偏光片的製造方法、偏光片及採用偏光片的圖像顯示裝置的製作方法
2023-05-06 20:39:31
專利名稱：偏光片的製造方法、偏光片及採用偏光片的圖像顯示裝置的製作方法
技術領域：
本申請基於日本專利申請No.2002-353560，該申請通過引用結合於本文中。
本發明涉及一種用於圖像顯示裝置如液晶顯示裝置、有機場致發光(EL)顯示裝置或等離子顯示器(PDP)的偏光片，特別是涉及一種用於液晶顯示裝置的偏光片。
背景技術：
用於圖像顯示裝置(尤其是液晶顯示裝置)的偏光片如下所述地進行生產。例如，在對聚乙烯醇(PVA)薄膜進行了染色處理、交聯處理和拉伸處理之後，使薄膜乾燥並層壓在保護層之間，各保護層由透明保護膜如三乙醯纖維素(TAC)薄膜製成。在染色工藝中，採用二色性碘或二色性染料來對聚乙烯醇(PVA)薄膜染色。在交聯工藝中，用硼酸、硼砂等對薄膜進行交聯。在拉伸工藝中，對薄膜進行單軸拉伸。(染色、交聯和拉伸工藝不必分開地進行。一些工藝可同時地進行。這些工藝的順序並不受到特別的限制。)順便提及，優選採用初始未捲曲的保護片作為用於保護偏光片的各保護層。然而，當採用由材料如三乙醯纖維素(TAC)或聚碳酸酯製成的薄膜作為保護片時，薄膜通常都會或多或少地捲曲，這是因為薄膜是通過拉伸來生產的。如果偏光片捲曲得較大，在將偏光片粘合到面板上並使用時，由於作用在偏光片上的應力，光學特性如平面內光透射率就會產生局部差異。這會導致圖像顯示的不均勻。如果在偏光片的待粘合到液晶盒上的粘合表面相對於液晶盒下凹地捲曲的情況下將偏光片粘合到液晶盒上，那麼在相互粘合的偏光片和液晶盒之間就會存在空隙。因此，無法使用偏光片。
迄今為止，可通過調節保護片的物理狀態的方法來抑制上述捲曲(例如可見專利文獻1)。然而，近年來需要有比以往更大尺寸的偏光片。由於偏光片的面積增大，側邊處的捲曲量也不可避免地增加。在偏光片的捲曲量增加的情況下，同樣產生了因偏光片的捲曲而導致工作效率降低和多種光學特性產生平面內偏差的問題，這是因為很難將偏光片粘合到面板上。因此，一項重要的任務是更充分地抑制偏光片的捲曲。
未審查的日本專利出版物No.2002-258049發明內容本發明的一個目的是提供一種用於生產可降低偏光片捲曲的偏光片的方法，主要是一種生產能夠降低在偏光片生產工藝中所產生的寬度方向上的捲曲、即偏光片的原材料片的寬度方向的捲曲的偏光片的方法，並提供一種由該生產方法所生產出的偏光片，以及採用了該偏光片的圖像顯示裝置。
發明人進行了認真的調查以解決這一問題。結果，已經發現，上述目的可通過下述生產偏光片的方法來達到。因此，能夠實現本發明。
本發明提供了一種用於生產偏光片的方法，其包括步驟將一對捲曲的保護片分別層壓在起偏器的相對表面上，使得這對捲曲的保護片的各自的捲曲方向相反。
最好，這對捲曲的保護片具有不大於60的層壓係數L，層壓係數L由下式給出L＝(a-b)/a×100其中a和b是這對保護片各自的捲曲量，並假定a＞b。
本發明還提供了一種由基於層壓係數L的生產方法所生產出的偏光片。本發明還提供了一種以上述方式生產出的具有層壓在偏光片上的光學層的複合偏光片。本發明還提供了一種採用了至少一個這些偏光片的圖像顯示裝置。
本發明還提供了一種偏光片，其包括起偏器和一對分別層壓在起偏器的相對表面上的保護片，其中在將這對保護片從偏光片上分離出來時，它們的捲曲方向相反。
在附圖中圖1A和1B是顯示了根據本發明的在保護片被層壓在起偏器的相對表面上時的捲曲方向的示意圖和剖視圖；圖2A和2B是顯示了根據比較示例的在保護片被層壓在起偏器的相對表面上時的捲曲方向的示意圖和剖視圖；圖3是顯示了根據本發明的用於從保護片中得到捲曲量測量樣件的方法的示意圖；和圖4是顯示了根據本發明的用於從偏光片中得到捲曲量測量樣件的方法的示意圖。
具體實施例方式
根據本發明的偏光片基本上構造成使得保護片通過由乙烯醇聚合物等製成的適當粘合層而粘合到起偏器的一個或各相對的表面上，起偏器例如由含有二色性物質的聚乙烯醇薄膜製成。
起偏器通過膨脹工藝、染色工藝、交聯工藝、拉伸工藝等來生產出。在膨脹工藝中，例如將聚乙烯醇薄膜浸入到水中並用水清洗，因而可以清除沉積在聚乙烯醇薄膜的表面上的髒物或防粘連劑。另外，使聚乙烯醇薄膜發生膨脹，因而可有效地防止不均勻性，例如不均勻的染色。在染色工藝中，在含有二色性物質、例如碘或染料如二色性染料的浴槽中對薄膜進行染色。在交聯工藝中，薄膜在含有交聯劑例如硼酸或硼砂的浴槽中進行交聯。在拉伸工藝中，以一定的比例因子來拉伸薄膜，使薄膜為其原始長度的三倍到七倍。這些工藝的順序並不受到特別的限制。一些工藝可同時地進行。例如，薄膜可在用碘進行染色之後進行拉伸，薄膜也可在用碘進行染色的同時進行拉伸，或者薄膜可在拉伸後用碘進行染色。薄膜甚至可在硼酸或碘化鉀的水溶液或在水槽中進行拉伸。
可採用任何類型的材料來作為起偏器，並不受到任何特殊的限制。起偏器的材料的例子包括親水性的高分子薄膜，例如聚乙烯醇薄膜、局部縮甲醛化的聚乙烯醇薄膜或局部皂化的乙烯乙酸乙烯酯共聚物薄膜，其中薄膜在吸收了二色性物質如碘或二色性染料後被單軸地拉伸；以及多烯的定向膜，例如聚乙烯醇的脫水薄膜或聚氯乙烯的脫氯化氫薄膜。特別是，優選採用由聚乙烯醇薄膜和二色性物質如碘的組合所製成的起偏器。起偏器的厚度並不受到任何特殊的限制。一般來說，起偏器的厚度選擇成處於5微米到80微米的範圍內。
在需要時起偏器可含有硼酸、硫酸鋅、氯化鋅等。可將起偏器浸入到碘化鉀等的水溶液中。
優選使用透明度、機械強度、熱穩定性、防潮密封性和各向同性等均優良的材料作為用於形成設置在起偏器的一個或各相對表面上的保護片的材料。用於形成保護片的聚合物的例子包括聚酯聚合物，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚鄰苯二甲酸乙二醇酯；纖維素聚合物，例如二乙醯纖維素和三乙醯纖維素；丙烯酯聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯；苯乙烯聚合物，例如聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS樹脂)；以及聚碳酸酯聚合物。用於形成保護片的聚合物的例子還包括聚烯烴聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、具有環結構或降冰片烯結構的聚烯烴，以及乙烯-丙烯共聚物；氯乙烯聚合物；醯胺聚合物，例如尼龍和芳香族聚醯胺；醯亞胺聚合物；碸聚合物；聚醚碸聚合物；聚醚醚酮聚合物；對聚苯硫聚合物；乙烯醇聚合物；1，1-二氯乙烯聚合物；乙烯基丁醛縮聚物；烯丙基化聚合物；聚甲醛聚合物；環氧聚合物；以及這些聚合物的共混物。保護片還可形成為固化層，該固化層由可用熱固化的或可用紫外線固化的樹脂製成，例如丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚丙烯酸-聚氨酯樹脂、環氧樹脂或矽樹脂。在這些聚合物中特別優選纖維素聚合物。
也可採用在未審查的日本專利出版物No.2001-343529(WO01/37007)中介紹的聚合物膜作為保護片。例如，聚合物膜可由樹脂組合物製成，該樹脂組合物含有(A)具有可取代的和/或不可取代的二醯亞胺基作為側鏈的熱塑性樹脂，以及(B)具有可取代的和/或不可取代的苯基和腈基作為側鏈的熱塑性樹脂。作為一個特定示例，可以採用一種樹脂組合物的薄膜，該樹脂組合物含有異丁烯和N-甲基馬來醯亞胺的交替共聚物和丙烯腈-苯乙烯共聚物。對於薄膜來說，可採用由樹脂組合物的擠出混合產物製成的薄膜。
保護片的厚度並不受到任何特殊的限制。一般來說，保護片的厚度選擇成不超過500微米，優選在1微米到300微米的範圍內，最好在5微米到200微米的範圍內。從偏光特性、耐用性等的觀點出發，優選用鹼或類似物質對保護膜的表面進行皂化。
同樣，最好使保護片儘可能地無色。因此，最好使用這樣一種透明的保護膜，其形成為使得薄膜厚度方向上的延遲處於-90毫微米到+75毫微米的範圍內，該延遲由下式給出Rth＝[(nx+ny)/2-nz]·d其中nx和ny是薄膜平面內的主折射率，nz是薄膜厚度方向上的折射率，和d是薄膜的厚度。
當使用形成為使得厚度方向上的延遲(Rth)處於從-90毫微米到+75毫微米的範圍內的透明保護膜時，可以基本上消除因透明保護膜所引起的偏光片的著色(光學著色)。更優選的是，厚度方向上的延遲(Rth)選擇成處於從-80毫微米到+60毫微米的範圍內，最好處於從-70毫微米到+45毫微米的範圍內。
可分別在起偏器的兩相對表面上粘合具有不同特性的保護片。這些特性的例子包括厚度、材料、光透射比、彈性拉伸模量以及光學層的存在與否。這些特性並不限於這些例子。
在根據本發明的生產方法中，將在層壓前的某一時間點時取出的兩片捲曲的保護片樣件分別層壓在起偏器的相對表面上，使得保護片的捲曲方向如圖1A或1B所示地相反。已經發現，如果將保護片分別層壓在起偏器的相對表面上並使保護片的捲曲方向如圖2A或2B所示地相同，那麼在層壓後偏光片的捲曲量與其中保護片分別層壓在起偏器的相對表面上並且保護片的捲曲方向如圖1A或1B所示地相反的情況相比就會變大。
圖1A顯示了兩個保護片的突起的捲曲表面相互面對(捲曲方向是更接近於起偏器的方向)時的層壓。圖1B顯示了兩個保護片的下凹的捲曲表面相互面對(捲曲方向是遠離起偏器的方向)時的層壓。
各保護片的捲曲量如下所述地測量。如圖3所示，從原始保護片20上衝出尺寸均為3毫米寬和35毫米長的五個樣件21，使得各樣件21的35毫米的長度取自於原始保護片20的寬度方向4上。在相對溼度為25±2％的環境條件下保存24小時之後，將各樣件21從該環境條件下取出。在2分鐘內將各樣件21放在一個平表面上。在將各樣件21的一端夾住5毫米的情況下測量從該平表面上抬起的空間距離。以上述方式對所有五個樣件21進行測量，從而計算出五個測量值的平均值，將其作為保護片的捲曲量。
偏光片的捲曲量如下所述地測量。如圖4所示，從偏光片的原材料片30的寬度方向4上衝出尺寸均為25平方釐米的三個樣件31，使得原材料片30的吸收軸6與各樣件31的各側傾斜成45°角。將各樣件31放在平表面上。在樣件31的寬度方向4上的兩個頂點處測量從該表面上抬起的空間距離。以與上述相同的方式對所有三個樣件31進行測量，從而計算出六個測量值的平均值，將其作為偏光片的捲曲量。
根據層壓係數L來評估如上所述的保護片的捲曲量，層壓係數L由下式給出L＝(a-b)/a×100其中a和b是這兩個保護片各自的捲曲量，並假定a＞b。
雖然捲曲量大致上與保護片的長度成正比，然而層壓係數L的確定與保護片的長度無關。在本發明中，層壓係數L優選不大於60，最好不大於40。如果層壓係數L大於60，偏光片的捲曲量就會增加，即使在採用根據本發明的層壓方法時也是如此。
當偏光片被實際上切出之後，不必使用在測量捲曲量時所使用的抽取方法。也就是說，偏光片可被切成使得偏光片的各側相對於吸收軸傾斜為從0°到180°的可選角度。
在實踐中，根據本發明的偏光片可在將任何類型的光學層層壓在偏光片上之後使用。如果滿足所需的光學特性的話，那麼光學層並不受到任何特殊的限制。例如，可對透明保護膜的未粘合起偏器的表面(即未設置粘合層的表面)進行硬塗覆處理、防反射處理或進行用於防粘附、漫射或防眩目的表面處理。例如，可採用在透明保護膜的表面上層壓定向液晶層的方法，以實現補償視角的目的。可採用光學膜例如反射片、半透射片、相位延遲器(包括波片(λ片)如半波片或四分之一波片)、視角補償膜或用於形成液晶顯示裝置的亮度增強膜的層來作為光學層。或者，可採用這種光學膜的兩個或多個層的疊層來作為光學層。特別是，優選使用由偏光片和反射片或半透射反射片的疊層所製成的反射式或半透射式偏光片，由偏光片和相位延遲器的疊層所製成的橢圓偏光片或圓偏光片，由偏光片和視角補償層或膜的疊層所製成的寬視角偏光片，或者是由偏光片和亮度增強膜的疊層所製成的亮度增強型偏光片。可在將透明保護膜粘合到起偏器上之後或之前將光學層或光學膜層壓到透明保護膜上。
可進行硬塗覆處理以防止偏光片的表面受到擦傷。例如，可通過這樣的方法來實現硬塗覆處理，其中將例如可從適當的可用紫外線固化的樹脂如丙烯酸樹脂或矽樹脂中得到的硬度、潤滑性等性能均優良的固化膜添加到透明保護膜的表面上。進行防反射處理以防止偏光片的表面反射外部光。例如，可通過根據現有技術的形成防反射膜的方法來實現防反射處理。進行防粘附處理以防止偏光片緊密地粘附在相鄰層上。
進行防眩目處理以防止經偏光片發出的光的可見度受到在偏光片表面上反射的外部光的幹擾。例如，防眩目處理可通過這樣一種技術來實現，其中通過適當的方法來使透明保護膜的表面具有細微的不規則結構，這些方法例如為採用噴砂或壓印的表面粗糙化方法，或者是與透明微粒相混合的方法。例如，可採用平均顆粒尺寸為0.5微米到50微米的透明微粒來作為包含於透明保護膜中的微粒，以用於形成細微的不規則表面結構的。透明微粒的例子包括可以導電的矽石、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化錫、氧化銦、氧化鈣、氧化銻等的無機微粒；以及交聯或非交聯聚合物的有機微粒。在形成細微的不規則表面結構時，所用的微粒量相對於100重量份的透明樹脂來說通常處於從約2重量份到約70重量份的範圍內，最好處於從5重量份到50重量份的範圍內，以用於形成細微的不規則表面結構。防眩目層還可用作漫射層(具有視角擴大功能等)，用於漫散透過偏光片的光以擴大視角等。
順便提及，光學層如防反射層、防粘附層、漫射層或防眩目層可設置在透明保護膜本身上，或者設置為與透明保護膜分開的物體。
將起偏器和透明保護膜相互粘合的工藝並不受到任何特殊的限制。例如，粘合工藝可通過由烯類聚合物製成的粘合劑或者是至少由含有硼酸或硼砂、戊二醛或三聚氰胺和草酸的乙烯醇聚合物的含水交聯劑製成的粘合劑來進行。粘合層可形成為所施加的水溶液的乾燥層。水溶液可製備成使得如果需要的話可在水溶液中混合其它添加劑和催化劑，例如酸。
反射式偏光片是設有反射層的偏光片。例如，反射式偏光片可用於形成這樣一種類型的液晶顯示裝置，其通過反射來自觀看側(顯示側)的入射光來進行顯示。反射式偏光片具有這樣的優點，即，由於不需要內置光源如背光單元，因此可以容易地實現液晶顯示裝置的厚度和尺寸的降低。反射式偏光片可用適當的方法來形成，例如如果需要的話可通過透明保護層等來在偏光片表面上提供金屬等的反射層的方法。
作為一個特定示例，反射式偏光片可形成為使得可在無光澤的透明保護膜的表面上設置反光金屬如鋁的箔片或沉積薄膜，從而在透明保護膜上形成反射層。反射式偏光片還可形成為可在細微的不規則表面結構上形成具有細微不規則結構的反射層，其形成方式為將微粒與透明保護膜混合。具有細微不規則結構的反射層具有這樣的優點，即，入射光被不規則的反射漫射以防止產生一定的方向性和眩目的外觀，從而抑制了亮度和暗度的不均勻性。含有微粒的透明保護膜還具有這樣的優點，即，入射光及其反射光在透過透明保護膜時發生漫射，從而更好地抑制了亮度和暗度的不均勻。具有與透明保護膜的細微不規則表面結構相對應的細微不規則結構的反射層可通過這樣的技術來形成，其中通過適當的氣相沉積或塗鍍方法，例如真空氣相沉積方法、離子鍍方法或濺射方法來在透明保護膜的表面上直接設置金屬。
作為在偏光片的透明保護膜上直接設置反射片的替代，可採用由符合透明薄膜的適當薄膜和設置在該適當薄膜上的反射層所構成的反射片來作為反射片。順便提及，反射層通常由金屬製成。因此，從防止因氧化而使反射率降低並因而使初始反射率具有較長的耐用性且避免單獨設置保護層的觀點出發，最好在反射層的反射表面上塗覆透明的保護膜或偏光片。
順便提及，通過提供上述反射層作為半透射式反射層，例如能夠反射一部分光和透射其餘部分光的半透明反射鏡，就可以得到半透射式偏光片。半透射式偏光片通常設置在液晶盒的後側，從而能夠形成這樣一種類型的液晶顯示裝置，其中在相對較亮的環境下使用該液晶顯示裝置時，圖像顯示基於反射來自觀看側(顯示側)的入射光來進行，而在相對較暗的環境下使用該液晶顯示裝置時，圖像顯示基於使用設於半透射式偏光片後側上的內置光源如背光單元來進行。也就是說，半透射式偏光片可有效地用於形成這樣一種類型的液晶顯示裝置，在用於較亮環境時它可以節約光源如背光單元所消耗的能量，並且通過使用內置光源還可在相對較暗的環境下使用。
下面將介紹作為偏光片和相位延遲器的疊層的橢圓偏光片或圓偏光片。相位延遲器可用於將線偏振光轉化為橢圓或圓偏振光，將橢圓或圓偏振光轉化成線偏振光，或者改變線偏振光的偏振方向。特別是作為將線偏振光轉化為橢圓或圓偏振光或者將橢圓或圓偏振光轉化成線偏振光的相位延遲器，這裡可使用所謂的四分之一波片(也稱為λ/4片)。通常採用半波片(也稱為λ/2片)來改變線偏振光的偏振方向。
橢圓偏光片可有效地用於補償(或防止)因超扭曲向列型(STN)液晶顯示裝置的液晶層雙折射所引起的著色(藍色或黃色)，以便實現無著色的單色顯示。優選使用能夠控制三維折射率的那類橢圓偏光片，這是因為可以補償(或防止)在傾斜地觀看液晶顯示裝置的屏幕時所產生的著色。圓偏光片可有效地用於調節例如用於彩色圖像顯示的反射式液晶顯示裝置上的圖像的色調。圓偏光片還具有防反射功能。
相位延遲器的例子包括單軸或雙軸拉伸的高分子材料的雙折射薄膜；液晶聚合物的定向膜；以及設有由薄膜支撐的液晶聚合物的定向層的薄膜。例如，拉伸高分子材料的工藝可通過滾卷拉伸方法、長間隙對齊拉伸方法、拉幅機拉伸方法、管式拉伸方法等來進行。在單軸拉伸的情況下，拉伸比通常處於約1.1倍到約3倍的範圍內。相位延遲器的厚度也不受到任何特殊的限制。一般來說，相位延遲器的厚度處於10微米到200微米的範圍內，最好處於20微米到100微米的範圍內。
高分子材料的例子包括高分子物質，例如聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚甲基乙烯基醚、聚丙烯酸羥乙基酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素、聚碳酸酯、聚烯丙基化物、聚碸、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸乙二醇酯、聚醚碸、對聚苯硫、聚苯醚、聚烯丙基碸、聚乙烯醇、聚醯胺、聚醯亞胺、聚烯烴、聚氯乙烯和纖維素聚合物；以及這些高分子物質的各種共聚物或三元共聚物、接枝共聚物和共混物。這些高分子材料在拉伸時形成了定向物質(拉伸薄膜)。
液晶聚合物的例子包括各種主鏈或側鏈聚合物，其具有引入到其主鏈或側鏈中以施加液晶取向特性的共軛線性原子團(剛性基團)。主鏈液晶聚合物的具體例子包括具有剛性基團通過間隔部分相連以具有撓曲特性的結構的聚合物，也就是說，向列型液晶聚酯聚合物、盤型聚合物和膽甾醇型聚合物。側鏈液晶聚合物的具體例子包括這樣的聚合物，其具有作為主鏈的聚矽氧烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚丙二酸酯和作為側鏈的通過共軛原子團的間隔部分相連的可產生向列型排列的對位取代的環狀化合物單元。這些液晶聚合物中的每一種均可由這樣的方法來生產，其中將液晶聚合物溶液鋪開在形成於玻璃板或傾斜地沉積有二氧化矽的定向表面上的聚醯亞胺、聚乙烯醇等的薄膜的摩擦面上，然後進行加熱。
相位延遲器可具有符合使用目的的適當延遲，這些目的例如為補償因各種波片和液晶層的雙折射所引起的著色、視角等。相位延遲器可由至少兩種相位延遲器的疊層製成，以便控制光學特性如延遲。
提供了橢圓偏光片或反射式橢圓偏光片來作為採用至少一個偏光片或反射式偏光片和至少一個相位延遲器的適當組合的疊層。(反射式)橢圓偏光片以下述方式來形成，即在液晶顯示裝置的生產工藝中將至少一個(反射式)偏光片和至少一個相位延遲器連續並分開地層壓和粘合在一起。或者，可預先提供(反射式)橢圓偏光片作為光學膜。作為光學膜而提供的(反射式)橢圓偏光片在層壓加工中具有良好的質量穩定性和效率，因此它具有可提高液晶顯示裝置等的生產效率的優點。
視角補償膜是提供用於拓寬視角的薄膜，以便能相對清晰地看見圖像，即使在未垂直地而是稍稍傾斜地觀看液晶顯示裝置的屏幕時也是如此。視角補償相位延遲器的例子包括相位延遲器；液晶聚合物等的定向膜；以及具有支撐於其上的液晶聚合物的定向層的透明襯底。雖然普通的相位延遲器由在平面內方向上被單軸地拉伸以具有雙折射性的聚合物膜製成，然而用作視角補償膜的相位延遲器可由在平面內方向上被雙向地拉伸以具有雙折射性的聚合物膜製成，或者由雙向拉伸的薄膜如聚合物膜或在平面內方向上被單軸地拉伸並在厚度方向上進一步拉伸以具有雙折射性且折射率在厚度方向上受控的梯度定向膜製成。梯度定向膜的例子包括聚合物膜，其在將熱收縮膜粘合到聚合物膜上之後在熱收縮膜因加熱而產生的收縮力作用下拉伸和/或收縮；以及傾斜定向的液晶聚合物膜。在介紹相位延遲器時列出的上述聚合物可用作用於形成作為視角補償膜的相位延遲器的材料。從防止因視角變化的液晶盒延遲所引起的著色以及拓寬視角且具有良好可見性的觀點出發，可以選擇並使用適當的聚合物。
為了實現較寬的視角並具有良好的可見性，優選使用光學補償相位延遲器，其形成為使得由三乙醯纖維素薄膜來支撐由液晶聚合物的定向層製成的、尤其是由盤型液晶聚合物的傾斜定向膜製成的光學各向異性層。
作為偏光片和亮度增強膜的疊層來提供的偏光片通常在被置於液晶盒的後側上的狀態下使用。亮度增強膜具有這樣的特性，當自然光從液晶顯示裝置的背光單元中或通過後側的反射而入射到亮度增強膜上時，該亮度增強膜可反射一部分光，例如具有預定偏振軸的線偏振光或具有預定方向的圓偏振光，但同時可透射過其餘部分的光。作為偏光片和亮度增強膜的疊層來提供的偏光片還設置成使得在從光源如背光單元中發出的光入射在偏光片上時，具有預定偏振狀態的一部分光被透射，而未具有該預定偏振狀態的其它部分光不被透射而被反射。被亮度增強膜的表面所反射的光可通過設於亮度增強膜的後側上的反射層而返回，使得這些光可再次入射到亮度增強膜上。結果，光可作為具有預定偏振狀態的光而被部分地或完全地透射，從而實現了增加透過亮度增強膜的光的量。而且，可提供難以被起偏器吸收的偏振光來增加可用於液晶圖像顯示的光的量。這樣就可以提高亮度。也就是說，如果從液晶盒後側上的背光單元中發出的光入射在起偏器上而不使用亮度增強膜，那麼透過起偏器的光很少，這是因為偏振方向與起偏器的偏振軸不重合的一大部分光被起偏器所吸收。也就是說，雖然透射光的量根據所用起偏器的性質而變化，然而通常有約50％的光被起偏器所吸收，減少了可用於液晶圖像顯示的光的量，因而使圖像變暗。亮度增強膜不會透射具有偏振方向的將被起偏器吸收的光，也就是說，亮度增強膜只反射這類光一次。所反射的光通過設於亮度增強膜後側的反射層而返回，因此光就再次入射在亮度增強膜上。在重複此操作時，在亮度增強膜和反射層之間反射和返回的光的偏振方向就被改變，以允許光透過起偏器。只有偏振方向可通過這種方式而改變的偏振光才提供給起偏器。因此，背光單元等所發出的光可有效地用於在液晶顯示裝置上進行圖像顯示，使得液晶顯示裝置的屏幕更亮。
可在亮度增強膜和反射層之間設置漫射片。由亮度增強膜所反射的偏振狀態的光朝向反射層前進。設於亮度增強膜和反射層之間的漫射片使透過漫射片的光均勻地漫射，同時將偏振狀態消除為非偏振狀態。也就是說，偏振狀態恢復到自然光狀態。非偏振狀態即自然光狀態下的光朝向反射層前進，並被反射層反射。反射光再次透過漫射片，因此光再次入射在亮度增強膜上。該操作重複進行。當如上所述地提供用於從偏振狀態恢復到其原始自然光狀態的漫射片時，就可提供均勻亮度的屏幕，因此可以降低顯示屏亮度的不均勻性，同時保持顯示屏的亮度。這樣就能夠提供均勻亮度的顯示屏，這是因為在提供了用於從偏振狀態恢復到其原始自然光狀態的漫射片時，初始入射光反射的重複次數存在適度的增加，並且漫射片還具有漫射功能。
適合使用的亮度增強膜的例子包括具有可透射預定偏振軸的線偏振光但反射其餘部分光的特性的薄膜，例如多層介電薄膜或具有折射率各向異性不同的層的多層薄膜；以及具有可反射左向圓偏振光或右向圓偏振光但透射其餘部分光的特性的薄膜，例如膽甾醇型液晶聚合物的定向膜或其上支撐有膽甾醇型液晶聚合物的定向液晶層的薄膜。
因此，當透過可透射具有預定偏振軸的線偏振光的那類亮度增強膜的光入射在偏振軸與該預定偏振軸重合的偏光片上時，光可有效地透過偏光片，同時可抑制因偏光片所產生的吸收損耗。另一方面，在可以與膽甾醇型液晶層相同的方式透射圓偏振光的那類亮度增強膜中，雖然光可如其本身那樣入射在起偏器上，然而從抑制吸收損耗的觀點出發，最好應通過相位延遲器將圓偏振光轉化為線偏振光，使得線偏振光可入射在偏光片上。順便提及，當採用四分之一波片作為相位延遲器時，可將圓偏振光轉化為線偏振光。
例如，通過將用作波長為550毫微米單色光的四分之一波片的延遲層和具有另一延遲特性的延遲層、例如用作半波片的延遲層層壓在一起的方法，就可以得到一種相位延遲器，其可用作處於較寬波長範圍如可見光波長範圍內的四分之一波片。因此，設於偏光片和亮度增強膜之間的相位延遲器可包括一個延遲層，或者兩個或多個延遲層。
順便提及，當膽甾醇型液晶層形成為反射波長相互不同的兩層或三層或多層組合式地層壓在一起的排列結構時，可以得到作為能夠反射較寬波長範圍、例如可見光波長範圍內的圓偏振光的層的膽甾醇型液晶層。結果，可以得到可在較寬波長範圍內的透過膽甾醇型液晶的圓偏振光。
在本發明中，偏光片可形成為偏光片和兩個或三個或多個光學層的疊層，其方式與偏振光分離式偏光片相同。因此，偏光片可以是反射式橢圓偏光片或半透射式橢圓偏光片，其由反射式偏光片或半透射式偏光片和相位延遲器的組合形成。
雖然作為偏光片和光學層的疊層的光學膜也可通過在液晶顯示裝置等的生產工藝中連續且分開地層壓多個光學層的方法來形成，然而預先由層壓所形成的光學膜具有優良的質量穩定性和裝配操作效率等，並帶來了可改善液晶顯示裝置等的生產工藝的優點。可採用適當的粘合裝置如壓敏粘合層來進行層壓。當偏光片和另一光學層相互粘合時，可根據所需的延遲特性來設置它們的光學軸，以便形成適當的角度。
在本發明中，可在偏光片或層合光學元件上設置壓敏粘合層，使得可通過壓敏粘合層來將偏光片或層合光學元件粘合在另一部件例如液晶盒上。壓敏粘合層並不受到任何特殊的限制。例如，根據相關的技術，壓敏粘合層可由適當的壓敏粘合劑如丙烯酸樹脂來製成。從防止起泡現象和因吸溼而引起的剝落現象的觀點出發，並且從防止因熱膨脹係數之間的差異而引起的光學特性下降和液晶盒扭曲、因而形成具有高質量和優良耐用性的圖像顯示裝置的觀點出發，優選吸溼係數較低且耐熱性優良的壓敏粘合層。壓敏粘合層可含有微粒以具有光漫射特性。可根據需要將壓敏粘合層設在必要的表面上。例如，參考本發明中的由起偏器和至少一層保護膜構成的偏光片，在必要時可將壓敏粘合層設置在保護層的一個或各個相對表面上。
當壓敏粘合層暴露於該表面上，最好可用分隔物臨時性地覆蓋壓敏粘合層以防止受到汙染，直到將壓敏粘合層投入實際使用為止。分隔物可通過下述方法形成，其中根據需要在符合透明保護膜的適當薄膜上設置適當釋放劑的釋放塗層，例如矽樹脂釋放劑、長鏈烷基釋放劑，氟釋放劑或硫化鉬。
順便提及，可通過適當的方法對用於形成偏光片和光學部件的各層例如起偏器、透明保護膜、光學層和壓敏粘合層賦予可吸收紫外線的能力，該方法例如為用紫外線吸收劑對這些層進行處理的方法，紫外線吸收劑例如為水楊酸酯化合物、二苯甲酮化合物、苯並三唑化合物、氰基丙烯酸酯化合物或鎳絡鹽化合物。
根據本發明的偏光片可優選用於形成圖像顯示裝置，例如液晶顯示裝置、有機EL顯示裝置或PDP。
根據本發明的偏光片可優選用於形成各種裝置，例如液晶顯示顯示裝置。例如，偏光片可用於反射式、半透射式液晶顯示裝置，或者是在液晶盒的一個或各個相對表面上設置了偏光片的透射-反射雙重液晶顯示裝置。液晶盒的襯底可以是塑料襯底或玻璃襯底。可隨意地選擇用於形成液晶顯示裝置的液晶盒。例如，可採用任何適當類型的液晶盒，例如以薄膜電晶體型液晶盒為代表的有源矩陣驅動型液晶盒，或者是以扭曲向列液晶盒或超扭曲向列液晶盒為代表的無源矩陣驅動型液晶盒。
當分別在液晶盒的相對表面上設置偏光片或光學部件時，偏光片或光學部件可以是相同的或不同的。為了形成液晶顯示裝置，可在適當的位置處設置適當部分如稜柱陣列片、稜鏡陣列片、光漫射片和背光單元的一個或兩個或多個層。
接著將介紹有機場致發光裝置(有機EL顯示裝置)。一般來說，在有機EL顯示裝置中，在透明襯底上順序地層壓透明電極、有機發光層和金屬電極，從而形成了發射極(有機場致發光發射極)。有機發光層由多種有機薄膜的疊層來提供。例如，已經知道了多種組合的構造，例如由三苯胺衍生物等製成的空穴注入層和由有機螢光固體物質如蒽製成的發光層所形成的疊層，由發光層和二萘嵌苯衍生物等製成的電子注入層所形成的疊層，以及由空穴注入層、發光層和電子注入層所形成的疊層。
有機EL顯示裝置根據下述原理來發光。當在透明電極和金屬電極之間施加電壓時，空穴和電子就注入到有機發光層中。在有機發光層中，這些空穴和電子重新結合以產生用於激勵螢光物質的能量。當所激勵的螢光物質恢復到其常態時，光就從螢光物質中發出。上述原理中的空穴-電子重新結合的機理與普通的二極體相同。從該事實中可以預計，電流和發光效率因相對於所施加電壓的可矯性而具有很強的非線性。
在有機EL顯示裝置中，至少一個電極必須是透明的以透射由有機發光層所發出的光。一般來說，可採用由透明導電體例如氧化錫銦(IT0)製成的透明電極作為陽極。另一方面，重要的是採用逸出功較小的物質作為陰極，以便容易地進行電子注入以提高發光效率。一般來說，可採用由Mg-Ag、Al-Li等製成的金屬電極來作為陰極。
在如上所述地構造的有機EL顯示裝置中，有機發光層形成為約10毫微米厚的非常薄的薄膜。因此，與透明電極一樣，有機發光層可近乎完美地發出光。結果，在非發射操作時入射在透明襯底的表面上、穿過透明電極和有機發光層並被金屬電極所反射的光將再次進入到透明襯底的表面側。因此，當從外側看去時，有機EL顯示裝置的顯示表面看上去如鏡面一樣。
在包括具有通過施加電壓來發光的有機發光層、設於有機發光層的前表面側的透明電極以及設於有機發光層的後表面側的金屬電極的有機場致發光發射極的有機EL顯示裝置中，偏光片可設置在透明電極的前表面側，而延遲膜可設置在透明電極和偏光片之間。
延遲膜和偏光片具有使來自外部並被金屬電極反射的光產生偏振的功能。偏振功能可有效地防止從外部看到金屬電極的鏡面。特別是在延遲膜由四分之一波片構成且偏光片和相位延遲器之間的光的偏振方向角被調節成π/4時，金屬電極的鏡面被非常好地屏蔽住。
也就是說，只有入射在有機EL顯示裝置上的外部光的線偏振光分量透射過偏光片。一般來說，線偏振光通過延遲膜轉化成橢圓偏振光。特別是在延遲膜由四分之一波片構成且偏光片和相位延遲器之間的光的偏振方向角被調節成π/4時，線偏振光可通過延遲膜而轉化成圓偏振光。
圓偏振光透過透明襯底、透明電極和有機薄膜，然後被金屬電極反射。反射光再次透過有機薄膜、透明電極並穿過透明襯底，然後再次被延遲膜轉化成線偏振光。線偏振光無法透過偏光片，這是因為它與偏光片的偏振方向垂直。結果，金屬電極的鏡面被非常好地屏蔽住。
根據本發明，提供了一種如下所述的捲曲很小的偏光片和用於生產偏光片的方法。在將兩個捲曲保護片層壓到起偏器上之前測量兩個捲曲保護片的捲曲方向和捲曲量。兩個捲曲保護片分別層壓在起偏器的相對表面上，使得兩個捲曲保護片的捲曲方向相反。這樣就可得到捲曲很小的偏光片。
下面將根據下述示例和比較示例來更具體地介紹本發明，然而本發明並不限於這些示例和比較示例。
示例1在第一浴槽(含有碘和碘化鉀的水溶液，30℃)中將聚乙烯醇(PVA)薄膜(由Kuraray有限公司製造，聚合度為2400)拉伸到三倍，然後在第二浴槽(含有硼酸和碘化鉀的水溶液，55℃)中拉伸到總拉伸係數為6倍，從而得到起偏器。然後，通過PVA粘合劑將均由80微米厚的三乙醯纖維素(TAC)薄膜製成的兩個保護片(保護片a和b)粘舍到起偏器的各自相對表面上，並使兩個保護片的捲曲方向如圖1A所示地相反。然後在50℃下對帶有兩個保護片的起偏器進行乾燥5分鐘。這樣就生產出了偏光片。這種情況下的層壓係數為60。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為8毫米。偏光片的捲曲很小。
示例2以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為40的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖1B所示地相反。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為4毫米。偏光片的捲曲很小。
示例3以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為30的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖1A所示地相反。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為2毫米。偏光片的捲曲非常小。
示例4以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為20的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖1A所示地相反。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為0毫米。偏光片的捲曲為零。
示例5以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為80的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖1A所示地相反。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為14毫米。偏光片的捲曲相對較小。
比較示例1以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為80的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖2A所示地相同。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為21毫米。偏光片的捲曲較明顯。
比較示例2以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為60的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖2A所示地相同。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為23毫米。偏光片的捲曲較明顯。
比較示例3
以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為40的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖2A所示地相同。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為28毫米。偏光片的捲曲較明顯。
比較示例4以與示例1相同的方式來生產偏光片，不同之處在於，將層壓係數為20的兩個保護片粘合到起偏器的各自相對表面上，使得兩個保護片的捲曲方向如圖2B所示地相同。結果，偏光片在層壓後的捲曲量為38毫米。偏光片的捲曲較明顯。
(測量保護片的捲曲量的方法)如下所述地測量各保護片的捲曲量。如圖3所示，從原始保護片20上衝出尺寸均為3毫米寬和35毫米長的五個樣件21，使得各樣件21的35毫米的長度取自於原始保護片20的寬度方向4上。在相對溼度為25±2％的環境條件下保存24小時之後，將各樣件21從該環境條件下取出。在2分鐘內將各樣件21放在一個平表面上。在將各樣件21的一端夾住5毫米的情況下測量從該平表面上抬起的空間距離。以上述方式對所有五個樣件21進行測量，因此計算出五個測量值的平均值，將其作為保護片的捲曲量。
(測量偏光片的捲曲量的方法)偏光片的捲曲量如下地測量。如圖4所示，從原始偏光片30的寬度方向4上衝出尺寸均為25平方釐米的三個樣件31，使得原始偏光片30的吸收軸6與各樣件31的各側傾斜成45°角。將各樣件31放在平表面上。在樣件31的寬度方向4上的兩個頂點處測量從該表面上抬起的空間距離。以上述方式對所有三個樣件31進行測量，因此計算出六個測量值的平均值，將其作為偏光片的捲曲量。
表1
(偏光片的捲曲量的評估)×不小於15毫米△不小於10毫米但小於15毫米○不小於5毫米但小於10毫米◎小於5毫米從表1中的結果中可以清楚，通過根據本發明的示例1到5所述的生產方法所生產出的層壓偏光片的捲曲量很小。還可以理解，根據本發明的生產方法可以解決捲曲的問題。
如上所述，在根據本發明的偏光片的生產方法中，可以調節層壓在起偏器的各個相對表面上的兩個保護片的捲曲方向，以便抑制偏光片的捲曲量，從而提高在將偏光片粘合到面板上時的工作效率，並提高光學特性如平面內透射率的變化。此外，當降低與保護片的捲曲量有關的層壓係數時，可以得到捲曲很小的偏光片。這就提供了一種通過本發明的生產方法所生產出的偏光片，以及採用了該偏光片的圖像顯示裝置。
權利要求
1.一種用於生產偏光片的方法，包括步驟將一對捲曲的保護片分別層壓在起偏器的相對表面上，使得所述這對捲曲的保護片各自的捲曲方向相反。
2.根據權利要求1所述的生產偏光片的方法，其特徵在於，所述這對捲曲的保護片具有不大於60的層壓係數L，所述層壓係數L由下式給出L＝(a-b)/a×100其中a和b是所述這對保護片各自的捲曲量，並假定a＞b。
3.根據權利要求1所述的生產偏光片的方法，其特徵在於，所述這對保護片的突起的捲曲表面相互面對。
4.根據權利要求1所述的生產偏光片的方法，其特徵在於，所述這對保護片的下凹的捲曲表面相互面對。
5.根據權利要求2所述的生產偏光片的方法，其特徵在於，所述層壓係數L不大於40。
6.一種通過根據權利要求1所述的方法所生產出的偏光片。
7.一種複合偏光片，其包括根據權利要求6所述的偏光片和層壓在所述偏光片上的光學層。
8.一種採用了至少一個根據權利要求1所述的偏光片的圖像顯示裝置。
9.一種採用了至少一個根據權利要求7所述的複合偏光片的圖像顯示裝置。
10.一種偏光片，其包括起偏器和分別層壓在所述起偏器的相對表面上的一對保護片，其中，在將所述這對保護片從所述偏光片上分離出來時，所述這對保護片的捲曲方向相反。
11.一種複合偏光片，其包括根據權利要求10所述的偏光片和層壓在所述偏光片上的光學層。
12.一種採用了至少一個根據權利要求10所述的偏光片的圖像顯示裝置。
13.一種採用了至少一個根據權利要求11所述的複合偏光片的圖像顯示裝置。
全文摘要
一種用於生產偏光片的方法，包括步驟將一對捲曲的保護片分別層壓在起偏器的相對表面上，使得這對捲曲的保護片各自的捲曲方向相反，其中這對保護片的層壓係數不大於60，以便防止偏光片產生捲曲。
文檔編號G02F1/1335GK1504778SQ20031012251
公開日2004年6月16日 申請日期2003年12月5日 優先權日2002年12月5日
發明者桑村誠 申請人:日東電工株式會社