JP2010039154A - 偏光膜、コーティング液、偏光膜の製造方法、及びジスアゾ化合物 - Google Patents
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Abstract
Description
汎用的な偏光膜は、例えば、ヨウ素で染色したポリビニルアルコールフィルムを延伸することにより得られる。
また、ジスアゾ化合物を含む溶液の溶液流延法により得られる偏光膜も知られている。
この偏光膜は、ベンゼン環を有するジスアゾ化合物を含む溶液を、基材上に塗布し乾燥することにより得られる(例えば、特許文献1)。
しかしながら、上記公報記載のジスアゾ化合物を含む偏光膜は、透明性が不十分であるため、その改善が求められている。
本発明の第2の課題は、ジスアゾ化合物を含み、且つ透明性に優れた偏光膜を形成できるコーティング液、及び該コーティング液を用いた偏光膜の製造方法を提供することである。
本発明の第3の課題は、上記偏光膜の形成材料として有用な新規ジスアゾ化合物を提供することである。
かかるジスアゾ化合物は、偏光膜中において微細な結晶となり難い。従って、本発明の偏光膜は、ヘイズ値が小さくなり、透明性に優れている。
本発明のコーティング液は、上記一般式(I)で表されるジスアゾ化合物と、溶媒と、を含む。
好ましくは、前記溶媒は、水系溶媒が用いられる。
本発明の偏光膜の製造方法は、上記コーティング液を基材上に塗布し、乾燥することにより、偏光膜を形成する。
また、本発明のコーティング液は、これを基材上に塗布乾燥することにより、透明性に優れた偏光膜を形成できる。
本発明のジスアゾ化合物は、水などの水系溶媒に対する溶解性に優れている。該ジスアゾ化合物は、例えば、透明性に優れた偏光膜の形成材料として有用である。
本発明の偏光膜は、下記一般式(I)で表されるジスアゾ化合物を含む。本発明のジスアゾ化合物は、一般式(I)で表される。
なお、本明細書において、「Y〜Z」という表示は、「Y以上Z以下」を意味する。
上記Xで表されるアルキル基の炭素数が2以上の場合、アルキル基中の隣接しない炭素原子が酸素原子に置き換わっていてもよい。また、前記アルキル基は、直鎖状又は分枝鎖状でもよいが、好ましくは直鎖状である。アルキル基としては、メチル基、エチル基 、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。前記アルキル基の炭素数は、好ましくは1〜12であり、より好ましくは2〜8である。
一般式(I)のナフチル基の具体例としては、例えば、下記式(a)乃至式(i)などが挙げられる。
なお、式(a)乃至式(c)は、1位でアゾ基に結合するナフチル基を表し、式(d)乃至式(i)は、2位でアゾ基に結合するナフチル基を表す。
各一般式において、Q2で表されるアリーレン基は、フェニレン基の他、ナフチレン基などのようなベンゼン環が2以上縮合した縮合環基が挙げられる。
好ましくは、各一般式のQ2は、置換基を有していてもよいナフチレン基であり、より好ましくは、置換基を有していてもよい1,4−ナフチレン基である。
一般式(V)及び一般式(VI)のA及びBの置換数は、0〜5であり、好ましくは1〜2である。前記Aの置換数が2以上の場合、Aは、同じでもよいし、又は、異なっていてもよい。前記Bの置換数が2以上の場合、Bは、同じでもよいし、又は、異なっていてもよい。
アニリン誘導体と、ナフチルアミン誘導体とを、ジアゾ化及びカップリング反応させ、モノアゾ化合物を得る。このモノアゾ化合物をジアゾ化した後、さらに、ヒドロキシナフチルアミンスルホン酸誘導体とカップリング反応させてジスアゾ化合物を得る。このジスアゾ化合物の合成は、従来公知の方法(例えば、細田豊著「理論製造 染料化学(5版)」、昭和43年7月15日技報堂発行)に従って行うことができる。
次に、上記ジスアゾ化合物のナフチルアミン骨格のアミノ基とグリシジル化合物とを、N−アルキル化反応させることにより、一般式(I)乃至(VI)で表されるジスアゾ化合物を合成できる。
上記N−アルキル化反応の進行及び終了は、順相又は逆相の薄膜クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、NMR、赤外分光法などの分析手段によって、確認することができる。
なお、リオトロピック液晶性化合物とは、溶媒に溶解させた溶液状態で、溶液の温度や濃度など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(リオトロピック液晶性)を有する化合物を意味する。
本発明の偏光膜は、上記ジスアゾ化合物が配向しているため、波長380nm〜780nmの間の少なくとも一部で吸収二色性を示す。
上記偏光膜の偏光度は、好ましくは98%以上であり、より好ましくは99%以上である。偏光膜の単体透過率は、好ましくは35%以上、より好ましくは40%以上である。
なお、本発明において、「ヘイズ値」とは、偏光膜の全光線透過率と散乱透過率の比を百分率で表した値をいう。ヘイズ値(%)=(散乱光線透過率÷全光線透過率)×100で求められる。ヘイズ値が小さいほど、偏光膜の透明性が優れていることを意味する。
ヘイズ値は、例えば、JIS K 7136に準じて測定できる。
また、本発明の偏光膜は、従来のジスアゾ化合物で形成された偏光膜と同様に、耐熱性に優れている。
本発明のコーティング液は、上記一般式(I)乃至(VI)で表される少なくとも1種のジスアゾ化合物と、該ジスアゾ化合物を溶解させる溶媒と、を含む。
本発明のジスアゾ化合物は、OH基、SO3M基、及びOXを有するヒドロキシアルキル基を有するので、特に水系溶媒に対する溶解性に優れている。
この液晶相は、ジスアゾ化合物が液中で超分子会合体を形成することによって発現する。液晶相は、特に限定されず、ネマチック液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相、ヘキサゴナル液晶相等が挙げられる。液晶相は、偏光顕微鏡で観察される光学模様によって、確認、識別できる。
コーティング液の調製方法は、特に限定されず、例えば、溶媒を入れた容器にジスアゾ化合物を加えてもよいし、或いは、ジスアゾ化合物を入れた容器に溶媒を加えてもよい。
さらに、コーティング液の温度は、好ましくは10℃〜40℃、より好ましくは15℃〜30℃程度の調整される。
本発明の偏光膜は、例えば、上記コーティング液を適当な基材上に薄膜状に塗布し、乾燥することによって得られる。
工程A:上記コーティング液を、基材上に塗布し、塗膜を形成する工程。
工程B:前記塗膜を乾燥する工程。
工程C:工程Bで乾燥させた塗膜の表面に、アルミニウム塩、バリウム塩、鉛塩、クロム塩、ストロンチウム塩、及び分子内に2個以上のアミノ基を有する化合物塩からなる群から選択される少なくとも1種の化合物塩を含む溶液を接触させる工程。
上記基材は、コーティング液を塗布する側に配向処理が施されていてもよい。
工程Aは、上述したコーティング液を、基材上に塗布し、塗膜を形成する工程である。
基材は、コーティング液を均一に展開するために用いられる。この目的に適していれば基材の種類は特に限定されず、例えば、合成樹脂フィルム(フィルムとは、一般にシートと呼ばれているものを含む意味である)、ガラス板などを用いることができる。好ましい実施形態においては、基材は、単独のポリマーフィルムであり、好ましい他の実施形態においては、ポリマーフィルムを含む積層体である。このポリマーフィルムを含む積層体は、好ましくはポリマーフィルムに配向層をさらに含む。
上記ポリマーフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系;ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース系;ポリカーボネート系;ポリメチルメタクリレート等のアクリル系;ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体等のスチレン系;ポリエチレン、ポリプロピレン、環状又はノルボルネン構造を有するポリオレフィン、エチレン・プロピレン共重合体等のオレフィン系;塩化ビニル系;ナイロン、芳香族ポリアミド等のアミド系;ポリイミドなどのイミド系;ポリエーテルスルホン系;ポリエーテルエーテルケトン系;ポリフェニレンスルフィド系;ビニルアルコール系;塩化ビニリデン系;ビニルブチラール系;アクリレート系;ポリオキシメチレン系;エポキシ系などのポリマーフィルムや、これらの2種以上の混合物を含むポリマーフィルム等が挙げられる。また、上記基材は、2以上のポリマーフィルムの積層体を用いることもできる。
これらポリマーフィルムは、好ましくは延伸フィルムが用いられる。
機械的配向処理は、基材の一面(又は基材の一面に形成された適宜な塗工膜の一面)に、布などで一方向にラビングすることにより実施できる。また、機械的配向処理は、基材を延伸することにより実施できる。これらの機械的配向処理により、基材の一面に配向層を形成できる。
具体的には、液晶相状態のコーティング液中におけるジスアゾ化合物は、超分子会合体を形成している。該ジスアゾ化合物を含むコーティング液を所定方向に流延すると、超分子会合体に剪断応力が加わる。その結果、ジスアゾ化合物からなる超分子会合体の長軸が例えば流延方向に配向した、塗膜を基材上に形成することができる。
上記のように、ジスアゾ化合物は、コーティング液の流延時に加わる剪断応力によって配向する。もっとも、他の手段によってジスアゾ化合物を配向させることもできる。
上記他の手段としては、例えば、(a)配向処理が施された基材上にコーティング液を塗布する手段、(b)基材上にコーティング液を塗布して塗膜を形成した後、磁場又は電場を印加する手段などが挙げられる。これらの他の手段を単独で行っても、ジスアゾ化合物が所定方向に配向した塗膜を形成できる。
工程Bは、前記塗膜を乾燥する工程である。
基材上に、コーティング液を塗布して塗膜を形成した後、これを乾燥する。
乾燥は、自然乾燥、強制的な乾燥などで実施できる。強制的な乾燥としては、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが挙げられる。強制的な乾燥は、例えば、熱風又は冷風が循環する空気循環式恒温オーブン、マイクロ波若しくは遠赤外線などを利用したヒーター、温度調節用に加熱されたロール、加熱されたヒートパイプロール、加熱された金属ベルトなどの乾燥手段を用いて実施できる。
乾燥温度は、コーティング液の等方相転移温度以下であり、低温から高温へ徐々に昇温させることが好ましい。前記乾燥温度は、好ましくは50℃〜120℃であり、より好ましくは20℃〜60℃である。かかる温度範囲であればコーティング液に含まれるジスアゾ化合物が微細な結晶となって析出することを防止できる。よって、ヘイズ値が小さい乾燥塗膜を得ることができる。
乾燥時間は、乾燥温度や溶媒の種類によって、適宜、選択され得る。厚みバラツキの小さい乾燥塗膜を得るためには、乾燥時間は、例えば1分〜30分であり、好ましくは1分〜10分である。
得られた乾燥塗膜の厚みは、好ましくは0.05μm〜5μmである。乾燥塗膜中の残存溶媒量は、好ましくは1質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以下である。
本発明のジスアゾ化合物は、溶媒に対して溶解性を有し、特に水系溶媒に対して高い溶解性を有する。このジスアゾ化合物が溶媒に溶解されたコーティング液は、その乾燥過程で、ジスアゾ化合物が結晶化し難い。よって、上記ジスアゾ化合物を用いれば、透明性に優れた偏光膜を得ることができる。
工程Cは、上記乾燥塗膜の表面(基材の接合面と反対面)に、耐水性を付与する工程である。
具体的には、上記工程Bで形成された乾燥塗膜の表面に、アルミニウム塩、バリウム塩、鉛塩、クロム塩、ストロンチウム塩、セリウム塩、ランタン塩、サマリウム塩、イットリウム塩、銅塩、鉄塩、及び分子内に2個以上のアミノ基を有する化合物塩からなる群から選択される少なくとも1種の化合物塩を含む溶液を接触させる。
乾燥塗膜の表面に、上記化合物塩を含む溶液を接触させる方法としては、例えば、(a)乾燥塗膜の表面に上記化合物塩を含む溶液を塗布する方法、(b)乾燥塗膜を上記化合物塩を含む溶液に浸漬する方法などが採用され得る。これらの方法を採用する場合、乾燥塗膜の表面は、水又は任意の溶剤で洗浄した後、乾燥しておくことが好ましい。
上記コーティング液を基材上に塗布乾燥することによって形成された偏光膜1は、図1に示すように、基材2上に積層されている。
本発明の偏光膜1は、通常、基材2上に積層された状態で使用される。もっとも、前記偏光膜1は、上記基材2から剥離して使用することもできる。
本発明の偏光膜1には、さらに、他の光学フィルムを積層してもよい。他の光学フィルムとしては、保護フィルム、位相差フィルムなどが挙げられる。本発明の偏光膜に、保護フィルム及び/又は位相差フィルムを積層することにより、偏光板を構成できる。
図2に、本発明の偏光膜1に保護フィルム3が積層された偏光板5を示す。この偏光板5は、基材2と、前記基材2上に積層された偏光膜1と、前記偏光膜1上に積層された保護フィルム3と、を有する。基材2は、偏光膜1を保護する機能を有する。このため、前記偏光板5は、偏光膜1の一方の面にのみ保護フィルム3が積層されている。
また、特に図示しないが、この偏光板5には、位相差フィルムなどの他の光学フィルムが積層されていてもよい。
前記画像表示装置が液晶表示装置の場合、その好ましい用途は、テレビ、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(PDA)、携帯ゲーム機などの携帯機器;ビデオカメラ、電子レンジなどの家庭用電気機器;バックモニター、カーナビゲーションシステム用モニター、カーオーディオなどの車載用機器;商業店舗用インフオメーション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介護・医療機器等である。
コーティング液の液晶相は、2枚のスライドガラスの間にコーティング液を少量挟み込み、偏光顕微鏡(オリンパス(株)製、製品名「OPTIPHOT−POL」)を用いて、室温(23℃)で観察した。
(2)厚みの測定
偏光膜の厚みは、ノルボルネン系ポリマーフィルム上に形成された偏光膜の一部を剥離し、3次元非接触表面形状計測システム((株)菱化システム製、製品名「Micromap MM5200」)を用い、前記フィルムと偏光膜の段差を測定した。
(3)ヘイズ値の測定方法
ヘイズ値は、ヘイズ測定装置(村上色彩研究所社製、製品名「HR−100」)を用いて、室温(23℃)で測定した。この測定は、3回行い、その平均値をヘイズ値とした。
下記構造式(VII)で表されるジスアゾ化合物(2.00g、2.83mmol)に、水(10mL)とグリシドール(1.05g、14.2mmol)を加え、100℃に加熱して3時間撹拌し、N−アルキル化反応させた。この反応溶液をアセトンに加えることによって生じる沈殿物をろ別、洗浄、乾燥することで、下記構造式(VIII)で表されるジスアゾ化合物(1.61g、2.07mmol。収率73%)を得た。
なお、得られたジスアゾ化合物の構造は、NMR(核磁気共鳴装置)を用いて確認した。
1H NMR(d6−DMSO)9.03(d,ArH,1H),8.59(s,ArH,1H),8.38(d,ArH,1H),8.1−7.9(m,ArH,4H),7.81(s,ArH,1H),7.46(s,ArH,1H),7.20(d,ArH,2H),6.89(brs,ArNH,1H),5.07(d,CH−OH,1H),4.88(t,CH2−OH,1H),3.91(s,OCH3,3H),3.8−3.7(m,−NHCH2CH(OH)CH2OH,1H),3.5−3.1(m,−NHCH2CH(OH)CH2OH,4H)。
このコーティング液を偏光顕微鏡で観察したところ、該コーティング液はネマチック液晶相を示していた。
得られた偏光膜の厚みは、0.4μmであった。また、この偏光膜のヘイズ値は、2.4%であった。
上記構造式(VII)で表されるジスアゾ化合物(2.00g、2.83mmol)に、水(10mL)とグリセロールジグリシジルエーテル(1.73g、8.49mmol)を加え、120℃に加熱して10時間撹拌し、N−アルキル化反応させた。この反応溶液をアセトンに加えることによって生じる沈殿物をろ別、洗浄、乾燥することで、下記構造式(IX)で表されるジスアゾ化合物(2.20g、2.37mmol。収率84%)を得た。
なお、得られたジスアゾ化合物の構造は、NMRを用いて確認した。
1H NMR(d6−DMSO)9.02(d,ArH,1H),8.58(s,ArH,1H),8.38(d,ArH,1H),8.1−7.9(m,ArH,4H),7.89(s,ArH,1H),7.45(s,ArH,2H),7.24(d,ArH,2H),6.87(brs,ArNH,1H),5.1−4.4(m,OH,4H),3.91(s,OCH3,3H),4.0−3.3(m,−NHCH2CH(OH)CH2OH,1H),3.1−3.0(m,−NHCH2,2H)。
このコーティング液を偏光顕微鏡で観察したところ、該コーティング液はネマチック液晶相を示していた。
上記構造式(VII)で表されるジスアゾ化合物(2.00g、2.83mmol)に、水(10mL)、ヒドロキノン(触媒量)及びメタクリル酸グリシジル(0.81g、5.67mmol)を加え、80℃に加熱して15時間撹拌し、N−アルキル化反応させた。この反応溶液をアセトンに加えることによって生じる沈殿物をろ別、洗浄、乾燥することで、下記構造式(X)で表されるジスアゾ化合物(1.93g、2.28mmol。収率80%)を得た。
なお、得られたジスアゾ化合物の構造は、NMRを用いて確認した。
1H NMR(d6−DMSO)9.02(d,ArH、1H),8.58(s,ArH,1H),8.39(d,ArH,1H),8.1−7.9(m,ArH,4H),7.82(s,ArH,1H),7.48(d,ArH,2H),7.19(d,ArH,2H),6.91(brs,ArNH,1H),6.15(s,cis−HHC=C−,1H),5.75(s,trans−HHC=C−,1H),5.44(d,CH−OH,1H),4.2−4.0(m,−NHCH2CH(OH)CH2OMc,3H),3.91(s,−OCH3,3H),3.5−3.1(m,−NHCH2CH(OH)CH2OH,4H),3.6−3.4(m,−NHCH2CH(OH)CH2OMc,3H),1.93(s,CH3,3H)。
このコーティング液を偏光顕微鏡で観察したところ、該コーティング液はネマチック液晶相を示していた。
下記構造式(XI)で表されるアゾベンゼン色素化合物(1.00mmol)に、水(5mL)とグリシドール(0.58g、7.88mmol)を加え、120℃に加熱して3時間撹拌し、N−アルキル化反応させた。この反応溶液をアセトンに加えることで生じる沈殿物をろ別、洗浄、乾燥することで、下記構造式(XII)で表されるジスアゾ化合物(0.95g、1.35mmol。収率85%)を得た。
なお、得られたジスアゾ化合物の構造は、NMRを用いて確認した。
1H NMR(d6−DMSO)12.93(s,ArOH,1H),9.22(s,ArH,1H),8.98(d,ArH,1H),8.5−8.0(m,ArH,8H),7.69(d,ArH,1H),7.33(d,ArH,1H),6.99(d,ArH,1H),5.07(d,CH−OH,1H),4.88(t,CH2−OH,1H),3.84(m,−NHCH2CH(OH)CH2OH,1H),3.5−3.1(m,−NHCH2CH(OH)CH2OH,4H)。
このコーティング液を偏光顕微鏡で観察したところ、該コーティング液はネマチック液晶相を示していた。
上記構造式(VII)で表されるジスアゾ化合物をイオン交換水に溶解し、5質量%の偏光膜形成用のコーティング液を調製した。
このコーティング液を偏光顕微鏡で観察したところ、該コーティング液はネマチック液晶相を示していた。
上記構造式(XI)で表されるジスアゾ化合物をイオン交換水に溶解し、5質量%の偏光膜形成用のコーティング液を調製した。
このコーティング液を偏光顕微鏡で観察したところ、該コーティング液はネマチック液晶相を示していた。
本発明のコーティング液は、例えば、上記偏光膜を製造するときに利用できる。
本発明のジスアゾ化合物は、例えば、上記偏光膜の形成材料、その他の光学フィルムの形成材料、色素などに利用できる。
Claims (8)
- 前記一般式(II)及び一般式(III)のQ1が、置換基を有していてもよいフェニル基であり、Q2が、置換基を有していてもよいナフチレン基である請求項2に記載の偏光膜。
- ヘイズ値が3.0%以下である請求項1〜4のいずれかに記載の偏光膜。
- 請求項6に記載のコーティング液を基材上に塗布し、乾燥することにより偏光膜を形成する偏光膜の製造方法。
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