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JP7039195B2 - 光学部材及び液晶表示装置 - Google Patents

光学部材及び液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、光学部材及び光学部材を有する液晶表示装置に関する。
日差しの強い環境下での眩しさを低減するために、偏光特性を有するサングラス(偏光サングラス)が用いられる。しかしながら、偏光サングラスを掛けた状態で液晶表示装置を視認した場合、視認者の姿勢によっては液晶表示装置の表示光が偏光サングラスに吸収されてしまい、視認性が低下する。
特許文献1には、液晶表示装置のバックライトとして白色発光ダイオードを用いるとともに、偏光子の視認者側に、3000~30000nmのリタデーションを有する高分子フィルムを、偏光子の吸収軸と高分子フィルムの遅相軸とのなす角が凡そ45°となるように配して用いる視認性改善方法が記載されている。特許文献1の視認性改善方法によれば、偏光サングラスを通して画面を観察したときの視認性を改善することができるとされている。
特開2011-215646号公報
例えば、カーナビゲーションシステムに搭載された液晶表示装置は、表示パネルがプラスチックなどの透明な保護カバーで覆われている。特許文献1の視認性改善方法で用いられる高分子フィルムをカーナビゲーションシステム用の液晶表示装置に適用した場合、保護カバーの光学特性の影響を受けて輝度が低下したり、虹ムラが発生したりするなどの問題が生じる場合がある。また、特許文献1の視認性改善方法では、高位相差の高分子フィルムを用いる必要があり、従来の液晶表示装置に比べて高コスト化する。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、その目的は、低コストで、偏光サングラスを通して保護カバー付きの液晶表示装置を視認したときの視認性の低下を抑制し得る光学部材を提供することにある。
本発明の光学部材は、偏光フィルムと保護カバーとを備え、前記保護カバーの面内位相差が1000nm以上であり、前記保護カバーの遅相軸と前記偏光フィルムの吸収軸とのなす角度が40°~50°である。
1つの実施形態においては、前記保護カバーの面内位相差が7000nm以上である。
1つの実施形態においては、前記保護カバーの厚みが1000μm以上である。
1つの実施形態においては、前記保護カバーのASTM-D790の曲げ試験方法による曲げ強さをS(kgf/cm)とし、前記保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、S×Tの値が400以上である。
1つの実施形態においては、前記保護カバーと前記偏光フィルムとの間に粘着剤が充填されている。
1つの実施形態においては、前記保護カバーの前記偏光フィルムとは反対側に反射防止フィルムが積層されている。
本発明の液晶表示装置は、上記光学部材を備えている。
本発明によれば、低コストで、偏光サングラスを通して保護カバー付きの液晶表示装置を視認したときの視認性の低下を抑制し得る。
本発明の1つの実施形態に係る光学部材の断面図である。 本発明の別の実施形態の光学部材の断面図である。 本発明のさらに別の実施形態の光学部材の断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
(用語および記号の定義)
本明細書において、「面内位相差」とは、23℃における波長550nmの光で測定した層(フィルム)の面内における位相差であり、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。ここで、「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とする。
A.光学部材
図1は、本発明の1つの実施形態の光学部材の断面図である。図1に示すように、光学部材10は、偏光フィルム1と保護カバー2との積層構造を有している。保護カバー2の面内位相差は1000nm以上であり、保護カバー2の遅相軸と偏光フィルム1の吸収軸とのなす角度は40°~50°である。本発明の光学部材10は、液晶表示装置に搭載され得る。光学部材10を液晶表示装置の液晶セルの視認者側に設けることにより、偏光サングラスを通して液晶表示装置の表示画面を観察したときの視認性を向上させることができる。具体的には、正面輝度の低下、および視野角に応じた色相の変化(カラーシフト)を抑制することができる。
図2は本発明の別の実施形態の光学部材の断面図である。図2に示す光学部材11は、偏光フィルム1と保護カバー2とが、層間充填粘着剤3を介して貼り合わされた構造を有している。図3は本発明のさらに別の実施形態の光学部材の断面図である。図3に示す光学部材12のように、保護カバー2の視認者側に反射防止フィルム4が設けられていてもよい。反射防止フィルム4としては、当業界で通常用いられている反射防止フィルムを採用することができ、例えば、中屈折率材料からなる層と高屈折率材料からなる層と低屈折率材料からなる層とを有する多層フィルムを採用し得る。
B.偏光フィルム
偏光フィルム1は、偏光子と保護層との積層構造を有している。具体的には、偏光フィルム1と保護カバー2との積層構造において、偏光子の保護カバー2側に保護層(図示せず)が設けられ得る。また、偏光子の保護カバー2とは反対側に別の保護層(図示せず:以下、内側保護層とも称する)を備えてもよい。
B-1.偏光子
偏光子としては、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。単層の樹脂フィルムから構成される偏光子の具体例としては、ポリビニルアルコール(PVA)系フィルム、部分ホルマール化PVA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による染色処理および延伸処理が施されたもの、PVAの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。好ましくは、光学特性に優れることから、PVA系フィルムをヨウ素で染色し一軸延伸して得られた偏光子が用いられる。
上記ヨウ素による染色は、例えば、PVA系フィルムをヨウ素水溶液に浸漬することにより行われる。上記一軸延伸の延伸倍率は、好ましくは3~7倍である。延伸は、染色処理後に行ってもよいし、染色しながら行ってもよい。また、延伸してから染色してもよい。必要に応じて、PVA系フィルムに、膨潤処理、架橋処理、洗浄処理、乾燥処理等が施される。例えば、染色の前にPVA系フィルムを水に浸漬して水洗することで、PVA系フィルム表面の汚れやブロッキング防止剤を洗浄することができるだけでなく、PVA系フィルムを膨潤させて染色ムラなどを防止することができる。
積層体を用いて得られる偏光子の具体例としては、樹脂基材と当該樹脂基材に積層されたPVA系樹脂層(PVA系樹脂フィルム)との積層体、あるいは、樹脂基材と当該樹脂基材に塗布形成されたPVA系樹脂層との積層体を用いて得られる偏光子が挙げられる。樹脂基材と当該樹脂基材に塗布形成されたPVA系樹脂層との積層体を用いて得られる偏光子は、例えば、PVA系樹脂溶液を樹脂基材に塗布し、乾燥させて樹脂基材上にPVA系樹脂層を形成して、樹脂基材とPVA系樹脂層との積層体を得ること;当該積層体を延伸および染色してPVA系樹脂層を偏光子とすること;により作製され得る。本実施形態においては、延伸は、代表的には積層体をホウ酸水溶液中に浸漬させて延伸することを含む。さらに、延伸は、必要に応じて、ホウ酸水溶液中での延伸の前に積層体を高温(例えば、95℃以上)で空中延伸することをさらに含み得る。得られた樹脂基材/偏光子の積層体はそのまま用いてもよく(すなわち、樹脂基材を偏光子の保護層としてもよく)、樹脂基材/偏光子の積層体から樹脂基材を剥離し、当該剥離面に目的に応じた任意の適切な保護層を積層して用いてもよい。このような偏光子の製造方法の詳細は、例えば特開2012-73580号公報に記載されている。当該公報は、その全体の記載が本明細書に参考として援用される。
偏光子の厚みは、代表的には1μm~80μmである。偏光子の厚みの上限は、好ましくは50μmであり、より好ましくは35μmであり、特に好ましくは30μmである。偏光子の厚みの下限は、好ましくは1μmであり、より好ましくは3μmである。偏光子の厚みがこのような範囲であれば、加熱時のカールを良好に抑制することができ、および、良好な加熱時の外観耐久性が得られる。
B-2.保護層
上記保護層は、偏光子の保護層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。
保護層には、必要に応じて、ハードコート処理、反射防止処理、スティッキング防止処理、アンチグレア処理等の表面処理が施されていてもよい。さらに/あるいは、保護層には、必要に応じて、偏光サングラスを介して視認する場合の視認性を改善する処理(代表的には、(楕)円偏光機能を付与すること、超高位相差を付与すること)が施されていてもよい。このような処理を施すことにより、光学部材10を搭載した液晶表示装置の表示画面を、偏光サングラスを介して視認したときの視認性を向上させることができる。
保護層の厚みは、代表的には5mm以下であり、好ましくは1mm以下、より好ましくは1μm~500μm、さらに好ましくは5μm~150μmである。なお、表面処理が施されている場合、保護層の厚みは、表面処理層の厚みを含めた厚みである。
内側保護層は、光学的に等方性であることが好ましい。本明細書において「光学的に等方性である」とは、面内位相差Re(550)が0nm~10nmであり、厚み方向の位相差Rth(550)が-10nm~+10nmであることをいう。内側保護層は、光学的に等方性である限り、任意の適切な材料で構成され得る。当該材料は、例えば、保護層に関して上記した材料から適切に選択され得る。
内側保護層の厚みは、好ましくは5μm~200μm、より好ましくは10μm~100μm、さらに好ましくは15μm~95μmである。
C.保護カバー
保護カバー2は、複屈折性を有する透明なプラスチック材料からなる。保護カバー2の面内位相差は、好ましくは1000nm以上であり、より好ましくは3000nm以上であり、さらに好ましくは5000nm以上であり、特に好ましくは7000nm以上である。保護カバー2の面内位相差の上限は、例えば30000nmである。これにより、偏光サングラスを通して光学部材10を搭載した液晶表示装置を視認した場合の視野角に応じた色相の変化(カラーシフト)を抑制することができる。
保護カバー2の遅相軸と偏光フィルム1の吸収軸とのなす角度は、好ましくは40°~50°であり、より好ましくは42°~48°であり、特に好ましくは約45°である。これにより、偏光サングラスを通して光学部材10を搭載した液晶表示装置を視認した場合の正面輝度の低下を抑制することができる。
保護カバー2の厚みは、好ましくは1000μm以上であり、より好ましくは2000μm以上である。保護カバー2の厚みを1000μm以上とすることにより、光学部材10を液晶表示装置の液晶セルの視認者側に設けたときに、液晶セルを保護するために必要な機械的強度を実現することができる。また、保護カバー2の厚みは、4000μm以下であることが好ましい。これにより、液晶表示装置をコンパクト化することができるとともに、タッチパネル付きの液晶表示装置にも保護カバー2を適用することができる。
保護カバーの曲げ強さをS(kgf/cm)とし、保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、保護カバーの強度を示すS×Tの値は、好ましくは400以上であり、より好ましくは500以上であり、さらに好ましくは600以上である。一方で、S×Tの上限値は、好ましくは4000であり、より好ましくは2000である。保護カバーの曲げ強さは、ASTM-D790の曲げ試験方法に準じて測定することができる。
保護カバー2を構成する材料としては、任意の適切な材料を採用し得る。上記材料として、ポリカーボネート樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂などを用いることができる。保護カバー2は、図1に示すように隙間を空けることなく偏光フィルム1に貼り合わされていてもよいし、偏光フィルム1との間に隙間を空けて設けられていてもよい。
1つの実施形態においては、保護カバー2の遅相軸と偏光フィルム1の吸収軸とのなす角度は40°~50°であり、かつ、保護カバー2の面内位相差は1000nm以上である。これにより、光学部材10を液晶表示装置の液晶セルの視認者側に設けることによって、他に高位相差のフィルムを必要とすることなく、偏光サングラスを通して液晶表示装置を視認した場合の視認性の低下を抑制することができる。具体的には、正面輝度の低下、および視野角に応じた色相の変化(カラーシフト)を抑制することができる。
D.層間充填粘着剤
層間充填粘着剤3として、任意の適切な粘着剤を採用し得る。例えば、層間充填粘着剤3は、アクリル系ポリマーを含むアクリル系粘着剤であってもよい。層間充填粘着剤3におけるアクリル系ポリマーの含有量は、特に限定されないが、臭気の観点から、好ましくは96重量%~100重量%、より好ましくは98重量%~100重量%である。上記アクリル系ポリマーは、好ましくは、直鎖又は分岐鎖状のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル及び/又は(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステルを必須のモノマー成分(単量体成分)として構成されたアクリル系ポリマーである。
層間充填粘着剤3の具体的構成としては、好ましくは、アクリル系ポリマーを構成するモノマー成分全量(100重量%)に対して、アクリル酸2-エチルヘキシル(2EHA)を84~94重量%、アクリル酸(AA)を5~15重量%、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)を0.03~0.15重量%含有するモノマー成分から構成されたアクリル系ポリマーを含むアクリル系粘着剤層である。また、層間充填粘着剤3の他の具体的構成としては、好ましくは、アクリル系ポリマーを構成するモノマー成分全量(100重量%)に対して、アクリル酸イソオクチル(i-OA)84~94重量%、アクリル酸(AA)5~15重量%、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)を0.03~0.15重量%含有するモノマー成分から構成されたアクリル系ポリマーを含むアクリル系粘着剤層である。
層間充填粘着剤3の厚みは、好ましくは25μm~500μmであり、より好ましくは75μm~350μmである。層間充填粘着剤3の、保護カバー2に対する23℃における180°引き剥がし粘着力(「粘着力(23℃)」と称する)は、好ましくは5N/20mm以上であり、より好ましくは8N/20mm以上である。粘着力(23℃)を5N/20mm以上とすることにより、ディレイバブル(保護カバーとの界面に経時的に表れる気泡)の発生が抑制される。なお、上記粘着力(23℃)は、23℃において、保護カバーを被着体とする180°剥離試験(JIS Z0237(2000)に準拠、引張速度:300mm/分)を行うことにより測定することができる。
このような層間充填粘着剤の詳細は、例えば特開2012-153788号公報に粘着剤層として記載されている。当該公報は、その全体の記載が本明細書に参考として援用される。
E.液晶表示装置
上記A項からD項に記載の光学部材は、液晶表示装置に適用され得る。したがって、本発明は、そのような光学部材を用いた液晶表示装置を包含する。本発明の実施形態による液晶表示装置は、液晶セルと、該液晶セルの視認側に配置された上記A項からD項に記載の光学部材を備える。光学部材は、偏光フィルムが液晶セル側となるように配置されている。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
<実施例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(偏光フィルム)を作成した。
2.光学部材の作製
保護カバーとして、面内位相差が7605nmであり、ポリカーボネート樹脂とポリメタクリル酸メチル樹脂との積層構造からなる厚み1450μmのプラスチックカバー(三菱ガス化学社製、製品名「HMR551T」)を用いた。上記プラスチックカバーと上記偏光板とを、層間充填粘着剤(日東電工社製、製品名「CS9864」)を介して、プラスチックカバーの遅相軸と偏光板の吸収軸とのなす角度θが45°となるように貼り合わせることによって光学部材を得た。
ASTM-D790の曲げ試験方法に準じて測定した上記保護カバーの曲げ強さをS(kgf/cm)とし、保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、保護カバーの強度(S×T)は1377であった。
<比較例1>
保護カバーとして、面内位相差が877nmであり、ポリカーボネート樹脂からなる厚み1500μmのプラスチックカバー(三菱ガス化学社製、製品名「NF2000」)を用いたこと以外は実施例1と同様にして光学部材を得た。
ASTM-D790の曲げ試験方法に準じて測定した上記保護カバーの曲げ強さをS(kgf/cm)とし、保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、保護カバーの強度(S×T)は1425であった。
<比較例2>
保護カバーとして、面内位相差が461nmであり、ポリカーボネート樹脂からなる厚み2000μmのプラスチックカバー(帝人社製、製品名「PC1151」)を用いたこと以外は実施例1と同様にして光学部材を得た。
ASTM-D790の曲げ試験方法に準じて測定した上記保護カバーの曲げ強さをS(kgf/cm)とし、保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、保護カバーの強度(S×T)は1900であった。
<比較例3>
保護カバーとして、面内位相差が0.4nmであり、ポリメタクリル酸メチル樹脂からなる厚み1500μmのプラスチックカバー(三菱レーヨン社製、製品名「MR200」)を用いたこと以外は実施例1と同様にして光学部材を得た。
ASTM-D790の曲げ試験方法に準じて測定した上記保護カバーの曲げ強さをS(kgf/cm)とし、保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、保護カバーの強度(S×T)は1425であった。
<比較例4>
保護カバーとして、面内位相差が112.4nmであり、ポリメタクリル酸メチル樹脂/ポリカーボネート樹脂/ポリメタクリル酸メチル樹脂の積層構造からなる厚み1500μmのプラスチックカバー(クラレ社製、製品名「MT3LTR」)を用いたこと以外は実施例1と同様にして光学部材を得た。
ASTM-D790の曲げ試験方法に準じて測定した上記保護カバーの曲げ強さをS(kgf/cm)とし、保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、保護カバーの強度(S×T)は1425であった。
<比較例5>
プラスチックカバーと偏光板とを、プラスチックカバーの遅相軸と偏光板の吸収軸とのなす角度θが0°となるように貼り合わせたこと以外は実施例1と同様にして光学部材を得た。
<比較例6>
プラスチックカバーと偏光板とを、プラスチックカバーの遅相軸と偏光板の吸収軸とのなす角度θが0°となるように貼り合わせたこと以外は比較例1と同様にして光学部材を得た。
<比較例7>
プラスチックカバーと偏光板とを、プラスチックカバーの遅相軸と偏光板の吸収軸とのなす角度θが0°となるように貼り合わせたこと以外は比較例2と同様にして光学部材を得た。
<比較例8>
プラスチックカバーと偏光板とを、プラスチックカバーの遅相軸と偏光板の吸収軸とのなす角度θが0°となるように貼り合わせたこと以外は比較例3と同様にして光学部材を得た。
<比較例9>
プラスチックカバーと偏光板とを、プラスチックカバーの遅相軸と偏光板の吸収軸とのなす角度θが0°となるように貼り合わせたこと以外は比較例4と同様にして光学部材を得た。
実施例1および比較例1~9の光学部材について、各光学部材を備える液晶表示装置を、偏光サングラスを通して観察したときの正面輝度およびカラーシフトを、以下のようにして評価した。
(1)正面輝度の測定方法
アイテック社LED面光源「LPDC1-12150NCW-1R6」を光学部材の背面側(偏光板側)に配置し、偏光サングラスを想定した偏光板を光学部材の前面側(プラスチックカバー側)に配置し、コノスコープ(AUTRONIC MELCHERS株式会社製)を用いて、光学部材および偏光板を介して光源の輝度を測定した(単位:cd/m)。なお、偏光板は、その偏光子の吸収軸が、光学部材の偏光子の吸収軸と直交するように配置した。
(2)カラーシフトの測定方法
正面輝度の測定と同様にして光源、光学部材、および偏光板を配置し、コノスコープ(AUTRONIC MELCHERS株式会社製)を用いて、極角0°~60°方向における方位角0°~360°の色相、x値およびy値を測定した。カラーシフト量(Δxy値)として、任意の2点におけるx値およびy値を(x,y)および(x,y)として、次式:{(x-x+(y-y}1/2の最大値をΔxy値とした。なお、偏光板は、その偏光子の吸収軸が、光学部材の偏光子の吸収軸と直交するように配置した。
実施例1および比較例1~4の光学部材の正面輝度およびカラーシフトの測定結果を表1に、比較例5~9の光学部材の正面輝度およびカラーシフトの測定結果を表2に示す。なお、表1および表2には、カラーシフトの測定結果として、xy色度図(横軸:x値、縦軸:y値)と、カラーシフト量(Δxy値)とを示す。
Figure 0007039195000001
Figure 0007039195000002
本発明の光学部材は、携帯電話、携帯情報端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯ゲーム機、カーナビゲーション、コピー機、プリンター、ファックス、時計、電子レンジ、車等に搭載される液晶表示装置に好適に用いられる。
1 偏光フィルム
2 保護カバー
3 層間充填粘着剤
4 反射防止フィルム
10、11、12 光学部材

Claims (4)

  1. 偏光フィルムと保護カバーとを備え、
    前記保護カバーの面内位相差が7000nm以上であり、
    前記保護カバーの厚みが1000μm以上であり、
    前記保護カバーの遅相軸と前記偏光フィルムの吸収軸とのなす角度が40°~50°であり、
    前記保護カバーが単一層であり、
    前記保護カバーのASTM-D790の曲げ試験方法による曲げ強さをS(kgf/cm)とし、前記保護カバーの厚みをT(mm)としたとき、S×Tの値が400以上である、光学部材。
  2. 前記保護カバーと前記偏光フィルムとの間に粘着剤が充填されている、請求項1に記載の光学部材。
  3. 前記保護カバーの前記偏光フィルムとは反対側に反射防止フィルムが積層されている、請求項1または2に記載の光学部材。
  4. 請求項1~3の何れか1項に記載の光学部材を備えた、液晶表示装置。
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