光学積層体
【課題】リオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜において、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いを高くし、二色比の大きい偏光膜を提供する。
【解決手段】光学積層体１０においては偏光膜１２内に水溶性有機化合物１３、１４を含有させておき、水溶性有機化合物１３、１４を空気との界面近傍に偏在させ、有機色素が空気界面と接触しないようにして、有機色素の配向が乱れるのを防いだ。その結果二色比の大きい光学積層体１０を得ることができた。
【解決手段】光学積層体１０においては偏光膜１２内に水溶性有機化合物１３、１４を含有させておき、水溶性有機化合物１３、１４を空気との界面近傍に偏在させ、有機色素が空気界面と接触しないようにして、有機色素の配向が乱れるのを防いだ。その結果二色比の大きい光学積層体１０を得ることができた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学積層体、特に偏光機能を有する光学積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルでは液晶を通過する光線の旋光性を制御するため偏光板が用いられる。従来これらの偏光板として、ポリビニルアルコール等のポリマーフィルムをヨウ素や二色性色素で染色し、一方向に延伸した偏光板が広く使用されている。しかし上記の偏光板は色素やポリマーフィルムの種類によっては耐熱性や耐光性が十分でなく、また膜厚が比較的厚いという問題がある。
【０００３】
これに対してガラス板やポリマーフィルムなどの基材上に二色性を有するリオトロピック液晶化合物を含む液晶性コーティング液を薄膜状に流延し、リオトロピック液晶化合物を一方向に配向させて偏光膜を形成する方法が知られている（例えば特許文献１）。リオトロピック液晶化合物は溶液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、これを含む液晶性コーティング液に剪断応力を加えて流延させると、超分子会合体の長軸方向が流延方向に配向する。流延前の基材表面に配向処理をおこなっておくと更に配向の度合いが高くなる。リオトロピック液晶化合物の偏光膜は延伸する必要がないため広幅の偏光膜を得やすく、また延伸フィルムに比べ膜厚を格段に薄くすることができるので将来性が期待されている。
【０００４】
通常、リオトロピック液晶化合物は流延時の剪断応力や基材表面の配向処理による配向規制力によって配向する。しかし従来の偏光膜においては、このような剪断応力や配向規制力によってリオトロピック液晶化合物が一方向に配向する度合いが低かったため、偏光膜の二色比が大きくならないことが問題であった。この問題を解決するため、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いが大きく、二色比が大きい偏光膜が求められていた。
【特許文献１】特開２００６−３２３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的はリオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜において、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いを高くし、二色比の大きい偏光膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学積層体は基材と、基材の表面に形成された偏光膜とを備える。偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は主成分が水溶性有機化合物からなる偏在層を形成する。
【０００７】
本発明の要旨は次の通りである。
（１）本発明の光学積層体は、基材と前記基材の表面に形成された偏光膜とを備えた光学積層体であって、前記偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含み、前記偏光膜内において前記水溶性有機化合物が前記基材の反対側に偏在していることを特徴とする。
（２）本発明の光学積層体は、前記偏光膜内の前記水溶性有機化合物が、前記偏光膜の前記基材の反対側に前記水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していることを特徴とする。
（３）本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、前記有機色素と溶媒に混合されたとき、一時的に溶解または均一分散し、前記溶媒の揮発過程で経時的に前記有機色素と相分離する性質を有することを特徴とする。
（４）本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物の分子量が４００〜５００，０００であることを特徴とする。
（５）本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、ポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする。
（６）本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式（I）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
【化１】
式（I）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、ｋは０〜４の整数、ｌは０〜４の整数（ただしｋ＋ｌ≦４）、ｍは０〜２の整数、ｏは０〜２の整数を表わし（ただしｋ、ｌ、ｍ、ｏの少なくとも一つは０でない）、Ｍは対イオンを表わす。
（７）本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式（II）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
【化２】
式（II）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、Ｍは対イオンを表わす。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、リオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜において、リオトロピック液晶化合物の配向不良がなく、二色比が大きい偏光膜を実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、リオトロピック液晶化合物からなる有機色素を配向させた従来の偏光膜において二色比が小さい原因を追求した。その結果、有機色素が配向するさいに、有機色素が偏光膜と空気の界面に接触して配向が不完全になることが原因であることを突き止めた。この現象は有機色素が親水性であるため疎水性である空気界面との親和性が悪く、空気界面から影響を受けて配向が乱れるためであると考えられる。そこで本発明においては偏光膜内に水溶性有機化合物を含有させておき、水溶性有機化合物を空気との界面近傍に偏在させ、有機色素が空気界面と接触しないようにして、有機色素の配向が乱れるのを防いだ。その結果二色比の大きい光学積層体を得ることができた。
【００１０】
［光学積層体］
図１を用いて本発明の光学積層体１０の構成を説明する。本発明の光学積層体１０は基材１１と、基材の表面に形成された偏光膜１２とを備える。偏光膜１２はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。図１（ａ）のように、水溶性有機化合物１３は偏光膜１２の内部で基材１１の反対側に偏在する。さらに水溶性有機化合物の偏在の程度が高い場合は図１（ｂ）のように、水溶性有機化合物を主成分とする偏在層１４を形成する。本発明の光学積層体１０の偏光膜１２においては、偏光膜１２内の有機色素が空気界面と直接触れることが水溶性有機化合物１３ないしは偏在層１４により防止される。この結果、従来の偏光膜において空気界面で発生していた有機色素の配向の不完全性を防ぐことができ、二色比の大きい偏光膜を得ることができる。本発明の光学積層体１０の厚みは、用いる基材１１の厚みにもよるが、通常１０μｍ〜３００μｍである。なお図１では基材１１の片側に偏光膜１２が形成されているが両側に形成されていてもよい。
【００１１】
［基材］
本発明に用いられる基材は偏光膜を形成する過程において、偏光膜の基材と接している側の面で偏光膜内の有機色素が空気界面と接触するのを防ぐ機能を有する。用いられる基材に特に制限はなく、単層のものでもよいし、複層のもの、例えば配向膜との積層体でもよい。具体的にはガラス板やポリマーフィルムが挙げられる。基材が配向膜との積層体の場合、配向膜は配向処理の施されたものが好ましい。配向膜との積層体の基材としては、例えばガラス板にポリイミド膜がコーティングされたものがある。このポリイミド膜には公知の方法、例えばラビングなどの機械的配向処理や、光配向処理などにより配向性が付与される。ガラス基材としては液晶セルに用いられる無アルカリガラスが好ましい。可撓性の必要な用途にはポリマーフィルム基材が好適である。ポリマーフィルムの表面がラビングなどにより配向処理されていてもよいし、ポリマーフィルムの表面に配向膜が積層されていてもよい。ポリマーフィルムの素材としてはフィルム形成性を有するポリマーであれば特に限定されないが、スチレン系ポリマー、（メタ）アクリル酸系ポリマー、エステル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、イミド系ポリマー、セルロース系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、カーボネート系ポリマーなどがある。
【００１２】
［偏光膜］
本発明に用いられる偏光膜は基材の表面に形成されたものであり、リオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。偏光膜は可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）で吸収二色性を示す。この吸収二色性は偏光膜中でリオトロピック液晶化合物からなる有機色素が一方向に配向することによって得られる。
【００１３】
本発明に用いられる偏光膜の厚みは、好ましくは０．１μｍ〜１μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜０．８μｍである。上記の厚みの範囲内で適切な透過率（例えば３０％〜５０％）の偏光膜が得られる。偏光膜の二色比は２５以上が好ましい。
【００１４】
本発明に用いられる偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物を含むものであれば特に制限はなく、他に任意の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば界面活性剤、酸化防止剤、帯電防止剤などが挙げられる。添加剤の量は通常、偏光膜の総重量の１０重量％未満である。
【００１５】
［有機色素］
本発明に用いられる有機色素はリオトロピック液晶化合物からなる。リオトロピック液晶化合物は溶媒に溶解させた溶液状態で温度や濃度を変化させると、等方相−液晶相の相転移を起こす性質をもつ液晶化合物である。液晶相に特に制限はないが、好ましくはネマチック液晶相またはヘキサゴナル液晶相である。液晶相は偏光顕微鏡で観察される光学模様により確認、識別される。
【００１６】
本発明に用いられる有機色素は、好ましくは可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）のいずれかの波長で吸収を示すものが用いられる。本発明に用いられる有機色素は、好ましくはアゾ化合物、アントラキノン化合物、ペリレン化合物、キノフタロン化合物、ナフトキン化合物、メロシアニン化合物である。
【００１７】
本発明に用いられる有機色素は、好ましくは下記一般式（I）で表わされるアゾ化合物である。このようなアゾ化合物は溶液中で安定な液晶相を示し、可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）内の広い範囲で二色比の大きい偏光膜を得ることができる。
【化１】
【００１８】
式（I）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わす。Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わす。ｋは０〜４の整数、ｌは０〜４の整数（ただしｋ＋ｌ≦４）、ｍは０〜２の整数、ｏは０〜２の整数を表わす。ただしｋ、ｌ、ｍ、ｏの少なくとも一つは０でない。Ｍは対イオンを表わす。対イオンＭは、好ましくは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、金属イオン、置換もしくは無置換のアンモニウムイオンである。金属イオンとしては、例えばＬｉ＋、Ｎｉ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｕ２＋、Ａｇ＋、Ｚｎ２＋、Ａｌ３＋、Ｐｄ２＋、Ｃｄ２＋、Ｓｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｅ３＋などが挙げられる。対イオンＭが多価イオンの場合は複数のアゾ化合物が一つの多価イオン（対イオン）を共有する。
【００１９】
本発明に用いられる有機色素は、さらに好ましくは下記一般式（II）で表わされるアゾ化合物である。式（II）中、Ｒ、Ｘ、Ｍは式（I）と同様である。式（II）で表わされるアゾ化合物によれば、特に二色比の大きい偏光膜を得ることができる。
【化２】
【００２０】
［水溶性有機化合物］
本発明に用いられる水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。「水溶性有機化合物が偏光膜の内部で基材の反対側に偏在する」とは、偏光膜内部の水溶性有機化合物の濃度分布が基材側で低く、基材の反対側で高いことを意味する。偏光膜中の水溶性有機化合物の濃度分布は基材側から基材の反対側にかけて連続的に濃度が高くなっていてもよいし、偏光膜中で相分離して水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していてもよい。
【００２１】
このようにすれば偏光膜を形成する過程において、基材と反対側で有機色素の多くが空気界面と接触するのを水溶性有機化合物により防ぐことができ、空気界面により有機色素の配向が乱されるのを防ぐことができる。その結果、有機色素の配向の度合いを高くでき偏光膜の二色比を大きくすることができる。
【００２２】
偏光膜には、基材の反対側に水溶性有機化合物を主成分とする偏在層が形成されていることがより好ましい。偏在層は水溶性有機化合物を９５％以上含むことが好ましいが、有機色素を少量含んでいても所望の効果を得ることはできる。偏在層の厚みは、好ましくは偏光膜の総厚みの１％〜１０％、より好ましくは１％〜５％である。偏在層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜４０ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜２０ｎｍである。偏在層が厚すぎると偏光膜の二色比が小さくなるおそれがあり、薄すぎると二色比を大きくする効果が得られないおそれがある。
【００２３】
水溶性有機化合物に特に制限はないが、有機色素（リオトロピック液晶化合物）と溶媒に混合したとき一時的に溶解または均一分散し、溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離するものが好ましく用いられる。水溶性有機化合物の分子量は、好ましくは４００〜５００，０００、より好ましくは４００〜１０，０００である。このような分子量の水溶性有機化合物は有機色素と混合したさいに上記の相分離を示しやすい。水溶性有機化合物は、好ましくはポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの２種以上の混合物である。このような水溶性有機化合物は、特に二色比の大きい偏光膜を得るのに適している。
【００２４】
上記のポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサンとしては、ポリジメチルシロキサン−アルキレンオキサイド共重合体が好ましく用いられる。ポリジメチルシロキサン−アルキレンオキサイド共重合体としては、例えばポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランがあり、この他にも特開昭６１−２８２４７８号公報に記載のものが用いられる。
【００２５】
上記のポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテルとしては、例えばポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレンオクチルフェニルエーテルなどがある。
【００２６】
上記のポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートとしては、例えばポリオキシメチレンソルビタンモノラウラートなどがある。
【００２７】
［製法］
本発明の光学積層体は、代表的にはリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物と溶媒とを含むコーティング液を、乾燥後の厚みが０．１μｍ〜１μｍとなるように、基材に流延、塗布し、乾燥させて得ることができる。
【００２８】
水溶性有機化合物が偏在する状態は水溶性有機化合物の種類、分子量、混合量を調整することにより適宜形成することができる。水溶性有機化合物の混合量は有機色素１００重量部に対して、好ましくは０．１重量部〜５重量部であり、さらに好ましくは０．１重量部〜２重量部である。混合量を適宜調整することにより水溶性有機化合物を偏在させることができる。
【００２９】
本発明に用いられる溶媒としては上記の有機色素と水溶性有機化合物を溶解するものであれば特に制限はないが、例えば水、アルコール類、セロソルブ類およびそれらの混合溶媒である。溶媒にはグリセリン、エチレングリコールなどの水溶性の化合物が添加されていてもよい。これらの添加物は有機色素の易溶性やコーティング液の乾燥速度を調整するために用いられる。
【００３０】
本発明に用いられるコーティング液において有機色素（リオトロピック液晶化合物）の濃度は、好ましくは０．５重量％〜５０重量％である。リオトロピック液晶化合物はコーティング液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、コーティング液に剪断応力を加えて流動させると、超分子会合体の長軸方向が流動方向に配向する。リオトロピック液晶化合物を配向させるため、剪断応力以外にラビング処理や光配向などの配向処理、磁場や電場による配向などを組み合わせてもよい。
【００３１】
コーティング液の塗布方法は、コーティング液を均一に流延できるものであれば特に制限はなく、適切なコータ、例えばスライドコータ、スロットダイコータ、バーコータ、ロッドコータ、ロールコータ、カーテンコータ、スプレイコータなどが用いられる。乾燥方法に特に制限はなく、自然乾燥、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが用いられる。加熱乾燥手段としては空気循環式乾燥オーブンや熱ロールなどの任意の乾燥装置が用いられる。加熱乾燥の場合の乾燥温度は、好ましくは５０℃〜１２０℃である。
【００３２】
［光学積層体の用途］
本発明の光学積層体は偏光素子として好適に用いられる。偏光素子は各種の液晶パネル、例えばコンピュータ、コピー機などのＯＡ機器、携帯電話、時計、デジタルカメラ、携帯情報端末、携帯ゲーム機などの携帯機器、ビデオカメラ、テレビ、電子レンジなどの家庭用機器、カーナビゲーション、カーオーディオなどの車載用機器、店舗用モニターなどの展示機器、監視用モニターなどの警備機器、介護用モニター、医療用モニターなどの医療機器などの液晶パネルに使われる。
【実施例】
【００３３】
［実施例１］
４−ニトロアニリンと８−アミノ−２−ナフタレンスルホン酸とを常法（細田豊著「理論製造 染料化学 第５版」昭和４３年７月１５日技法堂発行、１３５ページ〜１５２ページ）に従ってジアゾ化およびカップリング反応させてモノアゾ化合物を得た。このモノアゾ化合物を同様に常法によりジアゾ化し、さらに７−アミノ−１−ナフトール−３，６−ジスルホン酸リチウム塩とカップリング反応させて下記構造式（III）のアゾ化合物を含む粗生成物を得た。この粗生成物を塩化リチウムで塩析することにより下記の構造式（III）のアゾ化合物を得た。このアゾ化合物はリオトロピック液晶化合物である。
【化３】
【００３４】
上記の構造式（III）のアゾ化合物１００重量部と、分子量が３，０００のポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシラン（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）０．５重量部をイオン交換水に溶解し、アゾ化合物の濃度が２０重量％のコーティング液を調製した。このコーティング液は室温（２３℃）において、アゾ化合物の濃度が１７重量％〜３０重量％の範囲でネマチック液晶相を示した。
【００３５】
上記のコーティング液をラビング処理およびコロナ処理の施されたノルボルネン系ポリマーフィルム（日本ゼオン社製 商品名「ゼオノア」）の表面にバーコータ（ＢＵＳＣＨＭＡＮ社製 商品名「Ｍａｙｅｒｒｏｔ ＨＳ４」）を用いて剪断応力をかけながら一方向に流延、塗布し、２３℃の恒温室内で自然乾燥させて、厚み０．４μｍの偏光膜を有する光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は表面（基材と反対側の面）に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は３３であった。なお基材のノルボルネン系ポリマーフィルムは光学的に等方性であるため、光学積層体の光学特性は偏光膜の光学特性とほぼ等しい。図３に光学積層体の斜め切削面における、有機色素由来のＬｉ＋と水溶性有機化合物由来のＣ２Ｈ５Ｏ＋の分布を示す。これはＳＩＭＳ分析により得られた二次イオンの分布である。横軸は斜め切断面に沿った距離（μｍ）、縦軸は二次イオンの濃度（対数目盛り）である。有機色素由来のＬｉ＋は偏光膜断面にほぼ一定の濃度で分布し、偏光膜表面にはそれより低いほぼ一定の濃度で分布する。基材断面には分布していない。水溶性有機化合物由来のＣ２Ｈ５Ｏ＋は表面にほぼ一定の高い濃度で分布し、表面から偏光膜断面にかけて急激に減少し、偏光膜断面では僅かであるがほぼ一定の濃度で分布する。基材断面には分布していない。水溶性有機化合物由来のＣ２Ｈ５Ｏ＋が表面から偏光膜断面にかけて急激に減少していることから、水溶性有機化合物は表面に偏在層を形成していると考えられる。
【表１】
【００３６】
［実施例２］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量６４６のポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル（Ａｌｄｒｉｃｈ社製 商品名「Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００」）を用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は表面（基材と反対側の面）に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は２８であった。
【００３７】
［実施例３］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量１，２２８のポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート（東京化成社製 商品名「Ｔｗｅｅｎ２０」）を用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は表面（基材と反対側の面）に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は３６であった。
【００３８】
［比較例１］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量３２６のドデシルベンゼンスルホン酸（ＳＩＧＭＡ Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を１．０重量部用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は２３であった。
【００３９】
［比較例２］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量２６６のチタンラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル社製 商品名「ＴＣ−３００」）を０．１重量部用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は２２であった。
【００４０】
［比較例３］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランなどの水溶性有機化合物を混合しなかった以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、配向不良が有り、二色比は２０であった。
【００４１】
［評価］
偏光膜中の水溶性有機化合物が偏光膜の基材と反対側の表面に偏在層を形成した実施例１〜３の光学積層体は、水溶性有機化合物が偏光膜中で均一に分布する比較例１、２の光学積層体、ならびに水溶性有機化合物を偏光膜中に含まない比較例３の光学積層体に比べ、配向不良が発生せず、二色比が大きい。実施例１〜３の水溶性有機化合物は有機色素と溶媒とに混合したとき一時的に溶解または均一分散し、溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がある。それにより偏光膜を形成する過程において、基材と反対側の表面で有機色素の多くが空気界面と接触するのを水溶性有機化合物により防ぐことができ、空気界面により有機色素の配向が乱されるのを防ぐことができる。その結果、有機色素の配向の乱れを防ぎ、偏光膜の二色比を大きくすることができたものと考えられる。比較例１、２の水溶性有機化合物は溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がないため、このような効果が得られなかった。
【００４２】
実施例１〜３の水溶性有機化合物の分子量がそれぞれ３，０００、６４６、１，２２８であり、比較例１、２の水溶性有機化合物の分子量がそれぞれ３２６、２６６であるから、水溶性有機化合物が溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質は、水溶性有機化合物の分子量に影響されると考えられる。またこの性質は水溶性有機化合物の種類、水溶性有機化合物と有機色素の混合量にも影響される。
【００４３】
［測定方法］
［配向不良の観察］
作製した偏光膜を１００倍対物レンズを備えた偏光顕微鏡（オリンパス社製 商品名「ＯＰＴＩＰＨＯＴ−ＰＯＬ」）を用いて観察し、配向不良の有無を判定した。
【００４４】
［厚みの測定］
偏光膜の一部を剥離し、三次元非接触表面形状計測システム（菱化システム社製 製品名「Ｍｉｃｒｏｍａｐ ＭＭ５２００」）を用いて段差を測定し、厚みを求めた。
【００４５】
［二色比の測定］
グラントムソン偏光子を備えた分光光度計（日本分光社製 製品名「Ｕ−４１００」）を用いて、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの直線偏光の測定光を入射させ、各波長ごとに視感度補正係数をかけて積分することにより、上記の波長領域の平均のｋ１およびｋ２を求め、次式により算出した。
式：二色比＝ｌｏｇ（１／ｋ２）／ｌｏｇ（１／ｋ１）
ここでｋ１は最大透過率方向の直線偏光の透過率を、ｋ２は最大透過率方向に直交する方向の直線偏光の透過率を表わす。
【００４６】
［水溶性有機化合物の分布調査］
図２（ａ）に示すように、作製した光学積層体１０をＭＥＫＯＮＧ社製精密切断機を用いて、主面に対して斜めに切削し、図２（ｂ）に示す、基材１１、偏光膜１２、水溶性有機化合物１３の偏在部の一方向の拡大断面を得た。（図２（ｂ）は図２（ａ）の斜面を斜面の垂直方向から見た図である。）その拡大断面をＴＯＦ−ＳＩＭＳ（ＩＯＮ−ＴＯＦ社製 製品名「ＴＯＦ−ＳＩＭＳ５」）を用いて分析し、水溶性有機化合物１３の分布を調べた。測定条件は、一次イオン加速電圧は２５ｋＶ、測定範囲は２５０μｍ×２５０μｍとした。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の光学積層体の構成を示す模式図。
【図２】本発明の光学積層体における水溶性有機化合物の分布の調査方法を示す模式図。
【図３】本発明の光学積層体における有機色素と水溶性有機化合物の分布を示すグラフ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学積層体、特に偏光機能を有する光学積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルでは液晶を通過する光線の旋光性を制御するため偏光板が用いられる。従来これらの偏光板として、ポリビニルアルコール等のポリマーフィルムをヨウ素や二色性色素で染色し、一方向に延伸した偏光板が広く使用されている。しかし上記の偏光板は色素やポリマーフィルムの種類によっては耐熱性や耐光性が十分でなく、また膜厚が比較的厚いという問題がある。
【０００３】
これに対してガラス板やポリマーフィルムなどの基材上に二色性を有するリオトロピック液晶化合物を含む液晶性コーティング液を薄膜状に流延し、リオトロピック液晶化合物を一方向に配向させて偏光膜を形成する方法が知られている（例えば特許文献１）。リオトロピック液晶化合物は溶液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、これを含む液晶性コーティング液に剪断応力を加えて流延させると、超分子会合体の長軸方向が流延方向に配向する。流延前の基材表面に配向処理をおこなっておくと更に配向の度合いが高くなる。リオトロピック液晶化合物の偏光膜は延伸する必要がないため広幅の偏光膜を得やすく、また延伸フィルムに比べ膜厚を格段に薄くすることができるので将来性が期待されている。
【０００４】
通常、リオトロピック液晶化合物は流延時の剪断応力や基材表面の配向処理による配向規制力によって配向する。しかし従来の偏光膜においては、このような剪断応力や配向規制力によってリオトロピック液晶化合物が一方向に配向する度合いが低かったため、偏光膜の二色比が大きくならないことが問題であった。この問題を解決するため、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いが大きく、二色比が大きい偏光膜が求められていた。
【特許文献１】特開２００６−３２３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的はリオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜において、リオトロピック液晶化合物の配向の度合いを高くし、二色比の大きい偏光膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学積層体は基材と、基材の表面に形成された偏光膜とを備える。偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は主成分が水溶性有機化合物からなる偏在層を形成する。
【０００７】
本発明の要旨は次の通りである。
（１）本発明の光学積層体は、基材と前記基材の表面に形成された偏光膜とを備えた光学積層体であって、前記偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含み、前記偏光膜内において前記水溶性有機化合物が前記基材の反対側に偏在していることを特徴とする。
（２）本発明の光学積層体は、前記偏光膜内の前記水溶性有機化合物が、前記偏光膜の前記基材の反対側に前記水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していることを特徴とする。
（３）本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、前記有機色素と溶媒に混合されたとき、一時的に溶解または均一分散し、前記溶媒の揮発過程で経時的に前記有機色素と相分離する性質を有することを特徴とする。
（４）本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物の分子量が４００〜５００，０００であることを特徴とする。
（５）本発明の光学積層体は、前記水溶性有機化合物が、ポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする。
（６）本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式（I）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
【化１】
式（I）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、ｋは０〜４の整数、ｌは０〜４の整数（ただしｋ＋ｌ≦４）、ｍは０〜２の整数、ｏは０〜２の整数を表わし（ただしｋ、ｌ、ｍ、ｏの少なくとも一つは０でない）、Ｍは対イオンを表わす。
（７）本発明の光学積層体は、前記有機色素が下記一般式（II）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする。
【化２】
式（II）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、Ｍは対イオンを表わす。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、リオトロピック液晶化合物を配向して得られる偏光膜において、リオトロピック液晶化合物の配向不良がなく、二色比が大きい偏光膜を実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、リオトロピック液晶化合物からなる有機色素を配向させた従来の偏光膜において二色比が小さい原因を追求した。その結果、有機色素が配向するさいに、有機色素が偏光膜と空気の界面に接触して配向が不完全になることが原因であることを突き止めた。この現象は有機色素が親水性であるため疎水性である空気界面との親和性が悪く、空気界面から影響を受けて配向が乱れるためであると考えられる。そこで本発明においては偏光膜内に水溶性有機化合物を含有させておき、水溶性有機化合物を空気との界面近傍に偏在させ、有機色素が空気界面と接触しないようにして、有機色素の配向が乱れるのを防いだ。その結果二色比の大きい光学積層体を得ることができた。
【００１０】
［光学積層体］
図１を用いて本発明の光学積層体１０の構成を説明する。本発明の光学積層体１０は基材１１と、基材の表面に形成された偏光膜１２とを備える。偏光膜１２はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。図１（ａ）のように、水溶性有機化合物１３は偏光膜１２の内部で基材１１の反対側に偏在する。さらに水溶性有機化合物の偏在の程度が高い場合は図１（ｂ）のように、水溶性有機化合物を主成分とする偏在層１４を形成する。本発明の光学積層体１０の偏光膜１２においては、偏光膜１２内の有機色素が空気界面と直接触れることが水溶性有機化合物１３ないしは偏在層１４により防止される。この結果、従来の偏光膜において空気界面で発生していた有機色素の配向の不完全性を防ぐことができ、二色比の大きい偏光膜を得ることができる。本発明の光学積層体１０の厚みは、用いる基材１１の厚みにもよるが、通常１０μｍ〜３００μｍである。なお図１では基材１１の片側に偏光膜１２が形成されているが両側に形成されていてもよい。
【００１１】
［基材］
本発明に用いられる基材は偏光膜を形成する過程において、偏光膜の基材と接している側の面で偏光膜内の有機色素が空気界面と接触するのを防ぐ機能を有する。用いられる基材に特に制限はなく、単層のものでもよいし、複層のもの、例えば配向膜との積層体でもよい。具体的にはガラス板やポリマーフィルムが挙げられる。基材が配向膜との積層体の場合、配向膜は配向処理の施されたものが好ましい。配向膜との積層体の基材としては、例えばガラス板にポリイミド膜がコーティングされたものがある。このポリイミド膜には公知の方法、例えばラビングなどの機械的配向処理や、光配向処理などにより配向性が付与される。ガラス基材としては液晶セルに用いられる無アルカリガラスが好ましい。可撓性の必要な用途にはポリマーフィルム基材が好適である。ポリマーフィルムの表面がラビングなどにより配向処理されていてもよいし、ポリマーフィルムの表面に配向膜が積層されていてもよい。ポリマーフィルムの素材としてはフィルム形成性を有するポリマーであれば特に限定されないが、スチレン系ポリマー、（メタ）アクリル酸系ポリマー、エステル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、イミド系ポリマー、セルロース系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、カーボネート系ポリマーなどがある。
【００１２】
［偏光膜］
本発明に用いられる偏光膜は基材の表面に形成されたものであり、リオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含む。水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。偏光膜は可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）で吸収二色性を示す。この吸収二色性は偏光膜中でリオトロピック液晶化合物からなる有機色素が一方向に配向することによって得られる。
【００１３】
本発明に用いられる偏光膜の厚みは、好ましくは０．１μｍ〜１μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜０．８μｍである。上記の厚みの範囲内で適切な透過率（例えば３０％〜５０％）の偏光膜が得られる。偏光膜の二色比は２５以上が好ましい。
【００１４】
本発明に用いられる偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物を含むものであれば特に制限はなく、他に任意の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば界面活性剤、酸化防止剤、帯電防止剤などが挙げられる。添加剤の量は通常、偏光膜の総重量の１０重量％未満である。
【００１５】
［有機色素］
本発明に用いられる有機色素はリオトロピック液晶化合物からなる。リオトロピック液晶化合物は溶媒に溶解させた溶液状態で温度や濃度を変化させると、等方相−液晶相の相転移を起こす性質をもつ液晶化合物である。液晶相に特に制限はないが、好ましくはネマチック液晶相またはヘキサゴナル液晶相である。液晶相は偏光顕微鏡で観察される光学模様により確認、識別される。
【００１６】
本発明に用いられる有機色素は、好ましくは可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）のいずれかの波長で吸収を示すものが用いられる。本発明に用いられる有機色素は、好ましくはアゾ化合物、アントラキノン化合物、ペリレン化合物、キノフタロン化合物、ナフトキン化合物、メロシアニン化合物である。
【００１７】
本発明に用いられる有機色素は、好ましくは下記一般式（I）で表わされるアゾ化合物である。このようなアゾ化合物は溶液中で安定な液晶相を示し、可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）内の広い範囲で二色比の大きい偏光膜を得ることができる。
【化１】
【００１８】
式（I）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わす。Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わす。ｋは０〜４の整数、ｌは０〜４の整数（ただしｋ＋ｌ≦４）、ｍは０〜２の整数、ｏは０〜２の整数を表わす。ただしｋ、ｌ、ｍ、ｏの少なくとも一つは０でない。Ｍは対イオンを表わす。対イオンＭは、好ましくは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、金属イオン、置換もしくは無置換のアンモニウムイオンである。金属イオンとしては、例えばＬｉ＋、Ｎｉ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｕ２＋、Ａｇ＋、Ｚｎ２＋、Ａｌ３＋、Ｐｄ２＋、Ｃｄ２＋、Ｓｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｅ３＋などが挙げられる。対イオンＭが多価イオンの場合は複数のアゾ化合物が一つの多価イオン（対イオン）を共有する。
【００１９】
本発明に用いられる有機色素は、さらに好ましくは下記一般式（II）で表わされるアゾ化合物である。式（II）中、Ｒ、Ｘ、Ｍは式（I）と同様である。式（II）で表わされるアゾ化合物によれば、特に二色比の大きい偏光膜を得ることができる。
【化２】
【００２０】
［水溶性有機化合物］
本発明に用いられる水溶性有機化合物は偏光膜の内部で基材の反対側に偏在し、偏在の程度が高い場合は水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成する。「水溶性有機化合物が偏光膜の内部で基材の反対側に偏在する」とは、偏光膜内部の水溶性有機化合物の濃度分布が基材側で低く、基材の反対側で高いことを意味する。偏光膜中の水溶性有機化合物の濃度分布は基材側から基材の反対側にかけて連続的に濃度が高くなっていてもよいし、偏光膜中で相分離して水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していてもよい。
【００２１】
このようにすれば偏光膜を形成する過程において、基材と反対側で有機色素の多くが空気界面と接触するのを水溶性有機化合物により防ぐことができ、空気界面により有機色素の配向が乱されるのを防ぐことができる。その結果、有機色素の配向の度合いを高くでき偏光膜の二色比を大きくすることができる。
【００２２】
偏光膜には、基材の反対側に水溶性有機化合物を主成分とする偏在層が形成されていることがより好ましい。偏在層は水溶性有機化合物を９５％以上含むことが好ましいが、有機色素を少量含んでいても所望の効果を得ることはできる。偏在層の厚みは、好ましくは偏光膜の総厚みの１％〜１０％、より好ましくは１％〜５％である。偏在層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜４０ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜２０ｎｍである。偏在層が厚すぎると偏光膜の二色比が小さくなるおそれがあり、薄すぎると二色比を大きくする効果が得られないおそれがある。
【００２３】
水溶性有機化合物に特に制限はないが、有機色素（リオトロピック液晶化合物）と溶媒に混合したとき一時的に溶解または均一分散し、溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離するものが好ましく用いられる。水溶性有機化合物の分子量は、好ましくは４００〜５００，０００、より好ましくは４００〜１０，０００である。このような分子量の水溶性有機化合物は有機色素と混合したさいに上記の相分離を示しやすい。水溶性有機化合物は、好ましくはポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの２種以上の混合物である。このような水溶性有機化合物は、特に二色比の大きい偏光膜を得るのに適している。
【００２４】
上記のポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサンとしては、ポリジメチルシロキサン−アルキレンオキサイド共重合体が好ましく用いられる。ポリジメチルシロキサン−アルキレンオキサイド共重合体としては、例えばポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランがあり、この他にも特開昭６１−２８２４７８号公報に記載のものが用いられる。
【００２５】
上記のポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテルとしては、例えばポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレンオクチルフェニルエーテルなどがある。
【００２６】
上記のポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートとしては、例えばポリオキシメチレンソルビタンモノラウラートなどがある。
【００２７】
［製法］
本発明の光学積層体は、代表的にはリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物と溶媒とを含むコーティング液を、乾燥後の厚みが０．１μｍ〜１μｍとなるように、基材に流延、塗布し、乾燥させて得ることができる。
【００２８】
水溶性有機化合物が偏在する状態は水溶性有機化合物の種類、分子量、混合量を調整することにより適宜形成することができる。水溶性有機化合物の混合量は有機色素１００重量部に対して、好ましくは０．１重量部〜５重量部であり、さらに好ましくは０．１重量部〜２重量部である。混合量を適宜調整することにより水溶性有機化合物を偏在させることができる。
【００２９】
本発明に用いられる溶媒としては上記の有機色素と水溶性有機化合物を溶解するものであれば特に制限はないが、例えば水、アルコール類、セロソルブ類およびそれらの混合溶媒である。溶媒にはグリセリン、エチレングリコールなどの水溶性の化合物が添加されていてもよい。これらの添加物は有機色素の易溶性やコーティング液の乾燥速度を調整するために用いられる。
【００３０】
本発明に用いられるコーティング液において有機色素（リオトロピック液晶化合物）の濃度は、好ましくは０．５重量％〜５０重量％である。リオトロピック液晶化合物はコーティング液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、コーティング液に剪断応力を加えて流動させると、超分子会合体の長軸方向が流動方向に配向する。リオトロピック液晶化合物を配向させるため、剪断応力以外にラビング処理や光配向などの配向処理、磁場や電場による配向などを組み合わせてもよい。
【００３１】
コーティング液の塗布方法は、コーティング液を均一に流延できるものであれば特に制限はなく、適切なコータ、例えばスライドコータ、スロットダイコータ、バーコータ、ロッドコータ、ロールコータ、カーテンコータ、スプレイコータなどが用いられる。乾燥方法に特に制限はなく、自然乾燥、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが用いられる。加熱乾燥手段としては空気循環式乾燥オーブンや熱ロールなどの任意の乾燥装置が用いられる。加熱乾燥の場合の乾燥温度は、好ましくは５０℃〜１２０℃である。
【００３２】
［光学積層体の用途］
本発明の光学積層体は偏光素子として好適に用いられる。偏光素子は各種の液晶パネル、例えばコンピュータ、コピー機などのＯＡ機器、携帯電話、時計、デジタルカメラ、携帯情報端末、携帯ゲーム機などの携帯機器、ビデオカメラ、テレビ、電子レンジなどの家庭用機器、カーナビゲーション、カーオーディオなどの車載用機器、店舗用モニターなどの展示機器、監視用モニターなどの警備機器、介護用モニター、医療用モニターなどの医療機器などの液晶パネルに使われる。
【実施例】
【００３３】
［実施例１］
４−ニトロアニリンと８−アミノ−２−ナフタレンスルホン酸とを常法（細田豊著「理論製造 染料化学 第５版」昭和４３年７月１５日技法堂発行、１３５ページ〜１５２ページ）に従ってジアゾ化およびカップリング反応させてモノアゾ化合物を得た。このモノアゾ化合物を同様に常法によりジアゾ化し、さらに７−アミノ−１−ナフトール−３，６−ジスルホン酸リチウム塩とカップリング反応させて下記構造式（III）のアゾ化合物を含む粗生成物を得た。この粗生成物を塩化リチウムで塩析することにより下記の構造式（III）のアゾ化合物を得た。このアゾ化合物はリオトロピック液晶化合物である。
【化３】
【００３４】
上記の構造式（III）のアゾ化合物１００重量部と、分子量が３，０００のポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシラン（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）０．５重量部をイオン交換水に溶解し、アゾ化合物の濃度が２０重量％のコーティング液を調製した。このコーティング液は室温（２３℃）において、アゾ化合物の濃度が１７重量％〜３０重量％の範囲でネマチック液晶相を示した。
【００３５】
上記のコーティング液をラビング処理およびコロナ処理の施されたノルボルネン系ポリマーフィルム（日本ゼオン社製 商品名「ゼオノア」）の表面にバーコータ（ＢＵＳＣＨＭＡＮ社製 商品名「Ｍａｙｅｒｒｏｔ ＨＳ４」）を用いて剪断応力をかけながら一方向に流延、塗布し、２３℃の恒温室内で自然乾燥させて、厚み０．４μｍの偏光膜を有する光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は表面（基材と反対側の面）に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は３３であった。なお基材のノルボルネン系ポリマーフィルムは光学的に等方性であるため、光学積層体の光学特性は偏光膜の光学特性とほぼ等しい。図３に光学積層体の斜め切削面における、有機色素由来のＬｉ＋と水溶性有機化合物由来のＣ２Ｈ５Ｏ＋の分布を示す。これはＳＩＭＳ分析により得られた二次イオンの分布である。横軸は斜め切断面に沿った距離（μｍ）、縦軸は二次イオンの濃度（対数目盛り）である。有機色素由来のＬｉ＋は偏光膜断面にほぼ一定の濃度で分布し、偏光膜表面にはそれより低いほぼ一定の濃度で分布する。基材断面には分布していない。水溶性有機化合物由来のＣ２Ｈ５Ｏ＋は表面にほぼ一定の高い濃度で分布し、表面から偏光膜断面にかけて急激に減少し、偏光膜断面では僅かであるがほぼ一定の濃度で分布する。基材断面には分布していない。水溶性有機化合物由来のＣ２Ｈ５Ｏ＋が表面から偏光膜断面にかけて急激に減少していることから、水溶性有機化合物は表面に偏在層を形成していると考えられる。
【表１】
【００３６】
［実施例２］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量６４６のポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル（Ａｌｄｒｉｃｈ社製 商品名「Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００」）を用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は表面（基材と反対側の面）に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は２８であった。
【００３７】
［実施例３］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量１，２２８のポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート（東京化成社製 商品名「Ｔｗｅｅｎ２０」）を用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は表面（基材と反対側の面）に偏在層を形成しており、配向不良は無く、二色比は３６であった。
【００３８】
［比較例１］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量３２６のドデシルベンゼンスルホン酸（ＳＩＧＭＡ Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を１．０重量部用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は２３であった。
【００３９】
［比較例２］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランの代わりに分子量２６６のチタンラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル社製 商品名「ＴＣ−３００」）を０．１重量部用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、水溶性有機化合物は偏光膜内に均一に分布しており、配向不良が有り、二色比は２２であった。
【００４０】
［比較例３］
ポリジメチルシロキサン−Ｃｏ−［３｛２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ｝プロピル］メチルシランなどの水溶性有機化合物を混合しなかった以外は実施例１と同様にしてコーティング液を調製し光学積層体を作製した。得られた光学積層体は表１に示すように、配向不良が有り、二色比は２０であった。
【００４１】
［評価］
偏光膜中の水溶性有機化合物が偏光膜の基材と反対側の表面に偏在層を形成した実施例１〜３の光学積層体は、水溶性有機化合物が偏光膜中で均一に分布する比較例１、２の光学積層体、ならびに水溶性有機化合物を偏光膜中に含まない比較例３の光学積層体に比べ、配向不良が発生せず、二色比が大きい。実施例１〜３の水溶性有機化合物は有機色素と溶媒とに混合したとき一時的に溶解または均一分散し、溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がある。それにより偏光膜を形成する過程において、基材と反対側の表面で有機色素の多くが空気界面と接触するのを水溶性有機化合物により防ぐことができ、空気界面により有機色素の配向が乱されるのを防ぐことができる。その結果、有機色素の配向の乱れを防ぎ、偏光膜の二色比を大きくすることができたものと考えられる。比較例１、２の水溶性有機化合物は溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質がないため、このような効果が得られなかった。
【００４２】
実施例１〜３の水溶性有機化合物の分子量がそれぞれ３，０００、６４６、１，２２８であり、比較例１、２の水溶性有機化合物の分子量がそれぞれ３２６、２６６であるから、水溶性有機化合物が溶媒の揮発過程で経時的に有機色素と相分離して基材と反対側の表面に偏在する性質は、水溶性有機化合物の分子量に影響されると考えられる。またこの性質は水溶性有機化合物の種類、水溶性有機化合物と有機色素の混合量にも影響される。
【００４３】
［測定方法］
［配向不良の観察］
作製した偏光膜を１００倍対物レンズを備えた偏光顕微鏡（オリンパス社製 商品名「ＯＰＴＩＰＨＯＴ−ＰＯＬ」）を用いて観察し、配向不良の有無を判定した。
【００４４】
［厚みの測定］
偏光膜の一部を剥離し、三次元非接触表面形状計測システム（菱化システム社製 製品名「Ｍｉｃｒｏｍａｐ ＭＭ５２００」）を用いて段差を測定し、厚みを求めた。
【００４５】
［二色比の測定］
グラントムソン偏光子を備えた分光光度計（日本分光社製 製品名「Ｕ−４１００」）を用いて、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの直線偏光の測定光を入射させ、各波長ごとに視感度補正係数をかけて積分することにより、上記の波長領域の平均のｋ１およびｋ２を求め、次式により算出した。
式：二色比＝ｌｏｇ（１／ｋ２）／ｌｏｇ（１／ｋ１）
ここでｋ１は最大透過率方向の直線偏光の透過率を、ｋ２は最大透過率方向に直交する方向の直線偏光の透過率を表わす。
【００４６】
［水溶性有機化合物の分布調査］
図２（ａ）に示すように、作製した光学積層体１０をＭＥＫＯＮＧ社製精密切断機を用いて、主面に対して斜めに切削し、図２（ｂ）に示す、基材１１、偏光膜１２、水溶性有機化合物１３の偏在部の一方向の拡大断面を得た。（図２（ｂ）は図２（ａ）の斜面を斜面の垂直方向から見た図である。）その拡大断面をＴＯＦ−ＳＩＭＳ（ＩＯＮ−ＴＯＦ社製 製品名「ＴＯＦ−ＳＩＭＳ５」）を用いて分析し、水溶性有機化合物１３の分布を調べた。測定条件は、一次イオン加速電圧は２５ｋＶ、測定範囲は２５０μｍ×２５０μｍとした。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の光学積層体の構成を示す模式図。
【図２】本発明の光学積層体における水溶性有機化合物の分布の調査方法を示す模式図。
【図３】本発明の光学積層体における有機色素と水溶性有機化合物の分布を示すグラフ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と前記基材の表面に形成された偏光膜とを備えた光学積層体であって、前記偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含み、前記偏光膜内において前記水溶性有機化合物が前記基材の反対側に偏在していることを特徴とする光学積層体。
【請求項２】
前記偏光膜内の前記水溶性有機化合物が、前記偏光膜の前記基材と反対側に前記水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していることを特徴とする光学積層体。
【請求項３】
前記水溶性有機化合物が、前記有機色素と溶媒に混合されたとき、一時的に溶解または均一分散し、前記溶媒の揮発過程で経時的に前記有機色素と相分離する性質を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学積層体。
【請求項４】
前記水溶性有機化合物の分子量が４００〜５００，０００であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学積層体。
【請求項５】
前記水溶性有機化合物が、ポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学積層体。
【請求項６】
前記有機色素が下記一般式（I）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学積層体。
【化１】
（式（I）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、ｋは０〜４の整数、ｌは０〜４の整数（ただしｋ＋ｌ≦４）、ｍは０〜２の整数、ｏは０〜２の整数を表わし（ただしｋ、ｌ、ｍ、ｏの少なくとも一つは０でない）、Ｍは対イオンを表わす。）
【請求項７】
前記有機色素が下記一般式（II）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学積層体。
【化２】
（式（II）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、Ｍは対イオンを表わす。）
【請求項１】
基材と前記基材の表面に形成された偏光膜とを備えた光学積層体であって、前記偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素と水溶性有機化合物とを含み、前記偏光膜内において前記水溶性有機化合物が前記基材の反対側に偏在していることを特徴とする光学積層体。
【請求項２】
前記偏光膜内の前記水溶性有機化合物が、前記偏光膜の前記基材と反対側に前記水溶性有機化合物を主成分とする偏在層を形成していることを特徴とする光学積層体。
【請求項３】
前記水溶性有機化合物が、前記有機色素と溶媒に混合されたとき、一時的に溶解または均一分散し、前記溶媒の揮発過程で経時的に前記有機色素と相分離する性質を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学積層体。
【請求項４】
前記水溶性有機化合物の分子量が４００〜５００，０００であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学積層体。
【請求項５】
前記水溶性有機化合物が、ポリアルキレンオキサイド変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンソルビタンモノラウラートまたはそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学積層体。
【請求項６】
前記有機色素が下記一般式（I）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学積層体。
【化１】
（式（I）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、ｋは０〜４の整数、ｌは０〜４の整数（ただしｋ＋ｌ≦４）、ｍは０〜２の整数、ｏは０〜２の整数を表わし（ただしｋ、ｌ、ｍ、ｏの少なくとも一つは０でない）、Ｍは対イオンを表わす。）
【請求項７】
前記有機色素が下記一般式（II）で表わされるアゾ化合物であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学積層体。
【化２】
（式（II）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基またはフェニル基（これらの基は置換基を有していてもよい）を表わし、Ｘは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、スルホン酸基またはスルホン酸塩基を表わし、Ｍは対イオンを表わす。）
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１８０９７５（Ｐ２００９−１８０９７５Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０４４７（Ｐ２００８−２０４４７）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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