JP6302053B2 - 光学物性に優れた薄型偏光子、その製造方法、これを含む偏光板及びディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄型偏光子、その製造方法、これを含む偏光板及びディスプレイ装置に関し、より具体的には、光学物性に優れており、厚さが１０μｍ以下と薄い薄型偏光子、その製造方法、これを含む偏光板及びディスプレイ装置に関するものである。

偏光板に使用される偏光子は、自然光又は任意の偏光を特定方向の偏光とするための光学素子であって、液晶表示素子、有機発光素子(ＯＬＥＤ)のようなディスプレイ装置に広く用いられている。現在、上記ディスプレイ装置に使用される偏光子としては、ヨウ素系化合物又は二色性染料を含有する分子鎖が一定の方向に配向されたポリビニルアルコール系偏光フィルムが一般に使用されている。

上記ポリビニルアルコール系偏光フィルムは、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素又は二色性染料を染着させた後、一定方向に延伸して架橋する方法によって製造されており、このとき、上記延伸工程は、ホウ酸水溶液又はヨウ素水溶液のような溶液上で行われる湿式延伸又は大気中で行われる乾式延伸等で行われることができる。ところで、このような従来の製造工程で、破断が発生することなく延伸が行われるためには、延伸前のポリビニルアルコール系フィルムの厚さが６０μｍを超過することが要求される。延伸前のポリビニルアルコール系フィルムの厚さが６０μｍ以下の場合、ポリビニルアルコール系フィルムの膨潤度が高くなり、薄い厚さによって延伸工程で単位面積当たり作用するモジュラスが大きくなって、破断が発生しやすくなるからだ。

一方、最近、ディスプレイ装置の薄型化傾向によって、偏光板もより薄い厚さを有することが要求されている。しかしながら、従来のように延伸前の厚さが６０μｍを超えるポリビニルアルコール系フィルムを使用する場合は、偏光子の厚さを低減するのに限界がある。よって、より薄い厚さの偏光子を製造するための研究が試みられている。

韓国公開特許第２０１０−００７１９９８号には、基材層上に親水性高分子層をコーティングするか、基材層の形成材と親水性高分子層の形成材とを共押出して製造される積層体を用いて薄型の偏光板を製造する方法が開示されている。しかしながら、コーティングや共押出法の場合、延伸後にポリビニルアルコール層と基材層との分離が容易でなく、分離のために高い剥離力が要求されるため、分離過程でポリビニルアルコール層が損傷するか変形する等の問題が発生しやすく、その結果、ポリビニルアルコールフィルムの偏光度等の光学物性が劣るという問題点があった。また、コーティング法や共押出法を用いる場合、ポリビニルアルコール樹脂を溶融させた後で押出するか、コーティング液に製造した後で塗布する方式で製造されるため、押出条件、コーティング条件または製膜条件によって、製造されるポリビニルアルコールフィルムの物性が変化しやすくて、最終的に製造されたポリビニルアルコールの物性が低下するのみならず、均一な物性を実現することも難しい。

したがって、薄いながらも、優れた光学物性を有する薄型の偏光子を製造する必要がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのものであって、単体透過度が４０〜４５％、偏光度が９９．０％以上と光学物性に優れており、厚さが１０μｍ以下と薄いポリビニルアルコール系薄型偏光子及びその製造方法を提供するためのものである。

一側面において、本発明は、熱可塑性ポリウレタンフィルムの少なくとも一面に引力または接着剤を用いて未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを貼り付けてフィルム積層体を形成するステップ；上記フィルム積層体を４５℃ないし５５℃の温度で延伸するステップ；及び上記ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを分離するステップを含む薄型偏光子の製造方法を提供する。

このとき、上記未延伸ポリビニルアルコール系フィルムは、厚さが１０μｍないし６０μｍ程度であるのが好ましく、上記延伸するステップは、ホウ酸濃度が１ないし５％、好ましくは１ないし３％であるホウ酸水溶液で行われることができる。

また、上記ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを分離するステップは、２Ｎ／２ｃｍ以下の剥離力を加えて行われることができる。

また、本発明の薄型偏光子の製造方法は、上記延伸するステップの前に、上記フィルム積層体にヨウ素及び二色性染料のうち少なくとも一つを染着させるステップをさらに含むか、上記延伸するステップの後に、フィルム積層体を乾燥するステップをさらに含むことができる。

他の側面において、本発明は、厚さが１０μｍ以下であり、単体透過度が４０％ないし４５％であり、偏光度が９９．０％以上であり、偏光子の幅方向に沿って等間隔で位置する１０個の点で測定された偏光度の標準偏差が０．００２％以下である薄型偏光子、これを含む偏光板及びディスプレイ装置を提供する。

本発明の製造方法は、基材フィルムとしてポリウレタンフィルムを使用し、特定の温度で延伸を行うことで、工程安定性に優れるだけなく、光学物性に優れた薄型偏光子を製造することができる。本発明の製造方法によって製造された薄型偏光子は、厚さが１０μｍ以下と非常に薄いのみならず、単体透過度、偏光度及び色感等の光学物性に非常に優れている。

テクスチャーアナライザー(Texture Analyzer)を用いて貼付力の測定方法を示す模式図である。 比較例４の延伸工程で破断が発生したフィルム積層体を示す写真である。

以下、本発明をより具体的に説明する。
本発明者らは、製造工程で破断が発生せず、１０μｍ以下と非常に薄いながらも光学物性に優れた偏光子を製造すべく長年の研究を重ねた結果、高分子フィルム上にポリビニルアルコール系フィルムを弱い引力または接着剤を用いて貼り付けた後、これを延伸することで、上記のような目的を達成できることを見出して、これに関連して韓国特許出願第１０−２０１２−０１３０５７６号及び韓国特許出願第１０−２０１２−０１３０５７７号を既出願した。

また、本発明者らはさらなる研究を通じて、上記既出願された薄型偏光子の製造方法において、高分子フィルムとして熱可塑性ポリウレタンフィルムを使用し、特定の温度で延伸を行うことで、他の種類のフィルムを使用する場合に比べて非常に優れた光学物性を有する薄型偏光子を製造できることを見出して、 本発明を完成するに至った。

本発明に係る薄型偏光子の製造方法は、熱可塑性ポリウレタンフィルムの少なくとも一面に引力または接着剤を用いて未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを貼り付けてフィルム積層体を形成するステップ；上記フィルム積層体を４５℃ないし５５℃の温度で延伸するステップ；及び上記ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを分離するステップを含む。

このとき、上記熱可塑性ポリウレタンフィルムは、ポリビニルアルコール系フィルムが破断することを防止するためのものであって、本発明者らの研究によれば、ポリウレタンフィルムを基材フィルムとして使用する場合、他の材質のフィルムを使用する場合に比べて高配率延伸が可能であり、熱収縮特性がポリビニルアルコール系フィルムと類似して、乾燥過程で延伸されたポリビニルアルコールフィルムの幅収縮を阻害せず、円滑な幅収縮を誘導することができるため、優れた光学特性を有する薄型偏光子を製造できることが分かった。

本発明において使用可能なポリウレタンフィルムは、４５℃ないし５５℃の温度で最大延伸倍率が５倍以上、好ましくは８倍以上の熱可塑性ポリウレタンフィルムであればよく、特に限定されるものではない。

このとき、上記ポリウレタンフィルムは、その厚さが２０ないし１００μｍ程度、好ましくは３０ないし８０μｍであるものがよい。ポリウレタンフィルムの厚さが２０μｍ未満であれば、破断のおそれが高く、１００μｍを超過すれば、フィルム積層体の形成後に延伸効率が減少するおそれがあるからだ。

次に、上記熱可塑性ポリウレタンフィルムに貼り付けられるポリビニルアルコール系フィルムは、その厚さが１０μｍないし６０μｍ程度、好ましくは１０μｍないし４０μｍ程度のものがよい。ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが６０μｍを超過する場合、延伸しても１０μｍ以下の厚さを実現しにくく、その厚さが１０μｍ未満の場合には、延伸中に破断が発生しやすい。

一方、上記ポリビニルアルコール系フィルムは、これに限定されるものではないが、重合度が１，０００ないし１０，０００程度、好ましくは１，５００ないし５，０００程度のものがよい。重合度が上記範囲を満足すると、分子の動きが自由であり、ヨウ素または二色性染料等と柔軟に混合することができるからだ。

なお、本発明のポリビニルアルコール系フィルムとしては、市販のポリビニルアルコール系フィルムを使用することができ、例えば、クラレ社のＰＳ３０、ＰＥ３０、ＰＥ６０、日本合成社のＭ２０００、Ｍ３０００、Ｍ６０００等が使用されことができる。

一方、本発明において、上記熱可塑性ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとは別途の媒介物なしに熱可塑性ポリウレタンフィルムと未延伸ポリビニルアルコール系フィルムの表面で発生する弱い引力によって貼り付けられるか、接着剤を介して貼り付けられることができる。

引力を用いて上記熱可塑性ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを貼り付ける場合には、熱可塑性ポリウレタンフィルムやポリビニルアルコール系フィルムの一面または両面に表面処理を施すことで、適切な貼付力を持たせることができる。このとき、上記表面処理は、当該技術分野によく知られている多様な表面処理方法、例えば、コロナ処理、プラズマ処理またはＮａＯＨやＫＯＨのような強塩基水溶液を用いた表面改質処理等を通じて行われることができる。

一方、接着剤を用いて未延伸高分子フィルムと未延伸ポリビニルアルコール系フィルムとを貼り付ける場合、延伸前の接着剤層の厚さは、２０ｎｍないし４０００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍないし１０００ｎｍ程度、より好ましくは２０ｎｍないし５００ｎｍ程度であってもよい。なお、上記フィルム積層体の延伸後の接着剤層の厚さは、１０ｎｍないし１０００ｎｍ程度、好ましくは、１０ｎｍないし５００ｎｍ程度、より好ましくは、１０ｎｍないし２００ｎｍ程度であってもよい。延伸前・後の接着剤層の厚さが上記範囲を満足すると、延伸及び乾燥工程後にポリビニルアルコール系フィルムを損傷なしに剥離するのに有利である。

一方、上記接着剤は、その材質が特に限定されるものではなく、当該技術分野に知られている多様な接着剤が制限なく使用されることができる。例えば、上記接着剤層は、水系接着剤または紫外線硬化型接着剤で形成されることができる。

より具体的に、上記接着剤層は、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリル系樹脂及び酢酸ビニル系樹脂からなる群より選択された１種以上を含む水系接着剤によって形成されることができる。

または、上記接着剤層は、アクリル基及びヒドロキシ基を持つポリビニルアルコール系樹脂を含む水系接着剤によって形成されることができる。このとき、上記アクリル基及びヒドロキシ基を持つポリビニルアルコール系樹脂は、重合度が５００ないし１８００程度であってもよい。

または、上記接着層は、アセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂にアミン系金属化合物架橋剤を含む水系接着剤を用いて形成されることができる。より具体的には、上記接着剤は、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂１００重量部及びアミン系金属化合物架橋剤１ないし５０重量部を含む水溶液であってもよい。

ここで、上記ポリビニルアルコール系樹脂の重合度及びケン化度は、アセトアセチル基を含有さえすれば、特に限定されないが、重合度が２００〜４，０００であり、ケン化度が７０モル％〜９９．９モル％であるのが好ましい。分子の動きの自由さによる含有物質との柔軟な混合を考慮すれば、重合度は１，５００〜２，５００であり、ケン化度は９０モル％〜９９．９モル％であるのがより好ましい。このとき、上記ポリビニルアルコール系樹脂は、上記アセトアセチル基を０．１〜３０モル％で含むのが好ましい。上記範囲でアミン系金属化合物架橋剤との反応が円滑になることができ、目的とする接着剤の耐水性に十分有意になることができる。

上記アミン系金属化合物架橋剤は、上記ポリビニルアルコール系樹脂との反応性を有する官能基を持つ水溶性架橋剤であって、アミン系リガンドを含有する金属錯体の形態であることが好ましい。可能な金属としては、ジルコニウム(Ｚｒ)、チタニウム(Ｔｉ)、ハフニウム(Ｈｆ)、タングステン(Ｗ)、鉄(Ｆｅ)、コバルト(Ｃｏ)、ニッケル(Ｎｉ)、ルテニウム(Ｒｕ)、オスミウム(Ｏｓ)、ロジウム(Ｒｈ)、イリジウム(Ｉｒ)、パラジウム(Ｐｄ)、白金(Ｐｔ)等の遷移金属が可能であり、中心金属に結合されたリガンドとしては、一級アミン、二級アミン(ジアミン)、三級アミンや水酸化アムモニウム等の少なくとも一つ以上のアミン基を含むものであれば、いずれも可能である。

また、上記接着剤において、上記アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂の固形分含量は、１重量％ないし１０重量％程度であることが好ましい。ポリビニルアルコール系樹脂の固形分含量が１重量％未満の場合には、耐水性が十分確保されなくて延伸工程での破断発生率の低下効果が少なく、１０重量％を超過する場合には、作業性が低下し、剥離時にポリビニルアルコール系フィルムの表面に損傷が発生し得るからだ。

一方、上記接着剤のｐＨは、４．５ないし９程度であることが好ましい。接着剤のｐＨが上記数値範囲を満足する場合、貯蔵性、高湿環境での耐久性においてより有利であるからだ。

一方、上記接着剤のｐＨは、水溶液中に酸を含有させる方法で調節することができ、このとき、上記ｐＨ調節のために使用される酸は、強酸及び弱酸のいずれも使用可能である。例えば、硝酸、塩酸、硫酸または酢酸等が使用されることができる。

上記のような接着剤によって形成される接着剤層の厚さは、フィルム積層体の延伸前には８０ｎｍないし２００ｎｍ程度、好ましくは８０ｎｍないし１５０ｎｍ程度であり、フィルム積層体の延伸後には、１０ｎｍないし１００ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍないし８０ｎｍ程度であることが好ましい。接着剤層の厚さが上記範囲を満足する場合、基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムとの接着力が適切な水準に維持されて延伸工程での破断発生率が低下すると共に、剥離詩に偏光子の表面損傷を最小に抑えられるからだ。

上記接着剤の場合、硬化時にアミン系金属化合物とポリビニルアルコール系樹脂のアセトアセチル基との間で架橋反応が起き、硬化後の接着層の耐水性が非常に向上する。よって、上記接着剤を用いて高分子フィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを積層する場合、湿式延伸時に接着剤が水に溶け出す現象を最小に抑えることができ、湿式延伸を行う場合に特に有用に使用されることができる。

一方、上記接着剤層は、紫外線硬化型接着剤で形成されることもでき、例えば、ホモポリマーのガラス転移温度が１２０℃以上の第１エポキシ化合物、ホモポリマーのガラス転移温度が６０℃以下の第２エポキシ化合物及びカチオン性光重合開始剤を含む紫外線硬化型接着剤で形成されることができる。具体的に、上記紫外線硬化型接着剤は、ホモポリマーのガラス転移温度が１２０℃以上の第１エポキシ化合物１００重量部、ホモポリマーのガラス転移温度が６０℃以下の第２エポキシ化合物３０ないし１００重量部及びカチオン性光重合開始剤０．５ないし２０重量部を含むことができる。

本明細書において、エポキシ化合物は分子内に１個以上のエポキシ基を持つ化合物を意味し、好ましくは分子内に２個以上のエポキシ基を持つ化合物であり、単量体(monomer)、重合体(polymer)または樹脂(resin)の形態の化合物をいずれも含む概念である。好ましくは、本発明のエポキシ化合物は、樹脂の形態であってもよい。

一方、上記第１エポキシ化合物としては、ホモポリマーのガラス転移温度が１２０℃以上のエポキシ化合物であれば、特に制限なく使用されることができ、例えば、ホモポリマーのガラス転移温度が１２０℃以上の脂環式エポキシ化合物及び／又は芳香族エポキシが本発明の第１エポキシ化合物として使用されることができる。ホモポリマーのガラス転移温度が１２０℃以上のエポキシ化合物の具体的な例としては、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキシドジシクロペンタジエンジオキシド、ビスエポキシシクロペンチルエーテル、ビスフェノールＡ系エポキシ化合物、ビスフェノールＦ系エポキシ化合物等が挙げられる。なお、上記第１エポキシ化合物は、ホモポリマーのガラス転移温度が１２０℃ないし２００℃程度であることがより好ましい。

次に、上記第２エポキシ化合物は、ホモポリマーのガラス転移温度が６０℃以下のエポキシ化合物であれば、特に制限なく使用されることができる。例えば、上記第２エポキシ化合物として、脂環式エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物等が使用されることができる。

このとき、上記脂環式エポキシ化合物としては、二官能型エポキシ化合物、すなわち２個のエポキシを持つ化合物を使用するのが好ましく、上記２個のエポキシ基がいずれも脂環式エポキシ基である化合物を使用するのがより好ましいが、これに制限されるものではない。

脂肪族エポキシ化合物としては、脂環式エポキシ基ではない脂肪族エポキシ基を持つエポキシ化合物が例示されることができる。例えば、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル；脂肪族多価アルコールのアルキレンオキシド付加物のポリグリシジルエーテル；脂肪族多価アルコールと脂肪族多価カルボン酸のポリエステルポリオールのポリグリシジルエーテル; 脂肪族多価カルボン酸のポリグリシジルエーテル；脂肪族多価アルコールと脂肪族多価カルボン酸のポリエステルポリカルボン酸のポリグリシジルエーテル；グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートのビニル重合によって得られるダイマー、オリゴマー又はポリマー；又はグリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートと他のビニル系単量体とのビニル重合によって得られるオリゴマー又はポリマーが例示されることができ、好ましくは、脂肪族多価アルコール又はそのアルキレンオキシド付加物のポリグリシジルエーテルが使用されることができるが、これに制限されるものではない。

上記において脂肪族多価アルコールとしては、例えば、炭素数２ないし２０、炭素数２ないし１６、炭素数２ないし１２、炭素数２ないし８又は炭素数２ないし４の脂肪族多価アルコールが例示されることができ、例えば、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−２，４−ペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、３，５−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール等の脂肪族ジオール；シクロヘキサンジメタノール、 シクロヘキサンジオール、水添ビスフェノールＡ、水添ビスフェノールＦ等の脂環式ジオール；トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキシトール類、 ペンチトール類、グリセリン、ポリグリセリン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、テトラメチロールプロパン等が例示されることができる。

また、上記においてアルキレンオキシドとしては、 炭素数１ないし２０、炭素数１ないし１６、炭素数１ないし１２、炭素数１ないし８又は炭素数１ないし４のアルキレンオキシドが例示されることができ、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド又はブチレンオキシド等が使用されることができる。

また、上記脂肪族多価カルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、２−メチルコハク酸、２−メチルアジピン酸、３−メチルアジピン酸、３−メチルペンタン二酸、２−メチルオクタン二酸、３，８−ジメチルデカン二酸、３，７-ジメチルデカン二酸、１，２０−エイコサメチレンジカルボン酸、１，２−シクロペンタンジカルボン酸、１，３−シクロペンタンジカルボン酸、１，２−シクロヘキサンジカルボン酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、１，４−ジカルボキシルメチレンシクロヘキサン、１，２，３−プロパントリカルボン酸、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸等が例示されることができるが、これに制限されるものではない。

好ましくは、本発明の上記第２エポキシ化合物はグリシジルエーテル基を一つ以上含むものであってもよく、例えば、１，４−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、及びｏ−クレシル(Cresyl)グリシジルエーテルからなる群より選択された１種以上が本発明の第２エポキシ化合物として使用されることができる。

なお、上記第２エポキシ化合物は、ホモポリマーのガラス転移温度が０℃ないし６０℃程度であることがより好ましい。

一方、これに限定されるものではないが、本発明の場合、上記エポキシ化合物として、エポキシ化脂肪族環基を一つ以上含む第１エポキシ化合物及びグリシジルエーテル基を一つ以上含む第２エポキシ化合物の組合わせを使用することが特に好ましい。

次に、上記フィルム積層体を延伸するステップにおいて、上記延伸は、４５℃ないし５５℃の温度で行われる。本発明者らの研究によれば、基材フィルムとして熱可塑性ポリウレタンフィルムを使用して、延伸温度で延伸を行う場合、透過度、偏光度及び色感等の光学物性に非常に優れていることが分かった。

一方、上記延伸は、５倍ないし１５倍、好ましくは５倍ないし１０倍の延伸倍率で行われることができ、光学物性を考慮すると、６倍ないし８倍の延伸倍率で行われることが特に好ましい。

一方、上記延伸は、湿式延伸または乾式延伸で行われることができ、特に制限されるものではないが、 湿式延伸を行う場合、乾式延伸に比べて熱可塑性ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとの表面貼付力が強くなるため、別途の接着手段がなくても安定して延伸を行うことができるという点でより好ましい。

なお、上記延伸ステップは、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素及び／または二色性染料を染着させるステップ及び／または上記染着されたヨウ素及び／または二色性染料をポリビニルアルコール系フィルムに架橋させるステップのうち少なくとも一つ以上のステップと共に行われることができる。

例えば、上記延伸をヨウ素及び／または二色性染料とホウ酸を含む水溶液内で行うことで、染着、架橋及び延伸工程を同時に行うことができる。または、上記延伸ステップの前に、フィルム積層体をヨウ素及び／または二色性染料を含む水溶液に浸漬させて染着ステップを行った後、上記染着が完了したフィルム積層体をホウ酸水溶液に浸漬させて、ホウ酸水溶液内で延伸を行うことで、架橋ステップと延伸ステップとを共に行うこともできる。

一方、上記延伸ステップは、ホウ酸濃度が１ないし５％程度、好ましくは１ないし４％程度、より好ましくは、１ないし３％程度であるホウ酸水溶液で行われることが特に好ましい。上記濃度範囲を満足するホウ酸水溶液で延伸を行う場合、偏光子の偏光度を向上する効果があるからだ。

なお、上記延伸は、ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１０μｍ以下になるように行うのが好ましく、例えば、ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１μｍないし１０μｍ、３μｍないし１０μｍまたは１μｍないし５μｍ程度になるように行うのが好ましい。

また、上記延伸は、ポリビニルアルコール系フィルムの幅収縮率は３０％ないし８０％程度、好ましくは６０％ないし８０％程度になるように行われることが好ましい。ポリビニルアルコール系フィルムの幅収縮率が上記数値範囲を満足する場合、優れた光学物性を得ることができるからだ。

一方、上記延伸ステップの後に、必要によって、上記フィルム積層体を乾燥するステップを行うことができる。このとき、上記乾燥は、これに限定されるものではないが、偏光子の光学特性を考慮するとき、２０℃ないし１００℃、より好ましくは４０℃ないし９０℃程度の温度で行われることが好ましく、上記乾燥時間は１分ないし１０分程度であることが好ましい。

なお、上記フィルム積層体の延伸の後に、延伸ポリビニルアルコール系フィルムと延伸されたポリウレタンフィルムとの間の貼付力は、２Ｎ／２ｃｍ以下、好ましくは０．１ないし２Ｎ／２ｃｍ程度、より好ましくは０．１ないし１Ｎ／２ｃｍ程度であってもよい。延伸ポリウレタンフィルムと延伸ポリビニルアルコールフィルムとの間の貼付力が上記範囲を満足する場合、分離過程で表面損傷を最小に抑えることができるからだ。本発明の製造方法によれば、ポリビニルアルコール系フィルムとポリウレタンフィルムとの間に接着剤層が形成されている場合、延伸によってポリビニルアルコール系フィルムとポリウレタンフィルムだけでなく接着剤層も共に延伸されるので、接着剤層の厚さが延伸前に比べて１０〜５０％の水準に減少することになり、その結果、ポリビニルアルコール系フィルムとポリウレタンフィルムとの間の貼付力が２Ｎ／２ｃｍ以下に低下して分離しやすい状態になる。一方、上記貼付力は、２ｃｍ長さのサンプルフィルムを貼り付けたときに測定される貼付力であり、具体的な測定方法は図１に示される。本発明において、上記フィルム間の貼付力は、図１に示すように、フィルム積層体のポリビニルアルコールフィルムＡをサンプルホルダーＨで固定した後、フィルム積層体の面方向に対して垂直な方向に力を加えてポリウレタンフィルムＢからポリビニルアルコールフィルムＡを剥離しながら測定した剥離力(Ｐｅｅｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ)の大きさを言い、このとき測定機器としては、Ｓｔａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ社のテクスチャーアナライザー(モデル名：ＴＡ−ＸＴ Ｐｌｕｓ)を使用した。

次に、上記延伸されたポリビニルアルコール系フィルムを上記熱可塑性ポリウレタンフィルムから分離する。上記分離ステップは、ポリビニルアルコール系フィルムまたは熱可塑性ポリウレタンフィルムに弱い剥離力を加えて両フィルムを離脱させる方法で行われることができる。このとき、上記剥離力は、２Ｎ／２ｃｍ以下であるのが好ましく、例えば、０．１ないし２Ｎ／２ｃｍ、０．１ないし１Ｎ／２ｃｍ程度であってもよい。このように、本発明の場合、コーティングや共押出を用いて積層された場合に比べて、ポリビニルアルコール系フィルムと高分子フィルムとを分離するのに要求される剥離力が非常に弱いため、別の工程や装備がなくても二つのフィルムを容易に分離できるのみならず、分離工程でポリビニルアルコール系フィルムの損傷が少なくて非常に優れた光学性能を示す。

一方、上記のような本発明の薄型偏光子の製造方法は、当該技術分野によく知られているシート・ツー・シート(sheet-to-sheet)工程、シート・ツー・ロール(sheet-to-roll)工程又はロール・ツー・ロール(roll-to-roll)工程等を通じて行われることができる。このとき、シート・ツー・シート工程は、原料フィルム(すなわち、ポリビニルアルコール系フィルム及びポリウレタンフィルム)として一定の大きさに裁断されている枚葉式フィルムを使用する方法であり、シート・ツー・ロール工程は、原料フィルムのうち一つとしては長さの長いフィルムが巻取されたロール状フィルムを使用し、他の原料フィルムとしては一定の大きさに裁断されている枚葉式フィルムを使用する方法を言う。また、ロール・ツー・ロール工程は、原料フィルムとしてロール状フィルムを使用する方法である。工程の連続性及び生産性を考慮すると、この中でもロール・ツー・ロール工程を使用するのが特に好ましい。

例えば、本発明の偏光板の製造方法は、ポリウレタンフィルムロールとポリビニルアルコール系フィルムロールからポリビニルアルコール系フィルムとポリウレタンフィルムを巻出しながら、ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを貼り付けてフィルム積層体を形成するステップ、及び上記フィルム積層体を４５℃ないし５５℃の温度で延伸するステップ；上記熱可塑性ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムを分離させるステップを含むことができる。

なお、上記ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとは貼り付けられてから、ロール状に再巻取された後、再巻取されたフィルム積層体ロールからフィルム積層体を巻出して延伸工程に投入されることもでき、又は再巻取することなくそのまま延伸工程に投入されることができる。

また、上記分離ステップは、ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとの間に剥離手段(例えば、剥離ロール)を挿入して、ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとの界面を分離させた後、分離されたポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを互いに異なるロールに巻取する方法で行われることができる。

上記のような方法によって製造された本発明の偏光子は、その厚さが１０μｍ以下、例えば、１μｍないし１０μｍ、３μｍないし１０μｍまたは１μｍないし５μｍ程度と非常に薄い。また、このように薄い厚さでも、単体透過度が４０〜４５％程度であり、偏光度が９９．０％以上、好ましくは９９．５％以上、より好ましくは９９．７％以上と非常に優れた光学物性を示す。

また、本発明の偏光子は、幅方向に対する偏光度の均一性に非常に優れている。具体的には、本発明の偏光子は、偏光子の幅方向に沿って等間隔で位置する１０個の点で測定された偏光度の標準偏差が０．００２％以下である。このように本発明の偏光子が幅方向の偏光度の均一性に優れていることは、基材フィルムとして使用されるポリウレタンフィルムの熱収縮特性がポリビニルアルコール系フィルムと類似して、ポリビニルアルコール系フィルムの幅方向の全領域にかけて延伸が均一になされることができるためであると判断される。

一方、上記のような本発明の偏光子に一面または両面に透明フィルムを積層して偏光板を形成することができる。このとき、上記透明フィルムとしては、当該技術分野で偏光子保護フィルムまたは位相差フィルムとして使用される多様なフィルムが制限なく使用されることができ、例えば、セルロース系フィルム、アクリル系フィルム、シクロオレフィン系フィルム等が使用されることができる。

偏光子と透明フィルムとの積層は特に制限されず、当該技術分野によく知られている接着剤または粘着剤等を用いて行われることができる。このとき、上記粘着剤または接着剤は、使用される透明フィルムの材質等を考慮して適宜選択されることができ、例えば、透明フィルムとしてＴＡＣを使用する場合には、ポリビニルアルコール系接着剤のような水系接着剤を用いることができ、透明フィルムとしてアクリルフィルムやＣＯＰフィルム等を使用する場合には、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤のような光硬化または熱硬化性接着剤を用いることができる。

一方、上記偏光子と透明フィルムとの積層方式は, 特に制限されるものではないが、生産性の面で、偏光子フィルムロールと透明フィルムロールを用いたロール・ツー・ロール方式でなされるのが好ましい。ロール・ツー・ロール方式で偏光子と透明フィルムとを積層して偏光板を製造する方法は、当該技術分野によく知られているので、具体的な説明は省略する。このようにロール・ツー・ロール方式で偏光板を製造する場合、長尺のロール状偏光板を得ることができる。

一方、上記本発明の偏光板は、透明フィルム以外に、輝度向上フィルム、プライマー層、ハードコート層、防眩層、反射防止層または液晶パネルとの貼り付けのための粘着層等のような他の機能性光学層をさらに含むことができる。これら光学層は、形成方法は特に限定されず、当該技術分野によく知られている公知の方法を用いることができる。
本発明の偏光板は、従来の偏光板に比べてその厚さが非常に薄いながらも優れた光学特性を有し、液晶表示パネル、有機エレクトロルミネッセンス装置等のようなディスプレイ装置に有用に使用されることができる。
以下、具体的な実施例を通じて、本発明をより具体的に説明する。

実施例１
厚さ６０μｍのポリウレタンフィルムの両面に３０μｍ厚さのポリビニルアルコールフィルムを貼り付けてフィルム積層体を製造した。その後、上記フィルム積層体を２５℃の純水溶液で１５秒間膨潤(swelling)させた後、０．３ｗｔ％ 濃度及び２５℃のヨウ素溶液で６０秒間染着工程を進行した。次に、上記フィルム積層体をホウ酸１ｗｔ％溶液で１５秒間洗浄した後、４５℃のホウ酸２ｗｔ％溶液で７倍の延伸工程を進行した。延伸後、５ｗｔ％のＫＩ溶液で補色工程を経た後、８０℃のオーブンで５分間乾燥工程を進行した。その後、ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコールフィルムとを分離して、最終的に厚さ７．５μｍの薄型偏光子を製造した。

実施例２
延伸工程を５０℃のホウ酸２ｗｔ％溶液で行った点を除いては、実施例１と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

実施例３
延伸工程を５５℃のホウ酸２ｗｔ％溶液で行った点を除いては、実施例１と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

実験例１
上記実施例１〜３によって製造された薄型偏光子の単体透過度、偏光度及び単体色相、直交色相等の光学物性をＪＡＳＣＯ Ｖ−７１００分光光度計(Spectrophotometer)で測定した。測定結果は、［表１］に示す。

上記［表１］に示すように、基材フィルムとしてポリウレタンフィルムを使用する場合、偏光度が９９．５％以上と光学特性に優れており、この中でも、延伸温度が５０℃〜５５℃の場合には、偏光度が９９．９％以上と光学特性に特に優れていることが分かる。

実施例４
厚さ６０μｍのポリウレタンフィルムの両面に３０μｍ厚さのポリビニルアルコールフィルムを貼り付けてフィルム積層体を製造した。その後、上記フィルム積層体を２５℃の純水溶液で１５秒間膨潤(swelling)させた後、０．２７ｗｔ％濃度及び２５℃のヨウ素溶液で６０秒間染着工程を進行した。次に、上記フィルム積層体をホウ酸１ｗｔ％溶液で１５秒間洗浄した後、５０℃のホウ酸２ｗｔ％溶液で７倍の延伸工程を進行した。延伸後、５ｗｔ％のＫＩ溶液で補色工程を経た後、８０℃のオーブンで５分間乾燥工程を進行した。その後、ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコールフィルムとを分離して、最終的に厚さ７．５μｍの薄型偏光子を製造した。

実施例５
延伸工程をホウ酸２．５ｗｔ％溶液で行った点を除いては、実施例４と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

実施例６
延伸工程をホウ酸３．５ｗｔ％溶液で行った点を除いては、実施例４と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

実験例２
上記実施例４〜６によって製造された薄型偏光子の単体透過度、偏光度及び単体色相、直交色相等の光学物性をＪＡＳＣＯ Ｖ−７１００分光光度計(Spectrophotometer)で測定した。測定結果は、［表２］に示す。

上記［表２］を通じて、ポリウレタン基材フィルムを使用する場合、ホウ酸濃度が３．５重量％水準の場合、ホウ酸濃度がそれぞれ２．０重量％、２．５重量％である実施例４及び５に比べて偏光度が相対的に低下することが分かる。

実施例７
厚さ６０μｍのポリウレタンフィルムの両面に３０μｍ厚さのポリビニルアルコールフィルムを貼り付けてフィルム積層体を製造した。その後、上記フィルム積層体を２５℃の純水溶液で１５秒間膨潤(swelling)させた後、０．２９ｗｔ％濃度及び２５℃のヨウ素溶液で６０秒間染着工程を進行した。次に、上記フィルム積層体をホウ酸１ｗｔ％溶液で１５秒間洗浄した後、５０℃のホウ酸 ２ｗｔ％溶液で６．５倍の延伸工程を進行した。延伸後、５ｗｔ％のＫＩ溶液で補色工程を経た後、８０℃のオーブンで５分間乾燥工程を進行した。その後、ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコールフィルムとを分離して、最終的に厚さ７．５μｍの薄型偏光子を製造した。

実施例８
延伸倍率を７倍にした点を除いては、実施例７と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

実施例９
延伸倍率を７．５倍にした点を除いては、実施例７と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

実験例３
上記実施例７〜９によって製造された薄型偏光子の単体透過度及び偏光度を ＪＡＳＣＯ Ｖ−７１００分光光度計(Spectrophotometer)で測定した。測定結果は、［表３］に示す。

比較例１
厚さ６０μｍのポリウレタンフィルムの代わりに厚さ９０μｍのポリエチレンフィルムを使用した点を除いては、実施例５と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

比較例２
厚さ６０μｍのポリウレタンフィルムの代わりに厚さ５０μｍのポリプロピレンフィルムを使用した点を除いては、実施例８と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

比較例３
厚さ６０μｍのポリウレタンフィルムの代わりに厚さ４０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを使用した点を除いては、実施例８と同一の方法で薄型偏光子を製造しようとしたが、延伸の途中で破断が発生して薄型偏光子の製造が不可能だった。図２には、本比較例３の延伸過程でのフィルム積層体の状態を示す写真が示されている。

比較例４
延伸工程を４０℃のホウ酸２ｗｔ％溶液で行った点を除いては、実施例１と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

比較例５
延伸工程を６０℃のホウ酸２ｗｔ％溶液で行った点を除いては、実施例１と同一の方法で薄型偏光子を製造した。

実験例４：光学物性の測定
上記比較例１〜３、４及び５によって製造された薄型偏光子の単体透過度、偏光度及び単体色相、直交色相等の光学物性をＪＡＳＣＯ Ｖ−７１００分光光度計(Spectrophotometer)で測定した。測定結果は、［表４］に示す。

上記［表１］〜［表４］を通じて、基材フィルムとしてポリウレタンフィルムを使用した実施例１〜９によって製造された偏光子の場合、単体透過度、偏光度、色感等の光学物性が、他の種類の基材フィルムを使用した比較例１及び２によって製造された偏光子に比べて非常に優れていることが分かる。

実験例５：偏光度の均一性の評価
上記実施例２及び比較例１によって製造された偏光子それぞれに対して、偏光子の幅方向に沿って等間隔で位置する１０個の点で偏光度を測定した後、測定された偏光度の標準偏差を計算した。測定結果は、下記［表５］に示す。

Ｈ：ホルダー
Ａ：ポリビニルアルコール系フィルム
Ｂ：高分子フィルム
ＭＤ：縦延伸方向

Claims (5)

1. 熱可塑性ポリウレタンフィルムロール及び未延伸ポリビニルアルコール系フィルムロールから熱可塑性ポリウレタンフィルム及び未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを巻出すとともに、熱可塑性ポリウレタンフィルムの少なくとも一面に引力または接着剤を用いて未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを貼り付けてフィルム積層体を形成するステップ；
   前記フィルム積層体を４５℃ないし５５℃の温度で延伸するステップ；及び
   前記熱可塑性ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを分離するステップを含み、
   引力を用いて前記熱可塑性ポリウレタンフィルム及び前記未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを互いに貼り付ける場合に、適切な貼付力を可能にするように前記熱可塑性ポリウレタンフィルムや前記未延伸ポリビニルアルコール系フィルムの一面または両面に表面処理が施され、
   前記フィルム積層体を延伸するステップは、６倍ないし８倍の延伸倍率で行われ、
   前記フィルム積層体を延伸するステップは、ホウ酸濃度が１ないし３％であるホウ酸水溶液で行われるものであり、
   前記フィルム積層体を延伸するステップは、ポリビニルアルコール系フィルムの幅収縮率が ６０％〜８０％になるように行われるものであり、
   前記フィルム積層体を延伸するステップの後に、延伸されたポリビニルアルコール系フィルムと延伸された熱可塑性ポリウレタンフィルムとの間の貼付力が、０．１〜２Ｎ／２ｃｍであり、
   前記熱可塑性ポリウレタンフィルムとポリビニルアルコール系フィルムとを分離するステップは、０．１〜２Ｎ／２ｃｍの剥離力を加えて行われるものである、薄型偏光子の製造方法。
2. 前記未延伸ポリビニルアルコール系フィルムは、厚さが１０μｍないし６０μｍである請求項１に記載の薄型偏光子の製造方法。
3. 前記フィルム積層体を延伸するステップは、ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１０μｍ以下になるように行われるものである請求項１に記載の薄型偏光子の製造方法。
4. 前記フィルム積層体を延伸するステップの前に、前記フィルム積層体にヨウ素及び二色性染料のうち少なくとも一つを染着させるステップをさらに含む請求項１に記載の薄型偏光子の製造方法。
5. 前記フィルム積層体を延伸するステップの後に、延伸されたフィルム積層体を乾燥するステップをさらに含む請求項１に記載の薄型偏光子の製造方法。

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