(57)【要約】【課題】本発明の課題は、光の利用効率の改善しながらコントラスト、カラーシフトの改善された偏光板および液晶表示装置を提供することにある。【解決手段】セルロースエステルフィルム上に金属細線が配置されてなるワイヤグリッド型偏光板であって、該セルロースエステルフィルムの面内方向リタデーションＲｏが３０〜８０ｎｍであり、厚み方向リタデーションＲｔが１００〜１８０ｎｍであることを特徴とするワイヤグリッド型偏光板。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースエステルフィルム上に金属細線が配置されてなるワイヤグリッド型偏光板であって、該セルロースエステルフィルムの面内方向リタデーションＲｏが３０〜８０ｎｍであり、厚み方向リタデーションＲｔが１００〜１８０ｎｍであることを特徴とするワイヤグリッド型偏光板。
【請求項２】
前記セルロースエステルフィルムが、下記式（Ｉ）及び式（II）を満たすことを特徴とする請求項１記載のワイヤグリッド型偏光板。
式（Ｉ）  ２．３０≦Ｘ＋Ｙ≦２．９０
式（II）  １．４０≦Ｘ≦２．８５
（式中、Ｘはアセチル基の置換度、Ｙはプロピオニル基およびブチリル基の置換度である。）
【請求項３】
偏光板（Ｉ）、液晶セル、偏光板（II）、バックライトユニットがこの順で配置されており、偏光板（II）が請求項１または２に記載のワイヤグリッド型偏光板であることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤグリッド型偏光板および液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在液晶表示装置は、二枚のヨウ素を吸着させた吸収型偏光板とその間に配置された液晶セルとバックライトユニットから構成されている。吸収型偏光板は、バックライトユニットから発生する光の最大で半分しか透過利用できないため光の利用効率としては不十分なものであった。
【０００３】
この課題を解決するために、ワイヤグリッド型偏光板が特許文献１で提案されている。これは、複屈折を有する透明樹脂基板上に金属細線を平行に配置してなる構造を有している。
【０００４】
ワイヤグリッド型偏光板は、金属細線のピッチが偏光分離可能な波長を決定するため、金属細線の作製には高度な製造技術が要求される。偏光分離性能は、液晶表示のコントラストにそのまま影響を与える。
【０００５】
そのため、金属細線を配置する透明樹脂基板の複屈折性を大きくすることにより、吸収型偏光板に次ぐ偏光分離性能を維持していた。
【０００６】
しかしながら、ワイヤグリッド型偏光板は、偏光分離性能を優先するため、波長により視野角が異なるカラーシフトの発生が大きく、テレビ等の動画を主とする液晶表示装置にはいまだ不十分な性能であった。
【特許文献１】特開２００５−１９５８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、光の利用効率を改善しながらコントラスト、カラーシフトの改善された偏光板および液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
１．セルロースエステルフィルム上に金属細線が配置されてなるワイヤグリッド型偏光板であって、該セルロースエステルフィルムの面内方向リタデーションＲｏが３０〜８０ｎｍであり、厚み方向リタデーションＲｔが１００〜１８０ｎｍであることを特徴とするワイヤグリッド型偏光板。
２．前記セルロースエステルフィルムが、下記式（Ｉ）及び式（II）を満たすことを特徴とする前記１記載のワイヤグリッド型偏光板。
式（Ｉ）  ２．３０≦Ｘ＋Ｙ≦２．９０
式（II）  １．４０≦Ｘ≦２．８５
（式中、Ｘはアセチル基の置換度、Ｙはプロピオニル基およびブチリル基の置換度である。）
３．偏光板（Ｉ）、液晶セル、偏光板（II）、バックライトユニットがこの順で配置されており、偏光板（II）が前記１または２に記載のワイヤグリッド型偏光板であることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の構成により、光の利用効率の改善しながらコントラスト、不十分な波長分散特性に起因するカラーシフトの改善された偏光板および液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜ワイヤグリッド型偏光板＞
〈構造〉
一般的なワイヤグリッド型偏光板の模式図を図１に示す。図１中Ａは金属細線であり、Ｂは基板を表す。また、図１中Ｐは金属細線のピッチを示し、Ｗは金属細線の幅を、ｔは金属細線の高さ（金属厚み）を示している。
【００１１】
ワイヤグリッド型偏光板は、金属細線に平行な電場の振動を持つ光を反射し、それと直行する方向に電場の振動を持つ光だけを透過する偏光素子である。図１では、基板上に金属細線が配置されているが、基板中に埋め込まれた形態であってもよい。また、Ｂの基板はセルロースエステルフィルムである。
【００１２】
〈グリッド〉
本発明のグリッドを構成する金属細線の材料は特に限定されないが、可視光に対し高い反射率を示し、かつ高導電率を有する銀、アルミニウムなどの金属材料を用いることが好ましい。
【００１３】
金属細線の高さｔは、ワイヤグリッド型偏光板の偏光分離性能から必要な値が決まり、具体的には光の透過率が１％以下であれば良く、３０ｎｍ以上の厚みであれば良好な性能を得ることができる。
【００１４】
あまりに金属が薄いと、光の透過が無視できず、偏光分離性能が低下する。逆に金属が厚すぎると、光の利用効率が低下するため、厚みの上限は５００ｎｍである。金属細線をアルミニウムで形成する場合、ｔは４０〜２００ｎｍ程度であることが望ましい。
【００１５】
本発明の金属細線のピッチＰは、０°入射、真空の屈折率ｎ＝１において式１より導出される最大共鳴波長λres-maxが使用する光の波長以下になればよく、可視光に対しては４００ｎｍであれば問題がないことから、ピッチＰは３０〜３８０ｎｍであればよい。
【００１６】
式（１）λres-max＝Ｐ（ｎ＋ｓｉｎθ）
（式（１）において、ｎ、θはそれぞれ基板の屈折率、光の入射角を表す。）
金属細線の幅Ｗに関しては、ＷがピッチＰの約半分程度のときにワイヤグリッド型偏光板の偏光分離性能が良くなり、０．３Ｐ＜Ｗ＜０．７Ｐであることが好ましい。
【００１７】
Ｗは１０〜５００ｎｍであり、好ましくは、１０〜３００ｎｍである。
【００１８】
金属細線の断面形状は、特に限定されるものではなく、正方形、長方形、台形、円形、楕円形、その他様々な形状を持っていてもよい。
【００１９】
ワイヤグリッド型偏光板の金属細線は厚み、幅ともに非常に微細であり、わずかな傷つきにより性能が低下することから、その損傷を防ぐために金属細線を樹脂やガラスなどの保護層で被覆することが好ましい。
【００２０】
また、被覆は金属細線表面の防錆にも効果があり、特に銀などの錆びやすい金属を金属細線に使用する場合には、金属細線の導電率低下による性能低下を防止するためにも被覆をすることが好ましい。
【００２１】
〈セルロースエステルフィルム〉
《光学的特性》
本発明の基板であるセルロースエステルフィルムの面内方向のリタデーションＲｏおよび厚み方向のリタデーションＲｔは、構造複屈折および基板の配向複屈折に起因している。
【００２２】
構造複屈折とは、サブ波長オーダーでの構造に起因する屈折率異方性を表す。光の波長よりも短いピッチを持つ構造は、周期を持つ方向と持たない方向で異なる有効屈折率ｎTE、ｎTMを持ちあたかも複屈折材料のように振舞う。
【００２３】
有効屈折率差により各偏波の光の伝播速度に差が生じるため、通過する光にリタデーションを生じさせる。
【００２４】
配向複屈折とは、基板中で分極率が異なる分子が配向することにより生ずる複屈折を意味する。通常ポリマーフィルムの場合、ポリマーはその方向により屈折率の異方性を有している。
【００２５】
このためポリマーフィルムを延伸、磁場等により配向させることによりフィルム全体として屈折率に異方性を持たせる事が可能となり、フィルム通過後にリタデーションを生じさせることが出来る。
【００２６】
本発明における基板フィルムの面内Ｒｏおよび厚み方向Ｒｔのリタデーションは構造複屈折および配向複屈折の合計の値である。
【００２７】
本発明のリタデーションＲｏおよびＲｔは以下の式で表される。
【００２８】
式（ｉ）    Ｒｏ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
式（ii）  Ｒｔ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄ
（ただし、ｎｘはフィルム面内の最大屈折率、ｎｙはｎｘと直交方向の屈折率、ｎｚはフィルム厚み方向の屈折率、ｄはセルロースエステルフィルムの厚み（ｎｍ）を表す。）
尚、Ｒｏ、Ｒｔは、アッペの屈折率計（多波長アッベ屈折計ＤＲ−Ｍ２／１５５０アタゴ（株）製）により金属細線形成前のセルロースエステルフィルムの平均屈折率を求め、更に、自動複屈折計ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ（王子計測機器（株）製）を用いて、２３℃、５５％ＲＨの環境下で、波長が５９０ｎｍにおいて、３次元屈折率測定を行い、得られた位相差の測定値と平均屈折率から計算により求めることが出来る。
【００２９】
本発明のセルロースエステルフィルムの面内方向リタデーションＲｏは、３０〜８０ｎｍであり、厚み方向リタデーションＲｔは１００〜１８０ｎｍであることがコントラスト向上の観点から好ましい。
【００３０】
本発明では、可視域全域において光漏れを抑制し、コントラストおよびカラーシフトを向上する目的で偏光板の複屈折を制御する必要がある。
【００３１】
具体的には波長４８０ｎｍ、６３０ｎｍにおける面内方向リタデーションをそれぞれＲｏ（４８０）、Ｒｏ（６３０）とした時、Ｒｏ（４８０）＜Ｒｏ（６３０）の関係を満足させることにより、可視域全域においてコントラストおよびカラーシフトを上昇させることが可能となる。
【００３２】
これまで使用されてきた透明樹脂基板では、このような波長により視野角が異なるといういわゆる波長分散特性について考慮が不十分であり、透明樹脂基板に延伸にすることで複屈折付与による偏光分離性能向上が優先して検討されてきた。
【００３３】
本発明のグリッドの方向は、セルロースエステルフィルムの面内の遅相軸に直交することが好ましく、液晶セルの反対側に位置する偏光板の吸収軸に対して直交する。
【００３４】
本発明の基板となるセルロースエステルフィルムは、Ｒｏ（４８０）／Ｒｏ（６３０）は０．７５〜０．９５であることが好ましい。
【００３５】
《セルロースエステル材料》
本発明においては、セルロースエステルフィルムとして好ましい樹脂材料として、低複屈折・波長分散特性が正であるセルロースエステルが用いられる。
【００３６】
本発明に用いられるセルロースエステルとしては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ジアセチルセルロース（ＤＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、セルロースアセテートフタレート、セルロースアセテートトリメリテート、硝酸セルロース等が挙げられる。
【００３７】
セルロースエステルの分子量は数平均分子量（Ｍｎ）で４００００〜２０００００のものが好ましく、１０００００〜２０００００のものが更に好ましい。
【００３８】
本発明で用いられるセルロースエステルはＭｗ／Ｍｎ比が４．０以下であることが好ましく、更に好ましくは１．４〜２．３である。
【００３９】
本発明において、セルロースエステル等の平均分子量及び分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて数平均分子量（Ｍｎ）、重量平均分子量（Ｍｗ）を算出し、その比を計算することができる。
【００４０】
測定条件は以下の通りである。
【００４１】
溶媒：      メチレンクロライド
カラム：    Ｓｈｏｄｅｘ  Ｋ８０６，Ｋ８０５，Ｋ８０３Ｇ（昭和電工（株）製を３本接続して使用した）
カラム温度：２５℃
試料濃度：  ０．１質量％
検出器：    ＲＩ  Ｍｏｄｅｌ  ５０４（ＧＬサイエンス社製）
ポンプ：    Ｌ６０００（日立製作所（株）製）
流量：      １．０ｍｌ／ｍｉｎ
校正曲線：  標準ポリスチレンＳＴＫ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ポリスチレン（東ソー（株）製）Ｍｗ＝１，０００，０００〜５００迄の１３サンプルによる校正曲線を使用した。１３サンプルは、ほぼ等間隔に用いることが好ましい。
【００４２】
本発明のセルロースエステルは、炭素原子数２〜４のアシル基を置換基として有し、アセチル基の置換度をＸとし、プロピオニル基およびブチリル基の置換度をＹとした時、下記式（ｉ）及び（ii）を同時に満たすセルロースエステルである。
【００４３】
式（ｉ）  ２．０≦Ｘ＋Ｙ≦２．９０
式（ii）  １．４０≦Ｘ≦２．８５
中でも２．０≦Ｘ＋Ｙ≦２．８、０≦Ｘ≦１．２０、０．８０≦Ｙ≦２．７０のセルロースアセテートプロピオネート（総アシル基置換度＝Ｘ＋Ｙ）が好ましい。なお、Ｙとして、プロピオニル基のみの場合、ブチリル基のみの場合も含まれる。
【００４４】
アシル基の置換度は、ＡＳＴＭ−Ｄ８１７−９６に規定の方法に準じて測定することができる。アシル基で置換されていない部分は通常水酸基として存在している。これらのセルロースエステルは公知の方法で合成することが出来る。
【００４５】
《その他の材料》
本発明のセルロースエステルフィルムには、通常のセルロースエステルフィルムに含有させることができる、可塑剤、紫外線吸収剤、粒子、位相差調整用樹脂、位相差調整剤等をそのまま適用することができる。
＜ワイヤグリッド型偏光板の製造方法＞
本発明の基板であるセルロースエステルフィルムは、通常の溶液流延法、溶融流延法により製造することができる。
【００４６】
本発明の基板の上にワイヤグリッドを製造する方法としては種々のものがあり、可視光用のワイヤグリッド型偏光板の製造方法としては、極紫外レーザーを用いた干渉露光法、電子線リソグラフィを用いた製造方法が一般的な方法といえる。
【００４７】
これらは所望のピッチ、ワイヤ幅、厚みを有する金属細線をリソグラフィの技術で作製する方法である。
【００４８】
また、他の技術としては、特開２００１−７４９３５号公報に、透明な柔軟基板上に金属膜を形成し、基板と金属膜とを延伸することにより、金属膜に異方的な形状を与えることができ、ワイヤグリッド型偏光板としての機能を有すると記載されている。
【００４９】
特開平９−９０１２２号公報には、ＳｉＯ2基板上にピッチ１μｍ、線幅０．１μｍで、金製の金属細線格子を形成させたのち、格子の表面にＳｉＯ2膜を形成し、さらに格子と平行な方向に全体を加熱延伸することでピッチ０．１μｍ、線幅０．０１μｍのワイヤグリッド型偏光板が作製できると記載されている。
【００５０】
本発明においては、これら公知の方法によりワイヤグリッドを作製することができる＜液晶表示装置＞
本発明の液晶表示装置は、偏光板（Ｉ）、液晶セル、偏光板（II）、バックライトユニットがこの順で配置されており、偏光板（II）が本発明のワイヤグリッド型偏光板であることを特徴とする。
【００５１】
輝度向上率向上のため本発明のワイヤグリッド型偏光板とバックライトユニットの間に偏光状態を変化させる素子があることが好ましい。
【００５２】
偏光状態を変化させる素子として、λ／４板を遅相軸がワイヤグリッド型偏光板の金属細線と平行ではない方向に配置することが好ましい。さらに好ましくは、λ／４板の遅層軸がワイヤグリッド型偏光板の金属細線に対して４５°の角度で配置されることが好ましい。
【００５３】
偏光板（Ｉ）としては、市販の偏光板、例えば、偏光板ＮＰＦ−Ｆ１２０５ＤＵ、ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２５ＤＵ、ＮＰＦ−ＴＥＧ１４６５ＤＵ（日東電工（株）製）、スミカランＳＱ−１８５２ＡＰ（住友化学（株）製）等を使用することができる。
【００５４】
さらに、偏光板（Ｉ）の液晶セル側の偏光板保護フィルムには、光学補償機能を持たせることもできる。
【００５５】
液晶セルとしては、ＴＮ型、ＶＡ型、ＩＰＳ型等通常の全てのタイプの液晶セルに適用することができる。
【実施例】
【００５６】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５７】
実施例１
以下のドープ組成に従いドープを作製し、ガラス基板上に流延製膜を行い、膜厚８０μｍのセルロースエステルフィルムを作製した。得られたフィルムを１４０℃から１８０℃条件で熱延伸処理を行い、リタデーションを表１記載のように調整した。
（ドープ組成）
セルロースアセチルプロピオネート（アセチル置換度１．９  プロピオニル置換度０．７）                                                                １００質量部
トリフェニルホスフェート                                              ８質量部
エチルフタリルエチルグリコレート                                      ２質量部
メチレンクロライド                                                ３００質量部
エタノール                                                          ５０質量部
得られたフィルムに熱インプリント処理を行うことにより、表面にピッチ２００ｎｍのラインアンドスペースを作製した。ラインとスペースの比は１：１、高さは１００ｎｍとした。
【００５８】
このインプリント処理表面上に、斜め４５度からＡｌ蒸着を複数回行い、ワイヤグリッド型偏光板（１）〜（５）を作製した。なおＡｌ細線の高さは２００ｎｍであった。
【００５９】
ワイヤグリッド型偏光板（１）から（５）に使用したフィルムの面内および厚み方向のリタデーション、及び輝度評価、視野角評価の結果を表１にまとめて記載する。
（Ｒｏ、Ｒｔの測定）
アッペの屈折率計（多波長アッベ屈折計ＤＲ−Ｍ２／１５５０アタゴ（株）製）と分光光源装置を用いて光学フィルムの平均屈折率を測定した。また、市販のマイクロメータを用いてフィルムの厚みを測定した。
【００６０】
自動複屈折計ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ（王子計測機器（株）製）を用いて、２３℃、５５％ＲＨの環境下で２４時間放置したフィルムにおいて同環境下波長が４８０、５９０、６８０ｎｍにおけるフィルムのリタデーション測定を行った。上述の平均屈折率と膜厚を下記式に入力しリタデーションＲｏ、Ｒｔの値を得た。
（輝度測定）
液晶表示装置（東芝（株）製Ｆａｃｅ  ＬＣ１００）のバックライトユニット部分の光源および拡散板を使用し、拡散板上に本発明の偏光板を配置して、コニカミノルタセンシング（株）製２次元色彩輝度計ＣＡ−２０００によって輝度を測定した。
【００６１】
基準として拡散板の上に市販の偏光板ＮＰＦ−Ｆ１２０５ＤＵ（日東電工（株）製）を配置し、その場合の輝度を１００とした相対輝度で表した。結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
2009003345.tif 000002
【００６３】
（視野角測定）
液晶表示装置富士通製１５型液晶ディスプレイパネルＶＬ−１５０ＳＤの液晶セルに対して光源側（バックライト側）に貼合されている偏光板および位相差板を取り除き、その代わりに本発明の偏光板を配置して、測定機（ＥＺ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ１６０Ｄ、ＥＬＤＩＭ社製）を用い、黒表示（Ｌ１）から白表示（Ｌ８）までの８段階で視野角（コントラスト比が１０以上で黒側の階調反転のない範囲）を測定し、評価はコントラスト比１０における前記富士通製品を基準としたものを示した。結果を表２に示す。
【００６４】
なお、本発明の偏光板は、あらかじめ使用されていた偏光板の透過軸と本発明の偏光板の透過軸が同じ方向となり、ワイヤグリッドのある面がバックライトユニット側となるように配置した（図２）。
【００６５】
○：視野角が拡がった
△：視野角は同等である
×：視野角が狭くなった。
（波長分散特性）
波長分散特性は、波長別視野角を評価することによって行った。すなわち、４８０ｎｍおよび６３０ｎｍにおける視野角が基準５９０ｎｍで測定した場合の視野角（基準視野角）に対しての差で評価した。
【００６６】
○：２波長による視野角と基準視野角との差が基準視野角に対し１０％以内
△：一方の波長による視野角と基準視野角との差が基準視野角に対し１０％以内
×：２波長による視野角と基準視野角との差が基準視野角に対し１０％以上
なお、視野角評価に関しては、前記富士通製ディスプレイパネルの５９０ｎｍにおけるコントラスト比が１０での視野角を基準とした。結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
2009003345.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明のワイヤグリッド型偏光板の模式図である。
【図２】本発明のワイヤグリッド型偏光板を使用した液晶表示装置の模式図である。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ  金属細線
Ｂ  基板
Ｐ  金属細線のピッチ
ｔ  金属細線の高さ
Ｗ  金属細線の幅
【図１】
2009003345.tif 000004
【図２】
2009003345.tif 000005