JPH04204907A - 偏光フィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は偏光性能および耐湿熱性に優れた液晶表示用の
新規な偏光フィルムに関する。

し従来の技術］ 近年、ワードプロセッサーでは液晶表示素子の白黒化が
進み、パーソナルコンピュータやポータプルテレビでは
カラー液晶表示素子が実用化されている。このような白
黒あるいはカラー表示では透過率および偏光度が高い偏
光フィルムが必要とされる。また、これらの液晶表示素
子は今後車載用や野外用の高温多湿の条件下での用途に
展開されようとしており、信頼性を保つ上で耐湿熱性に
優れた偏光フィルムが強く要望されている。

従来の液晶表示用偏光フィルムはポリビニルアルコール
系フィルムに二色性色素（ヨウ素および／または二色性
染料）を吸着させた後ホウ酸を含む水溶液中で延伸する
か、あるいは延伸したポリビニルアルコール系フィルム
に二色性色素を吸着させた後ホウ酸を含む水溶液で処理
して作製する。

また、いずれの方法においても最後にセルロースエステ
ル系樹脂からなる保護フィルムを貼り合わせて製品とし
たものが一般的である。（偏光フィルムの応用、ｐ１３
５．１９８６、シーエムシー社）。特に、ポリビニルア
ルコール系フィルムにヨウ素を吸着させた偏光フィルム
が透過率および偏光度の点で最も優れており、液晶表示
素子のコントラストを高くできる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の偏光フィルムは基材ポリマであるポリビニルアル
コールフィルムを一軸延伸し、その分子配向に従って吸
着した二色性色素が、一方向に配向する効果により偏光
性能を得ているが、従来の技術では延伸による分子配向
が十分進まないうちにポリビニルアルコールフィルムが
破断し、偏光性能を向上させることが困難であった。

また、ポリビニルアルコール系偏光フィルムは一般に耐
湿熱性が良好でなく、たとえば６０’Ｃ。

９０％相対湿度（ＲＨ）の雰囲気下における耐湿熱性試
験を行なうと偏光度が著しく低下する。特に二色性色素
としてヨウ素を用いた場合偏光度の低下が顕著である。

そこで、耐湿熱性を向上させる手段として、ポリエステ
ルやポリスルホン等の透湿率の低い保護フィルムを用い
る方法があるが、透過率の低下、複屈折による干渉縞の
発生、ポリビニルアルコール系基材フィルムと保護フィ
ルムの吸湿膨潤率の差によるカール等の問題が発生する
ので実用上問題である。

本発明はこのような問題点を解決し、偏光特性および耐
湿熱性に優れた偏光フィルムを提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、上記の目的を達成するために偏光フィル
ムの偏光性能と耐湿熱性について鋭意検討したところ、
ポリビニルアルコール系基材フィルムと二色性色素から
なる偏光子において該基材フィルムを構成する高分子セ
グメントの非晶領域の配向係数、および該基材フィルム
とホウ素化合物の架橋状態を制御することにより偏光特
性および耐湿熱性が改善された偏光フィルムが得られる
ことを見い出し、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明はポリビニルアルコール系基材フィル
ムに二色性色素を吸着配向させた偏光子と保護層とから
なる偏光フィルムにおいて、該基材フィルムを構成する
高分子セグメントの非晶領域の配向係数が、０．６５〜
０．８５であり、かつ該基材フィルムのホウ素化合物に
よる架橋指数ＣＲが、０．６５〜１．５０であることを
特徴とする偏光フィルムに関する。

ただし、ＣＲは該基材フィルムの赤外吸収スペクトルに
おける６６０ｃｍ−”の吸光度Ａ　６６０と６００ｃｍ
−”の吸光度Ａ６ｏ（１の比であり、（１）式で定義す
る。

ＣＲ＝　Ａ　６６０　／　Ａ　６００　　　　　　　（
１）本発明の偏光フィルムにおいて、基材フィルムを構
成する高分子セグメントの非晶領域の配向係数は、好ま
しくは０．６５〜０．８５、さらに好ましくは０．７０
〜０．８０である。非晶領域の配向係数が０．６５より
小さい場合は、二色性色素の配向度が低く、透過率およ
び偏光度に優れた偏光フィルムが得られず、好ましくな
い。これは、二色性色素の大部分が基材フィルムを構成
する高分子セグメントの非晶領域に吸着し、非晶領域の
配向に従って配向するためと考えられる。一方、非晶領
域の配向係数が０．８５より大きい場合は、ポリビニル
アルコール基材フィルムが脆化し取扱いが極めて困難で
あり好ましくない。

ここで、該基材フィルムを構成する高分子セグメントの
非晶領域とは、固体状の高分子物質を結晶領域と非晶領
域の２相からなると仮定するモデルとして考えた場合の
非晶領域を意味する。したがって、非晶領域の配向係数
とは、全高分子セグメントのうちの非晶領域に存在する
ものの平均値である。配向係数はＸ線回折、赤外吸収、
ラマン散乱、核磁気共鳴等で測定できるが、本発明でい
う配向係数は下記の（２）式を用いて求めたものである
。（Ｐ、Ｈ，Ｈｅｒｍａｎｓ、Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ
　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｌＣｅｌｌｕｌｏｓｅ　Ｆｉ
ｂｅｒｓ、ｐ４７３　　（１９４９）、）Δｎ＝Δｎ、
”＊ＦｃａＸｃ＋Δｎ、。−Ｆａ・（１−Ｘｃ）　　　
　　　　　　　　　　　（２）ただし、Δｎは該基材フ
ィルムの複屈折、ΔｎｃＯおよびΔｎ　、　Ｏは結晶領
域および非晶領域の固有複屈折、ＦｃおよびＦａは結晶
領域および非晶領域の配向係数、Ｘｃは結晶化度である
。

ＦｃおよびＸｃはＸ線回折により算出する。

本発明の偏光フィルムにおいて、基材フィルムのホウ素
化合物による架橋指数ＣＲは、好ましくは０．６５〜１
，５０、さらに好ましくは０．　７０〜１．００である
。ＣＲが０．６５より小さい場合は、架橋が十分でなく
高度に配向したポリビニルアルコール分子の構造を固定
できないため十分な偏光性能が得られず、さらに耐湿熱
性も劣る。

一方、ＣＲが１．５０より大きい場合は、架橋が進み過
ぎてポリビニルアルコール基材フィルムが脆化し取扱い
が極めて困難であり好ましくない。

ここで、基材フィルムのホウ素化合物による架橋指数Ｃ
Ｒは（１）式で定義する。

ＣＲ＝　Ａ　６６０　／　Ａ　６００　　　　　　（１
）ただし、Ａ６００およびＡ６６０は該基材フィルムの
赤外吸収スペクトルにおける６００ｃｍ−’および６６
０ｃｍ−１の吸光度である。６００ｃｍ−１のバンドは
ポリビニルアルコール系高分子の水酸基に起因し、６６
０ｃｍ−”のバンドはホウ素とポリビニルアルコール系
高分子の水酸基とのエステル結合（Ｂ−０−Ｃの結合）
に起因する。（化学の領域増刊、赤外吸収スペクトル　
第１３集、ｐ１２３　（１９６１））。したがって、そ
れらの比であるＣＲけ架橋の程度を表わす数値であり、
大きいほど架橋が進んでいることを示す。

上記のホウ素化合物としては、実質的にポリビニルアル
コール系高分子の水酸基とのエステル結合を形成し、架
橋による二色性色素の固定効果があれば特に限定されな
いが、ホウ酸、四ホウ酸す　−トリウム等が安全性、経
済性の点で好ましい。

本発明で用いるポリビニルアルコール系基材フィルムは
フィルムを構成する重合体中のエステル基の少なくとも
８５モル％以上好ましくは９０〜１００モル％がケン化
されてヒドロキシル基に変換されたものであることが望
ましい。例えばポリビニルアルコ−、ルフィルム、ポリ
ビニルホルマールフィルム、ポリビニルアセタールフィ
ルム、ポリビニルブチラールフィルム、エチレン−酢酸
ビニル共重合体ケン化物フィルム、のごときポリビニル
アルコール誘導体フィルムを用いることができる。

ここでポリビニルアルコール系基材フィルムはフィルム
を構成する樹脂のケン化度が８５モル％未満の場合、十
分な偏光度が得られず好ましくない。これは、二色性色
素の吸着部位であるヒドロキシル基が少ないために、二
色性色素の吸着が十分でないうえにホウ素化合物による
架橋も十分でないためと考えられる。

本発明でいう二色性色素は、分子内で可視光領域におけ
る吸光係数の異なる光学軸を２つ以上有するものであれ
ば特に限定されない。たとえば、Ｉ、−１■、−等のヨ
ウ素（イオン）、コンゴーレッド等の二色性染料、ポリ
アセチレン等のポリエンが代表的であり、これらを組み
合わせて使用することもできる。中でもヨウ素は高透過
率、高偏光度の偏光フィルムを得ることができるので好
ましい。

本発明の偏光フィルムはたとえば次のような方法で製造
することができるが、これに限定されるものではない。

すなわち、まず、少なくとも８５モル％以上ケン化した
、重合度１５００〜３５００のポリビニルアルコールを
、ジメチルスルホオキサイド、水、ホウ酸がそれぞれ９
０：９：１の重量組成の溶液に、濃度が１０〜３０％と
なるように溶解した後、平坦な板の上に流延し、室温〜
−３０℃に冷却した後メタノールに浸漬してジメチルス
ルホオキサイドを抽出し、基材フィルムを得る。次に、
得られた基材フィルムを水中で膨潤させ、縦−軸に１．
５〜３．０倍に延伸し、緊張状態に保ったままヨウ素と
ヨウ化カリウムからなる水溶液あるいは二色性染料水溶
液に浸漬し、偏光素子を吸着させる。次に、このフィル
ムを４０〜５０℃で乾燥させ、８０〜１８０℃の雰囲気
下で縦−軸に２〜３倍に延伸し、緊張状態に保ったまま
、２〜１５％のホウ酸を主成分とする４０〜７０°Ｃの
水溶液中で架橋処理を行なう。

さらに、必要に応じてこのフィルムを１００〜１８０°
Ｃで熱処理して耐湿熱性を向上させてもよい。最後に得
られたフィルムの片面または両面に保護膜層を形成して
本発明の偏光フィルムを得る。

［実施例］ 以下、本発明を実施例で説明する。

本発明における透過率（Ｙ）は日本電子機械工業界規格
ＬＤ−２０１に準じて、４００〜７００ｎｍの波長域で
ｌＱｎｍおきに求めた分光透過率τ、から、次式で算出
したものである。

ｆＰλ０ｙλ°７λｄλ Ｙ＝　　　　　　　　　　□　　　　　　　　　　　Ｘ
　１００ｆＰλ°ｙλｄλ ここで、Ｐ　は標準光（Ｄ６５光源）の分光性λ 布、ｙ、は２度視野Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ系に基づく等色間
数である。

１枚の偏光フィルムの透過率を単体透過率Ｙ、２枚の偏
光フィルムをその配向方向が同一となるように重ねた場
合を平行位透過率Ｙ８．２枚の偏光フィルムをその配向
方向が直交となるように重ねた場合を直交位透過率Ｙ。

とそれぞれ称する。

偏光度■は、平行位透過率Ｙ、および直交位透なお、分
光透過率τ、は分光光度計（日立製作所製、Ｕ−３４０
０型）を用いて測定した。

非晶領域の配向係数は（２）式を用いて求めた。

Δｎ＝Δｎｃ。＠ＦＣ１ＩＸＣ＋Δｎ、０　・Ｆａｌｌ
（１−Ｘ　ｃ　）　　　　　　　　　　　　　（２）た
だし、Δｎは該基材フィルムの複屈折、ΔｎｃＯおよび
Δｎ　、　０は結晶領域および非晶領域の固有複屈折、
ＦｃおよびＦａは結晶領域および非晶領域の配向係数、
Ｘｃは結晶化度である。

Ｆｃは（０２０）面のＸ線回折強度から算出した。

ＸｃはＸ線回折強度の積分値から算出した。Ｘ線回折は
、理学電機社製Ｘ線発生装置４０３６Ａ２型、ゴニオメ
ータ５Ｇ−７型および２１５５Ｄ型をそれぞれ用いて行
なった。Δｎは、アタゴ製アツベ型屈折計Ｔ−１型で測
定した。Δｎ　、　ＯおよびΔｎ、Ｏはそれぞれ５．１
８Ｘ１０−２および４゜３８Ｘ１０−２とした。（日比
貞雄ら、繊維学会誌、２７、ｐ４１　（１９７１））。

架橋指数ＣＲは該基材フィルムの赤外吸収スペクトル測
定により、Ａ６００およびＡ６６０をベースライン法で
求めて、（１）式から算出した。赤外分光光度計は日立
製作所製、２６０−３０型を用いた。

耐湿熱性は偏光フィルムを６０℃、９０％相対湿度（Ｒ
Ｈ）の恒温恒湿槽内に３００時間放置した後、透過率お
よび偏光度を測定し、初期値からの低下度を透過率変化
ΔＹおよび偏光度変化Δ■として評価した。

実施例１ ケン化度９９．５モル％、重合度２６００のポリビニル
アルコールを２０重量％となるように９５℃のジメチル
スルホオキサイド：水ニホウ酸がそれぞれ９０：９：１
の重量組成の溶液で溶解し、アルミ板の上にキャストし
た後５℃に冷却した。

次にメタノール中に浸漬して凝固させた後さらに水中に
浸漬して十分に膨潤させた。このようにして得た基材フ
ィルムを縦−軸に２．０倍に延伸し、緊張状態に保った
まま、ヨウ素０．２重量％、ヨウ化カリウム５％からな
る３５℃の水溶液に浸漬し偏光素子を吸着させた。次に
、このフィルムを緊張状態に保ったまま、４０℃で２時
間乾燥させ、１３０’Ｃの雰囲気下でさらに縦−軸に３
倍に延伸した。さらに、緊張状態に保ったまま、ホウ酸
１２％、ヨウ化カリウム５％からなる６５℃の水溶液中
で６分間架橋処理して、偏光フィルムを得た。

最後に、この偏光フィルムの両面に、市販の厚さ８０μ
ｍのトリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィル
ム製、フジタック）をポリビニルアルコール樹脂系接着
剤で貼り合わせた。このようにして得られた偏光フィル
ムの性能を第１表に示す。

実施例２ 実施例１と全く同一の方法および条件で製膜したポリビ
ニルアルコール基材フィルムを水中に浸漬して十分に膨
潤させた。次に、ヨウ素０．２重量％、ヨウ化カリウム
５％、ホウ酸２％からなる３５℃の水溶液中で縦−軸に
３．０倍に延伸した。

次に、このフィルムをホウ酸１２％、ヨウ化カリウム５
％からなる６５℃の水溶液中で、１分間でさらに縦−軸
に２倍に延伸した後、該水溶液に６分間浸漬して、偏光
フィルムを得た。最後に、市販の厚さ８０μｍのトリア
セチルセルロースフィルムをポリビニルアルコール樹脂
系接着剤で貼り合わせた。作製した偏光フィルムの性能
を第１表に示す。

実施例３ ケン化度９９．５モル％、重合度１７００のポリビニル
アルコールを１５重量％となるように９５℃の水で溶解
し、アルミ板の上にキャストして４０°Ｃの乾燥機中で
２４時間乾燥して、厚さ５０μｍのフィルムを得た。こ
のフィルムを水中に浸漬して十分に膨潤させた後、３５
℃の２重量％ホウ酸水溶液に１０分間浸漬した。次に、
実施例２と同一の方法および条件でヨウ素吸着、延伸お
よび架橋処理を行ない、実施例１と同様の保護フィルム
を貼り合わせて偏光フィルムを得た。性能を同じく第１
表に示す。

実施例４ 実施例１と全く同様にして製膜した基材フィルムを水中
に浸漬した後、カヤラススプラオレンジ２ＧＬ、カヤラ
ススプラブル−４Ｂ（いずれも日本化薬製）およびスミ
ライトレッド４Ｂ（住友化学製）をそれぞれ含む３５℃
の水溶液に浸漬して二色性染料を吸着させた。次に、実
施例１と同一の方法および条件で延伸および架橋処理を
行ない、実施例１と同様の保護フィルムを貼り合わせて
偏光フィルムを得た。性能を同じく第１表に示す。

比較例１ 実施例３と同一の方法で厚さ７５μのポリビニルアルコ
ールフィルムを作製した。次に、このフィルムを、１３
０℃の雰囲気下で縦−軸に５．０倍に延伸した。次に、
ヨウ素０．　２重量％、ヨウ化カリウム５％からなる３
５℃の水溶液に浸漬し偏光素子を吸着させた。さらに、
緊張状態に保ったまま、ホウ酸１２％、ヨウ化カリウム
５％からなる６５℃の水溶液中で１分間架橋処理して、
偏光フィルムを得た。性能を同じく第１表に示す。

比較例２ 実施例３と同一の方法で厚さ７５μのポリビニルアルコ
ールフィルムを作製し、水中に浸漬して十分に膨潤させ
た。次に、ヨウ素０．２重量％、ヨウ化カリウム５％か
らなる３５℃の水溶液に浸漬し偏光素子を吸着させた。

次に、このフィルムをホウ酸４％、ヨウ化カリウム２％
からなる３５℃の水溶液中で、１分間で縦−軸に４．０
倍に延伸した後、該水溶液に６分間浸漬して、偏光フィ
ルムを得た。性能を同じく第１表に示す。

比較例３ 実施例１と同一の方法で厚さ７５μのポリビニルアルコ
ールフィルムを作製した。次に、このフィルムを実施例
１と同一の方法および条件でヨウ素吸着、延伸した。さ
らに、緊張状態に保ったまま、ホウ酸１２％、ヨウ化カ
リウム５％からなる６５℃の水溶液中で１５分間架橋処
理して、偏光フィルムを得た。得られた偏光フィルムは
非常に脆く、取扱いが困難であり、耐湿熱性評価中にも
細かいひびわれが生じた。性能を同じく第１表に示す。

比較例４ 実施例１と同一の方法で厚さ７５μのポリビニルアルコ
ールフィルムを作製した。次に、このフィルムを、１６
０℃の雰囲気下で縦−軸に６．５倍に延伸した。さらに
、緊張状態に保ったまま、ホウ酸１２％、ヨウ化カリウ
ム５％からなる６５℃の水溶液中で６分間架橋処理して
、偏光フィルムを得た。得られた偏光フィルムは非常に
脆く、取扱いが困難であり、耐湿熱性評価中にも細かい
ひびわれが生じた。性能を同じく第１表に示す。

比較例５ 実施例４と同一の方法および条件で基材フィルムを製膜
し、二色性染料を吸着させた。次に、比較例１と同様の
方法で偏光フィルムを作製した。

性能を同じく第１表に示す。

第１表の実施例と比較例から本発明により得られる偏光
フィルムは偏光性能と耐湿熱性に優れることがわかる。

［発明の効果］ 本発明により偏光性能と耐湿熱性に優れる液晶表示装置
に好適な偏光フィルムを得ることができる。従って、本
発明の偏光フィルムはワードプロセッサー、パーソナル
コンピュータ、ボータプルテレビ車載用デイスプレィ等
の信頼性を向上させるとともに、サングラス、調光装置
等の種々の用途にも使用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ポリビニルアルコール系基材フィルムに二色性色素
   を吸着配向させた偏光子と保護層とからなる偏光フィル
   ムにおいて、該基材フィルムを構成する高分子セグメン
   トの非晶領域の配向係数が、０．６５〜０．８５であり
   、かつ該基材フィルムのホウ素化合物による架橋指数Ｃ
   Ｒが、０．６５〜１．５０であることを特徴とする偏光
   フィルム。 ただし、ＣＲは該基材フィルムの赤外吸収スペクトルに
   おける６６０ｃｍ＾−＾１の吸光度Ａ＿６＿６＿０と６
   ００ｃｍ＾−＾１の吸光度Ａ＿６＿０＿０の比であり、
   （１）式で定義する。 ＣＲ＝Ａ＿６＿６＿０／Ａ＿６＿０＿０（１） ２　ポリビニルアルコール系基材フィルムがケン化度８
   ５〜１００モル％のポリビニルアルコールフィルムであ
   る請求項１記載の偏光フィルム。 ３　二色性色素がヨウ素である請求項１記載の偏光フィ
   ルム。