JP5131983B2 - 光学積層体および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学積層体および画像表示装置に関する。

一般に、液晶ディスプレイが出射する表示光は、最表面に配置された偏光膜を透過した偏光である。偏光サングラスをかけた人が、液晶ディスプレイの画面を見る場合、向きや角度によっては、表示画面が極端に暗くなり、文字や画像を認識できなくなることがある。この問題を解決するため、従来、液晶パネルの前面に、直線偏光の光を回転させるフィルタ（例えば、四分の一波長板）を配置した画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。しかし、四分の一波長板を用いて変換できる波長領域は、特定範囲（例えば、緑色）に限られるため、従来のフィルタを用いた画像表示装置は、偏光サングラスを通すと、表示画面が強く着色して見えるという問題があった。
特開平１−２０４０９２号公報

従来の液晶表示装置は、偏光サングラスを通して見ると、表示画面が極端に暗くなったり、強く着色したりする、という課題があった。

図１（ａ）に示すように、従来の画像表示装置１０では、画像表示素子１１から出射された光は、偏光膜１２によって直線偏光となる。偏光膜１２中の矢印１２ａは透過軸方向を示す。この直線偏光を、四分の一波長板１３によって円偏光に変換することにより、偏光サングラス（図示しない）による視認性低下を防止している。図１（ａ）において、Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色の光を意味し、Ｒ、Ｇ、Ｂに付与した細い矢印１４は直線偏光を意味し、Ｇに付与した楕円１５は円偏光を意味する。しかし、四分の一波長板１３を用いて円偏光に変換できる波長領域は、特定範囲（例えば、緑色Ｇのみ）に限られるため、偏光サングラスを通して見た表示画面が着色する、という問題があった。

これに対して図１（ｂ）に示すように、本発明の画像表示装置２０では、画像表示素子２１から出射された光は、偏光膜２２によって直線偏光となる。偏光膜２２中の矢印２２ａは透過軸方向を示す。従来と異なるのは、直線偏光を円偏光に変換するのではなく、偏光解消層２３により直線偏光２４を無偏光に変換する。偏光解消層２３を通過した光Ｒ、Ｇ、Ｂに細い矢印や楕円が無いのは、無偏光であることを意味する。これにより偏光サングラス（図示しない）による視認性が改善される。さらに、偏光解消層２３を用いて変換できる波長領域が広いため、偏光サングラスを通して見た表示画面が着色することが防止できる。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の光学積層体は、偏光膜と、偏光膜の一方の主面側に配置された偏光解消層とを備えた光学積層体であって、偏光解消層が、複数の複屈折微粒子を分散状態で含む透光性樹脂層からなることを特徴とする。
（２）本発明の光学積層体は、複屈折微粒子が極短繊維からなることを特徴とする。
（３）本発明の光学積層体は、極短繊維が、第一の複屈折領域の内部に、２個以上の第二の複屈折領域を有する、海島複合繊維からなることを特徴とする。
（４）本発明の光学積層体は、偏光解消層の表面が凹凸状であることを特徴とする。凹凸の輪郭曲線の算術平均高さ（Ｒａ）は、０．０５μｍ〜０．４μｍ程度が好ましく、輪郭曲線要素の平均長さ（Ｓｍ）は、０．０９μｍ〜０．３μｍ程度が好ましい。
（５）本発明の光学積層体は、透光性樹脂層がポリスチレン微粒子を含有していることを特徴とする。
（６）本発明の光学積層体は、透光性樹脂層が紫外線硬化樹脂からなることを特徴とする。
（７）本発明の画像表示装置は、画像表示素子と、上記の光学積層体とを備えた画像表示装置であって、光学積層体中の偏光膜が、画像表示素子に近い側にあることを特徴とする。
（８）本発明の画像表示装置は、画像表示素子が液晶セルからなることを特徴とする。

本発明の光学積層体を用いた画像表示装置は、偏光サングラスを通して見ても、表示画面が極端に暗くなることはなく、かつ、表示画面の着色が軽度である。また、本発明の光学積層体は、偏光サングラスを通した視認性を改善することに加え、用いる偏光解消層の厚みや、透光性樹脂の種類を適宜調整することにより、防眩性や耐擦傷性を同時に付与することができる。

［光学積層体］
図２（ａ）は、本発明の光学積層体３０の一実施形態を示す概略断面図である。本発明の光学積層体３０は、偏光膜３１と、偏光膜３１の一方の側に配置された偏光解消層３２とを備えた光学積層体３０である。偏光解消層３２は、複数の複屈折微粒子３３を分散状態で含む透光性樹脂層３４からなる。

一つの実施形態として、図２（ａ）に示すように、本発明の光学積層体３０は、偏光膜３１と、偏光膜の表面に直接、または、接着層（図示しない）を介して積層された偏光解消層３２を備える。別の実施形態として、図２（ｂ）に示すように、本発明の光学積層体４０は、偏光膜４１と、透明フィルム４２と、偏光解消層４３とを、この順に備える。この場合、上記各層は接着層（図示しない）を介して積層されることが好ましい。

［偏光膜］
本発明に用いられる偏光膜は、特に制限はなく、任意の適切なものが採用される。偏光膜は、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムを延伸し、ヨウ素などで染色したものである。偏光膜の厚みは、通常、１μｍ〜５０μｍである。

［偏光解消層］
本発明に用いられる偏光解消層は、複数の複屈折微粒子を分散状態で含む透光性樹脂層からなる。このような偏光解消層は、偏光膜を透過した偏光を、無偏光に変換することができる。このため、本発明の光学積層体を用いた画像表示装置は、偏光サングラスを通して見ても、表示画面が極端に暗くなることはなく、良好な視認性が得られる。さらに、偏光解消層は、広い波長領域の偏光を無偏光に変換することができるため、表示画面の着色を軽減することができる。偏光解消層の厚みは、特に制限はなく、好ましくは１μｍ〜１００μｍであり、さらに好ましくは２μｍ〜５０μｍである。

［複屈折微粒子］
本発明に用いられる複屈折微粒子は、複屈折を有するものであれば、特に制限はない。本発明において「複屈折を有する」とは、最大屈折率と最小屈折率の差（複屈折率）が０．００１以上であることをいう。複屈折微粒子の複屈折率は、好ましくは０．００５〜０．３であり、さらに好ましくは０．０１〜０．２である。複屈折微粒子の重量平均粒子径は、好ましくは１μｍ〜５０μｍであり、さらに好ましくは１μｍ〜２０μｍである。複屈折微粒子の、偏光解消層に対する混合量は、偏光解消層の総重量の、好ましくは５重量％〜７０重量％であり、さらに好ましくは１０重量％〜５０重量％である。

複屈折微粒子に、特に制限はなく、例えば、ポリマー繊維を裁断して得られる極短繊維、ポリマーフィルムの微粉砕物、Ｌ−グルタミン酸ナトリウムの結晶、炭酸ストロンチウムの針状結晶、および、これらの混合物などが用いられる。炭酸ストロンチウムの針状結晶は、例えば、特開２００４−１０９３５５号公報に記載された方法により得ることができる。

上記の複屈折微粒子は、好ましくは極短繊維である。繊維を延伸することにより、大きな複屈折を得ることができるため、極短繊維が好ましい。極短繊維は、代表的には、長繊維を裁断して得ることができる。本発明において、「極短繊維」とは、繊維長が１ｍｍ以下のものをいい、「長繊維」とは、繊維長が１００ｍｍ以上のものをいう。本発明に用いられる極短繊維の繊維長は、好ましくは２μｍ〜５００μｍであり、直径は、好ましくは２μｍ〜５０μｍである。断面形状が円形でない場合、本発明において「直径」とは、断面の差し渡しの最大値をいう。

本発明に用いられる極短繊維は、好ましくは、第一の複屈折領域の内部に、２個以上の第二の複屈折領域を有する、いわゆる海島構造のものである。このような極短複合繊維は、海部と島部で複屈折値を変化させることができるため、後方散乱が小さく、また海部に島部が点在することにより、散乱箇所が増えるため、偏光解消性に優れる。

［透光性樹脂層］
本発明に用いられる透光性樹脂層は、透光性樹脂を層状に成形したものである。この透光性樹脂層は、複数の複屈折微粒子を分散状態で含む。透光性樹脂層は複屈折微粒子を分散・固定しておればよく、複屈折微粒子を埋包していてもよいし、複屈折微粒子の一部が露出していてもよい。透光性樹脂層（偏光解消層）の表面を凹凸状に成形した場合は、本発明の光学積層体に防眩性を付与することができる。表面の凹凸の輪郭曲線の算術平均高さ（Ｒａ）は、０．０５μｍ〜０．４μｍ程度が好ましく、輪郭曲線要素の平均長さ（Ｓｍ）は、０．０９μｍ〜０．３μｍ程度が好ましい。

本発明に用いられる透光性樹脂の、波長５４６ｎｍにおける全光線透過率は、好ましくは７０％以上である。透光性樹脂層は、複屈折微粒子を含むものであれば、他の微粒子や添加剤を含有していてもよい。例えば、防眩性を付与するために、ポリスチレン微粒子を含有していてもよい。

本発明に用いられる透光性樹脂は、複数の複屈折微粒子を分散・固定でき、透明性に優れた材料により形成される。透光性樹脂を形成する材料は、好ましくは紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂は硬度が高いため、本発明の光学積層体にハードコート性を付与することができる。

［画像表示装置］
本発明の画像表示装置は、画像表示素子、偏光膜、偏光解消層を、この順に備える。偏光膜と偏光解消層は上述のとおりである。画像表示素子は、文字や画像を表示するものであれば、特に制限はなく、例えば、液晶セルや有機ＥＬパネルである。

図３は、本発明の画像表示装置５０の一実施形態を示す概略断面図である。この画像表示装置５０は、液晶セル５１（画像表示素子）と、液晶セル５１の視認側に、偏光膜５２と偏光解消層５３を順に備える。また液晶セル５１の視認側の反対側に、別の偏光膜５４とバックライト装置５５を備える。

本発明に用いられる液晶セル５１は、図示しないが、通常、２枚の基板と、基板間に狭持された液晶層を備える。代表的には、一方の基板にはカラーフィルタ、対向電極、配向膜が形成され、他方の基板には液晶駆動電極、液晶駆動電極を駆動するための配線、薄膜トランジスタ素子、配向膜が形成される。

本発明に用いられるバックライト装置５５は、直下方式、サイドライト方式、面状光源方式などの、任意のものが用いられる。サイドライト方式のバックライト装置は、図示しないが、通常、ランプと、ランプから放射される光を面光源に変換する導光板と、導光板の視認側に配置された拡散シート（Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）と、拡散シートの視認側に配置された集光シート（Ｌｅｎｓ Ｓｈｅｅｔ）を備える。

［実施例１］
エチレン・ビニルアルコール共重合体（日本合成化学工業社製「ソアノールＤＣ３２１Ｂ」）と、プロピレン過多のエチレン・プロピレン共重合体（日本ポリプロ社製「ＯＸ１０６６Ａ」）を、２７０℃および２３０℃で、それぞれ溶融し、海島複合繊維紡糸用ノズル（繊維断面当たりの島数が３７）に注入して、引き取り速度６００ｍ／分で紡糸して、直径３０μｍの紡糸フィラメントを得た。

この紡糸フィラメントを６０℃の温水中で、元長の４倍に延伸し、直径１５μｍの長繊維を得た。この長繊維の断面を電子顕微鏡で観察したところ、エチレン・プロピレン共重合体からなる複屈折領域（海部）のなかに、エチレン・ビニルアルコール共重合体からなる円柱状（直径１μｍ）の複屈折領域（島部）が分布している、海島構造が確認された。

この長繊維を引き揃えて繊維束とし、繊維束をポリビニルアルコール樹脂に埋包固定して切削刃により裁断し、ポリビニルアルコール樹脂を温水で溶解除去して、繊維長が３０μｍの極短繊維からなる複屈折微粒子を得た。

次に、
・上記の複屈折微粒子３０重量部
・紫外線硬化樹脂（大日本インキ社製「ユニディック１７−８０６」）１００重量部
・レベリング剤（大日本インキ社製「ディフェンサＭＣＦ３２３」）０．５重量部
・ポリスチレン微粒子（総研化学社製「ＳＸ３５０Ｈ」）１４重量部
・光重合開始剤（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製「イルガキュア１８４」）５重量部
をトルエンを主成分とする溶媒に分散させ、コーティング剤を調製した。このとき、固形分濃度が４５重量％となるようにした。

次に、トリアセチルセルロースフィルム（富士フイルム社製「ＴＤ８０ＵＬ」）の表面に上記のコーティング液を塗布し、１００℃で３分間乾燥したのち、積算光量３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射して硬化させた。これにより、トリアセチルセルロースフィルムの表面に、複屈折微粒子を分散状態で含有する紫外線硬化樹脂層（厚み２０μｍ）が得られた。そして、上記のトリアセチルセルロースフィルムと紫外線硬化樹脂層の積層体を、偏光膜（日東電工社製「ＳＥＧ１４２５ＤＵ」に使用のもの）の表面に、接着剤を介して積層し、図２（ｂ）に示す構造の光学積層体を作製した。

［実施例２］
Ｌ−グルタミン酸ナトリウム（和光純薬社製）を水に溶解して１０重量％溶液とし、室温に静置して再結晶させた。この結晶を濾過で分取したのち、粉砕して、重量平均粒子径が３μｍ〜５μｍのＬ−グルタミン酸ナトリウムからなる複屈折微粒子を得た。

この複屈折微粒子を用いて、実施例１と同様の方法で、上記のトリアセチルセルロースフィルムの表面に、複屈折微粒子を分散状態で含有する紫外線硬化樹脂層（厚み１５μｍ）を得た。これを実施例１と同様の方法で偏光膜に積層して、光学積層体を作製した。

［比較例］
シクロオレフィン系樹脂フィルム（日本ゼオン社製「ＺＥＯＮＯＲ」）を延伸して作製した四分の一波長板（厚み３５μｍ）と、偏光膜（実施例１で使用したものと同一のもの）を、四分の一波長板の遅相軸方向が偏光膜の吸収軸方向と４５°をなすように、接着剤を介して積層し、光学積層体を作製した。

［参考例］
光学積層体の代わりに、市販の偏光板（日東電工社製「ＳＥＧ１４２５ＤＵ」）を用いた。

［評価１］
実施例１〜２、比較例、参考例の光学積層体を、市販の携帯電話の液晶セル（ＮＴＴドコモ社製「ＦＯＭＡ Ｐ９０５ｉ」の、視認側の光学フィルムを全て取り除いたもの）に粘着剤を介して積層し、図３に示す構造の液晶表示装置を作製した。以上の液晶表示装置の表示特性と、モデル実験による着色の度合いを表１に示す。

偏光解消層を含む光学積層体を用いた実施例１および２の液晶表示装置は、四分の一波長板を含む光学積層体を用いた比較例の液晶表示装置よりも、着色が小さかった。

（＊１）表示特性…偏光サングラスをかけた視認者が、表示画面の向きを縦横切り替えた場合の、目視観察による評価。○＝変化無し、×＝暗くなる。
（＊２）着色…モデル実験による標準光源からのΔｘｙ値（測定方法の欄を参照）。

［評価２］
実施例１〜２、および比較例の光学積層体について、防眩性試験と耐擦傷性試験を行なった。結果を表２に示す。偏光解消層として、複屈折微粒子とポリスチレン微粒子を分散状態で含有する紫外線硬化樹脂を用いた光学積層体（実施例１、２）は、表面が凹凸形状（Ｒａ＝０．１５μｍ、Ｓｍ＝０．０７μｍ）であるため、防眩性が良好であった。さらに、硬度の高い紫外線硬化樹脂を用いているため、耐擦傷性も良好であった。

一方、四分の一波長板を用いた光学積層体（比較例）は、表面が平滑であるため、防眩性が悪く、さらに硬度の低いシクロオレフィン系フィルム（熱可塑性樹脂フィルム）を用いているため、耐擦傷性も悪かった。

（＊３）防眩性…偏光サングラスをかけない視認者が、蛍光灯の下で表示画面を見たときの、眩しさの程度。
○＝眩しくない、×＝蛍光灯が表示画面に映り込み、眩しい。
（＊４）耐擦傷性…スチールウール試験による傷の付き難さ（測定方法の欄を参照）。○＝傷がつかない。×＝傷がつき、視認性を損なう。

［測定方法］
［着色の評価］
図４のように、光学積層体６０、第１の偏光膜６１、および分光光度計６２を配置した。光学積層体６０は、第２の偏光膜６３、透明フィルム６４、偏光解消層６５が積層されてなる。第１の偏光膜６１の吸収軸と、第２の偏光膜６３の吸収軸を直交させて、分光光度計６２（日立ハイテクノロジーズ社製「Ｕ−４１００」）にて、スペクトル測定を行なった。第１の偏光膜６１には、偏光サングラスの代替として、市販の偏光板（日東電工社製「ＳＥＧ１４２５ＤＵ」）を用いた。測定したスペクトルから、色度座標（ｘ_１、ｙ_１）を求め、標準光源（ｘ_０＝０．３３、ｙ_０＝０．３３）からの差Δｘｙ＝｛（ｘ_１−ｘ_０）^２＋（ｙ_１ーｙ_２）^２｝^１／２を求めた。

［防眩性の評価］
裏面の反射をなくすため、実施例および比較例の光学積層体を、黒色アクリル板（日東樹脂社製、厚み２ｍｍ）に、光学積層体の偏光膜側が黒色アクリル板と対向するように、粘着剤を介して積層し、サンプルを作製した。このサンプルの表面に蛍光灯の光を当てて、サンプル表面に映り込んだ光の程度を目視観察した。

［耐擦傷性の評価］
光学積層体を、光学積層体の偏光膜側がガラス板と対向するように、ガラス板に固定し、サンプルを作製した。このサンプルの表面に、スチールウール＃００００を荷重４００ｇの条件下で押し当てて、１００ｍｍ／秒で１０往復させた。これによりサンプル表面に生じた傷の程度を目視観察した。
［輪郭曲線の算術平均高さＲａ、輪郭曲線要素の平均長さＳｍの測定方法］
微細形状測定機（小阪研究所製「サーフコーダＥＴ４０００」）を用い、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に準じて測定した。

従来および本発明の画像表示装置の原理図 本発明の光学積層体の概略断面図 本発明の画像表示装置の概略断面図 着色の評価方法の説明図

符号の説明

１０ 画像表示装置
１１ 画像表示素子
１２ 偏光膜
１２ａ 透過軸方向
１３ 四分の一波長板
１４ 直線偏光の意味
１５ 円偏光の意味
２０ 画像表示装置
２１ 画像表示素子
２２ 偏光膜
２２ａ 透過軸方向
２３ 偏光解消層
２４ 直線偏光の意味
３０ 光学積層体
３１ 偏光膜
３２ 偏光解消層
３３ 複屈折微粒子
３４ 透光性樹脂層
４０ 光学積層体
４１ 偏光膜
４２ 透明フィルム
４３ 偏光解消層
５０ 画像表示装置
５１ 液晶セル
５２ 偏光膜
５３ 偏光解消層
５４ 偏光膜
５５ バックライト装置
６０ 光学積層体
６１ 第１の偏光膜
６２ 分光光度計
６３ 第２の偏光膜
６４ 透明フィルム
６５ 偏光解消層

Claims (6)

1. 偏光膜と、前記偏光膜の一方の主面側に配置された偏光解消層とを備えた光学積層体であって、
   前記偏光解消層が、複数の複屈折微粒子を分散状態で含む透光性樹脂層からなり、
   前記複数の複屈折微粒子は、第一の複屈折領域の内部に２個以上の第二の複屈折領域を有する海島複合繊維からなる極短繊維であることを特徴とする光学積層体。
2. 前記偏光解消層の表面が凹凸状であることを特徴とする請求項１に記載の光学積層体。
3. 前記透光性樹脂層がポリスチレン微粒子を含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の光学積層体。
4. 前記透光性樹脂層が紫外線硬化樹脂からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学積層体。
5. 画像表示素子と、請求項１から４のいずれかに記載の光学積層体とを備えた画像表示装置であって、前記光学積層体中の偏光膜が、前記画像表示素子に近い側にあることを特徴とする画像表示装置。
6. 前記画像表示素子が液晶セルからなることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。

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