CN102884456A - 光学元件和使用该光学元件改良偏光薄膜的视角的方法 - Google Patents

光学元件和使用该光学元件改良偏光薄膜的视角的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光学元件，包含光学各向异性层，所述光学各向异性层含有有机色素，满足三维折射率为nx＞nz＞ny的关系，且(nx-nz)/(nx-ny)为0.2~0.7，所述有机色素的特征在于，至少一种有机色素的最大吸收波长为380nm以上且低于550nm，另外的至少一种有机色素的最大吸收波长为550nm以上且780nm以下，该光学元件具有作为相位差元件的功能，在使用具有该元件的偏光元件的情况下，在450~700nm的波长范围内，能够将黑色亮度抑制在同样低的水平而与波长无关，另外，具有如下特征：倾斜的漏光少，并且对于泄漏的光的颜色而言，也不会产生着色或者着色非常少。

Description

光学元件和使用该光学元件改良偏光薄膜的视角的方法
技术领域
本发明涉及对液晶显示装置等图像显示装置有用的光学元件和使用该光学元件改良偏光薄膜的视角的方法。
背景技术
作为液晶显示装置中必需的构件的偏光薄膜可以以例如下述方式得到。
首先，通过将浸渗有水溶性二色性染料或多碘离子等二色性色素的聚乙烯醇薄膜在硼酸温水溶液中进行单轴拉伸而得到偏光元件，或者通过对聚乙烯醇薄膜进行单轴拉伸、然后通过脱水反应形成聚烯结构而得到偏光元件。接着，利用表层经过碱处理的三乙酸纤维素薄膜或环烯烃聚合物等保护薄膜，使用胶粘剂夹持该偏光元件，由此可以得到目标偏光板。
但是，在使用两片上述偏光元件或偏光薄膜以使各自的吸收轴正交的方式进行配置的情况下，使观察位置在与自正面方向的各自的吸收轴方向不同的方向上倾斜时，存在从入射侧的偏光元件或偏光薄膜通过的偏光未被出射侧的偏光板充分吸收而使光发生泄漏的、所谓的偏光元件或偏光薄膜的视角依赖性的问题。该现象给使用垂直取向(VA)型、平面转换(IPS)型、弯曲排列(OCB)型等各种液晶盒的液晶显示装置的视角特性带来特别大的影响。
针对上述问题，专利文献1中提出了如下方法：通过规定相位差薄膜的光学常数来降低倾斜视野中的液晶层或光学补偿构件的影响，从而改善倾斜方向的黑色亮度并减少着色。另外，非专利文献1中公开了通过使用两片相位差板来降低偏光薄膜的视角依赖性的方法。
但是，专利文献1的方法中，无法充分地改善视角依赖性。另外，非专利文献1的方法中，由于所使用的相位差薄膜的波长依赖性，即使能够改善特定波长的视角依赖性，对于其他波长也是不充分的，因此着色后的光会发生泄漏。
对于这样的偏光薄膜的视角改良效果的波长依赖性而言，利用专利文献2或非专利文献2中的方法，虽然能够有效地得到改善，但存在必须层叠多层薄膜这样的繁杂性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-310064号公报
专利文献2：日本专利第4137438号公报
非专利文献
非专利文献1：J.Chen等,SID98DIGEST,P.315(1998)
非专利文献2：T.Ishinabe等,SID00DIGEST.P.1094(2000)
发明内容
发明所要解决的问题
如上所述，虽然有各种改良偏光元件或偏光薄膜的视角依赖性的方法，但无法同时解决视角改良效果的波长依赖性和使用多层薄膜的繁杂性。因此，本发明的目的在于提供一种在不使用多层薄膜的情况下改善偏光元件或偏光薄膜的视角依赖性并且降低波长依赖性的光学元件。
用于解决问题的手段
本发明人发现，包含含有至少两种以上的二色性色素的三维折射率为nx＞nz＞ny且Nz系数为0.2~0.7的光学各向异性层的光学元件(相位差元件)或在透明基板上具有该光学元件的相位差薄膜对解决上述问题非常有用。需要说明的是，本说明书中，Nz系数是指(nx-nz)/(nx-ny)的值。
例如，新发现了：通过在偏光薄膜上形成该光学元件等，制作成设置有该光学元件的偏光薄膜，将带该光学元件的偏光薄膜与通常的偏光薄膜以使两偏光元件的吸收轴正交的方式配置、以将该光学元件配置在偏光元件之间的情况下，能够解决上述问题，即，即使使观察位置在与自正面方向的各自的吸收轴方向不同的方向上倾斜，也能够减少漏光，并且，能够在不使泄漏的少许光着色的情况下大幅降低偏光薄膜的视角依赖性和视角改善效果的波长依赖性，从而完成了本发明。即，本发明涉及下述发明。
(1)一种光学元件，包含进行了着色和取向的光学各向异性层，所述光学各向异性层含有至少两种有机色素，并且在将面内的最大折射率设为nx、将与nx在面内正交的折射率设为ny且将垂直于面的方向的折射率设为nz时，三维折射率为nx＞nz＞ny，(nx-nz)/(nx-ny)为0.2~0.7。
(2)如上述(1)所述的光学元件，其特征在于，上述有机色素的至少一种有机色素的最大吸收波长为380nm以上且低于550nm，另外的至少一种有机色素的最大吸收波长为550nm以上且780nm以下。
(3)如上述(1)或(2)所述的光学元件，其中，上述有机色素为偶氮类化合物、蒽醌类化合物、苝化合物、喹酞酮类化合物、萘醌类化合物或部花青类化合物。
(4)如上述(1)~(3)中任一项所述的光学元件，其特征在于，光学各向异性层在测定波长550nm下的面内相位差值为130nm~300nm。
(5)一种相位差薄膜，其具有上述(1)~(4)中任一项所述的光学元件。
(6)一种复合相位差薄膜，其通过将上述(1)~(4)中任一项所述的光学元件或上述(5)所述的相位差薄膜与其他相位差薄膜层叠而成。
(7)如上述(6)所述的复合相位差薄膜，其特征在于，其他相位差薄膜为负C板或正C板。
(8)一种光学薄膜，其通过将上述(1)~(4)中任一项所述的光学元件与偏光薄膜层叠而成。
(9)一种光学薄膜，其通过将上述(5)所述的相位差薄膜与偏光薄膜层叠而成。
(10)一种光学薄膜，其通过将上述(6)或(7)所述的复合相位差薄膜与偏光薄膜层叠而成。
(11)如上述(8)所述的光学薄膜，以使光学元件的慢轴与偏光薄膜的吸收轴正交的方式层叠而成。
(12)如上述(9)所述的光学薄膜，以使相位差薄膜的慢轴与偏光薄膜的吸收轴正交的方式层叠而成。
(13)一种图像显示装置，其具备选自由上述(1)~(4)中任一项所述的光学元件、上述(5)所述的相位差薄膜、上述(6)或(7)所述的复合相位差薄膜和上述(8)~(12)中任一项所述的光学薄膜组成的组中的至少一种。
(14)如上述(13)所述的图像显示装置，其中，图像显示装置为液晶显示装置。
(15)如上述(1)所述的光学元件，其中，光学各向异性层为由包含至少一种最大吸收波长为380nm以上且低于550nm的有机色素、至少一种最大吸收波长为550nm以上且780nm以下的有机色素、寡聚苯基化合物和由下述通式(A)表示的化合物的组合物形成的层，
Figure BDA00002362478300051
式(A)中，X表示-O-CH2-ph-CH2-O-、-O-CO-ph-CO-O-或-NH-CO-ph-CO-NH-，ph表示可具有磺基取代的对亚苯基，n表示重复数。
(16)如上述(15)所述的光学元件，其中，包含由下述通式(B)表示的偶氮化合物或其盐作为最大吸收波长为380nm以上且低于550nm的有机色素，
Figure BDA00002362478300052
式(B)中，X表示磺基或羧基，R1、R2各自独立地表示氢原子、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基，n表示1或2，
而且包含由下述通式(C)表示的化合物或其盐作为最大吸收波长为550nm以上且780nm以下的有机色素，
Figure BDA00002362478300061
式(C)中，Q21表示具有1个或2个磺酸基、而且可具有羟基或C1~C4烷氧基的萘基，Q22、Q23各自独立地表示亚苯基或亚萘基(这些基团具有1个或2个选自由C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、羟基和磺酸基组成的组中的一种或两种取代基作为取代基)，R21表示氢原子、C1~C4烷基、乙酰基、苯甲酰基或者取代的苯基或未取代的苯基，R23、R24各自独立地表示氢原子、羟基、磺酸基、C1~C4烷基或C1~C4烷氧基，q表示0或1，r表示1或2。
发明效果
本发明的光学元件具有产生相位差的功能，从而作为相位差元件有用，通过在透明基板薄膜上设置该光学元件，能够作为相位差薄膜使用。特别是，在偏光薄膜上具有该光学元件或带该光学元件的相位差薄膜的光学薄膜(以下也称为带光学元件的偏光薄膜)具有如下效果：能够降低液晶显示装置中由观察位置的倾斜引起的漏光，并且能够在不使泄漏的少许光着色的情况下大幅降低偏光薄膜的视角依赖性和视角改善效果的波长依赖性。即，将上述带光学元件的偏光薄膜与通常的偏光薄膜以使各自的吸收轴正交的方式配置、以将光学元件配置在偏光元件之间的情况下，即使使观察位置在与自正面方向的各自的吸收轴方向不同的方向上倾斜，也能够减少漏光，并且，能够在不使泄漏的少许光着色的情况下大幅降低偏光薄膜的视角依赖性和视角改善效果的波长依赖性。另外，通过将设置有该光学元件的偏光薄膜用于液晶显示器，还能够提高液晶显示器的视角特性。
附图说明
图1是与偏光薄膜的贴合构成图。
图2是与偏光薄膜的贴合构成图。
图3是与偏光薄膜的贴合构成图。
图4是倾斜方向的黑色亮度测定样品构成图。
图5是倾斜方向的黑色亮度测定样品构成图。
图6是倾斜方向的测定方向的说明图。
图7是自极角50°、方位角45°的正交透射率波形的图。
标号说明
1.偏光薄膜
1a.偏光薄膜
2.光学各向异性层
3.吸收轴
4.快轴
5.粘合剂
6.基材
7.脱模性基材
8.玻璃板
9.测定样品
10.方位角θ
11.极角
Figure BDA00002362478300071
12.正面方向
13.
Figure BDA00002362478300073
为0-180°轴
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
本发明的光学元件包含含有至少两种有机色素的如下定义的双轴性层。本发明中所称的双轴性是指三维折射率满足nx＞nz＞ny的关系并且Nz系数为0.2~0.7、优选为0.3~0.5。在此，nx是指面内的最大折射率，ny是指与nx在面内正交的折射率，nz是指垂直于面的方向的折射率。另外，Nz系数是指由(nx-nz)/(nx-ny)得到的值。在该范围以外时，应用于液晶显示装置时的视角改良等效果可能会不足或者可能会自倾斜方向产生着色。
为了显示出该双轴性，可以列举：将薄膜拉伸的方法；将液晶性组合物以进行取向的方式涂布并干燥、从而形成涂膜或涂膜层的方法(以下也称为取向涂膜形成法)等。
作为将薄膜拉伸的方法，可以列举例如日本特开2006-291192号公报、WO2006/117981号公报等中记载的方法。作为涂布液晶性组合物并使其进行取向的方法，可以列举例如日本特表2009-540345号公报、WO2010/020928号公报、日本特开2006-48078号公报、日本特开2006-316138号公报等中记载的方法。
本发明中，优选上述后者的取向涂膜形成法。
在该涂布液晶性组合物并使其进行取向的方法中，优选使用包含超分子(supuramolecule)并且显示出溶致液晶性的液晶性组合物，所述超分子包含至少一种具有共轭π系和能够在超分子间形成非共价键的官能团的多环式有机化合物。作为这种具有溶致液晶性的多环式有机化合物，可以列举例如：寡聚苯基化合物、双苯并咪唑化合物、乙酰基二氮杂蒽化合物、三嗪化合物等。将寡聚苯基化合物的例子示于表1中，将双苯并咪唑化合物的例子示于表2中。将乙酰基二氮杂蒽化合物的例子示于表3中。另外，将三嗪化合物的例子示于表4中。
本发明中，优选上述具有溶致液晶性的化合物中的寡聚苯基化合物。寡聚苯基化合物中，优选的化合物为通过包含选自由氧原子、氮原子和硫原子组成的组中的至少一种杂原子的五元杂环或六元杂环使选自由苯环、联苯环和萘环组成的组中的至少两个环结合而得到的化合物，该苯环、联苯环或萘环优选具有一个磺基。
例如，作为优选的化合物之一，可以列举由下述通式(D)表示的化合物。
Figure BDA00002362478300091
式(D)中，Y1表示-O-、-NH-或-SO2-，Y2表示单键、-O-或-NH-，A1和A2独立地表示苯环、萘环或联苯环，磺基(HSO3)取代在上述环上。
这些化合物中，优选4,4’-(5,5’-二氧代二苯并[b,d]噻吩-3,7-二基)双苯磺酸(4,4’-(5,5’-dioxidodibenzo[b,d]thiene-3,7-diyl)dibenzenesulfonicacid)。
含有上述化合物的液晶性组合物的特征在于，在进行例如利用剪切的取向处理时，以满足nx＞nz＞ny的关系的方式进行取向。
[表1]
Figure BDA00002362478300092
4,4’-(5,5-二氧代二苯并[b,d]噻吩-3,7-二基)双苯磺酸
Figure BDA00002362478300093
二萘并[2,3-b:2’,3’-d]呋喃二磺酸
Figure BDA00002362478300094
12H-苯并[b]吩
Figure BDA00002362478300101
嗪二磺酸
Figure BDA00002362478300102
二苯并[b,i]二苯并对二
Figure BDA00002362478300103
英二磺酸
Figure BDA00002362478300104
苯并[b]萘并[2’,3’:5,6]二英并[2,3-i]二苯并对二
Figure BDA00002362478300106
英二磺酸
Figure BDA00002362478300107
苊并[1,2-b]苯并[g]喹喔啉二磺酸
Figure BDA00002362478300108
9H-苊并[1,2-b]咪唑并[4,5-g]喹喔啉二磺酸
[表2]
Figure BDA00002362478300109
[表3]
(3-1)
(3-2)
Figure BDA00002362478300121
(3-3)
Figure BDA00002362478300131
[表4]
Figure BDA00002362478300141
本发明中，通过将含有上述液晶性化合物和后述有机染料的液晶组合物利用取向涂膜形成法在薄膜等基板上形成进行了取向的液晶组合物的干燥涂膜层，能够制成具有包含光学各向异性层的光学元件的基板。
另外，除了上述显示出溶致液晶性的单个或多个化合物以外，还可以将显示出液晶性的聚合物添加到显示出溶致液晶性的组合物中。
例如有以WO2010/020928号公报(16-17页)为代表的棒状分子的液晶聚合物，将其具体例示于表5中。通过添加上述显示出液晶性的聚合物，能够调节所得到的光学元件的nx、ny、nz的关系或者提高耐久性，因此优选。
[表5]
表5-1
Figure BDA00002362478300151
聚(2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺对苯二甲酰胺)
Figure BDA00002362478300152
聚(2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺磺基对苯二甲酰胺)
聚(对亚苯基磺基对苯二甲酰胺)
Figure BDA00002362478300154
聚(2-磺基-1,4-亚苯基磺基对苯二甲酰胺)
Figure BDA00002362478300155
聚(2,2’-二磺基-4,4’-联苯胺萘-2,6-二甲酰胺)
Figure BDA00002362478300156
聚(二磺基联苯-1,2-亚乙基-2,2’-二磺基联苯)
表5-2
Figure BDA00002362478300161
聚(2,2’-二磺基联苯基-2-二氧基对苯二甲酰基)
Figure BDA00002362478300162
聚(2,2’-二磺基联苯基-2-磺基二氧基对苯二甲酰基)
Figure BDA00002362478300163
聚(磺基亚苯基-1,2-亚乙基-2,2’-二磺基联苯)
Figure BDA00002362478300164
聚(磺基亚苯基-1,2-亚乙基-2’-磺基亚苯基)
Figure BDA00002362478300165
聚(2,2’-二磺基联苯基-2-磺基-1,4’-二氧甲基亚苯基)
上述棒状分子的液晶性聚合物中，优选由下述通式(A)表示的化合物。
式(A)中，X表示-O-CH2-ph-CH2-O-、-O-CO-ph-CO-O-或-NH-CO-ph-CO-NH-，ph表示可具有磺基取代的对亚苯基，n表示重复数。
该液晶性聚合物的重均分子量为约1000~约200000，优选为约2000~约100000。另外，根据情况，该重均分子量也可以为约3000~约70000或约4000~约70000。
上述的含有两种以上的有机色素、具有溶致液晶性的多环式有机化合物并且优选进一步含有上述液晶性聚合物的液晶性组合物中，为了制成涂布液而通常含有溶剂。所使用的溶剂只要是溶解性优良且在溶剂溶解于组合物中的状态下显示出溶致性的溶剂则没有特别限制，可以列举例如：水、醇类、醚类、纤溶剂、羧酸类、二甲亚砜等。本发明中，从处理性的观点等出发，优选水。上述溶剂可以单独使用，也可以以多种的混合物的形式使用。另外，可以添加二甲基甲酰胺、甘油、乙二醇等水溶性的溶剂。这些添加物可以用于调节易溶性、水溶液的干燥速度。
溶剂的量只要是能够将该液晶性组合物涂布的浓度则没有特别限定。例如，含有溶剂的液晶性组合物中，相对于该组合物的总量，固体成分浓度通常为5~50重量%，优选为8~30重量%。
另外，该液晶性组合物的粘度以利用E型粘度计在25℃下进行测定时的粘度计为200~1000mPa·s时，适合生成溶致液晶，在该范围的粘度时，在MD方向上施加剪切力而进行涂布或涂敷，由此，使液晶在与MD方向垂直的方向上进行取向，因此优选。
作为本发明的光学元件中使用的至少两种有机色素，可以列举：偶氮类化合物、蒽醌类化合物、苝化合物、喹酞酮类化合物、萘醌类化合物或部花青类化合物等，可以为同一种类的染料，也可以为不同种类的染料。通常优选同一种类的化合物。更优选为显示出二色性的偶氮类化合物。可以列举例如：《功能性色素的应用》(入江正浩主编，CMC出版)98-100页中记载的偶氮类化合物、C.I.直接黄28、C.I.直接黄44、C.I.直接橙26、C.I.直接橙107、C.I.直接橙71、C.I.直接红2、C.I.直接红31、C.I.直接红79、C.I.直接红247、C.I.直接绿80、C.I.直接蓝202、C.I.直接黑17、C.I.直接蓝83、C.I.直接橙39、C.I.直接红79、C.I.直接红81、C.I.直接黄12、C.I.直接蓝67、C.I.直接红39、C.I.酸性红37、C.I.直接绿59、C.I.直接橙72、C.I.直接红89、C.I.直接红83、C.I.直接紫48、C.I.直接蓝90、以及日本特开2001-33627号公报、日本特开2002-296417号公报、日本特开2003-215338号公报、WO2004/092282号公报、日本特开2001-0564112号公报、日本特开2001-027708号公报、日本特开平11-218611号公报、日本特开平11-218610号公报、日本特开昭60-156759号公报、日本特开2001-33627号公报、日本专利2622748号公报和日本专利第3963979号公报中记载的有机染料等。
本发明的光学元件或相位差薄膜的形成中使用的至少两种有机色素中，优选至少一种有机色素的最大吸收波长为380nm以上且低于550nm，并且另外的至少一种有机色素的最大吸收波长为550nm以上且780nm以下。更优选有机色素中的至少一种有机色素(第一色素)的最大吸收波长为430nm以上且470nm以下，并且另外的至少一种有机色素(第二色素)的最大吸收波长为570nm以上630nm以下。作为第一色素，可以列举例如：C.I.直接橙39、C.I.直接橙71、C.I.直接橙26、C.I.直接橙107和WO2007/138980号公报中记载的有机染料。
其中，优选由下述通式(B)表示的偶氮化合物或其盐。
Figure BDA00002362478300191
式(B)中，X表示磺基或羧基，R1、R2各自独立地表示氢原子、C1~C4烷基、C 1~C4烷氧基，n表示1或2。
作为第二色素，可以列举例如：C.I.直接蓝202、C.I.直接黑17、C.I.直接蓝83、直接绿51、日本特开2001-33627号公报和日本专利第3963979号公报(0022~0027)中记载的有机染料。
作为优选的色素，可以列举由下述通式(C)表示的化合物或其盐。
Figure BDA00002362478300192
式(C)中，Q21表示具有1个或2个磺酸基、而且可具有羟基或C1~C4烷氧基的萘基，Q22、Q23各自独立地表示亚苯基或亚萘基(这些基团具有1个或2个选自由C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、羟基、磺酸基组成的组中的一种或两种取代基作为取代基)，R21表示氢原子、C1~C4烷基、乙酰基、苯甲酰基或者取代的苯基或未取代的苯基，R23、R24各自独立地表示氢原子、羟基、磺酸基、C1~C4烷基或C1~C4烷氧基，q表示0或1，r表示1或2。
这样，通过含有最大吸收波长不同的两种以上的色素，使本发明的光学元件发挥特别优良的效果。例如，在将设置有本发明的光学元件的偏光薄膜与通常的偏光薄膜以各自的吸收轴正交的方式配置、以将光学元件配置在偏光元件之间的情况下，即使使观察位置在与自正面方向的各自的吸收轴方向不同的方向上倾斜，也能够减少漏光，并且，能够在不使泄漏的少许光着色的情况下大幅降低偏光薄膜的视角依赖性和视角改善效果的波长依赖性。
上述有机色素的合计浓度添加至不使透射率大幅降低的程度。优选相对于涂布液的固体成分的总量为0.01~10重量%，优选为0.1~5重量%，更优选为0.1~3重量%。另外，第一色素与第二色素的比例可以适当选择，该比例中，相对于第一色素1重量份，使第二色素为0.1~10重量份，优选为0.2~5重量份，更优选为0.5~2重量份，最优选为0.7~1.5重量份。
在将本发明的光学元件作为相位差薄膜利用的情况下，将含有上述具有溶致液晶性的多环式有机化合物和有机色素的液晶性组合物、优选还含有上述液晶性聚合物的液晶性组合物涂布到透明基材上并使其进行取向，在该基材上形成光学各向异性层，由此可以制成相位差薄膜。另外，也可以直接将液晶性组合物涂布到偏光薄膜上，在偏光薄膜上直接形成进行了取向的光学各向异性层，从而制成具有本发明的光学元件的偏光薄膜。另外，还可以根据情况先在转印用基材(脱模性基材)上形成上述进行了取向的光学各向异性层，再将该光学各向异性层转印到偏光薄膜上。
优选在与偏光板的MD方向(Machine Direction)垂直的方向上进行取向来形成光学各向异性层。作为涂布方法，只要是可涂布均匀并进行取向的方法则没有特别限制。可以列举：使用坡流涂布机(スライドコ一タ)、槽模涂布机、刮棒涂布机、棒式涂布机、辊涂机、帘式涂布机、喷涂机、唇模涂布机、真空模涂机、凹印涂布机、逆向凹印涂布机、微凹涂布机等适当的涂布机在基材上进行涂布的方法；在金属转鼓上展开的方法。优选使用模涂机类或凹印涂布机类，在使用凹印涂布机类的情况下，并用光泽辊也是有效的。干燥方法没有特别限制，可以使用自然干燥、减压干燥、加热干燥、减压加热干燥等。作为加热干燥方法，可以利用使用空气循环式干燥箱或热辊等任意的干燥装置的干燥方法。优选的干燥方法为在0℃~40℃的低温下并在60%以下的相对湿度下进行干燥的方法。
作为本发明的相位差薄膜中使用的基材，通常使用透明的塑料基材或玻璃，优选塑料基材。作为本发明中使用的塑料基板，可以列举：丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环氧树脂、纤维素树脂等，可以列举例如：三乙酸纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、间规聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酸酯(PAr)、聚砜(PSF)、聚酯砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、环状聚烯烃、聚酰亚胺(PI)等。优选为TAC。基材厚度取决于用途，除此以外没有特别限定，一般为1μm~1000μm的范围。另外，为了调节本发明中使用的组合物的润湿性，优选对各薄膜的表面实施电晕处理、等离子体处理、碱处理、底涂处理等表面处理。
本发明的光学各向异性层或相位差薄膜在测定波长550nm下的面内相位差值为130~300nm。优选为150~270nm，更优选为180~250nm。光学各向异性层的厚度取决于液晶盒的方式、面内相位差值等各种光学参数，因此不能一概而论，通常为0.1~10μm。进一步优选为0.1~2μm。
上述光学各向异性层可以在成膜后进行用于提高耐水性的处理。例如，可以列举使用螯合剂置换成不溶于水或难溶于水的基团的方法。作为螯合剂，可以列举：Ni2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Pd2+、Cd2+、Pb2+、Sn2+、Co2+、Mn2+、Ba2+、Ce3+等金属离子的盐、或者有机胺的盐。这些螯合剂可以单独使用，也可以将两种以上以任意的比率和组合并用。
另外，作为其他方法，可以列举在光学各向异性层上设置保护层的方法。保护层中使用的材料没有特别限定，可以列举例如：氨基甲酸酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等，这些材料可以单独使用，也可以两种以上组合使用。优选使用疏水性的材料，更优选使用聚氨酯树脂。柔软性优良的聚氨酯树脂能够在不扰乱光学各向异性层的取向状态的情况下层叠在光学各向异性层上。
也可以将上述使用螯合剂的方法和设置保护层的方法组合使用。
为了得到目标特性值，本发明的相位差薄膜也可以在基材上层叠光学各向异性层。这种情况下，使用螯合剂的耐水化处理和/或设置保护层的耐水化处理可以对各层分别进行，也可以在层叠所有的光学各向异性层后进行。
本发明的光学元件或相位差薄膜可以与偏光薄膜或其他相位差薄膜组合使用。如图1所示，优选以使光学元件或相位差薄膜2的慢轴4与偏光薄膜1的吸收轴3正交的方式层叠。在进行层叠时，如图1所示，直接涂布到偏光薄膜1上而形成光学各向异性层2。
如图2所示，将基材上形成有光学各向异性层2的相位差薄膜的光学各向异性层侧借助丙烯酸类粘合剂5与偏光薄膜1或其他相位差薄膜层叠。
或者，如图3所示，将形成在基材7上的光学各向异性层2借助丙烯酸类粘合剂与偏光薄膜1或其他相位差薄膜贴合并将基材7剥离，从而可以将光学各向异性层2转印到偏光薄膜1或其他相位差薄膜上。
本发明的相位差薄膜也可以与其他相位差薄膜层叠后使用，例如，可以与负C板或正C板组合使用。
本发明的带光学元件的偏光薄膜的制作中使用的偏光薄膜只要是通常使用的偏光薄膜则均可以使用。该偏光薄膜中使用的偏光元件(偏光子)只要为具有使来自于光源的光形成偏光的功能的元件则没有特别限制，可以使用通过吸收特定方向的光而形成偏光的吸收型偏光元件和通过反射特定方向的光而形成偏光的反射型偏光元件中的任意一种。作为吸收型偏光元件，可以列举例如：对含有染料、多价碘离子等二色性色素的聚乙烯醇类薄膜等亲水性高分子薄膜进行单轴拉伸而得到的偏光元件；在聚乙烯醇类薄膜的单轴拉伸的前后利用酸进行脱水而形成聚烯结构、从而得到的偏光元件；以及以在一定方向上进行取向的方式处理后的取向膜上涂布表现出溶致液晶状态的二色性色素的溶液、然后除去溶剂而得到的偏光元件等。另一方面，作为反射型偏光元件，可以列举例如：包含多个复合折射不同的层叠体的偏光元件、将具有选择性反射区域的胆固醇液晶与1/4波长板组合而成的偏光元件、以及在基板上设置有细小的线栅的偏光元件等。为了更有效地获得本发明的效果，优选使用偏光特性优良的、对含有染料、多价碘离子等二色性色素的聚乙烯醇类薄膜等亲水性高分子薄膜进行单轴拉伸而得到的偏光元件或者在聚乙烯醇类薄膜的单轴拉伸的前后利用酸进行脱水而形成聚烯结构从而得到的偏光元件作为偏光元件。
上述偏光元件可以通过现有方法来制造。例如，在包含含有染料和多价碘离子等二色性色素的聚乙烯醇类薄膜的偏光元件的情况下，首先，用温水等使聚乙烯醇类薄膜溶胀，然后，浸渍到溶解有二色性色素的染色槽中，对该薄膜进行染色，接着，在包含硼酸、硼砂等交联剂的槽中在单轴方向上进行拉伸并使其干燥，由此，可以得到该偏光元件。作为染色中使用的色素，可以列举：碘-碘化钾水溶液、《功能性色素的应用》(入江正浩主编，CMC出版)98-100页中记载的偶氮类化合物、C.I.直接黄12、C.I.直接黄28、C.I.直接黄44、C.I.直接橙26、C.I.直接橙39、C.I.直接橙107、C.I.直接红2、C.I.直接红31、C.I.直接红79、C.I.直接红81、C.I.直接红247、C.I.直接绿80、C.I.直接绿59、以及日本特开2001-33627、日本特开2002-296417、日本特开2003-215338、WO2004/092282、日本特开2001-0564112、日本特开2001-027708、日本特开平11-218611、日本特开平11-218610、日本特开昭60-156759号、日本特开2001-33627和日本专利2622748号公报中记载的有机染料等。这些二色性色素除了可以列举游离酸以外，还可以列举：碱金属盐(例如Na盐、K盐和Li盐等)、铵盐、胺类的盐、或络合盐(例如Cu络合物、Ni络合物和Co络合物等)等。偏光元件的性能可以通过二色性色素所具有的二色性和拉伸时的拉伸倍率等进行调节。
通过将本发明的光学各向异性层(光学元件)或本发明的相位差薄膜、或者该光学各向异性层(光学元件)或该相位差薄膜与其他相位差薄膜层叠而成的复合相位差薄膜与偏光板组合配置在图像显示装置的光通路内、例如液晶显示装置的至少液晶盒的单侧等，能够得到本发明的图像显示装置、例如液晶显示装置。液晶显示装置根据所使用的液晶盒的种类而有各种模式，但在任何情况下均可以使用设置有本发明的光学各向异性层(光学元件)的偏光薄膜。例如，可以在VA(垂直取向)型、IPS(平面转换)型、OCB(光学补偿弯曲排列)型、TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型等各种模式的液晶显示装置中使用本发明的相位差薄膜。根据各自的视角特性来调节光学各向异性层(光学元件)或各相位差薄膜的NZ系数和相位差值即可。
实施例
以下，通过实施例对本发明更详细地进行说明，但本发明并不限于这些实施例。
需要说明的是，在配合例和实施例中，份表示重量份，%表示重量%。
配合例1
将13.6份日本特表2009-540345号公报中记载的下述化合物、
Figure BDA00002362478300241
2.4份WO2010/020928号公报中记载的下述化合物、
84份水、0.08份WO2007/138980号公报中记载的有机染料(C.I.直接橙39)和0.08份日本专利第3963979号公报中记载的下述有机染料均匀地混合溶解，
Figure BDA00002362478300252
制备成固体成分为约16%的溶液。该溶液的粘度在利用E型粘度计在25℃下进行的测定中为330mPa·s。
配合例2
除了使用0.08份C.I.直接蓝67来代替上述配合例1中的0.08份日本专利3963979号公报中记载的上述有机染料以外，以与配合例1同样的方式制备成固体成分为约16%的溶液。该溶液的粘度在利用E型粘度计在25℃下进行的测定中为330mPa·s。
配合例3
除了不配合上述配合例1中有机染料的C.I.直接橙39和日本专利3963979号公报中记载的上述有机染料这两者以外，以与配合例1同样的方式制备成固体成分为约16%的溶液。该溶液的粘度在利用E型粘度计在25℃下进行的测定中为330mPa·s。
配合例4
除了不配合上述配合例1中作为有机染料的C.I.直接橙39以外，以与配合例1同样的方式制备成固体成分为约16%的溶液。该溶液的粘度在利用E型粘度计在25℃下进行的测定中为330mPa·s。
实施例1
将配合例1中得到的溶液以使干燥后的厚度为1.0μm的方式涂布到碘类偏光板1a(商品名：SKN，株式会社ポラテクノ制造)上，使用线棒(#10)在MD方向上施加剪切应力，喷射压缩空气使其干燥。进而，利用喷雾器向涂布面上喷涂10%硝酸钡水溶液，再次喷射压缩空气使其干燥而形成光学各向异性层，从而制作本发明的带光学元件的偏光薄膜(光学薄膜)。
实施例2
使用配合例2中制备的溶液来代替配合例1中制备的溶液，并以与实施例1同样的方式制作本发明的带光学元件的偏光薄膜(光学薄膜)。
实施例3
将配合例1中制备的溶液以使干燥后的厚度为1.0μm的方式涂布到表面进行了碱处理的三乙酸纤维素(TAC)薄膜上，使用线棒(#10)在MD方向上施加剪切应力，喷射压缩空气使其干燥。进而，利用喷雾器向涂布面上喷涂10%硝酸钡水溶液，再次喷射压缩空气使其干燥，从而制作在薄膜上具有光学各向异性层的相位差薄膜。利用丙烯酸粘合剂5(商品名：PTR-2500，日本化药株式会社制造)，将该相位差薄膜的TAC薄膜面与碘类偏光板1a(商品名：SKN，株式会社ポラテクノ制造)以相位差薄膜的慢轴与偏光板的吸收轴正交的方式贴合，从而制作薄膜。
比较例1
将实施例1中使用的不具有光学各向异性层的碘类偏光板1a(商品名：SKN，株式会社ポラテクノ制造)直接使用。
比较例2
使用配合例3中制备的溶液来代替配合例1中制备的溶液，并进行与实施例1相同的操作，得到比较用的具有光学各向异性层的偏光薄膜。
比较例3
使用配合例4中制备的溶液来代替配合例1中制备的溶液，并进行与实施例1相同的操作，得到比较用的具有光学各向异性层的偏光薄膜。
上述中得到的各光学各向异性层的nx、nz、ny和Nz系数如下。
Figure BDA00002362478300271
另外，上述光学各向异性层在测定波长550nm处的面内相位差值如下。
Figure BDA00002362478300272
<光学特性：倾斜方向的黑色亮度＞
如图4所示，将实施例1~2和实施例3中得到的形成有光学各向异性层的光学薄膜(本发明的带光学元件的偏光薄膜)的光学各向异性层侧2借助丙烯酸类粘合剂5(商品名：PTR-2500，日本化药株式会社制造)贴合到玻璃板8的单面上。在玻璃板8的相反侧的表面上，也借助丙烯酸粘合剂5(商品名：PTR-2500，日本化药株式会社制造)以使碘类偏光板1a(商品名：SKN，株式会社ポラテクノ制造)彼此的吸收轴正交的方式配置碘类偏光板1a(商品名：SKN，株式会社ポラテクノ制造)，制作成光学特性试验用层叠样品(光学系)。另外，对于比较例1~3，也同样地制作成光学特性试验用层叠样品(光学系)。
如图6所示，自极角0°、方位角0°和极角50°、方位角45°对上述构成的层叠样品进行测定，求出可见度校正的正交透射率Yc(0,0)、Yc(50,45)。透射率测定使用分光光度计(日立分光株式会社制造U-4100)。Yc值越小，则倾斜方向的黑色亮度越良好。关于实施例1和比较例1~2的正交透射率波形示于图7中。另外，关于实施例1~3和比较例1~3的结果示于表6中。
在使用具备本发明的光学元件的液晶面板的例子中，由图7可知，在波长约450nm~约700nm处，正交透射率同样都较低而与波长无关，并且由表6可知，倾斜方向的黑色亮度Yc值低，另外还获知，倾斜方向也没有着色或者着色非常少。
<光学特性：倾斜方向的着色＞
从包含IPS模式的液晶盒的液晶显示装置[日立制作所株式会社制造的液晶电视，商品名“Wooo”]中取出液晶面板，将配置在液晶盒的背光侧的光学薄膜去除一部分，并清洗上述液晶盒的玻璃表面(表面和背面)。将实施例1~3中得到的形成有光学各向异性层的薄膜的光学各向异性层侧2借助丙烯酸类粘合剂5(商品名：PTR-2500，日本化药株式会社制造)贴合到该液晶盒的背光侧。贴合中，使光学各向异性层和相位差薄膜的慢轴与面板的长度方向平行。由此，使贴合在背光侧的实施例1和实施例2中得到的形成有光学各向异性层的薄膜的偏光板(商品名：SKN，株式会社ポラテクノ制造)的吸收轴与该盒的表面侧偏光板的吸收轴正交。将所得到的液晶面板用于试验。另外，对于比较例1~3，也同样地制作成试验用液晶面板。
将所得到的试验用液晶面板设置在背光上，作为液晶显示装置。使液晶显示装置显示黑色画面，在暗室中将背光点亮，然后经过30分钟后，通过目视自倾斜方向(方位角45°、极角50°)观察着色的程度。对于实施例1~3和比较例1~3的观察结果示于表6中。
◎：没有着色
○：稍微着色
△：有着色
×：明显着色
将上述评价结果示于下述表1中。
[表6]
Yc(0,0)Yc(50,45)倾斜方向的着色评价
Figure BDA00002362478300291
产业上的可利用性
通过使用具备本发明的光学元件的光学薄膜，能够在不使用多个相位差薄膜的情况下在约450nm~约700nm范围的波长处将正交透射率抑制在同样低的水平而与波长无关。另外，能够将倾斜方向的黑色亮度也抑制在较低的水平并且能够消除倾斜方向的着色或者将倾斜方向的着色抑制在显著低的水平，因此，作为光学元件极为有用。

Claims (16)

1.一种光学元件，包含进行了着色和取向的光学各向异性层，所述光学各向异性层含有至少两种有机色素，并且在将面内的最大折射率设为nx、将与nx在面内正交的折射率设为ny且将垂直于面的方向的折射率设为nz时，三维折射率为nx＞nz＞ny，(nx-nz)/(nx-ny)为0.2~0.7。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述有机色素中的至少一种有机色素的最大吸收波长为380nm以上且低于550nm，另外的至少一种有机色素的最大吸收波长为550nm以上且780nm以下。
3.如权利要求1所述的光学元件，其中，所述有机色素为偶氮类化合物、蒽醌类化合物、苝化合物、喹酞酮类化合物、萘醌类化合物或部花青类化合物。
4.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，光学各向异性层在测定波长550nm下的面内相位差值为130nm~300nm。
5.一种相位差薄膜，其具有权利要求1所述的光学元件。
6.一种复合相位差薄膜，其通过将权利要求1~4所述的光学元件或权利要求5所述的相位差薄膜与其他相位差薄膜层叠而成。
7.如权利要求6所述的复合相位差薄膜，其特征在于，其他相位差薄膜为负C板或正C板。
8.一种光学薄膜，其通过将权利要求1~4中任一项所述的光学元件与偏光薄膜层叠而成。
9.一种光学薄膜，其通过将权利要求5所述的相位差薄膜与偏光薄膜层叠而成。
10.一种光学薄膜，其通过将权利要求6或7所述的复合相位差薄膜与偏光薄膜层叠而成。
11.如权利要求8所述的光学薄膜，以使光学元件的慢轴与偏光薄膜的吸收轴正交的方式层叠而成。
12.如权利要求9所述的光学薄膜，以使相位差薄膜的慢轴与偏光薄膜的吸收轴正交的方式层叠而成。
13.一种图像显示装置，其具备选自由权利要求1~45中任一项所述的光学元件、权利要求5所述的相位差薄膜、权利要求6或7所述的复合相位差薄膜和权利要求8~12中任一项所述的光学薄膜组成的组中的至少一种。
14.如权利要求13所述的图像显示装置，其中，图像显示装置为液晶显示装置。
15.如权利要求1所述的光学元件，其中，光学各向异性层为由包含至少一种最大吸收波长为380nm以上且低于550nm的有机色素、至少一种最大吸收波长为550nm以上且780nm以下的有机色素、寡聚苯基化合物和由下述通式(A)表示的化合物的组合物形成的层，
Figure FDA00002362478200021
式(A)中，X表示-O-CH2-ph-CH2-O-、-O-CO-ph-CO-O-或-NH-CO-ph-CO-NH-，ph表示可具有磺基取代的对亚苯基，n表示重复数。
16.如权利要求15所述的光学元件，其中，包含由下述通式(B)表示的偶氮化合物或其盐作为最大吸收波长为380nm以上且低于550nm的有机色素，
Figure FDA00002362478200031
式(B)中，X表示磺基或羧基，R1、R2各自独立地表示氢原子、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基，n表示1或2，
而且包含由下述通式(C)表示的化合物或其盐作为最大吸收波长为550nm以上且780nm以下的有机色素，
Figure FDA00002362478200032
式(C)中，Q21表示具有1个或2个磺酸基、而且可具有羟基或C1~C4烷氧基的萘基，Q22、Q23各自独立地表示亚苯基或亚萘基(这些基团具有1个或2个选自由C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、羟基和磺酸基组成的组中的一种或两种取代基作为取代基)，R21表示氢原子、C1~C4烷基、乙酰基、苯甲酰基或者取代的苯基或未取代的苯基，R23、R24各自独立地表示氢原子、羟基、磺酸基、C1~C4烷基或C1~C4烷氧基，q表示0或1，r表示1或2。
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