JP2018049087A - 液晶パネル、液晶表示装置、及び偏光子のセット - Google Patents
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Abstract
Description
液晶パネルに用いられる偏光子として、ポリビニルアルコール系樹脂などを含む樹脂フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて延伸することによって得られた偏光子が広く用いられている。
このような偏光子は、熱や湿度の影響により、延伸方向に収縮し易い。そのため、高温又は多湿環境下において、液晶セルの第1面が第1偏光子の収縮力の影響を受け且つ液晶セルの第2面が第2偏光子の収縮力の影響を受けることにより液晶セルが反り、結果として、液晶セルと2枚の偏光子を含む液晶パネル全体が反るという問題が発生する。液晶パネルが反ると、液晶表示装置に光漏れや表示ムラなどの問題が発生し易くなるので、その改善が求められている。
かかる偏光板は、偏光子を裏打ちする樹脂層によって偏光子の収縮に伴う偏光板の反りが低減されているため、液晶パネルの反りを防止することができる。
しかしながら、偏光子の収縮による液晶パネルの反りの問題は未だ十分に解決されておらず、更なる改善が求められている。
また、好ましくは、前記第2偏光子の厚み(T2)と前記第1偏光子の厚み(T1)の差(T2−T1)が、2μm以上である。
また、好ましくは、前記第1偏光子及び前記第2偏光子のうち少なくとも何れか一方の偏光子に保護フィルムが積層されている。
本発明の偏光子のセットは、略長方形状の第1偏光子と、略長方形状の第2偏光子と、を有し、前記第1偏光子はその長手方向に延びる吸収軸を有し、且つ、前記第2偏光子はその短手方向に延びる吸収軸を有し、前記第1偏光子及び前記第2偏光子は、互いの吸収軸の延びる方向が直交するように配設されており、前記第2偏光子の厚みが、前記第1偏光子の厚みよりも大きい。
なお、本明細書において、用語の前に、「第1」や「第2」などの序数詞を付す場合があるが、この序数詞は、用語を区別するために付加したものであり、用語の優劣や順序など特別な意味を有しない。また、角度及びその関係(例えば、直交及び平行)は、本発明の属する技術分野において許容される誤差範囲を含むものとする。例えば、直交は、厳密な角度(90°)±5°の範囲を含み、好ましくは±3°の範囲を含む。平行についても同様である。
さらに、本明細書において、「〜」で結ばれた数値は、「〜」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を意味する。複数の下限値と複数の上限値が別個に記載されている場合、任意の下限値と上限値を選択し、「〜」で結ぶことができる。
図1は、本発明の液晶パネル1を含む液晶表示装置10の一例を示している。図1では、紙面の上側が視認面側(液晶表示装置10の映像を見る観察者が位置する側)であり、紙面の下側が反視認面側(観察者が位置しない側)である。同図に示すように、液晶表示装置10は、液晶パネル1と、光源2と、液晶パネル1と光源2を保持するベゼル3と、を有する。
反射型の液晶表示装置10では、液晶パネル1の視認面側に光源2(フロントライト)が、又は、液晶セル4の側面側に光源2(サイドライト)が配置されており、フロントライト又はサイドライトの光を反射板にて反射させて画像表示を行う。なお、反射型の液晶表示装置10には、光源2として液晶表示装置10の外部にある蛍光灯の光や太陽光を利用するものもある。
透過型の液晶パネル1では、液晶パネル1の反視認面側に光源2(バックライト)が配置されており、バックライトの光を透過させて画像表示を行う。
半透過型の液晶パネル1は、上記透過型と反射型の両方を併せ持つものである。半透過型の液晶パネル1は、暗い場所ではバックライトの光源2を利用して画像表示を行い、明るい場所では太陽光を反射して画像表示を行う。
光源2(バックライト)から出射された光は、液晶パネル1を透過することにより、画像情報を含んだ出射光となる。画像情報を含んだ出射光は、液晶表示装置10に映し出された映像として観察者が視認する光である。具体的には、液晶パネル1には、演算処理部や記憶部を備えたマイクロコンピュータなどの制御手段(図示せず)が接続されており、この制御手段による制御によって、液晶パネル1を透過する光が画像情報を含む出射光となる。
以下、液晶表示装置10が備える、第1実施形態に係る液晶パネル1について説明した後、第2乃至第4実施形態に係る液晶パネル1について説明する。
図2及び図3は、液晶表示装置10が有する液晶パネル1の一例を示す。
本実施形態では、図2及び図3を示す紙面の上側を第1面側と称し、紙面の下側を第2面側と称して液晶パネル1の説明を行う。
液晶パネル1は、液晶セル4と、液晶セル4の第1面側に設けられた略長方形状の第1偏光子5aと、液晶セル4の第2面側に設けられた略長方形状の第2偏光子5bと、を有する。具体的には、液晶セル4の第1面に接着剤又は粘着剤からなる第1接着層6aを介して第1偏光子5aが貼付されており、液晶セル4の第2面に接着剤又は粘着剤からなる第2接着層6bを介して第2偏光子5bが貼付されている。以下、第1及び第2偏光子5a,5bを総称して、単に「偏光子5」と称し、第1及び第2接着層6a,6bを総称して、単に「接着層6」と称する場合がある。なお、図3では、接着層6の描写を省略している。
図2に示すように、液晶セル4は、一対の液晶セル基板41,41と、スペーサー43と、液晶層42と、を有する。一対の液晶セル基板41,41のうち、第1面側に位置するのが第1液晶セル基板41aであり、第2面側に位置するのが第2液晶セル基板41bである。
スペーサー43は、第1液晶セル基板41aと第2液晶セル基板41bの間隔を一定に維持する部材である。スペーサー43によって形成される空隙には、液晶化合物が注入されており、この液晶化合物によって構成される層が液晶層42である。なお、特に図示しないが、通常、第1及び第2液晶セル基板41a,41bのうち一方の基板には、液晶化合物の電気光学特性を制御するスイッチング素子(例えば、TFT)が設けられ、他方の基板には、カラーフィルターが設けられる。スイッチング素子には、上述したマイクロコンピュータなどの制御手段が接続されている。
液晶セル基板41は、透明性に優れるものであれば特に限定されない。液晶セル基板41は、例えば、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどの透明ガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂などの透明樹脂板などを用いることができる。
液晶セル4の液晶配向モードとしては、例えば、バーティカル・アラインメント(VA)モード、ツイスティッド・ネマチック(TN)モード、垂直配向型電界制御複屈折(ECB)モード、イン・プレーン・スウィッチング(IPS)モード、及び光学補償複屈折(OCB)モードなどが挙げられる。
液晶セル4の液晶表示モードとしては、液晶化合物に電圧を印加しない状態で白表示となる(光源2からの光を透過する)ノーマリホワイトモード、及び液晶化合物に電圧を印加しない状態で黒表示となる(光源2からの光を透過しない)ノーマリブラックモードが挙げられる。
偏光子5は、自然光(非偏光)から特定の振動方向を有する直線偏光を抽出する部材である。
図3に示すように、偏光子5は、その面内に吸収軸Aと、吸収軸Aと直交する方向に透過軸(図示せず)を有する。偏光子5は、透過軸の延びる方向と平行な振動方向を有する直線偏光を選択的に透過させる性質を有する。以下、吸収軸Aが延びる方向を単に「吸収軸方向」と称し、透過軸が延びる方向を単に「透過軸方向」と称する場合がある。
ここで、本明細書において「略長方形状」は、厳密な長方形状(長方形を構成する2つの長辺と2つの短辺により4つの直角が形成されている)だけでなく、本発明の技術分野で許容される範囲でその他の形状を含む。具体的なその他の形状としては、例えば、長方形の角部が角取りされた形状や、長方形の一方の長辺が他方の長辺よりも僅かに短い形状(厳密には台形状と言える)などが挙げられる。好ましくは、本実施形態で示すような長方形状の偏光子5が用いられる。
偏光子5の長辺の長さの下限値が1.2倍を下回る場合、後述する本発明の液晶パネル1の反り防止原理に基づいて液晶パネル1の反りを効果的に防止できない虞がある。偏光子5の長辺の長さの上限値が8.0倍を上回る場合も同様である。
吸収軸方向の収縮率(AS)は、未収縮の偏光子の寸法と、未収縮の偏光子を恒温室(温度60℃、湿度90%RH)に3時間放置して得られた収縮済み偏光子の寸法によって求められる。
具体的には、未収縮の偏光子の吸収軸方向の最大長さをX1とし、収縮済み偏光子の吸収軸方向の最大長さをX2とした場合、吸収軸方向の収縮率(AS)は、下記式1に基づいて算出される。
[式1]AS(%)={(X1−X2)/X1}×100
また、透過軸方向の収縮率(TS)も、吸収軸方向の収縮率(AS)と同様、未収縮の偏光子の寸法と、未収縮の偏光子を恒温室(温度100℃、湿度80%RH)に3時間放置して得られた収縮済み偏光子の寸法によって求められる。
具体的には、未収縮の偏光子の透過軸方向の最大長さをY1とし、収縮済み偏光子の透過軸方向の最大長さをY2とした場合、透過軸方向の収縮率(TS)は、下記式2に基づいて算出される。
[式2]TS(%)={(Y1−Y2)/Y1}×100
[式3]ΔS(%)=AS−TS
ΔSの値は、特に限定されないが、その下限値は通常1.0%であり、好ましくは2.0%であり、より好ましくは5.0%である。また、ΔSの上限値は通常15.0%であり、好ましくは10.0%であり、より好ましくは8.0%である。
ΔSが1.0%未満である場合、後述する本発明の液晶パネル1の反り防止原理に基づいて液晶パネル1の反りを十分に防止できない虞がある。他方、ΔSが15.0%を超える場合、液晶セル4に対して過剰な変形応力が加わるため実用的でない。
従って、本実施形態の第1偏光子5aでは、上記式1におけるX1は、未収縮の第1偏光子5aの長辺の長さに相当し、同X2は、収縮後の第1偏光子5aの長辺の長さに相当する。また、上記式2におけるY1は、未収縮の第1偏光子5aの短辺の長さに相当し、同Y2は、収縮後の第1偏光子5aの短辺の長さに相当する。他方、本実施形態の第2偏光子5bでは、上記式1におけるX1は、未収縮の第2偏光子5bの短辺の長さに相当し、同X2は、収縮後の第2偏光子5bの短辺の長さに相当する。また、上記式2におけるY1は、未収縮の第2偏光子5bの長辺の長さに相当し、同Y2は、収縮後の第2偏光子5bの長辺の長さに相当する。
本発明では、吸着型偏光子を用いることが好ましい。吸着型偏光子を用いれば、上記ΔSの値を容易に満足させることができる。
二色性物質としては、例えば、ヨウ素や有機染料などが挙げられる。有機染料としては、例えば、レッドBR、レッドLR、レッドR、ピンクLB、ルビンBL、ボルドーGS、スカイブルーLG、レモンイエロー、ブルーBR、ブルー2R、ネイビーRY、グリーンLG、バイオレットLB、バイオレットB、ブラックH、ブラックB、ブラックGSP、イエロー3G、イエローR、オレンジLR、オレンジ3R、スカーレットGL、スカーレットKGL、コンゴーレッド、ブリリアントバイオレットBK、スプラブルーG、スプラブルーGL、スプラオレンジGL、ダイレクトスカイブルー、ダイレクトファーストオレンジS、ファーストブラックなどが用いられる。これらの二色性物質は、一種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。好ましくは、ヨウ素が用いられる。
樹脂フィルムを構成する樹脂としては、例えば、セルロースエステル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、及びこれらの混合物などが挙げられる。
樹脂フィルムを構成する樹脂としては、好ましくはポリビニルアルコール系、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、及びポリアミド系樹脂から選択される少なくとも1種が用いられ、より好ましくはポリビニルアルコール系樹脂が用いられる。ポリビニルアルコール系樹脂を用いることにより、上記ΔSの値を容易に満足させることができる。
ポリビニルアルコール系樹脂を用いる場合、ポリビニルアルコール系樹脂は、酢酸ビニルなどのビニルエステル系モノマーを重合して得られるビニルエステル系重合体をケン化することによって得ることができる。このケン化度や重合度は、耐熱性などが良好であるという点から、高ケン化度で高重合度のポリビニルアルコールを用いることが好ましい。
ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度は、特に限定されないが、例えば、90モル%〜100モル%が好ましく、特に、95.0モル%〜99.9モル%のケン化度のものがより好ましい。このようなケン化度のポリビニルアルコール系樹脂を用いることによって、上記ΔSの値を満足し且つ耐久性に優れた偏光子5を得ることができる。なお、ケン化度は、JIS K 6726−1994に準じて求めることができる。
ポリビニルアルコール系樹脂の平均重合度についても特に限定されないが、例えば1,000〜8,000が好ましく、更に、1,200〜3,600がより好ましく、特に1,500〜5,000のものがより好ましい。平均重合度は、JIS K 6726−1994に準じて求めることができる。
好ましくは、第1偏光子5aと第2偏光子5bは同種であり、より好ましくは吸収軸方向及び厚みを除き同一である。
このように配設された第1及び第2偏光子5a,5bを液晶セル4に設けることで液晶パネル1の反りが効果的に防止できる原理は明確でないが、本発明者らは以下のように推測している。
偏光子5は、主として吸収軸方向に収縮する性質を有する。本発明では、第1偏光子5aは、長手方向に延びる吸収軸Aを有するため、その収縮過程では、吸収軸方向と平行で且つ長方形の長辺の中央部に向かう方向(図4のドット付き矢印で示す方向)に主として収縮し、吸収軸方向と直交する方向(短手方向)には殆ど収縮しない。換言すると、第1偏光子5aは、長手方向の収縮力の方が短手方向の収縮力よりも大きいと言える。その結果、第1偏光子5aが収縮すると、第1偏光子5aによって液晶セル4が長手方向に強く引っ張られることにより、積層体は図5(b)に示すように長手方向に反る。つまり、未収縮状態で平面状の第1偏光子5aは、収縮により、長手方向にU字状の曲面を生じるように液晶セル4を変形させる。
従って、第1偏光子5aを液晶セル4の第1面側に設けた場合、液晶セル4の第1面には、第1偏光子5aの収縮により、長手方向にU字状の曲面を生じさせる変形応力(以下、「第1変形応力」と称する)が第1偏光子5aから加わるようになる。
本発明では、第2偏光子5bは、短手方向に延びる吸収軸Aを有する。そのため、その収縮過程では、吸収軸方向と平行で且つ長方形の短辺の中央部に向かう方向(図6のドット付き矢印で示す方向)に主として収縮し、吸収軸方向と直交する方向(長手方向)には殆ど収縮しない。換言すると、第2偏光子5bは、短手方向の収縮力の方が長手方向の収縮力よりも大きいと言える。その結果、第2偏光子5bが収縮すると、第2偏光子5bによって液晶セル4が短手方向に強く引っ張られることにより、積層体は図7(b)に示すように短手方向に反る。つまり、未収縮状態で平面状の第2偏光子5bは、収縮により、短手方向にU字状の曲面生じるように液晶セル4を変形させる。
従って、第2偏光子5bを液晶セル4の第2面側に設けた場合、液晶セル4の第2面には、第2偏光子5bの収縮により、短手方向にU字状の曲面を生じさせる変形応力(以下、「第2変形応力」と称する)が第2偏光子5bから加わるようになる。
第1偏光子5aはその長手方向に吸収軸Aを有し、第2偏光子5bはその短手方向に吸収軸Aを有する。そのため、仮に、第2偏光子5bの厚みが第1偏光子5aの厚みと同じ又は第1偏光子5aよりも小さい場合、第1偏光子5aから発生する第1変形応力が第2偏光子5bから発生する第2変形応力よりも過大となり、液晶セル4の内部で第1変形応力が第2変形応力によって十分に相殺されず、その結果、液晶セル4を含む液晶パネル1が反ると考えられる。
この点、本発明では、第2偏光子5bの厚みが第1偏光子5aよりも大きいため、相反する2つの変形応力(第1変形応力及び第2変形応力)が液晶セル4の内部でバランスよく相殺され、その結果、液晶セル4を含む液晶パネル1の反りを効果的に防止できると考えられる。
これを考慮すると、第1偏光子5aの厚み(T1)と第2偏光子5bの厚み(T2)の比率(T1/T2)の下限値は、好ましくは1/15であり、より好ましくは1/10であり、さらに好ましくは1/5であり、特に好ましくは1/4である。また、比率(T1/T2)の上限値は、好ましくは1/2であり、より好ましくは1/2.5であり、特に好ましくは1/3である。
また、第2偏光子5bの厚み(T2)と第1偏光子5aの厚み(T1)の差(T2−T1)の下限値は、好ましくは2μmであり、より好ましくは5μmであり、さらに好ましくは10μmであり、特に好ましくは13μmである。また、差(T2−T1)の上限値は、好ましくは30μmであり、より好ましくは25μmであり、さらに好ましくは20μmであり、特に好ましくは17μmである。
第1偏光子5aと第2偏光子5bの厚みが上記の関係を満たせば、液晶パネル1の内部において相反する2つの変形応力がバランスよく相殺され、効果的に液晶パネル1の反りを防止できる。
第2偏光子5bの厚みの下限値は、好ましくは4μmであり、より好ましくは10μmであり、さらに好ましくは15μmであり、特に好ましくは20μmである。また、第2偏光子5bの厚みの上限値は、好ましくは50μmであり、より好ましくは40μmであり、さらに好ましくは30μmであり、特に好ましくは25μmである。
第1偏光子5aと第2偏光子5bの厚みが上記の範囲であれば、液晶パネル1の内部において相反する2つの変形応力がバランスよく相殺され、効果的に液晶パネル1の反りを防止できる。
なお、偏光度は、分光光度計(村上色彩技術研究所(株)製 製品名「DOT−3」)を用いて測定することができる。
偏光子5の単体透過率は、好ましくは35%〜45%であり、さらに好ましくは39%〜42%である。単体透過率を上記の範囲にすることによって、斜め方向のコントラスト比が高い液晶表示装置10を得ることができる。
なお、単体透過率は、JlS Z 8701−1995の2度視野に基づく、三刺激値のY値である。
本実施形態では、第1偏光子5aは第1接着層6aを介して液晶セル4の第1面に貼付され、第2偏光子5bは第2接着層6bを介して液晶セル4の第2面に貼付されている。
本発明では、上述したように、第1偏光子5aの収縮によって発生した第1変形応力が第2偏光子5bの収縮によって発生した第2変形応力によってバランスよく相殺されることにより液晶パネル1の反りが効果的に防止される。そのため、第1偏光子5aの収縮によって発生した第1変形応力は、第1接着層6aに吸収され難いことが望ましく、同様に、第2偏光子5bの収縮によって発生した第2変形応力は、第2接着層6bに吸収され難いことが望ましい。即ち、第1及び第2接着層6a,6bは、硬い(柔軟性の低い)ことが望ましい。
なお、接着層6の硬度は、JIS K6253(加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法)に記載のタイプAのデュロメータによる測定した値である。
接着層6を構成する接着剤又は粘着剤の樹脂成分は特に限定されず、偏光子5に含まれる樹脂フィルムとの相性を考慮して適宜選択することができる。
接着剤又は粘着剤の樹脂成分としては、例えば、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、及びこれらの混合物などが挙げられる。
接着剤又は粘着剤の樹脂成分は、偏光子5に含まれる樹脂フィルムと同じであることが好ましい。偏光子5と接着層6の接着力が強くなり、偏光子5が液晶セル4から剥離し難くなるためである。例えば、ポリビニルアルコール系樹脂を含む偏光子5の接着には、ポリビニルアルコール系樹脂を含む接着層6を用いることが望ましい。
本発明の偏光子の製造方法について、吸着型偏光子を用いる場合を例にして説明する。
本発明の偏光子は、例えば、膨潤工程、吸着工程、延伸工程、架橋工程、及び洗浄・乾燥工程を経て作製することができる。以下、各工程について簡単に説明する。
膨潤工程は、二色性物質を吸着させる樹脂フィルムを膨潤させる工程である。樹脂フィルムの構成材料は、上述したものを使用できる。樹脂フィルムは、膨潤工程において、通常、未延伸状態である。一般的に、樹脂フィルムはロール状に巻き取られており、搬送ローラを介して、巻き出された樹脂フィルムが膨潤浴内へ導入される。
膨潤浴には、膨潤液が満たされている。膨潤液としては、通常、水が用いられる。膨潤浴の液温は、通常、20〜50℃、好ましくは30〜40℃に調整されている。膨潤浴に樹脂フィルムを浸漬する時間は、一般的に1〜7分間である。
吸着工程の前に、膨潤工程を経ることにより、樹脂フィルムの表面の汚れを除去できると共に、二色性物質の吸着ムラを低減できる。
吸着工程は、膨潤後の樹脂フィルムに二色性物質を吸着させる工程である。
上記膨潤させた樹脂フィルムは、膨潤浴から引き出された後、吸着浴に導入される。
吸着浴は、二色性物質を溶媒に溶解させた染色溶液で満たされている。この溶媒としては、水が一般的に使用されるが、水と相溶性のある有機溶媒を添加してもよい。
吸着浴において、二色性物質の濃度は、特に限定されないが、好ましくは0.0001質量%〜10質量%の割合であり、より好ましくは0.001質量%〜7質量%である。
吸着浴への樹脂フィルムの浸漬時間は、特に限定されるものではないが、20秒〜1,800秒が好ましい。また、吸着浴の液温は、好ましくは20℃〜80℃であり、より好ましくは40℃〜60℃である。吸着浴の温度が高すぎると、フィルムが溶融する虞があり、低すぎると二色性物質の樹脂フィルムに対する吸着性が低下する虞がある。
延伸工程は、樹脂フィルムに延伸処理を施す工程である。延伸処理としては、通常、一軸延伸処理が行われる。延伸処理は、膨潤工程から吸着工程の間において、又は、膨潤工程及び/又は吸着工程の最中に行うことができる。延伸処理は、例えば、樹脂フィルムを送り出す複数の搬送ローラの回転速度を変更することで容易に実施できる。
延伸処理によって、樹脂フィルムは、その元長の2倍〜7倍に延伸されることが好ましく、より好ましくは2.5倍〜6倍であり、特に好ましくは3倍〜5倍である。なお、樹脂フィルムの元長は、膨潤工程に入る前の未延伸の樹脂フィルムを基準としている。
延伸倍率が2倍未満であると、高偏光度の偏光子を得ることが難しくなるだけでなく、上述したΔSの範囲を満たす偏光子を得ることが難しくなる虞がある。他方、延伸倍率が7倍を超えると、フィルムが破断する虞がある。
延伸工程により、樹脂フィルムに吸着した二色性物質が延伸方向に配向し、その結果、延伸方向に吸収軸Aが発生した長尺状の偏光子が得られる。
なお、複数回の延伸処理が施される場合には、上記延伸倍率の範囲は、総延伸倍率を意味する。
架橋工程は、二色性物質を含浸させて延伸した樹脂フィルム(即ち、長尺状の偏光子)に、架橋剤を接触させる工程である。架橋工程は長尺状の偏光子を架橋浴に導入することで実施できる。
架橋浴は、架橋剤を溶媒に溶解した架橋溶液で満たされている。溶媒としては、例えば水が使用できるが、さらに、水と相溶性のある有機溶媒を添加してもよい。溶液における架橋剤の濃度は、特に限定されないが、好ましくは0.01質量%〜20質量%であり、より好ましくは0.1質量%〜10質量%である。架橋剤の濃度が0.01%未満であると、十分な架橋効果を得ることができない虞がある。他方、架橋剤の濃度が20%を超えても架橋効果は殆ど変わらないため、費用対効果が悪い。
架橋剤としては、例えば、ホウ酸、ホウ砂などのホウ素化合物;グリオキザール;グルタルアルデヒドなどが挙げられる。これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
架橋工程を経ることにより、樹脂フィルムに吸着した二色性物質の配向性が安定化し、より耐水性に優れた長尺状の偏光子を得ることができる。
洗浄・乾燥工程は、架橋工程を経て得られた耐水性を有する長尺状の偏光子の表面から余剰な架橋溶液を除く工程である。洗浄は、長尺状の偏光子を架橋浴から引き出された後、洗浄浴に導入することで実施できる。
洗浄浴には、洗浄液が満たされている。洗浄液としては、水が一般的に使用される。洗浄浴によって余剰な架橋溶液が取り除かれた後、偏光子は、洗浄浴から引き出され、乾燥装置に導かれる。
乾燥装置によって偏光子が加熱乾燥されることにより、表面に余剰な架橋剤が付着していない長尺状の偏光子が得られる。なお、加熱装置の乾燥温度は、通常、20〜50℃であり、乾燥時間は1〜10分間である。加熱装置による乾燥温度が50℃を超えると、偏光子を液晶パネル1に設ける前に偏光子が収縮する虞がある。乾燥時間が10分を超える場合についても同様である。
本発明の偏光子は、洗浄・乾燥工程を経た長尺状の偏光子を、特定の寸法に切断することにより得られる。
第1偏光子5aは、その長手方向に吸収軸Aを有する略長方形状の偏光子5であり、第2偏光子5bは、その短手方向に吸収軸Aを有する略長方形状の偏光子5である。そして、両偏光子5a,5bは、クロスニコル状態に配置されている。
従って、液晶セル4の内部において、第1偏光子5aの収縮によって発生した第1変形応力が第2偏光子5bの収縮によって発生した第2変形応力によって相殺され、その結果、液晶パネル1の反りを効果的に防止することができる。
どちらの場合でも、液晶パネル1の反りを効果的に防止することができる。
以下、偏光子5及び保護フィルムを有する偏光板を液晶セル4に設けた本発明の第2乃至第4実施形態に係る液晶パネル1について説明する。第2乃至第4実施形態に係る液晶パネル1については、主に第1実施形態との相違点について説明し、共通点については適宜説明を省略する。
なお、図8乃至図10では、液晶パネル1の層構成を分かりやすく描写するため、各層の間に介在する接着層を省略し、液晶セル4についても簡略化して描写している。第2乃至第4実施形態で用いられる接着層は特に限定されず、第1実施形態の第1及び第2接着層6a,6bと同じものを採用することができる。
図8に示す第2実施形態に係る液晶パネル1では、第1偏光子5a及び第1保護フィルム7aを有する第1偏光板8aが液晶セル4の第1面側に設けられており、第2偏光子5b及び第2保護フィルム7bを有する第2偏光板8bが液晶セル4の第2面側に設けられている。例えば、第1偏光板8aは、第1偏光子5aの第1面側に第1保護フィルム7aを接着層を介して貼付することで作製でき、第2偏光板8bは、第2偏光子5bの第2面側に第2保護フィルム7bを接着層を介して貼付することで作製できる。
以下、第1及び第2位保護フィルム7a,7bを総称して、単に「保護フィルム7」と称し、第1及び第2偏光板8a,8bを総称して、単に「偏光板8」と称する場合がある。
なお、透湿度は、JIS Z0208の透湿度試験(カップ法)に準拠して、温度40℃、湿度92%RHの雰囲気中、面積1m2の試料を24時間に通過する水蒸気量(g)を測定して求められる値である。
保護フィルム7を構成する樹脂としては、好ましくは(メタ)アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、スチレン系樹脂から選択される少なくとも1種が用いられ、より好ましくは(メタ)アクリル系樹脂が用いられる。
(メタ)アクリル系樹脂は、機械的強度が高く比較的柔らかい上、上述した透湿度と全光線透過率を満たし易いため、保護フィルム7の形成材料として好ましく用いられる。
(メタ)アクリル系樹脂の重量平均分子量は、好ましくは10,000〜500,000である。重量平均分子量が小さすぎると、フィルムにした場合の機械的強度が不足する虞がある。他方、重量平均分子量が大きすぎると、溶融押出時の粘度が高く、成形加工性が低下し、成形品の生産性が低下する虞がある。
グルタルイミド単位及びメタクリル酸メチル単位を有する(メタ)アクリル系樹脂を用いる場合、そのイミド化率は2.5%〜5.0%であり、酸価は0.1mmol/g〜0.5mmol/gであり、アクリル酸エステル単位を1重量%未満含むことが好ましい。
保護フィルム7がこのような厚みの範囲にあれば、第1及び第2偏光子5a,5bの収縮を過度に阻害することなく、第1及び第2偏光子5a,5bを保護することができる。
しかし、本実施形態では、第2偏光子5bにも第2保護フィルム7bが積層されているため、本実施形態の第2偏光子5bの変形によって生じる第2変形応力は、第1実施形態の第2偏光子5bの変形によって生じる第2変形応力よりも小さい。
従って、本実施形態でも第1実施形態と同様の原理により、相反する2つの応力(第1変形応力及び第2変形応力)が液晶セル4の内部でバランスよく相殺され、その結果、液晶セル4を含む液晶パネル1の反りが効果的に防止できる。
図9に示す第3実施形態に係る液晶パネル1では、液晶セル4の第1面側又は第2面側のみに偏光板8が設けられている。
具体的には、図9(a)では、液晶セル4の第1面側のみに第1偏光子5a及び第1保護フィルム7aを有する第1偏光板8aが設けられ、且つ、液晶セル4の第2面側には第2偏光子5bが設けられており、図9(b)では、液晶セル4の第2面側のみに第2偏光子5b及び第2保護フィルム7bを有する第2偏光板8bが設けられ、且つ、液晶セル4の第1面側には第1偏光子5aが設けられている。
第3実施形態は、例えば、長期間使用した第1実施形態の液晶パネル1の反りを修正したい場合に採用することができる。
このような場合、液晶パネル1の偏光子5のみを交換することは実質的に不可能である。偏光子5は接着層を介して液晶セル4に貼付されているためである。
他方、液晶表示装置10の長期間の使用により、液晶パネル1がその短手方向にU字状の曲面を生じるように変形した場合、第1変形応力が第2変形応力よりも過小になったと考えられる。そのため、第2偏光子5bの第2面のみに第2保護フィルム7bを積層して第2偏光板8bとすることで(図9(b))、第2変形応力を小さくし、再び第1変形応力が第2変形応力によってバランスよく相殺されるように調整することができる。
図10に示す第4実施形態に係る液晶パネル1では、偏光子5の両面に保護フィルム7を有する偏光板8が液晶セル4の第1面側及び第2面側にそれぞれ設けられている。液晶セル4の第1面側に設けられた第1偏光板8aは、第1偏光子5aと、第1偏光子5aの第1面に積層された第1保護フィルム7aと、第1偏光子5aの第2面に積層された第3保護フィルム7cと、を有する。また、液晶セル4の第2面側に設けられた第2偏光板8bは、第2偏光子5bと、第2偏光子5bの第1面に積層された第2保護フィルム7bと、第2偏光子5bの第2面に積層された第4保護フィルム7dと、を有する。
本実施形態は、第2実施形態に係る液晶パネル1をより改良したものである。本実施形態では、2枚の保護フィルム7,7を有する偏光板8を用いているため、液晶セル4及び偏光子5をより確実に保護することができる。
「保護フィルム7が実質的に光学的等方性を有する」とは、保護フィルム7の屈折率楕円体が、nx=nz=nyである場合だけでなく、nx≒nz≒nyである場合を含む。
具体的には、保護フィルム7の面内複屈折率Δnxy(nx−ny)の絶対値、及び厚み方向複屈折率Δnxz(nx−nz)の絶対値が、0.0005以下である場合を含み、好ましくは0.0001以下であり、より好ましくは0.00005以下である。
なお、本明細書において、「nx」は、23℃、波長590nmを基準にして、対象物(ここでは保護フィルム7)の面内の屈折率が最大となる方向(X軸方向)の屈折率を表し、前記「ny」は、同面内でX軸方向に対して直交する方向(Y軸方向)における屈折率を表し、前記「nz」は、前記X軸方向及びY軸方向に直交する方向(厚み方向)における屈折率を表す。
光学的等方性を有する第3及び第4保護フィルム7c,7dとしては、第2実施形態の保護フィルム7と同様のフィルムを用いることができる。好ましくは、光学的等方性に優れることから、(メタ)アクリル系樹脂を含むフィルムが用いられる。
位相差フィルムの面内及び/又は厚み方向の位相差値は、好ましくは10nm〜100であり、より好ましくは30nm〜80nmである。
なお、面内位相差値は、面内複屈折率(Δnxy)は、Δnxy×d(nm)によって求められる値であり、厚み方向位相差値は、{(nx+ny)/2}−nz)×d(nm)によって求められる値である。dは、位相差フィルムの厚みである。
位相差フィルムを構成する樹脂は、特に限定されないが、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ノルボルネン系樹脂、セルロース系樹脂、及びこれらの混合物などが挙げられる。これら樹脂をシート状に製膜することにより、位相差フィルムを得ることができる。
例えば、第1及び第2偏光子5a,5bに2層以上の保護フィルム7が積層された偏光板を用いてもよく、第1偏光子5aに一層の保護フィルム7が積層された第1偏光板8a及び第2偏光子5bに2層以上の保護フィルム7が積層された第2偏光板8bを用いてもよい。
本発明の液晶パネルは任意の液晶表示装置に用いられる。液晶表示装置としては、例えば、パソコンモニター、ノートパソコン、スマートフォンなどのOA機器;デジタルカメラ、携帯ゲーム機などの携帯機器;ビデオカメラ、テレビ、電子レンジなどの家庭用機器;バックモニター、カーナビゲーション、カーオーディオなどの車載用機器;店舗用モニターなどの展示機器;監視用モニターなどの警備機器;介護用モニター、医療用モニターなどの医療機器などが挙げられる。
本発明の液晶パネルを搭載した液晶表示装置は、液晶表示装置の使用時における温度の変化によって液晶パネルが反り難く、その結果、光漏れや表示ムラなどの問題が生じ難い。
つまり、液晶セル4以外の調光対象物の第1面側に第1偏光子5aを設け、且つ、その第2面側に第2偏光子5bを設けることにより、液晶パネル以外の光学積層体を構成することも可能である。このような光学積層体も、本発明の液晶パネルと同様の原理により、反りを効果的に防止できる。液晶セル4以外の調光対象物としては、例えば、窓ガラスなどが挙げられる。
実施例及び比較例で作製した光学積層体について、その上側偏光板を天側に向け且つその下側偏光板の下面を地側に向けた状態にし、最も地側に位置する部分(最下部)から最も天側に近い部分(最上部)の高低差D1(mm)を測定し(図11参照)、この高低差D1を「初期反り量」とした。なお、高低差D1の測定は、空中において、光学積層体が水平面とできるだけ平行に近くなる状態で行った(後述する、高低差D2についても同様)。
その後、光学積層体を、60℃、90%RH雰囲気下に調整した加熱容器(エスペック(株)社製:製品名「低温恒温恒湿器」)に入れ、48時間放置した。
加熱容器から光学積層体を取り出した後、加熱容器に入れる前と同様に、最下部と最上部の高低差D2(mm)を測定し、この高低差D2を「加熱後反り量」とした。
加熱後反り量(D2)と初期反り量(D1)の差(D2−D1)の絶対値を、光学積層体の「反り変化量」として評価した。反り変化量が大きければ、加熱前後で光学積層体が大きく反ったことを意味し、反り変化量が小さければ、加熱により光学積層体が殆ど反らなかったことを意味する。
実施例及び比較例で作製した光学積層体を構成する偏光子及び保護フィルムは以下の製法にて得られたものである。なお、実施例及び比較例で用いた偏光子及び保護フィルムは、全て縦225mm×横400mmの寸法を有する長方形状に切り揃えた。
<偏光子A>
非晶質ポリエチレンテレフタレート(A−PET)樹脂を、Tダイ法により成形温度270度で押出成形して、厚み200μmの基材を作製した。この基材上に、ポリビニルアルコール樹脂(日本合成化学工業(株)製:製品名「ゴーセノール NH−18」)の水溶液(固形分濃度10%)を塗布して乾燥させることで厚み10μmの乾燥塗膜を作製し、基材と乾燥塗膜の積層体を得た。この積層体を、ロール間延伸機を用い、100℃で、長手方向に1.8倍に延伸を行った後、積層体を搬送しながら、下記[1]〜[4]に示す条件の4浴に順次浸漬し、乾燥塗膜の膨潤、吸着、架橋、洗浄を行った。なお、架橋浴内において、積層体の長手方向に総延伸倍率6倍になるよう延伸を行った。
[1]膨潤浴: 28℃の純水に120秒間浸漬
[2]吸着浴: 水100重量部に対して、ヨウ素1重量部、ヨウ化カリウム10重量部
を含む30℃の水溶液に60秒間浸漬
[3]架橋浴: 水100重量部に対して、ホウ酸7.5重量部を含む60℃の水溶液に
300秒間浸漬
[4]洗浄浴: 純水に10秒間浸漬
その後、積層体から基材を剥離してヨウ素で染色された厚み5μmの乾燥塗膜(偏光子)を得た。この得られた偏光子を長方形状に切り揃え、横方向に吸収軸を有する吸着型偏光子Aを得た。
<偏光子B>
厚み60μmのポリビニルアルコール系樹脂フィルム((株)クラレ製:製品名「VF−PE−A ♯6000」)にヨウ素を吸着させて、6倍に延伸することで厚み22μmの偏光子を作製した。この偏光子を長方形状に切り揃え、縦方向に吸収軸を有する吸着型偏光子Bを得た。
<偏光子C>
厚み45μmのポリビニルアルコール系樹脂フィルム((株)クラレ製:製品名「VF−PS−N ♯4500」)にヨウ素を吸着させて、6倍に延伸することで厚み18μmの偏光子を作製した。この偏光子を長方形状に切り揃え、縦方向に吸収軸を有する吸着型偏光子Cを得た。
<偏光子D>
偏光子Bの製法と同様、厚み22μmの偏光子を得た後、これを長方形状に切り揃え、横方向に吸収軸を有する吸着型偏光子Dを得た。
<偏光子E>
偏光子Aの製法と同様、厚み5μmの偏光子を得た後、これを長方形状に切り揃え、縦方向に吸収軸を有する吸着型偏光子Eを得た。
<保護フィルムA>
アクリル系樹脂フィルム(東洋鋼鈑(株)製:製品名「HX−40UC」)。厚み40μm。
<保護フィルムB>
アクリル系樹脂フィルム(東洋鋼鈑(株)製:製品名「HX−40NE」)。厚み40μm。
実施例及び比較例において、上記に列挙した偏光子及び保護フィルムを積層するのに、活性エネルギー線硬化型接着剤(日本合成化学工業(株)製:製品名「Z200」)を使用した。なお、この活性エネルギー線硬化型接着剤を用いて形成した接着層の各厚みは、0.7μmであった。
また、上側偏光板及び下側偏光板とガラス板との接着には、感圧型接着剤(日東電工(株)製のアクリル系粘着剤)を使用した。なお、この感圧型接着剤を用いて形成した接着層の各厚みは、23μmであった。
下から順に、保護フィルムB、偏光子A、保護フィルムAを積層した後、保護フィルムAの上面にアンチグレア処理を施して上側偏光板を作製した。上側偏光板は、液晶セルの第1面側に設けられる積層体を想定している。
次に、下から順に、保護フィルムA、偏光子B、保護フィルムBを積層して下側偏光板を作製した。下側偏光板は、液晶セルの第2面側に設けられる積層体を想定している。
続いて、下側偏光板の上面(保護フィルムBの上面)に縦245mm×横420mm、厚み0.55mmのガラス板(松浪硝子工業(株)製)を感圧型接着剤を用いて積層し、その後、ガラス板の上面に上側偏光板の下面(保護フィルムBの下面)を積層し、光学積層体を作製した。得られた光学積層体では、上側偏光板に含まれる偏光子Aと下側偏光板に含まれる偏光子Bは、互いの吸収軸の延びる方向が直交していた。
作製した光学積層体に対し、上述の反り変化量の測定方法に従って、反り変化量を算出した。この結果を下記表1に表す。
下から順に、保護フィルムB、偏光子A、保護フィルムAを積層した後、保護フィルムAの上面にアンチグレア処理を施して上側偏光板を作製した。上側偏光板は、液晶セルの第1面側に設けられる積層体を想定している。
次に、下から順に、保護フィルムA、偏光子C、保護フィルムBを積層して下側偏光板を作製した。下側偏光板は、液晶セルの第2面側に設けられる積層体を想定している。
続いて、下側偏光板の上面(保護フィルムBの上面)に縦245mm×横420mm、厚み0.55mmのガラス板(松浪硝子工業(株)製)を感圧型接着剤を用いて積層し、その後、ガラス板の上面に上側偏光板の下面(保護フィルムBの下面)を積層し、光学積層体を作製した。得られた光学積層体では、上側偏光板に含まれる偏光子Aと下側偏光板に含まれる偏光子Cは、互いの吸収軸の延びる方向が直交していた。
作製した光学積層体に対し、上述の反り変化量の測定方法に従って、反り変化量を算出した。この結果を下記表1に表す。
下から順に、保護フィルムB、偏光子D、保護フィルムAを積層した後、保護フィルムAの上面にアンチグレア処理を施して上側偏光板を作製した。上側偏光板は、液晶セルの第1面側に設けられる積層体を想定している。
次に、下から順に、保護フィルムA、偏光子E、保護フィルムBを積層して下側偏光板を作製した。下側偏光板は、液晶セルの第2面側に設けられる積層体を想定している。
続いて、下側偏光板の上面(保護フィルムBの上面)に縦245mm×横420mm、厚み0.55mmのガラス板(松浪硝子工業(株)製)を感圧型接着剤を用いて積層し、その後、ガラス板の上面に上側偏光板の下面(保護フィルムBの下面)を積層し、光学積層体を作製した。得られた光学積層体では、上側偏光板に含まれる偏光子Dと下側偏光板に含まれる偏光子Eは、互いの吸収軸の延びる方向が直交していた。
作製した光学積層体に対し、上述の反り変化量の測定方法に従って、反り変化量を算出した。この結果を下記表1に表す。
下から順に、保護フィルムB、偏光子A、保護フィルムAを積層した後、保護フィルムAの上面にアンチグレア処理を施して上側偏光板を作製した。上側偏光板は、液晶セルの第1面側に設けられる積層体を想定している。
次に、下から順に、保護フィルムA、偏光子E、保護フィルムBを積層して下側偏光板を作製した。下側偏光板は、液晶セルの第2面側に設けられる積層体を想定している。
続いて、下側偏光板の上面(保護フィルムBの上面)に縦245mm×横420mm、厚み0.55mmのガラス板(松浪硝子工業(株)製)を感圧型接着剤を用いて積層し、その後、ガラス板の上面に上側偏光板の下面(保護フィルムBの下面)を積層し、光学積層体を作製した。得られた光学積層体では、上側偏光板に含まれる偏光子Aと下側偏光板に含まれる偏光子Eは、互いの吸収軸の延びる方向が直交していた。
作製した光学積層体に対し、上述の反り変化量の測定方法に従って、反り変化量を算出した。この結果を下記表1に表す。
実施例1及び2では、下側偏光板の偏光子の厚みの方が上側偏光板の偏光子の厚みよりも大きい。そのため、上側偏光板の偏光子の収縮に起因する変形応力と下側偏光板の偏光子の収縮に起因する変形応力が、ガラス板の内部でバランスよく相殺されるため、光学積層体の反りが十分に防止できる。
他方、比較例1では、上側偏光板の偏光子の厚みの方が下側偏光板の偏光子の厚みよりも大きく、比較例2では、上側偏光板の偏光子の厚みが下側偏光板の偏光子の厚みと同じである。そのため、上側偏光板の偏光子の収縮に起因する変形応力と下側偏光板の偏光子の収縮に起因する変形応力が、ガラス板の内部で十分に相殺されず、光学積層体の反りを十分に防止できない。
なお、本実施例及び比較例に用いた保護フィルムは、高温恒湿環境下でも殆ど収縮しないため、光学積層体の反りに殆ど影響しない。
Claims (6)
- 液晶セルと、
前記液晶セルの第1面側に設けられた略長方形状の第1偏光子と、
前記液晶セルの第2面側に設けられた略長方形状の第2偏光子と、を有し、
前記第1偏光子はその長手方向に延びる吸収軸を有し、且つ、前記第2偏光子はその短手方向に延びる吸収軸を有し、
前記第1偏光子及び前記第2偏光子は、互いの吸収軸の延びる方向が直交するように配設されており、
前記第2偏光子の厚みが、前記第1偏光子の厚みよりも大きいことを特徴とする液晶パネル。 - 前記第1偏光子の厚み(T1)と前記第2偏光子の厚み(T2)の比率(T1/T2)が、1/10〜1/2である、請求項1に記載の液晶パネル。
- 前記第2偏光子の厚み(T2)と前記第1偏光子の厚み(T1)の差(T2−T1)が、2μm以上である、請求項1に記載の液晶パネル。
- 前記第1偏光子及び前記第2偏光子のうち少なくとも何れか一方の偏光子に保護フィルムが積層されている、請求項1乃至3の何れか一項に記載の液晶パネル。
- 請求項1乃至4の何れか一項に記載の液晶パネルを有する液晶表示装置。
- 略長方形状の第1偏光子と、略長方形状の第2偏光子と、を有し、
前記第1偏光子はその長手方向に延びる吸収軸を有し、且つ、前記第2偏光子はその短手方向に延びる吸収軸を有し、
前記第1偏光子及び前記第2偏光子は、互いの吸収軸の延びる方向が直交するように配設されており、
前記第2偏光子の厚みが、前記第1偏光子の厚みよりも大きいことを特徴とする、偏光子のセット。
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