JP2010224510A - 偏光板、偏光板の製造方法、および液晶表示装置 - Google Patents

偏光板、偏光板の製造方法、および液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】生産性を高めることができるとともに、光源から射出される光の利用効率に優れ、かつ画面の大型化に寄与できる偏光板、およびこの偏光板を備える液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、直線偏光分離素子、直線偏光フィルム、および保護フィルムを、この順に備える長尺状の偏光板であって、前記直線偏光分離素子は、固有複屈折値が負の樹脂Aからなる層を含み、かつ、その直線偏光の透過軸が幅方向にある偏光板である。
【選択図】なし

Description

本発明は、偏光板、偏光板の製造方法、および液晶表示装置に関し、特に、生産性を高めることができるとともに、光源から射出される光の利用効率に優れ、かつ画面の大型化に寄与できる偏光板、偏光板の製造方法、および液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルを背面側から照射するバックライト装置とを備えている。バックライト装置は、光反射素子と、複数の光源と、光拡散板とをこの順に備えている。このような光源には、人の色覚の感度が高い波長領域(特に、波長450、540、610nm付近)に発光ピークを有するような複数の蛍光体を備える蛍光ランプ(3波長管)が広く用いられている。さらに、近年では、従来の3波長領域に加えて、例えば、610nmより長波長の領域にも発光ピークを有する蛍光体を備えた蛍光ランプ(4波長管)等も検討されている。このような蛍光ランプによれば、表示画像の色再現性をさらに高めることができる利点がある。しかしながら、蛍光ランプ一本あたりのコストが高くなるため、バックライト装置全体の製造コストが高くなるという欠点がある。また、近年では、環境保護の観点からは、バックライト装置の低消費電力化(省エネ化)が求められており、蛍光ランプの使用本数を低減させることが検討されている。
このような状況のもと、製造コストの上昇を抑え、かつ蛍光ランプの使用本数を低減させて省エネ化を図る観点から、蛍光ランプの使用本数を低減させる代わりに、光拡散板の上に輝度向上フィルムを配置することが行われている。輝度向上フィルムとは、液晶表示装置の表示輝度を高めることができる部材であり、例えば、特許文献1〜3には、所定の直線偏光を透過し、かつこれに直交する直線偏光を反射する直線偏光分離素子を含むものが開示されている。
また、液晶表示装置に用いられる液晶パネルは、液晶セルと、この液晶セルを挟み、クロスニコル配置された2枚の直線偏光フィルムとを備えている。このような直線偏光フィルムは、通常、長手方向に延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素や二色性染料等を吸着させてなるものである。そのため、直線偏光フィルムはその長手方向の直線偏光を吸収するとともに、その幅方向の直線偏光を透過する性質を有している。
特表平09−506837号公報 特表平11−509331号公報(米国特許7423708号公報) 特表平09−507308号公報(米国特許6096375号公報)
また、液晶表示装置には、前述した省エネ化に加えて、画面のより一層の大型化という市場要求もあり、また、製造コスト低減の観点から、さらなる生産性の向上も求められている。例えば、特許文献1には、輝度向上フィルムとして、ポリエチレンナフタレートの延伸配向層を含む多層フィルムからなる直線偏光分離素子が開示されている。しかしながら、光学フィルムの幅広化に対応すべく、この多層フィルムを幅方向に延伸した場合には、ポリエチレンナフタレートの固有複屈折値が正であることから、幅方向に延伸すると、当該分子が幅方向に配向することにより、直線偏光の透過軸が当該フィルムの長手方向となる。このため、長尺フィルム同士を積層しようとすると、直線偏光フィルムの直線偏光透過軸と、直線偏光分離素子の直線偏光透過軸が直交するため、光源からの光がまったく透過できず、表示装置として機能しない。
また、例えば、特許文献2の実施例5には、固有複屈折値が正の樹脂であるポリエチレンナフタレートからなる層と固有複屈折値が負の樹脂であるシンジオタクチックポリスチレンからなる層を含む多層フィルムを横延伸して、ポリエチレンナフタレートからなる層の延伸方向の屈折率を発現させてなる直線偏光分離素子が開示されている。このようなフィルムは、図6Aの曲線aに示すように、非延伸方向の偏光透過率が高いことが示されていることから、当該多層フィルムの長手方向が直線偏光透過軸となる。このため、本多層フィルムと直線偏光フィルムとを、その長手方向を揃えて積層すると、特許文献1のところで前記したのと同様に、直線偏光フィルムの直線偏光透過軸と、直線偏光分離素子の直線偏光透過軸が直交して、表示装置として機能しない。
また、特許文献3には、ポリエチレンナフタレートからなる層を含む多層フィルムにポリビニルアルコール溶液をコートしたものを延伸して、直線偏光分離素子(反射性偏光子)と直線偏光フィルム(二色性偏光子)とを同時に形成する手法が開示されている。この手法によれば、延伸方法として幅方向への延伸を採用することにより、長手方向の偏光透過率が高い、大型の偏光板が製造できる可能性ある。しかしながら、このような手法を用いた場合には、ポリビニルアルコール層に対するヨウ素や二色性染料等の吸着工程において、吸着が十分になされなかったり、隣接する直線偏光分離素子が汚染されたりして、直線偏光分離素子の偏光度が低下して、輝度が低下し、輝度向上フィルムとしての機能が必ずしも十分ではない。
本発明の目的は、生産性を高めることができるとともに、光源から射出される光の利用効率に優れ、かつ画面の大型化に寄与できる偏光板、およびこの偏光板を備える液晶表示装置を提供することである。
本発明者らは、上記問題を解決するために検討した結果、特定の性質を有する直線偏光分離素子を所定の位置に配置することによって、上記課題を解決し得ることを見出し、この知見に基づいて、本発明に到達した。
本発明によれば、以下に示す、長尺状の偏光板、長尺状の偏光板の製造方法、および液晶表示装置が提供される。
(1)直線偏光分離素子、直線偏光フィルム、および保護フィルムを、この順に備える長尺状の偏光板であって、前記直線偏光分離素子は、固有複屈折値が負の樹脂Aからなる層を含み、かつ、その直線偏光の透過軸が幅方向にある偏光板。
(2)前記直線偏光分離素子は、前記樹脂Aからなる層を幅方向に延伸してなる前記偏光板。
(3)その幅が1000mm以上である前記偏光板。
(4)前記樹脂Aはスチレン系樹脂である前記偏光板。
(5)前記直線偏光分離素子は、前記樹脂Aからなる層と、前記樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂Bからなる層とを、交互に積層した多層フィルムである前記偏光板。
(6)前記樹脂Bの屈折率は、前記樹脂Aの屈折率よりも、0.03以上小さい前記偏光板。
(7)前記多層フィルムはその積層数が51層以上である前記偏光板。
(8)前記樹脂Bはアクリル系樹脂である前記偏光板。
(9)前記アクリル系樹脂は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとスチレンとの共重合体である前記偏光板。
(10)前記樹脂Bの荷重たわみ温度TsBは、前記樹脂Aの荷重たわみ温度TsAよりも10℃以上低い前記偏光板。
(11)前記樹脂Bのビカット軟化温度VstBは、前記樹脂Aのビカット軟化温度VstAよりも10℃以上低い前記偏光板。
(12)前記樹脂Bは、固有複屈折値が正の樹脂である前記偏光板。
(13)前記固有複屈折値が正の樹脂はポリオレフィンである前記偏光板。
(14)長尺状の偏光板の製造方法であって、固有複屈折値が負の樹脂Aからなる層を含む長尺状の延伸前フィルムを、その幅方向に延伸して、その幅方向に直線偏光透過軸を有する長尺状の直線偏光分離素子を取得する直線偏光分離素子取得工程と、前記長尺状の直線偏光分離素子と、その幅方向に直線偏光透過軸を有する長尺状の直線偏光フィルムと、長尺状の保護フィルムとを、ロールトゥロール法により、この順に積層する積層工程と、を備える長尺状の偏光板の製造方法。
(15)前記直線偏光分離素子取得工程は、前記樹脂Aと、前記樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂Bとを共押出しして、前記樹脂Aからなる層と前記樹脂Bからなる層とを交互に積層した多層フィルムを得る多層フィルム取得手順と、得られた多層フィルムを、その幅方向に共延伸してなる共延伸手順と、を備える前記長尺状の偏光板の製造方法。
(16)光反射素子、光源、前記偏光板から切り出してなる偏光板、液晶セル、及び検光子を、この順に備えてなる、液晶表示装置。
本発明の長尺状の偏光板によれば、従来用いられている直線偏光フィルムを利用できるとともに、光源から射出される光の利用効率を高めることができ、表示装置とした際にその画面の大型化(大面積化)を達成でき、かつ当該偏光板の生産性の向上にも寄与できるという効果がある。本発明の長尺状の偏光板の製造方法によれば、従来の直線偏光フィルムを用いて、幅広で、光の利用効率に優れる輝度向上機能付きの長尺状の偏光板を連続的に製造でき、これにより当該偏光板の生産性の向上にも寄与でき、かつ表示装置とした際にその画面の大型化(大面積化)を達成できるという効果がある。本発明の液晶表示装置によれば、光の利用効率が高い偏光板を備えることにより、省エネ化に寄与できるとともに、その画面の大型化と生産性の向上を達成できるという効果がある。
本発明の偏光板は、直線偏光分離素子、直線偏光フィルム、および保護フィルムを、この順に備え、その直線偏光の透過軸が幅方向にある。
<直線偏光分離素子>
直線偏光分離素子は、所定の直線偏光を透過し、かつこれに直交する直線偏光を反射する機能を有する。
本発明に用いる直線偏光分離素子は、固有複屈折値が負の樹脂Aからなる層を含む。なお、固有複屈折値が負の樹脂とは、それを用いた未延伸成形体を一軸延伸した場合に、その延伸方向の屈折率が小さくなる樹脂(樹脂を構成する高分子が一軸性の秩序をもって配向して形成された層に光が入射したとき、前記配向方向の光の屈折率が前記配向方向に直交する方向の光の屈折率より小さくなる樹脂)である。固有複屈折値は、誘電率分布から計算することもできる。
前記固有複屈折値が負の樹脂Aとしては、スチレンもしく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スチレン系樹脂、アクリロニトリル樹脂、メチルメタクリレート樹脂、またはこれらの多元共重合ポリマー等を挙げることができる。これらは、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて使用してもよい。
スチレン系樹脂は、スチレン構造を繰り返し単位の一部又は全部として有する樹脂であり、ポリスチレン、または、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−クロロスチレン、p−ニトロスチレン、p−アミノスチレン、p−カルボキシスチレン、p−フェニルスチレンなどのスチレン系単量体と、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、酢酸ビニルなどのその他の単量体との共重合体などを挙げることができる。これらの中で、ポリスチレン又はスチレンと無水マレイン酸との共重合体を好適に用いることができる。
前記樹脂Aの分子量は、使用目的に応じて適宜選定されるが、溶媒としてシクロヘキサンを用いたゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーで測定したポリイソプレン換算の重量平均分子量(Mw)で、通常10,000〜300,000、好ましくは15,000〜250,000、より好ましくは20,000〜200,000である。また、前記樹脂Aは、ガラス転移温度Tgが好ましくは120℃以上、より好ましくは120〜200℃、特に好ましくは120〜140℃である。
前記樹脂Aは、荷重たわみ温度TsAが好ましくは80℃以上、より好ましくは110℃以上、特に好ましくは120〜140℃である。荷重たわみ温度が前記範囲内であると、直線偏光分離素子の平面性を向上させることができる。前記樹脂Aは、ビカット軟化温度VstAが好ましくは80℃以上、より好ましくは110℃以上、特に好ましくは120〜140℃である。ビカット軟化温度が前記範囲内であると、耐久性や延伸加工性を向上させることができる。
前記樹脂Aには、耐久性を持たせるなどのために、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、および帯電防止剤などを添加したものを用いることができる。
前記樹脂Aからなる層は、キャスト成形法や、押出成形法などで得ることができる。中でも、寸法安定性に優れるフィルムが得られる観点から、押出成形法が好ましい。
本発明に用いる直線偏光分離素子は、前記樹脂Aからなる層と、樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂Bからなる層とを、交互に積層した多層フィルムからなる積層構造を有することが好ましい。当該積層構造を有することにより、直線偏光分離機能を効率的に発揮させることができる。直線偏光分離機能をより効率的に発揮させる観点から、その積層数は、51層以上であることが好ましく、101層以上であることがより好ましく、5001層以上であることがさらに好ましく、10001層以上であることが特に好ましい。
前記樹脂Bとしては、アクリル系樹脂、ポリエチレン及び脂環式構造含有樹脂を含むポリオレフィン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリルなどを挙げることができる。これらの中で、複屈折発現性が低く、固有複屈折値が負の樹脂A(特に、スチレン系樹脂)との密着性に優れ、適度な透湿性や機械的強度を有する観点から、アクリル系樹脂を好適に用いることができる。
前記アクリル系樹脂としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステルの単独重合体;アルキル基の水素がOH基、COOH基もしくはNH基などの官能基によって置換された(メタ)アクリル酸アルキルエステルの単独重合体;または(メタ)アクリル酸アルキルエステルと、スチレン、酢酸ビニル、α,β−モノエチレン性不飽和カルボン酸、ビニルトルエン、α−メチルスチレンなどの不飽和結合を有するビニル系モノマーとの共重合体を挙げることができる。これらのうち1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。当該アクリル樹脂は、ポリメタクリル酸メチルおよびポリメタクリル酸ブチルが単量体単位として含まれているものがより好ましい。これらの中でも、樹脂Aからなる層との密着性の観点から、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとスチレンとの共重合体が好ましい。
前記樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂Bとしては、前述した固有複屈折値が負の樹脂を用いることが好ましいが、固有複屈折値が正の樹脂を用いることもできる。この場合、後述するように、樹脂Bの固有複屈折値の絶対値は、前記樹脂Aのそれよりも小さいものとすることができ、このような樹脂としては、例えばポリオレフィンを挙げることができ、特にポリエチレンを挙げることができる。
前記樹脂Bは、ガラス転移温度Tgが好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上である。さらに、前記ガラス転移温度Tgは、前記樹脂Aのガラス転移温度Tgよりも低いことが好ましく、Tgよりも10℃以上低いことがより好ましく、Tgよりも20℃以上低いことが特に好ましい。また、TgとTgの差は、45℃以下であることが好ましく、35℃以下であることがより好ましく、30℃以下であることがさらに好ましい。このような構成にすることによって、樹脂Aからなる層と樹脂Bからなる層との積層体を後述のように共延伸したときに、樹脂Aからなる層における延伸方向の屈折率を樹脂Bの屈折率に効率的に近づけることが可能となって、且つ、樹脂Aからなる層における延伸方向に直交する方向の屈折率と樹脂Bの屈折率の差を効率的に大きくすることが可能となり、直線偏光分離機能を効率的に発揮させることができる。また、樹脂Bの熱劣化を防ぐこともできる。
前記樹脂Bは、荷重たわみ温度TsBが好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上、特に好ましくは80〜120℃である。さらに、前記荷重たわみ温度TsBは、前記樹脂Aの荷重たわみ温度TsAよりも低いことが好ましく、TsAよりも10℃以上低いことがより好ましく、TsAよりも15℃以上低いことがさらに好ましく、TsAよりも20℃以上低いことが特に好ましい。また、TsAとTsBの差は、35℃以下であることが好ましく、30℃以下であることがより好ましい。このような構成にすることによって、樹脂Aからなる層と樹脂Bからなる層との積層体を後述のように共延伸したときに、樹脂Aからなる層における延伸方向の屈折率を樹脂Bの屈折率に効率的に近づけることが可能となって、且つ、樹脂Aからなる層における延伸方向に直交する方向の屈折率と樹脂Bの屈折率の差を効率的に大きくすることが可能となり、直線偏光分離機能を効率的に発揮させることができる。また、樹脂Bの熱劣化を防ぐこともできる。荷重たわみ温度の差が小さすぎると、各層の屈折率の調整がし難くなるおそれがある。荷重たわみ温度の差が大きすぎると、樹脂Aの延伸がし難くなり、直線偏光分離素子の平面性が低下するおそれがある。
前記樹脂Bは、ビカット軟化温度VstBが好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上、特に好ましくは80〜120℃である。さらに、前記荷重たわみ温度VstBは、前記樹脂Aのビカット軟化温度VstAよりも低いことが好ましく、VstAよりも10℃以上低いことがより好ましく、VstAよりも15℃以上低いことがさらに好ましく、VstAよりも20℃以上低いことが特に好ましい。また、VstAとVstBの差は、35℃以下であることが好ましく、30℃以下であることがより好ましい。このような構成にすることによって、樹脂Aからなる層と樹脂Bからなる層との積層体を後述のように共延伸したときに、樹脂Aからなる層における延伸方向の屈折率を樹脂Bの屈折率に効率的に近づけることが可能となって、且つ、樹脂Aからなる層における延伸方向に直交する方向の屈折率と樹脂Bの屈折率の差を効率的に大きくすることが可能となり、直線偏光分離機能を効率的に発揮させることができる。また、耐久性が高くて加工性に優れた素子とすることができる。
前記樹脂Bの固有複屈折値の絶対値は、0.05以下であることが好ましく、0.01以下であることがより好ましく、0.005以下であることが特に好ましい。また、前記樹脂Bの固有複屈折値の絶対値は前記樹脂Aのそれよりも0.03以上小さいことがより好ましく、0.05以上小さいことがより好ましく、0.1以上小さいことがさらに好ましく、0.2以上小さいことが特に好ましい。
前記樹脂Bの屈折率は、前記樹脂Aの屈折率よりも0.01以上小さいことが好ましく、0.03以上小さいことがより好ましく、0.05以上小さいことがより好ましく、0.08以上小さいことがより好ましく、0.1以上小さいことがさらに好ましく、0.2以上小さいことが特に好ましい。
前記樹脂Bには、耐光性、耐熱性などを持たせるために、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、帯電防止剤、界面活性剤、およびゴム粒子などが添加されたものを用いることもできる。
前記樹脂Aからなる層と前記樹脂Bからなる層とを積層した多層フィルムは、キャスト成形法、押出成形法などによって得ることができる。中でも、寸法安定性に優れるフィルムが得られる観点から、押出成形法(共押出成形法)が好ましい。
前記直線偏光分離素子は、長手方向における可視光(直線偏光)の反射率が、好ましくは80%以上であり、より好ましくは90%以上であり、さらに好ましくは95%以上であり、特に好ましくは99%以上である。また、幅方向における可視光(直線偏光)の反射率が、好ましくは20%以下であり、より好ましくは10%以下であり、さらに好ましくは5%以下であり、特に好ましくは1%以下である。
前記直線偏光分離素子が、前記樹脂Aからなる層と前記樹脂Bからなる層とを積層した積層構造を有する場合、前記樹脂Bからなる層の長手方向の屈折率は前記樹脂Aからなる層の長手方向の屈折率よりも0.03以上小さいことが好ましく、0.05以上小さいことがより好ましく、0.08以上小さいことがより好ましく、0.1以上小さいことがさらに好ましく、0.2以上小さいことが特に好ましい。前記樹脂Aからなる層と前記樹脂Bからなる層の幅方向の屈折率は、その差が小さいことが好ましく、より好ましくはその差が0.01以下であり、さらに好ましくはその差が0.005以下であり、特に好ましくはその差が0.0001以下である。
前記直線偏光分離素子は、幅方向における可視光(直線偏光)の全光線透過率が、好ましくは80%以上であり、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、特に好ましくは95%以上である。なお、全光線透過率は、JIS K0115に準拠して、分光光度計(島津製作所社製、MPC−3100)を用いて求めることができる。
前記直線偏光分離素子の偏光透過軸とは、特定振動方向の偏光がこの偏光素子の垂直方向から入射したときに、透過率が最大となる方向のことである。
前記直線偏光分離素子は、JIS鉛筆硬度でHまたはそれ以上の硬さを有することが好ましい。このJIS鉛筆硬度の調整は、樹脂の種類の変更や樹脂の層厚の変更などによって行うことができる。JIS鉛筆硬度は、JIS K5600−5−4に準拠して、各種硬度の鉛筆を45°傾けて、上から500g重の荷重をかけてフィルム表面を引っ掻き、傷が付きはじめる鉛筆の硬さである。
前記直線偏光分離素子は、厚み100μmでの透湿度が、好ましくは10〜100g/m・24h、より好ましくは30〜60g/m・24hである。透湿度を上記範囲とすることにより、偏光板や表示装置の耐久性や表示性能をより向上させることができる。なお、透湿度は、40℃、92%RHの環境下で、24時間放置する試験条件で、JIS Z 0208に記載のカップ法により測定できる。
前記直線偏光分離素子は、厚み(平均厚み)が、好ましくは200μm以下、適度な透湿性や機械的強度を有する観点から、より好ましくは1〜60μm、さらに好ましくは5〜40μm、特に好ましくは10〜30μmである。厚みを上記範囲とすることにより、偏光板や液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
前記直線偏光分離素子は、その幅が、好ましくは1000mm以上、より好ましくは1350mm以上、さらに好ましくは1500mm以上、特に好ましくは2000mm以上である。幅を上記範囲とすることにより、偏光板や表示装置の大型化を図ることができる。
前記直線偏光分離素子は、長尺である。長尺とは、幅方向の寸法に対して長い(例えば10倍以上、といった長さの)長さ方向を有するフィルムであり、具体的にはロール状に巻回されて保管又は運搬される程度の長さを有するものをいう。このようなフィルムは製造ラインにおいて、長さ方向に連続的に製造工程を行なうことにより得られる。特に、延伸前フィルムを長尺のフィルムとして調製し、これをさらに延伸するという工程で本発明に用いる直線偏光分離素子を製造する場合、これらの工程の一部または全部をインラインで簡便且つ効率的に行なうことが可能である。
本発明に用いる直線偏光分離素子は、直線偏光の透過軸が幅方向にある。これは、固有複屈折値が負の樹脂Aの特性を効率的に発現させることによって、実現できる特性である。直線偏光分離素子の直線偏光の透過軸が幅方向にあることにより、透過軸が幅方向にある直線偏光フィルムとロールトゥロールで貼合して高い偏光性能を発揮させることができる。
本発明に用いる直線偏光分離素子は、前記樹脂Aからなる層を含む長尺状の延伸前フィルムを延伸する工程を含んで製造され(直線偏光分離素子取得工程)、特に、前記樹脂Aからなる層と前記樹脂Bからなる層との積層体とする場合には、これらの層を共延伸することにより得ることができる。また、直線偏光透過軸が幅方向になるように効率的に調整する観点から、延伸は、少なくとも幅方向(横方向)に延伸することにより得ることができ、大型の偏光板を得ることができる観点から、テンターによる横一軸延伸により行うことが好ましい。
延伸温度は、前記樹脂Aの融点又はガラス転移温度Tg(荷重たわみ温度、又はビカット軟化温度)(℃)に対し、好ましくはTg−5℃以上Tg+30℃以下(TsA−5℃以上TsA+30℃以下、又はVstA−5℃以上VstA+30℃以下)、より好ましくはTg以上Tg+25℃以下(TsA以上TsA+25℃以下、又はVstA以上VstA+25℃以下)の範囲から適宜選択される。延伸温度を上記範囲とすることにより、前記樹脂Aの特性を効率的に発現させて、或いは前記樹脂Bからなる層の配向が抑えられ、直線偏光分離素子の偏光透過軸を幅方向に効率的に発現させることができる。前記延伸温度は、好ましくはTg(TsB、VstB)+10℃〜+60℃、より好ましくは、Tg(TsB、VstB)+15℃〜+40℃、さらに好ましくはTg(TsB、VstB)+20℃〜+35℃である。このような条件とすることにより、前記樹脂Bからなる層の熱劣化を抑えることができる。
本発明に用いる直線偏光分離素子として上記のような構成を適宜選択することにより、樹脂Aからなる層と前記樹脂B(樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂)からなる層との積層体を一軸延伸した場合は、樹脂Aからなる層は延伸方向の屈折率が小さくなり、その直交方向の屈折率が大きくなる。一方、樹脂Bからなる層は屈折率の変化が殆ど見られないか或いは延伸方向の屈折率が僅かに大きくなる。その結果、得られる延伸積層体(樹脂Aからなる層と樹脂Bからなる層とを交互に積層した多層フィルム)は、延伸された方向において、樹脂Aからなる層の屈折率と樹脂Bからなる層の屈折率とが略同一となり、且つ、延伸された方向に直交する方向において、樹脂Aからなる層の屈折率と樹脂Bからなる層の屈折率との差が大きくなる。
<直線偏光フィルム>
本発明に用いる直線偏光フィルムは、直角に交わる二つの直線偏光の一方を透過するものである。例えば、ポリビニルアルコールフィルムやエチレン酢酸ビニル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などの二色性物質を吸着させて一軸延伸させたもの、前記親水性高分子フィルムを一軸延伸して二色性物質を吸着させたもの、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配向フィルムなどが挙げられる。本発明に用いる直線偏光フィルムは長尺である。この場合、直線偏光フィルムの透過軸(一方の直線偏光が透過する軸)は、通常、該長尺フィルムの幅方向に平行な方向にある。また、直線偏光フィルムの厚みは、通常5〜80μmである。
<保護フィルム>
本発明に用いる保護フィルムは、前記直線偏光フィルムを保護するためのフィルムである。当該保護フィルムは、透明な材料からなる層を含むことが好ましい。なお、透明な材料とは、測定対象となるフィルムの全光線透過率が80%以上のものである。透明な材料としては、ノルボルネン樹脂、ポリエステル樹脂、トリアセチルセルロースなどのアセチルセルロース、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、アセチルセルロースやアクリル樹脂であることが好ましく、偏光板や表示装置の耐久性や表示性能をより向上させることができる観点から、アクリル樹脂であることが特に好ましい。また、透明な材料としては、熱可塑性であることが好ましい。
ノルボルネン樹脂としては、例えば、ノルボルネン系モノマーの開環重合体、ノルボルネン系モノマーと開環共重合可能なその他のモノマーとの開環共重合体、及びそれらの水素添加物;ノルボルネン系モノマーの付加重合体、ノルボルネン系モノマーと付加共重合可能なその他のモノマーとの付加共重合体などが挙げられる。これらの中でも、透明性の観点から、ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物が最も好ましい。上記の脂環式構造を有する重合体は、例えば、特開2002-321302号公報等に開示されている公知の重合体から選ばれる。
アクリル樹脂としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステルの単独重合体;アルキル基の水素がOH基、COOH基もしくはNH基などの官能基によって置換された(メタ)アクリル酸アルキルエステルの単独重合体;または(メタ)アクリル酸アルキルエステルと、スチレン、酢酸ビニル、α,β−モノエチレン性不飽和カルボン酸、ビニルトルエン、α−メチルスチレンなどの不飽和結合を有するビニル系モノマーとの共重合体を挙げることができる。これらのうち1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。当該アクリル樹脂は、ポリメタクリル酸メチルおよびポリメタクリル酸ブチルが単量体単位として含まれているものがより好ましい。また、当該アクリル樹脂は、ガラス転移温度Tgが80〜120℃の範囲のものが好ましい。さらに、当該アクリル樹脂は、フィルムに成形したときの表面の硬度が高いもの、具体的には、鉛筆硬度(試験荷重を500gとした以外は、JIS K5600−5−4に準拠)で2Hを超えるものが好ましい
前記保護フィルムは、厚み100μmでの透湿度が、好ましくは20〜500g/m・24h、より好ましくは50〜200g/m・24h、特に好ましくは120〜170g/m・24hである。
本発明に用いる保護フィルムは、長尺である。また、前記保護フィルムは、厚み(平均厚み)が、好ましくは100μm以下、より好ましくは1〜60μm、さらに好ましくは5〜40μm、特に好ましくは10〜35μmである。厚みを上記範囲とすることにより、偏光板や表示装置の薄型化を図ることができる。
本発明に用いる保護フィルムは、本発明の偏光板の取り扱い性が向上する観点から、前記透明な材料からなる層と前記他の熱可塑性樹脂を含む層との積層構造を有することが好ましく、前記アクリル樹脂からなる層と前記他の熱可塑性樹脂を含む層との積層構造を有することがより好ましく、前記アクリル樹脂からなる層と前記他の熱可塑性樹脂を含む層とゴムなどの弾性体粒子とを含む層との積層構造を有することがさらに好ましく、前記アクリル樹脂からなる層と、前記メタクリル樹脂とゴムなどの弾性体粒子とを含む層との積層構造を有することが特に好ましい。
本発明の偏光板は、直線偏光分離素子、直線偏光フィルム、及び保護フィルムが、この順に一体となっていることが好ましい。他の部材を介さずに一体にすることで偏光板や表示装置を薄型化することができる。一体にする方法は、特に制限されないが、例えば、接着剤や粘着剤を用いてこれらを貼りあわせる方法、これらの表面にプラズマを接触させ次いでこれらを圧着する方法などが挙げられる。接着剤や粘着剤は、可視光に対して透明であることが好ましく、また無用な位相差を発生させないものであることが好ましい。該直線偏光分離素子と該直線偏光フィルムとを一体にした場合には、該直線偏光分離素子は直線偏光フィルムを保護する機能も有するので、該直線偏光フィルムの、前記直線偏光分離素子に近い側の保護フィルムを省略することができる。
本発明の偏光板は、以下のようにして製造される。
まず、固有複屈折値が負の樹脂Aからなる層を含む長尺状の延伸前フィルムを、その幅方向に延伸して、その幅方向に直線偏光透過軸を有する長尺状の直線偏光分離素子を取得する(直線偏光分離素子取得工程)。延伸方法や延伸条件は、前記した通りである。特に、延伸前フィルムが多層フィルムである場合には、直線偏光分離素子取得工程では、前記樹脂Aと前記樹脂Bとを共押出しして、前記樹脂Aからなる層と前記樹脂Bからなる層とを交互に積層された多層フィルムを得(多層フィルム取得手順)、その後、得られた多層フィルムを、その幅方向に共延伸することにより(共延伸手順)、実施できる。次いで、得られた長尺状の直線偏光分離素子と、その幅方向に直線偏光透過軸を有する長尺状の直線偏光フィルムと、長尺状の保護フィルムとを、ロールトゥロール法により、この順に積層することにより(積層工程)、幅方向に偏光透過軸を有する長尺状の偏光板を得ることができる。
本発明の偏光板は長尺状である。以下に説明する液晶表示装置に用いる際に、効率よく目的に応じた方向や形状に切り出すことが可能となり、本発明の偏光板や表示装置の製造効率を高めることができる。
本発明の液晶表示装置は、光反射素子、光源、前記偏光板、液晶セル、及び検光子を、この順に備えてなる
前記光反射素子としては、特に限定されず、公知の液晶表示装置に採用されているものが使用できる。具体的には、内部に空洞を形成した白色プラスチックシート、酸化チタンなどの白色顔料を表面に塗布したプラスチックシートなどが挙げられる
前記光源としては、特に限定されず、液晶表示装置に採用されている公知のものを使用できる。具体的には、冷陰極管、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンスランプなどが挙げられる。
前記液晶セルとしては、一対のガラス基板の間に液晶を挿入してなるものであり、公知のものが利用される。液晶の駆動方式も特に制限されず、例えば、インプレーンスイッチング(IPS)モード、バーチカルアラインメント(VA)モード、マルチドメインバーチカルアラインメント(MVA)モード、コンティニュアスピンホイールアラインメント(CPA)モード、ハイブリッドアラインメントネマチック(HAN)モード、ツイステッドネマチック(TN)モード、スーパーツイステッドネマチック(STN)モード、オプチカルコンペンセイテッドベンド(OCB)モードなどを挙げることができる。
前記検光子としては、前記直線偏光フィルムの両面に前記保護フィルムを貼合したものが使用できる。検光子の表面には、反射防止層、防汚層、防眩層などが備わっていてもよい。
本発明の液晶表示装置には他の部材を備えていてもよい。例えばプリズムアレイシート、レンズアレイシート、拡散シート、光拡散板、導光板等の適宜な部品を適宜な位置に1層又は2層以上配置することができる。
本発明の液晶表示装置において、本発明の偏光板は、光源と液晶セルとの間に配置されていればよいが、液晶セルにより近い方が、すなわち他の部材を介さずに偏光板と液晶セルとを配置させた方が、表示装置の性能を向上できる点で好ましい。また、表示装置の表示能向上を考慮して、本発明の偏光板は、その直線偏光分離素子を光源に近くなるように配置させることができる。
以下に、本発明を実施例により説明する。なお、以下の実施例により本発明が限定されるものではない。
なお、本実施例・比較例における評価は、以下の方法によって行う。
(層厚み)
フィルムをエポキシ樹脂に包埋したのち、ミクロトーム(製品名「RUB−2100」、大和工業社製)を用いてスライスし、走査電子顕微鏡を用いて断面を観察し、各層の厚みを測定して平均値を算出する。
(各樹脂の屈折率)
樹脂を単層にて成形し、プリズムカプラ−(model2010、Metricon社製)を用いて550nmの屈折率を算出する。
(反射率)
分光光度計(MPC−3100、島津製作所社製)を用い、その光源に偏光フィルターを装着し、アルミ蒸着したミラーとの相対鏡面反射率を測定して、直線偏光透過軸に直交する方向の550nmにおける反射率を求める。
(荷重たわみ温度)
JIS K7191A法に準拠して試験片を作成し、測定する。
(ビカット軟化温度)
JIS K7206に準拠して試験片を作成し、測定する。
(フィルムの透湿度)
40℃、92%RHの環境下に24時間放置する試験条件で、JIS Z 0208に記載のカップ法に準じた方法で測定する。透湿度の単位はg/m・24hである
(製造例1)
<直線偏光分離素子1の作製>
固有複屈折値が負の樹脂A1(商品名「リューレックス」、DIC社製、スチレン系樹脂、荷重たわみ温度122℃、ビカット軟化温度126℃、屈折率1.58)のペレットと、樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂B1(商品名「エスチレン」、新日鐵化学社製、スチレン−メチルメタクリレート共重合体、荷重たわみ温度79℃、ビカット軟化温度100℃、屈折率1.56)のペレットとを、それぞれ押出機で溶融させ、共押出用のダイに供給し、B1/A1/B1/・・・/B1/A1/B1の構成で、A層とB層とを交互に積層させた原反フィルム1(延伸前フィルム)を成形する。
次いで、原反フィルム1をテンター延伸機で、延伸温度130℃、延伸倍率2.9倍で横一軸延伸し、幅2100mmの長尺の直線偏光分離素子1を得る。直線偏光分離素子1は、樹脂A層からなる層の平均厚み85nmで、樹脂Bからなる層の平均厚み88nmであり、この際、直線偏光の透過軸は幅方向となる。得られる直線偏光分離素子1の特性を表1に示す。
(製造例2)
<直線偏光分離素子2の作製>
樹脂A1に代えて、固有複屈折値が負の樹脂A2(スチレン系樹脂、荷重たわみ温度90℃、ビカット軟化温度101℃、屈折率1.58)を用い、樹脂B1に代えて、樹脂A2よりも屈折率が低い樹脂B2(ポリエチレン樹脂、荷重たわみ温度80℃以下、ビカット軟化温度83℃、屈折率1.51)を用い、それぞれ押出機で溶融させ、共押出用のダイに供給し、B2/A2/B2/・・・/B2/A2/B2の構成で、A層とB層とを交互に積層させた原反フィルム2を成形する。
次いで、原反フィルム2をテンター延伸機で、延伸温度105℃、延伸倍率3.0倍で横一軸延伸して、熱処理し、幅2100mmの長尺の直線偏光分離素子2を得る。直線偏光分離素子2は、樹脂A層からなる層の平均厚み83nmで、樹脂Bからなる層の平均厚み88nmであり、直線偏光の透過軸は幅方向にある。得られる直線偏光分離素子2の特性を表1に示す。
(製造例3)
<延伸多層フィルム1の作製>
樹脂A1に代えて、固有複屈折値が負の樹脂A3(商品名「HF77」、PSジャパン社製、スチレン系樹脂、荷重たわみ温度76℃、ビカット軟化温度94℃、屈折率1.58)を用い、樹脂B1に代えて、固有複屈折値が正の樹脂B3(商品名「ワンダーライト」、旭化成社製、ポリカーボネート樹脂、荷重たわみ温度128℃、ビカット軟化温度130℃、屈折率1.58)を用い、それぞれ押出機で溶融させ、共押出用のダイに供給し、B3/A3/B3/・・・/B3/A3/B3の構成で、A層とB層とを交互に積層させた原反フィルム3を成形する。
次いで、原反フィルム3をテンター延伸機で、延伸温度139℃、延伸倍率2.8倍で横一軸延伸して、幅2100mmの長尺の延伸多層フィルム1を得る。延伸多層フィルム1は、樹脂A層からなる層の平均厚み84nmで、樹脂Bからなる層の平均厚み84nmであり、直線偏光の透過軸は見られない。
(製造例4)
<直線偏光分離素子3の作製>
樹脂A1に代えて、固有複屈折値が正の樹脂A4(ポリエチレンナフタレート樹脂、ガラス転移温度121℃、荷重たわみ温度103℃、ビカット軟化温度106℃、屈折率1.66)を用い、樹脂B1に代えて、樹脂A4よりも屈折率が低い固有複屈折値が正の樹脂B4(コポリエチレンナフタレート樹脂、ガラス転移温度95℃、荷重たわみ温度76℃、ビカット軟化温度79℃、屈折率1.64)を用い、それぞれ押出機で溶融させ、共押出用のダイに供給し、B4/A4/B4/・・・/B4/A4/B4の構成で、A層とB層とを交互に積層させた原反フィルム4を成形する。
次いで、原反フィルム4をテンター延伸機で、延伸温度145℃、延伸倍率5.1倍で横一軸延伸して、熱処理し、幅2100mmの長尺の直線偏光分離素子3を得る。直線偏光分離素子3は、樹脂A層からなる層の平均厚み73nmで、樹脂Bからなる層の平均厚み84nmである。また、直線偏光の透過軸は長手方向にある。直線偏光分離素子3の特性を表1に示す。
(製造例5)
<保護フィルム1の作製>
アクリル樹脂P1(商品名「デルペット980N」、旭化成社製)のペレットと、他の熱可塑性樹脂P2(商品名「スミペックスHT55X」、住友化学社製、ゴム粒子を配合したメタクリル酸メチル重合体)のペレットとを、それぞれ押出機で溶融させ、共押出用のダイに供給し、P2/P1/P2の三層構造の長尺の保護フィルム1を得る。保護フィルム1の特性を表1に示す。
(製造例6)
<保護フィルム2の作製>
アクリル樹脂P3(商品名「スミペックスHT25X」、住友化学社製、メタクリル酸メチル重合体)のペレットと、他の熱可塑性樹脂P4(商品名「ダイラークD332」、ノヴァケミカルジャパン社製、スチレン−無水マレイン酸共重合体)のペレットとを、それぞれ押出機で溶融させ、共押出用のダイに供給し、P3/P4/P3の三層構造の長尺の保護フィルム2を得る。保護フィルム2の特性を表1に示す。
(製造例7)
<保護フィルム3の作製>
トリアセチルセルロースを溶媒に溶解させてキャスト成形法により単層の長尺の保護フィルム3を得る。保護フィルム3の特性を表1に示す。
(実施例1)
<偏光板1の作製>
製造例1で得られる長尺の直線偏光分離素子1と、透過軸が幅方向にある長尺の直線偏光フィルム(ポリビニルアルコールフィルムにヨウ素を吸着させて延伸したもの)と、製造例5で得られる保護フィルム1とを、粘着層を介してロールトゥロールで貼付し、直線偏光分離素子−直線偏光フィルム−保護フィルムの層構成を有する、偏光板の巻回体1を得る。
<液晶表示装置1の作製>
市販の液晶表示装置(シャープ(株)製 AQUOS 37インチ)を分解し、巻回体1から切り出して得られる偏光板1をバックライト側の偏光板と置き換え、直線偏光分離素子がバックライト側になるようにして組み立てなおして、液晶表示装置1を得る。この液晶表示装置は、主要な構成部材として、光反射素子、光源、光拡散素子、偏光板1、液晶セル、偏光板(検光子)をこの順で有している。
得られる液晶表示装置1のバックライトのランプを点灯した状態で、40℃、95%RHで恒温恒湿試験を実施し、試験開始後700時間の液晶表示装置の表示画面の表示状態を目視で観察すると、均一な黒表示が可能であることが観察される。なお、偏光板1の端部にはフィルムの浮きは見られない。さらに、液晶表示装置1の表示特性を目視により確認すると、全幅にわたり色ムラが観察されず、良好な表示となる。また、比較対照品(偏光板1の直線偏光分離素子1を保護フィルム3に置き換えたもの)よりも、輝度の向上が見られる。
(実施例2)
<偏光板2の作製>
直線偏光分離素子1を、製造例2で得られる直線偏光分離素子2に置き換え、保護フィルム1を、製造例6で得られる保護フィルム2に置き換える他は、実施例1と同様に操作して、偏光板の巻回体2を得る。
<液晶表示装置2の作製>
偏光板1を、巻回体2から切り出されて得られる偏光板2に置き換える他は、実施例1と同様に操作して、液晶表示装置2を得る。得られる液晶表示装置1のバックライトのランプを点灯した状態で、40℃、95%RHで恒温恒湿試験を実施し、試験開始後700時間の液晶表示装置の表示画面の表示状態を目視で観察すると、均一な黒表示が可能であることが観察される。なお、偏光板1の端部にはフィルムの浮きは見られない。さらに、液晶表示装置2の表示特性を目視により確認すると、全幅にわたり色ムラが観察されず、良好な表示である。また、上記比較対照品よりも、輝度の向上が見られる。
(比較例1)
直線偏光分離素子1を、製造例3で得られる延伸多層フィルム1に置き換える他は、実施例1と同様に操作して、巻回体3を得る。
偏光板1を、巻回体3から切り出して得られる積層体1に置き換える他は、実施例1と同様に操作して、液晶表示装置3を得る。得られる液晶表示装置3のバックライトのランプを点灯した状態で、40℃、95%RHで恒温恒湿試験を実施し、試験開始後700時間の液晶表示装置の表示画面の表示状態を目視で観察すると、良好な表示は得られない。なお、積層体1の端部にはフィルムの浮きは見られない。また、上記比較対照品よりも、
輝度の低下が見られる。
(比較例2)
直線偏光分離素子1を、製造例4で得られる直線偏光分離素子3に置き換え、保護フィルム1を、製造例7で得られる保護フィルム3に置き換える他は、実施例1と同様に操作して、巻回体4を得る。
偏光板1を、巻回体4から切り出して得られる積層体2に置き換える他は、実施例1と同様に操作して、液晶表示装置4を得る。得られる液晶表示装置4のバックライトのランプを点灯した状態で、40℃、95%RHで恒温恒湿試験を実施し、試験開始後700時間の液晶表示装置の表示画面の表示状態を目視で観察すると、良好な表示は得られない。なお、積層体2の端部にはフィルムの浮きが見られる。また、上記比較対照品よりも、輝度の低下が見られる(真っ暗となる)。
Figure 2010224510

Claims (16)

  1. 直線偏光分離素子、直線偏光フィルム、および保護フィルムを、この順に備える長尺状の偏光板であって、
    前記直線偏光分離素子は、固有複屈折値が負の樹脂Aからなる層を含み、かつ、その直線偏光の透過軸が幅方向にある偏光板。
  2. 請求項1に記載の偏光板において、
    前記直線偏光分離素子は、前記樹脂Aからなる層を幅方向に延伸してなる偏光板。
  3. 請求項1または2に記載の偏光板において、
    その幅が1000mm以上である偏光板。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の偏光板において、
    前記樹脂Aはスチレン系樹脂である偏光板。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の偏光板において、
    前記直線偏光分離素子は、前記樹脂Aからなる層と、前記樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂Bからなる層とを、交互に積層した多層フィルムである偏光板。
  6. 請求項5に記載の偏光板において、
    前記樹脂Bの屈折率は、前記樹脂Aの屈折率よりも、0.03以上小さい偏光板。
  7. 請求項5または6に記載の偏光板において、
    前記多層フィルムはその積層数が51層以上である偏光板。
  8. 請求項5〜7のいずれかに記載の偏光板において、
    前記樹脂Bはアクリル系樹脂である偏光板。
  9. 請求項8に記載の偏光板において、
    前記アクリル系樹脂は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとスチレンとの共重合体である偏光板。
  10. 請求項5〜9のいずれかに記載の偏光板において、
    前記樹脂Bの荷重たわみ温度TsBは、前記樹脂Aの荷重たわみ温度TsAよりも10℃以上低い偏光板。
  11. 請求項5〜10のいずれかに記載の偏光板において、
    前記樹脂Bのビカット軟化温度VstBは、前記樹脂Aのビカット軟化温度VstAよりも10℃以上低い偏光板。
  12. 請求項5〜7のいずれかに記載の偏光板において、
    前記樹脂Bは、固有複屈折値が正の樹脂である偏光板。
  13. 請求項12に記載の偏光板において、
    前記固有複屈折値が正の樹脂はポリオレフィンである偏光板。
  14. 長尺状の偏光板の製造方法であって、
    固有複屈折値が負の樹脂Aからなる層を含む長尺状の延伸前フィルムを、その幅方向に延伸して、その幅方向に直線偏光透過軸を有する長尺状の直線偏光分離素子を取得する直線偏光分離素子取得工程と、
    前記長尺状の直線偏光分離素子と、その幅方向に直線偏光透過軸を有する長尺状の直線偏光フィルムと、長尺状の保護フィルムとを、ロールトゥロール法により、この順に積層する積層工程と、
    を備える長尺状の偏光板の製造方法。
  15. 請求項14に記載の長尺状の偏光板の製造方法において、
    前記直線偏光分離素子取得工程は、前記樹脂Aと、前記樹脂Aよりも屈折率が低い樹脂Bとを共押出しして、前記樹脂Aからなる層と前記樹脂Bからなる層とを交互に積層した多層フィルムを得る多層フィルム取得手順と、
    得られた多層フィルムを、その幅方向に共延伸してなる共延伸手順と、を備える長尺状の偏光板の製造方法。
  16. 光反射素子、光源、請求項1〜13のいずれかに記載の偏光板から切り出してなる偏光板、液晶セル、及び検光子を、この順に備えてなる、液晶表示装置。
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