JP5126991B2 - 耐久性に優れた偏光素子、偏光板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、偏光素子及び偏光板の製造方法に関するもので、より詳細には液晶表示装置、有機発光表示装置、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等の画像表示装置に使用され、耐久性に優れた偏光素子及び偏光板の製造方法に関するものである。
一般的に、画像表示装置に使用される偏光板は明るく、色の再現性が良い画像を提供するために、高い透過率と高い偏光度を兼ね備えていることが要求される。このような偏光板は従来、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系のフィルムを、二色性ヨード又は二色性染料等を使用して染色し、一軸延伸等の方法により配向させることにより製造されている。
従来では、偏光板を使用した画像表示装置が電子計算機や時計等の小型製品に主に使用されたが、最近ではテレビジョン、モニター、自動車の計器盤、各種事務用、工業用機械の表示板等、ほぼ全ての産業分野において使用されている。このように、使用領域が拡大するに従って、高温、高湿等の過酷な条件で長時間使用しなければならない場合も多くなった。従って、このような環境においてもその機能を発揮することができるように熱安定性及び耐久性に優れた偏光板を開発する必要がある。
従来、偏光板の耐久性を向上させるために使用されてきた方法には、ポリビニルアルコール系フィルム自体の改質を通し耐久性を向上させる方法、昇華性のあるヨード系偏光子の代わりに非昇華性二色性染料を使用する方法等があった。
このうち、一番目の方法は、ポリビニルアルコール（以下ＰＶＡ）の改質によりヨード又は二色性染料が高分子マトリックス上に充分に吸着せず偏光度が低いか、又はマトリックスの改質により透過度が落ちるという問題点が生じることがあり、二番目の方法は、ＰＶＡ延伸時に配向調節が難しく充分な偏光度を得ることができないという問題点がある。
一方、特許文献１には、偏光板の耐久性を向上させる他の方法として、適当な量の亜鉛を含有したＰＶＡフィルムを利用し偏光素子を製造する方法が記載されている。上記特許によると、亜鉛を添加し偏光素子を製造すると、偏光板の耐久性が向上し高温で発生するクロスニコル（Ｃｒｏｓｓ Ｎｉｃｏｌｓ）の赤色変色（長波長光の偏光不良）を防止することができるという。しかし、上記発明も偏光子を乾燥させる際、硼酸が析出され外観の不良を引き起こすことがあるという問題点が存在する。
本発明は、偏光度と透過度等を低下させずに、外観不良が生じず、高温条件で透過度、偏光度、色相等が維持される耐久性に優れた偏光素子及び偏光板の製造方法を提供する。
本発明者は、上記のような目的を達成するために研究を重ねた結果、偏光板の製造時にリンを含有した添加剤を投入すると、リンによりヨードと高分子マトリックスの架橋が堅固になり、耐久性、特に耐熱性に優れた偏光板を製造することができるということを明らかにした。
本発明は染色段階、架橋段階、延伸段階からなる偏光素子の製造方法において、上記段階のうちひとつ以上の段階にリンを含有した添加剤を投入することをその特徴とする。
この際、上記リンを含有した添加剤はリン酸、第１リン酸カリウム、第２リン酸カリウム、第２リン酸マグネシウム、第１リン酸ナトリウム、第１リン酸アンモニウムであることが好ましく、上記リンを含有した添加剤の含量は添加される溶液を基準として０．０１重量％〜１５重量％であることが好ましい。
また本発明は、上記のような方法で製造された偏光素子の両側面に保護フィルムを接着させることによって、耐久性に優れた偏光板を製造する方法に関するものである。
また本発明は、上記の製造方法により製造され、リンを含有した耐久性に優れた偏光板に関するものである。
以下において、本発明による偏光素子及び偏光板の製造方法を具体的に説明する。
偏光素子の製造方法
（１）染色段階
先ず、ポリビニルアルコール系フィルムをヨード又は染料で染色する。
（１）染色段階
先ず、ポリビニルアルコール系フィルムをヨード又は染料で染色する。
上記染色段階は、二色性を有するヨード分子又は染料をポリビニルアルコール系フィルムに染着させるためのもので、上記ヨード分子又は染料分子は、偏光板の延伸方向に振動する光は吸収し、垂直方向に振動する光は透過させることにより、特定の振動方向を有する偏光を得ることができるようにする。
一般的に染色は、ポリビニルアルコール系フィルムをヨード溶液に含浸させることによって成る。本染色段階において、ヨード溶液の温度は一般的に２０℃乃至５０℃で、含浸時間は１０乃至３００秒の範囲である。一方、上記ヨード溶液でヨード水溶液を使用する場合、ヨードとヨードイオン、例えば溶解補助剤であるヨード化カリウム等を含有する水溶液を使用することができる。この際、上記ヨード水溶液においてヨードの濃度は０．０１〜０．５重量％程度、ヨード化カリウムの濃度は０．０１乃至１０重量％程度であることが好ましい。
（２）架橋段階
上記染色段階によりヨード分子又は染料分子がポリビニルアルコール系フィルムに染着されると、硼酸、ボレート等を利用し、上記ヨード分子又は染料分子をポリビニルアルコール系フィルムの高分子マトリックス上に吸着するようにする。ヨード分子が高分子マトリックス上にきちんと吸着されないと、偏光度が落ち、偏光板が十分に役割を遂行することができないためである。
上記染色段階によりヨード分子又は染料分子がポリビニルアルコール系フィルムに染着されると、硼酸、ボレート等を利用し、上記ヨード分子又は染料分子をポリビニルアルコール系フィルムの高分子マトリックス上に吸着するようにする。ヨード分子が高分子マトリックス上にきちんと吸着されないと、偏光度が落ち、偏光板が十分に役割を遂行することができないためである。
架橋方法としてはポリビニルアルコール系フィルムを硼酸水溶液等に沈積させて行う沈積法が一般的に使用されるが、フィルムに硼酸水溶液を噴射する塗布法や噴霧法により行われることもできる。
沈積法を利用し架橋段階を進行する場合、使用される硼酸水溶液の硼酸濃度は２乃至１５重量％程度、特に３乃至１０重量％であることが好ましく、硼酸水溶液の温度は２０℃以上、特に３０乃至８５℃であることが好ましい。また、含浸時間は一般的に１００乃至１２００秒、特に２００乃至５００秒であることが好ましい。
一方、上記硼酸水溶液にヨード化カリウム等を添加することにより、上記硼酸水溶液にヨードイオンが含まれるようにすることもできる。このようにヨードイオンが含有された硼酸水溶液を使用する場合、可視光のすべての波長領域に対しほぼ一定の吸光度を提供するニュートラルグレーの偏光子を得ることができる。
（３）延伸段階
延伸とはフィルムの高分子を一定方向に配向するため、フィルムを一軸に引き伸ばすことを言う。延伸方法は湿式延伸法と乾式延伸法に区分することができ、乾式延伸法はまたロール間（ｉｎｔｅｒ−ｒｏｌｌ）延伸方法、加熱ロール（ｈｅａｔｉｎｇ ｒｏｌｌ）延伸方法、圧縮延伸方法、テンター（ｔｅｎｔｅｒ）延伸方法等に、湿式延伸方法はテンター延伸方法、ロール間延伸方法等に区分される。
延伸とはフィルムの高分子を一定方向に配向するため、フィルムを一軸に引き伸ばすことを言う。延伸方法は湿式延伸法と乾式延伸法に区分することができ、乾式延伸法はまたロール間（ｉｎｔｅｒ−ｒｏｌｌ）延伸方法、加熱ロール（ｈｅａｔｉｎｇ ｒｏｌｌ）延伸方法、圧縮延伸方法、テンター（ｔｅｎｔｅｒ）延伸方法等に、湿式延伸方法はテンター延伸方法、ロール間延伸方法等に区分される。
本発明において、延伸方法は特別に制限されず、上記湿式延伸法と乾式延伸法を全て使用することができ、必要な場合にはこれらを組み合わせて使用することもできる。
上記延伸工程は、上記染色工程又は架橋工程と同時に、又は別に進行することができる。
延伸工程が染色工程と同時に進行する場合、上記延伸工程はヨード溶液内で遂行されることが好ましく、架橋工程と同時に進行される場合であれば、硼酸水溶液内で遂行されることが好ましい。
（４）リンを含有した添加剤の投入段階
上記段階のうちいずれかひとつの段階に、リンを含有した添加剤を添加する。リンを含有した添加剤は、上記染色段階、架橋段階、延伸段階のうちいずれの段階に投入されてもよく、複数の段階に添加されることがより好ましい。
上記段階のうちいずれかひとつの段階に、リンを含有した添加剤を添加する。リンを含有した添加剤は、上記染色段階、架橋段階、延伸段階のうちいずれの段階に投入されてもよく、複数の段階に添加されることがより好ましい。
上記リンを含有した添加剤は各段階において予め作られた水溶液（すなわち染色段階のヨード及びヨード化カリウム水溶液、又は架橋段階の硼酸水溶液）に投入されるか又は各段階の水溶液を作る際、ヨード及びヨード化カリウム又は硼酸等と一緒に投入されることができる。
上記リンを含有した添加剤としては、リン酸、第１リン酸カリウム、第２リン酸カリウム、第２リン酸マグネシウム、第１リン酸ナトリウム、第１リン酸アンモニウム等を使用することができ、その含量は添加される水溶液を基準として０．０１重量％〜１５重量％であることが好ましい。添加剤の含量が０．０１重量％未満である場合には、耐久性向上の効果が微微たるもので、１５重量％以上である場合には、乾燥後表面に添加物が残存し、外観不良を誘発することがあるためである。
（５）乾燥段階
ＰＶＡフィルムの染色、架橋、延伸段階が完了すると、ＰＶＡフィルムをオーブンに入れて乾燥させ、偏光素子を得る。
ＰＶＡフィルムの染色、架橋、延伸段階が完了すると、ＰＶＡフィルムをオーブンに入れて乾燥させ、偏光素子を得る。
上記のような方法、すなわちリンを含有した添加剤の投入段階を含む方法で製造された偏光素子は、その構成成分でリンを含むようになる。偏光素子に含まれたリンは、 ヨードと高分子マトリックスを堅固に架橋する役割をし、その結果リンを含んだ本発明の偏光素子は、従来の偏光素子と異なり高温条件下においても透過度、偏光度、色相の変化率等の光学物性の変化が少なく耐久性に優れた特徴を有するようになる。
偏光板の製造方法
上記の過程を経て製造された偏光素子の両側面に接着剤を利用して保護フィルムを積層させることにより偏光板を製造する。
上記の過程を経て製造された偏光素子の両側面に接着剤を利用して保護フィルムを積層させることにより偏光板を製造する。
保護フィルムとは、偏光素子を保護するために偏光素子の両側面に付着する透明フィルムのことをいい、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）のようなアセテート系、ポリエステル系、ポリエーテルスルホン系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリオレフィン系樹脂フィルム等を使用することができる。一方、上記接着剤としてはポリビニルアルコール系水系接着剤を使用することができる。
本発明により製造された偏光板は、偏光素子と同様にリンを含むことを特徴とする。上記のように、偏光板に含まれたリンは、ヨードと高分子マトリックスの架橋を堅固にすることによって、偏光板の耐久性を向上させる効果をもたらす。
以下において、本発明の具体的な例を通して本発明により製造された偏光板の透過度、偏光度、色相変化量が高温でも大きく変わらないことがわかるようにする。下記の実施例は本発明の一例に過ぎず、本発明が下記の実施例によって限定されるものではない。
比較例１
０．１重量％のヨードと１重量％のヨード化カリウムを含有する水溶液が入った染着槽にポリビニルアルコールフィルムを沈積させて染色する（Ａ．染色段階）。染色されたポリビニルアルコールフィルムを５０℃の５重量％のヨード化カリウムが含有された３重量％の硼酸溶液に沈積させた後、５倍に延伸処理する。（Ｂ．架橋及び延伸段階）。上記過程によって得られたＰＶＡ偏光素子をオーブンに入れて８０℃で５分間乾燥させる。
０．１重量％のヨードと１重量％のヨード化カリウムを含有する水溶液が入った染着槽にポリビニルアルコールフィルムを沈積させて染色する（Ａ．染色段階）。染色されたポリビニルアルコールフィルムを５０℃の５重量％のヨード化カリウムが含有された３重量％の硼酸溶液に沈積させた後、５倍に延伸処理する。（Ｂ．架橋及び延伸段階）。上記過程によって得られたＰＶＡ偏光素子をオーブンに入れて８０℃で５分間乾燥させる。
ＰＶＡ偏光素子の乾燥が完了すると、上記偏光素子の両側面に富士フィルム株式会社のＴＡＣフィルムを接合させて偏光板を製造する。
実施例１
上記染色段階（Ａ）において、上記ヨードとヨード化カリウム水溶液に上記水溶液を基準として１重量％の第１リン酸カリウムを添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
上記染色段階（Ａ）において、上記ヨードとヨード化カリウム水溶液に上記水溶液を基準として１重量％の第１リン酸カリウムを添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
実施例２
上記架橋及び延伸段階（Ｂ）において、上記硼酸水溶液に上記硼酸水溶液を基準として７重量％の第１リン酸カリウムを添加することを除いては上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
上記架橋及び延伸段階（Ｂ）において、上記硼酸水溶液に上記硼酸水溶液を基準として７重量％の第１リン酸カリウムを添加することを除いては上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
実施例３
上記染色段階（Ａ）において、上記ヨードとヨード化カリウム水溶液に水溶液を基準として５重量％の第１リン酸アンモニウムを添加し、上記架橋及び延伸段階（Ｂ）において上記硼酸水溶液に各々水溶液を基準として５重量％の第１リン酸アンモニウムを添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
上記染色段階（Ａ）において、上記ヨードとヨード化カリウム水溶液に水溶液を基準として５重量％の第１リン酸アンモニウムを添加し、上記架橋及び延伸段階（Ｂ）において上記硼酸水溶液に各々水溶液を基準として５重量％の第１リン酸アンモニウムを添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
実施例４
上記架橋及び延伸段階（Ｂ）において、硼酸水溶液に水溶液を基準として３重量％のリン酸を添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
上記架橋及び延伸段階（Ｂ）において、硼酸水溶液に水溶液を基準として３重量％のリン酸を添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
実施例５
上記染色段階（Ａ）において、ヨードとヨード化カリウム水溶液に水溶液を基準として０．５重量％のリン酸を添加し、上記架橋及び延伸段階（Ｂ）の硼酸水溶液に各々水溶液を基準として０．５重量％のリン酸を添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
上記染色段階（Ａ）において、ヨードとヨード化カリウム水溶液に水溶液を基準として０．５重量％のリン酸を添加し、上記架橋及び延伸段階（Ｂ）の硼酸水溶液に各々水溶液を基準として０．５重量％のリン酸を添加することを除いては、上記比較例１と同一の方法で偏光板を製造する。
試験例：耐熱性の評価
上記比較例１と実施例１乃至５の方法で製造された偏光板を５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさで切断し、これをアクリル係接着剤でガラスに接合させる。各偏光板の初期光学物性、すなわち 単体透過度（Ｔｓ）、直交透過度（Ｔｃ）、単体色相（ａ、ｂ）値を測定し、１００℃のオーブンに５００時間の間放置した後、上記光学物性を再測定し耐熱前／後の光学物性を比較して下記＜表１＞に表した。
上記比較例１と実施例１乃至５の方法で製造された偏光板を５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさで切断し、これをアクリル係接着剤でガラスに接合させる。各偏光板の初期光学物性、すなわち 単体透過度（Ｔｓ）、直交透過度（Ｔｃ）、単体色相（ａ、ｂ）値を測定し、１００℃のオーブンに５００時間の間放置した後、上記光学物性を再測定し耐熱前／後の光学物性を比較して下記＜表１＞に表した。
上記光学物性は、Ｎ＆Ｋ ａｎａｌｙｚｅｒ（Ｎ＆Ｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．）で測定し、単体透過度（Ｔｓ）と単体色相（ａ、ｂ）は偏光板一枚で測定し、直交透過度（Ｔｃ）は、一枚の偏光板は延伸された方向に、残りの一枚は延伸方向の直交方向に裁断し、裁断された偏光板二枚を吸収軸が９０°になるように相互直交させた後、透過度を測定した。
耐熱変化量を次のように計算した。
Ｔｓ（％）＝（耐熱後Ｔｓ−耐熱前Ｔｓ）／（耐熱前Ｔｓ）×１００
Ｔｃ（％）＝（耐熱後Ｔｃ−耐熱前Ｔｃ）／（耐熱前Ｔｃ）×１００
ａ（％）＝（耐熱後ａ-耐熱前ａ）／（耐熱前ａ）×１００
ｂ（％）＝（耐熱後ｂ-耐熱前ｂ）／（耐熱前ｂ）×１００
Ｔｓ相対変化率＝実施例Ｔｓ（％）／比較例Ｔｓ（％）
Ｔｃ相対変化率＝実施例Ｔｃ（％）／比較例Ｔｃ（％）
ａ相対変化率＝実施例ａ（％）／比較例ａ（％）
ｂ相対変化率＝実施例ｂ（％）／比較例ｂ（％）
Ｔｓ（％）＝（耐熱後Ｔｓ−耐熱前Ｔｓ）／（耐熱前Ｔｓ）×１００
Ｔｃ（％）＝（耐熱後Ｔｃ−耐熱前Ｔｃ）／（耐熱前Ｔｃ）×１００
ａ（％）＝（耐熱後ａ-耐熱前ａ）／（耐熱前ａ）×１００
ｂ（％）＝（耐熱後ｂ-耐熱前ｂ）／（耐熱前ｂ）×１００
Ｔｓ相対変化率＝実施例Ｔｓ（％）／比較例Ｔｓ（％）
Ｔｃ相対変化率＝実施例Ｔｃ（％）／比較例Ｔｃ（％）
ａ相対変化率＝実施例ａ（％）／比較例ａ（％）
ｂ相対変化率＝実施例ｂ（％）／比較例ｂ（％）
上記表１によると、偏光板の製造時、リンを含有した添加剤を入れた実施例１乃至５の方法で製造された偏光板の単体透過度、色相、直交透過度の変化率が比較例の方法で製造された偏光板より小さいことが分かる。このように本発明により製造された偏光板は、従来の偏光板に比べて耐久性に優れ、高温において光学物性の変化が小さく、従って過酷な条件においても正常に使用されることができる。
また、リンを含有した添加剤を多く入れた実施例 ２、３の単体透過度、色相、直交透過度の変化率がさらに小さく表れ、リンを含有した添加剤の含量が多いほど偏光板の耐久性が良くなるということがわかる。
本発明により製造された偏光板は、偏光素子の製造時にリンを含有した添加剤を投入し、ヨードが高分子マトリックスと堅固に吸着することができるようにした。その結果、偏光素子の耐久性がより優れ、高温でも透過度、偏光度、色相の変化が小さく耐久性に優れた偏光板を提供することができるようにした。
また本発明は、リンを含有した添加物の含量を限定し、外観不良が発生せず透過度及び偏光度が高い偏光板を製造することができるようにした。
Claims (7)
- 染色段階、架橋段階、延伸段階、乾燥段階からなるＰＶＡフィルム偏光素子の製造方法において、
前記架橋段階は、ＰＶＡフィルムを硼酸水溶液に沈積させることにより行い、
前記延伸段階は、前記硼酸水溶液内で前記ＰＶＡフィルムを延伸することにより行い、
前記架橋段階又は延伸段階の少なくともいずれかで、前記硼酸水溶液にリンを含有した添加剤を、前記硼酸水溶液を基準として０．０１重量％〜１５重量％の含量で投入し、
上記リンを含有した添加剤は、リン酸、第１リン酸カリウム、第２リン酸カリウム、第２リン酸マグネシウム、第１リン酸ナトリウム又は第１リン酸アンモニウムの中から選択されることを特徴とする耐久性に優れたＰＶＡフィルム偏光素子の製造方法。 - 前記架橋段階又は延伸段階の少なくともいずれかで、前記硼酸水溶液にリンを含有した添加剤を、前記硼酸水溶液を基準として０．５重量％〜７重量％の含量で投入することを特徴とする請求項１に記載のＰＶＡフィルム偏光素子の製造方法。
- 請求項１又は２の製造方法で製造され、リンを含有したことを特徴とする耐久性に優れたＰＶＡフィルム偏光素子。
- 染色段階、架橋段階、延伸段階、乾燥段階、保護フィルム付着段階からなるＰＶＡフィルム偏光板の製造方法において、
前記架橋段階は、ＰＶＡフィルムを硼酸水溶液中に沈積させることにより行い、
前記延伸段階は、前記硼酸水溶液内で前記ＰＶＡフィルムを延伸することにより行い、
前記架橋段階又は延伸段階の少なくともいずれかで、前記硼酸水溶液にリンを含有した添加剤を、前記硼酸水溶液を基準として０．０１重量％〜１５重量％の含量で投入することにより行い、
上記リンを含有した添加剤は、リン酸、第１リン酸カリウム、第２リン酸カリウム、第２リン酸マグネシウム、第１リン酸ナトリウム又は第１リン酸アンモニウムであることを特徴とする耐久性に優れたＰＶＡフィルム偏光板の製造方法。 - 前記架橋段階又は延伸段階の少なくともいずれかで、前記硼酸水溶液にリンを含有した添加剤を、前記硼酸水溶液を基準として０．５重量％〜７重量％の含量で投入することを特徴とする請求項４に記載のＰＶＡフィルム偏光板の製造方法。
- 上記保護フィルムは、アセテート系、ポリエステル系、 ポリエーテルスルホン系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリオレフィン系樹脂フィルムの中から選択されることを特徴とする請求項４又は５に記載の耐久性に優れたＰＶＡフィルム偏光板の製造方法。
- 請求項４から６のいずれか１項の製造方法で製造され、リンを含有することを特徴とする耐久性に優れたＰＶＡフィルム偏光板。
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