ゼロ・ゼロ複屈折ポリマー - KPRI - 慶應義塾大学フォトニクス・リサーチ

ゼロ・ゼロ複屈折ポリマー
Zero–Zero-Birefringence Polymer
http://kpri.keio.ac.jp/
液晶ディスプレイの基本構造と複屈折
＜液晶ディスプレイ（LCD）の基本構造＞
＜光学ポリマー材料の特徴＞
偏光板
長所
 軽量
 安価
 優れた成形加工性
ガラス基板
カラーフィルタ
短所
 複屈折による画質劣化
LCD内部の偏光状態が乱れ，光漏れ（コントラスト比
の低下）の要因となる．
複屈折媒体
バック
液晶セル
ライト
x
光漏れ
x
y
前面板
y
位相差フィルム
入射偏光
偏光板保護フィルム
位相差
出射偏光
高画質LCDの実現には，複屈折を生じないポリマー材料が求められる．
LCDは様々な光学機能をもつポリマー部材で構成されている．
ゼロ・ゼロ複屈折ポリマー
＜複屈折の起源＞
＜ゼロ･ゼロ複屈折ポリマーの設計＞
配向複屈折
ポリマー主鎖の配向にともない，モノマーユニットのもつ分極率異
方性がマクロに現れることで生じる複屈折．
n⊥
モノマーユニットの
分極率楕円体
負の分極率異方性
固有複屈折 ： Dn0 = Dn0A ×
Dnor = n// – n⊥ = Δ n0・ f
Δ n0： 固有複屈折 f ： 配向度
光弾性複屈折
n⊥
光漏れ
Dnph = n// – n⊥ = C・ σ
C ：光弾性定数 σ ： 応力
＜射出成形品の複屈折＞
直交ニコル
通常のポリマーフィルムでは，
複屈折による光漏れ・色むら
が観察される（写真左）．
90o
2
mm
35 mm
gradient
3o
32.5
g
100
＜押出成形フィルム＞
押出成形フィルムの観察（右）
位相差
(nm)
0
+ CC ×
g
100
生産効率の高い溶融押出法へ利用してLCD用光学フィルムを製造
することで，高画質なLCDを低価格で実現できると期待される．
ゼロ・ゼロ複屈折ポリマー
10
b
100
+ Dn0C ×
[1] A. Tagaya, Y. Koike, et al. Macromolecules, 39, 3019-3023 (2006)
汎用的なポリマー材料は射出成形時に複屈折が生じる．ゼロ･ゼロ
複屈折ポリマーは両複屈折が精度よく消去されているため，複屈折
に起因する光漏れが観察されない．
35
mm
+ CB ×
b
100
上記の連立方程式を条件Dn0 = C = 0 の下で解くことで，２種類の
複屈折を同時にゼロにしたゼロ･ゼロ複屈折ポリマーを作製した．
これまで困難だった射出・押出成形法に応用できると期待される．
n//
PMMA
a
100
+ Dn0B ×
ゼロ･ゼロ複屈折ポリマーP(MMA/TFEMA/BzMA=52:42:6(wt%))[1]
応力の印加・解放
複屈折 Dnoh = 0
光弾性定数 ： C = CA ×
a
100
共重合組成比 ： a + b + g = 100 (wt%)
ポリマーが弾性変形し，応力が印加された際に生じる複屈折．
直交ニコル
（２枚の偏光板透過軸が直交）
ポリマーの分極率楕円体
（光学的等方性を有する）
共重合体の複屈折制御（３元連立方程式）
配向状態
複屈折 Dnor = 0
モノマーユニットの分極率楕円体
正の分極率異方性
n//
熱延伸など
ランダム状態
分極率異方性の異なるモノマーの共重合により，ポリマー鎖内で
異方性を打ち消すことで，複屈折をゼロにする（ランダム共重合法）．
位相差
(nm)
0
ゼロ･ゼロ複屈折ポリマーで
は，光漏れが生じず，「黒」が
観察される（写真右）．
2.5
成形温度: 220 oC
65
5
平均位相差 = 43.7(nm)
平均位相差 = 0.4(nm)
直交ニコル
FIRST 慶應義塾大学・小池プロジェクト
通常の
ゼロ・ゼロ複屈折
ポリマーフィルム ポリマーフィルム