JP2018049138A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
また、非特許文献1では、指向性可変バックライトシステムを利用することで左右の3D表示が可能であることが報告されている。
[2] 液晶セルが、ツイステッドネマチック方式の液晶セルである[1]に記載の液晶表示装置。
[3] 液晶セルと旋光層との間に偏光子を有し、旋光層の偏光子側の表面側の液晶性化合物の配向方向と、偏光子の透過軸とがなす角が、0〜10°である[1]または[2]に記載の液晶表示装置。
[4] 旋光層の、屈折率異方性△nと膜厚dとの積△ndが450〜590nmである[1]〜[3]のいずれかに記載の液晶表示装置。
[5] 旋光層の膜厚dが1〜10μmである[1]〜[4]のいずれかに記載の液晶表示装置。
[6] 凹凸構造を有する指向性可変バックライトユニットと旋光層との間に、輝度向上フィルムを有する[1]〜[5]のいずれかに記載の液晶表示装置。
[7] 旋光層と輝度向上フィルムとが粘着剤を介して積層されている[6]に記載の液晶表示装置。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
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および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、偏光板とは、偏光子の少なくとも一方に偏光板保護層、または機能層が配置されたものを言い、偏光子と偏光板は区別して用いる。
また、本明細書において、平行、直交とは厳密な意味での平行、直交を意味するのではなく、平行または直交から±5°の範囲を意味する。
本発明において、屈折率Nx、Ny、Nzは、アッベ屈折計(NAR−4T、アタゴ(株)製)を使用し、光源にナトリウムランプ(λ=589nm)を用いて測定する。また波長依存性を測定する場合は、多波長アッベ屈折計DR−M2(アタゴ(株)製)にて、干渉フィルターとの組合せで測定できる。
本発明において、液晶性化合物の捩じれ角度は、旋光層の一方の表面側での面内遅相軸と、反対側の表面側での面内遅相軸がなす角度で表わす。各表面側での面内遅相軸は、AxoScan OPMF−1(オプトサイエンス社製)を用い、付属の装置解析ソフトウエアを用いて測定する。
AxoScan OPMF−1(オプトサイエンス社製)を用い、付属の装置解析ソフトウエアを用いて測定する。
図1は本発明の液晶表示装置の実施形態の例を示す断面的な模式図である。本発明の液晶表示装置10は、液晶セル2、旋光層5および凹凸構造を有する指向性可変バックライトユニット7をこの順に有する。旋光層5は、支持体4を有してもよい。旋光層5と支持体4を合わせて旋光フィルム6という場合がある。指向性可変バックライトユニット7の出射光の偏光軸Aと旋光層5のバックライト側(指向性可変バックライトユニット7側)の表面側の液晶性化合物の配向方向Bとのなす角が0°〜10°である。また、旋光フィルム6とバックライトユニット7の間に、輝度向上フィルム8が配置されてもよい。また、旋光フィルム6と輝度向上フィルムは、粘着剤9を介して配置されてもよい。また、旋光層5の視認側(上側偏光子1側)の表面側の液晶性化合物の配向方向Cと、上側偏光子1の透過軸とのなす角が0〜10°であることが好ましい。
本発明に用いる凹凸構造有する指向性可変バックライトユニットは、凹凸構造を有し、バックライト中の光源からの出射光の出射方向を可変的に制御できるバックライトユニットである。凹凸構造の反射を利用してLED光を指向させていることから、出光する光はLCDの各辺に対して、0もしくは90°方向メインの偏光となっており、本発明ではメインの偏光方向を指向性可変バックライトユニットからの出射光の偏光軸Aと定義する。具体的な構成としては、特表2015−525493号公報に記載のものを用いることができる。
本発明に用いられる旋光層は、凹凸構造を有する指向性可変バックライトユニットから出射された偏光の偏光面を回転させる光学素子を含む層である。なお、本発明における旋光層には、いわゆる一般的なλ/2板のように、偏光の振動に対して、π(λ/2)の位相差を作り、結果的に偏光の振動面が変換されるような光学素子は含まない。
本発明において、旋光性を有するとは、直線偏光が媒質中を略直線偏光のまま回転して伝播することを意味する。
本発明に用いられる旋光層の膜厚は1μm〜10μmであることが好ましい。
本発明に用いられる旋光層の波長550nmにおける屈折率異方性Δnと旋光層の膜厚dとの積Δndは特に制限されないが、液晶表示装置の色味を均質にする観点で450〜590nmであることが好ましく、500〜540nmであることがより好ましい。
一般的に、液晶性化合物はその形状から、棒状タイプと円盤状タイプに分類できる。さらにそれぞれ低分子と高分子タイプがある。高分子とは一般に重合度が100以上のものを指す(高分子物理・相転移ダイナミクス,土井 正男 著,2頁,岩波書店,1992)。本発明では、いずれの液晶性化合物を用いることもできるが、棒状液晶性化合物またはディスコティック液晶性化合物(円盤状液晶性化合物)を用いるのが好ましい。2種以上の棒状液晶性化合物、2種以上の円盤状液晶性化合物、または棒状液晶性化合物と円盤状液晶性化合物との混合物を用いてもよい。上述の液晶性化合物の固定化のために、重合性基を有する棒状液晶性化合物または円盤状液晶性化合物を用いて形成することがより好ましく、液晶性化合物が1分子中に重合性基を2以上有することがさらに好ましい。液晶性化合物が二種類以上の混合物の場合には、少なくとも1種類の液晶性化合物が1分子中に2以上の重合性基を有していることが好ましい。
本発明に用いられる旋光層はカイラル剤を含んでいても良い。カイラル剤は、液晶性化合物を捩れ配向させるために添加される。
本発明に用いられる支持体としては、生産性を向上できる観点から各種ポリマーフィルムが好ましい。ポリマーフィルムとしては特に限定はないが、加工性の観点から、ガラス転移温度が100℃以上の非晶性高分子、または、融点が150℃以上の結晶性高分子を用いることが好ましい。
本発明に用いられる支持体の波長550nmにおけるレターデーションRe(550)は、0nm〜10nmである。上記範囲とすることで、旋光層を通過した偏光へ与える影響を小さくできるため好ましい。支持体のRe(550)は前述のレターデーションの測定方法を用いて測定することができる。
本発明に用いられる支持体の膜厚は10μm〜100μmである。10μm〜80μmが好ましく、10〜40μmがより好ましい。
本発明において、旋光層を作製する際、液晶性化合物を配向させるために、配向膜を用いてもよい。配向膜は支持体と旋光層の間に配置される。
配向膜は、ポリマー膜のラビング処理により形成することが好ましい。
本発明において、液晶表示装置の視認側にある上側偏光子、液晶セルを挟んで視認側とは反対側(バックライト側)にある下側偏光子を総称して、本発明に用いられる偏光子と言う場合がある。
本発明に用いられる液晶セルは、VA(Virtical Alignment)モード、OCB(Optical Compensated Bend)モード、IPS(In−Place−Switching)モード、又はTN(Twisted Nematic)モードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
本発明の液晶表示装置において、凹凸構造を有する指向性バックライトユニットと旋光層の間に輝度向上フィルムを使用してもよい。輝度向上フィルムは特に限定されず、各種公知のものを用いることができる。具体的には例えば特許04091978号記載の誘電体多層膜、3M社製DBEF、3M社製 APF−v3、APF−V4等が挙げられる。
本発明の液晶表示装置において、旋光層と凹凸構造有する指向性可変バックライトユニットとは接着剤または粘着剤を介して配置してもよい。その場合、接着剤または粘着剤としては各種公知のものが使用できる。
本発明においてヘイズは、JIS K−7136(2000)に基づき、下記の条件で測定された値である。
[装置名]ヘイズメーターNDH2000(日本電色工業社(株)製)
[試料サイズ]50mm×50mm
[測定環境]25℃相対湿度55%
下記の方法で支持体SA、SK、SLを作製した。作製した支持体の物性を表1に示す。
下記の支持体SAドープ組成物を平均孔径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後、20℃の金属支持体上に流延した(バンド流延機)。溶剤含有率略20質量%の状態で剥ぎ取り、フィルムの幅方向の両端をテンタークリップで固定し、横方向に延伸倍率1.1倍で延伸しつつ乾燥した。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20μmの支持体SAを作製した。
支持体SAドープ組成物
─────────────────────────────────
アセチル置換度2.88のセルロースアセテート 100質量部
ポリエステルA 12質量部
下記A−3化合物 2質量部
クエン酸脂肪酸モノグリセライド
(ポエムK−37V、理研ビタミン製) 2質量部
メチレンクロライド 430質量部
メタノール 64質量部
─────────────────────────────────
エチレン雰囲気下、容量1.6lのオートクレーブにノルボルネン濃度が20mol/lで、総液量が640mlとなるようにトルエンとフェニルノルボルネン−トルエン溶液を入れた。メチルアルミノキサン(アルベマール社製、MAO20%トルエン溶液)をAl基準で5.88mmol、メチレン(シクロペンタジエニル)(テトラメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド1.5μmolを添加し、エチレンを導入して圧力を0.2MPaに保持しながら、80℃で60分間反応させた。
温度計、冷却管、撹拌器、ディーンスタークを付けた2L四つ口フラスコに、ピルビン酸メチル307質量部、2−ピロリドン171質量部、トルエン1040質量部、重合禁止剤としてメトキノン0.3質量部、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル(4H−TEMPO)0.6質量部、触媒としてp−トルエンスルホン酸一水和物3.8質量部を加え、撹拌しながら内温が114℃になるまで加熱し、還流状態で水を留去しながら20時間反応させた。反応後、トルエンをエバポレーターで留去し、続いて、蒸留精製を行い、2−(2−オキソピロリジン−1−イル)アクリル酸メチル(前駆体SL)203質量部を得た。
上記作製した支持体SA、SK、SLを、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度を40℃に昇温した後に、フィルムの片面に下記に示す組成のアルカリ溶液を、バーコーターを用いて塗布量14ml/m2で塗布し、110℃に加熱した。(株)ノリタケカンパニーリミテド製のスチーム式遠赤外ヒーターの下に、10秒間搬送した。続いて、同じくバーコーターを用いて、純水を3ml/m2塗布した。次いで、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りを3回繰り返した後に、70℃の乾燥ゾーンに10秒間搬送して乾燥し、アルカリ鹸化処理した支持体を作製した。
アルカリ溶液組成
─────────────────────────────────
水酸化カリウム 4.7質量部
水 15.8質量部
イソプロパノール 63.7質量部
界面活性剤:C14H29O(CH2CH2O)20H 1.0質量部
プロピレングリコール 14.8質量部
─────────────────────────────────
上記作製したアルカリ鹸化処理した支持体SA、SK、SLに、下記の組成の配向膜塗布液を#14のワイヤーバーで連続的に塗布した。60℃の温風で60秒、更に100℃の温風で120秒乾燥した。得られた塗布膜に連続的にラビング処理を施した。このとき、長尺状のフィルムの長手方向と搬送方向は平行であり、ラビング角度は表1記載の搬送方向に対する角度に従いラビング処理を施した。
配向膜塗布液の組成
─────────────────────────────────
下記変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 371質量部
メタノール 119質量部
グルタルアルデヒド 0.5質量部
光重合開始剤(イルガキュアー2959、BASF社製) 0.3質量部
─────────────────────────────────
上記作製した配向膜付き支持体SA、SK、SLに対して、表1の組み合わせとなるように、旋光層を下記の方法で形成し、旋光フィルムを作製した。表中、RLCは下記の棒状液晶性化合物を用いて旋光層を形成したことを表す。
上記作製した配向膜表面に下記の組成の塗布液を表1の厚みとなるようにバーコーターを用いて塗布した。雰囲気温度95℃で90秒間乾燥させた後常温に冷却し、90℃にて紫外線照射(300mJ/cm2)を行い、液晶化合物の配向を固定化し、棒状液晶性化合物を用いた旋光層を形成した。
棒状液晶性化合物塗布液
─────────────────────────────────
メチルエチルケトン 233質量部
シクロヘキサノン 12質量部
棒状液晶性化合物201 83質量部
棒状液晶性化合物202 15質量部
棒状液晶性化合物203 2質量部
多官能モノマーA−TMMT(新中村化学工業(株)社製) 1質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 4質量部
界面活性剤1 0.05質量部
界面活性剤2 0.01質量部
カイラル剤 表中記載
─────────────────────────────────
上記作製した配向膜表面に下記の組成の塗布液を、乾燥後の厚みが1.6μmとなるようにバーコーターを用いて塗布した。雰囲気温度95℃で90秒間乾燥させた後常温に冷却し、25℃にて紫外線照射(300mJ/cm2)を行い、液晶化合物の配向を固定化し、棒状液晶性化合物を用いたλ/2板を形成した。
λ/2板塗布液
─────────────────────────────────
メチルエチルケトン 233質量部
シクロヘキサノン 12質量部
棒状液晶性化合物201 83質量部
棒状液晶性化合物202 15質量部
棒状液晶化合物203 2質量部
多官能モノマーA−TMMT(新中村化学工業(株)社製) 1質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 4質量部
界面活性剤1 0.05質量部
界面活性剤2 0.01質量部
─────────────────────────────────
厚さ45μmのPVAフィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃60秒浸漬して染色し、次いでホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚さ15μmの偏光子を得た。この時、延伸方向と、吸収軸方向は平行であった。
撹拌機、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を備えた反応装置に、窒素ガスを導入して、反応装置内の空気を窒素ガスで置換した。その後、反応装置にブチルアクリレート85質量部、ベンジルアクリレート8質量部、ベンジルメタクリレート5質量部、6−ヒドロキシヘキシルアクリレート1質量部、ジエチルアクリルアミド8質量部とともに溶剤(酢酸エチル)を65質量部加えた。その後、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.1質量部を加え、65℃で6時間反応させアクリル共重合体溶液を得た。
富士フイルム製LR05と、富士フイルム製ZRD40に対して、上述した鹸化処理を行った。市販のポリビニルアルコール系接着剤を用いて、上記作製した偏光子の両面にLR05とZRD40を貼り合わせ、上側偏光板を作製した。
富士フイルム製LR05と、富士フイルム製WVフィルムに対して、上述した鹸化処理を行った。市販のポリビニルアルコール系接着剤を用いて、上記作製した偏光子の両面にLR05とWVフィルムを貼り合わせ、上側偏光板を作製した。
富士フイルム製ZRD40に対して、上述した鹸化処理を行った。貼り合わせる旋光フィルムの支持体がセルロース系支持体の場合は市販のポリビニルアルコール系接着剤を用いて、それ以外の場合は、エポキシ系接着剤を用いて、上記作製した偏光子の両面に、ZRD40と上記作製した各旋光フィルムを貼り合わせた。この時、旋光フィルムの支持体側が偏光子側に来るように貼りあわせた。
富士フイルム製WVフィルムに対して、上述した鹸化処理を行った。市販のポリビニルアルコール系接着剤を用いて、上記作製した偏光子の両面に、WVフィルムと上記作製した各旋光フィルムを、ロールトゥロールで貼り合わせた。この時、旋光フィルムの支持体側が偏光子側に来るように貼りあわせた。
表1の組み合わせとなるように、液晶表示装置、上側偏光板、下側偏光板を組み合わせて液晶表示装置を作製した。ここで、セルのモードがIPSの場合は下記のIPS液晶表示装置の作製、TNの場合は下記のTN液晶表示装置の作製に従って、各液晶表示装置を作製した。
市販の液晶表示装置(LGE製 32LF5800)の、視認側偏光板、バックライト側偏光板、バックライトユニットを剥がし、上記作製した上側偏光板、下側偏光板を市販の粘着剤を用いて貼り合わせ、特表2015−525493に記載の図面に従い作製した指向性バックライトユニット積層することで液晶表示装置を作製した。この時、上側偏光板の透過軸と下側偏光板の透過軸の交差角度が表1の上下偏光板角度の値となるように、下側偏光板の透過軸と、液晶セルの長辺の交差角度が表1の下偏光板の角度となるように貼りあわせた。
市販の液晶表示装置(LGE社製 22M37D−B)の、視認側偏光板、バックライト側偏光板、バックライトユニットを剥がし、上記作製した上側偏光板、下側偏光板を市販の粘着剤を用いて貼り合わせ、特表2015−525493に記載の図面に従い作製した指向性バックライトユニット積層することで液晶表示装置を作製した。この時、上側偏光板の透過軸と下側偏光板の透過軸の交差角度が表1の上下偏光板角度の値となるように、下側偏光板の透過軸と、液晶セルの長辺の交差角度が表1の下偏光板の角度となるように貼りあわせた。
上記作製した各液晶表示装置において、下側偏光子に入射する偏光の偏光軸と、下側偏光子の透過軸が揃っているものをA、揃っていないものをCと評価した。結果を表1に示す。
上記作製した各液晶表示装置で黒表示(L0)から白表示(L7)し、各々の表示において、測定機(EZ−Contrast XL88、ELDIM社製)を用いて、輝度を測定した。結果を表1に示す。
比較例1の液晶表示装置を基準として、下記の基準で評価した。
A:比較例1の液晶表示装置の正面輝度に対して150%以上。
B:比較例1の液晶表示装置の正面輝度に対して130%以上150%未満。
C:比較例1の液晶表示装置の正面輝度に対して130%未満。
暗室内で上記作製した各液晶表示装置の黒表示時に測定機(EZ−Contrast XL88、ELDIM社製)を用いて、極角0°における方位角0°における各サンプルの色度u’(各サンプル)、v’(各サンプル)を計測し、比較例1の色度u’(比較例1),v’ (比較例1)の差Δu’v’を以下の式で算出した。
Δu’v’φ=√((u’(比較例1)− u’(各サンプル))2+(v’(比較例1) − v’(各サンプル))2)
A:Δu’v’が0.000以上、0.003未満
B:Δu’v’が0.003以上、0.005未満
C:Δu’v’が0.005以上、0.008未満
D:Δu’v’が0.008以上
暗室内で上記作製した各液晶表示装置の黒表示時に測定機(EZ−Contrast XL88、ELDIM社製)を用いて、極角60°における方位角0°(水平方向)から反時計方向に345°まで15°刻みで色度u’、v’を計測し、極角60゜・方位角0゜の色度(u’0,v’0)に対する極角60゜の各方位角φの色度(u’φ,v’φ)の差Δu’v’φを以下の式で算出した。
Δu’v’φ=√((u’φ − u’0)2+(v’φ − v’0)2)
A:Δu’v’が0.00以上、0.03未満
B:Δu’v’が0.03以上、0.05未満
C:Δu’v’が0.05以上、0.08未満
D:Δu’v’が0.08以上
上記で作製した液晶表示装置を正面と水平方向に斜め45°の角度から観察したときに、5人の被験者が目視観察して、正面と水平方向斜め45°の角度からみた3D感に変化を感じるか否かの官能評価を行った。5人の被験者が以下の点数で評価し、5人の出した点数の算術平均を求めた。
3点:正面と水平方向斜め45°から見て3D感に差を感じない。
2点:正面と水平方向斜め45°から見て、水平方向斜め45°の3D感がやや劣ると感じる。
1点:水平方向斜め45°の3D感が見られないと感じる。
上記の算術平均に従い、以下の基準で表1にA〜Cを記載した。
A:上記算術平均が2.5点以上
B:上記算術平均が1.5点以上、2.5点未満
C:上記算術平均が1.5点未満
1 上側偏光子
2 液晶セル
3 下側(バックライト側)偏光子
4 支持体
5 旋光層
6 旋光フィルム
7 凹凸構造を有する指向性可変バックライトユニット
8 輝度向上フィルム
9 粘着剤
A バックライトユニット7の出射光の偏光軸
B 旋光層5のバックライト側の表面側の液晶性化合物の配向方向
C 旋光層5の視認側の表面側の液晶性化合物の配向方向
D 下側(バックライト側)偏光子3の透過軸
Claims (7)
- 凹凸構造を有する指向性可変バックライトユニットと、旋光層と、液晶セルとをこの順に有し、
前記旋光層は、液晶性化合物を含み、
前記旋光層の前記指向性可変バックライトユニット側の表面側の前記液晶性化合物の配向方向と、前記指向性可変バックライトユニットからの出射光の偏光軸とがなす角が、0°〜10°であり、
前記液晶性化合物が、ねじれ配向しており、そのねじれ角が30〜150°である液晶表示装置。 - 前記液晶セルが、ツイステッドネマチック方式の液晶セルである請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶セルと前記旋光層との間に偏光子を有し、
前記旋光層の前記偏光子側の表面側の前記液晶性化合物の配向方向と、前記偏光子の透過軸とがなす角が、0〜10°である請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 前記旋光層の、屈折率異方性△nと膜厚dとの積△ndが450〜590nmである請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記旋光層の膜厚dが1〜10μmである請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記凹凸構造を有する指向性可変バックライトユニットと前記旋光層との間に、輝度向上フィルムを有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記旋光層と前記輝度向上フィルムとが粘着剤を介して積層されている請求項6に記載の液晶表示装置。
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