JP4746475B2 - 反射型偏光板 - Google Patents
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Description
そこで液晶ディスプレイのコントラスト(輝度)を向上させるために、より光の利用効率を高める光学部材が望まれている。
|Nyz−(ny+nz)/2|≦0.05 ・・・(1)
|nx−Nx|>0.05 ・・・(2)
(ここで、nはマトリックスの屈折率、Nは分散相の屈折率をそれぞれ表し、nxはフィルム平面内でもっとも屈折率が高い方向のマトリックス屈折率、nyはフィルム平面内でx方向と直交するy方向のマトリックス屈折率、nzはフィルム厚み方向のマトリックス屈折率、Nxはx方向の分散相屈折率、Nyzはyz平面内の分散相の平均屈折率をそれぞれ表す)
y方向と平行な直線偏光をフィルム面に垂直に入射した際の散乱フィルム(B)の全光線透過率が85%以上、平行光線透過率が60%以上であり、かつ反射型偏光子(A)の透過軸と散乱フィルム(B)のフィルム平面内のy方向が平行に積層されている反射型偏光板によって達成される。
<反射型偏光子(A)>
本発明の反射型偏光板を構成する反射型偏光子(A)は、一方の直線偏光のみを透過し、透過する直線偏光と直交方向の直線偏光を反射させる機能を有する偏光子であれば特に制限されない。かかる反射型偏光子として、例えば直線状の金属細線が周期配置されたワイヤグリッド型偏光子が挙げられる。ここで金属細線の材料として、金、銀、アルミニウムが例示される。各金属細線は直線状であり、金属細線が互いに平行に並んだ構造を有しており、本発明ではかかる配置構造を「周期配置」と定義している。直線状金属細線の間隔であるピッチが入射光の波長よりも十分短い時、入射光のうち金属細線に直交する電場ベクトルを有する直線偏光は透過し、金属細線と平行な電場ベクトルを有する直線偏光は反射される。金属細線のピッチ間隔は400nm以下であることが好ましい。また金属細線の幅はピッチ間隔に対し30〜70%の幅であることが好ましい。
本発明の散乱フィルム(B)は、光源から反射型偏光子(A)に入射透過される直線偏光については反射することなく高い透過性を有し、一方、偏光子透過軸と直交方向の直線偏光についても光源からの入射光については一定の透過性を有し、その直線偏光が反射型偏光子で反射されて戻ってきた際に後方散乱によって偏光解消させる散乱因子を有するフィルムである。本発明の散乱フィルム(B)の具体的態様について、以下に詳述する。
本発明の散乱フィルム(B)は、熱可塑性樹脂を含むマトリックス相(B-1)及び分散相(B-2)からなる構造を有し、かつマトリックス相の屈折率と分散相の屈折率とが下記式(1)(2)
|Nyz−(ny+nz)/2|≦0.05 ・・・(1)
|nx−Nx|>0.05 ・・・(2)
(ここで、nはマトリックスの屈折率、Nは分散相の屈折率をそれぞれ表し、nxはフィルム平面内でもっとも屈折率が高い方向のマトリックス屈折率、nyはフィルム平面内でx方向と直交するy方向のマトリックス屈折率、nzはフィルム厚み方向のマトリックス屈折率、Nxはx方向の分散相屈折率、Nyzはyz平面内の分散相の平均屈折率をそれぞれ表す)
を満たす必要がある。
0.85<ny/nz≦1.2 ・・・(3)
本発明の散乱フィルム(B)は、y方向と平行な直線偏光をフィルム面に垂直に入射した際の全光線透過率が85%以上であることが必要である。ここで全光線透過率とは、JISK7105に準拠して、積分球式測定装置を用いて全光線透過量を測定することによって求められる。
本発明の散乱フィルム(B)は、y方向と平行な直線偏光に対するヘーズ値Hyとx方向と平行な直線偏光に対するヘーズ値Hxとの比R=Hy/Hxが0.7未満であることが好ましい。
ここで、ヘーズ値とは、JISK7105に準拠して下記式により求められる。
H=拡散透過率/全光線透過率×100
y方向と平行な直線偏光に対するヘーズ値Hy、x方向と平行な直線偏光に対するヘーズ値Hxは、それぞれの方向の直線偏光について上式により求められる。
本発明の散乱フィルム(B)のマトリックス相(B-1)を形成する熱可塑性樹脂は、フィルムを延伸したときの高分子鎖が配向しやすい結晶性あるいは半結晶性の透明高分子であることが好ましい。非晶性高分子の場合、フィルムを延伸する際の高分子鎖の配向が難しいため、後述する延伸方法に従って、例えば一方向に延伸を行った場合、未延伸方向(y方向、z方向)のマトリックス相と分散相との屈折率差が式(1)を満たしても、延伸方向(x方向)におけるマトリックス相と分散相との屈折率差を大きくして式(2)を満たすような散乱フィルムを得ることが難しい。
本発明の散乱フィルム(B)の分散相(B-2)は(i)1次粒子径が0.01〜10μmである微粒子、(ii)微粒子の凝集体または(iii)マトリックス相と異なる熱可塑性樹脂のいずれかであることが好ましい。
(i)(ii)で表される微粒子としては、1次粒子径が0.01〜10μmである微粒子が例示される。微粒子は透明な有機粒子あるいは無機粒子であれば特に制限は無い。好ましくはフィルムを延伸したときにボイドの生じにくい有機粒子である。ここで1次粒径とは粒子の最小単位の大きさである。1次粒径が0.01以下の場合は散乱反射性能が生じない可能性が高く、10μmを越える場合は延伸時にボイドが生じやすくなる。かかる微粒子は、延伸後のマトリックス相のy方向、z方向の屈折率と同じか屈折率差が0.035以下である屈折率を有することがさらに好ましい。
(上式中、dは分散相の長径、λは可視光の波長である。ここでα=π・d/λは散乱パラメータを表す。)
本発明の散乱フィルム(B)には、本発明の趣旨を超えない範囲で安定剤、紫外線吸収剤、加工助剤、難燃剤、帯電防止剤等を添加することができる。
本発明の散乱フィルム(B)は、120℃、30分間保持後の熱収縮率が、フィルム平面内のいかなる方向においても10%未満であることが好ましい。散乱フィルムの熱収縮率は、フィルム平面内のいかなる方向においても5%未満であることがさらに好ましい。
本発明の散乱フィルムは、マトリックス相および分散相を含む組成物を溶融押出し、固化成形したシートを一軸延伸に近い延伸を施したものであるが、一般的に、延伸されたフィルム中の配向した分子鎖のうち、非結晶性のものは、マトリックス相のガラス転移温度以上においては、その配向を解いてランダム状態になりやすいため収縮が起き易い。
本発明の散乱フィルムは、反射型偏光子と積層させる際に、貼り合せるために高温で加工されることがあり、収縮率が大きい場合は、光学特性などの諸特性に好ましくない変化を生じさせることがある。これらの熱寸法安定性は、得られたフィルムに熱固定処理を行うことにより達成される。
本発明の散乱フィルム(B)は、フィルム平面内における延伸倍率の高い方向、すなわちx方向のフィルム破断強度が150MPa以上であり、該方向に直交した方向、すなわちy方向のフィルムの破断強度が15MPa以上であることが好ましい。
本発明のフィルムにおけるこれらの機械特性は、後述するフィルムの製造方法により達成される。
(溶融押出キャスティング)
本発明の散乱フィルム(B)は、マトリックス相及び分散相の構成成分を含む樹脂組成物を溶融押出キャスティングにより製膜した後、少なくとも一方向に延伸して一軸延伸に近い延伸を行うことにより得られる。
スリットダイより押出された溶融樹脂は、キャストされ冷却固化させる。冷却固化の方法は、従来公知のいずれの方法をとっても良いが、回転する冷却用ロール上に溶融樹脂をキャストし、シート化する方法が例示される。
溶融押出キャスティングにより得られたシート状物は、少なくとも一方向に延伸して一軸延伸に近い延伸を行うことにより、散乱フィルムの光学特性などを、本発明の目的と合致させることができる。
本発明におけるフィルム延伸温度(Td)は、Tg〜(Tg+40℃)の温度とするのが好ましい。フィルムの延伸温度がTg(マトリックス相の熱可塑性樹脂のガラス転移点温度)に満たない場合は、延伸自体が困難であり、一方延伸温度が(Tg+40℃)を超える場合は、延伸に要する応力が極端に低くなってしまうため、分子鎖の配向が不足し、得られた散乱フィルムの高延伸方向(x方向)におけるマトリックス相と分散相との屈折率バランスがとりにくくなったり、機械特性、特に破断強度が確保できなくなることがある。延伸温度のより好ましい範囲は、Tg〜(Tg+20℃)である。
延伸倍率のコントロールは、一軸延伸に近い延伸フィルムとし、本発明の屈折率特性を発現する上で最も重要である。
延伸倍率は、RMD>RTDまたはRTD>RMDであることが好ましい。RMDは縦延伸倍率、RTDは横延伸倍率を示す。これは、RMDとRTDとが等しくなく、どちらか一方の延伸倍率が他方の延伸倍率よりも大きいことを意味する。また、これは必ずしも二軸延伸のみを意味するものではなく、延伸直交方向がフリーの状態での一軸延伸により直交方向が実質的に収縮しRMD>RTDの場合のRTD、あるいはRTD>RMDの場合のRMDの値が1未満になる場合、さらには、テンター方式延伸装置などを用いてむしろ積極的に直交方向を収縮させる場合をも包含する。
RMD/RTDまたはRTD/RMDが1.0、すなわちRMD=RTDの場合は、得られた散乱フィルムの高延伸方向(x方向)におけるマトリックス相と分散相との屈折率の関係は式(1)(2)の関係を満足することができない。
RMD>RTDの場合のRMD/RTD、あるいはRTD>RMDの場合のRTD/RMDが、7.0を超える場合、本発明の屈折率特性が得られなくなり、また延伸倍率の低い方向の機械特性が低下して脆くなる可能性がある。
延伸速度は5〜500000%/分であることが好ましい。
本発明の散乱フィルムの製造工程においては、熱寸法安定性を付与させるために、熱固定処理を施すことが好ましい。熱固定処理は、延伸したフィルムに一定の張力をかけて寸法を所定の条件にて固定した状態で、樹脂が十分結晶化しうる温度で熱処理を行うものである。
必要に応じ、この熱固定処理に加え、熱弛緩処理などの更なる熱寸法安定化処理を施してもよい。
延伸した散乱フィルムは、他基材との貼合時の接着性向上などの必要に応じて、表面活性化処理(コーティング、コロナ放電、プラズマ処理など)などの後加工を施しても良い。この後加工はフィルム延伸工程中に行っても良く、また別工程で行っても良い。
本発明の反射型偏光板は、反射型偏光子(A)の光線入射側に散乱フィルム(B)が積層された積層構成を有し、かつ反射型偏光子(A)の透過軸と散乱フィルム(B)のフィルム平面内のy方向が平行に積層される必要がある。反射型偏光板は、かかる構成を有することによって、既述のとおり、1)液晶表示に必要な直線偏光成分は該散乱フィルム(B)のy方向を透過した後、さらに反射型偏光子(A)の透過軸方向を透過し、2)一方液晶表示に不要な直線偏光成分のうち該散乱フィルム(B)のx方向を透過した直線偏光は、反射型偏光子(A)の透過軸の直交方向で反射されて再び該散乱フィルムに戻され、3)散乱フィルム(B)のx方向に再入射した該直線偏光成分は偏光子(A)側に後方散乱されて偏光が解消され、再び偏光子(A)に再入射し、偏光子(A)の透過軸方向の直線偏光は透過し、透過軸に直交する直線偏光は再び反射して散乱フィルム(B)方向に戻される、といった過程を繰り返して、液晶セル内に入射する光量を増やすことができ、ディスプレイの輝度を向上させることが可能となる。
得られたフィルムを用い、波長473nm、633nm、830nmの3種のレーザー光にて、屈折率計(Metricon社製、プリズムカプラ)を用いて測定された、3方向における屈折率nxj、nyj、nzjを、下記のCauchyの屈折率波長分散フィッティング式
nij(λ)=a/λ4+b/λ2+c
(ここで、nij(λ):波長λ(nm)における各方向の屈折率(i=x、y、z)、a、b、c:定数、をそれぞれ示す。添字j(j=1,2)は、本測定時に観測される2種類の屈折率値に便宜的につけた番号である)
に代入し、得られた3つの式からa、b、cの定数を求め、しかる後に589.3nmにおける屈折率(nxj(589.3)、nyj(589.3)、nzj(589.3))を算出した。
各方向それぞれにおいて、ni1およびni2のいずれかがマトリックス相の屈折率ni、他方が分散相の屈折率Niであるが、これらは、下記の方法により各相単独の屈折率n’i、N’を測定し、これに近い値を選択することにより判別した。
各実施例、比較例で使用したマトリックス相の熱可塑性樹脂のみを用いて、各実施例、比較例と同じ条件でフィルムを作成し、上記(1)と同じ方法にて3方向における屈折率n’i(i=x、y、z)を測定した。
浸液法にて、微粒子あるいはその凝集体単独の屈折率N’を直接測定した。屈折率が既知の標準液を準備し、スライドガラスとカバーガラス間に少量のサンプル粉体とともに挟んで液膜とし、アナライザーをはずした偏光顕微鏡にセットする。光源としてNaD線を用い、光量を絞った状態で観察すると、サンプルと標準液の屈折率が異なる場合、サンプル粉体の周囲にBecke線が観測される。顕微鏡のサンプルステージを下から上にごくわずかに動かした際に、サンプルの屈折率の方が標準液のものより高い場合はBecke線がサンプル粉体から標準液の方に移動し、逆の場合は、Becke線は逆方向に移動する。各実施例、比較例で使用した分散相の種類に応じて順次標準液の屈折率を変えながら測定を繰り返し、Becke線が観測されなくなったときの標準液の屈折率を分散相単独の屈折率N’とした。
市販の偏光フィルムを、その透過軸が得られたフィルムの最大屈折率方向およびその直交方向と平行になるように重ね合せて、それぞれの積層サンプルを作成した。
得られた積層サンプルを、ヘーズメーター(日本精密光学(株)製、POICヘーズメーター SEP−HS−D1)内に、偏光フィルムを光源側に、かつ偏光フィルムの透過軸方向が鉛直となるようにセットし、JISK7105に準拠して、全光線透過率(%)、平行光線透過率(%)、ヘーズ(%)を測定した。
市販の液晶ディスプレイ内の液晶セルのバックライト側の偏光板を除去し、実施例、比較例で得られた積層体を代わりに貼合した。この際、本発明の散乱フィルムをバックライト側、偏光子を液晶セル側になるように貼合せた。得られた液晶セルパネルをディスプレイに再セットし、全面白表示の正面輝度を測定した。得られた測定値について、下記の基準にて評価した。
○: ワイヤーグリッド型偏光板(P1)単独の輝度(参考例1)より高い
×: ワイヤーグリッド型偏光板(P1)単独の輝度(参考例1)以下
フィルムの小片をエポキシ樹脂(リファインテック(株)製の商品名「エポマウント」)中に包埋し、Reichert−Jung社製Microtome2050を用いて高延伸方向と平行なフィルム断面を切り出す。得られた断面をO2プラズマを用いてエッチングし、走査型顕微鏡(日立ハイテクノロジース S−4700)を用いて個々の凝集粒子の分散状態が確認できる倍率で観察した。
固有粘度(オルトクロロフェノール、25℃)0.6のポリエチレンテレフタレート(以下、PETと記載)のペレット97.0重量%を170℃で3時間乾燥後、分散相を構成する成分としてアクリル微粒子(ロームアンドハース製、商品名「パラロイドBTA712」)3.0重量%と混合し、一軸混練押出機に供給し、溶融温度285℃で溶融後、フィルターで濾過し、ダイから押出した。この溶融物を表面温度をPETのTgより低くした回転冷却ドラム上に押出し、厚み400μmの未延伸フィルムを得た。
実施例1で得られたフィルムE1の片面に、金属アルミニウムを200nm厚さとなるように真空蒸着した。次いで、公知の方法にてパターンニング及びエッチングし、ピッチ120nm、線幅50nmとなるようにアルミニウム細線が平行に配置された周期構造体(D1)を形成させた。この際、細線の長手方向は、フィルム平面内でもっともマトリックス相屈折率が高い方向に対し平行となるように、パターンニングを行った。得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
(屈折率異方性が互いに異なる2種の薄膜の交互積層体の作成方法)
固有粘度(オルトクロロフェノール、35℃)0.62のポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート(以下、PENと記載)に真球状シリカ粒子(平均粒径0.3μm、長径と短径の比:1.02、粒径の平均偏差:0.1)を0.15wt%添加したものを第1の層用ポリエステルとし、第2の層用ポリエステルとして固有粘度(オルトクロロフェノール、35℃)0.62のテレフタル酸10mol%共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート(TA10PEN)を準備した。
実施例1で得られたフィルムE1の片面に実施例1と同じ粘着シートを貼合せ、さらに上記の多層フィルムM1を偏光子として貼合せた。得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
未延伸フィルムの厚みを500μmとし、該未延伸フィルムを80℃に予熱し、低速ローラーと高速ローラーの間で15mm上方より800℃の表面温度の赤外線ヒーター1本にて加熱してフィルム製膜方向に10000%/分の延伸速度にて1.25倍に延伸し、さらに、続いてテンターに供給し、延伸温度85℃、幅方向に500%/分の延伸速度にて4.0倍に逐次延伸した以外は、実施例1と同様にして延伸フィルム(E2)を得た。得られたフィルムの特性を表1に示す。
さらに、得られたフィルムE2の片面に、実施例1と同様に偏光板P1を貼合せ、得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
熱固定処理温度を150℃から180℃に変更した以外は実施例1と同様にして延伸フィルム(E3)を得た。得られたフィルムの特性を表1に示す。
さらに、得られたフィルムE3の片面に、実施例1と同様に偏光板P1を貼合せ、得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
未延伸フィルムの厚みを400μmから600μmに変更し、得られた未延伸フィルムをテンターに供給して縦方向に1.5倍を行う操作を加えた以外は実施例1と同様にして延伸フィルム(E4)を得た。得られたフィルムの特性を表1に示す。
さらに、得られたフィルムE4の片面に、実施例1と同様に偏光板P1を貼合せ、得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
原料樹脂組成物として、PET99.7重量%に平均粒径2.0μmの塊状シリカ粒子 0.3重量%を混合したものを用いた以外は、実施例1と同様にして延伸フィルム(C1)を得た。得られたフィルムの特性を表1に示す。
さらに、得られたフィルムC1の片面に、実施例1と同様に偏光板P1を貼合せ、得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
原料樹脂組成物として、PET60重量%にアクリル微粒子(ロームアンドハース製、商品名「パラロイドBTA712」)40重量%を混合したものを用いた以外は、実施例1と同様にして延伸フィルム(C2)を得た。得られたフィルムの特性を表1に示す。
さらに、得られたフィルムC2の片面に、実施例1と同様に偏光板P1を貼合せ、得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
原料樹脂組成物として、PET 95重量%に平均粒径0.3μmの酸化チタン粒子5重量%を混合したものを用いた以外は、実施例1と同様にして延伸フィルム(C3)を得た。得られたフィルムの特性を表1に示す。
さらに、得られたフィルムC2の片面に、実施例1と同様に偏光板P1を貼合せ、得られた積層体について、上記(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
実施例1で用いたワイヤーグリッド型偏光板P1を単層で用い、散乱フィルムを積層しないで上記(3)の測定を行い、評価の基準とした。
Claims (10)
- 反射型偏光子(A)の光線入射側に散乱フィルム(B)が積層された積層体であり、該散乱フィルム(B)は熱可塑性樹脂を含むマトリックス相(B-1)及び分散相(B-2)からなる構造を有しており、マトリックス相の屈折率と分散相の屈折率とが下記式(1)(2)を満たし、
|Nyz−(ny+nz)/2|≦0.05 ・・・(1)
|nx−Nx|>0.05 ・・・(2)
(ここで、nはマトリックスの屈折率、Nは分散相の屈折率をそれぞれ表し、nxはフィルム平面内でもっとも屈折率が高い方向のマトリックス屈折率、nyはフィルム平面内でx方向と直交するy方向のマトリックス屈折率、nzはフィルム厚み方向のマトリックス屈折率、Nxはx方向の分散相屈折率、Nyzはyz平面内の分散相の平均屈折率をそれぞれ表す)
y方向と平行な直線偏光をフィルム面に垂直に入射した際の散乱フィルム(B)の全光線透過率が85%以上、平行光線透過率が60%以上であり、かつ反射型偏光子(A)の透過軸と散乱フィルム(B)のフィルム平面内のy方向が平行に積層されていることを特徴とする反射型偏光板。 - 散乱フィルム(B)が、y方向と平行な直線偏光に対するヘーズ値Hyとx方向と平行な直線偏光に対するヘーズ値Hxとの比R=Hy/Hxが0.7未満である請求項1に記載の反射型偏光板。
- 散乱フィルム(B)のマトリックス相(B-1)を構成する熱可塑性樹脂がポリエステル樹脂である請求項1または2に記載の反射型偏光板。
- 散乱フィルム(B)の分散相(B-2)が微粒子の凝集体である請求項1〜3のいずれかに記載の反射型偏光板。
- 散乱フィルム(B)の分散相(B-2)がマトリックス相と異なる熱可塑性樹脂である請求項1〜4のいずれかに記載の反射型偏光板。
- 散乱フィルム(B)の分散相(B-2)を構成する物質の含有量が、フィルム(B)の重量を基準として0.01〜30重量%である請求項1〜5のいずれかに記載の反射型偏光板。
- 反射型偏光子(A)が直線状金属細線が周期配置されたワイヤグリッド型偏光子である請求項1〜6のいずれかに記載の反射型偏光板。
- ワイヤグリッド型偏光子が散乱フィルム(B)上に直接加工することで形成されたものである請求項7に記載の反射型偏光板。
- 反射型偏光子(A)が、屈折率異方性が互いに異なる2種の薄膜の交互積層体である請求項1〜6のいずれかに記載の反射型偏光板。
- 請求項9に記載の交互積層体からなる反射型偏光子(A)と散乱フィルム(B)が共押出法によって積層されたものである反射型偏光板。
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