JP2015001584A - 固有偏光子 - Google Patents
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Abstract
Description
該固有偏光子は、フィルムを構成する高分子の分子中に形成された安定なポリビニレン構造(又はポリエンフラグメント構造ともいう)の光吸収特性により二色性を発揮するので、染料系偏光子などに比しても、耐湿熱耐性に顕著に優れるという特徴を有する。比較的古くから知られていたが、上記の二色性色素を使用する偏光子に比べて、製造方法が難しかったこと、当初、偏光性能が染料系偏光子などに比して、劣っていたこと等の理由であまり普及しなかった。しかし、近年に至って、改良が加えられて(例えば特許文献1)、実用に供されるようになった。特に、固有偏光子の中でも、耐久性等の改良されたKE偏光子が実用化されている。例えば、特許文献2には、ビニレンポリマーブロックを含有するPVAタイプの固有偏光子の製造法が開示されている。また、特許文献3には従来のKE型偏光子の欠点を改良した、赤色光帯域における、透過軸と直交する直線偏光の透過率を低くした固有偏光子が開示されている。
現在、表示装置において、より鮮明な表示が求められており、該赤色光帯域での、よりコントラストの高い固有偏光子が求められている。
一方、ポリビニレン結合の形成を、主に100〜125℃の範囲で、好ましくは徐々に温度を上昇させながら、行わせた固有偏光子においては、この赤色光領域(600nm〜640nm)における平均偏光直交透過率(以下aveTpol-cとも表示する)を下げ、且つ、この領域における偏光入射の平均コントラストをより高めることができること、また、この場合、上記膜厚方向中央平面(若しくはそれを含む膜厚方向中央部)の該ラマン散乱強度比が1.2以下に下がることを見出し、本発明を完成した。
なお、本発明における上記ラマン散乱強度比(又はI1108/I1493)は、固有偏光子フィルムの膜厚方向中央平面における、ラマン分光法で測定したラマンスペクトルにおける、共役しないビニレン(−C=C−)結合の伸縮振動に由来するラマンシフトのピーク(通常1493cm−1付近のピーク)の強度(I1493)に対する共役ジエン(=C−C=)結合の伸縮振動に対応するラマンシフトのピーク(1108cm−1付近のピーク)の強度(I1108)の比(I1108/I1493)を、フィルム表面と平行な面内における一定の領域内の、複数の測定点で測定した値の平均値である。
また、本発明の固有偏光子においては、固有偏光子の透過軸と直交する偏光の吸収領域が、600nmを超える長波長側に移動するため、短波長側の波長400nmの偏光における、固有偏光子の透過軸と直交する偏光の透過率は、従来の固有偏光子又は特許文献3等と比較すると明らかに高くなる。
(1) 固有偏光素子フィルムの厚さ方向における中央の、フィルム表面と平行な平面において、配向されたポリマー分子中に含まれるポリビニレン構造中の、ラマン分光法で測定したビニレン(−C=C−)結合に由来するラマンシフトの強度に対する共役ジエン(=C−C=)結合に由来するラマンシフトの強度の比が、最大でも1.2である固有偏光子。
(2) 固有偏光子の600〜640nmの波長領域における平均直交透過率が最大でも0.003%であり、400nmにおける直交透過率が少なくとも0.3%である上記(1)に記載の固有偏光子。
(3) 固有偏光子の600〜640nmの波長領域における偏光平均コントラストが少なくとも20000である上記(1)又は(2)に記載の固有偏光子。
(4) 最大吸収波長を波長560nm〜610nmの間に有する上記(1)又は(2)に記載の固有偏光子。
(5) 少なくとも最大吸収波長の前後40nmの範囲における平均偏光コントラストが、少なくとも15000である上記(1)乃至(4)の何れか一項に記載の固有偏光子。
(6) ポリマー分子中のポリビニレン構造が、ポリヒドロキシ線状ポリマーの脱水により形成されたものである上記(1)乃至(5)の何れか一項に記載の固有偏光子。
(7) 更に、二色性染料を含む上記(1)乃至(6)の何れか一項に記載の固有偏光子。
(8) ポリマー分子中に含まれるポリビニレン構造を形成する前に、ポリマーフィルムを二色性染料で染色することにより得られた上記(7)に記載の固有偏光子。
(9) 二色性染料が400〜500nmの範囲に極大吸収波長を有する二色性染料である上記(7)又は(8)に記載の固有偏光子。
(10) 赤色光用である上記(1)乃至(9)の何れか一項に記載の固有偏光子。
(11) 上記(1)乃至(10)のいずれか一項に記載の固有偏光子の少なくとも片面に保護フィルム又は支持体が貼合された偏光板。
(12) 上記(1)乃至(10)のいずれか一項に記載の固有偏光子又は(11)に記載の偏光板を備えた表示装置。
(13) 表示装置がプロジェクターである上記(12)に記載の表示装置。
本発明の固有偏光子はそのまま使用することも、また、必要に応じて、該固有偏光子に保護フィルム等を貼合した偏光板としても使用することができる。
また、本発明の固有偏光子を、表示装置に使用することにより、赤色光領域における光学性能に優れ、且つ、長時間の苛酷条件下においても光学性能が低下しない高コントラスト表示装置を得ることができる。特に、液晶表示装置における赤色光用の偏光子として本発明の固有偏光子を用いることにより、本発明の特性を充分に生かすことが出来る。
図2は、本発明のNo.3の固有偏光子及び市販の固有偏光子のそれぞれの透過軸と直交する偏光を入射した時の光の透過率を示す。縦軸が光の透過率、横軸が光の波長を示す。
図3の(a)は本発明の染料含有固有偏光子における、単体透過率の波長による変化を示す。横軸は光の波長を示し、縦軸は光の透過率を示す。
図3の(b)は本発明の染料含有固有偏光子2枚を透過率が直交するように重ねた時の直交透過率の、波長による変化を示す。横軸は光の波長を示し、縦軸は光の透過率を示す。
上記のI1108/I1493の値は、上記から判る様に、ラマン分光光度計で測定したラマンスペクトルにおける、ビニレン(−C=C−)結合の伸縮振動に由来するラマンシフト(通常1493cm−1付近のピーク)の強度(以下において「I1493」とも記載する)に対する、共役ジエン(=C−C=)結合の伸縮振動に由来するラマンシフトのピーク(通常1108cm−1付近のピーク)の強度(以下において「I1108」とも記載する)との比(I1108/I1493)である。
上記ラマン分光光度計を用いて得られるラマン散乱強度比(I1108/I1493)は、フィルム表面と平行な面内における一定の領域内において、複数の測定点で測定を行ったときの平均値である。当該領域の面積及び測定点の数は特に限定されないが、例えば、一辺が20μm〜100μm程度である四角形の領域内において、縦横各一辺当たり30〜500程度の測定点(総数900〜25000程度)で測定を行ったときに得られる平均値であればよい。
ポリビニレン構造を有するポリマーにおけるポリビニレン構造の状態を確認する手法として、ラマン分光法を用いることができる。ラマン分光法には、市販のラマン分光光度計(ラマン分光測定装置)が使用される。膜などの厚み方向に解析することが出来るものであれば何れも使用出来る。例えば、日本分光株式会社製のNRS−5000/7000シリーズなどを挙げることができる。該分光光度計によれば、試料の局所的なラマンスペクトルを測定することができ、表面方向及び深さ方向について走査することにより、試料の内部構造について3次元でのラマンスペクトル分析を行うことができる。測定に使用するレーザー光は特に限定されない。例えば、514.5nm及び532nm等の励起波長を有するレーザーを使用することができる。
膜厚方向中央平面における好ましい上記I1108/I1493の値は1.18以下であり、より好ましくは1.15以下である。更に好ましくは1.14以下であり、最も好ましくは、1.13以下である。また、膜厚方向中央平面がこれらのいずれかであり、且つ、膜厚方向の中央部全域に渡って、上記I1108/I1493の値が1.2以下の場合、より好ましく、更に好ましくは、膜厚方向の中央部全域に渡って、上記膜厚方向中央平面の値の何れかと同じであるときより好ましい。
なお、本発明において、膜厚方向における中央とは、例えば、厚さ40μmの固有偏光子の場合、フィルム表面から厚さ方向に垂直に20μmの厚さの個所である。従って、厚さ方向における中央の、フィルム表面と平行な平面(膜厚方向中央平面)は、例えば、厚さ40μm固有偏光子の場合、フィルム表面から厚さ方向にフィルム表面から垂直に20μmの個所に該当する平面である。
本発明の固有偏光子において、膜厚方向中央平面又は膜厚方向中央部の該ラマン散乱強度比の下限は特に限定されない。しかし、例えば製造のし易さ等から考えると、その下限は0.5程度であり、場合によっては0.8又は1程度が好ましい。
該固有偏光子の600〜640nmの波長領域における平均直交偏光透過率(平均直交偏光透過率をaveTpol-cともいう)は最大でも0.003%であり、好ましくは、0.002%以下であり、より好ましくは0.0015以下である。 なお、上記平均直交偏光透過率は、固有偏光子の透過軸と直交する偏光を固有偏光子に入射した時の透過率の、600〜640nmの波長領域における平均透過率を意味する。
また、本発明の固有偏光子の600〜640nmの波長領域における好ましい平均平行偏光透過率(平均平行偏光透過率をaveTpolともいう)は、82%以上、好ましくは83%以上、より好ましくは84%以上、更に好ましくは85%以上である。なお、上記の平均平行偏光透過率は、固有偏光子の透過軸と平行な偏光を固有偏光子に入射した時の透過率の、600〜640nmの波長領域における平均透過率を意味する。
また、本発明の固有偏光子においては、該固有偏光子の透過軸に直交する偏光を該固有偏光子に入射した場合、好ましくは、該固有偏光子の最大吸収波長が560〜610nmの範囲内にあることである。この範囲に、最大吸収波長を有することにより、600〜640nmの波長領域における偏光性能を特に改善することができる。また、本発明の固有偏光子において、この最大吸収波長の前後40nmの範囲における平均偏光入射コントラストは、少なくとも20000であり、好ましくは30000以上、より好ましくは40000以上、更に、好ましくは、50000以上である。
偏光子及び偏光板の光学性能、例えば透過率及び偏光度等は、分光光度計(例えば、日本分光株式会社製V−7100及び株式会社日立製作所製U−4100等)により測定することができる。なお、本明細書で測定した値はいずれも偏光子の状態で測定した値である。
本発明の固有偏光子は、600nm〜640nmにおける平均直交偏光透過率を0.003%以下と十分に低くすることができる。さらに本発明の固有偏光子は、600nm〜640nmの波長領域の光を吸収する長く連続したポリビニレン結合のブロック数を増加させた場合、短波長側(例えば400nm)における光の吸収が低下していることから、本発明の固有偏光子に含まれる、短い共役したポリビニレン結合(例えば連続したビニレン基の数が2〜12程度)のブロックの数及び共役しないビニレン結合の数は、従来の手法を用いて600nm〜640nmの光の吸収を本発明と同程度にした固有偏光子よりも低く抑えられていると考えられる。そのため、偏光入射コントラストが顕著に向上していると考えられる。
従来の方法で600nm〜640nmの光の吸収を高めると、それに伴い短い共役ジエン結合や、共役しないビニレン結合の数も並行して高まるため、フィルムの硬化などを生じ、配向も十分行われない場合が生じる。
ポリヒドロキシ線状ポリマーとしては、分子内に多数のヒドロキシ基を有し、脱水により、ポリビニレン基(ポリエン基ともいわれる)、特に共役ジエン(=C−C=)結合を形成することができる直鎖状のポリマーであれば、いずれも使用できる。ポリヒドロキシ線状ポリマーは、本願発明の固有偏光子の効果を無くするものでない限り、ヒドロキシ基以外の置換基を有していても良い。該置換基として、C1〜C4アシルオキシ基、C1〜C4アルキル基、フェニル基、カルボキシ基等を挙げることが出来る。
ヒドロキシ基以外の置換基の割合は、ポリヒドロキシ線状ポリマー中の、ヒドロキシ基とヒドロキシ基以外の置換基の総数に対して、0〜30%の範囲が好ましく、より好ましくは0〜20%程度の範囲、更に好ましくは0〜10%程度の範囲である。
該ポリヒドロキシ線状ポリマーは、重合度が通常1000〜10000程度の範囲のものが使用され、好ましい重合度は1500〜7000程度であり、より好ましくは2000〜6000程度の範囲である。
固有偏光子の材料フィルムとしてPVA系樹脂フィルムを使用する場合、通常、酢酸ビニルの重合体であるポリ酢酸ビニルをケン化処理して得られるPVAからなるフィルム、酢酸ビニルとこれに共重合可能な他の単量体との共重合体(ポリ酢酸ビニル共重合体)をケン化処理して得られるPVA共重合体からなるフィルム、又は、上記PVA又はPVA共重合体を、オレフィンや不飽和カルボン酸(例えば(メタ)アクリル酸等)で変性したPVA変性体からなるフィルム等が該PVA系樹脂として好ましい。
上記の酢酸ビニルと共重合可能な他の単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸などの不飽和カルボン酸;(メタ)アクリレート(例えばメチル(メタ)アクリレート)などの不飽和カルボン酸エステル類;エチレン、プロピレン、ブチレンなどのオレフィン類;ビニルエーテル類;不飽和スルホン酸類;不飽和アミン類;酢酸ビニルなどのアクリル酸誘導体:アクリルアミド;スチレン等が挙げられる。
また、上記PVA及びPVA共重合体のケン化度は、通常85〜100モル%程度、好ましくは98〜100モル%、より好ましくは99〜100モル%の範囲である。
該PVA系樹脂フィルムとしては、重合体中の繰り返し単位の主成分がPVA及び/又はその変性体である樹脂フィルムが好ましく、PVA及び/又はその変性体(好ましくはPVA)が占める割合が、モル割合で少なくとも50%、好ましくは70〜100%、更に好ましくは80〜100%、最も好ましくは90〜100%の割合であるポリマーからなるフィルムがより好ましい。
本発明の固有偏光子に使用されるPVA系樹脂としては、その重合度が通常1000〜10000程度の範囲のものが使用され、好ましくは1500〜7000程度であり、より好ましくは2000〜6000程度の範囲である。
固有偏光子の材料として使用されるポリヒドロキシ線状ポリマーフィルムの膜厚は特に限定されないが、通常20〜150μm程度である。延伸処理後の本発明の固有偏光子の膜厚は、10〜100μm程度が好ましく、20〜70μm程度がより好ましく、25〜50μm程度が更に好ましい。
本発明の固形偏光子の製造においては、フィルム表面温度が125℃以上でのポリビニレンの形成を出来るだけ少なくするように、フィルム表面温度が125℃以上で、130℃未満の温度の時間を0〜3秒以内、好ましくは0〜2秒以内、より好ましくは0〜1秒以内程度にし、フィルム表面温度を130℃を超さないようにするのが好ましい。そして、ポリビニレン結合の形成を主に、フィルム表面温度が100℃から125℃以内で完了させることにより、固有偏光子の透過軸と直交する、600〜640nmの長波長の偏光に対して、高い吸収性を示し、且つ、偏光入射コントラストの高い固有偏光子を得ることができる。このようにして得られた固有偏光子は、膜厚方向中央平面での、前記I1108/I1493の値が1.2以下である。
従って、本発明の固有偏光子を得るには、脱水触媒である無機酸、好ましくは塩酸を含み、一軸延伸され、配向されたポリヒドロキシ線状ポリマーフィルムを、加熱、好ましくは赤外線照射による加熱により、表面温度を上昇させ、フィルム表面温度が100℃から130℃未満の温度で、大部分の脱水反応を行い、ポリビニレン結合の形成を行うのが好ましい。
また、該ポリビニレン結合の形成を行うフィルム表面温度は、主として、100〜125℃の範囲が好ましく、フィルム表面温度が120℃を超える時間は比較的短い方が好ましく、場合により、無くても良い。ポリエン基の形成のためにフィルム表面温度を100℃から130℃未満の温度に保持する総時間の内、その7割〜10割、好ましくは8割〜10割、更に好ましくは、8.5割〜10割を、フィルム表面温度を100〜120℃の範囲にあるようにし、120℃を超える温度は多くても3割程度、好ましくは2割以下、更に好ましくは1.5割以下にすることが好ましい。
上記の温度範囲内で、フィルム表面温度を100℃より高い温度で、一定に保ってポリビニレン結合を形成させても、また、フィルム表面温度を100℃から徐々に上昇させて、120〜130℃未満の間で、適宜、加熱を止めて、ポリビニレン結合を形成させてもよい。何れの方法でも良いが、通常後者の方法が好ましい。
また、フィルム表面温度を、100℃から130℃未満の間に保持する最低の加熱時間は、上記の加熱時間内で、適度のポリビニレン結合が形成されるまでの時間で有り、通常10秒間以上であり、より好ましくは15秒間以上である。100℃から130℃未満の温度の範囲であっても、あまり長時間(例えば、1〜数時間等)ポリエン基の形成を行うと、本発明の固有偏光子を得ることが出来ない場合がある。
例えば、本発明の偏光子は、ポリビニルアルコール等のポリヒドロキシ線状ポリマーを含む樹脂フィルム、好ましくはポリヒドロキシ線状ポリマーフィルム(必要に応じて任意の添加剤を含むことが出来る)、に対し、(I)該樹脂フィルムに、脱水触媒としての酸(酸触媒)を含浸させる酸処理、(II)該酸触媒を含浸した樹脂フィルムにポリビニレン結合を形成させるための加熱処理、(III)ポリマーを配向させるための延伸処理、好ましくは、更に、(IV)ホウ酸等による硬化剤処理、及び、(V)乾燥処理の各工程を施すことにより製造される。
以下に各工程に付き詳しく説明する。
上記酸処理(I)は、上記樹脂フィルムに、脱水触媒である酸を含浸させる工程であり、フィルム中に酸を含浸させることが出来れば、特にその方法は限定されない。通常、上記酸処理(I)は、酸を含有する溶液中、好ましくは酸を含有する水溶液中に樹脂フィルムを浸漬することにより行う。また、場合により、酸処理(I)は、酸含有溶液のフィルムへの塗布又は塗工、又は、酸含有溶液の蒸気中へのフィルムの曝露によっても行うことができる。
該酸処理(I)で使用する酸としては、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、リン酸及び硫酸などの酸が好ましく使用でき、塩酸が好ましい。酸処理溶液の溶媒は、水、水溶性有機溶媒及びこれらの混合物が挙げられ、水溶液が好ましい。
溶液の濃度は、使用する酸の種類により異なる。一般的には、酸水溶液中における酸濃度は、0.001質量%〜1質量%程度である。例えば塩酸の場合、通常0.01規定以上、好ましくは0.045規定以上であり、上限は特に限定されないが、5規定以下が好ましく、1既定以下がより好ましい。より好ましくは0.045規定〜0.5規定である。
浸漬時間等は酸濃度及びフィルムの種類等により異なるため一概には決めることは出来ない。一般的には、2秒間程度から30分間程度の間で適宜選択される。
例えば、2〜5分間程度でも行うことは出来る。
該酸処理は、通常、最初の工程として行われる。該酸処理をしたフィルムは通常フィルム表面に酸溶液が付着しているので、拭き取る等の方法で、フィルム表面に付着している酸溶液を除去するのが好ましい。
また、後記するように、この酸処理の工程で、延伸処理も行ってもよい。その場合は、酸処理溶液中で、一軸延伸を行うことにより、酸処理と延伸処理を済ませることが出来る。
この工程は、フィルムを形成するポリヒドロキシ線状ポリマーに、ポリビニレン結合を生成させる工程である。この工程については、前記で詳細に述べた通りである。
この工程は、上記酸処理(I)を施したフィルムを、フィルムの表面温度100℃〜130℃未満の温度で一定時間加熱することにより行うことが出来る。
この工程により、ポリヒドロキシ線状ポリマーのヒドロキシ基が脱水されることにより、ポリビニレン結合が生成する。
この加熱処理は、酸処理後であれば、延伸処理前に行うことも可能であるが、通常は酸処理及び一軸延伸を行ったフィルムに対して行うのが好ましい。通常は、酸処理液中で、延伸したフィルムを、加熱処理するのが好ましい。酸処理液中で、延伸したフィルムにそのまま加熱処理を行うこともできるが、通常、表面に付着した酸処理液を除去した後、行う方が好ましい。
なお、加熱処理(II)における「フィルムの表面温度」は、フィルム表面温度を測定出来る公知の温度計を用いて測定することが出来る。使用する温度計は非接触式/接触式を問わない。例えば、市販の、放射温度計、又は、熱電対を用いた温度計などを使用すればよい。
加熱処理(II)における加熱手段としては、フィルムの温度を上記範囲で制御できる加熱装置であればいずれの手段も使用することができ、赤外線ヒーター、対流式ヒーター等を使用することができる。加熱手段としては赤外線ヒーターを用いるのが好ましい。
本発明の固有偏光子における配向されたポリマーとする工程である。
この延伸処理(III)は、ポリビニレン結合形成前又は後の何れか、又は両者で行うことも可能である。通常は、ポリビニレン結合形成前及び後の両者で行うのが好ましい。
また、ポリビニレン結合形成前に行う延伸処理(III)は、酸処理(I)の前、酸処理と一緒に、又は、酸処理後の何れでも行うことができる。通常、酸処理(I)と一緒に、酸処理溶液中でフィルムを延伸してもよい。例えば、酸処理溶液にフィルムを浸漬し、膨潤した後フィルム延伸する方法である。また、酸処理(I)の前にフィルムを延伸し、そのフィルムの緊張を保ったまま酸処理(I)を行ってもよい。延伸処理(III)は複数回行ってもよい。
本発明の好ましい態様においては、最初の延伸を酸処理(I)の間に酸処理溶液中で行う。この最初の延伸では所定の倍率、例えば4〜10倍程度に延伸される。更に、加熱処理(II)より後(ポリビニレン結合形成後)に2回目の延伸処理を行うことがより好ましい。2回目の延伸は、2倍以下が好ましい。この2回目の延伸は、後記する硬化剤処理(V)に続いて、行うことも出来る。この2回目の延伸は、通常水中で行うことができる。
延伸処理(III)は通常一軸延伸が好ましい。
延伸処理溶液の温度は通常30〜60℃程度である。延伸方法としては速度の異なる二つのロールの間で一軸延伸する方法が好ましい。延伸処理により得られるフィルムの、原料フィルムに対する延伸倍率は4〜12倍程度であり、好ましくは6〜10倍程度である。延伸処理を複数回行う場合は、合計の延伸倍率が上記範囲内であればよい。
本発明の固有偏光子を製造する好ましい態様においては、硬化剤処理(IV)が行われる。硬化剤処理(IV)は、通常、酸処理(I)、延伸処理(III)及び加熱処理(II)の施されたフィルムを硬化剤を含む溶液で処理することで行われる。該硬化剤処理(IV)としては、上記のフィルムを硬化剤を含む溶液に浸漬する方法が好ましい。該溶液を上記フィルムに塗布する等の方法でもよい。
硬化剤処理溶液の硬化剤濃度は、硬化剤の種類により異なるため一概には言えないが、通常0.1〜20質量%程度、好ましくは5〜10質量%程度である。硬化剤処理溶液の温度は80〜100℃が好ましい。処理時間は、通常、30秒〜10分間程度であり、1〜5分間程度がより好ましい。
また、この硬化剤処理に続けて、延伸処理の項で述べたように2回目の延伸を行う態様は好ましい。
本発明の偏光子におけるホウ酸含有量は、3〜30重量%である。偏光子中のホウ酸含有量は、上記延伸処理又は硬化剤処理における溶液の濃度・浸漬時間・溶液温度・延伸倍率によって調整することができる。
酸処理(I)、延伸処理(III)、加熱処理(II)及び硬化剤処理(IV)がなされたフィルムは、必要に応じて洗浄された後、乾燥処理(V)が行われる。乾燥処理(V)における乾燥温度は、下限が30℃程度以上、好ましくは40℃程度以上であって、上限が80℃程度以下であり、好ましくは70℃程度以下である。乾燥時間は、乾燥温度により適宜設定すればよく、通常1〜20分間程度であり、好ましくは3〜15分間程度である。乾燥処理(V)は、赤外線ヒーター等の公知の加熱手段を用いて適宜行えばよい。
これら酸処理(I)、加熱処理(II)、延伸処理(III)、硬化剤処理(IV)及び後で述べる補色処理の各工程の後、必要に応じて、フィルム表面に析出した成分や付着した異物等を取り除く目的でフィルム表面の洗浄を行ってもよい。通常は水で洗浄することが好ましく、洗浄液の温度は10〜60℃程度、洗浄時間は1秒〜5分程度である。洗浄は必要に応じて1回又は複数回行ってよい。
本発明の固有偏光子の製造方法は、必ずしも上記記載の順序に従う製造方法に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
一種または二種以上の二色性染料を含有する本発明の固有偏光子は、前記製造方法に従って本発明の固有偏光子を製造する際、ポリヒドロキシ線状ポリマーに二色性染料を含有させる処理(以下、補色処理とも言う。)を施すことによって、得ることができる。二色性染料による補色処理は、染料系偏光子の製造方法における染色処理と同様に、樹脂フィルムを、二色性染料を含有する染色液、好ましくは二色性染料を溶解した染色液に浸漬することにより行うことができる。
二色性染料を含有する染色液の溶媒としては水を使用することが好ましい。二色性染料を含有する染色液は、染色助剤等の助剤を必要に応じて含んでいても良い。染色助剤としては、芒硝、トリポリリン酸ソーダ等の無機塩を挙げることができる。そのときの染色助剤の濃度は、染色液の総量に対して、0.01〜10g/L程度、好ましくは0.05〜5g/L程度である。染色助剤を複数使用する場合は、染色助剤の総量の濃度が上記範囲にあることが好ましい。
染色処理の後、必要に応じて、フィルム表面における余分な染色液、析出した染料及び/又は付着した異物等を取り除く目的で、フィルム表面の洗浄を行ってもよい。通常は水で洗浄することが好ましく、洗浄液の温度は10〜60℃程度、洗浄時間は1秒〜5分程度である。洗浄は必要に応じて1回又は複数回行ってよい。
上記補色処理により二色性染料を含有する本発明の固有偏光子は、全可視光領域において偏光性能に優れ、尚且つ、平行位及び直交位のいずれにおいてもニュートラルグレーの色相を示すという優れた光学特性を有するため、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ等の表示装置に用いられる偏光板として、特に好ましく使用できる。
本発明の偏光板に使用する好ましい保護フィルムとしては、アセテート系樹脂からなるフィルムが挙げられ、好ましくはトリアセチルセルロース(TAC)からなるフィルムが挙げられる。
本発明の偏光子と保護フィルムとの接着処理に使用する接着剤としては、特に限定されるものではないが、例えばビニルアルコール系ポリマーからなる接着剤、あるいはホウ酸やホウ砂、グルタルアルデヒドやメラミン、シュウ酸等のビニルアルコール系ポリマーの水溶性架橋剤からなる接着剤、透明性の良好なエポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、酢酸ビニル等の溶剤型接着剤、またはアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂等の重合反応により硬化し得る接着性樹脂等を使用することができる。本発明の偏光板を作製する際はポリビニルアルコール系接着剤を用いるのが好ましい。
本発明の光学部材の具体例としては、本発明の偏光板に、更に反射板または半透過反射板が積層されてなる反射型偏光板または半透過反射偏光板;本発明の偏光板に、更に位相差板が積層されてなる楕円偏光板または円偏光板;本発明の偏光板に、更に視野角補償フィルムが積層されてなる偏光板;あるいは、本発明の偏光板に更に輝度向上フィルムが積層されてなる偏光板等が挙げられる。
本発明の偏光板や光学部材を液晶セルの両側に設ける場合、それらは同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。更に、液晶表示装置の製造に際しては、例えばプリズムアレイシートやレンズアレイシート、光拡散板やバックライト等の適宜な部品を適宜な位置に1層または2層以上配置することもできる。
また、前記二色性染料を含有する本発明の固有偏光子、特に可視光の短波長側に光の吸収を有する二色性染料を含有する固有偏光子又は偏光板は、可視光全域にわたり優れた偏光性能を示すと共に、上記偏光性能と共に、ニュートラルグレーの色相を示すという顕著に優れた光学特性を有するため、液晶ディスプレイ等の全可視光領域で使用される表示装置用の偏光板として、好ましく使用できる。
実施例における固有偏光子の透過率の評価は下記のようにして行った。
固有偏光子を1枚使用したときの透過率を単体透過率Ys、2枚の固有偏光子を吸収軸が平行になるように重ねた場合の透過率を平行透過率Yp、2枚の固有偏光子を吸収軸が直交するように重ねた場合の透過率を直交透過率Ycとした。それぞれの透過率は、ある一定範囲の波長領域で、所定波長間隔dλ(ここでは5nm)おきに分光透過率τλを求め、下記式(1)により算出した。
ポリビニルアルコール樹脂製フィルム(重合度4000、ケン化度98モル%以上、厚さ75μm)を、液温40℃、0.1Nの塩酸水溶液に浸漬し、膨潤させた後、該塩酸水溶液中でフィルムを6.7倍に一軸延伸した。
次いで、得られた延伸フィルムを塩酸水溶液から取り出し、表面についた塩酸水溶液を拭き取り、室温に戻ったフィルムを、非接触式熱電対温度センサー(FENWAL社製、製品名μIR/c−K)によりフィルム表面の温度を監視しながら、赤外線ヒーターを用いて加熱した。フィルムの表面温度が100℃〜130℃未満の時間がほぼ27秒間となるように調整して、ポリビニレン結合を形成させた。到達最高温度はほぼ125℃であった。
得られたフィルムを、液温95℃の7重量%ホウ酸水溶液中に浸漬し、ホウ酸処理を行った。浸漬時間は1分間から10分間の間で、適宜調整した。該ホウ酸処理されたフィルムを35℃の水中で1.04〜1.05倍に延伸した。フィルム表面の水分を除去した後、赤外線ヒーターを用いて、フィルム温度65℃で、10分間乾燥し、目的とする本発明の固有偏光子(3種類)を得た。得られた固有偏光子の膜厚はほぼ40μmであった。
得られた本発明の固有偏光子に、直交または平行の偏光を入射した時の、それぞれの透過率、及びコントラストは下記表1の通りであった。
なお、表中の各記号は意味は下記の通りである。
600-640nm aveTpol-c(%):固有偏光子の透過軸に直交する波長600−640nmの間の偏光を入射したときの平均透過率(%)(600−640nm平均直交偏光透過率)
600-640nm aveTpol(%):固有偏光子の透過軸に平行する波長600−640nmの間の偏光を入射したときの平均透過率(%)(600−640nm平均平行偏光透過率)
600-640nm aveCRpol:(600−640nm平均平行偏光透過率)/(600−640nm平均直交偏光透過率)
λmax±40 aveTpol-c:固有偏光子の透過軸に直交する偏光を入射した時のλmaxの前後40nm間の平均透過率(%)
λmax±40 aveTpol:固有偏光子の透過軸に平行な偏光を入射した時のλmaxの前後40nm間の平均透過率(%)
λmax±40 aveCRpol:固有偏光子の透過軸に直交する偏光を入射した時のλmaxの前後40nm間の平均透過率(%)に対する固有偏光子の透過軸に平行な偏光を入射した時のλmaxの前後40nm間の平均透過率の割合(λmax±40nm間の平均偏光コントラスト)
また、偏光光源としては、重水素ランプ、タングステンハロゲンランプ及び水銀光源を適時使用し、グランテーラープリズムにより変換された偏光光を用いた。
実施例1で得られた本発明の固有偏光子について、偏光フィルムのフィルム表面から20μmの深さの平面に付き、共焦点顕微ラマン分光光度計を用いて、下記測定条件により、ラマン分光分析を行い、測定領域におけるラマン散乱強度比の平均値を求めた。その結果、本発明のNo.1の固有偏光子のフィルム表面から20μmの深さの平面のラマン散乱強度比(I1108/I1493)は、1.120であり、本発明のNo.2の固有偏光子のそれは、1.126であった。
また、従来品(市販品)から、固有偏光子(膜厚約40μm)を取り出して、上記と同様にして、ラマン分光分析を行い、固有偏光子のフィルム表面から20μmの深さの平面のラマン散乱強度比(I1108/I1493)を算出したところ、1.24を超える値であった。
測定領域(x,y):(40μm,40μm)
測定点数:14400(120ポイント×120ポイント)
励起光源:レーザー(λ=532nm)
ポリビニルアルコール樹脂製フィルム(重合度4000、ケン化度98モル%以上、厚さ75μm)を、吸収極大波長450nmのオレンジ染料(日本化薬株式会社製Kayafect Orange G)を濃度0.9g/Lで含有する液温40℃の水溶液に、20秒間浸漬した。次いで余分な染料溶液を水で洗い流した。
得られたフィルムを液温40℃、0.1Nの塩酸水溶液に浸漬し、膨潤させた後、該塩酸水溶液中においてフィルムを6.7倍に一軸延伸した。
表面についた塩酸水溶液を拭き取り、非接触式熱電対温度センサー(FENWAL社製、製品名μIR/c−K)によりフィルム表面の温度を監視しながら、室温から赤外線ヒーターを用いて加熱した。フィルムの表面温度が120℃を超えたのを確認した上で、加熱を止め、フィルム表面温度を室温まで下げた。フィルムの表面温度が100℃〜130℃未満の間にあった時間は、おおよそ27秒であった。
得られたフィルムを、液温95℃の7重量%ホウ酸水溶液中に浸漬し、ホウ酸処理を行った。浸漬時間は1分間から10分間の間で、適宜調整した。該ホウ酸処理されたフィルムを35℃の水中で1.04〜1.05倍に延伸した。フィルム表面の水分を除去した後、赤外線ヒーターを用いて、フィルム温度65℃で、10分間乾燥し、目的とする本発明の染料含有固有偏光子を得た。得られた固有偏光子の膜厚はほぼ40μmであった。
上記実施例2により得られた本発明の染料含有固有偏光子について、下記波長範囲における単体透過率、直交透過率、及び、各試料を透過軸が直交するように2枚重ねたときの透過光におけるLab表色系で表現される色度(a*c、b*c)のそれぞれを、分光光度計(日本分光株式会社製、製品名V−7100)により、下記の条件で測定した。
測定波長:380〜780nm
計算範囲:380〜700nm
測定条件:スキャン速度600nm/min
上記波長範囲における、各試料の単体透過率(Ys)、直交透過率(Yc)及び色度(a*c、b*c)の測定値を下記表3に示す。
Ys(%) Yc(%) a*c b*c
実施例2 38.9 0.0046 0.28 0.04
1:本発明のNo.1の固有偏光子の厚さ方向におけるI1108/I1493の値の分布状態を示す。
2:従来品の固有偏光子の厚さ方向におけるI1108/I1493の値の分布状態を示す。
図2の符号の説明
1:本発明のNo.3の固有偏光子の透過軸と直交する偏光を入射した時の光の透過率を示す。
2:従来品の固有偏光子の透過軸と直交する偏光を入射した時の光の透過率を示す。
図3(a)及び(b)の符号の説明
1.本発明の染料含有固有偏光子の単体透過率を示す。
2.本発明の染料含有固有偏光子を2枚用いて透過軸を直交させたときの直交透過率を示す。
Claims (13)
- 固有偏光素子フィルムの厚さ方向における中央の、フィルム表面と平行な平面において、配向されたポリマー分子中に含まれるポリビニレン構造中の、ラマン分光法で測定した、ビニレン(−C=C−)結合に由来するラマンシフトの強度に対する共役ジエン(=C−C=)結合に由来するラマンシフトの強度の比が、最大でも1.2である固有偏光子。
- 固有偏光子の600〜640nmの波長領域における平均直交偏光透過率が最大でも0.003%であり、400nmにおける直交偏光透過率が少なくとも0.3%である請求項1に記載の固有偏光子。
- 固有偏光子の600〜640nmの波長領域における平均偏光コントラストが少なくとも20000である請求項1又は2に記載の固有偏光子。
- 最大吸収波長を波長560nm〜610nmの間に有する請求項1又は2に記載の固有偏光子。
- 少なくとも最大吸収波長の前後40nmの範囲における平均偏光コントラストが、少なくとも20000である請求項1乃至4の何れか一項に記載の固有偏光子。
- ポリマー分子中のポリビニレン構造が、ポリヒドロキシ線状ポリマーの脱水により形成されたものである請求項1乃至5の何れか一項に記載の固有偏光子。
- 更に、二色性染料を含む請求項1乃至6の何れか一項に記載の固有偏光子。
- ポリマー分子中に含まれるポリビニレン構造を形成する前に、ポリマーフィルムを二色性染料で染色することにより得られた請求項7に記載の固有偏光子。
- 二色性染料が400〜500nmの範囲に極大吸収波長を有する二色性染料である請求項7又は8に記載の固有偏光子。
- 赤色光用である請求項1乃至9の何れか一項に記載の固有偏光子。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の固有偏光子の少なくとも片面に保護フィルム又は支持体が貼合された偏光板。
- 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の固有偏光子又は請求項11に記載の偏光板を備えた表示装置。
- 表示装置がプロジェクターである請求項11に記載の表示装置。
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