(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のリオトロピック液晶化合物の偏光膜は偏光特性（例えば二色比）が低い。【解決手段】リオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含む偏光膜は薄くすると二色比が格段に高くなる。しかし偏光膜を薄くすると透過率が高くなりすぎて実用範囲を超えてしまう。これを解決するため二色比の高い薄い偏光膜を２層以上積層したところ、二色比が高いにもかかわらず透過率が実用範囲に収まる偏光膜を得ることができた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含む、厚み０．１μｍ〜０．２μｍの偏光膜を、少なくとも２層備えたことを特徴とする光学積層体。
【請求項２】
前記偏光膜の各々の厚みの合計である総厚みが、０．２５μｍ〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学積層体。
【請求項３】
前記光学積層体が２つの主面を有する基材をさらに備え、前記基材の両主面にそれぞれ少なくとも１層の前記偏光膜を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学積層体。
【請求項４】
前記光学積層体が２つの主面を有する基材をさらに備え、前記基材の片側主面のみに少なくとも２層の前記偏光膜を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光膜を備えた光学積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルでは液晶を通過する光線の旋光性を制御するため偏光膜が用いられる。従来これらの偏光膜として、ポリビニルアルコール等のポリマーフィルムをヨウ素や二色性色素で染色し、一方向に延伸した偏光膜が広く使用されている。しかし上記の偏光膜は色素やポリマーフィルムの種類によっては耐熱性や耐光性が十分でなく、また液晶ディスプレイの大型化にともないフィルムの製造装置が大型化するという問題がある。
【０００３】
これに対してガラス板やポリマーフィルムなどの基材上にリオトロピック液晶化合物を含む液晶性コーティング液を塗布し、リオトロピック液晶化合物を配向させて偏光膜を形成する方法が知られている。リオトロピック液晶化合物は溶液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、これを含む液晶性コーティング液に剪断応力を加えて流動させると、超分子会合体の長軸方向が流動方向に配向する。そのようなリオトロピック液晶化合物としてペリレン系化合物（特許文献１、２）やアゾ系化合物（特許文献３、４）が知られている。リオトロピック液晶化合物の偏光膜は延伸する必要がなく、延伸による幅方向の収縮がないので広い幅の偏光膜を得やすい。また膜厚を格段に薄くすることができるので将来的に期待されている。
【０００４】
しかし従来のリオトロピック液晶化合物の偏光膜は偏光特性（例えば二色比）が低いという問題があり、かかる問題の解決が望まれていた。
【特許文献１】特開２００５−１５４７４６号公報
【特許文献２】特表平８−５１１１０９号公報
【特許文献３】特開２００６−３２３３７７号公報
【特許文献４】特開２００５−２５５８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は偏光特性、例えば二色比の高い偏光膜を備えた光学積層体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らはリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含む偏光膜を薄くしたとき、二色比が格段に高くなることを見出した（二色比は高いほど望ましい）。しかし偏光膜を薄くすると透過率が高くなりすぎて実用範囲を超えてしまう（透過率には実用上の上限下限がある）。これを解決するため薄い偏光膜を２層以上積層したところ、二色比が高いにもかかわらず透過率が高くなりすぎず実用範囲に収まる偏光膜を得ることができた。
【０００７】
本発明の要旨は次の通りである。
（１）本発明の光学積層体はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含む、厚み０．１μｍ〜０．２μｍの偏光膜を、少なくとも２層備えたことを特徴とする。
（２）本発明の光学積層体は前記偏光膜の各々の厚みの合計である総厚みが、０．２５μｍ〜０．４μｍであることを特徴とする。本明細書では複数在る偏光膜のそれぞれの厚みの合計を「偏光膜の総厚み」という。
（３）本発明の光学積層体は前記光学積層体が２つの主面を有する基材をさらに備え、前記基材の両主面にそれぞれ少なくとも１層の前記偏光膜を備えたことを特徴とする。この構成によると、例えば各主面に１層ずつ偏光膜を形成する場合ならば、第２層の溶媒が第１層の光学特性を悪化させることが原理的にないため、光学特性の優れた光学積層体が単純な構成で得られる。
（４）本発明の光学積層体は前記光学積層体が２つの主面を有する基材をさらに備え、前記基材の片側主面のみに少なくとも２層の前記偏光膜を備えたことを特徴とする。この構成によると、例えば基材の、偏光膜を形成しない側をロールで支持して搬送するようにすれば、偏光膜に傷をつけることがなく連続生産ができるため、高い生産性が得られる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により二色比が高く透過率が実用範囲内の、リオトロピック液晶化合物の偏光膜を備えた光学積層体を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［光学積層体］
図１を参照して本発明の光学積層体を説明する。図１（ａ）に示す本発明の光学積層体１０はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含む偏光膜１１、１２を少なくとも２層備え、各々の偏光膜１１、１２の厚みは０．１μｍ〜０．２μｍである（図１（ａ）の光学積層体１０は偏光膜１１、１２が２層の例である）。各々の偏光膜１１、１２の厚みの合計である総厚みは０．２５μｍ〜０．４μｍである。本発明の光学積層体１０において偏光膜１１、１２の層数は高い二色比を得るために２層または３層であることが好ましい。上記の偏光膜１１、１２の層数が４層以上となると各層の界面反射が大きくなり透過率が低くなりすぎるおそれがある。
【００１０】
偏光膜が１層のみからなる従来の偏光膜は、二色比を高くしようとして偏光膜を薄くすると（例えば０．２μｍ）透過率が高くなりすぎる（例えば５０％を超える）。逆に偏光膜を厚くして（例えば０．３μｍ）透過率を適正範囲（例えば３０％〜５０％）に収めようとすると二色比が低くなるという問題を有していた。本発明に用いられる偏光膜においては、単層では二色比は高いものの透過率が高すぎる薄い偏光膜１１、１２を２層または３層積層することにより、二色比は高いまま透過率を適正範囲に下げ、光学特性の優れた偏光膜を得ることができる。
【００１１】
本発明の光学積層体１０は上記の偏光膜１１、１２を少なくとも２層備えるものであれば、さらに他の任意の層を備えていてもよい。さらに図１（ｂ）に示すように本発明の光学積層体２０は例えば２つの主面をもつ基材２１を備え、基材２１の両主面にそれぞれ少なくとも１層の偏光膜２２、２３が形成されたものでもよい。また図１（ｃ）に示すように本発明の光学積層体３０は基材３１の片側主面だけに２層以上の偏光膜３２、３３が形成されたものでもよい。本発明の光学積層体２０、３０に用いられる基材２１、３１の厚みには特に制限はないが１μｍ〜２００μｍ程度が適切である。
【００１２】
［偏光膜］
本発明に用いられる偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含む。この偏光膜は可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）で吸収二色性を示す。この吸収二色性は偏光膜中でリオトロピック液晶化合物が配向することにより生じる。
【００１３】
本発明に用いられる偏光膜の１層当たりの厚みは０．１μｍ〜０．２μｍが適切である。この範囲の厚みとすることにより二色比を高くすることができる。偏光膜の１層当たりの厚みが０．１μｍ未満であると、透過率を適正な範囲に下げるため過度に多層の積層（例えば４層以上）を行なう必要があるが、そうすると層間の界面反射が大きくなり透過率が低くなりすぎるおそれがある。一方上記の偏光膜の１層当たりの厚みが０．２μｍを超えると高い二色比を有する偏光膜を得ることが困難になる。本発明の光学積層体に用いられる２層以上の偏光膜の各層を形成する有機色素の種類は同一でもよいし、異なっていてもよい。また各層の厚みは同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００１４】
本発明に用いられる偏光膜の総厚みは、好ましくは０．２５μｍ〜０．４μｍ、より好ましくは０．２５μｍ〜０．３５μｍである。ここで偏光膜の総厚みとは、本発明の光学積層体に偏光膜が２層用いられるときは２層の厚みの合計を、３層用いられるときは３層の厚みの合計を意味する。上記の総厚み範囲であれば適切な透過率（例えば３０％〜５０％）の偏光膜が得られる。
【００１５】
本発明に用いられる偏光膜はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含むものであれば他に任意の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては界面活性剤、酸化防止剤、帯電防止剤などが挙げられる。添加剤の濃度は通常１０重量％未満である。
【００１６】
［有機色素］
本発明に用いられる有機色素はリオトロピック液晶化合物からなる。リオトロピック液晶化合物は溶媒に溶解させた溶液状態で、温度や濃度を変化させることにより等方相−液晶相の相転移を起こす性質を有する液晶化合物をいう。上記の液晶相に特に制限はないがネマチック液晶相が好ましい。この液晶相は偏光顕微鏡で観察される光学模様により確認、識別される。上記のリオトロピック液晶化合物としては可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）のいずれかの波長で吸収を示すものが好ましい。上記のリオトロピック液晶化合物は、好ましくはアゾ系化合物、アントラキノン系化合物、ペリレン系化合物、キノフタロン系化合物、ナフトキン系化合物、メロシアニン系化合物である。
【００１７】
［基材］
本発明に用いられる基材に特に制限はなく単層のものでもよいし複層の積層体、例えば配向膜を含むものであってもよい。具体的な基材としてはガラス板やポリマーフィルムが挙げられる。基材が配向膜を含む場合、配向膜は配向処理の施されたものが好ましい。配向膜を含む基材としては、例えばガラス板にポリイミド膜がコーティングされた基材がある。このポリイミド膜には公知の方法、例えばラビングなどの機械的配向処理や、光配向処理などにより配向性が付与される。基材のガラスとしては液晶セルに用いられる無アルカリガラスが好ましい。可撓性の必要な用途にはポリマーフィルムからなる基材が好適である。ポリマーフィルムの表面がラビングなどにより配向処理されていてもよいし、ポリマーフィルムの表面に他の素材からなる配向膜が形成されていてもよい。基材に用いるポリマーフィルムの素材としてはフィルム形成性を有するポリマーであれば特に限定されないが、スチレン系ポリマー、（メタ）アクリル酸系ポリマー、エステル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、イミド系ポリマー、セルロース系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、カーボネート系ポリマーなどが挙げられる。
【００１８】
［光学積層体の製造方法］
本発明の光学積層体は、代表的には、２層の場合はリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含むコーティング液を、乾燥後の厚みが０．１μｍ〜０．２μｍとなるように流延し乾燥させる工程を２回繰り返して得ることができる。また３層の場合は上記の工程を３回繰り返して得ることができる。上記のコーティング液は上記の有機色素の濃度が、好ましくは０．５重量％〜５０重量％である。上記のリオトロピック液晶化合物はコーティング液中で超分子会合体を形成しており、これを含むコーティング液に剪断応力を加えて流動させると、超分子会合体の長軸方向が流動方向に配向する。配向手段は剪断応力に加えて、ラビング処理や光配向処理などの配向処理、磁場や電場による配向などを組み合わせて用いてもよい。
【００１９】
上記のコーティング液の流延方法としては均一に流延できるものであれば特に制限はなく、スライドコータ、スロットダイコータ、バーコータ、ロッドコータ、ロールコータ、カーテンコータ、スプレイコータなどの適切なコータを用いて基材に塗布する方法や金属ドラムの上に展開する方法が挙げられる。乾燥手段に特に制限はなく、自然乾燥、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが用いられる。加熱乾燥手段としては空気循環式乾燥オーブンや熱ロールなどの任意の乾燥装置を用いた乾燥方法が用いられる。加熱乾燥の場合の乾燥温度は、好ましくは５０℃〜１２０℃である。
【００２０】
一つの実施形態として、本発明の光学積層体は基材を備え、基材の両面にそれぞれ少なくとも１層の偏光膜が形成されてなる。このような光学積層体は、例えば両主面に配向処理が施された基材をリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含むコーティング液中に浸漬したのち引き上げて、基材の両主面に薄膜状のコーティング液を付着させ乾燥する方法（ディップ成形法）により作製される。あるいは基材の一方の主面にリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含むコーティング液を、乾燥後の厚みが０．１μｍ〜０．２μｍとなるように流延して偏光膜を形成した後、他の主面にも同様の操作で偏光膜を形成して作製される。他の実施形態として、本発明の光学積層体は基材をさらに備え、基材の片側主面のみに少なくとも２層の偏光膜が形成されてなる。基材の片側主面に２層の偏光膜が形成された光学積層体は、例えば、基材の一方の主面にリオトロピック液晶化合物からなる有機色素を含むコーティング液を乾燥後の厚みが０．１μｍ〜０．２μｍとなるように流延して第１層の偏光膜を形成した後、その偏光膜の上に、例えば、厚み０．１μｍ程度のポリイミド薄膜からなるバリア層を形成し、このバリア層の表面にさらに同様の操作で第２層の偏光膜を形成して作製される。なおバリア層と偏光膜をさらに一組積層することにより３層の偏光膜が形成された光学積層体が作製される。
【００２１】
［光学積層体の用途］
本発明の光学積層体は偏光素子として好適に用いられる。偏光素子は各種の液晶パネル、例えばコンピュータ、コピー機などのＯＡ機器、携帯電話、時計、デジタルカメラ、携帯情報端末、携帯ゲーム機などの携帯機器、ビデオカメラ、テレビ、電子レンジなどの家庭用機器、バックモニター、カーナビゲーション、カーオーディオなどの車載用機器、店舗用モニターなどの展示機器、監視用モニターなどの警備機器、介護用モニター、医療用モニターなどの医療機器の液晶パネルに使われる。本発明の光学積層体は基材から剥離して用いてもよいし、基材と積層したまま用いてもよい。基材と積層したまま光学用途に用いる場合、基材は可視光に透明なものが好ましい。基材から剥離した場合は、好ましくは他の支持体や光学素子に積層して用いられる。
【実施例】
【００２２】
［実施例］
基材として厚み１００μｍのノルボルネン系ポリマーフィルム（日本ゼオン社製  商品名「ゼオノア」）を選び、その両面を吉野化工社製のコットン布でそれぞれ平行に５回ずつ擦ってラビング処理を施した。次にラビング処理を施したポリマーフィルムの両面にコロナ処理（７０Ｗ・分／ｍ２）を行なった。このポリマーフィルムの一方の面（おもて面）にワイヤーバー（テスター産業製  ＃１．５）を用いて、リオトロピック液晶化合物の一つであるペリレン系化合物を含む水溶液（オプティバ社製  商品名「Ｎｏ．１５」、濃度７重量％）をラビング処理方向と平行に流延塗布し、温度２５℃、湿度５０％ＲＨの環境下で自然乾燥させて、厚み０．１５μｍの偏光膜Ａを作製した。
【００２３】
次にポリマーフィルムの、偏光膜Ａを備えた側の反対側の面（裏面）にも同様にして上記の水溶液を塗布、乾燥し、厚み０．１５μｍの偏光膜Ｂを作製した。このようにして作製した実施例の光学積層体の光学特性は表１および図２に示すように、偏光膜の総厚みが０．３μｍ、二色比が５８．７、透過率が４８．７％であった。
【表１】
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【００２４】
［比較例１］
基材（ノルボルネン系ポリマーフィルム）の両面に形成される偏光膜の厚みをそれぞれ０．２５μｍとした以外は、実施例と同様の方法で光学積層体を作製した。比較例１の光学積層体の光学特性は表１および図２に示すように、偏光膜の総厚みが０．５μｍ、二色比が２６．３、透過率が４２．３％であった。
【００２５】
［比較例２］
基材（ノルボルネン系ポリマーフィルム）の両面に形成される偏光膜の厚みをそれぞれ０．３μｍとした以外は、実施例と同様の方法で光学積層体を作製した。比較例２の光学積層体の光学特性は表１および図２に示すように、偏光膜の総厚みが０．６μｍ、二色比が２７．９、透過率が４１．６％であった。
【００２６】
［比較例３］
基材（ノルボルネン系ポリマーフィルム）の片面のみに厚み０．３μｍの偏光膜を１層形成した以外は、実施例と同様の方法で光学積層体を作製した。比較例３の光学積層体の光学特性は表１および図２に示すように、偏光膜の総厚みが０．３μｍ、二色比が２５．４、透過率が４９．５％であった。
【００２７】
［比較例４］
基材（ノルボルネン系ポリマーフィルム）の片面のみに厚み０．５μｍの偏光膜を１層形成した以外は、実施例と同様の方法で光学積層体を作製した。比較例４の光学積層体の光学特性は表１および図２に示すように、偏光膜の総厚みが０．５μｍ、二色比が１８．６、透過率が４３．３％であった。
【００２８】
［比較例５］
基材（ノルボルネン系ポリマーフィルム）の片面のみに厚み０．６μｍの偏光膜を１層形成した以外は、実施例と同様の方法で光学積層体を作製した。比較例５の光学積層体の光学特性は表１および図２に示すように、偏光膜の総厚みが０．６μｍ、二色比が２１．７、透過率が４２．９％であった。
【００２９】
［比較例６］
基材（ノルボルネン系ポリマーフィルム）の片面のみに厚み０．２μｍの偏光膜を１層形成した以外は、実施例と同様の方法で光学積層体を作製した。比較例６の光学積層体の光学特性は表１および図２に示すように、偏光膜の総厚みが０．２μｍ、二色比が６１．６、透過率が５５．８％であった。
【００３０】
［評価］
二色比：図２の二色比のグラフに示されるように、偏光膜の総厚みが同じ場合、１層より２層の方が二色比が高い。特に総厚みが０．３μｍの場合その差が大きく、２層の二色比が１層の２．３倍にもなる。総厚みが０．５μｍ〜０．６μｍでは差は小さくなるものの、それでも１．３倍〜１．４倍の差がある。いずれにしても高い二色比を得るためには１層より２層の方が有利である。また２層の場合、総厚みが０．３μｍ付近（０．２５μｍ〜０．４μｍ、より好ましくは０．２５μｍ〜０．３５μｍ）は二色比が十分高い上、後述のように透過率が適正範囲にあるため最も適切である。総厚みが０．３μｍ付近の偏光膜を２層で形成する場合に１層の厚みは０．１μｍ〜０．２μｍが適切である。
【００３１】
透過率：図２の透過率のグラフに示されるように、偏光膜の総厚みが同じ場合、１層より２層の方が透過率が少し低い。透過率については１層と２層の差は二色比ほど大きくないが、透過率の適正範囲を３０％〜５０％とすると、総厚みが０．３μｍのとき、１層は透過率が上限ぎりぎりであるのに対し、２層は上限までに余裕がある。従って透過率からみても２層の方が有利である。なお１層で総厚みが０．２μｍのもの（比較例６）は、二色比は非常に高いが、透過率が適正範囲を超えて大きいため実用化し難い。総厚みが０．３μｍ付近の偏光膜を３層で形成した場合、二色比が６０を超え、透過率が３５％〜４０％の光学積層体を得ることができる。この場合、二色比は１層品および２層品よりも優れているが、透過率は１層品および２層品より低くなり適正範囲の下限に近くなる。
【００３２】
［測定方法］
［二色比および透過率］
グラントムソン偏光子を備えた分光光度計（日本分光社製  製品名「Ｕ−４１００」）を用いて、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの直線偏光の測定光を入射させ、各波長に視感度補正係数をかけて積分し、上記の波長領域の平均の最大透過率方向の直線偏光の透過率ｋ１および最大透過率方向に直交する方向の直線偏光の透過率ｋ２を求め、次式により二色比および透過率を算出した。
二色比＝ｌｏｇ（１／ｋ２）／ｌｏｇ（１／ｋ１）
透過率＝（ｋ１＋ｋ２）／２
［偏光膜の厚み］
偏光膜の一部を剥離し三次元非接触表面形状計測システム（菱化システム社製  製品名「Ｍｉｃｏｒｍａｐ  ＭＭ５２００」）を用いて段差を計測して求めた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の光学積層体の模式図
【図２】偏光膜の総厚みと二色比および透過率の関係を示すグラフ
【図１】
2009157033.tif 000004
【図２】
2009157033.tif 000005