CN113661419A - 相位差膜、偏振片以及图像显示装置 - Google Patents

相位差膜、偏振片以及图像显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供的相位差膜能以少片数的膜在整个可见光的宽频带实现高精度的光学补偿。相位差膜(10)是具有第一主面(11)和第二主面(12)的一片聚合物膜。相位差膜(10)的椭圆率E1(λ)与椭圆率E2(λ)不同，该椭圆率E1(λ)是起偏器(20)与第一主面层叠并以与法线方向呈45°的角度测得的对于波长λ的光的椭圆率，该椭圆率E2(λ)是起偏器与第二主面层叠并以与法线方向呈45°的角度测得的对于波长λ的光的椭圆率。

Description

相位差膜、偏振片以及图像显示装置
技术领域
本发明涉及包含聚合物膜的相位差膜。进而，本发明涉及相位差膜和起偏器层叠而成的偏振片以及具备该椭圆偏振片的图像显示装置。
背景技术
作为移动电话、智能手机、平板终端等移动式装置、汽车导航装置等车载装置、计算机用显示器、电视等各种图像显示装置，使用了液晶显示装置、有机EL(Electroluminescence；电致发光)显示装置。
液晶显示装置由于其显示原理在液晶单元的两面配置了起偏器。出于进行提高对比度、扩大视角等光学补偿的目的，有时在液晶单元与起偏器之间配置相位差膜。例如，就平面转换(In-Plane Switching，IPS)方式的液晶显示装置来说，在与起偏器的吸收轴呈45°度的角度(方位角为45°、135°、225°、315°)下从倾斜方向进行视觉确认的情况下，黑显示的漏光大，容易发生对比度下降、色移，因此在液晶单元与起偏器之间配置相位差膜而进行了光学补偿。作为用于这种用途的相位差膜，可以列举出正面延迟为波长的一半并且由Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)定义的Nz系数为0.5的相位差膜。
就有机EL显示装置来说，为了对外部光在金属电极(阴极)反射而看起来像镜面那样进行抑制，有时会在单元的视觉确认侧表面配置圆偏振片(偏振片与具有1/4波长的延迟的相位差膜的层叠体)。
作为相位差膜，广泛使用非液晶性聚合物的拉伸膜。用于IPS方式的液晶显示装置的光学补偿、有机EL显示装置的反射光的截止的相位差膜理想的是：波长越长，则具有越大的延迟，并且在可见光的整个波长区域波长与延迟之比恒定。
然而，波长越长则具有越大的延迟(所谓的“反向波长色散”)的材料有限，大部分的聚合物膜的波长越长，则示出越小的延迟(正向色散)，或者不论波长如何均示出大致恒定的延迟。提出了如下方法：通过将层叠了多个相位差膜而成的层叠相位差板与起偏器组合，实现与将反向波长色散的相位差膜与起偏器组合时相同的光学补偿。
例如，专利文献1公开了通过将1/2波片、1/4波片及起偏器以各自的光学轴既不平行也不正交的角度层叠，得到宽频带圆偏振片。专利文献2示出了通过将Nz系数不同的两片相位差膜以慢轴方向成为平行的方式层叠而实现宽频带化，并且能够降低IPS液晶显示装置的色移。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-63816号公报
专利文献2：日本特开2005-99476号公报
发明内容
发明所要解决的问题
通过将多个相位差膜层叠，能够实现与反向波长色散的相位差膜相同的光学补偿，但由于需要将多个膜贴合，因此与以一片膜进行光学补偿的情况相比，制造工序繁杂。因此，需要能够以更少片数的膜在整个可见光的宽频带实现高精度的光学补偿的相位差膜。
用于解决问题的手段
本发明人们发现了：通过将分子的取向状态在厚度方向上不同的聚合物膜与起偏器层叠，能够实现与将不同的波长色散的相位差膜与起偏器层叠的情况相同的偏振状态。
本发明的相位差膜由具有第一主面和第二主面的一片聚合物膜形成，在第一主面层叠起偏器的情况下和在第二主面层叠起偏器的情况下，光从倾斜方向射入时的偏振光的椭圆率不同。
光从倾斜方向射入时的椭圆率是在相位差膜层叠起偏器并使光以与法线方向呈45°的角度射入来进行测定的。在波长为450～700nm的范围每隔10nm对相位差膜的第一主面层叠起偏器时对于波长λ的光的椭圆率E1(λ)以及相位差膜的第二主面层叠起偏器时对于波长为λ的光的椭圆率E2(λ)进行测定，以各波长下的椭圆率差的绝对值|E1(λ)-E2(λ)|的总计为表背的椭圆率差ΔE。相位差膜的表背的椭圆率差例如为0.3以上。
相位差膜可以是面内的慢轴方向的折射率nx、面内的快轴方向的折射率ny及厚度方向的折射率nz满足nx＞nz＞ny的相位差膜。相位差膜在波长为550nm下的正面延迟例如为250～600nm。
通过将相位差膜与起偏器层叠，得到偏振片。偏振片可以是在相位差膜的第一主面侧层叠了起偏器而成的偏振片，也可以是在相位差膜的第二主面侧层叠了相位差膜而成的偏振片。相位差膜的慢轴方向与起偏器的吸收轴方向可处于平行或正交关系。
进而，本发明涉及具备上述偏振片的图像显示装置。作为图像显示装置，可以列举出液晶显示装置及有机EL显示装置。
发明效果
本发明的相位差膜通过一片膜能够实现与层叠两片以上的相位差膜的情况相同的宽频带的光学补偿。
附图说明
图1是相位差膜的剖视图。
图2是将相位差膜与起偏器层叠而成的偏振片的剖视图。
图3是表示用于椭圆率的测定的偏振片中的相位差膜与起偏器的配置关系的图。
图4是表示用于椭圆率的测定的光学系统的图。
图5是用于对表背的椭圆率差及其计算方法进行说明的图。
图6是关于光射入起偏器与相位差膜的层叠体时基于相位差膜的偏振状态的转换的说明图。
图7是图6的偏振片的椭圆率的光学模拟结果。
图8是用于亮度的光学模拟的光学模型的结构剖视图。
图9是使用了图8的光学模型的亮度的模拟结果。
图10是绘制模拟中亮度成为最小的延迟及此时的亮度的值而得到的图表。
图11是用于椭圆率的光学模拟的光学模型的结构剖视图。
图12是椭圆率的光学模拟结果。
图13是绘制层叠相位差板的表背的椭圆率差与亮度的关系而得到的图表。
图14是偏振片的剖视图。
图15是液晶显示装置的剖视图。
图16是液晶显示装置的剖视图。
图17是液晶显示装置的剖视图。
图18是液晶显示装置的剖视图。
图19是表示实施例及比较例的相位差膜的椭圆率的测定结果的图表。
图20是绘制实施例及比较例的相位差膜的表背的椭圆率差与液晶显示装置的黑亮度的关系而得到的图表。
具体实施方式
图1是相位差膜10的剖视图。相位差膜10由一片聚合物膜形成。图2A是以与相位差膜10的第一主面11相对的方式层叠了起偏器20的偏振片51的剖视图，图2B是以与相位差膜10的第二主面12相对的方式层叠了起偏器20的偏振片52的剖视图。
图3是表示相位差膜10与起偏器20的配置关系的示意图。在图2A、B所示的偏振片51、52中，如图3所示，以相位差膜10的慢轴方向15与起偏器20的吸收轴方向25正交的方式配置。
就在相位差膜10的第一主面11配置有起偏器20的偏振片51和在相位差膜10的第二主面12配置有起偏器20的偏振片52来说，使光从自法线方向倾斜的方向射入而测得的椭圆率不同。
图4是表示对从自偏振片的法线方向倾斜45°的方向射入的光的椭圆率进行测定的情况的示意图。以与吸收轴方向25及慢轴方向15所成的角为45°的旋转轴R(参照图3)为中心使偏振片51、52旋转45°，从与偏振片及法线所成的角为45°的方向向起偏器20射入自然光N，对源自相位差膜10的出射光P的偏振状态(椭圆率)进行测定。
图5是表示可见光波长区域内的椭圆率的测定结果的一个例子，横轴为波长，纵轴为椭圆率。在由聚合物的拉伸膜形成的通常的相位差板中，在相位差膜的任意主面配置了起偏器的情况下，椭圆率均不会产生差异。就本发明的相位差膜来说，如图5所示，在第一主面11层叠有起偏器20的偏振片51的椭圆率E1与在第二主面12层叠有起偏器20的偏振片52的椭圆率E2不同。
相位差膜的延迟根据波长的不同而不同，因此椭圆率E1、E2根据波长λ的变化而变化。椭圆率差可通过偏振片51在波长λ下的椭圆率E1(λ)与偏振片52在波长λ下的椭圆率E2(λ)之差的绝对值|E1(λ)-E2(λ)|来进行评价。在波长为450nm～700nm的范围每隔10nm算出|E1(λ)-E2(λ)|，以其总计值为相位差膜的表背的椭圆率差ΔE。表背的椭圆率差由下述式表示，与图5中的26条线段的长度之和相等。
数学式1
Figure BDA0003288771620000051
式中，λk＝450+10k(nm)
[基于使用了层叠相位差膜的模型的说明]
作为在相位差膜产生表背的椭圆率差的理由，可以列举出分子在表背的取向状态不同。以下，使用将分子取向不同的两片相位差膜层叠而成的光学模型对表背的椭圆率差进行说明。
相位差膜的分子取向状态可通过Nz系数进行评价。以相位差膜的面内的慢轴方向的折射率为nx、以快轴方向的折射率为ny、以厚度方向的折射率为nz，Nz系数由Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)定义。在具有正折射率各向异性的聚合物的拉伸膜中，在Nz＝1的情况下(nx＞ny＝nz；正A板)，分子沿膜面内的慢轴方向单轴取向，在Nz＞1的情况下(nx＞ny＞nz)，分子在膜面内双轴取向。另一方面，如果使分子沿厚度方向取向，则得到具有nx＞nz＞ny的折射率各向异性并且为0＜Nz＜1的相位差膜。即，这表示Nz系数越大则膜面内的分子取向性越高，Nz系数越小则向厚度方向的分子取向性越高。
图6A1是表示光从倾斜方向射入将相位差膜31与起偏器20层叠而成的偏振片61的情况，相位差膜31的Nz系数为0.5、波长为550nm下的正面延迟Re(550)为275nm。图6A2是以庞加莱球(S2-S3面投影图像)表示从起偏器20透射后的直线偏振光的偏振状态被相位差膜31转换的情况。
从法线方向射入并从起偏器20透射后的直线偏振光由庞加莱球的点P0表示。在光沿与起偏器的吸收轴方向呈方位角45°的倾斜方向射入的情况下(从倾斜方向进行视觉确认的情况下)，起偏器的表观上的轴向变化。因此，从起偏器20透射后的光成为振动方向与光从法线方向射入后的情况不同的直线偏振光，由庞加莱球的点P1表示。与起偏器20呈正交尼科尔地配置的起偏器会吸收由点P2表示的直线偏振光，P2位于夹着点P0与点P1相对应的位置。因此，只要使用相位差膜将点P1的直线偏振光转换为点P2的直线偏振光，就能够抑制漏光。
在此，使用了对于波长为550nm的光的正面延迟为275nm并且波长为450～650nm的范围内的正面延迟大致恒定的相位差膜。在波长为550nm(绿光)时，正面延迟275nm为波长λ的一半，相当于相位差π。对于波长为450nm(蓝光)的正面延迟Re(450)大于λ/2，对于波长为650nm(红光)的正面延迟Re(650)小于λ/2。
对于波长为550nm的绿光，由于相位差膜31的相位差为π，因此如果在庞加莱球上呈现基于相位差膜31的偏振状态的转换，则从点P0移动至处于以点P1为中心旋转180°的位置的点P2。即，源自相位差膜31的出射光P在波长为550nm时位于庞加莱球的点P2(点G)，会被与起偏器20呈正交尼科尔地配置的起偏器吸收，因此不会产生漏光。点G位于庞加莱球的赤道上，因此椭圆率为0(直线偏振光)。
另一方面，在波长为450nm下，延迟大于λ/2(相位差大于π)，因此就庞加莱球来说，以点P1为中心以大于180°的角度旋转。即，源自相位差膜31的出射光P在波长为450nm下超出庞加莱球的赤道，位于南半球的点B，成为椭圆率为负的椭圆偏振光(左旋椭圆偏振光)。在波长为650nm下，延迟小于λ/2(相位差小于π)，因此源自相位差膜31的出射光未到达庞加莱球的赤道而位于北半球的点R，成为椭圆率为正的椭圆偏振光(右旋椭圆偏振光)。
在以一片通常的相位差膜进行光学补偿的情况下，如果以不产生波长为550nm下的漏光的方式设定延迟的值，则在其它波长区域延迟超出最佳值。因此，如图6A2所示，源自相位差膜31的出射光P的绿光的椭圆率为0，而蓝光的椭圆率为负，红光的椭圆率为正，椭圆率根据波长的不同而不同。
在图6B1所示的偏振片62中，从起偏器20侧起层叠有Nz系数为0.25、Re(550)＝275nm的相位差膜32以及Nz系数为0.75、Re(550)＝275nm的相位差膜33。图6B2是由庞加莱球表示从起偏器20透射后的直线偏振光的偏振状态通过两片相位差膜32、33依次转换的情况。
波长为550nm的光通过相位差膜32从庞加莱球的点P1移动至赤道上的点G1(点P0)，然后通过相位差膜33移动至庞加莱球的赤道上的点G2。在波长为450nm下，相位差膜32的延迟大于λ/2，因此波长为450nm的光通过相位差膜32从庞加莱球的点P1移动至南半球的点B1。相位差膜33的延迟也大于λ/2，因此波长为450nm的光通过相位差膜33移动至庞加莱球的赤道上的点B2。相位差膜32、33的延迟小于λ/2的波长为650nm的光通过相位差膜32移动至庞加莱球的北半球的点R1，然后通过相位差膜33移动至庞加莱球的赤道上的点R2。
如图6B1所示，通过层叠Nz系数不同的两片相位差膜32、33，波长比550nm短的光及波长比550nm长的光的椭圆率均大致成为0(直线偏振光)，椭圆率的波长依赖变小。因此，可进行精度比使用一片相位差膜31的情况高的光学补偿。
图6C1所示的偏振片63是将所述偏振片62中的相位差膜32与相位差膜33的层叠顺序更换而成的偏振片。在将相位差膜32与相位差膜33的层叠视为一体的层叠相位差膜39的情况下，偏振片63相当于将图6B1所示的偏振片62中的层叠相位差膜39的表背更换而成的偏振片。
图6C2是由庞加莱球表示从起偏器20透射后的直线偏振光的偏振状态由两片相位差膜33、32依次转换的情况。B1、G1及R1表示通过Nz系数为0.75的相位差膜33转换偏振状态后的波长为450nm、550nm及650nm光的偏振状态。B2、G2及R2表示通过Nz系数为0.25的相位差膜32转换偏振状态后的波长为450nm、550nm及650nm光的偏振状态。
如根据图6B2与图6C2的对比可以理解那样，如果将Nz系数不同的两片相位差膜32、33层叠而成的层叠相位差膜的表背更换，则由层叠相位差膜射出的光P的偏振状态大为不同。在图6B2中，与使用了一片相位差膜的情况相比，基于波长的椭圆率的差异(椭圆率的波长依赖)小，能够实现更宽频带的光学补偿，而在图6C2中成为如下结果：与使用了一片相位差膜的情况相比，起因于相位差膜的波长色散的椭圆率的波长依赖更被强调。
图7是表示通过光学模拟对源自偏振片61的出射光(参照图6A1)、源自偏振片62的出射光(参照图6B1)及源自偏振片63的出射光(参照图6C1)的可见光波长区域中的椭圆率进行了计算而得到的结果的图表。就偏振片62来说，在波长为450～650nm的区域中椭圆率大致为0，椭圆率的波长色散比偏振片61小。另一方面，将层叠相位差膜39的表背更换而成的偏振片63的椭圆率的波长色散比偏振片61大。即，可知：将Nz系数不同的两片相位差膜层叠而成的相位差膜39在一面层叠有起偏器20的情况下与在其它面层叠有起偏器20的情况下，椭圆率产生差异。
基于以上的内容，可知：在一片相位差膜产生表背的椭圆率差(参照图5)是与层叠Nz系数不同的两片相位差膜的情况(参照图7)相同的现象。因此，可以认为：椭圆率根据层叠起偏器的面的不同而不同的相位差膜(具有表背的椭圆率差的相位差膜)的分子的取向状态在厚度方向上变化。
[相位差膜的最佳光学特性的研究]
为了对使用了具有表背的椭圆率差的相位差膜的光学补偿处的光学设计进行研究，实施了以在呈正交尼科尔地配置的两片起偏器之间配置有Nz系数不同的两片相位差膜的光学模型的模拟。图8是表示用于模拟的光学模型的构成的剖视图。
在该光学模型中，起偏器21的吸收轴方向与相位差膜37的慢轴方向正交，相位差膜37的慢轴方向、相位差膜38的慢轴方向及起偏器23的吸收轴方向平行。起偏器21侧的相位差膜37的Nz系数设定为0.5以下，起偏器23侧的相位差膜38的Nz系数设定为0.5以上，将两片相位差膜的Nz系数的总计Nz1+Nz2设定为1.0。两片相位差膜37、38的正面延迟设定为相同。
以与起偏器的吸收轴方向所成的角及与相位差膜的慢轴方向所成的角为45°的旋转轴为中心使光学模型旋转45°，并使自然光N从与法线所成的角为45°的方向射入起偏器21，通过光学模拟计算了此时源自起偏器23的出射光的亮度。将光学模拟的结果示于图9。
图9中，横轴为相位差膜的正面延迟Re，纵轴为亮度的计算结果。相位差膜的正面延迟为每一片的值，两片层叠相位差膜的正面延迟为图9所示的数值的两倍。图10是对分别在(Nz1、Nz2)处亮度成为最小的正面延迟(最佳延迟)及此时的亮度的值绘制而成的图表。
在(Nz1、Nz2)＝(0.5、0.5)的情况下，亮度成为最小的正面延迟为137nm(两片相位差膜的总计为274nm)，与所述图6A1的例子一致。如果对两片相位差膜的Nz系数设置差异，则观察到了趋向于亮度成为最小的正面延迟的值变大、亮度的最小值变小。在(Nz1、Nz2)＝(0.25、0.75)的情况下，亮度成为最小的正面延迟为274nm(两片相位差膜的总计为548nm)，与所述图6A2的例子一致。(Nz1、Nz2)＝(0.2、0.8)并且正面延迟为271nm时亮度成为最小。
通过光学模拟计算使用了分别在(Nz1、Nz2)处为最佳延迟的层叠相位差膜的偏振片的椭圆率。如图11A所示，在模拟中，使用了光学模型，该光学模型在起偏器21上层叠有Nz1≦0.5的相位差膜37与Nz2≧0.5的相位差膜38，并且从起偏器21侧射入自然光。另外，如图11B所示，也以更换相位差膜37与相位差膜38的配置而成的光学模型相同地计算椭圆率，并由所得到的结果计算了表背的椭圆率差。
图12中表示椭圆率的计算结果。图12中，可知：在Nz1＝0.2，Nz2＝0.8的情况下，遍及可见光的宽波长频带椭圆率接近0。另外，可以观察到趋向于图10中的亮度越小则图12中椭圆率接近0的椭圆率的波长色散越小。由这些结果可知：通过对可见光波长区域的椭圆率进行评价可以评价亮度的大小。
图13是将图10的亮度的图表的横轴替换成表背的椭圆率差ΔE而得到的图表。在椭圆率差ΔE为2.7以下的区域，可以观察到趋向于表背的椭圆率差越大则亮度越小、漏光越是得以抑制。另外，可知：只要表背的椭圆率差为2.9以下，则亮度比椭圆率差为0的情况(表背的分子取向均匀的情况)还小而能够降低漏光。
如上所述，一片相位差膜的表背的椭圆率差可以以Nz系数不同的两片相位差膜为模型来进行说明。因此，可以认为：与层叠有Nz系数不同的两片相位差膜的光学模型相同，就算在使用具有表背的椭圆率差的一片相位差膜进行光学补偿的情况下，只要表背的椭圆率差为2.9以下的范围内，就能够在可见光的宽频带抑制漏光而实现对比度较高的黑显示。
[相位差膜的光学特性]
如上述的光学模拟所示，通过将相位差膜的表背的椭圆率差设定为特定范围，以一片相位差膜就可以进行与层叠多个相位差膜的情况相同的光学补偿。为了发挥由设置表背的椭圆率差带来的效果，表背的椭圆率差优选为0.3以上，更优选为0.5以上。表背的椭圆率差也可以是0.7以上、1.0以上、1.3以上或1.5以上。如上述光学模拟那样，在以抑制相对于起偏器的吸收轴方向45°方向上的漏光为目的而使用相位差膜的情况下，表背的椭圆率差优选为2.9以下，更优选为2.8以下。
相位差膜的正面延迟及Nz系数根据相位差膜的用途(光学补偿的对象等)而选择就行。例如，如IPS方式的液晶显示装置的光学补偿那样，在补偿从倾斜方向视觉确认时的呈正交尼科尔地配置的两片起偏器的表观上的轴偏移而降低黑显示中的漏光(黑亮度)的情况下，优选使用具有nx＞nz＞ny的折射率各向异性并且Nz系数大于0且小于1的相位差膜。相位差膜的Nz系数优选为0.2～0.8，更优选为0.3～0.7，进一步优选为0.4～0.6。
如上述的模拟所示，延迟的最佳值根据表背的椭圆率差的不同而不同。例如，在表背的椭圆率差为2.5～2.9的范围内的情况下，相位差膜在波长为550nm下的正面延迟Re(550)的最佳值为约540nm(相当于图10中的最佳延迟(一片相位差膜的延迟)的两倍)。在表背的椭圆率差为1.0左右的情况下，相位差膜的Re(550)的最佳值为约340nm。在表背的椭圆率差为0.5左右的情况下，相位差膜的Re(550)的最佳值为约280nm。基于图9的模拟结果，Re(550)优选为250～600nm左右的范围内。Re(550)也可以是300nm以上、350nm以上、400nm以上、450nm以上或500nm以上。
此外，就在表背具有椭圆率差的相位差膜来说，如果与起偏器层叠而测定椭圆率，则会产生表背的差异，在以相位差膜单体测定延迟、Nz系数的情况下，使光从任意面射入，Nz系数及延迟的测定值不会产生差异。
具有表背的椭圆率差的相位差膜也可用于除了上述以外的用途。例如可以在除了IPS方式以外的液晶显示装置的光学补偿、圆偏振片用1/4波片中使用具有表背的椭圆率差的相位差膜。这些用途中的相位差膜的Nz系数、延迟适当进行设定就行。例如，相位差膜的Re(550)可以在0～1000nm左右的范围适当进行设定。相位差膜可以是正A板(nx＞ny＝nz：Nz＝1)、负B板(nx＞ny＞nz：Nz＞1)、负C板(nx＝ny＞nz：Nz＝∞)、负A板(nz＝nx＞ny：Nz＝0)、正B板(nz＞nx＞ny：Nz＜0)或正C板(nz＞nx＝ny；Nz＝-∞)。
[相位差膜的制作]
作为相位差膜的材料，使用各种聚合物材料。作为聚合物材料，可以列举出：聚碳酸酯系树脂；聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯之类的聚酯系树脂；聚芳酯系树脂；聚砜、聚醚砜之类的砜系树脂；聚苯硫醚之类的硫醚系树脂；聚酰亚胺系树脂；环状聚烯烃系(聚降
Figure BDA0003288771620000111
烯系)树脂；聚酰胺树脂；聚乙烯、聚丙烯之类的聚烯烃系树脂；纤维素酯类；丙烯酸系树脂；苯乙烯系树脂；顺丁烯二酰亚胺系树脂；反丁烯二酸酯系树脂等。
通过将这些树脂材料在支撑体上以层状形成而进行成膜。成膜方法可以是溶液法及熔融法中的任意方法。就溶液法来说，在基材上涂布了树脂溶液，然后通过加热去除溶剂。通过将成膜后的膜沿特定方向拉伸，使聚合物的分子取向，由此得到相位差膜。相位差膜的厚度例如为5～200μm左右。
作为拉伸方法，可以列举出：纵向单轴拉伸法、横向单轴拉伸法、纵横逐次双轴拉伸法、纵横同时双轴拉伸法等。作为拉伸机构，可以使用辊拉伸机、拉幅拉伸机、伸缩式或线性电动机式的双轴拉伸机等任意适当的拉伸机。在通过溶液法在膜支撑体上形成膜的情况下，也可以与支撑体一体地进行拉伸。如日本特开平5-157911号公报、日本特开2011-227430等所公开那样，也可以通过在拉伸时利用热收缩膜的收缩力，控制折射率各向异性，而制作具有nx＞nz＞ny的折射率各向异性的相位差膜。
分子的取向状态在厚度方向上不同的膜可通过在成膜时和/或拉伸时对表背施与不同的应变而制作。例如，在溶液成膜中，如果在支撑体上涂布树脂溶液之后以高温将溶剂干燥去除，则在表层侧(B面)溶剂被急剧地去除，因此倾向于产生比支撑体侧(A面)大的应变、分子的面内取向性变高。该表背的应变差在拉伸后也会残留，因此能够得到A面侧的Nz系数大并且B面侧的Nz系数较小的相位差膜。
也可以通过除了调整干燥条件以外的方法，对表背施与不同的应变。例如，通过使用多层模头使树脂的喷出压力、喷出量在B面(支撑体侧)与A面(表层侧)变化而产生表背的应变差。另外，在拉伸时，通过在表背贴合热收缩率不同的膜，产生表背的应变差。
[偏振片]
如图2A及图2B所示，通过将相位差膜10与起偏器20层叠而形成偏振片。
＜起偏器＞
作为起偏器，可以列举出：使聚乙烯醇系膜、部分缩甲醛化聚乙烯醇系膜、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物系部分皂化膜等亲水性高分子膜吸附碘、二色性染料之类的二色性物质并经过单轴拉伸而成的起偏器；聚乙烯醇的脱水处理物、聚氯乙烯的脱盐酸处理物等多烯系取向膜等。
其中，由于具有高偏振度，优选使聚乙烯醇、部分缩甲醛化聚乙烯醇之类的聚乙烯醇系膜吸附碘、二色性染料之类的二色性物质并沿特定方向取向后的聚乙烯醇(PVA)系起偏器。例如，通过对聚乙烯醇系膜实施碘染色及拉伸而得到PVA系起偏器。
作为PVA系起偏器，也可以使用厚度为10μm以下的薄型的起偏器。作为薄型的起偏器，例如可以列举出日本特开昭51-069644号公报、日本特开2000-338329号公报、WO2010/100917号说明书、日本专利第4691205号说明书、日本专利第4751481号说明书等所述的薄型偏振膜。这样的薄型起偏器例如通过以层叠体的状态将PVA系树脂层与拉伸用树脂基材拉伸并进行碘染色而得到。
＜起偏器与相位差膜的配置关系＞
就相位差膜10与起偏器20来说，可以将任意面贴合。可以如图2A所示那样将相位差膜10的第一主面11与起偏器20相对地配置，也可以如图2B所示那样将相位差膜10的第二主面12与起偏器20相对地配置。
为了定义相位差膜10的表背，以下以与起偏器20相对地贴合时的椭圆率E(λ)的波长依赖变小侧的主面为第一主面。例如，在图5中，E1的波长依赖比E2小，因此将以与起偏器相对的方式配置该主面时椭圆率成为E1的主面定义为“第一主面”，将以与起偏器相对的方式配置该主面时椭圆率成为E2的主面定义为“第二主面”。
E(λ)的波长依赖性的大小可基于在波长为450～700nm的范围每隔10nm测得的椭圆率E(λ)的标准偏差σ进行判断。
数学式2
Figure BDA0003288771620000131
式中，
λk＝450+10k(nm)，
Eave为E(λ0)～E(λ25)的算术平均。
标准偏差σ越小，则椭圆率E(λ)的波长依赖越小。因此，将以与起偏器相对的方式配置时的椭圆率E(λ)的标准偏差σ变小的主面设定为第一主面。
起偏器20与相位差膜10的配置角度并无特别限定。例如，在以抑制从倾斜方向对液晶显示装置进行视觉确认时的漏光的光学补偿为目的而使用相位差膜的情况下，优选以起偏器20的吸收轴方向与相位差膜10的慢轴方向平行或正交的方式配置两者。在将起偏器与相位差膜层叠而形成圆偏振片的情况下，优选以起偏器的吸收轴方向与相位差膜的慢轴方向所成的角度成为45°的方式配置两者。此外，配置角度无需严格为上述的范围，也可以包含±2°左右的误差。
如图3所示，在相位差膜10的慢轴方向15与起偏器20的吸收轴方向25正交的情况下，优选以相位差膜10的第一主面11与起偏器20相对的方式配置。另一方面，在相位差膜10的慢轴方向与起偏器20的吸收轴方向正交的情况下，优选以相位差膜10的第二主面12与起偏器20相对的方式配置。如上所述，通过选择与起偏器层叠的面，依次从起偏器20及相位差膜10透射后的光的椭圆率的波长依赖小而能够实现宽频带的光学补偿。
＜起偏器保护膜＞
如图14所示，偏振片可以在起偏器20的一面具备相位差膜10，并在其它面具备作为起偏器保护膜的透明膜40。透明膜40的厚度例如为5～200μm左右。作为构成这些透明膜的树脂材料，优选透明性、机械强度、热稳定性优异的聚合物；作为其具体例子，可以列举出以上作为相位差膜的构成材料而示例出的聚合物。
也可以在起偏器的一面设置两片以上的膜。例如，也可以在起偏器20与相位差膜10之间设置光学各向同性的透明保护膜。另外，也可以在起偏器20与相位差膜10之间设置具有光学各向异性的膜。也可以在相位差膜10的表面(与起偏器20相反侧的面)设置其它膜。
＜粘合粘接剂＞
起偏器20与相位差膜10可隔着粘接剂、粘合剂(未图示)而贴合。起偏器20与透明保护膜40可隔着适当的粘接剂、粘合剂而贴合。作为粘接剂或粘合剂，可适当选择使用将丙烯酸系聚合物、硅酮系聚合物、聚酯、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚乙烯醚、乙酸乙烯酯/氯乙烯共聚物、改性聚烯烃、环氧系聚合物、氟系聚合物、橡胶系聚合物等作为基础聚合物的物质。
[图像显示装置]
上述的相位差膜及偏振片用于形成液晶显示装置、有机EL显示装置等图像显示装置。图像显示装置在液晶单元、有机EL单元等图像显示单元的表面具备上述的偏振片。
以下，作为图像显示装置的一个例子，对IPS方式的液晶显示装置的构成进行说明。图15是一个实施方式的液晶显示装置的结构剖视图。液晶显示装置201包含液晶面板101和光源105。液晶面板101在液晶单元70的视觉确认侧表面具备第一偏振片57，在液晶单元70的光源105侧具备第二偏振片56。
液晶单元70在两片基板73、75之间具备液晶层71。基板73、75为玻璃基板或塑料基板，在通常的构成中，在一个基板设置有滤色器及黑矩阵，在另一基板设置有控制液晶的光电特性的切换元件等。
液晶层71包含在无电解状态下沿特定方向取向的液晶分子，如果施加电压，则液晶分子的取向方向(指向矢)变化。例如，在平面转换(IPS)方式的液晶单元中，液晶层71的液晶分子在无电场状态下相对于基板平面平行并且均匀地取向(水平取向)，如果施加电压则指向矢在基板面内旋转。IPS方式的液晶单元的无电解状态下的液晶分子的取向方向也可以相对于基板平面而稍有倾斜。在IPS方式的液晶单元中，在无电解状态下的基板平面与液晶分子的取向方向所成的角(预倾角)通常为10°以下。
在液晶单元的70光源侧基板75隔着粘合剂层66贴合有第一偏振片56，在液晶单元70的视觉确认侧基板73隔着粘合剂层68贴合有第二偏振片57。第一偏振片56的起偏器20与第二偏振片57的起偏器29以两者的吸收轴方向相互正交的方式配置。
第一偏振片56在起偏器20的液晶单元70侧的面具备表背的椭圆率差不同的相位差膜10，在起偏器20的其它面具备透明膜40。第二偏振片57在起偏器的两面具备透明膜41、42。另外，在液晶显示装置中，也可以省略不具有作为相位差膜的功能的透明膜40、41、42。
作为构成粘合剂层39、59的粘合剂，可适当选择使用将丙烯酸系聚合物、硅系聚合物、聚酯、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚乙烯醚、乙酸乙烯酯/氯乙烯共聚物、改性聚烯烃、环氧系、氟系、天然橡胶、合成橡胶之类的橡胶系等作为基础聚合物的物质。粘合剂层66、68的厚度为5～50μm左右。
液晶显示装置也可以包含除了上述以外的光学层、其它构件。例如，也可以在液晶面板101与光源105之间设置亮度提高膜(未图示)。亮度提高膜也可以与光源侧的偏振片56层叠。
以赋予耐擦伤性等为目的，可以在视觉确认侧的透明膜42设置硬涂层。另外，可以在透明膜42设置防反射层。可以在视觉确认侧的偏振片57的更靠近视觉确认侧配置触摸面板传感器、覆盖窗等。
在第一偏振片56中，起偏器20的吸收轴方向与相位差膜10的慢轴方向正交，相位差膜10的第一主面11与起偏器20相对，相位差膜10的第二主面12与液晶单元70相对。
在从倾斜方向对该液晶显示装置201进行视觉确认的情况下，源自光源105的光从起偏器20透射，然后通过相位差膜10转换偏振状态。由于以起偏器20的吸收轴方向与相位差膜10的慢轴方向正交并且相位差膜10的第一主面与起偏器20以相对的方式配置，因此源自相位差膜10的出射光的椭圆率的波长依赖小而能够实现宽频带的光学补偿。
图16所示的液晶显示装置202具有与所述液晶显示装置202类似的构成，但配置于光源105侧的第一偏振片58中的相位差膜10与起偏器20的配置关系不同。在偏振片58中，起偏器20的吸收轴方向与相位差膜10的慢轴方向平行，相位差膜10的第二主面12与起偏器20相对，相位差膜10的第一主面11与液晶单元70相对。
在该构成中，在将相位差膜10与视觉确认侧的第一偏振片57的起偏器29视为一组的情况下，以起偏器29的吸收轴方向与相位差膜10的慢轴方向正交并且相位差膜10的第一主面11与起偏器29以相对的方式配置。因此，根据与所述液晶显示装置201的构成相同的原理，能够实现宽频带的光学补偿。
图15及图16示出了在液晶单元70的光源侧配置相位差膜10的形态，但也可以如图17的液晶显示装置203及图18的液晶显示装置204那样在液晶单元70的视觉确认侧的偏振片配置相位差膜10。图17的液晶显示装置203与将图15的液晶显示装置201中的液晶面板101的上下更换而成的液晶显示装置相当。图18的液晶显示装置204与将图16的液晶显示装置202中的液晶面板102的上下更换而成的液晶显示装置相当。因此，就这些液晶显示装置来说也相同，根据与液晶显示装置201、202的构成相同的原理，能够实现宽频带的光学补偿。
以IPS方式的液晶显示装置中的光学补偿为中心对相位差膜的用途进行了说明，但如上所述，具有表背的椭圆率差的相位差膜的用途可应用于除了IPS方式以外的液晶显示装置、有机EL显示装置等各种图像显示装置。
实施例
以下，举出实施例对本发明进行更详细说明，但本发明并不限于下述例子。
[相位差膜的制作]
＜树脂溶液的制备＞
在具备搅拌装置的反应容器中，使2,2-双(4-羟基苯基)-4-甲基戊烷540重量份、苄基三乙基氯化铵12重量份溶解于1M氧化钠溶液。一边搅拌向该溶液中一边一次性地加入使对苯二甲酰氯304重量份与间苯二甲酰氯102重量份溶解于氯仿而成的溶液，在室温下搅拌90分钟。之后，将聚合溶液静置分离而分离包含聚合物的氯仿溶液，接着以乙酸水溶液进行清洗并以离子交换水进行清洗，然后投入至甲醇中使聚合物析出。将以蒸馏水清洗析出的聚合物两次并以甲醇清洗了两次，然后进行了减压干燥。将所得到的聚芳酯系树脂溶解于甲苯，而制备了固体成分浓度20％的树脂溶液。
＜比较例1＞
以PET膜为支撑体，使用棒式涂布机以干燥后的厚度成为20μm的方式在支撑体上涂布上述的树脂溶液，以温度80℃干燥3分钟而得到了聚合物膜。将该聚合物膜从支撑体剥离，在聚合物膜的两面贴合附设有粘合剂层的热收缩膜(双轴拉伸聚丙烯膜)，在温度150℃下进行自由端单轴拉伸，然后剥离热收缩膜。相位差膜的Nz系数为0.5，波长为550nm下的正面延迟Re(550)为270nm。
＜实施例1～6＞
除了将在支撑体上的树脂溶液的干燥温度及干燥时间如表1所示地进行变更以外，与比较例1相同地制作聚合物膜，并以成为表1所示的Re(550)的方式进行拉伸，得到了Nz系数为0.5的相位差膜。
[偏振片的制作]
在厚度为18μm的聚乙烯醇系起偏器的一面贴合厚度为40μm的双轴拉伸丙烯酸膜，在其它面隔着紫外线固化型的粘接剂贴合上述的相位差膜，制得了偏振片。贴合使用辊层压机并照射紫外线而使粘接剂固化。
相位差膜与起偏器以相位差膜的慢轴方向与起偏器的吸收轴方向正交的方式配置，将相位差膜的B面(成膜时的支撑体侧的面)与起偏器贴合。另外，为了对相位差膜的表背的椭圆率差ΔE进行评价，也制得了将相位差膜的A面(成膜时的表层侧的面)与起偏器贴合的样品。
[评价]
＜相位差膜的光学特性＞
相位差膜的正面延迟及Nz系数系通过偏振光/相位差测定系统(Axometrics制造的“AxoScan”)进行了测定。对相位差膜单体进行了相位差膜的正面延迟及Nz系数系的测定。
＜椭圆率及椭圆率差＞
测定椭圆率使用了偏振光/相位差测定系统(Axometrics制造的“AxoScan”)。在以相对于起偏器的吸收轴方向呈方位角45°的方向为旋转轴并使偏振片倾斜45°的状态下使光从丙烯酸膜侧射入，对从相位差膜侧射出的光的椭圆率进行了测定。对将相位差膜的A面与起偏器贴合的样品也进行了椭圆率的测定，根据各个样品在波长为450nm～700nm的范围内每隔10nm的椭圆率的值，算出了表背的椭圆率差ΔE。
＜液晶显示装置的黑亮度及对比度＞
从具备IPS方式的液晶面板的市售的液晶电视取出液晶面板，并从液晶单元剥离视觉确认侧的偏振片，隔着丙烯酸系粘合剂贴合了上述的偏振片。将视觉确认侧偏振片替换为上述的实施例及比较例的偏振片而得到液晶面板，将所得到的液晶面板与背光灯组合而制得了评价用液晶显示装置。
将液晶显示装置设定为黑显示并对在方位角45°、极角45°方向上的亮度(黑亮度)进行了测定。另外，将液晶显示装置设定为白显示并对在方位角45°、极角45°方向上的亮度(白亮度)进行测定，算出了对比度(白亮度/黑亮度)。
＜评价结果＞
将实施例及比较例的相位差膜的制作条件(干燥温度及时间)、波长为550nm下的正面延迟Re(550)、表背的椭圆率差ΔE、液晶显示装置的黑亮度及对比度示于表1。此外，黑亮度及对比度由以比较例1为100的相对值表示。
将比较例1、实施例1、实施例3、实施例5及实施例6的椭圆率的测定结果示于图19。另外，将以各实施例及比较例的相位差膜的表背的椭圆率差ΔE为横轴并以液晶显示装置的黑亮度为纵轴而绘制出的图表示于图20。
表1
Figure BDA0003288771620000191
如表1所示，可知：通过在支撑体上进行高温且长时间的加热干燥，能够形成表背的椭圆率差ΔE大的相位差膜。
与使用了没有表背的椭圆率差的相位差膜的比较例1相比，就使用了表背的椭圆率不同的相位差膜的实施例1～6来说，液晶显示装置的黑亮度小，对比度上升。相对于表背的椭圆率差ΔE绘制了黑亮度所得到的图20示出了与图13的模拟结果高匹配。
由以上的结果可知：通过使用分子的取向状态在厚度方向上不同而具有表背的椭圆率差的相位差膜，能够实现与层叠多个相位差膜的情况相同的光学补偿，形成漏光少而对比较高的图像显示装置。
符号说明
10 相位差膜
20、21、23、29 起偏器
40、41、42 透明膜
51、52、56、57、58 偏振片
66、68 粘合剂层
70 液晶单元
101～104 液晶面板
105 光源
201～204 液晶显示装置

Claims (11)

1.一种相位差膜，其是由一片聚合物膜形成的，该聚合物膜具有第一主面和第二主面，
其中，椭圆率E1(λ)与椭圆率E2(λ)不同，该椭圆率E1(λ)是起偏器与第一主面层叠并以与法线方向呈45°的角度测得的对于波长λ的光的椭圆率，该椭圆率E2(λ)是起偏器与第二主面层叠并以与法线方向呈45°的角度测得的对于波长λ的光的椭圆率，
在波长为450～700nm的范围每隔10nm测得的椭圆率差的绝对值|E1(λ)-E2(λ)|的总计为0.3以上。
2.根据权利要求1所述的相位差膜，其中，面内的慢轴方向的折射率nx、面内的快轴方向的折射率ny及厚度方向的折射率nz满足nx＞nz＞ny。
3.根据权利要求1或2所述的相位差膜，其在波长为550nm下的正面延迟为250～600nm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的相位差膜，其中，在波长为450～700nm的范围每隔10nm测得的椭圆率E1(λ)的标准偏差σ1比在波长为450～700nm的范围每隔10nm测得的椭圆率E2(λ)的标准偏差小。
5.一种偏振片，其是权利要求1～4中任一项所述的相位差膜与起偏器层叠而成的。
6.根据权利要求5所述的偏振片，其中，所述相位差膜的慢轴方向与所述起偏器的吸收轴方向平行或正交。
7.一种偏振片，其是权利要求4所述的相位差膜与起偏器层叠而成的，其中，所述相位差膜的第一主面与所述起偏器相对。
8.根据权利要求7所述的偏振片，其中，所述相位差膜的慢轴方向与所述起偏器的吸收轴方向正交。
9.一种偏振片，其是权利要求4所述的相位差膜与起偏器层叠而成的，其中，所述相位差膜的第二主面与所述起偏器相对。
10.根据权利要求9所述的偏振片，其中，所述相位差膜的慢轴方向与所述起偏器的吸收轴方向平行。
11.一种图像显示装置，其在图像显示单元的表面具备权利要求5～10中任一项所述的偏振片，
其中，在所述液晶单元与所述起偏器之间配置有所述相位差膜。
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