JP2008139368A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温・高湿の環境下において生じる光漏れが軽減された液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一対の基板に配向制御されたネマチック液晶を含有するとともに、非駆動時に該ネマチック液晶が前記一対の基板の表面に平行に配向する液晶層(11)とを有し、前記液晶層が、前記一対の基板が有する電極による縦電界により制御され、前記一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸のなす角度が0度である液晶セル(LC);前記液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板(P1,P2);及び前記液晶セルと該一対の偏光板の少なくとも一方との間に、配向制御されその配向状態に固定された液晶性化合物を含有する少なくとも一層の光学異方性層(7又は14);を有する液晶表示装置であって、前記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸4及び19が互いに直交しているとともに、液晶表示装置の画面左右方向に平行又は垂直であることを特徴とする液晶表示装置である。
【選択図】図1
【解決手段】一対の基板に配向制御されたネマチック液晶を含有するとともに、非駆動時に該ネマチック液晶が前記一対の基板の表面に平行に配向する液晶層(11)とを有し、前記液晶層が、前記一対の基板が有する電極による縦電界により制御され、前記一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸のなす角度が0度である液晶セル(LC);前記液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板(P1,P2);及び前記液晶セルと該一対の偏光板の少なくとも一方との間に、配向制御されその配向状態に固定された液晶性化合物を含有する少なくとも一層の光学異方性層(7又は14);を有する液晶表示装置であって、前記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸4及び19が互いに直交しているとともに、液晶表示装置の画面左右方向に平行又は垂直であることを特徴とする液晶表示装置である。
【選択図】図1
Description
本発明は、耐久性に優れ、且つ広視野角特性を有する液晶表示装置に関する。
ワードプロセッサやノートパソコン、パソコン用モニターなどのOA機器、携帯端末、テレビなどに用いられる表示装置としては、CRT(cathode ray tube)がこれまで主に使用されてきた。近年、液晶表示装置が、薄型で、軽量で、且つ消費電力が小さいことからCRTの代わりに広く使用されてきている。液晶表示装置は、一般的には、液晶セル及び偏光板を含む。偏光板は、通常、保護膜と偏光膜とを有し、ポリビニルアルコールフィルムからなる偏光膜をヨウ素にて染色し、延伸を行い、その両面に保護膜を積層して得られる。透過型液晶表示装置では、この偏光板を液晶セルの両側に取り付け、さらには一枚以上の光学補償シートを配置することもある。また、反射型液晶表示装置では、通常、反射板、液晶セル一枚以上の光学補償シート及び偏光板の順に配置する。液晶セルは、通常、液晶分子、それを封入するための二枚の基板及び液晶分子に電圧を加えるための電極層を含む。液晶セルは、液晶分子の配向状態の違いで、ON−OFF表示を行い、透過型、反射型及び反透過型のいずれにも適用できる、TN(Twisted Nematic)、IPS(In−Plane Switching)、OCB(Optically Compensatory Bend)、VA(Vertically Aligned)、ECB(Electrically Controlled Birefringence)、STN(Super Twisted Nematic)のような表示モードが提案されている。
光学補償シートは、画像着色の解消や視野角を拡大するために、様々な液晶表示装置で用いられている。光学補償シートとしては、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。延伸複屈折フィルムからなる光学補償シートに代えて、透明支持体上に低分子あるいは高分子液晶性化合物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。液晶性化合物には多様な配向形態があるため、液晶性化合物を用いることで、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。さらに偏光板の保護膜としても機能する。
光学補償シートの光学的性質は、液晶セルの光学的性質、具体的には上記のような表示モードの違いに応じて決定する。液晶性化合物を用いると、液晶セルの様々な表示モードに対応する様々な光学的性質を有する光学補償シートを製造することができる。様々な表示モードに対応した液晶性化合物を用いた光学補償シートが、既に種々提案されている。例えば、ECBモードの液晶セル用の光学補償シートは、電圧印加により、液晶分子がハイブリッド配向構造を解消しつつ基板面に傾斜した配向状態となって生じる光学補償を行い、黒表示時の斜め方向の光漏れ防止によるコントラストの視角特性を向上させる。
このように、種々のモードの液晶表示装置の視野角特性は、光学補償シートを用いることにより改善されたが、一方で、過酷な使用環境、例えば高温や高湿度環境で使用した場合に、画面周辺部に光漏れが生じるという問題は解決されていなかった。この光漏れの一因は、高湿度環境下における偏光板の収縮にある。この光漏れを、偏光板の粘着剤の素材を選ぶことで軽減している例がある(特許文献1参照)。
特開2004−516359号公報
しかし、従来の液晶表示装置に用いられている偏光板は、収縮によって偏光板保護膜に位相差が発生し、それに起因して光漏れが多く、粘着剤の素材を選択するだけでは完全に解消できない。
本発明は簡易な構成で、偏光板の素材を制限しなくても、過酷な(高温・高湿の)環境で使用した場合の信頼性が改善された、特に光漏れが軽減された、液晶表示装置、特にECB型液晶表示装置を提供することを課題とする。
本発明は簡易な構成で、偏光板の素材を制限しなくても、過酷な(高温・高湿の)環境で使用した場合の信頼性が改善された、特に光漏れが軽減された、液晶表示装置、特にECB型液晶表示装置を提供することを課題とする。
本発明では、上記課題を、偏光板収縮方向と光漏れ最大方向をずらすことで解決した。より具体的には、ECBモード等において、偏光板吸収軸を画面左右方向に対して45°の方向で交差させる従来の配置から、画面左右方向に対して90°又は0°の方向で交差させる配置とすることでこの課題を解決している。
即ち、前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1] 対向配置された電極を有する一対の基板と、該一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸によって配向制御されたネマチック液晶を含有するとともに、非駆動時に該ネマチック液晶が前記一対の基板の表面に対して平行に配向する液晶層とを有し、前記液晶層が、前記一対の基板が有する電極による縦電界により制御され、前記一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸のなす角度が0度である液晶セル;
前記液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板;及び
前記液晶セルと該一対の偏光板の少なくとも一方との間に、配向制御されその配向状態に固定された液晶性化合物を含有する少なくとも一層の光学異方性層;を有する液晶表示装置であって、
前記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸が、互いに直交しているとともに、液晶表示装置の画面左右方向に対して平行もしくは垂直であることを特徴とする液晶表示装置。
[2] 前記光学異方性層の含有する液晶性化合物が、棒状液晶性化合物であることを特徴とする[1]の液晶表示装置。
[3] 前記液晶層が、ECBモードであることを特徴とする[1]又は[2]の液晶表示装置。
[4] 前記一対の偏光板の少なくとも一方の吸収軸と、前記一対の基板のうち該少なくとも一方の偏光板により近い位置に配置された基板の対向面が有する配向軸とが、45°で交差することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかの液晶表示装置。
[5] 前記光学異方性層が、前記液晶層と前記一対の偏光板のいずれか一方との間のみに配置されていることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの液晶表示装置。
[6] 前記光学異方性層が、前記液晶層と前記一対の偏光板の双方との間にそれぞれ一層ずつ配置されていることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの液晶表示装置。
[7] 前記一対の偏光板のうち視認側偏光板の吸収軸を基準として、視認側偏光板と液晶セルとの間に配置された光学異方性層の遅相軸とのなす角度が0〜15°であり、他方の偏光板と液晶セルとの間に配置された光学異方性層の遅相軸とのなす角度が40〜75°であり、前記一対の基板のうち前記視認側偏光板により近い基板の対向面が有する配向制御方向とのなす角度が35〜55°であり、他方の基板の対向面が有する配向制御方向とのなす角度が35〜55°であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
[8] 一方の光学異方性層の厚さd1[μm]、該光学異方性層中に含有される液晶性化合物の分子の平均チルト角β1[°]、及び該光学異方性層の面内レターデーションRe1[nm]が下記式:
1.7≦d1≦2.1、
40≦β1≦45、
155≦Re1≦70、
を満足し、且つ他方の光学異方性層の厚さd2[μm]、該光学異方性層中に含有される液晶性化合物の分子の平均チルト角β2[°]、及び該光学異方性層の面内レターデーションRe2[nm]が下記式:
2.1≦d2≦2.5、
45≦β2≦50、
75≦Re2≦95、
を満足することを特徴とする[6]又は[7]の液晶表示装置。
即ち、前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1] 対向配置された電極を有する一対の基板と、該一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸によって配向制御されたネマチック液晶を含有するとともに、非駆動時に該ネマチック液晶が前記一対の基板の表面に対して平行に配向する液晶層とを有し、前記液晶層が、前記一対の基板が有する電極による縦電界により制御され、前記一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸のなす角度が0度である液晶セル;
前記液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板;及び
前記液晶セルと該一対の偏光板の少なくとも一方との間に、配向制御されその配向状態に固定された液晶性化合物を含有する少なくとも一層の光学異方性層;を有する液晶表示装置であって、
前記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸が、互いに直交しているとともに、液晶表示装置の画面左右方向に対して平行もしくは垂直であることを特徴とする液晶表示装置。
[2] 前記光学異方性層の含有する液晶性化合物が、棒状液晶性化合物であることを特徴とする[1]の液晶表示装置。
[3] 前記液晶層が、ECBモードであることを特徴とする[1]又は[2]の液晶表示装置。
[4] 前記一対の偏光板の少なくとも一方の吸収軸と、前記一対の基板のうち該少なくとも一方の偏光板により近い位置に配置された基板の対向面が有する配向軸とが、45°で交差することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかの液晶表示装置。
[5] 前記光学異方性層が、前記液晶層と前記一対の偏光板のいずれか一方との間のみに配置されていることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの液晶表示装置。
[6] 前記光学異方性層が、前記液晶層と前記一対の偏光板の双方との間にそれぞれ一層ずつ配置されていることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの液晶表示装置。
[7] 前記一対の偏光板のうち視認側偏光板の吸収軸を基準として、視認側偏光板と液晶セルとの間に配置された光学異方性層の遅相軸とのなす角度が0〜15°であり、他方の偏光板と液晶セルとの間に配置された光学異方性層の遅相軸とのなす角度が40〜75°であり、前記一対の基板のうち前記視認側偏光板により近い基板の対向面が有する配向制御方向とのなす角度が35〜55°であり、他方の基板の対向面が有する配向制御方向とのなす角度が35〜55°であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
[8] 一方の光学異方性層の厚さd1[μm]、該光学異方性層中に含有される液晶性化合物の分子の平均チルト角β1[°]、及び該光学異方性層の面内レターデーションRe1[nm]が下記式:
1.7≦d1≦2.1、
40≦β1≦45、
155≦Re1≦70、
を満足し、且つ他方の光学異方性層の厚さd2[μm]、該光学異方性層中に含有される液晶性化合物の分子の平均チルト角β2[°]、及び該光学異方性層の面内レターデーションRe2[nm]が下記式:
2.1≦d2≦2.5、
45≦β2≦50、
75≦Re2≦95、
を満足することを特徴とする[6]又は[7]の液晶表示装置。
本発明によれば、簡易な構成で、偏光板の素材を制限しなくても、過酷な(高温・高湿)環境において使用した場合にも信頼性が改善された、特に光漏れが軽減された、液晶表示装置、特にECB型液晶表示装置、を提供することができる。
さらに、種々の特性が所定の範囲である光学異方性層を用いることによって、及び/又は光学異方性層の配向制御方向、偏光板吸収軸、及び液晶セル基板の配向軸を所定の関係で配置することによって、上記効果とともに、上斜め方向の視野角での表示品位に優れた液晶表示装置、特にECBモード液晶表示装置を提供することができる。
さらに、種々の特性が所定の範囲である光学異方性層を用いることによって、及び/又は光学異方性層の配向制御方向、偏光板吸収軸、及び液晶セル基板の配向軸を所定の関係で配置することによって、上記効果とともに、上斜め方向の視野角での表示品位に優れた液晶表示装置、特にECBモード液晶表示装置を提供することができる。
まず、本明細書における用語の意義にについて説明する。
(レターデーション、Re、Rth)
本明細書において、Re(λ)、Rth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション及び厚さ方向のレターデーションを表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(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。
(レターデーション、Re、Rth)
本明細書において、Re(λ)、Rth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション及び厚さ方向のレターデーションを表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(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。
測定されるフィルムが1軸又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定され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又はWRが算出する。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRが算出する。
尚、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の式(21)及び式(22)よりRthを算出することもできる。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定され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又はWRが算出する。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRが算出する。
尚、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の式(21)及び式(22)よりRthを算出することもできる。
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d −−−式(22)
式中、上記のRe(θ)は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値をあらわす。
また式中、nxは面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、nzはnx及びnyに直交する方向の屈折率を表し、dは膜厚(nm)を表す。
測定されるフィルムが1軸や2軸の屈折率楕円体で表現できないもの、いわゆる光学軸(optic axis)がないフィルムの場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWR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−50度から+50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定され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又はWRが算出する。
上記の測定において、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又はWR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)がさらに算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWR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−50度から+50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定され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又はWRが算出する。
上記の測定において、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又はWR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)がさらに算出される。
本明細書において、特に述べない限り、角度について、例えば、「45°」、「平行」「垂直」あるいは「直交」等については、生産上許容される誤差を含む角度範囲であると解釈するものとし、より具体的には、厳密な角度±10°未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との誤差は、5°未満であることが好ましく、4°未満であることがより好ましく、3°未満であることがさらに好ましい。角度について、「+」は反時計周り方向を意味し、「−」は時計周り方向を意味するものとする。また、液晶表示装置上方向を12時方向、下方向を6時方向としたときに、角度方向の絶対値0°方向とは3時方向を意味することとする。また、「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味する。また、「可視光領域」とは、380nm〜780nmのことをいう。さらに屈折率の測定波長は特別な記述がない限り、可視光域のλ=550nmでの値である。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、対向配置されそれぞれ電極を有する一対の基板と、該一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸によって配向制御されたネマチック液晶を含有するとともに、非駆動時に該ネマチック液晶の分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向する液晶層と、該液晶層を挟んで配置された一対の偏光板と、該液晶層と該一対の偏光板の少なくとも一方との間に、配向制御されその配向状態に固定された液晶性化合物を含有する少なくとも一層の光学異方性層と、を有する液晶表示装置において、偏光板の吸収軸と偏光板の最大収縮方向、即ち偏光板端部の長辺及び短辺方向(あるいは表示装置の画面左右方向)とを、平行もしくは垂直にして配置することで、過酷な使用環境(高温高湿度)、例えば温度40℃且つ湿度90%、温度65℃且つ湿度80%などの使用環境においても、周辺部からの光漏れを軽減している。
本発明は、対向配置されそれぞれ電極を有する一対の基板と、該一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸によって配向制御されたネマチック液晶を含有するとともに、非駆動時に該ネマチック液晶の分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向する液晶層と、該液晶層を挟んで配置された一対の偏光板と、該液晶層と該一対の偏光板の少なくとも一方との間に、配向制御されその配向状態に固定された液晶性化合物を含有する少なくとも一層の光学異方性層と、を有する液晶表示装置において、偏光板の吸収軸と偏光板の最大収縮方向、即ち偏光板端部の長辺及び短辺方向(あるいは表示装置の画面左右方向)とを、平行もしくは垂直にして配置することで、過酷な使用環境(高温高湿度)、例えば温度40℃且つ湿度90%、温度65℃且つ湿度80%などの使用環境においても、周辺部からの光漏れを軽減している。
本発明者の鋭意検討の結果、従来のECBモード液晶表示装置では、画面周辺部の光漏れは、偏光板が収縮するために生じる光弾性効果により、偏光板保護膜にレターデーション(Re及びRth)が発生することが原因であるとの知見が得られた。この知見に基づいてさらに鋭意検討した結果、偏光板の吸収軸を従来の画面左右方向に対して45°の方向で交差させる従来の配置から、画面左右方向に対して90°もしくは0°の方向で交差させる配置とすることで、かかる光漏れが格段に軽減できるとの知見を得、本発明を完成するに至った。
過酷な環境では偏光板は収縮を生じる。特に画面の長辺及び短辺に平行な方向での収縮が最大となる。偏光板に用いられているフィルム(偏光膜用の保護膜等)は収縮や伸びなどの弾性力が加わると、レターデーション変化が生じる。このレターデーションの発生方向に偏光板吸収軸を45°で交差させると光の透過が最大となり、漏れ光として観察される。従来のECBモードでは偏光板吸収軸は画面左右方向、すなわち偏光板端部長辺方向に対して45°で交差していた。偏光板の収縮方向は偏光板端部の長辺及び短辺方向に平行であるため、この配置では漏れ光が最大になってしまう。
そこで、本発明では、一対の偏光板を、それぞれの吸収軸を画面左右方向、すなわち偏光板端部長辺方向に平行又は垂直にして配置することで、ECBモード等の液晶表示装置において光漏れを改善している。
そこで、本発明では、一対の偏光板を、それぞれの吸収軸を画面左右方向、すなわち偏光板端部長辺方向に平行又は垂直にして配置することで、ECBモード等の液晶表示装置において光漏れを改善している。
本発明の液晶表示装置の好ましい態様は、ECBモード液晶表示装置の態様である。
ECBモード液晶表示装置では高精細で高コントラストな高画質表示を行うため、TFT駆動を採用している。TFT駆動は、一般的には、ゲート配線と信号(あるいはソース)配線が画面水平方向及び垂直方向に配置されている。従って、ECBモード液晶表示装置では、一対の偏光板のそれぞれの吸収軸は、この配線に平行もしくは垂直に配置される。
ECBモード液晶表示装置では高精細で高コントラストな高画質表示を行うため、TFT駆動を採用している。TFT駆動は、一般的には、ゲート配線と信号(あるいはソース)配線が画面水平方向及び垂直方向に配置されている。従って、ECBモード液晶表示装置では、一対の偏光板のそれぞれの吸収軸は、この配線に平行もしくは垂直に配置される。
さらに、ECBモード液晶表示装置の態様において、広視野角な特性を得るには、前記一対の偏光板の少なくとも一方の偏光板の吸収軸と、液晶層を挟持する一対の基板のうち該偏光板により近い位置に配置された基板の対向面が有する配向軸とを、45°で交差するのが好ましい。
また、ECBモード液晶表示装置の態様において、概略左右対称の視野角特性を得るには、液晶層の配向制御方向、すなわち液晶層を挟持する一対の基板の対向面が有する配向軸はそれぞれ、135°(又は315°)の方向とするのが好ましい(画面左右方向を0°及び上下方向を90°とする)。
また、ECBモード液晶表示装置の態様において、概略左右対称の視野角特性を得るには、液晶層の配向制御方向、すなわち液晶層を挟持する一対の基板の対向面が有する配向軸はそれぞれ、135°(又は315°)の方向とするのが好ましい(画面左右方向を0°及び上下方向を90°とする)。
次に、本発明をECBモードの液晶表示装置に適用した実施の形態について、図面を用いて説明する。
図1に示すECBモード液晶表示装置は、液晶セルLCは、上側基板9及び下側基板12と、これらに挟持されるネマチック液晶を含有する液晶層11とを含む。基板9及び12の液晶層11に接触する表面(以下、「内面」という場合がある)には、配向軸10及び12があり、非駆動状態、即ち、電圧無印加状態もしくは低印加状態におけるネマチック液晶分子の配向が制御されている。配向軸10及び13は、一般的には、基板9及び12の内面に配向膜(不図示)を形成し、該配向膜の表面にラビング処理することで形成され、かかる場合は、配向軸10及び13は、ラビング処理時のラビング軸に一致する。配向軸10及び13を同一面に投影した軸は平行、即ちなす角度は0°である。従って、基板9及び12との界面近傍に存在する液晶性分子の長軸の配向平均方向は互いに平行であり、そのなす角は0°である。また、基板9及び12の内面にはそれぞれ、透明電極(不図示)が形成されていて、一対の電極は基板面に対して法線方向にある縦電界を形成可能に構成され、駆動時において液晶層11は縦電界によって制御される。
図1に示すECBモード液晶表示装置は、液晶セルLCは、上側基板9及び下側基板12と、これらに挟持されるネマチック液晶を含有する液晶層11とを含む。基板9及び12の液晶層11に接触する表面(以下、「内面」という場合がある)には、配向軸10及び12があり、非駆動状態、即ち、電圧無印加状態もしくは低印加状態におけるネマチック液晶分子の配向が制御されている。配向軸10及び13は、一般的には、基板9及び12の内面に配向膜(不図示)を形成し、該配向膜の表面にラビング処理することで形成され、かかる場合は、配向軸10及び13は、ラビング処理時のラビング軸に一致する。配向軸10及び13を同一面に投影した軸は平行、即ちなす角度は0°である。従って、基板9及び12との界面近傍に存在する液晶性分子の長軸の配向平均方向は互いに平行であり、そのなす角は0°である。また、基板9及び12の内面にはそれぞれ、透明電極(不図示)が形成されていて、一対の電極は基板面に対して法線方向にある縦電界を形成可能に構成され、駆動時において液晶層11は縦電界によって制御される。
ECBモードの液晶セルLCの一構成例を示す。
セルギャップを1〜10μmとして、上下基板9及び12を対向配置し、セルギャップに、ネマチック液晶を注入する。使用するネマチック液晶について特に制限はないが、誘電率異方性△εは、その値が大きいほうが、駆動電圧が低減できる。屈折率異方性△nは小さいほうが液晶層の厚み(ギャップ)を厚くでき、液晶の封入時間が短縮され、かつ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。一般的には、Δnが0.04〜0.28程度のネマチック液晶が選択される。また、ネマチック液晶の屈折率異方性Δnと、液晶層11の厚さdとの積Δndは、0.20〜0.55μmの範囲に調整される。例えば、誘電異方性が正で、Δε=+8.5程度、屈折率異方性Δn=0.0854(589nm、20°C)程度のネマチック液晶を用い、セルギャップを3μm程度としてもよい。基板9及び12の対向面には、ラビング処理された配向膜(例えばポリイミド膜)が形成され、ネマチック液晶の配向を制御するための配向軸(ラビング軸)10及び13を有する。液晶層11のツイスト角は0°になっていて、即ち、配向軸10及び13を同一面に投影した軸のなす角は0°である。配向軸10及び13は、画面左右方向を0°及び上下方向を90°とした場合、135°の方向となっているのが好ましい。また、液晶層11中の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0.1〜10°の範囲に設定するのが好ましい。
セルギャップを1〜10μmとして、上下基板9及び12を対向配置し、セルギャップに、ネマチック液晶を注入する。使用するネマチック液晶について特に制限はないが、誘電率異方性△εは、その値が大きいほうが、駆動電圧が低減できる。屈折率異方性△nは小さいほうが液晶層の厚み(ギャップ)を厚くでき、液晶の封入時間が短縮され、かつ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。一般的には、Δnが0.04〜0.28程度のネマチック液晶が選択される。また、ネマチック液晶の屈折率異方性Δnと、液晶層11の厚さdとの積Δndは、0.20〜0.55μmの範囲に調整される。例えば、誘電異方性が正で、Δε=+8.5程度、屈折率異方性Δn=0.0854(589nm、20°C)程度のネマチック液晶を用い、セルギャップを3μm程度としてもよい。基板9及び12の対向面には、ラビング処理された配向膜(例えばポリイミド膜)が形成され、ネマチック液晶の配向を制御するための配向軸(ラビング軸)10及び13を有する。液晶層11のツイスト角は0°になっていて、即ち、配向軸10及び13を同一面に投影した軸のなす角は0°である。配向軸10及び13は、画面左右方向を0°及び上下方向を90°とした場合、135°の方向となっているのが好ましい。また、液晶層11中の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0.1〜10°の範囲に設定するのが好ましい。
図1の液晶表示装置は、液晶セルLCを挟んで配置された一対の偏光板P1及びP2を有する。上側偏光板P1は、偏光膜3と、その表面に保護膜1及び5とを有し、及び下側偏光板P2は、偏光膜18と、その表面に保護膜16及び20とを有する。上下偏光板P1及びP2は、偏光膜3及び偏光膜18の吸収軸4及び吸収軸19を概直交にして、且つそれぞれ表示画面の画面左右方向に対し、90度及び0度、すなわち上下・左右に配置されている。上側偏光膜3の吸収軸4と液晶セルの上側基板9のラビング方向(配向軸)10とが45度、及び下側偏光膜18の吸収軸19と液晶セルの下側基板12のラビング方向(配向軸)13とが45度であると、広視野角特性が得られるので好ましい。
上側偏光板P1と液晶セルLCとの間、及び下側偏光板P2と液晶セルLCとの間に、棒状液晶性化合物を含有する組成物から形成された光学異方性層7及び14が配置されている。光学異方性層7及び14中、棒状液晶性化合物の分子は、所定の配向状態に固定され、その長軸の配向平均方向は、図1中、矢印8及び15で示されている。棒状液晶性分子の長軸の配向平均方向8及び15は、例えば、光学異方性層7及び14をラビング処理面に塗布して形成する場合は、ラビング軸に一致する。図2に示す、配向平均方向8及び15のそれぞれを同一面に投影した軸のなす角度φは、高いコントラストを得るためには、85〜95°であるのが好ましく、88〜92°であるのがより好ましい。また、光学異方性層7及び14のそれぞれの配向平均方向8及び15は、光学異方性層7及び14のそれぞれにより近く位置する偏光膜3及び18の吸収軸4及び19と所定の角度関係で配置されているのが、高いコントラストを得る点で好ましい。具体的には、上側偏光膜18を視認側偏光膜と仮定し、その吸収軸19の方向を基準として、光学異方性層7の配向平均方向8及び光学異方性層14の配向平均方向15をそれぞれ同一平面に投影した軸は、吸収軸19に対して、配向平均方向8は35〜55°(より好ましくは40〜50°)であるのが好ましく、配向平均方向15は35〜55°(より好ましくは40〜50°)であるのが好ましい。
なお、ここでは、光学異方性層の形成に、棒状液晶性化合物を利用した例について説明したが、後述するように、光学異方性層の形成に用いられる液晶性化合物の例には、棒状液晶性化合物のみならず、円盤状液晶性化合物も含まれる。
なお、ここでは、光学異方性層の形成に、棒状液晶性化合物を利用した例について説明したが、後述するように、光学異方性層の形成に用いられる液晶性化合物の例には、棒状液晶性化合物のみならず、円盤状液晶性化合物も含まれる。
なお、上側偏光板P1及び下側偏光板P2の液晶セルLCに近い側に配置されている保護膜5及び16は、光学異方性層7及び14の支持体を兼ねていてもよく、上側偏光板P1及び下側偏光板P2は、光学異方性層7及び14と共に一体的に積層された構造体として液晶表示装置に組み込まれていてもよい。本発明の液晶表示装置では、光学補償シートの透明支持体を、偏光膜の一方の側の保護膜と兼ねた構成、即ち、透明保護膜、偏光膜、透明保護膜(透明支持体を兼用)及び光学異方性層の順序で積層した一体型楕円偏光板を用いることができる。この一体型楕円偏光板は、光学補償能を有する光学異方性層を備えているので、該一体型楕円偏光板を用いると、簡易な構成で液晶表示装置を正確に光学補償することができる。液晶表示装置内では、装置の外側(液晶セルから遠い側)から、透明保護膜、偏光膜、透明支持体及び光学異方性層の順序で積層することが好ましい。
次に、図1の液晶表示装置の動作について、電界効果型液晶として正の誘電異方性を有するネマチック液晶を用いてTFT(アクティブ)駆動を行った例で説明する。
なお、以下では、電極に駆動電圧を印加しない非駆動状態では、液晶セルLC中の液晶分子は基板9及び12の面に対して平行に配向し、厚さ方向にねじれのない平行配向をしている。本例では、低電圧状態において白表示、高電圧駆動状態で黒表示を実現する、いわゆるノーマリーホワイト方式の液晶表示装置を示すが、本発明の液晶表示装置はこの方式に限定されるものではなく、勿論、低電圧側で黒、高電圧側で白の方式をノーマリーブラック方式の液晶表示装置であってもよい。
なお、以下では、電極に駆動電圧を印加しない非駆動状態では、液晶セルLC中の液晶分子は基板9及び12の面に対して平行に配向し、厚さ方向にねじれのない平行配向をしている。本例では、低電圧状態において白表示、高電圧駆動状態で黒表示を実現する、いわゆるノーマリーホワイト方式の液晶表示装置を示すが、本発明の液晶表示装置はこの方式に限定されるものではなく、勿論、低電圧側で黒、高電圧側で白の方式をノーマリーブラック方式の液晶表示装置であってもよい。
図1の液晶表示装置は、電極に駆動電圧を印加しない又は低電圧印加の非駆動状態では、液晶セル中LCの液晶分子は基板9及び12の平面に対して平行に、且つ長軸を配向軸10及び13に一致させて、厚さ方向にねじれのない平行配向している。図1中、下側偏光板P2の外側に配置されたバックライト(図1中不図示)から入射した光は、下側偏光板P2を通過することで直線偏光になる。直線偏光は、光学異方性層14、液晶層11及び光学異方性層7で発生するレターデーションによって偏光状態が変化する。非駆動状態では、液晶層11のレターデーション、及び光学異方性層7及び14のレターデーションの和によって、直線偏光の偏光軸が90度回転した直線偏光となり、上側偏光板P2によって遮光されず、白表示となる。一方、印加電圧を大きくしていくと液晶分子は基板面に対して垂直な方向に次第に立っていく。駆動状態では、液晶層11のレターデーション、及び光学異方性層7及び14のレターデーションの和が0付近になり、直線偏光は偏光状態を変えず、上側偏光板P1に達するため、上側偏光板P2によって遮光され、黒表示となる。従来、使用環境が高温高湿度等の苛酷な環境であると、偏光板の収縮に伴い、黒表示時において画面周辺部に光漏れが生じ、正面コントラスト比の低下を招いていた。図1の液晶表示装置は、偏光板P1及びP2の吸収軸4及び19が、画面左右方向に対してそれぞれ90°又は0°の方向になっているので、偏光板P1及びP2が収縮しても吸収軸4及び19の交差角90°からのずれが小さく、その結果光漏れを軽減できる。従って、過酷な使用環境下においても高い正面コントラストを維持し、高い信頼性を示す。さらに、偏光板P1及びP2の吸収軸4及び19と、液晶セルLCの一対の基板9及び12の対向面が有する配向軸10及び13とをそれぞれ、45°で交差すると、上記効果を奏するとともに、上斜め方向の視野角においても高いコントラストが得られる。また、配向軸10及び13を、135°(又は315°)の方向(画面左右方向を0°及び上下方向を90°とする)にすると、上記効果を奏するとともに、視野角特性の左右対称性が改善する。
なお、本発明の液晶表示装置において、一画素を複数の領域に分割するマルチドメインと呼ばれる構造にすると上下左右の視野角特性が平均化され、表示品質が向上する。
また、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。また、透過型として使用する場合は、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背面に配置することができる。また、本発明の液晶表示装置は、反射型であってもよく、かかる場合は、偏光板は観察側に1枚配置したのみでよく、液晶セル背面あるいは液晶セルの下側基板の内面に反射膜を設置する。もちろん該光源を用いたフロントライトを液晶セル観察側に設けることも可能である。さらに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反透過型であってもよい。
さらにバックライトの発光効率を高めるために、プリズム状やレンズ状の集光型輝度向上シート(フィルム)を積層したり、偏光板の吸収による光ロスを改善する偏光反射型の輝度向上シート(フィルム)をバックライトと液晶セルとの間に積層したりしてもよい。また、バックライトの光源を均一化させるための拡散シート(フィルム)を積層してもよく、逆に光源に面内分布をもたせるための反射、拡散パターンを印刷などで形成したシート(フィルム)を積層してもよい。
さらにバックライトの発光効率を高めるために、プリズム状やレンズ状の集光型輝度向上シート(フィルム)を積層したり、偏光板の吸収による光ロスを改善する偏光反射型の輝度向上シート(フィルム)をバックライトと液晶セルとの間に積層したりしてもよい。また、バックライトの光源を均一化させるための拡散シート(フィルム)を積層してもよく、逆に光源に面内分布をもたせるための反射、拡散パターンを印刷などで形成したシート(フィルム)を積層してもよい。
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端子又は2端子反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、時分割駆動と呼ばれるSTN型に代表される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。
次に、本発明の液晶表示装置に用いられる各部材について説明する。
本発明では、液晶セルの光学補償のために、配向状態に固定された液晶性化合物を含有する光学異方性層を用いる。本発明では、該光学異方性層を、支持体上に形成して、光学補償シートとして液晶表示装置中に組み込んでもよいし、該光学補償シートと直線偏光膜とを一体化した楕円偏光板として液晶表示装置中に組み込んでもよい。上記のように角度設定された光学補償シート及び偏光板の作製方法は、特に限定されないが、光学補償シート又は偏光板作製時に、ロール搬送方向に対して配向制御方向や延伸方向などを調整する方法;及び光学補償シート及び偏光板をロール・トゥ・ロールにて作製後、打抜き時に設定角度で打抜く方法;が挙げられる。
本発明では、液晶セルの光学補償のために、配向状態に固定された液晶性化合物を含有する光学異方性層を用いる。本発明では、該光学異方性層を、支持体上に形成して、光学補償シートとして液晶表示装置中に組み込んでもよいし、該光学補償シートと直線偏光膜とを一体化した楕円偏光板として液晶表示装置中に組み込んでもよい。上記のように角度設定された光学補償シート及び偏光板の作製方法は、特に限定されないが、光学補償シート又は偏光板作製時に、ロール搬送方向に対して配向制御方向や延伸方向などを調整する方法;及び光学補償シート及び偏光板をロール・トゥ・ロールにて作製後、打抜き時に設定角度で打抜く方法;が挙げられる。
[光学補償シート]
本発明に使用可能な光学補償シートの例は、光学的に透明な支持体と、該支持体上に、液晶性化合物から形成された光学異方性層とを有する。この光学補償シートを液晶表示装置に用いることで、他の諸特性を低下させることなく、液晶セルを光学的に補償することができる。
本発明に使用可能な光学補償シートの例は、光学的に透明な支持体と、該支持体上に、液晶性化合物から形成された光学異方性層とを有する。この光学補償シートを液晶表示装置に用いることで、他の諸特性を低下させることなく、液晶セルを光学的に補償することができる。
以下、光学補償シートの構成材料について説明する。
《光学異方性層》
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に関しては、IDW’00、FMC7−2、P411〜414に記載されている。光学異方性層は、ラビング軸等によって配向制御され、その配向状態に固定された液晶性化合物を含有する。
《光学異方性層》
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に関しては、IDW’00、FMC7−2、P411〜414に記載されている。光学異方性層は、ラビング軸等によって配向制御され、その配向状態に固定された液晶性化合物を含有する。
光学異方性層の作製に用いる液晶性化合物の例には、棒状液晶性化合物及び円盤状液晶性化合物が含まれる。棒状液晶性化合物及び円盤状液晶性化合物は、高分子液晶でも低分子液晶でもよく、さらに、低分子液晶が架橋され液晶性を示さなくなったものも含まれる。光学異方性層の作製に棒状液晶性化合物を用いた場合は、棒状液晶性分子の長軸を支持体面へ投影した軸の平均配向方向が、配向制御方向配向軸(例えば、ラビング軸)に対して平行であるのが好ましい。また、光学異方性層の作製に円盤状液晶性化合物を用いた場合は、円盤状液晶性分子は、その短軸を支持体面へ投影した軸の平均方向が配向制御方向配向軸(例えば、ラビング軸)に対して平行であるのが好ましい。また、円盤面と層平面とのなす角(傾斜角)が深さ方向に変化する、後述のハイブリッド配向が好ましい。
《棒状液晶性化合物》
棒状液晶性化合物としては、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、トラン類及びアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
なお、棒状液晶性化合物には、金属錯体も含まれる。また、棒状液晶性化合物を繰り返し単位中に含む液晶ポリマーも、棒状液晶性化合物として用いることができる。言い換えると、棒状液晶性化合物は、(液晶)ポリマーと結合していてもよい。
棒状液晶性化合物については、季刊化学総説第22巻液晶の化学(1994)日本化学会編の第4章、第7章及び第11章、及び液晶デバイスハンドブック日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載がある。
棒状液晶性化合物子の複屈折率は、0.001〜0.7の範囲にあることが好ましい。
棒状液晶性化合物としては、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、トラン類及びアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
なお、棒状液晶性化合物には、金属錯体も含まれる。また、棒状液晶性化合物を繰り返し単位中に含む液晶ポリマーも、棒状液晶性化合物として用いることができる。言い換えると、棒状液晶性化合物は、(液晶)ポリマーと結合していてもよい。
棒状液晶性化合物については、季刊化学総説第22巻液晶の化学(1994)日本化学会編の第4章、第7章及び第11章、及び液晶デバイスハンドブック日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載がある。
棒状液晶性化合物子の複屈折率は、0.001〜0.7の範囲にあることが好ましい。
棒状液晶性分子は、その配向状態を固定するために、重合性基を有することが好ましい。重合性基は、ラジカル重合性不飽基或はカチオン重合性基が好ましく、具体的には、例えば特開2002−62427号公報明細書中の段落番号[0064]〜[0086]記載の重合性基、重合性液晶化合物が挙げられる。
前記光学異方性層を棒状液晶性化合物を利用して作製する場合は、層中において、棒状液晶性分子は、その長軸をラビング軸等の配向制御軸に対して平行にして配向した状態で固定されているのが好ましい。棒状液晶の長軸は層平面に対して傾斜していてもよい。また、その傾斜角が厚さ方向に変化するハイブリッド配向状態に固定されていてもよい。長軸が層平面に対して傾斜している場合は、平均傾斜角(平均チルト角)は、40〜50°であるのが好ましい。
《円盤状液晶性化合物》
円盤状(ディスコティック)液晶性化合物には、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(ディスコティック)液晶性化合物には、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。
円盤状液晶性化合物の例には、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が含まれる。分子又は分子の集合体が、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。円盤状液晶性分子から形成する光学異方性層は、最終的に光学異方性層に含まれる化合物が円盤状液晶性分子である必要はなく、例えば、低分子の円盤状液晶性分子が熱や光で反応する基を有しており、結果的に熱、光で反応により重合又は架橋し、高分子量化し液晶性を失った化合物も含まれる。円盤状液晶性分子の好ましい例は、特開平8−50206号公報に記載されている。また、円盤状液晶性分子の重合については、特開平8−27284公報に記載がある。
円盤状液晶性分子を重合により固定するためには、円盤状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。円盤状コアと重合性基は、連結基を介して結合する化合物が好ましく、これにより重合反応においても配向状態を保つことができる。例えば、特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0151]〜「0168」記載の化合物等が挙げられる。
ハイブリッド配向では、円盤状液晶性分子の円盤面と層の面との角度が、光学異方性層の深さ方向でかつ支持体表面(配向膜表面)からの距離の増加と共に増加又は減少している。角度は、距離の増加と共に増加することが好ましい。さらに、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。角度は、角度が変化しない領域を含んでいても、全体として増加又は減少していればよい。さらに、角度は連続的に変化することが好ましい。
支持体側の円盤状液晶性分子の長軸(円盤面)の平均方向は、一般に円盤状液晶性分子あるいは配向膜の材料を選択することにより、又はラビング処理方法を選択することにより、調整することができる。また、表面側(空気側)の円盤状液晶性分子の円盤面方向は、一般に円盤状液晶性分子あるいは円盤状液晶性分子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。円盤状液晶性分子と共に使用する添加剤の例としては、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー及びポリマーなどを挙げることができる。長軸の配向方向の変化の程度も、上記と同様に、液晶性分子と添加剤との選択により調整できる。
《光学異方性層中の他の添加物》
前記光学異方性層は、液晶性化合物を含有する組成物から形成することができるが、上記の液晶性化合物と共に、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー等を組成物中に含有させ、組成物を塗布して形成される塗工膜の均一性、膜の強度、液晶分子の配向性等を向上することができる。液晶性分子と相溶性を有し、液晶性分子の傾斜角の変化を与えられるか、あるいは配向を阻害しないことが好ましい。
前記光学異方性層は、液晶性化合物を含有する組成物から形成することができるが、上記の液晶性化合物と共に、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー等を組成物中に含有させ、組成物を塗布して形成される塗工膜の均一性、膜の強度、液晶分子の配向性等を向上することができる。液晶性分子と相溶性を有し、液晶性分子の傾斜角の変化を与えられるか、あるいは配向を阻害しないことが好ましい。
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、円盤状液晶性分子に対して一般に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。
円盤状液晶性化合物とともに使用するポリマーは、円盤状液晶性分子に傾斜角の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。液晶性分子の配向を阻害しないように、上記ポリマーの添加量は、液晶性分子に対して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。円盤状液晶性分子のディスコティックネマティック液晶相−固相転移温度は、70〜300℃が好ましく、70〜170℃がさらに好ましい。
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。液晶性分子の配向を阻害しないように、上記ポリマーの添加量は、液晶性分子に対して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。円盤状液晶性分子のディスコティックネマティック液晶相−固相転移温度は、70〜300℃が好ましく、70〜170℃がさらに好ましい。
《光学異方性層の形成》
光学異方性層は、液晶性化合物及び必要に応じて後述の重合性開始剤や任意の成分を含む組成物を塗布液として調製し、該塗布液を表面、好ましくは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。アルキルハライド及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。
光学異方性層は、液晶性化合物及び必要に応じて後述の重合性開始剤や任意の成分を含む組成物を塗布液として調製し、該塗布液を表面、好ましくは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。アルキルハライド及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。
光学異方性層の厚さは、0.1〜20μmであることが好ましく、0.5〜15μmであることがさらに好ましく、1〜10μmであることが最も好ましい。
《液晶性分子の配向状態の固定》
配向させた液晶性分子を、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(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第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(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第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(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジン及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)及びオキサジアゾール化合物(米国特許第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。
配向させた液晶性分子を、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(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第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(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第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(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジン及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)及びオキサジアゾール化合物(米国特許第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。
液晶性分子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。
なお、前記光学異方性層の表面に、光学異方性層を保護するための保護層を形成してもよい。
なお、前記光学異方性層の表面に、光学異方性層を保護するための保護層を形成してもよい。
《支持体》
前記光学異方性層は、支持体上に形成してもよい。光学異方性層が付設される支持体の遅相軸の方向は、特に限定されない。該支持体は、ガラス又は透明なポリマーフィルムであるのが好ましい。支持体は、光透過率が80%以上であることが好ましい。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、ジ、トリアシレート体)、ノルボルネン系ポリマー及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やすいポリマーは、国際公開WO00/26705号公報に記載のように、分子を修飾することで複屈折の発現性を制御したものを用いるのが好ましい。
前記光学異方性層は、支持体上に形成してもよい。光学異方性層が付設される支持体の遅相軸の方向は、特に限定されない。該支持体は、ガラス又は透明なポリマーフィルムであるのが好ましい。支持体は、光透過率が80%以上であることが好ましい。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、ジ、トリアシレート体)、ノルボルネン系ポリマー及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やすいポリマーは、国際公開WO00/26705号公報に記載のように、分子を修飾することで複屈折の発現性を制御したものを用いるのが好ましい。
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。
ポリマーフィルムとしては、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。なお、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及び計算によって求められる。
セルロースアセテートでは、セルロースの2位、3位及び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。本発明に用いるポリマーフィルムでは、セルロースの6位置換度が、2位、3位に比べて同程度又は多い方が好ましい。2位、3位及び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号(2001年3月15日発行)の9ページに詳細に記載されている。
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号(2001年3月15日発行)の9ページに詳細に記載されている。
ポリマーフィルムレターデーション値は光学補償シートが用いられる液晶セルやその使用の方法に応じて好ましい範囲が異なるが、Reレターデーション値は0〜200nmであるのが好ましく、Rthレターデーション値は70〜400nm範囲であるのが好ましい。液晶表示装置に二枚の光学的異方性層を使用する場合、ポリマーフィルムのRthレターデーション値は70〜250nmの範囲にあることが好ましい。液晶表示装置に一枚の光学的異方性層を使用する場合、基材のRthレターデーション値は150〜400nmの範囲にあることが好ましい。
なお、基材フィルムの複屈折率(Δn:nx−ny)は、0.00028〜0.020の範囲にあることが好ましい。また、セルロースアセテートフィルムの厚み方向の複屈折率{(nx+ny)/2−nz}は、0.001〜0.04の範囲にあることが好ましい。
なお、基材フィルムの複屈折率(Δn:nx−ny)は、0.00028〜0.020の範囲にあることが好ましい。また、セルロースアセテートフィルムの厚み方向の複屈折率{(nx+ny)/2−nz}は、0.001〜0.04の範囲にあることが好ましい。
ポリマーフィルムのレターデーションを調整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が、又、光学異方性を調節するためのレターデーション上昇剤が、場合により添加される。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、欧州特許出願公開第911656号明細書、特開2000−111914号公報、同2000−275434号公報等記載の化合物等が挙げられる。
更には、前記光学補償シートに用いるセルロースアセテートフィルムの吸湿膨張係数を30×10-5/%RH以下とすることが好ましい。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。なお、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の長さの変化量を示す。この吸湿膨張係数を調節することで、光学補償シートの光学補償機能を維持したまま、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した。測定は同一試料につき10サンプル行い、平均値を採用した。
吸湿膨張係数[/%RH]={(L1−L0)/L0}/(R1−R0)
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した。測定は同一試料につき10サンプル行い、平均値を採用した。
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もしく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の中で該当する素材が特に好ましく用いられる。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体積が小さくなる。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添加する上記した添加剤又は種々の目的に応じて添加できる添加剤(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)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。これらの添加剤の使用量は、各素材の添加量は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%の範囲で適宜用いられることが好ましい。
《ポリマーフィルム(支持体)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。ドープは、ドラム又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。ドラム又はバンドの表面は、鏡面状態に仕上げておくことが好ましい。
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。ドープは、ドラム又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。ドラム又はバンドの表面は、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℃以下のドラム又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又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可能である。この方法を実施するためには、流延時のドラム又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号の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。
前記フィルム(支持体)の厚さは、15〜120μmであることが好ましく、更には30〜80μmが好ましい。
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号の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。
前記フィルム(支持体)の厚さは、15〜120μmであることが好ましく、更には30〜80μmが好ましい。
《ポリマーフィルム(支持体)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、アルカリ処理及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号の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。
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、アルカリ処理及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号の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、国際公開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)を塗布するいわゆる重層法(例えば、特開平11−248940号公報記載)の内容が挙げられる。
《配向膜》
本発明では、光学異方性層中の液晶性化合物は配向制御され、その状態に固定されている。前記液晶性化合物を配向制御する配向軸としては、光学異方性層と前記ポリマーフィルム(支持体)との間に形成された配向膜のラビング軸が挙げられる。但し、本発明において配向軸はラビング軸に限定されるものではなく、ラビング軸と同様に液晶性化合物を配向制御し得るものであれば、いかなるものであってもよい。
本発明では、光学異方性層中の液晶性化合物は配向制御され、その状態に固定されている。前記液晶性化合物を配向制御する配向軸としては、光学異方性層と前記ポリマーフィルム(支持体)との間に形成された配向膜のラビング軸が挙げられる。但し、本発明において配向軸はラビング軸に限定されるものではなく、ラビング軸と同様に液晶性化合物を配向制御し得るものであれば、いかなるものであってもよい。
配向膜は、液晶性分子の配向方向を規定する機能を有する。液晶性化合物を配向させた後にその配向状態を固定してしまえば、配向膜はなくてもよい。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支持体や偏光膜上に転写して本発明の液晶表示装置に用い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号公報明細書中の段落番号[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及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及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及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又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、液晶性分子の種類及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、連鎖移動変性又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、光学補償シート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、イソオキサゾール及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]〜[0024]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よい。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又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、透明支持体上又は上記下塗層上に設けられる。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得ることができる。
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、長さ及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分子を配向させる。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るか、あるいは、架橋剤を用いて配向膜ポリマーを架橋させる。 配向膜の膜厚は、0.1〜10μmの範囲にあることが好ましい。
《楕円偏光板》
本発明では、前記光学異方性層を直線偏光膜と一体化させた楕円偏光板を用いることができる。楕円偏光板は、液晶表示装置にそのまま組み込める様に、液晶セルを構成している一対の基板と略同一な形状に成型されているのが好ましい(例えば、液晶セルが矩形状ならば、楕円偏光板も同一な矩形状に成型されているのが好ましい)。本発明では、液晶セルの基板の配向軸と、偏光膜の吸収軸、及び/又は光学異方性層の配向制御方向配向軸が特定の角度に調整されているのが好ましい。
本発明では、前記光学異方性層を直線偏光膜と一体化させた楕円偏光板を用いることができる。楕円偏光板は、液晶表示装置にそのまま組み込める様に、液晶セルを構成している一対の基板と略同一な形状に成型されているのが好ましい(例えば、液晶セルが矩形状ならば、楕円偏光板も同一な矩形状に成型されているのが好ましい)。本発明では、液晶セルの基板の配向軸と、偏光膜の吸収軸、及び/又は光学異方性層の配向制御方向配向軸が特定の角度に調整されているのが好ましい。
前記楕円偏光板は、前記光学異方性層と直線偏光膜(以下、単に「偏光膜」という場合は「直線偏光膜」をいうものとする)とを積層することによって作製することができる。ポリマーフィルムからなる支持体上に、前記光学異方性層を形成した場合は、該ポリマーフィルムが、直線偏光膜の保護膜を兼ねていてもよい。
直線偏光膜は、Optiva Inc.に代表される塗布型偏光膜、もしくはバインダーと、ヨウ素又は二色性色素からなる偏光膜が好ましい。直線偏光膜におけるヨウ素及び二色性色素は、バインダー中で配向することで偏向性能を発現する。ヨウ素及び二色性色素は、バインダー分子に沿って配向するか、もしくは二色性色素が液晶のような自己組織化により一方向に配向することが好ましい。現在、市販の偏光子は、延伸したポリマーを、浴槽中のヨウ素もしくは二色性色素の溶液に浸漬し、バインダー中にヨウ素、もしくは二色性色素をバインダー中に浸透させることで作製されるのが一般的である。
市販の偏光膜は、ポリマー表面から4μm程度(両側合わせて8μm程度)にヨウ素もしくは二色性色素が分布しており、十分な偏光性能を得るためには、少なくとも10μmの厚みが必要である。浸透度は、ヨウ素もしくは二色性色素の溶液濃度、同浴槽の温度、同浸漬時間により制御することができる。上記のように、バインダー厚みの下限は、10μmであることが好ましい。厚みの上限は、液晶表示装置の光漏れの観点からは、薄ければ薄い程よい。現在市販の偏光板(約30μm)以下であることが好ましく、25μm以下が好ましく、20μm以下がさらに好ましい。20μm以下であると、光漏れ現象は、17インチの液晶表示装置で観察されなくなる。
偏光膜のバインダーは架橋していてもよい。架橋しているバインダーは、それ自体架橋可能なポリマーを用いることができる。官能基を有するポリマーあるいはポリマーに官能基を導入して得られるバインダーを、光、熱あるいはpH変化により、バインダー間で反応させて偏光膜を形成することができる。また、架橋剤によりポリマーに架橋構造を導入してもよい。架橋は一般に、ポリマー又はポリマーと架橋剤の混合物を含む塗布液を、透明支持体上に塗布したのち、加熱を行うことにより実施される。最終商品の段階で耐久性が確保できればよいため、架橋させる処理は、最終の偏光板を得るまでのいずれの段階で行ってもよい。
偏光膜のバインダーは、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る。ポリマーの例としては、前記の配向膜で記載のポリマーと同様のものが挙げられる。ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールが最も好ましい。変性ポリビニルアルコールについては、特開平8−338913号、同9−152509号及び同9−316127号の各公報に記載がある。ポリビニルアルコール及び変性ポリビニルアルコールは、二種以上を併用してもよい。
バインダーの架橋剤の添加量は、バインダーに対して、0.1〜20質量%が好ましい。偏光素子の配向性、偏光膜の耐湿熱性が良好となる。
配向膜は、架橋反応が終了した後でも、反応しなかった架橋剤をある程度含んでいる。但し、残存する架橋剤の量は、配向膜中に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。このようにすることで、偏光膜を液晶表示装置に組み込み、長期使用、或は高温高湿の雰囲気下に長期間放置しても、偏光度の低下を生じない。
架橋剤については、第再発行特許23297号明細書に記載がある。また、ホウ素化合物(例、ホウ酸、硼砂)も、架橋剤として用いることができる。
架橋剤については、第再発行特許23297号明細書に記載がある。また、ホウ素化合物(例、ホウ酸、硼砂)も、架橋剤として用いることができる。
二色性色素としては、アゾ系色素、スチルベン系色素、ピラゾロン系色素、トリフェニルメタン系色素、キノリン系色素、オキサジン系色素、チアジン系色素あるいはアントラキノン系色素が用いられる。二色性色素は、水溶性であることが好ましい。二色性色素は、親水性置換基(例、スルホ、アミノ、ヒドロキシル)を有することが好ましい。
二色性色素の例としては、例えば、前記の公技番号2001−1745号の58頁に記載の化合物が挙げられる。
二色性色素の例としては、例えば、前記の公技番号2001−1745号の58頁に記載の化合物が挙げられる。
液晶表示装置のコントラスト比を高めるためには、偏光板の透過率は高い方が好ましく、偏光度も高い方が好ましい。偏光板の透過率は、波長550nmの光において、30〜50%の範囲にあることが好ましく、35〜50%の範囲にあることがさらに好ましく、40〜50%の範囲にあることが最も好ましい。偏光度は、波長550nmの光において、90〜100%の範囲にあることが好ましく、95〜100%の範囲にあることがさらに好ましく、99〜100%の範囲にあることが最も好ましい。
《楕円偏光板の製造》
延伸法の場合、延伸倍率は2.5〜30.0倍が好ましく、3.0〜10.0倍がさらに好ましい。延伸は、空気中でのドライ延伸で実施できる。また、水に浸漬した状態でのウェット延伸を実施してもよい。ドライ延伸の延伸倍率は、2.5〜5.0倍が好ましく、ウェット延伸の延伸倍率は、3.0〜10.0倍が好ましい。延伸工程は、斜め延伸を含め数回に分けて行ってもよい。数回に分けることによって、高倍率延伸でもより均一に延伸することができる。斜め延伸前に、横あるいは縦に若干の延伸(幅方向の収縮を防止する程度)を行ってもよい。延伸は、二軸延伸におけるテンター延伸を左右異なる工程で行うことによって実施できる。上記二軸延伸は、通常のフィルム製膜において行われている延伸方法と同様である。二軸延伸では、左右異なる速度によって延伸されるため、延伸前のバインダーフィルムの厚みが左右で異なるようにする必要がある。流延製膜では、ダイにテーパーを付けることにより、バインダー溶液の流量に左右の差をつけることができる。
延伸法の場合、延伸倍率は2.5〜30.0倍が好ましく、3.0〜10.0倍がさらに好ましい。延伸は、空気中でのドライ延伸で実施できる。また、水に浸漬した状態でのウェット延伸を実施してもよい。ドライ延伸の延伸倍率は、2.5〜5.0倍が好ましく、ウェット延伸の延伸倍率は、3.0〜10.0倍が好ましい。延伸工程は、斜め延伸を含め数回に分けて行ってもよい。数回に分けることによって、高倍率延伸でもより均一に延伸することができる。斜め延伸前に、横あるいは縦に若干の延伸(幅方向の収縮を防止する程度)を行ってもよい。延伸は、二軸延伸におけるテンター延伸を左右異なる工程で行うことによって実施できる。上記二軸延伸は、通常のフィルム製膜において行われている延伸方法と同様である。二軸延伸では、左右異なる速度によって延伸されるため、延伸前のバインダーフィルムの厚みが左右で異なるようにする必要がある。流延製膜では、ダイにテーパーを付けることにより、バインダー溶液の流量に左右の差をつけることができる。
ラビング法では、LCDの液晶配向処理工程として広く採用されているラビング処理方法を応用することができる。すなわち、膜の表面を、紙やガーゼ、フェルト、ゴムあるいはナイロン、ポリエステル繊維を用いて一定方向に擦ることにより配向を得る。一般には、長さ及び太さが均一な繊維を平均的に植毛した布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。ロール自身の真円度、円筒度、振れ(偏芯)がいずれも30μm以下であるラビングロールを用いて実施することが好ましい。ラビングロールへのフィルムのラップ角度は、0.1〜90゜が好ましい。ただし、特開平8−160430号公報に記載されているように、360゜以上巻き付けることで、安定なラビング処理を得ることもできる。
長尺フィルムをラビング処理する場合は、フィルムを搬送装置により一定張力の状態で1〜100m/minの速度で搬送することが好ましい。ラビングロールは、任意のラビング角度設定のためフィルム進行方向に対し水平方向に回転自在とされることが好ましい。0〜60゜の範囲で適切なラビング角度を選択することが好ましい。液晶表示装置に使用する場合は、40〜50゜が好ましい。45゜が特に好ましい。
直線偏光膜の光学異方性層と反対側の表面には、ポリマーフィルムを配置する(光学異方性層/偏光膜/ポリマーフィルムの配置とする)ことが好ましい。
ポリマーフィルムは、その最表面が防汚性及び耐擦傷性を有する反射防止膜を設けてなることも好ましい。反射防止膜は、従来公知のいずれのものも用いることができる。
ポリマーフィルムは、その最表面が防汚性及び耐擦傷性を有する反射防止膜を設けてなることも好ましい。反射防止膜は、従来公知のいずれのものも用いることができる。
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、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
[実施例1]
図1に示す構成の液晶表示装置を作製した。即ち、観察方向(上)から上側偏光板P1、上側光学異方性層7、液晶セルLC(上側基板9、液晶層11、下側基板12)、下側光学異方性層14、下側偏光板P2を積層し、さらに下側偏光板P2の下側には冷陰極蛍光灯を用いたバックライト(不図示)を配置した。なお、光学異方性層7及び14は、それぞれ偏光板P1及びP2の保護膜5及び16の表面に形成し、一体化された楕円偏光板として液晶表示装置に組み込んだ。
図1に示す構成の液晶表示装置を作製した。即ち、観察方向(上)から上側偏光板P1、上側光学異方性層7、液晶セルLC(上側基板9、液晶層11、下側基板12)、下側光学異方性層14、下側偏光板P2を積層し、さらに下側偏光板P2の下側には冷陰極蛍光灯を用いたバックライト(不図示)を配置した。なお、光学異方性層7及び14は、それぞれ偏光板P1及びP2の保護膜5及び16の表面に形成し、一体化された楕円偏光板として液晶表示装置に組み込んだ。
以下に、用いた部材それぞれの作製方法を説明する。
<液晶セルの作製>
液晶セルは、セルギャップ(dLC)2.7μmとし、正の誘電率異方層を持つネマチック液晶材料を基板9及び12間に滴下注入で封入し、液晶層11のΔndLCを300nmとした(Δnは液晶材料の屈折率異方性)。また、液晶セルLCの上側(観察者側)基板9のラビング方向(配向軸)10は135°、下側(バックライト側)基板12のラビング方向(配向軸)13は315°で、ねじれ角は0°とした。この様にしてECBモードの液晶セルLCを作製した。
<液晶セルの作製>
液晶セルは、セルギャップ(dLC)2.7μmとし、正の誘電率異方層を持つネマチック液晶材料を基板9及び12間に滴下注入で封入し、液晶層11のΔndLCを300nmとした(Δnは液晶材料の屈折率異方性)。また、液晶セルLCの上側(観察者側)基板9のラビング方向(配向軸)10は135°、下側(バックライト側)基板12のラビング方向(配向軸)13は315°で、ねじれ角は0°とした。この様にしてECBモードの液晶セルLCを作製した。
以下に、偏光板P1及びP2の作製方法を記載する。
<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
<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質量部及びメタノール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。
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、エリプソメーター(M−150、日本分光(株)製)を用いて、波長546nmにおけるReレターデーション値及び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。
<光学異方性層用の配向膜の作製>
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、形成した膜の表面にラビング処理を実施した。
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
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、形成した膜の表面にラビング処理を実施した。
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
<光学異方性層の作製>
下記の組成の棒状液晶化合物を含む塗布液を、上記作製した配向膜上に#5.0のワイヤーバーで連続的に塗布した。フィルムの搬送速度は20m/minとした。室温から80℃に連続的に加温する工程で溶媒を乾燥させ、その後、80℃の乾燥ゾーンで90秒間加熱し、棒状液晶性化合物を配向させた。続いて、フィルムの温度を60℃に保持して、UV照射により液晶化合物の配向を固定化し、光学異方性層B1を形成した。続いて、55℃の1.5mol/L水酸化ナトリウム水溶液中に作製したフィルムを2分間浸漬した後、水に浸漬し十分に水酸化ナトリウムを洗い流した。その後、35℃の5mmol/L硫酸水溶液に1分間浸漬した後、水に浸漬し希硫酸水溶液を十分に洗い流した。最後に試料を120℃で十分に乾燥させた。このようにして、セルロースアシレートフィルム上に光学異方性層B1を有する光学補償フィルム(F1)を作製した。
下記の組成の棒状液晶化合物を含む塗布液を、上記作製した配向膜上に#5.0のワイヤーバーで連続的に塗布した。フィルムの搬送速度は20m/minとした。室温から80℃に連続的に加温する工程で溶媒を乾燥させ、その後、80℃の乾燥ゾーンで90秒間加熱し、棒状液晶性化合物を配向させた。続いて、フィルムの温度を60℃に保持して、UV照射により液晶化合物の配向を固定化し、光学異方性層B1を形成した。続いて、55℃の1.5mol/L水酸化ナトリウム水溶液中に作製したフィルムを2分間浸漬した後、水に浸漬し十分に水酸化ナトリウムを洗い流した。その後、35℃の5mmol/L硫酸水溶液に1分間浸漬した後、水に浸漬し希硫酸水溶液を十分に洗い流した。最後に試料を120℃で十分に乾燥させた。このようにして、セルロースアシレートフィルム上に光学異方性層B1を有する光学補償フィルム(F1)を作製した。
棒状液晶化合物を含む塗布液(S1)の組成
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下記の棒状液晶性化合物(I) 100質量部
光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製) 3質量部
増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製) 1質量部
下記のフッ素系ポリマー 0.4質量部
下記のピリジニム塩 1質量部
メチルエチルケトン 172質量部
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下記の棒状液晶性化合物(I) 100質量部
光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製) 3質量部
増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製) 1質量部
下記のフッ素系ポリマー 0.4質量部
下記のピリジニム塩 1質量部
メチルエチルケトン 172質量部
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作製した光学補償フィルムF1から棒状液晶性化合物を含む光学異方性層のみを剥離し、自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて光学特性を測定した。波長590nmで測定した光学異方性層のみのReは0nmであり、Rthは−260nmであった。また、棒状液晶分子の傾斜角が厚さ方向に変化している光学異方性層が形成されたことが確認できた。
偏光板をクロスニコル配置とし、得られた光学補償シートのムラを観察したところ、正面、及び法線から60°まで傾けた方向から見ても、ムラは検出できなかった。
<偏光膜の作製>
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、作製した光学補償シート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、偏光膜の反対側に貼り付けた。このようにして偏光板P1及びP2を作製した。
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、作製した光学補償シート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、偏光膜の反対側に貼り付けた。このようにして偏光板P1及びP2を作製した。
上記作製したECBセルに、作製した偏光板を光学補償シートが液晶セル側となるように粘着剤を介して、観察者側及びバックライト側に一枚ずつ貼り付けた。画面左右方向を0°及び上下方向を90°とした場合、上側偏光板P1の偏光膜3の吸収軸4、ならびに上側偏光板P1の保護膜1及び5の遅相軸2及び6は90°、下側偏光板P2の偏光膜18の吸収軸19、ならびに下側偏光板P2の保護膜16及び20の遅相軸17及び21は0°に設定した。上側光学異方性層7の配向制御方向8と下側光学異方性層14の配向制御方向15の配置角度は、適宜設定した。
<作製した液晶表示装置の光学測定>
このように作製した液晶表示装置に60Hzの矩形波電圧を印加した。白表示1.5V、黒表示5Vのノーマリーホワイトモードとした。測定機は(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用い、透過率の比(白表示/黒表示)であるコントラスト比を測定した。正面コントラスト比1000対1を得た。また温度40°・湿度80%の環境試験室に24時間保管、室温に1時間放置後、パネル中央部と偏光板長辺端部の中央の黒表示時の輝度差を測定したところ0.1cd/m2であった。目視では偏光板の周辺部には光漏れが観察されなかった。
このように作製した液晶表示装置に60Hzの矩形波電圧を印加した。白表示1.5V、黒表示5Vのノーマリーホワイトモードとした。測定機は(EZ−Contrast160D、ELDIM社製)を用い、透過率の比(白表示/黒表示)であるコントラスト比を測定した。正面コントラスト比1000対1を得た。また温度40°・湿度80%の環境試験室に24時間保管、室温に1時間放置後、パネル中央部と偏光板長辺端部の中央の黒表示時の輝度差を測定したところ0.1cd/m2であった。目視では偏光板の周辺部には光漏れが観察されなかった。
[比較例1]
上側偏光膜3の吸収軸4及び下側偏光膜18の吸収軸19を45°の方向で直交するように配置した以外は、実施例1と同一の構成のECBモードの液晶表示装置を作製し、同様に駆動させて、1000対1の正面コントラスト比を得た。次に、実施例1と同様に、40°80%の環境試験室に24時間保管、室温に1時間放置後、パネル中央部と偏光板長辺端部の中央の黒表示時の輝度差を測定したところ1.0cd/m2であった。画面の周辺部に光漏れが観察された。
上側偏光膜3の吸収軸4及び下側偏光膜18の吸収軸19を45°の方向で直交するように配置した以外は、実施例1と同一の構成のECBモードの液晶表示装置を作製し、同様に駆動させて、1000対1の正面コントラスト比を得た。次に、実施例1と同様に、40°80%の環境試験室に24時間保管、室温に1時間放置後、パネル中央部と偏光板長辺端部の中央の黒表示時の輝度差を測定したところ1.0cd/m2であった。画面の周辺部に光漏れが観察された。
実施例1及び比較例1の結果から、一対の偏光板の吸収軸がそれぞれ0°及び90°の方向にある本発明のECBモード液晶表示装置は、一対の偏光板の吸収軸が画面45°の方向で直交している従来のECBモードの液晶表示装置と比較して、過酷な使用環境においても、より高い信頼性で作動することが確認できた。
[比較例2]
光学異方性層7及び14を配置しなかった以外は、実施例1と同一の構成の液晶表示装置を作製して、同様に駆動させて正面コントラストを測定したところ、20であり、正面コントラストは実施例1の液晶表示装置と比較して低かった。
この結果から、適当な光学特性を示す光学異方性層を配置することで、高い正面コントラストが得られることが理解できる。
光学異方性層7及び14を配置しなかった以外は、実施例1と同一の構成の液晶表示装置を作製して、同様に駆動させて正面コントラストを測定したところ、20であり、正面コントラストは実施例1の液晶表示装置と比較して低かった。
この結果から、適当な光学特性を示す光学異方性層を配置することで、高い正面コントラストが得られることが理解できる。
[実施例2]
次に、図1の構成の液晶表示装置について、高い正面コントラスト(正面CR)及び画面上方向極角45°のCR(上CR)を与える構成を確認した。
具体的には、バックライト側の光学異方性層14(以下では「RLC層1」と略記する)及び表示面側の光学異方性層7(以下では「RLC層2」と略記する)のそれぞれの厚さd1及びd2、平均チルト角β1及びβ2、面内レターデーションRe1及びRe2、及びRLC層1及びRLC層2の配向制御方向(図1において15及び8)の交差角φ(図2に示す)をパラメーターとして変化させて、正面CR及び上CRを算出した。
表示特性の指標として、正面CRが500以上、上CRが100以上を与える構成について、表中○印を付し、その値未満の場合は×印を付した。
(但し、この「○」及び「×」はも高い正面CR及び上CRを与える構成についての指標であり、過酷な環境下における信頼性についての指標ではない。)
次に、図1の構成の液晶表示装置について、高い正面コントラスト(正面CR)及び画面上方向極角45°のCR(上CR)を与える構成を確認した。
具体的には、バックライト側の光学異方性層14(以下では「RLC層1」と略記する)及び表示面側の光学異方性層7(以下では「RLC層2」と略記する)のそれぞれの厚さd1及びd2、平均チルト角β1及びβ2、面内レターデーションRe1及びRe2、及びRLC層1及びRLC層2の配向制御方向(図1において15及び8)の交差角φ(図2に示す)をパラメーターとして変化させて、正面CR及び上CRを算出した。
表示特性の指標として、正面CRが500以上、上CRが100以上を与える構成について、表中○印を付し、その値未満の場合は×印を付した。
(但し、この「○」及び「×」はも高い正面CR及び上CRを与える構成についての指標であり、過酷な環境下における信頼性についての指標ではない。)
まず、RLC層1及びRLC層2のd、β、Reを標準的な値に固定して、φのみを変化させて、正面CR及び上CRの依存性を確認した。
具体的には、RLC1層の厚みd1を1.7μm、チルト角β1を45°、Re1を63.4nmに固定し、且つRLC2層の厚みd2を2.3μm、チルト角β2を45°、Re2を84.5nmに固定して、RLC層1及びRLC層2の配向制御方向(図1において15及び8)の交差角φを、種々変化させて、正面CR及び上CRを算出した。その結果を表1に示す。表1に示す結果から、φが135°〜170°のとき、正面CR及び上CRの双方が高い値をになるとることが理解できる。
具体的には、RLC1層の厚みd1を1.7μm、チルト角β1を45°、Re1を63.4nmに固定し、且つRLC2層の厚みd2を2.3μm、チルト角β2を45°、Re2を84.5nmに固定して、RLC層1及びRLC層2の配向制御方向(図1において15及び8)の交差角φを、種々変化させて、正面CR及び上CRを算出した。その結果を表1に示す。表1に示す結果から、φが135°〜170°のとき、正面CR及び上CRの双方が高い値をになるとることが理解できる。
次に、φを固定して、RLC層1及びRLC層2のd、β、Reをそれぞれ変化させて、正面CR及び上CRの依存性を確認した。
具体的には、RLC1層の配向制御方向は20°、RLC層2の配向制御方向は190°に固定し、φを170°に固定した。即ち、表1中の2−7を基準にした。
まず、光学異方性層の厚さdに対する正面CR及び上CRの依存性を調べた結果を表2に示す。表2に示す結果から、RLC層1の厚みd1が1.7〜2.1[μm]、RLC層2の厚みd2が2.1〜2.5[μm]のとき、正面CR及び上CRの双方が高い値をとることが理解できる。
具体的には、RLC1層の配向制御方向は20°、RLC層2の配向制御方向は190°に固定し、φを170°に固定した。即ち、表1中の2−7を基準にした。
まず、光学異方性層の厚さdに対する正面CR及び上CRの依存性を調べた結果を表2に示す。表2に示す結果から、RLC層1の厚みd1が1.7〜2.1[μm]、RLC層2の厚みd2が2.1〜2.5[μm]のとき、正面CR及び上CRの双方が高い値をとることが理解できる。
次に、光学異方性層の平均チルト角βに対する正面CR及び上CRの依存性を調べた。φは上記と同様に170°に固定し、またd1及びd2をそれぞれ1.7μmと2.3μmに固定した。結果を表3に示す。表3に示す結果から、RLC層1のチルト角β1が40〜45[°]、RLC層2のチルト角β2が45〜50[°]のとき、正面CR及び上CRの双方が高い値をとることが理解できる。
次に、光学異方性層のレターデーションReに対する正面CR及び上CRの依存性を調べた。φは上記と同様に170°に固定し、またd1及びd2をそれぞれ1.7μmと2.3μmに固定し、β1及びβ2はそれぞれ45〜60°の範囲で変化させた。結果を表4に示す。表4に示す結果から、RLC層1のレターデーションRe1が55〜70[nm]、RLC層2のレターデーションRe2が75〜95[nm]のとき、正面CR及び上CRの双方が高い値をとることが理解できる。
さらに、それぞれのパラメーターの固定値を変化させて同様に高い正面CR及び上CRが得られる範囲を検討した。
その結果、一対の偏光板と液晶セルとの間に2つの光学異方性層を配置したECBモード液晶表示装置の態様では、一方の光学異方性層の厚さd1[μm]、チルト角β1[°]、及び面内レターデーションR1[nm]、ならびに他方の光学異方性層の厚さd2[nm]、チルト角β2[°]、及び面内レターデーションR2[nm]が下記の範囲であると、過酷な使用環境下においても黒表示時の光漏れを軽減できるとともに、高い正面CR及び上CRが得られることがわかった。
1.7≦d1≦2.1
40≦β1≦45
55≦Re1≦70、
2.1≦d2≦2.5
45≦β2≦50
75≦Re2≦95
その結果、一対の偏光板と液晶セルとの間に2つの光学異方性層を配置したECBモード液晶表示装置の態様では、一方の光学異方性層の厚さd1[μm]、チルト角β1[°]、及び面内レターデーションR1[nm]、ならびに他方の光学異方性層の厚さd2[nm]、チルト角β2[°]、及び面内レターデーションR2[nm]が下記の範囲であると、過酷な使用環境下においても黒表示時の光漏れを軽減できるとともに、高い正面CR及び上CRが得られることがわかった。
1.7≦d1≦2.1
40≦β1≦45
55≦Re1≦70、
2.1≦d2≦2.5
45≦β2≦50
75≦Re2≦95
1 上側偏光板外側保護膜
2 上側偏光板外側保護膜遅相軸
3 上側偏光板偏光膜
4 上側偏光板偏光膜吸収軸
5 上側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)
6 上側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)遅相軸
7 上側光学異方性層
8 上側光学異方性層の分子長軸の配向平均方向
9 液晶セル上側基板
10 上側基板液晶配向用ラビング方向(配向軸)
11 液晶分子(液晶層)
12 液晶セル下側基板
13 下側基板液晶配向用ラビング方向(配向軸)
14 下側光学異方性層
15 下側光学異方性層の分子長軸の配向平均方向
16 下側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)
17 下側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)遅相軸
18 下側偏光板偏光膜
19 下側偏光板偏光膜の吸収軸
20 下側偏光板外側保護膜
21 下側偏光板外側保護膜遅相軸
2 上側偏光板外側保護膜遅相軸
3 上側偏光板偏光膜
4 上側偏光板偏光膜吸収軸
5 上側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)
6 上側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)遅相軸
7 上側光学異方性層
8 上側光学異方性層の分子長軸の配向平均方向
9 液晶セル上側基板
10 上側基板液晶配向用ラビング方向(配向軸)
11 液晶分子(液晶層)
12 液晶セル下側基板
13 下側基板液晶配向用ラビング方向(配向軸)
14 下側光学異方性層
15 下側光学異方性層の分子長軸の配向平均方向
16 下側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)
17 下側偏光板液晶セル側保護膜(支持体)遅相軸
18 下側偏光板偏光膜
19 下側偏光板偏光膜の吸収軸
20 下側偏光板外側保護膜
21 下側偏光板外側保護膜遅相軸
Claims (8)
- 対向配置された電極を有する一対の基板と、該一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸によって配向制御されたネマチック液晶を含有するとともに、非駆動時に該ネマチック液晶が前記一対の基板の表面に対して平行に配向する液晶層とを有し、前記液晶層が、前記一対の基板が有する電極による縦電界により制御され、前記一対の基板の対向面がそれぞれ有する配向軸のなす角度が、0度である液晶セル;
前記液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板;及び
前記液晶セルと該一対の偏光板の少なくとも一方との間に、配向制御されその配向状態に固定された液晶性化合物を含有する少なくとも一層の光学異方性層;を有する液晶表示装置であって、
前記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸が、互いに直交しているとともに、液晶表示装置の画面左右方向に対して平行もしくは垂直であることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記光学異方性層の含有する液晶性化合物が、棒状液晶性化合物であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層が、ECBモードであることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の偏光板の少なくとも一方の吸収軸と、前記一対の基板のうち該少なくとも一方の偏光板により近い位置に配置された基板の対向面が有する配向軸とが、45°で交差することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記光学異方性層が、前記液晶層と前記一対の偏光板のいずれか一方との間のみに配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記光学異方性層が、前記液晶層と前記一対の偏光板の双方との間にそれぞれ一層ずつ配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の偏光板のうち視認側偏光板の吸収軸を基準として、視認側偏光板と液晶セルとの間に配置された光学異方性層の遅相軸とのなす角度が0〜15°であり、他方の偏光板と液晶セルとの間に配置された光学異方性層の遅相軸とのなす角度が40〜75°であり、前記一対の基板のうち前記視認側偏光板により近い基板の対向面が有する配向制御方向とのなす角度が35〜55°であり、他方の基板の対向面が有する配向制御方向とのなす角度が35〜55°であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
- 一方の光学異方性層の厚さd1[μm]、該光学異方性層中に含有される液晶性化合物の分子の平均チルト角β1[°]、及び該光学異方性層の面内レターデーションRe1[nm]が下記式:
1.7≦d1≦2.1、
40≦β1≦45、
155≦Re1≦70、
を満足し、且つ他方の光学異方性層の厚さd2[μm]、該光学異方性層中に含有される液晶性化合物の分子の平均チルト角β2[°]、及び該光学異方性層の面内レターデーションRe2[nm]が下記式:
2.1≦d2≦2.5、
45≦β2≦50、
75≦Re2≦95、
を満足することを特徴とする請求項6又は7に記載の液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006322858A JP2008139368A (ja) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006322858A JP2008139368A (ja) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 液晶表示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008139368A true JP2008139368A (ja) | 2008-06-19 |
Family
ID=39600934
Family Applications (1)
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JP2006322858A Abandoned JP2008139368A (ja) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 液晶表示装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2008139368A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013521531A (ja) * | 2010-07-15 | 2013-06-10 | エルジー・ケム・リミテッド | 視野角及び色特性に優れたecb−lcd |
WO2018097673A1 (ko) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | 주식회사 엘지화학 | 액정필름셀 및 이의 용도 |
US10890793B2 (en) | 2016-11-25 | 2021-01-12 | Lg Chem, Ltd. | Liquid crystal film cell and use thereof |
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---|---|---|---|---|
JP2004093714A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Casio Comput Co Ltd | 液晶表示装置 |
JP2006267851A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光学補償フィルム、これを用いた偏光板 |
-
2006
- 2006-11-30 JP JP2006322858A patent/JP2008139368A/ja not_active Abandoned
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WO2018097673A1 (ko) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | 주식회사 엘지화학 | 액정필름셀 및 이의 용도 |
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