JP2018036585A - 光学部材 - Google Patents
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Abstract
Description
1つの実施形態においては、λ/4板の面内位相差Re(550)が80nm〜200nmである。
1つの実施形態においては、前記λ/4板の遅相軸と前記反射型偏光子の反射軸とのなす角度が30°〜60°である。
1つの実施形態においては、前記反射型偏光子と前記プリズム層との間、または前記反射型偏光子の前記プリズム層とは反対側に、低屈折率層が一体化され、前記低屈折率層の屈折率が1.30以下である。
1つの実施形態においては、前記λ/4板が液晶化合物の配向固化層である。
1つの実施形態においては、前記反射型偏光子が直線偏光型反射偏光子である。
本明細書における用語および記号の定義は下記の通りである。
(1)屈折率(nx、ny、nz)
「nx」は面内の屈折率が最大になる方向(すなわち、遅相軸方向)の屈折率であり、「ny」は面内で遅相軸と直交する方向(すなわち、進相軸方向)の屈折率であり、「nz」は厚み方向の屈折率である。
(2)面内位相差(Re)
「Re(λ)」は、23℃における波長λnmの光で測定した面内位相差である。Re(λ)は、層(フィルム)の厚みをd(nm)としたとき、式:Re=(nx−ny)×dによって求められる。例えば、「Re(550)」は、23℃における波長550nmの光で測定した面内位相差である。
(3)厚み方向の位相差(Rth)
「Rth(λ)」は、23℃における波長λnmの光で測定した厚み方向の位相差である。例えば、「Rth(550)」は、23℃における波長550nmの光で測定した厚み方向の位相差である。Rth(λ)は、層(フィルム)の厚みをd(nm)としたとき、式:Rth=(nx−nz)×dによって求められる。
(4)Nz係数
Nz係数は、Nz=Rth/Reによって求められる。
光学部材は、偏光板10と反射型偏光子20とλ/4板30とプリズムシート40とをこの順に有し、偏光板10、反射型偏光子20、λ/4板30、およびプリズムシート40は一体化されている。プリズムシート40は、代表的には、基材部41とプリズム部42(プリズム層)とを有する。
偏光板10は、代表的には、偏光子11と、偏光子11の片側に配置された保護層12と、偏光子11のもう一方の側に配置された保護層13とを有する。偏光子は、代表的には吸収型偏光子である。
上記吸収型偏光子としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、偏光子を形成する樹脂フィルムは、単層の樹脂フィルムであってもよく、二層以上の積層体であってもよい。
保護層は、偏光板の保護フィルムとして使用できる任意の適切なフィルムで形成される。当該フィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、(メタ)アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、(メタ)アクリル系、ウレタン系、(メタ)アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。当該ポリマーフィルムは、例えば、上記樹脂組成物の押出成形物であり得る。それぞれの保護層は同一であってもよく、異なっていてもよい。
反射型偏光子20は、特定の偏光状態(偏光方向)の偏光を透過し、それ以外の偏光状態の光を反射する機能を有する。反射型偏光子20は、直線偏光分離型であってもよく、円偏光分離型であってもよい。以下、一例として、直線偏光分離型の反射型偏光子について説明する。なお、円偏光分離型の反射型偏光子としては、例えば、コレステリック液晶を固定化したフィルムとλ/4板との積層体が挙げられる。
λ/4板30の厚みは、好ましくは1μm〜200μmであり、より好ましくは1μm〜100μmである。λ/4板30は、代表的には遅相軸を有する。λ/4板30の遅相軸と反射型偏光子20の反射軸とのなす角度は、好ましくは30°〜60°であり、より好ましくは40°〜50°であり、さらに好ましくは約45°である。λ/4板30は、好ましくは屈折率特性がnx>ny≧nzの関係を示す。なお、ここで「ny=nz」はnyとnzが完全に等しい場合だけではなく、実質的に等しい場合を包含する。したがって、本発明の効果を損なわない範囲で、ny<nzとなる場合があり得る。
プリズムシート40は、λ/4板30の反射型偏光子20とは反対側に配置されている。プリズムシート40は、代表的には、基材部41とプリズム部42とを有する。図5に示すように、λ/4板30がプリズム部42を支持する基材部として機能し得る場合は、基材部41は必ずしも設ける必要はない。プリズムシート40は、本発明の光学部材が液晶表示装置のバックライト側に配置された場合に、バックライトユニットの導光板から出射された偏光光を、その偏光状態を保ったまま、プリズム部42内部での全反射等によって、液晶表示装置の略法線方向に最大強度を有する偏光光として、反射型偏光子20およびλ/4板30を介して偏光板10に導く。なお、「略法線方向」とは、法線方向から所定の角度内の方向、例えば、法線方向から±10°の範囲内の方向を包含する。
1つの実施形態においては、図1に示すように、プリズムシート40(実質的には、プリズム部42)は、反射型偏光子20と反対側に凸となる複数の単位プリズム43が並列されて構成されている。好ましくは、単位プリズム43は柱状であり、その長手方向(稜線方向)は、偏光板10の透過軸および反射型偏光子20の透過軸と略直交方向または略平行方向に向いている。本明細書において、「実質的に直交」および「略直交」という表現は、2つの方向のなす角度が90°±10°である場合を包含し、好ましくは90°±7°であり、さらに好ましくは90°±5°である。「実質的に平行」および「略平行」という表現は、2つの方向のなす角度が0°±10°である場合を包含し、好ましくは0°±7°であり、さらに好ましくは0°±5°である。さらに、本明細書において単に「直交」または「平行」というときは、実質的に直交または実質的に平行な状態を含み得るものとする。なお、プリズムシート40は、単位プリズム43の稜線方向と偏光板10の透過軸および反射型偏光子20の透過軸とが所定の角度を形成するようにして配置(いわゆる斜め放置)してもよい。このような構成を採用することにより、モアレの発生をさらに良好に防止できる場合がある。斜め配置の範囲としては、好ましくは20°以下であり、より好ましくは15°以下である。
プリズムシート40に基材部41を設ける場合には、単一の材料を押出し成型等することにより基材部41とプリズム部42とを一体的に形成してもよく、基材部用フィルム上にプリズム部を賦形してもよい。基材部の厚みは、好ましくは25μm〜150μmである。このような厚みは、取扱い性および強度の観点からも好ましい。
光拡散層50は、図2、図4、および図5に示すように偏光板10と反射型偏光子20との間に配置してもよく、図3に示すように反射型偏光子20とプリズムシート40との間に配置してもよい。光拡散層50は、光拡散素子で構成されてもよく、光拡散粘着剤で構成されてもよい。光拡散素子は、マトリクスと当該マトリクス中に分散した光拡散性微粒子とを含む。光拡散粘着剤は、マトリクスが粘着剤で構成される。光拡散層50は、好ましくは、光学部材を構成する他の層と一体化されている。
低屈折率層60は、図2および図3に示すように偏光板10と反射型偏光子20との間に配置してもよく、図4および図5に示すように反射型偏光子20とプリズムシート40との間に配置してもよい。低屈折率層60は、好ましくは、光学部材を構成する他の層と一体化されている。
本発明の光学部材は、代表的には、液晶表示装置の視認側と反対側に配置される偏光板(以下、背面側偏光板と称する場合がある)として用いられ得る。この場合、当該背面側偏光板と視認側偏光板とを含む偏光板のセットが提供され得る。視認側偏光板としては、任意の適切な偏光板が採用され得る。視認側偏光板は、代表的には、偏光子(例えば、吸収型偏光子)と、偏光子の少なくとも片側に配置された保護層とを有する。偏光子および保護層は、上記B項に記載のものが用いられ得る。視認側偏光板は、目的に応じて任意の適切な光学機能層(例えば、位相差層、ハードコート層、アンチグレア層、反射防止層)をさらに有していてもよい。偏光板のセットは、視認側偏光板(の偏光子)の吸収軸と背面側偏光板(の偏光子)の吸収軸とが実質的に直交または平行となるようにして液晶セルのそれぞれの側に配置される。
図7は、本発明の1つの実施形態による液晶表示装置の概略断面図である。液晶表示装置500は、液晶セル200と、液晶セル200の視認側に配置された視認側偏光板110と、液晶セル200の視認側と反対側に配置された背面側偏光板としての本発明の光学部材100と、光学部材100の液晶セル200と反対側に配置されたバックライトユニット300とを有する。液晶表示装置500において、光学部材100に代えて光学部材101〜104を用いてもよい。視認側偏光板については、上記H項で説明したとおりである。図示例では、視認側偏光板110は、偏光子11と、偏光子の一方の側に配置された保護層12と、偏光子11のもう一方の側に配置された保護層13とを有する。視認側偏光板110および光学部材(背面側偏光板)100は、それぞれの吸収軸が実質的に直交または平行となるようにして配置されている。バックライトユニット300は、任意の適切な構成が採用され得る。例えば、バックライトユニット300は、エッジライト方式であってもよく、直下方式であってもよい。直下方式が採用される場合、バックライトユニット300は、例えば、光源と、反射フィルムと、拡散板とを備える(いずれも図示せず)。エッジライト方式が採用される場合、バックライトユニット300は、導光板と、ライトリフレクターとをさらに備え得る(いずれも図示せず)。
<実施例1>
1.光学部材の作製
1−1.偏光板の作製
厚さ80μmのポリビニルアルコールフィルムを、速度比の異なるロール間において、30℃、0.3%濃度のヨウ素溶液中で1分間染色しながら、3倍まで延伸した。その後、60℃、4%濃度のホウ酸、10%濃度のヨウ化カリウムを含む水溶液中に0.5分間浸漬しながら総合延伸倍率が6倍となるまで延伸した。次いで、30℃、1.5%濃度のヨウ化カリウムを含む水溶液中に10秒間浸漬することで洗浄した後、50℃で4分間乾燥を行い、偏光子を得た。当該偏光子の両面に、けん化処理した厚さ80μmのトリアセチルセルロースフィルムをポリビニルアルコール系接着剤により貼り合せて偏光板を作製した。
1−2.λ/4板の作製
シクロオレフィン系樹脂フィルム(日本ゼオン(株)製、「ゼオノア ZF−14フィルム」)を、テンター延伸機を用いて延伸角度45°で斜め延伸し、λ/4板を得た。このλ/4板の厚みは57μmであり、面内位相差Re(550)は90nmであった。
1−3.反射型偏光子の作製
SHARP社製40型TV(製品名:AQUOS、品番:LC40−Z5)を分解し、バックライト部材から反射型偏光子を取り出した。この反射型偏光子の両面に設けられている拡散層を除去し、本実施の反射型偏光子(厚み:90μm)とした。
1−4.プリズムシートの作製
基材部用フィルムとして、特開2012−234163号公報の製造例1に記載の製造方法によって得られたアクリル系の樹脂フィルム(厚み:40μm)を用いた。当該アクリル系の樹脂フィルムを配置した所定の金型に、プリズム用材料としての紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を充填し、紫外線を照射してプリズム用材料を硬化させることにより、図1に示すようなプリズムシートを作製した。基材部の面内位相差Reは0.4nmであった。単位プリズムは、三角柱プリズムであり、配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面形状が不等辺三角形状であった。
1−5.光学部材の作製
上記プリズムシートの基材部側に、粘着剤を介して、上記λ/4板、上記反射型偏光子、および上記偏光板をこの順に貼り合わせ、光学部材を作製した。なお、偏光板の吸収軸と反射型偏光子の反射軸とが平行となり、反射型偏光子の反射軸とλ/4板の遅相軸とのなす角度が45°となり、偏光板の吸収軸とプリズムシートの稜線とが平行となるように各構成を配置した。
2.反射型偏光子を有しない光学部材の作製
上記プリズムシートの基材部側に、粘着剤を介して、上記λ/4板、および上記偏光板をこの順に貼り合わせ、反射型偏光子を有しない光学部材を作製した。なお、偏光板の吸収軸とλ/4板の遅相軸とのなす角度が45°となり、偏光板の吸収軸とプリズムシートの稜線とが平行となるように各構成を配置した。
ネマチック液晶相を示す重合性液晶モノマー(BASF社製:商品名PaliocolorLC242)10重量部および当該重合性液晶モノマーに対する光重合開始剤(BASF社製:商品名イルガキュア907)3重量部をトルエン40重量部に溶解して、液晶塗工液を調製した。基材フィルム(ノルボルネン系樹脂フィルム:日本ゼオン(株)製、商品名「ゼオネックス」)に当該塗工液をバーコーターにより塗工した後、80℃で4分間加熱乾燥することによって液晶を配向させた。この液晶層に紫外線を照射し、液晶層を硬化させることにより、基材上に液晶固化層を形成した。λ/4板として、上記液晶固化層を用いたこと以外は実施例1と同様にして、光学部材および反射型偏光子を有しない光学部材を作製した。なお、上記液晶固化層の厚みは1.4μmであり、面内位相差Re(550)は135nmであった。
1.低屈折率層付アクリルフィルムの作製
(1)ケイ素化合物のゲル化
DMSO 2.2gに、ケイ素化合物の前駆体であるMTMSを0.95g溶解させた。これにより得られた混合液に、0.01mol/Lのシュウ酸水溶液を0.5g添加し、室温で30分撹拌を行うことでMTMSを加水分解して、トリス(ヒドロキシ)メチルシランを生成した。
DMSO 5.5gに、28%濃度のアンモニア水0.38g、および純水0.2gを添加した後、さらに、前記加水分解処理した前記混合液を追添し、室温で15分撹拌することで、トリス(ヒドロキシ)メチルシランのゲル化を行い、ゲル状ケイ素化合物を得た。
(2)熟成処理
前記ゲル化処理を行った混合液を、そのまま、40℃で20時間インキュベートして、熟成処理を行った。
(3)粉砕処理
次に、前記熟成処理したゲル状ケイ素化合物を、スパチュラを用いて数mm〜数cmサイズの顆粒状に砕いた。そこに、IPA 40gを添加し、軽く撹拌した後、室温で6時間静置して、ゲル中の溶媒および触媒をデカンテーションした。同様のデカンテーション処理を3回繰り返し、溶媒置換を完了した。そして、前記混合液中の前記ゲル状ケイ素化合物を粉砕処理(高圧メディアレス粉砕)した。前記粉砕処理(高圧メディアレス粉砕)は、ホモジナイザー(商品名 UH−50、エスエムテー社製)を使用し、5cm3のスクリュー瓶に、前記溶媒置換を完了したゲル状化合物1.85gおよびIPA 1.15gを秤量した後、50W、20kHzの条件で2分間の粉砕で行った。
前記粉砕処理によって、前記混合液中の前記ゲル状ケイ素化合物が粉砕されたことにより、前記混合液は、前記粉砕物のゾル液となった。前記混合液に含まれる前記粉砕物の粒度バラツキを示す体積平均粒子径を、動的光散乱式ナノトラック粒度分析計(日機装社製、UPA-EX150型)にて確認したところ、0.50〜0.70であった。さらに、このゾル液0.75gに対し、光塩基発生剤(和光純薬工業株式会社:商品名WPBG266)の1.5%濃度MEK(メチルエチルケトン)溶液を0.062g、ビス(トリメトキシシリル)エタンの5%濃度MEK溶液を0.036gの比率で添加し、塗工液を得た。
(4)低屈折率層の形成
特開2012−234163号公報の製造例1に従って準備したアクリル系の樹脂フィルム(厚み:40μm)の基材表面に、上記塗工液を塗布(塗工)して、塗工膜を形成した。前記塗工膜を、温度100℃で1分処理して乾燥し、さらに、乾燥後の塗工膜に、波長360nmの光を用いて300mJ/cm2の光照射量(エネルギー)でUV照射し、前記アクリル系の樹脂フィルム上に低屈折率層が形成された積層体(低屈折率層付アクリルフィルム)を得た。上記低屈折率層の屈折率は1.18であった。
2.光学部材および反射型偏光子を有しない光学部材の作製
偏光板と反射型偏光子との間に低屈折率層付アクリルフィルムを設けたこと以外は実施例1と同様にして光学部材を作製した。また、偏光板とλ/4板との間に低屈折率層付アクリルフィルムを設けたこと以外は実施例1と同様にして反射型偏光子を有しない光学部材を作製した。
λ/4板を用いなかったこと以外は実施例1と同様にして光学部材および反射型偏光子を有しない光学部材を作製した。
液晶固化層の厚みを0.5μmとしたこと以外は実施例2と同様にして、光学部材および反射型偏光子を有しない光学部材を作製した。なお、液晶固化層の面内位相差Re(550)は50nmであった。
λ/4板に代えて、市販の位相差板(ルケオ社製、商品名「RETAX−1/2λ」)を用いたこと以外は実施例1と同様にして光学部材および反射型偏光子を有しない光学部材を作製した。上記位相差板の面内位相差Re(550)は270nmであった。
各実施例および比較例の光学部材の各特性を、以下の通り測定した。
1.反射型偏光子による輝度向上度の測定
光学部材の偏光板側に、粘着剤を介して厚み0.4mmのガラス板に貼り付け、測定サンプルとした。反射型偏光子を有しない光学部材の偏光板側に、粘着剤を介して厚み0.4mmのガラス板に貼り付け、比較用測定サンプルとした。液晶表示装置(SONY社製、商品名「VAIO−S」)から取り出したバックライト光源を測定サンプルの背面側(ガラス板とは反対側)に配置し、コノスコープ(AUTRONIC MELCHERS株式会社製)を用いて、上記測定サンプルを透過する光の正面輝度を測定した(単位:cd/m2)。同様にして、上記比較用測定サンプルを透過する光の正面輝度を測定した(単位:cd/m2)。測定サンプルを透過する光の正面輝度Aと、比較用測定サンプルを透過する光の正面輝度Bとから、反射型偏光子による輝度向上度C(%)を次式にて求めた。
輝度向上度(C)=((A/B)−1)×100(%)
2.面内位相差の測定
実施例および比較例で用いたλ/4板および位相差板から50mm×50mmのサンプルを切り出して、測定サンプルとした。作製した測定サンプルについて、Axoscan(Axometrics社製)を用いて面内位相差を測定した。測定温度は23℃、測定波長は550nmとした。
3.低屈折率層の屈折率の測定
実施例で用いた低屈折率層について、アッベ屈折率計(DR−M2,アタゴ社製)を用いて屈折率を測定した。
11 偏光子
12 保護層
13 保護層
20 反射型偏光子
30 λ/4板
40 プリズムシート
41 基材部
42 プリズム部
100〜104 光学部材
Claims (6)
- 偏光板と反射型偏光子とλ/4板とプリズム層とがこの順に一体化された、光学部材。
- 前記λ/4板の面内位相差Re(550)が80nm〜200nmである、請求項1に記載の光学部材:
ここで、Re(550)は、23℃における波長550nmの光で測定した面内位相差を表す。 - 前記λ/4板の遅相軸と前記反射型偏光子の反射軸とのなす角度が30°〜60°である、請求項1または2に記載の光学部材。
- 前記反射型偏光子と前記プリズム層との間、または前記反射型偏光子の前記プリズム層とは反対側に、低屈折率層が一体化され、前記低屈折率層の屈折率が1.30以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記λ/4板が液晶化合物の配向固化層である、請求項1〜4の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記反射型偏光子が直線偏光分離型反射偏光子である、請求項1〜5の何れか1項に記載の光学部材。
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