JP2016099540A - 光学フィルム、画像表示装置及び光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶材料による位相差層を備えた光学フィルムに関して、従来に比して一段と性能を向上する。【解決手段】硬化した液晶材料による位相差層４により透過光に位相差を付与する光学フィルム１において、前記位相差層４の流れ方向の位相差ムラが１．２ｎｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶材料による位相差層を備えた光学フィルムに関する。

従来、画像表示装置に関して、種々の光学フィルムをパネル面に配置する構成が提案されている。またこのような光学フィルムには、液晶材料による位相差を設ける構成が提案されている。

すなわち、例えばパッシブ方式の３次元画像表示に供する画像表示装置では、画像表示パネルのパネル面に光学フィルムの１つであるパターン位相差フィルムを配置し、このパターン位相差フィルムにより画像表示パネルからの右目用画像及び左目用画像に係る出射光にそれぞれ対応する位相差を付与する。この画像表示装置を利用する視聴者は、対応する眼鏡を装着して表示画面を目視し、これによりこの画像表示装置では、右目用画像及び左目用画像をそれぞれ視聴者の右目及び左目に選択的に提供する。このパターン位相差フィルムは、液晶材料による位相差層により透過光に所望の位相差を付与するように構成される（特許文献１、２）。

また画像表示装置では、直線偏光板と１／４波長板との積層による円偏光板を画像表示パネルのパネル面に配置することにより反射防止を図ることができ、この１／４波長板には、液晶材料による位相差層を適用することができる。またこの円偏光板を構成する１／４波長板には、透過光に１／４波長の位相差を付与する位相差層と、透過光に１／２波長の位相差を付与する位相差層との積層体により広帯域化を図ることができ、この積層体に係る各位相差層に、液晶材料による位相差層を適用することができる。

このような光学フィルムは、透明フィルム材による基材の表面に、配向層、位相差層を順次配置して作製される。また位相差層は、配向層の上に、対応する塗工液を塗工、乾燥した後、硬化して作製される。位相差層は、透過光に与える位相差がその厚みに比例することにより、厚みを精度良く管理することが必要である。そこで従来、この種の光学フィルムの製造工程では、ダイ等により塗工液を塗工するようにして、その塗工量の制御により塗工膜厚を管理し、位相差層の膜厚を管理している。

ところでパターン位相差フィルム等のこの種の光学フィルムにおいては、一段と性能を向上することが望まれる。

特開２０１４−１７０２３８号公報 特開２０１４−１５３５２６号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、液晶材料による位相差層を備えた光学フィルムに関して、従来に比して一段と性能を向上すること目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、位相差層の塗工工程における基材の搬送速度のムラを低減することにより、位相差層の塗工膜厚の精度を向上する、との着想により、本発明を完成するに至った。

（１） 硬化した液晶材料による位相差層により透過光に位相差を付与する光学フィルムにおいて、
前記位相差層の流れ方向の位相差ムラが１．２ｎｍ以下である光学フィルム。

（１）によれば、位相差層における位相差ムラを低減できることにより、一段と性能を向上することができる。

（２） （１）において、
前記位相差層が、遅相軸方向が直交する第１及び第２の領域により形成された光学フィルム。

（２）によれば、パッシブ方式により３次元画像表示に供する光学フィルムであるパターン位相差フィルム適用して、一段と性能を向上することができ、一段と画質を向上することができる。

（３） （１）又は（２）に記載の光学フィルムを画像表示パネルのパネル面に配置した画像表示装置。

（３）によれば、従来に比して一段と性能を向上した光学フィルムを配置した画像表示装置を提供することができる。

（４） 硬化した液晶材料による位相差層により透過光に位相差を付与する光学フィルムの製造方法において、
ロールより提供される基材を引き出して搬送しながら、前記基材に配向層を作製する配向層作製工程と、
前記配向層作製工程に続いて、前記基材を搬送しながら、前記配向層の上に、前記位相差層の塗工液を塗工して硬化させることにより、前記位相差層を作製する位相差層の作製工程とを備え、
前記位相差層の作製工程は、
前記位相差層の塗工液を塗工する際の前記基材の搬送速度のムラが１％以下である光学フィルムの製造方法。

（４）によれば、位相差層の塗工膜厚のムラを低減することができ、その結果、位相差層における位相差ムラを低減して一段と性能を向上することができる。

（５） （４）において、前記位相差層の作製工程は、
バックアップロールに巻き付けて前記基材を搬送しながら、前記バックアップロールに対向するように保持された塗工ヘッドにより前記位相差層の塗工液を塗工し、
前記バックアップロールの回転速度のムラを１％以下とすることにより、前記位相差層の塗工液を塗工する際の前記基材の搬送速度のムラを１％以下とする光学フィルムの製造方法。

（５）によれば、バックアップロールの回転速度の管理により、位相差層における位相差ムラを低減して一段と性能を向上することができる。

本発明によれば、液晶材料による位相差層を備えた光学フィルムに関して、従来に比して一段と性能を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。 パターン位相差フィルム１の製造工程を示すフローチャートである。 塗工工程、乾燥硬化工程の詳細な説明に供する図である。 縞模様の説明に供する図である。 速度ムラに係る設定による位相差層のバラツキを示す計測結果である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。この第１実施形態に係る画像表示装置は、垂直方向（図１においては左右方向）に連続する液晶表示パネルの画素が、順次交互に、右目用の画像を表示する右目用画素、左目用の画像を表示する左目用画素に振り分けられて、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動される。これにより画像表示装置は、右目用の画像を表示する帯状の領域と、左目用の画像を表示する帯状の領域とに表示画面が交互に区分され、右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。この画像表示装置は、この液晶表示パネルのパネル面に、この図１に示すパターン位相差フィルム１が配置され、このパターン位相差フィルム１により右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与え、右目用及び左目用の画素からの出射光を回転方向の異なる円偏光により出射する。これによりこの画像表示装置は、パッシブ方式により所望の立体画像を表示する。

パターン位相差フィルム１は、例えばトリアセチルセルロース等の透明フィルム材による基材２に配向層３、位相差層４が順次作製される。パターン位相差フィルム１は、位相差層４が硬化した液晶材料により形成され、この液晶材料の配向を配向層３の配向規制力によりパターンニングする。なおこの液晶分子の配向を図１では細長い楕円により示す。このパターンニングにより、パターン位相差フィルム１は、液晶表示パネルにおける画素の割り当てに対応して、一定の幅により、右目用の領域Ａと、左目用の領域Ｂとが順次交互に帯状に形成され、右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。

パターン位相差フィルム１は、光配向材料による光配向材料膜が作製された後、いわゆる光配向の手法によりこの光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射して配向層３が形成される。ここでこの光配向材料膜に照射する紫外線は、その偏光の方向が右目用の領域Ａと左目用の領域Ｂとで９０度異なるように設定される。位相差層４は、この配向層３の配向規制力により液晶材料が配向した状態で固化（硬化）して作成され、これにより右目用の領域Ａ及び左目用の領域Ｂとで、透過光に対応する位相差を与える。

図２は、このパターン位相差フィルム１の製造工程を示すフローチャートである。パターン位相差フィルム１の製造工程は、ロールに巻き取った長尺透明フィルム材により基材２が提供され、この基材２をロールより送り出して光配向材料膜が順次作製される（ステップＳＰ１−ＳＰ２）。ここで光配向材料膜は、各種の製造方法を適用することができるものの、この実施の形態では、光配向材料をベンゼン等の溶媒に分散させた成膜用液体をダイにより塗布した後、乾燥して作製される。なお光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を適用することができる。

続いてこの製造工程は、露光工程により紫外線を照射して光配向層が作製される（ステップＳＰ３）。続いてこの製造工程は、塗工工程（ステップＳＰ４）において、ダイ等により位相差層の塗工液を塗工し、続く乾燥硬化工程（ステップＳＰ５）において、塗工した塗工液を乾燥した後、紫外線の照射により硬化させ、位相差層４を作製する（ステップＳＰ５）。続いてこの製造工程は、必要に応じて反射防止膜の作製処理等を実行した後、切断工程において、所望の大きさに切り出してパターン位相差フィルム１が作製される（ステップＳＰ６−ＳＰ７）。

図３は、塗工工程ＳＰ４、乾燥硬化工程ＳＰ５の詳細な説明に供する図である。製造工工程は、配向層３を作製してなる基材２がロール２２により提供され、このロール２２から配向層３を作製してなる基材２を引き出して搬送しながら塗工装置２０により位相差層に係る塗工液を塗工し、続く乾燥装置及び紫外線照射装置による乾燥硬化工程ＳＰ５により乾燥硬化してロール２３に巻き取る。

塗工装置２０は、バックアップロール２４に、配向層３を作製してなる基材２を巻き付けて搬送しながら、このバックアップロール２４に対向するように配置された塗工ヘッド２５により位相差層に係る塗工液を塗工する。なおここでこの実施形態において、この塗工ヘッド２５は、ダイヘッドによる塗工ヘッドであり、バックアップロール２４の軸方向に平行に延長するスリットから塗工液を押し出して基材２に付着させ、これにより塗工液を塗工する。この製造工程は、この塗工ヘッド２５に供給する塗工液の制御により、位相差層４の塗工液に係る塗工膜厚を管理し、位相差層４の膜厚を管理する。

〔塗工膜厚の制御〕
ところでこのようにロール２２から基材２を引き出して搬送しながら、位相差層を作製した場合、クロスニコル配置の直線偏光板によりパターン位相差フィルムを挟持した状態で、パターン位相差フィルムを対角位（明光位）に保持して観察すると、図４に示すように、基材２を幅方向に横切る方向に延長する縞模様（いわゆる横段である）が観察された。因みに、パターン位相差フィルム１では、このような縞模様が激しくなると外観不良とされる。種々に検討した結果、このような縞模様は、基材２の流れ方向（基材２の搬送方向であり、基材２の長手方向である）に、位相差層４の厚みが変化することにより、厚みの厚い帯状の部位と厚みの薄い帯状の部位とが、基材２の流れ方向に交互に作成されて発生することが判った。

このような縞模様が発生する場合、パターン位相差フィルムでは、基材２の流れ方向に、位相差層のリタデーション値が変化していることになり、その結果、透過光に付与する位相差量が基材２の流れ方向で変化することになる。この位相差量の変化が大きいと、そもそも右目及び左目に選択的に入射すべき画像表示パネルの出射光が、これとは逆の左目及び右目に漏れ込むことになり（いわゆるクロストークである）、画質が劣化することになる。またこのような縞模様自体が見て取られる恐れがあり、この場合も画質が劣化することになる。

このような位相差層の厚みの変化は、位相差層に係る塗工液の塗工膜厚の変化によるものと考えられる。パターン位相差フィルム１の製造工程では、基材２をバックアップロール２４に巻き付けて搬送しながら、このバックアップロール２４に対向するように保持された塗工ヘッド２５により位相差層４の塗工液を塗工していることにより、塗工ヘッド２５からの塗工液の吐出量が脈動すると、位相差層の塗工膜厚が変化することになる。しかしながら塗工ヘッドの吐出量については、十分に均一な吐出量により塗工液を塗工していることが判った。

そこでバックアップロール２４にエンコーダを取り付けて回転速度を計測したところ、この回転速度にムラがあり、その結果、塗工ヘッド２５に対する基材２の搬送速度が脈動し、塗工膜厚が変化することが判った。またさらにこのような回転ムラは、ロール２２から基材２を引き出して搬送しながら塗工することにより発生するものであり、ロール２２から引き出した基材２の搬送過程で発生する負荷変動によるものと考えられる。

そこでこの実施形態では、基材２の搬送工程の設定により、搬送速度２０ｍ／ｍｉｎにおいて、バックアップロール２４の回転速度のムラを１％以下とした。ここで回転速度のムラは、バックアップロールの回転速度の平均値を求め、この平均値に対する回転速度の最大値の偏差及び最小値の偏差のうちで、値の大きい側の偏差を回転速度の平均値で割り算した割合であり、回転速度の脈動の大きさを示す。またこの搬送工程に係る設定は、バックアップロール２４の回転駆動に供するモータに関して、このモータ及びこのモータの定速制御に係る制御系の利得、周波数特性の設定、バックアップロール２４に巻き付けて搬送する基材２にテンションを与える搬送ロールに関して、この搬送ロールによるテンションの制御に供する制御系の利得、周波数特性の設定により実行した。

このようにしてバックアップロール２４の回転速度のムラを１％以下とした場合、パターン位相差フィルム１では、流れ方向の位相差ムラを右目用領域及び左目用領域でそれぞれ１．２ｎｍ以下とすることができ、これにより従来に比して十分に光学特性を向上することができる。なお右目用領域及び左目用領域におけるリタデーション値の設計目標値は、パターン位相差フィルム１の位相差層が１／４波長板として機能することにより、１２５ｎｍである。

これによりこの実施形態に係るパターン位相差フィルム１は、右目用及び左目用の各帯状領域において、流れ方向の位相差ムラが１．２ｎｍ以下により作製される。ここでこの流れ方向の位相差ムラは、流方向に複数のサンプリング点でリタデーション値を計測して平均値を求め、この平均値からのリタデーション値の偏差の最大値を計算して求められる。

図５は、速度ムラに係る設定による位相差層のバラツキを示す計測結果である。比較例は、回転速度が設定値±１．５％（速度ムラ１．５％）である条件で生産したパターン位相差フィルムの計測結果であり、流方向に１ｍの範囲で、１１点のサンプリング点で位相差を計測した結果である。なお計測にはＡｘｏｍｅｔｒｉｃｓ製 Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏ−Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ Ａｘｏｓｔｅｐを使用した。この計測結果では、リタデーション値の最大値及び最小値の変化が３．７ｎｍであり、流れ方向の位相差ムラが１．８ｎｍであり、リタデーション値のバラツキが大きいことが判る。またこの比較例では、縞模様の発生が観察されたことにより、外観不良と判定した。

この図５において、実施例は、回転速度が設定値±１．０％（速度ムラ１．０％）である条件で生産したパターン位相差フィルムの計測結果であり、流れ方向の位相差ムラが１．２ｎｍ以下であった。なお計測方法は、比較例と同一である。実施例では、回転ムラが小さい分、位相差ムラも小さいことが判る。この実施例では、縞模様の発生が無く、これにより外観を良品と判断した。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更し、さらには従来構成と組み合わせることができる。

すなわち上述の実施形態では、光配向膜により配向層を作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、賦型処理により微細なライン状凹凸形状を作製して配向膜を作製する場合、ラビング処理により配向膜を作製する場合等にも広く適用することができる。

また上述の実施形態では、位相差層をパターンニングしてなる光学フィルムであるパターン位相差フィルムに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば１／４波長板、１／２波長板等のＡプレートを構成する光学フィルム、Ｃプレートを構成する光学フィルム等にも広く適用することができる。

１ パターン位相差フィルム
２ 基材
３ 配向層
４ 位相差層
２０ 塗工装置
２２、２３ ロール
２４ バックアップロール
２５ 塗工ヘッド

Claims (5)

1. 硬化した液晶材料による位相差層により透過光に位相差を付与する光学フィルムにおいて、
   前記位相差層の流れ方向の位相差ムラが１．２ｎｍ以下である
   光学フィルム。
2. 前記位相差層が、遅相軸方向が直交する第１及び第２の領域により形成された
   請求項１に記載の光学フィルム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学フィルムを画像表示パネルのパネル面に配置した
   画像表示装置。
4. 硬化した液晶材料による位相差層により透過光に位相差を付与する光学フィルムの製造方法において、
   ロールより提供される基材を引き出して搬送しながら、前記基材に配向層を作製する配向層作製工程と、
   前記配向層作製工程に続いて、前記基材を搬送しながら、前記配向層の上に、前記位相差層の塗工液を塗工して硬化させることにより、前記位相差層を作製する位相差層の作製工程とを備え、
   前記位相差層の作製工程は、
   前記位相差層の塗工液を塗工する際の前記基材の搬送速度のムラが１％以下である
   光学フィルムの製造方法。
5. 前記位相差層の作製工程は、
   バックアップロールに巻き付けて前記基材を搬送しながら、前記バックアップロールに対向するように保持された塗工ヘッドにより前記位相差層の塗工液を塗工し、
   前記バックアップロールの回転速度のムラを１％以下とすることにより、前記位相差層の塗工液を塗工する際の前記基材の搬送速度のムラを１％以下とする
   請求項４に記載の光学フィルムの製造方法。

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