JP3814774B2

JP3814774B2 - 偏光部材、光学部材及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP3814774B2
Application number: JP02979599A
Authority: JP
Inventors: 忠幸亀山; 弘則本村
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2019-02-08
Also published as: JP2000227518A; US7046319B2; US20020015120A1

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、高輝度の液晶表示装置における輝点等の光学異常の発生を防止しうる偏光部材及び光学部材に関する。
【０００２】
【発明の背景】
液晶表示装置のモニタや車載用のテレビやナビゲーション等への普及による高輝度化に伴い、これまでの高くても１５０ｃｄ／ｍ^２程度の正面輝度では発生しなかった輝点等の光学異常が黒表示で発生する問題を生じている。ちなみにコレステリック液晶層等からなる反射型偏光板を利用して吸収型偏光板を透過しうる光量を増大させて輝度の向上を図る光源システムなどでは通例１．２〜１．６倍の輝度向上を図りうる。
【０００３】
また前記の高輝度化による光学異常の発生問題は、高コントラスト化の上でも問題となっている。すなわちこれまでのノート型等のパーソナルコンピュータによるＳＴＮモードやＴＮモードでは通例３０：１〜１００：１程度のコントラスト比であったが、モニタ用途などでは３００：１〜５００：１程度の高コントラスト比が求められており、その場合に前記の黒表示での輝点問題がその達成を困難としている。
【０００４】
【発明の技術的課題】
本発明は、反射型偏光板等を利用して高輝度化を達成した液晶表示装置等における輝点等の光学異常の発生を防止しうる偏光部材及び光学部材の開発を課題とする。
【０００５】
【課題の解決手段】
本発明は、吸収型偏光フィルムの片面又は両面に透明保護層、粘着層又は光学補償層からなる１層又は２層以上のポリマー素材層を有して、輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ^２の液晶表示に用いるものであり、前記のポリマー素材層が精製処理にて低分子量体を除去したポリマーを製膜してなると共に、透明結晶による長さ２０μm以上の屈折率異常域を有さず、かつ半径５０μmの領域内に透明結晶による長さ０．５〜２０μmの屈折率異常域を２個以上有しないものであることを特徴とする偏光部材、及びその偏光部材と反射型偏光板を少なくとも有する積層体からなり、輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ^２の液晶表示に用いるものであることを特徴とする光学部材、並びに前記の偏光部材又は光学部材を液晶セルの片側又は両側に有することを特徴とする、輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ^２の液晶表示装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、必要に応じ反射型偏光板等を利用して高輝度化を達成した液晶表示装置等における黒表示での輝点等の光学異常の発生を防止できる偏光部材や光学部材を得ることができ、それを用いて高輝度、高コントラストで視認性に優れる液晶表示装置を形成することができる。これは上記した屈折率異常域の条件を満足させたことによる。
【０００７】
すなわち本発明者らは、上記した輝点等の光学異常問題を克服するために偏光板等の偏光部材を形成する各部材について鋭意研究を重ねた結果、かかる輝点等の発生問題は偏光部材に生じた透明結晶による屈折率異常域に起因する光学用途に特有の問題であり、一般にポリマー素材にはオリゴマー等の低分子量成分が結晶化してなる屈折率異常域が含まれることを究明した。
【０００８】
ちなみに偏光部材は、吸収型偏光フィルムの片面又は両面に例えば透明保護層や粘着層や光学補償層等からなるポリマー素材層を１層又は２層以上設けたものよりなるが、その透明保護層にはそれを形成する三酢酸セルロースの未酢化物などが透明結晶として含まれる。また粘着層では、それを仮着カバーするセパレータ中のオリゴマー等の低分子量成分が粘着層に移行して透明結晶として析出している。本発明は、かかる透明結晶による屈折率異常域を可及的に除去することにより上記の作用効果を達成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による偏光部材は、吸収型偏光フィルムの片面又は両面に透明保護層、粘着層又は光学補償層からなる１層又は２層以上のポリマー素材層を有して、輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ^２の液晶表示に用いるものであり、前記のポリマー素材層が精製処理にて低分子量体を除去したポリマーを製膜してなると共に、透明結晶による長さ２０μm以上の屈折率異常域を有さず、かつ半径５０μmの領域内に透明結晶による長さ０．５〜２０μmの屈折率異常域を２個以上有しないものからなる。その例を図１、図２に示した。４が偏光フィルムである。また２，２１，２２は粘着層、３，３１は透明保護層、５は光学補償層であり、これらがポリマー素材層を形成する。なお６が偏光部材であり、１はセパレータである。
【００１０】
吸収型偏光フィルムとしては、所定偏光軸の直線偏光を透過して他の光は吸収する適宜なものを用いることができ、その種類について特に限定はない。ちなみにその例としては、ポリビニルアルコール系フィルムや部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムにヨウ素及び／又は二色性染料を吸着させて延伸したもの、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の如きポリエン配向フィルムなどがあげられる。偏光フィルムの厚さは通例５〜８０μmであるが、これに限定されない。
【００１１】
偏光部材は、透明保護層、粘着層又は光学補償層からなる同種又は異種のポリマー素材層を吸収型偏光フィルムの片面又は両面にそれぞれ１層又は２層以上有するものであってよい。
【００１２】
前記の透明保護層は、耐水性の向上や補強等の保護目的などにより必要に応じ偏光フィルムの片面又は両面に設けられるものであり、その形成には透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性等に優れるポリマーが好ましく用いられる。ちなみにそのポリマーの例としては、二酢酸セルロースや三酢酸セルロースの如きセルロース系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートの如きポリエステル系ポリマー、ポリエーテルスルホンやポリカーボネート、ポリアミドやポリイミド、ポリオレフィンやアクリル系樹脂、あるいはアクリル系やウレタン系、アクリルウレタン系やエポキシ系やシリコーン系等の熱硬化型、ないし紫外線硬化型の樹脂などがあげられる。
【００１３】
透明保護層は、ポリマー液の塗布方式やフィルムとしたものの接着積層方式などの適宜な方式で形成することができる。その厚さは、適宜に決定でき、一般には５００μm以下、就中１〜３００μm、特に５〜２００μmとされる。
【００１４】
粘着層は、ポリマー素材の接着処理などを目的に必要に応じて設けられるものであり、その形成には例えばアクリル系重合体やシリコーン系ポリマー、ポリエステルやポリウレタン、ポリエーテルや合成ゴムなどの適宜なポリマーをベースポリマーとする粘着性物質や粘着剤などが用いられる。就中、アクリル系粘着剤の如く光学的透明性に優れ、適度な濡れ性と凝集性と接着性等の粘着特性を示して、耐候性や耐熱性などに優れ、加熱や加湿の条件下に浮きや剥がれ等の剥離問題を生じないものが好ましく用いうる。
【００１５】
ちなみに前記アクリル系粘着剤の例としては、メチル基やエチル基やブチル基等の炭素数が２０以下のアルキル基を有する（メタ）アクリル酸のアルキルエステルと、（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル等の改良成分からなるアクリル系モノマーを、ガラス転移温度が０℃以下となる組合せにて共重合してなる、重量平均分子量が１０万以上のアクリル系重合体をベースポリマーとするものなどがあげられるが、これに限定されない。
【００１６】
粘着層は、ポリマー素材の片面又は両面に設けて接着処理に供することができる。設ける粘着層は、異なる組成又は種類等のものの重畳層であってもよい。また両面に粘着層を設ける場合、ポリマー素材の表裏において異なる組成又は種類等の粘着層であってもよい。
【００１７】
ポリマー素材への粘着層の付設は、適宜な方式で行いうる。その例としては、例えばトルエンや酢酸エチル等の適宜な溶剤の単独物又は混合物からなる溶媒に粘着性物質ないしその組成物を溶解又は分散させて１０〜４０重量％程度の粘着剤液を調製し、それを流延方式や塗工方式等の適宜な展開方式でポリマー素材上に直接付設する方式、あるいは前記に準じセパレータ上に粘着層を形成してそれをポリマー素材上に移着する方式などがあげられる。
【００１８】
粘着層の厚さは、接着力等に応じて適宜に決定でき、一般には１〜５００μmとされる。粘着層は、図例の如く液晶セル等の被着体への接着を目的として、必要に応じ偏光部材の外表面に設けることもできる。粘着層２，２１が表面に露出する場合には、実用に供するまでの間その表面を図例の如くセパレータ１などで仮着カバーしておくことが好ましい。
【００１９】
なお粘着層は、必要に応じて例えば天然物や合成物の樹脂類、就中、粘着性付与樹脂、ガラス繊維やガラスビーズ、金属粉やその他の無機粉末等からなる充填剤や顔料、着色剤や酸化防止剤などの適宜な添加剤を含有していてもよい。また微粒子を含有して光拡散性を示す粘着層であってもよい。
【００２０】
一方、上記した光学補償層は、液晶セルによる位相差の補償等の目的で必要に応じ用いられるものである。光学補償層の例としては、各種ポリマーの延伸フィルム等からなる複屈折性フィルム、ディスコチック系やネマチック系の如き液晶ポリマーの配向フィルム、その配向液晶層をフィルム基材上に支持したものなどがあげられる。その場合、配向液晶層を支持するフィルム基材としては、セルロース系フィルムの如く等方性に優れるものが好ましく用いうる。
【００２１】
前記の複屈折性フィルムを形成するポリマーは、例えばポリエチレンやポリプロピレン、ノルボルネン構造を有するポリオレフィンの如きオレフィン系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリメチルメタクリレートの如きアクリル系ポリマーやセルロース系ポリマー、ポリアミドやポリイミド、ポリスルホンやポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンやポリフェニレンスルフィド、ポリビニルアルコールやポリ塩化ビニル、ポリビニルブチレートやポリカーボネート、ポリスチレンやポリアリレート、ポリオキシメチレンなどの適宜なものであってよい。
【００２２】
就中、例えばポリエステル系ポリマーやポリエーテルエーテルケトンの如く結晶性に優れるポリマーが好ましく用いうる。延伸フィルムは、一軸や二軸等の適宜な方式で処理したものであってよい。また熱収縮性フィルムとの接着下に収縮力又は／及び延伸力を付与する方式などによりフィルムの厚さ方向の屈折率を制御した複屈折性フィルムなどであってもよい。光学補償層は、位相差等の光学特性の制御を目的に２層以上の位相差層を積層したものであってもよい。
【００２３】
本発明におけるポリマー素材層は、透明結晶による長さ２０μm以上の屈折率異常域を有さず、かつ半径５０μmの領域内に透明結晶による長さ０．５〜２０μmの屈折率異常域を２個以上有しないものとして吸収型偏光フィルムと積層したものである。これにより、必要に応じ反射型偏光板を利用して高輝度化を達成した液晶表示装置に適用しても黒表示で輝点等の光学異常を発生することを防止することができる。
【００２４】
透明結晶による長さ２０μm以上の屈折率異常域を有するポリマー素材層、半径５０μmの領域内に透明結晶による長さ０．５〜２０μmの屈折率異常域を２個以上有するポリマー素材層では、高輝度下、例えば５０００ｃｄ／ｍ^２を超える輝度下における輝点等の光学異常の発生を防止することができない。
【００２５】
前記において従来の１５０ｃｄ／ｍ^２以下程度の輝度下では、７０〜１００μm程度の大きさの屈折率異常域を有していても輝点等は現れないが、それを２００ｃｄ／ｍ^２程度の輝度下におくと輝点が現れる。またその２００ｃｄ／ｍ^２では輝点が発生しない場合でも、５００ｃｄ／ｍ^２等のそれ以上の輝度下におくと輝点が現れるときがあり、その場合にはより小さい屈折率異常域の存在が原因となっている。
【００２６】
前記した輝度が高くなるほど輝点発生の原因となる屈折率異常域の大きさが小さくなることなどより、かかる輝点等の発生現象は、屈折率異常域を介した光散乱であり、高輝度化による散乱光強度の増大で発光域が大きくなって小さい屈折率異常域にても輝点等の光学異常を発生するものと考えられる。
【００２７】
上記のように本発明におけるポリマー素材は、輝点等の原因となる透明結晶による屈折率異常域を除去したものであるが、かかるポリマー素材は、例えばそれを形成するポリマーを溶液化し濾過膜による濾過処理等を介して精製し、未酢化物やオリゴマー等の低分子量体を除去したポリマーにて素材を製膜する方式などにより得ることができる。
【００２８】
ちなみに三酢酸セルロースでは、その市販物を塩化メチレン等で溶液化しそれを親水化処理したポリテトラフルオロエチレンからなる１０μmの濾過膜を介し常圧等で濾過し、その精製ポリマーを用いて製膜することにより得られたフィルムを用いて上記の屈折率異常域条件を満足する透明保護層などを形成することができる。
【００２９】
また上記の光学補償層も前記に準じ精製処理したポリマーを用いて得ることができるが、延伸フィルムとする場合には例えば０．５〜１０μmの濾過膜を用いる方式などにより濾過精度の向上を図ることが好ましい。これは、延伸処理により屈折率異常域も拡大されるため、その拡大後の屈折率異常域を想定することに基づく。従って例えば２倍の延伸処理を施す場合には、５μm（１０／２）以下の濾過膜にて精製処理することが好ましい。
【００３０】
一方、粘着層の場合には上記したようにセパレータよりの移行を防止することが上記した屈折率異常域条件の達成に重要である。その移行防止は、例えば前記に準じて精製処理したポリマーからなるセパレータを用いる方式にても達成し得るし、またセパレータを形成するポリマー基材にシリカ膜や金属酸化物蒸着膜等からなる移行防止層を設け、その上にシリコーン系等の剥離剤からなる表面コートを設けてポリマー基材成分の移行を遮る方式などにても達成することができる。
【００３１】
本発明による偏光部材は、必要に応じ反射型偏光板等の適宜な光学層の１層又は２層以上と積層した光学部材として実用に供することができる。その光学部材の例を図３に示した。この光学部材９は、偏光部材６に設けた粘着層２１を介し位相差板７を接着し、その外側に粘着層２３を介して反射型偏光板８を接着したものからなる。
【００３２】
前記の反射型偏光板は、自然光を入射させると所定偏光軸の直線偏光又は所定方向の円偏光を反射し、他の光は透過する特性を示すものであり、偏光分離板などと称呼されることもある。かかる反射型偏光板は、バックライト等の光源からの光を入射させて所定偏光状態の透過光を得ると共に、反射光を反射層等を介し反転させて反射型偏光板に再入射させ、その一部又は全部を所定偏光状態の光として透過させて反射型偏光板を透過する光の増量を図ると共に、吸収型偏光板に吸収されにくい偏光を供給して液晶表示等に利用しうる光量の増大を図ることにより輝度を向上させうるものである。
【００３３】
従って反射型偏光板としては、例えば誘電体の多層薄膜や屈折率異方性が相違する薄膜フィルムの多層積層体の如き、所定偏光軸の直線偏光を透過して他の光は反射する特性を示すもの、コレステリック液晶層、就中コレステリック液晶ポリマーの配向フィルムやその配向液晶層をフィルム基材上に支持したものの如き、左右一方の円偏光を反射して他の光は透過する特性を示すものなどの適宜なものを用いうる。
【００３４】
従って前記した所定偏光軸の直線偏光を透過するタイプの反射型偏光板では、その透過光をそのまま吸収型偏光板に偏光軸を揃えて入射させることにより吸収型偏光板による吸収ロスを抑制しつつ効率よく透過させることができる。
【００３５】
一方、コレステリック液晶層の如く円偏光を透過するタイプの反射型偏光板では、そのまま吸収型偏光板に入射させることもできるが、吸収ロスを抑制する点よりは図３に例示した如くその透過円偏光を位相差板７を介し直線偏光化して吸収型偏光板に入射させることが好ましい。ちなみにその位相差板として１／４波長板を用いることにより、円偏光を直線偏光に変換することができる。
【００３６】
可視光域等の広い波長範囲で１／４波長板として機能する位相差板は、例えば波長５５０nmの光等の単色光に対して１／４波長板として機能する位相差層と他の位相差特性を示す位相差層、例えば１／２波長板として機能する位相差層とを重畳する方式などにより得ることができる。従って偏光部材と反射型偏光板の間に配置する位相差板は、１層又は２層以上の位相差層からなるものであってよい。
【００３７】
なおコレステリック液晶層についても、反射波長が相違するものの組合せにて２層又は３層以上重畳した配置構造とすることにより、可視光域等の広い波長範囲で円偏光を反射するものを得ることができ、それに基づいて広い波長範囲の透過円偏光を得ることができる。
【００３８】
本発明による偏光部材や光学部材は、高輝度特性に優れることより、光源等の照明光が高輝度のものや、高コントラスト比の達成を目的とするものなど輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ ^２の液晶表示装置に用いられる。
【００３９】
偏光部材は、液晶セルの片側又は両側に配置しうるが、反射型偏光板を有する光学部材は通例、液晶セルのバックライト等の照明光を入射させる側に配置される。用いる液晶セルは任意であり、例えば薄膜トランジスタ型に代表されるアクティブマトリクス駆動型のもの、ツイストネマチック型やスーパーツイストネマチック型に代表される単純マトリクス駆動型のものなどの適宜なタイプの液晶セルを使用して種々の液晶表示装置を形成することができる。液晶セルの両側に設ける偏光部材は、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
【００４０】
液晶表示装置は、本発明による偏光部材や光学部材を用いてなる輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ ^２のものである点を除いて特に限定はなく、従来に準じて形成することができる。従って液晶表示装置の形成に際しては、例えばプリズムアレイシートやレンズアレイシート、光拡散板やバックライトなど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。
【００４１】
【実施例】
例１
精製処理しない三酢酸セルロース（富士写真フィルム社製、ＴＤ−８０Ｕ、以下同じ）からかる厚さ５０μmのＴＡＣフィルムを偏光フィルム（日東電工社製、ＨＥＧ１４２５ＤＵ、以下同じ）の両面にポリビニルアルコール系接着層を介し接着してなる偏光板の片面に、厚さ２０μmのアクリル系粘着層を介し１／４波長板を接着し、その外側に厚さ２０μmのアクリル系粘着層を介してコレステリック液晶ポリマーからなる反射型偏光板を接着すると共に、ポリエステルフィルムをシリコーン系剥離剤で表面処理したセパレータの上に設けた厚さ２５μmのアクリル系粘着層をセパレータと共に前記偏光板の他面に接着して光学部材を得た（日東電工社製、ＰＣＦ３５０・ＨＥＧ）。
【００４２】
例２
偏光板におけるセパレータ仮着側のＴＡＣフィルムとして、三酢酸セルロースを塩化メチレンに溶解させてその溶液を親水化処理したポリテトラフルオロエチレンからなる１０μmの濾過膜を介し常圧で濾過して精製し、その精製ポリマーを製膜して得たものを用いると共に、セパレータとしてポリエステルフィルムにＩＴＯ蒸着膜を設けその上をシリコーン系剥離剤で表面処理したものを用いたほかは例１に準じて光学部材を得た。
【００４３】
例３
反射型偏光板としてＤＢＥＦ（３Ｍ社製）を用いて１／４波長板とその粘着層を省略したほかは例１に準じて光学部材を得た。
【００４４】
例４
反射型偏光板としてＤＢＥＦ（３Ｍ社製）を用いて１／４波長板とその粘着層を省略したほかは例２に準じて光学部材を得た。
【００４５】
評価試験
上記の例で得た光学部材を市販のノーマリーホワイトＴＦＴ型液晶表示装置における光源側の偏光板等として適用し、その反射型偏光板の裏面に輝度が１５００ｃｄ／ｍ^２又は５０００ｃｄ／ｍ^２のサイドライト型バックライトを配置して、黒表示時に輝点として観察される屈折率異常域の最小の大きさ（長さ）を調べた。なお液晶表示装置としては、光学部材をその偏光板の偏光軸が１３５度又は４５度となるように配置してノーマリーホワイトタイプのものと、ノーマリーブラックタイプのものを形成した。
【００４６】
前記の結果を次表に示した。

【図面の簡単な説明】
【図１】偏光部材例の断面図
【図２】他の偏光部材例の断面図
【図３】光学部材例の断面図
【符号の説明】
９：光学部材
６：偏光部材
１：セパレータ
２，２１，２２：粘着層
３，３１：透明保護層
４：吸収型偏光フィルム
５：光学補償層
７：１／４波長板
８：反射偏光板

Claims

吸収型偏光フィルムの片面又は両面に透明保護層、粘着層又は光学補償層からなる１層又は２層以上のポリマー素材層を有して、輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ^２の液晶表示に用いるものであり、前記のポリマー素材層が精製処理にて低分子量体を除去したポリマーを製膜してなると共に、透明結晶による長さ２０μm以上の屈折率異常域を有さず、かつ半径５０μmの領域内に透明結晶による長さ０．５〜２０μmの屈折率異常域を２個以上有しないものであることを特徴とする偏光部材。
請求項１に記載の偏光部材と、自然光を入射させると所定偏光軸の直線偏光又は所定方向の円偏光を反射し、他の光は透過する特性を示す反射型偏光板を少なくとも有する積層体からなり、輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ^２の液晶表示に用いるものであることを特徴とする光学部材。
請求項２において、反射型偏光板が所定偏光軸の直線偏光を透過して、他の光は反射するものである光学部材。
請求項２において、偏光部材と反射型偏光板の間に１層又は２層以上の位相差層からなる位相差板を有する光学部材。
請求項２又は４において、反射型偏光板がコレステリック液晶層からなる、又は位相差板が１／４波長板からなる光学部材。
請求項１に記載の偏光部材、又は請求項２〜５の一に記載の光学部材を液晶セルの片側又は両側に有することを特徴とする、輝度が２００〜５００ｃｄ／ｍ^２の液晶表示装置。