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JP7088351B1 - 光学フィルムおよび表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光学フィルムにおいて、外部光反射による表示品位を向上することができ、表示装置の発光素子の寿命を向上できるようにする。【解決手段】光学フィルム10Aは、透明基材11と、極大吸収波長が470nm以上530nm以下、吸光スペクトルの半値幅が15nm以上45nm以下である第1の色材と、極大吸収波長が560nm以上620nm以下、吸光スペクトルの半値幅が15nm以上55nm以下である第2の色材と、400nm~780nmの波長の範囲において最も透過率の低い波長が650nm以上780nm以下の範囲内にある第3の色材を含有する1層以上からなる着色層12と、着色層12を挟んで透明基材11と反対側に配置される1層以上の機能層とを備える。機能層は紫外線吸収層13を有する。光学フィルム10Aにおいてa*、b*のそれぞれは-5以上+5以下の範囲内にある。【選択図】図1

Description

本発明は、光学フィルムおよび表示装置に関する。
有機発光素子などの自発光素子を備える自発光表示装置は、液晶表示装置等とは異なり、小型化に優れ、さらに低消費電力、高輝度、高反応速度等の優れた特徴を有し、次世代の表示装置として期待されている。自発光表示装置の表示面の領域内には、金属製の電極や配線が形成されている。このため、表示画面の外部から入射する光(即ち、外部光)が電極や配線で反射するためコントラスト低下などの表示品位の低下を招きやすい。
上記の問題を解決するために、例えば自発光表示装置の表面に偏光板および位相遅延板が配置された校正が提案されている。ところが、偏光板および位相差遅延板を用いる構成では、表示装置から出射した光が偏光板および位相差遅延板を通過して外部に放出される際に、大部分の光が損失され、素子寿命の低下を招きやすかった。
また、表示装置には高い色純度が求められる。色純度は、表示装置の表示可能な色の広さを示し、色再現範囲とも呼ばれる。よって、高い色純度であることは色再現範囲が広く、色再現性が良いことを意味する。色再現性の向上手段としては、白色光を発光する光源に、カラーフィルタを用いて色分離する手法、もしくは三原色RGBの単色光を発光する光源をカラーフィルタで補正し、狭半値化させる手法が知られているが、カラーフィルタを用いて表示装置の色再現性を向上させる場合には、カラーフィルタの厚膜化や色材の高濃度化が必要となり、画素形状や視野角特性の悪化など表示品位を低下させる問題があった。また、三原色RGBの単色光を発光する表示装置に対しては、カラーフィルタの形成工程が必要となり、コスト増となる課題があった。
前述の偏光板および位相差遅延板を配置する構成やカラーフィルタを用いる構成とは異なる表示装置として、例えば、特許文献1には、有機発光素子を含む表示基板と、表示基板と離隔配置された封止基板と、を備え、表示基板と封止基板との間の空間に、外部光を波長帯毎に選抜的に吸収して透過率を調節する充填剤が埋められた有機発光表示装置が開示されている。この構成では、外部光反射を抑制して視認性を向上させるとともに、表示装置から出射した光の中で特に色純度を低下させる波長帯域の光を選択的に吸収するため色純度も向上する。しかしながら、開示された技術では、外部光の反射抑制には不十分で、且つ、反射光の色味付きが生じる課題があった。また、特定波長の光を吸収する色材は耐光性などの信頼性が不十分で、実用化は困難であった。
特許第5673713号公報
しかしながら、上記のような従来技術には以下のような問題がある。
偏光板および位相遅延板を用いた装置では、外部光による反射光の光量を抑制できるが、有機発光素子で発生する表示光の光量も低下するという問題がある。
さらに、特許文献1に開示されている波長選択吸収性を有する充填剤では、480nm~510nmの波長領域に吸収極大波長を有する色素と、580nm~610nmの波長領域に吸収極大波長を有する色素、を含有した構成が提案されている。このため、480nm未満の波長帯域、および610nmを超える波長帯域における外部光の影響を除去しにくいという問題がある。このような波長帯域の外部光が抑制できないと、反射率の低減効果が十分でなく、また反射色相の悪化が生じるという問題がある。さらに、前述の波長選択吸収性が付与される色素は耐光性などの信頼性が不十分で、信頼性の改善しなければ実用化は困難である。
上述の事情を踏まえ、本発明は、表示品位の向上と発光素子の長寿命化を実現可能な光学フィルム及びこれを用いた表示装置を提供する。
上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様の光学フィルムは、透明基材と、前記透明基材に重ねて配置され、色素を含有する1層以上の着色層と、前記着色層を挟んで前記透明基材と反対側に配置される1層以上の機能層と、を備える。前記着色層は、極大吸収波長が470nm以上530nm以下の範囲にあり、吸光スペクトルの半値幅が15nm以上45nm以下である第1の色材と、極大吸収波長が560nm以上620nm以下の範囲にあり、吸光スペクトルの半値幅が15nm以上55nm以下である第2の色材と、400nm~800nmの波長範囲において最も透過率の低い波長が600nm以上800nm以下範囲にある第3の色材と、を含む1層以上の着色層であり、かつ、下記式(1)~(9)で定義される反射色相のクロマティクネス指数aおよびbのそれぞれが、-5以上+5以下の範囲にある。a*及びb*は、厚み方向で機能層の最表層側からD65光源を照射し、透明基材の最下層部で反射率R(λ)が波長380nmから780nmまでの全ての波長で100%反射する場合に、光源照射側での反射率R(λ)から算出される。また、前記機能層には、少なくともJIS L 1925に準拠した紫外線遮蔽率が85%以上の紫外線吸収層を備える。
Figure 0007088351000002
Figure 0007088351000003
Figure 0007088351000004
Figure 0007088351000005
Figure 0007088351000006
Figure 0007088351000007
Figure 0007088351000008
Figure 0007088351000009
Figure 0007088351000010
ここで、λは波長を表す変数、tはX、Y、Zに対するX、Y、Zの比率を表す変数である。
式(1)~(3)から算出されるa、bはCIE1976L色空間(CIELAB色空間)での算出方法に準じて算出される。式(1)、(2)において、X、Y、Zは、D65光源の白色点における3刺激値である。
式(4)において、RE(λ)は完全拡散反射面での反射率[%]を表す関数(各波長100%)、R2(λ)は前記透明基材と反対側の前記光学フィルムにおける最表面での表面反射率[%]を表す関数、T(λ)は前記光学フィルムの透過率[%]を表す関数である。
式(6)~(9)においてPD65(λ)は、D65光源スペクトル、オーバーラインx(λ)、オーバーラインy(λ)、オーバーラインz(λ)は、CIE1931 2°視野での等色関数である。
式(6)から式(9)における定積分は、適宜の数値積分で求められてもよい。例えば、数値積分を行う場合の波長間隔は、1nm間隔であってもよい。
式(5)において、R(λ)は、光学フィルムにおける透明基材の内部反射を考慮した、透明基材と反対側からの入射光に対する光学フィルムの反射率を表している。
式(6)~(8)で表されるX、Y、Zは、D65光源の白色点における3刺激値を表す。
本発明の第2の態様の表示装置は、光源と、上記光学フィルムと、を備える。
本発明によれば、外部光反射による表示品位を向上することができ、表示装置の発光素子の寿命を向上できる光学フィルムおよび表示装置を提供できる。
本発明の第1の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の光学フィルムの反射色相のクロマティクネス指数a及びb*の算出方法の説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。 実施例において有機EL光源及びカラーフィルタを通して出力された白色表示時のスペクトルを示したグラフである。 実施例において有機EL光源及びカラーフィルタを通して出力された赤色表示時、緑色表示時、及び青色表示時の各々のスペクトルのグラフである。 実施例において表示装置反射特性2、表示装置反射色相2を算出する有機EL表示装置の電極反射率である。
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。
図1に厚さ方向の断面を示す本実施形態の表示装置50Aは、画像信号に基づいてカラー画像を表示する。表示装置50Aは、表示部20と、本実施形態の光学フィルム10Aと、を備える。
表示部20は、基板21、発光素子22、およびカラーフィルタ部23を備える。
基板21は、例えば、シリコン基板で形成される。
発光素子22は、白色光を発光する。例えば、発光素子22としては、有機EL素子が用いられてもよい。有機EL素子は、陽極と陰極との間に直流電圧を印加し、有機発光層に電子および正孔を注入して再結合させることにより励起子を生成し、この励起子が失活する際の光の放出を利用して発光する。発光素子22からの光は、有機発光層と直交する光軸を中心として、図示下側から上側に向かう光出射方向に出射する。
発光素子22は、例えば、半導体製造プロセスを用いて基板21上に製造される。
各発光素子22における電極は、基板21に形成された金属製の配線を通して図示略の駆動回路に接続されている。駆動回路は、画像信号に基づいて、各発光素子22の点灯および消灯を制御する。
例えば、発光素子22は、赤色成分の画像信号に応じて点灯される第1発光素子22Rと、緑色成分の画像信号に応じて点灯される第2発光素子22Gと、青色成分の画像信号に応じて点灯される第3発光素子22Bと、が、カラー表示を行う各画素内に配置されている。
カラーフィルタ部23は、各発光素子22の光放射方向に配置されている。
カラーフィルタ部23は、赤色光を透過させる赤色フィルタ、緑色光を透過させる緑色フィルタ、および青色光を透過させる青色フィルタを有する。赤色フィルタは第1発光素子22Rに、緑色フィルタは第2発光素子22Gに、青色フィルタは第3発光素子22Bに、それぞれ対向する位置に配置されている。
カラーフィルタ部23は、各赤色フィルタ、各緑色フィルタ、および各青色フィルタを透過する光を集光するレンズを有していてもよい。
本実施形態の光学フィルム10Aは、表示部20のカラーフィルタ部23上に配置される。光学フィルム10Aは、表示部20の表示領域における色純度を向上し、外部光反射による表示品位を向上するために設けられている。
光学フィルム10Aは、表示部20の光出射方向において、透明基材11、着色層12、紫外線吸収層13(機能層)、および低屈折率層14A(機能層)をこの順に備える。
透明基材11は、厚さ方向において第1面11aと第2面11bとを有する板またはシートである。透明基材11の第2面11bは、表示部20のカラーフィルタ部23側に配置される。透明基材11の材料における可視光の透過率は100%に近い程好ましい。
ここで可視光とは、380nm以上780nm以下の可視光波長帯域の光である。
透明基材11の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド、ポリイミド、ポリアリレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンコポリマー、含ノルボルネン樹脂、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン等の透明樹脂や無機ガラスを利用できる。この中でも、ポリエチレンテレフタレートからなるフィルム(PET)、トリアセチルセルロースからなるフィルム(TAC)、ポリメチルメタクリレートからなるフィルム(PMMA)、ポリエステルからなるフィルムを好適に利用できる。透明基材11の厚みは、特に限定されないが、10μm~100μmとすることが好ましい。
着色層12は、色素を含有する層状部であり、透明基材11の第1面11aに重ねて配置されている。
着色層12は、色素として、第1の色材と、第2の色材と、第3の色材と、を含有する。
第1の色材は、極大吸収波長が470nm以上530nm以下の範囲にあり、吸光スペクトルの半値幅(半値全幅)が15nm以上45nm以下である。ここで、極大吸収波長とは、光吸収率のスペクトル(吸収スペクトル)において、光吸収率の極大値のうちの最大値を与える波長を意味する。光透過率のスペクトルでは、極小値のうち最小値を与える波長を意味する。以下も同様である。
第2の色材は、極大吸収波長が560nm以上620nm以下の範囲にあり、吸光スペクトルの半値幅が15nm以上55nm以下である。
第3の色材は、400nm~780nmの波長範囲において最も透過率の低い波長が650nm以上780nm以下の範囲内にある。第3の色材の吸光スペクトルの半値幅は、例えば10nm以上300nm以下であるが、特に限定されない。
以下、第1の色材、第2の色材、および第3の色材を総称する場合には、単に色材と称する場合がある。
着色層12に含まれる第1の色材、第2の色材、および第3の色材として、ポルフィリン構造、メロシアニン構造、フタロシアニン構造、アゾ構造、シアニン構造、スクアリリウム構造、クマリン構造、ポリエン構造、キノン構造、テトラジポルフィリン構造、ピロメテン構造及びインジゴ構造のいずれかを有する化合物及びその金属錯体からなる群から選択される1以上の化合物を含むものを使用できる。
例えば、特に分子内にポルフィリン構造、ピロメテン構造、フタロシアニン構造、スクアリリウム構造を持つ化合物を用いるのが好ましい。
また、本発明の光学フィルム10Aは、透明基材11と反対側の最表面である表面10a側からD65光源を照射し、光学フィルムの最下層の第2面11b側で完全拡散反射した場合の反射率R(λ)を表面10a側から測定した際に、上述の式(1)から式(9)で表される光学フィルムによる反射色相のクロマティクネス指数(値)a、及びbのそれぞれが-5以上+5以下の範囲内にある。前述の色相は、国際照明委員会(CIE)によって定められた均等色空間の1つ(CIE1976L色空間、或いはCIE LAB色空間とも称される)であり、上述の式(1)、式(2)に加えて下記の式(10)で表される明度指数Lの3つの値を軸とした3次元直交座標で表される。
Figure 0007088351000011
ここでYは、D65光源の反射率R(λ)での反射光の3刺激値で上述の式(4)、(5)、(7)、(9)から算出され、Yは、D65光源の白色点における3刺激値である。
本発明の光学フィルムの外部光反射色相の指標とするクロマティクネス指数a、及びbの算出方法について図2を用いて詳述する。
厚み方向で光学フィルム10Aの透明基材11の第2面11b側と反対側の表面10aからD65光源を照射した場合、光学フィルム10Aからの出射光は表面反射成分と内部反射成分とに分けて考えることができる。表面反射成分は、表面10aでの表面反射率をR2(λ)[%]によって規定される、内部反射成分は、波長によらず100%とする完全拡散反射面での反射率R(λ)[%]と、光学フィルム10Aにおける透過率T(λ)と、表面10aでの表面反射率R2(λ)[%]とから、式(4)で算出されるR1(λ)[%]によって規定される。
D65光源照射側の表面10a側での光学フィルム10Aの反射率をR(λ) [%]とするとR(λ)は、上述の式(5)から算出される。
R(λ)は、R1(λ)およびR2(λ)同様、波長λの関数であるので、式(6)から式(9)のλに関する定積分を求めることで3刺激値X、Y、Zが求まる。ここで、定積分は、適宜の数値積分で求められてもよい。例えば、数値積分を行う場合の波長間隔は、例えば1nm間隔のような等間隔であってもよい。
前述のように、式(1)及び式(2)におけるX、Y、Zは前記光学フィルム10Aの表面10a側のD65光源の反射率R(λ)での反射光の3刺激値であり、X、Y、ZはD65光源の白色点における3刺激値を表す。ここから光学フィルム10Aの外部光反射色相の指標であるクロマティクネス指数a及びbを算出できる。外部光反射の表示品位を高める観点から、光学フィルム10Aの色相のクロマティクネス指数(値)a及び値bのそれぞれが-5以上+5以下の範囲内にあることが好ましい。有機発光表示装置等の自発光表示装置の表示部や電極配線部といった内面で生じる内部反射率は、波長380nmから780nmまでの各波長においてそれぞれ異なる値となることが一般的であるが、本発明において鋭意検討した結果、R(λ)を全ての波長で100%とする完全拡散反射面での反射率とし、光学フィルム10Aの外部光による反射色相のクロマティクネス指数(値)a及び値bのそれぞれが-5以上+5以下の範囲内にある時に、R(λ)を実際の自発光表示装置の表示部20の内部反射率と置き換えた場合においても外部光反射色相の指標であるクロマティクネス指数a及びbは-5以上+5以下の範囲内となり、優れた表示品位となることを見出した。
このような構成の着色層12によれば、全体として、470nm以上530nm以下の範囲と、560nm以上620nm以下の範囲に極大吸収波長を有し、更に400nm~780nmの範囲での最大吸収が650nm以上780nm以下の範囲にある第3色材を含むため620nm~780nmの範囲に極小吸収波長を有する分光吸収スペクトルが得られる。このため、表示部20から出射される赤色光、緑色光、および青色光の大部分は、着色層12を透過する。
これに対して、着色層12において、赤色光および緑色光の各極大波長の間の波長成分、緑色光および青色光の各極大波長の間の波長成分、紫外光、および赤外光のそれぞれの一部の透過光量は低下する。このため、例えば、外部光が表示部20の配線などで反射した光のうち、表示光の色純度を低下させる波長成分が着色層12で吸収される。
着色層12は、添加剤として、ラジカル捕捉剤、一重項酸素クエンチャー、及び過酸化物分解剤の少なくとも1種類を含有してもよい。このような添加剤が含有されることによって、以下に説明するように、着色層12に含まれる色材の光や熱などによる退色を抑制し、耐久性を向上できる。
ラジカル捕捉剤は、色素が酸化劣化する際のラジカルを捕捉し、自動酸化を抑制する働きを持ち、色素劣化(退色)を抑制する。ラジカル捕捉剤として、分子量が2000以上のヒンダードアミン系光安定剤を用いると、高い退色抑制効果が得られる。ラジカル捕捉剤の分子量が低い場合、揮発しやすいため、着色層内へ留まる分子が少なく、十分な退色抑制効果を得ることが難しい。ラジカル捕捉剤として好適に用いられる材料としては、例えば、BASF社製Chimassorb(登録商標)2020FDL、Chimassorb(登録商標)944FDL、Tinuvin(登録商標)622、ADEKA社製LA-63Pなどが挙げられる。
一重項酸素クエンチャーは、色素を酸化劣化(退色)させやすい性質を持つ反応性の高い一重項酸素を不活性化し、色素の酸化劣化(退色)を抑制する働きがある。一重項酸素クエンチャーとしては遷移金属錯体、色素類、アミン類、フェノール類、スルフィド類が挙げられるが、特に好適に用いられる材料としては、ジアルキルホスフェイト、ジアルキルジチオカルバネートまたはベンゼンジチオールの遷移金属錯体で、中心金属としてはニッケル、銅またはコバルトが好適に用いられる。例えば、(株)林原生物化学研究所 感光色素研究所製NKX1199、NKX113、NKX114、東京化成社製 D1781、B1350、B4360、T3204などが挙げられる。
過酸化物分解剤としては、色素が酸化劣化した際に発生する過酸化物を分解し、自動酸化サイクルを停止させ、色素劣化(退色)を抑制する働きがある。過酸化物分解剤としては、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤を用いることができる。
リン系酸化防止剤としては、例えば2,2’-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチル-1-フェニルオキシ)(2-エチルヘキシルオキシ)ホスホラス、3,9-ビス(2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノキシ)-2,4,8,10-テトラオキサ-3,9-ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン、および6-[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロポキシ]-2,4,8,10-テトラ-t-ブチルジベンズ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピンなどが挙げられる。
イオウ系酸化防止剤としては、例えば2,2-ビス({[3-(ドデシルチオ)プロピオニル]オキシ}メチル)-1,3-プロパンジイル-ビス[3-(ドデシルチオ)プロピオネート]、2-メルカプトベンズイミダゾール、ジラウリル-3,3’-チオジプロピオネート、ジミリスチル-3,3’-チオジプロピオネート、ジステアリル-3,3’-チオジプロピオネート、ペンタエリスリチル-テトラキス(3-ラウリルチオプロピオネート)、2-メルカプトベンゾチアゾールなどが挙げられる。
紫外線吸収層13は、紫外線遮蔽率が85%以上の層状部である。ここで、紫外線遮蔽率はJIS L 1925に基づいて測定および算出され、290nmから400nmまでの波長範囲における平均透過率(単位;[%])を100%から引いた値[%]で表される。
紫外線吸収層13の紫外線領域における吸収波長域は、290nm以上370nm以下の範囲であることがより好ましい。ここで、吸収波長域は、紫外線の吸収率が90%以上となる波長領域であると定義する。
紫外線吸収層13は、着色層12を間に挟んで、透明基材11と反対側に配置されている。図1に示す例では、紫外線吸収層13は、着色層12に積層しているが、紫外線吸収層13は、着色層12との間の他の層を挟んで配置されてもよい。
着色層12に含まれる各色材は、優れた色補正機能を有するものの、光線、特に紫外線に対する耐性が十分でないため、紫外線が照射されると経時的に劣化し、極大吸収波長付近の光を吸収できなくなる。
本実施形態では、光学フィルム10Aにおいて、着色層12よりも外部光が先に入射する側に、紫外線吸収層13が配置されているので、外部光に紫外線が含まれる場合に、着色層12への紫外線の入射量を抑制できる。このため、着色層12の紫外線に対する耐光性を向上できる。
紫外線吸収層13は、エネルギー線硬化型樹脂と光重合開始剤と紫外線吸収剤、溶剤とを含有する組成物を塗布、乾燥し、紫外線などのエネルギー線を照射し硬化させることによって形成される。
紫外線吸収層13に含有するエネルギー線硬化型樹脂は、紫外線、電子線等の活性エネルギー線の照射により重合して硬化する樹脂であり、例えば、単官能、2官能又は3官能以上の(メタ)アクリレートモノマーを使用できる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートとメタクリレートの両方の総称であり、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイルとメタクリロイルの両方の総称である。
単官能の(メタ)アクリレート化合物の例としては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、アクリロイルモルフォリン、N-ビニルピロリドン、テトラヒドロフルフリールアクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2-エトキシエチル(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、リン酸(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性リン酸(メタ)アクリレート、フェノキシ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性フェノキシ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性フェノキシ(メタ)アクリレート、ノニルフェノール(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ノニルフェノール(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ノニルフェノール(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチル-2-ヒドロキシプロピルフタレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルハイドロゲンフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルハイドロゲンフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルヘキサヒドロハイドロゲンフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルテトラヒドロハイドロゲンフタレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ヘキサフルオロプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2-アダマンタン、アダマンタンジオールから誘導される1価のモノ(メタ)アクリレートを有するアダマンチルアクリレート等のアダマンタン誘導体モノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
2官能の(メタ)アクリレート化合物の例としては、エチレングリコールジ(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、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ヘキサンジオールジ(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、ポリエチレングリコールジ(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、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコ-ルジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ネオペンチルグリコールジ(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、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
3官能以上の(メタ)アクリレート化合物の例としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス2-ヒドロキシエチルイソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート等のトリ(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トリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等の3官能の(メタ)アクリレート化合物や、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンペンタ(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、ジトリメチロールプロパンヘキサ(メタ)アクリレート等の3官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物や、これら(メタ)アクリレートの一部をアルキル基やε-カプロラクトンで置換した多官能(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
また、活性エネルギー線硬化性樹脂として、ウレタン(メタ)アクリレートも使用できる。ウレタン(メタ)アクリレートとしては、例えば、ポリエステルポリオールにイソシアネートモノマー、もしくはプレポリマーを反応させて得られた生成物に水酸基を有する(メタ)アクリレートモノマーを反応させることによって得られるものを挙げることができる。
ウレタン(メタ)アクリレートの例としては、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ペンタエリスリトールトリアクリレートトルエンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートトルエンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ペンタエリスリトールトリアクリレートイソホロンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートイソホロンジイソシアネートウレタンプレポリマー等が挙げられる。
上述した樹脂は1種を用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。また、上述した樹脂は、ハードコート層形成用組成物中でモノマーであっても良いし、一部が重合したオリゴマーであっても良い。
紫外線吸収層13に含有する紫外線吸収剤は、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、シュウ酸アニリド系、シアノアクリレート系の化合物を例示でき、これらを1種以上用いて紫外線吸収剤による紫外領域の吸収波長域を290nm~370nmの範囲とすることが好ましい。
また、紫外線吸収層13に含有する光重合開始剤は、紫外線領域における吸収波長域が、紫外線吸収剤の紫外線領域における吸収波長域と異なっているものを1種以上含有することが好ましい。この場合、紫外線吸収剤に吸収されない紫外線領域の光がエネルギー線硬化型化合物を硬化させることができるので、効率的に硬化膜を形成できる。紫外線吸収剤の吸収波長域を290nm~370nmの範囲とした場合、当該波長域とは吸収波長域が異なるアシルフォスフィンオキサイド系の光重合開始剤を好適に使用することができ、ジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシドやフェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシドなどを例示できる。紫外線吸収剤と光重合開始剤の吸収波長域が異なるものを用いることにより、紫外線吸収剤を含有する紫外線吸収層を形成する際の硬化阻害を抑制できると共に、硬化後においては、着色層12に含まれる色素が紫外線により劣化することを抑制できる。
紫外線吸収層13の形成用組成物に用いる、その他の光重合開始剤としては、例えば、2,2-エトキシアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ジベンゾイル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、p-クロロベンゾフェノン、p-メトキシベンゾフェノン、ミヒラーケトン、アセトフェノン、2-クロロチオキサントン等も使用できる。これらのうち1種類を単独で使用しても良いし、2種類以上を組み合わせて使用しても良い。
紫外線吸収層13の形成用組成物に用いる溶剤としては、ジブチルエーテル、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、プロピレンオキシド、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソラン、1,3,5-トリオキサン、テトラヒドロフラン、アニソール及びフェネトール等のエーテル類、またアセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、及びメチルシクロヘキサノン等のケトン類、また蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸n-ペンチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン醸エチル、酢酸n-ペンチル、及びγ-プチロラクトン等のエステル類、さらにメチルセロソルブ、セロソルブ、ブチルセロソルブ、セロソルブアセテート等のセロソルブ類が挙げられる。これらを単独、もしくは2種類以上合わせて用いても良い。
本実施形態では、紫外線吸収層13を含む光学フィルム10Aの表面硬度は、500g荷重での鉛筆硬度でH以上である。鉛筆硬度は、JIS-K5600-5-4:1999に基づいて測定する。
このため、本実施形態における紫外線吸収層13は、光学フィルム10Aの外部からの紫外線から着色層12を保護する紫外線の防護層であるとともに、外部からの荷重に対して着色層12を保護するハードコート層にもなっている。
本実施形態のように、紫外線の防護層とハードコート層とを兼ねる紫外線吸収層13は、例えば、上述したエネルギー線硬化性樹脂を用い、紫外線吸収剤と光重合開始剤の吸収波長のバランスを調整し、硬化阻害を抑制することで硬質な樹脂層を製造できる。
また、ハードコート層の屈折率調整や硬度付与を目的として金属酸化物微粒子を含有してもいい。金属酸化物微粒子としては、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛などが挙げられる。
紫外線吸収層13に撥水性及び/又は撥油性を付与する目的で、防汚性を高める珪素酸化物、フッ素含有シラン化合物、フルオロアルキルシラザン、フルオロアルキルシラン、フッ素含有珪素系化合物、パーフルオロポリエーテル基含有シランカップリング剤のいずれかを含有しても良い。
紫外線吸収層13には、その他添加剤として、レベリング剤、消泡剤、酸化防止剤、光安定剤、光増感剤、導電材料等を加えても良い。
低屈折率層14Aは、光学フィルム10Aが表示装置50Aに適用される際に、表示を見る使用者(視認者)に最も近い側に配置される。本実施形態では、低屈折率層14Aは、紫外線吸収層13における着色層12と反対側の表面に積層されている。低屈折率層14Aの層厚は、例えば、特に限定されないが、40nm~1μm程度に形成される。
低屈折率層14Aは、紫外線吸収層13よりも屈折率が低い材料からなる。これにより、外部から入射する外部光の紫外線吸収層13との界面における反射光と、低屈折率層14Aの表面での反射光とが干渉を起こすので、外部光の表面反射率が低減される。
低屈折率層14Aを設けることによって外部光の表面反射を抑制することができるので、表示装置50Aの視認性が向上する。
低屈折率層14Aは、無機物や無機化合物からなる層状部である。無機物や無機化合物としては、LiF、MgF、3NaF・AlF、AlF、NaAlF等の微粒子やシリカ微粒子などを例示できる。また、シリカ微粒子として、多孔質シリカ微粒子や中空シリカ微粒子などの粒子内部に空隙を有するものを用いることが、低屈折率化に有効である。また、低屈折率形成用組成物には、紫外線吸収層13で説明した光重合開始剤や溶剤、その他添加剤を適宜配合してもよい。
低屈折率層14Aの材料には、さらに珪素酸化物、フッ素含有シラン化合物、フルオロアルキルシラザン、フルオロアルキルシラン、フッ素含有珪素系化合物、パーフルオロポリエーテル基含有シランカップリング剤のいずれかを含有してもよい。これらの材料を含有することで、低屈折率層14に撥水性及び/または撥油性が付与され、防汚性を高めることができる。
本実施形態の光学フィルム10Aにおいて、紫外線吸収層13および低屈折率層14Aは、前記着色層を挟んで前記透明基材と反対側に配置される1層以上の機能層を構成している。
光学フィルム10Aは、必要な正面輝度、外部光反射視認性、および表示光の色純度が得られれば、着色層12と紫外線吸収層13との間に適宜の機能層が設けられてもよい。
光学フィルム10Aは、透明基材11の第1面11a上に、着色層12、紫外線吸収層13、および低屈折率層14Aをこの順に形成することにより製造できる。
着色層12、紫外線吸収層13、及び低屈折率層14Aは、例えば各層の構成材料を含む塗工液を塗工、乾燥し、紫外線などの活性エネルギー線を照射し、硬化させることで形成できる。低屈折率層14Aについては、蒸着やスパッタリング等によっても形成できる。
着色層12の形成用組成物は、活性エネルギー線硬化性樹脂と、光重合開始剤と、色素と、溶剤とを含有し、必要に応じて、添加剤をさらに含有してもよい。活性エネルギー線硬化性樹脂、光重合開始剤、溶剤としては、紫外線吸収層13で説明したものを使用することができる。
色素は、上述した、第1の色材と、第2の色材と、第3の色材と、を含んでいる。添加剤としては、ラジカル捕捉剤、過酸化物分解剤、および一重項酸素クエンチャーの少なくとも1種類を含有してもよい。
紫外線吸収層13は、少なくともエネルギー線硬化型化合物と光重合開始剤と紫外線吸収剤、溶剤とを含有する組成物を、着色層12上に塗工した後、光重合を開始させるエネルギー線を照射することによって、組成物を硬化させることによって形成できる。
低屈折率層14Aも、紫外線吸収層13と同様に、紫外線吸収層13上に、低屈折率層14Aを形成する材料を、塗工した後、光重合を開始させるエネルギー線を照射することによって、組成物を硬化させることによって形成できる。
表示装置50Aは、表示部20を準備し、光学フィルム10Aにおける透明基材11の第2面11bをカラーフィルタ部23の表面に、粘着層等を介して貼り合わせ、固定することで製造できる。
本実施形態の表示装置50Aによれば、画像信号に応じて、発光素子22が点灯されると、発光素子22で発生した表示光はカラーフィルタ部23を透過する。これにより、第1発光素子22Rからの光は赤色光として、第2発光素子22Gからの光は緑色光として、第3発光素子22Bからの光は青色光として、透明基材11、着色層12、紫外線吸収層13、および低屈折率層14Aを透過して、光学フィルム10Aの外部に出射する。
このとき、着色層12は、表示光の赤色、緑色、および青色の波長光の透過率が良好な波長帯域を有するので、各表示光は色純度を保って出射する。
紫外線吸収層13では、主に紫外線領域の光を吸収するので、表示光はほとんど輝度が低下することなく透過する。
低屈折率層14Aは、可視光に対する透過率が良好なので、表示光はほとんど輝度が低下することなく外部に出射する。
一方、表示装置50Aには、光学フィルム10Aを通して外部光が入射する。
低屈折率層14Aによって、外部光の表面反射率が抑制されるので、外部光の表面反射が強すぎることによる視認性の低下が抑制される。
紫外線吸収層13に入射する外部光は、紫外線領域の波長成分が紫外線吸収剤によって吸収された状態で、着色層12に入射する。
着色層12では、外部光における着色層12に含まれる各色材の吸収波長付近の波長成分がさらに吸収される。この後、外部光は、透明基材11およびカラーフィルタ部23を透過し、基板21に到達する。基板21には、例えば、配線や電極などの反射率が高い金属部分が含まれる。
このため、外部光は、配線や電極などで反射して、カラーフィルタ部23、透明基材11、着色層12、紫外線吸収層13、および低屈折率層14Aを順次透過して、外部に出射する。
表示装置50Aの観察者は、表示光に加えて、表示装置50Aの外部光による表面反射光及び外部光が表示装置50A内部を透過し、反射する内部反射光をあわせたに反射光を見る。
本実施形態では、外部光は、着色層12を2回透過して、外部に出射することで、表示光の波長成分と異なる波長成分が低減されるため外部光の内部反射を低減しつつ、表示光の輝度低下を抑制することができ、表示光に外部光が重畳される場合でも、表示光の色純度が良好に保たれる。
また、表示装置50Aが非表示状態の場合においても、光学フィルム10Aの外部反射光の反射色相の指標であるクロマティクネス指数a、bの値を-5以上かつ+5以下にすることで光学フィルムの色味影響が小さくなり表示画面の黒味が保たれる。
本実施形態では、紫外線吸収層13によって、外部光の紫外光成分が吸収されるので、着色層12が紫外線を受けることによって、色材が劣化することが防止される。このため、着色層12における色材の分光特性は、経時的に維持されやすい。
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置について説明する。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。
図3に厚さ方向の断面を示す本実施形態の表示装置50Bは、第1の実施形態の表示装置50Aの光学フィルム10Aに代えて、本実施形態の光学フィルム10Bを備える。
光学フィルム10Bは、着色層12と紫外線吸収層13との間に、酸素バリア層15(機能層)を備える以外は、光学フィルム10Aと同様に構成される。
以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
酸素バリア層15は光透過性を有する透明な層である。酸素バリア層15の酸素透過度は、10cc/m・day・atm以下である。酸素バリア層15の主な構成材料としては、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、塩化ビリニデン、シロキサン樹脂等を含有するのが好ましく、三菱ガス化学社製のマクシーブ(登録商標)、株式会社クラレ製のエバール、ポバール、旭化成株式会社のサランラテックス、サランレジン等を用いることができる。また、酸素バリア層15には、酸素透過度を低減するためにシリカ粒子、アルミナ粒子、銀粒子、銅粒子、チタン粒子、ジルコニア粒子、スズ粒子などの無機物粒子が分散していてもよい。
光学フィルム10Bが表示装置50Bに取り付けられた場合、外気に含まれる酸素は、酸素バリア層15を透過しなければ着色層12に到達しない。これにより外気中の酸素による着色層12の各色材の劣化が抑制される。このため、着色層12の光吸収性能が長時間持続する。
本実施形態においては、酸素バリア層15に代えて、あるいは酸素バリア層15に加えて、透明基材11の第2面11b側にも酸素バリア層を設けてもよい。この場合、酸素バリア層は、表示装置50B内に存在する酸素から着色層12の各色材を保護する。
本実施形態の光学フィルム10Bおよび表示装置50Bによれば、第1の実施形態と同様の着色層12、紫外線吸収層13、および低屈折率層14Aを備えるので、第1の実施形態と同様の作用を備える。
特に本実施形態の光学フィルム10Bは、酸素バリア層15をさらに備えるので、着色層12の色素の酸素影響による酸化劣化を抑制できる。
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置について説明する。
図4は、本発明の第3の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。
図4に厚さ方向の断面を示す本実施形態の表示装置50Cは、第1の実施形態の表示装置50Aの光学フィルム10Aに代えて、本実施形態の光学フィルム10Cを備える。
光学フィルム10Cは、低屈折率層14Aおよび紫外線吸収層13に代えて、紫外線吸収防眩層16(紫外線吸収層、機能層、防眩層)を備える以外は、光学フィルム10Aと同様に構成される。
以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
紫外線吸収防眩層16は、紫外線吸収性と、防眩機能とを備える層状部である。
紫外線吸収防眩層16の紫外線遮蔽率は、紫外線吸収層13と同様、紫外線遮蔽率が85%以上である。紫外線吸収防眩層16における吸収波長域は、290nm以上370nm以下の範囲であることがより好ましい。
防眩機能とは、表面に微細な凹凸を有し、この凹凸で外光を散乱させることにより外光の映り込みを低減する機能である。
紫外線吸収防眩層16の鉛筆硬度は、紫外線吸収層13と同様にH以上である。
紫外線吸収防眩層16は、紫外線吸収層13と同様の組成物に、防眩機能を付与する有機微粒子及び/または無機微粒子とを含有する塗工液を硬化させることによって形成することができる。有機微粒子は、紫外線吸収防眩層16表面に微細な凹凸を形成し、外光を拡散させる機能を付与するものであり、例えばアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化エチレン系樹脂等の透光性樹脂材料からなる樹脂粒子を使用できる。屈折率や樹脂粒子の分散性を調整するために、材質(屈折率)の異なる2種類以上の樹脂粒子を混合して使用しても良い。無機微粒子は、紫外線吸収防眩層16中の有機微粒子の沈降や凝集を調整するものであり、シリカ微粒子や、金属酸化物微粒子、各種の鉱物微粒子等を使用することができる。シリカ微粒子としては、例えば、コロイダルシリカや(メタ)アクリロイル基等の反応性官能基で表面修飾されたシリカ微粒子等を使用することができる。金属酸化物微粒子としては、例えば、アルミナや酸化亜鉛、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、チタニア、ジルコニア等を使用することができる。鉱物微粒子としては、例えば、雲母、合成雲母、バーミキュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、ベントナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、ノントロナイト、マガディアイト、アイラライト、カネマイト、層状チタン酸、スメクタイト、合成スメクタイト等を使用することができる。鉱物微粒子は、天然物及び合成物(置換体、誘導体を含む)のいずれであっても良く、両者の混合物を使用しても良い。鉱物微粒子の中でも、層状有機粘土がより好ましい。層状有機粘土とは、膨潤性粘土の層間に有機オニウムイオンを導入したものをいう。有機オニウムイオンは、膨潤性粘土の陽イオン交換性を利用して有機化することができるものであれば制限されない。鉱物微粒子として、層状有機粘土鉱物を用いる場合、上述した合成スメクタイトを好適に使用できる。合成スメクタイトは、防眩層形成用の塗工液の粘性を増加させ、樹脂粒子及び無機微粒子の沈降を抑制して、光学機能層の表面の凹凸形状を調整する機能を有する。
紫外線吸収防眩層16を形成する形成用組成物は、珪素酸化物、フッ素含有シラン化合物、フルオロアルキルシラザン、フルオロアルキルシラン、フッ素含有珪素系化合物、パーフルオロポリエーテル基含有シランカップリング剤のいずれかを含有しても良い。これらの材料は、紫外線吸収防眩層16に撥水性及び/又は撥油性を付与し、光学フィルム10Cの防汚性を高めることができる。
紫外線吸収防眩層16は、着色層12側から順に、相対的に屈折率が高い層と、相対的に屈折率が低い層とが積層された層として形成してもよい。材料を偏在させた紫外線吸収防眩層16は、例えば、表面修飾したシリカ微粒子又は中空シリカ微粒子を含有する低屈折率材料と、高屈折率材料とを含有する組成物を塗工し、両者の表面自由エネルギーの差を利用して相分離させることにより形成することができる。紫外線吸収防眩層16を、相分離した2層で構成する場合、着色層12側の相対的に屈折率が高い層の屈折率を1.50~2.40とし、光学フィルム10Cの表面側の相対的に屈折率が低い層の屈折率を1.20~1.55とすることが好ましい。
本実施形態の光学フィルム10Cは、紫外線吸収層である紫外線吸収防眩層16が、防眩層を兼ねる例になっている。
本実施形態の光学フィルム10Cおよび表示装置50Cによれば、第1の実施形態と同様の着色層12と、紫外線吸収層13と同様に紫外線吸収性を有する紫外線吸収防眩層16と、を備えるので、第1の実施形態と同様の作用を備える。
特に本実施形態の光学フィルム10Cは、防眩層を兼ねる紫外線吸収防眩層16を備えるので、外部光が、紫外線吸収防眩層16において散乱される。このため、外部光の表面反射および映り込みが抑制されるので、表示画面および表示光の視認性が向上し、外部光反射による表示品位の低下が抑制できる。
[第1変形例]
本発明の第3の実施形態の変形例(第1変形例)に係る光学フィルムおよび表示装置について説明する。
図1に厚さ方向の断面を示すように、本変形例の表示装置50Dは、第3の実施形態の表示装置50Cの光学フィルム10Cに代えて、本変形例の光学フィルム10Dを備える。
光学フィルム10Dは、紫外線吸収防眩層16に代えて、第1の実施形態と同様の紫外線吸収層13と、防眩層17(機能層)とを、を備える以外は、光学フィルム10Cと同様に構成される。
以下、第3の実施形態と異なる点を中心に説明する。
防眩層17は、防眩機能を備える層状部である。防眩層17の配置は、紫外線吸収層13の着色層12よりも透明基材11と反対側に配置されていれば、特に限定されない。防眩層17の配置位置は、光学フィルム10Cの表面の近いほどより好ましい。例えば、図1に示す例では、防眩層17は、紫外線吸収層13の外側を覆って配置されており、光学フィルム10Dの外側の表面に位置している。
本変形例の光学フィルム10Dは、紫外線吸収層である紫外線吸収層13と、防眩層17と、とが別々の層である例になっている。
本変形例の光学フィルム10Dおよび表示装置50Dによれば、第1の実施形態と同様の着色層12と、紫外線吸収層13と、を備えるので、第1の実施形態と同様の作用を備える。
特に本変形例の光学フィルム10Dは、防眩層17を備えるので、外部光が防眩層17において散乱される。このため、外部光の表面反射および映り込みが抑制されるので、表示画面および表示光の視認性が向上し、外部光反射による表示品位の低下が抑制できる。
[第4の実施形態]
本発明の第4の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置について説明する。
図5は、本発明の第4の実施形態に係る光学フィルムおよび表示装置の一例を示す模式的な断面図である。
図5に厚さ方向の断面を示す本実施形態の表示装置50Eは、第3の実施形態の表示装置50Cの光学フィルム10Cに代えて、本実施形態の光学フィルム10Eを備える。
光学フィルム10Eは、紫外線吸収防眩層16に低屈折率層14E(機能層)を積層した以外は、光学フィルム10Cと同様に構成される。
以下、第3の実施形態と異なる点を中心に説明する。
低屈折率層14Eは、紫外線吸収防眩層16の屈折率に比べて低い屈折率を有する以外は、第1の実施形態における低屈折率層14Aと同様である。
これにより、外部から入射する外部光の紫外線吸収防眩層16との界面における反射光と、低屈折率層14Eの表面での反射光とが干渉を起こすので、外部光の表面反射率が低減される。
低屈折率層14Eを設けることによって外部光の表面反射を抑制することができるので、表示装置50Eの視認性が向上する。
低屈折率層14Eの材料は、紫外線吸収防眩層16の屈折率よりも低い透明材料であれば、特に限定されない。低屈折率層14Eの材料としては、第1の実施形態における低屈折率層14Aと同様の材料を用いることができる。
本実施形態の光学フィルム10Eおよび表示装置50Eによれば、第3の実施形態と同様の着色層12と、紫外線吸収防眩層16と、を備えるので、第3の実施形態と同様の作用を備える。
特に本実施形態の光学フィルム10Eは、外部側に低屈折率層14Eを有する点でも、外部光の表面反射および映り込みが抑制されるので、表示画面および表示光の視認性が向上し、外部光反射による表示品位の低下が抑制できる。
なお、上記各実施形態および変形例では、発光素子が有機EL素子の場合で説明した。しかし、発光素子の種類は、有機EL素子には限定されない。例えば、発光素子の例としては、LED素子、無機蛍光体発光素子、量子ドット発光素子などが挙げられ、光源が三原色RGBの単色光を発光する場合は、カラーフィルタ部23を除いた表示部20の構成も可能である。
上記各実施形態および変形例では、種々の機能層の構成を述べたが、機能層の構成は、これらには限定されない。
例えば、紫外線吸収層13は、紫外線吸収層とハードコート層とを兼ねるとして説明したが、鉛筆硬度がH未満の紫外線吸収層と、鉛筆硬度がH以上のハードコート層と、を備えていてもよい。この場合、ハードコート層は、紫外線吸収層よりも外側に設けられることがより好ましい。
例えば、低屈折率層または防眩層は、ハードコート層を兼ねる構成であってもよい。
例えば、機能層として、帯電防止剤を含有する帯電防止層および撥水性を有する防汚層の少なくとも一方をさらに備えてもよい。ただし、帯電防止層、防汚層は、上述した種々の機能層が兼ねる構成であってもよい。
本発明に係る光学フィルムについて、実施例1~10および比較例1~6を用いてさらに説明する。本発明は、以下の各実施例の具体的内容によって何ら限定されない。
以下の実施例1~10及び比較例1~6では、[表1]、[表2]に示す層構成の光学フィルム1~16を作製した。作製した光学フィルム1~13について光学フィルムの特性を評価した。また、光学フィルム8、10、14~16を用いて、有機ELパネルの表示装置特性をシミュレーションにより確認した。
Figure 0007088351000012
Figure 0007088351000013
<光学フィルムの作製>
以下、各層の形成方法を説明する。
[着色層の形成]
(着色層形成用組成物の使用材料)
着色層形成に用いる着色層形成用組成物の使用材料として下記のものを用いた。
なお、色材の最大吸収波長及び半値幅は硬化塗膜での特性値を分光透過率より算出した。
・第1色材:
Dye-1 下記化学式1で示されるピロメテンコバルト錯体染料(最大吸収波長 493nm、半値幅 26nm)
(化学式1)
Figure 0007088351000014
・第2色材:
Dye-2 テトラアザポルフィリン銅錯体染料(山田化学社製 FDG-007、最大吸収波長595nm、半値幅 22nm)
Dye-3 テトラアザポルフィリン銅錯体染料(山本化成社製 PD-311S、最大吸収波長 586nm、半値幅 22nm)
・第3色材:
Dye-4 フタロシアニン銅錯体染料(山田化学社製 FDN-002、最大吸収波長 800nm)
Dye-5 フタロシアニンコバルト錯体染料(山田化学社製 FDR-002、最大吸収波長 683nm)
・添加剤:
ヒンダードアミン系光安定剤 Chimassorb(登録商標)944FDL(BASFジャパン社製、分子量 2000~3100)
ヒンダードアミン系光安定剤 Tinuvin(登録商標)249(BASFジャパン社製、分子量 482)
一重項酸素クエンチャー D1781(東京化成工業社製)
・紫外線吸収剤:
Tinuvin(登録商標)479(BASFジャパン社製、極大吸収波長 322nm)
LA-36(ADEKA社製、極大吸収波長 310nm、350nm)
・活性エネルギー線硬化樹脂:
UA-306H(共栄社化学社製、ペンタエリスリトールトリアクリレート ヘキサメチレンジイソシアネート ウレタンプレポリマー)
DPHA(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)
PETA(ペンタエリスリトールトリアクリレート)
・開始剤:Omnirad(登録商標) TPO(IGM Resing B.V.社製、吸収波長ピーク 275nm,379nm)
・溶剤:
MEK(メチルエチルケトン)
酢酸メチル
(着色層形成)
透明基材として、厚み60μmのトリアセチルセルロースフィルムを使用し、透明基材の一方面に、[表3]に示す着色層形成用組成物を塗布し、80℃のオーブンで60秒間乾燥させた。その後、紫外線照射装置を用いて照射線量150mJ/cm(フュージョンUVシステムズジャパン社製、光源Hバルブ)で紫外線照射を行うことにより塗膜を硬化させ、硬化後の膜厚が5.0μmとなるように、下記[表3]に示す着色層1~8を形成した。なお、添加量は質量比である。
Figure 0007088351000015
[機能層の形成]
・酸素バリア層1形成組成物:
PVA117(クラレ社製)80%水溶液
(酸素バリア層形成)
[表1]に示した実施例9の構成上に、上記の酸素バリア層形成用組成物を塗布、乾燥させ、酸素透過度が1cc/m・day・atmである酸素バリア層1を形成した。
(ハードコート層形成用組成物の使用材料)
ハードコート層形成に用いるハードコート層形成用組成物の使用材料として下記のものを用いた。
・紫外線吸収剤:
Tinuvin(登録商標)479(BASFジャパン社製、極大吸収波長 322nm)
LA-36(ADEKA社製、極大吸収波長 310nm、350nm)
・活性エネルギー線硬化樹脂:
UA-306H(共栄社化学社製、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネート ウレタンプレポリマー)
DPHA(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)
PETA(ペンタエリスリトールトリアクリレート)
・開始剤:
Omnirad(登録商標) TPO(IGM Resins B.V.社製、吸収波長ピーク 275nm,379nm)
Omnirad(登録商標) 184(IGM Resins B.V.社製、吸収波長ピーク 243nm,331nm)
・溶剤:
MEK(メチルエチルケトン)
酢酸メチル
(ハードコート層形成)
[表1]及び[表2]に示した着色層上または透明基材上に、下記[表4]に示すハードコート層形成用組成物を塗布し、80℃のオーブンで60秒間乾燥させ、その後、紫外線照射装置を用いて照射線量150mJ/cmで紫外線照射(フュージョンUVシステムズジャパン社製、光源Hバルブ)を行うことにより塗膜を硬化させ、硬化後の膜厚が5.0μmである[表1]及び[表2]に記載のハードコート層1~3を形成した。
Figure 0007088351000016
(防眩層形成用組成物の使用材料)
・紫外線吸収剤:
Tinuvin(登録商標)479(BASFジャパン社製、極大吸収波長 322nm)
LA-36(ADEKA社製、極大吸収波長 310nm、350nm)
・活性エネルギー線硬化樹脂:
ライトアクリレートPE-3A(共栄社化学株式会社製、屈折率1.52)
・光重合開始剤:
Omnirad(登録商標) TPO(IGM Resins B.V.社製、吸収波長ピーク 275nm、379nm)
・樹脂粒子:
スチレン-メタクリル酸メチル共重合体粒子(屈折率1.515、平均粒径2.0μm)
・無機微粒子1:
合成スメクタイト
・無機微粒子2:
アルミナナノ粒子、平均粒径40nm
・溶剤
トルエン
イソプロピルアルコール
(防眩層の形成)
[表1]に示した着色層上、ハードコート層上に、下記[表5]に示す防眩層形成用組成物を塗布し、80℃のオーブンで60秒間乾燥させ、その後、紫外線照射装置を用いて照射線量150mJ/cmで紫外線照射(フュージョンUVシステムズジャパン社製、光源Hバルブ)を行うことにより塗膜を硬化させ、硬化後の膜厚が5.0μmである[表1]に記載の防眩層1及び2を形成した。
Figure 0007088351000017
(低屈折率層1の形成用組成物)
低屈折率層1の形成に用いる低屈折率層の形成用組成物として下記のものを用いた。
・屈折率調整剤:
多孔質シリカ微粒子分散液(平均粒子径75nm、固形分20%、溶剤メチルイソブチルケトン) 8.5質量部
・防汚性付与剤:
オプツール(登録商標)AR-110(ダイキン工業社製、固形分15%、溶剤メチルイソブチルケトン) 5.6質量部
・活性エネルギー線硬化樹脂:
ペンタエリスリトールトリアクリレート 0.4質量部
・開始剤:
Omnirad(登録商標) 184(IGM Resins B.V.社製) 0.07質量部
・レベリング剤:
RS-77(DIC社製) 1.7質量部
・溶剤:
メチルイソブチルケトン 83.73質量部
(低屈折率層1の形成)
[表1]及び[表2]に記載のハードコート層上、防眩層上に、上記組成の低屈折率層形成用組成物を塗布し、80℃のオーブンで60秒間乾燥させ、その後、紫外線照射装置(フュージョンUVシステムズジャパン社製、光源Hバルブ)を用いて照射線量200mJ/cmで紫外線照射を行うことにより塗膜を硬化させて、硬化後の膜厚が100nmである[表1]及び[表2]に記載の低屈折率層1を形成した。
[フィルム特性評価]
得られた光学フィルム1~13について以下の評価を行った。
(紫外線遮蔽率)
得られた光学フィルムの着色層上に形成された紫外線吸収層について、JIS-K5600付着性試験準拠のセロハンテープを用いて着色層と剥離し、自動分光光度計((株)日立製作所製、U-4100)を用い、粘着テープをリファレンスとして紫外線吸収層単層の透過率を測定し、紫外域(290nm~400nm)の平均透過率[%]を算出し、紫外線遮蔽率[%]を100%から紫外域(290nm~400nm)の平均透過率[%]を引いた値として算出した。
(鉛筆硬度試験)
光学フィルムの表面に、クレメンス型引掻き硬度試験機(テスター産業株式会社製、HA-301)を用いて、JIS-K5600-5-4:1999に準拠して、500gf(4.9N)の荷重(以下、500g荷重)をかけた鉛筆(三菱鉛筆社製 UNI、鉛筆硬度H)を用いて試験を行い、キズによる外観の変化を目視で評価し、キズが観察されない場合を良い(下記[表6]、[表7]では「〇」と記載)、キズが観察される場合を不良(下記[表7]では「×」と記載)とした。
(耐光性試験)
得られた着色層を含む光学フィルムの信頼性試験として、キセノンウェザーメーター試験機(スガ試験機株式会社製、X75)を用い、キセノンランプ照度60W/cm(300nm~400nm)、試験機内温度45℃・湿度50%RH条件にて120時間試験し、試験前後に自動分光光度計((株)日立製作所製、U-4100)を用いて透過率測定を行い、波長範囲470nm~530nmにて試験前の最小透過率を示す波長λ1での試験前後透過率差ΔTλ1、波長範囲560nm~620nmにて試験前の最小透過率を示す波長λ2での試験前後透過率差ΔTλ2、波長範囲650nm~780nmにて試験前の最小透過率を示す波長での試験前後での透過率差ΔTλ3を算出した。透過率差はゼロに近い方が良好であり、|ΔTλN|≦20(N=1~3)となるものが好ましく、|ΔTλN|≦10(N=1~3)となるものが更に好ましい。
上記の項目について評価した結果を下記[表6]、[表7]に示す。
Figure 0007088351000018
Figure 0007088351000019
[表6]及び[表7]に示したように、第1から第3の色材を含む着色層の耐光性は、紫外線遮蔽率85%以上の紫外線吸収層を上層に備えることによって大幅に改善した。紫外線吸収能を着色層に設けることでは効果が小さく、上層へ別層として配置する形成が好ましい。また、酸素遮断層を積層すること、及び、着色層内にラジカル捕捉剤として高分子量のヒンダードアミン光安定剤、一重項酸素クエンチャーとしてジアルキルジチオカルバネートニッケル錯体を含有することによって、着色層の耐光性がさらに改善された。また、紫外線吸収層に含有する光重合開始剤と紫外線吸収剤の吸収波長域をずらすことで紫外線吸収能と硬度の両立が可能であった。
[表示装置特性評価]
得られた光学フィルム8、10、14~16について以下の評価を行った。
(白表示透過特性)
得られた光学フィルムの透過率を自動分光光度計((株)日立製作所製、U-4100)を用いて測定し、この透過率を用いて、白表示時に光学フィルムを透過した光の効率を算出し、白表示透過特性として評価した。前述の効率については、白色有機EL光源(以下、有機EL光源という場合がある)から出射され、且つカラーフィルタを通して出力される白表示時の各波長における光強度を100としたときに、光学フィルムを透過した光の各波長における光強度値との比として算出した。光強度比が高いほど光源の輝度効率が高い。EL光源が出射する光のスペクトルを図6に示した。図6において、横軸は波長(nm)、縦軸は透過光強度(a.u.)を表す。
(表示装置反射特性1)
得られた光学フィルムの透過率T(λ)及び表面反射率R2(λ)を、自動分光光度計((株)日立製作所製、U-4100)を用いて測定した。表面反射率R2(λ)の測定については、透明基材のトリアセチルセルロースフィルムの着色層および機能層が形成されていない面につや消し黒色塗料を塗布して反射防止の処置を行い、入射角5°の分光反射率測定を行い、表面反射率R2(λ)とした。電極反射率R(λ)を波長380nmから780nmまで全て100%として、光学フィルムを配置せずD65光源が反射する反射光の光強度を100とした場合の相対反射値を、各層での界面反射、表面反射を考慮せず上述の式(4)、(5)、(7)、(9)に基づいて算出し、表示装置反射特性1として評価した。相対反射値が低いほど反射光の強度が小さく、表示品位が高い。
(表示装置反射色相1)
得られた光学フィルムの透過率T(λ)及び表面反射率R2(λ)を自動分光光度計(型番;U-4100、株式会社日立製作所製)を用いて測定した。表面反射率R2(λ)の測定については、透明基材のトリアセチルセルロースフィルムの着色層および機能層が形成されていない面につや消し黒色塗料を塗布して反射防止の処置を行い、入射角5°の分光反射率測定を行い、表面反射率R2(λ)とした。電極反射率R(λ)を波長380nmから780nmまで全て100%として、D65光源に対する反射色相のクロマティクネス指数(値)a及びbを、各層での界面反射及び表面反射を考慮せず上述の(1)~(9)式に基づいて算出し、表示装置反射色相1として評価した。
およびbは、ゼロに近いほど色味づきがなく良好であり、-5以上+5以内となることが好ましい。
(表示装置反射特性2)
電極反射率R(λ)を図8に示す有機発光表示装置(LGエレクトロニクス社製有機ELテレビ、OLED55C8PJA)の反射率測定より得られた電極反射率とした以外は、表示装置反射特性1と同様に算出した結果を表示装置反射特性2として評価した。表示装置反射特性1と同様に相対反射値が低いほど反射光の強度が小さく、表示品位が高い。図8において、横軸は波長(nm)、縦軸は反射率(%)を表す。
(表示装置反射色相2)
電極反射率R(λ)を図8に示す有機発光表示装置(LGエレクトロニクス社製有機ELテレビ、OLED55C8PJA)の反射率測定より得られた電極反射率とした以外は、表示装置反射色相1と同様に算出した結果を表示装置反射色相2として評価した。表示装置反射色相1と同様に、aおよbは、ゼロに近いほど色味づきがなく良好であり、-5以上+5以内となることが好ましい。
(色再現性)
得られた光学フィルムの透過率を自動分光光度計((株)日立製作所製、U-4100)を用いて測定し、この透過率と、図6に示したスペクトルの有機EL光源とカラーフィルタとを通して出力される図7に示す赤色表示、緑色表示、青色表示スペクトルとを用いて算出されるCIE1931色度値からNTSC比を算出し、色再現性として評価した。NTSC比が高いほど色再現性が広く、好ましい。図7において、横軸は波長(nm)、縦軸は透過光強度(a.u.)を表す。
上記の項目について評価した結果を[表8]に示す。
Figure 0007088351000020
[表8]に示すように、着色層を備える表示装置は反射特性が大幅に低くなった。また、円偏光板では透過率が半減するといわれているのに対し、白表示透過性の評価値に示されるように着色層を備える表示装置は輝度効率にも優れ、さらに色再現性も向上した。また、本実施例に示す第1、第2、第3色材を備える着色層は、電極反射R(λ)が波長380nmから780nmまで全ての波長で100%の場合の反射色相のクロマティクネス指数a及びbのそれぞれを、-5以上+5以下の範囲内となるように、色材の吸収強度を調整することが可能であった。すなわち、反射色相をニュートラルに近づけることが可能であった。また、この特性は、実際の有機発光表示装置の電極反射率に変更した表示装置反射色相2においても、反射色相をニュートラルに維持できることが示され、表示装置の表示品位を向上させることが確認された。前述の通り、様々な波長分散性を有する有機発光表示装置の電極反射率に対して、第1、第2、第3色材の配合比を調整することで着色層を備える光学フィルムの反射色相をニュートラルにするすることも本発明の一態様である。
以上、本発明の好ましい各実施形態および変形例を実施例とともに説明したが、本発明は、各実施形態および各実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
10A、10B、10C、10D、10E 光学フィルム
11 透明基材
11a 第1面
11b 第2面
12 着色層
13 紫外線吸収層(機能層)
14A、14E 低屈折率層(機能層)
15 酸素バリア層(機能層)
16 紫外線吸収防眩層(紫外線吸収層、機能層、防眩層)
17 防眩層(機能層)
20 表示部
21 基板
22 発光素子
22R 第1発光素子
22G 第2発光素子
22B 第3発光素子
23 カラーフィルタ部
50A、50B、50C、50D、50E 表示装置

Claims (13)

  1. 透明基材と、
    前記透明基材に重ねて配置されており色素を含有する1層以上からなる着色層と、
    前記着色層を挟んで前記透明基材と反対側に配置される1層以上の機能層と、を備え、
    前記着色層は、
    極大吸収波長が470nm以上530nm以下の範囲にあり、吸光スペクトルの半値幅が15nm以上45nm以下である第1の色材と、
    極大吸収波長が560nm以上620nm以下の範囲にあり、吸光スペクトルの半値幅が15nm以上55nm以下である第2の色材と、
    400nm~780nmの波長の範囲において最も透過率の低い波長が650以上780nm以下の範囲内にある第3の色材と、
    を含んでおり、
    かつ、下記式(1)~(9)で定義される色相の値aおよびbが、それぞれ-5以上+5以下の範囲にあり、
    前記機能層には、紫外線遮蔽率が85%以上の紫外線吸収層を有し、表面の500g荷重での鉛筆硬度がH以上であることを特徴とする光学フィルム。
    Figure 0007088351000021
    Figure 0007088351000022
    Figure 0007088351000023
    Figure 0007088351000024
    Figure 0007088351000025
    Figure 0007088351000026
    Figure 0007088351000027
    Figure 0007088351000028
    Figure 0007088351000029
    ここで、λは波長を表す変数、tはX、Y、Zに対するX、Y、Zの比率を表す変数である。
    式(1)~(3)から算出されるa、bはCIE1976L色空間(CIELAB色空間)での算出方法に準じて算出される。式(1)、(2)において、X、Y、Zは、D65光源の白色点における3刺激値である。
    式(4)において、R(λ)は完全拡散反射面での反射率[%]を表す関数(各波長100%)、R2(λ)は前記透明基材と反対側の前記光学フィルムにおける最表面での表面反射率[%]を表す関数、T(λ)は前記光学フィルムの透過率[%]を表す関数である。
    式(6)~(9)においてPD65(λ)は、D65光源スペクトル、オーバーラインx(λ)、オーバーラインy(λ)、オーバーラインz(λ)は、CIE1931 2°視野での等色関数である。
    式(6)から式(9)における定積分は、適宜の数値積分で求められてもよい。例えば、数値積分を行う場合の波長間隔は、1nm間隔であってもよい。
  2. 前記紫外線吸収層は、エネルギー線硬化型化合物と光重合開始剤と紫外線吸収剤とを含有する組成物の硬化膜からなり、
    前記光重合開始剤の紫外線領域における吸収波長域は、前記紫外線吸収剤の紫外線領域における吸収波長域と異なり、前記紫外線吸収層の紫外線領域における吸収波長域が、290nm以上370nm以下の範囲である、
    請求項1に記載の光学フィルム。
  3. 前記機能層は、前記紫外線吸収層よりも屈折率が低い低屈折率層を備え、
    前記低屈折率層は、前記紫外線吸収層における前記着色層と対向する表面と反対側の表面に積層されている、
    請求項1または2に記載の光学フィルム。
  4. 前記機能層は、防眩層をさらに備え、
    前記紫外線吸収層と、前記防眩層とは、前記透明基材から前記着色層に向かう方向において、この順に配置されている、
    請求項1~3のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  5. 前記紫外線吸収層が紫外線吸収剤を含有する防眩層である、
    請求項1~3のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  6. 前記機能層は、帯電防止剤を含有する帯電防止層および撥水性を有する防汚層の少なくとも一方をさらに含む、
    請求項1~5のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  7. 前記着色層は、ラジカル捕捉剤、過酸化物分解剤、および一重項酸素クエンチャーの少なくとも1種類を含有する、
    請求項1~6のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  8. 前記着色層は、前記ラジカル捕捉剤として、分子量2000以上のヒンダードアミン系光安定剤を含有する、
    請求項7に記載の光学フィルム。
  9. 前記着色層は、前記一重項酸素クエンチャーとして、ジアルキルホスフェイト、ジアルキルジチオカルバネート、ベンゼンジチオール、およびこれらの遷移金属錯体のいずれかを含有する、
    請求項7または8に記載の光学フィルム。
  10. 前記色素は、ポルフィリン構造、メロシアニン構造、フタロシアニン構造、アゾ構造、シアニン構造、スクアリリウム構造、クマリン構造、ポリエン構造、キノン構造、テトラジポルフィリン構造、ピロメテン構造及びインジゴ構造の何れかを有する化合物及びその金属錯体からなる群から選択される少なくとも1種以上の化合物を含む、
    請求項1~9のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  11. 前記機能層は、酸素透過度が10cc/m・day・atm以下である層を含む、
    請求項1~10のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  12. 光源と、
    請求項1~11のいずれか1項に記載の光学フィルムと、を備える、表示装置。
  13. 前記光源は、画像信号に基づいて発光する複数の発光素子を含む、
    請求項12に記載の表示装置。
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