(57)【要約】      （修正有）【課題】温度変化による寸法変化率が極めて少なく、レンズアレイの歪みが抑えられ、長期間にわたりレンズアレイから出射する光の進行方向を適切に制御することができる光学積層体を提供する。【解決手段】基材１１の一主面に薄型偏光膜１２が積層されてなる偏光フィルム１３と、光学素子（レンズアレイ１４）とが積層された光学積層体１０で、薄型偏光膜１２の厚みが、８μｍ以下である。基材１１の厚みは、２０μｍ〜８０μｍである。あるいは、光学素子は、遅相軸の方向が異なる領域を複数備えるパターン位相差板１１４である。【選択図】図１
2014238593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の進行方向を制御する複数のレンズを有するレンズアレイからなる光学素子と、
基材の一主面に薄型偏光膜が積層されてなる偏光フィルムとを有し、
上記薄型偏光膜は、前記基材と一緒に自由端縦延伸され、ヨウ素染色されたポリビニルアルコール系樹脂からなり、
上記光学素子と上記偏光フィルムとは積層され、
上記薄型偏光膜の厚みが、８μｍ以下であり、
上記偏光フィルムは、MD（長手）方向およびTD（幅）方向の寸法変化率が、いずれも−０．２％以下である光学積層体。
【請求項２】
上記ポリビニルアルコール系樹脂と一緒に延伸された上記基材の厚みが、２０μｍ〜８０μｍである、請求項１に記載の光学積層体。
【請求項３】
基材と一緒に延伸されヨウ素染色されたポリビニルアルコール系樹脂からなる厚み８μｍ以下の薄型偏光膜を、別の基材へ転写し積層してなる偏光フィルムと、光の進行方向を制御する複数のレンズを有するレンズアレイからなる光学素子とを積層してなる光学積層体。
【請求項４】
上記別の基材の厚みが、２０μｍ〜８０μｍである、請求項３に記載の光学積層体。
【請求項５】
液晶パネルと、請求項１から４のいずれかに記載の光学積層体とを備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型偏光膜を有する光学積層体と、この光学積層体を備える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は薄型、軽量、低消費電力という特徴を備えているので、液晶テレビ、コンピュータモニター、携帯電話、カーナビゲーション、携帯ゲーム機などに広く使われている。
【０００３】
しかし液晶表示装置は、表示品位の視野角依存性が大きいという問題を有する。視野角依存性とは、例えば、正面から観察すれば正常な色と高いコントラストの画像であるにもかかわらず、斜めから観察すると色が異なったり、階調が反転したりコントラストが低下したりすることをいう。正常な画像が観察できる角度範囲を視野角といい、視野角依存性の大きいことを視野角が狭いという。
【０００４】
視野角依存性は、液晶分子の配向モードや屈折率異方性、偏光フィルムの特性、光源の指向性などのような、種々の原因によって生じる。液晶表示装置の視野角依存性を小さくするため、液晶表示パネルの観察者側に、例えば偏光板に係止されたレンズアレイを配置する液晶表示装置が知られている。レンズアレイはレンズシートとも呼ばれ、複数の微小なレンズを周期的に並べたものである。
【０００５】
液晶表示パネルにレンズアレイを配置することにより、視野角特性は改善されるものの、液晶パネルの画素が形成する周期構造と、レンズアレイのもつ周期構造が干渉してモアレ縞が発生し、表示品位が低下することがある。
【０００６】
このようなモアレ縞の発生を防ぐため、液晶パネルの画素ピッチとレンズアレイのレンズピッチを高精度に制御し、さらに液晶パネルの画素配列方向と、レンズアレイのレンズ配列方向に適切な角度を設ける必要がある（例えば、特許文献１）。
【０００７】
また、表示の臨場感を高められる立体表示装置が開発されている。そして立体表示にはいくつか手法がある。特許文献２には、二次元に配列された、複数の右目用画素グループと左目用画素グループとが、液晶パネルに列方向に交互に配置され、液晶パネルの前面偏光フィルムの上に、各画素グループに対応したパターン位相差板が形成され、その前面にレンチキュラーレンズを配置した、立体表示装置が記載されている。
【０００８】
適切な立体表示を得るためには、画素グループおよび位相差板の周期構造に合ったレンチキュラーレンズを使用し、画素グループおよび位相差板の周期構造とレンチキュラーレンズの周期構造を、高精度に制御して配置する必要がある。
【０００９】
立体表示装置には、パターン位相差板のないものもあるが、パターン位相差板以外の構造は上記の立体表示装置と同様であるため、上記の立体表示装置と同じ課題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−４２３１０号公報
【特許文献２】特開平９−３０４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
液晶表示パネルにおいて、モアレ縞、色ムラ、および立体表示のボケの発生を防ぐため、液晶パネルの画素ピッチとレンズアレイのレンズピッチを高精度に制御し、さらに液晶パネルの画素配列方向とレンズアレイのレンズ配列方向に適切な角度を設ける必要がある。
【００１２】
液晶パネルの基板とレンズアレイの間には偏光フィルムがあり、レンズアレイは偏光フィルムに接着されている。偏光フィルムの寸法が、バックライト点灯時に発生する熱や、外部環境による温度・湿度により変化すると、レンズアレイは、偏光フィルムの影響を受けて歪むおそれがある。
【００１３】
レンズアレイが歪むと、レンズピッチやレンズ配列方向が変化し、モアレ縞や色ムラが発生し、表示品位が低下するおそれがある。またレンズアレイの歪みによって、レンズアレイが偏光フィルムからはがれるおそれがある。
【００１４】
また立体表示装置においては、偏光フィルムの寸法が、バックライトの点灯時に発生する熱や、外部環境による温度、湿度により変化すると、偏光フィルムに貼り付けられているパターン位相差板と、画素グループやレンズアレイとの間に位置ずれが生じる。これにより、立体表示ボケが発生することがある。
【００１５】
また、レンズアレイがパターン位相差板と接着されている場合には、レンズアレイに歪が生じて色ムラが発生することがあり、レンズアレイがパターン位相差板からはがれてしまうこともある。
【００１６】
液晶表示パネルや立体表示装置に用いられる従来の偏光フィルムは、偏光子と呼ばれる、厚み３０μｍ程度のフィルムの両面に、透明な保護フィルムが貼り合わされている。従来の偏光フィルムは、代表的には、８０℃、１２０時間の環境下で−０．５％程度の寸法変化（収縮）を示す。−０．５％の寸法変化が発生すると、レンズアレイやパターン位相差板が影響を受けて、モアレ縞や、色ムラ、立体表示ボケが発生するおそれがある。すなわち従来の偏光フィルムは寸法安定性が低いため、モアレ縞や、色ムラ、立体表示ボケの発生を防ぐことが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では、寸法変化の少ない偏光フィルムを作製した。そして、この偏光フィルムとレンズアレイとを積層して光学積層体を作製した。そして、その光学積層体を備えた液晶表示装置を作製した。
【００１８】
本発明では、偏光フィルムの寸法変化率は、代表的には、８０℃、１２０時間の環境下で−０．２％以下である（−０．２％以下とは、−０．２％〜０％という意味）。本発明の偏光フィルムを用いる液晶表示パネルや立体表示装置では偏光フィルムの寸法変化率が小さいため、レンズアレイの歪みも少なく、モアレ縞や、色ムラ、立体表示ボケが発生するおそれが少ない。
【００１９】
本発明の要旨は次のとおりである。
（１）本発明の光学積層体は、光の進行方向を制御する複数のレンズを有するレンズアレイからなる光学素子と、基材の一主面に薄型偏光膜が積層されてなる偏光フィルムとを有する。薄型偏光膜は、前記基材と一緒に自由端縦延伸され、ヨウ素染色されたポリビニルアルコール系樹脂からなる。光学素子と偏光フィルムとは積層され、薄型偏光膜の厚みは、８μｍ以下である。偏光フィルムは、MD（長手）方向およびTD（幅）方向の寸法変化率が、いずれも−０．２％以下（−０．２％〜０％）である。
（２）本発明の光学積層体は、ポリビニルアルコール系樹脂と一緒に延伸された基材の厚みが、２０μｍ〜８０μｍである。
（３）本発明の光学積層体は、基材と一緒に延伸されヨウ素染色されたポリビニルアルコール系樹脂からなる厚み８μｍ以下の薄型偏光膜を、別の基材へ転写し積層してなる偏光フィルムと、光の進行方向を制御する複数のレンズを有するレンズアレイからなる光学素子とを積層してなる。
（４）本発明の光学積層体においては、上記別の基材の厚みが、２０μｍ〜８０μｍである。
（５）本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、上記に記載の光学積層体とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による、偏光フィルムと光学素子を積層してなる光学積層体は、例えば温度変化による寸法変化率が極めて少なく、レンズアレイの歪みが抑えられるため、長期間にわたり、レンズアレイから出射する光の進行方向を、適切に制御することができる。
【００２１】
また、この光学積層体を備えた本発明の液晶表示装置は、高温状態に長時間置かれても、光学積層体から出射する光の進行方向が、適切に制御されるため、モアレ縞や色ムラ、立体表示ボケが発生しにくく、高品位な表示をすることができる。
【００２２】
さらに、立体表示をするためのパターン位相差板を有する光学積層体は、温度変化による寸法変化が極めて少ないため、画素グループや、レンズアレイとのズレが抑えられ、立体表示ボケのない、高品位な表示をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の光学積層体の模式図
【図２】本発明の光学積層体の模式図
【図３】（ａ）従来の偏光フィルムの模式図、（ｂ）本発明に用いられる偏光フィルムの模式図、（ｃ）本発明に用いられる偏光フィルムの模式図、（ｄ）本発明に用いられる偏光フィルムの模式図、（ｅ）本発明に用いられる偏光フィルムの模式図、（ｆ）本発明に用いられる偏光フィルムの模式図
【図４】（ａ）本発明に用いられるレンズアレイの模式図、（ｂ）本発明に用いられるフライアイレンズの模式図
【図５】（ａ）本発明の液晶表示装置の模式図、（ｂ）本発明の液晶表示装置の模式図
【図６】（ａ）本発明の液晶表示装置の模式図、（ｂ）本発明の液晶表示装置の模式図
【図７】従来の液晶表示装置の模式図
【図８】本発明の液晶表示装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［光学積層体］
図１に、本発明の光学積層体１０の一例の断面を模式的に示す。基材１１の一主面に、薄型偏光膜１２が積層されてなる偏光フィルム１３とレンズアレイ１４が、接着層１５を介して積層一体化される。薄型偏光膜１２の厚みは８μｍ以下である。また薄型偏光膜１２は、基材と一緒に延伸することで、吸収軸および透過軸が発現し、偏光素子として機能する。レンズアレイ１４は典型的にはシート状であり、レンズシートとも呼ばれる。
【００２５】
このとき、レンズアレイ１４のレンズ１４ａ側の主面が、薄型偏光膜１２と対向するように配置し、隣り合うレンズ１４ａの間が、接着層１５で埋まらないようにして接着させる。これは、各レンズ１４ａの隙間に接着層１５が入り込むと、各レンズ１４ａの屈折作用が弱くなり、レンズアレイ１４による視野角補償効果が小さくなるためである。
【００２６】
図２に、本発明の光学積層体２０の他例の断面を模式的に示す。二枚の基材２１、２２に薄型偏光膜２３が狭持されてなる偏光フィルム２４と、レンズアレイ２５が、接着層２６を介して積層一体化される。薄型偏光膜２３の厚みは８μｍ以下である。このときレンズアレイ２５のレンズ２５ａ側の主面が、偏光フィルム２４と対向するようにし、隣り合うレンズ２５ａの間が、接着層２６で埋まらないようにして接着させる。
【００２７】
偏光フィルム２４においては、二枚の基材２１、２２のうちの一枚と薄型偏光膜２３とを延伸し、延伸後に他方の一枚と貼り合わせても良い。また、薄型偏光膜２３を二枚の基材２１、２２で狭持（貼り合せ）させてから延伸させてもよい。このように薄型偏光膜２３の表裏に基材２１、２２を貼り合わせることにより、例えば偏光フィルム２４だけを取り扱う場合に、薄型偏光膜２３に傷がつくことを防止できる。
【００２８】
［偏光フィルム］
本発明の液晶表示装置に用いられる偏光フィルムは、代表的には、高温（例えば８０℃）で長時間（例えば１２０時間）置かれても寸法変化が少ない。寸法変化率は、代表的には、−０．２％以下（−０．２％〜０％）である。
【００２９】
図３に、本発明の光学積層体および液晶表示装置に用いられる偏光フィルムの例を、従来の偏光フィルムと共に示して説明する。
【００３０】
図３（ａ）は従来の偏光フィルム３０であり、保護フィルム３１が偏光子３２の表裏に貼り合わされている。保護フィルム３１は、代表的には、厚み４０μｍのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムである。偏光子３２は、代表的には、厚み３０μｍのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムである。
【００３１】
図３（ｂ）は本発明に用いられる偏光フィルム４０の一例であり、基材４１の表面上に、薄型偏光膜４２が積層されている。基材４１は、代表的には、厚み２０μｍ〜８０μｍのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム、アモルファスＰＥＴフィルム、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）フィルム、アクリル系樹脂フィルム、ノルボルネン系樹脂フィルムなどである。薄型偏光膜４２は、代表的には、厚み８μｍ以下のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜である。
【００３２】
図３（ｂ）に示す、本発明に用いられる偏光フィルム４０は、基材４１の表面にポリビニルアルコール水溶液を塗布し、乾燥させてポリビニルアルコール膜を形成したのち、基材４１と一緒に延伸し、ヨウ素などで染色して薄型偏光膜４２を形成したものである。本発明に用いられる偏光フィルム４０はこの製法によるため、従来の偏光フィルム３０に比べ、薄型偏光膜４２が非常に薄い。（従来の偏光子３２の厚みは３０μｍ程度、本発明の薄型偏光膜４２の厚みは８μｍ以下）。
【００３３】
図３（ｃ）は本発明に用いられる偏光フィルム５０の他例であり、薄型偏光膜５１の両面が基材５２、５３により狭持されている。基材５２、５３は、代表的には、厚み２０μｍ〜８０μｍのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム、アモルファスＰＥＴフィルム、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）フィルム、アクリル系樹脂フィルム、ノルボルネン系樹脂フィルムなどである。薄型偏光膜５１は、代表的には、厚み８μｍ以下のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜である。
【００３４】
図３（ｃ）に示す、本発明に用いられる偏光フィルム５０は、一方の基材５２の表面にポリビニルアルコール水溶液を塗布し、乾燥させてポリビニルアルコール膜を形成したのち、一方の基材５２と一緒に延伸し、ヨウ素などで染色して薄型偏光膜５１を形成し、薄型偏光膜５１に他方の基材５３を貼り合せたものである。本発明に用いられる偏光フィルム５０はこの製法によるため、従来の偏光フィルム３０に比べ、薄型偏光膜５１が非常に薄い。（従来の偏光子３２の厚みは３０μｍ程度、本発明の薄型偏光膜５１の厚みは８μｍ以下）。
【００３５】
本発明に用いられる偏光フィルム４０、５０が、高温での寸法変化の少ない理由は、次のように考えられる。
（１）薄型偏光膜４２、５１の厚みが薄い。従来の偏光子３２は厚みが３０μｍ程度あるが、本発明に用いられる薄型偏光膜４２、５１の厚みは８μｍ以下である。一般に、薄い膜やフィルムは厚いものに比べて寸法変化が少ない。
（２）基材４１、５２、５３は、高温による寸法変化が、薄型偏光膜４２、５１に比べて非常に少ない材質のものが選ばれる。本発明に用いられる偏光フィルム４０、５０では、薄型偏光膜４２、５１の収縮応力が発生したとき、基材４１、５２、５３が薄型偏光膜４２、５１よりも厚くて剛性が大きいため、薄型偏光膜４２、５１の応力の影響が少なく、偏光フィルム４０、５０が収縮しにくい。
【００３６】
本発明に用いられる偏光フィルム４０、５０において、薄型偏光膜４２、５１の適切な厚みは８μｍ以下であり、基材４１、５２、５３の適切な厚みは２０μｍ〜８０μｍである。基材４１、５２、５３の厚みが２０μｍを下回ると、基材４１、５２、５３の剛性が不足して、偏光フィルム４０、５０が収縮しやすくなるおそれがある。基材４１、５２、５３の厚みが８０μｍを超えると、偏光フィルム４０、５０が厚くなりすぎて屈曲性に乏しくなり、パネルへの貼り易さなどの実用性に欠けるようになる。
【００３７】
一方、従来の偏光フィルム３０でも、保護フィルム３１には、高温による寸法変化が偏光子３２に比べて非常に少ない材質のものが選ばれる。代表的には、保護フィルム３１の寸法変化率は、−０．０３％程度である。
【００３８】
しかし、偏光子３２と保護フィルム３１の厚みが同程度なので、偏光子３２の収縮応力が発生したとき、保護フィルム３１は、収縮応力に対抗するだけの剛性を有しない。そのため、偏光フィルム３０の収縮を防ぐことが難しい。実際に、発明者らの実験によると、保護フィルム３１の厚みが小さくなるに従って、偏光フィルム３０の寸法収縮率が大きくなる傾向にある。
【００３９】
［偏光フィルムの製造方法］
本発明に用いられる偏光フィルム４０、５０は、それぞれ基材４１、５２、５３と薄型偏光膜４２、５１の積層体からなり、その製造方法は後述する工程により得ることができる。
【００４０】
本発明の偏光フィルム４０は、基材４１の表面にビニルアルコール系ポリマーの薄膜を塗布形成し、薄膜を基材４１と一緒に延伸したのち、例えばヨウ素などを染色して、薄膜に偏光機能を付加し、基材４１と薄型偏光膜４２の積層体とすることで製造される。
【００４１】
本発明の偏光フィルム５０は、基材５２の表面にビニルアルコール系ポリマーの薄膜を塗布形成し、薄膜を基材５２と一緒に延伸したのち、例えばヨウ素などを染色して、薄膜に偏光機能を付加し、基材５２と薄型偏光膜５１の積層体を製造し、さらに薄型偏光膜５１に基材５３を積層することで製造される。
【００４２】
上記のようにして得られた偏光フィルム４０、５０は、温度や湿度の影響を受けにくく、温度や湿度による寸法変化が非常に少ない。通常、偏光フィルムの寸法変化は、最も伸縮しやすい偏光子が支配しているので、寸法変化が少ない薄型偏光膜４２、５１を含む本発明の偏光フィルム４０、５０は、寸法変化率が小さい。
【００４３】
偏光フィルム４０、５０の寸法変化率は、具体的には、８０℃の恒温環境試験室に１２０時間保管したとき、少なくとも−０．２％以下（−０．２％〜０％）にすることができ、好ましくは−０．１％以下（−０．１％〜０％）とすることができる。
【００４４】
偏光フィルム４０、５０の寸法変化率が小さい理由は、完全には解明できていないが、上述した（１）、（２）の他に次の（ア）〜（エ）を含む事項が複合的に作用していると推測される。
（ア）ビニルアルコール系ポリマーの薄膜であること。
（イ）ビニルアルコール系ポリマーの薄膜が塗布形成されており、この薄膜が接着剤などを介しないで、基材４１、５２と密着積層していること。
（ウ）ビニルアルコール系ポリマーの薄膜だけを延伸するのではなく、この薄膜と基材４１、５２を一緒に延伸していること。
（エ）ビニルアルコール系ポリマーの薄膜と基材４１、５２を延伸したのち、ヨウ素などを染色していること。
【００４５】
偏光フィルム４０は、基材４１と薄型偏光膜４２からなり、その厚みは使用する基材４１の厚みにより変わるが、好ましくは２０μｍ〜９０μｍ程度である。
【００４６】
偏光フィルム５０は、基材５２、５３と薄型偏光膜５１からなり、その厚みは使用する基材５２、５３の厚みにより変わるが、好ましくは４０μｍ〜１７０μｍ程度である。
【００４７】
薄型偏光膜４２、５１の偏光度は、好ましくは９９％以上であり、透過率は、好ましくは３９％〜４６％である。
【００４８】
上記の工程で用いられる基材４１、５２は、ビニルアルコール系ポリマーの薄膜を均一に塗布形成できる、平滑性に優れたものである。かつ、基材４１、５２に上記の薄膜を密着積層した状態で延伸できる、延伸性に優れたものが好ましく用いられる。
【００４９】
基材４１、５２の材質としては、例えばオレフィン系ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、アクリル系ポリマー、アモルファスＰＥＴポリマー、およびこれらのブレンドポリマーなどが挙げられる。基材４１、５２には、ビニルアルコール系ポリマー薄膜の密着性を高めるために、ウレタン樹脂などの易接着層を設けてもよい。
【００５０】
基材４１、５２の延伸前の厚みは、好ましくは５０μｍ〜２００μｍであり、延伸後の厚みは、好ましくは２０μｍ〜８０μｍである。なお基材４１、５２が易接着層を有する場合は、この厚みの範囲は易接着層を含む厚みである。
【００５１】
ビニルアルコール系ポリマーは、代表的には、ポリビニルアルコールやエチレンビニルアルコール共重合体である。ポリビニルアルコールは、ポリ酢酸ビニルを鹸化加水分解して得られ、エチレンビニルアルコール共重合体は、エチレン酢酸ビニル共重合体を鹸化加水分解して得られる。
【００５２】
ビニルアルコール系ポリマーは、適当な溶媒（例えば熱水）に溶解して溶液状にしたのち、任意のコータにて基材４１、５２の表面に薄膜状に塗布形成される。ビニルアルコール系ポリマー薄膜の延伸前の厚みは、好ましくは、１μｍ〜２０μｍである。
【００５３】
ビニルアルコール系ポリマー薄膜と基材４１、５２の積層体は、任意の延伸装置（例えばテンター延伸機）により、縦、横、または斜め方向に延伸（空中延伸）される。このように、薄膜を基材４１、５２と一緒に延伸することによって、薄膜が破断することなく、均一に延伸することができる。このときの延伸倍率は、最終的に得られる薄型偏光膜４２、５１の光学特性に応じて任意に設定されるが、好ましくは３倍〜６倍である。この際の延伸温度は好ましくは１００℃〜１８０℃である。
【００５４】
前記の延伸は通常の空中延伸（空気中の延伸）であるが、出願人による研究の結果、ポリビニルアルコール系樹脂を、低温（８５℃以下）のホウ酸水溶液中において、総延伸倍率が５倍以上になるように延伸すること（ホウ酸水中延伸）により、さらに光学特性の優れた薄型偏光膜が得られることが分かった。
【００５５】
ホウ酸は水溶液中で、テトラヒドロキシホウ酸アニオンを生成する。このテトラヒドロキシホウ酸アニオンは、ビニルアルコール系ポリマーのヒドロキシ基と水素結合し、ビニルアルコール系ポリマーを架橋させると推察される。この架橋により、ビニルアルコール系ポリマーが不溶化し、水溶液中で延伸することができるようになる。
【００５６】
ＰＶＡ系樹脂をホウ酸水溶液中で延伸すれば、ＰＶＡ系樹脂層を不溶化できるので、総延伸倍率で５倍以上の高倍率に延伸することが可能になる。
【００５７】
樹脂基材と一体に薄いＰＶＡ系樹脂を空中で延伸する従来製法によっては、高性能な薄型偏光膜を得ることは難しい。その要因は、「空中延伸」と云われる延伸方法を用いていることに起因する。温度に関わらず、空中延伸による場合、延伸によってＰＶＡ系樹脂の結晶化が進み、延伸対象の樹脂基材を含めて総延伸倍率を元長の５倍以上にすることは難しい。かつ、ＰＶＡ系樹脂にラメラ構造や球晶のように配向に寄与しない高次構造（大きな構造）が形成されることによって、二色性物質を十分に吸着させ、かつ高次に配向させることができなくなるものと推論される。
【００５８】
ポリビニルアルコール系樹脂を低温でホウ酸水中延伸することにより、ポリビニルアルコール系ポリマーの結晶化を防ぎながら、薄いＰＶＡ系樹脂を５倍以上の高倍率に延伸することができる。その結果、薄いＰＶＡ系樹脂の非晶質部分の配向性が高まることになるという推論に至る。また高倍率に延伸することによって、ＰＶＡ系樹脂中に存在するポリヨウ素イオン錯体などの二色性物質が、高次に一方向に並ぶことになる。その結果として、光学特性の高い薄型偏光膜が得られる。
【００５９】
延伸された、基材４１、５２と薄膜の積層体は、二色性物質（例えばヨウ素や有機染料）を含有する染色浴中に浸漬され、染色される。この際、基材４１、５２の材料として水酸基を有しない疎水性樹脂（例えばノルボルネン系ポリマー）を用いれば、基材４１、５２は染色されない。染色浴の温度は、好ましくは、１０℃〜５０℃である。延伸された積層体を染色浴に浸漬する総時間は、好ましくは、５秒〜２４０秒である。
【００６０】
また、薄型偏光膜４２は、図３（ｄ）〜（ｅ）に示すように、別の基材４３へ、接着剤（図示せず）などを介して転写して、偏光フィルム４４を作製することができる。転写後の基材４３は、例えば保護フィルムとして使用することもできる。この基材４３はキャスト法や押し出し法により作製され、材質や厚みは適宜選択することができる。更に、図３（ｆ）に示すように、薄型偏光膜４２に保護フィルム４５を積層して、薄型偏光膜４２の両側を保護した偏光フィルム４６を作製することもできる。
【００６１】
従来用いられている基材は、厚みが４０μｍおよび８０μｍの、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムである。ハンドリングなどを考慮すると、厚み２０μｍ程度までは、保護フィルムとして使用できる。したがって、転写後に保護フィルムとして使用する基材４３の厚みは、２０μｍ〜８０μｍが好ましいといえる。
【００６２】
本発明者らの推測によれば、ビニルアルコール系ポリマーの薄膜を延伸した後に、染色浴に浸漬し薄膜を膨潤させることも、内部応力を低減して、薄型偏光膜４２、５１の寸法変化率を小さくする効果がある。
【００６３】
［レンズアレイ］
図４（ａ）に、本発明の液晶表示装置に用いられるレンズアレイ６０の一例を示す。透明基板６１の片面に、多数のレンチキュラーレンズ６２が、ピッチＰＬで周期的に配列されている。ピッチＰＬは、代表的には、０．１ｍｍ程度である。レンチキュラーレンズ６２の光軸と直交する方向が、レンチキュラーレンズ６２の配列方向である。配列するレンズは他に、図４（ｂ）に示すフライアイレンズ６３や、リニアフレネルレンズ、マイクロプリズム、シリンドリカルレンズ、マイクロレンズアレイなどでもよい。
【００６４】
図１に示した、偏光フィルム１３とレンズアレイ１４を備えた光学積層体１０は、偏光フィルム１３の収縮率が従来の偏光フィルムより格段に小さいので、レンズアレイ１４の歪みが抑えられる。そのため、カラーフィルター（図示しない）に入射する入射光がずれることがなく、色ムラの発生が抑えられる。
【００６５】
［液晶表示装置］
図５（ａ）に、本発明の液晶表示装置７０の一例を模式的に示す。液晶表示装置７０は、液晶パネル７１と、本発明の光学積層体１０と、偏光フィルム７２と、面光源（バックライト）７３を備える。
【００６６】
液晶パネル７１は一対の基板７１ａに狭持された液晶層７１ｂを備える。液晶パネル７１の面光源７３側に、本発明の光学積層体１０が貼り付けられる。液晶パネル７１の、光学積層体１０と反対の側に、偏光フィルム７２が貼り付けられる。
【００６７】
図５（ｂ）に、本発明の液晶表示装置８０の他例を模式的に示す。液晶表示装置８０は、液晶パネル８１と、本発明の光学積層体１０と、偏光フィルム８２と、面光源（バックライト）８３を備える。液晶パネル８１は、一対の基板８１ａに狭持された液晶層８１ｂを備える。図５（ａ）の本発明の液晶表示装置７０との違いは、面光源８３が、液晶パネル８１を基準として、光学積層体１０の反対側にあることである。
【００６８】
図６（ａ）に、本発明の液晶表示装置９０の他例を模式的に示す。液晶表示装置９０は、液晶パネル９１と、本発明の光学積層体２０と、偏光フィルム９２と、面光源（バックライト）９３を備える。
【００６９】
液晶パネル９１は一対の基板９１ａに狭持された液晶層９１ｂを備える。液晶パネル９１の面光源９３側に、本発明の光学積層体２０が貼り付けられる。液晶パネル９１の、光学積層体２０と反対の側に、偏光フィルム９２が貼り付けられる。
【００７０】
図６（ｂ）に、本発明の液晶表示装置１００の他例を模式的に示す。液晶表示装置１００は、液晶パネル１０１と、本発明の光学積層体２０と、偏光フィルム１０２と、面光源（バックライト）１０３を備える。液晶パネル１０１は、一対の基板１０１ａに狭持された液晶層１０１ｂを備える。図６（ａ）の本発明の液晶表示装置１００との違いは、面光源１０３が、液晶パネル１０１を基準として、光学積層体２０の反対側にあることである。
【００７１】
本発明は液晶パネルを用いた立体表示装置にも適用できる。適用可能な立体表示装置としては、例えば、図７に示すレンチキュラー方式の液晶表示装置１１０が挙げられる（特許文献２）。一般に、液晶セルの、右目用画素グループ１１１に対応する右円偏光と、左目用画素グループ１１２に対応する左円偏光を出射するため、偏光フィルム１１３の直上に、パターン位相差板１１４とレンズアレイ１１５とが順次積層され、パターン位相差板１１４は、シリンドリカルレンズ（レンズアレイ１１５）に対応する複数の遅相軸パターンを有する。
【００７２】
パターン位相差板１１４の形成方法については、種々の方法が開示されている。例えば、１／２波長板を、フォトリソグラフィプロセスを用いて、走査線と平行な方向に交互にパターンニングして、１／２波長の位相差をもつ部分と、位相差のない部分を基板上に形成する。これらの上に、１／２波長の位相差をもつ部分の遅相軸と直交した遅相軸を有する、１／４波長の位相差板を、基板の全面に積層する。これにより、遅相軸が直交した、ストライプ状のパターン１／４波長板を形成する方法がある。
【００７３】
別方法として、基板に、ポリイミドやポリビニルアルコールなどのラビング配向膜を形成する。走査線と平行な方向に交互に遅相軸を得るために、マスクパターンを作製して、ラビング方向をストライプ状に制御する。その上に、液晶材料を配向させて、遅相軸が互いに直交するストライプ状の１／４波長板を形成する方法がある。
【００７４】
さらに別方法として、基板に光配向膜を形成し、走査線と平行な方向に、交互に遅相軸を得るためマスクパターンを作製する。偏光ＵＶ照射をする際に、ストライプ状に制御し、その上に液晶材料を配向させる。このようにして、遅相軸が互いに直交するストライプ状の１／４波長板を形成する方法がある。
【００７５】
図８は、本発明の液晶表示装置１２０の一例の模式図である。この液晶表示装置１２０は立体表示が可能である。液晶表示装置１２０は、液晶パネル１２１と、本発明の光学積層体１２２と、レンズアレイ１２３と、偏光フィルム１２４と、面光源（バックライト）１２５を備える。
【００７６】
液晶パネル１２１は一対の基板１２１ａに狭持された液晶層１２１ｂを備える。液晶層１２１ｂ内の液晶セルは、右目用画素グループ１２１ｃと、左目用画素グループ１２１ｄが交互に配置される。
【００７７】
本発明の光学積層体１２２は、基材１２２ａの一主面に薄型偏光膜１２２ｂが積層されてなる偏光フィルム１２２ｃと、パターン位相差板１２２ｄを積層したものである。
【００７８】
液晶セルの右目用画素グループ１２１ｃおよび左目用画素グループ１２１ｄのピッチと、パターン位相差板１２２ｄのピッチと、レンズアレイ１２３のピッチは一致する。
【００７９】
レンズアレイ１２３はパターン位相差板１２２ｄの上に配置されるが、パターン位相差板１２２ｄとは接着させず、ベゼルによって固定してもよい。あるいは、レンズアレイ１２３は、粘着剤などによりパターン位相差板１２２ｄと貼り合わせてもよい。
【００８０】
従来の偏光フィルムがベゼルにより固定されている場合は、面光源点灯時の熱や、外部環境による温度、湿度の変化により、偏光フィルムの寸法が変化しやすい。そのため、パターン位相差板と液晶セルの位置がズレやすく、立体表示ボケが発生しやすい。
【００８１】
従来の偏光フィルムがレンズアレイと接着されている場合は、偏光フィルムの寸法変化は見かけ上小さくなるが、偏光フィルムの収縮応力によりレンズアレイが歪むため、立体表示ボケが発生しやすい。
【００８２】
本発明の偏光フィルム１２２ｃを備えた光学積層体１２２を用いると、面光源１２５点灯時の熱や、外部環境による温度、湿度の変化があっても、パターン位相差板１２２ｄの位置ズレや、レンズアレイ１２３の歪みが発生しない。右目用画素グループ１２１ｃおよび左目用画素グループ１２１ｄと、パターン位相差板１２２ｄおよびレンズアレイ１２３の関係にズレが生じないため、立体表示ボケを抑えることができる。
【００８３】
従来の偏光フィルムをこのような液晶表示装置に用いた場合、製造当初は、モアレ縞が発生しにくいようにできる。しかし、例えば車載など、高温環境下で偏光フィルムの寸法変化に影響を受けると、光学素子に歪みが生じる。光学素子がレンズアレイの場合は、レンズ配列のピッチＰＬや配列方向がずれたり、レンズアレイと偏光フィルムがはがれたりする。また、光学素子がパターン位相差板の場合は、パターン位相差板と画素グループとに位置ずれが生じる。この結果、モアレ縞、色ムラや立体表示ボケが発生することがある。しかし、本発明の光学積層体１０、２０、１２２を使用すると、高温環境下でも光学素子に歪みやハガレが発生することなく、光学素子と他の光学部材との位置ずれが抑えられるため、液晶表示装置におけるモアレ縞、色ムラや立体表示ボケの発生が抑制される。
【実施例】
【００８４】
実施例１〜１４では、ポリビニルアルコールを基材に塗工し、延伸・染色して作製したフィルムを用いる本発明の光学積層体を備えた液晶表示装置を作製した。
【００８５】
偏光フィルムにおいて、ポリビニルアルコール塗膜の厚みは、４水準（３．２μｍ、４．３μｍ、１０．０μｍ、１８．０μｍ）とした。また、延伸・染色後の薄型偏光膜の厚みは、４水準（１．３μｍ、１．７μｍ、４．０μｍ、７．２μｍ）とした。
【００８６】
基材の種類と厚みは表１のように選択し、製作した。
【００８７】
比較例１〜８は、従来の偏光子延伸方法に基づいた製造方法により得られた偏光フィルムである。
【００８８】
［実施例１］
ポリビニルアルコール樹脂（日本酢ビ・ポバール社製ＪＣ−４０）を熱水溶解してから冷却し、７重量％のポリビニルアルコール水溶液を調製した。
【００８９】
ノルボルネン系樹脂フィルム（ＪＳＲ社製、アートン）の表面を、易接着のためのコロナ処理をしたのち、ポリビニルアルコール水溶液を塗工し、１００℃で１０分間乾燥させ、厚み３．２μｍのポリビニルアルコール塗膜を得た。これによりポリビニルアルコール塗膜とノルボルネン系樹脂フィルムを積層した積層体を得た。
【００９０】
得られた積層体をロールｔｏロールにて、１４０℃で、自由端縦延伸（積層体の幅方向端部を保持しないで長手方向に延伸する）にて、縦４．５倍延伸して延伸積層体とした。延伸後の積層体は、フィルム幅が３６０ｍｍ、基材厚みは４０μｍ、ポリビニルアルコール塗膜の厚みは１．３μｍであった。
【００９１】
次に延伸積層体を２０℃のヨウ素水溶液（ヨウ素：ヨウ化カリウム：水＝１：１０：２００）に６０秒間浸漬した後、５５℃の１０重量％ホウ酸水溶液に４２０秒間浸漬し、さらに３０℃の４重量％ヨウ化カリウム水溶液に１０秒間浸漬したのち、６０℃で４分間乾燥を行ない、偏光フィルムを得た。完成した偏光フィルムの、ポリビニルアルコール塗膜からなる薄型偏光膜の厚みは１．３μｍであった。
【００９２】
得られた偏光フィルムの光学特性を、ポリビニルアルコール塗膜面にプリズム薄型偏光膜からの光が入射される構成にて、積分球付き分光光度計（日立製作所製  Ｕ−４１００）にて測定したところ、透過率４１．５％、偏光度９９．８％であった。
【００９３】
各直線偏光に対する透過率は、グランテーラープリズム薄型偏光膜を通して得られた完全偏光を１００％として測定した。なお透過率はＣＩＥ１９３１表色系に基づいて算出した視感度補正したＹ値で示した。また偏光度Ｐは、
Ｐ＝｛（ｋ１−ｋ２）／（ｋ１＋ｋ２）｝×１００
で算出した。ここでｋ１、ｋ２は最大透過率方向の直線偏光の透過率、およびその直交方向の線偏光の透過率を表わす。
【００９４】
レンズアレイは、ノルボルネン系樹脂フィルム（ＪＳＲ社製  アートン  厚み１５０μｍ  幅７５０ｍｍ）を透明基板とし、所定の凹部を有する金型に充填、硬化させた紫外線硬化樹脂（ＪＳＲ社製  Ｚ９００１）を透明基板の表面に転写して形成した。レンズピッチＰＬは０．１ｍｍ、レンズ高さは０．０４ｍｍとした。
【００９５】
図６（ｂ）のように、レンズアレイと偏光フィルムからなる本発明の光学積層体を、アクリル系粘着剤により、液晶パネルに貼り合わせて、モアレ縞と色ムラを観察するための液晶表示装置を製作した。
【００９６】
さらに、図８のように、パターン位相差板と、偏光フィルムからなる本発明の光学積層体を、アクリル系粘着剤により、レンズアレイと液晶パネルとの間に介在させるように貼り合わせて、立体表示ボケを観察するための液晶表示装置を製作した。液晶パネルは、右目用画素グループと左目用画素グループからなる液晶セルを備える。
【００９７】
実施例１の液晶表示装置について、８０℃、２４時間の環境試験を行ない、試験後の表示劣化を調べたところ、色ムラ、モアレ縞、立体表示ボケの発生はなく、表示劣化はなかった。
【００９８】
実施例１に使用した偏光フィルムを、偏光フィルム単独で８０℃、１２０時間の環境試験をしたところ、表１に示すように、寸法変化率は、ＭＤ（長手方向）が−０．０２２％、ＴＤ（幅方向）が−０．０４９％であった。
【００９９】
［実施例２〜６］
ポリビニルアルコール水溶液の塗工量を調整し、ポリビニルアルコール塗膜からなる薄型偏光膜の厚みと、基材の厚みを表１のように調整した。それ以外は、実施例１と同様にして、偏光フィルムおよび液晶表示装置を作製した。
【０１００】
実施例１と同じく、液晶表示装置について、８０℃、２４時間の環境試験を行なった。試験後、色ムラ、モアレ縞、立体表示ボケの発生はなく表示劣化はなかった。偏光フィルム単独での、８０℃、１２０時間の環境試験のおける寸法変化率は、表１のとおりであった。
【０１０１】
［実施例７〜１４］
ポリビニルアルコール水溶液の塗工量を調節し、ポリビニルアルコール塗膜からなる薄型偏光膜の厚みと、基材の厚みを、表１のように調整した。図３（ｃ）のように、薄型偏光膜の両面を基材で積層して、偏光フィルムを作製した。それ以外は実施例１と同様である。
【０１０２】
図６（ｂ）のように、レンズアレイと偏光フィルムを、アクリル系粘着剤により、液晶パネルに貼り合わせて、モアレ縞と色ムラを観察するための液晶表示装置を製作した。
【０１０３】
さらに、図８のように、パターン位相差板と偏光フィルムからなる本発明の光学積層体を、アクリル系粘着剤により、レンズアレイと液晶パネルとの間に介在させるように貼り合わせて、立体表示ボケを観察するための液晶表示装置を製作した。液晶パネルは、右目用画素グループと左目用画素グループからなる液晶セルを備える。（偏光フィルムが両面基材である点は、図８と異なる。）実施例１０、１１については、基材をアクリル系樹脂フィルム（ＡＣ）にした。
【０１０４】
実施例１と同じく、液晶表示装置について、８０℃、２４時間の環境試験を行なった。試験後、色ムラ、モアレ縞、立体表示ボケの発生はなく表示劣化はなかった。偏光フィルム単独での、８０℃、１２０時間の環境試験のおける寸法変化率は、表１のとおりであった。
【０１０５】
［比較例１］
レンズアレイと、従来の偏光フィルム（日東電工社製ＮＰＦ）で保護フィルム（厚み４０μｍ）が片側である偏光フィルムを、アクリル系粘着剤により、液晶パネルに貼り合わせて、モアレ縞と色ムラを観察するための液晶表示装置を製作した。保護フィルムは、トリアセチルセルロース樹脂フィルム（ＴＡＣ）である。
【０１０６】
さらに、パターン位相差板と、従来の偏光フィルム（日東電工社製ＮＰＦ）で保護フィルム（厚み４０μｍ）が片側である偏光フィルムとからなる光学積層体を、アクリル系粘着剤により、レンズアレイと液晶パネルとの間に介在させるように貼り合わせて、立体表示ボケを観察するための液晶表示装置を製作した。液晶パネルは、右目用画素グループと左目用画素グループからなる液晶セルを備える。
【０１０７】
比較例１の液晶表示装置について、８０℃、２４時間の環境試験を行なった。試験後、色ムラ、モアレ縞、立体表示ボケが発生しており、表示特性の劣化が見られた。比較例１に使用した偏光フィルムを単独で、８０℃、１２０時間の環境試験をしたところ、寸法変化率は、表１に示すように、ＭＤ（長手方向）が−０．７３０％、ＴＤ（幅方向）が−０．４０６％であった。
【０１０８】
［比較例２］
保護フィルムを厚み８０μｍにした以外は、比較例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。比較例２の液晶表示装置について、比較例１と同様に、８０℃、２４時間の環境試験を行なった。試験後、色ムラ、モアレ縞、立体表示ボケが発生しており、表示特性の劣化が見られた。偏光フィルム単独での、８０℃、１２０時間の環境試験結果は、表１に示すとおりである。
【０１０９】
［比較例３〜８］
図３（ａ）のように、保護フィルムを偏光子の両側に積層し、保護フィルムの厚みを表１のようにしたこと以外は、比較例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。比較例６は、保護フィルムとして、アクリル系樹脂フィルム（ＡＣ）を用いた。
【０１１０】
各比較例の液晶表示装置について、比較例１の液晶表示装置と同様に、８０℃、２４時間の環境試験を行なった。試験後、色ムラ、モアレ縞、立体表示ボケが発生しており、表示特性の劣化が見られた。偏光フィルム単独での、８０℃、１２０時間の環境試験結果は、表１に示すとおりである。
【０１１１】
【表１】
2014238593.tif 000003
【０１１２】
［評価方法］
［偏光フィルムの寸法変化率］
作製した偏光フィルムに、厚み２０μｍのアクリル系粘着剤を形成した。得られた粘着剤付偏光フィルムを、延伸方向が０°になるように、１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズにカットし、厚み１ｍｍのガラス板上に貼り合わせて測定サンプルとし、偏光フィルムの四隅に印をつけた。
【０１１３】
ミツトヨ社製画像測定機（クイックビジョン）により、偏光フィルムの四隅の印間の長さＬ０を測定した。
【０１１４】
測定したサンプルを、８０℃の加熱オーブン中に１２０時間投入したのち、再度、偏光フィルムの四隅の印間の長さＬ１２０を測定した。
【０１１５】
寸法変化率は次式により算出した。
寸法変化率（％）＝｛（Ｌ１２０−Ｌ０）／Ｌ０｝×１００
【０１１６】
［モアレ縞と色ムラ］
モアレ縞と色ムラを観察するための液晶表示装置を作製し、加熱環境下（８０℃、２４時間）に暴露した後、モアレ縞と色ムラを目視観察した。
【０１１７】
［立体表示ボケ］
立体表示ボケを観察するための液晶表示装置を作製し、加熱環境下（８０℃、２４時間）に暴露した後、立体表示ボケを目視観察した。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明による、偏光フィルムと光学素子を積層してなる光学積層体は、例えば温度変化による寸法変化率が極めて少なく、レンズアレイの歪みが抑えられるため、長期間にわたり、レンズアレイから出射する光の進行方向を、適切に制御することができる。
【０１１９】
また、この光学積層体を備えた本発明の液晶表示装置は、高温状態に長時間置かれても、光学積層体から出射する光の進行方向が、適切に制御されるため、モアレ縞や色ムラ、立体表示ボケが発生しにくく、高品位な表示をすることができる。
【０１２０】
このため、本発明の液晶表示装置は、例えば、車載、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）、屋外といった、温度条件の厳しい環境で使用するのに特に適している。
【符号の説明】
【０１２１】
１０ 光学積層体
１１ 基材
１２ 薄型偏光膜
１３ 偏光フィルム
１４ レンズアレイ
１４ａ レンズ
１５ 接着層
２０ 光学積層体
２１ 基材
２２ 基材
２３ 薄型偏光膜
２４ 偏光フィルム
２５ レンズアレイ
２５ａ レンズ
２６ 接着層
３０ 偏光フィルム
３１ 保護フィルム
３２ 偏光子
４０ 偏光フィルム
４１ 基材
４２ 薄型偏光膜
４３ 基材
４４ 偏光フィルム
４５ 保護フィルム
４６ 偏光フィルム
５０ 偏光フィルム
５１ 薄型偏光膜
５２ 基材
５３ 基材
６０ レンズアレイ
６１ 透明基板
６２ レンチキュラーレンズ
６３ フライアイレンズ
７０ 液晶表示装置
７１ 液晶パネル
７１ａ 基板
７１ｂ 液晶層
７２ 偏光フィルム
７３ 面光源
８０ 液晶表示装置
８１ 液晶パネル
８１ａ 基板
８１ｂ 液晶層
８２ 偏光フィルム
８３ 面光源
９０ 液晶表示装置
９１ 液晶パネル
９１ａ 基板
９１ｂ 液晶層
９２ 偏光フィルム
９３ 面光源
１００ 液晶表示装置
１０１ 液晶パネル
１０１ａ 基板
１０１ｂ 液晶層
１０２ 偏光フィルム
１０３ 面光源
１１０  液晶表示装置
１１１  右目用画素グループ
１１２  左目用画素グループ
１１３  偏光フィルム
１１４  パターン位相差板
１１５  レンズアレイ
１２０ 液晶表示装置
１２１ 液晶パネル
１２１ａ 基板
１２１ｂ 液晶層
１２１ｃ 右目用画素グループ
１２１ｄ 左目用画素グループ
１２２ 光学積層体
１２２ａ 基材
１２２ｂ 薄型偏光膜
１２２ｃ 偏光フィルム
１２２ｄ パターン位相差板
１２３ レンズアレイ
１２４ 偏光フィルム
１２５ 面光源
【図１】
2014238593.tif 000004
【図２】
2014238593.tif 000005
【図３】
2014238593.tif 000006
【図４】
2014238593.tif 000007
【図５】
2014238593.tif 000008
【図６】
2014238593.tif 000009
【図７】
2014238593.tif 000010
【図８】
2014238593.tif 000011