JP2003307618A

JP2003307618A - 位相差フィルムおよびその製造方法

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Publication number: JP2003307618A
Application number: JP2002114490A
Authority: JP
Inventors: Takeya Sakai; 丈也酒井; Masao Uetsuki; 正雄植月; Yoshihiro Kawatsuki; 喜弘川月
Original assignee: Hayashi Telempu Corp
Current assignee: Hayashi Telempu Corp
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な光学補償効果を有する位相差フィルム、
およびその製造方法の実現。【構成】Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に主屈折率ｎｘ、ｎｙ、
ｎｚを有する２軸性の屈折率楕円体を、Ｘ軸を回転軸と
してθ１回転させ、Ｙ軸を回転軸としてθ２回転させた
方向に主屈折率ｎｘ´、ｎｙ´、ｎｚ´を有する２軸性
の屈折率楕円体からなる複屈折性を有することを特徴と
する位相差フィルムにより良好な光学補償効果を有する
位相差フィルムを得ることができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の視
野角特性を改善するため用いられる位相差フィルムおよ
びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】位相差フィルムは、互いに垂直な主軸方
向に振動する直線偏光成分を透過させ、この二成分間に
必要な位相差を与える複屈折性を有するフィルムであ
る。このような位相差フィルムは液晶表示分野にも活用
されてきており、特に負の複屈折性を有する液晶性材料
を傾斜ないしはベンド配向させた位相差フィルムは液晶
表示装置の視野角拡大に有効な光学補償フィルムとして
利用されてきている。このような位相差フィルムによっ
て大幅な視野角拡大効果が得られてはいるが、液晶表示
装置を見る方向によっては光学補償効果が十分得られず
ＣＲＴの代替としては対応できていないのが実状であ
る。また、このような位相差フィルムは、特開平７−２
８７１１９号、特開平７−２８７１２０号、特開平１０
−２７８１２３号公報に記載されているように、ラビン
グ、SiO斜方蒸着、光照射などの方法によって配向処理
された配向膜上にディスコティック液晶のような負の屈
折率楕円体である液晶材料を配列させてなる。しかしな
がら、ディスコティック液晶ではトリフェニレン骨格の
ような構造からなり、波長分散が大きいためか液晶表示
装置に装着した場合に視野角において左右方向で表示が
黄色味がかり画質が低下してしまうという問題点があ
る。また、このような配向膜を用いる方法では、配向材
料の塗布乾燥工程、配向膜の配向処理工程、配列させる
液晶材料の塗布乾燥工程、液晶材料の配列処理工程など
の工程が必要となり工程が煩雑になるなどの問題もあ
る。このような工程の煩雑さを解決する方法として光照
射により位相差を発現させる方法が挙げられる。このよ
うな方法として、特開平７−１６８０２０号や特開平７
−２０７０３７号に光異性化するアゾベンゼン部を含む
高分子のシートに光照射し光軸の傾いた負の一軸性を有
する位相差フィルムが提案されているが、このフィルム
でも、アゾベンゼンの光異性化を利用しているため耐熱
性などの面で実用性に欠けると考えられる。また、特開
平１１−１６０７０８号にもアゾベンゼン誘導体が置換
された２色性の光異性化を発現する液晶性配向材料に光
照射する方法が挙げられているが、光照射による複屈折
の発現の確認のみに留まっており実用性に関する記載は
一切ない。また、特開平１１−１８３７２２号に光反応
性置換基を有する液晶性材料の膜に光照射し、シート面
内の進相軸または遅相軸を傾斜軸とした場合のレタデー
ション値の傾斜角依存性が法線方向に対して非対称であ
る位相差フィルムが記載されている。しかしながら、こ
のような、進相軸または遅相軸を傾斜軸とした場合のレ
タデーション値の傾斜角依存性を法線方向に対して非対
称にするのみでは、液晶表示装置に装着したときに視野
角における左右方向で表示が黄色味がかるなど画質が低
下してしまうという問題点があり光学補償効果は十分で
ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＴＮ型液晶
表示装置の視野角特性を改善する。即ち、着色現象、階
調反転を低減する位相差フィルムおよびその位相差フィ
ルムを工業的な製造方法を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の位相差フィルム
は、図１に示すように、フィルム面に平行するＸ軸、Ｙ
軸、およびフィルム面法線方向のＺ軸方向にそれぞれ主
屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有する２軸性の屈折率楕円体
を、Ｘ軸を回転軸としてθ１回転させ、Ｙ軸を回転軸と
してθ２回転させた方向に主屈折率ｎｘ´（１１ａ軸方
向）、ｎｙ´（１１ｂ軸方向）、ｎｚ´（１１ｃ軸方
向）を有する２軸性の屈折率楕円体１１からなる複屈折
性を有する。該位相差フィルムを２枚の電極基板間にＴ
Ｎ液晶を挟持してなる液晶セルと、その両側に配置され
た２枚の偏光板からなるＴＮ型液晶表示装置において、
液晶セルと偏光板との間に少なくとも１枚装着すること
によって課題を解決できる。（本発明の位相差フィルム
は観測方向に応じて異なる複屈折特性を示す性質のもの
であるため、特にフィルム面の法線方向から観測される
複屈折の遅相軸の方向を基準軸と定め、また、フィルム
面の法線方向から観測される基準軸の方向をフィルム面
法線方向を中心軸とする回転に対して０°の方向とし
た。）

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の詳細を説明す
る。本発明の位相差フィルムは、フィルム面に平行する
Ｘ軸、Ｙ軸およびフィルム面法線方向のＺ軸からなる座
標系に対して、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向にそれぞれ主屈折
率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有する２軸性の屈折率楕円体を仮
定し、Ｘ軸を回転軸として任意の回転角θ１°回転さ
せ、Ｙ軸を回転軸として任意の回転角θ２°回転させた
方向に主屈折率ｎｘ´（１１ａ軸方向）、ｎｙ´（１１
ｂ軸方向）、ｎｚ´（１１ｃ軸方向）を有する２軸性の
屈折率楕円体からなる複屈折を有することを特徴とする
位相差フィルムであり、本発明の実施例１における位相
差フィルムはその典型的なフィルムである。その複屈折
性をセナルモン法を応用し測定した結果を図２に示す。
透過軸が水平面に４５°となるように配置した偏光子と
フィルムを正対（入射角＝０°）させ面内の遅相軸の方
向と偏光子透過軸の方向が直交する場合を方位角０°と
した。ここから、フィルムを水平面の法線軸を中心に５
５°回転させた場合を右方向、反対にフィルムを水平面
の法線軸を中心に−５５°回転させた場合を左方向、方
位角を９０°回転させ、フィルムを水平面の法線軸を中
心に５５°回転させた場合を下方向、反対にフィルムを
水平面の法線軸を中心に−５５°回転させた場合を上方
向とし、それぞれの方向において偏光子と１／４波長板
を同調させて３６０°回転させ、その位相差を測定した
ものである。（この各方向は、本実施例位相差フィルム
を液晶表示装置に組み合わせ装着する際に適した方向と
しての名称である）この測定法により上下左右方向の各
方向ににおける位相差フィルムの屈折率体の投影形状に
おける最大となる軸の傾斜方向や位相差の大きさなどの
複屈折性に関する知見が得られる。この知見をもとに、
実施例の位相差フィルムを負の複屈折を有するフィルム
とともに、図３に示すような光学配置で液晶表示装置に
装着することが考えられる。図３において、３１、３１
´は本発明の位相差フィルムであり、ａ、ａ´はその位
相差フィルムを正面から見たときの遅相軸の方向を示
し、ｌ、ｌ´は、図１における屈折率楕円体１１の主屈
折率ｎｘ´の方向であり、ｍ、ｍ´は、主屈折率ｎｙ´
の方向である。３２は液晶セルであり、ｂ、ｂ’がプレ
チルト方向を示し、３３、３３’は偏光シートであり、
ｃ、ｃ’がそれぞれの光透過軸方向を示している。この
ようにして装着した場合、液晶表示装置の左右方向（そ
れぞれＱ方向またはＰ方向）において、黄色味を呈する
ことなく広い視野角特性を発現することが確認された。
更に、４×４マトリックス法を利用した透過光のシミュ
レーションにおいても本発明の位相差フィルムを装着し
た場合に良好な光学補償効果があることが、偏光板の透
過軸が表示画面に対し４５°で直交して裏側（背面光源
側）と表側（表示面側）に各１枚装着されている液晶表
示装置において黒表示時の透過光をシミュレーションを
した図４で確認できた。図４（Ａ）、（Ｂ）は液晶表示
装置を右方向５５°、左方向５５°から見たときの裏側
偏光板を透過した光の偏光状態である。図４（Ａ´）、
（Ｂ´）は図３に示した光学配置で本発明の位相差フィ
ルムと負の複屈折フィルムを装着したときの表側偏光板
に入射する光の偏光状態を示したものである。（ここ
で、４１は表側偏光板の透過軸を示す。）この図より、液晶表示装置裏面より液晶セルを透過して
きた光は、比較的直線偏光に近い状態のまま表側偏光板
の透過軸方向と直交した方向となり黒表示が保たれ、良
好な光学補償効果があることがシミュレーションで示さ
れた。一方、図４（Ａ´´）、（Ｂ´´）に位相差フィ
ルムと負の複屈折フィルム未装着時の表側偏光板に入射
する光の偏光状態を示すが、図より、未装着時には偏光
状態が大きく乱れるうえ、表側偏光板の透過軸方向と直
交せず黒表示が保たれていない。

【０００６】本発明の位相差フィルムの製造法の例とし
ては、本発明者が、特開平１１−１８９６６５号特許公
報、特願２０００−４００３５６号で記載したような、
光の照射と加熱冷却により複屈折を生じる材料を用いる
ことができる。これらの材料は、液晶性高分子のメソゲ
ン成分として多用されているビフェニル、ターフェニ
ル、フェニルベンゾエート、アゾベンゼンなどの置換基
と、シンナモイル基、カルコン基、シンナミリデン基、
β−（２−フリル）アクリロイル基（または、それらの
誘導体）などの感光性基を結合した構造を含む側鎖を有
し、炭化水素、アクリレート、メタクリレート、マレイ
ミド、Ｎ−フェニルマレイミド、シロキサンなどの構造
を主鎖に有する高分子が挙げられる。該重合体は同一の
繰り返し単位からなる単一重合体または構造の異なる側
鎖を有する単位の共重合体でもよく、あるいは感光性基
を含まない側鎖を有する単位を共重合させることも可能
である。また、混合する低分子化合物も、メソゲン成分
として多用されているビフェニル、ターフェニル、フェ
ニルベンゾエート、アゾベンゼンなどの置換基を有する
結晶性または、液晶性を有する化合物が挙げられる。混
合する低分子化合物は、単一の化合物のみとは限らず複
数種の化合物を混合することも可能である。更には、液
晶性を損なわない程度に配向性を向上させるための配向
助剤や耐熱性を向上させるための架橋剤を添加すること
や、液晶性を損なうことなく液晶性を示さない単量体を
感光性の重合体に共重合してもかまわない。このような
材料を、透明な基板上に塗布して製膜する。この基板
に、互いに電界振動面が直交した２つの直線偏光性の光
をそれぞれ所望の角度で照射し、加熱冷却することによ
り作製できる。この場合、膜中の分子は、２つの直線偏
光性の光の電界振動方向に配向しようとすることから、
本発明の、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に主屈折率ｎｘ、ｎ
ｙ、ｎｚを有する２軸性の屈折率楕円体を、Ｘ軸を回転
軸としてθ１回転させ、Ｙ軸を回転軸としてθ２回転さ
せた方向に主屈折率ｎｘ´、ｎｙ´、ｎｚ´を有する２
軸性の屈折率楕円体からなる複屈折性を有することを特
徴とする位相差フィルムを製造することができる。この
ように製造された位相差フィルムのセナルモン法による
位相差の角度依存性は、ミューラー法を用いた複屈折を
有する層状媒質に対する光学シミュレーション結果との
フィッティングにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に主屈折
率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有する２軸性の屈折率楕円体を、
Ｘ軸を回転軸としてθ１回転させ、Ｙ軸を回転軸として
θ２回転させた方向に主屈折率ｎｘ´、ｎｙ´、ｎｚ´
を有する２軸性の屈折率楕円体の場合と良く一致するこ
とが確認されている。

【０００７】ここで、位相差フィルムの複屈折性は、図
２における測定法において上下左右方向における屈折率
の最大となる軸の傾斜方向や位相差の大きさとして測定
されるが、その複屈折性は装着される液晶表示装置の捩
れ方向、セル厚、チルト角、液晶の種類などにより決ま
る光学特性によって調整する必要がある。多くのＴＮ型
液晶表示装置においては、図２の測定結果における右方
向から見た屈折率の最大となる軸の傾斜方向は、この観
測方向からの水平方向に対して４５±１５°程度が好ま
しく、４５±１０°がより好ましい。またこの観測方向
での位相差は５０〜２５０ｎｍ程度が好ましい。更に、
上下方向の視野角を拡大するには、上方向から見たとき
の屈折率の最大となる軸がその方向から見た前記基準軸
の方向より傾きが小さく、下方向から見たときの屈折率
の最大となる軸がその方向から見た前記基準軸の方向よ
り傾きが大きいことが好ましい。位相差フィルムの複屈
折性の調整には、膜厚や照射光の照射量、偏光度、照射
方向を変えることが有効である。更には、負の複屈折フ
ィルムや１軸延伸フィルム、２軸延伸フィルムと組み合
わせることもできる。但し、本発明の位相差フィルムの
製造法はこのような光の照射と加熱冷却により複屈折を
生じる材料に光照射するものに限定されるものではな
く、前述の複屈折性を有しているものであればよく、２
軸延伸した透明樹脂ロッドを所望の傾斜角度でスライス
するや、従来から用いられている異周速延伸、配向膜上
で液晶性分子を配向させるもの、無機物を蒸着するも
の、またはそれを複合した系などを用いても良い。

【０００８】本発明の位相差フィルムの実施例において
用いた感光性重合体の原料化合物および低分子化合物に
関する合成方法を以下に示す。（単量体１）４，４’−ビフェニルジオールと２−クロ
ロエタノールを、アルカリ条件下で加熱することによ
り、４−ヒドロキシ−４’−ヒドロキシエトキシビフェ
ニルを合成した。この生成物に、アルカリ条件下で１，
６−ジブロモヘキサンを反応させ、４−（６−ブロモヘ
キシルオキシ）−４’−ヒドロキシエトキシビフェニル
を合成した。次いで、リチウムメタクリレートを反応さ
せ、４−ヒドロキシエトキシ−４’−（６−メタクリロ
イルオキシヘキシルオキシ）ビフェニルを合成した。最
後に、塩基性の条件下において、塩化シンナモイルを加
え、化学式１に示される単量体１を合成した。

【化１】

【０００９】（重合体１）単量体１をテトラヒドロフラ
ン中に溶解し、反応開始剤としてAIBN（アゾビスイソブ
チロニトリル）を添加して重合することにより感光性の
重合体１を得た。この重合体１は、４７−７５℃の温度
領域において、液晶性を呈した。

【００１０】（低分子化合物１）４，４’−ビフェニル
ジオールと６−ブロモヘキサノールを、アルカリ条件下
で反応させ、４，４’− ビス（６−ブロモヘキシルオ
キシ）ビフェニルを合成した。次いで、塩基性の条件下
において、塩化シンナモイルを加え反応させ、生成物を
カラム精製することにより化学式２に示される低分子化
合物１を合成した。

【化２】

【００１１】実施例１は、本発明の位相差フィルムを作
製した実施例である。（実施例１）４．２重量％の重
合体１および０．８重量％の低分子化合物１をジクロロ
エタンに溶解し、ガラス基板（支持体）上に約１μmの
厚さで塗布した。該基板を水平面に対して４０度傾け、
塗布面が照射面となるように配置し、直線偏光性の紫外
線の電界振動方向が基板の傾斜軸に対して４５°となる
ようにして１００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、続いて、直線偏
光性の紫外線の電界振動方向が基板の傾斜軸に対して−
４５°となるようにして１０ｍＪ／ｃｍ^２照射した。更
に、基板を裏返し同様に照射し、次に、１００℃に加熱
した後、室温まで冷却した。このようにして得られた位
相差フィルムを、カシオ製液晶カラーテレビＥＶ−５１
０の偏光シートを剥がし、液晶セルの上下面に１枚ずつ
貼り合わせ、次いで、偏光シート（日東電工製ＨＥＧ
１４２５ＤＵ）を上下１枚ずつ貼り合わせた。各光学素
子の軸配置は、前述の図３のようにした。このような構
成で液晶カラーテレビを駆動したところ左右方向で黄色
味の着色は発生せず、大幅に視野角特性が改善され、上
下方向でも視野角拡大効果が確認された。

【００１２】（比較例１）実施例１と同様に、４．２重
量％の重合体１および０．８重量％の低分子化合物１を
ジクロロエタンに溶解し、ガラス基板（支持体）上に約
１μmの厚さで塗布した。該基板を水平面に対して６０
度傾け、塗布面が照射面となるように配置し、直線偏光
性の紫外線の電界振動方向が基板の傾斜軸に対して平行
となるようにして１００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、続いて、
直線偏光性の紫外線の電界振動方向が基板の傾斜軸に対
して垂直となるようにして１０ｍＪ／ｃｍ^２照射した。
更に、基板を裏返し同様に照射し、次に、１００℃に加
熱した後、室温まで冷却した。２軸性の楕円体のＸ軸の
みを回転軸として回転させた２軸性の楕円体が傾斜し、
遅相軸を傾斜軸とした場合のレタデーション値の傾斜角
依存性が法線方向に対して非対称である位相差フィルム
を作製した。該フィルムをカシオ製液晶カラーテレビＥ
Ｖ−５１０の偏光シートを剥がし、液晶セルの上下面に
１枚ずつ貼り合わせ、次いで、偏光シート（日東電工製
ＨＥＧ１４２５ＤＵ）を上下１枚ずつ貼り合わせた。
このような構成で液晶カラーテレビを駆動したところ左
右方向で黄色味が強くなる画質の低下が発生した。

【００１３】（比較例２）市販のディスコチック液晶を
ベンド配向させた光学補償フィルムを実施例１と同様に
カシオ製液晶カラーテレビＥＶ−５１０の偏光シートを
剥がし、液晶セルの上下面に１枚ずつ貼り合わせ、次い
で、偏光シート（日東電工製ＨＥＧ１４２５ＤＵ）を上
下１枚ずつ貼り合わせた。このような構成で液晶カラー
テレビを駆動したところ左右方向で黄色味が強くなる画
質の低下が発生した。

【００１４】この実施例から、本発明の、Ｘ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸方向に主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有する２軸性の
屈折率楕円体を、Ｘ軸を回転軸としてθ１回転させ、Ｙ
軸を回転軸としてθ２回転させた方向に主屈折率ｎｘ
´、ｎｙ´、ｎｚ´を有する２軸性の屈折率楕円体から
なる複屈折性を有することを特徴とする位相差フィルム
により、液晶表示装置に装着した場合の左右方向でも黄
色味を呈することのない光学補償シートが得られること
が立証された。

【００１５】

【発明の効果】従来技術の位相差フィルムでは、光学補
償効果が十分ではなく液晶表示装置の左右方向において
黄色味が強くなるなどの問題があったが、本発明の、Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有す
る２軸性の屈折率楕円体を、Ｘ軸を回転軸としてθ１回
転させ、Ｙ軸を回転軸としてθ２回転させた方向に主屈
折率ｎｘ´、ｎｙ´、ｎｚ´を有する２軸性の屈折率楕
円体からなる複屈折性を有することを特徴とする位相差
フィルムにより、従来技術の問題点を解決した液晶表示
装置の視野角拡大に有効な位相差フィルムを提供でき
る。

【００１６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位相差フィルムの複屈折性の説明図

【図２】本発明の位相差フィルム（実施例1）の複屈折
性の測定結果

【図３】本発明の位相差フィルムの液晶表示装置への装
着時の光学系の例

【図４】４×４マトリックス法を利用した透過光のシミ
ュレーションによる本発明の位相差フィルム装着時、未
装着時の光学補償効果の計算例

【符号の説明】

１１・・・２軸性の屈折率楕円体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・主屈折率の方向軸３１、３１´・・・位相差フィルム３２・・・液晶セル３３、３３´・・・偏光シートａ、ａ´・・・基準軸（フィルム面の法線方向から観測
される複屈折の遅相軸方向）ｂ、ｂ´・・・プレチルト方向ｃ、ｃ´・・・光透過軸ｌ、ｌ´、ｍ、ｍ´・・・主屈折率の方向軸Ｐ、Ｑ・・・液晶表示装置の左右方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA06 BA42 BB42 BC01 BC05 BC22 2H091 FA11X FA11Z FB04 FC22 KA01 LA19 4F205 AG01 AH33 GA07 GC06 GF24 GN13 GN18 GN30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複屈折性を有する位相差フィルムであっ
て、フィルム面に平行するＸ軸、Ｙ軸およびフィルム面
法線方向のＺ軸からなる座標系に対して、Ｘ、Ｙ、Ｚの
各軸方向にそれぞれ主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ（ｎｘ≠
ｎｙ≠ｎｚ）を有する２軸性の屈折率楕円体を仮定した
ときに、この屈折率楕円体を、前記Ｘ軸を回転軸として
任意の回転角θ１°回転させ、次にＹ軸を回転軸として
任意の回転角θ２°回転させてなる２軸性の屈折率楕円
体の主屈折率ｎｘ´、ｎｙ´、ｎｚ´で示される複屈折
特性を有することを特徴とする位相差フィルム。
【請求項２】請求項１に記載の位相差フィルムの製造
方法であって、感光性の材料をもってフィルムを製膜
し、フィルム面に対して傾斜した方向からの光照射、ま
たは加えて加熱冷却する操作を含む工程によって作製す
ることを特徴とする位相差フィルムの製造方法。