WO2020203316A1 - 位相差フィルム、偏光板および画像表示装置 - Google Patents

位相差フィルム、偏光板および画像表示装置 Download PDF

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WO2020203316A1
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polarizer
ellipticity
retardation
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草平 有賀
林　大輔
敏行 飯田
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日東電工株式会社
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    • H05B33/02—Details

Definitions

  • the present invention relates to a retardation film made of a polymer film. Furthermore, the present invention relates to a polarizing plate in which a retardation film and a polarizer are laminated, and an image display device including the elliptical polarizing plate.
  • Liquid crystal display devices and organic EL display devices are used as various image display devices such as mobile devices such as mobile phones, smartphones and tablet terminals, in-vehicle devices such as car navigation devices, monitors for personal computers and televisions.
  • polarizers are arranged on both sides of the liquid crystal cell.
  • a retardation film may be arranged between the liquid crystal cell and the polarizer for the purpose of performing optical compensation such as improving contrast and expanding the viewing angle.
  • IPS in-plane switching
  • a circularly polarizing plate (a polarizing plate and a quarter wavelength) is formed on the visible side surface of the cell.
  • a laminate with a retardation film having a retardation) may be arranged.
  • the retardation film As the retardation film, a stretched film of a non-liquid crystal polymer is widely used.
  • the retardation film used for optical compensation of IPS liquid crystal display devices and shielding of reflected light of organic EL display devices has a larger retardation as the wavelength becomes longer, and the wavelength and retardation cover the entire wavelength range of visible light. Ideally, the ratio of is constant.
  • Patent Document 1 a broadband circular polarizing plate can be obtained by laminating a 1/2 wave plate, a 1/4 wave plate, and a polarizer at an angle in which their optical axes are neither parallel nor orthogonal. It is disclosed.
  • Patent Document 2 shows that a wide band can be achieved and a color shift of an IPS liquid crystal display device can be reduced by laminating two retardation films having different Nz coefficients so that the slow axis directions are parallel to each other. There is.
  • JP-A-10-63816 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-99476
  • the present inventors have found that by laminating a polymer film having different molecular orientation states in the thickness direction with a polarizer, it is possible to realize a polarization state similar to that when a retardation film having a different wavelength dispersion is laminated with a polarizer. It was.
  • the retardation film of the present invention is composed of one polymer film having a first main surface and a second main surface, and a polarizing element is laminated on the first main surface and a polarizer is laminated on the second main surface.
  • the ellipticity of polarized light when light is incident from an oblique direction is different from that of the case where the light is incident.
  • the ellipticity when light is incident from an oblique direction is measured by stacking a polarizer on a retardation film and incident light at an angle of 45 ° from the normal direction.
  • the ellipticity E 2 ( ⁇ ) with respect to is measured every 10 nm in the wavelength range of 450 to 700 nm, and the sum of the absolute values of the ellipticity difference at each wavelength
  • the difference in ellipticity between the front and back be ⁇ E.
  • the ellipticity difference between the front and back sides of the retardation film is, for example, 0.3 or more.
  • the frontal retardation of the retardation film at a wavelength of 550 nm is, for example, 250-600 nm.
  • a polarizing plate can be obtained by laminating a retardation film and a polarizer.
  • the polarizing plate may be a polarizing plate laminated on the first main surface side of the retardation film, or a retardation film laminated on the second main surface side of the retardation film.
  • the slow axis direction of the retardation film and the absorption axis direction of the polarizer may be in a parallel or orthogonal relationship.
  • the present invention relates to an image display device including the above-mentioned polarizing plate.
  • the image display device include a liquid crystal display device and an organic EL display device.
  • the retardation film of the present invention can realize wide-band optical compensation similar to the case where two or more retardation films are laminated by one film.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the retardation film 10.
  • the retardation film 10 is made of one polymer film.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of a polarizing plate 51 in which a polarizing element 20 is laminated so as to face the first main surface 11 of the retardation film 10
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the second main surface 12 of the retardation film 10. It is sectional drawing of the polarizing plate 52 in which the polarizing elements 20 are laminated so that they face each other.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement relationship between the retardation film 10 and the polarizer 20.
  • the retarding axial direction 15 of the retardation film 10 and the absorbing axial direction 25 of the polarizer 20 are arranged so as to be orthogonal to each other.
  • the polarizing plate 51 in which the polarizer 20 is arranged on the first main surface 11 of the retardation film 10 and the polarizing plate 52 in which the polarizer 20 is arranged on the second main surface 12 of the retardation film 10 are normal.
  • the ellipticity measured by incident light from a direction tilted from the direction is different.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of measuring the ellipticity of light incident from a direction inclined by 45 ° from the normal direction of the polarizing plate.
  • Natural light N is incident on the polarizing element 20 from the direction of 45 °, and the polarization state (ellipticity) of the light P emitted from the retardation film 10 is measured.
  • FIG. 5 shows an example of the measurement result of the ellipticity in the visible light wavelength region, where the horizontal axis is the wavelength and the vertical axis is the ellipticity.
  • a general retardation plate made of a stretched polymer film there is no difference in ellipticity when the polarizer is placed on any main surface of the retardation film.
  • the retardation film of the present invention as shown in FIG. 5, the ellipticity E 1 of the polarizing plate 51 formed by laminating a polarizer 20 on the first major surface 11, polarized light laminated polarizer 20 to second major surface 12
  • the ellipticity E 2 of the plate 52 is different.
  • the difference in ellipticity is the absolute value of the difference between the ellipticity E 1 ( ⁇ ) at the wavelength ⁇ of the polarizing plate 51 and the ellipticity E 2 ( ⁇ ) at the wavelength ⁇ of the polarizing plate 52
  • is calculated every 10 nm in the wavelength range of 450 nm to 700 nm, and the total value is defined as the ellipticity difference ⁇ E on the front and back of the retardation film.
  • the difference in ellipticity between the front and back sides is expressed by the following formula and is equal to the sum of the lengths of the 26 line segments in FIG.
  • the molecular orientation state of the retardation film can be evaluated by the Nz coefficient.
  • the refractive index in the slow axis direction of the retardation film is nx
  • the refractive index in the phase advance axis direction is ny
  • the refractive index in the thickness direction is nz
  • -Ny) is defined.
  • the molecules are biaxially oriented in the film plane.
  • a retardation film having a refractive index anisotropy of nx> nz> ny and 0 ⁇ Nz ⁇ 1 can be obtained. That is, the larger the Nz coefficient, the higher the molecular orientation in the film plane, and the smaller the Nz coefficient, the higher the molecular orientation in the thickness direction.
  • FIG. 6A1 shows light incident from an oblique direction on a polarizing plate 61 in which a retardation film 31 having an Nz coefficient of 0.5 and a front retardation Re (550) at a wavelength of 550 nm of 275 nm and a polarizer 20 are laminated. It shows how to do it.
  • FIG. 6A2 is a Poincare sphere (S2-S3 plane projection drawing) showing how the polarization state of linearly polarized light transmitted through the polarizer 20 is converted by the retardation film 31.
  • Linearly polarized light transmitted by the polarizer 20 is incident from the normal direction is represented by a point P 0 of the Poincare sphere.
  • P 0 the apparent axial direction of the polarizer. Therefore, the light transmitted through the polarizer 20, the case where light is incident from the normal direction becomes linearly polarized light the vibration direction differs, expressed in terms P 1 of the Poincare sphere.
  • the polarized light 20 and the polarized light arranged on the cross Nicol absorb the linearly polarized light represented by the point P 1 and the point P 2 at the target position with the point P 0 in between.
  • the linearly polarized light of the point P 1 be converted into linearly polarized light of the point P 2, the light leakage can be suppressed.
  • a retardation film is used in which the front retardation for light having a wavelength of 550 nm is 275 nm and the front retardation in the wavelength range of 450 to 650 nm is substantially constant.
  • the front retardation of 275 nm is half the wavelength ⁇ and corresponds to the phase difference ⁇ .
  • the front retardation Re (450) for a wavelength of 450 nm (blue light) is greater than ⁇ / 2
  • the front retardation Re (650) for a wavelength of 650 nm (red light) is less than ⁇ / 2.
  • the retardation of the retardation film 31 is ⁇ . Therefore, when the conversion of the polarization state by the retardation film 31 is expressed on the Poincare sphere, points P 0 to P 1 are centered. point in 180 ° rotated position moves to P 2. That is, the light emitted from the retardation film 31 is located at the point P 2 (point G) of the Poincare sphere at a wavelength of 550 nm and is absorbed by the polarizer 20 and the polarizer arranged on the cross Nicol, so that light leakage occurs. Does not occur. Since the point G is located on the equator of the Poincare sphere, the ellipticity is 0 (linearly polarized light).
  • the Poincare sphere is rotated at an angle greater than 180 ° about the point P 1. That is, the emitted light P from the retardation film 31 exceeds the equator of the Poancare sphere at a wavelength of 450 nm, is located at the point B in the southern hemisphere, and becomes elliptically polarized (counterclockwise elliptically polarized) having a negative ellipticity.
  • the retardation is smaller than ⁇ / 2 (the retardation is smaller than ⁇ ), so the light emitted from the retardation film 31 does not reach the equatorial line of the Poancare sphere and is located at the point R in the northern hemisphere, which is an ellipse.
  • Elliptical polarization with a positive rate (right-handed elliptically polarized light).
  • the retardation value When optical compensation is performed with a single general retardation film, if the retardation value is set so that light leakage does not occur at a wavelength of 550 nm, the retardation deviates from the optimum value in other wavelength regions. Therefore, as shown in FIG. 6A2, the emission light P from the retardation film 31 has a green light ellipticity of 0, whereas the blue light has a negative ellipticity and the red light has an ellipticity of red. Is positive, and the ellipticity differs depending on the wavelength.
  • FIG. 6B2 is a Poincare sphere showing how the polarization state of linearly polarized light transmitted through the polarizer 20 is sequentially converted by the two retardation films 32 and 33.
  • Light having a wavelength of 550nm is moved from the point P 1 of the Poincare sphere by the phase difference film 32 after moving to a point G 1 on the equator (point P 0), the retardation film 33 to a point G 2 on the equator of the Poincare sphere To do.
  • the wavelength 450nm since the retardation of the retardation film 32 is larger than lambda / 2, light having a wavelength of 450nm is the phase difference film 32 moves from the point P 1 of the Poincare sphere to a point B 1 in the southern hemisphere.
  • the retardation film 33 since the retardation is greater than lambda / 2, light having a wavelength of 450nm is the phase difference film 33 moves to a point B 2 on the equator of the Poincare sphere.
  • Small wavelength 650nm light than retardation lambda / 2 retardation films 32 and 33, after moving to the northern hemisphere of points R 1 of the Poincare sphere by the phase difference film 32, on the equator of the Poincare sphere by the phase difference film 33 point will be moved to the R 2 of.
  • the ellipticity of light having a wavelength shorter than 550 nm and light having a wavelength longer than 550 nm is approximately 0 (linearly polarized light). Therefore, the wavelength dependence of the ellipticity becomes smaller. Therefore, it is possible to perform optical compensation with higher accuracy than when one retardation film 31 is used.
  • the polarizing plate 63 shown in FIG. 6C1 is obtained by changing the stacking order of the retardation film 32 and the retardation film 33 in the above-mentioned polarizing plate 62.
  • the polarizing plate 63 is obtained by exchanging the front and back sides of the laminated retardation film 39 in the polarizing plate 62 shown in FIG. 6B1. Corresponds to.
  • FIG. 6C2 is a Poincare sphere showing how the polarization state of linearly polarized light transmitted through the polarizer 20 is sequentially converted by the two retardation films 33 and 32.
  • B 1 , G 1 and R 1 represent the polarization state of light having wavelengths of 450 nm, 550 nm and 650 nm after the polarization state is converted by the retardation film 33 having an Nz coefficient of 0.75.
  • B 2 , G 2 and R 2 represent the polarization states of light having wavelengths of 450 nm, 550 nm and 650 nm after the polarization state is converted by the retardation film 32 having an Nz coefficient of 0.25.
  • FIG. 7 shows an ellipse in the visible light wavelength region of the light emitted from the polarizing plate 61 (see FIG. 6A1), the light emitted from the polarizing plate 62 (see FIG. 6B1), and the light emitted from the polarizing plate 63 (see FIG. 6C1). It is a graph which shows the result of having calculated the rate by an optical simulation.
  • the ellipticity is substantially 0 in the region of wavelength 450 to 650 nm, and the wavelength dispersion of the ellipticity is smaller than that of the polarizing plate 61.
  • the polarizing plate 63 in which the front and back surfaces of the laminated retardation film 39 are interchanged has a larger chromaticity dispersion of ellipticity than the polarizing plate 61. That is, the retardation film 39 in which two retardation films having different Nz coefficients are laminated has an ellipticity depending on whether the polarizer 20 is laminated on one surface or the polarizer 20 is laminated on the other surface. It can be seen that there is a difference in.
  • the difference in ellipticity between the front and back sides of one retardation film is the same as the case where two retardation films having different Nz coefficients are laminated (see FIG. 7). It turns out that it is a phenomenon of. Therefore, it is considered that the alignment state of the molecules of the retardation film (the retardation film having the ellipticity difference between the front and back sides) having different ellipticity depending on the surface on which the polarizer is laminated changes in the thickness direction.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical model used in the simulation.
  • the absorption axis direction of the polarizer 21 and the slow axis direction of the retardation film 37 are orthogonal to each other, and the slow axis direction of the retardation film 37, the slow axis direction of the retardation film 38, and the polarization.
  • the absorption axis directions of the child 23 are parallel.
  • the Nz coefficient of the retardation film 37 on the polarizer 21 side is 0.5 or less
  • the Nz coefficient of the retardation film 38 on the polarizer 23 side is 0.5 or more
  • the total Nz coefficient of the two retardation films is Nz 1. + Nz 2 was set to 1.0.
  • the front retardations of the two retardation films 37 and 38 were the same.
  • the optical model is rotated 45 ° around the rotation axis where the angle between the polarizing element and the absorption axis direction and the angle between the retardation film and the slow axis direction are 45 °, and the angle between the normal and the normal line is 45 °.
  • the brightness of the light emitted from the polarizer 23 when the natural light N was incident on the polarizer 21 from the above direction was calculated by an optical simulation. The result of the optical simulation is shown in FIG.
  • FIG. 9 the horizontal axis is the front retardation Re of the retardation film, and the vertical axis is the calculation result of the luminance.
  • the front retardation of the retardation film is a value per sheet, and the front retardation of the two laminated retardation films is twice the value shown in FIG.
  • FIG. 10 is a plot of the front luminance (optimal luminance) at which the luminance is minimized and the luminance values at that time in each (Nz 1 , Nz 2 ).
  • the ellipticity of the polarizing plate using the laminated retardation film with the optimum retardation was calculated by optical simulation.
  • a retardation film 37 with Nz 1 ⁇ 0.5 and a retardation film 38 with Nz 2 ⁇ 0.5 are laminated on the polarizer 21, and natural light is emitted from the polarizer 21 side.
  • An optical model was used.
  • the ellipticity was similarly calculated in the optical model in which the arrangements of the retardation film 37 and the retardation film 38 were exchanged, and the ellipticity difference between the front and back sides was calculated from the obtained results.
  • FIG. 12 shows the calculation result of the ellipticity.
  • the ellipticity is closer to 0 in FIG. 12, and the wavelength dispersion of the ellipticity tends to be smaller. From these results, it can be seen that the magnitude of the brightness can be evaluated by evaluating the ellipticity in the visible light wavelength region.
  • FIG. 13 is a graph in which the horizontal axis of the luminance graph of FIG. 10 is replaced with the ellipticity difference ⁇ E on the front and back sides.
  • the ellipticity difference ⁇ E is 2.7 or less
  • the larger the ellipticity difference between the front and back surfaces the smaller the brightness and the tendency for light leakage to be suppressed.
  • the difference in ellipticity between the front and back sides is 2.9 or less, the brightness is smaller than when the difference in ellipticity is 0 (when the molecular orientation of the front and back sides is uniform), and light leakage can be reduced.
  • the ellipticity difference between the front and back sides of one retardation film can be explained by using two retardation films having different Nz coefficients as a model. Therefore, as in the optical model in which two retardation films having different Nz coefficients are laminated, even when optical compensation is performed using one retardation film having an ellipticity difference between the front and back sides, the ellipticity difference between the front and back sides is large. If it is within the range of 2.9 or less, it is considered that light leakage can be suppressed in a wide band of visible light and a high-contrast black display can be realized.
  • the difference in ellipticity between the front and back sides is preferably 0.3 or more, and more preferably 0.5 or more.
  • the difference in ellipticity between the front and back may be 0.7 or more, 1.0 or more, 1.3 or more, or 1.5 or more.
  • the ellipticity difference between the front and back surfaces is preferably 2.9 or less. 2.8 or less is more preferable.
  • the front retardation and Nz coefficient of the retardation film may be selected according to the application of the retardation film (target of optical compensation, etc.). For example, as in the optical compensation of an IPS liquid crystal display device, light leakage (black) in a black display is compensated for the apparent axial misalignment of two polarizers arranged on the cross Nicol when viewed from an oblique direction. When reducing (brightness), a retardation film having a refractive index anisotropy of nx> nz> ny and having an Nz coefficient greater than 0 and smaller than 1 is preferably used.
  • the Nz coefficient of the retardation film is preferably 0.2 to 0.8, more preferably 0.3 to 0.7, and even more preferably 0.4 to 0.6.
  • the optimum value of the retardation differs depending on the difference in ellipticity between the front and back sides.
  • the optimum value of the front retardation Re (550) at a wavelength of 550 nm of the retardation film is about 540 nm (optimal letter in FIG. 10). Equivalent to twice the ellipse (letteration of one retardation film).
  • the optimum value of Re (550) of the retardation film is about 340 nm.
  • Re (550) of the retardation film is about 280 nm. Based on the simulation results of FIG. 9, Re (550) is preferably in the range of about 250 to 600 nm. Re (550) may be 300 nm or more, 350 nm or more, 400 nm or more, 450 nm or more, or 500 nm or more.
  • a retardation film having an ellipticity difference between the front and back sides causes a front-back difference when the ellipticity is measured by laminating with a polarizer.
  • the retardation or Nz coefficient with the retardation film alone either Even if light is incident from the surface, there is no difference in the measured values of Nz coefficient and retardation.
  • the retardation film having a difference in ellipticity between the front and back can be used for applications other than the above.
  • a retardation film having an ellipticity difference between the front and back sides may be used for optical compensation of a liquid crystal display device other than the IPS system or for a 1/4 wave plate for a circularly polarizing plate.
  • the Nz coefficient and retardation of the retardation film in these applications may be appropriately set.
  • Re (550) of the retardation film can be appropriately set in the range of about 0 to 1000 nm.
  • the material of the retardation film various polymer materials are used.
  • the polymer material include polycarbonate-based resins, polyester-based resins such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyallylate-based resins, salphon-based resins such as polysulphon and polyether sulfone, sulfide-based resins such as polyphenylene sulfide, and polyimide-based resins.
  • Examples thereof include cyclic polyolefin-based (polynorbornene-based) resins, polyamide resins, polyolefin-based resins such as polyethylene and polypropylene, cellulose esters, acrylic resins, styrene-based resins, maleimide-based resins, and fumaric acid ester-based resins.
  • Film formation is performed by forming these resin materials in layers on the support.
  • the film forming method may be either a solution method or a melting method.
  • the resin solution is applied onto the base material, and then the solvent is removed by heating.
  • a retardation film is obtained by stretching the film after film formation in a predetermined direction and orienting the polymer molecules.
  • the thickness of the retardation film is, for example, about 5 to 200 ⁇ m.
  • the stretching method examples include a vertical uniaxial stretching method, a horizontal uniaxial stretching method, a vertical and horizontal sequential biaxial stretching method, and a vertical and horizontal simultaneous biaxial stretching method.
  • any suitable stretching machine such as a roll stretching machine, a tenter stretching machine, a pantograph type or a linear motor type biaxial stretching machine can be used.
  • the film When a film is formed on the film support by the solution method, the film may be stretched integrally with the support.
  • the refractive index anisotropy is controlled by utilizing the shrinkage force of the heat-shrinkable film during stretching, and nx> nz>.
  • a retardation film having a refractive index anisotropy of ny may be produced.
  • Films with different molecular orientations in the thickness direction can be produced by applying different strains to the front and back during film formation and / or stretching.
  • different strains for example, in solution film formation, when a resin solution is applied on a support and then the solvent is dried and removed at a high temperature, the solvent is rapidly removed on the surface layer side (side B), so that the solvent is removed more rapidly than on the support side (side A). Large strains occur and the in-plane orientation of the molecules tends to increase. Since the strain difference between the front and back surfaces remains even after stretching, a retardation film having a large Nz coefficient on the A surface side and a small Nz coefficient on the B surface side can be obtained.
  • Different distortions can be applied to the front and back by methods other than adjusting the drying conditions. For example, by using a multilayer die to change the discharge pressure and the discharge amount of the resin on the B surface (support side) and the A surface (surface layer side), a strain difference between the front and back surfaces is generated. Further, at the time of stretching, by laminating films having different heat shrinkage rates on the front and back surfaces, a strain difference between the front and back surfaces is generated.
  • a polarizing plate is formed by laminating the retardation film 10 and the polarizer 20.
  • a hydrophilic polymer film such as a polyvinyl alcohol-based film, a partially formalized polyvinyl alcohol-based film, an ethylene-vinyl acetate copolymerization system partially saponified film, and a bicolor substance such as iodine or a bicolor dye are used.
  • a bicolor substance such as iodine or a bicolor dye. Examples thereof include those obtained by adsorbing and uniaxially stretching the film, and polyene-based oriented films such as a dehydrated product of polyvinyl alcohol and a dehydrogenated product of polyvinyl chloride.
  • polyvinyl alcohol-based film such as polyvinyl alcohol or partially formalized polyvinyl alcohol is adsorbed with a dichroic substance such as iodine or a dichroic dye and oriented in a predetermined direction.
  • Alcohol (PVA) -based polarizers are preferred.
  • a PVA-based polarizer can be obtained by subjecting a polyvinyl alcohol-based film to iodine dyeing and stretching.
  • a thin polarizer having a thickness of 10 ⁇ m or less can also be used.
  • the thin polarizing element are described in JP-A-51-069644, JP-A-2000-338329, WO2010 / 100917 Pamphlet, Patent No. 46910205, Patent No. 4751481 and the like.
  • Examples of thin polarizing films are available. Such a thin polarizing element can be obtained, for example, by stretching a PVA-based resin layer and a stretching resin base material in a laminated state and dyeing with iodine.
  • any surface of the retardation film 10 and the polarizer 20 may be bonded to each other.
  • the first main surface 11 of the retardation film 10 may be arranged to face the polarizer 20, and as shown in FIG. 2B, the second main surface 12 of the retardation film 10 is polarized. It may be arranged so as to face the child 20.
  • the main surface on which the wavelength dependence of the ellipticity E ( ⁇ ) when bonded to the polarizer 20 becomes smaller is referred to as the first main surface.
  • the main surface having an ellipticity of E 1 when the main surface is arranged so as to face the polarizer is ".
  • the "first main surface” is defined as the "second main surface” whose ellipticity is E 2 when the main surface is arranged so as to face the polarizer.
  • the magnitude of the wavelength dependence of E ( ⁇ ) can be determined based on the standard deviation ⁇ of the ellipticity E ( ⁇ ) measured every 10 nm in the wavelength range of 450 to 700 nm.
  • E ave is the arithmetic mean of E ( ⁇ 0 ) to E ( ⁇ 25 ).
  • the main surface on which the standard deviation ⁇ of the ellipticity E ( ⁇ ) when arranged so as to face the polarizer is smaller is set as the first main surface.
  • the arrangement angle between the polarizer 20 and the retardation film 10 is not particularly limited.
  • the absorption axis direction of the polarizer 20 and the slow axis direction of the retardation film 10 are set.
  • a polarizing element and a retardation film are laminated to form a circular polarizing plate, both are arranged so that the angle between the absorption axis direction of the polarizer and the slow axis direction of the retardation film is 45 °. Is preferable.
  • the arrangement angle does not have to be strictly in the above range, and may include an error of about ⁇ 2 °.
  • the first main surface 11 of the retardation film 10 faces the polarizer 20. It is preferable to arrange them in such a manner.
  • the slow axis direction of the retardation film 10 and the absorption axis direction of the polarizer 20 are orthogonal to each other, it is preferable to arrange the second main surface 12 of the retardation film 10 so as to face the polarizer 20. ..
  • the polarizing plate may be provided with a retardation film 10 on one surface of the polarizing element 20 and a transparent film 40 as a polarizer protective film on the other surface.
  • the thickness of the transparent film 40 is, for example, about 5 to 200 ⁇ m.
  • a polymer having excellent transparency, mechanical strength, and thermal stability is preferable, and specific examples thereof include the polymers exemplified above as the constituent materials of the retardation film.
  • Two or more films may be provided on one surface of the polarizer.
  • an optically isotropic transparent protective film may be provided between the polarizer 20 and the retardation film 10.
  • a film having optical anisotropy may be provided between the polarizer 20 and the retardation film 10.
  • Another film may be provided on the surface of the retardation film 10 (the surface opposite to the polarizer 20).
  • the polarizer 20 and the retardation film 10 may be bonded to each other via an adhesive or an adhesive (not shown).
  • the polarizer 20 and the transparent protective film 40 may also be bonded to each other via an appropriate adhesive or adhesive.
  • Adhesives and adhesives are based on acrylic polymers, silicone polymers, polyesters, polyurethanes, polyamides, polyvinyl ethers, vinyl acetate / vinyl chloride copolymers, modified polyolefins, epoxy polymers, fluoropolymers, rubber polymers, etc. Can be appropriately selected and used.
  • the above-mentioned retardation film and polarizing plate are used for forming an image display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device.
  • the image display device includes the above-mentioned polarizing plate on the surface of an image display cell such as a liquid crystal cell or an organic EL cell.
  • FIG. 15 is a structural cross-sectional view of the liquid crystal display device of one embodiment.
  • the liquid crystal display device 201 includes a liquid crystal panel 101 and a light source 105.
  • the liquid crystal panel 101 includes a first polarizing plate 57 on the visible side surface of the liquid crystal cell 70, and a second polarizing plate 56 on the light source 105 side of the liquid crystal cell 70.
  • the liquid crystal cell 70 includes a liquid crystal layer 71 between the two substrates 73 and 75.
  • the substrates 73 and 75 are glass substrates or plastic substrates. In a general configuration, one substrate is provided with a color filter and a black matrix, and the other substrate has a switching element for controlling the electro-optical characteristics of the liquid crystal. It is provided.
  • the liquid crystal layer 71 contains liquid crystal molecules oriented in a predetermined direction in an electroless state, and the orientation direction (director) of the liquid crystal molecules changes when a voltage is applied.
  • the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 71 are oriented parallel and uniformly with respect to the substrate plane in a no electric field state (homogeneous orientation), and when a voltage is applied, they are oriented.
  • the director rotates in the surface of the substrate.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules in the electroless state of the IPS type liquid crystal cell may be slightly inclined with respect to the substrate plane.
  • the angle (pretilt angle) formed by the substrate plane and the orientation direction of the liquid crystal molecules in the electroless state is generally 10 ° or less.
  • the first polarizing plate 56 is attached to the 70 light source side substrate 75 of the liquid crystal cell via the adhesive layer 66, and the second polarizing plate 56 is attached to the visible side substrate 73 of the liquid crystal cell 70 via the adhesive layer 68.
  • the polarizing plate 57 is bonded.
  • the polarizer 20 of the first polarizing plate 56 and the polarizer 29 of the second polarizing plate 57 are arranged so that their absorption axis directions are orthogonal to each other.
  • the first polarizing plate 56 includes a retardation film 10 having different ellipticity differences between the front and back surfaces on the surface of the polarizing element 20 on the liquid crystal cell 70 side, and a transparent film 40 on the other surface of the polarizing element 20.
  • the second polarizing plate 57 includes transparent films 41 and 42 on both sides of the polarizing element. In the liquid crystal display device, the transparent films 40, 41, and 42 that do not have a function as a retardation film may be omitted.
  • the pressure-sensitive adhesives constituting the pressure-sensitive adhesive layers 39 and 59 include acrylic polymers, silicone-based polymers, polyesters, polyurethanes, polyamides, polyvinyl ethers, vinyl acetate / vinyl chloride copolymers, modified polyolefins, epoxy-based, fluorine-based, and natural rubbers.
  • a rubber-based polymer such as synthetic rubber can be appropriately selected and used.
  • the thickness of the pressure-sensitive adhesive layers 66 and 68 is about 5 to 50 ⁇ m.
  • the liquid crystal display device may include an optical layer and other members other than the above.
  • a brightness improving film (not shown) may be provided between the liquid crystal panel 101 and the light source 105.
  • the brightness improving film may be laminated with the polarizing plate 56 on the light source side.
  • the transparent film 42 on the visual side may be provided with a hard coat layer for the purpose of imparting scratch resistance and the like. Further, the transparent film 42 may be provided with an antireflection layer.
  • a touch panel sensor, a cover window, or the like may be arranged on the viewing side of the polarizing plate 57 on the viewing side.
  • the absorption axis direction of the polarizer 20 and the slow axis direction of the retardation film 10 are orthogonal to each other, and the first main surface 11 of the retardation film 10 faces the polarizer 20 and has a retardation.
  • the second main surface 12 of the film 10 faces the liquid crystal cell 70.
  • the light from the light source 105 passes through the polarizer 20 and then the polarization state is converted by the retardation film 10.
  • the absorption axis direction of the polarizer 20 and the slow axis direction of the retardation film 10 are orthogonal to each other, and the first main surface of the retardation film 10 is arranged so as to face the polarizer 20.
  • the light emitted from the film 10 has a small wavelength dependence of ellipticity, and can realize wide-band optical compensation.
  • the liquid crystal display device 202 shown in FIG. 16 has a configuration similar to that of the liquid crystal display device 202 described above, but includes the retardation film 10 and the polarizer 20 in the first polarizing plate 58 arranged on the light source 105 side.
  • the arrangement relationship of is different.
  • the polarizing plate 58 the absorption axis direction of the polarizer 20 and the slow axis direction of the retardation film 10 are parallel, the second main surface 12 of the retardation film 10 faces the polarizer 20, and the retardation film 10
  • the first main surface 11 faces the liquid crystal cell 70.
  • the absorption axis direction of the polarizer 29 and the slow axis direction of the retardation film 10 are orthogonal to each other.
  • the first main surface 11 of the retardation film 10 is arranged so as to face the polarizer 29. Therefore, wideband optical compensation can be realized by the same principle as the configuration of the liquid crystal display device 201 described above.
  • the liquid crystal display device 203 of FIG. 17 corresponds to the liquid crystal display device 201 of FIG. 15 in which the top and bottom of the liquid crystal panel 101 are interchanged.
  • the liquid crystal display device 204 of FIG. 18 corresponds to the liquid crystal display device 202 of FIG. 16 in which the top and bottom of the liquid crystal panel 102 are interchanged. Therefore, even in these liquid crystal display devices, wideband optical compensation can be realized by the same principle as the configuration of the liquid crystal display devices 201 and 202.
  • the use of the retardation film has been described mainly for optical compensation in the IPS type liquid crystal display device, but as described above, the use of the retardation film having an ellipticity difference between the front and back sides is applied to a liquid crystal display device other than the IPS type. It can be applied to various image display devices such as organic EL display devices.
  • the polymerization solution was statically separated to separate the chloroform solution containing the polymer, then washed with acetic acid water, washed with ion-exchanged water, and then poured into methanol to precipitate the polymer.
  • the precipitated polymer was washed twice with distilled water and twice with methanol, and then dried under reduced pressure.
  • the obtained polyarylate-based resin was dissolved in toluene to prepare a resin solution having a solid content concentration of 20%.
  • ⁇ Comparative example 1> Using the PET film as a support, the above resin solution was applied onto the support using a bar coater so that the thickness after drying was 20 ⁇ m, and dried at a temperature of 80 ° C. for 3 minutes to obtain a polymer film.
  • This polymer film is peeled off from the support, a heat-shrinkable film (biaxially stretched polypropylene film) provided with an adhesive layer is attached to both sides of the polymer film, and free-end uniaxially stretched at a temperature of 150 ° C.
  • the heat shrink film was peeled off.
  • the Nz coefficient of the retardation film was 0.5, and the front retardation Re (550) at a wavelength of 550 nm was 270 nm.
  • Examples 1 to 6 A polymer film was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the drying temperature and drying time of the resin solution on the support were changed as shown in Table 1, so that the result was Re (550) shown in Table 1. A retardation film having an Nz coefficient of 0.5 was obtained.
  • a biaxially stretched acrylic film having a thickness of 40 ⁇ m was attached to one surface of a polyvinyl alcohol-based polarizing element having a thickness of 18 ⁇ m, and the above retardation film was attached to the other surface via an ultraviolet curable adhesive to prepare a polarizing plate.
  • a roll laminator was used for bonding, and the adhesive was cured by irradiating with ultraviolet rays.
  • the retardation film and the polarizer are arranged so that the slow axis direction of the retardation film and the absorption axis direction of the polarizer are orthogonal to each other, and the B surface (the surface on the support side during film formation) of the retardation film is polarized. I pasted it with the child. Further, in order to evaluate the ellipticity difference ⁇ E on the front and back sides of the retardation film, a sample was also prepared in which the A surface (surface on the surface layer side at the time of film formation) of the retardation film was bonded to a polarizer.
  • a polarization / phase difference measurement system (“AxoScan” manufactured by Axometrics) was used to measure the ellipticity. With the polarizing plate tilted 45 ° with the azimuth angle 45 ° as the axis of rotation with respect to the absorption axis direction of the polarizer, light is incident from the acrylic film side and the ellipticity of the light emitted from the retardation film side. was measured.
  • the ellipticity was also measured for the sample in which the A side of the retardation film was bonded to the polarizer, and the ellipticity difference ⁇ E between the front and back sides was calculated from the ellipticity value for each 10 nm in the wavelength range of 450 nm to 700 nm in each sample. Calculated.
  • the liquid crystal panel was taken out from a commercially available liquid crystal television provided with an IPS type liquid crystal panel, the polarizing plate on the visual side was peeled off from the liquid crystal cell, and the above polarizing plate was attached via an acrylic pressure-sensitive adhesive.
  • a liquid crystal display device for evaluation was produced by combining a liquid crystal panel in which the polarizing plate on the viewing side was replaced with the polarizing plates of the above Examples and Comparative Examples with a backlight.
  • the liquid crystal display device As a black display, the brightness (black brightness) in the azimuth angle of 45 ° and the polar angle of 45 ° was measured. Further, with the liquid crystal display device as a white display, the brightness (white brightness) in the azimuth angle 45 ° and the polar angle 45 ° direction was measured, and the contrast (white brightness / black brightness) was calculated.
  • Table 1 shows the production conditions (drying temperature and time) of the retardation films of Examples and Comparative Examples, the front retardation Re (550) at a wavelength of 550 nm, the ellipticity difference ⁇ E between the front and back surfaces, and the black brightness and contrast of the liquid crystal display device. .. The black luminance and contrast are shown as relative values with Comparative Example 1 as 100.
  • FIG. 19 shows the measurement results of the ellipticity of Comparative Example 1, Example 1, Example 3, Example 5, and Example 6. Further, FIG. 20 shows a graph in which the ellipticity difference ⁇ E on the front and back sides of the retardation films of each of the Examples and Comparative Examples is plotted on the horizontal axis and the black brightness of the liquid crystal display device is plotted on the vertical axis.
  • a retardation film having a large ellipticity difference ⁇ E between the front and back surfaces can be formed by performing heat drying at a high temperature for a long time on the support.
  • Phase difference film 20,21,329 Polarizer 40,41,42 Transparent film 51,52,56,57,58 Polarizing plate 66,68
  • Adhesive layer 70 Liquid crystal cell 101-104 Liquid crystal panel 105

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Abstract

少ない枚数のフィルムで、可視光の広帯域にわたって高精度の光学補償を実現可能な位相差フィルムを提供する。位相差フィルム（１０）は、第一主面（１１）と第二主面（１２）を有する１枚のポリマーフィルムである。位相差フィルム（１０）は、第一主面に偏光子（２０）を積層して法線方向から４５°の角度で測定した波長λの光に対する楕円率Ｅ１（λ）と、第二主面に偏光子を積層して法線方向から４５°の角度で測定した波長λの光に対する楕円率Ｅ２（λ）が異なる。

Description

位相差フィルム、偏光板および画像表示装置
　本発明は、ポリマーフィルムからなる位相差フィルムに関する。さらに、本発明は、位相差フィルムと偏光子とが積層された偏光板、および当該楕円偏光板を備える画像表示装置に関する。
　携帯電話、スマートフォン、タブレット端末等のモバイル機器、カーナビゲーション装置等の車載装置、パソコン用モニタ、テレビ等の各種画像表示装置として、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置が用いられている。
　液晶表示装置は、その表示原理から、液晶セルの両面に偏光子が配置されている。液晶セルと偏光子の間には、コントラスト向上や視野角拡大等の光学補償を行う目的で、位相差フィルムが配置される場合がある。例えば、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）方式の液晶表示装置では、偏光子の吸収軸に対して４５°度の角度（方位角４５°、１３５°、２２５°、３１５°）において斜め方向から視認した場合に、黒表示の光漏れが大きく、コントラストの低下やカラーシフトが生じ易いため、液晶セルと偏光子との間に位相差フィルムを配置して、光学補償を行っている。このような用途に用いられる位相差フィルムとしては、正面レターデーションが波長の半分であり、かつＮｚ＝（ｎｘ－ｎｚ）／（ｎｘ－ｎｙ）で定義されるＮｚ係数が０．５であるものが挙げられる。
　有機ＥＬ表示装置では、外光が金属電極（陰極）で反射されて鏡面のように視認されることを抑制するために、セルの視認側表面に円偏光板（偏光板と１／４波長のレターデーションを有する位相差フィルムとの積層体）が配置される場合がある。
　位相差フィルムとして、非液晶性ポリマーの延伸フィルムが広く用いられている。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の光学補償や、有機ＥＬ表示装置の反射光の遮蔽に用いられる位相差フィルムは、長波長ほど大きなレターデーションを有し、可視光の全波長領域にわたって、波長とレターデーションの比が一定であることが理想的である。
　しかし、長波長ほど大きなレターデーションを有する（いわゆる「逆波長分散」の）材料は限られており、大半のポリマーフィルムは、長波長ほど小さなレターデーション（正分散）、または波長によらずほぼ一定のレターデーションを示す。複数の位相差フィルムを積層した積層位相差板と偏光子を組み合わせることにより、逆波長分散の位相差フィルムと偏光子とを組み合わせた場合と同様の光学補償を実現する方法が提案されている。
　例えば、特許文献１では、１／２波長板と１／４波長板と偏光子とを、それぞれの光学軸が平行でも直交でもない角度で積層することにより、広帯域円偏光板が得られることを開示している。特許文献２では、Ｎｚ係数が異なる２枚の位相差フィルムを、遅相軸方向が平行となるように積層することにより広帯域化を図り、ＩＰＳ液晶表示装置のカラーシフトを低減できることが示されている。
特開平１０－６３８１６号公報 特開２００５－９９４７６号公報
　複数の位相差フィルムを積層することにより、逆波長分散の位相差フィルムと同様の光学補償を実現できるが、複数のフィルムを貼り合わせる必要があるため、１枚のフィルムで光学補償を行う場合に比べて、製造工程が煩雑である。そのため、より少ない枚数のフィルムで、可視光の広帯域にわたって高精度の光学補償を実現可能な位相差フィルムが求められている。
　本発明者らは、厚み方向で分子の配向状態が異なるポリマーフィルムを偏光子と積層することにより、異なる波長分散の位相差フィルムを偏光子と積層した場合と同様の偏光状態を実現できることを見出した。
　本発明の位相差フィルムは、第一主面と第二主面とを有する１枚のポリマーフィルムからなり、第一主面に偏光子を積層した場合と、第二主面に偏光子を積層した場合とで、斜め方向から光を入射した際の偏光の楕円率が異なる。
　斜め方向から光を入射した際の楕円率は、位相差フィルムに偏光子を積層して法線方向から４５°の角度で光を入射して測定する。位相差フィルムの第一主面に偏光子を積層した場合の波長λの光に対する楕円率Ｅ１（λ）、および位相差フィルムの第二主面に偏光子を積層した場合の波長λの光に対する楕円率Ｅ２（λ）を、波長４５０～７００ｎｍの範囲で１０ｎｍごとに測定し、それぞれの波長における楕円率差の絶対値｜Ｅ１（λ）－Ｅ２（λ）｜の合計を、表裏の楕円率差ΔＥとする。位相差フィルムの表裏の楕円率差は、例えば、０．３以上である。
　位相差フィルムは、面内の遅相軸方向の屈折率ｎｘ、面内の進相軸方向の屈折率ｎｙ、および厚み方向の屈折率ｎｚが、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙを満たすものであってもよい。位相差フィルムの波長５５０ｎｍにおける正面レターデーションは、例えば、２５０～６００ｎｍである。
　位相差フィルムと偏光子とを積層することにより、偏光板が得られる。偏光板は、位相差フィルムの第一主面側に偏光子を積層したものでもよく、位相差フィルムの第二主面側に位相差フィルムを積層したものでもよい。位相差フィルムの遅相軸方向と、偏光子の吸収軸方向は、平行または直交関係にあってもよい。
　さらに、本発明は、上記の偏光板を備える画像表示装置に関する。画像表示装置としては、液晶表示装置、および有機ＥＬ表示装置が挙げられる。
　本発明の位相差フィルムは、１枚のフィルムにより、２枚以上の位相差フィルムを積層した場合と同様の広帯域の光学補償を実現できる。
位相差フィルムの断面図である。 位相差フィルムと偏光子とを積層した偏光板の断面図である。 楕円率の測定に用いる偏光板における位相差フィルムと偏光子の配置関係を示す図である。 楕円率の測定に用いる光学系を示す図である。 表裏の楕円率差およびその算出方法について説明するための図である。 偏光子と位相差フィルムの積層体に光を入射した際の位相差フィルムによる偏光状態の変換についての説明図である。 図６の偏光板の楕円率の光学シミュレーション結果である。 輝度の光学シミュレーションに用いた光学モデルの構成断面図である。 図８の光学モデルを用いた輝度のシミュレーション結果である。 シミュレーションにおいて、輝度が最小となるレターデーションおよびその際の輝度の値をプロットしたグラフである。 楕円率の光学シミュレーションに用いた光学モデルの構成断面図である。 楕円率の光学シミュレーション結果である。 積層位相差板の表裏の楕円率差と輝度の関係をプロットしたグラフである。 偏光板の断面図である。 液晶表示装置の断面図である。 液晶表示装置の断面図である。 液晶表示装置の断面図である。 液晶表示装置の断面図である。 実施例および比較例の位相差フィルムの楕円率の測定結果を示すグラフである。 実施例および比較例の位相差フィルムの表裏の楕円率差と液晶表示装置の黒輝度との関係をプロットしたグラフである。
　図１は、位相差フィルム１０の断面図である。位相差フィルム１０は、１枚のポリマーフィルムからなる。図２Ａは、位相差フィルム１０の第一主面１１に対向するように偏光子２０が積層された偏光板５１の断面図であり、図２Ｂは、位相差フィルム１０の第二主面１２に対向するように偏光子２０が積層された偏光板５２の断面図である。
　図３は、位相差フィルム１０と偏光子２０との配置関係を示す模式図である。図２Ａ，Ｂに示す偏光板５１，５２では、図３に示すように、位相差フィルム１０の遅相軸方向１５と偏光子２０の吸収軸方向２５とが直交するように配置されている。
　位相差フィルム１０の第一主面１１に偏光子２０が配置されている偏光板５１と、位相差フィルム１０の第二主面１２に偏光子２０が配置されている偏光板５２は、法線方向から傾いた方向から光を入射して測定した楕円率が異なる。
　図４は、偏光板の法線方向から４５°傾いた方向から入射した光の楕円率を測定する様子を示す模式図である。吸収軸方向２５および遅相軸方向１５とのなす角が４５°の回転軸Ｒ（図３参照）を中心として、偏光板５１，５２を４５°回転させ、偏光板の法線とのなす角が４５°の方向から偏光子２０に自然光Ｎを入射し、位相差フィルム１０からの出射光Ｐの偏光状態（楕円率）を測定する。
　図５は、可視光波長領域における楕円率の測定結果の一例を示しており、横軸が波長、縦軸が楕円率である。ポリマーの延伸フィルムからなる一般的な位相差板では、位相差フィルムのいずれの主面に偏光子を配置した場合も、楕円率に差は生じない。本発明の位相差フィルムは、図５に示すように、第一主面１１に偏光子２０を積層した偏光板５１の楕円率Ｅ１と、第二主面１２に偏光子２０を積層した偏光板５２の楕円率Ｅ２が異なる。
　位相差フィルムは、波長によりレターデーションが異なるため、楕円率Ｅ１，Ｅ２は波長λにより変化する。楕円率差は、偏光板５１の波長λにおける楕円率Ｅ１（λ）と偏光板５２の波長λにおける楕円率Ｅ２（λ）との差の絶対値｜Ｅ１（λ）－Ｅ２（λ）｜により評価できる。波長４５０ｎｍ～７００ｎｍの範囲で、１０ｎｍごとに｜Ｅ１（λ）－Ｅ２（λ）｜を算出し、その合計値を位相差フィルムの表裏の楕円率差ΔＥとする。表裏の楕円率差は下記の式で表され、図５における２６本の線分の長さの和に等しい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　　ただし、λｋ＝４５０＋１０ｋ（ｎｍ）
［積層位相差フィルムを用いたモデルによる説明］
　位相差フィルムに表裏の楕円率差が生じる理由として、表裏で分子の配向状態が異なることが挙げられる。以下では、分子配向の異なる２枚の位相差フィルムを積層した光学モデルを用いて、表裏の楕円率差について説明する。
　位相差フィルムの分子配向状態は、Ｎｚ係数により評価できる。位相差フィルムの面内の遅相軸方向の屈折率をｎｘ、進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ係数は、Ｎｚ＝（ｎｘ－ｎｚ）／（ｎｘ－ｎｙ）で定義される。正の屈折率異方性を有するポリマーの延伸フィルムでは、Ｎｚ＝１の場合（ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ；ポジティブＡプレート）はフィルム面内の遅相軸方向に分子が一軸配向しており、Ｎｚ＞１の場合（ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚ）はフィルム面内で分子が二軸配向している。一方、厚み方向に分子を配向させると、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの屈折率異方性を有し、０＜Ｎｚ＜１である位相差フィルムが得られる。すなわち、Ｎｚ係数が大きいほど、フィルム面内での分子配向性が高く、Ｎｚ係数が小さいほど、厚み方向への分子配向性が高いことを表している。
　図６Ａ１は、Ｎｚ係数が０．５であり、波長５５０ｎｍにおける正面レターデーションＲｅ（５５０）が２７５ｎｍである位相差フィルム３１と、偏光子２０とを積層した偏光板６１に斜め方向から光を入射する様子を表している。図６Ａ２は、偏光子２０を透過した直線偏光の偏光状態が位相差フィルム３１により変換される様子を、ポアンカレ球（Ｓ２－Ｓ３面投影図）で表している。
　法線方向から入射して偏光子２０を透過した直線偏光は、ポアンカレ球の点Ｐ０で表される。偏光子の吸収軸方向に対して方位角４５°の斜め方向に光を入射した場合（斜め方向から視認した場合）、偏光子の見かけ上の軸方向が変化する。そのため、偏光子２０を透過した光は、法線方向から光を入射した場合とは振動方向が異なる直線偏光となり、ポアンカレ球の点Ｐ１で表される。偏光子２０とクロスニコルに配置された偏光子は、点Ｐ０を挟んで点Ｐ１と対象の位置にある点Ｐ２で表される直線偏光を吸収する。したがって、位相差フィルムを用いて、点Ｐ１の直線偏光を、点Ｐ２の直線偏光に変換すれば、光漏れを抑制できる。
　ここでは、波長５５０ｎｍの光に対する正面レターデーションが２７５ｎｍであり、波長４５０～６５０ｎｍの範囲における正面レターデーションが略一定である位相差フィルムを用いている。波長５５０ｎｍ（緑色の光）では正面レターデーション２７５ｎｍが波長λの半分であり、位相差πに相当する。波長４５０ｎｍ（青色の光）に対する正面レターデーションＲｅ（４５０）は、λ／２よりも大きく、波長６５０ｎｍ（赤色の光）に対する正面レターデーションＲｅ（６５０）はλ／２よりも小さい。
　波長５５０ｎｍの緑色の光については、位相差フィルム３１の位相差がπであるから、位相差フィルム３１による偏光状態の変換をポアンカレ球上で表現すると、点Ｐ０から、点Ｐ１を中心として１８０°回転させた位置にある点Ｐ２に移動する。すなわち、位相差フィルム３１からの出射光Ｐは、波長５５０ｎｍではポアンカレ球の点Ｐ２（点Ｇ）に位置し、偏光子２０とクロスニコルに配置された偏光子により吸収されるため、光漏れが生じない。点Ｇは、ポアンカレ球の赤道上に位置するため、楕円率は０（直線偏光）である。
　一方、波長４５０ｎｍでは、レターデーションがλ／２よりも大きい（位相差がπより大きい）ため、ポアンカレ球では、点Ｐ１を中心として１８０°より大きな角度で回転する。すなわち、位相差フィルム３１からの出射光Ｐは、波長４５０ｎｍでは、ポアンカレ球の赤道を超え、南半球の点Ｂに位置し、楕円率が負である楕円偏光（左回り楕円偏光）となる。波長６５０ｎｍでは、レターデーションがλ／２よりも小さい（位相差がπより小さい）ため、位相差フィルム３１からの出射光は、ポアンカレ球の赤道に到達せず北半球の点Ｒに位置し、楕円率が正である楕円偏光（右回り楕円偏光）となる。
　一般的な位相差フィルム１枚で光学補償を行う場合は、波長５５０ｎｍでの光漏れが生じないようにレターデーションの値を設定すると、他の波長領域ではレターデーションが最適値から外れる。そのため、位相差フィルム３１からの出射光Ｐは、図６Ａ２に示すように、緑色の光の楕円率が０であるのに対して、青色の光の楕円率は負、赤色の光の楕円率は正であり、波長により楕円率が異なっている。
　図６Ｂ１に示す偏光板６２では、偏光子２０側から、Ｎｚ係数が０．２５、Ｒｅ（５５０）＝２７５ｎｍの位相差フィルム３２と、Ｎｚ係数が０．７５、Ｒｅ（５５０）＝２７５ｎｍの位相差フィルム３３とが積層されている。図６Ｂ２は、偏光子２０を透過した直線偏光の偏光状態が２枚の位相差フィルム３２，３３により順次変換される様子を、ポアンカレ球で表したものである。
　波長５５０ｎｍの光は、位相差フィルム３２によりポアンカレ球の点Ｐ１から赤道上の点Ｇ１（点Ｐ０）に移動した後、位相差フィルム３３によりポアンカレ球の赤道上の点Ｇ２に移動する。波長４５０ｎｍでは、位相差フィルム３２のレターデーションがλ／２よりも大きいため、波長４５０ｎｍの光は、位相差フィルム３２によりポアンカレ球の点Ｐ１から南半球の点Ｂ１に移動する。位相差フィルム３３も、レターデーションがλ／２よりも大きいため、波長４５０ｎｍの光は、位相差フィルム３３によりポアンカレ球の赤道上の点Ｂ２に移動する。位相差フィルム３２，３３のレターデーションがλ／２よりも小さい波長６５０ｎｍの光は、位相差フィルム３２によりポアンカレ球の北半球の点Ｒ１に移動した後、位相差フィルム３３によりポアンカレ球の赤道上の点Ｒ２に移動する。
　図６Ｂ１に示すように、Ｎｚ係数が異なる２枚の位相差フィルム３２，３３を積層することにより、波長５５０ｎｍよりも短波長の光および長波長の光も、楕円率が略０（直線偏光）となり、楕円率の波長依存が小さくなる。そのため、１枚の位相差フィルム３１を用いる場合よりも精度の高い光学補償が可能となる。
　図６Ｃ１に示す偏光板６３は、上記の偏光板６２における位相差フィルム３２と位相差フィルム３３の積層順序を入れ替えたものである。位相差フィルム３２と位相差フィルム３３の積層体をひとまとまりの積層位相差フィルム３９とみなした場合、偏光板６３は、図６Ｂ１に示す偏光板６２における積層位相差フィルム３９の表裏を入れ替えたものに相当する。
　図６Ｃ２は、偏光子２０を透過した直線偏光の偏光状態が２枚の位相差フィルム３３，３２により順次変換される様子を、ポアンカレ球で表したものである。Ｂ１，Ｇ１およびＲ１は、Ｎｚ係数が０．７５である位相差フィルム３３により偏光状態が変換された後の、波長４５０ｎｍ，５５０ｎｍおよび６５０ｎｍ光の偏光状態を表している。Ｂ２，Ｇ２およびＲ２は、Ｎｚ係数が０．２５である位相差フィルム３２により偏光状態が変換された後の、波長４５０ｎｍ，５５０ｎｍおよび６５０ｎｍ光の偏光状態を表している。
　図６Ｂ２と図６Ｃ２との対比から理解できるように、Ｎｚ係数が異なる２枚の位相差フィルム３２，３３が積層された積層位相差フィルムの表裏を入れ替えると、積層位相差フィルムを出射した光Ｐの偏光状態は大きく異なる。図６Ｂ２では、１枚の位相差フィルムを用いた場合に比べて、波長による楕円率の相違（楕円率の波長依存）が小さく、より広帯域の光学補償を実現できるのに対して、図６Ｃ２では、１枚の位相差フィルムを用いた場合よりも、位相差フィルムの波長分散に起因する楕円率の波長依存が強調される結果となっている。
　図７は、偏光板６１からの出射光（図６Ａ１参照）、偏光板６２からの出射光（図６Ｂ１参照）、および偏光板６３からの出射光（図６Ｃ１参照）の可視光波長領域における楕円率を光学シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。偏光板６２では、波長４５０～６５０ｎｍの領域において楕円率が略０であり、偏光板６１よりも楕円率の波長分散が小さくなっている。一方、積層位相差フィルム３９の表裏を入れ替えた偏光板６３は、偏光板６１よりも楕円率の波長分散が大きくなっている。すなわち、Ｎｚ係数が異なる２枚の位相差フィルムを積層した位相差フィルム３９は、一方の面に偏光子２０を積層した場合と、他方の面に偏光子２０を積層した場合とで、楕円率に差が生じることが分かる。
　以上の内容を踏まえると、１枚の位相差フィルムで表裏の楕円率差が生じること（図５参照）は、Ｎｚ係数の異なる２枚の位相差フィルムを積層した場合（図７参照）と同様の現象であることが分かる。したがって、偏光子を積層する面によって楕円率が異なる位相差フィルム（表裏の楕円率差を有する位相差フィルム）は、分子の配向状態が厚み方向で変化していると考えられる。
［位相差フィルムの最適光学特性の検討］
　表裏の楕円率差を有する位相差フィルムを用いた光学補償における光学設計を検討するために、クロスニコルに配置した２枚の偏光子の間に、Ｎｚ係数の異なる２枚の位相差フィルムを配置した光学モデルでのシミュレーションを実施した。図８はシミュレーションに用いた光学モデルの構成を示す断面図である。
　この光学モデルでは、偏光子２１の吸収軸方向と位相差フィルム３７の遅相軸方向が直交しており、位相差フィルム３７の遅相軸方向、位相差フィルム３８の遅相軸方向、および偏光子２３の吸収軸方向は平行である。偏光子２１側の位相差フィルム３７のＮｚ係数は０．５以下、偏光子２３側の位相差フィルム３８のＮｚ係数は０．５以上とし、２枚の位相差フィルムのＮｚ係数の合計Ｎｚ１＋Ｎｚ２を１．０とした。２枚の位相差フィルム３７，３８の正面レターデーションは同一とした。
　偏光子の吸収軸方向とのなす角および位相差フィルムの遅相軸方向とのなす角が４５°の回転軸を中心として、光学モデルを４５°回転させ、法線とのなす角が４５°の方向から偏光子２１に自然光Ｎを入射した場合の、偏光子２３からの出射光の輝度を光学シミュレーションにより計算した。光学シミュレーションの結果を図９に示す。
　図９において、横軸は位相差フィルムの正面レターデーションＲｅであり、縦軸が輝度の計算結果である。位相差フィルムの正面レターデーションは、１枚あたりの値であり、２枚の積層位相差フィルムの正面レターデーションは、図９に示す数値の２倍である。図１０は、それぞれの（Ｎｚ１，Ｎｚ２）において、輝度が最小となる正面レターデーション（最適レターデーション）およびその時の輝度の値をプロットしたものである。
　（Ｎｚ１，Ｎｚ２）＝（０．５，０．５）場合、輝度が最小となる正面レターデーションは１３７ｎｍ（２枚の位相差フィルムの合計は２７４ｎｍ）であり、上記の図６Ａ１の例と一致していた。２枚の位相差フィルムのＮｚ係数に差を設けると、輝度が最小となる正面レターデーションの値が大きくなり、輝度の最小値が小さくなる傾向がみられた。（Ｎｚ１，Ｎｚ２）＝（０．２５，０．７５）の場合、輝度が最小となる正面レターデーションは２７４ｎｍ（２枚の位相差フィルムの合計は５４８ｎｍ）であり、上記の図６Ａ２の例と一致していた。（Ｎｚ１，Ｎｚ２）＝（０．２，０．８）、正面レターデーションが２７１ｎｍのときに、輝度が最小となった。
　それぞれの（Ｎｚ１，Ｎｚ２）において、最適レターデーションの積層位相差フィルムを用いた偏光板の楕円率を、光学シミュレーションにより計算した。シミュレーションでは、図１１Ａに示すように、偏光子２１上に、Ｎｚ１≦０．５の位相差フィルム３７と、Ｎｚ２≧０．５の位相差フィルム３８を積層し、偏光子２１側から自然光を入射する光学モデルを用いた。また、図１１Ｂに示すように、位相差フィルム３７と位相差フィルム３８の配置を入れ替えた光学モデルでも同様に楕円率を計算し、得られた結果から表裏の楕円率差を計算した。
　図１２に、楕円率の計算結果を示す。図１２では、Ｎｚ１＝０．２、Ｎｚ２＝０．８の場合に、可視光の広波長帯域にわたって、楕円率が０に近いことが分かる。また、図１０における輝度が小さいほど、図１２において楕円率が０に近く楕円率の波長分散が小さくなる傾向がみられた。これらの結果から、可視光波長領域の楕円率を評価することにより、輝度の大小を評価可能であることが分かる。
　図１３は、図１０の輝度のグラフの横軸を、表裏の楕円率差ΔＥに置き換えたグラフである。楕円率差ΔＥが２．７以下の領域では、表裏の楕円率差が大きいほど、輝度が小さく、光漏れが抑制される傾向がみられた。また、表裏の楕円率差が２．９以下であれば、楕円率差が０の場合（表裏の分子配向が均一である場合）よりも輝度が小さく光漏れを低減できることが分かる。
　前述のように、１枚の位相差フィルムの表裏の楕円率差は、Ｎｚ係数が異なる２枚の位相差フィルムをモデルとして説明可能である。そのため、Ｎｚ係数が異なる２枚の位相差フィルムを積層した光学モデルと同様、表裏の楕円率差を有する１枚の位相差フィルムを用いて光学補償を行う場合においても、表裏の楕円率差が２．９以下の範囲内であれば、可視光の広帯域で光漏れを抑制し、コントラストの高い黒表示を実現できると考えられる。
［位相差フィルムの光学特性］
　上記の光学シミュレーションで示したように、位相差フィルムの表裏の楕円率差を所定範囲とすることにより、１枚の位相差フィルムで、複数の位相差フィルムを積層した場合と同様の光学補償が可能となる。表裏の楕円率差を設けることによる効果を発揮するためには、表裏の楕円率差は、０．３以上が好ましく、０．５以上がより好ましい。表裏の楕円率差は、０．７以上、１．０以上、１．３以上または１．５以上でもよい。上記の光学シミュレーションのように、偏光子の吸収軸方向に対して４５°方向での光漏れを抑制する目的で位相差フィルムを用いる場合、表裏の楕円率差は、２．９以下が好ましく、２．８以下がより好ましい。
　位相差フィルムの正面レターデーションおよびＮｚ係数は、位相差フィルムの用途（光学補償の対象等）に応じて選択すればよい。例えば、ＩＰＳ方式の液晶表示装置の光学補償のように、斜め方向から視認した場合のクロスニコルに配置された２枚の偏光子の見かけ上の軸ズレを補償して黒表示における光漏れ（黒輝度）を低減する場合は、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの屈折率異方性を有し、Ｎｚ係数が０より大きく１より小さい位相差フィルムが好適に用いられる。位相差フィルムのＮｚ係数は、０．２～０．８が好ましく、０．３～０．７がより好ましく、０．４～０．６がさらに好ましい。
　上記のシミュレーションで示したように、レターデーションの最適値は、表裏の楕円率差によって異なる。例えば、表裏の楕円率差が２．５～２．９の範囲内である場合、位相差フィルムの波長５５０ｎｍにおける正面レターデーションＲｅ（５５０）の最適値は約５４０ｎｍである（図１０における最適レターデーション（位相差フィルム１枚のレターデーション）の２倍に相当）。表裏の楕円率差が１．０程度の場合、位相差フィルムのＲｅ（５５０）の最適値は約３４０ｎｍである。表裏の楕円率差が０．５程度の場合、位相差フィルムのＲｅ（５５０）の最適値は約２８０ｎｍである。図９のシミュレーション結果を踏まえると、Ｒｅ（５５０）は、２５０～６００ｎｍ程度の範囲内であることが好ましい。Ｒｅ（５５０）は、３００ｎｍ以上、３５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以上、４５０ｎｍ以上または５００ｎｍ以上であってもよい。
　なお、表裏で楕円率差を有する位相差フィルムは、偏光子と積層して楕円率を測定すると、表裏差を生じるが、位相差フィルム単体でレターデーションやＮｚ係数を測定する場合は、いずれの面から光を入射しても、Ｎｚ係数およびレターデーションの測定値に差異は生じない。
　表裏の楕円率差を有する位相差フィルムは、上記以外の用途にも使用可能である。例えばＩＰＳ方式以外の液晶表示装置の光学補償や、円偏光板用の１／４波長板に、表裏の楕円率差を有する位相差フィルムを用いてもよい。これらの用途における位相差フィルムのＮｚ係数やレターデーションは、適宜設定すればよい。例えば、位相差フィルムのＲｅ（５５０）は、０～１０００ｎｍ程度の範囲で適宜設定できる。位相差フィルムは、ポジティブＡプレート（ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ：Ｎｚ＝１）、ネガティブＢプレート（ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚ：Ｎｚ＞１）、ネガティブＣプレート（ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ：Ｎｚ＝∞）、ネガティブＡプレート（ｎｚ＝ｎｘ＞ｎｙ：Ｎｚ＝０）、ポジティブＢプレート（ｎｚ＞ｎｘ＞ｎｙ：Ｎｚ＜０）、またはポジティブＣプレート（ｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙ；Ｎｚ＝－∞）であってもよい。
［位相差フィルムの作製］
　位相差フィルムの材料としては、各種のポリマー材料が用いられる。ポリマー材料としては、ポリカーボネート系樹脂、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樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン等のサルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド等のスルフィド系樹脂、ポリイミド系樹脂、環状ポリオレフィン系（ポリノルボルネン系）樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、セルロースエステル類、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、マレイミド系樹脂、フマル酸エステル系樹脂等が挙げられる。
　これらの樹脂材料を支持体に層状に形成することにより成膜が行われる。成膜方法は、溶液法および溶融法のいずれでもよい。溶液法では、基材上に樹脂溶液を塗布した後、加熱により溶媒を除去する。成膜後のフィルムを所定方向に延伸し、ポリマーの分子を配向させることにより、位相差フィルムが得られる。位相差フィルムの厚みは、例えば５～２００μｍ程度である。
　延伸方法としては、縦一軸延伸法、横一軸延伸法、縦横逐次二軸延伸法、縦横同時二軸延伸法等が挙げられる。延伸手段としては、ロール延伸機、テンター延伸機やパンタグラフ式あるいはリニアモーター式の二軸延伸機等、任意の適切な延伸機を用いることができる。フィルム支持体上に溶液法によりフィルムを形成する場合は、支持体と一体で延伸を行ってもよい。特開平５－１５７９１１号公報や特開２０１１－２２７４３０等に開示されているように、延伸時に熱収縮フィルムの収縮力を利用することにより、屈折率異方性を制御して、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの屈折率異方性を有する位相差フィルムを作製してもよい。
　分子の配向状態が厚み方向で異なるフィルムは、成膜時および／または延伸時に、表裏に異なる歪を与えることにより作製できる。例えば、溶液成膜では、支持体上に樹脂溶液を塗布した後、高温で溶媒を乾燥除去すると、表層側（Ｂ面）では急激に溶媒が除去されるため、支持体側（Ａ面）よりも大きな歪が生じ、分子の面内配向性が高くなる傾向がある。この表裏の歪差は、延伸後にも残存するため、Ａ面側のＮｚ係数が大きく、Ｂ面側のＮｚ係数が小さい位相差フィルムが得られる。
　乾燥条件の調整以外の方法により、表裏に異なる歪を与えることもできる。例えば、多層ダイを用いて、Ｂ面（支持体側）とＡ面（表層側）で樹脂の吐出圧や吐出量を変化させることにより、表裏の歪差が生じる。また、延伸の際に、表裏に熱収縮率の異なるフィルムを貼り合わせることにより、表裏の歪差が生じる。
［偏光板］
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、位相差フィルム１０と偏光子２０とを積層することにより、偏光板が形成される。
＜偏光子＞
　偏光子としては、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、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のポリエン系配向フィルム等が挙げられる。
　中でも、高い偏光度を有することから、ポリビニルアルコールや、部分ホルマール化ポリビニルアルコール等のポリビニルアルコール系フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて所定方向に配向させたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系偏光子が好ましい。例えば、ポリビニルアルコール系フィルムに、ヨウ素染色および延伸を施すことにより、ＰＶＡ系偏光子が得られる。
　ＰＶＡ系偏光子として、厚みが１０μｍ以下の薄型の偏光子を用いることもできる。薄型の偏光子としては、例えば、特開昭５１－０６９６４４号公報、特開２０００－３３８３２９号公報、ＷＯ２０１０／１００９１７号パンフレット、特許第４６９１２０５号明細書、特許第４７５１４８１号明細書等に記載されている薄型偏光膜を挙げることができる。このような薄型偏光子は、例えば、ＰＶＡ系樹脂層と延伸用樹脂基材とを積層体の状態で延伸し、ヨウ素染色することにより得られる。
＜偏光子と位相差フィルムとの配置関係＞
　位相差フィルム１０と偏光子２０は、いずれの面が貼り合わせられていてもよい。図２Ａに示すように、位相差フィルム１０の第一主面１１を偏光子２０と対向して配置してもよく、図２Ｂに示すように、位相差フィルム１０の第二主面１２を偏光子２０と対向して配置してもよい。
　位相差フィルム１０の表裏の定義のため、以降では、偏光子２０に対向して貼り合わせた際の楕円率Ｅ（λ）の波長依存が小さくなる方の主面を第１主面とする。例えば、図５では、Ｅ２よりもＥ１の方が、波長依存が小さいため、当該主面を偏光子と対向するように配置した際に楕円率がＥ１となる方の主面を「第一主面」、当該主面を偏光子と対向するように配置した際に楕円率がＥ２となる方の主面を「第二主面」と定義する。
　Ｅ（λ）の波長依存性の大小は、波長４５０～７００ｎｍの範囲で１０ｎｍごとに測定した楕円率Ｅ（λ）の標準偏差σに基づいて判断できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ただし、
　　　λｋ＝４５０＋１０ｋ（ｎｍ）であり、
　　　Ｅａｖｅは、Ｅ（λ０）～Ｅ（λ２５）の算術平均である。
　標準偏差σが小さいほど、楕円率Ｅ（λ）の波長依存が小さい。したがって、偏光子と対向するように配置した際の楕円率Ｅ（λ）の標準偏差σが小さくなる方の主面を第一主面とする。
　偏光子２０と位相差フィルム１０の配置角度は特に限定されない。例えば、液晶表示装置を斜め方向から視認した際の光抜けを抑制する光学補償の目的で位相差フィルムを用いる場合、偏光子２０の吸収軸方向と、位相差フィルム１０の遅相軸方向とが、平行または直交となるように、両者を配置することが好ましい。偏光子と位相差フィルムとを積層して円偏光板を形成する場合は、偏光子の吸収軸方向と位相差フィルムの遅相軸方向とのなす角度が４５°となるように両者を配置することが好ましい。なお、配置角度は、厳密に上記の範囲である必要はなく、±２°程度の誤差を含んでいてもよい。
　図３に示すように、位相差フィルム１０の遅相軸方向１５と偏光子２０の吸収軸方向２５とが直交する場合は、位相差フィルム１０の第一主面１１が偏光子２０と対向するように配置することが好ましい。一方、位相差フィルム１０の遅相軸方向と偏光子２０の吸収軸方向とが直交する場合は、位相差フィルム１０の第二主面１２が偏光子２０と対向するように配置することが好ましい。このように、偏光子と積層する面を選択することにより、偏光子２０および位相差フィルム１０を順に透過した光の楕円率の波長依存が小さく、広帯域の光学補償が可能となる。
＜偏光子保護フィルム＞
　図１４に示すように、偏光板は、偏光子２０の一方の面に位相差フィルム１０を備え、他方の面には偏光子保護フィルムとしての透明フィルム４０を備えていてもよい。透明フィルム４０の厚みは、例えば５～２００μｍ程度である。これらの透明フィルムを構成する樹脂材料としては、透明性、機械的強度、熱安定性に優れるポリマーが好ましく、その具体例としては、位相差フィルムの構成材料として先に例示したポリマーが挙げられる。
　偏光子の一方の面には、２枚以上のフィルムが設けられていてもよい。例えば、偏光子２０と位相差フィルム１０との間に、光学等方性の透明保護フィルムが設けられていてもよい。また、偏光子２０と位相差フィルム１０との間に、光学異方性を有するフィルムが設けられていてもよい。位相差フィルム１０の表面（偏光子２０の反対側の面）に、他のフィルムが設けられていてもよい。
＜粘接着剤＞
　偏光子２０と位相差フィルム１０は、接着剤や粘着剤（不図示）を介して貼り合わせられていてもよい。偏光子２０と透明保護フィルム４０も、適宜の接着剤や粘着剤を介して貼り合わせられていてもよい。接着剤や粘着剤としては、アクリル系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、酢酸ビニル／塩化ビニルコポリマー、変性ポリオレフィン、エポキシ系ポリマー、フッ素系ポリマー、ゴム系ポリマー等をベースポリマーとするものを適宜に選択して用いることができる。
［画像表示装置］
　上記の位相差フィルムおよび偏光板は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の画像表示装置の形成に用いられる。画像表示装置は、液晶セルや有機ＥＬセル等の画像表示セルの表面に、上記の偏光板を備える。
　以下では、画像表示装置の一例として、ＩＰＳ方式の液晶表示装置の構成について説明する。図１５は、一実施形態の液晶表示装置の構成断面図である。液晶表示装置２０１は、液晶パネル１０１と光源１０５を含む。液晶パネル１０１は、液晶セル７０の視認側表面に第一偏光板５７を備え、液晶セル７０の光源１０５側に第二偏光板５６を備える。
　液晶セル７０は、２枚の基板７３，７５の間に液晶層７１を備える。基板７３，７５はガラス基板またはプラスチック基板であり、一般的な構成では、一方の基板にカラーフィルター及びブラックマトリクスが設けられており、他方の基板に液晶の電気光学特性を制御するスイッチング素子等が設けられている。
　液晶層７１は、無電解状態で所定方向に配向した液晶分子を含み、電圧を印加すると液晶分子の配向方向（ダイレクタ）が変化する。例えば、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）方式の液晶セルでは、液晶層７１の液晶分子は、無電界状態では基板平面に対して、平行かつ一様に配向しており（ホモジニアス配向）、電圧を印加すると、ダイレクタが基板面内で回転する。ＩＰＳ方式の液晶セルの無電解状態における液晶分子の配向方向は、基板平面に対してわずかに傾いていてもよい。ＩＰＳ方式の液晶セルにおいて、無電解状態における基板平面と液晶分子の配向方向とのなす角（プレチルト角）は、一般に１０°以下である。
　液晶セルの７０光源側基板７５には、粘着剤層６６を介して第一偏光板５６が貼り合わせられており、液晶セル７０の視認側基板７３には、粘着剤層６８を介して第二偏光板５７が貼り合わせられている。第一偏光板５６の偏光子２０と第二偏光板５７の偏光子２９は、両者の吸収軸方向が互いに直交するように配置されている。
　第一偏光板５６は、偏光子２０の液晶セル７０側の面に、表裏の楕円率差が異なる位相差フィルム１０を備え、偏光子２０の他方の面に透明フィルム４０を備える。第二偏光板５７は、偏光子の両面に透明フィルム４１，４２を備える。なお、液晶表示装置において、位相差フィルムとしての機能を有さない透明フィルム４０，４１，４２は省略してもよい。
　粘着剤層３９，５９を構成する粘着剤としては、アクリル系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、酢酸ビニル／塩化ビニルコポリマー、変性ポリオレフィン、エポキシ系、フッ素系、天然ゴム、合成ゴム等のゴム系等をベースポリマーとするものを適宜に選択して用いることができる。粘着剤層６６，６８の厚みは、５～５０μｍ程度である。
　液晶表示装置は、上記以外の光学層やその他の部材を含んでいてもよい。例えば、液晶パネル１０１と光源１０５との間には、輝度向上フィルム（不図示）を設けることもできる。輝度向上フィルムは、光源側の偏光板５６と積層されていてもよい。
　視認側の透明フィルム４２には、耐擦傷性の付与等を目的として、ハードコート層が設けられていてもよい。また、透明フィルム４２には、反射防止層が設けられていてもよい。視認側の偏光板５７のさらに視認側には、タッチパネルセンサーやカバーウインドウ等が配置されていてもよい。
　第一偏光板５６において、偏光子２０の吸収軸方向と位相差フィルム１０の遅相軸方向は直交しており、位相差フィルム１０の第一主面１１が偏光子２０と対向し、位相差フィルム１０の第二主面１２が液晶セル７０と対向している。
　この液晶表示装置２０１を斜め方向からした場合、光源１０５からの光が偏光子２０を透過した後、位相差フィルム１０により偏光状態が変換される。偏光子２０の吸収軸方向と位相差フィルム１０の遅相軸方向とが直交しており、位相差フィルム１０の第一主面が偏光子２０と対向するように配置されているため、位相差フィルム１０からの出射光は、楕円率の波長依存が小さく、広帯域の光学補償を実現できる。
　図１６に示す液晶表示装置２０２は、上述の液晶表示装置２０２と類似の構成を有しているが、光源１０５側に配置されている第一偏光板５８における位相差フィルム１０と偏光子２０との配置関係が異なっている。偏光板５８において、偏光子２０の吸収軸方向と位相差フィルム１０の遅相軸方向は平行であり、位相差フィルム１０の第二主面１２が偏光子２０と対向し、位相差フィルム１０の第一主面１１が液晶セル７０と対向している。
　この構成では、位相差フィルム１０と、視認側の第一偏光板５７の偏光子２９とをセットでみた場合、偏光子２９の吸収軸方向と位相差フィルム１０の遅相軸方向が直交しており、位相差フィルム１０の第一主面１１が偏光子２９と対向するように配置されている。したがって、上記の液晶表示装置２０１の構成と同様の原理により、広帯域の光学補償を実現できる。
　図１５および図１６では、液晶セル７０の光源側に位相差フィルム１０を配置する形態を示したが、図１７の液晶表示装置２０３および図１８の液晶表示装置２０４のように、液晶セル７０の視認側の偏光板に、位相差フィルム１０を配置してもよい。図１７の液晶表示装置２０３は、図１５の液晶表示装置２０１における液晶パネル１０１の上下を入れ替えたものに相当する。図１８の液晶表示装置２０４は、図１６の液晶表示装置２０２における液晶パネル１０２の上下を入れ替えたものに相当する。したがって、これらの液晶表示装置においても、液晶表示装置２０１，２０２の構成と同様の原理により、広帯域の光学補償を実現できる。
　ＩＰＳ方式の液晶表示装置における光学補償を中心に、位相差フィルムの用途について説明したが、前述のように、表裏の楕円率差を有する位相差フィルムの用途は、ＩＰＳ方式以外の液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置等の各種画像表示装置に適用可能である。
　以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
［位相差フィルムの作製］
＜樹脂溶液の調製＞
　攪拌装置を備えた反応容器中、２，２－ビス（４－ヒドロキシフェニル）－４－メチルペンタン５４０重量部、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド１２重量部を、１Ｍ酸化ナトリウム溶液に溶解させた。この溶液に、テレフタル酸クロライド３０４重量部とイソフタル酸クロライド１０２重量部をクロロホルムに溶解させた溶液を攪拌しながら一度に加え、室温で９０分間攪拌した。その後、重合溶液を静置分離してポリマーを含んだクロロホルム溶液を分離し、ついで酢酸水で洗浄し、イオン交換水で洗浄した後、メタノールに投入してポリマーを析出させた。析出したポリマーを、蒸留水で２回及びメタノールで２回洗浄した後、減圧乾燥した。得られたポリアリレート系樹脂を、トルエンに溶解して、固形分濃度２０％の樹脂溶液を調製した。
＜比較例１＞
　ＰＥＴフィルムを支持体として、支持体上に、上記の樹脂溶液を乾燥後の厚みが２０μｍとなるようにバーコーターを用いて塗布し、温度８０℃で３分間乾燥してポリマーフィルムを得た。このポリマーフィルムを支持体から剥離し、ポリマーフィルムの両面に、粘着剤層が付設された熱収縮フィルム（二軸延伸ポリプロピレンフィルム）を貼り合わせ、温度１５０℃で自由端一軸延伸を行った後、熱収縮フィルムを剥離した。位相差フィルムのＮｚ係数は０．５であり、波長５５０ｎｍにおける正面レターデーションＲｅ（５５０）は２７０ｎｍであった。
＜実施例１～６＞
　支持体上での樹脂溶液の乾燥温度および乾燥時間を表１に示すように変更したこと以外は比較例１と同様にして、ポリマーフィルムを作製し、表１に示すＲｅ（５５０）となるように延伸を行い、Ｎｚ係数が０．５である位相差フィルムを得た。
［偏光板の作製］
　厚み１８μｍのポリビニルアルコール系偏光子の一方の面に厚み４０μｍの二軸延伸アクリルフィルム、他方の面に上記の位相差フィルムを紫外線硬化型の接着剤介して貼り合わせて、偏光板を作製した。貼り合わせには、ロールラミネータを用い、紫外線を照射して接着剤を硬化させた。
　位相差フィルムと偏光子は、位相差フィルムの遅相軸方向と偏光子の吸収軸方向とが直交するように配置し、位相差フィルムのＢ面（成膜時の支持体側の面）を偏光子と貼り合わせた。また、位相差フィルムの表裏の楕円率差ΔＥを評価するために、位相差フィルムのＡ面（成膜時の表層側の面）を偏光子と貼り合わせた試料も作製した。
［評価］
＜位相差フィルムの光学特性＞
　位相差フィルムの正面レターデーションおよびＮｚ係数は、偏光・位相差測定システム（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ製「ＡｘｏＳｃａｎ」）により測定した。位相差フィルムの正面レターデーションおよびＮｚ係数は、位相差フィルム単体で測定を行った。
＜楕円率および楕円率差＞
　楕円率の測定には、偏光・位相差測定システム（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ製「ＡｘｏＳｃａｎ」）を用いた。偏光子の吸収軸方向に対して方位角４５°の方向を回転軸として、偏光板を４５°傾けた状態で、アクリルフィルム側から光を入射し、位相差フィルム側から出射した光の楕円率を測定した。位相差フィルムのＡ面を偏光子と貼り合わせた試料についても楕円率の測定を行い、それぞれの試料における波長４５０ｎｍ～７００ｎｍの範囲における１０ｎｍごとの楕円率の値から、表裏の楕円率差ΔＥを算出した。
＜液晶表示装置の黒輝度およびコントラスト＞
　ＩＰＳ方式の液晶パネルを備える市販の液晶テレビから液晶パネルを取り出し、液晶セルから視認側の偏光板を剥がし、アクリル系粘着剤を介して、上記の偏光板を貼り合わせた。視認側偏光板を上記の実施例および比較例の偏光板に貼り替えた液晶パネルをバックライトと組み合わせて、評価用液晶表示装置を作製した。
　液晶表示装置を黒表示として、方位角４５°、極角４５°方向における輝度（黒輝度）を測定した。また、液晶表示装置を白表示として、方位角４５°、極角４５°方向における輝度（白輝度）を測定し、コントラスト（白輝度／黒輝度）を算出した。
＜評価結果＞
　実施例および比較例の位相差フィルムの作製条件（乾燥温度および時間）、波長５５０ｎｍにおける正面レターデーションＲｅ（５５０）、表裏の楕円率差ΔＥ、液晶表示装置の黒輝度およびコントラストを表１に示す。なお、黒輝度およびコントラストは、比較例１を１００とした相対値で示している。
　比較例１、実施例１、実施例３、実施例５および実施例６の楕円率の測定結果を、図１９に示す。また、各実施例および比較例の位相差フィルムの表裏の楕円率差ΔＥを横軸、液晶表示装置の黒輝度を縦軸にプロットしたグラフを図２０に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１に示すように、支持体上で高温・長時間の加熱乾燥を行うことにより、表裏の楕円率差ΔＥの大きい位相差フィルムを形成できることが分かる。
　表裏の楕円率差がない位相差フィルムを用いた比較例１に比べて、表裏の楕円率が異なる位相差フィルムを用いた実施例１～６では、液晶表示装置の黒輝度が小さく、コントラストが上昇していた。表裏の楕円率差ΔＥに対して黒輝度をプロットした図２０は、図１３のシミュレーション結果と高い整合を示した。
　以上の結果から、厚み方向で分子の配向状態が異なり表裏の楕円率差を有する位相差フィルムを用いることにより、複数の位相差フィルムを積層した場合と同様の光学補償を実現し、光漏れが少なくコントラストの高い画像表示装置を形成できることが分かる。
　　１０　　　　　　　　位相差フィルム
　　２０，２１，２３２９　　　　　　　　偏光子
　　４０，４１，４２　　透明フィルム
　　５１，５２，５６，５７，５８　　　　　偏光板
　　６６，６８　　　　　粘着剤層
　　７０　　　　　　　　液晶セル
　　１０１～１０４　　　液晶パネル
　　１０５　　　　　　　光源
　　２０１～２０４　　　液晶表示装置

Claims (11)

  1. 　第一主面と第二主面とを有する１枚のポリマーフィルムからなる位相差フィルムであって、
    　第一主面に偏光子を積層して法線方向から４５°の角度で測定した波長λの光に対する楕円率Ｅ１（λ）と、第二主面に偏光子を積層して法線方向から４５°の角度で測定した波長λの光に対する楕円率Ｅ２（λ）が異なっており、
    　波長４５０～７００ｎｍの範囲で１０ｎｍごとに測定した楕円率差の絶対値｜Ｅ１（λ）－Ｅ２（λ）｜の合計が０．３以上である、位相差フィルム。
  2. 　面内の遅相軸方向の屈折率ｎｘ、面内の進相軸方向の屈折率ｎｙ、および厚み方向の屈折率ｎｚが、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙを満たす、請求項１に記載の位相差フィルム。
  3. 　波長５５０ｎｍにおける正面レターデーションが２５０～６００ｎｍである、請求項１または２に記載の位相差フィルム。
  4. 　波長４５０～７００ｎｍの範囲で１０ｎｍごとに測定した楕円率Ｅ１（λ）の標準偏差σ１が、波長４５０～７００ｎｍの範囲で１０ｎｍごとに測定した楕円率Ｅ２（λ）の標準偏差よりも小さい、請求項１～３のいずれか１項に記載の位相差フィルム。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の位相差フィルムと偏光子とが積層されている偏光板。
  6. 　前記位相差フィルムの遅相軸方向と、前記偏光子の吸収軸方向が、平行または直交である、請求項５に記載の偏光板。
  7. 　請求項４に記載の位相差フィルムと偏光子とが積層されており、前記位相差フィルムの第一主面が前記偏光子と対向している、偏光板。
  8. 　前記位相差フィルムの遅相軸方向と、前記偏光子の吸収軸方向が、直交している、請求項７に記載の偏光板。
  9. 　請求項４に記載の位相差フィルムと偏光子とが積層されており、前記位相差フィルムの第二主面が前記偏光子と対向している、偏光板。
  10. 　前記位相差フィルムの遅相軸方向と、前記偏光子の吸収軸方向が、平行である、請求項９に記載の偏光板。
  11. 　画像表示セルの表面に、請求項５～１０のいずれか１項に記載の偏光板を備え、
    　前記液晶セルと前記偏光子との間に前記位相差フィルムが配置されている、画像表示装置。

     
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