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CN107765358A - 偏光片和图像显示装置及其制造方法、透光率改善方法 - Google Patents

偏光片和图像显示装置及其制造方法、透光率改善方法 Download PDF

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CN107765358A
CN107765358A CN201710906341.9A CN201710906341A CN107765358A CN 107765358 A CN107765358 A CN 107765358A CN 201710906341 A CN201710906341 A CN 201710906341A CN 107765358 A CN107765358 A CN 107765358A
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种偏光片和图像显示装置及其制造方法、透光率改善方法，所述偏光片即使在使用了在面内不具有相位差的透光性基材的情况下透光率也很优异。该偏光片的特征在于，其是从背光光源侧起至少依次层叠有偏振元件、和在面内具有双折射率的透光性基材而成的，该偏光片配置在图像显示装置的所述背光光源侧使用，发生了偏光后的光入射到上述在面内具有双折射率的透光性基材中，上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。

Description

偏光片和图像显示装置及其制造方法、透光率改善方法
本申请是申请日为：2014年08月06日、申请号为：201480049413.7、发明名称为：“偏光片、偏光片的制造方法、图像显示装置、图像显示装置的制造方法以及偏光片的透光率改善方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及偏光片、偏光片的制造方法、图像显示装置、图像显示装置的制造方法以及偏光片的透光率改善方法。
背景技术
液晶显示装置由于具有省电、轻量、薄型等特征，因而取代以往的CRT显示器而在各种领域中使用。特别是，在近年来迅速普及的便携电话、智能电话等移动设备中，液晶显示装置必不可少。
这样的液晶显示装置公知为这样的结构：例如，在背光光源上，在观察者侧与背光光源侧，隔着液晶盒以成为垂直尼科尔的关系的方式配置有一对偏光片。
并且，在这样的结构的液晶显示装置中，从背光光源照射的光透过背光光源侧的偏光片、液晶盒和观察者侧的偏光片在显示画面上显示图像。
通常，作为上述偏光片，具有将偏振元件和透光性基材层叠而成的构造，作为上述偏光片的透光性基材，使用由以三乙酰纤维素为代表的纤维素酯所构成的膜(例如，参照专利文献1)。这基于以下等优点：由于纤维素酯的透明性、光学各向同性优异，在面内几乎没有相位差(延迟值低)，因此极少改变入射线性偏振光的振动方向，对液晶显示装置的显示品质的影响少，另外具有适度的透水性，因而可以使制造偏光片时残留在偏振元件内的水分穿过光学层叠体而干燥。
然而，纤维素酯膜由于透湿度过高而存在如下等的问题：当进行耐湿度试验时，会导致由褪色引起的偏光度下降。从这样的纤维素酯膜的问题来看，希望使用透明性、耐热性以及机械强度优异、而且比纤维素酯膜廉价且容易在市场中获得或能够通过简易的方法制造的通用性膜作为保护膜，例如，作为纤维素酯膜的替代，进行了利用聚对苯二甲酸乙酯等聚酯膜的尝试(例如，参照专利文献2)。
另外，在这样的结构的液晶显示装置中，使从背光光源照射的光效率良好地透射到显示画面对于显示画面的亮度提高是重要的。特别是，在近年来迅速普及的智能电话等移动设备中，由于直接影响到电池的持续时间，因而要求使来自背光光源的光效率更良好地透射到显示画面。
作为这样的液晶显示装置，例如公知有这样的液晶显示装置：在背光光源与该背光光源侧的偏光片之间设置偏光分离膜等，使发生了偏光后的光入射到背光光源侧的偏光片，提高了显示画面的亮度。另外，上述偏光分离膜是具有这样的功能的膜：使特定的偏光成分透过，并使其他的偏光成分反射而返回背光光源侧。
然而，在作为这样的结构的液晶显示装置的背光光源侧的偏光片，在使用利用了由聚酯膜构成的保护膜的偏光片的情况下，有时导致透过率下降。这是因为聚酯膜具有这样的性质：由于在分子链中具有分极率大的芳香环，因而固有双折射极大，与用于赋予优异的透明性、耐热性、机械强度的拉伸处理所致的分子链的取向相伴，容易出现双折射。
因此，在将使用了聚酯膜这样的在面内具有双折射率的透光性基材的偏光片用作液晶显示装置的背光侧的偏光片的情况下，会使通过了偏光分离膜后的特定的偏光成分的偏光状态变化，因而可能会导致透过率下降。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6－51120号公报
专利文献2：国际公开第2011/162198号
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于上述现状，目的是提供一种即使在使用了在面内具有双折射率的透光性基材的情况下透光率也优异的偏光片、该偏光片的制造方法、图像显示装置、图像显示装置的制造方法以及偏光片的透光率改善方法。
用于解决课题的手段
本发明是一种偏光片，其特征在于，所述偏光片是从背光光源侧起至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的所述背光光源侧使用，发生了偏光后的光入射到上述在面内具有双折射率的透光性基材中，上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。
在本发明的偏光片中，优选的是，上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±15°或者90°±15°。
并且，优选的是，上述在面内具有双折射率的透光性基材的在折射率大的方向即慢轴方向上的折射率(nx)与和上述慢轴方向垂直的方向即快轴方向上的折射率(ny)之差(nx－ny)是0.01以上。
并且，优选的是，上述在面内具有双折射率的透光性基材的在折射率大的方向即慢轴方向上的折射率(nx)、在与上述慢轴方向垂直的方向即快轴方向上的折射率(ny)、以及上述透光性基材的平均折射率(N)具有下式的关系：
nx>N>ny，
而且，上述快轴与偏振元件的透射轴所成的角度是0°±2°。
并且，本发明是一种偏光片的制造方法，其特征在于，所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，所述偏光片的制造方法具有将上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠的工序：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。
并且，本发明是一种图像显示装置，其特征在于，所述图像显示装置具有上述的本发明的偏光片。
在本发明的图像显示装置中，优选的是，在背光光源与在面内具有双折射率的透光性基材之间具有偏光分离膜。
并且，在本发明的图像显示装置中，优选的是，在观察者侧还至少具有上部偏光片，所述上部偏光片是在上述偏振元件上设置有在面内具有双折射率的上部透光性基材而成的，上述在面内具有双折射率的上部透光性基材和上述上部偏振元件以下述方式配置：上述在面内具有双折射率的上部透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述上部偏振元件的透射轴所成的角度不为90°。
并且，本发明是一种图像显示装置的制造方法，其特征在于，所述图像显示装置具有偏光片，所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，所述图像显示装置的制造方法具有将上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠的工序：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。
并且，本发明是一种偏光片的透光率改善方法，其特征在于，所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，将上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。
以下，详细说明本发明。
另外，在本发明中，只要没有特别说明，将单体、低聚物、预聚物等硬化性树脂前驱体也记载为“树脂”。
本发明人对这样的偏光片作了积极探讨：该偏光片中层叠有透光性基材和偏振元件，并且该偏光片配置在图像显示装置的背光光源侧使用，供发生了偏光后的光入射，结果发现，在使用在面内具有双折射率的透光性基材的情况下，对于偏光片的透光率来说，在该透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与偏振元件的透射轴之间存在角度依赖性。
即，本发明人发现，通过以在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴成为特定的角度范围的方式进行层叠，可以提高该偏光片的透光率。然后，根据这样的发现，本发明人进行了更积极的探讨，结果发现，对于以往由用作光学各向同性材料的纤维素酯等材料构成的透光性基材，只要采用具有双折射率的透光性基材，与仍使用光学各向同性材料相比，也可以提高透光率，从而完成了本发明。
本发明的偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，且其被配置在图像显示装置的背光光源侧使用。
作为上述透光性基材，只要是在面内具有双折射率就不作特别限定，例如，可以列举出由聚碳酸酯、丙烯酸、聚酯等构成的基材，而且其中优选的是在成本和机械强度方面有利的聚酯基材。另外，在以下的说明中，将在面内具有双折射率的透光性基材用作为聚酯基材进行说明。
另外，在本发明的偏光片中，作为上述透光性基材，即使是以往由用作光学各向同性材料的纤维素酯等材料构成的透光性基材，只要具有双折射率，也可以使用。
在本发明的偏光片中，优选的是，在上述聚酯基材的面内折射率大的方向(慢轴方向)上的折射率(nx)与和上述慢轴方向垂直的方向(快轴方向)上的折射率(ny)之差nx－ny(以下也标记为Δn)是0.01以上。当上述Δn不到0.01时，透过率提高效果可能减少。另一方面，优选的是，上述Δn是0.30以下。当超过0.30时，需要过度拉伸聚酯基材，因而聚酯基材容易发生断裂、破损，可能导致作为工业材料的实用性显著下降。
从以上观点来看，上述Δn的更优选的下限是0.05，更优选的上限是0.27。另外，当上述Δn超过0.27时，耐湿热性试验中的聚酯基材的耐久性可能低劣。由于耐湿热性试验中的耐久性优异，因而上述Δn的更优选的上限是0.25。通过满足这样的Δn，可以实现优选的透光率的提高。
另外，在本说明书中，对于透光性基材是否在面内具有双折射率，在波长为550nm的折射率时，设Δn(nx－ny)≥0.0005的情况为具有双折射性，设Δn<0.0005的情况为不具有双折射性。双折射率可以使用王子计测设备公司制的KOBRA－WR，并设测定角为0°且设测定波长为552.1nm来进行测定。此时，双折射率计算需要膜厚、平均折射率。膜厚例如可以使用千分尺(Digimatic Micrometer，Mitutoyo社制造)、电子千分尺(ANRITSU社制造)来测定。平均折射率可以使用Abbe折射率计或椭圆仪来测定。
另外，一般作为各向同性材料公知的由三乙酰纤维素构成的TD80UL-M(富士胶片公司制造)、由环烯烃聚合物构成的ZF16-100(日本Zeon公司制造)的Δn根据上述测定方法分别为0.0000375、0.00005，判断为不具有双折射性(各向同性)。
此外，作为测定双折射率的方法，也可以使用两片偏光片，求出透光性基材的取向轴方向(主轴的方向)，使用Abbe折射率计(Atago公司制NAR-4T)求出与取向轴方向垂直的两个轴的折射率(nx、ny)，也可以在背面贴附黑色乙烯带(例如，YamatoVinyl Tape No200-38-21 38mm宽)之后，使用分光光度计(V7100型，自动绝对反射率测定单元，VAR-7010，日本分光社制造)，进行偏光测定：S偏光，对于S偏光，测定使慢轴平行的情况和使快轴平行的情况下的5度反射率，通过表示反射率(R)与折射率(n)的关系的下式(1)，计算慢轴和快轴的各波长的折射率(nx、ny)。
R(％)＝(1－n)2/(1+n)2式(1)
并且，平均折射率可以使用Abbe折射率计、椭圆仪来测定，透光性薄膜的厚度方向的折射率nz可以使用根据上述的方法测定出的nx、ny并按照下式(2)来计算。
平均折射率N＝(nx+ny+nz)/3式(2)
这里，列举具体例对nx、ny、nz的计算方法进行说明。
另外，nx是透光性基材的慢轴方向的折射率，ny是透光性基材的快轴方向的折射率，nz是透光性基材的厚度方向的折射率。
(三维折射率波长色散的计算)
首先，列举环烯烃聚合物为例，对三维折射率波长色散的计算方法进行具体说明。
使用椭圆仪(UVISEL堀场制作所)测定在面内不具有双折射率的环烯烃聚合物膜的平均折射率波长色散，其结果在图1中示出。根据该测定结果，将在面内不具有双折射率的环烯烃聚合物膜的平均折射率波长色散设定为nx、ny、nz的折射率波长色散。
使该膜在155℃的拉伸温度下进行自由端单轴拉伸，得到在面内具有双折射率的膜。膜厚是100μm。对于该进行了自由端单轴拉伸的膜，使用双折射测定计(KOBRA-21ADH，王子计测设备)，通过4个波长(447.6nm、547.0nm、630.6nm、743.4nm)测定了入射角0°和40°的延迟值。
基于各波长下的平均折射率(N)和延迟值，使用双折射测定计所附属的三维波长色散计算软件，并利用Cauchy或Sellmeier式等，计算三维折射率波长色散，其结果在图2中示出。另外，图2中，ny与nz大致重叠地示出。根据该结果，得到了在面内具有双折射率的环烯烃聚合物膜的三维折射率波长色散。
(使用分光光度计计算折射率nx、ny、nz)
列举聚对苯二甲酸乙酯为例，对使用分光光度计计算折射率nx、ny、nz的方法具体进行说明。
与上述三维折射率波长色散的计算方法相同地计算在面内不具有双折射率的聚对苯二甲酸乙酯的平均折射率波长色散。
在面内具有双折射率的聚对苯二甲酸乙酯的折射率波长色散(nx、ny)是使用分光光度计(V7100型，自动绝对反射率测定单元VAR-7010日本分光社制)计算出来的。在测定面的相反面，为了防止背面反射而贴附比测定光点面积大的宽度的黑色乙烯带(例如，YamatoVinyl Tape No200-38-21 38mm宽)，然后进行偏光测定：通过S偏光，测定在平行地设置透光性基材的取向轴的情况下、以及平行地设置与取向轴垂直的轴的情况下的5度分光反射率。结果在图3中示出。根据表示反射率(R)与折射率(n)的关系的上述式(1)，计算折射率波长色散(nx、ny)。将表示更大的反射率(根据上述式(1)计算出的折射率)的方向设定为nx(也称为慢轴)，将表示更小的反射率(根据上述式(1)计算出的折射率)的方向设定为ny(也称为快轴)。这里，关于取向轴，在光源上，将在面内具有双折射率的膜夹在设置成正交尼科耳状态的两片偏光片之间，使膜旋转，将漏光最少的状态时的与偏光片的透射轴或吸收轴相同的方向作为膜的取向轴。并且，折射率nz可以根据上述平均折射率(N)和上述式(2)来计算。
作为构成上述聚酯基材的材料，只要是满足上述的Δn的材料，就不作特别限定，然而可以列举出由芳族二元酸或它的酯形成性衍生物和二醇或其酯形成性衍生物合成的线状饱和聚酯。作为该聚酯的具体例，可以例示出聚对苯二甲酸乙酯、聚间苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚(1,4-环己烯二亚甲基对苯二甲酸酯)、聚萘二甲酸乙二醇酯(聚-2,6-萘二甲酸乙二醇酯、聚-1,4-萘二甲酸乙二醇酯、聚-1,5-萘二甲酸乙二醇酯、聚-2,7-萘二甲酸乙二醇酯、聚-2,3-萘二甲酸乙二醇酯)等。并且，用于聚酯基材的聚酯可以是这些聚酯的共聚物，也可以是以聚酯为主体(例如80摩尔％以上的成分)并混合了低比例(例如20摩尔％以下)的其他种类的树脂而成的物质。作为上述聚酯，由于聚对苯二甲酸乙酯或聚萘二甲酸乙二醇酯在力学物性、光学物性等的平衡方面良好，因而是特别优选的。特别是，由聚对苯二甲酸乙酯(PET)构成是优选的。这是因为，聚对苯二甲酸乙酯的通用性高，容易获得。在本发明中，即使是PET那样的通用性极高的膜，也可以得到透光率优异的偏光片。并且，PET的透明性、热或机械特性优异，能够通过拉伸加工进行Δn的控制，固有双折射大，因而可以比较容易地具有双折射率。
作为获得上述聚酯基材的方法，只要是使上述的Δn充分的方法则没有特别限制，例如，列举出这样的方法：使作为材料的上述PET等聚酯熔融，在玻璃化转变温度以上的温度下，使用拉幅机等对以片状挤出成型的未拉伸聚酯进行横拉伸后，实施热处理。
作为上述横拉伸温度，80℃～130℃是优选的，更优选是90℃～120℃。并且，横拉伸倍率优选是2.5～6.0倍，更优选是3.0～5.5倍。如果上述横拉伸倍率超过6.0倍，则得到的聚酯基材的透明性容易下降，如果横拉伸倍率不到2.5倍，则拉伸张力也变小，因而得到的聚酯基材的双折射减小。
并且，在本发明中，也可以在使用双向拉伸试验装置，在按上述条件进校了上述未拉伸聚酯的横拉伸之后，进行针对该横拉伸的流动方向的拉伸(以下也称为纵拉伸)。在该情况下，优选的是，上述纵拉伸的拉伸倍率是2倍以下。如果上述纵拉伸的拉伸倍率超过2倍，则可能无法使Δn的值在上述的优选的范围内。
并且，作为上述热处理时的处理温度，100℃～250℃是优选的，更优选的是180℃～245℃。
作为上述聚酯基材的厚度，优选在5μm～300μm的范围内。当不到5μm时，容易发生断裂、破损，作为工业材料的实用性可能显著下降。另一方面，当超过300μm时，聚酯基材非常刚直，高分子膜特有的柔软性下降，用作工业材料的实用性仍然下降，因而不是优选的。上述聚酯基材的厚度的更优选的下限是10μm，更优选的上限是200μm，进一步优选的上限是150μm。
并且，上述聚酯基材在可见光区域内的透过率优选是80％以上，更优选是84％以上。另外，上述透过率可以使用JIS K7361－1(塑料－透明材料的总透光率的试验方法)来测定。
并且，在本发明中，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以对上述聚酯基材进行皂化处理、辉光放电处理、电晕放电处理、紫外线(UV)处理以及火焰处理等表面处理。
作为上述偏振元件，没有特别限定，例如，可以使用经碘等染色并进行了拉伸的聚乙烯醇膜、聚乙烯醇缩甲醛膜、聚乙烯醇缩乙醛膜、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物系皂化膜等。
在本发明的偏光片中，上述透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠：上述透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。在本发明的偏光片中，由于使上述透光性基材和上述偏振元件如上述那样配置，因而能够形成上述那样的透光率优异的偏光片。即，在上述透光性基材的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度偏离上述范围的情况下，具体地，在45°±小于15°的情况下，本发明的偏光片的透光率极低。这是由以下原因所导致的。
在光源与偏光元件之间具有偏光分离膜的偏光片中，通常，透过偏振元件的透射轴的光的偏光轴的方向与透过偏光分离膜的发生了偏光的光的偏光轴的方向被设置成一致。因此，在偏振元件与偏光分离膜之间设置有在面内具有双折射率的透光性基材、而且上述透光性基材的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度在45°±小于15°的范围的情况下，透过偏光分离膜的发生了偏光的光的偏光轴会发生变化，所述光被偏振元件的吸收轴吸收，导致偏光片的透光率极低。
在本发明的偏光片中，优选的是，上述透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠：上述透光性基材的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±15°或者90°±15°。通过使上述透光性基材的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为上述范围，使得本发明的偏光片的透光率极其良好。
在本发明的偏光片中，更优选的是，上述透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠：上述透光性基材的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±5°。通过使上述透光性基材的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为上述范围，使得本发明的偏光片的透光率极其良好。这是因为，当上述透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为上述的范围时，可以减小发生了偏光的光入射到上述透光性基材时的反射率。
其原因如下。
即，在透过偏光分离膜的发生了偏光的光入射到偏光片的情况下，上述透光性基材的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度无论是0°还是90°，透过上述偏光分离膜的发生了偏光的光都是保持其振动方向通过透光性基材。然而，在该光从空气界面入射到透光性基材的情况下，根据下式而引起反射。这里，下式中，ρ表示反射率，na表示透光性基材的与光的振动方向相同的方向的面内的折射率。
ρ＝(1－na)2/(1+na)2
并且，上述偏光片的透过率τ根据下式求出，然而，如果因材料相同而认为吸收率α是相同的值，则为了增大透过率τ，只要减小反射率ρ即可。
τ＝1－ρ－α
即，对于上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件，在该透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度是0°的情况下，光在透光性基材的面内由于最小的折射率与空气的折射率之差而引起反射，因而可以使反射率最小，从而可以提高透过率。另一方面，对于上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件，在该透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度是90°的情况下，光在透光性基材的面内由于最大的折射率与空气的折射率之差而引起反射，因而反射率变得最大，结果，透过率下降。
并且，在本发明的偏光片中，上述在面内具有双折射率的透光性基材的在折射率大的方向即慢轴方向上的折射率(nx)、在与上述慢轴方向垂直的方向即快轴方向上的折射率(ny)、以及上述透光性基材的平均折射率(N)具有下式的关系，nx＞N＞ny，而且在上述快轴与偏振元件的透射轴所成的角度是0°±2°时，与保持各向同性材料使用透光性基材时相比，可以提高透过率，因而是最优选的。
另外，对于本发明的偏光片，也可以于在面内具有双折射的透光性基材的、和层叠有偏振元件的一侧相反的面上设置有低折射率层，所述低折射率层具有比上述透光性基材的快轴方向的折射率ny小的折射率。作为这样的低折射率层，只要是折射率小于上述透光性基材的快轴方向上的折射率ny就不特别限定，可以列举出由现有的公知的材料构成的低折射率层。
在本发明的偏光片中，发生了偏光的光入射到所述在面内具有双折射率的透光性基材中。
在本发明的偏光片中，作为上述发生了偏光的光，并不特别限定，例如，可以恰当地列举出从液晶显示装置等图像显示装置的背光光源产生的光透过偏光分离膜而发生了偏光的光。另外，作为本发明的偏光片的光源，可以使用现有公知的偏光光源。
上述偏光分离膜是具有如下偏光分离功能的部件：仅使从上述背光光源射出的光中的特定的偏光成分透过，使此外的偏光成分反射。在将本发明的偏光片用于液晶显示装置的情况下，成为在液晶盒与偏光分离膜之间设置本发明的偏光片的结构，本发明的偏光片由于选择性地仅使特定的偏光成分透过，因而通过使用偏光分离膜而选择性地使特定的偏光成分(透过本发明的偏光片的偏光成分)以外的偏光成分反射并进行再利用，可以使通过本发明的偏光片的光的量增多，从而能够提高上述液晶显示装置的显示画面的亮度。
作为上述偏光分离膜，可以使用在液晶显示装置中使用的一般的偏光分离膜。并且，作为偏光分离膜，也可以使用市售产品，例如，可以使用住友3M公司制造的DBEF系列。
在本发明的偏光片中，透光性基材和偏振元件以下述方式层叠：透光性基材的快轴和偏振元件的透射轴成为特定的关系，因而透光率得到改善。基于这样的本发明的偏光片所实现的透光率改善方法也是本发明中的一个。
并且，本发明的偏光片可以通过以下述方式层叠上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件来制造：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。这样的制造本发明的偏光片的方法也是本发明中的一个。
即，本发明的偏光片的制造方法的特征在于，所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，所述偏光片的制造方法具有将上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠的工序：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。
在本发明的图像显示装置的制造方法中，作为上述在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件，可以列举出与上述的本发明的偏光片相同的透光性基材和偏光片。
并且，优选的是，上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件通过公知的粘接剂来进行层叠。
具有上述的本发明的偏光片而成的图像显示装置也是本发明中的一个。
对于本发明的图像显示装置，优选的是，在观察者侧还至少具有上部偏光片，所述上部偏光片是在上部偏振元件上设置在面内具有双折射率的上部透光性基材而成的，上述在面内具有双折射率的上部透光性基材和上述上部偏振元件以下述方式配置：上述在面内具有双折射率的上部透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述上部偏振元件的透射轴所成的角度不为90°。当上述在面内具有双折射率的上部透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述上部偏振元件的透射轴所成的角度是90°时，从本发明的图像显示装置的背光光源射出的光在上述上部偏光片中的透过率减小，其结果是，可能导致本发明的图像显示装置的透光率变差。
更优选的是，所述角度为0°±小于30°。进一步优选的是0°±小于10°。
原因在于，从透光性基材射出到空气界面时的折射率差变小，因而反射率减小，结果，上部偏光片的透过率上升。
作为构成上述上部偏光片的、在面内具有双折射率的上部透光性基材和上部偏振元件，可以列举出分别与上述的本发明的偏光片中的透光性基材和偏振元件相同的透光性基材和偏振元件。
作为具有上述上部偏光片的本发明的图像显示装置，优选是隔着液晶盒在观察者侧具有上部偏光片且在背光光源侧具有本发明的偏光片的液晶显示装置。并且，优选的是，本发明的偏光片的偏振元件和上部偏光片的上部偏振元件的透射轴符合正交尼科耳的关系。
优选的是，本发明的图像显示装置如下的液晶显示装置(LCD)：其具有液晶盒、和从背面照射该液晶盒的背光光源，在上述液晶盒的背光光源侧形成有本发明的偏光片。
在本发明的图像显示装置是液晶显示装置的情况下，上述背光光源从本发明的偏光片的下侧进行照射，然而也可以在背光光源与本发明的偏光片之间设置上述的偏光分离膜。并且，也可以在液晶盒与本发明的偏光片之间插入相位差板。也可以根据需要在该液晶显示装置的各层间设置粘接剂层。
这里，在本发明是具有上述光学层叠体的液晶显示装置的情况下，在该液晶显示装置中，作为背光光源未作特别限定，然而优选是白色发光二极管(白色LED)，本发明的图像显示装置优选是具有白色发光二极管作为背光光源的液晶显示装置。
上述白色LED是指通过将荧光体方式、即使用了化合物半导体的发出蓝色光或紫外光的发光二极管和荧光体组合而发出白色光的元件。其中，包含将使用了化合物半导体的蓝色发光二极管与钇·铝·石榴石系黄色荧光体组合而成的发光元件的白色发光二极管由于具有连续且宽的发光光谱，因而对于透光率的提高是有效的，并且发光效率也是优异的。由于能够广泛利用消耗电力小的白色LED，因而也能够取得节能的效果。
本发明的图像显示装置在任何情况下都可以用于电视机、计算机、平板PC等的显示器显示，特别是，可以在高清晰图像用显示器的表面恰当地使用。
并且，具有下述偏光片的图像显示装置的制造方法也是本发明中的一个：其是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且被配置在图像显示装置的背光光源侧使用。
即，本发明的图像显示装置的制造方法的特征在于，所述图像显示装置具有偏光片，所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，所述图像显示装置的制造方法具有将上述在面内具有双折射率的透光性基材和上述偏振元件以下述方式层叠的工序：上述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与上述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°。
在本发明的图像显示装置的制造方法中，作为上述偏光片和构成该偏光片的在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件，可以列举出与在上述的本发明的偏光片中说明的情况相同的偏光片、透光性基材和偏振元件。
如上所述，在本发明的偏光片中，由于透光性基材和偏振元件以下述方式层叠：透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴成为特定的关系，因而透光率得到改善。由于本发明的图像显示装置具有这样的本发明的偏光片，因而本发明的图像显示装置也改善了透光率。
发明的效果
本发明的偏光片由于由上述的结构构成，因而即使在使用了在面内具有双折射率的透光性基材的情况下，透光率也优异，并且，即使是使用了以往的在面内不具有相位差的、由以三乙酰纤维素为代表的纤维素酯构成的膜的偏光片，也能通过具有双折射率，使得透过率优异。
附图说明
图1是示出在面内不具有双折射率的环烯烃聚合物膜的平均折射率波长色散的曲线图。
图2是示出在面内具有双折射率的环烯烃聚合物膜的三维折射率波长色散的曲线图。
图3是示出使用分光光度计测定的nx和ny的5度反射率的曲线图。
图4是示出实施例等中的偏光片的层结构的示意图。
图5是在实施例等中使用的光源的光谱。
图6是示出在实施例等中使用的保护膜的折射率波长色散的曲线图。
图7是示出在实施例等中使用的偏振元件的折射率和消光系数的曲线图。
具体实施方式
以下，揭示实施例和比较例来对本发明进行更详细的说明，然而本发明不是仅限于这些实施例和比较例。
(透光性基材的制作)
(在面内不具有双折射率的透光性基材A的制作)
以二氯甲烷为溶剂将乙酸-丙酸纤维素(Eastman化学公司制CAP504-0.2)按照固体成分浓度为15％溶解，之后在玻璃上流延并使其干燥，得到透光性基材A。波长为550nm时的Δn＝0.00002，平均折射率N＝1.4838。
(在面内具有双折射的透光性基材a的制作)
使透光性基材A在160℃下进行1.5倍的自由端单轴拉伸，制作出在面内具有双折射的透光性基材a。计算出三维折射率波长色散，其结果是，波长为550nm时的折射率nx＝1.4845，ny＝1.4835(Δn＝0.001)，nz＝1.4834。
(在面内不具有双折射率的透光性基材B的制作)
作为透光性基材B，准备了由环烯烃聚合物构成的日本ZEON公司制造的未拉伸ZEONOR。波长为550nm时的Δn＝0.00004，平均折射率N＝1.5177。
(在面内具有双折射的透光性基材b的制作)
使透光性基材B在150℃下进行1.5倍的自由端单轴拉伸，制作出在面内具有双折射的透光性基材b。计算出三维折射率波长色散，其结果是，波长为550nm时的折射率nx＝1.5186，ny＝1.5172，nz＝1.5173。
(在面内不具有双折射率的透光性基材C的制作)
使聚对苯二甲酸乙酯材料在290℃下熔融后在玻璃上缓慢冷却，得到透光性基材C。波长为550nm时的Δn＝0.00035，平均折射率N为1.6167。
(在面内具有双折射的透光性基材c1的制作)
使透光性基材C在120℃下进行4.0倍的固定端单轴拉伸，制作出在面内具有双折射的透光性基材c1。使用分光光度计，计算出折射率波长色散(nx、ny)。波长为550nm时的折射率nx＝1.701，ny＝1.6015，nz＝1.5476。
(在面内具有双折射的透光性基材c2的制作)
使透光性基材C在120℃下进行2.0倍的自由端单轴拉伸，制作出在面内具有双折射的透光性基材c2。使用分光光度计，计算出折射率波长色散(nx、ny)。波长为550nm时的折射率nx＝1.6511，ny＝1.5998，nz＝1.5992。
(在面内具有双折射的透光性基材c3的制作)
对透光性基材C在120℃下调整双轴拉伸的倍率，制作出在面内具有双折射的透光性基材c3。使用分光光度计，计算出折射率波长色散(nx、ny)。波长为550nm时的折射率nx＝1.6652，ny＝1.6153，nz＝1.5696。
(在面内具有双折射的透光性基材c4的制作)
对透光性基材C在120℃下调整双轴拉伸的倍率，制作出在面内具有双折射的透光性基材c4。使用分光光度计，计算出折射率波长色散(nx、ny)。波长为550nm时的折射率nx＝1.6708，ny＝1.6189，nz＝1.5604。
(在面内不具有双折射率的透光性基材D的制作)
使聚萘二甲酸乙二醇酯材料在290℃下熔化后在玻璃上缓慢冷却，得到透光性基材D。波长为550nm时的Δn＝0.0004，平均折射率N＝1.6833。
(在面内具有双折射的透光性基材d的制作)
使透光性基材D在120℃下进行4.0倍的固定端单轴拉伸，制作出在面内具有双折射的透光性基材d。使用分光光度计，计算出折射率波长色散(nx、ny)。波长为550nm时的折射率nx＝1.8472，ny＝1.6466，nz＝1.5561。
(偏光片透过率的计算)
关于透过率的计算，可以使用2×2矩阵法或4×4矩阵法、扩展琼斯矩阵法来计算。在实施例、比较例、参考例中，使用仿真软件(LCDMaster，Shintech公司制造)，计算出了偏光片的透过率。图4示出偏光片的层结构。在图4的实施例和比较例部分中加入各透光性基材的三维折射率波长色散并进行上述计算。对于判断为在面内不具有双折射的透光性基材，使平均折射率N＝nx＝ny＝nz，判断为在面内具有双折射的透光性基材使用了实测值。关于各层的膜厚，实施例、比较例以及保护膜部分采用80μm，偏振元件部分采用20μm。
图5是光源的光谱。以入射的光的偏光状态与透过偏光分离膜后的偏光状态相同的方式采用线偏光，并采用在偏振元件的透射轴方向上振动的光。
图6示出了所使用的保护膜的折射率波长色散，保护膜采用各向同性材料。
图7示出了所使用的偏振元件的折射率和消光系数。另外，图7中，吸收轴方向和透射轴方向大致重合地示出。
(实施例1)
使用透光性基材a的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为0°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例2)
使用透光性基材a的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为90°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(比较例1)
使用透光性基材a的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为45°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例3)
使用透光性基材b的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为0°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例4)
使用透光性基材b的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为90°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(比较例2)
使用透光性基材b的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为45°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例5)
使用透光性基材c1的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为0°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例6)
使用透光性基材c1的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为2°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例7)
使用透光性基材c1的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为30°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例8)
使用透光性基材c1的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为60°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例9)
使用透光性基材c1的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为90°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(比较例3)
使用透光性基材c1的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为45°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例10)
使用透光性基材c2的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为0°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例11)
使用透光性基材c2的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为90°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(比较例4)
使用透光性基材c2的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为45°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例12)
使用透光性基材c3的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为0°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例13)
使用透光性基材c3的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为90°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(比较例5)
使用透光性基材c3的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为45°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例14)
使用透光性基材c4的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为0°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例15)
使用透光性基材c4的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为90°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(比较例6)
使用透光性基材c4的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为45°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例16)
使用透光性基材d的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为0°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(实施例17)
使用透光性基材d的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为90°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(比较例7)
使用透光性基材d的三维折射率波长色散，以透光性基材的快轴与偏振元件的透射轴所成的角度为45°的方式进行设置，计算偏光片的透过率。
(参考例1)
使用透光性基材A的三维折射率波长色散，计算偏光片的透过率。
(参考例2)
使用透光性基材B的三维折射率波长色散，计算偏光片的透过率。
(参考例3)
使用透光性基材C的三维折射率波长色散，计算偏光片的透过率。
(参考例4)
使用透光性基材D的三维折射率波长色散，计算偏光片的透过率。
(参考例5)
除了将入射的光的偏光状态设定为随机偏振光以外，使用与实施例5相同的方法计算偏光片的透过率。
(参考例6)
除了将入射的光的偏光状态设定为随机偏振光以外，使用与实施例9相同的方法计算偏光片的透过率。
(参考例7)
除了将入射的光的偏光状态设定为随机偏振光以外，使用与比较例3相同的方法计算偏光片的透过率。
(参考例8)
除了将入射的光的偏光状态设定为随机偏振光以外，使用与参考例3相同的方法计算偏光片的透过率。
表1中示出了实施例、比较例和参考例涉及的各评价结果。
对于使入射的光的偏光状态成为线偏光时的透过率，按各材料设在面内不具有双折射的情况下的透过率为100，示出了在面内具有双折射的偏光片的透过率。使入射的光的偏光状态成为随机偏振光时的透过率也相同，设在面内不具有双折射的情况下的透过率设定为100，示出了在面内具有双折射的偏光片的透过率。
【表1】
如表1所示，根据实施例1、2与比较例1的比较、实施例3、4与比较例2的比较、实施例5～9与比较例3的比较、实施例10、11与比较例4的比较、实施例12、13与比较例5的比较、实施例14、15与比较例6的比较、以及实施例16、17与比较例7的比较，透光性基材的慢轴与偏振元件的透射轴处于规定的角度范围内的实施例的偏光片在透光性方面比偏离该角度范围的比较例的偏光片优异。
并且，根据实施例1与参考例1的比较、实施例3与参考例2的比较、实施例5、10、12与参考例3的比较、实施例16与参考例4的比较，使用了在面内具有双折射率的透光性基材的实施例的偏光片在透光性方面比使用了在面内不具有双折射率的透光性基材的比较例的偏光片优异。
根据实施例5、9、比较例3、参考例3与参考例5～8的比较，确认到：通过使偏光后的光入射，透光性基材的慢轴与偏振元件的透射轴处于规定的角度范围内的实施例的偏光片在透光性方面比偏离该角度范围的比较例的偏光片优异。
产业上的可利用性
关于本发明的偏光片，即使在使用了在面内具有双折射率的透光性基材的情况下，其透光率也优异，并且，即使是使用了以往的在面内不具有相位差的、由以三乙酰纤维素为代表的纤维素酯构成的膜的偏光片，通过具有双折射率，也能使得透过率优异，可以优选地用作配置在液晶显示器(LCD)的背光光源侧的偏光片。

Claims (10)

1.一种偏光片，其特征在于，
所述偏光片是从背光光源侧起至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的所述背光光源侧使用，
发生了偏光后的光入射到所述在面内具有双折射率的透光性基材中，
所述在面内具有双折射率的透光性基材和所述偏振元件以下述方式层叠：所述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与所述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°，
所述透光性基材是由聚碳酸酯、丙烯酸类树脂或聚酯构成的基材。
2.根据权利要求1所述的偏光片，其中，
偏振元件和在面内具有双折射率的透光性基材以下述方式层叠：所述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与所述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±15°或者90°±15°。
3.根据权利要求1或2所述的偏光片，其中，
在面内具有双折射率的透光性基材的在折射率大的方向即慢轴方向上的折射率nx与在和所述慢轴方向垂直的方向即快轴方向上的折射率ny之差nx－ny是0.01以上。
4.根据权利要求1所述的偏光片，其中，
在面内具有双折射率的透光性基材的在折射率大的方向即慢轴方向上的折射率nx、在与所述慢轴方向垂直的方向即快轴方向上的折射率ny、以及所述透光性基材的平均折射率N具有下式的关系：
nx>N>ny，
而且，所述快轴与偏振元件的透射轴所成的角度是0°±2°。
5.一种偏光片的制造方法，其特征在于，
所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，
所述偏光片的制造方法具有将所述在面内具有双折射率的透光性基材和所述偏振元件以下述方式层叠的工序：所述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与所述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°，
所述透光性基材是由聚碳酸酯、丙烯酸类树脂或聚酯构成的基材。
6.一种图像显示装置，其特征在于，
所述图像显示装置具有权利要求1、2、3或4所述的偏光片。
7.根据权利要求6所述的图像显示装置，其中，
在背光光源与在面内具有双折射率的透光性基材之间具有偏光分离膜。
8.根据权利要求6或7所述的图像显示装置，其中，
在观察者侧还至少具有上部偏光片，所述上部偏光片是在上部偏振元件上设置在面内具有双折射率的上部透光性基材而成的，
所述在面内具有双折射率的上部透光性基材和所述上部偏振元件以下述方式配置：所述在面内具有双折射率的上部透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与所述上部偏振元件的透射轴所成的角度不为90°。
9.一种图像显示装置的制造方法，其特征在于，所述图像显示装置具有偏光片，所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，
所述图像显示装置的制造方法具有将所述在面内具有双折射率的透光性基材和所述偏振元件以下述方式层叠的工序：所述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与所述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°，
所述透光性基材是由聚碳酸酯、丙烯酸类树脂或聚酯构成的基材。
10.一种偏光片的透光率改善方法，其特征在于，
所述偏光片是至少依次层叠有在面内具有双折射率的透光性基材和偏振元件而成的，并且所述偏光片被配置在图像显示装置的背光光源侧使用，
将所述在面内具有双折射率的透光性基材和所述偏振元件以下述方式层叠：所述在面内具有双折射率的透光性基材的沿着折射率小的方向的快轴与所述偏振元件的透射轴所成的角度为0°±30°或者90°±30°，
所述透光性基材是由聚碳酸酯、丙烯酸类树脂或聚酯构成的基材。
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