JP2003090913A - 楕円偏光板及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶セルに対して正確な位相差補償を行い、全
方位視野角において十分な表示コントラストを保つ表示
性能を持つＴＮモードの液晶表示装置を実現しながら、
且つ熱や湿度の影響による液晶表示装置の面内の表示ム
ラを抑制することができる楕円偏光板を提供する。 【解決手段】偏光膜、透明支持体、ディスコチック液晶
又はネマチック液晶からなり且つその液晶分子の光軸が
前記透明支持体面から傾斜している第１の光学異方性
層、及び負の光弾性係数を有する第２の光学異方性層を
有し、前記第２の光学異方性層が高分子フィルムからな
り、その面内及び厚さ方向の３次元屈折率のうち任意の
２方向の屈折率差と、前記高分子フィルムの厚さとの積
が１００ｎｍ以下である楕円偏光板とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全方位視野角にお
いて十分な表示コントラストを保つ表示性能を持つＴＮ
モードの液晶表示装置を実現する視角補償用楕円偏光板
に関し、更に熱や湿度の影響による液晶表示装置の面内
の表示ムラを抑制することができる楕円偏光板に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、一般的な液晶表示装置の主流方式
は、ＴＮ液晶を用いたＴＦＴ−ＬＣＤである。この方式
では、応答速度が速く、高いコントラストを得ることが
できるなどの利点がある。しかし、ＴＮ液晶を用いたパ
ネルの表示をその法線方向より傾いた角度から見た場
合、コントラストが著しく低下し、また階調表示が逆転
する階調反転などが起こるため、ＴＮ液晶は非常に視野
角が狭いという特性を持っている。一方、大型のＰＣモ
ニターやテレビ等の用途においては、高コントラスト、
広視野角、視野角による表示色変化が少ないことなどが
要求される。従って、ＴＮモードのＴＦＴ−ＬＣＤをそ
のような用途に用いる場合には、視野角を補償するため
の位相差フィルムが必要不可欠である。

【０００３】この位相差フィルムとしては、延伸複屈折
ポリマーフィルムが従来から使用されていた。最近、延
伸複屈折フィルムからなる光学補償シートに代えて、透
明支持体上に液晶性分子から形成された光学異方性層を
有する光学補償シートを使用することが提案されてい
る。液晶性分子には多様な配向形態があるため、液晶性
分子を用いることで、従来の延伸複屈折ポリマーフィル
ムでは得ることができない光学的性質を実現することが
可能になった。

【０００４】上記のような視野角補償用の位相差フィル
ムとして、例えば、負の屈折率異方性を持つディスコチ
ック液晶を用いた富士写真フィルム社製のワイドビュー
フィルムがある。この位相差フィルムでは、主として黒
表示の電圧印加状態における視野角特性を改良すること
が目的とされている。即ち、電圧印加状態においては、
液晶セル中の液晶分子はガラス基板から傾斜した光軸を
有する正の屈折率異方性を示す。この屈折率異方性によ
る位相差を補償するために、光軸がフィルム法線方向か
ら傾斜し且つ負の屈折率異方性を有する液晶性分子を利
用した位相差フィルムとなっている。

【０００５】また、別の視野角補償用の位相差フィルム
として、正の屈折率異方性を持つネマチック液晶を用い
た日本石油化学社製のＮＨフィルムがある。このフィル
ムは、主として中間調表示状態を補償することが目的と
され、光軸がフィルム法線方向より傾斜し且つ正の屈折
率異方性を有する液晶性分子を利用した位相差フィルム
である。

【０００６】更に、表示コントラストの視野角及び中間
調表示状態を補償するために、ネマチック液晶性分子を
利用し、光軸がフィルム法線方向から傾いている光学補
償層と正の一軸性を有し且つ光軸がフィルム面内にある
光学補償層とを、主屈折率方向が互いに直交するように
積層して得られる位相差フィルムが、特開平７−３０６
４０６号公報、特開平７−３５９２４号公報及び特開平
１０−１２３５０６号公報に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、ＴＮモー
ドのＴＦＴ−ＬＣＤの視野角補償用に用いられる位相差
フィルムについては、セルロース系高分子フィルムを透
明支持体とし、その上にディスコチック又はネマチック
液晶分子の傾斜配向層を形成した複合位相差フィルムが
用いられており、位相差補償により、ある程度の視野角
特性を持つ液晶表示装置が得られるようになった。しか
し、これらの複合位相差フィルムのみを用いる場合に
は、例えば表示コントラストについては、パネル法線方
向から略６０°以上傾けた時には表示コントラストは著
しく低下する問題がある。特にネマチック液晶性分子を
利用したＴＮモードの場合には、液晶セルに用いている
のと同じ光学異方性を持つもので光学的な補償を行うた
め、黒表示状態において液晶セル中のネマチック液晶分
子の光軸がセル表面に対する法線方向に近い傾きを持つ
配向状態を補償することが理論上不適当であり、視角を
変えたときにもニュートラルな黒の沈み込みを維持する
ことは困難である。

【０００８】更に、ネマチック液晶性分子の傾斜配向層
と正の一軸性を有する位相差層を組み合わせたものに関
しても、これらの報告を検証したところ、特に視野角変
化による著しい着色が生じるため、実用上好ましくない
液晶表示装置しか得ることができなかった。

【０００９】このように、ＴＮモードのＴＦＴ−ＬＣＤ
の視野角補償用に用いられる位相差フィルムについて
は、透明支持体上にディスコチック又はネマチック液晶
分子の傾斜配向層を形成した複合位相差フィルムが用い
られているが、正確な位相差補償により、表示コントラ
ストや着色現象などのトータルでの視野角特性が飛躍的
に改善されるものは見出されていない。

【００１０】また、より広い視野角特性の要求があるの
と同時に、表示の面内均一性も求められている。従来の
偏光膜（ポリビニルアルコール系）とセルロース系の高
分子基材フィルム及び液晶分子の傾斜配向層からなる楕
円偏光板を利用する場合には、温度や湿度の影響により
偏光膜の寸法変化が起こり、その応力によって基材フィ
ルムの位相差変化が生じてしまう。その結果、液晶表示
装置においては黒表示での透過率の面内均一性が悪くな
り、特定部分に光漏れが生じるという問題があった。

【００１１】そこで、本発明は前記従来の問題を解決す
るためになされたものであり、液晶セルに対して正確な
位相差補償を行い、全方位視野角において十分な表示コ
ントラストを保つ表示性能を持つＴＮモードの液晶表示
装置を実現しながら、且つ熱や湿度の影響による液晶表
示装置の面内の表示ムラを抑制することができる楕円偏
光板を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の楕円偏光板は、偏光膜、透明支持体、ディ
スコチック液晶又はネマチック液晶からなり且つその液
晶分子の光軸が前記透明支持体面から傾斜している第１
の光学異方性層、及び負の光弾性係数を有する第２の光
学異方性層を有することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の楕円偏光板は、前記第２の
光学異方性層が高分子フィルムからなり、その面内及び
厚さ方向の３次元屈折率のうち任意の２方向の屈折率差
と、前記高分子フィルムの厚さとの積が１００ｎｍ以下
であることが好ましい。

【００１４】また、本発明の楕円偏光板は、前記透明支
持体及び前記第２の光学異方性層のそれぞれの面内にお
ける最大屈折率方位が直交関係にあることが好ましい。

【００１５】また、本発明の楕円偏光板は、前記偏光
膜、前記透明支持体、前記第１の光学異方性層、及び前
記第２の光学異方性層が、この順序にて積層されている
ことが好ましい。

【００１６】更に、本発明の液晶表示装置は、液晶セル
の少なくとも一方に、前記楕円偏光板が配置されている
ことを特徴とする。

【００１７】本発明は、偏光膜、透明支持体、ディスコ
チック液晶又はネマチック液晶からなり且つその液晶分
子の光軸が前記透明支持体面から傾斜している第１の光
学異方性層、及び負の光弾性係数を有する第２の光学異
方性層を有する楕円偏光板を、液晶セルの少なくとも一
方に配置することにより、パネルの法線方向から略８０
°まで視野角を変えた場合にも、表示コントラストの低
下が大幅に改善され、表示に著しい影響を及ぼす着色現
象がなく、且つ熱や湿度の影響による面内の表示ムラが
生じない液晶表示装置を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に用いる透明支持体はセル
ロース系高分子フィルムからなるものが好ましく、光学
的に透明であれば特に限定はなく、二酢酸セルロースや
三酢酸セルロース等を使用することができる。なお、セ
ルロース系高分子の光弾性係数は正であるため、Ｘ−Ｙ
面内にて応力を加えた場合に、応力を加えた方位ｘの屈
折率ｎ _xがｎ_y及びｎ_zよりも大きくなる。また、この透
明支持体は偏光膜の保護層としての役割を果たすことも
可能である。

【００１９】透明支持体上にディスコチック又はネマチ
ック液晶の傾斜配向層を形成する手段としては、例え
ば、電場や磁場等の印加下あるいは支持体に配向膜を塗
布してそれをラビング処理や紫外光照射することにより
重合性液晶や高分子液晶を傾斜配向状態にさせ、その
後、前者の場合には光や熱、後者の場合には急冷により
固定化する等の方法を用いることができる。また、他の
配向基材上にディスコチック液晶又はネマチック液晶を
傾斜配向させた後、セルロース系高分子フィルム上に光
学的に透明な接着剤又は感圧性接着剤を利用して転写す
ることにより形成することも可能である。

【００２０】ディスコチック液晶又はネマチック液晶か
らなり且つその液晶分子の光軸が透明支持体面より傾斜
している第１の光学異方性層としては、その傾きがフィ
ルムの厚さ方向にて変化する配向状態を固定化したもの
が望ましい。このような傾斜配向をとる光学異方性層
は、その層の法線方向から光軸の傾斜方向に対してサン
プルをプラス又はマイナスの方向に傾斜させてリターデ
ーションを測定した場合、０°入射を中心とした対称形
をとることはなく、またリターデーションが０となる点
もない。このようなディスコチック液晶の傾斜配向層を
セルロース系高分子フィルム上に形成させたものとして
富士写真フィルム社製のワイドビューフィルム、また、
ネマチック液晶を利用したものとして日本石油化学社製
のＮＨフィルムがある。

【００２１】本発明に用いる負の光弾性係数を有する第
２の光学異方性層としては高分子フィルムからなるもの
が好ましく、光学的に透明な高分子フィルムや、配向ム
ラの少ない高分子延伸フィルムが好適に用いられる。例
えば、ポリスチレン、アクリル、メチルメタクリレー
ト、脆性が改良されたスチレン系共重合体、アクリル系
共重合体、エチレン−テトレシクロドデセン共重合体な
どが挙げられる。なお、光弾性係数が負であるというこ
とは、Ｘ−Ｙ面内にて応力を加えた場合に、材料の化学
構造により主鎖と直交する方位の配向性が高いために、
応力を加えた方位ｘの屈折率ｎ_xよりもｎ_y及びｎ_zが大
きくなることを示す。光弾性係数の絶対値が大きすぎる
ことは好ましくなく、１×１０^-11ｍ²／Ｎ以下であるこ
とが望ましい。また、この第２の光学異方性層の位相差
特性については、その層面内における屈折率ｎ_2x及びｎ
_2y、厚さ方向の屈折率ｎ_2zにおいて、これらから選んだ
任意の二つ屈折率の差とフィルム厚さの積にて表される
リターデーションの絶対値が、５９０ｎｍの単色光に対
して、すべて１００ｎｍ以下の範囲であることが望まし
い。

【００２２】本発明でいう光弾性係数とは、弾性体が外
力を受けたとき一時的に光学的異方体となって複屈折を
生じ、外力を除いたあと元に戻る光弾性効果を示す物質
において複屈折差の応力依存性を表す定数である。即
ち、複屈折率差（△ｎ）と光弾性係数との関係は次式で
表される。 △ｎ＝Ｃ・σ(Ｃは光弾性係数、σは応力を表す) 正の光弾性係数を有する樹脂とは上記光弾性係数の符号
が正の樹脂であり、負の光弾性係数を有する樹脂とは上
記光弾性係数の符号が負の樹脂である。従って、上述し
たように、Ｘ−Ｙ面内にて方位ｘに応力を加えた場合に
は、光弾性係数が正の場合にはｎ_x＞ｎ_yとなり、負の場
合にはｎ_y＞ｎ_xとなる。

【００２３】上記の第１の光学異方性層と第２の光学異
方性層を積層する場合には、セルロース系高分子フィル
ムと第２の光学異方性層のそれぞれの面内最大屈折率方
位が略直交している関係に配置することが望ましい。積
層品におけるある方位ｘに応力が加わった場合、正の光
弾性係数を有するセルロース系高分子フィルムはその方
位ｘの屈折率が大きくなるが、負の光弾性係数を有する
第２の光学異方層は方位ｘに直交する方位の屈折率が大
きくなる。従って、例えば高温下において生じる偏光膜
の寸法変化による応力が原因で発生するリターデーショ
ンを互いに打ち消しあうことができる。その結果、光学
異方層のリターデーション変化による偏光状態の変化を
防止し、液晶表示装置における黒表示での光漏れを抑制
することが可能となる。

【００２４】光学異方性層と積層して用いる偏光膜に
は、一般にポリビニルアルコールを２色性染料又はヨウ
素を用いて染色し、それを延伸処理して得たものが好適
に用いられる。光学異方性層を貼り合わせた偏光膜の他
面には、保護層を設けても良い。更に、その保護層には
防眩層や反射防止層が設けられていても良い。また、偏
光膜として、偏光膜の両側に保護層を接着剤にて貼り合
わせた偏光板を用いることも可能である。また、他面の
保護層には防眩層や反射防止層が設けられても良い。複
合位相差フィルムを偏光膜と積層する場合には、その透
過軸方向と複合位相差フィルムの面内最大屈折率方向が
平行又は直交であることが望ましい。

【００２５】また、各層を積層するために用いられる感
圧性接着剤としては、アクリル系のものが好適に用いら
れる。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。

【００２７】（実施例１）セルロース系高分子フィルム
である三酢酸セルロース（ＴＡＣ）フィルム上に、ディ
スコチック液晶分子がハイブリッド配向している複合光
学異方性層として、富士写真フィルム社製のワイドビュ
ー（ＷＶ）フィルムを用いた。次に、厚さ１２５μｍの
三菱レーヨン社製のアクリルフィルム“アクリプレン”
を延伸機を用いて１１０℃にて縦延伸し、位相差フィル
ム（Ａ）を得た。この位相差フィルム（Ａ）を王子計測
機器社製の位相差計ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨを用いて測
定すると、λ＝５９０ｎｍにおいて△ｎ_xy・ｄ＝３０ｎ
ｍ、△ｎ_xz・ｄ＝２ｎｍ、△ｎ_yz・ｄ＝２ｎｍであっ
た。また、“アクリプレン”を長方形に切り取り、荷重
を変えたときの位相差変化を測定し、その傾きにより光
弾性係数を測定したところ負の値を示した。また、厚さ
７５μｍのポリビニルアルコールフィルムをヨウ素を含
む水溶液中にて染色した後、ホウ酸を含む水溶液中にて
周速の異なるロール間で６倍に一軸延伸して偏光膜を得
た。

【００２８】ＷＶフィルムのディスコチック液晶層側
に、アクリル系感圧性接着剤を介して位相差フィルム
（Ａ）を、それぞれのフィルムの面内最大屈折率方位が
直交するように貼り合わせ、複合位相差フィルム（Ｂ）
を得た。偏光膜の片面に８０μｍのＴＡＣフィルムを接
着剤にて貼り合わせ、他面には複合位相差フィルム
（Ｂ）を、ＴＡＣが偏光膜側になるよう接着剤にて貼り
合わせて、本発明の楕円偏光板を作製した。

【００２９】（比較例１）実施例１の偏光膜の片面に８
０μｍのＴＡＣフィルムを接着剤にて貼り合わせた。他
面には、実施例１の複合位相差フィルム（Ｂ）を、ＴＡ
Ｃフィルムが偏光膜側になるよう接着剤にて貼り合わせ
て、従来の楕円偏光板を作製した。

【００３０】（評価１：視野角特性評価)実施例１で作
製した楕円偏光板を、複合位相差フィルムがセル側にな
るようにＴＮモードの液晶セルの両面に貼り合わせた。
また、比較例１で作製した楕円偏光板を、複合位相差フ
ィルムがセル側になるようにＴＮモードの液晶セルの両
面に貼り合わせた。図１において、１１及び１２は実施
例１で得られた偏光膜、２１及び２２はＴＡＣフィル
ム、３１及び３２はディスコチック液晶層であり、２１
と３１、２２と３２を複合光学異方性層としている。４
１及び４２は位相差フィルム（Ｂ）、５１はＴＮモード
の液晶セルである。また、比較例１の構成図を図２に示
す。各構成の液晶パネルにおける表示コントラストの視
野角特性をＥＬＤＩＭ社製のＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔに
て測定した。その結果を等コントラスト曲線にて図３及
び図４に示す。また、コントラスト１０基準の上下左右
の視野角特性を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】以上の結果より、本発明の複合位相差フィ
ルムを用いることにより、視野角特性が大幅に向上する
ことが明らかである。

【００３３】（評価２）図１及び図２の構成のＴＮ−Ｌ
ＣＤを５０℃の環境下に２４０時間放置した後、黒表示
にて表示ムラを評価するために、トプコン社製ＢＭ−５
Ａにより図５に示すように各９点の透過率を測定し、
（Ｂ＋Ｄ＋Ｆ＋Ｈ）／４−（Ａ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｇ＋Ｉ）／５
にて表示ムラを定量的に比較した。その結果、図１の構
成では表示ムラが０．０２％であったのに対して、図２
の構成では０．２％と表示ムラが大きく、目視にても図
２の構成では明らかに光漏れが観察されたのに対して、
図１の構成の液晶表示装置では非常に均一な表示が得ら
れた。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明の楕円偏光板を用
いることにより、略全方位の視野角にわたって十分な表
示コントラストを保つことができる高品位表示を示し、
また周囲環境の温度や湿度等の影響を受けずに表示均一
性を保つことができる液晶表示装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の断面図である。

【図２】従来の液晶表示装置の断面図である。

【図３】実施例１の液晶パネルの等コントラスト曲線で
ある。

【図４】比較例１の液晶パネルの等コントラスト曲線で
ある。

【図５】液晶表示装置の表示画面を示す図である。

【符号の説明】

１１，１２ 偏光膜 ２１，２２ ＴＡＣフィルム ３１，３２ ディスコチック液晶層 ４１，４２ 位相差フィルム

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA04 BA06 BA27 BA42 BB03 BB33 BB43 BB46 BC03 BC04 BC05 BC06 BC14 BC22 2H091 FA08 FA11 FD09 FD10 FD12 HA07 KA02 LA03 LA11 LA12 LA17 LA19

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光膜、透明支持体、ディスコチック液
   晶又はネマチック液晶からなり且つその液晶分子の光軸
   が前記透明支持体面から傾斜している第１の光学異方性
   層、及び負の光弾性係数を有する第２の光学異方性層を
   有することを特徴とする楕円偏光板。
2. 【請求項２】 前記第２の光学異方性層が高分子フィル
   ムからなり、その面内及び厚さ方向の３次元屈折率のう
   ち任意の２方向の屈折率差と、前記高分子フィルムの厚
   さとの積が１００ｎｍ以下である請求項１に記載の楕円
   偏光板。
3. 【請求項３】 前記透明支持体及び前記第２の光学異方
   性層のそれぞれの面内における最大屈折率方位が直交関
   係にある請求項１又は２に記載の楕円偏光板。
4. 【請求項４】 前記偏光膜、前記透明支持体、前記第１
   の光学異方性層、及び前記第２の光学異方性層が、この
   順序にて積層されている請求項１〜３のいずれかに記載
   の楕円偏光板。
5. 【請求項５】 液晶セルの少なくとも一方に、請求項１
   〜４のいずれかに記載の楕円偏光板を配置したことを特
   徴とする液晶表示装置。