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図面 (5)

課題

高い耐熱性経時変化のない特性を有し、入射した照明光線を効率よく利用し、液晶表示素子表示輝度を向上する偏光分離板の提供。

解決手段

液晶表示素子の基板を構成する透明樹脂からなる板状体であって、自然光を該板状体に垂直に入射したとき、ゼロ次透過回折光の互いに直交する偏光成分について、それぞれの回折効率が、一方が60%以上、他方が40%以下であることを特徴とする高分子偏光性基板。

概要

背景

ヨウ素を用いた偏光フィルム偏光分離能が高いので、多く用いられているが、ヨウ素が昇華しやすいという欠点がある。このため、湿度高温、光に対する耐久性欠け屋外使用或いは、過酷な条件下での使用が想定される各種ディスプレイ自動車パネル等には使用できなかった。これらの欠点を補うためにフィルム全体に熱処理を施し、耐水性を向上させることや高重合させること等(特開平6−118231号公報)、酢酸セルロースポリエステルポリカーボネート等の保護フィルムで挟んだり、或いはアクリル樹脂をコートする等の提案がある。また、ヨウ素の代わりに熱、光、湿度に耐性の高い二色性色素を用いる提案もなされているが、いずれも、吸着成分の分解や昇華、脱落等により偏光特性経時劣化することが必然であった。更に、ガラス基板上に貼り付けるための接着剤や前記の保護フィルム等が必須であり、部品点数の増加を回避できないことを意味し、軽量化、薄肉化に反し、偏光フィルムのコストの増加を招いていた。更に、基板の薄肉化や軽量化のため0.5mm程度のガラスや0.4mm以下のプラスチック製基板に上記のポリビニールフィルムを貼り付けるとポリビニールアルコール分子を高延伸によって配向させているため、延伸応力が残っており高温時や吸湿時に貼り付けた基板を反らせる原因になる。

また、ヨウ素及び二色性色素を用いるいずれにおいても、偏光分離原理偏光成分を吸収することにより直線偏光を得ているため、単独フィルムの光線透過率は50%を越えることができなかった。吸収した光のエネルギーは熱に変換されるため、明るい画面を得るためには多くの光を透過させる必要がある。従って、バックライトを明るくする等電気エネルギーの無駄使いが避けられなかった。特にノートブック型パーソナルコンピューター或いはモバイル端末呼称される携帯型パーソナルコンピューターバッテリ電源で使用されることから、偏光フィルムにおける光の透過率の向上は重要な課題である。光利用効率の向上のため、光源からの光をコレステリック液晶層等の円偏光分離層を介して偏光化し、明るい表示を実現する方法が提示されている(特開昭59−127019、特開昭61−122626、特開昭63−121821、特開平3−45906、特開平6−324333、特開平7−35925号各公報)。しかし、円偏光分離層に垂直に入射した光は左右一方向の円偏光として色変化なく透過するが、斜めから入射した光は楕円偏光として透過し、色変化する問題点があった。また、上記色変化を防止するために、斜めから入射して色変化した楕円偏光を位相差板及び補償板を透過させて色補償する方法が提示されている(特開平10−293211号公報)。

概要

高い耐熱性経時変化のない特性を有し、入射した照明光線を効率よく利用し、液晶表示素子表示輝度を向上する偏光分離板の提供。

液晶表示素子の基板を構成する透明樹脂からなる板状体であって、自然光を該板状体に垂直に入射したとき、ゼロ次透過回折光の互いに直交する偏光成分について、それぞれの回折効率が、一方が60%以上、他方が40%以下であることを特徴とする高分子偏光性基板。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

液晶表示素子基板を構成する透明樹脂からなる板状体であって、自然光を該板状体に垂直に入射したとき、ゼロ次透過回折光の互いに直交する偏光成分について、それぞれの回折効率が、一方が60%以上、他方が40%以下であることを特徴とする高分子偏光性基板。

請求項2

板状体の片側表面微細凹凸を有する実質的に平行な微細線リブ集合体が形成されてなる請求項1に記載の高分子偏光性基板。

請求項3

線状リブが、ピッチが0.1〜2μm、平均開口幅が0.05〜1.5μm且つリブ高さが平均開口幅の0.5〜10倍である請求項2に記載の高分子偏光性基板。

請求項4

透明樹脂の屈折率が1.34〜1.71である請求項1ないし3のいずれかに記載の高分子偏光性基板。

請求項5

透明樹脂のガラス転移温度が100℃以上である請求項1ないし4のいずれかに記載の高分子偏光性基板。

請求項6

透明樹脂の吸水率が1重量%以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の高分子偏光性基板。

請求項7

透明樹脂が下記成分A又はBを含む重合性組成物重合硬化させて得られるものである請求項1ないし6のいずれかに記載の高分子偏光性基板。成分A:一般式(I)で表される含脂環骨格ビスメタアクリレート成分B:一般式(II)で表されるイオウ含有(メタ)アクリレート

請求項

ID=000002HE=030 WI=120 LX=0450 LY=1100[式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立して、アルキレン基を表し、aは1又は2を表し、bは0又は1を表し、p及びqは、それぞれ独立して、0又は1を表す]

請求項

ID=000003HE=025 WI=112 LX=0490 LY=1550[式中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1〜6のアルキレン基を表し、Arは炭素数6〜30の、ハロゲン原子置換されていてもよいアリーレン基又はアラルキレン基を表し、Xは−O−又は−S−を表し、Yは、Xが−O−であるとき−S−又は−SO2−を表し、Xが−S−であるとき−S−、−SO2−、−CO−又は炭素数1〜12の、エーテル型酸素原子又はチオエーテル硫黄原子を有していてもよいアルキレン基又はアラルキレン基を表し、m及びnは1〜5の整数を表し、pは0〜10の整数を表す]

請求項8

重合性組成物が光硬化性組成物である請求項7に記載の高分子偏光性基板。

請求項9

板状体表面の微細凹凸を注型成形により作ることを特徴とする高分子偏光性基板の製造方法。

請求項10

基板が液晶表示素子用である請求項1ないし8のいずれかに記載の高分子偏光性基板。

請求項11

請求項1ないし8及び10のいずれかに記載の基板を用いた液晶表示装置

技術分野

0001

本発明は、高分子偏光性基板に関する。詳しくは、その表面に周期的な線状リブ形式微細凹凸が形成されてなり、偏光分離機能を有する高分子偏光性基板に関する。本発明の基板は、入射した照明光線を効率よく利用し、液晶表示素子表示輝度を向上させることができるので、液晶表示パネル液晶プロジェクター液晶リアプロジェクター等に好適に用いられる。

背景技術

0002

ヨウ素を用いた偏光フィルム偏光分離能が高いので、多く用いられているが、ヨウ素が昇華しやすいという欠点がある。このため、湿度高温、光に対する耐久性欠け屋外使用或いは、過酷な条件下での使用が想定される各種ディスプレイ自動車パネル等には使用できなかった。これらの欠点を補うためにフィルム全体に熱処理を施し、耐水性を向上させることや高重合させること等(特開平6−118231号公報)、酢酸セルロースポリエステルポリカーボネート等の保護フィルムで挟んだり、或いはアクリル樹脂をコートする等の提案がある。また、ヨウ素の代わりに熱、光、湿度に耐性の高い二色性色素を用いる提案もなされているが、いずれも、吸着成分の分解や昇華、脱落等により偏光特性経時劣化することが必然であった。更に、ガラス基板上に貼り付けるための接着剤や前記の保護フィルム等が必須であり、部品点数の増加を回避できないことを意味し、軽量化、薄肉化に反し、偏光フィルムのコストの増加を招いていた。更に、基板の薄肉化や軽量化のため0.5mm程度のガラスや0.4mm以下のプラスチック製基板に上記のポリビニールフィルムを貼り付けるとポリビニールアルコール分子を高延伸によって配向させているため、延伸応力が残っており高温時や吸湿時に貼り付けた基板を反らせる原因になる。

0003

また、ヨウ素及び二色性色素を用いるいずれにおいても、偏光分離原理偏光成分を吸収することにより直線偏光を得ているため、単独フィルムの光線透過率は50%を越えることができなかった。吸収した光のエネルギーは熱に変換されるため、明るい画面を得るためには多くの光を透過させる必要がある。従って、バックライトを明るくする等電気エネルギーの無駄使いが避けられなかった。特にノートブック型パーソナルコンピューター或いはモバイル端末呼称される携帯型パーソナルコンピューターバッテリ電源で使用されることから、偏光フィルムにおける光の透過率の向上は重要な課題である。光利用効率の向上のため、光源からの光をコレステリック液晶層等の円偏光分離層を介して偏光化し、明るい表示を実現する方法が提示されている(特開昭59−127019、特開昭61−122626、特開昭63−121821、特開平3−45906、特開平6−324333、特開平7−35925号各公報)。しかし、円偏光分離層に垂直に入射した光は左右一方向の円偏光として色変化なく透過するが、斜めから入射した光は楕円偏光として透過し、色変化する問題点があった。また、上記色変化を防止するために、斜めから入射して色変化した楕円偏光を位相差板及び補償板を透過させて色補償する方法が提示されている(特開平10−293211号公報)。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、この方法では円偏光板、位相差板、補償板等複数のフィルムが必須であり、系が複雑になり、コストの上昇、工程の増大、膜厚、重量の増大、各フィルム間熱膨張係数の違いによる、高温時の反り等多くの解決しなければならない問題が生ずる。本発明は、高い耐熱性経時変化のない特性を有し、入射した照明光線を効率よく利用し、液晶表示素子の表示輝度を向上する偏光分離板を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0005

本発明者らは、かかる事情に鑑み鋭意検討した結果、液晶表示用のガラス基板を透明樹脂で作製し、その表面に周期的な線状リブ形式の凹凸を付けることにより、延伸シートにヨウ素や二色性色素を吸着させなくとも、偏光分離することを見出し、本発明を完成するに至った。これにより、ポリビニルアルコールシートの欠点であった耐熱性、吸水性、経時劣化を改善することが可能である。即ち、本発明の要旨は、
1.液晶表示素子の基板を構成する透明樹脂からなる板状体であって、自然光を該板状体に垂直に入射したとき、ゼロ次透過回折光の互いに直交する偏光成分について、それぞれの回折効率が、一方が60%以上、他方が40%以下であることを特徴とする高分子偏光性基板
2.板状体表面微細凹凸注型成形により作ることを特徴とする高分子偏光性基板の製造方法
3.基板が液晶表示素子である1項に記載の高分子偏光性基板
4.1又は3項に記載の基板を用いた液晶表示装置、にある。

発明を実施するための最良の形態

0006

以下、本発明を詳細に説明する。
(高分子偏光性基板)本発明の高分子偏光性基板は、液晶表示素子の基板を構成する透明樹脂からなる板状体であって、自然光を該板状体に垂直に入射したとき、ゼロ次透過回折光の互いに直交する偏光成分について、それぞれの回折効率が、一方が60%以上、他方が40%以下であるものである。かかる高分子偏光性基板(以下、高分子液晶表示基板LCD基板)ということがある)については、特に限定されるものではないが、好ましい態様としては、基板の片側表面に偏光分離機能を有する微細凹凸が形成されてなり、この微細凹凸は実質的に平行な微細直線状リブ集合体であって、その断面形状が好ましくは同一であり、且つ好ましくはリブが一定の周期で配置されてなるものである。そして、線状リブは、そのピッチが0.1〜2μm、平均開口幅が0.05〜1.5μm、リブ高さが平均開口幅の0.5〜10倍であるものが好ましい。

0007

以下、本発明の高分子偏光性基板の具体例について図面を用いて説明する。図1は本発明の好ましい態様を示す概念図である。高分子液晶表示基板(以下LCD基板と称する)101の片側表面には偏光分離機能を有する微細凹凸102が形成されている。一般的に微細凹凸の幅、深さ等の寸法が入射光波長に比較して十分に大きい時は幾何光学に則った反射屈折現象観測されるが、一方これらの寸法が波長と同程度になった場合には、ベクトル回折理論で説明されるところの、いわゆる構造複屈折現象による偏光特性が発現する。本発明においては微細凹凸の幅、深さ等の構造定数可視光の波長と同程度にすることにより、偏光分離機能を制御しようとするものである。先ず高分子偏光性基板の上方入射面に形成される微細凹凸102の偏光分離機能について図2を用いて説明する。

0008

通常の光源は無偏光な自然光である。これは光の、ある面内の振動電場成分と、これと直交する振動電場成分の強度が統計的に等しいことを意味する。自然光が偏光分離機能を有する微細凹凸部分102に入射されると、それらは一定の回折効率に従い透過され、或いは反射されるという現象を生じる。適当な回折条件の下では、入射面内で振動する電場成分(以下P成分)とそれに直交する成分(以下S成分)のゼロ次透過回折光の回折効率に一定の差を生じさせることが可能となる。その結果ゼロ次透過回折光の強度を観測した場合、P成分がS成分よりも強く、またある条件下ではその強度さを逆転させることが可能となる。このようにして偏光分離能を発現させることが可能となる。

0009

図2においては、光をP成分とS成分と別々に示してあり、P成分は強くS成分は弱く透過されているときの状態を表している。図2に示すように微細凹凸102を実質的に平行な、ある程度の高さのあるリブで構成し、この微細凹凸を有する面に垂直に光を入射させた場合、このリブの長手方向に垂直に振動する電場成分(P成分)はリブで回折され、ゼロ次透過光が大きな回折効率を持って媒体内部に進行するが、リブの長手方向に平行に振動する電場成分(S成分)は、凹凸との回折の結果ゼロ次透過光は小さな回折効率しかもたず、透過するゼロ次光の互いに直交する振動電場の強度の間に大きな差が生じることになる。

0010

従って、透過光は微細凹凸を形成するリブの長手方向と垂直方向に振動する成分を主とする偏光光となる。微細凹凸について、図3を用いて詳細に説明する。微細凹凸102の形態は、実質的に平行な微細直線状リブの集合体である。設計及び製造の便宜を図る観点から、リブの集合体は、同一の断面形状とすることが好ましく、またリブは一定の周期で配置されることが好ましい。偏光分離機能はこの空間的配置に強く依存することから、ここで本発明の好ましいリブ配置を示すため、幾つかの語彙を下述の如く定義する。

0011

リブ201:リブの山部分
溝202:隣り合うリブの間の空間。
ピッチ203:基材面上に配置したリブの一周期距離。
開口幅:基材面と平行な面内における溝の幅。矩形の断面形状では開口幅は深さによらず一定である。
最大開口幅204:開口幅の最大値であり、通常は溝の上端の開口幅。
最小開口幅205:開口幅の最小値であり、通常は溝の下端の開口幅。矩形の断面形状では204=205である。
リブ高さ206:基材面からリブ頂上までの距離。
平均開口幅:最大開口幅204と最小開口幅205の単純平均値
アスペクトレシオ:リブ高さ206を平均開口幅で除した値。

0012

以下、好ましいリブ配置について説明する。ピッチ203は0.1〜2μmが好ましく、0.4〜1μmがより好ましい。リブ製造の便宜上、開口幅は上方ほど大きく、下方ほど小さくすることが好ましい。平均開口幅は0.05〜1.5μmが好ましく、0.2μm〜0.8μmがより好ましい。アスペクトレシオは0.5〜10が好適で、好ましくは1.5〜10であり、更に好ましくは2.5〜10である。

0013

これらの空間的配置の最適化はT.K.Gaylordらの論文を参考にして行った。即ち、微細凹凸で構成される回折領域内を通過する電磁波を空間調和波の重ねあわせとして表し(これをCoupled Wave表現と呼ぶ)Maxwell方程式代入し、その一連偏微分方程式状態変数表現で記述し、固有値方程式の解として空間調和波の振幅を求めることにより、入射領域、回折領域、透過領域の振幅を決定するものである。この取り扱いでは回折効率はリブの高さ、幅等の構造因子回折格子を形成する物質屈折率、及び入射光の波長の関数となる。

0014

グラフ1は直線状リブの断面積が矩形であって、そのピッチ(203)が0.5μm、平均開口幅が0.25μm、屈折率が1.64の回折格子に、波長0.5μmの光を垂直に入射した場合のゼロ次透過光の回折効率を計算したものである。リブの深さ(206)が約0.91μmの場合、即ちアスペクト比が3.64の場合に、リブの長手方向に垂直な成分が90%、平行な成分が5%透過し、大きな偏光分離能を示すことが分かる。グラフ1に上記直線上リブのアスペクト比と各偏光の回折効率、偏光分離度を示す。ここでアスペクト比は数式1で、偏光分離度は数式4で表される。P成分はリブの方向と垂直な振動面を持つ偏光、S成分はそれと垂直な振動面を持つ偏光とする。

0015

アスペクト比=リブ深さ(206)÷平均開口幅

0016

偏光透過率(T)は直線偏光を高分子偏光性基板に照射して、その透過強度を測定し、下記記載の数式2及び3により求めた。また、偏光分離度(P)は計算した数値を基に下記数式4に従い求めた。

0017

T‖=(I‖/I0)

0018

T⊥=(I⊥/I0)

0019

P(%)=((T⊥−T‖)/(T⊥+T‖))*100

0020

I‖:平行リブの方向と平行な直線偏光成分(S成分)の透過強度
I⊥:平行リブの方向と垂直な直線偏光成分(P成分)の透過強度
I0:偏光性基板なしの直線偏光の強度
T‖:平行リブの方向と平行な偏光(S成分)の透過率
T⊥:平行リブの方向と垂直な偏光(P成分)の透過率

0021

(高分子偏光性基板用樹脂及びその製造方法)液晶用高分子基板には高光線透過性液晶表示に適した低複屈折性高耐熱性高機械強度低吸水率製造歩留まりが要求される。これらの要求を満足する透明樹脂については特に限定されるものではないが、その好ましい具体例としては、例えば多価アクリレート、多価メタクリレートモノアクリレートモノメタクリレートから選ばれるモノマーを重合して得られるアクリル系樹脂ポリカーボネート系樹脂エポキシ系樹脂、又は環状ポリオレフィン系樹脂が挙げられる。その中でも光照射によって重合硬化し、透明な重合体を形成するものが低複屈折性から、好適に用いられる。特に限定されないが、一般には、(メタアクリレート系化合物が適している。その中でも、トリエチレングリコールジ(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、2,2−ビス〔4−(メタ)アクリロイルオキシフェニルプロパン、2,2−ビス〔4−(2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシフェニルプロパン、ビス(オキシメチルトリシクロ〔5.2.1.02,6〕デカンジメタクリレート、p−ビス〔β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオキシリレン、4,4′−ビス〔β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ〕ジフェニルスルホントリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ウレタンアクリレートエポキシアクリレート等の多官能(メタ)アクリレート類、及びこれらのモノマーと共重合可能単官能モノマーとの混合物、またこれらの多官能(メタ)アクリレート化合物付加重合可能なポリチオールとの混合物が挙げられる。単官能モノマーとしては、例えばメチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ポリチオールとしては、例えばペンタエリスリトールテトラキス(β−チオプロピオネート)、トリス〔2−(β−チオプロピオニルオキシエチルトリイソシアヌレート等が挙げられる。単官能のモノマーを用いても、単一分子内に複数の官能基を有する多官能モノマーを用いてもよいが多官能モノマーが好適に用いられる。中でも二官能性(メタ)アクリレートが好適に用いられる。

0022

そして、上記六つの特性をバランスよく実現するために、下記成分A又はBを含む重合性組成物、好ましくは光硬化性組成物を重合、硬化させて得られる樹脂が好適に用いられる。
成分A:一般式(I)で表される含脂環骨格ビス(メタ)アクリレート
成分B:一般式(II)で表されるイオウ含有(メタ)アクリレート

0023

0024

[式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立して、アルキレン基を表し、aは1又は2を表し、bは0又は1を表し、p及びqは、それぞれ独立して、0又は1を表す]
式(I)において、p=1且つq=1のときのR3及びR4は、炭素数1〜4、好ましくは1〜2のアルキレン基を表す。その具体例としては、例えばメチレン基エチレン基等が挙げられる。そして(R3)p及び(R4)qとしては、p=0且つq=0であるもの、及びp=1且つq=1で、R3及びR4がメチレン基であるものが好ましく、p=1且つq=1でR3及びR4がメチレン基であるものがより好ましい。

0025

そして、式(I)の含脂環骨格ビス(メタ)アクリレート化合物の具体例としては、例えばビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジアクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジメタクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=アクリレートメタクリレート及びこれらの混合物、ビス(ヒドロキシメチル)ペンタシクロ[6.5.1.13,6.02,7.09,13]ペンタデカン=ジアクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)ペンタシクロ[6.5.1.13,6.02,7.09,13]ペンタデカン=ジメタクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)ペンタシクロ[6.5.1.13,6.02,7.09,13]ペンタデカン=アクリレートメタクリレート及びこれらの混合物等が挙げられる。

0026

これらの中、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジアクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジメタクリレートが好ましい。これらのトリシクロデカン化合物及びペンタシクロデカン化合物は、群内及び(又は)群間で二種以上併用してもよい。

0027

0028

[式中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1〜6のアルキレン基を表し、Arは炭素数6〜30の、ハロゲン原子置換されていてもよいアリーレン基又はアラルキレン基を表し、Xは−O−又は−S−を表し、Yは、Xが−O−であるとき−S−又は−SO2−を表し、Xが−S−であるとき−S−、−SO2−、−CO−又は炭素数1〜12の、エーテル型酸素原子又はチオエーテル硫黄原子を有していてもよいアルキレン基又はアラルキレン基を表し、m及びnは1〜5の整数を表し、pは0〜10の整数を表す]

0029

式(II)において、R2は炭素数1〜6、好ましくは1〜3のアルキレン基を表し、その具体例としては、例えばメチレン基、エチレン基、トリエチレン基等が挙げられる。Arは炭素数6〜30、好ましくは6〜12の、ハロゲン原子で置換されていてもよいアリーレン基又はアラルキレン基を表し、その具体例としては、例えばフェニレン基等が挙げられる。なお、Xがエーテル型酸素原子又はチオエーテル型硫黄原子を有するアルキレン基又はアラルキレン基であるとは、アルキレンエーテル基アラルキレンエーテル基、アルキレンチオエーテル基又はアラルキレンチオエーテル基であることを意味する。

0030

そして、式(II)のイオウ含有(メタ)アクリレート化合物の具体例としては、例えばp−ビス(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)キシレン、m−ビス(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)キシレン、α,α′−ビス(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)−2,3,5,6−テトラクロロp−キシレン、4,4′−ジ(β−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)ジフェニルスルフィド、4,4′−ジ(β−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)ジフェニルスルホン、4,4′−ジ(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルスルフィド、4,4′−ジ(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルスルホン、4,4′−ジ(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルケトン、2,4′−ジ(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルケトン、4,4′−ジ(β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ)−3,3′,5,5′−テトラブロモジフェニルケトン、β,β′−ビス(p−(メタ)アクリロイルオキシフェニルチオ)ジエチルエーテル、β,β′−ビス(p−(メタ)アクリロイルオキシフェニルチオ)ジエチルチオエーテル等が挙げられる。

0031

中でも4,4′−ビス(β−メタクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルスルホンは高屈折率を有し好適に用いられる。これらのモノマーを重合させた高分子偏光性基板は必要に応じて様々な屈折率を用いることができるが、屈折率1.34〜1.71の樹脂がLCD基板用高分子偏光性基板の用途においては好適に用いられる。中でも屈折率が1.5以上のものは互いに直交する偏光成分間の回折効率差を大きくとることができ、非常に好ましい。

0032

本発明における成分A又はBを含む重合性組成物は賦型されて硬化される。その硬化は、紫外線等の活性エネルギー線によりラジカルを発生する光重合開始剤を添加する公知のラジカル重合により行う。その際に用いる光重合開始剤としては、例えばベンゾフェノンベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルジ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、2,6−ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド等が挙げられる。好ましい光開始剤としては、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドM、ベンゾフェノンである。

0033

光重合開始剤は二種以上を併用してもよい。これらの光重合開始剤の添加量は、モノマー100重量部に対し0.01〜1重量部、好ましくは0.02〜0.3重量部である。光重合開始剤の添加量が多すぎると、重合が急激に進行し複屈折の増大をもたらすだけでなく色相も悪化する。また少なすぎると組成物を十分に硬化させることができなくなる。また必要に応じ光硬化性液状モノマーに酸化防止剤紫外線吸収剤着色剤等を添加して硬化させることもできる。

0034

本発明の趣旨に反しない限り、各種の添加剤を添加してもよい。例えば賦型からの剥離を容易にするために、シリコーンオイル等の剥離剤等が挙げられる。高分子偏光性基板101の成形方法には、透明固体材料射出成形押出成形溶媒キャスト法、型に注液後に熱ないし光で硬化させる賦型硬化成形等が利用できる。射出成形では金型内部に微細凹凸を作製し転写する精密スタンパーを用いた転写方法が利用できる。また、押出成形によりシート状に成形した後に微細凹凸のある金型プレスして転写する精密スタンパーを用いた転写方法が利用できる。また、溶媒キャストや賦型硬化性型では微細凹凸を作製した金型にポリマー溶液、又はモノマーを注液し硬化させて転写する転写方法が利用できる。これらはいずれも利用可能であるが、液晶基板の諸特性を満足させるためには光重合による賦型硬化成形が好適に利用される。以下に賦型硬化成形について詳細に説明するが、この方法に限定されるわけではない。

0035

照射する活性エネルギー線の量は、光重合開始剤がラジカルを発生させる範囲であれば任意であるが、極端に少ない場合は重合が不完全なため硬化物の耐熱性、機械特性が十分に発現されず、逆に極端に過剰な場合は硬化物の黄変等の光による劣化を生じるので、モノマーの組成及び光重合開始剤の種類、量に合わせて200〜400nmの紫外線を好ましくは0.1〜200Jの範囲で照射する。使用するランプの具体例としては、メタルハライドランプ高圧水銀灯ランプ等を挙げることができる。

0036

硬化を速やかに完了させる目的で、熱重合を併用してもよい。即ち光照射と同時にもしくは逐次に組成物並びに型全体を30〜300℃の範囲で加熱する。この場合は重合をよりよく完結するためにラジカル重合開始剤を添加してもよいが、過剰な使用は複屈折の増大と色相の悪化をもたらす。熱重合開始剤の具体例としてはベンゾイルパーオキシドジイソプロピルパーオキシカーボネート、t−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)等が挙げられ、使用量はモノマー100重量部に対して1重量部以下が好ましい。

0037

更に本発明において光照射によるラジカル重合を行った後、硬化物を加熱することにより重合反応の完結及び重合時に発生する内部歪を低減することも可能である。加熱温度は、硬化物の組成やガラス転移温度に合わせて適宜選択されるが、過剰な加熱は硬化物の色相悪化をもたらすため、ガラス転移温度付近かそれ以下の温度が望ましい。

0038

液晶セル)該高分子偏光性基板を用いた液晶セルについて説明する。図4において導光体104の側端に配置された線状光源105から発射される自然光は側端から入射し導光体内全反射しながら側方に進むが、導光体下面で反射された光は上方へ向かい高分子偏光性基板101の微細凹凸面102に到達する。微細凹凸102に到達した光の一部(P成分偏光)は上方の液晶面に透過し出射される、他の光は微細凹凸面102で下方へ反射される。双方とも、前述したように最大強度偏光面を持つ部分偏光光となる。下方へ反射された部分偏光光(主としてS成分偏光)は、反射板103で反射し再び上方に向かう。

0039

反射する光の偏光面回転挙動は反射面組成と形状に依存する。例えば、銀蒸着面を持つ反射板103の場合は、偏光面が一定の角度回転するが、反射板103を発泡ポリエチレンテレフタレートで形成した場合はほぼ完全にランダムに回転する。従って、微細凹凸102で反射された光が反射板103で反射されて再び微細凹凸102に到達するときは自然光か又は最大強度偏光面が変化した部分偏光となっている。

0040

従って、この光は微細凹凸102を透過するP偏光面成分が増加しているため、液晶素子に導かれ有効に照明する光量増加に寄与する。微細凹凸102での反射を無限回繰り返した場合、光量利用率はある値に収束するが、これは導光板104の下表面での出入射のロスがあるためで、概ね75%程度となる。該高分子偏光性基板101を通過した偏光光は液晶層106、基板107を通過し、偏光板108に達する。基板107の材質はガラスでもよいが、軽量薄型のために101で用いられるのと同様な高分子でできた平板な基板を用いてもよい。偏光板108は本発明品を用いるわけではない。本発明品は反射により偏光分離するため、反射した再び液晶層に光が戻ると、表示の滲みや乱れを生ずる可能性がある。従って、偏光板108は通常の吸収型偏光板を用いる必要がある。また、偏光分離能を向上する目的で高分子偏光性基板101とバックライト104の間に吸収型の偏光板を挿入してもよい。この場合挿入する偏光板は透過率が高く、しかし偏光分離能の低い偏光板で十分である。

0041

以下に実施例を示すが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。吸水率はJIS K6911に従って23℃の水中に24時間浸漬した後の重量変化で測定した。ガラス転移温度はJIS K7121に従って測定した。高温多湿試験は高分子偏光性基板を60℃、95%環境下に300時間置いた後室温まで放冷した後、直線偏光光を入射し、透過光を検出し、数式2ないし3を用いて偏光透過率を求める。また、数式4を用いて偏光分離度を求める。最大偏光透過率は偏光透過率の内最も高い値とする。耐熱試験は高分子偏光性基板を120℃のオーブンで200時間加熱後、室温まで放冷した後、直線偏光光を入射し、透過光を検出し、数式2ないし3を用いて偏光透過率を求める。また、数式4を用いて偏光分離度を求める。

0042

実施例1
ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジメタクリレート100部、光開始剤として2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド(BASF社製「ルシリンTPO」)0.05部、ベンゾフェノン0.05部を均一に撹拌混合した後、脱泡して組成物を得た。ニッケル製微細凹凸スタンパーはフォトリソグラフィで作られたガラス基材原盤から電鋳法により転写して製作した。その形状は、ピッチ0.5μm、平均開口幅0.25μm、の溝が平行に並んだパターンをスタンパー全面に形成したもので、溝深さを0.9μmに設定した。

0043

この組成物を光学研磨ガラスと表面に微細凹凸が形成されたニッケル製のスタンパー型を一組とし、スペーサーとして厚さ0.4mmのシリコン板を用いて0.4mmの空隙を作成した型に注液し、ガラス面より距離40cmで上下にある出力80W/cmのメタルハライドランプの間にて、5分間紫外線を照射した。紫外線照射後脱型し、160℃で1時間加熱して硬化物を得た。転写の結果、高分子偏光性基板は表面にリブを形成し、その形状はピッチ0.5μm、平均開口幅0.25μm、溝深さ0.9μmを確認した。

0044

得られた高分子偏光性基板の屈折率は1.52であった。偏光分離機能を評価するために、凹凸の付いた面側から波長強度ピークを0.5μmに持つ直線偏光をリブに平行もしくは垂直に入射し、その直進出射光偏光分離特性を測定した。その結果、出射光のリブと平行のS偏光成分は18%、リブと垂直のP偏光成分は92%であった。従って、偏光分離度は67%であった。得られた高分子偏光性基板の高温多湿試験を行ったところ、偏光特性に変化はなかった。また、耐熱試験を行ったところ、偏光特性に変化はなかった。これらの結果を表1に示す。即ち、高温及び多湿時に物性変化がない偏光板である。

0045

実施例2
実施例1において、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジメタクリレートの代わりに4,4′−ビス(β−メタクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルスルホンを使用すること以外は実施例1記載の方法で賦型に注液して紫外線を照射して硬化物を得た。得られた硬化物の屈折率は1.64であった。実施例1と同様に偏光分離度を測定した。その結果、自然光を入射したとき、出射光のS偏光成分は5.2%、P偏光成分は90%であった。従って、偏光分離度は89%であった。実施例1記載の方法で加熱測定、及び高温特性を測定した結果、加熱試験高湿試験の前後で偏光分離度は変わらなかった。結果は表1に示す。実施例1と同様、高温時及び多湿時に物性変化がない偏光板である。

0046

比較例1
比較のために、ポリビニルアルコール部分脱水したポリビニレンヨードインキで染色し、アセト酪酸セルロースサンドイッチして作られた偏光フィルム(TECHSPEC:Polaroid社製)を微細凹凸の付いたニッケル板の代わりに両面とも光学研磨ガラスを用いて組んだ型を用いること以外は実施例1と同様にして作成した0.4mm厚みの高分子基板に接着して偏光機能付き高分子基板を作成した。偏光分離及び最大偏光透過率、ガラス転移温度を表1に示す。偏光分離は99%と大きかったが、得られた高分子偏光性基板の耐熱試験を行ったところ、波長が0.4μmから0.59μmまでの光が全く透過しなかった。従って、偏光分離度は0であった。

0047

また、得られた高分子偏光性基板の高温多湿試験を行ったところ、透過率が68%から61%に低下し、偏光分離度が99%から89%に低下した。これは、基材に吸水率の高いポリビニルアルコールを使用しているため、吸水によってヨードの配向が緩和されるためと考えられる。結果を表1に示す。即ち、高温時には全く使用不可能であり、多湿時にも透過率と偏光分離度が低下する。

0048

発明の効果

0049

本発明は上記の如く、高い耐熱性と経時劣化のない特性を有し、入射した照明光線を効率よく利用し、液晶表示素子の表示輝度を向上するために用いられる偏光分離板を液晶表示基板単一で具現する手段を提供するものである。本発明の高分子偏光性基板を液晶表示セルに用いれば、表示素子の軽量化、薄肉化を図れ、更には、液晶表示セルの組立工程を容易にすることで歩留まりをも改善することができる。

図面の簡単な説明

0050

図1本発明の高分子偏光性基板の一例の側面図、部分拡大斜視図
図2本発明の高分子偏光性基板の偏光分離機能を説明する概念図
図3本発明の高分子偏光性基板の微細凹凸パターン説明図
図4本発明の高分子偏光性基板の使用例説明図
図5本発明のP成分とS成分の0次回折効率説明グラフ

--

0051

101高分子偏光性基板
102微細凹凸
103反射板
104バックライト
105線状光源
106液晶層
107 基板
108偏光板
201リブ
202 溝
203ピッチ
204最大開口幅
205最小開口幅
206 リブ高さ

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