KR20190040330A - 광학 소자, 광학 소자의 제조 방법 및 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

액정 표시 장치에 도입한 경우에, 경사 색조 변화를 개선할 수 있는 광학 소자, 광학 소자의 제조 방법 및 액정 표시 장치를 제공한다.
봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 반사 편광자를 구비하고, 반사 편광 소자가, 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서, 정면 리타데이션값 Re가 0nm≤Re<10nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가, |Ret(50°)|≤50nm인 광학 소자로 한다.

Description

광학 소자, 광학 소자의 제조 방법 및 액정 표시 장치

본 발명은 광학 소자, 광학 소자의 제조 방법 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치(이하, LCD라고도 함) 등의 플랫 패널 디스플레이는, 소비 전력이 작아, 공간 절약의 화상 표시 장치로서 해마다 그 용도가 확장되고 있다. 액정 표시 장치는, 백라이트(이하, BL이라고도 함), 백라이트 측 편광판, 액정 셀, 시인 측 편광판 등을 이 순서로 마련한 구성으로 되어 있다.

최근의 플랫 패널 디스플레이 시장에 있어서, LCD 성능 개선으로서 전력 절약화, 고정세화(高精細化) 및 색 재현성 향상을 위한 개발이 진행되고 있다. 이들의 성능 개선은 특히 태블릿 PC나 스마트폰 등의 소형 사이즈의 액정 표시 장치에서 현저히 보인다.

한편, TV(Television) 용도로 취급하는 대형 사이즈에 있어서는, 차세대 하이비전(4K2K, EBU비 100% 이상)의 개발이 진행되고 있고, 소형 사이즈와 동일한 성능 개선으로서 전력 절약화, 고정세화 및 색 재현성 향상을 위한 개발이 진행되고 있다. 이로 인하여, 액정 표시 장치의 전력 절약화, 고정세화, 색 재현성 향상이 점차 요구되고 있다.

백라이트의 전력 절약화에 따라, 백라이트와 백라이트 측 편광판의 사이에 반사 편광자를 마련하는 것이 제안되어 있다. 반사 편광자는, 모든 방향으로 진동하면서 입사하는 광 중, 특정 편광 방향으로 진동하는 광만을 투과시키고, 다른 편광 방향으로 진동하는 광은 반사하는 광학 소자이다. 이로써, 반사 편광자에서 투과하지 않고 반사하는 광을 리사이클할 수 있어, LCD에 있어서의 광이용 효율을 개선할 수 있다.

이와 같은 반사 편광자로서, 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 층을 적층한 구성이 채용되어 있다. 콜레스테릭 액정상은, 그 나선의 피치에 따른 파장에서의 원 편광 반사성을 나타내기 때문에, 피치가 다른 복수 층을 적층하여 반사 파장 영역을 광대역화하는 것이 가능하다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 평1-133003호에는, λ/4판과 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 층을 적층한 구성의 반사 편광판, 콜레스테릭 액정상의 피치가 다른 3층 이상의 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 층에 의하여, 반사 파장 영역을 광대역화함으로써, BL의 광이용률을 향상시키는 기술이 기재되어 있다.

여기에서, λ/4판과 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 층을 적층한 구성의 반사 편광판을 액정 표시 장치에 도입했을 때에는, 콜레스테릭 액정상 및 λ/4판의 광학적 특성에 기인하는, 경사 방향으로부터 보았을 때의 색조 변화가 발생하기 쉬운 것이 알려져 있다.

이에 대하여, 일본 특허공보 제3518660호에서는 콜레스테릭 액정상의 피치를 광의 입사 측을 단피치로 하는 방법, 및 면내의 굴절률보다 수직 방향의 굴절률이 큰 보상층을 마련하는 것이 제안되어 있다. 또, 국제 공개공보 제2008/016056호에서는 λ/4판의 두께 방향의 리타데이션을 0 미만으로 하는 방법이 제안되어 있다.

그 외의 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 층을 이용한 편광판으로서는, 반사 대역을 광대역화하기 위하여, 피치가 다른 층을 다수 마련하는 방법, 또는 서서히 피치를 변화시키는 방법이 제안되어 있다.

또, 광학 이방성 화합물이 나선 형상으로 배향한 콜레스테릭 배향의 방향이 막면에 대하여 일정 각도를 갖고 배향한 균일 틸트 배향으로 하기 위하여, 필름 기재를 가열함으로써 수축시켜 면에 주름을 발생시키고, 그 표면에 액정 화합물 등의 광학 이방성 재료를 도포하여 광학 기능막을 형성하는 방법이 일본 공개특허공보 2009-015200호에 제안되어 있다.

상기와 같이, 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 층과 λ/4판을 조합한 편광판을 이용한 액정 표시 장치는, BL광의 광이용 효율 개선에는 기여하지만, 최근의 액정 표시 장치에 있어서의 전력 절약화, 고정세화 및 색 재현성 향상의 관점에서, 경사 색조 변화에 대해서는 더 높은 레벨로의 개선이 요구된다. 이와 같이, 액정 표시 장치에 있어서의 경사 색조 변화를 개선하는 것이 가능한 새로운 부재의 개발이 요망된다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 액정 표시 장치에 도입했을 때에, 경사 색조 변화를 개선하는 것이 가능한 광학 소자, 광학 소자의 제조 방법 및 그 광학 소자를 구비한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

액정 표시 장치에 있어서, 경사 색조 변화가 발생하는 원인은, 경사 방향의 투과광이 액정의 콜레스테릭 배향에 따른 위상차에 의하여, 타원 편광이 되어, λ/4판을 투과하는 광 모두를 직선 편광으로 변환할 수 없는 것에 기인한다. 배향을 고정한 액정상의 굴절률 타원체는, 통상, 기판의 배향 규제 방향으로 자발적으로 배열하기 때문에, 액정 재료에 고유하다. 콜레스테릭 액정상을 고정화한 반사 편광층에 있어서는, 면내 위상차는 제로(nx=ny)이지만, 이들에 수직인 방향의 굴절률 nz가, nx=ny<nz, 또는 nx=ny>nz인, 이방성의 굴절률 타원체를 갖는다. 따라서, 적색 반사층, 녹색 반사층, 및 청색 반사층을 적층하여 이루어지는 반사 편광판으로 한 경우, 각각의 반사층에 있어서 투과광의 저하 및 파장 시프트가 발생하고, 그 결과, 경사 휘도의 저하 및 경사 색조 변화가 발생한다.

상술과 같이, 종래, 배향을 고정한 액정상의 굴절률은 고정되어 있고, 수축을 해도 변화가 없다고 생각되고 있었다. 그러나, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 봉 형상 액정 화합물의 콜레스테릭 액정상을 고정화한 층을 2축 수축함으로써, 등방적인 굴절률 타원체를 갖는 필름을 얻을 수 있는 것을 발견했다. 등방적인 굴절률 타원체를 갖는 필름으로 함으로써, 경사 방향의 투과광의 원 편광을 무너뜨리지 않고, λ/4판을 투과할 때에 원 편광을 직선 편광으로 양호하게 변환할 수 있다. 그 결과, 경사 색조 변화를 높은 레벨로 개선할 수 있다.

즉, 상기 과제는, 이하의 본 발명에 의하여 해결된다.

본 발명의 광학 소자는, 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 반사 편광자를 구비하고,

반사 편광자는, 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서, 정면 리타데이션값 Re가 0nm≤Re<10nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가, |Ret(50°)|≤50nm이다.

여기에서, "정면"이란, 반사 편광자의 면에 수직인 방향(법선 방향)을 의미한다. 또, 극각 50°란 반사 편광자의 면과 직교하는 축(법선)에 대하여 50° 기울어진 방향을 의미한다.

또한, 본 명세서에서는, 극각 50°의 리타데이션값 Ret를, 간략하게 하기 위하여, 경사 Ret(50°)라고 기재하는 경우가 있다.

반사 편광자는, 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층을 포함하여 이루어지며,

제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층 중, 어느 하나가 반사 중심 파장 380~499nm이고, 또한 반값폭 100nm 이하인 반사율 피크를 갖는 청색 반사층이며, 어느 하나가 반사 중심 파장 500~599nm이고, 또한 반값폭 200nm 이하인 반사율 피크를 갖는 녹색 반사층이며, 어느 하나가 반사 중심 파장 600~750nm이고, 또한 반값폭 150nm 이하인 반사율 피크를 갖는 적색 반사층인 것이 바람직하다.

본 발명의 광학 소자는, 반사 편광자의 적어도 한쪽 면에 λ/4판을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법은, 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 반사 편광자를 구비한 광학 소자의 제조 방법으로서,

폴리머 주쇄가 필름 면내 방향으로 배향되어 있는 지지체 상에 봉 형상 액정 화합물을 포함하는 중합성 조성물로 도막을 형성하는 공정,

도막을 경화시키는 공정, 및

경화시킨 도막을 지지체와 함께 2축 수축하는 공정에 의하여 반사 편광자를 형성하는 것이다.

또, 2축 수축하는 공정이, 지지체의 4변 중 각각의 변의 수축 배율이 15% 이상 25% 이하가 되도록 수축시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 적어도 본 발명의 광학 소자와, 액정 셀과, 백라이트 유닛을 구비한다.

본 발명의 광학 소자는, 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 반사 편광자를 구비하고, 반사 편광자가, 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서, 정면 리타데이션값 Re가 0nm≤Re<10nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가, |Ret(50°)|≤50nm이다.

이와 같은 광학 소자는, 광학적으로 등방성의 반사 편광자를 갖는 것이기 때문에, 이 반사 편광자에 경사 입사한 광에 위상차를 발생시키지 않으므로, 경사 투과광의 원 편광을 무너뜨리지 않는다. 따라서, 이 경사 투과광을 액정 표시 장치에 도입했을 때에, 경사 색조 변화를 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서, 정면 리타데이션값 Re가 0nm≤Re<10nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가, |Ret(50°)|≤50nm인 반사 편광자를 갖는 광학 소자를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 액정 표시 장치에 의하면, 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서, 정면 리타데이션값 Re가 0nm≤Re<10nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가, |Ret(50°)|≤50nm인 반사 편광자를 구비한 광학 소자를 갖기 때문에, 경사 방향의 투과광의 원 편광을 무너뜨리지 않으므로, λ/4판으로 그 원 편광의 대부분을 직선 편광으로 변환할 수 있다. 따라서, 경사 색조 변화를 저감시킬 수 있다. 나아가서는, 적색, 녹색, 및 청색의 각각에 있어서 투과율의 저하나 파장 시프트가 발생하지 않기 때문에, 경사 휘도가 우수하다.

도 1은 본 발명의 광학 소자의 일 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 반사 편광자의 2축 수축 전후의 굴절률 타원체를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 광학 소자의 다른 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 있어서의 제조 과정을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치의 다른 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

이하에 기재하는 구성 요건의 설명은, 본 발명의 대표적인 실시형태에 근거하지만, 본 발명은 그와 같은 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서 "~"를 이용하여 나타나는 수치 범위는, "~"의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.

본 명세서 중, 피크의 "반값폭"이란, 피크 높이 1/2에서의 피크의 폭을 의미한다.

반사 편광자의 반사 중심 파장과 반값폭은 적분 반사계에 의하여 측정할 수 있다. 여기에서는, 적분 반사계로서 분광 광도계 V-550에 적분구(積分球) 장치 ILV-471(모두 니혼 분코 가부시키가이샤제)을 접속한 것을 이용하여 측정한다. 가장 큰 피크 높이를 기준으로 하여 1/2의 높이의 투과율이 되는 2개의 파장 중, 단파 측의 파장의 값을 λ1(nm), 장파 측의 파장의 값을 λ2(nm)라고 하면, 반사 중심 파장과 반값폭은 하기 식으로 나타낼 수 있다.

반사 중심 파장=(λ1+λ2)/2

반값폭=(λ2-λ1)

본 발명에 있어서, Re(λ), Rth(λ)는 각각, 파장 λ에 있어서의 면내 리타데이션 및 두께 방향 리타데이션을 나타낸다.

본 발명에 있어서, 리타데이션 Re(λ), Rth(λ)는 AxoScan(Axometric사제)을 이용하여 구하는 것으로 한다. 면내 리타데이션 Re(λ)는, 필름면의 법선 방향으로부터 파장 λ의 광을 입사시켜 측정한 값이다. 또한, AxoScan에 평균 굴절률((Nx+Ny+Nz)/3)과 막 두께(d(μm))를 입력함으로써,

지상축(遲相軸) 방향(°)

두께 방향의 위상차 Rth(λ)=((Nx+Ny)/2-Nz)×d

가 산출된다.

또, 경사 리타데이션 Ret(50°)는, 필름면에 극각 50°로부터 파장 λ의 광을 입사시켜 측정한 값이다.

본 명세서에 있어서, 경사 리타데이션값 Ret(50°)는, 극각 50°, 즉 필름면의 법선 방향으로부터 기울어진 각도 θ가 50°일 때의 리타데이션의 측정값이다.

또, 경사 리타데이션값 Ret(50°)의 부호는, 그 지상축을 필름면과 평행 방향이라고 간주했을 때의 리타데이션의 부합으로 한다. 예를 들면, 지상축이 필름면과 평행 방향에 있다고 간주할 수 있는 경우(예를 들면 Rth>0의 C플레이트)는 경사 리타데이션값 Ret(50°)의 부호는 정(正)이며, 지상축이 필름면과 수직 방향에 있다고 간주할 수 있는 경우(예를 들면 Rth<0의 C플레이트)는 경사 리타데이션값 Ret(50°)의 부호는 부(負)가 된다.

또한, 본 명세서에서는, "가시광"이란, 380nm~780nm를 말한다.

또, 본 명세서에 있어서, 각도(예를 들면 "90°" 등의 각도), 및 그 관계(예를 들면 "직교", "평행", 및 "45°로 교차" 등)에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 허용되는 오차의 범위를 포함하는 것으로 한다. 예를 들면, 엄밀한 각도±10° 미만의 범위 내인 것 등을 의미하며, 엄밀한 각도의 오차는, 5° 이하인 것이 바람직하고, 3° 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 명세서에 있어서, 편광자 또는 편광판의 "흡수축"은, 흡광도가 가장 높은 방향을 의미한다. "투과축"은, "흡수축"과 90°의 각도를 이루는 방향을 의미한다.

본 명세서에 있어서, 위상차 필름 등의 "지상축"은, 굴절률이 최대가 되는 방향을 의미한다.

또한, 본 명세서에 있어서, "편광자"와 "반사 편광자"는 구별하여 이용된다.

또, 본 명세서에 있어서, 위상차 영역, 위상차 필름, 및 액정층 등의 각 부재의 광학 특성을 나타내는 수치, 수치 범위, 및 정성적인 표현(예를 들면, "동등", "동일한" 등의 표현)에 대해서는, 액정 표시 장치나 그것에 이용되는 부재에 대하여 일반적으로 허용되는 오차를 포함하는 수치, 수치 범위 및 성질을 나타내고 있다고 해석되는 것으로 한다.

<<광학 소자>>

본 발명의 광학 소자에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 광학 소자의 일 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다. 본 발명의 광학 소자는, 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태의 광학 소자(10)은, 반사 편광자(13)이, 접착층(20)을 개재하여, λ/4판(12)에 적층되어 이루어지는 것이다. 반사 편광자(13)은, 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 것이고, 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서, 정면 리타데이션값 Re가 0nm≤Re<10nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가, |Ret(50°)|≤50nm이다.

또한, 본 발명의 반사 편광자(13)은, 콜레스테릭 액정상이 고정화되어 이루어지는 광학막을 2축 수축하여 얻어지는 2축 수축막에 의하여 구성된다.

본 발명의 광학 소자는 반사 편광자를 갖고, 반사 편광자에 포함되는 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 광반사층은, 우원 편광 또는 좌원 편광 중 적어도 한쪽을 그 반사 중심 파장의 근방의 파장 대역에 있어서 반사할 수 있는 것이다.

정면 리타데이션값 Re는, 바람직하게는, 0nm≤Re<5nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|는, |Ret(50°)|≤30nm이다. 더 바람직하게는, 0nm≤Re<3nm이며, 또한 |Ret(50°)|≤10nm이다.

본 발명의 광학 소자는, 상기와 같은 범위의 정면 리타데이션값 및 경사 리타데이션값을 갖기 때문에, 경사 입사하는 광에 위상차가 발생하지 않으므로, 액정 표시 장치에 도입했을 때, 경사 색조 변화를 억제할 수 있다.

<반사 편광자>

본 발명의 광학 소자에 있어서의 반사 편광자에 대하여, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는, 본 발명의 광학 소자에 있어서의 반사 편광자(봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 층)의 2축 수축 전후의 굴절률 타원체를 나타내는 도이다. 도 2의 a는, 반사 편광자를 2축 수축하기 전의 굴절률 타원체를 나타낸다. 도 2의 b는, 반사 편광자를 2축 수축한 후의 굴절률 타원체를 나타내는 도이다.

도 2의 a에 나타내는 바와 같이, 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 층을 2축 수축하기 전은, 면내 위상차는 제로(nx=ny)이지만, 수직 방향의 굴절률 nz는, nx=ny>nz이며, 이방성의 굴절률 타원체를 갖는다.

한편, 도 2의 b에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광학 소자에 있어서의 반사 편광자는, 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 층을 2축 수축함으로써 얻어지고, nx=ny=nz가 되며, 등방적인 굴절률 타원체를 갖는다.

이와 같이 등방적인 굴절률 타원체를 가짐으로써, 경사 방향의 투과광의 원 편광을 무너뜨리지 않기 때문에, 액정 표시 장치에 도입한 경우, 경사 색조 변화를 억제할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 광학 소자의 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 도 3은, 본 발명의 광학 소자의 다른 실시형태의 개략 단면도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광학 소자(11)에 있어서의 반사 편광자(13)은, 제1 광반사층(14a), 제2 광반사층(14b) 및 제3 광반사층(14c)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 제1 광반사층(14a), 제2 광반사층(14b), 및 제3 광반사층(14c)의 3층으로 이루어지는 반사 편광자(13)이, 접착층(20)을 개재하여, λ/4판(12)에 적층되어 있는 양태이다.

도 3에 나타내는 양태에 한정되지 않고, 제1 광반사층(14a), 제2 광반사층(14b), 및 제3 광반사층(14c)의 3층을 포함하는 반사 편광자(13)은, 접착층(20)을 개재하지 않고 λ/4판(12)에 직접 접촉하고 있어도 된다. 또한, 반사 편광자(13)은 제1 광반사층(14a), 제2 광반사층(14b), 및 제3 광반사층(14c) 이외의 층을 가져도 된다.

도 1 및 도 3에 나타낸 λ/4판(12)는, 단층이어도 되고, 2층 이상의 적층체여도 되며, 2층 이상의 적층체인 것이 바람직하다.

본 발명의 광학 소자를 액정 표시 장치에 도입했을 때에, 휘도가 높아지는 메커니즘을 이하에 설명한다.

본 발명의 광학 소자에서는, 반사 편광자에 포함되는 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층 중, 어느 하나가 청색광 반사층이고, 어느 하나가 녹색광 반사층이며, 어느 하나가 적색광 반사층임으로써, 반사 편광자는 청색광, 녹색광 및 적색광의 각각에 대하여 우원 편광 또는 좌원 편광 중 적어도 한쪽을 반사할 수 있다. 또, λ/4판(12)의 작용에 의하여, 편광 상태를 원 편광에서 직선 편광으로 변환할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 제1 편광 상태의 원 편광(예를 들면, 우원 편광)이 반사 편광자에 의하여 실질적으로 반사되고, 한편 제2 편광 상태의 원 편광(예를 들면, 좌원 편광)이 실질적으로 반사 편광자를 투과하여, 반사 편광자를 투과한 제2 편광 상태(예를 들면, 좌원 편광)의 광은 λ/4판(12)에 의하여 직선 편광으로 변환된다.

또한, 후술하는 반사 부재(도광기, 광공진기라고 불리는 경우도 있음)로 반사 편광자에 의하여 실질적으로 반사된 제1 편광 상태의 광이 재순환되고, 반사 편광자에 의하여 재차 제1 편광 상태의 원 편광으로서 일부가 반사되며, 제2 편광 상태의 원 편광으로서 나머지의 일부가 투과됨으로써 백라이트 측에서의 광이용률을 높여, 액정 표시 장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.

반사 편광자로부터 출사되는 광, 즉 반사 편광자의 투과광 및 반사광의 편광 상태는, 예를 들면 Axometrics사의 Axoscan으로 편광 측정함으로써 계측할 수 있다.

제1 광반사층(14a), 제2 광반사층(14b) 및 제3 광반사층(14c) 중, 어느 하나가 반사 중심 파장 380~499nm이고, 또한 반값폭 100nm 이하인 반사율 피크를 갖는 청색 반사층이며, 어느 하나가 반사 중심 파장 500~599nm이고, 또한 반값폭 200nm 이하인 반사율 피크를 갖는 녹색 반사층이며, 어느 하나가 반사 중심 파장 600~750nm이고, 또한 반값폭 150nm 이하인 반사율 피크를 갖는 적색 반사층인 것이 바람직하다.

또, 추가로 제3 광반사층(14c)에 접하고, 또한 반사 중심 파장 750nm~850nm이며, 또한 반값폭 200nm 이하인 반사율 피크를 갖는 적외광 반사층을 마련해도 된다.

본 발명의 광학 소자의 막 두께는, 3~120μm인 것이 바람직하고, 5~100μm인 것이 보다 바람직하며, 6~90μm인 것이 특히 바람직하다.

청색 반사층은, 380~499nm의 파장 대역에 반사 중심 파장을 갖고, 반값폭이 100nm 이하인 반사율 피크를 갖는다.

청색 반사층의 반사 중심 파장은, 430~480nm의 파장 대역에 있는 것이 바람직하고, 430~470nm의 파장 대역에 있는 것이 보다 바람직하다.

청색 반사층의 반사율 피크의 반값폭은 100nm 이하인 것이 바람직하고, 이 반사율 피크의 반값폭이 90nm 이하인 것이 보다 바람직하며, 이 반사율 피크의 반값폭이 80nm 이하인 것이 특히 바람직하다.

청색 반사층은, 500~750nm의 파장 대역에 반사율 피크를 갖지 않는 것이 바람직하다. 또, 청색 반사층은, 500~750nm의 평균 반사율이 5% 이하인 것이 바람직하다.

청색 반사층은, 막 두께가 2~10μm인 것이 바람직하고, 3~7μm인 것이 보다 바람직하다.

녹색 반사층은, 500~599nm의 파장 대역에 반사 중심 파장을 갖고, 반값폭이 200nm 이하인 반사율 피크를 갖는다.

녹색 반사층의 반사 중심 파장은, 520~590nm의 파장 대역에 있는 것이 바람직하고, 520~580nm의 파장 대역에 있는 것이 보다 바람직하다.

녹색 반사층의 반사율 피크의 반값폭은 160nm 이하인 것이 바람직하고, 이 반사율 피크의 반값폭이 125nm 이하인 것이 보다 바람직하며, 이 반사율 피크의 반값폭이 100nm 이하인 것이 더 바람직하고, 이 반사율 피크의 반값폭이 95nm 이하인 것이 특히 바람직하다.

녹색 반사층은, 380~499nm 및 600~750nm의 파장 대역에 반사율 피크를 갖지 않는 것이 바람직하다. 또, 녹색 반사층은, 380~499nm 및 600~750nm의 평균 반사율이 5% 이하인 것이 바람직하다.

녹색 반사층은, 막 두께가 2~10μm인 것이 바람직하고, 3~7μm인 것이 보다 바람직하다.

적색 반사층은, 600~750nm의 파장 대역에 반사 중심 파장을 갖고, 반값폭이 150nm 이하인 반사율 피크를 갖는다.

적색 반사층의 반사 중심 파장은, 610~690nm의 파장 대역에 있는 것이 바람직하고, 610~660nm의 파장 대역에 있는 것이 보다 바람직하다.

적색 반사층의 반사율 피크의 반값폭은 130nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 이 반사율 피크의 반값폭이 110nm 이하인 것이 특히 바람직하며, 이 반사율 피크의 반값폭이 100nm 이하인 것이 특히 바람직하다.

적색 반사층은, 380~499nm 및 500~599nm의 파장 대역에 반사율 피크를 갖지 않는 것이 바람직하다. 또, 적색 반사층은, 380~499nm 및 500~599nm의 평균 반사율이 5% 이하인 것이 바람직하다.

적색 반사층은, 막 두께가 2~10μm인 것이 바람직하고, 3~7μm인 것이 보다 바람직하다.

청색 반사층, 녹색 반사층, 적색 반사층 모두, 반사율 피크의 반값폭이 30nm 이상인 것이 백라이트 유닛의 발광을 반사하기 위하여 바람직하다.

상기와 같이 구성함으로써, 청색, 녹색, 적색 각각의 반사 편광자의 반사 대역을 확대할 수 있다. 이 반사 대역의 확대에는, 콜레스테릭 액정상의 나선 피치가 서서히 변화함으로써, 넓은 반값폭을 실현할 수 있는 피치 그레이디언트법을 이용할 수 있다. 피치 그레이디언트법에 관해서는 1995년(Nature 378, 467-469 1995)이나 일본 공개특허공보 평6-281814호나 일본 특허공보 4990426호에 기재된 방법에 의하여 실현될 수 있다. 3개의 광반사층이 모두 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 반사 편광자이다.

반사율 피크를 부여하는 파장(즉 반사 중심 파장)은, 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 반사 편광자의 콜레스테릭 액정상 중의 나선 구조의 피치 또는 굴절률을 변경함으로써 조정할 수 있는데, 피치를 변경하는 것은 카이랄제의 첨가량을 변경함으로써 용이하게 조정 가능하다. 구체적으로는 후지필름 연구 보고 No. 50(2005년) p.60-63에 상세한 기재가 있다.

제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층에 있어서, 각 콜레스테릭 액정상의 나선 구조의 나선 방향은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층의 각 콜레스테릭 액정상의 나선 구조의 나선 방향이 일치하는 것이 바람직하다. 이로써 각층에서 반사되는 원 편광의 위상 상태를 맞춰 각 파장역에서 다른 편광 상태가 되는 것을 방지할 수 있고, 광의 이용 효율을 높일 수 있다. 예를 들면, 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층에 있어서, 각 콜레스테릭 액정상이 모두 우(右)나선 구조를 갖고, 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층이 모두 우원 편광을 반사 중심 파장에 있어서 반사하는 것이 바람직하다. 물론, 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층에 있어서, 각 콜레스테릭 액정상이 모두 좌(左)나선 구조를 갖고, 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층이 모두 좌원 편광을 반사 중심 파장에 있어서 반사하는 것도 바람직하다.

콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 반사 편광자의 제조 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 일본 공개특허공보 평1-133003호, 일본 특허공보 제3416302호, 일본 특허공보 제3363565호, 일본 공개특허공보 평8-271731호에 기재된 방법을 이용할 수 있다.

본 발명의 광학 소자에 있어서의 반사 편광자는, 봉 형상 액정 화합물을 포함하는 중합성 조성물을 경화시켜, 수축함으로써 형성된다. 여기에서는, 광학 소자의 제조에 이용하는 중합성 조성물의 성분인, 봉 형상 액정 화합물, 그 외의 성분 및 용매에 대하여 설명한다.

-봉 형상 액정 화합물-

먼저, 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 반사 편광자의 재료인 봉 형상 액정 화합물에 대하여 설명한다.

봉 형상 액정 화합물로서는, 예를 들면 일본 공표특허공보 평11-513019호나 일본 공개특허공보 2007-279688호에 기재된 것을 바람직하게 이용할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.

이하에, 봉 형상 액정 화합물의 바람직한 예를 나타내지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 1]

-그 외의 성분-

콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 반사 편광자를 형성하기 위하여 이용되는 중합성 조성물은, 봉 형상 액정 화합물 이외에, 카이랄제, 배향 제어제, 중합 개시제, 및 배향 조제(助劑) 등의 그 외의 성분을 함유하고 있어도 된다. 모두 공지의 재료를 이용할 수 있다.

-용매-

각 반사 편광자를 형성하기 위한 조성물의 용매로서는, 유기 용매가 바람직하게 이용된다. 유기 용매의 예에는, 아마이드(예, N,N-다이메틸폼아마이드), 설폭사이드(예, 다이메틸설폭사이드), 헤테로환 화합물(예, 피리딘), 탄화 수소(예, 벤젠, 헥세인), 알킬할라이드(예, 클로로폼, 다이클로로메테인), 에스터(예, 아세트산 메틸, 아세트산 뷰틸), 케톤(예, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥산온), 에터(예, 테트라하이드로퓨란, 1,2-다이메톡시에테인)가 포함된다. 알킬할라이드 및 케톤이 바람직하다. 2종류 이상의 유기 용매를 병용해도 된다.

다음으로, 본 발명의 광학 소자에 구비되거나, 혹은 광학 소자의 제조 방법에 있어서 이용되는 부재에 대하여 설명한다.

<지지체>

본 발명의 광학 소자는, 지지체를 포함하고 있어도 된다. 지지체는, 콜레스테릭 액정상의 층 형상을 유지하기 위한 기능을 갖고, 이 지지체 상에 반사 편광자를 형성한다. 본 발명에서는, 본 발명의 광학 소자에 포함되는 λ/4판(12)(후술함) 자체를 지지체로서 이용하여, 도 1에 나타낸 바와 같이 λ/4판(12)에 반사 편광자를 첩합해도 된다. 또, 지지체 상에 형성된 λ/4판(12)의 전체를 지지체로서 이용하여, 그 지지체에 반사 편광자를 첩합해도 된다.

이와 같은 지지체로서는, 투명 지지체가 바람직하며, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 폴리아크릴계 수지 필름, 셀룰로스트라이아세테이트 등의 셀룰로스계 수지 필름, 및 사이클로올레핀폴리머계 필름[예를 들면, 상품명 "아톤", JSR사제, 상품명 "제오노아", 닛폰 제온사제] 등을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 광학 소자는, 반사 편광자를 제막할 때의 지지체는 포함하지 않아도 되고, 반사 편광자를 제막할 때의 지지체(이하에 있어서, 가(假)지지체라고 함)로서 이용하여, 반사 편광자를 형성한 후 그 가지지체로부터 반사 편광자를 박리하여 본 발명의 광학 소자로 해도 된다. 또한, 본 발명의 광학 소자는, 반사 중심 파장이 다른 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층이 포함되지만, 가지지체를 이용하여 각 광반사층을 형성하고, 가지지체로부터 박리한 광반사층을 적층한 반사 편광자를, λ/4판(12)에 첩합함으로써 본 발명의 광학 소자로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 제막 시에 이용되는 가지지체로서는, 특별히 제한은 없지만, 후술하는 제조 공정에 있어서의 수축 처리 및 박리 등에 견딜 수 있는 물성을 갖는 것이 바람직하다.

수축 처리를 행하기 위하여, 가지지체는, 폴리머 주쇄가 필름 면내 방향으로 배향되어 있는, 즉 면배향하고 있는 것을 사용한다. 면배향의 지표는 필름의 단면 배향도 P2z를 이용한다. 가지지체의 단면 배향도 P2z를 0.07 이상~1 이하로 조정함으로써, 액정층 형성 후의 수축 처리 공정에서 충분한 수축력을 얻을 수 있다. 단면 배향도 P2z는 0.1 이상~0.3 이하인 것이 바람직하고, 0.12 이상~0.25 이하인 것이 보다 바람직하다. 단면 배향도 P2z를 0.07 이상~1 이하로 하는 방법은, 폴리머 주쇄를 면내 방향으로 배향시킬 수 있으면 되고, 2축 연신 또는 2축 압출, 압연, 또는 용액 캐스트법 등이 이용되며, 2축 연신을 행하는 것이 바람직하다. 용액 캐스트법에서는 웨브 건조 시에 면적을 고정함으로써 두께 방향만이 수축되기 때문에, 주쇄를 면내 방향으로 배향시킬 수 있다.

또한, 필름의 단면 배향도 P2z는, X선 회절 측정에 의하여 산출한 하기 식 (1) 및 식 (2)로 정의된다.

(1) P=<3cos2β-1>/2

(2) P2z=(Pxz+Pyz)/2

단,

(3) <cos2β>=∫(0,π)cos2βI(β)sinβdβ/∫(0,π)I(β)sinβdβ

이다.

(식 중, β는 입사하는 X선의 입사면과, 측정하는 필름 면내의 임의의 일 방향이 이루는 각도이며, I는 각도 β로 측정한 X선 회절 차트에 있어서의 2θ=7° 이상~11° 이하에서의 회절 강도임)

또, Pxz는 필름의 제막 방향 및 면외 방향에 수직인 방향의 X선 회절 측정으로부터 구한 상기 식 (1)로 정의되는 배향도이며, Pyz는 필름의 폭길이 방향 및 면외 방향에 수직인 방향의 X선 회절 측정으로부터 구한 상기 식 (1)로 정의되는 배향도이다.

또한, X선 회절 측정은, 투과 2차원 X선 측정을 채용하여, 리가쿠 덴키제 RINT RAPID를 이용하고, X선원에는 Cu관구를 이용하여, 40kV-36mA에서 X선을 발생시키며, 콜리메이터는 0.8mmφ, 필름 시료는 투과 시료대를 이용하여 고정하고, 노광 시간은 600초로 하여 측정된다.

가지지체를 2축 연신에 의하여 제작하는 경우는, 공지의 방법을 이용할 수 있다.

제작한 필름을, 세로 1축 연신기에 있어서, 원하는 연신 배율로 세로 연신한 후, 텐터식 연신기에 있어서 원하는 연신 배율로 가로 연신해도 된다. 또는, 가로 연신한 후, 세로 연신해도 된다. 2축 연신된 필름은, 권취부 앞에서 양 단부를 잘라내고, 권취부로 권취함으로써 롤 필름으로 해도 된다. 종횡의 연신 배율은 기본적으로 동률로 하지만, 세로 1축 연신에 있어서 폭방향으로 수축한 경우는 초기부터의 실질적인 변형률이 동등해지도록 가로 연신 배율을 크게 해도 된다. 또 실질적인 종횡의 변형률은 5% 정도차이면 허용된다.

연신 시의 흡기 온도, 필름 막면 온도, 및 연신 속도는, 원하는 연신 배율에 따라 적절히 조제하는 것이 가능하다.

<배향층>

반사 편광자의 형성면(중합성 조성물의 도포면)에는, 원하는 액정의 배향을 얻기 위하여, 여기에서는 원하는 콜레스테릭 액정상을 얻기 위하여, 배향층을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

배향층은, 유기 화합물(바람직하게는 폴리머)의 러빙 처리, 무기 화합물의 사방(斜方) 증착, 마이크로 그루브를 갖는 층의 형성 등의 수단으로 마련할 수 있다. 나아가서는, 전장의 부여, 자장의 부여, 혹은 광조사에 의하여 배향 기능이 발생하는 배향층도 알려져 있다. 배향층은, 폴리머의 막의 표면을, 러빙 처리함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 반사 편광자 형성 후에, 가지지체로부터 반사 편광자를 박리하는 경우에는, 배향층도 가지지체와 함께 박리하는 것이 바람직하다.

지지체에 이용되는 폴리머종에 따라서는, 배향층을 마련하지 않아도, 지지체를 직접 배향 처리(예를 들면, 러빙 처리)함으로써, 배향층으로서 기능시킬 수도 있다. 그와 같은 지지체의 일례로서는, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)를 들 수 있다.

또, 액정층 위에 직접 액정층을 적층하는 경우, 예를 들면 제1 광반사층 상에 직접, 제2 광반사층을 형성하는 경우, 하층의 액정층이 배향층으로서 거동하여 상층의 액정을 배향시킬 수 있는 경우도 있다. 이와 같은 경우, 배향층을 마련하지 않아도, 또 특별한 배향 처리(예를 들면, 러빙 처리)를 실시하지 않아도 상층의 액정을 배향시킬 수 있다.

-러빙 처리-

배향층 또는 지지체의 표면은 러빙 처리가 실시되는 것이 바람직하다. 또, 제1, 제2, 및 제3 광반사층의 표면에, 필요에 따라 러빙 처리를 하는 것도 가능하다. 러빙 처리는, 일반적으로는 폴리머를 주성분으로 하는 막의 표면을, 종이나 천으로 일정 방향으로 마찰시킴으로써 실시할 수 있다. 러빙 처리의 일반적인 방법에 대해서는, 예를 들면 "액정 편람"(마루젠사 발행, 2000년 10월 30일)에 기재되어 있다.

<λ/4판>

본 발명의 광학 소자는, 반사 편광자 중 적어도 한쪽 면에 λ/4판을 가져도 된다.

λ/4판은, 반사 편광자를 빠져나간 원 편광을 직선 편광으로 변환하기 위한 층이다. 동시에, 두께 방향의 리타데이션(Rth(λ))를 조절함으로써, 경사 방위에서 본 경우에 발생하는 반사 편광자의 막 두께의 위상차를 캔슬하는 것이 가능해진다.

본 발명의 광학 소자에서는, λ/4판의 Rth(550)이 -120~120nm인 것이 바람직하고, -80~80nm인 것이 보다 바람직하며, -70~70nm인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 광학 소자에 이용되는 λ/4판의 재료에 대하여 특별히 제한은 없다. λ/4판은, λ/4 기능을 갖는 광학 이방성 지지체여도 되고, 폴리머 필름으로 이루어지는 지지체 상에 광학 이방성층 등을 가져 이루어지는 것이어도 된다.

<접착층(점착제층)>

본 명세서에 있어서, "접착"은 "점착"도 포함하는 개념으로 이용된다.

본 발명의 광학 소자에 있어서는, λ/4판과 반사 편광자는, 직접 접촉하거나, 또는 접착층을 개재하여 적층되는 것이 바람직하다. 또, 반사 편광자가 복수 층 적층된 광학 소자에 있어서는, 반사 편광자는 직접 접촉하여 적층되는 형태뿐만 아니라, 각 반사 편광자 간에 접착층을 개재하여 적층되어도 된다.

접착층에 이용되는 점착제의 예로서는, 폴리에스터계 수지, 에폭시계 수지, 폴리유레테인계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지 등의 수지를 들 수 있다. 이들은 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다. 특히, 아크릴계 수지는, 내수성, 내열성, 내광성 등의 신뢰성이 우수하고, 접착력, 투명성이 좋으며, 또한 굴절률을 액정 디스플레이에 적합하게 조정하기 쉬운 점 등에서 바람직하다.

질 등이 포함된다.

본 발명에는, 시트 형상 광경화형 점접착제(도아 고세이 그룹 연구 연보 11 TREND 2011 제14호 기재)를 접착층에 이용할 수도 있다. 점착제와 같이 광학 필름끼리의 첩합이 간편하고, 자외선(UV)으로 가교·경화하여, 저장 탄성률, 접착력 및 내열성이 향상되는 것이며, 본 발명에 적합한 접착법이다.

<편광자>

본 발명의 광학 소자는, λ/4판과 함께 편광자를 갖고 있어도 된다. 여기에서, 편광자는 제1 직선 편광을 투과하고, 제1 직선 편광에 직교하는 제2 직선 편광을 흡수 혹은 반사하는 흡수형의 편광자이며, λ/4판의 지상축과 편광자의 흡수축이 이루는 각이 30~60°인 것이 바람직하다. 이 편광자는, λ/4판을 사이에 두고 반사 편광자와 대향하여 배치된다.

편광자로서는, 폴리머 필름에 아이오딘이 흡착 배향된 것을 이용하는 것이 바람직하다. 폴리머 필름으로서는, 특별히 한정되지 않고 각종의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리바이닐알코올계 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 필름, 에틸렌·아세트산 바이닐 공중합체계 필름이나, 이들의 부분 비누화 필름, 셀룰로스계 필름 등의 친수성 고분자 필름에, 폴리바이닐알코올의 탈수 처리물이나 폴리 염화 바이닐의 탈염산 처리물 등 폴리엔계 배향 필름 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 편광자로서의 아이오딘에 의한 염색성이 우수한 폴리바이닐알코올계 필름을 이용하는 것이 바람직하다.

편광자의 두께로서는 특별히 한정되지 않고, 통상은 5~80μm, 바람직하게는 5~50μm, 보다 바람직하게는, 5~25μm이다.

<<광학 소자의 제조 방법>>

본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4는, 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 반사 편광자를 구비한 광학 소자의 제조 방법으로서, 봉 형상 액정 화합물을 포함하는 중합성 조성물로 도막을 형성하는 공정 (1), 도막을 경화시켜 콜레스테릭 액정상을 고정화하는 공정 (2), 경화시킨 도막을 2축 수축하는 공정 (3), 및 2축 수축한 도막을 더 경화시키는 공정 (4)에 의하여 반사 편광자를 형성하는 공정이다. 또한, (4)의 공정은 습열 내구성을 향상시키기 위하여 실시하는 것이 바람직하지만, (4)의 공정에 의하여 광학 특성의 변화는 발생하지 않기 때문에, 사용 환경에 따라서는 반드시 실시할 필요는 없다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 등방적인 굴절률 타원체를 갖는 반사 편광자를 얻을 수 있다. 따라서, 이 광학 소자를 액정 표시 장치에 도입함으로써, 경사 방향에 투과하는 원 편광을 무너뜨리지 않고, λ/4판으로 원 편광을 양호하게 직선 편광으로 변환할 수 있다. 이로써, 경사 방향의 색조 변화를 저감시킬 수 있고, 나아가서는, 양호한 경사 휘도를 얻을 수 있다.

(1)의 공정에서는, 먼저 지지체 또는 기판 등이나 하층의 반사 편광자의 표면에, 봉 형상 액정 화합물을 포함하는 중합성 조성물(이하, 중합성 액정 조성물이라고 기재하는 경우가 있음)로 도막을 형성한다. 중합성 액정 조성물은, 용매에 재료를 용해 및/또는 분산시킨, 도포액으로서 조제되는 것이 바람직하다. 도포액의 도포는, 와이어 바 코팅법, 압출 코팅법, 다이렉트 그라비어 코팅법, 리버스 그라비어 코팅법, 다이 코팅법 등의 다양한 방법에 의하여 행할 수 있다. 또, 잉크젯 장치를 이용하여, 액정 조성물을 노즐로부터 토출시켜, 도막을 형성할 수도 있다.

다음으로, 표면에 도포되어, 도막이 된 중합성 액정 조성물을, 콜레스테릭 액정상 상태로 한다. 중합성 액정 조성물이, 용매를 포함하는 도포액으로서 조제되어 있는 양태에서는, 도막을 건조하고, 용매를 제거함으로써, 콜레스테릭 액정상 상태로 할 수 있는 경우가 있다. 또, 콜레스테릭 액정상으로의 전이 온도로 하기 위하여, 목적에 따라, 도막을 가열해도 된다. 예를 들면, 일단 등방상의 온도까지 가열하고, 그 후, 콜레스테릭 액정 상전이 온도(등방상과 콜레스테릭 액정층과의 상전이 온도)까지 냉각하는 등에 의하여, 안정적으로 콜레스테릭 액정상 상태로 할 수 있다. 중합성 액정 조성물의 상기 액정 상전이 온도는, 제조 적성 등의 면으로부터 10~250℃의 범위 내인 것이 바람직하고, 10~150℃의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 10℃ 미만이면 액정상을 나타내는 온도 범위까지 온도를 낮추기 위하여 냉각 공정 등이 필요한 경우가 있다. 또, 열에너지의 효율 이용, 기판의 내열성 등의 관점에서, 도막의 가열 온도는 200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이때의 온도는 막면 온도이며, OPTEX사제 PT-2LD 등으로 측정할 수 있다.

콜레스테릭 액정상의 선회 방향은, 이용하는 액정의 종류 또는 첨가되는 카이랄제의 종류에 따라 조정할 수 있고, 나선 피치(즉, 선택 반사 파장)는, 이들 재료의 농도에 따라 조정할 수 있다. 또, 각 반사 편광자가 반사하는 특정 영역의 파장은, 제조 방법의 다양한 요인에 의하여 시프트시킬 수 있는 것이 알려져 있고, 카이랄제 등의 첨가 농도 외에, 콜레스테릭 액정상을 고정화할 때의 온도나 조도와 조사 시간 등의 조건 등으로 시프트시킬 수 있다. 따라서, 이들 조건은, 원하는 반사 파장에 따라 결정한다.

다음으로, (2)의 공정에서는, 콜레스테릭 액정상 상태가 된 도막에, 자외선을 조사하여, 경화 반응을 진행시킨다. 자외선 조사에는, 자외선 램프 등의 광원이 이용된다. 이 공정에서는, 자외선을 조사함으로써, 중합성 액정 조성물의 경화 반응이 진행되고, 콜레스테릭 액정상이 고정화된다.

자외선의 조사 에너지량에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 일반적으로는, 10mJ/cm²~200mJ/cm² 정도가 바람직하고, 20mJ/cm²~100mJ/cm² 정도가 보다 바람직하다. 또, 도막에 자외선을 조사하는 시간에 대해서는 특별히 제한은 없지만, (3)의 공정의 2축 수축에 적합한 경화 상태를 얻을 수 있는 시간을 설정하면 된다.

경화 반응을 촉진하기 위하여, 가열 조건하에서 자외선 조사를 실시해도 된다. 또, 자외선 조사 시의 온도는, 콜레스테릭 액정상이 흐트러지지 않도록, 콜레스테릭 액정상을 나타내는 온도 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 또, 분위기의 산소 농도는 중합도에 관여하기 때문에, 공기 중에서 원하는 중합도에 이르지 않고, 막 강도가 불충분한 경우에는, 질소 치환 등의 방법에 의하여, 분위기 중의 산소 농도를 저하시키는 것이 바람직하다. 바람직한 산소 농도로서는, 10% 이하가 바람직하고, 7% 이하가 더 바람직하며, 3% 이하가 가장 바람직하다. 자외선 조사에 의하여 진행되는 경화 반응(예를 들면 중합 반응)의 반응률은, 다음의 공정 (3)에서 2축 수축 시에 콜레스테릭 액정층에 기복이 발생하여 주름이 잡히는 것을 억제하고, 또한 층의 기계적 강도의 유지 등이나 미반응물이 층으로부터 유출되는 것을 억제하는 등의 관점에서, 25%~70%인 것이 바람직하고, 30%~60%인 것이 보다 바람직하다. 반응률의 측정은 반응성기(예를 들면 중합성기)의 적외 진동 스펙트럼의 흡수 강도를, 반응 진행의 전후로 비교함으로써 행할 수 있다. 반응률을 향상시키기 위해서는 조사하는 자외선의 조사량을 증대시키는 방법이나 질소 분위기하 혹은 가열 조건하에서의 중합이 효과적이다.

(3)의 공정에서는, (2)에서 얻어진 경화시킨 층을 2축 수축한다.

2축 수축은, 공지의 방법을 이용할 수 있다.

제작한 콜레스테릭 액정상의 도막을 갖는 필름을, 배치(Batch) 연신기로 4변을 텐터로 고정하고, 가열하여, 열수축시킨다. 10%/분~100%/분의 수축 속도로 수축시키는 것이 바람직하다. 수축 배율은, 텐터의 고정 위치에서 결정되고, 원하는 수축 배율에 맞추어 텐터의 고정 위치를 설정함으로써, 급기 온도 및 필름 막면 온도가 동일해도 다른 수축 배율로 조정하는 것이 가능하다. 또, 종횡의 수축 배율은 기본적으로 동률로 하지만, 실질적인 종횡의 변형률은 5% 정도차이면 허용된다.

수축 시의 급기 온도, 필름 막면 온도, 및 수축 속도는, 원하는 수축 배율에 따라 적절히 조정하는 것이 가능하다.

수축 시의 필름 막면 온도는 콜레스테릭 액정상을 형성한 지지체의 유리 전이점 Tg-10~Tg+20℃가 바람직하고, Tg-5℃~Tg+15℃가 보다 바람직하다.

(4)의 공정에서는, (3)에서 수축한 층에 추가로 자외선을 조사하여, 경화 반응을 진행시킨다. (2)의 공정과 마찬가지로, 자외선을 조사함으로써, 중합성 액정 조성물을 더 경화시켜, 고정화한 콜레스테릭 액정상의 습열 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 자외선의 조사 전후로 광학 특성의 변화는 발생하지 않는다.

자외선의 조사 에너지량에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 일반적으로는, 100mJ/cm²~1000mJ/cm² 정도가 바람직하고, 200mJ/cm²~500mJ/cm² 정도가 보다 바람직하다. 또한 경화 반응을 촉진하기 위하여, 가열 조건 및 분위기의 조건은, (2)의 공정과 동일하다. 또, 자외선 조사에 의하여 진행되는 경화 반응(예를 들면 중합 반응)의 반응률은, 층의 기계적 강도의 유지 등이나 미반응물이 층으로부터 유출되는 것을 억제하는 등의 관점에서, 70% 이상인 것이 바람직하고, 80% 이상인 것이 보다 바람직하며, 90% 이상인 것이 보다 더 바람직하다.

여기에서, 액정상을 "고정화한" 상태는, 콜레스테릭 액정상이 되어 있는 액정 화합물의 배향이 유지된 상태가 가장 전형적이고, 또한 바람직한 양태이다. 본 발명에서는, 자외선 조사에 의하여 진행하는 경화 반응에 의하여, 콜레스테릭 액정상의 배향 상태를 고정하는 것이 바람직하다.

또, 구체적으로는, 0℃~50℃에 있어서 이 층에 유동성이 없고, 또 외장이나 외력에 의하여 배향 형태에 변화를 발생시키지 않으며, 고정화된 배향 형태를 안정적으로 계속 유지할 수 있는 상태로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 가혹한 조건하에서는 -30℃~70℃의 온도 범위에 있어서, 고정화된 배향 형태를 안정적으로 계속 유지할 수 있는 상태로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 콜레스테릭 액정상의 광학적 성질이 층 중에 있어서 유지되고 있으면 충분하고, 최종적으로 각 반사 편광자 중의 액정 조성물이 더이상 액정성을 나타낼 필요는 없다. 예를 들면, 액정 조성물이, 경화 반응에 의하여 고분자량화하여, 이미 액정성을 잃고 있어도 된다.

또, "실질적인 종횡의 변형률은 5% 정도차이면 허용된다."란, 세로가 10% 수축했을 때에, 가로가 15% 수축된다는 정도로는 허용할 수 있거나, 혹은 세로가 15% 수축했을 때에, 가로가 10% 수축된다는 정도로는 허용할 수 있는 것을 의미한다.

<<액정 표시 장치>>

본 발명의 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 5는, 본 발명의 액정 표시 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

본 실시형태의 액정 표시 장치(51)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 백라이트 유닛(31), 본 발명의 광학 소자(11)을 포함하는 광학 시트 부재(21), 박층 트랜지스터 기판(41), 액정 셀(42), 컬러 필터 기판(43), 및 표시 측 편광판(44)를 구비한다. 광학 시트 부재(21)은, 본 발명의 광학 소자(11)이 접착층(20)을 개재하여 백라이트 측 편광판(1)에 접착된다. 백라이트 측 편광판(1)은, 편광판 보호 필름(4)가 마련된 편광자(3) 및 위상차 필름(2)로 구성된다.

백라이트 유닛(31)은, 430~480nm의 파장 대역에 발광 중심 파장을 갖는 청색광과, 500~600nm의 파장 대역에 발광 중심 파장을 갖는 녹색광과, 600~700nm의 파장 대역에 발광 강도의 피크 중 적어도 일부를 갖는 적색광을 발광하는 광원을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 백라이트 유닛(31)이, 백라이트 유닛(31)로부터 출력되어 광학 소자(11)에서 반사된 광의 편광 상태의 변환 및 반사를 하는 반사 부재를 구비하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 액정 표시 장치는, 청색광 및 녹색광의 반값폭이 모두 100nm 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 액정 표시 장치는, 적색광이 600~700nm의 파장 대역에 발광 중심 파장을 갖고, 적색광의 반값폭이 100nm 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 액정 표시 장치의 일부인 이들과 같은 양태에서는, RGB(적색, 녹색, 청색) 협대역 백라이트와 조합함으로써, 색 재현성을 향상시키면서, RGB의 광반사층인 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 반사 편광자 및 λ/4판이라는 심플한 구성의 상기 실시형태의 광학 소자(11)에 의하여 충분한 휘도 향상 성능을 실현할 수 있다.

액정 표시 장치에 있어서, 광학 소자의 제3 광반사층과 백라이트 유닛의 사이에는, 광의 편광 상태를 변화시키는 층을 배치하는 것이 바람직하다. 광의 편광 상태를 변화시키는 층이 반사 편광자로부터 반사된 광의 편광 상태를 변화시키는 층으로서 기능하고, 휘도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 광의 편광 상태를 변화시키는 층의 예로서는, 공기층보다 굴절률이 높은 폴리머층을 들 수 있고, 공기층보다 굴절률이 높은 폴리머층의 예로서는, 하드 코트(HC) 처리층, 안티 글레어(AG) 처리층, 저반사(AR) 처리층 등의 각종 저반사층, 트라이아세틸셀룰로스(TAC) 필름, 아크릴 수지 필름, 사이클로올레핀폴리머(COP) 수지 필름, 연신 PET 필름 등을 들 수 있다. 광의 편광 상태를 변화시키는 층은 지지체를 겸하고 있어도 된다.

반사 편광자로부터 반사된 광의 편광 상태를 변화시키는 층의 평균 굴절률과, 제3 광반사층의 평균 굴절률의 관계는,

0<|광의 편광 상태를 변화시키는 층의 평균 굴절률-제3 광반사층의 평균 굴절률|<0.8인 것이 바람직하고,

0<|광의 편광 상태를 변화시키는 층의 평균 굴절률-제3 광반사층의 평균 굴절률|<0.4인 것이 더 바람직하며,

0<|광의 편광 상태를 변화시키는 층의 평균 굴절률-제3 광반사층의 평균 굴절률|<0.2가 보다 바람직하다.

광의 편광 상태를 변화시키는 층은 광학 소자와 일체화하고 있어도 되고, 광학 소자와는 따로 마련되어 있어도 된다.

<액정 셀>

액정 셀(42)의 구동 모드에 대해서는 특별히 제한은 없고, 트위스트 네마틱(TN), 수퍼 트위스트 네마틱(STN), 버티컬 얼라인먼트(VA), 인플레인 스위칭(IPS), 옵티컬리 컴펜세이티드 벤드셀(OCB) 등의 다양한 모드를 이용할 수 있다. 액정 셀은, VA 모드, OCB 모드, IPS 모드, 또는 TN 모드인 것이 바람직하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. VA 모드의 액정 표시 장치의 구성으로서는, 일본 공개특허공보 2008-262161호의 도 2에 나타내는 구성을 일례로서 들 수 있다. 단, 액정 표시 장치의 구체적 구성에는 특별히 제한은 없고, 공지의 구성을 채용할 수 있다.

<백라이트 유닛>

백라이트 유닛의 구성으로서는, 도광판이나 반사판 등을 구성 부재로 하는 에지 라이트 방식이어도 되고, 직하형 방식이어도 상관없다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 백라이트 유닛이 광원의 후부에, 광원으로부터 발광되어 광학 소자에서 반사된 광의 편광 상태의 변환 및 반사를 하는 반사 부재를 구비한다. 이와 같은 반사 부재로서는 특별히 제한은 없고, 공지의 것을 이용할 수 있으며, 일본 특허공보 제3416302호, 일본 특허공보 제3363565호, 일본 특허공보 제4091978호, 일본 특허공보 제3448626호 등에 기재되어 있고, 이들 공보의 내용은 본 발명에 원용된다.

백라이트 유닛은, 그 외에, 공지의 확산판이나 확산 시트, 프리즘 시트(예를 들면, 3M사제 휘도 향상 필름 "BEF" 등), 도광기를 구비하고 있는 것도 바람직하다. 그 외의 부재에 대해서도, 일본 특허공보 제3416302호, 일본 특허공보 제3363565호, 일본 특허공보 제4091978호, 일본 특허공보 제3448626호 등에 기재되어 있고, 이들 공보의 내용은 본 발명에 원용된다.

본 발명의 액정 표시 장치의 다른 형태에 대하여 설명한다. 도 6에 본 실시형태의 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸다.

본 실시형태의 액정 표시 장치(60)은, 상기의 액정 표시 장치(51)의 표시면(가장 시인 측)에 광학 소자(11)을 더 구비한 구성이다. 또한, 광학 소자(11)의 하방에는 액정 표시 장치(51)에 한정하지 않고, 다른 형태의 액정 표시 장치를 구비해도 된다.

본 실시형태에서는, 광학 소자(11)은 λ/4가 표시 측 편광판(44)(도 5 참조) 측이 되도록 배치된다.

여기에서는, 본 발명의 광학 소자는 화상 표시 기능 포함 미러용 반사막으로서 사용된다. 화상 표시 기능 포함 미러에 통상 사용되고 있는 금속 증착 하프 미러는, 표시 장치 측으로부터의 광도 절반 반사하기 때문에, 휘도가 저하된다. 그에 반하여, 콜레스테릭 액정층을 이용하는 반사막으로 이루어지는 본 발명의 반사 편광자는 표시 장치로부터의 직선 편광을 λ/4판에서 원 편광으로 변환함으로써, 그대로 투과시킬 수 있어, 금속 증착 하프 미러의 2배의 휘도가 얻어진다.

종래의 수축하지 않고 이용되고 있던 지금까지의 콜레스테릭 액정층에서는 화상 표시 기능 포함 미러용 반사막으로서 이용하려고 해도, 콜레스테릭층이 갖는 경사 리타데이션에 의하여 원 편광이 무너지고, 파장마다의 투과율이 변하여, 색조가 변화하는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 광학 소자라면 경사 리타데이션이 작기 때문에 색조 변화 없이 고휘도의 표시가 가능해진다.

실시예

이하에 실시예와 비교예를 들어 본 발명의 특징을 더 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 처리 절차 등은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 의하여 한정적으로 해석되어야 하는 것은 아니다.

<편광자의 준비>

일본 공개특허공보 2006-293275호의 [0219]와 동일하게 하여, 편광자를 제조했다.

[실시예 1]

<가지지체의 제작>

[하기 일반식 (II)로 나타나는 락톤환 구조를 갖는 아크릴계 수지{공중합 모노머 질량비=메타크릴산 메틸/2-(하이드록시메틸)아크릴산 메틸=8/2, 락톤환화율 약 100%, 락톤환 구조의 함유 비율 19.4%, 중량 평균 분자량 133000, 멜트 플로 레이트 6.5g/10분(240℃, 10kgf), Tg 131℃} 90질량부와, 아크릴로나이트릴-스타이렌(AS) 수지{도요 AS AS20, 도요 스타이렌사제} 10질량부와의 혼합물; Tg 127℃]의 펠릿을 2축 압출기에 공급하고, 약 280℃에서 시트 형상으로 용융 압출한 후, 세로 1축 연신기에 있어서, 급기 온도 130℃, 필름 막면 온도 120℃, 연신 속도 30%/분, 연신 배율 35%로 세로 연신했다. 그 후, 텐터식 연신기에 있어서, 급기 온도 130℃, 필름 막면 온도 120℃, 연신 속도 30%/분, 연신 배율 35%로 가로 연신하고, 권취부 앞에서 양 단부를 잘라내며, 길이 4000m의 롤 필름으로서 권취하여, 두께 40μm, 폭 1.3m의 장척 형상의 가지지체를 얻었다.

[화학식 2]

상기 일반식 (II) 중, R¹은 수소 원자이며, R² 및 R³은 메틸기이다.

<배향층의 형성>

상기 가지지체에, 하기 조성의 배향층 도포액 (A)를 #14의 와이어 바로 연속적으로 도포했다. 60℃의 온풍으로 60초, 100℃의 온풍으로 120초 더 건조했다. 사용한 변성 폴리바이닐알코올의 비누화도는 96.8%였다.

-배향층 도포액 (A)의 조성-

하기의 변성 폴리바이닐알코올 10질량부

물 308질량부

메탄올 70질량부

아이소프로판올 29질량부

광중합 개시제(IRGACURE(등록 상표) 2959, BASF사제) 0.8질량부

[화학식 3]

변성 폴리바이닐알코올의 조성 비율은, 몰분율이다.

상기 제작한 배향층에 연속적으로 러빙 처리를 실시했다. 이때, 장척 형상의 필름의 길이 방향과 반송 방향은 평행이며, 필름 길이 방향과 러빙 롤러의 회전축이 이루는 각도를 대략 45°로 했다.

<반사 편광자의 형성>

배향층 상에, 하기 방법으로 콜레스테릭 액정 재료로서 하기 봉 형상 액정 화합물을 이용한 콜레스테릭 액정상을 고정화하여 이루어지는 반사 편광자(제1 광반사층)를 형성했다.

하기의 도포액을, 수축 후의 건조 막 두께가 3.5μm가 되도록 농도를 조제하여 MEK(메틸에틸케톤)에 용해시켜, 봉 형상 액정 화합물을 포함하는 반사 편광자(제1 광반사층) 형성용 도포액을 조제했다. 이 도포액을 상기의 배향층 상에 바 도포하고, 85℃에서 1분간 가열 숙성을 행하여, 균일한 배향 상태를 얻었다. 그 후, 이 도포막을 45℃로 유지하고, 여기에 메탈할라이드 램프를 이용하여 100mJ/cm² 자외선 조사하여, 반사 편광자를 형성했다.

-실시예 1의 반사 편광자용 도포액-

하기 봉 형상 화합물 18-1 90질량부

하기 봉 형상 화합물 18-2 10질량부

하기 불소계 수평 배향제 1 0.05질량부

하기 불소계 수평 배향제 2 0.01질량부

다관능 모노머 A-TMMT(신나카무라 가가쿠 고교(주)사제) 1질량부

중합 개시제 IRGACURE 819(BASF사제) 3질량부

하기 카이랄제 1 6.3질량부

[화학식 4]

[화학식 5]

[화학식 6]

<2축 수축 콜레스테릭 액정 필름의 제작>

가지지체 상에 제작한 반사 편광자의 4변을 텐터로 고정하고, 배치 연신기에 있어서, 급기 온도 140℃, 필름 막면 온도 130℃, 수축 속도 30%/분으로 필름의 각변이 각각 표 1에 기재된 수축 배율(10%)이 되도록 수축했다. 그 후 4변의 단부를 잘라내고, 2축 수축 콜레스테릭 액정 필름을 얻어 반사 편광자로 했다.

[실시예 2~16]

2축 수축 후의 반사 중심 파장이 표 1에 기재된 것이 되도록 카이랄제의 첨가량을 조정하고, 또한 2축 수축 조건을 표 1의 기재와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 반사 편광자를 형성했다.

[비교예 1~10]

최종적인 반사 중심 파장이 표 1에 기재된 것이 되도록 카이랄제의 첨가량을 조정하고, 또한 표 1과 같이, 수축 없음, 1축 수축, 2축 연신을 행한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 반사 편광자를 형성했다.

[실시예 17~22]

실시예 1~16의 반사 편광자를, 표 2에 나타내는 바와 같이, 각각, 청색 반사층(제1 광반사층), 녹색 반사층(제2 광반사층), 적색 반사층(제3 광반사층)으로서 적층하여 복수 층의 광반사층을 포함하는 반사 편광자를 구비하고, 또한 λ/4판 및 편광자를 적층하여 이루어지는 실시예 17~21의 광학 소자를 형성했다. 또, 실시예 19의 구성에 추가로 적외 반사층(제4 광반사층)을 적층한 반사 편광자를 구비한 실시예 22의 광학 소자를 제작했다.

이하에 제1 내지 제3 광반사층의 적층 방법을 설명한다.

제2 광반사층 및 제3 광반사층을, 각각 상기 가지지체 상에 제작했다. 제2 광반사층 상에 시판 중인 아크릴 접착제(도아 고세이 가부시키가이샤제 UV-3300)를 도포했다. 이 도포면을 제1 광반사층에 직접 첩합하고, 가지지체 측으로부터 메탈할라이드 램프를 이용하여, 조사량 100mJ/cm²의 자외선을 조사하여 접착제를 경화시킨 후, 제2 광반사층으로부터 가지지체를 박리했다. 또한 그 위에 제3 광반사층을, 제2 광반사층과 동일한 수법으로 첩합했지만, 가지지체는 박리하지 않았다. 얻어진 반사 편광자는, 가지지체 상에 제1 광반사층, 접착제층, 제2 광반사층, 접착제층, 제3 광반사층, 가지지체의 순서로 적층된 것이다.

<λ/4판의 적층>

λ/4판으로서

셀룰로스 지지체 상에 원반 형상 액정 화합물층을 마련한 필름을 이용했다.

<λ/4판의 제작>

먼저, λ/4판을 위한 셀룰로스에스터 지지체를 제작했다.

(셀룰로스에스터 용액 A-1의 조제)

하기의 조성물을 믹싱 탱크에 투입하여, 가열하면서 교반하고, 각 성분을 용해시켜, 셀룰로스에스터 용액 A-1을 조제했다.

셀룰로스에스터 용액 A-1의 조성

·셀룰로스아세테이트(아세틸화도 2.86) 100질량부

·메틸렌 클로라이드 320질량부

·메탄올 83질량부

·1-뷰탄올 3질량부

·트라이페닐포스페이트 7.6질량부

·바이페닐다이페닐포스페이트 3.8질량부

(매트제 분산액 B-1의 조제)

하기의 조성물을 분산기에 투입하여, 교반하고 각 성분을 용해시켜, 매트제 분산액 B-1을 조제했다.

매트제 분산액 B-1의 조성

·실리카 입자 분산액(평균 입경 16nm)

"AEROSIL R972", 일본 아에로질(주)제

10.0질량부

·메틸렌 클로라이드 72.8질량부

·메탄올 3.9질량부

·뷰탄올 0.5질량부

·셀룰로스에스터 용액 A-1 10.3질량부

(자외선 흡수제 용액 C-1의 조제)

하기의 조성물을 다른 믹싱 탱크에 투입하여, 가열하면서 교반하고, 각 성분을 용해시켜, 자외선 흡수제 용액 C-1을 조제했다.

자외선 흡수제 용액 C-1의 조성

·자외선 흡수제(하기 UV-1) 10.0질량부

·자외선 흡수제(하기 UV-2) 10.0질량부

·메틸렌 클로라이드 55.7질량부

·메탄올 10질량부

·뷰탄올 1.3질량부

·셀룰로스에스터 용액 A-1 12.9질량부

[화학식 7]

(셀룰로스에스터 지지체의 제작)

셀룰로스아실레이트 용액 A-1을 94.6질량부, 매트제 분산액 B-1을 1.3질량부로 한 혼합물에, 셀룰로스아실레이트 100질량부당, 자외선 흡수제 (UV-1) 및 자외선 흡수제 (UV-2)가 각각 1.0질량부가 되도록, 자외선 흡수제 용액 C-1을 첨가하여, 가열하면서 충분히 교반하고 각 성분을 용해시켜, 도프를 조제했다. 얻어진 도프를 30℃로 가온하고, 유연 다이를 통과시켜 직경 3m의 드럼인 거울면 스테인리스 지지체 상에 유연했다. 지지체의 표면 온도는 -5℃로 설정하고, 도포폭은 1470mm로 했다. 유연한 도프막을 드럼 상에서 34℃의 건조풍을 150m³/분 동안 분사함으로써 건조시켜, 잔류 용제가 150%인 상태로 드럼으로부터 박리했다. 박리 시, 반송 방향(길이 방향)으로 15%의 연신을 행했다. 그 후, 필름의 폭방향(유연 방향에 대하여 직교하는 방향)의 양 단부를 핀텐터(일본 공개특허공보 평4-001009호의 도 3에 기재된 핀텐터)로 파지하면서 반송하고, 폭길이 방향에는 연신 처리를 행하지 않았다. 또한, 열처리 장치의 롤 간을 반송함으로써 더 건조시켜, 셀룰로스아실레이트 필름(T1)을 제조했다. 제작한 장척 형상의 셀룰로스아실레이트 필름(T1)의 잔류 용제량은 0.2%이고, 두께는 80μm이며, 550nm에 있어서의 Re와 Rth는 각각 0.8nm, 64nm였다.

<λ/4층 F의 형성>

배향층으로서 구라레사제 포발 PVA-103을 순수에 용해 후에 건조 막 두께가 0.5μm가 되도록 농도 조정한 용액을, 상기에서 제작한 셀룰로스아실레이트 상에 바 도포하고, 그 후, 100℃에서 5분간 가열했다. 또한 이 표면을 러빙 처리하여 배향층을 형성했다.

계속해서, 하기의 조성의 용질을, 건조 막 두께 1μm가 되도록 농도를 조제하여 MEK에 용해시켜, 도포액을 조제했다. 이 도포액을 상기의 배향층 상에 바 도포하고, 용매를 85℃, 2분간 유지하여 용매를 기화시킨 후에 100℃에서 4분간 가열 숙성을 행하여, 균일한 배향 상태를 얻었다. 또한, 원반 형상 화합물은 지지체 평면에 대하여 수직 배향하고 있었다.

그 후 이 도포막을 80℃로 유지하고, 여기에 질소 분위기하에서 고압 수은등을 이용하여 자외선 조사하여 λ/4판을 형성했다.

<λ/4층 형성의 도포액의 용질 조성>

원반 형상 액정 화합물(화합물 1) 35질량부

원반 형상 액정 화합물(화합물 2) 35질량부

배향 조제(화합물 3) 1질량부

배향 조제(화합물 4) 1질량부

중합 개시제(화합물 5) 3질량부

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

[화학식 11]

[화학식 12]

얻어진 λ/4판의 Re(550)=125nm, Rth(550)=1nm였다.

제1 광반사층 측의 가지지체를 박리하고, 이 λ/4판의 셀룰로스 지지체 측을, 상기 광반사층과 동일한 수법으로 상기 반사 편광자의 제1 광반사층 상에 첩합한 후, 제3 광반사층의 가지지체를 박리하여 λ/4판 부착 반사 편광자로 했다.

먼저 준비한 편광자의 한쪽의 측에 상기에서 제작한 λ/4 유리판 부착 반사 편광자를, λ/4판이 편광자 측이 되도록 첩합하고, 다른 쪽에 편광판 보호 필름으로서 시판 중인 셀룰로스아실레이트계 필름 "TD80UL"(후지필름사제)을 첩합하여, 광학 소자를 제작했다. 즉, 실시예 17~21의 광학 소자는, 제3 광반사층, 접착층, 제2 광반사층, 접착층, 제1 광반사층, 접착층, λ/4판, 접착층, 편광자 및 편광판 보호 필름의 순서로 적층된 적층 구조체이다.

또한, 실시예 22의 광학 소자는, 제3 광반사층 측에 추가로 접착층을 개재하여 적외 반사층(제4 광반사층)을 구비한 구성이며, 제2, 제3 광반사층의 적층과 동일한 수법으로 제작했다.

[비교예 11~14]

비교예 1~10의 반사 편광자를, 표 2에 나타내는 바와 같이, 각각 청색 반사층(제1 광반사층), 녹색 반사층(제2 광반사층), 적색 반사층(제3 광반사층)으로서, 상기 실시예 17~21과 동일하게 적층하여 비교예 11~13의 광학 소자를 제작했다. 또, 실시예 22와 동일하게 하고, 또한 적외 반사층(제4 광반사층)을 구비한 비교예 14를 제작했다.

[평가]

<면내 리타데이션값 Re의 측정 방법>

실시예 1~16 및 비교예 1~10의 반사 편광자에 대하여, 면내 리타데이션값 Re를 이하의 방법에 의하여 측정했다.

반사 편광자를 형성 후, 그 반사 편광자를 상기 아크릴 접착제를 이용하여 광반사층 측을 유리판에 첩합하고, 가지지체를 박리한 후, Axoscan의 스펙트럼 측정에 의하여 각 광반사층의 광학 특성을 측정했다. 그 중 "Transmittance"의 스펙트럼으로부터 반사 중심 파장을 구했다. 그리고, 얻어진 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서의 "Linear Retardance(nm)"의 평균값을, Re로 했다.

<경사 Ret(50°)의 측정 방법>

실시예 1~16 및 비교예 1~10의 반사 편광자에 대하여, 경사 Ret(50°)를 이하의 방법에 의하여 측정했다.

Re 측정 시에 얻어진 지상축을 축으로 하여, Axoscan의 스테이지를 50° 기울인 것 이외에는 Re와 동일하게 스펙트럼 측정을 행하여, 광학 특성을 측정했다. 그 중 "Transmittance"의 스펙트럼으로부터 얻어진 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서의 "Linear Retardance(nm)"의 평균값을 Ret(50°)로 했다.

<평가용 백라이트 측 편광판의 제작>

실시예 1~16 및 비교예 1~10의 반사 편광자를 이용하여, 이하와 같이 평가용 백라이트 측 편광판을 제작했다. 먼저 준비한 편광자의 양면에 시판 중인 셀룰로스아실레이트계 필름 "TD80UL"(후지필름사제)을 각각 첩합하여 적층체를 얻었다. 이 적층체의 일면에 실시예 1~16 및 비교예 1~10에서 얻어진 반사 편광자를 상기 아크릴 접착제로 첩합하고, 가지지체를 박리함으로써, 평가용 백라이트 측 편광판을 얻었다. 즉 평가용 백라이트 측 편광판은, 실시예 1~16 혹은 비교예 1~10의 반사 편광자, 셀룰로스아실레이트계 필름, 편광자, 셀룰로스아실레이트계 필름의 적층 구조체이다.

<액정 표시 장치의 제작>

시판 중인 액정 표시 장치(파나소닉사제, 상품명 TH-L42D2)를 분해하고, 백라이트 측 편광판을 이하와 같이 변경하여 평가용 액정 표시 장치를 조립했다.

실시예 1~16 및 비교예 1~10에 대해서는, 상술과 같이 하여 제작한 평가용 백라이트 측 편광판을, 실시예 혹은 비교예의 반사 편광자가 백라이트 측이 되도록 상기 분해한 액정 표시 장치의 셀에 첩합하여 평가용 액정 표시 장치를 조립했다.

실시예 17~22 및 비교예 11~13에 대해서는, 각 예로 제작한 광학 소자를, 그 반사 편광자가 백라이트 측이 되도록 상기 분해한 액정 표시 장치의 셀에 첩합하여 평가용 액정 표시 장치를 조립했다.

<50° 회전 색조 변화 Δu'v'(50°)의 측정>

액정 표시 장치의 색조 좌표 u'v'의 측정에는, 측정기(EZ-Contrast160D, ELDIM사제)를 이용했다. 측정 각도를 극각 50° 방향으로 고정하고, 방위각을 15° 간격으로 360° 회전시켜 색조 좌표 u', v'의 값을 측정하여, 최대와 최소의 차분을 취한 색조 변화 Δu'v'(50°)를 산출했다. 그 값을 평가 지표로 하여, 이하의 평가 기준에 근거하여 평가했다.

(실시예 1~16 및 비교예 1~10의 평가 기준)

실시예 1~5, 비교예 5 및 비교예 8의 청색광을 반사하는 반사 편광자를 구비한 액정 표시 장치는, 비교예 1을 기준(기준 1-1)으로 했다.

실시예 6~10, 비교예 6 및 비교예 9의 녹색광을 반사하는 반사 편광자를 구비한 액정 표시 장치는, 비교예 2를 기준(기준 1-2)으로 했다.

실시예 11~15, 비교예 7 및 비교예 10의 적색광을 반사하는 반사 편광자를 구비한 액정 표시 장치는, 비교예 3을 기준(기준 1-3)으로 했다.

실시예 16의 적외광을 반사하는 반사 편광자를 구비한 액정 표시 장치는, 비교예 4를 기준(기준 1-4)으로 했다.

실시예 1~16 및 비교예 1~10에 대하여, 상기 각 기준에 대하여 이하와 같이 평가했다.

A: 기준으로서 이용한 액정 표시 장치의 경사 색조 변화보다 40% 이상, 양호함

B: 기준으로서 이용한 액정 표시 장치의 경사 색조 변화보다 25% 이상, 40% 미만, 양호함

C: 기준으로서 이용한 액정 표시 장치의 경사 색조 변화보다 10% 이상, 25% 미만, 양호함

D: 기준으로서 이용한 액정 표시 장치의 경사 색조 변화와 동등 이하임

(실시예 17~22 및 비교예 11~14의 평가)

실시예 17~21 및 비교예 12, 13은, 비교예 11을 기준(기준 2-1)으로 했다.

실시예 22는, 비교예 14를 기준(기준 2-2)으로 했다.

실시예 17~22 및 비교예 12, 13에 대하여, 각 기준에 대하여 이하와 같이 평가했다.

A: 기준의 액정 표시 장치의 경사 색조 변화보다 40% 이상, 양호함

B: 기준의 액정 표시 장치의 경사 색조 변화보다 25% 이상, 40% 미만, 양호함

C: 기준의 액정 표시 장치의 경사 색조 변화보다 10% 이상, 25% 미만, 양호함

D: 기준의 액정 표시 장치의 경사 색조 변화와 동등 이하임

<경사 휘도의 측정 방법>

실시예 17~22 및 비교예 11~14의 광학 소자를 이용한 액정 표시 장치의 백표시 시의 정면 휘도를, 측정기(EZ-Contrast160D, ELDIM사제)를 이용하여 측정했다. 그 결과를 기초로, 이하의 기준으로 평가했다. 또한, 평가 광원 및 반사 편광자의 적층수를 맞추기 위하여, 실시예 17~21 및 비교예 12~13은 비교예 11을 기준으로 하고, 실시예 22는 비교예 15를 기준으로 했다. 그 결과를 기초로, 이하와 같이 평가했다.

A: 기준의 액정 표시 장치의 경사 휘도보다 40% 이상, 양호함

B: 기준의 액정 표시 장치의 경사 휘도보다 25% 이상, 40% 미만, 양호함

C: 기준의 액정 표시 장치의 경사 휘도보다 10% 이상, 25% 미만, 양호함

D: 기준의 액정 표시 장치의 경사 휘도와 동등 이하임

[실시예 23, 24]

실시예 17과 동일하게 하여, 실시예 1~16으로 형성한 반사 편광자를, 표 3에 나타내는 바와 같이, 각각 청색 반사층(제1 광반사층), 녹색 반사층(제2 광반사층), 적색 반사층(제3 광반사층)으로서 적층하여 복수 층의 광반사층을 포함하는 반사 편광자를 형성하고, 추가로 λ/4판과 적층하여 실시예 23의 광학 소자를 형성했다. 실시예 23에 있어서, 적색 반사층과 λ/4판의 사이에 추가로 적외 반사층(제4 광반사층)을 구비한 실시예 24의 광학 소자를 형성했다.

[비교예 15~17]

비교예 11과 동일하게, 비교예 1~10의 반사 편광자 중, 표 3에 나타내는 바와 같이, 각각 청색 반사층(제1 광반사층), 녹색 반사층(제2 광반사층), 적색 반사층(제3 광반사층)으로서 적층하여 복수 층의 광반사층을 포함하는 반사 편광자를 형성하고, 추가로 λ/4판과 적층하여 비교예 15, 16의 광학 소자를 형성했다. 또한 비교예 15에 있어서, 적색 반사층과 λ/4판의 사이에 추가로 적외 반사층(제4 광반사층)을 구비한 비교예 17의 광학 소자를 형성했다.

<화상 표시 기능 포함 미러의 제작>

시판 중인 액정 표시 장치(파나소닉사제, 상품명 TH-L42D2)의 시인 측 표면에, 실시예 23, 24 및 비교예 15, 16 각각의 광학 소자를 λ/4판이 액정 표시 장치 측이 되고, 또한 λ/4판의 지상축과 액정 표시 장치의 시인 측 편광판의 흡수축이 45°가 되도록 첩합하여, 화상 표시 기능 포함 미러로 했다.

<50° 회전 색조 변화 Δu'v'(50°)의 측정>

색조 좌표 u'v'의 측정에는, 측정기(EZ-Contrast160D, ELDIM사제)를 이용했다. 측정 각도를 극각 50° 방향으로 고정하고, 방위각을 15° 간격으로 360° 회전시켜 색조 좌표 u', v'의 값을 측정하여, 최대와 최소의 차분을 취한 색조 변화 Δu'v'(50°)를 산출했다. 그 값을 평가 지표로 하여, 이하의 평가 기준에 근거하여 평가했다.

(실시예 23, 24 및 비교예 15~17의 평가)

실시예 23 및 비교예 16은, 비교예 15를 기준(기준 3-1)으로 하고, 실시예 24는, 비교예 17을 기준(기준 3-2)으로 하여 이하와 같이 평가했다.

A: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 색조 변화보다 40% 이상, 양호함

B: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 색조 변화보다 25% 이상, 40% 미만, 양호함

C: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 색조 변화보다 10% 이상, 25% 미만, 양호함

D: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 색조 변화와 동등 이하임

<경사 휘도의 측정 방법>

실시예 23, 24 및 비교예 15~17의 광학 소자를 이용한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 휘도로서, 측정기(EZ-Contrast160D, ELDIM사제)를 이용하여, 측정 각도를 극각 50° 방향으로 고정하고, 방위각을 15° 간격으로 360° 회전시켜 측정한 백표시 시의 경사 휘도를 측정했다. 그 결과를 기초로, 이하의 기준으로 평가했다. 또한, 평가 광원을 맞추기 위하여, 실시예 23 및 비교예 16은, 비교예 15를 기준(기준 3-1)로 하고, 실시예 24는, 비교예 17을 기준(기준 3-2)로 하여 이하와 같이 평가했다.

A: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 휘도보다 40% 이상, 양호함

B: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 휘도보다 25% 이상, 40% 미만, 양호함

C: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 휘도보다 10% 이상, 25% 미만, 양호함

D: 기준의 광학 소자를 구비한 화상 표시 기능 포함 미러의 경사 휘도와 동등 이하임

[표 1]

[표 2]

[표 3]

표 1의 실시예 1~16에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광학 소자는, 단층이어도, Re가 0nm이고, 경사 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가 50nm 이하이며, 경사 색조 변화에 있어서는, 모두 C 이상의 평가를 얻을 수 있었다.

또, |Ret|가 10nm 이하인 경우가 50° 회전 색조 변화량이 가장 작은 것을 알 수 있다.

한편, 비교예 1~4의 수축을 행하지 않은 경우는, Re는 0nm였지만, 경사 Ret(50°)의 절댓값이 50nm 이상이었기 때문에, 50° 회전 색조 변화가 뒤떨어졌다고 생각된다.

또, 비교예 5~7의 1축 수축의 경우는, 경사 Ret(50°)의 절댓값 |Ret(50°)|는 50nm 이하였지만, Re가 크기 때문에, 50° 회전 색조 변화가 뒤떨어졌다고 생각된다.

또, 2축 연신한 비교예 8~10은, 경사 Ret(50°)의 절댓값이 본 발명의 범위보다 크게 빗나갔기 때문에, 50° 회전 색조 변화가 뒤떨어졌다고 생각된다.

또, 나아가서는, 표 2에 있어서, 실시예 17~실시예 22에 나타내는 바와 같이, 청색, 녹색, 적색의 3층을 적층한 반사 편광자에서는, 경사 색조 변화는 C 이상의 평가를 얻을 수 있고, 나아가서는, 각 색의 경사 색조 변화가 작기 때문에, 경사 휘도도 우수한 결과가 되었다.

특히, 실시예 19 및 실시예 22는, 50° 회전 색조 변화량이 작은 각층을 적층하고 있기 때문에, 경사 휘도가 높은 것을 알 수 있다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 23, 24는 비교예 17, 18에 비하여 경사색조도, 경사 휘도도 양호하다는 결과가 얻어져, 본 발명의 광학 소자는, 화상 표시 기능 포함 미러로서 적합한 것이 명확하다.

이상, 실시예의 평가로부터, 가지지체 상에 제작한 반사 편광자를 10%~30% 수축시킴으로써 색조 변화가 작아지는 것을 알 수 있다. 또한, 가지지체 상에 제작한 반사 편광자를 15%~25%로 함으로써 색조 변화가 더 작아져, 보다 바람직한 결과가 얻어지는 것을 알 수 있다.

[실시예 25]

<2단계 경화>

실시예 1의 반사 편광자에 메탈할라이드 램프를 이용하여 500mJ/cm² 자외선 조사하고, 중합성 액정 화합물을 더 경화시켜 실시예 25의 반사 편광자를 제작했다.

실시예 25에 대하여, Re, Ret(50°) 및 50° 회전 색조 변화를 측정하고, 실시예 1과 비교했다. 실시예 1과 실시예 25에 대한 각 측정값은 대략 동등하며, 상기 자외선 조사의 전후로 광학 특성의 변화는 볼 수 없었다.

실시예 1과 실시예 25의 반사 편광자를 60℃ 90%RH의 환경에서 500시간 경시시켜 평가했다.

실시예 1의 필름은 Ret(50°)가 20nm 증가한 것에 반하여, 실시예 25의 필름은 1nm 감소에 그쳐, Ret(50°)의 습열 내구성이 향상되고 있는 것을 확인했다.

1 백라이트 측 편광판
2 위상차 필름
3 편광자
4 편광판 보호 필름
11 광학 소자
12 λ/4판
13 반사 편광자
14a 제1 광반사층
14b 제2 광반사층
14c 제3 광반사층
20 접착층(접착제)
21 광학 시트 부재
31 백라이트 유닛
41 박층 트랜지스터 기판
42 액정 셀
43 컬러 필터 기판
44 표시 측 편광판
51, 60 액정 표시 장치

Claims (6)

1. 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 광반사층을 포함하는 반사 편광자를 구비하고,
   상기 반사 편광자는, 반사 중심 파장의 +80nm에 있어서, 정면 리타데이션값 Re가 0nm≤Re<10nm이며, 또한 극각 50° 방향의 리타데이션값 Ret의 절댓값 |Ret(50°)|가, |Ret(50°)|≤50nm인 광학 소자.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광반사층이, 제1 광반사층, 제2 광반사층 및 제3 광반사층을 포함하여 이루어지며,
   상기 제1 광반사층, 상기 제2 광반사층 및 상기 제3 광반사층 중, 어느 하나가 반사 중심 파장 380~499nm이고, 또한 반값폭 100nm 이하인 반사율 피크를 갖는 청색 반사층이며, 어느 하나가 반사 중심 파장 500~599nm이고, 또한 반값폭 200nm 이하인 반사율 피크를 갖는 녹색 반사층이며, 어느 하나가 반사 중심 파장 600~750nm이고, 또한 반값폭 150nm 이하인 반사율 피크를 갖는 적색 반사층인 광학 소자.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 반사 편광자 중 적어도 한쪽 면에 λ/4판을 구비한 광학 소자.
4. 봉 형상 액정 화합물로 이루어지는 콜레스테릭 액정상이 고정화된 반사 편광자를 구비한 광학 소자의 제조 방법으로서,
   폴리머 주쇄가 필름 면내 방향으로 배향되어 있는 지지체 상에 봉 형상 액정 화합물을 포함하는 중합성 조성물로 도막을 형성하는 공정,
   상기 도막을 경화시키는 공정, 및
   상기 경화시킨 도막을 상기 지지체와 함께 2축 수축하는 공정에 의하여 상기 반사 편광자를 형성하는 광학 소자의 제조 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 2축 수축하는 공정이, 상기 지지체의 4변 중 각각의 변의 수축 배율이 15% 이상 25% 이하가 되도록 수축시키는 제조 방법.
6. 적어도, 청구항 3에 기재된 광학 소자와, 액정 셀과, 백라이트 유닛을 구비하는 액정 표시 장치.

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