JP2002182212A - 光学素子及び液晶表示装置 - Google Patents

光学素子及び液晶表示装置

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JP2002182212A JP2000376164A JP2000376164A JP2002182212A JP 2002182212 A JP2002182212 A JP 2002182212A JP 2000376164 A JP2000376164 A JP 2000376164A JP 2000376164 A JP2000376164 A JP 2000376164A JP 2002182212 A JP2002182212 A JP 2002182212A
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crystal cell
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Shuji Yano
周治 矢野
Yuichi Nishikoji
祐一 西小路
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Nitto Denko Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋光分散を生じ難くて補償効果がバラツキ難
い光学素子を得て、正面方向に加えそれよりズレた斜視
方向にても光漏れを抑制して広い視野角で表示品位に優
れる垂直配向型の液晶表示装置を得ること。 【解決手段】 円偏光の選択反射波長範囲が可視光領域
外にあるコレステリック液晶層（１１、１２、１３、１
４）を、透過する円偏光の左右が逆転する組合せで積層
してなる光学素子（１）、及び垂直配向型液晶セル
（３）の両側に偏光板（２）を有し、その液晶セルと偏
光板の間の一方又は両方に前記の光学素子を有する液晶
表示装置。 【効果】 可視領域の光を効率よく透過する光学素子を
得て斜視方向における液晶セルによる複屈折を高度に補
償した垂直配向型の液晶表示装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、旋光分散が生じ難くて、
広い視野角で表示品位に優れる垂直配向型の液晶表示装
置を形成しうる光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、正の誘電率異方性を有する液晶分
子をセル基板に対し水平方向に配向させたＴＮ型液晶セ
ル等ではセル基板近傍の液晶分子による複屈折で光漏れ
が生じて黒表示の品位が低下しやすいことに鑑みて、正
又は負の誘電率異方性を有する液晶分子をセル基板に対
し略垂直に配向させた垂直配向型（ＶＡ）の液晶セルの
両側に偏光板を配置し、その液晶セルと偏光板の間の一
方又は両方にｎx＝ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示す位相
差板を配置してなる液晶表示装置が知られており、その
位相差板としてコレステリック液晶からなるものも提案
されていた（特開昭６２−２１０４２３号公報、特開平
３−６７２１９号公報）。
【０００３】前記の位相差板は、正面方向からズレた斜
視方位で生じる複屈折を補償して光漏れを防止し、斜視
方向でも良好な黒表示とすることを目的とする。すなわ
ちＶＡ型の液晶セルは、その液晶分子の略垂直配向に基
づいて光が偏光面の変化を殆ど生じずに透過するためセ
ルの両側に偏光板をクロスニコルに配置することで外部
電圧無印加の非駆動時に液晶セルに垂直な正面方向にお
いて光遮断が達成され良好な黒表示が形成されやすい
が、斜視方向では前記の如く複屈折を生じるためそれを
補償することを目的とする。しかしながら従来のコレス
テリック液晶系位相差板では補償効果にバラツキを生じ
て表示品位が低下する問題点があった。
【０００４】
【発明の技術的課題】本発明者らは前記の表示品位の低
下問題を克服するために鋭意研究を重ねる中で、斯かる
補償効果のバラツキがコレステリック液晶系位相差板に
原因のあることを究明した。すなわち斯かる位相差板で
はグランジャン配向したコレステリック液晶の螺旋ピッ
チに基づいて波長により旋光度が相違する旋光分散が発
生し、それが液晶セルの液晶分子に基づく波長にて屈折
率が相違する屈折率の波長分散と相互作用して位相差板
による位相差が波長にて相違する位相差の波長分散とし
て現れ、その位相差の波長分散が補償効果にバラツキを
生じさせて補償状態が不均一化することを究明した。
【０００５】従って本発明は、旋光分散を生じ難くて補
償効果がバラツキ難い光学素子を得て、正面方向に加え
それよりズレた斜視方向にても光漏れを抑制して広い視
野角で表示品位に優れる垂直配向型の液晶表示装置を得
ることを目的とする。
【０００６】
【課題の解決手段】本発明は、円偏光の選択反射波長範
囲が可視光領域外にあるコレステリック液晶層を、透過
する円偏光の左右が逆転する組合せで積層してなること
を特徴とする光学素子、及び垂直配向型液晶セルの両側
に偏光板を有し、その液晶セルと偏光板の間の一方又は
両方に前記の光学素子を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。
【０００７】
【発明の効果】本発明によれば可視領域の光を効率よく
透過し、その透過光が旋光分散を生じ難くて位相差の波
長分散が発生し難い光学素子を得ることができ、それを
用いて斜視方向における液晶セルによる複屈折を高度に
補償して正面と斜視の広い視野角で表示品位に優れる垂
直配向型の液晶表示装置を形成することができる。
【０００８】
【発明の実施形態】本発明による光学素子は、円偏光の
選択反射波長範囲が可視光領域外にあるコレステリック
液晶層を、透過する円偏光の左右が逆転する組合せで積
層したものである。その例を図１に示した。１が光学素
子であり、１１と１２、１３と１４が透過する円偏光の
左右が逆転する組合としたコレステリック液晶層であ
る。なお図は、液晶表示装置としたものを示しており、
２が偏光板で、３が垂直配向型の液晶セルである。
【０００９】コレステリック液晶層としては、特に限定
はなく螺旋構造のグランジャン配向による円偏光の選択
反射波長範囲が可視光領域外にある適宜なものを用いう
る。すなわちコレステリック液晶層は、その平均屈折率
をｎ、螺旋ピッチをＰとしたとき螺旋軸に平行に入射し
た波長ｎ・Ｐの光を中心波長としてその近傍の波長光の
一部を左右一方の円偏光として選択的に反射する特性を
示すことより、その選択反射の波長範囲が可視光域に現
れると表示に利用できる透過光が減少して不利となる。
従って選択反射波長範囲が可視光領域外にあるものを用
いることで可視域の光を効率よく透過させることができ
る。その透過光の可視光域は全域であることが好まし
い。
【００１０】コレステリック液晶層は、グランジャン配
向の螺旋ピッチが相違して選択反射の波長範囲が異なる
ものを２層又は３層以上を重畳したものであってもよい
が、光学素子の薄型化の点よりは単層物として形成され
ていることが好ましい。なお前記の重畳化には選択反射
の波長範囲を拡大できる効果がある。またコレステリッ
ク液晶層は、低分子液晶を基板で狭持してセル形態とす
ることもできるが、取扱性や薄型化等の点よりはフィル
ム状ないしシート状としたものが好ましい。従って光学
素子は、コレステリック液晶層のみにて形成することも
できるし、コレステリック液晶層を適宜な支持部材にて
保持したものとして形成することもできる。
【００１１】前記したフィルム状等のコレステリック液
晶層は、例えば液晶ポリマーによるフィルム、透明基材
上に液晶ポリマーの固化層や低分子液晶の硬化層を付設
したものなどとして得ることができる。斯かるコレステ
リック液晶層の形成には、例えばコレステリック液晶ポ
リマーやカイラル剤配合のネマチック液晶ポリマー、光
や熱等による重合処理で斯かる液晶ポリマーを形成する
化合物などが好ましく用いうる。なおコレステリック液
晶のグランジャン配向には、例えばラビング処理等の配
向膜による方式、電場や磁場等の印加による配向処理方
式などの適宜な配向処理方式を適用することができる。
【００１２】また前記のコレステリック液晶層を支持す
る透明基材には適宜なものを用いることができて特に限
定はない。一般にはポリマーからなる透明基材が用いら
れる。ちなみにそのポリマーの例としては、二酢酸セル
ロースや三酢酸セルロース（ＴＡＣ）の如きセルロース
系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレ
ンナフタレートの如きエステル系ポリマー、カーボネー
ト系ポリマーやポリメチルメタクリレートの如きアクリ
ル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチ
レン共重合体の如きスチレン系ポリマー、ポリエチレン
やポリプロピレン、シクロ系ないしノルボルネン構造を
有するポリオレフィンやエチレン・プロピレン共重合体
の如きオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、
ナイロンや芳香族ポリアミドの如きアミド系ポリマーが
あげられる。
【００１３】またイミド系ポリマーやスルホン系ポリマ
ー、エーテルスルホン系ポリマーやエーテルエーテルケ
トン系ポリマー、フェニレンスルフィド系ポリマーやビ
ニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー
やビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー
やオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマーや前
記ポリマーのブレンド物、あるいはポリエステル系やア
クリル系、ウレタン系やアミド系、シリコーン系やエポ
キシ系等の熱や紫外線照射等で硬化するポリマーなども
前記透明基材の形成に用いうる。
【００１４】透明基材は通例、セルロース系フィルムの
如く等方性に優れるもの、すなわち複屈折による位相差
の可及的に少ないものが好ましく用いられるが、必要に
応じ位相差の調節等を目的として複屈折性フィルムを用
いることもできる。複屈折性フィルムは、例えば一軸や
二軸等の適宜な延伸方式による延伸フィルムなどとして
得ることができる。また複屈折性フィルムは、熱収縮性
フィルムとの接着下に収縮力又は／及び延伸力を付与す
る方式などによりフィルム厚方向の屈折率を制御したも
のなどであってもよい。
【００１５】光学素子の形成は、円偏光の選択反射波長
範囲が可視光領域外にあるコレステリック液晶層を、透
過する円偏光の左右が逆転する組合せで積層することに
より行うことができる。斯かる逆転関係は、グランジャ
ン配向による螺旋方向の左右が反対のコレステリック液
晶層の組合せなどとすることにより形成することができ
る。その場合、旋光分散を高度に抑制する点よりは斯か
る組合せで積層するコレステリック液晶層間における円
偏光の選択反射波長範囲の差が可及的に少ないこと、就
中２０％以下、さらには１０％以下、特に５％以下の差
であることが好ましい。
【００１６】前記においてコレステリック液晶層の積層
には、例えば上記したコレステリック液晶層からなる部
材を粘着剤や接着剤等を介して接着する方法などの適宜
な方式を採ることことができる。取扱性等の点よりは薄
くて柔軟な光学素子であることが好ましく、斯かる点よ
りは重ね塗り方式や別途形生物の融着方式等により接着
剤層等の介在なくコレステリック液晶層を直接重畳させ
て積層する方式、あるいは透過円偏光の左右が逆転する
組合せのコレステリック液晶層を透明基材の表裏に分け
て設ける方式などが好ましい。当該積層において透過円
偏光の左右が逆転する関係におけるコレステリック液晶
層の積層順序は任意である。
【００１７】前記の重ね塗り等では、例えばグラビア方
式やダイ方式、ディッピング方式や刷毛塗り方式などの
コーティング方式、別のフィルムに設けたコーティング
液層又はコーティング膜を転写する方式などの適宜な方
式を採ることができる。ちなみに厚さが１０〜３００μ
m、就中２０〜２００μm、特に３０〜１００μmの透明
基材の片面にコレステリック液晶層の重畳層を０．５〜
３０μm、就中１〜２０μm、特に２〜１０μmの厚さで
形成することにより偏光板の透明保護層などとしても好
ましく用いうる薄型の光学素子とすることができる。ま
たその場合、透過円偏光の左右が逆転する組合せのコレ
ステリック液晶層をそれぞれ一層ずつ用いた合計二層の
コレステリック液晶層の重畳構造とすることが好まし
い。
【００１８】本発明による光学素子は、旋光分散を生じ
にくくて例えば液晶表示装置の形成、特に垂直配向型液
晶セルの光学補償などの適宜な目的に好ましく用いう
る。斯かる液晶表示装置は図例の如く、垂直配向型液晶
セル３の両側に偏光板２をクロスニコルに配置し、その
液晶セル３と偏光板２の間の一方又は両方に光学素子１
を配置することにより形成することができる。図例では
垂直配向型液晶セル３の両側に光学素子１が配置されて
いるが、その一方の光学素子を省略した液晶表示装置と
することもできる。
【００１９】前記において好ましく用いうる光学素子
は、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率を
ｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方
向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ
軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき
（以下同じ）、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示すも
のである。斯かる屈折率異方性を示す光学素子を用いる
ことにより垂直配向型液晶セルを斜視した場合の複屈折
による位相差を高度に補償できて、クロスニコルに配置
した偏光板間からの光漏れを抑制して高度な光遮断を達
成することができる。
【００２０】なお前記のｎx≒ｎyは、光学素子における
｜ｎx−ｎy｜と厚さの積による位相差に基づいて１０nm
以下の範囲でのバラツキを許容することを意味し、従っ
てｎx＝ｎyの場合も含まれる。また光学素子のｎx≒ｎy
＞ｎzによる屈折率異方性は、ｎzがｎxとｎyよりも小さ
いことを意味するが、その屈折率差については特に限定
はなく補償対象の垂直配向型液晶セルによる複屈折特性
などに応じて適宜に決定することができる。
【００２１】またより高度な補償による広い視野角を達
成する点より好ましい光学素子は、その厚さ方向位相差
の絶対値の総和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の
０．５〜１．３倍、就中０．７〜１．０倍となるもので
ある。前記の厚さ方向位相差は、｛（ｎx＋ｎy）／２−
ｎz｝と層厚の積で定義され、従って光学素子ではその
厚さをｄとしたとき、式：｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝
×ｄ｝にて算出される。なお光学素子による当該絶対値
の総和とは、光学素子を液晶セルの片側にのみ有する場
合にはその光学素子による当該絶対値を意味し、液晶セ
ルの両側に有する場合にはその全部の光学素子による当
該絶対値を意味する。
【００２２】なお前記の偏光板としては、所定偏光軸の
直線偏光を透過して他の光は吸収する適宜なものを用い
ることができその種類について特に限定はない。一般に
は偏光フィルムやその片面又は両面を透明保護層で保護
したものなどが用いられる。ちなみにその偏光フィルム
の例としては、ポリビニルアルコールや部分ホルマール
化ポリビニルアルコール、エチレン・酢酸ビニル共重合
体部分ケン化物の如き親水性ポリマーからなるフィルム
にヨウ素及び／又はアゾ系やアントラキノン系、テトラ
ジン系等の二色性染料などからなる二色性物質を吸着さ
せて延伸配向処理したものなどがあげられる。
【００２３】偏光フィルムの片面又は両面に必要に応じ
て設ける透明保護層は、上記の透明基材で例示したポリ
マーなどにて形成することができる。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ポリマーか
らなる透明保護層が好ましい。また透明保護層は、光学
素子にて形成することもできる。斯かる光学素子の偏光
板との一体化により偏光板ないし液晶表示装置の薄型化
を図ることができ、また液晶表示装置等の組立工程を簡
易化することができる。透明保護層は、ポリマー液の塗
布方式やフィルムとしたものの接着積層方式などの適宜
な方式で形成することができる。
【００２４】また透明保護層は、拡散化や粗面化用等の
微粒子を含有していてもよい。さらに偏光板は、その片
側又は両側に上記の透明保護層に準じた耐水性等の各種
目的の保護層や表面反射の防止等を目的とした反射防止
層又は／及び防眩処理層などの適宜な機能層を有するも
のとして形成することもできる。その反射防止層は、例
えばフッ素系ポリマーのコート層や多層金属蒸着膜等の
光干渉性の膜などとして適宜に形成することができる。
また防眩処理層も例えば微粒子含有の樹脂塗工層やエン
ボス加工、サンドブラスト加工やエッチング加工等の適
宜な方式で表面に微細凹凸構造を付与するなどにより表
面反射光が拡散する適宜な方式で形成することができ
る。
【００２５】なお前記の微粒子には、例えば平均粒径が
０．５〜２０μmのシリカや酸化カルシウム、アルミナ
やチタニア、ジルコニアや酸化錫、酸化インジウムや酸
化カドミウム、酸化アンチモン等の導電性のこともある
無機系微粒子や、ポリメチルメタクリレートやポリウレ
タの如き適宜なポリマーからなる架橋又は未架橋の有機
系微粒子などの適宜なものを１種又は２種以上用いう
る。
【００２６】上記において光学素子、偏光板及び液晶セ
ルは、分離状態にあってもよいが光学軸のズレ防止やゴ
ミ等の異物の侵入防止などの点より固着処理されている
ことが好ましい。その固着積層には例えば透明接着層を
介した接着方式などの適宜な方式を適用することができ
る。その接着剤等の種類について特に限定はなく、構成
部材の光学特性の変化防止などの点より接着処理時の硬
化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好まし
く、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが望ま
しい。斯かる点よりは親水性ポリマー系接着剤や粘着層
が好ましく用いうる。
【００２７】ちなみに前記粘着層の形成には、例えばア
クリル系重合体やシリコーン系ポリマー、ポリエステル
やポリウレタン、ポリエーテルや合成ゴムなどの適宜な
ポリマーを用いてなる透明粘着剤を用いることができ
る。就中、光学的透明性や粘着特性、耐候性などの点よ
りアクリル系粘着剤が好ましい。なお粘着層は、液晶セ
ル等の被着体への接着を目的に光学素子や偏光板等の片
面又は両面に予め設けることもできる。その場合、粘着
層が表面に露出するときにはそれを実用に供するまでの
間、セパレータ等を仮着して粘着層表面の汚染等を防止
することが好ましい。
【００２８】本発明においては上記の如く垂直配向型液
晶セルの両側に偏光板を偏光子と検光子の関係で機能す
るようにクロスニコルに配置し、その液晶セルと偏光板
の間の少なくとも一方に光学素子を配置する点を除いて
特に限定はなく、従来に準じて液晶表示装置を形成する
ことができる。従って液晶セルの駆動方式等については
特に限定はない。また液晶表示装置の形成に際しては必
要に応じ、位相差板や光拡散板、バックライトや集光シ
ート、反射板等などの適宜な光学素子を適宜に配置する
ことができる。
【００２９】
【実施例】実施例１ 厚さ４０μmのＴＡＣフィルムの片面にポリビニルアル
コールのラビング配向膜を形成し、その上にコレステリ
ック液晶（大日本インキ社製、ＣＢ−１５）を塗布し乾
燥させて厚さ３μmのコーティング膜１を形成した後、
その上に前記液晶に螺旋方向が逆方向となるカイラル剤
を添加したものを塗布し乾燥させて厚さ３μmのコーテ
ィング膜２を形成してｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を
示す光学素子を得た。なお透過する円偏光の左右が逆転
する組合せで積層したコレステリック液晶層は、そのい
ずれも円偏光の選択反射波長範囲が可視光領域外にある
ものである。
【００３０】次に垂直配向型液晶セルの両側に偏光板を
有する液晶表示装置おけるセルと偏光板の間の一方に前
記の光学素子を配置して液晶表示装置を形成した。この
場合、光学素子による厚さ方向位相差の絶対値は、液晶
セルによる当該絶対値の０．８倍であった。また得られ
た液晶表示装置について、クロスニコルに配置の偏光板
の光軸に対し４５度ズレた方位において法線に対し７０
度の傾斜角により斜視した場合の色変化を測定したとこ
ろ（以下同じ）、△xy＝０．０５であった。なお色変化
△xyは、液晶表示装置を白表示状態として法線方向の色
度を（ｘ0、ｙ0）、所定斜視方向の色度を（ｘ、ｙ）と
したとき次式にて算出される。 △xy＝√｛（ｘ−ｘ0）２＋（ｙ−ｙ0）２｝
【００３１】比較例 コーティング膜１の厚さを６μmとしその上にコーティ
ング膜２を設けずにｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示
す光学素子を得、それを用いたほかは実施例１に準じ液
晶表示装置を得た。その所定斜視方向の色変化は、△xy
＝０．０７であった。
【００３２】前記より実施例にては、垂直配向型液晶セ
ルの斜視による複屈折に基づく光漏れを低減しつつ、コ
レステリック液晶層の旋光分散を解消して色再現性に優
れる液晶表示装置の得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の断面図
【符号の説明】
１：光学素子 １１と１２、１３と１４：透過円偏光の左右が逆転する
組合のコレステリック液晶層 ２：偏光板 ３：垂直配向型液晶セル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA05 BA43 BB03 BC22 2H089 HA25 QA16 RA11 SA03 TA14 TA15 2H091 FA01Y FA08X FA08Z FA11X FA11Z FD08 FD10 FD14 GA01 GA06 KA01 KA02 LA19

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円偏光の選択反射波長範囲が可視光領域
    外にあるコレステリック液晶層を、透過する円偏光の左
    右が逆転する組合せで積層してなることを特徴とする光
    学素子。
  2. 【請求項２】 請求項１において、円偏光の選択反射波
    長範囲の差が２０％以下となるコレステリック液晶層同
    士の組合せとした光学素子。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２において、厚さ方向をＺ
    軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直
    な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率
    をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方
    向における屈折率をｎyとしたとき、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈
    折率異方性を示す光学素子。
  4. 【請求項４】 垂直配向型液晶セルの両側に偏光板を有
    し、その液晶セルと偏光板の間の一方又は両方に請求項
    １〜３に記載の光学素子を有することを特徴とする液晶
    表示装置。
  5. 【請求項５】 請求項４において、請求項３に基づくｎ
    x、ｎy、ｎz及び光学素子の厚さをｄとしたとき、式：
    ｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ｝にて算出される厚さ
    方向位相差の絶対値に基づいて、光学素子による当該絶
    対値の総和が液晶セルによる当該絶対値の０．５〜１．
    ３倍である液晶表示装置。
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