JP3249982B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学的位相差機能を有する光学素子に関し、
特に光路差の入射角依存性の小さい光学素子に関する。

〔従来の技術〕 従来、光学的位相差機能を有するもの（以下光学的位
相差体と略記する）として透明樹脂の異方性フィルムま
たはシート（以下「フィルムまたはシート」をフィルム
と略記する）あるいは特殊な用途に液晶セルが使われて
きた。光学的位相差体は最近の光学技術の発展に伴いそ
の重要性を増しており、例えば白黒液晶表示パネルにお
いて、着色の原因となる液晶固有の複屈折の補償用にポ
リカーポネート樹脂の異方性配向フィルムなどが採用さ
れている。しかしながら、これら従来の光学的位相差体
には光の入射角による光路差の変化が大きいという欠点
があり、白黒液晶表示パネルに使用した場合、斜方向の
補償が適正に行われなく着色し、視野角が狭くなる問題
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は上記従来技術の問題点の解決にあり、
すなわち光路差の入射角依存性の小さい光学素子の開発
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、 （Ａ′）最大の主屈折率軸がその厚み方向にあり、固有
複屈折率が負である光学的位相差機能を有する板状物
と、 （Ｂ′）固有複屈折値が正である異方性配向フィルムも
しくはシートの積層体またはバランス配向延伸物とから
構成されてなり、 前記積層体が、光路差および光路差の入射角依存性が実
質的に等しい一対のフィルムまたはシートからなり、こ
れらはその配向度の大きい方向が90゜±35゜の角度範囲
で互いに交差するように重ね合わされたものであること
を特徴とする光学素子 により達成される。

光学的位相差機能を有する板状物（Ａ′）とは、面に
垂直な入射光に対し複屈折性を示すものであり、例えば
一軸延伸またはアンバランス二軸延伸により得られる異
方性配向フィルムあるいは液晶セルなどが挙げられる。
特に異方性配向フィルムは、容易に大面積の適当な光路
差のものが得られるので好ましい。

フィルム（Ｂ′）の固有複屈折値が正の材料として
は、ポリカーポネート樹脂、セルロースジアセテート樹
脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリフェニレンオキサ
イド樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエス
テル樹脂等が使用できる。

特に、透明性に優れたポリカーボネート樹脂、セルロ
ースジアセテート樹脂、ポリビニルアルコール樹脂が好
ましい。

フィルム用の樹脂には必要に応じ滑剤、紫外線吸収剤
などの添加剤を添加されていてもよい。

光学的位相差機能を有する液晶セルはセル内にラビン
グにより液晶を配向、例えばホモジニアス配向あるいは
ツイスト配向させたものなどが使用できる。

バランス配向延伸物とは、面に垂直な入射光に対し実
質的に複屈折性を示さないものであり、例えば透明樹脂
をバランス二軸延伸することにより作製できる。透明樹
脂としては、前記した樹脂が使用できる。

最大の主屈折率軸が厚み方向にある板状物に対しては
固有複屈折値が正のものである必要がある。これに該当
しない。例えば最大の主屈折率軸が厚み方向にある板状
物に対して固有複屈折値が負であるフィルムを使用した
場合、入射角依存性がむしろ大きなものとなり本発明の
効果が実現できない。

光学的位相差機能を有する板状物が一軸延伸物または
アンバランス二軸延伸物である場合、最大の主屈折率値
の方向は、固有複屈折値が正の樹脂においては面方向と
なり、負の樹脂においては厚み方向となる。すなわち異
方性配向フィルムとバランス配向フイルムとは、固有複
屈折値が異符号である樹脂から作製されたものである必
要がある。またホモジニアス配向あるいはツイスト配向
した液晶セルにおいては、面方向となる。

本発明におけるフィルム（Ｂ′）またはその積層体
は、光路差および光路差の入射角依存性が実質的に等し
い１対の異方性配向フィルムが双方の配向度の大きい方
向が90゜±35゜の角度範囲で互いに交差するように重ね
合わされているものであることが好ましい。この構造に
より積層体は垂直な入射光に対して実質的に複屈折性を
持たないものとなる。

積層体を構成する異方性配向フィルムは光学的位相差
機能を有する板状物として挙げたフィルムと同様な原料
樹脂からと同様な方法により作製されるが、最大の主屈
折率軸が厚み方向にある板状物に対しては、固有複屈折
値が負の樹脂のフィルムである必要がある。また最大の
主屈折率値が厚み方向にある板状物に対しては固有複屈
折値が正のものである必要がある。これに該当しない、
例えば最大の主屈折率軸が面方向にある板状物に対して
固有複屈折値が正である異方性配向フィルムを積層体に
使用した場合、入射角依存性がむしろ大きなものとなり
本発明の効果が実現できない。

積層体を構成する１対の異方性配向フィルムの光路差
および光路差の入射角依存性の差異は15％以内にする必
要があり、特に５％以内が好ましい。これら異方性配向
フィルムはその配向度の大きい方向が90゜±35゜の角度
範囲で互いに交差するように重ね合わせることが望まし
い。その角度が直角から35゜より大きい角度となると、
積層体が垂直な入射光に対し複屈折性を持つものとな
る。積層体の複屈折性は一般的に光路差で30nm以内にす
る必要があり、特に10nm以内のものが好ましい。複屈折
性があると、これより作製される光学位相差素子の光学
特性すなわち光路差および入射角依存性が（Ａ）との重
ね合わされる方向によって異なったものとなり光学特性
が一定しない。また入射角依存性の軽減も不十分なもの
となる。

異方性配向フィルムとして、縦と横の延伸倍率の比が
0.5〜２のアンバランス二軸延伸物を使用した場合複屈
折性の少ない良好な積層体が容易に得られ、またこれか
ら得られた光学位相差素子の入射角依存特性が優れたも
のとなり好ましい。

本発明の光学素子とは種々の形態で実現できる。

以下に好ましい形態例を第１〜10図によって説明す
る。ここで（Ａ）は光学的位相差機能を有する板状物で
あり、（Ｂ）は異方性配向フィルムまたはその積層体で
ある。複数の（Ａ）または（Ｂ）により構成される場
合、これらを（A1）、（A2）……、（B1）、（B2）……
で示した。

第１図は（Ａ）と（Ｂ）の一対からなる最も簡単な形
態であり、第２図は両側面にハードコート膜などを有す
る保護フィルムまたはシート（Ｃ）を配したものであ
る。

第３図は（B1）のほかにさらに（B2）を配した形態で
あり、例えば固有複屈折値の絶対値の大きい樹脂からの
フィルムまたはその積層体である（B1）で粗く入射角依
存性を軽減し、絶対値の小さい樹脂からのフィルムまた
はその積層体である（B2）でさらに微調整をした形態で
ある。

第４図は（Ａ）の両側面に（B1）、（B2）を配した形
態であり、例えば（Ａ）としてポリビニルアルコール樹
脂のフィルムである場合、（B1）、（B2）として耐光性
および耐湿性のよいアクリル樹脂のフィルムまたはその
積層体を使用し、吸湿による変形のないものとすること
ができる形態である。

第５図および第６図は、（A1）と（A2）を長軸が平行
になるように配置し、光学素子の光路差が両者の和とな
るようにしたものであり、これにより数種の光路差の異
なる光学的位相差機能を有する板状物を用意することに
より、これらの組合せにより種々の光路差の光学素子が
得られる。第５図は１枚の（Ｂ）で全体の入射角依存性
を改善したものであり、第６図は（A1）と（A2）の入射
角依存性を各々（B1）、（B2）で改善したものである。
（A1）、（A2）あるいは（B1）、（B2）を両端にするな
ど配置順序をかえてもよい。

第７図および第８図は、白黒液晶表示パネルにおいて
コントラスト比の改善が図られることが知られている
（A1）と（A2）の長軸を例えば30゜の角度をなすように
配置した構成に、（Ｂ）を組合せたものであり、第７図
は１枚の（Ｂ）で全体の入射角依存性を改善したもので
あり、第８図は（A1）と（A2）の入射角依存性を各々
（B1）、（B2）で改善したものである。この場合も（A
1）、（A2）あるいは（B1）、（B2）を両端にするなど
配置順序をかえてもよい。

第９図は、偏光板の保護フィルムを（Ｂ）として使用
したものであり、全体の構成材料が少なくなる長所があ
る。

本発明の光学素子においては（Ａ）と（Ｂ）は、面が
平行になるように配置され、これらは離れていても、単
に重ねられていてもよいし、貼着されていてもよく、ま
た本発明の効果を妨げない板状物が介在してもよい。第
１〜９図に示した好適例のほかに、（Ａ）、（Ｂ）の数
を３以上にしたり、第２図の例以外にも保護フィルム
（Ｃ）を両端あるいは片端に配したものが可能である。

また本発明の光学素子においては、積層体の構成要素
である異方性フィルムが縦と横の延伸倍率が近い二軸延
伸フィルムである場合、第10図に示すように構成要素を
離した形態をとることもできる。

本発明の光学素子において（Ａ）と（Ｂ）は種々の特
性のものが使用できるが、各１対よりなる形態において
は、（Ｂ）の45゜の入射角における光路差が、（Ａ）の
面に垂直な光路差と長軸方向45゜傾けたときの光路差と
の差と近い値である組合せが入射角依存性が小さく好ま
しい。

本発明において使用される異方性配向フィルムは、例
えば原料樹脂を押出し成形により、フィルム状に成形し
た後、樹脂のガラス転移温度より10〜40℃高い温度で一
軸延伸、あるいは異方性を持つような条件で二軸延伸す
ることにより得られる。

バランス配向フィルムも異方性配向フィルムと同様
に、ただ延伸倍率を縦横同倍率にして二軸延伸すること
により得られる。バランス配向フィルムとは、面に垂直
な入射光に対し実質的に複屈折性を持たないものである
が、一般的に光路差で30nm以内、好ましくは10nm以内の
ものである。バランスが劣ると、（Ａ）との重ね合わせ
る方向によって光学素子の光学特性すなわち光路差およ
び入射角依存性が異なったものとなり光学特性が一定の
ものが得られない。

なお、本発明においては254μ以上をシート、これ以
下をフィルムと区別した。

以下、発明の説明において用いた物性値の測定方法を
示す。

・光路差測定法：偏光顕微鏡（日本光学工業（株）製、
LABOPHOT−POL）を使用し、常法に従い測定した。入射
角依存性は試料台の上に試料を所定の角度に傾けて固定
し測定した。

・入射角依存性の評価法：光線が光学素子に対し直角に
入射した場合を基準とし、長軸および短軸方向に入射光
線を傾けたときの光路差の変化の絶対量を百分率で算出
し、両者の平均値で評価した。入射角は傾けた角度を示
す。

〔実施例〕

本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ 固有複屈折値が負であるMS樹脂（新日鉄化学（株）
製、エスチレン MS−300）の未延伸シートを130゜の延
伸温度で2.5倍の延伸倍率で一定幅一軸延伸し、最大の
主屈折率軸が厚み方向にある厚みが75μの異方性配向フ
ィルムを得た。固有複屈折値が正であるポリカーボネー
ト樹脂（出光石油化学（株）製、Ａ−2500）から185℃
の延伸温度で縦横２倍の延伸倍率で同時二軸延伸により
作製した厚みが107μで、フィルム面に垂直の方向から
は光路差が認められないバランス配向フィルムを得た。
両者を重ね合わせたものを配向のない光学的に等方性の
アクリル樹脂のシート（（株）クラレ製、パラグラス）
で挟み光学素子を作製した。第１表に示したようにこの
光学素子の光路差は−149nmで入射角依存性は45゜の入
射角６％と小さいものであった。因みにMS樹脂の異方性
配向フィルムの光路差は−147nmであり、光路差の入射
角依存性は大きく、27％であった。

比較例１ 実施例１に使用のポリカーボネート樹脂の未延伸シー
トを180℃の延伸温度で2.5倍の延伸倍率で一定幅一軸延
伸により作成した異方性配向フィルムと、実施例１に使
用のポリカーボネート樹脂のバランス配向フィルムか
ら、実施例１と同様にして光学素子を作製した。光学素
子の入射角依存性は異方性配向フィルム単体より入射角
依存性が大きく、45゜の入射角で34％と劣ったものであ
った。

比較例２ 実施例１に使用のMS樹脂の異方性配向フィルムと、固
有複屈折値が負であるアクリル樹脂（（株）クラレ製、
パラペットSH）の未延伸シートを140℃の延伸温度で縦
2.2倍、横2.2倍の延伸倍率で同時二軸延伸により作成し
て得た厚み132μでフィルム面に垂直の方向からは光路
差が認められないのバランス配向フィルムから、実施例
１と同様にして光学素子を作製した。光学素子の入射角
依存性は異方性配向フィルム単体より入射角依存性が大
きく、45゜の入射角で69％と劣ったものであった。

実施例２ 固有複屈折値が負であるアクリル樹脂（（株）クラレ
製、パラペットSH）から1.1×2.2の倍率で得られた最大
の主屈折率軸が厚み方向にある異方性配向シートと、実
施例１に使用のポリカーボネート樹脂のバランス配向フ
ィルムから、両者を貼着して光学素子を作製した。第１
表に示したようにこの光学素子の光路差は−144nmで入
射角依存性は45゜の入射角で６％と小さいものであっ
た。因みにアクリル樹脂の異方性配向シートの光路差は
−150nmであり、光路差の入射角依存性は大きく、32％
であった。

実施例３ 実施例１に使用のポリカーボネート樹脂から185℃の
延伸温度で縦1.8倍、横2.2倍の延伸倍率で逐次二軸延伸
により作製したフィルムを配向度の大きい方向が互いに
直交するように２枚重ねにし、垂直の方向からは光路差
が認められない積層体を作製した。

積層体と実施例１におけるMS樹脂の異方性配向フィル
ムを重せ合わせ実施例１と同様にして光学素子を作製し
た。第２表に示したようにこの光学素子の光路差は−14
5nmで入射角依存性は45゜の入射角で７％と小さいもの
であった。因みにMS樹脂の異方性配向フィルムの光路差
は−147nmであり、光路差の入射角依存性は大きく、27
％であった。

比較例３ 実施例１に使用のポリカーボネート樹脂の異方性配向
フィルムと、実施例３に使用のポリカーボネート樹脂と
の積層体から、実施例３と同様にして光学素子を作製し
た。光学素子の入射角依存性は異方性配向フィルム単体
より入射角依存性は大きく、45゜の入射角で33％と劣っ
たものであった。

比較例４ 実施例１に使用のMS樹脂の異方性配向フィルムと、固
有複屈折値が負であるアクリル樹脂（（株）クラレ製、
パラペットSH）の未延伸シートを140℃の延伸温度で縦
1.8倍、横2.2倍の延伸倍率でえ逐次二軸延伸により作成
したフィルムを配向度の高い方向が互いに直交するよう
に」２枚重ねし、垂直の方向からの光路差が認められな
い積層体から、実施例１と同様にして光学素子を作製し
た。光学素子の入射角依存性は異方性配向フィルム単体
より入射角依存性が大きく、45゜の入射角で78％と劣っ
たものであった。

実施例４ 比較例４に使用のアクリル樹脂から1.1×2.2の倍率で
得られた最大の主屈折率軸が厚み方向にある異方性配向
シートと、実施例１に使用のポリカーボネート樹脂との
積層体から、両者を貼着して光学素子を作製した。第２
表に示したようにこの光学素子の光路差は−152nm入射
角依存性は45゜の入射角で６％と小さいものであった。
因みにアクリル樹脂の異方性配向シートの光路差は−15
0nmであり、光路差の入射角依存性は大きく、32％であ
った。

〔発明の効果〕 本発明の光学素子により従来不可能であった光路差の
入射角依存性が小さい複屈折特性を持った光学素子が可
能となった。本発明物は、例えば白黒液晶デスプレイの
位相差補償用光学素子として好適に使用される。

【図面の簡単な説明】 第１〜10図は、本発明の光学素子の好ましい形態を示し
たものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−239421（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−233407（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256023（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−85519（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−24502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/30

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ′）最大の主屈折率軸がその厚み方向
   にある固有屈折率が負である光学的位相差機能を有する
   板状物と、 （Ｂ′）固有複屈折値が正である垂直方向の入射光に対
   して光学的位相差機能を持たないフィルムまたはシート
   とから、構成されていることを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】（Ａ′）の板状物が一軸延伸物またはアン
   バランス二軸延伸物である異方性配向フィルムまたはシ
   ートである請求項１記載の光学素子。
3. 【請求項３】（Ｂ′）のフィルムまたはシートがバラン
   ス配向延伸物である請求項１または２に記載の光学素
   子。
4. 【請求項４】（Ｂ′）のフィルムまたはシートが固有複
   屈折値が正である異方性配向フィルムまたはシートの積
   層体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素
   子。
5. 【請求項５】積層体が光路差および光路差の入射角依存
   性が実質的に等しい一対のフィルムまたはシートからな
   り、これらはその配向度の大きい方向が90゜±35゜の角
   度範囲で互いに交差するように重ね合わされたものであ
   る請求項４記載の光学素子。
6. 【請求項６】（Ｂ′）を構成する異方性配向フィルムま
   たはシートがアンバランス二軸延伸物である請求項４ま
   たは５に記載の光学素子。