JP2007041520A - 光学補償膜の製造方法及び光学補償膜を具有する偏光板 - Google Patents

光学補償膜の製造方法及び光学補償膜を具有する偏光板 Download PDF

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Abstract

【課題】光学補償製造方法及び光学補償膜を具有する偏光板の提供。
【解決手段】基材81上に配向層82と光位相差材料を積層して形成する。本光学補償膜の配向層材料の光線位相差粒子831が紫外線照射により連鎖化学反応を発生する過程において、空気環境に曝し(酸素含有量体積比1%以上の濃度)、重量比濃度0.5乃至10wt%の光開始剤を用いることにより、表面に残留する活性アクリル酸エステル821を適量に残留させて配向層材料の基材に対する密着性を制御し、光位相差材料を円滑に配向層上に垂直に配列して密着させる。この製造方法により光学補償膜を直接に偏光板に内蔵することが出来る。
【選択図】図8

Description

本発明は、光学補償膜の製造方法及び光学補償膜を具有する偏光板に関してなり、特にLCD液晶表示装置に適用する偏光板上の光学補償膜であり、視角と偏色の二重補償を提供可能な光学補償膜とその製造方法に関する。
液晶表示器(Liquid Crystal Display;LCD)は様々な電子情報装置上で広く使用されており、例えばテレビ、パソコン、携帯電話、PDA等に使用されている。その内TFT−LCDは高速応答性及び正面ハイコントラストの特性を備えてなり、近年の液晶表示器の主流技術となっている。
図1に示すように、公知の液晶表示器10は液晶部材11、及び液晶部材11の上下両側の表面にそれぞれ設置される二つの偏光板12,13(Polarizer)より構成される。液晶部材11はガラス基板及びガラス基板の上下表面に付着する多数の液晶分子等の部材により構成される。偏光板12(或いは13)は二つの透明基板121、122(或いは131、132)により偏光フィルム123(或いは133)をコーティングして構成され、偏色補償を実行することができる。
図1、2に示すように、垂直方法と水平方向に優れた可視効果を備えるが、45度角或いは135度角の視角方向においては、コントラストが下がるだけでなく、色彩も偏移し、表示装置の品質に影響する。
その後、液晶表示装置上に光学補償膜を増設することが研究発表され、傾斜角度における可視効果は向上され、図3に示すように、公知の偏光板20は二枚の透明基板211、212の間に偏光フィルム22を挟み、独立した偏光板20構造を構成する(ステップ291)。更に、基材241上に順に配向層242と液晶材料243を塗布して、独立した第一光線位相差フィルム24構造を構成する(ステップ292)。
更に、第二光線位相差フィルム25構造を独立して製造する(ステップ293)。第一、第二光線位相差フィルム24、25は特定波長の光に対し予め定められた角度と方向の位相差を発生させることができ、光学補償の作用を達成し、液晶表示装置の傾斜角度における表示品質を改善する。
又、公知の技術における偏光板20、第一光線位相差フィルム24、及び第二光線位相差フィルム25は、独立した部材であるから、三者はどれも個別に保存、運送、及び販売されることができる。偏光板20の透明基板211の内一つに感圧接着剤231(Pressure Sensitive Adhesive;PSA)を塗布することにより、第一光線位相差フィルタ24を液晶材料243層を上向き、基材241を下向きにする方式により偏光板20の透明基板21上に貼付させ両者を結合させることができる(ステップ294)。
その後、更に基材241を剥離して除去し、配向層242と液晶材料243は合併して第一光線位相差フィルムとしてなることができ、更に感圧接着剤層231を通して偏光板20上に貼合する(ステップ295)。その後、第一光線位相差フィルム24と第二光線位相差フィルム25上に感圧接着剤232、233を塗布し、第二光線位相差フィルム25を第一光線位相差フィルム24上に貼合する。こうして、ステップ296に示すように、公知の技術の光学補償性を具える偏光板20の製造工程を完成する。
光学補償性を具有する偏光板20は更に図1に示すような液晶部材11上に結合することができ、液晶表示装置を構成することができる。例えば、中華民国特許公開第451071号、562955号、528882号、558643号、及びアメリカ合衆国特許US6717642号等の発明は、いずれも液晶表示装置上に光学補償板を増設し視角範囲と表示品質を向上させている。
前述の公知技術は、図3に示すように、偏光板20と光線位相差フィルム24、25がそれぞれ独立して製造された後、更に感圧接着剤により一体に接合される。偏光板20と光線位相差フィルム24、25はそれぞれ別途製造する必要があり、十分な構造の強度と硬度を提供する為に、それぞれ少なくとも一つの透明基板211或いは基材241が必要であり、更に三層の感圧接着剤(PSA)231、232、233を用いて接着する必要がある。透明基板とPSA層の数が多くなると、液晶表示装置の厚さが厚くなるだけではなく、更に光透過率と光学特性も低下する為、更に改善する必要がある。
米国特許第6717642号明細書 特開2005−196119号公報
本発明は、配向層材料に紫外線照射実施することにより発生する連鎖化学反応の過程において、空気中に曝し(酸素量を全体の1%以上含む)重量比濃度0.5wt%〜10wt%の光開始剤を提供し、配向層材料の表面に適量の活性アクリル酸エステルを残留させ、後続の光位相差フィルム材料を円滑に配向層上に密着させることを可能とする、光学補償膜の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は更に、光学補償膜内の光線位相差フィルム層が直接偏光板に内蔵され感圧接着剤を使用して貼合させる必要をなくし、偏光板が光学補償の効果を達成し良好な視角範囲と表示品質を具有するだけではなく、厚さも公知の技術に対して薄くなり、光透過率及び光学特性も相対して向上させてなる、光学補償膜を具有する偏光板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は更に、前述の製造方法により光学補償膜内の光線位相差フィルム層を直接偏光板に内蔵することを可能とし、偏光板は光学補償効果を達成し良好な視角範囲と表示品質を具有するだけではなく、厚さも公知の技術に対して薄くなり、光透過率及び光学特性も相対して向上してなる、光学補償膜を具有する偏光板を提供することを目的とする。
上述の目的を達成する為、本発明が提供する光学補償膜の製造方法は、下記のステップより構成される。
偏光フィルムを被覆した透明基板を用意する。
透明基板上に配向層を塗布する。
重量比濃度が0.5wt%乃至10wt%の適量の光開始剤濃度、且つ酸素含有量が体積比濃度1%以上の空気環境において、配向層に紫外光照射することにより、配向層表面に反応が未完成の活性アクリル酸エステルの部分を残留させる。
配向層上に光位相差材料を塗布し、配向層表面に残留した活性アクリル酸エステルにより光位相差材料を更に容易に配向層表面上に密着可能にする。
空気或いは惰性気体の環境において、紫外光照射することにより配向層と光位相差材料をキュアー(凝固)させる。
本発明の前述の製造方法により光学補償膜内の光線位相差フィルム層を直接偏光板に内蔵することを可能とし、偏光板は光学補償効果を達成し良好な視角範囲と表示品質を具有するだけではなく、厚さも公知の技術に対して薄くなり、光透過率及び光学特性も相対して向上させることができる。
本発明の光学補償膜を具有する偏光板の主な原理は、光学補償膜内の光線位相差フィルムを直接偏光板に内蔵することにより、感圧接着剤による貼合を必要としないことである。本発明の光学補償膜の製造工程において、配向層材料に紫外線照射を実施することにより発生する連鎖化学反応の過程では、含有酸素量が体積比濃度1%以上に曝し、重量比濃度0.5wt%乃至10wt%の光開始剤を提供する。配向層材料の表面に残留する多量の活性アクリル酸エステルは、後続の光位相差フィルム材料を円滑に配向層上に接着させ、光線位相差フィルムを偏光板に内蔵する目的を達成する。このようにして、偏光板は光学補償効果を達成し良好な視角範囲と表示品質を具有するだけではなく、厚さも公知の技術に比較し薄く、光透過率及び光学特性も相対的に向上させることができる。
図4,5,6に示すように、本発明の光線位相差フィルム80の製造方法は、一つの透明基板上に形成した独立した光線位相差フィルムを構成してなり、或いは既に偏光フィルムの塗布された透明基板上に形成し(直接偏光板上に実施)、本発明の光学補償膜を具有する偏光板を構成する。図4に示すように、本発明の光線位相差フィルム80の製造方法は下記のステップより構成される。
ステップ71は、透明基板81上に配向層材料82を塗布し、配向層82は少なくともオリゴマー(oligomer)を含む。本実施例において、透明基板81は下記の透明樹脂材質の内の一つを使用することが可能である。TAC(Tracetyl Celulose)、プロピオニールセルロース、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリエステル、ポリスチレン、ポリアクリレイト、ノルボネンポリマー、ポロエスチルアクリレイト(PET)等。本発明の製造方法を既に偏光フィルタが塗布された透明基板上に直接実施するか、或いは本発明の製造方法が光線位相差フィルタ80を製成した後に偏光フィルタを塗布或いは積層する場合は、透明基板81はTAC板にてなることが好ましい。
TAC板は、良好な構造強度と硬度を具有してなり、偏光板構造全体を支持することが可能であり、偏光板の偏光フィルタが外力により傷つくことを防止することができる。本発明の実施例において、配向層82は溶剤(EAC、MeOH、IPA、MEK、Toluene等)で希釈したオリゴマー(Oligomer)を主としてなり、基本材質は市販のUrethane或いはEsterポリエステル系のUV紫外光型アクリル樹脂にてなることができ、平均分子量は200乃至4500の範囲内、粘度は5000cp乃至100000cpの範囲内にてなることができ、官能基数は2乃至6にてなることが好ましい。前述の材料は、例えば、社名UCB、Sartomer、共栄社等の会社にて市販されている。
更に実施例において、配向層82は反応性単体化合物(Monomer)を添加することも可能であり、或いは安定剤(Stabilizer)、潤滑剤等のその他の添加剤を利用することも可能である。反応性単体化合物(Monomer)は一般には単官能基或いは二官能基UV紫外光型アクリル樹脂を主としてなる。
ステップ72:紫外光84を配向層82に照射し(UV Curing)、連鎖化学反応を発生させる。本実施例において、紫外線84を照射する強度が30乃至1000mj/cm2、更に重量比濃度0.5乃至10wt%の光開始剤(Initiator)濃度、酸素含有量が体積比濃度1%以上の空気環境で実行され、配向層82表面には反応が未完の活性アクリレイト部分を残留させる。光開始剤は市販されている製品を使用可能であり、例えば、Ciba会社はIrgacure907、Irgacure184、或いはIrgacure369等の光開始剤がある。
ステップ73:配向層82上に光位相差フィルム材料83を塗布し(図6参照)、配向層82表面に残留した活性アクリレイトは光位相差フィルム材料83(液晶材料)内に含む多数の光位相差微粒子(多数の液晶分子)を更に容易に配向層82表面上に密着させる。光位相差フィルム材料83はSmetic或いはNematic型を選択利用することができ、UV紫外光が集めることができる単官能基或いは二官能基液晶高分子が分配される。光位相差フィルム材料83と多数の液晶分子の相関連する技術の内容は英国特許GB2324382A公報の記載内容を参考にすることができる。
ステップ74:酸素含有量が体積比濃度1%以上の空気環境において、30乃至1000mj/cm2強度の紫外線84を配向層82と光線位相差フィルム材料83に照射しキュアー(凝固)させる。
図7、図8は、それぞれ配向層82を塗布した透明基板81に、純窒素中で光開始剤濃度10wt%以上の環境で紫外線照射を実行した場合、及び空気中で光開始剤濃度0.5乃至10wt%の環境で紫外線照射を実行した場合の、多数光位相差微粒831(液晶分子等)と配向層82材料の付着結合の状態をそれぞれ示した図である。図7に示すように、配向層82材料を塗布した透明基板81を、純窒素且つ光開始剤濃度10wt%以上の環境で紫外線照射を実行した時、オリゴマーの連鎖反応は十分に進行し、配向層82表面に残留する活性アクリレイトは少なくなる。その為、配向層82表面は平滑であって、多数の光位相差微粒831は結合付着し難くなる。一方、図8に示すように、配向層82材料を塗布した透明基板81を、空気中(酸素含有量1%以上)で且つ光開始剤濃度0.5乃至10wt%の環境で紫外線照射を実行した時は、反応が未完のままで残留した活性アクル酸エステル821が配向層82表面に小さい凹凸を形成し光位相差微粒831(液晶分子等)を付着し易くすることができる。多数の光位相差微粒831が結合、密着し易いだけではなく、各光位相差微粒831が特定方向(垂直方向等)に揃って排列し易くなる。このようにして、本発明の光位相差微粒831は更に容易に、例えば直立方向に配向層82上に付着させることができ、光線位相差フィルム80の品質の向上と安定性を達成することができる。更に、本発明は光線位相差フィルム80を直接偏光板に内蔵させることができ、単独で製造する必要が無く、光線位相差フィルム80の品質が不安定であることにより発生する偏光板の生産良品率への影響の懸念も解消できる。更に、本発明は、これらの反応が未完であることによって残留したアクリル酸エステル821により多数の光位相差微粒831を特定方向に揃って配向層82上に付着させることができる為、本発明は配向層82上に界面活性剤(Surfactant)を添加することなく結合効果を強化することが可能である。このようにして、本発明は英国特許GB2324382A案に掲載の界面活性剤の使用を必要とする技術と比較し、本発明は製造コストの低下、生産良品率の向上の長所を発揮する。
更に、出願人の実験により、前述の光開始剤濃度が2乃至5wt%濃度、且つ空気環境の酸素含有量が20%の製造工程条件の場合、光位相差微粒831と配向層82の間の密着性は更に大幅に向上することが判明しており、製成される光線位相差フィルム80の製品安定性と光学特性も相対的に向上する。
図9に示すように、図4,5,6に示すフローで形成する光線位相差フィルム80は巻き付けてロール状の材料を形成することができる。更に、ポリビニルアルコール(PVA)を含む偏光フィルム91を二色の染料911内(ヨウ素、ヨウ化カリウム等)に浸漬した後、染料が浸透した偏光フィルム91をストレッチ装置912により予め定められた方向と変形度まで引き伸ばし、偏光フィルム91に特性の偏光効果を具有させる。その後、前述の光線位相差フィルム80ロール状材料、及び別の透明基板92(TAC基板等)をオーブン913、914等の加熱環境におき、偏光フィルム91の上下両側表面上に貼合させ、本発明の光線位相差フィルム80を内蔵した偏光板90を完成する。本発明の光線位相差フィルム80(配向層82及び光線位相差フィルム材料83の塗布された透明基板81を含む)は直接偏光板90に内蔵されてなることにより、光線位相差フィルム80と偏光板90の間は余分な透明基盤を必要とせず、PSAやその他の資材も挟む必要がないのである。よって、本発明の方法により製成された偏光板90は光線位相差フィルム80を内蔵し光学補償の作用を提供するだけではなく、更に光線位相差フィルム80の透明基板81は偏光フィルム91表面上の保護層としてもなることが可能である。本発明の光線位相差フィルム80を内蔵する偏光板90は図2に示すような公知の技術に比べて少なくとも一層のPSA接着層或いはTAC透明基板層を減少させることができ、相対的により薄く、更に良好な光透過度と光学特性も具有してなることができる。
本実施例において、光線位相差フィルム80はnx=ny<nzの関係とRth=−10〜−300nmの条件を満足する光線位相差フィルムにてなることが好ましい。更にRth=−30〜−80nmの条件の時に更に良好な光学特性を具有することができる。nxは光線位相差フィルム表面上のx軸方向の屈折率、nyは光線位相差フィルム表面上のy軸方向の屈折率、nzは光線位相差フィルム表面上のz軸方向の屈折率、Rth={(nx+ny)/2−nz}*d、dは光線位相差フィルムの厚さを表してなる。
図10は、図9に示すフローで形成する光線位相差フィルム80を内蔵した偏光板90に更に他の光線位相差フィルム93を貼合する製造工程の説明図である。図11に示すように、もう一つの光線位相差フィルム93(以下第一光線位相差フィルム93と称す)を供給する。第一光線位相差フィルム93は、nx>ny=nzの関係とRo=0.1〜220nmの条件を満足する光線位相差フィルムにてなりA―Plate薄膜と称してなる。Ro=(nx−ny)*d。実施例において、第一光線位相差フィルム93のRoが更にRo=80〜130nmの条件に制限されてなる場合より良好な光学特性を具有することができる。二つの異なる光線位相差フィルム80、93はそれぞれ特定波長の光に対して予め定められた角度と方向の位相差を発生し、光学補償の作用を提供し、液晶表示器の傾斜角度方向における表示品質を向上させることができる。光線位相差フィルム80が内蔵された偏光板90の上面は感圧接着剤941を塗布し、第一光線位相差フィルムは相対する偏光板90の他方の表面にも感圧接着剤942を塗布し、その後、第一光線位相差フィルム93を光線位相差フィルム80が内蔵された偏光板90上に貼合し、In−PlaneSwitching(IPS)LCDに使用する偏光板を構成する。このように、本発明の偏光板90上にて光線位相差フィルム80、93を結合し、良好な光学補償効果を提供することができる。
図11に示すように、本発明の光学補償を具有する偏光板の製造フローは下記のステップより構成される。
ステップ61:透明基板81上に配向層82を塗布し、重量比0.5乃至10wt%の光開始剤濃度、酸素含有量が体積比1%の空気環境において、30乃至1000mj/cm2強度の紫外線を配向層82に照射し、配向層82表面に反応が未完の活性アクリル酸エステル部分を残留させる。
ステップ62:配向層82上に光線位相差フィルム材料83を塗布し、配向層82の表面に残留した活性アクリル酸エステルは光線位相差フィルム材料83内に含む多数の光線位相差微粒子を配向層82上に結合し易くする。その後、惰性気体或いは空気環境において、紫外線を配向層8と光線位相差フィルム材料に照射して凝固させる。その内、光線位相差フィルム材料が配向層と結合し、特定波長の光に対して予め定められた角度と方向の位相差を発生し、光学補償の作用を達成することができる。
ステップ63:偏光フィルム91を用意し、偏光フィルム91内には染料を設ける。その後、偏光フィルムは予め定められた方向と変形度に引き伸ばし、偏光フィルムに特定の偏光効果を具有させる。
ステップ64:配向層82及び光線位相差フィルム材料83を塗布した透明基板81、及び他の透明基板92をそれぞれ偏光フィルム91の上下両側表面上に貼合させる。その内、二つの透明基板81、92は相対して高い硬度と構造強度を提供し偏光フィルム91表面上の保護層とすることができる。
ステップ65:他の光線位相差フィルム93(第一光線位相差フィルム93)を用意する。
ステップ66:第一光線位相差フィルム93を感圧接着剤941により配向層82及び光線位相差フィルム材料83を塗布した透明基板81上に貼合させる。更に、第一光線位相差フィルム93より離れた偏光板90の側面にも感圧接着剤942を塗布しガラスと偏光板の接着用とする。
このようにして、ステップ67に示すような本発明の光線位相差フィルム80、93を内蔵し光学補償を提供可能な偏光板90を完成する。
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
公知の液晶表示器の断面図である。 図1の公知の液晶表示器の視角範囲の対比曲線図である。 公知の液晶表示器の偏光板上に増設する光学補償膜の生産工程図である。 本発明の光線位相差フィルムの製造方法の工程図である。 図4の工程図の動作説明図である。 図4の工程図の動作説明図である。 配向層でコーティングされた透明基板であり、純粋窒素且つ光開始剤の濃度が10wt%以上の環境において紫外線照射の実施による多数の光線位相差フィルムと配向層材料の付着結合状態の説明図である。 配向層でコーティングされた透明基板であり、空気中且つ光開始剤の濃度が0.5wt%乃至10wt%の環境において紫外線照射を実施した場合の多数の光線位相差フィルムと配向層の付着結合状態の説明図である。 図4,5,6の光線位相差フィルムを直接偏光板上に内蔵することにより偏光板が元々備える二つの透明基板のうち一つに取って代わる製造工程の説明図である。 図9の光線位相差フィルムを内蔵した偏光板が更に一層の光線位相差フィルムを増加し貼合させる説明図である。 本発明の前述の図4乃至10を整合し光線位相差フィルム内蔵の偏光板を製造する工程の説明図である。
符号の説明
10 公知の液晶表示器
11 液晶部材
12,13 偏光板
121、122、131、132 基板
123、133 偏光膜
20 公知の偏光板
211、212 透明基板
22 偏光フィルム
231、232、233 感圧接着剤
24 第一光線位相差フィルム
241 基材
243 液晶材料
25 第二光線位相差フィルム
291〜296、61〜67、71〜74 フローステップ
80 光線位相差フィルム
81、92 透明基板
82 配向層
821 活性アクリル酸エステル
83 光線位相差フィルム材料
831 光線位相差粒子
84 紫外光
90 偏光板
91 偏光フィルム
911 染料
912 ストレッチ装置
913、914 オーブン
93 第一光線位相差フィルム
941、942 感圧接着剤

Claims (4)

  1. (A)透明基板上に配向層を塗布し、
    (B)重量比0.5乃至10wt%の光開始剤の濃度、酸素含有量体積比1%以上の環境の下で、紫外光を配向層の表面に照射して、配向層表面に反応が未完の活性アクリル酸エステル部分を残留させ、
    (C)配向層上に光線位相差フィルム材料を塗布して、配向層表面に残留した活性アクリル酸エステルにより光線位相差フィルム材料内に含まれる多数の光線位相差微粒子を配向層表面上に結合せしめ、
    (D)配向層と光線位相差フィルム材料を紫外光で照射する、
    上記のステップにより構成され、
    光線位相差フィルム材料を配向層と結合して特定波長の光に対し予め定められた角度と方向の位相差を発生させて光学補償作用を発揮せしめることを特徴とした、光学補償膜の製造方法。
  2. 前記配向層は、少なくともオリゴマー(Oligomer)を設けてなり、該オリゴマーはUrethane或いはester系のUV紫外光型アクリル(Arcrylate)樹脂にてなり、その平均分子量は200乃至4500の範囲内、粘度は5000乃至100000cpの範囲内、官能基数は2乃至6の範囲内にあり、
    該光開始剤の濃度を更に2乃至5wt%の範囲内に制限し、
    該紫外光照射強度を30乃至1000mj/cm2、酸素含有量が1%以上の濃度の環境を雰囲気環境とし、
    該配向層及び液晶材料を塗布した透明基板はnx=ny<nzの関係を満たす光線位相差フィルム(略称:C+薄膜)にてなり、その内、nxは光線位相差フィルム表面上のx軸方向の屈折率、nyは光線位相差フィルム表面上のy軸方向の屈折率、nzは光線位相差フィルム表面上のz軸方向の屈折率を表し、該光線位相差フィルム(略称:C+薄膜)はRth=−10〜−300nmの条件を満たし、その内、Rth={(nx+ny)/2−nz}*d、dは光線位相差フィルムの厚さを表すことを特徴とした、請求項1に記載の光学補償膜の製造方法。
  3. (a)予め偏光フィルムが設けられた偏光板を用意し、
    (b)偏光板上に配向層を塗布し、
    (c)重量比0.5乃至10wt%の光開始剤の濃度、酸素含有量体積比1%以上の環境の下で、紫外光を配向層の表面に照射し、配向層表面に反応が未完成の活性アクリル酸エステル部分を残留させ、
    (d)配向層上に光線位相差フィルム材料を塗布して、配向層表面に残留した活性アクリル酸エステルを光線位相差フィルム材料内に含まれる多数の光線位相差微粒子を配向層表面上に結合させ、
    (e)配向層と光線位相差フィルム材料を紫外光で照射する、
    上記のステップにより構成され、
    光線位相差フィルム材料を配向層と結合して特定波長の光に対し予め定められた角度と方向の位相差を発生させ、光学補償作用を発揮せしめることを特徴とした、光学補償膜の製造方法。
  4. 前記請求項3に記載の製造方法により形成した偏光板。
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