JP2007206104A - 偏光変換フィルム及びその製造方法、偏光素子、並びに液晶表示装置 - Google Patents

偏光変換フィルム及びその製造方法、偏光素子、並びに液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】液晶表示装置などのディスプレイ用として、光利用効率を高めることができ、特に、反射型及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高く、生産性に優れる偏光変換フィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置の提供。
【解決手段】入射光Lを電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光L1,L2に分離する偏光分離層1と、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層2とからなり、前記偏光分離層1が、プリズム構造14を有し、該プリズム構造14における頂部が前記入射光Lと対向して配置され、かつ前記プリズム構造14の表面が複屈折性を有する材料11で被覆されてなる偏光変換フィルム及びその製造方法である。
前記偏光変換フィルムを備えてなる偏光素子及び液晶表示装置である。
【選択図】図2

Description

本発明は、液晶表示装置などのディスプレイ用として、光利用効率を高めることができる偏光変換フィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いた偏光素子、並びに液晶表示装置に関する。
偏光素子は、太陽光のような自然光やランプのような光源からの光を透過させると、直線偏光、円偏光、楕円偏光など種々の偏光状態の光を生成することができ、電界制御複屈折モード、あるいはツイストネマチックモードなど主要な液晶表示装置の重要部材として極めて広範囲に使用されている(非特許文献1参照)。
前記液晶表示装置に用いられる偏光素子としては、一般にヨウ素系や染料系の二色性偏光素子が多く使われている。該二色性偏光素子は、電場ベクトルが直交する2つの偏光成分のうち、一方のみを吸収して透過させず、もう一方の偏光成分を透過させることによって直線偏光を生成させる。ただし、光吸収を利用することによって直線偏光を生成するので、偏光度が100%に近い場合は、原理的に光透過率の上限は50%となる。
したがって、前記二色性偏光素子が用いられる実際の液晶表示装置では、光源の半分以下の光しか利用できず、ディスプレイ輝度が低いという問題がある。
そのため、光源の光利用効率を向上すべく、光源からの光に偏光変換を施す手段がいくつか提案されている(特許文献1〜3参照)。
また、透過型液晶表示装置への用途では、以下の1.異方性反射方式及び2.異方性散乱方式の輝度向上フィルムが、既に工業化され広く使用されている。
1.異方性反射方式
例えば、一軸延伸フィルムと未延伸フィルムとを多重に積層して、延伸方向の屈折率差を大きくすることにより反射率及び透過率の異方性を有する偏光素子と、通常の二色性偏光素子とを積層してバックライト側の偏光素子として用いることによりバックライトの光利用効率を高める方式である(特許文献4〜6参照)。この方式では、偏光度を大きくするため、積層数を数十層以上にする必要があり生産性を増大しにくい問題があるが、正面輝度向上効果が大きい。
また、ピッチ長の異なるコレステリック液晶を垂直配向した状態で積層し、1/4波長板と組み合わせる方式も提案されている(特許文献7及び8参照)。
2.異方性散乱方式
正の固有複屈折性ポリマーと負の固有複屈折性ポリマーとをブレンドして一軸延伸することで異方性散乱体を作製し、通常の二色性偏光素子と組み合わせて用いることによりバックライトの光利用効率を高める方式である(特許文献9〜14参照)。この方式は、輝度の視野角依存性が小さい特徴を有しているが、正面輝度向上度は前述の異方性反射方式よりも小さい。
一方、反射型液晶表示装置は、バックライトが不要で消費電力が小さいために、情報携帯末端、携帯型ゲーム機や携帯電話のような携帯装置のディスプレイとして利用されており、今後、急速に市場拡大していくと予想されている。
前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、及び偏光フィルムがこの順に積層されている基本構造を有する。前記液晶セルの表示モードについては、TN(Twisted Nematic)、STN(Supper Twisted Nematic)、HAN(Hybrid Aligned Nematic)、HPDLC(Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal)のような様々な表示モードが提案されている。これらの中でも、TNモード及びSTNモードの反射型液晶表示装置が、既に実用化され広範囲に使用されている。
しかし、前記反射型液晶表示装置は、外光が弱くなると、反射輝度が低下し、使用できなくなる。このため、外光の反射光を利用して反射表示を行うとともに、バックライトの透過光を利用して透過表示を行う半透過型液晶表示装置が提案され、主に携帯端末モジュール用として利用されている。
ここで、上述の異方性反射方式及び異方性散乱方式の輝度向上フィルムでは、入射する光の一部が入射側に反射又は散乱される。透過型液晶表示装置においては、その光をバックライト部分で反射し再利用することができるので、全体として光の利用効率を高め輝度を向上させることができるが、反射型液晶表示装置及び反射モード時の半透過型液晶表示装置においては、光の入射側に反射又は散乱した光は、大気中に出射され再利用できないため、原理的に輝度向上できない。
偏光成分の方向を制御する層の間に偏光回転層を配置する偏光素子により、偏光していないビームを同一の偏光方向を有する偏光したビームにほぼ完全に変換することができる方法が提案されてはいるが(特許文献15参照)、この偏光素子は、画像投射装置用の小面積の素子であり、液晶表示装置などのディスプレイ用として大面積の素子として製造するのは困難である。
また、プリズム及び複屈折性を有する複屈折層若しくは複屈折回折格子を用いた偏光分離層と、複屈折化合物に棒状液晶を用いて一定角度で傾斜配向させた偏光変換層とを用いた輝度向上フィルムが提案されている(特許文献16及び17参照)が、これらの方法では、偏光変換の効率は十分ではない。
このため、液晶表示装置などのディスプレイ用として、光利用効率を高めることができ、特に、反射型及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高く、生産性に優れる偏光変換フィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置は未だ提案されておらず、更なる改良開発が望まれているのが現状である。
佐藤進著「液晶とその応用」産業図書刊、96〜115頁 特開昭63−121821号公報 特開平5−224175号公報 特開平5−232433号公報 国際公開第95/17691号パンフレット 国際公開第95/17692号パンフレット 国際公開第95/17699号パンフレット 欧州特許第606940号明細書 特開平8−271731号公報 国際公開第97/32223号パンフレット 国際公開第97/32224号パンフレット 国際公開第97/32225号パンフレット 国際公開第97/32226号パンフレット 特開平9−274108号公報 特開平11−174231号公報 特表平10−505435号公報 特開2004−77899号公報 特開2004−77900号公報
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は液晶表示装置などのディスプレイ用として、光利用効率を高めることができ、特に、反射型及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高く、生産性に優れる偏光変換フィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。即ち、
<1> 入射光を電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光に分離する偏光分離層と、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、
前記偏光分離層が、プリズム構造を有し、該プリズム構造における頂部が前記入射光と対向して配置され、かつ前記プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなることを特徴とする偏光変換フィルムである。
<2> 偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向した複屈折性化合物を含む前記<1>に記載の偏光変換フィルムである。
<3> 偏光分離層における複屈折性を有する材料の常光屈折率とプリズム構造の屈折率との差が0.05未満であり、前記複屈折性を有する材料の異常光屈折率と前記プリズム構造の屈折率との差が0.03以上である前記<1>から<2>のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
<4> 偏光分離層における複屈折性を有する材料の固有複屈折が0.05以上である前記<1>から<3>のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
<5> 偏光分離層が、入射光を該偏光分離層のプリズム構造と複屈折性を有する材料との界面において電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光に分離し、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を屈折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する前記<1>から<4>のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
<6> 偏光変換層の含む複屈折性化合物が一軸配向している前記<5>に記載の偏光変換フィルムである。
<7> 複屈折性化合物の遅相軸が、偏光分離層を直進して透過する直線偏光の電場ベクトルに対し平行及び垂直のいずれかであり、該偏光分離層を屈折して透過する直線偏光の電場ベクトルに対し平行及び垂直のいずれでもない前記<6>に記載の偏光変換フィルムである。
<8> 複屈折性化合物が液晶性化合物である前記<6>から<7>のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
<9> 複屈折性化合物がディスコティック液晶性化合物である前記<8>に記載の偏光変換フィルムである。
<10> ディスコティック液晶性化合物がハイブリッド配向している前記<9>に記載の偏光変換フィルムである。
<11> 前記<1>から<10>のいずれかに記載の偏光変換フィルムにおける偏光分離層及び偏光変換層をロール状の形態で連続的に生産することを特徴とする偏光変換フィルムの製造方法である。
<12> 前記<1>から<10>のいずれかに記載の偏光変換フィルムを備えてなることを特徴とする偏光素子である。
<13> 電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光の一方を吸収し、他方を実質的に反射する光吸収型偏光素子と、偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置された前記<12>に記載の偏光素子である。
<14> 前記<12>から<13>のいずれかに記載の偏光素子を備えてなることを特徴とする液晶表示装置である。
<15> 反射板、液晶セル、1/4波長板、及び偏光素子がこの順に積層されてなる反射型液晶表示装置である前記<14>に記載の液晶表示装置である。
<16> バックライトを備え、該バックライト側に偏光素子を配置した前記<14>から<15>のいずれかに記載の液晶表示装置である。
<17> 円偏光板及び反射型としても透過型としても使用可能な液晶表示素子を有してなる半透過型液晶表示装置である前記<16>に記載の液晶表示装置である。
本発明の偏光変換フィルムは、入射光を電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光に分離する偏光分離層と、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光分離層が、プリズム構造を有し、該プリズム構造における頂部が前記入射光と対向して配置され、かつ前記プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなることにより、入射光を全体として、偏光分離層で分離された直線偏光のうち、偏光変換層で変換されない直線偏光の偏光方向(偏光変換フィルムの「偏光透過軸」)にほぼ揃った光として出射させることができる。
したがって、液晶表示装置などのディスプレイ用として、光利用効率を高めることができ、特に、反射型及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果を高めることができる。
本発明の偏光変換フィルムの製造方法は、前記本発明における偏光分離層及び偏光変換層をロール状の形態で連続的に生産することにより、大面積の素子として高生産に製造できる。
本発明の偏光素子は、前記本発明の偏光変換フィルムを備えてなるので、光透過率を高めることができる。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなるので、輝度を向上させることができる。
本発明によると、従来における前記問題を解決することができ、液晶表示装置などのディスプレイ用として、光利用効率を高めることができ、特に、反射型及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高く、生産性に優れる偏光変換フィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置を提供することができる。
(偏光変換フィルム)
本発明の偏光変換フィルムは、入射光を電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光に分離する偏光分離層と、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光分離層が、プリズム構造(以下、単に「プリズム」と称する。)を有し、該プリズムにおける頂部(以下、「頂角」と称する。)が前記入射光と対向して配置され、かつ前記プリズムの表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなる。
前記偏光変換層は、フィルム面に対して傾斜配向した複屈折性化合物を含むことが好ましい。
図1に、本発明の偏光変換フィルムでの偏光変換の仕組みの概略を示す。
非偏光の入射光Lが偏光変換層1に入射すると、プリズムと複屈折性を有する材料の界面(図示せず)にて、電場ベクトル(偏光方向)が互いに直交する2つの直線偏光(偏光方向a、b)に分離角θで分離する。この際、プリズムの屈折率と前記複屈折性を有する材料を含む複屈折層の屈折率とを調整することで、2つの直線偏光のうち、一方(偏光L1;偏光方向a)を直進させ、他方(偏光L2;偏光方向b)を屈折させることができる。
分離した2つの直線偏光L1、L2は、偏光変換層2に入射する。前記偏光変換層2は、フィルム面に対し傾斜配向(傾斜角φ)した複屈折性化合物mを有し偏光分離層1で屈折し偏光変換層2に傾斜して入射してきた偏光L2に作用し、その偏光状態を変換する。複屈折性化合物mの固有複屈折の大きさや傾斜角φを調整することにより、偏光L2の偏光方向を方向bから方向a’(≒a)に回転させることが可能であり、偏光方向aにほぼ揃った直線偏光の光を取り出すことができる。
以下、本発明の偏光変換フィルムの各層について、詳しく説明する。
<偏光分離層>
図2に、本発明の偏光変換フィルムにおける偏光分離層1の概略断面図を示す。
前記偏光分離層1は、プリズム14と複屈折性を有する複屈折層11とから構成される。
前記プリズム14は、光学的に等方的な材料(屈折率n)からなり、前記複屈折層11は、前記複屈折性を有する材料を含み、より具体的には固有複屈折Δn=n−nを有する材料からなる。
ここで、nは異常光屈折率、nは常光屈折率である。複屈折層11中でnを示す方向とnを示す方向とは直交し、n>nの場合にはそれぞれ対応する方向が複屈折層11の遅相軸、進相軸となる(以下、一般的なn>nの場合を想定して説明するが、n<nの場合には遅相軸、進相軸は反対になる)。
プリズム14と複屈折層11とは直接接触させ、複屈折層11の進相軸とプリズム14との屈折率はほぼ一致させ(n≒n)、複屈折層11の遅相軸とプリズム14との屈折率が大きく異なる(n≠n)ように構成することが好ましい。
複屈折性を有する材料の配向方向としては、図2において、進相軸の方向が紙面に平行(方向a)、遅相軸の方向が紙面に垂直(方向b)となるようにするのが好ましい。この場合、複屈折層11の進相軸方向の偏光は、プリズム14と複屈折層11との屈折率差がないため直進するが(偏光L1)、複屈折層11の遅相軸方向の偏光は、プリズム14と複屈折層11との屈折率差が大きいため反射するので(偏光L2)、電場ベクトル(偏光方向)が互いに直交する2つの直線偏光を分離することができる。
偏光分離角θは、固有複屈折Δnの大きさに依存し、Δnが大きい程、θは大きくなる。前記固有複屈折Δnは、0.05以上が好ましく、0.10以上がより好ましい。前記偏光分離角θは、3°以上が好ましく、5°以上がより好ましい。
−プリズム−
前記プリズムを構成する材料としては、透明で光学的に等方的なポリマー材料が好ましく、例えば、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン等)、ノルボルネン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースエステル(例えば、セルロースアセテート等)が好ましい。これらの中でもポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネートが特に好ましい。
前記ポリマー材料の具体的な市販品としては、ゼオネックス、ゼオノア(日本ゼオン(株)製)、ARTON(日本合成ゴム(株)製)、フジタック(富士写真フイルム(株)製)が好適に挙げられる。これらの中でも、フジタック(富士写真フイルム(株)製)、ゼオノア(日本ゼオン(株)製)が特に好ましい。
セルロースアセテートの原料綿、セルロースアセテート溶液及びフィルム作製法、セルロースアセテートの溶剤、可塑剤、劣化防止剤、紫外線吸収剤、光学異方性コントロール剤、微粒子、剥離剤等の添加剤、溶解工程、流延、乾燥、及び延伸工程等の製造工程、表面処理、下塗り、バック素材、並びに機能層については、発明協会公開技報2001−1745号、7頁から59頁に記載されたものを参考とし、使用することができる。ただし、前記セルロースアセテートの溶剤については、更に炭素原子数1〜7のハロゲン化炭化水素、特にメチレンクロライドも好適に用いることができる。
前記プリズムの形状としては、偏光分離とそれに続く偏光変換で所望の結果を得られれば特に制限はないが、頂角α(図2参照)が5〜70°であることが好ましく、10〜60°であることがより好ましい。また、高さh(図2参照)が0.1〜80μmであることが好ましく、0.3〜50μmであることがより好ましく、0.5〜40μmであることが特に好ましい。
前記プリズムの構造としては、断面が三角形状のプリズム列を形成したキャビティを有する金型を型締めした状態で、透明樹脂材料を金型内に充填又は注入して成形して作製してもよいし、プリズムパターンが形成された成形型に活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を塗布し、活性エネルギー線を透過する透明基材を重ね合わせて積層し、前記活性エネルギー線を照射して硬化させて作製してもよい。
−複屈折層−
前記複屈折層は、前記複屈折性を有する材料(以下、「屈折率異方性材料」と称することもある。)を主成分として構成され、延伸、光照射、電場印加、磁場印加などのうち少なくとも1つの手段を用いて屈折率異方性材料を一軸配向させ複屈折性を持たせることが好ましい。
前記屈折率異方性材料は、互いに偏光方向が直交する直線偏光の一方に対する屈折率と他方に対する屈折率とが異なる、すなわち常光屈折率(n)と異常光屈折率(n)とを有する材料である。
前記屈折率異方性材料としては、常光屈折率(n)と異常光屈折率(n)との差の大きい、すなわち固有複屈折の大きい材料が好ましい。前記固有複屈折は0.05以上が好ましく、0.08以上がより好ましい。
前記屈折率異方性材料の常光屈折率(n)とプリズムの屈折率との差は0.05未満であることが好ましく、0.03未満であることがより好ましい。また、前記液晶性化合物の異常光屈折率(n)とプリズムの屈折率との差は0.03以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましい。
このような屈折率異方性材料としては、例えば、液晶性化合物、熱硬化性ポリマーなどが挙げられるが、使用性が良好なことから、一般的には液晶性化合物を用いることが好ましい。なお、前記熱硬化性ポリマーとしては、例えば、一軸延伸等を行った延伸フィルムが挙げられる。
前記複屈折層に使用できる液晶性化合物としては、室温又は加熱することによってネマチック相又はスメクチック相を示す低分子液晶、例えば、シアノビフェニル系液晶、シアノフェニルシクロヘキサン系液晶、シアノフェニルエステル系液晶、安息香酸フェニルエステル系液晶、フェニルピリミジン系液晶、及びこれらの混合物が挙げられる。
また、室温又は加熱状態でネマチック相又はスメクチック相を示す高分子液晶を使用することもできる。
このような液晶性化合物としては、例えば、棒状の液晶性化合物が好適に挙げられる。前記棒状液晶性化合物及びその組成物としては、例えば、季刊化学総説 第22巻 液晶の化学(1994年)日本化学会編の第4章、第7章,第10章、並びに液晶デバイスハンドブック 日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載された化合物及び組成物が挙げられる。これらの中でも特に、ネマチック相を示す棒状の液晶性化合物が好ましい。
液晶性化合物の配向状態は、期間、温度、湿度、機械的変形などに対し、安定に維持するのが困難な場合が多い。したがって、配向状態を長期間にわたって維持するためには、重合性の液晶性化合物を使用し、配向状態で重合させ、架橋網目構造を形成させることが好ましい。
前記重合性の液晶性化合物の重合手段としては、熱重合、光重合のいずれを使用することもできるが、本発明では紫外線を用いた光重合が好適に用いられる。
前記重合性基としては、エチレン性不飽和基であることが好ましく、該エチレン性不飽和基は、液晶性化合物当り少なくとも1個導入されていることが好ましい。
前記液晶性化合物としては、耐熱性及び配向の均一性の点から、棒状液晶分子の両末端に光重合性基を有する二官能重合性液晶化合物が、特に好適に用いられる。
前記液晶性化合物の好ましい具体例としては、特に制限はないが、例えば、以下に示す化合物(N1)〜(N47)が挙げられる。
前記液晶性化合物の添加量は、プリズムを構成する高分子材料1g当り0.001〜2.0gが好ましく、0.01〜1.5gがより好ましい。
前記液晶性化合物が、光を用いてラジカル重合される場合には、光重合開始剤が好適に用いられる。
前記光重合開始剤としては、例えば、2,4−ジエチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン等のチオキサントン系光重合開始剤、ベンゾフェノン、(4−(メチルフェニルチオ)フェニル)フェニルメタノン等のベンゾフェノン系光重合開始剤、エチルアントラキノンなどのアントラキノン系光重合開始剤、Ciba Specialty Chemicals. Inc.製のIrgacure184、Irgacure369、Irgacure500、Irgacure651、Irgacure784、Irgacure819、Irgacure907、Irgacure1000、Irgacure1300、Irgacure1700、Irgacure1800、Irgacure1850、Irgacure2959、Darocur 1173、Darocur 4265などが挙げられる。
前記光重合開始剤の添加量は、重合性の液晶性化合物の総量に対し0.01質量%以上20質量%以下が好ましく、0.5質量%以上10質量%以下がより好ましい。
また、前記光重合性開始剤には、分光増感剤や、p−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル、p−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル等の光重合促進剤を添加することも好ましい。
前記分光増感剤や光重合促進剤を添加する場合の添加量は、光重合開始剤の10質量%以上300質量%未満が好ましく、20質量%以上200質量%未満がより好ましい。
前記複屈折層は、例えば、前記液晶性化合物、光重合性開始剤等を添加した液をプリズム上に塗布後、乾燥し、更に配向させ、光照射により配向固定させて製造することが好ましい。
塗布方法としては、例えば、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法(米国特許2681294号明細書)などが好適に用いられる。
前記塗布方法としては、2層以上を同時に塗布する方法であってもよく、このような同時塗布の方法としては、例えば、米国特許2761791号、同2941898号、同3508947号、同3526528号の各明細書及び原崎勇次著、コーティング工学、253頁、朝倉書店(1973)を参照することができる。
前記複屈折層を構成する液晶性化合物は、配向膜、光照射、電場印加、磁場印加などのうち少なくとも1つの手段を用いて一軸配向させることが好ましい。
(1)配向膜
前記配向膜を用いて液晶性化合物を一軸配向させる場合は、例えば、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマーを配向膜として使用することが好ましい。
これらの配向膜は、塗設後、ラビング又は直線偏光照射により配向性を付与することが好ましい。前記配向膜の膜厚は、0.01μm以上5μm以下が好ましい。
(2)光配向法
光照射で液晶性化合物を一軸配向させる場合は、光化学反応性基を含有する化合物を、液晶性化合物及び光学等方性バインダーの少なくともいずれかに添加することが好ましい。
前記光化学反応性基は、光エネルギーを吸収して励起した状態を経由して、例えば、光分解、光架橋、光重合、光酸化還元、光転移、光異性化等を行う官能基を意味し、これらの中でも光架橋及び光異性化の少なくともいずれかを行う官能基を特に好適に用いることができる。
前記光架橋を行なう官能基(以下、「光架橋性官能基」と称することもある。)は、光照射により分子内の結合が切断されたり、結合の一部が開裂することによって生成したラジカルなどの活性分子が互いに結合したり(光二量化)、他の分子をラジカル化して結合反応をする官能基である。
前記光架橋性官能基としては、例えば、シンナモイル基、シンナミリデン基、ジアゾ基、アジド基、アクリロイル基、カルコン基、クマリン基などが挙げられるが、これらの中でも、シンナモイル基、シンナミリデン基、カルコン基、クマリン基などの光二量化性官能基が特に好ましい。
前記光異性化反応を行う官能基としては、例えば、光照射によりシス−トランス異性化するアゾベンゼン基(K.Ichimura et.al,Langmuir.Vol.4,2;K.Ichimura et.al,Appl.Phys.Lett.Vol.63,No.4,Page449(1993);N.Ishizuki,Langmuir.Vol.9,Page3298(1993);N.Ishizuki,Langmuir.Vol.9,Page857(1993))、ヒドラゾノ−β−ケトエステル基(S.Yamamura et.al,Liquid Crystal,Vol.13,No.2,page189(1993))、スチルベン基(市村國宏他、高分子論文集、第47巻、10号、771頁(1990))、スピロピラン基(K.Ichimura et.al,Chemistry Letters,Page1063(1992);K.Ichimura et.al,Thin Solid Films,Vol.235,Page101(1993))などが挙げられる。これらの中でも、アゾベンゼン基、スチルベン基が好ましい。
前記光化学反応性基を含有する化合物(以下、「光化学反応性化合物」と称することもある。)の添加量は、液晶性化合物1g当り0.001〜1gが好ましく、0.01〜0.1gがより好ましい。
前記光化学反応性化合物の好ましい具体例としては、特に制限はないが、例えば、以下に示す化合物(WP−1)〜(WP−4)が挙げられる。
光配向は、直線偏光照射又は斜め非偏光照射が好適に行われる。前記照射に用いる照射光の波長は、用いる光化学反応性化合物が光学吸収を有する波長領域を好適に用いることができるが、190nm以上500nm未満であることが好ましく、250nm以上450nm未満であることがより好ましい。
前記照射に用いる光源としては、例えば、超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、Deep UVランプ、クセノンランプ、クセノンフラッシュランプ、メタルハライドランプなどが好適に挙げられる。
直線偏光を用いて光配向させる場合は、前記光源から出射された紫外線は偏光素子を通過させて直線偏光とすることが好ましい。
前記偏光素子としては、グランテーラー型プリズムやグラントムソン型プリズムなどのプリズム系素子、ブリュースター角を利用した反射型偏光素子などが好ましい。
前記照射光の量は、1〜2,000mJ/cmであることが好ましく、5〜1,000mJ/cmであることがより好ましい。
短時間で光学的異方性を発現させるため、加熱しながら直線偏光を照射することも好適に行われる。
前記直線偏光照射時の基板の温度範囲は、0℃以上200℃未満が好ましく、10℃以上150℃未満がより好ましい。
また、斜め非偏光照射を用いて光配向させる場合、Polym.Mater.Sci.Eng.,66,p263(1992)に記載されているような方法を好適に用いることができる。
(3)電場配向法
前記液晶性化合物を塗布したフィルムを電極間に挿入し、1V以上50kV未満の電圧を印加することで液晶性化合物を一軸配向することができる。また、電圧印加は前記液晶性化合物が液晶相を形成する温度範囲で行い、配向状態で紫外線照射して配向状態を固定化することが好適に行われる。
(4)磁場配向法
前記液晶性化合物を塗布したフィルムを、電磁コイルを備えた磁場配向装置の磁極間に挿入し、0.2T以上10T未満の磁場を印加することで液晶性化合物を一軸配向することができる。また、磁場印加は液晶性化合物が液晶相を形成する温度範囲で行い、配向状態で紫外線を照射して配向状態を固定化することが好適に行われる。
上述の(1)〜(4)のうち少なくとも1つの手段を用いて前記液晶性化合物を一軸配向させることが好ましい。
前記液晶性化合物を配向させた後は、紫外線を照射して配向状態を固定化することが好ましい。
紫外線照射重合の照射光波長、照射光量、光源、照射時の基板温度は、前述の光配向法の場合と同様である。前記光配向法を用いる場合、光配向に使用する照射光波長と、重合性の液晶性化合物を光重合させるための照射光波長とが異なっている方が好ましい。
前記一軸配向させた結果、複屈折層中で液晶性分子が、プリズムの稜線に対し、いかなる形で配向しても構わないが、特にプリズムの稜線に対し平行状態で配向しているのが好ましい。
上述のように液晶性化合物をプリズム上に塗布し、液晶性分子を配向させ、さらに必要に応じて配向状態の液晶性分子を光重合することで、複屈折層を形成して偏光分離層を作製することができる。
前記複屈折層は、プリズムの頂点から0.1〜100μmの厚みを持たせるように形成するのが好ましく、前記厚みは0.2〜60μmがより好ましい。
<偏光変換層>
前記偏光変換層は、図1に示すように、偏光分離層1で分離された電場ベクトル(偏光方向)が互いに直交する2種の直線偏光のうち、直進する直線偏光(偏光L1)、すなわち複屈折層の屈折率とプリズムの屈折率とが一致する方向(一般に複屈折層の進相軸)が偏光方向となる直線偏光の偏光状態は変更せず、傾斜して進行する偏光(偏光L2)、すなわち複屈折層の屈折率とプリズムの屈折率とが不一致の方向(一般に複屈折層の遅相軸)が偏光方向となる直線偏光の偏光状態を(bからa’偏光方向を)変換する機能を有する。
前記偏光変換層は、複屈折性化合物を主成分として含む。該複屈折性化合物としては、一軸配向している複屈折性化合物が好ましく、液晶性化合物がより好ましい。
前記液晶性化合物としては、前述の複屈折層において用いられるのと同じ液晶性化合物が挙げられるが、これらの他に、製造が容易なことから、ディスコティック液晶性化合物も好適に用いることができる。
前記複屈折性化合物は、前記偏光L2の偏光状態を変換するために、フィルム面に対して傾斜配向していることが必要であるが、偏光分離層で屈折せずに直進して透過してくる光の進行方向に対して傾斜していればよい。
また、前記複屈折性化合物の遅相軸が、前記偏光L1の偏光方向に対しては平行及び垂直のいずれかであり、前記偏光L2に対しては平行でも垂直でもないように傾斜させることが好ましい。
前記複屈折性化合物が、ディスコティック液晶性化合物である場合には、前記ハイブリッド配向して傾斜させることも好ましい。
前記ディスコティック液晶性化合物の固有複屈折、フィルム面からの傾斜角φや配向状態、偏光変換層の層厚等を調整することにより、前記偏光L2が前記偏光L1の偏光状態と一致するように変換することができる。前記傾斜角φは、例えば、30〜80°であることが好ましい。
ここで、前記複屈折性化合物が、一軸配向していること、及びフィルム面に対して傾斜配向していることは、例えば、フィルムをμm単位で薄片に切断した断面を偏光顕微鏡で観察することにより測定することができる。
また、「ハイブリッド配向」とは、前記液晶性化合物における液晶分子長軸と前記フィルム面とのなす角度が、液晶層の厚み方向で連続的に変化している配向を意味し、前記一軸配向及び傾斜配向と同様な方法により測定することができる。
前記複屈折性化合物として、液晶性化合物を用いる場合の傾斜配向手段としては、光配向、電場配向、磁場配向等が挙げられ、それぞれ光照射の方向、電極や磁極を傾斜させ、斜め方向に電場又は磁場を印加し、配向状態でUV光照射、又は急冷などを行うことで配向状態を固定することが好適に行われる。なお、これらの具体的な内容については、既に偏光分離層の項で述べた通りである。前記傾斜配向において、配向膜を使用する場合は、チルト角の大きな配向膜を使用して液晶を傾斜配向させてもよい。
本発明で用いられるディスコティック液晶性化合物としては、様々な文献(C.Destrade et.al.,Mol.Crysr.Liq.Cryst.,vol.71,page 111(1981);日本化学会編、季刊化学総説、No.22、液晶の化学、第5章、第10章第2節(1994);B.Kohne et.al.,Angew.Chem.Soc.Chem.Comm.,page 1794(1985);J.Zhang et.al.,J.Am.Chem.Soc.,vol.116,page 2655(1994))に記載されているものを用いることができる。また、前記ディスコティック液晶性化合物の重合については、特開平8−27284号公報に記載されている。
前記ディスコティック液晶性化合物は、重合により固定可能なように、重合性基を有するのが好ましい。
前記重合性基としては、例えば、ディスコティック液晶性化合物の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させた構造が考えられるが、円盤状コアに前記重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に連結基を有する構造が好ましい。すなわち、前記重合性基を有するディスコティック液晶性化合物としては、下記式で表わされる化合物であることが好ましい。
〔式〕
D(−L−P)
ただし、前記式中、Dは円盤状コアを表し、Lは2価の連結基を表し、Pは重合性基を表し、nは4〜12の整数を表す。
前記式中の円盤状コア(D)、2価の連結基(L)及び重合性基(P)の好ましい具体例としては、それぞれ、特開2001−4837号公報に記載の(D1)〜(D15)、(L1)〜(L25)、(P1)〜(P18)が挙げられ、同公報に記載の内容を好適に用いることができる。なお、前記ディスコティック液晶性化合物のディスコティックネマチック液晶相−固相転移温度は、70〜300℃が好ましく、70〜170℃がより好ましい。
前記偏光変換層の層厚は、0.1〜100μmが好ましく、1〜20μmがより好ましい。
前記偏光変換層は、例えば、複屈折性化合物としてのディスコティック液晶性化合物、光重合性開始剤等を添加した液を偏光分離層(複屈折層)上に塗布後、乾燥し、更に配向させ、光照射により配向固定させて製造することができる。
以上説明してきた偏光分離層と偏光変換層とを、それぞれ長尺ロール形態として連続生産、又は大面積シートとして枚葉生産することにより、本発明の偏光変換フィルムは高生産に製造することができる。
(偏光素子)
本発明の偏光素子は、前記本発明の偏光変換フィルムを備えてなる。前記偏光変換フィルムは、光吸収型素子と組み合わせて用いることが好ましい。
この場合、前記偏光素子は、電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光の一方を吸収し、他方を実質的に反射する光吸収型偏光素子と、前記本発明の偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置されていることが好ましい。
前記光吸収型偏光素子としては、例えば、5倍以上に延伸したポリビニルアルコールフィルム中にI やI 及び有機二色性色素の少なくともいずれかを高度に一軸配向させ、ホウ酸で架橋したものをセルローストリアセテートのような保護フィルムでサンドイッチしたものが一般に用いられる。
前記光吸収型偏光素子は、以下の式で表される偏光度が99%以上であることが好ましい。前記光吸収型偏光素子の400〜700nmにおける平均光線透過率は40%以上であることが好ましい。
ただし、前記式中、Pは透過軸を平行にした2枚の偏光素子を透過する光の透過率を表し、Cは透過軸を直交させた2枚の偏光素子を透過する光の透過率を表す。
本発明の偏光変換フィルムとの組み合わせとしては、前記偏光変換フィルムを光吸収型偏光素子と別々の偏光素子として用いてもよいし、光吸収型偏光素子の保護フィルムの一方を置換して光吸収型素子に一体化して用いてもよい。
前記本発明の偏光変換フィルム及び偏光素子は、液晶表示装置などのディスプレイ用として用いることができ、例えば、LCD用偏光板(例えば、TN(Twisted Nematic)、STN(Super Twisted Nematic)、OCB(Optically Compensatory Bend)、ROCB(Reflective Optically Compensatory Bend)、ECB(Electrically Controlled Birefringence)、CPA(Continuous Pinwheel Alignment)、IPS(In−Plane Switching)、VA(Vertically Aligned)等の、透過型液晶モード、反射型液晶モード、半透過型液晶モード)などに好適に用いられる。また、例えば、1/4波長板、1/2波長板等の位相差フィルム、視野角拡大フィルム、防眩性フィルム、ハードコートフィルムなどの各種光学部材と組み合わせて用いる場合にも好適に用いられる。特に、反射型液晶表示素子及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高く、好適に用いられる。
(液晶表示装置)
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなる。前記液晶表示装置としては、特に制限はないが、例えば、バックライトを備え、該バックライト側に本発明の偏光素子を配置することが好ましい。
また、前記液晶表示装置は、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置のいずれかがが好ましい。
前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、1/4波長板、及び偏光素子がこの順に積層されてなる。
より具体的には、液晶セルの前面に偏光素子と1/4波長板とからなる円偏光板を有し、かつ、前記液晶セルの背面に反射板を有し、前面側から取り込んだ光を反射板で反射させるとともに、液晶セルで偏光状態を変調して表示を行うものである。光を取り込む際に偏光板を透過させるため、従来の透過率が40%程度の偏光素子では、光の利用効率が低くなってしまうが、本発明の偏光素子を用いることで、光の利用効率を上げ、液晶表示装置としての輝度を向上させることができる。
液晶表示装置に取り込む光としては、特に制限はなく、外光でもよいが、円偏光板の更に前面に、光源と導光板とからなるフロントライトを設け、このフロントライトから光を取り込むのが好ましい。
前記フロントライトとしては、例えば、SID’95 Digest p.37に記載のマイクロプリズム構造のフロントライト、特開平11−218757号公報に記載の傾斜型フロントライト、特開2001−23424号公報に記載のプリズム連続型フロントライト、特開平11−184387号公報に記載の体積ホログラム型フロントライト等が挙げられる。
前記半透過型液晶表示装置は、円偏光板及び反射型としても透過型としても使用可能な液晶表示素子を有してなる。
より具体的には、液晶セルの背面側にも円偏光板とバックライトとを設け、外光を取り込み反射型としても、バックライトからの光を利用した透過型としても用いることができる半透過型液晶表示装置であることがより好ましい。
前記半透過型液晶表示装置も、上記反射型液晶表示装置と同じく、本発明の偏光素子を用いることで、光の利用効率を上げ、表示装置としての輝度を向上させることができる。
前記液晶表示装置において、円偏光板を構成するために偏光素子と組み合わされる1/4波長板としては、特開平5−27118号及び同5−27119号の各公報に記載された、レターデーションが大きい複屈折性フィルムと、レターデーションが小さい複屈折性フィルムとを、それらの光軸が直交するように積層させた位相差板、特開平10−68816号公報に記載された、特定波長において1/4波長となっているポリマーフィルムと、それと同一材料からなり同じ波長において1/2波長となっているポリマーフィルムとを積層させて、広い波長領域で1/4波長が得られる位相差板、特開平10−90521号公報に記載された、二枚のポリマーフィルムを積層することにより広い波長領域で1/4波長を達成できる位相差板、国際公開第00/26705号パンフレットに記載された変性ポリカーボネートフィルムを用いた広い波長領域で1/4波長を達成できる位相差板、国際公開第00/65384号パンフレットに記載されたセルロースアセテートフィルムを用いた広い波長領域で1/4波長を達成できる位相差板等を使用することができる。
前記1/4波長板の遅相軸は、液晶材料や配向方向、視野角特性などを考慮して決定されるが、偏光板の透過軸(又は吸収軸)と45°の角度で配置されることが好ましい。また、1/4波長板の光の波長に対する、位相遅れの公差を補償するために、偏光板と1/4波長板との間に1/2波長板を配置してもよい。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
(1)偏光分離層の作製
i)プリズムフィルムの作製
下記の組成からなる紫外線硬化型樹脂液17を、図3のように概略黄銅製の概略A4サイズの板に、高さ3μm、頂角26゜、底角60°のプリズム形状を刻印したプリズム金型16に注入後、概略同サイズの厚さ80μmのタックフィルム13(富士写真フイルム(株)製)を重ね合わせた。次いで、該タックフィルム13の上部300mmのところに設置した、ウエスタンクオーツ社製紫外線ランプにより、照射強度6.4kw、80w/cmで、30秒間紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、前記タックフィルム13を剥離してプリズムシートを得た。これをロールに貼り付けて、エンボス法により長尺のプリズムフィルムを作製した。
〔紫外線硬化型樹脂液組成〕
ビス(メタクリロイルチオフェニル)スルフォイド,2,4−ジブロモフェニル(メタ)アクリレート・・・60質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート・・・40質量部
光硬化触媒(メルク社製、Darocur 1173)・・・上記2成分の和(100質量部)に対して1.5質量部
なお、前記樹脂組成物の重合後の屈折率は、n=1.63であった。
ii)複屈折層の作製
i)で作製したプリズムフィルムの表面に、下記の組成の複屈折層形成用塗布液をバーコーターを用いて連続的に塗布、乾燥、および加熱(配向熟成)し、さらに紫外線照射して図4のような複屈折層11を形成した。該複屈折層はプリズムの稜線に平行な方向に遅相軸を有していた。なお、図4中、12はタックフィルムを表す。
以上により得られた偏光分離層の550nmにおける固有複屈折Δnは0.12であった。また、下記棒状液晶性化合物(1)の常光屈折率とプリズムの屈折率との差は0.02であり、下記棒状液晶性化合物(1)の異常光屈折率とプリズムの屈折率との差は0.10であった。
[複屈折層形成用塗布液組成]
下記の棒状液晶性化合物(1)・・・14.5質量部
下記の増感剤・・・1.0質量部
下記の光重合開始剤・・・3.0質量部
下記の水平配向促進剤・・・1.0質量部
メチルエチルケトン・・・80.5質量部
(2)偏光変換層の作製
(1)で作製した偏光分離層(複屈折層)の上に配向膜(ポリビニルアルコール)の希釈液を塗布し、厚さ0.5μmの配向膜を形成した。次いで、プリズムの稜線に平行にラビング処理を実施した。この後、前記複屈折層の作製で使用したのと同じ塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚3μmとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、該乾燥したフィルムをプリズム表面に対して45°傾斜した電極間に挿入し、80℃で500Vの電圧印加を5分間行った。前記電圧印加を3分間行った時点で、160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製、波長範囲200〜500nm、最大波長365nm)を用いて、照度200mW/cm、照射量400mJ/cmの紫外線をフィルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、フィルムをμm単位で薄片に切断した断面を偏光顕微鏡で観察することにより測定したところ、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、フィルム面に対しては、約45°傾斜した状態で配向していた。
(3)反射型液晶表示装置の作製
市販の反射型液晶表示装置(カラーザウルスMI−310、シャープ(株)製)の偏光板にアクリル系粘着剤を用い、作製した偏光変換フィルムを偏光板の透過軸と偏光変換フィルムの偏光透過軸とが平行となるように貼り付けた。なお、前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、1/4波長板、及び偏光素子がこの順に積層されている。
作製した反射型液晶表示装置について、目視で評価を行ったところ、白表示、黒表示、及び中間調のいずれにおいても、色味がなく、ニュートラルグレイが表示されていることが確認できた。
次に、測定機(EZcontrast160D、Eldim社製)を用いて反射輝度を測定した。結果を表1に示す。なお、表1の結果は、後述する比較例の反射輝度を1.00としたときの相対値で示す。
(4)半透過型液晶表示装置の作製
図5に示される半透過型液晶表示装置141を作製し、作製した偏光変換フィルムを前面側偏光板108の上側及び背面側偏光板110の下側にそれぞれアクリル系粘着剤を用いて貼合した。なお、図5中、103は前面側基板、104は背面側基板、105は液晶部、106は前面電極、107は背面電極、112はバックライト、113は二端子素子、122は信号電極、124は絶縁層、125は二端子素子内の上部電極、142はカラーフィルタをそれぞれ示す。
(5)半透過型液晶表示装置の評価
作製した半透過型液晶表示装置につき、下記の評価を行った。
[1]反射モード時の表示品位
ミノルタ(株)製の分光測色計CM−2002を用いて液晶表示装置の白色表示の反射率と黒色表示の反射率とを測定し、コントラスト比を算出した。結果を表2に示す。
[2]透過モード時の表示品位
TOPCOM(株)製の輝度計BM−5Aを用いてバックライト点灯時における液晶表示装置の白色表示の輝度と黒色表示の輝度とを測定し、コントラスト比を算出した。結果を表2に示す。
(実施例2)
実施例1の(1)で作製した偏光分離層(複屈折層)の上に配向膜(ポリビニルアルコール)の希釈液を塗布し、厚さ0.5μmの配向膜を形成した。次いで、プリズムの稜線に平行にラビング処理を実施した。この後、下記の組成の塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚15μmとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、該乾燥したフィルムをプリズム表面に対して60°傾斜した電極間に挿入し、120℃で500Vの電圧印加を5分間行った。前記電圧印加を3分間行った時点で、160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製、波長範囲200〜500nm、最大波長365nm)を用いて、照度200mW/cm、照射量600mJ/cmの紫外線をフィルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例1と同様の方法により測定したところ、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、フィルム面に対しては、約60°傾斜した状態で配向していた。
[偏光変換層用塗布液組成]
下記のディスコティック液晶性化合物・・・91.0質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート(V#360、大阪有機化学(株)製)・・・9.0質量部
上記の増感剤・・・1.0質量部
上記の光重合開始剤・・・3.0質量部
上記の水平配向促進剤・・・1.0質量部
メチルエチルケトン・・・195.0質量部
作製した偏光変換フィルムを用いて、実施例1と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置を作製し評価を行なった。結果を表1及び表2に示す。
また、作製した反射型液晶表示装置について、目視で評価を行ったところ、白表示、黒表示、及び中間調のいずれにおいても、色味がなく、ニュートラルグレイが表示されていることが確認できた。
(実施例3)
実施例1の(1)で作製した偏光分離層(複屈折層)の上に配向膜(ポリビニルアルコール)の希釈液を塗布し、厚さ0.5μmの配向膜を形成した。次いで、プリズムの稜線に平行にラビング処理を実施した。この後、下記の組成の塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚15μmとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、120℃で5分間熟成を行い、更に160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製、波長範囲200〜500nm、最大波長365nm)を用いて、照度200mW/cm、照射量600mJ/cmの紫外線をフィルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例1と同様の方法により測定したところ、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、ディスコティック液晶性化合物はハイブリッド配向をしており、平均傾斜角約60度傾斜した状態で配向していた。
[偏光変換層用塗布液組成]
上記のディスコティック液晶性化合物・・・91.0質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート(V#360、大阪有機化学(株)製)・・・9.0質量部
上記の増感剤・・・1.0質量部
上記の光重合開始剤・・・3.0質量部
メチルエチルケトン・・・193.0質量部
作製した偏光変換フィルムを用いて、実施例1と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置を作製し評価を行なった。結果を表1及び表2に示す。
また、作製した反射型液晶表示装置について、目視で評価を行ったところ、白表示、黒表示、及び中間調のいずれにおいても、色味がなく、ニュートラルグレイが表示されていることが確認できた。
(比較例)
偏光変換フィルムを用いなかった以外は、実施例1と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置により評価を行なった。結果を表1及び表2に示す。
表1の結果から、本発明の偏光変換フィルムを用いた液晶表示装置は、これを用いない液晶表示装置と比較して、正面輝度が明らかに向上することが判った。
また、実施例2における前記液晶表示装置の正面からのコントラスト比は、20であり、コントラスト比3となる視野角は、上下120゜以上、左右120゜以上であった。
表1及び表2の結果から、本発明の偏光変換フィルムによれば、簡単な構成で、反射モード時、透過モード時のいずれでも、輝度を向上させることができることが判った。
本発明の偏光変換フィルム及び偏光素子は、液晶表示装置などのディスプレイ用として、
光利用効率を高めることができ、特に、反射型液晶表示素子及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高く、好適に用いられる。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなるので、特に、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置として好適に用いられる。
図1は、本発明の偏光変換フィルムでの偏光変換の仕組みを示す概略図である。 図2は、偏光分離層の断面の概略図である。 図3は、プリズムの製造例を示す図である。 図4は、実施例で作製した偏光分離層の断面の概略図である。 図5は、半透明型液晶表示装置の概略断面図である。
符号の説明
1・・・偏光分離層
2・・・偏光変換層
11・・・複屈折層
12、13・・・タックフィルム
14・・・プリズム
16・・・プリズム金型
17・・・紫外線硬化液
103・・・前面側基板
104・・・背面側基板
105・・・液晶部
106・・・前面電極
107・・・背面電極
108・・・前面側円偏光板
110・・・背面側円偏光板
112・・・バックライト
113・・・二端子素子
122・・・信号電極
124・・・絶縁層
125・・・二端子素子内の上部電極
141・・・半透過型液晶表示装置
142・・・カラーフィルタ
a・・・偏光分離層を直進する直線偏光の偏光方向
b・・・偏光分離層で屈折する直線偏光の偏光方向
L・・・入射光
L1・・・偏光分離層で直進する直線偏光
L2・・・偏光分離層で屈折する直線偏光
m・・・複屈折性化合物
・・・遅相軸の方向(固有複屈折が正の場合)
θ・・・偏光分離角
φ・・・複屈折性化合物の傾斜角
α・・・プリズムの頂角
h・・・プリズムの高さ

Claims (15)

  1. 入射光を電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光に分離する偏光分離層と、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、
    前記偏光分離層が、プリズム構造を有し、該プリズム構造における頂部が前記入射光と対向して配置され、かつ前記プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなることを特徴とする偏光変換フィルム。
  2. 偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向した複屈折性化合物を含む請求項1に記載の偏光変換フィルム。
  3. 偏光分離層が、入射光を該偏光分離層のプリズム構造と複屈折性を有する材料との界面において電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光に分離し、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を屈折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する請求項1から2のいずれかに記載の偏光変換フィルム。
  4. 偏光変換層の含む複屈折性化合物が一軸配向している請求項1から3のいずれかに記載の偏光変換フィルム。
  5. 複屈折性化合物の遅相軸が、偏光分離層を直進して透過する直線偏光の電場ベクトルに対し平行及び垂直のいずれかであり、該偏光分離層を屈折して透過する直線偏光の電場ベクトルに対し平行及び垂直のいずれでもない請求項4に記載の偏光変換フィルム。
  6. 複屈折性化合物が液晶性化合物である請求項4から5のいずれかに記載の偏光変換フィルム。
  7. 液晶性化合物がディスコティック液晶性化合物である請求項6に記載の偏光変換フィルム。
  8. ディスコティック液晶性化合物がハイブリッド配向している請求項7に記載の偏光変換フィルム。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載の偏光変換フィルムにおける偏光分離層及び偏光変換層をロール状の形態で連続的に生産することを特徴とする偏光変換フィルムの製造方法。
  10. 請求項1から8のいずれかに記載の偏光変換フィルムを備えてなることを特徴とする偏光素子。
  11. 電場ベクトルが互いに直交する2つの直線偏光の一方を吸収し、他方を実質的に反射する光吸収型偏光素子と、偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置された請求項10に記載の偏光素子。
  12. 請求項10から11のいずれかに記載の偏光素子を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
  13. 反射板、液晶セル、1/4波長板、及び偏光素子がこの順に積層されてなる反射型液晶表示装置である請求項12に記載の液晶表示装置。
  14. バックライトを備え、該バックライト側に偏光素子を配置した請求項12から13のいずれかに記載の液晶表示装置。
  15. 円偏光板及び反射型としても透過型としても使用可能な液晶表示素子を有してなる半透過型液晶表示装置である請求項14に記載の液晶表示装置。
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