JP2002148441A - 積層光学素子及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配向膜形成の必要を回避でき薄型軽量性と製
造効率に優れる積層光学素子の開発。 【解決手段】 リオトロピック液晶性の二色性色素又は
二色性色素含有のリオトロピック液晶性物質からなる厚
さ５μm以下の偏光層（２）の上に、配向液晶の固形膜
又は配向液晶含有のポリマー層からなる複屈折層（３）
を配向膜の介在なく有する積層体からなる積層光学素子
及びその積層光学素子を液晶表示パネルの少なくとも片
側に有する液晶表示装置。 【効果】 ＴＮ型やＶＡ型等の液晶表示パネルを光学補
償して良表示品位の視野角に優れる液晶表示装置を形成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、ＴＮ型やＶＡ型等の液晶
表示パネルの光学補償による視野角の拡大に好適な薄型
軽量性に優れる積層光学素子、及びそれを用いた液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＮ（ツイストネマック）型やＶＡ（垂
直配向）型等の液晶は、複屈折異方性を示すことからそ
れを補償して良表示品位の視野角を拡大する対策が採ら
れている。またノートブック型ＰＣ等のモバイル用途で
は更なる薄型軽量化が求められている。従来、斯かる光
学補償に用いる光学部材としては、ポリビニルアルコー
ル系偏光フィルムをアセテート系フイルムで保護してな
る偏光板と延伸フィルムからなる位相差板を接着積層し
たものが知られていた。しかしながら接着積層を接着層
を介して行う必要などもあって得られる光学部材の厚さ
が１００μmを超えて嵩高く、モバイル用途等の要求に
応じられないと共に大画面の液晶表示装置では重量増加
も大きい問題点があった。

【０００３】前記に鑑み延伸フィルムに代えて傾斜配向
の液晶ポリマー層からなる位相差板（富士写真フィルム
社製、ＷＶフィルムや３Ｍ社製、ＤＢＥＦ）を用いて薄
型化を図る提案もある。しかしその場合、偏光板の薄型
化は困難であると共に液晶の傾斜配向にラビング膜や光
配向処理等による配向膜を形成する必要があり、製造工
程が複雑化する問題点があった。

【０００４】

【発明の技術的課題】本発明は、配向膜形成の必要を回
避でき薄型軽量性と製造効率に優れる積層光学素子の開
発を課題とする。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は、リオトロピック液晶性の
二色性色素又は二色性色素含有のリオトロピック液晶性
物質からなる厚さ５μm以下の偏光層の上に、配向液晶
の固形膜又は配向液晶含有のポリマー層からなる複屈折
層を配向膜の介在なく有する積層体からなることを特徴
とする積層光学素子、及びその積層光学素子を液晶表示
パネルの少なくとも片側に有することを特徴とする液晶
表示装置を提供するものである。

【０００６】

【発明の効果】本発明によれば、偏光層上に配向膜の介
在なく配向液晶からなる複屈折層を密着重畳状態に形成
でき、薄さに優れる偏光層であることと共に全体として
も薄さと軽量性に優れ、配向膜形成の回避で製造効率に
も優れる積層光学素子を得ることができ、それを用いて
ＴＮ型やＶＡ型等の液晶表示パネルを光学補償して良表
示品位の視野角に優れる液晶表示装置を形成することが
できる。

【０００７】

【発明の実施形態】本発明による積層光学素子は、リオ
トロピック液晶性の二色性色素又は二色性色素含有のリ
オトロピック液晶性物質からなる厚さ５μm以下の偏光
層の上に、配向液晶の固形膜又は配向液晶含有のポリマ
ー層からなる複屈折層を配向膜の介在なく有する積層体
からなる。その例を図１に示した。２が偏光層、３が複
屈折層である。また１、４、５は、それぞれ必要に応じ
ての支持フィルム、粘着層、セパレータである。

【０００８】偏光層は、積層光学素子に偏光子機能を付
与することを目的とし、リオトロピック液晶性の二色性
色素又は二色性色素含有のリオトロピック液晶性物質に
て厚さ５μm以下の薄層として形成される。斯かる色素
や液晶性物質を用いることによりキャスティング方式や
ドクターブレード方式、ワイヤバー方式やスピンコート
方式、ディッピング方式やスプレー方式等の適宜なコー
ティング方式などにて薄さと耐熱性等に優れる偏光層を
効率よく形成でき、かつその偏光層の配向状態を活用し
て配向膜の介在なく液晶を配向させて複屈折層を形成す
ることができる。薄型化の点より偏光層の好ましい厚さ
は、偏光特性や耐久性等も考慮して０．１〜４μm、就
中０．２〜３μmである。

【０００９】用いるリオトロピック液晶性の二色性色素
や二色性色素含有のリオトロピック液晶性物質について
は特に限定はなく、１種又は２種以上の適宜なものを用
いうる。ちなみにリオトロピック液晶性の二色性色素と
しては、例えば式：（クロモゲン）（ＳＯ_３Ｍ）ｎで表
される水溶性の有機色素などがあげられ、これはクロモ
ゲンがアゾや多環式化合物等からなって液晶性を付与
し、スルホン酸又はその塩が水溶性を付与して全体とし
てリオトロピック液晶性を示す（特表平８−５１１１０
９号公報）。かかる二色性色素の具体例としては、下記
の式（１）〜（７）で表される化合物などがあげられＬ
Ｃポラライザー（商品名、オプティバ社製）などの市販
物もある。

【００１０】

【００１１】前記の式（１）において、Ｒ１は水素又は
塩素であり、Ｒは水素、アルキル基、ＡｒＮＨ又はＡｒ
ＣＯＮＨである。アルキル基としては炭素数が１〜４個
のもの、就中メチル基やエチル基が好ましく、アリール
基（Ａｒ）としては置換又は無置換のフェニル基、就中
４位を塩素で置換したフェニル基が好ましい。またＭは
カチオンであり、水素イオン、ＬｉやＮａ、ＫやＣｓの
如き第一族金属のイオン、アンモニウムイオンなどが好
ましい（以下同じ）。

【００１２】

【００１３】前記の式（２）〜（４）において、Ａは式
（ａ）又は（ｂ）で表されるものあり、そのＲ２は水
素、アルキル基、ハロゲン又はアルコキシ基、Ａｒは置
換又は無置換のアリール基、ｎは２又は３である。前記
のアルキル基は炭素数が１〜４個のもの、就中メチル基
又はエチル基が好ましく、ハロゲンは臭素又は塩素が好
ましい。またアルコキシ基は炭素数が１又は２個のも
の、就中メトキシ基が好ましく、アリール基は置換又は
無置換のフェニル基、就中、無置換あるいは４位をメト
キシ基、エトキシ基、塩素若しくはブチル基で、又は３
位をメチル基で置換したフェニル基が好ましい。

【００１４】 前記の式（５）において、ｎは３〜５が好ましい。

【００１５】

【００１６】

【００１７】上記の式：（クロモゲン）（ＳＯ_３Ｍ）ｎ
で表される有機色素は、そのクロモゲンにて安定な液晶
相を示し、水やアセトン、アルコール、ジオキサンの如
き水溶性有機溶媒に溶解し、その色素の１種又は２種以
上を溶解させた例えば固形分濃度が１〜２０重量％の溶
液をドクターブレード方式等の剪断力が作用する適宜な
塗工方式で塗工することで配向処理でき、その配向固化
層が二色性の偏光機能を示す。

【００１８】一方、二色性色素含有のリオトロピック液
晶性物質も前記したリオトロピック液晶性の二色性色素
に準じ、その溶液をコーティングすることで流動配向さ
せうるものである（ＷＯ９７／３９３８０号公報）。斯
かる二色性色素含有のリオトロピック液晶性物質は、ロ
シアンテクノロジーグループ社などより市販されてい
る。

【００１９】偏光層の上に配向膜の介在なく積層される
複屈折層は、例えば液晶ポリマーや重合性液晶、液晶や
液晶含有のポリマーの１種又は２種以上を用いて配向液
晶の固形膜又は配向液晶含有のポリマー層として形成さ
れる。用いる液晶系の化合物について特に限定はない
が、光学補償効果等の点よりはネマチック型やコレステ
リック型、ディスコチック型の液晶構造を形成するもの
が好ましく用いられる。複屈折層は、液晶表示パネルの
複屈折による位相差を補償してその位相差に基づく視角
変化による着色等を防止したり良視認の視野角を拡大し
たりすることなどの表示品位の向上を目的とするもので
ある。従って複屈折層は、必要に応じて偏光層上に隣接
する状態で２層以上を適宜な組合せで設けることもでき
る。

【００２０】ちなみに前記したネマチック型の液晶ポリ
マーの具体例としては、下記の式で表されるものなどが
あげられる。 ただしＲ^ｘは、メチル基又は水素原子、ｐは１〜６、Ｘ
１は−ＣＯ_２−又は−ＯＣＯ−であり、ｑとｓは１〜２
で、かつｑ＋ｓ＝３を満足する。

【００２１】前記のネマチック型液晶ポリマーによる複
屈折層は、面方向に水平配向したものであってもよい
し、厚さ方向に傾斜配向したものであってもよい。厚さ
方向に傾斜配向したものの場合には、例えば特願平１１
−１４４５６７号や特願平１１−１４４５８２号、特願
平１１−１４４６６５号に記載の方法などにより配向処
理したものであってもよい。

【００２２】一方、コレステリック型の液晶ポリマーの
具体例としては、下記の式で表されるものの如く分子内
に不斉炭素原子を有する構造の液晶を含むモノマー（特
開平９−１３３８１０号公報）と前記したネマチック型
のモノマーとの共重合体などがあげられる。 ただしＲ^ｙはメチル基又は水素原子、ｔは１〜６、Ｘ２
は−ＣＯ_２−又は−ＯＣＯ−、Ｘ３は−ＣＯＲ^３又はＲ
^４であり、そのＲ^３、Ｒ^４は下記のものである。

【００２３】

【００２４】前記のコレステリック型液晶ポリマーによ
る複屈折層は、その液晶ポリマーをグランジャン配向さ
せて形成される。その場合、螺旋構造のピッチと屈折率
との積が４００nm以下のグランジャン配向として円偏光
二色性が可視光域で可及的に現れないようにすることが
明るい表示を達成する点より好ましい。

【００２５】ディスコチック型の液晶ないしそのポリマ
ーの具体例としては、ＷＶフィルム（商品名、富士写真
フイルム社製）の形成に用いられているような重合処理
が可能なトリフェニレン系ディスコチック液晶があげら
れる。また下記の式で表されるトリフェニレン系液晶も
あげられる。

【００２６】ディスコチック型液晶ないしそのポリマー
による複屈折層は、前記の如き円盤状化合物が面方向に
水平配向又は厚さ方向に傾斜配向してディスコチックネ
マチック型やカラムナー型等の配向状態にあるものであ
ってもよい。なお上記において液晶の水平配向とは、液
晶分子の最も高い屈折率の方向が支持基材等のその液晶
層を支持する層の面方向と平行であることを意味し、傾
斜配向とは前記の水平配向にない状態を意味する。形成
する各複屈折層の厚さは目的とする位相差等に応じて適
宜に決定でき、一般には薄型軽量化化等の点より１００
μm以下、就中０．１〜５０μm、特に０．５〜２０μm
の厚さとされる。

【００２７】積層光学素子の形成は、例えば支持体上に
コーティング方式等で偏光層を形成した後、その上に複
屈折層を形成する液晶等を展開して所定の状態に配向さ
せその配向状態を保持した固形層を形成する方法などに
より行うことができる。偏光層上に液晶等を展開するこ
とでそれを偏光層の配向力を利用して配向させることが
でき、偏光層上に配向膜の介在なしに複屈折層が密着重
畳した積層体を効率よく製造することができる。また支
持体上に剥離コートを設けてそれを介し当該積層体を形
成することより、その積層体を支持体より剥離して偏光
層と複屈折層のみの重畳物からなる積層光学素子を得る
ことができる。

【００２８】前記において当該積層体が、その形態を維
持しうる自己支持性のフィルム状態にない場合には図例
の如く、必要に応じ前記支持体にフィルムを用いて当該
積層体が支持フィルム１上に密着支持された自己支持性
の積層光学素子とすることもできる。用いる支持フィル
ムは、薄型軽量化の点より１枚であることが好ましくそ
の厚さは１００μm以下、就中５〜８０μm、特に１０〜
６０μmが一般的であるが、これに限定されず支持強度
等に応じて適宜に決定することができる。

【００２９】前記の支持フィルムとしては適宜な透明ポ
リマーからなるフィルムを用いることができ特に限定は
ない。就中、透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽
性等に優れると共に、厚さの均一性に優れて位相差ない
し配向ムラの可及的に小さいものが好ましく用いうる。
ちなみに前記ポリマーの例としては、ポリカーボネート
やポリアリレート、ポリスルホンやポリオレフィン、シ
クロオレフィン系ポリマーやマレイミド系樹脂、ＰＥＴ
やＰＥＮ等のポリエステル、ノルボルネン系樹脂やアク
リル系樹脂、ポリスチレンやセルロース系樹脂、それら
の変性体などがあげられる。

【００３０】支持フィルムには密着性や濡れ性の向上な
どを目的とした適宜な表面処理を施すことができる。ま
た偏光層と複屈折層の積層体を付設しない支持フィルム
面には必要に応じてハードコート層や防眩層、反射防止
層などを設けることができる。また積層光学素子の片側
又は両側には図例の如く他部材との接着を目的にその外
表面に粘着層４を設けることもできる。その粘着層の形
成には例えばアクリル系やシリコーン系、ポリエステル
系やポリウレタン系、ポリエーテル系やゴム系等の適宜
な透明粘着剤などを用いうる。

【００３１】就中、透明性や耐候性や耐熱性などの点よ
りアクリル系粘着剤が好ましく用いうる。また粘着層を
介し液晶表示パネル等に接着して加熱処理した場合に積
層光学素子に加熱収縮応力による光学歪が生じにくくて
位相差が発生しにくい粘着層が好ましい。これにより輝
度ムラが少なくて良視認の視野角に優れる液晶表示装置
を形成することができる。

【００３２】ちなみに前記アクリル系粘着剤の具体例と
しては、メチル基やエチル基やブチル基等の炭素数が２
０以下のアルキル基を有する（メタ）アクリル酸のアル
キルエステルと、（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリ
ル酸ヒドロキシエチル等の改良成分からなるアクリル系
モノマーを、ガラス転移温度が０℃以下となる組合せに
て共重合してなる、重量平均分子量が１０万以上のアク
リル系重合体をベースポリマーとするものなどがあげら
れるが、これに限定されない。前記の光学歪が発生しに
くい粘着層は、弾性率の調節などにより達成することが
できる。

【００３３】粘着層の付設は、例えば適宜な溶媒に粘着
剤成分を溶解又は分散させて粘着剤液を調製し、それを
流延方式や塗工方式等の適宜な展開方式で積層光学素子
上に直接付設する方式、あるいは前記に準じセパレータ
上に粘着層を形成してそれを積層光学素子上に移着する
方式などの適宜な方式で行うことができる。設ける粘着
層は異なる組成又は種類等のものの重畳層であってもよ
い。

【００３４】積層光学素子に設ける粘着層の厚さは、接
着力等に応じて適宜に決定でき一般には１〜１００μ
m、就中５〜５０μmとされる。粘着層には必要に応じて
例えば天然物や合成物の樹脂類、ガラス繊維やガラスビ
ーズ等からなる充填剤や酸化防止剤などの適宜な添加剤
を配合することもできる。また微粒子を含有させて光拡
散性を示す粘着層とすることもできる。なお図例の如く
粘着層４の露出面に対しては実用に供するまでの間、セ
パレータ５を接着して汚染等より保護することが好まし
い。

【００３５】本発明による積層光学素子は、液晶表示装
置の形成などに好ましく用いうる。その場合、複屈折層
と偏光層とが予め積層一体化されていることより光軸の
ズレ等による品質のバラツキが生じにくく、液晶表示装
置の組立効率に優れるなどの利点を有している。液晶表
示装置の形成に際しては液晶表示パネルの片側又は両側
に積層光学素子を配置しうる。その場合、複屈折層又は
偏光層のいずれを液晶表示パネル側としてもよいが、補
償効果等の点よりは偏光層と液晶表示パネルの間に光学
補償用の複屈折層が位置する配置構造が通例の場合、好
ましい。なお適用する液晶表示パネルは、例えばＴＮ型
やＳＴＮ型、ＶＡ型やＴＦＴ型、強誘電性液晶型など任
意である。

【００３６】

【実施例】実施例１ 厚さ５０μmのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィ
ルム（富士フイルム社製、Ｔ−５０ＳＨ）の片面に、二
色性色素含有のリオトロピック液晶水溶液（Ｏｐｔｉｖ
ａ社製、ＬＣポラライザー、固形分濃度１６．７重量
％）をワイヤバー（Ｎｏ．５）にてコーティング後、４
０℃で乾燥させて厚さ１．８μmの偏光層を形成した。

【００３７】次に前記偏光層の上に下式で表されるネマ
チック型モノマーとコレステリック型モノマーの共重合
割合が相違する重量平均分子量が約７０００〜１万のコ
レステリック型液晶ポリマーの混合物を塗布し１５０℃
で加熱してグランジャン配向させ波長３５０nmで円偏光
二色性を示し厚さ方向位相差が２００nmで厚さが２μm
の複屈折層を形成した後、その上にアクリル系粘着層を
形成して積層光学素子を得た。なお前記の厚さ方向位相
差は、面内屈折率をｎ_ｘ、ｎ_ｙ、厚さ方向の屈折率をｎ
_ｚ、厚さをｄとしたとき｛（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２−
ｎ_ｚ）｝×ｄにて定義される。前記の積層光学素子は、
粘着層を含めた総厚が約８０μmであり、良好な偏光機
能と位相差特性を示した。

【００３８】

【００３９】実施例２ 複屈折層を、下式で表されるトリフェニレン系ディスコ
チック液晶の１０重量％テトラクロロエタン溶液をスピ
ンコートし２００℃で加熱配向処理して厚さ２μmの傾
斜配向層として形成したほかは、実施例１に準じ積層光
学素子を得た。この積層光学素子は、粘着層を含めた総
厚が約８０μmであり、良好な偏光機能と位相差特性を
示した。。

【００４０】

【００４１】比較例１ 厚さ２４０μmの偏光板（日東電工社製、ＮＰＦ−ＨＥ
Ｇ１４２５ＤＵ）の片面に延伸フィルムからなる厚さ方
向位相差が２００nmで厚さが８０μmの位相差板（日東
電工社製、ＮＲＢ）をアクリル系粘着層を介し積層し、
その位相差板上にアクリル系粘着層を設けて積層光学素
子を得た。この積層光学素子の粘着層を含めた総厚は、
約３６０μmであった。

【００４２】比較例２ 厚さ２４０μmの偏光板の片面に厚さ１０２μmのＷＶフ
ィルム（富士写真フイルム社製、ＷＶ Ａ ０１ Ａ）
をアクリル系粘着層を介し積層し、そのＷＶフィルム上
にアクリル系粘着層を設けて積層光学素子を得た。この
積層光学素子の粘着層を含めた総厚は、約３８０μmで
あった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の断面図

【符号の説明】

１：支持フィルム ２：偏光層 ３：複屈折層 ４：粘着層 ５：セパレータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リオトロピック液晶性の二色性色素又は
   二色性色素含有のリオトロピック液晶性物質からなる厚
   さ５μm以下の偏光層の上に、配向液晶の固形膜又は配
   向液晶含有のポリマー層からなる複屈折層を配向膜の介
   在なく有する積層体からなることを特徴とする積層光学
   素子。
2. 【請求項２】 請求項１において、複屈折層がグランジ
   ャン配向のコレステリック液晶層、又は面方向に水平配
   向する若しくは厚さ方向に傾斜配向するディスコチック
   液晶層若しくはネマチック液晶層よりなる積層光学素
   子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、片側又は両側
   の表面に粘着層を有する積層光学素子。
4. 【請求項４】 請求項１〜３に記載の積層光学素子を液
   晶表示パネルの少なくとも片側に有することを特徴とす
   る液晶表示装置。