JP2004109171A - 光学フィルム、その製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多様な光学補償の要望に対する好適な位相シフト特性が１００°以上の高温環境下でも保持され、又、液晶表示装置の設計、生産の容易化を図ることができる光学フィルム、その製造方法及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、ネマチック液晶が配向規制された状態で架橋された位相差光学素子１８と、をこの順で積層して光学フィルム１０を構成した。
【選択図】 図１
【解決手段】第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、ネマチック液晶が配向規制された状態で架橋された位相差光学素子１８と、をこの順で積層して光学フィルム１０を構成した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、偏光層、透光性基材、位相差光学素子を含んでなる光学フィルム、その製造方法及びこの光学フィルムを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置には、液晶セル、偏光層と共に様々な目的で位相差層（位相差光学素子）が備えられることがある。
【０００３】
例えば、液晶セルは厚さ方向の屈折率と面方向の屈折率とが異なり、法線から傾斜した方向に入射する光は不適切に位相シフトされる。このため、液晶表示装置は、正面から観察される画像に対し、法線から傾斜した方向から観察される画像の表示品位が悪化しやすいという視角依存性の問題を有している。このような液晶表示装置の視角依存性を改善するために、複屈折性を有する位相差層を液晶セルと偏光層との間に配設して光学補償を行い、表示品位を改善した液晶表示装置が知られている。
【０００４】
又、透過型の液晶表示装置が一般的に２枚の偏光層を用いるのに対し、偏光層を１枚のみ用いると共に位相差層を組合わせることで画像表示を可能とし、光の使用効率を高めた反射型の液晶表示装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００５】
更に、薄型の光源として有機ＥＬを用いると共に有機ＥＬの発光層表面の金属電極による外光の反射を防止するために、偏光層にλ／４位相差層を積層した円偏光板を備えた液晶表示装置（例えば、特許文献２、特許文献３参照）が知られている。
【０００６】
尚、種々の光学補償を実現するために上記のような位相差層を複数重ねて使用することがあり、又、位相差層と偏光層との間等には透光性基材が積層されることが多い。
【０００７】
位相差層としては、高分子フィルムを所定の方向に延伸することにより高分子の主鎖を一定方向に揃えて、高分子フィルムに屈折率異方性を発生させたものが知られている。
【０００８】
この方法によれば、比較的容易に屈折率異方性を高分子フィルムに付与することが可能となり、製造が容易であるという点で優れている。このようにして製造された位相差層は、高分子の主鎖の配向方向が延伸方向に制限されている。
【０００９】
しかしながら、近年、例えば分子の長軸の配向方向が表面に対して垂直である位相差層等、多様な配向方向を有する位相差層が要望されるようになってきており、上記高分子フィルムを延伸することにより得られる位相差層では、これらの要望に応じることができないことがあった。
【００１０】
これに対して、例えば特開平７−１９８９４３号に示されるように、液晶高分子を配向状態で固化することにより、多様な配向方向を有する位相差層を得る方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−０６６５９８号公報（第４−５頁、第５―６図）
【００１２】
【特許文献２】
特開平８−３２１３８１号公報（第２頁、図１）
【００１３】
【特許文献３】
特開平９−１２７８８５号公報（第３−５頁、図１）
【００１４】
【特許文献４】
特開平７−１９８９４３号公報（第２−５頁）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶高分子はガラス状態と液晶状態とが可逆であり、１００°以上の高温環境では所望の液晶状態が保持されないことがあった。又、複数の位相差層を積層すると、高温環境下で各位相差層の成分が混じりあうことがあった。このため、目的とする光学特性が得られないことがあった。
【００１６】
又、一般的に透光性基材も複屈折性を有し、位相シフトを生じさせるので、液晶表示装置全体として好適な表示品位を実現するためには、液晶セル、位相差層の位相シフトと共に透光性基材による位相シフトも考慮した、適切な位相差層を液晶表示装置に配設する必要があり、それだけ液晶表示装置の設計、生産に負担がかかっていた。
【００１７】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、多様な光学補償の要望に対する好適な位相シフト特性が１００°以上の高温環境下でも保持され、又、液晶表示装置の設計、生産の容易化を図ることができる光学フィルム、その製造方法及び液晶表示装置を提供することを主目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の透光性基材と、偏光層と、第２の透光性基材と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの液晶が配向規制された状態で架橋された位相差光学素子と、がこの順で積層された光学フィルムにより、分子の配向方向の自由度が高く、かつ耐熱性に優れた光学フィルムを実現した。即ち、液晶を配向規制することにより、多様な分子配向の位相差光学素子が得られると共に配向規制した液晶を架橋させることにより、高温環境下でも液晶状態を保持することができる耐熱性に優れた位相差光学素子を実現したものである。更に、透光性基材、偏光層、位相差光学素子を一体として提供することにより、透光性基材による位相シフトの影響を加味した適切な位相シフト特性が確実に得られ、液晶表示装置の設計、生産の容易化を図ることができる。
【００１９】
更に、複数の位相差層を積層して位相差光学素子を構成する場合も、各位相差層間で成分が混じり合うことがなく、一層多様で安定した光学特性を得ることができる。
【００２０】
例えば、前記位相差光学素子が、前記第２の透光性基材から順に積層された第１の位相差層及び第２の位相差層からなり、その一方がλ／２位相差層からなり、他方がλ／４位相差層からなる構成とし、且つ、前記λ／２位相差層の進相軸と、前記λ／４位相差層の進相軸と、が６０±１０度の角度範囲で交差するようにしてもよい。
【００２１】
この場合、前記位相差光学素子は、前記第２の位相差層に更にＣプレートが積層された構成としてもよい。
【００２２】
又、前記位相差光学素子は、前記第２の透光性基材から順に積層された第１の位相差層及び第２の位相差層からなり、その一方をＡプレート、他方をＣプレートで各々構成してもよい。
【００２３】
又、前記位相差光学素子が位相差層としてＣプレートを含む構成としてもよい。
【００２４】
又、前記第１の透光性基材の前記偏光層と反対側の面にアンチグレア層を設けてもよい。
【００２５】
又、前記位相差光学素子を、複数の位相差層が積層された構成とし、且つ、相隣接する位相差層の平均屈折率の差を０．０５以下の範囲に制限してもよい。
【００２６】
又、前記位相差光学素子を前記第２の透光性基材にパターン状に形成してもよい。
【００２７】
又、前記位相差光学素子を、第１の位相差層と、第２の位相差層とを積層した構成とし、且つ、前記第１の位相差層のネマチック液晶成分と前記第２の位相差層のネマチック液晶成分とを同一としてもよい。
【００２８】
又、本発明は、透光性基材の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの液晶を前記配向膜にコーティングする第１のコーティング工程と、このコーティングした液晶を架橋させる第１の架橋工程と、を有し、第１の位相差層を形成する第１の位相差層形成工程と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの他の液晶を前記第１の位相差層にコーティングする第２のコーティング工程と、このコーティングした液晶を架橋させる第２の架橋工程と、を有し、第２の位相差層を形成する第２の位相差層形成工程と、を含んでなることを特徴とする光学フィルムの製造方法により、分子の配向方向の自由度が高く、且つ、耐熱性に優れた光学フィルムの製造を実現したものである。
【００２９】
尚、前記第１の架橋工程の後に、前記第１の位相差層に所定の方向でラビング処理をするラビング工程を設け、このラビングによる前記第１の位相差層の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制してもよい。
【００３０】
又、前記第１の位相差層の表面の液晶分子の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制してもよい。
【００３１】
又、前記第１の架橋工程の後に、前記第１の位相差層の前記透光性基材と反対側の面に第２の配向膜を形成する第２の配向膜形成工程を設け、この第２の配向膜の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制してもよい。
【００３２】
又、前記第２の配向膜に、ラビング法により前記配向規制力を付与してもよい。
【００３３】
又、前記第２の配向膜に、光配向膜法により前記配向規制力を付与してもよい。
【００３４】
又、本発明は、上記のいずれかに記載の光学フィルムを液晶セルの厚さ方向の一方の側に配置したことを特徴とする液晶表示装置により、上記目的を達成したものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例を詳細に説明する。
【００３６】
図１に示されるように、本実施の形態の第１例に係る光学フィルム１０は、第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、ネマチック液晶が配向規制された状態で架橋された位相差光学素子１８と、がこの順で積層されたことを特徴としている。
【００３７】
第１の透光性基材１２、第２の透光性基材１６は、例えばトリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の透明フィルムで複屈折性を有している。
【００３８】
偏光層１４は、ヨウ素、二色性染料等を含み、一方向に延伸されたポリビニルアルコール等の透明フィルムである。
【００３９】
位相差光学素子１８は、具体的には、ネマチック液晶をその光軸が表面に沿うように配向規制した状態で固化されたＡプレート、又は表面に垂直となるように配向規制した状態で固化されたＣプレートである。
【００４０】
このように、液晶を配向規制してから架橋するので、例えば、分子の長手方向が表面に垂直となるように配向された上記Ｃプレートのように、種々の分子配向の位相差光学素子を実現することができる。
【００４１】
又、液晶を架橋するので、１００°以上の高温環境でも液晶状態が保持され、位相差光学素子１８は耐熱性に優れている。
【００４２】
更に、透光性基材、偏光層、位相差光学素子が一体であるので、透光性基材による位相シフトの影響を加味した好適な位相シフト特性を有する光学フィルムを提供することができる。
【００４３】
尚、λ／４の位相シフトが生じるような位相差光学素子とすれば、後述するような反射型の液晶表示装置の偏光素子、有機ＥＬを用いた透過型の液晶表示装置の外光反射防止用偏光素子として使用することができる。
【００４４】
次に、本発明の実施の形態の第２例について説明する。
【００４５】
本実施の形態の第２例に係る光学フィルム２０は、図２に示されるように前記光学フィルム１０に対し、ネマチック液晶を固化した前記位相差光学素子１８に代えて、ネマチック液晶にカイラル剤を配合してなるカイラルネマチック液晶を架橋及び重合のいずれかの態様で固化してなる位相差光学素子２２を第２の透光性基材１６に積層したものである。カイラルネマチック液晶は、カイラル剤の量を調整することにより、その選択反射波長λ＝ｎ・ｐがＵＶ領域となるようにしている。ここで、ｎは平均屈折率、ｐはヘリカルピッチである。このように構成した位相差光学素子２２は負のＣプレートとして作用する。他の構成については、前記実施の形態の第１例に係る光学フィルム１０と同様であるので図１と同一符号を用いることとして説明を適宜省略する。
【００４６】
このように、カイラルネマチック規則性（コレステリック規則性）の位相差光学素子２２を備えることにより、例えば、垂直配向したネマチック規則性の液晶相を呈する液晶セルからの出射光に対し好適な光学補償を実現することができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態の第３例について説明する。
【００４８】
本実施の形態の第３例に係る光学フィルム３０は、図３に示されるように前記光学フィルム１０（２０）に対し、前記位相差光学素子１８（２２）を第１の位相差層としてこの上に更に第２の位相差層３２を積層して２層構造の位相差光学素子３４としたものである。他の構成については、前記光学フィルム１０、２０と同様であるので図１又は図２と同一符号を用いることとして説明を適宜省略する。
【００４９】
このように、２層構造の位相差光学素子とすることにより、それぞれのプレートの光学特性が合成され、それだけ多様な光学特性を実現することができる。
【００５０】
例えば、ＡプレートとＣプレートとを積層してなる位相差光学素子、ネマチック層とカイラルネマチック層とを積層してなる位相差光学素子等の二層構造の位相差光学素子とすることにより、それだけ多様な光学補償等を実現することができる。
【００５１】
更に、３層以上の多層の位相差層を積層した位相差光学素子とすれば、一層多様な光学特性を実現し得ることは言うまでもない。
【００５２】
尚、複数の位相差層を積層する場合、相隣接する位相差層の平均屈折率の差を０．０５以下の範囲に制限することが好ましい。このようにすることで、複数の位相差層の境界面における屈折が微小な範囲に制限され、良好な光学特性が得られる。更に、複数の位相差層を積層する場合、各位相差層のネマチック液晶成分が同一であるようにするとよい。このようにすることで、境界面における密着強度が増大する。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態の第４例について説明する。
【００５４】
本実施の形態の第４例に係る光学フィルム４０は、図４に示されるように、前記光学フィルム１０、２０、３０は、前記位相差光学素子１８、２２、３４が前記第２の透光性基材１６の全面に一様に積層されているのに対し、第２の透光性基材１６上を複数の領域に分割し、各領域毎に異なる態様で位相差光学素子４２をパターン状に積層したものである。具体的には、この実施の形態の例では、碁盤状のパターンとしたが、目的に応じて種々のパターンとすればよく、例えばストライプ状のパターンとしてもよい。他の構成については、前記光学フィルム１０、２０、３０と同様であるので説明を適宜省略する。
【００５５】
このように、位相差光学素子を種々のパターンで形成することにより、多様な位相シフトを実現することができる。例えば、マルチドメイン方式の液晶セルに対し、液晶セルの各配向領域に対応したパターンで位相差層を形成すれば、好適な光学補償を実現し得る。
【００５６】
次に、本発明の実施の形態の第５例について説明する。
【００５７】
本実施の形態の第５例に係る光学フィルム５０は、図５に示されるように、前記光学フィルム１０、２０、３０、４０に対し、第１の透光性基材１２の偏光層１４と反対側の面にアンチグレア層５２を設けたものである。他の構成については、前記光学フィルム１０、２０、３０、４０と同様であるので、図１〜図４と同一符号を付することとして説明を適宜省略する。
【００５８】
アンチグレア層は、例えば、シリカ微粒子等を配合した樹脂等が固化され、表面に微細な凹凸が形成された層であり、外光を多方向に散乱することにより偏光板表面への照明等の写り込み、指紋等の付着を防止するものである。
【００５９】
このように、アンチグレア層を設けることにより、１枚の光学フィルムで位相シフト効果、偏光抽出効果と共に防眩効果が得られ、液晶表示装置等の生産を一層容易化し、コスト低減等に寄与することができる。
【００６０】
次に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を液晶表示装置に適用した実施の形態の例について説明する。
【００６１】
図６に示されるように、本発明の実施の形態の第６例は、透過型の液晶表示装置６０の液晶セル６２の厚さ方向の一方の側（出射側）に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設したものである。尚、図中の符号６４は、入射側の偏光層である。
【００６２】
上述したように、光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）は液晶セル６２からの出射光を高精度で補償することができ、視野依存性の問題を大幅に改善することができる。尚、光学補償の目的に応じて液晶セル６２の入射側、又は入射側及び出射側の両側に光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設してもよい。
【００６３】
本発明の実施の形態の第７例は、図７に示されるように液晶表示装置７０が有機ＥＬを用いた表示素子７２を備え、この表示素子７２の出射側に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設したものである。尚、図中の符号７４は、入射側の偏光層である。この場合、光学フィルムを、λ／４の位相シフトが生じるような構成とすることにより、外光反射防止用偏光素子として使用することができる。
【００６４】
本発明の実施の形態の第８例は、図８に示されるように反射型の液晶表示装置８０の液晶セル８２の表示側に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設したものである。尚、図中の符号８４は、反射層である。この場合、λ／４の位相シフトが生じるように光学フィルムを構成することにより、光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）の１枚の偏光層１４で任意の画像表示を実現することができ、光の使用効率がよい。又、λ／２位相差層をλ／４位相差層に積層した構成とし、且つ、λ／２位相差層の進相軸と、λ／４位相差層の進相軸と、が６０±１０度の角度範囲で交差するように構成すれば、例えば特開平１０−６８８１６号公報、特開２００１−０６６５９８号公報に示されるように、このような反射型液晶表示装置における適用波長分散特性を大幅に改善することができる。
【００６５】
尚、λ／２位相差層及びλ／４位相差層のいずれかに更にＣプレートを積層してもよい。このようにすれば、Ｃプレートによる視角依存性低減効果も得られる。
【００６６】
次に、前記光学フィルム１０（２０）の製造方法について説明する。
【００６７】
まず、図９に示されるように、第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、を用意し、この順で接着する。接着剤としては、例えば、アクリル系、シリコン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリエーテル系、ゴム系等の透明な接着剤を用いることが好ましい。
【００６８】
次に、第２の透光性基材１６に位相差光学素子１８（２２）を積層する工程について説明する。
【００６９】
位相差光学素子１８（２２）は、材料として液晶性モノマー又は液晶性オリゴマーを用いて３次元架橋することにより形成することができる。
【００７０】
ここで、３次元架橋とは、重合性モノマー又はオリゴマー分子が互いに３次元的に重合し網目（ネットワーク）構造になっていることを意味する。このような状態になっていると、ネマチック（又はカイラルネマチック）構造の状態に保持したままで光学的に固定し、常温のみならず１００°以上の高温環境下でも安定したフィルム状の光学膜として構成することができるので、取扱性を向上させることができる。
【００７１】
所定の重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）を所定の温度で液晶相にするとネマチック液晶になる。尚、これに任意のカイラル剤を添加すれば、カイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）となる。
【００７２】
尚、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）は、溶媒に溶かしたコーティング液としてもよいが、この場合は、紫外線や電子線照射を照射して３次元架橋させる前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程が必要となる。
【００７３】
３次元架橋可能なモノマー分子としては、例えば特開平７−２５８６３８号公報や特表平１０−５０８８８２号公報で開示されているような、液晶性モノマー及びキラル化合物の混合物がある。より具体的な例を示すと、例えば一般化学式（１）〜（１１）に示されるような液晶性モノマーを用いることができる。尚、一般化学式（１１）で示される液晶性モノマーの場合、Ｘは２〜５（整数）であることが望ましい。
【００７４】
【化１】
【００７５】
【化２】
【００７６】
【化３】
【００７７】
【化４】
【００７８】
【化５】
【００７９】
【化６】
【００８０】
【化７】
【００８１】
【化８】
【００８２】
【化９】
【００８３】
【化１０】
【００８４】
【化１１】
【００８５】
又、カイラル剤としては、例えば一般化学式（１２）〜（１４）に示されるようなカイラル剤を用いることができる。尚、一般化学式（１２）、（１３）で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜１２（整数）であることが望ましく、又、一般化学式（１４）で示されるカイラル剤の場合、Ｘが２〜５（整数）であることが望ましい。
【００８６】
【化１２】
【００８７】
【化１３】
【００８８】
【化１４】
【００８９】
又、オリゴマー分子を用いる場合は、特開昭５７−１６５４８０号公報で開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキ酸化合物等が望ましい。
【００９０】
この実施の形態の例では、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子に、カイラル剤を数％〜１０％程度入れることによりカイラルネマチック液晶を得る。
【００９１】
まず、図１０（Ａ）に示されるように、第２の透光性基材１６上に配向膜９０を、従来知られている方法で形成する。例えば、第２の透光性基材１６上にポリイミドを成膜し、ラビングする方法、第２の透光性基材１６上に光配向膜となる高分子化合物を成膜し、偏光ＵＶ（紫外線）を照射する方法、延伸したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のフィルムを用いる方法等がある。
【００９２】
このようにして形成した配向膜９０に、図１０（Ｂ）に示されるように、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２をコーティングし、配向膜９０の配向規制力によって配向（このとき、コーティングされた重合性モノマー分子等はコレステリック液晶層を構成している）させる。
【００９３】
尚、ラビング法を用いる場合、配向膜９０を用いることなく、第２の透光性基材１６の表面を所定の方向に沿って直接ラビング処理し、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２の配向を任意に規制することもできる。
【００９４】
他の配向規制の方法としては、垂直配向剤を用いて、表面に垂直な配向とすることができ、又、液晶に電界又は磁界を印加する方法等を用いることができる。
【００９５】
次に、上記配向状態のままで、図１０（Ｃ）に示されるように、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２を、予め添加しておいた光開始材と外部から照射した紫外線によって重合を開始させるか、又は電子線で直接重合を開始させて、３次元架橋（ポリマー化）させることにより、位相差光学素子１８（２２）を得る。これにより、光学フィルム１０（２０）が完成する。
【００９６】
尚、配向膜９０の配向規制力の方向を同配向膜９０の膜上の全範囲で実質的に一致させておけば、これと接触する側の位相差光学素子１８（２２）における液晶分子のダイレクターの方向を、該面内で実質的に一致させることができる。
【００９７】
ここで「実質的に一致」とは、液晶分子の頭と尻が光学的に区別できないので液晶分子の頭同志が同一方向である場合の他、１８０°ずれている場合、即ち液晶分子の頭又は尻が同一方向である場合も含むことを意味する。
【００９８】
又、カイラルネマチック規則性の位相差光学素子２２を形成する場合、配向膜９０から離間している側の表面における液晶分子のダイレクターを実質的に一致させるためには、均一な膜厚とすればよい。
【００９９】
又、カイラルネマチック規則性のヘリカルピッチｐ×０．５×整数倍の均一な膜厚で位相差光学素子２２を形成すれば、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２の両面におけるダイレクターの方向を実質的に一致させることができる。
【０１００】
このように、位相差層の表面における液晶分子のダイレクターの方向を実質的に一致させることにより、一層表示品位を高めることができる。
【０１０１】
次に、前記光学フィルム３０の製造方法について説明する。
【０１０２】
前述のように、光学フィルム３０は、前記光学フィルム１０（２０）の前記位相差光学素子１８（２２）を第１の位相差層として、この上に更に第２の位相差層３２を積層して２層構造の位相差光学素子３４としたものである。即ち、第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、（第１の）位相差光学素子１８（２２）と、を積層する工程については、図９及び図１０に示す工程と同じであるのでこの工程については同一符号を用いることとして説明を省略する。
【０１０３】
まず、図１１（Ａ）に示されるように、所定の温度でネマチック構造又はカイラルネマチック構造の液晶相とした重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９４を別途用意し、これを位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の上に直接コーティングし、該コーティングした液晶の厚さ方向の一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向を、前記３次元架橋させた第１の位相差光学素子１８（２２）の表面の配向規制力によって規制する（このとき、コーティングされた重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子はネマチック液晶相又はカイラルネマチック液晶相を構成している）。この状態で、図１１（Ｂ）に示されるように、前述と同様の紫外線照射又は電子線単独照射によって３次元架橋させて固化させ、第２の位相差層３２を得る。
【０１０４】
これにより、光学フィルム３０が完成する。
【０１０５】
このように、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の表面の配向規制力によって第２の位相差層３２の配向を規制することにより、２つの位相差層の境界面における液晶分子のダイレクターの方向を精細に一致させることができ、これにより一層表示品位が高い液晶表示装置を実現することができる。
【０１０６】
一方、図１２（Ａ）に示されるように、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）を固化した後、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の上に第２の配向膜９６を形成し、更に重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９４をコーティングしてこの第２の配向膜９６配向規制力により配向を規制してもよい。この場合も２つの位相差層の境界面における液晶分子のダイレクターの方向を一致させることができるが、２つの位相差層の境界面における液晶分子のダイレクターの方向を所定の角度差で交差させることもできる。尚、配向膜９６にコーティングした重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９４は、図１２に示されるように、前述と同様の紫外線照射又は電子線単独照射によって３次元架橋させて固化させ、第２の位相差層３２を得る。
【０１０７】
これにより、例えば前述のような、λ／２位相差層とλ／４位相差層とを、これらの進相角が相互に６０±１０°の範囲の角度差で交差するように角度を制限して積層することができる。
【０１０８】
第２の配向膜９６に配向規制力を付与する方法としては、公知の光配向膜法、ラビング法等を用いることができる。
【０１０９】
尚、ラビング法を用いる場合、第２の配向膜９６を用いることなく、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の表面を所定の方向に沿って直接ラビング処理し、第２の位相差層３２の配向を任意に規制することもできる。
【０１１０】
又、垂直配向剤を用いて液晶分子の長軸方向が表面に垂直な配向規制をすることもできる。
【０１１１】
最後に、アンチグレア層５２の形成方法について簡単に説明しておく。
【０１１２】
アンチグレア層５２は、公知の方法により、第１の透光性基材１２にシリカ微粒子等を含む樹脂をコーティングして固化することにより形成することができる。
【０１１３】
具体的には、シリカ微粒子等を含む紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等を第１の透光性基材１２にコーティングし、紫外線、電子線等を照射することにより固化する。又、熱溶融した樹脂を冷却して固化してもよい。
【０１１４】
【実施例】
実施例１：ネマチック液晶を表面に沿って配向させた状態で固化させ、厚さｄが１．２μｍ、１．６μｍ、２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍの５種類のＡプレートを作成した。図１３に、厚さｄをパラメーターとして波長λ（ｎｍ）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を示す。
【０１１５】
実施例２：カイラルネマチック液晶をプレ−ナ配向させた状態で固化させ、厚さｄが１．３μｍ、２．１μｍ、３．２μｍの３種類の負のＣプレートを作成した。図１４に、厚さｄをパラメーターとして視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を示す。
【０１１６】
実施例３：、厚さｄが０．５μｍ、１．７μｍの２種類のＡプレートに直接、負のＣプレートを積層した。図１５に、Ａプレートの厚さｄをパラメーターとして視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を示す
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多様な光学補償の要望に対する好適な位相シフト特性が１００°以上の高温環境下でも保持される光学フィルムを実現することができ、又、液晶表示装置の設計、生産の容易化を図ることが可能となるという優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図２】本発明の実施の形態の第２例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図３】本発明の実施の形態の第３例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図４】本発明の実施の形態の第４例に係る光学フィルムの位相差層のパターン形状を模式的に示す平面図
【図５】本発明の実施の形態の第５例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図６】本発明の実施の形態の第６例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す側断面図
【図７】本発明の実施の形態の第７例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す側断面図
【図８】本発明の実施の形態の第８例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す側断面図
【図９】本発明の実施の形態の例に係る光学フィルムの製造工程の一部を模式的に示す側断面図
【図１０】同光学フィルムの位相差層の形成工程を模式的に示す側断面図
【図１１】同光学フィルムの第２の位相差層の形成工程を模式的に示す側断面図
【図１２】同第２の位相差層の第２の配向膜を用いた形成工程を模式的に示す側断面図
【図１３】本発明の実施例１に係るＡプレートにおける波長λ（ｎｍ）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を、厚さｄをパラメーターとして示すグラフ
【図１４】本発明の実施例２に係るＣプレートにおける視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を、厚さｄをパラメーターとして示すグラフ
【図１５】本発明の実施例３に係るＡプレート及びＣプレートの積層体における視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を、Ａプレートの厚さｄをパラメーターとして示すグラフ
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０…光学フィルム
１２…第１の透光性基材
１４…偏光層
１６…第２の透光性基材
１８、２２、３４、４２…位相差光学素子
３２…第２の位相差層
５２…アンチグレア層
６０、７０、８０…液晶表示装置
９０…配向膜
９６…第２の配向膜
【発明の属する技術分野】
この発明は、偏光層、透光性基材、位相差光学素子を含んでなる光学フィルム、その製造方法及びこの光学フィルムを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置には、液晶セル、偏光層と共に様々な目的で位相差層（位相差光学素子）が備えられることがある。
【０００３】
例えば、液晶セルは厚さ方向の屈折率と面方向の屈折率とが異なり、法線から傾斜した方向に入射する光は不適切に位相シフトされる。このため、液晶表示装置は、正面から観察される画像に対し、法線から傾斜した方向から観察される画像の表示品位が悪化しやすいという視角依存性の問題を有している。このような液晶表示装置の視角依存性を改善するために、複屈折性を有する位相差層を液晶セルと偏光層との間に配設して光学補償を行い、表示品位を改善した液晶表示装置が知られている。
【０００４】
又、透過型の液晶表示装置が一般的に２枚の偏光層を用いるのに対し、偏光層を１枚のみ用いると共に位相差層を組合わせることで画像表示を可能とし、光の使用効率を高めた反射型の液晶表示装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００５】
更に、薄型の光源として有機ＥＬを用いると共に有機ＥＬの発光層表面の金属電極による外光の反射を防止するために、偏光層にλ／４位相差層を積層した円偏光板を備えた液晶表示装置（例えば、特許文献２、特許文献３参照）が知られている。
【０００６】
尚、種々の光学補償を実現するために上記のような位相差層を複数重ねて使用することがあり、又、位相差層と偏光層との間等には透光性基材が積層されることが多い。
【０００７】
位相差層としては、高分子フィルムを所定の方向に延伸することにより高分子の主鎖を一定方向に揃えて、高分子フィルムに屈折率異方性を発生させたものが知られている。
【０００８】
この方法によれば、比較的容易に屈折率異方性を高分子フィルムに付与することが可能となり、製造が容易であるという点で優れている。このようにして製造された位相差層は、高分子の主鎖の配向方向が延伸方向に制限されている。
【０００９】
しかしながら、近年、例えば分子の長軸の配向方向が表面に対して垂直である位相差層等、多様な配向方向を有する位相差層が要望されるようになってきており、上記高分子フィルムを延伸することにより得られる位相差層では、これらの要望に応じることができないことがあった。
【００１０】
これに対して、例えば特開平７−１９８９４３号に示されるように、液晶高分子を配向状態で固化することにより、多様な配向方向を有する位相差層を得る方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−０６６５９８号公報（第４−５頁、第５―６図）
【００１２】
【特許文献２】
特開平８−３２１３８１号公報（第２頁、図１）
【００１３】
【特許文献３】
特開平９−１２７８８５号公報（第３−５頁、図１）
【００１４】
【特許文献４】
特開平７−１９８９４３号公報（第２−５頁）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶高分子はガラス状態と液晶状態とが可逆であり、１００°以上の高温環境では所望の液晶状態が保持されないことがあった。又、複数の位相差層を積層すると、高温環境下で各位相差層の成分が混じりあうことがあった。このため、目的とする光学特性が得られないことがあった。
【００１６】
又、一般的に透光性基材も複屈折性を有し、位相シフトを生じさせるので、液晶表示装置全体として好適な表示品位を実現するためには、液晶セル、位相差層の位相シフトと共に透光性基材による位相シフトも考慮した、適切な位相差層を液晶表示装置に配設する必要があり、それだけ液晶表示装置の設計、生産に負担がかかっていた。
【００１７】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、多様な光学補償の要望に対する好適な位相シフト特性が１００°以上の高温環境下でも保持され、又、液晶表示装置の設計、生産の容易化を図ることができる光学フィルム、その製造方法及び液晶表示装置を提供することを主目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の透光性基材と、偏光層と、第２の透光性基材と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの液晶が配向規制された状態で架橋された位相差光学素子と、がこの順で積層された光学フィルムにより、分子の配向方向の自由度が高く、かつ耐熱性に優れた光学フィルムを実現した。即ち、液晶を配向規制することにより、多様な分子配向の位相差光学素子が得られると共に配向規制した液晶を架橋させることにより、高温環境下でも液晶状態を保持することができる耐熱性に優れた位相差光学素子を実現したものである。更に、透光性基材、偏光層、位相差光学素子を一体として提供することにより、透光性基材による位相シフトの影響を加味した適切な位相シフト特性が確実に得られ、液晶表示装置の設計、生産の容易化を図ることができる。
【００１９】
更に、複数の位相差層を積層して位相差光学素子を構成する場合も、各位相差層間で成分が混じり合うことがなく、一層多様で安定した光学特性を得ることができる。
【００２０】
例えば、前記位相差光学素子が、前記第２の透光性基材から順に積層された第１の位相差層及び第２の位相差層からなり、その一方がλ／２位相差層からなり、他方がλ／４位相差層からなる構成とし、且つ、前記λ／２位相差層の進相軸と、前記λ／４位相差層の進相軸と、が６０±１０度の角度範囲で交差するようにしてもよい。
【００２１】
この場合、前記位相差光学素子は、前記第２の位相差層に更にＣプレートが積層された構成としてもよい。
【００２２】
又、前記位相差光学素子は、前記第２の透光性基材から順に積層された第１の位相差層及び第２の位相差層からなり、その一方をＡプレート、他方をＣプレートで各々構成してもよい。
【００２３】
又、前記位相差光学素子が位相差層としてＣプレートを含む構成としてもよい。
【００２４】
又、前記第１の透光性基材の前記偏光層と反対側の面にアンチグレア層を設けてもよい。
【００２５】
又、前記位相差光学素子を、複数の位相差層が積層された構成とし、且つ、相隣接する位相差層の平均屈折率の差を０．０５以下の範囲に制限してもよい。
【００２６】
又、前記位相差光学素子を前記第２の透光性基材にパターン状に形成してもよい。
【００２７】
又、前記位相差光学素子を、第１の位相差層と、第２の位相差層とを積層した構成とし、且つ、前記第１の位相差層のネマチック液晶成分と前記第２の位相差層のネマチック液晶成分とを同一としてもよい。
【００２８】
又、本発明は、透光性基材の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの液晶を前記配向膜にコーティングする第１のコーティング工程と、このコーティングした液晶を架橋させる第１の架橋工程と、を有し、第１の位相差層を形成する第１の位相差層形成工程と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの他の液晶を前記第１の位相差層にコーティングする第２のコーティング工程と、このコーティングした液晶を架橋させる第２の架橋工程と、を有し、第２の位相差層を形成する第２の位相差層形成工程と、を含んでなることを特徴とする光学フィルムの製造方法により、分子の配向方向の自由度が高く、且つ、耐熱性に優れた光学フィルムの製造を実現したものである。
【００２９】
尚、前記第１の架橋工程の後に、前記第１の位相差層に所定の方向でラビング処理をするラビング工程を設け、このラビングによる前記第１の位相差層の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制してもよい。
【００３０】
又、前記第１の位相差層の表面の液晶分子の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制してもよい。
【００３１】
又、前記第１の架橋工程の後に、前記第１の位相差層の前記透光性基材と反対側の面に第２の配向膜を形成する第２の配向膜形成工程を設け、この第２の配向膜の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制してもよい。
【００３２】
又、前記第２の配向膜に、ラビング法により前記配向規制力を付与してもよい。
【００３３】
又、前記第２の配向膜に、光配向膜法により前記配向規制力を付与してもよい。
【００３４】
又、本発明は、上記のいずれかに記載の光学フィルムを液晶セルの厚さ方向の一方の側に配置したことを特徴とする液晶表示装置により、上記目的を達成したものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例を詳細に説明する。
【００３６】
図１に示されるように、本実施の形態の第１例に係る光学フィルム１０は、第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、ネマチック液晶が配向規制された状態で架橋された位相差光学素子１８と、がこの順で積層されたことを特徴としている。
【００３７】
第１の透光性基材１２、第２の透光性基材１６は、例えばトリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の透明フィルムで複屈折性を有している。
【００３８】
偏光層１４は、ヨウ素、二色性染料等を含み、一方向に延伸されたポリビニルアルコール等の透明フィルムである。
【００３９】
位相差光学素子１８は、具体的には、ネマチック液晶をその光軸が表面に沿うように配向規制した状態で固化されたＡプレート、又は表面に垂直となるように配向規制した状態で固化されたＣプレートである。
【００４０】
このように、液晶を配向規制してから架橋するので、例えば、分子の長手方向が表面に垂直となるように配向された上記Ｃプレートのように、種々の分子配向の位相差光学素子を実現することができる。
【００４１】
又、液晶を架橋するので、１００°以上の高温環境でも液晶状態が保持され、位相差光学素子１８は耐熱性に優れている。
【００４２】
更に、透光性基材、偏光層、位相差光学素子が一体であるので、透光性基材による位相シフトの影響を加味した好適な位相シフト特性を有する光学フィルムを提供することができる。
【００４３】
尚、λ／４の位相シフトが生じるような位相差光学素子とすれば、後述するような反射型の液晶表示装置の偏光素子、有機ＥＬを用いた透過型の液晶表示装置の外光反射防止用偏光素子として使用することができる。
【００４４】
次に、本発明の実施の形態の第２例について説明する。
【００４５】
本実施の形態の第２例に係る光学フィルム２０は、図２に示されるように前記光学フィルム１０に対し、ネマチック液晶を固化した前記位相差光学素子１８に代えて、ネマチック液晶にカイラル剤を配合してなるカイラルネマチック液晶を架橋及び重合のいずれかの態様で固化してなる位相差光学素子２２を第２の透光性基材１６に積層したものである。カイラルネマチック液晶は、カイラル剤の量を調整することにより、その選択反射波長λ＝ｎ・ｐがＵＶ領域となるようにしている。ここで、ｎは平均屈折率、ｐはヘリカルピッチである。このように構成した位相差光学素子２２は負のＣプレートとして作用する。他の構成については、前記実施の形態の第１例に係る光学フィルム１０と同様であるので図１と同一符号を用いることとして説明を適宜省略する。
【００４６】
このように、カイラルネマチック規則性（コレステリック規則性）の位相差光学素子２２を備えることにより、例えば、垂直配向したネマチック規則性の液晶相を呈する液晶セルからの出射光に対し好適な光学補償を実現することができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態の第３例について説明する。
【００４８】
本実施の形態の第３例に係る光学フィルム３０は、図３に示されるように前記光学フィルム１０（２０）に対し、前記位相差光学素子１８（２２）を第１の位相差層としてこの上に更に第２の位相差層３２を積層して２層構造の位相差光学素子３４としたものである。他の構成については、前記光学フィルム１０、２０と同様であるので図１又は図２と同一符号を用いることとして説明を適宜省略する。
【００４９】
このように、２層構造の位相差光学素子とすることにより、それぞれのプレートの光学特性が合成され、それだけ多様な光学特性を実現することができる。
【００５０】
例えば、ＡプレートとＣプレートとを積層してなる位相差光学素子、ネマチック層とカイラルネマチック層とを積層してなる位相差光学素子等の二層構造の位相差光学素子とすることにより、それだけ多様な光学補償等を実現することができる。
【００５１】
更に、３層以上の多層の位相差層を積層した位相差光学素子とすれば、一層多様な光学特性を実現し得ることは言うまでもない。
【００５２】
尚、複数の位相差層を積層する場合、相隣接する位相差層の平均屈折率の差を０．０５以下の範囲に制限することが好ましい。このようにすることで、複数の位相差層の境界面における屈折が微小な範囲に制限され、良好な光学特性が得られる。更に、複数の位相差層を積層する場合、各位相差層のネマチック液晶成分が同一であるようにするとよい。このようにすることで、境界面における密着強度が増大する。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態の第４例について説明する。
【００５４】
本実施の形態の第４例に係る光学フィルム４０は、図４に示されるように、前記光学フィルム１０、２０、３０は、前記位相差光学素子１８、２２、３４が前記第２の透光性基材１６の全面に一様に積層されているのに対し、第２の透光性基材１６上を複数の領域に分割し、各領域毎に異なる態様で位相差光学素子４２をパターン状に積層したものである。具体的には、この実施の形態の例では、碁盤状のパターンとしたが、目的に応じて種々のパターンとすればよく、例えばストライプ状のパターンとしてもよい。他の構成については、前記光学フィルム１０、２０、３０と同様であるので説明を適宜省略する。
【００５５】
このように、位相差光学素子を種々のパターンで形成することにより、多様な位相シフトを実現することができる。例えば、マルチドメイン方式の液晶セルに対し、液晶セルの各配向領域に対応したパターンで位相差層を形成すれば、好適な光学補償を実現し得る。
【００５６】
次に、本発明の実施の形態の第５例について説明する。
【００５７】
本実施の形態の第５例に係る光学フィルム５０は、図５に示されるように、前記光学フィルム１０、２０、３０、４０に対し、第１の透光性基材１２の偏光層１４と反対側の面にアンチグレア層５２を設けたものである。他の構成については、前記光学フィルム１０、２０、３０、４０と同様であるので、図１〜図４と同一符号を付することとして説明を適宜省略する。
【００５８】
アンチグレア層は、例えば、シリカ微粒子等を配合した樹脂等が固化され、表面に微細な凹凸が形成された層であり、外光を多方向に散乱することにより偏光板表面への照明等の写り込み、指紋等の付着を防止するものである。
【００５９】
このように、アンチグレア層を設けることにより、１枚の光学フィルムで位相シフト効果、偏光抽出効果と共に防眩効果が得られ、液晶表示装置等の生産を一層容易化し、コスト低減等に寄与することができる。
【００６０】
次に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を液晶表示装置に適用した実施の形態の例について説明する。
【００６１】
図６に示されるように、本発明の実施の形態の第６例は、透過型の液晶表示装置６０の液晶セル６２の厚さ方向の一方の側（出射側）に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設したものである。尚、図中の符号６４は、入射側の偏光層である。
【００６２】
上述したように、光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）は液晶セル６２からの出射光を高精度で補償することができ、視野依存性の問題を大幅に改善することができる。尚、光学補償の目的に応じて液晶セル６２の入射側、又は入射側及び出射側の両側に光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設してもよい。
【００６３】
本発明の実施の形態の第７例は、図７に示されるように液晶表示装置７０が有機ＥＬを用いた表示素子７２を備え、この表示素子７２の出射側に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設したものである。尚、図中の符号７４は、入射側の偏光層である。この場合、光学フィルムを、λ／４の位相シフトが生じるような構成とすることにより、外光反射防止用偏光素子として使用することができる。
【００６４】
本発明の実施の形態の第８例は、図８に示されるように反射型の液晶表示装置８０の液晶セル８２の表示側に、前記光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）を配設したものである。尚、図中の符号８４は、反射層である。この場合、λ／４の位相シフトが生じるように光学フィルムを構成することにより、光学フィルム１０（２０、３０、４０、５０）の１枚の偏光層１４で任意の画像表示を実現することができ、光の使用効率がよい。又、λ／２位相差層をλ／４位相差層に積層した構成とし、且つ、λ／２位相差層の進相軸と、λ／４位相差層の進相軸と、が６０±１０度の角度範囲で交差するように構成すれば、例えば特開平１０−６８８１６号公報、特開２００１−０６６５９８号公報に示されるように、このような反射型液晶表示装置における適用波長分散特性を大幅に改善することができる。
【００６５】
尚、λ／２位相差層及びλ／４位相差層のいずれかに更にＣプレートを積層してもよい。このようにすれば、Ｃプレートによる視角依存性低減効果も得られる。
【００６６】
次に、前記光学フィルム１０（２０）の製造方法について説明する。
【００６７】
まず、図９に示されるように、第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、を用意し、この順で接着する。接着剤としては、例えば、アクリル系、シリコン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリエーテル系、ゴム系等の透明な接着剤を用いることが好ましい。
【００６８】
次に、第２の透光性基材１６に位相差光学素子１８（２２）を積層する工程について説明する。
【００６９】
位相差光学素子１８（２２）は、材料として液晶性モノマー又は液晶性オリゴマーを用いて３次元架橋することにより形成することができる。
【００７０】
ここで、３次元架橋とは、重合性モノマー又はオリゴマー分子が互いに３次元的に重合し網目（ネットワーク）構造になっていることを意味する。このような状態になっていると、ネマチック（又はカイラルネマチック）構造の状態に保持したままで光学的に固定し、常温のみならず１００°以上の高温環境下でも安定したフィルム状の光学膜として構成することができるので、取扱性を向上させることができる。
【００７１】
所定の重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）を所定の温度で液晶相にするとネマチック液晶になる。尚、これに任意のカイラル剤を添加すれば、カイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）となる。
【００７２】
尚、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）は、溶媒に溶かしたコーティング液としてもよいが、この場合は、紫外線や電子線照射を照射して３次元架橋させる前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程が必要となる。
【００７３】
３次元架橋可能なモノマー分子としては、例えば特開平７−２５８６３８号公報や特表平１０−５０８８８２号公報で開示されているような、液晶性モノマー及びキラル化合物の混合物がある。より具体的な例を示すと、例えば一般化学式（１）〜（１１）に示されるような液晶性モノマーを用いることができる。尚、一般化学式（１１）で示される液晶性モノマーの場合、Ｘは２〜５（整数）であることが望ましい。
【００７４】
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
又、カイラル剤としては、例えば一般化学式（１２）〜（１４）に示されるようなカイラル剤を用いることができる。尚、一般化学式（１２）、（１３）で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜１２（整数）であることが望ましく、又、一般化学式（１４）で示されるカイラル剤の場合、Ｘが２〜５（整数）であることが望ましい。
【００８６】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
又、オリゴマー分子を用いる場合は、特開昭５７−１６５４８０号公報で開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキ酸化合物等が望ましい。
【００９０】
この実施の形態の例では、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子に、カイラル剤を数％〜１０％程度入れることによりカイラルネマチック液晶を得る。
【００９１】
まず、図１０（Ａ）に示されるように、第２の透光性基材１６上に配向膜９０を、従来知られている方法で形成する。例えば、第２の透光性基材１６上にポリイミドを成膜し、ラビングする方法、第２の透光性基材１６上に光配向膜となる高分子化合物を成膜し、偏光ＵＶ（紫外線）を照射する方法、延伸したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のフィルムを用いる方法等がある。
【００９２】
このようにして形成した配向膜９０に、図１０（Ｂ）に示されるように、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２をコーティングし、配向膜９０の配向規制力によって配向（このとき、コーティングされた重合性モノマー分子等はコレステリック液晶層を構成している）させる。
【００９３】
尚、ラビング法を用いる場合、配向膜９０を用いることなく、第２の透光性基材１６の表面を所定の方向に沿って直接ラビング処理し、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２の配向を任意に規制することもできる。
【００９４】
他の配向規制の方法としては、垂直配向剤を用いて、表面に垂直な配向とすることができ、又、液晶に電界又は磁界を印加する方法等を用いることができる。
【００９５】
次に、上記配向状態のままで、図１０（Ｃ）に示されるように、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２を、予め添加しておいた光開始材と外部から照射した紫外線によって重合を開始させるか、又は電子線で直接重合を開始させて、３次元架橋（ポリマー化）させることにより、位相差光学素子１８（２２）を得る。これにより、光学フィルム１０（２０）が完成する。
【００９６】
尚、配向膜９０の配向規制力の方向を同配向膜９０の膜上の全範囲で実質的に一致させておけば、これと接触する側の位相差光学素子１８（２２）における液晶分子のダイレクターの方向を、該面内で実質的に一致させることができる。
【００９７】
ここで「実質的に一致」とは、液晶分子の頭と尻が光学的に区別できないので液晶分子の頭同志が同一方向である場合の他、１８０°ずれている場合、即ち液晶分子の頭又は尻が同一方向である場合も含むことを意味する。
【００９８】
又、カイラルネマチック規則性の位相差光学素子２２を形成する場合、配向膜９０から離間している側の表面における液晶分子のダイレクターを実質的に一致させるためには、均一な膜厚とすればよい。
【００９９】
又、カイラルネマチック規則性のヘリカルピッチｐ×０．５×整数倍の均一な膜厚で位相差光学素子２２を形成すれば、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９２の両面におけるダイレクターの方向を実質的に一致させることができる。
【０１００】
このように、位相差層の表面における液晶分子のダイレクターの方向を実質的に一致させることにより、一層表示品位を高めることができる。
【０１０１】
次に、前記光学フィルム３０の製造方法について説明する。
【０１０２】
前述のように、光学フィルム３０は、前記光学フィルム１０（２０）の前記位相差光学素子１８（２２）を第１の位相差層として、この上に更に第２の位相差層３２を積層して２層構造の位相差光学素子３４としたものである。即ち、第１の透光性基材１２と、偏光層１４と、第２の透光性基材１６と、（第１の）位相差光学素子１８（２２）と、を積層する工程については、図９及び図１０に示す工程と同じであるのでこの工程については同一符号を用いることとして説明を省略する。
【０１０３】
まず、図１１（Ａ）に示されるように、所定の温度でネマチック構造又はカイラルネマチック構造の液晶相とした重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９４を別途用意し、これを位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の上に直接コーティングし、該コーティングした液晶の厚さ方向の一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向を、前記３次元架橋させた第１の位相差光学素子１８（２２）の表面の配向規制力によって規制する（このとき、コーティングされた重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子はネマチック液晶相又はカイラルネマチック液晶相を構成している）。この状態で、図１１（Ｂ）に示されるように、前述と同様の紫外線照射又は電子線単独照射によって３次元架橋させて固化させ、第２の位相差層３２を得る。
【０１０４】
これにより、光学フィルム３０が完成する。
【０１０５】
このように、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の表面の配向規制力によって第２の位相差層３２の配向を規制することにより、２つの位相差層の境界面における液晶分子のダイレクターの方向を精細に一致させることができ、これにより一層表示品位が高い液晶表示装置を実現することができる。
【０１０６】
一方、図１２（Ａ）に示されるように、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）を固化した後、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の上に第２の配向膜９６を形成し、更に重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９４をコーティングしてこの第２の配向膜９６配向規制力により配向を規制してもよい。この場合も２つの位相差層の境界面における液晶分子のダイレクターの方向を一致させることができるが、２つの位相差層の境界面における液晶分子のダイレクターの方向を所定の角度差で交差させることもできる。尚、配向膜９６にコーティングした重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）９４は、図１２に示されるように、前述と同様の紫外線照射又は電子線単独照射によって３次元架橋させて固化させ、第２の位相差層３２を得る。
【０１０７】
これにより、例えば前述のような、λ／２位相差層とλ／４位相差層とを、これらの進相角が相互に６０±１０°の範囲の角度差で交差するように角度を制限して積層することができる。
【０１０８】
第２の配向膜９６に配向規制力を付与する方法としては、公知の光配向膜法、ラビング法等を用いることができる。
【０１０９】
尚、ラビング法を用いる場合、第２の配向膜９６を用いることなく、位相差光学素子（第１の位相差層）１８（２２）の表面を所定の方向に沿って直接ラビング処理し、第２の位相差層３２の配向を任意に規制することもできる。
【０１１０】
又、垂直配向剤を用いて液晶分子の長軸方向が表面に垂直な配向規制をすることもできる。
【０１１１】
最後に、アンチグレア層５２の形成方法について簡単に説明しておく。
【０１１２】
アンチグレア層５２は、公知の方法により、第１の透光性基材１２にシリカ微粒子等を含む樹脂をコーティングして固化することにより形成することができる。
【０１１３】
具体的には、シリカ微粒子等を含む紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等を第１の透光性基材１２にコーティングし、紫外線、電子線等を照射することにより固化する。又、熱溶融した樹脂を冷却して固化してもよい。
【０１１４】
【実施例】
実施例１：ネマチック液晶を表面に沿って配向させた状態で固化させ、厚さｄが１．２μｍ、１．６μｍ、２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍの５種類のＡプレートを作成した。図１３に、厚さｄをパラメーターとして波長λ（ｎｍ）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を示す。
【０１１５】
実施例２：カイラルネマチック液晶をプレ−ナ配向させた状態で固化させ、厚さｄが１．３μｍ、２．１μｍ、３．２μｍの３種類の負のＣプレートを作成した。図１４に、厚さｄをパラメーターとして視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を示す。
【０１１６】
実施例３：、厚さｄが０．５μｍ、１．７μｍの２種類のＡプレートに直接、負のＣプレートを積層した。図１５に、Ａプレートの厚さｄをパラメーターとして視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を示す
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多様な光学補償の要望に対する好適な位相シフト特性が１００°以上の高温環境下でも保持される光学フィルムを実現することができ、又、液晶表示装置の設計、生産の容易化を図ることが可能となるという優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図２】本発明の実施の形態の第２例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図３】本発明の実施の形態の第３例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図４】本発明の実施の形態の第４例に係る光学フィルムの位相差層のパターン形状を模式的に示す平面図
【図５】本発明の実施の形態の第５例に係る光学フィルムの構造を模式的に示す側断面図
【図６】本発明の実施の形態の第６例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す側断面図
【図７】本発明の実施の形態の第７例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す側断面図
【図８】本発明の実施の形態の第８例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す側断面図
【図９】本発明の実施の形態の例に係る光学フィルムの製造工程の一部を模式的に示す側断面図
【図１０】同光学フィルムの位相差層の形成工程を模式的に示す側断面図
【図１１】同光学フィルムの第２の位相差層の形成工程を模式的に示す側断面図
【図１２】同第２の位相差層の第２の配向膜を用いた形成工程を模式的に示す側断面図
【図１３】本発明の実施例１に係るＡプレートにおける波長λ（ｎｍ）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を、厚さｄをパラメーターとして示すグラフ
【図１４】本発明の実施例２に係るＣプレートにおける視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を、厚さｄをパラメーターとして示すグラフ
【図１５】本発明の実施例３に係るＡプレート及びＣプレートの積層体における視角Ｖ（°）と位相シフト量Ｒ（ｎｍ）の関係を、Ａプレートの厚さｄをパラメーターとして示すグラフ
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０…光学フィルム
１２…第１の透光性基材
１４…偏光層
１６…第２の透光性基材
１８、２２、３４、４２…位相差光学素子
３２…第２の位相差層
５２…アンチグレア層
６０、７０、８０…液晶表示装置
９０…配向膜
９６…第２の配向膜
Claims (16)
- 第１の透光性基材と、偏光層と、第２の透光性基材と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの液晶が配向規制された状態で架橋された位相差光学素子と、がこの順で積層された
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項１において、
前記位相差光学素子は、前記第２の透光性基材から順に積層された第１の位相差層及び第２の位相差層からなり、その一方がλ／２位相差層からなり、他方がλ／４位相差層からなる構成であり、且つ、前記λ／２位相差層の進相軸と、前記λ／４位相差層の進相軸と、が６０±１０度の角度範囲で交差している
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項２において、
前記位相差光学素子は、前記第２の位相差層に更にＣプレートが積層された構成である
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項１において、
前記位相差光学素子は、前記第２の透光性基材から順に積層された第１の位相差層及び第２の位相差層からなり、その一方がＡプレート、他方がＣプレートで各々構成された
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項１において、
前記位相差光学素子は位相差層としてＣプレートを含む構成である
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記第１の透光性基材の前記偏光層と反対側の面にアンチグレア層が設けられた
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記位相差光学素子は、複数の位相差層が積層された構成であり、且つ、相隣接する位相差層の平均屈折率の差が０．０５以下の範囲に制限された
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記位相差光学素子が前記第２の透光性基材にパターン状に形成されている
ことを特徴とする光学フィルム。 - 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記位相差光学素子は、第１の位相差層と、第２の位相差層とが積層された構成であり、且つ、前記第１の位相差層のネマチック液晶成分と前記第２の位相差層のネマチック液晶成分とが同一である
ことを特徴とする光学フィルム。 - 透光性基材の表面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの液晶を前記配向膜にコーティングする第１のコーティング工程と、このコーティングした液晶を架橋させる第１の架橋工程と、を有し、第１の位相差層を形成する第１の位相差層形成工程と、
ネマチック液晶、及びカイラル剤をネマチック液晶に配合してなるカイラルネマチック液晶のいずれかの他の液晶を前記第１の位相差層にコーティングする第２のコーティング工程と、このコーティングした液晶を架橋させる第２の架橋工程と、を有し、第２の位相差層を形成する第２の位相差層形成工程と、を含んでなる
ことを特徴とする光学フィルムの製造方法。 - 請求項１０において
前記第１の架橋工程の後に、前記第１の位相差層に所定の方向でラビング処理をするラビング工程を設け、このラビングによる前記第１の位相差層の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制する
ことを特徴とする光学フィルムの製造方法。 - 請求項１０において、
前記第１の位相差層の表面の液晶分子の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制する
ことを特徴とする光学フィルムの製造方法。 - 請求項１０において、
前記第１の架橋工程の後に、前記第１の位相差層の前記透光性基材と反対側の面に第２の配向膜を形成する第２の配向膜形成工程を設け、この第２の配向膜の配向規制力を用いて前記第２の位相差層の液晶分子の配向を規制する
ことを特徴とする光学フィルムの製造方法。 - 請求項１３において、
前記第２の配向膜は、ラビング法により前記配向規制力が付与された
ことを特徴とする光学フィルムの製造方法。 - 請求項１３において、
前記第２の配向膜は、光配向膜法により前記配向規制力が付与された
ことを特徴とする光学フィルムの製造方法。 - 請求項１乃至９のいずれかに記載の光学フィルムが液晶セルの厚さ方向の少なくとも一方の側に配置された
ことを特徴とする液晶表示装置。
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