JP5223151B2 - 光学積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、輝点や黒点等の欠点が発生することなく、広い領域で均一な膜表面を有する光学積層体の製造方法に関するものである。

従来より、特開２００５−１５４７４６号公報に記載されているように、ペリレン系色素を含有するリオトロピック液晶化合物と水を含む水溶液（コーティング液）を基材上に塗布して乾燥及び配向させることにより、基材と、基材上で生成されたリオトロピック液晶化合物を含む偏光膜とを備える光学積層体を製造する方法が提案されている。

このように、リオトロピック液晶化合物を含む水溶液から作成した偏光膜は、一般に汎用されているポリビニルアルコールをヨウ素で染色、延伸して作製した偏光膜に比べて、その膜厚を薄くすることができ、将来的に期待されている。

特開２００５−１５４７４６号公報（第２５ページ〜第２８ページ）

ここに、前記従来の製造方法にて使用される液晶化合物は、剪断応力の印加やラビング処理等により配向規制力を加えることにより配向するものではある。
しかしながら、前記従来の製造方法では、リオトロピック液晶化合物を偏光膜の微小領域で配向させることは可能であっても、偏光膜の広い領域では、輝点や黒点等の欠点が発生してしまい、これに起因してリオトロピック液晶化合物を均一に配向させた偏光膜を得ることができないという問題がある。

かかる事情下において、広い領域で輝点や黒点等の欠点が発生することなく、リオトロピック液晶化合物が均一に配向された膜表面を有する偏光膜を備えた光学積層体の製造方法の出現が望まれている。

本発明者等は、前記従来における光学積層体の製造方法で、光学積層体に発生した輝点、黒点等の発生原因につき鋭意検討した結果、基材上に各種の凸状物（代表的には、異物やアンチブロッキング用のフィラー等）が存在する場合に、凸状物と塗膜が接触する界面で、塗膜中のリオトロピック液晶化合物の配向不良が発生し、更にその配向不良が凸状物の上部全体に伝播して膜表面にまで現れることに起因して、輝点や黒点等の欠点が発生することを見出した。
これに基づき本発明は、前記従来の問題点を解消するためになされたものであり、リオトロピック液晶化合物の塗膜における広い領域で輝点や黒点等の欠点が発生することなく、リオトロピック液晶化合物が均一に配向された膜表面を有する偏光膜を備えた光学積層体の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る光学積層体の製造方法は、基材と、基材上に形成されたリオトロピック液晶化合物を含む偏光膜とを備える光学積層体の製造方法であって、前記リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に塗布し、リオトロピック液晶化合物がコーティング液の塗布方向に対して直交する方向に配向してなる塗膜を形成する工程（Ａ）と、前記塗膜に、前記コーティング液の塗布方向と実質的に直交する方向に磁場を印加して、リオトロピック液晶化合物の配向方向に対して実質的に平行な磁場を印加する工程（Ｂ）とを含み、前記工程（Ｂ）を介して前記塗膜中に存在する液晶化合物の配向不良が伝播することを防止することを特徴とする。

好ましい実施形態においては、前記コーティング液が液晶相を示すことが望ましい。

好ましい実施形態においては、前記工程（Ａ）において、前記コーティング液は剪断応力を加えながら前記基材上に塗布されることが望ましい。

好ましい実施形態においては、前記工程（Ｂ）において、前記磁場は、前記塗膜が前記溶媒を２０重量％以上含んだ状態で印加されることが望ましい。

好ましい実施形態においては、前記工程（Ｂ）において、前記磁場の強度が０．５テスラ〜１２テスラであることが望ましい。

リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に塗布するとともに、リオトロピック液晶化合物をコーティング液の塗布方向に対して直交する方向に配向して塗膜を形成した後、塗膜にコーティング液の塗布方向と実質的に直交する方向に磁場を印加して、リオトロピック液晶化合物の配向方向に対して実質的に平行な磁場を印加することにより、基材と塗膜が接触する界面で配向不良が発生した場合においても、その配向不良が膜の広い領域に渡って伝播することを防止し、リオトロピック液晶化合物が均一に配向された膜表面を有する偏光膜を備えた光学積層体を製造することができる。

［本発明の概要］
本発明に係る光学積層体の製造方法は、基材と、基材上に形成されたリオトロピック液晶化合物を含む偏光膜とを備える光学積層体の製造方法であって、前記リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に塗布し、リオトロピック液晶化合物が一方向に配向してなる塗膜を形成する工程（Ａ）と、前記塗膜に、リオトロピック液晶化合物の配向方向に対して実質的に平行な磁場を印加する工程（Ｂ）とを含む。

かかる光学積層体の製造方法によれば、基材上に異物やアンチブロッキング用のフィラー等に代表される凸状物が存在することに起因して、塗膜と凸状物とが接触する界面にてリオトロピック液晶化合物の配向不良が発生した場合においても、その配向不良が凸状物の上部全体に伝播されることを防止し、リオトロピック液晶化合物が均一に配向された膜表面を有する偏光膜を備えた光学積層体を製造することができものである。

ここで、凸状物に起因して輝点や黒点等の欠点が発生するメカニズム、及び、本発明に係る製造方法により製造される光学積層体に含有される偏光膜において、凸状物に起因する輝点や黒点等の欠点の発生が解消されるメカニズムについて図１を参照して説明する。
図１は本発明に係る製造方法により製造される光学積層体に含有される偏光膜において、凸状物に起因して輝点や黒点等の欠点が発生するメカニズム、及び、凸状物に起因する輝点や黒点等の欠点の発生が解消されるメカニズムを模式的に示す説明図である。
先ず、図１（Ａ）を参照して凸状物に起因して輝点や黒点等の欠点が発生するメカニズムについて説明する。基材１上には、リオトロピック液晶化合物２を含有するコーティング液が、塗布方向３に沿って塗布され、これによりリオトロピック液晶化合物２が、複数会合して超分子の形態で塗布方向３と直交する方向に配向された複数の液晶層の塗膜からなる偏光膜４が生成される。
このとき、基材１上に、異物やアンチブロッキング用のフィラー等に代表される凸状物５が存在すると、基材１上で形成される液晶層にて凸状物５に対応する部分でリオトロピック液晶化合物２の配向不良が発生する。更に、その液晶層に重なって上層となる液晶層においても、凸状物５に起因する配向不良が伝播していく。このような状況は、更に上層となる液晶層にも順次伝播していくこととなる。この結果、基材１上に存在する凸状物５に対応する部分において、偏光膜４には、輝点や黒点等の欠点６が形成される。

次に、図１（Ｂ）を参照して、偏光膜において、凸状物に起因する輝点や黒点等の欠点の発生が解消されるメカニズムについて説明する。前記した場合と同様、基材１上には、リオトロピック液晶化合物２を含有するコーティング液が、塗布方向３に沿って塗布され、これによりリオトロピック液晶化合物２が、複数会合して超分子の形態で塗布方向３と直交する方向に配向された複数の液晶層の塗膜からなる偏光膜４が生成される。
このとき、基材１上に、異物やアンチブロッキング用のフィラー等に代表される凸状物５が存在すると、基材１上で形成される液晶層にて凸状物５に対応する部分でリオトロピック液晶化合物２の配向不良が発生する可能性がある。しかしながら、前記塗膜中にて溶媒が含有されてリオトロピック液晶化合物２のモビリティが確保されている状態で、リオトロピック液晶化合物２の配向方向と実質的に平行な方向７に沿って磁場が印加されると、前記液晶層におけるリオトロピック液晶化合物２は磁場の印加方向７と平行な方向に配向され、更に、その液晶層に重なって上層となる液晶層においても、リオトロピック液晶化合物２が磁場の印加方向７と平行な方向に配向されていく。このような状況は、更に上層となる液晶層においてもリオトロピック液晶化合物２が順次磁場の印加方向７に平行な方向に配向されていくこととなる。この結果、基材１上に存在する凸状物５に起因して、塗膜と凸状物５とが接触する界面にてリオトロピック液晶化合物２の配向不良が発生した場合においても、その配向不良が凸状物５の上部全体に伝播されることが防止され、これにより凸状物５に起因する輝点や黒点等の欠点の発生が解消されるものである。

前記光学積層体の製造方法においては、工程（Ａ）及び工程（Ｂ）の他に、他の任意の工程を含んでいてもよい。例えば、前記製造方法は、リオトロピック液晶化合物の塗膜を形成した後、磁場を印加する前及び／又は後に、塗膜を乾燥する工程を更に含んでもよい。

［光学積層体］
本発明に係る製造方法により製造される光学積層体は、基材と、基材上に形成されたリオトロピック液晶化合物を含む偏光膜とを備える。ここに、光学積層体の厚さについては特に制限はないが、好ましくは１０μｍ〜０．１ｍｍである。
（ａ）基材
本発明に係る製造方法に使用される基材については特に制限はなく、単層体であっても、多層体（例えば、配向膜を有する樹脂フィルム）であってもよい。かかる基材は、後述するコーティング液を均一に塗工するために用いられ、かかる基材としては、例えば、ガラス基板、石英基板、高分子フィルム、プラスチック基板、アルミや鉄等の金属板、セラミックス基板、シリコンウェハー等が使用可能であり、任意に選択された適切な基板が使用される。また、偏光膜の生成時におけるコーティング液の塗布手段及び乾燥手段は、任意の適切な手段が採用され得る。

前記基材上には、その基材表面から突き出るように付着等された各種の凸状物が存在することが多く、例えば、塵、埃、金属粉等の付着異物、あるいは、基材が樹脂フィルムである場合に多用されるアンチブロッキング用のフィラー等が挙げられる。
ここに、凸状物のサイズは、１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、更には１μｍ〜３０μｍであることが好ましい。

前記基材の厚さは、特に制限はなく、好ましくは５μｍ〜７００μｍである。尚、基材は、透明なものが好ましく、波長５９０ｎｍの透過率が９０％以上であるものが好ましい。

（ｂ）偏光膜
偏光膜は、リオトロピック液晶化合物を含む。かかる偏光膜は、好ましくはリオトロピック液晶化合物を５０重量％〜１００重量％含む。また、偏光膜は、可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）に存在する波長で二色性を示す。偏光膜の二色性は、１以上であることがこの好ましい。偏光膜の厚さは、特に制限はないが、好ましくは０．２μｍ〜１．２μｍである。

［工程（Ａ）］
前記工程（Ａ）は、リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に塗布し、リオトロピック液晶化合物が一方向に配向してなる塗膜を形成する工程である。
（ａ）コーティング液
本発明に使用されるコーティング液は、リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むものであれば、特に制限はない。コーティング液には、任意の添加物を含有し得る。添加剤としては、界面活性剤、帯電防止剤、参加防止剤等が挙げられる。これらの添加物の含有量は、リオトロピック液晶化合物１００重量部に対し、０重量部を超え１０重量部以下である。

コーティング液としては、液晶相を示すものが好ましい。コーティング液におけるリオトロピック液晶化合物の総濃度は、０．１重量％〜１０重量％であることが好ましい。
ここに、「総濃度」とは、リオトロピック液晶化合物が１種類のみである場合には、その濃度を表し、また、リオトロピック液晶化合物が２種類以上使用される場合には、各リオトロピック液晶化合物の濃度の合計を表す。

（ｂ）リオトロピック液晶化合物
本発明において、リオトロピック液晶化合物とは、溶媒に溶解された状態で、温度や溶液濃度を変化させることにより、等方相−液晶相の相転移を起こす化合物をいう。液晶相については特に制限はなく、例えば、ネマチック液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相等が挙げられる。これらの液晶相は、偏光顕微鏡で観察される液晶相の光学模様によって識別することができる。

リオトロピック液晶化合物は、可視光領域のいずれかの波長で吸収特性を示すものが好ましい。リオトロピック液晶化合物としては、アゾ系化合物、アントラキノン系化合物、ペリレン系化合物、キノフタロン系化合物、ナフトキノン系化合物又はメロシアニン系化合物から選択されることが望ましい。このような化合物は、溶液状態で液晶性（リオトロピック液晶性）を示し、且つ、吸収二色性を示し得、また、溶液状態で超分子会合体を形成して磁場に対する配向性に優れる。

（ｂ）溶媒
溶媒としては、リオトロピック液晶化合物を溶解可能なものであれば特に制限はない。具体的に溶媒としては、親水性溶媒が望ましい。親水性溶媒としては、例えば、水、アルコール類、セロソルブ類等が挙げられる。

（ｃ）塗布手段
前記基材に対するコーティング液の塗布手段としては、特に制限はなく、任意のコータを使用する方法が採用され得る。前記工程（Ａ）においては、コーティング液に剪断応力を加えながら塗布することが好ましい。かかる塗布方法によって、二色性の大きな偏光膜を得ることができる。

（ｄ）塗膜
前記のように基材上にコーティング液を塗布して形成される塗膜は、リオトロピック液晶化合物が一方向に配向される。このように、リオトロピック液晶化合物を配向させる方法としては、例えば、コーティング液に剪断応力を加える方法、配向処理された基材の上にコーティング液を塗布する方法等が挙げられる。

前記塗膜の厚さは、好ましくは０．２μｍ〜１０μｍであり、更に好ましくは０．２μｍ〜５μｍである。塗膜は、溶媒を含有していることが好ましい。塗膜中の溶媒含有量は、塗膜の全重量に対して、好ましくは２０重量％以上含み、更に好ましくは２０重量％〜９５重量％含む。このような条件であれば、磁場の配向規制力に対して、塗膜中のリオトロピック液晶化合物は優れた配向性を示し、これより二色性の優れた偏光膜を得ることができる。

［工程（Ｂ）］
前記工程（Ｂ）は、塗膜にリオトロピック液晶化合物の配向方向に対して実質的に平行な磁場を印加する工程である。ここに、「リオトロピック液晶化合物の配向方向」とは、リオトロピック液晶化合物が配向した結果、偏光膜の面内で吸収が最大となる方向（所謂、吸収軸方向）をいう。

前記リオトロピック液晶化合物が、塗布方向に対して直交に流動配向する特性を有している場合、磁場印加方向は、前記工程（Ａ）におけるコーティング液の塗布方向と実質的に直交する方向であることが好ましい。これに対して、リオトロピック液晶化合物が、塗布方向に対して平行に流動は移行する特性を有している場合には、磁場印加方向は、工程（Ａ）におけるコーティング液の塗布方向と実質的に平行であることが好ましい。

このように、リオトロピック液晶化合物の配向方向と磁場印加方向とを一致させることにより、互いの配向規制力を強め合って、輝点や黒点等の欠点が少なく、且つ、二色性がより一層大きな偏光膜を得ることができる。
ここに、「実質的に直交」とは、コーティング液の塗布方向を０°とした場合に、磁場印加方向が９０°±５°である場合を包含し、また、「実質的に平行」とは、コーティング液の塗布方向を０°とした場合に、磁場印加方向が０°±５°である場合を包含する。

また、磁場印加手段としては、特に制限はなく、例えば、永久磁石、電磁石、超電導磁石、コイル等を備えた任意の磁場発生手段を適用可能である。磁場の強度（磁束密度）は、好ましくは０．５テスラ〜２０テスラであり、更に好ましくは６テスラ〜１２テスラである。この磁場強度が大きい程、二色性の大きな偏光膜を得ることができる。
ここに、磁場強度が０．５テスラ未満である場合には、リオトロピック液晶化合物を十分に配向させることができない虞があり、一方、磁束密度が２０テスラを越える磁場は実用上得ることは難しい。磁場強度が前記した範囲にある場合には、輝点、黒点等の欠点の少ない偏光膜が得られるとともに、実用的でもある。
尚、前記磁場を印加させる時の印加温度は、好ましくは１５℃〜３０℃であり、更に好ましくは２０℃〜２５℃である。

［用途］
前記のように製造される光学積層体は、液晶表示装置に使用して好適である。液晶表示装置としては、パソコンモニタ、ノートパソコン、コピー機等のディスプレイに使用されるものが挙げられる。

リオトロピック液晶化合物を含む水溶液（オプティバ社製 商品名「ＮＯ１５」）の水分を調整して、リオトロピック液晶化合物の濃度が７重量％であるコーティング液Ａを調整した。このコーティング液Ａは、室温（２３℃）でネマチック液晶相を示す。

前記コーティング液Ａを、コロナ処理（表面荷電処理）したスライドガラス（松浪硝子工業社製、サイズ５０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）の表面にて、ＭＤ（MechanicalDirection）方向に塗布し、リオトロピック液晶化合物がＴＤ（Transverse Direction）
に配向した塗膜を形成した。次いで、この塗膜とガラス板との積層体を、磁場印加装置（ＪＡＳＴＥＣ社製 製品名「冷凍機伝導冷却型 １２Ｔマグネット」）中に入れ、塗膜（溶媒を９３重量％含む）に、リオトロピック液晶化合物の配向方向（ＴＤ方向）に対して実質的に平行な１２テスラ強度の磁場を１０分間印加した後、自然乾燥させた。このようにした得られた偏光膜は（厚さ０．４μｍ）は、下記表１に示すようにＴＤ方向に吸収軸を有し、図２に示すように輝点や黒点等の欠点は見られなかった。

［比較例１］
磁場を印加しなかったこと以外は、前記実施例と同様の方法で偏光膜を作製した。このようにして得られた偏光膜は、表１に示すようにＴＤ方向に吸収軸を有し、図３にて○印で示すように基点、黒点等の欠点が多かった。

［比較例２］
塗布方向（ＭＤ方向）と平行方向に磁場を印加した以外は、実施例と同様の方法で偏光膜を作製した。このようにして得られた偏光膜は、表１に示すように、ＭＤ方向に吸収軸を有し、図４に示すように縞状に現れる配向欠陥が多かった。

［評価］
実施例に示すように、塗膜にリオトロピック液晶化合物の配向方向と平行な磁場を印加することにより、リオトロピック液晶化合物を配向させて得られる偏光膜は、ＴＤ方向に吸収軸を有し、輝点や黒点等の欠点は見られなかった。
一方、比較例１に示すように、磁場を印加しなかった偏光膜は、TD方向の吸収軸を有し、輝点や黒点等の欠点が多かった。 また、比較例２に示すように、塗膜にリオトロピック液晶化合物の配向方向と直交する磁場を印加することにより、リオトロピック液晶化合物を配向させて得られる偏光膜は、ＭＤ方向に吸収軸を有し、配向欠陥が多かった。このように配向欠陥が発生した原因としては、比較例２で使用したリオトロピック液晶化合物がＴＤ方向に流動配向する特性を有するのに対して、ＭＤ方向に磁場を印加したことから、互いの配向規制力が相殺されたためと考えられる。

尚、表１において、偏光膜の厚さは、ＦＥ−ＳＥＭ（Hitachi社製 製品名「Ｓ−４８
００」を用いて測定した。
また、配向欠陥については、偏光顕微鏡（ニコン社製 製品名「ＸＴＰ−１１」を用いて、塗布膜の吸収軸と、顕微鏡の偏光子を１５度交差させたときの様子を、接眼レンズ１０倍、対物レンズ１０倍に設定して観察した。図２〜図４は、上記顕微鏡に備え付けられているカメラで撮影した。

以上のように、本発明に係る光学積層体の製造方法は、基材と塗膜が接触する界面で配向不良が発生した場合においても、その配向不良が膜の広い領域に渡って伝播することを防止し、リオトロピック液晶化合物が均一に配向された膜表面を有する偏光膜を備えた光学積層体を製造することができ、かかる光学積層体は、例えば、液晶表示装置の表示特性の向上に極めて有用である。

本発明に係る製造方法により製造される光学積層体に含有される偏光膜において、凸状物に起因する輝点や黒点等の欠点の発生が解消されるメカニズムを模式的に示す説明図である。 実施例に係る偏光膜の偏光顕微鏡写真である。 比較例１に係る偏光膜の偏光顕微鏡写真である。 比較例２に係る偏光膜の偏光顕微鏡写真である。

１ 基材
２ リオトロピック液晶化合物
３ 塗布方向
４ 偏光膜
５ 凸状物
６ 欠点
７ 磁場の印加方向

Claims (5)

1. 基材と、基材上に形成されたリオトロピック液晶化合物を含む偏光膜とを備える光学積層体の製造方法であって、
   前記リオトロピック液晶化合物と溶媒とを含むコーティング液を基材上に塗布し、リオトロピック液晶化合物がコーティング液の塗布方向に対して直交する方向に配向してなる塗膜を形成する工程（Ａ）と、
   前記塗膜に、前記コーティング液の塗布方向と実質的に直交する方向に磁場を印加して、リオトロピック液晶化合物の配向方向に対して実質的に平行な磁場を印加する工程（Ｂ）とを含み、
   前記工程（Ｂ）を介して前記塗膜中に存在する液晶化合物の配向不良が伝播することを防止することを特徴とする光学積層体の製造方法。
2. 前記コーティング液が液晶相を示すことを特徴とする請求項１に記載の光学積層体の製造方法。
3. 前記工程（Ａ）において、前記コーティング液は剪断応力を加えながら前記基材上に塗布されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学積層体の製造方法。
4. 前記工程（Ｂ）において、前記磁場は、前記塗膜が前記溶媒を２０重量％以上含んだ状態で印加されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。
5. 前記工程（Ｂ）において、前記磁場の強度が０．５テスラ〜１２テスラであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。