JP2018173451A - 光学フィルム、それを用いた偏光板、それを用いた表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な延伸処理のみによって任意のＮＺ係数をもった光学フィルムを実現する。【解決手段】正の固有複屈折率を与える樹脂１０と負の固有複屈折率を与える樹脂２０とがそれぞれ固有の樹脂構造を保ったまま混ざり合っている材料を作製する。この材料を、第１の延伸温度において第１の方向へ延伸処理し、第１の延伸温度とは異なる第２の延伸温度において第１の方向とは異なる第２の方向への延伸を行う。これによりＮＺ係数が０．１以上０．９以下である光学フィルムを得ることができる。即ち、高分子材料を含む光学フィルムであって、延伸温度により複屈折率を正と負に変えることができる光学フィルムとなる。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に適用される偏光板等として使用することができる光学フィルム、それを用いた偏光板、それを用いた表示装置及びその製造方法に関する。

ＩＰＳ液晶表示器や有機エレクトロルミネセンス表示器は、スマートフォンや車載への採用が多くなってきている。特に、車載用途では、これらの表示器を広視野角化することが必要とされており、斜め観察時における偏光板の軸ずれや、それによるコントラスト比の低下を補償して広視野角化を実現するための補償板の開発が進められている。

補償板としては＋Ａプレートと＋Ｃプレートとの２つの位相差板を組み合わせた構成が知られているが、斜め観察時において透過率に波長依存性が生じ、表示される画像の色バランスが崩れてしまうという問題がある。

そこで、種々の樹脂を用いて大面積のフィルムも容易に製造でき、各方向における屈折率差が大きく、広い視角範囲での補償が可能な位相差板を実現することができる複屈折性フィルムの製造方法が開示されている（特許文献１）。当該製造方法では、樹脂フィルムを延伸処理する際に、その樹脂フィルムの片面又は両面に収縮性フィルムを接着して積層体を形成し、その積層体を加熱延伸処理して樹脂フィルムの延伸方向と直交する方向に収縮力を付与する。

また、広視野角偏光板に関する技術として、偏光子に二軸性の位相差板を重ねてなる直交型の偏光板において、二軸性の位相差板の面内位相差＝２５０〜３００ｎｍ、ＮＺ＝０．１〜０．４、より好ましくは面内位相差＝２６０〜２９０ｎｍ、ＮＺ＝０．２〜０．３である複屈折特性を有する偏光板が開示されている（特許文献２）。

特開平０５−１５７９１１号公報 特開２００１−３５００２２号公報

特許文献１における技術では、積層体の加熱延伸処理において樹脂フィルムを延伸処理する際に、その樹脂フィルムの片面又は両面に収縮性フィルムを接着して積層体を形成し、その積層体を加熱延伸処理する。このとき、樹脂フィルムの延伸方向と直交する方向に収縮力を付与することにより複屈折性フィルムを得る。このように、延伸処理に伴う収縮力を利用する製造方法は適用が困難であり、得られたフィルムの外観もよくない。また、遅相軸のずれが生じ易く、加工が困難である。

そこで、本発明は、単純な延伸処理のみによって任意のＮＺ係数をもった光学フィルム及びその製造方法を実現することを目的とする。

本発明の１つの態様は、高分子材料を含む光学フィルムであって、延伸温度により複屈折率を正と負に変えることができる光学フィルムである。

ここで、複数種の原料が混ざり合った相分離構造を有することが好適である。前記複数種の原料は、それぞれの固有複屈折率が正の材料及び負の材料の両方を含むことが好適である。

また、相分離の最小単位はｘｙｚ方向のいずれかで５μｍ以下であることが好適である。また、相分離の最小単位はｘｙｚ方向のいずれかで５００ｎｍ以下であることが好適である。

また、複数のガラス転移温度を有することが好適である。

また、前記固有複屈折率が正の材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）樹脂の少なくとも１つを含み、前記固有複屈折率が負の材料は、アクリル系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂の少なくとも１つを含むことが好適である。

また、ＮＺ係数が０以上１以下であることが好適である。また、面内位相差が２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、及びＮＺ係数が０．１以上０．９以下であることが好適である。また、ＮＺ係数が０．２５、０．５、０．７５のいずれかであることが好適である。

また、上記光学フィルムを積層した偏光板を用いた表示装置とすることが好適である。当該表示装置は、有機エレクトロルミネセンス表示器又はＩＰＳ液晶表示器又はＦＦＳ液晶表示器を含むことが好適である。

本発明の別の態様は、高分子材料を含む光学フィルムの製造方法であって、複屈折率を正と負に変えることができる材料を第１の方向及び前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸させる延伸処理を行うことを特徴とする光学フィルムの製造方法である。

ここで、前記第１の方向への延伸処理における第１の延伸温度と、前記第２の方向への延伸処理における第２の延伸温度と、が異なることが好適である。

また、前記材料は、複数のガラス転移温度を有することを特徴とする光学フィルムの製造方法である。

本発明によれば、単純な延伸処理のみによって任意のＮＺ係数をもった光学フィルム及びその製造方法を実現することができる。

本発明の実施の形態における複数種の原料が混ざり合った相分離構造を説明するための図である。 単一の材料のガラス転移温度の例を示す図である。 複数種の原料が混ざり合った材料のガラス転移温度の例を示す図である。 本発明の実施の形態における延伸処理を説明する図である。 実施例１における光学フィルムの光学特性を示す図である。 実施例２における光学フィルムの光学特性を示す図である。 実施例２における光学フィルムの断面の電子顕微鏡での観察像を示す図である。

本実施の形態における光学フィルムは、材料の生成処理及び延伸処理によって製造される。以下、材料の生成処理及び延伸処理について説明する。

材料の生成処理では、原料となる正の固有複屈折率を与える樹脂（ペレット）と負の固有複屈折率を与える樹脂（ペレット）を予備可塑化手段によって加熱して溶融させ、内部帰還式スクリューを備えるせん断加工手段に溶融された原料を導入して特定の回転数（スクリュー回転数）でスクリューを回転させることによって混練した。せん断加工手段としては、例えば、ニイガタマシンテクノ社製の高せん断加工機（ＮＨＳＳ８−２８）を適用することができる。

ここで、正の固有複屈折率を与える樹脂として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン重合体；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル重合体；ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド重合体；ポリビニルアルコール重合体、ポリカーボネート重合体、ポリアリレート重合体、セルロースエステル重合体、ポリエーテルスルホン重合体、ポリスルホン重合体、ポリアリルサルホン重合体、ポリ塩化ビニル重合体、ノルボルネン重合体、シクロオレフィン重合体、棒状液晶ポリマーなどが挙げられる。なお、これらの重合体は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。また、重合体は単独重合体でもよく共重合体でもよい。

また、負の固有複屈折率を与える樹脂として、スチレン又はスチレン誘導体の単独重合体または他のモノマーとの共重合体を含むポリスチレン系重合体；ポリアクリロニトリル重合体、ポリメチルメタクリレート重合体、あるいはこれらの多元共重合ポリマーなどが挙げられる。また、スチレン又はスチレン誘導体に共重合させる前記他のモノマーとしては、例えば、アクリロニトリル、無水マレイン酸、メチルメタクリレート、及びブタジエンが好ましいものとして挙げられる。なお、これらの重合体は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。

これらの正の固有複屈折率を与える樹脂と負の固有複屈折率を与える樹脂を混練した材料を用いることによって、延伸温度により複屈折率を正と負に変えることができる光学フィルムを製造することができる。

混練処理を適切に行うことによって、複数種の原料が混ざり合った相分離構造を有する材料を得ることができる。複数種の原料が混ざり合った相分離構造とは、図１に示すように、正の固有複屈折率を与える樹脂１０と負の固有複屈折率を与える樹脂１２とがそれぞれ固有の樹脂構造を保ったまま混ざり合っている構造を意味する。

このとき、材料は、複数のガラス転移温度を有することが好適である。単一の樹脂材料は、図２に示すように、単一のガラス転移温度を有しており、温度に対するエネルギー吸収指標（Ｔａｎ（ｄｅｌｔａ））のグラフにおいて単一のピークを示す。図２では、樹脂の例として、ポリカーボネート（ＰＣ：実線）及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：破線）について示している。なお、図２のグラフは、引用文献（清水博, 高分子論文集, 71, 3, 69-88, (2014)）からの引用である。

図３は、ポリカーボネート（ＰＣ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を低分散状態で混練した材料（実線）と高分散状態で混練した材料（破線）とについて温度に対するエネルギー吸収指標（Ｔａｎ（ｄｅｌｔａ））のグラフを示す。図３に示すように、複数の樹脂を低分散状態で混合した場合、複数のガラス転移温度を有する材料（実線）とすることができる。特に、互いの固有のガラス転移温度が５０℃以上離れている正の固有複屈折率を与える樹脂と負の固有複屈折率を与える樹脂とを混ぜ合わせることが好適である。なお、本実施の形態では、複数のガラス転移温度を有する材料は低分散状態で混練されているという。一方、複数の樹脂を混練した場合であっても、単一のガラス転移温度を有する材料（破線）とすることもできる。本実施の形態では、複数のガラス転移温度を有する材料は低分散状態で混練されているという。

なお、顕微鏡観察の結果では、低分散状態では、複数の樹脂がそれぞれ固有の樹脂構造を保ったまま混ざり合っており、高分散状態では、複数の樹脂がそれぞれ固有の樹脂構造を保たないように混ざり合っていると推定されている。

複数の樹脂の分散状態を変化させるためには、上記の混練処理においてせん断加工手段におけるスクリューの回転数（スクリュー回転数）を調整すればよい。すなわち、スクリュー回転数を高くすれば高分散状態となり、スクリュー回転数を低くすれば低分散状態とすることができる。複数のガラス転移温度を有する材料を生成するために適切なスクリュー回転数は混練する対象である原料の種類や状態等によって異なるが、スクリュー回転数を調整することによって適切な複数のガラス転移温度を有する材料を得る為の条件を見出すことができる。

このようにして生成された材料を延伸処理することによって光学フィルムを製造した。延伸処理は、材料を加熱するための加熱手段及び材料を延伸させる力を与える延伸手段を備える延伸装置にて行った。延伸手段は、第１の延伸温度において第１の方向への延伸処理と、第１の延伸温度とは異なる第２の延伸温度において第１の方向とは異なる第２の方向への延伸処理と、を行うことができる構成とすることが好適である。

すなわち、延伸装置に加熱手段を備えることで、延伸時における材料の温度を調整することが好適である。複数のガラス転移温度を有する材料を異なる第１の延伸温度と第２の延伸温度で異なる方向に延伸させることが好適である。

図４は、本実施の形態において得られた材料を二軸延伸させてＮＺ係数を調整する方法を示す。ここで、ＮＺ係数は、数式（１）で示される光学特性値である。延伸前は、図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の屈折率ｎ_ｘ，ｎ_ｙ，ｎ_ｚが互いに等しい。正の固有複屈折率が現れる第１の延伸温度Ｔ１にてＸ軸方向に延伸させるとＸ軸方向の屈折率ｎ_ｘが大きくなり、図４（ｂ）に示すように、ｎ_ｘ＞ｎ_ｙ＝ｎ_ｚの関係を満たす光学フィルムが得られる。そして、第１の延伸温度Ｔ１と異なる負の固有複屈折率が現れる第２の延伸温度Ｔ２にてＸ軸に直交するＹ軸方向に延伸させるとＹ軸方向の屈折率ｎ_ｙが小さくなり、図４（ｃ）に示すように、ｎ_ｘ＞ｎ_ｚ＞ｎ_ｙの関係を満たす光学フィルムが得られる。これにより、ＮＺ係数が０以上１以下の光学フィルムが得られる。なお、第１の延伸温度Ｔ１は、第２の延伸温度Ｔ２よりも高いことが好適である。

以上のように、本実施の形態によれば、ＮＺ係数が０以上１以下の光学フィルムを形成することができる。特に、面内位相差Ｒｅが２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下及びＮＺ係数が０．１以上０．９以下である光学フィルムを形成することができる。ＮＺ係数は、０．２５、０．５、０．７５であることが好適である。ＮＺ係数が０．２５と０．７５の場合は光学フィルムを重ねて使用でき、０．５の場合は１枚で使用できる。

このような光学特性を有する光学フィルムは、有機エレクトロルミネセンス表示器又はＩＰＳ液晶表示器を含む表示装置において視野角の補償効果を与えるために有益である。例えば、本実施の形態における光学フィルムを積層して視野角補償のための偏光板や位相差板として用いることで、波長依存性が低く、高いコントラストを有する表示装置を実現することができる。

（実施例１）
正の固有複屈折率を与える材料としてポリカーボネート（ＰＣ）のペレットと負の固有複屈折率を与える材料としてポリスチレン（ＰＳ）のペレットとを５０：５０の比率で混ぜて予備可塑化手段によって２００℃まで加熱して溶融させた。ポリカーボネート（ＰＣ、屈折率１．５７７）は、住化スタイロン社製のＳＤ−２２０１Ｗを用いた。また、ポリスチレン（ＰＳ、屈折率１．５９２）は、ＤＩＣ社製のＸＣ−３１５を用いた。その後、加熱溶融させた状態にて高せん断加工機（ニイガタマシンテクノ社製 ＮＨＳＳ８−２８）に投入してスクリュー回転数２００ｒｐｍで２０秒間混練して材料を得た。当該材料を、延伸温度がそれぞれ１１０℃、１３０℃、１５０℃にて延伸倍率が１．２倍となるように延伸させた。

図５は、それぞれの延伸温度において延伸させて得られた光学フィルムの複屈折率Δｎ（＝ｎ_ｘ−ｎ_ｙ：ｎ_ｘは延伸方向の屈折率，ｎ_ｙは延伸方向と同一面内で直交する方向の屈折率）を示す図である。図５に示すように、延伸温度が１１０℃の光学フィルムは−０．０００５程度の複屈折率Δｎを示し、延伸温度が上がるにしたがって複屈折率Δｎは増加し、延伸温度が１３０℃の光学フィルムでは−０．０００１程度を示し、延伸温度が１５０℃の光学フィルムでは＋０．０００１５程度を示した。このように、実施例１における材料を用いることにより、延伸時の延伸温度を変えることで得られる光学フィルムの複屈折率Δｎを得ることができることが分かった。

したがって、実施例１の材料を正の固有複屈折率を示す延伸温度で第１の方向に延伸処理し、負の固有複屈折率を示す延伸温度で第１の方向とは異なる第２の方向に延伸処理すれば、ＮＺ係数が０以上１以下の光学フィルムを形成することができ、偏光を解消する散乱は、各々の材料の屈折率差を小さくすることで小さくなった。

（実施例２）
正の固有複屈折率を与える材料としてポリカーボネート（ＰＣ）のペレットと負の固有複屈折率を与える材料としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のペレットとを５：９５の比率で混ぜて予備可塑化手段によって２００℃まで加熱して溶融させた。ポリカーボネート（ＰＣ、屈折率１．５７７）は、住化スタイロン社製のＳＤ−２２０１Ｗを用いた。また、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、屈折率１．４９２）は、クラレ社製のＨＲ−Ｌを用いた。その後、加熱溶融させた状態にて高せん断加工機（ニイガタマシンテクノ社製 ＮＨＳＳ８−２８）に投入してスクリュー回転数２０００ｒｐｍで３０秒間混練して材料を得た。当該材料を、延伸温度がそれぞれ１１０℃で第１の方向に延伸処理し、９０℃で第１の方向と同一面内であって直交する第２の方向に延伸処理した。

図６は、実施例２の製造方法によって得られ、それぞれ膜厚が９７μｍ、８６μｍ及び１０８μｍである光学フィルムについて複屈折率ΔｎとＮＺ係数の測定値を示す。図６に示すように、実施例２において、ＮＺ係数が０以上１以下の光学フィルムを形成することができた。

また、複屈折率Δｎは、０．００００７以上０．０００１１以下の範囲となり、偏光を解消する散乱は、各々の材料の屈折率差を小さくすることで小さくなった。

また、図７は、実施例２において得られた光学フィルムの断面を電子顕微鏡で観察した観察写真を示す。図７から、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を母材としてポリカーボネート（ＰＣ）が固有の樹脂構造を保ったまま混ざり合った相分離構造を有していることがわかった。ポリカーボネート（ＰＣ）の樹脂構造は、ｘｙｚ方向のいずれかにおいて５μｍ以下の最少単位で存在しており、可視光の散乱がないことから推定すると５００ｎｍ以下の最少単位で存在していると推定された。

本発明は、有機エレクトロルミネセンス表示器又はＩＰＳ液晶表示器等を含む表示装置の視野角補償のための光学フィルムとして適用することができる。例えば、ゲーム用の情報表示装置や各種の計器類の情報表示装置として、特に自動車の計器類の情報表示装置等のための前面板（カバー）として視認性に優れた光学フィルムとして適用することができる。また、製造も簡便であり、取り扱いも簡便であり、情報表示装置の産業分野において極めて有用である。

１０ 正の固有複屈折率を与える樹脂、１２ 負の固有複屈折率を与える樹脂。

Claims (15)

1. 高分子材料を含む光学フィルムであって、延伸温度により複屈折率を正と負に変えることができる光学フィルム。
2. 請求項１に記載の光学フィルムであって、複数種の原料が混ざり合った相分離構造を有することを特徴とする光学フィルム。
3. 請求項２に記載の光学フィルムであって、前記複数種の原料は、それぞれの固有複屈折率が正の材料及び負の材料の両方を含むことを特徴とする光学フィルム。
4. 請求項３に記載の光学フィルムであって、相分離の最小単位はｘｙｚ方向のいずれかで５μｍ以下であることを特徴とする光学フィルム。
5. 請求項４に記載の光学フィルムであって、相分離の最小単位はｘｙｚ方向のいずれかで５００ｎｍ以下であることを特徴とする光学フィルム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学フィルムであって、複数のガラス転移温度を有することを特徴とする光学フィルム。
7. 請求項３に記載の光学フィルムであって、
   前記固有複屈折率が正の材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）樹脂の少なくとも１つを含み、
   前記固有複屈折率が負の材料は、アクリル系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂の少なくとも１つを含むことを特徴とする光学フィルム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学フィルムであって、ＮＺ係数が０以上１以下であることを特徴とする光学フィルム。
9. 請求項８に記載の光学フィルムであって、面内位相差が２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、及びＮＺ係数が０．１以上０．９以下であることを特徴とする光学フィルム。
10. 請求項９に記載の光学フィルムであって、ＮＺ係数が０．２５、０．５、０．７５のいずれかであることを特徴とする光学フィルム。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学フィルムを積層した偏光板を用いた表示装置。
12. 請求項１１に記載の表示装置であって、有機エレクトロルミネセンス表示器又はＩＰＳ液晶表示器又はＦＦＳ液晶表示器を含むことを特徴とする表示装置。
13. 高分子材料を含む光学フィルムの製造方法であって、
    複屈折率を正と負に変えることができる材料を第１の方向及び前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸させる延伸処理を行うことを特徴とする光学フィルムの製造方法。
14. 請求項１３に記載の光学フィルムの製造方法であって、
    前記第１の方向への延伸処理における第１の延伸温度と、前記第２の方向への延伸処理における第２の延伸温度と、が異なることを特徴とする光学フィルムの製造方法。
15. 請求項１３又は１４に記載の光学フィルムの製造方法であって、
    前記材料は、複数のガラス転移温度を有することを特徴とする光学フィルムの製造方法。