JP6505833B2 - 高いリタデーションを有するフィルムと、二色性色素を含有する層とが積層されてなる偏光素子、並びにこれを設けた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、高いリタデーションを有するフィルムと、二色性色素を含有する層とが積層された偏光素子に関する。また、本発明は、当該偏光素子を設けた表示装置に関する。

液晶表示装置、サングラス、ゴーグルなどに使用されている偏光素子は、一般的には、ポリビニルアルコールのような高分子物質から作製した膜にヨウ素又は二色性染料などの二色性色素を吸着させ、次いで得られた膜を一軸延伸し、二色性色素分子を一定方向に配向させるか、又は、高分子膜を一軸延伸した後に二色性色素を吸着させる方法によって製造される。しかしながら、これらの方法によって得られる偏光素子の偏光軸と吸収軸は、互いに垂直であるため、偏光素子の形状は、通常、平板状に限定される。さらに、このような偏光素子の製造には、ポリビニルアルコールフィルムの膨潤、染色し、引き続き、これをホウ酸水溶液中での延伸処理し、さらに、水洗処理及び乾燥処理をした後、得られたフィルムに接着剤を用いて保護フィルムを貼合せるといった煩雑な工程が必要であった。また、より簡易的に所望とする部分に偏光素子を設けることが求められていた。

このような従来の偏光素子の問題点に鑑み、非特許文献１は、ラビング処理により二色性色素分子を一定方向に配向させて偏光子を作製する方法を開示している。しかしながら、ラビング処理における擦り工程により生じる基板上の傷及び塵、さらには静電気が原因で発生する電気的な傷等により、基板上への色素溶液の塗工性が低下してしまう。そのため、得られた色素膜上に塗工されていない箇所（塗工不良）が存在し、その結果、当該色素膜を有する偏光素子において偏光性能の品質は満足がいくものではなかった。

特許文献１では、光配向膜を用いて当該光配向膜に接する二色性色素分子を任意の方向に配向させることにより偏光性能が高い偏光子を得る技術を開示している。しかしながら、偏光素子の色素膜の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察すると、二色性色素が均一に配向している部分と、二色性色素が殆ど存在せず、配向していない部分（クレーター）が存在する。そのため、得られた偏光素子の偏光性能は、表示素子用の偏光素子における実用水準としては、十分な要求に応えられていなかった。

特許文献２には、二色性色素分子の配向の均一性及び得られる偏光素子の偏光性能のさらなる改善のため、クレーターの発生を極力減らし、二色性色素化合物の配向を全体的に高めて表示素子用として実用水準にある偏光素子を製造する方法が開示されている。偏光素子は、光活性基を有する液晶性高分子薄膜を配向膜とし、該薄膜に直線偏光を照射し、偏光照射部分の光活性基の分子軸を一定方向に配列させ、次いで別のマイクロパターン状のマスクを介して異なる偏光軸を有する直線偏光を照射した後、該薄膜上に基板に対して垂直方向に特定の範囲の圧力が懸かるように二色性色素溶液をロールコーターで塗布することにより製造方法される。しかしながら、偏光素子の作製において、ロールと基板間に特定の圧力が懸かるようにする必要があり、押し圧を厳密に制御しなければならない。そのため、このような厳密な圧力制御を要さずとも、より簡便に製造可能な偏光性能に優れた偏光素子の開発が望まれている。

特開平７−２６１０２４号公報 特許第４１７５４５５号公報

「電子情報通信学会論文誌」、1988年、JJ71-C、p.1188

従来の二色性色素を含有する組成物を塗布して得られた色素膜を有する偏光素子は、ラビング処理等による影響により、十分に満足できる偏光性能が得られていなかった。そのため、さらに偏光性能を向上させる必要がある。また、このような偏光性能に優れた偏光素子を、より簡便に製造することも望まれている。

したがって、本発明の目的は、簡便に製造可能な偏光性能に優れた偏光素子、及びこれを設けた表示装置を提供することにある。

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討の結果、３０００〜５００００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムと、二色性色素を含有する層とが積層され、前記延伸フィルムの厚さが２０〜５００μｍである偏光素子を用いることにより、簡便に製造可能な偏光性能に優れた偏光素子が得られることを新規に見出した。

すなわち、本発明の要旨構成は、以下の通りである。
（１）３０００〜５００００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムと、１種以上の二色性色素を含有する層とを積層し、前記延伸フィルムの厚さが２０〜５００μｍであることを特徴とする偏光素子。
（２）前記延伸フィルムが、ポリエチレンテレフタレートからなることを特徴とする（１）に記載の偏光素子。
（３）二色比が、５以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の偏光素子。
（４）前記延伸フィルムの延伸軸と同一方向に、該延伸フィルムの表面に付与されている分子異方性よりも大きい分子異方性がさらに付与されていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の偏光素子。
（５）前記延伸フィルム上に、フィルムの長軸方向に対して、１０°〜１００°の角度に位相差の遅相軸又は進相軸を有する位相差フィルムをさらに備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の偏光素子。
（６）前記二色性色素の少なくとも一つが、下記式（１）で表される化合物又はその塩であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の偏光素子。

（式（１）中、
Ｘ_１は、１つ若しくは２つのスルホン酸基と、水酸基若しくは１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基とを有するフェニル基又はナフチル基を表し、
Ｘ_２及びＸ_３は、それぞれ独立して、フェニレン基又はナフチレン基を表し、該フェニレン基又はナフチレン基は、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基、水酸基及びスルホン酸基からなる群から選択される１種又は２種の置換基を１つ又は２つ有しており、
Ｒ_１は、水素原子、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基、或いは、非置換のフェニル基又は１乃至４の炭素数を有するアルキル基、１乃至４の炭素数を有するアルコキシル基、アミノ基若しくはスルホ基で置換されたフェニル基を表し、
ｍは、０又は１であり、かつ
ｎは、１又は２である）
（７）Ｘ_１が、置換基として下記式（３）で表される化合物又はその塩であることを特徴とする（６）に記載の偏光素子。

（式（３）中、ｊは１又は２である）
（８）前記二色性色素を含有する層は、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーをさらに含有することを特徴とする（１）乃至（７）のいずれか１つに記載の偏光素子。
（９）（１）乃至（８）のいずれか１つに記載の偏光素子を設けた表示装置。

３０００〜５００００ｎｍのリタデーションを有するフィルムと、二色性色素を含有する層とが積層されていることを特徴とする本発明の偏光素子は、基材として、２０〜５００μｍの厚さの高いリタデーションを有する延伸フィルムを使用している。このような特定の延伸フィルムを用いた本発明の偏光素子は、高い偏光度、特に８５％以上の偏光度と、高い二色性、特に５以上の二色性を示す。したがって、基材として、本発明における特定の延伸フィルムを用いることにより、偏光性能に優れた偏光素子を得ることができる。また、本発明の偏光素子は、特定の基材と、二色性色素を含有する層とを積層したものある。したがって、本発明の構成により、偏光性能に優れた簡便に製造可能な高性能な偏光素子を得ることができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。以下において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、特に言及されない限り、式（１）〜式（３）で表される化合物（置換基）は、遊離酸の形で表し、遊離酸の塩とは、例えば、スルホン酸基やヒロドキシ基の塩を意味する。また、以下の説明において、特に言及されない限り、煩雑さを避けるため、「式（１）で表される化合物又はその塩」、「式（２）で表される化合物又はその塩」、「置換基として式（３）で表される化合物又はその塩」は、それぞれ、「式（１）で表される化合物」、「式（２）で表される化合物」、「置換基として式（３）で表される化合物」と便宜上記載する。

まず、本発明を構成する偏光素子について説明する。本発明の偏光素子は、３０００〜５００００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムと、二色性色素を含有する層とが積層され、前記延伸フィルムの厚さが２０〜５００μｍである偏光素子である。

（延伸フィルム）
本発明の偏光素子は、基材として、３０００〜５００００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムを使用する。この延伸フィルムの素材は、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、シクロオレフィンポリマー等の樹脂が挙げられる。その中でも、ポリカーボネート又はポリエステルが特に好ましい。これらの樹脂は透明性に優れるとともに、熱的、機械的特性にも優れており、延伸加工によって容易にフィルムのリタデーションを制御することができ、また、延伸後の結晶化度が高いため、従来の偏光素子で用いられているポリビニルアルコール系フィルムよりも、延伸後の熱収縮等の寸法変化が少なく、それ故、従来のポリビニルアルコール系フィルムを用いた偏光素子よりも寸法変化を極端に少なくすることができる。また、本発明で用いる延伸フィルムは、２０〜５００μｍの比較的薄い厚さであっても、上記のような高いリタデーションを有する。このような延伸フィルムの素材として、特に、ポリエチレンテレフタレートに代表されるポリエステルは固有複屈折が大きく、延伸フィルムの厚さが比較的薄くても、比較的容易に高いリタデーションが得られるため、最も好適な素材である。

延伸フィルム中の分子配向が高い程、つまりはリタデーションが高いほど、当該延伸フィルム上に塗布された二色性色素分子の配向が向上する。そのため、高い偏光度を有する偏光素子を得るには、高いリタデーションを有する延伸フィルムの使用が好ましい。上記の通り、本発明の偏光素子で用いられる延伸フィルムが有するリタデーションの範囲は、３０００〜５００００ｎｍである。５００００ｎｍを超えるリタデーションを有する高分子フィルムは、硬直しやすく、フィルムの厚さも相応して厚くなり、その結果、工業材料としての取り扱い性が低下するため好ましくない。一方で、視認性の観点から、３０００〜３００００ｎｍのリタデーションの範囲を有する延伸フィルムを用いることが好ましい。偏光サングラスなどの偏光板を通して表示画面を観察すると、強い干渉色を呈する特異的に良好な性能を有することが知られている。一方、３０００〜３００００ｎｍのリタデーションの範囲であれば、このような干渉が現れず、良好な視認性を確保できる。しかしながら、リタデーションが３０００ｎｍ未満では、偏光サングラスなどの偏光板を通して表示画面を観察すると、強い干渉色を呈するため、包絡線形状が光源の発光スペクトルと相違し、その結果、良好な視認性を確保することができず、偏光素子の性能は低下してしまう。したがって、本発明の偏光素子で用いられる延伸フィルムのリタデーションの範囲は、３０００〜５００００ｎｍであり、好ましいリタデーションの下限値は４５００ｎｍ、より好ましい下限値は６０００ｎｍ、更に好ましい下限値は８０００ｎｍ、より更に好ましい下限値は１００００ｎｍであり、好ましいリタデーションの上限値は３００００ｎｍである。

本発明の偏光素子に用いられる延伸フィルムの製造方法は、本発明で規定した延伸フィルム特性を満足する限り、特に限定されるものではない。また、使用される延伸フィルムとしては、例えば、特開２０１２−２３０３９０号公報、特開２０１２−２５６０１４号公報に記載されているフィルムや、東洋紡社製のポリエチレンテレフタレートフィルムであるコスモシャイン（超複屈折タイプフィルム（ＳＲＦフィルム））が挙げられ、このような延伸フィルムの使用により、フィルム表面に分子異方性が発現し、二色性色素分子を配向させることができる。フィルムが延伸された状態とは、フィルム表面における二色性色素分子の配向に関して異方性が発現し、リタデーションが発現した状態になっていることを指す。この異方性の発現は、Ｘ線測定による回折測定、位相差測定、異方性ＩＲ吸光分析などにより測定することができる。特に、「Ａｌｅｘｘａｎｄｅｒ，Ｌ．Ｅ．Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ」１９６９年，Ｃｈａｐｔｅｒ ４， ｐ．２４１−２５２に記載のｆｃの算出方法によって得られる配向係数において、ｆｃが０．３以上であればよく、０．５以上であれば好ましく、０．７以上がより好ましく、０．９以上が特に好ましい。フィルムの延伸方法は、異方性が発現すれば特に限定されるものではないが、特に、一軸延伸されたフィルムを用いることにより、引き続き二色性色素を含有する溶液の塗布において、二色性色素分子はその延伸方向に高い配向を示し、その結果、高い偏光度を示す偏光素子を得ることができる。

本発明において、リタデーション（位相差値）とは、フィルム上の二軸の屈折率の異方性とフィルムの厚みとの積で定義されるパラメーターであり、光学的等方性、異方性を示す尺度である。そのため、このリタデーションは、二軸方向の屈折率と厚みを測定することにより求めることが可能であり、例えば、ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ（王子計測機器社製）等の市販の自動複屈折測定装置を用いて求めることができる。

基材としての上記延伸フィルムに、コロナ放電処理や紫外線照射を行うことによって、後述する偏光素子の二色性が向上し、得られる偏光素子の偏光特性を高めることが可能である。コロナ放電処理は、コロナ放電処理を行う装置として、市販の各種コロナ放電処理機を用いることにより適用可能であり、特に、アルミヘッドを有するコロナ処理機の使用が好ましい。コロナ放電処理の条件は、１回当たりのコロナ放電処理に際しては、エネルギー密度として、２０〜４００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ^２、好ましくは５０〜３００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ^２程度である。また、１回のコロナ放電処理で不十分な場合には、２回以上コロナ放電処理を行ってもよい。紫外線照射も同様に、市販の各種紫外線照射装置を用いることにより適用可能である。使用する紫外線の波長は、特に制限はないが、例えば３００ｎｍ以下の遠紫外線が好ましい。また、紫外線照射は、酸素気流下で行なうことが好ましく、紫外線の照射時間は、長くても数分程度で十分である。

（二色性色素）
本発明の偏光素子は、偏光機能を示す素子としての色素膜を形成するため、二色性色素を含有する層を有する。二色性色素を含有する層を形成するための材料として二色性色素を使用し、当該二色性色素は、それ自身又は集合体で一定方向に配列することにより偏光性を示す化合物である。このような二色性色素としては、例えば、アゾ系色素、スチルベン系色素、ピラゾロン系色素、トリフェニルメタン系色素、キノリン系色素、オキサジン系色素、チアジン系色素、アントラキノン系色素等の色素系化合物等が挙げられる。本発明で用いられる二色性色素は、一定の溶媒組成、色素濃度、温度条件下でリオトロピック液晶性を示す化合物であり、例えば、入江正浩監修，「機能性色素の応用」，第１刷発行版，株式会社ＣＭＣ，２００２年６月，ｐ.１０２−１０４に記載の二色性色素が挙げられる。また、二色性色素は、水溶性アゾ色素を用いることが好ましく、その中でも、芳香族系環構造を有する化合物がより好ましい。芳香族系環構造としては、例えば、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フェナントレンの他にチアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、キノリン等の複素環或いはこれらの４級塩、更にはこれらとベンゼンやナフタリン等との縮合環が挙げられ、特に、これらの芳香族系環にスルホン酸基、カルボン酸基、アミノ基、水酸基等の親水性置換基、又はスルホン酸基若しくはカルボン酸基の塩が導入されていることが好ましい。

このような二色性色素の具体例として、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｏｒａｎｇｅ ３９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｏｒａｎｇｅ ４１、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｏｒａｎｇｅ ４９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｏｒａｎｇｅ ７２、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ２、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ２８、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ３９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ７９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ８１、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ８３、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄ ８９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｖｉｏｌｅｔ ９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｖｉｏｌｅｔ ３５、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｖｉｏｌｅｔ ４８、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｖｉｏｌｅｔ ５７、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ１、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １５、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ６７、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ７８、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ８３、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ９０、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ９８、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １５１、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １６８、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ２０２、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｇｒｅｅｎ ４２、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｇｒｅｅｎ ５１、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｇｒｅｅｎ ５９、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｇｒｅｅｎ ８５、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｙｅｌｌｏｗ ４、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｙｅｌｌｏｗ １２、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｙｅｌｌｏｗ ２６、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｙｅｌｌｏｗ ４４、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｙｅｌｌｏｗ ５０、モルダントイエロー ２６、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．２７８６５、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．２７９１５、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．２７９２０、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．２９０５８、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．２９０６０等が挙げられ、さらに特開平１−１６１２０２号公報、特開平１−１７２９０６号公報、特開平１−１７２９０７号公報、特開平１−１８３６０２号公報、特開平１−２４８１０５号公報、特開平１−２６５２０５号公報、特開平９−２３０１４２号公報の各公報記載の二色性色素が挙げられる。

上記の具体例に示した二色性色素の中でも、特に、以下の式（１）又は式（２）表される化合物が好ましく、特に、式（１）で表される化合物が好ましい。式（１）及び式（２）で表される化合物は、遊離酸又はその塩として存在する。当該遊離酸の塩は、特に限定されるものではなく、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属塩や、４級アンモニウム塩などの任意の塩であってよい。このような二色性色素を使用することにより、得られる偏光素子の偏光性能を向上させることができる。

（式（１）中、
Ｘ_１は、１つ若しくは２つのスルホン酸基と、水酸基若しくは１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基を有するフェニル基またはナフチル基を表し、
Ｘ_２及びＸ_３は、それぞれ独立して、フェニレン基又はナフチレン基を表し、当該フェニレン基又はナフチレン基は、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基、水酸基及びスルホン酸基からなる群から選択される１種又は２種の置換基を１つ又は２つ有しており、
Ｒ_１は、水素原子、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基、或いは、非置換のフェニル基又は１乃至４の炭素数を有するアルキル基、１乃至４の炭素数を有するアルコキシル基、アミノ基若しくはスルホ基で置換されたフェニル基を表し、
ｍは、０又は１であり、
ｎは、１又は２である。）

（式（２）中、
Ｙ_１は、スルホン酸基を１つ又は２つ有し、さらに水酸基又は１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基を有していてもよいナフチル基を表し、
Ｙ_２及びＹ_３は、それぞれ独立して、フェニレン基又はナフチレン基を表し、当該フェニレン基又はナフチレン基は、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基、水酸基及びスルホン酸基からなる群から選択される１種又は２種の置換基を１つ又は２つ有しており、
Ｒ_２は、水素原子、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基、或いは、非置換のフェニル基又は１乃至４の炭素数を有するアルキル基、１乃至４の炭素数を有するアルコキシル基、アミノ基若しくはスルホ基で置換されたフェニル基を表し、
フェニルアゾ基としての

は、末端ナフチル基の５位、６位、７位又は８位のいずれかに置換されており、
Ｒ_３及びＲ_４は、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、スルホン酸基、１乃至３の炭素数を有するアルキル基又は１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基を表し、
ｑは、０又は１であり、
ｐは、１又は２である。）

上記式（１）で表される化合物の具体例としては、例えば、

等が挙げられる。

また、式（２）で表される化合物の具体例としては、例えば、

等が挙げられる。

式（１）又は式（２）で表される化合物の中でも、式（１）中のＸ_１又は式（２）中のＹ_１が、置換基として下記式（３）で表される化合物を有することによって、更に偏光性能を向上させることができ、特に、単独で高い二色比を有する点で、置換基として下記式（３）で表される化合物を有する式（１）で表される化合物の使用が好ましい。当該置換基も、式（１）及び式（２）で表される化合物と同様、遊離酸又はその塩として存在する。当該遊離酸の塩は、特に限定されるものではなく、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属塩や、４級アンモニウム塩などの任意の塩であってよい。

（式（３）中、ｊは１又は２である。）

本発明において用いられる上記の二色性色素は、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。このような２種以上の二色性色素の併用は、特に限定されるものではないが、追加の二色性色素を使用することにより、二色性色素の二色比をさらに向上させることができる。

次に、本発明の偏光素子の作製方法について説明する。本発明の偏光素子は、上述した基材としての延伸フィルムに上記の二色性色素を含有する溶液を塗布し、次いで乾燥させ、延伸フィルム上に二色性色素を含有する層を形成することにより作製される。形成された二色性色素を含有する層は、偏光機能を示すため、基材と二色性色素を含有する層からなる積層体を偏光素子として使用してもよく、当該二色性色素を含有する層の表面にさらに保護層等が積層された積層体を偏光素子として使用してもよい。

基材としての延伸フィルムに二色性色素分子を配向させるため、二色性色素を含有する溶液（塗布液）を作製する。塗布液としての溶媒は、使用される二色性色素を溶解できれば、特に限定されるものではなく、例えば、水、アルコール類、エーテル類、ピリジン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、ジメチルイミダゾリン（ＤＭＩ）等が挙げられ、これらのうち、１種のみの溶媒が含まれていてもよく、或いは複数の溶媒が含まれていてもよい。特に、水溶性の二色性色素を使用する場合には、溶媒として、水又は水を主に含む上記有機溶剤との混合溶媒が好ましい。水に対する有機溶媒の水への混合量は任意であるが、水に対して０〜５０質量％、特に０〜２０質量％が好ましい。また、塗布液中の二色性色素の濃度は、好ましくは０．１〜２５質量％、より好ましくは０．３〜１０質量％、さらに好ましくは０．５〜５質量％である。

また、本発明の偏光素子は、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーなる化合物をさらに含む塗布液を用いて形成された二色性色素を含有する層を有することにより、偏光性能をさらに向上させることができる。二色性色素を含有する層がこのような化合物をさらに含むことにより、従来、基材上への色素膜の作製において、塗布時に生じていた塗工不良を改善することができる。これらの化合物は、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、塗布液中のこれらの化合物の濃度は、０．００１質量％〜５質量％が好ましく、より好ましくは０．０１質量％〜２質量％、さらに好ましくは０．０５質量％〜１．０質量％である。

次に、この二色性色素を含有した溶液を、基材としての本発明の延伸フィルム表面に滴下し、コーターや回転塗布法により、延伸フィルム上に均一の厚みを持つ二色性色素を含有する層、すなわち塗布膜を設ける。当該塗布膜を設ける方法は、当該二色性色素を含有する溶液を塗布することができれば、特に限定されるものではないが、例えば、二色性色素を含有する溶液に、本発明の延伸フィルムを浸漬させる方法、当該溶液をバーコーダー等で塗布する方法、家庭用途または商業用途で用いられるピエゾ方式、サーマル方式、バブルジェット（登録商標）方式などのインクジェットプリンタの塗布装置で塗布する方法、スピンコータにて回転塗布させる方法、ロールコーター塗布、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、カーテンコーター塗布、スプレイコーター塗布等が挙げられるが、特に、ロールコーター塗布、カーテンコーター塗布、スプレイコーターにて噴霧塗布する方法が好ましい。

さらに、二色性色素の溶液を塗布した基材を乾燥し、固体状態の二色性色素の層を形成することにより、本発明の二色性色素を含む層が得られる。溶媒の種類、二色性色素の種類、塗布した二色性色素を含有する溶液の量、二色性色素の濃度などに応じて乾燥条件は異なるものの、乾燥温度は、５〜１００℃、好ましくは１０〜５０℃であり、湿度は、２０〜９５％ＲＨ、好ましくは３０〜９０％ＲＨ程度がよい。

本発明の二色性色素を含む層の厚さは、偏光特性の向上という観点から、薄い方が好ましく、例えば、０．００１〜１０μｍ、特に、０．０５〜２μｍであることが好ましい。また、このような厚さの範囲内にある本発明の二色性色素を含む層を形成するため、二色性色素を含有する溶液を塗布した塗布膜の厚さは、２〜１０μｍであることが好ましく、３〜５μｍであることがより好ましい。

また、二色性色素を含有する溶液を塗布した本発明の延伸フィルムは、さらに加熱処理及び／又は加湿処理を施してもよい。加熱処理及び／又は加湿処理を施すことによって、本発明の延伸フィルムへの二色性色素を含有する層の密着性、得られる偏光素子の偏光性能、二色比や耐久性を向上させることができる。加熱処理の温度は、室温〜１１０℃、好ましくは６０〜９０℃であり、加湿処理の湿度は、４０〜９５％ＲＨ、好ましくは５０〜９０％ＲＨ程度がよい。

このようにして得られた本発明の偏光素子は、二色比（Ｒｄ）を有している。当該二色比は、一般的に、透過軸に沿った吸光度に対する吸収軸に沿った吸光度の比として定義される。本発明の偏光素子の二色比は、下記式（４）にて算出され、二色比が５以上あれば、偏光機能を発揮することを意味する。本発明の偏光素子の二色比は、５以上であり、好ましくは１０以上、より好ましくは１５以上、さらに好ましくは２０以上ある。二色比が５未満になると、偏光度は６５％未満となり、偏光素子としての機能が十分ではない。偏光素子の偏光度としては、通常、６５％以上必要であり、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上がよい。偏光度とは、全光強度に対する偏光した成分の光強度の割合であり、偏光度が高いほど、偏光性能が高いことを意味する。下記式（４）において、Ｋｙとは偏光光を入射したした際に、最も光を透過する軸の透過率であり、Ｋｚとは偏光光を入射した際に、最も光を吸収する軸の透過率である。

本発明の偏光素子の二色比をより向上させる方法としては、本発明における延伸フィルムの表面に対して、当該延伸フィルムの延伸軸と同一方向に、延伸フィルムの表面に付与された分子異方性よりも大きい分子異方性をさらに付与させることにより、二色比をさらに向上させることができる。延伸されたフィルムよりも大きい分子異方性を発現させる方法としては、例えば、延伸フィルムをラビングする方法が挙げられる。このようなラビングは、例えば、特開平０６−１１００５９号公報、特開２００２−９０７４３号公報に例示されている。延伸フィルムの表面の分子異方性の測定は、特に限定されるものではないが、例えば、液晶用配向膜のアンカリング測定に用いられる測定方法によって計測される。また、このような分子異方性を測定する装置も、特に限定されるものではないが、例えば、ＭＡＲＩＴＥＸ ＳＣＯＴＴ社製 Ｌａｙ Ｓｃａｎ等を用いることができる。

本発明の延伸フィルム上に、フィルムの長軸方向とは異なる角度、好ましくは１０°〜１００°に位相差の遅相軸又は進相軸を有するフィルムの表面に、長軸方向に分子異方性を示す位相差フィルムをさらに積層した偏光素子を作製することも可能である。このような位相差フィルムは、任意の角度に位相差の遅相軸又は進相軸を有する位相差フィルムの表面に、ラビング等により長軸方向に分子異方性を付与させることによって得られ、これにより偏光素子の偏光軸又は吸収軸を任意に制御することができる。つまり、フィルムの長軸方向に対して、その角度とは異なる角度に位相差の遅相軸又は進相軸を有し、長軸方向の表面に分子異方性を示すさらなる位相差フィルムを、本発明の延伸フィルム上に用いることによって、位相差軸としての遅相軸又は進相軸と、当該位相差軸とは異なる角度に吸収軸又は偏光軸を有する偏光素子を作製することが可能となる。当該位相差フィルムの当該位相差軸と、偏光素子の吸収軸又は偏光軸とのなす角度は、１５°、４５°、７５°、９０°のいずれかであることが最も好ましい。そのような角度が好ましい理由としては、一般的に、直線偏光を円偏光に制御したい場合、制御したい波長の長さに対して、１／４の位相差をもつフィルムを、偏光素子の吸収軸に対して４５°に設置することが知られている。また、直線偏光の偏光軸を逆にする方法として、制御したい波長の長さに対して、１／２の位相差をもつフィルムを９０°に設置することが知られている。当該フィルムを、偏光素子の吸収軸又若しくは偏光軸に対して１５°又は７５°に設置する理由としては、このような角度は、広範囲の波長に対して１／４の位相差を示す処方（一般的には広帯域アクロマティック位相差板とも呼ばれる）で用いられる軸角度であるからである。これにより、偏光素子の偏光軸又は吸収軸を任意に制御することが可能となる。

上記のように作製された本発明の二色性色素を含有する層は、アモルファスや結晶等の固体状態にあるものの、当該二色性色素を含有する層は、通常、機械的強度に劣るため、層の表面にレーキ処理、シランカップリング剤による架橋処理、又は保護層が設けられる。レーキとは、水溶性を示す二色性色素に金属イオンなどを電気的に結合させることである。二色性色素をレーキにすることをレーキ化若しくは不溶化などと呼ぶこともある。レーキに適した化合物としては、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ニッケル、塩化マグネシウム、塩化銅、酢酸バリウム、酢酸ニッケルなどが挙げられるが、二色性色素に金属イオンなどを電気的に結合させることができ、二色性色素が水に不溶化できるものであれば特に限定されるものではない。また、シランカップリング剤による架橋処理も特に限定されるものではなく、例えば、特開２０１１−５３２３４号公報に記載されているようなシランカップリング剤を用いて、加熱により架橋処理をし、二色性色素を含有する層を固定化することができる。また、保護層は、通常、二色性色素を含有する層を紫外線硬化性や熱硬化性の透明な高分子膜によるコーティング、あるいはポリエステルフィルムや酢酸セルロースフィルム等の透明な高分子膜によるラミネート等の被覆法により設けられる。保護層は、ポリマーによる塗布層として、又は、フィルムのラミネート層として設けることができる。透明保護層を形成する透明ポリマー又はフィルムとしては、機械的強度が高く、熱安定性が良好な透明ポリマー又はフィルムが好ましい。透明保護層として用いる物質として、例えば、トリアセチルセルロースやジアセチルセルロースのようなセルロースアセテート樹脂又はそのフィルム、アクリル樹脂又はそのフィルム、ポリ塩化ビニル樹脂又はそのフィルム、ナイロン樹脂またはそのフィルム、ポリエステル樹脂又はそのフィルム、ポリアリレート樹脂又はそのフィルム、ノルボルネンのような環状オレフィンをモノマーとする環状ポリオレフィン樹脂又はそのフィルム、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系若しくはノルボルネン骨格を有するポリオレフィン又はその共重合体、主鎖若しくは側鎖がイミド及び／又はアミドの樹脂又はポリマー又はそのフィルムなどが挙げられる。また、透明保護層として、液晶性を有する樹脂又はそのフィルムを設けることもできる。保護層の厚さは、例えば、０．５〜２００μｍ程度である。保護層となる樹脂又はフィルムを、偏光素子の片面又は両面に１層以上設けることができ、また、複数の保護層を使用する場合、これらの保護層は、同じであっても異なっていてもよい。

本発明の偏光素子は、偏光サングラスやゴーグル等に用いることができる。さらに、本発明の偏光素子において、基材として上記の素材から作製した延伸フィルムを用いた場合、本発明の偏光素子の製造において、通常のポリビニルアルコール系フィルム基材を用いた場合に必要とされる二色性色素の吸着や、ホウ酸溶液中での延伸処理等を必要としない。そのため、基材の寸法変化がなく、収縮がない偏光素子を得ることができる。寸法変化がなく偏光素子を製造できることは、特に、フレキシブルディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（通称、ＯＬＥＤ）などの表示装置の片面に偏光素子を設けることが必要なディスプレイには有効である。したがって、本発明の偏光素子をフレキシブルディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ等の表示装置に設けることができる。また、これまでの偏光素子の製造方法とは異なり、二色性色素の塗工に必要とされていた厳密な条件を課すこともなく、基材として、本発明の延伸フィルムに二色性色素を含有する溶液を塗布し、次いで乾燥し、基材上に二色性色素を含有する層を設けるだけで、容易に偏光素子を得られることから、本発明の偏光素子の製造は非常に簡易である。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例に示す透過率の評価は以下のようにして行った。

各波長の透過率及び二色比（Ｒｄ）は、分光光度計（日本分光社製：Ｖ−７１００）を用いて測定した。このとき、二色性色素を含む層を１層で測定した際の各波長の透過率を透過率Ｔｓとし、２つの二色性色素を含む層を、その吸収軸方向が同一となるように重ねた場合の透過率を平行位透過率Ｔｐとし、２つの二色性色素を含む層をその吸収軸が直交するように重ねた場合の透過率を直交位透過率Ｔｃとした。

偏光度ρは、平行位透過率Ｔｐ及び直交位透過率Ｔｃから、式（５）により求めた。

実施例１
１０５００ｎｍのリタデーションを有し、厚さが１００μｍである延伸フィルム（東洋紡社製 コスモシャイン ＳＲＦフィルム）の非易接着処理面に、二色性色素としてＣ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ６７を４質量部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル（花王社製 エマルゲンＭＳ−１１０）を０．１５質量部、水を１００質量部含んだ溶液を、当該延伸フィルムとの間隔が３μｍになるようにセットされたガラス棒を設けた塗工機を用いて塗布した。得られた塗布膜を２５℃、湿度７０％の環境で１分間放置し、溶媒を乾燥させた。さらに、乾燥させた塗布膜を６０℃、湿度９０％の環境で５分間加熱処理及び加湿処理し、厚さが０．１５μｍである二色性色素を含有する層を得た。得られた二色性色素を含有する層上に、アクリル樹脂系の紫外線硬化性の樹脂組成物（日本化薬社製 ＳＰＣ−９２０Ｃ）を、硬化後の保護層の厚さ３μｍになるようにスピンコータにて塗布し、次いで紫外線を照射することによって該樹脂組成物を硬化させ、二色性色素を含有する層上に保護層を設けた。このようにして得られた偏光素子を測定試料とした。

実施例２
実施例１で用いた１０５００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムの非易接着処理面に、当該延伸フィルムの遅相軸に対して０°の方向に沿ってラビング布（妙中パイル織物社製 ＭＫ００１２）を巻いたロールにより、１００ｒｐｍの速度及び荷重５ｋｇｆの条件下で、さらにラビング処理を行った以外は、実施例１と同様にして、測定試料を作製した。このとき、延伸フィルムの遅相軸に対する角度は、ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ（王子計測機器社製）によって測定した。

実施例３
実施例１で用いた１０５００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムの非易接着処理面に、当該延伸フィルムの遅相軸に対して４５°の方向に沿ってラビング布を巻いたロールによりでラビング処理を行った以外は、実施例２と同様にして、測定試料を作製した。

実施例４
実施例１で用いた１０５００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムの非易接着処理面に、当該延伸フィルムの遅相軸に対して９０°の方向に沿ってラビング布を巻いたロールによりラビング処理を行った以外は、実施例２と同様にして、測定試料を作製した。

実施例５
基材として、実施例１で用いた１０５００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムに代えて、３５０００ｎｍのリタデーションを有するポリエチレンテレフタレートの延伸フィルム（ＳＫＹＧＲＥＥＮ ＰＥＴＧ Ｋ２０１２（三菱商事プラスチック社製）を２３０℃にて溶融して１００μｍの膜厚になるように成型した未延伸のＰＥＴフィルムを、約４倍一軸延伸したフィルム）を用いた以外は、実施例１と同様にして、測定試料を作製した。

実施例６
基材として、実施例１で用いた１０５００ｎｍのリタデーションを有するフィルムに代えて、３５００ｎｍのリタデーションを有するポリエチレンテレフタレートの延伸フィルム（ＳＫＹＧＲＥＥＮ ＰＥＴＧ Ｋ２０１２（三菱商事プラスチック社製）を２３０℃にて溶融して１００μｍの膜厚になるように成型した未延伸のＰＥＴフィルムを、約２．１倍一軸延伸したフィルム）を用いた以外は、実施例１と同様にして、測定試料を作製した。

比較例１
基材として、実施例１の延伸されたＰＥＴフィルムに代えて、ＳＫＹＧＲＥＥＮ ＰＥＴＧ Ｋ２０１２（三菱商事プラスチック社製）を２３０℃にて溶融して１００μｍの膜厚になるように成型した未延伸のＰＥＴフィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして、測定試料を作製した。

比較例２
比較例１の未延伸のＰＥＴフィルムを、１．５倍に一軸延伸し、１０００ｎｍのリタデーションを有するフィルムとした以外は、実施例１と同様にして、測定試料を作製した。

表１には、実施例１〜６、比較例１及び２で得られた試料を測定して得られた偏光度が最も高い波長でのＴｓ、Ｔｐ、Ｔｃ、ρ、Ｒｄを示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１〜６におけるリタデーション値を有する延伸フィルムを用いた本発明の偏光素子は、高い偏光度（ρ）及び高い二色比（Ｒｄ）を示していることが分かる。

一方、リタデーションを有さない未延伸フィルムを用いた比較例１、及びリタデーション値が本発明の規定外である比較例２では、いずれも偏光度（ρ）が６５％未満であり、かつ二色比（Ｒｄ）も５未満であることから、偏光素子としての機能が十分でないことがわかる。

以上の結果から、本発明の偏光素子は、８５％以上の高い偏光度と、５以上の高い二色性を示している。さらに、本発明の偏光素子の製造において、通常のポリビニルアルコール系フィルム基材を用いた場合に必要とされる二色性色素の吸着や、ホウ酸溶液中での延伸処理等を必要としていないため、基材の寸法変化や収縮もなく偏光素子の製造が可能である。すなわち、本発明の偏光素子は、特定の基材と、二色性色素を含有する層とを積層しただけである。このことから、本発明の偏光素子は、偏光性能に優れ、簡便に製造可能な偏光素子であることがわかる。

本発明の偏光素子は、従来の偏光素子のようなポリビニルアルコール樹脂フィルムを用いた偏光素子ではなく、特定のリタデーションを有する延伸された基材に二色性色素を含有する溶液を塗布することで偏光素子を作製できるため、従来の工程で必要であった膨潤、染色、延伸等のプロセスが不要であり、簡易に偏光素子を作製することができる。また、偏光機能を示す成分としては二色性色素のみで偏光素子の膜を作製することができるため、超薄膜な偏光素子を形成することが可能である。さらに、二色性色素を含有する溶液の塗布によって偏光素子を作製することができるため、従来の偏光板のような平板状の偏光素子の形状に限定されず、フィルム成形に合わせた曲面形状や球面形状の偏光素子を形成することも可能である。特に、従来の延伸フィルムは、延伸方向に対して垂直な偏光を通過させる偏光板しか形成できなかったものの、本発明の偏光素子は、ラビングされてなる基材に対して配向方向を任意に設定できるため、微細なパターン状や任意の方向の偏光性を設けた偏光素子を形成することが可能である。

Claims (8)

1. ３０００〜５００００ｎｍのリタデーションを有する延伸フィルムと、１種以上の二色性色素を含有する層とを積層し、
   前記延伸フィルムの厚さが２０〜５００μｍであり、
   前記二色性色素が、アゾ系色素、スチルベン系色素、ピラゾロン系色素、トリフェニルメタン系色素、キノリン系色素、オキサジン系色素、チアジン系色素およびアントラキノン系色素からなる群から選択され、
   前記延伸フィルムの延伸軸と同一方向に、該延伸フィルムの表面に付与されている分子異方性よりも大きい分子異方性がさらに付与されていることを特徴とする偏光素子。
2. 前記延伸フィルムが、ポリエチレンテレフタレートからなることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
3. 二色比が、５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光素子。
4. フィルムの長軸方向に対して、１０°〜１００°の角度に位相差の遅相軸または進相軸を有する位相差フィルムをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光素子。
5. 前記二色性色素の少なくとも一つが、下記式（１）で表される化合物又はその塩であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の偏光素子。
   

   

   （式（１）中、
   Ｘ_１は、１つ若しくは２つのスルホン酸基と、水酸基若しくは１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基を有するフェニル基又はナフチル基を表し、
   Ｘ_２及びＸ_３は、それぞれ独立して、フェニレン基又はナフチレン基を表し、当該フェニレン基又はナフチレン基は、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、１乃至３の炭素数を有するアルコキシ基、水酸基及びスルホン酸基からなる群から選択された１種又は２種の置換基を１つ又は２つ有しており、
   Ｒ_１は、水素原子、１乃至３の炭素数を有するアルキル基、アセチル基、ベンゾイル基、或いは、非置換のフェニル基又は１乃至４の炭素数を有するアルキル基、１乃至４の炭素数を有するアルコキシル基、アミノ基若しくはスルホ基で置換されたフェニル基を表し、ｍは、０又は１であり、かつ
   ｎは、１又は２である）
6. Ｘ_１が、置換基として下記式（３）で表される化合物又はその塩であることを特徴とする請求項５に記載の偏光素子。
   

   

   （式（３）中、ｊは１または２である）
7. 前記二色性色素を含有する層は、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーをさらに含有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の偏光素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光素子を設けた表示装置。