JP2013525826A - 円偏光板及びこれを含む反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して８５゜〜９５゜の角度を有し、ＣＩＥ座標系において、色相ａ値が−１〜−０．６で、色相ｂ値が０．３〜２．５である偏光素子を含む偏光板と、光軸が液晶セルの液晶配向方向に対して１３０゜〜１４０゜の角度を有する１／４波長板とを含む円偏光板及びこれを含む反射型液晶表示装置に関する。本発明の円偏光板を使用すると、反射型液晶表示装置の視認性及び色感を改善することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は反射型液晶表示装置に用いられる円偏光板に関し、より具体的には、視認性及びホワイトバランスに優れた円偏光板及び上記円偏光板を含む反射型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）は、バックライトを光源として使用する透過型液晶表示装置と、バックライトを用いず、外部の自然光または人造光を光源として使用する反射型液晶表示装置とに区分することができる。

透過型液晶表示装置は、バックライトを光源として使用するため、暗い外部環境でも明るい画像を具現することができるという長所があるが、明るい所では画面がうまく認識できず、電力消費が多いという問題点がある。これに対し、反射型液晶表示装置は、外部自然光または人造光を光源として使用するため、電力使用量が少なく、バックライトを搭載しないため、薄くて軽いという長所がある。このような長所により、最近では、携帯電話のような携帯用端末機への反射型液晶表示装置の採用が増える傾向にある。

従来の反射型液晶表示装置は、一般的に、透明な材質の上部基板及び下部基板と、上記上部基板と下部基板との間に介在される液晶セルと、上記下部基板の下部または下部基板と液晶セルとの間に形成される反射板と、上記上部基板の上部に配置される１／４位相差板と、上記位相差板の上部に配置される偏光板からなっている。

しかし、このような従来の反射型液晶表示装置の場合、透過される光に対して反射される光の経路差の発生により色差が発生しやすく、その結果、画面が黄色を帯びるｙｅｌｌｏｗｉｓｈ現象が発生し、色感が悪く、光の透過率が低下して透過型液晶表示装置より輝度が低いという問題点があった。

本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、改善された透過率と色感を具現することができる反射型液晶表示装置用円偏光板及びこのような円偏光板を含む反射型液晶表示装置を提供することをその目的とする。

このため、本発明は、吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して８５゜〜９５゜の角度を有する偏光素子を含む偏光板及び光軸が液晶セルの液晶配向方向に対して１３０゜〜１４０゜の角度を有する１／４波長板を含む反射型液晶表示装置用円偏光板を提供する。

このとき、上記偏光素子は、ポリビニルアルコールフィルムからなることが好ましく、透過率が４３〜４７％程度で、ＣＩＥ座標系において、色相ａ値は−１〜−０．６程度で、色相ｂ値は０．３〜２．５程度であることが好ましい。

一方、上記１／４波長板は５５０ｎｍ波長で、１２０〜１７０ｎｍの面内位相差値を有する一軸延伸フィルムであることが好ましい。

他の側面において、本発明は上部基板と、上記上部基板と一定間隔を置いて対向配置される下部基板と、上記上部基板と下部基板との間に介在される液晶セルと、上記下部基板と液晶セルとの間または上記下部基板の下部に配置される反射板と、上記上部基板の上部に配置される円偏光板を含み、上記円偏光板は吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して８５゜〜９５゜の角度を有する偏光素子を含む偏光板及び光軸が液晶セルの液晶配向方向に対して１３０゜〜１４０゜の角度を有する１／４波長板を含むことを特徴とする反射型液晶表示装置を提供する。

このとき、上記偏光素子はポリビニルアルコールフィルムからなることが好ましく、透過率が４３〜４７％程度で、ＣＩＥ座標系において、色相ａ値は−１〜−０．６程度で、色相ｂ値が０．３〜２．５程度であることが好ましい。

一方、上記１／４波長板は５５０ｎｍ波長で、１２０〜１７０ｎｍの面内位相差値を有する一軸延伸フィルムであることが好ましい。

また、上記反射型液晶表示装置は、ＩＰＳモードまたはＥＣＢモードであることが好ましい。

本発明の円偏光板を反射型液晶表示装置に適用すると、従来の円偏光板を使用する場合より、コントラスト比が改善されて視認性が向上し、黄色の色感が減少して優れたホワイトバランスを具現することができるという長所がある。

製造例により製造された円偏光板のヨウ素濃度による単体透過率を示すグラフである。 円偏光板の配列による色感変化を示す写真であり、（Ａ）は偏光板の吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して９０゜、１／４波長板の光軸が１３５゜の角度を有するように貼り合わせた場合の測定結果であり、（Ｂ）は偏光板の吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して４５゜、１／４波長板の光軸が９０゜の角度を有するように貼り合わせた場合の測定結果である。 円偏光板の透過率及び位相差値による視感特性を示す写真であり、（Ａ）は透過率が４２％の偏光子に、１／４位相差板と１／２位相差板を貼り合わせた従来の円偏光板で、Ｂ１〜Ｂ３は本発明の高透過偏光板を適用したもので、上から順に４５％、４６％、４７％の透過度を有する偏光子に面内位相差値が１３０ｎｍの１／４位相差板を付着した円偏光板である。Ｃ１〜Ｃ３は上から順に４５％、４６％、４７％の透過度を有する偏光子に面内位相差値が１１０ｎｍの１／４位相差板が付着した円偏光板である。

本発明者は、反射型液晶表示装置の視認性及び色感改善のための研究を繰り返した結果、偏光素子の吸収軸と１／４波長板の光軸が液晶セルの液晶配向方向と特定の角度を成すように制御された円偏光板を利用すると、反射型液晶表示装置の視認性及び色感を画期的に改善することができることを見出し、本発明を完成した。

本発明者の研究結果によると、偏光素子の吸収軸と１／４波長板の光軸が液晶セルの液晶配向方向に対し、それぞれ８５゜〜９５゜、１３０゜〜１３５゜となるように配置される場合、白色光の色相が黄色い領域から青色領域にシフト（ｓｈｉｆｔ）されて視認性及び色感が画期的に改善された。

以下、本発明をより具体的に説明する。

まず、本発明の反射型液晶表示装置用円偏光板に対して説明する。本発明の円偏光板は（ｉ）偏光素子を含む偏光板と（ｉｉ）１／４波長板とを含んでなる。一方、本発明の上記偏光素子は、その吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して８５゜〜９５゜、好ましくは９０゜の角度を有するように配置され、上記１／４波長板は光軸が液晶セルの液晶配向方向に対して１３０゜〜１４０゜、好ましくは１３５゜の角度を有するように配置される。このとき、上記偏光素子の吸収軸とは、ヨウ素を染着したポリビニルアルコールフィルムを一軸に延伸して偏光素子を形成する時、光を吸収する機能を有する延伸した方向の光軸のことであり、１／４波長板の光軸とは、１／４波長板を透過する光の二つの直交成分の電場強さが同一の軸のことで、一般的に、位相差フィルムを例に挙げると、位相差を形成するために一軸あるいは二軸に延伸する場合、延伸した方向の軸をいう。

一方、上記偏光素子は、特定方向に偏光された光のみを通過させる光学素子のことで、一般的に、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ、以下、ＰＶＡとする）系分子鎖が一定方向に配向され、ヨウ素系化合物または二色性偏光物質を含む構造を有する。このような偏光素子は、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素または二色性染料を染着させた後、一定方向に延伸し、架橋させる方法により製造される。このとき、上記ポリビニルアルコールの重合度は特に限定されないが、分子動きの自由度と含有物質との柔軟な混合を考慮すると、１，０００〜１０，０００程度であることが好ましく、１，５００〜５，０００程度がより好ましい。

一方、上記偏光素子は透過率が４３〜４７％程度であることが好ましく、ＣＩＥ座標系において、色相ａ値が−１〜−０．６程度で、色相ｂ値が０．３〜２．５程度であることが好ましい。

このとき、上記色相ａ及び色相ｂは、ＣＩＥ座標系において、色相を表す値のことであり、より具体的には、上記色相ａ値はａ＝５００［（Ｘ／Ｘｎ）^１／３−（Ｙ／Ｙｎ）^１／３］で計算され、＋ａは赤、−ａは緑を意味する。また、上記色相ｂ値はｂ＝２００［（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−（Ｚ／Ｚｎ）^１／３］で計算され、＋ｂは黄色、−ｂは青を意味する。（ここで、Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎは基準となるホワイト色相のＸ、Ｙ、Ｚに該当する。）

一方、偏光素子の透過率は、染着工程でのヨウ素濃度を適切に調節することで制御することができ、偏光素子の色相は、偏光板の製造工程のうち、補色工程でＫＩ濃度を調節することで、短波長の光を吸収するヨウ素イオン種を生成させ、上記ヨウ素イオン種の量を調整することで調節することができる。

上記のような透過率と色相ａ及びｂ値を有する偏光素子を使用すると、従来よりホワイト色相のバランスに優れる。

一方、上記偏光素子は非常に薄いため、上記偏光素子の一面または両面に保護フィルムを付着して偏光板を形成することが一般的である。このとき、上記保護フィルムとしてはトリアセチルセルロース（ＴｒｉＡｃｅｔｈｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ＴＡＣ）フィルムが主に用いられ、接着剤などを利用して上記偏光素子にＴＡＣフィルムを付着してよい。また、上記偏光板には保護フィルム以外にも、追加的な機能向上のために、光視野角補償板や輝度向上フィルムのような機能性フィルムがさらに含まれてよい。

次に、上記１／４波長板は偏光板を通過した線偏光を円偏光に変換させるもので、上記のように、本発明の１／４波長板は、光軸が液晶セルの液晶配向方向に対して１３５゜角度を有するように配置されることを特徴とする。

一方、本発明の１／４波長板は一軸延伸されたＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）系フィルム、ポリカーボネートフィルム、液晶フィルムなどからなってよく、中でも、特に一軸延伸フィルムであることが好ましい。

この場合、本発明の１／４波長板は５５０ｎｍ波長で、１２０〜１７０ｎｍの面内位相差値を有することが好ましい。面内位相差値は下記式により計算され、このとき、ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚは、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向（厚さ方向）の屈折率を意味し、ｄは１／４波長板の厚さを意味する。

面内位相差値Ｒ_ｉｎ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）×ｄ

次に、本発明の反射型液晶表示装置に対して説明する。

本発明の反射型液晶表示装置は上部基板、下部基板、液晶セル、反射板及び円偏光板からなる。

このとき、上記上部基板と下部基板は透明な材質の基板、例えば、ガラスまたは光透過性プラスチック基板からなってよい。

上記上部基板と下部基板は一定間隔を置いて対向配置され、上記上部基板及び下部基板の対向する面には液晶セルを駆動させるためのスイッチング素子が形成される。

一方、上記液晶セルは、上記上部基板と下部基板との間に介在され、陽の誘電率異方性を有する液晶からなっている。一方、上記液晶セル内の液晶の配列及び駆動状態によって駆動モードが変わり、一般的に、反射型液晶表示装置にはツイストネマティック（ＴＮ）方式、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）方式、高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）方式、電界制御複屈折（ＥＣＢ）方式または面内スイッチング（ＩＰＳ）方式などの多様なモードを使用することができる。視野角の側面を考慮すると、電界制御複屈折（ＥＣＢ）方式または面内スイッチング（ＩＰＳ）方式の液晶表示装置であることが特に好ましいが、本発明はこれに限定されない。

一方、本発明において、上記液晶表示装置の液晶セルギャップは２．０〜２．４μｍ程度であることが好ましい。これは液晶セルギャップが、上記範囲内のとき、ホワイト色相の改善効果が最も高いためである。

一方、上記反射板は、液晶表示装置の外部から入射した光を反射させて光源として使用するためのもので、上記下部基板と液晶セルとの間または上記下部基板の下部に配置される。上記反射板としては伝導性を帯びる金属、例えば、アルミニウムまたは銀などを蒸着させて製造することができる。

一方、本発明の反射型液晶表示装置は、上記した本発明の円偏光板を使用することを特徴とする。上記のように、本発明の円偏光板は、吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して８５゜〜９５゜、好ましくは９０゜の角度を有する偏光素子を含む偏光板と、上記偏光板と上記上部基板との間に配置され、光軸が液晶セルの液晶配向方向に対して１３０゜〜１４０゜、好ましくは１３５゜の角度を有する１／４波長板とを含むことを特徴とする。このとき、上記偏光素子はポリビニルアルコールフィルムからなることが好ましく、透過率が４３〜４７％程度で、ＣＩＥ座標系において、色相ａ値は−１〜−０．６、色相ｂ値は０．３〜２．５程度であることが好ましい。また、上記１／４波長板は５５０ｎｍ波長で、１２０〜１７０ｎｍの面内位相差値を有する一軸延伸フィルムであることが好ましい。円偏光板と係わる具体的な内容は上記と同様であるため、その説明を省略する。

以下、具体的な実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。

製造例
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム（Ｋｕｒａｒａｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ．製造、重合度：２４００）を水洗槽、膨潤槽を経てＩ_２とＫＩを含む水溶液で染着させた後、ホウ酸とＫＩを含む水溶液で５倍まで延伸して偏光子を製造した。このとき、Ｉ_２濃度及び染着槽の温度は下記［表１］に示した通りである。また、偏光子の色相調整のために、補色工程のＫＩ溶液の濃度を２〜４％水準に調整した。

その後、６０μｍ厚さのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムを偏光子の両面に位置させ、偏光子とＴＡＣフィルムとの間にＰＶＡ系接着剤水溶液を入れてラミネーターで貼り合わせた後、８０℃で８分間乾燥して偏光板を製造した。製造した偏光板の片面に１／４波長位相差フィルムを位置させ、偏光子の吸収軸方向と１／４波長位相差フィルムの光軸が４５°となるよう配置させてから粘着剤フィルムを利用して貼り合わせて高透過円偏光板を製造した。

実験例１
上記製造例により製造された偏光板の透過率及び色相をスペクトロフォトメーター（Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ、装備名：Ｎ＆Ｋ）を利用して測定した。測定結果は下記［表１］に示した。また、図１には、ヨウ素濃度による偏光板の単体透過率（Ｔｓ）を示すグラフが示されている。

＊ Ｎｏｒｍ．Ｉ_２：相対的なヨウ素濃度
Ｉ_２：ヨウ素濃度
Ｔｓ：単体透過度
Ｔｃ：直交透過度
Ａｃ＝−ｌｏｇ（Ｔｃ）、吸光度

上記［表１］及び図１から、ヨウ素濃度を調節することで、偏光板の透過率を適切に調節できることが分かる。

実験例２
反射型液晶表示装置の表面に透過率が４７％で、１／４位相差板の面内位相差値が１３０ｎｍの円偏光板のサンプル２個を異なる方向に貼り合わせた後、色感を肉眼で比較測定した。図２には測定結果を示す写真が示されている。図２の（Ａ）は偏光板吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して９０゜、１／４波長板の光軸が１３５゜の角度を有するように貼り合わせた場合の測定結果であり、（Ｂ）は偏光板吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して４５゜、１／４波長板の光軸が９０゜の角度を有するように貼り合わせた場合の測定結果である。

液晶表示装置に電源を供給して駆動すると、図２に示されたように、液晶配向方向と偏光板吸収軸及び１／４波長板光軸の角度が本発明の範囲内である（Ａ）の場合はホワイト及びブラック色感が保持されるが、（Ｂ）の場合は１／４波長板光軸の角度が本発明の範囲から外れ、青色に近い色感の歪みが発生した。これは、１／４波長板の光軸配向方向が適切でないため光の偏光状態の変化により発生するカラーシフト（ｃｏｌｏｒ ｓｈｉｆｔ）現象と解釈することができる。

実験例３
反射型液晶表示装置の表面に、透過率と１／４位相差板の面内位相差値が異なる円偏光板のサンプルを貼り合わせた後、視認特性を肉眼で比較測定した。図３には測定結果を示す写真が示されている。図３において、最も左側のサンプル（Ａ）は透過率が４２％の偏光子に、１／４位相差板と１／２位相差板を貼り合わせた従来の円偏光板である。中間部分のサンプル（Ｂ１〜Ｂ３）は本発明の高透過偏光板を適用したもので、上から順に４５％、４６％、４７％透過度を有する偏光子に、面内位相差値が１３０ｎｍの１／４位相差板を付着した円偏光板である。最も右側のサンプル（Ｃ１〜Ｃ３）は上から順に４５％、４６％、４７％透過度を有する偏光子に、面内位相差値が１１０ｎｍの１／４位相差板が付着した円偏光板である。

図３に示されたように、既存の円偏光板を使用した場合（Ａ）より、高透過円偏光板（Ｂ１〜Ｂ３）を使用する場合にホワイト色相の色感がよりニュートラル（ｎｅｕｔｒａｌ）であることが分かる。但し、高透過率を有しても、位相差値が１１０ｎｍの場合（Ｃ１〜Ｃ３）は、赤色（ｒｅｄｄｉｓｈ）方向へのカラーシフト（ｃｏｌｏｒ ｓｈｉｆｔ）現象により相対的に色感が落ちることが分かる。

Claims (11)

1. 吸収軸が液晶セルの液晶配向方向に対して８５゜〜９５゜の角度を有し、ＣＩＥ座標系において、色相ａ値が−１〜−０．６で、色相ｂ値が０．３〜２．５である偏光素子を含む偏光板と、
   光軸が液晶セルの液晶配向方向に対して１３０゜〜１４０゜の角度を有する１／４波長板を含む反射型液晶表示装置用円偏光板。
2. 前記偏光素子はポリビニルアルコールフィルムからなる請求項１に記載の反射型液晶表示装置用円偏光板。
3. 前記偏光素子は４３〜４７％の透過度を有する請求項１に記載の反射型液晶表示装置用円偏光板。
4. 前記１／４波長板は一軸延伸フィルムである請求項１に記載の反射型液晶表示装置用円偏光板。
5. 前記１／４波長板は５５０ｎｍ波長で、１２０〜１７０ｎｍの面内位相差値を有する請求項４に記載の反射型液晶表示装置用円偏光板。
6. 上部基板と、
   前記上部基板と一定間隔を置いて対向配置される下部基板と、
   前記上部基板と下部基板との間に介在される液晶セルと、
   前記下部基板と液晶セルとの間または前記下部基板の下部に配置される反射板と、
   前記上部基板の上部に配置される円偏光板と
   を含み、
   前記円偏光板は吸収軸が前記液晶セルの液晶配向方向に対して８５゜〜９５゜の角度を有し、ＣＩＥ座標系において、色相ａ値が−１〜−０．６で、色相ｂ値が０．３〜２．５である偏光素子を含む偏光板及び前記偏光板と前記上部基板との間に配置され、光軸が前記液晶セルの液晶配向方向に対して１３０゜〜１４０゜の角度を有する１／４波長板を含むことを特徴とする反射型液晶表示装置。
7. 前記偏光素子はポリビニルアルコールフィルムからなる請求項６に記載の反射型液晶表示装置。
8. 前記偏光素子は４３〜４７％の透過度を有する請求項６に記載の反射型液晶表示装置。
9. 前記１／４波長板は一軸延伸フィルムである請求項６に記載の反射型液晶表示装置。
10. 前記１／４波長板は５５０ｎｍ波長で、１２０〜１７０ｎｍの面内位相差値を有する請求項９に記載の反射型液晶表示装置。
11. 前記反射型液晶表示装置はＩＰＳモードまたはＥＣＢモードである請求項６に記載の反射型液晶表示装置。