JP5049705B2 - 透明フィルム、偏光板、及び液晶表示装置 - Google Patents

透明フィルム、偏光板、及び液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示装置の光学補償フィルム、偏光板の保護フィルム等として用いられる新規な透明フィルム、ならびに該透明フィルムを利用した、偏光板及び液晶表示装置に関する。
透過型液晶表示装置は、液晶セルとその両側に一対の偏光子を有する。この一対の偏光子は、互いの透過軸を直交にして、いわゆる直交偏光子として、配置されるのが一般的である。しかし、直交偏光子は、その表面に対して法線方向の入射光に対しては、直交偏光子として機能し得るが、法線方向から傾いた斜め方向からの入射光に対しては、透過軸の交差角が直角からずれているため、直交偏光子として機能し得ない。このことが、透過型液晶表示装置において斜め方向の光漏れを生じさせ、視野角に依存したコントラストの低下及び色味変化といった視野角特性の低下の原因となっている。
ところで、ポリビニルアルコールフィルム等からなる偏光子は、単独の部材として液晶表示装置に用いられるのではなく、その両面に、偏光子を保護する保護フィルムが貼り合わせられた偏光板として液晶表示装置内に組み込まれるのが一般的である。そこで、かかる保護フィルムに所定の光学特性をもたせることによって、広視野角化する試みがなされている。その一例として、「偏光子に、面内位相差=250〜300nm、NZ=0.1〜0.4なる複屈折特性を有する二軸性位相差板を重ねてなる広視野角偏光板」、及び「偏光子に、面内位相差=250〜300nm、NZ=0.6〜1.1なる複屈折特性を有する二軸性位相差板を重ねてなる広視野角偏光板」が提案されている(特許文献1)。特許文献1の実施例では、かかる広視野角偏光板の2枚を直交配置で液晶セルの両側に配置した透過型液晶表示装置について、広視野角化されたことが示されている。
特許文献1に記載の偏光板の広視野角化技術では、入射光を上記所定の複屈折性を有する二軸性の位相差板に、2回通過させる必要がある。そのため、液晶表示装置の設計上の制約があったり、又は所定の光学特性の位相差板を互いの光軸の位置関係を精密に制御して2枚積層するという煩雑な工程が必要になる等、生産性の観点で好ましくない。
一方、入射光を一枚の位相差板に通過させるだけで、偏光子の視野角依存性を補償しようとする試みもあるが、かかる場合には波長依存性の問題が生じる。これは、偏光板の保護フィルムとして通常用いられているトリアセチルアセテートフィルム等のレターデーションが、波長依存性を示すことに起因するものである。例えば、可視光波長域400〜700nmの中央である波長550nm(G)の入射光について、保護フィルムを通過することによって消光点に変換するように保護フィルムの光学特性を調整しても、450nm(B)及び650nm(R)の入射光については、消光点からずれた偏光状態に変換されてしまい、結果として視野角に依存した色味変化やコントラストの低下を生じることになる。
特開2001−35022号公報
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、上記問題点が解決された、全可視光域に対応可能な広帯域であり且つ広視野角の新規な偏光板を提供することを課題とする。
また、本発明は、かかる偏光板の保護フィルムとして、また液晶表示装置の光学補償フィルムとして、波長依存性及び視野角依存性の双方の軽減に寄与する新規な透明フィルムを提供することを課題とする。
また、本発明は、視野角に依存したコントラストの低下及び色味変化が軽減された、視野角特性が良好な液晶表示装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1] フィルム面の法線方向においてNz値が、0〜1に単調増加又は単調減少している領域を含み、且つ波長550nmにおける面内レターデーションReが510〜610nmである透明フィルム:
但し、Nz=0.5+Rth(550)/Re(550)であり、式中、Rth(550)及びRe(550)は、それぞれ波長550nmにおける、厚み方向のレターデーション及び面内レターデーションである。
[2] セルロースアシレートを主成分として含有する[1]の透明フィルム。
[3] 脂環式構造含有重合体樹脂を主成分として含有する[1]の透明フィルム。
[4] 面内に光学異方性を持ち、フィルム面の法線方向のCircular Retardance(CRE1)が略0であり、フィルム面の法線方向から極角60度で、且つフィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度、135度、225度、及び315度の4方向で入射された光線におけるCircular Retardance(CRE2)の絶対値が略等しく、且つ0でないことを特徴とする透明フィルム。
[5] 前記CRE2が0〜20nmである[4]の透明フィルム。
[6] Nz値が互いに異なる2以上の層からなる多層構造を有する[1]の透明フィルム。
[7] ポリマーフィルムと、その両面にそれぞれ、同一又は異なる液晶組成物からなる光学異方性層を少なくとも一層ずつ有する[6]の透明フィルム。
[8] 偏光膜、及び[1]〜[7]のいずれかの透明フィルムを有する偏光板。
[9] 液晶セル、及び[8]の偏光板を有する液晶表示装置。
[10] 液晶セル、及び少なくとも一つの偏光膜を有する液晶表示装置であって、前記偏光膜と前記液晶セルとの間に[1]〜[7]のいずれかの透明フィルムを有する液晶表示装置。
本発明によれば、広帯域であり且つ広視野角の新規な偏光板を提供することができる。また、本発明によれば、かかる偏光板の保護フィルムとして、また液晶表示装置の光学補償フィルムとして、波長依存性及び視野角依存性の双方の軽減に寄与する新規な透明フィルムを提供することができる。また、本発明によれば、視野角に依存したコントラストの低下及び色味変化が軽減された、視野角特性が良好な液晶表示装置を提供することができる。
発明の実施の形態
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
以下、本発明について説明する。なお、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。また実質的に直交もしくは平行とは、厳密な角度±10°の範囲を意味する。
また、本明細書において、Re(λ)、Rth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション及び厚さ方向のレターデーションを表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。
測定されるフィルムが1軸又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRが算出する。
尚、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の式(21)及び式(22)よりRthを算出することもできる。
Figure 0005049705
式中、上記のRe(θ)は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値をあらわす。
また式中、nxは面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、nzはnx及びnyに直交する方向の屈折率を表し、dは膜厚を表す。
測定されるフィルムが1軸や2軸の屈折率楕円体で表現できないもの、いわゆる光学軸(optic axis)がないフィルムの場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して−50度から+50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記の測定において、平均屈折率の仮定値は ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:
セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADH又はWRはnx、ny、nzを算出する。この算出されたnx、ny、nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)がさらに算出される。
なお、本明細書において、光学特性等を示す数値や数値範囲については、液晶表示装置やそれに用いられる部材について一般的に許容される誤差を含む数値又は数値範囲であると解釈されるものとする。
本発明は、フィルム面の法線方向においてNz値が、0〜1に単調増加又は単調減少している領域を含み、且つ波長550nmにおける面内レターデーションReが510〜610nmである透明フィルムに関する。本発明の透明フィルムは、偏光子と組み合わされ、偏光子と液晶セルとの間に配置されることにより、液晶表示装置の斜め方向におけるコントラストの低下及び色味変化の軽減に寄与するものである。なお、「フィルム面の法線方向(フィルムの厚み方向)においてNz値が、0〜1に単調増加又は単調減少している領域を含む」ことについては、文献:Y. Takahashi, H. Watanabe and T. Kato, "Depth-Dependent Determination of Molecular Orientation for WV-Film", IDW'04 (2004) p.651.に述べられているような方法で確認することができる。具体的には、フィルムの厚み方向に均等に5点のP2のx、y及びz成分を測定して、それから算出されるnx、ny及びnzを用いて求めたNzの値が、0〜1の範囲で変化していること、例えば、5点各々についてNz値が略0,0.25,0.5,0.75,1のように変化していることを意味する。また、フィルムのNzの「単調増加及び単調減少」については、その増加率及び減少率が変動していてもよく、また増減しない範囲があってもよいが、単調増加には少なくとも減少する範囲はなく、また単調減少には少なくとも増加する範囲はないものとする。好ましくは増加率が一定の単調増加、又は減少率が一定の単調減少である。
本発明の透明フィルムの一態様として、Nz値が互いに異なる2以上の層からなる多層構造を有する透明フィルムが挙げられる。より具体的には、ポリマーフィルムと、その両面にそれぞれ、同一又は異なる液晶組成物からなる光学異方性層を少なくとも一層ずつ有し、一方の光学異方性層のNzが0、ポリマーフィルムのNzが0.5、他方の光学異方性層のNzが1.0である透明フィルムも本発明の一態様である。ポリマーフィルムの一方の面上にそれぞれNzが互いに異なる光学異方性層を複数形成すること、及び/又は支持しているポリマーフィルムについてもNzが互いに異なるポリマーフィルムの多層構造体とすれば、Nzが0〜1の範囲で微小な変化率で単調増加(又は単調減少)する透明フィルムを作製することができる。
本発明の透明フィルムを有する偏光板の一例を図1に示す。図1の偏光板10は、ヨウ素等によって染色されたポリビニルアルコール(PVA)フィルム等からなる偏光子12、及びその表面にセルロースアシレートフィルム等からなる保護フィルム14及び16を有する。保護フィルム16は、本発明の透明フィルムであり、上記所定の光学特性を満足する。偏光板10を、液晶表示装置に組み込む場合は、他の偏光板とともに液晶セルを挟んで、且つ本発明の透明フィルムである保護フィルム16を液晶セル側にして、偏光板の互いの吸収軸を直交にして配置する。
なお、本発明の透明フィルムは、必ずしも偏光子の保護フィルムとして偏光子の表面に直接貼り合せる必要はない。例えば、本発明の透明フィルムは光学補償フィルムとして偏光子と液晶セルとの間に配置してもよい。偏光子と本発明の透明フィルムとの間に、偏光子の保護フィルムが配置されている場合は、該保護フィルムは、位相差がない、等方性のフィルムであるのが好ましい。
次に、図面を参照して、本発明の透明フィルム及び偏光板の作用について説明する。図2〜図5は、それぞれポアンカレ球を、S2軸の正の方向から見た図である。ポアンカレ球は偏光状態を記述する三次元マップで、球の赤道上は楕円率が0の直線偏光の偏光状態を表している。図2中の点Pは、斜め方向から入射した光が偏光子を通過して直線偏光となった、その偏光状態を示している。偏光状態点Pが、S1軸上の消光点である偏光状態点Qに変換されれば、直交偏光子の視野角依存性は解消される。従って、偏光子の液晶セル側に配置された保護フィルムを通過することによって、偏光状態が点Pから点Qに変換されるように、保護フィルムの複屈折性を調整すればよい。位相差領域を通過することによる偏光状態の変化は、ポアンカレ球上では、光学特性に応じて決定される特定の軸の回りに、特定の角度回転させることで表される。偏光状態点Pから偏光状態点Qへの変換の一例としては、図3に示す通り、保護フィルムとして1/2波長板を用いて、S2軸を回転軸として、πだけ回転することによる変換がある。なお、回転角度は、通過した位相差領域の位相差に比例し、且つ入射光の波長の逆数に反比例する。
ところで、セルロースアシレートフィルム等、保護フィルムとして用いられているフィルムの多くは、その屈折率(n)が、入射光の波長に対して一様ではなく、通常、長波長になる程小さくなる傾向があるので、その結果、位相差についても、入射光が長波長である程小さくなるという波長依存性がある。このような、屈折率の波長依存性の影響に加えて、上記した通り、回転角度がλの逆数に比例することから、ポアンカレ球上で示される偏光状態の遷移は、長波長の光ほど回転角度が小さくなってしまう。そのため、一枚の位相差板によって、図3に示す偏光状態の変換を、R光(650nm)、G光(550nm)、及びB光(450nm)のいずれについても行うことは困難であり、例えば、中心波長のG光(550nm)について、消光点への変換を可能とする保護フィルムを用いても、図4に示す通り、R光及びB光については、消光点からのずれが生じる。
そこで、本発明では、図3に示した様な、フィルムの複屈折性のみを利用した偏光状態の変換ではなく、フィルムの複屈折性とともに旋光性を利用して、偏光状態を変換することにより、上記波長依存性を軽減している。本発明の透明フィルムは、フィルム面の法線方向においてNz値が0〜1に単調増加又は単調減少している領域を含む。かかる領域は、例えば、極微小な膜厚の層が無限大の数だけ積層された積層体であって、隣接する層間でNzが極微小だけ増減している積層体として近似できる。入射側の最表層のNz=1、出射側の最表層のNz=0として、この仮想積層体に入射した光の偏光状態の変換を表すと、まず、第1層LNz=0で直線偏光は該層の複屈折性の影響を受けるが、その際の変換の軌跡は、点PにおけるS2軸と平行な軸を回転軸とする回転として表される。第2層ではNzが微小減少しているので、回転軸は、S1軸上において点PからS1=0の方向に微小だけずれた点におけるS2軸と平行な軸となる。第3、第4層・・・となるにつれ、Nzは減少して回転軸はS1=0の方向に移動し、Nz=0.5の層LNz=0.5では、回転軸はS2軸となる。最後に、出射側の最表層LNz=1では、回転軸は、消光点QにおけるS2軸と平行な軸となる。
その間の偏光状態の変換の軌跡を隣接する層間のNzの増減ΔNzについて、ΔNz→0として近似すると、図5の様に表すことができる。図5中に示した偏光状態の変換の軌跡は、図5中、破線で示した、いわゆる旋光性を表すローリングコーンが、その中心を、S1軸上の点PからS1=0の方向へ、さらに負の方向へと移動させながら、一回転して消光点Qに達するのと同一の軌跡をたどっている。屈折率の波長分散性は、旋光性を表すローリングコーンの回転にも影響するが、図4に示した複屈折性のみを利用した回転と比較して、偏光状態が消光点Qに達した際の、R光、G光及びB光の分離が小さくなり、波長分散性を軽減できる。なお、透明フィルムのRe(面内リタデーションの総和)はポアンカレ球上の動きとして、ローリングコーンを360°回転させるために必要になり、560nm程度必要となる。実際には510〜610nmの範囲で従来例に対して効果がある。
本発明の透明フィルムを、別の観点から表現すると、フィルムの法線方向の入射光に対しては旋光性を生じさせないが、斜め方向の入射光に対しては旋光性を生じさせるフィルムとして表現することができる。より具体的には、本発明の透明フィルムは、他の観点から、フィルム面の法線方向から入射した光に対して測定されたCircular Retardance(CRE1)が略0であり、フィルム面に対して互いに異なる複数の斜め方向から入射した光に対して測定された(CRE2)の絶対値が略等しく、且つ0でないことを特徴とする透明フィルムと表現することができる。ここで、フィルム面に対して互いに異なる複数の斜め方向は、例えば、フィルム面の法線方向から極角60度で、且つフィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度、135度、225度、及び315度の4方向として定義することができる。ここで、この4方向から入射したときのCRE2の絶対値が略等しいということは、遅相軸方向が単純に捩れているフィルムでは満足することはできず、かかるフィルムと本発明の透明フィルムとは明らかに異なる。本発明の透明フィルムは、厚さ方向にNzが異なる分布になっていて、その結果、フィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度、135度、225度、及び315度の4方向では符号は異なるが、絶対値が等しくなっている。前記4方向から入射した光に対するCRE2の絶対値は、それぞれ32〜38nmであるのが好ましい。なお、略等しいとは、完全に同一であるか、又は値の差が5nm以下であることをいうものとする。
フィルムのCRE(CRE1及びCRE2)は、例えば、Axometrics社のミューラマトリクスポラリメータ"AxoScan"によって測定することができる。また、CREの詳細については、文献:S. Y . Lu and R. A. Chipman, J. Opt Soc. Am A. 13 (1996) 1106.に記載されている。
本発明の透明フィルムの原料については特に制限されない。例えば、延伸複屈折ポリマーフィルムであっても、液晶性化合物を特定の配向状態に固定することによって形成された光学異方性層であってもよい。また、透明フィルムは単層構造に限定されるものではなく、複数の層を積層した多層構造を有していてもよい。多層構造の態様では、各層の素材は同種であっても異種であってもよい。例えば、ポリマーフィルムと液晶組成物からなる光学異方性層との積層体であってもよい。多層構造の態様では、厚さを考慮すると、高分子の延伸フィルムの積層体よりも、塗布によって形成された層を含む塗布型の層を含む多層体が好ましい。
用いる原料、その配合量、製造条件などを選択し、これらの値を所望の範囲に調整することで、Nz値が上記条件を満足する透明フィルムとして作製することができる。具体的には、波長分散の異なる2種類以上のポリマー(例えば、互いに主鎖方向の吸収波長が異なる複数種のポリマー)を混合する;紫外域または赤外域に吸収のある添加剤を添加して可視光の波長分散を制御する;紫外域または赤外域に吸収のある添加剤であって、構造的にフィルムの厚さ方向、延伸方向又は非延伸方向に配向するものをフィルム中に添加する;塗布または貼合によりポリマー層の多層体(例えば、互いに複屈折率が異なるポリマー層の多層体)とする;フィルム製造工程で厚さ方向に不均一な温度分布または紫外線の強度分布を与えることにより配向性または材料の均一性を制御する;こと等により、本発明の透明フィルムを作製することができる。本発明の透明フィルムの作製に用いる材料としては、特に制限されることはなく、セルロースアシレート及び脂環式構造含有重合体樹脂(ノルボルネン系ポリマー等)を主成分として用いるのが好ましい。
また、本発明は、本発明の透明フィルムを有する偏光板にも関する。本発明の偏光板は、偏光子の一方の保護フィルムとして、即ち、偏光子の表面に接触して本発明の透明フィルムが貼り合わされているのが好ましい。本発明の偏光板を液晶表示装置に組み込む場合は、本発明の透明フィルムを液晶セル側にして配置するのが好ましい。
偏光板の特性については、二色性(ディアテニュエーション)ベクトルDや偏光能(ポラリザンス)ベクトルPで記述することができる。
二色性(ディアテニュエーション)ベクトルDとは、ポアンカレ球上において、透過光量が最大となるような偏光状態を表し、偏光能(ポラリザンス)ベクトルPとは、ポアンカレ球上において、無偏光を入射した時の出射偏光状態を表す。二色性ベクトルD=(Dh,D45,Dr)、偏光能ベクトルP=(Ph,P45,Pr)で表されるベクトルである。計測器として、デュアル・ローテート・リターダー方式の偏光測定器を用いると、偏光膜と、複屈折性のポリマーフィルムとの積層体のD及びPが測定できるので好ましい。デュアル・ローテート・リターダー方式の偏光測定器は、測定ヘッドが、偏波を作り出す偏光ジェネレータと、偏波を検出する偏光アナライザとを含み、双方のヘッドが、高速回転する波長板と偏光子とで構成されている偏光測定器である。市販品として、Axometrics社のミュラーマトリクス・ポラリメータがあり、これを用いることができる。
また、二色性ベクトル及び偏光能ベクトルを、それぞれベクトルの大きさを1に規格化して単位ベクトル化した、規格化二色性ベクトルD’=(Dh’,D45’,Dr’)および規格化偏光能ベクトルP’=(Ph’,P45’,Pr’)で記述することもできる。これらの詳細については、Y.Ootani :O plus E 29 p.20 (2007))及びS-Y.Lu and R.A.Chipman : J.Opt.Soc.Am.A 13 p.1106(1996))に記載されている。
本発明の偏光板は、P’でその特性を記述した場合には、偏光板のP45’の絶対値|P45’|が0.9以上、望ましくは0.99以上程度を示す、広視角偏光板である。
本発明の透明フィルム又は偏光板は、種々のモードの液晶表示装置に用いることができる。例えば、IPSモード、VAモード、TNモード、OCBモード、等の種々のモードの液晶表示装置に用いることができる。
本発明の透明フィルムのいくつかの例について、実際に、その効果を確認した結果を以下の表に示す。
Figure 0005049705
比較例は、フィルムの厚さ方向においてNz値が0.5で均一なフィルムであり、本発明と比較するために示した例である。例1〜6はいずれも、厚さ方向にNz値が0〜1に変化するフィルムであり、且つ面内レターデーションReが510〜610nmを満足する、本発明の透明フィルムの例である。なお、例1〜6はいずれも、CRE1が0で、且つ4つの方向から入射した光に対して測定されたCRE2が0でなく且つ等しいことが表中の値から理解できる。
例1〜6はいずれも、比較例と比較して黒状態の透過率(%)が低く、コントラストが改善されていることが理解できる。
同様に透明フィルムに偏光膜を積層させた状態、すなわち偏光板の形態で、フィルム面の法線方向から極角60度で、且つフィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度の方向で光線を入射し、及び前記透明フィルムを偏光膜の出射側に位置させて、規格化偏光能ベクトルP’=(Ph’,P45’,Pr’)を計測した。P’は単位ベクトルなのでベクトルの大きさの最大値が1であることも考慮して、例1〜6の偏光板のP45’の絶対値|P45’|は、次表より0.99以上1未満であることが理解できる。
Figure 0005049705
次に、実際に以下に記載の通り透明フィルム及び偏光板をそれぞれ作製し、IPSモードの液晶表示装置に用い、その効果を確認した実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
[比較例1]
<フィルム1の作製>
長さ100m、幅180mm、厚さ110μmでReが0nmであるポリカーボネートの両面に165度での寸法変化率(MD/TD)が1.15のポリエステルフィルムをアクリル系粘着層を介し接着し、ロール延伸機にてロール速比0.97の条件で、かつロールの温度を165度とした常温雰囲気で処理してポリカーボネートを収縮させた後、ポリエステルフィルムを剥離した。このフィルムを温度163度の雰囲気下で幅方向に1.1倍に延伸し、フィルム1を得た。
自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定し、これらの光学特性を算出したところ、Reが275nm、Nzが0.5であり、遅相軸が長手方向とは直交方向にあることを確認した。フィルム1について、Axometrics社のAxoScanを用いて波長550nmで正面におけるCR1、極角60°で方位角45度、135度、225度、315度におけるCR2を測定した結果、CR1及び全ての方位角におけるCR2がいずれも0nmであった。
<比較例用偏光板1の作製>
厚さ80μmのロール状ポリビニルアルコールフィルムをヨウ素水溶液中で連続して5倍に延伸し、乾燥して偏光膜を得た。ポリビニルアルコールには、クラレ製PVA−117H)を用いた。この偏光膜の片面に比較例用フィルム1を、他方の面には保護フィルムとして富士フイルム社製タックフィルムTD80Uを重ね合わせて貼り付け、比較例用偏光板1を作製した。
この比較例用偏光板1の規格化偏光能ベクトルP’をAxoscanで測定した。フィルム面の法線方向から極角60度で、且つフィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度の方向で光線を入射させ、比較例用フィルム1を偏光膜の出射側に位置させて測定した、規格化偏光能ベクトルP’の成分P45’の絶対値は0.994であった。
[実施例1]
<透明フィルム10の作製>
比較例1で作製したフィルム1の片面に光学異方性層1、及び他方の面に光学異方性層2を、下記の方法でそれぞれ形成し、本発明の実施例の透明フィルム10を作製した。
<棒状液晶組成物からなる光学異方性層1の形成>
(配向膜の形成)
以下の組成の配向膜塗布液を調製した。
下記の高分子化合物P 4質量部
トリエチルアミン 2質量部
デコナール EX−521の5%水溶液
(ナガセ化成工業株式会社のエポキシ化合物) 8.1質量部
水 57質量部
メタノール 29質量部
Figure 0005049705
この配向膜塗布液をフィルム1の片面に塗布し、25℃で30秒間、120℃の温風で120秒間乾燥した。乾燥後の配向膜の厚みは1.5μmであった。次に、形成した膜に、透明光学フィルムAの長手方向と同じ方向にラビング処理した。
(光学異方性層1の形成)
下記組成の光学異方性層用塗布液を調製した。
下記の棒状液晶性化合物(例示化合物 IV−2) 38.1質量%
下記の増感剤 A 0.38質量%
下記の光重合開始剤 B 1.14質量%
下記の配向制御剤 C 0.19質量%
グルタルアルデヒド 0.04質量%
メチルエチルケトン 60.15質量%
Figure 0005049705
Figure 0005049705
Figure 0005049705
Figure 0005049705
上記形成した配向膜のラビング処理面に、調製した光学異方性層用塗布液を、バーコーターを用いて連続的に塗布、乾燥、及び加熱(配向熟成)し、さらに紫外線照射して、棒状液晶性分子を水平配向状態に固定し、光学異方性層1(厚さ1.1μm)を形成した。
形成した光学異方性層1をガラス基板に転写し、複屈折特性を測定した所、Nz値は1、Re値は143nmであった。遅相軸は、フィルムの長手方向(ラビング方向)と直交する方向であった。
<円盤状液晶組成物からなる光学異方性層2の形成>
(配向膜の形成)
フィルム1のもう片面に、下記の組成の配向膜塗布液をワイヤーバーコーターで20ml/m2塗布した。60℃の温風で60秒、さらに100℃の温風で120秒乾燥し、膜を形成した。次に、形成した膜にフィルム1の遅相軸方向と平行の方向にラビング処理を施して配向膜を形成した。
配向膜塗布液の組成
下記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 371質量部
メタノール 119質量部
グルタルアルデヒド 0.5質量部
テトラメチルアンモニウムフルオライド 0.3質量部
Figure 0005049705
(光学異方性層2の形成)
次に、配向膜のラビング処理面に、下記のディスコチック液晶性化合物1.8g、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート(V#360、大阪有機化学(株)製)0.2g、光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製)0.06g、増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)0.02g、空気界面側垂直配向剤(P−6)0.01gを、3.9gのメチルエチルケトンに溶解した溶液を、#4のワイヤーバーで塗布した。これを金属の枠に貼り付けて、125℃の恒温槽中で3分間加熱し、ディスコチック液晶化合物を配向させた。次に、100℃で120W/cm高圧水銀灯を用いて、30秒間UV照射しディスコチック液晶化合物を架橋した。その後、室温まで放冷した。この様にして、光学異方性層2を形成した。
Figure 0005049705
Figure 0005049705
形成した光学異方性層2をガラス基板に転写し、複屈折特性を測定した所、Nz値は0、Re値は142nmであった。遅相軸の方向は、配向膜のラビング方向と平行であった。
このようにして、フィルム1の片面に光学異方性層1、もう片面に光学異方性層2を設けた透明フィルム10を作製した。この透明フィルム10の面内リタデーションReを波長550nmで測定した所、560nmであった。即ち、この透明フィルム10は、厚さ方向にNz値が、0〜1に単調増加し(光学異方性層2はNz=0、フィルム1はNz=0.5、光学異方性層1はNz=1)、且つ波長550nmにおける面内レターデーションReが560nmである本発明の実施例の透明フィルムである。
作製した透明フィルム10をAxometrics社のAxoScanを用いて波長550nmで正面におけるCR1を測定した所、CR1=0であった。また、極角60°で方位角45度、135度、225度、315度におけるCR2を測定の結果、方位角45度および225度のCR2=32nmであり、方位角135度および315度のCR2=−32nmであった。すなわち、方位角45度、135度、225度、315度におけるCR2の絶対値は略等しく32nmであった。
<偏光板10の作製>
厚さ80μmのロール状ポリビニルアルコールフィルムをヨウ素水溶液中で連続して5倍に延伸し、乾燥して偏光膜を得た。ポリビニルアルコールには、クラレ製PVA−117H)を用いた。この偏光膜の片面に透明フィルム10を、もう片面には保護フィルムとして富士フイルム社製タックフィルムTD80Uを重ね合わせて貼り付け、偏光板10を作製した。なお、透明フィルム10を偏光膜に重ね合わせるときには、位相差膜10の光学異方性層1の面と偏光膜を接触させて重ね合わせた。
この偏光板10の規格化偏光能ベクトルP’をAxoscanで測定した。フィルム面の法線方向から極角60度で、且つフィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度の方向で光線を入射させ、透明フィルム10を偏光膜の出射側に位置させて測定した、規格化偏光能ベクトルP’の成分P45’の絶対値は0.995であった。
[実施例2]
<偏光板11の作製>
透明フィルム10を偏光膜に重ね合わせるときに、透明フィルム10の光学異方性層2の面と偏光膜を接触させて貼り合わせた以外は、実施例1と全く同じ方法で、実施例2の偏光板11を作製した。
この偏光板11の規格化偏光能ベクトルP’をAxoscanで測定した。フィルム面の法線方向から極角60度で、且つフィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度の方向で光線を入射させ、透明フィルムを偏光膜の出射側に位置させて測定した、規格化偏光能ベクトルP’の成分P45’の絶対値は0.995であった。
[液晶表示装置への実装と評価]
比較例1、実施例1、及び実施例2でそれぞれ作製した偏光板1、10及び11を用い、液晶表示装置をそれぞれ作製した。
具体的には偏光板1、10及び11のそれぞれと、従来の偏光板(偏光板の保護層タックフィルムには富士フイルム社製のZ−タックを使用)とで、IPS型液晶セルをはさみ、液晶表示装置を作製した。偏光板1、10及び11のフィルム1、透明フィルム10及び11がそれぞれ液晶セル側になるよう注意してはさんだ。また、液晶セルをはさむ2つの偏光板の面内吸収軸は直交し、かつ偏光板1、10及び11それぞれの面内吸収軸がIPS型液晶セルの面内遅相軸と平行になるようにはさんだ。IPS型液晶セルは、複屈折が300nmで、電圧無印加状態で水平配向になるように作製した。液晶にはメルク社のZLI−4792を用いた。
このようにして作製した液晶表示装置の電圧無印加状態すなわち黒状態の透過率を極角60度、方位角45度で測定したところ、比較例1の偏光板1を用いた液晶表示装置の場合は0.035%だったのに対し、実施例1の偏光板10を用いた液晶表示装置の場合は0.02%、実施例2の偏光板11を用いた液晶表示装置の場合は0.02%であった。これらより、比較例1の偏光板1と比較して、本発明の実施例である偏光板10及び11は黒状態の透過率が小さく、よりコントラストが改善されたことが理解できる。
本発明の偏光板の一例の断面模式図である。 ポアンカレ球状の任意の直線偏光状態点P及びその消光点Qを示した模式図である。 ポアンカレ球状の任意の直線偏光状態点Pからその消光点Qへの従来の変換例の軌跡を示した模式図である。 ポアンカレ球状の任意の直線偏光状態点Pからその消光点Qへの従来の変換例の軌跡を、R光、G光及びB光のそれぞれについて示した模式図である。 本発明の透明フィルムを利用した、ポアンカレ球状の任意の直線偏光状態点Pからその消光点Qへの変換例の軌跡を、R光、G光及びB光のそれぞれについて示した模式図である。
符号の説明
10 偏光板
12 偏光子
14 保護フィルム
16 本発明の透明フィルム

Claims (6)

  1. ポリマーフィルムと、その両面にそれぞれ、異なる液晶組成物からなる光学異方性層とを少なくとも一層ずつ有する透明フィルムであって、面内に光学異方性を持ち、フィルム面の法線方向のCircular Retardance(CRE1)が略0であり、フィルム面の法線方向から極角60度で、且つフィルム面内の遅相軸を方位角0度としたときに方位角が45度、135度、225度、及び315度の4方向で入射された光線におけるCircular Retardance(CRE2)の絶対値がそれぞれ略等しく、且つ0でないことを特徴とする透明フィルム。
  2. CRE2の絶対値が32〜38nmである請求項に記載の透明フィルム。
  3. 前記ポリマーフィルムの片面に棒状液晶組成物からなる光学異方性層を少なくとも一層を有し、他方の面にディスコティック液晶化合物からなる光学異方性層を少なくとも一層有する透明フィルムである請求項1又は2に記載の透明フィルム。
  4. 偏光膜、及び請求項1〜のいずれか1項に記載の透明フィルムを有する偏光板。
  5. 液晶セル、及び請求項に記載の偏光板を有する液晶表示装置。
  6. 液晶セル、及び少なくとも一つの偏光膜を有する液晶表示装置であって、前記偏光膜と前記液晶セルとの間に請求項1〜のいずれか1項に記載の透明フィルムを有する液晶表示装置。
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