JP2007041075A - 偏光分離フィルム - Google Patents

Abstract

【目的】本発明の目的は、上記の課題を解決するためにポリマー系材料で偏光分離素子を作製することで素子の高選択比、小型化、及び成形性の向上を図り、且つ量産化も実現可能とした偏光分離フィルムを提供することである。
【構成】
高分子材料と両親媒性物質を溶解した疎水性有機溶媒溶液を高湿度雰囲気下でキャストし、該キャスト液から該有機溶媒を徐々に蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させることで形成される二次元規則配列構造を有するように配列した多孔を備えたことを特徴とする偏光分離フィルム。
【選択図】 なし

Description

本発明は、液晶表示装置に利用される光学フィルム、特に輝度向上フィルムとして有効な偏光分離フィルムに関する。

液晶表示装置は、近年非常に多くの表示デバイスに用いられており、その表示特性に対する要求はますます高まっている事は周知の事実である。これに伴って、液晶表示装置に用いられる偏光板、視野角補償フィルム、広帯域１／４波長板、輝度向上フィルムなどの光学フィルムの性能、合わせてその生産性・コストに対する要求も高まっている。

特に表示の明るさを増大させるための輝度向上フィルムに対する液晶表示装置の消費電力を抑えるためには必須の要素となっており、その品質・コストに対する要求は高い。輝度向上フィルムは、構成要素として入射光を偏光状態に応じて透過光と反射光に分離するための偏光分離層を有するものが現在上市されている。これら偏光分離層には、異方性ポリマー層を多数積層した直線偏光分離層や、コレステリック液晶層を用いた円偏光分離膜などが知られている。この内、前者の直線偏光分離層については数百層もの異方性層を積層する必要があり、非常に高価であるという問題を抱えている。後者に円偏光分離膜は、棒状液晶分子あるいは側鎖型液晶高分子の液晶性基が層法線と平行な螺旋軸を回転軸として厚み方向に捩れた構造の液晶層を有し、その選択反射特性を利用して、左右回転の円偏光を透過光と反射光に分離するものである。通常の液晶を用いてこの選択反射層を形成した場合、選択反射の波長域は数十ｎｍ程度であり、輝度向上フィルムの目的にはこのまま適用することはできない。従って、可視光全域に渡って円偏光分離を行うために反射帯域を可視域において広帯域化する必要性を抱えている。

このような課題を解決するために、特許文献１（特開２００２−８２２２１）や特許文献２（特開２００１−５１１２２）に記載の偏光分離素子では、その構造にフォトニック結晶構造を用いることを提案している。フォトニック結晶構造を用いるとフォトニックバンドギャップ効果により、偏光分離の選択比が高く取れる上、薄膜化が可能であるため素子の小型化も実現できる。
特開２００２−８２２２１号公報 特開２００１−５１１２２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の前記フォトニック結晶構造を用いた偏光分離素子においては、素子作製にプラズマＣＶＤ法や自己クローニング法を用いているため、作製するのに大型な装置が必要となる上に作業時間もかかるため、量産化が難しいといった課題がある。またこれらの偏光分離素子は材料として主にＳｉやＳｉＯ_２を用いるために、素子自体が固く成形しにくい上に柔軟性も悪いといった問題がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決するためにポリマー系材料で偏光分離素子を作製することで素子の高選択比、小型化、及び成形性の向上を図り、且つ量産化も実現可能とした偏光分離フィルムを提供することである。

本発明者らは上述の課題、問題点を考慮し、鋭意検討した結果、疎水性有機溶媒に可溶な高分子材料と両親媒性高分子とを適当な割合で組み合わせることで、高選択比、小型化、及び成形性に優れ、且つ量産化も実現可能なフォトニック結晶構造を有する多孔体薄膜からなる偏光分離フィルムを与えることを見出した。すなわち、本発明は以下によって達成される。

本発明は、高分子材料と両親媒性物質を溶解した疎水性有機溶媒溶液を高湿度雰囲気下でキャストし、該キャスト液から該有機溶媒を徐々に蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させることで形成される二次元規則配列構造を有するように配列した多孔を備えたことを特徴とする偏光分離フィルムである。

本発明は、この偏光分離フィルムをさらに延伸して得られる多孔の各孔の伸張した配列構造を有することが好ましい。
また前記二次元規則配列が、少なくとも一方向の配列構造の周期が１０μｍ以下の凹凸周期構造であることが好ましい。

本発明によれば，キャスト法による簡易なプロセスで小型で成形性の良い偏光分離フィルムが得られる。

疎水性有機溶媒に可溶な高分子材料の疎水性有機溶媒溶液を高湿度気流下でキャストし、該有機溶媒を徐々に蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させて得られる二次元規則配列構造を有する多孔体膜及び該多孔体膜を延伸して得られる多孔体膜から成る偏光分離フィルムである。
本発明に用いる高分子材料は、疎水性有機溶剤に可溶であれば特に制限を受けるものではないが、好ましくは、水には不溶もしくは難溶であることが好ましい。このような高分子材料として、例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリエート等の汎用樹脂、ポリカーボネート、ポリカーボネート等のエンジニアリングプラスチック、ポリブタジエン等のエラストマー樹脂、ポリ乳酸、ポイヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン等の生分解性高分子、ポリイミド樹脂、シクロオレフィン共重合体樹脂等を例示することができる。特に光学フィルムに適用するに際しては、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート樹脂やシクロオレフィン共重合体樹脂等の透明に優れる樹脂が好適な材料である。

本発明においては、多孔体膜を構成する高分子材料の疎水性有機溶剤溶液中には両親媒性物質が共存してもよい。多孔体膜を製造するに際して共存しても良い両親媒性物質は特に限定されるものではなく、低分子物質、高分子物質のいずれも利用することができる。例えば、ドデシルベンゼンスルホンナトリウムやジ−２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリム等の低分子物質や、ポリエチレングリコール／ポリプロピレングリコールブロック共重合体、ポリアクリルアミドを主骨格とし、疎水性側鎖としてドデシル基と親水性側鎖としてラクトース基あるいはカルボキシル基を併せ持つ両親媒性高分子、あるいはヘパリンやデキストラン硫酸、ＤＮＡやＲＮＡの核酸などのアニオン性高分子と長鎖アルキルアンモニウム塩とのイオンコンプレックス、ゼラチン、コラーゲン、アルブミン等の水溶性タンパク質を親水基とした両親媒性高分子を例示することができる。

本発明で用いる疎水性有機溶剤は特に限定されるものではないが、例えば、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン系有機溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどの非水溶性ケトン系溶剤、二硫化炭素などが挙げられる。疎水性有機溶剤は単独で使用しても、又、複数の疎水性有機溶剤を組み合わせて混合溶媒として使用してもよい。

高分子材料及び必要な場合は両親媒性物質を疎水性有機溶剤に溶解する際の合計量は、疎水性有機溶剤溶液の濃度が、０．０１〜１０ｗｔ％、好ましくは０．０５ｗｔ％〜５ｗｔ％となる範囲の重量である。溶液濃度が低すぎると、溶媒の蒸散時間が短くなるため、結露した水滴が最密充填構造を形成するに至らず、規則配列構造を形成することができない。一方、溶液濃度が高すぎると結露した水滴の凝集が生じ、水滴の最密充填構造が失われ、規則配列構造を形成することができない。

本発明において、該疎水性有機溶剤溶液を基板あるいは基材上にキャストし多孔体膜を作製する。基材としては、ガラス、金属、シリコンウェハー等の無機材料、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルケトン等の耐有機溶剤性に優れた高分子からなる有機材料、また基材としては水、流動パラフィン、液状ポリエーテル等の液体が使用できる。

本発明で多孔体膜が形成される機構は次のように考えられる。疎水性有機溶剤が蒸発するとき、潜熱を奪うために、キャストフィルム表面の温度が下がり、微小な水の液滴が高分子溶液表面に凝集、付着する。キャストした溶液中の両親媒性物質の作用によって水滴が安定化される。溶剤が蒸発していくに伴い、ヘキサゴナルの形をした液滴が最密充填した形に並んでいき、最後に水が除去される。その結果、液滴が最密充填した形に並んだ状態が空孔構造とする多孔体高分子膜が得られる。従って、該多孔体膜を作製する環境としては、疎水性有機溶剤溶液を基板あるいは基材上にキャストし、高湿度空気を吹き付けることで該有機溶剤を蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させる方法、並びに、疎水性有機溶剤溶液を、相対湿度５０〜９５％の大気下で基板あるいは基材上にキャストし、該有機溶剤を蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させる方法等が好ましい。

二次元規則構造を形成するには、湿度および疎水性有機溶剤溶液のキャスト量が特に重要である。

このようにしてできる多孔体薄膜の一つ一つの空孔の大きさは、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ〜１０μｍであり、より好ましくは１０ｎｍ〜５μｍであり、さらに好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。

さらに本発明においては、上記のように作製した二次元規則配列構造を有する多孔体膜をそのまま用いてもよいし、該多孔体膜を延伸することにより伸張した細孔の配列構造を有するフィルムを用いてもよい。フィルムの延伸の方法は、特に限定されず、例えば、マイクロマニュピレーターを用いて延伸を行う方法を例示できる。

本発明を具体的に説明するために、以下に実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
シクロオレフィン共重合体であるアペル（登録商標）８００８Ｔと化式１に示す両親媒性高分子を重量比で１０：１で混合したクロロホルム溶液（２．５ｇ／Ｌ）４ｍＬを、直径９ｃｍのシャーレにキャストした。その後直ちに湿度７０％の空気を流量５Ｌ／分で吹き付けて多孔体高分子膜を得た。さらにエタノールに浸漬し剥離して自己支持性多孔体高分子膜とした。得られた多孔体高分子膜をＳＥＭで観察したところ、孔径が２μｍ、周期が３μｍの二次元規則構造を確認した。この構造により偏光分離効果が得られる。

偏光光源から発生するｐ偏光とｓ偏光を分離することができ、一方の偏光を再利用することが可能となるため、液晶表示装置装置の光源に適用することで、輝度向上を実現することができる。

本発明に係わる多孔部のSEM写真

Claims (3)

1. 高分子材料と両親媒性物質を溶解した疎水性有機溶媒溶液を高湿度雰囲気下でキャストし、該キャスト液から該有機溶媒を徐々に蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させることで形成される二次元規則配列構造を有するように配列した多孔を備えたことを特徴とする偏光分離フィルム。
2. 請求項１記載の偏光分離フィルムをさらに延伸して得られる多孔の各孔の伸張した配列構造を有する偏光分離フィルム。
3. 前記二次元規則配列が、少なくとも一方向の配列構造の周期が１０μｍ以下の凹凸周期構造である請求項１または請求項２に記載の偏光分離フィルム。