JPWO2018003380A1 - 光学装置および表示装置 - Google Patents

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Abstract

簡単な構成および制御で、ディスプレイに載置することで、広視野角での表示と狭視野角での表示との切り換えを可能にする光学装置、および、この光学装置を利用する表示装置の提供を課題とする。光学装置は、厚さ方向に吸収軸を有する第1偏光子、厚さ方向に吸収軸を有する第2偏光子、および、第1偏光子と第2偏光子との間に配置される、面内レターデーションが0の状態と0超の状態とを切り換え可能な機能層、を有する。表示装置は、表示素子と、上記光学装置とを有する。

Description

本発明は、液晶表示装置などの表示装置に利用される光学装置、および、この光学装置を用いる表示装置に関する。
タブレットPC(Personal Computer)、ノートPC、スマートフォン等の携帯電話など、個人使用の電子機器では、周囲の第三者に画面を覗き見られたくないという要望が有る。そのため、これらの電子機器では、周囲の第三者に画面を覗き見られないように、画面の視野角を狭くすることが行われている。
例えば、特許文献1には、λ/2板等の位相差膜の両面に偏光膜を有し、かつ、この偏光膜が、偏光子を含み、偏光子の吸収軸が膜面に対して略垂直方向に配向している光学フィルムが記載されている。
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。
その反面、この光学フィルムを画面上に載置すると、斜め方向からの視野角が狭い状態で固定されてしまう。そのため、再度、通常の広視野角での画像表示を行う場合には、光学フィルムを取り外す必要がある。
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。
一方、タブレットPCやノートPCなどの電子機器において、横からの覗き見防止などのセキュリティーと、必要な場合における横からの十分な視認性とを実現するために、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えることができる表示装置が、各種、提案されている。
例えば、特許文献2には、R(赤)、G(緑)、B(青)およびW(白)のサブピクセルに対応するゲート配線およびデータ配線を有する第1基板と、ゲート配線とデータ配線との交点に配置される薄膜トランジスタと、R、G、BおよびWのサブピクセル内に備えられるプレート型の第1共通電極と、薄膜トランジスタに接続され、第1共通電極と絶縁されて複数のスリットを有する画素電極と、第1基板に対向合着される、第1基板との空間に液晶層が備えられる第2基板と、第2基板上にWサブピクセルに対応するように形成されるプレート型の第2共通電極とを有する液晶表示装置が開示されている。
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。
また、特許文献3には、視野角が一次元方向に制限された画面と、この画面に表示する画像の正立方向が視野角の制限方向に対して略直交するパーソナルビューモードと、画像の正立方向が視野角の制限方向に一致するマルチビューモードとを切り換える画像表示切替手段とを有する表示装置が開示されている。
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。
特開2008−165201号公報 特開2007−178979号公報 特開2004−279866号公報
特許文献2および3に記載の表示装置によれば、何らかの部材の着脱を行うことなく、1台の表示装置によって、通常の広視野角の画像表示と、狭視野角の表示とを切り換えることができる。
しかしながら、特許文献2の液晶表示装置では、Wサブピクセル、複数の基板、および、複数の共通電極などを有する特殊な構造の液晶表示素子を必要とし、さらに、液晶表示装置を複数の異なるモードにより駆動する必要があるため、表示装置の構成が複雑になってしまう。
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。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、タブレットPCやノートPCなどに装着することにより、着脱や画像処理などを行うことなく、簡易な動作で、通常の広視野角での画像表示と、視野角を制限した狭視野角での画像表示とを切り換えることができ、しかも、構成も簡易な光学装置、および、この光学装置を利用する表示装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明の光学装置は、厚さ方向に吸収軸を有する第1偏光子、
厚さ方向に吸収軸を有する第2偏光子、および、
第1偏光子と第2偏光子との間に配置される、面内レターデーションが0の状態と0超の状態とを切り換え可能な機能層、を有することを特徴とする光学装置を提供する。
このような本発明の光学装置において、機能層が、面内レターデーションが0の状態とλ/2の状態とを切り換えるのが好ましい。
また、さらに、移動手段を有し、機能層が、位相差は一定で、かつ、同一面内で複数の帯状領域に分割されているパターン光学異方性層を有する、帯状領域の長手方向を一致して配置される第1位相差板および第2位相差板を有し、第1位相差板のパターン光学異方性層および第2位相差板のパターン光学異方性層は、1つの帯状領域内における遅相軸の方向が一致し、かつ、隣接する帯状領域同士の遅相軸の方向が互いに異なるものであり、移動手段は、帯状領域の配列方向に第1位相差板と第2位相差板とを相対的に移動させるのが好ましい。
また、さらに、移動手段を有し、機能層が、位相差は一定で、かつ、同一面内で格子状の複数の矩形領域に分割されているパターン光学異方性層を有する、格子状の分割方向を一致して配置される第1位相差板および第2位相差板を有し、第1位相差板のパターン光学異方性層および第2位相差板のパターン光学異方性層は、1つの矩形領域内における遅相軸の方向が一致し、かつ、格子状の分割方向に隣接する矩形領域同士の遅相軸の方向が互いに異なるものであり、移動手段は、格子状の分割方向の一方の方向に第1位相差板と第2位相差板とを相対的に移動させるのが好ましい。
また、第1位相差板のパターン光学異方性層および第2位相差板のパターン光学異方性層において、格子状の分割方向に隣接する矩形領域の遅相軸が互いに直交するのが好ましい。
また、第1位相差板のパターン光学異方性層および第2位相差板のパターン光学異方性層において、隣接する帯状領域の遅相軸が互いに直交するのが好ましい。
また、第1位相差板および第2位相差板が、λ/4板であるのが好ましい。
また、第1位相差板のパターン光学異方性層および第2位相差板のパターン光学異方性層が、棒状液晶性化合物またはディスコティック液晶性化合物を含むのが好ましい。
また、第1位相差板のパターン光学異方性層および第2位相差板のパターン光学異方性層が逆波長分散性を有するのが好ましい。
また、第1偏光子および第2偏光子が、複屈折性材料を厚さ方向に配向した構造を有するのが好ましい。
さらに、複屈折性材料が2色性色素であるのが好ましい。
本発明の表示装置は、表示素子、および、本発明の光学装置、を有することを特徴とする表示装置を提供する。
本発明の光学装置および表示装置によれば、構成が簡易で、タブレットPCやノートPCなどに装着することにより、部材の着脱等を行うことなく、しかも、簡易な動作で、通常の広視野角での画像表示と、視野角を制限した狭視野角での画像表示とを切り換えることができる。
光学装置の一実施形態における構成を示す図である。 光学装置の一実施形態における吸収軸の方向および遅相軸の方向を示す図である。 光学装置の一実施形態における吸収軸の方向および透過軸の方向を示す図である。 位相差板の製造方法の一実施形態を示す図である。 光学装置の一実施形態における作用を説明する図である。 光学装置の一実施形態における吸収軸の方向および透過軸の方向を示す図である。 光学装置の他の実施形態における構成を示す図である。 光学装置の他の実施形態における作用を説明する図である。 光学装置の他の実施形態における作用を説明する図である。
以下、本発明の光学装置および表示装置について、添付の図面に示される好適な実施例を基に、詳細に説明する。
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、波長λにおける面内のレターデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、550nm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に示すように、光学装置10は、第1偏光子12と、機能層14と、第2偏光子16とを有する。図示例の光学装置10において、機能層14は、第1位相差板18と、第2位相差板20とで構成される。さらに、光学装置10は、第1位相差板18を移動させるための移動手段24が設けられる。
光学装置10において、第1位相差板18は、パターン光学異方性層18Aと支持体18Bとで構成され、第2位相差板20は、パターン光学異方性層20Aと支持体20Bとで構成される。図1においては、第2位相差板20の構成を明確に示すために、第2位相差板20の支持体20Bは破線で示している。
なお、図1において、パターン光学異方性層18Aおよびパターン光学異方性層20Aの矢印は、パターン光学異方性層18Aおよびパターン光学異方性層20Aの遅相軸の方向を示している。本発明において、光学異方性層の遅相軸の方向とは、光学異方性層の面方向の遅相軸(面内遅相軸)の方向であり、後述するx−y方向における遅相軸の方向である。
このような構成を有する光学装置10は、第1偏光子12と、第2位相差板20と、第2偏光子16とを、互いの主面(最大面)を対面して、この順番で積層した構成を有するものである。従って、光学装置10を、x方向から見ると、図2に概念的に示すような構成になる。なお、図2において、パターン光学異方性層18Aおよびパターン光学異方性層20Aの矢印は、図1と同様、パターン光学異方性層18Aおよびパターン光学異方性層20Aの(面内)遅相軸の方向(後述するx−y方向における遅相軸の方向)を示している。この点に関しては、後述する図5も同様である。
また、図示例では、第1偏光子12、第1位相差板18、第2位相差板20、および、第2偏光子16は、互いに離間しているが、後述する移動手段24による第1位相差板18の移動が可能であれば、第1偏光子12、第1位相差板18、第2位相差板20、および、第2偏光子16は、少なくとも1つが隣接する部材と接触していてもよい。また、第1偏光子12と第1位相差板18とは、貼合層等によって貼り合わせされてもよい。
第1偏光子12および第2偏光子16(以下、「偏光膜」ともいう。)は、共に、厚さ方向に吸収軸を有する偏光子である。
なお、本発明において、第1偏光子12および第2偏光子16が、厚さ方向に吸収軸を有するとは、第1偏光子12および第2偏光子16の膜面(主面)に対して、第1偏光子12および第2偏光子16の吸収軸の角度が80〜90°であることを意味する。また、第1偏光子12および第2偏光子16において、吸収軸の角度は、第1偏光子12および第2偏光子16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。
第1偏光子12および第2偏光子16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、第1偏光子12および第2偏光子16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、第1偏光子12および第2偏光子16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、第1偏光子12および第2偏光子16の膜面の垂線に対する角度である。
第1偏光子12および第2偏光子16は、厚さ方向に吸収軸を有する。また、吸収軸を有するということは、直交する方向に透過軸を有する。
図1に示すように、厚さ方向をz方向、z方向と直交する後述する帯状領域の長手方向をx方向、z方向およびx方向と直交する後述する帯状領域の配列方向をy方向とする。
図3に概念的に示すように、このようなx−y−z方向において、第1偏光子12および第2偏光子16は、x方向(x方向の斜め)に見た際には、z方向に吸収軸a(実線の矢印)を有し、y方向に透過軸ty(破線の矢印)を有する、z方向およびy方向に平行な偏光板Yp(二点鎖線)のような状態となる。また、第1偏光子12および第2偏光子16は、y方向(y方向の斜め)に見た際には、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。
この点に関しては、後に詳述する。
以下、第1偏光子12および第2偏光子16について、詳細に説明する。
なお、第1偏光子12および第2偏光子16は、位置が異なる以外は、基本的に、同じ構成を有するので、両者を区別する必要がない場合には、説明は、第1偏光子12を代表例として行う。
第1偏光子12は、厚さ方向に吸収軸を有するものであれば、構成には、特に限定はない。中でも、複屈折性材料(複屈折性を有する材料(異方性吸収材料))が含まれ、その複屈折性材料が所定の方向に配向されてなる第1偏光子12が好ましい。より具体的には、例えば、複屈折性材料として後述する2色性色素が用いられる場合は、2色性色素の長軸が第1偏光子12の厚さ方向と平行になるように配置される。
複屈折性材料には、特に限定はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、無機粒子、2色性色素、異方性金属ナノ粒子、カーボンナノチューブ、金属錯体などが挙げられる。これらの中でも、2色性色素、異方性金属ナノ粒子、カーボンナノチューブ、が特に好ましい。
−2色性色素−
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。
本発明において、2色性色素とは、光を吸収する機能を有する化合物と定義される。2色性色素としては、極大吸収および吸収帯については、いかなるものであってもよいが、イエロー域(Y)、マゼンタ域(M)、あるいはシアン域(C)に極大吸収を有する場合が好ましい。また、2色性色素は2種類以上を用いてもよく、Y、M、Cに極大吸収を有する2色性色素の混合物を用いるのが好ましく、可視域(400〜750nm)の範囲を全て吸収するように2色性色素を混合して用いるのがより好ましい。ここで、イエロー域とは420〜490nmの範囲、マゼンタ域とは495〜570nmの範囲、シアン域とは620〜750nmの範囲である。
ここで、2色性色素に用いられる発色団について説明する。2色性色素の発色団としては、特に限定はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素、メロシアニン色素、アゾメチン色素、フタロペリレン色素、インジゴ色素、アズレン色素、ジオキサジン色素、ポリチオフェン色素、フェノキサジン色素などが挙げられる。これらの中でも、アゾ色素、アントラキノン色素、フェノキサジン色素が好ましく、アントラキノン色素、フェノキサゾン色素(フェノキサジン−3−オン)がより好ましい。
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−
異方性金属ナノ粒子は、数〜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−
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(Chemical Vapor Deposition)法、プラズマCVD法などが知られている。アーク放電法およ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法およびプラズマ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。
第1偏光子12における複屈折性材料の含有量は、第1偏光子12の総質量に対して、0.1〜90.0質量%が好ましく、1.0〜30.0質量%がより好ましい。複屈折性材料の含有量が、0.1質量%以上であると、十分な偏光性を得ることができる。一方、90質量%以下であると、偏光子の成膜を支障なく行うことができ、偏光子の透過率を維持することができる。
第1偏光子12は、複屈折性材料以外にも偏光子の形成方法(配向方法)に応じて、分散剤、溶媒、バインダー樹脂等のその他の成分を含有してなる。
<<第1偏光子12(第2偏光子16)の製造方法>>
第1偏光子12の製造方法としては、基材面(偏光子面)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。
第1偏光子12の厚さは、特に限定はなく、目的に応じて適宜選択することができ、0.1〜10μmが好ましく、0.3〜3μmがより好ましい。
光学装置10において、第1偏光子12と第2偏光子16との間には、機能層14が配置される。
機能層14は、面内レターデーションが0(ゼロ)の状態と、0超の状態とを切り換えるものである。図示例において、機能層14は、第1位相差板18と第2位相差板20とを有する。第1位相差板18および第2位相差板20は、いずれも、λ/4板であり、機能層14は、面内レターデーションを、0の状態とλ/2の状態とに切り換える。ここで、面内レターデーションが0(ゼロ)であるとは、略0であることを含む。略0であるとは、0〜3nm程度の範囲を表す。
なお、第1位相差板18および第2位相差板20は、基本的に、同じ構成を有するので、第1位相差板18と第2位相差板20を区別する必要がない場合には、説明は、第1位相差板18を代表例として行う。
第1位相差板18(第2位相差板20)は、パターン光学異方性層18A(20A)と、支持体18B(20B)とを有する。
図2に示すように、第1位相差板18のパターン光学異方性層18Aは、同一面内において遅相軸が複数の帯状領域に分割されている。帯状領域は、x方向に長手方向を有し、y方向に配列される。
図示例においては、パターン光学異方性層18A(20A)は、同じ幅の直線状の領域である、第1帯状領域18a(20a)と第2帯状領域18b(20b)とを、交互に3個ずつ、計6個有する。
前述のように、第1位相差板18はλ/4板であり、パターン光学異方性層18Aの第1帯状領域18aおよび第2帯状領域18bは、位相差は一定であるが、第1帯状領域18aと第2帯状領域18bとで、遅相軸の方向が互いに直交する。すなわち、第1位相差板18のパターン光学異方性層18Aは、遅相軸の方向が互いに直交する2種類の帯状領域が交互に配列されたパターン光学異方性を有する。
また、図1において、各帯状領域の矢印は、前述のように、(面内)遅相軸の方向を示している。
第1位相差板18において、第1帯状領域18aは、帯状領域の配列方向すなわちy方向に対して45°傾いた遅相軸を有する。第2帯状領域18bはy方向に対して135°傾いた遅相軸を有する。従って、第1帯状領域18aの遅相軸と第2帯状領域18bの遅相軸とは、直交する。
なお、図1においては、第1帯状領域18aの遅相軸の方向と第2帯状領域18bの遅相軸の方向とが直交する構成を示したが、本発明は、これに限定はされず、互いに異なっていればよく、第1帯状領域18aの遅相軸と第2帯状領域18bの遅相軸とのなす角度は70〜110°が好ましく、80〜100°がより好ましく、90°が最も好ましい。
第1帯状領域18aおよび第2帯状領域18bの波長550nmの面内レターデーションRe(550)は特に制限されないが、それぞれ、110〜160nmが好ましく、120〜150nmがより好ましく、125〜140nmがさらに好ましい。また、図示例のように、第1位相差板18がパターン光学異方性層18A以外の他の層(図示例では、支持体18B)を含んでいる場合には、第1位相差板18全体で上記面内レターデーションの範囲を示すのが好ましい。
また、第1位相差板18が支持体18Bを含む場合は、支持体18BのRth(厚さ方向のレターデーション)とパターン光学異方性層18AのRthの合計が|Rth|≦20nmを満たすことが好ましい。
前述のとおり、第2位相差板20のパターン光学異方性層20Aも、同じ幅の直線状の領域であり、遅相軸の方向が互いに直交する第1帯状領域24aと第2帯状領域24bとを交互に計6個有する。
また、図1に示すように、第1位相差板18と第2位相差板20とは、第1位相差板18の第1帯状領域18aおよび第2帯状領域18bと、第2位相差板20の第1帯状領域24aおよび第2帯状領域24bとの長手方向を一致して配置される。
前述のように、第1位相差板18および第2位相差板20は、λ/4板である。また、第1位相差板18の第1帯状領域18aおよび第2位相差板20の第1帯状領域20aは、共に、y方向に対して45°傾いた遅相軸を有する。他方、第1位相差板18の第2帯状領域18bおよび第2位相差板20の第2帯状領域20bは、共に、y方向に対して135°(−45°)傾いた遅相軸を有する。
従って、第1位相差板18の第1帯状領域18aと第2位相差板20の第2帯状領域20bとがy方向に一致し、第1位相差板18の第2帯状領域18bと第2位相差板20の第1帯状領域20aとがy方向に一致した状態では、遅相軸の方向が直交する2枚のλ/4板を重ねた状態になり、第1位相差板18および第2位相差板20からなる機能層14は、合計の面内レターデーションが0になる。
この状態から、第1位相差板18をy方向すなわち帯状領域の配列方向に、帯状領域の幅の量だけ移動させると、第1位相差板18の第1帯状領域18aと第2位相差板20の第1帯状領域20aとがy方向に一致し、第1位相差板18の第2帯状領域18bと第2位相差板20の第2帯状領域20bとがy方向に一致した状態となる。この状態では、遅相軸の方向が一致する2枚のλ/4板を重ねた状態になるため、第1位相差板18および第2位相差板20からなる機能層14は、合計の面内レターデーションがλ/2になる。これにより、機能層14は、x方向およびy方向に対して、45°の遅相軸14sを有するλ/2板と同様の状態になる。
本発明は、これを利用して、液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ等の公知のディスプレイにおいて、広視野角の通常の画像表示と、視野角を狭くした狭視野角の画像表示とを行う。この点に関しては、後に詳述する。
第1位相差板18(第2位相差板20)における帯状領域の幅は、1〜500mmが好ましく、10〜100mmがより好ましい。
帯状領域の幅を500mm以下とすることで、斜め方向から見た際に画面を好適に視認しにくくすることができる。また、帯状領域の幅を1mm以上とすることで、モアレの発生を抑制でき、さらに、後述する移動手段24による第1位相差板18の移動も容易になる。
前述のように、第1位相差板18(第2位相差板20)は、λ/4板である。λ/4板とは、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または、円偏光を直線偏光に)変換する機能を有する板である。より具体的には、所定の波長λnmにおける面内レターデーション値がRe(λ)=λ/4(または、この奇数倍)を示す板である。この式は、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。なお、第1位相差板18がλ/4板であるとは、第1位相差板18のパターン光学異方性層18Aの各帯状領域と支持体18Bとの組み合わせが、全て、λ/4板であることを意図する。
また、第1位相差板18のパターン光学異方性層18A(第2位相差板20のパターン光学異方性層20A)は、逆波長分散性を有するのが好ましい。
パターン光学異方性層18Aには、液晶性化合物が含まれるのが好ましい。
液晶性化合物を含むパターン光学異方性層18Aの形成方法としては、例えば、液晶性化合物を配向状態で固定化する方法が挙げられる。このとき、液晶性化合物を固定化する方法としては、上記液晶性化合物として不飽和二重結合(重合性基)を有する液晶性化合物を用い、重合させて固定化する方法等が好適に例示される。例えば、不飽和二重結合(重合性基)を有する液晶性化合物を含むパターン光学異方性層形成用組成物を透明支持体上に直接または配向膜を介して塗布して、電離放射線の照射により硬化(重合)させ、液晶性化合物を固定化する方法が挙げられる。なお、パターン光学異方性層は単層構造であっても、積層構造であってもよい。
液晶性化合物に含まれる不飽和二重結合の種類は特に制限されず、付加重合反応が可能な官能基が好ましく、重合性エチレン性不飽和基または環重合性基が好ましい。より具体的には、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、アリル基などが好ましく挙げられ、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
一般的に、液晶性化合物はその形状から、棒状タイプと円盤状タイプに分類できる。さらにそれぞれ低分子と高分子タイプがある。高分子とは一般に重合度が100以上のものを指す(高分子物理・相転移ダイナミクス,土井正男著,2頁,岩波書店,1992)。本発明では、いずれの液晶性化合物を用いることもできるが、棒状液晶性化合物またはディスコティック液晶性化合物(円盤状液晶性化合物)を用いるのが好ましい。2種以上の棒状液晶性化合物、2種以上の円盤状液晶性化合物、または棒状液晶性化合物と円盤状液晶性化合物との混合物を用いてもよい。上述の液晶性化合物の固定化のために、重合性基を有する棒状液晶性化合物または円盤状液晶性化合物を用いて形成することがより好ましく、液晶性化合物が1分子中に重合性基を2以上有することがさらに好ましい。液晶性化合物が2種類以上の混合物の場合には、少なくとも1種類の液晶性化合物が1分子中に2以上の重合性基を有していることが好ましい。
棒状液晶性化合物としては、例えば、特表平11−513019号公報の請求項1や特開2005−289980号公報の段落<0026>〜<0098>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性化合物としては、例えば、特開2007−108732号公報の段落<0020>〜<0067>や特開2010−244038号公報の段落<0013>〜<0108>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。
パターン光学異方性層における面内レターデーションを上記範囲内とするために、液晶性化合物の配向状態を制御することがある。このとき、棒状液晶性化合物を用いる場合には、棒状液晶性化合物を水平配向した状態で固定化するのが好ましく、ディスコティック液晶性化合物を用いる場合には、ディスコティック液晶性化合物を垂直配向した状態で固定化するのが好ましい。なお、本発明において、「棒状液晶性化合物が水平配向」とは、棒状液晶性化合物のダイレクタと層面が平行であることをいい、「ディスコティック液晶性化合物が垂直配向」とは、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パターン光学異方性層の膜面に平行であることをいう。厳密に水平、垂直であることを要求するものではなく、それぞれ正確な角度から±20°の範囲であることを意味するものとする。±5°以内であることが好ましく、±3°以内であることがより好ましく、±2°以内であることがさらに好ましく、±1°以内であることが最も好ましい。
また、液晶性化合物を水平配向、垂直配向状態とするために、水平配向、垂直配向を促進する添加剤(配向制御剤)を使用してもよい。添加剤としては各種公知のものを使用できる。
上述のパターン光学異方性層の形成方法としては、各種公知の方法を用いて形成できる。例えば、特開2014−089431号公報の段落<0039>〜<0041>の方法が挙げられる。
パターン光学異方性層の厚さは特に限定されないが、光学フィルムをより薄くできる点より、0.1〜10μmが好ましく、0.1〜5μmがより好ましい。
第1位相差板18には、パターン光学異方性層以外の層が含まれていてもよい。
例えば、図示例の光学装置10において、第1位相差板18(第2位相差板20)は透明な支持体18B(支持体20B)を有する。つまり、両位相差板は、透明な支持体と、支持体上に配置されたパターン光学異方性層を有する構成であってもよい。支持体を備えることにより、位相差板の機械的強度が向上する。
支持体18Bを形成する材料としては、例えば、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(メタ)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、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等の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、イミド系ポリ交差領域ルホン系ポリマー、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などが挙げられる。
また、支持体18Bの形成材料としては、熱可塑性ノルボルネン系樹脂を好ましく用いることができる。熱可塑性ノルボルネン系樹脂としては、日本ゼオン(株)製のゼオネックス、ゼオノア、JSR(株)製のアートン等が挙げられる。
また、支持体を形成する材料としては、トリアセチルセルロースに代表される、セルロース系ポリマー(以下、セルロースアシレートという)も好ましく用いることができる。
支持体18Bの厚さは特に制限されないが、第1位相差板18を薄くできる点で、15〜100μmが好ましく、20〜80μmがより好ましく、40〜60μmが特に好ましい。
なお、支持体18Bには、種々の添加剤(例えば、光学的異方性調整剤、波長分散調整剤、微粒子、可塑剤、紫外線吸収剤、劣化防止剤、剥離剤等)を加えることができる。
また、必要に応じて、第1位相差板18の支持体18Bとパターン光学異方性層18Aとの間(第2位相差板20の支持体20Bとパターン光学異方性層20Aとの間)に、配向膜を設けてもよい。配向膜を設けることにより、パターン光学異方性層中の液晶性化合物の配向方向の制御がより容易となる。
配向膜は、一般的にはポリマーを主成分とする。配向膜用ポリマー材料としては、多数の文献に記載があり、多数の市販品を入手することができる。利用されるポリマー材料は、ポリビニルアルコールまたはポリイミド、および、その誘導体が好ましい。特に、変性または未変性のポリビニルアルコールが好ましい。本発明に使用可能な配向膜については、WO01/88574A1号公報の43頁24行〜49頁8行、特許第3907735号公報の段落<0071>〜<0095>に記載の変性ポリビニルアルコールを参照することができる。なお、配向膜には、通常、公知のラビング処理が施される。つまり、配向膜は、通常、ラビング処理されたラビング配向膜であることが好ましい。
配向膜は、薄い方が好ましいが、パターン光学異方性層を形成するための配向能の付与、および、支持体の表面凹凸を緩和して均一な膜厚のパターン光学異方性層を形成するという観点からはある程度の厚みを有することが好ましい。具体的には、配向膜の厚さは、0.01〜10μmであるのが好ましく、0.01〜1μmであるのがより好ましく、0.01〜0.5μmであることがさらに好ましい。
また、本発明では光配向膜を利用することも好ましい。光配向膜としては特に限定はされないが、WO2005/096041号公報の段落<0024>〜<0043>に記載のものやRolic echnologies社製の商品名LPP−JP265CPなどを用いることができる。
以下、図4の概念図を参照して、光配向膜を用いる第1位相差板18(第2位相差板20)の製造方法の好ましい一例を説明する。
まず、支持体18Bの表面に、スピンコート等の公知の方法で、光配向膜を形成するための組成物を塗布し、乾燥し、光配向膜となる光異性化組成物層Lを形成する。
次いで、光配向膜となる光異性化組成物層Lを形成した支持体18Bを、一方向に直線的に移動させる移動ステージ30に載置する。
また、支持体18Bの上方に、支持体18Bと互いの端辺を一致して、支持体18Bを覆わないように遮光板32を固定する。これにより、移動ステージ30を遮光板32側に移動した際に、移動量だけ、支持体18B(光異性化組成物層L)が遮光板32の下方に隠れるようにする。
さらに、遮光板32よりも上方に、支持体18Bに対面して、ワイヤーグリッド偏光板などの直線偏光板34を、中心を回転軸として回転可能に設ける。直線偏光板34の回転は、UV(紫外線)透過性の回転ステージ等を用いる公知の方法で行えばよい。この状態では、直線偏光板34は、後述する移動ステージ30の移動方向(y方向)に対して、偏光軸を45°傾けた状態にしておく。
また、光異性化組成物層Lを配向させる光、例えばUVを、直線偏光板34を通して、光異性化組成物層Lに照射するように、光源を配置する。
この状態で、まず、直線偏光板34を通してUVを光異性化組成物層Lに照射する。このUVの照射によって、直線偏光板34の偏光軸の方向に応じて、光異性化組成物層Lが配向する。
次いで、所定の角度、例えば、90°、直線偏光板34を回転し、かつ、帯状領域の幅と同量、移動ステージ30を矢印y方向すなわち遮光板32に向かって移動させる。従って、光異性化組成物層Lは、帯状領域の幅だけ、遮光板32によってUVから遮光される。その後、再度、直線偏光板34を通してUVを光異性化組成物層Lに照射し、光異性化組成物層Lを配向させる。
次いで、同様に、例えば、90°、直線偏光板34を回転し、かつ、帯状領域の幅と同じ距離、移動ステージ30を矢印y方向に移動させ、再度、直線偏光板34を通してUVを組成物の層Lに照射し、光異性化組成物層Lを配向させる。
以下、同様に、直線偏光板34の所定角度の回転、矢印y方向への移動ステージ30の移動、およびUVの照射を、繰り返し行って、支持体18Bの表面に光配向膜を形成する。すなわち、この製造方法では、移動ステージ30の移動方向が帯状領域の配列方向になる。
このようにして光配向膜を形成したら、パターン光学異方性層18Aとなる液晶組成物を塗布、乾燥して、紫外線照射等によって硬化して、第1位相差板18を作製する。
周知のように、光配向膜となる光異性化組成物の配向は、最後に照射された偏光に応じたものになる。従って、このように光配向膜を形成して、パターン光学異方性層18Aを形成することにより、図1および図2に示すように、遅相軸の方向が互いに直交する複数の帯状領域を交互に有するパターン光学異方性層18Aを形成できる。
光学装置10は、第1位相差板18をy方向(帯状領域の配列方向)に移動させる、移動手段24を有する。
移動手段24は、第1位相差板18を、帯状領域の幅と同量(同長)、y方向に移動させるものである。光学装置10は、この移動手段による第1位相差板18の移動により、前述のように、第1位相差板18の第1帯状領域18aと第2位相差板20の第2帯状領域20bとをy方向に一致し、第1位相差板18の第2帯状領域18bと第2位相差板20の第1帯状領域20aとをy方向に一致した状態と、第1位相差板18の第1帯状領域18aと第2位相差板20の第1帯状領域20aとをy方向に一致し、第1位相差板18の第2帯状領域18bと第2位相差板20の第2帯状領域20bとをy方向に一致した状態とを切り換えて、機能層14の面内レターデーションを0の状態とλ/2の状態とに切り換える。
この点に関しては、後に詳述する。
移動手段24には、特に限定はなく、アクチュエータを用いる方法、カムやリンクを用いる方法等、帯状領域の幅に応じた精度を確保できるものであれば、公知の各種のシート状物の移動手段が利用可能であり、移動手段は、切換部である。
以下、図3、図5および6図を参照して、光学装置10の作用を説明することにより、本発明の光学装置10について、より詳細に説明する。なお、図5は、前述の図2と同様の図であり、矢印は、パターン光学異方性層の面方向の遅相軸の方向を示している。また、図5においては、移動手段24は省略している。
本発明の光学装置は、基本的に、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ等の公知の各種のディスプレイ(表示素子)の表示画面に載置して使用される。また、本発明の表示装置は、このようなディスプレイと、本発明の光学装置とを有する表示装置である。
一例として、ディスプレイにおける表示の上下方向すなわち天地方向とx方向と一致し、ディスプレイにおける表示の左右方向とy方向とを一致して、光学装置10をディスプレイの表示画面に載置する。前述のように、x方向は、光学装置10における第1位相差板18および第2位相差板20の帯状領域の長手方向と一致し、y方向は、同帯状領域の配列方向と一致する。
前述のように、第1偏光子12および第2偏光子16は、z方向(厚さ方向)に吸収軸を有する偏光子である。そのため、表示画像を例えばx方向仰角45°から観察した場合には、図3に概念的に示すように、第1偏光子12および第2偏光子16は、z方向に吸収軸a(実線の矢印)を有し、y方向に透過軸ty(破線の矢印)を有する、z方向およびy方向に平行な偏光板Yp(二点鎖線)のような状態となる。
また、表示画像を例えばy方向仰角45°から観察した場合には、第1偏光子12および第2偏光子16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。
さらに、表示画像を例えばx方向仰角45°あるいは例えばy方向仰角45°から観察した場合には、第1偏光子12、機能層14、および、第2偏光子16は、光学的には、図6に概念的に示すような状態になっている。
通常の画像表示を行う場合には、光学装置10は、図5の右側に示すように、第1位相差板18の第1帯状領域18aと第2位相差板20の第2帯状領域20bとをy方向に一致し、第1位相差板18の第2帯状領域18bと第2位相差板20の第1帯状領域20aとをy方向に一致した状態となっている。
前述のように、第1帯状領域18aおよび第1帯状領域20aは、共に、y方向に対して45°の遅相軸を有するλ/4板で、第2帯状領域18bおよび第2帯状領域20bは、共に、y方向に対して135°の遅相軸を有するλ/4板である。従って、この状態では、第1位相差板18および第2位相差板20からなる機能層14は、遅相軸を直交する2枚のλ/4板を積層した状態であり、合計の面内レターデーションが0の、何も無い状態と同様になっている。
第1偏光子12および第2偏光子16に生じる吸収軸aは、z方向すなわち厚さ方向である。そのため、ディスプレイを正面すなわち画像の表示面と直交する方向(z方向)から観察した場合には、吸収軸aは無いのと同様の状態であり、すなわち、第1偏光子12および第2偏光子16は偏光板として作用しない。
従って、正面からは、表示画像を通常に観察できる。
一方、表示画像をx方向から観察した場合には、第1偏光子12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。従って、x方向から観察すると、第1偏光子12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。
第1偏光子12によってy方向の直線偏光とされた光は、次いで、機能層14に入射する。ここで、機能層14は、前述のように、何も無い状態であるので、光は、そのまま機能層14を透過する。
機能層14を透過したy方向の直線偏光の光は、次いで、第2偏光子16に入射する。前述のように、表示画像をx方向から観察した場合には、第2偏光子16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。従って、第2偏光子16に入射したy方向の直線偏光の光は、第2偏光子16を透過する。そのため、この状態では、表示画像をx方向から適正に観察できる。
他方、表示画像をy方向から観察した場合には、第1偏光子12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。従って、y方向から観察すると、第1偏光子12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。
第1偏光子12によってx方向の直線偏光とされた光は、次いで、機能層14に入射し、先と同様に、そのまま透過する。
機能層14を透過したx方向の直線偏光の光は、次いで、第2偏光子16に入射する。
前述のように、表示画像をy方向から観察した場合には、第2偏光子16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。従って、第2偏光子16に入射したx方向の直線偏光の光は、第2偏光子16を透過する。そのため、この状態では、y方向からでも表示画像を適正に観察できる。
従って、図5の右に示す状態では、ディスプレイに表示した画像を、通常の広視野角で観察することができる。
一方、光学装置において、表示画像を狭視野角にする場合には、移動手段24によって、帯状領域の幅と同量、第1位相差板18を矢印y方向に移動させる。
これにより、第1位相差板18の第1帯状領域18aと第2位相差板20の第1帯状領域20aとがy方向に一致し、第1位相差板18の第2帯状領域18bと第2位相差板20の第2帯状領域20bとがy方向に一致した状態となる。
前述のように、第1帯状領域18aおよび第1帯状領域20aは、共に、y方向に対して45°の遅相軸を有するλ/4板で、第2帯状領域18bおよび第2帯状領域20bは、共に、y方向に対して135°の遅相軸を有するλ/4板である。従って、この状態では、第1位相差板18および第2位相差板20からなる機能層14は、遅相軸を一致する2枚のλ/4板を積層した状態となり、合計の面内レターデーションがλ/2の状態になる。すなわち、この状態では、機能層14は、x方向およびy方向に対して、45°の遅相軸14sを有するλ/2板と同様の状態になる。
この状態でも、正面から表示画像を観察した場合には、先と同様、表示画像を適正に観察できる。
一方、表示画像をx方向から観察した場合には、第1偏光子12を透過した光は、前述のように、y方向の直線偏光となる。
第1偏光子12によってy方向の直線偏光とされた光は、次いで、機能層14に入射する。前述のように、機能層14は、y方向に対して、45°の遅相軸を有するλ/2板と同様の状態になっている。従って、機能層14に入射したy方向の直線偏光の光は、機能層14によって偏光方向が90°回転されて、z方向の直線偏光の光となる。
機能層14によってz方向の直線偏光とされた光は、次いで、第2偏光子16に入射する。前述のように、表示画像をx方向から観察した場合には、第2偏光子16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。従って、機能層14によってz方向の直線偏光とされた光は、第2偏光子16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(図6参照)。そのため、この状態では、x方向からは画像を観察することはできず、x方向の視野角が狭くなる。
他方、表示画像をy方向から観察した場合には、第1偏光子12を透過した光は、前述のように、x方向の直線偏光となる。
第1偏光子12によってx方向の直線偏光とされた光は、次いで、機能層14に入射する。前述のように、機能層14は、x方向に対して、45°の遅相軸を有するλ/2板と同様の状態になっている。従って、機能層14に入射したx方向の直線偏光の光は、機能層14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。
機能層14によってz方向の直線偏光とされた光は、次いで、第2偏光子16に入射する。前述のように、表示画像をy方向から観察した場合には、第2偏光子16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。従って、機能層14によってz方向の直線偏光とされた光は、第2偏光子16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(図6参照)。そのため、この状態では、y方向からも画像を観察することはできず、y方向の視野角も狭くなる。
従って、図5の左に示す状態では、ディスプレイに表示した画像の視野角が、x方向(上下方向)およびy方向(左右方向)共に狭くなる。
また、第1偏光子12および第2偏光子16は、共に、吸収軸aがz方向であるので、x方向およびy方向共に、観察方向が斜めになるほど、すなわち観察方向の仰角の値が小さくなるほど、偏光板としての作用は大きくなり、画像の視認性は低下する。
この状態から、移動手段によって、帯状領域の幅と同量、第1位相差板18を矢印y方向に移動させることにより、光学装置10が図5の右側に示す状態となるので、通常の広視野角での表示画像の観察が可能になる。
以上のように、光学装置10によれば、例えば10mm程度の位相差板の移動という簡易な操作で、通常の広視野角の画像表示と、上下および左右の視野角を狭くした狭視野角の画像表示とを切り変えることができる。
しかも、光学装置10は、厚さ方向に吸収軸を有する2枚の偏光子の間に、パターン光学異方性層を有する位相差板を2枚配置しただけの、簡易な構成である。
図7に、本発明の光学装置の別の例を概念的に示す。
なお、図7に示す光学装置36は、図1(図1〜図6)に示す光学装置10と同じ部材を用いるので、同じ部材には同じ符号を付し、説明は、異なる部位について主に行う。
また、図7、ならびに、後述する図8および図9において、x方向、y方向およびz方向は、基本的に、図1〜図6と同様である。
さらに、本発明において、矩形とは正方形を含む。
図7に示す光学装置36は、機能層38が、第1位相差板40および第2位相差板42から構成される以外は、基本的に、図1に示す光学装置10と同様の構成を有する。
光学装置36において、第1位相差板40は、パターン光学異方性層40Aと支持体40Bとで構成される。また、第2位相差板42は、パターン光学異方性層42Aと支持体42Bとで構成される。
なお、図7、ならびに、後述する図8および図9において、パターン光学異方性層の矢印は、図1と同様、パターン光学異方性層の(面内)遅相軸すなわちx−y方向の遅相軸の方向を示している。
第1位相差板40および第2位相差板42において、パターン光学異方性層40Aおよびパターン光学異方性層42Aは、光学異方性のパターンが異なる以外は、前述のパターン光学異方性層18Aと同様のものである。
また、第1位相差板40および第2位相差板42において、支持体40Bおよび支持体42Bは、前述の支持体18Aと同様のものである。
図8に、光学装置36の第1位相差板40のパターン光学異方性層40Aおよび第2位相差板42のパターン光学異方性層42Aの概略斜視図を示す。なお、図8においては、図面を簡潔にするために、パターン光学異方性層40Aおよびパターン光学異方性層42Aを平面的に示している。
また、図9に、第1位相差板40のパターン光学異方性層40Aおよび第2位相差板40のパターン光学異方性層42Aの概略上面図を示す。なお、図9においては、構成および作用を明確に示すために、図中上下方向にパターン光学異方性層40Aとパターン光学異方性層42Aとを並べて示しているが、パターン光学異方性層40Aとパターン光学異方性層42Aとは、x方向の位置は、一致している。
前述の光学装置10では、パターン光学異方性層は、遅相軸の方向が直交する長尺な第1帯状領域と第2帯状領域とに分割されていた。
これに対し、図7に示す光学装置36においては、図7〜図9に示すように、第1位相差板40のパターン光学異方性層40Aは、同一面内において、x方向およびy方向に均等な間隔の格子状に複数の矩形領域に分割されている。パターン光学異方性層40Aは、x方向およびy方向共に、第1矩形領域40aと第2矩形領域40bとを、交互に2個ずつ、計16個有する。
先の例と同様、第1位相差板40はλ/4板であり、パターン光学異方性層40Aの第1矩形領域40aおよび第2矩形領域40bは、位相差は一定であるが、遅相軸の方向が異なる。具体的には、第1矩形領域40aはy方向に対して45°傾いた遅相軸を有し、第2矩形領域40bはy方向に対して135°傾いた遅相軸を有する。
すなわち、パターン光学異方性層40Aは、遅相軸の方向が互いに直交する2種類の矩形領域である第1矩形領域40aと第2矩形領域40bとが、x方向およびy方向に交互に形成された、正方格子状に分割されたパターン光学異方性層である。
また、図7〜図9に示すように、光学装置36において、第2位相差板42は、第1位相差板40と同様の構成を有するλ/4板である。
すなわち、第2位相差板42のパターン光学異方性層42Aは、x方向およびy方向にパターン光学異方性層40Aと同じサイズの格子状に分割されて、x方向およびy方向に、第1矩形領域42aと第2矩形領域42bとを交互に2個ずつ、計16個有する。第1矩形領域42aおよび第2矩形領域42bは、位相差は一定であるが、第1矩形領域42aはy方向に対して45°傾いた遅相軸を有し、第2矩形領域42bはy方向に対して135°傾いた遅相軸を有する。
従って、パターン光学異方性層42Aも、遅相軸の方向が互いに直交する2種類の矩形領域である第1矩形領域42aと第2矩形領域42bとが、x方向およびy方向に交互に形成された、正方格子状に分割されたパターン光学異方性層である。
また、パターン光学異方性層40Aおよびパターン光学異方性層42Aは、共に、x方向およびy方向に格子状に分割された矩形領域を有する。従って、パターン光学異方性層40Aおよびパターン光学異方性層42Aは、格子状の分割方向は一致している。
前述のように、光学装置36も、各種のディスプレイ(表示素子)の表示画面に載置して使用される。
図7に示す光学装置36を用いる表示装置において、通常の広視野角での表示を行う場合には、図8および図9の上段に示すように、第1位相差板40と第2位相差板42とは、パターン光学異方性層40Aの第1矩形領域40aとパターン光学異方性層42Aの第2矩形領域42bとがx−y方向で一致し、パターン光学異方性層40Aの第2矩形領域40bとパターン光学異方性層42Aの第1矩形領域42aとがx−y方向で一致した状態になっている。
前述のように、第1矩形領域40aおよび第1矩形領域42aは、共に、y方向に対して45°の遅相軸を有するλ/4板で、第2矩形領域40bおよび第2矩形領域42bは、共に、y方向に対して135°の遅相軸を有するλ/4板である。
従って、この状態では、遅相軸を直交する2枚のλ/4板を積層した状態であり、合計の面内レターデーションが0の、何も無い状態と同様になっている。そのため、前述の光学装置10と同様の作用によって、光学装置36を用いる表示装置は、この状態では、通常の広視野角の画像が表示される。
これに対し、表示画像を狭視野角にする場合には、移動手段24によって、図8および図9に示すように、矩形領域1個分、第1位相差板40を矢印y方向に移動させる。
前述のように、パターン光学異方性層40Aおよびパターン光学異方性層42Aは、格子状に分割された同じサイズの矩形領域がx−y方向に配列されている。従って、矩形領域1個分、第1位相差板40を矢印y方向に移動させると、パターン光学異方性層40Aの第1矩形領域40aとパターン光学異方性層42Aの第1矩形領域42aとがx−y方向で一致し、パターン光学異方性層40Aの第2矩形領域40bとパターン光学異方性層42Aの第2矩形領域42bとがx−y方向で一致した状態になる。
前述のように、第1矩形領域40aおよび第1矩形領域42aは、共に、y方向に対して45°の遅相軸を有するλ/4板で、第2矩形領域40bおよび第2矩形領域42bは、共に、y方向に対して135°の遅相軸を有するλ/4板である。
従って、この状態では、第1位相差板40および第2位相差板42からなる機能層38は、遅相軸を一致する2枚のλ/4板を積層した状態となり、合計の面内レターデーションがλ/2の状態になる。すなわち、この状態では、機能層38は、x方向およびy方向に対して、45°の遅相軸14sを有するλ/2板と同様の状態になる。
その結果、前述の光学装置10と同様の作用によって、光学装置36を用いる表示装置は、この状態では、表示画像をx方向およびy方向から観察した場合には、第2偏光子16によって光が遮光され、x方向およびy方向共に、視野角が狭くなる。
また、図8および図9の下段に示す状態から、移動手段24によって第1位相差板40を移動して、図8および図9の上段に示す状態に戻せば、再度、広視野角での画像表示が行われる。
従って、前述の光学装置10と同様、図7に示す光学装置36でも、2枚の位相差板と偏光子とを用いる簡易な構成で、また、位相差板を移動させるだけの簡易な操作で、通常の広視野角の画像表示と、上下および左右の視野角を狭くした狭視野角の画像表示とを切り変えることができる。
なお、図7に示す光学装置36では、パターン光学異方性層を正方格子状の矩形領域に分割しているが、本発明は、これに限定はされない。
すなわち、パターン光学異方性層40Aおよびパターン光学異方性層42Aは、互いの矩形領域のx方向のサイズとy方向のサイズとが一致していれば、長方形状の矩形領域に分割されたものであってもよい。
以上の例では、ディスプレイに近い側の第1位相差板を移動したが、ディスプレイから遠い側の第2位相差板を移動させることで、広視野角と狭視野角との切り換えを行ってもよく、第1位相差板および第2位相差板を両方とも移動して、広視野角と狭視野角との切り換えを行ってもよい。
すなわち、本発明においては、第1位相差板および第2位相差板とを相対的に移動できれば、いずれの位相差板を移動してもよい。
また、以上の例では、移動手段24は、第1位相差板を、帯状領域の幅あるいは矩形領域の大きさと同じ量だけ移動したが、本発明は、これに限定はされない。
例えば、移動手段24は、帯状領域あるいは矩形領域の大きさの幅の3倍や5倍等の奇数倍、移動して、広視野角と狭視野角との切り換えを行ってもよい。このような構成は、移動手段24による第1位相差板18の移動精度が低い場合や、移動手段24による第1位相差板18の移動の最小値が大きい場合に、有効である。
あるいは、移動手段24は、帯状領域の幅の1.5倍など、帯状領域の幅の(m+0.5)倍(mは0か正の整数)、第1位相差板18を移動して、広視野角と狭視野角との切り換えを行ってもよい。これにより、狭視野角化した際における、視認性の低減程度を、例えば、半分程度にできる。
光学装置10および光学装置36では、機能層は、パターン光学異方性層を有する2枚の位相差板を利用して、位相差板を移動させることで、機能層14の面内レターデーションが0の状態とλ/2の状態とを切り換えているが、本発明は、これに限定はされず、機能層の面内レターデーションを0の状態とλ/2(0超)の状態とに切り換えることができれば、各種の構成が利用可能である。
例えば、IPS(In Plane Switching)液晶、TN(Twisted Nematic)液晶、VA(Virtical Alignment)液晶、OCB(Optically Compensated Bend)液晶、ブルーモード液晶等を用いて機能層を形成し、印加電圧の調節によって、機能層の面内レターデーションを0の状態とλ/2(0超)の状態とに切り換えるようにしてもよい。
また、光学装置10および光学装置36では、機能層は、面内レターデーションが0の状態とλ/2の状態とを切り換えているが、本発明は、これにも限定はされない。
例えば、機能層に用いる位相差板の選択、機能層に用いる位相差板の数の選択、液晶層に印加する電圧の調節等によって、機能層の面内レターデーションが0の状態と、λ/4の状態、あるいは、λ/8の状態、あるいは、5λ/8板の状態などの、0超の状態とを切り換えてもよい。
以上、本発明の光学装置および表示装置について詳細に説明したが、本発明は前述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
以下に実施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、試薬、使用量、物質量、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。
[実施例]
<トリアセチルセルロースフィルムの作製>
下記の各成分を、ミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
(セルロースアセテート溶液組成)
酢化度60.7〜61.1%のセルロースアセテート:100質量部
トリフェニルホスフェート(可塑剤):7.8質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤):3.9質量部
メチレンクロライド(第1溶媒):336質量部
メタノール(第2溶媒):29質量部
1−ブタノール(第3溶媒):11質量部
別のミキシングタンクに、下記のレターデーション上昇剤(A)16質量部、メチレンクロライド92質量部およびメタノール8質量部を投入し、加熱しながら攪拌して、レターデーション上昇剤溶液を調製した。

セルロースアセテート溶液474質量部に、レターデーション上昇剤溶液25質量部を混合し、充分に攪拌してドープを調製した。レターデーション上昇剤(A)の添加量は、セルロースアセテート100質量部に対して、6質量部であった。
得られたドープを、バンド延伸機を用いて流延した。バンド上でのフィルムの膜面温度が40℃となってから、フィルムを70℃の温風で1分乾燥し、さらに、フィルムを140℃の乾燥風で10分乾燥し、残留溶剤量が0.3質量%のトリアセチルセルロースフィルム(以下、TACフィルムとも言う)を作製した。
<光配向膜用組成物の調製>
<<重合体>>
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン100質量部、メチルイソブチルケトン500質量部、および、トリエチルアミン10質量部を仕込み、室温で混合した。
次いで、脱イオン水100質量部を滴下漏斗より30分かけて反応容器内の溶液に滴下した後、得られた溶液を還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、溶液から有機相を取り出し、0.2質量%硝酸アンモニウム水溶液により有機相を洗浄した。洗浄は、水相が中性になるまで、繰り返した。その後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、エポキシ基含有ポリオルガノシロキサンを粘調な透明液体として得た。
このエポキシ基含有ポリオルガノシロキサンについて、1H−NMR(Nuclear Magnetic Resonance)分析を行ったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ基含有ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Mwは2,200、エポキシ当量は186g/モルであった。
次に、100mLの三口フラスコに、上記で得たエポキシ基含有ポリオルガノシロキサン10.1質量部、アクリル基含有カルボン酸(東亞合成社製、商品名「アロニックスM−5300」、アクリル酸ω−カルボキシポリカプロラクトン(重合度n≒2))0.5質量部、酢酸ブチル20質量部、特開2015−26050号公報の合成例1の方法で得られた桂皮酸誘導体1.5質量部、および、テトラブチルアンモニウムブロミド0.3質量部を仕込み、得られ反応溶液を90℃で12時間撹拌した。
反応終了後、反応溶液を等量(質量)の酢酸ブチルで希釈し、3回水洗した。
得られた溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を2回繰り返し、最終的に、光配向性基を有するポリオルガノシロキサン(重合体)を含む溶液を得た。この重合体の重量平均分子量Mwは9,000であった。また、1H−NMR分析の結果、重合体中のシンナメート基を有する成分は23.7質量%であった。
<<光配向膜用組成物>>
酢酸ブチルを溶媒として、先に作製した重合体、ならびに、下記の化合物D1および化合物D2を、以下の量で添加し、光配向膜用組成物を調製した。
(光配向膜用組成物)
酢酸ブチル:100質量部
重合体:4.35質量部
化合物D1:0.48質量部
化合物D2:1.15質量部

<パターン光学異方性層用塗布液1の調製>
下記組成のパターン光学異方性層用塗布液1を調製した。
(パターン光学異方性層用塗布液1)
メトキシエチルアクリレート:533.68質量部
下記の棒状液晶性化合物の混合物:100質量部
下記のモノマー:5質量部
下記の重合開始剤:6質量部
下記の界面活性剤:0.25質量部
棒状液晶性化合物の混合物

モノマー

重合開始剤

界面活性剤
<光異性化組成物層の形成>
先に作製したTACフィルム上に、先に調製した光配向膜用組成物をバーコーター#2.0を使用して塗布した。その後、光配向膜用組成物が塗布された支持体を100℃のホットプレート上で5分間乾燥して溶剤を除去し、厚さ0.2μmの光異性化組成物層を形成した。
<光配向膜の形成>
移動ステージ(ALS−305−CM 中央精機社製)と、回転ステージ(SGSP−60YAW−0B シグマ光機社製)と、遮光板と、ワイヤーグリッド偏光板(商品コード#46−636 エドモンド社製)と紫外線照射機(EX250−W HOYA−SCOTT社製)を用いて、光配向膜を、次のように作製した。
図4に概念的に示すように、作製した光異性化組成物層付きのTACフィルムを、移動ステージ上に置き、移動ステージ上に遮光板を固定して配置した。遮光板は、TACフィルムと互いの端辺を一致して、TACフィルムを覆わないように設けた。これにより、移動ステージを遮光板側に移動した際に、移動量だけTACフィルムの光異性化組成物層が遮光板の下方に隠れるようにした。
さらに、移動ステージ上に回転ステージを固定して配置し、その回転ステージ上にワイヤーグリッド偏光板を置き、回転できるようにした。ワイヤーグリッド偏光板は、移動ステージの移動方向に偏光軸を一致させた。
ワイヤーグリッド偏光板を通して紫外線を30mJ/cm2照射した。その後、移動ステージを10mm、移動させ、ワイヤーグリッド偏光板を90°回転させた。その後、同様に紫外線を照射した。これ以降、移動ステージの10mm移動、偏光板の90°回転、および、紫外線照射を、移動ステージの全稼動距離が200mmになるまで繰り返し行ってTACフィルムの上に光配向膜を形成した。
<位相差板(λ/4板)の作製(パターン光学異方性層の形成)>
このようにして形成した光配向膜上に、先に調製したパターン光学異方性層用塗布液1をバーコーター♯2.4を使用して塗布した。
その後、パターン光学異方性層用塗布液1が塗布された支持体を90℃のホットプレート上で2分乾燥して、パターン光学異方性層となる組成物の層を形成した。その後、60℃に保ち、紫外線を照射(500mJ/cm2)して配向を固定し、膜厚1μmのパターン光学異方性層を形成して、TACフィルムを支持体とする位相差板を作製した。この位相差板を2枚作製して、第1位相差板および第2位相差板とした。
第1位相差板および第2位相差板は、共に、y方向に対して45°の遅相軸を有する第1帯状領域と、y方向に対して135°の遅相軸を有する第2帯状領域とを交互に有するものであり、帯状領域を合計で20本有する。
<パターン光学異方性層の確認>
作製した位相差板のパターン光学異方性層を、偏光顕微鏡(ECLIPSE E600−POL)で観察した。
その結果、パターン光学異方性層には、図1に示されるように、10mm幅で、遅相軸の方向が、交互に90°異なる帯状領域が、長手方向と直交する方向に連続的に、繰り返し形成されていることが確認できた。
<正面位相差の測定>
支持体に光配向膜となる厚さ0.2μmの光異性化組成物層を形成し、次いで、この光異性化組成物層に、ワイヤーグリッド偏光板を回転させずに、紫外線を1回照射(30mJ/cm2)した以外は光配向膜の形成と同様にして、光配向膜を形成した。
その後、光配向膜上に、パターン光学異方性層の形成と同様に、パターン光学異方性層用塗布液1を塗布、乾燥、紫外線硬化し、膜厚が1μmのパターン光学異方性層を有する正面位相差を測定するための位相差板を作製した。
Axometry(Axometric社製)を用いて、位相差板の正面位相差を測定した。その結果、位相差板の正面位相差(面内レターデーション)は、138nmであった。
<第1偏光子および第2偏光子の作製>
光重合性基を有する液晶性化合物(BASF社製、商品名:PALIOCOLOR LC242)3.04質量部、高分子界面活性剤(メガファックF780F、大日本インキ化学工業社製)0.1質量部をメチルエチルケトン(MEK)5.07質量部に溶解した液晶溶液に、開始剤溶液[イルガキュア907(チバスペシャルティケミカルズ社製)0.90質量部、およびカヤキュアDETX(日本化薬株社製)0.30質量部をメチルエチルケトン(MEK)8.80質量部に溶解した溶液]1.11質量部を添加し、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、原生物化学研究所製2色性アゾ色素G241を0.023質量部、原生物化学研究所製2色性アゾ色素G472を0.005質量部加えて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。
<アクリル層の形成>
下記の各成分を、ミキシングタンクに投入し、攪拌して混合し、混合物を孔径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
化合物A: KAYARAD PET30:日本化薬社製、下記構造の化合物の混合物。質量平均分子量は298で、1分子中の官能基の数は3.4(平均)。
化合物B: ブレンマーGLM:日油社製、下記構造の化合物。
調製したアクリル層形成用組成物に、アクリル層形成用組成物の固形分に対して、4質量%の光重合開始剤(イルガキュア127、BASF社製)を、添加した。
次に、先に作製したTACフィルム上に、光重合開始剤を添加したアクリル層形成用組成物を、グラビアコーターを用いて塗布し、塗布層を形成した。次いで、塗布層を100℃で乾燥した後、紫外線を照射することにより硬化させ、TACフィルム上にアクリル層を形成した。紫外線照射は、酸素濃度が1.0体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、照度400mW/cm2、および照射量150mJ/cm2の条件で行った。得られたアクリル層の膜厚は、0.3μmであった。このアクリル層が第1偏光子12および第2偏光子16における垂直配向膜となる。
調製した偏光膜塗布液を、バーコーターを用いて、アクリル層を形成したTACフィルムのアクリル層に、塗布量4ml/m2で塗布した。
塗布後のTACフィルムを熟成温度180℃で120秒間加熱し、次いで、25℃の温度を維持して、これに紫外線を照射して架橋反応を進行させた。紫外線照射は、紫外線照射装置として水銀キセノンランプを用い、照度50mW/cm、および照射量300mJ/cm2の条件で行った。これにより光学フィルムが得られ、この光学フィルムを2枚作製して、第1偏光子および第2偏光子とした。
<評価>
ディスプレイとして、iPad((登録商標)アップル社製)を用いた。このディスプレイの表示画面に、第1偏光子、第1位相差板、第2位相差板および第2偏光子を、この順番で載置した。
第1位相差板および第2位相差板は、ディスプレイにおける表示の上下方向と帯状領域の長手方向(x方向)とを一致し、ディスプレイにおける表示の左右方向と帯状領域の配列方向(y方向)とを一致して、光学装置をディスプレイの表示画面に載置した。
また、第1位相差板および第2位相差板は、第1位相差板の第1帯状領域と第2位相差板の第2帯状領域とをy方向に一致し、第1位相差板の第2帯状領域と第2位相差板の第1帯状領域とをy方向に一致した状態とした。
この状態でディスプレイに表示した画像を観察したところ、どの方向から斜め観察しても、ディスプレイによる通常の表示と同様、画像は適正に観察できた。
次いで、第1位相差板を帯状領域の配列方向(y方向=左右方向)に、帯状領域の幅の量(10mm)だけ移動した。
この状態でディスプレイに表示した画像を観察したところ、ディスプレイの上下方向(図2のx方向)および左右方向(図2のy方向)から、斜めに観察すると、ディスプレイに表示された画像は見えなかった。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
本発明は、タブレットPC、ノートPC、スマートフォン等に好適に利用可能である。
10,36 光学装置
12 第1偏光子
14,38 機能層
16 第2偏光子
18,40 第1位相差板
18A,20A,40A,42A パターン光学異方性層
18B,20B,40B,42B 支持体
18a,20a 第1帯状領域
18b,20b 第2帯状領域
20,42 第2位相差板
30 移動ステージ
32 遮光板
34 直線偏光板
40a,42a 第1矩形領域
40b,42b 第2矩形領域
Xp,Yp 偏光板
a 吸収軸
tx,ty 透過軸

Claims (12)

  1. 厚さ方向に吸収軸を有する第1偏光子、
    厚さ方向に吸収軸を有する第2偏光子、および、
    前記第1偏光子と前記第2偏光子との間に配置される、面内レターデーションが0の状態と0超の状態とを切り換え可能な機能層、を有することを特徴とする光学装置。
  2. 前記機能層が、面内レターデーションが0の状態とλ/2の状態とを切り換える請求項1に記載の光学装置。
  3. さらに、移動手段を有し、
    前記機能層が、位相差は一定で、かつ、同一面内で複数の帯状領域に分割されているパターン光学異方性層を有する、前記帯状領域の長手方向を一致して配置される第1位相差板および第2位相差板を有し、
    前記第1位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2位相差板の前記パターン光学異方性層は、1つの前記帯状領域内における遅相軸の方向が一致し、かつ、隣接する前記帯状領域同士の遅相軸の方向が互いに異なるものであり、
    前記移動手段は、前記帯状領域の配列方向に前記第1位相差板と前記第2位相差板とを相対的に移動させる請求項1または2に記載の光学装置。
  4. 前記第1位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2位相差板の前記パターン光学異方性層において、隣接する前記帯状領域の遅相軸が互いに直交する請求項3に記載の光学装置。
  5. さらに、移動手段を有し、
    前記機能層が、位相差は一定で、かつ、同一面内で格子状の複数の矩形領域に分割されているパターン光学異方性層を有する、前記格子状の分割方向を一致して配置される第1位相差板および第2位相差板を有し、
    前記第1位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2位相差板の前記パターン光学異方性層は、1つの前記矩形領域内における遅相軸の方向が一致し、かつ、前記格子状の分割方向に隣接する前記矩形領域同士の遅相軸の方向が互いに異なるものであり、
    前記移動手段は、前記格子状の分割方向の一方の方向に前記第1位相差板と前記第2位相差板とを相対的に移動させる請求項1または2に記載の光学装置。
  6. 前記第1位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2位相差板の前記パターン光学異方性層において、前記格子状の分割方向に隣接する前記矩形領域の遅相軸が互いに直交する請求項5に記載の光学装置。
  7. 前記第1位相差板および第2位相差板が、λ/4板である請求項3〜6のいずれか1項に記載の光学装置。
  8. 前記第1位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2位相差板の前記パターン光学異方性層が、棒状液晶性化合物またはディスコティック液晶性化合物を含む請求項3〜7のいずれか1項に記載の光学装置。
  9. 前記第1位相差板の前記パターン光学異方性層および前記第2位相差板の前記パターン光学異方性層が逆波長分散性を有する請求項3〜8のいずれか1項に記載の光学装置。
  10. 前記第1偏光子および前記第2偏光子が、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1〜9のいずれか1項に記載の光学装置。
  11. 前記複屈折性材料が2色性色素である請求項10に記載の光学装置。
  12. 表示素子、および、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光学装置、を有することを特徴とする表示装置。
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