説明

二色性偏光子及びその製造方法

【課題】配向性に優れた二色性偏光子を提供する。
【解決手段】可撓性支持体と、前記可撓性支持体の一面に二色性色素配向膜を有する二色性偏光子であって、前記二色性色素配向膜は、二色性色素会合体と、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の濡れ性付与剤とを含有する二色性偏光子。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示装置等に用いられる二色性偏光子に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置等に利用されている偏光子としては、(1)有機分子あるいはヨウ素系化合物等の二色性材料を配向させて、配向方向の吸光係数と配向方向と垂直方向の吸光係数とを異ならせた二色性偏光子、(2)方解石等の複屈折性を示す物質を三角柱状に切り出し、2つの三角柱を貼り合わせた複屈折偏光子、(3)透明基板等に微小な間隔で金、アルミ等の金属線が引かれたワイヤグリッド偏光子、(4)光が物質表面で反射する際、その入射面内に電界ベクトルがある偏光と垂直方向に電界ベクトルがある偏光とで反射率や透過率が異なることを利用した反射型偏光子等がある。
【0003】
上記の二色性偏光子としては、ポリビニルアルコール樹脂フィルム等を一軸延伸し、その表面にヨウ素系化合物等の二色性材料を吸着配向させた二色性偏光子が高透過率、高偏光度を有することから広く用いられている。しかしながら、これらの二色性偏光子は、フィルムにヨウ素系化合物等の二色性材料を吸着させて形成されているため、薄型化が困難であり、また吸着の際にムラが発生しやすく、そのためコントラストが低下しやすい。一方、薄型化を目的として、二色性材料をフィルムに吸着させることなく、二色性色素を含有する液晶状態の水溶液を基材に塗布することにより基材上に二色性色素会合体が配向した配向膜を有する二色性偏光子が提案されている(例えば、特許文献1,特許文献2)。このような二色性偏光子は、平面構造を有する二色性色素分子が分子の短軸方向に複数重なり合って棒状の会合体を形成し、各棒状の会合体が平行に並んで配向膜を形成していると考えられている。このため、二色性色素会合体は一軸結晶に近似しており、二色性色素会合体の配向方向が吸光係数の大きい方向と垂直な方向であるC軸方向に近似している。従って、このような配向した二色性色素会合体を有する二色性偏光子はC軸方向に平行な電界ベクトルを有する光を透過させることができ、透過する偏光を異常光線として出射させることができる。
【特許文献1】特開2006−171262号公報
【特許文献2】特開2005−10768号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、液晶表示装置では画質向上のため、コントラストの向上が求められている。コントラストは、いわゆる「白」表示と「黒」表示の輝度の比で表され、特に「黒」表示時の光漏れをいかに低減するかが重要なキーポイントとなる。このため、上記のような二色性偏光子においては、配向膜中の二色性色素会合体を高度に配向させることが求められる。
【0005】
しかしながら、基材としてポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、シクロオレフィンポリマ等からなる可撓性の樹脂フィルムを用い、該基材上に塗布された二色性色素会合体を含有する水溶液に剪断力を付与して二色性色素会合体を配向させ、乾燥させた場合、配向膜に塗布ムラが生じやすい。このため、配向膜中での二色性色素会合体の配向性が低下し、高配向の二色性偏光子が得られ難いという問題がある。
【0006】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、可撓性支持体上に二色性色素会合体を含有する配向膜を有する二色性偏光子の配向性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、可撓性支持体と、前記可撓性支持体の一面に二色性色素配向膜を有する二色性偏光子であって、前記二色性色素配向膜は、二色性色素会合体と、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の濡れ性付与剤とを含有する二色性偏光子である。
また、本発明は、可撓性支持体と、前記可撓性支持体の一面に二色性色素配向膜を有する二色性偏光子の製造方法であって、
二色性色素会合体と、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の濡れ性付与剤とを含有し、20〜40mN/mの表面張力を有する二色性色素含有水溶液を調製し、
前記二色性色素含有水溶液を前記可撓性支持体上に塗布し、乾燥する二色性偏光子の製造方法である。
上記可撓性支持体は40〜65mN/mの表面張力を有することが好ましい。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、可撓性支持体上に二色性色素会合体を含有する配向膜を有する二色性偏光子の配向性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本実施の形態の二色性偏光子は、可撓性支持体と、可撓性支持体の一面に二色性色素配向膜を有する二色性偏光子であって、前記二色性色素配向膜は、二色性色素会合体と、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の濡れ性付与剤とを含有することを特徴とする。
【0010】
二色性色素配向膜の配向性を向上するためには、配向膜中の二色性色素会合体を均一に一定方向に配向させる必要がある。しかしながら、樹脂からなる可撓性支持体は水溶液との親和性に劣るため、二色性色素を液晶状態で含有する水溶液を調製し、該水溶液を可撓性支持体上に塗布した場合、可撓性支持体上での水溶液のレベリングが不十分となりやすい。また、二色性色素会合体を配向させるため、塗布された水溶液には剪断力が付与されるが、その後の乾燥によって水溶液中の水が蒸発する際に二色性色素会合体が動かされやすい。この水溶液のレベリングと乾燥時の二色性色素会合体の動きとにより、塗布ムラが発生し、配向性を低下させていると考えられる。上記観点から水溶液のレベリングを改善し、乾燥時の二色性色素会合体の動きを少なくする方法を種々検討した結果、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の濡れ性付与剤を二色性色素とともに用いれば、塗布ムラの少ない配向膜が得られることが見出された。この理由は現在のところ必ずしも明らかではないが、水溶液中に上記の濡れ性付与剤を添加することにより、水溶液の表面張力が低下し、可撓性支持体に対する水溶液のレベリングが向上すること、及び棒状の二色性色素会合体と水との相互作用が改善されることにより、乾燥途中で二色性色素会合体の間隙に存在する水が抜けていく速度が調整され、配向膜の局部的な乾燥による配向の乱れが抑えられるためと考えられる。
【0011】
次に、本実施の形態の二色性偏光子の各構成及び製造方法について具体的に説明する。
本実施の形態において、基材である可撓性支持体としては、光学シートに用いられる従来公知のフィルムを用いることができる。このようなフィルムとしては、具体的には、例えば、トリアセチルセルロース等のセルロース系樹脂フィルム;ポリエチレンテレフタレート等のエステル系樹脂フィルム;シクロオレフィン系樹脂フィルム;ポリビニルアルコールフィルム等が挙げられる。可撓性支持体は、40〜65mN/mの表面張力を有することが好ましい。上記範囲の表面張力を有する可撓性支持体を用いることにより、さらに水溶液のレベリングを向上することができる。このような表面張力を有する可撓性支持体は、例えば、UVオゾン処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理等の表面親水化処理を可撓性支持体に施すことによって得ることができる。なお、可撓性支持体の表面張力は、JIS K 6768に準拠して測定することができる。
【0012】
二色性色素としては、水溶液中で会合体を形成しリオトロピック液晶状態を形成しうる二色性色素を使用することができる。また、このような二色性色素の中でも、二色性偏光子をX線回折により測定したとき、0.34±0.02nmの周期長を有する二色性色素が好ましい。上記のような二色性色素としては、具体的には、例えば、C.I.Direct Blue67、C.I.Direct Red81、C.I.Acid Red266、ベンゾパープリン4B等のアゾ系色素;ペリレンを硫酸と反応させて得られるスルホン化ペリレンやアントラキノンを硫酸と反応させて得られるスルホン化アントラキノン等のスルホン酸あるいはそのアルカリ金属塩を官能基として含む多核芳香族化合物;ジオキサジン系色素等が挙げられる。これらは、単独もしくは複数混合して用いてもよい。また、上記の二色性色素の中でも、水に10質量%以上可溶であり、水溶液とした時に粘度20mPa・s以上を示す二色性色素が好ましい。また、小角X線散乱で水溶液中の周期長を測定した場合、10nm以下、より好ましくは7nm以下の周期長を有する二色性色素が好ましい。
【0013】
濡れ性付与剤としては、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種が用いられる。
上記のアセチレングリコール系化合物としては、具体的には、例えば、式(1)で表される化合物を用いることができる。
【0014】
【化1】

(式中R,R,R,及びRはそれぞれ独立で、炭素数1〜10のアルキル基であり、l+mは0〜50の整数である)
市販で入手可能なアセチレングリコール系化合物としては、日信化学工業社製のサーフィノール104E、同104H、同104A等の104シリーズ、サーフィノール420、同440、同465等の400シリーズ、オルフィンE1004、同E1010等が挙げられる。
【0015】
また、アセチレンアルコール系化合物としては、具体的には、例えば、式(2)で表される化合物を用いることができる。
【0016】
【化2】

(式中R,及びRはそれぞれ独立で、炭素数1〜10のアルキル基であり、nは0〜50の整数である)
市販で入手可能なアセチレンアルコール系化合物としては、日信化学工業社製のサーフィノール61、オルフィンB、同P等が挙げられる。
【0017】
シリコーン系化合物としては、具体的には、例えば、ジメチルシリコーン、環状シリコーン、メチルフェニルシリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、アルコール変性シリコーン、メチルスチリル変性シリコーン、アルキル変性シリコーン、高級脂肪酸エステル変性シリコーン、高級アルコキシ変性シリコーン、フッ素変性シリコーン等を挙げることができる。市販で入手可能なシリコーン系化合物としては、ビックケミー社製のBYK−331、BYK−347、BYK−375、信越化学工業社製KF351.KF352、KF353、KF354、KF355、KF615、KF618、KF945、KF6004、KF851等が挙げられる。
【0018】
フッ素系化合物としては、具体的には、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルオキシエチレンエタノール、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、フッ素化アルキルエステル等が挙げられる。市販で入手可能なフッ素系化合物としては、大日本インキ化学工業社製のメガファックF−114、同F−410、同F−443、同F−470、同F−477、同F−479、ネオス社製のフタージェント212MH、同250、同251、同FTX−218等が挙げられる。
【0019】
濡れ性付与剤の添加量は、二色性色素100質量部に対し0.01質量部以上、5質量部以下が好ましく、0.03質量部以上、3質量部以下がより好ましい。特に、水溶液が20〜40mN/mの表面張力を有するように濡れ性付与剤を水溶液中に添加することが好ましく、25〜40mN/mの表面張力を有するように添加することがより好ましく、30〜40mN/mの表面張力を有するように添加することが最も好ましい。表面張力が20mN/mより低い水溶液の場合、可撓性支持体と配向膜との密着性が低下する傾向がある。また、表面張力が40mN/mを超える水溶液の場合、水溶液のレベリングが低下し、配向性が低下する傾向がある。上記表面張力は、使用する二色性色素及び溶剤の種類や濡れ性付与剤の添加量を適宜選択することによって調整することができる。なお、二色性色素含有水溶液の表面張力はウイルヘルミープレート法による表面張力計を用いて測定することができる。
【0020】
二色性色素配向膜は、さらに樹脂を含有しても良い。塗布法により形成される二色性色素会合体を含む配向膜は会合体間に隙間を有するため、他部材、例えば液晶板等との接触により傷が入りやすい。このため、配向膜に樹脂を添加することにより耐擦傷性を向上することができる。樹脂を添加する場合、二色性色素含有水溶液に樹脂を添加し、二色性色素及び濡れ性付与剤とともに塗布してもよいし、配向膜形成後に樹脂を配向膜に含浸させてもよい。水溶液に添加する樹脂としては、水溶性の樹脂が好ましく、具体的には、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂;ヒドロキシアルキルセルロース系樹脂;ポリビニルピロリドン系樹脂;またはそれらの共重合体等が挙げられる。また、水溶性アクリルモノマー等の放射線硬化樹脂、必要によりUV開始剤を水溶液に添加し、配向膜形成後、放射線を照射して、配向膜を硬化してもよい。例えば、エチレングリコール鎖を含むUVモノマーとUV開始剤とを水溶液に添加し、配向膜形成後、UV照射を行い樹脂を硬化してもよい。これらの水溶性樹脂は単独でも複数混合して用いてもよい。配向膜形成後に含浸させる樹脂としては、有機溶剤に溶解する樹脂が好ましく、具体的には、例えば、ポリカーボネート系樹脂;アクリル系樹脂;ポリスチレン系樹脂;アセチルセルロース、プロピルセルロース、ブチルセルロース等のセルロース系樹脂;ポリビニルアセタール等のアセタール系樹脂;ポリビニルブチラール等のブチラール系樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂を含有する樹脂溶液とする場合には、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤等が使用されてもよい。また、樹脂溶液にはアクリル系モノマー、オリゴマー等の放射線硬化樹脂、さらに必要に応じてUV開始剤を含めてもよい。放射線硬化樹脂を添加する場合、塗布、乾燥後、放射線による硬化処理を行ってもよい。
【0021】
二色性色素含有水溶液は、例えば、二色性色素、濡れ性付与剤、必要により樹脂を60〜95℃の水等の溶剤と混合し、撹拌して、二色性色素を溶解した後、室温に戻すことにより調製される。濡れ性付与剤の水溶液への添加は、二色性色素の溶解前あるいは溶解後であってもよい。水溶液には、水の他、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、アルコール等の水に可溶な有機溶剤を添加してもよい。
【0022】
二色性色素含有水溶液を可撓性支持体上に塗布する塗布装置としては、従来公知の塗布装置を使用することができる。このような塗布装置としては、具体的には、例えば、バーコータ、スロットダイコータ、グラビアコータ、リバースロールコータ、マイクログラビアコータ等が挙げられる。また、塗布後の乾燥は60℃以下で行うことが好ましい。乾燥温度が60℃より高い場合、二色性色素の会合体が分離し、配向性が低下する傾向がある。
【0023】
配向膜の厚さは50〜1000nmが好ましく、100〜500nmがより好ましい。50nmより薄いとコントラスト向上効果が乏しくなり、1000nmより厚いと光の透過率が乏しくなる。
上記のようにして作製される偏光子は、さらに液晶表示装置に用いられる位相差フィルム等の光学層を二色性色素配向膜の上にさらに形成してもよい。
【0024】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでない。なお、以下で「部」とあるのは、「質量部」を意味する。
【実施例】
【0025】
(実施例1)
15部の二色性色素(C.I.Direct Red81)と、濡れ性付与剤として、0.10部のアセチレングリコール系化合物(日信化学工業社製オルフィンE1010)とを、80℃の水85部に添加し、撹拌混合した。二色性色素を溶解させた後、室温まで自然冷却して二色性色素含有水溶液を調製した。このようにして調製した水溶液の表面張力を、協和科学株式会社製ESB−V(プレート:白金)を用いて測定したところ、33mN/mであった。
可撓性支持体としてUVオゾン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製ルミラー U34,厚さ:100μm,表面張力:60mN/m)を用い、該可撓性支持体上に上記水溶液を#3バーを用いて塗布速度2.3m/分で剪断力を付与しながら塗布し、乾燥して、二色性偏光子を作製した。
【0026】
(実施例2)
0.10部のアセチレングリコール系化合物に代えて、0.30部のアセチレングリコール系化合物(日信化学工業社製オルフィンE1004)を用いた以外は、実施例1と同様にして水溶液を調整した。このようにして調製した水溶液は、表面張力が27mN/mであった。
可撓性支持体としてコロナ処理したポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製ルミラー U34,厚さ:100μm,表面張力:60mN/m)を用い、該可撓性支持体上に上記水溶液を#3バーを用いて塗布速度2.3m/分で剪断力を付与しながら塗布し、乾燥して、二色性偏光子を作製した。
【0027】
(実施例3)
0.10部のアセチレングリコール系化合物に代えて、0.10部のシリコーン系化合物(ビックケミー社製BYK−331)を用いた以外は、実施例1と同様にして水溶液を調整した。このようにして調製した水溶液は、表面張力が34mN/mであった。
可撓性支持体としてコロナ処理したトリアセチルセルロースフィルム(富士写真フィルム社製フジタック,厚さ:80μm,表面張力:65mN/m)を用い、該可撓性支持体上に上記水溶液を#3バーを用いて塗布速度2.3m/分で剪断力を付与しながら塗布し、乾燥して、二色性偏光子を作製した。
【0028】
(実施例4)
0.10部のアセチレングリコール系化合物に代えて、0.003部のフッ素系化合物(大日本インキ化学工業社製メガファックF−470)を用いた以外は、実施例1と同様にして水溶液を調整した。このようにして調製した水溶液は、表面張力が39mN/mであった。
可撓性支持体としてUVオゾン処理したシクロオレフィンポリマフィルム(オプテス社製ゼオノア ZF14,厚さ:100μm,表面張力:55mN/m)を用い、該可撓性支持体上に上記水溶液を#3バーを用いて塗布速度2.3m/分で剪断力を付与しながら塗布し、乾燥して、二色性偏光子を作製した。
【0029】
(実施例5)
0.10部のアセチレングリコール系化合物に代えて、0.50部のフッ素系化合物(大日本インキ化学工業社製メガファックF−470)を用いた以外は、実施例1と同様にして水溶液を調整した。このようにして調製した水溶液は、表面張力が23mN/mであった。
可撓性支持体としてUVオゾン処理したシクロオレフィンポリマフィルム(オプテス社製ゼオノア ZF14,厚さ:100μm,表面張力:55mN/m)を用い、該可撓性支持体上に上記水溶液を#3バーを用いて塗布速度2.3m/分で剪断力を付与しながら塗布し、乾燥して、二色性偏光子を作製した。
【0030】
(実施例6)
可撓性支持体としてUVオゾン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製ルミラー U34,厚さ:100μm,表面張力:40mN/m)を用いた以外は、実施例1と同様にして、二色性偏光子を作製した。
【0031】
(実施例7)
可撓性支持体として親水化処理を行わなかったポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製ルミラー U34,厚さ:100μm,表面張力:35N/m)を用いた以外は、実施例1と同様にして、二色性偏光子を作製した。
【0032】
(比較例1)
アセチレングリコール系化合物を用いなかった以外は、実施例1と同様にして水溶液を調製した。このようにして調製した水溶液は、表面張力が45mN/mであった。
可撓性支持体としてコロナ処理したポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製ルミラー U34,厚さ:100μm,表面張力:60mN/m)の可撓性支持体上に、#3バーを用いて塗布速度2.3m/分で剪断力を付与しながら塗布し、乾燥して、二色性偏光子を作製した。
以上のようにして作製した実施例及び比較例の各二色性偏光子を用いて以下の配向性を評価した。表1はこの結果を示す。
なお、上記可撓性支持体の表面張力は、JIS K 6768に記載の方法に準拠し、30〜65mN/mの範囲内で5mN/mづつ表面張力が異なる濡れ張力試験用混合液(和光純薬社製)を、綿棒から可撓性支持体上に滴下し、2秒後に滴下時の形態を保った最も高い表面張力を有する混合液を調べることにより求めた。
【0033】
<配向性>
配向性は、日本分光社製V-570分光光度計にGPH−506型偏光子(方解石型偏光子)及びRSH−680型回転試料ホルダを取り付けて評価した。測定条件は、レスポンスがFast、バンド幅が2.0nm、近赤外が8.0nm、走査速度が400nm/min、あおり角が0度とした。二色性偏光子を回転試料ホルダに取り付け、方解石型偏光子と二色性偏光子との互いの偏光軸が直交する位置(暗状態)と、二色性偏光子を90度回転させた位置(明状態)とで、300〜800nmのスペクトルを測定し、550nmのそれぞれの透過率(T暗,T明)を求めた。また、試料ホルダに実施例及び比較例で使用した可撓性支持体をそれぞれ取り付け、上記と同様にして透過率(S暗,S明)を求めた。上記のようにして求めた明状態及び暗状態の透過率から以下の式により配向性を評価した。
配向性=log(T暗/S暗)/log(T明/S明)
【0034】
【表1】

上記表1に示すように、二色性色素会合体を含有する水溶液に濡れ性付与剤を添加することにより、水溶液の表面張力が低下することが分かる。そして、表面張力が23〜39mN/mの範囲に調整された二色性色素含有水溶液を用いて作製された実施例の二色性偏光子は、濡れ性付与剤を含有しない二色性色素含有水溶液を用いて作製された比較例の二色性偏光子よりも配向性に優れていることが分かる。特に、表面張力が25mN/m以上の水溶液を用いて作製された二色性偏光子は、高い配向性を有している。また、親水化処理によって水溶液に対する濡れ性を改善した可撓性支持体を用いて作製された二色性偏光子は、同一条件で親水化処理を行っていない可撓性支持体を用いて作製された二色性偏光子よりも配向性に優れていることが分かる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
可撓性支持体と、前記可撓性支持体の一面に二色性色素配向膜を有する二色性偏光子であって、前記二色性色素配向膜は、二色性色素会合体と、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の濡れ性付与剤とを含有する二色性偏光子。
【請求項2】
可撓性支持体と、前記可撓性支持体の一面に二色性色素配向膜を有する二色性偏光子の製造方法であって、
二色性色素会合体と、アセチレングリコール系化合物、アセチレンアルコール系化合物、シリコーン系化合物、及びフッ素系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の濡れ性付与剤とを含有し、20〜40mN/mの表面張力を有する二色性色素含有水溶液を調製し、
前記二色性色素含有水溶液を前記可撓性支持体上に塗布し、乾燥する二色性偏光子の製造方法。
【請求項3】
前記可撓性支持体は、40〜65mN/mの表面張力を有する請求項2に記載の二色性偏光子の製造方法。


【公開番号】特開2008−304820(P2008−304820A)
【公開日】平成20年12月18日(2008.12.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−153696(P2007−153696)
【出願日】平成19年6月11日(2007.6.11)
【出願人】(000005810)日立マクセル株式会社 (2,366)
【Fターム(参考)】