KR102059755B1 - 편광 소자, 원편광판 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

편광 소자, 원편광판 및 이들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 편광층과 광배향층이 설치된 신규의 편광 소자 및 상기 편광 소자를 포함하는 원편광자, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 해결 수단으로서, 투명 기재 상에 광배향층 및 편광층이 이 순서로 형성된 편광자이며, 상기 광배향층이 광반응성 기를 갖는 폴리머로부터 형성된 것이고, 상기 편광층이 중합성 스메틱 액정 화합물 및 이색성 색소를 함유하는 조성물로 형성된 것인 편광 소자, 이 편광 소자의 편광층 상에 위상차층을 더 설치한 원편광판 또는 상기 편광 소자의 투명 기재를 위상차 필름으로 대체한 원편광판을 제공한다.

Description

편광 소자, 원편광판 및 이들의 제조 방법{POLARIZING DEVICE, CIRCULAR POLARIZING PLATE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 편광 소자, 원편광판 및 이들의 제조 방법 등에 관한 것이다.
액정 표시 장치에 이용되는 편광 소자는 일반적으로는 요오드로 염색한 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어지는 막이 배향층으로서 이용되고 있다(비특허문헌 1).
비특허문헌 1 : 스즈키 야소지 편저, 「액정 디스플레이가 가능할 때까지」, 닛칸고교신분사, 2005년 11월 28일 발행
본 발명은, 특정한 편광층과 광배향층이 형성된 신규의 편광 소자와 그 편광 소자를 포함하는 원편광자 및 이들의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 이하의 [1]∼[17]의 발명을 포함한다.
[1] 투명 기재 상에, 광배향층 및 편광층이 이 순서로 형성된 편광자이며,
상기 광배향층이, 광반응성 기를 갖는 폴리머로 형성된 것이고,
상기 편광층이, 중합성 스메틱 액정 화합물 및 이색성 색소를 함유하는 조성물로 형성된 것인 편광 소자.
[2] 상기 편광층이, X선 반사 측정에 있어서 블랙 피크를 얻을 수 있는 편광층인 상기 [1]에 기재한 편광 소자.
[3] 상기 조성물이, 중합성 스메틱 액정 화합물을 2종 이상 포함하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재한 편광 소자.
[4] 상기 광반응성 기를 갖는 폴리머가, 하기 식(A')으로 나타내어지는 기를 포함하는 폴리머인 상기 [1]∼[3] 중 어느 것에 기재한 편광 소자.
Figure 112018127932164-pat00001
[식(A')에서,
n은 0 또는 1을 나타낸다.
X1은 단결합, -O-, -COO-, -OCO-, -N=N-, -CH=CH- 또는 -CH2-를 나타낸다.
Y1은 단결합 또는 -0-을 나타낸다.
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 1∼4의 알콕시기를 나타낸다.
*는 폴리머 주쇄에 대한 결합수를 나타낸다.]
[5] 상기 [1]∼[4] 중 어느 것에 기재한 편광 소자의 제조 방법으로서,
상기 투명 기재 상에,
상기 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 투명 기판 상에 제1 도포막을 형성하는 공정과,
상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거함으로써, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 얻는 공정과,
상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 건조 피막으로부터 광배향층을 형성하여 제2 적층체를 얻는 공정과,
상기 제2 적층체에 있는 상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소, 중합 개시제 및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 형성하는 공정과,
상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 중에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 얻는 공정과,
상기 제2 건조 피막 중의 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제2 건조 피막으로부터 편광층을 형성하는 공정을 갖는 제조 방법.
[6] 형상이 필름형이며 또한 장척형인 상기 [1]∼[4] 중 어느 것에 기재한 편광 소자.
[7] 상기 [6]에 기재한 편광 소자의 제조 방법으로서,
투명 기재가 제1 권심에 권취되어 있는 제1 롤을 준비하는 공정과,
상기 제1 롤로부터, 상기 투명 기재를 연속적으로 송출하는 공정과,
상기 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 투명 기판 상에 제1 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거함으로써, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 적층체의 반송 방향에 대하여, 대략 45°의 각도에 배향 방향을 갖는 광배향층을 형성하여, 제2 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소, 중합 개시제 및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 제2 건조 피막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제3 적층체의 반송 방향애 대하여, 45°의 각도에 흡수축을 갖는 편광층을 형성하여, 편광 소자를 연속적으로 얻는 공정과,
연속적으로 얻어진 편광 소자를 제2 권심에 권취하여, 제2 롤을 얻는 공정을 갖는 제조 방법.
[8] 상기 [1]∼[4] 중 어느 것에 기재한 편광 소자를 구비한 액정 표시 장치.
[9] 상기 [1]∼[4] 중 어느 것에 기재한 편광 소자를, 액정 셀 내부에 배치함으로써 구비한 액정 표시 장치.
[10] 상기 [1]∼[4] 중 어느 것에 기재한 편광 소자와 위상차 필름을, 상기 편광층의 흡수축과 상기 위상차 필름의 지상축이 이루는 각도가 대략 45°가 되도록 적층한 원편광판으로서,
파장 550 nm의 빛으로 측정한 타원율의 값이 80% 이상이며,
상기 위상차 필름이, 파장 550 nm의 빛으로 측정한 정면 리타데이션 값이 100∼150 nm 범위의 필름인 원편광판.
[11] 상기 위상차 필름이, 가시광에 대한 정면 리타데이션 값이, 파장이 짧아짐에 따라서 작아지는 특성을 갖는 상기 [10]에 기재한 원편광판.
[12] 형상이 필름형이며 또한 장척형인 상기 [10] 또는 [11]에 기재한 원편광판.
[13] 상기 [12]에 기재한 원편광판의 제조 방법으로서,
위상차 필름이 제3 권심에 권취되어 있는 제3 롤을 준비하는 공정과,
상기 편광 소자가 제2 권심에 권취되어 있는 제2 롤을 준비하는 공정과,
상기 제2 롤로부터 상기 편광 소자를 연속적으로 권출하는 동시에, 상기 제3롤로부터 상기 위상차 필름을 연속적으로 권출하는 공정과,
연속적으로 권출된 편광 소자의 편광층과, 연속적으로 권출된 위상차 필름을 접합시키는 공정을 갖는 제조 방법.
[14] 상기 [1]∼[4] 중 어느 것에 기재한 편광 소자에 포함되는 투명 기재를 위상차성을 갖는 위상차 필름으로 대체하여, 상기 위상차 필름의 지상축과 상기 편광층의 흡수축이 이루는 각도가 대략 45°로 적층하여 이루어지는 원편광판으로서,
파장 550 nm의 빛으로 측정한 타원율의 값이 80% 이상이고,
상기 위상차 필름이, 파장 550 nm의 빛으로 측정한 정면 리타디에션의 값이 100∼150 nm의 범위의 필름인 원편광판.
[15] 형상이 필름형이며 또한 장척형인 상기 [14]에 기재한 원편광판.
[16] 상기 [15]에 기재한 원편광판의 제조 방법으로서,
위상차 필름이 제1 권심에 권취되어 있는 제1 롤을 준비하는 공정과,
상기 제1 롤로부터, 상기 위상차 필름을 연속적으로 송출하는 공정과,
상기 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 위상차 필름 상에 제1 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거하여, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 적층체의 반송 방향에 대하여, 대략 45°의 각도에 배향 방향을 갖는 광배향층을 형성하여, 제2 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소, 중합 개시제 및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 제2 건조 피막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제3 적층체의 반송 방향에 대하여, 45°의 각도에 흡수축을 갖는 편광층을 형성하여, 원편광판을 연속적으로 얻는 공정과,
연속적으로 얻어진 원편광판을 제2 권심에 권취하여, 제2 롤을 얻는 공정을 갖는 제조 방법.
[17] 상기 [10], [11] 및 [14] 중 어느 것에 기재한 원편광판과, 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 표시 장치.
본 발명에 의하면, 특정의 편광층과 광배향층이 형성된 신규의 편광 소자 및 상기 편광 소자를 포함하는 신규의 원편광판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 편광 소자의 가장 간단한 구성을 도시하는 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 편광 소자의 제조 방법의 주요부를 도시하는 단면 모식도이다.
도 3은 광 배향 조작에 있어서, 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사하는 방법을 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 편광 소자의 연속적 제조 방법(Roll to Roll 형식)의 주요부를 도시하는 모식 단면도이다.
도 5는 광배향층의 배향 방향 D2와, 필름의 반송 방향 D1의 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 편광 소자를 이용한 액정 표시 장치의 단면 구성을 도시하는 모식 단면도이다.
도 7은 액정 표시 장치에 설치된 본 발명의 편광 소자의 층 순서를 도시하는 확대 모식 단면도이다.
도 8은 액정 표시 장치에 설치된 본 발명의 편광 소자의 층 순서를 도시하는 확대 모식 단면도이다.
도 9는 본 발명의 편광 소자를 이용한 액정 표시 장치(인셀 형식)의 단면 구성을 도시하는 모식 단면도이다.
도 10은 본 발명의 원편광판의 가장 간단한 구성을 도시하는 단면 모식도이다.
도 11은 본 발명의 원편광판의 연속적 제조 방법의 주요부를 도시하는 모식 단면도이다.
도 12는 본 발명의 편광 소자를 이용한 EL 표시 장치의 단면 구성을 도시하는 모식 단면도이다.
도 13은 EL 표시 장치에 설치된 본 발명의 편광 소자의 층 순서를 도시하는 확대 모식 단면도이다.
도 14는 본 발명의 편광 소자를 이용한 EL 표시 장치의 단면 구성을 도시하는 모식 단면도이다.
도 15는 본 발명의 편광 소자를 이용한 투사형 액정 표시 장치의 단면 구성을 도시하는 모식 단면도이다.
본 발명의 편광 소자(이하, 경우에 따라 「본 편광 소자」라고 함)는, 투명 기재 상에, 광배향층 및 편광층이 이 순서로 설치된 것으로, 상기 광배향층이, 광반응성 기를 갖는 폴리머로 형성되고, 또한 상기 편광층이, 중합성 스메틱 액정 화합물 및 이색성 색소를 함유하는 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 조성물은 또한 용제를 함유하고 있으면 바람직하다. 본 편광 소자는, 액정 표시 장치에 적합하게 이용될 뿐만 아니라, 후술하는 것과 같이 본 편광 소자를 이용함으로써, 유기 EL 표시 장치에 적합하게 이용되는 원편광판(이하, 경우에 따라 「본 원편광판」이라고 함)을 제조할 수도 있다. 이하, 필요에 따라서 도면을 참조하면서 본 편광 소자와 그 제조 방법 및 본 원편광판 및 그 제조 방법을 설명한다. 한편, 본 명세서에 첨부된 도면은 보기 쉽게 하기 위해 치수는 임의로 되어 있다.
도 1은 본 편광 소자의 가장 간단한 구성을 도시하는 단면 모식도이다. 투명 기재(1) 상에, 광배향층(2) 및 편광층(3)이 이 순서로 적층되어, 본 편광 소자(100)가 형성되어 있다. 본 편광 소자(100)는 예컨대 이하의 공정을 포함하는 제조 방법(이하, 경우에 따라 「본 제조 방법 A」라고 함)에 의해 제조할 수 있다.
(공정 A1) 투명 기재 상에, 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 투명 기재 상에 제1 도포막을 형성하는 공정;
(공정 A2) 상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거함으로써, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 얻는 공정;
(공정 A3) 상기 제1 적층체가 갖는 상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 건조 피막으로부터 광배향층을 형성하여 제2 적층체를 얻는 공정;
(공정 A4) 상기 제2 적층체가 갖는 상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소 및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 형성하는 공정;
(공정 A5) 상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 얻는 공정;
(공정 A6) 상기 제3 적층체가 갖는 상기 제2 건조 피막 속의 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제2 건조 피막으로부터 편광층을 형성하는 공정
도 2는 (공정 A1)∼(공정 A6)으로 이루어지는 본 편광 소자(100)의 제조 방법(본 제조 방법 A)의 주요부를 도시하는 단면 모식도이다. 이하, 이 제조 방법을 공정마다 설명한다.
<공정 A1>
공정 A1은 투명 기판 상에 제1 도포막을 형성하는 공정이다.
<투명 기재>
공정 A1에서는 우선은 투명 기재(1)를 준비한다. 여기서 말하는 투명 기재란, 빛, 특히 가시광을 투과할 수 있을 정도의 투명성을 갖는 기재이다. 상기 투명성이란, 파장 380∼780 nm에 걸친 광선에 대한 투과율이 80% 이상이 되는 특성을 말한다. 구체적으로 이러한 투명 기재를 예시하면, 유리 기재나, 플라스틱제의 투광성 시트 및 투광성 필름을 들 수 있다. 또, 이 투광성 시트나 투광성 필름을 구성하는 플라스틱으로서는, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 노르보르넨계 폴리머 등의 폴리올레핀; 환상 올레핀계 수지; 폴리비닐알코올; 폴리에틸렌테레프탈레이트; 폴리메타크릴산에스테르; 폴리아크릴산에스테르; 트리아세틸셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스 및 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트 등의 셀룰로오스에스테르; 폴리에틸렌나프탈레이트; 폴리카보네이트; 폴리술폰; 폴리에테르술폰; 폴리에테르케톤; 폴리페닐렌술피드 및 폴리페닐렌옥사이드 등 중 어느 플라스틱으로 구성된 기재를 들 수 있다. 이상의 투명 기재의 구체예 중에서, 바람직한 플라스틱제의 투광성 시트 및 투광성 필름에 관해서 보면, 플라스틱제의 투광성 필름, 즉, 고분자 필름이 바람직한 것이다. 상기 고분자 필름 중에서는, 시장에서 용이하게 입수할 수 있거나, 투명성이 우수하거나 하다는 점에서, 특히 바람직하게는, 셀룰로오스에스테르, 환상 올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리메타크릴산에스테르로 이루어지는 고분자 필름이 바람직하다. 이러한 투명 기재를 이용하여, 본 편광 소자를 제조함에 있어서, 상기 투명 기재를 운반하거나, 보관하거나 할 때에 깨짐 등의 파손을 일으키는 일없이 용이하게 취급할 수 있다는 점에서, 상기 투명 기재에 지지 기재 등을 접착하여 놓더라도 좋다. 또한, 후술하지만, 본 편광 소자로 원편광판을 제조할 때에, 상기 투명 기재에 위상차성을 부여하는 경우가 있다. 이 경우에는, 투명 기재로서 고분자 필름을 준비하고, 상기 고분자 필름을 연신 처리 등에 의해, 상기 고분자 필름에 위상차성을 부여하여, 위상차성 필름으로 한 후, 이 위상차성 필름을 투명 기재(1)로서 이용하면 된다. 한편, 투명 기재(고분자 필름)에 위상차성을 부여하는 방법은 후에 설명한다.
상기 고분자 필름 중에서는, 위상차성을 부여하는 경우에, 그 위상차 값을 컨트롤하기 쉽다는 점에서, 셀룰로오스에스테르 또는 환상 올레핀계 수지로 이루어지는 필름(셀룰로오스에스테르 필름, 환상 올레핀계 수지 필름)이 바람직하다. 이하, 이 2종의 고분자 필름에 관해서 상술한다.
셀룰로오스에스테르 필름을 구성하는 셀룰로오스에스테르는, 셀룰로오스에 포함되는 수산기의 적어도 일부가 아세트산에스테르화된 것이다. 이러한 셀룰로오스에스테르로 이루어지는 셀룰로오스에스테르 필름은 시장에서 용이하게 입수할 수 있다. 시판되는 트리아세틸셀룰로오스 필름으로서는, 예컨대, "후지태크필름"(후지샤신필름(주)); "KC8UX2M", "KC8UY" 및 "KC4UY"(코니카미놀타옵트(주)) 등이 있다. 이러한 시판 셀룰로오스에스테르 필름(트리아세틸셀룰로오스 필름)은 그대로 또는 필요에 따라서 위상차성을 부여하고 나서 투명 기재로서 이용할 수 있다. 또한, 준비한 투명 기재의 표면에, 방현 처리, 하드코트 처리, 대전 방지 처리 및 반사 방지 처리 등의 표면 처리를 실시하고 나서, 투명 기재(1)로서 사용할 수 있다.
고분자 필름에 위상차성을 부여하기 위해서는, 상술한 것과 같이, 상기 고분자 필름을 연신하는 등의 방법에 의한다. 플라스틱, 즉 열가소성 수지로 이루어지는 고분자 필름은, 어느 것이나 연신 처리가 가능하지만, 위상차성을 제어하기 쉽다고 하는 점에서, 환상 올레핀계 수지 필름은 바람직한 것이다. 환상 올레핀계 수지 필름을 구성하는 환상 올레핀계 수지란, 예컨대, 노르보르넨이나 다환 노르보르넨계 모노머 등의 환상 올레핀의 중합체 또는 공중합체(환상 올레핀계 수지)로 구성되는 것으로, 상기 환상 올레핀계 수지는 부분적으로 개환부를 포함하고 있더라도 좋다. 또한, 개환부를 포함하는 환상 올레핀계 수지를 수소 첨가한 것이라도 좋다. 더욱이, 상기 환상 올레핀계 수지는, 투명성을 현저히 손상하지 않는다는 점이나, 현저히 흡습성을 증대시키지 않는다는 점에서 예컨대 환상 올레핀과, 쇄상 올레핀이나 비닐화 방향족 화합물(스티렌 등)과의 공중합체라도 좋다. 또한, 상기 환상 올레핀계 수지는 그 분자 내에 극성기가 도입되어 있더라도 좋다.
환상 올레핀계 수지가, 환상 올레핀과, 쇄상 올레핀이나 비닐기를 갖는 방향족 화합물과의 공중합체인 경우, 상기 쇄상 올레핀은 에틸렌이나 프로필렌 등이며, 또한, 비닐화 방향족 화합물은 스티렌, α-메틸스티렌 및 알킬 치환 스티렌 등이다. 이러한 공중합체에 있어서, 환상 올레핀에 유래하는 구조 단위의 함유 비율은, 환상 올레핀계 수지의 전체 구조 단위에 대하여, 50 몰% 이하, 예컨대, 15∼50 몰% 정도의 범위이다. 환상 올레핀계 수지가, 환상 올레핀과, 쇄상 올레핀과, 비닐화 방향족 화합물로부터 얻어지는 3원 공중합체인 경우, 예컨대, 쇄상 올레핀 유래의 구조 단위의 함유 비율은, 상기 환상 올리핀계 수지의 전체 구조 단위에 대하여 5∼80 몰% 정도이며, 비닐화 방향족 화합물 유래의 구조 단위의 함유 비율은 5∼80 몰% 정도이다. 이러한 3원 공중합체의 환상 올레핀계 수지는, 상기 환상 올레핀계 수지를 제조할 때에, 고가의 환상 올레핀의 사용량을 비교적 적게 할 수 있다고 하는 이점이 있다.
환상 올레핀계 수지 필름을 제조할 수 있는 환상 올레핀계 수지는 시장에서 용이하게 입수할 수 있다. 시판되는 환상 올레핀계 수지로서는, "Topas"[Ticona사(독일)]; "ARTON"[JSR(주)]; "제오노아(ZEONOR)" 및 "제오넥스(ZEONEX)"[니혼제온(주)]; "아펠"[미쓰이가가쿠(주) 제조] 등을 들 수 있다. 이러한 환상 올레핀계 수지를 예컨대 용제 캐스트법이나 용융 압출법 등의 공지된 제막 수단에 의해 제막하여, 필름(환상 올레핀계 수지 필름)으로 할 수 있다. 또한, 이미 필름 형태로 시판되고 있는 환상 올레핀계 수지 필름도 이용할 수 있다. 이러한 시판되는 환상 올레핀계 수지 필름으로서는 예컨대, "Escena" 및 "SCA40"[세키스이가가쿠고교(주)]; "제오노아 필름"[오프테스(주)]; "아톤 필름"[JSR(주)] 등을 들 수 있다. 한편, 여기서 "" 안에 기재하는 것은 모두 상품명이며, 이하에서도 마찬가지로 한다.
이어서, 고분자 필름에 위상차성을 부여하는 방법에 관해서 간단히 설명한다. 고분자 필름은 공지된 연신 방법에 의해 위상차성을 부여할 수 있다. 예컨대, 고분자 필름이 롤에 감겨 있는 롤(권취체)을 준비하고, 이러한 권취체로부터, 필름을 연속적으로 권출하여, 권출된 필름을 가열로로 반송한다. 가열로의 설정 온도는, 고분자 필름의 유리 전이 온도 근방(℃)∼[유리 전이 온도＋100](℃)의 범위, 바람직하게는, 유리 전이 온도 근방(℃)∼[유리 전이 온도＋50](℃)의 범위로 한다. 상기 가열로에 있어서는, 필름의 진행 방향으로 또는 진행 방향과 직교하는 방향으로 연신할 때에, 반송 방향이나 장력을 조정하여 임의의 각도로 경사를 붙여 일축 또는 이축의 열 연신 처리를 한다. 연신의 배율은 통상 1.1∼6배 정도의 범위이며, 바람직하게는 1.1∼3.5배 정도의 범위이다. 또한, 비스듬한 방향으로 연신하는 방법은, 연속적으로 배향축을 원하는 각도로 경사시킬 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않고, 공지된 연신 방법을 채용할 수 있다. 이러한 연신 방법은 예컨대, 일본 특허공개 소50-83482호 공보나 일본 특허공개 평2-113920호 공보에 기재된 방법을 들 수 있다.
투명 기재(1)로서 이용하는 데 있어서, 고분자 필름의 두께는, 실용적인 취급을 할 수 있을 정도의 중량이라는 점 및 충분한 투명성을 확보할 수 있다는 점에서는, 얇은 쪽이 바람직하지만, 지나치게 얇으면 강도가 저하되어, 가공성이 뒤떨어지는 경향이 있다. 그래서, 이들 필름의 적당한 두께는 예컨대 5∼300 ㎛ 정도이며, 바람직하게는 20∼200 ㎛이다. 본 편광 소자를 후술하는 원편광판으로서 사용하는 경우는, 그 원편광판을 이용하는 표시 장치가 모바일 용도일 것이 상정되기 때문에, 필름의 두께는 20∼100 ㎛ 정도가 특히 바람직하다. 한편, 연신함으로써 필름에 위상차성을 부여하는 경우, 연신 후의 두께는 연신 전의 필름의 두께나 연신 배율에 따라 결정된다.
공정 A1에서는, 상술한 투명 기재(1) 상에 광배향층(2)을 형성함으로써, 투명 기재(1)와 광배향층(2)을 갖는 제1 적층체(101), 바람직하게는 투명 기재(1)와 광배향층(2)이 적층된 제1 적층체(101)를 형성한다. 한편, 상기 투명 기재(1)에 하드코트 처리 등의 표면 처리가 실시되어 있는 경우에는, 그 표면 처리된 면에 대하여, 반대쪽의 면에 광배향층을 형성하면 된다.
<광배향층>
광배향층을 형성함에 있어서는, 우선, 광반응성 기를 갖는 폴리머 및 용제를 포함하는 조성물(이하, 경우에 따라 「광배향층 형성용 조성물」이라고 함)을 준비한다. 광반응성 기란, 빛을 조사하는 것(광 조사)에 의해 액정 배향능을 일으키는 기를 말한다. 본 발명에서 광반응성 기란, 구체적으로는 빛을 조사함으로써 생기는 폴리머 분자의 배향 유기 또는 이성화 반응, 이량화 반응, 광 가교 반응 혹은 광 분해 반응과 같은, 액정 배향능의 기원이 되는 광 반응을 일으키는 것이다. 이 광반응성 기 중에서도, 이량화 반응 또는 광 가교 반응을 이용한 것이, 배향성이 우수하여, 후술하는 편광층 형성시에 중합성 스메틱 액정 화합물이 스메틱 액정 상태를 유지한다는 점에서 바람직하다. 이상과 같은 반응을 일으킬 수 있는 광반응성 기로서는, 불포화 결합, 특히 이중 결합을 갖는 것이 바람직하고, 탄소-탄소 이중 결합(C=C 결합), 탄소-질소 이중 결합(C=N 결합), 질소-질소 이중 결합(N=N 결합) 및 탄소-산소 이중 결합(C=O 결합)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 갖는 기가 특히 바람직하다.
C=C 결합을 갖는 광반응성 기로서는 예컨대, 비닐기, 폴리엔기, 스틸벤기, 스틸바졸기, 스틸바졸륨기, 칼콘기 및 신나모일기 등을 들 수 있다. C=N 결합을 갖는 광반응성 기로서는, 방향족 시프 염기 및 방향족 히드라존 등의 구조를 갖는 기를 들 수 있다. N=N 결합을 갖는 광반응성 기로서는, 아조벤젠기, 아조나프탈렌기, 방향족 복소환 아조기, 비스아조기 및 포르마잔기 등이나, 아족시벤젠을 기본 구조로 하는 것을 들 수 있다. C=O 결합을 갖는 광반응성 기로서는, 벤조페논기, 쿠마린기, 안트라퀴논기 및 말레이미드기 등을 들 수 있다. 이들 기는, 알킬기, 알콕시기, 아릴기, 알릴옥시기, 시아노기, 알콕시카르보닐기, 히드록실기, 설폰산기 및 할로겐화알킬기 등의 치환기를 갖고 있더라도 좋다.
그 중에서도, 광 이량화 반응을 일으킬 수 있는 광반응성 기가 바람직하고, 신나모일기 및 칼콘기가, 광 배향에 필요한 편광 조사량이 비교적 적고, 또한，열안정성이나 시간 경과에 따른 안정성이 우수한 광배향층을 쉽게 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 더 말하자면, 광반응성 기를 갖는 폴리머로서는, 그 폴리머 측쇄의 말단부가 계피산 구조가 되는 신나모일기를 갖는 것이 특히 바람직하다.
상기 광배향층 형성용 조성물의 취급 용이성과, 높은 내구성의 배향성을 실현한 배향층을 얻기 쉽다는 점에서, 특히 바람직한 광반응성 기를 갖는 폴리머는 예컨대 식(A')으로 나타내어지는 기를 측쇄에 갖는 폴리머(이하, 경우에 따라 「폴리머(A')」라고 함)이다.
Figure 112018127932164-pat00002
[식(A')에서,
n은 0 또는 1을 나타낸다.
X1은 단결합, -O-, -COO-, -OCO-, -N=N-, -CH=CH- 또는-CH2-를 나타낸다.
Y1은 단결합 또는 -0-을 나타낸다.
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 1∼4의 알콕시기를 나타낸다.
*는 폴리머 주쇄에 대한 결합수를 나타낸다.]
식(A')에 있어서, X1은 단결합, -O-, -COO-, -OCO-, -N=N-, -C=C- 및 -CH2- 중 어느 것이면, 폴리머(A') 자체의 제조가 용이하게 되기 때문에, 특히 바람직하다.
식(A')에 있어서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 할로겐화알킬기, 할로겐화알콕시기, 시아노기, 니트로기, 알킬기, 알콕시기, 아릴기, 알릴옥시기, 알콕시카르보닐기, 카르복실기, 설폰산기, 아미노기 또는 히드록시기를 나타내고, 상기 카르복실기 및 상기 설폰산기는 알칼리 금속 이온과 염을 형성하고 있더라도 좋다. 이들 중에서도, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 1∼4의 알콕시기이면 더욱 바람직하다. 상기 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기 및 부틸기 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기로서는, 메톡시기, 에톡시기 및 부톡시기 등을 들 수 있다.
폴리머(A')의 주쇄는 특별히 한정되지 않지만, 식(M-1) 또는 식(M-2)으로 나타내어지는 (메트)아크릴산에스테르 단위; 식(M-3) 또는 식(M-4)으로 나타내어지는 (메트)아크릴아미드 단위; 식(M-5) 또는 식(M-6)으로 나타내어지는 비닐에테르 단위; 식(M-7) 또는 식(M-8)으로 나타내어지는 (메틸)스티렌 단위 및 식(M-9) 또는 식(M-10)으로 나타내어지는 비닐에스테르 단위로 이루어지는 군에서 선택되는 것으로 구성되는 주쇄를 폴리머(A)가 갖고 있으면 바람직하고, 그 중에서도, (메트)아크릴산에스테르 단위 및 (메트)아크릴아미드 단위로 이루어지는 군에서 선택되는 단위로 구성되는 주쇄를 폴리머(A')가 갖고 있으면 보다 바람직하다. 한편, 여기서 말하는 「폴리머(A')의 주쇄」란, 폴리머(A')가 갖는 분자쇄 중, 가장 긴 분자쇄를 말한다.
Figure 112018127932164-pat00003
식(M-1)∼식(M-10) 중 어느 것으로 나타내어지는 단위와, 식(A')으로 나타내어지는 기는 직접 결합하고 있더라도, 적당한 연결기를 통해 결합하고 있더라도 좋다. 이 연결기로서는, 카르보닐옥시기(에스테르 결합), 산소 원자(에테르 결합), 이미드기, 카르보닐이미노기(아미드 결합), 이미노카르보닐이미노기(우레탄 결합), 치환기를 갖고 있더라도 좋은 2가의 지방족 탄화수소기 및 치환기를 갖고 있더라도 좋은 2가의 방향족 탄화수소기, 및 이들을 조합시켜 이루어지는 2가의 기를 들 수 있다. 치환기를 갖고 있더라도 좋은 2가의 방향족 탄화수소기의 구체예는, 페닐렌기, 2-메톡시-1,4-페닐렌기, 3-메톡시-1,4-페닐렌기, 2-에톡시-1,4-페닐렌기, 3-에톡시-1,4-페닐렌기, 2,3,5-트리메톡시-l, 4-페닐렌기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 상기 연결기는 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 치환기를 갖고 있더라도 좋은 탄소수 1∼11의 알칸디일기가 더욱 바람직하다. 한편, 이러한 알칸디일기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기, 헵타메틸렌기, 옥타메틸렌기, 노나메틸렌기, 데카메틸렌기 및 운데카메틸렌기 등을 들 수 있고, 이들은 직쇄상이라도, 분기쇄상이라도 좋다. 또한, 이러한 알칸디일기는 치환기를 갖고 있더라도 좋다. 이 치환기는 예컨대 탄소수 1∼4의 알콕시기 등이다.
바꿔 말하면, 식(A')으로 나타내어지는 기를 갖는 구조 단위로서는, 식(A)으로 나타내어지는 것(이하, 경우에 따라 「구조 단위(A)」라고 하며, 그 구조 단위(A)를 포함하는 폴리머를 「폴리머(A)」라고 함)이 바람직하다.
Figure 112018127932164-pat00004
[식(A)에서,
X1, Y1, R1, R2 및 n은 식(A')과 동의이며,
S1은 탄소수 1∼11의 알칸디일기이고,
Figure 112018127932164-pat00005
로 나타내어지는 구조는 식(M-1)∼식(M-10) 중 어느 것으로 나타내어지는 구조이다.]
폴리머(A') 또는 폴리머(A)의 분자량은, 예컨대 겔 투과(GPC법)으로 구해지는 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량으로 나타내어, 1×103∼1×107의 범위가 바람직하다. 단, 지나치게 분자량이 높아지면, 용매에의 용해성이 저하되어 배향막 형성용 조성물의 조제가 곤란하게 된다는 것이나, 광 조사에 대한 감도가 떨어지는 경향이 있기 때문에, 1×104∼1×106의 범위가 바람직하다.
폴리머(A)는, 구조 단위(A)에 더하여, 식(B)으로 나타내어지는 구조 단위(이하, 경우에 따라 「구조 단위(B)」라고 함)를 갖고 있더라도 좋다.
Figure 112018127932164-pat00006
[식(B)에서,
m은 0 또는 1을 나타낸다.
S2는 탄소수 1∼11의 알칸디일기를 나타낸다.
Figure 112018127932164-pat00007
로 나타내어지는 구조는, 식(M-1)∼식(M-10) 중 어느 것으로 나타내어지는 구조이다.]
X2는 단결합, -O-, -COO-, -OCO-, -N=N-, -CH=CH- 또는 -CH2-를 나타낸다.
Y1은 단결합 또는 -0-을 나타낸다.
R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 1∼4의 알콕시기를 나타낸다.]
식(B)에 있어서, S2의 구체예는, 식(A)의 S1의 구체예와 동일하며, R3 및 R4의 알킬기 및 알콕시기의 구체예는 각각 식(A)의 R1 및 R2의 구체예와 동일하다.
폴리머(A)의 전체 구조 단위에 대한 구조 단위(A) 및 구조 단위(B)의 몰분율을 각각 p 및 q로 한(p+q는 1임) 경우, 0.25<p≤1 및 0≤q<0.75의 관계를 만족하는 것이 바람직하다[여기서, 폴리머(A)가 구조 단위(A)를 지니고, p가 1인 경우란, 폴리머(A)가 구조 단위(A)로 이루어지는 폴리머임을 의미한다. 구조 단위(A)로 이루어지는 폴리머에는, 상기 구조 단위(A)가 1종이라도 2종 이상이라도 좋다.]. 단, 폴리머(A)는 광 조사에 의한 배향능을 현저히 손상시키지 않는 한, 구조 단위(A) 및 구조 단위(B) 이외의 구조 단위(이하, 경우에 따라 「다른 구조 단위」라고 함)를 갖고 있더라도 좋다.
폴리머(A)는, 구조 단위(A)를 유도하는 모노머와, 필요에 따라서 구조 단위(B)나 다른 구조 단위를 유도하는 모노머를 (공)중합함으로써 제조할 수 있다. 상기 (공)중합에는 통상 부가 중합법이 채용되고, 이러한 부가 중합으로서는, 라디칼 중합, 음이온 중합 및 양이온 중합 등의 연쇄 중합, 및 배위 중합 등을 들 수 있다. 중합 조건은 사용하는 모노머의 종류 및 그 양에 따라서 상술한 바람직한 폴리머(A)의 분자량을 만족하도록 설정된다.
이상, 광반응성 기를 갖는 폴리머 중에서 바람직한 것으로서 폴리머(A)에 관해서 상술했는데, 배향층 형성용 조성물은, 상기 광반응성 기를 갖는 폴리머(바람직하게는 폴리머(A))를 적당한 용제에 용해함으로써 조제된다. 이러한 용제는, 상기 광반응성 기를 갖는 폴리머가 용해될 수 있고, 적정한 점도의 배향층 형성용 조성물을 얻을 수 있는 범위에서 적절하게 선택할 수 있는데, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 이소프로필알코올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜메틸에테르, 에틸렌글리콜부틸에테르 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 알코올 용제; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 에틸렌글리콜메틸에테르아세테이트, γ-부티로락톤 또는 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 및 젖산에틸 등의 에스테르 용제; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 2-헵타논 및 메틸이소부틸케톤 등의 케톤 용제; 펜탄, 헥산 및 헵탄 등의 지방족 탄화수소 용제; 톨루엔 및 크실렌 등의 방향족 탄화수소 용제, 아세토니트릴 등의 니트릴 용제; 테트라히드로푸란 및 디메톡시에탄 등의 에테르 용제; 클로로포름 및 클로로벤젠 등의 염소 함유 용제; N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, γ-부티로락톤 및 디메틸아세트아미드 등의 아미드계 용제 등을 들 수 있다. 이들 용제는, 단독 종으로 이용하더라도 좋고, 복수 종을 조합시켜 이용하더라도 좋다.
광배향층 형성용 조성물에 대한, 광반응성 기를 갖는 폴리머의 농도는, 상기 폴리머의 종류나 제조하고자 하는 본 편광 소자(100)의 광배향층(2)의 두께에 따라 적절하게 조절할 수 있는데, 고형분 농도로 나타내어, 적어도 0.2 질량%로 하는 것이 바람직하고, 0.3∼10 질량%의 범위가 특히 바람직하다. 또한, 본 편광 소자(100)의 광배향층(2)의 특성이 현저히 손상되지 않는 범위에서, 상기 배향층 형성용 조성물은 폴리비닐알코올이나 폴리이미드 등의 고분자 재료나 광증감제가 포함되어 있더라도 좋다.
광배향막 형성용 조성물을 투명 기재(1) 상에 도포하는 방법으로서는, 스핀코팅법, 익스트루젼(extrusion)법, 그라비아코팅법, 다이코팅법, 바코팅법 및 애플리케이터법 등의 도포법이나, 플렉소법 등의 인쇄법 등의 공지된 방법이 채용된다. 또, 본 편광 소자 제조를 후술하는 Roll to Roll 형식의 연속적 제조 방법에 의해 실시하는 경우, 그 도포 방법은 통상 그라비아코팅법, 다이코팅법 또는 플렉소법 등의 인쇄법이 채용된다.
<공정 A2>
다시, 도 2를 참조하여 본 제조 방법 A의 공정 A2를 설명한다.
상기 공정 A2는, 상기 공정 A1에 의해서 상기 투명 기재(1) 상에 형성된 제1 도포막을 건조시킴으로써, 상기 제1 도포막에 포함되는 용매(광배향층 형성용 조성물에 이용한 용매)를 건조 제거함으로써, 상기 투명 기재(1) 상에 제1 건조 피막(2A)을 형성하여, 제1 적층체(101)를 얻는 공정이다. 이 용매의 건조 제거에는, 상기 제1 적층체를 적당한 온도로 가열함으로써 용매를 건조 제거하는 방법(가열 방법)이나, 상기 제1 적층체(101)를 적당한 내압 용기에 봉입한 후, 상기 용기 내의 압력을 감압 상태로 함으로써 용매를 건조 제거하는 방법(감압 방법), 통풍 건조(통풍 방법), 자연 건조 혹은 이들 방법을 조합시킴으로써 실시할 수 있다. 또, 본 편광 소자의 제조를 후술하는 Roll to Roll 형식의 연속 형식으로 행하는 경우는 통상 가열 방법이 채용된다. 용제를 건조 제거함으로써, 상기 제1 도포막은 상기 제1 건조 피막(2A)으로 전화(轉化)되어 제1 적층체(101)를 얻을 수 있다.
이렇게 얻어지는 제1 적층체(101)의 제1 건조 피막(2A)의 두께는, 후술하는 공정 A3에 의해 얻어지는 배향층(2)이 원하는 두께가 되도록 하여 정해진다. 상기 배향층(2)의 두께는 예컨대 10 nm∼10000 nm이며, 바람직하게는 10 nm∼1000 nm이다. 소정의 배향층(2)의 두께는, 상기 공정 A1에 있어서, 광배향층 형성용 조성물의 고형분 농도, 광배향층 형성용 조성물의 투명 기재(1)에 대한 도포 조건을 조정 함으로써 컨트롤할 수 있다.
<공정 A3>
이어서, 상기 제1 적층체(101)의 제1 건조 피막(2A)에 편광 UV(편광 자외선)를 조사함으로써, 상기 제1 건조 피막(2A)에 포함되는, 광반응성 기를 갖는 폴리머를 배향시켜, 액정 배향능을 부여(이하, 경우에 따라 「광 배향 조작」이라고 함)하여 제2 적층체(102)를 형성한다. 광 배향 조작에 있어서, 편광 UV를 상기 제1 건조 피막(2A)에 조사하기 위해서는, 상기 제1 적층체의 상기 제1 건조 피막(2A) 측에서 직접 편광 UV를 조사하는 형식(도 3(A)에 도시하는 형식(A))이라도, 상기 제1 적층체의 상기 투명 기재(1) 측에 편광 UV를 조사하여, 상기 투명 기재(1) 속에 편광 UV를 투과시킴으로써 편광 UV를 제1 건조 피막(2A)에 조사하는 형식(도 3(B)에 도시하는 형식(B))이라도 좋다. 이들 형식 중 어느 것에 있어서나, 조사하는 편광 UV는 직선 편광 UV 및 타원 편광 UV의 어느 것이라도 좋지만, 효율적으로 광 배향 조작을 하기 위해서는, 직선 편광에 가까운 타원 편광 UV 또는 소광비가 높은 직선 편광 UV를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 편광 UV는 거의 평행광인 것이 특히 바람직하다. 단, 형식(B)에 의해 광 배향 조작을 하는 경우, 이용하는 제1 적층체(101)에 있는 투명 기재(1)는 그 투명성이 높으면 높을수록 바람직하다.
조사하는 편광 UV는, 상기 제1 건조 피막에 포함되는, 광반응성 기를 갖는 폴리머의 광반응성 기가 빛에너지를 흡수할 수 있는 파장 영역인 것이 좋다. 예컨대, 폴리머(A')와 같이, 광반응성 기가 신나모일기인 경우는, 파장 250∼400 nm 범위의 UV(자외선)가 특히 바람직하다. 광 배향 조작에 이용하는 광원으로서는, 크세논 램프; 고압 수은 램프; 초고압 수은 램프; 메탈 할라이드 램프; KrF, ArF 등의 자외광 레이저 등을 들 수 있다. 신나모일기를 광반응성 기로서 갖는 폴리머(A')를 이용한 경우, 광 배향 조작의 이용 광원은 고압 수은 램프 및 초고압 수은 램프 메탈 할라이드 램프가 바람직하다. 그 이유는, 이들 램프는 파장 313 nm의 자외선의 발광 강도가 크기 때문이다. 상기 광원으로부터의 빛을, 적당한 편광자(200)를 통과하고 나서 상기 제1 적층체에 조사하면, 상기 제1 적층체에 편광 UV가 조사되게 된다. 이러한 편광자(200)로서는, 편광 필터나 글랜-톰슨(Glan-Thompson), 글랜-테일러(Glan-Taylor) 등의 편광 프리즘이나 와이어 그리드 타입의 편광자를 이용할 수 있다.
이상, 상기 광 배향 조작을 도 3을 참조하여 설명했지만, 상기 제1 적층체(101)에 편광 UV를 조사하기 위해서는, 도 3에 도시하는 것과 같이, 상기 제1 적층체(101)의 면 방향에 대하여, 편광 UV의 조사 방향이 대략 수직일 필요가 반드시 있지는 않으며, 상기 제1 적층체(101)의 면 방향에 대하여, 편광 UV의 조사 방향이 비스듬하게 되어 있더라도 좋다. 상기 제1 적층체(101)의 면 방향에 대한, 편광 UV의 조사 방향은, 광 배향 조작에 이용하는 광원 및 편광자의 종류 등에 따라서 얻어지는 광배향층(2)이 원하는 흡수축을 갖도록 정해진다.
<공정 A4>
본 제조 방법 A의 공정 A4∼공정 A6은 상기 공정 A3을 거쳐 얻어진 상기 제2 적층체(102)의 상기 광배향층(2) 상에 편광층(3)을 형성하는 것이다.
본 편광 소자가 갖는 편광층은 상술한 것과 같은 방법으로 형성된다. 반복하는 것이 되지만, 이 방법에 관해서 설명한다. 우선, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소 및 용제를 함유한 조성물(이하, 경우에 따라 「편광층 형성용 조성물」이라고 함)을 조제한다. 공정 A4에서는, 상기 편광층 형성용 조성물을 상기 배향층(2) 상에 도포하여 제2 도포막을 형성한다.
우선, 상기 편광층 형성용 조성물의 구성 성분에 관해서 설명한다.
상기 편광층 형성용 조성물에 함유되는 중합성 스메틱 액정 화합물이란, 중합성 기를 지니고, 또한 스메틱상의 액정 상태를 보이는 화합물이다. 중합성 기란, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물의 중합 반응에 관여하는 기를 의미한다.
상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 보이는 액정 상태는 고차의 스메틱상인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 고차의 스메틱상이란, 스메틱 B상, 스메틱 D상, 스메틱 E상, 스메틱 F상, 스메틱 G상, 스메틱 H상, 스메틱 I상, 스메틱 J상, 스메틱 K상 및 스메틱 L상이며, 그 중에서도, 스메틱 B상, 스메틱 F상, 스메틱 I상, 경사진 스메틱 F상 및 경사진 스메틱 I상이 바람직하고, 스메틱 B상이 보다 바람직하다. 중합성 스메틱 액정 화합물이 나타내는 액정 상태에 의해, 배향 질서도가 높은 편광층을 갖는 본 편광 소자가 제조된다.
바람직한 중합성 스메틱 액정 조성물로서는, 예컨대, 식(1)으로 나타내어지는 화합물(이하, 경우에 따라 「화합물(1)」이라고 함)을 들 수 있다.
U1-V1-W1-X10-Y10-X20-Y20-X30-W2-V2-U2 (1)
[식(1)에서,
X10, X20 및 X30은 서로 독립적으로 치환기를 갖고 있더라도 좋은 p-페닐렌기 또는 치환기를 갖고 있더라도 좋은 시클로헥산-1,4-디일기를 나타낸다. 단, X1, X2 및 X3 중 적어도 하나는 치환기를 갖고 있더라도 좋은 p-페닐렌기이다.
Y10 및 Y20은 서로 독립적으로 -CH2CH2-, -CH2O-, -COO-, -OCOO-, 단결합, -N=N-, -CRa=CRb-, -C≡C- 또는 -CRa=N-을 나타낸다. Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다.
U1은 수소 원자 또는 중합성 기를 나타낸다.
U2는 중합성 기를 나타낸다.
W1 및 W2는 서로 독립적으로 단결합, -O-, -S-, -COO- 또는 -OCOO-을 나타낸다.
V1 및 V2는 서로 독립적으로 치환기를 갖고 있더라도 좋은 탄소수 1∼20의 알칸디일기를 나타내고, 상기 알칸디일기를 구성하는 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환되어 있더라도 좋다.]
화합물(1)에 있어서, 상술한 것과 같이, X10, X20 및 X30 중 적어도 하나는, 치환기를 갖고 있더라도 좋은 1,4-페닐렌기이지만, 이들 중, 적게도 2개가 치환기를 갖고 있더라도 좋은 p-페닐렌기인 것이 바람직하다.
상기 p-페닐렌기는 무치환인 것이 바람직하다. 상기 시클로헥산-1,4-디일기는 트랜스-시클로헥산-1,4-디일기인 것이 바람직하고, 이 트랜스-시클로헥산-1,4-디일기도 무치환인 것이 보다 바람직하다.
상기 p-페닐렌기 또는 상기 시클로헥산-1,4-디일기가 임의로 갖는 치환기로서는, 메틸기, 에틸기 및 부틸기 등의 탄소수 1∼4의 알킬기; 시아노기; 할로겐 원자 등을 들 수 있다. 또, 시클로헥산-1,4-디일기를 구성하는 -CH2-는 -O-, -S- 또는-NR-로 치환되어 있더라도 좋다. R은 탄소수 1∼6의 알킬기 또는 페닐기이다.
화합물(1)의 Y10은 -CH2CH2-, -COO- 또는 단결합이면 바람직하고, Y20은 -CH2CH2- 또는 -CH2O-이면 바람직하다.
U2는 중합성 기이다. U1은 수소 원자 또는 중합성 기이며, 바람직하게는 중합성 기이다. 즉, U1 및 U2는 함께 중합성 기이면 바람직하고, 함께 광중합성 기인 것이 바람직하다. 여기서, 광중합성 기란, 후술하는 광중합 개시제로부터 발생한 활성 라디칼이나 산 등에 의해서 중합 반응에 관여할 수 있는 기를 말한다. 광중합성 기를 갖는 중합성 스메틱 액정 화합물을 이용하면, 보다 저온 조건 하에서 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킬 수 있다는 점에서도 유리하다.
화합물(1)에 있어서, U1 및 U2의 광중합성 기는 서로 다르더라도 좋지만, 동일한 종류의 기인 것이 바람직하다. 광중합성 기로서는, 비닐기, 비닐옥시기, 1-클로로비닐기, 이소프로페닐기, 4-비닐페닐기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기, 옥시라닐기, 옥세타닐기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기, 비닐옥시기, 옥시라닐기 및 옥세타닐기가 바람직하고, 아크릴로일옥시기가 보다 바람직하다.
V1 및 V2의 알칸디일기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 부탄-1,3-디일기, 부탄-1,4-디일기, 펜탄-1,5-디일기, 헥산-1,6-디일기, 헵탄-1,7-디일기, 옥탄-1,8-디일기, 데칸-1,10-디일기, 테트라데칸-1,14-디일기 및 이코산-1,20-디일기 등을 들 수 있다. V1 및 V2는 바람직하게는 탄소수 2∼12의 알칸디일기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6∼12의 알칸디일기이다.
상기 알칸디일기가 임의로 갖는 치환기로서는, 시아노기 및 할로겐 원자 등을 들 수 있는데, 상기 알칸디일기는 무치환인 것이 바람직하고, 무치환이고 또한 직쇄상의 알칸디일기인 것이 보다 바람직하다.
W1 및 W2는 서로 독립적으로, 바람직하게는 단결합 또는 -O-이다.
화합물(1)로서는, 식(1-1)∼식(1-23) 중 어느 것으로 나타내어지는 화합물 등을 들 수 있다. 이러한 화합물(1)의 구체예가, 시클로헥산-1,4-디일기를 갖는 경우, 그 시클로헥산-1,4-디일기는 트랜스체인 것이 바람직하다.
Figure 112018127932164-pat00008
Figure 112018127932164-pat00009
Figure 112018127932164-pat00010
Figure 112018127932164-pat00011
예시한 화합물(1)은, 단독 또는 2종 이상을 혼합하여, 편광층 형성용 조성물에 이용할 수 있다. 또한, 2종 이상의 중합성 스메틱 화합물을 이용하여, 이 2종 이상의 중합성 스메틱 화합물 중, 적어도 1종이 화합물(1)인 형식이라도 좋다. 이하의 설명에서는, 단독 종의 중합성 스메틱 액정 화합물을 이용하는 경우와, 2종 이상의 중합성 스메틱 액정 화합물을 이용하는 경우를 총칭하여 「중합성 스메틱 액정 화합물」이라고 부르는 경우가 있다.
화합물(1)을 편광층 형성용 조성물에 이용하는 경우, 미리 화합물(1)의 상전이 온도를 구하여, 그 상전이 온도를 밑도는 온도 조건 하에서, 상기 화합물(1)이 중합 가능하도록, 편광층 형성용 조성물의 화합물(1)[중합성 스메틱 액정 화합물] 이외의 성분을 조정한다. 이러한 중합 온도를 컨트롤할 수 있는 성분으로서는, 후술하는 광중합 개시제, 광증감제 및 중합 금지제 등을 들 수 있다. 이들의 종류 및 양을 적절하게 조절함으로써 화합물(1)의 중합 온도를 컨트롤할 수 있다. 또, 편광층 형성용 조성물에, 2종 이상의 화합물(1)[중합성 스메틱 액정 조성물]의 혼합물을 이용하는 경우에도, 상기 2종 이상의 화합물(1)의 혼합물의 상전이 온도를 구한 후, 중합성 스메틱 액정 화합물의 경우와 같은 식으로 하여, 중합 온도를 컨트롤한다.
예시한 화합물(1) 중에서도, 각각 식(1-2), 식(1-3), 식(1-4), 식(1-6), 식(1-7), 식(1-8), 식(1-13), 식(1-14) 및 식(1-15)으로 나타내어지는 것으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 이들 화합물(1)은, 혼합함으로써, 혹은 함께 이용되는 광중합 개시제와의 상호 작용에 의해 용이하게 상전이 온도를 밑도는 온도 조건 하에서, 즉 고차의 스메틱상의 액정 상태를 충분히 유지한 채로 과냉각 상태를 얻을 수 있기 때문에, 상기 화합물(1)을 중합시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 광중합 개시제와의 상호 작용에 의해, 이들 화합물(1)은, 70℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이하의 온도 조건 하에서, 고차의 스메틱상의 액정 상태를 충분히 유지한 채로 중합시킬 수 있다.
상기 편광층 형성용 조성물 중에 함유되는 화합물(1)은 상술한 것과 같이, 단독 종이라도, 복수 종이라도 좋지만, 복수 종인 것이 바람직하다.
상기 편광층 형성용 조성물에서 화합물(1)의 함유 비율은, 상기 편광층 형성용 조성물의 고형분에 대하여, 70∼99.9 질량%가 바람직하고, 90∼99.9 질량%가 보다 바람직하다. 화합물(1)의 함유 비율이 상기한 범위 내라면, 화합물(1)의 배향성이 높아지는 경향이 있다. 여기서, 고형분이란, 상기 편광층 형성용 조성물에서 용제 등의 휘발성 성분을 제외한 성분의 합계량을 말한다. 또, 복수 종의 화합물(1)이 상기 편광층 형성용 조성물에 함유되는 경우, 그 합계 함유 비율이 상기한 범위면 된다.
상기 편광층 형성용 조성물은, 레벨링제를 함유하면 바람직하다. 상기 레벨링제란, 중합성 스메틱 액정 화합물의 유동성을 조정하고, 편광층 형성용 조성물을 도포하여 얻어지는 상기 제1 도포막을 보다 평탄하게 하는 기능을 갖는 것으로, 계면활성제 등을 예로 들 수 있다. 상기 레벨링제는, 폴리아크릴레트 화합물을 주성분으로 하는 레벨링제 및 불소 원자 함유 화합물을 주성분으로 하는 레벨링제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 보다 바람직하다.
폴리아크릴레트 화합물을 주성분으로 하는 레벨링제로서는, "BYK-350", "BYK-352", "BYK-353", "BYK-354", "BYK-355", "BYK-358N", "BYK-361N", "BYK-380", "BYK-381" 및 "BYK-392"[BYK Chemie사] 등을 들 수 있다.
불소 원자 함유 화합물을 주성분으로 하는 레벨링제로서는, "메가파크 R-08", 동 "R-30", 동 "R-90", 동 "F-410", 동 "F-411", 동 "F-443", 동 "F-445", 동 "F-470", 동 "F-471", 동 "F-477", 동 "F-479", 동 "F-482" 및 동 "F-483"[DIC(주)]; "Surflon S-381", 동 "S-382", 동 "S-383", 동 "S-393", 동 "SC-101", 동 "SC-105", "KH-40" 및 "SA-100"[AGC세이미케미칼(주)]; "E1830", "E5844"[(주)다이킨파인케미칼겐큐쇼]; "에프톱 EF301", 동 "EF303", 동 "EF351" 및 동 "EF352"[미스비시마테리알덴시가세이(주)] 등을 들 수 있다.
상기 편광층 형성용 조성물에 레벨링제를 함유시키는 경우, 그 함유량은, 중합성 액정 화합물 100 질량부에 대하여, 0.3 질량부 이상 5 질량부 이하가 바람직하고, 0.5 질량부 이상 3 질량부 이하가 더욱 바람직하다. 레벨링제의 함유량이 상기한 범위 내이면, 중합성 스메틱 액정 화합물을 수평 배향시키는 것이 용이하고, 또 얻어지는 편광층이 보다 평활하게 되는 경향이 있다. 중합성 스메틱 액정 화합물에 대한 레벨링제의 함유량이 상기한 범위를 넘으면, 얻어지는 편광층에 얼룩짐이 생기기 쉬운 경향이 있다. 또, 상기 편광층 형성용 조성물은 레벨링제를 2종류 이상 함유하고 있더라도 좋다.
상기 편광층 형성용 조성물은 이색성 색소를 함유한다. 여기서 말하는 이색성 색소란, 분자의 장축 방향에서의 흡광도와, 단축 방향에서의 흡광도가 다른 성질을 갖는 색소를 말한다. 이러한 성질을 갖는 것이라면, 이색성 색소는 특별히 제한되지 않고, 염료라도 안료라도 좋다. 이 염료는 복수 종 이용하더라도 좋고, 안료도 복수 종 이용하더라도 좋으며, 염료와 안료를 조합하더라도 좋다.
상기 이색성 색소는 300∼700 nm의 범위에 극대 흡수 파장(λMAX)을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 이색성 색소로서는, 예컨대, 아크리딘 색소, 옥사진 색소, 시아닌 색소, 나프탈렌 색소, 아조 색소 및 안트라퀴논 색소 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 아조 색소가 바람직하다. 아조 색소로서는, 모노아조 색소, 비스아조 색소, 트리스아조 색소, 테트라키스아조 색소 및 스틸벤아조 색소 등을 들 수 있고, 바람직하게는 비스아조 색소 및 트리스아조 색소이다.
아조 색소는, 예컨대, 식(2)으로 나타내어지는 화합물(이하, 경우에 따라 「화합물(2)」이라고 함)을 들 수 있다.
A1(-N=N-A2)p-N=N-A3 (2)
[식(2)에서, A1 및 A3은 서로 독립적으로 치환기를 갖고 있더라도 좋은 페닐기, 치환기를 갖고 있더라도 좋은 나프틸기 또는 치환기를 갖고 있더라도 좋은 1가의 복소환기를 나타낸다. A2는 치환기를 갖고 있더라도 좋은 p-페닐렌기, 치환기를 갖고 있더라도 좋은 나프탈렌-1,4-디일기 또는 치환기를 갖고 있더라도 좋은 2가의 복소환기를 나타낸다. p는 1∼4의 정수를 나타낸다. p가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 A2는 서로 동일하더라도 다르더라도 좋다.]
1가의 복소환기로서는, 퀴놀린, 티아졸, 벤조티아졸, 티에노티아졸, 이미다졸, 벤조이미다졸, 옥사졸 및 벤조옥사졸 등의 복소환 화합물로부터 1개의 수소 원자를 제외한 기를 들 수 있다. 복소환 화합물에서 2개의 수소 원자를 제외한 기가 2가의 복소환기에 해당하며, 이러한 복소환 화합물의 구체예는 상술한 것과 같다.
A1 및 A3에서의 페닐기, 나프틸기 및 1가의 복소환기, 및 A2에서의 p-페닐렌기, 나프탈렌-1,4-디일기 및 2가의 복소환기가 임의로 갖는 치환기로서는, 탄소수 1∼4의 알킬기; 메톡시기, 에톡시기 및 부톡시기 등의 탄소수 1∼4의 알콕시기; 트리플루오로메틸기 등의 탄소수 1∼4의 불화알킬기; 시아노기; 니트로기; 할로겐 원자: 아미노기, 디에틸아미노기 및 피롤리디노기 등의 치환 또는 무치환 아미노기(치환 아미노기란, 탄소수 1∼6의 알킬기를 하나 또는 2개 갖는 아미노기, 혹은 2개의 치환 알킬기가 서로 결합하여 탄소수 2∼8의 알칸디일기를 형성하고 있는 아미노기를 의미한다. 무치환 아미노기는 -NH2이다.)를 들 수 있다. 한편, 탄소수 1∼6의 알킬기의 구체예는 화합물(1)의 페닐렌기 등이 임의로 갖는 치환기에서 예시한 것과 동일하다.
화합물(2) 중에서도, 이하의 식(2-1)∼식(2-6) 중 어느 것으로 나타내어지는 화합물이 바람직하다.
Figure 112018127932164-pat00012
Figure 112018127932164-pat00013
[식(2-1)∼(2-6)에서,
B1∼B20은 서로 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1∼6의 알킬기, 탄소수 1∼4의 알콕시기, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 무치환의 아미노기(치환 아미노기 및 무치환 아미노기의 정의는 상기한 것과 같음), 염소 원자 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
n1, n2, n3 및 n4는 서로 독립적으로 0∼3의 정수를 나타낸다.
n1이 2 이상인 경우, 복수의 B2는 서로 동일하더라도 다르더라도 좋고,
n2이 2 이상인 경우, 복수의 B6은 서로 동일하더라도 다르더라도 좋고,
n3이 2 이상인 경우, 복수의 B9는 서로 동일하더라도 다르더라도 좋고,
n4가 2 이상인 경우, 복수의 B14는 서로 동일하더라도 다르더라도 좋다.]
상기 안트라퀴논 색소로서는 식(2-7)으로 나타내어지는 화합물이 바람직하다.
Figure 112018127932164-pat00014
[식(2-7)에서,
R1∼R8은 서로 독립적으로 수소 원자, -Rx, -NH2, -NHRx, -NRx 2-, -SRx 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
Rx는 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 6∼12의 아릴기를 나타낸다.]
상기 아크리딘 색소로서는 식(2-8)으로 나타내어지는 화합물이 바람직하다.
Figure 112018127932164-pat00015
[식(2-8)에서,
R9∼R15는 서로 독립적으로 수소 원자, -Rx, -NH2, -NHRx, -NRx 2, -SRx 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
Rx는 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 6∼12의 아릴기를 나타낸다.]
상기 옥사존 색소로서는 식(2-9)으로 나타내어지는 화합물이 바람직하다.
Figure 112018127932164-pat00016
[식(2-9)에서,
R16∼R23은 서로 독립적으로 수소 원자, -Rx, -NH2, -NHRx, -NRx 2, -SRx 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
Rx는 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 6∼12의 아릴기를 나타낸다.]
이상의 식(2-7), 식(2-8) 및 식(2-9)에 있어서, Rx의 탄소수 1∼6의 알킬기란, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기 및 헥실기 등이며, 탄소수 6∼12의 아릴기로서는, 페닐기, 톨루일기, 크실릴기 및 나프틸기 등이다.
상기 시아닌 색소로서는 식(2-10)으로 나타내어지는 화합물 및 식(2-11)으로 나타내어지는 화합물이 바람직하다.
Figure 112018127932164-pat00017
[식(2-10)에서,
D1 및 D2는 서로 독립적으로 식(2-10a)∼식(2-10d) 중 어느 것으로 나타내어지는 기를 나타낸다.
Figure 112018127932164-pat00018
n5는 1∼3의 정수를 나타낸다.]
Figure 112018127932164-pat00019
[식(2-11)에서,
D3 및 D4는 서로 독립적으로 식(2-11a)∼식(2-11h) 중 어느 것으로 나타내어지는 기를 나타낸다.
Figure 112018127932164-pat00020
n6은 1∼3의 정수를 나타낸다.]
상기 편광층 형성용 조성물에서 이색성 색소의 함유량은, 그 이색성 색소의 종류 등에 따라서 적절하게 조절할 수 있는데, 예컨대, 중합성 스메틱 액정 화합물의 합계 100 질량부에 대하여, 0.1 질량부 이상 50 질량부 이하가 바람직하고, 0.1 질량부 이상 20 질량부 이하가 보다 바람직하고, 0.1 질량부 이상 10 질량부 이하가 더욱 바람직하다. 이색성 색소의 함유량이 이 범위 내라면, 중합성 스메틱 액정 화합물의 배향을 어지럽히는 일없이, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킬 수 있다. 이색성 색소의 함유량이 지나치게 많으면, 중합성 스메틱 액정 화합물의 배향을 저해할 우려가 있다. 그 때문에, 중합성 스메틱 액정 화합물이 고차의 스메틱상의 액정 상태를 유지할 수 있는 범위에서 이색성 색소의 함유량을 정할 수도 있다.
상기 편광층 형성용 조성물은 용제를 함유한다. 이 용제는 이용하는 중합성 스메틱 액정 화합물의 용해성 등을 고려하여 적절하게 바람직한 것을 선택할 수 있다. 다만, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물의 중합 반응의 진행을 현저히 방해하는 일이 없는 불활성의 용제인 것이 바람직하다. 이러한 용제로서는, 상기 편광층 형성용 조성물 조제용의 용제로서 예시한 것과 동일하다. 상기 편광층 형성용 조성물 조제용의 용제도, 단독으로 이용하더라도 좋고, 복수 종을 조합시켜 이용하더라도 좋다.
용제의 함유량은 상기 편광층 형성용 조성물의 총량에 대하여 50∼98 질량%가 바람직하다. 바꿔 말하면, 편광층 형성용 조성물에서 고형분은 2∼50 질량%가 바람직하다. 고형분이 2 질량% 이상이면, 본 편광 소자가 갖는 편광층으로서 필요한 이색성을 얻을 수 있다. 한편, 상기 고형분이 50 질량% 이하이면, 편광층 형성용 조성물의 점도가 낮아지므로, 편광층의 두께가 대략 균일하게 됨으로써, 상기 편광층에 얼룩짐이 생기기 어렵게 되는 경향이 있다. 또한, 이러한 고형분은 후술하는 편광층의 두께를 형성할 수 있도록 정할 수 있다.
상기 편광층 형성용 조성물은 중합 개시제를 함유하면 바람직하다. 상기 중합 개시제는, 중합성 스메틱 액정 화합물의 중합 반응을 개시할 수 있는 화합물이며, 보다 저온 조건 하에서 상기 중합 반응을 개시할 수 있다는 점에서, 광중합 개시제가 바람직하다. 구체적으로는, 이 온도 조건 하에, 빛의 작용에 의해 활성 라디칼 또는 산을 발생할 수 있는 화합물이 광중합 개시제로서 이용된다. 상기 광중합 개시제 중에서도 빛의 작용에 의해 라디칼을 발생하는 것이 보다 바람직하다.
상기 광중합 개시제로서는, 예컨대 벤조인 화합물, 벤조페논 화합물, 알킬페논 화합물, 아실포스핀옥사이드 화합물, 트리아진 화합물, 요오드늄염 및 술포늄염 등을 들 수 있다.
이하, 이 광중합 개시제의 구체예를 든다.
벤조인 화합물로서는, 예컨대, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르 및 벤조인이소부틸에테르 등을 들 수 있다.
벤조페논 화합물로서는, 예컨대, 벤조페논, o-벤조일안식향산메틸, 4-페닐벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐설파이드, 3,3',4,4'-테트라(tert-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논 및 2,4,6-트리메틸벤조페논 등을 들 수 있다.
알킬페논 화합물로서는, 예컨대, 디에톡시아세토페논, 2-메틸-2-모르폴리노-1-(4-메틸티오페닐)프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1,2-디페닐-2,2-디메톡시에탄-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-[4-(2-히드록시에톡시)페닐]프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 및 2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판-1-온의 올리고머 등을 들 수 있다.
아실포스핀옥사이드 화합물로서는, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드 및 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드 등을 들 수 있다.
트리아진 화합물로서는, 예컨대, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-(4-메톡시페닐)-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-(4-메톡시나프틸)-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-(4-메톡시스티릴)-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(5-메틸푸란-2-일)에테닐]-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(푸란-2-일)에테닐]-1,3,5-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(4-디에틸아미노-2-메틸페닐)에테닐]-1,3,5-트리아진 및 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-1,3,5-트리아진 등을 들 수 있다.
광중합 개시제는 시장에서 용이하게 입수할 수 있는 것을 이용할 수도 있다. 시판되는 광중합 개시제로서는, "이르가큐어(Irgacure) 907", "이르가큐어 184", "이르가큐어 651", "이르가큐어 819", "이르가큐어 250", "이르가큐어 369"(치바재팬(주)); "SEIKUOL BZ", "SEIKUOL Z", "SEIKUOL BEE"(세이코가가쿠(주)); "카야큐어(kayacure) BP100"(니혼가야쿠(주)); "카야큐어 UVI-6992"(다우사 제조); "ADEKA OPTOMER SP-152", "ADEKA OPTOMER SP-170"((주)ADEKA); "TAZ-A", "TAZ-PP"(닛폰시이벨헤그너사); 및 "TAZ-104"(산와케미컬사) 등을 들 수 있다.
상기 편광층 형성용 조성물이 중합 개시제를 함유하는 경우, 그 함유량은, 상기 편광층 형성용 조성물에 함유되는 중합성 스메틱 액정 화합물의 종류 및 그 양에 따라서 적절하게 조절할 수 있는데, 예컨대, 중합성 스메틱 액정 화합물의 합계 100 질량부에 대한 중합 개시제의 함유량은, 0.1∼30 질량부가 바람직하고, 0.5∼10 질량부가 보다 바람직하고, 0.5∼8 질량부가 더욱 바람직하다. 중합성 개시제의 함유량이 이 범위 내라면, 중합성 스메틱 액정 화합물의 배향을 어지럽히지 않고서 중합시킬 수 있기 때문에, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 고차의 스메틱상의 액정 상태를 유지한 채로 중합할 수 있다.
상기 편광층 형성용 조성물이 광중합 개시제를 함유하는 경우, 상기 편광층 형성용 조성물에는 광증감제를 함유하고 있더라도 좋다. 상기 광증감제로서는, 예컨대, 크산톤 및 티오크산톤 등의 크산톤 화합물(예컨대, 2,4-디에틸티오크산톤, 2-이소프로필티오크산톤 등); 안트라센 및 알콕시기 함유 안트라센(예컨대, 디부톡시안트라센 등) 등의 안트라센 화합물; 페노티아진 및 루브렌 등을 들 수 있다.
편광층 형성용 조성물이 광중합 개시제 및 광증감제를 함유하는 것인 경우, 상기 편광층 형성용 조성물에 함유되는 중합성 스메틱 액정 화합물의 중합 반응을 보다 촉진할 수 있다. 이러한 광증감제의 사용량은, 병용하는 광중합 개시제 및 중합성 스메틱 액정 화합물의 종류 및 그 양에 따라서 적절하게 조절할 수 있는데, 예컨대, 중합성 스메틱 액정 화합물의 합계 100 질량부에 대하여, 0.1∼30 질량부가 바람직하고, 0.5∼10 질량부가 보다 바람직하고, 0.5∼8 질량부가 더욱 바람직하다.
상기 편광층 형성용 조성물에 광증감제를 함유시킴으로써, 중합성 스메틱 액정 화합물의 중합 반응을 촉진할 수 있음을 설명했지만, 상기 중합 반응을 안정적으로 진행시키기 위해서, 상기 편광막 형성용 조성물에는 중합 금지제를 적절히 함유시킬 수도 있다. 중합 금지제를 함유함으로써, 중합성 스메틱 액정 화합물의 중합 반응의 진행 정도를 컨트롤할 수 있다.
상기 중합 금지제로서는, 예컨대 하이드로퀴논, 알콕시기 함유 하이드로퀴논, 알콕시기 함유 카테콜(예컨대, 부틸카테콜 등), 피로갈롤, 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시 라디칼 등의 라디칼 보충제; 티오페놀류; β-나프틸아민류 및 β-나프톨류 등을 들 수 있다.
상기 편광층 형성용 조성물에 중합 금지제를 함유시키는 경우, 그 함유량은, 이용하는 중합성 스메틱 액정 화합물의 종류 및 그 양, 및 광증감제의 사용량 등에 따라서 적절하게 조절할 수 있는데, 예컨대, 중합성 스메틱 액정 화합물의 합계 100 질량부에 대한 중합 금지제의 함유량이, 0.1∼30 질량부가 바람직하고, 0.5∼10 질량부가 보다 바람직하고, 0.5∼8 질량부가 더욱 바람직하다. 중합 금지제의 함유량이 이 범위 내라면, 상기 편광층 형성용 조성물에 함유되는 중합성 스메틱 액정 화합물의 배향을 어지럽히는 일없이 중합시킬 수 있기 때문에, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 더 한층 고차의 스메틱상의 액정 상태를 양호하게 유지한 채로 중합시킬 수 있다.
이상 설명한 편광층 형성용 조성물을 상기 제2 적층판의 상기 광배향층(2) 상에 도포하여 제2 도포막을 얻어, 이 제2 도포막 중에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써 제2 건조 피막(3A)이 형성된다. 그 결과로서 제3 적층체(103)를 얻을 수 있다.
상기 제1 적층판의 광배향층(2) 상에 상기 편광막 형성용 조성물을 도포하는 방법(도포 방법)으로서는 예컨대, 상기 공정 A1에 있어서, 상기 광배향층 형성용 조성물을 상기 투명 기재 상에 도포하는 방법으로서 예시한 것과 동일한 방법을 들 수 있다.
<공정 A5>
이어서, 공정 A5에서는, 상기 제2 적층판의 상기 제2 도포막을 건조함으로써, 이 제2 도포막으로부터 용제를 제거하여, 제2 건조 피막(3A)을 형성한다. 용제의 제거 방법은 통상 상기 공정 A2에 있어서 제1 도포막으로부터 제1 건조 피막을 형성할 때에 설명한 방법과 동일한 방법을 채용할 수 있지만, 상기 제2 도포막에 포함되는 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않도록 건조 조건을 설정한다.
<공정 A6>
공정 A6에 있어서는, 상기 제2 건조 피막(3A)에 포함되는 중합성 스메틱 액정 화합물의 액정 상태를 스메틱 액정으로 유지한 채로(적층체(104)), 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 편광층(3)을 형성한다. 이 적층체(104)에 있어서, 제2 건조 피막(3A) 중의 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱상의 액정 상태로 한 층을 「층(3B)」이라 한다.
상기 제2 건조 피막(3A)에 포함되는 중합성 스메틱 액정 화합물의 액정 상태를 스메틱 액정 상태(이하, 경우에 따라 「스메틱상」 또는 「스메틱상의 액정 상태」라고 함)로 하여, 층(3B)을 형성하기 위해서는, 상기 제2 건조 피막을 적절한 온도로 유지하면 되며, 바꿔 말하면, 상기 제2 건조 피막을 제공한 제3 적층판(103)을 상전이 온도로부터 구한 적절한 온도로 유지하면 된다. 또, 스메틱상의 액정 상태로 되어 있는 층(3B)을 형성함에 있어서, 일단 상기 제2 건조 피막(3A)에 포함되는 중합성 스메틱 액정 조성물의 액정 상태를 네마틱상(네마틱 액정 상태)로 한 후, 상기 네마틱상을 스메틱상으로 전이시키면 바람직하다. 이와 같이 네마틱상을 경유하여 스메틱상을 형성하기 위해서는 예컨대, 제2 건조 피막에 포함되는 중합성 스메틱 액정 화합물이 네마틱상의 액정 상태로 상 전이하는 온도 이상으로 가열하고, 이어서 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 스메틱상의 액정 상태를 보이는 온도까지 냉각한다고 하는 방법이 채용된다.
상기 제2 건조 피막 중의 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 하거나, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 네마틱 액정 상태를 경유하여 스메틱 액정 상태로 하거나 하는 경우, 이용하는 중합성 스메틱 액정 화합물의 상전이 온도를 측정함으로써, 액정 상태를 제어하는 조건(가열 조건)을 용이하게 구할 수 있다. 이 상전이 온도 측정의 측정 조건은 본원의 실시예에서 설명한다.
상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킬 때, 스메틱상의 액정 상태를 양호하게 유지하기 위해서도, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물로서 2종 이상의 중합성 액정 스메틱 화합물을 포함하는 편광층 형성용 조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 중합성 스메틱 액정 조성물에서 각 중합성 스메틱 액정 화합물의 함유량비를 조정한 편광층 형성용 조성물을 이용하면, 네마틱상을 경유하여 스메틱상의 액정 상태를 형성한 후에, 일시적으로 과냉각 상태를 형성하는 것이 가능하여, 고차의 스메틱상의 액정 상태를 용이하게 유지하기 쉽다고 하는 이점이 있다.
여기서는, 상기 편광층 형성용 조성물에 광중합 개시제를 함유시켜, 제2 건조 피막 중의 중합성 스메틱 액정 화합물의 액정 상태를 스메틱상으로 한 후, 이 스메틱상의 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 광중합시키는 방법에 관해서 상술한다. 광중합에 있어서, 제2 건조 피막에 조사하는 광선으로서는, 상기 제2 건조 피막에 포함되는 광중합 개시제의 종류, 또는 중합성 스메틱 액정 화합물의 종류(특히, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 갖는 광중합기의 종류) 및 그 양에 따라서 적절하게 가시광, 자외광 및 레이저광으로 이루어지는 군에서 선택되는 빛이나 활성 전자선에 의해서 행할 수 있다. 이들 중, 중합 반응의 진행을 컨트롤하기 쉽다는 점이나, 광중합에 관련된 장치로서 당분야에서 광범하게 이용되고 있는 것을 사용할 수 있다고 하는 점에서, 자외광이 바람직하다. 따라서, 자외광에 의해서 광중합할 수 있도록, 상기 편광층 형성용 조성물에 함유되는 중합성 스메틱 액정 화합물이나 광중합 개시제의 종류를 선택해 두면 바람직하다. 또한, 중합시킬 때는, 자외광 조사와 함께 적당한 냉각 수단에 의해, 제2 건조 피막을 냉각함으로써 중합 온도를 컨트롤할 수도 있다. 이러한 냉각 수단의 채용에 의해, 보다 저온에서 중합성 스메틱 액정 화합물의 중합을 실시할 수 있으면, 상술한 투명 기재(1)나 광배향층(2)이 비교적 내열성이 낮은 것을 이용했다고 하여도, 적절하게 편광층(3)을 형성할 수 있다고 하는 이점도 있다. 또, 광중합할 때, 마스킹이나 현상을 행하는 등에 의해서 패터닝된 편광층(3)을 얻을 수도 있다.
이상과 같은 광중합을 행함으로써, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물은, 스메틱상, 바람직하게는 이미 예시한 것과 같은 고차의 스메틱상의 액정 상태를 유지한 채로 중합하여, 편광층(3)이 형성되어, 본 편광 소자(100)를 얻을 수 있다. 중합성 스메틱 액정 화합물이 스메틱상의 액정 상태를 유지한 채로 중합하여 얻어지는 편광층(3)은, 종래의 편광층, 즉, 네마틱상의 액정 상태를 유지한 채로 중합성 액정 화합물 등을 중합시켜 얻어지는 편광층과 비교하여 훨씬 편광 성능이 높다고 하는 이점이 있다.
이렇게 형성된 편광층(3)의 두께는 0.5∼10 ㎛의 범위가 바람직하고, 0.5∼3 ㎛의 범위가 더욱 바람직하다. 따라서, 제2 도포막의 두께는 얻어지는 편광층(3)의 두께를 고려하여 정해진다. 또, 상기 편광층(3)의 두께는 간섭 막후계나 레이저 현미경 혹은 촉침식 막후계의 측정으로 구해지는 것이다.
또한, 이렇게 형성된 편광층(3)은, X선 반사 측정에 있어서 블랙 피크를 얻을 수 있는 것이면 특히 바람직하다. 이러한 블랙 피크를 얻을 수 있는 편광층(3)으로서는, 예컨대, 헥사틱상(hexatic phase) 또는 크리스탈상에 유래하는 회절 피크를 보이는 편광층(3)을 들 수 있다. 또, 이러한 X선 반사 측정의 측정 조건은 예컨대 본원의 실시예에 기재한 조건 등을 들 수 있다.
<본 편광 소자의 연속적 제조 방법>
이상, 본 편광 소자의 제조 방법(본 제조 방법 A)의 개요를 설명했지만, 상업적으로 본 편광 소자를 제조할 때에는, 연속적으로 본 편광 소자를 제조할 수 있는 방법이 요구된다. 이러한 연속적 제조 방법은 Roll to Roll 형식에 의한 것으로, 경우에 따라 「본 제조 방법 B」라고 한다.
본 제조 방법 B는 예컨대,
투명 기재가 제1 권심에 권취되어 있는 제1 롤을 준비하는 공정과,
상기 제1 롤로부터, 상기 투명 기재를 연속적으로 송출하는 공정과,
상기 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 투명 기판 상에 제1 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거함으로써, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 적층체의 반송 방향에 대하여, 대략 45° 각도에 배향 방향을 갖는 광배향층을 형성하여, 제2 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
상기 제2 건조 피막 중에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제3 적층체의 반송 방향에 대하여, 45° 각도에 흡수축을 갖는 편광층을 형성하여, 편광 소자를 연속적으로 얻는 공정과,
연속적으로 얻어진 편광 소자를 제2 권심에 권취하여, 제2 롤을 얻는 공정을 갖는다. 여기서 도 4를 참조하여, 본 제조 방법 B의 주요부를 설명한다.
투명 기재가 제1 권심(210A)에 권취되어 있는 제1 롤(210)은 예컨대 시장에서 용이하게 입수할 수 있다. 이러한 롤의 형태로 시장에서 입수할 수 있는 투명 기재로서는, 이미 예시한 투명 기재 중에서도, 셀룰로오스에스테르, 환상 올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리메타크릴산에스테르로 이루어지는 필름 등을 들 수 있다. 또한, 본 편광 소자를 원편광판으로서 이용함에 있어서, 미리 위상차성이 부여된 투명 기재도 시장에서 용이하게 입수할 수 있으며, 예컨대, 셀룰로오스에스테르 또는 환상 올레핀계 수지로 이루어지는 위상차 필름 등을 들 수 있다.
이어서, 상기 제1 롤(210)로부터 투명 기재를 권출한다. 투명 기재를 권출하는 방법은 상기 제1 롤(210)의 권심(210A)에 적당한 회전 수단을 설치하여, 그 회전 수단에 의해 제1 롤(210)을 회전시킴으로써 행해진다. 또한, 제1 롤(210)로부터 투명 기재를 반송하는 방향으로 적당한 보조 롤(300)을 설치하여, 이 보조 롤(300)의 회전 수단으로 투명 기재를 권출하는 형식이라도 좋다. 또한, 제1 권심(210A) 및 보조 롤(300) 모두 회전 수단을 설치함으로써, 투명 기재에 적절한 장력을 부여하면서, 투명 기재를 권출하는 형식이라도 좋다.
상기 제1 롤(210)로부터 권출된 투명 기재는, 도포 장치(211A)를 통과할 때에, 그 표면 상에 상기 도포 장치(211A)에 의해 상기 배향막 형성용 조성물이 도포된다. 이와 같이 연속적으로 배향막 형성용 조성물을 도포하기 위해서 상술한 것과 같이, 상기 도포 장치(211A)는 그라비아코팅법, 다이코팅법, 플렉소법 등의 인쇄법이다.
도포 장치(211A)를 거친 필름은, 상술한 투명 기재와 제1 도포막과의 적층체에 해당하는 것이다. 이렇게 하여 제1 도포막이 형성(적층)된 투명 기재는, 건조로(212A)로 반송되고, 이 건조로(212A)에 의해 가열되어, 투명 기재와 제1 건조 피막으로 이루어지는 제1 적층체로 전화된다. 건조로(212A)로서는 예컨대, 열풍식 건조로 등이 이용된다. 건조로(212A)의 설정 온도는 도포 장치(211A)에 의해 도포된 상기 배향막 형성용 조성물에 포함되는 용제의 종류 등에 따라서 정해진다. 또한 건조로(212A)는, 적당한 존으로 구분하여, 구분된 복수의 존마다 설정 온도가 다른 형식이라도 좋고, 복수 개의 건조로를 직렬로 배치하여, 서로 다른 설정 온도로 각 건조로를 운전하면서, 이 복수 개의 건조로를 필름이 순차 반송된다고 하는 형식이라도 좋다.
가열로(212A)를 통과함으로써 연속적으로 형성된 제1 적층체는, 이어서, 편광 UV 조사 장치(213A)에 의해, 상기 적층체의 제1 건조 피막 측의 표면 또는 투명 기재 측의 표면에 편광 UV가 조사되어, 상기 제1 건조 피막은 광편광층으로 전화된다. 그 때, 필름의 반송 방향 D1과, 형성되는 광배향층의 배향 방향 D2가 이루는 각도가 대략 45°가 되도록 한다. 도 5는, 편광 UV 조사 후에 형성된 광배향층의 배향 방향 D2와, 필름의 반송 방향 D1의 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다. 즉, 도 5는 편광 UV 조사 장치(213A) 통과 후의 제1 적층체의 표면을, 필름의 반송 방향 D1과, 광배향층의 배향 방향 D2를 보았을 때, 이들이 이루는 각도가 대략 45°를 나타냄을 도시하고 있다.
이렇게 연속적으로 형성된 제1 적층체는, 이어서 도포 장치(211B)를 통과함으로써, 상기 제1 적층체의 광배향층 상에 편광층 형성용 조성물이 도포된 후, 건조로(212B)를 통과함으로써, 제2 적층체 또는 상기 제2 적층체의 제2 건조 피막 중에 포함되는 중합성 스메틱 액정 화합물이 스메틱의 액정 상태를 형성한 적층체로 된다. 건조로(212B)는, 광배향층 상에 도포된 상기 편광층 형성용 조성물로부터 용제를 건조 제거하는 역할과 함께, 상기 제2 건조 피막 중에 포함되는 중합성 스메틱 액정 화합물이 스메틱상의 액정 상태가 되도록 열에너지를 상기 제2 건조 피막에 부여하는 역할을 담당한다. 또한, 이미 설명한 것과 같이, 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱상의 액정 상태로 하기 위해서, 일단 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 네마틱상의 액정 상태로 하기 위해서는, 상기 제1 적층체에는 다른 가열 조건에 의해 다단계의 가열 처리를 상기 제1 적층체에 대하여 행할 필요가 있다. 그 때문에, 건조로(212B)는, 건조로(212A)에서 설명한 것과 같이, 서로 다른 설정 온도의 복수의 존으로 이루어지는 것이나, 서로 다른 설정 온도의 건조로를 복수 개 준비하여, 상기 복수 개의 건조로를 직렬로 설치한다고 하는 형식이면 바람직하다.
상기 건조로(212B)를 거친 필름은, 편광층 형성용 조성물에 포함되어 있었던 용제가 충분히 제거되어, 제2 건조 피막 중의 중합성 스메틱 액정 화합물이 스메틱상의 액정 상태를 유지한 채로, 광 조사 장치(213B)로 반송된다. 이 광 조사 장치(213B)에 의한 광 조사에 의해, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물은 상기 액정 상태를 유지한 채로, 광 중합하여, 편광층이 형성되어, 본 편광 소자가 연속적으로 형성된다.
이렇게 하여 연속적으로 형성된 본 편광 소자는, 제2 권심(220A)에 권취되어, 제2 롤(220)의 형태를 얻을 수 있다. 형성된 본 편광 소자를 권취하여 제2 롤을 얻을 때, 적당한 스페이서를 이용한 함께감기를 행하더라도 좋다.
이와 같이, 투명 기재가, 제1 롤로부터 도포 장치(211A), 건조로(212A), 편광 UV 조사 장치(213A), 도포 장치(211B), 건조로(212A) 및 광 조사 장치(213A)의 순으로 통과함으로써, 투명 기재 상에, 본 제조 방법 A의 공정 A2∼공정 A6과 같은 식으로 하여, 광배향층 및 편광막이 형성되어, 본 편광 소자가 연속적으로 제조된다.
또한, 도 4에 도시하는 본 제조 방법 B에서는, 투명 기재에서부터 본 편광 소자까지를 연속적으로 제조하는 방법을 나타냈지만, 예컨대, 투명 기재가, 제1 롤로부터, 도포 장치(211A), 건조로(212A) 및 편광 UV 조사 장치(213A)의 순으로 통과시킴으로써, 연속적으로 형성된 제1 적층체를 권심에 권취하여, 제1 적층체를 롤의 형태로 제조하고, 상기 롤로부터 제1 적층체를 권출하여, 권출된 제1 적층체를 도포 장치(211B), 건조로(212A) 및 광 조사 장치(213A)의 순으로 통과시켜, 본 편광 소자를 제조하더라도 좋다.
본 제조 방법 B에 의해 얻어지는 본 편광 소자는, 그 형상이 필름형이며 또한 장척형인 것이다. 이 본 편광 소자는, 후술하는 액정 표시 장치 등에 이용하는 경우에는, 상기 액정 표시 장치의 스케일 등에 맞춰 원하는 치수가 되도록 재단되고 나서 이용된다.
이상, 투명 기재/광배향층/편광층의 적층체 형태인 경우를 중심으로, 본 편광 소자의 구성 및 제조 방법을 설명해 왔지만, 본 편광 소자에는 이들 이외의 층 또는 막이 적층되어 있더라도 좋다. 이미 설명한 것과 같이, 본 편광 소자는 위상차 필름을 더욱 구비하고 있더라도 좋고, 반사 방지층 또는 휘도 향상 필름을 더욱 구비하고 있더라도 좋다. 또한, 후술하는 것과 같이, 위상차 필름(바람직하게는 1/4λ 파장판)과 조합하여 원편광판으로 할 수도 있다. 원편광판을 제조할 때에 이용되는 1/4 파장판은, 가시광에 대한 면내 위상차 값이 파장이 짧아짐에 따라서 작아지는 특성을 갖는 것이 바람직하다.
<본 편광 소자의 유리한 효과>
본 편광 소자는, 그 제조 방법이, 광배향층 형성시의 광 배향 조작에 의해서 용이하게 원하는 편광 방향을 갖는 편광층을 형성할 수 있다고 하는 점에서, 종래의 편광 소자보다도 유리하게 제조할 수 있다. 또한, 본 제조 방법 B에 의해, 장척형 본 편광 소자를 제조했다고 해도, 상기 본 편광 소자의 길이 방향에 대하여 수평이 아닌 흡수축을 갖는 편광층을 구비한 것을 형성할 수 있다. 예컨대, 본 편광 소자의 편광층에서의 흡수축을 45°로 함으로써, 후술하는 것과 같이, Roll to Roll 접합에 의해, 본 편광 소자와 1/4 파장판을 접합시켜 원편광판(본 원편광판)을 제조하기 쉽게 되어, 본 원편광판의 생산성은 매우 향상된다.
<본 편광 소자의 용도>
본 편광 소자는 여러 가지 표시 장치에 이용할 수 있다. 표시 장치란, 표시 소자를 갖는 장치이며, 발광원으로서 발광 소자 또는 발광 장치를 포함한다. 표시 장치로서는, 예컨대, 액정 표시 장치, 유기 일렉트로루미네선스(EL) 표시 장치, 무기 일렉트로루미네선스(EL) 표시 장치, 전자 방출 표시 장치(예컨대 전기장 방출 표시 장치(FED), 표면 전계 방출 표시 장치(SED)), 전자 페이퍼(전자 잉크나 전기 영동 소자를 이용한 표시 장치, 플라즈마 표시 장치, 투사형 표시 장치(예컨대 그레이팅 라이트 밸브(GLV) 표시 장치, 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)를 갖는 표시 장치) 및 압전 세라믹 디스플레이 등을 들 수 있다. 액정 표시 장치는, 투과형 액정 표시 장치, 반투과형 액정 표시 장치, 반사형 액정 표시 장치, 직시형 액정 표시 장치 및 투사형 액정 표시 장치 등의 어느 것이나 포함한다. 이들 표시 장치는, 2차원 화상을 표시하는 표시 장치라도 좋고, 3차원 화상을 표시하는 입체 표시 장치라도 좋다.
한편, 본 원편광판은, 특히 유기 일렉트로루미네선스(EL) 표시 장치 또는 무기 일렉트로루미네선스(EL) 표시 장치의 표시 장치에 유효하게 이용할 수 있다.
도 6 및 도 9는 본 편광 소자를 이용한 액정 표시 장치(이하, 경우에 따라 「본 액정 표시 장치」라고 함)(10)의 단면 구성을 모식적으로 나타내는 개략도이다. 액정층(17)은 2장의 기판(14a) 및 기판(14b)에 의해 끼워져 있다.
도 12는 본 편광 소자를 이용한 EL 표시 장치(이하, 경우에 따라 「본 EL 표시 장치」라고 함)의 단면 구성을 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 편광 소자를 이용한 투사형 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 개략도이다.
우선은 도 6에 도시하는 본 액정 표시 장치(10)에 관해서 설명한다.
기판(14a)의 액정층(17) 측에는 컬러 필터(15)가 배치되어 있다. 컬러 필터(15)가 액정층(17)을 사이에 두고서 화소 전극(22)에 대향하는 위치에 배치되고, 블랙 매트릭스(20)가 화소 전극 사이의 경계에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 투명 전극(16)이 컬러 필터(15) 및 블랙 매트릭스(20)를 덮도록 액정층(17) 측에 배치되어 있다. 또, 컬러 필터(15)와 투명 전극(16) 사이에 오버코트층(도시하지 않음)을 갖고 있더라도 좋다.
기판(14b)의 액정층(17) 측에는 박막 트랜지스터(21)와 화소 전극(22)이 규칙적으로 배치되어 있다. 화소 전극(22)은, 액정층(17)을 사이에 두고서 컬러 필터(15)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 박막 트랜지스터(21)와 화소 전극(22) 사이에는 접속 구멍(도시하지 않음)을 갖는 층간 절연막(18)이 배치되어 있다.
기판(14a) 및 기판(14b)으로서는 유리 기판 및 플라스틱 기판이 이용된다. 이러한 유리 기판이나 플라스틱 기판은 본 편광 소자의 투명 기재로서 예시한 것과 동일한 재질의 것을 채용할 수 있다. 또한, 본 편광 소자의 투명 기판(1)이 기판(14a) 및 기판(14b)을 겸하고 있더라도 좋다. 기판 상에 형성되는 컬러 필터(15)나 박막 트랜지스터(21)를 제조할 때, 고온으로 가열하는 공정이 필요한 경우는 유리 기판이나 석영 기판이 바람직하다.
박막 트랜지스터는 기판(14b)의 재질에 따라서 최적의 것을 채용할 수 있다. 박막 트랜지스터(21)로서는, 석영 기판 상에 형성하는 고온 폴리실리콘 트랜지스터, 유리 기판 상에 형성하는 저온 폴리실리콘 트랜지스터, 유리 기판 또는 플라스틱 기판 상에 형성하는 비결정형 실리콘 트랜지스터를 들 수 있다. 본 액정 표시 장치를 보다 소형화하기 위해서, 드라이버 IC가 기판(14b) 상에 형성되어 있더라도 좋다.
투명 전극(16)과 화소 전극(22)과의 사이에는 액정층(17)이 배치되어 있다. 액정층(17)에는 기판(14a) 및 기판(14b) 사이의 거리를 일정하게 유지하기 위해서 스페이서(23)가 배치되어 있다. 한편, 도 2에서는 기둥형의 스페이서로 도시하지만, 상기 스페이서는 기둥형에 한정되는 것이 아니라, 기판(14a) 및 기판(14b) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다면, 그 형상은 임의이다.
기판(14a) 및 기판(14b)에 형성된 층 중 액정층(17)과 접촉하는 면에는 액정을 원하는 방향으로 배향시키기 위한 배향층이 각각 배치되어 있더라도 좋다. 또, 본 편광 소자를 액정 셀 내부에 배치, 즉, 액정층(17)에 접하는 면 측에 본 편광 소자를 배치할 수도 있다. 이러한 형식을 이하 「인셀 형식」이라고 한다. 이 인셀 형식의 상세한 것은 후술한다.
각 부재는, 기판(14a), 컬러 필터(15) 및 블랙 매트릭스(20), 투명 전극(16), 액정층(17), 화소 전극(22), 층간 절연막(18) 및 박막 트랜지스터(21) 및 기판(14b) 순서로 적층되어 있다.
이러한 액정층(17)을 사이에 두고 있는 기판(14a) 및 기판(14b) 중, 기판(14b)의 외측에는 편광자(12a 및 12b)가 설치되고 있고, 이들 중, 적어도 하나가 본 편광 소자이다.
더욱이, 위상차층(예컨대, 1/4 파장판이나 광학 보상 필름)(13a 및 13b)이 적층되어 있으면 바람직하다. 편광자(12a 및 12b) 중, 본 편광 소자를 편광자(12b)에 배치함으로써, 입사광을 직선 편광으로 변환하는 기능을 본 액정 표시 장치(10)에 부여할 수 있다. 또, 위상차 필름(13a 및 13b)은, 액정 표시 장치의 구조나 액정층(17)에 포함되는 액정 화합물의 종류에 따라서는 배치되어 있지 않더라도 좋고, 투명 기판이 위상차 필름인 본 편광 소자(원편광판)을 이용한 경우는, 상기 위상차 필름을 위상차층으로 할 수 있기 때문에, 도 6의 위상차층(13a 및/또는 13b)을 생략할 수도 있다. 본 편광 소자의 광 출사 측(외측)에 더욱 편광 필름을 형성하더라도 좋다.
또한, 본 편광 소자의 외측에(본 편광 소자에 편광 필름을 더 설치한 경우는, 그 외측에), 외광의 반사를 막기 위한 반사 방지막이 배치되어 있더라도 좋다.
상술한 것과 같이, 도 6의 본 액정 표시 장치(10)의 편광자(12a 또는 12b)에 본 편광 소자를 이용할 수 있다. 본 편광 소자를 편광자(12a 및/또는 12b)에 설치함으로써, 본 액정 표시 장치(10)의 박형화를 달성할 수 있다고 하는 효과가 있다.
본 편광 소자를 편광자(12a 또는 12b)에 이용하는 경우, 그 적층 순서는 특별히 한정되지 않는다. 이것을 도 6의 점선으로 둘러싸인 A 및 B 부분의 확대도를 참조하여 설명한다.
도 7은 도 6의 A 부분의 확대 모식 단면도이다. 도 7의 (A1)은, 본 편광 소자(100)를 편광자(12a)로서 이용하는 경우, 위상차층(13a) 측에서부터, 편광층(3),광배향층(2) 및 투명 기재(1)가 이 순서로 배치되도록 본 편광 소자(1)가 설치되어 있는 것을 나타낸다. 또한, 도 7의 (A2)는, 위상차층(13a) 측에서부터, 투명 기재(1), 광배향층(2) 및 편광층(3)이 이 순서로 배치되도록 본 편광 소자(1)가 설치되어 있는 것을 나타낸다.
도 8은 도 6의 B 부분의 확대 모식도이다. 도 8의 (B1)은, 본 편광 소자(100)를 편광자(12b)로서 이용하는 경우, 위상차 필름(13b) 측에서부터 투명 기재(1), 광배향층(2) 및 편광층(3)이 이 순서로 배치되도록 본 편광 소자(100)가 설치된다. 도 8의 (B2)는, 본 편광 소자(100)를 편광자(12b)로서 이용하는 경우, 위상차 필름(13b) 측에서부터 편광층(3), 광배향층(2) 및 투명 기재(1)가 이 순서로 배치되도록 본 편광 소자(100)가 설치된다.
편광자(12b)의 외측에는 발광원인 백라이트 유닛이 배치되어 있다. 백라이트 유닛은, 광원, 도광체, 반사판, 확산 시트 및 시야각 조정 시트를 포함한다. 광원으로서는, 일렉트로루미네선스, 냉음극관, 열음극관, 발광 다이오드(LED), 레이저 광원 및 수은 램프 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 광원의 특성에 맞춰 본 편광 소자의 종류를 선택할 수 있다.
본 액정 표시 장치(10)가 투과형 액정 표시 장치인 경우, 백라이트 유닛 중의 광원으로부터 발생된 백색광은 도광체에 입사하여, 반사판에 의해서 진로가 바뀌어 확산 시트에 의해 확산된다. 확산광은 시야각 조정 시트에 의해서 원하는 지향성을 갖도록 조정된 후에 백라이트 유닛으로부터 편광자(12b)로 입사된다.
무편광인 입사광 중, 어느 한 쪽의 직선 편광만이 액정 패널의 편광자(12b)를 투과한다. 이 직선 편광은 위상차층(13b)에 의해서 원 편광 혹은 타원 편광으로 변환되어, 기판(14b), 화소 전극(22) 등을 순차 투과하여 액정층(17)에 이른다.
여기서 화소 전극(22)과 대향하는 투명 전극(16)과의 사이의 전위차의 유무에 의해, 액정층(17)에 포함되는 액정 분자의 배향 상태가 변화되어, 본 액정 표시 장치(10)로부터 출사되는 빛의 휘도가 제어된다. 액정층(17)이 편광을 그대로 투과시키는 배향 상태인 경우, 그 편광은 액정층(17), 투명 전극(16)을 투과하고, 어떤 특정한 파장 범위의 빛이 컬러 필터(15)를 투과하여 편광자(12)에 이르고, 액정 표시 장치는 컬러 필터에서 결정되는 색을 가장 밝게 표시한다.
반대로, 액정층(17)이, 편광을 변환하여 투과시키는 배향 상태인 경우, 액정층(17), 투명 전극(16) 및 컬러 필터(15)를 투과한 빛은 편광자(12a)에 흡수된다. 이로써, 이 화소는 흑을 표시한다. 이들 2가지 상태의 중간의 배향 상태에서는, 본 액정 표시 장치(10)로부터 출사되는 빛의 휘도도 상기 양자의 중간이 되기 때문에 이 화소는 중간색을 표시한다.
본 액정 표시 장치(10)가 반투과형 액정 표시 장치인 경우, 본 편광 소자의 편광층 측에 1/4 파장판을 더 적층시킨 것(원편광판)을 이용하는 것이 바람직하다. 이 때, 화소 전극(22)은 투명한 재료로 형성된 투과부와, 빛을 반사하는 재료로 형성된 반사부를 지니고, 투과부에서는, 상술한 투과형 액정 표시 장치와 같은 식으로 화상이 표시된다. 한편 반사부에서는, 외광이 액정 표시 장치에 입사되어, 본 편광 소자에 더욱 구비된 1/4 파장판의 작용에 의해, 본 편광 소자를 투과한 원편광이 액정층(17)을 통과하고, 화소 전극(22)에 의해 반사되어 표시에 이용된다.
이어서, 본 편광 소자를 이용한, 인셀 형식의 적합한 액정 표시 장치(본 액정 표시 장치(24))에 관해서 도 9를 참조하여 설명한다.
본 액정 표시 장치(24)에서는, 기판(14a), 편광자(12a), 위상차 필름(13a), 컬러 필터(15) 및 블랙 매트릭스(20), 투명 전극(16), 액정층(17), 화소 전극(22), 층간 절연막(18) 및 박막 트랜지스터(21), 위상차 필름(13b), 편광자(12b), 기판(14b) 및 백라이트 유닛(19)의 순서로 적층되며, 이 구성에서는, 본 편광 소자는 편광자(12a)로서 이용되는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 본 편광 소자는, 본 편광 소자에 있는 투명 기재가 기판(14a)을 겸하도록 투명 기재(1), 광배향층(2) 및 편광층(3)의 순서로 배치되어 있더라도 좋다. 이러한 구성으로 본 편광 소자를 구비한 본 액정 표시 장치(24)에서는, 입사광을 직선 편광으로 하는 기능이 부여되어 있다. 또, 본 액정 표시 장치(10)와 마찬가지로, 위상차층(13a 및 13b)은, 액정층(17)에 포함되는 액정 화합물의 종류에 따라서는 배치되어 있지 않더라도 좋다.
이어서, 본 편광 소자를 이용한, 본 EL 표시 장치(30)에 관해서 도 12를 참조하여 설명한다. 본 EL 표시 장치에, 본 편광 소자를 이용하는 경우, 본 편광 소자를 본 원편광판으로 하고 나서 이용하는 것이 바람직하다. 본 원편광판에는 2개의 실시형태가 있다. 그래서, 본 EL 표시 장치(30)의 구성 등을 설명하기 전에, 본 원편광판의 2개의 실시형태에 관해서 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10의 (A)는 본 원편광판(110)의 제1 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 이 제1 실시형태는, 본 편광 소자(100)의 편광층(3) 상에 위상차층(위상차 필름)(4)을 더 설치한 본 원편광판(110)이다. 도 10의 (B)는 본 원편광판(110)의 제2 실시형태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이 제2 실시형태는, 본 편광 소자(100)를 제조할 때에 이용한 투명 기재(1)로서, 미리 위상차성이 부여되어 있는 투명 기재(1)(위상차 필름(4))를 이용함으로써, 투명 기재(1) 자체가 위상차층(4)으로서의 기능을 겸비한 것으로 한 본 원편광판(110)이다.
여기서, 본 원편광판(110)의 제조 방법에 관해서 설명해 둔다. 본 원편광판(110)의 제2 실시형태는 이미 설명한 대로, 본 편광 소자(100)를 제조하는 본 제조 방법 A 또는 본 제조 방법 B에 있어서, 투명 기재(1)로서 미리 위상차성이 부여된 투명 기재(1), 즉 위상차 필름을 이용함으로써 제조할 수 있다. 본 원편광판(110)의 제1실시형태는, 본 제조 방법 A 또는 본 제조 방법 B에 의해 제조된 본 편광 소자(1)의 편광층(3) 상에, 위상차 필름을 접합함으로써 위상차층(4)을 형성하면 된다. 또, 본 제조 방법 B에 의해 제2 롤(220)의 형태로, 본 편광 소자(100)를 제조한 경우에는, 상기 제2 롤(220)로부터 본 편광 소자(100)를 권출하여, 소정의 치수로 재단하고 나서, 재단된 본 편광 소자(100)에 위상차 필름을 접합하는 형태라도 좋지만, 위상차 필름이 권심에 권취되어 있는 제3 롤을 준비함으로써, 형상이 필름형이며 또한 장척형인 본 원편광판(110)을 연속적으로 제조할 수도 있다.
본 원편광판(110)의 제1 실시형태를 연속적으로 제조하는 방법에 관해서 도 11을 참조하여 설명한다. 이러한 제조 방법은,
상기 제2 롤(220)로부터 연속적으로 본 편광 소자(100)를 권출하는 동시에, 위상차 필름이 권취되어 있는 제3 롤(230)로부터 연속적으로 상기 위상차 필름을 권출하는 공정과,
상기 제2 롤(220)로부터 권출된 본 편광 소자(100)에 설치된 편광층과, 상기 제3 롤로부터 권출된 상기 위상차 필름을 연속적으로 접합하여 본 원편광판(110)을 형성하는 공정과,
형성된 상기 원편광판(110)을 제4 권심(240A)에 권취하여, 제4 롤(240)을 얻는 공정으로 이루어진다. 이 방법은 소위 Roll to Roll 접합이다.
이상, 본 원편광판(110)의 제1 실시형태의 제조 방법을 설명했지만, 본 편광 소자(100)의 편광층(3)과 위상차 필름을 접합할 때는, 적당한 점착제를 이용하여, 상기 점착제로 형성되는 점착층을 통해 편광층(3)과 위상차 필름을 접합하더라도 좋다.
이어서, 본 원편광판(110)을 구비한 본 EL 표시 장치를 도 12를 참조하여 설명한다.
본 EL 표시 장치(30)는, 화소 전극(35)이 형성된 기판(33) 상에, 발광원인 유기 기능층(36) 및 캐소드 전극(37)이 적층된 것이다. 기판(33)을 사이에 두고서 유기 기능층(36)과 반대쪽에, 원편광판(31)이 배치되며, 이러한 원편광판(31)으로서 본 원편광판(110)이 이용된다. 화소 전극(35)에 플러스의 전압, 캐소드 전극(37)에 마이너스의 전압을 가하여, 화소 전극(35) 및 캐소드 전극(37) 사이에 직류 전류를 인가함으로써, 유기 기능층(36)이 발광한다. 발광원인 유기 기능층(36)은 전자 수송층, 발광층 및 정공 수송층 등으로 이루어진다. 유기 기능층(36)으로부터 출사된 빛은, 화소 전극(35), 층간 절연막(34), 기판(33), 원편광판(31)(본 원편광판(110))을 통과한다. 유기 기능층(36)을 갖는 유기 EL 표시 장치에 관해서 설명하지만, 무기 기능층을 갖는 무기 EL 표시 장치에도 적용해도 좋다.
본 EL 표시 장치(30)를 제조하기 위해서는, 우선, 기판(33) 상에 박막 트랜지스터(40)를 원하는 형상으로 형성한다. 그리고 층간 절연막(34)을 성막하고, 이어서 화소 전극(35)을 스퍼터법으로 성막하여 패터닝한다. 그 후, 유기 기능층(36)을 적층한다.
이어서, 기판(33)의 박막 트랜지스터(40)가 설치되어 있는 면의 반대 면에 원편광판(31)(본 원편광판(110))을 설치한다.
본 원편광판(110)을 원편광판(31)으로서 이용하는 경우, 그 적층 순서를 도 11의 점선으로 둘러싸인 C 부분의 확대도를 참조하여 설명한다. 본 원편광판(110)을 원편광판(31)으로서 이용하는 경우, 상기 본 원편광판(110)에 있는 위상차층(4)이 기판(33) 측에 배치된다. 도 12의 (C1)은 본 원편광판(110)의 제1 실시형태를 원편광판(31)으로서 이용한 확대도이며, 도 12의 (C2)는 본 원편광판(110)의 제2 실시형태를 원편광판(31)으로서 이용한 확대도이다.
이어서, 본 EL 표시 장치(30)의 본 편광 소자(31)(원편광판(110)) 이외의 부재에 관해서 간단히 설명한다.
기판(33)으로서는, 사파이어 유리 기판, 석영 유리 기판, 소다 유리 기판 및 알루미나 등의 세라믹 기판; 구리 등의 금속 기판; 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 도시하지는 않지만, 기판(33) 상에 열전도성 막을 형성하더라도 좋다. 열전도성 막으로서는, 다이아몬드 박막(DLC 등) 등을 들 수 있다. 화소 전극(35)을 반사형으로 하는 경우는, 기판(33)과는 반대 방향으로 빛이 출사된다. 따라서, 투명 재료뿐만 아니라, 스테인리스 등의 비투과 재료를 이용할 수 있다. 기판은 단일로 형성되어 있더라도 좋고, 복수의 기판을 접착제로 접합시켜 적층 기판으로서 형성되어 있더라도 좋다. 또한, 이들 기판은 판형인 것에 한정되는 것이 아니라, 필름이라도 좋다.
박막 트랜지스터(40)로서는 예컨대, 다결정 실리콘 트랜지스터 등을 이용하면 된다. 박막 트랜지스터(40)는 화소 전극(35)의 단부에 설치되며, 그 크기는 10∼30 ㎛ 정도이다. 또, 화소 전극(35)의 크기는 20 ㎛×20 ㎛∼300 ㎛×300 ㎛ 정도이다.
기판(33) 상에는 박막 트랜지스터(40)의 배선 전극이 설치되어 있다. 배선 전극은 저항이 낮고, 화소 전극(35)과 전기적으로 접속하여 저항치를 낮게 억제하는 기능이 있으며, 일반적으로는 그 배선 전극은, Al, Al 및 전이 금속(단 Ti를 제외함), Ti 또는 질화티탄(TiN) 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 사용된다.
박막 트랜지스터(40)와 화소 전극(35) 사이에는 층간 절연막(34)이 설치된다. 층간 절연막(34)은, SiO2 등의 산화규소, 질화규소 등의 무기계 재료를 스퍼터나 진공 증착으로 성막한 것, SOG(스핀 온 글라스)로 형성한 산화규소층, 포토레지스트, 폴리이미드 및 아크릴 수지 등의 수지계 재료의 도포막 등, 절연성을 갖는 것이라면 어느 것이라도 좋다.
층간 절연막(34) 상에 리브(41)를 형성한다. 리브(41)는 화소 전극(35)의 주변부(인접 화소 사이)에 배치되어 있다. 리브(41)의 재료로서는 아크릴 수지 및 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 리브(41)의 두께는 바람직하게는 1.0 ㎛ 이상 3.5 ㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 1.5 ㎛ 이상 2.5 ㎛ 이하이다.
이어서, 투명 전극인 화소 전극(35)과, 발광원인 유기 기능층(36)과, 캐소드 전극(37)으로 이루어지는 EL 소자에 관해서 설명한다. 유기 기능층(36)은 각각 적어도 1층의 홀 수송층 및 발광층을 지니고, 예컨대 전자 주입 수송층, 발광층, 정공 수송층 및 정공 주입층을 순차 갖는다.
화소 전극(35)으로서는, 예컨대, ITO(주석 도핑 산화인듐), IZO(아연 도핑 산화인듐), IGZO, ZnO, SnO2 및 In2O3 등을 들 수 있는데, 특히 ITO나 IZO가 바람직하다. 화소 전극(35)의 두께는 홀 주입을 충분히 행할 수 있는 일정 이상의 두께를 가지면 되며, 10∼500 nm 정도로 하는 것이 바람직하다.
화소 전극(35)은 증착법(바람직하게는 스퍼터법)에 의해 형성할 수 있다. 스퍼터 가스로서는, 특별히 제한되는 것은 아니며, Ar, He, Ne, Kr 및 Xe 등의 불활성 가스 혹은 이들의 혼합 가스를 이용하면 된다.
캐소드 전극(37)의 구성 재료로서는 예컨대, K, Li, Na, Mg, La, Ce, Ca, Sr, Ba, Al, Ag, In, Sn, Zn 및 Zr 등의 금속 원소가 이용되면 좋지만, 전극의 작동 안정성을 향상시키기 위해서는, 예시한 금속 원소에서 선택되는 2 성분 또는 3 성분의 합금계를 이용하는 것이 바람직하다. 합금계로서는, 예컨대 Ag·Mg(Ag : 1∼20 at%), Al·Li(Li : 0.3∼14 at%), In·Mg(Mg : 50∼80 at%) 및 Al·Ca(Ca : 5∼20 at%) 등이 바람직하다.
캐소드 전극(37)은 증착법 및 스퍼터법 등에 의해 형성된다. 캐소드 전극(37)의 두께는 0.1 nm 이상, 바람직하게는 1∼500 nm 이상인 것이 바람직하다.
정공 주입층은 화소 전극(35)으로부터의 정공의 주입을 쉽게 하는 기능을 지니고, 정공 수송층은 정공을 수송하는 기능 및 전자를 방해하는 기능을 지니며, 전하 주입층이나 전하 수송층이라고도 불린다.
발광층의 두께, 정공 주입층과 정공 수송층을 합한 두께 및 전자 주입 수송층의 두께는 특별히 한정되지 않고, 형성 방법에 따라서 다르기도 하지만, 5∼100 nm 정도로 하는 것이 바람직하다. 정공 주입층이나 정공 수송층에는 각종 유기 화합물을 이용할 수 있다. 정공 주입 수송층, 발광층 및 전자 주입 수송층의 형성에는 균질한 박막을 형성할 수 있다는 점에서 진공 증착법을 이용할 수 있다.
발광원인 유기 기능층(36)으로서는, 1중항 여기자로부터의 발광(형광)을 이용하는 것, 3중항 여기자로부터의 발광(인광)을 이용하는 것, 1중항 여기자로부터의 발광(형광)을 이용하는 것과 3중항 여기자로부터의 발광(인광)을 이용하는 것을 포함하는 것, 유기물에 의해서 형성된 것, 유기물에 의해서 형성된 것과 무기물에 의해서 형성된 것을 포함하는 것, 고분자의 재료, 저분자의 재료, 고분자 재료와 저분자 재료를 포함하는 것 등을 이용할 수 있다. 단, 이것에 한정되지 않고, EL 소자용으로서 공지된 여러 가지의 것을 이용한 유기 기능층(36)을 본 EL 표시 장치(30)에 이용할 수 있다.
캐소드 전극(37)과 밀봉 뚜껑(39)과의 공간에는 건조제(38)를 배치한다. 이것은, 유기 기능층(36)은 습도에 약하기 때문이다. 건조제(38)에 의해 수분을 흡수하여 유기 기능층(36)의 열화를 방지한다.
도 14는 본 EL 표시 장치(30)의 다른 양태의 단면 구성을 도시하는 개략도이다. 이 본 EL 표시 장치(30)는 박막 밀봉막(41)을 이용한 밀봉 구조를 지니며, 어레이 기판의 반대면으로부터도 출사광을 얻을 수 있다.
박막 밀봉막(41)으로서는 전해 콘덴서의 필름에 DLC(다이아몬드 유사 카본)를 증착한 DLC막을 이용하는 것이 바람직하다. DLC막은 수분 침투성이 매우 나쁘다고 하는 특성이 있고, 방습 성능이 높다. 또한, DLC막 등을 캐소드 전극(37)의 표면에 직접 증착하여 형성하더라도 좋다. 또한, 수지 박막과 금속 박막을 다층으로 적층하여, 박막 밀봉막(41)을 형성하더라도 좋다.
이상과 같이 하여, 본 발명에 따른 신규의 편광 소자(본 편광 소자) 및 본 편광 소자를 구비한 신규의 표시 장치(본 액정 표시 장치 및 본 EL 표시 장치)가 제공된다.
마지막으로, 본 편광 소자(100)를 이용한 투사형 액정 표시 장치에 관해서 설명한다.
도 15는 본 편광 소자(100)를 이용한 투사형 액정 표시 장치를 도시하는 개략도이다.
이 투사형 액정 표시 장치의 편광자(142) 및/또는 편광자(143)로서, 본 편광 소자(100)가 이용된다.
발광원인 광원(예컨대, 고압 수은 램프)(111)으로부터 출사된 광선 다발은, 우선은 제1 렌즈 어레이(112), 제2 렌즈 어레이(113), 편광 변환 소자(114), 중첩 렌즈(115)를 통과함으로써, 반광선 다발 단면에서의 휘도의 균일화와 편광화가 이루어진다.
구체적으로는 광원(111)으로부터 출사된 광선 다발은, 미소한 렌즈(112a)가 매트릭스형으로 형성된 제1 렌즈 어레이(112)에 의해서 다수의 미소한 광선 다발로 분할된다. 제2 렌즈 어레이(113) 및 중첩 렌즈(115)는, 분할된 광선 다발의 각각이 조명 대상인 3개의 액정 패널(140R, 140G, 140B) 전체를 조사하도록 구비되어 있고, 이 때문에, 각 액정 패널 입사 측의 표면은 전체가 거의 균일한 조도가 된다.
편광 변환 소자(114)는, 편광 빔 스플리터 어레이에 의해 구성되어, 제2 렌즈 어레이(113)와 중첩 렌즈(115) 사이에 배치된다. 이에 의해 광원으로부터의 랜덤 편광을 미리 특정의 편광 방향을 갖는 편광으로 변환하여, 후술하는 입사측 편광자에서의 광량 손실을 저감하여, 화면의 휘도를 향상시키는 역할을 하고 있다.
상기한 것과 같이 휘도 균일화 및 편광화된 빛은, 반사 미러(122)를 경유하여 RGB의 3원색으로 분리하기 위한 다이크로익 미러(121, 123, 132)에 의해 순차 레드 채널, 그린 채널, 블루 채널로 분리되어, 각각 액정 패널(140R, 140G, 140B)에 입사된다.
액정 패널(140R, 140G, 140B)에는, 그 입사 측에는 편광자(142)가 배치되고, 출사 측에는 편광자(143)가 각각 배치되어 있다. 이 편광자(142), 편광자(143)에 본 편광 소자(100)를 이용할 수 있다.
RGB 각 광로에 배치되는 편광자(142) 및 편광자(143)는, 각각의 흡수축이 직교하도록 배치되어 있다. 각 광로에 배치되는 각 액정 패널(140R, 140G, 140B)은 화상 신호에 의해 화소마다 제어된 편광 상태를 광량으로 변환하는 기능을 갖는다.
본 편광 소자(100)는, 대응하는 채널에 알맞은 이색성 색소의 종류를 선택함으로써, 블루 채널, 그린 채널 및 레드 채널의 어느 광로에 있어서나 내구성이 우수한 편광 필름으로서 유용하다.
액정 패널(140R, 140G, 140B)의 화상 데이터에 따라서, 화소마다 다른 투과율로 입사광을 투과시킴으로써 작성된 광학상은, 크로스 다이크로익 프리즘(150)에 의해 합성되어, 투사 렌즈(170)에 의해서 스크린(180)에 확대 투사된다.
전자 페이퍼로서는, 광학 이방성과 염료 분자 배향과 같은 분자에 의해 표시되는 것, 전기 영동, 입자 이동, 입자 회전, 상 변화와 같은 입자에 의해 표시되는 것, 필름의 일단이 이동함으로써 표시되는 것, 분자의 발색/상 변화에 의해 표시되는 것, 분자의 빛 흡수에 의해 표시되는 것, 전자와 홀이 결합하여 자발광에 의해 표시되는 것 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 마이크로 캡슐형 전기 영동, 수평 이동형 전기 영동, 수직 이동형 전기 영동, 구형 트위스트볼, 자기 트위스트볼, 원주 트위스트볼 방식, 대전 토너, 전자 분류체, 자기 영동형, 자기 감열식, 일렉트로웨팅, 광 산란(투명/백탁 변화), 콜레스테릭 액정/광도전층, 콜레스테릭 액정, 쌍안정성 네마틱 액정, 강유전성 액정, 2색성 색소·액정 분산형, 가동 필름, 류코 염료에 의한 발소색, 포토크로믹, 일렉트로크로믹, 일렉트로데포지션, 플렉시블 유기 EL 등을 들 수 있다. 전자 페이퍼는, 텍스트나 화상을 개인적으로 이용하는 것뿐만 아니라, 광고 표시(사이니지) 등에 이용되는 것이라도 좋다. 본 편광 소자에 의하면, 전자 페이퍼의 두께를 얇게 할 수 있다.
입체 표시 장치로서는, 예컨대 마이크로폴 방식과 같이 교대로 다른 위상차 필름을 배열시키는 방법이 제안(일본 특허공개 2002-185983호 공보)되어 있지만, 본 발명의 광학 필름을 편광 필름으로서 이용하면, 인쇄, 잉크젯, 포토리소그래피 등에 의해 패터닝이 용이하기 때문에, 표시 장치의 제조 공정을 짧게 할 수 있고, 또 위상차 필름이 불필요하게 된다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 예 중의 「%」 및 「부」는 특별히 기재하지 않는 한, 질량% 및 질량부이다.
광반응성 기를 갖는 폴리머의 합성예 1
광반응성 기를 갖는 폴리머로서 폴리머 1 및 폴리머 2를 합성했다.
합성예 1 : 폴리머 1의 합성
폴리머 1은 이하의 구조 단위로 이루어지는 것이다.
[폴리머 1]
Figure 112018127932164-pat00021
[폴리머 1의 합성 스킴]
Figure 112018127932164-pat00022
[화합물(a1-1-1)의 합성]
페룰산 50 g(258 mmol)을 메탄올 360 g에 용해시켰다. 얻어진 용액에, 실온에서 황산 10 g을 가하여, 용매가 환류될 때까지 온도를 올린 후, 환류 하에 2시간 반응시켰다. 얻어진 반응 용액을 냉각한 후, 얼음 150 g 및 물 150 g을 가했다. 상청액을 디캔테이션(decantation)으로 제거하고, 또한 5℃의 물 150 g을 가하여 결정화시켰다. 얻어진 백색 결정을 여과했다. 여과된 백색 결정을 또한 1M 탄산수소나트륨 수용액 및 얼음으로 세정한 후, 진공 건조하여, 화합물(a1-1-1)을 22.2 g 얻었다. 수율은 페룰산을 기준으로 하여 83%였다.
[화합물(b1-1-1)의 합성]
화합물(a1-1-1) 25 g(120 mmol)을 디메틸아세트아미드 250 g에 용해시켰다. 얻어진 용액에, 탄산칼륨 33.19 g(240 mmol) 및 요오드화칼륨 1.99 g(12 mmol)을 가했다. 얻어진 분산액에, 6-클로로헥산올을 적하하여, 실온에서 1시간 교반한 후, 70℃에서 8시간 교반했다. 얻어진 반응 용액을 여과하여 불용물을 제거했다. 여과액에, 메틸이소부틸케톤 200 g 및 물 300 g을 가하여 교반, 정치하고, 분액하여 유기층을 회수했다. 회수된 유기층에 물 200 g을 가하여, 교반, 정치 및 분액이라는 수세 조작을 2회 반복했다. 회수한 유기층으로부터, 증발기를 이용한 감압 증류에 의해 용매를 제거하여, 화합물(b1-1-1)의 조(粗)생성물을 얻었다.
[화합물(c1-1-1)의 합성]
상기 화합물(b1-1-1)의 조생성물 전량을 에탄올 185 g에 용해시켰다. 얻어진 용액에, 물 92 g 및 수산화나트륨 14.41 g(360 mmol)을 가하여 80℃에서 1시간 교반했다. 반응 용액을 3℃ 정도까지 냉각한 후, 온도를 5℃ 이하로 유지하면서 2M 염산 수용액을 가하여, pH를 2로 했다. 산석(acid deposition)된 백색 침전을 여과하여 취하고, 또한 물 100 g 및 메탄올 80 g의 혼합 용액으로 2회 세정하고, 진공 건조시켜, 화합물(c1-1-1)을 30.4 g 얻었다. 수율은 화합물(a1-1-1)을 기준으로 하여 86%였다.
[화합물(M1-1-1)의 합성]
화합물(c1-1-1) 27.46 g(93 mmol)을 클로로포름 280 g에 용해했다. 얻어진 용액에, 중합 금지제로서 BHT(디t-부틸-히드록시톨루엔) 2.06 g, 트리에틸아민 37.73 g(373 mmol)을 가하여 빙냉 하에서 교반시켰다. 반응 용액에 메타크릴산클로리드 29.26 g(260 mmol)을 적하하고, 5℃ 이하를 유지하여 5시간 교반했다. 얻어진 반응 용액에, 디메틸아미노피리딘 5.7 g 및 물 190 g을 가하여, 실온 하에서 12시간 교반했다. 정치한 후, 유기층을 회수하고, 이 유기층에 2N 염산 수용액 100 g을 가하여, 교반, 정치 및 분액이라는 세정 조작을 2회 반복했다. 유기층을 회수하고, n-헵탄 300 g을 가하여 석출된 결정을 여과하여 취했다. 물 100 g 및 메탄올 80 g으로 이루어지는 혼합 용매로 2회 세정한 후, 진공 건조하여, 화합물(M1-1-1)을 22.0 g 얻었다. 수율은 화합물(c1-1-1)을 기준으로 하여 65%였다.
[폴리머 1의 합성]
쉬링크관(Schlenk flask) 속에, 화합물(M1-1-1) 1.00 g(2.76 mmol) 및 10 g의 테트라히드로푸란을 가하고, 탈산소 후, 질소를 흘리면서 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 2.27 mg을 가하여, 60℃에서 72시간 교반시켰다. 얻어진 반응 용액을 톨루엔 200 g에 가했다. 석출물을 여과하여 취하고, 헵탄으로 세정한 후, 진공 건조시킴으로써, 0.75 g의 폴리머 1을 얻었다. 수율은 화합물(M1-1-1)을 기준으로 하여 75%였다. GPC 측정으로부터 얻어진 폴리머 1의 분자량은 수평균 분자량 28200, Mw/Mn 1.82를 나타내고, 모노머 함유량은 0.5%였다.
합성예 2 : 폴리머 2의 합성
Macromolecules, Vol. 39, No. 26(2006)에 기재한 방법에 의해 하기 구조의 폴리머 2를 합성했다.
Figure 112018127932164-pat00023
(한편, 괄호에 붙인 수치는 폴리머 2의 전체 구조 단위에 대한 각 구조 단위의 몰분율을 나타냄)
중합성 스메틱 액정 화합물의 합성
중합성 스메틱 액정 화합물(한편, 이하의 설명에서는, 중합성 스메틱 액정 화합물을 「중합성 액정 화합물」이라고 약칭함)로서, 화합물(1-6), 화합물(1-7), 화합물(1-8), 화합물(1-13) 및 화합물(1-14)을 합성했다.
합성예 3 : 화합물(1-6)(하기 식(1-6)으로 나타내어지는 화합물)
화합물(1-6)은, Lub et al. Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, 115, 321-328(1996)에 기재한 방법으로 합성했다.
Figure 112018127932164-pat00024
합성예 4∼7 : 화합물(1-7), 화합물(1-8), 화합물(1-13) 및 화합물(1-14)의 합성
화합물(1-7)(하기 식(1-7)으로 나타내어지는 화합물), 화합물(1-8)(하기 식(1-8)으로 나타내어지는 화합물), 화합물(1-13)(하기 식(1-13)으로 나타내어지는 화합물), 화합물(1-14)(하기 식(1-14)으로 나타내어지는 화합물)은 모두 화합물(1-6)의 합성 방법을 참고로 하여 합성했다.
Figure 112018127932164-pat00025
실시예 1
[편광층 형성용 조성물의 조정]
하기의 성분을 혼합하여, 80℃에서 1시간 교반함으로써, 편광층 형성용 조성물을 얻었다.
중합성 액정 화합물 ; 화합물(1-6) 75부
화합물(1-7) 25부
이색성 색소; 아조색소(G205; 하야시바라세이부츠가가쿠겐큐쇼 제조) 3.0부
중합 개시제; 1-히드록시시클로헥실페닐케톤(이르가큐어 184; 치바스페샬티케미칼즈사 제조) 6부
레벨링제; 폴리아크릴레트 화합물(BYK-361N; BYK-Chemie사 제조) 1.5부
용제 ; 시클로펜타논 250부
[상전이 온도의 측정]
편광 현미경에 의한 텍스쳐 관찰에 의해서 상전이 온도를 확인했다. 편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 화합물은, 120℃까지 온도를 올려 용제를 제거 건조한 후, 온도를 내릴 때에 있어서, 110℃에서 네마틱상으로 상 전이하고 104℃에서 스메틱 A상으로 상 전이하고, 83℃에서 스메틱 B상으로 상 전이했음을 확인했다.
[광배향층의 제작]
광반응성 기를 갖는 폴리머(폴리머 1 또는 폴리머 2)를 농도 5 중량%로, 시클로펜타논에 용해한 용액(광배향층 형성용 조성물)을, 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판(PET 기판) 상에 바코트법에 의해 도포하여, 60℃에서 1분간 건조한 후, 두께 100 nm의 제1 건조 피막을 형성했다. 이어서, 얻어진 제1 건조 피막의 표면에 편광 UV 조사 처리를 실시하여 광배향층을 형성했다. 편광 UV 처리는, UV 조사 장치(SPOT CURE SP-7; 우시오덴키사 제조)를 이용하여, 파장 365 nm에서 측정한 강도가 100 mJ인 조건에서 행했다.
[편광층의 제작]
광배향막 상에, 편광층 형성용 조성물을 바코트법에 의해 도포하여, 120℃의 건조 오븐에서 1분간 가열 건조한 후, 실온까지 냉각하여 제2 건조 피막을 얻었다. UV 조사 장치(SPOT CURE SP-7; 우시오덴키사 제조)를 이용하여, 노광량 1200 mJ/㎠(365 nm 기준)의 자외선을 제2 건조 피막에 조사함으로써, 편광층을 형성하여, 편광 소자를 제조했다. 이 때의 편광층의 막 두께를 레이저 현미경(올림푸스사 제조 OLS3000)에 의해 측정한 바, 1.6 ㎛였다.
[X선 회절 측정]
얻어진 편광층에 대하여, X선 회절 장치 X' Pert PRO MPD(스펙트리스사 제조)를 이용하여 X선 회절 측정을 했다. 타겟으로서 Cu를 이용하여 X선 관 전류 40 mA, X선 관 전압 45 kV의 조건에서 발생한 X선을 고정 발산 슬릿 1/2°을 통해 러빙 방향에서 입사시키고, 주사 범위 2θ=4.0∼40.0° 범위에서 2θ=0.01671° 스텝으로 주사하여 측정을 한 결과, 2θ=20.22° 부근에 피크 반치폭(FWHM)=약 0.187°의 샤프한 회절 피크(블랙 피크)를 얻을 수 있었다. 또한, 러빙 수직 방향으로부터의 입사에서도 동등한 결과를 얻었다. 피크 위치로부터 구한 질서 주기(d)는 약 4.4Å이며, 고차 스메틱상을 반영한 구조를 형성하고 있음을 알 수 있다.
[이색비의 측정]
극대 흡수 파장에서의 투과축 방향의 흡광도(A1) 및 흡수축 방향의 흡광도(A2)를, 분광광도계(시마즈세이사쿠쇼사 제조 UV-3150)에 편광자 달린 폴더를 셋트한 장치를 이용하여 더블빔 방법으로 측정했다. 상기 폴더는, 레퍼런스 측은 광량을 50% 컷트하는 메쉬를 두었다. 측정된 투과축 방향의 흡광도(A1) 및 흡수축 방향의 흡광도(A2)의 값으로부터 비(A2/A1)를 산출하여, 이색비로 했다. 결과를 표에 나타낸다. 이색비가 높을수록 편광층으로서 유용하다고 할 수 있다. 이색비의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[배향 상태의 관찰]
얻어진 편광층의 배향 상태를 편광현미경 관찰에 의해서 확인했다. 편광현미경 크로스니콜 사이에 약 45° 방향으로 샘플을 삽입하여, 빛 누설 상태에서 관찰을 실시했다. 수직 방향으로 배향하고 있는 경우, 빛 누설은 발생하지 않고 암시야 상태가 관찰되고, 수평 배향하고 있는 경우, 빛 누설이 발생하여 명시야 상태에서 관찰된다. 화면 전체에 걸쳐 명시야가 얻어진 경우는 「○」, 화면 전체에 걸쳐 암시야가 얻어진 경우에는 「×」로 하는 2 수준으로 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[헤이즈(Haze)값의 측정]
얻어진 편광자에 대하여, 헤이즈미터(HZ-2; 스가시켄키(주) 제조)를 이용하여 헤이즈값을 측정했다. 헤이즈값은 이하의 식으로 나타내어진다.
헤이즈값(%)=산란 투과율(%)/전광선 투과율(%)×100
광배향층에 의한 편광층의 배향 규제력이 불충분하면, 편광층의 주성분인 중합성 스메틱 액정에 불연속성의 결함이 발생한다. 이 불연속성 결함 계면에서 광 산란이 발생하기 때문에, 헤이즈값이 큰 값으로 된다. 즉, 헤이즈값이 작으면 작을수록 양호한 배향성이라고 말할 수 있다. 여기서는 3% 이하를 양호로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 2
이색성 색소를 아조 색소(G205; 하야시바라세이부츠가가쿠겐큐쇼 제조)에서 아조 색소(NKX2029; 하야시바라세이부츠가가쿠겐큐쇼 제조)로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여, 편광 소자를 제조했다.
[상전이 온도의 측정]
실시예 1과 같은 식으로 하여, 실시예 2의 편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 조성물의 상 전이 거동을 측정했다. 120℃까지 온도를 올려 용제를 제거 건조한 후, 온도를 내릴 때에 있어서, 113℃에서 네마틱상으로 상 전이하고 107℃에서 스메틱 A상으로 상 전이하고, 83℃에서 스메틱 B상으로 상 전이했음을 확인했다.
실시예 1과 마찬가지로, 제조한 편광 소자의 이색비 측정, 배향 상태 관찰, 헤이즈값 측정을 했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 3
편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 화합물을, 화합물(1-6) 75부 및 화합물(1-7) 25부의 혼합물에서, 화합물(1-6) 75부 및 화합물(1-8) 25부의 혼합물로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 편광 소자를 제조했다.
[상전이 온도의 측정]
실시예 1과 같은 식으로 하여, 실시예 3의 편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 조성물의 상 전이 거동을 측정했다. 120℃까지 온도를 올려 용제를 제거 건조한 후, 온도를 내릴 때에 있어서, 111℃에서 네마틱상으로 상 전이하고 105℃에서 스메틱 A상으로 상 전이하고, 82℃에서 스메틱 B상으로 상 전이했음을 확인했다.
실시예 1과 마찬가지로, 제조한 편광 소자의 이색비 측정, 배향 상태 관찰, 헤이즈값 측정을 했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 4
편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 화합물을, 화합물(1-6) 75부 및 화합물(1-7) 25부의 혼합물에서, 화합물(1-6) 75부 및 화합물(1-13) 25부의 혼합물로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 편광 소자를 제조했다.
[상전이 온도의 측정]
실시예 1과 같은 식으로 하여, 실시예 4의 편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 조성물의 상 전이 거동을 측정했다. 130℃까지 온도를 올려 용제를 제거 건조한 후, 온도를 내릴 때에 있어서, 119℃에서 네마틱상으로 상 전이하고 111℃에서 스메틱 A상으로 상 전이하고, 82℃에서 스메틱 B상으로 상 전이했음을 확인했다.
실시예 1과 마찬가지로, 제조한 편광 소자의 이색비 측정, 배향 상태 관찰, 헤이즈값 측정을 했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 5
편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 화합물을, 화합물(1-6) 75부 및 화합물(1-7) 25부의 혼합물에서, 화합물(1-6) 75부 및 화합물(1-14) 25부의 혼합물로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 편광 소자를 제조했다.
[상전이 온도의 측정]
실시예 1과 같은 식으로 하여, 실시예 5의 편광층 형성용 조성물에 포함되는 중합성 액정 조성물의 상 전이 거동을 측정했다. 130℃까지 온도를 올려 용제를 제거 건조한 후, 온도를 내릴 때에 있어서, 118℃에서 네마틱상으로 상 전이하고 109℃에서 스메틱 A상으로 상 전이하고, 79℃에서 스메틱 B상으로 상 전이했음을 확인했다.
실시예 1과 마찬가지로, 제조한 편광 소자의 이색비 측정, 배향 상태 관찰, 헤이즈값 측정을 했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 6
광배향층 형성용 조성물에 포함되는 광반응성 기를 갖는 폴리머를 폴리머 1에서 폴리머 2로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 편광 소자를 제조했다.
실시예 1과 마찬가지로, 제조한 편광 소자의 이색비 측정, 배향 상태 관찰, 헤이즈값 측정을 했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112018127932164-pat00026
본 발명의 편광 소자 및 원편광판은, 액정 표시 장치, (유기) EL 표시 장치 및 투사형 액정 표시 장치를 제조하는 데에 있어서 매우 유용하다.
1 : 투명 기재 2 : 광배향층
3 : 편광층 100 : 본 편광 소자
110 : 본 원편광판 101 : 제1 적층체
102 : 제2 적층체 103 : 제3 적층체
210 : 제1 롤 210A : 권심
220 : 제2 롤 220A : 권심
211A, 211B : 도포 장치 212A, 212B : 건조로
213A : 편광 UV 조사 장치 213B : 광 조사 장치
300 : 보조 롤 10 : 액정 표시 장치
12a, 12b : 편광자(본 편광 소자) 13a, 13b : 위상차층(위상차 필름)
14a, 14b : 기판 15 : 컬러 필터
16 : 투명 전극 17 : 액정층
18 : 층간 절연막 20 : 블랙 매트릭스
21 : 박막 트랜지스터 22 : 화소 전극
23 : 스페이서 24 : 액정 표시 장치
30 : EL 표시 장치 31 : 원편광판
33 : 기판 34 : 층간 절연막
35 : 화소 전극 36 : 발광층
37 : 캐소드 전극 38 : 건조제
39 : 밀봉 뚜껑 40 : 박막 트랜지스터
41 : 리브 42 : 박막판
44 : EL 표시 장치 111 : 광원
112 : 제1 렌즈 어레이 112a : 렌즈
113 : 제2 렌즈 어레이 114 : 편광 변환 소자
115 : 중첩 렌즈 121, 123, 132 : 다이크로익 미러
122 : 반사 미러 140R, 140G, 140B : 액정 패널
142, 143 : 편광자 150 : 크로스 다이크로익 프리즘
170 : 투사 렌즈 180 : 스크린

Claims (18)

  1. 투명 기재 상에, 광배향층 및 편광층이 이 순서로 형성된 편광자이며,
    상기 광배향층이, 광반응성 기를 갖는 폴리머로부터 형성된 것이고,
    상기 편광층이, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소 및 레벨링제를 함유하는 조성물로 형성된 것이고,
    상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 아크릴로일옥시기를 갖는 편광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광층이, X선 회절 측정에 있어서 블랙 피크를 얻을 수 있는 편광층인 편광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물이, 중합성 스메틱 액정 화합물을 2종 이상 포함하는 편광 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광반응성 기를 갖는 폴리머가, 하기 식(A')으로 나타내어지는 기를 포함하는 폴리머인 편광 소자.
    Figure 112018127932164-pat00027

    [식(A')에서,
    n은 0 또는 1을 나타낸다.
    X1은 단결합, -O-, -COO-, -OCO-, -N=N-, -CH=CH- 또는 -CH2-를 나타낸다.
    Y1은 단결합 또는 -0-을 나타낸다.
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1∼4의 알킬기 또는 탄소수 1∼4의 알콕시기를 나타낸다.
    *는 폴리머 주쇄에 대한 결합수를 나타낸다.]
  5. 제1항 또는 제2항에 기재된 편광 소자의 제조 방법으로서,
    상기 투명 기재 상에,
    상기 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 투명 기재 상에 제1 도포막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거함으로써, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 얻는 공정과,
    상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 건조 피막으로부터 광배향층을 형성하여 제2 적층체를 얻는 공정과,
    상기 제2 적층체에 있는 상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소 및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 얻는 공정과,
    상기 제2 건조 피막 중의 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제2 건조 피막으로부터 편광층을 형성하는 공정을 갖는 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 형상이, 필름형이며 또한 장척형인 편광 소자.
  7. 제6항에 기재된 편광 소자의 제조 방법으로서,
    투명 기재가 제1 권심에 권취되어 있는 제1 롤을 준비하는 공정과,
    상기 제1 롤로부터, 상기 투명 기재를 연속적으로 송출하는 공정과,
    상기 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 투명 기재 상에 제1 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
    상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거함으로써, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
    상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 적층체의 반송 방향에 대하여, 45°의 각도에 배향 방향을 갖는 광배향층을 형성하여, 제2 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
    상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소 및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
    상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
    상기 제2 건조 피막 중에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제3 적층체의 반송 방향에 대하여, 45°의 각도에 흡수축을 갖는 편광층을 형성하여, 편광 소자를 연속적으로 얻는 공정과,
    연속적으로 얻어진 편광 소자를 제2 권심에 권취하여, 제2 롤을 얻는 공정을 갖는 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 편광 소자를 구비한 액정 표시 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 편광 소자를, 액정 셀 내부에 배치함으로써 구비한 액정 표시 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 기재된 편광 소자와 위상차 필름을, 상기 편광층의 흡수축과 상기 위상차 필름의 지상축이 이루는 각도가 45°가 되도록 적층한 원편광판이며,
    파장 550 nm의 빛으로 측정한 타원율의 값이 80% 이상이고,
    상기 위상차 필름이, 파장 550 nm의 빛으로 측정한 정면 리타데이션 값이 100∼150 nm 범위의 필름인 원편광판.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위상차 필름이, 가시광에 대한 정면 리타데이션 값이, 파장이 짧아짐에 따라서 작아지는 특성을 갖는 원편광판.
  12. 제10항에 있어서, 형상이, 필름형이며 또한 장척형인 원편광판.
  13. 제12항에 기재된 원편광판의 제조 방법으로서,
    위상차 필름이 제3 권심에 권취되어 있는 제3 롤을 준비하는 공정과,
    상기 편광 소자가 제2 권심에 권취되어 있는 제2 롤을 준비하는 공정과,
    상기 제2 롤로부터 상기 편광 소자를 연속적으로 권출하는 동시에, 상기 제3롤로부터 상기 위상차 필름을 연속적으로 권출하는 공정과,
    연속적으로 권출된 편광 소자의 편광층과, 연속적으로 권출된 위상차 필름을 접합시키는 공정을 갖는 제조 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 기재된 편광 소자에 포함되는 투명 기재를 위상차성을 갖는 위상차 필름으로 대체하여, 상기 위상차 필름의 지상축과 상기 편광층의 흡수축이 이루는 각도가 45°로 적층하여 이루어지는 원편광판으로서,
    파장 550 nm의 빛으로 측정한 타원율의 값이 80% 이상이고,
    상기 위상차 필름이, 파장 550 nm의 빛으로 측정한 정면 리타데이션 값이 100∼150 nm 범위의 필름인 원편광판.
  15. 제14항에 있어서, 형상이, 필름형이며 또한 장척형인 원편광판.
  16. 제15항에 기재된 원편광판의 제조 방법으로서,
    위상차 필름이 제1 권심에 권취되어 있는 제1 롤을 준비하는 공정과,
    상기 제1 롤로부터 상기 위상차 필름을 연속적으로 송출하는 공정과,
    상기 광반응성 기를 갖는 폴리머와 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 위상차 필름 상에 제1 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
    상기 제1 도포막으로부터 상기 용제를 건조 제거하여, 상기 투명 기재 상에 제1 건조 피막을 형성하여, 제1 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
    상기 제1 건조 피막에 편광 UV를 조사함으로써, 상기 제1 적층체의 반송 방향에 대하여, 45° 각도에 배향 방향을 갖는 광배향층을 형성하여, 제2 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
    상기 광배향층 상에, 중합성 스메틱 액정 화합물, 이색성 색소, 중합 개시제 및 용제를 함유하는 조성물을 도포하여, 상기 광배향층 상에 제2 도포막을 연속적으로 형성하는 공정과,
    상기 제2 도포막을, 상기 제2 도포막 속에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물이 중합되지 않는 조건에서 건조함으로써, 상기 광배향층 상에 제2 건조 피막을 형성하여 제3 적층체를 연속적으로 얻는 공정과,
    상기 제2 건조 피막 중에 포함되는 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 스메틱 액정 상태로 한 후, 상기 스메틱 액정 상태를 유지한 채로, 상기 중합성 스메틱 액정 화합물을 중합시킴으로써, 상기 제3 적층체의 반송 방향에 대하여, 45°의 각도에 흡수축을 갖는 편광층을 형성하여, 원편광판을 연속적으로 얻는 공정과,
    연속적으로 얻어진 원편광판을 제2 권심에 권취하여, 제2 롤을 얻는 공정을 갖는 제조 방법.
  17. 제10항에 기재된 원편광판과, 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 표시 장치.
  18. 제1항에 있어서, 레벨링제는 중합성 액정 화합물 100 질량부에 대하여, 0.3 질량부 이상 5 질량부 이하인 편광 소자.
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