JP2012032418A - 円偏光板及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで提供する。
【解決手段】偏光子及びλ/4板を備える円偏光板であって、前記円偏光板は、この順に積層された反射防止層、前記偏光子、複屈折層及び前記λ/4板を備え、前記複屈折層のNZ係数は、NZ<0.1を満たし、前記複屈折層の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して直交し、前記λ/4板のNZ係数は、NZ>0.9を満たし、前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸と交差する円偏光板である。
【選択図】図6
【解決手段】偏光子及びλ/4板を備える円偏光板であって、前記円偏光板は、この順に積層された反射防止層、前記偏光子、複屈折層及び前記λ/4板を備え、前記複屈折層のNZ係数は、NZ<0.1を満たし、前記複屈折層の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して直交し、前記λ/4板のNZ係数は、NZ>0.9を満たし、前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸と交差する円偏光板である。
【選択図】図6
Description
本発明は、円偏光板及び表示装置に関する。より詳しくは、外光による不要反射を低減させるための円偏光板、及び、その円偏光板を用いた、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れた表示装置に関するものである。
近年、液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置、プラズマディスプレイパネル(PDP)表示装置をはじめとする様々な表示装置が研究され、コンピュータやテレビジョン等の情報処理装置の表示装置として実用化がなされている。特にTFT方式の液晶表示装置(以下、「TFT−LCD」ともいう)が広く普及し、市場の一層の拡大が期待されており、これに伴って、画質のより一層の向上が要望されている。例えば、あらゆる環境下において、コントラスト比の高い表示装置が求められている。以下、TFT−LCDを例として説明するが、本発明は、TFT−LCDに限定されるものではなく、単純マトリクス方式のLCDやプラズマアドレス方式のLCD等にも適用可能であり、一般的に、それぞれに電極が形成された一対の基板間に液晶を狭持し、それぞれの電極間に電圧を印加することで表示を行うLCD全般に適用可能なものである。また、有機EL表示装置、無機EL表示装置、PDP表示装置をはじめとした、いわゆる自発光型の表示装置にも適用可能なものである。
高コントラスト比の実現という要求に対しては、負の誘電率異方性を有する液晶を、相互に対向する基板間に垂直配向させた、いわゆるVAモードの液晶表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に開示されるように、VAモードの液晶表示装置においては、電圧無印加時において、液晶分子が基板面に対し略垂直な方向に配向しているため、液晶セルはほとんど複屈折性も旋光性も示さず、光はその偏光状態をほとんど変化させることなく液晶セルを通過する。したがって、液晶セルの上下に一対の偏光子(直線偏光子)をその吸収軸が互いに略直交するように配する(クロスニコル偏光子ともいう)ことにより、電圧無印加時において、略完全な黒表示状態を実現できる。電圧印加時には、液晶分子が傾斜して基板に略平行となり、大きな複屈折性を示して白表示となる。したがって、このようなVAモードの液晶表示装置は、非常に高いコントラストを容易に実現することができる。
しかしながら、上述の構成を有するVAモードの液晶表示装置においても、太陽光や照明器具等の外光の元で観察するとコントラスト比が低下するという点で改善の余地があった。外光反射の影響で、本来は暗いはずの黒表示の画面輝度がみかけ上、上昇してしまうことがその原因であり、(1)液晶表示装置の観察面側最表面の反射と、(2)液晶表示装置の内部(液晶セル内部)の反射とが外光反射の主要因と考えられる。後者には、TFT基板の金属配線からの反射、透明電極(典型的にはITO)からの反射、カラーフィルター層の色分離やTFT素子の遮光のために設けられるブラックマトリクスからの反射等が含まれる。
上記(1)の液晶表示装置の観察面側最表面の反射に対しては、液晶表示装置の最表面に、すなわち液晶セルの観察面側に設けられた偏光フィルムの観察面側に、反射率低減効果のある反射防止膜を設けて、外光反射を低減させる技術が広く知られており製品化もなされている。一般的にTFT−LCDに用いられる偏光フィルムは、その観察面側最表面に保護フィルム(典型的にはTACフィルム)を有しており、その屈折率が約1.5である。そのため、反射防止膜がない状態では空気中からの入射で約4%の反射率を有している。それに対して、上述の反射防止膜を設けることでこれを2%以下に低減することができる。しかしながら、この技術を用いても、液晶セル内部の反射率低減の効果は得られない。
そこで、上記(2)の液晶セル内部の反射を低減する方法も検討がなされ、種々の提案がなされている(例えば、特許文献2〜6参照。)。例えば、ブラックマトリクスに酸化Cr等の低反射金属を用いる方法が開示されている。その他にも、非金属の樹脂製ブラックマトリクス材料の開発も進み、実用化がなされている。また、特許文献2には、ブラックマトリクスと透明基板(典型的にはガラス)との間に、反射防止用透明膜層を設ける方法が開示されている。しかしながら、本発明者らが更に検討した結果、このような従来の反射低減技術は、TFT基板の金属配線からの反射や透明電極ITOからの反射の手当てとして適用することができず、反射防止の効果が得られる部位は限定的である。
特許文献3には、観察面側の偏光板の可視光域の光透過率を、光源側のそれよりも低くする方法が開示されており、この方法により、液晶セル内部の全ての部位の反射率を低減することができる。しかしながら、本発明者らが更に検討した結果、この方法で得られる反射防止の効果は小さいことがわかった。
更に、特許文献4には、有機電界発光素子において透明電極側に円偏光板を設置する方法が開示されており、この方法でもまた、液晶セル内部の全ての部位の反射率を低減することができる。しかしながら、本願発明者らが更に検討した結果、従来の円偏光板を用いたこの方法では、表示装置の法線方向からの外光入射に対する反射率低減効果は大きいものの、表示装置の法線方向とは異なる斜め方向からの外光入射に対する反射率低減効果は充分ではないことがわかった。
これに対して、特許文献5には、NZ係数が0.1〜0.4のλ/2板とNZが0.3〜0.7のλ/4板とを光軸が交差するように積層することで、広い視角範囲で円偏光板の反射防止効果を得る方法が開示されている。また、特許文献6には、NZ係数が0.6〜0.9のλ/2板とNZが0.3〜0.7のλ/4板とを光軸が交差するように積層することで、広い視角範囲で円偏光板の反射防止効果を得る方法が開示されている。
特開2000−39610号公報
特開平6−281921号公報
特開平7−318925号公報
特開平8−321381号公報
特開2003−75635号公報
特開2003−29038号公報
しかしながら、本発明者らが更に検討した結果、これらの方法では製造が難しく高コストの0.1≦NZ≦0.9の関係を満たす二軸性位相差フィルムが必要であるという点で改善の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで提供することを目的とするものである。
本発明者らは、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで提供することができる技術について種々検討したところ、いわゆる円偏光板を用いることに着目した。そして、偏光子とλ/4板との間に、NZ<0.1又はNZ>0.9の複屈折層を適切に配置するとともに、NZ>0.9又はNZ<0.1のλ/4板を用いることにより、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させることができることを見いだした。また、上記λ/4板及び複屈折層は、nx>nz>ny(0<NZ<1)に制御された二軸性位相差フィルムとは異なり、適当な固有複屈折を持つ材料を用いることにより、簡便な方法で製造できることを見いだした。その結果、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、偏光子及びλ/4板を備える円偏光板(以下、「本発明の第一の円偏光板」ともいう。)であって、前記円偏光板は、この順に積層された反射防止層、前記偏光子、複屈折層及び前記λ/4板を備え、前記複屈折層のNZ係数は、NZ<0.1を満たし、前記複屈折層の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して直交し、前記λ/4板のNZ係数は、NZ>0.9を満たし、前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸と交差する円偏光板である。
これにより、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで提供することができる。
本発明の第一の円偏光板の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の第一の円偏光板における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各種形態は適宜組み合わされてもよい。
本発明の第一の円偏光板における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各種形態は適宜組み合わされてもよい。
広い視角範囲において高いコントラスト比を実現する観点からは、前記複屈折層の面内位相差Rxyは、Rxy≦110nmを満たすことが好ましい。
より効果的に不要反射を低減させる観点からは、前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°又は133〜137°の角度をなすことが好ましい。
前記複屈折層及び前記λ/4板以外の複屈折層を用いることなく、広い視角範囲においてより確実に不要反射を低減させる観点からは、前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°の角度をなし、前記λ/4板のNZ係数は、NZ≦1.4を満たすことが好ましい。
このとき、前記λ/4板は、法線方向以外の斜め方向から入射し、前記偏光子及び前記複屈折層を通過した偏光を円偏光に変換することが好ましい。これにより、前記複屈折層及び前記λ/4板以外の複屈折層を用いない形態において、更に効果的に不要反射を低減させることができる。
広い視角範囲においてより効果的に不要反射を低減させる観点からは、前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°の角度をなし、前記λ/4板のNZ係数は、NZ>1.4を満たし、前記円偏光板は、ポジティブCプレートを更に備え、前記反射防止層、前記偏光子、前記複屈折層、前記λ/4板及び前記ポジティブCプレートがこの順に積層されることが好ましい。
このとき、前記λ/4板及びポジティブCプレートは、法線方向以外の斜め方向から入射し、前記偏光子及び前記複屈折層を通過した偏光を円偏光に変換することが好ましい。これにより、ポジティブCプレートを用いる形態において、更に効果的に不要反射を低減させることができる。
本発明の第一の円偏光板の反射防止効果をより効果的に発現する観点からは、前記反射防止層は、モスアイ構造を有することが好ましい。
本発明はまた、本発明の第一の円偏光板を備える表示装置でもある。これにより、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで実現することができる。
本発明は更に、偏光子及びλ/4板を備える円偏光板(以下、「本発明の第二の円偏光板」ともいう。)であって、前記円偏光板は、この順に積層された反射防止層、前記偏光子、複屈折層及び前記λ/4板を備え、前記複屈折層のNZ係数は、NZ>0.9を満たし、前記複屈折層の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して直交し、前記λ/4板のNZ係数は、NZ<0.1を満たし、前記λ/4板の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸と交差する円偏光板でもある。
これにより、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで提供することができる。
本発明の第二の円偏光板の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の第二の円偏光板における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各種形態は適宜組み合わされてもよい。
本発明の第二の円偏光板における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各種形態は適宜組み合わされてもよい。
広い視角範囲において高いコントラスト比を実現する観点からは、前記複屈折層の面内位相差Rxyは、Rxy≦110nmを満たすことが好ましい。
より効果的に不要反射を低減させる観点からは、前記λ/4板の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°又は133〜137°の角度をなすことが好ましい。
本発明の第二の円偏光板の反射防止効果をより効果的に発現する観点からは、前記反射防止層は、モスアイ構造を有することが好ましい。
本発明はそして、本発明の第二の円偏光板を備える表示装置でもある。これにより、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで実現することができる。
本発明の第一及び第二の円偏光板によれば、法線方向からの外光入射のみならず、斜め方向からの外光入射に対しても不要反射を低減させ、明室環境でもコントラスト比が高く視認性に優れる表示装置を低コストで提供することができる。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
(実施形態1)
本実施形態の円偏光板は、この順に積層された反射防止層、偏光子、複屈折層(以下、複屈折層Aともいう。)及びλ/4板(以下、λ/4板Bともいう。)を備え、複屈折層AのNZ係数は、NZ<0.1を満たし、複屈折層Aの面内進相軸は、偏光子の吸収軸に対して直交し、λ/4板BのNZ係数は、NZ>0.9を満たし、λ/4板Bの面内遅相軸は、偏光子の吸収軸と交差する。
本実施形態の円偏光板は、この順に積層された反射防止層、偏光子、複屈折層(以下、複屈折層Aともいう。)及びλ/4板(以下、λ/4板Bともいう。)を備え、複屈折層AのNZ係数は、NZ<0.1を満たし、複屈折層Aの面内進相軸は、偏光子の吸収軸に対して直交し、λ/4板BのNZ係数は、NZ>0.9を満たし、λ/4板Bの面内遅相軸は、偏光子の吸収軸と交差する。
本実施形態の円偏光板は、偏光子と、面内遅相軸が偏光子の吸収軸に交差するλ/4板Bとを備えることから、いわゆる円偏光板として機能し、反射防止効果を奏することができる。
また、本実施形態の円偏光板は、面内進相軸が偏光子の吸収軸に対して直交する複屈折層Aを備えることから、広い視野角で反射防止効果を奏することができる。
更に、複屈折層AのNZ係数は、NZ<0.1を満たし、λ/4板BのNZ係数は、NZ>0.9を満たすことから、従来の製造方法を用いて容易、かつ安価に製造することができる。
そして、本実施形態の円偏光板は、反射防止層を備えることから、広い視野角において、反射防止効果を効果的に引き出すことができる。
以下、本実施形態の各構成についてより詳細に説明する。
本実施形態の円偏光板において積層される各層は、単に載置した状態であってもよいが、光軸のズレ防止等の観点から、固定状態で積層されていることが好ましい。その積層法については特に限定されず、例えば、透明性に優れる接着剤や粘着剤等による接着方式等の適宜な方式を採ることができる。その接着剤や粘着剤等の種類についても特に限定されないが、光学的異方性を実質的に示さない材料が好ましい。また、接着剤や粘着剤は、円偏光板の光学特性の変化防止の観点から、硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが好ましい。
本実施形態の円偏光板において積層される各層は、単に載置した状態であってもよいが、光軸のズレ防止等の観点から、固定状態で積層されていることが好ましい。その積層法については特に限定されず、例えば、透明性に優れる接着剤や粘着剤等による接着方式等の適宜な方式を採ることができる。その接着剤や粘着剤等の種類についても特に限定されないが、光学的異方性を実質的に示さない材料が好ましい。また、接着剤や粘着剤は、円偏光板の光学特性の変化防止の観点から、硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが好ましい。
本明細書で「偏光子」とは、自然光を直線偏光に変える機能を有する素子のことであり、偏光板、偏光フィルムと同義である。偏光子としては、ポリビニルアルコール(PVA)フィルムに二色性を有するヨウ素錯体等の異方性材料を吸着配向させた、いわゆるOタイプ偏光子を用いることが好ましい。通常は、機械強度や耐湿熱性を確保するために、PVAフィルムの両側にトリアセチルセルロース(TAC)フィルム等の保護フィルムをラミネートして実用に供されるが、特に断りのない限り、本明細書中で「偏光子」というときは保護フィルムを含まず、偏光機能を有する素子だけを指す。また、本明細書で「Oタイプ偏光子」とは、素子平面内の特定の方向(吸収軸と定義)に振動する光を吸収し、素子平面内で吸収軸に直交する方向(透過軸と定義)に振動する光、及び、素子平面に対し法線方向に振動する光を透過する偏光子のことである。すなわち、Oタイプ偏光子とは、1本の吸収軸と2本の透過軸とを有する偏光子のことであり、Oタイプ偏光子の光学軸は、吸収軸の方向を向いている。
また、本発明の作用効果を効果的に得るためには、偏光子及び複屈折層Aの間と、複屈折層A及びλ/4板Bの間とには、他の複屈折層が設けられないことが好ましい。したがって、偏光子及び複屈折層Aの間と、複屈折層A及びλ/4板Bの間とには、適宜、等方性フィルム(例えば、保護フィルム等)が配置されていてもよい。
このように、偏光子は、TACフィルム等の保護フィルムにより保護されてもよいが、コスト削減及び薄型化の観点からは、保護フィルムを介さずに反射防止層及び複屈折層Aによって挟持されることが好ましい。すなわち、反射防止層及び複屈折層Aは、偏光子の保護フィルムを兼ねてもよい。
本明細書で「複屈折層」とは、光学的異方性を有する層のことであり、位相差フィルム、位相差板、光学異方性層、複屈折媒体等と同義である。
本明細書で「NZ係数(NZ)」とは、複屈折層(液晶セルやλ/4板Bを含む)の面内方向の主屈折率をnx、ny(nx>ny)とし、面外方向(厚み方向)の主屈折率をnzとしたとき、NZ=(nx−nz)/(nx−ny)で定義される。特に断りの無い限り、本明細書中で主屈折率や位相差の測定波長は550nmとする。また、同じNZ係数をもつ複屈折層でも、複屈折層の平均屈折率=(nx+ny+nz)/3が異なれば、屈折角の影響で斜め方向からの入射に対して複屈折層の実効的な位相差が異なり、設計指針が複雑になってしまう。この問題を避けるため、本明細書では特に断りのない限り、いずれの複屈折層(液晶セルやλ/4板Bを含む)も平均屈折率を1.5に統一してNZ係数を算出している。実際の平均屈折率が1.5と異なる複屈折層についても平均屈折率1.5を想定して換算してある。後出の位相差Rxzについても同様の扱いをしている。
複屈折層AのNZ係数が0.0よりも大きいと、nx>nz>nyの関係を満たすために、作製が困難になるおそれがある。一方、一般的に、NZ≦0.0を満たす複屈折層は、通常の作製方法(例えば、横一軸延伸、縦横二軸延伸等)を用いて容易に作製することができる。しかしながら、NZ≦0.0を満たす複屈折層を作製しようとするときに、図らずもNZ=0.1程度の複屈折層ができてしまうことがある。したがって、NZ<0.1を満たす複屈折層Aであれば容易に作製することができる。
複屈折層Aをより容易に作製する観点からは、複屈折層Aは、−3.0≦NZ≦−0.1を満たすことが好ましい。−3.0≦NZ≦−0.1を満たす複屈折層は、典型的には負の固有複屈折を持つ材料を用いて一般の縦横二軸延伸を施すことにより作製することができるからである。このような点から、複屈折層Aは、負の固有複屈折を持つ材料で構成されることが好ましい。そして、負の固有複屈折を持つ材料から、上記の延伸方法で−3.0≦NZ≦−0.1を満たす複屈折層Aを作製する場合、面内進相軸がロール状位相差フィルムの長尺方向に対して90°の方向(直交する方向)とすることが可能であるので、複屈折層Aと偏光子とをロール・ツー・ロール貼合できるという点からも好ましい。複屈折層Aは、NZ<0.1を満たし、円偏光板を平面視したときに面内進相軸が偏光子の吸収軸と直交してもよい。
なお、正面方向でのコントラスト比を低下させることなく、広い視角範囲において高いコントラスト比、すなわち反射防止効果を実現するためには、上記の通り、基本的には、複屈折層Aの面内進相軸(複屈折層Aの光学軸)と偏光子の吸収軸とは、90°の角度をなしている必要がある。その理由説明は次の通りである。
正面方向でのコントラスト比を低下させないためには、(1)複屈折層Aが正面方向で機能しないことが必要であり、視野角補償を行うためには、(2)複屈折層Aが斜め方向で有効に機能する必要がある。
上記(1)の条件を満足するためには、複屈折層Aと偏光子との軸関係は、(a)正面方向から観察したときに、偏光子(図1、2中の偏光子1)の光学軸と複屈折層A(図1、2中の複屈折層2)の光学軸とが平行であること(図1(a)参照)、及び、(b)正面方向から観察したときに、偏光子1の光学軸と複屈折層2の光学軸とが直交であること(図2(a)参照)のいずれかの関係を満足する必要がある。
なお、本明細書で「光学軸」とは、結晶光学分野でいう厳密な意味での光学軸とは異なり、次の定義に従うとする。すなわち、「光学軸」とは、複屈折層の三つの主屈折率のうち、それらの平均値との差の絶対値が最大である主屈折率に対応する主軸を意味する。そのため、複屈折層が光学的に二軸性を有するときも、該複屈折層の「光学軸」は二本ではなく一本である。このように、二軸性の複屈折層の「光学軸」は、それを一軸性の複屈折層に光学的に近似した場合の従来定義の光学軸に相当する。
一方、上記(2)の条件を満足するためには、(a)の関係ではなく、(b)の関係を満足する必要がある。なぜなら、偏光子1と複屈折層2との積層体に光が斜め方向から入射する場合、該斜め方向から観察したときの偏光子1の実効的な透過軸と、該斜め方向からの入射光に対する複屈折層2の2つの固有振動モードの振動方向(電位変位ベクトルDの振動方向)の一つとが平行であれば、複屈折層2は該斜め方向において実質的に全く寄与しない。すなわち、該斜め方向において複屈折層2が有効に機能するためには、該斜め方向から観察したときの偏光子1の実効的な透過軸と複屈折層の固有偏光モードの振動方向とが平行でも直交でもないことが必要である。(a)のように、偏光子1の光学軸と複屈折層2の光学軸とが平行であると、図1(b)に示すように、どの方向から観察したときも、偏光子1の実効的な透過軸と、複屈折層2の2つの固有振動モードの振動方向の一つとが平行となるため、複屈折層2は有効に機能しない。これに対し、(b)のように、偏光子1の光学軸と複屈折層2の光学軸とが直交していると、図2(b)に示すように、斜め方向において、偏光子1の実効的な透過軸と複屈折層2の固有偏光モードの振動方向とが平行でも直交でもなくなるため、複屈折層2は有効に機能する。
このように、複屈折層Aは、法線方向から入射した光に対して位相差を付与することを目的としたものではない。一方、斜め方向においては、偏光子の吸収軸とλ/4板Bの光学軸とのなす角度が正面方向と見かけ上異なるが、この見かけ上の角度差を複屈折層Aの位相差により補償する。すなわち、複屈折層Aは、斜め方向から入射した光に対してのみ位相差を付与し、視野角補償を行うことを目的としている。
複屈折層は、NZ=0.0を満たすとき、一軸性の複屈折層となり、面内遅相軸に直交する軸(面内進相軸)が光学軸となるので、NZ<0.0又は0.0<NZ<0.1を満たすときも、複屈折層の光学軸は、面内進相軸と平行な方向を向いている。したがって、複屈折層Aの面内進相軸と偏光子の吸収軸とは、円偏光板を平面視したときに90°の角度をなしていることが好ましいが、広い視角範囲において高いコントラスト比、すなわち反射防止効果を実現できる範囲であれば、90°から多少ずれていてもよい。具体的には、円偏光板を平面視したときに複屈折層Aの面内進相軸と偏光子の吸収軸とが90°から±1°(89〜91°)の範囲内であれば本発明の作用効果が充分に得られる。
ここで、複屈折層Aの二軸性パラメータΔNZ1と、複屈折層Aの最適な面内位相差Rxyとの関係をコンピューターシミュレーションにより測定した結果を示す。図3及び下記表1は、実施形態1の複屈折層AのΔNZ1と最適な面内位相差Rxyとの関係を示すグラフ及び表である。複屈折層Aは、一軸性の複屈折層のとき、NZ=0を満たすことから、複屈折層Aの二軸性パラメータΔNZ1を|NZ|と定義する。最適なRxyは、偏光子の吸収軸と45°をなす方向から反射板上に設けられた円偏光板を観察したときにコントラスト比が最も高くなる値に設定した。
なお、本明細書で「面内位相差Rxy」は、複屈折層(液晶セルやλ/4板を含む)の面内方向の主屈折率をnx、ny(nx≧ny)とし、面外方向(厚み方向)の主屈折率をnz、複屈折層の厚みをdとしたとき、Rxy=(nx−ny)×dで定義される面内位相差(単位:nm)である。そして、「複屈折層の面内遅相軸」とは主屈折率nxに対応する誘電主軸の方向(x軸方向)のことであり、「複屈折層の面内進相軸」とは、面内方向で面内遅相軸に直交する方向である。また、後出の面外位相差Rxzは、複屈折層(液晶セルやλ/4板を含む)の面内方向の主屈折率をnx、ny(nx≧ny)とし、面外方向(厚み方向)の主屈折率をnz、複屈折層の厚みをdとしたとき、Rxz=(nx−nz)×dで定義される面外(厚み方向)位相差(単位:nm)である。更に、液晶セルの位相差Rlcは、|Rxz|で定義する。特に断りの無い限り、本明細書中で主屈折率や位相差の測定波長は550nmとする。
広い視角範囲においてコントラスト比が高い表示を実現する観点から、複屈折層Aの面内位相差Rxyは、図3及び表1に示した最適値であることが最も好ましいが、斜め視角でのコントラスト比を低下させない範囲であれば、最適値から多少ずれていてもよい。本発明の作用効果を充分に奏する観点からは、最適値±15nmの範囲が好ましい。
図3及び表1よりわかるように、複屈折層AのΔNZ1と最適な面内位相差Rxyとの関係は一般に簡単ではないが、−3.0≦NZ≦−1.0(1.0≦ΔNZ1≦3.0)の範囲では、下記式(1)が充分によい近似を与える。図3中に示した直線(実線)がそれを表わしている。
Rxy=(72−9.6×ΔNZ1) (1)
Rxy=(72−9.6×ΔNZ1) (1)
また、図3及び表1より−3.0≦NZ≦−1.0(1.0≦ΔNZ≦3.0)の範囲では、複屈折層Aの面内位相差Rxyは、45〜64nmの範囲内であることが好ましいと言える。
本明細書で「λ/4板」とは、少なくとも波長550nmの光に対して略1/4波長(正確には137.5nmであるが、115nmよりも大きく、160nmよりも小さければよい。)の光学的異方性を有する層のことであり、λ/4位相差フィルム、λ/4位相差板と同義である。すなわち、λ/4板Bも複屈折層である。
このように、本発明の円偏光板(本発明の第一及び第二の円偏光板)は、反射防止効果を得られる範囲であれば、必ずしも完全な円偏光を生成するものに限定されず、楕円偏光を生成するものであってもよい。
複屈折層は、NZ=1.0を満たすとき、一軸性の複屈折層となり、面内遅相軸が光学軸となるので、NZ>1.0又は1.0>NZ>0.9を満たすときも、複屈折層の光学軸は、面内遅相軸と平行な方向を向いている。したがって、λ/4板Bの光学軸は、面内遅相軸と平行な方向を向いている。
λ/4板BのNZ係数が1.0未満であると、nx>nz>nyの関係を満たすために、作製が困難になるおそれがある。一方、一般的に、1.0≦NZを満たす複屈折層は、通常の作製方法(例えば、横一軸延伸、縦横二軸延伸等)を用いて容易に作製することができる。しかしながら、1.0≦NZを満たす複屈折層を作製しようとするときに、図らずもNZ=0.9程度の複屈折層ができてしまうことがある。したがって、NZ>0.9を満たすλ/4板Bであれば容易に作製することができる。
λ/4板Bは、面内遅相軸が偏光子の吸収軸と交差するように配置される。このλ/4板B及び偏光子の組み合わせにより、左(又は右)円偏光板としての機能を発現することができる。
λ/4板Bの面内遅相軸は、好適には、円偏光板を平面視したときに偏光子の吸収軸に対して43〜47°(より好適には実質的に45°)又は133〜137°(より好適には実質的に135°)の角度をなす方向に配置される。これにより、偏光子及びλ/4板Bを透過した光をより完全な円偏光に近づけることができる。そのため、正面方向においてより効果的に反射防止効果を実現することができ、結果として正面方向で高いコントラスト比を実現することができる。
λ/4板Bの面内遅相軸が偏光子の吸収軸に対して43〜47°の角度をなす場合に、複屈折層A及びλ/4板B以外の複屈折層(例えば、後述のポジティブCプレート)を用いることなく、広い視角範囲においてより確実に不要反射を低減させる観点からは、λ/4板BのNZ係数は、NZ≦1.4を満たすことが好ましい。
また、NZ≦1.4のλ/4板Bは、法線方向以外の斜め方向から入射し、自身を通過した偏光を円偏光に変換することができる程度の位相差を有することが好ましい。このように、λ/4板Bは、法線方向以外の斜め方向(例えば、偏光子の吸収軸方位と45°をなす方位に、法線方向から60°傾斜した方向)から入射し、偏光子及び複屈折層Aを通過した偏光(直線偏光又は楕円偏光)を円偏光に変換することが好ましい。これにより、複屈折層A及びλ/4板B以外の複屈折層を用いない形態において、より効果的に不要反射を低減させることができる。
なお、本明細書で「偏光(直線偏光又は楕円偏光)を円偏光に変換する」とは、偏光(直線偏光又は楕円偏光)を完全な円偏光に変換する形態に限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる範囲であれば、変換される円偏光は、完全な円偏光からずれていてもよい。
λ/4板Bの面内遅相軸が偏光子の吸収軸に対して43〜47°の角度をなす場合に、広い視角範囲においてより効果的に不要反射を低減させる観点からは、λ/4板BのNZ係数は、NZ>1.4を満たすとともに、本実施形態の円偏光板は、ポジティブCプレートを更に備え、反射防止層、偏光子、複屈折層A、λ/4板B及びポジティブCプレートがこの順に積層されることが好ましい。
ポジティブCプレートの面外位相差Rxzは、λ/4板BのNZ係数や複屈折層AのNZ係数、面外位相差Rxzに応じて適宜設定することが好ましいが、NZ>1.4のλ/4板Bの実効的位相差値の不足分を補い、法線方向以外の斜め方向から入射し、自身を通過した偏光を円偏光に変換することができる程度の面外位相差Rxzを有することが好ましい。このように、λ/4板B及びポジティブCプレートは、法線方向以外の斜め方向(例えば、偏光子の吸収軸方位と45°をなす方位に、法線方向から60°傾斜した方向)から入射し、偏光子及び複屈折層Aを通過した偏光(直線偏光又は楕円偏光)を円偏光に変換することが好ましい。これにより、ポジティブCプレートを用いる形態において、更に効果的に不要反射を低減させることができる。
一方、ポジティブCプレートの面内位相差Rxyは、本発明の作用効果を得られる範囲であれば必ずしも0nmである必要はなく、より具体的には、0nm≦Rxy≦10nm(より好適には、0nm≦Rxy≦5nm)を満たすことが好ましい。また、本発明の作用効果を効果的に得るためには、ポジティブCプレートとλ/4板Bとの間には、他の複屈折層が設けられないことが好ましい。したがって、ポジティブCプレートとλ/4板Bの間には、適宜、等方性フィルムが配置されていてもよいが、コスト削減及び薄型化の観点からは、等方性フィルムが配置されないことが好ましい。
λ/4板Bの面内遅相軸が偏光子の吸収軸に対して133〜137°の角度をなす場合についても、43〜47°の角度をなす場合と同様に設計されることが好ましい。
λ/4板Bをより容易に作製する観点からは、λ/4板Bは、1.1≦NZ≦4.0を満たすことが好ましい。1.1≦NZ≦4.0を満たす複屈折層は、典型的には正の固有複屈折を持つ材料を用いて一般の横一軸延伸、又は、縦横二軸延伸を施すことにより作製することができるからである。このような点から、λ/4板Bは、正の固有複屈折を持つ材料で構成されることが好ましい。そして、正の固有複屈折を持つ材料から、上記の延伸方法で1.1≦NZ≦4.0を満たすλ/4板Bを作製する場合、面内遅相軸がロール状位相差フィルムの長尺方向に対して90°の方向(直交する方向)とすることが可能である。
本実施形態に用いられる複屈折層(λ/4板Bも含む)の材料や光学的性能については特に限定されず、例えば、ポリマーフィルムを延伸したもの、液晶性材料の配向を固定したもの、無機材料から構成される薄板等を用いることができる。
本実施形態に用いられる複屈折層(λ/4板Bも含む)の形成方法としては特に限定されず、ポリマーフィルムの場合、例えば溶剤キャスト法、溶融押出し法等を用いることができる。共押出し法により、複数の複屈折層を同時に形成する方法であってもよい。所望の位相差が発現してさえいれば、無延伸であってもよいし、延伸が施されていてもよい。延伸方法も特に限定されず、ロール間引張り延伸法、ロール間圧縮延伸法、テンター横一軸延伸法、縦横二軸延伸法の他、熱収縮性フィルムの収縮力の作用下に延伸を行う特殊延伸法等を用いることができる。また、液晶性材料の場合、例えば、配向処理を施した基材フィルムの上に液晶性材料を塗布し、配向固定する方法等を用いることができる。所望の位相差が発現してさえいれば、基材フィルムに特別な配向処理を行わない方法や、配向固定した後、基材フィルムから剥がして別のフィルムに転写加工する方法等であってもよい。更に、液晶性材料の配向を固定しない方法を用いてもよい。また、非液晶性材料の場合も、液晶性材料と同様の形成方法を用いてもよい。以下、複屈折層の種類別に更に具体的に説明する。
複屈折層Aとしては、固有複屈折が負の材料を成分として含むフィルムを延伸加工したもの、固有複屈折が正の材料を成分として含むフィルムを熱収縮性フィルムの収縮力の作用下で延伸加工したもの等を適宜用いることができる。なかでも、製造方法の簡便化の観点からは、固有複屈折が負の材料を成分として含むフィルムを延伸加工したものが好ましい。複屈折層Aは、2層以上の複屈折層が積層されたものであってもよいが、上述のように、容易、かつ低コストに作製する観点からは、単層(単一のフィルムから形成されたもの)であることが好ましい。固有複屈折が負の材料としては、例えば、ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルビフェニル、ポリビニルピリジン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、N置換マレイミド共重合体、フルオレン骨格を有するポリカーボネート、トリアセチルセルロース(特にアセチル化度の小さいもの)等が挙げられる。
λ/4板Bとしては、固有複屈折が正の材料を成分として含むフィルムを延伸加工したもの等を適宜用いることができる。λ/4板Bは、2層以上の複屈折層が積層されたものであってもよいが、上述のように、容易、かつ低コストに作製する観点からは、単層(単一のフィルムから形成されたもの)であることが好ましい。固有複屈折が正の材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ノルボルネン、トリアセチルセルロース、ジアチルセルロース等が挙げられる。
反射防止層(反射防止膜)は、円偏光板の表面に設けられ、円偏光板の表面反射を抑制する機能を有する層(膜)である。反射防止層としては、屈折率と厚みとを制御した積層薄膜により反射防止効果を得るアンチリフレクション層(AR層)及びローリフレクション層(LR層)の他に、蛾の目に見られるような微細構造により反射防止効果を得るモスアイ構造が挙げられる。
AR層(ARフィルム)は、光の干渉効果を利用して反射率自体を低く抑える。AR層の形成方法としては、スパッタリング等により形成する方法が挙げられる。しかしながら、スパッタリング等の真空成膜方法は、コストが高く、プラスチックフィルムとの密着性が不充分で、また大面積に均一な成膜を行うことが難しい。それに対して、ウェットコーティングにより屈折率の異なる複数の層を積層してもよい。スパッタリングで作製されたAR層の反射率は0.3%以下が普通であるが、このウェットコーティングで作製された膜の反射率はこれよりも高く1.0%前後のものが多いため、ARと区別してLR層(LRフィルム)と呼ばれている。
ウェットコーティングにより作製されるLRフィルムは、基体上に高屈折率層及び低屈折率層を順次積層したものが基本的な構成である。必要に応じて基体と高屈折率層との間、高屈折率層と低屈折率層との間、低屈折率層上、に任意の層を設けることができる。なお、ここで高屈折率、低屈折率というのは絶対的な屈折率を規定するものではなく、2つの層の屈折率を相対的に比較して高い低いと称しているものであり、両者がn2=(n1)1/2の関係を有する時に最も反射率が低くなるとされている。ただし、n1は、高屈折率層の屈折率、n2は、低屈折率層の屈折率を示す。
ウェットコーティングにより作製されるLRフィルムの高屈折率層の材料としては、屈折率を高めるために、塩素や臭素、硫黄等の元素を含有する有機高分子材料や、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛等の高屈折率の金属酸化物超微粒子が層中に分散された材料等が一般的である。また、低屈折率層では、含フッ素系の有機高分子や低屈折率のシリカ、フッ化マグネシウム等を使用したり、微粒子を堆積させて空孔を設け空気の混入による低屈折率化を図ること等が行われている。
本明細書で、「モスアイ構造」とは、物質の表面に入射電磁波(例えば可視光)の波長以下の構造を持つ突起が密集した結果、その表面の反射率が低減された構造を指す。モスアイ構造では、屈折率が表面から内部にかけて連続的に変化し、反射率を略0%にすることができる。モスアイ構造は、ある種類の蛾に見られる構造であるため、「蛾の目」との意味でモスアイ(moth−eye)構造と呼ばれ、スクリーン、ディスプレイ等の反射防止膜として使用されている。モスアイ構造は、樹脂等の表面に公知の方法により形成することができる。
なお、反射防止層がなくとも本実施形態の円偏光板は反射防止効果を奏することができるが、以下の理由により反射防止層が設けられる。ここでは、本実施形態の円偏光板が液晶セル表面に設けられた液晶表示装置を例に説明する。図4は、反射防止層がない比較形態に係る液晶表示装置を示す断面模式図であり、図5は、反射防止層がある実施形態1に係る液晶表示装置の断面模式図である。
反射防止層がない比較形態に係る液晶表示装置は、液晶セル320の表示面側に、直線偏光子311、複屈折層312及びλ/4板313がこの順に積層された円偏光板が配置されている。図4のように、反射防止層がない状態で外光30が液晶表示装置に入射した場合、液晶セル320内部で反射する反射光31とは別に、偏光子311の最表面での反射する成分(反射光32)が加わるため、トータルの反射光(反射率)は非常に大きくなる。法線方向からの外光入射(図示せず)に対して、典型的な材料や設計を適用した従来の円偏光板の反射率は、反射光32に起因する反射率が4%、反射光31に起因する反射率が略0%である。図示しているように斜め方向から外光30が入射した場合、反射光32に起因する反射率は大きく変化せず約4%のままであるが、反射光31に起因する反射率は角度変化に応じて急激に上昇する。すなわち、従来の円偏光板の液晶セル320内部で反射する反射光31に対する反射防止効果は、法線方向においてのみ完全であり、一方、その他の斜め方向では不完全である。
それに対して本発明は、この反射防止効果の視角依存性の手当てを行うものである。反射防止層がある実施形態1に係る液晶表示装置は、液晶セル120の表示面側に、反射防止層114、直線偏光子111、複屈折層112及びλ/4板113がこの順に積層された円偏光板が配置されている。図5に示すように、反射防止層114がある状態では、偏光子111の最表面での反射する反射光32が予め小さく抑えられているので、液晶セル120内部で反射する反射光31に起因する反射率の視角依存性を手当てする価値がある。しかしながら、図4で示した比較形態では、反射光32に起因する反射率が充分大きいので、例え直線偏光子311、複屈折層312及びλ/4板313からなる円偏光板を配置したとしても、反射光31に起因する反射率の手当てのしがいがないということになる。
また、反射防止層としてモスアイ構造を採用した場合には、反射光32に起因する反射率を略0%にすることができるので、反射光31に対する反射防止効果がより効果的に発揮されることになる。
(実施例1)
以下に、実施形態1に係る実施例1の円偏光板について説明する。図6は、実施例1の円偏光板を示す断面模式図である。
以下に、実施形態1に係る実施例1の円偏光板について説明する。図6は、実施例1の円偏光板を示す断面模式図である。
モスアイ構造をもつ反射防止膜114、直線偏光子111、複屈折層112及びλ/4板113を図6のように順に積層して、実施例1の円偏光板(円偏光フィルム)とした。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子111の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
実施例1の円偏光フィルムの反射防止機構についてポアンカレ球を用いて説明する。図7は、実施例1の円偏光板を反射板上に配置した状態を示す断面模式図である。図8は、図7と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。
ポアンカレ球による考え方は、複屈折層を通して変化する偏光状態の追跡に有用な手法として結晶光学等の分野で広く知られている(例えば、高崎宏著、「結晶光学」、森北出版、1975年、p.146−163参照)。ポアンカレ球では、上半球には右周り偏光、下半球には左周り偏光が表され、赤道には直線偏光、上下両極には右円偏光及び左円偏光がそれぞれ表される。球の中心に対して対称な関係にある二つの偏光状態は、楕円率角の絶対値が等しくかつ極性が逆であることから、直交偏光の対を成している。また、ポアンカレ球上における複屈折層の効果は、複屈折層通過直前の偏光状態を表す点を、ポアンカレ球上での遅相軸(言い換えると、複屈折層の遅い方の固有振動モードの偏光状態を表わす点の位置。)を中心に(2π)×(位相差)/(波長)(単位:rad)で決定される角度だけ反時計回りに回転移動させた点に変換することである(進相軸を中心に時計回りに回転移動させても同じことである。)。斜め方向から観察した場合の回転中心と回転角度は、その観察角度での遅相軸と位相差により決定される。詳しい説明は省略するが、これらは、例えばフレネルの波面法線方程式を解き、複屈折層中の固有振動モードの振動方向と波数ベクトルを知ることで計算でき、斜め方向から観察した場合の遅相軸は、観察角度と、(nx−nz)/(nx−ny)で定義されるNZ係数、又は上記定義の二軸性パラメータΔNZ1や後述のΔNZ2に依存し、斜め方向から観察した場合の位相差は、観察角度、二軸性パラメータΔNZ1やΔNZ2、面内位相差Rxy及び面外位相差Rxzに依存する。
図7の構成(実施例1の円偏光板を反射板116上に置いたもの)の反射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて説明したいが、反射板による反射を含むこの問題は説明が難しい。したがって、それに代えて、図7と光学的に等価と考えてよい図8の構成で、透過光の偏光状態の変化を考えることで説明する。すなわち、図8に示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜114a、直線偏光子111a、複屈折層112a、λ/4板113a、λ/4板113b、複屈折層112b、直線偏光子111b及びモスアイ構造をもつ反射防止膜114bをこの順に積層した構成について説明する。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子111a、111bの吸収軸方向を方位角0°に設定した。
またここでは、図8の円偏光板を、正面方向(法線方向)から観察した場合と、偏光子111の吸収軸方位と45°をなす方位(以下、方位45°と呼ぶこともある)に、法線方向から60°傾斜した方向(以下、極60°と呼ぶこともある)から観察した場合とを考える。図9は、図8の円偏光板における偏光状態の変化をポアンカレ球のS1−S2平面に投影した図であり、(a)は、正面方向(法線方向)から観察したときの図であり、(b)は、斜め方向(方位45°及び極60°方向)から観察したときの図である。なお、図9中、Eが上偏光子(直線偏光子111a)の消偏位、P0が下偏光子(直線偏光子111b)通過直後の偏光状態、B(fast)が複屈折層112a、112bの進相軸、B(slow)が複屈折層112a、112bの遅相軸、Q(slow)がλ/4板113a、113bの遅相軸を示す。
法線方向から観察した場合、図9(a)に示すように、P0とB(slow)が重なっているので、偏光状態は下側の複屈折層112bを通過しても全く変化しない。そして、λ/4板113bを通過することで、P0はQ(slow)(と原点を結ぶ線)を中心に反時計周りに1/4回転して、P1(円偏光)に変換される。そしてもう一度、上側のλ/4板113aを通過するので、P1はP2(直線偏光)に変換される。そして、上側の複屈折層112aでもなにも起こらないので、偏光状態は変わらずP2のままである。P2は上偏光子(直線偏光子111a)の消光位である点Eに一致するので光は透過してこない。すなわち、法線方向から観察した場合、反射防止効果が発揮されている。
方位45°及び極60°から観察した場合、図9(b)に示すように、下側の複屈折層112bを通過することで、P0はB(slow)を中心に特定角度の回転を受けてP1に到達する。次に、λ/4板113bを通過することでP2(円偏光)に変換される。そしてもう一度、上側のλ/4板113aを通過することで、偏光状態はP2からP3に変換され、最後に上側の複屈折層112aを通過して、P3からP4(直線偏光)に変換される。P4は上側偏光子(直線偏光子111a)の消光位とほぼ一致するので、この斜め視角から観察した場合でも反射防止効果が得られている。
実施例1の円偏光フィルムについて、コンピューターシミュレーションにより反射率を計算した結果について説明する。具体的には、実施例1の円偏光板を反射板の上に乗せて、全方位から正反射率を計算した。なお、本明細書中のシミュレーションは、反射板の反射率が1となるように条件設定して計算した。すなわち、この条件下で、屈折率が1.5のガラス板を反射板の上に乗せて反射率を計算すると、約0.92(92%)となる。また、本明細書中のシミュレーションにおいて、モスアイ構造をもつ反射防止膜の表面反射率は、0%に設定した。図10は、シミュレーションから計算した実施例1の円偏光板の反射率を示す。図10に示すように、本実施例によれば、法線方向のみならず、広い視角範囲で反射防止効果が得られることがわかった。
また実際に、実施例1の円偏光板を作製し、アルミ蒸着ミラー上に配置して、反射防止効果を確認したところ、シミュレーション結果と同様に、広い視角範囲で反射防止効果が得られた。
以下に、実施例1の円偏光板におけるλ/4板113の好ましいNZ係数の範囲について、すなわちλ/4板113のNZ係数を変更した実施例1の変形例について考察した結果を示す。なお、λ/4板113の好ましい面内位相差Rxyについてはここで検討しない。なぜなら、本発明の円偏光板では、法線方向からの観察で反射防止効果が得られる、すなわち円偏光板として機能することが最優先されるため、その最も好ましい値は自動的に波長550nmの光に対して略1/4波長(正確には137.5nmであるが、115nmよりも大きく、160nmよりも小さければよい。)と決まるからである。具体的には、以下の手順(1)〜(5)でλ/4板113の好ましいNZ係数の範囲を検討した。また、複屈折層112のNZ/Rxyの最適値の組み合わせは、上記表1から抜粋し、以下の考察に用いた最適値の組み合わせを下記表2に示す。
・手順(1)
複屈折層112をNZ=0/Rxy=90nmに設定(複屈折層112の標準設計値を固定)。
・手順(2)
λ/4板113のNZ係数を0.8から2.0まで変化させながら反射率の視野角特性を計算。
・手順(3)
計算結果を見ながらλ/4板113の好ましいNZ係数の範囲を決定。
(なお、判断基準は、後述の比較例1との比較により決定した。詳細は後述する。)
・手順(4)
一見、好ましくないと思われるNZ係数の範囲においても、更に一層、複屈折層(ポジティブCプレート)を追加することで視野角特性が改良されないかを検討する。
・手順(5)
複屈折層112の種類をNZ=−0.5/Rxy=75nm、NZ=−1.8/Rxy=55nm、NZ=−3.0/Rxy=45nmと変化させながら手順(1)〜手順(4)を繰り返す。
複屈折層112をNZ=0/Rxy=90nmに設定(複屈折層112の標準設計値を固定)。
・手順(2)
λ/4板113のNZ係数を0.8から2.0まで変化させながら反射率の視野角特性を計算。
・手順(3)
計算結果を見ながらλ/4板113の好ましいNZ係数の範囲を決定。
(なお、判断基準は、後述の比較例1との比較により決定した。詳細は後述する。)
・手順(4)
一見、好ましくないと思われるNZ係数の範囲においても、更に一層、複屈折層(ポジティブCプレート)を追加することで視野角特性が改良されないかを検討する。
・手順(5)
複屈折層112の種類をNZ=−0.5/Rxy=75nm、NZ=−1.8/Rxy=55nm、NZ=−3.0/Rxy=45nmと変化させながら手順(1)〜手順(4)を繰り返す。
図11は、実施例1の円偏光板について、λ/4板のNZ係数を0.8から2.0まで変化させた変形例の反射率を計算した結果を示すグラフである。ここでは、観察方向を極60°に固定して、反射率の方位角依存性を計算した。また、図11では確認しづらいので、代表的なデータとして、極60°及び方位45°での反射率R60,45と、極60°での最大反射率R60,maxと、極60°での最小反射率R60,minとを抽出して図12に整理した。すなわち、図12は、実施例1の円偏光板の変形例(複屈折層のNZ=0/Rxy=90nm)について、極60°及び方位45°での反射率R60,45と、極60°での最大反射率R60,maxと、極60°での最小反射率R60,minとのλ/4板のNZ係数依存性を示すグラフである。なお、図12には、モスアイ構造をもつ反射防止膜、直線偏光子及びλ/4板が積層された従来の構成を有する比較例1の円偏光板(詳細は後述する)の計算結果についても図示した。
図12から、以下の特性が判明した。すなわち、
・NZ=1.1が方位45°(設計角度)での反射率を最小化する。
・全方位で調べた最大反射率R60,max値で比較すると、NZ=0.9が最適値である。
・この両特性に注目すると、図6で示した実施例1の円偏光板(λ/4板113としてNZ=1.0の一般的な1軸のλ/4板を用いた例)が既に実施形態1におけるほぼ最適値である。
・これらの変形例の内、比較例1よりも高性能となるのはNZ≦1.4の範囲である。また、NZ係数が1.4を超えると(1.5以上であると)、比較例1よりも特性が劣っていた。
なお、これらの変形例の特性が比較例1よりも劣るか否かについては、反射率R60,45と最大反射率R60,maxとの両方の反射率が比較例1よりも低いかどうかで判定した。
・NZ=1.1が方位45°(設計角度)での反射率を最小化する。
・全方位で調べた最大反射率R60,max値で比較すると、NZ=0.9が最適値である。
・この両特性に注目すると、図6で示した実施例1の円偏光板(λ/4板113としてNZ=1.0の一般的な1軸のλ/4板を用いた例)が既に実施形態1におけるほぼ最適値である。
・これらの変形例の内、比較例1よりも高性能となるのはNZ≦1.4の範囲である。また、NZ係数が1.4を超えると(1.5以上であると)、比較例1よりも特性が劣っていた。
なお、これらの変形例の特性が比較例1よりも劣るか否かについては、反射率R60,45と最大反射率R60,maxとの両方の反射率が比較例1よりも低いかどうかで判定した。
ただし、NZ係数が1.4を超える(1.5以上)の場合でも、λ/4板113の下(反射板側)にポジティブCプレートを挿入することで反射率低減の可能性がある。ここで、λ/4板113のNZ=1.5及びNZ=2.0の場合を例に、ポジティブCプレートの面外位相差Rxzを変化させながら極60°及び方位45°での反射率を計算した結果を図13に示す。なお、原理については後で説明する。図13(a)に示すように、λ/4板113のNZ=1.5の場合、ポジティブCプレートの面外位相差Rxzが40〜70nmの範囲で、NZ=1.0の場合とほぼ同等の性能が得られた。また、図13(b)に示すように、λ/4板113のNZ=2.0の場合、110〜140nmの範囲で、NZ=1.0の場合とほぼ同等の性能が得られた。
図14に、ポジティブCプレートが挿入された実施例1の変形例について、シミュレーションにより反射率を計算した結果を示す。ここでは、λ/4板113のNZ=1.5の場合、ポジティブCプレートの面外位相差Rxzを70nmとし、λ/4板113のNZ=2.0の場合、ポジティブCプレートの面外位相差Rxzを140nmとしたときの視野角特性(前記設計角度以外も含む方向、すなわち極60°及び全方位についての特性)を計算した。また、図14には、参考として、λ/4板113のNZ係数をNZ=1.0、NZ=1.5、NZ=2.0とし、ポジティブCプレートを挿入したかった場合の結果も図示した。その結果、図14に示すように、NZ=1.5のλ/4板113及びRxz=70nmのポジティブCプレートを有する変形例と、NZ=2.0のλ/4板113及びRxz=140nmのポジティブCプレートを有する変形例とは、比較例1よりも高性能であり、更に、ポジティブCプレートを有さずNZ=1.0のλ/4板113を有する実施例1(標準設計の例)と同等以上の特性を有することが確認できた。
ここで、NZ係数が1.4を超える(1.5以上)の場合でも、λ/4板113の下(反射板側)にポジティブCプレートを挿入することで反射率が低減する理由を説明する。図15は、実施例1の円偏光板の変形例を反射板上に配置した状態を示す断面模式図である。図16は、図15と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。
本変形例は、図15の示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜114、直線偏光子111、複屈折層112、λ/4板113及びポジティブCプレート115がこの順に積層された円偏光板であり、反射板116上に配置されている。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子111の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
図15の構成の反射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて説明したいが、反射板による反射を含むこの問題は説明が難しい。したがって、それに代えて、図15と光学的に等価と考えてよい図16の構成で、透過光の偏光状態の変化を考えることで説明する。すなわち、図16に示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜114a、直線偏光子111a、複屈折層112a、λ/4板113a、ポジティブCプレート115a、ポジティブCプレート115b、λ/4板113b、複屈折層112b、直線偏光子111b及びモスアイ構造をもつ反射防止膜114bをこの順に積層した構成について説明する。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子111a、111bの吸収軸方向を方位角0°に設定した。
またここでは、図16の円偏光板を、正面方向(法線方向)から観察した場合と、方位45°及び極60°から観察した場合とを考える。図17は、図16の円偏光板における偏光状態の変化をポアンカレ球のS1−S2平面に投影した図であり、(a)は、正面方向(法線方向)から観察したときの図であり、(b)は、斜め方向(方位45°及び極60°方向)から観察したときの図である。なお、図17中、Eが上偏光子(直線偏光子111a)の消偏位、P0が下偏光子(直線偏光子111b)通過直後の偏光状態、B(fast)が複屈折層112a、112bの進相軸、B(slow)が複屈折層112a、112bの遅相軸、Q(slow)がλ/4板113a、113bの遅相軸、PC(slow)がポジティブCプレート115a、115bの遅相軸を示す。
法線方向から観察した場合、図17(a)に示すように、P0とB(slow)が重なっているので、偏光状態は下側の複屈折層112bを通過しても全く変化しない。そして、λ/4板113bを通過することで、P0はQ(slow)(と原点を結ぶ線)を中心に反時計周りに1/4回転して、P1(円偏光)に変換される。法線方向から観察した場合、ポジティブCプレート115a、115bは光学的等方性であるので、その後、ポジティブCプレート115a、115bを通過してもP1(円偏光)は変化しない。そしてもう一度、上側のλ/4板113aを通過するので、P1はP2(直線偏光)に変換される。そして、上側の複屈折層112aでもなにも起こらないので、偏光状態は変わらずP2のままである。P2は上偏光子(直線偏光子111a)の消光位である点Eに一致するので光は透過してこない。すなわち、法線方向から観察した場合、反射防止効果が発揮されている。
方位45°及び極60°から観察した場合、図17(b)に示すように、NZ>1.0のλ/4板を方位45°及び極60°方向から観察した場合の実効的位相差はNZ=1.0の場合に比べて減少するため(量的な評価は後述する)、λ/4板113a、113bでの変換量(P1→P2及びP2”→P3)が小さくなる。ここで、ポジティブCプレート115a、115bを挿入すれば、上記観察角度でのポジティブCプレート115a、115bの遅相軸方向はλ/4板のそれと同じため、適当な面外位相差値Rxzを選択しておくことで、NZ>1.0の場合に減少するλ/4板113a、113bの位相差を補うことができる。すなわち、P2からP2’(円偏光)と、P2’(円偏光)からP2”との変換効果をポジティブCプレート115a、115bで得て、再度、NZ=1.0の場合と比べて少なめの変換をλ/4板113aで受け(P2”→P3)、最後に上側の複屈折層112aを通過して、P3からP4(直線偏光)に変換されるため、結局NZ=1.0の場合と同様の反射防止効果が得られる。
図18に、λ/4板の極60°方向における実効的位相差値のNZ係数依存性を示す。ここでは、面内位相差Rxy=137.5nmのλ/4板を、遅相軸方向に60°傾斜した角度(極60°)から観察したときの実効的位相差値を計算した結果を示す。図18に示すように、例えば、NZ=1.5のときの実効的位相差値は84.2nmでNZ1.0のときの実効的位相差値112.3nmに比べて28.1nm減少している。また、NZ2.0のときの実効的位相差値は56.1nmでNZ1.0のときの実効的位相差値に比べて55.9nm減少している。また、別の計算結果(図示せず)から、|Rxz|=1nmのポジティブCプレートを極角60°で観察したときの実効的位相差は0.407nmであることがわかっている。
NZ=1.5にすることで不足した28.1nmをポジティブCプレートで補おうとすると、28.1/0.407≒69nmの位相差が必要であるという結果が予想でき、先の計算結果、すなわちNZ=1.5のλ/4板113及びRxz=70nmのポジティブCプレートを有する変形例が、ポジティブCプレートを有さずNZ=1.0のλ/4板113を有する実施例1(標準設計の例)と同等以上の特性を有するという結果と一致する。
また、NZ2.0にすることで不足した55.9nmをポジティブCプレートで補おうとすると、55.9/0.407≒137.3nmの位相差が必要であるという結果が予想でき、先の計算結果、すなわちNZ=2.0のλ/4板113及びRxz=140nmのポジティブCプレートを有する変形例が、ポジティブCプレートを有さずNZ=1.0のλ/4板113を有する実施例1(標準設計の例)と同等以上の特性を有するという結果と一致する。
複屈折層112の種類をNZ=−0.5/Rxy=75nm、NZ=−1.8/Rxy=55nm、NZ=−3.0/Rxy=45nmと変化させながら同様の計算を行った結果を示す。図19は、実施例1の円偏光板の変形例(複屈折層のNZ=−0.5/Rxy=75nm)について、極60°及び方位45°での反射率R60,45と、極60°での最大反射率R60,maxと、極60°での最小反射率R60,minとのλ/4板のNZ係数依存を示すグラフである。図20は、実施例1の円偏光板の変形例(複屈折層のNZ=−1.8/Rxy=55nm)について、極60°及び方位45°での反射率R60,45と、極60°での最大反射率R60,maxと、極60°での最小反射率R60,minとのλ/4板のNZ係数依存を示すグラフである。図21は、実施例1の円偏光板の変形例(複屈折層のNZ=−3.0/Rxy=45nm)について、極60°及び方位45°での反射率R60,45と、極60°での最大反射率R60,maxと、極60°での最小反射率R60,minとのλ/4板のNZ係数依存を示すグラフである。なお、図19〜21には、モスアイ構造をもつ反射防止膜、直線偏光子及びλ/4板が積層された従来の構成を有する比較例1の円偏光板(詳細は後述する)の計算結果についても図示した。
反射率R60,45と最大反射率R60,maxとの両方の反射率が比較例1よりも低い範囲を最適NZとして読み取って下記表3にまとめた。なお、NZ係数の下限を0.8から計算しているが、NZ=0.8の複屈折層は作りにくいため、本発明ではNZ=0.8は最適値から除外した。
このように、NZ係数の最適な下限値は、複屈折層112のNZ係数及び面内位相差Rxyに依存して若干変化するが、NZ係数の最適な上限値は、複屈折層112のNZ係数及び面内位相差RxyによらずNZ=1.4であることがわかった。
(実施例2)
以下に、実施形態1に係る実施例2の円偏光板について説明する。図22は、実施例2の円偏光板を反射板上に配置した状態を示す断面模式図である。図23は、図22と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子111の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
以下に、実施形態1に係る実施例2の円偏光板について説明する。図22は、実施例2の円偏光板を反射板上に配置した状態を示す断面模式図である。図23は、図22と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子111の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
モスアイ構造をもつ反射防止膜114、直線偏光子111、複屈折層112及びλ/4板113を図22のように順に積層して、実施例2の円偏光板(円偏光フィルム)とした。実施例2の円偏光板は、反射板116上に配置されている。また、図22と光学的に等価な構成は、図22に示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜114a、直線偏光子111a、複屈折層112a、λ/4板113a、λ/4板113b、複屈折層112b、直線偏光子111b及びモスアイ構造をもつ反射防止膜114bをこの順に積層した構成である。このように、実施例2と実施例1とでは、λ/4板113の遅相軸方向が90°異なるだけであるので、実施例1と同様のポアンカレ球による考え方により、本実施例においても反射防止効果が発揮される。
(実施形態2)
本実施形態の円偏光板は、この順に積層された反射防止層、偏光子、複屈折層(以下、複屈折層Cともいう。)及びλ/4板(以下、λ/4板Dともいう。)を備え、複屈折層CのNZ係数は、NZ>0.9を満たし、複屈折層Cの面内遅相軸は、偏光子の吸収軸に対して直交し、λ/4板DのNZ係数は、NZ<0.1を満たし、λ/4板Dの面内進相軸は、偏光子の吸収軸と交差する。
本実施形態の円偏光板は、この順に積層された反射防止層、偏光子、複屈折層(以下、複屈折層Cともいう。)及びλ/4板(以下、λ/4板Dともいう。)を備え、複屈折層CのNZ係数は、NZ>0.9を満たし、複屈折層Cの面内遅相軸は、偏光子の吸収軸に対して直交し、λ/4板DのNZ係数は、NZ<0.1を満たし、λ/4板Dの面内進相軸は、偏光子の吸収軸と交差する。
このように、本実施形態の円偏光板は、複屈折層C及びλ/4板Dを備えること以外は、実施形態1の円偏光板と同様の構成を有するので、以下の説明では、実施形態1の円偏光板と重複する内容は省略する。
本実施形態の円偏光板は、偏光子と、面内進相軸が偏光子の吸収軸に交差するλ/4板Dとを備えることから、いわゆる円偏光板として機能し、反射防止効果を奏することができる。
また、本実施形態の円偏光板は、面内遅相軸が偏光子の吸収軸に対して直交する複屈折層Cを備えることから、広い視野角で反射防止効果を奏することができる。
更に、複屈折層CのNZ係数は、NZ>0.9を満たし、λ/4板DのNZ係数は、NZ<0.1を満たすことから、従来の製造方法を用いて容易、かつ安価に製造することができる。
そして、本実施形態の円偏光板は、反射防止層を備えることから、広い視野角において、反射防止効果を効果的に引き出すことができる。
以下、本実施形態の各構成についてより詳細に説明する。
本実施形態の円偏光板において積層される各層は、単に載置した状態であってもよいが、光軸のズレ防止等の観点から、固定状態で積層されていることが好ましい。その積層法については特に限定されず、例えば、透明性に優れる接着剤や粘着剤等による接着方式等の適宜な方式を採ることができる。その接着剤や粘着剤等の種類についても特に限定されないが、光学的異方性を実質的に示さない材料が好ましい。また、接着剤や粘着剤は、円偏光板の光学特性の変化防止の観点から、硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが好ましい。
本実施形態の円偏光板において積層される各層は、単に載置した状態であってもよいが、光軸のズレ防止等の観点から、固定状態で積層されていることが好ましい。その積層法については特に限定されず、例えば、透明性に優れる接着剤や粘着剤等による接着方式等の適宜な方式を採ることができる。その接着剤や粘着剤等の種類についても特に限定されないが、光学的異方性を実質的に示さない材料が好ましい。また、接着剤や粘着剤は、円偏光板の光学特性の変化防止の観点から、硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが好ましい。
また、本発明の作用効果を効果的に得るためには、偏光子及び複屈折層Cの間と、複屈折層C及びλ/4板Dの間とには、他の複屈折層が設けられないことが好ましい。したがって、偏光子及び複屈折層Cの間と、複屈折層C及びλ/4板Dの間とには、適宜、等方性フィルム(例えば、保護フィルム等)が配置されていてもよい。
このように、偏光子は、TACフィルム等の保護フィルムにより保護されてもよいが、コスト削減及び薄型化の観点からは、保護フィルムを介さずに反射防止層及び複屈折層Cによって挟持されることが好ましい。すなわち、反射防止層及び複屈折層Cは、偏光子の保護フィルムを兼ねてもよい。
複屈折層CのNZ係数が1.0未満であると、nx>nz>nyの関係を満たすために、作製が困難になるおそれがある。一方、一般的に、1.0≦NZを満たす複屈折層は、通常の作製方法(例えば、横一軸延伸、縦横二軸延伸等)を用いて容易に作製することができる。しかしながら、1.0≦NZを満たす複屈折層を作製しようとするときに、図らずもNZ=0.1程度の複屈折層ができてしまうことがある。したがって、NZ>0.9を満たす複屈折層Cであれば容易に作製することができる。
複屈折層Cをより容易に作製する観点からは、複屈折層Cは、1.1≦NZ≦4.0を満たすことが好ましい。1.1≦NZ≦4.0を満たす複屈折層は、典型的には正の固有複屈折を持つ材料を用いて一般の横一軸延伸、又は、縦横二軸延伸を施すことにより作製することができるからである。このような点から、複屈折層Cは、正の固有複屈折を持つ材料で構成されることが好ましい。そして、正の固有複屈折を持つ材料から、上記の延伸方法で1.1≦NZ≦4.0を満たす複屈折層Cを作製する場合、面内遅相軸がロール状位相差フィルムの長尺方向に対して90°の方向(直交する方向)とすることが可能であるので、複屈折層Cと偏光子とをロール・ツー・ロール貼合できるという点からも好ましい。複屈折層Cは、NZ>0.9を満たし、円偏光板を平面視したときに面内遅相軸が偏光子の吸収軸と直交してもよい。
なお、正面方向でのコントラスト比を低下させることなく、広い視角範囲において高いコントラスト比、すなわち反射防止効果を実現するためには、上記の通り、基本的には、複屈折層Cの面内遅相軸(複屈折層Cの光学軸)と偏光子の吸収軸とは、90°の角度をなしている必要がある。その理由は、実施形態1の場合と同様に、(1)複屈折層Cが正面方向で機能しないことが必要であり、視野角補償を行うためには、(2)複屈折層Cが斜め方向で有効に機能することが必要なためである。
そして、実施形態1の複屈折層Aと同様に、複屈折層Cは、法線方向から入射した光に対して位相差を付与することを目的としたものではない。一方、斜め方向においては、偏光子の吸収軸とλ/4板Dの光学軸とのなす角度が正面方向と見かけ上異なるが、この見かけ上の角度差を複屈折層Cの位相差により補償する。すなわち、複屈折層Cは、斜め方向から入射した光に対してのみ位相差を付与し、視野角補償を行うことを目的としている。
複屈折層は、NZ=1.0を満たすとき、一軸性の複屈折層となり、面内遅相軸が光学軸となるので、NZ>1.0又は1.0>NZ>0.9を満たすときも、複屈折層の光学軸は、面内遅相軸と平行な方向を向いている。したがって、複屈折層Cの面内遅相軸と偏光子の吸収軸とは、円偏光板を平面視したときに90°の角度をなしていることが好ましいが、広い視角範囲において高いコントラスト比、すなわち反射防止効果を実現できる範囲であれば、90°から多少ずれていてもよい。具体的には、円偏光板を平面視したときに複屈折層Cの面内遅相軸と偏光子の吸収軸とが90°から±1°(89〜91°)の範囲内であれば本発明の作用効果が充分に得られる。
ここで、複屈折層Cの二軸性パラメータΔNZ2と、複屈折層Cの最適な面内位相差Rxyとの関係をコンピューターシミュレーションにより測定した結果を示す。図24及び下記表4は、実施形態2の複屈折層CのΔNZ2と最適な面内位相差Rxyとの関係を示すグラフ及び表である。複屈折層Cは、一軸性の複屈折層のとき、NZ=1.0を満たすことから、複屈折層Cの二軸性パラメータΔNZ2を|NZ−1|と定義する。最適なRxyは、偏光子の吸収軸と45°をなす方向から反射板上に設けられた円偏光板を観察したときにコントラスト比が最も高くなる値に設定した。
広い視角範囲においてコントラスト比が高い表示を実現する観点から、複屈折層Cの面内位相差Rxyは、図24及び表4に示した最適値であることが最も好ましいが、斜め視角でのコントラスト比を低下させない範囲であれば、最適値から多少ずれていてもよい。本発明の作用効果を充分に奏する観点からは、最適値±15nmの範囲が好ましい。
図24及び表4よりわかるように、複屈折層CのΔNZ2と最適な面内位相差Rxyとの関係は一般に簡単ではないが、2.0≦NZ≦4.0(1.0≦ΔNZ2≦3.0)の範囲では、下記式(2)が充分によい近似を与える。図24中に示した直線(実線)がそれを表わしている。
Rxy=(72−9.6×ΔNZ2) (2)
Rxy=(72−9.6×ΔNZ2) (2)
また、図24及び表4より2.0≦NZ≦4.0(1.0≦ΔNZ2≦3.0)の範囲では、複屈折層Cの面内位相差Rxyは、45〜64nmの範囲内であることが好ましいと言える。
複屈折層は、NZ=0.0を満たすとき、一軸性の複屈折層となり、面内遅相軸に直交する軸(面内進相軸)が光学軸となるので、NZ<0.0又は0.0<NZ<0.1を満たすときも、複屈折層の光学軸は、面内進相軸と平行な方向を向いている。したがって、λ/4板Dの光学軸は、面内進相軸と平行な方向を向いている。
λ/4板DのNZ係数が0.0よりも大きいと、nx>nz>nyの関係を満たすために、作製が困難になるおそれがある。一方、一般的に、NZ≦0.0を満たす複屈折層は、通常の作製方法(例えば、横一軸延伸、縦横二軸延伸等)を用いて容易に作製することができる。しかしながら、NZ≦0.0を満たす複屈折層を作製しようとするときに、図らずもNZ=0.1程度の複屈折層ができてしまうことがある。したがって、NZ<0.1を満たすλ/4板Dであれば容易に作製することができる。
λ/4板Dは、面内進相軸が偏光子の吸収軸と交差するように配置される。このλ/4板D及び偏光子の組み合わせにより、左(又は右)円偏光板としての機能を発現することができる。
λ/4板Dの面内進相軸は、好適には、円偏光板を平面視したときに偏光子の吸収軸に対して43〜47°(より好適には実質的に45°)又は133〜137°(より好適には実質的に135°)の角度をなす方向に配置される。これにより、偏光子及びλ/4板Dを透過した光をより完全な円偏光に近づけることができる。そのため、正面方向においてより効果的に反射防止効果を実現することができ、結果として正面方向で高いコントラスト比を実現することができる。
λ/4板Dをより容易に作製する観点からは、λ/4板Dは、−3.0≦NZ≦−0.1を満たすことがより好ましい。−3.0≦NZ≦−0.1を満たす複屈折層は、典型的には負の固有複屈折を持つ材料を用いて一般の縦横二軸延伸を施すことにより作製することができるからである。このような点から、λ/4板Dは、負の固有複屈折を持つ材料で構成されることが好ましい。そして、負の固有複屈折を持つ材料から、上記の延伸方法で−3.0≦NZ≦−0.1を満たすλ/4板Dを作製する場合、面内進相軸がロール状位相差フィルムの長尺方向に対して90°の方向(直交する方向)とすることが可能である。
本実施形態に用いられる複屈折層(λ/4板Dも含む)の材料や光学的性能については特に限定されず、例えば、ポリマーフィルムを延伸したもの、液晶性材料の配向を固定したもの、無機材料から構成される薄板等を用いることができる。
本実施形態に用いられる複屈折層(λ/4板Dも含む)の形成方法としては特に限定されず、ポリマーフィルムの場合、例えば溶剤キャスト法、溶融押出し法等を用いることができる。共押出し法により、複数の複屈折層を同時に形成する方法であってもよい。所望の位相差が発現してさえいれば、無延伸であってもよいし、延伸が施されていてもよい。延伸方法も特に限定されず、ロール間引張り延伸法、ロール間圧縮延伸法、テンター横一軸延伸法、縦横二軸延伸法の他、熱収縮性フィルムの収縮力の作用下に延伸を行う特殊延伸法等を用いることができる。また、液晶性材料の場合、例えば、配向処理を施した基材フィルムの上に液晶性材料を塗布し、配向固定する方法等を用いることができる。所望の位相差が発現してさえいれば、基材フィルムに特別な配向処理を行わない方法や、配向固定した後、基材フィルムから剥がして別のフィルムに転写加工する方法等であってもよい。更に、液晶性材料の配向を固定しない方法を用いてもよい。また、非液晶性材料の場合も、液晶性材料と同様の形成方法を用いてもよい。以下、複屈折層の種類別に更に具体的に説明する。
複屈折層Cとしては、固有複屈折が正の材料を成分として含むフィルムを延伸加工したもの等を適宜用いることができる。複屈折層Cは、2層以上の複屈折層が積層されたものであってもよいが、上述のように、容易、かつ低コストに作製する観点からは、単層(単一のフィルムから形成されたもの)であることが好ましい。固有複屈折が正の材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ノルボルネン、トリアセチルセルロース、ジアチルセルロース等が挙げられる。
λ/4板Dとしては、固有複屈折が負の材料を成分として含むフィルムを延伸加工したもの、固有複屈折が正の材料を成分として含むフィルムを熱収縮性フィルムの収縮力の作用下で延伸加工したもの等を適宜用いることができる。なかでも、製造方法の簡便化の観点からは、固有複屈折が負の材料を成分として含むフィルムを延伸加工したものが好ましい。λ/4板Dは、2層以上の複屈折層が積層されたものであってもよいが、上述のように、容易、かつ低コストに作製する観点からは、単層(単一のフィルムから形成されたもの)であることが好ましい。固有複屈折が負の材料としては、例えば、ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルビフェニル、ポリビニルピリジン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、N置換マレイミド共重合体、フルオレン骨格を有するポリカーボネート、トリアセチルセルロース(特にアセチル化度の小さいもの)等が挙げられる。
反射防止層(反射防止膜)は、円偏光板の表面に設けられ、円偏光板の表面反射を抑制する機能を有する層(膜)である。反射防止層としては、実施形態1と同様に、屈折率と厚みとを制御した積層薄膜により反射防止効果を得るアンチリフレクション層(AR層)及びローリフレクション層(LR層)の他に、蛾の目に見られるような微細構造により反射防止効果を得るモスアイ構造が挙げられる。
なお、反射防止層がなくとも本実施形態の円偏光板は反射防止効果を奏することができるが、実施形態1と同様の理由により反射防止層が設けられる。すなわち、反射防止層を設けることによって、液晶セル等の表示装置の内部で反射する反射光に起因する反射率の視角依存性を手当てする価値がでてくる。
また、実施形態1と同様に、液晶セル等の表示装置の内部で反射する反射光に対する反射防止効果をより効果的に発現する観点から、反射防止層としてはモスアイ構造が好適である。
(実施例3)
以下に、実施形態2に係る実施例3の円偏光板について説明する。図25は、実施例3の円偏光板を示す断面模式図である。
以下に、実施形態2に係る実施例3の円偏光板について説明する。図25は、実施例3の円偏光板を示す断面模式図である。
モスアイ構造をもつ反射防止膜214、直線偏光子211、複屈折層212及びλ/4板213を図25のように順に積層して、実施例3の円偏光板(円偏光フィルム)とした。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子211の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
実施例3の円偏光フィルムの反射防止機構についてポアンカレ球を用いて説明する。図26は、実施例3の円偏光板を反射板上に配置した状態を示す断面模式図である。図27は、図26と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。
図26の構成(実施例3の円偏光板を反射板216上に置いたもの)の反射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて説明したいが、反射板による反射を含むこの問題は説明が難しい。したがって、それに代えて、図26と光学的に等価と考えてよい図27の構成で、透過光の偏光状態の変化を考えることで説明する。すなわち、図27に示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜214a、直線偏光子211a、複屈折層212a、λ/4板213a、λ/4板213b、複屈折層212b、直線偏光子211b及びモスアイ構造をもつ反射防止膜214bをこの順に積層した構成について説明する。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子211a、211bの吸収軸方向を方位角0°に設定した。
またここでは、図27の円偏光板を、正面方向(法線方向)から観察した場合と、方位45°及び極60°から観察した場合とを考える。図28は、図27の円偏光板における偏光状態の変化をポアンカレ球のS1−S2平面に投影した図であり、(a)は、正面方向(法線方向)から観察したときの図であり、(b)は、斜め方向(方位45°及び極60°方向)から観察したときの図である。なお、図28中、Eが上偏光子(直線偏光子211a)の消偏位、P0が下偏光子(直線偏光子211b)通過直後の偏光状態、B(fast)が複屈折層212a、212bの進相軸、B(slow)が複屈折層212a、212bの遅相軸、Q(slow)がλ/4板213a、213bの遅相軸を示す。
法線方向から観察した場合、図28(a)に示すように、P0とB(slow)が重なっているので、偏光状態は下側の複屈折層212bを通過しても全く変化しない。そして、λ/4板213bを通過することで、P0はQ(slow)(と原点を結ぶ線)を中心に反時計周りに1/4回転して、南半球のP1(円偏光)に変換される。そしてもう一度、上側のλ/4板213aを通過するので、P1はP2(直線偏光)に変換される。そして、上側の複屈折層212aでもなにも起こらないので、偏光状態は変わらずP2のままである。P2は上偏光子(直線偏光子211a)の消光位である点Eに一致するので光は透過してこない。すなわち、法線方向から観察した場合、反射防止効果が発揮されている。
方位45°及び極60°から観察した場合、図28(b)に示すように、下側の複屈折層212bを通過することで、P0はB(slow)を中心に特定角度の回転を受けて、南半球上のP1に到達する。次に、λ/4板213bを通過することでP2(円偏光)に変換される。そしてもう一度、上側のλ/4板213aを通過することで、偏光状態はP2からP3に変換され、最後に上側の複屈折層212aを通過して、P3からP4(直線偏光)に変換される。P4は上側偏光子(直線偏光子211a)の消光位とほぼ一致するので、この斜め視角から観察した場合でも反射防止効果が得られている。
実施例3の円偏光フィルムについて、コンピューターシミュレーションにより反射率を計算した結果について説明する。具体的には、実施例2の円偏光板を反射板の上の乗せて、全方位から正反射率を計算した。なお、シミュレーションは、反射率の最大値、すなわち反射防止効果が全く得られていない場合の反射率が1となるように条件設定して計算した。図29は、シミュレーションから計算した実施例2の円偏光板の反射率を示す。図29に示すように、本実施例によれば、法線方向のみならず、広い視角範囲で反射防止効果が得られることがわかった。
また実際に、実施例2の円偏光板を作製し、アルミ蒸着ミラー上に配置して、反射防止効果を確認したところ、シミュレーション結果と同様に、広い視角範囲で反射防止効果が得られた。
(実施例4)
以下に、実施形態2に係る実施例4の円偏光板について説明する。図30は、実施例4の円偏光板を反射板上に配置した状態を示す断面模式図である。図31は、図30と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子211の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
以下に、実施形態2に係る実施例4の円偏光板について説明する。図30は、実施例4の円偏光板を反射板上に配置した状態を示す断面模式図である。図31は、図30と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子211の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
モスアイ構造をもつ反射防止膜214、直線偏光子211、複屈折層212及びλ/4板213を図30のように順に積層して、実施例4の円偏光板(円偏光フィルム)とした。実施例4の円偏光板は、反射板216上に配置されている。また、図30と光学的に等価な構成は、図31に示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜214a、直線偏光子211a、複屈折層212a、λ/4板213a、λ/4板213b、複屈折層212b、直線偏光子211b及びモスアイ構造をもつ反射防止膜214bをこの順に積層した構成である。このように、実施例4と実施例3とでは、λ/4板213の遅相軸方向が90°異なるだけであるので、実施例3と同様のポアンカレ球による考え方により、本実施例においても反射防止効果が発揮される。
(比較例1)
以下に、比較例1の円偏光板について説明する。図32は、比較例1の円偏光板を示す断面模式図である。
以下に、比較例1の円偏光板について説明する。図32は、比較例1の円偏光板を示す断面模式図である。
モスアイ構造をもつ反射防止膜414、直線偏光子411及びλ/4板413を図32のように順に積層して、比較例1の円偏光板(円偏光フィルム)とした。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子411の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
比較例1の円偏光フィルムの反射防止機構についてポアンカレ球を用いて説明する。比較例1の円偏光板を反射板上に置いた構成における反射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて説明したいが、反射板による反射を含むこの問題は説明が難しい。したがって、それに代えて、比較例1の円偏光板を反射板上に置いた構成と光学的に等価と考えてよい図33の構成で、透過光の偏光状態の変化を考えることで説明する。図33は、比較例1の円偏光板を反射板上に置いた構成と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。すなわち、図33に示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜414a、直線偏光子411a、λ/4板413a、λ/4板413b、直線偏光子411b及びモスアイ構造をもつ反射防止膜414bをこの順に積層した構成について説明する。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子411a、411bの吸収軸方向を方位角0°に設定した。なお、図32、33では、λ/4板413(413a、413b)の遅相軸が45°方位の場合を示し、その場合についてポアンカレ球を用いて説明するが、λ/4板413(413a、413b)の遅相軸が135°の場合でも同様の効果を得ることができる。
またここでは、図33の円偏光板を、正面方向(法線方向)から観察した場合と、方位45°及び極60°から観察した場合とを考える。図34は、図33の円偏光板における偏光状態の変化をポアンカレ球のS1−S2平面に投影した図であり、(a)は、正面方向(法線方向)から観察したときの図であり、(b)は、斜め方向(方位45°及び極60°方向)から観察したときの図である。なお、図34中、Eが上偏光子(直線偏光子411a)の消偏位、P0が下偏光子(直線偏光子411b)通過直後の偏光状態、Q(slow)がλ/4板413a、413bの遅相軸を示す。
法線方向から観察した場合、図34(a)に示すように、λ/4板413bを通過することで、P0はQ(slow)(と原点を結ぶ線)を中心に反時計周りに1/4回転して、南半球のP1(円偏光)に変換される。そしてもう一度、上側のλ/4板413aを通過するので、P1はP2(直線偏光)に変換される。P2は上偏光子(直線偏光子411a)の消光位である点Eに一致するので光は透過してこない。すなわち、法線方向から観察した場合、反射防止効果が発揮されている。
方位45°及び極60°から観察した場合、図34(b)に示すように、下側のλ/4板413bを通過することで、P0はP1に到達する。そしてもう一度、上側のλ/4板413aを通過することで、偏光状態はP1からP2に変換される。実施例1と違って、複屈折層がないので、上偏光子(直線偏光子411a)を通過する直前での偏光状態はP2(楕円偏光)となり、上側偏光子(直線偏光子411a)の消光位Eとの一致がみられない。そのため、この斜め視角から観察した場合、反射防止効果が得られない。
比較例1の円偏光フィルムについて、コンピューターシミュレーションにより反射率を計算した結果について説明する。具体的には、比較例1の円偏光板を反射板の上の乗せて、全方位から正反射率を計算した。なお、シミュレーションは、反射率の最大値、すなわち反射防止効果が全く得られていない場合の反射率が1となるように条件設定して計算した。図35は、シミュレーションから計算した比較例1の円偏光板の反射率を示す図である。図35に示すように、比較例1によれば、狭い視角範囲でしか反射防止効果が得られなかった。特に、直線偏光子411の吸収軸方向と45°をなす方向から観察したときの特性が悪かった。
(参考例1)
以下に、上記特許文献6に記載の偏光板に係る参考例1の円偏光板について説明する。図36は、参考例1の円偏光板を示す断面模式図である。
以下に、上記特許文献6に記載の偏光板に係る参考例1の円偏光板について説明する。図36は、参考例1の円偏光板を示す断面模式図である。
モスアイ構造をもつ反射防止膜514、直線偏光子511、λ/2板517及びλ/4板513を図36のように順に積層して、参考例1の円偏光板(円偏光フィルム)とした。すなわち、参考例1の円偏光板は、上記特許文献6に記載の偏光板上に反射防止膜514が配置されたものである。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子511の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
参考例1の円偏光フィルムの反射防止機構についてポアンカレ球を用いて説明する。参考例1の円偏光板を反射板上に置いた構成における反射光の偏光状態の変化をポアンカレ球を用いて説明したいが、反射板による反射を含むこの問題は説明が難しい。したがって、それに代えて、参考例1の円偏光板を反射板上に置いた構成と光学的に等価と考えてよい図37の構成で、透過光の偏光状態の変化を考えることで説明する。図37は、参考例1の円偏光板を反射板上に置いた構成と光学的に等価な構成を示す断面模式図である。すなわち、図37に示すように、モスアイ構造をもつ反射防止膜514a、直線偏光子511a、λ/2板517a、λ/4板513a、λ/4板513b、λ/2板517b、直線偏光子511b及びモスアイ構造をもつ反射防止膜514bをこの順に積層した構成について説明する。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子511a、511bの吸収軸方向を方位角0°に設定した。なお、図36、37では、λ/4板513(513a、513b)の遅相軸が45°方位の場合を示し、その場合についてポアンカレ球を用いて説明するが、λ/4板513(513a、513b)の遅相軸が135°の場合でも同様の効果を得ることができる。
またここでは、図37の円偏光板を、正面方向(法線方向)から観察した場合と、方位45°及び極60°から観察した場合とを考える。図38は、図37の円偏光板における偏光状態の変化をポアンカレ球のS1−S2平面に投影した図であり、(a)は、正面方向(法線方向)から観察したときの図であり、(b)は、斜め方向(方位45°及び極60°方向)から観察したときの図である。なお、図38中、Eが上偏光子(直線偏光子511a)の消偏位、P0が下偏光子(直線偏光子511b)通過直後の偏光状態、B(fast)がλ/2板517a、517bの進相軸、B(slow)がλ/2板517a、517bの遅相軸、Q(slow)がλ/4板513a、513bの遅相軸を示す。
法線方向から観察した場合、図38(a)に示すように、P0とB(slow)が重なっているので、偏光状態は下側のλ/2板517bを通過しても全く変化しない。そして、λ/4板513bを通過することで、P0はQ(slow)(と原点を結ぶ線)を中心に反時計周りに1/4回転して、P1(円偏光)に変換される。そしてもう一度、上側のλ/4板513aを通過するので、P1はP2(直線偏光)に変換される。そして、上側のλ/2板517aでもなにも起こらないので、偏光状態は変わらずP2のままである。P2は上偏光子(直線偏光子511a)の消光位である点Eに一致するので光は透過してこない。すなわち、法線方向から観察した場合、反射防止効果が発揮されている。
方位45°及び極60°から観察した場合、図38(b)に示すように、NZ=0.75の下側のλ/2板517bを通過することで、P0はB(slow)を中心に特定角度の回転を受けて、P1(直線偏光)に到達する。次に、λ/4板513bを通過することでP2(円偏光)に変換される。NZ=0.5のλ/4板513a、513bを用いている今の場合、斜め方向から観察した場合も、λ/4板513a、513bの実効的な位相差値はλ/4を保持している。したがって、P1からP2への回転角は、1/4回転である。そしてもう一度、上側のλ/4板513aを通過することで、偏光状態はP2からP3(直線偏光)に変換され(1/4回転し)、最後に上側のλ/2板517aを通過して、P3からP4(直線偏光)に変換される。P4は上側偏光子(直線偏光子511a)の消光位とほぼ一致するので、この斜め視角から観察した場合でも反射防止効果が得られている。
参考例1の円偏光フィルムについて、コンピューターシミュレーションにより反射率を計算した結果について説明する。具体的には、参考例1の円偏光板を反射板の上に乗せて、全方位から正反射率を計算した。なお、シミュレーションは、反射率の最大値、すなわち反射防止効果が全く得られていない場合の反射率が1となるように条件設定して計算した。図39は、シミュレーションから計算した参考例1の円偏光板の反射率を示す図である。図39に示すように、本実施例によれば、法線方向のみならず、広い視角範囲で反射防止効果が得られたが、製造の難しい0.1<NZ<0.9の複屈折層(λ/2板517及びλ/4板513)を用いている。
(参考例2)
以下に、上記特許文献5に記載の偏光板に係る参考例2の円偏光板について説明する。図40は、参考例2の円偏光板を示す断面模式図である。
以下に、上記特許文献5に記載の偏光板に係る参考例2の円偏光板について説明する。図40は、参考例2の円偏光板を示す断面模式図である。
モスアイ構造をもつ反射防止膜614、直線偏光子611、λ/2板617及びλ/4板613を図40のように順に積層して、参考例2の円偏光板(円偏光フィルム)とした。すなわち、参考例2の円偏光板は、上記特許文献5に記載の偏光板上に反射防止膜614が配置されたものである。各フィルムの軸角度、位相差値等の光学パラメータは図中に示した。直線偏光子611の吸収軸方向を方位角0°に設定した。
参考例2の円偏光フィルムについて、コンピューターシミュレーションにより反射率を計算した結果について説明する。具体的には、参考例2の円偏光板を反射板の上に乗せて、全方位から正反射率を計算した。なお、シミュレーションは、反射率の最大値、すなわち反射防止効果が全く得られていない場合の反射率が1となるように条件設定して計算した。図41は、シミュレーションから計算した参考例2の円偏光板の反射率を示す図である。図41に示すように、本実施例によれば、法線方向のみならず、広い視角範囲で反射防止効果が得られたが、製造の難しい0.1<NZ<0.9の複屈折層(λ/2板617及びλ/4板713)を用いている。
1、111、211、311、411、511、611 偏光子
2、112、212、312 複屈折層
30 外光
31、32 反射光
113、213、313、413、513、613 λ/4板
114、214、414、514、614 反射防止膜(反射防止層)
115、215 ポジティブCプレート
116、216 反射板
120、320 液晶セル
517、617 λ/2板
2、112、212、312 複屈折層
30 外光
31、32 反射光
113、213、313、413、513、613 λ/4板
114、214、414、514、614 反射防止膜(反射防止層)
115、215 ポジティブCプレート
116、216 反射板
120、320 液晶セル
517、617 λ/2板
Claims (14)
- 偏光子及びλ/4板を備える円偏光板であって、
前記円偏光板は、この順に積層された反射防止層、前記偏光子、複屈折層及び前記λ/4板を備え、
前記複屈折層のNZ係数は、NZ<0.1を満たし、
前記複屈折層の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して直交し、
前記λ/4板のNZ係数は、NZ>0.9を満たし、
前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸と交差することを特徴とする円偏光板。 - 前記複屈折層の面内位相差Rxyは、Rxy≦110nmを満たすことを特徴とする請求項1記載の円偏光板。
- 前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°又は133〜137°の角度をなすことを特徴とする請求項1又は2記載の円偏光板。
- 前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°の角度をなし、
前記λ/4板のNZ係数は、NZ≦1.4を満たすことを特徴とする請求項3記載の円偏光板。 - 前記λ/4板は、法線方向以外の斜め方向から入射し、前記偏光子及び前記複屈折層を通過した偏光を円偏光に変換することを特徴とする請求項4記載の円偏光板。
- 前記λ/4板の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°の角度をなし、
前記λ/4板のNZ係数は、NZ>1.4を満たし、
前記円偏光板は、ポジティブCプレートを更に備え、
前記反射防止層、前記偏光子、前記複屈折層、前記λ/4板及び前記ポジティブCプレートがこの順に積層されることを特徴とする請求項3記載の円偏光板。 - 前記λ/4板及びポジティブCプレートは、法線方向以外の斜め方向から入射し、前記偏光子及び前記複屈折層を通過した偏光を円偏光に変換することを特徴とする請求項6記載の円偏光板。
- 前記反射防止層は、モスアイ構造を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の円偏光板。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の円偏光板を備えることを特徴とする表示装置。
- 偏光子及びλ/4板を備える円偏光板であって、
前記円偏光板は、この順に積層された反射防止層、前記偏光子、複屈折層及び前記λ/4板を備え、
前記複屈折層のNZ係数は、NZ>0.9を満たし、
前記複屈折層の面内遅相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して直交し、
前記λ/4板のNZ係数は、NZ<0.1を満たし、
前記λ/4板の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸と交差することを特徴とする円偏光板。 - 前記複屈折層の面内位相差Rxyは、Rxy≦110nmを満たすことを特徴とする請求項10記載の円偏光板。
- 前記λ/4板の面内進相軸は、前記偏光子の吸収軸に対して43〜47°又は133〜137°の角度をなすことを特徴とする請求項10又は11記載の円偏光板。
- 前記反射防止層は、モスアイ構造を有することを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の円偏光板。
- 請求項10〜13のいずれかに記載の円偏光板を備えることを特徴とする表示装置。
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