JP5202095B2 - 積層偏光板、液晶表示装置、並びに偏光散乱板 - Google Patents
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(i)マトリックス相(M)が、光学的に略等方性であり、
(ii)ドメイン相(D)の遅相軸が、偏光散乱板(B)の面内において、反射型偏光板(A)の透過軸に対して略垂直であり、且つ
(iii)ドメイン相(D)の遅相軸に垂直な方向の屈折率が、マトリックス相(M)の屈折率と略同一である。
(i)マトリックス相(M)が、光学的に略等方性であり、
(ii)ドメイン相(D)の遅相軸が、偏光散乱板(B)の面内に存在し、且つ
(iii)ドメイン相(D)の遅相軸に垂直な方向の屈折率が、マトリックス相(M)の屈折率と略同一である。
本発明の積層偏光板を構成する反射型偏光板は、一方の方向の直線偏光のみを透過し、且つこの方向と垂直方向の直線偏光を反射する偏光板であればよい。ここで本発明に関して、反射型偏光板を透過する直線偏光の偏光方向を、反射型偏光板の「透過軸方向」として定義する。かかる反射型偏光板としては、例えば複屈折を有する多層膜の干渉を用いた反射型偏光板、直線状の金属細線が周期配置されたワイヤーグリッド偏光板等が挙げられる。
本発明の積層偏光板を構成する偏光散乱板(B)及び本発明の偏光散乱板は、一方の直線偏光に対して高い透過性を示し、且つこの直線偏光と垂直方向の直線偏光を、偏光散乱板中のドメイン相(D)により反射、屈折及び散乱すると共に偏光解消する光学素子である。ここで本発明に関して、偏光散乱板を透過する直線偏光の偏光方向を、偏光散乱板の「透過軸方向」として定義する。
本発明の積層偏光板を構成する偏光散乱板(B)のマトリックス相は、光学透明であるとともに、光学的に略等方性であることが必要である。これは例えば、下記の式(1)及び(2)によって表される:
|ny(M)−nz(M)|
<0.01、好ましくは0.005、さらに好ましくは0.002 (1)
|nx(M)−(ny(M)+nz(M))/2|
<0.01、好ましくは0.005、さらに好ましくは0.002 (2)
(nx(M): 偏光散乱板(B)の面内におけるドメイン相(D)の遅相軸方向の、マトリックス相(M)の三次元屈折率
ny(M): 偏光散乱板(B)の面内におけるドメイン相(D)の遅相軸に対して垂直な方向の、マトリックス相(M)の三次元屈折率
nz(M): 偏光散乱板(B)の面に対して法線方向の、マトリックス相(M)の三次元屈折率)。
|(ny(M)+nz(M))/2−(ny(D)+nz(D))/2|
<0.01、好ましくは0.005、さらに好ましくは0.002 (6)
(ny(M)及びny(D): それぞれ、偏光散乱板(B)の面内におけるドメイン相(D)の遅相軸に対して垂直な方向の、マトリックス相(M)及びドメイン相(D)の三次元屈折率
nz(M)及びnz(D): それぞれ、偏光散乱板(B)の面に対して法線方向の、マトリックス相(M)及びドメイン相(D)の三次元屈折率)。
本発明の積層偏光板で用いられる偏光散乱板(B)を構成するドメイン相(D)は、光学透明であるとともに、屈折率の光学異方性が必要となる。具体的には、ドメイン相の遅相軸が偏光散乱板(B)の面内にあることが必要である。これによれば、偏光散乱板(B)に対して斜め入射にする透過軸方向の直線偏光に与える位相差が小さくなり、透過軸方向の直線偏光を比較的乱さないことができる。これは例えば、下記の式(3)及び(4)によって表すことができる:
|ny(D)−nz(D)|
<0.01、好ましくは0.005、さらに好ましくは0.002 (3) nx(D)−(ny(D)+nz(D))/2
>0.1、好ましくは0.15、より好ましくは0.20 (4)
(nx(D): 偏光散乱板(B)の面内におけるドメイン相(D)の遅相軸方向の、ドメイン相(D)の三次元屈折率
ny(D): 偏光散乱板(B)の面内におけるドメイン相(D)の遅相軸に対して垂直な方向の、ドメイン相(D)の三次元屈折率
nz(D): 偏光散乱板(B)の面に対して法線方向の、ドメイン相(D)の三次元屈折率)。
nx(D)−(ny(D)+nz(D))/2
>0.1、好ましくは0.15、より好ましくは0.20 (4)
nx(D)−nx(M)
>0.1、好ましくは0.15、より好ましくは0.20 (5)
(nx(M)及びnx(D): それぞれ、偏光散乱板(B)の面内におけるドメイン相(D)の遅相軸方向の、マトリックス相(M)及びドメイン相(D)の三次元屈折率
ny(D): 偏光散乱板(B)の面内におけるドメイン相(D)の遅相軸に対して垂直な方向の、ドメイン相(D)の三次元屈折率
nz(D): 偏光散乱板(B)の面に対して法線方向の、ドメイン相(D)の三次元屈折率)。
本発明に用いられる偏光散乱板は、例えば上述のマトリックス相とドメイン相により構成される。以下では、偏光散乱板の作成方法を、限定的ではない例によって例示する。
本発明の積層偏光板は、互いに積層された反射型偏光板(A)と偏光散乱板(B)とを有し、且つ反射型偏光板(A)の透過軸と偏光散乱板(B)の透過軸とが、略平行に配置されている。ここで、反射型偏光板と偏光散乱板とは、直接に積層されていても、間に接着剤層のような随意の他の層を介して積層されていてもよい。例えば図1に示すように、本発明の積層偏光板10は、反射型偏光板Aと偏光散乱板Bとが積層されてなり、液晶表示装置等のバックライト21からの光を、反射部22及び導光板23、並びにプリズムのような随意の他の層24を介して、偏光散乱板Bの側から入射することにより、光の利用効率を向上させるものである。
本発明の積層偏光板は、反射型偏光板と同様の用途で利用することができる。例えば、二色性偏光板等の偏光板で液晶セルを挟み込んだ液晶パネルの、観測者側とは反対側(すなわちバックライト側)に、本発明の反射型偏光板を配置することによって、光の利用効率を高めることができる。これによれば、輝度が高く且つ/又は消費電力の小さい液晶表示装置を得ることができる。本発明の積層偏光板は、ツイストネマチックモード、垂直配向モード、OCB(Optically Compensated Bend)配向モード、インプレインスイッチングモード等のTFT液晶表示装置等のバックライトと二色性偏光板を用いたすべての液晶モードに用いることができる。
実施例においては、以下の項目について、以下の方法によって測定・評価を実施した。
(1)偏光散乱板のマトリックス相の屈折率
偏光散乱板のマトリックス相の樹脂の屈折率測定は、100μmの厚みに加工したフィルムを用いて実施した。3次元屈折率は、屈折率計(Metricon社製、プリズムカプラ)を用いて波長589.3nmにおける屈折率を測定した。
偏光顕微鏡を用い、且つ光源に干渉フィルタ(589nm)を設置して直線偏光を用いて、観察を行った。ドメイン相に用いるファイバをスライドガラスにとり、観察用の直線偏光がファイバの長さ方向と平行になるように設置した。屈折調整液を用いて、顕微鏡を覗きながら、屈折率が1.500〜1.800までの屈折調整液をファイバに順次滴下していき、ファイバの外形が観察されなくなった時点での屈折調整液の屈折率を、ファイバの長さ方向の屈折率とした。次に、直線偏光がファイバの長さ方向に対して垂直断面方向と平行になるようにして、ファイバを設置した。同様に、顕微鏡を覗きながら、屈折調整液をファイバに順次滴下していき、ファイバの外形が観察されなくなった時点での屈折調整液の屈折率を、ファイバの長さ方向に対して垂直断面方向の屈折率とした。このとき、屈折調整液中でファイバを回転させても形状が確認されることは無かったので、ファイバの長さ方向に対して垂直断面方向の屈折率は均一であると判断した。
樹脂の屈折率測定は、測定対象の樹脂を100μmの厚みに加工したフィルムを用いて実施した。分光光度計(日立製作所製、型式:U−4000)を用いて、400nm以上700nm以下の波長域で、10nmおきに分光透過率t(λ)を求めた。得られた結果から、下記式(1)によって光線透過率Tを算出した。なお、式中、P(λ)は、標準光(C光源)の分光分布であり、y(λ)は、2度視野X、Y、Z系に基づく等色関数である。
片方の偏光板として吸収型偏光板(サンリッツ製、商品名:HLC2−2518、偏光度:99.9)、もう一方の偏光板として本発明の積層偏光板を用い、吸収型偏光板を分光光度計(日立製作所製、型式:U−4000)の光源側に配置し、且つ本発明の積層偏光板を検出器側に配置して、2種類の光線透過率を測定した。ここで、2枚の偏光板それぞれの透過軸方向が同一となるよう重ねた場合の透過率を、Tp(パラニコル透過率)とし、また2枚の偏光板それぞれの透過軸が直交するよう重ねた場合の透過率を、Tc(クロスニコル透過率)として、下記の式によって偏光度Pを算出した。なお、ここでの「透過軸」とは、垂直入射した直線偏光に対して偏光板の光の透過率が最大となる方位のことをいう。
本発明の積層偏光板の厚みは、電子マイクロメーター(アンリツ社製)により測定を実施した。
液晶表示画面に対して垂線方向の輝度を、輝度計(MINOLTA製、型式:LS−110)によって測定した。液晶表示素子に対して偏光板用いた場合と用いない場合とを測定し、偏光板を用いた場合の輝度の増加率を算出した。
[偏光散乱板−ドメイン相:ポリエチレンナフタレート(PEN)ファイバの作成]
2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチルエステル100質量部とエチレングリコール60質量部とを、エステル交換触媒としての酢酸コバルト4水塩0.03質量部を使用して、常法に従ってエステル交換反応させた。その後、トリメチルフォスフェート0.023質量部を添加し、実質的にエステル交換反応を終了させた。引き続き、三酸化アンチモン0.024質量部を添加し、高温高真空下で常法通り重縮合反応を行うことにより、固有粘度(フェノール/テトラクロロエタン混合溶媒(質量比1:1)にて35℃で測定)0.62dL/gのポリエチレンナフタレート(PEN)を得た。このPENを用いて、紡糸温度295℃で溶融紡糸を行い、PENファイバ(直径8μm)を得た。
偏光散乱板のマトリックス相のための光学透明樹脂は、BPEF−A:460重量部、UA:40重量部、光開始剤としてのイルガキュア184:15重量部、レベリング剤としてのSH28PA:0.18重量部を順次加えて、均一になるまで攪拌して調液した。
UA: ウレタンアクリレート(新中村化学製「NKオリゴU−15HA」)
イルガキュア184:チバガイギー社製
SH28PA:東レ・ダウコーニング社製
上記で作成したドメイン相としてのPENファイバを、ガラス板上に厚み75μm(ファイバの層として約10層)で隙間なく、ガラスの長軸方向に並べて配置し、その上から上記で作成したマトリックス相としての紫外線硬化樹脂を塗布した。このようにして紫外線硬化樹脂でPENファイバを内包させた後で、真空脱気を行い、気泡を取り除き、欠陥なくマトリックス相がドメイン相を内包するようにした。これに、高圧水銀ランプで紫外線を照射して、マトリックス相としての紫外線硬化樹脂を硬化させた後で、ガラスより剥ぎ取り、厚み93μmからなる偏光散乱板を得た。こうして得られた偏光板の透過率は45.1%であり、偏光度は68.5%であった。
上記で作成した偏光散乱板を基材として、偏光散乱板の片側に、金属アルミニウムを180nm厚さでスパッタリングした。次に、公知の方法にて、フォトリソグラフィー法によりパターニング、エッチングを行い、金属細線の長さ方向が偏光散乱板の透過軸と直交するように配置された周期構造を形成した。金属細線の線幅は60nmとし、ピッチは80nmとした。
得られた積層偏光板の光線透過率は58.6%であり、偏光度は99.3%であった。これにより、偏光分離性能を有する積層偏光板であることが確認できた。
得られた積層偏光板と市販の透過型液晶表示装置とを用いて、下記のような構成の液晶表示装置を作成し、本発明の積層偏光板の透過軸と隣接する吸収型偏光板の透過軸が一致するように配置した:
(構成)吸収型偏光板/位相差フィルム/液晶セル/位相差フィルム/吸収型偏光板/(反射型偏光板側)本発明の積層偏光板(偏光散乱板側)/プリズムシート/プリズムシート/拡散フィルム/バックライト/白色反射フィルム
実施例1のマトリックス相の材料である紫外線硬化樹脂により、厚み95nmの光学等方基板を得た。また、この光学等方基板を実施例1の偏光散乱板の代わりに用いて、実施例1と同様の方法にて、上記光学等方基板上に、アルミニウムからなる金属細線のワイヤーグリッド偏光板を作成した。
得られた積層偏光板の光線透過率は45.6%であり、偏光度は99.1%であった。これにより、ワイヤーグリッド偏光板としての偏光特性を確認できたが、光線透過率が50%を超えることはなかった。
得られた偏光板と、市販の透過型液晶表示装置とを用いて、下記のような構成の液晶表示装置を作成し、比較例1の偏光板の透過軸と隣接する吸収型偏光板の透過軸とが一致するように配置した:
(構成)吸収型偏光板/位相差フィルム/液晶セル/位相差フィルム/吸収型偏光板/比較例のワイヤーグリッド偏光板/プリズムシート/プリズムシート/拡散フィルム/バックライト/白色反射フィルム
B 偏光散乱板
10 積層偏光板
21 バックライト
22 反射部
23 導光板
24 随意の他の層
Claims (6)
- 互いに積層された反射型偏光板(A)と偏光散乱板(B)とを有し、
前記反射型偏光板(A)の透過軸と前記偏光散乱板(B)の透過軸とが、略平行に配置されており、
前記偏光散乱板(B)が、マトリックス相(M)、及び前記マトリックス相(M)中に配置されているドメイン相(D)を有し、且つ
前記マトリックス相(M)及びドメイン相(D)が、下記の条件(i)〜(iv)を満たしている、積層偏光板:
(i)前記マトリックス相(M)が、光学的に略等方性であり、
(ii)前記ドメイン相(D)の遅相軸が、前記偏光散乱板(B)の面内において、前記反射型偏光板(A)の透過軸に対して略垂直であり、
(iii)前記ドメイン相(D)の遅相軸に垂直な方向の屈折率が、前記マトリックス相(M)の屈折率と略同一であり、且つ
(iv)前記条件(i)〜(iii)が、下記の式(1)〜(6)で表される:
|n y (M)−n z (M)|<0.01 (1)
|n x (M)−(n y (M)+n z (M))/2|<0.01 (2)
|n y (D)−n z (D)|<0.01 (3)
n x (D)−(n y (D)+n z (D))/2>0.1 (4)
n x (D)−n x (M)>0.1 (5)
|(n y (M)+n z (M))/2−(n y (D)+n z (D))/2|<0.01
(6)
(n x (M)及びn x (D): それぞれ、前記偏光散乱板(B)の面内における前記ドメイン相(D)の遅相軸方向の、前記マトリックス相(M)及びドメイン相(D)の三次元屈折率
n y (M)及びn y (D): それぞれ、前記偏光散乱板(B)の面内における前記ドメイン相(D)の遅相軸に対して垂直な方向の、前記マトリックス相(M)及びドメイン相(D)の三次元屈折率
n z (M)及びn z (D): それぞれ、前記偏光散乱板(B)の面に対して法線方向の、前記マトリックス相(M)及びドメイン相(D)の三次元屈折率)。 - 前記反射型偏光板(A)が、屈折率異方性が互いに異なる2種の樹脂からなる交互積層体を有する偏光板、又は金属材料からなる柱状構造体が周期的に一定間隔で平面に配置されているワイヤーグリッド偏光板である、請求項1に記載の積層偏光板。
- 前記偏光散乱板(B)のマトリックス相(M)が、硬化型樹脂からなる、請求項1又は2に記載の積層偏光板。
- 前記偏光散乱板(B)のドメイン相(D)が、熱可塑性樹脂からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層偏光板。
- 前記偏光散乱板(B)のドメイン相(D)が、ファイバ状である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の積層偏光板。
- 第1の偏光板、液晶セル、第2の偏光板、及び光源を備える液晶表示装置であって、
前記第1の偏光板、前記液晶セル、前記第2の偏光板、及び前記光源は、この順にて配置されており、請求項1〜5のいずれか一項に記載の前記積層偏光板が、前記第2の偏光板と前記光源との間に、前記積層偏光板の偏光散乱板(B)が光源側となるように配置されており、且つ前記積層偏光板の透過軸と前記第2の偏光板の透過軸とが、略平行に配置されている、液晶表示装置。
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