JP2009139825A - 光学異方膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リオトロピック液晶化合物を配向させてなる光学異方膜において高い配向度を実現する。
【解決手段】 リオトロピック液晶化合物を含むコーティング液を一方向に流延塗布することによって誘起される一次配向と、その後塗膜の表面をラビング処理することによって誘起される二次配向を組み合わせることにより高い配向度が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明はリオトロピック液晶化合物を配向させてなる光学異方膜の製造方法に関する。

液晶ディスプレイにおいては液晶を通過する光線の旋光性を制御するため偏光膜や位相差膜のような光学異方膜が用いられている。従来、偏光膜としてはポリビニルアルコール等の樹脂フィルムをヨウ素や二色性色素で染色し、一方向に延伸した偏光膜が広く使用されている。しかし上記の偏光膜は色素や樹脂フィルムの種類によっては耐熱性や耐光性が十分でなく、また液晶ディスプレイの大型化にともないフィルムの製造装置が大型化するという問題がある。

これに対してリオトロピック液晶化合物を含むコーティング液をガラス板や樹脂フィルムなどの基板上に塗布し、リオトロピック液晶化合物を配向させて偏光膜を形成する方法が知られている。リオトロピック液晶化合物は溶液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、これを含むコーティング液に剪断応力を加えて流動させると、超分子会合体の長軸方向が流動方向に配向する。そのようなリオトロピック液晶化合物としてアゾ系化合物（特許文献１）、ペリレン系化合物（特許文献２、３）などがある。リオトロピック液晶化合物の偏光膜は延伸する必要がないため、ポリビニルアルコールフィルムによる偏光子よりも広幅の偏光膜を得やすく、また薄くできる特徴がある。

通常、リオトロピック液晶化合物は剪断応力などの配向規制力により配向する。しかし従来の偏光膜は一方向への配向度が低い、すなわちリオトロピック液晶化合物分子の配向が一方向に十分揃っていないため偏光度が低いことが問題であった。このためリオトロピック液晶化合物の配向度の高い偏光膜が求められていた。
特開２００６−３２３３７７号公報 特開２００５−１５４７４６号公報 特表平８−５１１１０９号公報

本発明の目的はリオトロピック液晶化合物を配向させてなる光学異方膜において高い配向度を実現することである。

本発明者らはリオトロピック液晶化合物を配向させてなる光学異方膜において高い配向度を実現させるべく鋭意検討した結果、図１に示すように、コーティング液を一方向に流延塗布することによって誘起される一次配向と、その後塗膜の表面をラビング処理することによって誘起される二次配向を組み合わせることにより高い配向度が得られることを見出した。

本発明の要旨は次の通りである。
（１）本発明の光学異方膜の製造方法はリオトロピック液晶化合物を配向させてなる光学異方膜の製造方法であって、リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に一方向に流延し前記リオトロピック液晶化合物を配向させた塗膜を形成する一次配向工程と、前記塗膜の表面を前記リオトロピック液晶化合物の配向方向と実質的に平行にラビング処理する二次配向工程とを含むことを特徴とする。
（２）本発明の光学異方膜の製造方法は前記一次配向工程において、前記コーティング液に剪断応力を加えながら流延することを特徴とする。
（３）本発明の光学異方膜の製造方法は前記塗膜内の残溶媒量が前記塗膜の全重量の１重量％〜１０重量％であることを特徴とする。
（４）本発明の光学異方膜の製造方法は前記ラビング処理の方向が前記流延の方向と実質的に直交することを特徴とする。

塗膜の表面をラビング処理して二次配向を誘起し、複数の超分子会合体の方向を一方向に十分揃えられるようになったので、リオトロピック液晶化合物の配向度を高くすることができるようになった。

図１（ａ）は流延塗布する前のコーティング液中のリオトロピック液晶化合物１の様子を示す模式図である。複数のリオトロピック液晶化合物１の分子が会合して超分子会合体２を形成している。超分子会合体２がばらばらの方向を向いているためリオトロピック液晶化合物１の吸収軸１Ａもばらばらの方向を向いており、個々のリオトロピック液晶化合物１の光学異方性は平均化され、全体として光学異方性は発現しない。

図１（ｂ）はコーティング液を一方向に流延塗布した塗膜内のリオトロピック液晶化合物１の超分子会合体２の様子を示す模式図である（一次配向工程）。超分子会合体２はその長軸方向２Ａが流延方向３に平行に配向するが完全には揃わず、リオトロピック液晶化合物１の吸収軸１Ａは流延方向３の直交方向を向くが完全には揃わない。このため塗膜が例えば偏光膜の場合偏光度が低い。

図１（ｃ）は塗膜表面をラビング処理（二次配向処理）した塗膜内のリオトロピック液晶化合物１の超分子会合体２の様子を示す模式図である（二次配向工程）。超分子会合体２は長軸方向２Ａがラビング処理方向４に直交する方向にほぼ完全に配向する。それによりリオトロピック液晶化合物１の吸収軸１Ａはラビング処理方向４に平行にほぼ完全に揃う。このため塗膜が例えば偏光膜の場合高い偏光度が得られる。

従来は一次配向のみであったため複数の超分子会合体２の方向がそれぞれ僅かにずれていた。そのためリオトロピック液晶化合物１の吸収軸１Ａの方向が十分に揃わず配向度が低かった。本発明の方法によれば塗膜の表面をラビング処理して二次配向を誘起し、複数の超分子会合体２の方向を一方向に揃えることができるので、リオトロピック液晶化合物１の配向度を高くすることができる。

本発明の光学異方膜の製造方法はリオトロピック液晶化合物を配向させてなる光学異方膜の製造方法であって一次配向工程と二次配向工程を含む。一次配向工程はリオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に一方向に流延し、リオトロピック液晶化合物を配向させた塗膜を形成する工程である。二次配向工程は塗膜の表面をリオトロピック液晶化合物の配向方向と実質的に平行にラビング処理する工程である。実質的に平行とは真の平行を基準にして±５°以内の傾きであることを意味する。本発明の光学異方膜の製造方法は一次配向工程と二次配向工程以外に任意の工程を含んでいてもよい。

［一次配向工程］
一次配向工程はリオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に一方向に流延し、リオトロピック液晶化合物を配向させた塗膜を形成する工程である。一次配向工程に用いられるコーティング液はリオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むものであれば特に制限はない。コーティング液は、好ましくは室温（２３℃）で液晶相を呈するものである。コーティング液のリオトロピック液晶化合物の濃度は、好ましくは０．１重量％〜２０重量％である。コーティング液は界面活性剤、酸化防止剤、帯電防止剤など任意の添加剤を含むことができる。

［リオトロピック液晶化合物］
本発明に用いられるリオトロピック液晶化合物とは溶媒に溶解させた溶液状態で温度や濃度を変化させることにより、等方相−液晶相の相転移を起こす性質をもつ液晶化合物をいう。発現する液晶相に特に制限はないが、好ましくはネマチック液晶相である。液晶相は偏光顕微鏡で観察される光学模様により確認、識別される。リオトロピック液晶化合物は可視光の波長領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのいずれかで吸収を示すものであってもよいし、示さないものであってもよい。可視光領域で吸収を示すリオトロピック液晶化合物を用いた光学異方膜は偏光膜として好ましく用いられる。可視光領域で吸収を示さないリオトロピック液晶化合物を用いた光学異方膜は位相差膜として好ましく用いられる。

本発明に用いられるリオトロピック液晶化合物は、好ましくはアゾ系化合物、アントラキノン系化合物、ペリレン系化合物、キノフタロン系化合物、ナフトキノン系化合物、メロシアニン系化合物のいずれかである。このような化合物は溶液状態で超分子会合体を形成し、この化合物を含むコーティング液を流延した際に剪断応力による配向性に優れる。

［溶媒］
溶媒に特に制限はないが、好ましくは親水性溶媒が用いられる。親水性溶媒は、好ましくは水、アルコール類、セロソルブ類である。

［流延方法；一次配向工程］
本発明に用いられる流延方法に特に制限はなく、任意のコータを使用する方法が用いられる。コータとしては剪断応力、剪断速度を大きくすることができる点でスライド式コータ、スロットダイコータ、バーコータなどが好ましい。

一次配向工程において流延はコーティング液に剪断応力を加えながら行なうことが好ましい。本発明に用いられるリオトロピック液晶化合物は液晶状態で剪断応力を加えると流動により配向させることができる。具体的にはリオトロピック液晶化合物は液晶状態で超分子会合体を形成しており、これを含むコーティング液を流動させると超分子会合体の長軸方向が流動方向に配向する。本発明において配向手段は剪断応力に加えて、例えば基板のラビング処理や光配向処理などの配向処理、磁場や電場による配向などを組み合わせてもよい。

上記の剪断応力を加える手段として、例えば上記のコータを用いてコーティング液を基板上に塗布することにより剪断応力を加えることができる。あるいは金属やプラスチックの棒または板を用いて基板上の塗布されたコーティング液を一方向に擦ることにより剪断応力を加えることができる。また任意の噴射装置でコーティング液を基板上に噴射して剪断応力を加えることができる。剪断応力はコーティング液を基板上に流延する際に同時に加えてもよいし、基板上の流延したあとに加えてもよい。

コーティング液を塗布する基板に特に制限はなくガラス板や樹脂フィルムが用いられる。ガラス板としては液晶セルに用いられる無アルカリガラス板が好ましい。樹脂フィルムの素材としてはスチレン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などが挙げられる。基板は単層に限らず、基板上に配向膜が積層された多層体でもよい。

コーティング液が基板上に塗布された場合、光学異方膜と基板との積層体が得られるが、その積層体をそのまま使用してもよいし、光学異方膜を基板から剥離して光学異方膜のみを使用してもよい。あるいは基板から剥離した光学異方膜を別の基板に積層して用いてもよい。

［乾燥工程］
本発明においては一次配向工程と二次配向工程の間に塗膜内の溶媒量を適切な重量％とするための乾燥工程を含んでいてもよい。塗膜の乾燥方法に特に制限はなく例えば自然乾燥、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが用いられる。加熱乾燥手段としては空気循環式乾燥オーブンや熱ロールなどの任意の乾燥装置が用いられる。加熱乾燥の場合の乾燥温度は好ましくは４０℃以上１００℃未満である。

［二次配向工程］
本発明の二次配向工程は塗膜の表面をリオトロピック液晶化合物の配向方向と実質的に平行にラビング処理する工程である。「リオトロピック液晶化合物の配向方向」はリオトロピック液晶化合物が配向した結果生じる吸収軸方向（面内で吸収が最大となる方向）を意味する。「実質的に平行」はリオトロピック液晶化合物の配向方向を基準として傾きが±５°以内であることを意味する。一次配向工程で得られたリオトロピック液晶化合物の配向は二次配向工程を経ることにより一層配向度を高くすることができるが、配向度を高くするためにはラビング処理の方向をリオトロピック液晶化合物の配向方向と実質的に平行とする必要がある。ラビング処理の方向がリオトロピック液晶化合物の配向方向に対して斜め方向になると、リオトロピック液晶化合物の配向がかえって乱れることになり好ましくない。

［塗膜］
塗膜はコーティング液を一方向に流延することにより得られる薄層状のものである。塗膜の厚みは、好ましくは０．１μｍ〜４０μｍである。ラビング処理する際の塗膜内の残溶媒量は塗膜の全重量の、好ましくは１重量％〜１０重量％、より好ましくは１重量％〜５重量％である。塗膜内の残溶媒量を上記の範囲とすることによりラビング処理による二次配向が進行し、配向度の高い光学異方膜を得ることができる。残溶媒量が塗膜の全重量の１０重量％を超える場合は、ラビング布にコーティング液が付着してしまい所望のラビング処理が行なえない場合がある。一方残溶媒量が塗膜の全重量の１重量％に満たない場合はリオトロピック液晶化合物の二次配向が進行しにくい。さらに光学異方膜の表面に擦り傷やクラックが生じる場合がある。

［ラビング処理］
本発明に用いられるラビング処理はリオトロピック液晶化合物の二次配向を誘起するため塗膜の表面をラビング布で擦る処理である。ラビング処理は、例えば起毛パイルを有するラビング布をローラに巻きつけたラビングローラを一方向に回転させながら塗膜に押し付け、その状態で塗膜を移動させることにより行なわれる。ラビング布の材質に特に制限はなく、例えばコットンやレーヨンなどが用いられる。

多くのリオトロピック液晶化合物は流延方向の直交方向に配向する傾向があるため、ラビング処理方向は流延方向と実質的に直交することが好ましい。「実質的に直交」は流延方向と直交する方向を基準として傾きが±５°以内であることをいう。ラビング処理方向は流延方向を時計の１２時方向としたとき、３時方向でもよいし９時方向でもよい。

ラビング処理の方法に特に制限はなく、例えば「液晶便覧」（丸善株式会社、平成１２年１０月３０日発行）２２６ページ〜２２９ページ「配向方法−ラビング法」に記載の方法で行なうことができる。ラビング処理は市販のラビング処理装置を用いて行なうことができる。市販のラビング処理装置としては例えば常陽工学社製が入手できる。

［光学異方膜］
本発明の製造方法により得られる光学異方膜は、可視光領域で吸収を示すリオトロピック液晶化合物を用いた場合は偏光膜として用いられ、可視光領域で吸収を示さないリオトロピック液晶化合物を用いた場合は位相差膜として用いられる。光学異方膜の厚みは、好ましくは０．０５μｍ〜１０μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜５μｍである。

上記の偏光膜の偏光度は、好ましくは９９．５以上である。上記の位相差膜の波長５９０ｎｍにおける面内の屈折率差Δｎ＝ｎ_ｘ−ｎ_ｙは、好ましくは０．０１〜０．１である。ここでｎ_ｘは遅相軸方向の屈折率、ｎ_ｙは遅相軸方向に面内で直交する方向の屈折率を表わす。

［光学異方膜の用途］
本発明の製造方法により得られる光学異方膜は任意の光学用途に用いられる。特にパソコンモニター、ノートパソコン、コピー機などのＯＡ機器、携帯電話、時計、デジタルカメラ、携帯情報端末、携帯ゲーム機などの携帯機器、ビデオカメラ、テレビ、電子レンジなどの家庭用機器、バックモニター、カーナビゲーション、カーオーディオなどの車載用機器、店舗用モニターなどの展示機器、監視用モニターなどの警備機器、介護用モニター、医療用モニターなどの医療機器の液晶表示装置に好適に用いられる。

［実施例］
リオトロピック液晶化合物を含むコーティング液（オプティバ社製 商品名「ＮＯ１５」）をシクロオレフィン系樹脂フィルム（日本ゼオン社製 商品名「ゼオノア」）の表面に、ワイヤーバーを用いて剪断応力を加えながら一方向に塗布し、乾燥させて、リオトロピック液晶化合物が塗布方向と直交方向に配向した塗膜を形成した。この塗膜内の残溶媒量は塗膜の全重量の３重量％であった。コーティング液に含まれるリオトロピック液晶化合物の濃度は１１重量％であり、２３℃でネマチック液晶相を示し、波長６１５ｎｍで最大吸収を示した。

次に塗膜の表面をリオトロピック液晶化合物の配向方向と平行にレーヨン布で一方向に３回擦ってラビング処理を施し、厚み０．５μｍの偏光膜を作製した。この偏光膜の偏光度は表１に示すように９９．８であった。

［比較例１］
塗膜の表面にラビング処理（二次配向工程）を行なわなかった以外は実施例と同様にして偏光膜を作製した。この偏光膜の偏光度は表１に示すように９９．１であった。

［比較例２］
ラビング処理の方向をリオトロピック液晶化合物の配向方向と直交にした以外は実施例と同様にして偏光膜を作製した。この偏光膜の偏光度は表１に示すように９７．５であった。

［評価］
一次配向工程のみの比較例１の偏光度は９９．１であったのに対し、二次配向工程を行なった実施例の偏光度は９９．８と大幅に高くなった。しかし二次配向工程でラビング処理の方向が不適当であった比較例２の偏光度は９７．５と逆に大幅に低くなった。ラビング処理の方向が適切であれば二次配向工程は偏光度を高くする効果がある。

［偏光膜の厚みの測定方法］
偏光膜の一部を剥離し、三次元非接触表面形状計測システム（菱化システム社製 製品名「Ｍｉｃｏｒｍａｐ ＭＭ５２００」）を用いて段差を計測して偏光膜の厚みを求めた。

［残溶媒量の測定方法］
塗膜を８０℃、０．００２ＭＰａの加熱減圧乾燥条件で２４時間乾燥し、乾燥前後の重量変化から残溶媒量を求めた。

［偏光度の測定方法］
グラントムソン偏光子を備えた分光光度計（日本分光社製 製品名「Ｖ−７１００」）を用いて、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の偏光透過スペクトルを測定した。このスペクトルから視感度補正を行なった最大透過率方向の直線偏光の透過率Ｙ_１と最大透過率方向の直交方向の直線偏光の透過率Ｙ_２を求め、次式により偏光度を算出した。
偏光度＝（Ｙ_１−Ｙ_２）／（Ｙ_１＋Ｙ_２）

（ａ）はコーティング液中のリオトロピック液晶化合物の模式図 （ｂ）は一次配向した塗膜内のリオトロピック液晶化合物模式図 （ｃ）は二次配向した塗膜内のリオトロピック液晶化合物模式図

符号の説明

１ リオトロピック液晶化合物（の分子）
１Ａ リオトロピック液晶化合物の吸収軸
２ リオトロピック液晶化合物の超分子会合体
２Ａ 超分子会合体の長軸方向
３ 流延方向
４ ラビング処理方向

Claims (4)

1. リオトロピック液晶化合物を配向させてなる光学異方膜の製造方法であって、
   リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に一方向に流延し、前記リオトロピック液晶化合物を配向させた塗膜を形成する一次配向工程と、
   前記塗膜の表面を前記リオトロピック液晶化合物の配向方向と実質的に平行にラビング処理する二次配向工程とを含むことを特徴とする光学異方膜の製造方法。
2. 前記一次配向工程において、前記コーティング液に剪断応力を加えながら流延することを特徴とする請求項１に記載の光学異方膜の製造方法。
3. 前記塗膜内の残溶媒量が前記塗膜の全重量の１重量％〜１０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の光学異方膜の製造方法。
4. 前記ラビング処理の方向が前記流延の方向と実質的に直交することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光学異方膜の製造方法。

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