TW202043885A - 相位差膜、偏光板及圖像顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種相位差膜，其能利用較少片數之膜，遍及可見光之寬頻帶實現高精度之光學補償。相位差膜(10)係具有第一主面(11)與第二主面(12)之1片聚合物膜。關於相位差膜(10)，於第一主面積層偏光元件(20)並以與法線方向呈45°之角度測定出之對於波長λ之光之橢圓率E1 (λ)、與於第二主面積層偏光元件並以與法線方向呈45°之角度測定出之對於波長λ之光之橢圓率E2 (λ)不同。

Description

相位差膜、偏光板及圖像顯示裝置
本發明係關於一種包含聚合物膜之相位差膜。進而，本發明係關於一種相位差膜與偏光元件積層而成之偏光板及具備該橢圓偏光板之圖像顯示裝置。
作為行動電話、智慧型手機、平板終端等行動設備，汽車導航裝置等車載裝置，電腦用顯示器、電視等各種圖像顯示裝置，使用有液晶顯示裝置、有機EL(Electroluminescence，電致發光)顯示裝置。
液晶顯示裝置基於其顯示原理，於液晶單元之兩面配置有偏光元件。於液晶單元與偏光元件之間，出於進行對比度提高或視角擴大等光學補償之目的，存在配置相位差膜之情形。例如，橫向電場效應(In Plane Switching，IPS)方式之液晶顯示裝置中，在相對於偏光元件之吸收軸呈45°度之角度(方位角45°、135°、225°、315°)斜方向進行視認之情形時，黑顯示之漏光較大，易產生對比度之下降、色移，因此於液晶單元與偏光元件之間配置相位差膜，進行光學補償。作為用於此種用途之相位差膜，可例舉正面延遲為波長之一半且Nz＝(nx－nz)/(nx－ny)所定義之Nz係數為0.5者。
有機EL顯示裝置中，為抑制外界光於金屬電極(陰極)反射而被視認成如鏡面，存在於單元之視認側表面配置圓偏光板(偏光板與具有1/4波長之延遲之相位差膜之積層體)之情形。
作為相位差膜，廣泛使用有非液晶性聚合物之延伸膜。用於IPS方式之液晶顯示裝置之光學補償、有機EL顯示裝置之反射光之遮斷之相位差膜理想的是越為長波長，具有越大之延遲，且遍及可見光之全波長區域，波長與延遲之比為固定。
然而，越為長波長則具有越大之延遲(所謂之「反波長色散」)之材料有限，大部分之聚合物膜係越為長波長則呈現越小之延遲(正色散)，或不論波長如何均呈現大致固定之延遲。提出有如下方法：藉由將積層複數之相位差膜而成之積層相位差板與偏光元件組合，而實現與將反波長色散之相位差膜與偏光元件組合之情形同樣之光學補償。
例如，專利文獻1中揭示有藉由將1/2波長板、1/4波長板及偏光元件以各自之光學軸既不平行亦不正交之角度積層，而獲得寬頻帶圓偏光板。專利文獻2中揭示有藉由將Nz係數不同之2片相位差膜以遲相軸方向成為平行之方式積層而實現寬頻帶化，且可降低IPS液晶顯示裝置之色移。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平10-63816號公報 [專利文獻2]日本專利特開2005-99476號公報
[發明所欲解決之問題]
藉由將複數之相位差膜積層，可實現與反波長色散之相位差膜同樣之光學補償，但由於需要將複數之膜貼合，故而與以1片膜進行光學補償之情形相比，製造步驟繁雜。因此，需要一種可利用更少片數之膜遍及可見光之寬頻帶實現高精度之光學補償之相位差膜。 [解決問題之技術手段]
本發明者等發現，藉由將在厚度方向分子之配向狀態不同之聚合物膜與偏光元件積層，可實現與將不同之波長色散之相位差膜與偏光元件積層之情形同樣之偏光狀態。
本發明之相位差膜包含具有第一主面與第二主面之1片聚合物膜，且於第一主面積層偏光元件之情形時與於第二主面積層偏光元件之情形時，光自斜方向入射時之偏光之橢圓率不同。
光自斜方向入射時之橢圓率係於相位差膜積層偏光元件並使光以與法線方向呈45°之角度入射而進行測定。於波長450～700 nm之範圍每隔10 nm測定於相位差膜之第一主面積層偏光元件之情形時之對於波長λ之光之橢圓率E1 (λ)、及於相位差膜之第二主面積層偏光元件之情形時之對於波長λ之光之橢圓率E2 (λ)，將各波長下之橢圓率差之絕對值｜E1 (λ)－E2 (λ)｜之合計設為表裏之橢圓率差ΔE。相位差膜之表裏之橢圓率差例如為0.3以上。
相位差膜可為面內之遲相軸方向之折射率nx、面內之進相軸方向之折射率ny及厚度方向之折射率nz滿足nx＞nz＞ny者。相位差膜之波長550 nm下之正面延遲例如為250～600 nm。
藉由將相位差膜與偏光元件積層，而獲得偏光板。偏光板可為於相位差膜之第一主面側積層偏光元件而成者，亦可為於相位差膜之第二主面側積層相位差膜而成者。相位差膜之遲相軸方向與偏光元件之吸收軸方向可處於平行或正交關係。
進而，本發明係關於一種具備上述偏光板之圖像顯示裝置。作為圖像顯示裝置，可例舉液晶顯示裝置及有機EL顯示裝置。 [發明之效果]
本發明之相位差膜可利用1片膜實現與積層2片以上之相位差膜之情形同樣之寬頻帶之光學補償。
圖1係相位差膜10之剖視圖。相位差膜10包含1片聚合物膜。圖2A係以與相位差膜10之第一主面11相對向之方式積層有偏光元件20之偏光板51之剖視圖，圖2B係以與相位差膜10之第二主面12相對向之方式積層有偏光元件20之偏光板52之剖視圖。
圖3係表示相位差膜10與偏光元件20之配置關係之模式圖。圖2A、B所示之偏光板51、52中，如圖3所示，以相位差膜10之遲相軸方向15與偏光元件20之吸收軸方向25正交之方式配置。
對於在相位差膜10之第一主面11配置有偏光元件20之偏光板51與在相位差膜10之第二主面12配置有偏光元件20之偏光板52，使光從自法線方向傾斜之方向入射而測定出之橢圓率不同。
圖4係表示測定從自偏光板之法線方向傾斜45°之方向入射之光之橢圓率之情況之模式圖。以與吸收軸方向25及遲相軸方向15所成之角為45°之旋轉軸R(參照圖3)為中心使偏光板51、52旋轉45°，自與偏光板及法線所成之角為45°之方向對偏光元件20入射自然光N，測定自相位差膜10之出射光P之偏光狀態(橢圓率)。
圖5係表示可見光波長區域內之橢圓率之測定結果之一例，橫軸為波長，縱軸為橢圓率。包含聚合物之延伸膜之通常之相位差板中，於相位差膜之任一主面配置偏光元件之情形時，橢圓率均不會產生差異。本發明之相位差膜如圖5所示，於第一主面11積層有偏光元件20之偏光板51之橢圓率E1 與於第二主面12積層有偏光元件20之偏光板52之橢圓率E2 不同。
相位差膜之延遲根據波長而不同，因此橢圓率E1 、E2 根據波長λ而發生變化。橢圓率差可利用偏光板51之波長λ下之橢圓率E1 (λ)與偏光板52之波長λ下之橢圓率E2 (λ)之差之絕對值｜E1 (λ)－E2 (λ)｜進行評價。於波長450 nm～700 nm之範圍每隔10 nm計算｜E1 (λ)－E2 (λ)｜，將其合計值設為相位差膜之表裏之橢圓率差ΔE。表裏之橢圓率差由下述式所示，等於圖5中之26條線段之長度之和。
[數1]
Figure 02_image001
其中，λk ＝450＋10k(nm)
[基於使用有積層相位差膜之模型之說明] 作為相位差膜產生表裏之橢圓率差之原因，可舉出於表裏分子之配向狀態不同。以下，使用將分子配向不同之2片相位差膜積層而成之光學模型，對表裏之橢圓率差進行說明。
相位差膜之分子配向狀態可利用Nz係數進行評價。將相位差膜之面內之遲相軸方向之折射率設為nx、進相軸方向之折射率設為ny、厚度方向之折射率設為nz，Nz係數由Nz＝(nx－nz)/(nx－ny)所定義。具有正折射率各向異性之聚合物之延伸膜中，於Nz＝1之情形時(nx＞ny＝nz；正A板)，分子沿膜面內之遲相軸方向單軸配向，於Nz＞1之情形時(nx＞ny＞nz)，分子於膜面內雙軸配向。另一方面，若使分子沿厚度方向配向，則獲得具有nx＞nz＞ny之折射率各向異性且0＜Nz＜1之相位差膜。即，呈現出Nz係數越大，膜面內之分子配向性越高，Nz係數越小，向厚度方向之分子配向性越高。
圖6A1係表示光自斜方向入射至將Nz係數為0.5、波長550 nm下之正面延遲Re(550)為275 nm之相位差膜31與偏光元件20積層而成之偏光板61之情況。圖6A2係以龐加萊球(S2-S3面投影圖)表示透過偏光元件20之直線偏光之偏光狀態由相位差膜31轉換之情況。
自法線方向入射並透過偏光元件20之直線偏光由龐加萊球之點P0 所示。於光在相對於偏光元件之吸收軸方向呈方位角45°之斜方向入射之情形時(自斜方向視認之情形時)，偏光元件之表觀上之軸方向發生變化。因此，透過偏光元件20之光成為振動方向與光自法線方向入射之情形不同之直線偏光，由龐加萊球之點P1 所示。與偏光元件20呈正交偏光地配置之偏光元件會吸收處於隔著點P0 而與點P1 對象之位置之點P2 所示之直線偏光。因此，只要使用相位差膜將點P1 之直線偏光轉換為點P2 之直線偏光，便可抑制漏光。
此處，使用有對於波長550 nm之光之正面延遲為275 nm，且波長450～650 nm之範圍內之正面延遲大致固定之相位差膜。於波長550 nm(綠光)時，正面延遲275 nm為波長λ之一半，相當於相位差π。對於波長450 nm(藍光)之正面延遲Re(450)大於λ/2，對於波長650 nm(紅光)之正面延遲Re(650)小於λ/2。
對於波長550 nm之綠光，由於相位差膜31之相位差為π，故而若於龐加萊球上表現利用相位差膜31之偏光狀態之轉換，則自點P0 移動至處於以點P1 為中心旋轉180°之位置之點P2 。即，自相位差膜31之出射光P於波長550 nm時位於龐加萊球之點P2 (點G)，會被與偏光元件20呈正交偏光地配置之偏光元件吸收，因此不會產生漏光。點G位於龐加萊球之赤道上，因此橢圓率為0(直線偏光)。
另一方面，於波長450 nm時，延遲大於λ/2(相位差大於π)，因此於龐加萊球上，以點P1 為中心以大於180°之角度旋轉。即，自相位差膜31之出射光P於波長450 nm時超出龐加萊球之赤道，位於南半球之點B，成為橢圓率為負之橢圓偏光(左旋橢圓偏光)。於波長650 nm時，延遲小於λ/2(相位差小於π)，因此自相位差膜31之出射光未到達龐加萊球之赤道而位於北半球之點R，成為橢圓率為正之橢圓偏光(右旋橢圓偏光)。
於利用1片通常之相位差膜進行光學補償之情形時，若以不產生波長550 nm時之漏光之方式設定延遲之值，則於其他波長區域，延遲自最佳值偏離。因此，自相位差膜31之出射光P如圖6A2所示，綠光之橢圓率為0，相對於此，藍光之橢圓率為負，紅光之橢圓率為正，根據波長而橢圓率不同。
於圖6B1所示之偏光板62中，自偏光元件20側積層有Nz係數為0.25、Re(550)＝275 nm之相位差膜32與Nz係數為0.75、Re(550)＝275 nm之相位差膜33。圖6B2係以龐加萊球表示透過偏光元件20之直線偏光之偏光狀態由2片相位差膜32、33依序轉換之情況。
波長550 nm之光藉由相位差膜32自龐加萊球之點P1 移動至赤道上之點G1 (點P0 )之後，藉由相位差膜33移動至龐加萊球之赤道上之點G2 。於波長450 nm時，相位差膜32之延遲大於λ/2，因此波長450 nm之光藉由相位差膜32自龐加萊球之點P1 移動至南半球之點B1 。相位差膜33之延遲亦大於λ/2，因此波長450 nm之光藉由相位差膜33移動至龐加萊球之赤道上之點B2 。相位差膜32、33之延遲小於λ/2之波長650 nm之光藉由相位差膜32移動至龐加萊球之北半球之點R1 之後，藉由相位差膜33移動至龐加萊球之赤道上之點R2 。
如圖6B1所示，藉由積層Nz係數不同之2片相位差膜32、33，較波長550 nm為短波長之光及長波長之光之橢圓率均大致成為0(直線偏光)，從而橢圓率之波長依存變小。因此，可進行精度較使用1片相位差膜31之情形高之光學補償。
圖6C1所示之偏光板63係將上述偏光板62中之相位差膜32與相位差膜33之積層順序更替而成者。於將相位差膜32與相位差膜33之積層視為一體之積層相位差膜39之情形時，偏光板63相當於將圖6B1所示之偏光板62中之積層相位差膜39之表裏更替而成者。
圖6C2係以龐加萊球表示透過偏光元件20之直線偏光之偏光狀態由2片相位差膜33、32依序轉換之情況。B1 、G1 及R1 表示藉由Nz係數為0.75之相位差膜33轉換偏光狀態後之波長450 nm、550 nm及650 nm光之偏光狀態。B2 、G2 及R2 表示藉由Nz係數為0.25之相位差膜32轉換偏光狀態後之波長450 nm、550 nm及650 nm光之偏光狀態。
如根據圖6B2與圖6C2之對比可理解，若將Nz係數不同之2片相位差膜32、33積層而成之積層相位差膜之表裏更替，則於積層相位差膜出射之光P之偏光狀態大有不同。圖6B2中，與使用1片相位差膜之情形相比，基於波長之橢圓率之差異(橢圓率之波長依存)較小，可實現更寬頻帶之光學補償，相對於此，圖6C2中成為如下結果：相較於使用1片相位差膜之情形，因相位差膜之波長色散所引起之橢圓率之波長依存被強調。
圖7係表示藉由光學模擬計算自偏光板61之出射光(參照圖6A1)、自偏光板62之出射光(參照圖6B1)及自偏光板63之出射光(參照圖6C1)之可見光波長區域內之橢圓率所得之結果之曲線圖。關於偏光板62，於波長450～650 nm之區域內橢圓率大致為0，橢圓率之波長色散較偏光板61小。另一方面，將積層相位差膜39之表裏更替而成之偏光板63之橢圓率之波長色散較偏光板61大。即，可知將Nz係數不同之2片相位差膜積層而成之相位差膜39於在一面積層偏光元件20之情形時與在另一面積層偏光元件20之情形時，橢圓率產生差異。
基於以上之內容，可知於1片相位差膜產生表裏之橢圓率差(參照圖5)係與積層Nz係數不同之2片相位差膜之情形(參照圖7)同樣之現象。因此，認為根據要積層偏光元件之面而橢圓率不同之相位差膜(具有表裏之橢圓率差之相位差膜)中，分子之配向狀態於厚度方向發生變化。
[相位差膜之最佳光學特性之研究] 為對使用具有表裏之橢圓率差之相位差膜之光學補償的光學設計進行研究，實施利用在呈正交偏光地配置之2片偏光元件之間配置有Nz係數不同之2片相位差膜之光學模型之模擬。圖8係表示用於模擬之光學模型之構成之剖視圖。
該光學模型中，偏光元件21之吸收軸方向與相位差膜37之遲相軸方向正交，相位差膜37之遲相軸方向、相位差膜38之遲相軸方向及偏光元件23之吸收軸方向平行。偏光元件21側之相位差膜37之Nz係數設為0.5以下，偏光元件23側之相位差膜38之Nz係數設為0.5以上，將2片相位差膜之Nz係數之合計Nz1 ＋Nz2 設為1.0。2片相位差膜37、38之正面延遲設為相同。
以與偏光元件之吸收軸方向所成之角及與相位差膜之遲相軸方向所成之角為45°之旋轉軸為中心使光學模型旋轉45°，並讓自然光N自與法線所成之角為45°之方向入射至偏光元件21，利用光學模擬計算此時之自偏光元件23之出射光之亮度。將光學模擬之結果示於圖9。
圖9中，橫軸為相位差膜之正面延遲Re，縱軸為亮度之計算結果。相位差膜之正面延遲為每1片之值，2片積層相位差膜之正面延遲為圖9所示之數值之2倍。圖10係將於各(Nz1 、Nz2 )時亮度成為最小之正面延遲(最佳延遲)及此時之亮度之值繪製出者。
於(Nz1 、Nz2 )＝(0.5、0.5)之情形時，亮度成為最小之正面延遲為137 nm(2片相位差膜之合計為274 nm)，與上述圖6A1之例一致。若對2片相位差膜之Nz係數設置差異，則可見亮度成為最小之正面延遲之值變大，亮度之最小值變小之傾向。於(Nz1 、Nz2 )＝(0.25、0.75)之情形時，亮度成為最小之正面延遲為274 nm(2片相位差膜之合計為548 nm)，與上述圖6A2之例一致。於(Nz1 、Nz2 )＝(0.2、0.8)，正面延遲為271 nm時，亮度成為最小。
利用光學模擬計算使用有於各(Nz1 、Nz2 )時為最佳延遲之積層相位差膜之偏光板之橢圓率。模擬中，如圖11A所示，使用於偏光元件21上積層Nz1 ≦0.5之相位差膜37與Nz2 ≧0.5之相位差膜38，且自偏光元件21側入射自然光之光學模型。又，如圖11B所示，對相位差膜37與相位差膜38之配置更替而成之光學模型亦同樣地計算橢圓率，並根據所得之結果計算表裏之橢圓率差。
圖12中表示橢圓率之計算結果。圖12中，可知於Nz1 ＝0.2，Nz2 ＝0.8之情形時，遍及可見光之寬波長頻帶，橢圓率接近於0。又，可見圖10中之亮度越小，圖12中橢圓率接近於0之橢圓率之波長色散越小之傾向。根據該等結果可知，藉由評價可見光波長區域之橢圓率，可評價亮度之大小。
圖13係將圖10之亮度之曲線圖之橫軸替換成表裏之橢圓率差ΔE之曲線圖。於橢圓率差ΔE為2.7以下之區域，可見表裏之橢圓率差越大，則亮度越小，漏光得到抑制之傾向。又，可知若表裏之橢圓率差為2.9以下，則亮度較橢圓率差為0之情形(表裏之分子配向均一之情形)小而可降低漏光。
如上所述，1片相位差膜之表裏之橢圓率差可將Nz係數不同之2片相位差膜作為模型進行說明。因此，認為與積層有Nz係數不同之2片相位差膜之光學模型同樣地，於使用具有表裏之橢圓率差之1片相位差膜進行光學補償之情形時，亦只要表裏之橢圓率差為2.9以下之範圍內，便可於可見光之寬頻帶抑制漏光，可實現對比度較高之黑顯示。
[相位差膜之光學特性] 如上述光學模擬所示，藉由將相位差膜之表裏之橢圓率差設為特定範圍，利用1片相位差膜便可進行與積層複數之相位差膜之情形同樣之光學補償。為發揮基於設置表裏之橢圓率差之效果，表裏之橢圓率差較佳為0.3以上，更佳為0.5以上。表裏之橢圓率差亦可為0.7以上、1.0以上、1.3以上或1.5以上。如上述光學模擬般出於抑制在相對於偏光元件之吸收軸方向呈45°方向之漏光之目的而使用相位差膜之情形時，表裏之橢圓率差較佳為2.9以下，更佳為2.8以下。
相位差膜之正面延遲及Nz係數只要根據相位差膜之用途(光學補償之對象等)而選擇即可。例如，如IPS方式之液晶顯示裝置之光學補償般補償自斜方向視認時之呈正交偏光地配置之2片偏光元件之表觀上之軸偏移而降低黑顯示下之漏光(黑亮度)之情形時，較佳地使用具有nx＞nz＞ny之折射率各向異性且Nz係數大於0且小於1之相位差膜。相位差膜之Nz係數較佳為0.2～0.8，更佳為0.3～0.7，進而較佳為0.4～0.6。
如利用上述模擬所示，延遲之最佳值根據表裏之橢圓率差而不同。例如，於表裏之橢圓率差為2.5～2.9之範圍內之情形時，相位差膜之波長550 nm下之正面延遲Re(550)之最佳值為約540 nm(相當於圖10中之最佳延遲(1片相位差膜之延遲)之2倍)。於表裏之橢圓率差為1.0左右之情形時，相位差膜之Re(550)之最佳值為約340 nm。於表裏之橢圓率差為0.5左右之情形時，相位差膜之Re(550)之最佳值為約280 nm。基於圖9之模擬結果，Re(550)較佳為250～600 nm左右之範圍內。Re(550)亦可為300 nm以上、350 nm以上、400 nm以上、450 nm以上或500 nm以上。
再者，於表裏具有橢圓率差之相位差膜若與偏光元件積層而測定橢圓率，則會產生表裏之差異，於針對相位差膜單獨體測定延遲、Nz係數之情形時，使光自任一面入射，Nz係數及延遲之測定值均不會產生差異。
具有表裏之橢圓率差之相位差膜亦可用於上述以外之用途。例如關於IPS方式以外之液晶顯示裝置之光學補償、圓偏光板用之1/4波長板，亦可使用具有表裏之橢圓率差之相位差膜。該等用途中之相位差膜之Nz係數、延遲只要適當設定即可。例如，相位差膜之Re(550)可於0～1000 nm左右之範圍適當設定。相位差膜可為正A板(nx＞ny＝nz：Nz＝1)、負B板(nx＞ny＞nz：Nz＞1)、負C板(nx＝ny＞nz：Nz＝∞)、負A板(nz＝nx＞ny：Nz＝0)、正B板(nz＞nx＞ny：Nz＜0)、或正C板(nz＞nx＝ny；Nz＝-∞)。
[相位差膜之製作] 作為相位差膜之材料，使用各種聚合物材料。作為聚合物材料，可例舉：聚碳酸酯系樹脂；聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯等聚酯系樹脂；聚芳酯系樹脂；聚碸、聚醚碸等碸系樹脂；聚苯硫醚等硫醚系樹脂；聚醯亞胺系樹脂；環狀聚烯烴系(聚降𦯉烯系)樹脂；聚醯胺樹脂；聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴系樹脂；纖維素酯類；丙烯酸系樹脂；苯乙烯系樹脂；順丁烯二醯亞胺系樹脂；反丁烯二酸酯系樹脂等。
藉由將該等樹脂材料於支持體形成為層狀而進行成膜。成膜方法可為溶液法及熔融法之任一種。溶液法係於基材上塗佈樹脂溶液之後，利用加熱去除溶劑。藉由將成膜後之膜沿特定方向延伸，使聚合物之分子配向，而獲得相位差膜。相位差膜之厚度例如為5～200 μm左右。
作為延伸方法，可例舉：縱單軸延伸法、橫單軸延伸法、縱橫逐次雙軸延伸法、縱橫同時雙軸延伸法等。作為延伸機構，可使用輥延伸機、拉幅延伸機、縮放儀式或線性馬達式之雙軸延伸機等任意之恰當延伸機。於藉由溶液法在膜支持體上形成膜之情形時，亦可與支持體一體地進行延伸。如日本專利特開平5-157911號公報、日本專利特開2011-227430等所揭示，亦可藉由在延伸時利用熱收縮膜之收縮力，控制折射率各向異性，而製作具有nx＞nz＞ny之折射率各向異性之相位差膜。
分子之配向狀態於厚度方向不同之膜可藉由在成膜時及/或延伸時對表裏施加不同之應變而製作。例如，溶液成膜中，若於支持體上塗佈樹脂溶液之後，利用高溫將溶劑乾燥去除，則於表層側(B面)溶劑被急遽地去除，因此存在產生較支持體側(A面)大之應變，分子之面內配向性變高之傾向。該表裏之應變差於延伸後亦會殘存，因此獲得A面側之Nz係數較大、B面側之Nz係數較小之相位差膜。
亦可利用乾燥條件之調整以外之方法，對表裏施加不同之應變。例如，藉由使用多層模嘴於B面(支持體側)與A面(表層側)使樹脂之吐出壓力、吐出量發生變化，而產生表裏之應變差。又，於延伸時，藉由在表裏貼合熱收縮率不同之膜，而產生表裏之應變差。
[偏光板] 如圖2A及圖2B所示，藉由將相位差膜10與偏光元件20積層而形成偏光板。
＜偏光元件＞ 作為偏光元件，可例舉：使聚乙烯醇系膜、局部縮甲醛化聚乙烯醇系膜、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物系局部皂化膜等親水性高分子膜吸附碘、二色性染料等二色性物質並經過單軸延伸而成者；聚乙烯醇之脫水處理物、聚氯乙烯之脫氯化氫處理物等多烯系配向膜等。
其中，就具有較高之偏光度之方面而言，較佳為使聚乙烯醇或局部縮甲醛化聚乙烯醇等聚乙烯醇系膜吸附碘或二色性染料等二色性物質並沿特定方向配向過之聚乙烯醇(PVA)系偏光元件。例如，藉由對聚乙烯醇系膜實施碘染色及延伸而獲得PVA系偏光元件。
作為PVA系偏光元件，亦可使用厚度為10 μm以下之薄型之偏光元件。作為薄型之偏光元件，例如可例舉日本專利特開昭51-069644號公報、日本專利特開2000-338329號公報、WO2010/100917號說明書、日本專利第4691205號說明書、日本專利第4751481號說明書等中所記載之薄型偏光膜。此種薄型偏光元件例如藉由將PVA系樹脂層與延伸用樹脂基材以積層體之狀態延伸並進行碘染色而獲得。
＜偏光元件與相位差膜之配置關係＞ 相位差膜10與偏光元件20可為任一面貼合。可如圖2A所示，將相位差膜10之第一主面11與偏光元件20相對向地配置，亦可如圖2B所示，將相位差膜10之第二主面12與偏光元件20相對向地配置。
為定義相位差膜10之表裏，以下將與偏光元件20相對向地貼合時之橢圓率E(λ)之波長依存變小之側之主面設為第1主面。例如，圖5中，E1 之波長依存較E2 小，因此將上述主面以與偏光元件相對向之方式配置時橢圓率成為E1 之側之主面定義為「第一主面」，將上述主面以與偏光元件相對向之方式配置時橢圓率成為E2 之側之主面定義為「第二主面」。
E(λ)之波長依存性之大小可基於在波長450～700 nm之範圍每隔10 nm測定出之橢圓率E(λ)之標準偏差σ進行判斷。
[數2]
Figure 02_image003
其中， λk ＝450＋10k(nm)， Eave 為E(λ0 )～E(λ25 )之算術平均。
標準偏差σ越小，橢圓率E(λ)之波長依存越小。因此，將以與偏光元件相對向之方式配置時之橢圓率E(λ)之標準偏差σ變小之側之主面設為第一主面。
偏光元件20與相位差膜10之配置角度並無特別限定。例如，出於抑制自斜方向視認液晶顯示裝置時之漏光之光學補償之目的而使用相位差膜之情形時，較佳為以偏光元件20之吸收軸方向與相位差膜10之遲相軸方向平行或正交之方式配置兩者。將偏光元件與相位差膜積層而形成圓偏光板之情形時，較佳為以偏光元件之吸收軸方向與相位差膜之遲相軸方向所成之角度成為45°之方式配置兩者。再者，配置角度無需嚴格為上述範圍，亦可包含±2°左右之誤差。
如圖3所示，相位差膜10之遲相軸方向15與偏光元件20之吸收軸方向25正交之情形時，較佳為以相位差膜10之第一主面11與偏光元件20相對向之方式配置。另一方面，於相位差膜10之遲相軸方向與偏光元件20之吸收軸方向正交之情形時，較佳為以相位差膜10之第二主面12與偏光元件20相對向之方式配置。如上所述，藉由選擇要與偏光元件積層之面，依序透過偏光元件20及相位差膜10之光之橢圓率之波長依存較小，可進行寬頻帶之光學補償。
＜偏光元件保護膜＞ 如圖14所示，偏光板係於偏光元件20之一面具備相位差膜10，於另一面可具備作為偏光元件保護膜之透明膜40。透明膜40之厚度例如為5～200 μm左右。作為構成上述透明膜之樹脂材料，較佳為透明性、機械強度、熱穩定性優異之聚合物，作為其具體例，可例舉以上作為相位差膜之構成材料所例示之聚合物。
於偏光元件之一面，亦可設置2片以上之膜。例如，亦可於偏光元件20與相位差膜10之間設置光學各向同性之透明保護膜。又，亦可於偏光元件20與相位差膜10之間設置具有光學各向異性之膜。亦可於相位差膜10之表面(偏光元件20之相反側之面)設置其他膜。
＜黏著、接著劑＞ 偏光元件20與相位差膜10可經由接著劑或黏著劑(未圖示)而貼合。偏光元件20與透明保護膜40可經由適當之接著劑或黏著劑而貼合。作為接著劑或黏著劑，可適當選擇使用將丙烯酸系聚合物、矽酮系聚合物、聚酯、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚乙烯醚、乙酸乙烯酯/氯乙烯共聚物、改性聚烯烴、環氧系聚合物、氟系聚合物、橡膠系聚合物等作為基礎聚合物者。
[圖像顯示裝置] 上述相位差膜及偏光板係用於液晶顯示裝置、有機EL顯示裝置等圖像顯示裝置之形成。圖像顯示裝置係於液晶單元、有機EL單元等圖像顯示單元之表面具備上述偏光板。
以下，作為圖像顯示裝置之一例，對IPS方式之液晶顯示裝置之構成進行說明。圖15係一實施形態之液晶顯示裝置之結構剖視圖。液晶顯示裝置201包含液晶面板101與光源105。液晶面板101係於液晶單元70之視認側表面具備第一偏光板57，於液晶單元70之光源105側具備第二偏光板56。
液晶單元70係於2片基板73、75之間具備液晶層71。基板73、75為玻璃基板或塑膠基板，通常之構成中，於一基板設有彩色濾光片及黑矩陣，於另一基板設有控制液晶之光電特性之開關元件等。
液晶層71包含於無電解狀態下沿特定方向配向之液晶分子，若施加電壓，則液晶分子之配向方向(指向矢)發生變化。例如，橫向電場效應(IPS)方式之液晶單元中，液晶層71之液晶分子於無電場狀態下相對於基板平面而平行且均一地配向(水平配向)，若施加電壓，則指向矢於基板面內旋轉。IPS方式之液晶單元之無電解狀態下之液晶分子之配向方向亦可相對於基板平面而稍微傾斜。IPS方式之液晶單元中，無電解狀態下之基板平面與液晶分子之配向方向所成之角(預傾角)通常為10°以下。
於液晶單元之70光源側基板75，經由黏著劑層66而貼合有第一偏光板56，於液晶單元70之視認側基板73，經由黏著劑層68而貼合有第二偏光板57。第一偏光板56之偏光元件20與第二偏光板57之偏光元件29以兩者之吸收軸方向彼此正交之方式配置。
第一偏光板56係於偏光元件20之液晶單元70側之面具備表裏之橢圓率差不同之相位差膜10，於偏光元件20之另一面具備透明膜40。第二偏光板57係於偏光元件之兩面具備透明膜41、42。再者，液晶顯示裝置中，不具有作為相位差膜之功能之透明膜40、41、42亦可省略。
作為構成黏著劑層39、59之黏著劑，可適當選擇使用將丙烯酸系聚合物、矽酮系聚合物、聚酯、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚乙烯醚、乙酸乙烯酯/氯乙烯共聚物、改性聚烯烴、環氧系、氟系、天然橡膠、合成橡膠等橡膠系等作為基礎聚合物者。黏著劑層66、68之厚度為5～50 μm左右。
液晶顯示裝置亦可包含上述以外之光學層、其他構件。例如，於液晶面板101與光源105之間亦可設置增亮膜(未圖示)。增亮膜亦可與光源側之偏光板56積層。
於視認側之透明膜42，以賦予耐擦傷性等為目的而可設置硬塗層。又，於透明膜42可設置抗反射層。於視認側之偏光板57之更靠視認側，可配置觸控面板感測器、覆蓋窗等。
第一偏光板56中，偏光元件20之吸收軸方向與相位差膜10之遲相軸方向正交，相位差膜10之第一主面11與偏光元件20相對向，相位差膜10之第二主面12與液晶單元70相對向。
於自斜方向來看該液晶顯示裝置201之情形時，來自光源105之光透過偏光元件20之後，由相位差膜10轉換偏光狀態。由於以偏光元件20之吸收軸方向與相位差膜10之遲相軸方向正交，相位差膜10之第一主面與偏光元件20相對向之方式配置，故而自相位差膜10之出射光之橢圓率之波長依存較小，可實現寬頻帶之光學補償。
圖16所示之液晶顯示裝置202具有與上述液晶顯示裝置202類似之構成，但配置於光源105側之第一偏光板58中之相位差膜10與偏光元件20之配置關係不同。於偏光板58中，偏光元件20之吸收軸方向與相位差膜10之遲相軸方向平行，相位差膜10之第二主面12與偏光元件20相對向，相位差膜10之第一主面11與液晶單元70相對向。
此構成中，於將相位差膜10與視認側之第一偏光板57之偏光元件29視為一組之情形時，以偏光元件29之吸收軸方向與相位差膜10之遲相軸方向正交，相位差膜10之第一主面11與偏光元件29相對向之方式配置。因此，基於與上述液晶顯示裝置201之構成同樣之原理，可實現寬頻帶之光學補償。
圖15及圖16中示出於液晶單元70之光源側配置相位差膜10之形態，但亦可如圖17之液晶顯示裝置203及圖18之液晶顯示裝置204般於液晶單元70之視認側之偏光板配置相位差膜10。圖17之液晶顯示裝置203相當於將圖15之液晶顯示裝置201中之液晶面板101之上下更替而成者。圖18之液晶顯示裝置204相當於將圖16之液晶顯示裝置202中之液晶面板102之上下更替而成者。因此，該等液晶顯示裝置中，亦基於與液晶顯示裝置201、202之構成同樣之原理，可實現寬頻帶之光學補償。
以IPS方式之液晶顯示裝置中之光學補償為中心對相位差膜之用途進行了說明，但如上所述，具有表裏之橢圓率差之相位差膜之用途可應用於IPS方式以外之液晶顯示裝置、有機EL顯示裝置等各種圖像顯示裝置。 [實施例]
以下，例舉實施例對本發明更詳細地進行說明，但本發明並不限定於下述例。
[相位差膜之製作] ＜樹脂溶液之製備＞ 於具備攪拌裝置之反應容器中，使2,2-雙(4-羥基苯基)-4-甲基戊烷540重量份、苄基三乙基氯化銨12重量份溶解於1 M氧化鈉溶液。向該溶液中，一面攪拌一面一次加入使對苯二甲醯氯304重量份與間苯二甲醯氯102重量份溶解於氯仿而成之溶液，於室溫攪拌90分鐘。之後，將聚合溶液靜置分離而分離含有聚合物之氯仿溶液，繼而利用乙酸水溶液進行洗淨，且利用離子更替水進行洗淨之後，投入至甲醇中使聚合物析出。將析出之聚合物利用蒸餾水洗淨2次及利用甲醇洗淨2次之後，進行減壓乾燥。將所得之聚芳酯系樹脂溶解於甲苯，而製備固形物成分濃度20%之樹脂溶液。
＜比較例1＞ 將PET膜作為支持體，於支持體上，使用棒式塗佈機以乾燥後之厚度成為20 μm之方式塗佈上述樹脂溶液，於溫度80℃乾燥3分鐘而獲得聚合物膜。將該聚合物膜自支持體剝離，於聚合物膜之兩面貼合附設有黏著劑層之熱收縮膜(雙軸延伸聚丙烯膜)，於溫度150℃進行自由端單軸延伸之後，剝離熱收縮膜。相位差膜之Nz係數為0.5，波長550 nm下之正面延遲Re(550)為270 nm。
＜實施例1～6＞ 將支持體上之樹脂溶液之乾燥溫度及乾燥時間如表1所示進行變更，除此以外，以與比較例1同樣之方式製作聚合物膜，且以成為表1所示之Re(550)之方式進行延伸，而獲得Nz係數為0.5之相位差膜。
[偏光板之製作] 於厚度18 μm之聚乙烯醇系偏光元件之一面貼合厚度40 μm之雙軸延伸丙烯酸膜，於另一面經由紫外線硬化型之接著劑而貼合上述相位差膜，從而製作偏光板。貼合時，使用滾筒貼合機並照射紫外線而使接著劑硬化。
相位差膜與偏光元件係以相位差膜之遲相軸方向與偏光元件之吸收軸方向正交之方式配置，將相位差膜之B面(成膜時之支持體側之面)與偏光元件貼合。又，為評價相位差膜之表裏之橢圓率差ΔE，亦製作將相位差膜之A面(成膜時之表層側之面)與偏光元件貼合之試樣。
[評價] ＜相位差膜之光學特性＞ 相位差膜之正面延遲及Nz係數係利用偏光・相位差測定系統(Axometrics製造之「AxoScan」)進行測定。相位差膜之正面延遲及Nz係數係對於相位差膜單獨體進行測定。
＜橢圓率及橢圓率差＞ 橢圓率之測定時，使用偏光・相位差測定系統(Axometrics製造之「AxoScan」)。於以相對於偏光元件之吸收軸方向呈方位角45°之方向為旋轉軸使偏光板傾斜45°之狀態下，使光自丙烯酸膜側入射，測定自相位差膜側出射之光之橢圓率。針對將相位差膜之A面與偏光元件貼合之試樣亦進行橢圓率之測定，根據各個試樣之波長450 nm～700 nm之範圍內之每隔10 nm之橢圓率之值，計算表裏之橢圓率差ΔE。
＜液晶顯示裝置之黑亮度及對比度＞ 自具備IPS方式之液晶面板之市售之液晶電視取出液晶面板，且自液晶單元剝下視認側之偏光板，經由丙烯酸系黏著劑而貼合上述偏光板。將視認側偏光板被替換為上述實施例及比較例之偏光板之液晶面板與背光組合，而製作評價用液晶顯示裝置。
將液晶顯示裝置設為黑顯示，測定於方位角45°、極角45°方向之亮度(黑亮度)。又，將液晶顯示裝置設為白顯示，測定於方位角45°、極角45°方向之亮度(白亮度)，並計算對比度(白亮度/黑亮度)。
＜評價結果＞ 將實施例及比較例之相位差膜之製作條件(乾燥溫度及時間)、波長550 nm下之正面延遲Re(550)、表裏之橢圓率差ΔE、液晶顯示裝置之黑亮度及對比度示於表1。再者，黑亮度及對比度係以將比較例1設為100之相對值表示。
將比較例1、實施例1、實施例3、實施例5及實施例6之橢圓率之測定結果示於圖19。又，將以各實施例及比較例之相位差膜之表裏之橢圓率差ΔE為橫軸、液晶顯示裝置之黑亮度為縱軸所繪製出之曲線圖示於圖20。
[表1]
   乾燥條件 相位差膜特性 液晶顯示裝置評價結果
乾燥溫度 (℃) 乾燥時間 (分鐘) Re(550) (nm) ΔE 黑亮度 對比度
比較例1 80 3 270 0.08 100 100
實施例1 100 3 280 0.32 98.5 101
實施例2 120 3 300 1.0 96.2 104
實施例3 140 3 305 1.1 95.8 104
實施例4 160 3 310 1.2 95.5 105
實施例5 160 6 355 2.2 90.2 111
實施例6 160 9 545 2.6 83.3 121
如表1所示，可知藉由在支持體上進行高溫、長時間之加熱乾燥，可形成表裏之橢圓率差ΔE較大之相位差膜。
與使用無表裏之橢圓率差之相位差膜之比較例1相比，使用表裏之橢圓率不同之相位差膜之實施例1～6中，液晶顯示裝置之黑亮度較小，對比度上升。相對於表裏之橢圓率差ΔE繪製黑亮度所得之圖20呈現出與圖13之模擬結果較高之匹配。
根據以上之結果，可知藉由使用於厚度方向分子之配向狀態不同而具有表裏之橢圓率差之相位差膜，可實現與積層複數之相位差膜之情形同樣之光學補償，形成漏光較少而對比度較高之圖像顯示裝置。
10:相位差膜 11:第一主面 12:第二主面 15:遲相軸方向 20,21,23,29:偏光元件 25:吸收軸方向 31,32,33,37,38:相位差膜 39:積層相位差膜 40,41,42:透明膜 51,52,56,57,58:偏光板 61,62,63:偏光板 66,68:黏著劑層 70:液晶單元 71:液晶層 73,75:基板 101~104:液晶面板 105:光源 201~204:液晶顯示裝置 E1,E2:橢圓率 N:自然光 P:出射光 R:旋轉軸
圖1係相位差膜之剖視圖。 圖2A、B係將相位差膜與偏光元件積層而成之偏光板之剖視圖。 圖3係表示用於橢圓率之測定之偏光板中之相位差膜與偏光元件之配置關係之圖。 圖4係表示用於橢圓率之測定之光學系統之圖。 圖5係用於對表裏之橢圓率差及其計算方法進行說明之圖。 圖6A1、A2、B1、B2、C1、C2係關於光入射至偏光元件與相位差膜之積層體時之利用相位差膜之偏光狀態之轉換之說明圖。 圖7係圖6之偏光板之橢圓率之光學模擬結果。 圖8係用於亮度之光學模擬之光學模型之結構剖視圖。 圖9係使用圖8之光學模型之亮度之模擬結果。 圖10係將模擬中亮度成為最小之延遲及此時之亮度之值繪製出之曲線圖。 圖11A、B係用於橢圓率之光學模擬之光學模型之結構剖視圖。 圖12係橢圓率之光學模擬結果。 圖13係將積層相位差板之表裏之橢圓率差與亮度之關係繪製出之曲線圖。 圖14係偏光板之剖視圖。 圖15係液晶顯示裝置之剖視圖。 圖16係液晶顯示裝置之剖視圖。 圖17係液晶顯示裝置之剖視圖。 圖18係液晶顯示裝置之剖視圖。 圖19係表示實施例及比較例之相位差膜之橢圓率之測定結果之曲線圖。 圖20係將實施例及比較例之相位差膜之表裏之橢圓率差與液晶顯示裝置之黑亮度之關係繪製出之曲線圖。
10:相位差膜
11:第一主面
12:第二主面
20:偏光元件
51:偏光板
52:偏光板

Claims (11)

  1. 一種相位差膜，其係包含具有第一主面與第二主面之1片聚合物膜者， 於第一主面積層偏光元件並以與法線方向呈45°之角度測定出之對於波長λ之光之橢圓率E1 (λ)、與於第二主面積層偏光元件並以與法線方向呈45°之角度測定出之對於波長λ之光之橢圓率E2 (λ)不同， 於波長450～700 nm之範圍每隔10 nm測定出之橢圓率差之絕對值｜E1 (λ)－E2 (λ)｜之合計為0.3以上。
  2. 如請求項1之相位差膜，其中面內之遲相軸方向之折射率nx、面內之進相軸方向之折射率ny及厚度方向之折射率nz滿足nx＞nz＞ny。
  3. 如請求項1之相位差膜，其中波長550 nm下之正面延遲為250～600 nm。
  4. 如請求項1至3中任一項之相位差膜，其中在波長450～700 nm之範圍每隔10 nm測定出之橢圓率E1 (λ)之標準偏差σ1 小於在波長450～700 nm之範圍每隔10 nm測定出之橢圓率E2 (λ)之標準偏差。
  5. 一種偏光板，其係如請求項1至4中任一項之相位差膜與偏光元件積層而成。
  6. 如請求項5之偏光板，其中上述相位差膜之遲相軸方向與上述偏光元件之吸收軸方向平行或正交。
  7. 一種偏光板，其係如請求項4之相位差膜與偏光元件積層而成，且上述相位差膜之第一主面與上述偏光元件相對向。
  8. 如請求項7之偏光板，其中上述相位差膜之遲相軸方向與上述偏光元件之吸收軸方向正交。
  9. 一種偏光板，其係如請求項4之相位差膜與偏光元件積層而成，且上述相位差膜之第二主面與上述偏光元件相對向。
  10. 如請求項9之偏光板，其中上述相位差膜之遲相軸方向與上述偏光元件之吸收軸方向平行。
  11. 一種圖像顯示裝置，其於圖像顯示單元之表面具備如請求項5至10中任一項之偏光板， 於上述液晶單元與上述偏光元件之間配置有上述相位差膜。
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