JP2006293399A - 広視野角偏光板 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置の良視認領域を拡大できる偏光板を開発する。
【解決手段】 偏光フィルム（３）の両側に透明保護層（１，４）を有する偏光板からなり、その少なくとも片側の透明保護層が面内位相差５０〜２００nmの複屈折性を示すと共に、その透明保護層の遅相軸が前記偏光フィルムの透過軸と平行関係又は直交関係にある広視野角偏光板を提供する。
偏光フィルム面に垂直な正面方向では透明保護層による位相差の影響を受けずに輝度やコントラストの低下を防止でき、かつ斜め方向の視認に対しては液晶セルの複屈折性による直線偏光の状態変化を補償して、着色化等の色変化や階調反転がなくてコントラストや明るさに優れる良視認性の領域を拡大でき、視野角の広い液晶表示装置が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、良視認の視野角が広い液晶表示装置を形成しうる広視野角偏光板に関する。

低電圧、低消費電力でＩＣ回路と直結でき、表示機能が多様で軽量性等に優れるなどの多くの特長に着目されてワードプロセッサやパーソナルコンピュータ等のＯＡ機器やテレビジョン、カーナビゲーションモニタや航空機コックピット用モニタなどの種々の表示手段として液晶表示装置が広く普及しているが、ＣＲＴに比べて良視認の視野角の狭さが指摘されて久しい。

前記視野角の狭さは、液晶に特有の光学的異方性が視認性の視野角特性に影響して、偏光板を介し液晶セルに入射した直線偏光が楕円偏光化したり、方位角が変化することに原因があると考えられている。すなわち、液晶セルを透過した当該偏光状態の表示光をそのまま視認側の偏光板に入射させると、視野角（見る角度）の増大に伴い透過率が低下して表示明度が不足したり、階調が反転したり、着色化等の色変化を生じるなどの視認性の低下を招くものと考えられている。

従来、液晶表示装置の良視認領域の拡大方法、すなわち視野角の拡大方法としては、位相差板を用いる方法が知られており、その位相差板として種々のものが提案されている（特開平４−２２９８２８号公報、特開平４−２５８９２３号公報、特開平６−７５１１６公報、特開平６−１７４９２０公報、特開平６−２２２２１３公報）。しかしながらいずれの場合にも、良視認視野角の拡大性の点で改善効果に乏しく満足できるものではなかった。
特開平４−２２９８２８号公報 特開平４−２５８９２３号公報 特開平６−７５１１６公報 特開平６−１７４９２０公報 特開平６−２２２２１３公報

本発明は、液晶セルに対して配置する偏光フィルムを改善することにより、液晶表示装置における良視認領域を拡大することを課題とする。

本発明は、偏光フィルムの両側に透明保護層を有する偏光板からなり、その少なくとも片側の透明保護層が面内位相差５０〜２００nmの複屈折性を示すと共に、その透明保護層の遅相軸が前記偏光フィルムの透過軸と平行関係又は直交関係にあることを特徴とする広視野角偏光板を提供するものである。

面内位相差が５０〜２００nmの複屈折性を示す透明保護層を遅相軸が偏光フィルムの透過軸と平行関係又は直交関係となるように配置することにより、偏光フィルム面に垂直な正面方向では透明保護層による位相差の影響を受けずに輝度やコントラストの低下を防止でき、かつ斜め方向の視認に対しては液晶セルの複屈折性による直線偏光の状態変化を補償して、着色化等の色変化や階調反転がなくてコントラストや明るさに優れる良視認性の領域を拡大でき、視野角の広い液晶表示装置を得ることができる。

前記において、偏光状態の維持を目的とした複屈折防止タイプのトリアセテートフィルムからなる透明保護層を設けた一般的な偏光板でも、５〜１０nm程度の面内位相差がありそれがフィルム面の法線方向に対し４５度傾斜した方向では１５〜３０nm程度の位相差となるため、図３に示した如く偏光フィルム単独の場合に比べ、かかる透明保護層を設けることで光学特性が低下する。従って本発明の如く透明保護層の面内位相差をさらに大きくすることで良視認性の視野角を拡大し得たことは意外なことであった。

すなわち図３では、ヨウ素吸着の延伸ポリビニルアルコールフィルムからなる偏光フィルムの両側にトリアセテートフィルムを設けた一般的な偏光板、及び偏光フィルム単独物をクロスニコルに配置して、透過軸から４５度の方位における入射角６０度での直交透過率の分光スペクトルを示しているが、かかる図から明らかなように、偏光フィルム単独物ではその直交透過率が約２％であるのに対し、透明保護層付の偏光板では約３％となり、その直交透過率に約１％の差が生じている。

偏光板の法線方向である正面方向、すなわち透明保護層の面内位相差が現れる方向での直交透過率は、いずれの場合も約０．０３％であることから、当該約１％の差は本来クロスニコルで透過しないはずのものが透明保護層に基づく偏光状態の変化で透過した光であり、これは斜め方向では透明保護層による位相差の増大で偏光状態の変化が多くなることを意味する。従って上記した如く、透明保護層の面内位相差をより大きくした本発明の構成で良視認性の視野角を拡大できたことは予想外のことである。

さらに、偏光フィルム単独物の場合でも約２％の直交透過率（光の抜け）を示して、これは偏光フィルムに基づく偏光回転によるもので透明保護層によるものではないが、本発明ではかかる偏光フィルムに基づく偏光回転による光の抜けも防止することができる。

本発明の広視野角偏光板は、偏光フィルムの両側に透明保護層を有する偏光板からなり、その少なくとも片側の透明保護層が面内位相差５０〜２００nmの複屈折性を示すと共に、その透明保護層の遅相軸が前記偏光フィルムの透過軸と平行関係又は直交関係にあるものである。その例を図１、図２に示した。１が複屈折性を示す透明保護層、３が偏光フィルム、４が透明保護層あり、矢印が透過軸、遅相軸の方向を表している。なお２は、接着剤層である。

偏光フィルムとしては、所定の偏光状態の光が得られる適宜なものを用いうる。就中、直線偏光状態の透過光が得られるものが好ましい。その例としては、ポリビニルアルコール系フィルムや部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムにヨウ素及び／又は二色性染料を吸着させて延伸したもの、ポリビニルアルコール系の脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物の如きポリエン配向フィルムなどがあげられる。偏光度の高い直線偏光を得る点などより特に好ましく用いうる偏光フィルムは、ヨウ素吸着の延伸ポリビニルアルコール系フィルムである。

偏光板は、偏光フィルムの両側に透明保護層を設けたものであるが、その偏光板は反射層を有する反射型のものであってもよい。反射型の偏光フィルムは、視認側（表示側）からの入射光を反射させて表示するタイプの液晶表示装置などを形成するためのものであり、バックライト等の光源の内蔵を省略できて液晶表示装置の薄型化をはかりやすいなどの利点を有している。

本発明による偏光板は、偏光フィルムの両側に有する透明保護層の一方又は両方が面内位相差５０〜２００nm、好ましくは１００〜１５０nmの複屈折性を示すものである。その面内位相差が５０nm未満では視角の変化に対する補償効果に乏しく、また２００nmを超えると複屈折率差の波長分散で着色化等の色変化を生じて、いずれの場合も良視認性視野角の拡大が困難である。

複屈折性を示す透明保護層としては、複屈折による位相差を示す適宜なものを用いうる。就中、光透過性の適宜なフィルムを延伸処理等により複屈折性を付与したものや、液晶ポリマーの配向膜、あるいは透明基材の配向膜上等に液晶ポリマー等の異方性材料を配向させたものなどが好ましく用いうる。特に、光透過率が７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上の透光性に優れるフィルムに複屈折性を付与したものが好ましい。

前記の透光性フィルムとしては、ポリカーボネートやポリアリレート、ポリスルホンやポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホンやポリビニルアルコール系、ポリエチレンないしポリプロピレンの如きポリオレフィンやセルロース系ポリマー、ポリスチレンやポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン、ポリアミドなどからなるフィルムが特に好ましい。

透光性フィルムに複屈折性を付与する配向処理は、例えば自由端又は固定端による一軸延伸処理や二軸延伸処理などの適宜な方式で行うことができる。本発明にては、厚さ方向に配向したフィルムや、その厚さ方向の主屈折率の方向がフィルムの法線方向に対して傾斜したものなども複屈折性を示す透明保護層の形成に用いうる。さらに複屈折性を示す透明保護層は、２層以上の位相差層の重畳層として形成されていてもよい。

好ましい複屈折性の透明保護層は、面内における主屈折率をｎ_xとｎ_y、厚さ方向の屈折率をｎ_zとしたときに、ｎ_x＞ｎ_yの条件下、式：（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）で定義されるＮ_zが−１〜３、就中０．２〜２．５の範囲にあるものである。これにより、当該透明保護層の遅相軸と偏光フィルムの透過軸とが平行関係又は直交関係となるように配置した状態において、上記の面内位相差に基づく作用と共に、視角が正面方向よりズレた場合に遅相軸方向が変化して平行関係又は直交関係にズレを生じ、そのズレ量に応じた当該透明保護層の光学異方性が発現して遅相軸の変化量を制御でき、複屈折性の発現量を調節することができる。

すなわち前記は、複屈折性を示す透明保護層の上記した面内位相差を前提に、当該Ｎ_zを最適化することが良視認の視野角拡大に有利であることを意味し、Ｎ_zが−１未満や３を超える値では視角による遅相軸の変化が大きくなって補償できる視野角の範囲が狭くなり、広視野角化が困難となる。なお前記の式における各屈折率は、ナトリウムＤ線に基づく。また当該屈折率を用いると面内位相差は、複屈折の屈折率差（△ｎ：ｎ_x−ｎ_y）と層厚（ｄ）の積（△ｎｄ）として表すことができる。

複屈折性を示す透明保護層の厚さは、前記のように面内位相差と関係することから目的とする位相差特性などにより適宜に決定することができる。一般には、５〜５００μm、就中１０〜３５０μm、特に２０〜２００μmの厚さとされる。

一方、上記の複屈折性を示す透明保護層以外の透明保護層は、プラスチックの塗布層や保護フィルムの積層物などとして適宜に形成してよく、その形成には透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性等に優れるプラスチックなどが好ましく用いられる。その例としては、ポリエステル系樹脂やアセテート系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂やポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂やポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂やアクリル系樹脂、あるいはアクリル系やウレタン系、アクリルウレタン系やエポキシ系やシリコーン系等の熱硬化型、ないし紫外線硬化型の樹脂などがあげられる。かかる透明保護層は、位相差が小さいほど好ましく、微粒子の含有によりその表面が微細凹凸構造に形成されていてもよい。

なお上記した反射型偏光板の形成は、偏光板の片側の透明保護層に金属等からなる反射層を付設する方式などの適宜な方式で行うことができる。その具体例としては、必要に応じマット処理した保護フィルム等の透明保護層の片面に、アルミニウム等の反射性金属からなる箔や蒸着膜を付設したものや、前記透明保護層の微粒子含有による表面微細凹凸構造の上に蒸着方式やメッキ方式などの適宜な方式で金属反射層を付設したものなどがあげられる。

本発明の広視野角偏光板は、液晶セルの複屈折による視角特性の補償に好ましく用いうるが、その形成は液晶表示装置の製造過程で透明保護層と偏光フィルムを順次別個に積層する方式や、予め積層物としてそれを用いる方式などの適宜な方式で行うことができる。後者の事前積層化方式が、品質の安定性や積層作業性等に優れて液晶表示装置の製造効率を向上させうる利点などがある。

偏光フィルムへの複屈折性を示す透明保護層の積層配置等に際しては、その偏光フィルムの透過軸と複屈折性を示す透明保護層の遅相軸とが平行関係又は直交関係となるように行われるが、その平行関係又は直交関係は厳密な意味での平行又は直交状態に限定されず、作業上の配置誤差などは許容される。また透過軸や遅相軸の方向にバラツキがある場合などには全体としての平均方向に基づいて平行関係又は直交関係に配置される。

偏光フィルムと透明保護層の積層に際しては、必要に応じ接着剤等を介して固定することができる。軸関係のズレ防止等の点よりは接着固定することが好ましい。接着には、例えばアクリル系やシリコーン系、ポリエステル系やポリウレタン系、ポリエーテル系やゴム系等の透明な感圧接着剤などの適宜な接着剤を用いることができ、その種類については特に限定はない。光学特性の変化を防止する点などよりは、硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが望ましい。また加熱や加湿条件下に剥離等を生じないものが好ましい。

かかる点より、（メタ）アクリル酸ブチルや（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチルや（メタ）アクリル酸の如きモノマーを成分とする重量平均分子量が１０万以上で、ガラス転移温度が０℃以下のアクリル系ポリマーからなるアクリル系感圧接着剤が特に好ましく用いうる。またアクリル系感圧接着剤は、透明性や耐候性や耐熱性などに優れる点よりも好ましい。なお屈折率が異なるものを積層する場合には、反射損の抑制などの点より中間の屈折率を有する接着剤等が好ましく用いられる。

接着剤には、必要に応じて例えば天然物や合成物の樹脂類、ガラス繊維やガラスビーズ、金属粉やその他の無機粉末等からなる充填剤や顔料、着色剤や酸化防止剤などの適宜な添加剤を配合することもできる。また微粒子を含有させて光拡散性を示す接着剤層とすることもできる。

なお上記した偏光フィルムや透明保護層や接着剤層などの各層は、例えばサリチル酸エステル系化合物やベンゾフェノール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物やシアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤で処理する方式などにより紫外線吸収能をもたせることもできる。

広視野角偏光板を用いての液晶表示装置の形成は、従来に準じて行いうる。すなわち液晶表示装置は一般に、液晶セルと偏光板、及び必要に応じての照明システム等の構成部品を適宜に組立てて駆動回路を組込むことなどにより形成されるが、本発明においては当該広視野角偏光板を液晶セルの少なくとも片側に設ける点を除いて特に限定はなく、従来に準じうる。

従って、液晶セルの片側又は両側に広視野角偏光板を配置した液晶表示装置や、照明システムにバックライトあるいは反射板を用いたものなどの適宜な液晶表示装置を形成することができる。その場合、広視野角偏光板はその複屈折性を示す透明保護層が液晶セルと偏光フィルムとの間、特に視認側の偏光フィルムとの間に位置するように配置することが補償効果の点などより好ましい。なお広視野角偏光板の実用に際しては、液晶表示装置を形成するための他の光学素子等との積層物などの適宜な形態で用いることができる。

図４、図５に広視野角偏光板を用いた液晶表示装置の構成例を示した。５が液晶セル、６がバックライトシステム、８が反射層である。なお７は光拡散板である。図４のものは両側に広視野角偏光板を配置したバックライト型照明システムのものであり、図５のものは片側にのみ広視野角偏光板を配置した反射型照明システムのものである。

前記において液晶表示装置の形成部品は、積層一体化されていてもよいし、分離状態にあってもよい。また液晶表示装置の形成に際しては、例えば拡散板やアンチグレア層、反射防止膜、保護層や保護板などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。本発明の広視野角偏光板は、ＴＮ型やＳＴＮ型等の複屈折を示す液晶セルを用いたＴＦＴ型やＭＩＭ型等の種々の表示装置に好ましく用いうる。

実施例１
厚さ８０μmのポリビニルアルコールフィルムをヨウ素水溶液中で５倍に延伸処理したのち乾燥させて偏光フィルムを得た。一方、厚さ６０μmのポリカーボネートフィルムを１６７℃の雰囲気下、テンター延伸機にて１．２３倍に延伸処理して△ｎｄ：１２０nm、Ｎ_z：２．０の複屈折性の透明保護フィルムを得、これを厚さ２０μmのアクリル系粘着層を介して前記の偏光フィルムの片面に接着し、偏光フィルムの他面に厚さ２０μmのアクリル系粘着層を介して△ｎｄ：５nm、４５度△ｎｄ（遅相軸方向に４５度傾斜した入射光の平均値）：１５nm、厚さ８０μmのトリアセチルセルロースフィルムを接着して広視野角偏光板を得た。なお複屈折性の透明保護フィルムの接着処理は、その遅相軸が偏光フィルムの透過軸と平行関係となるように行った。

実施例２
偏光フィルムの両面に、厚さ６０μmのポリカーボネートフィルムを１６０℃の雰囲気下、周速の異なるロール間を通過させて１．０８倍に延伸処理して得た△ｎｄ：１１５nm、Ｎ_z：１．０の複屈折性の透明保護フィルムを接着したほかは、実施例１に準じて広視野角偏光板を得た。

実施例３
複屈折性の透明保護フィルムとして、厚さ６０μmのポリカーボネートフィルムの両面に熱収縮性フィルム（１５０℃での収縮率がＭＤ：６％、ＴＤ：８％）を接着して１５２℃の雰囲気下、周速の異なるロール間を通過させて０．９５倍に延伸処理して得た△ｎｄ：１３５nm、Ｎ_z：０．３のものを用いたほかは、実施例１に準じて広視野角偏光板を得た。

比較例１
実施例１に準じて得た偏光フィルムのみを用いた。

比較例２
偏光フィルムの両面にトリアセチルセルロースフィルムを接着したほかは実施例１に準じて偏光板を得た。

比較例３
複屈折性の透明保護フィルムの上にさらに同じ複屈折性の透明保護フィルムを接着したほかは実施例１に準じて偏光板を得た。

比較例４
片側のトリアセチルセルロースフィルムの上に実施例２と同じ複屈折性の透明保護フィルムを接着したほかは比較例２に準じて偏光板を得た。

比較例５
片側のトリアセチルセルロースフィルムの上に実施例３と同じ複屈折性の透明保護フィルムを接着したほかは比較例２に準じて偏光板を得た。

評価試験
実施例、比較例で得た（広視野角）偏光板を表に示した組合せでＴＦＴ型液晶セルの両側（フロント／リア）に配置して、上下及び左右における視角６０度での視角特性を調べ、最良状態を５として５段階評価した。各数値に付したＢＷＧは、視認性低下の主原因であり、それぞれＢ：表示の黒色化でコントラストが低下する黒つぶれ度、Ｗ：表示の白色化でコントラストが低下する白呆け度、Ｇ：階調の反転度を意味する。従って３Ｂ、３Ｗ、３Ｇがそれぞれの中間状態であり、５Ｇは階調反転が生じなかったことを意味する。なお複屈折性の透明保護フィルムを有する場合には、それを液晶セル側に位置させた。

前記の結果を表１、表２に示した。

表より、比較例１の偏光フィルムのみでは左右の視角変化で階調反転を生じるのに対し、広視野角偏光板を用いた実施例１〜３では階調反転が防止されており、上下方向の視野角も若干改善されていることがわかる。また比較例２〜４との対比より面内位相差：５０〜２００nm、Ｎ_z：−１〜３を満足することが視野角の拡大に有利であることがわかる。

広視野角偏光板例の部分断面斜視図 他の広視野角偏光板例の部分断面斜視図 従来例の光学特性を示したグラフ 液晶表示装置例の断面図 他の液晶表示装置例の断面図

符号の説明

１：複屈折性を示す透明保護層
２：接着剤層
３：偏光フィルム
４：透明保護層
５：液晶セル

Claims (4)

1. 偏光フィルムの両側に透明保護層を有する偏光板からなり、その少なくとも片側の透明保護層が面内位相差５０〜２００nmの複屈折性を示すと共に、その透明保護層の遅相軸が前記偏光フィルムの透過軸と平行関係又は直交関係にあることを特徴とする広視野角偏光板。
2. 請求項１において、複屈折性を示す透明保護層の面内における主屈折率をｎ_xとｎ_y、厚さ方向の屈折率をｎ_zとしたときに、ｎ_x＞ｎ_yの条件下、式：（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）で定義されるＮ_zが−１〜３の範囲にある広視野角偏光板。
3. 請求項１又は２において、偏光フィルムがヨウ素吸着の延伸ポリビニルアルコール系フィルムからなり、複屈折性を示す透明保護層が高分子フィルムからなる広視野角偏光板。
4. 請求項１〜３に記載の広視野角偏光板を複屈折性を示す透明保護層側を介して液晶セルの少なくとも片側に有することを特徴とする液晶表示装置。
   

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