JP7012823B2 - 偏光子、偏光子の製造方法、積層体および画像表示装置 - Google Patents
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Description
例えば、画像表示装置(例えば、液晶表示装置)では、表示における旋光性または複屈折性を制御するために直線偏光子または円偏光子が用いられている。また、有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode:OLED)においても、外光の反射防止のために円偏光子が使用されている。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。
液晶性化合物が、スメクチック液晶性を持ち、
偏光子形成用組成物のスメクチック相から等方相またはネマチック相への相転移温度が、120℃以上である、偏光子。
[2]偏光子形成用組成物のスメクチック相から等方相またはネマチック相への相転移温度が、130℃以上である、[1]に記載の偏光子。
[3] 液晶性化合物が、さらにネマチック液晶性を持つ、[1]または[2]に記載の偏光子。
[4] 偏光子形成用組成物のネマチック相を呈する温度範囲の上限値と下限値との差が、25℃以上である、[1]~[3]のいずれかに記載の偏光子。
[5] 偏光子形成用組成物のスメクチック相を呈する温度範囲の上限値と下限値との差が、50℃以上である、[1]~[4]のいずれかに記載の偏光子。
配向膜上に、液晶性化合物と、二色性物質とを含有する偏光子形成用組成物を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、
塗布膜に含まれる液晶成分を液晶状態で配向させる配向工程と、
液晶状態から3℃/秒以上の冷却速度で20~25℃の温度まで冷却し、偏光子を得る冷却工程と、を有する、偏光子の製造方法。
[7] 基材と、配向膜と、[1]~[5]のいずれかに記載の偏光子とを有する、積層体。
[8] [1]~[5]のいずれかに記載の偏光子または[7]に記載の積層体と、画像表示素子とを有する、画像表示装置。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「~」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および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、平行、直交とは厳密な意味での平行、直交を意味するのではなく、平行または直交から±5°の範囲を意味する。
また、本明細書において、液晶性組成物、液晶性化合物とは、硬化等により、もはや液晶性を示さなくなったものも概念として含まれる。
また、本明細書において、各成分は、1種を単独でも用いても、2種以上を併用してもよい。ここで、各成分について2種以上を併用する場合、その成分について含有量とは、特段の断りが無い限り、合計の含有量を指す。
また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」または「メタクリレート」を表す表記であり、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を表す表記であり、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」または「メタクリロイル」を表す表記である。
本発明の偏光子は、液晶性化合物と二色性物質とを含有する偏光子形成用組成物から形成される偏光子である。
本発明においては、液晶性化合物が、スメクチック液晶性を持つ化合物である。
また、本発明においては、偏光子形成用組成物のスメクチック相から等方相またはネマチック相への相転移温度が、120℃以上である。
ここで、本発明において、相転移温度は、下記の方法で測定した値を採用する。
光学顕微鏡(ECLIPSE E600 POL、Nikon社製)の2枚の偏光子を互いに直交するように配置し、2枚の偏光子の間にサンプル台をセットする。
上記偏光子形成用組成物をスライドガラスに少量乗せ、サンプル台上に置いたホットステージ上にスライドガラスをセットする。
ホットステージの温度を25℃から、5℃/分で上昇させながら顕微鏡で観察し、テクスチャーから、結晶相からスメクチック相に相転移した温度と、スメクチック相からネマチック相または等方相に相転移した温度とを記録する。
これは、詳細には明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
まず、液晶性化合物と二色性物質とを含有する従来公知の偏光子形成用組成物を用いた場合、液晶成分の配向状態を固定化するために、硬化処理を施すことが知られている。
ここで、一般的に、硬化を進めることで耐熱性を向上させることができるが、硬化を進め過ぎると硬化収縮の影響により、液晶性化合物および二色性物質の配向が乱れてしまい、配向度が低下することになる。すなわち、配向度の低下を抑制しつつ耐熱性を向上させるには、硬化を進めるという手段には限界がある。
これに対し、本発明では、偏光子形成用組成物のスメクチック相から等方相またはネマチック相への相転移温度を120℃以上とすることにより、所定の冷却手段で配向状態を固定化することが可能となり、その結果、配向度の低下を抑制しつつ、耐熱性を向上させることが可能になったと考えられる。
ヘイズが抑制される理由は、詳細には明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
すなわち、偏光子形成用組成物は、偏光子を形成する際に塗布された後においては無配向状態となるが、偏光子形成用組成物のネマチック相を呈する温度範囲の上限値と下限値との差が25℃以上であると、偏光子形成用組成物の流動性が高くなり、高い配向状態が形成され易くなると考えられる。
偏光子形成用組成物に含まれる液晶性化合物は、スメクチック液晶性を持つ化合物である。
ここで、本発明において、「スメクチック液晶性を持つ化合物」とは、スメクチック相の液晶状態を示すことができる化合物をいう。なお、スメクチック相とは、一方向に揃った分子が層構造を有している状態であることを意味する。
ここで、本発明において、「ネマチック液晶性を持つ化合物」とは、ネマチック相の液晶状態を示すことができる化合物をいう。なお、ネマチック相とは、構成分子が配向秩序を持つが、三次元的な位置秩序を持たない状態であることを意味する。
ここで、「低分子液晶性化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有さない液晶性化合物のことをいう。また、「高分子液晶性化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有する液晶性化合物のことをいう。
ここで、本発明における重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)法により下記の条件で測定された値である。
・溶媒(溶離液):N-メチルピロリドン
・装置名:TOSOH HLC-8220GPC
・カラム:TOSOH TSKgelSuperAWM-H(6mm×15cm)を3本接続して使用
・カラム温度:25℃
・試料濃度:0.1質量%
・流速:0.35mL/min
・校正曲線:TOSOH製TSK標準ポリスチレン Mw=2800000~1050(Mw/Mn=1.03~1.06)までの7サンプルによる校正曲線を使用
偏光子形成用組成物に含まれる二色性物質は、特に限定されず、可視光吸収物質(二色性色素)、発光物質(蛍光物質、燐光物質)、紫外線吸収物質、赤外線吸収物質、非線形光学物質、カーボンナノチューブ、無機物質(例えば量子ロッド)、などが挙げられ、従来公知の二色性物質(二色性色素)を使用することができる。
具体的には、例えば、特開2013-228706号公報の[0067]~[0071]段落、特開2013-227532号公報の[0008]~[0026]段落、特開2013-209367号公報の[0008]~[0015]段落、特開2013-14883号公報の[0045]~[0058]段落、特開2013-109090号公報の[0012]~[0029]段落、特開2013-101328号公報の[0009]~[0017]段落、特開2013-37353号公報の[0051]~[0065]段落、特開2012-63387号公報の[0049]~[0073]段落、特開平11-305036号公報の[0016]~[0018]段落、特開2001-133630号公報の[0009]~[0011]段落、特開2011-215337号公報の[0030]~[0169]、特開2010-106242号公報の[0021]~[0075]段落、特開2010-215846号公報の[0011]~[0025]段落、特開2011-048311号公報の[0017]~[0069]段落、特開2011-213610号公報の[0013]~[0133]段落、特開2011-237513号公報の[0074]~[0246]段落、特開2016-006502号公報の[0005]~[0051]段落、国際公開第2016/060173号の[0005]~[0041]段落、国際公開第2016/136561号の[0008]~[0062]段落、国際公開第2017/154835号の[0014]~[0033]段落、国際公開第2017/154695号の[0014]~[0033]段落、国際公開第2017/195833号の[0013]~[0037]段落などに記載されたものが挙げられる。
上記架橋性基としては、具体的には、例えば、(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、オキセタニル基、スチリル基などが挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基が好ましい。
また、液晶性化合物と二色性物質との総質量に対する二色性物質の濃度が、4質量%以上であることが好ましい。
偏光子形成用組成物は、作業性等の観点から、溶媒を含有するのが好ましい。
溶媒としては、例えば、ケトン類(例えば、アセトン、2-ブタノン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、および、シクロヘキサノンなど)、エーテル類(例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキソラン、テトラヒドロフルフリルアルコール、および、シクロペンチルメチルエーテルなど)、脂肪族炭化水素類(例えば、ヘキサンなど)、脂環式炭化水素類(例えば、シクロヘキサンなど)、芳香族炭化水素類(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、および、トリメチルベンゼンなど)、ハロゲン化炭素類(例えば、ジクロロメタン、トリクロロメタン(クロロホルム)、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、および、クロロトルエンなど)、エステル類(例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、および、酢酸ブチル、炭酸ジエチルなど)、アルコール類(例えば、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、および、シクロヘキサノールなど)、セロソルブ類(例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、および、1,2-ジメトキシエタンなど)、セロソルブアセテート類、スルホキシド類(例えば、ジメチルスルホキシドなど)、アミド類(例えば、ジメチルホルムアミド、および、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンなど)、および、ヘテロ環化合物(例えば、ピリジンなど)などの有機溶媒、ならびに、水が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
偏光子形成用組成物は、配向度と耐熱性の両立がより図りやすくなる理由から、界面改良剤を含むことが好ましい。界面改良剤を含むことにより、塗布表面の平滑性が向上し、配向度が向上したり、ハジキおよびムラを抑制して、面内の均一性の向上が見込まれる。
界面改良剤としては、液晶性化合物を水平配向させるものが好ましく、特開2011-237513号公報の[0253]~[0293]段落に記載の化合物(水平配向剤)を用いることができる。また、特開2007-272185号公報の[0018]~[0043]等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマーも用いることができる。界面改良剤としては、これら以外の化合物を用いてもよい。
偏光子形成用組成物が界面改良剤を含有する場合、界面改良剤の含有量は、配向度と耐熱性の両立がより図りやすくなる理由から、組成物中の液晶性化合物と二色性物質との合計100質量部に対し、0.001~5質量部が好ましく、0.01~3質量部が好ましい。
偏光子形成用組成物は、配向度と耐熱性の両立がより図りやすくなる理由から、重合開始剤を含有することが好ましい。
重合開始剤としては特に制限はないが、感光性を有する化合物、すなわち光重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤としては、各種の化合物を特に制限なく使用できる。光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号および同2951758号の各明細書)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報および米国特許第4239850号明細書)、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書)、および、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63-40799号公報、特公平5-29234号公報、特開平10-95788号公報および特開平10-29997号公報)等が挙げられる。
このような光重合開始剤としては、市販品も用いることができ、BASF社製のイルガキュア184、イルガキュア907、イルガキュア369、イルガキュア651、イルガキュア819およびイルガキュアOXE-01等が挙げられる。
偏光子形成用組成物が重合開始剤を含有する場合、重合開始剤の含有量は、配向度と耐熱性の両立がより図りやすくなる理由から、組成物中の液晶性化合物と二色性物質との合計100質量部に対し、0.01~30質量部が好ましく、0.1~15質量部がより好ましい。重合開始剤の含有量が0.01質量部以上であることで、偏光子の耐久性が良好となり、30質量部以下であることで、偏光子の配向がより良好となる。
本発明の偏光子の膜厚は、配向度と耐熱性の両立がより図りやすくなる理由から、0.1~5.0μmであることが好ましく、0.3~1.5μmであることがより好ましい。偏光子形成用組成物中の二色性物質の濃度にもよるが、膜厚が0.1μm以上であると、より優れた吸光度の偏光子が得られ、膜厚が5.0μm以下であると、より優れた透過率の偏光子が得られる。
本発明の偏光子を製造する方法は特に制限されないが、得られる偏光子の配向度がより高くなり、且つ、ヘイズが観察され難くなる理由から、以下に示す方法(以下、「本発明の偏光子の製造方法」という。)で作製されることが好ましい。
本発明の偏光子の製造方法は、配向膜上に、上述した偏光子形成用組成物を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、塗布膜に含まれる液晶成分を液晶状態で配向させる配向工程と、液晶状態から3℃/秒以上の冷却速度で20~25℃の温度まで冷却し、偏光子を得る冷却工程と、を有する、製造方法である。
以下、各工程について説明する。
塗布膜形成工程は、配向膜上に上述した偏光子形成用組成物を塗布して塗布膜を形成する工程である。
上述した溶媒を含有する偏光子形成用組成物を用いたり、偏光子形成用組成物を加熱などによって溶融液などの液状物としたものを用いたりすることにより、配向膜上に偏光子形成用組成物を塗布することが容易になる。
偏光子形成用組成物の塗布方法としては、ロールコーティング法、グラビア印刷法、スピンコート法、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スプレー法、および、インクジェット法などの公知の方法が挙げられる。
塗布膜形成工程に用いる配向膜は、偏光子形成用組成物に含有される液晶性化合物および二色性物質を水平配向させる膜であれば、どのような膜でもよい。
有機化合物(好ましくはポリマー)の膜表面へのラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、あるいはラングミュアブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例、ω-トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で、設けることができる。
さらに、電場の付与、磁場の付与あるいは光照射により、配向機能が生じる配向膜も知られている。
なかでも、本発明では、配向膜のプレチルト角の制御し易さの点からはラビング処理により形成する配向膜が好ましく、配向の均一性の点からは光照射により形成する光配向膜も好ましい。
ラビング処理により形成される配向膜に用いられるポリマー材料としては、多数の文献に記載があり、多数の市販品を入手することができる。本発明においては、ポリビニルアルコールまたはポリイミド、およびその誘導体が好ましく用いられる。配向膜については国際公開第2001/88574A1号公報の43頁24行~49頁8行の記載を参照することができる。配向膜の厚さは、0.01~10μmであることが好ましく、0.01~1μmであることがさらに好ましい。
光照射により形成される配向膜に用いられる光配向材料としては、多数の文献などに記載がある。本発明においては、例えば、特開2006-285197号公報、特開2007-76839号公報、特開2007-138138号公報、特開2007-94071号公報、特開2007-121721号公報、特開2007-140465号公報、特開2007-156439号公報、特開2007-133184号公報、特開2009-109831号公報、特許第3883848号、特許第4151746号に記載のアゾ化合物、特開2002-229039号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開2002-265541号公報、特開2002-317013号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび/またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第4205195号、特許第4205198号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表2003-520878号公報、特表2004-529220号公報、または、特許第4162850号に記載の光架橋性ポリイミド、ポリアミドもしくはエステルが好ましい例として挙げられる。より好ましくは、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、ポリアミド、または、エステルである。
本明細書において、「直線偏光照射」「非偏光照射」とは、光配向材料に光反応を生じせしめるための操作である。用いる光の波長は、用いる光配向材料により異なり、その光反応に必要な波長であれば特に限定されるものではない。光照射に用いる光のピーク波長は、200nm~700nmが好ましく、光のピーク波長が400nm以下の紫外光がより好ましい。
非偏光の場合には、配向膜に対して、斜めから非偏光を照射する。その入射角度は、10~80°が好ましく、20~60°がより好ましく、30~50°がさらに好ましい。照射時間は、1分~60分が好ましく、1分~10分がより好ましい。
配向工程は、塗布膜に含まれる液晶成分を液晶状態で配向させる工程である。なお、液晶成分とは、上述した液晶性化合物だけでなく、上述した二色性物質が液晶性を有している場合は、液晶性を有する二色性物質も含む成分である。
配向工程は、乾燥処理を有していてもよい。乾燥処理によって、溶媒などの成分を塗布膜から除去することができる。乾燥処理は、塗布膜を室温下において所定時間放置する方法(例えば、自然乾燥)によって行われてもよいし、加熱および/または送風する方法によって行われてもよい。
加熱処理は、製造適性などの面から10~250℃が好ましく、25~190℃がより好ましい。また、加熱時間は、1~300秒が好ましく、1~60秒がより好ましい。
冷却工程は、液晶状態から3℃/秒以上の冷却速度で20~25℃の温度まで冷却し、偏光子を得る工程である。これにより、塗布膜に含有される二色性物質の配向がより固定され、得られる偏光子の配向度がより高くなる。
ここで、3℃/秒の冷却速度とは、1秒間に温度を3℃下げることをいう。
なお、冷却速度は、いわゆる平均速度である。このため、塗布膜を冷却する過程の一部において所定の冷却速度を下回る冷却速度で冷却する時間を含んでいてもよい。
この場合、上記いずれかの温度区間で平均した冷却速度が所定の冷却速度であればよい。また、冷却工程における冷却速度には基本的には上限はない。このため、塗布膜を有する積層体の各部が変質する、または、皺(しわ)ができる等の不具合が生じない範囲内であれば、できる限り速く冷却することが好ましい。
冷却手段としては、特に限定されず、公知の方法により実施できる。
以上の工程によって、本発明の偏光子を得ることができる。
本発明の偏光子の製造方法は、上記配向工程後に、偏光子を硬化させる工程(以下、「硬化工程」ともいう。)を有していてもよい。
硬化工程は、例えば、加熱および/または光照射(露光)によって実施される。このなかでも、硬化工程は光照射によって実施されることが好ましい。
硬化に用いる光源は、赤外線、可視光または紫外線など、種々の光源を用いることが可能であるが、紫外線であることが好ましい。また、硬化時に加熱しながら紫外線を照射してもよいし、特定の波長のみを透過するフィルタを介して紫外線を照射してもよい。
また、露光は、窒素雰囲気下で行われてもよい。ラジカル重合によって偏光子の硬化が進行する場合において、酸素による重合の阻害が低減されるため、窒素雰囲気下で露光することが好ましい。
本発明の積層体は、基材と、上記基材上に設けられた配向膜と、上記配向膜上に設けられた上述した本発明の偏光子とを有する。
また、本発明の積層体は、本発明の偏光子の上に、λ/4板を有していてもよい。
さらに、本発明の積層体は、本発明の偏光子とλ/4板との間に、バリア層を有していてもよい。
以下、本発明の積層体を構成する各層について説明する。
基材としては、適宜選択することができ、例えば、ガラス基板およびポリマーフィルムが挙げられる。基材の光透過率は、80%以上であるのが好ましい。
基材としてポリマーフィルムを用いる場合には、光学的等方性のポリマーフィルムを用いるのが好ましい。
ポリマーの具体例および好ましい態様は、特開2002-22942号公報の[0013]段落の記載を適用できる。
また、従来知られているポリカーボネートやポリスルホンのような複屈折の発現しやすいポリマーであっても国際公開第2000/26705号公報に記載の分子を修飾することで発現性を低下させたものを用いることもできる。
配向膜については、上述した塗布膜形成工程において説明したものと同様であるため、その説明を省略する。
本発明の偏光子については、上述したとおりであるので、その説明を省略する。
「λ/4板」とは、λ/4機能を有する板であり、具体的には、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または円偏光を直線偏光に)変換する機能を有する板である。
例えば、λ/4板が単層構造である態様としては、具体的には、延伸ポリマーフィルムや、支持体上にλ/4機能を有する光学異方性層を設けた位相差フィルムなどが挙げられ、また、λ/4板が複層構造である態様としては、具体的には、λ/4板とλ/2板とを積層してなる広帯域λ/4板が挙げられる。
λ/4板と本発明の偏光子とは、接して設けられていてもよいし、λ/4板と本発明の偏光子との間に、他の層が設けられていてもよい。このような層としては、密着性担保のための粘着層または接着層、およびバリア層が挙げられる。
本発明の積層体がバリア層を備える場合、バリア層は、本発明の偏光子とλ/4板との間に設けられる。なお、本発明の偏光子とλ/4板との間に、バリア層以外の他の層(例えば、粘着層または接着層)を備える場合には、バリア層は、例えば、本発明の偏光子と他の層との間に設けることができる。
バリア層は、ガス遮断層(酸素遮断層)とも呼ばれ、大気中の酸素等のガス、水分、または、隣接する層に含まれる化合物等から本発明の偏光子を保護する機能を有する。
バリア層については、例えば、特開2014-159124号公報の[0014]~[0054]段落、特開2017-121721号公報の[0042]~[0075]段落、特開2017-115076号公報の[0045]~[0054]段落、特開2012-213938号公報の[0010]~[0061]段落、特開2005-169994号公報の[0021]~[0031]段落の記載を参照できる。
本発明の積層体は、例えば、偏光素子(偏光板)として使用でき、例えば、直線偏光板または円偏光板として使用できる。
本発明の積層体が上記λ/4板などの光学異方性層を有さない場合には、積層体は直線偏光板として使用できる。
一方、本発明の積層体が上記λ/4板を有する場合には、積層体は円偏光板として使用できる。
本発明の画像表示装置は、上述した本発明の偏光子または上述した本発明の積層体を有する、画像表示装置である。
本発明の画像表示装置に用いられる表示素子は特に限定されず、例えば、液晶セル、有機エレクトロルミネッセンス(以下、「EL」と略す。)表示パネル、および、プラズマディスプレイパネルなどが挙げられる。
これらのうち、液晶セルまたは有機EL表示パネルであるのが好ましく、液晶セルであるのがより好ましい。すなわち、本発明の画像表示装置としては、表示素子として液晶セルを用いた液晶表示装置、表示素子として有機EL表示パネルを用いた有機EL表示装置であるのが好ましく、液晶表示装置であるのがより好ましい。
本発明の画像表示装置の一例である液晶表示装置としては、上述した本発明の偏光子と、液晶セルと、を有する態様が好ましく挙げられる。より好適には、上述した本発明の積層体(ただし、λ/4板を含まない)と、液晶セルと、を有する液晶表示装置である。
なお、本発明においては、液晶セルの両側に設けられる偏光素子のうち、フロント側の偏光素子として本発明の積層体を用いるのが好ましく、フロント側およびリア側の偏光素子として本発明の積層体を用いるのがより好ましい。
以下に、液晶表示装置を構成する液晶セルについて詳述する。
液晶表示装置に利用される液晶セルは、VA(Vertical Alignment)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モード、IPS(In-Plane-Switching)モード、またはTN(Twisted Nematic)モードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
TNモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向し、更に60~120゜にねじれ配向している。TNモードの液晶セルは、カラーTFT(Thin Film Transistor)液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。
VAモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に垂直に配向している。VAモードの液晶セルには、(1)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のVAモードの液晶セル(特開平2-176625号公報記載)に加えて、(2)視野角拡大のため、VAモードをマルチドメイン化した(MVAモードの)液晶セル(SID97、Digest of tech.Papers(予稿集)28(1997)845記載)、(3)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード(n-ASMモード)の液晶セル(日本液晶討論会の予稿集58~59(1998)記載)および(4)SURVIVALモードの液晶セル(LCDインターナショナル98で発表)が含まれる。また、PVA(Patterned Vertical Alignment)型、光配向型(Optical Alignment)、およびPSA(Polymer-Sustained Alignment)のいずれであってもよい。これらのモードの詳細については、特開2006-215326号公報、および特表2008-538819号公報に詳細な記載がある。
IPSモードの液晶セルは、棒状液晶性分子が基板に対して実質的に平行に配向しており、基板面に平行な電界が印加することで液晶分子が平面的に応答する。IPSモードは電界無印加状態で黒表示となり、上下一対の偏光板の吸収軸は直交している。光学補償シートを用いて、斜め方向での黒表示時の漏れ光を低減させ、視野角を改良する方法が、特開平10-54982号公報、特開平11-202323号公報、特開平9-292522号公報、特開平11-133408号公報、特開平11-305217号公報、特開平10-307291号公報などに開示されている。
本発明の画像表示装置の一例である有機EL表示装置としては、例えば、視認側から、上述した本発明の偏光子と、λ/4板と、有機EL表示パネルと、をこの順で有する態様が好適に挙げられる。
より好適には、視認側から、λ/4板を有する上述した本発明の積層体と、有機EL表示パネルと、をこの順に有する態様である。この場合には、積層体は、視認側から、基材、配向膜、本発明の偏光子、必要に応じて設けられるバリア層、および、λ/4板の順に配置されている。
また、有機EL表示パネルは、電極間(陰極および陽極間)に有機発光層(有機エレクトロルミネッセンス層)を挟持してなる有機EL素子を用いて構成された表示パネルである。有機EL表示パネルの構成は特に制限されず、公知の構成が採用される。
〔透明支持体1の作製〕
厚み40μmのTAC基材(製品名「TG40」、富士フイルム社製)上に、下記の組成の配向膜塗布液を#8のワイヤーバーで連続的に塗布した。
その後、100℃の温風で2分間乾燥することにより、TAC基材上に厚み0.8μmのポリビニルアルコール(PVA)配向膜が形成された透明支持体1を得た。
なお、変性ポリビニルアルコールは、固形分濃度が4質量%となるように配向膜塗布液中に加えた。
配向膜塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記の変性ポリビニルアルコール
・水 70質量部
・メタノール 30質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
下記構造の光配向材料E-1の1質量部に、ブトキシエタノール41.6質量部、ジプロピレングリコールモノメチル41.6質量部、および、純水15.8質量部を加え、得られた溶液を0.45μmメンブレンフィルターで加圧ろ過することで配向膜形成用組成物1を調製した。
次いで、得られた配向膜形成用組成物1を透明支持体1上に塗布し、60℃で1分間乾燥した。その後、得られた塗布膜に、偏光紫外線露光装置を用いて直線偏光紫外線(照度4.5mW、照射量500mJ/cm2)を照射し、配向膜1を作製した。
得られた配向膜1上に、下記組成の偏光子形成用組成物1を#7のワイヤーバーで連続的に塗布し、塗布膜1を形成した。
次いで、塗布膜1を下記表2に示す加熱温度で40秒間加熱し、塗布膜1に含まれる液晶成分を液晶状態で配向させた後、下記表2に示す冷却速度で塗布膜1を室温(25℃)になるまで冷却した。
次いで、80℃で30秒間加熱し、再び室温になるまで冷却した。
その後、高圧水銀灯を用いて照度28mW/cm2の照射条件で60秒間照射することにより、配向膜1上に偏光子1を作製した。
偏光子形成用組成物1
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記液晶性化合物L1 5.350質量部
・下記第1の二色性物質Y1 0.122質量部
・下記第2の二色性物質M1 0.182質量部
・下記第3の二色性物質C1 0.243質量部
・下記界面改良剤F1 0.051質量部
・下記重合開始剤J1 0.049質量部
・クロロホルム 84.600質量部
・テトラヒドロフラン 9.400質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
偏光子1上に、下記硬化性組成物1を#2のワイヤーバーで連続的に塗布し、60℃で5分間乾燥を行った。
その後、高圧水銀灯を用いて照度28mW/cm2の照射条件で60秒間照射し、硬化性組成物1を硬化させ、偏光子1上に透明樹脂層(バリア層)1が形成された積層体を作製した。次いで粘着剤を介して青板ガラスを貼合し、実施例1の積層体を得た。
ミクロトーム切削機を用いて、透明樹脂層1の断面を切削し、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)観察にて膜厚を測定したところ、膜厚は約1.0μmであった。
硬化性組成物1
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・重合性化合物 KAYARAD PET-30
(日本化薬社製) 29質量部
・重合開始剤 IRGACURE819(BASF社製) 1質量部
・アルミナエタノールゾルA2K5-10
(川研ファインケミカル社製、柱状のアルミナ水和物粒子が液中に分散
したコロイド液) 70質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
下記表1に示す液晶性化合物などの種類および配合量(質量部)に変更し、また、下記表2に示す偏光子の作製条件に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例および比較例ごとに対応する偏光子および積層体を作製した。なお、液晶性化合物L2~L7の構造を以下に示す。
〔液晶性化合物〕
実施例1~7および比較例1~2で使用した液晶性化合物について、以下に示す方法で、相転移温度を測定した。
光学顕微鏡(Nikon社製ECLIPSE E600 POL)の二枚の偏光子を互いに直交するように配置し、二枚の偏光子の間にサンプル台をセットした。
そして、液晶性化合物をスライドガラスに少量乗せ、サンプル台上に置いたホットステージ上にスライドガラスをセットした。サンプルの状態を顕微鏡で観察しながら、ホットステージの温度を5℃/分で上げ、サンプルのから液晶相の種類と、相転移する温度を記録した。
結果を以下に示す。なお、下記におけるKは個体、SmAはスメクチックA相を、SmBはスメクチックB相を、SmCはスメクチックC相を、Nはネマチック相を、Isoは等方相を、表わし、「>200」とは200℃までネマチック相であること(相転移しない)を表わす。
<結果>
液晶性化合物L1:K 84 Sm 135 N 139 Iso
液晶性化合物L2:K 76 SmB 86 SmC 118 SmA 142 N 164 Iso
液晶性化合物L3:K 99 SmA 120 Iso
液晶性化合物L4:K 60 SmA 157 N >200
液晶性化合物L5:K 101 SmA 126 N 190 Iso
液晶性化合物L6:K 99 SmA 108 N 125 Iso
液晶性化合物L7:K 82 SmA 114 Iso
実施例1~7および比較例1~2で調製した偏光子形成用組成物について、以下に示す方法で、相転移温度を測定した。結果を下記表2に示す。
光学顕微鏡(ECLIPSE E600 POL、Nikon社製)の2枚の偏光子を互いに直交するように配置し、2枚の偏光子の間にサンプル台をセットする。
上記偏光子形成用組成物をスライドガラスに少量乗せ、サンプル台上に置いたホットステージ上にスライドガラスをセットする。
ホットステージの温度を25℃から、5℃/分で上昇させながら顕微鏡で観察し、テクスチャーから、結晶相からスメクチック相に相転移した温度と、スメクチック相からネマチック相または等方相に相転移した温度とを記録する。
上記のようにして得られた実施例および比較例の偏光子および積層体について以下の評価を行った。
光学顕微鏡(株式会社ニコン製、製品名「ECLIPSE E600 POL」)の光源側に直線偏光子を挿入した状態で、サンプル台に実施例および比較例で作製した各積層体をセットし、マルチチャンネル分光器(Ocean Optics社製、製品名「QE65000」)を用いて、380nm~780nmの波長域における偏光子の吸光度を1nmピッチで測定し、以下の式により配向度を400nmから700nmの範囲における平均値として算出した。結果を表2に示す。
配向度:S=((Az0/Ay0)-1)/((Az0/Ay0)+2)
Az0:偏光子の吸収軸方向の偏光に対する吸光度
Ay0:偏光子の偏光軸方向の偏光に対する吸光度
実施例および比較例で作製した各積層体を、100℃の耐熱オーブン、及び85℃の耐熱オーブン中で50時間保持した。積層体をとり出した後、室温に冷却し、上記の方法で配向度を測定した。耐熱オーブンの前後での配向度の差を算出し、下記の方法で評価した結果を表2に示す。
A:100℃条件で配向度の変化が10%以内
B:100℃条件で配向度の変化が10%以上、85℃条件で配向度の変化が10%以内
C:85℃条件で配向度の変化が10%~30%
D:85℃条件で配向度の変化が30%以上
実施例および比較例で作製した各積層体の偏光子とは反対側から、スーパーキセノンウェザーメーター“SX-75”(スガ試験機社製、60℃、50%RH条件)にて、キセノン光を150W/m2(300-400nm)で100時間照射した。所定時間の経過後、積層体の偏光度の変化を測定した。評価結果を表2に示す。
A:偏光度の変化が5%未満
B:偏光度の変化が5%以上10%未満
C:偏光殿の変化が10%以上
実施例および比較例で作製した各積層体のヘイズを下記の方法で目視評価した結果を表2に示す。
A:全面でヘイズが視認されない
B:一部にわずかにヘイズが視認される
C:全面にごくわずかのヘイズが視認されるか、または一部が白濁
D:全面白濁
これに対し、偏光子形成用組成物のスメクチック相から等方相またはネマチック相への相転移温度が120℃以上となる実施例1~7は、作製される偏光子および積層体の耐熱性が良好となり、配向度と耐熱性を両立できることが分かった。
また、実施例4と他の実施例との対比から、液晶性化合物がネマチック液晶性を持つ場合、作製される偏光子および積層体の配向度および耐熱性がより高いレベルで両立できることが分かった。
また、実施例1~3と実施例5~7との対比から、偏光子形成用組成物のネマチック相を呈する温度範囲の上限値と下限値との差が25℃以上であると、作製される偏光子および積層体のヘイズが抑制されることが分かった。
Claims (7)
- 液晶性化合物と、二色性物質とを含有する偏光子形成用組成物から形成される偏光子であって、
前記液晶性化合物が、スメクチック液晶性を持ち、
前記偏光子形成用組成物のスメクチック相から等方相またはネマチック相への相転移温度が、120℃以上200℃以下である、偏光子であって、
前記二色性物質の含有量が、上記液晶性化合物100質量部に対して、5~30質量部であり
前記偏光子形成用組成物のネマチック相を呈する温度範囲の上限値と下限値との差が、25℃以上である、偏光子。 - 前記偏光子形成用組成物のスメクチック相から等方相またはネマチック相への相転移温度が、130℃以上200℃以下である、請求項1に記載の偏光子。
- 前記液晶性化合物が、さらにネマチック液晶性を持つ、請求項1または2に記載の偏光子。
- 前記偏光子形成用組成物のスメクチック相を呈する温度範囲の上限値と下限値との差が、50℃以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の偏光子。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の偏光子を作製する偏光子の製造方法であって、
配向膜上に、液晶性化合物と、二色性物質とを含有する偏光子形成用組成物を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、
前記塗布膜に含まれる液晶成分を液晶状態で配向させる配向工程と、
前記液晶状態から3℃/秒以上の冷却速度で20~25℃の温度まで冷却し、偏光子を得る冷却工程と、を有する、偏光子の製造方法。 - 基材と、配向膜と、請求項1~4のいずれか一項に記載の偏光子とを有する、積層体。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の偏光子または請求項6に記載の積層体と、画像表示素子とを有する、画像表示装置。
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