JP2013174925A - 光学積層体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜の製造方法において、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いを高くし、二色比の大きい偏光膜の製造方法を提供しようとする。
【解決手段】光学積層体10の製造方法においては、偏光膜12内に水溶性有機化合物13、14を含有させておき、水溶性有機化合物13、14を空気との界面近傍に偏在させ、有機色素が空気界面と接触しないようにして、有機色素の配向が乱れるのを防いだ。その結果二色比の大きい光学積層体10を得ることができた。
【選択図】図1
【解決手段】光学積層体10の製造方法においては、偏光膜12内に水溶性有機化合物13、14を含有させておき、水溶性有機化合物13、14を空気との界面近傍に偏在させ、有機色素が空気界面と接触しないようにして、有機色素の配向が乱れるのを防いだ。その結果二色比の大きい光学積層体10を得ることができた。
【選択図】図1
Description
本発明は光学積層体、特に偏光機能を有する光学積層体に関する。
液晶パネルでは液晶を通過する光線の旋光性を制御するため偏光板が用いられる。従来これらの偏光板として、ポリビニルアルコール等のポリマー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板が広く使用されている。しかし上記の偏光板は色素やポリマー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、また膜厚が比較的厚いという問題がある。
これに対してガラス板やポリマーフィルムなどの基材上に二色性を有するリオトロピック液晶化合物を含む液晶性コーティング液を薄膜状に流延し、リオトロピック液晶化合物を一方向に配向させて偏光膜を形成する方法が知られている(例えば特許文献1)。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、これを含む液晶性コーティング液に剪断応力を加えて流延させると、超分子会合体の長軸方向が流延方向に配向する。流延前の基材表面に配向処理をおこなっておくと更に配向の度合いが高くなる。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広幅の偏光膜を得やすく、また延伸フィルムに比べ膜厚を格段に薄くすることができるので将来性が期待されている。
通常、リオトロピック液晶化合物は流延時の剪断応力や基材表面の配向処理による配向規制力によって配向する。しかし従来の偏光膜においては、このような剪断応力や配向規制力によってリオトロピック液晶化合物が一方向に配向する度合いが低かったため、偏光膜の二色比が大きくならないことが問題であった。この問題を解決するため、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いが大きく、二色比が大きい偏光膜が求められていた。
本発明の目的はリオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜において、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いを高くし、二色比の大きい偏光膜を提供することである。
本発明の光学積層体は基材と、基材の表面に形成された偏光膜とを備える。偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は主成分が水溶性有機化合物からなる偏在層を形成する。
本発明の要旨は次の通りである。
(1)本発明の光学積層体は、基材と前記基材の表面に形成された偏光膜とを備えた光学積層体であって、前記偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含み、前記偏光膜内において前記水溶性有機化合物が前記基材の反対側に偏在していることを特徴とする。
(2)本発明の光学積層体は、前記偏光膜内の前記水溶性有機化合物が、前記偏光膜の前記基材の反対側に前記水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していることを特徴とする。
(3)本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、前記有機色素と溶媒に混合されたとき、一時的に溶解または均一分散し、前記溶媒の揮発過程で経時的に前記有機色素と相分離する性質を有することを特徴とする。
(4)本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物の分子量が400〜500,000であることを特徴とする。
(5)本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、ポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの2種以上の混合物であることを特徴とする。
(6)本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式(I)で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
式(I)中、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フェニル基(これらの基は置換基を有していてもよい)を表わし、Xは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数1〜4のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、kは0〜4の整数、lは0〜4の整数(ただしk+l≦4)、mは0〜2の整数、oは0〜2の整数を表わし(ただしk、l、m、oの少なくとも一つは0でない)、Mは対イオンを表わす。
(7)本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式(II)で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
式(II)中、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フェニル基(これらの基は置換基を有していてもよい)を表わし、Xは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数1〜4のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、Mは対イオンを表わす。
(1)本発明の光学積層体は、基材と前記基材の表面に形成された偏光膜とを備えた光学積層体であって、前記偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含み、前記偏光膜内において前記水溶性有機化合物が前記基材の反対側に偏在していることを特徴とする。
(2)本発明の光学積層体は、前記偏光膜内の前記水溶性有機化合物が、前記偏光膜の前記基材の反対側に前記水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していることを特徴とする。
(3)本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、前記有機色素と溶媒に混合されたとき、一時的に溶解または均一分散し、前記溶媒の揮発過程で経時的に前記有機色素と相分離する性質を有することを特徴とする。
(4)本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物の分子量が400〜500,000であることを特徴とする。
(5)本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、ポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの2種以上の混合物であることを特徴とする。
(6)本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式(I)で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
(7)本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式(II)で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
本発明により、リオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜において、リオトロピック液晶化合物の配向不良がなく、二色比が大きい偏光膜を実現することができた。
本発明者らは、リオトロピック液晶化合物からなる有機色素を配向させた従来の偏光膜において二色比が小さい原因を追求した。その結果、有機色素が配向するさいに、有機色素が偏光膜と空気の界面に接触して配向が不完全になることが原因であることを突き止めた。この現象は有機色素が親水性であるため疎水性である空気界面との親和性が悪く、空気界面から影響を受けて配向が乱れるためであると考えられる。そこで本発明においては偏光膜内に水溶性有機化合物を含有させておき、水溶性有機化合物を空気との界面近傍に偏在させ、有機色素が空気界面と接触しないようにして、有機色素の配向が乱れるのを防いだ。その結果二色比の大きい光学積層体を得ることができた。
[光学積層体]
図1を用いて本発明の光学積層体10の構成を説明する。本発明の光学積層体10は基材11と、基材の表面に形成された偏光膜12とを備える。偏光膜12はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。図1(a)のように、水溶性有機化合物13は偏光膜12の内部で基材11の反対側に偏在する。さらに水溶性有機化合物の偏在の程度が高い場合は図1(b)のように、水溶性有機化合物を主成分とする偏在層14を形成する。本発明の光学積層体10の偏光膜12においては、偏光膜12内の有機色素が空気界面と直接触れることが水溶性有機化合物13ないしは偏在層14により防止される。この結果、従来の偏光膜において空気界面で発生していた有機色素の配向の不完全性を防ぐことができ、二色比の大きい偏光膜を得ることができる。本発明の光学積層体10の厚みは、用いる基材11の厚みにもよるが、通常10μm〜300μmである。なお図1では基材11の片側に偏光膜12が形成されているが両側に形成されていてもよい。
図1を用いて本発明の光学積層体10の構成を説明する。本発明の光学積層体10は基材11と、基材の表面に形成された偏光膜12とを備える。偏光膜12はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。図1(a)のように、水溶性有機化合物13は偏光膜12の内部で基材11の反対側に偏在する。さらに水溶性有機化合物の偏在の程度が高い場合は図1(b)のように、水溶性有機化合物を主成分とする偏在層14を形成する。本発明の光学積層体10の偏光膜12においては、偏光膜12内の有機色素が空気界面と直接触れることが水溶性有機化合物13ないしは偏在層14により防止される。この結果、従来の偏光膜において空気界面で発生していた有機色素の配向の不完全性を防ぐことができ、二色比の大きい偏光膜を得ることができる。本発明の光学積層体10の厚みは、用いる基材11の厚みにもよるが、通常10μm〜300μmである。なお図1では基材11の片側に偏光膜12が形成されているが両側に形成されていてもよい。
[基材]
本発明に用いられる基材は偏光膜を形成する過程において、偏光膜の基材と接している側の面で偏光膜内の有機色素が空気界面と接触するのを防ぐ機能を有する。用いられる基材に特に制限はなく、単層のものでもよいし、複層のもの、例えば配向膜との積層体でもよい。具体的にはガラス板やポリマーフィルムが挙げられる。基材が配向膜との積層体の場合、配向膜は配向処理の施されたものが好ましい。配向膜との積層体の基材としては、例えばガラス板にポリイミド膜がコーティングされたものがある。このポリイミド膜には公知の方法、例えばラビングなどの機械的配向処理や、光配向処理などにより配向性が付与される。ガラス基材としては液晶セルに用いられる無アルカリガラスが好ましい。可撓性の必要な用途にはポリマーフィルム基材が好適である。ポリマーフィルムの表面がラビングなどにより配向処理されていてもよいし、ポリマーフィルムの表面に配向膜が積層されていてもよい。ポリマーフィルムの素材としてはフィルム形成性を有するポリマーであれば特に限定されないが、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル酸系ポリマー、エステル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、イミド系ポリマー、セルロース系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、カーボネート系ポリマーなどがある。
本発明に用いられる基材は偏光膜を形成する過程において、偏光膜の基材と接している側の面で偏光膜内の有機色素が空気界面と接触するのを防ぐ機能を有する。用いられる基材に特に制限はなく、単層のものでもよいし、複層のもの、例えば配向膜との積層体でもよい。具体的にはガラス板やポリマーフィルムが挙げられる。基材が配向膜との積層体の場合、配向膜は配向処理の施されたものが好ましい。配向膜との積層体の基材としては、例えばガラス板にポリイミド膜がコーティングされたものがある。このポリイミド膜には公知の方法、例えばラビングなどの機械的配向処理や、光配向処理などにより配向性が付与される。ガラス基材としては液晶セルに用いられる無アルカリガラスが好ましい。可撓性の必要な用途にはポリマーフィルム基材が好適である。ポリマーフィルムの表面がラビングなどにより配向処理されていてもよいし、ポリマーフィルムの表面に配向膜が積層されていてもよい。ポリマーフィルムの素材としてはフィルム形成性を有するポリマーであれば特に限定されないが、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル酸系ポリマー、エステル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、イミド系ポリマー、セルロース系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、カーボネート系ポリマーなどがある。
[偏光膜]
本発明に用いられる偏光膜は基材の表面に形成されたものであり、リオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。偏光膜は可視光領域(波長380nm〜780nm)で吸収二色性を示す。この吸収二色性は偏光膜中でリオトロピック液晶化合物からなる有機色素が一方向に配向することによって得られる。
本発明に用いられる偏光膜は基材の表面に形成されたものであり、リオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。偏光膜は可視光領域(波長380nm〜780nm)で吸収二色性を示す。この吸収二色性は偏光膜中でリオトロピック液晶化合物からなる有機色素が一方向に配向することによって得られる。
本発明に用いられる偏光膜の厚みは、好ましくは0.1μm〜1μm、より好ましくは0.1μm〜0.8μmである。上記の厚みの範囲内で適切な透過率(例えば30%〜50%)の偏光膜が得られる。偏光膜の二色比は25以上が好ましい。
本発明に用いられる偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物を含むものであれば特に制限はなく、他に任意の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば界面活性剤、酸化防止剤、帯電防止剤などが挙げられる。添加剤の量は通常、偏光膜の総重量の10重量%未満である。
[有機色素]
本発明に用いられる有機色素はリオトロピック液晶化合物からなる。リオトロピック液晶化合物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と、等方相−液晶相の相転移を起こす性質をもつ液晶化合物である。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またはヘキサゴナル液晶相である。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。
本発明に用いられる有機色素はリオトロピック液晶化合物からなる。リオトロピック液晶化合物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と、等方相−液晶相の相転移を起こす性質をもつ液晶化合物である。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またはヘキサゴナル液晶相である。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。
本発明に用いられる有機色素は、好ましくは可視光領域(波長380nm〜780nm)のいずれかの波長で吸収を示すものが用いられる。本発明に用いられる有機色素は、好ましくはアゾ化合物、アントラキノン化合物、ペリレン化合物、キノフタロン化合物、ナフトキン化合物、メロシアニン化合物である。
本発明に用いられる有機色素は、好ましくは下記一般式(I)で表わされるアゾ化合物である。このようなアゾ化合物は溶液中で安定な液晶相を示し、可視光領域(波長380nm〜780nm)内の広い範囲で二色比の大きい偏光膜を得ることができる。
式(I)中、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フェニル基(これらの基は置換基を有していてもよい)を表わす。Xは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数1〜4のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わす。kは0〜4の整数、lは0〜4の整数(ただしk+l≦4)、mは0〜2の整数、oは0〜2の整数を表わす。ただしk、l、m、oの少なくとも一つは0でない。Mは対イオンを表わす。対イオンMは、好ましくは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、金属イオン、置換もしくは無置換のアンモニウムイオンである。金属イオンとしては、例えばLi+、Ni2+、Fe3+、Cu2+、Ag+、Zn2+、Al3+、Pd2+、Cd2+、Sn2+、Co2+、Mn2+、Ce3+などが挙げられる。対イオンMが多価イオンの場合は複数のアゾ化合物が一つの多価イオン(対イオン)を共有する。
本発明に用いられる有機色素は、さらに好ましくは下記一般式(II)で表わされるアゾ化合物である。式(II)中、R、X、Mは式(I)と同様である。式(II)で表わされるアゾ化合物によれば、特に二色比の大きい偏光膜を得ることができる。
[水溶性有機化合物]
本発明に用いられる水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。「水溶性有機化合物が偏光膜の内部で基材の反対側に偏在する」とは、偏光膜内部の水溶性有機化合物の濃度分布が基材側で低く、基材の反対側で高いことを意味する。偏光膜中の水溶性有機化合物の濃度分布は基材側から基材の反対側にかけて連続的に濃度が高くなっていてもよいし、偏光膜中で相分離して水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していてもよい。
本発明に用いられる水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。「水溶性有機化合物が偏光膜の内部で基材の反対側に偏在する」とは、偏光膜内部の水溶性有機化合物の濃度分布が基材側で低く、基材の反対側で高いことを意味する。偏光膜中の水溶性有機化合物の濃度分布は基材側から基材の反対側にかけて連続的に濃度が高くなっていてもよいし、偏光膜中で相分離して水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していてもよい。
このようにすれば偏光膜を形成する過程において、基材と反対側で有機色素の多くが空気界面と接触するのを水溶性有機化合物により防ぐことができ、空気界面により有機色素の配向が乱されるのを防ぐことができる。その結果、有機色素の配向の度合いを高くでき偏光膜の二色比を大きくすることができる。
偏光膜には、基材の反対側に水溶性有機化合物を主成分とする偏在層が形成されていることがより好ましい。偏在層は水溶性有機化合物を95%以上含むことが好ましいが、有機色素を少量含んでいても所望の効果を得ることはできる。偏在層の厚みは、好ましくは偏光膜の総厚みの1%〜10%、より好ましくは1%〜5%である。偏在層の厚みは、好ましくは1nm〜40nm、より好ましくは1nm〜20nmである。偏在層が厚すぎると偏光膜の二色比が小さくなるおそれがあり、薄すぎると二色比を大きくする効果が得られないおそれがある。
水溶性有機化合物に特に制限はないが、有機色素(リオトロピック液晶化合物)と溶媒に混合したとき一時的に溶解または均一分散し、溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離するものが好ましく用いられる。水溶性有機化合物の分子量は、好ましくは400〜500,000、より好ましくは400〜10,000である。このような分子量の水溶性有機化合物は有機色素と混合したさいに上記の相分離を示しやすい。水溶性有機化合物は、好ましくはポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの2種以上の混合物である。このような水溶性有機化合物は、特に二色比の大きい偏光膜を得るのに適している。
上記のポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサンとしては、ポリジメチルシロキサン−アルキレンオキサイド共重合体が好ましく用いられる。ポリジメチルシロキサン−アルキレンオキサイド共重合体としては、例えばポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランがあり、この他にも特開昭61−282478号公報に記載のものが用いられる。
上記のポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテルとしては、例えばポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレンオクチルフェニルエーテルなどがある。
上記のポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートとしては、例えばポリオキシメチレンソルビタンモノラウラートなどがある。
[製法]
本発明の光学積層体は、代表的にはリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物と溶媒とを含むコーティング液を、乾燥後の厚みが0.1μm〜1μmとなるように、基材に流延、塗布し、乾燥させて得ることができる。
本発明の光学積層体は、代表的にはリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物と溶媒とを含むコーティング液を、乾燥後の厚みが0.1μm〜1μmとなるように、基材に流延、塗布し、乾燥させて得ることができる。
水溶性有機化合物が偏在する状態は水溶性有機化合物の種類、分子量、混合量を調整することにより適宜形成することができる。水溶性有機化合物の混合量は有機色素100重量部に対して、好ましくは0.1重量部〜5重量部であり、さらに好ましくは0.1重量部〜2重量部である。混合量を適宜調整することにより水溶性有機化合物を偏在させることができる。
本発明に用いられる溶媒としては上記の有機色素と水溶性有機化合物を溶解するものであれば特に制限はないが、例えば水、アルコール類、セロソルブ類およびそれらの混合溶媒である。溶媒にはグリセリン、エチレングリコールなどの水溶性の化合物が添加されていてもよい。これらの添加物は有機色素の易溶性やコーティング液の乾燥速度を調整するために用いられる。
本発明に用いられるコーティング液において有機色素(リオトロピック液晶化合物)の濃度は、好ましくは0.5重量%〜50重量%である。リオトロピック液晶化合物はコーティング液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、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。リオトロピック液晶化合物を配向させるため、剪断応力以外にラビング処理や光配向などの配向処理、磁場や電場による配向などを組み合わせてもよい。
コーティング液の塗布方法は、コーティング液を均一に流延できるものであれば特に制限はなく、適切なコータ、例えばスライドコータ、スロットダイコータ、バーコータ、ロッドコータ、ロールコータ、カーテンコータ、スプレイコータなどが用いられる。乾燥方法に特に制限はなく、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50℃〜120℃である。
[光学積層体の用途]
本発明の光学積層体は偏光素子として好適に用いられる。偏光素子は各種の液晶パネル、例えばコンピュータ、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、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などの液晶パネルに使われる。
本発明の光学積層体は偏光素子として好適に用いられる。偏光素子は各種の液晶パネル、例えばコンピュータ、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、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などの液晶パネルに使われる。
[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とを常法(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ページ〜152ページ)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7−アミノ−1−ナフトール−3,6−ジスルホン酸リチウム塩とカップリング反応させて下記構造式(III)のアゾ化合物を含む粗生成物を得た。この粗生成物を塩化リチウムで塩析することにより下記の構造式(III)のアゾ化合物を得た。このアゾ化合物はリオトロピック液晶化合物である。
4−ニトロアニリンと8−アミノ−2−ナフタレンスルホン酸とを常法(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ページ〜152ページ)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7−アミノ−1−ナフトール−3,6−ジスルホン酸リチウム塩とカップリング反応させて下記構造式(III)のアゾ化合物を含む粗生成物を得た。この粗生成物を塩化リチウムで塩析することにより下記の構造式(III)のアゾ化合物を得た。このアゾ化合物はリオトロピック液晶化合物である。
上記の構造式(III)のアゾ化合物100重量部と、分子量が3,000のポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシラン(Aldrich社製)0.5重量部をイオン交換水に溶解し、アゾ化合物の濃度が20重量%のコーティング液を調製した。このコーティング液は室温(23℃)において、アゾ化合物の濃度が17重量%〜30重量%の範囲でネマチック液晶相を示した。
上記の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」)の表面にバーコータ(BUSCHMAN社製 商品名「Mayerrot HS4」)を用いて剪断応力をかけながら一方向に流延、塗布し、23℃の恒温室内で自然乾燥させて、厚み0.4μmの偏光膜を有する光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は表面(基材と反対側の面)に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は33であった。なお基材のノルボルネン系ポリマーフィルムは光学的に等方性であるため、光学積層体の光学特性は偏光膜の光学特性とほぼ等しい。図3に光学積層体の斜め切削面における、有機色素由来のLi+と水溶性有機化合物由来のC2H5O+の分布を示す。これはSIMS分析により得られた二次イオンの分布である。横軸は斜め切断面に沿った距離(μm)、縦軸は二次イオンの濃度(対数目盛り)である。有機色素由来のLi+は偏光膜断面にほぼ一定の濃度で分布し、偏光膜表面にはそれより低いほぼ一定の濃度で分布する。基材断面には分布していない。水溶性有機化合物由来のC2H5O+は表面にほぼ一定の高い濃度で分布し、表面から偏光膜断面にかけて急激に減少し、偏光膜断面では僅かであるがほぼ一定の濃度で分布する。基材断面には分布していない。水溶性有機化合物由来のC2H5O+が表面から偏光膜断面にかけて急激に減少していることから、水溶性有機化合物は表面に偏在層を形成していると考えられる。
[実施例2]
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量646のポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル(Aldrich社製 商品名「Triton X−100」)を用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は表面(基材と反対側の面)に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は28であった。
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量646のポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル(Aldrich社製 商品名「Triton X−100」)を用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は表面(基材と反対側の面)に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は28であった。
[実施例3]
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量1,228のポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート(東京化成社製 商品名「Tween20」)を用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は表面(基材と反対側の面)に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は36であった。
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量1,228のポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート(東京化成社製 商品名「Tween20」)を用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は表面(基材と反対側の面)に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は36であった。
[比較例1]
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量326のドデシルベンゼンスルホン酸(SIGMA Aldrich社製)を1.0重量部用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は23であった。
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量326のドデシルベンゼンスルホン酸(SIGMA Aldrich社製)を1.0重量部用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は23であった。
[比較例2]
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量266のチタンラクテートアンモニウム塩(マツモトファインケミカル社製 商品名「TC−300」)を0.1重量部用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は22であった。
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランの代わりに分子量266のチタンラクテートアンモニウム塩(マツモトファインケミカル社製 商品名「TC−300」)を0.1重量部用いた以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は22であった。
[比較例3]
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランなどの水溶性有機化合物を混合しなかった以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、配向不良が有り、二色比は20であった。
ポリジメチルシロキサン−Co−[3{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}プロピル]メチルシランなどの水溶性有機化合物を混合しなかった以外は実施例1と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表1に示すように、配向不良が有り、二色比は20であった。
[評価]
偏光膜中の水溶性有機化合物が偏光膜の基材と反対側の表面に偏在層を形成した実施例1〜3の光学積層体は、水溶性有機化合物が偏光膜中で均一に分布する比較例1、2の光学積層体、ならびに水溶性有機化合物を偏光膜中に含まない比較例3の光学積層体に比べ、配向不良が発生せず、二色比が大きい。実施例1〜3の水溶性有機化合物は有機色素と溶媒とに混合したとき一時的に溶解または均一分散し、溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がある。それにより偏光膜を形成する過程において、基材と反対側の表面で有機色素の多くが空気界面と接触するのを水溶性有機化合物により防ぐことができ、空気界面により有機色素の配向が乱されるのを防ぐことができる。その結果、有機色素の配向の乱れを防ぎ、偏光膜の二色比を大きくすることができたものと考えられる。比較例1、2の水溶性有機化合物は溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がないため、このような効果が得られなかった。
偏光膜中の水溶性有機化合物が偏光膜の基材と反対側の表面に偏在層を形成した実施例1〜3の光学積層体は、水溶性有機化合物が偏光膜中で均一に分布する比較例1、2の光学積層体、ならびに水溶性有機化合物を偏光膜中に含まない比較例3の光学積層体に比べ、配向不良が発生せず、二色比が大きい。実施例1〜3の水溶性有機化合物は有機色素と溶媒とに混合したとき一時的に溶解または均一分散し、溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がある。それにより偏光膜を形成する過程において、基材と反対側の表面で有機色素の多くが空気界面と接触するのを水溶性有機化合物により防ぐことができ、空気界面により有機色素の配向が乱されるのを防ぐことができる。その結果、有機色素の配向の乱れを防ぎ、偏光膜の二色比を大きくすることができたものと考えられる。比較例1、2の水溶性有機化合物は溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がないため、このような効果が得られなかった。
実施例1〜3の水溶性有機化合物の分子量がそれぞれ3,000、646、1,228であり、比較例1、2の水溶性有機化合物の分子量がそれぞれ326、266であるから、水溶性有機化合物が溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質は、水溶性有機化合物の分子量に影響されると考えられる。またこの性質は水溶性有機化合物の種類、水溶性有機化合物と有機色素の混合量にも影響される。
[測定方法]
[配向不良の観察]
作製した偏光膜を100倍対物レンズ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、配向不良の有無を判定した。
[配向不良の観察]
作製した偏光膜を100倍対物レンズ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、配向不良の有無を判定した。
[厚みの測定]
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「Micromap MM5200」)を用いて段差を測定し、厚みを求めた。
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「Micromap MM5200」)を用いて段差を測定し、厚みを求めた。
[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 製品名「U−4100」)を用いて、波長380nm〜780nmの直線偏光の測定光を入射させ、各波長ごとに視感度補正係数をかけて積分することにより、上記の波長領域の平均のk1およびk2を求め、次式により算出した。
式:二色比=log(1/k2)/log(1/k1)
ここでk1は最大透過率方向の直線偏光の透過率を、k2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。
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「U−4100」)を用いて、波長380nm〜780nmの直線偏光の測定光を入射させ、各波長ごとに視感度補正係数をかけて積分することにより、上記の波長領域の平均のk1およびk2を求め、次式により算出した。
式:二色比=log(1/k2)/log(1/k1)
ここでk1は最大透過率方向の直線偏光の透過率を、k2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。
[水溶性有機化合物の分布調査]
図2(a)に示すように、作製した光学積層体10をMEKONG社製精密切断機を用いて、主面に対して斜めに切削し、図2(b)に示す、基材11、偏光膜12、水溶性有機化合物13の偏在部の一方向の拡大断面を得た。(図2(b)は図2(a)の斜面を斜面の垂直方向から見た図である。)その拡大断面をTOF−SIMS(ION−TOF社製 製品名「TOF−SIMS5」)を用いて分析し、水溶性有機化合物13の分布を調べた。測定条件は、一次イオン加速電圧は25kV、測定範囲は250μm×250μmとした。
図2(a)に示すように、作製した光学積層体10をMEKONG社製精密切断機を用いて、主面に対して斜めに切削し、図2(b)に示す、基材11、偏光膜12、水溶性有機化合物13の偏在部の一方向の拡大断面を得た。(図2(b)は図2(a)の斜面を斜面の垂直方向から見た図である。)その拡大断面をTOF−SIMS(ION−TOF社製 製品名「TOF−SIMS5」)を用いて分析し、水溶性有機化合物13の分布を調べた。測定条件は、一次イオン加速電圧は25kV、測定範囲は250μm×250μmとした。
Claims (9)
- リオトロピック液晶化合物からなる有機色素と、該有機色素と溶媒に混合されたとき、一時的に溶解または均一分散し、前記溶媒の揮発過程で経時的に前記有機色素と相分離する性質を有する水溶性有機化合物(ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルを除く)と、前記溶媒とを含むコーティング液を基材に流延、塗布し、乾燥させることを特徴とする光学積層体の製造方法。
- 前記コーティング液を前記基材に、乾燥後の厚みが0.1μm〜1μmとなるように、流延、塗布し、乾燥させることを特徴とする請求項1に記載の光学積層体の製造方法。
- 前記水溶性有機化合物の分子量が400〜500,000であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学積層体の製造方法。
- 前記水溶性有機化合物が非イオン性である請求項1から3のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。
- 前記水溶性有機化合物が、ポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの混合物であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。
- リオトロピック液晶化合物からなる有機色素と、該有機色素と溶媒に混合されたとき一時的に溶解または均一分散し前記有機色素に対して非相溶性である水溶性有機化合物と、前記溶媒とを含むコーティング液を基材に流延、塗布し、乾燥させることを特徴とする光学積層体の製造方法。
- 前記コーティング液を前記基材に、乾燥後の厚みが0.1μm〜1μmとなるように、流延、塗布し、乾燥させることを特徴とする請求項8に記載の光学積層体の製造方法。
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JP2015085221A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 日本ゼオン株式会社 | 光学部材の製造方法 |
WO2015115296A1 (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-06 | 日東電工株式会社 | 偏光板及び偏光板の製造方法 |
JP2020003823A (ja) * | 2014-01-30 | 2020-01-09 | 日東電工株式会社 | 偏光板及び偏光板の製造方法 |
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