JP4756639B2 - 偏光子、及び光学フィルム、及び液晶パネル、及び画像表示装置 - Google Patents
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従来、ヨウ素で染色された延伸ポリビニルアルコールフィルムからなる偏光子が知られている。ヨウ素染色ポリビニルアルコールフィルムは、耐熱性、耐湿性に劣るため、通常、該フィルムの両面に保護層としてトリアセチルセルロースフィルムが積層されている。
しかしながら、かかる偏光子は、依然として耐熱性、耐湿性に劣り、保護層を含めて膜厚200μm以上であるため、薄型軽量化を図ることが難しい。
一方、特許文献1には、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により表面の濡れ性が変化する濡れ性変化層を有する基材に、アントラキノン系色素などの平板状色素を含有する偏光層が設けられた偏光子が開示されている。かかる偏光子は、二色性色素を基材にコーティングすることにより偏光子として機能するものであるが、偏光度が低く、可視光域に於いて良好な偏光性能を示さないという問題点がある。
本発明の偏光子を備える光学フィルム、液晶パネル及び画像表示装置は、偏光子の偏光性能に従い、コントラストに優れたものを提供できる。
本発明の偏光子は、可視光域に於いて最大吸収波長の異なる二色性色素を塗り分けて、それぞれの二色性色素からなるコーティング層が少なくとも2層積層されていることが重要であり、最大吸収波長の異なる3種以上の二色性色素からなる3層以上のコーティング層から形成されていてもよい。
この偏光子は、例えば、基材上に、可視光域に於いて最大吸収波長を示す二色性色素を塗工して一のコーティング層を形成し、このコーティング層の上側に、可視光域に於いて前記二色性色素とは異なる最大吸収波長を示す二色性色素を塗工して他のコーティング層を順次形成することにより作製される。
ここで、一般に、分子構造の異なる二色性色素は、最大吸収波長が異なる。本発明の偏光子は、可視光域内に於いて最大吸収波長を示す二色性色素であって、それぞれ最大吸収波長が異なる二色性色素が用いられる。
尚、最大吸収波長とは、可視光域(波長400nm〜700nm)に於いて吸光度が最も大きくなる波長をいい、積分球付分光光度計(株式会社日立製作所製、商品名:U−4100)で測定されたものを言う。
かかる溶液塗工法によってコーティング層を形成する場合、各二色性色素は、それぞれ水溶性又は非水溶性の何れかのものを用いることが好ましい。水溶性の二色性色素と非水溶性の二色性色素を用いることで、水溶性の二色性色素を用いてコーティング層を形成した後、その上から非水溶性の二色性色素を用いてコーティング層を直接形成することもできるからである。
以下、上記二色性色素(A)を塗工して得られるコーティング層を便宜上「第1のコーティング層」といい、上記二色性色素(B)を塗工して得られるコーティング層を便宜上「第2のコーティング層」という。
式(1):(クロモゲン)(SO3M)n(但し、Mは、カチオンを示す)
式(1)のMとしては、水素イオン、Li、Na、K、Csのような第一族金属のイオン、アンモニウムイオンなどが好ましい。
まず、上記一般式(1)で表されるリオトロピック液晶性の二色性色素(A)の1種又は2種以上を適当な水系溶媒に溶解し、この溶液を剪断力が作用するように基材に塗工し、色素を固定することにより、偏光機能を有する第1のコーティング層を得ることができる。剪断力が作用するように基材に塗工することで、二色性色素(A)の分子が剪断方向と直交する方向に配列し、偏光性能を示す第1のコーティング層を得ることができる。
上記二色性色素(A)を含む溶液の濃度は、用いる色素の溶解性及び第1のコーティング層の層厚に応じて適宜設定されるものであるが、好ましくは固形分濃度で1〜25質量%程度に調整される。一般式(2)、(4)、(5)及び(6)の二色性色素(A)は、濃度5〜25質量%程度で安定な液晶性を示し、一般式(3)、(7)及び(8)の二色性色素(A)は、濃度16〜20質量%程度で安定な液晶性を示す。
かかる第1のコーティング層は、その厚みを20μm以下とすることができ、更に、好ましくは厚み0.1〜10μm、特に厚み0.2〜5μmとすることができる。
基材の厚みは、強度等に応じて適宜に設計しうるが、一般的には薄型軽量化を目的に300μm以下、更に、5〜200μmが好ましく、10〜100μmがより好ましい。
尚、コーティング層を形成しない基材の他面(視認側表面)には、必要に応じて、ハードコート層や防眩層、反射防止層などを適宜設けることができる。ハードコート層としては、例えば多官能性モノマーを光触媒等を介して紫外線照射により三次元架橋し、透明な硬化膜を形成するような架橋性透明樹脂(例えばウレタンアクリル系やエポキシ系等の紫外線硬化樹脂など)が好ましく用いられる。防眩層は、基材の他面に微細な凹凸構造を形成すること等を目的とし、従来公知の方法、例えば、サンドブラスト法やエンボス加工等による粗面化方式や、前述のような透明樹脂に透明微粒子を配合して前記透明な硬化膜を形成する方式等があげられる。透明微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫、酸化インジウム、酸化カドニウム、酸化アンチモン等の無機系微粒子、架橋または未架橋のポリマー粒状物からなる有機系微粒子等を使用することができる。透明微粒子の平均粒径は、特に限定されないが、例えば、0.5〜20μmの範囲である。また、透明微粒子の配合割合は、特に限定されないが、−般に、前述のような透明樹脂100質量部あたり2〜70質量部の範囲が好ましく、より好ましくは5〜50質量部の範囲である。反射防止層は、屈折率の異なる薄層を複数形成することで得られる。この層の形成方法としては蒸着、塗工などがあるが、生産性、コストの点から塗工方式が好適に用いられる。
上記二色性色素(B)を含む溶液は、用いる色素の溶解性及び第2のコーティング層の層厚に応じて適宜設定されるものであるが、固形分濃度で0.1〜50質量%程度、好ましくは0.5〜20質量%程度に調整される。
次いで、塗工した二色性色素(B)を加熱して液晶状態とし、配向させる。加熱方法としては、上記の乾燥方法と同様の方法で行なうことができる。熱処理温度は使用する二色性色素(B)の種類等により異なるが、通常、60〜300℃程度、好ましくは70〜200℃の範囲において行われる。また、加熱時間は、加熱温度及び使用する二色性色素(B)の種類等によって異なるが、通常5秒〜1時間程度、好ましく10秒〜10分の範囲において行われる。
二色性色素(B)が重合性官能基を有する場合には、冷却後、例えば、紫外線照射などで重合開始剤を活性化させる。紫外線照射条件は、十分に反応を促進させるために、不活性気体雰囲気中とすることが好ましい。通常、80〜160mW/cm2の照度を有する高圧水銀紫外ランプが代表的に用いられる。メタハライドUVランプや白熱管などの別種ランプを使用することもできる。なお、紫外線照射時、二色性色素(B)の表面温度が上昇しないように、コールドミラー、水冷その他の冷却処理あるいはライン速度を速くするなどして適宜に調整する。電子線照射は不活性気体雰囲気下で行なうことが望ましい。
かかる第2のコーティング層は、その厚みを20μm以下とすることができ、更に、好ましくは厚み0.1〜10μm、特に厚み0.2〜5μmとすることができる。
例えば、第1のコーティング層を形成した後、この上に、二色性色素(A)が溶解しないような樹脂、例えば、アクリル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、イソシアネート樹脂などを用いてオーバーコート層を形成した後、更に、この上に配向膜を形成する。配向膜としては、特に限定されないが、この上に形成する二色性色素(B)を溶解させた有機溶剤で溶解しないような水溶性樹脂、例えば、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール系;変性ポリアクリルアミドなどのポリアクリルアミド系;カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース等のアルキルセルロース系;アクリルアミド・アクリル酸エステル共重合体などが挙げられる。
該配向膜の上に、二色性色素(B)を塗工し、以後、上記と同様にして、二色性色素(B)を固定することにより、第2のコーティング層を得ることができる。
3層以上のコーティング層からなる偏光子の場合には、該第2のコーティング層の上に、順次3層目以降のコーティング層が形成される。
尚、最も外側に位置するコーティング層の表面には、必要に応じて上記オーバーコート層が設けられる。
尚、上記では、先ず二色性色素(A)を塗工して第1のコーティング層を形成し、この上に二色性色素(B)を塗工して第2のコーティング層を形成したが、反対に、基材上に二色性色素(B)を塗工して第2のコーティング層を形成し、この上に二色性色素(A)を塗工して第1のコーティング層を形成してもよい。つまり、各コーティング層は、どのような順序に積層されていても構わない。
図1に本発明の偏光子を示す。同図(a)は、2層のコーティング層21,22を有する偏光子1を示し、図1(b)は、3層のコーティング層21,22,23を有する偏光子1を示し、3は、基材を、4は、粘着剤層を、5は、離型シートを示す。
尚、アクリル系粘着剤のベースポリマーであるアクリル系重合体に使用きれるモノマーとしては、各種(メタ)アクリル酸エステル((メタ)アクリル酸エステルとはアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルをいい、以下(メタ)とは同様の意味である)を併用できる。かかる(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルへキシル等を例示でき、これらを単独もしくは組み合わせて使用できる。
ゴム系粘着剤のベースポリマーとしては、例えば天然ゴム、イソプレン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、再生ゴム、ポリイソブチレン系ゴム、さらにはスチレン−イソプレンスチレン系ゴム、ステレン−ブタジエンスチレン系ゴムなどがあげられるシリコーン系粘着剤のべ一スポリマーとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン等が挙げられる。
また、前記粘着剤は、架橋剤を含有することができる。架橋剤としては、ポリイソシアネート化合物、ポリアミン化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹胎等があげられる。さらに前記粘着剤には必要に応じて、粘着付与剤、可塑剤、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等を適宜使用することもできる。
前記粘着剤層に仮接着する離型シートは、厚みが40μm以上のものを特に制限なく使用できる。離型シートは、上記厚さ条件を除き、従来に公知のものを用いることができる。離型シートとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチックフィルム、ゴムシート、紙、布、不織布、ネット、発泡シート、金属箔、それらのラミネート体等の適宜な薄葉体を、必要に応じシリコーン系や長鎖アルキル系、フッ素系や硫化モリブデン等の適宜な剥離剤でコート処理したものなどが挙げられる。これら離型シートのなかでも、プラスチックフィルムが剛性やハンドリングの点から好ましい。
例えば、上記粘着剤層が設けられた偏光子は、粘着剤層を介して、上記位相差板の一面に接着することにより、楕円偏光板または円偏光板を得ることができる。
尚、本発明の偏光子と他の光学層の接着は、粘着剤に限られず、接着剤を用いて行うこともできる。
本発明の液晶パネルは、例えば、液晶セルの片面又は両面、特に、少なくとも表示画面側に、本発明の光学フィルムが配置されていることが好ましく、本発明の液晶表示装置は、このような液晶パネルを備えていればよい。
例えば、位相差板に本発明の偏光子が積層された楕円偏光板又は円偏光板は、位相差板側を液晶セルの片面(表示画面側)に接着することにより、液晶パネルの態様で使用される。
厚み38μmのポリエチレンテレフタレート製二軸延伸フィルム(東レ(株)製、商品名:ルミラー)の一面に、バーコーティング法にて二色性色素を含む溶液(OPTIVA社製、商品名:LCポラライザーTCF。二色性色素が水に12質量%溶解された溶液。この二色性色素の最大吸収波長は、611nm。但し、積分球付分光光度計((株)日立製作所製、商品名:U−4100)にて測定)を厚み1μmに塗工し、自然乾燥した。この上にアクリル樹脂をスピンコート法にて厚み0.5μmに塗工した。更に、このアクリル樹脂層の上からスピンコート法にてポリビニルアルコールを厚み0.5μmに塗工し、100℃で1時間加熱した後、このPVA層の上に、前記二色性色素のコーティング方向と直交する方向にラビング処理を施した。ラビング処理を施したPVA層の上に、液晶性二色性色素(三菱化学(株)製、商品名:LSR−406。この二色性色素の最大吸収波長は、506nm)を含む溶液(該色素が1,1,2,2−テトラクロロエタンに3質量%溶解された溶液)を2000rpm2秒でスピンコートした後、130℃で2分加熱後、10℃/秒の冷却速度で冷却し、該色素を配向させた。この2層目のコーティング層の上に転写法により厚み20μmの粘着剤層を積層することにより、偏光子を作製した。得られた偏光子は、厚み63μm(PETフィルムから粘着剤まで)であった。
厚み38μmのポリエチレンテレフタレート製二軸延伸フィルム(東レ(株)製、商品名:ルミラー)の一面に、バーコーティング法にて二色性色素を含む溶液(OPTIVA社製、商品名:LCポラライザーTCF。実施例1と同じもの)を厚み1μmに塗工し、自然乾燥した。この第1のコーティング層の上に、液晶性二色性色素(三菱化学(株)製、商品名:LSR−406)を含む溶液(実施例1と同じもの)を2000rpm、2秒でスピンコートした後、130℃で2分加熱後、10℃/秒の冷却速度で冷却した。この第2のコーティング層の上に転写法により厚み20μmの粘着剤層を積層することにより、偏光子を作製した。得られた偏光子は、厚み63μm(PETフィルムから粘着剤まで)であった。
厚み38μmのポリエチレンテレフタレート製二軸延伸フィルム(東レ(株)製、商品名:ルミラー)の一面に、バーコーティング法にて二色性色素(OPTIVA社製、商品名:LCポラライザーTCF。実施例1と同じもの)を厚み1μmに塗工し、自然乾燥した。この上に転写法により厚み20μmの粘着剤層を積層することにより、偏光子を作製した。得られた偏光子は、厚み59μm(PETフィルムから粘着剤まで)であった。
ヨウ素で染色されたポリビニルアルコール製の延伸フィルム(厚み25μm)の両面に、トリアセチルセルロースが積層され、一方のトリアセチルセルロースの表面に厚み20μmの粘着剤層が積層された偏光子(日東電工(株)製、商品名:偏光板SEG1425)をそのまま使用した。この偏光子は、厚み205μmであった。
実施例及び比較例の各偏光子の偏光性質を、積分球付分光光度計((株)日立製作所製、商品名:U−4100)を用いて測定し、波長550nmの偏光度及び単体透過率を測定した。各偏光子の偏光度及び単体透過率の結果を表1に示す。
尚、偏光度P及び単体透過率Tは、下記の式で求めた。
P={(K1−K2)/(K1+K2)}×100。
T=(K1+K2)/2。
但し、K1は、最大透過率方向の直線偏光の透過率を、K2は、その直交方向の直線偏光の透過率を表す。K1及びK2の透過率は、グラントムソンプリズム偏光子を通して得られた完全偏光を100%として測定した。
Claims (5)
- 550〜650nmの範囲で最大吸収波長を示す二色性色素(A)を含む第1のコーティング層と、450〜550nmの範囲で最大吸収波長を示す二色性色素(B)を含む第2のコーティング層と、を有し、前記二色性色素(A)の最大吸収波長と前記二色性色素(B)の最大吸収波長は同一でなく、前記二色性色素(A)が、一般式(1):(クロモゲン)(SO3M)n(但し、Mは、カチオンを示す)で表される色素を含み、前記二色性色素(B)が、非水溶性の液晶性色素であり、前記第1のコーティング層の透過軸と第2のコーティング層の透過軸が平行となるように前記第1及び第2のコーティング層が積層されていることを特徴とする偏光子。
- 各コーティング層を構成するそれぞれの二色性色素は、最大吸収波長の差が50〜200nmである請求項1記載の偏光子。
- 請求項1又は2に記載の偏光子を備える光学フィルム。
- 請求項1又は2に記載の偏光子又は請求項3記載の光学フィルムを備える液晶パネル。
- 請求項1又は2に記載の偏光子又は請求項3記載の光学フィルムを備える画像表示装置。
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