JP2011232508A - 光学積層体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リオトロピック液晶化合物と溶媒を含むコーティング液を、基材に塗布し、該化合物の配向方向を、塗布方向に平行（平行配向）する製造方法を提供する。
【解決手段】工程Ａと工程Ｂを含む、光学積層体の製造方法を用いる。工程Ａ：ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材１０の表面１０ａを、一方向にラビング処理する。工程Ｂ：工程Ａで得られた高分子基材１０のラビング処理面１０ａに、リオトロピック液晶化合物１１を含む溶液を塗布して、リオトロピック液晶層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リオトロピック液晶化合物を基材上に塗布して作製される光学積層体と、その製造方法に関する。

リオトロピック液晶化合物と溶媒を含むコーティング液を、基材上に塗布し、塗膜を形成する方法が知られている。この塗膜において、リオトロピック液晶化合物の配向方向は、塗布方向に直交する（例えば、特許文献１）。この塗膜は偏光機能を示す。

図５を用いて、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６が、塗布方向１５に直交する理由を説明する。コーティング液中では、複数のリオトロピック液晶化合物１１が積み重なって、円筒状の会合体１２を形成している。コーティング液を従来の基材１７に塗布すると、塗布時の剪断応力により、会合体１２は塗布方向１５に配列する。リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６は、会合体１２の配列方向に直交する。そのため、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６は、塗布方向１５に直交する。

従来の基材１７を用いたとき、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６は、塗布方向１５に直交する。このため従来の基材１７を用いる限り、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向を、塗布方向１５に平行にすることは難しい。なお、塗布方向１５に平行な配向を平行配向という。

平行配向の利点として、例えば、次の例がある。本発明の光学積層体（配向方向１４と塗布方向１５が平行）と、従来の光学積層体（配向方向１６と塗布方向１５が直交）を組み合わせると、吸収軸が直交する液晶表示装置を効率良く製造することができる。

そのため、リオトロピック液晶化合物１１が平行配向した光学積層体、およびその製造方法が求められている。

特開２００９−１９２７３４号公報

リオトロピック液晶化合物１１と溶媒を含むコーティング液を、基材１７に塗布し、塗膜を形成する方法が知られている。この塗膜において、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６は、塗布方向１５に直交する。このため従来の基材１７を用いる限り、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向を、塗布方向１５に平行にすること（平行配向）は困難である。

平行配向には上述の利点があるため、リオトロピック液晶化合物１１が平行配向した光学積層体、およびその製造方法が求められている。

（１）本発明の光学積層体は、ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材と、高分子基材のラビング処理面に塗布形成されたリオトロピック液晶層とを含む。本発明の光学積層体においては、リオトロピック液晶層内のリオトロピック液晶化合物が、ラビング処理の方向に配向する。
（２）本発明の光学積層体においては、高分子基材のラビング処理方向と、リオトロピック液晶層の塗布方向とが同方向である。これにより、塗布方向に平行配向したリオトロピック液晶化合物が得られる。
（３）本発明の光学積層体においては、ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーが、イソボニルアクリレートモノマーを用いて得られる重合体である。
（４）本発明の光学積層体においては、リオトロピック液晶化合物が、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、メタロシアニン系化合物、ビスアゾ系化合物のいずれかである。
（５）本発明の光学積層体の製造方法は、工程Ａと工程Ｂを含む。工程Ａでは、ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材の表面を、一方向にラビング処理する。工程Ｂでは、工程Ａで得られた高分子基材のラビング処理面に、リオトロピック液晶化合物を含む溶液を塗布して、リオトロピック液晶層を形成する。
（６）本発明の光学積層体の製造方法においては、溶液内のリオトロピック液晶化合物が等方相状態である。
（７）本発明の光学積層体の製造方法においては、高分子基材のラビング処理方向と、リオトロピック液晶化合物を含む溶液の塗布方向とが同方向である。これにより、塗布方向に平行配向したリオトロピック液晶化合物が得られる。

本発明の光学積層体においては、リオトロピック液晶化合物の配向方向が、コーティング液の塗布方向に平行である。すなわち、リオトロピック液晶化合物は、コーティング液の塗布方向に平行配向している。しかも、リオトロピック液晶化合物の配向の方向のばらつきが少ない。このため、本発明の光学積層体は、偏光板や位相差板に好適に用いられる。

また、本発明の光学積層体の製造方法によれば、リオトロピック液晶化合物が、コーティング液の塗布方向に平行配向した光学積層体が得られる。

本発明の光学積層体の模式的平面図 イソボニルアクリレートポリマーの立体安定化構造 本発明の光学積層体の模式的断面図 本発明の光学積層体の製造方法を示す工程図 従来の光学積層体の模式的平面図

本発明者らは、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向に、基材が及ぼす影響について、鋭意検討した。その結果、ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材を用いると、リオトロピック液晶化合物１１を、塗布方向に平行配向させられることを見出した。

リオトロピック液晶化合物１１はコーティング液中で、複数のリオトロピック液晶化合物１１が積み重なって、円筒状の会合体１２を形成している。

リオトロピック液晶化合物１１を含むコーティング液を、従来の基材１７に塗布すると、図５に示すように、会合体１２は塗布方向１５に配列する。従来の基材１７とは、例えば、メチルアクリレートポリマーを含む高分子基材１７である。リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６は、会合体１２の配列方向に直交する。そのため、従来の基材１７上では、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６は、塗布方向１５の直交方向になる。

通常、基材１７のラビング処理方向と、コーティング液の塗布方向１５は、同方向である。メチルアクリレートポリマーを含む高分子基材１７をラビング処理して用いた場合、リオトロピック液晶化合物１１の会合体１２は、ラビング処理方向に平行に配列する。この理由は、メチルアクリレートポリマーが、側鎖に嵩高い置換基を有しないためであると考えられる。

メチルアクリレートポリマーに限らず、側鎖に嵩高い置換基を有しないポリマーを含む高分子基材１７を用いた場合、リオトロピック液晶化合物１１の会合体１２は、ラビング処理方向に平行に配列する。この場合、図５に示すように、リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１６は、ラビング処理方向、従って、塗布方向１５に直交する。

本発明においては、図１に示すように、ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材１０を用いる。ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材１０をラビング処理し、ラビング処理面１０ａに、リオトロピック液晶化合物１１を含むコーティング液を塗布する。リオトロピック液晶化合物１１の会合体１２は、ラビング処理方向１３の直交方向に配列する。リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１４は、会合体１２の配列方向に直交する。従って、各リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１４は、ラビング処理方向１３および塗布方向１５に平行になる。このようにして、リオトロピック液晶化合物１１の平行配向が実現される。

本発明において、ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材１０を用いたとき、リオトロピック液晶化合物１１が平行配向する理由は、次のように考えられる。

ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーの例として、図２に示すイソボニルアクリレートポリマー２０がある。図２はイソボニルアクリレートポリマー２０の立体安定化構造を示す。矢印２１はアクリレートポリマーの主鎖の配列方向２１を示す。

高分子基材１０のラビング処理を行なうと、図２に示すように、アクリレートポリマーの側鎖に結合した嵩高いボルナン環２２が、ラビング処理方向１３に対して直交する方向２３に配列する。

次に、イソボニルアクリレートポリマー２０を含む高分子基材１０に、リオトロピック液晶化合物１１を含むコーティング液を塗布する。すると、ボルナン環２２の配列方向２３に沿って、リオトロピック液晶化合物１１の会合体１２が配列する。リオトロピック液晶化合物１１の配向方向１４は、会合体１２の配列方向に直交している。その結果、各リオトロピック液晶化合物１１は、ラビング処理方向１３に平行配向する。

［光学積層体］
図３に示すように、本発明の光学積層体３０は、ラビング処理した高分子基材１０と、高分子基材１０のラビング処理面１０ａに形成されたリオトロピック液晶層３１を有する。本発明に用いられる高分子基材１０は、ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０を含む。

本発明の光学積層体３０の厚みｔ１は、好ましくは、５．１μｍ〜１９０μｍである。本発明の光学積層体３０内のリオトロピック液晶化合物１１は、ラビング処理方向１３に対し平行配向している。

［高分子基材］
本発明に用いられる高分子基材１０は、ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０を含む。ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０は、例えば、イソボニルアクリレートモノマーを用いて得られる重合体である。

イソボニルアクリレートモノマー（化学式２）は、例えば、特開昭５４−１２６２９３号公報の合成例１に記載されているように、ボルナンにアクリル酸を反応させて得ることができる。

高分子基材１０中の、ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０の含有量は、高分子基材１０の総重量の、好ましくは、３０重量％以上であり、さらに好ましくは、５０重量％以上である。

高分子基材１０は、リオトロピック液晶層３１が形成される主面に、ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０を含んでいれば、単層体でも積層体でもよい。

高分子基材１０は、例えば、ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０を含む高分子溶液を、流延し成膜して作製される。高分子基材１０の厚みｔ３は、好ましくは、５μｍ〜１８０μｍである。高分子基材１０の一方の主面（ラビング処理面１０ａ）には、ラビング処理（後述）が施される。

［リオトロピック液晶層］
本発明に用いられるリオトロピック液晶層３１は、リオトロピック液晶化合物１１が固化または硬化したものである。リオトロピック液晶層３１の厚みｔ２は、好ましくは、０．１μｍ〜１０μｍである。

本明細書において「リオトロピック液晶化合物１１」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。発現する液晶相は、好ましくは、ネマチック液晶相である。

「固化」とは、液体状のリオトロピック液晶化合物１１が、冷却または乾燥されて、固体になることをいう。「硬化」とは、リオトロピック液晶化合物１１が熱、触媒、光、放射線などの作用により架橋され、難溶・難融の安定した状態に変化することをいう。

本発明に用いられるリオトロピック液晶化合物１１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、またはメタロシアニン系化合物であり、さらに好ましくは、ビスアゾ系化合物である。このようなリオトロピック液晶化合物１１は、溶液状態で会合体１２を形成し、ラビング処理された高分子基材１０上で配向する。

リオトロピック液晶化合物１１が配向してできたリオトロピック液晶層３１は、吸収二色性や屈折率異方性を示すため、偏光板や位相差板に好適に用いられる。

［光学積層体の製造方法］
本発明の光学積層体３０の製造方法は、図４に示す工程Ａと工程Ｂを含む。工程Ａでは、高分子基材１０のラビング処理面１０ａを、ラビング布３２を用いて、ラビング処理方向１３に、ラビング処理する。本発明に用いられる高分子基材１０は、ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０を含む。

工程Ｂでは、工程Ａで得られた高分子基材１０のラビング処理面１０ａに、リオトロピック液晶化合物１１を含むコーティング液を塗布して、リオトロピック液晶層３１を形成する。

［工程Ａ］
本発明に用いられる工程Ａでは、ボルナン環２２を側鎖に有するアクリレートポリマー２０を含む高分子基材１０の表面を、ラビング処理方向１３にラビング処理する。

ラビング処理においては、リオトロピック液晶化合物１１の配向を誘起するため、高分子基材１０の表面を、ラビング布３２で擦る。ラビング処理の際は、ラビングローラ３３を一方向に回転させながら、高分子基材１０に押し付け、その状態で高分子基材１０を移動させる。ラビングローラ３３には、例えば、起毛パイルを有するラビング布３２が巻き付けられている。ラビング布３２の材質には特に制限はなく、例えば、コットンやレーヨンを用いる。

ラビング処理の方向１３は、一般には、コーティング液の塗布方向１５と同一である。高分子基材１０が長尺状である場合、ラビング処理方向１３は、好ましくは、高分子基材１０の長手方向である。

ラビング処理の方法は、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）２２６〜２２９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。

［工程Ｂ］
本発明に用いられる工程Ｂでは、工程Ａで得られた高分子基材１０のラビング処理面１０ａに、リオトロピック液晶化合物１１を含むコーティング液を塗布して、リオトロピック液晶層３１を形成する。

リオトロピック液晶化合物１１を含む溶液は、リオトロピック液晶化合物１１を溶媒に溶解して調製される。コーティング液は、好ましくは、リオトロピック液晶化合物１１が等方相状態になるまで、溶液を希釈してつくられる。リオトロピック液晶化合物１１が等方相状態であると、塗布される際に剪断応力の影響を受けにくいため、ラビング処理面１０ａ上で均一に配向しやすい。

リオトロピック液晶化合物１１を溶解する溶媒には、特に制限はないが、親水性溶媒が好ましく用いられる。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。コーティング液内のリオトロピック液晶化合物１１の濃度は、好ましくは、０．１重量％〜１０重量％である。

コーティング液の塗布方法には、特に制限はなく、任意のコータを用いる方法が用いられる。コータとしては、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。

リオトロピック液晶層３１内の溶媒量を適切な重量％とするため、本発明には、塗膜（リオトロピック液晶層３１）の乾燥工程が含まれてもよい。塗膜の乾燥方法には、特に制限はなく、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。加熱乾燥の場合の乾燥温度は、好ましくは、４０℃以上、１００℃未満である。

［実施例１］
リオトロピック液晶化合物１１を含む溶液を、次のようにして得た。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、常法により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。常法は、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、１３５〜１５２ページに記載されている。

得られたモノアゾ化合物を、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（リチウム塩）とカップリング反応させて粗生成物を得た。粗生成物を塩化リチウムで塩析して、構造式（１）（化１）のビスアゾ化合物を得た。

構造式（１）のビスアゾ化合物をイオン交換水に溶解し、２枚のスライドガラスの間に挟みこんで、室温（２３℃）にて、偏光顕微鏡で観察した。ビスアゾ化合物は、濃度が２０重量％でネマチック液晶相を示した。ビスアゾ化合物の濃度を５重量％に薄めて、コーティング液を調製した。コーティング液は等方相を示した。

コーティング液を塗布するための基材１０を次のようにして得た。イソボニルアクリレートモノマー（ＩＢＸＡ）とブチルアクリレートモノマー（ＢＡ）の共重合体（モノマー比率５０：５０）からなる高分子基材１０（厚み１００μｍ）を成膜した。

高分子基材１０のラビング処理面１０ａを、レーヨンのラビング布３２（吉川化工社製ＹＡ−２０−Ｒ）で一方向に５回擦って、ラビング処理を施した。ラビング処理装置は市販のものを使用した。市販のラビング処理装置は、例えば、常陽工学社製が入手できる。

ラビング処理済みの高分子基材１０のラビング処理面１０ａに、上記のコーティング液をバーコータ（ＢＵＳＨＭＡＮ社製Ｍａｙｅｒｒｏｔ ＨＳ４）を用いて塗布した。塗布方向１５はラビング処理方向１３と同方向である。これを２３℃の恒温室内で自然乾燥させて、厚みｔ２＝０．４μｍのリオトロピック液晶層３１を形成した。

リオトロピック液晶層３１は吸収二色性を示し、吸収軸の方向はラビング処理方向１３と同方向であった。すなわちリオトロピック液晶化合物１１は、ラビング処理方向１３に、平行配向していた。リオトロピック液晶化合物１１の配向方向のばらつきは少なかった。

［比較例１］
高分子基材をメチルアクリレートポリマーに代えた以外は、実施例１と同様にして、高分子基材上にリオトロピック液晶層を形成した。得られたリオトロピック液晶層は吸収二色性を示し、その吸収軸の方向はラビング処理方向と直交していた。すなわちリオトロピック液晶化合物は、ラビング処理方向に対して直交方向に配向していた。

［リオトロピック液晶層３１の厚みの測定方法］
リオトロピック液晶層３１の厚みは、リオトロピック液晶層３１（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Ｍｉｃｒｏｍａｐ ＭＭ５２０）により、剥離部分の段差を測定して求めた。

［液晶相の観察方法］
リオトロピック液晶化合物１１の各種濃度の水溶液のサンプルを準備した。２枚のスライドガラスの間に、リオトロピック液晶化合物１１の水溶液を少量挟みこみ、偏光顕微鏡（オリンパス社製ＯＰＴＩＰＨＯＴ−ＰＯＬ）により、液晶相を観察した。

［吸収軸の方向の決定方法］
吸収軸が既知の偏光子を備えた偏光顕微鏡（オリンパス社製ＯＰＴＩＰＨＯＴ−ＰＯＬ）により、作製したリオトロピック液晶層１１を観察した。透過光量が最小となる位置の角度を測定して、リオトロピック液晶化合物１１の吸収軸の方向を決定した。

本発明の光学積層体３０は、偏光板や位相差板に好適に用いられる。

１０ 基材
１０ａ ラビング処理面
１１ リオトロピック液晶化合物
１２ 会合体
１３ ラビング処理方向
１４ リオトロピック液晶化合物の配向方向
１５ 塗布方向
１６ リオトロピック液晶化合物の配向方向
１７ 基材
２０ イソボニルアクリレートポリマー
２１ アクリレートポリマーの主鎖の配列方向
２２ ボルナン環
２３ ボルナン環の配列方向
３０ 光学積層体
３１ リオトロピック液晶層
３２ ラビング布
３３ ラビングローラ

Claims (7)

1. ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材と、
   前記高分子基材のラビング処理面に塗布形成されたリオトロピック液晶層とを含み、
   前記リオトロピック液晶層内のリオトロピック液晶化合物が、前記ラビング処理の方向に配向した光学積層体。
2. 前記高分子基材のラビング処理方向と、前記リオトロピック液晶層の塗布方向とが同方向である、請求項１に記載の光学積層体。
3. 前記ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーが、イソボニルアクリレートモノマーを用いて得られる重合体である、請求項１または２に記載の光学積層体。
4. 前記リオトロピック液晶化合物が、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、メタロシアニン系化合物、ビスアゾ系化合物のいずれかである、請求項１から３のいずれかに記載の光学積層体。
5. ボルナン環を側鎖に有するアクリレートポリマーを含む高分子基材の表面を、一方向にラビング処理する工程Ａと、
   前記工程Ａで得られた前記高分子基材のラビング処理面に、リオトロピック液晶化合物を含む溶液を塗布して、リオトロピック液晶層を形成する工程Ｂを含む、光学積層体の製造方法。
6. 前記溶液内のリオトロピック液晶化合物が等方相状態である、請求項５に記載の光学積層体の製造方法。
7. 前記高分子基材のラビング処理方向と、前記リオトロピック液晶化合物を含む溶液の塗布方向とが同方向である、請求項５または６に記載の光学積層体の製造方法。

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