JP2007501966A - Ｌｃｄ用補償フィルム - Google Patents

Abstract

基板上に配置された非晶質ポリマー層を含む液晶ディスプレイ用の光学補償フィルム（６０３、６１１）を開示する。該非晶質ポリマー層は、波長λで条件（１）および（２）：条件（１）Δｎ_th（λ）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通して、−０．００５よりもさらに負である；条件（２）Δｎ_th（λ₁）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通してλ₁＜λ₂において、Δｎ_th（λ₂）よりもさらに負である、の両方を満足する、単調増加関数（すなわち、それは適正な分散を有する）の面外複屈折Δｎ_th（λ）（７０１、７０３）を有し、該ポリマーは主鎖外に発色団を有さない。

Description

本発明は、適正な分散を示す負の面外複屈折を有する非晶質ポリマー層を含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用の光学的に透明な補償フィルムに関する。本発明は、また、こうした補償フィルムを製造するための方法を提供する。

次の用語は以下に述べる定義を有する。
光軸とは、本明細書において、伝播する光が複屈折に遭わない方向を指す。
Ａ−プレートおよびＣ−プレートとは、本明細書において、光軸がプレートの平面内にあるプレートおよびプレートに対して垂直にあるプレートである。
偏光子とは、本明細書において、電磁波を偏光させる素子を指す。

図１に示されるフィルム２０１の面内位相遅延、Ｒ _in とは（ｎｘ−ｎｙ）ｄにより定義される量であり、式中、ｎｘおよびｎｙはそれぞれｘおよびｙ方向の屈折率であり、ｘ−ｙ平面はフィルムの平面２０３に平行である。ｄはｚ方向の膜厚である。量（ｎｘ−ｎｙ）は、面内複屈折と呼ばれる。これらの面内量は、両方とも、選択符号の規則の無い絶対値として取り扱われる。

図１に示されるフィルム２０１の面外位相遅延、Ｒ _th とは［ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２］ｄにより定義される量であり、ｎｚはｚ方向の屈折率である。量［ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２］は、面外複屈折、Δｎ_thと呼ばれる。ｎｚ＞（ｎｘ＋ｎｙ）／２の場合、Δｎ_thは正であり、従って対応するＲ_thもまた正である。ｎｚ＜（ｎｘ＋ｎｙ）／２の場合、Δｎ_thは負であり、Ｒ_thもまた負である。
非晶質とは、本明細書において、広範囲に秩序を欠くことを意味する。従って、非晶質ポリマーは、Ｘ線回折などの技術による測定でも広範囲に秩序を示さない。

液晶は電子ディスプレイ用に広く用いられる。これらのディスプレイシステムにおいて、液晶セルは、一般的に、一対の偏光子の間に位置する。偏光子により偏光される入射光は、液晶セルを通過し、セルを横断する電圧印加により変わることができる液晶の分子方向によって影響を受ける。変えられた光は第２偏光子に入る。この原理を用いることにより、外部光源（周辺光を含む）からの光透過は制御することができる。この制御を達成するために必要とされるエネルギーは、一般に、陰極線管（ＣＲＴ）などの他のディスプレイタイプに用いられる蛍光体に必要とされるものよりも一段と少ない。従って、ＬＣＤ技術は、軽量、低消費電力および長寿命が重要な特徴である、ディジタル時計、計算機、携帯コンピュータ、電子ゲーム、およびテレビ（これらに限定されない）を含む多くの電子画像化デバイスに用いられる。

コントラスト、色再現、および安定グレースケール強度は、ＬＣＤ技術を用いる電子ディスプレイ用の望ましい属性である。ＬＣＤのコントラストを限定する主要因子は、暗いまたは「黒」の画素状態にある液晶素子またはセルを通して光が「漏れる」性向である。さらに、この漏れ、従って液晶ディスプレイのコントラストは、また、ディスプレイを見る方向に応じて決まる。一般的に、最適コントラストは、ディスプレイへの垂直入射あたりに集中する狭い視野角領域内のみで観察され、視野角がディスプレイ垂線から離れて行くにつれて急激に落ち込む。カラーＬＣＤにおいて、この漏れ問題は、コントラストを悪化させるのみならず、また、色再現の悪化を伴う色または色相のずれを引き起こす。種々のモードのＬＣＤがある。ツイステッドネマチック型（ＴＮ）ＬＣＤは、液晶の光軸が、電場がかかっていない時に液晶セル厚さ方向の方位角において９０°を回転する液晶ディスプレイである。十分に大きな電場がかかっている場合に、液晶光軸は、セル結合プレート近くを除いて液晶セル平面に対して垂直となる。セル結合プレート近くでは、液晶光軸はセル垂直方向からそれる。垂直配向型（ＶＡ）ＬＣＤは、適用電場なしで液晶セル平面に対して実質的に垂直である液晶光軸を有する。この状態はディスプレイの暗状態に対応する。電場がかかると液晶光軸はセル垂直方向から離れて傾く。光学補償ベンド型（ＯＣＢ）ＬＣＤは、液晶光軸が対称的に弓形に曲がった状態に基づいた液晶ディスプレイである。弓形に曲がった状態は、液晶セル面に垂直な平面内に生じ、曲がった状態はセル厚さ方向の中間点付近に対し対称である。面内スイッチング型（ＩＰＳ）ＬＣＤは、液晶光軸の方向を変えようとする電場を液晶セル平面内にかける液晶ディスプレイである。ＩＰＳ型ＬＣＤでは、液晶光軸は、実質的に液晶セルの平面内に留まりながらその方向を変える。

ＬＣＤは、デスクトップコンピュータおよび他のオフィスまたは家庭用途用のモニターとして、速やかにＣＲＴに置き換わっている。大画面サイズを有するＬＣＤテレビモニタの数が近い将来に鋭角的に伸びることも、また、期待される。しかし、着色、コントラストの悪化、および輝度の反転などの視野角依存性の問題が解決されないならば、従来のＣＲＴからＬＣＤへの置き換えは制約される。

ＬＣＤ視野角特性を改善するための一般的な方法の一つは、補償フィルムを用いることである。偏光子と液晶セル間に位置して、補償フィルムは、液晶セルにより伝播光に付与された位相遅延を打ち消す。いくつかのＬＣＤモードは、印可電場の有りまたは無しで、負のＣ−プレート特性を有する補償フィルムによって補償されることができる正のＣ−プレート対称を示す。当業者には周知のように、ＴＮ型およびＯＣＢ型液晶セルは十分に高い印加電場を伴うセル中心部において、Ｃ−プレート対称を示す。ＶＡ型液晶セルは、印加電場無しの状態でＣ−プレート対称を示す。液晶セルのこのほぼ正のＣ−プレート状態は、それが交差偏光子の間に置かれる場合、暗状態を与える。本明細書において、交差偏光子とは、二つの偏光子の透過（または吸収）軸が９０±１０°の角度を形成することを意味する。液晶セルに対して垂直に伝播する光線は、本質的に複屈折に遭わない。それが、垂直の観察方向において、いくつかのＬＣＤのモードの中で最高のコントラスト比を有する理由である。他方、斜めに伝播する光線は位相遅延に遭うとともに、これは暗状態での光漏れを招き、コントラスト比を悪化させる。図２は概略的に補償の原理を示す。楕円３０１は、ｎｅ_lc＞ｎｏ_lcの場合に、ｎｘ_1c＝ｎｙ_1c＝ｎｏ_1c、ｎｚ_1c＝ｎｅ_1cを有する液晶セル３０５を近似する正のＣ−プレートを表す。ｎｅ_1cおよびｎｏ_1cは異常および通常の液晶屈折率である。負のＲ_thを有する補償フィルム３０７は、楕円３０９により示される。ここで我々は（ｎｘ＋ｎｙ）／２＞ｎｚを得、従って負のＲ_thを与える。液晶セル３０５を通して入射角Φで斜めに伝播する光線３１１に対して、液晶セル３０５からの正の位相遅延は補償フィルム３０７の負の位相遅延により相殺される。従って、斜め方向における液晶セルの複屈折により引き起こされる光漏れを効果的に防止することができる。従って、ＬＣＤの種々のモードに対する補償フィルムは、負のＲ_thを持たなければならないし、この負のＲ_thを得るための簡単な方法はＬＣＤの光学補償の場合に極めて望ましい。

ＬＣＤ補償の本質的な属性の一つは、位相遅延および複屈折の光波長（λ）に対する波長依存性（または分散）である。色ずれなしで適正な暗状態を達成することが重要である。位相遅延は複屈折に正比例し、それらの分散形状（適正なまたは逆の）も同様に関連する。「適正な」分散とは、位相遅延および複屈折の絶対値がより短いλに向かって（すなわち、紫外線領域に向かって）増大して行くようなものである。反対に、「逆の」分散を有する材料は、λ領域が短くなるにつれて、位相遅延および複屈折の絶対値がより小さくなる。一般的な液晶セルは、より短いλに向かって複屈折および位相遅延がより大きな正の値を示す適正な分散を有する材料を使用する。負の複屈折ケース（補償フィルム）の場合、適正な分散はより短いλのところで複屈折および位相遅延のより大きな負の値を与える。反対に、逆の分散を有する負の複屈折（すなわち、望ましくない補償フィルム）は、より短いλを有する光に対して負のより少ない複屈折および位相遅延を示す。液晶セルおよび補償フィルムの位相遅延分散は、液晶セルの位相遅延を補償フィルムにより適正に相殺するために同じ種類のものでなければならない。すなわち、液晶位相遅延がより短いλでより大きな正の値（すなわち、適正な分散を有する正の複屈折）であると仮定すると、補償フィルムは、良好な補償のためにＲ_th（またはΔｎ_th）のより大きな負の値（すなわち、適正な分散を有する負の複屈折）を有しなければならない。

図３は概念を説明する。正のＣ−プレート状態における液晶セルは、正の面外複屈折Δｎ_1c＝（ｎｅ_1c−ｎｏ_1c）を有する。負の面外複屈折および位相遅延を有する補償フィルムにより補償しようとする位相遅延は、Ｒ_th-1c＝ｄ_1cΔｎ_1cである（式中ｄ_1cは液晶セルの厚さである）。これらの曲線はＲ_th-1c＝ｄ_1cΔｎ_1c、４０１、および補償フィルム４０３、４０７のＲ_th＝ｄΔｎ_th＝ｄ［ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２］の波長依存性を示す。一般的な液晶は正の複屈折であり、適正な複屈折分散を有する。すなわち、複屈折Δｎ_1cはより短い波長λに向けて増大する。従って、位相遅延Ｒ_th-1cは、曲線４０１により示されるようにより短いλでより大きな正の値を想定する。それを相殺するために、補償フィルムは、また、曲線４０３により示される適正な位相遅延分散を有することを必要とする。曲線４０３により示される特性を有するフィルムは、より短いλでより大きな負の値のΔｎ_thおよびＲ_thを有する。他方、曲線４０７は逆分散の補償フィルムを示す。この場合、このフィルムの複屈折Δｎ_thおよびＲ_thはより短いλでより小さな負の値を有する。従って、液晶セル（正のＣ−プレート）の位相遅延の適正な相殺は、広範囲の波長に対する逆分散を有するフィルムによっては達成することができない。補償フィルムのもう一つの重要な態様は、透明度である。各波長λで、フィルムの透過率Ｔ（λ）％を測定することができる。透過率Ｔ（λ）％は、フィルム垂直方向における入射光に対する透過光の強度百分率を与える。波長範囲λ₁≦λ≦λ₂における平均透過率は、

として定義される。光学的に透明なフィルムは、λ₁＝４００ｎｍおよびλ₂＝７００ｎｍにおいて、Ｔ_av≧９０％であるようなフィルムである。こうしたフィルムは、それがＬＣＤ上の画像の輝度を落とさないので好ましい。負のＲ_thを得るいくつかの手段が示唆されてきた。サーガン（Ｓｅｒｇａｎ）らは、負のＣ−プレートの置き換えとして交差Ａ−プレートを検討している（“Ｔｗｏ Ｃｒｏｓｓｅｄ Ａ−Ｐｌａｔｅｓ ａｓ ａｎ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｔｏ ａ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｃ−Ｐｌａｔｅ”，Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ ２０００，ｐｐ．８３８〜８４１）。二つのＡ−プレートは、互いにそれらの光軸が９０°を形成して上部に置かれる。それらは、交差Ａ−プレートがほぼ負のＣ−プレートとして機能し、ＶＡ型液晶セルをうまく補償することを示した。この方法は、しかし、Ａ−プレート特性を有する二つのフィルムを積層して負のＣ−挙動の一つの補償フィルムを形成する扱い難い工程を含む。さらに、交差Ａ−プレートが小さな入射角Φを有する光線に対する負のＣ−プレート挙動を示さないことは、当業者に公知である。従って、それは負のＲ_thを得る望ましい方法ではない。

特開平１１−９５２０８号公報には、負のＲ_thを創出するために架橋有機マトリクス中の膨潤性無機クレー層を使用することが開示されている。開示された方法は、負のＣ−プレート特性を有するフィルムを製造する連続手段を可能とする。しかし、得られるフィルムは、曲線４０７により表される逆分散を与える。従って、それは補償フィルムとして適していない。

リ（Ｌｉ）ら（“Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｆｉｌｍ ａｓ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｎｏｒｍａｌｌｙ ｗｈｉｔｅ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙｓ”，Ｐｏｌｙｍｅｒ，Ｖｏｌｕｍｅ３７，ｐｐ５３２１〜５３２５，（１９９６））は、回転成形またはディップエマージョン法により形成されるポリイミド層を開示した。フィルムは適正な分散を示す。この論文には、負のＲ_thを有する補償フィルムとして用いることができたいくつかのポリイミドが記載されている。しかし、Ｔ_avは９０％未満である。また、当業者に周知であるように、ポリイミドは、一般に、黄−オレンジ着色する。従って、それらは、フィルムの色がＬＣＤ上の画像の色相をシフトするであろうから、補償フィルムとして用いるには望ましくない。

補償フィルムとしての二軸延伸セルロースエステルフィルムの使用は、特開２００２−２３６２１６号公報に開示されている。大きな負のＲ_thおよび正のＲ_inを有する二軸延伸セルロースエステルフィルムは、Ｏ−プレート特性を有する光学異方性層がその上に配置された基板として用いられる。この二軸延伸セルロースエステルフィルムは（開示に従うと）、補償フィルムとして有用である十分な負のＲ_thを示す。しかし、それは、Δｎ_thにおいて、従ってＲ_thにおいて逆分散を有する。

先行技術は、十分に大きな負のＲ_th値を有するフィルムを得る方法を提供する。しかし、先行技術のフィルムは、容易に製造し、高Ｔ_av（Ｔ_av≧９０％、すなわち、光学的に透明である）を有することができる負のＲ_thおよびΔｎ_thにおける適正な分散を有するフィルムを提供しない。また、大きな負のＲ_th値を有するより薄い補償フィルムを得ることは、極めて望ましい。これは、液晶セル、補償フィルム、および偏光子を含む全体のＬＣＤパッケージをよりスリムにすることを可能とする。従って、望ましい方法は、ディスプレイ厚さを有意に増加することなく、十分に大きな負のＲ_th値および望ましい適正な遅延／複屈折分散を有する補償フィルムを提供することであろう。

本発明は、適正な分散と共に負のＲ_thを有する液晶ディスプレイ用の光学補償フィルムを提供する。それは基板上に配置された非晶質ポリマー層を含んでなる。波長λのところでの非晶質ポリマーの面外複屈折Δｎ_th（λ）は、条件（１）および（２）をそれぞれ満足する：
条件（１）
Δｎ_th（λ）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通して、−０．００５よりもさらに負である；
条件（２）
Δｎ_th（λ₁）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通してλ₁＜λ₂において、Δｎ_th（λ₂）よりもさらに負である。

従って、補償フィルムは大きな負のΔｎ_th値を含む。この非晶質ポリマー層は、フィルムを有意に厚くすることなしに、補償フィルムの負のＲ_th値の増加を可能とする。本発明は、また補償フィルムを含む液晶ディスプレイおよび補償フィルムを形成するための方法も包含する。

本明細書は、本発明の主題を特に指摘し明確にそれを請求するクレームをもって結論とするが、一方で、本発明が添付図面と併せて考慮すると、以下の説明からより良く理解されることは信じられる。

今、本発明の種々の素子が数値表示を与えられ、当業者が本発明を作製し使用することを可能とするように本発明が検討される図面を参照する。特には示されず記載されてもいない素子が、当業者に周知である種々の形態をとることが可能であることは理解されるべきである。

本発明は、適正な分散と共に負のＲ_thを有する液晶ディスプレイ用の光学補償フィルムを提供する。それは基板上に配置された非晶質ポリマー層を含む。波長λのところでの非晶質ポリマーの面外複屈折Δｎ_th（λ）は、それぞれ条件（１）および（２）を満足する：
条件（１）
Δｎ_th（λ）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通して、−０．００５よりもさらに負である；
条件（２）
Δｎ_th（λ₁）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通してλ₁＜λ₂において、Δｎ_th（λ₂）よりもさらに負である。

図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、補償フィルムの典型的な構造立面図を示す。補償フィルム５０１において、非晶質ポリマー層５０３は基板５０５上に配置される。ポリマー層５０３は条件（１）および（２）の両方を満足する。図４Ｂは、追加層５０７がポリマー層５０３の上に配置された補償フィルム５１１を示す。層５０７は、例えば、アンチグレア皮膜または反射防止皮膜であることができる。それは、また、非晶質ポリマー層５０３を機械的に保護する硬質皮膜層であることができる。順序は、図４Ｃに示される５１３のように層５０７が基板上に配置されその上に５０３がくるように変えることができる。この場合に、５０７は基板５０５と非晶質ポリマー層５０３間の緩衝層の機能を有することができる。緩衝層は層５０３の基板５０５への接着を促進することができる。ある場合には、それは基板５０５からポリマー層５０３への化学物質汚染の拡散を防止し、その結果、バリア層として機能する。また、それは、ポリマー層５０３のクラッキングを防止するための追従層であることが可能である。

基板５０５は、光学的に等方性または異方性であることができる。技術上周知のように、光学材料は三つの異なる主要屈折率まで有することが可能であり、これらの屈折率の関係に基づき等方性かまたは異方性のいずれかに分類することができる。その主要屈折率の三つすべてが等しい場合に、材料は等方性であると言える。異方性の場合に、材料は一軸または二軸のいずれかであることができる。二つの主要屈折率が等しい場合、材料は一軸と呼ばれる。一軸材料は、ｎｏで表す常屈折率、異常屈折率ｎｅ、およびその光軸、ｎｅの軸の向きで示す二つの角度を有するとして、独特に特徴付けられる。ｎｅがｎｏよりも大きい場合に、一軸材料は正に複屈折である。ｎｅがｎｏよりも小さい場合に、一軸材料は負に複屈折である。複屈折挙動を制御することは、光学フィルムの製造および応用において有用である。すべての三つの屈折率が異なる場合に、材料は二軸であると言われ、その主要屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ、および３配向角により独特に特定される。二軸材料の一部は、それらの３主要屈折率の二つが極めて近いことを意味する弱い二軸性を示し、一軸材料の場合の常屈折率と同じとみなされることが多い。

製造の容易さのため、可撓性基板、特に高分子基板を有することは好ましい。一般的な高分子基板はトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）である。ＴＡＣの光学特性は一軸に近く、負のＣ−プレートとして近似することができ、従って、ＴＡＣは無視できるＲ_inおよび負のＲ_thを有する。別の場合には、二軸延伸ＴＡＣが基板用に用いられる。この場合、基板は有限のＲ_inおよびＲ_thを有する。ＴＡＣは面外複屈折Δｎ_thにおいて逆分散を有する。しかし、ＴＡＣのこの逆分散は非晶質ポリマー層５０３のΔｎ_thにおける適正な分散により補償される。環式ポリオレフィンなどの低複屈折高分子材料もまた、基板となることができる。

非晶質ポリマー層５０３は、溶媒塗布して大きな負のΔｎ_thを生成するポリマーを含有する溶液から塗布される。適正な分散を有するΔｎ_thの大きな負の値は、補償フィルムの全体の負のＲ_thおよびその分散の種類を左右する。従って、基板（負のＲ_thおよび逆分散を有する）上部上にポリマー層５０３を配置することにより、全体の負のＲ_thは増大し、分散形状は「適正」となる。条件（１）および（２）を満足させる負のΔｎ_thを有する非晶質ポリマー層を製造するために、ポリマー主鎖内に、ビニル基、カルボニル基、アミド基、エステル基、カーボネート基、スルホン基、アゾ基および芳香族基（すなわち、ベンゼン、ナフタレート、ビフェニル、ビスフェノールＡ）などの不可視発色団基を含有するポリマー、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、およびポリチオフェンを用いる。好ましくは、層５０３中に用いようとするポリマーは、主鎖外の発色団を有さない。そのような主鎖内および主鎖外に発色団を有する望ましいポリマーの例には、フルオレン基を有するポリアリーレートが挙げられるであろう。非晶質層中に用いられるポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は重要な因子である。それは望ましい結果を達成するために１８０℃を超えることが好ましい。非晶質ポリマー層５０３の厚さは、少なくとも−２０ｎｍよりもさらに負であるＲ_thの必要な値により決定される。一般的に、それは−６００ｎｍ〜−６０ｎｍであることが好ましい。都合よくは、それは−５００ｎｍ〜−１００ｎｍであることが好ましい。望ましくは、それは−４００ｎｍ〜−１５０ｎｍであることが好ましい。ポリマー層５０３の厚さは３０μｍ未満であることが好ましい。一般的に、それは０．１μｍ〜２０μｍであることが好ましい。都合よくは、それは１．０μｍ〜１０μｍであることが好ましい。図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示されるもの以外の構造を有する補償フィルムも可能である。

補償フィルムの全体厚さは、合理的な範囲内に全体のＬＣＤパッケージ厚さを保持するために重要である。補償フィルムの組合せ厚さは１１５μｍ未満であることが好ましい。一般的に、それは４０μｍ〜１０５μｍであることが好ましい。望ましくは、それは４０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。補償フィルムは、光学的に透明、すなわち、Ｔ_av≧９０％である。

図５Ａは、６０３が単一の補償フィルムであり、液晶セル６０５の一つの面上に置かれる概略的な液晶ディスプレイ６０１を示す。６０７は偏光子であり、６０９は第２偏光子である。偏光子６０７および６０９に対する透過軸は互いに対して９０°±１０°角を形成する。それらの透過軸の角度は、４５°および１３５°として示される。しかし、他の角度も液晶ディスプレイ６０１の種類に応じて可能であり、このことは当業者に自明である。液晶セル６０５が二つのガラスプレート間に囲まれた液晶による電気的に切替可能な液晶セルであることに留意されたい。

図５Ｂは、液晶セル６０５の両面の上に二つの補償フィルム６０３、６１１を置く別の概略的な液晶ディスプレイ６１３を示す。６０７は偏光子であり、６０９は第２偏光子である。偏光子６０７および６０９に対する透過軸は互いに対して９０°±１０°角を形成する。それらの透過軸の角度は、４５°および１３５°として示される。しかし、他の角度も液晶ディスプレイ６０１の種類に応じて可能であり、これは当業者に自明である。６０５が二つのガラスプレート間に囲まれた液晶による電気的に切替可能な液晶セルであることに留意されたい。

先行技術に較べて、本発明の態様は光学的に透明である適正な分散を伴う負のＲ_thを有する補償フィルムを提供する。またそれは、ＴＡＣなどの従来のフィルムよりも一段と小さな厚さを伴う十分に大きな負のＲ_th値を有するフィルムを生成する方法も提供する。これは、非晶質ポリマー層の大きな負のΔｎ_th値のために可能である。従って、本発明は、容易に製造することができる比較的薄い（＜１１５μｍ）構造の機能強化された光学的補償を可能とする。

本発明を、さらに、その実行の以下の非限定的実施例により説明する。

本明細書において用いられる芳香族ポリエステルは、任意の好適なまたは従来の手順を用いて調製することができる。本明細書において用いられる手順は、Ｐ．Ｗ．Ｍｏｒｇａｎ ｉｎ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ：Ｂｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ｃｉｔｙ，Ｎ．Ｙ．（１９６５）により概要が説明されているものに従った。

実施例Ａ：
ポリマーＡ（合成）：
１０℃でのメチルエチルケトン（１００ｍＬ）中の４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデンジフェノール（２３．５３ｇ、０．０７モル）、４，４’−（２−ノルボルニリデン）ビスフェノール（８．４ｇ、０．０３モル）およびトリエチルアミン（２２．３ｇ、０．２２モル）の攪拌混合物に、メチルエチルケトン（６０ｍＬ）中のテレフタル酸クロライド（１９．２９ｇ、０．０９５モル）およびイソフタル酸クロライド（１．０２ｇ、０．００５モル）の溶液を添加した。添加後、温度を放置して室温まで上げ、溶液を４時間にわたり窒素下で攪拌し、その間にトリエチルアミン塩酸塩がゼラチン状形態で沈殿し、溶液は粘性となった。次に、溶液をトルエン（１６０ｍＬ）で希釈し、希釈塩酸（２％酸の２００ｍＬ）で洗浄し、続いて水（２００ｍＬ）により３回洗浄した。次に、溶液を激しく攪拌しながらエタノール中に注ぎ、白色ビーズ様ポリマーが沈殿し、これを集め、真空下２４時間にわたり５０℃で乾燥した。このポリマーのガラス転移温度を示差走査熱量計で測定すると２６５℃であった。

ポリマーＡをスライドガラス上にスピンキャストし（酢酸プロピル８０％トルエン２０％中、固形物８％）、５５０ｎｍ波長で楕円偏光計（モデルＭ２０００Ｖ、Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｃｏ．）により解析して、Ｒ_thおよびポリマーＡ層の厚さを得た。これらの値を表Ｉａに一覧する。

Ｒ_thを他の波長で同様に測定した。その結果、遅延Ｒ_thおよび層厚さを知ることにより表Ｉｂに示すようにΔｎ_thを算出した。

ポリマーＡ層は、また、広範囲秩序のいかなる兆候も示さず、従って、層は非晶質ポリマーからなると決定された。ポリマーＡ層のΔｎ_thに対応する分散曲線７０１を図７に示す。それはより短い波長λでより大きな負のΔｎ_th値を示す。従って、上述の方法により調製された非晶質ポリマー層は、適正な分散を示す。Δｎ_thは３７０〜７００ｎｍ間の波長で−０．００５よりもさらに負である。

加えて、ポリマーＡ層を、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム（厚さ８０μｍ）上に配置する。ポリマーＡ層は楕円偏光計による測定で３．６μｍの厚さを有した。図７は得られる補償フィルムのＲ_th値の分散曲線８０１を示す。補償フィルムは適正な分散を示す。４００ｎｍ≦λ≦７００ｎｍにおける透過率を測定し、Ｔ_av≧９０％を得た。

実施例Ｂ：
ポリマーＢ（合成）：
１０℃でジクロロメタン（１００ｍＬ）中の４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデンジフェノール（２３．５３ｇ、０．０７モル）、４，４’−（２−ノルボルニリデン）ビスフェノール（８．４ｇ、０．０３モル）およびトリエチルアミン（２２．３ｇ、０．２２モル）の攪拌混合物に、ジクロロメタン（６０ｍＬ）中のテレフタル酸クロライド（１９．２９ｇ、０．０９５モル）の溶液を添加した。添加後、温度を放置して室温まで上げ、溶液を４時間にわたり窒素下で攪拌し、その間にトリエチルアミン塩酸塩がゼラチン状形態で沈殿し、溶液は粘性となった。次に、溶液をトルエン（１６０ｍＬ）で希釈し、希釈塩酸（２％酸の２００ｍＬ）で洗浄し、続いて水（２００ｍＬ）により３回洗浄した。次に、溶液を激しく攪拌しながらエタノール中に注ぎ、白色ビーズ様ポリマーが沈殿し、これを集め、真空下２４時間にわたり５０℃で乾燥した。このポリマーのガラス転移温度を示差走査熱量計で測定すると２７４℃であった。

ポリマーＢをスライドガラス上にスピンキャストし（メチルエチルケトン５０％トルエン５０％中、固形物１０％）、次に、この基板から取り除いた。こうして作製した層のＲ_thおよびポリマー層厚さを、５５０ｎｍ波長で楕円偏光計（モデルＭ２０００Ｖ、Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｃｏ．）により測定した。結果を表ＩＩａに示す。

遅延を他の波長で同様に測定した（表ＩＩｂに示す）。その結果、遅延および層厚さを知ることによりΔｎ_thを算出した。

ポリマーＢ層は広範囲秩序のいかなる兆候も示さなかった。従って、層は非晶質ポリマーからなると決定された。ポリマーＢのΔｎ_thの分散曲線７０３を図７に示す。それはより短い波長λでより大きな負のΔｎ_th値を示す。従って、上述の方法により調製される非晶質ポリマー層は適正な分散を示す。Δｎ_thは３７０〜７００ｎｍ間の波長で−０．００５よりもさらに負である。

用いることができた他の具体的なポリマーには以下のものが挙げられる：

一連のポリマーのガラス転移温度および面外複屈折値Δｎ_thを分析した。本発明のためにさらに望ましいポリマーは１８０℃を超えるガラス転移温度を有することが見出された。より低いガラス転移温度を有するものは、一般に、−０．００５よりも負でない面外複屈折Δｎ_th値を有することが見出された。

比較例
セルロースエステルフィルム（マイクロメータの測定で厚さ：１１０μｍ）のＲ_thを４００〜７００ｎｍ間の波長で楕円偏光計（モデルＭ２０００Ｖ、Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｃｏ．）により測定した。３波長でのＲ_th値を表ＩＩＩに一覧する。

比較例フィルムのＲ_thの分散曲線９０１を図８に示す。それはより短い波長λでより小さな負のＲ_th値を示す。従って、比較例フィルムは逆分散を示す。測定された厚さおよびＲ_thからΔｎ_thを算出した。Δｎ_thは３７０〜７００ｎｍ間の波長で−０．００５よりも負ではない。このフィルムは十分な複屈折を示さず、また、望ましい分散表示を持たないことに留意すること。

本発明は、その一部の好ましい態様を特に参照して詳細に記載してきたが、変形および改良は本発明の範囲内で達成することができることは理解されよう。本明細書において引用した特許および他の公開文献の全内容を、引用することにより本明細書に組み入れる。

図１は、厚さｄおよびフィルムに付属するｘ−ｙ−ｚ座標系を有するフィルムを示す。 図２は、負のＲ_thを有する補償フィルムによる正のＣ−プレート特性を有する液晶セルの補償の原理を示す。 図３は、液晶の適正な分散の曲線ならびに適正なおよび逆の分散を有する補償フィルムの曲線を示す。 図４Ａは、補償フィルムの実施例の立面概略図である。 図４Ｂは、補償フィルムの実施例の立面概略図である。 図４Ｃは、補償フィルムの実施例の立面概略図である。 図５Ａは、一つの補償フィルムを有するＬＣＤを示す。 図５Ｂは、二つの補償フィルムを有するＬＣＤを示す。 図６は、非晶質ポリマー層の複屈折曲線における適正な分散を示す。 図７は、本発明による代表的な補償フィルムの位相遅延における適正な分散を示す。 図８は、比較例の位相遅延曲線における逆の分散を示す。

符号の説明

２０１ 補償フィルム
２０３ フィルム表面
３０１ 液晶セル３０５の状態を近似する楕円印
３０５ 液晶セル
３０７ 補償フィルム
３０９ 補償フィルム３０７を表す楕円印
３１１ 斜め伝播光線
４０１ 一般的な液晶の分散曲線
４０３ 適正分散を有する補償フィルムに対する分散曲線
４０７ 逆分散を有する補償フィルムに対する分散曲線
５０１ 補償フィルム
５０３ ポリマー層
５０５ 基板
５０７ 追加層
５１１ 補償フィルム
５１３ 補償フィルム
６０１ 液晶ディスプレイ
６０３ 補償フィルム
６０５ 液晶セル
６０７ 偏光子
６０９ 偏光子
６１１ 補償フィルム
６１３ 液晶ディスプレイ
７０１ 実施例ポリマー層Ａの分散曲線（複屈折）
７０３ 実施例ポリマー層Ｂの分散曲線（複屈折）
８０１ 代表的な補償フィルムの分散曲線（位相遅延）
９０１ 比較例フィルムの分散曲線（位相遅延）
Φ 光線入射角
ｎｘ ｘ方向の屈折率
ｎｙ ｙ方向の屈折率
ｎｚ ｚ方向の屈折率
ｎｘ_lc 液晶セルのｘ方向の屈折率
ｎｙ_lc 液晶セルのｙ方向の屈折率
ｎｚ_lc 液晶セルのｚ方向の屈折率
ｎｏ 通常の屈折率
ｎｅ 異常な屈折率
ｎｏ_lc 通常の液晶の屈折率
ｎｅ_lc 異常な液晶の屈折率
Δｎ_lc 液晶の複屈折
Δｎ_th 面外複屈折
ｄ フィルム厚さ
ｄ_lc 液晶セルの厚さ
Ｒ_in 面内位相遅延
Ｒ_th 面外位相遅延
Ｒ_th-lc 液晶セルの面外位相遅延
λ 波長

Claims (36)

1. 基板上に配置された非晶質ポリマー層を含む液晶ディスプレイ用の光学的に透明な補償フィルムであって、
   該非晶質ポリマー層は、波長λのところで、条件（１）および（２）の両方を満足する面外複屈折Δｎ_th（λ）を有する：
   条件（１）
   Δｎ_th（λ）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通して、−０．００５よりもさらに負である；
   条件（２）
   Δｎ_th（λ₁）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通してλ₁＜λ₂において、Δｎ_th（λ₂）よりもさらに負である。
2. 前記補償フィルムの面外位相遅延、Ｒ_thが、条件（３）を満たす請求項１に記載の光学的に透明な補償フィルム：
   条件（３）
   λ₁でのＲ_thが、４００ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通してλ₁＜λ₂において、λ₂のところでのＲ_thよりもさらに負である。
3. 前記非晶質ポリマー層が、基板に隣接している請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
4. 前記非晶質ポリマー層が、基板に隣接しているバリア層に隣接している請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
5. 前記基板が、光学的に一軸である請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
6. 前記一軸基板が、負のＣプレートであり、λ＝５５０ｎｍ波長のところでのＲ_thが、−２０〜−２５０ｎｍの間にある請求項５に記載の光学的に透明な補償フィルム。
7. 前記基板が、光学的に二軸である請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
8. 追加層が、前記非晶質ポリマー層上に配置される請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
9. 前記追加層が、反射防止機能を有する請求項８に記載の光学的に透明な補償フィルム。
10. 前記追加層が、アンチグレア機能を有する請求項８に記載の光学的に透明な補償フィルム。
11. 前記追加層が、硬質皮膜層である請求項８に記載の光学的に透明な補償フィルム。
12. 前記基板が、光学的に等方性である請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
13. 前記非晶質ポリマー層が、０．１〜３０μｍの厚さを有する請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
14. 前記非晶質ポリマー層が、１〜１０μｍの厚さを有する請求項１３に記載の光学的に透明な補償フィルム。
15. 前記非晶質ポリマー層が、主鎖中に不可視発色団基を含有し、１８０℃を超えるＴｇを有するポリマーを含む請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
16. 前記不可視発色団基が、カルボニル基、アミド基、エステル基、カーボネート基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ビスフェノール基、またはチオフェン基を含む請求項１５に記載の光学的に透明な補償フィルム。
17. 前記非晶質ポリマー層が、主鎖外に発色団を含有せず主鎖内に不可視発色団基を含有するポリマーを含む請求項１５に記載の光学的に透明な補償フィルム。
18. 前記非晶質ポリマー層が、１８０℃を超えるＴｇを有するポリマーを含む請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
19. 前記非晶質ポリマー層が、主鎖内にビニル基、カルボニル基、アミド基、エステル基、カーボネート基、芳香族基、スルホン基、またはアゾ基を含有するポリマーを含む請求項１７に記載の光学的に透明な補償フィルム。
20. 前記非晶質ポリマー層が、
    １）ポリ（４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン−ビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレート、
    ２）ポリ（４，４’−ヘキサヒドロ−４，７−メタノインダン−５−イリデンビスフェノール）テレフタレート、
    ３）ポリ（４，４’−イソプロピリデン−２，２’６，６’−テトラクロロビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレート、
    ４）ポリ（４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン）−ビスフェノール−コ−（２−ノルボルニリデン）−ビスフェノールテレフタレート、
    ５）ポリ（４，４’−ヘキサヒドロ−４，７−メタノインダン−５−イリデン）−ビスフェノール−コ−（４，４’−イソプロピリデン−２，２’６，６’−テトラブロモ）−ビスフェノールテレフタレート、もしくは
    ６）ポリ（４，４’−イソプロピリデン−ビスフェノール−コ−４，４’−（２−ノルボルニリデン）ビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレートまたは
    前述のいずれかのコポリマーを含む、請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
21. 前記非晶質ポリマー層が、ポリ（４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン−ビスフェノール−コ−４，４’−（２−ノルボルニリデン）ビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレートまたはそのコポリマーを含む、請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
22. 前記基板が、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリカーボネート、環式ポリオレフィンまたはフルオレン基を含有するポリアリーレートを含む、請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
23. ２以上の前記非晶質ポリマーの層が、前記基板上に配置される請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
24. 前記補償フィルムの厚さが、１１５μｍ未満である請求項２に記載の光学的に透明な補償フィルム。
25. 前記補償フィルムの厚さが、４０〜１００μｍの間にある請求項２４に記載の光学的に透明な補償フィルム。
26. 液晶セル、該セルの各面上に一つが位置する一対の交差偏光板、および請求項２に記載の少なくとも一つの光学補償フィルムを含む液晶ディスプレイ。
27. 前記液晶セルが、垂直配向液晶セルまたはねじれネマチック液晶セルである請求項２６に記載の液晶ディスプレイ。
28. 基板上に溶媒中の非晶質ポリマーの層を塗布することを含む液晶ディスプレイ用の光学的に透明な補償フィルムを形成する方法であって、
    該非晶質ポリマー層は条件（１）および（２）：
    条件（１）
    Δｎ_th（λ）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通して、−０．００５よりもさらに負である；
    条件（２）
    Δｎ_th（λ₁）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通してλ₁＜λ₂において、Δｎ_th（λ₂）よりもさらに負である、
    の両方を満足し、そして
    該非晶質ポリマー層は選択されたポリマー材料を含み、そして該非晶質ポリマー層のλ＝５５０ｎｍ波長での面外遅延Ｒ_thが、−５ｎｍよりもさらに負であるように十分な厚さを有する。
29. ポリマー基板上に配置された非晶質ポリマー層を含む液晶ディスプレイ用光学補償フィルムであって、
    該非晶質ポリマー層は、波長λのところで条件（１）および（２）の両方を満足する面外複屈折Δｎ_th（λ）を有する：
    条件（１）
    Δｎ_th（λ）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通して、−０．００５よりもさらに負である；
    条件（２）
    Δｎ_th（λ₁）が、３７０ｎｍ＜λ＜７００ｎｍの範囲を通してλ₁＜λ₂において、Δｎ_th（λ₂）よりもさらに負である。
30. 前記ポリマー基板が、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリカーボネート、環式ポリオレフィンまたはフルオレン基を含有するポリアリーレートを含む、請求項２９に記載の光学補償フィルム。
31. 前記非晶質ポリマー層が、
    １）ポリ（４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン−ビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレート、
    ２）ポリ（４，４’−ヘキサヒドロ−４，７−メタノインダン−５−イリデンビスフェノール）テレフタレート、
    ３）ポリ（４，４’−イソプロピリデン−２，２’６，６’−テトラクロロビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレート、
    ４）ポリ（４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン）−ビスフェノール−コ−（２−ノルボルニリデン）−ビスフェノールテレフタレート、
    ５）ポリ（４，４’−ヘキサヒドロ−４，７−メタノインダン−５−イリデン）−ビスフェノール−コ−（４，４’−イソプロピリデン−２，２’６，６’−テトラブロモ）−ビスフェノールテレフタレート、もしくは
    ６）ポリ（４，４’−イソプロピリデン−ビスフェノール−コ−４，４’−（２−ノルボルニリデン）ビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレートまたは
    前述のいずれかのコポリマーを含む、請求項２９に記載の光学補償フィルム。
32. 前記非晶質ポリマー層が、ポリ（４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン−ビスフェノール−コ−４，４’−（２−ノルボルニリデン）ビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレートまたはそのコポリマーを含む、請求項２９に記載の光学補償フィルム。
33. 前記非晶質ポリマー層が、１８０℃を超えるＴｇを有するポリマーを含む請求項２９に記載の光学補償フィルム。
34. 前記非晶質ポリマー層が、主鎖中に不可視発色団基を含有し、１８０℃を超えるＴｇを有するポリマーを含む請求項２９に記載の光学補償フィルム。
35. 液晶セル、セルの両側上に一つが位置する一対の交差偏光板、および請求項２９に記載の少なくとも一つの光学補償フィルムを含む液晶ディスプレイ。
36. 前記液晶セルが、垂直配向液晶セルまたはねじれネマチック液晶セルである請求項３５に記載の液晶ディスプレイ。

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