JP2006293098A - 光学補償フィルム及び液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 より自然な3次元画像を形成可能な液晶表示装置、及び3次元表示装置の3次元画像表示特性、特に視野角表示特性の改善に寄与する光学補償フィルムを提供する。
【解決手段】 光源19と、偏光膜17と、電極を一方に有する対向配置された一対の基板、及び該基板間に挟持され液晶材料を含む液晶層を有する第1の液晶セル15と、少なくとも一層からなる第1の光学補償層14と、電極を一方に有する対向配置された一対の基板、及び該基板間に挟持され液晶材料を含む液晶層を有する第2の液晶セル13と、をこの順で配置した液晶表示装置である。また、各々が液晶化合物を含有する第1の光学異方性層と第2の光学異方性層とを有する光学補償フィルムであって、該第1および第2の光学異方性層において、前記液晶化合物の分子が、フィルム平面に対する傾斜角が厚さ方向において異なるハイブリッド配向状態に固定化されている光学補償フィルムである。
【選択図】 図1

Description

本発明は3次元表示可能な液晶表示装置に係り、特に、複数の物体像を重ねて表示する際に、観察者から見て後側に位置する物体像の全部、あるいは一部を消去可能とした液晶表示装置に関する。また、本発明は、3次元表示可能な液晶表示装置の表示特性の改善に寄与する光学補償フィルムに関する。
複数の液晶表示装置を、観察者から見て異なった奥行き位置に配置することにより、観察者に3次元立体像を表示する3次元表示装置が知られている(下記特許文献1及び2参照)。
特開2001−54144号公報 特許第3335998号明細書
前述の特許文献2に記載されている3次元表示装置において、観察者に最も近い透過型表示装置に、例えば、自動車などの動画像を表示し、観察者から遠い透過型表示装置に、背景画像を表示することにより、観察者に奥行きのある画像を提示することが可能である。
しかしながら、前述の特許文献2に記載されている3次元表示装置において、液晶表示素子をその透過型表示素子に用いる場合、観測者にとってある程度の視野角が必要となるが、一般に液晶表示素子はその視野角が狭いという欠点のために、不自然な3次元の画像になるという問題点があった。
例えば、特許文献2に記載されている方法は偏光状態の加法則を巧みに利用している。しかし、観測者にとって右目方向と左目方向の角度が異なるため、その範囲において偏光状態の可法則を成り立たせるためには、理想的には液晶表示装置で発生するリターデーションが一定であること、すなわち一般的に言って視角特性が良いことが望ましい。特に、黒状態あるいは黒近くの表示状態においては画像に与える影響が大きく特に重要となる。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示用光学素子を備える3次元表示装置において、それに用いた液晶表示素子に光学補償フィルムを用いることで視野角を改善し、特に黒状態におけるリターデーションの補償をすることによって、光学補償フィルムがない場合に比べ、より自然な3次元画像を形成することを目的とする。本発明の他の目的は、3次元表示装置の3次元画像表示特性、特に視野角表示特性の改善に寄与する光学補償フィルムを提供することである。
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1] 各々が液晶化合物を含有する第1の光学異方性層と第2の光学異方性層とを有する光学補償フィルムであって、該第1および第2の光学異方性層において、前記液晶化合物の分子が、フィルム平面に対する傾斜角が厚さ方向において異なるハイブリッド配向状態に固定化されている光学補償フィルム。
[2] 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きい[1]の光学補償フィルム。
[3] 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きい[1]の光学補償フィルム。
[4] 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きい[1]の光学補償フィルム。
[5] 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きい[1]の光学補償フィルム。
[6] 前記液晶化合物が、ディスコティック液晶化合物である[1]〜[5]のいずれかの光学補償フィルム。
[7] 前記第1の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸と、前記第2の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸とが実質的に平行である[1]〜[6]のいずれかの光学補償フィルム。
[8] 前記第1の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸と、前記第2の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸とが交差している[1]〜[6]のいずれかの光学補償フィルム。
[9] 少なくとも1層の支持体を含む[1]〜[8]のいずれかの光学補償フィルム。
[10] 前記支持体上に、防眩性ハードコート層、防眩性を有さないハードコート層、中屈折率層及び高屈折率層の少なくともいずれか一層と、低屈折率層とをさらに有する[9]の光学補償フィルム。
[11] 光源と、偏光膜と、電極を一方に有する対向配置された一対の基板、及び該基板間に挟持され液晶材料を含む液晶層を有する第1の液晶セルと、少なくとも一層からなる第1の光学補償層と、電極を一方に有する対向配置された一対の基板、及び該基板間に挟持され液晶材料を含む液晶層を有する第2の液晶セルと、をこの順で配置した液晶表示装置。
[12] 前記第2の液晶セルのコントラスト比が、前記第1の液晶セルのコントラスト比よりも低い[11]の液晶表示装置。
[13] 前記第2の液晶セルの画素ピッチと、前記第1の液晶セルの画素ピッチとが異なる[11]又は[12]の液晶表示装置。
[14] 前記光源の出射光の拡がりが、15°以上である[11]〜[13]のいずれかの液晶表示装置。
[15] 前記第1の液晶セルと前記偏光膜との間及び/又は前記第2の液晶セルのさらに外側に、少なくとも一層からなる第2の光学補償層を有し、前記第1の光学補償層と前記第2の光学補償層の面内レターデーション(Re)及び厚さ方向のレターデーション(Rth)の少なくとも一方が異なることを特徴とする[11]〜[14]のいずれかの液晶表示装置。
[16] 前記第1の光学補償層として、[1]〜[10]のいずれかの光学補償フィルムを有する[11]〜[15]のいずれかの液晶表示装置。
本明細書において、Re(λ)、Rth(λ)は各々、波長λにおける面内のリターデーションおよび厚さ方向のリターデーションを表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH(王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。Rth(λ)は前記Re(λ)、面内の遅相軸(KOBRA 21ADHにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して+40°傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて測定したレターデーション値、および面内の遅相軸を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して−40°傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて測定したレターデーション値の計3つの方向で測定したレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADHが算出する。ここで平均屈折率の仮定値は ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS、INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する: セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADHはnx、ny、nzを算出する。この算出されたnx、ny、nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)が更に算出される。
また、本明細書において、「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味する。また、本明細書において「偏光板」とは、特に断らない限り、長尺の偏光板及び液晶装置に組み込まれる大きさに裁断された偏光板の両者を含む意味で用いられる。また、本明細書では、「偏光膜」及び「偏光板」を区別して用いるが、「偏光板」は「偏光膜」の少なくとも片面に該偏光膜を保護する透明保護膜を有する積層体のことを意味するものとする。
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を詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[液晶表示装置]
図1は、本発明の一実施形態である3次元表示装置の概略構成を示す模式図である。図1に示す3次元表示装置は、光源19と、2つの透過型液晶セル13と15と、2つの透過型液晶セルとの間に光学補償層14とを有する。液晶セル13のより観察者に近い外側には偏光膜11が、及び液晶セル15とその背面に配置される光源19との間には、それぞれの吸収軸を直交にして配置された偏光膜11及び17が配置されている。但し、観察者10により近い位置に配置された偏光膜11は、観察者が偏光メガネを着用した場合は、省略してもよい。また、光源側偏光膜17も、光源に偏光機能を持たせることで、省略可能である。
液晶セル13及び15の内部にカラーフィルタ(図示せず)を設けたり、液晶セル13及び15に表示される2次元像に同期してバックライトの色を変化させるフィールドシーケンシャル駆動することにより、カラー表示を行うことができる。
液晶セル13及び15としては、例えば、ツイストネマティック型液晶ディスプレイ、イン・プレイン型液晶ディスプレイ、ホモジニアス型液晶ディスプレイ、強誘電液晶ディスプレイ、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイ、高分子分散型液晶ディスプレイ、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイ、垂直配向型(VA)液晶ディスプレイ、ベンドモード型液晶ディスプレイ、OCBモード型型液晶ディスプレイ、あるいはこれらの組み合わせなどが使用される。
本実施の形態では、観察者側液晶セル(第2の液晶セル)13に、例えば、車両などの動画像を表示し、光源側液晶セル(第1の液晶セル)15に、背景画像を表示することにより、観察者10に奥行きのある画像を提示することが可能である。例えば、動画像を表示する観察者液晶セル13のコントラスト比が、背景画像を表示する光源側液晶セルのコントラスト比よりも低いと、2枚の液晶セルによって表示される画像に奥行き感が生じ、より3次元表示に近くなるので好ましい。また、観察者側の液晶セル13の画素ピッチと、光源側の画素ピッチとが異なると、観察者の両眼視差が補正され、より3次元画像に近くなるので好ましい。この場合、観察者に近いパネルがより大きく見えるため、ピッチも大きいほうが好ましい。
液晶セル13と15との間に配置される光学補償層14は、表示される3次元立体画像を観察者が斜め方向等から観察した場合にも、立体画像が不自然にならない様に、液晶セル13及び15を光学補償する。光学補償層14は、少なくともれ通過する光にレターデーションを発生させる機能を有する層であり、液晶セル13及び15の黒表示時のレターデーションを補償可能に設計されているのが好ましい。例えば、光学補償層14が2層からなる場合は、より液晶セル13に近い側に配置される層は、液晶セル13の黒状態のレターデーションの光学補償に寄与し、より液晶セル15に近い側に配置される層は、液晶セル15の黒状態のレターデーションの光学補償に寄与する様に設計してもよい。また、図1に示す様に、偏光膜11と液晶セル13との間、及び偏光膜17と液晶セル15との間にそれぞれ別途光学異方性層12及び16を配置し、これらの光学異方性層と光学補償層14とで、液晶セル13及び15の黒状態のレターデーションを補償可能に設計してもよい。かかる態様では、光学異方性層12又は光学異方性層16の面内レターデーション(Re)及び厚さ方向のレターデーション(Rth)の少なくとも一方は、光学補償層14のそれぞれと異なっているのが好ましい。勿論、光学異方性層12及び16は省略してもよい。また、それぞれ偏光膜11及び17と一体化された部材として組み込まれていてもよい。かかる態様では、偏光膜11及び17の保護膜が、光学異方性層12及び16の支持体として機能していてもよい。
光学補償層14、光学異方性層12及び16は、棒状又は円盤状液晶性化合物を含有する組成物から形成されていてもよいし、ポリマーフィルムであってもよい。液晶性化合物を含有する組成物からなる光学異方性層に用いられる材料、製造方法については、後述の本発明の光学補償フィルムについての例と同様である。光学補償層及び光学異方性層がポリマーフィルムである場合は、光学異方性を発現し得るポリマーから形成する必要がある。そのようなポリマーの例には、ポリオレフィン(例、ポリエチレン、ポリプロピレン、ノルボルネン系ポリマー)、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステルおよびセルロースエステル(例、セルローストリアセーテート、セルロースジアセテート)が含まれる。また、これらのポリマーの共重合体あるいはポリマー混合物を用いてもよい。
ポリマーフィルムの光学異方性は、延伸により得ることが好ましい。延伸は一軸延伸または二軸延伸であることが好ましい。具体的には、2つ以上のロールの周速差を利用した縦一軸延伸、またはポリマーフィルムの両サイドを掴んで幅方向に延伸するテンター延伸、これらを組み合わせての二軸延伸が好ましい。なお、二枚以上のポリマーフィルムを用いて、二枚以上のフィルム全体の光学的性質が前記の条件を満足してもよい。ポリマーフィルムは、複屈折のムラを少なくするためにソルベントキャスト法により製造することが好ましい。ポリマーフィルムの厚さは、20〜500μmであることが好ましく、40〜100μmであることが最も好ましい。
また、光学異方性層用のポリマーフィルムとして、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミドポリエステルイミド、およびポリアリールエーテルケトン、からなる群から選ばれる少なくとも1種のポリマー材料を用い、これを溶媒に溶解した溶液を基材に塗布し、溶媒を乾燥させてフィルム化する方法も好ましく用いることができる。この際、上記ポリマーフィルムと基材とを延伸して光学異方性を発現させて光学異方性層として用いる手法も好ましく用いることができ、セルロースアシレートフィルムは上記基材として好ましく用いることができる。また、上記ポリマーフィルムを別の基材の上で作製しておき、ポリマーフィルムを基材から剥離させたのちにセルロースアシレートフィルムと貼合し、あわせて光学異方性層として用いることも好ましい。この手法ではポリマーフィルムの厚さを薄くすることができ、50μm以下であることが好ましく、1〜20μmであることがより好ましい。
光学補償層14は、液晶セル13及び15を光学的に補償可能である限り、材料等については特に制限はない。液晶セル13及び15がTNモードの液晶セルである態様においては、後述する本発明の光学補償フィルムを光学補償層14として用いるのが好ましい。
光源19の種類については特に限定されず、通常の3次元画像表示用の液晶表示装置に用いられる種々の光源から選択することができる。中でも、出射光の拡がりが15°以上である光源を用いると、観察者の両眼視差の効果により3次元画像が表示されるので好ましい。
図1に示す様に、光源19と偏光膜17との間に、偏光解消板18を配置してもよい。偏光解消板18は、アクティブ領域と非アクティブ領域とを有し、アクティブ領域は、入射される光の偏光を解消して無偏光の光として出射し、非アクティブ領域は、入射される光の偏光を保存して出射する。アクティブ領域と、非アクティブ領域とは、任意に選択することが可能である。偏光解消板を有する本実施の形態において、前述したように、液晶セル13に、丸い物体の画像を表示し、液晶セル15に、四角形状の物体の画像を表示した場合を考える。そして、偏光解消板18における、丸い物体と、四角形状の物体とが重なっている部分に対応する部分をアクティブ領域にする。すると、液晶セル13から照射される光で、アクティブ領域を通過する光は、無偏光となり、非アクティブ領域を通過する光は偏光状態を維持する。したがって、本実施の形態では、四角形状の物体の一部が丸い物体で覆われて観察される。このように、本実施の形態では、前面にある物体像の後側の後面像だけを非表示状態とすることができるので、前面にある物体像が不自然な透明状態になるのを防止することが可能である。
なお、本実施の形態において、液晶セルは2つに限定されるものではなく、液晶セル13と15との間に、偏光可変装置として機能する液晶セルおよび偏光板で構成される液晶表示装置と偏光解消板を組として、該組を1つ以上配置することにより、透過型液晶セルを3以上積層することも可能である。
液晶セル13及び15は、TNモードの液晶セルであるのが好ましい。なお、TNモードの液晶セルは、カラーTFT液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。例えば、TNモードの液晶セルは、上下基板間に誘電異方性が正で、屈折率異方性Δn=0.0854(589nm、20°C)、誘電率異方性Δε=+8.5程度の液晶を封入することによって作製できる。液晶層の厚さd(μm)と屈折率異方性Δnとの積Δn・dは、0.2〜1.2μmとするのが好ましく、0.2〜0.5μmとするのがより好ましい。液晶層の配向制御は、上下基板の内面に形成された配向膜の表面性状及びラビング軸により制御することができる。液晶分子の配向方向を示すダイレクタ、いわゆるチルト角は、約3°とするのが好ましい。ラビング方向は上下基板で互いに直交する方向に施し、その強さとラビング回数などでチルト角の大きさが制御できる。配向膜はポリイミド膜を塗布後、焼成して形成するのが好ましい。液晶層のツイスト角の大きさは、上下基板のラビング方向の交差角と液晶材料に添加するカイラル剤により決定される。例えば、ツイスト角が90°になるようにするためには、ピッチ60μm程度のカイラル剤を添加するのが好ましい。液晶層の厚さdは、例えば5μm程度としてもよい。用いる液晶材料LCは、ネマチック液晶であれば、特に限定されない。誘電率異方性Δεは、その値が大きいほうが駆動電圧を低減できる。屈折率異方性Δnは、小さいほうが液晶層の厚み(ギャップ)を厚くでき、ギャップばらつきを少なくすることができる。また、Δnが大きい方がセルギャップを小さくでき、高速応答が可能となる。また液晶層のツイスト角(ねじれ角)は、一般に光源側から表示観察側に向けて観察側から見て時計回りにねじらせ、90°近傍(85°から95°)が最適値となる。これらの範囲では白表示輝度が高く、黒表示輝度が小さいことから、明るくコントラストの高い表示装置が得られる。
観察者側偏光膜11の吸収軸と光源側偏光膜17の吸収軸は概略直交に積層し、さらに観察者側偏光膜11の吸収軸と液晶セル13及び15の観察者側基板のラビング方向は平行に、光源側偏光膜17の吸収軸と液晶セル13及び15の光源側基板のラビング方向はそれぞれ概略平行になるように積層してもよい。また、光学異方層12のラビング方向は、偏光膜11の吸収軸と平行、液晶セル13の観察者側基板のラビング方向と反平行に配置するのが好ましい。光学異方層16のラビング方向は、光源側偏光膜17の吸収軸と平行、液晶セル15の光源側基板のラビング方向と反平行に配置するのが好ましい。また、偏光膜11及び17が保護膜を有し、それぞれ液晶セル13及び15により近い位置に配置される保護膜が面内遅相軸を有する場合は、その遅相軸をそれぞれ、偏光膜の吸収軸と交差させて配置するのが好ましく、略90°に交差させて配置するのが好ましい。
液晶セル13及び15の一対の基板それぞれの配向膜の内側には透明電極が形成されるが、電極に駆動電圧を印加しない非駆動状態では、液晶セル中の液晶分子は基板面に対して略平行に配向し、その結果液晶パネルを通過する光の偏光状態は液晶分子のねじれ構造に沿って伝播し、偏光面が90°回転して出射する。即ち、液晶表示装置では非駆動状態において白表示を実現する。これに対し、駆動状態では液晶分子は基板面に対してある角度をなす方向に配向しており、偏光膜11を通過した光は、偏光状態を維持したまま液晶セル13及び15を通過し、偏光膜17によって遮断される。換言すると、駆動状態において黒表示が得られる。この液晶表示装置は、光学補償層14、及び光学異方性層12及び16を備えているので、理想的な黒が得られ、3次元立体画像が視野角によって不自然に見えるのを軽減することができる。
なお、上記実施の形態は、透過モードであり、液晶セルのΔndの値も透過モードにおいて最適な値を示したが、本発明の液晶表示装置は反射モードであってもよく、反射モードでは液晶セル内の光路が2倍になることから、最適Δndの値は上記の1/2程度の値になる。また、ツイスト角は30°〜70°が最適値となる。
本発明の液晶表示装置は、図1に示す構成に限定されず、他の部材を含んでいてもよい。例えば、液晶セルと偏光膜との間にカラーフィルターを配置してもよい。冷陰極あるいは熱陰極蛍光管、あるいは発光ダイオード、フィールドエミッション素子、エレクトロルミネッセント素子を光源とするバックライトを配置することができる。本発明の液晶表示装置は透過と反射のモードの両立をはかるため、表示装置の1画素の中で反射部と透過部を設けた半透過型であってもよい。
本発明の液晶表示装置には、画像直視型、画像投影型や光変調型が含まれる。本発明は、TFTやMIMのような3端子または2端子半導体素子を用いたアクティブマトリックス液晶表示装置に適用した態様が特に有効である。勿論、パッシブマトリックス液晶表示装置に適用した態様も有効である。
[光学補償フィルム]
次に、本発明の光学補償フィルムについて説明する。なお、光学補償フィルムとは、一般に液晶表示装置に用いられ、位相差を補償する光学材料のことを指し、位相差板、光学補償シートなどと同義である。光学補償フィルムは複屈折性を有し、液晶表示装置の表示画面の着色を取り除いたり、視野角特性を改善したりする目的で用いられる。本発明の光学補償フィルムは、3次元立体画像を表示可能な液晶表示装置、特に液晶セルを2つ有する3次元立体画像用液晶表示装置に用いるのに好ましい。本発明の光学補償フィルムは、各々が液晶化合物を含有する第1の光学異方性層と第2の光学異方性層とを有する光学補償フィルムであって、該第1および第2の光学異方性層において、前記液晶化合物の分子が、フィルム平面に対する傾斜角が厚さ方向において異なるハイブリッド配向状態に固定化されていることを特徴とする。本発明の光学補償フィルムは、前記第1及び第2の光学異方性層の他に、これらを支持する支持体(例えば高分子フィルム)や、光学異方性層中の液晶性分子の配向を制御するための配向膜を有していてもよい。
第1及び第2の光学異方性層は、光学補償対象の液晶セルの黒表示時のレターデーションを光学補償可能な光学特性を有しているのが好ましい。第1及び第2の光学異方性層のレターデーション等の光学特性は、光学異方性層中における液晶性分子の傾斜角や、配向方向等によって所望の範囲とすることができる。
図2(a)〜(d)に、本発明の光学補償フィルムの実施形態のいくつかについてその概念図を示した。なお、図2は説明を容易にするために用いた概念図であって、分子の大きさや、配向状態等については必ずしも実際のものと一致していない。
図2(a)は、第1の光学異方性層20と、これを支持する支持体21と、第2の光学異方性層22とこれを支持する支持体23を有する。図中省略したが、支持体21及び23と、光学異方性層20及び22との間には、光学異方性層形成時に液晶性化合物の分子の配向を制御する配向膜が形成されている。図2(a)に示す光学補償フィルムは、第1の光学異方性層20に含まれる液晶化合物の分子24のフィルム平面に対する傾斜角は、第2の光学異方性層22に遠い側よりも近い側のほうが大きく、第2の光学異方性層22に含まれる液晶化合物の分子25のフィルム平面に対する傾斜角は、第1の光学異方性層20に近い側よりも遠い側のほうが大きくなっている。図2(a)に示す光学補償フィルムは、例えば、支持体上に、液晶性化合物を含有する組成物を適用して、該液晶性化合物の分子をハイブリッド配向状態とした後、その状態に固定して光学異方性層を形成したフィルムを2枚用意し、一方の光学異方性層の表面に、他方の支持体裏面を接着することで作製することができる。
図2(b)に示す光学補償フィルムは、第1の光学異方性層20に含まれる液晶化合物の分子24のフィルム平面に対する傾斜角が、第2の光学異方性層22に遠い側よりも近い側のほうが大きく、第2の光学異方性層22に含まれる液晶化合物の分子25のフィルム平面に対する傾斜角が、第1の光学異方性層20に遠い側よりも近い側のほうが大きくなっている。図2(b)に示す光学補償フィルムは、例えば、支持体上に、液晶性化合物を含有する組成物を適用して、該液晶性化合物の分子をハイブリッド配向状態とした後、その状態に固定して光学異方性層を形成したフィルムを2枚用意し、双方の光学異方性層の表面同士を接着することで作製することができる。
図2(c)に示す光学補償フィルムは、第1の光学異方性層20に含まれる液晶化合物の分子24のフィルム平面に対する傾斜角が、第2の光学異方性層22に近い側よりも遠い側のほうが大きく、第2の光学異方性層22に含まれる液晶化合物の分子25のフィルム平面に対する傾斜角が、第1の光学異方性層20に遠い側よりも近い側のほうが大きくなっている。図2(c)に示す光学補償フィルムは、例えば、支持体上に、液晶性化合物を含有する組成物を適用して、該液晶性化合物の分子をハイブリッド配向状態とした後、その状態に固定して光学異方性層を形成したフィルムを2枚用意し、一方の光学異方性層の表面に、他方の支持体裏面を接着することで作製することができる。
図2(d)に示す光学補償フィルムは、第1の光学異方性層20に含まれる液晶化合物の分子24のフィルム平面に対する傾斜角が、第2の光学異方性層22に近い側よりも遠い側のほうが大きく、第2の光学異方性層22に含まれる液晶化合物の分子25のフィルム平面に対する傾斜角が、第1の光学異方性層20に近い側よりも遠い側のほうが大きくなっている。図2(d)に示す光学補償フィルムは、例えば、支持体上に、液晶性化合物を含有する組成物を適用して、該液晶性化合物の分子をハイブリッド配向状態とした後、その状態に固定して光学異方性層を形成したフィルムを2枚用意し、双方の支持体の裏面を接着することで作製することができる。または、支持体は1つでもよく、例えば、高分子フィルム等からなる支持体の表面と裏面にそれぞれ第1及び第2の光学異方性層を形成してもよい。
また、本発明の光学補償フィルムは、前記第1の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸と、前記第2の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸との関係を調整することで、所望の光学特性とすることができる。前記第1の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸と、前記第2の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸とが実質的に平行である態様、及び前記第1の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸と、前記第2の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸とが交差している態様のいずれであってもよい。第1および第2の光学異方性層の面内遅相軸が平行、即ち0°であるか、交差する場合は、Π/2の整数倍、即ち、90°、180°又は270°で交差しているのが好ましい。光学異方性層の面内遅相軸は、光学異方性層を形成する際に利用する配向膜のラビング方向等によって制御することができる。
[光学異方性層]
前記第1及び第2の光学異方性層はそれぞれ、液晶性化合物を含有する組成物から形成されている。前記液晶性化合物としては、ディスコティック液晶性化合物または棒状液晶性化合物が好ましく、ディスコティック液晶性化合物であるのがより好ましい。
(ディスコティック液晶性化合物)
本発明に使用可能な円盤状(ディスコティック)化合物の例には、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.71巻、111頁(1981年)に記載されているベンゼン誘導体、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.122巻、141頁(1985年)、Physics lett、A、78巻、82頁(1990)に記載されているトルキセン誘導体、B.Kohneらの研究報告、Angew.Chem.96巻、70頁(1984年)に記載されたシクロヘキサン誘導体及びJ.M.Lehnらの研究報告、J.Chem.Commun.、1794頁(1985年)、J.Zhangらの研究報告、J.Am.Chem.Soc.116巻、2655頁(1994年)に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルが含まれる。
円盤状化合物の例には、分子中心の母核に対して、直鎖のアルキル基、アルコキシ基、置換ベンゾイルオキシ基が母核の側鎖として放射線状に置換した構造である液晶性を示す化合物も含まれる。分子または分子の集合体が、回転対称性を有し、一定の配向を付与できる化合物であることが好ましい。円盤状化合物の好ましい例は、特開平8−50206号公報に記載されている。
光学異方性層において、ディスコティック液晶性分子は配向状態で固定されているのが好ましく、重合反応により固定されているのが最も好ましい。ディスコティック液晶性分子の重合については、特開平8−27284号公報に記載がある。ディスコティック液晶性分子を重合により固定するためには、ディスコティック液晶性分子の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させる必要がある。ただし、円盤状コアに重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に、連結基を導入する。重合性基を有するディスコティック液晶性分子について、特開2001−4387号公報に開示されている。
(棒状液晶性化合物)
本発明において、使用可能な棒状液晶性化合物の例には、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が含まれる。以上のような低分子液晶性化合物だけではなく、高分子液晶性化合物も用いることができる。
光学異方性層において、棒状液晶性分子は配向状態で固定されているのが好ましく、重合反応により固定されているのが最も好ましい。本発明に使用可能な重合性棒状液晶性化合物の例には、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許4683327号、同5622648号、同5770107号各明細書、国際公開WO95/22586号、同95/24455号、同97/00600号、同98/23580号、同98/52905号、特開平1−272551号、同6−16616号、同7−110469号、同11−80081号、および特開2001−328973号各公報などに記載の化合物が含まれる。
以下、フィルム平面に対する傾斜角が厚さ方向において異なるハイブリッド配向状態に固定された円盤状化合物を含有する光学異方性層の好ましい態様について詳細を記述する。
第1及び第2の光学異方性層は、液晶表示装置の黒表示における液晶セル中の液晶化合物を補償するように設計することが好ましい。黒表示における液晶セル中の液晶化合物の配向状態は、液晶表示装置のモードにより異なる。この液晶セル中の液晶化合物の配向状態と補償フィルムの配向の関係に関しては、IDW’00、FMC7−2、P411〜414に記載されている。
前記第1及び第2の光学異方性層において、円盤状化合物はハイブリッド配向しているので、円盤状化合物の長軸(円盤面の長径)の層平面に対する傾斜角度の平均は、光学異方性層の深さ方向、透明支持体界面からの距離の増加と共に増加または減少している。傾斜角度の平均は、距離の増加と共に増加することが好ましい。さらに、傾斜角度の変化としては、連続的増加、連続的減少、間欠的増加、間欠的減少、連続的増加と連続的減少を含む変化、あるいは、増加及び減少を含む間欠的変化が可能である。間欠的変化は、厚さ方向の途中で傾斜角が変化しない領域を含んでいる。本発明では、傾斜角度が変化しない領域を含んでいても、全体として増加または減少していればよい。さらに、傾斜角度は連続的に変化することが好ましい。
前記第1及び第2の光学異方性層は、液晶性円盤状化合物を含有する組成物を透明支持体表面に適用して、必要であれば加熱等して、形成することができる。液晶性円盤状化合物を、上記した所望の配向状態にするためには、配向膜や、カイラル剤、界面活性剤、ポリマー等の液晶性分子の配向を制御する材料を用いるのが好ましい。例えば、配向膜を用いると、配向膜界面における液晶性円盤状化合物の長軸の配向方向を、配向膜の材料を選択することにより、またはラビング処理方法を選択することにより、所望の方向に調整することができる。また、表面側(空気側)の円盤状化合物の長軸(円盤面)方向は、一般に円盤状化合物あるいは円盤状化合物と共に使用する添加剤の種類を選択することにより調整することができる。その他、光学異方性層形成用の組成物中には、液晶性円盤状化合物を固定するのに利用される重合性モノマー及び開始剤等を含有させてもよい。
[光学異方性層の添加剤]
第1及び第2の光学異方性層形成用の組成物中には、上記の円盤状化合物の他、カイラル剤をはじめ、種々の添加剤を含有させることができる。添加剤の例には、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー等が含まれる。これらの添加剤は、塗工膜の均一性、膜の強度、又は円盤状化合物の配向性等を向上させるのに寄与する。界面活性剤としては、例えば以下の含フッ素界面活性剤が挙げられる。
Figure 2006293098
重合性モノマーとしては、ラジカル重合性又はカチオン重合性の化合物が挙げられる。好ましくは、多官能性ラジカル重合性モノマーであり、上記の重合性基含有の液晶化合物と共重合性のものが好ましい。例えば、特開2002−296423号公報明細書中の段落番号[0018]〜[0020]記載のものが挙げられる。上記化合物の添加量は、円盤状化合物に対して一般に1〜50質量%の範囲にあり、5〜30質量%の範囲にあることが好ましい。
界面活性剤としては、従来公知の化合物が挙げられるが、特にフッ素系化合物が好ましい。具体的には、例えば特開2001−330725号公報明細書中の段落番号[0028]〜[0056]記載の化合物が挙げられる。
円盤状化合物とともに使用するポリマーは、円盤状化合物の傾斜角に変化を与えられることが好ましい。
ポリマーの例としては、セルロースエステルを挙げることができる。セルロースエステルの好ましい例としては、特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0178]記載のものが挙げられる。液晶性円盤状化合物の配向を阻害しないように、上記ポリマーの添加量は、液晶性円盤状化合物に対して0.1〜10質量%の範囲にあることが好ましく、0.1〜8質量%の範囲にあることがより好ましい
[光学異方性層の形成]
第1及び第2の光学異方性層はそれぞれ、液晶性円盤状化合物、及び必要に応じて添加剤等を含む塗布液を、配向膜の表面に塗布することで形成できる。
塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド(例、N、N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例、ピリジン)、炭化水素(例、ベンゼン、ヘキサン)、アルキルハライド(例、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラクロロエタン)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例、アセトン、メチルエチルケトン)、エーテル(例、テトラヒドロフラン、1、2−ジメトキシエタン)が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
塗布液の塗布は、公知の方法(例、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法)により実施できる。
[円盤状化合物の固定]
液晶性円盤状化合物を、配向状態を維持して固定することができる。固定化は、重合反応により実施することが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応が好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許4212970号明細書記載)が含まれる。
光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の0.01〜20質量%の範囲にあることが好ましく、0.5〜5質量%の範囲にあることがさらに好ましい。
液晶性円盤状化合物の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2の範囲にあることが好ましく、20〜5000mJ/cm2の範囲にあることがより好ましく、100〜800mJ/cm2の範囲にあることがさらに好ましい。また、光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
保護層を、光学異方性層の上に設けてもよい。
[配向膜]
配向膜は、円盤状化合物の配向方向を規定する機能を有する。液晶性円盤状化合物を、上記配向状態とするためには、配向膜を用いることが好ましいが、液晶性円盤状化合物を配向後に、その配向状態を固定してしまえば、配向膜はその役割を果たしているために、本発明の構成要素としては必ずしも必須のものではない。即ち、配向状態が固定された配向膜上の光学異方性層のみを透明支持体上に転写することも可能である。
配向膜は、有機化合物(好ましくはポリマー)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成、あるいはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチル)の累積のような手段で設けることができる。さらに、電場の付与、磁場の付与あるいは光照射により、配向機能が生じる配向膜も知られている。
配向膜は、ポリマーのラビング処理により形成することが好ましい。配向膜に使用するポリマーは、原則として、液晶性分子を配向させる機能のある分子構造を有する。本発明では、液晶性分子を配向させる機能に加えて、架橋性官能基(例、二重結合)を有する側鎖を主鎖に結合させるか、あるいは、液晶性分子を配向させる機能を有する架橋性官能基を側鎖に導入することが好ましい。
配向膜に使用されるポリマーは、それ自体架橋可能なポリマーあるいは架橋剤により架橋されるポリマーのいずれも使用することができし、これらの組み合わせを複数使用することができる。
ポリマーの例には、例えば特開平8−338913号公報明細書中段落番号[0022]記載のメタクリレート系共重合体、スチレン系共重合体、ポリオレフィン、ポリビニルアルコールおよび変性ポリビニルアルコール、ポリ(N−メチロールアクリルアミド)、ポリエステル、ポリイミド、酢酸ビニル共重合体、カルボキシメチルセルロース、ポリカーボネート等が含まれる。シランカップリング剤をポリマーとして用いることができる。水溶性ポリマー(例、ポリ(N−メチロールアクリルアミド)、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール)が好ましく、ゼラチン、ポリビニルアルコールおよび変性ポリビニルアルコールがさらに好ましく、ポリビニルアルコールおよび変性ポリビニルアルコールが最も好ましい。重合度が異なるポリビニルアルコールまたは変性ポリビニルアルコールを2種類併用することが特に好ましい。
ポリビニルアルコールの鹸化度は、70〜100%が好ましく、80〜100%がさらに好ましい。ポリビニルアルコールの重合度は、100〜5000であることが好ましい。
液晶性分子を配向させる機能を有する側鎖は、一般に疎水性基を官能基として有する。具体的な官能基の種類は、液晶性分子の種類および必要とする配向状態に応じて決定する。
例えば、変性ポリビニルアルコールの変性基としては、共重合変性、連鎖移動変性またはブロック重合変性により導入できる。変性基の例には、親水性基(カルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、アミノ基、アンモニウム基、アミド基、チオール基等)、炭素数10〜100個の炭化水素基、フッ素原子置換の炭化水素基、チオエーテル基、重合性基(不飽和重合性基、エポキシ基、アジリニジル基等)、アルコキシシリル基(トリアルコキシ、ジアルコキシ、モノアルコキシ)等が挙げられる。これらの変性ポリビニルアルコール化合物の具体例として、例えば特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0022]〜[0145]、同2002−62426号公報明細書中の段落番号[0018]〜[0022]に記載のもの等が挙げられる。
架橋性官能基を有する側鎖を配向膜ポリマーの主鎖に結合させるか、あるいは、液晶性分子を配向させる機能を有する側鎖に架橋性官能基を導入すると、配向膜のポリマーと光学異方性層に含まれる多官能モノマーとを共重合させることができる。その結果、多官能モノマーと多官能モノマーとの間だけではなく、配向膜ポリマーと配向膜ポリマーとの間、そして多官能モノマーと配向膜ポリマーとの間も共有結合で強固に結合される。従って、架橋性官能基を配向膜ポリマーに導入することで、光学補償フィルムの強度を著しく改善することができる。
配向膜ポリマーの架橋性官能基は、多官能モノマーと同様に、重合性基を含むことが好ましい。具体的には、例えば特開2000−155216号公報明細書中段落番号[0080]〜[0100]記載のもの等が挙げられる。
配向膜ポリマーは、上記の架橋性官能基とは別に、架橋剤を用いて架橋させることもできる。
架橋剤としては、アルデヒド、N−メチロール化合物、ジオキサン誘導体、カルボキシル基を活性化することにより作用する化合物、活性ビニル化合物、活性ハロゲン化合物、イソオキサゾールおよびジアルデヒド澱粉が含まれる。二種類以上の架橋剤を併用してもよい。具体的には、例えば特開2002−62426号公報明細書中の段落番号[0023]〜[024]記載の化合物等が挙げられる。反応活性の高いアルデヒド、特にグルタルアルデヒドが好ましい。
架橋剤の添加量は、ポリマーに対して0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜15質量%がさらに好ましい。配向膜に残存する未反応の架橋剤の量は、1.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがさらに好ましい。このように調節することで、配向膜を液晶表示装置に長期使用、或は高温高湿の雰囲気下に長期間放置しても、レチキュレーション発生のない充分な耐久性が得られる。が発生することがある。
配向膜は、基本的に、配向膜形成材料である上記ポリマー、架橋剤を含む透明支持体上に塗布した後、加熱乾燥(架橋させ)し、ラビング処理することにより形成することができる。架橋反応は、前記のように、透明支持体上に塗布した後、任意の時期に行って良い。ポリビニルアルコールのような水溶性ポリマーを配向膜形成材料として用いる場合には、塗布液は消泡作用のある有機溶媒(例、メタノール)と水の混合溶媒とすることが好ましい。その比率は質量比で水:メタノールが0:100〜99:1が好ましく、0:100〜91:9であることがさらに好ましい。これにより、泡の発生が抑えられ、配向膜、更には光学異方層の層表面の欠陥が著しく減少する。
配向膜の塗布方法は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、エクストルージョンコーティング法、ロッドコーティング法またはロールコーティング法が好ましい。特にロッドコーティング法が好ましい。また、乾燥後の膜厚は0.1〜10μmが好ましい。加熱乾燥は、20℃〜110℃で行うことができる。充分な架橋を形成するためには60℃〜100℃が好ましく、特に80℃〜100℃が好ましい。乾燥時間は1分〜36時間で行うことができるが、好ましくは1分〜30分である。pHも、使用する架橋剤に最適な値に設定することが好ましく、グルタルアルデヒドを使用した場合は、pH4.5〜5.5で、特に5が好ましい。
配向膜は、透明支持体表面、又は所望により透明支持体の上に下塗層を設けた場合は、下塗り層表面に形成することができる。配向膜は、上記のようにポリマー層を架橋したのち、表面をラビング処理することにより作製してもよい。
前記ラビング処理は、LCDの液晶配向処理工程として広く採用されている処理方法を適用することができる。即ち、配向膜の表面を、紙やガーゼ、フェルト、ゴムあるいはナイロン、ポリエステル繊維などを用いて一定方向に擦ることにより、配向を得る方法を用いることができる。一般的には、長さおよび太さが均一な繊維を平均的に植毛した布などを用いて数回程度ラビングを行うことにより実施される。
次に、配向膜を機能させて、配向膜の上に設けられる光学異方性層の液晶性円盤状化合物を配向させる。その後、必要に応じて、配向膜ポリマーと光学異方性層に含まれる多官能モノマーとを反応させてもよいし、又は架橋剤を用いて配向膜ポリマーを架橋させてもよい。
配向膜の膜厚は、0.1〜10μmの範囲にあることが好ましい。
[ハードコートフィルム、防眩フィルム、反射防止フィルム]
本発明の光学補償フィルムは、他の機能性層を有していてもよい。例えば、防眩性ハードコート層、防眩性を有さないハードコート層、中屈折率層、高屈折率層及び低屈折率層等があげられる。これらの機能性層を付与することで、用いられる液晶表示装置の視認性をより改善することができる。機能性フィルムの組み合わせとして好ましい例とし、防眩性ハードコート層、防眩性を有さないハードコート層、中屈折率層及び高屈折率層の少なくともいずれか一層と、低屈折率層との組み合わせが挙げられる。このような防眩フィルム、反射防止フィルムとしての望ましい実施態様は、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)の54頁〜57頁に詳細に記載されており、本発明に好ましく用いることができる。また、低屈折率層、中屈折率層及び高屈折率層とは、屈折率がそれぞれ1.2〜1.5、1.55〜1.8、1.6〜2.4である層のことをいい、材料や製造方法を選択することで屈折率をかかる範囲に調整することができる。中屈折率層の屈折率は低屈折率層と高屈折率層の間の値となるように調整する。これらの層の好ましい例については、特開平11−153703号公報等に記載があり、本発明に用いることができる。
[支持体]
本発明の光学補償フィルムは、前記第1及び第2の光学異方性層のそれぞれを、又は双方を、支持する支持体を有していてもよい。支持体は、透明であるのが好ましく、具体的には、光透過率が80%以上であるのが好ましい。支持体は、ポリマーフィルムから選択するのが好ましい。ポリマーフィルムを構成するポリマーの例には、セルロースエステル(例、セルロースのモノ乃至トリアシレート体)、ノルボルネン系ポリマーおよびポリメチルメタクリレートが含まれる。市販のポリマー(ノルボルネン系ポリマーでは、アートン及びゼオネックスいずれも商品名))を用いてもよい。又、従来知られているポリカーボネートやポリスルホンのような複屈折の発現し易いポリマーであっても、WO00/26705号明細書に記載のように、分子を修飾することで複屈折の発現性を制御すれば、本発明に用いることもできる。
中でもセルロースエステルが好ましく、セルロースの低級脂肪酸エステルがさらに好ましい。低級脂肪酸とは、炭素原子数が6以下の脂肪酸を意味する。特に、炭素原子数が2〜4のセルロースアシレートが好ましい。セルロースアセテートが特に好ましい。セルロースアセテートプロピオネートやセルロースアセテートブチレートのような混合脂肪酸エステルを用いてもよい。
セルロースアセテートの粘度平均重合度(DP)は、250以上であることが好ましく、290以上であることがさらに好ましい。又、セルロースアセテートは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるMw/Mn(Mwは質量平均分子量、Mnは数平均分子量)の分子量分布が狭いことが好ましい。具体的なMw/Mnの値としては、1.0〜1.7であることが好ましく、1.0〜1.65であることがさらに好ましい。
また、酢化度が55.0〜62.5%であるセルロースアセテートを使用することが好ましい。酢化度は、57.0〜62.0%であることがさらに好ましい。酢化度とは、セルロース単位質量当たりの結合酢酸量を意味する。酢化度は、ASTM:D−817−91(セルロースアセテート等の試験法)におけるアセチル化度の測定および計算によって求められる。
通常、セルロースアセテートは、セルロースの2位、3位、6位のヒドロキシルが均等に置換されるのではなく、6位の置換度が小さくなる傾向がある。前記透明支持体に用いるセルロースアセテートは、セルロースの6位置換度が、2位、3位に比べて同程度または多い方が好ましい。2位、3位、6位の置換度の合計に対する、6位の置換度の割合は、30〜40%であることが好ましく、31〜40%であることがさらに好ましく、32〜40%であることが最も好ましい。6位の置換度は、0.88以上であることが好ましい。
これらの具体的なアシル基、及びセルロースアシレートの合成方法は、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行 発明協会)の9ページに詳細に記載されている。
ポリマーフィルムのレターデーションを調整して、所望の光学特性を付与するためには、延伸のような外力を与える方法が一般的である。又、必要であれば、光学異方性を調節するためのレターデーション上昇剤、光学的異方性を低下させるために化合物、又は波長分散調整剤をポリマーフィルム中に添加してもよい。セルロースアシレートフィルムのレターデーションを調整するには、芳香族環を少なくとも二つ有する芳香族化合物をレターデーション上昇剤として使用することが好ましい。芳香族化合物は、セルロースアシレート100質量部に対して、0.01〜20質量部の範囲で使用することが好ましい。また、二種類以上の芳香族化合物を併用してもよい。芳香族化合物の芳香族環には、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。例えば、欧州特許0911656A2号明細書、特開2000−111914号、同2000−275434号公報等記載の化合物等が挙げられる。
以下にポリマーフィルムの光学的異方性を低下させるための化合物として使用可能な例示化合物、及び波長分散調整剤として使用可能な例示化合物を示すが、以下の化合物に限定されるものではない。
Figure 2006293098
Figure 2006293098
更には、前記支持体として用いるセルロースアセテートフィルムの吸湿膨張係数は、30×10-5/%RH以下であるのが好ましい。吸湿膨張係数は、15×10-5/%RH以下とすることが好ましく、10×10-5/%RH以下であることがさらに好ましい。また、吸湿膨張係数は小さい方が好ましいが、通常は、1.0×10-5/%RH以上の値である。吸湿膨張係数は、一定温度下において相対湿度を変化させた時の試料長の変化量を示す。
この吸湿膨張係数を調節することで、光学異方層や偏光膜の光学的性能を維持したまま、額縁状の透過率上昇(歪みによる光漏れ)を防止することができる。
吸湿膨張係数の測定方法について以下に示す。作製したポリマーフィルムから幅5mm、長さ20mmの試料を切り出し、片方の端を固定して25℃、20%RH(R0)の雰囲気下にぶら下げた。他方の端に0.5gの重りをぶら下げて、10分間放置し長さ(L0)を測定した。次に、温度は25℃のまま、湿度を80%RH(R1)にして、長さ(L1)を測定した。吸湿膨張係数は下式により算出することができる。測定は同一試料につき10サンプル行い、平均値を採用する。
吸湿膨張係数[/%RH]={(L1−L0)/L0}/(R1−R0
ポリマーフィルムの吸湿による寸度変化を小さくするには、疎水基を有する化合物又は微粒子等を添加することが好ましい。疎水基を有する化合物としては、分子中に脂肪族基や芳香族基のような疎水基を有する可塑剤や劣化防止剤から選択するのが好ましい。これらの化合物の添加量は、調整する溶液(ドープ)に対して0.01〜10質量%の範囲にあることが好ましい。又、ポリマーフィルム中の自由体積を小さくすればよく、具体的には、後述のソルベントキャスト方法による成膜時の残留溶剤量が少ない方が自由堆積が小さくなる。セルロースアセテートフィルムに対する残留溶剤量が、0.01〜1.00質量%の範囲となる条件で乾燥することが好ましい。
ポリマーフィルムには、種々の目的に応じて添加する添加剤(例えば、紫外線防止剤、剥離剤、帯電防止剤、劣化防止剤(例、酸化防止剤、過酸化物分解剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、酸捕獲剤、アミン)、赤外吸収剤を等)を添加してもよく、該添加剤は、固体でもよく油状物でもよい。また、フィルムが多層から形成される場合、各層の添加物の種類や添加量が異なってもよい。これらの詳細は、上記の公技番号 2001−1745号技法の16頁〜22頁に詳細に記載されている素材が好ましく用いられる。各素材の添加量は、その機能が発現する限りにおいて特に限定されないが、ポリマーフィルム全組成物中、0.001〜25質量%であるのが好ましい。
[ポリマーフィルムの製造方法]
ポリマーフィルムは、ソルベントキャスト法によりを製造することが好ましい。ソルベントキャスト法では、ポリマー材料を有機溶媒に溶解した溶液(ドープ)を用いてフィルムを製造する。前記ソルベントキャスト法では、ドープをドラムまたはバンド上に流延し、溶媒を蒸発させてフィルムを形成する。流延前のドープは、固形分量が18〜35%となるように濃度を調整することが好ましい。ドラムまたはバンドの表面は、鏡面状態に仕上げておくことが好ましい。
ドープは、表面温度が10℃以下のドラムまたはバンド上に流延することが好ましい。流延してから2秒以上風に当てて乾燥することが好ましい。得られたフィルムをドラムまたはバンドから剥ぎ取り、さらに100〜160℃まで逐次温度を変えた高温風で乾燥して残留溶剤を蒸発させることもできる。以上の方法は、特公平5−17844号公報に記載がある。この方法によると流延から剥ぎ取りまでの時間を短縮することができる。この方法を実施するためには、流延時のドラムまたはバンドの表面温度においてドープがゲル化することが必要である。
流延工程では1種類のセルロースアシレート溶液を単層流延してもよいし、2種類以上のセルロースアシレート溶液を同時及び又は逐次共流延してもよい。
上記のような二層以上の複数のセルロースアシレート溶液を共流延する方法としては、例えば、支持体の進行方向に間隔を置いて設けた複数の流延口からセルロースアシレートを含む溶液をそれぞれ流延させて積層させる方法(例えば、特開平11−198285号公報記載の方法)、2つの流延口からセルロースアシレート溶液を流延する方法(特開平6−134933号公報記載の方法)、高粘度セルロースアシレート溶液の流れを低粘度のセルロースアシレート溶液で包み込み、その高、低粘度のセルロースアシレート溶液を同時に押出す方法(特開昭56−162617号公報記載の方法)等が挙げられる。本発明ではこれらに限定されるものではない。
これらのソルベントキャスト方法の製造工程については、前記の公技番号 2001−1745の22頁〜30頁に詳細に記載され、溶解、流延(共流延を含む)、金属支持体、乾燥、剥離、延伸などに分類される。
前記支持体として用いるフィルムの厚さは、15〜120μmであるのが好ましく、30〜80μmであるのがより好ましい。
[ポリマーフィルムの表面処理]
ポリマーフィルムは、表面処理を施すことが好ましい。表面処理には、コロナ放電処理、グロー放電処理、火炎処理、酸処理、アルカリ処理および紫外線照射処理が含まれる。これらについては、詳細が前記の公技番号 2001−1745の30頁〜32頁に詳細に記載されている。これらの中でも特に好ましくは、アルカリ鹸化処理でありセルロースアシレートフィルムの表面処理としては極めて有効である。
アルカリ鹸化処理は、鹸化液中に浸漬、鹸化液を塗布する等何れでもよいが、塗布方法が好ましい。塗布方法としては、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、エクストルージョンコーティング法、バーコーティング法及びE型塗布法を挙げることができる。アルカリ鹸化処理液は、水酸化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液が挙げられ、水酸化イオンの規定濃度は、0.1〜3.0Nの範囲にあることが好ましい。更に、アルカリ処理液として、フィルムに対する濡れ性が良好な溶媒(例、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、メタノール、エタノール等)、界面活性剤、湿潤剤(例えば、ジオール類、グリセリン等)を含有することで、鹸化液の透明支持体に対する濡れ性、鹸化液の経時安定性等が良好となる。具体的には、例えば、特開2002−82226号公報、WO02/46809号公報に内容の記載が挙げられる。
表面処理の代わりに、表面処理に加えて下塗り層(特開平7−333433号公報記載)、或は疎水性基と親水性基との両方を含有するゼラチン等の樹脂層を一層のみ塗布する単層法第1層として高分子フィルムによく密着する層(以下、下塗第1層と略す)を設け、その上に第2層として配向膜とよく密着するゼラチン等の親水性の樹脂層(以下、下塗第2層と略す)を塗布する所謂重層法(例えば、特開平11−248940号公報記載)の内容が挙げられる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例に制限されるものではない。
<セルロースアセテートフィルムの作製>
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
セルロースアセテート溶液組成
酢化度60.7〜61.1%のセルロースアセテート 100質量部
トリフェニルホスフェート(可塑剤) 7.8質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤) 3.9質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 336質量部
メタノール(第2溶媒) 29質量部
1−ブタノール(第3溶媒) 11質量部
別のミキシングタンクに、下記のレターデーション上昇剤16質量部、メチレンクロライド92質量部およびメタノール8質量部を投入し、加熱しながら攪拌して、レターデーション上昇剤溶液を調製した。セルロースアセテート溶液474質量部にレターデーション上昇剤溶液25質量部を混合し、充分に攪拌してドープを調製した。レターデーション上昇剤の添加量は、セルロースアセテート100質量部に対して、6.0質量部であった。
Figure 2006293098
得られたドープを、バンド延伸機を用いて流延した。バンド上での膜面温度が40℃となってから、70℃の温風で1分間乾燥し、バンドからフィルムを140℃の乾燥風で10分間乾燥し、残留溶剤量が0.3質量%のセルロースアセテートフィルム(厚さ:80μm)を作製した。作製したセルロースアセテートフィルム(透明支持体、透明保護膜)について、自動複屈折計(KOBRA 21ADH、王子計測機器(株)製))を用いて、波長633nmにおけるReレターデーション値およびRthレターデーション値を測定した。Reは8nm、Rthは78nmであった。作製したセルロースアセテートフィルムを2.0Nの水酸化カリウム溶液(25℃)に2分間浸漬した後、硫酸で中和し、純水で水洗し、その後乾燥させた。こうして、透明保護膜用セルロースアセテートフィルムを作製した。
<配向膜の形成>
このセルロースアセテートフィルム上に、下記の組成の塗布液を#16のワイヤーバーコーターで28mL/m2塗布した。60℃の温風で60秒、さらに90℃の温風で150秒乾燥した。次に、形成した膜に、セルロースアセテートフィルムの面内遅相軸(流延方向と平行方向)に平行な方向に配向するようにラビング処理を実施した(即ち、ラビング軸はセルロースアセテートフィルムの遅相軸と平行であった)。
配向膜塗布液組成
下記の変性ポリビニルアルコール 20質量部
水 360質量部
メタノール 120質量部
グルタルアルデヒド(架橋剤) 1.0質量部
Figure 2006293098
<光学異方性層の形成>
配向膜上に、下記の円盤状(液晶性)化合物91.0g、エチレンオキサイド変成トリメチロールプロパントリアクリレート(V#360、大阪有機化学(株)製)9.0g、セルロースアセテートブチレート(CAB551−0.2、イーストマンケミカル社製)2.0g、セルロースアセテートブチレート(CAB531−1、イーストマンケミカル社製)0.5g、光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製)3.0g、増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)1.0g、フルオロ脂肪族基含有共重合体(メガファックF780 大日本インキ(株)製)の1.3gを、207gのメチルエチルケトンに溶解した塗布液を、#3.6のワイヤーバーで6.2ml/m2塗布した。これを130℃の恒温ゾーンで2分間加熱し、円盤状化合物を配向させた。次に、60℃の雰囲気下で120W/cm高圧水銀灯を用いて、1分間UV照射し円盤状化合物を重合させた。その後、室温まで放冷した。このようにして、光学異方性層を形成し、光学補償フィルム1を作製した。
Figure 2006293098
作製した光学異方性層において、円盤状液晶性化合物は、円盤面と透明保護膜とのなす角度(傾斜角)が、透明保護膜から空気界面に向かって増加しており、平均傾斜角37°でハイブリッド配向していた。光学異方性層はシュリーレン等の欠陥がない均一な膜であった。形成された光学異方性層の厚みは1.7μmであった。傾斜角は自動複屈折計(MKOBRA 21ADH、王子計測機器(株)製)を用いて、観察角度を変えてレターデーションを測定し、屈折率楕円体モデルと仮想し、「Designing Concepts of the Discotic Negative Birefringence Compensation Films SID98 DIGEST」に記載されている手法で算出した。
偏光板をクロスニコル配置とし、得られた光学補償フィルム1のムラを観察したところ、正面、および法線から60°まで傾けた方向から見ても、ムラは検出できなかった。
得られた光学補償フィルム1の2枚を、双方の支持体の裏面(光学異方性層が形成されていない面)同士を粘着剤で貼り合わせ、図2(d)に示す構成の光学補償フィルム2を作製した。光学補償フィルム2は、本発明の実施例である。
(偏光子の作製)
平均重合度4000、鹸化度99.8mol%のPVAを水に溶解し、4.0%の水溶液を得た。この溶液をテーパーのついたダイを用いてバンド流延して乾燥し、延伸前の幅が110mmで厚みは左端が120μm、右端が135μmになるように製膜した。
このフィルムをバンドから剥ぎ取り、ドライ状態で45度方向に斜め延伸してそのままよう素0.5g/L、よう化カリウム50g/Lの水溶液中に30℃で1分間浸漬し、次いでホウ酸100g/L、よう化カリウム60g/Lの水溶液中に70℃で5分間浸漬し、さらに水洗槽で20度で10秒間水洗したのち80℃で5分間乾燥してよう素系偏光子を得た。偏光子は、幅1340mm、厚みは左右とも20μmであった。
延伸したポリビニルアルコールフィルムに、ヨウ素を吸着させて偏光膜を作製し、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、作製した光学補償フィルム1を支持体面で偏光膜の片側に貼り付けた。また、厚さ80μmのセルローストリアセテートフィルム(TD−80U、富士写真フイルム(株)製)にケン化処理を行い、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の反対側表面に貼り付けた。偏光膜の吸収軸と光学補償フィルム1の支持体の遅相軸(流延方向と平行方向)とは垂直になるように配置した。このようにして光学異方性層付き偏光板を作製した。
(TN液晶セルでの評価)
図1と同一の構成又は表1に示す様に若干構成を変更した3次元画像表示用液晶表示装置を種々作製した。偏光膜11及び光学異方性層12、及び偏光膜17及び光学異方性層16として、それぞれ上記で作製した光学異方性層付き偏光板を配置した。液晶セル13及び15として、市販の液晶表示装置(三菱電機 MD191SとRDT−1710V)に用いられている19型又は17型の液晶セルを用いた。19型液晶セルと17型液晶セルとでは、正面コントラスト比は17型のほうが高く、また画素ピッチが異なっている。その液晶層のレターデーション、液晶のねじれの向きをシンテック(株)製汎用偏向解析装置H33を用いて測定した。レターデーションは0.4μm程度、液晶セルは光源側から表示観察側に向けて、観察側から見て時計回りに約90°ねじれていることを確認した。さらに光学補償層14として、上記で作製した光学補償フィルム2を配置した。バックライトはMD191Sに搭載されたものを用いた。このバックライトは、出射光の広がりが30°であった(正面輝度を100%とした場合、50%以上の輝度が得られる範囲を出射光の広がりとする)。なお、偏光解消板18は配置しなかった。
作製した液晶表示装置について、目視により3次元像の視認製の評価を行った。3次元視認性の欄の記号は、3次元視認性の優劣を示したものであり、×→△→○→◎の順により優れている。結果を表1に示す。
Figure 2006293098
表1に示した結果より、液晶表示装置(1)〜(6)の構成では、良好な3次元画像が得られ、中でも特に液晶表示装置(1)〜(4)では、さらに良好な3次元画像が得られた。液晶表示装置(7)及び(8)は従来の2次元表示装置であり、比較例に相当する。
本発明の3次元表示可能な液晶表示装置の一例を示す概略図である。 本発明の光学補償フィルムの実施形態の概念図である。
符号の説明
11 観察者側偏光膜
12 光学異方性層
13 観察者側液晶セル(第2の液晶セル)
14 光学補償層
15 光源側液晶セル(第1の液晶セル)
16 光学異方性層
17 光源側偏光膜
18 偏光解消板
19 光源
20 第1の光学異方性層
21 第1の光学異方性層の支持体
22 第2の光学異方性層
23 第2の光学異方性層の支持体
24 液晶性化合物の分子
25 液晶性化合物の分子

Claims (16)

  1. 各々が液晶化合物を含有する第1の光学異方性層と第2の光学異方性層とを有する光学補償フィルムであって、該第1および第2の光学異方性層において、前記液晶化合物の分子が、フィルム平面に対する傾斜角が厚さ方向において異なるハイブリッド配向状態に固定化されている光学補償フィルム。
  2. 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きい請求項1に記載の光学補償フィルム。
  3. 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きい請求項1に記載の光学補償フィルム。
  4. 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に遠い側よりも近い側のほうが大きい請求項1に記載の光学補償フィルム。
  5. 前記第1の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第2の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きく、前記第2の光学異方性層に含まれる前記液晶化合物の分子のフィルム平面に対する傾斜角が、前記第1の光学異方性層に近い側よりも遠い側のほうが大きい請求項1に記載の光学補償フィルム。
  6. 前記液晶化合物が、ディスコティック液晶化合物である請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学補償フィルム。
  7. 前記第1の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸と、前記第2の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸とが実質的に平行である請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学補償フィルム。
  8. 前記第1の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸と、前記第2の光学異方性層のフィルム法線方向から測定した面内の遅相軸とが交差している請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学補償フィルム。
  9. 少なくとも1層の支持体を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学補償フィルム。
  10. 前記支持体上に、防眩性ハードコート層、防眩性を有さないハードコート層、中屈折率層及び高屈折率層の少なくともいずれか一層と、低屈折率層とをさらに有する請求項9に記載の光学補償フィルム。
  11. 光源と、偏光膜と、電極を一方に有する対向配置された一対の基板、及び該基板間に挟持され液晶材料を含む液晶層を有する第1の液晶セルと、少なくとも一層からなる第1の光学補償層と、電極を一方に有する対向配置された一対の基板、及び該基板間に挟持され液晶材料を含む液晶層を有する第2の液晶セルと、をこの順で有する液晶表示装置。
  12. 前記第2の液晶セルのコントラスト比が、前記第1の液晶セルのコントラスト比よりも低い請求項11に記載の液晶表示装置。
  13. 前記第2の液晶セルの画素ピッチと、前記第1の液晶セルの画素ピッチとが異なる請求項11又は12に記載の液晶表示装置。
  14. 前記光源の出射光の拡がりが、15°以上である請求項11〜13のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  15. 前記第1の液晶セルと前記偏光膜との間及び/又は前記第2の液晶セルのさらに外側に、少なくとも一層からなる第2の光学補償層を有し、前記第1の光学補償層と前記第2の光学補償層の面内レターデーション(Re)及び厚さ方向のレターデーション(Rth)の少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  16. 前記第1の光学補償層として、請求項1〜10のいずれか1項に記載の光学補償フィルムを有する請求項11〜15のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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