JP4076028B2 - 偏光分離フィルム、バックライト及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いる、偏光を分離しその一部を反射する偏光分離フィルムと、それを用いたバックライトおよび液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ディスプレイとして用いられる液晶表示装置は技術的進展にともない、その特徴である薄型、軽量を生かし、パーソナルコンピュータ用の表示素子として多用されており、その普及には目覚ましいものがある。さらに、従来問題であった視野角についても広視角特性を有する液晶表示装置が既に開発され、パーソナルコンピュータ以外の用途への普及も期待されている。
一方で、液晶表示装置は非発光素子である為に照明光源が不可欠であり、外部照明光を用いる反射型もあるが、バックライトを用いる透過型が現在一般的である。図13に従来の液晶表示装置の代表的な構成を示す。同図で従来のバックライトの作用を説明すると、光源21から出射された光は導光体22に入射し全反射を繰り返しながら進行する。導光体内を進行する光の一部は光散乱体23で進行方向を変えられて導光体外へ出射する。導光体から図面下方向に出射した光は反射シート24で反射されて再び導光体内部へ戻され、一方、図面上方に出射した光は拡散シート25で拡散された後、レンズシート26で集光されて、表裏を偏光板31、32で挟持された液晶セル30の照明光として使用される。なお、同図におけるバックライト20は、バックライト20は光源21、導光体22、光散乱体23、反射シート24、拡散シート25及びレンズシート26等から構成される。
また、現在普及している液晶表示装置は偏光光(偏光板に光を透過させることによって得ている)を液晶層で変調する方式であり、使用されている偏光板によって入射光の約半分が吸収されてしまい、光の利用効率が低かった。そこで、満足のいく明るさにする為には、より多くの光量を必要とするが、その分光源の消費電力が増大するばかりでなく、光源からの熱が液晶に悪影響を与えて表示が見づらくなってしまう等の様々な深刻な問題があった。
【0003】
この様な観点から現在に至るまで様々な提案がなされてきた。それらは、光源からの無偏光光を、互いに直行関係にある二つの直線偏光に分離する偏光分離手段を用い、分離された一方の偏光光を直接利用すると共に、他方の偏光光も再利用するものである。すなわち、偏光分離手段により分離した偏光成分のうち、片方の偏光成分は液晶セルに入射させ、他方の偏光成分は光源側に戻して、その光を反射等により再度偏光分離手段に導いて再利用することで、光利用効率を向上させる技術である。
▲1▼特開平4−184429号公報に開示の技術は、偏光分離器にて光源装置からの無偏光光を互いに直交関係にある二つの偏光光に分離し、一方の偏光光は直接液晶セルに向けて出射させ、もう一方の偏光光は光源側に戻して集束させた後、反射させて再び光源光として再利用するものである。
▲2▼特開平6−265892号公報に開示のバックライトでは、面状導光体の光出射面側に、出射する光が面状導光体表面に対してほぼ垂直になるような光線偏向手段を設け、さらにその上に、偏光分離体を配置するものである。
▲3▼また、特開平7−261122号公報に開示のバックライトでは、楔形状断面を有する体積領域を含む光散乱導光体からなる平行光束化素子の出射面側に、偏光分離体を配置するものである。
▲4▼その他、特開平6−289226号公報、特開平6−189422号公報、特開平7−49496号公報などの多くの類似特許にも開示の技術もあるが、上記▲1▼〜▲3▼も含めて提案されている偏光分離手段は、いずれもブリュースター角を利用した多層膜を用いるものであった。
【0004】
このような従来の偏光分離体である偏光分離フィルムの断面図を図11及び図12に示す。図11の偏光分離フィルム40は、屈折率の大きな光透過層41と、屈折率の小さな光透過層42を交互に積層してなる多層構造体であり、ブリュースター角を利用してp偏光成分のみを透過し、s偏光成分を反射するタイプの偏光分離フィルムである。図12の偏光分離フィルム40は、屈折率の異なる多層構造の一方の屈折率の層43の膜厚が可視光に対して干渉性を起こす膜厚に設定し、各層43及び44の屈折率と層43の膜厚がある条件を満たすと、特定の入射角に対してp偏光成分とs偏光成分の透過光強度の比が大きくなることを利用して偏光性を有する光を出射するタイプの偏光分離フィルムである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の各技術には次のような問題があった。
▲1▼の技術は、投影型の液晶表示装置を対象とするものであり、その照明装置の構成は空間的スペースを必要とし、薄型化が要求される平面型の液晶表示装置には適用できない。
▲2▼の技術は、薄型化に適したものであるが、その偏光分離手段は、その断面が三角形状の柱状プリズムアレイの斜面に偏光分離層を形成したものである場合には、優れた光利用効率が得られているが、偏光分離手段の構造が複雑で、特に断面が三角形状の柱状プリズムアレイの斜面部分に偏光分離層を形成することが難しく、量産性に優れたものとは言い難かった。
▲3▼の技術は、導光体として楔形状断面を有する体積領域を含む特定の光散乱導光体からなる平行光束化素子を用いた場合には、優れた光利用効率が得られているが、光散乱導光体を特定の光散乱能にすることが難しく、一般的に使用できるものとは言い難かった。
▲4▼また、▲1▼〜▲3▼及びその他公報に開示の技術は、いずれもブリュースター角を利用するために、多層膜を斜面に形成する必要があるなど、非常に複雑な構成を必要とし、量産性に優れたものとは言い難かった。
【0006】
しかも、上記従来の多層膜で充分な偏光分離の機能を発現させるためには、少なくとも5層以上と複雑な層構成が必要となる上、入射角の角度による依存性や波長による依存性があり、実際に使用する際には制約が多い問題があった。
例えば、ブリュースター角を利用する関係から、バックライト出射面に対して法線方向に進行する光を偏光分離する為に、多層膜を斜面に形成するなどと出射面に対して傾ける必要があることから、偏光分離手段の厚みが増し、液晶表示装置の薄型化に逆行するという問題があった。
さらに、このような偏光分離手段が、効率良く機能するためには、導光体を用いる現行のバックライトの他の部材、例えば、拡散フィルムやプリズムシートなどとの組み合わせが最適化さていないと、充分に機能せず、また、反射防止層やハードコート層や粘着・接着剤層や偏光層を偏光分離手段に付与することは、偏光分離手段を様々な条件で実際使用する際に、その機能を充分引き出すために重要であるが、以前にはそのような提案もなされていなかった。
例えば、屈折率の異なる多層膜を用いるものであり、該多層膜を場合によってはプリズム形状などの上に形成したものであり、ブリュースター角を利用したものである。
【0007】
そこで本発明の目的は、比較的簡単な構成で厚みも薄くでき且つ量産性に優れ、光の利用効率を向上できる偏光分離手段として偏光分離フィルムを提供することである。
また、本発明の他の目的は、他のバックライト部材との複雑な組み合わせを必要としない偏光分離フィルムを提供することである。また、本発明の他の目的は、このような偏光分離フィルムを用いた薄型のバックライト及び液晶表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決する為に本発明の偏光分離フィルムは、拡散剤を光透過性樹脂中に分散させて該拡散剤と該光透過性樹脂との屈折率差による光の散乱効果を利用した拡散層と、右又は左旋光の光の一方を反射し他方の光を透過する旋光選択層と、λ/4位相差層とが、この順に積層され、且つ該拡散層は該旋光選択層の光入射面側の面上に積層して成る構成のフィルムとした。旋光選択層と旋光選択層からの円偏光を直線偏光に変換するλ/4位相差層とのこれら2層で前述した直線偏光を透過する従来の偏光分離層に該当する。なおこの偏光分離フィルムの反射光は円偏光である。そして、この偏光分離フィルムを旋光選択層側を入射面側とし、λ/4位相差層側を出射面側として用いると、旋光選択層側から入射させた無偏光光は、旋光選択層で右又は左旋光の一方の円偏光が反射し他方は透過し、透過した光は更にλ/4位相差層を透過時に直線偏光に変換されて、偏光分離フィルムから直線偏光として出射することになる。旋光選択層にはコレステリック液晶層を利用できる。この結果、バックライトにて光利用効率の向上が図れる。なお、偏光分離フィルムの入射面側、即ちλ/4位相差層に対し旋光選択層側の面には、プリズム層又はレンズ層を積層して、光の拡散や、偏向又は集光機能も付加しても良い。また、入射面に反射防止層を積層して入射時の不要反射を防いだり、出射面側の面に偏光層を積層してより純度の高い直線偏光を出射する様にしたりすることもできる。
【0009】
そして、本発明のバックライトは、上記偏光分離フィルムと、該偏光分離フィルムの入射面側に配置される略平板状の導光体と、該導光体の側面に配置される光源と、を少なくとも備えた構成とした。
また、本発明の液晶表示装置は、液晶セルの背面光源として上記バックライトを用いた構成とした。
【0010】
以下、図面を参照しながら、本発明の偏光分離フィルム、バックライト及び液晶表示装置について詳述する。
【0011】
図1〜図4、図6及び図8は、偏光分離フィルムの各種形態を示す断面図である。本発明の偏光分離フィルム10の基本的な構成は、図1に示すような、右あるいは左旋光の光のどちらか一方の光を反射し、他方の光を透過する旋光選択層1に、λ/4位相差層2を重ね合わせた構成に対して、更に図3に示すように、拡散層5を旋光選択層1の光入射面側の面上に積層して成る構成のものである。なお、図1、図2、図4、図6及び図8は、本発明の偏光分離フィルム10について、拡散層5以外の部分での構成を説明する図面である。旋光選択層とλ/4位相差層とによる偏光分離フィルムの原理を説明すれば、旋光選択層側から入射した無偏光の光は旋光選択層で右あるいは左の一方が反射し他方は透過し、旋光選択層を透過して円偏光となった光は、λ/4位相差層の作用により直線偏光化して、偏光分離フィルムから出射するものである。
【0012】
旋光選択層1としては上記機能を有する旋光選択物質であれば如何なるものでも良く、特に限定されるものではないが、例えば、液晶、特にコレステリック液晶からなる層が性能的に優れている。
コレステリック液晶はヘリカルな分子配列に基づいて上記のような旋光選択特性を発現するが、プレナー配列のヘリカル軸に平行に入射した光は右旋光と左旋光の2つの円偏光に分かれ、一方は透過し他方は反射される。この現象は円偏光二色性として知られており、円偏光の旋光方向を入射光に対して適宜すると、コレステリック液晶のヘリカル軸方向と同一の旋光方向を持つ円偏光が選択的に散乱反射される。最大の旋光光散乱は、次の式1の波長λ0 で生じる。
【0013】
λ0 =nAV・p 〔式1〕
【0014】
ここで、pはヘリカルピッチ、nAVはヘリカル軸に直交する平面内の平均屈折率である。このときの反射光の波長バンド幅Δλは、次の式2で示される。
【0015】
Δλ=Δn・p 〔式2〕
【0016】
ここで、Δn=n‖−n⊥である。n‖はヘリカル軸に直交する面内における最大の屈折率、n⊥はヘリカル軸に平行な面内における最大の屈折率である。また、プレナー配列のヘリカル軸に対して斜めに入射した光の選択散乱光の波長λψは、λ0 に比べて短波長側にシフトすることが知られている。
上記の特性を利用して、或る波長の光のみを選択的に利用することも可能であるし、反射光の波長バンド幅Δλが全可視光域をカバーする様に、コレステリック液晶のヘリカルピッチpと屈折率差Δnを制御することで、白色光に対しても用いることも可能となる。
【0017】
コレステリック液晶としては、シッフ塩基、アゾ系、エステル系、ビフェニル系等のネマチック液晶化合物の末端基に光学活性の2−メチルブチル基、2−メチルブトキシ基、4−メチルヘキシル基を結合したカイラルネマテック液晶化合物が望ましい。
また、コレステリック液晶としては、高分子コレステリック液晶が、常温固体で且つそのカイラルな物性を固定できる点で、好ましい材料の一つである。一般に高分子液晶は、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、或いは主鎖及び側鎖の位置に導入した高分子であるが、高分子コレステリック液晶も、例えばコレステリル基を側鎖に導入することで得ることができる。この場合、側鎖にコレステリル基を導入するには、ポリシロキサン、或いはエチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニルポリマー等の主鎖ポリマーに、適当な距離を隔てるスペーサ(分子)を介して導入したり、或いはコレステリル基を有するビニルモノマーを重合することによって得られる。
【0018】
旋光選択層1はコレステリック液晶層等からなる単層でも良いが、基材と該基材上に塗工形成された旋光選択物質の層からなる複層構成でも良い。例えば、図2に示す偏光分離フィルム10は、基材3上にコレステリック液晶からなる旋光選択物質を塗工形成して、基材3とコレステリック液晶層4とらかなる複層構成とした旋光選択層1を、基材を入射面側に、コレステリック液晶層をλ/4位相差層側にして積層した形態である。なお、基材はコレステリック液晶層に対してλ/4位相差層側でも良いし、その反対側(入射面側)でもいずれでも良い。図2のように基材をコレステリック液晶層に対して入射面側とする構成では、該基材を、後述する光拡散層、プリズム層、レンズ層と共用することも出来る利点がある。一方、基材をλ/4位相差層側とする場合は、光学的異方性のない基材が、旋光選択層を透過した光をそのままλ/4位相差層に入射させる事ができる点で好ましい。複層構成は、旋光選択物質のみの層では厚みが薄く取り扱いにくく、旋光選択層とλ/4位相差層とをラミネートしにくい場合等にも有効である。また、旋光選択層を基材とコレステリック液晶層の複層構成とすることで、コレステリック液晶層の配向を揃える(通常は、ヘリカル軸軸は偏光分離フィルム出射面の法線方向に揃える)配向制御を、基材面で行うことができる。なお、該基材を用いない配向制御は、例えば、偏光分離フィルムの構成要素としない別の基材上に、コレステリック液晶層を形成して配向制御してから、該基材からコレステリック液晶層を剥がしたものとする。配向制御は、樹脂フィルムのラビングした面に、コレステリック液晶を塗布し、固化させる。
上記基材3としては、樹脂フィルムを用いることができる。樹脂フィルムとしては、透明性、寸法安定性、塗工適性などに優れたものが望ましく、特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、アクリル樹脂等からなるフィルムは好ましい。
【0019】
λ/4位相差層2としては、屈折率の異なる層を多層積層させる方法や液晶を配向させる方法、ないしは、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン等からなる樹脂フィルムを1軸延伸して分子を配向させる方法なとで得られる層を用いることができる。厚みは、通常8〜100μm程度とする。
【0020】
拡散層5は、バックライトにおいて、光源のライトイメージを隠す為や、ディスプレイの視認性を向上させる。また、拡散層によって、偏光分離フィルム自身で光の再利用を図ることができる。すなわち、先に述べたように旋光選択層側から入射した無偏光の光は旋光選択層で右あるいは左旋光の一方が反射し他方は透過するが、この反射した光の円偏光を、無偏光に乱して再度旋光選択層へ入射し、それを繰り返すことにより非常に高い光利用効率で偏光性の高い光が得られる。
【0021】
拡散層5としては、拡散剤を光透過性樹脂中に分散させて拡散剤と光透過性樹脂との屈折率差による光の散乱効果を利用した層や、光透過性樹脂の表面を凹凸面とした層を利用できる。拡散剤としては、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、尿素樹脂、ウレタン樹脂、有機シリコーン樹脂、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ等を主成分とするビーズ或いはフィラー、或いは中空ビーズが用いられる。使用される拡散剤の平均粒子径は1〜50μmが取扱いの点から望ましく、種類や粒子径の異なるものを2種以上組み合わせても良い。光透過性樹脂としては、例えばポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エポキシ系樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアリレート系樹脂等が用いられる。
【0022】
また、本発明の偏光分離フィルムは、図4、図6及び図8に示す様に、用途に応じて、更に入射面や出射面側の面に他の機能層を適宜積層した構成としても良い。
図4の偏光分離フィルム10は、入射面側の面にプリズム層6を積層した形態を示す。プリズム層は多数の単位プリズムからなる。プリズム層が光の進行方向を偏向して、光の指向性の向きを変える為には、単位プリズムの形状は図5(A)に示すプリズム層6の様に断面形状が三角形の三角柱、或いは、図5(B)に示すプリズム層6の様な錐が好ましい。錘は四角錘等である。また、図6の偏光分離フィルム10は、入射面側の面にレンズ7を積層した形態を示す。レンズ層は多数の単位レンズからなる。レンズ層が光の進行方向を変更して、光を集光又は拡散させる為には、単位レンズの形状は、断面形状が図7(A)に示すレンズ層7の様にかまぼこ型、図7(B)に示すレンズ層7の様に逆かまぼこ型、図7(C)に示すレンズ層7の様に凸半球状等が好ましい。
【0023】
上記プリズム層、レンズ層は、熱可塑性状態の樹脂フィルムに高温の賦形型を押しつけて表面に凹凸を賦形する熱プレス法や、或いは高温で樹脂を溶融押し出ししてフィルム状に成形する際に、エンボスロールにより表面に凹凸を賦形する押出同時エンボス法、電離放射線硬化性樹脂を賦形型により樹脂フィルム上で賦形した後に硬化させる等の2P(Photo Polymer )法を利用して形成することができる。そして、得られた凹凸面を有するフィルムは、前記偏光選択層に接着剤等で貼り合わせたり、或いは該フィルムを前記基材として利用する。
上記熱プレス法や押出同時エンボス法で用いる樹脂フィルムとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂のフィルムが挙げられる。
上記2P法で用いる電離放射線硬化性樹脂としては、例えば公知の紫外線硬化性樹脂あるいは電子線硬化性樹脂、代表的には分子中に(メタ)アクリロイル基〔(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基又はメタクリロイル基の意味である。以下同様〕、(メタ)アクリロイルオキシ基、エポキシ基、メルカプト基等の重合性官能基を有するプレポリマー及び/又はモノマーからなる組成物である。例えば、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、シリコーン(メタ)アクリレート等のプレポリマーや、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の多官能モノマー等を主成分とする組成物である。なお、プリズム層やレンズ層を高屈折率とするには、上記多官能モノマー等を主成分として高架橋型とすると良い。電離放射線硬化性樹脂は基本的には無溶剤のものを用いるが、必要に応じ溶剤希釈したものを用いても良い。
電離放射線硬化性樹脂と共に用いる前記樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリメチル(メタ)アクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリイミド、ポリプロピレン、フッ素樹脂等のフィルムが挙げられる。
【0024】
なお、電離放射線硬化性樹脂を紫外線で硬化させる場合は、該樹脂中にアセトフェノン類、ベンゾフェノン類等の光重合開始剤、n−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン等の光増感剤を適宜添加する。
また、電離放射線硬化性樹脂の硬化は、通常、電子線又は紫外線の照射で行うが、電子線硬化の場合は、コッククロフトワルトン型、バンデグラフ型、共振変圧型、絶縁コア変圧器型、直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器から放出される50〜1000keV、好ましくは100〜300keVのエネルギーを有する電子線等を使用し、紫外線硬化の場合には、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、キセノンアーク、メタルハライドランプ等の光源による紫外線等を利用する。
【0025】
また、図示はしないが、旋光選択層、拡散層、プリズム層、レンズ層等の入射面側の面に更に、反射防止層を積層することもできる。反射防止層により、偏光分離フィルムの入射面での反射による光損失を低減できる。
反射防止層としては、従来公知の手法に従って形成したものを利用できるが、例えば低屈折率層と高屈折率層とを交互に隣接積層して表側を低屈折率層とした合計2層以上の多層膜を利用できる。
前記低屈折率層は、例えば低屈折率材料を真空蒸着、スパッタリング、プラズマCVD法等で薄膜形成した層でも良く、或いはバインダー樹脂中に低屈折率材料の粉末を含有させた塗液で塗工形成した層でも良い。一方、前記高屈折率層は、例えば高屈折率材料を真空蒸着、スパッタリング、プラズマCVD法等の薄膜形成法で形成した層でも良く、或いはバインダー樹脂中に高屈折率材料の粉末を含有させた塗液で塗工形成した層でも良い。低屈折率層の厚みは反射防止効果の点から約0.1μm前後の薄膜が望ましい。高屈折率層の厚みは反射防止効果の点から0.1μm程度が望ましい。
なお、反射防止層形成面がプリズム面やレンズ面等と凹凸面の場合は、ディピング法やスプレー法等の塗工法、或いは真空蒸着、スパッタリング、プラズマCVD法等の薄膜形成法によって形成する。
【0026】
低屈折率材料としては、LiF、MgF2 、3NaF・AlF3 、AlF3 、Na3 ・AlF6 、SiOX (x:1.50≦x≦2.00)(屈折率1.35〜1.48)等の無機化合物を使用できる。バインダー樹脂中に含有させる場合は、粒径5nm〜50nmの超微粒子を用いる。
また、樹脂バインダーを用いた低屈折率層の場合、樹脂バインダー中には上記超微粒子の他に、屈折率調整の為に、低屈折率熱可塑性樹脂(ポリマー)等の低屈折率有機化合物を添加する事もできる。低屈折率熱可塑性樹脂としては、CF2 =CF2 、CH2 =CH2 、CF2 =CHF等のフッ素含有モノマーの単独重合、又は2種以上の、或いは他のモノマーとの、共重合、ブロック重合又はグラフト重合により得られるフッ素系樹脂が挙げられる。例えば、PTFE(ポリ4フッ化エチレン)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVF(ポリフッ化ビニル)等はその屈折率が1.45以下と低く好ましい。
なお、低屈折率層の場合、この様にバインダー樹脂を構成する化合物の分子にフッ素原子を含有させてバインダー樹脂自身を低屈折率化しても良い。
【0027】
高屈折率材料としては、ZnO、TiO2 、CeO2 、Sb2 O5 、SnO2 、ITO(Indium Tin Oxide)、Y2 O3 、La2 O3 、ZrO2 、Al2 O3 等の無機化合物を使用できる。バインダー樹脂中に含有させる場合は、その超微粒子を用いる。
また、高屈折率層にバインダー樹脂を用いる場合、バインダー樹脂を構成する化合物の分子にフッ素原子以外のハロゲン、イオウ、窒素、リン等の原子を含有させてバインダー樹脂自身を高屈折率化しても良い。
【0028】
また、低屈折率層、高屈折率層を形成する樹脂バイダーには、電離放射線硬化性樹脂を使用できる。用いる電離放射線硬化性樹脂としては、公知の紫外線硬化性樹脂又は電子線硬化性樹脂、代表的には分子中に(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、エポキシ基、メルカプト基等の重合性官能基を有するプレポリマー及び/又はモノマーからなる組成物を使用できる。例えば、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、シリコーン(メタ)アクリレート等のプレポリマーに、適宜反応性希釈剤として、エチル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルスチレン、N−ビニルピロリドン等の単官能モノマー、或いはトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等の多官能モノマー等を添加した組成物を用いる。
【0029】
なお、多官能モノマーは、低屈折率とする場合には少ない方が良く、その場合は膜強度不足時に用いると良い。また、トリフルオロエチルアクリレート(屈折率1.32)の様なフッ素含有モノマーを用いると、バインダー樹脂そのものを低屈折率にできる。トリフルオロエチルアクリレートは単官能モノマーでその単独重合体で皮膜強度が弱い場合は、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の多官能モノマーを添加するが、添加すると屈折率が高くなるので、前記単官能モノマー100重量部に対して1〜50重量部、好ましくは5〜20重量部の範囲とすると良い。
【0030】
なお、上記電離放射線硬化性樹脂は無溶剤で用いても、或いは必要に応じ溶剤希釈しても良い。
また、電離放射線硬化性樹脂の好ましい具体例の一例は、ポリエステルアクリレートとポリウレタンアクリレートの混合物であり、膜強度と可撓性及び耐衝撃性とが両立した層となる。配合比は、ポリエステルアクリレート100重量部に対して、ポリウレタンアクリレートは30重量部以下とすると、硬質の層にできる。
また、紫外線で硬化させる場合は、前述のレンズ層、プリズム層に用いる電離放射線硬化性樹脂と同様に、該樹脂中に光重合開始剤、光増感剤を適宜添加する。また、硬化も同様に、電子線又は紫外線の照射で行う。
【0031】
また、図8の偏光分離フィルム10は、λ/4位相差層に対し旋光選択層側の面、即ち出射面側の面に偏光層8を積層した形態を示す。同図では偏光層8はλ/4位相差層2の上に積層されている。λ/4位相差層から出射する光はλ/4位相差層によって円偏光が直線偏光になっているが、偏光層8を設けることより、更に純度の高い、すなわちより直線偏光性の強い直線偏光にすることができる。偏光層としては、偏光フィルムを貼り合わせても良い。
偏光フィルムとしては、樹脂フィルム基材の従来公知のものを使用できる。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム乃至は部分ホルマール化ポリビニルアルコールフィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体系ケン化フィルム、セルロース系フィルムなどの親水性フィルムにヨウ素及び/又は二色性染料を吸着配向させる方法、或いはポリビニルアルコール系フィルムを脱水処理してポリエンを形成させる方法などにより得たものを使用できる。
偏光層を設けることにより、この偏光分離フィルムで液晶表示装置を組み立てる際は、液晶セルの入射面側の偏光板は省略することができる。なお、偏光層の偏光軸は、λ/4位相差層から出射される直線偏光の偏光軸と合わせておく事はもちろんである。また、同様に偏光層を持たない構成の偏光分離フィルムの場合でも、液晶セルと組み合わせる際は、そのλ/4位相差層の(該層から出射する直線偏光の)偏光軸は、組み合わせる液晶セルが必要とする所望の偏光軸に合わせて配置する。
【0032】
なお、上記に述べた各層を積層する方法としては、支持体としての強度を持つ層に、例えば基材3等に直接塗工することも可能であるが、間に接着剤層あるいは粘着剤層を介して貼り合わせても良い。
接着剤層に使用される接着剤としては、特にウレタン系接着剤、例えば、湿気硬化型(1液型)、熱硬化型(2液型)等の反応硬化型ウレタン系接着剤が好ましい。湿気硬化型ではポリイソシアネート化合物のオリゴマー、プレポリマー、熱硬化型ではポリイソシアネート化合物のモノマー、オリゴマー、プレポリマーと、ポリオール化合物のオリゴマー、プレポリマーとを組み合わせて用いる。これら反応硬化型ウレタン系接着剤は、積層後にエージング処理する場合は、室温〜80℃程度の温度下でするのが好ましい。また、粘着剤層に使用される粘着剤としては、アクリル樹脂等による公知の粘着剤を用いることができる。
【0033】
また、積層構造体である偏光分離フィルムの表面には、更に必要に応じて、ハドコート層、粘着剤層、接着剤層等を設けてもよい。
ハードコート層は、ここでJIS K5400による鉛筆硬度試験でH以上の硬度を示す層をいう。ハードコート層は無機材料、有機材料のいずれの材料で形成しても良い。例えば無機材料の場合は、ゾル−ゲル法で形成した複合酸化物膜を利用できる。また有機材料の場合は、熱可塑性樹脂、好ましくは熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性樹脂等の反応硬化型樹脂、より好ましくは電離放射線硬化性樹脂による透明樹脂膜を利用できる。前記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アミノアルキッド樹脂、メラミン−尿素共縮合樹脂、ケイ素樹脂、ポリシロキサン樹脂等が使用され、これら樹脂に必要に応じ、架橋剤、重合開始剤等の硬化剤、重合促進剤、溶剤、粘度調整剤等を加えた塗液で、ハードコート層は塗工形成される。
また、上記電離放射線硬化性樹脂としては、前記プリズム層やレンズ層、低屈折率層、高屈折率層等に用いる樹脂を用いることができる。なお、電離放射線硬化性樹脂からなるハードコート層に屈曲性を付与する際は、電離放射線硬化性樹脂100重量部に対し熱可塑性樹脂1〜100重量部含有させても良い。該熱可塑性樹脂としては、例えば電離放射線硬化性樹脂がポリエステルアクリレートとポリウレタンアクリレートとの混合物の場合、ポリメタクリル酸メチルアクリレート、ポリメタクリル酸ブチルアクリレートが透明性、低ヘイズ値、高光透過率、相溶性の点で好ましい。なお、紫外線で硬化させる場合は、前述のレンズ層、プリズム層に用いる電離放射線硬化性樹脂と同様に、該樹脂中に光重合開始剤、光増感剤を適宜添加する。また、硬化も同様に、電子線又は紫外線の照射で行う。また、ハードコート層の厚みは、硬度維持の為に0.5以上、好ましくは3μm以上が良い。
また、粘着剤層又は接着剤層としては、公知のものを使用でき、例えば、アクリル樹脂等による粘着剤、上記ウレタン系接着剤等のによる接着剤を用いることができる。
【0034】
次に、本発明の偏光分離フィルムの使用例として、バックライト及び液晶表示装置を説明する。上記偏光分離フイルムを用いた本発明のバックライト及び液晶表示装置の一形態の断面図を図9に示し、また、他の形態の一例の断面図を図10に示す。
図9においてバックライト20は、光源21、導光体22、光散乱体23、反射シート24、偏光分離フィルム10から構成され、液晶表示装置は、上記バックライト20、液晶セル30、及び該液晶セルの表側面に貼着された偏光板31から構成される。
また、図10に示す他の形態は図9の構成に対して、偏光分離フィルム10を液晶セル30に直接に接着剤又は粘着剤で密着させた形態であり、バックライト20は、光源21、導光体22、光散乱体23、反射シート24、液晶セル30に密着した偏光分離フィルム10から構成され、液晶表示装置は、上記バックライト20、液晶セル30、及び該液晶セルの表裏に貼着された表側面に貼着された偏光板31から構成される。
また、図示はしないが、本発明のバックライト及び液晶表示装置は、更に図10の構成に対して、導光体22と偏光分離フィルム10との間に、必要に応じて拡散シート、プリズムシートを適宜配置した形態等でも良い。
【0035】
光源21としては、冷陰極管等の線光源が通常は使用される。
導光体22としては、光を効率よく透過させる性質があれば特に限定されず、例えばPMMA(ポリメチルメタクリレート)等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等が用いられる。導光体の形状としては、略平板状ないしは、光源を配置する導光体側端面から遠ざかるにつれて厚みが薄くなるような略楔形状のものが好ましい。側面から導光体内部に入射した光源からの光は、導光体内部を全反射を繰り返しながら進行し、その過程で光散乱手段により散乱されて導光体出射面側から出射する。
導光体における光散乱手段としては、▲1▼出射面、又は出射面とは反対側の面である裏側面に、印刷等で樹脂中にシリカ等の光散乱剤を分散させてドット状等と部分的に形成した光散乱体(図9及び図10の光散乱体23は裏面の例)を印刷等で設けて光学的に接触させるか、▲2▼導光体の表側面である出射面を粗面とするか、▲3▼導光体裏側面を粗面とするか、▲4▼導光体の内部に導光体主体とは屈折率の異なる樹脂等の光散乱剤を含有させて導光体の材料自身を光散乱性としたものを用いる、等の方法を採用できる。
反射シート24としては、白色プラスチックシートやプラスチックシートにアルミニウムを蒸着したシート等が使用される。
【0036】
なお、図9及び図10の構成において、更に、導光体と偏光分離フィルムとの間に、拡散フィルム、プリズムシート、偏光板等を、偏光分離フィルムを用いない従来のバックライトと同様に、液晶セルと、導光板との間に配置することもできる。もちろん、拡散フィルムを用いるのは、入射面側に拡散層のない偏光分離フィルムを用いる場合であり、又、同様にプリズムシートや偏光板を用いるのは用いる偏光分離フィルムにプリズム層や偏光層が無い場合である。
なお、拡散フィルム、プリズムシートの配置位置は、導光板出射面側から順に、拡散フィルム、プリズムシートとする以外に、プリズムシート、拡散フィルムとしたり、あるいは、拡散フィルム、プリズムシートを必要に応じて複数枚重ねて用いても良く、特に偏光分離フィルムを使用する事によって限定されるものではない。
【0037】
上記拡散フィルムとしては、高分子フィルムの表面をエンボス等により賦形して粗面としたり、有機・無機材料のビーズないしはフィラーを樹脂中に分散したものなどが使用すれば良い。
また、プリズムシートとしては、光を効率よく透過させる性質の材料であれば機能し、例えば、ポリカーボネート(PC)、PET等のポリエステル樹脂、PMMA等のアクリル樹脂、ガラス等がある。なかでも、微細なプリズム形状を精度よく形成できる点で、PET、PCなどのベースフィルムの上に紫外線硬化樹脂を用いてプリズム形状を形成したプリズムシートが好ましく、又、最も量産性に優れた点からも好ましい。この場合、紫外線硬化樹脂で形成したプリズムの屈折率は大きい方が好ましく、具体的には1.4以上、更に好ましくは1.5以上である。なお、ベースフィルム上に紫外線硬化樹脂でプリズム形状を形成するには、特開平5−169015号公報に開示の技術を利用すれば良い。すなわち、プリズム形状とは逆凹凸形状の凹部を有する回転するロール凹版に紫外線樹脂液を塗工充填し、次いでこれにベースフィルムを供給して版面の樹脂液の上からロール凹版に押圧し、押圧した状態で、紫外線照射して樹脂液を硬化させた後に、固化した紫外線硬化樹脂をベースフィルムと共に回転するロール凹版から剥離すれば、プリズムシートは連続製造できる。
【0038】
そして、本発明の液晶表示装置は、図9及び図10に例示する様に、前述の偏光分離フィルムを用いた表示装置であり、上記バックライトを液晶セルの背面光源として用いることで構成することができる。
【0039】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に説明する。
【0040】
(参考例1)
旋光選択層として、紫外線照射による光重合にて得た厚み15μmの高分子コレステリック液晶フィルム(厚み方向に液晶のヘリカル軸があり、可視光領域で優れた円偏光二色性を示した)をコレステリック液晶層として用い、また、λ/4位相差層としては厚み60μmの位相差フィルム(住友化学工業株式会社製、商品名「スミライト」)を用い、これらを粘着剤で貼り合わせて参考例1の偏光分離フィルムを得た(図1参照)。
【0041】
(参考例2)
ガラス基板上に於いて、紫外線照射による光重合で高分子コレステリック液晶の厚み2μmのフィルムに成膜した後、該フィルムを粉砕して厚み2μm、平均直径が約20μmの鱗片状の高分子コレステリック液晶のフィラーを得た。このフィラーをアクリル樹脂の溶剤溶液に分散した塗液を、50μm厚のポリエチレンテレフタレートフィルム基材上に厚み20μm(乾燥時)に塗工して、フィルム基材とコレステリック液晶層とからなる旋光選択層を形成した。次いで、ポリエチレンテレフタレートフィルム側を表側になる様にして、旋光選択層面と、参考例1で用いた位相差フィルムとを参考例1同様に貼り合わせて参考例2の偏光分離フィルムを得た(図2参照)。
【0042】
(実施例1)
参考例2で得た偏光分離フィルムに対して、その旋光選択層のポリエチレンテレフタレートフィルム基材側の面(即ち使用時の入射面側)に、更に、拡散層として、拡散剤として平均粒子径10μmのアクリル樹脂ビーズを含有させた、ポリエステル樹脂、イソシアネート硬化剤、溶剤とからなる拡散塗料を、ロールコータで厚さ20μm(乾燥時)に形成し、本発明の偏光分離フィルムを得た(図3参照)。
【0043】
(参考例3)
参考例2で得た偏光分離フィルムに対して、その旋光選択層のポリエチレンテレフタレートフィルム基材側の面(即ち使用時の入射面側)に、更に、反射防止層として、ZrO2超微粒子を、カルボキシル基含有アクリレートに添加した塗液を塗工後、電子線照射して硬化させ、厚み5μmの高屈折率(層)のハードコート層を形成した。さらにこの層上に、SiO2(屈折率1.46)の蒸着によって0.1μmの低屈折率(層)を形成して、参考例3の偏光分離フィルムを得た。
【0044】
(参考例4〜8)
旋光選択層を構成するフィルム基材として、プリズム層又はレンズ層となる凹凸有する基材を次の様にして作製した。先ず、ダイアンモンドバイトによる機械切削加工で、単位プリズムの断面形状が、頂角90°の二等辺三角形からなる三角柱プリズム形状(図5(A)、参考例4)、かまぼこ型形状(図7(A)、参考例5)、逆かまぼこ型形状(図7(B)、参考例6)を、また、機械彫刻加工機で四角錐形状(図5(B)、参考例7)、凸半球形状(図7(C)、参考例8)と、逆凹凸形状の凹凸を50μmピッチで円筒状版上の銅メッキ層に加工した後、クロムメッキしてそれぞれのロール凹版とした。上記ロール凹版をエンボス版として用い、100μm厚のポリカーボネートフィルムに熱圧でエンボスし、プリズム層又はレンズ層を有するフィルム基材を作製した。このフィルム基材を、参考例2における旋光選択層で用いた基材として用いて、凹凸形成面とは反対面にコレステリック液晶層を形成し、参考例の偏光分離フィルムを得た。
【0045】
(参考例9〜13)
旋光選択層を構成するフィルム基材として、プリズム層又はレンズ層となる凹凸を有するフィルム基材を次の様にして作製した。参考例4〜8にて、フィルムに凹凸をエンボス形成する代わりに、ロール凹版を用いて紫外線硬化性樹脂で凹凸を形成した。すなわち、厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルムに、ウレタン樹脂系プライマーを塗工し、加熱硬化させて、厚さ1μmのプライマー層を先ず形成した。次いで、エポキシアクリレート系樹脂を主成分とする紫外線硬化性樹脂液を、回転するロール凹版に塗工充填し、次いでこれに上記フィルムを供給して版面の樹脂液の上からロール凹版に押圧し、押圧した状態で、紫外線照射して樹脂液を硬化させた後に、固化した紫外線硬化樹脂をフィルムと共に回転するロール凹版から剥離して、プライマー層上に、紫外線硬化樹脂硬化物からなるプリズム層又はレンズ層を有する、フィルム基材を作製した。このフィルム基材を、参考例2における旋光選択層で用いた基材として用いて、凹凸形成面とは反対面にコレステリック液晶層を形成し、参考例の偏光分離フィルムを得た。
【0046】
(参考例14)
参考例2で得た偏光分離フィルムに対して、そのλ/4位相差層の面(即ち使用時の出射面側)に、更に、偏光層として、厚み120μmの偏光フィルム(住友化学工業株式会社製、商品名「スミライト」)を接着剤で貼り合わせて、参考例14の偏光分離フィルムを得た(図8参照)。
【0047】
(結果)
以下の如く、偏光透過率、ヘイズ、バックライトに於ける輝度を測定し、その結果を表1、及び表2に示す。
(1) 偏光透過率:偏光分離フィルムで得られる直線偏光の直線偏光性を偏光透過率で評価した。図14に示す様な測定装置で、光源51からの無偏光光をレンズ52で平行光とし、この平行光を、旋光選択層を入射面側にλ/4位相差層を出射面側に配置した偏光分離フィルム53に垂直に入射させ、透過光の直線偏光成分を測定すべく、グレン・トムソンプリズム54を前記平行光の光軸回りに回転させてプリズムの偏光軸と偏光分離フィルムが有するλ/4位相差層の偏光軸との直交時、及び平行時の透過光を、レンズ55で光検出器56に導き測定し、それぞれ透過率T⊥(%)、透過率T‖(%)を得た。
(2) ヘイズ:株式会社東洋精機製作所製、直読ヘイズメータで、偏光分離フィルムの旋光選択層を入射面側に、λ/4位相差層を出射面側にして、測定した。
(3) 輝度:図10に示す様な構成の液晶表示装置において、液晶セル30の入射面側に参考例14で得た偏光層付きの偏光分離フィルム10を接着した場合と、通常の偏光板を接着した場合とで比較評価した。輝度は液晶表示装置に表示面の法線方向の輝度を輝度計(トプコン株式会社製BM−7)を用いて測定した。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
表1、表2の如く、実施例及び各参考例ともに、直線偏光性、及びヘイズ値は満足すべき特性を示し、また輝度は表2の如く(参考例14)、約20%(85/70×100)向上させることができた。
【0051】
【発明の効果】
(1) 本発明の偏光分離フィルムによれば、比較的簡単な構成で光の利用効率を向上できる。しかも、構成が比較的簡単のために量産性にも優れる。また、形状も平面状と厚みも薄くできるので、バックライト、液晶表示装置の薄型化に最適である。
(2) 更に、拡散層、プリズム層、レンズ層、偏光層等の他の機能層を設けた構成により、他のバックライト部材との複雑な組み合わせを要せずに、バックライトを組み立てることができる。
(3) また、上記偏光分離フィルムを用いた、本発明のバックライト、液晶表示装置では、薄型化が可能である。さらに、上記他の機能層を設けた偏光分離フィルムを用いれば、部品構成が単純化し、複雑な組み立てが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の偏光分離フィルムで拡散層以外の部分での基本形態を示す断面図。
【図2】本発明の偏光分離フィルムで拡散層以外の部分での他の形態を示す断面図。
【図3】本発明の偏光分離フィルムの一形態を示す断面図。
【図4】本発明の偏光分離フィルムで拡散層以外の部分での他の形態(プリズム層付き)を示す断面図。
【図5】プリズム層の各種形状を示す斜視図。
【図6】本発明の偏光分離フィルムで拡散層以外の部分での他の形態(レンズ層付き)を示す断面図。
【図7】レンズ層の各種形状を示す斜視図。
【図8】本発明の偏光分離フィルムで拡散層以外の部分での他の形態(偏光板付き)を示す断面図。
【図9】本発明のバックライト及び液晶表示装置の一形態を示す断面図。
【図10】本発明のバックライト及び液晶表示装置の他の一形態を示す断面図。
【図11】従来の偏光分離フィルムの一例を示す断面図。
【図12】従来の偏光分離フィルムの他の例を示す断面図。
【図13】従来のバックライト及び液晶表示装置の一例を示す断面図。
【図14】偏光分離フィルムの直線偏光性の測定装置の概念図。
【符号の説明】
1 旋光選択層
2 λ/4位相差層
3 基材
4 コレステレリック液晶層
5 拡散層
6 プリズム層
7 レンズ層
8 偏光層
10 偏光分離フィルム
20 バックライト
21 光源
22 導光体
23 光散乱体
24 反射シート
25 拡散シート
26 レンズシート
30 液晶セル
31、32 偏光板
40 従来の偏光分離フィルム
41 屈折率が大きい光透過
42 屈折率が小さい光透過
43 一方の屈折率の層
44 他方の屈折率の層
51 光源
52 レンズ
53 試料(偏光分離フィルム)
54 グレン・トムソンプリズム
55 レンズ
56 光検出器
Claims (8)
- 拡散剤を光透過性樹脂中に分散させて該拡散剤と該光透過性樹脂との屈折率差による光の散乱効果を利用した拡散層と、右又は左旋光の光の一方を反射し他方の光を透過する旋光選択層と、λ/4位相差層とが、この順に積層され、且つ該拡散層は該旋光選択層の光入射面側の面上に積層して成る、偏光分離フィルム。
- 旋光選択層が、基材と該基材上に積層されたコレステリック液晶層とから成る、請求項1記載の偏光分離フィルム。
- λ/4位相差層に対し旋光選択層側の面に、更に光の進行方向を偏向するプリズム層が積層されている、請求項1〜2のいずれか1項に記載の偏光分離フィルム。
- λ/4位相差層に対し旋光選択層側の面に、更に光を集光又は拡散するレンズ層が積層されている、請求項1〜2のいずれか1項に記載の偏光分離フィルム。
- λ/4位相差層に対し旋光選択層側の面に、更に反射防止層が積層されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の、偏光分離フィルム。
- 旋光選択層に対しλ/4位相差層側の面に、更に、直線偏光を透過する偏光層が積層されている請求項1〜5のいずかれ1項に記載の偏光分離フィルム。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の偏光分離フィルムと、該偏光分離フィルムの入射面側に配置される略平板状の導光体と、該導光体の側面に配置される光源と、を少なくとも備えたバックライト。
- 液晶セルの背面光源として、請求項7記載のバックライトを用いた、液晶表示装置。
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