JP4953284B2 - 光学補償層付偏光板およびその製造方法、ならびに、光学補償層付偏光板を用いた液晶パネル、液晶表示装置および画像表示装置 - Google Patents
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Description
本明細書における用語および記号の定義は下記の通りである:
(1)「nx」は面内の屈折率が最大になる方向(すなわち、遅相軸方向)の屈折率であり、「ny」は面内で遅相軸に垂直な方向(すなわち、進相軸方向)の屈折率であり、「nz」は厚み方向の屈折率である。また、例えば「nx=ny」は、nxとnyが厳密に等しい場合のみならず、nxとnyが実質的に等しい場合も包含する。本明細書において「実質的に等しい」とは、光学補償層付偏光板の全体的な偏光特性に実用上の影響を与えない範囲でnxとnyが異なる場合も包含する趣旨である。
(2)「面内位相差Re」は、23℃における波長590nmの光で測定したフィルム(層)面内の位相差値をいう。Reは、波長590nmにおけるフィルム(層)の遅相軸方向、進相軸方向の屈折率をそれぞれ、nx、nyとし、d(nm)をフィルム(層)の厚みとしたとき、式:Re=(nx−ny)×dによって求められる。
(3)厚み方向の位相差Rthは、23℃における波長590nmの光で測定した厚み方向の位相差値をいう。Rthは、波長590nmにおけるフィルム(層)の遅相軸方向、厚み方向の屈折率をそれぞれ、nx、nzとし、d(nm)をフィルム(層)の厚みとしたとき、式:Rth=(nx−nz)×dによって求められる。
(4)本明細書に記載される用語や記号に付される添え字の「1」は第1の光学補償層を表し、添え字の「2」は第2の光学補償層を表し、添え字の「3」は第3の光学補償層を表す。
(5)「λ/2板」とは、ある特定の振動方向を有する直線偏光を、当該直線偏光の振動方向とは直交する振動方向を有する直線偏光に変換したり、右円偏光を左円偏光に(または、左円偏光を右円偏光に)変換したりする機能を有するものをいう。λ/2板は、所定の光の波長(通常、可視光領域)に対して、フィルム(層)の面内の位相差値が約1/2である。
(6)「λ/4板」とは、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または、円偏光を直線偏光に)変換する機能を有するものをいう。λ/4板は、所定の光の波長(通常、可視光領域)に対して、フィルム(層)の面内の位相差値が約1/4である。
(7)「平均光軸」とは、第3の光学補償層内における光学的に負の一軸性を示す材料分子のそれぞれの光軸の統計的な平均の方向をいう。
A−1.光学補償層付偏光板の全体構成
図1は、本発明の好ましい実施形態による光学補償層付偏光板の概略断面図である。図1に示すように、この光学補償層付偏光板10は、偏光子11と第1の光学補償層12と第2の光学補償層13と第3の光学補償層14とをこの順に有する。光学補償層付偏光板の各層は、任意の適切な粘着剤層または接着剤層(図示せず)を介して積層されている。実用的には、偏光子11の光学補償層が形成されない側には、任意の適切な保護層(図示せず)が積層されている。さらに、必要に応じて、偏光子11と第1の光学補償層12との間に保護層が設けられる。
第1の光学補償層12は、λ/2板として機能し得る。第1の光学補償層がλ/2板として機能することにより、λ/4板として機能する第2の光学補償層の波長分散特性(特に、位相差がλ/4を外れる波長範囲)について、位相差が適切に調節され得る。このような第1の光学補償層の面内位相差Re1は、200〜300nmであり、好ましくは220〜280nmであり、さらに好ましくは230〜270nmである。さらに、上記第1の光学補償層12は、nx>ny=nzの屈折率分布を有する。
第2の光学補償層13は、λ/4板として機能し得る。本発明によれば、λ/4板として機能する第2の光学補償層の波長分散特性を、上記λ/2板として機能する第1の光学補償層の光学特性によって補正することによって、広い波長範囲での円偏光機能を発揮することができる。このような第2の光学補償層の面内位相差Re2は、80〜170nmであり、好ましくは100〜150nmであり、さらに好ましくは110〜140nmである。さらに、上記第2の光学補償層13は、nx>ny=nzの屈折率分布を有する。
第3の光学補償層14は、光学的に負の一軸性を示す材料から形成され、かつ、当該材料が厚み方向に傾斜配向している。光学的に負の一軸性を示す材料とは、一方向の主軸の屈折率が他の2方向の屈折率よりも小さいような屈折率分布を有する材料をいう。このような材料は、例えば、nx=ny>nzのような屈折率分布を有する。
上記偏光子11としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く特に好ましい。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、1〜80μm程度である。
上記保護層としては、偏光板の保護層として使用できる任意の適切なフィルムが採用され得る。このようなフィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。上記ポリマーフィルムは、例えば、前記樹脂組成物の押出成形物であり得る。TAC、ポリイミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ガラス質系ポリマーが好ましく、TACがさらに好ましい。
本発明の光学補償層付偏光板は、さらに他の光学層を備えていてもよい。このような他の光学層としては、目的や画像表示装置の種類に応じて任意の適切な光学層が採用され得る。具体例としては、液晶フィルム、光散乱フィルム、回折フィルム、さらに別の光学補償層(位相差フィルム)等が挙げられる。
本発明の光学補償層付偏光板の製造方法の好ましい一例について説明する。まず、光学的に負の一軸性を示す材料が傾斜配向した層(傾斜配向層)と基材とを有する積層体を準備する。このような積層体は、例えば、当該材料を所定の濃度で適切な溶媒に溶解した溶液(塗工液)を基材に塗工および乾燥(例えば、加熱処理)することにより得られ得る。溶媒の種類、溶液濃度、塗工量、塗工方法等は、目的、第3の光学補償層の所望の厚みまたは光学特性、材料の所望の傾斜角等に応じて適宜設定され得る。塗工液は、任意の適切な添加剤(例えば、可塑剤、バインダー、界面活性剤)をさらに含有し得る。添加剤の種類および/または添加量を調整することにより、光学的に負の一軸性を示す材料の傾斜配向状態を制御することができる。また、塗工液は、任意の適切なポリマーおよび/またはオリゴマーをさらに含有し得る。このようなポリマーおよび/またはオリゴマーと光学的に負の一軸性を示す材料とを反応させることにより、当該材料の傾斜配向状態を固定することができる。基材は、代表的にはTACフィルムである。
本発明の光学補償層付偏光板は、各種画像表示装置(例えば、液晶表示装置、自発光型表示装置)に好適に使用され得る。適用可能な画像表示装置の具体例としては、液晶表示装置、ELディスプレイ、プラズマディスプレイ(PD)、電界放出ディスプレイ(FED:Field Emission Display)が挙げられる。本発明の光学補償層付偏光板を液晶表示装置に用いる場合には、例えば、黒表示における光漏れ防止および視野角補償に有用である。本発明の光学補償層付偏光板は、任意の適切な駆動モードの液晶表示装置に用いられ得る。具体的には、VAモード、OCBモード、ECBモード、TNモードなどの液晶表示装置に好適に用いられる。本発明の光学補償層付偏光板は、VAモードの液晶表示装置にさらに好適に用いられ、反射型および半透過型のVAモードの液晶表示装置に特に好適に用いられる。また、本発明の光学補償層付偏光板をELディスプレイに用いる場合には、例えば、電極反射防止に有用である。
本発明の画像表示装置の一例として、液晶表示装置について説明する。ここでは、液晶表示装置に用いられる液晶パネルについて説明する。液晶表示装置のその他の構成については、目的に応じて任意の適切な構成が採用され得る。本発明においては、VAモード、OCBモード、ECBモード、TNモードなどの液晶表示装置が好ましく、VAモードの液晶表示装置がより好ましく、反射型および半透過型のVAモードの液晶表示装置が特に好ましい。図2は、本発明の好ましい実施形態における液晶パネルの概略断面図の一例として、VAモードの液晶表示装置について示す。ここでは一例として、反射型の液晶表示装置用液晶パネルを説明する。液晶パネル100は、液晶セル20と、液晶セル20の上側に配置された位相差板30と、位相差板30の上側に配置された偏光板10とを備える。位相差板30としては、目的および液晶セルの配向モードに応じて任意の適切な位相差板が採用され得る。目的および液晶セルの配向モードによっては、位相差板30は省略され得る。上記偏光板10は、上記A項およびB項で説明した本発明の光学補償層付偏光板である。液晶セル20は、一対のガラス基板21、21’と、該基板間に配された表示媒体としての液晶層22とを有する。下基板21’の液晶層22側には、反射電極23が設けられている。上基板21には、カラーフィルター(図示せず)が設けられている。基板21、21’の間隔(セルギャップ)は、スペーサー24によって制御されている。
市販のポリビニルアルコール(PVA)フィルム(クラレ社製)を、ヨウ素を含む水溶液中で染色した後、ホウ酸を含む水溶液中で速比の異なるロール間にて約6倍に一軸延伸して長尺の偏光子を得た。PVA系接着剤を用いて、この偏光子の両面に市販のTACフィルム(富士写真フィルム社製)を貼り合わせ、全体厚み100μmの偏光板(保護層/偏光子/保護層)を得た。この偏光板を縦20cm×横30cmに打ち抜いた。このとき、偏光子の吸収軸が縦方向となるようにした。
長尺のノルボルネン系樹脂フィルム(日本ゼオン社製:商品名Zeonoa:厚み60μm:光弾性係数3.10×10−12m2/N)を140℃で1.90倍に一軸延伸することによって、長尺の第1の光学補償層用フィルムを作製した。このフィルムの厚みは35μm、面内位相差Re1は270nmであった。このフィルムを縦20cm×横30cmに打ち抜いた。このとき、遅相軸が縦方向となるようにした。
長尺のノルボルネン系樹脂フィルム(日本ゼオン社製:商品名Zeonoa:厚み60μm:光弾性係数3.10×10−12m2/N)を140℃で1.32倍に一軸延伸することによって、長尺の第2の光学補償層用フィルムを作製した。このフィルムの厚みは40μm、面内位相差Re2は140nmであった。このフィルムを縦20cm×横30cmに打ち抜いた。このとき、遅相軸が縦方向となるようにした。
第3の光学補償層用フィルムとして、支持基材と液晶層とを有する複合フィルム(富士写真フイルム社製、WVSA12B:厚み110μm)を用いた。この複合フィルムは、TAC支持基材上にディスコチック液晶の傾斜配向層が設けられている。この複合フィルムの面内位相差Re3は30nmであり、厚み方向の位相差Rth3は160nmであり、平均光軸の傾斜角度は20°であった。
この複合フィルムの液晶層と上記第2の光学補償層とを、イソシアネート系硬化型接着剤(厚み5μm)を用いて貼り合わせて、積層体Aを得た。このとき、液晶層と第2の光学補償層との接着強度と、液晶層と支持基材との接着強度とを測定した。その結果、液晶層と第2の光学補償層との接着強度は、20N/25mmであり、液晶層と支持基材との接着強度は、1.3N/25mmであった。すなわち、液晶層と第2の光学補償層との接着強度が、液晶層と支持基材との接着強度より高い状態で接着を行った。なお、接着強度の測定は以下の通りである。まず、積層体A(25mm幅)を補助板に固定し、第2の光学補償層をリードテープで保持し、このリードテープの一端を引張試験機(島津製作所製、AG−I)の治具に固定した。次いで300mm/minの速度、90°ピールによって液晶層と第2の光学補償層との接着強度を測定した。液晶層(傾斜配向層)と支持基材との接着強度も同様にして測定した。このように、液晶層と第2の光学補償層との接着強度が、液晶層と支持基材との接着強度より高い状態で貼り合わせることで、特別な処理をすることなく、支持基材を適切に剥離・除去し、液晶層(ディスコチック液晶の傾斜配向層)と第2の光学補償層とを有する積層体B1を得た。当該液晶層を第3の光学補償層とし、その厚みは3μmであった。ディスコチック液晶の光軸と第3の光学補償層の法線とのなす角度は、第2の光学補償層側が最大となった。
第2の光学補償層の第3の光学補償層が貼り合わされている側とは反対側の面に、第1の光学補償層および偏光板をこの順に積層した。偏光板と第1の光学補償層、ならびに、第1の光学補償層と第2の光学補償層は、それぞれアクリル系粘着剤層(厚み20μm)を介して貼り合わせた。以上のようにして、全体厚みが223μmの光学補償層付偏光板を作製した。
TAC支持基材を除去しなかったこと以外は実施例1と同様にして、全体厚みが330μmの光学補償層付偏光板を作製した。
上記のようにして得られた実施例1または比較例1の光学補償層付偏光板を、日立株式会社製の液晶セルのバックライト側に、第3の光学補償層が液晶セル側に配置されるように実装した。液晶セルの視認側には、実施例と同様の偏光板/第1の光学補償層/第2の光学補償層の構成を有する光学補償層付偏光板を、第2の光学補償層が液晶セル側に配置されるように実装した。光学補償層付偏光板が実装された液晶セルについて、視野角特性測定装置(ELDIM社製、EZ Contrast)を用いて視野角特性を測定した。コントラストのレーダーチャートを図3に示す。
図3から明らかなように、実施例1の光学補償層付偏光板を用いた液晶セルは、比較例1の光学補償層付偏光板を用いた液晶セルに比べて視野角が顕著に広くなっていることがわかる。これは、実施例1の光学補償層付偏光板は、第3の光学補償層からTAC支持基材が除去され、TAC支持基材の位相差値の影響を受けないので、視野角が広くなったと考える。一方、比較例1の光学補償層付偏光板は、TAC支持基材の位相差値が大きく影響し、視野角が狭くなったと考えられる。なお、図には提示しないが、実施例2における視野角特性も実施例1とおおむね同一となり、比較例1よりも視野角が広くなった。
実施例または比較例の光学補償層付偏光板を、60℃/90%RHの加温加湿雰囲気下に500時間放置した。加温加湿試験前後の位相差値を位相差測定装置(王子計測機器株式会社製、KOBLA−31PRW)で測定し、加温加湿試験前後の位相差変化量(%)を下記の式から求めた。
位相差変化量(%)=〔(試験前位相差値−試験後位相差値)/(試験前位相差値)〕×100
測定結果を下記表1に示す。
11 偏光子
12 第1の光学補償層
13 第2の光学補償層
14 第3の光学補償層
20 液晶セル
100 液晶パネル
Claims (15)
- 偏光子と、該偏光子に隣接して配置された第1の光学補償層と、該第1の光学補償層に隣接して配置された第2の光学補償層と、該第2の光学補償層に隣接して配置された第3の光学補償層とを有し、
該第1の光学補償層が、nx>ny=nzの屈折率分布を有し、かつ、その面内位相差Re1が200〜300nmであり、
該第2の光学補償層が、nx>ny=nzの屈折率分布を有し、かつ、その面内位相差Re2が80〜170nmであり、
該第3の光学補償層が、光学的に負の一軸性を示す材料から形成され、かつ、当該材料が傾斜配向している
光学補償層付偏光板。 - 前記第2の光学補償層と前記第3の光学補償層とが、接着剤層のみを介して貼り合わされている、請求項1に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第3の光学補償層の厚みが1〜10μmである、請求項1または2に記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第1の光学補償層および前記第2の光学補償層が、それぞれ、ノルボルネン系樹脂および/またはポリカーボネート系樹脂を含有する、請求項1から3のいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 前記光学的に負の一軸性を示す材料が、ディスコチック液晶化合物である、請求項1から4のいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 前記第3の光学補償層における前記光学的に負の一軸性を示す材料の平均光軸が、該第3の光学補償層の法線方向に対して5°〜50°の角度で傾斜している、請求項1から5のいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 前記偏光子と前記第1の光学補償層との間に保護層をさらに有する、請求項1から6のいずれかに記載の光学補償層付偏光板。
- 請求項1から7のいずれかに記載の光学補償層付偏光板と液晶セルとを含む、液晶パネル。
- 請求項8に記載の液晶パネルを含む、液晶表示装置。
- 請求項1から7のいずれかに記載の光学補償層付偏光板を含む、画像表示装置。
- 光学的に負の一軸性を示す材料が傾斜配向した層と基材とを有する積層体を準備する工程と;
nx>ny=nzの屈折率分布を有し、かつ、その面内位相差Re2が80〜170nmである第2の光学補償層と、該積層体とを、該第2の光学補償層と該傾斜配向層とが隣接するようにして貼り合わせる工程と;
該基材を剥離して、該傾斜配向層を第3の光学補償層とする工程と;
nx>ny=nzの屈折率分布を有し、かつ、その面内位相差Re1が200〜300nmである第1の光学補償層を貼り合わせる工程と;
偏光子を貼り合わせる工程と
を含む、光学補償層付偏光板の製造方法。 - 前記第2の光学補償層と前記積層体とを貼り合わせる工程が、傾斜配向層と基材との接着力より高い接着力で、第2の光学補償層と傾斜配向層とを貼り合わせることを含む、請求項11に記載の製造方法。
- 前記基材を剥離する工程が、前記積層体を水浴に浸漬させることを含む、請求項11または12に記載の製造方法。
- 前記水浴の温度が50〜100℃である、請求項13に記載の製造方法。
- 前記浸漬時間が3分〜30分である、請求項13または14に記載の製造方法。
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