JP2017120335A - ポリエン系偏光フィルムの製造方法、ポリエン系偏光フィルム製造用コーティング液及びポリエン系偏光フィルム - Google Patents
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Abstract
Description
y≧f(x) (1)
ここで、y=f(x)は、S値=0.920となる際の透過率と偏光度との対応関係を示す関数である。
(1−0.概要)
まず、本実施形態の概要を説明する。本実施形態に係るポリエン系偏光フィルムの製造方法は、第1〜第4の工程を含む。第1の工程では、酸触媒の中和化合物及びポリビニルアルコールを含むコーティング液を作製する。第2の工程では、コーティング液を基材フィルム上に塗工することで、基材フィルム上に塗工層を形成する。第3の工程では、塗工層をドライ延伸する。この工程によって、塗工層から中和化合物の塩基成分が揮発する。したがって、塗工層内に酸触媒が復活する。さらに、PVA鎖の配向をドライ延伸方向に揃える。第4の工程では、塗工層中のPVAに脱水反応を行わせる。すなわち、塗工層中のPVAをポリエン化する。
第1の工程では、酸触媒の中和化合物及びポリビニルアルコールを含むコーティング液を作製する。具体的には、まず、PVAを適当な溶媒(例えば水)に投入し、PVAが溶媒に完全に溶解するまで撹拌する。撹拌中に溶媒及びPVAを加熱してもよい。これにより、PVA水溶液を作製する。次いで、ポリビニルアルコール水溶液に、酸触媒を投入し、攪拌することで、酸触媒含有水溶液を作製する。
第2の工程では、コーティング液を基材フィルム上に塗工することで、塗工層を基材フィルム上に形成する。コーティング液を基材フィルム上に塗工する方法は特に制限されない。コーティング液を基材フィルム上に塗工する方法としては、例えばグラビア(gravure)コータ法、バー(bar)コータ法、ダイ(die)コータ法等が挙げられる。塗工層の厚さは特に制限されないが、好ましくは3μm〜20μmである。
第3の工程では、基材フィルム及び塗工層をドライ延伸する。ドライ延伸は、乾燥した気体中(例えば乾燥した大気中)で基材フィルム及び塗工層を加熱しながら延伸する処理である。この工程により、PVAの配向をドライ延伸方向に揃えることができる。さらに、塗工層から塩基成分が揮発し、酸触媒が復活する。
第4の工程では、塗工層中のPVAに脱水反応を起こさせる。すなわち、PVAをポリエン化する。具体的には、塗工層を所定時間加熱する。これにより、塗工層中のPVAがポリエン化する。ここで、PVAのポリエン化は、PVA中のいずれかの部分でスタートし、そこから連鎖的に進行すると考えられている。PVAのポリエン化によって、PVA中に多数のポリエンブロックが形成される。PVAの加熱温度及び加熱時間によってポリエン系偏光フィルムのポリエン濃度が変動するので、PVAの加熱温度及び加熱時間は、所望のポリエン濃度が得られるように調整されればよい。一例として、PVAの加熱温度は110〜180℃、好ましくは140〜165℃であってもよく、さらに好ましくは150超〜165℃であってもよい。加熱時間は2〜7分であってもよい。
ポリエン系偏光フィルムの品質を向上するために、さらに以下の第5の工程を行ってもよい。第5の工程では、基材フィルム及びポリエン系偏光フィルムをウエット(wet)延伸する。具体的には、基材フィルム及びポリエン系偏光フィルムをホウ酸(boric acid)水溶液に浸漬し、ホウ酸水溶液中で延伸する。ここで、延伸方向はドライ延伸の方向と同じとする。このようなウエット延伸を行うことで、互いに分離したPVA同士がホウ酸分子によって架橋される。したがって、ポリエン系偏光フィルムの強度および耐水性が向上する。ウエット延伸後、ポリエン系偏光フィルムを乾燥することで、第5の工程が終了する。
第5の工程では、ウエット延伸を行う前に、水和処理を行ってもよい。水和処理では、ポリエン系偏光フィルムを水和用水溶液に浸漬する。水和用水溶液は、例えばpHが3.0〜4.0、温度が85〜100℃の水溶液である。浸漬時間は0.5〜60minであればよい。このような水和処理を行うことで、共役炭素二重結合の一部が水和される。すなわち、ポリエン系偏光フィルム内の共役炭素二重結合が少なくなる。したがって、ポリエン系偏光フィルムの単体透過率が上昇し、偏光度が低下することが予測される。しかし、本発明者が実験したところ、ある程度の含浸時間までは偏光度がほとんど変動せず、単体透過率だけが上昇することが判明した。このため、ポリエン鎖の配向方向からずれた方向に伸びる炭素二重結合から優先的に水和すると考えられる。浸漬時間の上限値は、60minとなる。一方、浸漬時間が短すぎると水和がほとんど進行せず、水和の効果がほとんど得られない。浸漬時間の下限値は0.5minとなる。すなわち、浸漬時間は0.5〜60minとなる。
第5の工程では、ウエット延伸を行う前に、染料浴浸漬処理を行っても良い。染料浴浸漬処理では、ポリエン系偏光フィルムを染料浴に浸漬する。染料浴は、染料を含む水溶液である。したがって、染料浴浸漬処理を行うことで、ポリエン系偏光フィルムに染料が導入される。ここで、染料は、その種類によって異なる波長帯域の可視光を吸収するものである。したがって、ポリエン系偏光フィルムによる吸収が不十分な波長帯域が存在する場合、その波長帯域の可視光を吸収可能な染料を用いて染料浴浸漬処理を行ってもよい。これにより、ポリエン系偏光フィルムが吸収可能な可視光(より詳細には、ポリエンの配向方向に平行な方向の偏光)の波長帯域(吸収波長帯域)が補完される。染料浴浸漬処理は、ポリエン系偏光フィルムによる吸収が不十分な波長帯域が存在しない(すなわち、色相に問題がない)か、あるいは補完が不要な場合には、省略してもよい。
第5の工程では、ウエット延伸後に中和処理を行っても良い。すなわち、ウエット延伸後のポリエン系偏光フィルムには、プロトンが残留している可能性がある。特に、上述した水和処理を行った場合、ポリエン系偏光フィルム中のプロトン(proton)濃度が高くなる可能性がある。このようなプロトンは、特に高温高湿中でポリエン系偏光フィルムの共役炭素二重結合を攻撃し、共役炭素二重結合を消失させてしまう可能性がある。この結果、ポリエン系偏光フィルムの単体透過率は、高温高湿下で時間の経過とともに上昇し、偏光度は高温高湿下で時間の経過とともに低下する。すなわち、ポリエン系偏光フィルムの信頼性が悪化する。
上記の工程により作製されたポリエン系偏光フィルムは、高い透過率(単体透過率)及び偏光度を有する。詳細は実施例で説明するが、ポリエン系偏光フィルムは、以下の数式(1)を満たす。
y≧f(x) (1)
ここで、yは偏光度、xは透過率、y=f(x)は、S値=0.920となる際の透過率と偏光度との対応関係を示す関数である。
本実施形態に係るポリエン系偏光フィルムを用いて積層偏光フィルムを作製してもよい。積層偏光フィルムの一例を図1に示す。図1に示す積層偏光フィルム10は、ポリエン系偏光フィルム11と、UV接着層12、14と、保護フィルム(例えばトリアセチルセルロール系フィルム(TACフィルム))13と、位相差フィルム(1/4λフィルム)15と、感圧接着層16とを備える。
まず、実施例1について説明する。実施例1では、以下の工程によりポリエン系偏光フィルム1を作製した。
まず、溶媒である水にPVA(日本酢ビ・ポバール社製 JC−25)を投入した。ついで、水及びPVAの混合液を撹拌しながら加熱することで、PVAを水に十分溶解させた。次いで、PVA水溶液に、パラトルエンスルホン酸及びレベリング剤(DIC株式会社のメガファック)を投入し、攪拌することで、酸触媒含有水溶液を作製した。ここで、酸触媒含有水溶液中の水、PVA、及びパラトルエンスルホン酸の含浸比(質量比)は89.5質量%:10質量%:0.5質量%であった。また、レベリング剤の質量比は外数であり、具体的には、水、PVA、及びパラトルエンスルホン酸の総質量に対して0.002質量%であった。また、酸触媒含有水溶液のpHは2.0であった。
ガラス転移点100〜110℃程度、吸水率2.0〜2.5%程度、厚さ100μm、幅50mmであるアクリル樹脂フィルムを準備した。ついで、このアクリル樹脂フィルム上にコーティング液を塗工し、熱風循環オーブンで乾燥した。以上の工程により、基材フィルム上に塗工層を形成した。塗工層の厚さは17μmとした。第2の工程までの結果を表1にまとめて示す。
第3の工程では、基材フィルム及び塗工層をドライ延伸した。具体的には、基材フィルム及び塗工層を設定温度150℃の乾燥炉に投入し、1軸ドライ延伸を行った。ドライ延伸開始時の乾燥炉内部温度(いわゆる延伸開始温度)は143℃であった。また、ドライ延伸の倍率は5倍とし、ドライ延伸時間は8分とした。ドライ延伸時間中に乾燥炉内部温度が150℃に到達し、その後は150℃で維持された。また、「Neck−in」は20mmであった。ここで、「Neck−in」は、延伸後の基材フィルム幅である。
第4の工程では、塗工層中のPVAに脱水反応を起こさせた。具体的には、塗工層及び基材フィルムを165℃の乾燥炉中で3分間保持した。以上の工程により、ポリエン系偏光フィルムを作製した。
第5の工程では、ポリエン系偏光フィルム及び基材フィルムを濃度7質量%、温度90℃のホウ酸水溶液(水和用水溶液)に2分間浸漬した。これにより、水和処理を行った。ついで、ポリエン系偏光フィルム及び基材フィルムを濃度4.5質量%、温度60℃のホウ酸水溶液に浸漬し、ウエット延伸した。ウエット延伸の倍率は1.15倍とした。すなわち、ポリエン系偏光フィルムを、第2の工程で形成された塗工層に対して合計6.0倍に延伸した。以下、第2の工程で形成された塗工層に対する合計の延伸倍率を「合計倍率」とも称する。実施例1では合計倍率は6.0となる。また、「Neck−in」は18mmであった。その後、ポリエン系偏光フィルム1を80℃に保持した乾燥炉に投入し、1分間乾燥させた。ポリエン系偏光フィルムの厚さは9μmであった。また、ウエット延伸後の外観を目視で確認したが、特に問題はなかった。第5の工程の結果を表3にまとめて示す。
ついで、ポリエン系偏光フィルムのポリエン面にUV接着剤を厚さ2μmで塗布した。ついで、UV接着剤層上に膜厚50μmの保護フィルム(紫外線吸収剤含有トリアセチルセルロース系フィルム:富士フィルム社製「フジタック(FUJITAC)」)を積層した。次いで、1000mJのUV光をUV接着剤層に照射することで、UV接着剤を硬化させた。ついで、ポリエン系偏光フィルムから基材フィルムを剥離した。
各偏光子の偏光特性として、単体透過率、偏光度、S値、色座標ac*、bc*、△Ecを測定した。なお、ドライ透過率測定用偏光子に関しては、単体透過率のみ測定した。ドライ透過率測定用偏光子の単体透過率を「ドライ透過率」とも称する。また、ウエット透過率測定用偏光子の単体透過率を「ウエット透過率」とも称する。ドライ透過率を表2に示し、ウエット透過率を表3に示す。
単体透過率(%)=(MD+TD)/2 ・・・・式(2)
偏光度(%)={(MD−TD)/(MD+TD)}×100 ・・式(3)
式(2)、(3)中、MDはMD透過率を意味し、TDはTD透過率を意味する。
△Ec=√((ac*)^2+(bc*)^2) (4)
S値は、以下の数式(5)〜(7)で示される。数式(6)、(7)中、Tpは透過軸透過率(MD透過率)であり、Tsは吸収軸透過率(TD透過率)である。
S=(As−Ap)/(As+2×Ap) (5)
Ap=−logTp (6)
As=−logTs (7)
具体的には、S値は、上記で測定されたMD透過率、TD透過率と、数式(5)〜(7)とに基づいて算出した。色座標ac*、bc*は、上記分光光度計を用いて測定した。△Ecは、測定された色座標ac*、bc*と、数式(4)とに基づいて算出した。結果を表3に示す。
第1の工程では、コーティング液のpHを4.5とした。また、第3の工程では、延伸開始温度を142℃とした。また、ドライ延伸の倍率を4.9倍とした。上記以外は実施例1と同様の処理を行った。結果を表1〜3に示す。
第1の工程では、コーティング液のpHを4.5とした。また、第3の工程では、延伸開始温度を142℃とした。また、ドライ延伸時間を7分とした。上記以外は実施例1と同様の処理を行った。結果を表1〜3に示す。
第1の工程では、コーティング液のpHを8.6とした。また、第3の工程では、延伸開始温度を141℃とした。また、ドライ延伸の倍率を5.0倍とした。上記以外は実施例1と同様の処理を行った。結果を表1〜3に示す。
第1の工程では、酸触媒含有水溶液のpHを4.5とし、かつ、酸触媒含有水溶液にアンモニアを溶解させなかった。また、基材フィルムとしてポリプロピレンフィルムを使用した。第3の工程では、乾燥炉の設定温度を130℃とし、延伸開始温度を120℃とした。ここで、ドライ延伸時の温度は、脱水反応の温度である165℃よりも低くした。ドライ延伸時に脱水反応をなるべく起こらないようにするためである。しかし、後述するように、偏光特性が低下したことから、ドライ延伸時に脱水反応が起こってしまったと推定される。また、第5の工程では、合計倍率を6.2倍とした。上記以外は実施例1と同様の処理を行った。結果を表1〜3に示す。表3に示されるように、比較例1では、基材フィルムが収縮してしまったために、ポリエン系偏光フィルムがトタン形状になってしまった。また、このことに起因し、色ムラが散見された。
第1の工程では、酸触媒含有水溶液にアンモニアを溶解させなかった。また、第3の工程では、乾燥炉の設定温度を130℃とし、延伸開始温度を124℃とした。また、ドライ延伸時間を6分とした。上記以外は実施例1と同様の処理を行った。結果を表1〜3に示す。
第1の工程では、酸触媒含有水溶液にアンモニアを溶解させなかった。また、第3の工程では、乾燥炉の設定温度を130℃とし、延伸開始温度を125℃とした。また、ドライ延伸倍率を4.9倍とし、ドライ延伸時間を6分とした。上記以外は実施例1と同様の処理を行った。結果を表1〜3に示す。
図2は、ドライ透過率とウエット透過率との対応関係を示す。図2の横軸はドライ透過率を示し、縦軸はウエット透過率を示す。また、点P1は実施例の結果を示し、点Q1は比較例の結果を示す。また、直線L1は点P1の近似直線(最小二乗法による)であり、直線L2は点Q1の近似直線(最小二乗法による)である。
11 ポリエン系偏光フィルム
12、14 UV接着層
13 保護フィルム
15 位相差フィルム
16 感圧接着層
Claims (10)
- 酸触媒の中和化合物及びポリビニルアルコールを含むコーティング液を作製する第1の工程と、
前記コーティング液を基材フィルム上に塗工することで、前記基材フィルム上に塗工層を形成する第2の工程と、
前記基材フィルム及び前記塗工層をドライ延伸する第3の工程と、
前記塗工層中の前記ポリビニルアルコールに脱水反応を起こさせる第4の工程と、を含むことを特徴とする、ポリエン系偏光フィルムの製造方法。 - 前記第1の工程は、
前記酸触媒及びポリビニルアルコールを含む酸触媒含有水溶液を作製する工程と、
前記酸触媒含有水溶液に塩基成分を溶解する工程と、を含むことを特徴とする、請求項1記載のポリエン系偏光フィルムの製造方法。 - 前記塩基成分の沸点は180℃以下であることを特徴とする、請求項2記載のポリエン系偏光フィルムの製造方法。
- 前記塩基成分は、エタノールアミン、エチレンジアミン、及びアンモニアからなる群から選択されるいずれか1種以上であることを特徴とする、請求項3記載のポリエン系偏光フィルムの製造方法。
- 前記第3の工程では、前記塗工層を130℃以上の温度で加熱することを特徴とする、請求項3または4に記載のポリエン系偏光フィルムの製造方法。
- 前記コーティング液のpHは3.0〜9.0であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリエン系偏光フィルムの製造方法。
- 前記基材フィルムはアクリル樹脂フィルムであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリエン系偏光フィルムの製造方法。
- 前記アクリル樹脂フィルムのガラス転移点は80〜150℃であることを特徴とする、請求項7記載のポリエン系偏光フィルムの製造方法。
- 酸触媒の中和化合物及びポリビニルアルコールを含むことを特徴とする、ポリエン系偏光フィルム製造用コーティング液。
- 透過率(ウェット透過率)xと偏光度yとが以下の数式(1)を満たすことを特徴とする、ポリエン系偏光フィルム。
y≧f(x) (1)
ここで、y=f(x)は、S値=0.920となる際の透過率と偏光度との対応関係を示す関数である。
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