JP3357109B2

JP3357109B2 - 偏光膜の製造法

Info

Publication number: JP3357109B2
Application number: JP02116993A
Authority: JP
Inventors: 信雄田中
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH06235815A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は偏光膜の製造法に関し、
詳しくは偏光性能および寸法安定性に優れた偏光膜の効
率のよい製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】光の
透過・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の適用分野も、
初期の頃の電卓およびウオッチ等の小型機器から、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、液晶テレビおよび
屋内外の計測機器等の広範囲に広がり、使用条件も低温
〜高温、低湿度〜高湿度の幅広い条件で使用されること
から、偏光性能が高くかつ寸法安定性の優れた偏光板が
求められている。

【０００３】偏光板は一般にポリビニルアルコール系フ
イルム（ポリビニルアルコール系重合体からなるフイル
ムを意味し、以下、ＰＶＡフイルムと略記することがあ
る）を一軸延伸し、染色して作成した偏光膜とその両外
面を三酢酸セルロース（ＴＡＣ）膜などの支持板を貼り
合わせた構成をしている。偏光膜は一軸延伸を施されて
いるために寸法安定性が悪く、ＴＡＣ膜を貼合した偏光
板においても寸法安定性は充分ではない。この偏光板の
寸法安定性の悪さは偏光板をＬＣＤガラス基盤に粘着剤
で貼り着けて使用する際に、時間の経過とともに偏光板
がガラス基盤より剥がれたり、貼り付け位置がずれたり
して、ＬＣＤの表示性能を著しく損なうという問題を生
じる。したがって、偏光板の寸法安定性を向上させるた
めに、偏光膜の寸法安定性の改善が求められている。

【０００４】従来の偏光膜は、ＰＶＡフイルムをヨウ素
あるいは二色性染料を使用して、一軸延伸させて染色す
るか、染色した後一軸延伸してから、ホウ素化合物で固
定処理を行うことによって製造されており、高偏光性を
得るために一軸延伸倍率としては約４倍以上の延伸が施
されている。しかしながら、延伸倍率を上げるほど得ら
れる偏光膜の偏光性能は向上するが、偏光膜の寸法安定
性が低下し、両性能を同時に有する偏光膜は得られてい
ない。また、高偏光性を得る方法として重合度２６００
以上の高重合度ＰＶＡを用いることが提案されている
が、このような高重合度ＰＶＡを用いると一軸延伸して
得られた偏光膜の寸法安定性はさらに悪くなるという問
題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＰＶＡフイ
ルムを原料とする偏光膜について、高偏光性を維持しつ
つ、かつ寸法安定性を改善する方法について、次の順序
で鋭意検討した。まず、現状を把握するために、従来か
ら一般的に使用されている重合度１７５０付近のポリビ
ニルアルコール系重合体（ＰＶＡ）を原料とする未延伸
ＰＶＡフイルムを用いて、従来の製造法で偏光膜を作成
し、得られた偏光膜について偏光性能と寸法安定性を調
べた。その結果、従来の偏光膜の製造条件でも特に延伸
倍率を高めた場合には、二色性比４０以上の高偏光性を
有する偏光膜が得られるが、この偏光膜の寸法保持率は
０．５〜０．６５であり寸法安定性の悪いものであっ
た。

【０００６】ここで二色性比は、偏光膜の偏光性能を評
価する指標であるが、この二色性比は、得られた偏光膜
について、日本電子機械工業会規格（ＥＩＡＪ）ＬＤ−
２０１−１９８３に準拠し、分光光度計を用いて、Ｃ光
源、２度視野にて測定・計算して得た透過率Ｔｓ（％）
と偏光度Ｐ（％）から式（Ｉ）で求められる。二色性比＝log(Ts/100-Ts×P/10000)/log(Ts/100+Ts×P/10000)・・・・・（Ｉ）また、寸法保持率は寸法安定性を評価する指標である
が、この寸法保持率は、偏光膜の一軸延伸方向を縦方向
として縦４ｃｍ×横４ｃｍのサンプルを採取し、一端を
クリップで挟んで無荷重で、温度６０℃、相対湿度（Ｒ
Ｈ）９０％の恒温恒湿槽に１０日間吊り下げて、自由収
縮させた後の縦方向の寸法（Ｂ）と自由収縮させる前の
縦方向の寸法（Ａ）との比から式（II）で求められる。寸法保持率＝（Ｂ）／（Ａ）・・・・・・・・・・・（II）

【０００７】さらに本発明者は、原料ＰＶＡフイルム、
一軸延伸条件、染色条件、固定処理条件および寸法安定
化処理条件について、種々の検討を加えた結果、後記す
る重量膨潤度が特定範囲内にある原料ＰＶＡフイルムを
用い、延伸倍率を３倍以上にするとともに、架橋剤とし
て多価アルデヒドを使用することにより、二色性比が高
く、かつ寸法安定性が著しく向上した偏光膜が得られる
ことを見出した。本発明はこのような知見に基づいて完
成したものである。即ち、本発明は、ポリビニルアルコ
ール系フイルムを染色処理、一軸延伸処理および固定処
理して偏光膜を製造するに際し、偏光膜の原料とするポ
リビニルアルコール系フイルムに重量膨潤度が１９０％
以上２７０％以下のポリビニルアルコール系フイルムを
使用し、３倍以上の一軸延伸処理を施し、かつ多価アル
デヒドを用いて架橋処理することを特徴とするポリビニ
ルアルコール系偏光膜の製造法を提供するものである。

【０００８】本発明の製造法で得られる偏光膜は、その
重量膨潤度が１９０％以上２７０％以下のポリビニルア
ルコール系重合体（ＰＶＡ）フイルムを素材とし、多価
アルデヒドで架橋処理されている。この多価アルデヒド
による架橋処理は、ＰＶＡの部分的架橋による不溶化に
基づくものであり、寸法安定化に寄与する。その不溶化
の程度については特に制限はないが、偏光性能を損なう
ことなく、すぐれた寸法安定性を与えるために、１００
℃の熱水における不溶解残分が０．０１〜５重量％が好
ましく、０．１〜２重量％がより好ましい。不溶解残分
が０．０１重量％未満では、架橋処理の効果が低く寸法
安定化効果が充分でない。一方不溶解残分が５重量％以
上では、偏光性能の低下が生じることから本発明の目的
に合わない。

【０００９】本発明に使用される多価アルデヒドとして
は、グリオキザール、グルタルアルデヒドおよびアルデ
ヒド化デンプンが挙げられ、なかでもジアルデヒドが好
ましく、グリオキザールがより好ましい。これらの多価
アルデヒドは、単独または混合して使用される。本発明
の偏光膜の素材であるＰＶＡとしては、酢酸ビニルなど
のビニルエステルを重合して得られたポリビニルエステ
ルを鹸化することにより製造されるＰＶＡが充当され
る。このＰＶＡの重合度は特に制限はないが、通常は５
００以上、好ましくは２４００以上、さらに好ましくは
４０００以上が、高偏光性能の偏光膜が得られる点にお
いて適している。一方ＰＶＡの鹸化度は、適宜選択すれ
ばよいが、通常は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、寸法安定
性のより優れた偏光膜が得られる点において適してい
る。これらのＰＶＡのほかに、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；エチレン単位含量２０モ
ル％以上のエチレン−ビニルアルコール共重合体等も用
いることができる。

【００１０】上記のＰＶＡからＰＶＡフイルムを製造す
るには、例えば原料のＰＶＡを水、有機溶剤あるいは水
と有機溶剤の混合液に溶解して得られたＰＶＡ溶液を樹
脂フイルム上、乾燥ドラム上あるいは乾燥ベルト上に、
流延キャスト法あるいはダイキャスト法で成形し、乾燥
すればよい。ここでＰＶＡ溶液には、必要に応じて、可
塑剤、界面活性剤、ヨウ素、ヨウ素化合物あるいは二色
性染料等を加えることができる。原料フイルムの厚み
は、５〜１５０μｍが使用可能であり、好ましくは３０
〜１００μｍである。

【００１１】本発明において、偏光膜に用いるＰＶＡフ
イルムの重量膨潤度はフイルムの寸法安定性にきわめて
重要である。本発明で使用する原料フイルムの膨潤度に
ついては、通常は重量膨潤度が高い方が好ましく、具体
的には、１９０％以上であり、２００％が特に好まし
い。なお、重量膨潤度の上限については２７０％以下で
ある。このような重量膨潤度の高いＰＶＡフイルムを用
いることにより、二色性比４０以上の高偏光性を付与す
ることが容易になるとともに、多価アルデヒドによる架
橋効果をより一層高めることができる。ここで重量膨潤
度Ｗは、試料フイルム３ｇを約３ｍｍ幅に裁断し、３０
℃の温水に１５分間浸漬後、３０００ｒｐｍで５分間遠
心脱水した後の試料重量（Ｗ１）と、それを１０５℃で
１６時間乾燥した後の試料重量（Ｗ２）とから、次の
（III）式で求められる。重量膨潤度Ｗ（％）＝（Ｗ１）／（Ｗ２）×１００・・・・・・・・（III ）このような重量膨潤度の高いＰＶＡフイルムを得るに
は、フイルム製造時の乾燥温度を低く保つことが好まし
く、好適な乾燥温度は６０〜９０℃である。ベルト熱風
乾燥法あるいはドラム乾燥と熱風乾燥の併用法などの熱
風乾燥を行う場合、一般に熱風乾燥温度は１３０℃以上
の高温を使用することが多いので、乾燥温度を上げすぎ
ないように注意することが必要である。また熱処理を施
す場合も１３０℃以下が好ましい。

【００１２】本発明の製造法で得られる偏光膜は、前述
の式（Ｉ）で求められる二色性比が４０以上が好まし
く、５０以上がより好ましい。また、本発明の製造法で
得られる偏光膜は、このような高い偏光性能を有すると
ともに、前述の式（II）で求められる寸法保持率が、
０．６５より大であることが好ましく、０．７以上がよ
り好ましく、０．８以上がさらにより好ましい。なお、
本発明の製造法で得られる偏光膜は、通常偏光膜の両外
面にＴＡＣ膜などの支持フイルムを貼合して使用され
る。

【００１３】このような高い偏光性能と寸法安定性を同
時に有する偏光膜を製造するには、各種の方法が考えら
れるが、本発明の製造法によれば、効率よく、しかも高
性能の偏光膜が得られる。原料ＰＶＡフイルムから偏光
膜を製造するには湿式延伸法あるいは乾式延伸法など既
知の方法が使用でき、染色、一軸延伸処理、固定処理お
よび架橋処理、さらに必要に応じて乾燥処理を経て偏光
膜が製造される。染色は延伸前、延伸中、延伸後のいず
れも可能である。この染色に用いる染料としては、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。
一軸延伸処理は、温水中で行っても良いし、吸水後のフ
イルムを用いて空気中で行っても良い。延伸温度は特に
制限はないが、温水中で延伸する場合には３０〜８０℃
が好ましく、乾熱延伸する場合には５０〜１５０℃が好
ましい。固定処理における処理浴には、通常、ホウ酸お
よびホウ素化合物が添加される。この固定処理浴には浴
中にヨウ素化合物を混合してもよい。

【００１４】本発明の製造法においては、一軸延伸の延
伸倍率を３倍以上、好ましくは３．５倍以上とする。こ
の延伸倍率の上限は特に制限はないが、７．０倍以下が
均一な延伸が得られる点から好ましい。本発明の製造法
では、多価アルデヒドを添加する時期には特に制限はな
いが、好適には固定処理後の架橋処理浴に多価アルデヒ
ドを架橋剤として添加する。また、架橋処理浴を省略し
て固定処理浴に多価アルデヒドを添加すること、あるい
は固定処理浴に多価アルデヒドを添加するとともに架橋
処理浴に多価アルデヒドを添加することも有効である。
本発明においては、多価アルデヒドを架橋剤として使用
することにより、高偏光性を有し、かつ寸法安定性に優
れた偏光膜が得られる。また、架橋処理浴中または固定
処理浴中の架橋剤の添加濃度は０．０１〜２０重量％、
特に０．０５〜５重量％が好適である。その結果、偏光
膜の不溶解残分を０．０１〜５重量％、特に０．１〜
２．０重量％に調整することが可能となり、高偏光性か
つ寸法安定性が向上する。

【００１５】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。実施例１ドラム乾燥製膜機を用いて、重合度１７５０、鹸化度９
９．９モル％のＰＶＡ１００重量部とグリセリン５重量
部を水１０００重量部に溶解してなる溶液を該ドラム上
に流延製膜し、７０℃で乾燥させた後、熱風炉で１２０
℃で熱処理して膜厚７５μｍ、重量膨潤度２１０％のＰ
ＶＡフイルムを作成した。次にこのフイルムを染色、一
軸延伸、固定処理、架橋処理、乾燥の順に処理して偏光
膜を作成した。このときの染色浴水中のヨウ素濃度は
０．５ｇ／リットル、ヨウ化カリウムの濃度は５０ｇ／
リットル、一軸延伸の延伸倍率は、５．０倍、延伸浴水
中のホウ酸濃度は４重量％で、固定処理浴水中のホウ酸
の濃度４重量％、ヨウ化カリウムの濃度４重量％、寸法
安定化処理浴水中のグリオキザールの濃度は０．２重量
％とした。染色浴、延伸浴、固定処理浴及び寸法安定化
処理浴の水温はいずれも４０℃にした。その後の乾燥は
５０℃熱風で行った。得られた偏光膜は厚み２７μｍ、
透過率４４．３％、偏光度９９．８％、二色性比５７．
６であった。まだ該偏光膜を１００℃の熱水で１０分間
煮沸・溶解後、ロ紙によるロ過で得た残渣の乾燥重量
（不溶解残分）は元の偏光膜の重量に対して０．２重量
％であった。この偏光膜を温度６０℃、相対湿度９０％
の恒温恒湿槽中に１０日間放置した後の寸法保持率は
０．８５であった。

【００１６】実施例２実施例１と同じ装置を用いて、重合度４４００、鹸化度
９９．７モル％のＰＶＡ８０重量部とグリセリン５重量
部を水１０００重量部に溶解して得た溶液をドラム上に
流延製膜し、温度８０℃で乾燥し、熱風温度１２０℃で
熱処理して膜厚７５μｍ、重量膨潤度２２０％のＰＶＡ
フイルムを作成した。次にフイルムの一軸延伸倍率を
４．５倍とした以外は実施例１と同条件で染色、一軸延
伸、固定処理、架橋処理、乾燥を行うことにより偏光膜
を作成した。得られた偏光膜は厚み３０μｍ、透過率４
４．０％、偏光度９９．９％、二色性比６０．２であっ
た。この偏光膜について、実施例１と同様にして求めた
不溶解残分は０．３重量％であった。この偏光膜を温度
６０℃、相対湿度９０％ＲＨの恒温恒湿槽中に１０日間
放置した後の寸法保持率は０．８２であった。

【００１７】比較例１実施例２で得られたＰＶＡフイルムを用いて架橋処理を
行わなかったこと以外は、実施例２と同条件で偏光膜を
作成した。得られた偏光膜は厚み３０μｍ、透過率４
３．８％、偏光度９９．９％、二色性比５８．２であっ
た。この偏光膜について、実施例１と同様にして求めた
不溶解残分は０％であり、偏光膜は完全に溶解した。こ
の偏光膜を温度６０℃、相対湿度９０％ＲＨの恒温恒湿
槽中に１０日間放置した時の寸法保持率は０．５８であ
った。

【００１８】

【発明の効果】本発明の製造法で得られる偏光膜は偏光
特性および寸法安定性が極めて優れており、例えばＬＣ
ＤナビゲーションシステムあるいはＬＣＤテレビなどの
温度および湿度変化の大きい車載ＬＣＤ用の偏光板とし
て有用である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリビニルアルコール系フイルムを染色
処理、一軸延伸処理および固定処理して偏光膜を製造す
るに際し、偏光膜の原料とするポリビニルアルコール系
フイルムに重量膨潤度が１９０％以上２７０％以下のポ
リビニルアルコール系フイルムを使用し、３倍以上の一
軸延伸処理し、かつ多価アルデヒドを用いて架橋処理す
ることを特徴とするポリビニルアルコール系偏光膜の製
造法。