(57)【要約】【課題】本発明の目的は、より簡単な操作で形状や大きさが制御できる粒子体を用いた光散乱型偏光選択素子、光アイソレータ等に用いることができる光学フィルムを提供することである。【解決手段】本発明の目的は、（１）粒子を内包するファイバー状ポリマーを含有することを特徴とする光学フィルム、（２）前記ファイバー状ポリマーの短直径が１〜１５０ｎｍであり、長直径が０．１〜１５μｍであることを特徴とする請求項１記載の光学フィルム、（３）前記粒子の屈折率が１．５〜３．０であることを特徴とする請求項１または２記載の光学フィルム、によって達成することができた。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を内包するファイバー状ポリマーを含有することを特徴とする光学フィルム。
【請求項２】
前記ファイバー状ポリマーの短直径が１〜１５０ｎｍであり、長直径が０．１〜１５μｍであることを特徴とする請求項１記載の光学フィルム。
【請求項３】
前記粒子の屈折率が１．５〜３．０であることを特徴とする請求項１または２記載の光学フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光散乱型偏光選択素子、光アイソレータ等に用いることができる光学フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光散乱型偏光選択素子が、液晶ディスプレイのバックライトの光利用効率を向上させる目的で用いられている。
【０００３】
従来の液晶ディスプレイに用いられている偏光板は、半分の偏光を透過し、半分の偏光を吸収する。そのため、偏光板を通過する光は、明るさが半分以下になっていた。透過型液晶ディスプレイでは、液晶セルの表裏に２枚の偏光板を用いるため、明るさは光源の３０〜４０％まで低下している。液晶ディプレイにおいて、光の利用効率を上げる試みが、種々行われている。
【０００４】
例えば、（１）偏光ビームスプリッターによる方法（ＡＳＩＡ ＤＩＳＰＬＡＹ’９５、  ７３１頁に記載）、（２）コレステリック偏光変換による方法（ＡＳＩＡ ＤＩＳＰＬＡＹ’９５、  ７３５頁に記載）や（３）液晶と高分子の複合体を用いる方法（特開平６−２０８３１９号公報記載）が提案されている。
【０００５】
（１）偏光ビームスプリッターのようなプリズムによる方法では、角度依存性や波長依存性の問題があり、プリズムには、液晶ディスプレイの軽量およびコンパクトとの特徴を損なう問題もある。
（２）コレステリック偏光変換では、膜厚方向にコレステリックの螺旋ピッチが一定に分布しているコレステリックフイルムを用いる。しかしながら、コレステリックフイルムの作製は、非常に複雑で難しい。
（３）液晶と高分子の複合体は、複合体の屈折率が液晶材料によって限定される。そのため、大きな異方性散乱を得ることが難しく、偏光変換効率が小さな値になる。
【０００６】
上記の方法（１）〜（３）に代えて、アスペクト比１以上の異方性散乱素子を分散配列させる方法が特許文献１で提案されている。この方法は、異方性散乱素子に無機物（酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、炭化シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ホウ酸アルミ、ガラス）を用いているため、大きな異方性散乱を得ることができる。
【０００７】
さらに、角度依存性による損失が少なく、複雑な作製過程を経ずに簡単に製造できるとの利点を有する。異方性散乱素子を用いる方法では、異方性散乱粒子の形状が重要である。異方性散乱粒子は、分子の長軸方向では光を散乱させ、短軸方向では、光を散乱させないことが重要である。すなわち、短軸方向の幅（短直径）は小さいほど好ましい。
【０００８】
ところが、この短軸の幅（短直径）の小さい異方性散乱粒子を作製することは簡単ではない。特許文献１に記載されている異方性散乱粒子は、その短軸方向の幅（短直径）が１００ｎｍ以上である。
【０００９】
半導体レーザーと光ファイバーを用いた光通信において利用される超小型アイソレーターに用いられる赤外域の偏光板は、従来から知られている２色性色素を延伸したポリマーでは、耐久性に問題を有していた。耐久性の問題を解決するため、特許文献２には、銀粒子を分散させた偏光ガラスが提案されている。
【００１０】
しかし、この赤外域のガラス偏光板においては、針状銀をガラス中で配向させているため、軽量や柔軟性の問題があった。
【００１１】
特許文献３では、ポリマー中にアスペクト比が２以上の棒状ハロゲン化銀粒子を含有させる光学異方性膜が提案されている。しかしながら、ハロゲン化銀粒子の柔らかさから、所望の粒子の配向が得られないという問題があった。
【特許文献１】特開平９−２９７２０４号公報
【特許文献２】特公平２−４０６１９号公報
【特許文献３】特開２００３−１３９９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、より簡単な操作で形状や大きさが制御できる粒子体を用いた光学フィルムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
（１）粒子を内包するファイバー状ポリマーを含有することを特徴とする光学フィルム、
（２）前記ファイバー状ポリマーの短直径が１〜１５０ｎｍであり、長直径が０．１〜１５μｍであることを特徴とする前記（１）記載の光学フィルム、
（３）前記粒子の屈折率が１．５〜３．０であることを特徴とする前記（１）または（２）記載の光学フィルム、
によって達成することができた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、より簡単な操作で形状や大きさが制御できる粒子体を用いた光学フィルムを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
本発明の光学フィルムは、粒子を含有させたポリマーをファイバー状にし、この粒子を内包したファイバー状ポリマーを光学フィルム内に配向するように含有させることを特徴としている。
【００１７】
本発明の粒子は、ファイバー状ポリマーに内包させるために平均粒径が１〜１００ｎｍであることが必要である。粒子の種類としては、ポリマー粒子、無機粒子が上げられるが、屈折率が１．５〜３．０の無機粒子であることが好ましい。
【００１８】
具体的には、酸化亜鉛、酸化チタン等の無機粒子が挙げられる。これらの粒子は、住友大阪セメント（株）においてＺｎＯ−３１０、ＺｎＯ−３５０、ＺｎＯ−４１０、石原産業（株）においてＴＴＯ−５５、ＴＴＯ−５１、ＦＺＯ−５０の商品名で市販されており容易に入手することができる。
【００１９】
＜平均粒径の測定方法＞
本発明の前記粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡：ＴＥＭ（株式会社日立製作所社製Ｈ−１７００ＦＡ型）により観察した写真を画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて直径を計算し、それの単純な平均値を求める。これを「粒子の平均粒径」とする。このとき、観察した粒子は、１０００個以上である。
【００２０】
本発明のファイバー状ポリマーは、ファイバー状であることから外形的には短直径と長直径を有するものである。そして、数平均による短直径が１〜１５０ｎｍであることが好ましい。長直径については、特に制限はないが、光学フィルムとしての性能から、０．１〜１５μｍであり、好ましくは、０．５〜１０μｍである。
【００２１】
本発明のファイバー状ポリマーを形成するためのポリマーとしては、通常光学フィルムとして使用することができるものを適宜採用することができる。例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリシクロオレフィン、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリアクリレート等が挙げられる。
【００２２】
＜数平均による短直径の測定方法＞
数平均の短直径は次の方法にて求められる。まず、ファイバー状ポリマーの横断面方向に超薄切片を切り出し、透過型電子顕微鏡：ＴＥＭ（株式会社日立製作所社製Ｈ−１７００ＦＡ型）でファイバー状ポリマーの横断面を観察する。このＴＥＭによるファイバー状ポリマーの横断面写真を画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて短直径を計算し、それの単純な円柱状と仮定した場合の平均値を求める。これを「数平均による短直径」とする。このとき、平均に用いるファイバー状ポリマーの数は同一横断面内で無作為抽出した３００本以上の短直径を測定する。
【００２３】
粒子を内包するファイバー状ポリマーを製造する方法としては、公知の方法を採用することができる。例えば、粒子とファイバー状ポリマーの原材料である熱可塑性ポリマーを混練した後、ポリマーアロイ溶融体を紡糸し、粒子を混練したポリマーを海とする海島構造を持ったポリマーアロイ繊維を製造し、島部分だけを加水分解処理等で除去して製造する方法、ポリマーを溶解した溶液を作成し、そこに粒子を添加して粒子を分散したポリマー溶液としその後エレクトロスピニング法等によりファイバー化する方法を挙げることができる。
【００２４】
ファイバー状ポリマーに内包される粒子は、ファイバー状ポリマーの体積に対して１０〜２００体積％であることが好ましく、５０〜１５０体積％であることがさらに好ましい。
【００２５】
本発明の光学フィルムは、前述の粒子を内包するファイバー状ポリマーを含有するものである。光学フィルムを形成するためのポリマーとしては、前記ファイバー状ポリマーを形成するものと同じものを使用することができる。例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリオレフィン、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリアクリレート等をあげることができる。
【００２６】
光学フィルムは、１０〜２００μｍの膜厚を有することが取り扱い性について好ましく、２０〜１５０μｍであることがより好ましい。
【００２７】
本発明のファイバー状ポリマーを、光学フィルム形成性ポリマーに配向させながら含有させる方法としては、例えば、光学フィルムを溶液流延法で巻き形状に製造する場合、光学フィルムポリマー溶解液を支持体に流延する直前に、粒子を内包するファイバー状ポリマーをインライン添加し、そのまま支持体に流延する方法が挙げられる。この場合、ファイバーを形成するポリマーと光学フィルムを形成するポリマーとは、溶媒に対する溶解度の異なるものを選択するのが好ましい。ファイバー状をそのまま維持することができるからである。
【００２８】
また、熱溶融流延法で製造する場合、光学フィルム形成用のポリマーをダイから押し出す直前にインラインで粒子を内包するファイバー状ポリマーを混練することによって光学フィルムを形成することができる。
【００２９】
インラインでファイバー状ポリマーを添加することにより、ロール状に製膜する方向にファイバー状ポリマーを容易に配向することができる。
【００３０】
いずれの製造方法においても、その後の製造工程において製膜方向または製膜方向に垂直な方向等の延伸処理をすることが好ましい。この延伸処理によってファイバー状ポリマーの配向が統一され、本発明の効果をより発揮させることができる。延伸倍率は、光学フィルムに使用するポリマーによって異なるが、一般的には製膜方向にたいして１．０〜２．０倍製膜方向に垂直な方向にたいして１．０１〜３倍が好ましい。
【００３１】
本発明の粒子を内包するファイバー状ポリマーは、光学フィルムを形成するためのポリマーに対して、５〜１５０体積％含有させることができ、５０〜１００体積％であることが好ましい。
【００３２】
本発明において、粒子を内包するファイバー状ポリマーの７０体積％以上の長直径の方向が、全体のファイバー状ポリマーの平均方向にたいし±２０度の配向角の範囲にあることが好ましい。ファイバー状ポリマーの配向状態は、電子顕微鏡写真による無作為抽出３０検体以上のファイバー状ポリマーについて実施することで定める。
【００３３】
なお、本発明において使用する粒子およびファイバー状ポリマーの体積％とは、ＴＥＭによる観察において、粒子では測定した平均粒径からの真球であると仮定した体積を計算し、ファイバー状ポリマーでは、直径が短直径である長さ長直径の円柱状であると仮定して計算した体積を用いた。
【００３４】
本発明では、マット剤を光学フィルム中に含有させることができる。これによって、搬送や巻き取りをしやすくすることができる。マット剤の粒径は１０ｎｍ〜０．１μｍの１次粒子もしくは２次粒子であるであることが好ましい。１次粒子の針状比は１．１以下の略球状のマット剤が好ましく用いられる。
【００３５】
微粒子としては、ケイ素を含むものが好ましく、特に二酸化珪素が好ましい。本発明に好ましい二酸化珪素の微粒子としては、例えば、日本アエロジル（株）製のアエロジルＲ９７２、Ｒ９７２Ｖ、Ｒ９７４、Ｒ８１２、２００、２００Ｖ、３００、Ｒ２０２、ＯＸ５０、ＴＴ６００（以上日本アエロジル（株）製）の商品名で市販されているものを挙げることができ、アエロジル２００Ｖ、Ｒ９７２、Ｒ９７２Ｖ、Ｒ９７４、Ｒ２０２、Ｒ８１２を好ましく用いることができる。ポリマーの微粒子の例として、シリコーン樹脂、弗素樹脂及びアクリル樹脂を挙げることができる。シリコーン樹脂が好ましく、特に三次元の網状構造を有するものが好ましく、例えば、トスパール１０３、同１０５、同１０８、同１２０、同１４５、同３１２０及び同２４０（東芝シリコーン（株）製）を挙げることができる。
【００３６】
二酸化珪素の微粒子は、１次平均粒子径が２０ｎｍ以下であり、かつ見かけ比重が７０ｇ／Ｌ以上であるものが好ましい。１次粒子の平均径が５〜１６ｎｍがより好ましく、５〜１２ｎｍがさらに好ましい。１次粒子の平均径が小さい方がヘイズが低く好ましい。見かけ比重は９０〜２００ｇ／Ｌ以上が好ましく、１００〜２００ｇ／Ｌ以上がより好ましい。見かけ比重が大きい程、高濃度の微粒子分散液を作ることが可能になり、ヘイズ、凝集物が発生せず好ましい。
【００３７】
本発明におけるマット剤の添加量は、光学フィルム１ｍ2当たり０．０１〜１．０ｇが好ましく、０．０３〜０．３ｇがより好ましく、０．０８〜０．１６ｇがさらに好ましい。
【００３８】
その他本発明の光学フィルムには、適宜、紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤等の一般的に使用される添加剤を含有させることができる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、本実施例で用いた物性の定義および測定方法は、既に発明を実施するための最良の形態の欄中で説明した方法の他、次に示すものである。
Ａ．ポリマーの溶融粘度
東洋精機株式会社製キャピログラフ１Ｂによりポリマーの溶融粘度を測定した。なお、サンプル投入から測定開始までのポリマーの貯留時間は１０分とした。
Ｂ．融点
Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ製ＤＳＣ−７を用いて２ｎｄ ｒｕｎでポリマーの融解を示すピークトップ温度をポリマーの融点とした。このときの昇温速度は１６℃／分、サンプル量は１０ｍｇとした。
Ｃ．密度
繊維集合体の目付Ｓ（ｇ／ｍ2）および厚さＴ（ｍｍ）を、それぞれＪＩＳ Ｌ １０９６（１９９９） ８．４．２および８．５．１に準じて測定し、これらの測定値から繊維集合体の密度Ｄ（ｇ／ｃｍ3）を以下の式から算出した。
Ｄ＝Ｓ／Ｔ／１０００
［実施例１］
溶融粘度５３Ｐａ・ｓ（２６２℃、剪断速度１２１．６ｓｅｃ-1）、融点２２０℃のナイロン６（以下、Ｎ６）を１０質量％、および溶融粘度３１０Ｐａ・ｓ（２６２℃、剪断速度１２１．６ｓｅｃ-1）、融点２２５℃のイソフタル酸を８ｍｏｌ％、ビスフェノールＡを４ｍｏｌ％共重合した融点２２５℃の共重合ポリエチレンテレフタレート（以下、共重合ＰＥＴ）４０質量％および酸化チタン粒子５０質量％（石原産業（株）社製ＴＴＯ−５１Ｃ  平均粒径２０ｎｍ）を、２軸押出混練機により２６０℃で混練してポリマーアロイチップを得た。なお、この共重合ＰＥＴの２６２℃、１２１６ｓｅｃ-1での溶融粘度は１８０Ｐａ・ｓであった。このときの混練条件は以下のとおりとした。
スクリュー型式：同方向完全噛合型 ２条ネジ
スクリュー直径：３７ｍｍ、有効長さ：１６７０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝４５．１
混練部長さ：スクリュー有効長さの２８％
混練部：スクリュー有効長さの１／３より吐出側に位置させた。途中３個所のバックフロー部有り
ポリマー供給：Ｎ６と共重合ＰＥＴを別々に計量し、別々に混練機に供給した。
ベント：２個所
このポリマーアロイを２７５℃の温度で溶融させ、紡糸温度２８０℃のスピンブロック
に導いた。そして、限界濾過径１５μｍの金属不織布でポリマーアロイ溶融体を濾過した後、口金面温度２６２℃とした口金から溶融紡糸した。このときの紡糸口金としては吐出孔上部に直径０．３ｍｍの計量部を備えた、吐出孔径が０．７ｍｍ、吐出孔長が１．７５ｍｍのものを用いた。そして、この時の単孔あたりの吐出量は２．９ｇ／分とした。また、この時の口金孔壁とポリマーの間の剪断応力は０．１３ＭＰａ（ポリマーアロイの粘度は１０５Ｐａ・ｓ、２６２℃、剪断速度１２４８ｓｅｃ-1）と充分低いものであった。さらに、口金下面から冷却開始点までの距離は９ｃｍであった。吐出された糸条は２０℃の冷却風で１ｍにわたって冷却固化され、口金から１．８ｍ下方に設置した給油ガイドで給油された後、非加熱の第１引取ローラーおよび第２引取ローラーを介して９００ｍ／分で巻き取られた。そして、これを第１ホットローラーの温度を９０℃、第２ホットローラーの温度を１３０℃として延伸熱処理した。この時、第１ホットローラーと第２ホットローラー間の延伸倍率を３．２倍とした。また、得られたポリマーアロイ繊維の横断面をＴＥＭで観察したところ、共重合ＰＥＴが海、Ｎ６が島の海島構造を示し、島成分Ｎ６の数平均による直径は５３ｎｍであり、Ｎ６が超微分散化したポリマーアロイ繊維が得られた。
【００４０】
上記で得られたポリマーアロイ繊維を２５本合わせて、およそ３０００ｄｔｅｘとした後、ギロチンカッターで４０ｍｍにカットした。これを、開繊機で開繊した後、開繊された繊維を計量してパラレルカードマシンにてウェッブを作成し、このウェッブをニードルパンチマシン（速度０．５ｍ／分、針本数５０本／ｃｍ2）にて上下両面１回ずつ処理することで、繊維を絡合させ、ニードルパンチ不織布を得た。このニードルパンチ不織布は、目付が０．０４ｇ／ｃｍ3であった。
【００４１】
さらに、上記ニードルパンチ不織布を温度９５℃、濃度３％の水酸化ナトリウム水溶液で満たしたバット中に、浴比１：１００で２時間浸漬することでポリマーアロイ繊維中の海ポリマーである共重合ＰＥＴの９９％以上を加水分解除去することで、密度が０．２１ｇ／ｃｍ3であるナノファイバー不織布を得た。また、ナノファイバー不織布から繊維を引きだし、この繊維横断面をＴＥＭで観察したところ、Ｎ６からなるナノファイバーの数平均による単直径は５６ｎｍであり、酸化チタン粒子を内包するファイバー状ポリマー１が得られた。粒子の体積分率は５０体積％であった。
【００４２】
（ドープ組成）
以下、光学フィルム用ポリマーとしてセルロースエステルを用いた場合についての例を示す。
ドープ組成について示す。
【００４３】
セルロースエステル（ＣＥ−１※）                        １００質量部
溶媒：アセトン                                          ４５０質量部
粒子を内包したファイバー状ポリマー１                    １００質量部
可塑剤：トリメチロールプロパントリベンゾエート            １０質量部
紫外線吸収剤：
Ｔｉ１０９（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）製）０．５質量部
Ｔｉ１７１（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）製）０．５質量部
マット剤：Ｒ９７２Ｖ（日本アエロジル（株）製）          ０．２質量部
※ＣＥ−１：セルロースアセテートプロピオネート（アセチル置換度１．９、プロピオニル基置換度０．８、分子量Ｍｎ＝７００００、分子量Ｍｗ＝２２００００、Ｍｗ／Ｍｎ＝３．１）
次いでベルト流延装置を用い、幅１．８ｍのステンレスバンド支持体に上記ドープを均一に流延した。本発明の粒子を内包したファイバー状ポリマー１は、支持体上に流延する直前に、ドープにインライン添加した。
【００４４】
ステンレスバンド支持体上で、残留溶媒量が１１０％になるまで溶媒を蒸発させ、ステンレスバンド支持体から剥離した。剥離の際に張力をかけて製膜方向（ＭＤ）延伸倍率が１．５倍となるように延伸し、次いで、テンターでウェブ両端部を把持し、１．１倍の延伸倍率で製膜方向に垂直な方向に延伸した後、その幅を維持したまま数秒間保持し、幅方向の張力を緩和させた後幅保持を解放し、更に１２５℃に設定された第３乾燥ゾーンで３０分間搬送させて乾燥を行い、幅１．５ｍ、かつ端部に幅１ｃｍ、高さ８μｍのナーリングを有する膜厚８０μｍ、長さ１０００ｍの長尺の光学フィルム−Ａを作製した。粒子を内包したファイバー状ポリマーの７５体積％が、ファイバー状ポリマー全体の平均方向の±１５度以内であった。
（偏光板としての評価）
作製した光学フィルム−Ａの透過率を測定機（ＭＯＤＥＬ  ＭＰＣ−３００、島津（株）製）で測定した。測定は光源とフイルムの間に偏光子を挿入して行い、偏波面とファイバー状ポリマーの長直径を同じにしたものを平行、直交させたものを直交とした。４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長において高い偏光性が得られており、偏光板として有用であることが分かる。比較として特開２００３−１３９９５１号実施例４に記載の光学異方性薄膜を用いた。
【００４５】
なお、各試料は、９０％ＲＨ３０℃の部屋で２４時間保存後に５５％ＲＨ２３℃の部屋で２４時間調湿後に測定した。
【００４６】
【表１】
2007322622.tif 000002
【００４７】
表１からわかるように、本発明は優れた効果を発揮することが明確である。
【００４８】
本発明により、光散乱型偏光選択素子、光アイソレータ等に用いることができる優れた光学フィルムが得られたことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】粒子を内包したファイバー状ポリマーを含有する光学フィルムの概念図１及び拡大図（粒子を内包したファイバー状ポリマーの概念図）２である。
【図１】
2007322622.tif 000003