JP2011169958A

JP2011169958A - 偏光膜

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Publication number: JP2011169958A
Application number: JP2010031250A
Authority: JP
Inventors: Sadahiro Nakanishi; 貞裕中西; Miyuki Kuroki; 美由紀黒木; Nagae Shimizu; 永恵清水; Shoichi Matsuda; 祥一松田; Tadayuki Kameyama; 忠幸亀山
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-16
Also published as: JP5534849B2

Abstract

【課題】膜表面対して直角な法線方向に吸収軸を有するとともに膜厚を薄く形成可能であり、中小型の表示機器にも適用可能な偏光膜を提供することを目的とする。
【解決手段】下記式で表されるアミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物を含み、膜表面に対して直角な法線方向に吸収軸を有することを特徴とする偏光膜。

【選択図】なし

Description

本発明は偏光膜に関し、特に、膜表面に対して直角な法線方向に吸収軸を有するとともに膜厚を薄く形成可能な偏光膜に関するものである。

従来、例えば、特開平８−１１４７９５号公報には、膜表面に対して直角な法線方向に吸収軸を有する光学制御素子が記載されている。このような光学制御素子は、プライバシーの保護が求められるＡＴＭ機等の表示画面に配置され、視野角を狭くするために使用される。

また、従来の光学制御素子としては、例えば、黒色色素を含有するネマチック液晶を２枚の電極基板に挟持し、この電極基板間に電圧を印加して、ネマチック液晶を電極基板に対して直角な法線方向に配向させたものが用いられている。

特開平８−１１４７９５公報

しかしながら、前記した光学制御素子は、一般に分厚い（例えば、５μｍ以上）ことから、携帯電話やラップトップコンピュータ等の中小型の表示機器に用いることができないという課題がある。

本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物と、溶媒とを含むコーティング液を薄膜状に流延して得られる偏光膜では、その膜中においてアミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物分子が膜表面に対して直角な法線方向に配向され、これに基づき法線方向に吸収軸を有することを見出した。

従って、本発明は前記従来における課題を解決するためになされたものであり、膜表面に対して直角な法線方向に吸収軸を有するとともに膜厚を薄く形成可能であり、中小型の表示機器にも適用可能な偏光膜を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため請求項１に係る偏光膜は、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物を含み、膜表面に対して直角な法線方向に吸収軸を有することを特徴とする。

請求項２に係る偏光膜は、請求項１の偏光膜において、前記アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物は、下記化１で表わされる化合物であることを特徴とする。
（化１中、Ｍは対イオンであり、Ｇはアミド基である）

請求項３に係る偏光膜は、請求項２の偏光膜において、前記対イオンは、アルカリ金属原子であることを特徴とする。

請求項４に係る偏光膜は、請求項２又は請求項３の偏光膜において、前記アミド基は、−ＣＯＮＨ_２又は−ＳＯ_２ＮＨ_２であることを特徴とする。

請求項５に係る偏光膜は、請求項１乃至請求項４のいずれかの偏光膜において、前記偏光膜中におけるアミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物の含有率は、偏光膜の全重量に対して５０重量％を超え１００重量％以下であることを特徴とする。

請求項６に係る偏光膜は、請求項１乃至請求項５のいずれかの偏光膜において、前記偏光膜の厚みは、０．１μｍ〜１μｍであることを特徴とする。

請求項７に係る偏光膜は、請求項１乃至請求項６のいずれかの偏光膜において、前記偏光膜におけるアミド基を有するリオトロピック液晶性化合物分子の分子間隔は、３．２オングストローム（Å）〜３．８オングストローム（Å）であることを特徴とする。

請求項８に係る偏光膜の製造方法は、請求項１に記載の偏光膜の製造方法であって、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物と、溶媒とを含むコーティング液を薄膜状に流延して偏光膜を得ることを特徴とする。

請求項９に係る偏光膜の製造方法は、請求項８の偏光膜の製造方法において、前記コーティング液におけるアミド基を有するリオトロピック液晶性化合物の濃度は、コーティング液の全重量に対して１重量％を超え１０重量％以下であることを特徴とする。

前記構成を有する本発明に係る偏光膜では、膜表面対して直角な法線方向に吸収軸を有して膜厚を薄く形成可能であり、その厚みを１μｍ以下として従来の光学制御素子に比べて１／５以下の厚みにすることができる。これにより、本発明に係る偏光膜は、中小型の表示機器にも適用可能となり用途が格段に広がるものである。

ここに、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物により、膜表面に対して直角な法線方向に吸収軸を有する偏光膜が得られる理由は、詳細には不明である。
例えば、特開２００９−１０４１１３号の［化２］に示すように、化学構造は近似しているものの末端にアミド基を有さないリオトロピック液晶性アゾ化合物では、平面方向に吸収軸を有する偏光膜のみが得られる。このことから、本願発明に係る偏光膜を生成するリオトロピック液晶性アゾ化合物の末端に結合されたアミド基と空気界面等との相互作用が、リオトロピック液晶性アゾ化合物を膜表面に直角な法線方向に配向させるにつき影響を与えているものと推測される。

偏光膜におけるリオトロピック液晶性アゾ化合物の配向状態を式的に示す説明図である。偏光膜の電子線回折像を示す写真である。

以下、本発明に係る偏光膜について、本発明を具体化した実施形態に基づき説明する。

［偏光膜]
本実施形態に係る偏光膜は、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物を含み、膜表面に直角な法線方向に吸収軸を有する。このような偏光膜は、電極基板等が不要であるため、厚みを薄くすることができる。因みに、上記偏光膜の厚みは、好ましくは０．１μｍ〜１μｍである。

また、本明細書において「吸収軸」とは、吸光が最大となる方向をいう。
本実施形態の偏光膜は、好ましくは可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）のいずれかの波長で光吸収を有し、膜表面に直角な法線方向に吸収軸を有するものである。

このような偏光膜について図１に基づき簡単に説明する。図１にて模式的に示すように、偏光膜中において、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物１は、基板２の上面にて、その分子長軸が、偏光膜の膜表面に対して直角な矢印Ａで示す法線方向に向けて配向されている。この状態において、偏光膜に対する光吸収は、矢印Ｂで示す偏光膜の正面方向の光吸収よりも、矢印Ｃで示す偏光膜の厚み方向の光吸収の方が大きい。また、前記のように配向されたアミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物１の分子間隔はｄで示される。

ここに、偏光膜は、光学的に一軸性であっても、二軸性であってもよい。また、前記した偏光膜の光学特性は、図１に示すように、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物を、その分子長軸が法線方向Ａに向くように、配向させることによって得ることができる。

前記偏光膜中、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物１は、一定の分子間隔ｄで規則的に配向していることが好ましい。その分子間隔ｄは、電界放出形透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）の電子線回折像から求めることができ、好ましくは３．２Å〜３．８Åである。また、偏光膜が光学的に二軸性であることは、図２に示す写真で表わされるように、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物と溶媒とを含むコーティング液を基板２に塗布する際に、その塗布方向に回折斑点が出現することから確認することができる。尚、図２の写真は、後述する実施例１に係る偏光膜の電子線回折像である。

また、偏光膜中のアミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物の含有率は、偏光膜の全重量に対し、５０重量％を超え１００重量％以下である。

［リオトロピック液晶性アゾ化合物］
本実施形態に用いられるリオトロピック液晶性アゾ化合物は、分子構造中にアミド基を有するものである。このアミド基は、好ましくは第一級アミノ基であり、さらに好ましくは−ＣＯＮＨ_２、又は−ＳＯ_２ＮＨ_２である。

ここに、「リオトロピック液晶性」とは、溶媒に溶解した状態で、濃度を変化させることにより液晶相を示す性質をいう。この液晶相は、好ましくはネマチック相、又はヘキサゴナル相である。
前記アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物は、好ましくは下記化１で表される化合物である。

化１中、Ｍは対イオンであり、好ましくはアルカリ金属原子である。Ｇはアミド基である。このようなアゾ化合物は、水中で安定な液晶相を示し、且つ配向性に優れる。

前記アゾ化合物は、例えば、細田豊著「理論構造染料化学（５版）」昭和４３年７月１５日、技報堂発行１３５頁〜１５２頁に準じて、合成することができる。

前記化１で示されるアゾ化合物は、アミド基を有するアニリン化合物をジアゾニウム塩化し、アミノナフタレンスルホン酸化合物とカップリング反応させてモノアゾ化合物を得る。そして、このモノアゾ化合物をジアゾニウム塩化した後、Ｈ酸化合物（例：４−アミノ−５−ヒドロキシ−２，７−ナフタレンジスルホン酸）と弱アルカリ性でカップリング反応させることで得ることができる。

［偏光膜の製造方法］
本実施形態に係る偏光膜は、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物と、溶媒とを含むコーティング液を薄膜状に流延して得ることができる。このような方法であれば、２枚の電極基板に挟持したり、電圧を印加したりする必要がなく、法線方向に吸収軸を有する光学制御素子が簡便に得られる。

前記コーティング液は、リオトロピック液晶性アゾ化合物と溶媒とを含むが、リオトロピック液晶性アゾ化合物の濃度は、コーティング液の全重量に対し、好ましくは１重量％〜１０重量％である。

また、溶媒は、好ましくは、水、アルコール類、セロソルブ類、又はそれらの混合溶媒である。かかる溶媒は、コーティング液が薄膜状に流延された後は、自然乾燥や加熱乾燥等により、蒸発除去される。
更に、コーティング液は、代表的には、液晶相を呈する濃度で、せん断応力をかけながら基材表面に流延される。或いは、等方相を呈する濃度で、ラビング処理等の配向処理されたポリマーフィルム表面に流延される。流延手段は、スライドコータやバーコータ、スロットダイコータ等が用いられる。

［用途］
本発明の偏光膜は、液晶テレビや携帯電話等の液晶ディスプレイ用パネルに好適に用いられる。

［実施例］

４−アミノベンズアミド（１当量）を、亜硝酸リチウム（１当量）及び塩酸（５当量）を用いてジアゾニウム塩化し、弱酸性冷温水溶液中にて５−アミノ−２−ナフタレンスルホン酸（１当量）と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亜硝酸リチウム（１当量）及び塩酸（２．５当量）を用いてジアゾニウム塩化し、弱塩基性冷温水溶液中にて、１−アミノ−８−ヒドロキシ−３，６−ナフタレンスルホン酸（０．９５当量）とカップリング反応させて、下記化２で表わされるジスアゾ化合物を得た。

このジスアゾ化合物は、５０重量％濃度の水溶液中でネマチック液晶相を示し、リオトロピック液晶性を有することが確認できた。かかるジスアゾ化合物をイオン交換水に溶解し、５重量％濃度のコーティング液を作製した。このコーティング液を、ラビング処理及びコロナ処理が施されたシクロオレフィン系ポリマーフィルム（日本ゼオン社製商品名「ゼオノア」、厚み１００μｍ）の上に、バーコータを用いて薄膜状に流延し、自然乾燥することで、厚み０．１μｍの偏光膜を作製した。この偏光膜の諸物性を表１に示す。

５−アミノ−２−ナフタレンスルホン酸に代えて、８−アミノ−２−ナフタレンスルホン酸を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、下記化３で表わされるジスアゾ化合物を得た。

このジスアゾ化合物は、５０重量％濃度の水溶液中でネマチック液晶相を示し、リオトロピック液晶性を有することが確認できた。かかるジスアゾ化合物を用いて、実施例１と同様の方法で偏光膜を作製した。この偏光膜の諸物性を表１に示す。

４−アミノベンズアミドに代えて、スルファニルアミドを用いた以外は、実施例１と同様の方法で、下記化４で表わされるジスアゾ化合物を得た。

［評価］
実施例１〜３に示すように、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物と、溶媒とを含むコーティング液を薄膜状に流延して得られる偏光膜は、法線方向に吸収軸を有し、且つ厚みが０．１μｍと薄い。
このような偏光膜は、例えば、表示画面の視野角を制御する光学制御素子として有用である。

［実施例、比較例で用いた測定方法］
（１）吸収軸の方向の確認方法
実施例１〜３により得られた偏光膜に、面内に吸収軸を有する市販の偏光板をかざして、目視観察により確認した。具体的には、法線方向に吸収軸が有することは、正面方向に比べて厚み方向の光吸収が大きいことを確認することにより決定した。
（２）最大吸収波長の測定
グラントムソン偏光子を備える分光光度計（日本分光社製製品名「Ｖ−７１００」）を用いて、実施例１〜３で合成したジスアゾ化合物の希釈水溶液（約１０^−５ｍｏｌ／Ｌ）の紫外可視吸収スペクトルを測定して求めた。
（３）分子間隔の測定
電界放出形透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）（ＨＩＴＡＣＨＩ社製製品名「ＨＦ−２０００」）を用いて、偏光膜の正面方向から電子線回折像を得た後、その塗布方向に現れる回折斑点より求めた。

Claims

アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物を含み、膜表面に対して直角な法線方向に吸収軸を有することを特徴とする偏光膜。
前記アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物は、下記化１で表わされる化合物であることを特徴とする請求項１の偏光膜。
（化１中、Ｍは対イオンであり、Ｇはアミド基である）
前記対イオンは、アルカリ金属原子であることを特徴とする請求項２に記載の偏光膜。
前記アミド基は、−ＣＯＮＨ_２又は−ＳＯ_２ＮＨ_２であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の偏光膜。
前記偏光膜中におけるアミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物の含有率は、偏光膜の全重量に対して５０重量％を超え１００重量％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の偏光膜。
前記偏光膜の厚みは、０．１μｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の偏光膜。
前記偏光膜におけるアミド基を有するリオトロピック液晶性化合物分子の分子間隔は、３．２オングストローム（Å）〜３．８オングストローム（Å）であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の偏光膜。
請求項１に記載の偏光膜の製造方法であって、アミド基を有するリオトロピック液晶性アゾ化合物と、溶媒とを含むコーティング液を薄膜状に流延して偏光膜を得ることを特徴とする偏光膜の製造方法。
前記コーティング液におけるアミド基を有するリオトロピック液晶性化合物の濃度は、コーティング液の全重量に対して１重量％を超え１０重量％以下であることを特徴とする請求項８に記載の偏光膜の製造方法。