JP4612562B2 - 反射型偏光板、光学部材及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイとして使用される液晶表示装置、並びに液晶表示装置に好適な光学部材及び反射型偏光板に関するものである。

液晶表示装置に使用される偏光板としては、通常ヨウ素で着色され、１軸延伸されたポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略す）フィルムを偏光子として、その片面、または両面にトリアセチルセルロース（以下、ＴＡＣと略す）フィルムを偏光板の保護フィルムとして貼り合せる方法、又は偏光子の片面においてアクリル樹脂等でコーティング層を設ける方法、或いは偏光子の片面にノルボルネンやポリカーボネートなどの位相差フィルムをＴＡＣの代わりに貼り合せる等の吸収型偏光板が用いられている。この吸収型偏光板は、偏光板の透過軸方向の光しか透過せず、残りの成分の光は吸収してしまう特性であり、理想条件でも５０％（内表面反射４％を有するため最大光透過率４６％が限界）であり、バックライトの有効活用、および輝度を高めることは液晶表示装置の命題ともなっている。

この命題を解決する方法の一つとして、光学反射干渉特性を利用した反射型偏光板がある。例えば、特許文献１には、コレステリック液晶層と１／４波長板を組み合わせた反射型偏光板が示されている。コレステリック液晶を１／４波長板を組み合わせた反射型偏光板は、コレステリック液晶の螺旋ピッチに対応した波長の右（又は左）円偏光を透過して、１／４波長板で直線偏光に変換し、左（又は右）円偏光を反射する。しかし、この反射型偏光板では、可視光全域にわたって、この特性を実現することは、困難であることと、コレステリック液晶層の界面層間接着強度が弱いために、容易に層間剥離を生じてしまうという問題を抱えている。

特許文献２、３には、一つは複屈折を有する多層膜の干渉を用いた偏光素子が記載されており、屈折率の異なる２種類のポリマーフィルムの配向多層膜での偏光分離を行う方法が開示されている。また、非特許文献１には、原理は上記と同様であるが、単純なポリマーブレンドを利用した偏光分離方法も提案されている。また、最近では、特許文献４に、ポリマーブレンドの代わりにファイバーを利用した方法も報告されている。偏光分離方式における反射型偏光板では、透過しない偏光成分において反射するという特性があり、その反射した光が液晶表示装置のバックライト側に設置されている拡散反射フィルムとの多重反射を繰り返すことで、偏光板の透過軸方向の光と一致する光をもう一度取り出すことが可能であり、透過率６０％以上を実現することが出来る。しかし、特許文献４及び非特許文献２にも記載されているが、反射型偏光板を実現するためには、ブレンドされるポリマーの屈折率とバルクとなる基材の屈折率を厳密に一致させる必要や、ブレンドポリマー、ファイバーの形状や配置を厳密に制御する必要があり、製造上の大きな問題点となっている。また、反射型偏光板の一つとして、実際に３Ｍ社からＤ−ＢＥＦ（輝度上昇フィルム）という商品として市販されている。しかし、Ｄ−ＢＥＦにおいても、可視の広い領域に渡って偏光特性を確保する必要があるために、全体で４００から８００もの積層がなされている。この厚み制御と数百層ものポリマーフィルムの積層をおこなうこと、更には各層ごとの屈折率制御、フィルムの幅方向での均一な特性制御という技術的に困難な点が多い。

特開平８−２７１７３１号公報 米国特許第３６１０７２９号公報 米国特許第５４８６９４９号公報 国際公開第２００５／８３０２号公報 ジャーナル オブ アプライド フィジックス ３７巻、１９９８年、第４３８９頁 月刊ディスプレイ ２００５年４月号第１３頁

上記したように、液晶表示素子の光の透過率向上として、吸収型偏光板と反射型偏光板（輝度上昇フィルム）を２枚用いる構成をとっているが、反射型偏光板は、技術的に困難な面が多く、製造負荷の高い部材となっている。
本発明の目的は、製造が比較的簡単で、層間剥離などの問題が生じ難い反射型偏光板を提供することにある。

また、この反射型偏光板に他の光学機能を示す光学層を積層することにより、液晶表示装置の光の利用効率を高めることが出来る光学部材を提供することにある。
さらに、この反射型偏光板が積層された光学部材を用いて、バックライト光の利用効率が高められた液晶表示装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために偏光板用の高分子材料、形状等を鋭意検討した。その結果、光学干渉繊維を同一方向面状に並べ、光学透明樹脂に内包させ板状に加工するという、比較的簡易な方法で輝度向上に有用な反射型偏光板を製造できることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、下記の〔１〕〜〔１１〕により達成することが出来た。
〔１〕（ａ）（ａ）少なくとも２種の熱可塑性樹脂で構成され、交互層状の断面構造を有する繊維であって、かつ少なくとも該２種の熱可塑性樹脂は、該繊維の長さ方向に対する断面方向の波長５８９ｎｍにおける屈折率差が０．０１以下である光学干渉繊維（Ａ）と、
（ｂ）前記繊維（Ａ）の長さ方向に対する断面方向の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する光学透明樹脂（Ｂ）、
とを含有し、光学干渉繊維（Ａ）は同一方向面状に配置されてなる反射型偏光板。
〔２〕前記繊維（Ａ）が光学透明樹脂（Ｂ）により内包固定化されている上記〔１〕の反射型偏光板。
〔３〕少なくとも２種の熱可塑性樹脂で構成される交互層状の断面構造が５層以上からなり、且つ各層の厚さが０．０２〜１．０μｍの範囲にあることを特徴とする上記〔１〕、〔２〕の反射型偏光板。
〔４〕前記少なくとも２種の熱可塑性樹脂の屈折率差が０．０２以上であることを特徴とする上記〔１〕〜〔３〕の反射型偏光板。
〔５〕前記繊維（Ａ）を構成する繊維の平均径が、０．７μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする上記〔１〕〜〔４〕の偏光板。
〔６〕前記光学透明樹脂（Ｂ）が、熱可塑性樹脂であることを特徴とする上記〔１〕〜〔５〕の反射型偏光板。
〔７〕前記光学透明樹脂（Ｂ）が、硬化型樹脂であることを特徴とする上記〔１〕〜〔５〕の反射型偏光板。
〔８〕上記〔１〕〜〔７〕の反射型偏光板と、他の光学機能を示す光学層との積層体からなることを特徴とする光学部材。
〔９〕前記光学層が吸収型偏光板である上記〔８〕の光学部材。
〔１０〕前記光学層が位相差層であることを特徴とする上記〔８〕の光学部材。
〔１１〕上記〔９〕又は〔１０〕の光学部材が、液晶セルの片側又は両側に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置。

本発明者は、鋭意研究の結果、今までフィルム内で実現しようとしてきた多層構造や、コレステリック液晶の塗布コートでの光学干渉機能の発現方法から、光学干渉の機能を有する部分を繊維内の構造に持たせ、その繊維を並べることにより面内の均一性を発現させることを検討した。これにより、繊維の長さ方向の光学干渉機能を安定的に発現させることを実現すると共に、その光学干渉繊維を一方向面状に並べ、光学透明樹脂により固定化することで、幅方向の光学干渉効果を均一に発現させることが可能となり、反射型偏光板の構成方法を実現することができた。また、繊維を並べるという手法により、フィルムの幅方向の制約が、装置のサイズに依存するものとなり、フィルムの延伸加工や、コーティング加工での幅方向の困難であった技術点に制約されない製造方法を実現することができた。

このように本発明の反射型偏光板により、他の光学機能を有する光学層と積層することで、光学部材を提供することができる。また、反射型偏光板を積層した光学部材を液晶セルと組み合わせることで、光の利用効率を向上させ、輝度が高く、消費電力を小さくすることができる液晶表示装置を提供することができる。

本発明によれば、光学干渉繊維（Ａ）を同一方向面状に並べ、硬化型樹脂などの光学透明樹脂に内包する形態を取ることで、反射型偏光板を容易に得ることが可能となった。
そのような反射型偏光板は、吸収型偏光板と様々な位相差フィルムや光学補償フィルムと組み合わせることで、円偏光フィルム、楕円偏光フィルム、視野角拡大偏光フィルムを提供可能であり、また、反透過反射型液晶表示装置、透過型液晶表示装置等と組み合わせて、液晶表示装置の光の利用効率を高め、輝度が高く、電力消費を小さくすることができる液晶表示装置を提供することが可能となる。

〔光学干渉繊維（Ａ）〕
光学干渉繊維とは、光学的な反射、干渉効果により可視光領域の波長の色を干渉、発色するものである。光学干渉繊維の例としては、特許第３３５６４３８号公報、特開平１１−１２４７７３号公報、特開２００５−１５９６２号公報に示されている。光学干渉繊維は、２種以上の熱可塑性樹脂成分で構成される交互層状の断面構造を有する繊維であり、その熱可塑性樹脂の屈折率が異なることで、光学的距離である屈折率と各層の厚みとの積による干渉効果を発現するものである。

光学干渉効果には、２種の熱可塑性樹脂層の屈折率差、各層の光学的距離（屈折率×各層の厚み）及び積層数が大きく影響する。
まず、光学干渉繊維を構成する２種の熱可塑性樹脂については、屈折率の高い方の樹脂（高屈折率樹脂ということがある）は、１．５５〜１．８８の屈折率であり、屈折率の低い方の樹脂（低屈折率樹脂ということがある）は１．３５〜１．５５の屈折率の範囲にあるものを適宜選定するのが好ましい。特に、２種の樹脂の屈折率差としては、少なくとも０．０２以上、好ましくは、０．０７以上、もっとも好ましくは、０．１５以上である。樹脂の組み合わせとしては、屈折率の高い繊維形成性を有する熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどの芳香族ポリエステルやポリカーボネートが好ましい。これらの樹脂の屈折率は、例えば、ポリエチレンテレフタレートでは、１．５８、ポリエチレンナフタレート１．６３、ポリブチレンテレフタレート、１．５５、ポリカーボネートでは、１．５９と高い値を有している。さらにこれらの樹脂を用いて、繊維としたとき、繊維軸方向に高い配向が発生し、大きな複屈折を有することとなる。複屈折として、ポリエチレンナフタレートでは０．２２、ポリエチレンナフタレートでは０．１５３、ポリカーボネートでは０．２０などの高い値を有している。一方、低屈折率の熱可塑性樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）等のメタクリレート類、ポリエチレン（１．５１）、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ナイロン６（１．５３）など脂肪族ポリアミドを挙げることが出来る。これらの樹脂の中で、ポリメチルメタクリレートではほとんど０の複屈折率であり、ナイロン６では０．０８等高屈折性樹脂に比して低い値を取る。

また、交互層状の断面構造に必要とされる樹脂層の厚みは、０．０２〜１．０μｍの範囲であることが好ましい。厚みが０．０２μｍ未満の場合や、１．０μｍを超える場合には、期待する光学干渉効果を可視光領域で得ることが困難となる。さらに、厚みは、０．０５〜０．１５μｍの範囲であることが好ましい。また、２種の成分における光学距離、すなわち、層の厚みと屈折率の積が等しいとき、さらに高い光学干渉効果を得ることが出来る。特に、１次の反射に等しい２種の光学距離の和の２倍が、特定波長の距離と等しいとき、その特定波長における最大の干渉効果を得ることが出来る。本発明においては、可視光領域、特に４００〜７００ｎｍにおいて、均等な干渉効果を得るように調節することが必要である。この光学干渉機能をモノフィラメントで実現しても良いが、例えば可視光に対して４５０ｎｍ近傍、５５０ｎｍ近傍、６５０ｎｍ近傍に極大を有する光学干渉繊維を組み合わせ、可視光領域（４００から７００ｎｍ）でほぼ均等な光学干渉を得るマルチフィラメンを使用しても構わない。

さらに、交互層状の断面構造が必要な層数としては、５から１２０層であることが好ましい。層数が５層より少なくなると、干渉効果が小さいばかりでなく、干渉色が見る角度によって大きく変化してしまう。一方、１２０層を越えると、口金構造が複雑になり、製糸が困難になると共に、層流に流れが発生しやすくなり、層状構造が不均一となってしまう。交互層状の断面構造としては、１０から１００層以下がより好ましく、さらには１０から８０層以下がもっとも好ましい。

光学干渉繊維の断面形状としては、特に問わないが、扁平構造であり、その扁平断面の長軸方向と平行に交互層状の断面構造の長軸が配置されることが好ましい。繊維が、扁平断面形状であり、その長軸方向に平行に交互層状の断面構造の長軸を有すると、扁平長軸方向と繊維の長さ方向で形成する表面に対して垂直方向から観たとき、光干渉性による反射光をもっとも強く観測することが出来る。このとき、扁平断面形状からなる光学干渉繊維を加工する際、繊維に作用する張力や摩擦力等の外部応力により扁平断面形状の長軸が応力のかかる面に対して平行に揃う自己方位コントロール性を発現させることが可能となる。この時、光の入射光が扁平長軸方向と繊維の長さ方向で形成する表面になるように調整することで、光学干渉機能を最大化することが出来る。この繊維の自己方位コントロール性をファイバーに付与させるためには、扁平率２以上１５以下であることが必要である。扁平率が２以下の繊維では、良好な自己方位コントロール性が得られず、繊維に作用する張力や摩擦力等の外部応力により繊維の積層体にて、最密充填される形状に集合し、光学干渉機能を発現する繊維の交互層状の断面構造の配向は、ランダム配置となり、十分な光学干渉機能を得ることが出来ない。一方、扁平率が１５を越えると過度に薄平な形状となるため、断面形態を保ち難くなり、一部が断面内で折れ曲がる等の欠陥が生じる。光学干渉繊維の扁平率としては、２．５以上１３以下がより好ましく、３以上１０以下がもっとも好ましい。

光学干渉繊維における、２種以上の熱可塑性樹脂成分のそれぞれにおける断面方向の屈折率差に関しては波長５８９ｎｍのとき０．０１以下が好ましい。２種以上の熱可塑性樹脂成分のそれぞれにおける断面方向の屈折率差が大きい場合、本発明における繊維を偏光素子として形成した場合、偏光素子の透過軸と光学干渉繊維の断面方向は一致することとなるが、交互層状の断面構造の断面方向の屈折率が異なる場合、層間の屈折率差に対する反射光が発生するために透過光量が減少すると共に、偏光素子としての偏光機能を低下させる原因となる。波長５８９ｎｍにおいて屈折率差を最小とするのは、波長５８９ｎｍはＮａＤ線に対応するので、ＮａＤ線を用いた光源で屈折率を観測することが容易に可能なことと、視感度の強い緑色を呈する波長で屈折率差を最小に調整することで、可視光における偏光特性を良好に保ち、視覚的な色味の影響を最小化させる効果がある。本発明における光学干渉繊維において、２種以上の熱可塑性樹脂のそれぞれにおける断面方向の屈折率差としては、波長５００〜７００ｎｍの範囲にて平均屈折率差が０．０１以下であることがより好ましく、もっとも好ましいのは、波長４００〜７００ｎｍの範囲にて平均屈折率差が０．０１以下である。２種以上の熱可塑性樹脂成分のそれぞれにおける断面方向の屈折率差を調整する方法としては、光学干渉繊維を延伸加工することで、特定の延伸倍率とすることで、断面方向の屈折率を合せることが可能であり、延伸倍率に関しては用いる樹脂の種類により調節が必要となる。光学干渉繊維の延伸加工としては、該未延伸繊維を高屈折率樹脂と低屈折率樹脂のガラス転移温度以上であって、結晶温度以下の温度の加熱浴中で、２〜２０倍に延伸することが良い。延伸倍率に関しては、延伸倍率が２倍より小さいと光学干渉を有する所定の層の厚みを実現することが困難であり、延伸倍率が２０倍を越えると繊維破断や繊維のボイドが発生するために、光の散乱が生じ偏光素子の特性を低下させる原因となる。

光学干渉繊維径（或いは断面の長軸の長さ）としては、１μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。光学干渉繊維径が１μｍ未満であると、光学干渉機能に必要な交互層状の断面構造をとることが困難になり、繊維径が５０μｍを超えると繊維加工の樹脂吐出のコントロールが困難になるために、均質な繊維を得ることが難しくなる。より好ましくは、２μｍ以上４０μｍ以下、さらに好ましくは、３μｍ以上３０μｍ以下である。

光学干渉繊維としては、図１―（ａ）〜（ｄ）に示す形状が代表的な例として挙げられるが、層状構造が２段に分割されているもの、繊維の中で層状構造が２分割、３分割されているものでも、光学干渉機能を有する交互層状構造を有するものであれば良い。図１―（ａ）は、扁平断面の長軸方向に互いに屈折率の異なる２種類の樹脂が交互に積層された形状を、図１―（ｂ）は、扁平断面形状がドーナツ状に積層された形状、図１―（ｃ）は、交互積層の中間部に前記樹脂、又は他の樹脂による補強部を介在させた形状を、図１−（ｄ）は、外周部に補強部を設けた形状を示している。

光学干渉繊維は、上記繊維が一方向に面状に配置される。配置は繊維を１層または２層以上の多層に一方向に並べた状態のものがよい。最適となる積層数については、１層でも比較的高い偏光性能を得ることが可能であるが、１層で隙間無く繊維を並べることは非常に難しい技術である。該繊維を用いる場合の積層数としては、２層以上１００層以下が好ましく、より好ましくは３層以上１００層以下、最も好ましくは５層以上１００層以下である。積層する光学干渉繊維としては、可視光の波長にて光学干渉機能を均質に得るために、光学干渉効果の最大となる波長が４００〜５００ｎｍの繊維、５００〜６００ｎｍの繊維、６００〜７００ｎｍの繊維を組み合わせて積層しても良く、可視光の光学干渉の効果を得るためであれば、繊維の組み合わせの種類に制限は無いが、あまり種類が多くなると積層数が多くなりすぎて、透過光量が低下するので１０種類以下が良い。

〔光学透明樹脂（Ｂ）〕
本発明においては、光学干渉繊維（Ａ）と光学透明樹脂（Ｂ）から基本的に形成されている。例えば光学干渉繊維（Ａ）は光学透明樹脂（Ｂ）によって包みこまれ固定化された板状などの形態を取る。これは、光学干渉繊維（Ａ）のみであると一方向に並べた状態が保持できず、偏光性能を継続して発現できないからである。光学透明樹脂（Ｂ）は、光学干渉繊維（Ａ）を固定化保持する重要な役割を担う。

光学透明樹脂（Ｂ）としては、光学干渉繊維（Ａ）を配置させ、最終的に固定する役割を果たし、偏光板としての基材としての役割を担う。そのため、光学透明樹脂（Ｂ）は、可視領域に吸収が少ないか又は吸収が実質なく、光学干渉繊維（Ａ）を構成するそれぞれの繊維に対して良好な密着性を示すものが好ましい。また、光学透明樹脂は、偏光板の基材として機能する。したがって、基材自体に複屈折があると、偏光板をクロスニコル配置した場合の光りぬけの欠点となりえるので、複屈折の発現性が低い熱可塑性樹脂、熱または光硬化型樹脂などの材料が好ましい。なお本発明における光学透明樹脂とは、可視領域において透明であることが必要不可欠であり、具体的には、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて、光学透明樹脂を厚み５０μｍのフィルムとした場合、このフィルムで測定した光線透過率が８０％以上である必要があり、好ましくは８５％以上、もっとも好ましくは９０％以上である樹脂をいう。

以下に光学透明樹脂（Ｂ）の材料のいくつかを例示する。
熱可塑性樹脂としては、具体的には、ポリ（メチルメタクリレート）などのアクリル樹脂、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリフェニレンオキシドなどのポリエーテル、ポリビニルアルコールなどのビニル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、これらを構成するモノマーを２種以上用いた共重合体、さらにはポリ（メチルメタクリレート）、とポリ塩化ビニルの重量比８２対１８混合物、ポリ（メチルメタクリレート）とポリフェニレンオキシドの重量比６５対３５混合物、スチレン・無水マレイン酸共重合体とポリカーボネートの重量比７７対２３混合物などの非複屈折性のポリマーブレンドなどが例示できるが、これらに限定されるものではない。

光学透明樹脂としては、硬化型樹脂もひとつとして挙げられる。これは、例えば光学干渉繊維（Ａ）に該樹脂を塗布後速やかに硬化する点において、加工性に優れた材料として好ましい。硬化型樹脂において、外部励起エネルギーにより架橋反応などを経て硬化することにより得られる架橋型樹脂が代表として挙げられる。これらは、紫外線や電子線等の活性線照射によって硬化する活性線硬化型樹脂と熱により架橋反応を開始する熱架橋型樹脂等であるが、そのいずれでも構わない。

活性線硬化型樹脂としては、紫外線硬化型樹脂が代表として挙げられる。その例としては紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型メタクリル酸エステル系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂及び紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂などが挙げられる。特に、紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂が良く、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタエリスリトール等の光重合モノマーオリゴマーが好まれる。

電子線硬化型樹脂の例としては、好ましくは、アクリレート系の官能基を有するもの、例えば比較的低分子量のポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂などが挙げられる。

熱硬化型樹脂の例としては、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノキシエーテル樹脂、フェノキシエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂が挙げられ、またその混合物でもよい。

本発明においては、上記いずれの硬化型樹脂においても、好適にもちいることができるが、光学干渉繊維（Ａ）の断面方向の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する光学透明樹脂を選択する必要がある。ここで、ほぼ一致するとは、光学干渉繊維（Ａ）の断面方向の屈折率の値との差が０．０１以内であることをいう。このように光学干渉繊維（Ａ）の断面方向の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する光学透明樹脂（Ｂ）を用いることにより、透過率の高い偏光板が得られる。

〔反射型偏光板〕
本発明の反射型偏光板は、吸収型偏光板を備えた液晶パネルの観測者側とは反対側であるバックライト側に配置することにより、光の利用効率を高めることで、輝度が高く、電力消費を小さくすることができるものであり、ツイストネマチックモード、垂直配向モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）配向モード、インプレインスイッチングモード等のＴＦＴ液晶表示装置などのバックライトと吸収型偏光板を用いたすべての液晶モードに用いることができる。

本発明の偏光板の厚さとしては、通常１以上３００μｍ以下、好ましくは５以上２５０μｍ以下、最も好ましくは１０以上２００μｍである。１μｍより薄いと、反射型偏光板としての偏光機能を確保することが困難になり、またハンドリングの面からも難しい。また、３００μｍより厚いと、得られた反射型偏光板が曲げに対してクラックを生じるなどの問題があり、ロール状態で扱うことができないことや、カッティングすることが非常に困難になる問題がある。

本発明の反射型偏光板をフィルムとして加工する際、光学干渉繊維（Ａ）の配向方向はフィルムの搬送方向に規定されるものではなく、必要に応じて搬送方向に垂直、または所定の角度において配向固定化することができる。反射型偏光板をフィルムとして取り扱う場合、フィルムは巻き取りを行いロール状の形態としても良く、ロールフィルムの長さ、幅は制約を持たない。

本発明の偏光板の製造方法としては、光学干渉繊維（Ａ）に例えば光学透明樹脂として前記硬化型樹脂を必要に応じ溶媒等を用いて塗布し、硬化、乾燥等を経て製造する方法が挙げられる。生産性の点を考慮すると、塗布後速やかに硬化樹脂層を形成するものが好ましく、汎用的に用いられる材料、加工設備の面を考慮して、紫外線硬化樹脂がより好ましい。

また、上記光学干渉繊維（Ａ）をポリマーフィルムやガラス基板などの下地基材上に一列あるいは多数列に積み上げて並べ、これに硬化型樹脂を塗布しついで硬化させることもできる。この場合、本発明の偏光板はポリマーフィルムやガラス基板と一体となって用いてもよいが、ポリマーフィルムやガラス基板を剥ぎ取って使用してもよい。

光学干渉繊維（Ａ）を並べる下地基材として、位相差フィルムを用いても良く、本発明の反射型偏光板を位相差フィルムから剥ぎ取る必要はなく、位相差フィルム一体型偏光板を同時に作成することができる。

また、光学干渉繊維（Ａ）を並べる下地基材として、吸収型偏光板を用いても良く、本発明の反射型偏光板を吸収型偏光板から剥ぎ取る必要はなく、吸収型偏光板一体型反射型偏光板を同時に作成することができる。このとき、偏光板の透過軸は、同じ方向に調節して、反射型偏光板と透過型偏光板を積層する構成になるようにしなければならない。

さらに、光学干渉繊維（Ａ）を並べる下地基材として、プリズムシート（フィルム）を用いても良く、本発明の反射型偏光板をプリズムシート（フィルム）から剥ぎ取る必要はなく、プリズムシート（フィルム）一体型反射型偏光板を同時に作成することができる。

本発明の反射型偏光板は、表面処理をしてもよい。表面処理としては、ハードコート層や反射防止処理、スティッキング防止や、拡散ないしアンチグレアを目的とした処理を施したものであっても良い。

ハードコート処理は傷つき防止などを目的に施されるものであり、例えばアクリル系、シリコーン系などの適宜な紫外線硬化型樹脂による硬度やすべり特性等に優れる硬化皮膜を透明保護フィルムの表面に付加する方式などにて形成することができる。また、アクリル系、シリコーン系などの適宜な紫外線硬化型樹脂自体を本発明の架橋性樹脂と用いることで、ハードコート機能を有する偏光板としても構わない。反射防止処理は偏光板表面での外光の反射防止を目的に施されるものであり、従来に準じた反射防止膜などの形成により達することができる。また、スティッキング防止処理は隣接層との密着性防止を目的に施される。

また、アンチグレア処理は、例えばサンドブラスト方式やエンボス加工方式による粗面化方式や透明微粒子の配合方式などの適宜な方式にて、表面に微細凹凸構造を付与することにより形成することができる。前記表面微細凹凸構造の形成に含有させる微粒子としては、例えば平均粒径が０．５〜５０μｍのシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン等からなる導電性のこともある無機系微粒子、架橋又は未架橋のポリマー等からなる有機系微粒子などの透明微粒子が用いられる。表面微細凹凸構造を形成する場合、微粒子の使用量は、表面微細凹凸構造を形成する透明樹脂１００重量部に対して一般的に２〜５０重量部程度であり、５〜２５重量部が好ましい。

本発明の反射型偏光板を、液晶表示装置として、強誘電性液晶、反強誘電性液晶を用いたものに使用しても良い。

〔吸収型偏光板〕
本発明の反射型偏光板は、偏光を有する光学機能を示す光学層との積層体からなる光学部材として有用である。例えば、偏光を有する光学機能を示す光学層としては吸収型偏光板が挙げられる。
本発明における吸収型偏光板とは、一方向の光を吸収し、その光に対して９０°方位の光は透過する特性を有する偏光板であり、二色性色素等を吸着配向させた熱可塑性樹脂フィルムがその一例として挙げられる。

吸収型偏光板に適用される熱可塑性樹脂の材料としては、光学透明であり、二色性色素を吸着し配向させることが出来る熱可塑性樹脂から形成されるフィルムがよい。熱可塑性樹脂としては例えば、ポリビニルアルコール（以下、単にＰＶＡという）、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリカーボネート、ビニル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂が挙げられる。その中でも、特にＰＶＡ、またはその誘導体が好ましい。ＰＶＡの誘導体としては、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセタール等が挙げられる他、エチレン、プロピレン等のオレフィン、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等の不飽和カルボン酸、そのアルキルエステル、アクリルアミド等で変性したものが挙げられる（以下、ＰＶＡ、またはその誘導体のことをＰＶＡ系樹脂ということがある）。ＰＶＡまたはその誘導体の重合度としては、１０００から４００００程度、かつケン化度としては８０から１００モル％程度のものが用いられる。ここで、偏光子として使用するためには、ＰＶＡまたはその誘導体の重合度、ケン化度共に高い方が耐久性に優れた素子が得られるので、重合度１２００以上３００００以下、ケン化度９０以上１００モル％以下のＰＶＡまたはその誘導体が好ましく、重合度１５００以上２００００以下、ケン化度９８から以上１００モル％以下がより好ましい。

吸収型偏光板の代表的な例として、ヨウ素を吸着配向させたＰＶＡ系樹脂フィルムが挙げられる。ＰＶＡ系樹脂フィルムへのヨウ素の染色においては、ヨウ素水溶液を用いることができ、ヨウ素及び溶解助剤として例えばヨウ化カリウム等によりヨウ素イオンを含有させた水溶液などが用いられる。ヨウ素の濃度は０．０１から０．５重量％程度、ヨウ化カリウム濃度は０．０１から１０重量％で用いるのが好ましい。ヨウ素染色処理にあたり、ヨウ素溶液の温度は通常２０から５０℃であり、浸漬時間は１０から３００秒間程度の範囲である。尚、ＰＶＡ系樹脂フィルム中におけるヨウ素含有量は、偏光子が良好な偏光度を示すように、通常、１から４重量％程度となるように調節するのが好ましい。このようなヨウ素染色処理に当たっては、ヨウ素溶液の濃度、ＰＶＡ系樹脂フィルムのヨウ素溶液への浸漬温度、浸漬時間等の条件を調節することにより、ＰＶＡ系樹脂フィルム中におけるヨウ素含有量が前記範囲になるように調節することが出来る。ついで、ヨウ素染色を行ったＰＶＡ系樹脂フィルムには、ホウ酸処理を行う。ホウ酸処理は、ヨウ素により染色されたＰＶＡ系樹脂フィルムをホウ酸水溶液に浸漬することにより行われる。ホウ酸水溶液におけるホウ酸濃度は２から１５重量％程度で行うことが好ましく、ホウ酸水溶液の温度は５０から８５℃の範囲、浸漬時間は３０から１０００秒程度で行うことが好ましい。ホウ酸水溶液には、ヨウ化カリウムによりヨウ素イオンを含有させることが出来る。ヨウ化カリウムを含有するホウ酸水溶液は、着色の少ない偏光板、つまり可視光のほぼ全波長域に渡って吸光度がほぼ一定のいわゆるニュートラルグレーの偏光板を得ることが出来る。

二色性色素が二色性染料である場合、二色性染料としては、例えば酸性染料、直接染料等の水溶性染料が好ましく、その構造としては、例えばアゾ系染料、スチルベン系染料、アントラキノン系染料、メチン系染料、シアニン系染料等が使用できる。具体的な例としては、例えば特開昭５９−１４５２５５号公報や特開昭６０−１５６７５９号公報記載のジスアゾ化合物、特開平３−７８７０３号公報記載のトリスアゾ化合物及びカラーインデックスゼネリックネームで表されるCI Direct Yellow 12 、CI Direct Yellow 44 、CI Direct Orange 26、CI Direct Orange 39 、CI Direct Red 2 、CI Direct Red 23、CI Direct Red 31、CI Direct Red 79、CI Direct Red 81、CI Direct Vilet 9 、CI DirectVilet 35、CI Direct Vilet 51、CI Direct Blue 15 、CI Direct Blue 78 、CIDirect Blue 90 、CI Direct Blue 168、CI Direct Blue 202、CI Direct Blue203、CI Direct Brown 2 、CI Direct Black 17、CI Direct Black 19、CI Direct Black 118 、CI Direct Black 132 等があげられる。尚、これらの水溶性染料は、偏光能を与えうる色素成分の含有率が９５％、より好ましくは９９％以上（いずれも重量比）であることが望ましく、無機塩や未反応物等の目的色素成分以外の不純物はイオン交換膜法、再結晶法等の方法により除去される。実際の使用に際しては、単一染料では特有の波長域のみしか偏光特性を有しないため、最も一般的に用いられる４００〜７００ｎｍの可視光線の全波長域にわたって優れた偏光特性を有する偏光素膜を得るために、この波長域内で異なる範囲に吸収特性を有する２種類以上の水溶性染料を適宜配合して使用するのが好ましい。具体的な組み合わせの例としては、CI Direct Orange 39 、CI Direct Red 81、特開昭５９−１４５２５５号公報の実施例２３に記載のグリーンブルー、特開平３−７８７０３号公報記載のブルーの４種類配合等がある。二色性染料の染色方法としては、染料の濃度が０．０２から０．１重量％の染料水溶液を用い、温度３０から５０℃で、１００から６００秒間程度の範囲で、ＰＶＡ系樹脂フィルムを浸漬する。染色後のＰＶＡ系樹脂繊維は、上記ヨウ素の場合と同様にホウ酸濃度は２から１５重量％程度のホウ酸水溶液に浸漬することが好ましい。

〔位相差層〕
本発明の反射型偏光板は、偏光以外の他の光学機能を示す光学層との積層体からなる光学部材としても有用である。例えば、偏光以外の他の光学機能を示す光学層としては位相差層が挙げられる。
本発明における位相差層とは、位相差を与える層であり、透明熱可塑性合成高分子フィルムを延伸加工した位相差フィルムがその一例として挙げられる。

位相差フィルムは透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性、等方性などに優れるものが好ましい。位相差フィルムを与える材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）等のスチレン系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマーなどが挙げられる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系ないしはノルボルネン構造を有するポリオレフィン、エチレン・プロピレン共重合体の如きポリオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、または、前記ポリマーのブレンド物なども前記位相差フィルムを形成するポリマーの例として挙げられる。このとき位相差フィルムとしては、薄膜且つ十分な強度を有することが必要とされ、この点において適した材料としては、ポリカーボネート系ポリマー、ノルボルネン系樹脂ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、ポリアリレート系ポリマー、ポリスルホン系ポリマーなどが好ましいものとして挙げられる。

位相差フィルムは透明性が良好であり、へーズ値は５％以下、全光線透過率は８５％以上であることが好ましい。位相差フィルムのガラス転移点温度は、通常１６０〜２６０℃、好ましくは１７０〜２５０℃、特に好ましくは、１８０〜２４０℃が良く、それ以下の温度では、寸法安定性が悪く、また、それ以上の温度では、延伸工程の温度制御が非常に困難になるために製造が困難となる。位相差フィルムは、位相差を有する複屈折フィルムであるが、その光学特性である複屈折はレターデーション値で表され、特に、面内レターデーション（Ｒ値）と厚み方向のレターデーション（Ｋ値）に分けられる。これらＲ値とＫ値は、それぞれ下記式（ａ）と（ｂ）で定義される。
Ｒ＝Δｎ・ｄ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ （ａ）
Ｋ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）・ｄ （ｂ）
である。Ｒ値、Ｋ値の単位は、ｎｍである。ｎｘ、ｎｙ、ｎｚは、ここでは以下のように定義される。
ｎｘ：フィルム面内における最大屈折率
ｎｙ：フィルム面内における最大屈折率を示す方向に直交する方位の屈折率
ｎｚ：フィルム法線方向の屈折率
（主延伸方向とは一軸延伸の場合には延伸方向、二軸延伸の場合には配向度が上がるように延伸した方向を意味しており、化学構造的には高分子主鎖の配向方向を指す。）
位相差フィルムは位相差を有する光学的一軸または二軸性フィルムであっても構わない。

その他の位相差層としては、屈折率異方性を有し層面の法線方向に光軸を有する層とし、リタデーションが正波長分散特性の反射波長が紫外線領域にあるツイスト配向した重合性のカイラルネマチック（コレステリック）液晶層やホメオトロピック配向した重合性のディスコティック液晶層、或いは、コーティングした際に層に対して法線方向に位相差を有するとして機能する材料からなるコーティングされた層、或いは厚の厚み方向に屈折率楕円体が放射線状に配置したハイブリッドな構造を有する位相差層もあるが、そのいずれであっても構わない。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。また、本明細書中に記載の材料特性値等は以下の評価法によって得られたものである。

（１）光線透過率、偏光度の測定
光線透過率Ｔは、４００〜７００ｎｍの波長域で１０ｎｍおきに求めた分光透過率ｔ（λ）から、式１により算出した。尚、式中、Ｐ（λ）は標準光（Ｃ光源）の分光分布、ｙ（λ）は２度視野Ｘ、Ｙ、Ｚ系に基づく等色関数である。分光透過率ｔ（λ）は分光光度計（（株）日立製作所、Ｕ−４０００）を用いて測定した。

偏光度Ｐは、２枚の偏光板 をそれぞれの吸収軸方向が同一になるように重ねた場合の透過率をＴｐ（パラニコル透過率）とし、２枚の偏光板 をそれぞれの吸収軸が直交するように重ねた場合の透過率をＴｃ（クロスニコル透過率）とし、式２により算出した。

（２）厚み測定
アンリツ社製の電子マイクロで測定した。

（３）繊維の断面方向の屈折率測定
偏光顕微鏡を用いて、光源に干渉フィルタ（５８９ｎｍ）を設置して、直線偏光光源となるように調整した。
繊維をスライドガラスにとり、直線偏光が繊維の断面方向と平行になるように設置した。
屈折調整液を用いて、１．５００から１．６００まで、０．００２ＳＴＥＰにて、顕微鏡を覗きながら、屈折調整液を繊維を順次滴下していくことで、繊維の外形が無くなるところを観測した。

［実施例１］
テレフタル酸を１０モル％、スルフォイソフタル酸のナトリウムを１モル％共重合したポリエチレンナフタレート（極限粘度は、０．５８；ナフタレンジカルボン酸８９モル％、以下、共重合ＰＥＮという）とナイロン６（極限粘度１．３）とを、交互積層体部の層数が６１層で、周りを共重合ＰＥＮが被覆している構造となるように溶融紡糸し、１０００ｍ／分の速度で巻き取った。得られた未延伸繊維を、ローラー延伸機で、２．０倍に延伸した。得られたファイバーは、８フィラメントからなるマルチファイバーであり、その断面形状は図１−（ｄ）に示す形態であり、繊維断面方向の長軸長さ６０μｍ、短軸長さ１９μｍ、扁平率３．２、交互積層部の層間は、共重合ＰＥＮ層の厚み０．０９μｍ、ナイロン層の厚み０．１０μｍであった。このとき、この光学干渉繊維の干渉効果としては、波長６４０ｎｍを最大の反射特性を有する赤から橙系の干渉色が確認された（光学干渉繊維（赤））。上記同様に延伸条件等を調整して、共重合ＰＥＮとナイロン６からなる光学干渉繊維として、緑系色に対する波長５８０ｎｍの反射特性が最大となる繊維（繊維断面方向の長軸長さ５０μｍ、短軸長さ1５μｍ、扁平率３．３、交互積層部の層間は、共重合ＰＥＮ層の厚み０．０８μｍ、ナイロン層の厚み０．０８μｍ、光学干渉繊維（緑１））、緑系色に対する波長５３０ｎｍの反射特性が最大となる繊維（繊維断面方向の長軸長さ４９μｍ、短軸長さ1４μｍ、扁平率３．５、交互積層部の層間は、共重合ＰＥＮ層の厚み０．０７μｍ、ナイロン層の厚み０．０８μｍ、光学干渉繊維（緑２））、青色に対する波長４６０ｎｍの反射特性が最大となる繊維（繊維断面方向の長軸長さ４５μｍ、短軸長さ１１μｍ、扁平率４．１、交互積層部の層間は、共重合ＰＥＮ層の厚み０．０６μｍ、ナイロン層の厚み０．０６μｍ、光学干渉繊維（青））を得た（いずれも８フィラメントからなるマルチフィラメント）。これらいずれの光学干渉繊維の波長５８９ｎｍにおける断面方向の屈折率は、いずれも１．５２４〜１．５２６であった。また、共重合ＰＥＮの屈折率１．６２であり、ナイロン６の屈折率１．５３であり、２種の熱可塑性樹脂の屈折率差は０．０９である。

このマルチフィラメントである光学干渉繊維（赤）、光学干渉繊維（青）、光学干渉繊維（緑１）、（緑２）を２巻（繊維の層として、各約３層ずつ、計約１２層）、ガラス板上に隙間無く同一方向に並べて、厚み１８０μｍの繊維層を得た。

次に、ＢＰＥＦ−Ａ：５０重量部、ＵＡ：４５０重量部、希釈溶剤としてトルエン：４０重量部、光開始剤として「イルガキュア」１８４：１５重量部、レベリング剤として、ＳＨ２８ＰＡ：０．１８重量部を順次加えて均一になるまで攪拌したものを調液した。
ＢＰＥＦ−Ａ：ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート（大阪ガス製）
ＵＡ：ウレタンアクリレート（新中村化学製「ＮＫオリゴＵ−１５ＨＡ」）
「イルガキュア」１８４（チバガイギー社製）
ＳＨ２８ＰＡ（東レ・ダウコーニング社製）

調液した溶液を上記にて準備した光学干渉繊維の積層体の上に均一に塗布して、該光学干渉繊維が該溶液により内包される状態を形成させた。これに強度１６０ｗの高圧水銀ランプで積算光量７００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、該溶液を硬化させて光学透明樹脂によって該光学干渉繊維が内包された、厚みが１９０μｍである偏光板を得た。このとき、光学透明樹脂の屈折率は１．５２６であった。
こうして得られた反射型偏光板の光線透過率は４５．０％、偏光度は９９．９％であった。

また、上記で得られた偏光板を市販の半透過型液晶表示装置を用いて、下記のような構成の液晶表示装置を作製し、偏光板がクロスニコルになるように配置し、ノーマリーホワイト時の輝度の増加を測定したところ、１７％の輝度上昇効果を確認した。
構成：吸収型偏光板／位相差フィルム／液晶セル／位相差フィルム／吸収型偏光板／反射型偏光板／バックライト／拡散反射フィルム
なお、位相差フィルムとしては、帝人化成（株）製の「ピュアエース」ＷＲ−Ｗ１４２、吸収型偏光板としては、サンリッツ（株）ＵＨＬＣ２−５６１８を用いた。

本発明の反射型偏光板は、液晶表示装置のディスプレイなどに好ましく用いることができる。

図１（ａ）〜（ｄ）は本発明における光学干渉機能を有する繊維を表す概念図である。

Claims (11)

1. （ａ）少なくとも２種の熱可塑性樹脂で構成され、交互層状の断面構造を有する繊維であって、かつ少なくとも該２種の熱可塑性樹脂は、該繊維の長さ方向に対する断面方向の波長５８９ｎｍにおける屈折率差が０．０１以下である光学干渉繊維（Ａ）と、
   （ｂ）前記繊維（Ａ）の長さ方向に対する断面方向の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する光学透明樹脂（Ｂ）、
   とを含有し、光学干渉繊維（Ａ）は同一方向面状に配置されてなる反射型偏光板。
2. 前記繊維（Ａ）が光学透明樹脂（Ｂ）により内包固定化されている請求項１記載の反射型偏光板。
3. 少なくとも２種の熱可塑性樹脂で構成される交互層状の断面構造が５層以上からなり、且つ各層の厚さが０．０２〜１．０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１または２記載の反射型偏光板。
4. 前記少なくとも２種の熱可塑性樹脂の屈折率差が０．０２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型偏光板。
5. 前記繊維（Ａ）を構成する繊維の平均径が、０．７μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の偏光板。
6. 前記光学透明樹脂（Ｂ）が、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の反射型偏光板。
7. 前記光学透明樹脂（Ｂ）が、硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の反射型偏光板。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の反射型偏光板と、他の光学機能を示す光学層との積層体からなることを特徴とする光学部材。
9. 前記光学層が吸収型偏光板である請求項８記載の光学部材。
10. 前記光学層が位相差層であることを特徴とする請求項８記載の光学部材。
11. 請求項９又は１０記載の光学部材が、液晶セルの片側又は両側に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置。

Images