DE3129162C2

DE3129162C2 - Polarisierender Film

Info

Publication number: DE3129162C2
Application number: DE3129162A
Authority: DE
Inventors: Kaoru Aizawa; Tatsuya Ibaraki Osaka Kubozono; Yozo Oishi
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1980-07-31
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DE3129162A1; US4427741A

Abstract

Polarisierender Film aus a) einem Polarisierungsmittel und b) einem auf wenigstens einer Oberfläche des Polarisierungsmittels gebildeten Film aus der Gruppe thermoplastische Polykarbonate, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyester, Polyamide und Poly(esterkarbonate) und mit einer Retardierung (Schwächung) δ von etwa 500 nm oder weniger, wobei die Retardierung von δ berechnet wird, gemäß folgender Gleichung δ = Δn d worin δ der Wert ist, bei welchem die Polarisierungsrichtung des einfallenden Lichtes um 45 ° zu der Längsachsenrichtung des Filmes gelenkt wird, Δn die Doppelbrechung und d die Dicke des Filmes in m ist.

Description

worin δ der Wert ist, bei welchem die Polarisierungsrichtung des einfallenden Lichtes um 45° zu der Längsachsenrichtung des Filmes gelenkt wird, Δ η die Doppelbrechung und d die Dicke des Filmes in m ist.

2. Polarisierender Film gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächung 100 nm oder weniger ist.

3. Polarisierender Film gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (b) eine Dicke von etwa 0,01 bis etwa 1,0 mm hat.

4. Polarisierender Film gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisierungsmittel ein Jod und/oder dichroitischer Farbstoffpolarisator oder ein Polyen-dichroitischer Polarisator ist.

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Die Erfindung betrifft einen polarisierenden Film mit ausgezeichneter Transparenz Wärmebeständigkeit, Wasserbeständigkeit (insbesondere Heißwasserbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit beim Erwärmen) und Dimensionsstabilität.

Flüssigkristallanzeigen (LCD) werden hauptsächlich in Digitaluhren, tragbaren elektronischen Rechnern und dergleichen angewendet. In neuerer Zeit werden LCDs aber auch auf solchen Gebieten eingesetzt, bei denen eine höhere Stabilität erforderlich ist, z. B. bei Anzeigen in Automobilanzeigevorrichtungen oder bei Anzeigen im Freien.

Der bei LCD-Systemen verwendete, wenigstens auf eine Oberfläche einer polarisierenden Substanz aufgebrachte polarisierende Film hat eine Schutzschicht, um die Lebensdauer der polarisierenden Substanz zu verlängern.

Zahlreiche Literaturst.ellen beschreiben, daß viele Plastikfilme oder Glas, als Schutzschicht verwendet werden können, sofern sie optisch transparent sind. In der Praxis werden jedoch nur Zelluloseesterfilme und Polyacrylharzfilme angewendet. Der Grund dafür ist darin zu finden, daß diese Harze nicht nur eine ausgezeichnete optische Transparenz aufweisen, sondern auch einen niedrigen Orientierungsgrad haben and daß man sie leicht auf eine polarisierende Substanz auftragen und härten kann.

Zelluloseesterharze und Polyacrylharze haben jedoch meistens keine ausreichende Wärmebeständigkeit, Wasserbeständigkeit und Dimensionsstabilität als polarisierender Film und deshalb ist es problematisch, diese Materialien in Anzeigesystemen unter erschwerten Bedingungen, wie Anzeigen in Automobilanzeigegeräten oder für Anzeigen im Freien zu verwenden. Es besteht somit ein Bedürfnis nach einer Verbesserung der Schutzschicht.

Aufgrund dieser Tatsachen wurden Untersuchungen angestellt, um eine Schutzschicht zu schaffen, die eine gute Wärmebeständigkeit, Wasserbeständigkeit und Dimensionsbeständigkeit aufweist und die kein Verfärbungsphänomen aufgrund einer Retardation bei Kombinationen mit einer polarisierenden Substanz zeigt. Als Ergebnis wurde nun gefunden, daß ein Film aus einem Harz mit spezifischen physikalischen Eigenschaften als Schutzschicht geeignet ist. Dies stellt die vorliegende Erfindung dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen polarisierenden Film aus einer polarisierenden Substanz und einem Film zu zeigen, der wenigstens auf einer Oberfläche der polarisierenden Substanz gebildet ist und der eine Retardation <5 von etwa 500 nm oder weniger aufweist und der ausgewählt ist aus der Gruppe von thermoplastischen Polykarbonaten, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Polyestern, Polyamiden und Poly-(esterkarbonat)en.

Poly(estercarbonate) haben die allgemeine Formel

R,-fO— R₂—O — C — R₃ — C — O\ fR₄—O — C — OV-

Ii Ii Γ 'ι Γ

ο ο I \ ο I

worin R, und R₅ jeweils Wasserstoff oder einen Kohlenwasserstoffrest und R₂, R₃ und R₄ jeweils einen Kohlenwasserstoffrest bedeuten, m und η bedeuten 1 oder eine ganze Zahl größer als 1.

Beispiele für polarisierende Substanzen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind Jod und/ oder dichroitische polarisierende Substanzen vom Farbstofftyp, die man herstellt, indem man Jod und/ oder einen dichroitischen Farbstoff auf einen Film, wie einen Polyvinylalkoholfilm, einen teilmodifizierten &o Polyvinylalkohol?!!!!, einem verseiften Film von Ethylen-Vinylace'-:i.-Copolymer und dergleichen, adsorbiert, worauf man dann den Film reckt; Polyen-Typpolarisierende Substanzen, hergestellt durch Dehydratisierungsbehandlung eines Polyvinylalkoholfilms; Polyen und dichroitische Farbstoff-Typ-polarisierende Substanzen, hergestellt durch Adsorbieren eines Farbstoffs auf einem Polyen-Typ-Polarisator während und/ oder nach dem Relaxieren der polarisierenden Substanz in heißem Wasser und Recken des Polarisators, etc. Die Jod-Typ, Farbstoff-Typ und Polyen-Typ-Polarisatoren werden beispielsweise in den US-PS 22 37 567, 23 28 219 bzw. 23 06 108 beschrieben. Von diesen polarisierenden Substanzen werden Polyen-Typ-polarisierende Substanzen bevorzugt, weil sie eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Heißwasserbeständigkeit aufweisen.

Der auf wenigstens einer Oberfläche der polarisierenden Substanz gebildete Film ist ein Film, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus thermoplastischen Polykarbonaten, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Polyestern, Polyamiden und Poly(esterkarbonaten). Geeignete Beispiele Tür Polykarbonate sind solche mit einem Wasserabsorptionsverhältnis von etwa 0,15 bis 0,5%, einer Durchlässigkeit von etwa 89 bis 93% und einer Wärmeverforrnungsiemperatur von etwa 132 bis

150⁰C. Geeignete Beispiele für Polysulfone sind solche mit einem Wasserabsorptionsverhältnis von etwa 0,18 bis 0,25%, einer Durchlässigkeit von etwa 88 bis 92% und einer Wärmedeformationstemperatur von etwa 170 bis 180⁰C. Beispiele fur Polyethersulfone sind solche mit einer Wasserabsorption von etwa 0,25 bis 0,5%, einer Durchlässigkeit von etwa 88 bis 92% und einer Wärmedeformationstemperatur von etwa 200 bis 220⁰C. Geeignete Polyester sind solche, die ein Wasserabsorptionsverhältnis von 0,15 bis 2%, eine Durchlässig- ι ο keit von etwa 85 bis 92% und eine Wärmedeformationstemperatur von etwa 82 bis 150⁰C aufweisen, obwohl diese Eigenschaften von der Kristallinität abhängen. Geeignete Polyamide sind solche mit einem Wasserabsorptionsverhältnis von etwa 1 bis 10%, einer Durchlas- is sigkeit von etwa 65 bis 90% und einer Wärmedeformationstemperatur von etwa 65 bis 134°C, wobei auch diese Eigenschaften von der Kristallinität abhängen. Beispiele für Poly(esterkarbonate) sind solche mit einem Wasserabsorptionsverhältnis von etwa 0,15 bis 0,5%, einer Durchlässigkeit von etwa 85 bis 90% und einer Wärmedeformationstemperatur von etwa 110 bis 175°C.

Der Film wird auf wenigstens einer Oberfläche der polarisierenden Substanz ausgebildet, indem man einen Film aus dem vorerwähnten Harz bildet und diesen Film dann auf der polarisierenden Substanz bindet z. B. durch Verkleben oder Verschweißen, oder indem man das vorerwähnte Harz in einem Lösungsmittel, welches die Polarisationsfähigkeit nicht beeinträchtigt, unter Ausbildung einer Polymerlösung löst und die Polymerlösung dann auf die Oberfläche der polarisierenden Substanz gießt und den Film trocknet.

Der auf wenigstens einer Oberfläche der polarisierenden Substanz durch Kleben oder Gießen gebildete Film muß eine Retardation aufweisen, die das Produkt aus der Doppelbrechung, gemessen nach der Senarmont-Methode gemäß J. Appl. Phys. 4, 138 (1953), und der Dicke des Films von etwa 500 nm oder weniger und vorzugsweise 100 nm oder weniger ist.

Die Retardation δ ist der Wert bei welchem die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes um 45⁰C zur Längsachsenrichtung des Films gerichtet wird und wird unter Anwendung der folgenden Gleichung berechnet

δ = Δη■d

worin Δ η die Doppelbrechung und d die Dicke (in m) des Films bedeutet. Die Doppelbrechung Δ η hängt von dem Orientierungsgrad des Films ab und der Wert von Δ η steigt mit ansteigendem Orientierungsgrad. Um den Wert von Δ η zu vermindern, wird bevorzugt ein Film mit einer niedrigen Orientierung oder im wesentlichen keiner Orientierung verwendet.

Die meisten im Handel erhältlichen thermoplastisehen Polykarbonatfilme, Polysulfonfilme, Polyethersulfonfilme, Polyesterfilme, Polyamidfilme und PoIy-(esterkarbonat)-filme haben manchmal einen höheren Orientierungsgrad und das Verfahren zur Herstellung dieser Filme kann nicht direkt verwendet werden. Diese Filme kann man jedoch verwenden, wenn man sie beispielsweise einer Wärmebehandlung unterwirft, um den Orientierungsgrad zu entfernen oder zu vermindern.

Obwohl die Dicke d des Filmes theoretisch nicht *⁵ beschränkt ist, wenn Δ η = 0 ist, wird aus verschiedenen, z. B. aus wirtschaftlichen Gründen für die Herstellung von Polansierungsplatten, den Selbsttragungseigenschaften der Polarisierungsplatte und den Raumfaktor der LCD-Vorrichtung, in welcher die Polarisierungsplatte angeordnet ist, bevorzugt, daß die Dicke des Films etwa 0,01 bis etwa 1,0 mm beträgt.

Besonders bevorzugt wird es, wenn die polarisierende Substanz und der Film so verbunden sind, daß deren Orientierungsrichtung übereinstimmt. Es wurde experimentell nachgewiesen, daß man ausreichende optische Eigenschaften ohne wesentlichen Einfluß der gegenseitigen Richtungsbeziehung erzielen kann, wenn die Retardation δ des Films etwa 10 nm oder weniger beträgt, jedoch kann man keine ausreichenden optischen charakteristischen Eigenschaften erzielen und es tritt eine Verfärbung auf, wenn der Winkel der gemeinsamen Orientierungsachse nicht etwa 5° oder weniger beträgt, wenn <5 in der Nähe von 100 nm liegt oder nicht etwa 3° oder weniger beträgt, wenn δ in der Nähe von 500 nm liegt.

Der erfindungsgemäße polarisierende Film hat eine ausgezeichnete optische TVanriarenz und eine gute Wärmebeständigkeit und Wasseroeständigkeit (Feuchtigkeitsbeständigkeit unter Erwärmen) aufgrund der Verwendung von Filmen aus Harzen mit speziellen Eigenschaften als Schutzschicht. Weiterhin hat der erfindungsgemäße Polarisierungsfilm eine ausreichende Steifigkeit und seine Handhabung ist einfach.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen erläutert, wobei, Wi-nn nicht anders angegeben, alle Prozentsätze, Teile, Verhältnisse und dergleichen auf das Gewicht bezogen sind.

Beispiel 1

Ein an beiden Enden eingespannter thermoplastischer Polykarbonatfilm mit einer Dicke von 50 μΐη und einer Retardation von 641 nm wurde 30 Minuten bei 160⁰C und 1 Stunde bei 150⁰C in einem Trockenofen wärmebehandelt, wobei man einen Film mit einer Retardation von 110 nm erhielt.

Der erhaltene Film wurde auf beide Seiten eines Polyen-Typ-Polarisators, hergestellt durch Dehydratisieren eines Polyvinylalkoholfilms, unter Verwendung eines Epoxyharzklebers so aufgetragen, daß die Orientierungsachse des Films parallel zu der Absorptionsachse des Poiarisators verlief und wobei man einen polarisierenden Film erhielt.

Beispiel 2

Ein thermoplastisches Polykarbonatharz wurde in Methylenchlorid zu einer 15%igen Lösung gelöst. Die erhaltene Lösung wurde dann auf einen Antihaftfilm (einen Polyesterfilm, der einer Antihaftbehandlung unterworfen wurde) in einer Dicke von 60 um aufgetragen. Der so beschichtete Film wurde bei Raumtemperatur5 Minuten stehen gelassen und dann 10 Minuten bei 65°C getrocknet, und von dem Antihaftfilm abgezogen, wodurch man einen Gießfilm mit einer Retardation von 5 nm erhielt.

Der Gießfilm wurde auf beide Oberflächen eines Poiyen-Typ-Polarisators, der durch Dehydratisieren eines Polyvinylalkoholfilms hergestellt worden war, unter Verwendung eines Polyurethanharzklebers befestigt, wobei man einen polarisierenden Film erhielt.

Beispiel 3

Auf beide Oberflächen eines dichroitischen Farbstoff-Typ-Polarisators, in welchem Direkt-Schwarz (Farbindex 51) in einem Poiyvinylalkoholtilm mit einer Verseifungszahl von 99,9% adsorbiert war, wurde der ther-

moplastische Polykarbonatgießfilm (Retardation: 5 nm) vom Beispiel 2, unter Verwendung eines Polyurethanharzklebers gebunden, wobei man einen polarisierenden Film erhielt.

Vergleichsbeispiel ';

Ein Zelluloseesterfilm mit einer Dicke von 80 am wurde auf beide Oberflächen eines Polyen-Typ-Polarisators, der durch Dehydratisieren eines Polyvinylalkoholfilms erhalten worden war, unter Verwendung eines Epoxyharzfilms angebracht, wobei man einen polarisierende?; Film erhielt.

Beispiel 4

Auf beide Seiten eines Polyen-Typ-Polarisators wie in Beispiel 1 wurde einseitig gereckter Polyethylenterephthalatfilm unter Verwendung eines Polyacryl-Polyurethanharzes angebracht, wobei man einen polarisierenden Film erhielt.

Beispiel 5

20

Ein von beiden Enden eingespannter Polysulfonfilm mit einer Dicke von 65 μΐη und einer Retardation von 580 nm wurde 30 Minuten bei 180⁰C in einem Trockenofen wärmebehandelt, wobei man einen Film mit einer Retardation von 386 nm erhielt. Der erhaltene Film wurde auf beide Seiten eines Polyen-Typ-Polarisators, hergestellt durch Dehydratisieren eines Polyvinylalkoholfilms, unter Verwendung eines Epoxyharzklebers so aufgebracht, daß die Orientierungsachse des Films 3<i parallel zur Absorptionsachse des Polarisators war. Man erhielt einen polarisierenden Film.

Beispiel 6

Ein Polyesterharz wurde in o-Chlorphenol zu einer 10%igen Lösung gelöst. Diese Lösung wurde auf eine Glasplatte gegossen und bei 40°C getrocknet, wobei man einen Gießfilm mit einer Schwächung von 8 nm erhielt. Der gegossene Film wurde auf beide Oberflächen des in Beispiel 5 verwendeten Polarisators unter Verwendung eines Epoxyharzklebers aufgebracht, wobei man einen polarisierenden Film erhielt.

Beispiel 7

Ein Polyamidharz wurde in m-Kresol zu einer 8%igen Lösung gelöst. Die erhaltene Lösung wurde auf eine Glasplatte gegossen und dann bei 160⁰C getrocknet, wobei man einen Gießfilm mit einer Dicke von 25 μΐη und einer Retardation von 8 nm erhielt. Der gegossene Film wurde auf beide Seiten eines FarbstolT-Typ-Polarisators, hergestellt durch Adsorbieren dichroitschen Farbstoffs in einem Polyvinylalkoholfilm, unter Verwendung eines Epoxyharzklebers angebracht, wobei man einen polarisierenden Film erhielt.

55

Vergleichsbeispiel 2

Ein Zelluloseesterfilm wurde auf beide Oberflächen eines Farbstoff-Typ-Polarisators wie in Beispiel 7 aufgebracht, unter Erhalt eines polarisierenden Films.

Beispiele

Auf beide Oberflächen eines Polarisators, hergestellt durch Adsorption von Jod in einem Polyvinylalkoholfilm und Recken des Films um das 4fache, wurde der ic Beispiel 1 verwendete Polykarbonatfilm mittels eines Polyacryl-Polyurethanharzes aufgebracht, wobei man einen "polarisierenden Film erhielt.

Vergleichsbeispäsl 3

Ein Polyacrylharzfilm mit einer Dicke von 50 am wurde auf beide Seiten eines Polarisators, wie er in Beispiel 8 verwendet wurde, unter Erhalt eines polarisierenden Films aufgebracht.

Beispiel 9

Ein thermoplastischer Polykarbonatfilm mit einer Dicke von 50 μπι und einer Retardation von 470 um wurde auf beide Seiten des gleichen Polyen-Polarüators, wie im Beispiel 1 verwendet wurde und in gleicher Weise, wie dort beschrieben wird aufgetragen, umter Erhalt eines polarisierenden Films.

Vergleichsbeispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, wobei jedoch ein thermoplastischer Polykarbonatfilm in einer Dicke von 50 μπι und mit einer Retardation von 350 nm verwendet wurde. Man erhielt einen polarisierten Film.

Vergleichsbeispiel 5

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, wobei jedoch ein thermoplastischer Polykarbonatfilm mit einer Dicke von 50 μπι und einer Retardation von 641 nm verwendet wurde. Man erhielt einen polarisierten Film.

Der Polarisationsgrad und der Prozentsatz des dimensionalen Schrumpfes der gemäß Beispiel 9 und Vergleichsbeispielen 4 und 5 erhaltenen polarisierenden Filme wurden in gleicher Weise wie in der Beschreibung der Anmeldung angegeben wurde, gemessen.

Der Polarisierungsgrad und der prozentuale Dimensionsschrumpf bei den gemäß Beispielen 1 und 8 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 erhaltenen PolarisatoreÄ' wurde gemessen und die Ergebnisse werden in der Tabelle gezeigt. Der Polarisierungsgrad wurde aus der Durchschnittsdurchlässigkeit mit parallelen Achsen und mit gekreuzten Achsen alle 50 nm im Bereich von 400 nm bis 700 nm auf Basis der folgenden Gleichung

P - l x 100 (%)

I H_n + non

worin P der Polarisationsgrad, H₀ die Durchschnittsdurchlässigkeit bei parallelen Achsen und H₉₀ die Durchschnittsdurchlässigkeit bei gekreuzten Achsen bedeuten, gemessen.

Die Durchlässigkeit des polarisierenden Films wurde auf 43% eingestellt.

Tabelle Beispiel

Vergi. bsp. 1

Beispiel

Vergl. bsp. 2

Vergl.
bsp. 3

Bsp.
9

Vergl. bsp. 4

Vergl. bsp. 5

Retardatton-(nm)	110	5	5	318	6	386	8	8
Polariiationigrad (%)
Anfangs	92	90	88	89	92	91	92	89
nach Winnebehandlung'¹	90	89	86	88	88	-	-	-
nach FeuchtigkeiUbehand-	83	85	82	82	76	84	86	84
lunf in tar Wime'³
Prozent dimensionaler	0,5	0,5	0,5	0,5	5-6	0,5	0,5	0,5
Schrumpf (%)'³	oder	oder	oder	oder	oder	oder	oder	oder
	weniger	weniger	weniger	weniger	weniger	weniger	weniger	weniger

92

5-6

1,5

470

530

641

94	94	82	79	75
92	90	81	77	72
85'⁴	₇₇M	81	76	72
0,3'⁴	I₁O'⁴	0,5	0,5	0,5
oder	oder	oder	oder	oder
weniger	weniger	weniger	weniger	weniger

Anmerkungen: *1 Testbedingungen: 100⁰C, 480 Stunden

•2 Testbedingungen: UO⁰C, 95% relative Feuchte, 480 Stunden

•3 Testbedingungen: 30⁰C, 95% relative Feuchte,

•4 · Testbedingungen: i50°C, 95% relative Feuchte, 250 Stunden

Beispiel 9 und Vergleichsbeispiele 4 und 5 zeigen den Einfluß des Retardationswertes und den Grad der Polarisation sowie den Prozentsatz des dimensionalen Schrumpfes, wenn die Dicke konstant bei 50 μίτι gehalten wird. Aus diesen Daten wird deutlich, daß ein polarisierender Film bei dem als Schutzschicht ein Film mit einer Retardation von etwa 500 nm oder weniger verwendet wird, einen ausreichenden Anfangspolarisationsgrad aufweist und auch eine sehr gute Feuchtigkeitsbeständigkeit beim Erwärmen aufweist im Vergleich zu Polarisationsfilmen bei denen als Schutzfilm solche verwendet wurden, die eine Retardation von mehr als 500 nm aufweisen. Der prozentuale dimensio-

nale Schrumpf bleibt dabei im wesentlichen gleich.

Der Vergleich zwischen Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 zeigt, daß bei Verwendung eines Schutzfilms aus einem anderen Material als den erwähnten Polymeren, keinen polarisierenden Film ergibt, welcher die gewünschten Eigenschaften aufweist, selbst wenn der Retardationswert innerhalb des beanspruchten Bereiches liegt.

Daraus wird ersichtlich, daß die Auswahl des für den Schutzfilm verwendeten Überzugsmaterials und die Retardation von 500 nm oder weniger kritisch sind, um polarisierende Filme mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.

Claims

1 Patentansprüche:

1. Polarisierender Film aus (a) einem Polarisierungsmittel und (b) einem auf wenigstens einer Oberfläche des Polarisierungsmittels gebildeten Film aus der Gruppe thermoplastische Polykarbonate. Polysulfone, Polyethersulfone, Polyester, Polyamide und Poly(esterkarbonate) und mit einer Retardierung (Schwächung) δ von etwa 500 nm oder weniger, wobei die Retardierung δ berechnet wird gemäß folgender Gleichung

O=An■ d