专利名称：光学薄膜，椭圆形偏振片和图像显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种层压光学薄膜。本发明的层压光学薄膜可以独立地或与其它光学薄膜一起用作各种光学薄膜如延迟片，视角补偿薄膜，光学补偿薄膜，椭圆形偏振片(包含圆形偏振片)和亮度增强薄膜。特别在将其用作与偏振片层压的椭圆形偏振片的情况，本发明的层压的光学膜是有用的。此外，本发明涉及使用层压光学薄膜和椭圆形偏振片等的图像显示器例如液晶显示器，有机EL(电致发光)显示器，PDP等。本发明还涉及其上制备有有关光学散射片的光学元件。本发明的层压光学薄膜和椭圆形偏振片可以用于各种如上所述的液晶显示器等，并且特别适宜用于可以在便携信息和通讯仪器和个人计算机等上安装的半透反射型液晶显示器。
背景技术：
常规地，其功能为入射具有在宽带中的波长的光(在可见光区域)的1/4波片或1/2波片的宽带延迟片适宜用于半透反射型液晶显示器等。对于这种宽带延迟片，建议了一种层压薄膜，其中用相互交叉的光轴将具有光学各向异性的多种聚合物薄膜层压。通过两张或多张拉伸薄膜的光轴相互交叉而在这些层压薄膜中实现宽带。例如，参考日本专利公开5-100114专利局公报，日本专利公开10-68816专利局公报和日本专利公开10-90521专利局公报。
但是，存在缺陷，即使在使用具有在上面所述的参考专利中所公开组成的宽带延迟片时，在相对于屏幕垂直线方向的垂直和水平对角线方向观察引起色调反转，其给予显示器改变的色调或在白色图像和黑色图像之间的改变。
发明内容
本发明旨在提供一种光学薄膜，其在相对于图像垂直线方向的对角线方向观察显示器可以抑制显示器的着色，并且作为结果，可以显示具有很少色调反转区域的图像。
此外，本发明旨在提供一种其中层压了上面所述的光学薄膜和偏振片的椭圆形偏振片。此外，本发明旨在提供一种使用上面所述的光学薄膜或椭圆形偏振片的图像显示器。
为了解决上面所述的问题，由本发明人的专心研究表明使用下面层压光学薄膜可以达到上面所述的目的，并且导致本发明的完成。
即，本发明涉及一种层压光学薄膜，其包含光学薄膜(1)，这样控制其三维折射率，以便用Nz＝(nx1-nz1)/(nx1-ny1)表示的Nz系数满足Nz≤0.9的关系，其中将在薄膜平面内给予折射率最大值的方向定义为X-轴，垂直于X-轴的方向定义为Y-轴，薄膜的厚度方向定义为Z-轴，将在各个轴方向的折射率分别定义为nx1、ny1和nz1，和光学薄膜(2)，其是用倾斜对准的显示负光性单轴性能的物质形成的。
在本发明如上所述的层压光学薄膜中，将具有控制三维折射率的光学薄膜(1)和其中显示负光性单轴性能的物质被倾斜对准的光学薄膜(2)层压，其用作在宽带上具有补偿性能并且具有宽视角的延迟片。使用所述的层压光学薄膜的图像显示器如液晶显示器可以实现宽视角，并且此外，其在相对于显示屏的对角线方向观察，可以抑制显示器的着色，由此可以显示具有很少色调反转区域的图像。
在其三维折射率被控制的光学薄膜(1)中，由上面所述的描述所定义的Nz系数为Nz≤0.9。Nz＞0.9的Nz系数不容易实现宽视角，并且在显示屏的对角线方向观察的情况下，不能有效地抑制显示器的着色，但提供对比度反转，即在对角线方向色调反转。Nz系数越小越好，优选其满足Nz≤0.3，并且更优选为Nz≤0.2。此外，在光学薄膜(1)中，可以包含(nx1-nz1)＜0且Nz系数可以具有负值的情况。但是，考虑视角在垂直和水平方向中的扩大，优选将Nz系数控制为-1或更大，并且更优选为-0.5或更大。
在上面所述的层压光学薄膜中，对于形成光学薄膜(2)的显示负光性单轴性能的物质，优选其为蝶状(discotic)液晶化合物。尽管对显示负光性单轴性能的物质没有特别限制，但是考虑到实现对倾斜对准的有效控制，优选蝶状液晶化合物为通常可获得的材料，并且具有比较低的成本。
在上面所述的层压光学薄膜中，优选将形成光学薄膜(2)的显示负光性单轴性能的物质倾斜对准，以便光学薄膜(2)的平均光轴和垂直线方向可以得到5度至50度的倾斜角。
将光学薄膜(2)与具有控制的三维折射率的光学薄膜(1)结合以用作如上所述的层压光学薄膜。并且当将其安装在液晶显示器等中时，通过控制上面所述的光学薄膜(2)的倾斜角为5度或更大，它可以证明大的视角扩大。另一方面，通过控制上面所述的倾斜角为50度或更小，在垂直和水平方向(4个方向)中的任何方向实现优异的视角，由此可以抑制其中视角的质量是依靠方向改变的这样一种现象。考虑到上面所述的理由，优选倾斜角为10度至30度。
此外，显示负光性单轴性能的光学物质(例如，蝶状液晶分子)的倾斜对准状态可以是均匀倾斜对准，其不随薄膜平面内部的距离而改变，并且可以随上面所述的光学材料与薄膜平面内部之间的距离而改变。
再有，本发明涉及一种层压光学薄膜，其包含上面所述的层压光学薄膜和光学薄膜(3)，该光学薄膜(3)满足于nx3＞ny3≈nz3并且显示正光性单轴性能，其中将在薄膜平面内给予折射率最大值的方向定义为X-轴，垂直于X-轴的方向为Y-轴，薄膜的厚度方向为Z-轴，将在各个轴方向的折射率分别定义为nx3、ny3和nz3。
进一步将显示正光性单轴性能的光学薄膜(3)层压至层压光学薄膜上，所述的层压光学薄膜是将其中具有控制三维折射率的光学薄膜(1)和其中显示负光性单轴性能的物质被倾斜对准的光学薄膜(2)层压的。并且由此使用所述层压光学薄膜的图像显示器如液晶显示器可以实现更宽的视角，其在相对于显示屏的对角线方向观察的情况下，可以抑制显示器的着色，并且此外可以显示具有更少色调反转区域的图像。
在上面所述的其中层压了光学薄膜(3)的层压光学薄膜中，这样的结构可以实现宽视角，其中将具有控制三维折射率的光学薄膜(1)安置在显示正光性单轴性能的光学薄膜(3)和其中显示负光性单轴性能的物质被倾斜对准的光学薄膜(2)之间，为了在对角线方向观察的情况下更有效地控制色调反转区域而优选它。
此外，本发明涉及一种其中层压了上面所述的层压光学薄膜和偏振片的椭圆形偏振片。上面所述的椭圆形偏振片是一种层压了光学薄膜(3)的层压光学薄膜，考虑到在对角线方向观察的情况下的色调反转区域，优选将偏振片层压在光学薄膜(3)的一侧上。
此外，本发明涉及一种其中层压了上面所述的光学薄膜或椭圆形偏振片的图像显示器。
图1所示为本发明一个实施方案的层压光学薄膜的剖视图；图2所示为本发明一个实施方案的层压光学薄膜的剖视图；图3所示为本发明一个实施方案的层压光学薄膜的剖视图；图4所示为本发明一个实施方案的层压光学薄膜的剖视图；图5所示为本发明一个实施方案的椭圆形偏振片的剖视图；图6所示为本发明一个实施方案的椭圆形偏振片的剖视图；图7所示为本发明一个实施方案的椭圆形偏振片的剖视图；图8所示为参考实施例一个实施方案的椭圆形偏振片的剖视图；和图9所示为实施例的半透反射型液晶显示器实例的剖视图。
具体实施例方式
下面将参考附图描述本发明的层压光学薄膜。如图1所示，在本发明层压光学薄膜中，将具有控制三维折射率的光学薄膜(1)和其中显示负光性单轴性能的物质被倾斜对准的光学薄膜(2)层压。图2或4所示为一种层压光学薄膜，其中进一步将显示正光性单轴性能的光学薄膜(3)层压至上面所述的光学薄膜。在图2中，在光学薄膜(1)的一侧上层压光学薄膜(3)，并且在图3，在光学薄膜(2)的一侧上层压光学薄膜(3)。此外，在图4，在光学薄膜(1)和光学薄膜(2)之间层压光学薄膜(3)。光学薄膜(3)的层压位置可以在光学薄膜(2)的一侧上和/或在光学薄膜(1)的一侧上，并且此外可以是它们之间的任何位置。如图2所示，优选在光学薄膜(1)的一侧上层压光学薄膜(3)，并且在光学薄膜(2)和光学薄膜(3)之间层压光学薄膜(1)。
此外，可以将偏振片(P)层压至层压光学薄膜，得到椭圆形偏振片。图5至7所示为其中将偏振片(P)层压至图2至图4所示的层压光学薄膜的椭圆形偏振片(P1)。此外，对于偏振片(P)相对层压光学薄膜的层压位置没有特别限制，并且由于当将其安装在液晶显示器中时，其更宽地扩大视角，因此如图5至6所示，优选在光学薄膜(3)的一侧层压偏振片(P)。特别优选图5的情形。
此外，在图1至图7中，通过压敏粘合剂层(a)而层压每一种光学薄膜和偏振片。压敏粘合剂层(a)可以是单层的，并且可以是具有多层的多层粘合剂层。
对于具有控制三维折射率的光学薄膜(1)，可以使用任何光学薄膜，只要其用Nz＝(nx1-nz1)/(nx1-ny1)表示的Nz系数满足Nz≤0.9的关系即可，其中将在薄膜平面给予折射率最大值的方向定义为X-轴，垂直于X-轴的方向定义为Y-轴，薄膜的厚度方向定义为Z-轴，将在各个轴方向的折射率分别定义为nx1、ny1和nz1。
对于制备光学薄膜(1)的方法没有特别限制，并且可以提及例如一种方法，其中将聚合物薄膜在平面的方向双轴拉伸，和一种方法，其中将聚合物薄膜在平面的方向单轴或双轴拉伸，然后也在厚度方向拉伸。此外，可以提及一种方法，其中将可热收缩薄膜粘合至聚合物膜，在通过由加热导致的收缩力的影响下，给予聚合膜拉伸处理和/或收缩处理。通过这些方法控制在厚度方向的折射率，并且控制对准状态，以便得到的拉伸薄膜的三维折射率可以为Nz≤0.9。
对于形成光学薄膜(1)的聚合物，可以提及例如聚碳酸酯；聚烯烃例如聚丙烯；聚酯例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯；降冰片烯聚合物；聚乙烯醇；聚乙烯醇缩丁醛；聚甲基·乙烯基醚；聚丙烯酸羟乙脂；羟乙基纤维素；羟丙基纤维素；甲基纤维素；聚烯丙酯；聚砜；聚醚砜；聚苯硫；聚苯醚；聚烯丙基砜；聚酰胺；聚酰亚胺；聚氯乙烯；纤维素聚合物如三乙酰基纤维素；丙烯酸聚合物；苯乙烯聚合物或者各种它们的二元基或三元基的共聚物，以及接枝共聚物，混合材料。
在光学薄膜(1)中，Nz≤0.9，但优选其正面延迟((nx1-ny1)×d1(厚度nm))为10至400nm，并且更优选为50至200nm。优选在厚度方向的延迟((nx1-nz1)×d1为10至400nm，并且更优选为50至300nm。
对于光学薄膜(1)的厚度(d1)没有特别限制，但是，优选其为1至150微米，并且更优选为5至50微米。
形成光学薄膜(2)的显示负光性单轴性能的物质表示这样一种物质，其中对于具有三维折射率的椭圆体而言，在主轴方向的折射率比在其它两个方向的折射率小。
对于显示负光性单轴性能的物质，可以提及聚酰亚胺基物质，和液晶基物质如蝶状液晶化合物。此外，可以提及这样的物质，其中将作为主要成分的这些物质混合并且与其它低聚物和聚合物反应，得到以显示负光性单轴性能的物质倾斜对准的薄膜形式的固定态。当使用蝶状液晶化合物时，由分子结构、对准层的种类并且通过向光学各向异性层中适宜地加入的添加剂(例如增塑剂、粘合剂、表面活性剂)的使用，可以控制液晶分子的倾斜对准的状态。
优选光学薄膜(2)的正面延迟((nx2-ny2)×d2(厚度nm))为0至200nm，并且更优选为1至150nm。其中将在光学薄膜(2)的薄膜平面内给予折射率最大值的方向定义为X-轴，垂直于X-轴的方向定义为Y-轴，薄膜的厚度方向定义为Z-轴，将在各个轴方向的折射率分别定义为nx2、ny2和nz2。优选在厚度方向的延迟((nx2-hz2)×d2为10至400nm，并且更优选为50至300nm。
对于光学薄膜(2)的厚度(d2)没有特别限制，但是，优选其为1至200微米，并且更优选为2至150微米。
在进行光学薄膜(1)和光学薄膜(2)的层压中，优选这样层压这些薄膜，以便薄膜的每一种慢轴可以得到小于其它角的一个角度，为70度至90度，并且更优选为80度至90度。
对于显示正光性单轴性能的光学薄膜(3)，可以没有特别限制地使用满足于nx3＞ny3≈nz3关系的物质，其中将在薄膜平面给予折射率最大值的方向定义为X-轴，垂直于X-轴的方向定义为Y-轴，薄膜的厚度方向定义为Z-轴，将在各个轴方向的折射率分别定义为nx3、ny3和nz3。即，显示正光性单轴性能的物质表示这样一种物质，其中对于具有三维折射率的椭圆体而言，在主轴方向中的折射率比在其它两个方向的折射率大。
可以通过下面的方法得到显示正光性单轴性能的光学薄膜(3)对在光学薄膜(1)中举例说明的聚合物薄膜在平面方向给予单轴拉伸处理。此外，也可以使用棒状向列型液晶化合物。棒状向列型液晶化合物可以是倾斜对准的，由分子结构、对准层的种类并且通过向光学各向异性层中适宜地加入的添加剂(例如增塑剂、粘合剂、表面活性剂)的使用，可以控制液晶分子的倾斜对准的状态。
优选光学薄膜(3)的正面延迟((nx3-ny3)×d3(厚度nm))为0至500nm，并且更优选为1至350nm。优选在厚度方向的延迟((nx3-nz3)×d3为0至500nm，并且更优选为1至350nm。
对于光学薄膜(3)的厚度(d3)没有特别限制，但是，优选其为1至200微米，并且更优选为2至80微米。
具有在偏振器的一侧或双侧制备的透明保护膜的偏振器通常使用偏振片(P)。对于偏振器没有特别限制，但是可以使用各种偏振器。对于偏振器，例如可以提及这样的薄膜，其是在将二色性的物质如碘和二色性染料吸收到亲水性的高分子量聚合物薄膜后单轴拉伸的，所述的亲水性的高分子量聚合物薄膜如聚乙烯醇型薄膜，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；聚烯型取向薄膜，如脱水聚乙烯醇和脱盐酸聚氯乙烯等。在这些当中，适合使用拉伸后在薄膜上吸附和定向了二色性物质(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，但是通常采用的厚度大约为5至80μm。
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，可以将聚乙烯醇型薄膜浸渍于水中并漂洗。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，有望达到预防例如染色不均匀性的不均匀性的效果。拉伸可以在碘染色之后或同时进行，或相反地，碘染色可以在拉伸之后进行。拉伸可以在如硼酸和碘化钾的水溶液中以及水浴中进行。
对于在偏振器的一侧或双侧制备的透明保护膜，可以优选使用在下列方面是优异的的材料透明性，机械强度，热稳定性，阻湿性能，各向同性等。对于上面所述保护层的材料，例如可以提及聚酯型聚合物，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，作为形成保护膜的聚合物的实例，可以提及聚烯烃型聚合物，如聚乙烯，聚丙烯，具有环状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，偏氯乙烯型聚合物；乙烯缩丁醛型聚合物；烯丙酯型聚合物；聚甲醛型聚合物；环氧型聚合物；或者上面所述聚合物的共混物。可以提及由热固型或紫外固化型树脂制成的薄膜，例如丙烯酸基，氨基甲酸乙酯基，丙烯酰基氨基甲酸乙酯基，环氧基和硅氧烷基薄膜等。
此外，如在日本专利公开出版2001-343529(WO 01/37007)中所述，可以提及聚合物膜例如包含下面两种热塑性树脂的树脂组合物，(A)具有取代的和/或未取代的亚氨基在侧链的热塑性树脂，和(B)具有取代的和/或未取代的苯基和腈基在侧链的热塑性树脂。作为解释性的实例，可以提及由含有包含异丁烯和N-甲基马来酰亚胺的交替共聚物及丙烯腈-苯乙烯共聚物的树脂组合物制成的薄膜。可以使用包含树脂组合物等的混合挤出制品的薄膜等。
对于优选使用的透明保护薄膜，考虑到偏振特性和耐久性，适宜地是用碱将其表面皂化了的三乙酰基纤维素。通常，透明保护薄膜的厚度为约10至500μm，优选为20至300μm，并且特别优选30至200μm。
另外，优选具有尽可能少着色的透明保护薄膜。因此，可以优选使用在薄膜厚度方向用Rth＝[(nx+ny)/2-nz]×d表示的相差值为-90nm至+75nm的保护薄膜(其中，nx和ny表示薄膜平面内的主折射率，nz表示薄膜厚度方向的折射率，d表示薄膜厚度)。这样，使用在厚度方向相差值(Rth)为-90nm至+75nm的保护薄膜，可以大部分地消除由保护薄膜引起的偏振片的着色(光学着色)。优选在厚度方向相差值(Rth)为-80nm至+60nm，并且特别优选-70nm至+45nm。
对于透明保护膜，如果考虑偏振性能和耐久性，优选纤维素基聚合物如三乙酰纤维素，并且特别适宜的是三乙酰纤维素薄膜。此外，当在偏振器的两侧都提供透明保护膜时，可以都在正面和背面上使用包含相同聚合物材料的透明保护膜，并且可以使用包含不同聚合物材料等的透明保护膜。
将粘合剂用于上面所述偏振器和透明保护膜的粘合处理。对于粘合剂，可以提及聚乙烯醇衍生的粘合剂，明胶衍生的粘合剂，乙烯基聚合物衍生的胶乳型，水性聚氨酯基粘合剂，水性聚酯衍生的粘合剂等。
可以向还没有粘附有上面所述的透明保护膜的偏振膜的表面上制备硬涂层，或者进行抗反射处理，针对防粘附、散射或防眩的处理。为了保护偏振片的表面不受损害，进行硬涂层处理，并且可以用下列方法形成此硬涂层薄膜一种方法，其中例如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，将具有优异硬度、滑动性等的可固化涂敷薄膜添加到保护膜的表面上。为了抵抗户外光线在偏振片表面上的反射，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，为了防止户外光线在偏振片表面上的反射破坏透过偏振片的透射光的视觉识别的缺点，进行防眩处理，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。作为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至50μm的透明细颗粒，例如可具有传导性的无机型细颗粒，其包含二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化锡、氧化铟、氧化镉、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至50重量份，并优选为5至25重量份。防眩层可作为散射层(视角扩大功能等)，以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构造上面所述的防反射层，防粘合层，散射层，防眩层等，并且也可以将这些层作为不同于保护层的光学层来制备。
对形成粘合层(a)的压敏粘合剂没有特别限制，并且例如可以适当选择下列物质作为基础聚合物丙烯酸型聚合物；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，其具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，并具有显著的耐候性，耐热性等。
采用合适的方法可以把粘合层粘附到光学膜片的一侧或两侧上。作为一个实例，制备大约10％至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。可以提及这样两种方法一种方法，其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偏振片上面或光学膜片上面，或者一种方法，其中如上所述在分离器上一次形成粘合层，然后再转移到偏振片或光学膜片上。
粘合层可含有添加剂，例如天然或合成树脂，粘合剂树脂，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，着色剂和抗氧化剂。此外，它可以是一种含有细颗粒并显示光散射性质的粘合层。依靠使用的目的或粘合强度等，可以适宜地决定粘合层的厚度，并且通常为1至500μm，优选5至200μm，更优选10至100μm。
为了防止污染等，在粘合层的暴露的一侧粘附上一个临时隔离器，直到实际使用时为止。从而，它可以在正常操作时防止杂质接触粘合层。作为隔离器，不考虑上面所述的厚度条件，例如可以使用合适的常规片材，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。对于适宜的片材，可以使用塑料膜，橡胶片，纸，布，无纺布，网状物，泡沫片以及金属箔或其层压片。
此外，在本发明中，使用加入UV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的方法，可以给予上面所述各层例如用于偏振片、透明保护膜和光学膜片等的偏振器和粘合层的紫外线吸收性能。
可以将本发明的椭圆形偏振片适宜地用于图像显示器。例如，优选将其用于形成各种仪器如半透反射型液晶显示器。可以将半透反射型液晶显示器等适宜地用作便携式信息和通讯仪器和个人计算机。当形成半透反射型液晶显示器时，在液晶槽的背光(BL)上安置本发明的椭圆形偏振片。
在图9中，将本发明图5或7所示的椭圆形偏振片(P1)通过压敏粘合层安置在半透反射型液晶显示器中的液晶槽(L)的背光(BL)一侧上。尽管对于层压在液晶槽(L)的低侧(背光侧)的椭圆形偏振片(P1)的安置侧没有特别限制，但是优选将其这样安置，以便将椭圆形偏振片(P1)的偏振片(P)最大程度远离液晶槽(L)侧。在液晶槽(L)内包围液晶。在上面的液晶槽基材上提供透明电极，并且在下面的液晶槽基材上提供也作为电极的反射层。在液晶槽基材的上侧安置用于半透反射型液晶显示器的椭圆形偏振片(P2)和各种光学薄膜。也优选将椭圆形偏振片(P2)这样安置，以便将偏振片(P)最大程度元离液晶槽(L)侧。
此外，当在液晶显示器等中安置本发明的层压光学薄膜和椭圆形偏振片时，在光学薄膜(2)中，优选这样安排显示负光性单轴性能的物质的平均光轴(倾斜对准的平均角)，使其可以面对绝大部分与在液晶槽的厚度方向中间(中平面)中的液晶分子的对准方向相同的方向，其是通过从上侧和下侧施加的电压而对准的。对于上面所述的情况，液晶槽的对准可以是扭曲型的或非扭曲型的。
图9的半透反射型液晶显示器是作为液晶槽的实例而显示的，并且除了该实例外，可以将本发明的层压光学薄膜和椭圆形偏振片用于各种类型的液晶显示器。
此外，逆反射(transflective)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槽的背面制备，而且它可以形成这样一种类型的液晶显示单元，其中图像是通过从观测面(显示面)反射来的入射光显示出来的，这是指用在光照比较好的环境中。而且此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背光来显示图像。即，在一个照明良好的环境下，逆反射型偏振片可以用于获得可以节省光源如背光能量的这种类型的液晶显示器，并且如果需要，在一个比较黑暗的环境中等逆反射型偏振片可以使用内置型光源。
通常使用的偏振片是把偏振片和亮度增强膜粘附在一起的，是在液晶槽的背面制备出来的。亮度增强膜显示一种特征即反射具有预定偏振轴的线性偏振光，或者反射具有预定方向的圆偏振光，并当自然光通过液晶显示器的背景光或通过背后反射等进来时，透射其它光。通过把亮度增强膜层压在偏振片上而制得的偏振片，在没有预定的偏振状态下并不透射光而反射光，然而通过从光源例如背景灯接受光的方式获得具有预定的偏振状态的透射光。这种偏振片使得由亮度增强膜反射的光再通过在背部制备的反射层反射回来，强迫光再次进入亮度增强膜，并通过透射部分或全部具有预定偏振状态的光的方式，增加通过亮度增强膜的透射光的数量。偏振片同时提供了难以在偏振器中吸收的偏振光，并增加了可用于液晶图像显示器等的光的数量，作为结果，改善了发光度。即，当光通过后部光等从液晶槽的背后进入偏振器而不使用亮度增强膜的这种情况下，偏振方向不同于偏振器的偏振轴的大部分光被偏振器吸收而不通过偏振器透射。这意味着，尽管受所使用的偏振器的特征的影响，但是大约50％的光被偏振器吸收，可用于液晶图像显示器等的光的数量被极大降低，得到的显示图像变暗了。亮度增强膜不输入被偏振器吸附到偏振器的偏振方向的光，但是光被亮度增强膜反射一次，更进一步使得通过在背面制备的反射层等反转回来的光再次进入亮度增强膜。通过上述反复操作，只有当在二者之间反射和反转的光的偏振方向变为具有可以通过偏振器的偏振方向时，亮度增强膜透射光将其提供给偏振器。作为结果，可以将来自背后光源的光有效地用于显示液晶器的图像以获得一个亮的屏幕。
也可以在亮度增强膜和上述反射层之间制备散射片等。由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非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，并且由此可以提供均匀并且明亮的屏幕，而保持显示屏的亮度且同时控制显示屏亮度的不均匀性。通过制备这样的散射片，认为，第一次入射光反射的重复次数增加到足够程度，可以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。
将适当的薄膜用作上面所述的亮度增强膜。即，可以提及介电物质的多层薄膜；能透射具有预定偏振轴的线性偏振光并能反射其它光的层压膜，如具有不同折射指数各向异性的薄膜的多层层压膜(由3M有限公司制造的D-BEF以及其它制品)；胆甾醇型液晶聚合物的排列膜；能够反射左旋或右旋圆偏振光的并能透射其它光的膜，例如承载排列的胆甾醇液晶层的膜(由Nitto Denko CORPORATION生产的PCF350，由MerckCo.，Ltd.生产的Transmax，等)等。
因此，在透射具有上面所述预定偏振轴的线性偏振光的这种类型的亮度增强膜中，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，在作为胆甾醇液晶层的透射圆偏振光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，但是所需要的是在考虑到控制吸收损失下，把圆偏振光通过延迟片变成线性偏振光后，使光进入偏振器。此外，可以使用1/4波片作为延迟片来将圆偏振光转化成线性偏振光。
在一个宽的波长范围，例如可见光区，作为1/4波片工作的延迟片是用这种方法获得的对于波长为550nm的浅色光用作为1/4波片的延迟层，与具有其它延迟特性的延迟层如用作为1/2波片的延迟层层压。因此，位于偏振片和亮度增强膜之间的延迟片可以由一个或多个延迟层组成。
此外，也是在胆甾醇液晶层中，可以采用把具有不同反射波长的两层或多层层压在一起的结构，来获得在一个宽波长范围如可见光区域内能反射圆偏振光的层。因此使用这种类型的胆甾醇液晶层可以获得在宽波长范围内透射的圆偏振光。
此外，偏振片可以由偏振片层压层的多层膜和两个或多个上述分离型偏振片的光学层组成。因此，偏振片可以是反射型椭圆偏振片或者半透射型椭圆偏振片等，其中上述反射型偏振片或逆反射型偏振片与上述延迟片分别地组合起来。
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，例如液晶槽、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。在本发明中，除了使用本发明的椭圆形光学膜片外，对使用任何常规方法没有特别限制。也可以使用任何任意类型的液晶槽，例如TN型，STN型，π型。
可以制造合适的液晶显示器，例如上述椭圆形偏振片安置在液晶显示槽的一面或两面，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槽的一面或两面上。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。
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做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，并且通常使用如Mg-Ag和Al-Li的金属电极。
在这种结构的有机EL显示器中，用约10nm厚的非常薄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。并且，由于这种线性偏振光与偏振片的偏振方向成直角，它不能透射过偏振片。结果，金属电极的镜面可以被完全隐蔽起来。
实施例以下，参照实施例详细描述本发明；本发明完全不限于它们。在每个实施例中份表示重量份。
在对于每种光学薄膜的折射率和延迟的测量中，为了那些特性，在λ＝590nm下，使用自动双折射测量仪(由Oji Scientific Instruments制造的，自动双折射计KOBRA21 ADH)测量在薄膜平面内和厚度方向的主折射率nx、ny和nz。
在光学薄膜(2)中，相对于在光学薄膜(2)的慢轴上居中心的左边和右边，使由倾斜对准的光学物质的平均光轴和光学薄膜(2)的垂直线方向形成的倾斜角倾斜-50度至50度，并且由此用测量仪测量延迟。采用显示最小延迟的角的绝对值。此外，在测量中，当薄膜平面的垂直线与来自测量仪的光源的光的入射方向一致时，将测量角设置为0度。
实施例1(具有控制的三维折射率的光学薄膜(1))通过压敏粘合层，在厚度为70微米的透明聚碳酸酯薄膜的双侧上粘附包含双轴拉伸的聚酯薄膜的可热收缩薄膜。接着，在同时双轴拉伸仪中保持得到的薄膜，并且于155℃拉伸1.1倍。得到的拉伸薄膜具有的厚度为72微米，正面延迟140nm，厚度方向的延迟70nm，并且Nz系数0.5。
(其中显示负光性单轴性能的物质被倾斜对准的光学薄膜(2))使用由FUJI PHOTO FILM Co.，LTD.制备的WVSA 12B(厚度110微米)。所述的薄膜是通过涂布蝶状液晶至支撑介质而制备的，并且具有的正面延迟30nm，厚度方向的延迟160nm，并且倾斜对准的平均光轴的倾斜角20度。
(显示正光性单轴性能的光学薄膜(3))于170℃倍将厚度为100微米的降冰片烯基薄膜(由JSR，Inc.制备，产品名Arton)单轴拉伸1.5倍。得到的拉伸膜具有厚度75微米，正面延迟270nm，且厚度方向的延迟270nm。
(层压光学薄膜和椭圆形偏振片)通过压敏粘合层(丙烯酸基压敏粘合剂厚度30微米)层压光学薄膜(1)和光学薄膜(2)，得到层压的光学薄膜(图1)。接着，通过压敏粘合层(丙烯酸基压敏粘合剂厚度30微米)，将光学薄膜(3)层压在层压光学薄膜的光学薄膜(1)的一侧上，得到层压光学薄膜(图2)。此外，通过压敏粘合层(丙烯酸基压敏粘合剂厚度30微米)，将偏振片(P由NITTO DENKOCORP.制备的，TEG1645DU)层压在层压光学薄膜的光学薄膜(3)的一侧上，得到椭圆形偏振片(图5)。
实施例2(具有控制的三维折射率的光学薄膜(1))通过压敏粘合层，在厚度为70微米的透明聚碳酸酯薄膜的双侧上粘附包含双轴拉伸的聚酯薄膜的可热收缩薄膜。接着，在同时双轴拉伸仪中保持得到的薄膜，并且于165℃拉伸1.05倍。得到的拉伸薄膜具有的厚度为75微米，正面延迟140nm，厚度方向的延迟0nm，Nz系数0。
(层压光学薄膜和椭圆形偏振片)除了使用上述制备的拉伸膜作为在实施例1中的光学薄膜(1)外，重复与实施例1相同的方法，得到层压光学薄膜和椭圆形偏振片。
实施例3将在实施例1中所用的光学薄膜(1)，光学薄膜(2)，光学薄膜(3)和偏振片(P)以光学薄膜(1)/光学薄膜(2)/光学薄膜(3)/偏振片(P)的次序通过压敏粘合层(丙烯酸基压敏粘合剂厚度30微米)层压，得到椭圆形偏振片(图6)。
实施例4将在实施例1中所用的光学薄膜(1)，光学薄膜(2)，光学薄膜(3)和偏振片(P)以光学薄膜(1)/光学薄膜(3)/光学薄膜(2)/偏振片(P)的次序通过压敏粘合层(丙烯酸基压敏粘合剂厚度30微米)层压，得到椭圆形偏振片(图7)。
比较例1(延迟膜)使用单轴拉伸机，于155℃将厚度为70微米的透明聚碳酸酯薄膜单轴拉伸1.15倍。得到的拉伸薄膜具有厚度60微米，正面延迟140nm厚度方向的延迟140nm，Nz系数1。
(层压光学薄膜和椭圆形偏振片)除了使用上述制备的延迟膜(拉伸膜)代替在实施例1中的光学薄膜(1)外，重复与实施例1相同的方法，得到层压光学薄膜和椭圆形偏振片。
参考实施例1(显示正光性单轴性能的光学薄膜(3))于170℃将厚度为100微米的降冰片烯基薄膜(由JSR，Inc.制备，产品名Arton)单轴拉伸1.3倍。得到的拉伸膜具有厚度80微米，正面延迟140nm，厚度方向的延迟140nm。
将其命名为光学薄膜(3-2)。
(椭圆形偏振片)将在实施例1得到的显示正光性单轴性能的光学薄膜(3)用作光学薄膜(3-1)。如图8所示，通过压敏粘合层(丙烯酸基压敏粘合剂厚度30微米)将所述的光学薄膜(3-1)和光学薄膜(3-2)层压至偏振片(P由NITTODENKO CORP.制备的，TEG1645DU)上，得到椭圆形偏振片。
(评估)在图9中，将在实施例和比较例中制备的椭圆形偏振片安装在半透反射型TFT-TN型液晶显示器的背光侧上作为椭圆形偏振片(P1)。另一方面，将在参考实施例1中制备的椭圆形偏振片安装在观察侧上作为椭圆形偏振片(P2)。这样安装椭圆形偏振片(P1)和椭圆形偏振片(P2)二者，以便可以将偏振片侧安置在最大程度地离开液晶槽(L)侧的层压位置中。
接着，使用由ELDIM SA.制造的EZcontrast160D，以在上面所述的液晶显示器上显示白色图像和黑色图像的状态下，测量在正面及垂直和水平，和视角为0度至70度下，在XYZ色度系统中的Y值，x值和y值。
将当时给出对比度值(Y值(白色图像)/Y值(黑色图像))为10或更大的角度定义为视角。表1所示为结果。
此外，对于白色图像，分别测量和评估在垂直和水平倾斜40度的色度(x40，y40)与在屏幕正面的色度(x0，y0)的色度改变。通过下面的等式计算色度变化。表1所示为结果。
表1
权利要求
1.一种层压光学薄膜，其包含光学薄膜(1)，这样控制其三维折射率，以便用Nz＝(nx1-nz1)/(nx1-ny1)表示的Nz系数满足Nz≤0.9的关系，其中将在薄膜平面内给予折射率最大值的方向定义为X-轴，垂直于X-轴的方向定义为Y-轴，薄膜的厚度方向定义为Z-轴，将在各个轴方向的折射率分别定义为nx1、ny1和nz1，和光学薄膜(2)，其是用显示负光性单轴性能并且被倾斜对准的物质形成的。
2.根据权利要求1所述的层压光学薄膜，其中所述具有控制三维反射率的光学薄膜(1)的Nz系数满足Nz≤0.3的关系。
3.根据权利要求1或2所述的层压光学薄膜，其中形成所述光学薄膜(2)的显示负光性单轴性能的物质是蝶状液晶化合物。
4.根据权利要求1至3任何一项所述的层压光学薄膜，其中形成所述光学薄膜(2)的显示负光性单轴性能的物质是这样倾斜对准的，以便光学薄膜(2)的平均光轴和垂直线方向得到5度至50度的倾斜角。
5.一种层压光学薄膜，其包含根据权利要求1至4任何一项所述的层压光学薄膜，和光学薄膜(3)，其满足于nx3＞ny3≈nz3并且显示正光性单轴性能，其中将在薄膜平面内给予折射率最大值的方向定义为X-轴，垂直于X-轴的方向定义为Y-轴，薄膜的厚度方向定义为Z-轴，将在各个轴方向的折射率分别定义为nx3、ny3和nz3。
6.根据权利要求5所述的层压光学薄膜，其中所述具有控制三维反射率的光学薄膜(1)被安置在显示正光性单轴性能的光学薄膜(3)和其中显示负光性单轴性能的物质被倾斜对准的光学薄膜(2)之间。
7.一种椭圆形偏振片，其包含根据权利要求1至6任何一项所述的层压光学薄膜和偏振片。
8.根据权利要求7所述的椭圆形偏振片，其中所述偏振片被层压在根据权利要求5或6所述的层压光学薄膜的光学薄膜(3)一侧。
9.一种图像显示器，其包含根据权利要求1至6任何一项所述的层压光学薄膜，或根据权利要求7或8所述的椭圆形偏振片。
全文摘要
一种层压光学薄膜，其包含光学薄膜(1)，这样控制其三维折射率，以便用Nz＝(nx
文档编号G02F1/13363GK1508577SQ20031012370
公开日2004年6月30日 申请日期2003年12月16日 优先权日2002年12月16日
发明者
昌宏, 畑昌宏, 之, 冈田裕之, 下平起市, 市 申请人:日东电工株式会社