JP6124364B2 - 薄型偏光子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、薄型偏光子の製造方法、これを用いて製造された薄型偏光子及び偏光板に関するもので、より具体的には、１０μｍ以下の薄い厚さを有する薄型偏光子の製造方法、これを用いて製造された薄型偏光子及び偏光板に関する。
偏光板に用いられる偏光子は、自然光または任意の偏光を特定方向の偏光として製作するための光学素子で、液晶表示素子、有機発光素子（ＯＬＥＤ）のようなディスプレー装置に広く用いられている。現在、上記ディスプレー装置に用いられる偏光子としては、ヨード系化合物または二色性染料を含有する分子鎖が一定方向に配向されたポリビニルアルコール系偏光フィルムが一般的に用いられている。
上記ポリビニルアルコール系偏光フィルムは、ポリビニルアルコール系フィルムにヨードまたは二色性染料を染着させた後、一定方向に延伸及び架橋する方法によって製造される。このとき、上記延伸工程はホウ酸水溶液またはヨード水溶液のような溶液において行われる湿式延伸、または大気中において行われる乾式延伸などによって行われることができ、延伸倍率は一般的に５倍以上である。ただし、このような従来の製造工程において破断せずに延伸されるためには、延伸前のポリビニルアルコール系フィルムの厚さが６０μｍを超過することが求められていた。これは、延伸前のポリビニルアルコール系フィルムの厚さが６０μｍ以下の場合、ポリビニルアルコール系フィルムの膨潤度が高くなり、薄い厚さによって延伸工程における単位面積当たりに作用するモジュラスが大きくなって破断しやすくなるためである。
一方、最近では、ディスプレー装置の薄型化に伴い、偏光板もより薄い厚さを有することが求められている。しかし、従来のように延伸前の厚さが６０μｍを越えるポリビニルアルコール系フィルムを使用する場合、偏光子の厚さを減少させるのに限界がある。したがって、より薄い厚さの偏光子を製造するための研究が試されている。
韓国公開特許第２０１０−００７１９９８号には、基材層上に親水性高分子層をコーティングしたり、基材層形成材及び親水性高分子層形成材を共押出して製造される積層体を用いることで薄型の偏光子を製造する方法が開示されている。しかし、コーティング法または共押出法の場合、延伸後にポリビニルアルコール層と基材層との分離が容易ではなく、分離のための高い剥離力が求められるため、分離過程においてポリビニルアルコール層が損傷したり、変形するなどの問題が発生しやすくなり、その結果、ポリビニルアルコールフィルムの偏光度などの光学物性が低下するという問題点があった。また、コーティング法または共押出法を用いる場合、ポリビニルアルコール樹脂を溶融してから圧出したり、コーティング液で製造して塗布する方式によって製造されるため、圧出条件、コーティング条件、または製膜条件により、製造されるポリビニルアルコールフィルムの物性が変化しやすくなり、最終的に製造されたポリビニルアルコールの物性が低下し、均一な物性を具現することも困難になった。
また、日本公開特許第２０１２−１１８５２１号には、ポリビニルアルコール系水系接着剤を用いて基材フィルムの片面にポリビニルアルコールフィルムを接合して延伸することで薄型の偏光子を製造する方法が開示されている。しかし、一般のポリビニルアルコール系接着剤の場合、耐水性がよくないため延伸及び洗浄工程における水分浸透によって接着剤が溶け出して基材フィルムとポリビニルアルコールフィルムの接着が均一ではなくなり、その結果、延伸中に破断発生率が増加するという問題点があった。また、ポリビニルアルコールフィルムと基材フィルムを接合させた後、基材フィルムとポリビニルアルコールフィルムとの膨潤度差異により、表面にクラック状の微細シワが多く発生して表面状態が悪くなり、延伸後にサイド部がめくれる現象が発生するという問題点もあった。
本発明の目的は、上記のような問題点を解決するためのもので、光学特性に優れながらも、高倍率延伸が可能で、工程安定性が高い薄型偏光子の製造方法を提供することにある。
本発明の一具現例によると、未延伸基材フィルムの少なくとも一面に厚さ１０〜６０μｍの未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂及びアミン系金属化合物架橋剤を含む接着剤を媒介して付着してフィルム積層体を形成する段階と、上記ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１０μｍ以下になるように上記フィルム積層体を延伸する段階と、を含む薄型偏光子の製造方法が提供される。
このとき、上記接着剤は、上記アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂１００重量部及びアミン系金属化合物架橋剤１〜５０重量部を含むことが好ましい。より具体的には、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂及びアミン系金属化合物架橋剤を含む水溶液であることができる。このとき、上記水溶液のｐＨは４．５〜９程度であることが好ましい。
また、上記接着剤において、上記アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂の固形分含量は１〜１０重量％程度であることが好ましい。
また、上記アミン系金属化合物架橋剤は、アミン系リガンドを含む金属錯物であることができる。例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）からなる群より選択された１種以上の遷移金属に一次アミン、二次アミン、三次アミン、及びアンモニウムハイドロオキサイドからなる群より選択された１種以上のアミン基をリガンドとして含むことができる。
また、上記基材フィルムは、最大延伸倍率が５倍以上の高分子フィルムであることができる。例えば、高密度ポリエチレンフィルム、ポリウレタンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリオレフィンフィルム、エステル系フィルム、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレン及び低密度ポリエチレン共押出フィルム、高密度ポリエチレンにエチレンビニルアセテートが含有された共重合体樹脂、アクリルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリビニルアルコール系フィルム、及びセルロース系フィルムからなる群より選択された１種以上であることができる。
また、上記フィルム積層体を延伸する段階は、乾式延伸または湿式延伸で行われることができ、２０℃〜８５℃の温度において５倍〜１５倍の延伸倍率で行われることが好ましい。また、上記フィルム積層体を延伸する段階は、ホウ酸水溶液内において行われることができる。
また、上記延伸段階の前に、上記フィルム積層体にヨード及び二色性染料のうち少なくとも一つを染着させる段階をさらに含むことができる。
また、本発明の薄型偏光子の製造方法は、上記フィルム積層体を延伸する段階の後に、ポリビニルアルコール系フィルムを基材フィルムから分離する段階をさらに含むことができる。このとき、上記ポリビニルアルコール系フィルムを基材フィルムから分離する段階は、２Ｎ／２ｃｍ以下の剥離力を加えて行われることができる。
本発明の他の具現例によると、上記のような方法によって製造された厚さ１０μｍ以下、単体透過度４０〜４５％、偏光度９９％以上である薄型偏光子及びこれを含む偏光板が提供される。
本発明によると、光学特性に優れた１０μｍ以下の厚さを有する薄型偏光子を安定的な工程で製造することができる。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されない。また、本発明の実施例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
本発明者らは、長い研究の末に従来の接着剤を用いて基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムを接着するとき、延伸工程において破断が発生する理由は、従来の接着剤の場合、水分に露出して溶け出して基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムの接着が不均一になったためである点を見出した。よって、本発明者らは、耐水性に優れた接着剤を用いて基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムを付着することにより、延伸中の破断発生率を顕著に低減させることができる点を見出し、本発明を完成させた。
より具体的には、本発明による薄型偏光板の製造方法は、未延伸基材フィルムの少なくとも一面に厚さ１０μｍ〜６０μｍである未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂及びアミン系金属化合物架橋剤を含む接着剤を媒介して付着してフィルム積層体を形成する段階と、上記ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１０μｍ以下になるように上記フィルム積層体を延伸する段階と、を含む。
まず、未延伸基材フィルムの少なくとも一面に未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを、接着剤を媒介して付着してフィルム積層体を形成する。このとき、上記フィルム積層体を形成する方法は、当該技術分野によく知られているフィルムの積層方法によって行われることができる。例えば、上記未延伸基材フィルムまたはポリビニルアルコール系フィルムの一面に接着剤を塗布した後、基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムを積層してからラミネータなどを用いて加熱及び／または加圧する方法によって行われることができる。
また、本発明は、上記未延伸基材フィルムと未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを積層するために、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂及びアミン系金属化合物架橋剤を含む接着剤を用いることを特徴とする。アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂にアミン系金属化合物架橋剤が含まれる接着剤の場合、接着剤の硬化時にアミン系金属化合物とポリビニルアルコール系樹脂のアセトアセチル基の架橋反応が起こるため、硬化後に接着層の耐水性を顕著に向上させ、従来のポリビニルアルコール系接着剤の耐水性不足による問題点を解決することができる。
より具体的には、本発明で用いられる上記接着剤は、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂及びアミン系金属化合物架橋剤を含む水溶液であることができる。このとき、上記水溶液のｐＨは４．５〜９程度であることが好ましい。これは、接着剤のｐＨが上記数値範囲を満たす場合、保存性、高湿環境における耐久性に優れるためである。
また、上記接着剤のｐＨは、水溶液中に酸を含有させる方法によって調節されることができる。このとき、上記ｐＨを調節するために用いられる酸は、強酸及び弱酸ともに使用可能である。例えば、硝酸や塩酸、硫酸、酢酸などが用いられることができる。
また、本発明において、上記接着剤は、上記アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂１００重量部及び上記アミン系金属化合物架橋剤１〜５０重量部を含むことが好ましい。
ここで、上記ポリビニルアルコール系樹脂の重合度及び鹸化度は、アセトアセチル基を含有していれば特に限定されないが、重合度２００〜４，０００、鹸化度７０モル％〜９９．９モル％であることが好ましい。自由な分子の動きによる含有物質との円滑な混合を考慮すると、重合度１，５００〜２，５００、鹸化度９０モル％〜９９．９モル％であることがより好ましい。このとき、上記ポリビニルアルコール系樹脂は、上記アセトアセチル基を０．１〜３０モル％含むことが好ましい。上記範囲において、アミン系金属化合物架橋剤との反応が円滑であることができ、目的とする接着剤の耐水性に有意義を充分に与えることができる。
上記アミン系金属化合物架橋剤は、上記ポリビニルアルコール系樹脂との反応性を有する官能基を含む水溶性架橋剤としてアミン系リガンドを含有する金属錯物の形態であることが好ましい。上記金属としては、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）などの遷移金属が挙げられる。また、中心金属に結合されたリガンドとしては、一次アミン、二次アミン（ジアミン）、三次アミン、アンモニウムハイドロオキサイドなどの少なくとも一つ以上のアミン基を含んでいればよい。その使用量は、上記ポリビニルアルコール系樹脂１００重量部に対して１重量部〜５０重量部の範囲で調節されることが好ましい。上記範囲において、目的とする接着剤に有意な接着力を充分に与えることができ、接着剤の保存安定性（ｐｏｔ ｌｉｆｅ）を向上させることができる。
また、本発明の上記接着剤において、上記アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂の固形分含量は、１重量％〜１０重量％程度であることが好ましい。これは、ポリビニルアルコール系樹脂の固形分含量が１重量％未満の場合は、耐水性が充分に確保できないため延伸工程における破断発生率の低下効果が少なく、１０重量％を超過すると、作業性が低下し、剥離時にポリビニルアルコール系フィルムの表面に損傷が発生する可能性があるためである。
なお、本発明において、上記接着剤によって形成される接着剤層の厚さは、フィルム積層体の延伸前には８０ｎｍ〜２００ｎｍ程度、好ましくは８０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度であり、フィルム積層体の延伸後には１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍ程度であることができる。これは、接着剤層の厚さが上記範囲を満たす場合、基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムの接着力が適切な水準に維持されて、延伸工程における破断発生率が低下するとともに、剥離時に偏光子の表面に発生する損傷を最小限にすることができるためである。
一方、上記基材フィルムと未延伸ポリビニルアルコール系フィルムとの接着力は、これに限定されないが、２Ｎ／２ｃｍ以下、好ましくは０．１〜２Ｎ／２ｃｍ程度、０．１〜１Ｎ／２ｃｍ程度が最も好ましい。これは、基材フィルムと未延伸ポリビニルアルコールフィルムとの接着力が上記範囲を満たす場合、延伸過程において基材フィルムと未延伸ポリビニルアルコール系フィルムが分離されず、延伸後の分離過程において表面の損傷を最小限にすることができるためである。このとき、上記接着力は、長さ２ｃｍのサンプルフィルムを付着する際に測定されるものであり、具体的な測定方法は図１に示されている。本発明において、上記フィルム間の付着力とは、図１に示されているように、フィルム積層体のポリビニルアルコールフィルムＡをサンプルホルダＨで固定した後、フィルム積層体の面方向に対して垂直方向に力を加えて基材フィルムＢからポリビニルアルコールフィルムＡを剥離して測定した剥離力（Ｐｅｅｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を意味する。このとき、測定機器としては、Ｓｔａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ社のＴｅｘｔｕｒｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ（モデル名：ＴＡ−ＸＴ Ｐｌｕｓ）を用いた。
また、上記基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムの積層時に適切な付着力を与えるために、基材フィルムまたはポリビニルアルコール系フィルムの一面または両面に表面処理を行うことができる。このとき、上記表面処理は、当該技術分野においてよく知られている多様な表面処理方法、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、ＮａＯＨまたはＫＯＨのような強塩基水溶液を用いた表面改質処理などによって行われることができる。
一方、上記未延伸ポリビニルアルコール系フィルムは、未延伸基材フィルムの一面または両面に付着されることができる。生産性及び工程安定性を考慮するとき、未延伸基材フィルムの両面にポリビニルアルコール系フィルムが付着されることがより好ましい。基材フィルムの両面にポリビニルアルコール系フィルムが付着される場合、一面のみにポリビニルアルコール系フィルムが付着される場合に比べて延伸工程において張力と単位面積当たりに作用するモジュラスのバランスを合わせることが容易になり、工程安定性に優れるのみならず、一回の工程で２個の薄型偏光子を得ることができるため、生産性が向上するという効果がある。
また、上記未延伸基材フィルムは、延伸工程においてポリビニルアルコール系フィルムが破断することを防止するためのもので、２０℃〜８５℃の温度条件下において最大延伸倍率５倍以上の高分子フィルムであることが好ましい。このとき、上記最大延伸倍率とは、破断が発生する直前の延伸倍率を意味する。なお、上記延伸は、乾式延伸または湿式延伸であることができ、湿式延伸の場合、ホウ酸濃度１．０〜５重量％のホウ酸水溶液において延伸を行う場合の最大延伸倍率を意味する。
このような基材フィルムとしては、これに限定されないが、例えば、高密度ポリエチレンフィルム、ポリウレタンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリオレフィンフィルム、エステル系フィルム、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレン及び低密度ポリエチレン共押出フィルム、高密度ポリエチレンにエチレンビニルアセテートが含有された共重合体樹脂フィルム、アクリルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリビニルアルコール系フィルム、セルロース系フィルムなどを挙げることができる。
また、上記基材フィルムに付着される未延伸ポリビニルアルコール系フィルムの厚さは、１０〜６０μｍ程度であることができ、１０〜４０μｍ程度であることが好ましい。ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが６０μｍを超過すると、延伸しても１０μｍ以下の厚さを具現することが困難であり、その厚さが１０μｍ未満の場合は延伸中に破断しやすい。
なお、上記ポリビニルアルコール系フィルムの重合度は、これに限定されないが、１，０００〜１０，０００程度であることができ、１，５００〜５，０００程度であることが好ましい。これは、重合度が上記範囲を満たすとき、分子の動きが自由であり、ヨードまたは二色性染料などと円滑に混合されることができるためである。
さらに、本発明のポリビニルアルコール系フィルムとしては、市販のポリビニルアルコール系フィルムを用いることができる。例えば、クラレ社のＰＥ２０、ＰＥ３０、ＰＥ６０、日本合成化学工業社のＭ２０００、Ｍ３０００、Ｍ６０００などが用いられることができる。
次に、基材フィルム上にポリビニルアルコール系フィルムを付着してフィルム積層体が形成されると、上記フィルム積層体を延伸する。このとき、上記延伸は、ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１０μｍ以下になるように行うことが好ましい。例えば、ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１μｍ〜１０μｍ、３μｍ〜１０μｍ、または１μｍ〜５μｍ程度になるように行うことが好ましい。
一方、本発明において、上記延伸条件は特に限定されないが、２０℃〜８５℃の温度において５倍〜１５倍の延伸倍率で行われることができるが、４０℃〜８０℃の温度において５倍〜１２倍の延伸倍率で行われることがより好ましい。
このとき、上記延伸は湿式延伸または乾式延伸で行われることができる。ただし、湿式延伸は、乾式延伸に比べて基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムとの表面付着力が強くなるため、延伸を安定的に行うことができる点においてより好ましい。また、上記湿式延伸は、ホウ酸水溶液内において行われることが好ましく、このとき、上記ホウ酸水溶液のホウ酸濃度は１．０〜５．０ｗｔ％程度であることが好ましい。
上記のようなホウ酸水溶液において延伸が行われる場合、ホウ酸架橋によってＰＶＡフィルムの破断発生率が低下して工程安定性が増加し、湿式工程中に発生しやすいＰＶＡフィルムのシワ発生を制御することができる。また、乾式延伸に比べて低温においても延伸することができるという長所がある。
一方、一般に、偏光素子の製造工程は、水洗、膨潤、染着、洗浄、延伸、補色、乾燥などの過程で行われるが、本発明の場合、洗浄及び延伸工程がホウ酸水溶液において行われることが好ましい。洗浄工程では、ホウ酸濃度が０．１〜２．５ｗｔ％程度、好ましくは０．５〜２．０ｗｔ％程度であることができ、延伸工程では、ホウ酸濃度が１．０〜５．０ｗｔ％程度、好ましくは１．５〜４．５ｗｔ％程度であることができる。
また、上記延伸段階は、ポリビニルアルコール系フィルムにヨード及び／または二色性染料を染着させる段階、及び／または上記染着されたヨード及び／または二色性染料をポリビニルアルコール系フィルムに架橋させる段階のうち少なくとも一つ以上の段階とともに行われることができる。
例えば、上記延伸をヨード及び／または二色性染料及びホウ酸を含む水溶液内において行うことにより、染着、架橋及び延伸工程をともに行うことができる。また、上記延伸段階の前にフィルム積層体をヨード及び／または二色性染料を含む水溶液に浸漬させて染着段階を行った後、上記染着が完了した積層フィルムをホウ酸水溶液に浸漬させ、ホウ酸水溶液内において延伸を行うことにより、架橋及び延伸段階をともに行うこともできる。
一方、上記のようにフィルム積層体を延伸した後、必要に応じて、延伸されたフィルム積層体を乾燥する段階をさらに含むことができる。このとき、上記乾燥は、２０℃〜１００℃、好ましくは４０℃〜９０℃程度であり、上記温度において１〜１０分間行われることが好ましい。乾燥工程は、ＰＶＡ表面及び内部の水分を除去することにより、偏光板の製造工程において水分によるＰＶＡ偏光子の物性低下を防止し、乾燥過程において延伸されたポリビニルアルコールフィルムの幅収縮を円滑に誘導することで、ポリビニルアルコール及びヨードで構成された錯体の配向性を増加させて偏光子の偏光度を向上させる役割をする。
また、上記のようにフィルム積層体を延伸した後、必要に応じて、上記ポリビニルアルコール系フィルムと基材フィルムを分離させる段階をさらに行うことができる。上記分離段階は、ポリビニルアルコール系フィルムまたは基材フィルムに剥離力を加えて両フィルムを離脱させる方法で行われることができる。このとき、上記剥離力は、２Ｎ／２ｃｍ以下であることが好ましく、例えば、０．１〜２Ｎ／２ｃｍ、０．１〜１Ｎ／２ｃｍ程度であることができる。本発明による接着剤を用いる場合、基材フィルム上にコーティングまたは共押出を用いてポリビニルアルコール樹脂層を形成した場合に比べてポリビニルアルコール系フィルムと基材フィルムを分離するのに求められる剥離力が非常に弱いことから、別の工程または装備がなくても両フィルムを容易に分離することができる上、分離工程においてポリビニルアルコール系フィルムの損傷が少ないため、非常に優れた光学性能を示す。
上記のような分離段階が完了すると、１０μｍ以下の厚さを有するポリビニルアルコール系偏光子が得られる。基材フィルムの両面にポリビニルアルコール系フィルムを付着する場合、一回の工程で２個の薄型偏光子を得ることができる。上記のような方法によって製造された本発明の偏光子は、その厚さが１０μｍ以下、例えば、１μｍ〜１０μｍ、３μｍ〜１０μｍ、または１μｍ〜５μｍ程度と非常に薄く、このように厚さが薄くても、単体透過度が４０〜４５％程度、偏光度が９９．０％以上、９９．５％以上、より好ましくは９９．７％以上と非常に優れた光学物性を示す。
一方、本発明は、上記のような方法で製造された薄型偏光子を含む偏光板を提供する。
本発明の偏光板は、上記本発明の薄型偏光子の一面または両面に透明フィルムを積層して形成されることができる。このとき、上記透明フィルムは、当該技術分野において偏光子保護フィルムまたは位相差フィルムとして用いられる多様なフィルムが制限なく用いられることができる。例えば、ポリエステル系重合体、スチレン系重合体、セルロース系重合体、ポリエーテルスルホン系重合体、ポリカーボネート系重合体、アクリル系重合体、ポリオレフィン系重合体、ポリアミド系重合体、ポリイミド系重合体、スルホン系重合体、ポリエーテルスルホン系重合体、ポリエーテルエーテルケトン系重合体、ポリフェニレンスルフィド系重合体、ビニルアルコール系重合体、塩化ビニリデン系重合体、ビニルブチラール系重合体、アリレート系重合体、ポリオキシメチレン系重合体、エポキシ系重合体、及びこれら重合体の混合物からなる群より選択された１種以上を含むフィルムが用いられることができる。
偏光子と透明フィルムの積層方法は、特に制限されないが、当該技術分野においてよく知られている接着剤または粘着剤などを用いて行われることができる。このとき、上記粘着剤または接着剤は、用いられる透明フィルムの材質などを考慮して適宜選択されることができる。例えば、透明フィルムとしてＴＡＣを用いる場合は、ポリビニルアルコール系接着剤のような水系接着剤を用いることができ、透明フィルムとしてアクリルフィルムまたはＣＯＰフィルムなどを用いる場合は、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤のような光硬化または熱硬化性接着剤を用いることができる。
また、本発明の偏光板は、必要に応じて、上記本発明の薄型偏光子または上記透明フィルム上に粘着層をさらに含むことができる。このとき、上記粘着層は、当該技術分野においてよく知られている粘着剤組成物、例えば、アクリル系共重合体、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリビニルアルコール系樹脂からなる群より選択された１種以上の粘着剤組成物を偏光子または透明フィルム上に塗布した後、光または熱を照射して硬化させる方法で形成されることができる。
より具体的には、本発明の偏光板は、１０μｍ以下の厚さを有するポリビニルアルコール系偏光子、上記ポリビニルアルコール系偏光子の少なくとも一面に接着層を媒介して付着される透明フィルム、及び上記偏光子または透明フィルム上に形成される粘着層を含むことができる。
また、本発明の偏光板は、１０μｍ以下の厚さを有するポリビニルアルコール系偏光子、上記ポリビニルアルコール系偏光子の一面に接着層を媒介して付着される透明フィルム、及び上記ポリビニルアルコール系偏光子の他面に形成される粘着層を含むこともできる。
一方、必要に応じて、上記粘着層とポリビニルアルコール系偏光子の間、及び／または上記接着層と透明フィルムの間には付着力増加のためのプライマー層または接着層などがさらに含まれることができる。
以下では、具体的な実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。
製造例１−接着剤Ａ
純水にアセトアセチル基（５重量％）を含有するポリビニルアルコール（平均重合度２０００、鹸化度９４％、日本合成化学工業社）を溶かして４重量％の水溶液を製造した。ここに、チタニウムアミン合成架橋剤（製品名：ＴＹＺＯＲ ＴＥ、デュポン社）をポリビニルアルコール１００重量部当り６．７重量部の比で添加し、攪拌及び混合して接着剤Ａを製造した。
製造例２−接着剤Ｂ
純水にアセトアセチル基（５重量％）を含有するポリビニルアルコール（平均重合度２０００、鹸化度９４％、日本合成化学工業社）を溶かして１重量％の水溶液を製造した。ここに、チタニウムアミン合成架橋剤（製品名：ＴＹＺＯＲ ＴＥ、デュポン社）をポリビニルアルコール１００重量部当り６．７重量部の比で添加し、攪拌及び混合して接着剤Ｂを製造した。
製造例３−接着剤Ｃ
純水にアセトアセチル基（５重量％）を含有するポリビニルアルコール（平均重合度２０００、鹸化度９４％、日本合成化学工業社）を４重量％溶かして接着剤Ｃを製造した。
製造例４−接着剤Ｄ
市販の固形分４重量％のポリビニルアルコール系接着剤（商品名：ＪＣ２５、製造社：ＪＡＰＡＮ ＶＡＭ＆ＰＯＶＡＬ Ｃｏ．，Ｌｔｄ）を準備した。
実施例１
厚さ４０μｍの熱可塑性ポリウレタン基材フィルムの両面に上記接着剤Ａを塗布した後、日本合成化学工業社のＭ２０００ ｇｒａｄｅ ２０μｍのＰＶＡフィルムを積層し、ラミネータを通過させてフィルム積層体を形成した。
実施例２
接着剤Ａの代わりに接着剤Ｂを使用した点を除いては、実施例１と同一方法でフィルム積層体を形成した。
比較例１
接着剤Ａの代わりに接着剤Ｃを使用した点を除いては、実施例１と同一方法でフィルム積層体を形成した。
比較例２
接着剤Ａの代わりに接着剤Ｄを使用した点を除いては、実施例１と同一方法でフィルム積層体を形成した。
比較例３
厚さ４０μｍの熱可塑性ポリウレタン基材フィルムの両面に接着剤なしで日本合成化学工業社のＭ２０００ ｇｒａｄｅ ２０μｍのＰＶＡフィルムを積層してフィルム積層体を形成した。
実験例１−耐水性の評価
実施例１〜２及び比較例１〜３のフィルム積層体を６０℃の水に５分間浸漬させた後の表面状態を確認した。図２には、浸漬後のフィルム積層体の表面状態を撮影した写真が示されている。
図２に示されているように、実施例１及び２の場合、浸漬後にもフィルム積層体の表面が綺麗に維持されるのに対し、比較例１〜２の場合、フィルム積層体の表面にシワが発生したことが分かる。これは、比較例１〜２の接着剤が水によって溶け出して基材フィルムとＰＶＡフィルムが均一に接着できず、部分的に接着されることにより発生する現象である。このように表面状態が均一ではないフィルム積層体の場合、延伸過程において各部分に適用される張力が変化して破断しやすい。比較例３の場合、表面にシワが発生したが、比較例１及び２に比べると相対的にシワの量が少なかった。
実施例３
実施例１によって製造されたフィルム積層体を２５℃の純水溶液において１５秒間膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）させた後、濃度０．３ｗｔ％及び２５℃のヨード溶液において６０秒間染着する工程を行った。その後、ホウ酸１ｗｔ％、２５℃の溶液において１５秒間の洗浄工程を経た後、ホウ酸２．５ｗｔ％、５２℃の溶液において７倍の延伸工程を行った。延伸後に５ｗｔ％のＫＩ溶液において補色工程を経た後、８０℃のオーブンにおいて５分間乾燥させた。続いて、０．７Ｎ／２ｃｍの剥離力でポリウレタン基材フィルムを持ち上げて基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムを分離させ、最終的に厚さ７．５μｍの薄型偏光子を製造した。
比較例４
比較例１によって製造されたフィルム積層体を２５℃の純水溶液において１５秒間膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）させた後、濃度０．３ｗｔ％及び２５℃のヨード溶液において６０秒間染着する工程を行った。その後、ホウ酸１ｗｔ％、２５℃の溶液において１５秒間の洗浄工程を経た後、ホウ酸２．５ｗｔ％、５２℃の溶液において７倍の延伸工程を行った。しかし、延伸過程においてＰＶＡフィルムが破断して薄型偏光子を製造することができなかった。
図３には、実施例３及び比較例４による延伸工程におけるフィルム積層体の状態を示す写真が示されている。図３によると、実施例１によるフィルム積層体を用いた実施例３の場合、延伸が安定的に行われたのに対し、比較例１のフィルム積層体を用いた比較例４の場合、延伸中に破断が発生したことが分かる。これは、膨潤率が異なる基材フィルムとＰＶＡフィルムが接着剤によって部分的かつ強制的に付着されて生じたストレス（ｓｔｒｅｓｓ）によるものであると判断される。
比較例５
比較例２によって製造されたフィルム積層体を２５℃の純水溶液において１５秒間膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）させた後、濃度０．３ｗｔ％及び２５℃のヨード溶液において６０秒間染着する工程を行った。その後、ホウ酸１ｗｔ％、２５℃の溶液において１５秒間の洗浄工程を行った後、ホウ酸２．５ｗｔ％、５２℃の溶液において６倍の延伸工程を行った。延伸後に５ｗｔ％のＫＩ溶液において補色工程を経た後、８０℃のオーブンにおいて５分間乾燥させた。続いて、２．３Ｎ／２ｃｍの剥離力でポリウレタン基材フィルムを持ち上げて基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムを分離させ、最終的に厚さ８．７μｍの薄型偏光子を製造した。
この場合、延伸及び洗浄工程において破断が発生しなかったが、延伸後にフィルム積層体のサイド部（ｓｉｄｅ）がめくれる現象が発生した。図４には、比較例５の延伸後のフィルム積層体の状態を示す写真が示されている。また、図５には、実施例３の延伸後のフィルム積層体の状態を示す写真が示されている。図４及び図５に示されているように、比較例５のフィルム積層体では延伸後にサイド部がめくれる現象が発生したのに対し、実施例３のフィルム積層体ではこのような現象が発生しなかった。
一方、比較例２によって製造されたフィルム積層体の延伸倍率を７倍に高めた場合は比較例４と同様に延伸工程において破断が発生した。
比較例６
比較例３によって製造されたフィルム積層体を２５℃の純水溶液において１５秒間膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）させた後、濃度０．３ｗｔ％及び２５℃のヨード溶液において６０秒間染着する工程を行った。その後、ホウ酸１ｗｔ％、２５℃の溶液において１５秒間の洗浄工程を経た後、ホウ酸２．５ｗｔ％、５２℃の溶液において６倍の延伸工程を行った。延伸後に５ｗｔ％のＫＩ溶液において補色工程を行った後、８０℃のオーブンにおいて５分間乾燥させた。続いて、０．７Ｎ／２ｃｍの剥離力でポリウレタン基材フィルムを持ち上げて基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムを分離させ、最終的に厚さ８．７μｍの薄型偏光子を製造した。
比較例７
ＰＶＡフィルム（日本合成化学工業社のＭ−ｇｒａｄｅ、平均重合度２４００、平均鹸化度９９ｍｏｌ％）を１００℃の純水に溶解させてＰＶＡ水溶液を形成した後、厚さ２００μｍのＰＥＴ（ＭＧＣ社のＮＯＶＡ−Ｃｌｅａｒ ＳＧ００７ ｇｒａｄｅ）上にリップコータを用いてコーティングし、８０℃のオーブンにおいて１０分間乾燥してＰＶＡコーティング層が形成されたフィルムを形成した。このとき、上記ＰＶＡコーティング層の厚さは１０μｍであった。上記フィルムを２５℃の純水溶液において膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）工程を１５秒間経た後、濃度０．３ｗｔ％及び２５℃のヨード溶液において６０秒間染着工程を行った。その後、ホウ酸１ｗｔ％、２５℃の溶液において５秒間の洗浄工程を経た後、ホウ酸２．５ｗｔ％、６０℃の溶液において５．５倍の延伸工程を行った。延伸後に５ｗｔ％のＫＩ溶液において補色工程を経た後、８０℃のオーブンにおいて５分間乾燥させた。
しかし、延伸過程においてＰＶＡコーティング層が剥がれて薄型ＰＶＡフィルムを製造することが不可能であった。図６には、比較例７の方法によって製造されたフィルム積層体の延伸後の状態が示されている。
比較例８
ＰＶＡフィルム（日本合成化学工業社のＭ−ｇｒａｄｅ、平均重合度２４００、平均鹸化度９９ｍｏｌ％）を１００℃の純水に溶解させてＰＶＡ水溶液を形成した後、厚さ２００μｍのＰＥＴ（ＭＧＣ社のＮＯＶＡ−Ｃｌｅａｒ ＳＧ００７ ｇｒａｄｅ）上にリップコータを用いてコーティングし、８０℃のオーブンにおいて１０分間乾燥してＰＶＡコーティング層が形成されたフィルムを形成した。このとき、上記ＰＶＡコーティング層の厚さは１０μｍであった。上記フィルムを２５℃のホウ酸１．０ｗｔ％の水溶液において膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）工程を１５秒間経た後、ヨード濃度０．３ｗｔ％、ホウ酸濃度３．０ｗｔ％、及び２５℃のヨード溶液において６０秒間染着工程を行った。その後、ホウ酸１ｗｔ％、２５℃の溶液において５秒間の洗浄工程を経た後、ホウ酸２．５ｗｔ％、６０℃の溶液において５．５倍の延伸工程を行った。延伸後に５ｗｔ％のＫＩ溶液において補色工程を経た後、１００℃のオーブンにおいて８分間乾燥させた。続いて、２．７Ｎ／２ｃｍの剥離力でＰＥＴ基材フィルムを持ち上げて基材フィルムとポリビニルアルコール系フィルムを分離させ、最終的に厚さ４〜４．５μｍの薄型偏光子を製造した。
実験例２−光学物性の評価
実施例３によって製造された薄型偏光子、及び比較例６及び８によって製造された薄型偏光子の単体透過率（Ｔｓ）、偏光度（ＤＯＰ）、単体色相ａ、ｂ、直交色相ａ、ｂをＪＡＳＣＯ Ｖ−７１００ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒで測定した。測定結果は下記表１に示されている。
上記表１によると、本発明による実施例３の薄型偏光子は、偏光度が９９．９％以上と非常に優れているのに対し、比較例６及び８の薄型偏光子は、偏光度がそれぞれ９９．７％、９９．５％の水準で実施例３に比べて低いことが分かる。
特に、コーティング型方式の比較例８と比較すると、本発明による実施例３の薄型偏光子は、透過率（Ｔｓ）が高いにもかかわらず、さらに高い偏光度の結果を示すことから、より優れた光学性能を有することが分かる。
一方、比較例７のように、実施例と同一の製造工程条件下においてコーティング型方式で薄型偏光子を製造する場合、図６に示されているように、コーティングされたＰＶＡフィルムが剥がれて薄型偏光子の製造自体が不可能であった。また、比較例８のように、膨潤、染着工程においてホウ酸を追加し、延伸温度を増加させる場合は、コーティング型方式を用いてＰＶＡフィルムを製造することはできるが、延伸前のホウ酸追加によるＰＶＡフィルムの架橋度増加に伴う偏光子の透過率低下現象により、本発明が提示する透過率４０〜４５％において偏光度９９．０％以上の条件を満たす偏光子を製造することができなかった。
また、接着剤なしで積層された比較例３のフィルム積層体を用いた比較例６の場合、延伸倍率６倍までは比較的に安定した延伸が行われたが、これは、比較例１及び２と異なって、接着剤を使用しなかったため延伸工程において基材フィルムとＰＶＡフィルムが完全に分離され、延伸時に張力が比較的に均一に適用されたためであると判断される。しかし、比較例３のフィルム積層体も延伸倍率を実施例３の水準に高めると、破断が発生して偏光度９９．９％以上の薄型偏光子を製造することは不可能であった。
Ｈ ホルダ
Ａ ポリビニルアルコール系フィルム
Ｂ 基材フィルム
ＭＤ 縦延伸方向
Ａ ポリビニルアルコール系フィルム
Ｂ 基材フィルム
ＭＤ 縦延伸方向
Claims (11)
- 未延伸ポリウレタンフィルムの両面に厚さ１０〜６０μｍの未延伸ポリビニルアルコール系フィルムを、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂及びアミン系金属化合物架橋剤を含む接着剤を媒介して付着してフィルム積層体を形成する段階と、
前記ポリビニルアルコール系フィルムの厚さが１０μｍ以下になるように前記フィルム積層体を延伸する段階と、
前記フィルム積層体を延伸する段階の後に、前記ポリビニルアルコール系フィルムを前記ポリウレタンフィルムから分離する段階と、
を含み、
前記ポリビニルアルコール系フィルムを前記ポリウレタンフィルムから分離する段階は、２Ｎ／２ｃｍ以下の剥離力を加えて行われ、
前記フィルム積層体を延伸する段階は、２０℃〜８５℃の温度において５倍〜１５倍の延伸倍率で行われ、
前記接着剤により形成される接着剤層の厚さは、前記フィルム積層体を延伸する段階の前には８０ｎｍから２００ｎｍであり、前記延伸する段階の後には１０ｎｍから１００ｎｍである、薄型偏光子の製造方法。 - 前記接着剤は、前記アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂１００重量部及び前記アミン系金属化合物架橋剤１〜５０重量部を含む、請求項１に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記接着剤は、アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂及びアミン系金属化合物架橋剤を含む水溶液である、請求項１または２に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記水溶液のｐＨは４．５〜９である、請求項３に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記接着剤において、前記アセトアセチル基を含有するポリビニルアルコール系樹脂の固形分含量が１〜１０重量％である、請求項１から４のいずれか一項に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記アミン系金属化合物架橋剤は、アミン系リガンドを含む金属錯物である、請求項１から５のいずれか一項に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記金属錯物は、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）からなる群より選択された１種以上の遷移金属に一次アミン、二次アミン、三次アミン、及びアンモニウムハイドロオキサイドからなる群より選択された１種以上のアミン基をリガンドとして含む、請求項６に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記ポリウレタンフィルムの最大延伸倍率は５倍以上である、請求項１から７のいずれか一項に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記フィルム積層体を延伸する段階は、湿式延伸で行われる、請求項１から８のいずれか一項に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記延伸する段階の前に、前記フィルム積層体にヨード及び二色性染料のうち少なくとも一つを染着させる段階をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の薄型偏光子の製造方法。
- 前記フィルム積層体を延伸する段階は、ホウ酸水溶液内において行われる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の薄型偏光子の製造方法。
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