JP2009294566A - 偏光膜 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス板や樹脂フィルムなどの基材上に、アゾ化合物を含むコーティング液を流延し、乾燥させて得られる偏光膜が知られている。しかし従来のアゾ化合物を含むコーティング液を流延して得られる偏光膜は、乾燥過程で膜中に微細結晶が析出してヘイズ（光散乱）が大きくなり、二色比が小さくなるという問題がある。
【解決手段】スルホン酸リチウム基が特定の位置に置換したアミノナフトール骨格を含む、一般式（１）で表わされるアゾ化合物を用いることにより、ヘイズの小さい偏光膜が得られる。アゾ化合物の構造の中で溶解性に乏しいアミノナフトール骨格の特定位置にスルホン酸リチウム基を導入し、アゾ化合物の溶解性を高めたことにより、乾燥過程で微細結晶の析出を防ぐ、または低減できた。

【選択図】なし

Description

本発明はアゾ化合物を含む偏光膜に関する。

ガラス板や樹脂フィルムなどの基材上に、アゾ化合物を含むコーティング液を流延し、乾燥させて得られる偏光膜が知られている（特許文献１）。一般に汎用されている、ポリビニルアルコールをヨウ素で染色した偏光膜に比べて、このような偏光膜は膜厚を格段に薄くすることができるため、将来的に期待されている。しかし従来のアゾ化合物を含むコーティング液を流延して得られる偏光膜は、乾燥過程で膜中に微細結晶が析出してヘイズ（光散乱）が大きくなり、二色比が小さくなるという問題がある。そのためこの問題を解決した偏光膜が求められている。
特開２００７−１２６６２８号公報

本発明の目的は、ヘイズが小さく、二色比の大きい、アゾ化合物を含む偏光膜を提供することである。

本発明者らは、アゾ化合物を含む偏光膜について鋭意検討した結果、スルホン酸リチウム基が特定の位置に置換したアミノナフトール骨格を含むアゾ化合物を用いることにより、ヘイズの小さい偏光膜が得られることを見出した。アゾ化合物の構造の中で溶解性に乏しいアミノナフトール骨格の特定位置にスルホン酸リチウム基を導入し、アゾ化合物の溶解性を高めたことにより、乾燥過程で微細結晶の析出を防ぐ、または低減できたと考えられる。

本発明の要旨は次の通りである。
（１）本発明の偏光膜は、下記一般式（１）で表わされるアゾ化合物を含むことを特徴とする。

式（１）中、Ｑは置換基を有していてもよいフェニル基または置換基を有していてもよいナフチル基を表わし、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基または置換基を有していてもよいフェニル基を表わす。
（２）本発明の偏光膜は、偏光膜中のリチウム含有量が、偏光膜の総重量の２０，０００重量ｐｐｍ〜３０，０００重量ｐｐｍであることを特徴とする。
（３）本発明の偏光膜は、アゾ化合物が偏光膜内に偏光膜の総重量の８０重量％〜１００重量％含まれることを特徴とする。

本発明により、ヘイズが小さく、二色比の大きい、アゾ化合物を含む偏光膜が得られた。

［偏光膜］
本発明の偏光膜はアミノナフトール骨格の特定位置にスルホン酸リチウム基を有するアゾ化合物を含み、可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）のいずれかの波長で吸収二色性を示す。本発明の偏光膜は微細結晶の析出が少なく、ヘイズ値が小さいという特徴を有する。

本発明の偏光膜はスルホン酸リチウム基を有するアゾ化合物を含むため、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）によりリチウムが検出される。本発明の偏光膜に含まれるリチウムの量は、偏光膜の総重量の２０，０００重量ｐｐｍ〜３０，０００重量ｐｐｍであることが好ましい。

好ましいリチウム量の範囲は次のようにして求められる。後述する構造式（４）のアゾ化合物の分子量は、Ｍが１００％リチウムであることが好ましいため、Ｍが１００％リチウムとして計算すると７２０である。その中でリチウムの占める重さは２１である。従ってリチウムの重量％は、１００×２１／７２０＝２．９２重量％となる。これはアゾ化合物が偏光膜の総重量の１００重量％のときの、偏光膜中のリチウム含有量の最大値である。アゾ化合物は偏光膜の総重量の８０重量％以上であることが好ましい。そこでアゾ化合物が偏光膜の総重量の８０重量％とすると、偏光膜中のリチウム含有量は２．９２重量％×０．８＝２．３４重量％となる。これは偏光膜中の好ましいリチウム含有量の最小値である。以上のように偏光膜に含まれるリチウムの好ましい量は、２．３４重量％〜２．９２重量％と見積もられる。以上の重量％数値を四捨五入すると、偏光膜に含まれるリチウムの好ましい量は２重量％〜３重量％となる。これをｐｐｍ表示すると２０，０００重量ｐｐｍ〜３０，０００重量ｐｐｍとなる。

リチウムの量がこの範囲（２０，０００重量ｐｐｍ〜３０，０００重量ｐｐｍ）であれば、特にヘイズ値の小さい偏光膜が得られる。リチウムの量が上記の範囲より少ないと、アゾ化合物のスルホン酸基に対するリチウムのモル比が１００％未満となるため、アゾ化合物の溶解性が低下するおそれがある。リチウムの量が上記の範囲より多いと、溶媒中で、リチウムイオンが溶媒分子と多く結合して、アゾ化合物が溶媒和できなくなり、ヘイズの原因となる微細結晶が析出しやすくなるおそれがある。

本発明の偏光膜の厚みは、好ましくは０．１μｍ〜１０μｍであり、さらに好ましくは０．１μｍ〜３μｍである。二色比は、好ましくは２５以上である。ヘイズ値は、好ましくは２％未満である。

［アゾ化合物］
本発明に用いられるアゾ化合物は下記一般式（１）で表わされる。式（１）中、Ｑは置換基を有していてもよいフェニル基または置換基を有していてもよいナフチル基を表わし、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基または置換基を有していてもよいフェニル基を表わす。

上記のアゾ化合物は、アニリン誘導体とナフタレンスルホン酸誘導体を常法（細田豊著「理論製造 染料科学（５版）」、昭和４３年７月１５日、技法堂発行 １３５頁〜１５２頁）に従って、ジアゾ化およびカップリング反応させてモノアゾ化合物を得、さらにこのモノアゾ化合物を、同様に常法によりジアゾ化し、ナフタレンジスルホン酸誘導体とカップリング反応させたものを、リチウム塩化して得ることができる。

アニリン誘導体としては、例えば４−ニトロアニリン、４−シアノアニリン、４−メトキシアニリンなどが挙げられる。ナフタレンスルホン酸誘導体としては、８−アミノ−２−ナフタレンスルホン酸などが挙げられる。ナフタレンジスルホン酸誘導体としては、例えば１−アミノ−８−ナフトール−２，４−ジスルホン酸ナトリウム−水和物などが挙げられる。

本発明に用いられるアゾ化合物は、好ましくは下記一般式（２）で表わされ、さらに好ましくは下記一般式（３）で表わされる。一般式（２）において、−ＯＨ基、−ＮＨＲ基、および−Ｘ基は、結合する芳香環のいずれの位置に置換していてもよい。一般式（１）および（２）中、Ｒは一般式（１）と同様であり、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数１〜４のアルコキシ基を表わす。

上記のアゾ化合物は、溶媒に溶解した状態で液晶性（リオトロピック液晶性）を示し、配向性に優れるため、偏光度の高い偏光膜を得ることができる。

本発明の偏光膜は、一般式（１）〜（３）のいずれかのアゾ化合物を、偏光膜の総重量の、好ましくは８０重量％〜１００重量％含み、さらに好ましくは９０重量％〜１００重量％含む。

本発明の偏光膜は、上記のいずれかのアゾ化合物を含むものであれば、特に制限はなく、他の化合物や添加剤を含有していてもよい。他の化合物としては、例えばペリレン化合物、アントラキノン化合物、キノフタロン化合物、ナフトキノン化合物、メロシアニン化合物などが挙げられる。添加剤としては、界面活性剤、酸化防止剤、抗菌剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤などが挙げられる。

［偏光膜の製造方法］
本発明の偏光膜は、代表的には、まずアゾ化合物を水やアルコールのような親水性溶媒に溶解してコーティング液を調製し、次にコーティング液を流延し、乾燥させて得られる。流延方法には特に制限はなく、例えばコータにより基材に塗布する方法や、金属ドラムの上に展開する方法等が挙げられる。

リオトロピック液晶性を示すアゾ化合物は、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。リオトロピック液晶性のアゾ化合物はコーティング液中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。配向手段は剪断応力に加えて、ラビング処理や光配向などの配向処理や、磁場や電場による配向などを組み合わせてもよい。

偏光膜の乾燥手段は、自然乾燥、減圧乾燥、加熱乾燥などの任意の手段が用いられる。偏光膜は残存溶媒量が、偏光膜の総重量の５重量％以下になるように乾燥されることが好ましい。

［偏光膜の用途］
本発明の偏光膜は偏光素子として好適に用いられる。偏光素子は液晶テレビ、液晶ディスプレイ、携帯電話、携帯ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーションなどの液晶パネルに使われる。本発明の偏光膜は基材から剥離して用いてもよいし、基材と積層したまま用いてもよい。基材と積層したまま光学用途に用いる場合、基材は透明なものが好ましい。基材から剥離した場合は、好ましくは他の支持体や光学素子に積層して用いられる。

［実施例１］
４−ニトロアニリンと８−アミノ−２−ナフタレンスルホン酸を常法（細田豊著「理論製造 染料化学 第５版」昭和４３年７月１５日技法堂発行、１３５頁〜１５２頁）に従って、ジアゾ化およびカップリング反応させてモノアゾ化合物を得た。このモノアゾ化合物を同様に常法によりジアゾ化し、さらに１−アミノ−８−ナフトール−２，４−ジスルホン酸ナトリウム−水和物とカップリング反応させて粗生成物を得、これを塩化リチウムで塩析することにより下記構造式（４）で表わされ、かつＭがＬｉであるアゾ化合物を得た。

上記構造式（４）のアゾ化合物をイオン交換水に溶解させ、０．５重量％の水溶液を作製し、限外濾過膜を用いて脱塩した後、陽イオン交換樹脂（オルガノ社製 商品名「ＩＲ １２０Ｂ ＨＡＧ」）に通液して、構造式（４）で表わされ、かつＭがＨであるアゾ化合物を含む水溶液を得た。

この水溶液にｐＨが７になるように水酸化リチウムを加えた後、ロータリーエバポレータで濃縮して、アゾ化合物の濃度が５重量％のコーティング液を調製した。

このコーティング液をポリスポイトで採取し、２枚のスライドガラスの間に挟んで水を蒸発させながら室温（２３℃）にて偏光顕微鏡で観察したところ、コーティング液のアゾ化合物濃度が２０重量％でネマチック液晶相が観察された。

コーティング液を、ラビング処理およびコロナ処理の施されたノルボルネン系ポリマーフィルム（日本ゼオン社製 商品名「ゼオノア」）上に、４番手のワイヤーバーを用いて塗布し、２３℃、７０％ＲＨの恒温恒湿環境下で自然乾燥させて、厚み０．３μｍの偏光膜を作製した。

偏光膜中のリチウムの量を誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）により分析したところ、偏光膜の総重量の２６，０００重量ｐｐｍであった。得られた偏光膜の二色比およびヘイズ値は表１のとおりであった。

［比較例１］
水酸化リチウムに代えて水酸化ナトリウムを用いたこと以外は実施例１と同様の方法で偏光膜を作製した。得られた偏光膜の二色比およびヘイズ値は表１のとおりであった。

［比較例２］
水酸化リチウムに代えて水酸化セシウムを用いたこと以外は実施例１と同様の方法で偏光膜を作製した。得られた偏光膜の二色比およびヘイズ値は表１のとおりであった。

［比較例３］
水酸化リチウムに代えて水酸化アンモニウムを用いたこと以外は実施例１と同様の方法で偏光膜を作製した。得られた偏光膜の二色比およびヘイズ値は表１のとおりであった。

［比較例４］
水酸化リチウムに代えて水酸化カリウムを用いたこと以外は実施例１と同様の方法で偏光膜を作製した。得られた偏光膜の二色比およびヘイズ値は表１のとおりであった。

［比較例５］
構造式（４）のアゾ化合物に代えて、対イオンＭをＬｉとした下記構造式（５）のアゾ化合物を用いたこと以外は実施例１と同様の方法で偏光膜を作製した。得られた偏光膜の二色比およびヘイズ値は表１のとおりであった。構造式（５）のアゾ化合物は、１−アミノ−８−ナフトール−２，４−ジスルホン酸−ナトリウム水和物に代えて、１−アミノ−８−ナフトール−２，４−ジスルホン酸−ナトリウム塩を用いたこと以外は実施例と同様の方法で合成した。

［評価］
（１）対イオンＭとしてＬｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｃｓ^＋、ＮＨ_４ ^＋、Ｋ^＋を検討した結果、Ｌｉ^＋が最もヘイズ値が小さかった。
（２）スルホン酸リチウム基の位置として一般式（４）と（５）を比較した結果、一般式（４）の方がヘイズ値が小さかった。

［測定方法］
［厚みの測定］
偏光膜をウルトラミクロトームで切断した後、Ｐｔ−Ｐｄスパッタリングを１０秒間実施し、ＦＥ−ＳＥＭ（日立社製 製品名「Ｓ−４８００」）で断面を観察し、偏光膜の厚みを求めた。

［液晶相の観察］
２枚のスライドガラスにコーティング液を少量挟み込み、顕微鏡用大型試料加熱冷却ステージ（ジャパンハイテック社製 製品名「１００１３Ｌ」）を備えた偏光顕微鏡（オリンパス社製 商品名「ＯＰＴＩＰＨＯＴ−ＰＯＬ」）を用いて観察した。

［二色比の測定］
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 商品名「Ｕ−４１００」）を用いて、直線偏光の測定光を入射させ、視感度補正したＹ値のｋ_１およびｋ_２を求め、下式より算出した。
式：二色比＝ｌｏｇ（１／ｋ_２）／ｌｏｇ（１／ｋ_１）
ここでｋ_１は最大透過率方向の直線偏光の透過率を表わし、ｋ_２は最大透過率方向に直交する方向の直線偏光の透過率を表わす。

［ヘイズの測定］
ヘイズ測定装置（村上色彩研究所製 製品名「ＨＲ−１００」）を用いて、室温（２３℃）にてヘイズを測定した。繰り返し回数３回の平均値を測定値とした。

［リチウム量の測定］
偏光膜１００ｍｇを加圧酸分解し、分解物に超純水を加えて２５ｍＬに定容して作製した試料溶液を用い、誘導結合プラズマ質量分析装置（パーキンエルマー社製 製品名「ＥＬＡＮ ＤＲＣ２」）にて、元素濃度を算出した。

Claims (3)

1. 下記一般式（１）で表わされるアゾ化合物を含むことを特徴とする偏光膜。
   

   

   （式（１）中、Ｑは置換基を有していてもよいフェニル基または置換基を有していてもよいナフチル基を表わし、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基または置換基を有していてもよいフェニル基を表わす。）
2. 前記偏光膜中のリチウム含有量が、偏光膜の総重量の２０，０００重量ｐｐｍ〜３０，０００重量ｐｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の偏光膜。
3. 前記アゾ化合物が前記偏光膜内に偏光膜の総重量の８０重量％〜１００重量％含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光膜。