JP6719552B2 - 光学装置および表示装置 - Google Patents
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Description
この光学フィルム中の偏光膜は、膜面に対して略垂直方向に配向する吸収軸を有するので、膜面に対して斜め方向からの入射光を大幅に減光できる。従って、この光学フィルムをプラズマディスプレイおよび液晶ディスプレイの画面上に載置することで、斜め方向を遮光エリアとして、表示画像の視野角を狭くできる。
すなわち、この光学フィルムを用いた場合には、通常の広視野角での画像表示と狭視野角での画像表示とを切り換るためには、画面上への光学フィルムの着脱が必要になる。
この液晶表示装置では、Wサブピクセルに対して、広視野角での画像表示の場合には、R,GおよびBの隣接サブピクセルと同様にFFS(Fringe Field Switching)モードで駆動して視野角を広め、かつ、W輝度も補償すると共に、狭視野角での画像表示の場合には、R,GおよびBの隣接サブピクセルとは異なる、垂直電界を形成するECB(Electrically Controlled Birefringence)モードで駆動することにより、視野角を減少することを可能にしている。
すなわち、この表示装置では、マイクロプリズムシート等によって画面の視野角を一次元方向に制限すると共に、画像を90°回転して、視野角の制限方向に画像の天地を一致させるか否かによって、広視野角での画像表示と狭視野角での画像表示との切り換えを可能にしている。
また、特許文献3の表示装置では、広視野角の表示と狭視野角の表示とを切り換えるために、画像を90°回転する必要があり、余分な画像処理が必要になってしまう。また、通常の表示装置では、画面の縦横比が異なるため、この表示装置では、広視野角の表示と狭視野角の表示とで、画像の縦横比が異なってしまう。
第1複合膜および第2複合膜は、厚さ方向に配向している液晶化合物、および、フォトクロミック材料を有し、光が照射されることによってフォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向の光透過率が、厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなるものであり、
偏光膜は、厚さ方向に吸収軸を有するものであり、
光出射部は、フォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を、第1複合膜あるいはさらに第2複合膜に出射するものであることを特徴とする光学装置を提供する。
また、複屈折性材料が2色性色素であるのが好ましい。
さらに、光出射部が、紫外線を出射するものであるのが好ましい。
さらに、光学装置の光出射部が、液晶表示素子で画像を表示するためのバックライトユニットを構成するのが好ましい。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」または「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
本明細書において、Re(λ)はAxoScan OPMF−1(オプトサイエンス社製)において、波長λで測定した値である。AxoScanにて平均屈折率((Nx+Ny+Nz)/3)と膜厚(d(μm))とを入力することにより、
遅相軸方向(°)
Re(λ)=R0(λ)
が算出される。
なお、R0(λ)は、AxoScanで算出される数値として表示されるものであるが、Re(λ)を意味している。
図1および図2に示すように、光学装置10は、光源ユニット12と、導光板14と、第1複合膜16と、λ/2板18と、第2複合膜20とを有する。図示例においては、光源ユニット12と導光板14とで、第1複合膜16および第2複合膜20のフォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を出射する、本発明における光出射部を構成する。
また、第1複合膜16と第2複合膜20との位置関係は、図1および図2に示される構成に限定はされない。すなわち、第1複合膜16と第2複合膜20との位置を逆にして、導光板14とλ/2板18との間を第2複合膜20とし、λ/2板18の第2複合膜20とは逆側を第1複合膜16としてもよい。
すなわち、光源ユニット12および導光板14は、光学装置10における光出射部であると共に、LCDのバックライトユニットでもある。
また、第2複合膜20の図中上方には、LCDのバックライト側(背面側)の偏光板、薄膜トランジスタおよび液晶セル等を有する液晶表示素子(液晶表示パネル)、前面側の偏光板、プリズムシートなどの光拡散手段等、一般的なLCDが有する、公知の各種の部材が配置される。なお、例示した部材以外にも、公知のLCDが有する、公知の各種の部材を有してもよい。
図2に示すように、光源ユニット12は、白色光源12wとUV(Ultraviolet)光源12uとを、交互に配列してなる構成を有する。白色光源12wは、LCDで画像表示を行うためのバックライトとなる白色光を出射する光源である。UV光源12uは、後述する第1複合膜16および第2複合膜20のフォトクロミック材料の光学特性を変化させる紫外光(UV光)を出射する光源である。
すなわち、白色光源12wの数は、LCDによる画像表示に十分な光量を出射できる数であればよく、他方、UV光源12uの数は、後述する第1複合膜16および第2複合膜20のフォトクロミック材料の光学特性を変化させるのに十分な光量を出射できる数であればよい。従って、白色光源12wとUV光源12uとの配列は、白色光源12wを3個に対してUV光源12uを1個や、白色光源12wを6個に対してUV光源12uを1個など、様々な構成が利用可能である。
従って、白色光源12wおよびUV光源12uは、LED(Light Emitting Diode)、半導体レーザーなどの各種のレーザー、蛍光灯など、必要とする波長(波長帯域)の光を出射できる光源であれば、公知の光源が、各種、利用可能である。
すなわち、本発明において、光源は、蛍光灯、複数のLEDを一列に配列してなる光源など、線状光源を利用してもよい。あるいは、例えば、バックライトとなる光を出射する光源は線状光源で、フォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を出射する光は、複数の光源をバックライト用の線状光源の長手方向に配列した構成であってもよい。
従って、導光板14は、LCDのバックライトユニットで用いられる公知の各種の導光板が、全て利用可能である。
第2複合膜20も、第1複合膜16と同様のものであり、厚さ方向に配向している液晶化合物と、フォトクロミック材料とを有するものである。第2複合膜20においても、フォトクロミック材料は、液晶化合物間に位置する(液晶化合物間に含まれる)のが好ましい。
これに対して、第1複合膜16および第2複合膜20は、UV光源12uを点灯すると、紫外光によってフォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向の光透過率が、厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなる。言い換えれば、第1複合膜16および第2複合膜20は、UV光源12uを点灯すると、フォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向すなわち液晶化合物の配向方向と一致する方向に吸収軸を有する偏光板と同様の状態になる。
この点に関しては、後に詳述する。
なお、本発明において、『液晶化合物が厚さ方向に配向している』とは、液晶化合物が棒状液晶化合物である場合には、棒状液晶性化合物のダイレクタの方向が第1複合膜16および第2複合膜20の膜面に垂直であることを言い、液晶化合物がディスコティック液晶性化合物である場合には、ディスコティック液晶性化合物の円盤面の法線の方向が第1複合膜16および第2複合膜20の膜面に水平であることを言う。
液晶化合物が厚さ方向に配向していることは、例えば、第1複合膜16および第2複合膜20の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することにより確認できる。
第2複合膜20も、第1複合膜16と同様、一例として、表面に配向膜を有する基材上に、少なくとも液晶化合物およびフォトクロミック材料を含む組成物を塗布し、ゲスト−ホスト法によって液晶化合物を垂直配向させ、硬化させて液晶化合物の分子が略垂直配向状態で固定している層を形成することで、作製できる。
すなわち、第1複合膜16および第2複合膜20は、一例として、配向膜を有する基材と、液晶組成物を硬化してなる層とで形成される。
この液晶フィルムの作製では、少なくとも液晶化合物、および溶媒、必要に応じて配向剤等を含む液晶組成物を、配向膜を形成した基材上に塗布し、乾燥させて液晶塗膜を形成する。従って、第1複合膜16および第2複合膜20は、液晶フィルムを作製するための液晶組成物に、さらにフォトクロミック材料を添加した液晶組成物を用いて作製すればよい。
第1複合膜16および第2複合膜20に用いられる基材としては、その形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。形状としては、例えば平板状、シート状などが挙げられ、構造としては、単層構造であってもいし、積層構造であってもよく適宜選択することができる。
無機材料としては、例えば、ガラス、石英、シリコン、などが挙げられる。
有機材料としては、例えば、トリアセチルセルロース(TAC)等のアセテート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
基材の厚さには特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、10〜500μmが好ましく、50〜300μmがより好ましい。
第1複合膜16および第2複合膜20に用いられる配向膜は、一例として、基材の表面に積層された、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリビニルアルコール、アクリレートモノマーの硬化物等の膜である。
また、配向膜は、光配向処理したものであってもよい。この光配向は、アゾベンゼン系ポリマー、ポリビニルシンナメート等の光活性分子に光化学反応を起こす波長の直線偏光や斜め非偏光を照射して光配向膜の表面に異方性を生成させるものであり、入射光によって膜の最表面の分子長軸の配向が生成され、この最表面の分子に接触する液晶を配向させる駆動力が形成されている。
なお、光配向膜の材料としては、上述のものの他に、光活性分子が光化学反応を起こす波長の直線偏光照射による光異性化、光二量化、光環化、光架橋、光分解、光分解−結合のうち、いずれかの反応により膜表面に異方性を生成するものであればよく、例えば、「長谷川雅樹、日本液晶学会誌、Vol.3 No.1,p3(1999)」、「竹内安正、日本液晶学会誌、Vol.3 No.4,p262(1999)」などに記載されている種々の光配向膜材料を使用することができる。
このような配向膜の上に液晶組成物を塗布すると、配向膜表面の微細な溝および最表面の分子の配向の少なくともいずれかを駆動力として液晶が配向される。
<液晶化合物>
第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物に用いられる液晶化合物としては、重合性基を有し、紫外線の照射によって硬化するものであれば特に制限はないが、下記構造式で表される化合物が好適に挙げられる。
前述のように、第1複合膜16および第2複合膜20は、厚さ方向に配向している液晶化合物およびフォトクロミック材料を有し、UV光源12uを点灯すると、紫外光によってフォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向すなわち液晶化合物の配向方向と一致する方向に吸収軸を有する偏光板と同じような状態になるのが特徴である。
そのためには、媒質である液晶層(液晶化合物)が厚さ方向に配向している。基材の片面に設けられた配向膜上に形成される液晶層は、末端を疎水性に調整することにより、配向膜側から空気界面側まで略垂直配向になることもあるが、そのままでは空気界面で斜めに乱れることもある。そこで、第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物には、空気界面垂直配向剤を添加しておいた方が、液晶層が安定的に厚さ方向に配向する。
このような空気界面垂直配向剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、特開2006−301605号公報の段落番号<0110>〜<0194>に記載されている化合物の中から適宜選択して用いることができる。
また、使用する液晶層との相互作用が強い高分子界面活性剤の中から選定して用いることができ、例えば、大日本インキ化学工業株式会社製のメガファックF780Fなどが好適に挙げられる。
このような空気界面垂直配向剤の含有量は、液晶組成物の全固形分に対し0.01質量%〜5.0質量%が好ましく、0.05質量%〜3.0質量%がより好ましい。
第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物は、光重合開始剤を含有するのが好ましい。光重合開始剤としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、p−メトキシフェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−ブトキシスチリル)−5−トリクロロメチル1,3,4−オキサジアゾール、9−フェニルアクリジン、9,10−ジメチルベンズフェナジン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン、ヘキサアリールビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール、ベンジルジメチルケタール、チオキサントン/アミン、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの光重合開始剤は、市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、BASF社製の商品名:イルガキュア907、イルガキュア369、イルガキュア784、イルガキュア814、ルシリンTPO、などが挙げられる。
第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物に用いられる溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類; フェノール、p−クロロフェノール、o−クロロフェノール、m−クレゾール、o−クレゾール、p−クレゾールなどのフェノール類; ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン等の芳香族炭化水素類; アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン等のケトン系溶媒; 酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒; t−ブチルアルコール、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール等のアルコール系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒; アセトニトリル、ブチロニトリル等のニトリル系溶媒; ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒;二硫化炭素、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物に用いられるフォトクロミック材料には、特に制限はなく、公知の各種のフォトクロミック材料が利用可能である。
フォトクロミック材料としては、一例として、米国特許出願公開第2005/0012998A1号の段落<0089>〜<0339>に詳細に記載されるものが挙げられるが、これらに限定されない。
なお、フォトクロミック材料の含有量は、液晶組成物の全固形分に対し3〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましく、8〜15質量%がさらに好ましい。
第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物の硬化方法は、熱硬化でも、光硬化でもよいが、光硬化が特に好ましい。
なお、本発明において、第1複合膜16および第2複合膜20は、基材を有する構成に限定はされず、各種の構成が利用可能である。例えば、導光板14を第1複合膜16および第2複合膜20の形成面として、導光板14の表面に配向膜を形成し、その上に、第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物を塗布して硬化した構成であってもよい。
前述のように、光学装置10において、λ/2板18は、第1複合膜16と第2複合膜20とに挟まれた状態で、配置される。
λ/2板18において、波長550nmの面内レターデーションRe(550)は特に限定はないが、255〜295nmが好ましく、260〜290nmがより好ましく、265〜285nmがさらに好ましい。
光学装置10(LCD)において、λ/2板18の遅相軸18sは、後述するLCDにおける上下方向(x方向)および左右方向(y方向)に対して、45°の角度を有する。
図2〜図4において、λ/2板18の矢印(破線)は、前述のように、λ/2板18の遅相軸18sである。λ/2板18の遅相軸18sは、上下方向(x方向)および左右方向(y方向)に対して、45°の角度を有する。
そのため、白色光源12wから出射され、導光板14によって伝播されて、導光板14の主面から出射した白色光は、第1複合膜16をそのまま透過して、次いで、λ/2板18を透過して、さらに、第2複合膜20もそのまま透過して、その上のバックライト側偏光板に入射して、LCDの液晶表示素子による画像の表示に供される。
従って、この状態では、LCDでは、通常の広視野角での画像表示が行われる。また、UV光源12uを点灯していない状態では、第1複合膜16および第2複合膜20は何も無い状態と殆ど同様なので、第1複合膜16および第2複合膜20を有していても、光の透過率は高い。
前述のように、第1複合膜16および第2複合膜20に紫外光が入射すると、第1複合膜16および第2複合膜20のフォトクロミック材料の光学特性が変化する。このフォトクロミック材料の光学特性の変化によって、第1複合膜16および第2複合膜20は、厚さ方向(z方向)の光透過率が、厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなる。
従って、UV光源12uを点灯すると、第1複合膜16および第2複合膜20は、吸収軸を厚さ方向に一致した偏光板のような状態になる。
また、UV光源12uを点灯すると、例えばy方向仰角45°からLCDを観察した場合には、第1複合膜16および第2複合膜20は、z方向に吸収軸aを有し、x方向に透過軸txを有する、z方向およびx方向に平行な偏光板Xpのような状態になる。
また、UV光源12uを点灯した状態で、LCDをx方向あるいはy方向から観察した場合には、第1複合板16、λ/2板18、および、第2複合板20は、光学的には、図4に示すような状態になっている。
従って、正面からは、LCDの表示画像を通常に観察できる。
従って、観察方向がx方向からになると、第1複合膜16を透過する光は、偏光板Ypのy方向の透過軸tyによる、y方向の直線偏光となる。
前述のように、LCDをx方向から観察した場合には、第1複合板16(偏光板Yp)、λ/2板18、および、第2複合板20(偏光板Yp)は、光学的には図4に示すような状態になっている。
また、λ/2板18は、y方向に対して、45°の遅相軸を有するλ/2板である。従って、λ/2板18に入射したy方向の直線偏光の光は、λ/2板18によって偏光方向を90°回転されて、z方向の直線偏光の光となる。
前述のように、LCDをx方向から観察した場合には、第2複合膜20は、z方向に吸収軸aを有し、y方向に透過軸tyを有する、偏光板Ypのような状態になる。第1複合膜16と同様、観察方向がx方向であり、かつ仰角の値が小さくなるほど、第2複合膜20の偏光板Ypとしての作用は大きくなる。
従って、λ/2板18によってz方向の直線偏光とされた光は、第2複合膜20(偏光板Yp)の吸収軸aによって吸収されて、画像表示には供されない。
そのため、UV光源12uを点灯した状態では、x方向からは画像を観察することはできない。すなわち、LCDは、UV光源12uを点灯することで、x方向の視野角が狭くなる。
従って、観察方向がy方向からになると、第1複合膜16を透過する光は、偏光板Xpのx方向の透過軸txによる、x方向の直線偏光となる。
前述のように、LCDをy方向から観察した場合には、第1複合板16(偏光板Xp)、λ/2板18、および、第2複合板20(偏光板Xp)は、光学的には図4に示すような状態になっている。
また、λ/2板18は、x方向に対して、45°の遅相軸を有するλ/2板である。従って、λ/2板18に入射したx方向の直線偏光の光は、λ/2板18によって偏光方向を90°回転されて、z方向の直線偏光の光となる。
前述のように、LCDをy方向から観察した場合には、第2複合膜20は、z方向に吸収軸aを有し、x方向に透過軸txを有する、偏光板Xpのような状態になる。第1複合膜16と同様、観察方向がy方向であり、かつ仰角の値が小さくなるほど、第2複合膜20の偏光板Xpとしての作用は大きくなる。
従って、λ/2板18によってz方向の直線偏光とされた光は、第2複合膜20(偏光板Xp)の吸収軸aによって吸収されて、画像表示には供されない。
そのため、UV光源12uを点灯した状態では、y方向からは画像を観察することはできない。すなわち、LCDは、UV光源12uを点灯することで、y方向の視野角も狭くなる。
この例の場合、x方向あるいはy方向から観察したときに、厚さ方向の光透過率が、この厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなることとなる。
測定機“EZ−Contrast XL88”(ELDIM社製)を用いて、仰角0°(正面方向)の輝度Y0と、45°の白表示における輝度Y45を測定し、光透過率の比(Y0/Y45)を算出した。
(Y0/Y45)の値は、10以上が好ましく、100以上がより好ましく、1000以上がさらに好ましい。
この屈折率の差は、一方の複合膜を偏光膜とした場合の透過率を測定した場合であっても、複合膜を2枚用いた場合と同様の値となる。
なお、UV光源12uを消灯した際には、第1複合膜16と第2複合膜20とを加熱することにより、および/または、第1複合膜16と第2複合膜20とに紫外光とは異なる波長の光を照射することにより、フォトクロミック材料の光学特性が元に戻る時間の短縮化を図ってもよい。
しかも、LCDとしての構成的には、UV光源12u、第1複合膜16、λ/2板18および第2複合膜20を追加しただけの、簡易な構成である。
光学装置10は、これ以外にも、第2複合膜20を、厚さ方向に吸収軸を有する偏光膜に変更した構成も利用可能である。なお、第1複合膜16と第2複合膜20との位置関係は、逆でも良いのは、前述のとおりである。
図5に示す光学装置26は、前述の図1等に示す光学装置10において、第2複合膜20を偏光膜28に変更した構成を有する。すなわち、図5に示す光学装置26は、導光板14とλ/2板18との間に第1複合膜16を有して、第1複合膜16と偏光膜28とによって、λ/2板18を挟んだ構成を有する。
しかしながら、前述のように、本発明においては、第1複合膜16と第2複合膜20との位置関係は、逆でも良い。従って、本発明の光学装置は、導光板14とλ/2板18との間に偏光膜28を有して、偏光膜28と第1複合膜16とによって、λ/2板18を挟んだ構成でもよい。
本発明は、基本的に、上記のいずれの構成でもよいが、紫外光によるフォトクロミック材料の光学特性の変化効率を向上できる、紫外光によるフォトクロミック材料の劣化を抑制できる等の点で、導光板14とλ/2板18との間に第1複合膜16を有する構成の方が有利である。
なお、本発明において、偏光膜28が厚さ方向に吸収軸を有するとは、偏光膜28の膜面(主面(最大面))に対して、偏光膜28の吸収軸の角度が80〜90°であることを意味する。また、偏光膜28において、吸収軸の角度は、偏光膜28の膜面に対して、85〜90°であるのが好ましく、垂直(90°)であるのが最も好ましい。
なお、偏光膜28が厚さ方向に吸収軸を有することは、以下の方法で確認できる。すなわち、AxoScan OPMF−1(オプトサイエンス社製)を用いて、−50°から50°の範囲で、極角θを10°ずつ変えながら、偏光膜28の透過率Tを測定する。この測定において、透過率が最大となる極角をθ0°としたとき、「90°−θ0°」が、「吸収軸の角度」となる。従って、これにより、偏光膜28が厚さ方向に吸収軸を有することが確認できる。
なお、極角θとは、偏光膜28の膜面の垂線に対する角度である。
このような偏光膜28としては、例えば、特開2008−165201号公報に記載される偏光膜を用いることができる。
2色性色素としては、例えば、アゾ系色素、アントラキノン系色素などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、上記色素の具体例としては、特開2008−275976号公報の段落0022〜段落0075に記載の色素が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
異方性金属ナノ粒子は、数nm〜100nmのナノサイズの棒状金属微粒子である。棒状金属微粒子とは、アスペクト比(長軸長さ/短軸長さ)が1.5以上である粒子を意味する。
このような異方性金属ナノ粒子は、表面プラズモン共鳴を示し、紫外〜赤外領域に吸収を示す。例えば短軸長さが1〜50nm、長軸長さが10〜1,000nm、アスペクト比が1.5以上の異方性金属ナノ粒子は、短軸方向と、長軸方向とで吸収位置を変えることができるので、このような異方性金属ナノ粒子を膜の水平面に対し斜め方向に配向させた偏光膜は、異方性吸収膜となる。
カーボンナノチューブは、繊維径が1〜1,000nm、長さが0.1〜1,000μm、アスペクト比が100〜10,000の細長いチューブ状の炭素である。カーボンナノチューブの作製方法としては、例えばアーク放電法、レーザー蒸発法、熱CVD法、プラズマCVD法などが知られている。アーク放電法及びレーザー蒸発法により得られるカーボンナノチューブには、グラフェンシートが一層のみの単層カーボンナノチューブ(SWNT:Single Wall Nanotube)と、複数のグラフェンシートからなる多層カーボンナノチューブ(MWNT:Maluti Wall Nanotube)とが存在する。
また、熱CVD法及びプラズマCVD法では、主としてMWNTが作製できる。SWNTは、炭素原子同士がSP2結合と呼ばれる最も強い結合により6角形状につながったグラフェンシート一枚が筒状に巻かれた構造を有する。
偏光膜28の製造方法としては、基材面(偏光膜面)に対し吸収軸が略垂直方向となるようにできれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、(1)液晶配向場における金属ナノロッド析出法、(2)ゲスト−ホスト液晶法、(3)陽極酸化アルミナ法、などが挙げられる。これらの中でも、ゲスト−ホスト液晶法が特に好ましい。
上記方法は、特開2008−275976号公報の段落0087〜段落0108に記載の方法が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
すなわち、偏光膜28は、x方向(上下方向)から見た場合には、常時、z方向(厚さ方向)に吸収軸aを有し、y方向(左右方向)に透過軸tyを有するz方向よびy方向に平行な偏光板Ypのような状態となっている。また、偏光膜28は、y方向から見た場合には、常時、z方向に吸収軸aを有し、x方向に透過軸txを有するz方向よびx方向に平行な偏光板Xpのような状態となっている(図3および図4参照)。
また、偏光膜28は、透過軸がz方向であるので、前述の第1複合膜16および第2複合膜20と同様、正面から見た場合には、何も無い状態と同様の状態になっている。
偏光膜28は、正面から見た場合には、無い状態と同様であり、x方向から見た場合には、偏光板Ypのy方向の透過軸tyを光が透過し、y方向から見た場合には、偏光板Xpのx方向の透過軸txを光が透過する。従って、UV光源12uを点灯しない状態では、通常の画像表示を行うことができる。
従って、前述の図1および図2に示す光学装置10(LCD)と同様に、図3および図4に示す作用によって、x方向およびy方向の視野角が狭くなり、x方向およびy方向の狭視野角での画像表示となる。
しかも、LCDとしての構成は、UV光源12u、第1複合膜16、λ/2板18および偏光膜28を追加しただけの、簡易な構成である。
すなわち、本発明は、紫外線を照射してフォトクロミック材料の光学特性が変化している状態で、複合膜が何も無い状態と同様の状態となり、紫外線の照射を止めて、フォトクロミック材料の光学特性が変化する前に戻った状態において、複合膜が吸収軸および透過軸を有する偏光板として作用する構成でもよい。
すなわち、本発明においては、LCDにおける画像表示用のバックライトユニットと、フォトクロミック材料の光学特性を変化させるための光を第1複合膜16あるいはさらに第2複合膜20に出射する光学装置の光出射部とを、別々に、独立して有してもよい。一例として、LCDにおけるバックライトユニットを直下型とし、フォトクロミック材料の光学特性を変化させるための光を出射する光出射部をエッジライト型として、直下型のバックライトユニットの光出射面の上に、光学装置の光出射部を構成する導光板を配置する構成が例示される。
すなわち、本発明の光学装置は、偏光板と、複合膜と、複合膜のフォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を複合膜に出射する光出射部とを有する、表示装置とは別の、単体の光学装置であってもよい。
光学装置単体で、1つの装置を構成する場合でも、光出射部は、エッジライト型でも、直下型でもよい。また、この際において、光出射部をエッジライト型とする場合には、導光板は、LCDのバックライトユニットに用いられる一般的な導光板が利用可能である。
また、別の例として、導光板および紫外光を導光板に出射する光源を有する光源ユニットを有する光出射部と、第1複合膜と、λ/2板と、偏光膜と、を有する光学装置が例示される。すなわち、この光学装置は、光源ユニットが白色光源12wを有さない以外は、図5の光学装置26と同様の構成を有する。
この光学装置は、例えば、LCD、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ表示装置等の表示装置の表示面(観察面)に載置して、光源ユニットの光源を点灯および消灯することで、先と同様の作用によって、光源ユニットの光源を消灯した状態での通常の広視野角での画像表示と、光源ユニットの光源を点灯した状態での狭視野角での画像表示とを、切り換えることができる。
<フィルム01の作製>
下記の材料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、下記組成のセルロースアセテート溶液(ドープ)を調製した。
<<ドープの組成>>
・セルロースアセテート(アセチル置換度2.86)・・・100質量部
・トリフェニルホスフェート・・・8質量部
・ビフェニルジフェニルホスフェート・・・4質量部
・メチレンクロライド・・・369質量部
・メタノール・・・80質量部
・1−ブタノール・・・4質量部
流延後、1分間静置した後に45℃で1分乾燥し、ガラスから剥ぎ取った。次に110℃で5分、さらに140℃で10分乾燥し、厚さ80μmの保護フィルムを得た。これをフィルム01とする。このフィルム01が、第1複合膜16および第2複合膜20の基材となる。
下記の材料をミキシングタンクに投入し、攪拌して、孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過してアクリル層形成用組成物を調製した。
<<アクリル層形成用組成物>>
・化合物A・・・70質量部
・化合物B・・・30質量部
・イソプロピルアルコール・・・425質量部
・酢酸メチル・・・142質量部
下記の組成を有する、フォトクロミック材料と液晶化合物とを含有する、第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物を調製した。
<<第1複合膜16および第2複合膜20を形成するための液晶組成物>>
・B01とB02の混合物・・・100質量部
・S1・・・1質量部
・S2・・・0.5質量部
・S3・・・0.8質量部
・下記のフォトクロミック材料混合物・・・3質量部
・光重合開始剤(イルガキュアー907、BASF社製)・・・3質量部
・増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)・・・1質量部
・メチルエチルケトン(MEK)・・・195質量部
・シクロヘキサノン(アノン)・・・22質量部
この液晶組成物において、B01およびB02は液晶化合物であり、S1、S2およびS3は、前述の空気界面垂直配向剤である。
B02: 下記構造の化合物
S2: 下記構造の化合物
S3: 下記構造の化合物
上記式中、a:bは90:10である(質量比)
上記の表において、フォトクロミックAは、青色の活性化色を生じることが報告されたインデノナフトピランである。
フォトクロミックBは、緑色を帯びた活性化色を生じることが報告されたインデノナフトピランである。
フォトクロミックCは、赤褐色の活性化色を生じることが報告されたインデノナフトピランである。
熟成温度100℃で120秒間加熱し、その後、100℃の温度を維持して、紫外線照射装置(紫外線ランプ:出力160W/cm、発光長1.6m)により、照度600mW/cm2の紫外線を4秒間照射し、架橋反応を進行させた。その後、室温まで放冷して、光学フィルムを得た。この光学フィルムを、2枚作製して、第1複合膜16および第2複合膜20とした。
下記の組成の配向膜塗布液を調製した。
<<配向膜塗布液>>
・下記の変性ポリビニルアルコール・・・10質量部
・水・・・370質量部
・メタノール・・・120質量部
・グルタルアルデヒド(架橋剤)・・・0.5質量部
特開2012−18396号公報の実施例(<0272>〜<0282>)を参考に、配向膜付きのフィルム01上に、厚さを調節して、光学異方性層を形成し、λ/2板18を作製した。作製したλ/2板18のRe(550)は274nmであった。
アクリル板を貼合した第1複合膜16および第2複合膜20で、λ/2板18を挟んで、粘着剤(総研化学社製、SKダイン)によって貼合して、積層体とした。この際に、λ/2板18は、後述するiPad((登録商標)APPLE社製)の画面の上下方向および左右方向に対して、遅相軸が45°の方向になるようにした。
次いで、UVLEDを点灯して、紫外光を照射した状態で、iPadの画面の上下方向(図2のx方向)および左右方向(図2のy方向)の仰角45°の方向から、目視観察したところ、観察したいずれの方向からもiPadに表示した画像は見えなくなった。
UVLEDを消灯し、5分経過後に、iPadに表示した画像を観察したところ、UVLEDの点灯前と同様、斜めから観察したときに、どの方向からも通常のiPadと同様、画像は適正に観察できた。
ここで、UVLEDを点灯し、“EZ−Contrast XL88”で測定したY0/Y45は、どの方向からも10を超えており、一方、UVLED消灯後、5分経過後に測定したY0/Y45は、どの方向からも3〜4程度であった。
<偏光膜01の作製>
光重合性基を有する液晶性化合物(BASF社製、商品名:PALIOCOLOR LC242)3.04g、高分子界面活性剤(大日本インキ化学工業社製、メガファックF780F)0.1gをメチルエチルケトン(MEK)5.07gに溶解した液晶溶液に、開始剤溶液[イルガキュア907(BASF社製)0.90g、およびカヤキュアDETX(日本化薬社製)0.30gをメチルエチルケトン(MEK)8.80gに溶解した溶液]1.11gを添加し、5分間攪拌することにより完全に溶解させた。
次に、得られた溶液に、2色性アゾ色素G241(林原生物化学研究所製)を0.023g、2色性アゾ色素G472(林原生物化学研究所製)を0.005g加えて5分間超音波分散することにより、偏光膜塗布液を調製した。
下記の材料をミキシングタンクに投入し、攪拌して、孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過してアクリル層形成用組成物を調製した。
<<アクリル層形成用組成物>>
・化合物A・・・70質量部
・化合物B・・・30質量部
・イソプロピルアルコール・・・425質量部
・酢酸メチル・・・142質量部
熟成温度180℃で120秒間加熱し、その後、25℃の温度を維持して、紫外線照射装置(水銀キセノンランプ)にてUV照射(50mW、300mJ/cm2)し、架橋反応を進行させ、光学フィルムを得た。これを偏光膜01とした。
この積層体を、実施例1と同様に分解したiPadの液晶パネルとバックライトとの間に配置し、また、実施例1と同様にUVLEDを配置した。
次いで、UVLEDを点灯して、紫外光を照射した状態で、iPadの画面の上下方向(図2のx方向)および左右方向(図2のy方向)の仰角45°の方向から、目視観察したところ、観察したいずれの方向からもiPadに表示した画像は見えなくなった。
UVLEDを消灯し、5分経過後に、iPadに表示した画像を観察したところ、UVLEDの点灯前と同様、斜めから観察したときに、どの方向からも通常のiPadと同様、画像は適正に観察できた。
ここで、UVLEDを点灯し、“EZ−Contrast XL88”で測定したY0/Y45は、どの方向からも10を超えており、一方、UVLED消灯後、5分経過後に測定したY0/Y45は、どの方向からも3〜4程度であった。
以上より本発明の効果は明らかである。
12 光源ユニット
12w 白色光源
12u UV光源
14 導光板
16 第1複合膜
18 λ/2板
18s 遅相軸
20 第2複合膜
28 偏光膜
Xp,Yp 偏光板
a 吸収軸
tx,ty 透過軸
Claims (7)
- 第1複合膜と、第2複合膜または偏光膜と、前記第1複合膜と前記第2複合膜または前記偏光膜との間に配置されるλ/2板と、光出射部と、を有し
前記第1複合膜および前記第2複合膜は、厚さ方向に配向している液晶化合物、および、フォトクロミック材料を有し、光が照射されることによって前記フォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向の光透過率が、前記厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなるものであり、
前記偏光膜は、厚さ方向に吸収軸を有するものであり、
前記光出射部は、前記フォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を、前記第1複合膜あるいはさらに前記第2複合膜に出射するものであることを特徴とする光学装置。 - 前記偏光膜が、複屈折性材料を厚さ方向に配向した構造を有する請求項1に記載の光学装置。
- 前記複屈折性材料が2色性色素である請求項2に記載の光学装置。
- 前記光出射部が、紫外線を出射するものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学装置。
- 表示素子と、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学装置と、を有する表示装置。
- 前記表示素子が液晶表示素子である請求項5に記載の表示装置。
- 前記光学装置の前記光出射部が、前記液晶表示素子で画像を表示するためのバックライトユニットを構成する請求項6に記載の表示装置。
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