JP2007232935A - 光学フィルム、およびこの光学フィルムを用いた楕円偏光板、楕円偏光板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、有機EL表示装置等に好適な光学補償シートおよびこれを用いた円偏光板、楕円偏光板を簡便な製造方法で提供する。
【解決手段】本発明の光学異方素子およびその製造方法（による光学異方素子）では、複屈折誘起材料を用いる。該材料は照射光の電界振動方向に対して平行ないしは垂直方向に分子配向して複屈折を誘起することから、照射光の電界振動方向によって基材面内で面内遅相軸を任意に設定できる。該材料で作製した所望の面内遅相軸を有する光学シートと長尺の偏光板とをロールｔｏ ロールで貼合することにより楕円偏光板または円偏光板を簡便な工程で製造する方法を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、有機EL表示装置等に好適な波長分散性を制御した光学補償シートおよびこれを用いた円偏光板、楕円偏光板およびその製造方法に関する。

円偏光板、楕円偏光板は、任意の偏光または自然光から円偏光、楕円偏光を取り出す光学素子であり、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置や反射防止の目的で有機EL表示装置などにも利用されている。このような円偏光板の最も単純な構成は、偏光板に高分子フィルムを延伸して作製した１／４波長の位相差フィルムを、その面内遅相軸を偏光板の透過軸に対して４５°になるよう貼り合せたものが挙げられる。しかしながら、高分子フィルムを延伸して作製した延伸フィルムではフィルム遅相軸が延伸方向またはその垂直方向となるため、一般的にロールｔｏロールで延伸フィルムを作製する場合には延伸方向が長尺フィルムの長手方向ないしはその垂直方向に限られてしまう。このため円偏光板を作製するには、延伸工程によって作製されたフィルムをロール（一般的に延伸軸はロール長手方向）から切出し偏光板に所定の角度で貼り合せることが必要となる。このフィルム貼り合せの煩雑さに併せ、位相差フィルムの端部と重なる部分では該フィルムのみならず偏光板までもが製品として用いることができず大きな損失となっている。
さらに円偏光板について加えるなら、最も単純な構成の円偏光板では特定波長でのみ１／４波長の位相差が得られ円偏光を取り出すことができるが、該特定波長より短波長ないしは長波長の光は位相差が１／４波長からずれてくるため円偏光を得ることができない。このような課題に対して、特開平１０−６８８１６号および特開平１０−９０５２１号には、複数の位相差フィルムを積層し貼り合せることにより広帯域の波長で円偏光を得る手法が提案されている。このような複数の位相差フィルムを積層し貼り合せる実施例として位相差が１／２波長の位相差フィルムと位相差が１／４波長の位相差フィルムを、偏光板の透過軸に対してそれぞれの延伸軸を１５°と７０°となるように貼り合せる例が挙げられている。このような手法では、図２に示すように、各々の位相差フィルム２１を所定の角度で切出し偏光板２２の吸収軸２２ａに精密に角度を合せ貼り合せることが必要となる。また、図３に示すように（この図は、偏光板３２、位相差フィルム３１ａ、位相差フィルム３１ｂを重ねて1枚に貼り合せたフィルムの上面図とする。）、２枚の位相差フィルム３１ａと位相差フィルム３１ｂを異なる角度で切出し偏光板３２に所定の角度ψ、角度ωで貼り合せることが必要となることからフィルム貼り合せの煩雑さに併せ、位相差フィルムの端部と重なる部分（斜線部３３）での偏光板３２および位相差フィルム３１ａおよび位相差フィルム３１ｂの損失が大きくなる。また、粘着層を介して２枚の位相差フィルムを貼り合せることからフィルムが厚くなってしまうなどの問題も生じる。
このような課題を解決するために、特開２００３−９０９１４号、特開２００３−２９４９４２号には複屈折性が短波長域＜長波長域である特性（逆波長分散性）を有する変性ポリカーボネートフィルムを延伸する手法が提案されている。この逆波長分散特性の材料を用いる手法では、２枚の位相差フィルムを１枚にすることが可能であるが、該材料を用いた場合でも延伸工程によって位相差フィルムが作製されるため、延伸軸を任意に設定することができない。このため、フィルムをロールから切出し偏光板に所定の角度で貼り合せることについては変わりない。逆波長分散特性の材料を用いる該手法でもフィルム貼り合せの煩雑さや、位相差フィルムの端部と重なる部分での損失が生じてしまうなどの問題は相変わらず残る。
このような課題を解決する手法として、延伸方向が長尺フィルムの流れている方向と異なる斜め延伸する方法が挙げられるが、該方法でフィルム全面において延伸度および延伸方向を精密に制御したフィルムを得ることは著しく困難である。

特開平１０−６８８１６号 特開平１０−９０５２１号 特開２００３−９０９１４号 特開２００３−２９４９４２号

高分子フィルムの延伸配向によって作製された位相差フィルムは、分子の配向が延伸方向に限られ延伸軸を任意に設定することが著しく困難であるため、前述した従来技術の課題が生じてしまう。本発明では、簡便な工程で、大量生産に適する楕円偏光板、円偏光板およびその製造方法を提供する。

本発明の光学異方素子およびその製造方法（による光学異方素子）では、複屈折誘起材料を用いる。該材料は照射光の電界振動方向に対して平行ないしは垂直方向に分子配向して複屈折を誘起することから、照射光の電界振動方向によって基材面内で面内遅相軸を任意に設定できる。該材料で作製した所望の面内遅相軸を有する光学シートと長尺の偏光板とをロールｔｏ ロールで貼合することにより楕円偏光板または円偏光板を簡便な工程で製造する方法を実現する。

照射光の電界振動方向によって基材面内で面内遅相軸を任意に設定できる複屈折誘起材料を用いることによって、所望の面内遅相軸を有する光学フィルムを容易に製造できる。このようなフィルムを用いることによって、ロールｔｏ ロールで偏光フィルムと貼合するという簡便な工程によって楕円偏光板または円偏光板を製造できる。この製造方法により、従来技術で生じていたフィルム貼り合せの煩雑さや位相差フィルムの端部と重なる部分での損失などの課題を解消できる。

以下に、本発明の詳細を説明する。本発明に用いられる複屈折誘起材料は、本発明者が特開２００２―２０２４０９号などに提案している液晶性高分子のメソゲン成分として多用されているビフェニル、ターフェニル、フェニルベンゾエート、アゾベンゼンなどの置換基と、桂皮酸基（または、その誘導体基）などの感光性基を結合した構造を含む側鎖を有し、炭化水素、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド、シロキサンなどの構造を主鎖に有する高分子である。該重合体は同一の繰り返し単位からなる単一重合体または構造の異なる側鎖を有する単位の共重合体でもよく、あるいは感光性基を含まない側鎖を有する単位を共重合させることも可能である。また、混合する低分子化合物も、メソゲン成分として多用されているビフェニル、ターフェニル、フェニルベンゾエート、アゾベンゼンなどの置換基を有し、該メソゲン成分とアリル、アクリレート、メタクリレート、桂皮酸基（または、その誘導体基）などの官能基を、屈曲性成分を介してまたは、介さず結合した結晶性または、液晶性を有する化合物である。
これら低分子化合物を混合する場合、単一の化合物のみとは限らず複数種の化合物を混合することも可能である。これら複屈折誘起材料の特徴として、直線偏光性の照射光の電界振動方向に対して平行方向に分子が配向する特性が挙げられる。この特性により、ロールｔｏロールで流れている長尺フィルムにおいても、フィルムの流れている方向（フィルム長手方向）に対して照射光の電界振動方向が任意の方向となるようにして照射すれば、フィルム面内での配向層の遅相軸方向を任意に設定した長尺フィルムの製造が可能となる。このような長尺フィルムでは、長尺な偏光フィルムとのロールｔｏロールでの貼り合せが可能となり、楕円偏光板または円偏光板を簡便な工程で製造することができる。
図４は、遅相軸方向を任意に設定した長尺フィルムの製造例を簡略的に示したものである。高圧水銀灯４１からの紫外光をミラー４２ａ、４２ｂ、インテグレーターレンズ４３、コリメートレンズ４４を介して略平行光とし、プレート型偏光ビームスプリッターのような偏光素子４５に入射する。入射した光は偏光素子の配置によって所望の方向に電界振動方向Ｅが設定された偏光となって長尺フィルム４６に照射される。ここで長尺フィルムを連続的に照射し、加熱して配向を誘起させればフィルム面内での遅相軸方向を任意に設定した長尺フィルムを製造できる。また、このように製造したフィルムの配向層を光照射により十分に未反応感光性基の光反応を進め配向の固定を進めた後、再度同様の工程で長尺フィルム上の作製した配向層に複屈折誘起材料の溶液を塗布積層し配向させた場合には、積層される配向層の基材フィルムおよび貼り合せのための粘着層が不必要となり薄膜化が可能となる。
前述のように、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置などに用いられる所望の偏光特性を有する楕円偏光板、あるいは広帯域な波長域で１／４波長の位相差を得る広帯域円偏光板では、従来技術によると複数枚の位相差フィルムを異なる角度で切出したあと偏光板に精密に所定の角度で貼り合せることが必要であった。
これに対して、本発明では、面内遅相軸の方向が異なる複数の配向層を積層したフィルムの製造に複屈折誘起材料を用いることを提案する。これにより複数枚の位相差フィルムを異なる角度で貼り合せる従来技術と同等な特性を有する長尺フィルムの製造が容易になる。このようなフィルムでは、長尺な偏光板とロールｔｏロールで貼り合せることが可能となる。図１には、複屈折誘起材料を用いることによって容易に製造できるフィルム流れ方向に対して任意で異なる面内遅相軸の方向φ、γを有する２つの配向層を積層した長尺フィルム１１を吸収軸方向１２ａがフィルム流れ方向と平行である長尺偏光フィルム１２とをロールｔｏロールで貼り合せる方法を図示している。偏光フィルムないしは配向層を積層したフィルムの貼り合せ面には粘着剤を塗布するなどして粘着層を形成しておき、ロール１３で加圧し連続的に貼り合せる。このような製造方法で、楕円偏光板または円偏光板を簡便な工程で製造することができ、フィルム貼り合せの煩雑さや従来技術で生じていた位相差フィルムの端部と重なる部分での損失等の課題を解消できる。
楕円偏光板ないしは円偏光板の要求特性は、使用される用途やよって異なる。このような特性は、配向層の面内遅相軸方向、面内位相差、積層数、更には傾斜角度などによって調整される。このような要求特性のうち、特に、広帯域な波長域で１／４波長の位相差を得る広帯域円偏光板を製造する例を示す。複屈折誘起材料で作製した２層の配向層のうち、第１の配向層の波長５５０ｎｍにおける面内位相差Ｒｅ１が７０ｎｍ＜Ｒｅ１＜１２０ｎｍ、第２の配向層の面内位相差Ｒｅ２が１６０ｎｍ＜Ｒｅ２＜２５０ｎｍであって、第１の配向層の面内遅相軸とフィルム長尺方向のなす角度をθ１、第２の配向層の面内遅相軸とフィルム長尺方向のなす角度をθ２とした場合に、７１°＜θ１＜８１°、１３°＜θ２＜２３°を満足する光学シートを作製し、光吸収軸が長尺方向である粘着剤付きの偏光フィルムとロールｔｏ ロールで貼合することで広帯域な波長域で１／４波長の位相差を得る広帯域円偏光板が可能となる。
以上、本発明により、従来技術の課題を解決し、簡便な工程で大量生産に適する楕円偏光板、円偏光板およびその製造方法を提供することができる。

以下は、本発明の円偏光板を作製した例である。
（実施例１）
コロナ放電により表面処理した長尺なハードコート付ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムに、複屈折誘起材料の２０重量％トルエン溶液を、小径グラビアコータを用いて連続的に塗布し乾燥した。塗布した複屈折誘起材の厚みは約１μｍであった。続いて、長尺フィルムの流れ方向に対して電界振動方向が１８°になるように偏光紫外光照射装置を配置し、直線偏光性の紫外光を連続的に照射した。続いて、照射したフィルムを１００℃から４０℃まで温度が徐々低下するよう設定した長さ２０ｍのヒーターゾーンを通過させて複屈折を誘起せしめたところで、更に紫外線照射装置を用いて紫外線を照射し未反応の感光性基反応させ配向を固定した。このようにして作製したフィルムは長尺フィルム流れ方向に対して、遅相軸が１８°であり、面内位相差が９４ｎｍである複屈折フィルムであった（第１の配向層）。続いて、このフィルムに、再度、複屈折誘起材料の２０重量％トルエン溶液を、小径グラビアコータを用いて塗布し乾燥した。塗布した複屈折誘起材の厚みは約２μｍであった。続いて、長尺フィルムの流れ方向に対して電界振動方向が７６°になるように偏光紫外光照射装置を配置し、直線偏光性の紫外光を連続的に照射した。続いて、第１層の配向層のときと同様に、照射したフィルムを１００℃から４０℃まで温度が徐々低下するよう設定した長さ２０ｍのヒーターゾーンを通過させて複屈折を誘起せしめたところで、紫外線照射装置を用いて紫外線を照射し未反応の感光性基反応させ配向を固定した。この２層目の複屈折誘起材料の配向層は、面内位相差が１９５ｎｍである複屈折層となる製造条件の設定で作製した（第２の配向層）。このように作製したフィルムと光吸収軸が長尺方向である粘着剤付きの偏光フィルムとをラミネーターで貼合した。このように作製した円偏光板の透過光の偏光状態を回転検光子法にて測定した。図５は測定光学系の模式図を示し、測定においては作製した円偏光板５０の偏光フィルム５１の透過軸Ｐ１と測定光学系の偏光子５２の透過軸Ｐ２とを一致させ、円偏光板の偏光フィルム側から光Ｌが入射する配置で測定した。図５において、５０ａ、５０ｂはそれぞれ第１の配向層、第２の配向層をそれぞれ模式的に示す。５３は検光子であり、５４はパワーメーターである。作製した円偏光板の光学特性測定結果は、波長４５０ｎｍにおける位相差は１０９．５ｎｍで振幅比の角度は４６．３°、波長５５０ｎｍにおける位相差は１３７．８ｎｍで振幅比の角度は４５．５°、波長６５０ｎｍにおける位相差は１５２．８ｎｍで振幅比の角度は４４．２°であったことから、全波長域で良好な円偏光が得られた。

面内遅相軸を任意に設定した長尺フィルムと長尺偏光フィルムとをロールｔｏロールで貼り合せる方法の模式図 従来技術の楕円偏光板または円偏光板の製造法を示す模式図 従来技術による楕円偏光板または円偏光板における損失を説明する模式図 面内遅相軸を任意に設定した長尺フィルムの製造を示す模式図 測定の光学系を示す模式図

符号の説明

１１ 長尺フィルム
１２ 長尺偏光フィルム
１２ａ 吸収軸方向
１３ ロール
２１ 位相差フィルム
２２ 偏光板
２２ａ 吸収軸
３１ａ、３１ｂ 位相差フィルム
３２ 偏光板
３３ 斜線部
４１ 高圧水銀灯
４２ａ、４２ｂ ミラー
４３ インテグレーターレンズ
４４ コリメートレンズ
４５ 偏光素子
４６ 長尺フィルム
５０ 円偏光板
５０ａ、５０ｂ 配向層
５１ 偏光フィルム
５２ 偏光子
５３ 検光子
５４ パワーメーター

Claims (5)

1. 基材フィルム上に複屈折誘起材料を塗布し光照射する工程を経て、基材フィルム上に配向層を形成してなることを特徴とする光学フィルム。
2. 基材フィルム上に複屈折誘起材料を塗布し光照射する工程を繰り返して、基材フィルム上に遅相軸が相互に異なる配向層を２層以上重ね形成してなることを特徴とする光学フィルム。
3. 請求項２において、波長５５０ｎｍの入射光に対する面内位相差Ｒｅ１が７０ｎｍ＜Ｒｅ１＜１２０ｎｍである第１の配向層と、波長５５０ｎｍの入射光に対する面内位相差Ｒｅ２が１６０ｎｍ＜Ｒｅ２＜２５０ｎｍである第２の配向層を重ね形成してなることを特徴とする光学フィルム。
4. 請求項１から請求項３に記載の光学フィルムと、偏光フィルムとを、光学フィルムの任意の配向層の遅相軸と偏光フィルムの光吸収軸とが、非平行かつ非直交になるように貼合してなることを特徴とする楕円偏光板。
5. 請求項４に記載の楕円偏光板の製造方法であって、前記光学フィルムを長尺に巻取したロールと、前記偏光フィルムを長尺に巻取したロールとを、相互に向き合せて連続的に貼合することを特徴とする、楕円偏光板の製造方法。

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