JP2008502006A - 多層光学補償フィルム - Google Patents
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Abstract
多層光学補償フィルムは、1つ以上の光学異方性第1層と、1つ以上の光学異方性第2層とを含む。前記第1層の屈折率は関係式nx1≧ny1≧nz1を満たす。前記第2層はガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、前記第2層の屈折率は関係式|nx2−ny2|＜0.001及びnz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005を満たす。
Description
本発明は概ね、光学補償フィルム及び光学補償フィルムを含有する液晶ディスプレイに関する。より具体的には、本発明は、2つ又は3つ以上の光学異方性層を有する光学補償フィルム、光学補償フィルムを有する液晶ディスプレイ、及び光学補償フィルムの形成方法に関する。
液晶ディスプレイ(LCD)システムにおいて、液晶セルは典型的に偏光子と検光子との間に位置している。偏光子によって偏光させられた入射光は、液晶セルを通り、そして液晶材料の分子配向によって影響を受ける。分子配向は、セルに電圧を印加することにより変化させることができる。次いで、変化させられた光は検光子に入る。この原理を採用することにより、周囲光を含む外部源からの光の透過を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、他のディスプレイ・タイプ、例えば陰極線管(CRT)に使用されるルミネッセント材料に必要とされるエネルギーよりも著しく小さい。従って、数多くの電子画像形成デバイスのために液晶技術が使用される。これらのデバイスの一例としては、軽量、低消費電力、及び長い動作寿命が重要な特徴であるデジタル時計、計算機、ポータブル・コンピューター、及び電子ゲーム機が挙げられる。また、CRTテレビ受像機(CRT-TV)には、LCD-TVが急速に取って代わりつつある。LCDモード、例えば横電界方式(IPS)は、高いコントラスト、高いスピード応答及び良好な色再現を提供して、TV用途に適したLCDシステムを形成することが知られている。
電子ディスプレイにとって、コントラスト、色再現、及び安定なグレースケール強度が重要な品質属性である。LCDシステムのコントラストを制限する主要ファクターは、光が、暗状態又は「黒」画素状態にある液晶素子又はセルを通って「漏れる」傾向である。さらに、漏れ、ひいては液晶ディスプレイのコントラストはまた、ディスプレイ・スクリーンがどの方向から観察されるか、その方向に依存する。典型的には、最適なコントラストは、ディスプレイに対する法線入射を中心とする狭い視野角内でしか観察されず、そして、観察方向がディスプレイ法線から逸れるのに伴って急速に低下する。カラー・ディスプレイの場合、漏れの問題はコントラストを劣化させるだけでなく、色又は色相のずれをも引き起こし、これには色再現の劣化が伴う。これは、たいていのディスプレイ・モードに共通する問題である。しかし、IPSモードLCDの場合、液晶光軸は液晶セル平面内に留まった状態で、その方向を変化させる。この結果、よりコンベンショナルな他のモード、例えばねじれネマチック(TN)モードに伴う視野角特性よりも良好な視野角特性がもたらされる。
LCDの暗状態における光漏れを許すファクターの1つは、交差偏光子の視野角依存性である。本明細書中では、「交差偏光子」は、90±5°を成す透過軸(又は同等に吸収軸)を有する2つの偏光子から成る対と理解されるものとする。偏光子は、LCDディスプレイ用途のために広く使用される吸収二色性タイプである。光が交差偏光子の平面に対して垂直な方向で衝突するものとすると、交差偏光子を通過することができる光は極めて僅かである。しかし、光伝播方向が法線から逸れると、有意な量の光漏れが発生し、この場合、最大の漏れ量は、大きい極視野角、及び偏光子の透過軸に対して45度の方位視野角において発生する。その理由は、偏光子の透過軸間の有効角が90°から逸れるからである。
2つの交差偏光子を通る光漏れ量を低減する1つの方法は、これらの交差偏光子間に補償体を挿入することである。偏光子のために使用される補償体は、Chen他(「TN及びVA LCDのための最適フィルム補償モード(Optimum film compensation modes for TN and VA LCDs)」、SID 98 Digest, 第313〜318頁(1998))」によって示唆されているように、名目上、AプレートとBプレートとの組み合わせである。
米国特許第6,606,193号明細書には、0.15≦Nz≦0.35及び0.65≦Nz≦0.85(Nzは、nx＞nyの関係で、(nx−nz)/(nx−ny)として定義される)をそれぞれ有する2つの二軸性フィルムを使用した補償体が開示されている。ここでは、x及びyは層の平面内に位置し、そしてzは層に対して垂直な平面内に位置する。このように、屈折率は、nx＞nz＞nyを満たす。2つの二軸性フィルムは、LCDの交差偏光子対の間に配置されている。両二軸性フィルムの速軸(屈折率nyのy方向)は、偏光子のうちの一方の吸収軸に対して平行に配置されている。特開2001-350022号公報に開示された同様の技法の場合、光漏れのスペクトル依存性を抑制するために2つの二軸性フィルムを使用する。
補償フィルムを使用した前述の参考文献の場合、その目的は、交差偏光子の透過(又は吸収)軸によって形成される有効角の視野角依存性を低減することである。これらの技法によって、例えばIPSモード液晶ディスプレイのコントラスト比を増大させることができる。
Saitoh他(SID digest 1998 第706〜709頁)によって、IPSモード液晶ディスプレイ(IPS-LCD)における視野角の改善が提案された。IPSモード液晶セル及び偏光子対との組み合わせにおいて、単一の二軸性補償フィルムが使用された。二軸性補償フィルムの遅軸の方向は、偏光子の透過軸の方向、及びOFF状態におけるIPSモード液晶セルの液晶光軸の方位方向に対して平行である。他方の偏光子の透過軸は、この他方の偏光子の透過軸に対して垂直である。この構成は、交差偏光子を通る光漏れを低減し、そしてこれにより、IPS-LCDのコントラスト比を高める。
交差偏光子、又は交差偏光子と液晶セル(例えばIPSモード液晶セル)との組み合わせを通る光漏れを低減するために、補償フィルム技法が示唆されてはいるものの、コンベンショナルな技法は、このような補償フィルムを提供する低コストの及び/又はシンプルな方法をもたらすことはない。Chenの方法が正しく機能するには、Aプレート及びCプレートのリターデーション符号が同じ符号を有しなければならない。本発明の発明者によって出願された米国特許出願公開第2004002750号明細書(参照することにより本明細書中に組み入れる)には、負のCプレートの製造方法が開示されている。しかし、十分な位相リターデーションを有する負のAプレートを得るための簡単な方法はない。従って、補償のための負のAプレートとCプレートとの組み合わせは現実的でない。正のAプレートは広く入手可能であるものの、正のCプレートはそうではない。均一且つ垂直に整列させられた液晶ポリマーから、正のCプレートを形成することができる。米国特許第6,261,649号明細書に開示されたもののような重合可能な液晶が、垂直な整列状態をもたらす。しかし、液晶ポリマーはコストの高い化合物であり、そして液晶の均一な整列状態を形成することは、大規模製造の大きな妨げとなる。小さなサイズでもしばしば不均一な整列状態が発生し、その結果、曇って見えることになる。このような曇りは、補償フィルムの光透過率を低下させる。重合可能な液晶はまた、液晶ポリマーの垂直な整列状態を凍結するために、光重合プロセスを必要し、余分のプロセスやコストを加えることになる。
二軸性フィルムの使用もまた問題をはらむ。米国特許第6,606,193号明細書及び特開2001-350022号公報の両方で使用される二軸性板は、nx＞nz＞nyの特性を有する。このような光学特性を有するフィルムを形成するときには必ず困難が伴う。標準的な製造方法(例えばポリマーフィルムの延伸)では、nx＞ny≧nzのフィルムが提供される。フィルムがnx＞nz＞nyを有し得るようにnzを増大させるために、いくつかの方法が示唆されている。米国特許第6,606,193号明細書に教示されている方法の場合、熱収縮可能なベースフィルムが二次フィルムに結合される。このような物品を加熱することにより、ベースフィルムは熱収縮し、その結果、二次フィルム内に、より高いnzが生じる。別の方法は、印加された電場によって、ポリマー・セグメントを整列させることである。印加場はフィルム法線方向にポリマー・セグメントを整列させ、こうしてこの処置は、より高いnz値を達成する。しかし多くの場合、3つ全ての屈折率nx、ny及びnzを所望の値に制御するために、続いて延伸が必要であり、そして最終的なフィルム内にnx＞nz＞nyの関係を維持するために、注意深い延伸プロセスが必要となる。このような微調整された延伸なしには、nx＞ny≧nzを有するフィルムしか得られない。このような微調整されたプロセスは、大量生産に適しておらず、またフィルムの光学特性の製造再現性を脅かすおそれがある。
こうして、暗状態又は「黒」状態におけるLCDを通る光漏れを防止するために使用することができる多層光学補償フィルムを提供しようという試みには、問題が生じる。
本発明の1つの態様によれば、1つ以上の光学異方性第1層と、1つ以上の光学異方性第2層とを含む多層光学補償フィルムが提供される。第1層の屈折率は、nx1≧ny1≧nz1の関係を満たす。第2層は、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、そして第2層の屈折率は、|nx2−ny2|＜0.001、及びnz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005の関係を満たす。
本発明の別の態様によれば、上記多層光学補償フィルムは、交差偏光子対の一方又は両方と、液晶セルとの間に配置されている。
本発明のさらに別の態様によれば、上記多層光学補償フィルムの形成方法が提供される。
本明細書は、本発明の主題を具体的に指摘してこれを明確に主張する特許請求の範囲で結論付けられるが、添付の図面と関連付けると下記説明から本発明がよりよく理解されると考えられる。
本明細書中に記載された補償フィルムを使用することにより、液晶ディスプレイ(LCD)システムの画質及びコントラスト比を改善することができる。液晶ポリマーの使用を必要としない、又は液晶ポリマーのいかなる整列処置をも必要としないシンプルなプロセスで、補償フィルムを製造することができる。また、補償フィルムの製造が、フィルムを収縮させること、ポリマー・セグメントを整列させるために電場を印加すること、又は続いて、微調整された延伸プロセスを行うことを必要とすることはない。
図1〜3に関して、本明細書中の記述内容には下記定義が当てはまる。
「x」、「y」及び「z」は、所与の層に対する方向を定義する。x及びyは層の平面内で互いに垂直に位置しており、そしてzは、層の平面に対して法線方向である。
「光軸」は、図1の符号101によって示されており、そして、伝播光が複屈折を受けない方向を意味する。その方向は、方位角φ及び傾斜角θによって記述される。図1から明らかなように、傾斜角θはx-y平面と光軸101との間で測定される角度であり、また方位角φは、基準方向xに対してx-y平面内で測定される角度である。
「ON及びOFF状態」は、液晶セルに対する印加電圧を、伴う及び伴わない状態をそれぞれ意味する。
「Aプレート」及び「Cプレート」はそれぞれ図2A及び図2Bに概略的に示された板を意味する。Aプレート203は、θ＝0°の状態によって定義される。すなわち、光軸201は、板203の平面内にある。これに対して、Cプレート204は、θ＝90°の状態によって定義される。すなわち、光軸201は、板204の平面に対して垂直である。各板は、構成材料の複屈折の符号に応じて正又は負の板であることが可能である。
「nx」、「ny」及び「nz」は、それぞれx、y及びz方向における層の屈折率である。当業者によく知られている慣習に従って、nx≧nyの関係は、その層の平面内の屈折率のために採用される。以後、nx1、ny1及びnz1が第1層の屈折率であるように、そしてnx2、ny2及びnz2が第2層の屈折率であるように、表記を用いる。
「光学一軸性」は、nx、ny及びnzのうちの2つ以上が実質的に等しいこと、すなわち、nx、ny及びnzのうちの2つ以上の差の絶対値が0.005未満であることを意味する。「光学二軸性」は、nx、ny及びnzのいずれも、他のものに実質的に等しくないことを意味する。
ポリマーの固有複屈折Δnintは、(ne−no)によって定義された量を意味し、ne及びnoはそれぞれ、ポリマーの異常屈折率及び正常屈折率である。固有複屈折は、官能基の分極率、及びポリマー鎖に対する官能基の結合角のようなファクターによって決定される。層の屈折率nx、ny及びnzは、層の製造プロセス条件、及び層のポリマーのΔnintに依存する。
層の面外位相リターデーションRthは、[nz−(nx＋ny)/2]dによって定義される量である。dは、図3に示した層301の厚さである。量[nz−(nx＋ny)/2]は、面外複屈折Δnthと呼ばれる。nz＞(nx＋ny)/2である場合、Δnth及びRthは正である。nz＜(nx＋ny)/2である場合、Δnth及びRthは負である。本発明を制限することはないが、以後Δnth及びRthの値は、波長λ＝550nmで与えられる。
層301の「面内位相リターデーションRin」は、|nx−ny|dによって定義される。本発明を制限することはないが、以後Rinの値は、波長λ＝550nmで与えられる。
「非晶質」は、長距離秩序の欠如を意味する。従って非晶質ポリマーは、X線回折のような技法によって測定して、長距離秩序を示さない。
「発色団」は、光吸着のユニットとして役立つ原子又は原子団と定義される。(Modern Molecular Photochemistry, Nicholas J. Turro Editor, Benjamin/Cummings Publishing Co., Menlo Park, CA (1978) Pg 77)。典型的な発色団は、ビニル、カルボニル、アミド、イミド、エステル、カーボネート、芳香族(すなわち、複素環式芳香族又は炭素環式芳香族、例えばフェニル、ナフチル、ビフェニル、チオフェン、又はビスフェノール)、スルホン、及びアゾ基、又はこれらの発色団の組み合わせを含む。不可視発色団は、λ＝400〜700nmの範囲外に吸収極大値を有する発色団である。
「隣接する」は、物品が互いに接触していることを意味する。隣接する2つの層において、一方の層が他方の層に直接的に接触している。従って塗布によってポリマー層が基板上に形成される場合には、基板とポリマー層とは隣接する。
次に図面を参照する。これらの図面において、本発明の種々の要素に、所与の数字を付し、また当業者が本発明を形成して利用するのを可能にするように本発明について論じることにする。
本発明の実施態様の多層光学補償フィルムは、第1及び第2の光学異方性層を含む。第1層は下記関係(1)：
nx1≧ny1≧nz1 (1)
を満たし、
そして第2層は、下記関係(2)及び(3)：
|nx2−ny2|＜0.001 (2)
Δnth＝nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005 (3)
を満たす。さらに、第2層は、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含む。好ましくは、第1層と第2層とは隣接している。
nx1≧ny1≧nz1 (1)
を満たし、
そして第2層は、下記関係(2)及び(3)：
|nx2−ny2|＜0.001 (2)
Δnth＝nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005 (3)
を満たす。さらに、第2層は、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含む。好ましくは、第1層と第2層とは隣接している。
なお、第1「層」及び第2「層」はそれぞれ、単一の連続的な層によって、又は上述の関係を満たす複数の層によって構成されることができる。
第1層及び第2層の特性について以下に説明する。
第1層は、関係(1)を満たす屈折率を有する。nx1≧ny1＝nz1の場合、第1層は光学一軸性である。光軸は基板の平面内にあり、第1層は従ってAプレート(図2A)である。しかし大抵の場合には、屈折率は、nx1＞ny1＞nz1を満たし、そして第1層は光学二軸性である。両方の事例において、第1層は物理的にはフィルムの形態を成し、そしてポリマー又はガラスから形成される。
第1層は、関係(1)を満たす屈折率を有する。nx1≧ny1＝nz1の場合、第1層は光学一軸性である。光軸は基板の平面内にあり、第1層は従ってAプレート(図2A)である。しかし大抵の場合には、屈折率は、nx1＞ny1＞nz1を満たし、そして第1層は光学二軸性である。両方の事例において、第1層は物理的にはフィルムの形態を成し、そしてポリマー又はガラスから形成される。
第1層のための材料の例は、トリアセチルセルロース(TAC)、酢酸酪酸セルロース(CAB)、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリスルホネート、ポリノルボルネン、当業者に知られているその他のポリマー、ガラス、及びこれらの組み合わせを含む。これらの材料は、溶剤流延、熱押出し、又は米国特許出願公開第2003/0215608号明細書及び同第2003/0215582号明細書(参照することにより本明細書中に組み入れる)に開示されているようなその他の方法によってフィルム形態に形成することができる。この場合第1層は運動中のキャリヤ基板上に溶剤塗布されることになる。必要な場合、フィルムを延伸することにより、nx1＞ny1≧nz1の関係を得る。第1層が正のΔnintを有するポリマーフィルムから形成される場合、層の平面内の屈折率はnx1＞ny1を満たす。この式中、「x」は主要延伸方向を意味し、そして「y」はxに対して垂直の方向である。他方において、負のΔnintを有するポリマーフィルムは、nx1＞ny1をもたらすが、しかしyが今や主要延伸方向であり、そしてxはyに対して垂直の方向である。高分子材料を延伸することにより、個々のポリマー鎖セグメントは、大部分が主要延伸方向に配向され、ひいてはポリマー層の複屈折を増大させる。ポリマー・セグメントを配向することが必要なので、延伸は、高分子材料のガラス転移温度Tgを上回る温度で行われる。こうして、高分子フィルムはTgを上回る温度に加熱され、そして延伸される。さもなければ、延伸のために加えられた張力が除去されるのに伴って、複屈折は減少する。
別の方法は、フィルム内部に溶剤が内蔵された状態でフィルムを延伸することである。フィルムの流延後の残留溶剤は、ポリマーのTgを効果的に低くし、ひいては、室温での延伸が可能になる。この方法によって、ポリマーがフィルム形態に溶剤流延された直後に、フィルムを延伸することができる。フィルムは一軸延伸又は二軸延伸することができる。一軸延伸の場合、フィルムは、1つの方向にだけ延伸される。二軸延伸の場合、2つの延伸方向は典型的には互いに垂直である。より多くの延伸量を有する方向が、主要延伸方向になる。
本発明は、延伸済フィルムが屈折率において十分な均一性を有する限り、特定の延伸メカニズム又は延伸技法に限定されることはない。
第1層の面内リターデーションRinは、好ましくは0nm＜Rin＜300nm、又はより好ましくは10nm＜Rin＜275nmである。
第1層の厚さはさほど重要ではない。しかし、過度に厚い層は嵩高なLCDモジュールをもたらすおそれがあり、そして逆に第1層が余りにも薄い場合には、補償フィルムの取り扱いが厄介になる。従って第1層の厚さは好ましくは、10μm〜200μmであり、又はより好ましくは20μm〜100μmである。
ここで第2層に目を転じると、関係(2)は、光軸がz方向内にあり、ひいては層の平面に対して垂直であるという意味を含んでいる。さらに、第2層の複屈折は、関係(3)によって示されるように正である。このように、第2層は事実上、0＜|nx2−ny2|＜0.001(関係(2)による)という小さな面内複屈折、及び0.005を上回る正の面外複屈折Δnth(関係(3))を有する正のCプレート(図2B)である。
正の面外複屈折Δnthを有する第2層を生成するために、負の固有複屈折Δnintを有する非晶質ポリマーの溶剤塗布が用いられる。当業者によく知られているように、ポリマー層の面外複屈折Δnthは、Δnth＝SΔnintによって与えられる。この式中、Sは、ポリマー・セグメントの秩序パラメーターである。従って、正のΔnthを生成するために、下記2つの組み合わせが可能である：1)正のSと正のΔnint、又は2)負のSと負のΔnint。図4Aを参照すると、液晶401の(z方向における)垂直の整列状態を有するコンベンショナルな技法は、第1の組み合わせ1)、すなわち正のS(0≦S≦1)と正のΔnintとの組み合わせに該当する。しかし、液晶を使用してこうして生成された層は、曇りを引き起こす誤整列領域を有する傾向がある。曇りは光透過率を減少させ、望ましくない。コンベンショナルな技法とは対照的に、本発明の実施態様に基づく第2層の正のΔnthは、組み合わせ2)、すなわち負のSと負のΔnintとの組み合わせから生じる。図4Bを参照すると、非晶質ポリマーのポリマー鎖403は、ポリマー層の平面内でランダムに配向されている。このような配向の場合、ポリマー鎖の秩序パラメーターSは、−0.5＜S＜0の範囲内にある。従って、基板上の非晶質高分子層のために正のΔnthを得るために、負のΔnintを有するポリマーが使用される。Sの負の値は、十分な大きくなければならず、さもなければ関係(3)を満たすことができない。
このようなポリマーの例は、ポリマー主鎖外に、不可視発色団を有する材料を含む。このような不可視発色団は、ビニル、カルボニル、アミド、イミド、エステル、カーボネート、スルホン、アゾ、並びに芳香族複素環式又は炭素環式基(例えばフェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フェノール、ビスフェノールA、及びチオフェン)を含む。加えて、これらの不可視発色団の組み合わせが望ましい場合もある(すなわちコポリマー)。このようなポリマー及びこれらの構造の例を下に示す。
例I：
ポリ(4ビニルビフェニル)
ポリ(4ビニルビフェニル)
例II：
ポリ(4ビニルフェノール)
ポリ(4ビニルフェノール)
例III：
ポリ(N-ビニルカルバゾール)
ポリ(N-ビニルカルバゾール)
例IV：
ポリ(メチルカルボキシフェニルメタクリルアミド)
ポリ(メチルカルボキシフェニルメタクリルアミド)
例V：
ポリ[(1-アセチルインダゾル-3-イルカルボニルオキシ)エチレン]
ポリ[(1-アセチルインダゾル-3-イルカルボニルオキシ)エチレン]
例VI：
ポリ(フタルイミドエチレン)
ポリ(フタルイミドエチレン)
例VII：
ポリ(4-(1-ヒドロキシ-1-メチルプロピル)スチレン)
ポリ(4-(1-ヒドロキシ-1-メチルプロピル)スチレン)
例VIII：
ポリ(2-ヒドロキシメチルスチレン)
ポリ(2-ヒドロキシメチルスチレン)
例IX：
ポリ(2-ジメチルアミノカルボニルスチレン)
ポリ(2-ジメチルアミノカルボニルスチレン)
例X：
ポリ(2-フェニルアミノカルボニルスチレン)
ポリ(2-フェニルアミノカルボニルスチレン)
例XI：
ポリ(3-(4-ビフェニリル)スチレン)
ポリ(3-(4-ビフェニリル)スチレン)
例XII：
ポリ(4-(4-ビフェニリル)スチレン)
ポリ(4-(4-ビフェニリル)スチレン)
別の重要なファクターは、有限の負のS値を得ることである。このような負のS値を得る1つの方法は、ガラス転移温度Tgが160℃を上回るポリマーを溶剤塗布することである。このようなポリマーは、溶剤蒸発時に弛緩するための十分な時間を有することはなく、そして負のS値を維持することになる。
ポリマー・セグメントの整列状態は熱力学的には制御されないので、負のS値は、塗布・乾燥プロセス中に達成される。負のΔnintを有する種々のポリマーの試験後、本発明の発明者は、Tgが160℃よりも高い非晶質ポリマーだけが、十分に大きな負のS値を維持することを見出した。このように、両関係(2)及び(3)を満たす第2層は、このようなポリマーからだけ得ることができる。これらの非晶質ポリマーは、溶剤蒸発時に弛緩するための十分な時間を有することはなく、そして十分に大きい負のS値を維持することになる。塗膜の厚さは好ましくは、30μm未満、より好ましくは20μm未満、そして最も好ましくは10μm未満である。
本発明の実施態様の補償フィルムの場合、他の追加の第1層を含むことができる。例えば、第1層と第2層との間に、接着促進層を配置することができる。層間の良好な接着力は、特にLCDユニットの組み立てプロセスにおける使用、及び高温多湿環境内でのLCDの使用に際して極めて重要である。追加の第1層の別の例は、バリヤ層である。バリヤ層は、第1層及び第2層の光学特性に不都合な影響を与える化学種の拡散を禁止する。例えば、バリヤ層は、第1層がTACフィルムである場合に、潜在的に望ましいか又は必要である場合がある。典型的には、TACは低分子量可塑剤を含有することにより、機械特性を改善する。可塑剤が第2層に移動し、ポリマー整列状態を劣化させ、そしてΔnth(ひいてはRth)を低下させることがしばしばある。バリヤ及び/又は接着層は、第1層と第2層との間に、或いは第1層又は第2層が2つ以上の層から形成される場合には第1層間又は第2層間に配置することができる。多くの場合、単一の層が、バリヤ層及び接着層の両方として機能することができる。両方の機能性を最適化するために、層は2種又は3種以上のポリマーを含有することができる。例えば、層は水溶性ポリマー、例えばゼラチン、及び水分散性ポリマー、例えばポリエステルイオノマーを含有することができる。或いは、バリヤ層は、2種の異なる水分散性ポリマー、例えばポリエステルイオノマー及びポリウレタンを含有してもよい。第2層は、溶剤塗布によって、運動中のキャリヤ上に直接的に被着されることになる。
多層補償体のRthは好ましくは、20nmを上回り、又はより好ましくは30nm〜300nmであり、又は最も好ましくは40nm〜200nmである。多層補償体の厚さは好ましくは250μm未満であり、又はより好ましくは200μm未満であり、そして最も好ましくは20μm〜100μmである。
図5A、5B及び5Cは、本発明による補償フィルムの例を示す概略断面図である。なお、図面に示された相対寸法は、補償フィルムの実際の寸法に対して比例しないことがある。
図5Aに示された構造の場合、単一の第2層501が、単一の第1層503上に直接的に配置されている。図5Bに示された構造の場合、第2層501と第1層503との間に追加の第1層505(例えばバリヤ層及び/又は接着層)が挿入されている。図5Cに示された構造の場合、第2層は、単一の第1層503上に配置された2つの層501及び507によって構成されている。当業者であれば、個々の用途に適したその他の可能な構造は容易に明らかであろう。
図6は、本発明の1実施態様に基づく補償フィルムを使用したLCD 601を概略的に示す。図6に示された相対寸法は、LCDの実際の寸法に対して比例しないことがある。LCD 601は、角度90±5°を成す透過軸(又は同等に吸収軸)605及び613を有する交差偏光子603及び611から成る対、液晶セル609、及び補償フィルム607を含む。補償フィルム607は、液晶セル609に隣接して、偏光子603の側に配置されている。図示されてはいないが、LCD 601は任意には、偏光子611の側に第2の補償フィルムを含んでよい。
従来の補償フィルムと比較して、本発明による補償フィルムは、液晶ポリマーの使用を必要としない、又は液晶ポリマーのいかなる整列処置をも必要としないシンプルなプロセスで、補償フィルムを製造することができる。従って本発明による補償フィルムには曇りがない。本発明による補償フィルムは、フィルムを収縮させること、ポリマー・セグメントを整列させるために電場を印加すること、又は続いて、微調整された延伸プロセスを行うことを伴わない。本発明はまた、得るのが難しいnx＞nz＞nyを有するフィルムの代わりに、nx＞ny≧nzを有する標準的なフィルムの使用を可能にする。本発明の補償フィルムは、著しくよりシンプルなプロセスで製造することができ、大量生産に適している。
下記特定例を提示することにより、本発明を具体的に例示するが、これらの具体例は本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
補償フィルム例の性能を、極視野角及び方位視野角を用いた、暗状態におけるLCDの等漏れ率プロットに関して測定する。極視野角及び方位視野角は、LCD 701に関して図7Aに基づいて定義される。観察者703は、極視野角φ及び方位視野角ξによって特定される方向からLCD 701を見る。光漏れ率は、暗状態におけるLCDの透過率%に関して測定される。暗状態にあるので、透過率が低ければ低いほど、高い性能が得られる。その結果を、図7Bに示すような極座標形態でプロットする。同心円は異なるφ(0°、20°、40°、60°、及び80°)に対応し、そして半径方向の線はξ(＝0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、及び315°)に対応する。矢印705及び707は、それぞれφ及びξを増大させる方向を示す。
例1：
図7Cは、交差偏光子及びIPSモード液晶セルを含むLCDの等漏れ率プロットを示す。補償フィルムは使用しなかった。φが50°を上回る場合、漏れ率は、ξ＝45°、135°、225°及び315°において1%を上回る。このように、IPS-LCDのコントラストは、これらの視野角範囲で著しく低減される。
図7Cは、交差偏光子及びIPSモード液晶セルを含むLCDの等漏れ率プロットを示す。補償フィルムは使用しなかった。φが50°を上回る場合、漏れ率は、ξ＝45°、135°、225°及び315°において1%を上回る。このように、IPS-LCDのコントラストは、これらの視野角範囲で著しく低減される。
例2：
図7Dは、補償フィルムが使用されたときの、IPSモード液晶を有する交差偏光子の等漏れ率プロットを示す。配列は図6に示したものと同じである。補償フィルムは1つの第1層と1つの第2層とを含む。補償フィルムの第1層は、屈折率nx1＝1.5316、ny1＝1.5307、及びnz1＝1.5306(λ＝550nmのエリプソメーター、モデルM2000V、J.A. Woollam Co.で測定)の延伸環状ポリオレフィンである。従って、nx1＞ny1＞nz1であり、これは上記関係(1)を満たす。第1層の厚さは100μmである。第2層は、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(Acros Organics)の溶液(トルエン中15%固形分)を第1層に塗布することにより形成される。このポリ(N-カルバゾール)は、示差走査熱量測定(DSC)によって172℃のTgを有することが判っている。
図7Dは、補償フィルムが使用されたときの、IPSモード液晶を有する交差偏光子の等漏れ率プロットを示す。配列は図6に示したものと同じである。補償フィルムは1つの第1層と1つの第2層とを含む。補償フィルムの第1層は、屈折率nx1＝1.5316、ny1＝1.5307、及びnz1＝1.5306(λ＝550nmのエリプソメーター、モデルM2000V、J.A. Woollam Co.で測定)の延伸環状ポリオレフィンである。従って、nx1＞ny1＞nz1であり、これは上記関係(1)を満たす。第1層の厚さは100μmである。第2層は、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(Acros Organics)の溶液(トルエン中15%固形分)を第1層に塗布することにより形成される。このポリ(N-カルバゾール)は、示差走査熱量測定(DSC)によって172℃のTgを有することが判っている。
第2層は、長距離秩序の兆候を示さない。従ってこの層は、非晶質ポリマーから成ることが見極められる。第2層の屈折率は、nx2＝1.690、ny2＝1.690、及びnz2＝1.710であることが(λ＝550nmのエリプソメトリー、モデルM2000V、J.A. Woollam Co.によって)測定される。これは、上記関係(2)及び(3)を満たす。厚さは8.1μmである。
図7Cと比較して、漏れ率が急激に減少する。驚くべきことに、視野角範囲全体(0°≦φ≦80°、0°≦ξ＜360°)において、光漏れ率は0.1%未満である。こうして、IPS-LCDのコントラスト比はかなり改善される。
Claims (34)
1つ以上の光学異方性第1層と、1つ以上の光学異方性第2層とを含む多層光学補償フィルムであって、
前記第1層が下記関係：
nx1≧ny1≧nz1
を満たし、
前記第2層が、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、そして下記関係：
|nx2−ny2|＜0.001
nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005
を満たし、
上記式中、nx1、ny1及びnz1は、それぞれ該第1層のx、y及びz方向における該第1層の屈折率であり、そしてnx2、ny2及びnz2は、それぞれ該第2層のx、y及びz方向における該第2層の屈折率である、
多層光学補償フィルム。
前記第1層が下記関係：
nx1≧ny1≧nz1
を満たし、
前記第2層が、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、そして下記関係：
|nx2−ny2|＜0.001
nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005
を満たし、
上記式中、nx1、ny1及びnz1は、それぞれ該第1層のx、y及びz方向における該第1層の屈折率であり、そしてnx2、ny2及びnz2は、それぞれ該第2層のx、y及びz方向における該第2層の屈折率である、
多層光学補償フィルム。
前記第1層又は第2層がキャリヤ基板に隣接している、請求項1に記載のフィルム。
前記第1層と第2層とが隣接している、請求項1に記載のフィルム。
該第1層と第2層との間にさらに中間層を含む、請求項1に記載のフィルム。
前記第1層又は第2層がキャリヤ層に隣接している、請求項2に記載のフィルム。
該第1層が光学一軸性であり、|ny1−nz1|＜0.001である。請求項1に記載のフィルム。
該第1層が光学二軸性であり、ny1＞nz1である、請求項1に記載のフィルム。
該第1層が、トリアセチルセルロース(TAC)、二酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース(CAB)、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリスルホネート、ポリノルボルネン、ガラス、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される材料である、請求項1に記載のフィルム。
前記1つ以上の第1層の面内リターデーションRinが、0nm〜300nmである、請求項1に記載のフィルム。
前記1つ以上の第1層の面内リターデーションRinが、10nm〜275nmである、請求項1に記載のフィルム。
前記1つ以上の第1層の厚さが5μm〜100μmである、請求項1に記載のフィルム。
前記1つ以上の第1層の厚さが20μm〜100μmである、請求項1に記載のフィルム。
前記非晶質ポリマーのΔnint及びSが両方とも負であり、ここで、Δnintは該非晶質ポリマーの固有複屈折であり、そしてSは該非晶質ポリマーのポリマー・セグメントの秩序パラメーターである、請求項1に記載のフィルム。
−0.5＜S＜0である、請求項13に記載のフィルム。
不可視発色団が、前記非晶質ポリマーの主鎖外にある、請求項1に記載のフィルム。
前記非晶質ポリマーが、主鎖外に、ビニル、カルボニル、アミド、イミド、エステル、カーボネート、芳香族、スルホン、又はアゾ基を含有する、請求項15に記載のフィルム。
該不可視発色団基が、カルボニル、アミド、イミド、エステル、カーボネート、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ビスフェノール、又はチオフェン基を含む、請求項15に記載のフィルム。
該不可視発色団基が、複素環式又は炭素環式芳香族基を含む、請求項15に記載のフィルム。
前記非晶質ポリマーが、(A)ポリ(4ビニルフェノール)、(B)ポリ(4ビニルビフェニル)、(C)ポリ(N-ビニルカルバゾール)、(D)ポリ(メチルカルボキシフェニルメタクリルアミド)、(E)ポリ[(1-アセチルインダゾル-3-イルカルボニルオキシ)エチレン]、(F)ポリ(フタルイミドエチレン)、(G)ポリ(4-(1-ヒドロキシ-1-メチルプロピル)スチレン)、(H)ポリ(2-ヒドロキシメチルスチレン)、(I)ポリ(2-ジメチルアミノカルボニルスチレン)、(J)ポリ(2-フェニルアミノカルボニルスチレン)、(K)ポリ(3-(4-ビフェニリル)スチレン)、(L)ポリ(4-(4-ビフェニリル)スチレン)、(M)ポリ(4-シアノフェニルメタクリレート)、(N)ポリ(2,6-ジクロロスチレン)、(O)ポリ(ペルフルオロスチレン)、(P)ポリ(2,4-ジイソプロピルスチレン)、(Q)ポリ(2,5-ジイソプロピルスチレン)、及び(R)ポリ(2,4,6-トリメチルスチレン)から成る群から選択されるポリマー、又は(S)前記のもののうちのいずれか2つ又は3つ以上のコポリマーである、請求項1に記載のフィルム。
該第1層が、トリアセチルセルロース(TAC)、二酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース(CAB)、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリスルホネート、又はポリノルボルネンから成る群から選択されるポリマーである、請求項19に記載のフィルム。
前記1つ以上の第2層の厚さが30μm未満である、請求項1に記載のフィルム。
前記1つ以上の第2層の厚さが20μm未満である、請求項1に記載のフィルム。
前記1つ以上の第2層の厚さが10μm未満である、請求項1に記載のフィルム。
該多層光学補償フィルムの面外リターデーションRthが、20nmを上回る、請求項1に記載のフィルム。
該多層光学補償フィルムの面外リターデーションRthが、30nm〜300nmである、請求項1に記載のフィルム。
該多層光学補償フィルムの面外リターデーションRthが、40nm〜200nmである、請求項1に記載のフィルム。
液晶セル、該セルの対向する側に配置された第1及び第2の交差偏光子、並びに該第1の偏光子と該セルとの間に配置された1つ以上の多層光学補償フィルムを含む液晶(LC)ディスプレイであって、該光学補償フィルムが、1つ以上の光学異方性第1層と、1つ以上の光学異方性第2層とを含み、
前記第1層が下記関係：
nx1≧ny1≧nz1
を満たし、
前記第2層が、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、そして下記関係：
|nx2−ny2|＜0.001
nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005
を満たし、
上記式中、nx1、ny1及びnz1は、それぞれ該第1層のx、y及びz方向における該第1層の屈折率であり、そしてnx2、ny2及びnz2は、それぞれ該第2層のx、y及びz方向における該第2層の屈折率である、
液晶(LC)ディスプレイ。
前記第1層が下記関係：
nx1≧ny1≧nz1
を満たし、
前記第2層が、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、そして下記関係：
|nx2−ny2|＜0.001
nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005
を満たし、
上記式中、nx1、ny1及びnz1は、それぞれ該第1層のx、y及びz方向における該第1層の屈折率であり、そしてnx2、ny2及びnz2は、それぞれ該第2層のx、y及びz方向における該第2層の屈折率である、
液晶(LC)ディスプレイ。
前記非晶質ポリマーが、(A)ポリ(4ビニルフェノール)、(B)ポリ(4ビニルビフェニル)、(C)ポリ(N-ビニルカルバゾール)、(D)ポリ(メチルカルボキシフェニルメタクリルアミド)、(E)ポリ[(1-アセチルインダゾル-3-イルカルボニルオキシ)エチレン]、(F)ポリ(フタルイミドエチレン)、(G)ポリ(4-(1-ヒドロキシ-1-メチルプロピル)スチレン)、(H)ポリ(2-ヒドロキシメチルスチレン)、(I)ポリ(2-ジメチルアミノカルボニルスチレン)、(J)ポリ(2-フェニルアミノカルボニルスチレン)、(K)ポリ(3-(4-ビフェニリル)スチレン)、(L)ポリ(4-(4-ビフェニリル)スチレン)、(M)ポリ(4-シアノフェニルメタクリレート)、(N)ポリ(2,6-ジクロロスチレン)、(O)ポリ(ペルフルオロスチレン)、(P)ポリ(2,4-ジイソプロピルスチレン)、(Q)ポリ(2,5-ジイソプロピルスチレン)、及び(R)ポリ(2,4,6-トリメチルスチレン)から成る群から選択されるポリマー、又は(S)前記のもののうちのいずれか2つ又は3つ以上のコポリマーである、請求項27に記載のフィルム。
該第1層が、トリアセチルセルロース(TAC)、二酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース(CAB)、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリスルホネート、又はポリノルボルネンから成る群から選択されるポリマーである、請求項28に記載のディスプレイ。
該液晶セルが、面内切換えモードで配列される、請求項27に記載のディスプレイ。
該第2の偏光子と該セルとの間に配置された別の多層補償フィルムをさらに含む、請求項27に記載のディスプレイ。
1つ以上の第1層上に溶剤中の1つ以上の第2層を塗布することを含む、多層光学補償フィルムの形成方法であって、
前記第1層が下記関係：
nx1≧ny1≧nz1
を満たし、
前記第2層が、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、そして下記関係：
|nx2−ny2|＜0.001
nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005
を満たし、
上記式中、nx1、ny1及びnz1は、それぞれ該第1層のx、y及びz方向における該第1層の屈折率であり、そしてnx2、ny2及びnz2は、それぞれ該第2層のx、y及びz方向における該第2層の屈折率である、
多層光学補償フィルムの形成方法。
前記第1層が下記関係：
nx1≧ny1≧nz1
を満たし、
前記第2層が、ガラス転移温度が160℃を上回る非晶質ポリマーを含み、そして下記関係：
|nx2−ny2|＜0.001
nz2−(nx2＋ny2)/2＞0.005
を満たし、
上記式中、nx1、ny1及びnz1は、それぞれ該第1層のx、y及びz方向における該第1層の屈折率であり、そしてnx2、ny2及びnz2は、それぞれ該第2層のx、y及びz方向における該第2層の屈折率である、
多層光学補償フィルムの形成方法。
該第1層と第2層とが隣接するように、該第1層上に該第2層が直接的に塗布される、請求項32に記載の方法。
該第2層が、該第1層上に形成された中間層上に塗布される、請求項32に記載の方法。
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