专利名称：光学膜片、照明设备和使用它们的图象观测显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学膜片。光学膜片被用作亮度增强膜，并还和其他膜结合在一起使用。具体而言，本发明涉及使用了有关光学膜片的照明设备。而且，本发明涉及使用了光学膜片和照明设备的图象观测显示器，例如液晶显示器、有机电致发光显示器和PDP。
使用适当的薄膜作为上述亮度增强膜。即，可以提及的有介电物质多层薄膜；能透射具有预定偏振轴的线性偏振光并能反射其他光的层压膜，例如具有不同折射指数各向异性的薄膜的多层层压膜(D-BEF以及其他由3M有限公司制造的制品)；胆甾醇型液晶聚合物的取向膜；能够反射左旋或右旋圆偏振光并能透射其他光的膜，例如其上承载取向胆甾醇液晶层的膜(由NITTO DENKO公司生产的PCF350，由Merck有限公司生产的Transmax等)；等等。
因此，在透射具有上述预定偏振轴的线性偏振光的亮度增强膜中，通过排列透射光的偏振轴并使光不变样地进入偏振片，可以控制偏振片的吸收损失并可以有效地透射偏振光。另一方面，在能够传递圆偏振光作为胆甾醇液晶层的这种类型的亮度增强膜中，光可以不变样地进入到偏振器中，但是希望的是把圆偏振光通过延迟片变成线性偏振光，并在考虑到控制吸收损失下使光进入偏振器。此外，可以使用1/4波片作为延迟片将圆偏振光转化成线性偏振光。
美国专利No.5731886说明书描述了一种具有改善的视角特性的反射偏振片，该偏振片可以用亮度增强膜来获得，亮度增强膜中均称取向的液晶层被排列在胆甾醇液晶层和1/4波片之间。
但是，当胆甾醇液晶层被用作上述亮度增强膜的光学元件时，从斜的方向进入胆甾醇液晶层的入射光或者从该层斜向发出的发射光受到胆甾醇液晶层厚度方向上延迟作用的影响，其结果是从斜向观察时会看到色彩。
为了解决上述难题，本发明人全心全意地进行研究，从而发现使用如下的光学膜片可以实现该目的，由此完成本发明。
即，本发明涉及一种光学膜片，该膜片中至少一层胆甾醇液晶层(1)和一层延迟层(2)是层压的，其中延迟层(2)的平面内(in-plane)延迟度(nx1-ny1)x Dre为5nm或更小，[其中，两个平面内方向上的主折射率被定义为nx1和ny1(这里nx1≥ny1)，厚度方向上的折射率被定义为nz1，和厚度被定义为Dre(nm)]；以及实际厚度方向上的延迟度RZch＝Dch x(ne-no)/2从如下的Dch、ne和no计算而得[其中胆甾醇液晶层(1)的正常折射率被定义为no，而异常折射率被定义为ne，胆甾醇液晶层的厚度被定义为Dch(nm)]，和由下面所示的Dre、np和nz计算得到的厚度方向上的延迟度RZre＝Dre x(np-nz)[其中延迟层(2)的平面内折射率平均值被定义为np＝{(nx1+ny1)/2}]，两者之间的关系为RZre/(-RZch)＝0.05～0.35。
本发明的上述光学膜片中，圆偏振光分离层是将上述实际厚度方向延迟度为RZch的胆甾醇液晶层(1)和上述厚度方向延迟为RZre的延迟层(2)结合在一起并层压而成的，因而可以满足RZre/(-RZch)＝0.05～0.35的关系。当把组合起来使RZre/(-RZch)值处于该范围的光学膜片应用于亮度增强膜时，延迟值的相关性改善了。因此，即使是当胆甾醇液晶层(1)被用于亮度增强膜，且不仅前方，而且从斜向观察图象观测显示器，例如液晶显示器时，都可以显示出满意的可见度。上述的RZre/(-RZch)值更优选为0.08～0.3，还更优选为0.1～0.25。
一般优选胆甾醇液晶层(1)的厚度Dch(nm)为约2000～30000nm(2～30μm)，更优选为4000～15000nm(4～15μm)。实际厚度方向延迟度RZch＝Dch x(ne-no)/2为100～10000nm，优选500～8000nm，更优选1000～4000nm。
延迟层(2)的厚度Dre(nm)一般为约100～200000nm(0.1～200μm)，优选为1000～100000nm(1～100μm)。平面内延迟度(nx1-ny1)x Dre为5nm或更小，优选为3nm或更小。而且，厚度方向的延迟度RZre＝Dre x(np-nz)为-10～-2000nm，优选-50～-1000nm，更优选-100～-700nm。
此外，本发明涉及一种光学膜片，该膜片中将至少一个平面内延迟度(nx2-ny2)x d2＝90～200nm的延迟层(3)进一步层压到上述光学膜片的延迟层(2)那一侧，其中两个平面内方向上的主折射率被定义为nx2和ny2(这里nx2≥ny2)，厚度方向上的折射率被定义为nz2，而厚度被定义为d2(nm)。
层压了上述延迟层(3)的光学膜片可用作亮度增强膜。而且，上述延迟层(3)的厚度d2一般为约100～200000nm(0.1～200μm)，优选为1000～100000nm(1～100μm)。平面内延迟度优选为90～200nm，更优选为100～180nm，还更优选110～150nm。
此外，本发明涉及一种光学膜片，其中在上述的通过层压胆甾醇液晶层(1)、延迟层(2)和延迟层(3)而形成的光学膜片的延迟层(3)上再层压一个吸收性偏振膜(4)，延迟层(3)的光学轴和吸收型偏振膜(4)的透射轴的交角为35～55°。
为了改善上述可见度，优选吸收性偏振膜(4)是层压的，以使延迟层(3)的光学轴和吸收性偏振膜(4)的透射轴的交角为35～55°。上述角度更优选为40～50°，还更优选为43～47°。
此外，本发明涉及一种光学膜片，其特征在于至少一个或多个其它光学膜片被进一步层压在上述光学膜片上。此外，本发明涉及使用上述光学膜片的照明设备。而且本发明还涉及一种图象观测显示器，其中使用了上述的光学膜片或者上述的照明设备。
图1是本发明光学膜片的一个实例；图2是本发明光学膜片的一个实例；图3是本发明光学膜片的一个实例；和图4是本发明照明设备的一个实例。
胆甾醇液晶层(1)是含至少一个选择性反射可见光区波长的层的圆偏振光分离层。至于胆甾醇液晶层，可以提及的有具有如下特性的液晶层无论左手的或右手的圆偏振光都被反射，而其他光则被透射。取向液晶聚合物材料或取向液晶单体的聚合层可以形成胆甾醇液晶层。而且，胆甾醇液晶层是可以用这些复合层制成的。
上述的取向液晶聚合物材料可以通过使胆甾醇液晶聚合物取向来获得，该胆甾醇液晶聚合物含包括光学活性基团作为单体单元的单体。可以使用含各种主链型、侧链型或其混合型骨架的、显示具有胆甾族性质的液晶排列的聚合物作为胆甾醇液晶聚合物，而没有任何限制。可以用在向列相基液晶聚合物中包含了小分子手性试剂的液晶聚合物和液晶聚合物组分中引入了手性组分的胆甾醇基液晶聚合物形成本发明的胆甾醇液晶层(1)。
使包括含光学活性基团的胆甾醇液晶单体在内的液晶单体取向，然后通过聚合所得的取向液晶层可以形成取向液晶单体材料的聚合层。液晶单体是含多种骨架的、显示液晶排列的化合物，该化合物含至少一个不饱和双键，例如丙烯酰基、甲基丙烯酰基和乙烯基，在端基有可聚合的官能团，例如环氧基。为了改善所得胆甾醇液晶层的耐久性，优选使用含两个或多个可聚合官能团的单体作为液晶单体，且单体在聚合的同时交联。此外，使用液晶单体时，通常将聚合引发剂和液晶单体一起使用。至于聚合引发剂，可以适当选择适用于液晶单体聚合方法的聚合引发剂。对于液晶单体聚合方法，可以提及的有紫外线聚合法，例如，在这种情况下，可以使用光聚合引发剂。
上述液晶聚合物和上述液晶单体的取向是通过将这些液晶聚合物和液晶单体涂在含取向功能原材料的表面(取向膜)上而进行的，这些原材料的表面具有取向功能。可以使用通常已知的各种膜作为取向膜，例如用如下方法形成的膜，在透明原材料上形成含聚酰亚胺和聚乙烯醇等的薄膜，随后进行摩擦处理；用拉伸透明膜的方法获得的拉伸膜；通过用偏振紫外线照射含肉桂酸酯骨架和偶氮苯骨架的聚合物或者聚酰亚胺的方法形成的膜。此外，如果用于形成取向膜的透明原材料不受上述材料的取向温度的影响，则对它们没有特别的限制，例如，可以使用单层或多层的各种塑料膜，玻璃板，金属等。上述液晶聚合物和液晶单体的取向一般是通过加热处理进行的。取向是通过加热处理后冷却来固定的。
而且，如果需要，可以将一种或多种添加剂，例如上述液晶聚合物以外的聚合物和诸如稳定剂和增塑剂的无机化合物，有机化合物，金属及其混合物混合到胆甾醇液晶层中。
此外，在宽波长范围内，例如在可见区反射圆偏振光的层可以采用一种排列结构来获得，该排列结构含两个或多个通过结合具有不同反射波长的层而获得的层作为胆甾醇液晶层，这样获得的液晶层可以在宽波长范围内提供透射的圆偏振光。
至于延迟层(2)，可以不受任何限制地使用这样一个层，其中延迟层(2)的平面内延迟度(nx1-ny1)x Dre为5nm或更小，[其中，两个平面内方向上的主要折射系数被定义为nx1和ny1(这里nx1≥ny1)，厚度方向上的折射系数被定义为nz1，厚度被定义为Dre(nm)]；而胆甾醇液晶层(1)实际厚度方向上的延迟度RZch＝Dch x(ne-no)/2，延迟层(2)厚度方向上的延迟度RZre＝Dre x(np-nz)，两者之间的关系为RZre/(-RZch)＝0.05～0.35。
例如，延迟层(2)可以由均称取向性液晶聚合物组成。例如，作为有关的液晶聚合物，可以提及的有含单体单元(a)和单体单元(b)的侧链型液晶聚合物，单体单元(a)含正折射率各向异性液晶片段侧链，而单体单元(b)含非液晶片段侧链。即使没有采用垂直排列膜，上述侧链型液晶聚合物经热处理呈现液晶状态，可以证明向列的液晶相并可以显示均称取向性。
上述单体单元(a)是含具有向列相液晶性侧链性质的单元，例如可以提及的有通式(a)表示的单体单元 (其中R1表示氢原子或甲基，a表示1-6的正整数，X1表示-CO2-基或-OCO-基，R2表示氰基、碳原子数为1-6的烷氧基、氟基或者含1-6个碳原子的烷基，b和c表示整数1或2)。
此外，单体单元(b)是含线性侧链的单体单元，例如，可以提及的有通式(b)表示的单体单元 (其中R3表示氢原子或甲基，R4表示含1-22个碳原子的烷基、含1-22个碳原子的氟代烷基或者通式(b1)表示的基团 其中，d表示1-6的正整数，或者R5表示含1-6个碳原子的烷基)。
而且，对单体单元(a)和单体单元(b)的百分比没有特别的限制，但是这要根据单体单元的种类而定。因为当单体单元(b)的百分比增加时，侧链型液晶聚合物不能显示液晶单区域取向性，其百分比优选为(b)/{(a)+(b)}＝0.01～0.8(摩尔比)。特别地，更优选为0.1～0.5。
至于均称取向性液晶聚合物，可以提及的有包含上述单体单元(a)和单体单元(c)的侧链型液晶聚合物，单体单元(a)包含液晶片段侧链，单体单元(c)包含含脂环族环状结构的液晶片段侧链。
上述单体单元(c)是含具有向列液晶性的侧链的单元，例如，可以提及的有通式(c)表示的单体单元 (其中R6表示氢原子或甲基，h表示1-6的正整数，X2表示-CO2-基或-OCO-基，e和g表示整数1或2，f表示0-2的整数，R7表示氰基或含1-12个碳原子的烷基)。
而且，对单体单元(a)和单体单元(c)的百分比没有特别的限制，但是这要根据单体单元的种类而定。因为当单体单元(c)的百分比增加时，侧链型液晶聚合物不能显示液晶单区域取向性，其百分比优选为(c)/{(a)+(c)}＝0.01～0.8(摩尔比)。特别地，更优选为0.1～0.6。
均称取向性液晶聚合物并不局限于含上述单体单元的聚合物，可以适当地结合上述的单体单元。
上述侧链型液晶聚合物的重均分子量优选为2000～100,000。通过在这个范围内调整重均分子量来显示作为液晶聚合物的性能。因为当侧链型液晶聚合物的重均分子量过小时，显示出有取向层成膜性变差的趋势，更优选重均分子量为2500或更大。另一方面，因为当重均分子量过大时，存在液晶取向性变差的趋势，因此难以形成均匀的取向状态，优选重均分子量小于或等于50,000。
此外，可以通过共聚合对应于上述单体单元(a)、单体单元(b)和单体单元(c)的丙烯酸基单体或甲基丙烯酰基单体来制备上述侧链型液晶聚合物。而且，可以用众所周知的方法合成对应于单体单元(a)、单体单元(b)和单体单元(c)的单体。聚合物的制备可以按照一般的丙烯酰基单体聚合方法来进行，例如自由基聚合法、阳离子聚合法和阴离子聚合法等。此外，当采用自由基聚合方法时，可使用多种聚合引发剂，其中可以优选使用在中等温度范围内，即不太高也不太低的温度下分解的聚合引发剂，例如偶氮二异丁腈和过氧化苯甲酰。
可以将可光聚合的液晶化合物混合到上述侧链型液晶聚合物中而获得液晶组合物。为了改善液晶显示器等的耐用性，优选在这些液晶膜中使用含可光聚合液晶化合物的均称取向的液晶组合物。均称取向液晶组合物被取向和固定，随后用紫外线等进行光学照射。
可光聚合的液晶化合物是含至少一个诸如丙烯酰基或甲基丙烯酰基的不饱和双键作为光聚合官能团的液晶化合物，优选使用向列的液晶化合物。至于这种可光聚合的液晶化合物，可以列举的有给出上述单体单元(a)的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。为了改善耐用性，优选使用含两个或多个可光聚合的官能团作为可光聚合的液晶化合物。至于这种可光聚合的液晶化合物，可以列举的有如下通式(d)所表示的交联型向列型液晶单体 (其中R表示氢原子或甲基，A和D独立地表示1，4-亚苯基或1，4-亚环己基，X独立地分别表示-COO-基、-OCO-基或-O-基，B分别表示1，4-亚苯基、1，4-亚环己基、4，4′-亚联苯基或者4，4-二亚环己基，m和n独立地分别表示2-6的整数)。此外，作为可光聚合的液晶化合物，可以列举的化合物中上述通式(d)中末端的“H2C＝CR-CO2-”被乙烯醚基或环氧基所取代，其中“-(CH2)m-”和/或“-(CH2)n-”被“-(CH2)3-C*H(CH3)-(CH2)2-”或“-(CH2)2-C*H(CH3)-(CH2)3-”所取代。
上述可光聚合的液晶化合物可以是液晶状态的以形成例如向列的液晶层，也可以和侧链型液晶聚合物在一起取向。随后可光聚合的液晶化合物被聚合或交联，从而可以改善所得双折射膜的耐久性。
对可光聚合的液晶化合物和侧链型液晶聚合物在液晶组合物中的百分比没有特别的限制，可以根据所得双折射膜的耐久性等做出适当的决定。通常，优选近似地(可光聚合的液晶化合物)∶(侧链型液晶聚合物)(重量比)＝0.1∶1～30∶1，更优选为0.5∶1～20∶1，还更优选为1∶1～10∶1。
上述液晶组合物中，一般可以包含光聚合引发剂。可以不受任何限制地使用各种光聚合引发剂。作为光聚合引发剂，可以列举的有，例如，CibaSpecialty Chemicals制造的Irgacure 907、Irgacure 184、Irgacure 651、Irgacure369等。光聚合引发剂的加入量被控制在不干扰液晶组合物均称取向的数量上，其中考虑到使用的光聚合液晶化合物的种类，所用液晶组合物的混合比例等。一般优选对应每100重量份的可光聚合液晶化合物有约0.5～30重量份的光聚合引发剂。
延迟层(2)是用这样一种方法制造的将上述液晶聚合物涂在含垂直取向膜的基质上，例如如果需要的话，将卵磷脂涂在其上，然后将有关的液晶聚合物在液晶状态下进行均称取向，固定取向状态同时维持取向。此外，当使用含上述侧链型液晶聚合物和上述可光聚合液晶化合物的液晶组合物时，将组合物涂在取向基质上，随后将有关的液晶组合物在液晶状态下进行均称取向，固定取向状态同时维持取向。
作为将上述液晶聚合物或液晶组合物涂在取向基质上的方法，可以提及的有溶液涂敷法，其使用将有关地液晶聚合物或液晶组合物溶解在溶剂中而形成的溶液，或者熔融涂敷法，其中有关地液晶聚合物或液晶组合物是在熔融状态下被涂敷的。其中，优选溶液涂敷法，其中将液晶聚合物或液晶组合物的溶液涂在取向基质上。
制备上述溶液时所用的溶剂是根据液晶聚合物的种类、可光聚合液晶化合物或基质而定的，一般地，可以使用的溶剂实例包括卤代烃，例如氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯和氯苯；酚类，例如苯酚和对氯苯酚；芳香烃，例如苯、甲苯、二甲苯、甲氧基苯、1，2-二甲氧基苯；以及其他溶剂，例如丙酮、乙酸乙酯、叔丁基醇、甘油、乙二醇、三甘醇、乙二醇一甲醚、二甘醇二甲醚、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、吡啶、三乙胺、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、乙腈、丁腈、二硫化碳、环己酮等。溶液浓度主要根据液晶聚合物或液晶组合物的溶解度，或者根据最终所得的取向液晶层的膜厚度而定，一般为3～50％重量，优选为7～30％重量。
因为最终获得的延迟层(2)的膜厚度最主要是由在基质上进行的涂敷步骤决定的，如果需要精确控制由上述液晶聚合物或液晶组合物形成的延迟层(2)的膜厚度，则必须特别仔细地对溶液浓度、涂膜的膜厚度等进行控制。
作为将液晶聚合物或液晶组合物溶液(用上述溶剂调整到所需浓度)涂在取向基质上的方法，可以采用的方法有，例如辊涂法、凹版印刷涂法、旋涂法、棒涂法等。涂敷后除去溶剂，在基质上形成液晶聚合物层或液晶组合物层。清除溶剂的条件没有特别的限制，如果溶剂大多能被清除，且只要液晶聚合物层或液晶组合物层不流下或滴下，可以采用任何条件。通常，使用如下方法清除溶剂，例如在室温下干燥的方法、在烤炉中干燥的方法，以及在加热板(电炉)上加热的方法。
随后，使在取向基质上形成的液晶聚合物层或液晶组合物层变成液晶状态并进行取向。即，例如，进行加热处理使液晶聚合物或液晶组合物可以处于液晶温度区，并可以在液晶状态下取向。可以采用与上述干燥方法类似的方法作为加热处理方法。加热处理温度主要根据所用的液晶聚合物或液晶组合物和所用取向基质的种类而定，一般为60～300℃，优选为70～200℃。而且，加热处理时间主要根据加热处理温度和所用的液晶聚合物或液晶组合物及取向基质的种类而定，一般为10秒～2小时，优选为20秒～30分钟。
加热处理后进行冷却操作。可以这样进行冷却操作将加热处理后的双折射膜从用于加热处理操作的加热环境中移到室温环境中。而且，这种冷却操作可以使用强制性的冷却方法，例如用空气冷却和用水冷却。将上述液晶聚合物冷却至液晶聚合物的玻璃化转变温度以下，并固定其取向。
在使用液晶组合物的情况下，进行光照，使可光聚合的液晶化合物被交联聚合。例如用紫外线进行光照。优选在惰性气体环境中进行紫外照射以充分促进反应。通常，一般使用照度约为80～160mW/cm2的高压汞紫外灯。也可以使用其他种类的灯，例如金属卤化物UV灯和白炽灯。此外，可以适当地采用调节方法，例如冷光镜法、水冷法、其他冷却处理方法或调节线速，以使液晶层表面温度可以在紫外线照射时处于液晶温度。
将这样获得的延迟层(2)或者从所用的基质上分离下来或者不分离。
如上述图1所示，可以将平面内延迟度关系(nx2-ny2)x d2＝90～200nm的延迟层(3)层压在光学膜片的延迟层(2)面上，其中两个平面内方向上的主折射率分别被定义为nx2和ny2(此处nx2ny2)，如图2所示，厚度方向上的折射率被定义为nz2，厚度被定义为d2(nm)。延迟层(3)的折射率一般具有如下关系nx2＞ny2nz2。
作为这种延迟层(3)，可以使用，例如因为由波片或液晶层产生的各种双折射率而用于补偿色彩或视角等的延迟片。而且，可以层压两种或多种具有对应其用途的合适延迟度的延迟片，这样可以控制光学性质，例如延迟度。对于延迟片，可以提及的有具有双折射性、含合适聚合物，例如聚碳酸酯、降冰片烯衍生的树脂、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯和其他聚烯烃、聚烯丙酯和聚酰胺的拉伸膜；含诸如液晶聚合物的液晶材料的取向膜；具有这样一种结构，其中用另一种膜来支持液晶材料取向层的膜。
而且，例如，在显示其他延迟特性的延迟层上，例如具有半波片功能的延迟层上，叠加一个对550nm波长的单色光具有1/4波片功能的延迟层，用这种方法可以获得在诸如可见光区的宽波长范围内具有1/4波片功能的延迟片。因此，延迟层(3)可以(是)含一层或两层或多层延迟层的层。
当用于液晶显示器时，如图3所示，一般将含吸收型极化膜(4)的偏振光分离层层压在含层叠有上述胆甾醇液晶层(1)、延迟层(2)和延迟层(3)的光学膜片上。且优选这样安排延迟层(3)和吸收型极化膜(4)，使延迟层(3)的光学轴和吸收型极化膜(4)的透射轴成35～55°。
对上述的极化膜(偏振器)没有特别的限制，可以使用各种类型的偏振器。偏振器一般被用作在其一面或两面含保护膜的偏振片。对于偏振器，可以提及的有例如，二色性物质如碘和二色性染料吸附到亲水高分子聚合物膜上之后单轴拉伸的薄膜，例如聚乙烯醇型薄膜，部分缩甲醛化的聚乙烯醇型薄膜，以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型部分皂化的薄膜；聚烯型取向膜，如脱水聚乙烯醇和脱盐酸聚氯乙烯等。其中，适合使用拉伸后在薄膜上吸附和排列了二色性物质(碘，染料)的聚乙烯醇型薄膜。尽管对偏振器的厚度没有特别限定，但是常用的厚度大约是5～80微米。
聚乙烯醇型薄膜用碘染色之后单轴拉伸的偏振器，是通过将聚乙烯醇薄膜浸入碘水溶液并染色之后，将该薄膜拉伸到其原长度的3至7倍得到的。如果需要，薄膜也可以浸入如硼酸和碘化钾的水溶液中，水溶液可以包含硫酸锌，氯化锌。此外，在染色前，如果需要，聚乙烯醇型薄膜可以浸入水中并漂洗。通过用水漂洗聚乙烯醇型薄膜，使聚乙烯醇型薄膜溶胀，并且可以冲掉聚乙烯醇型薄膜表面上的污物和粘合抑制剂，有望达到预防不均匀性例如染色不均匀性的效果。拉伸可以在碘染色之后或同时进行，或相反地，用碘染色可以在拉伸之后进行。拉伸可以在水溶液如硼酸和碘化钾中以及水浴中进行。
对于在上述偏振器的一侧或两侧制备的透明保护膜的形成材料，具有显著的透明性，机械强度，热稳定性，阻湿性能，各向同性等是优选的。对于上述保护膜的材料，可以提及的有例如聚酯型聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯；纤维素型聚合物，如二乙酰纤维素和三乙酰纤维素；丙烯酸型聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯；苯乙烯型聚合物，如聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS树脂)；聚碳酸酯型聚合物。此外，对于形成透明保护膜的聚合物的例子，可以提及的有聚烯烃型聚合物，如聚乙烯，聚丙烯，具有环型或降冰片烯结构的聚烯烃，乙烯-丙烯共聚物；氯乙烯型聚合物；酰胺型聚合物，如尼龙和芳香聚酰胺；酰亚胺型聚合物；砜型聚合物；聚醚砜型聚合物；聚醚-醚酮型聚合物；聚苯硫型聚合物；乙烯基醇型聚合物，亚乙烯基二氯型聚合物；乙烯丁醛型聚合物；烯丙酯型聚合物；聚氧化亚甲基型聚合物；环氧型聚合物，或者上述聚合物的共混物。此外，可以提及含有热固型或紫外固化型树脂的薄膜，例如丙烯酸型，氨基甲酸乙酯型，丙烯酸氨基甲酸乙酯型，环氧型和硅氧烷型薄膜。通常，保护膜的厚度不大于500微米，优选1～300微米，更优选5～200微米。
对于透明保护膜，由于偏振特性和耐久性的缘故，纤维素基聚合物如三乙酰纤维素有优选的，三乙酰纤维素薄膜是特别合适的。另外，当在偏振器的两侧制备透明保护膜时，在前面和后面可以使用由相同聚合物材料构成的透明保护膜，或者可以使用由不同聚合物材料等构成的透明保护膜。
此外，如日本专利公开出版No.2001-343529(WO 01/37007)所描述的，可以提及的聚合物膜有，例如，包含(A)侧链上含取代的和/或未取代的酰亚胺基的热塑型树脂和(B)侧链上含取代的和/或未取代的苯基和腈基的热塑型树脂的树脂组合物。作为说明性的实例，可以提及这样一种膜，该膜由包含异丁烯和N-甲基马来酰亚胺的交替共聚物以及丙烯腈-苯乙烯共聚物的树脂组合物组成。可以使用含树脂组合物挤压物混合物的膜。
此外，优选透明保护膜尽可能无色。因此，优选使用这样一种保护膜，其膜厚度方向上的相差值，由Rth＝[(nx+ny)/2-nz]x d表示，为-90nm～+75nm(其中，nx和ny表示膜平面上主折射率，nz表示膜厚度方向上的折射率，d表示膜厚度)。因此，由保护膜产生的偏振片的色彩(光学色彩)可以通过使用厚度方向上相差值(Rth)为-90nm～+75nm的保护膜而基本消除。优选厚度方向上的相差值(Rth)为-80nm～+60nm，特别优选为-70nm～+45nm。
上述偏振器和保护膜一般用水性粘合剂等粘附在一起。作为水性粘合剂，可以列举的有聚乙烯醇基粘合剂，明胶基粘合剂，乙烯基胶乳基，水性聚氨酯，水性聚酯等。
对于上述保护膜的极化-粘附表面的反面，可以使用具有硬涂层和进行各种处理的薄膜，这些处理有助于抗反射、防粘附、散射或抗刺眼。
为了保护偏振片的表面不受损害，进行硬涂层处理，并且该硬涂敷薄膜可以是用下列方法形成的，其中例如具有优异硬度、滑动性等的可固化涂敷膜被加到保护膜的表面上，所述保护膜使用合适的紫外固化型树脂，例如丙烯酸型和硅氧烷型树脂。为了抵抗偏振片表面上的户外光线的反射，进行抗反射处理，并且其可以通过根据常规方法等形成抗反射膜来制备。此外，为了防止与连接层粘附，进行防粘附处理。
另外，为了避免这样的缺点，即防止偏振片表面上的户外光线反射破坏透过偏振片的透射光的视觉识别，进行抗刺眼处理，并且可以通过例如使用合适的方法，如采用喷砂或压花的粗糙表面处理以及结合透明细颗粒的方法，在保护膜的表面上给出精细凸-凹结构来进行处理。对于为了在上述表面上形成精细凸-凹结构所结合的细颗粒，可以使用平均粒径为0.5-50微米的透明细颗粒，例如无机型细颗粒，其可具有传导性，含有二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化锡、氧化铟、氧化钙、氧化锑等；和含有交联或非交联聚合物的有机型细颗粒。当在表面上形成精细凸-凹结构时，相对于在表面上形成精细凸-凹结构的100重量份透明树脂而言，细颗粒的用量通常为约2-50重量份，并优选5-25重量份。抗刺眼层可作为散射层(观测角扩大功能等)散射通过偏振片的透射光并扩大观测角等。
此外，可以在保护膜本身中制备上述防反射层，防粘合层，散射层，抗刺眼层等，这些层也可以作为独立于保护层的光学层来制备。
如上述图1、图2或图3所示，可以将其他类型的光学膜片进一步层压在该光学膜片上。其他类型的光学膜片可以被安排在上述光学膜片的层之间，或者位于最外层。
上述偏振片可用作椭圆偏振片或圆偏振片，其上层压了延迟片。下一段描述了上述的椭圆偏振片或圆偏振片。这些偏振片把线性偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光，把椭圆偏振光或圆偏振光变成线性偏振光，或者借助于延迟片改变线性偏振的偏振方向。使用了1/4波片(也称为λ/4片)作为把圆偏振光变成线性偏振光或者把线性偏振光变成圆偏振光的延迟片。通常地，当改变线性偏振光的偏振方向时，使用半波片(也称为λ/2片)。
通过补偿(防止)由超扭曲向列(STN)型液晶显示器的液晶层的双折射产生的变色(蓝或黄色)，椭圆偏振片有效地用于给出单色显示而不是上述的变色。而且，当液晶显示器的屏幕从一个斜向观测时，控制三维折射率的偏振片可以优选补偿(防止)产生的变色。圆偏振片在下述情况下可以有效地使用，例如，当调节能提供彩色图像的反射型液晶显示器的图像的色调时，圆偏振片也有抗反射的功能。
观测角补偿膜可以作为所提及的其他类型光学膜片。观测角补偿膜是一种用于延伸观测角使图像比较清晰的薄膜，即使当从一个略微斜的方向来观察而不是从屏幕的垂直方向也是如此。
作为这样一个观测角补偿延迟片，此外，可以使用的膜具有由单轴拉伸或者双向垂直拉伸导致的双折射性质，并将该双向拉伸的膜作为倾斜取向的膜。作为倾斜取向的膜，例如，可以提及的膜是通过下列方法得到的把热收缩膜粘附到聚合物膜上，然后加热和拉伸或在收缩力作用下进行收缩，或者是在倾斜方向取向的膜。观测角补偿膜是为了防止由可观测角的变化引起的变色，依据液晶元件的延迟等以及具有良好可视性的观测角的扩张而合适地结合起来的。
此外，为了获得有好的可见度的宽观测角，可以优选使用一种补偿片，在补偿片中由液晶聚合物的取向层，特别是由discotic液晶聚合物的倾斜取向层组成的光学各向异性层承载在三乙酰纤维素膜上。
对实际使用的光学层没有特殊限制，可以使用一层或两层或更多的光学层，其可用于形成液晶显示器等，比如反射器，逆反射器(transreflector)。特别优选的偏振片是反射型偏振片或逆反射型(transflective type)偏振片，其中反射片或逆反射片被进一步层压在偏振片上；或者偏振片，其中亮度增强膜被进一步层压在偏振片上。
在偏振片上制备一个反射层以得到反射型偏振片，将这种类型的偏振片用于液晶显示器，其中来自观测一侧(显示一侧)的入射光被反射以显示。这种类型的偏振片不需要内置光源，比如一个后置灯，但是有一个优点，那就是液晶显示器可以很容易地制得很薄。反射型偏振片可以使用合适的方法制成，例如这种方法将金属等的反射层，如果需要，通过保护层等粘附到偏振片的一个面上。
作为反射型偏振片的一个例子，可以提及这样一种偏振片，如果需要，在其上形成一个反射性层，这可以采用这种方法，把反射性金属例如铝的薄片和蒸气沉积膜粘附到冰铜处理的保护膜的一面上。此外，可以提及的一个在表面上有精细凹凸结构的不同形态的偏振片可以通过把细颗粒混合在上述保护膜内得到，在其上制备凹凸结构的反射层。具有上述精细凹凸结构的反射层通过漫反射散射入射光，以防止直接性和刺眼现象，并有一个优点是控制亮和暗等的不均匀性。此外，含有细颗粒的保护膜有一个优点，即可以更有效地控制亮和暗的不均匀性，结果入射光和通过膜透射的反射光得以散射。通过保护膜的表面精细凹凸结构而达到在表面上具有精细凹凸结构的反射层可以通过这一方法来形成把金属直接附加在透明保护层的表面上，使用例如真空蒸发法的合适方法，例如真空沉积法，离子电镀法，喷镀法，和电镀法等。
取代将反射片直接给到上述偏振片保护膜上的方法，还可以使用这种方法反射片用作通过在合适的透明膜上制备反射层而形成的反射片。此外，由于反射层通常由金属制成，人们就希望反射面在使用时用保护膜或偏振片等包起来，其出发点是，防止由于氧化导致的反射度的降低，长时间保持其初始反射度，避免单独地制备保护层等。
此外，逆反射型偏振片可以通过制备上述反射层作为逆反射型反射层来获得，比如反射和透射光的半透明反射镜等。逆反射型偏振片通常在液晶元件的背面制备，而且它可以形成这样一种类型的液晶显示单元，其中图像被从观测一面(显示一面)反射来的入射光显示出来，这是指用在光照比较好的环境中。而且这一单元在比较暗的环境下使用嵌入式光源，比如在逆反射型偏振片的背面安装的后置灯来显示图像。也就是说，在一个照明良好的环境下，逆反射型偏振片可以用于获得能节省诸如后置灯的光源能量的这种类型的液晶显示器。如果需要，在一个比较黑暗的环境中等逆反射型偏振片可以和内置型光源一起使用。
也可以在亮度增强膜和上述反射层之间制备散射片等。被亮度增强膜反射的偏振光转到上述反射层等中，并且所安置的散射片均匀地散射透过光，并同时将光的状态改变为消偏振。即，散射片使偏振光返回到自然光状态。重复进行这样的步骤使处于消偏振状态即自然光状态的光经过反射层等进行反射，并再次通过朝向反射层等的散射片进入亮度增强膜。以这种方式将使偏振光返回到自然光状态的散射片安置在亮度增强膜和上述反射层等之间，因此当保持显示屏的亮度并同时控制显示屏亮度不均匀性的时候，可提供均匀并且明亮的屏幕。通过制备这样的散射片，应该考虑到，第一次入射光反射的重复次数增加到一定程度可提供与散射片的散射功能相结合的均匀并且明亮的显示屏。
上述光学膜片中，每个光学膜片都是层压在一起的。尽管光学膜片可以用在液晶显示器等的制造过程中依次分别进行层压的方法而形成，但是预先层压形式的光学膜片有一个显著的优点，即它在质量和组装可操作性等方面有良好的稳定性，从而可以提高液晶显示器的制造过程的能力。
还可以在本发明的光学膜片中使用粘合层。可以使用压敏粘合层来粘附到液晶元件上，还可以用于层压光学膜。在粘合上述光学膜片的情况下，光轴可以根据所需的相差特性设定合适的构造角度。
对形成粘合层的压敏粘合剂没有特别限定，例如可以适当选择下列物质作为基片共聚物丙烯酸型聚合物；硅氧烷型聚合物；聚酯，聚氨酯，聚酰胺，聚醚；氟型和橡胶型聚合物。特别是，可以优选使用如丙烯酸型压敏粘合剂的压敏粘合剂，它们有优异的光学透明性，显示具有适当润湿性、内聚性和粘合性的粘附特性，并具有显著的耐侯性，耐热性等。
此外，具有低吸湿性和优异耐热性的粘合层是需要的。这是由于需要这些特征来防止由于吸湿导致的起泡和剥离现象，预防由热膨胀不同等引起的光学特性的降低和液晶元件曲率的降低，和制造优异的具有高质量耐久性的液晶显示器。
粘合层可含有添加剂，例如天然或合成树脂，粘合树脂，玻璃纤维，玻璃珠，金属粉末，含有其它无机粉末等的填料，颜料，色料和抗氧化剂。此外，粘合层可以含有细颗粒并显示光散射性质。
采用合适的方法可以把粘合层粘附到光学膜片的一面或两面上。作为一个例子，可以制备大约10％-40％重量的压敏粘合剂溶液，其中基础聚合物或者其组合物被溶解或分散在例如甲苯或乙酸乙酯或这两种溶剂的混合溶剂中。使用合适的展开方法，比如流动法和涂层法，可以把溶液直接涂到光学膜片上面，或者如上所述，粘合层在分离器上一次形成，然后再转移到偏振片或光学膜片上。
粘合层也可以在偏振片或光学膜片的一面或两面上制备，其中具有不同组成或不同种类等的压敏粘合剂可以叠加在一起。此外，当在两面制备粘合层时，具有不同组成、不同种类或厚度等的粘合层可以用在偏振片或光学膜片的前面或后面。根据使用目的或粘合强度等可以适当地决定粘合层的厚度，通常为1-500微米，优选5-200微米，更优选10-100微米。
为了防止污染，在粘合层暴露的一面粘附上一个临时隔离器，直到实际使用时为止。从而，这可以在正常操作时防止外来物质接触粘合层。作为一个隔离器，不考虑上述厚度条件，例如，可以使用合适的常规片状材料，如果需要，可以用隔离剂，如硅氧烷型、长链烷基型、氟型隔离剂以及硫化钼进行涂敷。可以使用的合适的片状材料包括塑料膜，橡胶片，纸，布，非纺织布，网状物，泡沫片以及金属箔或其层压片。
此外，在本发明中，通过加入紫外线吸收剂，例如水杨酸酯型化合物，苯酚型化合物，苯并三唑型化合物，氰基丙烯酸酯型化合物，以及镍复合盐型化合物，可使上述各层，如用于偏振片、透明保护膜和光学膜片等的偏振器和粘合层具有紫外线吸收性能。
本发明的光学膜片可以优选用于制造各种设备，例如液晶显示器等。可以用常规方法组装液晶显示器。也就是，液晶显示器通常是通过合适的组合几种部件，例如液晶元件、光学膜片、以及如果必要的照明系统，并且加入驱动线路制造出来的。照明设备优选使用本发明的光学膜片。也可以使用任何任意类型的液晶元件，例如TN型，STN型，π型。
可以制造合适的液晶显示器，例如上述光学膜片安置在液晶元件的一面或两面，并带有作为照明系统的背景光或反射片的液晶显示器。在这种情况下，本发明的光学膜片可以安装在液晶元件的一面或两面上。当把光学膜片安装在两面上时，它们可以是同种类型也可以是不同种类型。此外，在组装液晶显示器时，合适的部件如散射片，防刺眼层，抗反射膜，保护片，棱镜组，透镜组片，光散射片以及背景灯可以安装在一层或两层或多层的合适位置。
如图4所示，优选照明系统是这样一种照明设备本发明光学膜片的圆偏振光分离层(1)面对着平面光源(6)的表面那一面，该光源在光发射表面的背面有一个反射层(5)。而且优选上述照明设备在圆偏振光分离层(1)和平面光源(6)面之间至少有一个棱镜组层。此外，优选棱镜组具有这样的结构上层和下层含两个或多个棱镜组的层的排列方向可以相互交叉。而且，优选液晶显示器具有这样的结构液晶元件位于照明设备的光发射侧。
下面，将解释有机电致发光设备(有机EL显示器)。一般地说，在有机EL显示器中，透明电极，有机发光层和金属电极按此顺序被层压到透明基片上，构成一个发光物(有机电致发光物)。这里，有机发光层是各种有机薄膜的层压材料，并且具有各种组合的很多组合体是已知的，例如，含有三苯胺衍生物等的孔注射层的层压材料；含有荧光有机固体如蒽的发光层；含有如发光层和苝衍生物等的电子注射层的层压材料；以及这些孔注射层，发光层和电子注射层等的层压材料。
有机EL显示器发射光的原理是这样的空穴和电子通过在透明电极和金属电极之间施加电压而注射到有机发光层中，这些空穴和电子的重新组合产生的能量激发出荧光物质，随后当被激发的荧光物质返回基态时就发出了光。一种发生在中间过程称作重组的机理与在常用二极管中的机理是相同的，并且正如所期望的那样，伴随对施加电压的整流性质，在电流和发光强度之间存在强的非线性关系。
在有机EL显示器中，为了从有机发光层中取得发光，至少一个电极必须透明。通常使用由透明电导体例如铟锡氧化物(ITO)形成的透明电极作为阳极。另一方面，为了使电子注射容易些并增加发光效率，重要的是用小功函数的物质作阴极，通常使用如Mg-Ag和Al-Li的金属电极。
在这种结构的有机EL显示器中，用各种约10nm厚的薄膜形成有机发光层。因此，正如通过透明电极一样，光几乎完全透射通过有机发光层。从而，当光不发射时，由于光从一个透明基片的表面作为入射光进入并透射通过透明电极和有机发光层，然后被金属电极反射，再在透明基片的前表面一端出现，有机EL显示器的显示一端从外面看像是镜子。
在含有机电致发光物的有机EL显示器中，有机电致发光物在有机发光层的表面端装备有透明电极，其中有机发光层在电压作用下会发光，有机电致发光物同时也在有机发光层的背面装备有金属电极，当在透明电极的表面一侧制备偏振片时，延迟片可以安装在这些透明电极和偏振片之间。
由于延迟片和偏振片有这种功能使从外部作为入射光进入的并被金属电极反射的光偏振，它们通过偏振作用具有使金属电极的镜表面从外部看不到的效果。如果用1/4波片构成延迟片，并将偏振片和延迟片间的两个偏振方向之间的角度调节为π/4，金属电极的镜面可完全被隐蔽起来。
这意味着在偏振片的作用下，只有作为入射光进入该有机EL显示器的外部光的线性偏振光组分被透射了。这种线性偏振光一般通过延迟片给出椭圆偏振光，特别是延迟片是1/4波片时，此外当偏振片和延迟片的两个偏振方向之间的角度调节到π/4时，它给出圆偏振光。
这种圆偏振光透射通过透明基片，透明电极和有机薄膜，并被金属电极反射，然后再次透射通过有机薄膜，透明电极和透明基片，再用延迟片转化成线性偏振光。由于这种线性偏振光与偏振片的偏振方向成直角，它不能透射通过偏振片。结果，金属电极的镜面可以被完全隐蔽起来。
通过丙烯酰基压敏粘合层分别将延迟层(3)层压在所得光学膜片的延迟层(2)上(如图2所示)，并如图3所示，将已经吸收了碘的聚乙烯醇膜层压在延迟层(3)上作为吸收型偏振膜(4)，使延迟层(3)的光学轴和吸收型偏振膜(4)的透射轴成45°角，而获得光学膜片。
如图4所示，安装所得的上述光学膜片，使胆甾醇液晶层(1)被安装在含反射层的平面照明光源上，获得照明设备。对将液晶元件安装在这种照明设备光发射侧(吸收型偏振膜(4)侧)的液晶显示器，从斜的方向观察色调进行评估。对斜向观察到的色调的评估是通过目测进行的。表1列出了结果。
表1
权利要求
1.一种光学膜片，该膜片中层压了至少一层胆甾醇液晶层(1)和一层延迟层(2)，其中延迟层(2)的平面内延迟度(nx1-ny1)x Dre为5nm或更小，[其中，两个平面内方向上的主折射率被定义为nx1和ny1(这里nx1≥ny1)，厚度方向上的折射率被定义为nz1，和厚度被定义为Dre(nm)]；以及从如下的Dch、ne和no计算而得的实际厚度方向上的延迟度RZch＝Dchx(ne-no)/2，[其中胆甾醇液晶层(1)的正常折射率被定义为no，而异常折射率被定义为ne，胆甾醇液晶层的厚度被定义为Dch(nm)]，和由下面所示的Dre、np和nz计算得到的厚度方向上的延迟度RZre＝Dre x(np-nz)[其中延迟层(2)的平面内折射率的平均值被定义为np＝{(nx1+ny1)/2}]，两者之间的关系为RZre/(-RZch)＝0.05～0.35。
2.一种光学膜片，该膜片中将至少一个平面内延迟度(nx2-ny2)x d2＝90～200nm的延迟层(3)进一步层压到权利要求1的光学膜片的延迟层(2)那一侧，其中两个平面内方向上的主折射率被定义为nx2和ny2(这里nx2≥ny2)，厚度方向上的折射率被定义为nz2，并且厚度被定义为d2(nm)。
3.一种光学膜片，其中在权利要求2的光学膜片的延迟层(3)的一侧上再层压一个吸收型偏振膜(4)，使延迟层(3)的光学轴和吸收型偏振膜(4)的透射轴的交角为35～55°。
4.一种光学膜片，其中在权利要求1～3任意一项的光学膜片上再层压至少一层其他的光学膜片。
5.一种使用了权利要求1～4任意一项的光学膜片的照明设备。
6.一种图象观测显示器，其中使用了权利要求1～4任意一项中的光学膜片或者权利要求5的照明设备。
全文摘要
一种光学膜片，该膜片中至少层压了一层胆甾醇液晶层(1)和延迟层(2)，其中延迟层(2)的平面内延迟度(nx
文档编号G02F1/13357GK1447160SQ0310739
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月25日 优先权日2002年3月25日
发明者川本育郎, 首藤俊介, 中西贞裕 申请人:日东电工株式会社