JP2013531277A - 複合構成偏光板セット及びこれを備えたipsモード液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような液晶表示装置のモードは、液晶の初期配列、電極構造及び液晶の物性によって分類される。現在、最も多く使われている液晶表示装置のモードとしてはツイステッドネマチック(TN)、垂直配向(VA)、面内スイッチング(IPS) などがある。さらに、電圧無印加の時に光を透過するか否かによって、ノーマルブラックまたはノーマルホワイトモードに分類される。そして、液晶のドメイン及び初期配列によって、VAモードはPVA(Patterned VA)モード、SPVA(Super PVA)モード及びMVA(multidomain VA)モードに、IPSモードはS−IPSモードまたはFFSモードに分類される。
従来のIPSモード液晶表示装置は、液晶が含まれている液晶セルと、上記液晶セルの両面に光を偏光させるための偏光子と、上記偏光子の片面または両面には三酢酸セルロース(TAC、Triacetate Cellulose)フィルムからなる偏光子保護フィルムが備えられる。この構成では、液晶が暗(Black)状態を表示するときに、下側偏光板に備えられた偏光子によって偏光された光は、三酢酸セルロースにより斜め方向で楕円偏光され、この楕円偏光された光は液晶セル内で偏光が増幅されて、光漏れとともに光が多様な色を有する。
これにより、IPSモード液晶表示装置では、一方の偏光子(PVA)と液晶セルとの間に等方性保護フィルムを備え、他方の偏光子(PVA)と液晶セルとの間には互いに異なる光学特性を有する2つ以上の位相差フィルムを積層させるか、または1つのZ軸配向(厚み方向配向)フィルムを備える。上記位相差フィルムは、液晶表示装置の光学特性(コントラスト比など)を向上するために無延伸フィルムを使用する。
また、本発明は、視野角の確保が可能であり、且つ全波長に対する均等な透過率を維持することにより、特に斜め方向で優れた色感を表すことができるIPSモード液晶表示装置を提供しようとする。
上記ポジティブAプレートは正面位相差値(R0)が10〜80nmであることができる。好ましくは、上記ポジティブAプレートは正面位相差値(R0)が10〜50nmであることができる。
上記ポジティブAプレートは三酢酸セルロース(TAC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリスルホン(PSF)及びポリメチルメタクリレート(PMMA)からなる群から選ばれたもので製造することができる。
上記上側偏光板と下側偏光板の各吸収軸は互いに直交するものであることができる。
また、本発明は、全波長に対して均等な透過率を示して、斜め方向においても優れた色感を持つIPSモード液晶表示装置を提供することができる。
本発明の複合構成偏光板セットは、保護フィルム、偏光子、及び1軸延伸されたポジティブAプレートの順で積層された上側偏光板と、1軸延伸されたポジティブAプレート、偏光子、及び保護フィルムの順で積層された下側偏光板とを含む。
上側偏光板及び下側偏光板のポジティブAプレートは、それぞれ正面位相差値(R0)が10〜100nm、屈折率比(NZ)が0.9〜1.1である。また、その遅相軸は隣接した偏光子の吸収軸と平行になるように配置される。
偏光子とは、入射する自然光を所望する単一偏光状態(線偏光状態)に変える役目をする光学フィルムであって、当分野で一般的に偏光機能を遂行するものであれば特に限定されない。
偏光子を構成するポリビニルアルコール系樹脂は、ポリ酢酸ビニル系樹脂を鹸化することで製造することができる。ポリ酢酸ビニル系樹脂としては、酢酸ビニルの単独重合体であるポリ酢酸ビニル、酢酸ビニルと共重合可能な他の単量体との共重合体などが挙げられる。上記酢酸ビニルと共重合可能な他の単量体の具体例としては、不飽和カルボン酸類、不飽和スルホン酸類、オレフィン類、ビニルエーテル類、アンモニウム基を持つアクリルアミド類などが挙げられる。
このようなポリビニルアルコール系樹脂を膜に形成させて偏光子として使用する。ポリビニルアルコール系樹脂の膜形成方法は特に制限されず、公知の多様な方法を利用することができる。ポリビニルアルコール系樹脂の膜厚みは特に制限されず、例えば10〜150μmであることができる。
ポリビニルアルコール系フィルムを1軸延伸する工程は染色の前、染色と同時、または染色の後に遂行することができる。1軸延伸が染色の後に遂行される場合はホウ酸処理前、またはホウ酸処理中に遂行することもできる。勿論、これらのうち、複数個の段階で1軸延伸を遂行することも可能である。1軸延伸は周速の異なるロールまたは熱ロールを使用することができ、大気中で延伸する乾式延伸であることもあり、溶媒で膨潤させた状態で延伸する湿式延伸であることもある。延伸比は通常3〜8倍である。
一方、二色性色素として二色性有機染料を利用する場合は、通常、水溶性の二色性有機染料を含む染色用水溶液にポリビニルアルコール系フィルムを浸漬して染色する方法を利用することができる。染色用水溶液においての二色性有機染料の含量は、水100重量部に対して通常1×10-4〜10重量部であり、1×10-3〜1重量部であることが好ましい。染色用水溶液は硫酸ナトリウムなどの無機塩を染色補助剤としてさらに含有することができる。染色用水溶液の温度は通常20〜80℃であり、浸漬時間、例えば染色時間は通常10〜1,800秒である。
偏光子の厚みは5〜40μmであることができる。
上記ポジティブAプレートの正面位相差値(R0)は広視野角を確保するために考慮された最適の範囲であり、10nm〜100nm、好ましくは50nm〜80nmである。
また、ポジティブAプレートは理論的には屈折率比(NZ)が1.0の場合を意味するが、現実的にはフィルムの製造工程上、屈折率比(NZ)が1.0であるポジティブAプレートを製造することは非常に困難である。それで通常、当業界では屈折率比(NZ)が1.0である場合と実質的に同一特性を有することができる屈折率比(NZ)範囲もポジティブAプレートとして取り扱っている。
ポジティブAプレートの光学特性は可視光線領域内の全波長に対して下記の数式1〜3で定義される。
光源の波長に対する言及がない場合は、波長589nmの光に対する光学特性である。ここで、Nxは面内方向で屈折率が最大である軸方向の屈折率であり、Nyは面内方向でNxと垂直方向の屈折率であり、Nzは厚み方向の屈折率であり、それらは以下に説明するように図2に示される。
R0は正面位相差であり、光がフィルムをノーマル方向(垂直方向)で通過したときの実質的な位相差である。
NZは屈折率比であり、これをもって位相差フィルムのプレートの種類を区分することができる。
本発明のポジティブAプレートは外部環境の物理的変化に対する抵抗性を維持するために上記正(+)の屈折率特性を有するフィルムを1軸延伸して製造される。上記延伸されたフィルムは、フィルムを構成する高分子の配列が変形されるので無延伸されたフィルムに比べて外部環境の物理的変化に対する敏感度が低下される。
本発明のポジティブAプレートは自由端であって、1軸延伸する。
また、延伸以外に追加工程を適用して遅相軸(Slow Axis)の方向、位相差値及びNZの値を制御することができ、この追加工程は当分野で一般的に適用される工程であって特に限定しない。
保護フィルムは透明性、機械的強度、熱安定性、遮水性及び等方性などに優れたフィルムを使用することができる。上記保護フィルムはこれを構成する樹脂の種類によって透湿度が変わるので、これを考慮して適宜選択することが好ましい。
保護フィルムは、具体的にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂;ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロースなどのセルロース系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレートなどのアクリル系樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体などのスチレン系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系またはノルボルネン構造を持つポリオレフィン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン系樹脂;塩化ビニル系樹脂;ナイロン、方向族ポリアミドなどのアミド系樹脂;イミド系樹脂;ポリエーテルスルホン系樹脂;スルホン系樹脂;ポリエテルエテルケトン系樹脂;硫化ポリフェニレン系樹脂;ビニルアルコール系樹脂;塩化ビニリデン系樹脂;ビニルブチラール系樹脂;アリレート系樹脂;ポリオキシメチレン系樹脂;エポキシ系樹脂などのような熱可塑性樹脂からなる群から選ばれたフィルムを使用することができ、上記熱可塑性樹脂のブレンド物からなるフィルムも使用することができる。また、(メタ)アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系などの熱硬化性樹脂または紫外線硬化型樹脂からなるフィルムを使用することもできる。
S−IPSは、下記の数式4で定義されるパネル位相差値(△n×d)値が589nm波長において300nm〜330nm範囲であり、FFSは370〜400nm範囲である。
バックライトユニットから近い下側偏光板の偏光子の吸収軸が垂直方向であると、下側偏光板を通過した光は水平方向に偏光される。水平方向に偏光された光はパネルの電圧が印加された液晶セルを通過して明状態になったときに、光は垂直方向に進んで、吸収軸が水平方向である視認側の上側偏光板を通過する。このとき、視認側で吸収軸が水平方向である偏光サングラスを掛けている人も液晶表示装置から出た光を認知することができる。
しかし、バックライトユニットから近い下側偏光板の偏光子の吸収軸が水平方向であると、偏光サングラスを掛けた人には画像が見えなくなる。
ポアンカレ球は特定視角における偏光状態の変化を表現する方法である。これは液晶表示装置の内部に備えられたそれぞれの光学素子を通過するときの偏光状態の変化を示すことができる。このとき、液晶表示装置の内部に入射される光は偏光された光を使用し、入射される光は液晶表示装置の内部を通過して特定視角に沿って出射される。
本発明において「特定視角」とは、図4に示した半円座標系でΦ=45゜、θ=60゜の方向である。上記方向に出射される光の偏光状態の変化を全波長に対してポアンカレ球上に示すことで波長分散性を確認することができる。
本発明は、上側偏光板と下側偏光板に延伸された特定のポジティブAプレートを備えることにより、300〜780nm波長で均一な透過率を示すので、正面だけでなく斜め方向でも色感が優秀である。
本発明に係る各光学フィルム、液晶セル及びバックライトなどの実測データを、図1に示すような積層と共にTECH WIZ LCD 1D(サナイシステム、韓国)に使用した。図1の構造を以下に具体的に説明する。
液晶セルはLG Display社製の42インチパネルLC420WU5に適用されたものを使用した。
下側偏光板10の偏光子11及び上側偏光板20の偏光子21は延伸されたPVAをヨウ素で染色して偏光子機能を付与した。上記偏光子の偏光性能は370〜780nmの可視光線領域で視感度の偏光度が99.9%以上であり、視感度のグループ透過率は41% 以上である。
としたとき、下記の数式5〜9で定義される。ここで、S(λ)は光源スペクトラムであり、光源はC光源である。
上記上側偏光板内の偏光子21の吸収軸22とポジティブAプレート24の遅相軸25は平行であり、下側偏光板内の偏光子11の吸収軸12とポジティブAプレート14の遅相軸15は平行である。
また、上側偏光板20の外側保護フィルム23及び下側偏光板10の外側保護フィルム13として、入射光589.3nmに対して厚み方向位相差値(Rth)が50nmである三酢酸セルロース(TAC)を使用した。バックライトユニット40としては32インチTV LC320WX4 モデル(LG. PHILIPS LCD 社製)に搭載された実測データを使用した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24は正面位相差値(R0)が50nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が25nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14は正面位相差値(R0)が80nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が40nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24は正面位相差値(R0)が80nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が40nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14は正面位相差値(R0)が80nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が40nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24は正面位相差値(R0)が80nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が40nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14は正面位相差値(R0)が50nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が25nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24は正面位相差値(R0)が30nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が15nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14は正面位相差値(R0)が30nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が15nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24は正面位相差値(R0)が10nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が5nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14は正面位相差値(R0)が10nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が5nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24は正面位相差値(R0)が100nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が50nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14は正面位相差値(R0)が100nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が50nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板のポジティブAプレート24と下側偏光板のポジティブAプレート14はそれぞれ正面位相差値(R0)が50nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が20nmであり、屈折率比(NZ)が0.9であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板のポジティブAプレート24と下側偏光板のポジティブAプレート14はそれぞれ正面位相差値(R0)が50nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が30nmであり、屈折率比(NZ)が1.1であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板と下側偏光板のポジティブAプレート24、14の代りに正面位相差値(R0)が1nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が2nmである等方性保護フィルムをそれぞれ使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板内の偏光子21の吸収軸22とポジティブAプレート24の遅相軸25は直交するように、下側偏光板内の偏光子11の吸収軸12とポジティブAプレート14の遅相軸15は直交するように構成してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24は正面位相差値(R0)が50nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が25nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14の代りに正面位相差値(R0)が1nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が2nmである等方性保護フィルムを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例1と同様に構成されるが、上側偏光板20のポジティブAプレート24の代りに正面位相差値(R0)が1nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が2nmである等方性保護フィルムを使用した。
また、下側偏光板10のポジティブAプレート14は正面位相差値(R0)が50nmであり、厚み方向位相差値(Rth)が25nmであり、屈折率比(NZ)が1.0であるものを使用してIPSモード液晶表示装置を製造した。
上記実施例及び比較例で製造された複合構成偏光板セット及び液晶表示装置の特性を下記の方法で測定した。
(1)液晶表示装置の偏光度
30×30mm大きさの偏光板をV7100を用いて偏光度を測定した。
(2)複合構成偏光板セットの位相差変化量
50℃の温度、80%RHのチャンバ(高温多湿のチャンバ)に複合構成偏光板セットを投入して、3日経過後の位相差量をそれぞれ測定した。
(3)液晶表示装置の偏光状態変化
ポアンカレ球上でΦ=45゜、θ=60゜斜め方向の偏光状態変化を測定した。
(4)複合構成偏光板セットのシミの発生有無
50℃の温度、80%RHのチャンバ(高温多湿のチャンバ)に複合構成偏光板セットを投入して、3日経過した後のシミの発生有無を目視で確認した。
[シミの発生程度の基準]
○:殆ど発生しない △:普通 ×:たくさん発生する
また、延伸フィルムと無延伸フィルムの組合が延伸フィルムの組合に比べて位相差値の変化量が大きいことが確認できる。
図7をみると、実施例1の複合構成偏光板セットは高温多湿のチャンバに投入した後でも全波長(300〜780nm)で均一な透過率を示す。一方、比較例1及び3では波長による透過率の差が存在することが確認できる。よって、上記の実施例1は波長による透過率変化が低いため正面及び斜め方向における色感が優秀である。
図8bは実施例5で製造された液晶表示装置の偏光状態である。上記図8bの偏光状態をみると、図8aと同じ視感を示すことが分かる(図9参照)。
図8cは比較例2で製造された液晶表示装置の偏光状態である。上記図8cは偏光子の吸収軸と位相差フィルムの遅相軸が互いに直交しており、本発明とは偏光状態変化が全然違うように示されたことが確認できる。図8cの偏光状態は視野角の確保及び視感度の変化が大きいことが予想される。
図10〜13は実施例8及び実施例9で製造されたIPSモード液晶表示装置の偏光状態変化及び全ての視角からの透過率を示したものであって、実施例5と非常に似ていることが確認できる。
Claims (7)
- 保護フィルム、偏光子、及び1軸延伸されたポジティブAプレートの順で積層された上側偏光板と、1軸延伸されたポジティブAプレート、偏光子、及び保護フィルムの順で積層された下側偏光板とを含み、
前記上側偏光板及び下側偏光板のポジティブAプレートは、それぞれ正面位相差値(R0)が10〜100nmであり、その遅相軸が隣接した偏光子の吸収軸と平行になるように配置される複合構成偏光板セット。 - 前記ポジティブAプレートは、正面位相差値(R0)が10〜80nmである請求項1に記載の複合構成偏光板セット。
- 前記ポジティブAプレートは、正面位相差値(R0)が10〜50nmである請求項2に記載の複合構成偏光板セット。
- 前記ポジティブAプレートは、屈折率比(NZ)が0.9〜1.1である請求項1に記載の複合構成偏光板セット。
- 前記ポジティブAプレートは三酢酸セルロース(TAC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリスルホン(PSF)及びポリメチルメタクリレート(PMMA)からなる群から選ばれたもので製造されるものである請求項1に記載の複合構成偏光板セット。
- 前記上側偏光板と下側偏光板の各吸収軸は互いに直交するように構成された請求項1に記載の複合構成偏光板セット。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の複合構成偏光板セットを備えるIPSモード液晶表示装置。
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