JP2011221265A - 光学補償フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】非液晶ポリマー材料を用いた新たな傾斜配向型の光学補償フィルムを提供すること。
【解決手段】傾斜配向した非液晶ポリマーを含む光学補償フィルムであって、下記式(1)および(2)を満たす、光学補償フィルム。
(1)3nm≦(nx−ny)×d
(2)5°<β
(式(1)および(2)中、3次元において平面方向の軸であるX軸とY軸とが直交しており、X軸およびY軸に対して厚み方向に垂直に存在する軸をZ軸とするとき、nxおよびnyはそれぞれ、フィルムのXY面内の最大屈折率および最小屈折率を表し、dはフィルムの厚み(nm)を表し、βはフィルムのYZ面内の最大屈折率をnbとしたときのnbを付与する方向とnyを付与する方向とがなす角度を表す)
【選択図】図2

Description

本発明は、光学補償フィルム、ならびに、該光学補償フィルムを用いた光学補償フィルム一体型偏光板および液晶表示装置に関する。
従来、液晶表示装置においては、斜め方向から見た場合にコントラストの低下や色相の変化があり、視野角特性がCRT表示装置に比べて十分ではないため、視野角特性の改良が強く望まれている。液晶表示装置の視野角特性は、主として液晶セルの複屈折性の角度依存性に起因している。例えば、TNモードの液晶表示装置は、表示の応答速度やコントラストに優れ、かつ、生産性が高いことから、パーソナルコンピューターやモニター等のOA機器を含む種々の装置の表示手段として広く普及している。しかし、TNモードの液晶セルでは、上下の電極基板に対して液晶分子が傾斜配向しているため、観察する角度によって表示画像のコントラストが変化し、画面が着色して視認性が低下する等、視野角依存性が大きくなるという問題がある。そこで、光学補償フィルムを用いてこの液晶セルの複屈折性、すなわちレタデーションの角度依存性を補償することで視野角特性を改善することが強く望まれている。
上記視野角特性を改善する方法の1つとして、TNモードの液晶表示装置では、傾斜配向型の光学補償フィルムが用いられている。このような傾斜配向型の光学補償フィルムとしては、例えば、高分子マトリックス中に傾斜配向された低分子液晶を含む光学補償フィルム(特許文献1)や、支持体上に配向膜を形成し、その上にディスコティック液晶を傾斜配向して、該液晶を重合させた光学補償フィルム(特許文献2)が報告されている。しかしながら、このような液晶材料を傾斜配向させたTNモード用の光学補償フィルムは、例えば、液晶材料の選択(例えば、空気界面の表面エネルギーの違いを利用した傾斜配向しやすい液晶材料の選択)や、液晶材料の傾斜角の制御(例えば、界面活性剤による傾斜角の制御)が必要であり、また、配向基板が必須である等の点で製法が複雑であり、制御因子も多岐にわたるため、傾斜角や位相差を変化させることが困難であるという問題がある(特許文献3)。
また、液晶材料を用いた場合、液晶分子1つ1つの精密な制御が困難であるため、フィルムとして見た場合に液晶分子の配向にゆらぎが生じ、該ゆらぎが偏光解消を引き起こし、液晶パネルのコントラストを低下させるという問題もある。
さらに、VAモードやIPSモードの液晶表示装置と異なり、TNモードの液晶表示装置は、その性質上、偏光板を偏光子の吸収軸が液晶パネルの横手方向に対して45°または135°の方位となるように設置する。高温または低温環境下、および/または、高湿環境下において、偏光板に寸法変化が生じると、該寸法変化を受けて光学補償フィルムに応力がかかり、歪みが生じる場合がある。これによって光抜けが生じ、液晶パネルの水平方向および垂直方向に輝度のムラが生じるという、外観均質性(ユニフォミティ)の問題がある。
特許第2565644号公報 特許第2802719号公報 特開2000−105315号公報
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、従来の液晶材料を用いた傾斜配向型の光学補償フィルムではなく、非液晶ポリマー材料を用いた新たな傾斜配向型の光学補償フィルムを提供することにある。より具体的には、TNモード、OCBモード、または、ECBモードの液晶表示装置の視野角特性の改善に有用である、非液晶ポリマー材料を用いた新たな傾斜配向型の光学補償フィルムを提供することにある。
すなわち、本発明によれば、光学補償フィルムが提供される。該光学補償フィルムは、傾斜配向した非液晶ポリマーを含む光学補償フィルムであって、下記式(1)および(2)を満たす。
(1)3nm≦(nx−ny)×d
(2)5°<β
(式(1)および(2)中、3次元において平面方向の軸であるX軸とY軸とが直交しており、X軸およびY軸に対して厚み方向に垂直に存在する軸をZ軸とするとき、nxおよびnyはそれぞれ、フィルムのXY面内の最大屈折率および最小屈折率を表し、dはフィルムの厚み(nm)を表し、βはフィルムのYZ面内の最大屈折率をnbとしたときのnbを付与する方向とnyを付与する方向とがなす角度を表す)
本発明の別の局面によれば、光学補償フィルムが提供される。該光学補償フィルムにおいては、3次元において平面方向の軸であるX軸とY軸とが直交しており、X軸およびY軸に対して厚み方向に垂直に存在する軸をZ軸とするとき、フィルムのXY面、YZ面、およびZX面のいずれにも平行でない面において、2つの光軸が存在している。
好ましい実施形態においては、上記光学補償フィルムの複屈折率Δnが、0.0001〜0.02である。
好ましい実施形態においては、上記光学補償フィルムの光弾性係数が、1×10−12〜9×10−11/Nである。
好ましい実施形態においては、上記光学補償フィルムは、nx>ny>nz、または、nx>ny=nzの屈折率の関係を満たす。
好ましい実施形態においては、上記非液晶ポリマーが、(メタ)アクリル系ポリマー、スチレン系ポリマー、オレフィン系ポリマー、環状オレフィン系ポリマー、ポリアリレート系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、ポリサルフォン系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、および、ポリビニルアルコール系ポリマーからなる群より選択される少なくとも1種のポリマーである。
好ましい実施形態においては、上記光学補償フィルムは、上記非液晶ポリマーの傾斜方向に対して垂直方向に配向軸を有する。
好ましい実施形態においては、上記光学補償フィルムは、偏光子の保護フィルム材料である。
本発明のさらに別の局面によれば、光学補償フィルム一体型偏光板が提供される。該光学補償フィルム一体型偏光板は、上記光学補償フィルムと偏光子とを有する。
本発明のさらに別の局面によれば、液晶表示装置が提供される。該液晶表示装置は、液晶セルと、該液晶セルの少なくとも片側に配置された上記光学補償フィルムまたは上記光学補償フィルム一体型偏光板とを有する。
好ましい実施形態においては、上記液晶セルが、TNモード、OCBモード、または、ECBモードである。
本発明によれば、従来の液晶材料を用いた傾斜配向型の光学補償フィルムではなく、非液晶ポリマー材料を用いた新たな傾斜配向型の光学補償フィルムが提供され得る。
(a)および(b)は、平均傾斜角度を説明する概略図である。 本発明の好ましい実施形態による光学補償フィルム一体型偏光板の概略断面図である。 本発明の好ましい実施形態による液晶パネルの概略断面図である。 液晶表示装置1のコントラストの視野角依存性を示すコントラスト等高線図(a)、および外観均質性を示す図(b)である。 液晶表示装置2のコントラストの視野角依存性を示すコントラスト等高線図(a)、および外観均質性を示す図(b)である。 液晶表示装置3のコントラストの視野角依存性を示すコントラスト等高線図(a)、および外観均質性を示す図(b)である。 液晶表示装置4のコントラストの視野角依存性を示すコントラスト等高線図(a)、および外観均質性を示す図(b)である。 液晶表示装置5のコントラストの視野角依存性を示すコントラスト等高線図(a)、および外観均質性を示す図(b)である。 液晶表示装置c1のコントラストの視野角依存性を示すコントラスト等高線図(a)、および外観均質性を示す図(b)である。
以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
(用語および記号の定義)
本明細書における用語および記号の定義は下記の通りである。
(1)軸(X、Y、Z)
3次元において、「X」は、平面方向の軸であり、「Y」は、該平面においてX軸と直交している軸である。「Z」は、X軸およびY軸に対して、厚み方向(法線方向)に垂直に存在する軸である。
(2)屈折率(nx、ny、nz)
「nx」は、X軸上の屈折率であり、フィルム面内の最大屈折率である。「ny」は、Y軸上の屈折率であり、フィルム面内のnx方向と直交する方向の屈折率である。「nz」は、Z軸上の屈折率であり、厚み方向の屈折率である。
(3)面内位相差(Re)
面内位相差(Re)は、23℃、特に明記しなければ波長590nmにおける層(フィルム)の面内位相差値をいう。Reは、層(フィルム)の厚みをd(nm)としたとき、Re=(nx−ny)×dによって求められる。なお、本明細書において、Re[λ]と示したときは、23℃、波長λnmにおける層(フィルム)の面内位相差をいう。
(4)厚み方向の位相差(Rth)
厚み方向の位相差(Rth)は、23℃、特に明記しなければ波長590nmにおける層(フィルム)の厚み方向の位相差値をいう。Rthは、層(フィルム)の厚みをd(nm)としたとき、Rth=(nx−nz)×dによって求められる。なお、本明細書において、Rth[λ]と示したときは、23℃、波長λnmにおける層(フィルム)の厚み方向の位相差をいう。
(5)Nz係数
Nz係数は、Nz=Rth/Reによって求められる。
(6)屈折率(na、nb、nc)
「nb」は、フィルムのYZ面内の最大屈折率であり、nx方向(遅相軸方向)と直交する方向の屈折率である。「nc」は、フィルムのYZ面内のnb方向と直交する方向の屈折率である。「na」は、nb方向およびnc方向と直交する方向(すなわち、nx方向)の屈折率である。
(7)平均傾斜角度(β°)
平均傾斜角度「β」は、統計的にみた分子(例えば、非液晶ポリマー分子)全体の傾斜配向角度の平均を意味する。具体的には、平均傾斜角度「β」は、厚み方向に存在する分子全体(バルク状態の分子)の平均傾斜配向角度を意味し、図1(a)および(b)に示すように、nb方向とny方向とのなす角度である。
A.光学補償フィルム
本発明の光学補償フィルムは、傾斜配向した非液晶ポリマーを含み、下記の(1)および(2)を満たす。
(1)3nm≦(nx−ny)×d
(2)5°<β
上記式(1)に関して、(nx−ny)×d(すなわち、光学補償フィルムの面内位相差値Re)は、例えば、5nm以上であり得、好ましくは10〜200nm、さらに好ましくは10〜160nmであり得る。また、上記式(2)に関して、平均傾斜角度(β)は、例えば、10°以上であり得、好ましくは10〜70°、さらに好ましくは20〜60°であり得る。このような光学特性を有することにより、本発明の光学補償フィルムは、各液晶分子の配向を一体位相差として見た場合に正の二軸性の異方性を有する傾斜型位相差板となる液晶セルを全方位で好適に視野角補償することができる。このような液晶セルとしては、例えば、TNモードの液晶セルが好ましく挙げられる。なお、本発明において、非液晶ポリマーは、一定の角度で傾斜配向していてもよく、厚み方向に沿って連続的または間欠的に増加または減少する角度で傾斜配向(いわゆる、ハイブリッド配向)していてもよい。好ましくは、非液晶ポリマーは、一定の角度で傾斜配向している。
上記平均傾斜角度(β°)の求め方について以下に説明する。図1(b)に示すように、フィルム厚み方向の分子の傾斜を平均して1つの屈折率楕円体と考えると、ある角度θで入射する光に対して、測定される位相差値δは、下記式(I)で表される。したがって、例えば、遅相軸と垂直方向に極角−50°〜+50°(法線方向を0°)を5°きざみで測定した位相差値と下記式(I)および(II)より、平均傾斜角度(β°)を算出することができる。ここで、式中のn、n、およびnは、フィルムを構成する部材自体の屈折率、すなわち、β=0の時のフィルムの屈折率nx、ny、およびnzであり、dはフィルムの厚み(nm)である。
本発明の光学補償フィルムの複屈折率Δnは、好ましくは590nmの波長において0.0001〜0.02であり、さらに好ましくは0.0001〜0.018である。複屈折率Δnは、式:Δn=nx−nzによって求められる。通常、液晶セルの複屈折率Δnおよび光学補償フィルムの複屈折率Δnには波長依存性があるが、光学補償フィルムの複屈折率Δnが上記範囲内であれば、液晶セルの複屈折率Δnの波長依存性と光学補償フィルムの複屈折率Δnの波長依存性とを同調させることができる。その結果、可視光の全波長域にわたり、液晶表示装置(特に、TNモードの液晶表示装置)における視角による複屈折率Δnの変化および位相のズレを小さくし、着色現象の発生を防止することができる。当該効果は、波長550nmと450nmにおける複屈折率Δnの比(Δn450/Δn550)が、好ましくは0.80〜1.2、さらに好ましくは0.90〜1.15である場合により好適に奏され得る。
本発明の光学補償フィルムの光弾性係数は、好ましくは1×10−12〜9×10−11/Nである。従来の液晶材料を用いた傾斜配向型の光学補償フィルム(例えば、富士フィルム社製、製品名「WVフィルム」)では、支持基材が必須であり、支持基材と液晶材料の光弾性係数が大きいために外観均質性に問題があった。これに対し、上記範囲の光弾性係数を有する本発明の光学補償フィルムによれば、偏光板の寸法変化等に起因して光学補償フィルムに応力がかかった場合でも、光抜けや輝度ムラの発生を防止することができる。その結果、外観均質性に優れた液晶表示装置を得ることができる。
上記外観均質性は、例えば、偏光板が実装された液晶表示装置を、加熱環境(例えば、80℃×200時間)、加湿環境(例えば、60℃/90%RH×200時間)等に放置し、室温に取り出した後に黒画像を表示させることによって評価することができる。評価方法としては、目視評価および輝度分布評価が挙げられる。目視評価においては、数メートル程度離れた地点から液晶表示装置全体の黒表示を目視して光漏れ箇所の有無を確認することができる。また、輝度分布評価においては、黒表示画面内の最小輝度と最大輝度との比率を輝度比(最大輝度/最小輝度)で表し、該輝度比が1.0に近いほど均質性が良い状態であると評価することができる。
本発明の光学補償フィルムは、好ましくはnx>ny>nz、または、nx>ny=nzの屈折率の関係を満たす。ここで、「ny=nz」は、nyとnzが厳密に等しい場合のみならず、nyとnzが実質的に等しい場合も包含する。すなわち、Nz係数(Rth/Re)が、0.9を超え1.1未満であることをいう。本発明の光学補償フィルムがnx>ny>nzの屈折率の関係を満たす場合、そのNz係数は、好ましくは1.1〜10、さらに好ましくは1.1〜8である。このような屈折率の関係を満たすことにより、本発明の光学補償フィルムは、各液晶分子の配向を一体位相差として見た場合に正の二軸性の異方性を有する傾斜型位相差板となる液晶セルを全方位で好適に視野角補償することができる。このような液晶セルとしては、特に、TNモードの液晶セルが好ましく挙げられる。
1つの好ましい実施形態においては、本発明の光学補償フィルムは、フィルムのXY平面、YZ平面、およびZX平面のいずれにも平行でない面(すなわち、nb方向とnx方向とを含む面)において、2つの光軸を有し得る。このような光学補償フィルムは、非液晶ポリマーの傾斜方向(nb方向)に対して、垂直に最大屈折率nx(na)を配向軸として有し得る。光学補償フィルムの配向軸方向は、例えば、負の二軸性の屈折率異方性を示す非液晶ポリマーを一定の角度で傾斜配向させることにより、傾斜方向に対して垂直方向にすることができる。また、このような光学補償フィルムは、TNモード等の液晶表示装置の視野角補償をより好適に行い得る。
本発明の光学補償フィルムが含む非液晶ポリマーとしては、任意の適切な非液晶ポリマーが用いられ得る。例えば、70%以上の光透過率を有するフィルムを形成し得る熱可塑性樹脂が好ましく用いられ得る。また、例えば、ガラス転移温度(Tg)が80〜170℃であり、溶融温度が180〜300℃であり、せん断速度100sec−1で250℃における溶融粘度が10000Pa・s以下である熱可塑性樹脂が好ましく用いられ得る。このような熱可塑性樹脂はフィルムへの成形が容易であるので、透明性に優れた光学補償フィルムを押出し成形等の一般的な成形方法によって得ることができる。また、1×10−12〜9×10−11/Nの光弾性係数を有する非液晶ポリマーを選択することにより、上記所望の光弾性係数を有する光学補償フィルムが得られるので、外観均質性に優れた液晶表示装置を得ることができる。
上記非液晶ポリマーの具体例としては、(メタ)アクリル系ポリマー、スチレン系ポリマー、オレフィン系ポリマー、環状オレフィン系ポリマー、ポリアリレート系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、ポリサルフォン系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリビニルアルコール系ポリマー、およびこれらのコポリマーが好ましく挙げられる。また、セルロース系ポリマー、ポリ塩化ビニリデン等のポリ塩化ビニル系ポリマーも好ましく用いられ得る。非液晶ポリマーとしては、1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、(メタ)アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、環状オレフィン系ポリマー、ポリアリレート系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー、および、ポリエステル系ポリマーが好ましい。これらの非液晶ポリマーは、透明性および配向性に優れるので、上記所望の範囲の複屈折率Δnを有する光学補償フィルムが得られ得る。その結果、広視野角において優れた補償が実現され得、良好なコントラスト等の視野角補償効果が得られ得る。さらに、通常、面内配向性と傾斜配向性とはトレードオフの関係にあるが、上記のような性質を有する非液晶ポリマーを選択することにより、面内配向性(nx−ny)が高い状態で傾斜配向させて光学補償フィルムを成形することができる。
上記(メタ)アクリル系ポリマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル系モノマーを重合させて得られるポリマーが挙げられる。なかでも、ポリメチルメタクリレートが好ましい。
上記オレフィン系ポリマーとしては、好ましくは、ポリエチレンおよびポリプロピレンが挙げられる。
上記環状オレフィン系ポリマーは、環状オレフィンを重合単位として重合される樹脂の総称であり、例えば、特開平1−240517号公報、特開平3−14882号公報、特開平3−122137号公報等に記載されている樹脂が挙げられる。環状オレフィン系ポリマーは、環状オレフィンと他のモノマーとの共重合体であってもよい。環状オレフィン系ポリマーの具体例としては、環状オレフィンの開環(共)重合体、環状オレフィンの付加重合体、環状オレフィンとエチレン、プロピレン等のα−オレフィンとの共重合体(代表的には、ランダム共重合体)、および、これらを不飽和カルボン酸やその誘導体で変性したグラフト変性体、ならびに、それらの水素化物が挙げられる。環状オレフィンの具体例としては、ノルボルネン系モノマーが挙げられる。
上記ノルボルネン系モノマーとしては、例えば、ノルボルネン、およびそのアルキルおよび/またはアルキリデン置換体、例えば、5−メチル−2−ノルボルネン、5−ジメチル−2−ノルボルネン、5−エチル−2−ノルボルネン、5−ブチル−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン等、これらのハロゲン等の極性基置換体;ジシクロペンタジエン、2,3−ジヒドロジシクロペンタジエン等;ジメタノオクタヒドロナフタレン、そのアルキルおよび/またはアルキリデン置換体、およびハロゲン等の極性基置換体、例えば、6−メチル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−エチル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−エチリデン−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−クロロ−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−シアノ−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−ピリジル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−メトキシカルボニル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン等;シクロペンタジエンの3〜4量体、例えば、4,9:5,8−ジメタノ−3a,4,4a,5,8,8a,9,9a−オクタヒドロ−1H−ベンゾインデン、4,11:5,10:6,9−トリメタノ−3a,4,4a,5,5a,6,9,9a,10,10a,11,11a−ドデカヒドロ−1H−シクロペンタアントラセン等が挙げられる。上記環状オレフィン系ポリマーは、ノルボルネン系モノマーと他のモノマーとの共重合体であってもよい。
上記ポリカーボネート系ポリマーとしては、好ましくは、芳香族ポリカーボネートが用いられる。芳香族ポリカーボネートは、代表的には、カーボネート前駆物質と芳香族2価フェノール化合物との反応によって得ることができる。カーボネート前駆物質の具体例としては、ホスゲン、2価フェノール類のビスクロロホーメート、ジフェニルカーボネート、ジ−p−トリルカーボネート、フェニル−p−トリルカーボネート、ジ−p−クロロフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート等が挙げられる。これらの中でも、ホスゲン、ジフェニルカーボネートが好ましい。芳香族2価フェノール化合物の具体例としては、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジプロピルフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン等が挙げられる。これらは単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。好ましくは、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンが用いられる。特に、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンと1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンとを共に使用することが好ましい。
上記ポリウレタン系ポリマーとしては、例えば、ポリエステル系ポリウレタン(変性ポリエステルウレタン、水分散系ポリエステルウレタン、溶剤系ポリエステルウレタン)、ポリエーテル系ポリウレタン、ポリカーボネート系ポリウレタンが挙げられる。
上記ポリエステル系ポリマーとしては、好ましくはポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。
本発明の光学補償フィルムの製造方法は、代表的には、せん断力をかけてフィルム成形する工程を含む。フィルム成形時にせん断力をかけることにより、非液晶ポリマーを傾斜配向させることができる。せん断力をかけてフィルム成形する方法としては、周速、回転方向、径、形状、材質等が異なる2つのベルトやロール間に上記非液晶ポリマーを通過させて非液晶ポリマーフィルムを得る方法や、収縮性および/または延伸性の異なる2つの基材間に上記非液晶ポリマーを挟んで、熱や力をかける方法が挙げられる。例えば、周速が異なる2つのロール間に非液晶ポリマーを通過させる場合、周速の差を大きくすることにより、傾斜角度を大きくすることができる。なお、フィルムの成形方法としては、キャスティング方式、押出し方式等の任意の適切な成形方法が採用され得る。また、フィルム成形に用いる非液晶ポリマーとしては、溶融状態のものであってもよく、既にフィルム成形された非液晶ポリマーフィルムであってもよい。
上記製造方法は、必要に応じて、上記フィルム成形工程で得られた非液晶ポリマーフィルムをさらに配向処理する工程を含んでもよい。配向処理方法としては、縦一軸延伸法、横一軸延伸法、または厚み方向へ配向させる方法が挙げられる。厚み方向へ配向させる方法の具体例としては、例えば、上記フィルム成形工程で得られた非液晶ポリマーフィルムの両面に収縮性フィルムを貼り合わせて、縦一軸延伸法で加熱延伸する方法が挙げられる。配向処理としては、これらの処理方法を2種以上組み合わせて行ってもよい。せん断力をかけて成形した非液晶ポリマーフィルムにさらに配向処理を施すことにより、所望の面内位相差および厚み方向の位相差を有する光学補償フィルムが得られ得る。延伸方法および延伸条件(倍率および温度)は、非液晶ポリマーの種類、所望の光学特性等に応じて適宜選択され得る。
上記のとおり、本発明の光学補償フィルムの製造においては、煩雑な傾斜配向処理が要求されない。また、傾斜配向させた後に延伸や収縮等の処理を行って、所望の位相差となるように光学特性を容易に制御することができる。このような傾斜配向後の位相差制御は、従来の液晶材料を硬化させた傾斜配向型の光学補償フィルムでは行うことができないものであり、本発明の光学補償フィルムの優位な点の1つである。また、一般的な延伸処理によって配向処理できるので、フィルム厚みやフィルム幅の設定の自由度が高く、その結果、所望の光学特性を有する光学補償フィルムを安価に設計することができる。
また、上記製造方法によれば、フィルム成形工程と配向処理工程とを連続して行うことができるので、従来の液晶材料を塗布、乾燥、および硬化させて得られる光学補償フィルムよりも高い生産性で、より均質な光学補償フィルムが得られ得る。
本発明の光学補償フィルムの厚みは、本発明の効果が得られる限りにおいて、任意の適切な厚みに設定され得る。該厚みは、好ましくは10〜300μmであり、さらに好ましくは20〜200μmである。
本発明の光学補償フィルムを偏光子に積層した場合、従来の液晶材料を用いた傾斜配向型の光学補償フィルム(例えば、富士フィルム社製、製品名「WVフィルム」)に比べて、偏光解消性が小さいので、偏光状態をより高くすることができる。その結果、正面コントラストに優れた液晶パネル(特に、TNモードの液晶パネル)を得ることができる。また、本発明の光学補償フィルムは、非液晶ポリマーを含むので、偏光子の保護フィルムとして好適に用いられ得る。
B.光学補償フィルム一体型偏光板
本発明の光学補償フィルム一体型偏光板は、上記本発明の光学補償フィルムと偏光子とを有する。本発明の光学補償フィルムは、従来の液晶材料を用いた傾斜配向型の光学補償フィルムよりも偏光解消性が小さいので、偏光子に積層した場合により高い偏光状態を得ることができる。
図2は、本発明の好ましい実施形態による光学補償フィルム一体型偏光板の概略断面図である。図2に示すように、本発明の光学補償フィルム一体型偏光板100は、偏光子10と光学補償フィルム20とを有する。光学補償フィルム一体型偏光板100においては、必要に応じて、偏光子10と光学補償フィルム20との間および/または偏光子10の光学補償フィルム20が配置されない側に任意の適切な保護フィルム(図示せず)が設けられてもよい。光学補償フィルム一体型偏光板100を構成する各層(フィルム)は、それぞれ任意の適切な粘着剤層または接着剤層(図示せず)を介して配置されている。なお、偏光子10と光学補償フィルム20との間に保護フィルムが設けられない場合、光学補償フィルム20が偏光子10の保護フィルムとして機能し得る。
偏光子10と光学補償フィルム20とは、その吸収軸と遅相軸とが任意の適切な角度を規定するように積層される。光学補償フィルム一体型偏光板100がTNモードの液晶表示装置に用いられる場合、好ましくは、偏光子10と光学補償フィルム20とは、その吸収軸と遅相軸が実質的に直交となるように積層される。ここで、「実質的に直交」とは、90°±3°の範囲を包含し、好ましくは90°±1°である。
上記偏光子としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性ポリマーフィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く特に好ましい。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、1〜80μm程度である。
ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を吸着させて一軸延伸した偏光子は、例えば、ポリビニルアルコールをヨウ素の水溶液に浸漬することによって染色し、元長の3〜7倍に延伸することで作製することができる。必要に応じてホウ酸や硫酸亜鉛、塩化亜鉛等を含んでいても良いし、ヨウ化カリウムなどの水溶液に浸漬することもできる。さらに必要に応じて染色の前にポリビニルアルコール系フィルムを水に浸漬して水洗しても良い。
ポリビニルアルコール系フィルムを水洗することでポリビニルアルコール系フィルム表面の汚れやブロッキング防止剤を洗浄することができるだけでなく、ポリビニルアルコール系フィルムを膨潤させることで染色のムラなどの不均一を防止する効果もある。延伸はヨウ素で染色した後に行っても良いし、染色しながら延伸しても良いし、また延伸してからヨウ素で染色しても良い。ホウ酸やヨウ化カリウムなどの水溶液中や水浴中でも延伸することができる。
C.液晶表示装置
本発明の液晶表示装置は、液晶セルと、該液晶セルの少なくとも片側に配置されたA項に記載の光学補償フィルムまたはB項に記載の光学補償フィルム一体型偏光板とを有する。図3は、本発明の好ましい実施形態による液晶表示装置における液晶パネルの概略断面図である。液晶パネル200は、液晶セル30と、液晶セル30の両側に配置された光学補償フィルム20、20’と、それぞれの光学補償フィルムの液晶セルと反対側に配置された偏光子10、10’とを備える。光学補償フィルム20、20’の少なくとも一方は、上記A項に記載の本発明の光学補償フィルムである。偏光子10、10’は、代表的には、その吸収軸が直交するようにして配置されている。本発明の液晶表示装置の目的および液晶セルの配向モードによっては光学補償フィルム20、20’の一方が省略され得る。また、光学補償フィルム20(20’)および偏光子10(10’)としては、上記B項に記載の本発明の光学補償フィルム一体型偏光板が好ましく用いられ得る。
液晶セル30は、一対のガラス基板31、31’と、該基板間に配された表示媒体としての液晶層32とを有する。一方の基板(アクティブマトリクス基板)31’には、液晶の電気光学特性を制御するスイッチング素子(代表的にはTFT)と、このスイッチング素子にゲート信号を与える走査線およびソース信号を与える信号線とが設けられている(いずれも図示せず)。他方の基板(カラーフィルター基板)31には、カラーフィルター(図示せず)が設けられる。なお、カラーフィルターは、アクティブマトリクス基板31’に設けてもよい。基板31、31’の間隔(セルギャップ)は、スペーサー(図示せず)によって制御されている。基板31、31’の液晶層32と接する側には、例えばポリイミドからなる配向膜(図示せず)が設けられている。
液晶セルの駆動モードとしては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な駆動モードが採用され得る。好ましくは、駆動モードは、ツイステッドネマチック(TN)モード、ベンドネマチック(OCB)モード、または、電界制御複屈折(ECB)モードであり、なかでもTNモードがさらに好ましい。上記のような光学補償フィルムまたは光学補償フィルム一体型偏光板と組み合わせることにより、優れた視野角改善効果が得られ得るからである。
上記TNモードの液晶セルとは、2枚の基材の間に正の誘電異方性のネマチック液晶をはさんだものであり、ガラス基材の表面配向処理によって液晶分子配向を90度ねじらせてあるものをいう。具体的には、培風館株式会社「液晶辞典」158ページ(1989年)に記載の液晶セルや、特開昭63−279229公報に記載の液晶セルが挙げられる。
上記OCB(Optically Compensated Bend or Optically Compensated Birefringence)モードの液晶セルとは、電圧制御複屈折(ECB:Electrically Controlled Birefringence)効果を利用し、透明電極間に正の誘電異方性のネマチック液晶が、電圧無印加時において、中央部にねじれ配向が存在するベンド配向した液晶セルのことをいう。上記OCBモードの液晶セルは、「πセル」とも言われる。具体的には、共立出版株式会社「次世代液晶ディスプレイ」(2000年)11ページ〜27ページに記載のものや、特開平7−084254公報に記載のものが挙げられる。
上記ECBモードは、電圧無印加時には液晶セル内の液晶分子が所定の方向に並び、電圧印加時には液晶分子が所定の方向から一定の角度に傾くことにより、複屈折効果により偏光状態を変化させて表示を行う。さらに、ECBモードは、印加電圧の大きさに応じて液晶分子の傾きが変化し、その傾きに応じて透過光強度が変化する。したがって、白色光を入射させた場合、検光子(視認側の偏光子)を通過した光は干渉現象によって着色し、その色相は液晶分子の傾き(印加電圧の強さ)に応じて変化する。その結果、ECBモードは、単純な構成で(例えば、カラーフィルターを設けることなく)カラー表示が可能となるという利点を有する。本発明においては、上記のような駆動メカニズム(表示メカニズム)を有する限り、任意の適切なECBモードが採用され得る。具体例としては、ホメオトロピック(DAP:Deformation of Vertically Aligned Phases)方式、ホモジニアス方式、ハイブリッド(HAN:Hybrid Aligned Nematic)方式が挙げられる。
本発明の液晶表示装置が用いられる用途としては、特に制限はなく、パソコンモニター,ノートパソコン,コピー機などのOA機器、携帯電話,時計,デジタルカメラ,携帯情報端末(PDA),携帯ゲーム機などの携帯機器、ビデオカメラ,液晶テレビ,電子レンジなどの家庭用電気機器、バックモニター,カーナビゲーションシステム用モニター,カーオーディオなどの車載用機器、商業店舗用インフォメーション用モニターなどの展示機器、監視用モニターなどの警備機器、介護用モニター,医療用モニターなどの介護・医療機器などの各種用途に用いることができる。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、各実施例および比較例で用いた各測定方法は、以下の通りである。
(1)複屈折率
アッベ屈折率計[アタゴ(株)製 製品名「DR−M4」]を用いて測定した。
(2)位相差値(Re[590]、Rth[590])
Axiometric社製 製品名「Axoscan」を用いて、波長590nm、23℃で測定した。
(3)平均傾斜角度
、n、n、および、位相差値δ(遅相軸と垂直方向に極角−50°〜+50°(法線方向を0°)を5°きざみで測定した位相差値)を下記式(I)および(II)に代入して、平均傾斜角度(β)を求めた。なお、位相差値は、Axiometric社製 製品名「Axoscan」を用いて、波長590nm、23℃で測定した値を用いた。また、各屈折率は、アッベ屈折率計[アタゴ(株)製 製品名「DR−M4」]を用いて測定した値を用いた。
(4)正面コントラスト
液晶表示装置に白画像および黒画像を表示させた場合のXYZ表示系のY値を、トプコン社製輝度計(BM−5)を用いて測定した。白画像におけるY値(YW:白輝度)と、黒画像におけるY値(YB:黒輝度)とから、正面方向のコントラスト比「YW/YB」を算出した。
(5)視野角特性(コントラストの視野角依存性)
液晶表示装置に白画像および黒画像を表示させ、Autronic MELCHERS社製 商品名「コノスコープ(Kono scope)」により測定した。
(6)フィルム厚み
大塚電子社製 製品名「MCPD−3000」を用いて測定した。
(7)外観均質性
液晶表示装置を80℃で200時間、または、60℃、90%RHで200時間放置し、室温に取り出した後、黒画像を表示させて30分間放置した。その後、数メートル離れた地点から目視により光漏れ箇所の有無を確認した。さらに、黒表示における液晶表示装置の画面全体の輝度分布を輝度計(コニカミノルタ社製、商品名「CA1500」)によって測定し、面内の最小輝度と最大輝度との比率を輝度比(最大輝度/最小輝度)として算出した。
[実施例1]
ポリカーボネート系ポリマーフィルムを200℃に加熱し、速比が異なる二つのロール間(A、B)を通過させることにより、150μmの厚みを有するフィルムを得た(Aの周速:5.0m/min、Bの周速:7.5m/min)。その後、該フィルムを1.5倍に横一軸延伸することにより、100μmの厚みを有する光学補償フィルム1を得た。光学補償フィルム1の複屈折率Δnは0.0013、面内位相差Reは100nm、厚み方向の位相差Rthは130nm、平均傾斜角度βは44°であった。すなわち、光学補償フィルム1は、nx>ny>nzの屈折率の関係を満たす、二軸性の傾斜配向型光学補償フィルムであった。
ポリビニルアルコールフィルムを、ヨウ素を含む水溶液中で染色した後、ホウ酸を含む水溶液中で速比の異なるロール間にて6倍に一軸延伸して偏光子を得た。該偏光子の片面に上記光学補償フィルム1を、ポリビニルアルコール系接着剤(厚み0.1μm)を介して貼り付けた。このとき、偏光子の吸収軸と光学補償フィルム1の遅相軸とが直交となるように積層した。次いで、該偏光子の他方の面に保護フィルム(コニカミノルタ社製トリアセチルセルロースフィルム、商品名「KC4UYW」、厚み:40μm)を、ポリビニルアルコール系接着剤(厚み0.1μm)を介して貼り付けて、光学補償フィルム一体型偏光板1を得た。
TNモードの液晶セルを備える20インチの液晶モニター(SAMSUNG社製、製品名「SyncMaster T240」)から液晶パネルを取り出し、液晶セルの上下に配置されていた偏光板を取り除いて、該液晶セルのガラス面(表裏)を洗浄した。続いて、該液晶セルの視認側およびバックライト側表面に、光学補償フィルム一体型偏光板1をアクリル系粘着剤(厚み:20μm)を用いて貼合した。このとき、光学補償フィルム1が液晶セル側となるように、かつ、視認側およびバックライト側の偏光子の吸収軸が互いに直交となるように積層した。このようにして得た液晶パネルを元の液晶モニターに組み込み、液晶表示装置1を得た。得られた液晶表示装置1について、正面コントラスト、視野角特性、および外観均質性を測定した。結果を表1および図4に示す。なお、図4〜9の(a)は、正面方向から視野角を変えたときの全方位・全角度におけるコントラストの分布図である。また、図4〜9の(b)は、黒画像全域の輝度分布を表した図であり、図中、黒い部分は輝度が低い状態、白い部分は輝度が高い状態を示し、一面黒が正常な表示状態である。
[実施例2]
ポリプロピレンのペレットを115℃で溶融し、次いで、ダイより押出して、回転方向が異なる周速2.7m/minの二つのベルト間に流し込むことにより、80μmの厚みを有するフィルムを得た。その後、該フィルムを1.8倍に横一軸延伸することにより、50μmの厚みを有する光学補償フィルム2を得た。光学補償フィルム2の複屈折率Δnは0.0016、面内位相差Reは20nm、厚み方向の位相差Rthは80nm、平均傾斜角度βは44°であった。すなわち、光学補償フィルム2は、nx>ny>nzの屈折率の関係を満たす、二軸性の傾斜配向型光学補償フィルムであった。
光学補償フィルム1の代わりに光学補償フィルム2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、光学補償フィルム一体型偏光板2および液晶表示装置2を得た。得られた液晶表示装置2について、正面コントラスト、視野角特性、および外観均質性を測定した。結果を表1および図5に示す。
[実施例3]
環状オレフィンポリマーのペレットを280℃で溶融し、次いで、ダイより押出して、速比が異なる二つのロール(A、B)間に流し込むことにより、110μmの厚みを有するフィルムを得た(Aの周速:4.0m/min、Bの周速5.4m/min)。その後、該フィルムを1.2倍に横一軸延伸することにより、100μmの厚みを有する光学補償フィルム3を得た。光学補償フィルム3の複屈折率Δnは0.0012、面内位相差Reは83nm、厚み方向の位相差Rthは120nm、平均傾斜角度βは40°であった。すなわち、光学補償フィルム3は、nx>ny>nzの屈折率の関係を満たす、二軸性の傾斜配向型光学補償フィルムであった。
光学補償フィルム1の代わりに光学補償フィルム3を用いたこと以外は実施例1と同様にして、光学補償フィルム一体型偏光板3および液晶表示装置3を得た。得られた液晶表示装置3について、正面コントラスト、視野角特性、および外観均質性を測定した。結果を表1および図6に示す。
[実施例4]
ウレタンポリマーのペレットを230℃で溶融し、次いで、ダイより押出して、速比が異なる二つのロール(A、B)間に流し込むことにより、155μmの厚みを有するフィルムを得た(Aの周速:5.0m/min、Bの周速6.5m/min)。その後、該フィルムを1.2倍に横一軸延伸することにより、150μmの厚みを有する光学補償フィルム4を得た。光学補償フィルム4の複屈折率Δnは0.0004、面内位相差Reは50nm、厚み方向の位相差Rthは60nm、平均傾斜角度βは40°であった。すなわち、光学補償フィルム4は、nx>ny>nzの屈折率の関係を満たす、二軸性の傾斜配向型光学補償フィルムであった。
光学補償フィルム1の代わりに光学補償フィルム4を用いたこと以外は実施例1と同様にして、光学補償フィルム一体型偏光板4および液晶表示装置4を得た。得られた液晶表示装置4について、正面コントラスト、視野角特性、および外観均質性を測定した。結果を表1および図7に示す。
[実施例5]
ポリカーボネートポリマーのペレットを230℃で溶融し、次いで、ダイより押出して、速比が異なる二つのロール(A、B)間に流し込むことにより、100μmの厚みを有するフィルムを得た(Aの周速:5.0m/min、Bの周速5.5m/min)。その後、該フィルムを1.2倍に横一軸延伸することにより、95μmの厚みを有する光学補償フィルム5を得た。光学補償フィルム5の複屈折率Δnは0.0014、面内位相差Reは76nm、厚み方向の位相差Rthは133nm、平均傾斜角度βは33°であった。すなわち、光学補償フィルム5は、nx>ny>nzの屈折率の関係を満たす、二軸性の傾斜配向型光学補償フィルムであった。
光学補償フィルム1の代わりに光学補償フィルム5を用いたこと以外は実施例1と同様にして、光学補償フィルム一体型偏光板5および液晶表示装置5を得た。得られた液晶表示装置5について、正面コントラスト、視野角特性、および外観均質性を測定した。結果を表1および図8に示す。
[比較例1]
光学補償フィルム1の代わりに製品名「WVフィルム」(富士フィルム社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、光学補償フィルム一体型偏光板c1および液晶表示装置c1を得た。得られた液晶表示装置c1について、正面コントラスト、視野角特性、および外観均質性を測定した。結果を表1および図9に示す。なお、「WVフィルム」の面内位相差Reは40nm、厚み方向の位相差Rthは165nm、平均傾斜角度βは16°であった。
表1に示されるとおり、実施例で得られた光学補償フィルムは、非液晶ポリマーを含む、二軸性の傾斜配向型光学補償フィルムであった。また、図4〜9および表1に示されるとおり、本発明の光学補償フィルムを用いた液晶表示装置においては、広視野角において高いコントラストが得られ、外観均質性に関しては、比較例の液晶表示装置よりも顕著に優れていた。さらに、表1に示されるとおり、比較例の液晶表示装置よりも優れた正面コントラストが得られた。したがって、本発明の光学補償フィルムによれば、従来の液晶材料を用いた傾斜配向型光学補償フィルムと同様に、液晶表示装置(特に、TNモードの液晶表示装置)の視野角補償を好適に行うことができるとともに、従来の液晶材料を用いた傾斜配向型光学補償フィルムよりも外観均質性および正面コントラストに優れた液晶表示装置が得られ得る。また、本発明の光学補償フィルムは、煩雑な製造工程を必要としないので、従来の液晶材料を用いた傾斜配向型光学補償フィルムよりもコストパフォーマンスに優れ得る。なお、図4〜9(a)では、コントラスト(白表示時の輝度/黒表示時の輝度)100以上の領域をピンクで表し、コントラスト10以下の領域を青で表し、コントラストが高くなるに従い、青からピンクに階調表示する。
本発明の光学補償フィルムおよび光学補償フィルム一体型偏光板は、液晶表示装置に好適に用いられ得る。本発明の光学補償フィルムおよび光学補償フィルム一体型偏光板は、TNモード、OCBモード、または、ECBモードの液晶表示装置にさらに好適に用いられ得る。
200 液晶パネル
100 光学補償フィルム一体型偏光板
10 偏光子
20 光学補償フィルム
30 液晶セル

Claims (11)

  1. 傾斜配向した非液晶ポリマーを含む光学補償フィルムであって、下記式(1)および(2)を満たす、光学補償フィルム。
    (1)3nm≦(nx−ny)×d
    (2)5°<β
    (式(1)および(2)中、3次元において平面方向の軸であるX軸とY軸とが直交しており、X軸およびY軸に対して厚み方向に垂直に存在する軸をZ軸とするとき、nxおよびnyはそれぞれ、フィルムのXY面内の最大屈折率および最小屈折率を表し、dはフィルムの厚み(nm)を表し、βはフィルムのYZ面内の最大屈折率をnbとしたときのnbを付与する方向とnyを付与する方向とがなす角度を表す)
  2. 3次元において平面方向の軸であるX軸とY軸とが直交しており、X軸およびY軸に対して厚み方向に垂直に存在する軸をZ軸とするとき、フィルムのXY面、YZ面、およびZX面のいずれにも平行でない面において、2つの光軸が存在している、光学補償フィルム。
  3. 複屈折率Δnが、0.0001〜0.02である、請求項1または2に記載の光学補償フィルム。
  4. 光弾性係数が、1×10−12〜9×10−11/Nである、請求項1から3のいずれかに記載の光学補償フィルム。
  5. nx>ny>nz、または、nx>ny=nzの屈折率の関係を満たす、請求項1から4のいずれかに記載の光学補償フィルム。
  6. 前記非液晶ポリマーが、(メタ)アクリル系ポリマー、スチレン系ポリマー、オレフィン系ポリマー、環状オレフィン系ポリマー、ポリアリレート系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、ポリサルフォン系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、および、ポリビニルアルコール系ポリマーからなる群より選択される少なくとも1種のポリマーである、請求項1または3から5のいずれかに記載の光学補償フィルム。
  7. 非液晶ポリマーの傾斜方向に対して垂直方向に配向軸を有する、請求項1または3から6のいずれかに記載の光学補償フィルム。
  8. 偏光子の保護フィルム材料である、請求項1から7のいずれかに記載の光学補償フィルム。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載の光学補償フィルムと偏光子とを有する、光学補償フィルム一体型偏光板。
  10. 液晶セルと、該液晶セルの少なくとも片側に配置された請求項1から8のいずれかに記載の光学補償フィルムまたは請求項9に記載の光学補償フィルム一体型偏光板とを有する、液晶表示装置。
  11. 前記液晶セルが、TNモード、OCBモード、または、ECBモードである、請求項10に記載の液晶表示装置。
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