JP5812444B2 - 光学部材、偏光板のセットおよび液晶表示装置 - Google Patents
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Description
1つの実施形態においては、上記プリズムシートは、上記反射型偏光子と反対側に凸となる柱状の単位プリズムが複数配列されて構成されている。
1つの実施形態においては、上記光拡散層と上記プリズムシートのプリズム部との距離は75μm〜250μmである。
1つの実施形態においては、上記光拡散層のヘイズ値は50%〜95%である。
1つの実施形態においては、上記光拡散層は光拡散粘着剤で構成されている。
本発明の別の局面によれば、偏光板のセットが提供される。この偏光板のセットは、背面側偏光板として用いられる上記の光学部材と、視認側偏光板とを含む。
本発明のさらに別の局面によれば、液晶表示装置が提供される。この液晶表示装置は、 液晶セルと、該液晶セルの視認側に配置された偏光板と、該液晶セルの視認側と反対側に配置された上記の光学部材とを有する。
図1は、本発明の1つの実施形態による光学部材を説明する概略断面図である。光学部材100は、偏光板10と光拡散層20と反射型偏光子30とプリズムシート40とをこの順に有する。偏光板10は、代表的には、偏光子11と、偏光子11の片側に配置された保護層12と、偏光子11のもう一方の側に配置された保護層13とを有する。プリズムシート40は、代表的には、基材部41とプリズム部42とを有する。このように、偏光板とプリズムシートとを一体化することにより、プリズムシートと偏光板との間の空気層を排除することができるので、液晶表示装置の薄型化に寄与することができる。液晶表示装置の薄型化は、デザインの選択幅を広げるので、商業的な価値が大きい。さらに、偏光板とプリズムシートとを一体化することにより、プリズムシートを面光源装置(バックライトユニット、実質的には導光板)に取り付ける際のこすれによるプリズムシートの傷つきを回避できるので、そのような傷に起因する表示の濁りを防止することができ、かつ、機械的強度に優れた液晶表示装置を得ることができる。加えて、本実施形態によれば、光拡散層20とプリズムシート40との間に反射型偏光子30を配置して、光拡散層20とプリズムシート40との間に所定の距離を設けることにより、モアレの発生を抑制し、かつ、高い輝度を有する液晶表示装置を実現することができる。また、本実施形態によれば、光拡散層20を反射型偏光子30のプリズムシート40と反対側(液晶表示装置に用いる場合には、液晶表示装置のバックライトユニットと反対側)に配置することにより、輝度を向上させることができる。具体的には、反射型偏光子は斜め方向の入射光よりも正面入射光の方が利用効率が高い。光拡散層20を反射型偏光子30のプリズムシート40と反対側に配置することにより、正面入射光を増大させることができ、その結果、光の利用効率をさらに向上させて輝度を増大させることができる。以下、光学部材の構成要素について詳細に説明する。
偏光板10は、代表的には、偏光子11と、偏光子11の片側に配置された保護層12と、偏光子11のもう一方の側に配置された保護層13とを有する。偏光子は、代表的には吸収型偏光子である。
上記吸収型偏光子の波長589nmの透過率(単体透過率ともいう)は、好ましくは41%以上であり、より好ましくは42%以上である。なお、単体透過率の理論的な上限は50%である。また、偏光度は、好ましくは99.5%〜100%であり、更に好ましくは99.9%〜100%である。上記の範囲であれば、液晶表示装置に用いた際に正面方向のコントラストをより一層高くすることができる。
保護層は、偏光板の保護フィルムとして使用できる任意の適切なフィルムで形成される。当該フィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、(メタ)アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、(メタ)アクリル系、ウレタン系、(メタ)アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。当該ポリマーフィルムは、例えば、上記樹脂組成物の押出成形物であり得る。それぞれの保護層は同一であってもよく、異なっていてもよい。
光拡散層20は、光拡散素子で構成されてもよく、光拡散粘着剤で構成されてもよい。光拡散素子は、マトリクスと当該マトリクス中に分散した光拡散性微粒子とを含む。光拡散粘着剤は、マトリクスが粘着剤で構成される。
反射型偏光子30は、特定の偏光状態(偏光方向)の偏光を透過し、それ以外の偏光状態の光を反射する機能を有する。反射型偏光子30は、直線偏光分離型であってもよく、円偏光分離型であってもよい。以下、一例として、直線偏光分離型の反射型偏光子について説明する。なお、円偏光分離型の反射型偏光子としては、例えば、コレステリック液晶を固定化したフィルムとλ/4板との積層体が挙げられる。
プリズムシート40は、反射型偏光子30の光拡散層20と反対側に配置されている。プリズムシート40は、代表的には、基材部41とプリズム部42とを有する。基材部41の厚みを調整することにより、光拡散層20とプリズム部42との距離を制御することができる。なお、本実施形態においては、反射型偏光子30がプリズム部42を支持する基材部として機能し得るので、基材部41は必ずしも設ける必要はない。この場合、光拡散層20とプリズム部42との距離は、反射型偏光子30の厚みを調整することにより制御され得る。プリズムシート40は、本発明の光学部材が液晶表示装置のバックライト側に配置された場合に、バックライトユニットの導光板から出射された偏光光を、その偏光状態を保ったまま、プリズム部42内部での全反射等によって、液晶表示装置の略法線方向に最大強度を有する偏光光として、反射型偏光子30および光拡散層20を介して偏光板10に導く。なお、「略法線方向」とは、法線方向から所定の角度内の方向、例えば、法線方向から±10°の範囲内の方向を包含する。
1つの実施形態においては、図1および図3に示すように、プリズムシート40(実質的には、プリズム部42)は、反射型偏光子30と反対側に凸となる複数の単位プリズム43が並列されて構成されている。好ましくは、単位プリズム43は柱状であり、その長手方向(稜線方向)は、偏光板10の透過軸および反射型偏光子30の透過軸と略直交方向に向いている。本明細書において、「実質的に直交」および「略直交」という表現は、2つの方向のなす角度が90°±10°である場合を包含し、好ましくは90°±7°であり、さらに好ましくは90°±5°である。「実質的に平行」および「略平行」という表現は、2つの方向のなす角度が0°±10°である場合を包含し、好ましくは0°±7°であり、さらに好ましくは0°±5°である。さらに、本明細書において単に「直交」または「平行」というときは、実質的に直交または実質的に平行な状態を含み得るものとする。なお、プリズムシート40は、単位プリズム43の稜線方向と偏光板10の透過軸および反射型偏光子30の透過軸とが所定の角度を形成するようにして配置(いわゆる斜め放置)してもよい。このような構成を採用することにより、モアレの発生をさらに良好に防止できる場合がある。斜め配置の範囲としては、好ましくは20°以下であり、より好ましくは15°以下である。
プリズムシート40に基材部41を設ける場合には、単一の材料を押出し成型等することにより基材部41とプリズム部42とを一体的に形成してもよく、基材部用フィルム上にプリズム部を賦形してもよい。基材部の厚みは、好ましくは25μm〜150μmである。このような厚みであれば、光拡散層とプリズム部との距離を所望の範囲とすることができる。さらに、このような厚みは、取扱い性および強度の観点からも好ましい。
光学部材100は、目的に応じて、任意の適切な位置に任意の適切な位相差層をさらに有していてもよい(図示せず)。位相差層の配置位置、数、複屈折性(屈折率楕円体)等は、液晶セルの駆動モード、所望の特性等に応じて適切に選択され得る。目的に応じて、位相差層は、偏光子の保護層を兼ねてもよい。以下、本発明の光学部材に適用可能な位相差層の代表例を説明する。
本発明の光学部材は、代表的には、液晶表示装置の視認側と反対側に配置される偏光板(以下、背面側偏光板と称する場合がある)として用いられ得る。この場合、当該背面側偏光板と視認側偏光板とを含む偏光板のセットが提供され得る。視認側偏光板としては、任意の適切な偏光板が採用され得る。視認側偏光板は、代表的には、偏光子(例えば、吸収型偏光子)と、偏光子の少なくとも片側に配置された保護層とを有する。偏光子および保護層は、上記B項に記載のものが用いられ得る。視認側偏光板は、目的に応じて任意の適切な光学機能層(例えば、位相差層、ハードコート層、アンチグレア層、反射防止層)をさらに有していてもよい。偏光板のセットは、視認側偏光板(の偏光子)の吸収軸と背面側偏光板(の偏光子)の吸収軸とが実質的に直交または平行となるようにして液晶セルのそれぞれの側に配置される。
図4は、本発明の1つの実施形態による液晶表示装置の概略断面図である。液晶表示装置500は、液晶セル200と、液晶セル200の視認側に配置された視認側偏光板110と、液晶セル200の視認側と反対側に配置された背面側偏光板としての本発明の光学部材100と、光学部材100の液晶セル200と反対側に配置されたバックライトユニット300とを有する。光学部材100については、上記A項〜F項で説明したとおりである。視認側偏光板については、上記G項で説明したとおりである。図示例では、視認側偏光板110は、偏光子11と、偏光子の一方の側に配置された保護層12と、偏光子11のもう一方の側に配置された保護層13とを有する。視認側偏光板110および光学部材(背面側偏光板)100は、それぞれの吸収軸が実質的に直交または平行となるようにして配置されている。バックライトユニット300は、任意の適切な構成が採用され得る。例えば、バックライトユニット300は、エッジライト方式であってもよく、直下方式であってもよい。直下方式が採用される場合、バックライトユニット300は、例えば、光源と、反射フィルムと、拡散板とを備える(いずれも図示せず)。エッジライト方式が採用される場合、バックライトユニット300は、導光板と、ライトリフレクターとをさらに備え得る(いずれも図示せず)。
実施例および比較例で用いた光拡散層について、JIS 7136で定める方法により、ヘイズメーター(村上色彩科学研究所社製、商品名「HN−150」)を用いて測定した。
(2)液晶表示装置の正面輝度
実施例および比較例で得られた液晶表示装置を全画面白表示となるようにし、AUTRONIC MELCHERS社製コノスコープにて測定した(単位:cd/m2)。
(3)液晶表示装置の正面コントラスト
実施例および比較例で得られた液晶表示装置について、全画面白表示の正面輝度および全画面黒表示の正面輝度をAUTRONIC MELCHERS社製コノスコープにて測定し、(白表示の正面輝度)/(黒表示の正面輝度)から算出した。
(4)モアレ
実施例および比較例で得られた液晶表示装置を全画面白表示となるようにし、目視にてモアレの発生程度を観察した。表示装置から100mmの距離で観察角度を変えながら1分間目視してもモアレが確認できなかった場合を◎、表示装置から500mmの距離で観察角度を変えながら1分間目視してもモアレが確認できなかった場合を○、500mm以上の距離で観察してもモアレが確認できる場合を×とした。
(第1の位相差層用フィルムの作成)
環状ポリオレフィン系ポリマーを主成分とする市販の高分子フィルム[オプテス社製、商品名「ゼオノアフィルム ZF14−130(厚み:60μm、ガラス転移温度:136℃)」]を、テンター延伸機を用いて、温度158℃で、フィルム幅が元のフィルム幅の3.0倍となるように幅方向に固定端一軸延伸した(横延伸工程)。得られたフィルムは、搬送方向に進相軸を有するネガティブ二軸プレート(3次元屈折率:nx>ny>nz)であった。このネガティブ二軸プレートの面内位相差は118nm、Nz係数は1.16であった。
スチレン−無水マレイン酸共重合体(ノヴァ・ケミカル・ジャパン社製、製品名「ダイラーク D232」)のペレット状樹脂を、単軸押出機とTダイを用いて、270℃で押出し、シート状の溶融樹脂を冷却ドラムで冷却して厚み100μmのフィルムを得た。このフィルムを、ロール延伸機を用いて、温度130℃、延伸倍率1.5倍で、搬送方向に自由端一軸延伸して、搬送方向に進相軸を有する位相差フィルムを得た(縦延伸工程)。得られたフィルムを、テンター延伸機を用いて、温度135℃で、フィルム幅が前記縦延伸後のフィルム幅の1.2倍となるように幅方向に固定端一軸延伸して、厚み50μmの二軸延伸フィルムを得た(横延伸工程)。得られたフィルムは、搬送方向に進相軸を有するポジティブ二軸プレート(3次元屈折率:nz>nx>ny)であった。このポジティブ二軸プレートの面内位相差は20nm、厚み位相差Rthは−80nmであった。
ポリビニルアルコールを主成分とする高分子フィルム[クラレ製 商品名「9P75R(厚み:75μm、平均重合度:2,400、ケン化度99.9モル%)」]を水浴中に1分間浸漬させつつ搬送方向に1.2倍に延伸した後、ヨウ素濃度0.3重量%の水溶液中で1分間浸漬することで、染色しながら、搬送方向に、全く延伸していないフィルム(原長)を基準として3倍に延伸した。次いで、この延伸フィルムを、ホウ酸濃度4重量%、ヨウ化カリウム濃度5重量%の水溶液中に浸漬しながら、搬送方向に、原長基準で6倍までさらに延伸し、70℃で2分間乾燥することにより、偏光子を得た。
一方、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム(コニカミノルタ社製、製品名「KC4UW」、厚み:40μm)の片面に、アルミナコロイド含有接着剤を塗布し、これを上記で得られた偏光子の片面に両者の搬送方向が平行となるようにロール・トゥー・ロールで積層した。なお、アルミナコロイド含有接着剤は、アセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂(平均重合度1200、ケン化度98.5%モル%、アセトアセチル化度5モル%)100重量部に対して、メチロールメラミン50重量部を純水に溶解し、固形分濃度3.7重量%の水溶液を調製し、この水溶液100重量部に対して、正電荷を有するアルミナコロイド(平均粒子径15nm)を固形分濃度10重量%で含有する水溶液18重量部を加えて調製した。続いて、偏光子の反対側の面に、上記アルミナコロイド含有接着剤を塗布した第1の位相差層用フィルムを、これらの搬送方向が平行となるようにロール・トゥー・ロールで積層し、その後55℃で6分間乾燥させた。乾燥後の積層体の第1の位相差層の表面に、第2の位相差層用フィルムを、アクリル系粘着剤(厚み5μm)を介して、これらの搬送方向が平行となるようにロール・トゥー・ロールで積層することにより、位相差層付偏光板(第2の位相差層/第1の位相差層/偏光子/TACフィルム)を得た。
基材部用フィルムとしてPETフィルム(厚み:100μm)を用いた。当該PETフィルムを配置した所定の金型に、プリズム用材料としての紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を充填し、紫外線を照射してプリズム用材料を硬化させることにより、図1および図3に示すようなプリズムシートを作製した。基材部の面内位相差Reは0nmであった。単位プリズムは、三角柱プリズムであり、配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面形状が不等辺三角形状であった。
上記で得られた位相差層付偏光板と反射型偏光子(SHARP社製40型TV(製品名:AQUOS、品番:LC40−Z5)を分解し、バックライト部材から取り出した反射型偏光子)とをヘイズ値が80%の光拡散粘着剤を介して貼り合せた。なお、光拡散粘着剤は、アクリル系粘着剤100部に光拡散性微粒子(モメンティブ・パフォーマンス社製、商品名「トスパール145」、粒径4.5μm)25.9部を配合して調製した。この反射型偏光子一体型偏光板と上記で得られた逆プリズムシートとをアクリル粘着剤(23μm)を介して貼り合わせることにより、図1に示すような偏光板/光拡散層(光拡散粘着剤層)/反射型偏光子/プリズムシートの構成を有する光学部材を得た。なお、プリズムシートの単位プリズムの稜線方向と偏光板の透過軸とは直交し、偏光板の透過軸と反射型偏光子の透過軸とは平行になるように一体化した。得られた光学部材において、光拡散層とプリズム部との距離は243μmであった。
IPSモードの液晶表示装置(Apple社製、商品名「iPad2」)から液晶パネルを取り出し、当該液晶パネルから偏光板等の光学部材を取り除き、液晶セルを取り出した。液晶セルは、その両表面(それぞれのガラス基板の外側)を洗浄して用いた。この液晶セルの上側(視認側)に市販の偏光板(日東電工社製、製品名「CVT1764FCUHC」)を貼り付けた。さらに、偏光サングラスをかけて表示装置を見た際の視認性を向上させるために、上記偏光板の上に、λ/4板(カネカ社製、商品名「UTZ−フィルム#140」)の遅相軸が偏光板の吸収軸と45°の角度をなすように貼り付けた。さらに、上記で得られた光学部材を、下側(背面側)偏光板として、アクリル粘着剤を介して液晶セルの下側(背面側)に貼り付けて、液晶表示パネルを得た。このとき、それぞれの偏光板の透過軸が互いに直交するように貼り付けた。
一方、複数の点光源(LED光源)と導光板と反射シートとを当業界で通常用いられる構成で組み立て、エッジライト方式のバックライトユニットを作製した。上記で得られた液晶表示パネルにこのバックライトユニットを組み込み、図4に示すような液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
プリズムシートの基材部用PETフィルムの厚みを75μmとし、反射型偏光子の厚みを35μmとして、光拡散層とプリズム部との距離を133μmとしたこと以外は実施例1と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
プリズムシートの基材部用フィルムを厚み30μmのアクリルフィルムとし、反射型偏光子とプリズムシートとの間の粘着剤層の厚みを12μmとして、光拡散層とプリズム部との距離を77μmとしたこと以外は実施例2と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
光拡散粘着剤のヘイズ値を85%としたこと以外は実施例2と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
光拡散粘着剤のヘイズ値を60%としたこと以外は実施例2と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
実施例1において得られた位相差層付偏光板と反射型偏光子とをアクリル系粘着剤を介して貼り合わせた。このようにして得られた反射型偏光子一体偏光板と実施例2において得られた逆プリズムシートとを実施例1で用いた光拡散粘着剤を介して貼り合わせ、偏光板/反射型偏光子/光拡散層(光拡散粘着剤層)/プリズムシートの構成を有する光学部材を得た。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
光拡散粘着剤のヘイズ値を40%としたこと以外は比較例1と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
比較例1において得られた反射型偏光子一体偏光板と実施例2において得られた逆プリズムシートとをアクリル系粘着剤を介して貼り合わせ、これを実施例1で用いた光拡散粘着剤を介して液晶セルに貼り合わせたこと以外は実施例2と同様にして、液晶表示装置を作製した。言い換えれば、背面側偏光板として光拡散層(光拡散粘着剤層)/偏光板/反射型偏光子/プリズムシートの構成を有する光学部材を用いたこと以外は実施例2と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
反射型偏光子を用いなかったこと、すなわち、背面側偏光板として光拡散層(光拡散粘着剤層)/偏光板/プリズムシートの構成を有する光学部材を用いたこと以外は比較例3と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
反射型偏光子を用いなかったこと、すなわち、背面側偏光板として偏光板/光拡散層(光拡散粘着剤層)/プリズムシートの構成を有する光学部材を用いたこと以外は比較例1と同様にして、液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。
表1から明らかなように、本発明の実施例の光学部材を背面側偏光板として用いた液晶表示装置は、モアレが抑制され、かつ、正面輝度および正面コントラストが共に良好であった。さらに、実施例の液晶表示装置は、振動試験の後も表示に外観欠点が生じず、機械的強度に優れていることを確認した。一方、比較例では、モアレの特性、輝度および正面コントラストのすべてを満足する液晶表示装置は得られなかった。より具体的には、反射型偏光子とプリズムシートとの間に光拡散層を有する比較例1の光学部材を用いた液晶表示装置は、輝度が低下した。さらに、比較例1と比較例2とから明らかなように、光拡散層のヘイズ値を小さくすると、輝度は改善されるが、モアレが顕著となった。偏光板の外側に光拡散層を有する比較例3の光学部材を用いた液晶表示装置は、正面コントラストが低下した。さらに、比較例3と比較例4とから明らかなように、反射型偏光子を省略すると輝度が低下した。
11 偏光子
12 保護層
13 保護層
20 光拡散層
30 反射型偏光子
40 プリズムシート
41 基材部
42 プリズム部
100 光学部材
Claims (9)
- 吸収型偏光子を有する偏光板と光拡散層と反射型偏光子と柱状の単位プリズムが複数配列されて構成されているプリズムシートとをこの順に含み、
該偏光板から該プリズムシートまでが一体化されており、
該光拡散層のヘイズ値が50%〜95%であり、
該単位プリズムの稜線方向と該偏光板の透過軸および該反射型偏光子の透過軸とが90°±15°(90°を除く)の角度を形成するように斜め配置されている、
光学部材。 - 前記プリズムシートの前記柱状の単位プリズムが、前記反射型偏光子と反対側に凸となるよう構成されている、請求項1に記載の光学部材。
- 前記反射型偏光子の全体厚みが10μm〜150μmである、請求項1または2に記載の光学部材。
- 前記光拡散層と前記プリズムシートのプリズム部との距離が75μm〜250μmである、請求項1から3のいずれかに記載の光学部材。
- 前記光拡散層が光拡散粘着剤で構成されている、請求項1から4のいずれかに記載の光学部材。
- 液晶セルの視認側と反対側に配置される、請求項1から5のいずれかに記載の光学部材。
- 背面側偏光板として用いられる請求項1から6のいずれかに記載の光学部材と、視認側偏光板とを含む、偏光板のセット。
- 液晶セルと、該液晶セルの視認側に配置された偏光板と、該液晶セルの視認側と反対側に配置された請求項1から6のいずれかに記載の光学部材とを有する、液晶表示装置。
- IPSモードである、請求項8に記載の液晶表示装置。
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