JP2007140443A - 光学補償層付偏光板、光学補償層付偏光板を用いた液晶パネル、液晶表示装置、および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】偏光子と、第1の光学補償層と、接着剤層と、第2の光学補償層とをこの順に有し、該第1の光学補償層が、nx>ny=nzの屈折率分布を有し、面内位相差Re1が短波長側ほど小さくなる波長分散特性を示し、かつ、その面内位相差Re1が90〜160nmであり、該第2の光学補償層が、コーティング層であり、nx=ny>nzの屈折率分布を有し、その面内位相差Re2が0〜20nmであり、かつ、その厚み方向の位相差Rth2が30〜300nmであり、その厚みが0.5〜10μmである。
【選択図】なし
Description
本明細書における用語および記号の定義は下記の通りである:
(1)「nx」は面内の屈折率が最大になる方向(すなわち、遅相軸方向)の屈折率であり、「ny」は面内で遅相軸に垂直な方向(すなわち、進相軸方向)の屈折率であり、「nz」は厚み方向の屈折率である。また、例えば「nx=ny」は、nxとnyが厳密に等しい場合のみならず、nxとnyが実質的に等しい場合も包含する。本明細書において「実質的に等しい」とは、光学補償層付偏光板の全体的な偏光特性に実用上の影響を与えない範囲でnxとnyが異なる場合も包含する趣旨である。
(2)「面内位相差Re」は、23℃における波長590nmの光で測定したフィルム(層)面内の位相差値をいう。Reは、波長590nmにおけるフィルム(層)の遅相軸方向、進相軸方向の屈折率をそれぞれ、nx、nyとし、d(nm)をフィルム(層)の厚みとしたとき、式:Re=(nx−ny)×dによって求められる。
(3)厚み方向の位相差Rthは、23℃における波長590nmの光で測定した厚み方向の位相差値をいう。Rthは、波長590nmにおけるフィルム(層)の遅相軸方向、厚み方向の屈折率をそれぞれ、nx、nzとし、d(nm)をフィルム(層)の厚みとしたとき、式:Rth=(nx−nz)×dによって求められる。
(4)本明細書に記載される用語や記号に付される添え字の「1」は第1の光学補償層を表し、添え字の「2」は第2の光学補償層を表す。
(5)「λ/2板」とは、ある特定の振動方向を有する直線偏光を、当該直線偏光の振動方向とは直交する振動方向を有する直線偏光に変換したり、右円偏光を左円偏光に(または、左円偏光を右円偏光に)変換したりする機能を有するものをいう。λ/2板は、所定の光の波長(通常、可視光領域)に対して、フィルム(層)の面内の位相差値が約1/2である。
(6)「λ/4板」とは、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または、円偏光を直線偏光に)変換する機能を有するものをいう。λ/4板は、所定の光の波長(通常、可視光領域)に対して、フィルム(層)の面内の位相差値が約1/4である。
(7)「コレステリック配向固化層」とは、当該層の構成分子がらせん構造をとり、そのらせん軸が面方向にほぼ垂直に配向し、その配向状態が固定されている層をいう。したがって、「コレステリック配向固化層」は、液晶化合物がコレステリック液晶相を呈している場合のみならず、非液晶化合物がコレステリック液晶相のような擬似的構造を有する場合を包含する。例えば、「コレステリック配向固化層」は、液晶材料が液晶相を示す状態でカイラル剤によってねじりを付与してコレステリック構造(らせん構造)に配向させ、その状態で重合処理または架橋処理を施すことにより、当該液晶材料の配向(コレステリック構造)を固定することにより形成され得る。
(8)「選択反射の波長域が350nm以下」とは、選択反射の波長域の中心波長λが350nm以下であることを意味する。例えば、コレステリック配向固化層が液晶モノマーを用いて形成されている場合には、選択反射の波長域の中心波長λは、下記式で表される:
λ=n×P
ここで、nは、液晶モノマーの平均屈折率を示し、Pはコレステリック配向固化層のらせんピッチ(nm)を示す。上記平均屈折率nは、(no+ne)/2で表され、通常、1.45〜1.65の範囲である。noは、液晶モノマーの常光屈折率を示し、neは液晶モノマーの異常光屈折率を示す。
(9)「カイラル剤」とは、液晶材料(例えば、ネマティック液晶)をコレステリック構造となるように配向する機能を有する化合物をいう。
(10)「ねじり力」とは、カイラル剤が液晶材料にねじれを与えてコレステリック構造(らせん構造)に配向させる能力のことを意味する。一般的には、ねじり力は、下記式で表される:
ねじり力=1/(P×W)
Pは、上記の通り、Pはコレステリック配向固化層のらせんピッチ(nm)を示す。Wは、カイラル剤重量比を示す。カイラル剤重量比Wは、W=[X/(X+Y)]×100で表される。ここで、Xはカイラル剤の重量であり、Yは液晶材料の重量である。
A−1.光学補償層付偏光板の全体構成
図1は、本発明の好ましい実施形態による光学補償層付偏光板の概略断面図である。図1に示すように、この光学補償層付偏光板10は、偏光子11と第1の光学補償層12と接着剤層13と第2の光学補償層14とをこの順に有する。
第1の光学補償層は、半透過反射型の液晶表示装置、特にVAモード(垂直配向モード)において、円偏光モードとして使用するための、nx>ny=nzの屈折率分布を有する正のAプレートである。
A−3−1.第2の光学補償層の全体構成
上記第2の光学補償層14はコーティング層であり、nx=ny>nzの関係を有し、いわゆるネガティブCプレートとして機能し得る。第2の光学補償層がこのような屈折率分布を有することにより、特に、VAモードの液晶セルの液晶層の複屈折性を良好に補償することができる。すなわち、第2の光学補償層は、VAモード(垂直配向モード)の液晶表示装置において、斜め方向から見た場合に、液晶分子の影響で等方性が崩れることにより視野角特性が悪化する原因を取り除くためのものである。その結果、視野角特性が顕著に向上した液晶表示装置が得られ得る。
上記コレステリック配向固化層は、選択反射の波長域が350nm以下であるコレステリック配向固化層が好ましい。選択反射の波長域の上限は、さらに好ましくは320nm以下であり、最も好ましくは300nm以下である。一方、選択反射の波長域の下限は、好ましくは100nm以上であり、さらに好ましくは150nm以上である。選択反射の波長域が350nmを超えると、選択反射の波長域が可視光領域に入るので、例えば、着色や色抜けという問題が生じる場合がある。選択反射の波長域が100nmより小さいと、使用すべきカイラル剤(後述)の量が多くなりすぎるので、光学補償層形成時の温度制御をきわめて精密に行う必要がある。その結果、液晶パネルの製造が困難になる場合がある。
Z−X−(Sp)n ・・・(2)
で表されることが好ましく、A1およびA2は同じ基であることが好ましい。
(Z−X5)nCh ・・・(20)
(Z−X2−Sp−X5)nCh ・・・(21)
(P1−X5)nCh ・・・(22)
(Z−X2−Sp−X3−M−X4)nCh ・・・(23)
上記第2の光学補償層が非液晶性材料を含む層の場合、本発明における第2の光学補償層は、上記のような厚みおよび光学特性が得られる限りにおいて任意の適切な材料が採用され得る。例えば、このような材料としては、非液晶性材料が挙げられる。特に好ましくは、非液晶性ポリマーである。このような非液晶性材料は、液晶性材料とは異なり、基板の配向性に関係なく、それ自身の性質によりnx>nz、ny>nzという光学的一軸性を示す膜を形成し得る。その結果、配向基板のみならず未配向基板も使用され得る。さらに、未配向基板を用いる場合であっても、その表面に配向膜を塗布する工程や配向膜を積層する工程等を省略することができる。
第1の光学補償層と第2の光学補償層との間に設けられる上記接着剤層は、目的に応じて任意の適切な接着剤層が選択される。好ましくは任意の適切な接着剤が用いられる。接着剤層を用いることで、第1の光学補償層に液晶等のコーティング層(例えば、液晶モノマーを有機溶剤に溶解させたもの)を直接塗工する必要がないので、有機溶剤による第1の光学補償層の浸食を防ぐことができ、第1の光学補償層の白濁化を回避することができる。さらに、例えば画像表示装置に本発明における光学補償層付偏光板を組み込む際、各層の光学軸の関係がずれることを防止したり、各層同士が擦れて傷ついたりすることを防ぐことができる。また、層間の界面反射を少なくし、画像表示装置に用いた際にコントラストを高くすることができる。上記接着剤層を形成する接着剤としては、代表的には、硬化型接着剤が挙げられる。硬化型接着剤の代表例としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、湿気硬化型接着剤、熱硬化型接着剤が挙げられる。熱硬化型接着剤の具体例としては、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂およびポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂系接着剤が挙げられる。湿気硬化型接着剤の具体例としては、イソシアネート樹脂系の湿気硬化型接着剤が挙げられる。湿気硬化型接着剤(特に、イソシアネート樹脂系の湿気硬化型接着剤)が好ましい。湿気硬化型接着剤は、空気中の水分や被着体表面の吸着水、水酸基やカルボキシル基等の活性水素基等と反応して硬化するので、接着剤を塗工後、放置することによって自然に硬化させることができ、操作性に優れる。さらに、硬化のために高温加熱する必要がないので、第2の光学補償層が積層(接着)時に高温加熱されない。その結果、加熱収縮の心配がないので、本発明のように第2の光学補償層がきわめて薄い場合であっても、積層時の割れ等が防止され得る。加えて、硬化型接着剤は、硬化後に加熱されてもほとんど伸縮しない。したがって、第2の光学補償層がきわめて薄い場合であって、かつ、得られる液晶パネルを高温条件下で使用する場合であっても、第2の光学補償層の割れ等が防止され得る。なお、上記イソシアネート樹脂系接着剤とは、ポリイソシアネート樹脂系接着剤、ポリウレタン樹脂接着剤の総称である。
偏光子としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、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等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く特に好ましい。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、1〜80μm程度である。
上記保護層としては、偏光板の保護層として使用できる任意の適切なフィルムが採用され得る。このようなフィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。上記ポリマーフィルムは、例えば、前記樹脂組成物の押出成形物であり得る。TAC、ポリイミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ガラス質系ポリマーが好ましく、TACがさらに好ましい。
本発明における光学補償層付偏光板は、代表例として図1に示すように、偏光子11と、第1の光学補償層12と、接着剤層13と、第2の光学補償層14とをこの順に有している。好ましくは、偏光子11と上記第1の光学補償層12の間には、粘着剤層(図示せず)や接着剤層(図示せず)を設けてもよい。
本発明における光学補償層付偏光板は、さらに他の光学層を備えていてもよい。このような他の光学層としては、目的や画像表示装置の種類に応じて任意の適切な光学層が採用され得る。具体例としては、液晶フィルム、光散乱フィルム、回折フィルム、さらに別の光学補償層(位相差フィルム)等が挙げられる。
本発明における光学補償層付偏光板の製造方法は、本発明の効果が損なわれない範囲において任意の適切な方法が採用され得る。例えば、偏光子(必要に応じて保護層を設けてもよい)に上記の粘着剤層や接着剤層を介して第1の光学補償層を積層する。この第1の光学補償層の偏光子とは反対側に、上記接着剤層を介して第2の光学補償層(コーティング層)を転写することで、本発明における光学補償層付偏光板を得ることができる。
本発明における光学補償層付偏光板は、各種画像表示装置(例えば、液晶表示装置、自発光型表示装置)に好適に使用され得る。適用可能な画像表示装置の具体例としては、液晶表示装置、ELディスプレイ、プラズマディスプレイ(PD)、電界放出ディスプレイ(FED:Field Emission Display)が挙げられる。本発明における光学補償層付偏光板を液晶表示装置に用いる場合には、例えば、黒表示における光漏れ防止および視野角補償に有用である。本発明における光学補償層付偏光板は、VAモードの液晶表示装置に好適に用いられ、反射型および半透過型のVAモードの液晶表示装置に特に好適に用いられる。また、本発明における光学補償層付偏光板をELディスプレイに用いる場合には、例えば、電極反射防止に有用である。
本発明における画像表示装置の一例として、液晶表示装置について説明する。ここでは、液晶表示装置に用いられる液晶パネルについて説明する。液晶表示装置のその他の構成については、目的に応じて任意の適切な構成が採用され得る。本発明においては、VAモードの液晶表示装置が好ましく、反射型および半透過型のVAモードの液晶表示装置が特に好ましい。図2は、本発明の好ましい実施形態による液晶パネルの概略断面図である。ここでは、反射型の液晶表示装置用液晶パネルを説明する。液晶パネル100は、液晶セル20と、液晶セル20の上側に配置された位相差板30と、位相差板30の上側に配置された偏光板10とを備える。位相差板30としては、目的および液晶セルの配向モードに応じて任意の適切な位相差板が採用され得る。目的および液晶セルの配向モードによっては、位相差板30は省略され得る。上記偏光板10は、上記で説明した本発明における光学補償層付偏光板である。液晶セル20は、一対のガラス基材21、21’と、該基材間に配された表示媒体としての液晶層22とを有する。下基材21’の液晶層22側には、反射電極23が設けられている。上基材21には、カラーフィルター(図示せず)が設けられている。基材21、21’の間隔(セルギャップ)は、スペーサー24によって制御されている。
市販のポリビニルアルコール(PVA)フィルム(クラレ社製)を、ヨウ素を含む水溶液中で染色した後、ホウ酸を含む水溶液中で速比の異なるロール間にて約6倍に一軸延伸して長尺の偏光子を得た。PVA系接着剤を用いて、この偏光子の両面に市販のTACフィルム(富士写真フィルム社製)を貼り合わせ、全体厚み100μmの偏光板(保護層/偏光子/保護層)を得た。この偏光板を縦20cm×横30cmに打ち抜いた。このとき、偏光子の吸収軸が縦方向となるようにした。
すでに延伸されてなる、厚みが77μmの変性ポリカーボネートフィルム(帝人社製、商品名:ピュアエースWR)を第1の光学補償層用フィルムとして用いた。このフィルムは、nx>ny=nzの屈折率分布を有し、異常光と常光との光路差である位相差値が短波長側ほど小さくなる波長分散特性を示し、かつ、その面内位相差Re1が147nmであった。このフィルムを、縦20cm×横30cmに打ち抜き、第1の光学補償層とした。このとき、遅相軸が縦方向となるようにした。
下記式(10)で表されるネマチック液晶性化合物90重量部、下記式(38)で表されるカイラル剤10重量部、光重合開始剤(イルガキュア907、チバスペシャリティーケミカル社製)5重量部、およびメチルエチルケトン300重量部を均一に混合し、液晶塗工液を調製した。この液晶塗工液を基材(二軸延伸PETフィルム)上にスピンコーティング法よりコーティングし、80℃で3分間熱処理し、次いで紫外線(20mJ/cm2、波長365nm)を照射して重合処理し、nx=ny>nzの屈折率分布を有する、長尺の第2の光学補償層(コレステリック配向固化層)を形成した。このフィルムを縦20cm×横30cmに打ち抜き、第2の光学補償層とした。第2の光学補償層の厚みは2μmであり、面内位相差Re2は0nm、厚み方向位相差Rth2は110nmであった。以上のようにして得られた第2の光学補償層の複屈折率Δn(=|ne−no|、ne:異常光屈折率、no:常光屈折率)の波長依存性は、波長が大きくなるに伴い小さくなった。リターデーションR(λ)(=Δn×d、d:光学補償層の厚み)は、正波長分散特性を有した。
得られた第1の光学補償層に、第2の光学補償層の主面に塗工したイソシアネート樹脂系接着剤層(厚さ5μm)が対向するよう貼り合わせた(転写した)。接着剤層の硬化は、50℃で10時間程度加温して行った。次いで、第1の光学補償層の接着剤層とは反対側に得られた偏光板を、アクリル系粘着剤(厚み20μm)を用いて貼り合わせた。このとき、第1の光学補償層の遅相軸が、偏光板の偏光子の吸収軸に対して反時計回りに45°となるよう積層した。最後に、積層フィルムを、縦4.0cm×横5.3cmに打ち抜き、第2の光学補償層が支持されていた基材(二軸延伸PETフィルム)を剥離し、光学補償層付偏光板(1)を得た。
(第2の光学補償層の作製)
実施例1の第2の光学補償層で用いた液晶塗工液を、実施例1の第1の光学補償層上に直接コーティング(スピンコーティング)し、80℃で3分間熱処理し、次いで紫外線(20mJ/cm2、波長365nm)を照射して重合処理し、nx=ny>nzの屈折率分布を有する、長尺の第2の光学補償層(コレステリック配向固化層)を形成した。このコーティングフィルムを縦20cm×横30cmに打ち抜き、第2の光学補償層とした。第2の光学補償層の厚みは2μmであり、面内位相差Re2は0nm、厚み方向位相差Rth2は120nmであった。
得られた第1の光学補償層の第2の光学補償層と反対側に、実施例1で用いた偏光板をアクリル系粘着剤(厚み20μm)を用いて貼り合わせた。このとき、第1の光学補償層の遅相軸が、偏光板の偏光子の吸収軸に対して反時計回りに45°となるよう積層した。次いで、積層フィルムを、縦4.0cm×横5.3cmに打ち抜き、光学補償層付偏光板(C1)を得た。
(第2の光学補償層の作製)
ノルボルネン系樹脂フィルム(JSR社製:商品名アートン:厚み100μm:光弾性係数5.00×10−12m2/N)を175℃で1.27倍に縦延伸し、次いで、176℃で1.37倍に横延伸することによって、nx=ny>nzの屈折率分布を有する、長尺の第2の光学補償層用フィルム(厚みは65μm)を作製した。このフィルムを縦20cm×横30cmに打ち抜き、第2の光学補償層とした。第2の光学補償層の面内位相差Re2は0nm、厚み方向の位相差Rth2は110nmであった。
実施例1で得られた偏光板および第1の光学補償層、上記の得られた第2の光学補償層をこの順に積層した。第1の光学補償層の遅相軸が、偏光板の偏光子の吸収軸に対して反時計回りに45°となるように積層した。偏光板と第1の光学補償層、および、第1の光学補償層と第2の光学補償層は、アクリル系粘着剤(厚みは20μm)を用いて積層した。次いで、積層フィルムを、縦4.0cm×横5.3cmに打ち抜き、光学補償層付偏光板(C2)を得た。
上記のようにして得られた実施例1〜4または比較例1〜2の光学補償層付偏光板を、アクリル系粘着剤(厚み20μm)を介してVAモードの液晶セル(SHARP社製携帯電話、型番:Q01iS)の視認側ガラス基材側に積層した。このとき、実施例1においては、ガラス基材と第2の光学補償層とが対向するように貼り合わせた。このようにして、VAモード液晶表示装置を得た。光学補償層付偏光板が実装されたVAモード液晶セルについて、視野角特性測定装置(ELDIM社製、EZ Contrast)を用いて視野角特性を測定した。
実施例1〜4の光学補償層付偏光板を用いた液晶セルは、比較例1〜2の光学補償層付偏光板を用いた液晶セルに比べて視野角が顕著に広くなっていた。
11 偏光子
12 第1の光学補償層
13 接着剤層
14 第2の光学補償層
20 液晶セル
100 液晶パネル
Claims (17)
- 偏光子と、第1の光学補償層と、接着剤層と、第2の光学補償層とをこの順に有し、
該第1の光学補償層が、nx>ny=nzの屈折率分布を有し、面内位相差Re1が短波長側ほど小さくなる波長分散特性を示し、かつ、その面内位相差Re1が90〜160nmであり、
該第2の光学補償層が、コーティング層であり、nx=ny>nzの屈折率分布を有し、その面内位相差Re2が0〜20nmであり、かつ、その厚み方向の位相差Rth2が30〜300nmであり、その厚みが0.5〜10μmである、
光学補償層付偏光板。 - 前記接着剤層が、イソシアネート樹脂系接着剤層からなる、請求項1に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層が、延伸フィルム層であり、かつ、フルオレン骨格を有するポリカーボネートを含む、請求項1または2に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層が、延伸フィルム層であり、かつ、セルロース系材料を含む、請求項1または2に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層が、アセチル置換度(DSac)およびプロピオニル置換度(DSpr)が2.0≦DSac+DSpr≦3.0および1.0≦DSpr≦3.0を満たすセルロース系材料を含む、請求項4に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層が、前記セルロース系材料を110℃〜170℃の温度で長軸方向に1.1倍〜2.5倍に自由端一軸延伸して得られる延伸フィルム層である、請求項5に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記セルロース系材料の重量平均分子量Mwが、3×103〜3×105の範囲内にある、請求項4から6のいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層が、延伸フィルム層であり、かつ、異なる波長分散特性を有する芳香族ポリエステルポリマーを2種類以上含む、請求項1または2に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層が、延伸フィルム層であり、かつ、異なる波長分散特性を有するポリマーを形成するモノマー由来のモノマー単位を2種類以上有する共重合体を含む、請求項1または2に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層が、異なる波長分散特性を有する延伸フィルム層を2種類以上積層した複合フィルム層である、請求項1または2に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第2の光学補償層が、コレステリック配向固化層からなる、請求項1から10までのいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第2の光学補償層が、非液晶性材料を含む層からなる、請求項1から11までのいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第2の光学補償層が、基材上にコーティングして形成された第2の光学補償層を、前記接着剤層を介して前記第1の光学補償層に転写して形成された層である、請求項1から12までのいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 請求項1から13までのいずれかに記載の光学補償層付偏光板と液晶セルとを含む、液晶パネル。
- 前記液晶セルが、反射型または半透過型のVAモードである、請求項14に記載の液晶パネル。
- 請求項14または15に記載の液晶パネルを含む、液晶表示装置。
- 請求項1から13までのいずれかに記載の光学補償層付偏光板を含む、画像表示装置。
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