JP4855466B2 - 特定のガラス転移温度を有する物質を用いた多層補償フィルム - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ用の多層光学補償子に関する。本発明はまた、そのような補償子及び、当該補償子を用いた液晶ディスプレイの製造方法に関する。

液晶は電子ディスプレイに広く利用されている。これらのディスプレイシステムでは、一般的には、液晶セルが偏光子と検光子との間に設けられている。偏光子によって偏光された入射光は液晶セルを通過し、液晶の分子配向の影響を受ける。液晶の分子配向はセルに電圧を印加することにより変化させることが可能である。そして、変換された光は検光子へ向かう。この原理を用いることで、周辺光を含む外部光源からの光の透過を制御することが可能となる。一般的に、この制御を実現するために必要なエネルギーは、陰極管（ＣＲＴ）のような他のディスプレイに使用される発光材料に必要なエネルギーよりもはるかに小さい。そのため、液晶技術は、多数の電子画像装置に用いられている。そのような装置には、デジタル時計、電卓、ノートパソコン及び、電子ゲームが含まれるが、これらに限定されるわけではない。これらの装置では、軽量、低消費電力及び動作時間が長いことが重要な特徴となる。

コントラスト、色再現性、及び安定したグレースケール強度は、液晶技術を用いた電子ディスプレイにおいて重要な属性である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のコントラストを制限する主要因は、液晶素子、あるいはセルを通じて、暗い、あるいは「黒い」画素状態の光が「漏れる」傾向によるものである。さらに、漏れ、つまり液晶ディスプレイのコントラストは、表示画面を見る方向（「視角」）にも依存する。典型的には、ディスプレイに対する法線入射を中心とする、狭い視角内でのみ、最適なコントラストが観察され、視角方向がディスプレイの法線から離れるにしたがってコントラストは急激に減少する。カラーディスプレイでは、漏れの問題は、コントラストを劣化させるのみならず、色再現性の低下につながり、色シフト、すなわち色相シフトを引き起こす。

ＬＣＤは、デスクトップコンピューや、その他のオフィス又は家庭用設備のモニタ用途で、ＣＲＴの代替として急速に普及している。また、大画面サイズのＬＣＤテレビモニタの台数が近い将来急激に増加することも予想されている。しかし、色相シフト、コントラスト劣化及び明暗反転のような視野角依存性に関する問題が解決されない限り、従来のＣＲＴの代替としてのＬＣＤの用途は限定されてしまう。

垂直配向液晶ディスプレイ（ＶＡ−ＬＣＤ）は、法線入射光に対してきわめて高いコントラストを有する。図２Ａ及び図２Ｂは、ＯＦＦ状態２０１及び、ＯＮ状態２０３でのＶＡ液晶セルの概略図である。ＯＦＦ状態では図２Ａに図示されているように、液晶の光軸２０５は、基板２０７に対して略垂直である。電圧を印加すると図２Ｂに図示されているように、光軸２０５は、セル法線から傾斜する。ＯＦＦ状態では、法線方向２０９の光は液晶層による複屈折を受けず、直交する偏光子の状態に近い、暗状態を与える。しかし、斜めに伝播する光２１１はレターデーションに遭遇し、それによって光漏れを引き起こす。その結果、ある視野角範囲でのコントラスト比が悪くなる。

光学補償ベント液晶ディスプレイ（ＯＣＢ−ＬＣＤ）とも呼ばれる、ベント配向ネマティック液晶ディスプレイは、対称性を有するベント状態に基づいたネマティック液晶セルを利用する。実際の動作においては、ベント配向ネマティック液晶セルを用いたディスプレイの明るさは、図３Ａ（ＯＦＦ）３０１及び図３Ｂ（ＯＮ）３０３で図示されているように、セル内部でのベント配向の程度を変化させる印加電圧、つまり電場によって制御される。両方の状態において、液晶の光軸３０５は、セルの中心面３０７の周りで対称性を有するベント状態をとる。ＯＮ状態では、セル基板３０９の近傍を除いて、光軸はセル面に対して実質的に垂直となる。ＯＣＢモードは、液晶ディスプレイテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）への応用に適した速い応答速度を有する。ＯＣＢモードはまた、ツイステッド・ネマティック液晶ディスプレイ（ＴＮ−ＬＣＤ）のような従来のディスプレイよりも優れた視野角特性（Ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ、ＶＡＣ）も有している。

上述の２つのモードは、従来のＴＮ−ＬＣＤよりも優れているため、ＬＣＤ−ＴＶのような高性能用途において有力となることが予想される。しかし、ＯＣＢ及びＶＡ−ＬＣＤの実用には、ＶＡＣを最適化させるための光学補償手段が必要となる。いずれのモードにおいても、液晶及び交差偏光子が複屈折を起こすため、ディスプレイを斜めから見たときの視野角によるコントラスト劣化が引き起こされる。二軸フィルムを用いることで、ＯＣＢ（特許文献１）及びＶＡ−ＬＣＤ（特許文献２）を補償することが示されている。両モードでは、液晶はＯＮ状態（ＯＣＢ）、又はＯＦＦ状態（ＶＡ）でのセルの面に対して十分垂直に配向する。この状態は正の面外レターデーションＲ_ｔｈを与えるため、満足のゆく光学補償を実現するためには、補償フィルムは十分大きな負のＲ_ｔｈを有する必要がある。Ｒ_ｔｈが大きい二軸フィルムへの要求は、スーパー・ツイステッド・ネマティック液晶ディスプレイ（ＳＴＮ−ＬＣＤ）についでも同じである。

ＯＣＢ、ＶＡ及びＳＴＮのようなＬＣＤモードを補償するのに適した十分な負の値のＲ_ｔｈを有する二軸フィルムの製造方法が複数提案されてきた。

特許文献３は、レターデーション上昇剤をトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）と組み合わせて利用することを開示している。レターデーション上昇剤は、少なくとも２つのベンゼン環を有する芳香族化合物から選択される。そのようなレターデーション上昇剤を添加したＴＡＣを延伸することで、Ｒ_ｔｈ及び面内レターデーションＲ_ｉｎを生じさせることが可能となる。しかしながら、この方法には、必要となる添加剤の量という問題がある。所望のＲ_ｔｈ及びＲ_ｉｎの上昇効果をもたらすためには、このような添加剤の量を多くする必要があり、意図しない着色や、添加剤がＬＣＤ内の他の層への移動（拡散）を生じる場合がある。その結果、Ｒ_ｔｈ及びＲ_ｉｎの低下、及び、これらに近接する層への望ましくない化学的影響が生じる恐れがある。また、この方法では、Ｒ_ｔｈ及びＲ_ｉｎの値を各独立に制御するのは困難である。

Ｓａｓａｋｉらは、正の複屈折を示す熱可塑性基材上にコレステリック液晶を設けたものを用いることを提案した（特許文献４）。コレステリック液晶（ＣＨＬＣ）のピッチは、可視光の波長よりも短いため、適切に配向したＣＨＬＣは、負のＲ_ｔｈを与える複屈折状態を示す。Ｒ_ｉｎは、熱可塑性基材の延伸倍率を調節することで制御される。この方法によって、Ｒ_ｔｈ及びＲ_ｉｎを各独立に調節することが可能となる。しかし、短いピッチを有するＣＨＬＣの使用は、製造コストが増大することに加えて、配向過程を有するために処理が複雑化してしまう。

特許文献５は、プロピオン酸又は酪酸で置換されたＴＡＣの使用について開示している。これらの置換されたＴＡＣは、通常のＴＡＣよりも高い複屈折性を示す。よって、置換されたＴＡＣフィルムを二軸延伸することで、Ｒ_ｉｎ及びＲ_ｔｈが発生する。その方法は、付加的なコーティングや層を必要としないが、Ｒ_ｉｎ及びＲ_ｔｈを各独立して制御するのが困難であることが問題である。

Ｗａｄａらは、光学異方性フィルムを（例えはウレタン接着剤を用いて）積層した、光学補償フィルムを開示している（特許文献６）。Ｗａｄａは特定のポリマーのみが光学補償フィルムとして適しており、特に、ポリカーボネートやポリスチレンのように高価でないありふれた物質を用いるべきでないと教示している。

その他の有望なＬＣＤの１種として、インプレーンスイッチングモードＬＣＤがある。上記のＶＡ−ＬＣＤやＯＣＢ−ＬＣＤ装置では電極はＬＣ層の反対側の面、すなわち、対局側の基板に配置される。それに対して、インプレーンスイッチングモードＬＣＤでは、電極は 液晶層の同じ面、すなわち、同一の基板上に配置されている。しなしながら、インプレーンスイッチング装置では、斜め方向のコントラストを向上させるために、十分大きな正の面外レターデーションＲ_ｔｈを有する光学補償子が必要である。特に、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）モードのＬＣＤを補償するためには、Ｒ_ｔｈが＋２０ｎｍより正である多層補償子が有用である。
米国特許第６１０８０５８号 特開平１１−９５２０８号 米国特許出願公開第２００１／００２６３３８号 米国特許出願公開第２００３／００８６０３３号 特開２００２−２１０７６６号 欧州特許公開第９５４４０１３号

そのため、解決すべき課題は、Ｒ_ｔｈ及びＲ_ｉｎを独立に制御できる多層補償子を提供することである。さらに、面内レターデーションＲ_ｉｎの制御範囲が大きい多層補償子を提供することが好ましい。

本発明は、１層以上のポリマーからなる第一層及び、１層以上のポリマーからなる第二層を有する多層補償を提供する。前記第一層は、−０．００５以上、＋０．００５以下の面外複屈折を示すポリマーを有する。前記第二層は、−０．００５より負であるか、又は＋０．００５より正である面外複屈折を示す非晶性ポリマーを有する。多層補償子全体全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）の大きさが＋２０ｎｍより正であり、かつ全体の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）が−２０ｎｍより負であるか、又は＋２０ｎｍより正である。前記第二層の非晶性ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は、多層補償子のＲ_ｔｈが−２０ｎｍより負である場合は、１１０℃≦Ｔｇ≦１８０℃であり、多層補償子のＲ_ｔｈが＋２０ｎｍより正である場合は、１１０℃≦Ｔｇ≦１６０℃である、

別の観点において、本発明は、ポリマーを有する１層以上からなる第一層上に、溶媒中に非晶性ポリマーを含有する１層以上の第二層をコーティング又は共流延する工程と、前記第一層と前記第二層を同時に延伸する工程と、を有する補償子の製造方法に関する。前記第一層のポリマーは、−０．００５以上、０．００５以下の面外（Δｎ_ｔｈ）複屈折を示す。前記１層以上の第二層の非晶性ポリマーは、−０．００５より負であるか、又は＋０．００５より正である面外複屈折を示す。多層補償子全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）は＋２０ｎｍより正であり、全体の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）が−２０ｎｍより負であるか、又は＋２０ｎｍより正である。前記第二層の非晶性ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は、多層補償子のＲ_ｔｈが−２０ｎｍより負である場合は、１１０℃≦Ｔｇ≦１８０℃であり、多層補償子のＲ_ｔｈが＋２０ｎｍより正である場合は、１１０℃≦Ｔｇ≦１６０℃である。

本明細書では、以下の定義を適用する。

光軸とは、伝播する光が複屈折を受けない方向を意味する。

ＯＮ、及びＯＦＦ状態とは、それぞれ、液晶セルに対して電圧が印加されている状態、及び印加されていない状態を意味する。

面内レターデーションＲ_ｉｎは、図１の層１０１を例にとって説明すると、（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）ｄで定義される量で、ｎ_ｘ、ｎ_ｙはそれぞれ、ｘ、ｙ方向の屈折率である。ｘ軸は、ｘｙ平面において屈折率が最大となる方向であり、ｙ方向はｘ軸に垂直な方向である。従って、Ｒ_ｉｎは、常に正の値である。ｘｙ平面は、層の面１０３に平行である。ｄはｚ方向における層の厚みである。（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）の大きさは、面内複屈折Δｎ_ｉｎを表す。面内複屈折もまた、常に正の値を有する。以下、Δｎ_ｉｎ及びＲ_ｉｎの値は、波長λ＝５９０ｎｍにおける値である。

面外レターデーションＲ_ｔｈは、図１の層１０１を例にとって説明すると、［ｎ_ｚ−（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２］ｄで定義される量である。ｎ_ｚはｚ方向での屈折率である。［ｎ_ｚ−（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２］の大きさは面外複屈折Δｎ_ｔｈと呼ばれる。ｎ_ｚ＞（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２である場合、Δｎ_ｔｈは正で、それに対応するＲ_ｔｈも正である。ｎ_ｚ＜（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２である場合、Δｎ_ｔｈは負で、それに対応するＲ_ｔｈも負である。Δｎ_ｔｈ及びＲ_ｔｈの値は、波長λ＝５９０ｎｍにおける値である。

非晶性とは、分子秩序がないことを意味する。従って、非晶性ポリマーは、Ｘ線回折のような方法で測定されるときには分子の秩序を示さない。これは単なる例示だが、図６Ａと図６Ｂの特徴を比較することで示される。図６Ａは、剛性棒状ポリマーの広角Ｘ線回折パターン（透過モード）を図示している。剛性棒状ポリマーとは特に、米国特許第５３４４９１６号で参照されているような、（ＢＰＤＡ−ＴＦＮＢ）_０．５−（ＰＭＤＡ−ＴＦＭＢ）_０．５のポリイミドである。図６Ｂは、本発明の非晶性ポリマーである、［ポリ（４，４’−ヘキサフルオロイソプロピリデン−ビスフェノール−コ−４，４’−（２−ノルボルニリデン）ビスフェノール）テレフタレート−コ−イソフタレート）］の広角Ｘ線回折パターン（透過モード）である。

図６Ａにおいては、２θ＝１７°の位置に、鋭いＸ線ピークの存在を確認できる。これらの鋭いピークは、明確な分子秩序の指標であることから、このようなポリマーが非晶性でないことを表している。図６Ａにおける、非晶性でないこの状態について、米国特許第５３４４９１６号においては「剛性棒状」として適切に表現されている。他の非晶性でない状態としては、液晶状態や、三次元結晶状態が含まれる。

それに対して、図６Ｂにおいては、図６Ａに示されているような鋭いピークが観察されていないことがわかる。図６Ｂにおいては、バックグラウンドが少し上昇しているようにみえる。これが所謂「非晶性ハロー」であり、全ての非晶性物質において普遍的に現れるものである。液体の水においてもこの「非晶性ハロー」が現れる。このＸ線回折パターンに現れる「非晶性ハロー」の強度は、試料の厚みに依存する。

図６Ｃは延伸したＴＡＣ層単体（「コーティングなし」の単なる第一層）、及びＴＡＣに本願発明の実施例のポリマーをコーティングした３層構造体を延伸したもの（２つの第一層と、「コーティング」による１つの第二層）の透過モードにおける広角Ｘ線回折パターンを示している。ポリマーのコーティングによってもピークが導入されないことからポリマーコーティングが非晶性構造であることがわかる。

発色団とは、光吸収ユニットの役目を果たす原子又は原子団を意味する（Ｍｏｄｅｒｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、 Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｊ． Ｔｕｒｒｏ Ｅｄｉｔｏｒ、 Ｂｅｎｊａｍｉｎ／Ｃｕｍｍｉｎｇｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、Ｍｅｎｌｏ Ｐａｒｋ，ＣＡ、１９７８年、第７７頁）。典型的な発色団の基としては、ビニル基、カルボニル基、アミド基、イミド基、エステル基、カルボン酸基、芳香族基（すなわち、フェニル、ナフチル、ビフェニル、チオフェン、ビスフェノールのような複素環芳香族基、又は炭素環芳香族基）、スルホン基及び、アゾ基又は上記したものの組み合わせが含まれる。

不可視発色団とは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲外で吸収が最大となる発色団を意味する。

隣接とは、物質が互いに接触していることを意味する。２つの隣接する層では、１つのの層が他の層と直接接触している。よって、コーティングによってポリマー層が形成される場合、基材及びポリマー層は隣接している。

２００３年７月３１日出願の米国特許出願第１０／６３１１５２号（米国特許第７０８３８３５号）の内容を参照することによって、その内容を本明細書に取り込むものとする。上記特許出願においては、実施例の少なくとも１つにおいて、事前に延伸したポリマー支持層表面にコーティングされた非晶性層が供されている多層光学補償子が開示されている。支持層は、面内レターデーションが２０ｎｍより正となるように延伸される。

また、２００４年６月３３日出願の米国特許出願第１０／８５９６７０号（米国特許第７２１１３０４号）の内容を参照することによって、その内容も本明細書に取り込むものとする。上記特許出願においては、少なくとも、非晶性ポリマーをポリマー支持層の表面にコーティングした後に、多層光学補償子の両方の（又は全ての）層を同時に延伸することを特徴とする多層光学補償子が開示されている。延伸は、補償子が「湿った」状態、すなわち、層を共流延（又はコーティング）した後であり、非晶性ポリマーを乾燥する前（あるいは同時）に行うことができる。あるいは、それに代えて、多層補償子をキャストして、非晶性ポリマーを乾燥した後に、「乾いた」延伸を行うこともできる。

様々な液晶ディスプレイでは、視野角を最適化して、完全な画面系を実現するために、偏光子の積層構造の複屈折を調節することが望ましい。本発明の実施例に従った製造方法と特定のポリマーとを組み合わせることで、１層以上の非晶性ポリマーの第二層（あるいは共流延層）によって、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）の基材シートを調整することができる。ＴＡＣ及び、第二層ポリマーの厚みを変化させることによって、ひとまとまりの光学特性を「調節可能」とすることができる。乾いた状態での延伸では、製造後のシートに加えられる応力によって、面内（ｘ、ｙ）レターデーションを制御することが可能であり、第二層ポリマーの厚みによって、面外レターデーションを制御することができる。このような非晶性層を使用することにより、コスト効率よく、有用なシートを単純な方法で作製できるようになる。

既に乾燥した多層補償子を引っ張る（「能動延伸」する）ことによって、所望の面内異方性を発現できることが見出された。以降、「機械方向」という語は、フィルムのキャスト方向と同一の方向を指す。延伸は機械方向におこなうことができる。また、その代わりに、あるいはそれに加えて、延伸は、横方向、つまり機械方向と垂直な方向におこなうことができる。機械方向と横方向の延伸は逐次行ってもよいし、両方同時におこないこともできる。また、また、その代わりに、あるいはそれに加えて、延伸を横方向に対して斜めの方向（つまり対角線方向）に行うこともまた可能である。

特に、乾燥済みの多層光学補償子を延伸することで面内レターデーションの値を２００ｎｍ以上とすることができる。また、延伸工程において、乾燥済みの多層光学補償子を、少なくとも１層の前記第一層のガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱することが有用であることを見出した。さらに、ＴＡＣの第一層を延伸工程において１８０℃以上に加熱することで光学特性が悪化する場合があることが見出された。従って、多層光学補償子の各層はＴｇが１８０℃より低いことが好ましく、１６０℃より低いことがさらに好ましい。

さらに、１層以上のＴｇの値が低すぎる場合は、フィルムがＬＣＤ装置に実装された場合における多層補償子の寸法安定性が不十分となる場合がある。とはいっても、全ての層のＴｇが１００℃、より好ましくは１１０℃より高ければ、寸法安定性は十分となる。

従って、本発明で開示する多層光学補償子は、少なくとも、非晶性ポリマーの第二層のガラス転移温度Ｔｇが、多層補償子のＲ_ｔｈが負の（例えば、−２０ｎｍより負である）場合には、１１０℃≦Ｔｇ≦１８０℃であり、多層補償子のＲ_ｔｈが正の（例えば、＋２０ｎｍより正である）場合には、１００℃≦Ｔｇ≦１６０℃であることに特徴を有している。

多層補償子の面外レターデーション（Ｒｈ）が−２０ｎｍより負である場合には、当該多層補償子は垂直配向（ＶＡ）モードのＬＣＤの補償に有用である。多層補償子の面外レタ−デーションがが＋２０ｎｍより正である場合には、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）モードのＬＣＤの補償に有用である。

以下でより詳述する実験では、厚み８０μｍのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）ポリマー（アセチル置換度が２．８６、分子量２２０，０００ｇ／モル）を、適宜に補完された溶液キャスト方によって製造した。以下の表Ａに示す多数のポリマー組成物を用いてＴＡＣフィルム上に１つの第一層を塗布した。

乾燥後に、通常のコーティング法を用いて、上記の塗布後のフィルム上にポリカーボネートを含有する複屈折性の第二層をさらに塗布した。塗布に用いた多数のポリカーボネートを、示差熱分析（ＤＳＣ）により測定したガラス転移温度（Ｔｇ）と共に以下の表Ｂに示す（各ポリカーボネートの入手元を括弧内に示してある）。

表Ｂ中の全てのポリマーは、塩化メチレン中、又は塩化メチレン及びメタノールの混合溶媒中に溶解させ、ＴＡＣ基材上に塗布した第一層上に塗布した。

８０μｍのＴＡＣシートの面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）は、アニールによって、典型的には約−８０ｎｍから約−４０ｎｍまで変化する。ＴＡＣのＲ_ｔｈは、表面へのキャスティング時間や加熱を制御した領域内の温度によって操作可能である。しかし、一般的にＴＡＣフィルムで達成可能な面内レターデーションと面外レターデーションの水準は限られている。両方のレターデーションを大きくするためには、適切な複屈折を有する第二層をＴＡＣ基材上に塗布することが必要である。

複屈折を有する非晶性ポリマーの第二層は、複屈折を確保するために急速に乾燥する必要がある。乾燥が相対的に速い場合は、ＴＡＣシートの乾燥による溶媒は分子を緩和させるほど十分に第二層を柔らかくはしない。第二のポリマー層の厚みを調整することで、多層補償子の光学特性を調節することができる。複屈折性の第二層を形成する非晶性ポリマーのＲ_ｉｎ、すなわち、多層フィルムのＲ_ｉｎは、第二層を塗布あるいは積層のような他の手段によって塗布した後の延伸工程における延伸の程度（延伸倍率）及び、延伸工程で適用される温度によって調整することができる。

延伸は、テンター機構のような引っ張り機構によって行われる。コーティング後のフィルムは、事前に所望の温度まで加熱した後に、エッジ拘束ベルトに送られる。エッジベルトは、２本のエンドレスベルトであり、これらが一緒になることで曲がりくねったパスを形成し、適宜の把持機構を用いることで、ウェブが２本のベルト間に把持される。これらのベルトについては、米国特許第６１５２３４５号、米国特許６１８０９３０号に開示されている。これらの公報を参照することによってその内容を本明細書に取り込むものとする。その後フィルムは幅方向、すなわち横方向に引っ張られ、多層フィルムは横方向に配向する。引っ張り開始時と終了時の幅の比が延伸倍率である。機械方向の延伸（機械方向の配向）は、加熱したフィルムを、速度可変で回転する一対のロール間を通すことによって行われる。このロールの周速の比率が延伸倍率に対応する。これらの延伸過程を組合せて、同時、あるいは逐次に行うことによって、フィルムの二軸延伸ができる。

延伸はコーティング後のフィルムが完全に乾燥していなくとも行うことができる。この、所謂「湿った」延伸によって、フィルムは溶剤を含んだままの状態で延伸することができ、溶剤は延伸中、あるいは延伸後に除去される。乾燥工程において、フィルムの端部（エッジ）を単に固定するだけでも、乾燥に伴うフィルムの収縮が抑制されるために、ある程度の配向及び面内レターデーションが生じる。これは積極的に延伸するような意図的な延伸とは異なり、ポリマーシートの乾燥に伴う収縮の応力を拘束するものであり、いはば「受動的延伸」とでもいうべきである。

これまでに開示した例においては、フィルムは乾燥延伸法、すなわち、乾燥後の複合フィルムを以下の表Ｃに示されている２つの延伸法を用いて、フィルム延伸機によって一軸延伸する方法によって延伸される。延伸は高めの温度で行われる。しかしながら、本発明が、表Ｃの２つの延伸法を用いて、フィルム延伸機によって一軸延伸されたフィルムに限定されないことが理解できるであろう。

自由端一軸延伸法（Ｓ−１）においては、複合フィルムの一方向だけを保持し、特定の温度に加熱後、その保持方向に所望の延伸倍率（伸び率）で延伸した。延伸倍率は延伸後の最終的な寸法と延伸前の最初の寸法の比で定義される。この延伸法は機械方向に配向させることと類似している。固定端一軸延伸法（Ｓ−２）においては、フィルムを両方向で保持し、特定の温度に加熱後、その保持方向の一方の方向に所望の延伸倍率（伸び率）で延伸した。この延伸法は、テンター延伸と非常に類似している。複合フィルムはその後、張力を開放する前に室温まで冷却した。面内（Ｒ_ｉｎ）レターデーション及び、面外（Ｒ_ｔｈ）レターデーションは、エリプソメータＭ−２０００Ｖ（ウーラム社製）を用いて測定した。実施例において、延伸後の多層フィルムの最終的な厚みは、約８０μｍであった。

実施例の複合フィルムの作成条件を以下の表Ｄに示す。

上記実施例のフィルムの、波長５９０ｎｍにおける面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）及び面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）の値は以下の表Ｅに示す通りである。

上記の例の第二層の面外複屈折は−０．０６（例３）から−０．０１６（例１１）の範囲であった。８０μｍのＴＡＣフィルムを、延伸倍率１．３、温度１５０℃で固定端一軸延伸法（Ｓ−１）によって延伸して、比較例となるフィルムを作成した。延伸ＴＡＣフィルムはＲ_ｉｎの値が２８ｎｍ、Ｒ_ｔｈの値が−３４ｎｍ（面外複屈折−０．０００５に相当）であった。これらの値はＶＡモードＬＣＤを適切に補償するのには十分とはいえない。

上記の例においては、薄いポリカーボネートの層を含む複合フィルムは、Ｒ_ｉｎの値が概ね３０〜１００ｎｍの範囲、Ｒ_ｔｈが−１００ｎｍ〜−１６０ｎｍの範囲とすることができる。これらの値はＶＡモードＬＣＤの効果的な補償が可能となる範囲である。Ｒ_ｉｎ及びＲ_ｔｈの値は、複屈折を有する第二層の厚みや、延伸温度、延伸倍率、あるいは延伸方法を変えることで調整することができる。

上記の方法によって、後述の多層補償子の製造が可能になる。すなわち、これらの方法によって、１層以上のポリマーからなる第一層及び、１層以上のポリマーからなる第二層を有し、１層以上の第一層が、−０．００５以上、０．００５以下の面外（Δｎ_ｔｈ）複屈折を示すポリマーを有し、第二層が、−０．００５より負であるか、又は＋０．００５より正である面外複屈折を示す非晶性ポリマーを有する多層補償子を得ることができる。多層補償子の全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）は＋２０ｎｍより正であり、かつ全体の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）は−２０ｎｍより負であるか、又は＋２０ｎｍより正である。前記第一層及び第二層の２層以上は任意に隣接していてもよい。

前期第一層は、好ましくは、面外複屈折（Δｎ_ｔｈ）が−０．００５以上、＋０．００５以下のポリマーフィルムから作られる。このようなポリマーの例としては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレートのようなセルロース系、環状ポリオレフィン、アクリル系、フルオレン基を含有するポリアリレート、及び、その他の当業者に知られたポリマーを含む。

複数の第二層を組み合わせた厚みは、３０μｍ未満が好ましく、１．０から１０μｍがより好ましく、１から８μｍがさらに好ましい。

多層補償子の全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）は、２１から２００ｎｍであることが好ましく、２５から１５０ｎｍであることがより好ましく、３０から１００ｎｍであることがさらに好ましい。

第一層と第二層とを組み合わせた厚みは、２００μｍ未満が好ましく、４０から１５０μｍがより好ましく、６０から１１０μｍがさらに好ましい。

多層補償子の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）が−２０ｎｍより負である場合には、少なくとも１つの第二層は、主鎖に不可視発色団を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃≦Ｔｇ≦１８０℃である非晶性ポリマーを含む。非晶性ポリマーは、主鎖にぶら下がった脂環基を含んでいてもよい。脂環基は、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルネン、ヘキサヒドロ−４，７−メタノインダン−５−イリデン、アダマンタン、及び、これらの脂環基の１つ以上の水素原子がフッ素置換されたものからなる群の中の少なくとも１つから選択し得る。さらに、非晶性ポリマーは、ビニル基、カルボニル基、アミド基、イミド基、エステル基、カルボン酸基、芳香族基、スルホン基、アゾ基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ビスフェノール基、又はチオフェン基を含む不可視発色団を主鎖に含んでいてもよい。

特に、ポリカーボネートは第二層のポリマーとして適している。これらの物質は、典型的にはホスゲンと１以上のジオール（例えばビスフェノール）の縮合ポリマーであるが、これに限定されるわけではない。

第二層に好適に用いられるジオール構造の例は、下記のものを含む。

４，４’−シクロヘキシリデンビスフェノール

４，４’−ノルボルニリデンビスフェノール

４，４’−（２，２’−アダマンタンジイル）ジフェノール

４，４’−（ヘキサヒドロ−４，７−メタノインダン−５−イリデン）ビスフェノール

４，４’−イソプロピリデン−２，２’，６，６’−テトラクロロビスフェノール

４，４’−イソプロピリデン−２，２’，６，６’−テトラブロモビスフェノール

２，６−ジヒドロキシナフタレン

１，５−ジヒドロキシナフタレン

１，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン

多層補償子の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）が＋２０ｎｍより正である場合には、少なくとも１つの第二層は、主鎖外に不可視発色団を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃≦Ｔｇ≦１６０℃である非晶性ポリマーを含む。不可視発色団は、カルボニル基、アミド基、イミド基、エステル基、カルボン酸基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ビスフェノール基、又はチオフェン基を含み得る。第二層の非晶性ポリマーは、主鎖外に、ビニル基、カルボニル基、アミド基、イミド基、エステル基、カルボン酸基、芳香族基、スルホン基、又はアゾ基を有していてもよい。第二層に好適なポリマーの例としては、ポリ（４ビニルフェノール）、ポリ（４ビニルビスフェニル）、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリ（メチルカルボキシフェニルメタクリルアミド）、ポリ［（１−アセチルインダゾール−３−イルカルボニルオキシ）エチレン］、ポリ（フタルイミドエチレン）、ポリ（４−（１−ヒドロキシ−１−メチルプロピル）スチレン）、ポリ（２−ヒドロキシメチルスチレン）、ポリ（２−ジメチルアミノカルボニルスチレン）、ポリ（２−フェニルアミノカルボニルスチレン）、ポリ（３−（４−ビフェニル）スチレン）、ポリ（４−（４−ビフェニル）スチレン）、ポリ（４−シアノフェニルメタクリレート）、ポリ（２，６−ジクロロスチレン）、ポリ（パーフルオロスチレン）、ポリ（２，４−ジイソプロピルスチレン）、ポリ（２，５−ジイソプロピルスチレン）、ポリ（２，４，６−トリメチルスチレン）、又はこれらの２種以上の共重合体が含まれる。

多層補償子の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）が＋２０ｎｍより正となる場合の第二層の１つの実施例として、非晶性ポリマーに該当するものを、その構造と共に以下に示す。

Ｎ−ビニルカルバゾール−スチレン共重合体
（ｘ＝５１モル％、ｙ＝４９モル％）

以下の表Ｆは、上記のｘ＝５１モル％／ｙ＝４９モル％のＮ−ビニルカルバゾールとスチレンの共重合体（固形分１５％のトルエン／塩化メチレン溶液をコーティングしたもの）の７μｍの層と、厚み８０μｍのＴＡＣ上にポリウレタン（サンキュア８９８）／ポリエステル（イースタック１１００）の混合物の２μｍの層で構成される多層光学補償子のＲ_ｉｎ及びＲ_ｔｈの、延伸倍率による影響を示している。ｘ＝５１モル％／ｙ＝４９モル％のＮ−ビニルカルバゾールとスチレンの共重合体は、正の複屈折を示す、すなわち正の面外複屈折を発現しうる物質である。レターデーションは、エリプソメータ（ジェー・エー・ウーラム社製、モデルＭ２０００Ｖ）によって波長５９０ｎｍで測定したものである。

本例で示されている面内レターデーションは正の値を有しているが、これらは前の例（例１１〜１７）に示された負の複屈折を示すポリマーによって得られる面内レターデーションとは符号が逆になっている点に着目すべきである。つまり、これらの例においては面内屈折率の大きい方向が、延伸方向と垂直になっている。このポリマーの示差熱分析（ＤＳＣ）で測定したＴｇは１４７℃である。本例の多層フィルムは、例１〜１７と本質的に同一の方法で作成される。

表Ｆから、第二層に含まれる正の複屈折を示すポリマーによって、正の面外レターデーションを有する多層補償子を得られることが分かる。これはＩＰＳモードＬＣＤの補償に有用となる可能性がある。表Ｆ中のフィルムの第二層の面外複屈折は、＋０．０１３から＋０．０１５に相当する。

その他の正の複屈折ポリマーも、ＩＰＳモードＬＣＤ用の多層補償子として適用可能である。このようなポリマーの例を、各ポリマーのガラス転移温度と共に表Ｇに示す。これらの正の複屈折を示すポリマーは、Ｔｇが１６０℃より低いために、本願で開示する装置や方法に適用される。例示されたポリマーのＴｇ及び複屈折は、ポリマーを構成するコモノマーの組成比を変えることによって異なる値とすることができる。

他の有用な第２のコモノマーとしては、例えば、アクリルイミド、アクロロニトリル、ビニルピロリドン、アクリル酸ブチル、及びアクリル酸エチルが含まれる。

ここで、図を参照する。図中には、本発明の様々な構成要素に番号が付され、当業者が本発明を実施できるように、本発明について説明している。特に図示又は説明のない構成要素は、当業者にとって周知の様々な形式の要素を用いることができる。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、本発明に従った、典型的な多層光学補償子の正面概略図である。当該多層光学補償子は、−０．００５以上、＋０．００５以下の面外複屈折を示すポリマーＡの層、及び面外複屈折が−０．００５より負であるか、又は＋０．００５より正である非晶性ポリマーＢの層を有する。図４Ａの補償子４０１は、Ｂ層４０９がＡ層４０７上に設けられた構造を有する。Ａ層４０７とＢ層４０９とは隣接している。図４Ｂの補償子４０３のように、１層のＡ層４１１の上に２層のＢ層４１３、４１５を設けることもできる。他の例である４０５では、１層のＢ層４１７が２層のＡ層４１９、４２１によって挟まれている。補償子４０５は例えば、隣接するＡ層４２１及びＢ層４１７並びに、単一層であるＡ層４１９を積層することによって作製できる。積層はＢ層４１７とＡ層４１９との界面で実現され、４１７及び４１９の２つの層は、積層方法によって、隣接していても良いし、隣接していなくても良い。当業者であれば、より複雑な構造を想到することも可能であろう。

図５Ａに図示されたＬＣＤ５０１では、液晶セル５０３が偏光子５０５と検光子５０７との間に設けられている。偏光子５０５の透過軸５０９と検光子５０７の透過軸５１１とは、互いに９０±１０°の角度をなすので、対をなす偏光子５０９と検光子５１１とは、「交差偏光子」と呼ばれる。多層光学補償子５１２は、偏光子５０５と液晶セル５０３との間に設けられている。多層光学補償子５１２はまた、液晶セル５０３と検光子５０７との間に設けられても良い。図５Ｂで概略的に図示されているＬＣＤ５１３は、液晶セル５０３の両面に設けられた２つの多層光学補償子５１５、５１７を有する。図５Ｃは、反射型ＬＣＤ５１９における多層光学補償子の応用例である。液晶セル５０３は、偏光子６０５と反射板５２１との間に設けられている。この図では、参照符号６０９は偏光子６０５の透過軸を表す。この例に示されているように、多層補償子５２３は、液晶セル５０３と偏光子６０５との間に設けられている。一方、多層補償子５２３は、反射板５２１と液晶セル５０３との間に設けることもできる。

従来技術と比較すると、上記の実施例は、意図しない着色を引き起こしたり、あるいは、補償子外への拡散によるレターデーションの損失、及び／又は意図しない化学反応を引き起こしたりする可能性のある、レターデーション上昇剤の使用を回避し、液晶化合物の使用やその配向処理を必要とせずに、比較的薄い（＜２００μｍ）構造で大きな光学補償能を有し、かつ、容易に製造が可能である。

厚みｄの典型的な層を図示している。層の横にはｘ−ｙ−ｚ座標系を示している。 ＶＡ液晶セルでの一般的なＯＦＦ状態を概略的に図示している。 ＶＡ液晶セルでの一般的なＯＮ状態を概略的に図示している。 ＯＣＢ液晶セルでの一般的なＯＦＦ状態を概略的に図示している。 ＯＣＢ液晶セルでの一般的なＯＮ状態を概略的に図示している。 本発明の多層光学補償子を正面から見た概略図である。 本発明の多層光学補償子を正面から見た概略図である。 本発明の多層光学補償子の正面から見た概略図である。 本発明の多層光学補償子を有する液晶ディスプレイの概略図である。 本発明の多層光学補償子を有する液晶ディスプレイの概略図である。 本発明の多層光学補償子を有する液晶ディスプレイの概略図である。 高秩序、つまり非晶性でない無延伸材料の透過モードにおける広角Ｘ線回折パターンを示している。 本発明の非晶性ポリマーの無延伸での透過モードにおける広角Ｘ線回折パターンを示している。 延伸したＴＡＣ層単体（コーティングなし）及びＴＡＣに本願発明の実施例のポリマーをコーティングした３層構造体を延伸したもの（コーティングあり）の透過モードにおける広角Ｘ線回折パターンを示している。

符号の説明

１０１ フィルム
１０３ フィルム面
２０１ ＯＦＦ状態でのＶＡ液晶セル
２０３ ＯＮ状態でのＶＡ液晶セル
２０５ 液晶の光軸
２０７ 液晶セル基板
２０９ セルの法線方向を伝播する光
２１１ 斜め方向を伝播する光
３０１ ＯＦＦ状態でのＯＣＢ液晶セル
３０３ ＯＮ状態でのＯＣＢ液晶セル
３０５ 液晶の光軸
３０７ セル中心面
３０９ セル境界
４０１ 多層光学補償子
４０３ 多層光学補償子
４０５ 多層光学補償子
４０７ Ａ層
４０９ Ｂ層
４１１ Ａ層
４１３ Ｂ層
４１５ Ｂ層
４１７ Ｂ層
４１９ Ａ層
４２１ Ａ層
５０１ ＬＣＤ
５０３ 液晶セル
５０５ 偏光子
５０７ 検光子
５０９ 偏光子の透過軸
５１１ 検光子の透過軸
５１２ 多層光学補償子
５１３ ＬＣＤ
５１５ 多層光学補償子
５１７ 多層光学補償子
５１９ ＬＣＤ
５２１ 反射板
５２３ 多層光学補償子
ｎ_ｘ ｘ方向における屈折率
ｎ_ｙ ｙ方向における屈折率
ｎ_ｚ ｚ方向における屈折率
Δｎ_ｔｈ 面外複屈折
Δｎ_ｉｎ 面内複屈折
ｄ 層又はフィルムの厚み
Ｒ_ｔｈ 面外レターデーション
Ｒ_ｉｎ 面内レターデーション
λ 波長
Ｔｇ ガラス転移温度

Claims (26)

1. １層以上のポリマーからなる第一層及び、１層以上のポリマーからなる第二層を有し、
   前記第一層は、−０．００５以上、＋０．００５以下の面外複屈折を示すポリマーを有し；
   前記第二層は、＋０．００５より正である面外複屈折を示す非晶性ポリマーを有し；
   全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）の大きさが、＋２０ｎｍより正であり、かつ全体の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）が＋２０ｎｍより正であり、
   前記第二層の非晶性ポリマーは、Ｎ−ビニルカルバゾール又はアクリルカルバゾールをコモノマーとする非晶性ポリマーであり、かつガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃≦Ｔｇ≦１６０℃である；
   多層補償子。
2. 前記第二層のうちの少なくとも１層が、Ｎ−ビニルカルバゾールとスチレンの共重合体を含む、請求項１に記載の多層補償子。
3. 前記の層のうち少なくとも２つの層が隣接する、請求項１又は２に記載の多層補償子。
4. 前記第一層及び前記第二層の全てが隣接する、請求項１又は２に記載の多層補償子。
5. 前記複数の第二層を組み合わせた厚みが、３０μｍ未満である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層補償子。
6. 前記複数の第二層を組み合わせた厚みが、１．０から３０μｍの範囲である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層補償子。
7. 前記複数の第二層を組み合わせた厚みが、１から８μｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層補償子。
8. 全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）が、２１から２００ｎｍである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多層補償子。
9. 全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）が２５から１５０ｎｍである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多層補償子。
10. 全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）が３０から１００ｎｍである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多層補償子。
11. 前記第一層と前記第二層とを組み合わせた厚みが２００μｍ未満である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多層補償子。
12. 前記第一層と前記第二層とを組み合わせた厚みが４０から１５０μｍである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多層補償子。
13. 前記第一層と前記第二層とを組み合わせた厚みが６０から１１０μｍである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多層補償子。
14. 前記第一層のうちの１層以上のポリマーが、セルロース系、アクリル系、若しくはオレフィン系ポリマー、又はフルオレン基を含有するポリアリレートを有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の多層補子。
15. 前記第一層のうちの１層以上のポリマーが、トリアセチルセルロース、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリカーボネート、ノルボルネン基を含む環状ポリオレフィン、ポリスチレン、又はフルオレン基を含有するポリアリレートを有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の多層補子。
16. 前記第二層の非晶性ポリマーのＴｇが、１４７℃≦Ｔｇ≦１６０℃である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の多層補子。
17. 前記第二層の非晶性ポリマーのＴｇが、１４２℃≦Ｔｇ≦１６０℃である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の多層補子。
18. 液晶セルと、該セルの各面に一枚ずつ設置されている一対の交差偏光子と、少なくとも１つの請求項１〜１７のいずれか１項に記載の多層補償子と、を有する液晶ディスプレイ。
19. 前記液晶セルが、垂直配向セル、ツイステッド・ネマティックセル、インプレーンスイッチングモードセル、又は光学補償ベント液晶セルである、請求項１８に記載の液晶ディスプレイ。
20. 液晶セルと、少なくとも１枚の偏光子と、反射板と、少なくとも１つの請求項１〜１７のいずれか１項に記載の多層補償子と、を有する液晶ディスプレイ。
21. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の多層補償子を製造する方法であって、
    ポリマーを有する１層以上からなる第一層上に、溶媒中に非晶性ポリマーを含有する１層以上の第二層をコーティング又は共流延する工程、及び
    １層以上の前記第一層が、−０．００５以上、０．００５以下の面外（Δｎ_ｔｈ）複屈折を示し；
    １層以上の前記第二層の非晶性ポリマーが、＋０．００５より正である面外複屈折を示し；
    前記多層補償子全体の面内レターデーション（Ｒ_ｉｎ）が＋２０ｎｍより正であり、全体の面外レターデーション（Ｒ_ｔｈ）が＋２０ｎｍより正である、との条件を満足するように、前記第一層と前記第二層を同時に延伸する工程、
    を有する補償子の製造方法。
22. 前記第一層と前記第二層を同時に延伸する工程が、把具によって前記第一層と第二層の端部を保持するテンターによって前記第一層と第二層を幅方向に引き伸ばして、横方向の配向を誘起するものである、請求項２１に記載の補償子の製造方法。
23. 前記第一層と前記第二層を同時に延伸する工程が、異なる周速に制御された２つの前後に配置された回転ロール間に、第一層と前記第二層を、固定端あるいは自由端で通すことによって機械方向の配向を誘起する工程を含む、請求項２１に記載の補償子の製造方法。
24. 前記第一層及び第二層を、機械方向及び横方向に、同時又は逐次に延伸する、請求項２１に記載の補償子の製造方法。
25. 前記延伸工程が、前記多層フィルムの少なくとも２辺を拘束する工程と、前記第一層、並びに第二層を加熱によって乾燥させる工程と、を有する、請求項２１に記載の製造方法。
26. さらに、前記第一層、及び第二層を乾燥させて、溶媒を実質的に除去する工程の後に、前記第一層、及び第二層を加熱後に延伸する工程を有する、請求項２１に記載の製造方法。