JP5186164B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
液晶セルは、通常、液晶分子、それを封入、挟持するための二枚の基板及び液晶分子に電圧を加えるための電極層からなり、さらにその外側に偏光板が配置される。偏光板は、通常、保護膜と偏光膜とからなり、ポリビニルアルコールフィルムからなる偏光膜をヨウ素にて染色し、延伸を行い、その両面を保護膜にて積層して得られる。透過型液晶表示装置では、この偏光板を液晶セルの両側に取り付け、さらには一枚以上の光学補償シートを配置することもある。また、反射型液晶表示装置では、通常、反射板、液晶セル、一枚以上の光学補償シート及び偏光板の順に配置する。液晶セルは、液晶分子の配向状態の違いで、ON−OFF表示を行い、透過型、反射型及び半透過型のいずれにも適用できる。
従って、本発明は、広い視野角において優れた色再現性を有する液晶表示装置を提供することを課題とする。
また、従来の液晶表示装置では、黒表示時に斜めから観察すると、青色や赤色に着色するいわゆるカラーシフトの問題が解決されていなかった。
従って、本発明は、黒表示時に斜めから観察した場合においても、カラーシフトが観察されない、又はカラーシフトが軽減された液晶表示装置を提供することを課題とする。
[1] 少なくとも、液晶セルと、該液晶セルの外側の少なくとも一方に配置された偏光板(第1の偏光板)とを有し、前記液晶セルが、少なくとも、電極を一方に有する対向配置された一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層とを有するとともに、少なくとも3つの絵素領域を含み、前記3つの絵素領域上に、透過率に波長選択性を有するカラーフィルタが配置され、それぞれの絵素領域に設けられたカラーフィルタの最大透過率をとる主波長を小さい方から順にλ1、λ2、及びλ3(単位nm)、これらそれぞれの絵素領域における前記液晶層の厚さを順にd1、d2、及びd3(単位:nm)とした時、下記式(1)を満たすことを特徴とする液晶表示装置:
式(1):d2 < d3 。
[2] さらに、下記式(2)を満たすことを特徴とする[1]の液晶表示装置:
式(2):d1 < d2 < d3 。
[3] 前記3つの絵素領域上に配置されたカラーフィルタの厚み方向のレターデーション(Rth)のうち、少なくとも2つの絵素領域に配置されたカラーフィルタのRthが互いに異なることを特徴とする[1]又は[2]の液晶表示装置。
[4] 前記カラーフィルタが、下記式(I)及び(II)を満たすことを特徴とする[1]〜[3]のいずれかの液晶表示装置:
(I) |Re(630)|≦10、かつ、|Rth(630)|≦40
(II) |Re(400)−Re(700)|≦10、かつ、|Rth(400)−Rth(700)|≦35
上記式(I)及び(II)中、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション値(nm)を表し、Rth(λ)は、波長λnmにおける厚み方向のレターデーション値(nm)を表す。
式(III) 0nm<Rth(550)≦300nm
式(IV) Rth(550)/Re(550)>10 。
[6] 前記第1の光学異方性層が、下記式(V)〜(VII)を満足することを特徴とする[5]の液晶表示装置:
式(V) Rth(450)/Rth(550)≧1
式(VI) Rth(630)/Rth(550)≦1
式(VII) −30nm≦Rth(630)−Rth(450)≦0nm 。
[7] 前記第2の光学異方性層が、下記式(VIII)及び(IX)を満足することを特徴とする[5]又は[6]の液晶表示装置:
式(VIII) 55nm≦Re(550)≦315nm
式(IX) 0nm≦Rth(550)≦275nm 。
[8] 前記第1の偏光板と前記液晶セルとの間に光学異方性層Aを有し、該光学異方性層Aが、下記式(XV)及び(VXI)を満たし、及び該光学異方性層Aの遅相軸を前記第1の偏光板の吸収軸と同一平面に投影したとき、該投影軸が前記吸収軸と平行となることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの液晶表示装置:
(XV) 30nm ≦ Re(550)≦80nm
(XVI) 75nm ≦ Rth(550)≦155nm 。
[9] 前記第1の偏光板とともに、前記液晶セルを挟んで配置され、且つ第1の偏光板の吸収軸と直交した吸収軸を有する第2の偏光板を有し、該第2の偏光板と前記液晶セルとの間に、光学異方性層Bを有し、該光学異方性層Bが、前記式(XV)及び(XVI)を満たし、及び該光学異方性層Bの遅相軸を前記第2の偏光板の吸収軸と同一平面に投影したとき、該投影軸が前記吸収軸と平行となることを特徴とする[8]の液晶表示装置。
[10] 前記光学異方性層A及びBのそれぞれの波長550nmにおける厚み方向のレターデーションRth(550)、及び液晶層のΔn(550)×dが、下記式(XVII)の関係を満たすことを特徴とする[9]の液晶表示装置:
(XVII) 0.7≦(2×Rth(550))/Δn(550)×d≦1.3
ここで、Δn(550)は550nmにおける液晶層の厚み方向の屈折率異方性、dは液晶層の平均厚さ(nm)を示す。
[12] 少なくとも一種の液晶性化合物を、0.1〜30質量%含有し、及び該液晶性化合物の全添加剤に対する質量比が40〜100質量%であることを特徴とする[11]の液晶表示装置。
[13] 二種類以上の液晶性化合物を、0.1〜30質量%含有し、該二種類以上の液晶性化合物の全添加剤に対する質量比が50〜100質量%であることを特徴とする[11]又は[12]の液晶表示装置。
Xは6族、5族又は4族原子を表す。nは0から2までの整数を表す。)
一般式(a):Ar1−L12−X−L13−Ar2
上記一般式(a)において、Ar1及びAr2はそれぞれ独立に、芳香族基であり;L12及びL13はそれぞれ独立に、−O−CO−又は−CO−O−基であり;Xは、1,4−シクロへキシレン基、ビニレン基又はエチニレン基である。
[16] 前記光学異方性層のうち少なくとも一方が、セルロースアシレート系フィルムからなることを特徴とする[5]〜[14]のいずれかの液晶表示装置。
[17] 前記セルロースアシレートフィルム中に主成分として含まれるセルロースアシレートのアシル置換基が、アセチル、プロピオニル及びブチリルから選択される少なくとも一種であることを特徴とする[16]の液晶表示装置。
[18] 前記光学異方性層のうち少なくとも一方が、Rth発現剤の少なくとも一種を含有することを特徴とする[5]〜[17]のいずれかの液晶表示装置。
[19] 前記Rth発現剤が、250nm〜380nmに吸収極大がある化合物の少なくとも一種を含有することを特徴とする[18]の液晶表示装置。
[22] 前記光学異方性層の厚みが、30〜200μmであることを特徴とする[5]〜[21]のいずれかの液晶表示装置。
[23] 電界の印加により、液晶分子の配向が基板面に垂直方向に変化し、液晶層の透過率が減少する、平行配向型ECBモードであることを特徴とする[1]〜[22]のいずれかの液晶表示装置。
[24] ベンド配向表示モードであることを特徴とする[1]〜[22]のいずれかの液晶表示装置。
[25] TN表示モードであることを特徴とする[1]〜[22]のいずれかの液晶表示装置。
[26] VA表示モードであることを特徴とする[1]〜[22]のいずれかの液晶表示装置。
まず、本明細書で用いられる用語について、説明する。
(レターデーション、Re、Rth)
本明細書において、Re(λ)及びRth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション(nm)及び厚さ方向のレターデーション(nm)を表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。
測定されるフィルムが1軸又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRが算出する。
尚、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の式(I)及び式(II)よりRthを算出することもできる。
上記のRe(θ)は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値をあらわす。また、式中、nxは面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、nzはnx及びnyに直交する方向の屈折率を表す。dは膜厚を表す。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して−50度から+50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記の測定において、平均屈折率の仮定値は ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:
セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。
これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADH又はWRはnx、ny、nzを算出する。この算出されたnx,ny,nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)が更に算出される。
また、各軸・方向間の角度について、「平行」、「垂直」、「45°」等という場合には、「おおよそ平行」「おおよそ垂直」「おおよそ45°」の意であり、厳密なものではない。それぞれの目的を達成する範囲内での、多少のズレは許容される。例えば「平行」とは、交差角がおおよそ0°ということであり、−10°〜10°、好ましくは−5°〜5°、より好ましくは−3°〜3°である。「垂直」とは、交差角がおおよそ90°ということであり、80°〜100°、好ましくは85°〜95°、より好ましくは87°〜93°である。「45°」とは、交差角がおおよそ45°ということであり、35°〜55°、好ましくは40°〜50°、より好ましくは42°〜48°である。
式(1):d2 < d3 。
すなわち、本発明は、液晶セルの液晶層の厚さを、各絵素領域ごとに異ならせることによって、黒表示時の着色、いわゆるカラーシフトの問題を改善するものである。
さらに発明においては、下記式(2)を満足することがより好ましい。
式(2):d1 < d2 < d3 。
光の波長毎に最適な値に光学的性質が設計された光学補償フィルムを用いると、色変化の少ない広視野特性を有する液晶表示装置を提供することができるが、このような理想の光学補償フィルムを作製することは工業的に難しい場合がある。本発明においては、従来の光学補償フィルムをそのまま用い、この従来の光学補償フィルムのレターデーション波長依存性に合わせて、液晶セルの液晶層の絵素領域ごとのレターデーションを設計するものである。
特に本発明の発明者らは、現行の光学補償フィルムの多くは、面内レターデーションは光の波長が短波長のほうが大きいことに鑑み、各絵素ごとの液晶層の厚みの間に、前記(1)式の関係が成立する場合に、好ましい効果を得ることができることを見出した。特に液晶表示装置の絵素領域は、少なくとも3絵素(例えば、R,G,Bの3絵素)に分かれており,各絵素の液晶層の厚さはカラーフィルタの厚さを調整することで、独立に制御が可能である。
(ECBモード型液晶表示装置)
図1に示すECBモードの液晶表示装置は、液晶セルLC(1〜5)と、液晶セルLCを挟持して配置される一対の上側偏光板P1及び下側偏光板P2を有する。
液晶セルLCの上側基板1のラビング方向2と、下側基板3のラビング方向4は平行に設定してあり、液晶層はツイスト構造を持たない平行配向となっている。上側基板1と下側基板3は、それぞれ、配向膜(図示せず)と電極層(図示せず)を有する。配向膜は液晶性分子5を配向させる機能を有する。電極層は液晶性分子5に電圧を印加する機能を有する。電極層は、通常透明なインヂウムチンオキサイド(ITO)からなる。
さらに前述の特許文献1に記載のように、連続的傾斜配向した液晶層を補償する光学フィルムを配置することで視野角特性をさらに改善してもよい。
式(III) 0nm<Rth(550)≦300nm
式(IV) Rth(550)/Re(550)>10 。
第2の光学異方性層は、一般的にAプレートといわれる光学補償フィルム等であってもよく、その好ましい一例としては、下記式(VIII)及び(IX)を満足する光学異方性層である。
式(VIII) 55nm≦Re(550)≦315nm
式(IX) 0nm≦Rth(550)≦275nm 。
(XV) 30nm ≦ Re(550)≦80nm
(XVI) 75nm ≦ Rth(550)≦155nm 。
さらに、液晶セルの上下に配置された光学異方性層のRth(550)は液晶層との関係でそれぞれ、下記式(XVII)の関係を満たしているのが好ましい。
(XVII) 0.7≦(2×Rth(550))/Δn(550)×d≦1.3
ここで、Δn(550)は550nmにおける液晶層の厚み方向の屈折率異方性、dは液晶層の平均厚さ(nm)を示す。本発明では、液晶層の厚みが絵素領域に応じて異なっているので、式(XVII)中の厚さは、平均厚さとする。
図2の液晶表示装置は、液晶セルLC’(1、3、5’)と、液晶セルLC’を挟持して配置される一対の上側偏光膜P1’及び下側偏光膜P2’とを有する。なお、偏光膜は、双方の表面に保護フィルムを有する偏光板として液晶表示装置に組み込まれるのが一般的であるが、図2では、図面の簡略化のため偏光膜の外側保護フィルムは省略した。
図2中、液晶セルLC’はVAモードの液晶セルであり、黒表示時には、図2に示す通り、液晶層5’はホメオトロピック配向となる。上側基板1と下側基板3は、それぞれ内面に、配向膜(図示せず)と電極層(図示せず)を有するとともに、観察者側の基板1の内面には、カラーフィルタ層が形成されている。図2には詳細な構造を示さないが、基板1の内面に形成されたカラーフィルタは、R、G、B3つの絵素領域を含み、各絵素領域に対応する液晶層5’の厚みが互いに異なっている。例えば、図3(a)に示す通り、基板1の内面には、RGBカラーフィルタが形成されていて、R層の厚みが、B層及びG層の厚みと比較して薄くなっていて、それに対応する位置の液晶層の厚みについて、dG < dR及びdB < dRを満足している。より好ましい態様は、図3(b)に示す通り、B層、G層及びR層の厚みがこの順に薄くなっていて、その結果、B層、G層及びR層のそれぞれに対応する位置の液晶層の厚みが、この順に大きくなり、前記式(2)を満たす態様である。
式(X) 0.6≦Re(450)/Re(550)≦1.0
式(XI) 1.0≦Re(630)/Re(550)≦1.25
式(XII) 0.6≦Rth(450)/Rth(550)≦1.0
式(XIII) 1.0≦Rth(630)/Rth(550)≦1.25
ところで、R層、G層及びB層からなるカラーフィルタを有する態様では、3つの絵素領域はRGB領域となり、R領域、G領域、B領域の最大透過率をとる主波長λR、λG及びλBは、小さい順にλB、λG及びλRになる。R領域、G領域及びB領域における液晶層の厚さをそれぞれdR、dG及びdBとし、且つ液晶層の波長λにおける厚み方向の屈折率異方性Δn(λ)とすると、通常の液晶表示装置においてはΔn(λB)>Δn(λG)>Δn(λR)であるため、例えば、カラーフィルタの色ごとの厚さに違いがなく、一様の厚さのカラーフィルタを用いた場合は、それぞれの液晶表示装置のそれぞれの絵素領域の厚み方向の位相差Δn(λ)の間にはΔn(λB)×dB > Δn(λG)×dG > Δn(λR)×dR の関係が成立する。この様な関係式を満足する液晶層を通過することによるR光、G光及びB光の偏光状態の回転角度(矢印の長さ)は、通過した位相差領域の位相差に比例し、且つそれぞれ波長の逆数に比例するので、かかる液晶層を通過することによって、R光、G光及びB光の偏光状態は大きく分離することになる(図6(b)参照)。
式(V) Rth(450)/Rth(550)≧1
式(VI) Rth(630)/Rth(550)≦1
式(VII) −30nm≦Rth(630)−Rth(450)≦0nm 。
Rthが下記式(V)〜(VII)を満足する程度の順分散性を示すポリマーフィルムは、作製が容易であり、その結果、第1の光学異方性層として用いる材料の選択の幅を広げることができる。
図8の液晶表示装置は、液晶セルLC’(1、3、5’)と、液晶セルLC’を挟持して配置される一対の上側偏光膜P1”及び下側偏光膜P2”とを有する。なお、偏光膜は、双方の表面に保護フィルムを有する偏光板として液晶表示装置に組み込まれるのが一般的であるが、図8では、図面の簡略化のため偏光膜の外側保護フィルムは省略した。
図8中、液晶セルLC’については、図2中の液晶セルLC’と同様であるので、説明は省略する。
また基板に平行配向し、かつ基板面に平行ないわゆる横電界により液晶配向が基板面内で変化するIPS(In−Plane Switching)モード、基板面に垂直な電界でIPSモードと同じに面内の配向方向の変化で表示を切り替えるFLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モードのような表示モードが提案されている。本発明の液晶表示装置は、上記いずれのモードであってもよい。
本発明の液晶表示装置は、ECBモードの他、TNモード、VAモード、IPSモード、ベンドモード、OCBモードの態様であるのが好ましい。
[カラーフィルタ]
本発明の液晶表示装置の液晶セルの一対の基板の一方の対向面に、カラーフィルタを配置するのが好ましい。カラーフィルタについては特に制限されないが、例えば、少なくとも、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の各層を含むカラーフィルタを配置するのが好ましい。R、G及びBからなるRGBカラーフィルタ、及びさらに白(W)の層を含むRGBWカラーフィルタなどが好ましい。
前述のように本発明の液晶表示装置では、前記液晶セルが、3つの絵素領域を含み、これらのうち少なくとも2つの絵素領域における液晶層の厚さが異なる。この構成を達成する好ましい手段の一つは、前記3つの絵素領域上に配置されたカラーフィルタの厚さのうち、少なくとも2つの絵素領域に配置されたカラーフィルタの厚さを異なるものとすることである。
これによって前記3つの絵素領域上に配置されたカラーフィルタのRthのうち、少なくとも2つの絵素領域に配置されたカラーフィルタのRthを異なるものとすることができ、本発明の課題をより効果的に達成することができる。
これに対し、ブラックマトリクスを最後に形成すれば、ブラックマトリクスの周囲は着色画素で囲まれていて、断面からは現像液が浸透しにくいため、サイドエッチが起こりにくく、光学濃度の高いブラックマトリクスを形成できるという大きな利点がある。
更に、着色画素形成用の着色層の形成をラミネート法で行う場合は、先にブラックマトリクスを形成すると、着色画素が形成されるべき場所がブラックマトリクスでほぼ格子状に閉じられているため、ラミネート時に気泡を巻き込み易いという問題があるが、後にブラックマトリックスを形成すれば、かかる問題は生じないので好ましい。
(I)0≦Re(630)≦10、かつ、|Rth(630)|≦25
(II)|Re(400)−Re(700)|≦10、かつ、|Rth(400)−Rth(700)|≦35
(上記式(I)及び(II)中、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション値(nm)を表し、Rth(λ)は、波長λnmにおける膜厚方向のレターデーション値(nm)を表す。)
ここでReは面内のレターデーションを表し、この数値は正面コントラスト比を低下させないためになるべく0に近いことが好ましい。また0でない場合でも、Reの遅相軸と偏光膜吸収軸と平行、あるいは直交させることが好ましい。
Rthは厚み方向のレターデーションを表し、正面コントラスト比低下に影響を与えず、斜め方向の色調視野角改善に寄与する。カラーフィルタに上記条件のRthを付与することで、画素毎に視野角の光学補償をより完全に行うことができ、各表示モードの液晶表示装置の斜め方向での着色現象を改善する(軽減する)ことができる。
レターデーション上昇剤の代表例としては、下記式で表される化合物及びこれに類似する化合物が挙げられる。
液晶セルのセルギャップと液晶層の屈折率異方性Δnの積Δndの大きさにより、液晶表示装置の明るさや、コントラスト、表示色の色調が変化する。そのため表示モード毎に最適なΔndの大きさに調整している。ECBモードではΔn・dを0.15〜0.35μmとする。Δn・dの最適値は0.2〜0.3μmが最適値となる。これらの範囲では白表示輝度が高く、黒表示輝度が小さいことから、明るくコントラストの高い表示装置が得られる。なお、これらの最適値は透過モードの値であり、反射モードでは液晶セル内の光路が2倍になることから、最適Δndの値は上記の1/2程度の値になる。その他の表示モード、IPS、VAモードではΔn・dを0.15〜5μm、TNモードでは0.2〜0.5μm、OCBモードでは0.4〜1.2μmに設定すると良好な表示特性が得られる。
液晶表示装置は液晶セルを通過する光のON、OFF遮断で表示を行うが、透過型として使用する場合は、冷陰極あるいは熱陰極蛍光管、あるいは発光ダイオード、フィールドエミッション素子、エレクトロルミネッセント素子を光源とするバックライトを背面に配置することがで、明るく鮮やかな表示装置となる。
バックライトには、携帯端末やノートパソコンに使用される表示装置に使われるサイドエッジ型バックライトと、テレビなどの表示装置に使われる直下型バックライトがある。サイドエッジ型は導光板の端部に蛍光灯が1本あるいは2本配置された形状で、バックライトの装置厚さを小さくできる長所がある。一方直下型バックライトでは、必要輝度に応じて蛍光灯の数を増やすことが可能であり、高輝度を得やすい。
さらにバックライトの発光効率を高めるために、プリズム状やレンズ状の集光型輝度向上シート(フィルム)を積層したり、偏光板の吸収による光ロスを改善する偏光反射型の輝度向上シート(フィルム)をバックライトと液晶セルの間に積層したりしてもよい。また、バックライトの光源を均一化させるための拡散シート(フィルム)を積層してもよく、逆に光源に面内分布をもたせるための反射、拡散パターンを印刷などで形成したシート(フィルム)を積層してもよい。
液晶表示装置によるフルカラー表示の方式には、空間混合方式と時間差混合方式があり、後者はフィールドシーケンシャル方式と呼ばれている。
空間混合方式は赤(R)、緑(G)、青(B)の波長領域の光を重ねる加法混色を基本原理とし、LCDにおいて、R・G・Bにそれぞれ光る画素を近接して配置するとともに、各画素の輝度を変えることにより、これらの色を任意に混色して、任意の色光を得るものである。また、空間混合方式によるLCDにおいては、一般的にカラーフィルタが用いられている。しかしカラーフィルタは光の吸収で色表示を行うため透過率が低く、消費電力の点ではフィールドシーケンシャルバックライトのほうが優れる。
フィールドシーケンシャル方式とは、「時分割」による混色を利用したカラー表示方式である。すなわち、二色以上の光を継続的に切り替えて発光させ、かつ、その切り替えの速さを人間の目の時間的分解能を越えた速さとした場合に、人間が上述の二色以上の色を混色して認識することを応用した方式である。
フィールドシーケンシャル方式のフルカラーLCDにおいては、動画表示におけるフィールド毎に、それぞれ、バックライトをR・G・B三つの発光色のうち一つの発光色で発光可能とするとともに、フィールド毎に継続的にR・G・Bの発光色を切り替えて(時分割して)発光させ、その切り替えの速さを充分に速くすることにより任意の色光を得るようになっている。
本発明の液晶表示装置には、画像直視型、画像投影型や光変調型が含まれる。画像直視型にはノートパソコン、パソコン用モニターなどのOA機器、テレビなどのマルチメディア用ディスプレイ、携帯電話や携帯端末の小型表示装置がある。さらにはアミューズメント機器の表示装置や会議用の縦置きや床置きの大型表示装置がある。
画像投影型はスクリーンに直接投影するフロントプロジェクター型とスクリーンの背面から投影するリヤプロジェクター型がある。またLED光源等を用いた携帯型のプロジェクターにも有効である。
光変調型は、3次元ディスプレイや高臨場感型ディスプレイとよばれる表示装置に有効である。例えば液晶セルを2枚用いた3次元ディスプレイや複数のリヤプロジェクターからなる円筒型3次元ディスプレイに有効である。
本発明の液晶表示装置は、光学補償シートを有していてもよい。光学補償シートは、画像着色の解消や視野角を拡大するために、様々な液晶表示装置で用いられている。光学補償シートとしては、延伸複屈折ポリマーフィルムが従来から使用されていた。延伸複屈折フィルムからなる光学補償シートに代えて、透明支持体上に低分子あるいは高分子液晶性化合物から形成された光学異方性層を有する光学補償シートを使用することが提案されている。液晶性化合物には多様な配向形態があるため、液晶性化合物を用いることで、従来の延伸複屈折ポリマーフィルムでは得ることができない光学的性質を実現することが可能になった。さらに偏光板の保護膜としても機能する。プラスチック基板において光学補償シートを兼ねることも可能である。
さらに光学補償シートの光学的性質は、光の波長毎に最適な値に設計することで、色変化の少ない広視野特性を有する液晶表示装置を提供する。特にマルチギャップやマルチドメインと組合せると有効である。
また視野角を拡大するのではなく、特定方向のみから表示が観察できるような狭視野角化も可能である。
光学異方性層は、液晶表示装置の黒表示における液晶セル中の液晶化合物を補償するように設計することが好ましい。黒表示における液晶セル中の液晶化合物の配向状態は、液晶表示装置のモードにより異なる。この液晶セル中の液晶化合物の配向状態に関しては、IDW’00、FMC7−2、P411〜414に記載されている。光学異方性層は、液晶性化合物を含有する組成物を表面、例えば、所定のラビング軸等に沿ってラビング処理された表面に配置して、該ラビング軸に応じて、液晶性化合物の分子を配向させ、その配向状態に固定して形成することができる。
棒状液晶性化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類及びアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
なお、棒状液晶性化合物には、金属錯体も含まれる。また、棒状液晶性分子を繰り返し単位中に含む液晶ポリマーも、棒状液晶性化合物として用いることができる。言い換えると、棒状液晶性分子は、(液晶)ポリマーと結合していてもよい。
棒状液晶性化合物については、季刊化学総説第22巻液晶の化学(1994)日本化学会編の第4章、第7章及び第11章、及び液晶デバイスハンドブック日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載がある。
棒状液晶性化合物の複屈折率は、0.001〜0.7の範囲にあることが好ましい。
円盤状(ディスコティック)液晶性化合物には、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.71巻、111頁(1981年)に記載されているベンゼン誘導体、C.Destradeらの研究報告、Mol.Cryst.122巻、141頁(1985年)、Physics lett、A、78巻、82頁(1990)に記載されているトルキセン誘導体、B.Kohneらの研究報告、Angew.Chem.96巻、70頁(1984年)に記載されたシクロヘキサン誘導体及びJ.M.Lehnらの研究報告、J.Chem.Commun.、1794頁(1985年)、J.Zhangらの研究報告、J.Am.Chem.Soc.116巻、2655頁(1994年)に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルが含まれる。
上記の液晶性化合物と共に、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー等を併用して、塗工膜の均一性、膜の強度、液晶分子の配向性等を向上することができる。液晶性分子と相溶性を有し、液晶性分子の傾斜角の変化を与えられるか、あるいは配向を阻害しないことが好ましい。
ポリマーの例としては、セルロースエステルを挙げることができる。セルロースエステルの好ましい例としては、特開2000−155216号公報明細書中の段落番号[0178]記載のものが挙げられる。液晶性分子の配向を阻害しないように、上記ポリマーの添加量は、液晶性分子に対して0.1〜10質量%の範囲にあることが好ましく、0.1〜8質量%の範囲にあることがより好ましい。円盤状液晶性分子のディスコティックネマティック液晶相−固相転移温度は、70〜300℃が好ましく、70〜170℃がさらに好ましい。
光学異方性層は、液晶性化合物、及び必要に応じて重合性開始剤や任意の添加剤を含む組成物を、配向膜の上に配置し、形成することができる。組成物は、塗布液として調製してもよい。
配向させた液晶性分子を、配向状態を維持して固定するのが好ましい。固定化は、重合反応により実施することが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応が好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組合せ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)が含まれる。
光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の0.01〜20質量%の範囲にあることが好ましく、0.5〜5質量%の範囲にあることがさらに好ましい。
光学補償シートの支持体は、透明であるのが好ましく、少なくとも一枚のポリマーフィルムからなるのが好ましい。複数のポリマーフィルムで透明支持体を構成してもよい。支持体の光学異方性は、具体的には、波長632.8nmの光で測定したReレターデーション値が10〜70nmであり、かつ波長632.8nmの光で測定したRthレターデーション値を50〜400nmであるのが好ましい。なお、液晶表示装置にこのような光学異方性層のポリマーを二枚使用する場合は、一枚のフィルムのRthレターデーション値は、50〜200nmであることが好ましい。液晶表示装置に一枚の光学異方性ポリマーフィルムを使用する場合、フィルムのRthレターデーション値は、70〜400nmであることが好ましい。
ポリマーフィルムは、光透過率が80%以上であることが好ましい。ポリマーフィルムは、60×10-12m2/N以下の光弾性係数を有することが好ましい。
透過型液晶表示装置に生じる「額縁状の表示ムラ」を抑制するために、光学補償シートの透明支持体に熱伝導率が高いポリマーフィルムを使用することが好ましい。熱伝導率が高いポリマーの例には、セルロースアセテート(熱伝導率(以下同様):0.22W/(m・K))のようなセルロース系ポリマー、ポリカーボネート(0.19W/(m・K))のようなポリエステル系ポリマー及びノルボルネン系ポリマー(0.20W/(m・K))のような環状オレフィンポリマーが含まれる。
市販のポリマー、例えば、市販のノルボルネン系ポリマー(アートン、JSR(株)製;ゼオノア、日本ゼオン(株)製、ゼオネックス;日本ゼオン(株)製)を用いてもよい。ポリカーボネート系コポリマーについては、特開平10−176046号及び特開2001−253960号の各公報に記載がある。
セルロースアセテート(セルロースジアセテート、セルローストリアセテート)が特に好ましい。酢化度が59.0〜61.5%であるセルローストリアセテートが最も好ましい。酢化度とは、セルロース単位質量当たりの結合酢酸量を意味する。酢化度は、ASTM:D−817−91(セルロースアセテート等の試験法)におけるアセチル化度の測定及び計算に従う。
ポリマーの粘度平均重合度(DP)は、250以上であることが好ましく、290以上であることがさらに好ましい。また、ポリマーは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるMm/Mn(Mmは質量平均分子量、Mnは数平均分子量)の分子量分布が狭いことが好ましい。具体的なMm/Mnの値は、1.00〜1.70であることが好ましく、1.30〜1.65であることがさらに好ましく、1.40〜1.60であることが最も好ましい。
ポリマーフィルムとしてセルロースアシレートフィルムを用いる場合、芳香族化合物は、セルロースアシレート100質量部に対して、0.01〜20質量部の範囲で使用する。芳香族化合物は、セルロースアシレート100質量部に対して、0.05〜15質量部の範囲で使用することが好ましく、0.1〜10質量部の範囲で使用することがさらに好ましい。二種類以上の芳香族化合物を併用してもよい。
芳香族化合物の芳香族環には、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。
レターデーション上昇剤の分子量は、300〜800であることが好ましい。
レターデーション上昇剤については、特開2000−111914号、同2000−275434号、同2001−166144号の各公報及び国際公開第00/02619号パンフレットに記載されている。
エーテル、ケトン及びエステルは、環状構造を有していてもよい。エーテル、ケトン及びエステルの官能基(すなわち、−O−、−CO−及び−COO−)のいずれかを二つ以上有する化合物も、有機溶媒として用いることができる。有機溶媒は、アルコール性ヒドロキシル基のような他の官能基を有していてもよい。
二種類以上の有機溶媒を混合して用いてもよい。
加熱する場合、容器の外部より加熱することが好ましい。例えば、ジャケットタイプの加熱装置を用いることができる。また、容器の外部にプレートヒーターを設け、配管して液体を循環させることにより容器全体を加熱することもできる。
容器内部に攪拌翼を設けて、これを用いて攪拌することが好ましい。攪拌翼は、容器の壁付近に達する長さのものが好ましい。攪拌翼の末端には、容器の壁の液膜を更新するため、掻取翼を設けることが好ましい。
容器には、圧力計、温度計等の計器類を設置してもよい。容器内で各成分を溶剤中に溶解する。調製したドープは冷却後容器から取り出すか、あるいは、取り出した後、熱交換器等を用いて冷却する。
ポリマーの量は、10〜30質量%であることがさらに好ましい。さらに、混合物中には後述する任意の添加剤を添加しておいてもよい。
冷却溶解法においては、ポリマー溶液を膨潤させた後、所定の冷却温度にした冷却装置内を短時間で移送してもよい。冷却速度は、速いほど好ましいが、10000℃/秒が理論的な上限であり、1000℃/秒が技術的な上限であり、そして100℃/秒が実用的な上限である。なお、冷却速度は、冷却を開始する時の温度と最終的な冷却温度との差を冷却を開始してから最終的な冷却温度に達するまでの時間で割った値である。さらに、これを0〜200℃(好ましくは0〜150℃、さらに好ましくは0〜120℃、最も好ましくは0〜50℃)に加温すると、有機溶媒中にポリマーが流動する溶液となる。昇温は、室温中に放置するだけでもよし、温浴中で加温してもよい。
なお、セルロースアシレート(酢化度:60.9%、粘度平均重合度:299)を冷却溶解法によりメチルアセテート中に溶解した20質量%の溶液は、示差走査熱量測定(DSC)によると、33℃近傍にゾル状態とゲル状態との疑似相転移点が存在し、この温度以下では均一なゲル状態となる。従って、この溶液は疑似相転移温度以上、好ましくはゲル相転移温度プラス10℃程度の温度で保存する必要がある。ただし、この疑似相転移温度は、セルロースアシレートの酢化度、粘度平均重合度、溶液濃度や使用する有機溶媒により異なる。
ドープは、ドラム又はバンド上に流延し、溶媒を蒸発させてフィルムを形成する。流延前のドープは、固形分量が10〜40%、より好ましくは15〜35%となるように濃度を調整することが好ましい。ドラム又はバンドの表面は、鏡面状態に仕上げておくことが好ましい。ソルベントキャスト法における流延及び乾燥方法については、米国特許第2336310号、同第2367603号、同第492078号、同第2492977号、同第2492978号、同第2607704号、同第2739069号、同第2739070号、英国特許第640731号、同第736892号の各明細書、特公昭45−4554号、同49−5614号、特開昭60−176834号、同60−203430号、同62−115035号の各公報に記載がある。ドープは、表面温度が40℃以下のドラム又はバンド上に流延することが好ましい。流延してから2秒以上風に当てて乾燥することが好ましい。得られたフィルムをドラム又はバンドから剥ぎ取り、さらに100から160℃まで逐次温度を変えた高温風で乾燥して残留溶剤を蒸発させることもできる。以上の方法は、特公平5−17844号公報に記載がある。この方法によると、流延から剥ぎ取りまでの時間を短縮することが可能である。この方法を実施するためには、流延時のドラム又はバンドの表面温度においてドープがゲル化することが必要である。
複数のポリマー溶液を流延する場合、支持体の進行方向に間隔を置いて設けた複数の流延口からポリマーを含む溶液をそれぞれ流延させて積層させながらフィルムを作製することができる(特開昭61−158414号、特開平1−122419号、同11−198285号の各公報記載)。また、2つの流延口からポリマー溶液を流延することによってもフィルムを製造できる(特公昭60−27562号、特開昭61−94724号、同61−947245号、同61−104813号、同61−158413号、特開平6−134933号の各公報記載)。さらに、高粘度ポリマー溶液の流れを低粘度のポリマー溶液で包み込み、その高・低粘度のポリマー溶液を同時に押出すポリマーフィルム流延方法(特開昭56−162617号公報記載)も採用できる。
二個の流延口を用いて、第一の流延口により支持体に成型したフィルムを剥ぎ取り、支持体面に接していた側に第二の流延を行うことでより、フィルムを作製する方法(特公昭44−20235号公報記載)も実施できる。複数のポリマー溶液ポリマー溶液は、同一の溶液でもよい。複数のポリマー層に異なる機能を持たせるためには、その機能に応じたポリマー溶液を、それぞれの流延口から押出せばよい。
従来の単層液では、必要なフィルム厚さにするためには高濃度で高粘度のポリマー溶液を押出すことが必要である。その場合、ポリマー溶液の安定性が悪くて固形物が発生し、ブツ故障となったり、平面性が不良であったりして問題となることが多かった。この解決として、複数のポリマー溶液を流延口から流延することにより、高粘度の溶液を同時に支持体上に押出すことができ、平面性も良化し優れた面状のフィルムが作製できる。さらに、濃厚なポリマー溶液を用いることで乾燥負荷の低減化が達成でき、さらに、フィルムの生産スピードを高めることができる。
可塑剤の添加量は、ポリマーの量の0.1〜25質量%であることが好ましく、1〜20質量%であることがさらに好ましく、3〜15質量%であることが最も好ましい。
また、ロール間にて縦延伸を行う際に、ロール間距離を広くすることによっても、遅相軸の標準偏差を小さくできる。
表面処理としては、コロナ放電処理、グロー放電処理、火炎処理、酸処理、アルカリ処理又は紫外線照射処理を実施する。酸処理又はアルカリ処理を実施することが好ましく、アルカリ処理を実施することがさらに好ましい。ポリマーがセルロースアシレートである場合、酸処理又はアルカリ処理は、セルロースアシレートに対するケン化処理として実施される。
前記光学異方性層の形成には、配向膜を利用してもよい。配向膜は、光学異方性層中の液晶性化合物の分子を配向制御する。配向膜の表面は、ラビング処理されているのが好ましい。液晶性化合物を含有する塗布液をラビング処理面に塗布し、乾燥すると、液晶性分子はラビング処理面のラビング軸に応じて配向する。
但し、液晶性化合物の分子を配向させた後に、その配向状態を固定して光学異方性層を形成してしまえば、その後、配向膜は必須のものではない。即ち、配向状態が固定された配向膜上の光学異方性層のみを支持体や、偏光フィルム上に転写してもよい。
配向膜ポリマーの架橋性官能基は、多官能モノマーと同様に、重合性基を含むことが好ましい。具体的には、例えば特開2000−155216号公報明細書中段落番号[0080]〜[0100]記載のもの等が挙げられる。
上記した通り、本発明をVAモードの液晶表示装置に適用する場合は、上記式(III)及び(IV)を満足する、より好ましくは上記式(III)〜(VII)を満足する第1の光学異方性層、及び上記式(VIII)及び(IX)を満足する、より好ましくは上記式(X)〜(XIII)を満足する第2の光学異方性層を用いるのが好ましい。これらの第1及び第2の光学異方性層がポリマーフィルムであると、偏光子と貼り合わせることができる。また、単独の部材として、例えば、光学補償フィルムとして液晶表示装置に組み込むことができる。前記ポリマーフィルムの材料としては、光学性能、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性、等方性などに優れるポリマーが好ましいが、上述の条件を満たす範囲であればどのような材料を用いてもよい。例えば、ポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体(AS樹脂)等のスチレン系ポリマー等が挙げられる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、エチレン・プロピレン共重合体の如きポリオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマー、または前記ポリマーを混合したポリマーも例として挙げられる。
芳香族アシル基の置換度はセルロース脂肪酸モノエステルの場合、残存する水酸基に対して、好ましくは2.0以下、さらに好ましくは0.1〜2.0である。また、セルロース脂肪酸ジエステル(二酢酸セルロース)の場合、残存する水酸基に対して、好ましくは1.0以下、さらに好ましくは0.1〜1.0である。
第1の光学異方性層としての条件を満足するセルロースアシレートフィルムを作製するために、セルロースアシレートフィルム中に、Rth発現剤を添加するのが好ましい。ここで、「Rth発現剤」とはフィルムの厚み方向に複屈折を発現する性質を有する化合物である。
R11、R13で表されるアルキル基としては、直鎖、分岐、又は環状であって、置換もしくは無置換のアルキル基を表し、好ましくは置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のシクロアルキル基、炭素数5〜30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基(つまり、炭素数5〜30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基。)、更に環構造が多いトリシクロ構造などが挙げられる。
R13として特に好ましくは、炭素原子2個以上を含むアルキル基であり、より好ましくは炭素原子3個以上を含むアルキル基である。分岐又は環状構造をもったものは特に好ましく用いられる。
一般式(III)中、Ar1で表されるアリーレン基として好ましくは炭素数6〜30のアリーレン基であり、単環であってもよいし、さらに他の環と縮合環を形成してもよい。また、可能な場合には置換基を有してもよく、置換基としては後述の置換基Tが適用できる。Ar1で表されるアリーレン基としてより好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニレン基、p−メチルフェニレン基、ナフチレン基などが挙げられる。
一般式(III)中、Ar2で表されるアリール基として好ましくは炭素数6〜30のアリール基であり、単環であってもよいし、さらに他の環と縮合環を形成してもよい。また、可能な場合には置換基を有してもよく、置換基としては後述の置換基Tが適用できる。Ar2で表されるアリール基としてより好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル基、p−メチルフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
前記二価の連結基として好ましいものは、−O−、−NR―(Rは水素原子又は置換基を有してもよいアルキル基又はアリール基をあらわす)、−CO−、−SO2−、−S−、アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基、アルキニレン基及びこれらの二価の基を2つ以上組み合わせて得られる基であり、その内より好ましいものは−O−、−NR−、−CO−、−SO2NR−、−NRSO2−、−CONR−、−NRCO−、−COO−、及びOCO−、アルキニレン基である。Rは好ましくは水素原子を表す。
一般式(V)において、R14は水素原子又はアルキル基を表し、アルキル基としてはR11、R13の好ましい例として示したアルキル基が好ましく用いられる。前記R14として好ましくは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であり、より好ましくは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。R11とR14とは同一であってもよいし異なっていてもよいが、ともにメチル基であることが特に好ましい。
置換基Tとして好ましくはハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30のアルキル基、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換又は無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−n−ドデシルシクロヘキシル基)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換又は無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5〜30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30の置換又は無置換のアルケニル基、例えば、ビニル基、アリル基)、シクロアルケニル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換又は無置換のシクロアルケニル基、つまり、炭素数3〜30のシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル)、ビシクロアルケニル基(置換又は無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5〜30の置換又は無置換のビシクロアルケニル基、つまり二重結合を一個持つビシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)、アルキニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換又は無置換のアルキニル基、例えば、エチニル基、プロパルギル基)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30の置換又は無置換のアリール基、例えばフェニル基、p−トリル基、ナフチル基)、ヘテロ環基(好ましくは5又は6員の置換又は無置換の、芳香族又は非芳香族のヘテロ環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、さらに好ましくは、炭素数3〜30の5又は6員の芳香族のヘテロ環基である。例えば、2−フリル基、2−チエニル基、2−ピリミジニル基、2−ベンゾチアゾリル基)、
一般式(III)で表される化合物の製造方法としては、製造プロセス等を考慮すると置換安息香酸を酸ハロゲン化物に官能基変換した後、フェノール誘導体もしくはアニリン誘導体と縮合する方法が好ましい。
また、本反応には塩基を用いないのが好ましい。塩基を用いる場合には有機塩基、無機塩基のどちらでもよく、好ましくは有機塩基であり、ピリジン、3級アルキルアミン(好ましくはトリエチルアミン、エチルジイソプルピルアミンなどが挙げられる)である。
前記セルロースアシレートフィルムをソルベントキャスト法により製造する場合は、前記Rth発現剤をドープ中に添加してもよい。前記Rth発現剤を添加するタイミングについて特に制限はなく、アルコール、メチレンクロライド、ジオキソラン等の有機溶媒にRth発現剤を溶解してから、セルロースアシレート溶液(ドープ)に添加するか、又は直接ドープ組成中に添加してもよい。
なお、前記セルロースアシレートフィルムをソルベントキャスト法により製造する場合は、前記Rth発現剤をドープ中に添加してもよい。前記Rth発現剤を添加するタイミングについて特に制限はなく、アルコール、メチレンクロライド、ジオキソラン等の有機溶媒にRth発現剤を溶解してから、セルロースアシレート溶液(ドープ)に添加するか、又は直接ドープ組成中に添加してもよい。
また、第1の光学異方性層としての条件を満足するセルロースアシレートフィルムを作製するために、セルロースアシレートフィルム中に、紫外線吸収剤を添加してもよい。紫外線吸収剤は、波長分散調整剤としても機能し得る。前記紫外線吸収剤としては、例えば、オキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等を挙げることができるが、着色の少ないベンゾトリアゾール系化合物が好ましい。また、特開平10−182621号公報、特開平8−337574号公報に記載の紫外線吸収剤、特開平6−148430号公報記載の高分子紫外線吸収剤も好ましく用いられる。前記セルロースアシレートフィルムには、紫外線吸収剤としては、偏光子や液晶の劣化防止の観点から、波長370nm以下の紫外線の吸収能に優れており、且つ、液晶表示性の観点から、波長400nm以上の可視光の吸収が少ないものが好ましい。
前記第1及び第2の光学異方性層として用いられるセルロースアシレートフィルム中には、トリフェニルホスフェート、ビフェニルホスフェート等の可塑剤を添加してもよい。
なお、前記第1の光学異方性層を液晶組成物から形成する場合は、ポリマーフィルム等の支持体上に形成するのが一般的である。支持体であるポリマーフィルムの複屈折性を積極的に利用して、積層体として第1の光学異方性層に要求される光学特性を満足する態様であっても、また支持体にはレターデーションがほぼ0のフィルム(例えば、特開2005−138375に記載のセルロースアシレートフィルム等)を用いて、前記硬化性液晶組成物からなる層のみで、第2の光学異方性層に要求される光学特性を満足する態様であってもよい。
第2の光学異方性層としての条件を満足するセルロースアシレートフィルムを作製するために、セルロースアシレートフィルム中に、Re発現剤を添加するのが好ましい。ここで、「Re発現剤」とはフィルム面内の複屈折を発現する性質を有する化合物である。
なお、ハメットの置換基定数のσp、σmに関しては、例えば、稲本直樹著「ハメット則−構造と反応性−」(丸善)、日本化学会編「新実験化学講座14 有機化合物の合成と反応V」2605頁(丸善)、仲谷忠雄著「理論有機化学解説」217頁(東京化学同人)、ケミカル レビュー,91巻,165〜195頁(1991年)等の成書に詳しく解説されている。
nは0〜2の整数を表し、好ましくは0、1である。
さらに、前記スキームに示したように、化合物(1−E)のテトラヒドロフラン溶液に、メタンスルホン酸クロライドを加え、N,N−ジイソプロピルエチルアミンを滴下し攪拌した後、N,N−ジイソプロピルエチルアミンを加え、化合物(1−D)のテトラヒドロフラン溶液を滴下し、その後、N,N−ジメチルアミノピリジン(DMAP)のテトラヒドロフラン溶液を滴下することで、例示化合物(1)を得ることができる。
また、Re発現剤として、一種の化合物を単独で、又は二種類以上の化合物を混合して用いることができる。Re発現剤として互いに異なる二種類以上の化合物を用いると、レターデーションの調整範囲が広がり、容易に所望の範囲に調整できるので好ましい。
前記Re発現剤の添加量はセルロースアシレート100質量部に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜10質量%がさらに好ましい。前記セルロースアシレートフィルムをソルベントキャスト法で作製する場合は、前記Re発現剤を、ドープ中に添加してもよい。添加はいずれのタイミングで行ってもよく、例えば、アルコール、メチレンクロライド、ジオキソラン等の有機溶媒にRe発現剤を溶解してから、セルロースアシレート溶液(ドープ)に添加してもよいし、又は直接ドープ組成中に添加してもよい。
一般式(a):Ar1−L12−X−L13−Ar2
上記一般式(a)において、Ar1及びAr2はそれぞれ独立に、芳香族基であり;L12及びL13はそれぞれ独立に、−O−CO−又は−CO−O−基であり;Xは、1,4−シクロへキシレン基、ビニレン基又はエチニレン基である。
Ar1及びAr2がそれぞれ表す芳香族基には、芳香族炭化水素環基及び芳香族へテロ環基の双方が含まれる。具体例には、フェニル基、ナフチル基が含まれる。前記芳香族へテロ環基は、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子から選ばれる少なくとも一種のへトロ原子を環中に1以上有する。5〜7員環であるのが好ましく、5又は6員環であるのが好ましい。
Ar1及びAr2がそれぞれ表す、芳香族基は可能であれば置換基を有していてもよい。置換基の具体例は、前記一般式(A)式中のR1が表す置換基の例と同様である。
また、前記一般式(A)で表される液晶性化合物と前記一般式(a)で表される液晶性化合物とを併用する態様では、安定的に、前記特性を満足する本発明の光学フィルムを作製できるように併用比率を調整することが好ましい。
上記した通り、本発明をVAモードの液晶表示装置に適用する場合は、上記式(XV)及び(XVI)を満足する、より好ましくは上記式(XV)及び(XVI)を満足するとともに等しいRe及びRthを有する、光学異方性層A及びBを用いるのが好ましい。これらの光学異方性層A及びBがポリマーフィルムであると、偏光子と貼り合わせることができる。また、単独の部材として、例えば、光学補償フィルムとして液晶表示装置に組み込むことができる。前記ポリマーフィルムの材料としては、光学性能、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性、等方性などに優れるポリマーが好ましいが、上述の条件を満たす範囲であればどのような材料を用いてもよい。具体例としては、上記VAモード液晶表示装置の第1の態様に用いられる第1及び第2の光学異方性層の作製に利用可能なポリマー材料と同様である。
また、前記光学異方性層A及びBは、セルロースアシレートフィルムからなっていてもよい。特に、前記光学異方性層A及びBを、前記式(XV)及び(XVI)を満足しつつ、可視光域においてRthが逆波長分散性(長波長なほどRthが大きくなる性質)の光学異方性層とする場合は、セルロースアシレートフィルム中に主成分(固形分で50質量%以上の成分)として含まれるセルロースアシレートのアシル置換基が、アセチル、プロピオニル及びブチリルから選択される少なくとも一種であるセルロースアシレートフィルムを用いるのが好ましい。
例えば、前記光学異方性層A及びBの作製には、Rth発現剤の少なくとも一種を用いるのが好ましい。特に、前記光学異方性層A及びBを、前記式(XV)及び(XVI)を満足しつつ、可視光域においてRthが順波長分散性(短波長なほどRthが大きくなる性質)の光学異方性層とする場合は、Rth発現剤としては、250nm〜380nmに吸収極大がある化合物が好ましく、中でも、下記一般式(I)で表される化合物:
Rth発現剤として前記式(I)で表される化合物の少なくとも一種と、ポリマー(好ましくはセルロースアシレート)とを含むポリマー組成物を調製し、溶液流延法によりポリマーフィルムを得、これを前記光学異方性層A及びBとして用いるのが好ましい。前記一般式(I)の化合物は、ポリマー組成物の全質量(固形分)に対して0.1〜30質量%添加するのが好ましい。
本発明の液晶表示装置には、光学異方性層を直線偏光膜(偏光膜フィルム)と一体化させた楕円偏光板を用いることができる。前記楕円偏光板は、前記光学補償シートと直線偏光膜(以下、単に「偏光膜」、「偏光フィルム」という場合は「直線偏光膜」をいうものとする)とを積層することによって作製することができる。光学補償シートは、直線偏光膜の保護膜を兼ねていてもよい。
架橋剤については、米国再発行特許23297号明細書に記載がある。また、ホウ素化合物(例、ホウ酸、硼砂)も、架橋剤として用いることができる。
二色性色素の例としては、例えば、前記の公技番号2001−1745号の58頁に記載の化合物が挙げられる。
延伸法の場合、延伸倍率は2.5〜30.0倍が好ましく、3.0〜10.0倍がさらに好ましい。延伸は、空気中でのドライ延伸で実施できる。また、水に浸漬した状態でのウェット延伸を実施してもよい。ドライ延伸の延伸倍率は、2.5〜5.0倍が好ましく、ウェット延伸の延伸倍率は、3.0〜10.0倍が好ましい。延伸工程は、斜め延伸を含め数回に分けて行ってもよい。数回に分けることによって、高倍率延伸でもより均一に延伸することができる。斜め延伸前に、横あるいは縦に若干の延伸(幅方向の収縮を防止する程度)を行ってもよい。延伸は、二軸延伸におけるテンター延伸を左右異なる工程で行うことによって実施できる。上記二軸延伸は、通常のフィルム製膜において行われている延伸方法と同様である。二軸延伸では、左右異なる速度によって延伸されるため、延伸前のバインダーフィルムの厚みが左右で異なるようにする必要がある。流延製膜では、ダイにテーパーを付けることにより、バインダー溶液の流量に左右の差をつけることができる。
ポリマーフィルムは、その最表面が防汚性及び耐擦傷性を有する反射防止膜を設けてなることも好ましい。反射防止膜は、従来公知のいずれのものも用いることができる。
(セルロースアセテート溶液の調製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
セルロースアセテート溶液組成
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酢化度60.9%のセルロースアセテート 100.0質量部
トリフェニルホスフェート(可塑剤) 7.0質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤) 4.0質量部
下記の染料 0.0006質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 402.0質量部
メタノール(第2溶媒) 60.0質量部
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下記の組成物を分散機に投入し、攪拌して各成分を分散し、マット剤分散液を調製した。
マット剤分散液組成
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平均粒径16nmのシリカ粒子(AEROSIL・R972、日本アエロジル
(株)製) 2.0質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 76.3質量部
メタノール(第2溶媒) 11.4質量部
セルロースアセテート溶液 10.3質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、30℃に加温しながら攪拌して、各成分を溶解し、レターデーション上昇剤溶液を調製した。
レターデーション上昇剤溶液組成
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下記のレターデーション上昇剤 20.0質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 58.3質量部
メタノール(第2溶媒) 8.7質量部
セルロースアセテート溶液 12.8質量部
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セルロースアセテート溶液94.75質量部、マット剤分散液1.30質量部、レターデーション上昇剤溶液3.95質量部をそれぞれ濾過後に混合し、バンド流延機を用いて流延した。レターデーション上昇剤のセルロースアセテートに対する質量比は4.8%であった。残留溶剤量が30質量%のフィルムをバンドから剥離した。140℃の温度で、フィルムをテンターを用いて28%の延伸倍率で横延伸し、延伸後に延伸倍率を25%に緩め140℃で20秒間保持した。この時最大拡幅点での残留溶剤量は14質量%であった。その後、クリップを外して130℃で45分間乾燥させセルロースアセテートフィルムを製造した。製造されたセルロースアセテートフィルムの残留溶剤量は0.2質量%であり、膜厚は88μmであった。
作製したセルロースアセテートフィルムについて、エリプソメーター(M−150、日本分光(株)製)を用い、波長632.8nmの光でReレターデーション値を測定した。また面内の遅相軸をあおり軸として40°及び−40°あおってレターデーション値Re(40°)及びRe(−40°)を測定した。膜厚及び遅相軸方向の屈折率nxをパラメータとし、これらの測定値Re(632.8nm)、Re(40°)、Re(−40°)にフィッティングするように進相軸方向の屈折率ny及び厚み方向の屈折率nzを計算で求め、Rthレターデーション値を決定した。さらに、波長400nmと波長550nmの光で、Reレターデーション値を測定し、α2=Re(400nm)/Re(550nm)を計算した。
作製したセルロースアセテートフィルムの一方の面に、1.5規定水酸化カリウムのイソプロピルアルコール溶液を25ml/m2塗布し、25℃で5秒間放置した後、流水で10秒洗浄し、25℃の空気を吹き付けることでフィルムの表面を乾燥した。このようにして、セルロースアセテートフィルムの一方の表面のみをケン化した。
ケン化処理したセルロースアセテートフィルム(透明支持体)の一方の面に、下記の組成の塗布液を#14のワイヤーバーコーターで24ml/m2塗布した。60℃の温風で60秒、さらに90℃の温風で150秒乾燥した。次に、セルロースアセテートフィルム(透明支持体)の延伸方向(遅相軸とほぼ一致)と45゜の方向に、形成した膜にラビング処理を実施した。
配向膜塗布液組成
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下記の変性ポリビニルアルコール 20質量部
水 360質量部
メタノール 120質量部
グルタルアルデヒド(架橋剤) 2質量部
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下記の組成のディスコティック化合物を含む塗布液を上記作製した配向膜上に#3.2のワイヤーバーで連続的に塗布した。塗布液の溶媒の乾燥及びディスコティック化合物の配向熟成のために、100℃の温風で30秒、さらに130℃の温風で60秒間加熱した。続いて、UV照射により液晶化合物の配向を固定化し光学異方性層を形成した。続いて、光学異方性層が形成された面の反対側のセルロースアセテートフィルム表面を連続的にケン化処理し、光学補償シートを作製した。
光学異方性層塗布液組成
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下記のディスコティック化合物(1) 41.01質量部
エチレンオキサイド変成トリメチロールプロパントリアクリレート
(V#360、大阪有機化学(株)製) 4.06質量部
セルロースアセテートブチレート
(CAB551−0.2、イーストマンケミカル社製) 0.34質量部
セルロースアセテートブチレート
(CAB531−1、イーストマンケミカル社製) 0.11質量部
下記フルオロ脂肪族基含有ポリマー1 0.03質量部
下記フルオロ脂肪族基含有ポリマー2 20.23質量部
光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製) 1.35質量部
増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製) 0.45質量部
メチルエチルケトン 107質量部
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さらに、波長400nmにおいてReレターデーション値を測定した。結果はRe(λ:632.8nm)=38nm、Re(40)/Re=1.76、及びRe(−40)/Re=0.46、Re(400)/Re(550)=1.06であった。
延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素を吸着させて偏光膜を作製した。
次に、作製した光学補償シートの透明支持体側を、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて偏光膜の片側に貼り付けた。透明支持体の遅相軸と偏光膜の透過軸とが平行になるように配置した。
市販のセルローストリアセテートフィルム(フジタックTD80U、富士フイルム社製)を透明支持体と同様にケン化処理し、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の反対側(光学補償シートを貼り付けなかった側)に貼り付けた。
このようにして、楕円偏光板を作製した。
ITO電極付きのガラス基板に、ポリイミド膜を配向膜として設け、配向膜にラビング処理を行った。ラビング方向は、画面内の45°方向とした。得られた二枚のガラス基板をラビング方向が平行となる配置で向かい合わせて貼り合わせた、セルギャップを3.5μmに設定した。上下基板間に誘電異方性Δεが正で、屈折率異方性、Δn=0.0939(450nm、20°C)、0.0854(589nm、20°C)、0.0853(633nm、20°C)、Δε=+8.5程度の液晶(例えば、メルク社製のMLC−9100)を使用した。ここで厚さdと屈折率異方性Δnの積Δn・dの大きさにより白表示時の明るさが変化する。このため最大の明るさを得るために、好ましくは、0.2〜0.4μmの範囲になるように設定する。偏光板吸収軸は液晶セル配向方向(ラビング方向)と概略45°交差し、かつ上下偏光板吸収軸の交差角は概略90°の直交ニコルである。
一方の透明ガラス基板に特開平10−221518号公報の実施例に記載の方法で富士フイルム社製のトランサーカラフィルタを形成したものを使用した。使用した、トランサーカラフィルタの表面凸凹は0.2ミクロン以下であった。
このとき、青、緑、赤のカラーフィルタの厚みを変えることによって、緑色の画素の液晶層の厚さを3.5μm、及び赤色の画素の液晶層の厚さを3.8μmとした。緑及び赤の各画素の液晶層のレターデーションは、それぞれΔn(λ1)×d1=0.3μm及びΔn(λ2)×d2=0.295μm(但し、λ1=589nm,λ2=633nm)であった。また各色のカラーフィルタのレターデーションをエリプソメーター(M−150、日本分光(株)製)を用いて測定したところ、|Re(630nm)|= 0.2nm、|Rth(630nm)|= 9.3nm、|Re(400)−Re(700)|=1.9nm、|Rth(400)−Rth(700)|=4.3nmであった。
作製した液晶表示装置をRGB3色のLED光源からなるフィールドシーケンシャルバックライト上に配置し、液晶セルに白表示電圧2V、黒表示電圧5Vを印加して輝度計(トプコン社製SR−3)を用いて、パネル正面のコントラスト比(白表示透過率と黒表示透過率の比)と、極角60°で方位角0〜360°を5°間隔で黒表示の透過率を測定し、最大透過率を表1に示す。
同表の結果より、青、緑、赤の表示において漏れ光が少なく、斜め方向からの観察で着色が少なかった。
実施例1において、青、緑、赤のカラーフィルタの厚みをさらに変え各色のレターデーションを変えた。青色の画素の液晶層の厚さを3.3μm、緑色が3.5μm、赤色が3.8μmとした。各画素の液晶層のレターデーションはそれぞれ、Δn(λ1)×d1=0.31μm、Δn(λ2)×d2=0.30μm及びΔn(λ3)×d3=0.295μm(但し、λ1=450nm,λ2=589nm,λ3=633nm)であった。
本実施例の液晶表示装置は、実施例1の液晶表示装置と比較してさらに、各色での斜め方向透過率が減少していて、着色が改善されていた。
実施例1において、カラーフィルタを積層しないで測定を行い、結果を表1に示す。同表より、特に赤の透過率が大きく、赤色に着色していた。
(第1の光学異方性層用セルロースアシレートフィルム101〜105の作製)
表2中に記載の割合となるように、各成分を混合して、セルロースアシレート溶液をそれぞれ調製した。各セルロースアシレート溶液を、バンド流延機を用いて流延し、得られたウェブをバンドから剥離し、その後それぞれ延伸した。延伸後、乾燥して、表2中に記載の厚みのセルロースアシレートフィルム101〜105を、それぞれ作製した。
下記に記載の割合になるように、各成分を混合して、セルロースアシレート溶液201を調製した。各セルロースアシレート溶液を、バンド流延機を用いて流延し、得られたウェブをバンドから剥離し、その後、の条件で延伸した。なお、TD方向とは、搬送方向に直交する方向を意味する。延伸後、乾燥して、セルロースアシレートフィルム201を得た。
セルロースアシレート溶液201
セルロースアシレート(アシル基置換度2.86) 100質量部
トリフェニルホスフェート 7質量部
ビフェニルホスフェート 5質量部
Re発現剤1 9質量部
メチレンクロライド 457質量部
メタノール 94質量部
上記で作製した各ポリマーフィルム101〜105及び201の表面をそれぞれアルカリ鹸化処理した。1.5規定の水酸化ナトリウム水溶液に55℃で2分間浸漬し、室温の水洗浴槽中で洗浄し、30℃で0.1規定の硫酸を用いて中和した。再度、室温の水洗浴槽中で洗浄し、さらに100℃の温風で乾燥した。続いて、厚さ80μmのロール状ポリビニルアルコールフィルムをヨウ素水溶液中で連続して5倍に延伸し、乾燥して厚さ20μmの偏光膜を得た。ポリビニルアルコール(クラレ製PVA−117H)3%水溶液を接着剤として、前記のアルカリ鹸化処理した各ポリマーフィルム101〜105及び201と、同様のアルカリ鹸化処理したフジタックTD80UL(富士フイルム社製)を用意し、これらの鹸化した面が偏光膜側となるようにして偏光膜を間に挟んで貼り合わせ、各ポリマーフィルムとTD80ULが偏光膜の保護フィルムとなっている偏光板101〜105及び201をそれぞれ得た。
式(2) dB < dG < dR
表示面側偏光板として偏光板103〜105をそれぞれ用い、基板1として、内面に一様な厚みのRGBカラーフィルタを形成した基板を用いた以外は、実施例3と同様の構成の液晶表示装置303’〜305’をそれぞれ作製し、それぞれについて黒表示時の色味変化Δu’v’を測定した。結果を下記表3に併せて示す。
(第2の光学異方性層用セルロースアシレートフィルム202の作製)
(セルロースアシレート溶液の調製)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、80℃で3時間攪拌して各成分を溶解し、セルロースアシレート溶液を調製した。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
セルロースアシレート溶液組成
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
アセチル置換度2.94のセルロースアシレート 100質量部
トリフェニルホスフェート(可塑剤) 4質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤) 3質量部
下記の染料 6質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 402質量部
メタノール(第2溶媒) 60質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
下記の組成物を分散機に投入し、攪拌して各成分を分散し、マット剤分散液を調製した。
マット剤分散液組成
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平均粒径16nmのシリカ粒子(AEROSIL・R972、日本アエロジル
(株)製) 2.0質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 76.3質量部
メタノール(第2溶媒) 11.4質量部
セルロースアシレート溶液 10.3質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、30℃に加温しながら攪拌して、各成分を溶解し、レターデーション上昇剤溶液を調製した。
レターデーション上昇剤溶液組成
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下記のレターデーション発現剤 F−1 12質量部
下記のレターデーション発現剤 F−2 10質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 58質量部
メタノール(第2溶媒) 8質量部
セルロースアシレート溶液 12質量部
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
セルロースアシレート溶液94.8質量部、マット剤分散液1.3質量部、レターデーション上昇剤溶液8.4質量部をそれぞれ濾過後に混合し、バンド流延機を用いて流延した。レターデーション発現剤F−1のセルロースアシレートに対する質量比は6.0%、レターデーション発現剤F−2のセルロースアシレートに対する質量比は5.0%であった。残留溶剤量が30質量%のフィルムをバンドから剥離した。140℃の温度で、フィルムをテンターを用いて25%の延伸倍率で横延伸し、延伸後に延伸倍率を25%に緩め、140℃で20秒間保持した。その後、クリップを外して130℃で25分間乾燥させセルロースアシレートフィルムを製造した。製造されたセルロースアシレートフィルムの残留溶剤量は0.2質量%であり、膜厚は55μmであった。
作製した光学フィルム202(厚み55μm)について、自動複屈折計KOBRA−21ADH(王子計測器(株)製)を用いて波長450nm、550nm、630nmにおいて3次元複屈折測定を行い、面内のレターデーションRe及び傾斜角を変えてReを測定することで得られる膜厚方向のレターデーションRthを求めた。作製したセルロースアシレートフィルム202は、Re(550)が100nmで、Rth(550)が125nmで、Re(450)/Re(550)が0.84で、Re(630)/Re(550)が1.04で、Rth(450)/Rth(550)が0.82で、Rth(630)/Rth(550)が1.06であり、第2の光学異方性層としての光学特性を満足するとともに、Re及びRthについて逆分散性であることがわかった。
上記作製したセルロースアシレートフィルム202を、実施例3で作製したセルロースアシレートフィルム201と同様の操作により、偏光板202を作製した。これと実施例3で作製した偏光板101を用いて実施例3と同様の方法で図2の構成にて液晶表示装置306を作製した。
実施例3で行なったのと同様の操作により、上記で作製した液晶表示装置306について、黒表示時の色味変化Δu’v’(=√(u’max−u’min)2+(v’max−v’min)2)をそれぞれ測定した。ここで、u’max(v’max)は0〜360度のうち最大のu’(v’)、u’min(v’min)は0〜360度のうち最小のu’(v’)である。結果を表4に示す。
実施例4の液晶表示装置306の作製において、基板1として、内面に一様な厚みのRGBカラーフィルタを形成した基板を用いた以外は、液晶表示装置306と同様の構成の液晶表示装置306’を作製し、黒表示時の色味変化Δu’v’を同様に測定した。結果を下記表4に併せて示す。
(光学異方性層用フィルム501の作製)
市販の市販されているノルボルネン系ポリマーフィルム“ZEONOR”(日本ゼオン製)を、140℃にて縦方向を固定して横方向に30%延伸して、ノルボルネン系フィルム501を作製した。
下記に記載の割合になるように各成分を混合してセルロースアシレート溶液を調製した。各セルロースアシレート溶液を、バンド流延機を用いて流延し、得られたウェブをバンドから剥離し、その後140℃の条件下TD方向に25%延伸した。なおTD方向とは搬送方向と垂直な方向を意味する。延伸後乾燥して、40μmの光学フィルム502を得た。
(セルロースアシレート溶液)
アセチル置換度1.54、プロピオニル置換度0.84のセルロースアシレート
100質量部
下記の添加剤 K−1 5質量部
下記の添加剤 K−2 4質量部
メチレンクロライド 416質量部
エタノール 79質量部
下記に記載の割合になるように各成分を混合してセルロースアシレート溶液を調製した。各セルロースアシレート溶液を、バンド流延機を用いて流延し、得られたウェブをバンドから剥離し、その後、120℃の条件下、TD方向に25%延伸した後、乾燥して、55μmの光学フィルム503を得た。
(セルロースアシレート溶液)
アセチル基置換度2.81のセルロースアシレート 100質量部
下記のレターデーション上昇剤 4質量部
トリフェニルホスフェート(可塑剤) 7質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(可塑剤) 5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
下記に記載の割合になるように各成分を混合してセルロースアシレート溶液を調製した。各セルロースアシレート溶液を、バンド流延機を用いて流延し、得られたウェブをバンドから剥離し、その後140℃の条件下、TD方向に20%延伸した後、乾燥して、50μmの光学フィルム504を得た。
(セルロースアシレート溶液)
アセチル基置換度2.86のセルロースアシレート
100質量部
下記のレターデーション発現剤 F−1 2質量部
下記のレターデーション発現剤 F−2 6質量部
トリフェニルホスフェート 3質量部
ジフェニルホスフェート 2質量部
メチレンクロライド 418質量部
メタノール 62質量部
上記作製した光学フィルム501〜504をセルロースアシレートフィルム201の代わりに用いた以外は、実施例3と同様にして、偏光板501〜504をそれぞれ作製した。
作製した各偏光板を2枚用いて、図8と同様の構成のVAモード液晶表示装置を作製した。具体的には、図8中の偏光板P1”及びP2”として、上記作製した偏光板501〜504のそれぞれを用いて、液晶表示装置501〜504をそれぞれ作製した。各偏光板を配置する際は、フィルム501〜504の各フィルムが液晶セル5’側になるように、即ち、フィルム501〜504を図8中の光学異方性層20a及び20bとしてそれぞれ配置した。
また、液晶表示装置501〜504の液晶セルLC’は、マルチギャップの液晶セルであり、液晶層5’のB、G及びR領域のそれぞれの厚みは、下記表6に示す通りにした。なお、液晶層の厚みは、カラーフィルタの厚みによって下記表6に示す通りに、調整した。
上記で作製した液晶表示装置501〜504について、実施例3と同様にして、黒表示時の色味変化Δu’v’(=√(u’max−u’min)2+(v’max−v’min)2)をそれぞれ測定した。ここで、u’max(v’max)は0〜360度のうち最大のu’(v’)、u’min(v’min)は0〜360度のうち最小のu’(v’)である。結果を表7に示す。
2 上側基板液晶配向用ラビング方向
3 液晶セル下側基板
4 下側基板液晶配向用ラビング方向
5、5’ 液晶層(液晶分子)
6a、6b 偏光板外側保護フィルム
7a、7b 偏光板外側保護フィルム遅相軸
8a、8b 偏光フィルム
9a、9b 偏光フィルム吸収軸
10a、10b 光学異方性層の透明支持体
11a、11b 透明支持体の遅相軸
12a、12b 光学異方性層
13a、13b 光学異方性層形成時に、液晶分子を配向させるためのラビング方向
14 第1の光学異方性層
16 第2の光学異方性層
17 第2の光学異方性層の遅相軸
20a、20b 光学異方性層
21a、21b 光学異方性層の遅相軸
P1、P1’、P1"、P2、P2’、P2" 偏光板
LC、LC’ 液晶セル
Claims (23)
- 少なくとも、液晶セルと、該液晶セルの外側の少なくとも一方に配置された偏光板(第1の偏光板)とを有し、前記液晶セルが、少なくとも、電極を一方に有する対向配置された一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層とを有するとともに、少なくとも3つの絵素領域を含み、前記3つの絵素領域上に、透過率に波長選択性を有するカラーフィルタが配置され、それぞれの絵素領域に設けられたカラーフィルタの最大透過率をとる主波長を小さい方から順にλ1、λ2、及びλ3(単位nm)、これらそれぞれの絵素領域における前記液晶層の厚さを順にd1、d2、及びd3(単位:nm)とした時、下記式(2)を満たし、
前記カラーフィルタの厚み方向のレターデーション(Rth)のうち、少なくとも2つの絵素領域に配置されたカラーフィルタのRthが互いに異なり、
前記カラーフィルタが、下記式(I)及び(II)を満たすことを特徴とする液晶表示装置:
式(2):d1 < d2 < d3
(I) |Re(630)|≦10、かつ、|Rth(630)|≦25
(II) |Re(400)−Re(700)|≦10、かつ、|Rth(400)−Rth(700)|≦35
上記式(I)及び(II)中、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション値(nm)を表し、Rth(λ)は、波長λnmにおける厚み方向のレターデーション値(nm)を表す。 - 下記式(III)及び(IV)を満たす第1の光学異方性層と、面内に少なくとも一つの光軸を有する第2の光学異方性層とをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置:
式(III) 0nm<Rth(550)≦300nm
式(IV) Rth(550)/Re(550)>10 。 - 前記第1の光学異方性層が、下記式(V)〜(VII)を満足することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置:
式(V) Rth(450)/Rth(550)≧1
式(VI) Rth(630)/Rth(550)≦1
式(VII) −30nm≦Rth(630)−Rth(450)≦0nm 。 - 前記第2の光学異方性層が、下記式(VIII)及び(IX)を満足することを特徴とする請求項2又は3に記載の液晶表示装置:
式(VIII) 55nm≦Re(550)≦315nm
式(IX) 0nm≦Rth(550)≦275nm 。 - 前記第1の偏光板と前記液晶セルとの間に光学異方性層Aを有し、該光学異方性層Aが、下記式(XV)及び(VXI)を満たし、及び該光学異方性層Aの遅相軸を前記第1の偏光板の吸収軸と同一平面に投影したとき、該投影軸が前記吸収軸と平行となることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置:
(XV) 30nm ≦ Re(550)≦80nm
(XVI) 75nm ≦ Rth(550)≦155nm 。 - 前記第1の偏光板とともに、前記液晶セルを挟んで配置され、且つ第1の偏光板の吸収軸と直交した吸収軸を有する第2の偏光板を有し、該第2の偏光板と前記液晶セルとの間に、光学異方性層Bを有し、該光学異方性層Bが、前記式(XV)及び(XVI)を満たし、及び該光学異方性層Bの遅相軸を前記第2の偏光板の吸収軸と同一平面に投影したとき、該投影軸が前記吸収軸と平行となることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
- 前記光学異方性層A及びBのそれぞれの波長550nmにおける厚み方向のレターデーションRth(550)、及び液晶層のΔn(550)×dが、下記式(XVII)の関係を満たすことを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置:
(XVII) 0.7≦(2×Rth(550))/Δn(550)×d≦1.3
ここで、Δn(550)は550nmにおける液晶層の厚み方向の屈折率異方性、dは液晶層の平均厚さ(nm)を示す。 - 前記光学異方性層のうち少なくとも一方が、少なくとも一種のポリマーと、添加剤の少なくとも一種とを含有し、該添加剤の少なくとも一種が液晶性化合物であることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 少なくとも一種の液晶性化合物を、0.1〜30質量%含有し、及び該液晶性化合物の全添加剤に対する質量比が40〜100質量%であることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
- 二種類以上の液晶性化合物を、0.1〜30質量%含有し、該二種類以上の液晶性化合物の全添加剤に対する質量比が50〜100質量%であることを特徴とする請求項8又は9に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶性化合物として、下記式(A)で表される化合物及び下記式(a)で表される棒状化合物をそれぞれ少なくとも一種含有することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
Xは6族、5族又は4族原子を表す。nは0から2までの整数を表す。)
一般式(a):Ar1−L12−X−L13−Ar2
上記一般式(a)において、Ar1及びAr2はそれぞれ独立に、芳香族基であり;L12及びL13はそれぞれ独立に、−O−CO−又は−CO−O−基であり;Xは、1,4−シクロへキシレン基、ビニレン基又はエチニレン基である。 - 前記光学異方性層のうち少なくとも一方が、ノルボルネン系ポリマーフィルムからなることを特徴とする請求項2〜11のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記光学異方性層のうち少なくとも一方が、セルロースアシレート系フィルムからなることを特徴とする請求項2〜11のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記セルロースアシレートフィルム中に主成分として含まれるセルロースアシレートのアシル置換基が、アセチル、プロピオニル及びブチリルから選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項13に記載の液晶表示装置。
- 前記光学異方性層のうち少なくとも一方が、Rth発現剤の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項2〜14のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記Rth発現剤が、250nm〜380nmに吸収極大がある化合物の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項15に記載の液晶表示装置。
- 前記式(I)で表される化合物の少なくとも一種を、0.1〜30質量%含有することを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置。
- 前記光学異方性層の厚みが、30〜200μmであることを特徴とする請求項2〜18のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 電界の印加により、液晶分子の配向が基板面に垂直方向に変化し、液晶層の透過率が減少する、平行配向型ECBモードであることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- ベンド配向表示モードであることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- TN表示モードであることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- VA表示モードであることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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