(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリビニルアルコール系フィルムを乾式一軸延伸した後、ヨウ素または二色性染料含有水溶液中で緩和し、さらに該緩和フィルムをホウ素化合物含有水溶液中で延伸することを特徴とする偏光フィルムの製造方法。
【請求項２】
ポリビニルアルコール系フィルムの乾式延伸倍率が２倍以上であり、かつ、 緩和フィルムの延伸倍率が１．０２倍以上である請求項１に記載の偏光フィルムの製造方法。
【請求項３】
ポリビニルアルコール系フィルムの緩和率が乾式延伸倍率の１０％以下である請求項１または２に記載の偏光フィルムの製造方法。
【請求項４】
ポリビニルアルコール系フィルムの総延伸倍率が６．５倍以下である請求項１〜３のいずれかに記載の偏光フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置などに用いられる偏光フィルムとその製造方法及びこれを用いた偏光板に関する。さらに詳しくは、高偏光度、高透過率を有する偏光フィルムとその製造方法及びこれを用いた偏光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、卓上電子計算機、電子時計、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサ、自動車や機械の計器類等に使用されており、この液晶表示装置には偏光板が用いられている。偏光板としては、ヨウ素又は二色性染料を吸着配向させたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系フィルムの偏光フィルムの両面に、トリアセチルセルロース等の保護フィルムを積層したもの等が用いられており、最近は、高偏光度、高透過率のフィルムが要求されている。
【０００３】
偏光フィルムの製造方法としては、未配向のポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素又は二色性染料を吸着させた後に延伸する方法と、予め延伸配向を施したポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素又は二色性染料を吸着させる方法とがある。しかし、ポリビニルアルコール系フィルムを湿式延伸する場合、水分によって分子間の水素結合が切断されるため、加工安定性に欠け、延伸ムラが生じ易い。そのため、高偏光度、高透過率のフィルムを製造する方法として、ポリビニルアルコール系フィルムを乾式で一軸延伸した後にヨウ素等を吸着配向させ、７０〜８５℃のホウ酸含有水溶液で浸漬処理する方法（特開平８−２４０７１５号公報）、ポリビニルアルコール系フィルムを乾式で一軸延伸した後、染色し、さらにホウ素化合物中で１．５倍以上に延伸する方法（特開平１０−２８８７０９号公報）、ポリビニルアルコール系フィルムを乾式で一軸延伸した後、染色し、さらにホウ酸水溶液に浸漬しながら１．１〜１．８倍に延伸する方法（特開平１１−４９８７８号公報）等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２４０７１５号公報に記載された方法では、高偏光度のフィルムを得ることは困難であり、また、特開平１０−２８８７０９号公報及び特開平１１−４９８７８号公報に記載された方法では、偏光特性を高めるためにホウ素化合物を含有する処理浴中における延伸倍率を大きくすると、フィルムが破断しやすくなるという問題がある。そのため、高偏光度のフィルムを安定して得ることができる方法が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、ポリビニルアルコール系フィルムを乾式で一軸延伸した後、ヨウ素または二色性染料含有水溶液中で該フィルムを緩和し、さらにホウ素化合物含有水溶液中で延伸することにより、高偏光度、高透過率の偏光フィルムが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の偏光フィルムの製造方法は、ポリビニルアルコール系フィルムを乾式一軸延伸した後、ヨウ素または二色性染料含有水溶液中で緩和し、さらに該緩和フィルムをホウ素化合物含有水溶液中で延伸することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の製造方法においては、ポリビニルアルコール系フィルムの乾式延伸倍率は２倍以上であり、かつ、 緩和フィルムの延伸倍率は１．０２倍以上であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の製造方法においては、延伸したポリビニルアルコール系フィルムの緩和率は乾式延伸倍率の１０％以下であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の製造方法においては、前記ポリビニルアルコール系フィルムの総延伸倍率は６．５倍以下であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の乾式一軸延伸で用いるポリビニルアルコール系フィルムにおけるポリビニルアルコール系ポリマーとしては、酢酸ビニルを重合した後にケン化したものや、酢酸ビニルに少量の不飽和カルボン酸、不飽和スルホン酸、カチオン性モノマー等の共重合可能なモノマーを共重合したもの等が挙げられる。ポリビニルアルコール系ポリマーの重合度は、特に制限されず任意のものを使用することができるが、フィルムの水への溶解度の点から、平均重合度５００〜１万が好ましく、より好ましくは１０００〜６０００である。また、ケン化度は７５モル％以上が好ましく、より好ましくは９８〜１００モル％である。フィルムの厚さは、５〜１５０μｍであり、好ましくは１０〜１００μｍである。
【００１３】
乾式一軸延伸方法は、特に限定されるものではなく、特開昭５７−２１２０２５号公報に記載されているようにフィルムに後方張力を付与し加圧ロールにより圧延する方法、特開昭６３−２６１２０１号公報に記載されているようにフィルムに後方張力を付与させながら加熱ロールに接触させて延伸させる方法、加熱オーブン内もしくは外に設置されたロール間で引張力を加えながら延伸を行う方法、加熱ロール間を通過させて圧縮延伸させる等の加熱ロールを用いて延伸する方法、テンター延伸機を用いて延伸する方法等が挙げられる。延伸倍率は２倍以上が好ましく、さらに好ましくは２〜６倍、特に好ましくは２〜５倍である。２倍未満の場合は、染色浴での緩和操作時に、フィルムのゆるみが生じ、安定的なフィルムの走行が困難となるからである。延伸時の加熱ロールまたはオーブン温度は、５０〜２００℃が好ましく、特に好ましくは６０〜１５０℃である。
【００１４】
本発明では、乾式で一軸延伸されたポリビニルアルコール系フィルムを、ヨウ素または二色性染料含有水溶液（染色浴）中で緩和する。即ち、一軸延伸されたポリビニルアルコール系フィルムを、所定の延伸倍率まで収縮させながら染色浴中で染色する。緩和率は、乾式延伸倍率の１０％以下であるのが好ましく、特に２〜１０％が好ましい。即ち、乾式延伸倍率をＡ倍としたとき、緩和率は（Ａ×０．１×１００）％以下であるのが好ましい。緩和しながら染色することにより、染料の吸着配向が良好となり、ホウ素化合物を含有する処理浴中における延伸倍率を大きくすることができるので、安定して高偏光度のフィルムを得ることができる。一方、緩和率が１０％を超える場合は、フィルムが弛み走行性が悪くなり、特性のバラツキも大きくなる。
【００１５】
ヨウ素含有水溶液の組成は、通常水１００質量部あたりヨウ素０．０１〜０．５質量部、ヨウ化カリウム０．０５〜５０質量部であり、水溶液の温度は通常１０〜５０℃の範囲である。二色性染料含有水溶液の組成は、通常水１００質量部あたり二色性染料０．００１〜１質量部である。水溶液の温度は通常１０〜８０℃の範囲である。浸漬時間は、特に限定されないが、通常１秒〜１０分間、好ましくは５秒〜５分間である。水溶媒以外に、水と相溶性のある有機溶媒が少量含有されていてもよい。一軸延伸後のポリビニルアルコール系フィルムは、ヨウ素または二色性染料含有水溶液中で染色させる前に、水に浸漬処理されていてもよい。
【００１６】
ヨウ素または二色性染料含有水溶液（染色浴）中での緩和は、例えば、延伸したポリビニルアルコール系フィルムを、ヨウ素または二色性染料含有水溶液に浸漬させながら緩和すればよい。また、ヨウ素または二色性染料含有水溶液を、延伸したポリビニルアルコール系フィルムに塗布、噴霧しながら緩和する方法でもよい。緩和方法は特に限定されるものではなく、例えば、フィルムに付与する張力を適宜緩和する方法、比率を固定して緩和する方法、またそれらを多段に実施する方法等により緩和することができる。なお、緩和率はヨウ素や二色性染料含有水溶液の温度や濃度、ポリビニルアルコール系フィルムの平均重合度、種類等に応じて調整される。
【００１７】
次に、緩和処理したポリビニルアルコール系フィルムを、ホウ素化合物含有水溶液中で延伸する。延伸倍率は１．０２倍以上が好ましく、さらに好ましくは１．１〜４．０倍、 特に好ましくは１．２〜３．５倍である。延伸倍率が１．０２倍未満の場合は、高偏光度の偏光板を得ることが不可能となるからである。また、ポリビニルアルコール系フィルムの総延伸倍率（乾式一軸延伸したポリビニルアルコール系フィルムの延伸倍率と、緩和したポリビニルアルコール系フィルムの延伸倍率の積）は、安定して高偏光度のフィルムを得るため、６．５倍以下であることが好ましく、特に好ましくは、４．０〜６．５倍である。ポリビニルアルコール系フィルムの乾式一軸延伸倍率が大きい場合は高偏光度の偏光板を得ることが困難となり、また、ホウ素化合物処理浴中での延伸倍率が大きい場合はフィルムが破断しやすくなるためである。なお、ホウ素化合物含有水溶液中での延伸は、２回以上に分けて行っても良く、延伸倍率の総和を１．０２倍以上とすればよい。
【００１８】
ホウ素化合物含有水溶液の組成は、通常水１００質量部あたりホウ酸、ホウ砂、グリオキザール、グルタルアルデヒド等のＰＶＡ架橋剤を単独又は混合で０．１〜１５質量部、ヨウ化カリウム０〜１５質量部であり、水溶液の温度は通常１０〜９０℃の範囲である。浸漬時間は、特に限定されないが、通常１秒〜１５分間、好ましくは５秒〜１０分間である。水溶媒以外に、水と相溶性のある有機溶媒が少量含有されていてもよい。
【００１９】
ホウ素化合物含有水溶液中での延伸は、例えば、延伸したポリビニルアルコール系フィルムを、ホウ素化合物含有水溶液に浸漬させながら延伸すればよい。また、ホウ素化合物含有水溶液を、緩和したポリビニルアルコール系フィルムに塗布、噴霧しながら延伸する方法であってもよい。延伸方法は特に限定されるものではなく、例えば、フィルムに付与する張力を適宜調整する方法、比率を固定して延伸する方法、またそれらを多段に実施する方法等により延伸することができる。なお、張力はホウ素化合物の種類、ホウ素化合物含有水溶液の温度や濃度、ポリビニルアルコール系フィルムの平均重合度、種類等に応じて調整される。
【００２０】
上記の吸着配向処理を施したポリビニルアルコール系フィルムを、さらに水洗した後、乾燥して偏光フィルムを得る。水洗は、通常、５〜６０℃、好ましくは５〜４０℃の範囲である。水洗時間は特に限定されないが、１秒〜１０分間、好ましくは１秒〜５分間である。また、乾燥は、通常、１０〜１２０℃、好ましくは２０〜９０℃の範囲である。乾燥時間は特に限定されないが、１０秒〜２０分間、好ましくは１分〜１０分間である。本発明の偏光フィルム（本発明の製造方法により得られた偏光フィルムを指す。以下同様）の厚さは、特に限定されるものではないが、１〜８０μｍが一般的であり、特に２〜４０μｍが好ましい。
【００２１】
次に、本発明の偏光板について説明する。
【００２２】
本発明の偏光板の基本的な構成は、本発明の偏光フィルムからなる偏光子の片側又は両側に、適宜の接着層、例えばビニルアルコール系ポリマー等からなる接着層を介して保護層となる透明保護フィルムを接着したものからなる。
【００２３】
偏光子（偏光フィルム）の片側又は両側に設ける透明保護層となる保護フィルム素材としては、適宜な透明フィルムを用いることができる。中でも、透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性等に優れるポリマーからなるフィルム等が好ましく用いられる。そのポリマーの例としては、トリアセチルセルロースの如きアセテート系樹脂やポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂等があげられるが、これに限定されるものではない。
【００２４】
偏光特性や耐久性などの点より、特に好ましく用いることができる透明保護フィルムは、表面をアルカリなどでケン化処理したトリアセチルセルロースフィルムである。透明保護フィルムの厚さは、任意であるが一般には偏光板の薄型化などを目的に５００μｍ以下、好ましくは５〜３００μｍ、特に好ましくは５〜１５０μｍとされる。なお、偏光フィルムの両側に透明保護フィルムを設ける場合、その表裏で異なるポリマー等からなる透明保護フィルムとすることもできる。
【００２５】
保護層に用いられる透明保護フィルムは、本発明の目的を損なわない限り、ハードコート処理や反射防止処理、スティッキングの防止や拡散ないしアンチグレア等を目的とした処理などを施したものであってもよい。ハードコート処理は、偏光板表面の傷付き防止などを目的に施されるものであり、例えばシリコーン系、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系などの適宜な紫外線硬化型樹脂による硬度や滑り性等に優れる硬化皮膜を、透明保護フィルムの表面に付加する方式などにて形成することができる。
【００２６】
一方、反射防止処理は偏光板表面での外光の反射防止を目的に施されるものであり、従来に準じた反射防止膜などの形成により達成することができる。また、スティッキング防止は隣接層との密着防止を目的に、アンチグレア処理は偏光板の表面で外光が反射して偏光板透過光の視認を阻害することの防止などを目的に施されるものであり、例えばサンドブラスト方式やエンボス加工方式等による粗面化方式や透明微粒子の配合方式などの適宜な方式にて透明保護フィルムの表面に微細凹凸構造を付与することにより形成することができる。
【００２７】
前記の透明微粒子には、例えば平均粒径が０．５〜２０μｍのシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化アンチモン等が挙げられ、導電性を有する無機系微粒子を用いてもよく、また、架橋又は未架橋のポリマー粒状物等からなる有機系微粒子等を用いることもできる。透明微粒子の使用量は、透明樹脂１００質量部あたり２〜７０質量部、とくに５〜５０質量部が一般的である。
【００２８】
透明微粒子配合のアンチグレア層は、透明保護フィルムそのものとして、あるいは透明保護フィルム表面への塗工層等として設けることができる。アンチグレア層は、偏光板透過光を拡散して視角を拡大するための拡散層（視角補償機能など）を兼ねるものであってもよい。なお、上記の反射防止層やスティッキング防止層、拡散層やアンチグレア層等は、それらの層を設けたシートなどからなる光学層として透明保護フィルムとは別体のものとして設けることもできる。
【００２９】
前記偏光子（偏光フィルム）と保護層である透明保護フィルムとの接着処理は、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、シュウ酸などのビニルアルコール系ポリマーの水溶性架橋剤から少なくともなる接着剤等を介して行うことができる。これにより、湿度や熱の影響で剥がれにくく、光透過率や偏光度に優れるものとすることができる。かかる接着層は、水溶液の塗布乾燥層等として形成されるものであるが、その水溶液の調製に際しては必要に応じて、他の添加剤や、酸等の触媒も配合することができる。
【００３０】
偏光板は、実用に際して他の光学層と積層した光学部材として用いることができる。その光学層については特に限定はなく、例えば反射板や半透過反射板、位相差板（１／２波長板、１／４波長板などのλ板も含む）、光学補償フィルムや輝度向上フィルムなどの、液晶表示装置等の形成に用いられることのある適宜な光学層の１層または２層以上を用いることができ、特に、偏光子と保護層からなる偏光板に、更に反射板または半透過反射板が積層された反射型偏光板または半透過反射板型偏光板、前述した偏光子と保護層からなる偏光板に、更に位相差板が積層されている楕円偏光板または円偏光板、前述した偏光子と保護層からなる偏光板に、更に光学補償フィルムが積層されている偏光板、あるいは、前述した偏光子と保護層からなる偏光板に、更に輝度向上フィルムが積層されている偏光板が好ましい。
【００３１】
また、偏光板は、偏光分離型偏光板の如く、偏光板と２層又は３層以上の光学層とを積層したものからなっていてもよい。従って、上記の反射型偏光板や半透過型偏光板と位相差板を組合せた反射型楕円偏光板や半透過型楕円偏光板などであってもよい。２層又は３層以上の光学層を積層した光学部材は、液晶表示装置等の製造過程で順次別個に積層する方式にても形成することができるものであるが、予め積層して光学部材としたものは、品質の安定性や組立作業性等に優れて液晶表示装置などの製造効率を向上させることができる利点がある。なお、積層には、粘着層等の適宜な接着手段を用いることができる。
【００３２】
前述した偏光板や光学部材には、液晶セル等の他部材と接着するための粘着層を設けることもできる。その粘着層は、アクリル系等の従来に準じた適宜な粘着剤にて形成することができる。特に、吸湿による発泡現象や剥がれ現象の防止、熱膨張差等による光学特性の低下や液晶セルの反り防止、ひいては高品質で耐久性に優れる液晶表示装置の形成性などの点より、吸湿率が低くて耐熱性に優れる粘着層であることが好ましい。また、微粒子を含有して光拡散性を示す粘着層等とすることもできる。粘着層は必要に応じて必要な面に設ければよく、例えば、偏光子と保護層からなる偏光板の保護層について言及するならば、必要に応じて、保護層の片面又は両面に粘着層を設ければよい。
【００３３】
偏光板や光学部材に設けた粘着層が表面に露出する場合には、その粘着層を実用に供するまでの間、汚染防止等を目的にセパレータにて仮着カバーすることが好ましい。セパレータは、上記の透明保護フィルム等に準じた適宜な薄葉体に、必要に応じシリコーン系や長鎖アルキル系、フッ素系や硫化モリブデン等の適宜な剥離剤による剥離コートを設ける方式などにより形成することができる。
【００３４】
なお、上記の偏光板や光学部材を形成する偏光フィルムや透明保護フィルム、光学層や粘着層等の各層は、例えばサリチル酸エステル系化合物やベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物やシアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤で処理する方式等の適宜な方式により紫外線吸収能を持たせたもの等であってもよい。
【００３５】
本発明の偏光板は、液晶表示装置等の各種装置の形成などに用いることができ、特に、偏光板を液晶セルの片側又は両側に配置してなる反射型や半透過型の液晶表示装置に好ましく用いることができる。液晶表示装置を形成する液晶セルは任意であり、例えば薄膜トランジスタ型に代表されるアクティブマトリクス駆動型のもの、ツイストネマチック型やスーパーツイストネマチック型に代表される単純マトリクス駆動型のものなどの適宜なタイプの液晶セルを用いたものであってよい。
【００３６】
また、液晶セルの両側に偏光板や光学部材を設ける場合、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。さらに、液晶表示装置の形成に際しては、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などの適宜な部品を適宜な位置に１層又は２層以上配置することができる。
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００３７】
【実施例】
実施例１
平均重合度２４００、膜厚７５μｍのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム（クラレ製、商品名９Ｘ７５ＲＳ）を、１００℃の加熱オーブン内で３倍に延伸を行った。その後、３０℃のヨウ素浴で緩和しながら１分間浸漬した（緩和率２０％；乾式延伸倍率の６．７％）。さらに、３０℃のホウ酸浴（濃度５質量％）で１．５倍延伸しながら１分間浸漬した後、２５℃の純水にて水洗処理を行い、６０℃で４分間乾燥して偏光フィルムを得た。
【００３８】
実施例２
実施例１と同様のＰＶＡフィルムを、１００℃の加熱ロール上に接触させながら後方に張力を付与し、４倍に延伸を行った。その後、３０℃のヨウ素浴で緩和しながら１分間浸漬した（緩和率２０％；乾式延伸倍率の５％）。さらに、３０℃のホウ酸浴（濃度５質量％）で１．３倍延伸しながら１分間浸漬した後、２５℃の純水にて水洗処理を行い、６０℃で４分間乾燥して偏光フィルムを得た。
【００３９】
実施例３
実施例１と同様のＰＶＡフィルムを、１００℃の加熱才一ブン内で、４倍に延伸を行った。その後、３０℃のヨウ素浴で緩和しながら１分間浸漬した（緩和率２５％；乾式延伸倍率の６．３％）。さらに、３０℃のホウ酸浴（濃度５質量％）で１．３倍延伸しながら１分間浸漬した後、２５℃の純水にて水洗処理を行い、６０℃で４分問乾燥して偏光フィルムを得た
【００４０】
比較例１
実施例１と同様のＰＶＡフィルムを、１００℃の加熱オーブン内で、３倍に軸延伸を行った。その後、３０℃のヨウ素浴で倍率を保持した状態で１分間浸漬した後、３０℃のホウ酸浴（濃度５質量％）で１．５倍延伸しながら１分間浸漬し、２５℃の純水にて水洗処理を行い、６０℃で４分間乾燥して偏光フィルムを得た。
【００４１】
比較例２
実施例１と同様のＰＶＡフィルムを、１００℃の加熱ロール上に接触させながら後方に張力を付与し、４倍に延伸を行った。その後、３０℃のヨウ素浴で倍率を保持した状態で１分間浸漬した後、３０℃のホウ酸浴（濃度５質量％）で１．３倍延伸しながら１分間浸漬し、２５℃の純水にて水洗処理を行い、６０℃で４分間乾燥して偏光フィルムを得た
【００４２】
比較例３
実施例と同様のＰＶＡフィルムを、１００℃の加熱オーブン内で、４倍に延伸を行った。その後、３０℃のヨウ素浴で倍率を保持した状態で１分間浸漬した後、３０℃のホウ酸浴（濃度５質量％）で１．３倍しながら１分間浸漬し、２５℃の純水にて水洗処理を行い、６０℃で４分間乾燥して偏光フィルムを得た。
【００４３】
実施例、比較例で作製された偏光フィルムについて、以下の方法で光学特性を評価した。その結果を表１に示す。
【００４４】
（透過率）
分光光度計（島津製作所製、ＵＶ−２４００）を用いて測定し、Ｊ１Ｓ Ｚ ８７０１の２度視野（Ｃ光源） により、視感度補正を行ったＹ値である。
【００４５】
（偏光度）
２枚の同じ偏光板を偏光軸が平行になるように重ね合わせた場合の透過率（平行透過率：Ｈ0）と直交に重ね合わせた場合の透過率（直交透過率：Ｈ90）を、上記の分光光度計を用いて測定し、以下の式から偏光度を求めた。なお、平行の透過率（Ｈ0）と直交の透過率（Ｈ90）は、ＪｌＳ  Ｚ  ８７０１の２度視野（Ｃ光源）により視感度補正したＹ値である。
【００４６】
【数１】
0004405075.tif 000002
【００４７】
【表１】
0004405075.tif 000003
【００４８】
表１から明らかなように、ヨウ素を含有する処理浴中での浸漬時に緩和を行った実施例の方が、緩和を行っていない比較例よりも高い偏光度となった。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の偏光フィルムの製造方法によると、乾式で一軸延伸したポリビニルアルコール系フィルムを、ヨウ素または二色性染料含有水溶液中で緩和した後、さらにホウ素化合物含有水溶液中で延伸するため、高透過率、高偏光度の偏光フィルムを製造することができる。この方法によれば、緩和しながら染色することにより染料の吸着配向が良好となるので、高透過率のフィルムが得られ易くなり、ホウ素化合物含有水溶液中でのポリビニルアルコール系フィルムの延伸倍率が比較的小さくても高偏光度のフィルムが得られる。従って、高偏光度、高透過率の偏光フィルムを安定して製造することができる。