を制御することは困難であったが、本発明によれば簡便に照射量の制御が可能となる。スリット作製用の遮光板としては、紫外線を透過しない材料であれば特に制限はない。
【００２７】
また、光配向膜の特徴として、偏光紫外線の斜め照射によるプレチルト角の付与が挙げられる。市販の紫外線照射装置は一般に集光型の反射ミラーを使用しており、集光点より離して使用する場合は拡散光となる。上述の使用方法においては拡散光が照射されている。したがって、紫外線遮光板を用いて図１、図２に示すようにスリットを配置し、その他の方向に出射する紫外線をカットすることにより、偏光紫外線の斜め照射が可能となる。スリット作製用の遮光板としては、紫外線を透過しない材料であれば特に制限はない。
【００２８】
本発明による紫外線偏光光源装置は、例えば光異性化反応や光二量化反応、光分解反応などにより液晶を配向させるための配向膜を形成する際の紫外線偏光の供給など各種目的に用いることができる。また、本発明による紫外線偏光光源装置は、偏光紫外線の斜め照射が可能なため、光異性化反応や光二量化反応、光分解反応などにより液晶を配向させるための配向膜にプレチルトを付与することができる。市販の紫外線照射装置および市販の偏光フィルムを用いることにより、大面積化が可能で、かつ面内任意方向に偏光を照射することができる。
【００２９】
また、本発明による紫外線偏光光源装置は、表示装置や照明装置の光源として用いることもできる。表示装置には、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、ＣＲＴ等の各種表示装置が挙げられる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
高圧水銀ランプによる紫外線照射装置に、ＵＶバンドパスフィルター（ショット製ＷＧ２９５）を石英板表面に配置した。次いで、二色性物質含有の市販の偏光フィルム（日東電工製、商品名Ｆ５２０５（偏光板））で大きさが８５ｃｍ×３５ｃｍのものを、フィルム表面にかかる照度が３１０ｎｍの波長の光に対し１０ｍＷ／ｃｍ^２になるように、ランプの出力およびランプと偏光フィルムとの距離を調整した。そして、スリットを図１のように配置し、１０ｃｍのスリットを作製した。スリットを形成する紫外線遮光板としてはアルミ板を用いた。
【００３２】
（実施例２）
高圧水銀ランプによる紫外線照射装置に、ＵＶバンドパスフィルター（ショット製ＷＧ２９５）を石英板表面に配置した。ついで二色性物質含有の市販の偏光フィルム（日東電工製、商品名Ｆ５２０５（偏光板））で大きさが８５ｃｍ×３５ｃｍのものを、フィルム表面にかかる照度が３１０ｎｍの波長の光に対し１０ｍＷ／ｃｍ２になるように、ランプの出力およびランプと偏光フィルムとの距離を調整した。そして、スリットを図２のようにランプ中央より離れた位置に配置し、１０ｃｍのスリットを作製した。スリットを形成する紫外線遮光板としてはアルミ板を用いた。
【００３３】
なお、上記の実施例１及び実施例２では、ＵＶバンドパスフィルターを石英板表面に配置したが、石英板の代わりに配置する構成としても構わない。
【００３４】
（比較例１）
実施例１においてスリットを配置しないこと以外は、実施例１と同様にして、図３に示すように、偏光フィルム１と紫外線照射装置２と光学フィルター３を配置した。
【００３５】
（照射試験）
長尺フィルムの繰出しから巻取りまで一貫した工程で照射試験を行った。フィルム基板上にダイコーティングにより形成したポリビニルクマリン薄膜に、実施例および比較例で得た紫外線偏光光源装置より偏光紫外線を照射することにより、配向規制が付与された配向膜を得た。なお、フィルム搬送速度は２ｍ／ｍｉｎであった。
【００３６】
（照射量の評価）
長尺フィルム上に紫外線光量計（オーク製ＵＶ−３５０）を設置し、波長３２０ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外線の積算値を照射量として測定した。
【００３７】
（液晶の配向性評価）
照射試験により得られた配向膜上にネマチック液晶をバーコーティングし、その液晶の配向性を偏光顕微鏡により観察した。
【００３８】
以上の結果を表１にまとめて示した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１より、実施例では適度な量の偏光紫外線が照射されたため、得られた配向膜は液晶がモノドメイン配向されたものであった。これに対し比較例ではディスクリネーションが発生していた。
【００４１】
（液晶のプレチルト角と配向性）
光配向膜に偏光紫外線が斜め照射されていれば、プレチルトが付与される。そこで、以下のように、液晶のプレチルト角の評価と位相差の角度依存性より、斜め照射であることを確認した。
【００４２】
ガラス基板上にスピンコートして設けたポリビニルクマリン薄膜に、実施例又は比較例で得た偏光紫外線を、波長３１０ｎｍの光を照射量１０ｍＪ／ｃｍ^２照射して配向膜を形成し、得られた基板によりアンチパラレルセルを作製、セル基板間にネマチック液晶を注入してホモジニアス配向液晶セルを作製した。得られた液晶セルからクリスタルローテーション法を用いてプレチルト角を評価した。また、位相差の角度依存性により、液晶層の配向性が水平あるいは傾斜であるかを評価した。
【００４３】
結果を表２に示した。
【００４４】
【表２】

【００４５】
表２より、実施例２ではプレチルト角が付与されたのに対し、実施例１及び比較例１ではプレチルト角が殆んど付与されていなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の紫外線偏光光源装置によれば、市販の偏光フィルムを使用することが出来るため、低コストで大面積の偏光を容易に形成できると共に、広い波長域の紫外光を利用できて配向膜形成物質の選択範囲が広く、スリムな形態で容易に取扱うことができ、紫外線照射装置にセットするだけの簡単な操作で偏光紫外線を形成できる。また、遮光スリットを設けることで、偏光紫外線の照射量を出力下限値より小さく調整することができるため、低照射量タイプの光配向膜にも対応することができる。
【００４７】
さらに、本発明による紫外線偏光光源装置は、偏光紫外線の斜め照射が可能なため、光異性化反応や光二量化反応、光分解反応などにより液晶を配向させるための配向膜にプレチルトを付与することができる。また市販の紫外線照射装置および市販の偏光フィルムを用いるため、大面積化が可能である。
【００４８】
したがって、光異性化反応や光二量化反応、光分解反応などにより液晶配向膜を形成する際の紫外線偏光の供給目的のほか、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ等の各種の画像表示装置の光源、照明装置の光源等として用いることも可能であり、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例における紫外線偏光光源装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明例における紫外線偏光光源装置の構成例を示す図である。
【図３】比較例における紫外線偏光光源装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１：偏光フィルム
２：紫外線照射装置
３：バンドパスフィルター
４：反射ミラー
５：遮光スリット
６：反射ミラー

Claims

紫外領域において二色性を示す物質を含有する偏光フィルムと、短波長の紫外線をカットする光学フィルターと、紫外線照射装置とを組合せた紫外線偏光光源装置であって、前記偏光フィルムと紫外線照射装置との間に遮光スリットを備えていることを特徴とする紫外線偏光光源装置。
短波長の紫外線をカットする光学フィルターが、紫外線照射装置と遮光スリットとの間に配置されている、請求項１に記載の紫外線偏光光源装置。
前記短波長の紫外線が波長２９０ｎｍ以下の紫外線である請求項１又は２に記載の紫外線偏光光源装置。
偏光紫外線が斜めに出射するように遮光スリットを配置した請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線偏光光源装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線偏光光源装置を用いることを特徴とする液晶配向膜の製造方法。