JP2013238770A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】黒表示性能を向上させ、及び色味変化を軽減させた横電界方式液晶表示装置の提供。
【解決手段】第1偏光子と、第1光学補償領域と、第1基板、液晶層、及び第2基板を有する液晶セルと、第2光学補償領域と、第2偏光子とをこの順序で有し、黒表示時に前記液晶層に含まれる液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向し、前記第1基板、前記第2基板が有する波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)が、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmであり、前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmである。
【選択図】図1
【解決手段】第1偏光子と、第1光学補償領域と、第1基板、液晶層、及び第2基板を有する液晶セルと、第2光学補償領域と、第2偏光子とをこの順序で有し、黒表示時に前記液晶層に含まれる液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向し、前記第1基板、前記第2基板が有する波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)が、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmであり、前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmである。
【選択図】図1
Description
本発明は、IPSモードFFSモード等の横電界方式の液晶表示装置に関する。
IPS(In−Plane Switching)型及びFFS(Fringe Field Switching)型の液晶表示装置は、TN(Twisted Nematic)型やVA(Vertical Alignment)型のように上下基板間に電界を印加し、液晶分子の立ち上がりによって駆動するモードではなく、基板面にほぼ平行な成分を含む電界によって液晶分子を基板面内方向に応答させる横電界方式と言われる方式(モード)である。
また、IPS型及びFFS型は、その構造から原理的に視野角への制限が少ない方式であるため、視野角が広い上に色度変移・色調変化が少ないといった特性を持つ駆動方式として知られている。近年ではテレビ用途以外に携帯端末用の表示装置から業務用の高精細・高画質用途まで多岐に渡って普及し始めている。
また、IPS型及びFFS型は、その構造から原理的に視野角への制限が少ない方式であるため、視野角が広い上に色度変移・色調変化が少ないといった特性を持つ駆動方式として知られている。近年ではテレビ用途以外に携帯端末用の表示装置から業務用の高精細・高画質用途まで多岐に渡って普及し始めている。
これらの横電界方式の液晶表示装置においては、セルを挟む偏光板の保護フィルムを等方性のフィルムとすることで上述の液晶セルが具備する利点を阻害せずに利用する構成も知られている。(例えば、特許文献1)
ただし、この構成では偏光子に起因する補償は検討されておらず、特に斜め方向からの視認における光漏れによるコントラスト低下やカラーシフトに対しては光学補償をする必要が生じる。このため、光学異方性層を配置させることで表示装置全体として補償が検討された横電界方式の液晶表示装置が提案されている。(例えば、特許文献2、3)
ただし、この構成では偏光子に起因する補償は検討されておらず、特に斜め方向からの視認における光漏れによるコントラスト低下やカラーシフトに対しては光学補償をする必要が生じる。このため、光学異方性層を配置させることで表示装置全体として補償が検討された横電界方式の液晶表示装置が提案されている。(例えば、特許文献2、3)
これらの光学異方性層としてλ/2板として機能する光学異方性を用いることが多く、その原理としては特開2009−122151号公報の記載にある様なメカニズムにより補償がなされるとされている。光学異方性層はその機能を発現する構成であれば特に問わないと考えられ、今まで様々な構成が提案されてきた。しかし、発明者が様々な構成について調べたところ、このλ/2板として機能する異方性層を配置するだけでは黒表示性能の改善、及び色味変化の軽減といった光学補償能が不十分であることが判明した。
本発明は、上記問題を解決することを課題とし、具体的には、黒表示性能を向上させ、色味変化を軽減させた液晶表示装置を提供することを課題とする。
上記課題に対して発明者らが鋭意検討した結果、液晶セル基板上に配置されるカラーフィルタやTFTなどの構成部材が有するレターデーションが存在し、このレターデーションの存在が理想的な光学補償を妨げることが分かった。
この知見をもとに検討した結果、従来横電界方式の液晶表示装置用に検討されてきた光学異方性層と、上述の基板上の構成部材が有するレターデーションを補償する光学補償層とで液晶セルを挟む様に配置することで、従来検討されていなかった液晶セル基板が有するレターデーションを補償することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
この知見をもとに検討した結果、従来横電界方式の液晶表示装置用に検討されてきた光学異方性層と、上述の基板上の構成部材が有するレターデーションを補償する光学補償層とで液晶セルを挟む様に配置することで、従来検討されていなかった液晶セル基板が有するレターデーションを補償することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
具体的には、上記課題を解決するための手段は、下記[1]の手段であり、好ましくは、下記[2]〜[15]の手段である。
[1] 第1偏光子と、第1光学補償領域と、第1基板、液晶層、及び第2基板を有する液晶セルと、第2光学補償領域と、第2偏光子とをこの順序で有し、
黒表示時に前記液晶層に含まれる液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向し、
前記第1基板、前記第2基板が有する波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)が、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmであり、
前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmであることを特徴とする液晶表示装置。
[2] 前記第2光学補償領域の波長550nmの面内レターデーションRe2(550)が、100〜250nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2(550)が、−150〜10nmである[1]の液晶表示装置。
[3] 前記第2光学補償領域は1層で構成され、前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜5nmである[1]又は[2]の液晶表示装置。
[4] 前記第2光学補償領域が、少なくとも2層からなる[1]又は[2]の液晶表示装置。
[5] 前記第2光学補償領域の一方の層の波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2C(550)が、50〜200nmであり、他方の層の波長550nmの面内レターデーションRe2B(550)が、70〜150nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2B(550)が、−150〜−70nmである[4]の液晶表示装置。
[6] 前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−45〜25nmである[5]の液晶表示装置。
[7] 前記第2光学補償領域の前記一方の層の波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2C(550)が、−200〜−50nmであり、前記他方の層の波長550nmの面内レターデーションRe2B(550)が、50〜200nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2B(550)が、50〜200nmである[4]の液晶表示装置。
[8] 前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−75〜25nmである[7]の液晶表示装置。
[9] 前記第1及び第2光学補償領域の少なくとも一方が、ポリマーフィルムからなる[1]〜[8]のいずれかの液晶表示装置。
[10] 前記ポリマーフィルムが、セルロースアシレート系フィルム、環状オレフィン系ポリマーフィルム、又はアクリル系ポリマーフィルムから選択される[9]の液晶表示装置。
[11] 前記ポリマーフィルムの厚みが、1〜90μmである[9]又は[10]の液晶表示装置。
[12] 前記アクリル系ポリマーフィルムが、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーを含有する[10]または[11]の液晶表示装置。
[13] 前記第1偏光子または前記第2偏光子の少なくとも一方が光学補償領域と偏光板保護フィルムとで挟持された偏光板であることを特徴とする[1]〜[12]のいずれかの液晶表示装置。
[14] 前記保護フィルムの厚みが10〜80μmである[13]の液晶表示装置。
[15] 前記第1偏光子又は第2偏光子の厚みが50μm以下である[1]〜[14]のいずれかの液晶表示装置。
[1] 第1偏光子と、第1光学補償領域と、第1基板、液晶層、及び第2基板を有する液晶セルと、第2光学補償領域と、第2偏光子とをこの順序で有し、
黒表示時に前記液晶層に含まれる液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向し、
前記第1基板、前記第2基板が有する波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)が、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmであり、
前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmであることを特徴とする液晶表示装置。
[2] 前記第2光学補償領域の波長550nmの面内レターデーションRe2(550)が、100〜250nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2(550)が、−150〜10nmである[1]の液晶表示装置。
[3] 前記第2光学補償領域は1層で構成され、前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜5nmである[1]又は[2]の液晶表示装置。
[4] 前記第2光学補償領域が、少なくとも2層からなる[1]又は[2]の液晶表示装置。
[5] 前記第2光学補償領域の一方の層の波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2C(550)が、50〜200nmであり、他方の層の波長550nmの面内レターデーションRe2B(550)が、70〜150nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2B(550)が、−150〜−70nmである[4]の液晶表示装置。
[6] 前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−45〜25nmである[5]の液晶表示装置。
[7] 前記第2光学補償領域の前記一方の層の波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2C(550)が、−200〜−50nmであり、前記他方の層の波長550nmの面内レターデーションRe2B(550)が、50〜200nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2B(550)が、50〜200nmである[4]の液晶表示装置。
[8] 前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−75〜25nmである[7]の液晶表示装置。
[9] 前記第1及び第2光学補償領域の少なくとも一方が、ポリマーフィルムからなる[1]〜[8]のいずれかの液晶表示装置。
[10] 前記ポリマーフィルムが、セルロースアシレート系フィルム、環状オレフィン系ポリマーフィルム、又はアクリル系ポリマーフィルムから選択される[9]の液晶表示装置。
[11] 前記ポリマーフィルムの厚みが、1〜90μmである[9]又は[10]の液晶表示装置。
[12] 前記アクリル系ポリマーフィルムが、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーを含有する[10]または[11]の液晶表示装置。
[13] 前記第1偏光子または前記第2偏光子の少なくとも一方が光学補償領域と偏光板保護フィルムとで挟持された偏光板であることを特徴とする[1]〜[12]のいずれかの液晶表示装置。
[14] 前記保護フィルムの厚みが10〜80μmである[13]の液晶表示装置。
[15] 前記第1偏光子又は第2偏光子の厚みが50μm以下である[1]〜[14]のいずれかの液晶表示装置。
本発明によれば、黒表示性能を向上させ、及び色味変化を軽減させた横電界方式の液晶表示装置を提供することができる。
以下、本発明の液晶表示装置の一実施形態及びその構成部材について順次説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、光学的な軸の関係については、本発明が属する技術分野において許容される誤差を含むものとする。具体的には、「平行」、「直交」とは、厳密な角度±10゜未満の範囲内であることを意味し、±5゜未満であることが好ましく、±3゜未満であることがより好ましい。また、「垂直配向」とは、厳密な垂直の角度よりも±20゜未満の範囲内であることを意味し、±15゜未満であることが好ましく、±10゜未満であることがより好ましい。また、「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味する。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。
本明細書において「偏光板」とは、特に断らない限り、長尺の偏光板及び液晶装置に組み込まれる大きさに裁断された(本明細書において、「裁断」には「打ち抜き」及び「切り出し」等も含むものとする)偏光板の両者を含む意味で用いられる。また、本明細書では、「偏光子」及び「偏光板」を区別して用いるが、「偏光板」は「偏光子」の少なくとも片面に該偏光子を保護する透明保護膜を有する積層体を意味するものとする。
また、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および厚さ方向のレターデーションを表す。本願明細書においては、特に記載がないときは、波長λは、550nmとする。Re(λ)はKOBRA 21ADHまたは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。測定波長λnmの選択にあたっては、波長選択フィルターをマニュアルで交換するか、または測定値をプログラム等で変換して測定するができる。
測定されるフィルムが1軸または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または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または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または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(1)及び式(2)よりRthを算出することもできる。
測定されるフィルムが1軸または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または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または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または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(1)及び式(2)よりRthを算出することもできる。
Rth={(nx+ny)/2 − nz} × d
上記式中、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し、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す。dは膜厚である。
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または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または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または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)が更に算出される。
なお、本明細書では、特に付記がない限りは測定波長は550nmとする。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADHまたは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または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または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)が更に算出される。
なお、本明細書では、特に付記がない限りは測定波長は550nmとする。
本発明の液晶表示装置は、第1偏光子と、第1光学補償領域と、第1基板、液晶層、及び第2基板を有する液晶セルと、第2光学補償領域と、第2偏光子とをこの順序で有し、
黒表示時に前記液晶層に含まれる液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向し、
前記第1基板、前記第2基板が有する波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)が、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmであり、
前記第1基板、前記第2基板及び前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmであることを特徴とする。以下、図面を用いて液晶表示装置の態様や構成する各部位について、以下に詳述する。
黒表示時に前記液晶層に含まれる液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向し、
前記第1基板、前記第2基板が有する波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)が、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmであり、
前記第1基板、前記第2基板及び前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmであることを特徴とする。以下、図面を用いて液晶表示装置の態様や構成する各部位について、以下に詳述する。
[液晶表示装置の構成]
図1は、本発明の横電界方式の液晶表示装置の一実施形態としてIPS型液晶表示装置の一例の断面模式図である。
図1に示す液晶表示装置は、一対の第1偏光子20及び第2偏光子22と、第1偏光子20に接する第1光学補償領域24及び該第2偏光子22に接する第2光学補償領域26と、IPS又はFFS型液晶セル10とを少なくとも備える。
第1偏光子20及び第2偏光子22の外側表面には、通常は偏光子を保護するための偏光板保護フィルム28が配置されており、第1偏光子20のさらに外側には、バックライトユニット30が配置されている。バックライトユニット30は、光源の他に光の利用効率を上げるための反射板、輝度向上膜や点光源や線光源を一様な面光源とするための拡散板、プリズムシート、レンズアレイ等の部材を適宜含んでなる。
なお、上記の構成以外に第1偏光子20及び第2偏光子22の間に配置される光学的に等方的な機能層、例えば接着剤・粘着剤等は、本願の作用効果に影響を及ぼさないため、適宜使用することができる。
図1は、本発明の横電界方式の液晶表示装置の一実施形態としてIPS型液晶表示装置の一例の断面模式図である。
図1に示す液晶表示装置は、一対の第1偏光子20及び第2偏光子22と、第1偏光子20に接する第1光学補償領域24及び該第2偏光子22に接する第2光学補償領域26と、IPS又はFFS型液晶セル10とを少なくとも備える。
第1偏光子20及び第2偏光子22の外側表面には、通常は偏光子を保護するための偏光板保護フィルム28が配置されており、第1偏光子20のさらに外側には、バックライトユニット30が配置されている。バックライトユニット30は、光源の他に光の利用効率を上げるための反射板、輝度向上膜や点光源や線光源を一様な面光源とするための拡散板、プリズムシート、レンズアレイ等の部材を適宜含んでなる。
なお、上記の構成以外に第1偏光子20及び第2偏光子22の間に配置される光学的に等方的な機能層、例えば接着剤・粘着剤等は、本願の作用効果に影響を及ぼさないため、適宜使用することができる。
図1の液晶表示装置では、液晶セル10は、第1基板11、ネマチック液晶材料からなる液晶層12、及び第2基板15を有する。液晶層12は、黒表示時に該ネマチック液晶材料の液晶分子が一対の基板11及び15の表面に対して平行に配向したホモジニアス配向の液晶セルである。液晶層の厚さd(μm)と屈折率異方性Δnとの積Δn・dは透過モードにおいて、ねじれ構造を持たないIPS型では0.2〜0.4μmの範囲が最適値とされている。なお、FFS型では0.3〜0.5μmの範囲が最適値と言われている。この範囲では白表示輝度が高く、黒表示輝度が小さいことから、明るくコントラストの高い表示装置が得られる。基板11及び15の液晶層12に接触する表面には、配向膜(不図示)が形成されていて、液晶分子を基板の表面に対して略平行に配向させるとともに配向膜上に施されたラビング処理方向等により、電圧無印加状態もしくは低印加状態における液晶分子配向方向が制御されている。また、基板11若しくは15の内面には、液晶分子に電圧印加可能な(画素)電極14、カラーフィルタ13が形成されている。
液晶層12中、電圧無印加状態では、液晶分子はねじれずに、例えば、基板11及び15の内面に形成された配向膜のラビング処理の方向等によって制御され、基板と平行に一定の水平方向に配向している。電圧を印加すると、面内方向に形成された電界によって、液晶分子が水平に所定の角度だけ回転して、所定の方向に配向する。電極の形状及び配置については種々提案されていて、いずれも利用することができる。図2に、液晶層12の1画素領域中の液晶分子の配向の一例を模式的に示す。図2は、液晶層12の1画素に相当する程度の極めて小さい面積の領域中の液晶分子の配向を、基板11及び15の内面に形成された配向膜のラビング方向4、及び基板11及び15の内面に形成された液晶分子に電圧印加可能な電極2及び3とともに示した模式図の一例である。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アクティブ駆動を行った場合の、電圧無印加状態若しくは低印加状態での液晶分子配向方向は5a及び5bであり、この時に黒表示が得られる。電極2及び3間に印加されると、電圧に応じて液晶分子は6a及び6b方向へとその配向方向を変える。通常、この状態で白表示を行う。
再び図1において、第1偏光子20の吸収軸20aと、第2偏光子22の吸収軸22aは直交して配置されている。電圧無印加時には、液晶層12の液晶分子は、液晶層12の遅相軸12aが、第2偏光子22の吸収軸22aと直交になるように水平配向している。従って、バックライトユニット30から入射した光は、偏光状態をほぼ維持したまま液晶層12を通過し、第1偏光子20の吸収軸20aで遮光され、黒表示になる。しかし、バックライトユニット30から入射した光のうち、斜め方向から入射した光に対しては、偏光膜16及び18の吸収軸20a及び22aが直交関係からずれているために、光漏れが生じ、即ち視野角コントラストを低下させることになる。斜め方向からの観察の場合においても同様な現象が生じる。第2偏光子22と液晶セル10との間に配置される第2光学補償領域26は、この光漏れを軽減し、視野角コントラストを改善する作用がある。この改善の作用は上述の通り、λ/2板の機能を利用してずれた直交関係を補償するものであり、この機能を有する光学異方性層であれば特に限定はされないが、好ましくは第2光学補償領域26の面内レターデーションRe2(550)は、100〜250nmが好ましく、140〜230nmがより好ましく、190〜210nmが特に好ましい。
また、第2光学補償領域26の厚さ方向のレターデーションRth2(550)は、−150〜10nmが好ましく、−100〜−10nmがより好ましく、−50〜−30nmが特に好ましい。この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減による視野角特性が改善するため好ましい。第2光学補償領域26の詳細については後述する。
また、第2光学補償領域26の厚さ方向のレターデーションRth2(550)は、−150〜10nmが好ましく、−100〜−10nmがより好ましく、−50〜−30nmが特に好ましい。この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減による視野角特性が改善するため好ましい。第2光学補償領域26の詳細については後述する。
第1偏光子20と第1基板11との間に、第1光学補償領域24が配置される。
従来の横電解方式の光学補償においては、前述の通り、第2光学補償領域26による偏光子補償がなされているとされているため、その光に対して作用を及ぼさない様に第1光学補償領域の位置には位相差を有しない等方性、またはレターデーション値の低い光学異方性フィルムを偏光板保護フィルムとして配置するか、何も配置しない構成が想定されていた。
しかし、第2光学補償領域26による偏光子起因の位相差の解消だけでは、期待された補償効果が十分得られず、発明者らが鋭意検討したところ液晶セルの基板11,15の上に構成されている部材であるカラーフィルタ13や電極14などが複屈折性を有しており、それらによって位相差が付与された光が光漏れやカラーシフトの原因となっていることがわかった。
そのため、本発明では、この位相差を解消する位相差(レターデーション値)を備えた第1光学補償領域(光学異方性層)を配置する。ただし、第1光学補償領域は基板上の部材の複屈折性を解消させるために配置されるので、必要なレターデーション値は単純に規定することができず、それらの部材が持つ複屈折性に左右される。
本発明者は、液晶表示装置の液晶セル基板を複数調べた結果、これらの基板が有するレターデーションは面内方向に異方性を有する部材はあまりなく、厚み方向のレターデーションが支配的であるため、厚み方向のレターデーションを考慮すれば良いことを見出した。
この2つの基板の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)は、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmの範囲にたいていの液晶表示装置が収まることが解析により分かり、この場合は第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmに調整すれば光学的に補償されることがわかった。
また、液晶表示装置のRthsub(550)が、5≦|Rthsub(550)|≦40であると本願の効果をより得られるため好ましく、10≦|Rthsub(550)|≦20であると特に好ましい。
そのため、本発明では、この位相差を解消する位相差(レターデーション値)を備えた第1光学補償領域(光学異方性層)を配置する。ただし、第1光学補償領域は基板上の部材の複屈折性を解消させるために配置されるので、必要なレターデーション値は単純に規定することができず、それらの部材が持つ複屈折性に左右される。
本発明者は、液晶表示装置の液晶セル基板を複数調べた結果、これらの基板が有するレターデーションは面内方向に異方性を有する部材はあまりなく、厚み方向のレターデーションが支配的であるため、厚み方向のレターデーションを考慮すれば良いことを見出した。
この2つの基板の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)は、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmの範囲にたいていの液晶表示装置が収まることが解析により分かり、この場合は第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmに調整すれば光学的に補償されることがわかった。
また、液晶表示装置のRthsub(550)が、5≦|Rthsub(550)|≦40であると本願の効果をより得られるため好ましく、10≦|Rthsub(550)|≦20であると特に好ましい。
第1光学補償領域24と基板11、15の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)は、−135〜25nmであり、好ましくは−45〜25nmであり、より好ましくは−25〜15nmである。
この基板に起因する複屈折の解消を第1基板、第2基板と第1光学補償領域の合計値で検討することは部材ごとのレターデーション値だけの考慮では不十分であるためである。例えば、図3のように、電極(TFT)14の上にカラーフィルタを構成させるCOA(Colorfilter On Array)の様な部材同士の構成によって、レターデーション値がさらに変わるため、2つの基板と第1光学補償領域のレターデーション値を合わせて検討する必要が生じる。
この基板に起因する複屈折の解消を第1基板、第2基板と第1光学補償領域の合計値で検討することは部材ごとのレターデーション値だけの考慮では不十分であるためである。例えば、図3のように、電極(TFT)14の上にカラーフィルタを構成させるCOA(Colorfilter On Array)の様な部材同士の構成によって、レターデーション値がさらに変わるため、2つの基板と第1光学補償領域のレターデーション値を合わせて検討する必要が生じる。
第1光学補償領域20は、ポリマーフィルムで構成されていることが好ましく、偏光板保護フィルムの機能を兼ねていると製造適性が良いため好ましい。第1光学補償領域20に用いるポリマーフィルムとしては、セルロースアシレート、環状オレフィン、アクリル系樹脂(好ましくは、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマー)などの偏光板保護フィルムに用いられている素材を用いることが好ましい。このとき、ポリマーフィルムの厚みは上述の所望のレターデーションが得られれば、特に制限はなく、例えば1〜90μmであること好ましく、装置の薄型化の観点で、5〜70μmであることがより好ましく、10〜50μmが特に好ましい。第1光学補償領域20の詳細については後述する。
図1及び図3では、液晶セル10がIPSモードの場合での液晶表示装置の構成を図示したが、液晶セル10がFFSモードの場合では液晶層12の黒表示時の遅相軸方向がIPSモードとは直交する方向であるため、一般的な構成としては図4及び図5の構成を取る。構成の配置が一部入れ替わるものの発明によって得られる効果は変わらないため、以降の説明においても特に区別することなく説明する。
本発明では、第2光学補償領域26による偏光子補償では不足する補償分を第1光学補償領域24によって補うものであるが、第2光学補償領域26の構成によって第2光学補償領域26の持つ複屈折や厚み等により偏光子間を通過する光の状態が異なるため、第1光学補償領域24として必要なレターデーション、つまり第1光学補償領域24と基板11、15の合計値のレターデーションが若干異なる。
以下、本発明の液晶表示装置に使用可能な種々の部材の好ましい光学特性や部材に用いられる材料、その製造方法等について、詳細に説明する。
1.第1光学補償領域
本発明の液晶表示装置は、第1偏光子と第1基板との間に第1光学補償領域を有し、第1光学補償領域は、所定の位相差を有することを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、第1偏光子と第1基板との間に第1光学補償領域を有し、第1光学補償領域は、所定の位相差を有することを特徴とする。
第1光学補償領域は、前記光学特性を有する限り、その材料及び形態については特に制限されない。例えば、複屈折ポリマーフィルムからなる位相差膜、透明支持体上に高分子化合物を塗布後に加熱した膜、及び透明支持体上に低分子あるいは高分子液晶性化合物を塗布もしくは転写することによって形成された位相差層を有する位相差膜など、いずれも使用することができる。また、それぞれを積層した積層体を使用することもできる。
2.第2光学補償領域
本発明の液晶表示装置は、光漏れを軽減し、視野角コントラストを改善するために、第2基板と第2偏光子との間に第2光学補償領域を有する。第2光学補償領域は、1層の態様と2層以上の態様とからなり、Re2(550)は、100〜250nmであることが好ましく、Rth2(550)は、−150〜10nmであることが好ましい。
以下に、本発明の液晶表示装置における第2光学補償領域の具体的な事例を挙げる。なお、以下の説明において位相差を有しない等方的な層は構成としての説明から省くが、必要に応じて配置することができる。
また、具体的に例示した素材や製法は記載だけに限定はされず、同じ性質を持つ素材や同等な層を得る方法も選ぶことができ、本発明の機能を補強するため、または、本発明以外の機能を付与するために、記載していない添加剤や工程を適用することもできる。
本発明の液晶表示装置は、光漏れを軽減し、視野角コントラストを改善するために、第2基板と第2偏光子との間に第2光学補償領域を有する。第2光学補償領域は、1層の態様と2層以上の態様とからなり、Re2(550)は、100〜250nmであることが好ましく、Rth2(550)は、−150〜10nmであることが好ましい。
以下に、本発明の液晶表示装置における第2光学補償領域の具体的な事例を挙げる。なお、以下の説明において位相差を有しない等方的な層は構成としての説明から省くが、必要に応じて配置することができる。
また、具体的に例示した素材や製法は記載だけに限定はされず、同じ性質を持つ素材や同等な層を得る方法も選ぶことができ、本発明の機能を補強するため、または、本発明以外の機能を付与するために、記載していない添加剤や工程を適用することもできる。
[第1の実施態様]
第1の実施態様では、第2光学補償領域は、単層の光学異方性層よりなる。この実施様態において、第2光学補償領域の遅相軸方向は、第2偏光子の吸収軸方向と平行であるように配置されている。
第1の実施態様の第2光学補償領域の波長550nmにおける面内レターデーションRe2(550)が100〜250nmであり、波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2(550)が−150〜10nmであることが好ましい。第2光学補償領域の面内レターデーションRe2(550)が150〜230nmで、厚さ方向のレターデーションRth2(550)が−100〜−10nmであることがより好ましく、面内レターデーションRe2(550)が190〜210nmで、厚さ方向のレターデーションRth2(550)が−50〜−30nmであることが特に好ましい。
第1の実施態様では第2光学補償領域が単層よりなるため、パネルの薄層化や、作製部材点数を削減できる点などで好ましい。
第1の実施態様では、第2光学補償領域は、単層の光学異方性層よりなる。この実施様態において、第2光学補償領域の遅相軸方向は、第2偏光子の吸収軸方向と平行であるように配置されている。
第1の実施態様の第2光学補償領域の波長550nmにおける面内レターデーションRe2(550)が100〜250nmであり、波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2(550)が−150〜10nmであることが好ましい。第2光学補償領域の面内レターデーションRe2(550)が150〜230nmで、厚さ方向のレターデーションRth2(550)が−100〜−10nmであることがより好ましく、面内レターデーションRe2(550)が190〜210nmで、厚さ方向のレターデーションRth2(550)が−50〜−30nmであることが特に好ましい。
第1の実施態様では第2光学補償領域が単層よりなるため、パネルの薄層化や、作製部材点数を削減できる点などで好ましい。
第1の実施態様では第2光学補償領域のNz値は、−1.0〜1.0が好ましく、−0.5〜0.7がより好ましく、−0.3〜0.5が特に好ましい。
この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減し、視野角特性を改善することが可能である。なお、Nz値は、「Rth2(550)/Re2(550)+0.5」で定義される。
この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減し、視野角特性を改善することが可能である。なお、Nz値は、「Rth2(550)/Re2(550)+0.5」で定義される。
その他に斜め方向にカラーシフトが生じる原因の1つには、光学補償に利用されている位相差層のレターデーションの波長分散性が適切でないことにある。一般的には、位相差層のReの波長分散性は、使用する液晶化合物の性質によって決定されるものである。カラーシフトの軽減のためには、第1の実施態様では、Re2(450)/Re2(550)が0.8〜1.2で、且つRe2(650)/Re2(550)が0.9〜1.1を満足すると、カラーシフトを、人間の眼で観察しても違和感がない程度まで軽減できることがわかった。
第2光学補償領域は、nz>nxとなる特徴を持つポリマーのフィルムを、大きく延伸することで得ることができる。
この様なポリマーフィルムとしては、芳香族アシル基で置換されたセルロースアシレート、ポリカーボネート、ポリスチレンの様な負の固有複屈折を有する素材からなるポリマーフィルムを好ましく用いることができる。
製造方法としては、例えば芳香族アシル基で置換されたセルロースアシレートであるセルロースアセテートベンゾエートを用いたフィルムの事例の場合では、セルロースアセテートベンゾエートを溶媒に溶解させたドープを成膜用の金属支持体上に流延し、溶媒を乾燥してフィルムを得て、この溶液成膜したフィルムを1.3〜1.9倍等の大きな延伸倍率で延伸してセルロース分子鎖を配向させて得ることができる。
この様なポリマーフィルムとしては、芳香族アシル基で置換されたセルロースアシレート、ポリカーボネート、ポリスチレンの様な負の固有複屈折を有する素材からなるポリマーフィルムを好ましく用いることができる。
製造方法としては、例えば芳香族アシル基で置換されたセルロースアシレートであるセルロースアセテートベンゾエートを用いたフィルムの事例の場合では、セルロースアセテートベンゾエートを溶媒に溶解させたドープを成膜用の金属支持体上に流延し、溶媒を乾燥してフィルムを得て、この溶液成膜したフィルムを1.3〜1.9倍等の大きな延伸倍率で延伸してセルロース分子鎖を配向させて得ることができる。
第2光学補償領域が第1の実施態様である場合、第1光学補償領域と第1及び第2基板の厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)は、−135〜5nmであり、好ましくは−55〜−5nmであり、より好ましくは−25〜−15nmである。
第2光学補償領域が1層の場合の厚さとしては、1〜90μmが好ましく、5〜70μmがより好ましく、10〜50μmが特に好ましい。
[第2の実施態様]
第2の実施態様では、第2光学補償領域は、nx>nz>nyの2軸フィルム(B−プレート)とnx≒ny>nzの[準]一軸性フィルム(負のC-プレート)の2層からなる。
本実施様態において、第2光学補償領域に含まれる2層の積層順序は特に制限はない。ただし、1軸フィルムをセル基板側に配置し、2軸フィルムを第2偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸方向は、第2偏光子の吸収軸方向と平行であるように配置する。2軸フィルムをセル基板側、1軸フィルムを偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸は、第2偏光子の吸収軸方向と直交であるように配置する。
第2の実施態様では第2光学補償領域が2層よりなるため、機能分離させることにより各光学異方性の設計や製造条件の選択性が広がる点などで好ましい。
第2の実施態様では、第2光学補償領域は、nx>nz>nyの2軸フィルム(B−プレート)とnx≒ny>nzの[準]一軸性フィルム(負のC-プレート)の2層からなる。
本実施様態において、第2光学補償領域に含まれる2層の積層順序は特に制限はない。ただし、1軸フィルムをセル基板側に配置し、2軸フィルムを第2偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸方向は、第2偏光子の吸収軸方向と平行であるように配置する。2軸フィルムをセル基板側、1軸フィルムを偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸は、第2偏光子の吸収軸方向と直交であるように配置する。
第2の実施態様では第2光学補償領域が2層よりなるため、機能分離させることにより各光学異方性の設計や製造条件の選択性が広がる点などで好ましい。
(2軸フィルム)
第2の実施態様で用いる第2光学補償領域のうち、2軸フィルムは、波長550nmにおける面内レターデーションRe2B(550)が70〜150nmであり、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が−150〜−70nmの光学異方性を示す。
波長550nmにおける面内レターデーションRe2B(550)が80〜130nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が−140〜−80nmであると好ましく、面内レターデーションRe2B(550)が100〜110nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が−130〜−100nmであるとより好ましい。
第2の実施態様で用いる第2光学補償領域のうち、2軸フィルムは、波長550nmにおける面内レターデーションRe2B(550)が70〜150nmであり、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が−150〜−70nmの光学異方性を示す。
波長550nmにおける面内レターデーションRe2B(550)が80〜130nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が−140〜−80nmであると好ましく、面内レターデーションRe2B(550)が100〜110nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が−130〜−100nmであるとより好ましい。
第2の実施態様での2軸フィルムのNz値は、−2.0〜0.5が好ましく、−1.5〜0がより好ましく、−1.0〜−0.5が特に好ましい。この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減し、視野角特性を改善することが可能である。
第2の実施態様での2軸フィルムのRe2B(450)/Re2B(550)が0.8〜1.2で、且つRe2B(650)/Re2B(550)が0.9〜1.1を満足すると、カラーシフトを、人間の眼で観察しても違和感がない程度まで軽減できる。
この2軸フィルムは、押出し成形方式や流延製膜方式等の適宜な方式で製造したポリマーフィルムを、例えばロールによる縦延伸方式、テンターによる横延伸方式や二軸延伸方式などにより、延伸処理することにより得ることができる。具体的には、特開2005−338767号公報の記載を参照することができる。
(1軸フィルム)
第2の実施態様で用いる1軸フィルムのうち、1軸フィルムは厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が50〜200nmの光学異方性を示す。
波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が80〜170nmであると好ましく、100〜130nmであるとより好ましい。
面内レターデーションRe2C(550)は光学設計上有さないことが特に好ましいが、製造過程において面内レターデーションが生じることがあり、それらも第2の実施態様の光学異方性層の1軸フィルムに準じるフィルムとして用いることが許容できる。本発明では、面内レターデーションの絶対値が10nm以下であると好ましく、5nm以下であるとより好ましい。
第2の実施態様で用いる1軸フィルムのうち、1軸フィルムは厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が50〜200nmの光学異方性を示す。
波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が80〜170nmであると好ましく、100〜130nmであるとより好ましい。
面内レターデーションRe2C(550)は光学設計上有さないことが特に好ましいが、製造過程において面内レターデーションが生じることがあり、それらも第2の実施態様の光学異方性層の1軸フィルムに準じるフィルムとして用いることが許容できる。本発明では、面内レターデーションの絶対値が10nm以下であると好ましく、5nm以下であるとより好ましい。
第2の実施態様での1軸フィルムのNz値は、10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、100以上であることが特に好ましい。この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減し、視野角特性を改善することが可能である。
第2の実施態様での1軸フィルムのRe2c(450)/Re2c(550)が0.8〜1.2で、且つRe2c(650)/Re2c(550)が0.9〜1.1を満足すると、カラーシフトを、人間の眼で観察しても違和感がない程度まで軽減できる。
この1軸フィルムは、セルロースアシレートフィルムや環状ポリオレフィンやポリカーボネートといったnz<nxのレターデーションを有するフィルムの面内レターデーションを発現させない様に成膜するか、発現した面内レターデーションを相殺する工程を用いてnx≒nyとすることで得ることができる。また、液晶材料の配向状態を固定してnz<nxの位相差を有する層を形成することも可能である。
この第2の実施態様においては、第1光学補償領域と第1及び第2基板の合計値のレターデーションRth1(550)は、−45〜25nmであることが好ましく、より好ましくは−30〜25nmであり、特に好ましくは−15〜25nmである。
第2の実施態様の第2光学補償領域の厚さとしては、1〜180μmが好ましく、5〜140μmがより好ましく、10〜100μmが特に好ましい。
[第3の実施態様]
第3の実施態様では、第2光学補償領域は、nx>ny>nzの2軸フィルム(B−プレート)とnx≒ny<nzの[準]一軸性フィルム(正のC-プレート)の2層からなる。
本実施様態において、第2光学補償領域に含まれる2層の積層順序は特に制限はない。ただし、1軸フィルムをセル基板側に配置し、2軸フィルムを第2偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸方向は、第2偏光子の吸収軸方向と直交であるように配置する。2軸フィルムをセル基板側、1軸フィルムを偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸は、第2偏光子の吸収軸方向と平行であるように配置する。
第3の実施態様では第2光学補償領域が2層よりなるため、第3の実施態様と同様に、機能分離させることにより各光学異方性の設計や製造条件の選択性が広がる点などで好ましい。
第3の実施態様では、第2光学補償領域は、nx>ny>nzの2軸フィルム(B−プレート)とnx≒ny<nzの[準]一軸性フィルム(正のC-プレート)の2層からなる。
本実施様態において、第2光学補償領域に含まれる2層の積層順序は特に制限はない。ただし、1軸フィルムをセル基板側に配置し、2軸フィルムを第2偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸方向は、第2偏光子の吸収軸方向と直交であるように配置する。2軸フィルムをセル基板側、1軸フィルムを偏光子側に配置する場合、2軸フィルムの遅相軸は、第2偏光子の吸収軸方向と平行であるように配置する。
第3の実施態様では第2光学補償領域が2層よりなるため、第3の実施態様と同様に、機能分離させることにより各光学異方性の設計や製造条件の選択性が広がる点などで好ましい。
(2軸フィルム)
第3の実施態様で用いる第2光学補償領域のうち、2軸フィルムは、波長550nmにおける面内レターデーションRe2B(550)が50〜200nmであり、波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が50〜200nmの光学異方性を示すことが好ましい。
2軸フィルムは、面内レターデーションRe2B(550)が70〜150nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が60〜150nmであることが好ましく、面内レターデーションRe2B(550)が90〜130nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が80〜120nmであることがより好ましい。
第3の実施態様で用いる第2光学補償領域のうち、2軸フィルムは、波長550nmにおける面内レターデーションRe2B(550)が50〜200nmであり、波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が50〜200nmの光学異方性を示すことが好ましい。
2軸フィルムは、面内レターデーションRe2B(550)が70〜150nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が60〜150nmであることが好ましく、面内レターデーションRe2B(550)が90〜130nmで、厚さ方向のレターデーションRth2B(550)が80〜120nmであることがより好ましい。
第3の実施態様での2軸フィルムのNz値は、1.0〜5.0が好ましく、1.2〜2.5がより好ましく、1.5〜2.0が特に好ましい。この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減し、視野角特性を改善することが可能である。
第3の実施態様での2軸フィルムのRe2B(450)/Re2B(550)が0.8〜1.2で、且つRe2B(650)/Re2B(550)が0.9〜1.1を満足すると、カラーシフトを、人間の眼で観察しても違和感がない程度まで軽減できる。
この2軸フィルムはセルロースアシレートフィルムや環状ポリオレフィンやポリカーボネートといったnz<nxのレターデーションを有するフィルムの面内レターデーションを発現させる様に成膜することで得ることができる。
製造方法としては、例えばセルロースアセテートを用いたフィルムの事例の場合では、セルロースアセテートを溶媒に溶解させたドープを成膜用の金属支持体上に流延し、溶媒を乾燥してフィルムを得て、この溶液成膜したフィルムを1.3〜1.9倍等の大きな延伸倍率で延伸してセルロース分子鎖を配向させて得ることができる。
製造方法としては、例えばセルロースアセテートを用いたフィルムの事例の場合では、セルロースアセテートを溶媒に溶解させたドープを成膜用の金属支持体上に流延し、溶媒を乾燥してフィルムを得て、この溶液成膜したフィルムを1.3〜1.9倍等の大きな延伸倍率で延伸してセルロース分子鎖を配向させて得ることができる。
(1軸フィルム)
第3の実施態様で用いる第2光学補償領域のうち、1軸フィルムは、波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が−200〜−50nmの光学異方性を示すことが好ましい。厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が−190〜−100nmであると好ましく、−180〜−140nmであるとより好ましい。
面内レターデーションRe2Cは光学設計上有さないことが最も好ましいが、製造過程において面内レターデーションが生じることがあり、それらも第3の実施態様の第2光学補償領域の1軸フィルムに準じるフィルムとして用いることが許容できる。本発明では、面内レターデーションの絶対値が10nm以下であると好ましく、5nm以下であるとより好ましい。
第3の実施態様で用いる第2光学補償領域のうち、1軸フィルムは、波長550nmにおける厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が−200〜−50nmの光学異方性を示すことが好ましい。厚さ方向のレターデーションRth2C(550)が−190〜−100nmであると好ましく、−180〜−140nmであるとより好ましい。
面内レターデーションRe2Cは光学設計上有さないことが最も好ましいが、製造過程において面内レターデーションが生じることがあり、それらも第3の実施態様の第2光学補償領域の1軸フィルムに準じるフィルムとして用いることが許容できる。本発明では、面内レターデーションの絶対値が10nm以下であると好ましく、5nm以下であるとより好ましい。
第3の実施態様での1軸フィルムのNz値は、−10以下が好ましく、−20以下がより好ましく、−100以下が特に好ましい。この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減し、視野角特性を改善することが可能である。
第3の実施態様での1軸フィルムのRe2C(450)/Re2C(550)が0.8〜1.2で、且つRe2C(650)/Re2C(550)が0.9〜1.1を満足すると、カラーシフトを、人間の眼で観察しても違和感がない程度まで軽減できる。
この1軸フィルムは、液晶材料の配向状態を固定してnz>nxの位相差を有する層を形成するか、または、スチレンやその誘導体、ポリカーボネート、アクリル樹脂、フマル酸ジエステルの様なポリエステルなどの負の固有複屈折を有し、nz>nxのレターデーションを発現するフィルムの面内レターデーションを発現させない様に成膜するか、発現した面内レターデーションを相殺する工程を用いてnx≒nyとすることで得ることができる。
この第3の実施態様においては、第1光学補償領域と第1及び第2基板のレターデーションの合計値Rth1(550)は、−75〜25nmであることが好ましく、より好ましくは−60〜25nmであり、特に好ましくは−45〜25nmである。
第3の実施態様の第2光学補償領域の厚さとしては、1〜180μmが好ましく、5〜140μmがより好ましく、10〜100μmが特に好ましい。
[その他の実施態様]
その他の第2光学補償領域の構成としては、例えば、nx>nz>nyの2軸フィルムとnx>ny>nzの2軸フィルムや、Aプレートと負のCプレート、Aプレート、正のCプレートとAプレート等の多種の構成が挙げられる。なお、光学設計以外の観点で層が多いと界面が増えて界面での反射や散乱による光の利用効率低下が懸念されるため、層数は少ない方が好ましい。
その他の第2光学補償領域の構成としては、例えば、nx>nz>nyの2軸フィルムとnx>ny>nzの2軸フィルムや、Aプレートと負のCプレート、Aプレート、正のCプレートとAプレート等の多種の構成が挙げられる。なお、光学設計以外の観点で層が多いと界面が増えて界面での反射や散乱による光の利用効率低下が懸念されるため、層数は少ない方が好ましい。
また比較的面積の小さな液晶表示装置では、上述のポリマーフィルムの代わりに光学補償領域を斜め蒸着等の構造性複屈折によって形成しても良い。
3.第1及び第2偏光子
本発明に利用される偏光子については特に制限はない。偏光子としては、ヨウ素系偏光子、二色性染料を用いる染料系偏光子やポリエン系偏光子、ワイヤーグリッド偏光子等の既知の偏光子のいずれを用いてもよい。ヨウ素系偏光子及び染料系偏光子は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造する。偏光子の吸収軸は、フィルムの延伸方向に相当する。従って、縦方向(搬送方向)に延伸された偏光子は長手方向に対して平行に吸収軸を有し、横方向(搬送方向と垂直方向)に延伸された偏光子は長手方向に対して垂直に吸収軸を有する。
第1偏光子又は第2偏光子の厚みは、50μm以下であることが装置の薄型化に寄与するため好ましい。
本発明に利用される偏光子については特に制限はない。偏光子としては、ヨウ素系偏光子、二色性染料を用いる染料系偏光子やポリエン系偏光子、ワイヤーグリッド偏光子等の既知の偏光子のいずれを用いてもよい。ヨウ素系偏光子及び染料系偏光子は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造する。偏光子の吸収軸は、フィルムの延伸方向に相当する。従って、縦方向(搬送方向)に延伸された偏光子は長手方向に対して平行に吸収軸を有し、横方向(搬送方向と垂直方向)に延伸された偏光子は長手方向に対して垂直に吸収軸を有する。
第1偏光子又は第2偏光子の厚みは、50μm以下であることが装置の薄型化に寄与するため好ましい。
偏光子は一般に保護フィルム(保護膜)を有し、第1光学補償領域が配置されている面の反対側の面、及び第2光学補償領域が配置されている面の反対側の面に保護フィルムを有することが好ましい。具体的には、第1偏光子または第2偏光子の少なくとも一方は各光学補償領域と偏光板保護フィルムとで挟持された偏光板である。本発明において、上記各光学補償領域は、偏光子の保護フィルムとして機能させるようにしてもよい。偏光子外側に配置される保護フィルムについては特に制限はなく、セルロースアシレートフィルム、環状オレフィン系ポリマーフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリル系フィルム、PET系フィルム等を用いることができる。中でも、セルロースアシレートフィルムを用いることが好ましい。
保護フィルムの厚みは、10〜80μmであるのが好ましく、15〜60μmであるのがより好ましい。
保護フィルムの厚みは、10〜80μmであるのが好ましく、15〜60μmであるのがより好ましい。
偏光板の好ましい製造方法は、2枚の保護フィルムと偏光子とが、それぞれ長尺の状態で連続的に積層される工程を含む。該長尺の偏光板は用いられる画像表示装置の画面の大きさに合わせて裁断される。なお、第1偏光子については、一方の表面には、前記光学補償フィルムを貼合する。この様にして作製された偏光板は、光学補償フィルムを液晶セル側にして配置される。なお、光学補償フィルムを構成している第1及び第2位相差領域のいずれを偏光子側にして配置してもよいが、偏光子との接着性等の観点では、ポリマーフィルムを配置するのが好ましく、第1位相差領域を偏光子に貼合する態様では、ディスコティック液晶化合物を利用して形成される位相差層の上に、ポリマーフィルムを配置し、ポリマーフィルムを偏光子に貼合するのが好ましい。当該ポリマーフィルムは、低Re且つ低Rthであるのが好ましく、利用可能なポリマーフィルムの例は、第2偏光子の保護フィルム(易層セル側保護フィルム)として好適に用いられるポリマーフィルムの例と同様である。
4.液晶セル
本発明の液晶表示装置は、IPS及びFFS型の液晶セルを有する。横電界方式の液晶セルについては、種々の文献に記載があり、いずれの構成も本発明に採用することができる。表示装置のいずれにおいても得られる。IPS型液晶表示装置は、例えば特開2003−15160号、特開2003−75850号、特開2003−295171号、特開2004−12730号、特開2004−12731号、特開2005−106967号、特開2005−134914号、特開2005−241923号、特開2005−284304号、特開2006−189758号、特開2006−194918号、特開2006−220680号、特開2007−140353号、特開2007−178904号、特開2007−293290号、特開2007−328350号、特開2008−3251号、特開2008−39806号、特開2008−40291号、特開2008−65196号、特開2008−76849号、特開2008−96815号等の各公報に記載のものも使用できる。
本発明の液晶表示装置は、IPS及びFFS型の液晶セルを有する。横電界方式の液晶セルについては、種々の文献に記載があり、いずれの構成も本発明に採用することができる。表示装置のいずれにおいても得られる。IPS型液晶表示装置は、例えば特開2003−15160号、特開2003−75850号、特開2003−295171号、特開2004−12730号、特開2004−12731号、特開2005−106967号、特開2005−134914号、特開2005−241923号、特開2005−284304号、特開2006−189758号、特開2006−194918号、特開2006−220680号、特開2007−140353号、特開2007−178904号、特開2007−293290号、特開2007−328350号、特開2008−3251号、特開2008−39806号、特開2008−40291号、特開2008−65196号、特開2008−76849号、特開2008−96815号等の各公報に記載のものも使用できる。
FFS型(以下、FFSモードともいう)液晶セルは、カウンター電極と画素電極を有する。これらの電極はITO等の透明物質で形成され、及び上・下部基板等の間の間隔より狭い間隔で、電極上部に配置されている液晶分子等が全て駆動することができる程度の幅で形成されている。この構成により、FFSモードでは、IPSモードより向上した開口率を得ることができ、さらに、電極部分が光透過性であるので、IPSモードより向上した透過率を得ることができる。FFSモード液晶セルについては、例えば特開2001−100183号、特開2002−14374、特開2002−182230、特開2003−131248、特開2003−233083号等の各公報の記載を参照することができる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、実施例中の含有率としての「%」、及び、「部」は、いずれも質量基準に基づくものである。本実施例において、配合量を示す「部」は特に述べない限り、「質量部」を示す。
<IPSモード液晶セル1の作製>
一枚のガラス基板上に、図1に示す様に、隣接する電極間の距離が20μmとなるように電極を配設し、その上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を行なった。図2中に示す方向4に、ラビング処理を行なった。別に用意した一枚のガラス基板の一方の表面にポリイミド膜を設け、ラビング処理を行なって配向膜とした。二枚のガラス基板を、配向膜同士を対向させて、基板の間隔(ギャップ;d)を3.9μmとし、二枚のガラス基板のラビング方向が平行となるようにして重ねて貼り合わせ、次いで屈折率異方性(Δn)が0.0769及び誘電率異方性(Δε)が正の4.5であるネマチック液晶組成物を封入した。液晶層のd・Δnの値は300nmであった。
一枚のガラス基板上に、図1に示す様に、隣接する電極間の距離が20μmとなるように電極を配設し、その上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を行なった。図2中に示す方向4に、ラビング処理を行なった。別に用意した一枚のガラス基板の一方の表面にポリイミド膜を設け、ラビング処理を行なって配向膜とした。二枚のガラス基板を、配向膜同士を対向させて、基板の間隔(ギャップ;d)を3.9μmとし、二枚のガラス基板のラビング方向が平行となるようにして重ねて貼り合わせ、次いで屈折率異方性(Δn)が0.0769及び誘電率異方性(Δε)が正の4.5であるネマチック液晶組成物を封入した。液晶層のd・Δnの値は300nmであった。
<FFSモード液晶セル1の作製>
一枚のカラーフィルタを有するガラス基板上に、共通電極ITOを形成し、その上にアクリル系有機絶縁膜(又はSIN等無機膜)を形成した。絶縁膜に、フォトリソグラフィーを用いてエッチング(TFTなど能動素子製造工程と同時でも構わない)処理を施すことにより、ドメインを形成した。その上に、スリットを設けた、画素電極(ライン幅5μm、電極間隙5μm)を形成した。さらに、その上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を行なった。別に用意した一枚のガラス基板の一方の表面にポリイミド膜を設け、ラビング処理を行なって配向膜とした。二枚のガラス基板を、配向膜同士を対向させて、基板の間隔(ギャップ;d)を3.8μmとし、二枚のガラス基板のラビング方向が平行となるようにして重ねて貼り合わせ、次いで屈折率異方性(Δn)が0.098及び誘電率異方性(Δε)が正の4.5であるネマチック液晶組成物を封入した。液晶層のd・Δnの値は360nmであった。
一枚のカラーフィルタを有するガラス基板上に、共通電極ITOを形成し、その上にアクリル系有機絶縁膜(又はSIN等無機膜)を形成した。絶縁膜に、フォトリソグラフィーを用いてエッチング(TFTなど能動素子製造工程と同時でも構わない)処理を施すことにより、ドメインを形成した。その上に、スリットを設けた、画素電極(ライン幅5μm、電極間隙5μm)を形成した。さらに、その上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を行なった。別に用意した一枚のガラス基板の一方の表面にポリイミド膜を設け、ラビング処理を行なって配向膜とした。二枚のガラス基板を、配向膜同士を対向させて、基板の間隔(ギャップ;d)を3.8μmとし、二枚のガラス基板のラビング方向が平行となるようにして重ねて貼り合わせ、次いで屈折率異方性(Δn)が0.098及び誘電率異方性(Δε)が正の4.5であるネマチック液晶組成物を封入した。液晶層のd・Δnの値は360nmであった。
<第1光学補償領域の作製>
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Aを調製した。
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<セルロースアセテート溶液A組成>
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置換度2.86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) 300質量部
メタノール(第2溶媒) 54質量部
1−ブタノール 11質量部
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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Aを調製した。
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<セルロースアセテート溶液A組成>
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置換度2.86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) 300質量部
メタノール(第2溶媒) 54質量部
1−ブタノール 11質量部
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別のミキシングタンクに、下記の組成物を投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、添加剤溶液Bを調製した。
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<添加剤溶液B組成>
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メチレンクロライド 80質量部
メタノール 20質量部
下記光学的異方性低下剤 40質量部
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<添加剤溶液B組成>
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メチレンクロライド 80質量部
メタノール 20質量部
下記光学的異方性低下剤 40質量部
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セルロースアセテート溶液Aを477質量部に、添加剤溶液Bの60質量部を添加し、充分に攪拌して、ドープを調製した。ドープを流延口から0℃に冷却したドラム上に流延した。溶媒含有率70質量%の場外で剥ぎ取り、フィルムの巾方向の両端をピンテンター(特開平4−1009号公報の図3に記載のピンテンター)で固定し、溶媒含有率が3〜5質量%の状態で、横方向(機械方向に垂直な方向)の延伸率が3%となる間隔を保ちつつ乾燥した。その後、熱処理装置のロール間を搬送することにより、さらに乾燥し、厚み80μmの実施例1の第1光学補償領域を作製した。
自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定し、光学特性を算出したところ、Reが1nm、Rthが−25nmであることが確認できた。
セルロースアセテート溶液Aと、添加剤溶液Bの混合比を変化させる以外は同じ手順によって、実施例2〜17、比較例1〜4の特性を持つ第1光学補償領域を作製した。
自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定し、光学特性を算出したところ、Reが1nm、Rthが−25nmであることが確認できた。
セルロースアセテート溶液Aと、添加剤溶液Bの混合比を変化させる以外は同じ手順によって、実施例2〜17、比較例1〜4の特性を持つ第1光学補償領域を作製した。
<1層の第2光学補償領域の作製>
(1)ドープ調製
・セルロースアシレート溶液C
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、さらに90℃で約10分間加熱した後、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
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セルロースアシレート溶液C
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セルロースアシレート(置換度−ベンゾイル基:0.86、アセチル基:1.76)
100.0質量部
ジクロロメタン 462.0質量部
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(1)ドープ調製
・セルロースアシレート溶液C
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、さらに90℃で約10分間加熱した後、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
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セルロースアシレート溶液C
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セルロースアシレート(置換度−ベンゾイル基:0.86、アセチル基:1.76)
100.0質量部
ジクロロメタン 462.0質量部
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(2)流延製膜
ドープを金属製のバンド流延機を用いて流延し、乾燥させた後、剥ぎ取りドラムによりフィルムをバンドから剥ぎ取った。この様にして、未延伸フィルムをそれぞれ作製した。
ドープを金属製のバンド流延機を用いて流延し、乾燥させた後、剥ぎ取りドラムによりフィルムをバンドから剥ぎ取った。この様にして、未延伸フィルムをそれぞれ作製した。
(3)延伸
上記にて製造した各未延伸フィルムについて、(ガラス転移点Tg−延伸温度)=−5℃でフィルム搬送方向(MD)に固定端一軸延伸にてテンターゾーンで10%延伸した。次に、同温度で、幅方向(TD)に固定端一軸延伸にてテンターゾーンで65%延伸した。この様にして二軸延伸処理して、セルロースアシレートフィルムを作製した。なお、延伸および乾燥後の膜厚が60μmになるように、流延膜厚を調整した。
光学特性を測定し、Reが220nm、Rthが−10nmであることが確認できた。
膜厚、延伸倍率を変える以外は同様の手順で、実施例2〜6および比較例1の第2光学補償領域を作製した。
上記にて製造した各未延伸フィルムについて、(ガラス転移点Tg−延伸温度)=−5℃でフィルム搬送方向(MD)に固定端一軸延伸にてテンターゾーンで10%延伸した。次に、同温度で、幅方向(TD)に固定端一軸延伸にてテンターゾーンで65%延伸した。この様にして二軸延伸処理して、セルロースアシレートフィルムを作製した。なお、延伸および乾燥後の膜厚が60μmになるように、流延膜厚を調整した。
光学特性を測定し、Reが220nm、Rthが−10nmであることが確認できた。
膜厚、延伸倍率を変える以外は同様の手順で、実施例2〜6および比較例1の第2光学補償領域を作製した。
<2層の第2光学補償領域の作製>
(1)Bプレートと正のCプレートからなる第2光学補償領域の作製
・Bプレートの作製
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、セルロースアシレート溶液Dを調製した。
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セルロースアシレート溶液D
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・セルロースアセテート(置換度2.46) 100.0質量部
・化合物A*1 19.0質量部
・メチレンクロライド 365.5質量部
・メタノール 54.6質量部
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*1:化合物Aはテレフタル酸/コハク酸/プロピレンクリコール/エチレングリコール共重合体(共重合比[モル%]=27.5/22.5/25/25)を表す。
(1)Bプレートと正のCプレートからなる第2光学補償領域の作製
・Bプレートの作製
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、セルロースアシレート溶液Dを調製した。
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セルロースアシレート溶液D
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・セルロースアセテート(置換度2.46) 100.0質量部
・化合物A*1 19.0質量部
・メチレンクロライド 365.5質量部
・メタノール 54.6質量部
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*1:化合物Aはテレフタル酸/コハク酸/プロピレンクリコール/エチレングリコール共重合体(共重合比[モル%]=27.5/22.5/25/25)を表す。
スキン層用セルロースアシレート溶液E
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、セルロースアシレート溶液Eを調製した。
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セルロースアシレート溶液E
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・セルロースアセテート(置換度2.79) 100.0質量部
・化合物A 11.0質量部
・シリカ微粒子 R972(日本エアロジル製) 0.15質量部
・メチレンクロライド 395.0質量部
・メタノール 59.0質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
*1:化合物Aはテレフタル酸/コハク酸/プロピレンクリコール/エチレングリコール共重合体(共重合比[モル%]=27.5/22.5/25/25)を表す。
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、セルロースアシレート溶液Eを調製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアシレート溶液E
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
・セルロースアセテート(置換度2.79) 100.0質量部
・化合物A 11.0質量部
・シリカ微粒子 R972(日本エアロジル製) 0.15質量部
・メチレンクロライド 395.0質量部
・メタノール 59.0質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
*1:化合物Aはテレフタル酸/コハク酸/プロピレンクリコール/エチレングリコール共重合体(共重合比[モル%]=27.5/22.5/25/25)を表す。
前記セルロースアシレート溶液Dを膜厚90μmのコア層になるように、前記セルロースアシレート溶液Eを膜厚2μmのスキンA層および膜厚2μmのスキンB層になるように、それぞれ流延した。
得られたウェブ(フィルム)をバンドから剥離し、乾燥させた後に巻き取った。この時、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が0〜0.5%であった。続いて、前記フィルムを送り出し、テンターにて190℃で75%のTD延伸を行うことにより、実施例7の第1位相差領域を作製した。光学特性を測定し、Reが110nm、Rthが115nmであることが確認できた。
実施例8〜14、比較例2〜3についても膜厚、延伸倍率を変えた以外は同様の手段により作製した。
得られたウェブ(フィルム)をバンドから剥離し、乾燥させた後に巻き取った。この時、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が0〜0.5%であった。続いて、前記フィルムを送り出し、テンターにて190℃で75%のTD延伸を行うことにより、実施例7の第1位相差領域を作製した。光学特性を測定し、Reが110nm、Rthが115nmであることが確認できた。
実施例8〜14、比較例2〜3についても膜厚、延伸倍率を変えた以外は同様の手段により作製した。
・正Cプレートの作製
上記製作したBプレートの表面のケン化処理を行い、このフィルム上に市販の垂直配向膜(JALS−204R、日本合成ゴム(株)製)をメチルエチルケトンで1:1に希釈したのち、ワイヤーバーコーターで2.4mL/m2塗布した。直ちに、120℃の温風で120秒乾燥した。
上記製作したBプレートの表面のケン化処理を行い、このフィルム上に市販の垂直配向膜(JALS−204R、日本合成ゴム(株)製)をメチルエチルケトンで1:1に希釈したのち、ワイヤーバーコーターで2.4mL/m2塗布した。直ちに、120℃の温風で120秒乾燥した。
次に、下記の棒状液晶化合物3.8g、光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製)0.06g、増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)0.02g、下記の空気界面側垂直配向剤0.002gを9.2gのメチルエチルケトンに溶解した溶液を調製した。この溶液を前記配向膜を形成したフィルムの配向膜側に、#3.4番手のワイヤーバーでそれぞれ塗布した。これを金属の枠に貼り付けて、100℃の恒温槽中で2分間加熱し、棒状液晶化合物を配向させた。次に、80℃で120W/cm高圧水銀灯により、20秒間UV照射し棒状液晶化合物を架橋して、その後、室温まで放冷して位相差層を作製した。
前記Bプレート、前記負Cプレートをポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り合せ、第2光学補償領域を作製した。
自動複屈折計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、製作したフィルムのReの光入射角度依存性を測定し、予め測定した支持体の寄与分を差し引くことによって、透明領域のみの光学特性を算出したところ、透明領域はReが0nm、Rthが−160nmであり、いずれも棒状液晶が略垂直に配向していることを確認し、実施例7の第2位相差領域を得た。
実施例8〜14、比較例2、3の第2光学補償領域についても、ワイヤーバーの番号を変えることにより同様の手順で作製した。
実施例8〜14、比較例2、3の第2光学補償領域についても、ワイヤーバーの番号を変えることにより同様の手順で作製した。
(2)Bプレートと負のCプレートからなる第2光学補償領域の作製
・Bプレートの作製
東芝製、42Z1の液晶TVから偏光板を剥した後、偏光板からフィルムを剥離して使用した。自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定し、Reが100nm、Rthが−100nmであることを確認した。
・Bプレートの作製
東芝製、42Z1の液晶TVから偏光板を剥した後、偏光板からフィルムを剥離して使用した。自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、Reの光入射角度依存性を測定し、Reが100nm、Rthが−100nmであることを確認した。
・負Cプレートの作製
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、さらに90℃で約10分間加熱した後、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアセテート溶液F
――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアセテート(置換度2.79) 100.0質量部
重縮合エステルPB−35 9.0質量部
化合物1 0〜10質量部
ジクロロメタン 403.0質量部
メタノール 60.2質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、さらに90℃で約10分間加熱した後、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアセテート溶液F
――――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアセテート(置換度2.79) 100.0質量部
重縮合エステルPB−35 9.0質量部
化合物1 0〜10質量部
ジクロロメタン 403.0質量部
メタノール 60.2質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
完成したポリマーフィルムの膜厚が58μmとなるように、ダイ突出口のポリマードープの流量を調整し、ドープ温度36℃でステンレス製のバンドに流延を行った。乾燥、剥ぎ取り後、面内のレターデーションReを自動複屈折計KOBRA−WR(王子計測器(株)製)を用いて波長550nmにおいて3次元複屈折測定を行って求め、Reが0nm、Rthが110nmであった。
前記Bプレート、前記負Cプレートをポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り合せ、第2光学補償領域を作製した。
<3層からなる第2光学補償領域の作製>
市販されているトリアセチルセルロースフィルム「フジタックTD80UF」(富士フイルム社製)を実施例17の第1、第3位相差層として用いた。また、実施例1の1層の第2光学補償領域を第2位相差層として用いた。
第1、第2、及び第3位相差層を、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り合せ、第2光学補償領域を作製した。
市販されているトリアセチルセルロースフィルム「フジタックTD80UF」(富士フイルム社製)を実施例17の第1、第3位相差層として用いた。また、実施例1の1層の第2光学補償領域を第2位相差層として用いた。
第1、第2、及び第3位相差層を、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り合せ、第2光学補償領域を作製した。
<第1及び第2偏光子の作製>
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子を作製し、市販のセルロースアセテートフィルム(フジタックTD80UF、富士フイルム社製(Re=0nm、Rth=40nm)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子の片面に貼り付け第1及び第2偏光子を作製した。
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子を作製し、市販のセルロースアセテートフィルム(フジタックTD80UF、富士フイルム社製(Re=0nm、Rth=40nm)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子の片面に貼り付け第1及び第2偏光子を作製した。
<液晶表示装置の作製(実施例1)>
作製した第1偏光子にポリビニルアルコール系接着剤を用いて、作製した第1光学補償領域を貼り付けた。また、作製した第2偏光子にポリビニルアルコール系接着剤を用いて、第2光学補償領域を第2偏光子の吸収軸と第2光学補償領域の遅相軸とが平行になるように貼り付けた。
作製した第1偏光子にポリビニルアルコール系接着剤を用いて、作製した第1光学補償領域を貼り付けた。また、作製した第2偏光子にポリビニルアルコール系接着剤を用いて、第2光学補償領域を第2偏光子の吸収軸と第2光学補償領域の遅相軸とが平行になるように貼り付けた。
前記で作製したIPSモード液晶セル1の一方の面に、第1偏光子の吸収軸が液晶層の遅相軸と平行となるように、第1偏光子の第1光学補償領域が貼付されている面と液晶セルとを貼り付けた。
続いて、IPSモード液晶セル1の他方の面に、第2偏光子の吸収軸が液晶層の遅相軸と垂直となるように、且つ第1偏光子とはクロスニコルの配置になるように第2光学補償領域が貼付されている面と液晶セルとを貼り付け、実施例1の液晶表示装置を作製した。
続いて、IPSモード液晶セル1の他方の面に、第2偏光子の吸収軸が液晶層の遅相軸と垂直となるように、且つ第1偏光子とはクロスニコルの配置になるように第2光学補償領域が貼付されている面と液晶セルとを貼り付け、実施例1の液晶表示装置を作製した。
(実施例2〜17、比較例1〜5)
作製した各第1及び第2光学補償領域を用いて、同様の手順で偏光板を作製し、液晶セルに貼り付けて液晶表示装置をそれぞれ作製した。
作製した各第1及び第2光学補償領域を用いて、同様の手順で偏光板を作製し、液晶セルに貼り付けて液晶表示装置をそれぞれ作製した。
<評価>
表示性能の測定は、市販の液晶視野角、色度特性測定装置Ezcom(ELDIM社製)を使用し、バックライトは市販の液晶表示装置42LE5500(LG社製)を使用した。
以下、Lab色味指標、輝度指標、及び総合評価を評価し、結果を下記表に示した。なお、表中、第1〜第3位相差層とは、第2光学補償領域が1層の場合は1層の第2光学補償領域(第1位相差層)を表す。第2光学補償領域が2層の場合は、第1位相差層が液晶セル側のフィルムを表し、第2位相差層が第2偏光子側のフィルムを表す。第2光学補償領域が3層の場合は、第1位相差層が液晶セル側のフィルムを表し、第3位相差層が第2偏光子側のフィルムを表し、第2位相差層が第1位相差層と第2位相差層との間のフィルムを表す。
表示性能の測定は、市販の液晶視野角、色度特性測定装置Ezcom(ELDIM社製)を使用し、バックライトは市販の液晶表示装置42LE5500(LG社製)を使用した。
以下、Lab色味指標、輝度指標、及び総合評価を評価し、結果を下記表に示した。なお、表中、第1〜第3位相差層とは、第2光学補償領域が1層の場合は1層の第2光学補償領域(第1位相差層)を表す。第2光学補償領域が2層の場合は、第1位相差層が液晶セル側のフィルムを表し、第2位相差層が第2偏光子側のフィルムを表す。第2光学補償領域が3層の場合は、第1位相差層が液晶セル側のフィルムを表し、第3位相差層が第2偏光子側のフィルムを表し、第2位相差層が第1位相差層と第2位相差層との間のフィルムを表す。
Lab色味指標:
極角60°における黒色味変化(5°刻み)をa*b*平面にプロットしたときに、+a*軸基準(0°)で−15〜240°の範囲にプロットされる点の原点からの距離を積算した。黒表示の印象を悪くすると考える赤味、黄色味の強さを表す指標であり、数値が小さいほど色味は優れていることを意味し、以下の基準で評価した。
A: 0.5未満
B: 0.5〜1.0未満
C: 1.0〜1.5未満
D: 1.5以上
極角60°における黒色味変化(5°刻み)をa*b*平面にプロットしたときに、+a*軸基準(0°)で−15〜240°の範囲にプロットされる点の原点からの距離を積算した。黒表示の印象を悪くすると考える赤味、黄色味の強さを表す指標であり、数値が小さいほど色味は優れていることを意味し、以下の基準で評価した。
A: 0.5未満
B: 0.5〜1.0未満
C: 1.0〜1.5未満
D: 1.5以上
輝度指標:
上方向(方位角0〜180°、5°刻み)、下方向(方位角180〜360°、5°刻み)それぞれの黒輝度(Cd/m2)の最大値を平均化した。数値が小さいほど黒表示の光漏れは少ないことを意味し、以下の基準で評価した。
A: 1.3未満
B: 1.3〜1.5未満
C: 1.5〜1.7未満
D: 1.7以上
上方向(方位角0〜180°、5°刻み)、下方向(方位角180〜360°、5°刻み)それぞれの黒輝度(Cd/m2)の最大値を平均化した。数値が小さいほど黒表示の光漏れは少ないことを意味し、以下の基準で評価した。
A: 1.3未満
B: 1.3〜1.5未満
C: 1.5〜1.7未満
D: 1.7以上
総合評価:
以下の基準で評価した。
A: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果が全てAである。
B: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果のどちらか一方がA、他方がBである。
C: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果のいずれもBまたは、いずれかがCである。
D: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果のいずれもCまたは、いずれかがDである。
以下の基準で評価した。
A: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果が全てAである。
B: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果のどちらか一方がA、他方がBである。
C: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果のいずれもBまたは、いずれかがCである。
D: Lab色味指標及び輝度指標の評価結果のいずれもCまたは、いずれかがDである。
表から、Rthsub(550)が、3nm≦|Rth(550)|≦60nmであり、且つRth1(550)が、−135〜25nmである実施例1〜17は、Lab色味指標及び輝度指標が優れていることがわかる。一方、Rthsub(550)が、3nm≦|Rth(550)|≦60nmであり、且つRth1(550)が、−135〜25nmである要件を満たさない比較例は、実施例と比較してLab色味指標及び輝度指標のいずれかが劣ることがわかる。
<薄膜ポリマーフィルムを用いた実施例>
下記に示す組成をそれぞれ有するドープP10及びドープT30をそれぞれ調製した。ドープP10の組成:
市販の三菱レイヨン(株)製ダイヤナールBR88 100.0質量部
添加剤AA1 5.8質量部
添加剤AA2 1.8質量部
添加剤UU1 2.0質量部
ドープT30の組成:
セルロースアシレート(置換度2.42) 100.0質量部
添加剤AA1 5.8質量部
添加剤AA2 1.8質量部
添加剤UU1 2.0質量部
下記に示す組成をそれぞれ有するドープP10及びドープT30をそれぞれ調製した。ドープP10の組成:
市販の三菱レイヨン(株)製ダイヤナールBR88 100.0質量部
添加剤AA1 5.8質量部
添加剤AA2 1.8質量部
添加剤UU1 2.0質量部
ドープT30の組成:
セルロースアシレート(置換度2.42) 100.0質量部
添加剤AA1 5.8質量部
添加剤AA2 1.8質量部
添加剤UU1 2.0質量部
添加剤AA1は、下記式で表される化合物である。下記構造式中、Rはベンゾイル基を表し、平均置換度が5〜7のものを使用した。
添加剤AA2は、下記式で表される化合物である。R9のそれぞれの構造式と置換度は
以下に示す。
以下に示す。
添加剤UU1は、下記式で表される化合物である。
ドープP10及びドープT30を用いて、溶液流延法により、積層フィルムを作製した。具体的には、3層共流延が可能な流延ギーサーを通して、金属支持体上に、上記2種のドープを流延した。このとき、金属支持体面側から、下側層(T30)、中間層(P10)及び上側層(T30)の順で流延した。各層の粘度は、共流延が可能なように各ドープの組合せに応じて適宜、固形分濃度で調整し、均一流延が可能な状態になるように設定した。金属支持体上にある間、ドープを40℃の乾燥風により乾燥してフィルムを形成した後に剥ぎ取り、フィルム両端をピンで固定し、その間を同一の間隔で保ちつつ105℃の乾燥風で5分間乾燥した。ピンを外した後、さらに130℃で20分間乾燥し、積層フィルムの状態で巻き取った。
その後、この3層の積層フィルムを剥離した。下側層のフィルムのフィルム膜厚は20μmであった。この様にして、薄膜のポリマーフィルムを安定的に作製できた。
その後、この3層の積層フィルムを剥離した。下側層のフィルムのフィルム膜厚は20μmであった。この様にして、薄膜のポリマーフィルムを安定的に作製できた。
この薄膜フィルムを、偏光板作製に用いたTD80UFの変わりに配置して、同一の構成の液晶表示装置をそれぞれ製造した。これらの液晶表示装置について、上記と同様に評価したところ、上記実施例それぞれと同様に良好な評価結果が得られた。
<薄膜偏光膜を用いた実施例>
特許第4804588号公報に記載の方法に従い、薄膜の偏光膜を以下の通り作製した。イソフタル酸を6mol%共重合させたイソフタル酸共重合ポリエチレンテレフタレートを、非晶性エステル系熱可塑性樹脂基材として準備した。この樹脂基材上に、塗布によりPVA系樹脂層を形成した。樹脂基材とPVA系樹脂層とを一体に、空中補助延伸とホウ酸水中延伸とからなる2段延伸工程で延伸し、該PVA系樹脂層に二色性色素による染色処理を施すことによって、厚みが3μmの偏光膜を作製した。この偏光膜を用い、上記と同様に評価したところ、上記実施例それぞれと同様に良好な評価結果が得られた。
特許第4804588号公報に記載の方法に従い、薄膜の偏光膜を以下の通り作製した。イソフタル酸を6mol%共重合させたイソフタル酸共重合ポリエチレンテレフタレートを、非晶性エステル系熱可塑性樹脂基材として準備した。この樹脂基材上に、塗布によりPVA系樹脂層を形成した。樹脂基材とPVA系樹脂層とを一体に、空中補助延伸とホウ酸水中延伸とからなる2段延伸工程で延伸し、該PVA系樹脂層に二色性色素による染色処理を施すことによって、厚みが3μmの偏光膜を作製した。この偏光膜を用い、上記と同様に評価したところ、上記実施例それぞれと同様に良好な評価結果が得られた。
10 液晶セル
11 第1基板
12 液晶層
12a 液晶層内の液晶分子の遅相軸方向(黒表示[電場無印加時]時)
13 カラーフィルタ
14 画素電極
15 第2基板
20 第1偏光子
20a 第1偏光子の吸収軸
22 第2偏光子
22a 第2偏光子の吸収軸
24 第1位相差領域
26 第2位相差領域
28 保護フィルム
30 バックライトユニット
11 第1基板
12 液晶層
12a 液晶層内の液晶分子の遅相軸方向(黒表示[電場無印加時]時)
13 カラーフィルタ
14 画素電極
15 第2基板
20 第1偏光子
20a 第1偏光子の吸収軸
22 第2偏光子
22a 第2偏光子の吸収軸
24 第1位相差領域
26 第2位相差領域
28 保護フィルム
30 バックライトユニット
Claims (15)
- 第1偏光子と、第1光学補償領域と、第1基板、液晶層、及び第2基板を有する液晶セルと、第2光学補償領域と、第2偏光子とをこの順序で有し、
黒表示時に前記液晶層に含まれる液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向し、
前記第1基板、前記第2基板が有する波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rthsub(550)が、3nm≦|Rthsub(550)|≦60nmであり、
前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmにおける厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜25nmであることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第2光学補償領域の波長550nmの面内レターデーションRe2(550)が、100〜250nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2(550)が、−150〜10nmである請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第2光学補償領域は1層で構成され、前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−135〜5nmである請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
- 前記第2光学補償領域が、少なくとも2層からなる請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
- 前記第2光学補償領域の一方の層の波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2C(550)が、50〜200nmであり、他方の層の波長550nmの面内レターデーションRe2B(550)が、70〜150nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2B(550)が、−150〜−70nmである請求項4に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−45〜25nmである請求項5に記載の液晶表示装置。
- 前記第2光学補償領域の前記一方の層の波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2C(550)が、−200〜−50nmであり、前記他方の層の波長550nmの面内レターデーションRe2B(550)が、50〜200nmであり、波長550nmの厚み方向のレターデーションRth2B(550)が、50〜200nmである請求項4に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板、前記第2基板と前記第1光学補償領域の波長550nmの厚み方向のレターデーションの合計値Rth1(550)が、−75〜25nmである請求項7に記載の液晶表示装置。
- 前記第1及び第2光学補償領域の少なくとも一方が、ポリマーフィルムからなる請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記ポリマーフィルムが、セルロースアシレート系フィルム、環状オレフィン系ポリマーフィルム、又はアクリル系ポリマーフィルムから選択される請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記ポリマーフィルムの厚みが、1〜90μmである請求項9又は10に記載の液晶表示装置。
- 前記アクリル系ポリマーフィルムが、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーを含有する請求項10または11に記載の液晶表示装置。
- 前記第1偏光子または前記第2偏光子の少なくとも一方が光学補償領域と偏光板保護フィルムとで挟持された偏光板であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記保護フィルムの厚みが10〜80μmである請求項13に記載の液晶表示装置。
- 前記第1偏光子又は第2偏光子の厚みが50μm以下である請求項1〜14のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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