JP6441899B2 - 組成物、光反射膜、輝度向上フィルム、バックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
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がますます求められている。
反射偏光子としては、一方向の円偏光のみを反射する反射偏光子であるコレステリック液晶相を固定してなる光反射層が知られている。
なお、特許文献2および3には円盤状液晶化合物を含む組成物に、界面活性剤を添加することは開示も示唆もされていなかったところ、予想外に界面活性剤を添加することで配向欠陥を解消できることがわかった。
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。
[2] [1]に記載の組成物は、界面活性剤が高分子型界面活性剤であることが好ましい。
[3] [1]または[2]に記載の組成物は、円盤状液晶化合物が、3置換ベンゼン構造を有することが好ましい。
[4] [1]〜[3]のいずれか一つに記載の組成物は、カイラル剤が、軸不斉構造を含有することが好ましい。
[5] [1]〜[4]のいずれか一つに記載の組成物は、カイラル剤が、ビナフチル構造を含有することが好ましい。
[6] [1]〜[5]のいずれか一つに記載の組成物は、カイラル剤が下記一般式(1)で表されることが好ましい;
複数のR1〜R6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく;
R1〜R6は互いに連結していてもよい。
[7] [1]〜[6]のいずれか一つに記載の組成物は、カイラル剤が下記一般式(2)で表されることが好ましい;
複数のR2〜R6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく;
R2〜R6は互いに連結していてもよく;
Xは、2価の有機基または無機基を表す。
[8] [1]〜[7]のいずれか一つに記載の組成物は、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の形成用であることが好ましい。
[9] [1]〜[8]のいずれか一つに記載の組成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を含み、
第一の光反射層中、円盤状液晶化合物が垂直配向している光反射膜。
[10] [9]に記載の光反射膜は、第一の光反射層と、
λ/4板とが積層したことが好ましい。
[11] [9]または[10]に記載の光反射膜は、第一の光反射層が、下層の表面上に直接接触して積層されてなることが好ましい。
[12] [11]に記載の光反射膜は、下層が、円盤状液晶化合物を含有することが好ましい。
[13] [12]に記載の光反射膜は、下層中、円盤状液晶化合物が垂直配向していることが好ましい。
[14] [11]〜[13]のいずれか一つに記載の光反射膜は、下層が、支持体上に積層されたことが好ましい。
[15] [11]〜[14]のいずれか一つに記載の光反射膜は、下層が、λ/4板であることが好ましい。
[16] [9]〜[15]のいずれか一つに記載の光反射膜と、
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とが積層した輝度向上フィルム。
[17] [16]に記載の輝度向上フィルムは、[9]〜[15]のいずれか一つに記載の光反射膜がλ/4板を含み、
λ/4板と、第一の光反射層と、第二の光反射層とがこの順で積層したことが好ましい。
[18] [16]または[17]に記載の輝度向上フィルムは、さらに、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を有することが好ましい。
[19] [18]に記載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うち、いずれか一つが反射中心波長380〜499nmかつ半値全幅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、半値全幅125nm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、半値全幅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。
[20] [16]〜[19]のいずれか一つに記載の輝度向上フィルムと、バックライトユニットとを含む、輝度向上フィルム付きバックライトユニット。
[21] [16]〜[19]のいずれか一つに記載の輝度向上フィルムを用いた液晶表示装置。
また、本発明によれば、液晶表示装置に組み込んだときに、耐熱性が高く、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。
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。なお、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「半値全幅」とは、ピーク高さ1/2でのピークの幅のことを言う。
本発明の組成物は、円盤状液晶化合物、カイラル剤、および、界面活性剤を含有する。
このような構成により、本発明の組成物は、湿熱環境下での耐久性が良好であり、耐熱性が良好であり、配向欠陥が少ないコレステリック液晶相を固定してなる光反射層を形成できる。
円盤状液晶化合物を用いた組成物は、棒状液晶化合物を用いた組成物よりもコレステリック液晶相を固定してなる光反射層の耐熱性を高めることができる。カイラル剤および界面活性剤を用いた組成物は、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の湿熱環境下での耐久性が良好となる。また、界面活性剤を用いた組成物は、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の配向欠陥を少なくすることができる。
本発明の組成物は、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の形成用であることが好ましい。
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。
一般的には、特開2013−195630号公報では、コレステリックの円盤状液晶化合物はトリフェニレン構造が好ましいと記載がある。しかし、本発明者らが検討したところ、トリフェニレンよりも3置換ベンゼン構造を有する円盤状液晶化合物の方が、Δnが高く、半値全幅が大きいため、光学性能が反射率などの面でより高いことがわかった。すなわち、円盤状液晶化合物は、3置換ベンゼン構造を有することが好ましい。
カイラル剤については、限定されることはなく必要に応じて、適宜選択することが出来る。
カイラル剤は、例えば、公知の種々のカイラル剤(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。
カイラル剤は、不斉炭素原子を含むものや、軸不斉構造を含有する(不斉炭素原子を含まない化合物でもよい)軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物(不斉炭素原子を含まない化合物でもよい)もカイ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。
カイラル剤は、重合性基を有していてもよい。強い捩れ力を示すカイラル剤としては、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、に記載のカイラル剤が挙げられる。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。
ビナフチル構造がビナフトールを部分構造として含む場合は、ビナフトールどうしが互いに2価の連結基を介して結合している構造が好ましい。この場合における2価の連結基としては、エーテルの連結鎖、エステルの連結鎖、リン原子を含む連結鎖、硫黄原子を含む連結鎖が好ましく、エーテルの連結鎖、エステルの連結鎖、リン原子を含む連結鎖がより好ましい。
カイラル剤は、ビナフチル構造がビナフトールを部分構造として含み、エーテルの連結鎖を通じて、環形成する構造が、最も好ましい。反射率と配向欠陥の高くなる推定理由として、円盤状液晶に用いる場合、よりアスペクト比の高い軸不斉型のカイラル剤の方が、不斉炭素原子を用いる円盤状液晶を用いるものよりも、相互作用性が高く、液晶性を崩さないためと考えている。
複数のR1〜R6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく;
R1〜R6は互いに連結していてもよい。
一般式(1)におけるR1〜R6が表す一価の有機基、または、無機基としては、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルキニル基、アリール基、ホルミル基、アシル基、スルホニル基、スルフィニル基(−S(=O)−)、ホスホ基、ホスホノ基、ホスホリル基を挙げることができる。
一般式(1)におけるR1はアルキル基、アリール基、アシル基、スルホニル基、スルフィニル基(−S(=O)−)、ホスホ基、ホスホノ基、ホスホリル基であることが好ましい。複数のR1は互いに連結していることが好ましい。
一般式(1)におけるR2〜R4、及び、R6は水素原子であることが好ましい。
複数のR2〜R6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく;
R2〜R6は互いに連結していてもよく;
Xは、2価の有機基または無機基を表す。
一般式(2)中におけるR2〜R6の例と好ましい範囲は、一般式(1)中におけるR2〜R6の例と好ましい範囲と同様である。
Xが表す2価の有機基または無機基としては、エーテルの連結鎖、エステルの連結鎖、リン原子を含む連結鎖、硫黄原子を含む連結鎖が好ましい。Xが表す2価の有機基または無機基としては、具体的には、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、−C(=O)−L1−C(=O)−である化合物(L1は2価の連結基を表す)、スルフィニル基(−S(=O)−)、−P(=O)(−ORP)−(RPは置換基を表し、アルキル基、アリール基が好ましい)などを挙げることができる。
Xがエーテルの連結鎖である化合物としては、Xがアルキレン基、アリーレン基またはヘテロアリーレン基である化合物が好ましい。Xがアルキレン基である化合物としては、特開2002−179669号公報の[0019]〜[0045]に記載の化合物が好ましく、この公報に記載の内容は本発明に組み込まれる。Xがアリーレン基またはヘテロアリーレン基である化合物としては、特開2002−179670号公報の[0010]〜[0044]に記載の化合物が好ましく、この公報に記載の内容は本発明に組み込まれる。
Xがエステルの連結鎖である化合物、すなわちXが−C(=O)−L1−C(=O)−である化合物(L1は2価の連結基を表す)としては、特開2002−179668号公報の[0017]〜[0053]に記載の化合物が好ましく、この公報に記載の内容は本発明に組み込まれる。
Xがリン原子を含む連結鎖である化合物としては、特開2002−180051号公報の[0018]〜[0048]に記載の化合物が好ましく、この公報に記載の内容は本発明に組み込まれる。
本発明の組成物に用いられる界面活性剤は、特に限定されることなく、適宜選択することができる。具体例として、特開2009−193046号公報の[0103]〜[0144]、低分子系の界面活性剤として特開2013−242555号公報の[0140]〜[0147]、高分子系の界面活性剤として特開2013−228433号公報の[0016]〜[0032]に挙げられる界面活性剤が例示されるが、本発明はこれに限定されることはない。配向欠陥を少なくし、かつハジキを少なくする観点から高分子系界面活性剤が好ましい。
高分子系界面活性剤は、重量平均分子量が1000〜30000であることが好ましく、5000〜200000であることがより好ましく、7000〜10000であることがさらに好ましい。
また、高分子系の界面活性剤を用いると、耐久性が予想外に向上することがわかった。高分子系の界面活性剤では、各層の界面で、加水分解が進行し難く、酸が生じ難いことで、光反射層の組成物の分解を促進しないためと考えている。
高分子系の界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、炭素数が4以上のアルキル鎖を有する化合物が好ましく、フッ素系界面活性剤と炭素数が4以上のアルキル鎖を有する化合物がさらに好ましく、フッ素系界面活性剤が最も好ましい。このような、界面活性剤を用いると配向欠陥を少なくし、かつハジキを少なくすることができ、光反射膜として好適である。
フッ素系界面活性剤としては、フッ素を有するモノマー単位の重量含率が40%以上であることが好ましく、60%以上であることがさらに好ましく、80%以上であることが最も好ましい。フッ素を有するモノマー単位の含率が多いと膜厚ムラが生じ難くなることで、配向時間や、配向欠陥が減少し、輝度向上膜の性能が良好となる。
フッ素系界面活性剤としては、たとえば、炭素数1〜20のフッ素化アルキル基(但し、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、ウレタン結合で中断されていてもよい。)と親媒性基とを側鎖に有する重合体であることが好ましい。
フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜20であれば特に限定されず、エーテル結合(−O−)、エステル結合(−CO−O−)、カルボニル基(−CO−)、ウレタン結合(−NH−CO−O−)で中断されていてもよいが、これらの基で中断されていないもの、すなわち−CkHlFm(kは1〜20の整数を示し、lは0〜40の整数を示し、mは1〜41の整数を示し、l+m=2k+1である。)で表されるものが好ましい。
フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基を含み、残りの炭素原子はフッ素化されていないものが好ましい。パーフルオロアルキル基の炭素数は3〜10であることがより好ましい。
一方、親媒性基としては、従来公知のノニオン系界面活性剤に含まれるものが挙げられるが、エーテル結合、エステル結合、又はカルボニル基により中断されたアルキレン基を含むものが好ましい。その中でも、ポリアルキレンオキシ基(ポリエチレンオキシ基、ポリプロピレンオキシ基、ポリブチレンオキシ基等)を含むものが好ましい。
このようなフッ素系界面活性剤は、上記フッ素化アルキル基を有するモノマーと上記親媒性基を有するモノマーとを少なくとも重合させることにより得ることができる。フッ素化アルキル基を有するモノマー及び親媒性基を有するモノマーとしては、それぞれ下記式(h1)、(h2)、一般式(X)で表されるモノマーが好ましい。
上記式(h2)中、R3hは、水素原子又はメチル基を示し、R4hは、炭素数2〜4のアルキレン基を示し、R5hは、水素原子又は炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10のアルキル基を示す。
また、上記式(h2)中、pは、1〜50の整数を示す。
上記式(h1)で表されるモノマーの具体例としては、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロ−3−メチルブチル)エチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
また、上記式(h2)で表されるモノマーの具体例としては、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコールエステル[例えば、エチレングリコール繰返し単位の数(r)が1〜50のもの]、(メタ)アクリル酸メトキシポリプロピレングリコールエステル[例えば、プロピレングリコール繰返し単位の数(r)が1〜50のもの]、(メタ)アクリル酸メトキシポリ(エチレン−プロピレン)グリコールエステル[例えば、エチレングリコール繰返し単位の数とプロピレングリコール繰返し単位の数との合計(r)が2〜50のもの]、(メタ)アクリル酸メトキシポリ(エチレン−テトラメチレン)グリコールエステル[例えば、エチレングリコール繰返し単位の数とテトラメチレングリコール繰返し単位の数との合計(r)が2〜50のもの]、(メタ)アクリル酸ブトキシポリ(エチレン−プロピレン)グリコールエステル[例えば、エチレングリコール繰返し単位の数とプロピレングリコール繰返し単位の数との合計(r)が2〜50のもの]、(メタ)アクリル酸オクトキシポリ(エチレン−プロピレン)グリコールエステル[例えば、エチレングリコール繰返し単位の数とプロピレングリコール繰返し単位の数との合計(r)が2〜50のもの]、(メタ)アクリル酸ラウロキシポリエチレングリコールエステル[例えば、エチレングリコール繰返し単位の数(r)が2〜50のもの]、(メタ)アクリル酸ラウロキシポリ(エチレン−プロピレン)グリコールエステル[例えば、エチレングリコール繰返し単位の数とプロピレングリコール繰返し単位の数との合計(r)が2〜50のもの]、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール−ポリブチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリスチリルエチル(メタ)アクリレート、或いは共栄社化学社製のライトエステルHOA−MS、ライトエステルHOMS等が挙げられる。
上記式Z1〜Z6の中でも、式Z1またはZ2が好ましく、式Z1がより好ましい。
Lx21:−O−2価の鎖状基−
Lx22:−O−2価の脂肪族環状基−2価の鎖状基−
Lx23:−OC(=O)−2価の脂肪族環状基−
Lx24:−2価の脂肪族環状基−(C=O)O−
Lx25:−(O−2価の鎖状基)n−
Lx26:−O−水酸基を有するアルキレン基−
Lx31:−2価の鎖状基−O−
Lx32:−2価の鎖状基−2価の脂肪族環状基−O−
Lx33:−2価の脂肪族環状基−C(=O)O−
Lx34:−O(C=O)−2価の環状基−
Lx35:−(2価の鎖状基−O−)n−
Lx36:−水酸基を有するアルキレン基−O−
アルキレン基は、分岐を有していてもよい。アルキレン基の炭素数は1〜12であることが好ましく、2〜10であることがさらに好ましく、2〜8であることが最も好ましい。
置換アルキレン基のアルキレン部分は、上記アルキレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
アルケニレン基は、分岐を有していてもよい。アルケニレン基の炭素数は2〜12であることが好ましく、2〜10であることがさらに好ましく、2〜8であることが最も好ましい。
置換アルケニレン基のアルケニレン部分は、上記アルケニレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
アルキニレン基は、分岐を有していてもよい。アルキニレン基の炭素数は2〜12であることが好ましく、2〜10であることがさらに好ましく、2〜8であることが最も好ましい。
置換アルキニレン基のアルキニレン部分は、上記アルキニレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
2価の鎖状基の具体例としては、エチレン、トリメチレン、プロピレン、テトラメチレン、2−メチル−テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、2−ブテニレン、2−ブチニレンなどが上げられる。
Mは、2価〜4価の鎖状基、脂肪族環状基を有する基、芳香族環を有する基であることが好ましい。2価〜4価の鎖状基としては、結合手を2〜4個有する飽和炭化水素基を表す。飽和炭化水素基の炭素数は、1〜40が好ましく、1〜20がより好ましく、1〜10であることがさらに好ましい。飽和炭化水素基は、直鎖であっても分岐を有していてもよい。
脂肪族環状基を有する基としては、シクロヘキサン環、シクロペンタン環、ノルボルネン環が挙げられる。
芳香族環状基を有する基としては、フェニル基、ナフタレン基が挙げられる。
Mの価数は2価または3価であることがより好ましく、3価であることが特に好ましい。
L11、L12、L13は、一般式XにおけるLx2およびLx3と同義であり、好ましい組み合わせも同じである。一般式X1におけるL11、L12、L13のさらに好ましい範囲は、後述の一般式X2におけるL11、L12の好ましい範囲と同様である。
一般式X1におけるnは0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
一般式X1におけるM1は、一般式XにおけるMと同義であり、好ましい範囲も同じである。一般式X1におけるM1のさらに好ましい範囲は、後述の一般式X2におけるM1の好ましい範囲と同様である。
一般式X2におけるL11、L12はそれぞれ独立に、*−O−**、*−O−CH2−**、*−OCH(CH3)−**、*−O−C2H4−**、*−O−C3H6−**、*−OCH2CH(OH)CH2−**が好ましく、*−O−**または*−O−CH2−**がより好ましい。*は一般式X1または一般式X2において水酸基を有するアルキル基側に結合し、**はM1に結合する。
フッ素系界面活性剤は、ランダム重合体及びグラフト重合体のいずれであってもよいが、グラフト重合体であることが好ましい。
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本発明の組成物は、コレステリック液晶材料の他、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。
光反射層を形成するための本発明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。
本発明の光反射膜は、本発明の組成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を含み、第一の光反射層中、円盤状液晶化合物が垂直配向している。
本発明の光反射膜の構成を、図面をもとに説明する。
図1に、本発明の光反射膜の一例として、支持体15上に、λ/4板かつ下層(配向膜)17が形成され、その上に第一の光反射層14aが直接接して積層している態様を示した。本発明の光反射膜は図1の態様に限定されるものではなく、図3に示すように支持体15上に、λ/4板12が積層され、その上に接着層(粘着材)20を介して第一の光反射層14aが積層され、その上に下層(配向膜)18が積層されていてもよい。
図1および図3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。
第一の光反射層はコレステリック液晶相を固定してなる光反射層であり、第一の光反射層中、円盤状液晶化合物が垂直配向している。
円盤状液晶化合物が「垂直配向」しているとは、円盤状液晶化合物のダイレクタと垂直である面がフィルムの空気界面、または、下層と垂直である状態のことを言う。ここで言う垂直とは、厳密な意味での垂直(面と直線とのなす角度が90°)である必要ではなく、光学的な誤差は許容される。例えば、円盤状液晶化合物の空気界面、または、下層、と円盤状液晶のダイレクタと垂直な平面のなす角度は90°±20°であることが好ましく、90°±15°であることがより好ましく、90°±10°であることが特に好ましい。
ここで、任意の膜中で、円盤状液晶化合物が垂直配向していることは、以下の方法で確認することができる。
円盤状液晶化合物の垂直配向については、例えば、Axometrics社のAxoscanでRe、Rthを測定することで計測することができる。
コレステリック相を形成していない円盤状液晶化合物の垂直配向は、Reが正の値を示すことで、垂直配向であることを確認できる。
また、コレステリック相を形成する円盤状液晶化合物の垂直配向は、Rthが負の値と示すことで、垂直配向を示していることを確認できる。
また、任意の膜中で、円盤状液晶化合物が垂直配向し、コレステリック液晶相を示していることは、以下の方法で確認することができる。
例えば、Axometrics社のAxoscanでRthを測定し、Rthが負の値であることから、垂直配向していることが確認できる。コレステリック液晶相は、UV吸収スペクトルを測定することで、光を選択反射する波長が存在することで確認できる。また、可視光を反射している場合、反射光を右円偏光板と左円偏光板のどちらか一方のみ光を透過することを確認することで選択反射が起きていることが確認でき、コレステリック液晶相を形成していることが確認できる。
また、コレステリック層の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が出来る。
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、コレステリック層の厚さ、ピッチ、捩れ角等を得ることが出来、そこからRthの値を得ることが出来る。
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全幅は下記式で表すことができる。
反射中心波長=(λ1+λ2)/2
半値全幅=(λ2−λ1)
下層に関しては、特に限定されることなく、適宜選択することが出来る。下層としては公知の配向膜や、円盤状液晶化合物を含有する層を挙げることができ、配向欠陥を少なくする観点で、円盤状液晶化合物を含有する層であることが好ましく、円盤状液晶化合物が垂直配向している膜であることがさらに好ましい。排除体積の大きい円盤状液晶化合物を含有する層が下層に存在することで、配向膜として優れた性能を示す。また、下層が、垂直配向層であると、光反射層が垂直に配向するとき、表面自由エネルギーが同一となり分子間力が高まる配向に有利になると考えられる。
なお、公知の配向膜としては、サンエバーSE−130(日産化学社製)などを用いることができる。
本発明の光反射膜は、第一の光反射層が、下層の表面上に直接接触して積層されてなることが好ましい。
本発明の光反射膜は、下層が、支持体上に積層されたことが好ましい。下層の支持体としては特に制限は無く、任意の樹脂フィルムやガラス等を用いることができる。支持体の好ましい態様については、λ/4板の支持体の好ましい態様として後述する。
本発明の光反射膜は、λ/4板を有することが好ましい。本発明の光反射膜は、第一の光反射層と、λ/4板とが積層したことが好ましく、第一の光反射層の下層が、λ/4板であることがより好ましい。
同時に、厚さ方向のリタデーション(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。
本発明の光反射膜では、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。
なお、本明細書中、λ/4板のReおよびRthの定義および測定方法は、後述の偏光板保護フィルムのReおよびRthの定義および測定方法と同様である。
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
(式(A)〜(C)中、Re(λ)は波長λnmにおける面内方向のレターデーション(単位:nm)を表す。)
λ/4板に用いられる材料については、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、又は上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、光反射膜の作製に利用することができる。
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。
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。
配向層の膜厚は、0.1〜10μmの範囲にあることが好ましい。
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
式(4) Re(450)<Re(550)<Re(630)
(式(1)〜(4)中、Re(λ)は波長λnmにおける面内方向のレターデーション(単位:nm)を表す。)
上述のλ/4板は、下記式(1’)〜(4’)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
式(4’) Re(450)<Re(550)<Re(630)
上述のλ/4板は、下記式(1’’)〜(4’’)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
式(4’’) Re(450)<Re(550)<Re(630)
以下、特開平8−271731号公報に記載の方法について説明する。
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。本発明の光反射膜は、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、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、液晶性化合物を含有する組成物から形成され、この液晶性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良いが、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。
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良い。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良いが、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。
光反射膜に用いられる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°であることが好ましく、35〜55°であることがより好ましく、40〜50°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。
光反射膜に用いられる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。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。
本明細書において、「接着」は「粘着」も含む概念で用いられる。
本発明の光反射膜は、λ/4板および第一の光反射層が、直接接触して、または、接着層を介して積層したことが好ましい。また、後述の本発明の輝度向上フィルムが第二の光反射層や、さらに第三の光反射層を有する場合、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。
後述の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。
後述の本発明の光学シート部材は、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したことが好ましい。
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。
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。
本発明の輝度向上フィルムは、本発明の光反射膜と、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とが積層した輝度向上フィルムである。
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、耐久性が高く、斜め色味変化を抑制できる。
本発明の輝度向上フィルムの構成を、図面をもとに説明する。
図2に、本発明の輝度向上フィルム11の一例として、支持体15と、支持体上に形成されたλ/4板かつ下層(配向膜)17と第一の光反射層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、直接接して積層された態様を示した。なお、反射偏光子13は第一の光反射層14a、第二の光反射層14b、第三の光反射層14c以外の層を有していてもよい。例えば、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ことも好ましい。
本発明の輝度向上フィルムは、さらに、棒状液晶化合物または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三の光反射層を有することが好ましく、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を有することがより好ましい。
ここで、説明の都合上、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含む光反射層の積層体を、反射偏光子と言う。
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むことが好ましい。
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うち、いずれか一つが反射中心波長380〜499nmかつ半値全幅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、半値全幅125nm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、半値全幅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ことが好ましい。
本発明の輝度向上フィルムは、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が好ましい(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)。
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。以下、本発明の輝度向上フィルムが第三の光反射層も含む態様を例に説明するが、本発明の輝度向上フィルムが第三の光反射層を含まない場合も同様のメカニズムにより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。
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、棒状液晶を用いたコレステリック液晶層を固定してなる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、斜め方位ではリタデーションの影響で色づきが発生する。
本発明では、第一の光反射層は、円盤状液晶化合物が垂直配向し、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層であり、Rth(550)が負の値となる。これに対し、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はRth(550)が正の値である。そのため、第一の光反射層の上に、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を積層すると、両者のRth(550)がキャンセルされて、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。さらに、本発明者らは、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が積層されているとき、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も見出した。第一の光反射層のRth(550)と第二の光反射層のRth(550)の符号が逆であるとより斜め色味変化を改善できる。
本発明の輝度向上フィルム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の好ましい態様では、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、こ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、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。
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。
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む。
前述の輝度向上フィルムの膜厚を薄くする観点から、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第一の光反射層、第二の光反射層、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。
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全幅は130nm以下であることが好ましく、反射率のピークの半値全幅が120nm以下であることがより好ましく、反射率のピークの半値全幅が110nm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全幅は130nm以下であることが好ましく、反射率のピークの半値全幅が120nm以下であることがより好ましく、反射率のピークの半値全幅が110nm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全幅は150nm以下であることがより好ましく、反射率のピークの半値全幅が130nm以下であることが特に好ましく、反射率のピークの半値全幅が120nm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。
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
(上記式中、nxは面内における遅相軸方向の屈折率、nyは面内においてnxに直行する方向の屈折率、nzはnx及びnyに直行する方向の屈折率を表す。)
で定義される。
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。
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、コレステリック層の厚さ、ピッチ、捩れ角等を得ることが出来、そこからRthの値を得ることが出来る。
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が、棒状液晶化合物であることが好ましい。
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。
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、偏光板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。
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、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。
(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) 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。下層の液晶層が配向層として振舞う態様の詳細は、第一の光反射層の下層が、λ/4板である態様として上述した。
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。
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。
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、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。
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。
本発明の輝度向上フィルムを光学シート部材として用いることができる。
上述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したことが好ましい。
次に、偏光板について説明する。
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4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3を含んでいてもよい(図4参照)が、含んでいなくてもよい(不図示)。
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°であることが好ましい。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。
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。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。
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。
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。
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。
Rth=((nx+ny)/2−nz)×d・・・・・・・・・・式(B)
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。
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。
本発明の液晶表示装置は、本発明の輝度向上フィルムを用いた液晶表示装置である。
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;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ことが好ましい。
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<30nm
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、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ことが好ましい。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。
本発明では、バックライトユニットの光源は、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緑色光と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UV光が入射したときに青色光と緑色光と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。前述のバックライトユニットの光源は、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緑色光と赤色光を発光する蛍光材料を有することがより好ましい。
なお、バックライトユニットの光源としては、青色光を発光する前述の青色発光ダイオードと、緑色光を発光する前述の緑色発光ダイオードと、赤色光を発光する前述の赤色発光ダイオードとを用いてもよい。
また、バックライトユニットの光源としては、青色光を発光する青色発光ダイオードと、青色光が入射したときに緑色光〜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)であってもよい。この場合、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。
本発明の液晶表示装置は、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緑色光と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。
バックライトユニットが発光する青色光が、半値全幅が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、半値全幅が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、半値全幅が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、半値全幅が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、半値全幅が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、半値全幅が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、半値全幅が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、半値全幅が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、半値全幅が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。
本発明の液晶表示装置は、バックライトユニットが、赤色光のうち630nmよりも長波長の光を選択的に透過する赤色用波長選択フィルタを有することが好ましい。
このような青色用波長選択フィルタや赤色用波長選択フィルタ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、特開2008−52067号公報などに記載されており、こ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付きバックライトユニットは、本発明の輝度向上フィルムと、バックライトユニットとを含む。
図6に本発明の輝度向上フィルム付きバックライトユニットの構成を示した。本発明の輝度向上フィルム付きバックライトユニット22は、本発明の輝度向上フィルム11と、バックライトユニット31とを含む。本発明の輝度向上フィルム11と、バックライトユニット31とは、直接接していても、接着層を介して接していても、離間して配置されていてもよい。
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。
図4に、本発明の液晶表示装置の構成の一例を示した。図4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、代表例として図4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限定されることはない。
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。
<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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
まず、株式会社クラレ社製ポバールPVA−103を水に溶解し、乾燥膜厚が0.5μmになるように濃度調整した溶液を、上記にて作製したセルロースアシレートフィルム1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、溶媒を85℃、2分間保持して溶媒を気化させた後に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、λ/4板を形成した。
下記円盤状液晶化合物1 100質量部
下記配向助剤1 0.9質量部
下記配向助剤2 0.08質量部
下記高分子型界面活性剤1 0.3質量部
下記重合開始剤1 3質量部
下記重合性モノマー 10質量部
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上記の円盤状液晶化合物1を用いて、第一の光反射層1を形成した。
下記の組成の溶質を、乾燥膜厚が2.4μm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塗布液1を調製した。得られた塗布液1を、実施例1の組成物とした。
この実施例1の組成物(塗布液1)を上記のλ/4板上にバー塗布した後に、120℃で1分間加熱熟成を行って、均一なコレステリック液晶配向状態を得た。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、コレステリック液晶相を固定してなる第一の光反射層1を形成した。第一の光反射層1の選択反射の反射中心波長は、620nmであった。
下記円盤状液晶化合物2、および、下記カイラル剤2を91/9の質量比の割合で混合して得られた混合物(100質量部)、光重合開始剤(イルガキュア907、BASF社製)0.2質量部、上記高分子型界面活性剤1を0.45質量部、ならびに、メチルエチルケトン85質量部からなる溶液1を調製した。
この溶液1に、上記カイラル剤1を上記選択反射の反射中心波長が620nmになるように量を調整して、添加することで、塗布液2を調製した。得られた塗布液2を、実施例2の組成物とした。
得られた実施例2の組成物(塗布液2)を、前述の実施例1で作製したλ/4板上にバー塗布した後に、120℃で2分間加熱熟成を行って、均一なコレステリック液晶配向状態を得た。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、コレステリック液晶相を固定してなる第一の光反射層2を形成した。
下記円盤液晶化合物100質量部、光重合開始剤(イルガキュア907、BASF社製)2質量部、高分子型界面活性剤1を0.45質量部、メチルエチルケトン85質量部からなる溶液2を調製した。
この溶液2に、上記カイラル剤1を選択反射の反射中心波長が620nmになるように量を調整して、添加することで、塗布液3を調製した。得られた塗布液3を、実施例3の組成物とした。
得られた実施例2の組成物(塗布液3)を、前述の実施例1で作製したλ/4板上にバー塗布した後に、120℃で3分間加熱熟成を行って、均一なコレステリック液晶配向状態を得た。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、コレステリック液晶相を固定してなる第一の光反射層3を形成した。
下記の棒状液晶化合物を用いたコレステリック液晶性の組成物(R1)を用い、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を作製した。下記の組成の混合物を塗布し、85℃で1分間加熱し、45℃で露光することにより光反射層を形成した。
下記棒状液晶化合物11、下記棒状液晶化合物12、下記低分子型界面活性剤2、下記低分子型界面活性剤3、下記キラル剤、下記重合開始剤、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。塗布液(R1)を比較例1の組成物とした。
・下記棒状液晶化合物11 80質量部
・下記棒状液晶化合物12 20質量部
・下記低分子型界面活性剤2 0.1質量部
・下記低分子型界面活性剤3 0.007質量部
・右旋回性キラル剤LC756(BASF社製)
下記表1に記載の反射中心波長となる量
・重合開始剤IRGACURE819(チバジャパン社製) 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
実施例1〜3および、比較例1で作製した組成物および光反射膜の耐久性を評価した。
各実施例および比較例の光反射膜を、温度220℃で、3時間、加熱を行った。加熱前後での、光反射膜の透過率を紫外可視分光光度系UV−3100(株式会社島津製作所製)を用いて、測定した。その結果を元に、選択反射が得られる反射中心波長での透過率を指標として、以下の基準で評価した。得られた結果を下記表1に示した。
A 加熱前と比較して、90%以上の反射率である。
B 加熱前と比較して、90%未満の反射率である。
一方、円盤状液晶化合物の代わりに棒状液晶化合物を用いた比較例1は、耐熱性が劣ることがわかった。
実施例1において、塗布液に高分子型界面活性剤1を添加しない以外は、実施例1と同様の方法で、組成物4および光反射膜を作製した。得られた組成物4および光反射膜を、比較例2の組成物および光反射膜とした。
実施例2において、塗布液に高分子型界面活性剤1を添加しない以外は、実施例2と同様の方法で、組成物5および光反射膜を作製した。得られた組成物5および光反射膜を、比較例3の組成物および光反射膜とした。
実施例3において、塗布液に高分子型界面活性剤1を添加しない以外は、実施例3と同様の方法で、組成物6および光反射膜を作製した。得られた組成物6および光反射膜を、比較例4の組成物および光反射膜とした。
比較例3において、塗布液として用いた組成物5の塗布膜厚を10μmに変更し、加熱熟成を120℃で、1時間にした以外は比較例3と同様の方法で、光反射膜を作製した。得られた光反射膜を、比較例5の光反射膜とした。
実施例1において、組成物1に添加した高分子型界面活性剤1をそれぞれ下記表2に記載の界面活性剤に変更し、反射光のピーク中心が620nmとなるようにカイラル剤の量を調整した以外は実施例1と同様の方法で、組成物8〜10を作製した。得られた組成物8〜10を、それぞれ実施例4〜6の組成物とした。
実施例1において、組成物1の代わりにそれぞれ組成物8〜10のいずれかを用いた以外は実施例1と同様の方法で、光反射膜をそれぞれ作製した。得られた光反射膜を、それぞれ実施例4〜6の光反射膜とした。
実施例1において、組成物1を下記組成物10Aに変更した以外は、実施例1と同様にして、光反射層を形成し、実施例6Aの光反射膜とした。また、組成物10Aを実施例6Aの組成物とした。
<組成物10A>
・円盤状液晶化合物1 100質量部
・下記高分子型界面活性剤4 0.03質量部
・重合開始剤1 3質量部
・カイラル剤1 5質量部
<反射率>
各実施例および比較例の光反射膜の透過率を紫外可視分光光度系UV−3100(株式会社島津製作所製)を用いて、測定した。その結果を元に、選択反射が得られる反射中心波長での透過率を指標として、以下の基準で評価した。得られた結果を下記表2に示した。
A:透過率が60%以下
B:透過率が60%超、70%以下
C:透過率が70%超、80%以下
D:透過率が80%超
評価基準A、BまたはCであれば、色味が良好であり、好適に用いることができ、評価基準AまたはBであることがより好ましく、評価基準Aであることが特に好ましい。
各実施例および比較例の組成物を、各実施例および比較例の光反射膜を製造する場合と同様に下記表に記載の膜厚で塗布し、120℃で加熱を行い、経時で1分置きに、前述の方法で透過率を測定した。透過率の減少量が3%以下である最初の時間を配向時間として、以下の基準で評価した。得られた結果を下記表2に示した。
A:配向時間が1分以下で配向した。
B:配向時間が1分超、5分以下であった。
C:配向時間が5分超、10分未満であった。
D:配向時間が10分以上であった。
評価基準A、または、Bであれば、生産速度に優れ、好適に用いることができ、評価基準Aであることがより好ましい。
各実施例および比較例の光反射膜15cm×20cm中の、各組成物を用いて形成した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ハジキの個数を数えた。なお、ハジキとは下層の表面中において、第一の光反射層が形成されていない領域のことを言う。その結果を元に、以下の基準で評価した。得られた結果を下記表2に示した。
A:ハジキが3個以下
B:ハジキが3個超、10個以下
C:ハジキが10個超
評価基準AまたはBであれば、生産効率に優れ、好適に用いることができ、評価基準Aであることがより好ましい。
配向欠陥は各実施例および比較例の光反射膜のヘイズの値で評価を行った。JIS K7136に準拠して、各実施例および比較例の光反射膜のヘイズを測定した。その結果を元に以下の基準で評価した。得られた結果を下記表2に示した。
A:ヘイズが5%以下
B:ヘイズが5%超、10%以下
C:ヘイズが10%超
評価基準AまたはBであれば、光透明性に優れ、実用上、用いることができ、評価基準Aであることが好ましい。
各実施例および比較例の光反射膜の耐久性を評価した。各実施例および比較例の光反射膜を、湿度80%、温度60℃の環境下で、1000時間保管し、湿熱経時を行い、前述の方法で反射率を測定した。その結果を元に以下の基準で評価した。得られた結果を下記表2に示した。
A 湿熱経時前と比較して、90%以上の反射率である。
B 湿熱経時前と比較して、80%以上、90%未満の反射率である。
C 湿熱経時前と比較して、80%未満の反射率である。
評価基準AまたはBであれば、経時での性能低下が少なく、実用上、用いることができ、評価基準Aであることが好ましい。
一方、界面活性剤を添加しなかった比較例2〜5の組成物は、いずれも配向欠陥が多く、耐久性も悪いことがわかった。
なお、各実施例の組成物および各実施例の光反射膜は、反射率も高く、配向時間も短く、ハジキも少なく、これらの特性も良好であった。
<円盤状液晶化合物の比較>
実施例1において、組成物1に添加した円盤状液晶化合物1をそれぞれ下記表3に記載の円盤状液晶化合物に変更し、円盤状液晶化合物とカイラル剤の添加量を反射光のピーク中心が620nmとなるようにカイラル剤の量を調整した以外は実施例1と同様の方法で、組成物11および12を作製した。得られた組成物11および12を、それぞれ実施例7および8の組成物とした。
実施例1において、組成物1の代わりにそれぞれ組成物11または12を用いた以外は実施例1と同様の方法で、光反射膜をそれぞれ作製した。得られた光反射膜を、それぞれ実施例7および8の光反射膜とした。
実施例1、7および8で作製した組成物および光反射膜の反射率、配向時間、ハジキ、配向欠陥および耐久性を、実施例1と同様にして評価した。得られた結果を下記表3に示した。
実施例1、7および8の光反射膜について、紫外可視分光光度系UV−3100(株式会社 島津製作所製)を用いて、透過スペクトルを測定し、透過率の低下ピークの半値全幅を導出した。その結果を元に、以下の基準で評価した。得られた結果を下記表3に示した。
A:半値全幅が50nm以上
B:半値全幅が50nm未満、40nm超
C:半値全幅が40nm以下、20nm以上
D:半値全幅が20未満
半値全幅が小さいと色ムラ、正面コントラストが低下する。評価基準A〜Cであれば、好適に用いることができ、評価基準AまたはBであることがより好ましく、評価基準Aであることが特に好ましい。
<下層の比較>
まず、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した後に、乾燥膜厚が0.5μmになるように濃度調整した溶液を、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下層(配向膜)を形成した。
続いて、前述の実施例1の組成物(塗布液1)を、乾燥膜厚が2.4μmになるように濃度を調製してMEKに溶解し、調製した。
この実施例1の組成物(塗布液1)を上記の下層(配向膜)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120℃で1分間加熱熟成を行って、均一なコレステリック液晶配向状態を得た。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、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。このガラス板、SE−130を含む下層(配向膜)および第一の光反射層の積層体の第一の光反射層側の表面を、アクリル系接着剤を用いて、上記の実施例1で作製したλ/4板上に貼り合わせ、ガラス板を剥離して、光反射膜を形成した。
このようにして得られた支持体と、λ/4板と、第一の光反射層と、SE−130を含む下層(配向膜)との積層体を、実施例9の光反射膜とした。
実施例1および9で作製した組成物および光反射膜の反射率、配向時間、ハジキ、配向欠陥および耐久性を、実施例1と同様にして評価した。得られた結果を下記表4に示した。
<カイラル剤の比較>
実施例1において、組成物1に添加したカイラル剤1をそれぞれ下記表5に記載のカイラル剤に変更し、円盤状液晶化合物とカイラル剤の添加量を反射光のピーク中心が620nmとなるようにカイラル剤の量を調整した以外は実施例1と同様の方法で、組成物13〜16を作製した。得られた組成物13〜16を、それぞれ実施例10〜13の組成物とした。
実施例1において、組成物1の代わりにそれぞれ組成物13〜16を用いた以外は実施例1と同様の方法で、光反射膜をそれぞれ作製した。得られた光反射膜を、それぞれ実施例13〜16の光反射膜とした。
実施例10〜13で作製した組成物および光反射膜の反射率、配向時間、ハジキ、配向欠陥および耐久性を、実施例1と同様にして評価した。得られた結果を下記表5に示した。
その次に、ビナフチル構造を有し、上述の一般式(1)および一般式(2)で表され、ビナフトールどうしが硫黄原子を含む連結鎖を介して結合したカイラル剤3を用いた実施例10の組成物および光反射膜は、配向時間が少し長く、配向欠陥が少し生じるものの、反射率が高い点で好ましいことがわかった。
その次に、ビナフチル構造を有し、上述の一般式(1)で表されるカイラル剤4を用いた実施例11の組成物および光反射膜は、配向時間が少し長く、配向欠陥が少し生じるものの、少し反射率が低いことがわかった。
また、ビナフチル構造を有さないカイラル剤を用いた実施例12および13の組成物および光反射膜は、配向時間が少し長く、配向欠陥が少し生じ、反射率がさらに低いことがわかった。
<輝度向上フィルムの作製>
比較例1で用い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、反射中心波長が530nmになるようにカイラル剤と棒状液晶化合物の量を調整したコレステリック液晶性混合物(R2)を調製した。その後、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を作製した。富士フイルム製PETフィルム(厚さ75μm)をラビングし、PETフィルムのラビング面に下記コレステリック液晶性混合物(R2)を塗布した後、85℃で1分間加熱し、45℃にて露光し、第三の光反射層を得た。ラビング処理の方向は、フィルム長手方向と平行とした。
比較例1で用い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、反射中心波長が450nmになるようにカイラル剤と棒状液晶化合物の量を調整したコレステリック液晶性混合物(R3)を調製した。第三の光反射層の上に、反射中心波長が460nmになるように調整したコレステリック液晶性混合物(R3)を塗布した後、85℃で1分間加熱し、45℃にて露光し、第二の光反射層を形成し、PETフィルムと第三の光反射層と第二の光反射層の積層体を得た。
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460nm、半値全幅は40nm、膜厚は1.8μmであった。
また、得られたセルロースアシレート1からなる支持体と、λ/4板かつ下層と、第一の光反射層と、粘着材と、第二の光反射層と、第三の光反射層とをこの順で有する輝度向上フィルム1の、セルロースアシレート1からなる支持体を除いた部分の厚さは7.4μmであった。このようにしてを輝度向上フィルム1を、実施例101の輝度向上フィルムとした。
市販の液晶表示装置(SONY社製、商品名KDL46W900A)を分解し、輝度向上フィルムとして用いられている市販の輝度向上フィルムを、実施例101の輝度向上フィルム1(セルロースアシレート1からなる支持体を含む)に変更し、実施例101の輝度向上フィルム付きバックライトユニットおよび液晶表示装置を製造した。
実施例101において、実施例1の光反射膜をそれぞれ実施例2〜6、6A、比較例2〜5および実施例10〜13の光反射膜に変更した以外は、実施例101と同様にして、輝度向上フィルム2〜10、10A、11〜14を作製した。得られた輝度向上フィルム2〜10、10A、11〜14を、それぞれ実施例102〜106、106A、比較例102〜105および実施例110〜113の輝度向上フィルムとした。
同様にして、実施例101において、輝度向上フィルム1の代わりに輝度向上フィルム2〜10、10A、11〜14を用いた以外は実施例101と同様にして、実施例102〜106、106A、比較例102〜105および実施例110〜113の輝度向上フィルム付きバックライトユニットおよび液晶表示装置を作製した。
<正面輝度の評価>
液晶表示装置の正面輝度を、特開2009−93166号公報の段落[0180]に記載の方法で測定した。その結果をもとに、以下の基準で評価した。結果を下記表6および表7に示した。
A:比較例102の液晶表示装置の正面輝度よりも15%以上、良好である。
B:比較例102の液晶表示装置の正面輝度よりも10%以上、15%未満、良好である。
C:比較例102の液晶表示装置の正面輝度よりも5%以上、10%未満、良好である。
D:比較例102の液晶表示装置の正面輝度と同等以下である。
評価基準がA、BまたはCであれば、正面輝度が良好であり、液晶表示装置として、好適に用いることができ、評価基準AまたはBであることがより好ましく、評価基準Aであることが特に好ましい。
液晶表示装置の正面コントラストを、特開2009−93166号公報の段落[0180]に記載の方法で測定した。その結果をもとに、以下の基準で評価した。結果を下記表6および表7に示した。
A:比較例102の液晶表示装置の正面コントラストよりも10%以上、良好である。
B:比較例102の液晶表示装置の正面コントラストよりも5%以上、10%未満、良好である。
C:比較例102の液晶表示装置の正面コントラストと同等以下である。
評価基準がAまたはBであれば、正面コントラストが良好であり、液晶表示装置として、好適に用いることができ、評価基準Aであることがより好ましい。
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。結果を下記表6および表7に示した。
A:比較例102の液晶表示装置の斜め色味変化よりも30%以上、良好である。
B:比較例102の液晶表示装置の斜め色味変化よりも20%以上30%未満、良好である。
C:比較例102の液晶表示装置の斜め色味変化よりも10%以上20%未満、良好である。
D:比較例102の液晶表示装置の斜め色味変化よりは良いが、10%未満、良好である。
E:比較例102の液晶表示装置の斜め色味変化と同等以下である。
評価基準A、BまたはCであれば、色むらの斜め色味変化が少なく優れており、評価基準AまたはBであることが好ましく、評価基準Aであることがより好ましい。
液晶表示装置の耐久性を評価した。耐久性は、各輝度向上フィルムを用いた液晶表示装置を光が照射している状態で、1000時間連続して使用し、光照射前後での液晶表示装置の正面輝度を測定した。その結果を元に以下の基準で評価した。結果を下記表6および表7に示した。
A 光照射前と比較して95%以上の輝度である。
B 光照射前と比較して90%以上、95%未満の輝度である。
C 光照射前と比較して80%以上、90%未満の輝度である。
D 光照射前と比較して85%未満の輝度である。
評価基準AまたはBであれば、経時での性能低下が少なく優れており、評価基準Aであることが好ましい。
一方、界面活性剤を添加しなかった比較例2〜5の組成物を用いて第一の光反射層を形成した比較例102〜105の液晶表示装置は、斜め色味変化が大きく、耐久性が低いことがわかった。
なお、各実施例の液晶表示装置は、正面輝度も高く、正面コントラストも高かった。
2 位相差フィルム
3 偏光子
4 偏光板保護フィルム
10 光反射膜
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(円盤状液晶化合物が垂直配向してなる)
14b 第二の光反射層
14c 第三の光反射層
15 支持体
17 λ/4板かつ下層(配向膜)
18 下層(配向膜)
20 接着層(接着剤または粘着材)
21 光学シート部材
22 輝度向上フィルム付きバックライトユニット
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 (19)
- 円盤状液晶化合物、カイラル剤、および、界面活性剤を含有する組成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を含み、
前記第一の光反射層中、前記円盤状液晶化合物が垂直配向し、
前記第一の光反射層とλ/4板とが積層した、光反射膜。 - 前記界面活性剤が高分子型界面活性剤である請求項1に記載の光反射膜。
- 前記円盤状液晶化合物が、3置換ベンゼン構造を有する請求項1または2に記載の光反射膜。
- 前記カイラル剤が、軸不斉構造を含有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光反射膜。
- 前記カイラル剤が、ビナフチル構造を含有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の光反射膜。
- コレステリック液晶相を固定してなる光反射層の形成用である請求項1〜7のいずれか一項に記載の光反射膜。
- 前記第一の光反射層が、下層の表面上に直接接触して積層されてなる請求項1〜8のいずれか一項に記載の光反射膜。
- 前記下層が、円盤状液晶化合物を含有する請求項9に記載の光反射膜。
- 前記下層中、前記円盤状液晶化合物が垂直配向している請求項10に記載の光反射膜。
- 前記下層が、支持体上に積層された請求項9〜11のいずれか一項に記載の光反射膜。
- 前記下層が、λ/4板である請求項9〜12のいずれか一項に記載の光反射膜。
- 円盤状液晶化合物、カイラル剤、および、界面活性剤を含有する組成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を含み、
前記第一の光反射層中、前記円盤状液晶化合物が垂直配向している光反射膜と、
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とが積層した輝度向上フィルム。 - 前記光反射膜が請求項1〜13のいずれか一項に記載の光反射膜であり、
前記λ/4板と、前記第一の光反射層と、前記第二の光反射層とがこの順で積層した請求項14に記載の輝度向上フィルム。 - さらに、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を有する請求項14または15に記載の輝度向上フィルム。
- 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かつ半値全幅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、半値全幅125nm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、半値全幅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請求項16に記載の輝度向上フィルム。
- 請求項14〜17のいずれか一項に記載の輝度向上フィルムと、バックライトユニットとを含む、輝度向上フィルム付きバックライトユニット。
- 請求項14〜17のいずれか一項に記載の輝度向上フィルムを用いた液晶表示装置。
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