WO2021182486A1

WO2021182486A1 - 偏光板及びこれを用いた表示装置

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Publication number: WO2021182486A1
Application number: PCT/JP2021/009386
Authority: WO
Inventors: 康広信田; 智大北條
Original assignee: 株式会社トッパンＴｏｍｏｅｇａｗａオプティカルフィルム
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-09-16
Also published as: KR20210121173A; KR20240009540A; TW202134044A; KR102625719B1; TW202241698A; CN113661423A

Abstract

高温下での耐久性に優れる偏光板及びこれを用いた表示装置を提供する。本発明に係る偏光板は、偏光子の一方面に保護フィルムＡが貼り合わされ、他方面に保護フィルムＢが貼り合わされたものであって、４０℃９０％ＲＨにおける保護フィルムＡ及びＢの透湿度ＴＡ及びＴＢが以下の条件（１）及び（２）を同時に満足する。　２４０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ＞ＴＡ＞７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ　・・・（１）　７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ≧ＴＢ　・・・（２）

Description

偏光板及びこれを用いた表示装置

　本発明は、偏光板及びこれを用いた表示装置に関する。

　液晶表示装置に用いられる偏光板は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに、ヨウ素化合物や有機染料を吸着させ、ＰＶＡフィルムを延伸してヨウ素化合物や有機染料を配向させた偏光子を備える。ＰＶＡフィルムを用いて形成された偏光子は強度及び耐水性に劣るため、偏光子の両面には偏光子を保護するための保護フィルムが貼り合わされる。

　従来、偏光板の保護フィルムとしては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムの一面にハードコート層を設けたハードコートフィルムが一般的に用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。ただし、ＴＡＣフィルムを基材としたハードコートフィルムの透湿度は、３００～１０００ｇ／ｍ^２／ｄａｙ程度であり、高温高湿下では偏光子の吸湿を十分に抑制できず、偏光子の劣化を引き起こすという問題があった。そこで、ＴＡＣフィルムを基材とした保護フィルムよりも防湿性を向上させるため、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を基材として用いた保護フィルムが種々開発され（例えば、特許文献２参照）、保護フィルムの透湿度は、５～１００ｇ／ｍ^２／ｄａｙ程度まで低減されてきた。

特開２０１６－１７５９９１号公報特開２００６－３０８７０号公報

　近年、車両に搭載される表示装置が増加しているが、車載用途の表示装置は、高温の極めて過酷な環境で使用され得るため、偏光板にも高温環境下での耐久性が求められている。

　上述したＣＯＰやＰＥＴ等の低透湿性の基材を用いた保護フィルムを用いることにより、偏光板の外部から偏光子への水分の侵入は十分に低減することができる。しかしながら、偏光板が車内等の高温環境下に晒された場合、保護フィルムの基材に含まれている水分や、保護フィルムと偏光子との貼り合わせに用いた接着剤に含まれている水分が、偏光板の内部へと浸透し留まり続けるため、この水分によって偏光子の劣化が生じるということが分かってきた。

　それ故に、本発明は、高温下での耐久性に優れる偏光板及びこれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る偏光板は、偏光子の一方面に保護フィルムＡが貼り合わされ、他方面に保護フィルムＢが貼り合わされたものであって、４０℃９０％ＲＨにおける保護フィルムＡ及びＢの透湿度ＴＡ及びＴＢが以下の条件（１）及び（２）を同時に満足する。
　　２４０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ＞ＴＡ＞７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ　・・・（１）
　　７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ≧ＴＢ　・・・（２）

　また、本発明に係る表示装置は、上記の偏光板を備えるものである。

　本発明によれば、高温下での耐久性に優れる偏光板及びこれを用いた表示装置を提供できる。

図１は、実施形態に係る偏光板の概略構成を示す断面図である。

　偏光板１０は、偏光子１と、偏光子１の一方面側に積層される保護フィルムＡと、偏光子１の他方面側に積層される保護フィルムＢとを備える。偏光子１は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムにヨウ素または染料を吸着させ配向させることによって形成されたものである。偏光子１を構成するＰＶＡは、強度及び耐水性に劣るため、偏光子１の両面に保護フィルムＡ及びＢが貼り合わされる。

　保護フィルムＡは、ＴＡＣフィルムの一面にハードコート層が積層されたハードコートフィルムである。ハードコート層は、柔軟なＴＡＣフィルムを覆い、保護フィルムＡに硬度を付与する機能層であり、紫外線硬化性材料を含有する塗工液を塗布し硬化させることにより形成することができる。保護フィルムＡ（ハードコートフィルム）の鉛筆硬度は３Ｈ以上であることが好ましい。また、ＴＡＣフィルムは、水蒸気バリア性が低い（透湿度が高い）ため、ハードコート層により保護フィルムＡの透湿度が調整される。具体的には、ハードコート層に疎水性材料を配合することにより、保護フィルムＡの透湿度を後述する範囲内とすることができる。ハードコート層に含有させる疎水性材料としては、例えば、シクロオレフィンポリマーを使用することができる。保護フィルムＡのＴＡＣフィルムが、水糊（ＰＶＡ水溶液）を用いて偏光子１に貼り合わされる。

　保護フィルムＡに用いるＴＡＣフィルムの厚みは、特に限定されないが、２５～１００μｍであることが好ましい。また、ハードコート層の膜厚は、特に限定されないが、２～１５μｍであることが好ましい。ただし、保護フィルムＡの透湿度が後述する範囲である限り、ＴＡＣフィルムの厚み及びハードコート層の膜厚は適宜変更することができる。

　保護フィルムＢは、低透湿性のフィルムであり、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート及びポリメチルメタクリレートのいずれか１種により構成することができる。保護フィルムＢは、紫外線硬化性の接着剤を介して偏光子１に貼り合わされる。保護フィルムＢの厚みは、特に限定されないが、１０～１００μｍであることが好ましい。

　尚、表示パネル及び偏光板を備えた表示装置において、保護フィルムＢが表示パネル側に配置され、保護フィルムＡのハードコート層が視認側（表示パネルとは反対側）に配置される。

　偏光子１と保護フィルムＡのＴＡＣフィルムとは、接着剤として水糊を用いて貼り合わされる。そのため、乾燥工程を経た後においても、接着剤層中及びＴＡＣフィルム中には水分が含まれ得る。仮に、保護フィルムＡ及びＢの両方を透湿度の低いフィルムを用いて構成した場合、外部からの水分の侵入は抑制されるものの、夏場の車内等の極めて高温な環境下において、接着剤層及び／またはＴＡＣフィルムに含まれていた水分が偏光板１０内に留まり続けるため、偏光子１の劣化に繋がる。そこで、本実施形態に係る偏光板１０においては、保護フィルムＡの透湿度と保護フィルムＢの透湿度とに差を設け、かつ、保護フィルムＡの透湿度と保護フィルムＢの透湿度とをそれぞれ特定の範囲とすることによって、接着剤及び／またはＴＡＣフィルム由来の水分による偏光子１の劣化を抑制する。

　具体的に、４０℃９０％ＲＨにおける保護フィルムＡ及びＢの透湿度をそれぞれＴＡ及びＴＢとすると、ＴＡ及びＴＢは以下の条件（１）及び（２）を同時に満足する。尚、透湿度ＴＡ及びＴＢはいずれも、ＪＩＳ　Ｚ　０２０８：１９７６に準拠して測定した値である。
　　２４０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ＞ＴＡ＞７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ　・・・（１）
　　７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ≧ＴＢ　・・・（２）

　上記の条件（１）及び（２）を同時に満足することにより、外部から偏光板内部への水分の侵入を抑制しつつ、例えば、８５℃の高温環境下に晒された場合に、接着剤層及び／または保護フィルムＡのＴＡＣフィルムから発生した水分を外部に排出させることができる。

　保護フィルムＡの透湿度ＴＡは、１８０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以上であることが好ましい。この場合、保護フィルムＡの透湿度を調整するためにハードコート層に含有させる疎水性材料の量を低減することができるため、ハードコート層の表面硬度に優れる。また、保護フィルムＢは、水分の出入りを完全に遮断するためのものであるので、保護フィルムＢの透湿度ＴＢは小さい方が好ましい。

　以上説明したように、本実施形態に係る偏光板１０は、偏光子１の保護フィルムとして、上記条件（１）を満足する透湿度を有する保護フィルムＡと、上記条件（２）を満足する透湿度を有する保護フィルムＢとを備える。この構成において、表示パネル側に配置される保護フィルムＢは水分の出入りをほぼ遮断する。一方、視認側に配置される保護フィルムＡは、外部から偏光板１０内部への水分の侵入を抑制するが、偏光板１０内部で発生した水分の放出を可能とする。したがって、本実施形態に係る偏光板１０は、高温環境下で用いられた場合に、偏光板１０の内部で発生した水分が留まらないため、偏光子の劣化を抑制し、より長期に渡って偏光板１０の光学性能を維持することが可能となる。

　保護フィルムＡのＴＡＣフィルムは、接着剤として水糊（ＰＶＡ水溶液）を用いて偏光子１のＰＶＡフィルムに貼り合わされる。ＴＡＣフィルムとＰＶＡフィルムとの密着性を確保するため、貼り合わせ前には、保護フィルムＡに鹸化処理が施される。ただし、鹸化処理を行うと、ＴＡＣフィルム表面だけでなく、反対側の面の接触角も小さくなり、保護フィルムＡの透湿度の上昇に繋がる。保護フィルムＡの透湿度が上昇するのは、ＴＡＣフィルムと反対側の面の接触角が小さくなり、水をはじきにくくなる状態、つまり、水を通しやすい状態になるためと考えられる。本願発明者が検討したところ、保護フィルムＡにおける偏光子への貼合面（ＴＡＣフィルム表面）とは反対側の面（ハードコート層表面）の鹸化後の接触角が所定値以上であれば、保護フィルムＡの透湿度を十分に低くできることを見出した。

　具体的に、保護フィルムＡにおける貼合面とは反対側の面の鹸化後接触角ＣＡが以下の条件（３）を満足する。尚、鹸化後接触角ＣＡは、５０℃の２．０Ｎ水酸化ナトリウム水溶液に保護フィルムＡを６０秒間浸漬してから、純水で３０秒間洗浄し、１００℃のオーブンで６０秒間乾燥した後、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７：１９９９に準拠して測定した値である。
　　７０°≦ＣＡ≦１２０°　・・・（３）

　保護フィルムＡにおける貼合面とは反対側の面の鹸化後接触角ＣＡが７０°未満の場合、保護フィルムＡの透湿度が高くなる（水分が透過しやすくなる）。貼合面とは反対側の面の鹸化後接触角ＣＡは、高いほど保護フィルムＡの透湿度を低くすることができるが、ＴＡＣフィルム上にハードコート層を設けた保護フィルムＡの場合、貼合面と反対側のハードコート層表面の接触角は１２０°以下である。尚、貼合面と反対側の面の鹸化後接触角ＣＡは、ＴＡＣフィルム状に積層した塗膜を形成するために用いるバインダー成分中の疎水性化合物の配合割合や、塗工液に用いるレベリング剤の種類等により調整することができる。保護フィルムＡの貼合面とは反対側の面の鹸化後接触角ＣＡが上記条件（１）を満たすことにより、保護フィルムＡ及び偏光子１の密着性を確保しつつ、保護フィルムＡの透湿度を低くすることができる。

　以下、本発明を具体的に実施した実施例を説明する。

　Ａ．実施例１～７及び比較例１～４
　（実施例１）
　厚み４０μｍのＴＡＣフィルム（商品名：ＴＪ４０ＵＬ　富士フイルム社製）に、ハードコート層形成用塗工液として表１に記載の組成１をワイヤーバーコーターを用いて塗布し乾燥させた後、塗膜に紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で照射して硬化させ、実施例１に係る保護フィルムＡ（ハードコートフィルム）を作成した。ハードコート層の硬化後の膜厚は、表２に記載の値とした。また、厚み５μｍのＣＯＰフィルムを保護フィルムＢとした。

　保護フィルムＡのＴＡＣフィルム面に水糊を用いて偏光子を貼り合わせて乾燥させた後、紫外線硬化性接着剤を用いて偏光子に保護フィルムを貼り合わせ、紫外線を照射することにより紫外線硬化性接着剤を硬化させ、実施例１に係る偏光板を得た。

　（実施例２～７）
　ハードコート層形成用塗工液として、それぞれ表１に記載の組成２～７を用いたことを除き、実施例１と同様にして、実施例２～７に係る偏光板を作成した。

　（比較例１）
　ハードコート層形成用塗工液として、表１に記載の組成８を用い、紫外線の露光量を７５ｍＪ／ｃｍ^２としたことを除き、実施例１と同様にして、比較例１に係る偏光板を作成した。

　（比較例２）
　ハードコート層形成用塗工液として、表１に記載の組成９を用いたことを除き、実施例１と同様にして、比較例２に係る偏光板を作成した。

　（比較例３）
　保護フィルムＡとして、厚み４０μｍのＰＭＭＡフィルムを用いたことを除き、実施例１と同様にして、比較例３に係る偏光板を作成した。

　（比較例４）
　保護フィルムＡとして、厚み５μｍのＣＯＰフィルムを用いたことを除き、実施例１と同様にして、比較例４に係る偏光板を作成した。

　（透湿度）
　偏光子に貼り合わせる前の保護フィルムＡの透湿度ＴＡ及び保護フィルムＢの透湿度ＴＢを、ＪＩＳ　Ｚ　０２０８：１９７６に準拠して４０℃９０％ＲＨの条件で測定した。

　（高温高湿耐久試験後の偏光度）
　実施例１～７及び比較例１～４に係る偏光板を８５℃８５％ＲＨの恒温槽に投入し、投入から２４０時間後及び５００時間後の偏光度を測定した。尚、偏光度は、積分球付き吸光光度計（日本分光株式会社製「Ｖ７１００」）により測定した値に対して、「ＪＩＳ　Ｚ　８７０１」の２度視野（Ｃ光源）により視感度補正を行うことで算出した。

　表２に、実施例１～７及び比較例１～４で用いた保護フィルムＡの透湿度ＴＡ、保護フィルムＢの透湿度ＴＢ、偏光板の偏光度（初期値、高温高湿耐久試験前及び後）の測定値を示す。

　実施例１～７に係る偏光板は、保護フィルムＡの透湿度ＴＡ及び保護フィルムＢの透湿度ＴＢが上記の条件（１）及び（２）を満足するものであり、８５℃８５％ＲＨの恒温槽に５００時間投入された場合でも、高い偏光度の値を示した。実施例１～７に係る高温高湿耐久試験後の偏光度の試験結果は、高温高湿下に晒された場合でも、外部から偏光板内部に侵入する水分に起因する偏光子の劣化と、保護フィルムＡ及び／または保護フィルムＡを貼り合わせるための接着剤に含まれていた水分に起因する偏光子の劣化とのいずれもが発生しなかったことを意味する。

　比較例１及び２に係る偏光板は、保護フィルムＡの透湿度ＴＡが上記の条件（１）の上限を超えて高いものである。比較例１及び２に係る偏光板は、８５℃８５％ＲＨの恒温槽に２４０時間投入後の偏光度が実施例１～７に比べて低い値となった。また、比較例１及び２に係る偏光板を８５℃８５％ＲＨの恒温槽に５００時間投入した場合、偏光子の劣化が進行し過ぎて、偏光板を透過した光の光量（つまり、漏れ光の光量）が多くなり過ぎ、偏光度の測定ができなかった。比較例１及び２と実施例１～７との対比から、比較例１及び２に係る偏光板においては、高温高湿下で保護フィルムＡから偏光板の内部へと水分が侵入した結果、偏光子が劣化したものと考えられる。

　比較例３及び４に係る偏光板は、保護フィルムＡの透湿度ＴＡが上記の条件（１）の下限よりも低いものである。比較例３及び４に係る偏光板もまた、８５℃８５％ＲＨの恒温槽に２４０時間投入後の偏光度が実施例１～７に比べて低い値となった。また、比較例３及び４に係る偏光板を８５℃８５％ＲＨの恒温槽に５００時間投入した場合、偏光子の劣化が進行し過ぎて、偏光板を透過した光の光量（つまり、漏れ光の光量）が多くなり過ぎ、偏光度の測定ができなかった。比較例３及び４と実施例１～７との対比から、比較例３及び４に係る偏光板においては、高温高湿下で偏光板の内部への水分の侵入は抑制されているが、保護フィルムＡ及び／または保護フィルムＡを貼り合わせるための接着剤に含まれていた水分により、偏光子が劣化したものと考えられる。

　Ｂ．実施例８～１０及び比較例５
　バインダー成分である重合性化合物、溶剤、レベリング剤及び光重合開始剤を含有するハードコート層形成用塗工液を調整し、調整したハードコート層形成用塗工液を厚み４０μｍのＴＡＣフィルム（商品名：ＴＪ４０　富士フイルム社製）に、ワイヤーバーコーターを用いて硬化後の膜厚が７μｍとなるように塗布した。塗膜を乾燥させた後、紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で照射して塗膜を硬化させ、保護フィルムＡ（ハードコートフィルム）を作成した。実施例８～１０及び比較例５のそれぞれにおいて、ハードコート層形成用塗工液に用いた重合性化合物中の疎水性化合物（疎水性官能基を有する重合性化合物）の配合割合を異ならせることによって、表１に示す鹸化後接触角に調整した。また、厚み５μｍのＣＯＰフィルムを保護フィルムＢとした。

　保護フィルムＡを５０℃の２．０Ｎ水酸化ナトリウム水溶液に６０秒間浸漬した後、保護フィルムＡを純水で３０秒間洗浄し、１００℃のオーブンで６０秒間乾燥させた。鹸化処理後の保護フィルムＡのハードコート層表面の接触角を、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７：９９９９に準拠し、接触角計（ＮｉＣＫ社製「ＬＳＥ－Ｂ１００」）を用いて測定した。接触角測定において使用した溶媒は純水である。

　保護フィルムＡのＴＡＣフィルム表面（貼合面）と偏光子とを水糊を用いて貼り合わせて乾燥させた後、紫外線硬化性接着剤を用いて偏光子に保護フィルムを貼り合わせ、紫外線を照射することにより紫外線硬化性接着剤を硬化させ、偏光板を得た。

　実施例８～１０及び比較例５の保護フィルムＡ及び保護フィルムＢの透湿度と、偏光板の恒温恒湿耐久試験後の偏光度とを、実施例１と同じ方法で測定した。表３に、実施例８～１０及び比較例５で用いた保護フィルムＡの鹸化後接触角ＣＡ、透湿度ＴＡ、保護フィルムＢの透湿度ＴＢ、偏光板の偏光度（初期値、高温高湿耐久試験前及び後）の測定値を示す。

　実施例８～１０に係る偏光板は、ハードコート層表面の鹸化後接触角ＣＡが７０°以上１２０°以下であった。また、保護フィルムＡの透湿度ＴＡ及び保護フィルムＢの透湿度ＴＢが上記の条件（１）及び（２）を満足していた。そのため、実施例８～１０に係る偏光板は、８５℃８５％ＲＨの恒温槽に５００時間投入された後でも、高い偏光度の値を示した。実施例８～１０に係る高温高湿耐久試験後の偏光度の試験結果は、高温高湿下に晒された場合でも、外部から偏光板内部に侵入する水分に起因する偏光子の劣化と、保護フィルムＡ及び／または接着剤（水糊）に含まれていた水分に起因する偏光子の劣化とのいずれもが発生しなかったことを意味する。

　比較例５に係る偏光板は、ハードコート層表面の鹸化後接触角ＣＡが上記の条件（１）の下限を下回っていることにより、保護フィルムＡの透湿度ＴＡが上記の条件（２）の上限を超えて高くなった。そのため、比較例５に係る偏光板は、８５℃８５％ＲＨの恒温槽に２４０時間投入後の偏光度が実施例８～１０に比べて低い値となった。また、比較例５に係る偏光板を８５℃８５％ＲＨの恒温槽に５００時間投入した場合、偏光子の劣化が進行し過ぎて、偏光板を透過した光の光量（つまり、漏れ光の光量）が多くなり過ぎ、偏光度の測定ができなかった。比較例５と実施例８～１０との対比から、比較例５に係る偏光板においては、高温高湿下で保護フィルムＡから偏光板の内部へと水分が侵入した結果、偏光子が劣化したものと考えられる。

　以上より、本発明によれば、高温高湿の極めて過酷な環境に長時間晒された場合でも、偏光子の劣化を抑制し、偏光板の光学性能を維持できることが確認された。

　本発明は、表示装置に用いる偏光板として利用することができ、特に、車載用途等の高温環境下で用いられる表示装置の偏光板として好適である。

１　偏光子
１０　偏光板
Ａ、Ｂ　保護フィルム

Claims

　偏光子の一方面に保護フィルムＡが貼り合わされ、他方面に保護フィルムＢが貼り合わされた偏光板であって、４０℃９０％ＲＨにおける前記保護フィルムＡ及びＢの透湿度ＴＡ及びＴＢが以下の条件（１）及び（２）を同時に満足することを特徴とする、偏光板。
　　２４０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ＞ＴＡ＞７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ　・・・（１）
　　７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ≧ＴＢ　・・・（２）
　前記保護フィルムＡにおける偏光子への貼合面とは反対側の面の鹸化後接触角ＣＡが以下の条件（３）を満足する、請求項１に記載の偏光板。
　　７０°≦ＣＡ≦１２０°　・・・（３）
　前記保護フィルムＡが、トリアセチルセルロースフィルムの一面にハードコート層が積層されたハードコートフィルムである、請求項１に記載の偏光板。
　前記ハードコートフィルムの鉛筆硬度が３Ｈ以上である、請求項３に記載の偏光板。
　前記保護フィルムＢが、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート及びポリメチルメタクリレートのいずれか１種からなるフィルムである、請求項１～４のいずれかに記載の偏光板。
　偏光板を備える表示装置であって、
　前記偏光板が、偏光子の一方面に保護フィルムＡが貼り合わされ、他方面に保護フィルムＢが貼り合わされて構成され、４０℃９０％ＲＨにおける前記保護フィルムＡ及びＢの透湿度ＴＡ及びＴＢが以下の条件（１）及び（２）を同時に満足することを特徴とする、表示装置。
　　２４０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ＞ＴＡ＞７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ　・・・（１）
　　７０ｇ／ｍ^２／ｄａｙ≧ＴＢ　・・・（２）
　前記保護フィルムＡにおける偏光子への貼合面とは反対側の面の鹸化後接触角ＣＡが以下の条件（３）を満足する、請求項６に記載の表示装置。
　　７０°≦ＣＡ≦１２０°　・・・（３）