JP2007328310A - 楕円偏光板およびそれを用いた画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の楕円偏光板は、偏光子と;保護層と;nz>nx=nyの屈折率分布を有する第1の複屈折層と;λ/2板として機能する第2の複屈折層と;λ/4板として機能する第3の複屈折層とをこの順に有する。好ましくは、上記保護層の厚み方向の位相差の絶対値Rthpと該第1の複屈折層の厚み方向の位相差の絶対値Rth1との比Rth1/Rthpが、1.1〜4の範囲である。
【選択図】図1
Description
A−1.楕円偏光板の全体構成
本発明の楕円偏光板は、偏光子と;保護層と;nz>nx=nyの屈折率分布を有する第1の複屈折層と;λ/2板として機能する第2の複屈折層と;λ/4板として機能する第3の複屈折層とをこの順に有する。例えば、図1に示すように、楕円偏光板10は、偏光子11と保護層12と第1の複屈折層13と第2の複屈折層14と第3の複屈折層15とを有する。このような構成によれば、斜めから見たときの各層の光軸のズレや保護層の位相差に起因する偏光状態のズレを良好に補償できるので、広視野角での偏光板としての機能を確保し得る。また、保護層の位相差を第1の複屈折層で打ち消すことにより、偏光板出射光の直線偏光性を回復し、広視野角での偏光板としての機能を確保し得る。なお、実用的には、本発明の楕円偏光板は、偏光子の保護層12が積層されていない側に、第2の保護層16を有し得る。
上記のように、第1の複屈折層13は、nz>nx=nyの屈折率分布を有し、いわゆるポジティブCプレートとして機能し得る。さらに、上記のように、第1の複屈折層の厚み方向の位相差の絶対値Rth1は、保護層の厚み方向の位相差の絶対値Rthpに対して特定の比率を有する。このような光学特性を有する第1の複屈折層を設けることにより、保護層の厚み方向の位相差を良好に補償することができる。その結果、斜め方向についても非常に優れた特性を有する楕円偏光板が得られ得る。
上記のように、第2の複屈折層14は、いわゆるλ/2板として機能する。第2の複屈折層がλ/2板として機能することにより、λ/4板として機能する第3の複屈折層の波長分散特性(特に、位相差がλ/4を外れる波長範囲)について、位相差が適切に調節され得る。このような第2の複屈折層の面内位相差(Δnd)は、波長590nmにおいて、好ましくは180〜300nmであり、さらに好ましくは210〜280nmであり、最も好ましくは230〜240nmである。なお、面内位相差(Δnd)は、式Δnd=(nx−ny)×dから求められる。ここで、nxおよびnyは上記の通りであり、dは第2の複屈折層の厚さである。さらに、上記第2の複屈折層14は、nx>ny=nzの屈折率分布を有することが好ましい。本明細書において、「ny=nz」は、nyとnzが厳密に等しい場合のみならず、nyとnzが実質的に等しい場合も包含する。
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。
上記のように、第3の複屈折層15は、いわゆるλ/4板として機能する。本発明によれば、λ/4板として機能する第3の複屈折層の波長分散特性を、上記λ/2板として機能する第2の複屈折層の光学特性によって補正することによって、広い波長範囲での円偏光機能を発揮することができる。このような第3の複屈折層の面内位相差(Δnd)は、波長550nmにおいて、好ましくは90〜180nmであり、さらに好ましくは90〜150nmであり、最も好ましくは105〜135nmである。第3の複屈折層のNz係数(=(nx−nz)/(nx−ny))は、好ましくは1.0〜2.2であり、さらに好ましくは1.2〜2.0であり、最も好ましくは1.4〜1.8である。さらに、上記第3の複屈折層15は、nx>ny>nzの屈折率分布を有することが好ましい。
上記偏光子11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ポリマーフィルムに、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。
保護層12および第2の保護層16は、偏光板の保護フィルムとして使用できる任意の適切なフィルムからなる。好ましくは透明保護フィルムである。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。上記第1の複屈折層と組み合わせて用いることにより、斜め方向の円偏光特性の改善が著しいからである。
本発明の1つの実施形態における楕円偏光板の製造方法は、透明保護フィルム(最終的に保護層12となる)の表面に第1の複屈折層を形成する工程と;透明保護フィルムの第1の複屈折層と反対側の表面に偏光子を積層する工程と;第1の複屈折層の表面に第2の複屈折層を形成する工程と;第2の複屈折層の表面に第3の複屈折層を形成する工程とを含む。このような製造方法によれば、例えば、図1に示すような楕円偏光板が得られる。なお、各工程の順序は、目的に応じて適宜変更され得る。例えば、偏光子の積層工程は、いずれの複屈折層の形成工程または積層工程の後に行ってもよい。以下、各工程の詳細について説明する。一例として、図1に示すような楕円偏光板の製造手順を説明する。
まず、透明保護フィルム(最終的に保護層12となる)の表面に第1の複屈折層13を形成する。代表的には、第1の複屈折層は、上記A−2項に記載の液晶材料(液晶モノマーまたは液晶ポリマー)および/または液晶性組成物を透明保護フィルム上に塗工し、これらが液晶相を呈する状態においてホメオトロピック配向させ、その配向を維持した状態で固定化することにより形成される。
あるいは、第1の複屈折層は、基板上に形成したホメオトロピック配向固定化フィルムを透明保護フィルムに転写することにより形成される。以下、簡単のため、第1の複屈折層を透明保護フィルム上に直接形成する場合についてのみ説明する。
次に、上記第1の複屈折層13の表面に第2の複屈折層14を形成する。第2の複屈折層は、代表的には、配向処理された基板上に所定の液晶材料を含む塗工液を塗工することにより、図2に示すように、偏光子11の吸収軸に対して角度αをなすような遅相軸を有する複屈折層を形成し、当該複屈折層を基板から第1の複屈折層表面に転写することにより形成され得る。あるいは、第1の複屈折層表面に配向処理を施し、当該配向処理面に上記所定の液晶材料を含む塗工液を塗工することにより形成してもよい。以下、簡単のため、第2の複屈折層を転写する場合についてのみ説明する。
基板としては、任意の適切な基板が採用され得る。具体例としては、プラスチックシートまたはプラスチックフィルムが挙げられる。基板の厚みは、通常、10〜1000μm程度である。
次に、上記配向処理を施した基板表面に上記A−3項で説明したような液晶材料を含有する塗工液を塗工し、次いで当該液晶材料を配向させて第2の複屈折層を形成する。具体的には、液晶材料を適切な溶媒に溶解または分散した塗工液を調製し、この塗工液を、上記配向処理を施した基板表面に塗工すればよい。液晶材料の配向工程は後述のB−2−3項で説明する。
次いで、上記基板表面の配向方向に応じて、第2の複屈折層を形成する液晶材料を配向させる。当該液晶材料の配向は、使用した液晶材料の種類に応じて、液晶相を示す温度で処理することにより行われる。このような温度処理を行うことにより、液晶材料が液晶状態をとり、上記透明保護フィルム表面の配向方向に応じて当該液晶材料が配向する。これによって、塗工により形成された層に複屈折が生じ、第2の複屈折層が形成される。
偏光子を、透明保護フィルム(保護層)の複屈折層とは反対側の表面に積層する。上記のように、偏光子の積層は、本発明の製造方法における任意の適切な時点で行われ得る。例えば、偏光子を予め透明保護フィルムに積層しておいてもよく、第1の複屈折層を形成した後に積層してもよく、第2の複屈折層を形成した後に積層してもよい。
さらに、第3の複屈折層を上記第2の複屈折層の表面上に形成する。代表的には、第3の複屈折層は、上記A−4項に記載のポリマーフィルムを第2の複屈折層の表面に積層することにより形成される。好ましくは、ポリマーフィルムは延伸フィルムである。より具体的には、当該ポリマーフィルムは、上記A−4項に記載したように幅方向に延伸されたフィルムである。このような延伸フィルムは、幅方向に遅相軸を有するので、当該遅相軸は偏光子の吸収軸(長手方向)に実質的に直交している。積層方法は特に限定されず、任意の適切な接着剤または粘着剤(例えば、上記B−3項に記載の接着剤または粘着剤)を用いて行われる。以上のようにして、本発明の楕円偏光板が得られる。
図3〜図7を参照して、本発明の製造方法の具体的手順の一例について説明する。簡単のため、第2の複屈折層を第1の複屈折層表面に転写する場合のみについて説明する。なお、図3〜図7において、符号111、111’、112、113、114、115、116、117、118および118’は、各層を形成するフィルムおよび/または積層体を捲回するロールである。
本発明の楕円偏光板は、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、複屈折層(位相差フィルム)、液晶フィルム、光散乱フィルム、回折フィルム等が挙げられる。
本発明の楕円偏光板は、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。本発明の楕円偏光板を液晶表示装置に用いる場合には、例えば、視野角補償に有用である。本発明の楕円偏光板は、例えば、円偏光モードの液晶表示装置に用いられ、ホモジニアス配向型TN液晶表示装置、水平電極型(IPS)型液晶表示装置、垂直配向(VA)型液晶表示装置等に特に有用である。また、本発明の楕円偏光板を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。
本発明の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。図8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。液晶パネル100は、液晶セル20と、液晶セル20の両側に配置された位相差板30、30’と、それぞれの位相差板の外側に配置された偏光板10、10’とを備える。位相差板30、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、30’の一方または両方が省略され得る。上記偏光板10は、上記A項およびB項で説明した本発明の楕円偏光板である。偏光板10’は、任意の適切な偏光板である。偏光板10、10’は、代表的には、その吸収軸が直交するようにして配置されている。図8に示すように、本発明の液晶表示装置(液晶パネル)においては、本発明の楕円偏光板10は、視認側(上側)に配置されるのが好ましい。液晶セル20は、一対のガラス基板21、21’と、該基板間に配された表示媒体としての液晶層22とを有する。一方の基板(アクティブマトリクス基板)21’には、液晶の電気光学特性を制御するスイッチング素子(代表的にはTFT)と、このスイッチング素子にゲート信号を与える走査線およびソース信号を与える信号線とが設けられている(いずれも図示せず)。他方のガラス基板(カラーフィルター基板)21には、カラーフィルター(図示せず)が設けられる。なお、カラーフィルターは、アクティブマトリクス基板21’に設けてもよい。基板21、21’の間隔(セルギャップ)は、スペーサー(図示せず)によって制御されている。基板21、21’の液晶層22と接する側には、例えばポリイミドからなる配向膜(図示せず)が設けられている。
試料フィルムの屈折率nx、nyおよびnzを、自動複屈折測定装置(王子計測機器株式会社製,自動複屈折計KOBRA31PR)により計測し、面内位相差Δndおよび厚み方向位相差Rthを算出した。測定温度は23℃、測定波長は590nmであった。
(2)厚みの測定
第1および第2の複屈折層の厚みは大塚電子製MCPD2000を用いて、干渉膜厚測定法によって測定した。その他の各種フィルムの厚みは、ダイヤルゲージを用いて測定した。
(3)透過率の測定
実施例で得られた楕円偏光板について、同じ楕円偏光板同士を接着剤を用いて貼り合わせた。その際、それぞれの第3の複屈折層が向かい合うように貼り合わせた。貼り合わせに際しては、互いの第3の複屈折層(すなわち、λ/4板)の遅相軸が90°となるように(結果的に、互いの偏光子の吸収軸が90°となるように)配置した。貼り合わせたサンプルの透過率を、商品名DOT−3(村上色彩社製)により測定した。
(4)コントラスト比の測定
同じ楕円偏光板同士を重ねてバックライトで照らし、白画像(偏光子の吸収軸が平行)および黒画像(偏光子の吸収軸が直交)を表示させ、ELDIM社製 商品名
「EZ Contrast160D」により、視認側の偏光子の吸収軸に対して45°−135°方向に、かつ、法線に対して−60°〜60°までスキャンさせた。そして、白画像におけるY値(YW)と、黒画像におけるY値(YB)とから、斜め方向のコントラスト比「YW/YB」を算出した。
(5)耐湿性試験
得られた楕円偏光板を60℃、95%(RH)の条件下で500時間放置した後、目視で外観を観察した。楕円偏光板が透明である場合を「良好」、楕円偏光板が白濁している場合を「通常」とした。
I−a.第1の複屈折層の作製
下記化学式(式中の数字65および35はモノマーユニットのモル%を示し、便宜的にブロックポリマー体で表している:重量平均分子量5000)で示される側鎖型液晶ポリマー20重量部、ネマチック液晶相を示す重合性液晶(BASF社製:商品名PaliocolorLC242)80重量部および光重合開始剤(チバスペシャリティーケミカルズ社製:商品名イルガキュア907)5重量部をシクロペンタノン400重量部に溶解して、液晶塗工液を調製した。そして、TACフィルム(富士写真フィルム社製、厚み40μm:保護層となる)に当該塗工液をバーコーターにより塗工した後、90℃で2分間加熱乾燥することによって液晶を配向させた。この液晶層に紫外線を照射し、当該液晶層を硬化させることによって、保護層/第1の複屈折層の積層体を得た。第1の複屈折層の面内位相差は実質的にゼロ、厚み方向の位相差は−68nm、厚みは0.7μmであった。保護層の厚み方向の位相差は59nmであった。
I−b−1.基板の配向処理
TACフィルム(厚み40μm)を、ラビング布を用いてラビングし、配向基板を作製した。ラビング処理は、TACフィルムの長手方向に対して−23°(長手方向を基準にして時計回りに23°)の角度で行った。配向処理の条件は、ラビング回数(ラビングロール個数)は1、ラビングロール半径rは76.89mm、ラビングロール回転数nrは1500rpm、フィルム搬送速度vは83mm/secであり、ラビング強度RSおよび押し込み量Mは表1に示すような5種類の条件(a)〜(e)で行った。
まず、ネマチック液晶相を示す重合性液晶(BASF社製:商品名PaliocolorLC242)10gと、当該重合性液晶化合物に対する光重合開始剤(チバスペシャリティーケミカルズ社製:商品名イルガキュア907)3gとを、トルエン40gに溶解して、液晶塗工液を調製した。そして、上記のように作製した配向基板上に、当該液晶塗工液をバーコーターにより塗工した後、90℃で2分間加熱乾燥することによって液晶を配向させた。条件(a)〜(c)では液晶の配向状態が非常に良好であった。条件(d)および(e)では液晶の配向に若干の乱れが生じたが、実用上は問題のないレベルであった。この液晶層に、メタルハライドランプを用いて1mJ/cm2の光を照射し、当該液晶層を硬化させることによって、基板上に第2の複屈折層を形成した。第2の複屈折層の厚みは2.4μmであり、面内位相差値は240nmであった。
ノルボルネン系フィルム(日本ゼオン社製、商品名ZEONOR:厚み60μm)を138℃で1.5倍に横一軸延伸し、厚み39μmを有する第3の複屈折層を得た。この複屈折層はnx>ny>nzの屈折率分布を有しており、その面内位相差は120μm、Nz係数は1.6であった。
ポリビニルアルコールフィルムを、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6倍に一軸延伸して偏光子を得た。この偏光子と、TACフィルム(厚み40μm:第2の保護層となる)と、上記のようにして得られた保護層/第1の複屈折層の積層体、第2の複屈折層および第3の複屈折層とを図3〜図7に示す製造手順によって積層し、図1に示すような楕円偏光板A(第2の保護層/偏光子/保護層/第1の複屈折層/第2の複屈折層/第3の複屈折層)を得た。この楕円偏光板AにおけるRth1/Rthpは1.1であった。
この楕円偏光板Aを重ね合わせてコントラスト比を測定した。その結果、コントラスト10以上の角度が全方位において最小40度、最大80度であった。さらに、コントラスト20以上の角度が全方位において最小37度、最大80度であった。このようなコントラストは、多人数で視認する用途のモバイルディスプレイとして、実用上好ましいレベルであった。さらに、この楕円偏光板Aの耐湿性は良好であった。
第1の複屈折層を形成しなかったこと以外は楕円偏光板Aと同様の構成を有する楕円偏光板Bを貼り合わせてコントラスト比を測定した。その結果、コントラスト10以上の角度が全方位において最小40度、最大80度であった。しかし、コントラスト20以上の角度は、全方位において最小32度、最大59度であり、急激に視野角が狭くなっていることが確認された。なお、楕円偏光板Bの耐湿性は良好であった。
さらに、楕円偏光板Bを用いたこと以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置のコントラスト等高線図を図10に示す。
楕円偏光板Aと積層順を並び替え、(第2の保護層/偏光子/保護層/第2の複屈折層/第3の複屈折層/第1の複屈折層)の順を有する楕円偏光板Cを得た。楕円偏光板Cを貼り合わせてコントラスト比を測定した。その結果、コントラスト10以上の角度が全方位において最小30度、最大40度であった。さらに、コントラスト20以上の角度が全方位において最小26度、最大33度であった。このようなコントラストは、どの方位から見ても一定で違和感の少ないものであるが、コントラスト20以上の角度が最大で33度と非常に低く、視野角が狭いので、実用上好ましくないものであった。なお、楕円偏光板Cの耐湿性は良好であった。
さらに、楕円偏光板Cを用いたこと以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置のコントラスト等高線図を図11に示す。
楕円偏光板Aと積層順を並び替え、(第2の保護層/偏光子/保護層/第2の複屈折層/第1の複屈折層/第3の複屈折層)の順を有する楕円偏光板Dを得た。楕円偏光板Dを貼り合わせてコントラスト比を測定した。その結果、コントラスト10以上の角度が全方位において最小37度、最大40度であった。さらに、コントラスト20以上の角度が全方位において最小30度、最大40度であった。このようなコントラストは、どの方位から見ても一定で違和感の少ないものであるが、コントラスト20以上の角度が最大で40度と非常に低く、視野角が狭いので、実用上好ましくないものであった。なお、楕円偏光板Dの耐湿性は良好であった。
さらに、楕円偏光板Dを用いたこと以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置のコントラスト等高線図を図12に示す。
3 搬送ベルト
4 ラビングロール
4a 起毛布
5 バックアップロール
F 長尺基材フィルム
10 楕円偏光板
11 偏光子
12 保護層
13 第1の複屈折層
14 第2の複屈折層
15 第3の複屈折層
20 液晶セル
100 液晶パネル
Claims (7)
- 偏光子と;保護層と;nz>nx=nyの屈折率分布を有する第1の複屈折層と;λ/2板として機能する第2の複屈折層と;λ/4板として機能する第3の複屈折層とをこの順に有する、楕円偏光板。
- 前記保護層の厚み方向の位相差の絶対値Rthpと該第1の複屈折層の厚み方向の位相差の絶対値Rth1との比Rth1/Rthpが、1.1〜4の範囲である、請求項1に記載の楕円偏光板。
- 前記偏光子の吸収軸と前記第3の複屈折層の遅相軸とが実質的に直交している、請求項1または2に記載の楕円偏光板。
- 前記第2の複屈折層の遅相軸が、前記偏光子の吸収軸に対して、+8°〜+38°または−8°〜−38°の角度を規定する、請求項1から3のいずれかに記載の楕円偏光板。
- 前記保護層が、トリアセチルセルロースを主成分として含むフィルムからなる、請求項1から4のいずれかに記載の楕円偏光板。
- 請求項1から5のいずれかに記載の楕円偏光板を含む、画像表示装置。
- 前記楕円偏光板が、視認側に配置されている、請求項6に記載の画像表示装置。
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