JP6277088B2 - 輝度向上フィルム、光学シート部材および液晶表示装置 - Google Patents

輝度向上フィルム、光学シート部材および液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、輝度向上フィルム、光学シート部材及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、液晶表示装置に組み込んだときに、輝度が高く、斜め色味変化を抑制できる輝度向上フィルムこの輝度向上フィルムを用いた光学シート部材及びこの輝度向上フィルムを用いた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置(以下、LCDとも言う)などのフラットパネルディスプレイは、消費電力が小さく、省スペースの画像表示装置として年々その用途が広がっている。液晶表示装置は、バックライト(以下、BLとも言う)、バックライト側偏光板、液晶セル、視認側偏光板などをこの順で設けられた構成となっている。
近年のフラットパネルディスプレイ市場において、LCD性能改善として省電力化、高精細化及び色再現性向上のための開発が進んでいる。これらの性能改善は特にタブレットPCやスマートフォンなどの小型サイズの液晶表示装置で顕著にみられる。
一方、TV用途を扱う大型サイズにおいては、現行のTV規格(FHD、NTSC(National Television System Committee)比72%≒(EBU European Broadcasting Union)比100%)の次世代ハイビジョン(4K2K、EBU比100%以上)の開発が進められており、小型サイズ同様の性能改善として省電力化、高精細化及び色再現性向上のための開発が進んでいる。そのため、液晶表示装置の省電力化、高精細化、色再現性向上がますます求められている。
バックライトの省電力化に伴い、バックライトとバックライト側偏光板の間に反射偏光子を設けることが提案されている。反射偏光子は、あらゆる方向に振動しながら入射する光のうち、特定の偏光方向に振動する光のみ透過させて、他の偏光方向に振動する光は反射する光学素子である。これにより、反射偏光子で透過せず反射する光をリサイクルすることができ、LCDにおける光利用効率を改善できる。
これに関し、バックライトとバックライト側偏光板の間に光学シート部材(DBEF(登録商標)(Dual Brightness Enhancement Film、二重輝度向上フィルム)など)を組合せることでBLの光利用率を向上させ、バックライトを省電力化しつつ、その輝度を向上させる技術が知られている(特許文献1参照)。
特許文献2には、λ/4板とコレステリック液晶相を固定してなる層を積層した構成の反射偏光板、コレステリック液晶相のピッチの異なる3層以上のコレステリック液晶相を固定してなる層により、反射波長領域を広帯域化することで、BLの光利用率を向上させる技術が記載されている。
ここでλ/4板とコレステリック液晶相を固定してなる層を積層した構成の反射偏光板を液晶表示装置に組み込んだときには、コレステリック液晶相及びλ/4板の光学的特性に起因する、斜め方向から見た際の色味変化が発生しやすいことが知られている。これに対し、特許文献3ではコレステリック液晶相のピッチを光の入射側を短ピッチにする方法、及び面内の屈折率よりも垂直方向の屈折率の大きい補償層を設けることが提案されている。また、特許文献4ではλ/4板の厚み方向のレターデーションを0未満にする方法が提案されている。
なお、このようなコレステリック液晶相を固定してなる層を形成するとき、一般的にコレステリック液晶材料としては棒状液晶化合物が用いられるが、ディスコティック液晶をらせん状に配向させることでも棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相と同様の反射機能を持たせることができる。螺旋構造のディスコティック液晶はたとえば特許文献5に記載されている。
また、その他のコレステリック液晶相を固定してなる層を用いた偏光板としては、反射帯域を広帯域化するために、ピッチの異なる層を多数設けたり、徐々にピッチを変化させる方法が提案されている。
一方、液晶表示装置の高精細化および色再現性向上の観点から、バックライトの発光スペクトルをシャープにする方法も知られている。例えば特許文献6には、青色LEDと導光板間に蛍光体として赤色光及び緑色光を放出する量子ドットを利用して白色光を具現することで高輝度と色彩再現性向上を実現する方法が記載されている。非特許文献1には、LCDの色再現性を改善するため量子ドットを用いた光変換シート(QDEF、量子ドットシートとも言う)を組合せた方式が提案されている。
特許3448626号公報 特開平1−133003号公報 特許3518660号公報 WO2008/016056号公報 特開2001−81465号公報 特開2012−169271号公報
SID ’12 DIGEST p.895
特許文献1、2に記載の技術は、白色光に対する広帯域において光利用率を改善するため、多層構成、部材の波長分散性を考慮した複雑な設計の上、製造コストが高いという問題があった。
また、特許文献6および非特許文献1に示す蛍光(PL)応用技術に関しては、量子ドットを光源とすることにより白色光に比べ色再現性向上を実現するものであるが、実用的な輝度を得るには、たとえば特許文献1、2に記載の技術を組み合わせるなどして光利用効率をさらに改善することが考えられるが、複雑な設計で製造コストが高いという上述の問題は解消されない。
一方、特許文献3および4に記載のコレステリック液晶相を固定してなる層とλ/4板を組み合わせた偏光板を用いた液晶表示装置は、BL光の光利用効率改善には寄与するものの、斜めからみたときの色味変化の改善が不十分であった。
このように、省電力化に必要なBL光利用率改善による輝度向上と、斜め色味変化の抑制を両立することができる部材は、従来知られていなかった。
本発明の解決しようとする課題は、液晶表示装置に組み込んだときに、輝度が高く、斜め色味変化を抑制できる輝度向上フィルムを提供することである。
上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、λ/4板と、RGBの光を反射するコレステリック液晶相を固定してなる光反射層(3層構成)の反射偏光子において、3層のコレステリック液晶相を固定してなる光反射層をλ/4板に近い方から第一、第二、第三の光反射層とすると、斜め色味変化への影響が大きいのは、第一、第二の光反射層であることを見出すに至った。そこでさらなる検討をすすめた結果、第一、第二の光反射層のRthの符号を反対にすることで、輝度が高く、斜め色味変化を抑制できることを見出し、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、上記課題は、以下の構成の本発明によって解決される。
[1] λ/4板と、反射偏光子とを有する輝度向上フィルムであり、
前述の反射偏光子が、前述のλ/4板側から第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層をこの順で含み、
前述の第一の光反射層、前述の第二の光反射層および前述の第三の光反射層がいずれもコレステリック液晶相を固定してなる光反射層であり、
前述の第一の光反射層、前述の第二の光反射層および前述の第三の光反射層のうち、いずれか一つが反射中心波長380〜499nmかつ半値幅100nm以下である反射率のピークを有する青色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長500〜599nm、半値幅200nm以下である反射率のピークを有する緑色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長600〜750nm、半値幅150nm以下である反射率のピークを有する赤色光反射層であり、
前述の第一の光反射層のRth(550)と前述の第二の光反射層のRth(550)の符号が逆である、輝度向上フィルム(但し、Rth(550)は波長550nmにおける各層の膜厚方向のレターデーション(単位:nm)を表す)。
[2] [1]に記載の輝度向上フィルムは、前述の緑色光反射層が反射中心波長500〜599nm、半値幅125nm以下であるである反射率のピークを有することが好ましい。
[3] [1]または[2]に記載の輝度向上フィルムは、第一の光反射層および第二の光反射層のうち、いずれか一方のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物であり、いずれか一方のコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物であることが好ましい。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載の輝度向上フィルムは、前述の反射偏光子の前述のλ/4板層側とは反対側に光の偏光状態を変化させる層を含み、前述の光の偏光状態を変化させる層は下記条件を満たすことも好ましい。
0<|光の偏光状態を変化させる層の平均屈折率−第三の光反射層の平均屈折率|<0.8
[5] λ/4板と、反射偏光子とを有する輝度向上フィルムであり、
前述の反射偏光子が、少なくとも2層の光反射層を含み、
前述の少なくとも2層の光反射層がいずれもコレステリック液晶相を固定してなる光反射層であり、
前述の少なくとも2層の光反射層のうち、少なくとも1層の光反射層のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物であり、他の少なくとも1層の光反射層のコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である輝度向上フィルム。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の輝度向上フィルムと、偏光子を含む偏光板とを有し、
λ/4板の遅相軸と偏光子の吸収軸とのなす角が30〜60°であり、
偏光板、λ/4板および反射偏光子がこの順で直接接触して、または、接着層を介して積層した、光学シート部材。
[7] 液晶セルと、
[1]〜[5]のいずれかに記載の輝度向上フィルムまたは[6]に記載の光学シート部材と、バックライトユニットとをこの順で有し;
バックライトユニットが、
430〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有する青色光と、
500〜600nmの波長帯域に発光中心波長を有する緑色光と、
600〜700nmの波長帯域に発光強度のピークの少なくとも一部を有する赤色光とを発光する光源を備え;
バックライトユニットが光源の後部に、光源から発光されて輝度向上フィルムまたは光学シート部材で反射された光の偏光状態の変換および反射をする反射部材を備える、液晶表示装置。
[8] [7]に記載の液晶表示装置は、前述の青色光、前述の緑色光および前述の赤色光の半値幅が100nm以下であることが好ましい。
[9] [7]または[8]に記載の液晶表示装置は、光源が、前述の青色光を発光する青色発光ダイオードと、青色発光ダイオードの青色光が入射したときに前述の緑色光と前述の赤色光を発光する蛍光材料を有する光源、または、
300nm以上430nm未満の波長帯域に発光中心波長を有するUV光を発光するUV発光ダイオードと、UV発光ダイオードの前述のUV光が入射したときに前述の青色光と前述の緑色光と前述の赤色光を発光する蛍光材料を有する光源であることが好ましい。
[10] [9]に記載の液晶表示装置は、蛍光材料が量子ドット部材であることが好ましい。
[11] [7]〜[10]のいずれかに記載の液晶表示装置は、バックライトユニットの赤色光の発光中心波長と赤色光反射層の反射中心波長が下記式(ア)を満たすことが好ましい。
式(ア):
10nm<(バックライトユニットの赤色光の発光中心波長−赤色光反射層の反射中心波長)の絶対値<50nm
[12] [7]〜[11]のいずれかに記載の液晶表示装置は、バックライトユニットがプリズムシートを2枚備え、2枚のプリズムシートのプリズムの向きが平行であることも好ましい。
[13] [7]に記載の液晶表示装置は、光源が白色LEDであることも好ましい。
本発明によれば、液晶表示装置に組み込んだときに、輝度が高く、斜め色味変化を抑制できる輝度向上フィルムを提供することができる。
図1は、本発明の輝度向上フィルムの一例の断面を示した模式図であり、λ/4板と、第一の光反射層、第二の光反射層、第三の光反射層を有する反射偏光子とが、接着層を介して積層された態様である。 図2は、本発明の輝度向上フィルムの他の一例の断面を示した模式図であり、λ/4板と、第一の光反射層、第二の光反射層、第三の光反射層を有する反射偏光子とが、直接接して積層された態様である。 図3は、本発明の光学シート部材の一例の断面を、バックライトとの位置関係とあわせて示した概略図である。 図4は、本発明の光学シート部材の他の一例の断面を、バックライトとの位置関係とあわせて示した概略図である。 図5は、本発明の光学シート部材の他の一例の断面を、バックライトとの位置関係とあわせて示した概略図である。 図6は、本発明の液晶表示装置の一例の断面を示した概略図である。 図7は、比較例5の光学シート部材の断面を示した概略図である。 図8は、実施例12の光学シート部材の断面を示した概略図である。 図9は、実施例19の光学シート部材の断面を示した概略図である。 図10(a)は比較例5の光学シート部材に対して、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する青色光(波長=465nm)の偏光状態の遷移をポワンカレ球に作図した場合の概略図である。図10(b)は比較例5の光学シート部材に対して、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する緑色光(波長=535nm)の偏光状態の遷移をポワンカレ球に作図した場合の概略図である。 図11(a)は、実施例12の光学シートに対して、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する青色光(波長=465nm)の偏光状態の遷移をポワンカレ球に作図した場合の概略図である。図11(b)は実施例11の光学シート部材に対して、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する緑色光(波長=535nm)の偏光状態の遷移をポワンカレ球に作図した場合の概略図である。 図12(a)は、実施例11の光学シートに対して、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する青色光(波長=465nm)の偏光状態の遷移をポワンカレ球に作図した場合の概略図である。図12(b)は実施例12の光学シート部材に対して、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する緑色光(波長=535nm)の偏光状態の遷移をポワンカレ球に作図した場合の概略図である。 図13は、光反射層の螺旋構造の方向が右螺旋の場合の、λ/4板の遅相軸方向と偏光子の吸収軸方向との関係を示す図である。 図14は、光反射層の螺旋構造の方向が左螺旋の場合の、λ/4板の遅相軸方向と偏光子の吸収軸方向との関係を示す図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書中、ピークの「半値幅」とは、ピーク高さ1/2でのピークの幅のことを言う。
光反射層の反射中心波長と半値幅は下記のように求めることができる。
分光光度計UV3150(島津製作所)を用いて光反射層の透過スペクトルを測定すると、選択反射領域に透過率の低下ピークがみられる。この最も大きいピーク高さの1/2の高さの透過率となる2つの波長のうち、短波側の波長の値をλ1(nm)、長波側の波長の値をλ2(nm)とすると、反射中心波長と半値幅は下記式で表すことができる。
反射中心波長=(λ1+λ2)/2
半値幅=(λ2−λ1)
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。単位はいずれもnmである。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。測定波長λnmの選択にあたっては、波長選択フィルターをマニュアルで交換するか、または測定値をプログラム等で変換して測定することができる。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)が算出される。なお、この測定方法は、後述する光学異方性層中のディスコティック液晶分子の配向層側の平均チルト角、その反対側の平均チルト角の測定においても一部利用される。
Rth(λ)は、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°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。なお、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(A)、及び式(B)よりRthを算出することもできる。
なお、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表す。また、式(A)における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す。dは膜厚である。
Rth=((nx+ny)/2−nz)×d・・・・・・・・・・・式(B)
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、前述の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°から+50°まで10°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。また、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)が更に算出される。
コレステリック液晶相を固定してなる光反射層においては、液晶本来の常光屈折率noと異常光屈折率neを用いると、面内の屈折率の平均値は
(nx+ny)/2=(no+ne)/2
で表される。
また、膜厚方向の屈折率はnoとなるため、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層のRthは下記式で表せる。本発明の輝度向上フィルムは、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層のRthは下記式を用いて計算した値を採用し、波長λnmのときの第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層のRthをRth(λ)と記載する。
Rth={(no+ne)/2−no}×d={(ne−no)/2}×d
なお、ne及びnoはアッベ屈折計にて測定することができる。
また、コレステリック液晶相を固定してなる層のRthを得る方法として、偏光エリプソを用いた方法を適用することもできる。
例えば、M. Kimura et al. Jpn. J. Appl. Phys. 48 (2009) 03B021に記載されているようにエリプソ測定法を用いれば、コレステリック液晶相を固定してなる層の厚さ、ピッチ、捩れ角等が得られ、そこからRthの値を得ることができる。
なお、本明細書では、「可視光」とは、380nm〜780nmのことをいう。また、本明細書では、測定波長について特に付記がない場合は、測定波長は550nmである。
また、本明細書において、角度(例えば「90°」等の角度)、及びその関係(例えば「直交」、「平行」、及び「45°で交差」等)については、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、厳密な角度±10°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な角度との誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
本明細書において、偏光子または偏光板の「吸収軸」は、吸光度の最も高い方向を意味する。「透過軸」は、「吸収軸」と90°の角度をなす方向を意味する。
本明細書において、位相差フィルム等の「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味する。
なお、本明細書において、「偏光子」と「反射偏光子」は区別して用いられる。
また、本明細書において、位相差領域、位相差フィルム、及び液晶層等の各部材の光学特性を示す数値、数値範囲、及び定性的な表現(例えば、「同等」、「等しい」等の表現)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、数値範囲及び性質を示していると解釈されるものとする。
また、本明細書で「正面」とは、表示面に対する法線方向を意味し、「正面コントラスト(CR)」は、表示面の法線方向において測定される白輝度及び黒輝度から算出されるコントラストをいうものとする。
[輝度向上フィルム]
本発明の輝度向上フィルムは、λ/4板と、反射偏光子とを有する輝度向上フィルムであり、
反射偏光子が、λ/4板側から第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層をこの順で含み、
第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層がいずれもコレステリック液晶相を固定してなる光反射層であり、
第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層のうち、いずれか一つが反射中心波長380〜499nmかつ半値幅100nm以下である反射率のピークを有する青色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長500〜599nm、半値幅200nm以下である反射率のピークを有する緑色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長600〜750nm、半値幅150nm以下である反射率のピークを有する赤色光反射層であり、
第一の光反射層のRth(550)と第二の光反射層のRth(550)の符号が逆であることを特徴とする。
このような構成により、本発明の輝度向上フィルムは、液晶表示装置に組み込んだときに、輝度が高く、斜め色味変化を抑制できる。
本発明の輝度向上フィルムを液晶表示装置に組み込んだときに、輝度が高まるメカニズムを以下に説明する。
本発明の輝度向上フィルムは反射偏光子を有し、反射偏光子に含まれるコレステリック液晶相を固定してなる光反射層は、右円偏光または左円偏光の少なくとも一方をその反射中心波長の近傍の波長帯域において反射することができる。本発明の輝度向上フィルムでは、反射偏光子に含まれる第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層のうち、いずれか一つが青色光反射層であり、いずれか一つが緑色光反射層であり、いずれか一つが赤色光反射層であることで、反射偏光子は青色光、緑色光および赤色光のそれぞれについて右円偏光または左円偏光の少なくとも一方を反射できる。また、λ/4板は、波長λnmの光を円偏光から直線偏光に変換することができる。このような構成により、第一の偏光状態の円偏光(例えば、右円偏光)が反射偏光子によって実質的に反射され、一方で第二の偏光状態の円偏光(例えば、左円偏光)が実質的に前述の反射偏光子を透過し、前述の反射偏光子を透過した第二の偏光状態(例えば、左円偏光)の光はλ/4板によって直線偏光に変換される。その後、前述の偏光板の偏光子(直線偏光子)を実質的に透過することが好ましい。さらに、後述の反射部材(導光器、光共振器と言われることもある)で反射偏光子によって実質的に反射された第一の偏光状態の光がその方向および偏光状態をランダム化され再循環され、反射偏光子によって再度第一の偏光状態の円偏光として一部が反射され、第二の偏光状態の円偏光として残りの一部が透過することによりバックライト側での光利用率を高め、液晶表示装置の明るさを向上させることができる。
反射偏光子から出射される光、すなわち反射偏光子の透過光および反射光の偏光状態は、例えばAxometrics社のAxoscanで偏光測定することで計測することができる。
本発明の輝度向上フィルムを液晶表示装置に組み込んだときに斜め色味変化を抑制できるメカニズムを以下に説明する。ここで、本発明の輝度向上フィルムでは、第一、第二、第三の光反射層のうち、いずれの層に青色光反射層、緑色光反射層および赤色光反射層を配置するか、すなわち青色光反射層、緑色光反射層および赤色光反射層の積層順は問わない。第一、第二、第三の光反射層のうち、いずれの層に青色光反射層、緑色光反射層および赤色光反射層を配置するか、すなわち青色光反射層、緑色光反射層および赤色光反射層の積層順は、どの順番でも輝度を向上させることが出来、斜め色味変化を抑制できる。
従来の輝度向上フィルムを液晶表示装置に組み込んだときに斜め方位では第一、第二、第三の光反射層の影響で色づき(斜め色味変化)が発生する。この理由は以下の2つである。1つ目の理由は、斜め方位において、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の反射率のピーク波長は正面のピーク波長に対して短波側にシフトすることである。例えば、500〜599nmの波長帯域に反射中心波長を有する光反射層は、斜め方位では400〜499nmに波長帯域に中心波長がシフトすることがある。もう1つの理由は、光反射層は反射しない波長領域においては負のCプレート(Rthでは正の位相差板)として作用するため、斜め方位ではレターデーションの影響で色づきが発生する。
本発明では、斜め色味変化への影響が大きいのが第一、第二の光反射層の影響であることを見出し、第一の光反射層のRth(550)と第二の光反射層のRth(550)の符号が逆であることで、液晶表示装置に組み込んだときに斜め色味変化を改善することができる。
第一の光反射層および前述の第二の光反射層のうち、いずれか一方のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物であり、いずれか一方のコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物であることが好ましい。以下に、代表例として比較例5および実施例12の光学シート部材を用いて、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である光反射層およびコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である光反射層を用いて斜め色味変化が改善する理由を説明する。
図7は比較例5の光学シート部材の構成、図8は本発明の光学シート部材であって実施例12の光学シート部材の構成である。
比較例5の光学シート部材に関する図7では、光源側から、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である青色光(B)反射層、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である赤色光(R)反射層、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である緑色光(G)反射層、λ/4板(円盤状液晶化合物の垂直配向層)、支持体、偏光子の順番になっている。偏光子の透過軸は0°方向、λ/4板の遅相軸は45°方向である。
一方、本発明の光学シート部材である実施例12の光学シート部材に関する図8では、図7のうちコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である赤色光(R)反射層が、コレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である赤色光反射層に代わっている。
まず、図7に示した比較例5の光学シート部材における、斜め色味発生を図10に図示したポアンカレ球を用いて説明する。図10はポアンカレ球をS3軸方向から見たときの図である。
まず図10(a)で、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する青色光(波長=465nm)の偏光状態の遷移を説明する。以下、偏光子の遅相軸方向に極角60°で各部材に入射する光のことを、斜め光とも言う。
光源を出た青色光の斜め光は無偏光状態だが、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である青色光(B)反射層16B−rを通っても無偏光のままとなる。この理由は、下記の通りである。コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である青色光(B)反射層は斜め光では反射中心波長および選択反射領域(光反射層の反射スペクトルにおいて、反射中心波長を頂点とするピーク)が紫外光の領域に短波シフトするので、青色光の斜め光に対しては光反射層としてではなくRthが正のレターデーション層として働くが、入射光が無偏光なので出射光も無偏光のままとなる。
次のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である赤色光(R)反射層16R−rでは、斜め光に対しては選択反射領域が緑色光の領域に短波シフトするので、青色光の斜め光に対しては光反射層としてではなくRthが正のレターデーション層として働くが、ここでも同様に入射光が無偏光なので出射光も無偏光のままになる。
次のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である緑色光(G)反射層16G−rでは、斜め光に対しては選択反射領域が青色光の領域に短波シフトするので、青色光の斜め光に対しては光反射層として働くと共に、光反射されず透過する光はRthが正のレターデーションの影響を受ける。そのため、無偏光だった青色光の斜め光の透過光は、左円偏光から正のRthの影響をうけて、図10(a)のポイントA1の偏光状態になる。
次のλ/4板の円盤状化合物の垂直配向層では、ポイントA1の偏光状態はλ/4板のレターデーションの作用を受け、S2付近の軸を中心に右に約90°回転し、A2の状態になる。
次の支持体では、面内、膜厚方向に異方性のないフィルムを用いた場合にはA2から動かない。
次の偏光子では、偏光子の透過軸がポイントT0となる。A2をS1軸上に投影したA1'とT0との距離が小さいほど偏光子透過率が大きくなるが、A2'はT0に近い場所になっているため、結局、青色光の斜め光は、完全な直線偏光に変換される場合と比較して90%以上の透過率を保つことができる。
一方、図10(b)で偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する緑色光(波長=535nm)の偏光状態の遷移を説明する。光源を出た無偏光状態の緑色光の斜め光でも図10(a)に示した青色光の斜め光と同様に、光源を出た無偏光状態の緑色光の斜め光は、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である青色光(B)反射層16B−rの透過後、無偏光のままである。
次のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である赤色光(R)反射層16R−rでは、赤色光(R)反射層は斜め光に対しては選択反射領域が緑色光の領域に短波シフトするので、緑色光の斜め光に対しては光反射層として働くと共に、光反射されず透過する光はRthが正のレターデーションの影響を受ける。そのため、無偏光だった緑色光の斜め光の透過光は、左円偏光から正のRthの影響をうけて、図10(b)におけるポイントB1の偏光状態になる。
次のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である緑色光(G)反射層16G−rでは、斜め光に対しては選択反射領域が青色光の領域に短波シフトするので、緑色光の斜め光に対してはRthが正のレターデーション層として働く。そのため、ポイントB1は正のRthの影響をうけて、ポイントB2の偏光状態になる。
次のλ/4板の円盤状化合物の垂直配向層では、ポイントB2の偏光状態はλ/4板のレターデーションの作用を受け、S2付近の軸を中心に右に約90°回転し、B3の状態になる。
次の支持体では、面内、膜厚方向に異方性のないフィルムを用いた場合にはB3から動かない。
次の偏光子では、B3をS1軸上に投影したB3'はT0に遠い場所になっているため、結局、緑色光の斜め光は、完全な直線偏光に変換される場合と比較して70%以下の透過率に落ちてしまう。
最後に、偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する赤色光(波長=635nm)の偏光状態の遷移を、図面を参照せずに説明する。光源を出た無偏光状態の赤色光の斜め光は、斜め光に対しては選択反射領域が紫外光の領域に短波シフトするコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である青色光(B)反射層16B−rによって、光反射もされず、透過する光も無偏光状態のままである。
次に、斜め光に対しては選択反射領域が緑色光の領域に短波シフトするコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である赤色光(R)反射層16R−rでは、光反射されず透過する赤色光の斜め光は無偏光のままである。
次の緑色光(G)反射層16G−rでも赤色光は光反射されず、透過する光も無偏光状態のままである。
したがって、赤色光の斜め光は、第三、第二および第一の光反射層、λ/4板および支持体を無偏光のまま透過したのち、偏光子を透過する。そのため、赤色光の斜め光はほぼ完全な直線偏光になり、透過率の低下がない。
以上から、図7に示した比較例5の光学シート部材に斜め光が入射すると、青色光と緑色光と赤色光の透過率バランスが悪くなり、斜め色づきの原因となる。
これに対し、図8に示した実施例12の光学シート部材における、斜め色味発生を図11に図示したポアンカレ球を用いて説明する。図11はポアンカレ球をS3軸方向から見たときの図である。
まず図11(a)で偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する青色光(波長=465nm)の偏光状態の遷移を説明する。
比較例5の光学シート部材に対し、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である赤色光(R)反射層16R−rが、コレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である層16R−dに代わっているが青色光に対しては無偏光のままで透過するので、実施例12の光学シート部材を透過する青色光の斜め光は比較例5の光学シート部材を透過する青色光の斜め光と全く同じように遷移し、結局青色光の斜め光の透過率は上述の比較例5の光学シート部材の場合と同じである。
一方、図11(b)で偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する緑色光(波長=535nm)の偏光状態の遷移を説明する。
光源を出た無偏光状態の緑色光の斜め光でも図11(a)に示した青色光の斜め光と同様に、光源を出た無偏光状態の緑色光の斜め光は、コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である青色光(B)反射層16B−rの透過後、無偏光のままである。
次のコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である赤色光(R)反射層16R−dでは、赤色光(R)反射層は斜め光に対しては選択反射領域が緑色光の領域に短波シフトするので、緑色光の斜め光に対しては光反射層として働くと共に、光反射されず透過する光はRthが負のレターデーションの影響を受ける。これによって、無偏光だった緑色光の斜め光の透過光は、左円偏光から負のRthの影響をうけて、図11(b)におけるポイントB1の偏光状態になる。比較例5の光学シート部材に対し、赤色光(R)反射層のコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物に代わったことで、赤色光反射層のRthの符号が正から負になり、実施例12の光学シート部材を用いた場合の図11(b)のB1の場所が、比較例5の光学シート部材を用いた場合の図10(b)のB1の場所と反対の方向になる。
次のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である緑色光(G)反射層16G−rでは、斜め光に対しては選択反射領域が青色光の領域に短波シフトするので、緑色光の斜め光に対してはRthが正のレターデーション層として働く。そのため、ポイントB1は正のRthの影響をうけて、ポイントB2の偏光状態になる。実施例12の光学シート部材を用いた場合の図11(b)のB2の場所が、比較例5の光学シート部材を用いた場合の図10(b)の場合のB2の場所と異なり、左円偏光の近くにある。
次のλ/4板の円盤状化合物の垂直配向層では、ポイントB2の偏光状態はλ/4板のレターデーションの作用を受け、S2付近の軸を中心に右に約90°回転し、B3の状態になる。
次の支持体では、面内、膜厚方向に異方性のないフィルムを用いた場合にはB3から動かない。
次の偏光子では、B3をS1軸上に投影したB3'はT0に近い場所になっているため、結局、緑色光の斜め光は、完全な直線偏光に変換されると比較して80%以上の透過率を保つことができる。
偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する赤色光に関しては、比較例5の光学シート部材における赤色光の斜め光の説明と同様である。すなわち、赤色光の斜め光は、第三、第二および第一の光反射層、λ/4板および支持体を無偏光のまま透過したのち、偏光子を透過する。そのため、赤色光の斜め光はほぼ完全な直線偏光となり、透過率の低下がない。
以上から、第一の光反射層および前述の第二の光反射層のうち、いずれか一方のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物であり、いずれか一方のコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である実施例12の光学シート部材に斜め光が入射すると、第一の光反射層および前述の第二の光反射層のコレステリック液晶材料がともに棒状液晶化合物である比較例5の光学シート部材に斜め光が入射した場合と比べて青色光と緑色光と赤色光の透過率バランスがよくなり、斜め色づきが解消されることがわかる。
コレステリックの青色光反射層、緑色光反射層、赤色光反射層の配置(6通り)および棒状液晶化合物と円盤状液晶化合物の配置(8通り)の組み合わせを変更した場合にも上記実施例12および比較例5の光学シート部材の例と同様に、ポワンカレ球上での斜めから入射した光の遷移状態の考え方で斜め色付きの優劣をつけることができる。
第一の光反射層と第二の光反射層のコレステリック液晶材料のうちどちらか一方が棒状化合物で他方が円盤状液晶化合物であることが斜め色付き改善の観点で好ましく、第一の光反射層と第二の光反射層と第三の光反射層のコレステリック液晶材料が後述の実施例11〜16、24と同様の構成であることがより好ましく、下記の表1に記載の後述の実施例11〜12、24と同様の構成であることが特に好ましい。
上記表1の左から2番目のカラムに記載の実施例11と同様の構成である光学シート部材に対して、それぞれ偏光子の遅相軸方向に極角60°で入射する青色光および緑色光の偏光状態の遷移をそれぞれ図12(a)および図12(b)に示した。図12はポアンカレ球をS3軸方向から見たときの図である。
なお、第一および第二の光反射層の液晶材料の特性のみでなく、λ/4板、支持体のRe、Rthを変更することによっても青色光、緑色光、赤色光の透過率のバランスをかえることができる。
<構成>
本発明の輝度向上フィルムの構成を、図面をもとに説明する。
図1に、本発明の輝度向上フィルム11の一例として、第一の光反射層14a、第二の光反射層14b、第三の光反射層14cの3層からなる反射偏光子13が、接着層20を介して、λ/4板12に積層している態様を示した。本発明の輝度向上フィルム11は図1の態様に限定されるものではなく、図2に示すように前述の第一の光反射層14a、前述の第二の光反射層14b、前述の第三の光反射層14cの3層を含む反射偏光子13はλ/4板12に直接接触していてもよい。なお、前述の反射偏光子13は前述の第一の光反射層14a、前述の第二の光反射層14b、前述の第三の光反射層14c以外の層を有していてもよい。例えば、図2に示す態様は、第二の光反射層14bが、第一の光反射層14aの上に接着層20を介して積層している態様である。
図1および図2に示したλ/4板12は、単層であっても、2層以上の積層体であってもよく、2層以上の積層体であることが好ましい。
本発明の輝度向上フィルムの膜厚が3〜120μmであることが好ましく、5〜100μmであることがより好ましく、6〜90μmであることが特に好ましい。
<反射偏光子>
前述の反射偏光子は、λ/4板側から第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層をこの順で含み、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層がいずれもコレステリック液晶相を固定してなる光反射層である。
前述の輝度向上フィルムの膜厚を薄くする観点から、前述の反射偏光子はコレステリック液晶相を固定してなる光反射層として前述の第一の光反射層、前述の第二の光反射層、前述の第三の光反射層のみを有することが好ましく、すなわちその他のコレステリック液晶相を固定してなる光反射層を有さないことが好ましい。
第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層のうち、いずれか一つが反射中心波長380〜499nmかつ半値幅100nm以下である反射率のピークを有する青色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長500〜599nm、半値幅200nm以下である反射率のピークを有する緑色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長600〜750nm、半値幅150nm以下である反射率のピークを有する赤色光反射層である。
青色光反射層は、380〜499nmの波長帯域に反射中心波長を有し、半値幅が100nm以下である反射率のピークを有する。
青色光反射層の反射中心波長は、430〜480nmの波長帯域にあることが好ましく、430〜470nmの波長帯域にあることがより好ましい。
青色光反射層の反射率のピークの半値幅は100nm以下であることが好ましく、この反射率のピークの半値幅が90nm以下であることがより好ましく、この反射率のピークの半値幅が80nm以下であることが特に好ましい。
青色光反射層は、500〜750nmの波長帯域に反射率のピークを有さないことが好ましい。また、青色光反射層は、500〜750nmの平均反射率が5%以下であることが好ましい。
青色光反射層は、Rth(550)の絶対値が50〜300nmであることが好ましく、80〜270nmであることがより好ましい。
青色光反射層は、膜厚dが0.5〜3.0μmであることが好ましく、1.0〜2.6μmであることがより好ましい。
緑色光反射層は、500〜599nmの波長帯域に反射中心波長を有し、半値幅が200nm以下である反射率のピークを有する。
緑色光反射層の反射中心波長は、520〜590nmの波長帯域にあることが好ましく、520〜580nmの波長帯域にあることがより好ましい。
緑色光反射層の反射率のピークの半値幅は160nm以下であることが好ましく、この反射率のピークの半値幅が125nm以下であることがより好ましく、この反射率のピークの半値幅が100nm以下であることが更に好ましく、この反射率のピークの半値幅が95nm以下であることが特に好ましい。
緑色光反射層は、380〜499nmおよび600〜750nmの波長帯域に反射率のピークを有さないことが好ましい。また、緑色光反射層は、380〜499nmおよび600〜750nmの平均反射率が5%以下であることが好ましい。
緑色光反射層は、Rth(550)の絶対値が70〜350nmであることが好ましく、100〜330nmであることがより好ましい。
緑色光反射層は、膜厚dが0.8〜3.6μmであることが好ましく、1.5μm以上3.3μm未満であることがより好ましい。
赤色光反射層は、600〜750nmの波長帯域に反射中心波長を有し、半値幅が150nm以下である反射率のピークを有する。
赤色光反射層の反射中心波長は、610〜690nmの波長帯域にあることが好ましく、610〜660nmの波長帯域にあることがより好ましい。
赤色光反射層の反射率のピークの半値幅は130nm以下であることがより好ましく、この反射率のピークの半値幅が110nm以下であることが特に好ましく、この反射率のピークの半値幅が100nm以下であることが特に好ましい。
赤色光反射層は、380〜499nmおよび500〜599nmの波長帯域に反射率のピークを有さないことが好ましい。また、赤色光反射層は、380〜499nmおよび500〜599nmの平均反射率が5%以下であることが好ましい。
赤色光反射層は、Rth(550)の絶対値が80〜400nmであることが好ましく、120〜350nmであることがより好ましい。
赤色光反射層は、膜厚dが1.0〜4.0μmであることが好ましく、1.5〜3.5μmであることがより好ましい。
本発明において、青緑赤それぞれの光反射層の反射帯域を拡大することができる。この反射帯域の拡大には、コレステリック液晶相の螺旋ピッチが徐々に変化することで、広い半値幅を実現できるピッチグラジエント法を用いることが出来る。ピッチグラジエント法に関しては1995年(Nature 378、467−469 1995)や特開平6−281814号公報や特許4990426号記載の方法により実現できる。
(コレステリック液晶相を固定してなる光反射層)
第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層がいずれもコレステリック液晶相を固定してなる光反射層である。
反射率のピークを与える波長(すなわち反射中心波長)は、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層のコレステリック液晶相中の螺旋構造のピッチまたは屈折率を変えることにより調整することができるが、ピッチを変えることはキラル剤の添加量を変えることによって容易に調整可能である。具体的には富士フイルム研究報告No.50(2005年)p.60−63に詳細な記載がある。
第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層において、各コレステリック液晶相の螺旋構造の螺旋方向は特に限定されるものではないが、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層の各コレステリック液晶相の螺旋構造の螺旋方向が一致することが好ましい。例えば、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層において、各コレステリック液晶相が全て右螺旋構造を有し、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層が全て右円偏光を反射中心波長において反射することが好ましい。当然、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層において、各コレステリック液晶相が全て左螺旋構造を有し、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層が全て左円偏光を反射中心波長において反射することも好ましい。
上記の第一の光反射層のRth(550)と第二の光反射層のRth(550)の符号が逆である光学特性の実現手段としては、このように第一、第二の光反射層のうち、いずれか一方のコレステリック液晶材料が棒状コレステリック液晶であり、他の一方のコレステリック液晶材料が円盤状コレステリック液晶である態様にする方法が好ましい。すなわち、本発明の輝度向上フィルムは、第一の光反射層および第二の光反射層のうち、いずれか一方のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物であり、いずれか一方のコレステリック液晶材料が円盤状(以下、ディスコティックとも言う)液晶化合物であることが好ましい。コレステリック液晶材料として棒状液晶化合物を用いた光反射層は、Rthは正であり、コレステリック液晶材料として円盤状液晶化合物を用いた光反射層は、Rthは負であるため、このような構成とすることで本発明の輝度向上フィルムを得やすい。
棒状コレステリック液晶材料をコレステリック液晶材料として用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層は、選択反射波長(反射中心波長と同義)以外の波長の光に対しては実質的に負Cプレート(屈折率楕円体の3つの主屈折率のうち、面内の2つの主屈折率をNx、Nyと規定し、法線方向の1つの主屈折率をNzと規定したとき、Nx=Ny>Nzの条件を満たす)として作用するため、これを補償するためには、正Cプレート(Nz>Nx=Nyの条件を満たす)の機能を持たせることが必要となる。これまでは、棒状コレステリック液晶材料をコレステリック液晶材料として用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層を補償するために、新たにコレステリック液晶以外の材料を用いた正Cプレートを設ける方法、またはλ/4板を負Rthにすることで、λ/4板に正Cプレートの機能を付与する方法が提案されていたが、反射偏光子に用いられるコレステリック液晶相を固定してなる層の一部として正Cプレートを設けることは提案されていなかった。また、そもそも円偏光反射に寄与する反射偏光子に用いられるコレステリック液晶相を固定してなる層の一部を、ディスコティック液晶化合物をコレステリック液晶材料として用いた光反射層にする方法は提案されていなかった。
なお、第三の光反射層のコレステリック液晶材料は、棒状液晶化合物であっても円盤状液晶化合物であってもよい。
また、上記と同様に、輝度向上フィルム用いられる反射偏光子であって上記反射偏光子が2つ以上の光反射層を含む輝度向上フィルムにおいては、反射偏光子に少なくとも1つの棒状液晶化合物をコレステリック液晶材料として用いた光反射層と少なくとも1つのディスコティック液晶化合物をコレステリック液晶材料として用いた光反射層とを含ませることにより、反射偏光子においてコレステリック液晶相を固定してなる光反射層を相互に補償することができる。例えば、反射偏光子が2つ以上の光反射層を含む場合において、一方が棒状液晶化合物をコレステリック液晶材料として用いた光反射層であり、他方がディスコティック液晶化合物をコレステリック液晶材料として用いた光反射層である場合においても上記の補償効果を得ることができる。
コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の製造方法としては特に制限はないが、例えば、特開平1−133003号公報、特許3416302号、特許3363565号、特開平8−271731号公報に記載の方法を用いることができる。
以下、特開平8−271731号公報に記載の方法について説明する。
前述のコレステリック液晶相を固定してなる光反射層の重畳に際しては、同じ方向の円偏光を反射する組合せで用いることが好ましい。これにより各層で反射される円偏光の位相状態を揃えて各波長域で異なる偏光状態となることを防止でき、光の利用効率を高めることができる。
コレステリック液晶材料としては、適宜なものを用いてよく、特に限定はないが、後述の棒状液晶化合物および円盤状液晶化合物を用いることが好ましい。
−棒状液晶化合物−
棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。
棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、重合性棒状液晶化合物としては、Makromol. Chem., 190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許4683327号、同5622648号、同5770107号、WO95/22586号、同95/24455号、同97/00600号、同98/23580号、同98/52905号、特開平1−272551号、同6−16616号、同7−110469号、同11−80081号、および特願2001−64627号などに記載の化合物を用いることができる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11−513019号公報や特開2007−279688号公報に記載のものも好ましく用いることができる。
−円盤状液晶化合物−
以下、円盤状液晶化合物をコレステリック液晶材料として用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層について説明する。
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007−108732号公報や特開2010−244038号公報に記載のものを好ましく用いることができるが、これらに限定されない。
以下に、円盤状液晶化合物の好ましい例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
−その他の成分−
コレステリック液晶相を固定してなる光反射層を形成するために用いられる組成物は、コレステリック液晶材料の他、キラル剤、配向制御剤、重合開始剤、配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。
前述のキラル剤は、公知の種々のキラル剤(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第一42委員会編、1989に記載)から選択することができる。キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤が重合性基を有するとともに、併用する棒状液晶化合物も重合性基を有する場合は、重合性基を有するキラル剤と重合性棒状液晶合物との重合反応により、棒状液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性基を有するキラル剤が有する重合性基は、重合性棒状液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基又はアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、前述のキラル剤は、液晶化合物であってもよい。
強い捩れ力を示すキラル剤としては、例えば、特開2010−181852号公報、特開2003−287623号公報、特開2002−80851号公報、特開2002−80478号公報、特開2002−302487号公報、に記載のキラル剤が挙げられ、本発明に好ましく用いることができる。さらに、これらの公開公報に記載されているイソソルビド化合物類については対応する構造のイソマンニド化合物類を用いることもでき、これらの公報に記載されているイソマンニド化合物類については対応する構造のイソソルビド化合物類を用いることもできる。
前述の配向制御剤の例には、特開2005−99248号公報の[0092]及び[0093]中に例示されている化合物、特開2002−129162号公報の[0076]〜[0078]及び[0082]〜[0085]中に例示されている化合物、特開2005−99248号公報の[0094]及び[0095]中に例示されている化合物、特開2005−99248号公報の[0096]中に例示されている化合物が含まれる。
フッ素系配向制御剤として、下記一般式(I)で表される化合物も好ましい。
一般式(I)において、L11、L12、L13、L14、L15、L16はおのおの独立して単結合、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−、−NRCO−、−CONR−(一般式(I)中におけるRは水素原子または炭素数が1〜6のアルキル基を表す)を表し、−NRCO−、−CONR−は溶解性を減ずる効果があり、膜作成時にヘイズ値が上昇する傾向があることからより好ましくは−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−であり、化合物の安定性の観点からさらに好ましくは−O−、−CO−、−COO−、−OCO−である。上記のRがとりうるアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。炭素数は1〜3であることがより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基を例示することができる。
Sp11、Sp12、Sp13、Sp14はそれぞれ独立して単結合または炭素数1〜10のアルキレン基を表し、より好ましくは単結合または炭素数1〜7のアルキレン基であり、さらに好ましくは単結合または炭素数1〜4のアルキレン基である。但し、アルキレン基の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。アルキレン基には、分枝があっても無くてもよいが、好ましいのは分枝がない直鎖のアルキレン基である。合成上の観点からは、Sp11とSp14が同一であり、かつ、Sp12とSp13が同一であることが好ましい。
11、A12は3価または4価の芳香族炭化水素である。3価または4価の芳香族炭化水素基の炭素数は6〜22であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜10であることがさらに好ましく、6であることがさらにより好ましい。A11、A12で表される3価または4価の芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例として、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を挙げることができる。これらの基の説明と好ましい範囲については、下記のTの対応する記載を参照することができる。A11、A12で表される3価または4価の芳香族炭化水素基に対する置換基としては、例えばメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、臭素原子、塩素原子、シアノ基などを挙げることができる。パーフルオロアルキル部分を分子内に多く有する分子は、少ない添加量で液晶を配向させることができ、ヘイズ低下につながることから、分子内にパーフルオロアルキル基を多く有するようにA11、A12は4価であることが好ましい。合成上の観点からは、A11とA12は同一であることが好ましい。
11
で表される二価の基または二価の芳香族複素環基を表す(上記T11中に含まれるXは炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を表し、Ya、Yb、Yc、Ydはおのおの独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す)ことが好ましく、より好ましくは
であり、さらに好ましくは
であり、よりさらに好ましくは、
である。
上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の炭素数は1〜8であり、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、直鎖状または分枝状であることが好ましい。好ましいアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができ、その中でもメチル基が好ましい。上記T11中に含まれるXがとりうるアルコキシ基のアルキル部分については、上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。上記T11中に含まれるXがとりうるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、塩素原子、臭素原子が好ましい。上記T11中に含まれるXがとりうるエステル基としては、R’COO−で表される基を例示することができる。R’としては炭素数1〜8のアルキル基を挙げることができる。R’がとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲については、上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。エステルの具体例として、CH3COO−、C25COO−を挙げることができる。Ya、Yb、Yc、Ydがとりうる炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができる。
二価の芳香族複素環基は、5員、6員または7員の複素環を有することが好ましい。5員環または6員環がさらに好ましく、6員環が最も好ましい。複素環を構成する複素原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましい。複素環は、芳香族性複素環であることが好ましい。芳香族性複素環は、一般に不飽和複素環である。最多二重結合を有する不飽和複素環がさらに好ましい。複素環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピロリン環、ピロリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾール環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピラン環、チイン環、ピリジン環、ピペリジン環、オキサジン環、モルホリン環、チアジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペラジン環およびトリアジン環が含まれる。二価の複素環基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例の説明と好ましい範囲については、上記のA1とA2の3価または4価の芳香族炭化水素が取り得る置換基に関する説明と記載を参照することができる。
Hb11は炭素数2〜30のパーフルオロアルキル基を表し、より好ましくは炭素数3〜20のパーフルオロアルキル基であり、さらに好ましくは3〜10のパーフルオロアルキル基である。パーフルオロアルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状または分枝状であるものが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。
m11、n11はそれぞれ独立に0から3であり、かつm11+n11≧1である。このとき複数存在する括弧内の構造は互いに同一であっても異なっていてもよいが、互いに同一であることが好ましい。一般式(I)のm11、n11は、A11、A12の価数によって定まり、好ましい範囲もA11、A12の価数の好ましい範囲によって定まる。
11中に含まれるoおよびpはそれぞれ独立に0以上の整数であり、oおよびpが2以上であるとき複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよい。T11中に含まれるoは1または2であることが好ましい。T11中に含まれるpは1〜4のいずれかの整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
一般式(I)で表される化合物は、分子構造が対称性を有するものであってもよいし、対称性を有しないものであってもよい。なお、ここでいう対称性とは、点対称、線対称、回転対称のいずれかに該当するものを意味し、非対称とは点対称、線対称、回転対称のいずれにも該当しないものを意味する。
一般式(I)で表される化合物は、以上述べたパーフルオロアルキル基(Hb11)、連結基−(−Sp11−L11−Sp12−L12m11−A11−L13−および−L14−A12−(L15−Sp13−L16−Sp14−)n11−、ならびに好ましくは排除体積効果を持つ2価の基であるTを組み合わせた化合物である。分子内に2つ存在するパーフルオロアルキル基(Hb11)は互いに同一であることが好ましく、分子内に存在する連結基−(−Sp11−L11−Sp12−L12m11−A11−L13−および−L14−A12−(L15−Sp13−L16−Sp14−)n11−も互いに同一であることが好ましい。末端のHb11−Sp11−L11−Sp12−および−Sp13−L16−Sp14−Hb11は、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Ca2a+1)−(Cb2b)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−(Cr2r)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−(Cr2r)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−OCO−(Cr2r)−
上式において、aは2〜30であることが好ましく、3〜20であることがより好ましく、3〜10であることがさらに好ましい。bは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。a+bは3〜30である。rは1〜10であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。
また、一般式(I)の末端のHb11−Sp11−L11−Sp12−L12−および−L14−Sp13−L16−Sp14−Hb11は、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−(Cr2r)−O−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−(Cr2r)−COO−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−OCO−(Cr2r)−COO−
上式におけるa、bおよびrの定義は直上の定義と同じである。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63−40799号公報、特公平5−29234号公報、特開平10−95788号公報、特開平10−29997号公報記載)等が挙げられる。
溶媒:
各光反射層を形成するための組成物の溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド(例、N、N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例、ピリジン)、炭化水素(例、ベンゼン、ヘキサン)、アルキルハライド(例、クロロホルム、ジクロロメタン)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン)、エーテル(例、テトラヒドロフラン、1、2−ジメトキシエタン)が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
本発明の輝度向上フィルムは、コレステリック液晶材料である液晶化合物等の混合物を重合等して形成した、コレステリック液晶相を固定してなる液晶膜である第一、第二および第三の光反射層を含む。
本発明の輝度向上フィルムは、支持体を含むことも好ましく、この支持体上に液晶材料である液晶化合物等の混合物を重合して形成した、コレステリック液晶相を固定してなる液晶膜を有していてもよい。ただし、本発明では、本発明の輝度向上フィルムに含まれるλ/4板そのものを支持体として用いてコレステリック液晶相を固定してなる液晶膜を形成してもよく、また、支持体上に形成されたλ/4板の全体を支持体として用いてコレステリック液晶相を固定してなる液晶膜を形成してもよい。
一方、本発明の輝度向上フィルムは、第一、第二および第三の光反射層を製膜する際の支持体を含んでいなくてもよく、例えばガラスや透明フィルムを第一、第二および第三の光反射層を製膜する際の支持体として用いて第一、第二および第三の光反射層を形成した後、第一、第二および第三の光反射層のみを製膜時の支持体から剥離して本発明の輝度向上フィルムに用いてもよい。なお、第一、第二および第三の光反射層を形成した後、第一、第二および第三の光反射層のみを製膜時の支持体から剥離する場合、λ/4板と接着層(および/または粘着材)が積層されたフィルムを用い、剥離する第一、第二および第三の光反射層を、接着層に貼合することで本発明の輝度向上フィルムとすることが好ましい。
また、支持体にλ/4板および第一の光反射層をこの順に形成したフィルムと、支持体に第三の光反射層と第二の光反射層をこの順に形成したフィルムとを、第一の光反射層と第二の光反射層の間に接着層(および/または粘着材)を設けて貼合することで本発明の輝度向上フィルムとすることも好ましい。このとき、接着後に支持体を剥離してもしなくてもよい。
液晶化合物等の混合物を塗布等の方法により製膜することにより輝度向上フィルムに用いられる第一、第二および第三の光反射層を形成することができる。液晶化合物等の混合物を配向層の上に塗布し、液晶層を形成することにより光学異方性素子を作製することもできる。
コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の形成は、λ/4板または他の光反射層に必要に応じポリイミドやポリビニルアルコール、SiOの斜方蒸着層等の適宜な配向層を介して直接塗布する方式、透明フィルムなどからなる液晶の配向温度で変質しない支持体に必要に応じ配向層を介して塗布する方式などの適宜な方式で行うことができる。また配向層を介したコレステリック液晶層の重畳方式なども採ることができる。
なお液晶化合物等の混合物の塗布は、溶剤による溶液や加熱による溶融液等の液状物としたものを、ロールコーティング方式やグラビア印刷方式、スピンコート方式などの適宜な方式で展開する方法などにより行うことができる。液晶性分子は、配向状態を維持して固定する。固定化は、液晶性分子に導入した重合性基の重合反応により実施することが好ましい。
重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応が好ましい。液晶性分子の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2であることが好ましく、100〜800mJ/cm2であることがさらに好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。形成するコレステリック液晶相を固定してなる光反射層の厚さは、選択反射性、配向乱れや透過率低下の防止等の点より、0.1〜100μmが好ましく、0.5〜50μmであることが好ましく、1〜30μmであることがさらに好ましく、2〜20μmであることが最も好ましい。
本発明の輝度向上フィルムの各光反射層を塗布により形成する場合、前述の塗布液を塗布後、公知の方法で乾燥して、固化し、各光反射層を形成することが好ましい。乾燥方法としては、加熱による乾燥が好ましい。
各光反射層の製造方法の一例は、
(1) 基板等の表面に、重合性液晶組成物を塗布して、コレステリック液晶相の状態にすること、
(2) 前述の重合性液晶組成物に紫外線を照射して硬化反応を進行させ、コレステリック液晶相を固定して各光反射層を形成すること、
を少なくとも含む製造方法である。
(1)及び(2)の工程を、基板の一方の表面上で2回繰り返すことで積層数を増やしたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層の積層体を作製することができる。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、用いる液晶の種類又は添加されるキラル剤の種類によって調整でき、螺旋ピッチ(すなわち、選択反射波長)は、これらの材料の濃度によって調整できる。また、各光反射層の反射する特定の領域の波長は、製造方法のさまざまな要因によってシフトさせることができることが知られており、キラル剤などの添加濃度のほか、コレステリック液晶相を固定するときの温度や照度と照射時間などの条件などでシフトさせることができる。
下塗り層は、塗布により透明可塑性樹脂フィルム等の支持体の表面上に形成されることが好ましい。このときの塗布方法については特に限定はなく、公知の方法をもちいることができる。
配向層は、有機化合物(好ましくはポリマー)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成等の手段で設けることができる。さらには、電場の付与、磁場の付与、或いは光照射により配向機能が生じる配向層も知られている。配向層は、ポリマーの膜の表面を、ラビング処理することにより形成するのが好ましい。配向層は、支持体と共に剥離することが好ましい。
支持体に用いられるポリマー種によっては、配向層を設けなくても、支持体を直接配向処理(例えば、ラビング処理)することで、配向層として機能させることもできる。そのような支持体の一例としては、PET(ポリエチレンテレフタレート)を挙げることができる。
また、液晶層の上に直接液晶層を積層する場合、下層の液晶層が配向層として振舞い上層の液晶を配向させることができる場合もある。このような場合、配向層を設けなくても、また、特別な配向処理(例えば、ラビング処理)を実施しなくても上層の液晶を配向することができる。
−ラビング処理−
配向層または支持体の表面はラビング処理が施されることが好ましい。また光学異方性層の表面は、必要に応じてラビング処理をすることも可能である。ラビング処理は、一般にはポリマーを主成分とする膜の表面を、紙や布で一定方向に擦ることにより実施することができる。ラビング処理の一般的な方法については、例えば、「液晶便覧」(丸善社発行、平成12年10月30日)に記載されている。
ラビング密度を変える方法としては、「液晶便覧」(丸善社発行)に記載されている方法を用いることができる。ラビング密度(L)は、下記式(A)で定量化されている。
式(A) L=Nl(1+2πrn/60v)
式(A)中、Nはラビング回数、lはラビングローラーの接触長、rはローラーの半径、nはローラーの回転数(rpm)、vはステージ移動速度(秒速)である。
ラビング密度を高くするためには、ラビング回数を増やす、ラビングローラーの接触長を長く、ローラーの半径を大きく、ローラーの回転数を大きく、ステージ移動速度を遅くすればよく、一方、ラビング密度を低くするためには、この逆にすればよい。また、ラビング処理の際の条件としては、特許4052558号の記載を参照することもできる。
前述の(1)工程では、まず、支持体または基板等や下層の光反射層の表面に、前述の重合性液晶組成物を塗布する。前述の重合性液晶組成物は、溶媒に材料を溶解及び/又は分散した、塗布液として調製されるのが好ましい。前述の塗布液の塗布は、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、等の種々の方法によって行うことができる。また、インクジェット装置を用いて、液晶組成物をノズルから吐出して、塗膜を形成することもできる。
次に、表面に塗布され、塗膜となった重合性液晶組成物を、コレステリック液晶相の状態にする。前述の重合性液晶組成物が、溶媒を含む塗布液として調製されている態様では、塗膜を乾燥し、溶媒を除去することで、コレステリック液晶相の状態にすることができる場合がある。また、コレステリック液晶相への転移温度とするために、所望により、前述の塗膜を加熱してもよい。例えば、一旦等方性相の温度まで加熱し、その後、コレステリック液晶相転移温度まで冷却する等によって、安定的にコレステリック液晶相の状態にすることができる。前述の重合性液晶組成物の液晶相転移温度は、製造適性等の面から10〜250℃の範囲内であることが好ましく、10〜150℃の範囲内であることがより好ましい。10℃未満であると液晶相を呈する温度範囲にまで温度を下げるために冷却工程等が必要となることがある。また200℃を超えると、一旦液晶相を呈する温度範囲よりもさらに高温の等方性液体状態にするために高温を要し、熱エネルギーの浪費、基板の変形、変質等からも不利になる。
次に、(2)の工程では、コレステリック液晶相の状態となった塗膜に、紫外線を照射して、硬化反応を進行させる。紫外線照射には、紫外線ランプ等の光源が利用される。この工程では、紫外線を照射することによって、前述の重合性液晶組成物の硬化反応が進行し、コレステリック液晶相が固定されて、光反射層が形成される。
紫外線の照射エネルギー量については特に制限はないが、一般的には、100mJ/cm2〜800mJ/cm2程度が好ましい。また、前述の塗膜に紫外線を照射する時間については特に制限はないが、硬化膜の充分な強度及び生産性の双方の観点から決定されるであろう。
硬化反応を促進するため、加熱条件下で紫外線照射を実施してもよい。また、紫外線照射時の温度は、コレステリック液晶相が乱れないように、コレステリック液晶相を呈する温度範囲に維持するのが好ましい。また、雰囲気の酸素濃度は重合度に関与するため、空気中で所望の重合度に達せず、膜強度が不十分の場合には、窒素置換等の方法により、雰囲気中の酸素濃度を低下させることが好ましい。好ましい酸素濃度としては、10%以下が好ましく、7%以下がさらに好ましく、3%以下が最も好ましい。紫外線照射によって進行される硬化反応(例えば重合反応)の反応率は、層の機械的強度の保持等や未反応物が層から流出するのを抑える等の観点から、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりさらに好ましい。反応率を向上させるためには照射する紫外線の照射量を増大する方法や窒素雰囲気下あるいは加熱条件下での重合が効果的である。また、一旦重合させた後に、重合温度よりも高温状態で保持して熱重合反応によって反応をさらに推し進める方法や、再度紫外線を照射する(ただし、本発明の条件を満足する条件で照射する)方法を用いることもできる。反応率の測定は反応性基(例えば重合性基)の赤外振動スペクトルの吸収強度を、反応進行の前後で比較することによって行うことができる。
上記工程では、コレステリック液晶相が固定されて、各光反射層が形成される。ここで、液晶相を「固定化した」状態は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持された状態が最も典型的、且つ好ましい態様である。それだけには限定されず、具体的には、通常0℃〜50℃、より過酷な条件下では−30℃〜70℃の温度範囲において、この層に流動性が無く、また外場や外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定化された配向形態を安定に保ち続けることができる状態を意味するものとする。本発明では、紫外線照射によって進行する硬化反応により、コレステリック液晶相の配向状態を固定することが好ましい。
なお、本発明においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、最終的に各光反射層中の液晶組成物がもはや液晶性を示す必要はない。例えば、液晶組成物が、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
<λ/4板>
本発明の輝度向上フィルムは、λ/4板を有する。
λ/4板は、反射偏光子を通り抜けた円偏光を直線偏光に変換するための層である。
同時に、厚さ方向のレターデーション(Rth)を調節することで、斜め方位から見た場合に発生する光反射層の厚さ方向の位相差をキャンセルすることが可能となる。
本発明の輝度向上フィルムでは、λ/4板のRth(550)が−120〜120nmであることが好ましく、−80〜80nmであることがより好ましく、−70〜70nmであることが特に好ましい。
本発明の輝度向上フィルムでは前述のλ/4板が、下記式(A)〜(C)を少なくともひとつ満たすことが好ましく、下記式(A)〜(C)を全て満たすことがさらに好ましい。
式(A) 450nm/4−35nm<Re(450)<450nm/4+35nm
式(B) 550nm/4−35nm<Re(550)<550nm/4+35nm
式(C) 630nm/4−35nm<Re(630)<630nm/4+35nm
本発明の輝度向上フィルムが有するλ/4板に用いられる材料について特に制限はない。種々のポリマーフィルム、例えば、セルロースアシレート、ポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートや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等を利用することができる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、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、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、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、エポキシ系ポリマー、又は前述のポリマーを混合したポリマー等から1種又は2種以上のポリマーを選択し、主成分として用いてポリマーフィルムを作製し、上記特性を満足する組合せで、光学フィルムの作製に利用することができる。
λ/4板は、支持体自体で目的のλ/4機能を有する光学異方性支持体であってもよいし、ポリマーフィルムからなる支持体上に光学異方性層等を有するものであってもよい。
λ/4板が、支持体自体で目的のλ/4機能を有する光学異方性支持体である場合、例えば高分子フィルムを一軸または二軸等で延伸処理する方法などにより光学異方性支持体を得ることができる。その高分子の種類については特に限定はなく、透明性に優れるものが好ましく用いられる。その例としては、上述のλ/4板に用いられる材料や、セルロースアシレートフィルム(例えば、セルローストリアセテートフィルム(屈折率1.48)、セルロースジアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム)、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、ポリウレタン系樹脂フィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、(メタ)アクリルニトリルフィルム、ポリオレフィン、脂環式構造を有するポリマー(ノルボルネン系樹脂(アートン:商品名、JSR社製)、非晶質ポリオレフィン(ゼオネックス:商品名、日本ゼオン社製))、などが挙げられる。このうちトリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、脂環式構造を有するポリマーが好ましく、特にトリアセチルセルロースが好ましい。
後述のように、λ/4板の遅相軸方向と偏光板の吸収軸方向とのなす角は30〜60°であり、35〜55°であることが好ましく、40〜50°であることがより好ましく、45°になることが特に好ましい。偏光板はロールトゥロールで作製する場合には、通常は長手方向(搬送方向)が吸収軸方向となるため、λ/4板の遅相軸方向と長手方向のなす角は30〜60°であることが好ましい。遅相軸方向と長手方向のなす角が30〜60°のλ/4板の製造方法としては、その長手方向に対して30〜60°の方向に連続的に延伸して、ポリマーの配向軸を所望の角度に傾斜させるものであれば特に制約されず、公知の方法を採用することができる。また、斜め延伸に用いる延伸機は特に制限されず、横または縦方向に左右異なる速度の送り力若しくは引張り力または引取り力を付加できるようにした従来公知のテンター延伸機を使用することができる。また、テンター式延伸機には、横一軸延伸機、同時二軸延伸機などがあるが、長尺のフィルムを連続的に斜め延伸処理することができるものであれば、特に制約されず、種々のタイプの延伸機を使用することができる。
斜め延伸の方法としては、例えば、特開昭50−83482号公報、特開平2−113920号公報、特開平3−182701号公報、特開2000−9912号公報、特開2002−86554号公報、特開2002−22944号公報、国際公開第2007/111313号に記載された方法を用いることができる。
λ/4板が、ポリマーフィルムからなる支持体上に光学異方性層等を有している場合、支持体上に他の層を積層させることで所望のλ/4機能を持たせる。光学異方性層の構成材料については特に制限されず、液晶化合物を含有する組成物から形成され、この液晶化合物の分子の配向によって発現された光学異方性を示す層であっても、ポリマーフィルムを延伸してフィルム中の高分子を配向させて発現させた光学異方性を有する層であっても、双方の層を有していてもよい。すなわち、1枚又は2枚以上の二軸性フィルムによって構成することができるし、またCプレートとAプレートとの組合せ等、一軸性フィルムを2枚以上組合せることでも構成することができる。勿論、1枚以上の二軸性フィルムと1枚以上の一軸性フィルムとを組み合わせることによっても構成することもできる。
λ/4板は、液晶化合物を含有する組成物から形成された層を少なくとも一層含んでいることが好ましい。即ち、λ/4板はポリマーフィルム(支持体)と液晶化合物を含有する組成物から形成された光学異方性層との積層体であることが好ましい。
支持体には光学異方性が小さいポリマーフィルムを用いてもよいし、延伸処理などにより光学異方性を発現させたポリマーフィルムを用いてもよい。支持体は光透過率が80%以上であることが好ましい。
また、光学異方性層の形成に用いられる液晶化合物の種類については特に制限されない。例えば、低分子液晶化合物を液晶状態においてネマチック配向に形成後、光架橋や熱架橋によって固定化して得られる光学異方性層や、高分子液晶化合物を液晶状態においてネマチック配向に形成後、冷却することによって当該配向を固定化して得られる光学異方性層を用いることもできる。なお本発明では、光学異方性層に液晶化合物が用いられる場合であっても、光学異方性層は、この液晶化合物が重合等によって固定されて形成された層であり、層となった後はもはや液晶性を示す必要はない。重合性液晶化合物は、多官能性重合性液晶でもよいし、単官能性重合性液晶化合物でもよい。また、液晶化合物は、ディスコティック液晶化合物でもよいし、棒状液晶化合物でもよい。本発明においては、ディスコティック液晶化合物がより好ましい。
棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11−513019号公報や特開2007−279688号公報に記載のものを好ましく用いることができ、ディスコティック液晶化合物としては、例えば、特開2007−108732号公報や特開2010−244038号公報に記載のものを好ましく用いることができるが、これらに限定されない。
前述の光学異方性層において、液晶化合物の分子は、垂直配向、水平配向、ハイブリッド配向及び傾斜配向のいずれかの配向状態に固定化されていることが好ましい。視野角依存性が対称である位相差板を作製するためには、ディスコティック液晶化合物の円盤面がフィルム面(光学異方性層面)に対して実質的に垂直であるか、又は、棒状液晶化合物の長軸がフィルム面(光学異方性層面)に対して実質的に水平であることが好ましい。ディスコティック液晶化合物が実質的に垂直とは、フィルム面(光学異方性層面)とディスコティック液晶化合物の円盤面とのなす角度の平均値が70°〜90°の範囲内であることを意味する。80°〜90°がより好ましく、85°〜90°が更に好ましい。棒状液晶化合物が実質的に水平とは、フィルム面(光学異方性層面)と棒状液晶化合物のダイレクターとのなす角度が0°〜20°の範囲内であることを意味する。0°〜10°がより好ましく、0°〜5°が更に好ましい。
前述の光学異方性層は、棒状液晶化合物又はディスコティック液晶化合物等の液晶化合物と、所望により、後述する重合開始剤や配向制御剤や他の添加剤を含む塗布液を、支持体上に塗布することで形成することができる。支持体上に配向層を形成し、この配向層表面に前述の塗布液を塗布して形成することが好ましい。
本発明では、配向層の表面に前述の組成物を塗布して、液晶化合物の分子を配向させることが好ましい。配向層は液晶化合物の配向方向を規定する機能を有するため、本発明の好ましい態様を実現する上で利用するのが好ましい。しかし、液晶化合物を配向後にその配向状態を固定してしまえば、配向層はその役割を果たしているために、本発明の構成要素としては必ずしも必須のものではない。即ち、配向状態が固定された配向層上の光学異方性層のみを偏光層や支持体上に転写して本発明の偏光板を作製することも可能である。
配向層は、ポリマーのラビング処理により形成することが好ましい。
配向層に用いることができるポリマーの例には、例えば特開平8−338913号公報明細書中段落番号[0022]記載のメタクリレート系共重合体、スチレン系共重合体、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコール、ポリ(N−メチロールアクリルアミド)、ポリエステル、ポリイミド、酢酸ビニル共重合体、カルボキシメチルセルロース、ポリカーボネート等が含まれる。シランカップリング剤をポリマーとして用いることができる。水溶性ポリマー(例、ポリ(N−メチロールアクリルアミド)、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール)が好ましく、ゼラチン、ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールが更に好ましく、ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールが最も好ましい。
配向層のラビング処理面に前述の組成物を塗布して、液晶化合物の分子を配向させる。その後、必要に応じて、配向層ポリマーと光学異方性層に含まれる多官能モノマーとを反応させるか、あるいは、架橋剤を用いて配向層ポリマーを架橋させることで、前述の光学異方性層を形成することができる。
配向層の膜厚は、0.1〜10μmの範囲にあることが好ましい。
光学異方性層を支持する支持体(ポリマーフィルム)の面内のレターデーション(Re)は0〜50nmであることが好ましく、0〜30nmであることがより好ましく、0〜10nmであることがさらに好ましい。上記の範囲であると、反射光の光漏れを視認されない程度まで低減できるため好ましい。
また、この支持体の厚さ方向のレターデーション(Rth)はその上または下に設けられる光学異方性層との組み合わせによって選択することが好ましい。それによって、斜め方向から観察したときの反射光の光漏れ、及び色味付きを低減することができる。
支持体として用いられるポリマーフィルムの材料の例には、上述のλ/4板に用いられる材料や、セルロースアシレートフィルム(例えば、セルローストリアセテートフィルム(屈折率1.48)、セルロースジアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム)、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、ポリウレタン系樹脂フィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、(メタ)アクリルニトリルフィルム、ポリオレフィン、脂環式構造を有するポリマー(ノルボルネン系樹脂(アートン:商品名、JSR社製、非晶質ポリオレフィン(ゼオネックス:商品名、日本ゼオン社製))、などが挙げられる。このうちトリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、脂環式構造を有するポリマーが好ましく、特にトリアセチルセルロースが好ましい。
透明支持体の厚さは5μm〜150μm程度のものを用いることができるが、好ましくは5μm〜80μmであり、20μm〜60μmであることがより好ましい。また、透明支持体は複数枚の積層からなっていてもよい。外光反射の抑制には薄い方が好ましいが、5μmより薄いと、フィルムの強度が弱くなり、好ましくない傾向がある。透明支持体とその上に設けられる層(接着層、垂直配向層あるいは位相差層)との接着を改善するため、透明支持体に表面処理(例、グロー放電処理、コロナ放電処理、紫外線(UV)処理、火炎処理)を実施してもよい。透明支持体の上に、接着層(下塗り層)を設けてもよい。また、透明支持体や長尺の透明支持体には、搬送工程でのすべり性を付与したり、巻き取った後の裏面と表面の貼り付きを防止するために、平均粒径が10〜100nm程度の無機粒子を固形分質量比で5%〜40%混合したポリマー層を支持体の片側に塗布や支持体との共流延によって形成したものを用いることが好ましい。
本発明の輝度向上フィルムでは前述のλ/4板が、下記式(1)〜(3)を満たすことがより好ましい。
式(1) 450nm/4−25nm<Re(450)<450nm/4+25nm
式(2) 550nm/4−25nm<Re(550)<550nm/4+25nm
式(3) 630nm/4−25nm<Re(630)<630nm/4+25nm
前述のλ/4板は、下記式(1’)〜(3’)を満たすことが更に好ましい。
式(1’) 450nm/4−15nm<Re(450)<450nm/4+15nm
式(2’) 550nm/4−15nm<Re(550)<550nm/4+15nm
式(3’) 630nm/4−15nm<Re(630)<630nm/4+15nm
前述のλ/4板は、下記式(1’’)〜(3’’)を満たすことが特に好ましい。
式(1’’) 450nm/4−5nm<Re(450)<450nm/4+5nm
式(2’’) 550nm/4−5nm<Re(550)<550nm/4+5nm
式(3’’) 630nm/4−5nm<Re(630)<630nm/4+5nm
また、本発明の輝度向上フィルムでは前述のλ/4板が下記式(4)〜(4’’)を満たすことが好ましい。
式(4) Re(450)<Re(550)<Re(630)
式(4’) Re(450)<Re(550)<Re(630)
式(4’’) Re(450)<Re(550)<Re(630)
式(1)〜(4’’)を満たすλ/4板の製造方法としては、例えば、特開平8−271731号公報に記載の方法を用いることができ、この公報の内容は本発明に組み込まれる。
以下、特開平8−271731号公報に記載の方法について説明する。
位相差フィルムの重畳体からなる1/4波長板としては、例えば単色光に対して1/2波長の位相差を与えるものと、1/4波長の位相差を与えるものとの組合せで複数の位相差フィルムをそれらの光軸を交差させて積層したものがあげられる。
この場合、単色光に対して1/2波長又は1/4波長の位相差を与える位相差フィルムの複数枚をそれらの光軸を交差させて積層することにより、複屈折光の屈折率差(△n)と厚さ(d)の積(△nd)で定義されるレターデーションの波長分散を重畳ないし加減できて任意に制御でき、全体としての位相差を1/4波長に制御しつつ波長分散を抑制して、広い波長域にわたり1/4波長の位相差を示す波長板とすることができる。
前述の場合において位相差フィルムの積層数は任意である。光の透過率などの点より2〜5枚の積層が一般的である。また、1/2波長の位相差を与える位相差フィルムと1/4波長の位相差を与える位相差フィルムの配置位置も任意である。
また位相差フィルムの重畳体からなる1/4波長板は、波長450nmの光におけるれターデーションをR450、波長550nmの光におけるレターデーションをR550とした場合に、R450/R550が1.00〜1.05でレターデーションが大きい位相差フィルムと、前述の比が1.05〜1.20でレターデーションが小さい位相差フィルムとを、それらの光軸を交差させて積層したものなどとしても得ることができる。
この場合もレターデーションが異なる位相差フィルムを光軸を交差させて、就中、直交させて積層することにより、各位相差フィルムにおけるレターデーションの波長分散を重畳ないし加減できて制御でき、特にレターデーションを短波長側ほど小さくすることができる。
ちなみに上記1/4波長板の具体例としては、ポリビニルアルコールフィルムを延伸処理してなる位相差フィルム(波長550nmの光におけるレターデーション:700nm)と、ポリカーボネートフィルムを延伸処理してなる位相差フィルム(波長550nmの光におけるレターデーション:560nm)を、それらの光軸が直交するように積層したものなどがあげられる。かかる積層物は、波長450〜750nmにわたってほぼ1/4波長板として機能する。
位相差フィルムは、上記の如く例えば高分子フィルムを一軸、ないし二軸等で延伸処理する方法などにより得ることができる。その高分子の種類については特に限定はなく、透明性に優れるものが好ましく用いられる。その例としては、ポリカーボネート系高分子、ポリエステル系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリスチレン系高分子、ポリオレフィン系高分子、ポリビニルアルコール系高分子、酢酸セルロース系高分子、ポリ塩化ビニル系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分子などがあげられる。
特に、R450/R550が1.00〜1.05の位相差フィルムは、例えばポリオレフィン系高分子、ポリビニルアルコール系高分子、酢酸セルロース系高分子、ポリ塩化ビニル系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分子の如く、吸収端が200nmの波長付近にある高分子などを用いて形成することができる。
またR450/R550が1.05〜1.20の位相差フィルムは、例えばポリカーボネート系高分子、ポリエステル系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリスチレン系高分子の如く、吸収端が200nmよりも長波長側にある高分子などを用いて形成することができる。
一方、式(1)〜(4)を満たすλ/4板は、以下のλ/2板及びλ/4板の積層体として調製したものも用いることができる。
前述のλ/2板及びλ/4板として用いられる光学異方性層について説明する。本発明の位相差は、光学異方性層を含んでもよく、光学異方性層は液晶化合物を主成分とする硬化性組成物の1種又は複数種から形成することができ、液晶化合物のうち、重合性基を有する液晶化合物が好ましく、前述の硬化性組成物の1種から形成されているのが好ましい。
式(1)〜(4)を満たすλ/4板に使用されるλ/4板は、支持体自身で目的のλ/4機能を有する光学異方性支持体であってもよいし、ポリマーフィルムからなる支持体上に光学異方性層等を有していてもよい。すなわち、後者の場合、支持体上に他の層を積層させることで所望のλ/4機能を持たせる。光学異方性層の構成材料については特に制限されず、液晶化合物を含有する組成物から形成され、この液晶化合物の分子の配向によって発現された光学異方性を示す層であっても、ポリマーフィルムを延伸してフィルム中の高分子を配向させて発現させた光学異方性を有する層であっても、双方の層を有していてもよい。すなわち、1枚又は2枚以上の二軸性フィルムによって構成することができるし、またCプレートとAプレートとの組合せ等、一軸性フィルムを2枚以上組合せることでも構成することができる。勿論、1枚以上の二軸性フィルムと、1枚以上の一軸性フィルムとを組み合わせることによっても構成することもできる。
ここで、式(1)〜(4)を満たすλ/4板に用いられる「λ/4板」とは、特定の波長λnmにおける面内レターデーションRe(λ)が
Re(λ)=λ/4
を満たす光学異方性層のことをいう。上式は可視光域のいずれかの波長(例えば、550nm)において達成されていればよいが、波長550nmにおける面内レターデーションRe(550)が
115nm≦Re(550)≦155nm
であることが好ましく、120nm〜145nmであることがより好ましい。この範囲であると、後述するλ/2板と組み合わせたときに、反射光の光漏れを視認されない程度まで低減できるため好ましい。
式(1)〜(4)を満たすλ/4板に使用されるλ/2板は、支持体自身で目的のλ/2機能を有する光学異方性支持体であってもよいし、ポリマーフィルムからなる支持体上に光学異方性層等を有していてもよい。すなわち、後者の場合、支持体上に他の層を積層させることで所望のλ/2機能を持たせる。光学異方性層の構成材料については特に制限されず、前述のλ/4板と同じ構成材料から構成することが可能である。
ここで、式(1)〜(4)を満たすλ/4板に用いられる「λ/2板」とは、特定の波長λnmにおける面内レターデーションRe(λ)が
Re(λ)=λ/2
を満たす光学異方性層のことをいう。上式は可視光域のいずれかの波長(例えば、550nm)において達成されていればよい。さらに、本発明ではλ/2板の面内レターデーションRe1がλ/4板の面内レターデーションRe2に対し実質的に2倍であるように設定される。
ここで、「レターデーションが実質的に2倍である」とは、
Re1=2×Re2±50nm
であることを意味する。ただし、
Re1=2×Re2±20nm
であることがより好ましく、
Re1=2×Re2±10nm
であることがさらに好ましい。上式は可視光域のいずれかの波長において達成されていればよいが、波長550nmにおいて達成されていることが好ましい。この範囲であると、上述したλ/2板と積層されて輝度向上フィルムに用いられるλ/4板を形成するためのλ/4板と組み合わせたときに、反射光の光漏れを視認されない程度まで低減できるため好ましい。
輝度向上フィルムに用いられるλ/4板を透過した直線偏光の方向は、バックライト側偏光板の透過軸方向と平行となるよう積層される。
輝度向上フィルムに用いられるλ/4板が単層の場合には、λ/4板の遅相軸方向と偏光板の吸収軸方向のなす角は30〜60°であり、35〜55°であることが好ましく、40〜50°であることがより好ましく、45°になることが特に好ましい。
コレステリック液晶の螺旋構造定義、光の偏光状態に関しては各種定義があるが、本発明では光が、コレステリック液晶層、λ/4板、偏光板の順で透過した場合、輝度が最大になる配置が好ましい。よって、λ/4板を透過した直線偏光の方向がバックライト側偏光板の透過軸方向と一致するようにすればよい。
このため、コレステリック液晶層を固定してなる光反射層の螺旋構造の方向が右螺旋(本発明の右カイラル材料使用)の場合には、図13に示すように、λ/4板の遅相軸方向が、バックライト側から見たときに偏光子の吸収軸方向から時計回りに上記の角をなす必要がある。一方、コレステリック液晶層を固定してなる光反射層の螺旋構造の方向が左螺旋の場合には、図14に示すように、λ/4板の遅相軸方向が、バックライト側から見たときに偏光子の吸収軸方向から反時計回りに上記の角をなす必要がある。
輝度向上フィルムに用いられるλ/4板(上述の式(1)〜(4)を満たすλ/4板)がλ/4板とλ/2板の積層体の場合には、積層体としてのλ/4板全体の遅相軸方向と偏光板の吸収軸方向のなす角は30〜60°であり、35〜55°であることが好ましく、40〜50°であることがより好ましく、42〜48°であることが特に好ましく、45°になることがより特に好ましい。
なお、コレステリック液晶層を固定してなる光反射層の螺旋構造の方向が右螺旋の場合には、図13に示すように、積層体としてのλ/4板全体の遅相軸方向が、バックライト側から見たときに偏光子の吸収軸方向から時計回りに上記の角をなす必要があり、コレステリック液晶層を固定してなる光反射層の螺旋構造の方向が左螺旋の場合には、図14に示すように、積層体としてのλ/4板全体の遅相軸方向が、バックライト側から見たときに偏光子の吸収軸方向から反時計回りに上記の角をなす必要がある。
ただし、積層体に用いられるλ/4板とλ/2板の夫々の遅相軸方向と偏光板の吸収軸方向のなす角は、次のような位置関係となる。
前述のλ/2板の波長550nmにおけるRthが負である場合には、このλ/2板の遅相軸方向と前述の偏光子の吸収軸方向とのなす角が75°±8°の範囲であることが好ましく、75°±6°の範囲であることがより好ましく、75°±3°の範囲であることがさらに好ましい。さらにこのとき、前述のλ/2板と積層されて輝度向上フィルムに用いられるλ/4板を形成するための前述のλ/4板の遅相軸方向と前述の偏光子層の吸収軸方向とのなす角が15°±8°の範囲であることが好ましく、15°±6°の範囲であることがより好ましく、15°±3°の範囲であることがさらに好ましい。上記の範囲であると、反射光の光漏れを視認されない程度まで低減できるため好ましい。
また、前述のλ/2板の波長550nmにおけるRthが正である場合には、このλ/2板の遅相軸方向と前述の偏光子層の吸収軸方向とのなす角が15°±8°の範囲であることが好ましく、15°±6°の範囲であることがより好ましく、15°±3°の範囲であることがさらに好ましい。さらにこのとき、前述のλ/2板と積層されて輝度向上フィルムに用いられるλ/4板を形成するための前述のλ/4板の遅相軸方向と前述の偏光子層の吸収軸方向とのなす角が75°±8°の範囲であることが好ましく、75°±6°の範囲であることがより好ましく、75°±3°の範囲であることがさらに好ましい。上記の範囲であると、反射光の光漏れを視認されない程度まで低減できるため好ましい。
なお上記では、支持体上に光学異方性層を設けた積層体構造であるλ/2板またはλ/4板について説明したが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、1枚の透明支持体の片面にλ/2板とλ/4板が積層されたものであってもよく、または1枚の透明支持体の片面にλ/2板が積層され、もう一方の片面にλ/4板が積層されたものであってもよい。さらに、λ/2板またはλ/4板は、延伸ポリマーフィルム(光学異方性支持体)単独からなっていても、液晶化合物を含有する組成物から形成された液晶フィルムのみからなっていてもよい。液晶フィルムの好ましい例も、前述の光学異方性層の好ましい例と同様である。
<光の偏光状態を変化させる層>
輝度向上フィルムは反射偏光子のλ/4板層側とは反対側に光の偏光状態を変化させる層を含んでいてもよい。光の偏光状態を変化させる層については後述する。
<接着層(粘着剤層)>
本明細書において、「接着」は「粘着」も含む概念で用いられる。
本発明の輝度向上フィルムにおいては、反射偏光子に含まれるλ/4板および反射偏光子が、直接接触して、または、接着層を介して積層されていることが好ましい。また、反射偏光子を形成する第一の光反射層、第二の光反射層および前述の第三の光反射層のそれぞれも直接接触と接着層を介する積層のどちらも選択することができる。
本発明の輝度向上フィルムおよび後述の本発明の光学シート部材においては、偏光板および反射偏光子が、直接接触して、または、接着層を介して積層されていることが好ましい。
本発明の光学シート部材においては、偏光板、λ/4板および反射偏光子がこの順で、直接接触して、または、接着層を介して積層されていることが好ましい。
これらの部材どうしを直接接触して積層させる方法としては、各部材の上に他の部材を塗布により積層する方法を挙げることができる。
また、これらの部材どうしの間には、接着層(粘着剤層)が配置されていてもよい。光学異方性層と偏光板との積層のために用いられる粘着剤層としては、例えば、動的粘弾性測定装置で測定した貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”との比(tanδ=G”/G’)が0.001〜1.5である物質のことを表し、いわゆる、粘着剤やクリープしやすい物質等が含まれる。本発明に用いることのできる粘着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤や、ポリビニルアルコール系接着剤が挙げられるが、これに限定されない。
また、接着剤としては、ホウ素化合物水溶液、特開2004−245925号公報に示されるような、分子内に芳香環を含まないエポキシ化合物の硬化性接着剤、特開2008−174667号公報記載の360〜450nmの波長におけるモル吸光係数が400以上である光重合開始剤と紫外線硬化性化合物とを必須成分とする活性エネルギー線硬化型接着剤、特開2008−174667号公報記載の(メタ)アクリル系化合物の合計量100質量部中に(a)分子中に(メタ)アクリロイル基を2以上有する(メタ)アクリル系化合物と、(b)分子中に水酸基を有し、重合性二重結合をただ1個有する(メタ)アクリル系化合物と、(c)フェノールエチレンオキサイド変性アクリレートまたはノニルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレートとを含有する活性エネルギー線硬化型接着剤などが挙げられる。
後述の本発明の光学シート部材は、反射偏光子と、反射偏光子の偏光板側に隣接する層との屈折率の差が0.15以下であることが好ましく、0.10以下であることがより好ましく、0.05以下であることが特に好ましい。前述の反射偏光子の偏光板側に隣接する層としては、上述の接着層を挙げることができる。
このような接着層の屈折率の調整方法としては特に制限はないが、例えば特開平11−223712号公報に記載の方法を用いることができる。特開平11−223712号公報に記載の方法の中でも、以下の態様が特に好ましい。
前述の接着層に用いられる粘着剤の例としては、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂をあげることができる。これらは単独もしくは2種以上混合して使用してもよい。特に、アクリル系樹脂は、耐水性、耐熱性、耐光性等の信頼性に優れ、接着力、透明性が良く、更に、屈折率を液晶ディスプレイに適合するように調整し易い等から好ましい。アクリル系粘着剤としては、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、アクリルアミド、アクリルニトリル等のアクリルモノマーの単独重合体もしくはこれらの共重合体、更に、前述のアクリルモノマーの少なくとも1種と、酢酸ビニル、無水マレイン酸、スチレン等の芳香族ビニルモノマーとの共重合体をあげることができる。特に、粘着性を発現するエチレンアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等の主モノマー、凝集力成分となる酢酸ビニル、アクリルニトリル、アクリルアミド、スチレン、メタクリレート、メチルアクリレートなどのモノマー、さらに接着力向上や、架橋化起点を付与するメタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、アクリルアミド、メチロールアクリルアミド、グリシジルメタクリレート、無水マレイン酸等の官能基含有モノマーからなる共重合体で、Tg(ガラス転移点)が−60℃〜−15℃の範囲にあり、重量平均分子量が20万〜100万の範囲にあるものが好ましい。
本発明には、シート状光硬化型粘接着剤(東亞合成グループ研究年報 11 TREND 2011 第14号記載)を接着層に用いることもできる。粘着剤のように光学フィルム同士の貼合が簡便で、紫外線(UV)で架橋・硬化し、貯蔵弾性率、接着力及び耐熱性が向上するものであり、本発明に適した接着法である。
[光学シート部材]
本発明の光学シート部材は、本発明の輝度向上フィルムと、偏光子を含む偏光板とを有し、λ/4板の遅相軸と偏光子の吸収軸とのなす角が30〜60°であり、偏光板、λ/4板および反射偏光子がこの順で直接接触して、または、接着層を介して積層されていることを特徴とする。
図3〜図5に、本発明の光学シート部材の概略図を、バックライトユニット31とともに示した。本発明の光学シート部材21は、輝度向上フィルム11と、偏光子3を含む偏光板1とを含む。偏光板1と、輝度向上フィルム11は、接着層20を介して積層されていてもよく(図3、図4参照)、分離して配置されていてもよい(図5参照)。
積層の際、偏光板と輝度向上フィルムとは接着剤を用いてロールトゥロールで貼合することが好ましい。ロールトゥロールで貼合する際には、偏光板のバックライトユニット側の偏光子保護フィルムは用いずに、輝度向上フィルムを偏光子に直接貼合してもよい。
<偏光板>
次に、偏光板について説明する。
本発明の光学シート部材が有する偏光板は、通常、液晶表示装置に用いられる偏光板と同様、偏光子およびその両側に配置された二枚の偏光板保護フィルム(以下、保護フィルムとも言う)からなることが好ましい。本発明においては、二枚の保護フィルムの内、液晶セル側に配置される保護フィルムとして、位相差フィルムが用いられることが好ましい。
図3〜図6中、偏光板1は、偏光子3を含む。偏光板1は、偏光子3の視認側の表面に位相差フィルムであってもよい偏光板保護フィルム2を含んでいることが好ましい。偏光板1は、偏光子3のバックライトユニット31側の表面に、偏光板保護フィルム4を含んでいてもよい(図4参照)が、含んでいなくてもよい(図3参照)。
(偏光子)
本発明の光学シート部材は、λ/4板の遅相軸と偏光子の吸収軸とのなす角が30〜60°である。より好ましい態様や、λ/4板がλ/2板とλ/4板の積層体である場合の好ましい態様については、上述のλ/4板の説明中に記載した。
前述の偏光子としては、ポリマーフィルムにヨウ素が吸着配向されたものを用いることが好ましい。前述のポリマーフィルムとしては、特に限定されず各種のものを使用できる。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、ポリエチレンテレフタレート系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系フィルムや、これらの部分ケン化フィルム、セルロース系フィルム等の親水性高分子フィルムに、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。これらの中でも、偏光子としてのヨウ素による染色性に優れたポリビニルアルコール系フィルムを用いることが好ましい。
前述のポリビニルアルコール系フィルムの材料には、ポリビニルアルコールまたはその誘導体が用いられる。ポリビニルアルコールの誘導体としては、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセタール等があげられる他、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あげられる。
前述のポリマーフィルムの材料であるポリマーの重合度は、一般に500〜10,000であり、1000〜6000の範囲であることが好ましく、1400〜4000の範囲にあることがより好ましい。更に、ケン化フィルムの場合、そのケン化度は、例えば、水への溶解性の点から、75モル%以上が好ましく、より好ましくは98モル%以上であり、98.3〜99.8モル%の範囲にあることがより好ましい。
前述のポリマーフィルム(未延伸フィルム)は、常法に従って、一軸延伸処理、ヨウ素染色処理が少なくとも施される。さらには、ホウ酸処理、洗浄処理、を施すことができる。また前述の処理の施されたポリマーフィルム(延伸フィルム)は、常法に従って乾燥処理されて偏光子となる。
偏光子の厚さとしては特に限定されず、通常は5〜80μm、好ましくは5〜50μm、より好ましくは、5〜25μmである。
偏光子の光学特性としては、偏光子単体で測定したときの単体透過率が43%以上であることが好ましく、43.3〜45.0%の範囲にあることがより好ましい。また、前述の偏光子を2枚用意し、2枚の偏光子の吸収軸が互いに90°になるように重ね合わせて測定する直交透過率は、より小さいことが好ましく、実用上、0.00%以上0.050%以下が好ましく、0.030%以下であることがより好ましい。偏光度としては、実用上、99.90%以上100%以下であることが好ましく、99.93%以上100%以下であることが特に好ましい。偏光板として測定した際にもほぼこれと同等の光学特性が得られるものが好ましい。
(偏光板保護フィルム)
本発明の光学シート部材は、偏光子の液晶セルと反対側に偏光板保護フィルムを有していてもよく、有さなくてもよい。偏光子の液晶セルと反対側に偏光板保護フィルムを有さない場合は、偏光子に直接または接着剤を介して、後述の反射偏光子が設けられていてもよい。
前述の保護フィルムのうち、液晶セルと反対側に配置される保護フィルムとしては、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮断性、等方性等に優れる熱可塑性樹脂が用いられる。この様な熱可塑性樹脂の具体例としては、トリアセチルセルロース等のセルロース樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂(ノルボルネン系樹脂)、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。
セルロース樹脂は、セルロースと脂肪酸のエステルである。このようセルロースエステル系樹脂の具体例としでは、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、トリプロピルセルロース、ジプロピルセルロース等が挙げられる。これらのなかでも、トリアセチルセルロースが特に好ましい。トリアセチルセルロースは多くの製品が市販されており、入手容易性やコストの点でも有利である。トリアセチルセルロースの市販品の例としては、富士フイルム株式会社製の商品名「UV−50」、「UV−80」、「SH−80」、「TD−80U」、「TD−TAC」、「UZ−TAC」や、コニカ社製の「KCシリーズ」等が挙げられる。
環状ポリオレフィン樹脂の具体的としては、好ましくはノルボルネン系樹脂である。環状オレフィン系樹脂は、環状オレフィンを重合単位として重合される樹脂の総称であり、例えば、特開平1−240517号公報、特開平3−14882号公報、特開平3−122137号公報等に記載されている樹脂が挙げられる。具体例としては、環状オレフィンの開環(共)重合体、環状オレフィンの付加重合体、環状オレフィンとエチレン、プロピレン等のα−オレフィンとその共重合体(代表的にはランダム共重合体)、及び、これらを不飽和カルボン酸やその誘導体で変性したグラフト重合体、ならびに、それらの水素化物等が挙げられる。環状オレフィンの具体例としては、ノルボルネン系モノマーが挙げられる。
環状ポリオレフィン樹脂としては、種々の製品が市販されている。具体例としては、日本ゼオン株式会社製の商品名「ゼオネックス」、「ゼオノア」、JSR株式会社製の商品名「アートン」、TICONA社製の商品名「トーパス」、三井化学株式会社製の商品律「APEL」が挙げられる。
(メタ)アクリル系樹脂としては、本発明の効果を損なわない範囲内で、任意の適切な(メタ)アクリル系樹脂を採用し得る。例えば、ポリメタクリル酸メチル等のポリ(メタ)アクリル酸エステル、メタクリル酸メチル−(メタ)アクリル酸共重合、メタクリル酸メチル−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸メチル−アクリル酸エステル−(メタ)アクリル酸共重合体、(メタ)アクリル酸メチル−スチレン共重合体(MS樹脂等)、脂環族炭化水素基を有する重合体(例えば、メタクリル酸メチル−メタクリル酸シクロヘキシル共重合体、メタクリル酸メチル−(メタ)アクリル酸ノルボルニル共重合体等)が挙げられる。好ましくは、ポリ(メタ)アクリル酸メチル等のポリ(メタ)アクリル酸C1−6アルキルが挙げられる。より好ましくはメタクリル酸メチルを主成分(50〜100質量%、好ましくは70〜100質量%)とするメタクリル酸メチル系樹脂が挙げられる。
(メタ)アクリル系樹脂の具体例として、例えば、三菱レイヨン株式会社製のアクリペットVHやアクリペットVRL20A、特開2004−70296号公報に記載の分子内に環構造を有する(メタ)アクリル系樹脂、分子内架橋や分子内環化反応により得られる高Tg(メタ)アクリル樹脂系が挙げられる。
(メタ)アクリル系樹脂として、ラクトン環構造を有する(メタ)アクリル系樹脂を用いることもできる。高い耐熱性、高い透明性、二軸延伸することにより高い機械的強度を有するからである。
保護フィルムの厚さは適宜に設定し得るが、一般には強度や取扱い等の作業性、薄層性等の点より1〜80μm程度である。特に1〜60μmが好ましく、5〜40μmがより好ましい。保護フィルムは、5〜25μmの場合に特に好適である。
[液晶表示装置]
本発明の液晶表示装置は、本発明の輝度向上フィルムまたは本発明の光学シート部材と、バックライトユニットとをこの順で有し;前述のバックライトユニットが、
430〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有する青色光と、
500〜600nmの波長帯域に発光中心波長を有する緑色光と、
600〜700nmの波長帯域に発光強度のピークの少なくとも一部を有する赤色光とを発光する光源を備え;
前述のバックライトユニットが前述の光源の後部に、前述の光源から発光されて前述の輝度向上フィルムまたは前述の光学シート部材で反射された光の偏光状態の変換および反射をする反射部材を備えることが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置は、前述の青色光および前述の緑色光の半値幅がいずれも100nm以下であることが好ましい。本発明の液晶表示装置は、前述の赤色光が600〜700nmの波長帯域に発光中心波長を有し、前述の赤色光の半値幅が100nm以下であることが好ましい。本発明の液晶表示装置の一部であるこれらのような態様では、RGB狭帯域バックライトと組み合わせることで、色再現性を向上させながら、RGBの各光反射層であるコレステリック液晶相を固定してなる光反射層3層およびλ/4というシンプルな構成の本発明の輝度向上フィルムまたは光学シート部材により十分な輝度向上性能を実現することができる。
バックライトユニットの青色光、緑色光及び赤色光の発光中心波長(発光強度のピークを与える波長)と、輝度向上フィルムにおける各色の反射中心波長(反射率のピークを与える波長)との差(反射中心波長−発光中心波長)は、本発明者らの研究の結果、青色光及び緑色光に関しては、±50nm以内であることが好ましく、±25nm以内であることがより好ましい。
一方、赤色光に関しては0〜75nmであることが斜め色味変化を抑制する観点で好ましく、0〜50nmであることがより好ましく、10〜30nmであることが更に好ましい。バックライトユニットの赤色光の発光中心波長と赤色光反射層の反射中心波長が下記式(ア)を満たすことがより更に好ましい。
式(ア):
10nm<(バックライトユニットの赤色光の発光中心波長−赤色光反射層の反射中心波長)の絶対値<50nm
液晶表示装置において、輝度向上フィルムの第三の光反射層とバックライトユニットの間には、光の偏光状態を変化させる層を配置することが、好ましい。光の偏光状態を変化させる層が光反射層から反射された光の偏光状態を変化させる層として機能し、輝度を向上させることができるからである。光の偏光状態を変化させる層の例としては、空気層より屈折率が高いポリマー層が挙げられ、空気層より屈折率が高いポリマー層の例としては、ハードコート(HC)処理層、アンチグレア(AG)処理層、低反射(AR)処理層などの各種低反射層、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム、アクリル樹脂フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)樹脂フィルム、延伸PETフィルム等が挙げられる。光の偏光状態を変化させる層は支持体を兼ねていてもよい。光反射層から反射された光の偏光状態を変化させる層の平均屈折率と、第三の光反射層の平均屈折率の関係は、
0<|光の偏光状態を変化させる層の平均屈折率−第三の光反射層の平均屈折率|<0.8であることが好ましく、
0<|光の偏光状態を変化させる層の平均屈折率−第三の光反射層の平均屈折率|<0.4であることがさらに好ましく
0<|光の偏光状態を変化させる層の平均屈折率−第三の光反射層の平均屈折率|<0.2がより好ましい。
光の偏光状態を変化させる層は輝度向上フィルムと一体化していてもよく、輝度向上フィルムとは別に設けられていてもよい。
<バックライトユニット>
バックライトユニットの構成としては、導光板や反射板などを構成部材とするエッジライト方式であっても、直下型方式であっても構わない。
本発明の液晶表示装置は、前述のバックライトユニットが光源の後部に、光源から発光されて輝度向上フィルムまたは前述の光学シート部材で反射された光の偏光状態の変換および反射をする反射部材を備える。このような反射部材としては特に制限は無く、公知のものを用いることができ、特許3416302号、特許3363565号、特許4091978号、特許3448626号などに記載されており、これらの公報の内容は本発明に組み込まれる。
バックライトユニットの光源の一例としては、前述の青色光を発光する青色発光ダイオードと、前述の青色発光ダイオードの前述の青色光が入射したときに前述の緑色光と前述の赤色光を発光する蛍光材料を有する光源、または、300nm以上430nm未満の波長帯域に発光中心波長を有するUV光を発光するUV発光ダイオードと、前述のUV発光ダイオードの前述のUV光が入射したときに前述の青色光と前述の緑色光と前述の赤色光を発光する蛍光材料を有する光源、前述の青色光を発光する青色発光ダイオードと、前述の青色光が入射したときに前述の緑色光〜赤色光にかけて広いピークの光を発光する蛍光材料(黄色蛍光体など)を有する光源(疑似白色LED)、前述の青色光を発光する青色発光ダイオードと、前述の緑色光を発光する緑色発光ダイオードと、前述の赤色光を発光する赤色発光ダイオード、のいずれかであることが好ましい。
このなかでも、エネルギー変換(電力―光変換効率)の観点から青色光を発光する青色発光ダイオードと、前述の青色発光ダイオードの前述の青色光が入射したときに前述の緑色光と前述の赤色光を発光する蛍光材料を有する光源、あるいは、青色光を発光する青色発光ダイオードと、前述の青色光が入射したときに前述の緑色光〜赤色光にかけて広いピークの光を発光する蛍光材料(黄色蛍光体など)を有する光源(疑似白色LED)のいずれかであることがより好ましい。青色光を発光する青色発光ダイオードと、前述の青色発光ダイオードの前述の青色光が入射したときに前述の緑色光と前述の赤色光を発光する蛍光材料を有する光源のさらに好ましい態様の場合、バックライトユニットは、430〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有する青色光と、500〜600nmの波長帯域に発光中心波長を有する緑色光と、600〜700nmの波長帯域に発光強度のピークの少なくとも一部を有する赤色光とを発光するものであることが好ましい。
蛍光材料としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系の黄色蛍光体やテルビウム・アルミニウム・ガーネット系の黄色蛍光体等がある。蛍光材料の蛍光波長は、蛍光体の粒子径を変更することによって、制御することができる。
本発明の液晶表示装置は、前述の青色光を発光する青色発光ダイオードと、前述の青色発光ダイオードの前述の青色光が入射したときに前述の緑色光と前述の赤色光を発光する蛍光材料が量子ドット部材(例えば、量子ドットシートやバー形状の量子ドットバー)であり、量子ドット部材が光学シート部材と青色光源の間に配置されたことが好ましい。このような量子ドット部材としては特に制限は無く、公知のものを用いることができるが、例えば特開2012−169271号公報、SID’12 DIGEST p.895、などに記載されており、これらの文献の内容は本発明に組み込まれる。また、このような量子ドットシートとしては、QDEF(Quantum Dot Enhancement Film、ナノシス社製)を用いることができる。
バックライトユニットが発光する青色光の発光中心波長が440〜470nmの波長帯域にあることが好ましい。
バックライトユニットが発光する緑色光の発光中心波長が520〜570nmの波長帯域にあることが好ましい。
バックライトユニットが発光する赤色光の発光中心波長が600〜640nmの波長帯域にあることが好ましい。
前述の青色光、前述の緑色光および前述の赤色光の半値幅がいずれも100nm以下であることが好ましい。
バックライトユニットが発光する青色光が、半値幅が80nm以下である発光強度のピークを有することが好ましく、半値幅が70nm以下である発光強度のピークを有することがより好ましく、半値幅が30nm以下である発光強度のピークを有することが特に好ましい。
バックライトユニットが発光する緑色光が、半値幅が80nm以下である発光強度のピークを有することが好ましく、半値幅が70nm以下である発光強度のピークを有することがより好ましく、半値幅が60nm以下である発光強度のピークを有することが特に好ましい。
バックライトユニットが発光する赤色光が、半値幅が80nm以下である発光強度のピークを有することが好ましく、半値幅が70nm以下である発光強度のピークを有することがより好ましく、半値幅が60nm以下である発光強度のピークを有することが特に好ましい。
バックライトユニットは、その他、公知の拡散板や拡散シート、プリズムシート(例えば、BEFなど)、導光器を備えていることも好ましい。その他の部材についても、特許3416302号、特許3363565号、特許4091978号、特許3448626号などに記載されており、これらの公報の内容は本発明に組み込まれる。
本発明の輝度向上フィルム及び光学シート部材を用いた液晶表示装置の正面輝度をさらに向上させるには、バックライトユニットに2枚のプリズムシートを備え、2枚のプリズムシートのプリズムの向きが実質的に平行であることが好ましい。2枚のプリズムシートのプリズムの向きが実質的に平行とは、2枚のプリズムシートのプリズムのなす角が±5°以内であることをいう。なお、プリズムシートは、プリズムシートの面内の一方の方向に延在された突起(本明細書において、この突起のことをプリズムとも言う)が列状に複数配置されたものであり、列状に配置された複数のプリズムが延在された方向は平行である。プリズムの向きとは、列状に配置された複数のプリズムの延在方向のことを言う。
発明者が鋭意検討した結果、本発明の輝度向上フィルムは、上記のように2枚のプリズムシートのプリズムの向きを垂直にするよりも平行にした方が正面輝度を高くできることがわかった。なお、プリズムシートに上述のいずれの光源を組み合わせた場合でも、同様の効果を得られることがわかった。
<表示パネル>
前述の液晶表示装置の好ましい表示パネルの一例は、透過モードの液晶パネルであり、一対の偏光子とその間に液晶セルとを有する。偏光子のそれぞれと液晶セルとの間には、通常、視野角補償のための位相差フィルムが配置される。液晶セルの構成については特に制限はなく、一般的な構成の液晶セルを採用することができる。液晶セルは、例えば、対向配置された一対の基板と、この一対の基板間に挟持された液晶層とを含み、必要に応じて、カラーフィルター層などを含んでいてもよい。液晶セルの駆動モードについても特に制限はなく、ツイステットネマチック(TN)、スーパーツイステットネマチック(STN)、バーティカルアライメント(VA)、インプレインスイッチング(IPS)、オプティカリーコンペンセイテットベンドセル(OCB)等の種々のモードを利用することができる。
液晶表示装置の一実施形態は、対向する少なくとも一方に電極を設けた基板間に液晶層を挟持した液晶セルを有し、この液晶セルは2枚の偏光板の間に配置して構成されることが好ましい。液晶表示装置は、上下基板間に液晶が封入された液晶セルを備え、電圧印加により液晶の配向状態を変化させて画像の表示を行う。さらに必要に応じて偏光板保護フィルムや光学補償を行う光学補償部材、接着層などの付随する機能層を有する。また、本発明の液晶表示装置は、他の部材を含んでいてもよい。例えば、カラーフィルター基板、薄層トランジスタ基板、レンズフィルム、拡散シート、ハードコート層、反射防止層、低反射層、アンチグレア層等とともに(又はそれに替えて)、前方散乱層、プライマー層、帯電防止層、下塗り層等の表面層が配置されていてもよい。
図6に、本発明の液晶表示装置の構成の一例を示した。図6では、液晶表示装置51は、バックライトユニット31、本発明の光学シート部材21(反射偏光子11とバックライト側偏光板1との積層体)、薄層トランジスタ基板41、液晶セル42、カラーフィルター基板43、表示側偏光板44がこの順で積層される。
なお、本発明の光学シート部材21の構成は、図4の構成のものを代表例として図6に記載したが、本発明の液晶表示装置がこのような例によって図4の構成に限定されることはない。
<光学シート部材の液晶表示装置への貼合方法>
本発明の輝度向上フィルムや本発明の光学シート部材を液晶表示装置へと貼合する方法としては、公知の方法を用いることができる。また、ロールtoパネル製法を用いることもでき、生産性、歩留まりを向上する上で好ましい。ロールtoパネル製法は特開2011−48381号公報、特開2009−175653号公報、特許4628488号公報、特許4729647号公報、WO2012/014602号、WO2012/014571号等に記載されているが、これらに限定されない。
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
[製造例1]
<偏光板の準備>
バックライト側偏光板のフロント側偏光板保護フィルムとして市販のセルロースアシレート系フィルム「TD80UL」(富士フイルム株式会社製)を用いた。
バックライト側偏光板のリア側偏光板保護フィルムとして市販のセルロースアシレート系フィルム「TD80UL」(富士フイルム株式会社製)を用いた。
特開2006−293275号公報の[0219]と同様にして、偏光子を製造し、上記2枚の偏光板保護フィルムを偏光子の両面にそれぞれ貼り合わせて、偏光板を製造した。
[実施例1]
<反射偏光子の形成>
λ/4板に富士フイルム株式会社製の“QLフィルム”を用いた。フィルムのRe(550)=125nm、Rth(550)=1nmであった。
QLフィルムの上に、下記の方法でコレステリック液晶材料として円盤状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層として、第一の光反射層を形成した。
まず配向層としてクラレ社製ポバールPVA−103を純水に溶解後に乾燥膜厚が0.5μmになるように濃度調整してPETベース上にバー塗布し、その後100℃で5分間加熱した。さらにこの表面をラビング処理して配向層を形成した。
続いて下記の組成の溶質を、下記表2に示す第一の光反射層の乾燥膜厚になるように濃度を調製して質量比98:2のCH2Cl2とC25OHの混合溶媒に溶解し、円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記の配向層上にバー塗布して、溶媒を70℃、2分間保持して溶媒を気化させた後に100℃で4分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。
その後この塗布膜を80℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射して、光反射層を形成した。
この光反射層を上述のアクリル系接着剤を用いて、上記のQLフィルム上に貼り合わせ、PETベースおよび配向層を剥離して、コレステリック液晶相を固定してなる第一の光反射層を形成した。
<<円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液の溶質組成>>
円盤状液晶化合物(以下に記載の化合物1) 35質量部
円盤状液晶化合物(以下に記載の化合物2) 35質量部
キラル剤(以下に記載の化合物3) 25質量部
配向助剤(以下に記載の化合物4) 1質量部
配向助剤(以下に記載の化合物5) 1質量部
重合開始剤(以下に記載の化合物6) 3質量部
さらに、下記の棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶性混合物(R1)について、特開2013−203827(〔0016〕−〔0148〕記載)及び富士フイルム研究報告No.50(2005年)pp.60−63を参考に用いたキラル剤の添加量を変更して、コレステリック液晶材料として棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層である、第二の光反射層および第三の光反射層を、それぞれ富士フイルム株式会社製PETフィルム上に作製し、第一の光反射層上に、第二の光反射層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後にPETフィルムを剥離し、さらにその上に第三の光反射層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後にPETフィルムを剥離し、形成した。
<棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶性混合物(R1)の調製>
下記化合物11および12、フッ素系水平配向剤、キラル剤、重合開始剤、溶媒メチルエチルケトンを混合し、下記組成の塗布液を調製した。得られた塗布液を、コレステリック液晶性混合物である塗布液(R1)とした。
・下記化合物11 80質量部
・下記化合物12 20質量部
・下記フッ素系水平配向剤1 0.1質量部
・下記フッ素系水平配向剤2 0.007質量部
・下記右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
下記表2に記載の反射中心波長となる量
(第二の光反射層:略4.1質量部、第三の光反射層:略7.0質量部)
・重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 3質量部
・溶媒(メチルエチルケトン) 溶質濃度が30質量%となる量
得られた第一の光反射層の最大反射率のピークの反射中心波長は540nm、半値幅は50nm、膜厚は2.1μm、Rth(550)は−162nmであった。
得られた第二の光反射層の最大反射率のピークの反射中心波長は630nm、半値幅は60nm、膜厚は2.2μm、Rth(550)は174nmであった。
得られた第三の光反射層の最大反射率のピークの反射中心波長は460nm、半値幅は40nm、膜厚は1.8μm、Rth(550)は138nmであった。
なお、第一の光反射層の平均屈折率は1.5であり、第二の光反射層および第三の光反射層の平均屈折率は1.6であった。
また、得られた広帯域λ/4板および反射偏光子を有する輝度向上フィルムのトータル厚さは7.8μmであった。このようにして得られた輝度向上フィルムを実施例1の輝度向上フィルムとした。
このようにして得られた偏光板と輝度向上フィルムとをアクリル系接着剤で貼合した積層体を、実施例1の光学シート部材とした。
なお、各コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の螺旋構造の方向は、すべて右螺旋であり、これを螺旋構造を形成するために添加するキラル剤の絶対配置を選定することによって行った。
<液晶表示装置の製造>
市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライト側偏光板を実施例1の光学シート部材に変更し、バックライトユニットを以下の量子ドット(RGB狭帯域)バックライトユニットに変更し、実施例1の液晶表示装置を製造した。
用いた量子ドットバックライトユニットは、光源として青色発光ダイオード(日亜B−LED、主波長465nm、半値幅20nm)を備える。また、光源の前部に青色発光ダイオードの青色光が入射したときに中心波長535nm、半値幅40nmの緑色光と、中心波長630nm、半値幅40nmの赤色光の蛍光発光をする量子ドット部材を備える。また、光源の後部に光源から発光されて前述の輝度向上フィルムまたは前述の光学シート部材で反射された光の偏光状態の変換および反射をする反射部材を備える。
[実施例2〜7および比較例1〜3]
実施例1において、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層のコレステリック液晶材料種、キラル剤の混合比率を調節することによる反射波長ピーク、塗布厚みを変更し、下記表2に記載のとおりにした以外は実施例1と同様にして、実施例2〜7および比較例1〜3の輝度向上フィルム、光学シート部材ならびに液晶表示装置を製造した。なお、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層のRthはコレステリック液晶材料種と塗布厚みを変更することで調整した。
また、比較例3は輝度向上膜を用いずに製造例1で作製した偏光板のみをバックライト側偏光板として用い、液晶表示装置を製造した。
[実施例9および10]
実施例2においてQLフィルムのRthのみ変更し、輝度向上フィルムのトータル厚さを下記表2に記載のとおりにした以外は実施例2と同様にして、実施例9および10の輝度向上フィルム、光学シート部材ならびに液晶表示装置を製造した。Rthの変更には、光学異方性層を特表2012−517024号公報の実施例に記載された方法を利用し、棒状液晶(RLC)としてBASF社製のLC242をQLフィルム上に垂直配向させて形成することでRthを変更した。
[実施例8および比較例4]
市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライト側偏光板の代わりに実施例3の光学シート部材を用いて、バックライトユニットを変更せずに、実施例8の液晶表示装置を製造した。
また、比較例4は輝度向上膜を用いずに製造例1で作製した偏光板のみをバックライト側偏光板として用い、液晶表示装置を製造した。
この液晶表示装置のバックライト光源は、青色光の発光ピーク波長450nmであった。緑〜赤領域では1つの発光ピークであり、ピーク波長は550nm、半値幅は100nmであった。
[評価]
各実施例および比較例の輝度向上フィルムおよび光学シート部材を用いた、各実施例および比較例の液晶表示装置を以下の基準にしたがって評価した。得られた結果を下記表2に示した。
(1)正面輝度
液晶表示装置の正面輝度を、特開2009−93166号の〔0180〕に公報に記載の方法で測定した。すなわち、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いて、測定した白表示時の正面輝度を測定した。その結果をもとに、以下の基準で評価した。なお、評価光源を合わせるために、実施例1〜7、9および10、ならびに比較例1および2では比較例3を基準とし、実施例8では比較例4を基準とした。
5:比較例3または4の液晶表示装置の正面輝度よりも30%以上高く、良好である。
4:比較例3または4の液晶表示装置の正面輝度よりも20%以上、30%未満高く、良好である。
3:比較例3または4の液晶表示装置の正面輝度よりも10%以上、20%未満高く、良好である。
2:比較例3または4の液晶表示装置の正面輝度と同等以下である。
(2)斜め色味変化
液晶表示装置の斜め色味変化Δu’v’を以下の方法で評価した。色味座標u’、v’の値を正面(極角0度)と極角60度方向で差分をとった色味色差Δu’v’を方位角0〜360度方向で測定し、その平均値を斜め色味変化Δu’v’の評価指標とした。色味座標u’v’の測定には測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いた。その結果をもとに、以下の基準で評価した。
7:比較例1の液晶表示装置の斜め色味変化よりも40%以上少なく、良好である。
6:比較例1の液晶表示装置の斜め色味変化よりも35%以上、40%未満少なく、良好である。
5:比較例1の液晶表示装置の斜め色味変化よりも30%以上、35%未満少なく、良好である。
4:比較例1の液晶表示装置の斜め色味変化よりも20%以上、30%未満少なく、良好である。
3:比較例1の液晶表示装置の斜め色味変化よりも10%以上、20%未満少なく、良好である。
2:比較例1の液晶表示装置の斜め色味変化と同等以下である。
(3)色再現域
液晶表示装置の色再現域を、特開2012−3073号公報の〔0066〕に記載のように、(株)トプコン製Bm5にて測定した。その結果をもとに、以下の基準で評価した。
4:比較例4の液晶表示装置のNTSC比よりも20%以上高く、良好である。
3:比較例4の液晶表示装置のNTSC比よりも5%以上、20%未満高く、良好である。
2:比較例4の液晶表示装置のNTSC比と同等以上、5%未満高い。改善を確認できる。
1:比較例4の液晶表示装置のNTSC比と同等未満である。悪化する。
上記表2より、本発明の輝度向上フィルムを、液晶表示装置の液晶セルよりもバックライト側に組み込んだ液晶表示装置は、正面輝度が高く、斜め色味変化が抑制されたことがわかった。
一方、比較例1および比較例2より、第一の光反射層のRth(550)と第二の光反射層のRth(550)の符号が同じ輝度向上フィルムを液晶表示装置に組み込むと、斜め色味変化が悪いことがわかった。
比較例3および4より、輝度向上フィルムを用いない液晶表示装置は、いずれも正面輝度が悪いことがわかった。
なお、上記表2より、本発明の好ましい態様の一つである実施例1〜7、9および10の液晶表示装置では、さらに色再現性も高くなっていたことがわかった。
また、各実施例、比較例1および2では反射偏光子が円偏光を出射(透過および反射)していることを本明細書中に記載の方法で確認した。
[実施例11〜18および比較例5]
<実施例11および12および比較例5の輝度向上フィルム用の支持体の形成>
(コア層セルロースアシレートドープの作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
コア層セルロースアシレートドープの組成:
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
可塑剤2(下記構造) 15質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 426質量部
メタノール(第2溶剤) 64質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
(外層セルロースアシレートドープの作製)
上記のコア層セルロースアシレートドープ90質量部に下記のマット剤溶液を10質量部加え、外層セルロースアセテート溶液を調製した。
マット剤溶液の組成:
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
平均粒子サイズ20nmのシリカ粒子
(AEROSIL R972、日本アエロジル(株)製) 2質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 76質量部
メタノール(第2溶剤) 11質量部
コア層セルロースアシレートドープ 1質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
(セルロースアシレートフィルムの作製)
前述のコア層セルロースアシレートドープとその両側に外層セルロースアシレートドープとを3層同時に流延口から20℃のドラム上に流延した。溶剤含有率略20質量%の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端をテンタークリップで固定し、残留溶剤が3〜15%の状態で、横方向に1.1倍延伸しつつ乾燥した。その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、厚さ40μmのセルロースアシレートフィルムを作製し、セルロースアシレート1とした。このフィルムの550nmにおけるReとRthはそれぞれ0.9nm、−4nmであった。
<実施例13〜18の輝度向上フィルム用の支持体の作製>
(コア層セルロースアシレートドープの作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
コア層セルロースアシレートドープの組成:
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
エステルオリゴマー(下記可塑剤1) 10質量部
偏光子耐久性改良剤(下記化合物2−10) 4質量部
紫外線吸収剤(下記UV剤A) 4質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 438質量部
メタノール(第2溶剤) 65質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
(外層セルロースアシレートドープの作製)
上記のコア層セルロースアシレートドープ90質量部に下記のマット剤溶液を10質量部加え、外層セルロースアセテート溶液を調製した。
(マット剤溶液の組成)
平均粒子サイズ20nmのシリカ粒子
(AEROSIL R972、日本アエロジル(株)製) 2質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 76質量部
メタノール(第2溶剤) 11質量部
コア層セルロースアシレートドープ 1質量部
(セルロースアシレートフィルムの作製)
前述のコア層セルロースアシレートドープとその両側に外層セルロースアシレートドープとを3層同時に流延口から20℃のドラム上に流延した。溶剤含有率略20質量%の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端をテンタークリップで固定し、残留溶剤が3〜15質量%の状態で、横方向に1.1倍延伸しつつ乾燥した。その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、厚さ25μmのセルロースアシレートフィルムを作製し、セルロースアシレート2とした。このフィルムの550nmにおけるReとRthはそれぞれ0.6nm、41nmであった。
<実施例11〜18および比較例5の輝度向上フィルム用のλ/4板の形成>
配向層としてクラレ社製ポバールPVA−103を純水に溶解後に乾燥膜厚が0.5μmになるように濃度調整した溶液を、実施例11〜16および比較例5では上記で作製したセルロースアシレート1上に、実施例17、18では上記で作製したセルロースアシレート2上にバー塗布し、その後、100℃で5分間加熱した。さらにこの表面をラビング処理して配向層を形成した。
続いて下記の組成の溶質を、乾燥膜厚1μmになるように濃度を調製してMEKに溶解し、塗布液を調製した。この塗布液を上記の配向層上にバー塗布して、溶媒を85℃、2分間保持して溶媒を気化させた後に100℃で4分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。なお、円盤状化合物は支持体平面に対して垂直配向していた。
その後この塗布膜を80℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射してλ/4板を形成した。
(λ/4板系形成用の塗布液の溶質組成)
円盤状液晶化合物(以下に記載の化合物101) 35質量部
円盤状液晶化合物(以下に記載の化合物102) 35質量部
配向助剤
(実施例1で使用した円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液に記載の化合物4)
1質量部
配向助剤
(実施例1で使用した円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液に記載の化合物5)
1質量部
重合開始剤
(実施例1で使用した円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液に記載の化合物6)
3質量部
<実施例11の輝度向上フィルム用の反射偏光子の形成>
上記の方法で作製したλ/4板の上に、下記の方法でコレステリック液晶材料として円盤状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層として、第一の光反射層を形成した。
まず、配向層としてサンエバーSE−130(日産化学社製)をN−メチルピロリドンに溶解後に乾燥膜厚が0.5μmになるように濃度調整してガラス板上にバー塗布し、その後100℃で5分間加熱し、250℃で1時間加熱した。さらにこの表面をラビング処理して配向層を形成した。
続いて下記の組成の溶質を、下記表2に示す第一の光反射層の乾燥膜厚になるように濃度を調整してMEKに溶解し、円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記の配向層上にバー塗布して、溶媒を70℃、2分間保持して溶媒を気化させた後に100℃で4分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。
その後この塗布膜を45℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射して、光反射層を形成した。
この光反射層を上述のアクリル系接着剤を用いて、上記のλ/4板上に貼り合わせ、ガラス板を剥離して、コレステリック液晶相を固定してなる第一の光反射層を形成した。
<<円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液の溶質組成>>
円盤状液晶化合物
(実施例11で使用したλ/4板系形成用の塗布液に記載の化合物101)
56質量部
円盤状液晶化合物
(実施例11で使用したλ/4板系形成用の塗布液に記載の化合物102)
14質量部
配向助剤
(実施例1で使用した円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液に記載の化合物4)
1質量部
配向助剤
(実施例1で使用した円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液に
記載の化合物5)
1質量部
重合開始剤
(実施例1で使用した円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液に記載の化合物6)
3質量部
キラル剤(以下に記載の化合物103) 2.5質量部
さらに、実施例1で使用した棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶性混合物(R1)について、特開2013−203827(〔0016〕−〔0148〕記載)及び富士フイルム研究報告No.50(2005年)pp.60−63を参考に用いたキラル剤の添加量を変更して、コレステリック液晶材料として棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層である、第二の光反射層および第三の光反射層を、それぞれ富士フイルム株式会社製PETフィルム上に作製し、第一の光反射層上に、第二の光反射層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後にPETフィルムを剥離し、さらにその上に第三の光反射層をアクリル系接着剤を用いて貼り合わせた後にPETフィルムを剥離し、形成した。
このようにして得られた輝度向上フィルムを実施例11の輝度向上フィルムとした。
また、このようにして得られた偏光板と輝度向上フィルムの積層体を、実施例11の光学シート部材とした。
実施例1において、光学シート部材として実施例11の光学シート部材を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例11の液晶表示装置を作製した。
<実施例12〜18および比較例5の輝度向上フィルム>
実施例11において、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層の積層順を下記表3に記載のとおりにした以外は実施例11と同様にして、実施例12〜18および比較例5の輝度向上フィルム、光学シート部材ならびに液晶表示装置を製造した。
[評価]
実施例11〜18および比較例5の輝度向上フィルムおよび光学シート部材を用いた、実施例11〜18および比較例5の液晶表示装置を実施例1と同様の基準にしたがって評価した。
具体的には、正面輝度については、実施例11〜実施例18および比較例5では、比較例3を基準にして評価した。
斜め色味変化については、実施例11〜実施例18および比較例5では、比較例1を基準にして評価した。
色再現域については、実施例11〜実施例18および比較例5では、比較例4を基準にして評価した。
得られた結果を下記表3に示した。
上記表3より、本発明の輝度向上フィルムを、液晶表示装置の液晶セルよりもバックライト側に組み込んだ液晶表示装置は、正面輝度が高く、斜め色味変化が抑制されたことがわかった。
一方、比較例5より、第一の光反射層のRth(550)と第二の光反射層のRth(550)の符号が同じ輝度向上フィルムを液晶表示装置に組み込むと、斜め色味変化が悪いことがわかった。
また、各実施例、比較例5では反射偏光子が円偏光を出射(透過および反射)していることを本明細書中に記載の方法で確認した。
[実施例19]
本発明の輝度向上フィルムの製造プロセスの一例を示す。初めに、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製する。次に、仮支持体をラビング処理後、第三の光反射層を直接積層させ、更にその上に第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製する。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を接着層を用いて接着させて、輝度向上フィルムとする。
<輝度向上フィルム用支持体の作製>
(セルロースエステル溶液A−1の調製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースエステル溶液A−1を調製した。
セルロースエステル溶液A−1の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・セルロースアセテート(アセチル化度2.86) 100質量部
・メチレンクロライド(第1溶媒) 320質量部
・メタノール(第2溶媒) 83質量部
・1−ブタノール(第3溶媒) 3質量部
・トリフェニルフォスフェート 7.6質量部
・ビフェニルジフェニルフォスフェート 3.8質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
(マット剤分散液B−1の調製)
下記の組成物を分散機に投入し、攪拌して各成分を溶解し、マット剤分散液B−1を調製した。
マット剤分散液B−1の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・シリカ粒子分散液(平均粒径16nm)
"AEROSIL R972"、日本アエロジル(株)製 10.0質量部
・メチレンクロライド 72.8質量部
・メタノール 3.9質量部
・ブタノール 0.5質量部
・セルロースエステル溶液A−1 10.3質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
(紫外線吸収剤溶液C−1の調製)
下記の組成物を別のミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、紫外線吸収剤溶液C−1を調製した。
紫外線吸収剤溶液C−1の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・紫外線吸収剤(下記UV−1) 10.0質量部
・紫外線吸収剤(下記UV−2) 10.0質量部
・メチレンクロライド 55.7質量部
・メタノール 10質量部
・ブタノール 1.3質量部
・セルロースエステル溶液A−1 12.9質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
(セルロースエステルフィルムの作製)
セルロースアシレート溶液A−1を94.6質量部、マット剤分散液B−1を1.3質量部とした混合物に、セルロースアシレート100質量部当たり、紫外線吸収剤(UV−1)および紫外線吸収剤(UV−2)がそれぞれ1.0質量部となるように、紫外線吸収剤溶液C−1を加え、加熱しながら充分に攪拌して各成分を溶解し、ドープを調製した。得られたドープを30℃に加温し、流延ギーサーを通して直径3mのドラムである鏡面ステンレス支持体上に流延した。支持体の表面温度は−5℃に設定し、塗布幅は1470mmとした。流延したドープ膜をドラム上で34℃の乾燥風を150m3/分で当てることにより乾燥させ、残留溶剤が150%の状態でドラムより剥離した。剥離の際、搬送方向(長手方向)に15%の延伸を行った。その後、フィルムの幅方向(流延方向に対して直交する方向)の両端をピンテンター(特開平4−1009号公報の図3に記載のピンテンター)で把持しながら搬送し、幅手方向には延伸処理を行わなかった。さらに、熱処理装置のロール間を搬送することによりさらに乾燥し、セルロースアシレートフィルム(T1)を製造した。作製した長尺状のセルロースアシレートフィルム(T1)の残留溶剤量は0.2%で、厚みは60μmで、550nmにおけるReとRthはそれぞれ0.8nm、40nmであった。
<配向層の形成>
(アルカリ鹸化処理)
前述のセルロースアシレートフィルム(T1)を、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度を40℃に昇温した後に、フィルムのバンド面に下記に示す組成のアルカリ溶液を、バーコーターを用いて塗布量14ml/m2で塗布し、110℃に加熱した(株)ノリタケカンパニーリミテド製のスチーム式遠赤外ヒーターの下に、10秒間搬送した。続いて、同じくバーコーターを用いて、純水を3ml/m2塗布した。次いで、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りを3回繰り返した後に、70℃の乾燥ゾーンに10秒間搬送して乾燥し、アルカリ鹸化処理したセルロースアシレートフィルムを作製した。
アルカリ溶液組成
─────────────────────────────────────
水酸化カリウム 4.7質量部
水 15.8質量部
イソプロパノール 63.7質量部
界面活性剤SF−1:C1429O(CH2CH2O)20H 1.0質量部
プロピレングリコール 14.8質量部
─────────────────────────────────────
続いてセルロースアシレートフィルム(T1)のアルカリ鹸化処理を行った面に、下記組成の配向層塗布液(A)を#14のワイヤーバーで連続的に塗布した。60℃の温風で60秒、更に100℃の温風で120秒乾燥した。使用した変性ポリビニルアルコールの鹸化度は96.8%であった。
配向層塗布液(A)の組成
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
下記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 308質量部
メタノール 70質量部
イソプロパノール 29質量部
光重合開始剤(イルガキュアー2959、BASF社製) 0.8質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
変性ポリビニルアルコールの組成割合は、モル分率である。
上記作製した配向層に連続的にラビング処理を施した。このとき、長尺状のフィルムの長手方向と搬送方向は平行であり、フィルム長手方向とラビングローラーの回転軸とのなす角度を略45°とした。
<λ/4板の形成>
下記の組成の溶質を、乾燥膜厚1.0μmになるように濃度を調製してMEKに溶解し、塗布液を調製した。この塗布液を上記の配向層上にバー塗布して、80℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を75℃に保持し、これにメタルハライドランプを用いて300mJ/cm2紫外線照射して、λ/4板を形成した。
得られたλ/4板の面内方向のレターデーションReを測定すると、130nmであった。<<λ/4板塗布液の溶質組成>>
円盤状液晶化合物
(実施例11で使用したλ/4板形成用の塗布液に記載の化合物101)
80質量部
円盤状液晶化合物
(実施例11で使用したλ/4板形成用の塗布液に記載の化合物102)
20質量部
配向助剤
(実施例1で使用した円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液に記載の化合物4)
0.9質量部
配向助剤2(以下に記載の化合物) 0.08質量部
界面活性剤1(以下に記載の化合物) 0.075質量部
重合開始剤(以下に記載の化合物) 3質量部
重合性モノマー(以下に記載の化合物) 10質量部
<反射偏光子の形成>
(第一の光反射層の形成)
前述の、λ/4板の上に、下記の方法でコレステリック液晶材料として円盤状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層として、第一の光反射層を形成した。
下記の組成の溶質を、乾燥膜厚が実施例17と同じになるように濃度を調製してMEKに溶解し、円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記のλ/4板の上にバー塗布して、110℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を45℃に保持し、これにメタルハライドランプを用いて300mJ/cm2紫外線照射して、光反射層を形成した。
<<第一の光反射層塗布液の溶質組成>>
円盤状液晶化合物
(実施例11で使用したλ/4板形成用の塗布液に記載の化合物101)
80質量部
円盤状液晶化合物
(実施例11で使用したλ/4板形成用の塗布液に記載の化合物102)
20質量部
上記界面活性剤1 0.45質量部
上記重合開始剤1 3質量部
下記カイラル剤1
実施例17記載の反射中心波長となる量(略3.5質量部)
(第三の光反射層の形成)
仮支持体として富士フイルム株式会社製PET(厚さ75μm)を準備し、連続的にラビング処理を施した。ラビング処理の方向は、フィルム長手方向と平行とした。なお、仮支持体としては上記PETフィルム以外に、一般的なPETフィルム(たとえばコスモシャインA4100(東洋紡))を用いることができることを確認した。
下記の組成の溶質を、乾燥膜厚が実施例17と同じになるように濃度を調製してMEKに溶解し、棒状状液晶化合物を含む第三の光反射層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記のラビングを施した仮支持体上にバー塗布して、85℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を45℃に保持し、これにメタルハライドランプを用いて300mJ/cm2紫外線照射して、第三の光反射層を形成した。
<<第三の光反射層塗布液の溶質組成>>
・実施例1記載の化合物11 83質量部
・下記棒状化合物18−1 15質量部
・下記棒状化合物18−2 2質量部
・実施例1記載のフッ素系水平配向剤1 0.05質量部
・実施例1記載のフッ素系水平配向剤2 0.01質量部
・実施例1記載の右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
実施例17記載の反射中心波長となる量(略5.6質量部)
・多官能モノマーA−TMMT(新中村化学工業(株)社製) 1質量部
・重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 3質量部
(第二の光反射層の形成)
下記の組成の溶質を、乾燥膜厚が実施例17と同じになるように濃度を調製してMEKに溶解し、棒状状液晶化合物を含む第二の光反射層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記作製の第三の光反射層の上にバー塗布して、85℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を45℃に保持し、これにメタルハライドランプを用いて300mJ/cm2紫外線照射して、第二の光反射層を形成した。
<<第二の光反射層塗布液の溶質組成>>
・実施例1記載の化合物11 83質量部
・上記棒状化合物18−1 15質量部
・上記棒状化合物18−2 2質量部
・実施例1記載のフッ素系水平配向剤1 0.05質量部
・実施例1記載のフッ素系水平配向剤2 0.01質量部
・実施例1記載の右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
実施例17記載の反射中心波長となる量(略6.9質量部)
・多官能モノマーA−TMMT(新中村化学工業(株)社製) 1質量部
・重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 3質量部
<輝度向上フィルムの形成>
上記で作製した支持体の上に配向層、λ/4板および第一の光反射層が積層したフィルム1と上記で作製した仮支持体上に第三の光反射層と第二の反射層が積層したフィルム2を接着させた。接着させた面は、第一の光反射層面と第二の反射層面である。接着は、市販のアクリル接着剤(東亞合成株式会社製UV−3300)を塗布により設け、仮支持体側からメタルハライドランプを用いて、照射量100mJ/cm2の紫外線を照射して接着剤を硬化させることにより行った。最後に、仮支持体を剥離し、実施例19の輝度向上フィルムを得た(図9)。
得られた実施例19の輝度向上フィルムの性能は、実施例17で示した輝度向上フイルムと同様であった。
実施例17と同じ特性を有する輝度向上フィルムの製造プロセスは、実施例19以外にも様々方式を考えることできる。例えば、一例として以下を挙げることができる。
1)支持体の上にλ/4板および第一の光反射層が直接または配向層を介して積層したフィルムに仮支持体上に作製した第二の光反射層を接着後、仮支持体を剥離し、更に仮支持体上に作製した第三の光反射層を有するフィルムとを接着する方法。
2)支持体上にλ/4板のみ積層したフィルムと仮支持体上に第三、第二、第一の光反射層が直接または配向層または接着層を介して積層したフィルムとを接着する方法。
3)支持体の上に配向層、λ/4板、第一の光反射層および第二の光反射層が直接または配向層を介して積層したフィルムと仮支持体上に作製した第三の光反射層を有するフィルムとを接着する方法。
4)支持体の上に配向層、λ/4板、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層を直接または配向層を介して積層する方法。
[実施例20]
支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に実施例17で用いた第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。次に、仮支持体であるPET支持体をラビング処理後、実施例17の第三の光反射層を直接積層させ、その上に実施例17の第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を市販のアクリル接着剤(東亞合成株式会社製UV−3300)を塗布により設け、メタルハライドランプを用いて、照射量100mJ/cm2の紫外線を照射して接着剤硬化させることにより接着させた後に仮支持体を剥離し、実施例20の輝度向上フィルムとした。
次に、実施例8および比較例4同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例20の輝度向上フィルムを前述の製造例1で作製した偏光板に、耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて貼合したものをバックライト側偏光板として用い、実施例20の液晶表示装置を製造した。
前述のポリビニルアルコール系樹脂を含有する接着剤は、特に限定されるものではないが、接着性の点から平均重合度100〜3000程度、平均ケン化度は85〜100モル%程度が好ましい。また、接着剤水溶液の濃度としては特に限定されるものではないが、0.1〜15質量%であることが好ましく、0.5〜10質量%であることがより好ましい。接着層の厚みとしては、乾燥後の厚みにおいて30〜1000nm程度が好ましく、50〜300nmがより好ましい。この厚みが薄すぎると接着力が不十分となり、厚すぎると外観に問題が発生する確率が高くなる。その他の接着剤として、(メタ)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性樹脂又は紫外線硬化型樹脂を用いて同様のものを作製できる。
この液晶表示装置のバックライト光源は、青色光の発光ピーク波長450nmであった。緑〜赤領域では1つの発光ピークであり、ピーク波長は550nm、半値幅は100nmであった。上記光源は青色LED+黄色蛍光体(YAG蛍光体)を組み合わせた一般的に白色LED光源と呼ばれているものを指す。
[実施例21]
実施例20同様に、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。次に、仮支持体をラビング処理後、第三の光反射層を直接積層させ、更にその上に第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を接着層を用いて接着させた後に仮支持体を剥離し、実施例21の輝度向上フィルムとした。その後、実施例20において、実施例20の輝度向上フィルムの代わりに実施例21の輝度向上フィルムを用いた以外は実施例20と同様にして、実施例21の液晶表示装置を製造した。実施例20との違いは、第三の光反射層(G)の反射帯域を特表2011−510915号公報の〔0153〕〜〔0171〕段落に記載の高Δn液晶材料を使用し、以下の方法を用いて、第三の光反射層の反射帯域を半値幅で160nmに拡大することで、輝度を改善した点である。
第三の光反射層の作製は特表2011−510915号公報の〔0172〕〜〔0177〕記載の手法を参考に行った。
特表2011−510915号公報の〔0172〕の処方において、同公報〔0174〕記載のカイラル剤(D1)を添加しない塗布液を作製した。次に、前述のカイラル剤(D1)を、追加して第三の光反射層塗布液を調製した。この塗布液を、本願の実施例17と同様の手法で仮支持体上に塗布及びUV硬化することで第三の光反射層を作製した。第三の光反射層の反射帯域は約160nmであった。なお、カイラル剤は第三の光反射層の反射ピークの中心波長が、分光測定器UV3150(島津製作所)を用いて測定して、575nmとなる量を追加した。
また、カイラル剤に関しては、本願記載の化合物103の化合物を用いても、添加量を調整しながら、同様のコレステリック液晶が実現できる。
実施例21の第三の光反射層の反射帯域を「G広帯域1」として下記表4に記載した。
勿論、G、B、R反射帯域の何れか一つ以上を拡大することでも輝度改善は実現することが可能であるが、斜め色変化の設計に、本発明のRth光学補償原理を適用する必要性がある。
[実施例22]
実施例20同様に、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製する。次に、仮支持体をラビング処理後、第三の光反射層を直接積層させ、更にその上に第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を接着層を用いて接着させた後に仮支持体を剥離し、実施例22の輝度向上フィルムとした。その後、実施例20において、実施例20の輝度向上フィルムの代わりに実施例22の輝度向上フィルムを用いた以外は実施例20と同様にして、実施例22の液晶表示装置を製造した。実施例21との違いは、以下の方法を用いて、第三の光反射層(G)の反射帯域を半値幅で200nmに拡大することで、輝度を改善した点である。
第三の光反射層の作製は、特開平6-281814号公報の〔0052〕〜〔0053〕に記載の方法を参考にしピッチグラジエント法を用いた。
特開平6-281814号公報の〔0052〕記載の処方においてカイラル・モノマ成分Aの割合を変えることで第三の光反射層塗布液の調整を行った。分光測定器UV3150(島津製作所)を用いて、反射ピークの中心波長が598nmとなるようにカイラル・モノマ成分Aの添加量を調整した。仮支持体であるPETにラビング処理した後、調整した塗布液を用い仮支持体の上に直接層を設ける以外は前述の‘814公報〔0052〕と同様の手法にて第三の光反射層を設けた。第三の光反射層の反射帯域は約200nmであった。
実施例22の第三の光反射層の反射帯域を「G広帯域2」として下記表4に記載した。
[評価]
実施例20〜22の輝度向上フィルムを用いた、実施例20〜22の液晶表示装置を実施例1と同様の基準にしたがって評価した。
具体的には、正面輝度については、実施例20〜22では、比較例4を基準にして評価した。
斜め色味変化については、実施例20〜22では、比較例4を基準にして評価した。
色再現域については、実施例20〜22では、比較例4を基準にして評価した。
評価結果を以下の表4に示す。
以上より、白色LED光源を用いた場合でも、本発明の輝度向上フィルムを、液晶表示装置の液晶セルよりもバックライト側に組み込んだ液晶表示装置が正面輝度、斜め色味変化、色再現域の点で優れていることがわかる。
[実施例23]
実施例20と同様に、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。第一の光反射層の反射ピークの中心波長、膜厚は表5に記載の値になるように調整した。次に、仮支持体をラビング処理後、第三の光反射層を直接積層させ、更にその上に第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を接着層を用いて接着させた後に仮支持体を剥離し、実施例23の輝度向上フィルムとした。実施例20との違いは、第二の光反射層(B)及び第三の光反射層(G)の反射帯域を、実施例21と同様に特表2011−510915号公報の〔0153〕〜〔0171〕段落に記載の高Δn液晶材料を使用し、以下の方法を用いて、第二の光反射層の反射帯域を半値幅で140nm、第三の光反射層の反射帯域を半値幅で160nmに拡大することで、輝度を改善した点である。
第二の光反射層、第三の光反射層の作製は、塗布液へのカイラル剤の添加量を変更し、反射ピークの中心波長および膜厚を表5に記載した値になるように調整した以外は、実施例21の第三の光反射層の作製と同様の方法で実施した。
特開2006−293275号公報の[0219]〜[0220]と同様にして偏光子を製造し、実施例20で用いたものと同様の耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて、偏光子の両面に上記輝度向上フィルムおよび偏光板保護フィルム(TD80UL(富士フイルム株式会社製))をロールトゥロールでそれぞれ貼り合わせて、実施例23の光学シート部材を製造した。なお、輝度向上フィルムは支持体側を偏光子に貼り合わせた。
次に、実施例20と同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例23の光学シート部材をバックライト側偏光板として用い、実施例23の液晶表示装置を製造した。
[実施例24]
実施例20と同様に、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。第一の光反射層は青色光反射層とし、反射ピークの中心波長、膜厚は表5に記載の値になるように調整した。次に、仮支持体をラビング処理後、第三の光反射層を直接積層させ、更にその上に第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を接着層を用いて接着させた後に仮支持体を剥離し、実施例24の輝度向上フィルムとした。実施例20との違いは、第二の光反射層を緑色反射層、第三の光反射層を赤色反射層とし、それぞれの反射帯域を、実施例21と同様に特表2011−510915号公報の〔0153〕〜〔0171〕段落に記載の高Δn液晶材料を使用し、以下の方法を用いて、第二の光反射層の反射帯域を半値幅で160nm、第三の光反射層の反射帯域を半値幅で170nmに拡大することで、輝度を改善した点である。
第二の光反射層、第三の光反射層の作製は、塗布液へのカイラル剤の添加量を変更し、反射ピークの中心波長および膜厚を表5に記載した値になるように調整した以外は、実施例21の第三の光反射層の作製と同様の方法で実施した。
特開2006−293275号公報の[0219]〜[0220]と同様にして偏光子を製造し、実施例20で用いたものと同様の耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて、偏光子の両面に上記輝度向上フィルムおよび偏光板保護フィルム(TD80UL(富士フイルム株式会社製))をロールトゥロールでそれぞれ貼り合わせて、実施例24の光学シート部材を製造した。なお、輝度向上フィルムは支持体側を偏光子に貼り合わせた。
次に、実施例20と同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例24の光学シート部材をバックライト側偏光板として用い、実施例24の液晶表示装置を製造した。
[実施例25]
<λ/4板の作製>
メタクリル酸メチル97.8質量%とアクリル酸メチル2.2質量%とからなるモノマー組成物を、バルク重合法により重合させ、樹脂ペレットを得た。
特公昭55−27576号公報の実施例3に準じて、ゴム粒子を製造した。このゴム粒子は、球形3層構造を有し、芯内層が、メタクリル酸メチル及び少量のメタクリル酸アリルの架橋重合体であり、内層が、主成分としてのアクリル酸ブチルとスチレン及び少量のアクリル酸アリルとを架橋共重合させた軟質の弾性共重合体であり、外層が、メタクリル酸メチル及び少量のアクリル酸エチルの硬質重合体である。また、内層の平均粒子径は0.19μmであり、外層をも含めた粒径は0.22μmであった。
上記樹脂ペレット70質量部と、上記ゴム粒子30質量部とを混合し、二軸押出機で溶融混練して、メタクリル酸エステル重合体組成物(ガラス転移温度105℃)を得た。
上記メタクリル酸エステル重合体組成物(b層)、及びスチレン無水マレイン酸共重合体(ガラス転移温度130℃)(a層)を温度280℃で共押出成形することにより、b層/a層/b層の三層構造で、各層が45/70/45(μm)の平均厚みを有する複層フィルムを得た。この積層フィルムを、テンター延伸機で、遅相軸がMD方向(Machine Direction方向。フィルムの流れ方向を指す。)に対して45°傾いた方向になるように、延伸温度134℃、延伸倍率1.8倍で斜め延伸し、2種3層1/4波長板を得た。2種3層1/4波長板は、波長550nmにおいてRe:140nm、Rth:−85nmの光学特性を有するものであった。
<光反射層の作製>
λ/4板として、上記2種3層1/4波長板を用いたほかは、実施例11と同様にして、第一の光反射層を作製した。このとき、反射帯域の中心波長が表5に記載の値になるように、キラル剤の量は調整した。次に、実施例23と同様の方法で、仮支持体をラビング処理後、第三の光反射層を直接積層させ、更にその上に第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を接着層を用いて接着させた後に仮支持体を剥離し、実施例25の輝度向上フィルムとした。
特開2006−293275号公報の[0219]〜[0220]と同様にして偏光子を製造し、実施例20で用いたものと同様の耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて、偏光子の両面に上記輝度向上フィルムおよび偏光板保護フィルム(TD80UL(富士フイルム株式会社製))をロールトゥロールでそれぞれ貼り合わせて、実施例25の光学シート部材を製造した。なお、輝度向上フィルムはλ/4板側を偏光子に貼り合わせた。
次に、実施例20と同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例25の光学シート部材をバックライト側偏光板として用い、実施例25の液晶表示装置を製造した。
[評価]
実施例23〜25の輝度向上フィルムを用いた、実施例23〜25の液晶表示装置を実施例1と同様の基準にしたがって評価した。
具体的には、正面輝度については、実施例23〜25では、比較例4を基準にして評価した。
斜め色味変化については、実施例23〜25では、比較例4を基準にして評価した。
色再現域については、実施例23〜25では、比較例4を基準にして評価した。
評価結果を以下の表5に示す。
[実施例26]
<支持体の作製>
まず、実施例3で用いるλ/4板のためのセルロースエステル支持体を作製した。
(セルロースアシレートフィルムの作製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
コア層セルロースアシレートドープの組成:
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
可塑剤2(上記構造) 15質量部
メチレンクロライド 426質量部
メタノール 64質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
上記のコア層セルロースアシレートドープ90質量部に下記のマット剤溶液を10質量部加え、外層セルロースアセテート溶液を調製した。
マット剤溶液の組成:
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
平均粒子サイズ20nmのシリカ粒子
(AEROSIL R972、日本アエロジル(株)製) 2質量部
メチレンクロライド 76質量部
メタノール 11質量部
コア層セルロースアシレートドープ 1質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
上述のコア層セルロースアシレートドープとその両側に外層セルロースアシレートドープとを3層同時に流延口から20℃のドラム上に流延した。溶剤含有率略20質量%の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端をテンタークリップで固定し、残留溶剤が3〜15%の状態で、横方向に1.1倍延伸しつつ乾燥した。その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、厚さ60μm、Rthが0nmのセルロースアシレートフィルムを作製し、セルロースアシレートフィルムT2とした。
(アルカリ鹸化処理)
前述のセルロースアシレートフィルムT2を、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度を40℃に昇温した後に、フィルムのバンド面に下記に示す組成のアルカリ溶液を、バーコーターを用いて塗布量14ml/m2で塗布し、110℃に加熱
した(株)ノリタケカンパニーリミテド製のスチーム式遠赤外ヒーターの下に、10秒間搬送した。続いて、同じくバーコーターを用いて、純水を3ml/m2塗布した。次いで
、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りを3回繰り返した後に、70℃の乾燥ゾーンに10秒間搬送して乾燥し、アルカリ鹸化処理したセルロースアシレートフィルムを作製した。
アルカリ溶液組成
─────────────────────────────────────
水酸化カリウム 4.7質量部
水 15.8質量部
イソプロパノール 63.7質量部
界面活性剤SF−1:C1429O(CH2CH2O)20H 1.0質量部
プロピレングリコール 14.8質量部
─────────────────────────────────────
<配向膜の形成>
セルロースアシレートフィルムT2のアルカリ鹸化処理を行った面に、乾燥膜厚0.5μmになるように濃度を調製した下記組成の配向膜塗布液(A)を#14のワイヤーバーで連続的に塗布した。60℃の温風で60秒、更に100℃の温風で120秒乾燥した。使用した変性ポリビニルアルコールの鹸化度は96.8%であった。
配向膜塗布液の組成:
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
上記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 308質量部
メタノール 70質量部
イソプロパノール 29質量部
光重合開始剤(イルガキュアー2959、BASF社製) 0.8質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
上記作製した配向膜に連続的にラビング処理を施した。このとき、長尺状のフィルムの長手方向と搬送方向は平行であり、フィルム長手方向とラビングローラーの回転軸とのなす角度を略45°とした。
<λ/4板の形成>
続いて下記の組成の溶質を、乾燥膜厚1.2μmになるように濃度を調製してMEKに溶解し、塗布液を調製した。この塗布液を上記の配向層上にバー塗布して、80℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を75℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射して、支持体上にλ/4板を形成した。得られたフィルムの550nmにおけるレターデーションを測定すると、Reは130nmであった。
λ/4板用塗布液の溶質組成:
円盤状液晶化合物(上記化合物101) 80質量部
円盤状液晶化合物(上記化合物102) 20質量部
下記構造の配向助剤1 0.9質量部
上記構造の配向助剤2 0.08質量部
上記の界面活性剤1 0.075質量部
上記構造の重合開始剤1 3質量部
上記構造の重合性モノマー 10質量部
<反射偏光子の形成>
(第一の光反射層の形成)
上述の方法で作製したλ/4板の上に、下記の方法でコレステリック液晶材料として円盤状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相を固定してなる光反射層として、円盤状液晶化合物のコレステリック液晶相を固定してなる光反射層を形成した。
下記の組成の溶質を、乾燥膜厚が2.6μmになるように濃度を調製してMEKに溶解し、円盤状液晶化合物を含む第一の光反射層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記のλ/4板の上にバー塗布して、110℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を45℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射して、光反射層円盤状液晶化合物を含む下層である光反射層を形成した。得られた円盤状液晶化合物のコレステリック液晶相を固定してなる光反射層は、反射スペクトルの反射ピークの反射中心波長が655nmであり、単層で赤色光(R)を反射する光反射層であった。
光反射組成物1:
上記円盤状液晶化合物(上記化合物1) 80質量部
上記円盤状液晶化合物(上記化合物2) 20質量部
界面活性剤1 0.45質量部
上記重合開始剤1 3質量部
カイラル剤(上記化合物103)上記の反射中心波長となる量(略3.5質量部)
(第二の光反射層の形成)
円盤状液晶化合物を含む下層として上記の円盤状液晶化合物のコレステリック液晶相を固定してなる第一の光反射層の上に、下記の方法でコレステリック液晶材料として棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶相を固定してなる第二の光反射層を形成した。
下記の組成の溶質を、乾燥膜厚が1.7μmになるように濃度を調製してMEKに溶解し、棒状液晶化合物を含む光反射層形成用の塗布液を調製した。この塗布液を上記のλ/4板の上にバー塗布して、110℃で1分間加熱熟成を行って、均一な配向状態を得た。その後、この塗布膜を45℃に保持し、これに窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて紫外線照射して、光反射層を形成した。
棒状液晶化合物のコレステリック液晶相を固定してなる光反射層用の塗布液の溶質組成:
・上記化合物11 83質量部
・上記棒状化合物18−1 15質量部
・上記棒状化合物18−2 2質量部
・下記化合物9 0.3質量部
・右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
上記の反射中心波長となる量(略6.3質量部)
・多官能モノマーA−TMMT(新中村化学工業(株)社製) 1質量部
・重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 3質量部
得られた棒状液晶化合物のコレステリック液晶相を固定してなる光反射層は、反射スペクトルの反射ピークの反射中心波長が455nmであり、単層で青色光(B)を反射する光反射層であった。
(第三の光反射層の形成)
得られた棒状液晶化合物のコレステリック液晶相を固定してなる第二の光反射層の上に、以下の方法で第三の光反射層を形成した。
第三の光反射層の形成では、上記の第二の光反射層の形成において、右旋回性キラル剤LC756添加量を略5.6質量に変更した以外は第二の光反射層の形成と同様にした。得られた棒状液晶化合物のコレステリック液晶相を固定してなる第三の光反射層は、反射スペクトルの反射ピークの反射中心波長が550nmであり、単層で緑色光(G)を反射する光反射層であった。
このようにして得られた輝度向上フィルムを実施例26の輝度向上フィルムとした。
特開2006−293275号公報の[0219]〜[0220]と同様にして偏光子を製造し、実施例20で用いたものと同様の耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて、偏光子の両面に上記輝度向上フィルムおよび偏光板保護フィルム(TD80UL(富士フイルム株式会社製))をロールトゥロールでそれぞれ貼り合わせて、実施例26の光学シート部材を製造した。なお、輝度向上フィルムは支持体側を偏光子に貼り合わせた。
次に、実施例20と同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例26の光学シート部材をバックライト側偏光板として用い、実施例26の液晶表示装置を製造した。実施例26の液晶表示装置の性能は実施例20の液晶表示装置の性能と同様であった。
[実施例27]
市販の液晶表示装置(SONY社製、商品名KDL46W900A)を2台分解し、各液晶表示装置からそれぞれ2枚ずつ、計4枚のプリズムシートを取り出した。2台の液晶表示装置とも、取り出した2枚のプリズムシートのプリズムの向きは垂直であった。市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットに設置されているバックライトシートを取り出し、上記で取り出したプリズムシートを2枚設置した。設置したプリズムシートは、一方の液晶表示装置から取り出した2枚のプリズムシートのうち、プリズムの向きが水平方向のものと、もう一方の液晶表示装置から取り出した2枚のプリズムシートのうち、プリズムの向きが水平方向のものとの2枚を組み合わせて用いた。このとき2枚のプリズムシートの向きは変更せず、2枚のプリズムシートのプリズムの向きが平行になるように設置した。さらに、実施例23の光学部材シートをバックライト側偏光板として用い、実施例27の液晶表示装置を製造した。
[実施例28]
市販の液晶表示装置(SONY社製、商品名KDL46W900A)を分解し、2枚のプリズムシートを取り出した。2枚のプリズムシートのプリズムの向きは垂直であった。市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットに設置されているバックライトシートを上記で取り出した2枚のプリズムシートに入れ替え、さらに実施例23の光学部材シートをバックライト側偏光板として用い、実施例27の液晶表示装置を製造した。このとき2枚のプリズムシートのプリズムの向きは変更せず、プリズムの向きが垂直になるように設置した。
[比較例6]
市販の液晶表示装置(SONY社製、商品名KDL46W900A)を2台分解し、各液晶表示装置からそれぞれ2枚ずつ、計4枚のプリズムシートを取り出した。2台の液晶表示装置とも、取り出した2枚のプリズムシートのプリズムの向きは垂直であった。市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットに設置されているバックライトシートを取り出し、上記で取り出したプリズムシートを2枚設置した。設置したプリズムシートは、一方の液晶表示装置から取り出した2枚のプリズムシートのうち、プリズムの向きが水平方向のものと、もう一方の液晶表示装置から取り出した2枚のプリズムシートのうち、プリズムの向きが水平方向のものとの2枚を組み合わせて用いた。このとき2枚のプリズムシートの向きは変更せず、2枚のプリズムシートのプリズムの向きが平行になるように設置した。さらに、輝度向上フィルムを用いずに製造例1で作製した偏光板のみをバックライト側偏光板として用い、比較例6の液晶表示装置を製造した。
[比較例7]
市販の液晶表示装置(SONY社製、商品名KDL46W900A)を分解し、2枚のプリズムシートを取り出した。2枚のプリズムシートのプリズムの向きは垂直であった。市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットに設置されているバックライトシートを上記で取り出した2枚のプリズムシートに入れ替え、輝度向上フィルムを用いずに製造例1で作製した偏光板のみをバックライト側偏光板として用い、比較例7の液晶表示装置を製造した。このとき2枚のプリズムシートのプリズムの向きは変更せず、プリズムの向きが垂直になるように設置した。
[評価]
実施例27、28及び比較例6、7の輝度向上フィルムを用いた、実施例27、28及び比較例6、7の液晶表示装置の正面輝度を実施例1と同様の方法で評価した。比較例6の液晶表示装置と比較して、実施例27の液晶表示装置は正面輝度が45%良好であった。一方、比較例7の液晶表示装置と比較して、実施例28の液晶表示装置は正面輝度が34%良好であった。比較例6と比較例7の正面輝度の差は2%以下であった。
上記実施例それぞれで輝度向上フィルムに用いられたコレステリック液晶層からなる光反射層の螺旋構造の方向はすべて右螺旋であり、本実施例の光学シート部材のλ/4板の遅相軸方向は、バックライト側から見たときに偏光子の吸収軸方向から時計回りに45度回転した方向であった。
[実施例29]
実施例17の第1の光反射層形成時と同様に、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に実施例17で用いた第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。次に、PET支持体をラビング処理後、実施例17の第三の光反射層を直接積層させ、その上に実施例17の第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を市販のアクリル接着剤(東亞合成株式会社製UV−3300)を塗布により設け、メタルハライドランプを用いて、照射量100mJ/cm2の紫外線を照射して接着剤硬化させることにより接着させた後上記PET支持体(屈折率1.63)は剥離せずに、実施例29の輝度向上フィルムとした。第三の光反射層(平均屈折率1.56)との屈折率差絶対値は0.07であった。(なお、上記PET支持体を剥離した場合、空気層と第三の光反射層との屈折率差は0.56であった。)
次に、実施例8および比較例4同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例29の輝度向上フィルムを前述の製造例1で作製した偏光板に、耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて貼合したものをバックライト側偏光板として用い、実施例29の液晶表示装置を製造した。
この液晶表示装置のバックライト光源は、青色光の発光ピーク波長450nmであった。緑〜赤領域では1つの発光ピークであり、ピーク波長は550nm、半値幅は100nmであった。上記光源は青色LED+黄色蛍光体(YAG蛍光体)を組み合わせた一般的に白色LED光源と呼ばれているものである。
[実施例30]
実施例17の第1の光反射層形成時と同様に、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に実施例17で用いた第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。次に、TAC支持体をラビング処理後、実施例17の第三の光反射層を直接積層させ、その上に実施例17の第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を市販のアクリル接着剤(東亞合成株式会社製UV−3300)を塗布により設け、メタルハライドランプを用いて、照射量100mJ/cm2の紫外線を照射して接着剤硬化させることにより接着させた後に上記TAC支持体(屈折率1.48)を剥離せずに、実施例30の輝度向上フィルムとした。第三の光反射層(平均屈折率1.56)との屈折率差絶対値は0.08であった。
次に、実施例8および比較例4同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例30の輝度向上フィルムを前述の製造例1で作製した偏光板に、耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて貼合したものをバックライト側偏光板として用い、実施例30の液晶表示装置を製造した。
[実施例31]
実施例17の第1の光反射層形成時と同様に、支持体の上に配向層を設けラビング処理後、λ/4板を直接積層させ、更にその上に実施例17で用いた第一の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。次に、表面散乱層付与TAC支持体のTAC面をラビング処理後、実施例17の第三の光反射層を直接積層させ、その上に実施例17の第二の光反射層を直接積層させたフィルムを作製した。最後に、前者フィルムの第一の光反射層と後者フィルムの第二の光反射層を市販のアクリル接着剤(東亞合成株式会社製UV−3300)を塗布により設け、メタルハライドランプを用いて、照射量100mJ/cm2の紫外線を照射して接着剤硬化させることにより接着させた後に上記表面散乱層付与TAC支持体(屈折率1.48)を残し、実施例31の輝度向上フィルムとした。第三の光反射層(平均屈折率1.56)との屈折率差絶対値は0.08であった。
次に、実施例8および比較例4同様に市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを変更せずに、実施例31の輝度向上フィルムを前述の製造例1で作製した偏光板に、耐久性の高いアセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂を含む接着剤を用いて貼合したものをバックライト側偏光板として用い、実施例31の液晶表示装置を製造した。
[評価]
実施例29〜31の輝度向上フィルムを用いた、実施例29〜31の液晶表示装置を実施例1と同様の基準にしたがって評価した。
具体的には、正面輝度については、実施例29〜31では、比較例4を基準にして評価した。
その結果、比較例4の液晶表示装置と比較して、実施例29の液晶表示装置は正面輝度が40%良好であった。また、実施例30の液晶表示装置は正面輝度は43%と良好であった。一方、実施例31の液晶表示装置は正面輝度は47%と良好であった。一方、光反射層から反射された光の偏光状態を変化させる層を付与していない実施例20の輝度向上フィルムを用いた、実施例20の液晶表示装置は正面輝度は28%であった。
以上、本発明者の検討により、第三の光反射層の光源側に光反射層から反射された光の偏光状態を変化させる層を付与することで輝度を改善できることを見出した。
1 バックライト側偏光板
2 位相差フィルム
3 偏光子
4 偏光板保護フィルム
11 輝度向上フィルム
12 λ/4板
13 反射偏光子
14a 第一の光反射層
14b 第二の光反射層
14c 第三の光反射層
15 支持体
16G−r コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である緑色光反射層
16R−r コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である赤色光反射層
16R−d コレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である赤色光反射層
16B−r コレステリック液晶材料が棒状液晶化合物である青色光反射層
20 接着層(接着剤)
21 光学シート部材
31 バックライトユニット
41 薄層トランジスタ基板
42 液晶セル
43 カラーフィルター基板
44 表示側偏光板
51 液晶表示装置

Claims (12)

  1. λ/4板と、反射偏光子とを有する輝度向上フィルムであり、
    前記反射偏光子が、前記λ/4板側から第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層をこの順で含み、
    前記第一の光反射層、前記第二の光反射層および前記第三の光反射層がいずれもコレステリック液晶相を固定してなる光反射層であり、
    前記第一の光反射層、前記第二の光反射層および前記第三の光反射層のうち、いずれか一つが反射中心波長380〜499nmかつ半値幅100nm以下である反射率のピークを有する青色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長500〜599nm、半値幅200nm以下である反射率のピークを有する緑色光反射層であり、いずれか一つが反射中心波長600〜750nm、半値幅150nm以下である反射率のピークを有する赤色光反射層であり、
    前記第一の光反射層のRth(550)と前記第二の光反射層のRth(550)の符号が逆であり、ここで、Rth(550)は波長550nmにおける各層の膜厚方向のレターデーションを単位nmで表す、輝度向上フィルム。
  2. 前記緑色光反射層が反射中心波長500〜599nm、半値幅125nm以下であるである反射率のピークを有する請求項1に記載の輝度向上フィルム。
  3. 前記第一の光反射層および前記第二の光反射層のうち、いずれか一方のコレステリック液晶材料が棒状液晶化合物であり、いずれか一方のコレステリック液晶材料が円盤状液晶化合物である、請求項1または2に記載の輝度向上フィルム。
  4. 前記反射偏光子の前記λ/4板層側とは反対側に光の偏光状態を変化させる層を含み、
    前記の光の偏光状態を変化させる層は下記条件を満たす請求項1〜3のいずれか一項に記載の輝度向上フィルム。
    0<|光の偏光状態を変化させる層の平均屈折率−第三の光反射層の平均屈折率|<0.8
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の輝度向上フィルムと、偏光子を含む偏光板とを有し、
    前記λ/4板の遅相軸と前記偏光子の吸収軸とのなす角が30〜60°であり、
    前記偏光板、前記λ/4板および前記反射偏光子がこの順で直接接触して、または、接着層を介して積層した、光学シート部材。
  6. 液晶セルと、
    請求項5に記載の光学シート部材と、
    バックライトユニットとを有し;
    前記偏光板、前記λ/4板、前記反射偏光子、および前記バックライトユニットがこの順で配置され;
    前記バックライトユニットが、
    430〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有する青色光と、
    500〜600nmの波長帯域に発光中心波長を有する緑色光と、
    600〜700nmの波長帯域に発光強度のピークの少なくとも一部を有する赤色光とを発光する光源を備え;
    前記バックライトユニットが前記光源の後部に、前記光源から発光されて前記輝度向上フィルムまたは前記光学シート部材で反射された光の偏光状態の変換および反射をする反射部材を備える、液晶表示装置。
  7. 前記青色光、緑色光および赤色光の半値幅がいずれも100nm以下である、請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 前記光源が、前記青色光を発光する青色発光ダイオードと、前記青色発光ダイオードの前記青色光が入射したときに前記緑色光と前記赤色光を発光する蛍光材料を有する光源である、請求項6または7に記載の液晶表示装置。
  9. 前記蛍光材料が量子ドット部材である、請求項8に記載の液晶表示装置。
  10. 前記バックライトユニットの赤色光の発光中心波長と前記赤色光反射層の反射中心波長が下記式(ア)を満たすことを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
    式(ア):
    10nm<(バックライトユニットの赤色光の発光中心波長−赤色光反射層の反射中心波長)の絶対値<50nm
  11. 前記バックライトユニットがプリズムシートを2枚備え、
    前記の2枚のプリズムシートのプリズムの向きが平行である請求項6〜10のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
  12. 前記光源が白色LEDである請求項6に記載の液晶表示装置。
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