JPWO2017033468A1 - 光学素子、光学素子の製造方法および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
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、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(Television)用途を扱う大型サイズにおいては、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。
これに対し、特許文献2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3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。
すなわち、上記課題は、以下の本発明によって解決される。
反射偏光子は、反射中心波長の外側±50nmにおいて、正面レターデーション値Reが0nm≦Re<10nmであり、かつ極角50°方向のレターデーション値Retの絶対値|Ret(50°)|が、|Ret(50°)|≦50nmである。
ここで、「正面」とは、反射偏光子の面に垂直な方向(法線方向)を意味する。また、極角50°とは反射偏光子の面と直交する軸(法線)に対して50°傾いた方向を意味する。
なお、本明細書では、極角50°のレターデーション値Retを、簡略のため、斜めRet(50°)と記載する場合がある。
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反射層であり、いずれか一つが反射中心波長500〜599nmかつ半値幅200nm以下である反射率のピークを有する緑色反射層であり、いずれか一つが反射中心波長600〜750nmかつ半値幅150nm以下である反射率のピークを有する赤色反射層であることが好ましい。
円盤状液晶化合物を含む重合性組成物から塗膜を形成する工程、
塗膜を硬化させる工程、および
硬化させた塗膜を二軸延伸する工程により反射偏光子を形成するものである。
このような光学素子は、光学的に等方性の反射偏光子を有するものであるため、この反射偏光子に斜め入射した光に位相差を生じさせないので、斜め透過光の円偏光を崩すことがない。したがって、この斜め透過光に液晶表示装置に組み込んだときに、斜め色味変化を低減することができる。
また、本発明の光学素子の製造方法によれば、反射中心波長の外側±50nmにおいて、正面レターデーション値Reが0nm≦Re<10nmであり、かつ極角50°方向のレターデーション値Retの絶対値|Ret(50°)|が、|Ret(50°)|≦50nmである反射偏光子を有する光学素子を得ることができる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、反射中心波長の外側±50nmにおいて、正面レターデーション値Reが0nm≦Re<10nmであり、かつ極角50°方向のレターデーション値Retの絶対値|Ret(50°)|が、|Ret(50°)|≦50nmである反射偏光子を備えた光学素子を有するため、斜め方向の透過光の円偏光を崩すことがないので、λ/4板でその円偏光の大部分を直線偏光に変換することができる。したがって、斜め色味変化を低減することができる。さらには、赤色、緑色、および青色のそれぞれにおいて透過率の低下や波長シフトが生じないため、斜め輝度に優れる。
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くが、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意味する。
反射中心波長=(λ1+λ2)/2
半値幅=(λ2−λ1)
本発明において、レターデーションRe(λ)、Rth(λ)はAxoScan(Axometric社製)を用いて求めるものとする。面内レターデーションRe(λ)は、フィルム面の法線方向から波長λの光を入射させて測定した値である。なお、AxoScanにて平均屈折率((Nx+Ny+Nz)/3)と膜厚(d(μm))を入力することにより、
遅相軸方向(°)
厚さ方向の位相差Rth(λ)=((Nx+Ny)/2−Nz)×d
が算出される。
また、斜めレターデーションRet(50°)は、フィルム面に極角50°から波長λの光を入射させて測定した値である。
また、斜めレターデーション値Ret(50°)の符号は、その遅相軸をフィルム面と平行方向と見なしたときのレターデーションの符合とする。例えば、遅相軸がフィルム面と平行方向にあると見なせる場合(例えばRth>0のCプレート)は斜めレターデーション値Ret(50°)の符号は正であり、遅相軸がフィルム面と垂直方向にあると見なせる場合(例えばRth<0のCプレート)は斜めレターデーション値Ret(50°)の符号は負となる。
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、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。
本発明の光学素子について説明する。図1は、本発明の光学素子の一実施形態を示す概略断面図である。本発明の光学素子は、本実施形態に限定されるものではない。
なお、本発明の反射偏光子13は、コレステリック液晶相が固定されてなる光学膜を二軸延伸して得られる二軸延伸膜により構成される。
正面レターデーション値Reは、好ましくは、0nm≦Re<5nmであり、かつ極角50°方向のレターデーション値Retの絶対値|Ret(50°)|は、|Ret(50°)|≦30nmである。さらに好ましくは、0nm≦Re<3nmであり、かつ、|Ret(50°)|≦10nmである。
本発明の光学素子における反射偏光子について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の光学素子における反射偏光子(円盤状液晶化合物からなるコレステリック液晶相が固定された層)の二軸延伸前後の屈折率楕円体を示す図である。図2aは、反射偏光子を二軸延伸する前の屈折率楕円体を示す。図2bは、反射偏光子を二軸延伸した後の屈折率楕円体を示す図である。
一方、図2bに示すように、本発明の光学素子における反射偏光子は、円盤状液晶化合物からなるコレステリック液晶相が固定された層を二軸延伸することによって得られ、nx=ny=nzとなり等方的な屈折率楕円体を有する。
このように等方的な屈折率楕円体を有することによって、斜め方向の透過光の円偏光を崩すことがないので、液晶表示装置に組み込んだ場合、斜め色味変化を抑制することができる。
図3に示すように、本実施形態の光学素子11における反射偏光子13は、第一の光反射層14a、第二の光反射層14bおよび第三の光反射層14cを含んでなる。そして、第一の光反射層14a、第二の光反射層14b、および第三の光反射層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に積層されている態様である。
図3に示す態様に限られず、第一の光反射層14a、第二の光反射層14b、および第三の光反射層14cの3層を含む反射偏光子13は、接着層20を介さずλ/4板12に直接接触していてもよい。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、および第三の光反射層14c以外の層を有してもよい。
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。
本発明の光学素子では、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板の作用により、偏光状態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)が実質的に反射偏光子を透過し、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。
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、液晶表示装置の輝度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。
また、さらに、第三の光反射層14cに接してさらに、反射中心波長750nm〜850nmかつ半値幅200nm以下である反射率のピークを有する赤外光反射層を設けてもよい。
青色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。
青色反射層は、膜厚が2〜10μmであることが好ましく、3〜7μmであることがより好ましい。
緑色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。
緑色反射層は、膜厚が2〜10μmであることが好ましく、3〜7μmであることがより好ましい。
赤色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。
赤色反射層は、膜厚が2〜10μmであることが好ましく、3〜7μmであることがより好ましい。
青色反射層、緑色反射層、赤色反射層のいずれも、反射率のピークの半値幅が30nm以上あることがバックライトユニットの発光を反射するために好ましい。
以下、特開平8−271731号公報に記載の方法について説明する。
まず、コレステリック液晶相を固定してなる反射偏光子の材料である円盤状液晶化合物について説明する。
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。
コレステリック液晶相を固定してなる反射偏光子を形成するために用いられる重合性組成物は、円盤状液晶化合物の他、キラル剤、配向制御剤、重合開始剤、および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。
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。
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。
T11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が好ましい。T11中に含まれるpは1〜4のいずれかの整数が好ましく、1または2がより好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−
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が好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−O−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−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。
各反射偏光子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。
本発明の光学素子は、支持体を含んでいてもよく、この支持体上に反射偏光子を有していてもよい。ただし、本発明では、本発明の光学素子に含まれてもよいλ/4板(後述する)そのものを支持体として用いて、図1に示したようにλ/4板に反射偏光子を貼合してもよく、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、その支持体に反射偏光子を貼合してもよい。
このような支持体としては、透明支持体が好ましく、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、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、およびシクロオレフィンポリマー系フィルム[例えば、商品名「アートン」、JSR社製、商品名「ゼオノア」、日本ゼオン社製]等を挙げることができる。
このような製膜時に用いられる支持体としては、特に制限はないが、後述の製造工程における延伸および剥離等に耐えうる物性を有することが好ましい。
反射偏光子の形成面(重合性組成物の塗布面)には、所望の液晶の配向を得るため、ここでは所望のコレステリック液晶相を得るために、配向層を備えていることが好ましい。
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ことが好ましい。反射偏光子形成後に、仮支持体から反射偏光子を剥離する場合には、配向層も仮支持体と共に剥離することが好ましい。
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、第一、第二、および第三の光反射層の表面に、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。
本発明の光学素子は、反射偏光子の少なくとも一方の面にλ/4板を有してもよい。
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(λ))を調節することで、斜め方位から見た場合に発生する反射偏光子の膜厚の位相差をキャンセルすることが可能となる。
本発明の光学素子では、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。
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
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。
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。
本明細書において、「接着」は「粘着」も含む概念で用いられる。
本発明の光学素子においては、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。
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。
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。
本発明の光学素子は、λ/4板と併せて偏光子を有していてもよい。ここで、偏光子は第1の直線偏光を透過し、第1の直線偏光に直交する第2の直線偏光を吸収もしくは反射する吸収型の偏光子であり、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。この偏光子は、λ/4板を挟んで反射偏光子と対向して配置される。
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。
本発明の光学素子の製造方法について説明する。図4は、円盤状液晶化合物からなるコレステリック液晶相が固定された反射偏光子を備えた光学素子の製造方法であって、円盤状液晶化合物を含む重合性組成物から塗膜を形成する工程(1)、塗膜を硬化させる工程(2)、および硬化させた塗膜を二軸延伸する工程(3)により反射偏光子を形成するものである。
本発明の光学素子の製造方法によれば、等方的な屈折率楕円体を有する反射偏光子を得ることができる。よって、この光学素子を液晶表示装置の組み込むことによって、斜め方向に透過する円偏光を崩すことなく、λ/4板で円偏光を良好に直線偏光に変換することができる。これにより、斜め方向の色味変化を低減することができ、さらには、良好な斜め輝度を得ることができる。
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充分であり、最終的に各反射偏光子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。
二軸延伸は、公知の方法を用いることができる。
作製したコレステリック液晶相の塗膜を有するフィルムを、縦一軸延伸機において、所望の延伸倍率で縦延伸した後、テンター式延伸機において所望の延伸倍率で横延伸してもよい。または、横延伸した後、縦延伸してもよい。二軸延伸されたフィルムは、巻取り部前で両端部を切り落とし、巻き取り部で巻き取ることによってロールフィルムとしてもよい。縦横の延伸倍率は基本的に同率とするが、縦一軸延伸において幅方向に収縮した場合は初期からの実質的な変形率が同等になるように横延伸倍率を大きくしてもよい。また実質的な縦横の変形率は5%程度差であれば許容される。
延伸時の吸気温度、フィルム膜面温度、および延伸速度は、所望の延伸倍率によって適宜調製することが可能である。
延伸時のフィルム膜面温度はコレステリック液晶相を形成した支持体のガラス転移点Tg−40〜Tg+20℃が好ましく、Tg−20℃〜Tg+10℃がより好ましい。
本発明の液晶表示装置について説明する。図5は、本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。
本実施形態の液晶表示装置51は、図5に示すように、バックライトユニット31、本発明の光学素子11を含む光学シート部材21、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、および表示側偏光板44を備える。光学シート部材21は、本発明の光学素子11が接着層20を介してバックライト側偏光板1に接着されてなる。バックライト側偏光板1は、偏光板保護フィルム4が設けられた偏光子3および位相差フィルム2から構成される。
バックライトユニット31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光源を備えることが好ましい。
さらに、バックライトユニット31が、バックライトユニット31から出力されて光学素子11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。
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光学素子と一体化していてもよく、光学素子とは別に設けられていてもよい。
液晶セル42の駆動モードについては特に制限はなく、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。液晶セルは、VAモード、OCBモード、IPSモード、又はTNモードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。VAモードの液晶表示装置の構成としては、特開2008−262161号公報の図2に示す構成が一例として挙げられる。ただし、液晶表示装置の具体的構成には特に制限はなく、公知の構成を採用することができる。
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光学素子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、特許第3416302号、特許第3363565号、特許第4091978号、特許第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。
発明者らが鋭意検討した結果、本発明の光学素子は、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。
本実施形態の液晶表示装置60は、上記の液晶表示装置51の表示面(最も視認側)にさらに光学素子11を備えた構成である。なお、光学素子11の下方には液晶表示装置51に限らず、他の形態の液晶表示装置を備えてもよい。
本実施形態では、光学素子11はλ/4が表示側偏光板44(図5参照)側となるように配置される。
特開2006−293275号公報の[0219]と同様にして、偏光子を製造した。
<仮支持体の作製>
[下記一般式(II)で表されるラクトン環構造を有するアクリル系樹脂{共重合モノマー質量比=メタクリル酸メチル/2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル=8/2、ラクトン環化率約100%、ラクトン環構造の含有割合19.4%、重量平均分子量133000、メルトフローレート6.5g/10分(240℃、10kgf)、Tg131℃}90質量部と、アクリロニトリル−スチレン(AS)樹脂{トーヨーAS AS20、東洋スチレン社製}10質量部との混合物;Tg127℃]のペレットを二軸押出機に供給し、約280℃でシート状に溶融押出しして、厚さ40μmの長尺状の仮支持体を得た。
上記仮支持体に、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。
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(IRGACURE(登録商標)2959、BASF社製)
0.8質量部
配向層上に、下記の方法でコレステリック液晶材料として上記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反射偏光子を形成した。
下記の塗布液を、延伸後の乾燥膜厚が3.5μmになるように濃度を調製してMEK(メチルエチルケトン)に溶解し、円盤状液晶化合物を含む反射偏光子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、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、反射偏光子を形成した。
円盤状液晶化合物101と円盤状液晶化合物102の合計 100質量部
下記界面活性剤1 0.45質量部
下記重合開始剤1 3質量部
下記キラル剤1(延伸後の反射中心波長が480±36nmとなる量)
4.2質量部
作製した反射偏光子を、縦一軸延伸機において、給気温度150℃、フィルム膜面温度140℃、延伸速度30%/分で表1記載の延伸倍率(10%)で縦延伸した。その後、テンター式延伸機において、給気温度150℃、フィルム膜面温度140℃、延伸速度30%/分で表1記載の延伸倍率(10%)で横延伸し、巻取り部前で両端部を切り落とし、長さ4000mのロールフィルムとして巻き取り二軸延伸コレステリック液晶フィルムを得た。この液晶フィルムの延伸された反射偏光子を、単に反射偏光子と称する場合がある。
反射波長が表1に記載のものとなるようにキラル剤の添加量を調整し、さらに二軸延伸条件を表1に記載のようにした以外は、実施例1と同様にして反射偏光子を形成した。
反射波長が表1に記載のものとなるようにキラル剤の添加量を調整し、さらに延伸条件を表1のようにした以外は、実施例1と同様にして反射偏光子を形成した。なお、延伸しない例では延伸後膜厚とは硬化後の膜厚を意味する。
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。
下記棒状化合物18−1と下記棒状化合物18−2の合計 100質量部
フッ素系水平配向剤1 0.05質量部
フッ素系水平配向剤2 0.01質量部
右旋回性キラル剤LC756(BASF社製) 6.1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
キラル剤の添加量および延伸条件を表1に記載のようにした以外は比較例8と同様にして反射偏光子を作製した。
実施例1〜16の反射偏光子を、表2に示すように、それぞれ、青色反射層(第一の光反射層)、緑色反射層(第二の光反射層)、赤色反射層(第三の光反射層)として積層して複数層の光反射層を含む反射偏光子を備え、さらにλ/4板および偏光子を積層してなる実施例21〜25の光学素子を形成した。また、実施例23の構成にさらに赤外反射層(第四の光反射層)を積層した反射偏光子を備えた実施例26の光学素子を作製した。
第二の光反射層および第三の光反射層を、それぞれ上記仮支持体上に作製した。第二の光反射層上に市販のアクリル接着剤(東亞合成株式会社製UV−3300)を塗布した。この塗布面を第一の光反射層に直接貼りあわせ、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た後、仮支持体を剥離した。さらにその上に第三の光反射層を、第二の光反射層と同様の手法で貼り合わせた。得られた反射偏光子は、仮支持体上に第一の光反射層、接着剤層、第二の光反射層、接着剤層、第三の光反射層、仮支持体の順で積層されたものである。
λ/4板として富士フイルム社製の“QLフィルム”を用いた。これはセルロース支持体上に円盤状液晶化合物層を設けたフィルムである。フィルムのRe(550)=125nm、Rth(550)=1nmであった。
第一の光反射層側の仮支持体を剥離して、このλ/4板のセルロース支持体側を、上記光反射層と同様の手法で上記反射偏光子の第一の光反射層上に貼り合わせた後、第三の光反射層の仮支持体を剥離してλ/4板付き反射偏光子とした。
なお、実施例26の光学素子は、第三の光反射層側にさらに接着層を介して赤外反射層(第四の光反射層)を備えた構成であり、同様の手法で作製した。
比較例1〜13の反射偏光子を、表2に示すように、それぞれ、青色反射層(第一の光反射層)、緑色反射層(第二の光反射層)、赤色反射層(第三の光反射層)として、上記実施例21〜25と同様に積層して比較例21〜24の光学素子を作製した。また、実施例26と同様にして、さらに赤外反射層(第四の光反射層)を備えた比較例25を作製した。
<面内リターデーション値Reの測定方法>
実施例1〜16および比較例1〜13について、面内リターデーション値Reを以下の方法により測定した。
反射偏光子を形成後、その反射偏光子を上記アクリル接着剤を用いてガラス板に貼り合わせ、仮支持体を剥離した後、Axoscanのスペクトル測定により光学特性を測定した。そのうち「Transmittance」のスペクトルから反射中心波長を求めた。そして、得られた反射中心波長の+50nmおよび−50nmにおける「Linear Retardance(nm)」の平均値を、Reとした。
実施例1〜16および比較例1〜13について、斜めRet(50°)を以下の方法により測定した。
Re測定時に得られた遅相軸を軸として、Axoscanのステージを50°傾けたこと以外はReと同様にスペクトル測定を行い、光学特性を測定した。そのうち「Transmittance」のスペクトルから得られた反射中心波長の+50nmおよび−50nmにおける「Linear Retardance(nm)」の平均値をRet(50°)とした。
実施例1〜16および比較例1〜13について、以下のように評価用のバックライト側偏光板を作製した。先に準備した偏光子の両面に市販のセルロースアシレート系フィルム「TD80UL」(富士フイルム社製)をそれぞれ貼り合わせて積層体を得た。この積層体の一面に実施例1〜16および比較例1〜13で得られた反射偏光子を上記アクリル接着剤で貼合し、仮支持体を剥離することで、評価用のバックライト側偏光板を得た。すなわち評価用のバックライト側偏光板は、実施例1〜16もしくは比較例1〜13の反射偏光子、セルロースアシレート系フィルム、偏光子、セルロースアシレート系フィルムの積層構造体である。
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以下のように変更して評価用の液晶表示装置を組み立てた。
実施例1〜16および比較例1〜13については、上述のようにして作製した評価用のバックライト側偏光板を、実施例もしくは比較例の反射偏光子がバックライト側となるように上記分解した液晶表示装置のセルに貼合して評価用の液晶表示装置を組み立てた。
実施例21〜26および比較例21〜25については、各例で作製した光学素子を、その反射偏光子がバックライト側になるように上記分解した液晶表示装置のセルに貼合して評価用の液晶表示装置を組み立てた。
色味座標u’v’の測定には、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いた。測定角度を極角50°方向に固定し、方位角を15°刻みで360°回転させて色味座標u’、v’の値を測定し、最大と最小の差分をとった色味変化Δu’v’(50°)を算出した。その値を評価指標とし、以下の評価基準に基づいて評価した。
実施例1〜5、比較例5、8および11の青色光を反射する反射偏光子は、比較例1を基準(基準1−1)とした。
実施例6〜10、比較例6、9および12の緑色光を反射する反射偏光子は、比較例2を基準(基準1−2)とした。
実施例11〜15、比較例7、10および13の赤色光を反射する反射偏光子は、比較例3を基準(基準1−3)とした。
実施例16の赤外光を反射する反射偏光子は比較例4を基準(基準1−4)とした。
実施例1〜16および比較例5〜13について、上記各基準に対して以下のように評価した。
A:基準を用いた液晶表示装置の斜め色味変化よりも40%以上、良好である
B:基準を用いた液晶表示装置の斜め色味変化よりも25%以上、40%未満、良好である
C:基準を用いた液晶表示装置の斜め色味変化よりも10%以上、25%未満、良好である
D:基準を用いた液晶表示装置の斜め色味変化と同等以下である
実施例21〜25および比較例22〜24は、比較例21を基準(基準2−1)とした。
実施例26は、比較例25を基準(基準2−2)とした。
実施例21〜26および比較例22〜24について、各基準に対して以下のように評価した。
A:基準の液晶表示装置の斜め色味変化よりも40%以上、良好である
B:基準の液晶表示装置の斜め色味変化よりも25%以上、40%未満、良好である
C:基準の液晶表示装置の斜め色味変化よりも10%以上、25%未満、良好である
D:基準の液晶表示装置の斜め色味変化と同等以下である
実施例21〜26および比較例21〜25の光学素子を用いた液晶表示装置の白表示時の正面輝度を、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いて測定した。その結果をもとに、以下の基準で評価した。なお、評価光源および反射偏光子の積層数を合わせるために、実施例21〜25および比較例22〜24は比較例21を基準とし、実施例26は比較例25を基準とした。その結果をもとに、以下のように評価した。
B:基準の液晶表示装置の斜め輝度よりも25%以上、40%未満、良好である
C:基準の液晶表示装置の斜め輝度よりも10%以上、25%未満、良好である
D:基準の液晶表示装置の斜め輝度と同等以下である
実施例21と同様にして、実施例1〜16で形成した反射偏光子を、表3に示すように、それぞれ、青色反射層(第一の光反射層)、緑色反射層(第二の光反射層)、赤色反射層(第三の光反射層)として積層して複数層の光反射層を含む反射偏光子を形成し、さらにλ/4板と積層して実施例31の光学素子を形成した。実施例31において、赤色反射層とλ/4板との間にさらに赤外反射層(第四の光反射層)を備えた実施例32の光学素子を形成した。
比較例21と同様に、比較例1〜13の反射偏光子のうち、表3に示すように、それぞれ、青色反射層(第一の光反射層)、緑色反射層(第二の光反射層)、赤色反射層(第三の光反射層)として積層して複数層の光反射層を含む反射偏光子を形成し、さらにλ/4板と積層して比較例31、32の光学素子を形成した。さらに、比較例31において、赤色反射層とλ/4板との間にさらに赤外反射層(第四の光反射層)を備えた比較例33の光学素子を形成した。
市販の液晶表示装置(パナソニック社製、商品名TH−L42D2)の視認側表面に、実施例31、32および比較例31〜33それぞれの光学素子をλ/4板が液晶表示装置側になり、かつλ/4板の遅相軸と液晶表示装置視認側偏光板の吸収軸とが45度になるように貼合し、画像表示機能付きミラーとした。
色味座標u’v’の測定には、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いた。測定角度を極角50°方向に固定し、方位角を15°刻みで360°回転させて色味座標u’、v’の値を測定し、最大と最小の差分をとった色味変化Δu’v’(50°)を算出した。その値を評価指標とし、以下の評価基準に基づいて評価した。
実施例31および比較例32は、比較例31を基準(基準3−1)とし、実施例32は、比較例33を基準(基準3−2)として以下のように評価した。
A:基準の光学素子を備えた画像表示機能付きミラーの斜め色味変化よりも40%以上、良好である
B:基準の光学素子を備えた画像表示機能付きミラーの斜め色味変化よりも25%以上、40%未満、良好である
C:基準の光学素子を備えた画像表示機能付きミラーの斜め色味変化よりも10%以上、25%未満、良好である
D:基準の光学素子を備えた画像表示機能付きミラーの斜め色味変化と同等以下である
実施例31、32および比較例31〜33の光学素子を用いた画像表示機能付きミラーの斜め輝度として、測定機(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用いて、測定角度を極角50°方向に固定し、方位角を15°刻みで360°回転させて測定した白表示時の斜め輝度を測定した。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31および比較例32は、比較例31を基準(基準3−1)とし、実施例32は、比較例33を基準(基準3−2)として以下のように評価した。
B:比較例17を用いた画像表示機能付きミラーの斜め輝度よりも25%以上、40%未満、良好である
C:比較例17を用いた画像表示機能付きミラーの斜め輝度よりも10%以上、25%未満、良好である
D:比較例17を用いた画像表示機能付きミラーの斜め輝度と同等以下である
また、|Ret|が10nm以下の場合が50°周り色味変化量が最も小さいことがわかる。
一方、比較例1〜4の延伸を行わなかった場合は、Reは0nmであったが、斜めRet(50°)の絶対値が50nm以上であったため、50°周り色味変化が劣ったと考えられる。
また、比較例5〜7の一軸延伸の場合は、斜めRet(50°)の絶対値|Ret(50°)|は50nm以下であったが、Reが大きいため、50°周り色味変化が劣ったと考えられる。
また、棒状液晶化合物を用いた比較例8〜13は、延伸を行わなかった場合も二軸延伸した場合も斜めRet(50°)の絶対値が本発明の範囲より大きく外れたため、50°周り色味変化が劣ったと考えられる。
また、さらには、表2において、実施例21〜実施例25に示すように、青色、緑色、赤色の3層を積層した反射偏光子では、斜め色味変化はC以上の評価を得ることができ、さらには、各色の斜め色味変化が小さいため、斜め輝度にも優れる結果となった。
実施例23および実施例26は、50°周り色味変化量が小さい各層を積層しているため、斜め輝度が高かった。
2 位相差フィルム
3 偏光子
4 偏光板保護フィルム
11 光学素子
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
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、60 液晶表示装置
Claims (5)
- 円盤状液晶化合物からなるコレステリック液晶相が固定された反射偏光子を備え、
前記反射偏光子は、反射中心波長の外側±50nmにおいて、正面レターデーション値Reが0nm≦Re<10nmであり、かつ極角50°方向のレターデーション値Retの絶対値|Ret(50°)|が、|Ret(50°)|≦50nmである光学素子。 - 前記反射偏光子が、第一の光反射層、第二の光反射層および第三の光反射層を含んでなり、
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反射層であり、いずれか一つが反射中心波長500〜599nmかつ半値幅200nm以下である反射率のピークを有する緑色反射層であり、いずれか一つが反射中心波長600〜750nmかつ半値幅150nm以下である反射率のピークを有する赤色反射層である請求項1記載の光学素子。 - 前記反射偏光子の少なくとも一方の面にλ/4板を備える請求項1または2記載の光学素子。
- 円盤状液晶化合物からなるコレステリック液晶相が固定された反射偏光子を備えた光学素子の製造方法であって、
円盤状液晶化合物を含む重合性組成物から塗膜を形成する工程、
該塗膜を硬化させる工程、および
該硬化させた塗膜を二軸延伸する工程により前記反射偏光子を形成する光学素子の製造方法。 - 少なくとも、請求項3記載の光学素子と、液晶セルと、バックライトユニットとを備える液晶表示装置。
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