JP3830559B2 - Optical compensation film and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、旋光モードツイストネマチック型の液晶表示装置の視野角補償板として用いられる光学補償フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示素子は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点を持つため、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ、携帯型電子手帳等の表示装置に積極的に用いられている。液晶表示素子の原理は数多く提案されているが、現在普及している液晶表示素子のほとんどは、ねじれネマチック型の液晶を用いている。このような液晶を用いた表示方式は、複屈折モードと旋光モードの2つの方式に大別される。
【0003】
複屈折モードであるスーパーツイストネマチック(STN)方式は急峻な電気光学特性を持つことにより、単純マトリックスで駆動できるため、比較的低価格で市場に供給されているが、かかる方式では偏光板を介して直線偏光とした入射光が液晶セルによる複屈折で楕円偏光となり、それを偏光板を介して見た場合にはデイスプレイが着色して見えるといった問題がある。そのため、液晶セル透過後の楕円偏光を直線に戻して着色を防止すべく、液晶セルと偏光板の間に延伸フィルム等からなる位相差板を介在させるF−STN方式が提案されている。
【0004】
一方、旋光モードであるツイストネマチック(TN)方式は90゜のねじれネマチック液晶からなり、応答速度が数十ミリ秒と速く、高いコントラスト比と良好な階調表示性を示すことから、薄膜トランジスター等のスイッチング素子を各画素ごとに配備した液晶表示素子として、液晶テレビ等の高精細、高速性が要求される用途で使用されている。
【0005】
しかし、このようなスイッチング素子と組み合わせたTN方式の液晶表示素子でも、見る方向によってはコントラスト比が変化するといった視角依存性を持つという難点があった。
【0006】
TN方式の液晶表示素子の視角特性を改善する多くの方法が提案されている。例えば、特開平4−161928号公報では、2枚の偏光板の間にTN方式液晶セルと、光学軸が液晶セルの表示面に対して略垂直である光学異方素子を配置することにより、視角特性を改善する方法が提案されている。また、かかる光学異方素子に対し、より具体的に提案している例としては、第16回液晶討論会講演予稿集P236の記載がある。ここでは2枚の偏光板の間にTN方式液晶セルと、ポリカーボネートを材質とした一軸性位相差フィルムを、光学軸が直交するように2枚積層されたものを配置することにより、視角特性を改善する方法を提案している。面内の屈折率が厚み方向の屈折率より大きなフィルムを得る方法としては、特開平6−82779号公報に示されるように、無機層状化合物を用いる方法が開示されている。
【0007】
これら膜厚方向に光学軸を有する位相差板を用いて視角特性を改善する方式の特徴は、液晶セルに対して正面から入射した光に液晶セルが与える位相差と、斜め方向から入射した光に液晶セルが与える位相差とが、液晶セル中の液晶配向のため異なりこれが視角特性を決定する原因である点に注目し、位相差板により特に斜め方向から液晶セルに入射した光の位相差を補償するところにある。
【0008】
一方、液晶セルの1つの画素を複数に分割し、視角特性を向上させる画素分割法も提案されている。1つの画素を複数に分割する方法としては、電界制御によるものや配向膜の工夫によるもの等各種提案されている。さらに、このような画素分割されたセルと光学補償フィルムを組み合わせてさらに表示品位を向上させる方法も提案されている。
【0009】
以上、述べてきたように、90゜TN方式の視角特性を光学補償板により改善するための光学特性については開示されているものの、現実にその光学補償フィルムの光学特性、量産性等を同時に満足するフィルムは得られていないのが現状であった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平4−161928号公報では、かかる光学異方素子の材質や製造方法については詳細に言及していない。また、前述の第16回液晶討論会講演予稿集P236記載の方法では、位相差フィルムを2枚使うことから、透過率をロスし、かつコストもかかるといった課題を有する。さらに、フィルムを2軸延伸することにより、膜平面方向には光学軸が存在しないが、膜厚方向には光学軸が存在するといったフィルムを得ることは、現状ではプロセス上困難であり、生産性に劣るといった課題を有する。また、特開平6−82779号公報で開示されているような無機層状化合物をフィルム上に形成する方法では、コストがかかることが課題である。
【0011】
さらに、高分子樹脂を適当な溶媒に溶かし、キャスト法により製膜して透明性、平滑性、光学的均一性に優れたフィルムを光学用途に応用することはすでに公知であるが、量産性に問題のあるような特殊なキャスト製膜条件を採用せずに、本発明の光学特性を有する光学補償フィルムを得ることは困難であった。
【0012】
透明なフィルムを用いた場合、面内の屈折率だけならば、延伸により制御することは可能であり、さらに、膜厚方向の屈折率を大きくする方法についても開示されているが、90゜ツイストネマチックモードの視野角改善用フィルムとして必要とされる光学的に負であり膜厚方向の屈折率を小さく制御する方法については、いまだ光学特性および量産性等の点で満足したものが無いのが現状であった。
【0013】
このように従来の光学補償フィルムでは、旋光モードツイストネマチック型液晶表示装置において、フィルム1枚で視角特性改善用光学補償板として必要な特性を有するものを得ることが困難であった。すなわち測定光550nmにおける光透過率が80%以上、かつ、測定光550nmで測定した膜面内方向の屈折率をnx(遅相軸),ny(進相軸)、それらに直交する方向である膜厚方向の屈折率をnz、膜厚をd(nm)とした場合、R=(nx−ny)×dおよびK=(nz−(nx+ny)/2)×dで表される光学特性が、0≦R<80(nm)かつ−300<K<−140(nm)である光学補償フィルムを得ることが困難であった。
【0014】
本発明はかかる課題を解決して、前記特性を有し、旋光モードツイストネマチック型液晶表示装置において、フィルム1枚で視角特性を改善することのできる量産性に優れた光学補償フィルム、およびそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学補償フィルムは、旋光モードツイストネマチック型の液晶表示装置の視野角補償板として用いられる光学補償フィルムであって、波長550nmの光で測定した膜面内方向の屈折率をnx(遅相軸)とny(進相軸)、それらに直交する方向である膜厚方向の屈折率をnz、膜厚をd(nm)とした場合に、R=(nx−ny)×dおよびK=(nz−(nx+ny)/2)×dで表される光学特性が、0≦R<80(nm)かつ−300<K<−140(nm)となる特性を有すると光学補償フィルムにおいて、下記式(I)
【化3】
(I)
(ここでYは
または直接結合、RはHであり、右端のCO基の置換位置はパラ位またはメタ位である。Yが直接結合のとき右端のCO基の置換位置はパラ位である。)
で表される繰り返し単位を含むポリスチレン換算で分子量2万以上であるポリアリレートを、溶液を支持体上に流延し、溶媒含有量が少なくとも20重量%以下になるまで支持体上にてフィルムを乾燥させる工程1と、次に溶媒を含んだフィルムを剥離し、フィルムを支持体から剥がして搬送しながら乾燥させる工程2からなり、工程1における雰囲気温度T1(℃)は15≦T1≦50の間で乾燥を行い、工程2においては、溶媒を含むことによる見かけの樹脂のガラス転移温度をTg’(℃)とした場合、乾燥温度を溶媒含有量が5重量%以上までは(Tg’−50)≦T2≦(Tg’+50)の温度範囲で、また、溶媒含有量が5重量%未満では(Tg’−50)≦T3≦(Tg’+20)の温度範囲でそのTg’の推移に合わせて連続的または逐次的に昇温して乾燥させる溶液流延法により製膜したものであることを特徴としている。
【0016】
一部強誘電性液晶を用いた液晶表示装置も供給されているが、現在の液晶表示装置のほとんどはツイストネマチック方式である。本発明における光学補償フィルムは、液晶の旋光性を利用したモードである90゜ツイストネマチック液晶セルの視野角補償板として用いられる。
【0017】
90゜ツイストネマチックモードでは、偏光板配置により電圧非印加状態で光透過状態となるノーマリーホワイトモードと、電圧非印加状態で暗状態となるノーマリーブラックモードがある。液晶テレビやノートブックタイプのパーソナルコンピュータ等において用いられる薄膜トランジスター付90゜ツイストネマチック型高精細液晶表示装置では、広視野角と高速応答性の観点から、液晶材料の複屈折率ΔnLCとセルギャップd(μm)との積ΔnLC・dが、比較的小さい値において決定される。ノーマリーブラックモードは低電圧駆動が利点であるが、暗状態における着色やコントラストの低さから現状の表示装置ではあまり採用されておらず、現在の表示装置の多くはノーマリーホワイトモードである。前述した高品位が要求される90゜ツイストネマチックセルのΔnLC・dは、ノーマリーホワイトモード、ノーマリーブラックモードで値が異なるが、前者では0.4μm、後者では0.48μm近傍で決定される。これらは90゜ツイストネマチックモードの画素分割法でもほぼ同様である。ΔnLCには測定波長による分散があるが、通常人間の視感度の最も高い550nmまたはその近傍の波長の光で測定した値を採用する場合が多い。
【0018】
かかる光学補償フィルムの光学的異方性は三次元屈折率nx,ny,nzで表現される。ここでnx,nyはそれぞれ面内方向の遅相軸、進相軸方向の屈折率とし、nzは膜厚方向の屈折率とする。また、これらnx,ny,nzの屈折率を有する軸はそれぞれ直交し、nx,nyはほぼフィルム面内方向と平行であるとする。フィルム製膜条件によって、nx,ny方向とフィルム面内方向が完全に平行とならない場合もあるが、ここではそのなす角は±10゜以内であるとする。
【0019】
三次元屈折率を用いると、本発明の光学補償フィルムの異方性を記述する上で重要なR(nm),K(nm)の値は、それぞれR=(nx−ny)×d、K=(nz−(nx+ny)/2)×dで表される。R値はフィルム面内垂直方位から入射した光で測定した一般にリタデーションと呼ばれる値であり、これにより面内の異方性が表現される。また、K値は膜厚方向の屈折率と、面内屈折率の平均との差であるので、面内方向に対する膜厚方向の異方性の大きさを表現することができる。
【0020】
三次元屈折率はアッベ屈折率計等によっても直接求められるが、本発明で用いる値は、フィルムを光学的に三次元屈折率楕円体であると仮定して、レターデーションの入射角依存性から計算で求める方法を採用した。すなわち、上記の屈折率nx,ny,nzを用いると、
【0021】
【数1】
【0022】
【数2】
【0023】
であるが、光学補償フィルムの平均屈折率n=(nx+ny+nz)/3を他の方法で決定した後、入射角θにおけるリタデーションR(θ)を入射角を変えて測定し、式(1)と式(2)より屈折率nx、ny、nzを決定する。Δn(θ)は、入射角θにおけるみかけの複屈折率、dは膜厚(nm)である。
【0024】
リタデーションの測定方法は数多く提案されている。本発明においては、正確にリタデーション値を求められる方法であれば、いかなる原理に基づくものであっても構わないが、正確に測定できるリタデーションの範囲は、測定方法によって異なっているのが現状であるので注意を要する。三次元屈折率は測定波長により異なるが、ここでは波長550nmで測定した値を用いる。
【0025】
本発明における光学補償フィルムの光学補償機構はKとRで効果が異なる。実際のフィルムはR,K値ともに0では無い値を有するので、この2つの効果を完全に分離することは困難な場合もあるが、ここでは2つの値による効果の違いを説明する。
【0026】
K値の効果、特にK値が負の値を取るときの効果は、電圧印加状態において、液晶が電場に応答して立ち上がった状態で膜厚方向に屈折率が大きい光学的に正となった液晶セルに対して、膜厚方向の屈折率が面内方向の屈折率に対して小さい、光学的に2軸性かつ負である光学補償フィルムにより、特に斜め方向から入射した光に対して光学補償し視角特性を改善するものである。
【0027】
また、本発明の光学補償フィルムを90゜ツイストネマチックモード液晶表示装置に用いれば、R値と液晶セルおよび偏光板との貼り合わせ角度を最適化することにより、視角補償だけでなく駆動電圧も低下させることができる。これは、通常の90゜ツイストネマチック液晶セルを用いたときのみならず、画素分割法セルとの組み合わせにおいても有効である。特にノーマリーホワイトモードにおいて、ある電圧では、膜厚方向に立ち上がらない液晶が存在することにより十分な黒レベルが得られないとき、それをR値によって光学的に補償することにより正面での黒レベルを改良、すなわち、駆動電圧を下げることが可能である。
【0028】
本発明の光学補償フィルムの光学的異方性は、波長550nmの光で測定した0≦R<80(nm)かつ−300<K<−140(nm)であることが必要である。
【0029】
前述したように、高品位な90゜ツイストネマチックモード表示装置は、そのΔnLC・dが測定光550nmでおよそ400〜500nmに設定される。この値は電圧印加状態において液晶が完全に垂直方向に配向した場合においては、液晶セルのK値となるが、実際には完全に垂直配向しないので電圧印加状態のK値はこれよりも小さい値となる。通常、高品位な90゜TNモードでは階調表示も行うので、光学補償フィルムのK値の最適化は単純ではない。しかし、階調表示も考慮に入れて検討した結果、光学補償フィルムのK値範囲が、−300<K<−140(nm)の範囲であれば前述のΔnLC・dを有する液晶セルの視角特性を改善する効果の大きいことが判った。K値がこの範囲を逸脱すると補償効果は小さくなる。厳密に言うならば、ΔnLC・dの値により目的に応じて上記範囲内でK値を最適化することが好ましい。
【0030】
一方、R値であるが、視野角補償だけを目的とするならば、R値はできるだけ小さい方が好ましい。具体的には0≦R<20(nm)であることが好ましい。20≦R<80(nm)であっても、偏光板の偏光軸または吸収軸と、光学補償フィルムの遅相軸をできるだけ平行になるように設置すれば、正面コントラストの低下等の問題は防ぐことができる。もちろん、0≦R<20(nm)であってもできるだけ偏光板の偏光軸または吸収軸と光学補償フィルムの遅相軸は平行である方が好ましい。R≧80(nm)の場合にはこの貼り合わせ角度がわずかにずれた場合でも、貼り合わせ角度によっては正面コントラスト低下等の問題が生じるため生産性において好ましくない。
【0031】
また、特にノーマリーホワイトモードにおいて、視角補償だけでなく、正面の黒レベル改善による駆動電圧の低下効果と視角特性改善を目的とする場合には、20≦R<80(nm)の範囲にRがあることが好ましい。この範囲以下では補償効果は小さく、これ以上の値は必要がない。これは画素分割法でもノーマリーホワイトであれば同様である。ただしこの場合には偏光板、液晶セルのラビング方向との貼り合わせ角度が重要であり、R値が上記範囲であっても最適化されなくては駆動電圧低下効果は得られず、むしろコントラスト等の低下を引き起こす場合もある。R値が上記範囲にあれば、貼り合わせ角度の最適化による駆動電圧低下効果は得られる。
【0032】
また、以上の三次元屈折率はすべて波長550nmの光で測定した値について述べてきたが、本用途に用いられるような透明性の高い樹脂でも、三次元屈折率の波長分散はあるものの、複屈折モードで問題となる液晶材料と位相差板の複屈折率波長分散性のマッチングについてはそれほど問題とならない。すなわち、本用途では人間の視感度が最も高い550nmで、三次元屈折率および貼り合わせ角度等を最適化しておけばよく、樹脂の三次元屈折率波長分散による影響は小さい。より具体的には、450,550nmで測定したK,R値をそれぞれK(450nm),K(550nm),R(450nm),R(550nm)とした場合、0.90<K(450nm)/K(550nm)<1.25、0.90<R(450nm)/R(550nm)<1.25であることが好ましく、より好ましくは0.95<K(450nm)/K(550nm)<1.10、0.95<R(450nm)/R(550nm)<1.10である。
【0033】
また、偏光板には偏光度の入射角度依存性があるが、これを補償するため、位相差フィルムを偏光板に貼り合わせ、偏光特性の入射角度依存性を補償するという技術が開示されている。このような偏光板の偏光度入射角度依存性を補償した位相差フィルムを偏光板に貼り合わせた状態の偏光板を、本発明の光学補償フィルムを用いた液晶表示装置で偏光板として使用しても良い。
【0034】
さらに、本発明の光学補償フィルムは透明でなくてはならない。ヘーズは1%以下であることが必要で好ましくは0.6%以下である。また、透過率は550nmの測定光で80%以上であることが必要であり、400〜700nmの範囲で透過率80%以上であることが好ましい。人間の目で観察して着色のないフィルムを使うことが好ましい。
【0035】
また、フィルムの膜厚は50μmから180μmの範囲で設定され、厚みムラは光学的不均一性の原因の1つであるから±5%以内であることが好ましく、より好ましくは±3%以内である。
【0036】
これら上記特性を満足する光学補償フィルムを作るためには、樹脂および製膜法の選択が重要である。本発明の光学補償フィルムは光学特性の均一性の点で、溶液流延法により製造される。透明フィルムを製膜する方法としてはその他に溶融押し出し法等が公知の技術として知られているが、光学的均一性、異物混入、ゲル状物質の発生等の問題のため好ましい方法ではない。
【0037】
溶液流延法は、溶媒に樹脂を溶解しダイから平面基板上に流延し、乾燥させることによって製膜する方法であり、溶媒に可溶であればほとんどの樹脂をフィルム化することができる。本発明者らがこの製膜条件と樹脂の種類について鋭意検討したところ、製膜条件によっても前述のK,R値はある程度変化するが、特に今回の発明のような負のK値をもちその絶対値が比較的大きいものを量産性良く得るためには、樹脂の選択が非常に重要であることが判った。さらに言うならば、膜厚方向の屈折率nzを面内方向の屈折率nx,nyに近づけるというK値を大きくすることは、熱による配向緩和等製膜条件を工夫することにより可能であるが、nzを小さくしてnx,nyとの差を大きくすることは溶液流延製膜方法の最適化だけでは困難であるが、樹脂の選択により容易に制御できることが判った。
【0038】
本発明において樹脂の選択は面配向パラメータZにより決定される。すなわちZ≧0.0065であることが必要である。このZの決定法を以下に示す。
1. 溶媒をメチレンクロライドとし、樹脂を溶解させ濃度4.0g/dl(グラム/デシリットル)の溶液を作成する。
2. 1.の溶液をスピンコート法にてガラス基板上に流延させ樹脂薄膜を形成させる。スピンコート条件は温度20℃でガラス基板上に0.5g滴下後、4000rpmで30秒間回転させた後、3秒間の減速期間を設け停止させる。ガラス基板は良く洗浄したものを用い、そのリタデーションはガラス基板の垂直入射角度を0゜として、0゜から斜め入射50゜までの範囲で0.1nm未満のものを用いる。測定波長は550nmの光とする。
3. 2.のガラス基板上樹脂薄膜の膜厚d(nm)を測定する。測定する点は次の4.でリタデーション測定する光のスポット径内の異なる点を3点測定し平均値を採用するものとする。
4. ガラス基板に垂直な方位を0゜とし、ガラス基板面内で直交するx,y軸を任意に設定し、x,y軸を含みガラス基板と直交する平面内において、50゜の斜め入射の際のリタデーション(nm)を測定し、それぞれの値をRx(50゜),Ry(50゜)とする。測定光の波長は550nmとする。
5. 3,4で測定した値を用い、面配向パラメータZを、Z=|(Rx(50゜)+Ry(50゜))|/(2d)と定義する。
【0039】
こうして定義された面配向パラメータZを用いれば、樹脂固有の膜厚方向の配向のし易さ、すなわちnzの小さくなり易さ(本発明の光学補償フィルムにおいては前述したとおり、nx,nyに比べて、nzが小さい方が好ましい)を表現することができる。この方法を用いれば溶液流延法における樹脂の面配向し易さを表現可能で、目的のK値を得るためには樹脂の選択が重要な因子であり、Zを用いて樹脂の選択を行うことができる。
【0040】
なおここで測定法は、樹脂薄膜の膜厚が100〜600nm程度、R(50゜)が1〜5nm程度であるので、この程度の値を精度良く測定できることが必要である。膜厚測定法としては触針式表面形状測定法や光学的な手法、位相差測定法としては消光位置検出法であるセナルモン法や偏光変調法が好ましい。本発明での樹脂薄膜の膜厚測定は触針式表面形状測定装置であるテンコール・インスツルメント・ジャパン社製の商品名「alpha−step200」、および位相差測定には偏光変調法を測定原理とする日本分光社製の商品名「M−150」を用いた。
【0041】
なお、位相差測定の際のスポット径は垂直入射の状態で、ガラス基板上において直径7mm以下となることが好ましい。ガラス基板の位相差は樹脂薄膜の位相差とともに測定されてしまうため、上記条件を満足することが必要であり、できるだけ小さいことが好ましい。
【0042】
本発明における光学補償フィルムを製膜するための溶液流延法の製膜条件としては、溶液をキャステイングドラムまたはキャステイングベルト等の支持体上に流延し、溶媒含有量が少なくとも20重量%以下になるまで支持体上にてフィルムを乾燥させる工程1と、次に溶媒を含んだフィルムを剥離し、テンター式乾燥機等フィルムを支持体から剥がして搬送しながら乾燥させる工程2からなる溶液流延法において、工程1における雰囲気温度T1(℃)は15≦T1≦50の間で乾燥を行い、工程2においては、溶媒を含むことによる見かけの樹脂のガラス転移温度をTg’(℃)とした場合、乾燥温度を溶媒含有量が5重量%以上までは(Tg’−50)≦T2≦(Tg’+50)の温度範囲で、また、溶媒含有量が5重量%未満では(Tg’−50)≦T3≦(Tg’+20)の温度範囲でそのTg’の推移に合わせて連続的または逐次的に昇温して乾燥させることが必要である。溶液濃度は用いる樹脂により粘度が異なるので、その都度変更しなくてはならないが、濃度は3重量%から30重量%の間で設定される。また、必要とするR値によっても異なるが、乾燥工程において生じるフィルムにかかる張力は0.5〜5kg/平方cmの範囲であることが好ましい。
【0043】
フィルム中に残留する溶媒量は1重量%以下であることが必要であり、より好ましくは0.5重量%以下である。上記製膜法における乾燥時間は最終的なフィルム残留溶媒量により決定される。残留溶媒量の測定法は乾燥重量法や核磁気共鳴スペクトル法等により決定される。
【0044】
溶媒は特に限定しないが、メチレンクロライド、ジオキソラン等樹脂を溶解させ製膜性に問題がないならば公知のものが利用できる。
【0045】
必要とされるR,K値を得るためには、これらの範囲内において条件はより細かく設定されるが、本目的のK値を得るためには、面配向パラメータZ≧0.0065である樹脂を用いる必要がある。本発明で規定される面配向パラメータZとフィルムのK値とは相関がある。
【0046】
延伸工程を伴わない通常の溶液流延法においては、支持体上に溶液が流延され溶媒が蒸発する比較的早い段階ではK値が負に大きく、乾燥工程において配向緩和によりnzがnx,nyに近づく。従って面配向パラメータが上記条件を満足しない場合には−300nm<K<−140nmを得ることが困難となる。面配向パラメータが大きいほどK値は負でその絶対値は大きくなる傾向にあるが、K値が−300nmより小さくなってしまう場合には製膜工程において上記範囲内で乾燥温度を高く設定し、配向を緩和させることにより制御可能である。面配向パラメータが0.0065よりも小さい領域では、K値を上記範囲で得ることは上記流延製膜法の条件下では困難であり、生産性に劣る特殊な条件や延伸工程を加える等の必要性が生じてしまう。
【0047】
面配向パラメータZは樹脂の骨格と分子量に大きく影響される。同じ分子骨格であれば分子量の高い方が、Zの大きい傾向にある。また、多くの樹脂について検討した結果、ポリアリレート骨格を有するものが、比較的大きなZ値を取ることが判った。以下の構造式(2)〜(7)に本発明の光学補償フィルムにおける樹脂骨格を示す。これらは単独の重合体でも共重合体またはブレンドでもよい。以下の構造においても分子量が大きい方が好ましいが、分子量が大きくなりすぎると製膜性等に問題が生じる場合もあるので、製膜性についても勘案する必要がある。構造式(2),(3)ではポリスチレン換算で分子量2万以上が好ましい。また、耐熱性の観点から、光学補償フィルムのガラス転移点温度は130℃以上であることが好ましい。
【0049】
【化2】
【0050】
【化3】
【0051】
【化4】
【0052】
【化5】
【0053】
【化6】
【0054】
【化7】
【0055】
【参考例1】
構造式(1)の繰り返し構造を有し、ポリスチレン換算分子量が67000のポリカーボネート樹脂をメチレンクロライドに溶かして15重量%溶液を作成し、キャステイングベルトの支持体上にダイより流延し、溶媒含有量が少なくとも18重量%以下になるまで支持体上にてフィルムを乾燥させる工程1と、次に溶媒を含んだフィルムを剥離し、テンター式乾燥機によりフィルムを搬送しながら乾燥させる工程2からなる溶液流延法において、工程1における雰囲気温度T1(℃)は18≦T1≦35の間で乾燥を行い、工程2においては、溶媒を含むことによる見かけの樹脂のガラス転移温度をTg’(℃)とした場合、乾燥温度を溶媒含有量が5重量%以上までは(Tg’−10)≦T2≦(Tg’+20)の温度範囲で、また、溶媒含有量が5重量%未満では(Tg’−20)≦T3≦(Tg’+20)の温度範囲でそのTg’の推移に合わせて連続的または逐次的に昇温して乾燥させた。得られたフィルムの特性はK=−150nm,R=50nmであった。R,K値の決定に際し、位相差測定には日本分光社製の商品名「M−150」を、平均屈折率の測定はアタゴ社製のアッベ屈折率計商品名「2T」を用いた。また、ヘーズは0.3%、残留溶媒量は乾燥重量法で0.3重量%、膜厚は電子マイクロメータを用いて85μmであった。一方、この樹脂を用いて前記した方法で面配向パラメータを測定したところZ=0.0068であった。
【0056】
【実施例1】
構造式(2)の繰り返し構造を有し、ポリスチレン換算分子量が22000のポリアリレート樹脂をメチレンクロライドに溶かして19重量%溶液を作成し、参考例1と同様の条件で溶液流延法によりフィルムを製膜した。参考例1と同様に測定した結果、得られたフィルムの特性はK=−250nm,R=20nmであった。また、ヘーズは0.3%,残留溶媒量は乾燥重量法で0.3重量%、膜厚は電子マイクロメータを用いて90μmであった。一方、面配向パラメータをこの樹脂を用いて測定したところZ=0.0099であった。
【0057】
【実施例2】
構造式(3)で、m:n=37:63(モル%)の繰り返し構造を有し、ポリスチレン換算分子量が27000のポリアリレート、ポリカーボネート共重合樹脂をメチレンクロライドに溶かして20重量%溶液を作成し、参考例1と同様の条件で溶液流延法によりフィルムを製膜した。参考例1と同様に測定した結果、得られたフィルムの特性はK=−190nm,R=8nmであった。また、ヘーズは0.3%,残留溶媒量は乾燥重量法で0.3重量%、膜厚は電子マイクロメータを用いて92μmであった。一方、面配向パラメータをこの樹脂を用いて測定したところZ=0.0074であった。
【0058】
【比較例1】
ポリスチレン換算分子量が20000のトリアセチルセルロース樹脂をメチレンクロライドに溶かして10重量%溶液を作成し、参考例1と同様の条件で溶液流延法によりフィルムを製膜した。参考例1と同様に測定した結果、得られたフィルムの特性はK=−40nm,R=5nmであり、本発明の目的を満足するものが得られなかった。また、ヘーズは0.3%,残留溶媒量は乾燥重量法で0.4重量%、膜厚は電子マイクロメータを用いて89μmであった。一方、面配向パラメータをこの樹脂を用いて測定したところZ=0.0014であった。
【0059】
【実施例3】
液晶材料にはカイラル剤を少量ドープしたメルク社製の商品名「ZLI4792」を用い、セルギャップ4.8μm、プレチルト角2゜、ツイスト角90゜の条件で液晶セルを作成し、偏光板をノーマリーホワイトモードとなるように設置し、液晶表示装置を作成した。観測側の反対側にはバックライトを配置し、透過にて評価したところ、正面でのルミナンスによるコントラストが50以上を得るために必要な電圧は4.6V以上であった。また、8階調表示を行い、階調反転、黒潰れ、白抜け等が比較的少なく、コントラストが10以上の視野角範囲を測定したところ、上下左右方向でそれぞれ10゜、10゜、25゜、25゜であった。
【0060】
次に実施例1で製膜した光学補償フィルムを、フィルムの遅相軸と液晶セルの観測側のラビング方向に合わせて、観測側偏光板と液晶セルとの間に配置し同様に評価した。正面でのルミナンスによるコントラストが50以上を得るために必要な電圧は4.6V以上であった。また、8階調表示を行い、階調反転、黒潰れ、白抜け等が比較的少なく、コントラストが10以上の視野角範囲を測定したところ、上下左右方向でそれぞれ10゜、10゜、40゜、40゜であった。また、特に光学補償フィルムを用いたことによる色調の変化については問題ではなかった。
【0061】
【実施例4】
参考例1で製膜した光学補償フィルムを用いる以外は実施例3と同様に、光学補償フィルムの効果を視野角の評価により行った。正面でのルミナンスによるコントラストが50以上を得るために必要な電圧は4.6V以上であった。また、8階調表示を行い、階調反転、黒潰れ、白抜け等が比較的少なく、コントラストが10以上の視野角範囲を測定したところ、上下左右方向でそれぞれ10゜、10゜、30゜、30゜であった。また、特に光学補償フィルムを用いたことによる色調の変化については問題ではなかった。
【0062】
【比較例2】
比較例1で製膜した光学補償フィルムを用いる以外は実施例3と同様に、光学補償フィルムの効果を視野角の評価により行った。正面でのルミナンスによるコントラストが50以上を得るために必要な電圧は4.6V以上であった。また、8階調表示を行い、階調反転、黒潰れ、白抜け等が比較的少なく、コントラストが10以上の視野角範囲を測定したところ、上下左右方向でそれぞれ10゜、10゜、25゜、25゜であり、光学補償フィルムによる効果は確認されなかった。
【0063】
【実施例5】
実施例3で作成した液晶セルを用い、バックライト側偏光板偏光軸、バックライト側液晶セルラビング方向をそれぞれ45゜、観測側偏光板偏光軸、観測側液晶セルラビング方向をそれぞれ135゜として貼り合わせ、参考例1で製膜した光学補償フィルムを観測側偏光板と液晶セルの間に、光学補償フィルムの遅相軸が150゜となるように貼り合わせ、ノーマリーホワイト液晶表示装置を作成し、実施例3と同様に評価を行った。正面でのルミナンスによるコントラストが50以上を得るために必要な電圧は3.8V以上であった。また、8階調表示を行い、階調反転、黒潰れ、白抜け等が比較的少なく、コントラストが10以上の視野角範囲を測定したところ、上下左右方向でそれぞれ10゜、10゜、30゜、30゜であった。低駆動電圧化と視野角補償効果を確認した。また、特に光学補償フィルムを用いたことによる色調の変化については問題ではなかった。
【0064】
【実施例6】
バックライト側基板における配向膜のラビング方向をそれぞれ45゜、225゜、観測側基板の配向膜のラビング方向をそれぞれ135゜、315゜と1つの画素を2つに分割し、貼り合わせ方法は、バックライト側基板のラビング方向45゜と観測側の配向膜のラビング方向135゜を、また同様に225゜と315゜を合わせるよう貼り合わされる画素配向分割セルを作成した。液晶材料は実施例3と同様のものを用いた。ツイスト角は90゜、プレチルト角は3゜とした。バックライト側偏光板偏光軸は45゜、観測側偏光板偏光軸は135゜で貼り合わせたノーマリーホワイト液晶表示装置を作成し、実施例3と同様に評価した。正面でのルミナンスによるコントラストが50以上を得るために必要な電圧は5V以上であった。また、8階調表示を行い、階調反転、黒潰れ、白抜け等が比較的少なく、コントラストが10以上の視野角範囲を測定したところ、上下左右方向でそれぞれ30゜、30゜、40゜、40゜であった。
【0065】
また、この液晶表示装置の観測側偏光板と液晶セルの間に、実施例3で製膜した光学補償フィルムを、遅相軸が150゜となるように貼り合わせ実施例3と同様の方法で評価した。正面でのルミナンスによるコントラストが50以上を得るために必要な電圧は4.5V以上であった。また、8階調表示を行い、階調反転、黒潰れ、白抜け等が比較的少なく、コントラストが10以上の視野角範囲を測定したところ、上下左右方向でそれぞれ30゜、30゜、45゜、45゜であった。画素配向分割セルにおいても低駆動電圧化と視野角補償効果を確認した。また、特に光学補償フィルムを用いたことによる色調の変化については問題ではなかった。
【0066】
【発明の効果】
本発明は、旋光モードのツイストネマチック型液晶表示装置において用いられる、0≦R<80(nm)かつ−300<K<−140(nm)の特性を有する視野角補償板として用いられる光学補償フィルムにおいて、特定された面配向パラメータを有する高分子樹脂を用いかつ溶液流延法により製膜されたフィルムを用いることにより、高品質でかつ生産性に優れた視野角補償板を提供することができるといった効果を有する。
【0067】
さらにこうした本発明の光学補償フィルムを視野角補償板として用いた旋光モードツイストネマチック型の液晶表示装置において、従来複数の一軸延伸位相差フィルムを使用しても得ることが困難であった光学特性を、光学補償フィルムを1枚だけ使用することで得ることができるため、低コストの液晶表示装置を生産性良く得ることができる。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an optical compensation film used as a viewing angle compensation plate for an optical rotation mode twist nematic type liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, liquid crystal display elements have a great advantage of being thin and light and have low power consumption, and are therefore actively used in display devices such as personal computers, word processors, and portable electronic notebooks. Many principles of liquid crystal display elements have been proposed, but most of the liquid crystal display elements that are widely used at present use twisted nematic liquid crystal. Such display methods using liquid crystal are roughly classified into two methods, birefringence mode and optical rotation mode.
[0003]
The super twist nematic (STN) method, which is a birefringence mode, has a steep electro-optic characteristic and can be driven by a simple matrix, so it is supplied to the market at a relatively low price. Therefore, there is a problem that incident light that is linearly polarized becomes elliptically polarized light due to birefringence by the liquid crystal cell, and the display appears colored when viewed through a polarizing plate. Therefore, an F-STN system is proposed in which a retardation plate made of a stretched film or the like is interposed between the liquid crystal cell and the polarizing plate in order to return the elliptically polarized light after passing through the liquid crystal cell to a straight line to prevent coloring.
[0004]
On the other hand, the twisted nematic (TN) mode, which is an optical rotation mode, consists of a 90 ° twisted nematic liquid crystal, has a fast response speed of several tens of milliseconds, a high contrast ratio, and a good gradation display property. As a liquid crystal display element in which this switching element is provided for each pixel, it is used in applications requiring high definition and high speed such as liquid crystal televisions.
[0005]
However, even a TN liquid crystal display element combined with such a switching element has a problem that it has a viewing angle dependency that a contrast ratio changes depending on a viewing direction.
[0006]
Many methods for improving the viewing angle characteristics of TN liquid crystal display elements have been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 4-161928, a viewing angle characteristic is obtained by arranging a TN liquid crystal cell and an optical anisotropic element whose optical axis is substantially perpendicular to the display surface of the liquid crystal cell between two polarizing plates. A method for improving the above has been proposed. In addition, as an example more specifically proposed for such an optical anisotropic element, there is a description in the 16th Liquid Crystal Discussion Symposium Preliminary Proceedings P236. Here, the viewing angle characteristics are improved by arranging two TN liquid crystal cells and two uniaxial retardation films made of polycarbonate laminated so that the optical axes are orthogonal to each other between two polarizing plates. Proposed method. As a method for obtaining a film having an in-plane refractive index larger than the refractive index in the thickness direction, a method using an inorganic layered compound is disclosed as disclosed in JP-A-6-82797.
[0007]
The characteristics of the method of improving the viewing angle characteristics by using the retardation plate having the optical axis in the film thickness direction are the phase difference given by the liquid crystal cell to the light incident from the front with respect to the liquid crystal cell and the light incident from the oblique direction. Note that the phase difference given by the liquid crystal cell differs depending on the liquid crystal alignment in the liquid crystal cell, and this is the reason for determining the viewing angle characteristics. There is a place to compensate.
[0008]
On the other hand, a pixel division method has been proposed in which one pixel of a liquid crystal cell is divided into a plurality of pixels to improve viewing angle characteristics. Various methods have been proposed for dividing one pixel into a plurality of methods, such as a method using electric field control and a device using an alignment film. Furthermore, a method for further improving display quality by combining such a pixel-divided cell and an optical compensation film has been proposed.
[0009]
As described above, although optical characteristics for improving the viewing angle characteristics of the 90 ° TN system using an optical compensator have been disclosed, the optical characteristics and mass productivity of the optical compensation film are actually satisfied at the same time. At present, no film has been obtained.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 4-161928, the material and manufacturing method of the optical anisotropic element are not described in detail. Further, the method described in the above-mentioned 16th Liquid Crystal Discussion Symposium Preliminary Proceedings P236 uses two retardation films, and thus has a problem of loss of transmittance and cost. Furthermore, by biaxially stretching the film, it is difficult in the present process to obtain a film in which there is no optical axis in the film plane direction but there is an optical axis in the film thickness direction. It has the problem of being inferior. In addition, the method for forming an inorganic layered compound on a film as disclosed in JP-A-6-82279 has a problem that it is expensive.
[0011]
Furthermore, it is already known that a polymer resin is dissolved in an appropriate solvent and formed into a film by a casting method to apply a film excellent in transparency, smoothness, and optical uniformity to optical applications. It was difficult to obtain an optical compensation film having the optical characteristics of the present invention without adopting special cast film formation conditions that are problematic.
[0012]
When a transparent film is used, if it is only the in-plane refractive index, it can be controlled by stretching, and a method for increasing the refractive index in the film thickness direction is also disclosed. As for the method of controlling the refractive index in the film thickness direction that is optically negative and required as a film for improving the viewing angle in the nematic mode, there is still no satisfactory method in terms of optical characteristics and mass productivity. It was the current situation.
[0013]
As described above, in the conventional optical compensation film, it is difficult to obtain an optical rotation mode twisted nematic type liquid crystal display device having the necessary characteristics as an optical compensator for improving the viewing angle characteristics with a single film. That is, the light transmittance at 550 nm of the measurement light is 80% or more, and the refractive index in the in-plane direction of the film measured with the measurement light 550 nm is nx (slow axis), ny (fast axis), and directions orthogonal to them. When the refractive index in the film thickness direction is nz and the film thickness is d (nm), the optical characteristics represented by R = (nx−ny) × d and K = (nz− (nx + ny) / 2) × d , 0 ≦ R <80 (nm) and −300 <K <−140 (nm), it was difficult to obtain an optical compensation film.
[0014]
The present invention solves such a problem, and in the optical rotation mode twisted nematic type liquid crystal display device having the above characteristics, an optical compensation film excellent in mass productivity capable of improving viewing angle characteristics with a single film, and An object is to provide a liquid crystal display device used.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The optical compensation film of the present invention is an optical compensation film used as a viewing angle compensation plate for an optical rotation mode twisted nematic type liquid crystal display device, and has a refractive index in the in-plane direction measured with light having a wavelength of 550 nm of nx (slow retardation). Phase axis) and ny (fast axis), where nz is the refractive index in the film thickness direction perpendicular to them, and d (nm) is the film thickness, R = (nx−ny) × d and K In the optical compensation film, the optical characteristics represented by = (nz− (nx + ny) / 2) × d have the characteristics of 0 ≦ R <80 (nm) and −300 <K <−140 (nm),Formula (I)
[Chemical 3]
(I)
(Where Y is
Alternatively, a direct bond, R is H, and the substitution position of the rightmost CO group is the para-position or meta-position. When Y is a direct bond, the substitution position of the rightmost CO group is the para position. )
Polyarylate having a molecular weight of 20,000 or more in terms of polystyrene containing a repeating unit represented byTheCasting the solution onto the support, drying the film on the support until the solvent content is at least 20% by weight, and then peeling the film containing the solvent to support the film It consists of step 2 that is peeled off and dried while being transported, and is dried at an atmosphere temperature T1 (° C.) of 15 ≦ T1 ≦ 50 in step 1, and in step 2, an apparent resin glass containing a solvent. When the transition temperature is Tg ′ (° C.), the drying temperature is in the temperature range of (Tg′−50) ≦ T2 ≦ (Tg ′ + 50) until the solvent content is 5% by weight or more, and the solvent content is If it is less than 5% by weight, the temperature is continuously or sequentially increased in the temperature range of (Tg′−50) ≦ T3 ≦ (Tg ′ + 20) according to the transition of Tg ′ and dried.The film is formed by a solution casting method.
[0016]
Although some liquid crystal display devices using ferroelectric liquid crystals are also supplied, most of the current liquid crystal display devices are of a twisted nematic type. The optical compensation film in the present invention is used as a viewing angle compensator for a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell which is a mode utilizing the optical rotation of liquid crystal.
[0017]
In the 90 ° twisted nematic mode, there are a normally white mode in which light is transmitted when no voltage is applied and a normally black mode in which a dark state is applied when no voltage is applied. In a 90 ° twisted nematic high-definition liquid crystal display device with a thin film transistor used in a liquid crystal television or a notebook type personal computer, the birefringence ΔnLC of the liquid crystal material and the cell gap d from the viewpoint of a wide viewing angle and high-speed response. The product ΔnLC · d with (μm) is determined at a relatively small value. Although the normally black mode has an advantage of low voltage driving, it is not so often used in current display devices due to low coloring and low contrast in the dark state, and many of the current display devices are normally white modes. The ΔnLC · d of the 90 ° twisted nematic cell that requires high quality is different in the normally white mode and the normally black mode, but is determined to be around 0.4 μm in the former and around 0.48 μm in the latter. . These are almost the same in the pixel division method in the 90 ° twisted nematic mode. Although ΔnLC has dispersion depending on the measurement wavelength, a value measured with light having a wavelength of 550 nm or the vicinity in which human visual sensitivity is the highest is often adopted.
[0018]
The optical anisotropy of such an optical compensation film is expressed by a three-dimensional refractive index nx, ny, nz. Here, nx and ny are the refractive indexes in the slow axis direction and the fast axis direction in the in-plane direction, respectively, and nz is the refractive index in the film thickness direction. The axes having refractive indexes of nx, ny, and nz are orthogonal to each other, and nx and ny are substantially parallel to the in-plane direction of the film. Depending on the film forming conditions, the nx, ny direction and the in-plane direction of the film may not be completely parallel, but here the angle formed is assumed to be within ± 10 °.
[0019]
When the three-dimensional refractive index is used, the values of R (nm) and K (nm) important for describing the anisotropy of the optical compensation film of the present invention are R = (nx−ny) × d, K, respectively. = (Nz− (nx + ny) / 2) × d. The R value is a value generally referred to as retardation measured with light incident from the vertical direction in the film plane, and thereby represents in-plane anisotropy. Further, since the K value is the difference between the refractive index in the film thickness direction and the average of the in-plane refractive indexes, the magnitude of anisotropy in the film thickness direction with respect to the in-plane direction can be expressed.
[0020]
Although the three-dimensional refractive index can be directly obtained by an Abbe refractometer or the like, the values used in the present invention are based on the incident angle dependency of retardation assuming that the film is optically a three-dimensional refractive index ellipsoid. The calculation method was adopted. That is, when the refractive indexes nx, ny, and nz are used,
[0021]
[Expression 1]
[0022]
[Expression 2]
[0023]
However, after determining the average refractive index n = (nx + ny + nz) / 3 of the optical compensation film by another method, the retardation R (θ) at the incident angle θ is measured by changing the incident angle, and the equation (1) Refractive indexes nx, ny, and nz are determined from equation (2). Δn (θ) is an apparent birefringence at an incident angle θ, and d is a film thickness (nm).
[0024]
Many methods for measuring retardation have been proposed. In the present invention, any principle can be used as long as the retardation value can be obtained accurately. However, the range of retardation that can be measured accurately varies depending on the measurement method. So be careful. Although the three-dimensional refractive index varies depending on the measurement wavelength, a value measured at a wavelength of 550 nm is used here.
[0025]
The effect of the optical compensation mechanism of the optical compensation film in the present invention is different between K and R. Since an actual film has both R and K values which are not 0, it may be difficult to completely separate the two effects. Here, the difference between the two values will be described.
[0026]
The effect of the K value, particularly when the K value takes a negative value, is optically positive with a large refractive index in the film thickness direction when the liquid crystal stands up in response to an electric field in a voltage applied state. An optical compensation film that is optically biaxial and negative with respect to the liquid crystal cell and has a smaller refractive index in the film thickness direction than that in the in-plane direction. Compensates and improves viewing angle characteristics.
[0027]
In addition, when the optical compensation film of the present invention is used in a 90 ° twisted nematic mode liquid crystal display device, not only the viewing angle compensation but also the driving voltage is reduced by optimizing the bonding angle between the R value and the liquid crystal cell and polarizing plate. Can be made. This is effective not only when a normal 90 ° twisted nematic liquid crystal cell is used but also when combined with a pixel division method cell. Particularly in the normally white mode, when a sufficient black level cannot be obtained due to the presence of liquid crystal that does not rise in the film thickness direction at a certain voltage, the black level at the front is compensated optically by the R value. Can be improved, that is, the drive voltage can be lowered.
[0028]
The optical anisotropy of the optical compensation film of the present invention needs to satisfy 0 ≦ R <80 (nm) and −300 <K <−140 (nm) measured with light having a wavelength of 550 nm.
[0029]
As described above, the high-quality 90 ° twisted nematic mode display device has its ΔnLC · d set to approximately 400 to 500 nm with the measurement light of 550 nm. This value is the K value of the liquid crystal cell when the liquid crystal is perfectly aligned in the voltage applied state, but the K value in the voltage applied state is smaller than this because it is not actually vertically aligned. It becomes. Normally, gradation display is also performed in the high-quality 90 ° TN mode, so optimization of the K value of the optical compensation film is not simple. However, as a result of considering the gradation display, if the K value range of the optical compensation film is in the range of −300 <K <−140 (nm), the viewing angle characteristics of the liquid crystal cell having the above-described ΔnLC · d It was found that the effect of improving When the K value deviates from this range, the compensation effect is reduced. Strictly speaking, it is preferable to optimize the K value within the above range according to the purpose by the value of ΔnLC · d.
[0030]
On the other hand, the R value is preferably as small as possible for the purpose of viewing angle compensation only. Specifically, 0 ≦ R <20 (nm) is preferable. Even when 20 ≦ R <80 (nm), if the polarizing axis or absorption axis of the polarizing plate and the slow axis of the optical compensation film are set as parallel as possible, problems such as a decrease in front contrast can be prevented. be able to. Of course, even if 0 ≦ R <20 (nm), it is preferable that the polarization axis or absorption axis of the polarizing plate and the slow axis of the optical compensation film are as parallel as possible. In the case of R ≧ 80 (nm), even if the bonding angle is slightly shifted, problems such as a decrease in front contrast occur depending on the bonding angle, which is not preferable in productivity.
[0031]
Particularly in the normally white mode, when not only the viewing angle compensation but also the effect of reducing the driving voltage and improving the viewing angle characteristics by improving the front black level, R falls within the range of 20 ≦ R <80 (nm). It is preferable that there is. Below this range, the compensation effect is small and no further value is required. This also applies to the pixel division method if it is normally white. However, in this case, the bonding angle with the rubbing direction of the polarizing plate and the liquid crystal cell is important, and even if the R value is within the above range, the effect of lowering the driving voltage cannot be obtained unless it is optimized. It may cause a decrease in. If the R value is within the above range, the driving voltage reduction effect by optimizing the bonding angle can be obtained.
[0032]
In addition, the above three-dimensional refractive index has been described with respect to values measured with light having a wavelength of 550 nm. However, even a highly transparent resin such as that used in this application has wavelength dispersion of the three-dimensional refractive index. The matching of the birefringence wavelength dispersibility of the liquid crystal material and the retardation plate, which is a problem in the refraction mode, does not matter so much. That is, in this application, it is only necessary to optimize the three-dimensional refractive index and the bonding angle at 550 nm, which has the highest human visibility, and the influence of the three-dimensional refractive index wavelength dispersion of the resin is small. More specifically, when K and R values measured at 450 and 550 nm are K (450 nm), K (550 nm), R (450 nm), and R (550 nm), respectively, 0.90 <K (450 nm) / It is preferable that K (550 nm) <1.25, 0.90 <R (450 nm) / R (550 nm) <1.25, more preferably 0.95 <K (450 nm) / K (550 nm) <1. .10, 0.95 <R (450 nm) / R (550 nm) <1.10.
[0033]
In addition, the polarizing plate has an incident angle dependency of the degree of polarization. To compensate for this, a technique is disclosed in which a retardation film is bonded to the polarizing plate to compensate the incident angle dependency of the polarization characteristics. . A polarizing plate in which a retardation film that compensates for the polarization angle incidence angle dependency of the polarizing plate is bonded to the polarizing plate is used as a polarizing plate in the liquid crystal display device using the optical compensation film of the present invention. Also good.
[0034]
Furthermore, the optical compensation film of the present invention must be transparent. The haze is required to be 1% or less, and preferably 0.6% or less. Further, the transmittance needs to be 80% or more with a measuring light of 550 nm, and the transmittance is preferably 80% or more in the range of 400 to 700 nm. It is preferable to use a film that is not colored when observed with the human eye.
[0035]
Further, the film thickness is set in the range of 50 μm to 180 μm, and thickness unevenness is one of the causes of optical non-uniformity, so it is preferably within ± 5%, more preferably within ± 3%. is there.
[0036]
In order to produce an optical compensation film that satisfies these characteristics, it is important to select a resin and a film forming method. The optical compensation film of the present invention is produced by a solution casting method in terms of uniformity of optical properties. As a method for forming a transparent film, a melt extrusion method or the like is known as a known technique, but it is not a preferable method because of problems such as optical uniformity, foreign matter contamination, and generation of a gel substance.
[0037]
The solution casting method is a method in which a resin is dissolved in a solvent, cast on a flat substrate from a die, and dried to form a film. If it is soluble in the solvent, most of the resin can be formed into a film. . When the present inventors diligently examined the film forming conditions and the type of resin, the above-mentioned K and R values change to some extent depending on the film forming conditions. It was found that the selection of the resin is very important in order to obtain a product having a relatively large absolute value with high productivity. In other words, it is possible to increase the K value that brings the refractive index nz in the film thickness direction closer to the refractive indexes nx and ny in the in-plane direction by devising film forming conditions such as orientation relaxation by heat. It has been found that reducing nz and increasing the difference between nx and ny is difficult only by optimizing the solution casting film forming method, but can be easily controlled by selecting a resin.
[0038]
In the present invention, the selection of the resin is determined by the plane orientation parameter Z. That is, it is necessary that Z ≧ 0.0065. The method for determining this Z is shown below.
1. The solvent is methylene chloride, and the resin is dissolved to prepare a solution having a concentration of 4.0 g / dl (gram / deciliter).
2. 1. The solution is cast on a glass substrate by spin coating to form a resin thin film. As spin coating conditions, 0.5 g was dropped on a glass substrate at a temperature of 20 ° C., rotated at 4000 rpm for 30 seconds, and then stopped by providing a deceleration period of 3 seconds. A well-cleaned glass substrate is used, and a retardation of less than 0.1 nm is used in the range from 0 ° to 50 ° oblique incidence with the normal incidence angle of the glass substrate being 0 °. The measurement wavelength is 550 nm.
3. 2. The film thickness d (nm) of the resin thin film on the glass substrate is measured. The points to be measured are as follows. Then, three different points within the spot diameter of the light subjected to retardation measurement are measured, and the average value is adopted.
4). The direction perpendicular to the glass substrate is set to 0 °, and the x and y axes orthogonal to each other in the glass substrate plane are arbitrarily set. In the case of an oblique incidence of 50 ° in the plane including the x and y axes and orthogonal to the glass substrate The retardation (nm) is measured and the respective values are defined as Rx (50 °) and Ry (50 °). The wavelength of the measurement light is 550 nm.
5). Using the values measured in 3 and 4, the plane orientation parameter Z is defined as Z = | (Rx (50 °) + Ry (50 °)) | / (2d).
[0039]
If the plane orientation parameter Z thus defined is used, the orientation in the film thickness direction inherent to the resin, that is, the ease of decreasing nz (as described above in the optical compensation film of the present invention, compared to nx, ny). Therefore, it is preferable that nz is small. If this method is used, it is possible to express the ease of surface orientation of the resin in the solution casting method, and the selection of the resin is an important factor for obtaining the target K value, and the resin is selected using Z. be able to.
[0040]
In this case, the measurement method requires that the resin thin film has a thickness of about 100 to 600 nm and R (50 °) is about 1 to 5 nm. As a method for measuring the film thickness, a stylus type surface shape measuring method or an optical method is preferable, and as a phase difference measuring method, the Senarmon method or polarization modulation method which is a quenching position detecting method is preferable. The film thickness measurement of the resin thin film in the present invention is a trade name “alpha-step200” manufactured by Tencor Instruments Japan, which is a stylus type surface shape measuring apparatus, and the polarization modulation method is used for the phase difference measurement. The product name “M-150” manufactured by JASCO Corporation was used.
[0041]
In addition, it is preferable that the spot diameter at the time of phase difference measurement is 7 mm or less in diameter on a glass substrate in the state of perpendicular incidence. Since the retardation of the glass substrate is measured together with the retardation of the resin thin film, it is necessary to satisfy the above condition, and it is preferable that the retardation is as small as possible.
[0042]
As the film forming conditions of the solution casting method for forming the optical compensation film in the present invention, the solution is cast on a support such as a casting drum or a casting belt, and the solvent content is at least 20% by weight or less. Solution casting consisting of Step 1 of drying the film on the support until it is, and Step 2 of peeling the film containing the solvent, and then drying while transporting the film such as a tenter dryer from the support. In the method, the atmosphere temperature T1 (° C.) in the step 1 is dried at 15 ≦ T1 ≦ 50, and in the step 2, the apparent glass transition temperature of the resin containing the solvent is Tg ′ (° C.). In this case, the drying temperature is within the temperature range of (Tg′−50) ≦ T2 ≦ (Tg ′ + 50) until the solvent content is 5% by weight or more, and when the solvent content is less than 5% by weight ( g'-50) ≦ T3 ≦ (Tg it is necessary to dry continuously or sequentially raised in accordance with the transition of the '+ 20) its Tg in the temperature range of'. Since the viscosity of the solution concentration varies depending on the resin used, it must be changed each time, but the concentration is set between 3 wt% and 30 wt%. Moreover, although it changes with required R values, it is preferable that the tension concerning the film which arises in a drying process is the range of 0.5-5 kg / square cm.
[0043]
The amount of the solvent remaining in the film needs to be 1% by weight or less, and more preferably 0.5% by weight or less. The drying time in the film forming method is determined by the final film residual solvent amount. The method for measuring the residual solvent amount is determined by a dry weight method, a nuclear magnetic resonance spectrum method, or the like.
[0044]
The solvent is not particularly limited, but a known one can be used as long as the resin such as methylene chloride and dioxolane is dissolved and there is no problem in film forming property.
[0045]
In order to obtain the required R and K values, the conditions are set more finely within these ranges, but in order to obtain the target K value, the resin with the plane orientation parameter Z ≧ 0.0065 Must be used. There is a correlation between the plane orientation parameter Z defined in the present invention and the K value of the film.
[0046]
In a normal solution casting method that does not involve a stretching step, the K value is negatively large at a relatively early stage in which the solution is cast on a support and the solvent evaporates, and nz becomes nx, ny due to orientation relaxation in the drying step. Get closer to. Therefore, it is difficult to obtain −300 nm <K <−140 nm when the plane orientation parameter does not satisfy the above condition. The K value is negative and the absolute value tends to increase as the plane orientation parameter increases, but when the K value becomes smaller than −300 nm, the drying temperature is set higher within the above range in the film forming process, It can be controlled by relaxing the orientation. In the region where the plane orientation parameter is smaller than 0.0065, it is difficult to obtain the K value in the above range under the conditions of the casting film forming method, and a special condition inferior in productivity and a stretching process are added. The need arises.
[0047]
The plane orientation parameter Z is greatly influenced by the skeleton and molecular weight of the resin. If the molecular skeleton is the same, the higher the molecular weight, the larger the Z tends to be. As a result of examining many resins, it was found that those having a polyarylate skeleton have a relatively large Z value. The following structural formula(2)(7) to the optical compensation film of the present inventionTreeThe oil skeleton is shown. These may be single polymers, copolymers or blends. In the following structures, it is preferable that the molecular weight is large, but if the molecular weight is too large, a problem may occur in the film-forming property, etc., so it is necessary to consider the film-forming property.is there. Structural formulaIn (2) and (3), the molecular weight is preferably 20,000 or more in terms of polystyrene. Further, from the viewpoint of heat resistance, the glass transition point temperature of the optical compensation film is preferably 130 ° C. or higher.
[0049]
[Chemical 2]
[0050]
[Chemical Formula 3]
[0051]
[Formula 4]
[0052]
[Chemical formula 5]
[0053]
[Chemical 6]
[0054]
[Chemical 7]
[0055]
[referenceExample 1]
A polycarbonate resin having a repeating structure represented by the structural formula (1) and having a polystyrene equivalent molecular weight of 67,000 is dissolved in methylene chloride to prepare a 15% by weight solution, which is cast on a casting belt support from a die, and contains a solvent. A solution comprising Step 1 of drying the film on the support until the content is at least 18% by weight, and then Step 2 of peeling the film containing the solvent and drying the film while transporting the film with a tenter dryer In the casting method, the atmosphere temperature T1 (° C.) in step 1 is dried within a range of 18 ≦ T1 ≦ 35. In step 2, the apparent glass transition temperature of the resin containing the solvent is Tg ′ (° C.). The drying temperature is within the temperature range of (Tg′−10) ≦ T2 ≦ (Tg ′ + 20) until the solvent content is 5% by weight or more. Content is less than 5 wt% and dried by continuously or sequentially raised in accordance with the transition of 'its Tg in the temperature range of (+ 20 (Tg'-20) ≦ T3 ≦ Tg)'. The characteristics of the obtained film were K = −150 nm and R = 50 nm. In determining the R and K values, a product name “M-150” manufactured by JASCO Corporation was used for phase difference measurement, and an Abbe refractometer product name “2T” manufactured by Atago Co., Ltd. was used for measurement of the average refractive index. The haze was 0.3%, the residual solvent amount was 0.3% by dry weight method, and the film thickness was 85 μm using an electronic micrometer. On the other hand, the plane orientation parameter was measured by the above-described method using this resin, and Z = 0.068.
[0056]
【Example1]
A 19% by weight solution is prepared by dissolving a polyarylate resin having a repeating structure of the structural formula (2) and having a molecular weight of 22,000 in terms of polystyrene in methylene chloride.referenceA film was formed by the solution casting method under the same conditions as in Example 1.referenceAs a result of measurement in the same manner as in Example 1, the properties of the obtained film were K = −250 nm and R = 20 nm. The haze was 0.3%, the residual solvent amount was 0.3% by dry weight method, and the film thickness was 90 μm using an electronic micrometer. On the other hand, when the plane orientation parameter was measured using this resin, Z was 0.0099.
[0057]
【Example2]
In the structural formula (3), a polyallylate having a repeating structure of m: n = 37: 63 (mol%) and having a polystyrene equivalent molecular weight of 27000 and a polycarbonate copolymer resin are dissolved in methylene chloride to prepare a 20 wt% solution. AndreferenceA film was formed by the solution casting method under the same conditions as in Example 1.referenceAs a result of measurement in the same manner as in Example 1, the properties of the obtained film were K = -190 nm and R = 8 nm. The haze was 0.3%, the residual solvent amount was 0.3% by dry weight method, and the film thickness was 92 μm using an electronic micrometer. On the other hand, when the plane orientation parameter was measured using this resin, Z was 0.0074.
[0058]
[Comparative Example 1]
A 10% by weight solution is prepared by dissolving a triacetyl cellulose resin having a molecular weight in terms of polystyrene of 20000 in methylene chloride.referenceA film was formed by the solution casting method under the same conditions as in Example 1.referenceAs a result of measurement in the same manner as in Example 1, the properties of the obtained film were K = −40 nm and R = 5 nm, and those satisfying the object of the present invention were not obtained. The haze was 0.3%, the residual solvent amount was 0.4% by weight by the dry weight method, and the film thickness was 89 μm using an electronic micrometer. On the other hand, when the plane orientation parameter was measured using this resin, Z = 0.014.
[0059]
【Example3]
For the liquid crystal material, a product name “ZLI4792” manufactured by Merck Co., Ltd., which is doped with a small amount of chiral agent, is used. A liquid crystal display device was created by installing it in Mary White mode. When a backlight was placed on the opposite side of the observation side and evaluated by transmission, the voltage required to obtain a contrast of 50 or more due to luminance at the front was 4.6 V or more. In addition, eight-gradation display was performed, and a viewing angle range with relatively little gradation inversion, black crushing, white blanking, etc. and a contrast of 10 or more was measured, and 10 °, 10 °, and 25 ° in the vertical and horizontal directions, respectively. 25 °.
[0060]
Next example1The optical compensation film formed in (1) was placed between the observation-side polarizing plate and the liquid crystal cell in the same manner in accordance with the slow axis of the film and the rubbing direction on the observation side of the liquid crystal cell. The voltage required to obtain a contrast of 50 or more due to luminance at the front is 4.6 V or more. In addition, eight-gradation display was performed, and a viewing angle range with relatively little gradation inversion, black crushing, white blanking, etc. and a contrast of 10 or more was measured, and 10 °, 10 °, and 40 ° in the vertical and horizontal directions, respectively. 40 °. In particular, the change in color tone due to the use of the optical compensation film was not a problem.
[0061]
【Example4]
referenceExample except that the optical compensation film formed in Example 1 was used3In the same manner as described above, the effect of the optical compensation film was evaluated by viewing angle. The voltage required to obtain a contrast of 50 or more due to luminance at the front is 4.6 V or more. In addition, eight-gradation display was performed, and a viewing angle range with relatively little gradation reversal, black crushing, white blanking, etc. and a contrast of 10 or more was measured, and 10 °, 10 °, and 30 ° in the vertical and horizontal directions, respectively. 30 °. In particular, the change in color tone due to the use of the optical compensation film was not a problem.
[0062]
[Comparative Example 2]
Example except that the optical compensation film formed in Comparative Example 1 was used3In the same manner as described above, the effect of the optical compensation film was evaluated by viewing angle. The voltage required to obtain a contrast of 50 or more due to luminance at the front is 4.6 V or more. In addition, eight-gradation display was performed, and a viewing angle range with relatively little gradation inversion, black crushing, white blanking, etc. and a contrast of 10 or more was measured, and 10 °, 10 °, and 25 ° in the vertical and horizontal directions, respectively. 25 °, and the effect of the optical compensation film was not confirmed.
[0063]
【Example5]
Example3Using the liquid crystal cell created in Step 1, the backlight side polarizing plate polarization axis and the backlight side liquid crystal cell rubbing direction were each 45 °, the observation side polarizing plate polarization axis and the observation side liquid crystal cell rubbing direction were 135 ° each,referenceThe optical compensation film formed in Example 1 was bonded between the observation-side polarizing plate and the liquid crystal cell so that the slow axis of the optical compensation film was 150 °, and a normally white liquid crystal display device was produced.3Evaluation was performed in the same manner as above. The voltage required to obtain a contrast of 50 or more due to luminance at the front is 3.8 V or more. In addition, eight-gradation display was performed, and a viewing angle range with relatively little gradation reversal, black crushing, white blanking, etc. and a contrast of 10 or more was measured, and 10 °, 10 °, and 30 ° in the vertical and horizontal directions, respectively. 30 °. Low drive voltage and viewing angle compensation effect were confirmed. In particular, the change in color tone due to the use of the optical compensation film was not a problem.
[0064]
【Example6]
The rubbing direction of the alignment film on the backlight side substrate is 45 ° and 225 °, the rubbing direction of the alignment film on the observation side substrate is 135 ° and 315 °, respectively, and one pixel is divided into two. A pixel alignment division cell was prepared in which the rubbing direction of the backlight-side substrate was 45 ° and the rubbing direction of the observation-side alignment film was 135 °, and similarly 225 ° and 315 ° were aligned. Examples of liquid crystal materials3The same was used. The twist angle was 90 ° and the pretilt angle was 3 °. A normally white liquid crystal display device was prepared by pasting together the polarizing axis of the backlight side polarizing plate at 45 ° and the polarizing axis of the observation side polarizing plate at 135 °.3And evaluated in the same manner. The voltage required to obtain a contrast of 50 or more due to luminance at the front is 5 V or more. In addition, eight-gradation display was performed, and a viewing angle range with relatively little gradation reversal, black crushing, white blanking, etc. and a contrast of 10 or more was measured, and 30 °, 30 °, 40 ° in the vertical and horizontal directions, respectively. 40 °.
[0065]
In addition, between the observation side polarizing plate and the liquid crystal cell of this liquid crystal display device,3Example of bonding the optical compensation film formed in step 1 so that the slow axis is 150 °3And evaluated in the same manner. The voltage required to obtain a contrast of 50 or more due to luminance at the front is 4.5 V or more. In addition, eight-gradation display was performed, and a viewing angle range with relatively little gradation reversal, black crushing, white blanking, etc. and a contrast of 10 or more was measured, and 30 °, 30 °, 45 ° in the vertical and horizontal directions, respectively. 45 °. The low driving voltage and viewing angle compensation effect were also confirmed in the pixel-aligned divided cells. In particular, the change in color tone due to the use of the optical compensation film was not a problem.
[0066]
【The invention's effect】
The present invention relates to an optical compensation film used as a viewing angle compensation plate having characteristics of 0 ≦ R <80 (nm) and −300 <K <−140 (nm), which is used in an optical rotation mode twisted nematic liquid crystal display device. In view of the above, it is possible to provide a viewing angle compensator having high quality and excellent productivity by using a film formed by a solution casting method using a polymer resin having a specified plane orientation parameter. It has such an effect.
[0067]
Furthermore, in an optical rotation mode twisted nematic type liquid crystal display device using such an optical compensation film of the present invention as a viewing angle compensation plate, it has been difficult to obtain optical characteristics that have been difficult to obtain by using a plurality of uniaxially stretched retardation films. Since it can be obtained by using only one optical compensation film, a low-cost liquid crystal display device can be obtained with high productivity.
Claims (3)
(ここでYは
または直接結合、RはHであり、右端のCO基の置換位置はパラ位またはメタ位である。Yが直接結合のとき右端のCO基の置換位置はパラ位である。)
で表される繰り返し単位を含むポリスチレン換算で分子量2万以上であるポリアリレートを、溶液を支持体上に流延し、溶媒含有量が少なくとも20重量%以下になるまで支持体上にてフィルムを乾燥させる工程1と、次に溶媒を含んだフィルムを剥離し、フィルムを支持体から剥がして搬送しながら乾燥させる工程2からなり、工程1における雰囲気温度T1(℃)は15≦T1≦50の間で乾燥を行い、工程2においては、溶媒を含むことによる見かけの樹脂のガラス転移温度をTg’(℃)とした場合、乾燥温度を溶媒含有量が5重量%以上までは(Tg’−50)≦T2≦(Tg’+50)の温度範囲で、また、溶媒含有量が5重量%未満では(Tg’−50)≦T3≦(Tg’+20)の温度範囲でそのTg’の推移に合わせて連続的または逐次的に昇温して乾燥させる溶液流延法により製膜することにより得られる光学補償フィルムであって、波長550nmの光で測定した膜面内方向の屈折率をnx(遅相軸)とny(進相軸)、それらに直交する方向である膜厚方向の屈折率をnz、膜厚をd(nm)とした場合に、R=(nx−ny)×dおよびK=(nz−(nx+ny)/2)×dで表される光学特性が、0≦R<80(nm)かつ−300<K<−140(nm)である光学補償フィルム。An optical compensation film used as a viewing angle compensator for an optical rotation mode twisted nematic type liquid crystal display device having the following formula (I)
(Where Y is
Alternatively, a direct bond, R is H, and the substitution position of the rightmost CO group is the para-position or meta-position. When Y is a direct bond, the substitution position of the rightmost CO group is the para position. )
A polyarylate having a molecular weight of 20,000 or more in terms of polystyrene containing the repeating unit represented by is cast on a support, and a film is formed on the support until the solvent content is at least 20 wt% or less. It consists of Step 1 for drying, and Step 2 for peeling the film containing the solvent, and then peeling the film from the support and drying it while transporting. In step 2, assuming that the glass transition temperature of the apparent resin due to the inclusion of the solvent is Tg ′ (° C.), the drying temperature is (Tg′−) until the solvent content is 5% by weight or more. 50) ≦ T2 ≦ (Tg ′ + 50), and if the solvent content is less than 5% by weight, the transition of the Tg ′ occurs in the temperature range of (Tg′−50) ≦ T3 ≦ (Tg ′ + 20). Continuously or together An optical compensation film obtained by forming a film by sequentially warmed solution casting method of drying, the membrane plane direction of the refractive index measured with light having a wavelength of 550nm and nx (slow axis) ny (fast axis), where the refractive index in the film thickness direction that is orthogonal to them is nz, and the film thickness is d (nm), R = (nx−ny) × d and K = (nz− An optical compensation film in which the optical characteristics represented by (nx + ny) / 2) × d are 0 ≦ R <80 (nm) and −300 <K <−140 (nm).
である請求項1に記載の光学補償フィルム。The repeating unit (I) of the polyarylate is represented by the following formula (I) -1
The optical compensation film of claim 1 is.
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