JP6213804B2 - 光学フィルム用基材、光学フィルム、偏光板、液晶パネルおよび画像表示装置 - Google Patents
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Description
図1に示されるように、光学フィルム10は、少なくとも、光学フィルム用基材20と、光学フィルム用基材20に隣接して設けられた第1の機能層30とを備えている。図1に示される光学フィルム10は、第1の機能層30上に形成された第2の機能層40をさらに備えるものである。なお、光学フィルム10は、第2の機能層40を備えていなくともよい。
図1に示される光学フィルム用基材20は、光透過性基材21と、光透過性基材21上に設けられ、光透過性基材に隣接した凹凸層22とを備えている。凹凸層22は光学フィルム用基材20における第1の機能層30側の表面をなす凹凸面22Aを有している。
θa>tan−1(0.0013/│nc−nf│) …(1)
θmax<tan−1(0.0087/│nc−nf│) …(2)
θa=tan−1{(h1+h2+h3+・・・+hn)/L} …(3)
1)表面粗さ検出部の触針((株)小坂研究所製の商品名SE2555N(2μ標準))
・先端曲率半径2μm、頂角90度、材質ダイヤモンド
2)表面粗さ測定器の測定条件
・基準長さ(粗さ曲線のカットオフ値λc):0.8mm
・評価長さ(基準長さ(カットオフ値λc)×5):4.0mm
・触針の送り速さ:0.5mm/s
・予備長さ:(カットオフ値λc)×2
・縦倍率:2000倍
・横倍率:10倍
θi=tan−1Δi …(5)
tanθ1=B/A=B/300 …(6)
式(4)中の距離Bは光学距離ではなく、実際の距離である。
b=│2×B×nc1−2×B×nf1│
=2×B×│nc1−nf1│ …(7)
B=b/(2×│nc1−nf1│) …(8)
tanθ1=0.78/(2×300×│nc1−nf1│) …(9)
θ1=tan−1(0.78/600×│nc1−nf1│)
=tan−1(0.0013/│nc1−nf1│) …(10)
θ1>tan−1(0.0013/│nc1−nf1│) …(11)
θ1>tan−1(0.0013/│nc−nf│) …(12)
nc2×sinθ2=nf2×sinξ …(13)
式(13)中、ξは、図4に示されるように傾斜角がθ2である凹凸面202Aにおける法線方向と機能層203中を進む映像光との角度を表す。ここで、図4においてはξ=θ2+ψという関係があるので、これを上記式(13)に代入すると、下記式(14)が得られる。
nc2×sinθ2=nf2×sin(θ2+ψ) …(14)
nc2×sinθ2=nf2×(sinθ2×cosψ+cosθ2×sinψ) …(15)
そして、上記式(15)を変形すると、下記式(16)となる。
sinθ2/cosθ2=nf2×sinψ/(nc2−nf2cosψ) …(16)
nf2×sinψ=sinα …(17)
sinψ=sinα/nf2 …(18)
cosψ=(1−sin2ψ)1/2 …(19)
=(1−sin2α/nf2 2)1/2 …(20)
tanθ2=sinα/(nc2−nf2×(1−sin2α/nf2 2)1/2) …(21)
ここで、αが小さいときは、(1−sin2α/nf2 2)1/2=1としてよいので、上記式(21)において(1−sin2α/nf2 2)1/2=1とすると、上記式(21)は、下記式(22)となる。
tanθ2=sinα/(nc2−nf2) …(22)
θ2=tan−1(sinα/(nc2−nf2)) …(23)
θ2=tan−1(0.0087/(nc2−nf2)) …(24)
したがって、θ2がtan−1(0.0087/(nc2−nf2)よりも小さい値であれば、すなわち、下記式(25)の関係を満たす傾斜角θ2であれば、画質劣化は人間の目には認識されにくいこととなる。
θ2<tan−1(0.0087/(nc2−nf2)) …(25)
nc2×sinθ2=nf2×sin(θ2−ψ) …(26)
θ2<tan−1(0.0087/(nf2−nc2)) …(27)
θ2<tan−1(0.0087/│nc2−nf2│) …(28)
θmax<tan−1(0.0052/│nc−nf│) …(29)
θmax<tan−1(0.0003/│nc−nf│) …(30)
光透過性基材21としては、光透過性を有すれば特に限定されない。光透過性基材21としては、セルロールエステル基材であってもよいが、本発明においては、混在領域を形成しなくとも人間の目に干渉縞が認識されにくくすることができるので、混在領域の形成が困難な基材に特に有効である。混在領域の形成が困難な光透過性基材としては、例えば、アクリル基材、ポリエステル基材、ポリカーボネート基材、シクロオレフィンポリマー基材、およびガラス基材等が挙げられる。
Re=(nx−ny)×d …(33)
凹凸層22は、光透過性基材21上に設けられ、光透過性基材21に隣接し、かつ凹凸面22Aを有する層である。凹凸面22Aについては、上述したので、ここでは説明を省略するものとする。
凹凸層22が密着性向上層として機能する場合には、凹凸層22に含まれる樹脂は、従来のプライマー層と同様の材料から構成することが可能である。具体的には、凹凸層22に含まれる樹脂は、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、エチレンと酢酸ビニルまたはアクリル酸などとの共重合体、エチレンとスチレンおよび/またはブタジエンなどとの共重合体、オレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂および/またはその変性樹脂、光重合性化合物の重合体、およびエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂等の少なくともいずれかから構成することが可能である。
上記微粒子は無機微粒子または有機微粒子のいずれであってもよいが、凹凸層用組成物の塗布膜を乾燥あるいは重合するときに起こる塗布膜の体積収縮に対して耐性を有していれば良い。なお、微粒子の粒径が可視光波長以上の場合にあっては、微粒子の屈折率と樹脂の屈折率との差を実質的に有さないことが透明性を損なわないので好ましい。具体的には、微粒子の屈折率と樹脂の屈折率との差が0.02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い。
第1の機能層30は、凹凸層22の凹凸面22Aに隣接する層であって、単層である。また、第1の機能層30は光学フィルム10において、何らかの機能を発揮することを意図された層であり、具体的には、例えば、ハードコート層、帯電防止層、高屈折率層、低屈折率層、防汚層等が挙げられる。
「ハードコート層」とは、光学フィルムの耐擦傷性を向上させるための層であり、具体的には、JIS K5600−5−4(1999)で規定される鉛筆硬度試験(4.9N荷重)で「H」以上の硬度を有するものである。
光重合性モノマーは、重量平均分子量が1000未満のものである。光重合性モノマーとしては、光重合性官能基を2つ(すなわち、2官能)以上有する多官能モノマーが好ましい。本明細書において、「重量平均分子量」は、THF等の溶媒に溶解して、従来公知のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算により得られる値である。
光重合性オリゴマーは、重量平均分子量が1000以上10000未満のものである。光重合性オリゴマーとしては、2官能以上の多官能オリゴマーが好ましい。多官能オリゴマーとしては、ポリエステル(メタ)アクリレート、 ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル−ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ポリオール(メタ)アクリレート、メラミン(メタ)アクリレート、イソシアヌレート(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
光重合性ポリマーは、重量平均分子量が10000以上のものであり、重量平均分子量としては10000以上80000以下が好ましく、10000以上40000以下がより好ましい。重量平均分子量が80000を超える場合は、粘度が高いため塗工適性が低下してしまい、得られる光学フィルムの外観が悪化するおそれがある。上記多官能ポリマーとしては、ウレタン(メタ)アクリレート、イソシアヌレート(メタ)アクリレート、ポリエステル−ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
第2の機能層40は、第1の機能層30上に形成され、かつ光学フィルム10において、何らかの機能を発揮することを意図された層である。第2の機能層40は、単層のみならず、2以上の層から構成されていてもよい。具体的には、例えば、低屈折率層、または防汚層が挙げられる。本実施形態の第2の機能層40は、ハードコート層より低い屈折率を有する低屈折率層として機能するものであるので、以下低屈折率層について説明する。
低屈折率層は、外部からの光(例えば蛍光灯、自然光等)が光学フィルムの表面にて反射する際に、その反射率を低下させるためのものである。低屈折率層はハードコート層よりも低い屈折率を有する。具体的には、例えば、低屈折率層は、1.45以下の屈折率を有することが好ましく、1.42以下の屈折率を有することがより好ましい。
dA=mλ/(4nA) …(34)
上記式中、nAは低屈折率層の屈折率を表し、mは正の奇数を表し、好ましくは1であり、λは波長であり、好ましくは480nm以上580nm以下の範囲の値である。
120<nAdA<145 …(35)
防汚層は、液晶表示装置の最表面に汚れ(指紋、水性又は油性のインキ類、鉛筆等)が付着しにくく、又は付着した場合でも容易に拭取ることができるという役割を担う層である。また、上記防汚層の形成により、液晶表示装置に対して防汚性と耐擦傷性の改善を図ることも可能となる。防汚層は、例えば、防汚染剤及び樹脂を含む組成物により形成することができる。
光学フィルム10においては、光学フィルム10のヘイズ値をHO(%)とし、光学フィルム用基材20の凹凸面22Aに流動パラフィンを介してスライドガラスを重ねて測定されたヘイズ値をHbin(%)としたとき、下記式(36)を満たすことが好ましい。下記式(36)を満たすことにより、第1の機能層30に起因した拡散の程度が低く抑えられ、これにより人間の目には画質劣化がより認識されにくくなる。
│HO−Hbin│<0.3 …(36)
光学フィルム10は、例えば、偏光板に組み込んで使用することができる。図6は本実施形態に係る光学フィルムを組み込んだ偏光板の概略構成図である。図6に示されるように偏光板50は、光学フィルム10と、偏光素子51と、保護フィルム52とを備えている。偏光素子51は、光学フィルム用基材20における第1の機能層30が形成されている面とは反対側の面に形成されている。保護フィルム52は、偏光素子51における光学フィルム10が設けられている面とは反対側の面に設けられている。保護フィルム52は位相差フィルムであってもよい。
光学フィルム10や偏光板20は、液晶パネルに組み込んで使用することができる。図7は本実施形態に係る光学フィルムを組み込んだ液晶パネルの概略構成図である。
光学フィルム10、偏光板50、液晶パネル60は、画像表示装置に組み込んで使用することができる。画像表示装置としては、例えば液晶ディスプレイ(LCD)、陰極線管表示装置(CRT)、プラズマディスプレイ(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、タッチパネル、タブレットPC、電子ペーパー等が挙げられる。図8は本実施形態に係る光学フィルムを組み込んだ画像表示装置の一例である液晶ディスプレイの概略構成図である。
まず、下記に示す組成となるように各成分を配合して、凹凸層用組成物を得た。
(凹凸層用組成物1)
・球状ポリスチレン微粒子(製品名「SX−350H」、屈折率1.59、平均粒径3.5μm、綜研化学社製):15質量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(製品名「DHPA」、ダイセル・サイテック社製):30質量部
・ジルコニア微粒子含有ハードコート組成物(製品名「デソライトZ7404」、JSR社製):60質量部
・ポリエステル樹脂(製品名「バイロン103」、東洋紡績社製):30質量部
・架橋剤(製品名「デュラネートMF」、ブロックイソシアネート、旭化成ケミカルズ社製):10質量部
・重合開始剤(製品名「イルガキュア184」、BASFジャパン社製):5質量部
・ポリエーテル変性シリコーン(製品名「TSF4460」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製):0.005質量部
・メチルエチルケトン:130質量部
上記組成の凹凸層用組成物1により形成した硬化塗膜の単独の屈折率を測定したところ、1.59であった。
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(製品名「DHPA」、ダイセル・サイテック社製):30質量部
・ジルコニア微粒子含有ハードコート組成物(製品名「デソライトZ7404」、JSR社製):60質量部
・ポリエステル樹脂(製品名「バイロン103」、東洋紡績社製):30質量部
・架橋剤(製品名「デュラネートMF」、ブロックイソシアネート、旭化成ケミカルズ社製):10質量部
・重合開始剤(製品名「イルガキュア184」、BASFジャパン社製):5質量部
・ポリエーテル変性シリコーン(製品名:TSF4460、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製):0.005質量部
・メチルエチルケトン:130質量部
上記組成の凹凸層用組成物2により形成した硬化塗膜の単独の屈折率を測定したところ、1.59であった。
下記に示す組成となるように各成分を配合して、ハードコート層用組成物を得た。
(ハードコート層用組成物)
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)(日本化薬社製):100質量部
・重合開始剤(製品名「イルガキュア184」、BASFジャパン社製):5質量部
・ポリエーテル変性シリコーン(製品名「TSF4460」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製):0.025質量部
・トルエン:100質量部
・メチルイソブチルケトン(MIBK):40質量部
上記組成のハードコート層用組成物により形成した硬化塗膜の単独の屈折率を測定したところ、1.51であった。
ポリエチレンテレフタレート材料を290℃で溶融して、フィルム形成ダイを通して、シート状に押出し、水冷冷却した回転急冷ドラム上に密着させて冷却し、未延伸フィルムを作製した。この未延伸フィルムを二軸延伸試験装置(東洋精機製)にて、120℃にて1分間予熱した後、120℃にて、延伸倍率4.5倍に延伸した後、その延伸方向とは90度の方向に延伸倍率1.5倍にて延伸を行い、n1x=1.70、n1y=1.60、平均屈折率1.65、膜厚80μm、リタデーション=8000nmの光透過性基材を得た。上記で得られたポリエチレンテレフタレート基材の片面に、凹凸層用組成物1を塗布し、塗膜を形成した。次いで、形成した塗膜に対して、50℃で1分間乾燥させることにより、塗膜中の溶剤を蒸発させ、紫外線を窒素雰囲気(酸素濃度200ppm以下)下にて積算光量が50mJ/cm2になるように照射して塗膜を硬化させることによって、凹凸面を有する厚さ(硬化時)が4.5μmの凹凸層を形成した。凹凸層を形成した後、ハードコート層用組成物を塗布し、塗膜を形成した。
比較例1においては、凹凸層用組成物1に代えて凹凸層用組成物2を用いた以外は、実施例1と同様にして、光学フィルムを作製した。
比較例2においては、凹凸層の膜厚を1.5μmとした以外は、実施例1と同様にして、光学フィルムを作製した。
実施例及び比較例において、ハードコート層を形成する前の段階、すなわちポリエチレンテレフタレート基材あるいはシクロオレフィンポリマー基材上に凹凸層を形成した段階で、凹凸層の凹凸面における平均傾斜角θaを、表面粗さ測定器(型番:SE−3400/(株)小坂研究所製)を用いて、下記の測定条件により測定を行った。
・先端曲率半径2μm、頂角90度、材質ダイヤモンド
2)表面粗さ測定器の測定条件
・基準長さ(粗さ曲線のカットオフ値λc):0.8mm
・評価長さ(基準長さ(カットオフ値λc)×5):4.0mm
・触針の送り速さ:0.5mm/s
・予備長さ:(カットオフ値λc)×2
・縦倍率:2000倍
・横倍率:10倍
実施例及び比較例で得られた各光学フィルムのハードコート層が形成されている面とは反対側の面に、透明粘着剤を介して、ガラス板に貼付してサンプルとし、白色干渉顕微鏡(New View7300、Zygo社製)を用いて、以下の条件にて、光学フィルムの表面形状の測定・解析を行った。なお、解析ソフトにはMetroPro ver8.3.2のMicroscope Applicationを用いた。
対物レンズ:50倍
Zoom:1倍
データ点数:496×496点
解像度(1点当たりの間隔):0.44μm
Removed:None
Filter:HighPass
FilterType:GaussSpline
Low wavelength:300μm
以上の条件で、カットオフ値300μmの高域フィルタにてうねり成分を除いた凹凸形状が得られる。
Remove spikes: on
Spike Height(xRMS):2.5
以上の条件で、スパイク状のノイズを除去できる。
実施例及び比較例で得られた各光学フィルムのポリエチレンテレフタレート基材あるいはシクロオレフィンポリマー基材におけるハードコート層が形成されている面とは反対側の面に、透明粘着剤を介して、裏面反射を防止するための黒アクリル板を貼り、ハードコート層側から各光学フィルムに光を照射し、目視で観察した。光源としては、フナテック社製の干渉縞検査ランプ(ナトリウムランプ)を使用した。干渉縞の発生を以下の基準により評価した。
◎:干渉縞は確認されなかった。
○:干渉縞はわずかに確認されたが、実用上問題ないレベルであった。
×:干渉縞がはっきりと確認された。
ソニー社製液晶テレビ「KDL−40X2500」の最表面の偏光板を剥離し、表面塗布のない偏光板を貼付した。次いで、その上に得られた実施例および比較例に係る光学フィルムを、ハードコート層側が最表面となるように、光学フィルム用透明粘着フィルム(全光線透過率91%以上、ヘイズ0.3%以下、膜厚20〜50μmの製品、例えばMHMシリーズ:日栄加工社製など)により貼付した。この液晶テレビを、照度が約200Lxの環境下の室内に設置し、メディアファクトリー社のDVD「オペラ座の怪人」を表示して、液晶テレビから1.5〜2.0m程度離れた場所から上下、左右様々な角度から、この映像を被験者15人が鑑賞することで、下記項目に関して官能評価を実施した。評価基準は以下のとおりである。コントラストが高く、かつ画像に照りや鋭さを感じるか否かで判定した。
◎:良好と答えた人が13人以上
○:良好と答えた人が8〜12人
×:良好と答えた人が7人以下
20…光学フィルム用基材
21…光透過性基材
22…凹凸層
22A…凹凸面
30…第1の機能層
40…第2の機能層
50…偏光板
51…偏光素子
60…液晶パネル
70…画像表示装置
71…バックライト
Claims (14)
- 光学フィルムを備える画像表示装置において人間の目に認識される干渉縞及び映像光画質劣化の発生を抑制する方法であって、前記光学フィルムとして、
光透過性基材と、前記光透過性基材上に設けられ、かつ前記光透過性基材に隣接した凹凸層とを備える光学フィルム用基材であって、前記凹凸層が、前記光学フィルム用基材の表面をなす凹凸面を有する前記光学フィルム用基材と、
前記光学フィルム用基材における前記凹凸面に隣接して設けられた第1の機能層とを備え、
前記凹凸面の平均傾斜角をθaとし、前記凹凸面の最大傾斜角をθmaxとし、前記光透過性基材の屈折率をnbとし、前記凹凸層の屈折率をncとし、前記第1の機能層の屈折率をnfとし、nb≠ncとし、nc≠nfとしたとき、
θa>tan−1(0.0013/│nc−nf│)、かつ
θmax<tan−1(0.0087/│nc−nf│)の関係を満たす、光学フィルムを使用する、前記方法。 - 前記光透過性基材が、アクリル基材、ポリエステル基材、ポリカーボネート基材、シクロオレフィンポリマー基材、およびガラス基材からなる群から選択される基材である、請求項1に記載の方法。
- 前記光透過性基材が、複屈折性を有する基材である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記光透過性基材が、3000nm以上のリタデーションを有する、請求項3に記載の方法。
- 前記第1の機能層における前記光学フィルム用基材側の面とは反対側の面の算術平均粗さRaが0.10μm以下である、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光学フィルムのヘイズ値をHOとし、前記光学フィルム用基材の前記凹凸面に流動パラフィンを介してスライドガラスを重ねて測定されたヘイズ値をHbinとしたとき、 │HO−Hbin│<0.3
の関係を満たす、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記光学フィルムが、前記第1の機能層における前記光学フィルム用基材側の面とは反対側の面に設けられた第2の機能層をさらに備える、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の機能層がハードコート層であり、前記第2の機能層が前記第1の機能層より低い屈折率を有する低屈折率層である、請求項7に記載の方法。
- 前記画像表示装置が、偏光板を備え、
前記偏光板が、
前記光学フィルムと、
前記光学フィルムの前記光透過性基材における前記第1の機能層が形成されている面とは反対側の面に形成された偏光素子と
を備える、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の方法。 - 前記画像表示装置が、液晶表示パネルを備え、
前記液晶表示パネルが、
前記光学フィルム、または、前記光学フィルムと、前記光学フィルムの前記光透過性基材における前記第1の機能層が形成されている面とは反対側の面に形成された偏光素子とを備える偏光板を備える、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の方法。 - 前記画像表示装置が、
バックライトユニットと、
前記光学フィルム、または、前記光学フィルムと、前記光学フィルムの前記光透過性基材における前記第1の機能層が形成されている面とは反対側の面に形成された偏光素子とを備える偏光板と
を備える、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の方法。 - 前記バックライトユニットが、白色発光ダイオードを備える、請求項11に記載の方法。
- 前記第1の機能層がバインダ樹脂を含む、請求項1ないし12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の機能層の屈折率n f が、前記凹凸層の屈折率n c より大きい、請求項1ないし13のいずれか一項に記載の方法。
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