JP2014215592A - 偏光機能付きガラスおよびそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態の液晶表示装置21の概略の構成を示す断面図である。液晶表示装置21は、液晶パネル15と、液晶パネル15を照明するバックライト16とを有している。液晶パネル15は、2枚の基板11・12で液晶層13を挟持して構成されている。液晶層13は、2枚の基板11・12間でシール材14によってシールされている。
次に、偏光機能付きガラスとしての基板について説明する。図2は、基板1の一構成例を示す断面図である。基板1は、薄膜ガラス2上に、接着層3、偏光層6および機能層5がこの順で積層されて構成されている。
(薄膜ガラス)
偏光機能付きガラスを構成する薄膜ガラスとしては、各種成形法によって成形されたものを使用することができる。例えばロールアウト法、リドロー法、ダウンドロー法、フロート法等によって成形された薄膜ガラスを使用できる。
偏光層は、一定方向の偏波面の光だけを通す素子(偏光子)である。偏光層として現在用いられている代表的な素子としては、ポリビニルアルコール系樹脂を用いた偏光子があり、これには、ポリビニルアルコール系樹脂にヨウ素を染色させたものと二色性染料を染色させたものとがある。
上述したように、本実施形態において、機能層は、ハードコート層、反射防止層又は防眩層であることが好ましいが、それらに限定はされない。
ハードコート層としては、特に限定はされないが、例えば、硬化性アクリル樹脂等を用いることができる。特に、紫外線により硬化する紫外線硬化化合物(樹脂)を含有する層であることが好ましく、耐擦り傷性に優れたガラスを得ることができる。
反射防止層は、光学干渉によって反射率が減少するように屈折率、膜厚、層の数、層順等を考慮して積層されていることが好ましい。反射防止層は、支持体である保護フィルムよりも屈折率の低い低屈折率層、もしくは支持体である保護フィルムよりも屈折率の高い高屈折率層と低屈折率層を組み合わせて構成されていることが好ましい。特に好ましくは、3層以上の屈折率層から構成される反射防止層であり、支持体側から屈折率の異なる3層を、中屈折率層(支持体よりも屈折率が高く、高屈折率層よりも屈折率の低い層)/高屈折率層/低屈折率層の順に積層されているものが好ましく用いられる。または、2層以上の高屈折率層と2層以上の低屈折率層とを交互に積層した4層以上の層構成の反射防止層も好ましく用いられる。
樹脂フィルム/防眩層/中屈折率層/低屈折率層
樹脂フィルム/防眩層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層
樹脂フィルム/防眩層/高屈折率層(導電性層)/低屈折率層
樹脂フィルム/中間層/防眩層/低屈折率層
低屈折率層は、シリカ系微粒子を含有することが好ましく、その屈折率は、23℃、波長550nm測定で、1.30〜1.45の範囲であることが好ましい。低屈折率層の膜厚は、5nm〜0.5μmであることが好ましく、10nm〜0.3μmであることが更に好ましく、30nm〜0.2μmであることが最も好ましい。 低屈折率層形成用組成物については、シリカ系微粒子として、特に外殻層を有し内部が多孔質または空洞の粒子を少なくとも1種類以上含むことが好ましい。特に該外殻層を有し内部が多孔質または空洞である粒子が、中空シリカ系微粒子であることが好ましい。
前記一般式で表される有機ケイ素化合物は、式中、Rは炭素数1〜4のアルキル基を表す。具体的には、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトライソプロポキシシラン等が好ましく用いられる。
高屈折率層の屈折率は、23℃、波長550nm測定で、屈折率を1.4〜2.2の範囲に調整することが好ましい。また、高屈折率層の厚さは5nm〜1μmが好ましく、10nm〜0.2μmであることが更に好ましく、30nm〜0.1μmであることが最も好ましい。屈折率を調整する手段は、金属酸化物微粒子等を添加することで達成できる。金属酸化また、用いる金属酸化物微粒子の屈折率は1.80〜2.60であるものが好ましく、1.85〜2.50であるものが更に好ましい。
本実施形態において、防眩層は、散乱反射率の割合を前記範囲にコントロールするため、基本的には透明樹脂を主成分とするバインダー層と微粒子から構成されるのが好ましい。微粒子としては散乱反射率の割合を前記範囲にコントロールしやすい事からフッ素含有アクリル樹脂粒子が好ましい。次にフッ素含有アクリル樹脂粒子について説明する。
Rt={(nx+ny)/2−nz}×d
ただし、式中、nxは樹脂フィルムの面内の遅相軸方向の屈折率を示し、nyは樹脂フィルムの面内で遅相軸に直交する方向の屈折率を示し、nzは樹脂フィルムの厚み方向の屈折率を示し、dはフィルムの厚み(nm)を示す。また、屈折率の測定波長は590nmである。
本実施形態の樹脂フィルムに好適なセルロース系樹脂としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルセルロースなどのセルロースエーテル類と、トリアセチルセルロース(TAC)、ジアセチルセルロース(DAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、セルロースアセテートブチレート(CAB)、セルロースアセテートフタレート、セルロースアセテートトリメリテート、硝酸セルロース等のセルロースエステル類が挙げられるが、好ましくはセルロースエステル類、特に、トリアセチルセルロース(TAC)、ジアセチルセルロース(DAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)である。あるいは、特開2002−179701号公報の段落番号[0010]〜[0027]記載の芳香族カルボン酸エステルが用いられ、特に特開2002−17979号公報の段落番号[0028]〜[0036]のセルロースアシレートが好ましく用いられる。
カラム: Shodex K806,K805,K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用した)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=1,000,000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いることが好ましい。
接着層としては、無機系の反応性金属化合物と有機系の水酸基含有高分子化合物との縮合物が用いられる。縮合反応により、薄膜ガラスと偏光層、薄膜ガラスと樹脂層との接着が可能となる。縮合反応は、一般的に知られている方法で行えばよく、触媒添加による加水分解縮合でもよく、加熱による脱水縮合でもよい。
無機化合物である加水分解重縮合可能な反応性金属化合物は、加水分解触媒として塩酸・酢酸・クエン酸などの酸を用いることも可能であるが、固体触媒を用いることが好ましい。更に水と必要に応じて他の触媒を加えて加水分解を起こさせて縮合反応を促進してよい。加水分解は、加水分解可能な基が全て加水分解される完全加水分解であってもよいが、特に好ましくは、一部のみが加水分解される部分加水分解である。
アンバーライト15、アンバーライト200C、アンバーリスト15(以上、ローム・アンド・ハース社製);ダウエックスMWC−1−H、ダウエックス88、ダウエックスHCR−W2(以上、ダウ・ケミカル社製);レバチットSPC−108、レバチットSPC−118(以上、バイエル社製);ダイヤイオンRCP−150H(三菱化成社製);スミカイオンKC−470、デュオライトC26−C、デュオライトC−433、デュオライト−464(以上、住友化学工業社製);ナフィオン−H(デュポン社製)など。
アンバーライトIRA−400、アンバーライトIRA−45(以上、ローム・アンド・ハース社製)など。
Zr(O3PCH2CH2SO3H)2、Th(O3PCH2CH2COOH)2など。
スルホン酸基を有するポリオルガノシロキサンなど。
コバルトタングステン酸、リンモリブデン酸など。
ニオブ酸、タンタル酸、モリブデン酸など。
アルミナ、クロミア、ジルコニア、CaO、MgOなど。
シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシア、シリカ−ジルコニア、ゼオライト類など。
酸性白土、活性白土、モンモリロナイト、カオリナイトなど。
LiSO4、MgSO4など。
リン酸ジルコニア、リン酸ランタンなど。
LiNO3、Mn(NO3)2など。
シリカゲル上にアミノプロピルトリエトキシシランを反応させて得られた固体など。
アミノ変性シリコーン樹脂など。
本実施形態において、金属とは、「周期表の化学」岩波書店 斎藤一夫著 p.71記載の金属、すなわち、半金属性原子を含む金属である。
加水分解重縮合可能な反応性金属化合物としては、式(1)で示されているApMqBrにおいて、p=0であるような、全てが加水分解可能な置換基で置換されていることが好ましいが、基材フィルムの透湿度を低減する観点から、加水分解されない置換基によって該金属1原子当たり1つまたは2つ、或いは3つ置換されている化合物が含まれていても良い。このような加水分解されない置換基を有する金属化合物の添加量としては、添加される金属化合物の50モル%以下が好ましい。また、上記添加量の範囲で2種以上の異なる種類の金属アルコキシドを併用しても良い。
水酸基含有高分子化合物は、分子内に水酸基を含有していればよく、例えば、ポリビニルアルコール等の合成高分子や、デンプン、セルロース、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウムなどの多糖類とそれらの誘導体などが挙げられる。これらの水酸基含有高分子化合物は、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
本実施形態の偏光機能付きガラスは、TN、IPS、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)、AFLC(Anti−ferroelectric Liquid Crystal)、OCB(Optically Compensatory Bend)、STN(Supper Twisted Nematic)、VA、HAN(Hybrid Aligned Nematic)といった様々な表示モードの液晶表示装置のセル基板として用いることができ、中でも、IPS方式のセル基板として好ましく用いられる。
(偏光機能付きガラスの製造)
(接着剤Aの調製)
下記の比率で材料を混合し、室温で2時間攪拌した後、濾過によって固体触媒を分離して、接着剤Aを調製した。
テトラメトキシシラン(TMOS) 10質量部
アンバーリスト15(固体触媒) 2質量部
セルロースエステル(DAC) 10質量部。
〈機能層付樹脂フィルム〉
樹脂フィルムとして、40μmの膜厚を有するトリアセチルセルロースフィルム(コニカミノルタタックKC4UA、コニカミノルタ(株)製)を用いた。ハードコート層の樹脂組成物は、ペンタエリスリトールトリアクリレート(共栄社化学(株)製:ライトアクリレートPE−3A)100質量部、イソシアヌル酸EO変性トリアクリレート(東亜合成(株)製:アロニックスM-315)15質量部、及び光重合開始剤3質量部を、メチルエチルケトン(MEK)溶媒にて固形分50%とした。攪拌した混合溶液をグラビアコーティング法によりウェット膜厚20μm(乾燥後のドライ膜厚10μm)になるように塗布、乾燥させて、高圧水銀灯により200mJ/cm2の紫外線を照射させて、ハードコート層が積層された樹脂フィルムとした。
重合度1000以上、ケン化度99%以上のポリビニルアルコール(以下PVA)粉末を水に溶解した4〜5%濃度のPVA水溶液を準備し、200μm厚の非晶性PET基材上にPVA水溶液を塗布し、50〜60℃の温度で乾燥させることで、非晶性PET基材上に60μm厚のPVA層が積層された積層体を作製した。
上記で得られた積層体を、140℃にて搬送方向(MD方向)に延伸倍率5倍で自由端延伸して、延伸積層体を得た。
上記で作製した延伸積層体を、張力を保持した状態で、30℃のヨウ素溶液(質量比:ヨウ素/ヨウ化カリウム/水=1/10/100)に60秒間浸漬した。その後、60℃にて4分間乾燥を行った。
N−ヒドロキシエチルアクリルアミド100重量部に、光重合開始剤(チバ・ジャパン社製、商品名:イルガキュア127)3重量部を配合して、接着剤Mを得た。
日本電気硝子(株)製の厚さ30μmの薄膜ガラスを準備し、ガラスの片面と積層体Bの偏光層側とが向かい合う形になるように間に接着剤Aを挟む形でラミネーターで貼合したのち、オーブンで加熱圧着し、偏光機能付きガラスを得た。加熱圧着後、接着剤Aは樹脂フィルムに浸透し、接着層の厚みはなくなったため、非常に薄型の偏光機能付きガラス(厚み95μm)とすることができた。実施例1の偏光機能付きガラスを、偏光機能付きガラス1とする。
積層体Aにおける偏光層の厚みを5μmに変更した以外は、実施例1と同様にして、偏光機能付きガラス(厚み85μm)を得た。実施例2の偏光機能付きガラスを、偏光機能付きガラス2とする。
日本電気硝子(株)製の厚さ30μmの薄膜ガラスを、積層体A(偏光層側)とが向かい合う形になるように間に接着剤Aを挟む形でラミネーターで貼合したのち、オーブンで加熱圧着し、非晶性PETを剥離した。更に、露出した偏光層に下記ハードコート層塗布液を押し出しコーターにより塗布し、乾燥させた後、紫外線硬化することで、偏光機能付きガラスを得た。実施例3の偏光機能付きガラスを、偏光機能付きガラス3とする。
下記のハードコート層組成物を、孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過して、ハードコート層塗布液を調製した。
イルガキュア184(チバ・ジャパン(株)社製) 6質量部
イルガキュア907(チバ・ジャパン(株)社製) 8質量部
ポリエーテル変性シリコーン化合物(商品名;KF−355A、信越化学工業株式会社
製) 9質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 10質量部
酢酸エチル 80質量部
メチルエチルケトン 100質量部
(機能層(反射防止層)を積層させた樹脂フィルムの製造)
まず、以下の組成を有する低屈折率層組成物を調製した。
(カチオン重合性化合物)
〔1−(3−エチル−3−オキセタニル)メチル〕エーテル 4.5質量部
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 2.5質量部
含フッ素エポキシ化合物1 2質量部
(光カチオン重合開始剤)
4−メチルフェニル[4−(1−メチルエチル)フェニル]ヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート 0.2質量部
(ロードシル2074、ローディアジャパン株式会社製)
(シリカ粒子)
中空シリカ系粒子分散液 35質量部
(添加剤)
シリコーン化合物(FZ−2207、東レダウコーニング株式会社製)の10%プロピレングリコールモノメチルエーテル液 0.9質量部
(溶媒)
メチルイソブチルケトン 30質量部
メチルエチルケトン 90質量部
1,3−ジヒドロキシヘキサフルオロイソプロピルベンゼン81.03gとエピクロロヒドリン185gを混合し、水酸化ナトリウム16.27gと水40mlを加え、撹拌下で加熱還流させた。130℃で3時間反応後、自然冷却し、生成した塩化ナトリウムを吸引濾過により除去した。得られた濾液をクロロホルム−水により抽出し、有機層を乾燥、濾過、濃縮することにより、含フッ素エポキシ化合物1を95.7g得た。
平均粒径5nm、SiO2濃度20質量%のシリカゾル100gと、純水1900gとの混合物を80℃に加温した。この反応母液のpHは10.5であり、同母液にSiO2として0.98質量%のケイ酸ナトリウム水溶液9000gと、Al2O3として1.02質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液9000gとを同時に添加した。その間、反応液の温度を80℃に保持した。反応液のpHは添加直後、12.5に上昇し、その後、ほとんど変化しなかった。添加終了後、反応液を室温まで冷却し、限外濾過膜で洗浄して、固形分濃度20質量%のSiO2・Al2O3核粒子分散液を調製した。(工程a)
この核粒子分散液500gに純水1700gを加えて98℃に加温し、この温度を保持しながら、ケイ酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換樹脂で脱アルカリして得られたケイ酸液(SiO2濃度3.5質量%)3000gを添加して、第1シリカ被覆層を形成した核粒子の分散液を得た。(工程b)
ついで、限外濾過膜で洗浄して固形分濃度13質量%になった第1シリカ被覆層を形成した核粒子分散液500gに純水1125gを加え、さらに濃塩酸(35.5%)を滴下してpH1.0とし、脱アルミニウム処理を行った。ついで、pH3の塩酸水溶液10Lと純水5Lを加えながら、限外濾過膜で溶解したアルミニウム塩を分離し、第1シリカ被覆層を形成した核粒子の構成成分の一部を除去したSiO2・Al2O3多孔質粒子の分散液を調製した。(工程c)
上記多孔質粒子分散液1500gと、純水500g、エタノール1750g、及び28%アンモニア水626gとの混合液を35℃に加温した後、エチルシリケート(SiO228質量%)104gを添加し、第1シリカ被覆層を形成した多孔質粒子の表面をエチルシリケートの加水分解重縮合物で被覆して第2シリカ被覆層を形成した。ついで、限外濾過膜を用いて溶媒をエタノールに置換した固形分濃度20質量%の中空シリカ系粒子分散液を調製した。
樹脂フィルムとして、40μmの膜厚を有するトリアセチルセルロースフィルム(コニカミノルタタックKC4UA、コニカミノルタ(株)製)を用いた。反射防止層の樹脂組成物として上記低屈折率組成物を用い、グラビアコーティング法によりウェット膜厚20μm(乾燥後のドライ膜厚10μm)になるように塗布、乾燥させて、高圧水銀灯により200mJ/cm2の紫外線を照射させて、ハードコート層が積層された樹脂フィルムとした。
(機能層(防眩層)を積層させた樹脂フィルムの製造)
樹脂フィルムとして、40μmの膜厚を有するトリアセチルセルロースフィルム(コニカミノルタタックKC4UA、コニカミノルタオプト(株)製)を用いた。防眩層の樹脂組成物は、ペンタエリスリトールトリアクリレート(共栄社化学(株)製:ライトアクリレートPE−3A)100質量部、ポリスチレン粒子、綜研化学製;SX−130Hを60質量部、及び光重合開始剤3質量部を、メチルエチルケトン(MEK)溶媒にて固形分50%とした。攪拌した混合溶液をグラビアコーティング法によりウェット膜厚20μm(乾燥後のドライ膜厚10μm)になるように塗布、乾燥させて、高圧水銀灯により200mJ/cm2の紫外線を照射させて、防眩層が積層された樹脂フィルムとした。
積層体Bにおいて、樹脂フィルムとして、40μmの膜厚を有するセルロースアセテートプロピオネートフィルムに実施例1と同様の方法でハードコート層を設けたものを使用した以外は、実施例1と同様にして、偏光機能付きガラス(厚み95μm)を得た。実施例6の偏光機能付きガラスを、偏光機能付きガラス6とする。
積層体Bにおいて、樹脂フィルムとして、40μmの膜厚を有するTAC−アクリルハイブリッドフィルム(調製方法は後述)に実施例1と同様の方法でハードコート層を設けたものを使用した以外は、実施例1と同様にして、機能付きガラス(厚み95μm)を得た。実施例7の機能付きガラスを、機能付きガラス7とする。
(ドープの調製)
アクリル樹脂(A)重量平均分子量Mw 30万(共重合成分 MMA:メチルメタクリレート モノマー質量比 70% ACMO:アクリロイルモルホリンモノマー質量比 30%) 90質量部
セルロースエステル樹脂(B)重量平均分子量Mw 30万 (アセチル置換度 2、87) 10質量部
紫外線吸収剤:2,2’−メチレンビス[6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール](分子量659、株式会社ADEKA製のLA31) 3.0質量部
マット剤:R972V(日本アエロジル社製、シリカ粒子、平均粒径=16nm) 0.30質量部
剥離助剤:エレカットS412(竹本油脂社製) 0.50質量部
メチレンクロライド 300質量部
エタノール 40質量部
上記各組成物を、攪拌及び加熱しながら十分に溶解し、ドープ1を調製した。なお、アクリル樹脂(A)及びセルロースエステル樹脂(B)は常法に従って作成した。
上記調製したドープを、ベルト流延装置を用い、温度22℃、2m幅でステンレスバンド支持体に均一に流延した。ステンレスバンド支持体で、残留溶剤量が100%になるまで溶媒を蒸発させ、剥離張力162N/mでステンレスバンド支持体上から剥離した。
接着剤Aの代わりにアクリル系粘着シート(PSA;Pressure Sensitive Adhesive 、感圧接着剤;日東電工(株)製、LUCIACS(登録商標) CS9622)を用いた以外は、実施例1と同様にして、機能付きガラス(厚み120μm)を得た。比較例1の機能付きガラスを、機能付きガラス8とする。
接着剤Aの代わりにアクリル系接着剤(東亜合成(株)製、UV−3610)を用いた以外は、実施例1と同様にして、機能付きガラス(厚み115μm)を得た。比較例2の機能付きガラスを、機能付きガラス9とする。
上記で作製した機能付きガラス1〜9について、湿熱環境下での反りおよび鉛筆硬度を評価した。結果を表1に示す。
TD10cm×MD10cmのサンプルを40℃20%1hおよび40℃90%1hの環境下にて積層体の反りを測定した。反りの方向に対して4隅の浮きあがりの差の平均値が3mm以下であったものを○、3mm以上であったものを×とした。
JIS K5600の規格に沿って試験評価を行った。
2 薄膜ガラス
3 接着層
4 樹脂フィルム
5 機能層
6 偏光層
21 液晶表示装置
11 基板(偏光機能付きガラス)
12 基板
13 液晶層
14 シール材
15 液晶パネル
16 バックライト
Claims (8)
- 機能層が積層された偏光層を有する積層体と、薄膜ガラスとが接着層を介して積層されており、
前記接着層は、反応性金属化合物と水酸基含有高分子化合物との縮合物を含んでいることを特徴とする偏光機能付きガラス。 - 前記偏光層は、ポリビニルアルコールを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の偏光機能付きガラス。
- 前記機能層が、ハードコート層、反射防止層又は防眩層である、請求項1又は2に記載の偏光機能付きガラス。
- 前記積層体が、支持体としてセルロース系樹脂を含有するフィルムを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の偏光機能付きガラス。
- 前記水酸基含有高分子化合物が、総アシル基置換度が1.0〜2.6のセルロースエステルである、請求項1〜4のいずれかに記載の偏光機能付きガラス。
- 前記偏光層の厚さが2〜20μmである、請求項1〜5のいずれかに記載の偏光機能付きガラス。
- 前記機能層の鉛筆硬度が2H〜6Hである、請求項1〜6のいずれかに記載の偏光機能付きガラス。
- 2つの基板で液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、
一方の基板が、請求項1〜7のいずれかに記載の偏光機能付きガラスで構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
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