JP3273627B2 - 偏光膜 - Google Patents

偏光膜

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は偏光性能と耐久性に優れた偏光膜
の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】光の透過機能ならびに遮蔽機能を有する
偏光板は、光のスイッチング機能を有する液晶ととも
に、液晶ディスプレイ(LCD)の基本的な構成要素で
ある。このLCDの適用分野は、初期の頃の電卓、時計
等の小型機器から、ラップトップ、パソコン、ワープ
ロ、液晶カラープロジェクター、車載用ナビゲーション
システム、液晶テレビ等の高品位で、かつ高信頼性が要
求される機器へと拡大されて来ている。このような状況
下において、偏光膜に関しては、従来よりも一段と優れ
た偏光特性と耐久性が要求されている。特にパソコン、
ワープロでは画面の明るさが要求されるために、単体透
過率43%以上において高い偏光度を有する偏光膜が要
望されている。一般に偏光膜は単体透過率が低いところ
では高い偏光性が得られ易いが、単体透過率が高くなる
につれて偏光性が低下し、二色性比が低いものしか得ら
れない。特に従来の水を溶媒に用いて製膜したポリビニ
ルアルコール(以下、PVAと略記する)系フィルムを
原料とした偏光膜ではこの傾向が顕著であった。
【0003】偏光性を改善する方法として、水にかえて
有機溶剤を溶媒に用いて製膜したPVA系フィルムを原
料とした偏光膜がいくつか提案されている。例えば特開
平1−105204号には、重合度2500以上のPV
Aの濃度2〜35重量%の有機溶剤溶液を用いて作成し
たフィルムを延伸・染色することが提案されているが、
この方法は有機溶剤を用いるため、安全性の面からは防
爆タイプの設備が必要となり、保全面からは防錆タイプ
の設備が必要となることから設備費が多大となる。また
溶剤の大気への放出は環境汚染につながり、一方溶剤回
収には多大の設備費の負担を強いられる等の問題点を有
する。また特開昭64−84203号には重合度260
0以上のPVAの濃度4〜10重量%の有機溶剤溶液を
用いて作成したフィルムを延伸・染色することが提案さ
れているが、この方法でも上記の提案と同様に有機溶剤
を用いることによる安全上、保全上および溶媒回収面で
の問題点を有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はPVA系フィ
ルムを原料とした高偏光性と高耐久性を有する偏光膜、
特に高光線透過率で高偏光性を有する偏光膜を提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等はPVA系フ
ィルム(以下PVAフィルムと略称する)を原料とする
偏光膜について、その偏光性および耐久性の向上につい
て鋭意検討した。まず本発明者等は現状を追試する目的
で一般的に使用されているPVAを原料とした未延伸P
VAフィルムを用いて、偏光膜の種々の製造条件と偏光
特性との関係を検討したところ、従来の方法で作成した
PVAフィルムでは延伸温度は35℃がほぼ上限であ
り、延伸温度が40℃以上では均一延伸が困難になり、
その結果、厚みおよび偏光性能にバラツキが生じること
が判明した。それに対して、本発明者等が鋭意検討した
ところ、PVAフィルムの1軸延伸温度を高めて、均一
に延伸することができれば高単体透過率での偏光特性の
改善および耐久性の向上が可能となる見通しを得た。
【0006】即ち、本発明は、重量膨潤度が200〜2
70%のPVAフィルムを40℃以上の温度で1軸延伸
することを特徴とする自由収縮させる前の縦方向の寸法
(A)と140℃の乾燥空気中に30秒間放置すること
により自由収縮させた後の縦方向の寸法(B)との比
(A)/(B)が1.5以上であり、かつ二色性比が3
0以上である偏光膜の製造法を提供するものである。
【0007】本発明の製造法によって得られる偏光膜
は、自由収縮比率(A)/(B)が1.5以上、好まし
くは2.0以上、さらに好ましくは2.5以上であり、
かつ二色性比が30以上、好ましくは二色性比が35以
上、さらに好ましくは単体透過率43%での二色性比が
30以上、さらにより好ましくは単体透過率43%での
二色性比が35以上である。
【0008】ここで自由収縮比率は偏光膜を大きさ4c
m角に採取し、140℃の熱風乾燥炉中に30秒間放置
し、偏光膜を自由収縮させた時の、自由収縮させる前の
縦方向の寸法(A)と自由収縮させた後の縦方向の寸法
(B)から次式で求められる値である。 自由収縮比率=(A)/(B) また本発明においては偏光性能を特定するために二色性
比を用いているが、二色性比は偏光膜の光線透過率(単
体透過率:Ts(%))および偏光度(P(%))から
下記の数1で求められる値である。
【数1】 自由収縮比率(A)/(B)が1.5未満の場合には偏
光特性と耐久性がともに不良である。これは自由収縮比
率(A)/(B)が1.5未満の場合にはポリマーおよ
び染料の配向がともに不十分となり、その結果、高偏光
性および高耐久性が発現できなくなるものと推定され
る。
【0009】かかる高偏光性能を有する偏光膜は、重量
膨潤度200〜270%、好適には210〜250%の
PVAフィルムを40℃以上、好ましくは50℃以上、
さらに好適には60℃以上で1軸延伸することにより、
初めて得ることができる。ここで重量膨潤度は、試料フ
ィルム3gを約3mm幅に裁断し、40℃の温水に15
分間浸漬後、300r.p.mで5分間遠心脱水した後
の試料重量(W1)、それを105℃、16時間乾燥し
た後の試料重量(W2)から次式で求められる。 重量膨潤度(%)=(W1/W2)×100 本発明におけるPVAフィルムの重量膨潤度が200%
未満の場合には、高偏光性能の偏光膜が得られない。ま
たPVAフィルムの重量膨潤度が270%よりも大の場
合には、高偏光性および高耐久性の偏光フィルムが得ら
れない。
【0010】PVAフィルムは偏光膜あるいは位相差膜
等の光学用フィルムを始めとして、繊維製品包装用袋、
農業用フィルム、不飽和ポリエステル離型用フィルム等
にも広く使用されているが、これらは重合度1200〜
1700のPVAを使用しており、その重量膨潤度は2
00%未満、多くのものは160〜180%である。特
に、従来のPVAよりも高重合度のPVAを使用して、
従来の条件でPVAフィルムを作成するとPVAの重量
膨潤度がさらに低くなり、本発明の高偏光性および高耐
久性の偏光膜の製造に適したPVAフィルムが得られな
い。
【0011】本発明者等は、目標とする重量膨潤度を有
するPVAフィルムの製造条件について検討した結果、
水溶液からの製膜においては、PVA濃度およびフィル
ムの乾燥温度が極めて重要であることを見出した。製膜
原液のPVA濃度は25重量%以上が必要であり、好ま
しくは30重量%以上、さらに好適には35重量%以上
である。PVA濃度25重量%未満では、PVAフィル
ムの重量膨潤度が目標の範囲に入らない。特に高重合度
PVAでは、高濃度溶液の採用により目標の重量膨潤度
が得られる。これは高濃度溶液を採用することで分子の
配列を束縛し、結晶の成長を阻害する結果と推定され
る。PVA濃度の上限は、原液の混練性および製膜安定
性を維持し、フィルム厚みの均一性を保ち、ゲル等の欠
点の発生を防止する観点から、50重量%以下が好まし
い。
【0012】本発明のPVAフィルムの製造時における
乾燥時のフィルム温度管理も重要である。特に、乾燥終
了までのフィルム温度をできるだけ一定に保つことが好
ましい。具体的には乾燥時のフィルム温度は60〜13
0℃、好適には70〜110℃である。乾燥時のフィル
ム温度が60℃未満の場合には重量膨潤度が高くなりす
ぎて、目標の自由収縮比率および二色性比を達成できな
い。一方、フィルム温度が130℃を越えると重量膨潤
度が低くなりすぎて、これまた目標の高偏光性が得られ
ない。高重合度PVAを使用する際には、特に重量膨潤
度が低くなり易いので、乾燥後半でフィルム温度を上げ
過ぎないような注意が必要である。
【0013】本発明に使用される原料PVAとしては、
酢酸ビニルを重合して得たポリ酢酸ビニルを鹸化して製
造された通常のPVAのほか、不飽和カルボン酸または
その誘導体、不飽和スルホン酸またはその誘導体、炭素
数2〜30のα−オレフィン等を約15モル%未満共重
合した変性ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマー
ル、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルブチラー
ル等のポリビニルアセタール等も用いることができる。
本発明におけるPVAの鹸化度は90モル%以上、好ま
しくは95モル%以上、さらに好ましくは98モル%以
上が、耐久性の点から好ましい。PVAの重合度は、偏
光特性および耐久性の点から、500以上が好ましく、
2400以上がより好ましく、4000以上がさらによ
り好ましい。
【0014】本発明における原料フィルムを作成する際
の溶媒としては水、有機溶剤あるいはこれらの混合物の
いずれも使用できるが、本発明の最大の特徴は水単独溶
媒系で高偏光性および高耐久性を得られる点に特徴があ
り、当然ながら安全面、経済面で優れる水単独溶媒系が
推奨される。原料フィルムの製膜法としては、金属ドラ
ム、金属ベルト、樹脂ベルト、樹脂フィルムあるいはガ
ラス板上への流延キャスト法、押出キャスト法あるいは
各種コート法が使用できる。PVAフィルムの乾燥法と
しては伝熱乾燥、熱風乾燥、静置乾燥法などが使用でき
る。実用的な乾燥法としては熱媒循環金属ドラムあるい
は熱風乾燥あるいは両者の併用が一般的である。熱媒循
環金属ドラムの温度はフィルム温度に近く、管理が比較
的容易である。熱風乾燥の場合には熱風温度がフィルム
温度よりはるかに高温であることが多く、フィルム温度
を上げ過ぎないように注意が必要である。すなわち、乾
燥が進みフィルム水分率が10重量%以下になる場合に
はフィルム温度が上昇し易いので、熱風温度とフィルム
温度の差を取りすぎないよう注意を要する。
【0015】原料フィルムの厚みは、5〜150μが使
用可能で、好ましくは30〜100μである。本発明の
原料フィルムには、グリセリンなど各種のポリオール系
可塑剤、ノニオン、アニオン、カチオン系の界面活性剤
が適宜添加使用できる。原料PVAフィルムを染色・1
軸延伸、ホウ酸化合物処理、乾燥して偏光膜を作成す
る。偏光膜の両外面には支持体として、通常、三酢酸セ
ルロースをラミネートする。染色は延伸の前、延伸中、
延伸後のいずれも可能である。染料としてはヨウ素−ヨ
ウ化カリあるいは二色性染料などが使用できる。PVA
フィルムの1軸延伸は温水中で行っても良く、または吸
水後のフィルムを空気中で1軸延伸しても良い。ホウ酸
化合物処理時の浴中にヨウ素化合物を混合してもよい。
【0016】
【実施例】以下の実施例および比較例において、偏光膜
製造工程における共通の製造条件等は次の通りである。
染色浴の染料濃度はヨウ素/ヨウ化カリの重量比率は1
/10に固定し、ヨウ素濃度は、偏光膜の単体透過率4
3%をカバーするように、1〜20g/リットルの間で
適宜4〜6水準を選択した。ホウ酸浴のホウ酸濃度は4
重量%とし、延伸浴にもホウ酸4重量%を添加した。乾
燥は50℃の熱風で行った。得られた偏光膜について、
単体透過率および偏光度を測定することにより、二色性
比を算出した。また偏光膜の両面にPVA系接着剤を用
いて厚さ80μの三酢酸セルロース貼合して得た偏光板
を60℃、90%RH下で200時間放置した後の単体
透過率および偏光度を測定して、耐久性を評価した。
【0017】実施例1 重合度4000、鹸化度99.9モル%のPVA35重
量部、水61重量部およびグリセリン4重量部からなる
ペレットを押出ダイキャストにより90℃の金属ドラム
上に吐出し、90℃の熱風乾燥を併用して、膜厚み75
μのPVAフィルムを作成した。得られたフィルムの重
量膨潤度は225%であった。次にこのフィルムを染
色、延伸、ほう酸処理、乾燥を順次行い、偏光膜を作成
した。延伸時の水温を50℃に設定し、延伸可能な上限
の延伸倍率5.2倍まで1軸延伸した。得られた偏光膜
の自由収縮比率(A)/(B)は2.7、単体透過率4
3.5%における偏光度は99.6%、二色性は45.
0であり、優れた偏光性能を示した。この偏光膜の耐久
性テスト後の単体透過率は46.9%、偏光度は93.
7%、二色性比は36.7であり、優れた耐久性を示し
た。
【0018】実施例2 重合度8000、鹸化度99.9モル%のPVA26重
量部、水71重量部およびグリセリン3重量部からなる
ペレットを押出ダイキャストにより90℃の金属ドラム
上に吐出し、90℃の熱風乾燥を併用して、膜厚み75
μのPVAフィルムを作成した。得られたフィルムの重
量膨潤度は215%であった。次にこのフィルムを実施
例1と同様に処理して偏光膜を作成した。延伸時の水温
を55℃に設定し、延伸可能な上限の延伸倍率5.5倍
まで1軸延伸した。得られた偏光膜の自由収縮率(A)
/(B)は3.5、単体透過率43.3%における偏光
度は99.9%、二色性は50.2であり、優れた偏光
性能を示した。この偏光膜の耐久性テスト後の単体透過
率は45.4%、偏光度は96.7%、二色性比は3
7.1であり、優れた耐久性を示した。
【0019】実施例3 重合度2500、鹸化度99.9モル%のPVA40重
量部、水53重量部およびグリセリン7重量部からなる
ペレットを押出ダイキャストにより90℃の金属ドラム
上に吐出し、90℃の熱風乾燥を併用して、膜厚み75
μのPVAフィルムを作成した。得られたフィルムの重
量膨潤度は245%であった。次にこのフィルムを実施
例1と同様に処理して偏光膜を作成した。延伸時の水温
を45℃に設定し、延伸可能な上限の延伸倍率5.5倍
まで1軸延伸した。得られた偏光膜の自由収縮比率
(A)/(B)は2.0、単体透過率42.6%におけ
る偏光度は99.5%二色性は37.8であった。
【0020】比較例1 実施例1で得られたPVAフィルムを使用して実施例1
と同工程により偏光膜を作成した。延伸時の水温を35
℃に変更し、延伸可能な上限の延伸倍率4.5倍まで1
軸延伸した。得られた偏光膜の自由収縮比率(A)/
(B)は2.6、単体透過率43.7%における偏光度
は96.2%、二色性比は26.6であった。
【0021】比較例2 実施例1と同じペレットおよび同じ装置を使用して金属
ドラム温度および乾燥熱風温度をいずれも50℃にして
膜厚75μのPVAフィルムを作成した。得られたフィ
ルムの重量膨潤度は290%であった。このフィルムを
使用して実施例1と同工程により偏光膜を作成した。延
伸時の水温を45℃に設定し、延伸可能な上限の延伸倍
率6.5倍まで1軸延伸した。得られた偏光膜の自由収
縮比率(A)/(B)は1.2、単体透過率42.8%
における偏光度は92.6%、二色性比は17.9であ
った。また得られた偏光膜には延伸斑が認められた。
【0022】比較例3 実施例1と同じペレットおよび同じ装置を使用して熱風
温度のみ150℃に変更して膜厚75μのPVAフィル
ムを作成した。得られたフィルムの重量膨潤度は170
%であった。このフィルムを使用して実施例1と同工程
で偏光膜を作成した。延伸時の水温を55℃に設定し、
延伸可能な上限の延伸倍率4.5倍まで1軸延伸した。
得られた偏光膜の自由収縮比率(A)/(B)2.8、
単体透過率44.0%における偏光度は92.7、二色
性比は20.8であった。
【0023】
【発明の効果】本発明で得られる偏光膜は偏光性能、特
に高単体透過率における偏光性能に優れており、かつ高
耐久性を有していることから、パソコン、ワープロ、テ
レビ用など明るい画面を必要とするLCDなどに好適な
偏光膜として有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量膨潤度が200〜270%のポリビ
    ニルアルコール系フィルムを40℃以上の温度で1軸延
    伸することを特徴とする、自由収縮させる前の縦方向の
    寸法(A)と140℃の乾燥空気中に30秒間放置する
    ことにより自由収縮させた後の縦方向の寸法(B)との
    比(A)/(B)が1.5以上であり、かつ二色性比が
    30以上である偏光膜の製造法。
  2. 【請求項2】 重量膨潤度が200〜270%および重
    合度2400以上のポリビニルアルコール系フィルムを
    40℃以上の温度で1軸延伸することを特徴とする、自
    由収縮させる前の縦方向の寸法(A)と140℃の乾燥
    空気中に30秒間放置することにより自由収縮させた後
    の縦方向の寸法(B)との比(A)/(B)が1.5以
    上であり、かつ二色性比が30以上である偏光膜の製造
    法。
  3. 【請求項3】 重量膨潤度が200〜270%および重
    合度2400以上のポリビニルアルコール系フィルムを
    50℃以上の温度で1軸延伸することを特徴とする、自
    由収縮させる前の縦方向の寸法(A)と140℃の乾燥
    空気中に30秒間放置することにより自由収縮させた後
    の縦方向の寸法(B)との比(A)/(B)が1.5以
    上であり、かつ二色性比が30以上である偏光膜の製造
    法。
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