JP5202490B2 - Va型液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、正面コントラストが改善されたVA(Vertically Aligned)型液晶表示装置に関する。
近年、液晶表示装置の高コントラスト(CR)化が進んでいる。特に、VA型液晶表示装置は、他のモードと比較して法線方向のCR(以下、「正面CR」という)が高いという長所があり、その長所をより改善するための研究開発が種々行われている。その結果、この6年間で、VA型液晶表示装置の正面CRは、400程度から8000程度に、約20倍高くなっている。
一方、液晶表示装置については、正面CRが高いことのみならず、斜め方向のCR(以下、「視野角CR」という場合がある)も高いことが重要である。VA型液晶表示装置については、黒表示時の斜め方向に生じる光漏れを軽減する技術として、位相差フィルムを採用することが種々提案されている(例えば、特許文献1)。一般的には、液晶セルを中心として、フロント側とリア側にそれぞれ位相差フィルムを配置し、光学補償に必要な位相差を2枚の位相差フィルムのそれぞれに分担させて光学補償を達成している。光学補償の組み合わせには通常2つの方式が用いられている。一方の方式は、フロント側及びリア側にそれぞれ配置される位相差フィルムに位相差を等しく分担させる方式であり、使用するフィルムを一種類にできるメリットがある。他方の方式は、片側に配置される位相差フィルムにより大きな位相差を分担させる方式であり、安価なフィルムとの組み合わせで光学補償が可能なことからコスト的に有利である。後者の方式では、リア側に配置される位相差フィルムにより大きな位相差を分担させる方が実用上一般的であった。その理由の1つは、製造コストにある。この理由に関しては、特許文献2に、「一方の偏光板の(液晶セルと偏光膜との間の)保護膜のみに本発明のセルロースアシレート系フィルムを用いた場合、これが、上側偏光板(観察側)、下側偏光板(バックライト側)のどちら側でもよく、機能的には何ら問題がない。ただし、上側偏光板として使用すると機能性膜を観察側(上側)に設ける必要性があり生産得率が下がる可能性があるため、下側偏光板として使用する場合が高いと考えられ、より好ましい実施形態であると考えられる」との記載がある。第2の理由は、リア側により大きな位相差を有するフィルムを配置する方が、耐衝撃性や、温度変化および湿度変化などの耐環境性の点では好ましいためである。
従来、このような視野角コントラストの改善のために利用されている位相差フィルム(位相差膜)の光学特性と、正面CRとの関係についてはなんら検討されていない。
特開2006−184640号公報 特開2006−241293号公報の[0265]欄
高CR化された液晶表示装置では、従来のCRの低下要因に基づいて提案されている手法では、さらなる高コントラスト化を達成することは困難である。本発明者が鋭意検討した結果、VA型液晶表示装置では、従来正面CRに影響するとは考えられていなかった、リア側偏光子と液晶セルとの間に存在する位相差層のレターデーションが、正面CRを低下させる一因であることがわかった。
本発明は、正面コントラストが高いVA型液晶表示装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
[1] フロント側偏光子、リア側偏光子、前記フロント側偏光子とリア側偏光子との間に配置されるVA型液晶セル、及び前記リア側偏光子と前記VA型液晶セルとの間に1層又は2層以上の位相差層からなる第1の位相差領域を有し、該第1の位相差領域が下記式:
0nm≦Re(590)≦10nm、かつ|Rth(590)|≦25nm
を満足することを特徴とするVA型液晶表示装置:
但し、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション(nm)を、Rth(λ)は波長λnmにおける厚み方向のレターデーション(nm)を意味する。
[2] 前記VA型液晶セルが、フロント側基板及びリア側基板を有し、前記リア側基板の部材コントラスト(CRr)に対する前記フロント側基板の部材コントラスト(CRf)の比(CRf/CRr)が、3以上であることを特徴とする[1]のVA型液晶表示装置。[3] 前記フロント側偏光子と前記VA型液晶セルとの間に、1層又は2層以上の位相差層からなる第2の位相差領域を有し、該第2の位相差領域が、下記式:
30nm≦Re(590)≦90nm、且つ
170nm≦Rth(590)≦300nm
を満足することを特徴とする[1]又は[2]のVA型液晶表示装置。
[4] 前記第1および前記第2の位相差領域が、下記式:
Δnd(590)−70≦Rth1(590)+Rth2(590)≦Δnd(590)−10
を満足することを特徴とする[3]のVA型液晶表示装置:
但し、dは前記VA型液晶セルの液晶層の厚さ(nm)、Δn(λ)は前記VA型液晶セルの液晶層の波長λにおける屈折率異方性であり、Δnd(λ)はΔn(λ)とdの積を意味し;Rth1(λ)は波長λにおける前記第1の位相差領域の厚み方向のレターデーション(nm)、及びRth2(λ)は波長λにおける前記第2の位相差領域の厚み方向のレターデーション(nm)を意味する。
[5] 前記第1の位相差領域が、セルロースアシレート系フィルムからなる、またはセルロースアシレート系フィルムを含むことを特徴とする[1]〜[4]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[6] 前記セルロースアシレート系フィルムが、厚み方向のレターデーションRthを低下させる化合物を、下記式(I)及び(II):
(I)(Rth[A]−Rth[0])/A≦−1.0
(II)0.01≦A≦30
(Rth[A]:Rthを低下させる化合物をA%含有するフィルムのRth(nm)、Rth[0]:Rthを低下させる化合物を含有しないフィルムのRth(nm)、及びA:フィルム原料ポリマーの質量を100としたときの化合物の質量(%)である。)を満たす範囲で少なくとも1種含有することを特徴とする[5]のVA型液晶表示装置。
[7] 前記セルロースアシレート系フィルムが、アシル置換度が2.85〜3.00のセルロースアシレートに、面内レターデーションRe及び厚み方向レターデーションRthを低下させる化合物を少なくとも1種、セルロースアシレート固形分に対して0.01〜30質量%含むことを特徴とする[5]又は[6]のVA型液晶表示装置。
[8] 前記セルロースアシレート系フィルムが、フィルムの|Re(400)−Re(700)|及び|Rth(400)−Rth(700)|を低下させる化合物を少なくとも1種、セルロースアシレート固形分に対して0.01〜30質量%含むことを特徴とする[5]〜[7]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[9] 前記第1の位相差領域が、アクリル系ポリマーフィルムからなる又はアクリル系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする[1]〜[8]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[10] 前記第1の位相差領域が、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーを含有するアクリル系ポリマーフィルムからなる又は当該アクリル系ポリマーフィルムを有する[9]のVA型液晶表示装置。
[11] 前記第2の位相差領域が、セルロースアシレート系フィルムからなる、又はセルロースアシレート系フィルムを含むことを特徴とする[3]〜[10]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[12] 前記第2の位相差領域が、環状オレフィン系ポリマーフィルムからなる、又は環状オレフィン系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする[3]〜[10]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[13] 正面コントラストが、1500以上であることを特徴とする[1]〜[12]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[14] 独立した3原色光が順次発光するバックライトユニットを含み、フィールドシーケンシャル駆動方式で駆動されることを特徴とする[1]〜[13]のいずれかのVA型液晶表示装置。
本発明によれば、正面コントラストが高いVA型液晶表示装置を提供することができる。
本発明のVA型液晶表示装置の一例の断面模式図である。 本発明の作用を説明するために用いた模式図である。
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
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及び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。KOBRAの標準波長は590nmである。
測定されるフィルム等のサンプルが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(X)及び式(XI)よりRthを算出することもできる。
Figure 0005202490
注記:
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。
測定されるフィルムが1軸や2軸の屈折率楕円体で表現できないもの、いわゆる光学軸(optic axis)がないフィルムの場合には、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。
本明細書において、位相差フィルム等の「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味する。また、「可視光領域」とは、380nm〜780nmのことをいう。また、本明細書では、測定波長について特に付記がない場合は、測定波長は590nmである。波長590nmは、本発明が属する技術分野の業界において、フィルムの物性値の管理に一般的に用いられている波長である。
また、本明細書において、位相差領域、位相差フィルム及び液晶層等の各部材の光学特性を示す数値、数値範囲、及び定性的な表現(例えば、「同等」、「等しい」等の表現)については、液晶表示装置やそれに用いられる部材について一般的に許容される誤差を含む数値、数値範囲及び性質を示していると解釈されるものとする。
本明細書において、位相差フィルムとは、液晶セルと偏光子の間に配置された自己支持性のある膜を意味する(レターデーションの大小は関係ない)。なお、位相差膜は位相差フィルムと同義である。位相差領域は液晶セルと偏光子の間に配置された1層または2層以上の位相差フィルムの総称である。
また、本明細書では、「フロント側」とは表示面側を意味し、「リア側」とはバックライト側を意味する。また、本明細書で「正面」とは、表示面に対する法線方向を意味し、「正面コントラスト(CR)」は、表示面の法線方向において測定される白輝度及び黒輝度から算出されるコントラストをいうものとする。
本発明は、VA型液晶セルとリア側偏光子との間に、下記式:
0nm≦Re(590)≦10nm、かつ|Rth(590)|≦25nm
を満足する第1の位相差領域を有することを特徴とするVA型液晶表示装置に関する。
従来、液晶表示装置の光源であって、リア側に配置されるバックライトとして、指向性をもった光を照射するバックライトが使用されている。当該バックライトから液晶表示装置に斜め入射した光は、液晶セル中の液晶層及びカラーフィルタで散乱され、正面方向に散乱された成分が、正面CRを低下させる一因になる。本発明者が検討した結果、バックライトからリア側偏光子に入射した光が、液晶セルに入射するまでに、位相差領域を通過すると、正面CRの低下が顕著になるとの知見を得た。この理由は以下の通りである。
(i) バックライトから斜め入射してリア側偏光子を通過した直線偏光は、液晶セルに入射する前に、位相差領域を通過すると、位相差領域のRe及び/又はRthによって楕円偏光化され、その後、液晶セル中の液晶層及びカラーフィルタ層等で正面に散乱される。正面に散乱された光のうち、フロント側偏光子の吸収軸方向の成分(以下、「A成分」という場合がある)は偏光子に吸収されるが、フロント側偏光子の透過軸方向の成分(以下、「B成分」という場合がある)は、偏光子を透過してしまう。このB成分が、正面CRの低下の原因になる。B成分を少なくすれば、正面コントラストを向上させることができる。この観点で、リア側偏光子と液晶セルとの間に配置する位相差領域のRthは、小さいほど好ましい。
また、
(ii) 位相差領域を構成する位相差フィルムには、製造上、光軸の分布があり、これが偏光子と貼り合せる際の軸ズレを生じさせる。軸ズレは、バックライトからの光の楕円偏光化を促進するため、軸ズレを軽減すれば、正面コントラストを向上させることができる。この観点では、リア側偏光子と液晶セルとの間に配置する位相差領域のReは、小さいほど好ましい。
上記(i)及び(ii)の知見に基づき、さらに検討した結果、リア側偏光子と液晶セルとの間の第1の位相差領域が、下記式
0nm≦Re(590)≦10nm、かつ|Rth(590)|≦25nm
を満足することで、高い正面CRのVA型液晶表示装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、上記構成とすることで、高い正面コントラストを達成するVA型液晶表示装置を提供することができる。また、本発明では、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域には低Re及び低Rthの位相差フィルムのみが配置されているので、偏光子がバックライトからの熱によって変形等して当該位相差フィルムに応力がかかっても、元々低Re及び低Rthである位相差フィルムの光学的異方性の変化は極わずかである。その結果、従来VA型液晶表示装置において観察されていた、画面の四隅部において生じる光もれ、いわゆるコーナームラと呼ばれる、表示品位を低下させる故障も軽減することができる。
さらに、フロント側偏光子と液晶セルとの間の第2の位相差領域が所定の光学特性を示す態様では、斜め方向のCRの向上及び黒表示時のカラーシフトの低減も達成した液晶表示装置を提供することができる。
図1に本発明のVA型液晶表示装置の一例の断面模式図を示す。なお、図中、各層の厚みの相対的関係は、実際の液晶表示装置の各層の厚みの相対的関係と必ずしも一致しているものではない。
図1に示すVA型液晶表示装置は、VA型液晶セルLC、ならびにそれを挟んで、リア側偏光板PL1及びフロント側偏光板PL2を有する。リア側偏光板PL1のさらに外側には、バックライト10が配置され、バックライト10からの光は、リア側偏光板PL1、液晶セルLC、及びフロント側偏光板PL2の順に入射するように構成されている。液晶セルLCはVAモードの液晶セルであり、黒表示時には、ホメオトロピック配向になる。液晶セルLCは、ガラス等からなる上側基板26と下側基板24を対向させることで構成されており、前記基板上には配向膜(図示せず)と電極層(図示せず)を有し、さらにフロント側の基板上には、カラーフィルタ層(図示せず)を有する。
リア側偏光板PL1は、偏光子12と、その表面に、第1の位相差フィルム16及び外側保護フィルム20をそれぞれ有し、並びにフロント側偏光板PL2は、偏光子14と、その表面に第2の位相差フィルム18及び外側保護フィルム22とをそれぞれ有する。偏光子12及び14は、その吸収軸を互いに直交方向にして配置されている。リア側偏光板PL1の偏光子12と液晶セルLCとの間に配置される第1の位相差フィルムは、0nm≦Re(590)≦10nm、かつ|Rth(590)|≦25nmを満足する位相差フィルムである。この特性を満足する限り、位相差フィルムは複数存在していてもよい。例えば、第1の位相差フィルム16と偏光子12との間に、偏光子12の保護フィルムが別途配置されていてもよいが、第1の位相差フィルム16と当該保護フィルムの合計の位相差が0nm≦Re(590)≦10nm、かつ|Rth(590)|≦25nmを満足する。即ち、偏光子12と液晶セルLCとの間には複数の位相差フィルムが存在していてもよいが、複数枚の合計の位相差が上記特性を満足する。偏光子12と液晶セルLCとの間に配置する位相差フィルムが、上記特性を満足することにより、図1に示すVA型液晶表示装置では、バックライト10からの斜め入射光が、液晶セルLCに入射する前に楕円偏光化するのが抑制される。その結果、上記(i)及び(ii)の理由によるコントラストの低下を軽減することができ、高い正面CRを達成できる。
本発明者が鋭意検討した結果、本発明の効果は、VA型液晶セルのフロント側基板(図1中基板26と基板上に形成されたすべての部材を含む)の部材コントラストCRfのほうが、リア側基板(図1中基板24と基板上に形成されたすべての部材を含む)の部材コントラスト(CRr)より高い態様において、特に顕著になることがわかった。さらに、
リア側基板の部材コントラスト(CRr)に対するフロント側基板の部材コントラストC
fの比(CRf/CRr)が3以上、即ち、3≦CRf/CRrの態様で、本発明の効果が
顕著になることがわかった。ここで、VA型液晶セル(図1中のLC)を2枚の基板(図1中の基板24および26)に分解したときに、フロント側の基板(図1中基板26)とその基板上に形成されていた部材の総称をフロント側基板といい、リア側の基板(図1中基板24)とその基板上に形成されていた部材の総称をリア側基板というものとする。当該部材の例には、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、アレイ部材(TFTアレイ等)、基板上の突起部、共通電極、スリット等、種々の部材が含まれる。即ち、液晶セルのリア側基板及びフロント側基板の部材コントラストとは、各基板と各基板上に形成されている種々の部材のトータルのコントラストをいうものとする。測定方法の詳細については、後述する実施例に記載がある。
本発明者が鋭意検討した結果、液晶表示装置の正面CRには、リア側偏光子と液晶セルとの間の第1の位相差領域のレターデーションが大きく影響することが分かった。この理由は、液晶セルの各部材(例えば、液晶層、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、アレイ部材、基板に形成された突起部、共通電極部材、スリット部材など)において散乱や回折といった光学現象が生じるが、それら光学現象に偏光依存性があるためである。以下、詳細に説明する。
一般的には、VA型液晶表示装置では、黒表示時には液晶層は垂直配向状態になるので、リア側偏光子を通過し、法線方向に進む直線偏光は、その後、液晶層を通過してもその偏光状態は変化せず、原則として全てフロント側偏光子の吸収軸で吸収される。即ち、原則として、黒表示時には法線方向には光漏れはないといえる。しかし、VA型液晶表示装置の黒表示時の正面透過率はゼロではない。この理由の1つは、液晶層中の液晶分子が揺らいでいるためであり、液晶層に入射した光がある程度その揺らぎによって散乱されるためであることが知られている。液晶層に入射した光が、完全に、フロント側偏光子の吸収軸で吸収される直線偏光成分しか含んでいないほど、その影響が大きくなり、正面の光漏れが多くなる傾向がある。即ち、リア側に配置される位相差領域の位相差が大きく、高い楕円偏光率の楕円偏光に変換されているほど、この揺らぎによる正面の光漏れを軽減できる。
しかし、本発明者が検討した結果、液晶層中の液晶分子の揺らぎ以外に、リア側偏光子と液晶層との間の位相差領域の位相差にもその一因があることがわかった。バックライトからの指向性のある光がリア側偏光子を通過して、斜め方向から当該位相差領域に入射すると、その位相差によって直線偏光は楕円偏光に変換される。この楕円偏光は、液晶セル中のアレイ部材、及びカラーフィルタ層によって回折及び散乱され、少なくとも一部は正面方向に進む光となる。当該楕円偏光には、フロント側偏光子の吸収軸でブロックできない直線偏光成分が含まれるため、黒表示時においても正面方向に光が漏れ、正面CR低下の原因になる。このアレイ部材やカラーフィルタ層を通過することによって生じる光学現象は、例えば、アレイ部材やカラーフィルタ層の表面が完全に平滑ではなく、ある程度の凹凸があることや、当該部材中に散乱因子等が含有されることによる。このアレイ部材やカラーフィルタ層を通過することによって生じる光学現象が、正面方向の光漏れに与える影響は、前記した液晶層中の液晶分子が揺らいでいることによる影響よりも大きい。
さらに本発明者が鋭意検討した結果、位相差領域を通過することで楕円偏光となった光が液晶セル中の所定の部材を通過する際に受ける光学現象(回折及び散乱等)は、光が液晶層に入射する前に当該部材を通過するか、又は液晶層を通過した後に当該部材を通過するかで、正面方向の光漏れに影響する態様が異なることがわかった。図1中、例えば、図2(a)に示す通り、リア側基板24の内面にアレイ部材が配置されていて、且つフロント側基板26の内面にカラーフィルタが配置されているとすると、光は、液晶層に入射する前にアレイ部材を通過し、液晶層を通過した後にカラーフィルタを通過することになる。
光が液晶層に入射する前に通過する部材(例えばアレイ部材)では、入射光の楕円偏光率は、その前に通過するリア側位相差領域(第1の位相差領域)の位相差によって決まる。一方で、液晶層に入射した後に通過する部材(例えばカラーフィルタ)では、リア側位相差領域の位相差に加えて、液晶層の位相差によって決まる。ここで、VA用液晶表示装置の場合、通常、液晶層のΔnd(590) (dは液晶層の厚さ(nm)、Δn(λ)は液晶層の波長λにおける屈折率異方性であり、Δnd(λ)はΔn(λ)とdの積のことである。)は280〜350nm程度に設定される。アレイ部材の光漏れが少なくなるようにリア側位相差領域の位相差を設定しても、液晶を通過すると楕円率は逆に大きくなる。リア側位相差領域の位相差が大きいほど入射偏光の楕円率が小さくなるので、液晶層を通過する前に光が入射する部材であるか、液晶層を通過した後に光が入射する部材であるかによって、リア側位相差領域の位相差を低く設定した結果、当該部材が正面方向の光漏れに影響する作用が逆転する。
リア側位相差領域の位相差の高低、各部材を通過することによる正面方向光漏れに与える影響の傾向、及びその影響の強弱を、図2(b)にまとめた。なお、図2(b)中、「↑」はリア側位相差領域が高レターデーションの場合に比べて正面CRを高める作用を示し、「↓」は正面CRを低下させる作用を示す。矢印の本数はその作用の強弱の目安であって、本数が多いほど作用が強いことを示す。
図2(b)に示す通り、フロント側基板にカラーフィルタ、及びリア側基板にアレイ部材が配置されたVA型液晶表示装置の態様では、リア側位相差領域の位相差を低くすると、リア側基板に配置されているアレイ部材による光学現象によって生じる正面方向の光漏れは軽減される方向に作用する一方で、フロント側基板に配置されているカラーフィルタ層による光学現象によって生じる正面方向の光漏れは増加する方向に作用し、即ち、双方の作用が相殺される関係にある。
例えば、リア側基板とフロント側基板の双方に、コントラストを低下させる要因となる部材が同様に配置されている液晶セルでは、リア側の第1の位相差領域が低レターデーションであっても、リア側基板に配置されている部材(例えば図2(b)ではアレイ部材)による正面CRを高める作用が、フロント側基板に配置されている部材(例えば図2(b)ではCF部材)による正面CRを低下させる作用によって若干打ち消されてしまう場合がある。即ち、リア側の第1の位相差領域が低レターデーションであるという本発明の特徴は、リア側基板にコントラストを低下される要因となる部材が多く存在している態様において、特に高い効果を示す、と言うことができる。
なお、リア側の第1の位相差領域のレターデーションが、正面CRに与える影響は、低い正面CRの液晶表示装置ではほとんど無視できる程度である。しかし、近年提供されている、高い正面CR(例えば、正面CRが1500以上)の液晶表示装置について、さらなる正面CRの改善を図るためには、この影響を無視することはできない。本発明は、正面CRが1500以上の液晶表示装置について、正面CRをさらに改善するのに特に有用である。
なお、図2では、一例として、フロント側基板26の内面にカラーフィルタ(CF)が、リア側基板24の内面にアレイ部材がある、通常の液晶セル構成を図示したが、本発明の液晶表示装置では、CF及びアレイ部材の位置は任意である。例えば、カラーフィルタオンアレイ(COA)の様に、CFがアレイ部材を有するリア側基板側に配置されている態様も、本発明に含まれることは勿論である。また、アレイ部材が、フロント側基板26側に配置されているのであれば、アレイ部材の作用は、図2(b)中のCF部材と同様になり、またCFがリア側基板24側に配置されているのであれば、CF部材の作用は、図2(b)のアレイ部材と同様になる。図示していない他の部材(例えば、ブラックマトリックス)についても同様であり、部材が、フロント側基板26側に配置されているのであれば、当該アレイ部材の作用は、図2(b)中のCF部材と同様になり、また部材がリア側基板24側に配置されているのであれば、当該部材の作用は、図2(b)のアレイ部材と同様になる。
上記した通り、リア側基板(図1中基板24)の部材コントラスト(CRr)に対するフロント側基板(図1中基板26)の部材コントラストCRfの比(CRf/CRr)が3以上、即ち、3≦CRf/CRr、を満足する態様で、本発明の効果が顕著になることがわかった。この関係を満足する液晶セルの例としては、例えば、リア側基板がCOA基板である液晶セルがある。COAに関しては、特開2005−99499号公報及び特開2005−258004号公報に詳細な記載がある。
なお、前述のように、CF、ブラックマトリックス、アレイ部材での光学現象による、黒表示時の光漏れの入射偏光状態依存性は、すべて同じ傾向を示すが、ブラックマトリックスの寄与は相対的に小さいため、CFがアレイ部材を有するリア側基板側に配置されたCOAの液晶表示装置におけるブラックマトリックスの位置は、液晶セル内のいずれでもよく、リア側偏光子と液晶層の間に位置することが好ましい。
また、3≦CRf/CRr、を満足する液晶セルの例には、カラーフィルタを有さない液晶セル、及びカラーフィルタを有さず、フィールドシーケンシャル駆動の液晶セルが挙げられる。フィールドシーケンシャル駆動の液晶セルについては、特開2009−42446号公報、特開2007−322988号公報、及び特許第3996178号公報等に詳細な記載があり、参照することができる。フィールドシーケンシャル駆動では、独立した3原色光が順次発光するバックライトユニットが利用される。光源としてLEDを備えたバックライトユニットが好ましく、例えば、赤、緑、青の3色を発光するLED素子を光源として備えるバックライトユニットが好ましく利用される。
また、リア側基板にアレイ部材が配置され、フロント側基板にカラーフィルタが配置されている通常の態様の液晶セルであっても、カラーフィルタのコントラストが高い態様であれば、勿論、上記条件、3≦CRf/CRrを満足し、本発明の好ましい態様となる。高コントラストのカラーフィルタの例としては、従来のCFに使用される顔料と比較して、より微小な粒径の顔料を使用したカラーフィルタが挙げられる。顔料を使用した高コントラストのカラーフィルタの作製方法の例としては、以下の2つの方法が挙げられる。
(i)顔料粒子をサンドミルやロールミル、ボールミルといった分散機を用いて機械的により細かく粉砕する方法であって、例えば、特開2009−144126号公報等に称さない記載があり、参照することができる。
(ii)顔料を溶剤に溶解させた後に再析出させることで微細な顔料粒子を調整する方法であって、例えば、特開2009−134178号公報に詳細な記載がある。
また、顔料以外に、染料を利用して高コントラストのカラーフィルタを作製する方法も提案されている。特開2005−173532号公報に詳細な記載があり、参照することができる。
これらの高コントラスト化されたカラーフィルタを利用することにより、通常の構成であっても、3≦CRf/CRrを満足する液晶セルとなる。
再び、図1において、フロント側偏光板PL2が有する第2の位相差フィルム18の光学特性は、斜め方向のコントラストの改善、及び黒表示時のカラーシフトの軽減に寄与するものであるのが好ましい。なお、VA型液晶セルLCの液晶層のΔnd(λ)は、上記した通り、一般的には、280〜350nm程度である。第2の位相差フィルム18のレターデーション、特にRth、の好ましい範囲は、液晶層のΔnd(λ)の値に応じて変動する。斜めコントラスト改善のため、Δnd(λ)に対する、好ましい位相差フィルムの組み合わせについては、種々の公報に記載があり、例えば、特許3282986号、第3666666号及び第3556159号等に記載があり、参照することができる。
第2の位相差領域の光学特性の好ましい範囲については、後述する。
なお、VA型液晶セルのΔnd(590)は一般的に280〜350nm程度であるが、これは白表示時の透過率をなるべく高くするためである。一方で、Δnd(590)が280nm以下の場合、Δnd(590)の低下に伴い白輝度がわずかに低下するものの、セルの厚みdが小さくなるため、高速応答性に優れる液晶表示装置となる。リア側の第1の位相差領域が低レターデーションであれば、正面方向への光漏れが少なくなる結果、高い正面CRが得られるという本発明の特徴は、いずれのΔnd(590)の液晶表示装置においても効果がある。
図1のVA型液晶表示装置では、第1の位相差フィルム16及び第2の位相差フィルム18が、それぞれ偏光子12及び14の保護フィルムとしても機能している実施形態を示したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、第1の位相差フィルム及び第2位相差フィルムのそれぞれと、偏光子12及び14との間には、別途、偏光子の保護フィルムが配置されていてもよい。但し、上記した通り、第1の位相差フィルムと偏光子12との間に配置される保護フィルムは、第1の位相差フィルムとの積層体としてトータルで、第1の位相差領域に求められる特性を満足する必要がある。
また、リア側偏光子12は、そのバックライト10側の表面に、保護フィルム20を有するが、さらにその表面に、防汚性フィルム、アンチリフレクションフィルム、アンチグレアフィルム、アンチスタチックフィルム等の機能性フィルムを有していてもよく、また、同様に、フロント側偏光子14は、その表示面側表面に、保護フィルム22を有するが、さらにその表面に、防汚性フィルム、アンチリフレクションフィルム、アンチグレアフィルム、アンチスタチックフィルム等の機能性フィルムを有していてもよい。
ところで、前述した通り、片側に大きな位相差を分担させて光学補償する方式の場合、大きな位相差のフィルムは、リア側に配置されるのが従来一般的であったが、本発明のように、フロント側に配置した方が、偏光板としての得率が向上すると考えられる。その理由を説明する。
大きな位相差のフィルムは、製造時に多くの添加剤等を添加したり、高倍率で延伸する工程が必要であるため、フィルムに多くの添加剤を加えなくとも製造可能な安価フィルムいわゆるプレーンTAC=Reが0〜10nm、Rthが30〜80nmであるトリアセチルセルロースフィルム等)や小さな位相差のフィルムに比べて広幅化が困難である。通常の液晶表示装置には、横長の液晶セルが使用され、フロント側偏光子の吸収軸は水平方向(左右方向)に、リア側偏光子の吸収軸は鉛直方向(上下方向)に配置されるのが一般的である。さらに、工業的生産では、偏光子と位相差フィルムとをロール トゥ ロールで貼合するが一般的である。この製法で作製した偏光板を液晶セルに貼合することを考えると、フロント側に大きな位相差のフィルムを配置した方が、偏光板の幅方向を高い効率で使用することができ、即ち、得率が高くなる。本発明のように、リア側に位相差の小さな位相差のフィルムを配置する場合は、かかるフィルムは、広幅フィルムとしての作製が容易であり、広幅偏光子と組み合わせることで、さらに得率を高くできる。その結果、廃棄する偏光板の量を少なくすることができる。
本発明のVA型液晶表示装置のモードについてはいずれであってもよく、具体的にはMVA(Multi-domain Vertical Alignment)型、PVA(Patterned Vertical Alignment)型、光配向型(Optical Alignment)、及びPSA(Polymer-Sustained Alignment)のいずれであってもよい。これらのモードの詳細については、特開2006−215326号公報、及び特表2008−538819号公報に詳細な記載がある。
上記した通り、本発明では、高コントラストのカラーフィルタを用いてもよいが、勿論、通常の液晶表示装置が有するカラーフィルタを利用してもよい。カラーフィルタは、一般的には、基板の画素部位に複数の異なる色(例えば赤、緑、青の光の3原色、透明、黄色、シアンなど)を配列したカラーフィルタである。その作製方法は様々であり、例えば、着色のための材料(有機顔料、染料、カーボンブラックなど)を用い、カラーレジストと呼ばれる着色感光性組成物(無色の場合もある)を調製し、これを基板の上に塗布して層を形成し、フォトリソグラフィ法によりパターン形成するのが一般的である。前記着色感光性組成物を基板の上に塗布する方法も様々であり、例えば初期には、スピン・コーター法が採用され、省液の観点で、スリット&スピン型コーター法が採用され、現在では、スリット・コーター法が一般的に採用されている。その他にロールコーティング法、バーコーティング法、ダイコーティング法などがある。また近年では、フォトリソグラフィにより離画壁とよばれるパターンを形成した後に、インクジェット方式により画素の色を形成することも行なわれている。この他に、着色非感光性組成物と感光性ポジ型レジストを組み合わせた方法、印刷法、電着法、フィルム転写法によるものなどが知られている。本発明に利用するカラーフィルタは、いずれの方法で作製されたものであってもよい。
カラーフィルタ形成用の材料についても特に制限はない。着色材料として、染料、有機顔料、無機顔料等、いずれを用いることもできる。染料は、高コントラスト化の要求から検討されていたが、近年は有機顔料の分散技術が進歩し、ソルトミリング法などで微細に砕いたブレークダウン顔料や、ビルドアップ法による微細化顔料などが高コントラスト化に用いられている。本発明には、いずれの着色材料を用いてもよい。
以下、本発明のVA型液晶表示装置に用いられる種々の部材について、詳細に説明する。
1.第1の位相差領域
本発明では、前記リア側偏光子と前記VA型液晶セルとの間に配置する1層又は2層以上の位相差層からなる第1の位相差領域は、下記式:
0nm≦Re(590)≦10nm、かつ|Rth(590)|≦25nm
を満足する。第1の位相差領域は、下記式:
0nm≦Re(590)≦5nm、且つ|Rth(590)|≦10nm
を満足するのが好ましく、下記式:
0nm≦Re(590)≦3nm、且つ|Rth(590)|≦5nm
を満足するのがより好ましい。
第1の位相差領域の面内レターデーションReの波長分散は、可視光域において、波長が長波長になる程大きくなるという、いわゆる逆分散性を示すことが好ましい。即ち、Re(450)<Re(550)<(Re(590)<)Re(630)を満足するのが好ましい。その理由は、第1の位相差領域のReが逆波長分散性であると、可視光域の中心波長550nm程度で、光学特性を最適化すれば、可視光全域にわたって、最適化される傾向があるからである。理想的には、第1の位相差領域のRe(λ)を、波長λで割った値が一定になることであり、この態様では、ポアンカレ球上での遷移は、可視光域において、波長によらず同様であり、斜め方向に生じるカラーシフトの問題も解決される。
より高い正面CRを得るためには、リア側に配置される第1の位相差領域を構成する位相差フィルムのヘイズは、0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.2以下がさらに好ましい。
なお、本明細書において、フィルムのヘイズの測定方法は以下の通りである。フィルム試料40mm×80mmを準備し、25℃,60%RHの環境下、ヘイズメーター(NDH−2000、日本電色工業(株)製)により、JIS K−6714に従って測定する。
前記第1の位相差領域は、1枚又は2枚以上の位相差フィルムからなっていてもよい。その材料については特に制限はない。上記特性を満足するフィルムとしては、セルロースアシレート系フィルム、及びアクリル系ポリマーフィルムが好ましい。
セルロースアシレート系フィルム:
本明細書では、「セルロースアシレート系フィルム」とは、セルロースアシレートを主成分(全成分の50質量%以上)として含有するフィルムをいう。当該フィルムの作製に用いられるセルロースアシレートは、セルロースの水酸基の水素原子を、アシル基に置換したものである。前記セルロースアシレートはセルロースの水酸基がアシル化されたもので、その置換基はアシル基の炭素原子数が2のアセチル基から炭素原子数が22のものまでいずれも用いることができる。本発明において使用されるセルロースアシレートにおいて、セルロースの水酸基への置換度については特に限定されないが、セルロースの水酸基に置換する酢酸および/または炭素原子数3〜22の脂肪酸の結合度を測定し、計算によって置換度を得ることができる。測定方法としては、ASTMのD−817−91に準じて実施することができる。
なお、本発明の第1の位相差位相差領域を構成する位相差フィルムの材料として利用可能なセルロースアシレートの例には、特開2006−184640号公報の[0019]〜[0025]に詳細な記載があるセルロースアシレートが含まれる。
前記第1の位相差領域を構成する位相差フィルムの作製に利用されるセルロースアシレートの置換度については特に限定されないが、セルロースのアシル置換度が2.30〜3.00であることが望ましい。また、低いヘイズの位相差フィルムを得るためには、アシル置換度は低い方が好ましく、アシル置換度が2.30〜2.65であることが好ましく、2.35〜2.60であることがより好ましく、2.40〜2.60であることがさらに好ましい。一方、位相差フィルムが逆波長分散性を示すためには、アシル置換度は高い方が好ましく、具体的には、2.65〜3.00であることが好ましく、2.75〜3.00であることがより好ましく、2.80〜3.00であることがさらに好ましい。
また、上述のセルロースアシレートのアシル置換基のうちで、実質的にアセチル基/プロピオニル基/ブタノイル基の少なくとも2種類からなる場合においては、その全置換度が2.30〜3.00の場合にセルロースアシレート系フィルムの光学異方性を効果的に低下させることができることがわかった。より好ましいアシル置換度は2.35〜3.00であり、さらにのぞましくは2.40〜3.00である。
また、前記第1の位相差領域を構成する位相差フィルムの作製に利用されるセルロースアシレートの重合度は、粘度平均重合度で180〜700であり、セルロースアセテートにおいては、180〜550がより好ましく、180〜400がさらに好ましく、180〜350が特に好ましい。重合度が高すぎるとセルロースアシレートのドープ溶液の粘度が高くなり、流延によりフィルム作製が困難になる。重合度が低すぎると作製したフィルムの強度が低下してしまう。なお、平均重合度は、宇田らの極限粘度法( 宇田和夫、斉
藤秀夫、繊維学会誌、第18巻第1号、105〜120頁、1962年)により測定できる。特開平9−95538に詳細に記載されている。
また、前記第1の位相差領域を構成する位相差フィルムの作製に利用されるセルロースアシレートの分子量分布はゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって評価され、その多分散性指数Mw/Mn(Mwは質量平均分子量、Mnは数平均分子量)が小さく、分子量分布が狭いことが好ましい。具体的なMw/Mnの値としては、1.0〜3.0であることが好ましく、1.0〜2.0であることがさらに好ましく、1.0〜1.6であることが最も好ましい。
1枚又は他のフィルムとともに、前記第1の位相差領域に要求される光学特性を満足するフィルムを作製するため、セルロースアシレートとともに、種々の添加剤を用いることができる。使用可能な添加剤の例には、光学的異方性を低下する化合物、波長分散調整剤、紫外線防止剤、可塑剤、劣化防止剤、微粒子、光学特性調整剤などが含まれる。本発明おいて、利用可能な添加剤の例には、特開2006−184640号公報の[0026]〜[0218]に詳細な記載がある種々の添加剤が含まれる。また添加量の好ましい範囲についても、当該欄に記載されている好ましい範囲と同様である。
前記光学異方性を低下させる化合物は、芳香族基を含有してもよいし、含有しなくてもよい。また光学異方性を低下させる化合物は、分子量が150以上3000以下であることが好ましく、170以上2000以下であることが好ましく、200以上1000以下であることが特に好ましい。これらの分子量の範囲であれば、特定のモノマー構造であっても良いし、そのモノマーユニットが複数結合したオリゴマー構造、ポリマー構造でもよい。
光学異方性を低下させる化合物は、好ましくは、25℃で液体であるか、融点が25〜250℃の固体であり、さらに好ましくは、25℃で液体であるか、融点が25〜200℃の固体である。また光学異方性を低下させる化合物は、セルロースアシレート系フィルム作製のドープ流延、乾燥の過程で揮散しないことが好ましい。
光学異方性を低下させる化合物の添加量は、セルロースアシレート固形分に対して0.01〜30質量%であることが好ましく、1〜25質量%であることがより好ましく、5〜20質量% であることが特に好ましい。特に、本発明では、アシル置換度が2.85〜3.00のセルロースアシレートに対し、前述の光学異方性を低下させる化合物を少なくとも一種、上記添加量で添加することが好ましい。
なお、光学異方性を低下させる化合物は、単独で用いても、2種以上化合物を任意の比で混合して用いてもよい。また、光学異方性を低下させる化合物を添加する時期は、溶液製膜法においては、ドープ調製工程中のいずれのタイミングであってもよく、ドープ調製工程の最後に添加してもよい。
本発明では、第1の位相差領域の一部又は全部として使用されるセルロースアシレート系フィルムは、溶液キャスト法により製造することが好ましい。この方法では、セルロースアシレートを有機溶媒に溶解した溶液(ドープ)を用いてフィルムを製造することができる。上記添加剤を使用する場合は、添加剤はドープ調製のいずれのタイミングで添加してもよい。本発明に利用可能なセルロースアシレート系フィルムの製造方法については、特開2006−184640号公報の[0219]〜[0224]の記載を参照することができる。
前記溶液キャスト法として、共流延法、逐次流延法、塗布法などの積層流延法も用いることができる。共流延法および逐次流延法により製造する場合には、先ず、各層用のセルロースアシレート溶液(ドープ)を調製する。共流延法(重層同時流延)は、流延用支持体(バンドまたはドラム)の上に、各層(3層あるいはそれ以上でも良い)各々の流延用ドープを別のスリットなどから同時に押出す流延用ギーサからドープを押出して、各層同時に流延し、適当な時期に支持体から剥ぎ取って、乾燥しフィルムを成形する流延法である。
逐次流延法は、流延用支持体の上に先ず第1層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して、流延し、乾燥あるいは乾燥することなく、その上に第2層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して流延する要領で、必要なら第3層以上まで逐次ドープを流延・積層して、適当な時期に支持体から剥ぎ取って、乾燥しフィルムを成形する流延法である。
塗布法は、一般的には、コア層のフィルムを溶液製膜法によりフィルムに成形し、表層に塗布する塗布液を調製し、適当な塗布機を用いて、片面ずつまたは両面同時にフィルムに塗布液を塗布・乾燥して積層構造のフィルムを成形する方法である。
アクリル系ポリマーフィルム:
アクリル系ポリマーフィルムは、(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも1種から誘導される繰り返し単位を有するアクリル系ポリマーを主成分とするフィルムである。当該アクリル系ポリマーフィルムの好ましい例は、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される繰り返し単位とともに、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーである。このアクリル系ポリマーについては、特開2008−9378号公報に詳細な記載があり、参照することができる。
フィルム成形の方法としては、種々のフィルム成形方法を利用することができ、例えば、溶液キャスト法(溶液流延法)、溶融押出法、カレンダー法、圧縮成形法などが挙げられる。これらのフィルム成形方法のうち、溶液キャスト法(溶液流延法)、溶融押出法が特に好ましい。
溶液キャスト法(溶液流延法)に使用される溶媒としては、例えば、クロロホルム、ジクロロメタンなどの塩素系溶媒;トルエン、キシレン、ベンゼンなどの芳香族系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、2−ブタノールなどのアルコール系溶媒;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、ジエチルエーテル;などが挙げられる。これら溶媒は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。
溶液キャスト法(溶液流延法)を行うための装置としては、例えば、ドラム式キャスティングマシン、バンド式キャスティングマシン、スピンコーターなどが挙げられる。
溶融押出法としては、Tダイ法、インフレーション法などが挙げられ、その際の、フィルムの成形温度は、好ましくは150〜350℃、より好ましくは200〜300℃である。
また、リア側に配置される第1の位相差領域を構成している位相差フィルムの厚みは、薄いほうが好ましいが、コーナームラ抑制のためには、位相差フィルムにかかる応力による位相差フィルムの変形を小さくする必要がある。第1の位相差領域を構成している位相差フィルムの膜厚は20μm以上、200μm以下とすることがコーナームラの抑制及び製造適性の観点で好ましい。
2. 第2の位相差領域
フロント側偏光子と液晶セルとの間に配置される第2の位相差領域は、その光学特性が、斜め方向のコントラストの向上、及び黒表示時のカラーシフトの軽減に寄与し得るように調整されているのが好ましい。好ましい第2の位相差領域の一例は、30nm≦Re(590)≦90nm、且つ170nm≦Rth(590)≦300nm
を満足する位相差領域である。この範囲であると、一般的なVA型液晶セル(Δnd(590)は180〜350nm程度)の黒表示時の斜め方向の光漏れを軽減できる。
さらに、前述したように、第2の位相差領域のレターデーション、特にRth、の好ましい範囲は、液晶層のΔnd(λ)の値に応じて変動する。ここで、波長λにおける第1の位相差領域のRthをRth1(λ)、第2の位相差領域のRthをRth2(λ)とすると、液晶層のΔnd(λ)および第1の位相差領域のRth(λ)に対する、さらに好ましい第2の位相差領域の一例は、
Δnd(590)−70≦Rth1(590)+Rth2(590)≦Δnd(590)−10
を満足する位相差領域であり、より好ましくは、
Δnd(590)−60≦Rth1(590)+Rth2(590)≦Δnd(590)−20
を満足する位相差領域である。この範囲であると、VA型液晶セルの黒表示時の斜め方向の光漏れをより軽減できる。
また、上記した通り、白表示時の透過率を高くする(=正面CRを高くする)ためには、液晶層のΔnd(590)が280nm以上340nm以下であることが好ましい。この場合、フロント側に配置される第2の位相差領域は、
220nm≦Rth(590)≦280nm
であることが好ましく、
230nm≦Rth(590)≦280nm
であることがより好ましい。
一方で、製造適性を考慮すると、第2の位相差領域として、Rth(590)≦230nmの位相差フィルムを利用する構成が好ましい場合がある。一般的に、高い位相差の位相差フィルムを得るためには、延伸倍率の高い延伸処理を行ったり、または位相差の発現に寄与する添加剤の添加量を増やしたりする必要があるが、延伸倍率が高くなるとフィルムの切断が起こり易くなり、また、添加剤の添加量が多くなるとフィルムから添加剤が染み出す場合があるためである。
Rth(590)≦230nmの位相差フィルムを利用するためには、液晶セルのΔnd(590)は、Δnd(590)≦290nmであることが好ましく、Δnd(590)≦280nmであることがより好ましい。
第2の位相差領域は、一枚の位相差フィルムからなっていても、2枚以上のフィルムの積層体であってもよい。また、上記特性を満足する限り、その材料について特に制限はない。種々のポリマーフィルム、例えば、セルロースアシレート、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を利用することができる。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等から1種又は2種以上のポリマーを選択し、主成分として用いてポリマーフィルムを作製し、上記特性を満足する組合せで、第2の位相差領域を構成している位相差フィルムの作製に利用することができる。
第2の位相差領域を構成する位相差フィルムとしては、セルロースアシレート系フィルムを用いるのが好ましい。第2の位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用可能なセルロースアシレート系フィルムの原料としては、アシル置換度が2.00〜3.00であることが好ましい。また、フィルムは延伸することで所望のレターデーションに調整するが、延伸時のレターデーション発現性の観点からは、アシル置換度は低い方が好ましい。ただし、アシル置換度が低いほど、未延伸時のフィルムのRthが高くなるため、VA液晶表示装置の位相差フィルムとしては、アシル置換度が2.00〜2.65であることが好ましく、2.20〜2.65であることがより好ましく、2.30〜2.60であることがさらに好ましい。一方、位相差フィルムが逆波長分散性を示すためには、アシル置換度の高い方が好ましく、具体的には、2.65〜3.00であることが好ましく、2.75〜3.00であることがより好ましく、2.80〜3.00であることがさらに好ましい。
また、前記セルロースアシレートは、セルロースアセテートであることが好ましいが、アセチル基に代えて、又はアセチル基とともに、アセチル基以外のアシル基で置換されていてもよい。中でも、アセチル、プロピオニル及びブチリル基から選ばれる少なくとも一種のアシル基を有するセルロースアシレートが好ましく、及びアセチル、プロピオニル及びブチリル基から選ばれる少なくとも二種のアシル基を有するセルロースアシレートがより好ましい。さらに、アセチル基と、プロピオニル及び/又はブチリル基とを有するセルロースアシレートが好ましく、アセチル基の置換度が1.0〜2.97で、プロピオニル及び/又はブチリル基の置換度が0.2〜2.5のセルロースアシレートがより好ましい。
また、前記セルロースアシレートは、200〜800の質量平均重合度を有することが好ましく、250〜550の質量平均重合度を有することがさらに好ましい。また本発明で用いられるセルロースアシレートは、70000〜230000の数平均分子量を有することが好ましく、75000〜230000の数平均分子量を有することがさらに好ましく、78000〜120000の数平均分子量を有することがよりさらに好ましい。
上記第1の位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用可能なセルロースアシレートの原料と同様であるが、但し、光学的異方性を低下させる化合物等、第1の位相差領域を構成している位相差フィルム用のセルロースアシレート系フィルムの作製に用いられる添加剤は、第2の位相差領域を構成する位相差フィルム用セルロースアシレート系フィルムの作製には用いないことが好ましい。一方、第2の位相差領域を構成する位相差フィルム用セルロースアシレート系フィルムの作製には、レターデーション発現剤を添加剤として利用することが好ましい。使用可能なレターデーション発現剤としては、棒状または円盤状化合物、正の複屈折性化合物からなるものを挙げることができる。前記棒状または円盤状化合物としては、少なくとも二つの芳香族環を有する化合物をレターデーション発現剤として好ましく用いることができる。前記棒状化合物からなるレターデーション発現剤の添加量は、セルロースアシレートを含むポリマー成分100質量部に対して0.1〜30質量部であることが好ましく、0.5〜20質量部であることがさらに好ましい。前記円盤状のレターデーション発現剤は、前記セルロースアシレート樹脂100質量部に対して、0.05〜20質量部の範囲で使用することが好ましく、0.1〜15質量部の範囲で使用することがより好ましく、0.1〜10質量部の範囲で使用することがさらに好ましい。
前記円盤状化合物はRthレターデーション発現性において前記棒状化合物よりも優れているため、特に大きなRthレターデーションを必要とする場合には好ましく使用される。2種類以上のレターデーション発現剤を併用してもよい。
前記レターデーション発現剤は、250〜400nmの波長領域に最大吸収を有することが好ましく、可視領域に実質的に吸収を有していないことが好ましい。
(1)円盤状化合物
前記円盤状化合物について説明する。円盤状化合物としては少なくとも二つの芳香族環を有する化合物を用いることができる。
本明細書において、「芳香族環」は、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。本発明に用いることができる前記円盤状化合物としては、例えば、特開2008−181105号公報の[0038]〜[0046]に記載される化合物を挙げることができる。
第2の位相差領域を構成する位相差フィルムの作製に利用可能な前記円盤状化合物の例には、下記一般式(I)で表される化合物が含まれる。
Figure 0005202490
式中、X1は、単結合、−NR4−、−O−又はS−であり;X2は、単結合、−NR5−、−O−又はS−であり;X3は、単結合、−NR6−、−O−又はS−である。また、R1、R2、及びR3は、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、芳香族環基又は複素環基であり;R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基又は複素環基である。
以下に前記一般式(I)で表される化合物の好ましい例(I−(1)〜IV−(10))を下記に示すが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
Figure 0005202490
Figure 0005202490
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Figure 0005202490
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(2)棒状化合物
本発明では前述の円盤状化合物の他に直線的な分子構造を有する棒状化合物も好ましく用いることができる。本発明に用いることができる前記棒状化合物としては、例えば、特開2007−268898号公報の[0053]〜[0095]に記載される化合物を挙げることができる。
(3)正の複屈折性化合物
正の複屈折性化合物とは、分子が一軸性の配向をとって形成された層に光が入射したとき、前記配向方向の光の屈折率が前記配向方向に直交する方向の光の屈折率より大きくなるポリマーをいう。
このような正の複屈折性化合物としては、特に制限ないが、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミドおよびポリエステルイミド等の固有複屈折値が正のポリマーを挙げることができ、ポリエーテルケトンおよびポリエステル系ポリマー等が好ましく、ポリエステル系ポリマーがより好ましい。
前記ポリエステル系ポリマーは、炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸と炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸の混合物と、炭素数2〜12の脂肪族ジオール、炭素数4〜20のアルキルエーテルジオールおよび炭素数6〜20の芳香族ジオールから選ばれる少なくとも1種類以上のジオールとの反応によって得られるものであり、かつ反応物の両末端は反応物のままでもよいが、さらにモノカルボン酸類やモノアルコール類またはフェノール類を反応させて、所謂末端の封止を実施してもよい。この末端封止は、特にフリーなカルボン酸類を含有させないために実施されることが、保存性などの点で有効である。本発明のポリエステル系ポリマーに使用されるジカルボン酸は、炭素数4〜20の脂肪族ジカルボン酸残基または炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸残基であることが好ましい。
好ましく用いられる炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸および1,4−シクロヘキサンジカルボン酸が挙げられる。
また炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、2,8−ナフタレンジカルボン酸および2,6−ナフタレンジカルボン酸等がある。
これらの中でも好ましい脂肪族ジカルボン酸としては、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸であり、芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸である。特に好ましくは、脂肪族ジカルボン酸成分としてはコハク酸、グルタル酸、アジピン酸であり、芳香族ジカルボン酸としてはフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、である。
前述の脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸のそれぞれの少なくとも一種類を組み合わせて用いられるが、その組み合わせは特に限定されるものではなく、それぞれの成分を数種類組み合わせても問題ない。
前記正の複屈折性化合物に利用されるジオールまたは芳香族環含有ジオールは、例えば、炭素数2〜20の脂肪族ジオール、炭素数4〜20のアルキルエーテルジオールおよび炭素数6〜20の芳香族環含有ジオールから選ばれるものである。
炭素原子2〜20の脂肪族ジオールとしては、アルキルジオールおよび脂環式ジオール類を挙げることができ、例えば、エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(ネオペンチルグリコール)、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール(3,3−ジメチロ−ルペンタン)、2−n−ブチル−2−エチル−1,3プロパンジオール(3,3−ジメチロールヘプタン)、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−オクタデカンジオール等があり、これらのグリコールは、1種または2種以上の混合物として使用される。
好ましい脂肪族ジオールとしては、エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールであり、特に好ましくはエタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールである。
炭素数4〜20のアルキルエーテルジオールとしては、好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエチレンエーテルグリコールおよびポリプロピレンエーテルグリコールならびにこれらの組み合わせが挙げられる。その平均重合度は、特に限定されないが好ましくは2〜20であり、より好ましくは2〜10であり、さらには2〜5であり、特に好ましくは2〜4である。これらの例としては、典型的に有用な市販のポリエーテルグリコール類としては、カーボワックス(Carbowax)レジン、プルロニックス(Pluronics) レジンおよびニアックス(Niax)レジンが挙げられる。
炭素数6〜20の芳香族ジオールとしては、特に限定されないがビスフェノールA、1,2−ヒドロキシベンゼン、1,3−ヒドロキシベンゼン、1,4−ヒドロキシベンゼン、1,4−ベンゼンジメタノールが挙げられ、好ましくはビスフェノールA、1,4−ヒドロキシベンゼン、1,4−ベンゼンジメタノールである。
前記正の複屈折性化合物は、末端がアルキル基あるいは芳香族基で封止された化合物であることが好ましい。これは、末端を疎水性官能基で保護することにより、高温高湿での経時劣化に対して有効であり、エステル基の加水分解を遅延させる役割を示すことが要因となっている。
前記正の複屈折性化合物の両末端がカルボン酸やOH基とならないように、モノアルコール残基やモノカルボン酸残基で保護することが好ましい。
この場合、モノアルコールとしては炭素数1〜30の置換、無置換のモノアルコールが好ましく、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、ヘキサノール、イソヘキサノール、シクロヘキシルアルコール、オクタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ノニルアルコール、イソノニルアルコール、tert−ノニルアルコール、デカノール、ドデカノール、ドデカヘキサノール、ドデカオクタノール、アリルアルコール、オレイルアルコールなどの脂肪族アルコール、ベンジルアルコール、3−フェニルプロパノールなどの置換アルコールなどが挙げられる。
好ましく使用され得る末端封止用アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、イソペンタノール、ヘキサノール、イソヘキサノール、シクロヘキシルアルコール、イソオクタノール、2−エチルヘキシルアルコール、イソノニルアルコール、オレイルアルコール、ベンジルアルコールであり、特にはメタノール、エタノール、プロパノール、イソブタノール、シクロヘキシルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール、イソノニルアルコール、ベンジルアルコールである。
また、モノカルボン酸残基で封止する場合は、モノカルボン酸残基として使用されるモノカルボン酸は、炭素数1〜30の置換、無置換のモノカルボン酸が好ましい。これらは、脂肪族モノカルボン酸でも芳香族環含有カルボン酸でもよい。好ましい脂肪族モノカルボン酸について記述すると、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、カプリル酸、カプロン酸、デカン酸、ドデカン酸、ステアリン酸、オレイン酸が挙げられ、芳香族環含有モノカルボン酸としては、例えば安息香酸、p−tert−ブチル安息香酸、p−tert−アミル安息香酸、オルソトルイル酸、メタトルイル酸、パラトルイル酸、ジメチル安息香酸、エチル安息香酸、ノルマルプロピル安息香酸、アミノ安息香酸、アセトキシ安息香酸等があり、これらはそれぞれ1種または2種以上を使用することができる。
前記正の複屈折性化合物の合成は、常法により上記ジカルボン酸とジオールおよび/または末端封止用のモノカルボン酸またはモノアルコール、とのポリエステル化反応またはエステル交換反応による熱溶融縮合法か、あるいはこれら酸の酸クロライドとグリコール類との界面縮合法のいずれかの方法によっても容易に合成し得るものである。これらのポリエステル系添加剤については、村井孝一編者「添加剤 その理論と応用」(株式会社幸書房、昭和48年3月1日初版第1版発行)に詳細な記載がある。また、特開平05−155809号、特開平05−155810号、特開平5−197073号、特開2006−259494号、特開平07−330670号、特開2006−342227号、特開2007−003679号各公報などに記載されている素材を利用することもできる。
以下に、前記正の複屈折性化合物の具体例を記すが、本発明で用いることができる正の複屈折性化合物はこれらに限定されるものではない。
Figure 0005202490
Figure 0005202490
表1および表2中、PAはフタル酸を、TPAはテレフタル酸を、IPAはイソフタル酸を、AAはアジピン酸を、SAはコハク酸を、2,6−NPAは2,6−ナフタレンジカルボン酸を、2,8−NPAは2,8−ナフタレンジカルボン酸を、1,5−NPAは1,5−ナフタレンジカルボン酸を、1,4−NPAは1,4−ナフタレンジカルボン酸を、1,8−NPAは1,8−ナフタレンジカルボン酸をそれぞれ示している。
このような前記正の複屈折性化合物の添加量は、セルロースアシレート樹脂100質量部に対して、1〜30質量部であることが好ましく、4〜25質量部であることがより好ましく、10〜20質量部であることが特に好ましい。
前記セルロースアシレート系フィルムの作製に用いられるセルロースアシレート溶液に、前記レターデーション発現剤のほかに、その他の添加剤を有していてもよい。その他の添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、剥離促進剤、可塑剤などをあげることができ、いずれも公知の添加剤を用いることができる。
前記セルロースアシレート溶液に、得られるフィルムの機械的物性を改良するため、または乾燥速度を向上するために、可塑剤を添加することができる。本発明に用いることができる前記可塑剤としては、例えば、特開2008−181105号公報の[0067]に記載される化合物を挙げることができる。
また、第2の位相差領域を構成する位相差フィルムとしては、環状オレフィン系ポリマーフィルムを用いるのも好ましい。該環状オレフィン系ポリマーフィルムの原料及びその製造方法、並びに該原料を用いたフィルムの製造方法については、特開2006−293342号公報の[0098]〜[0193]に詳細な記載があり、本発明において参照することができる。第2の位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用可能な環状オレフィン系ポリマーフィルムの例には、ノルボルネン系ポリマーフィルムが含まれ、市販のポリマーでは、アートン(JSR製)、ゼオノア(日本ゼオン製)などを用いることができる。
第2の位相差領域を構成する位相差フィルムとして用いられる種々のポリマーフィルムは、種々の方法で製造することができる。例えば、溶液キャスト法(溶液流延法)、溶融押出法、カレンダー法、圧縮成形法などが挙げられる。これらのフィルム成形方法のうち、溶液キャスト法(溶液流延法)、溶融押出法が特に好ましい。また、第2の位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用される種々のポリマーフィルムは、成形された後、延伸処理を経て製造されたフィルムであってもよい。フィルムの延伸は、1軸延伸であっても2軸延伸であってもよい。同時あるいは逐次2軸延伸処理を行うのが好ましい。大きな光学異方性を達成するためにはフィルムを高い延伸倍率で延伸することが必要である。例えば、フィルムの幅方向、及びフィルムの縦方向(流れ方向)に延伸することが好ましい。延伸倍率は、3〜100%程度であることが好ましい。延伸処理は、テンターを用いて実施できる。また、ロール間にて縦延伸を行ってもよい。
前記溶液キャスト法として、共流延法、逐次流延法、塗布法などの積層流延法も用いることができる。共流延法および逐次流延法により製造する場合には、先ず、各層用のセルロースアシレート溶液(ドープ)を調製する。共流延法(重層同時流延)は、流延用支持体(バンドまたはドラム)の上に、各層(3層あるいはそれ以上でも良い)各々の流延用ドープを別のスリットなどから同時に押出す流延用ギーサからドープを押出して、各層同時に流延し、適当な時期に支持体から剥ぎ取って、乾燥しフィルムを成形する流延法である。
逐次流延法は、流延用支持体の上に先ず第1層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して、流延し、乾燥あるいは乾燥することなく、その上に第2層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して流延する要領で、必要なら第3層以上まで逐次ドープを流延・積層して、適当な時期に支持体から剥ぎ取って、乾燥しフィルムを成形する流延法である。塗布法は、一般的には、コア層のフィルムを溶液製膜法によりフィルムに成形し、表層に塗布する塗布液を調製し、適当な塗布機を用いて、片面ずつまたは両面同時にフィルムに塗布液を塗布・乾燥して積層構造のフィルムを成形する方法である。
また、第2の位相差領域を構成する位相差フィルムは、液晶組成物を所望の配向状態とした後、その配向状態を固定して形成された層であってもよいし、又は当該層とともに、当該層を支持するポリマーフィルムを有する積層体であってもよい。後者の態様では、当該ポリマーフィルムを偏光子の保護フィルムとして利用することもできる。第2の位相差領域を構成する位相差フィルムの作製に利用可能な液晶の例には、棒状液晶、円盤状液晶、コレステリック液晶等、種々の液晶が含まれる。
より高い正面CRを得るためには、フロント側に配置される第2の位相差領域を構成する位相差フィルムのヘイズは、0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.2以下がさらに好ましい。
コーナームラ抑制のためには、位相差フィルムにかかる応力による位相差フィルムの変形を小さくする必要がある。フロント側に配置される第2の位相差領域を構成する位相差フィルムの膜厚は20μm以上、200μm以下とすることがコーナームラの抑制および
製造適性の観点で好ましい。
3. 偏光子
フロント側及びリア側に配置される偏光子については特に制限はない。通常用いられている直線偏光膜を利用することができる。直線偏光膜は、Optiva Inc.に代表される塗布型偏光膜、もしくはバインダーと、ヨウ素又は二色性色素からなる偏光膜が好ましい。直線偏光膜におけるヨウ素及び二色性色素は、バインダー中で配向することで偏光性能を発現する。ヨウ素及び二色性色素は、バインダー分子に沿って配向するか、もしくは二色性色素が液晶のような自己組織化により一方向に配向することが好ましい。現在、市販の偏光子は、延伸したポリマーを、浴槽中のヨウ素もしくは二色性色素の溶液に浸漬し、バインダー中にヨウ素、もしくは二色性色素をバインダー中に浸透させることで作製されるのが一般的である。
4. 保護フィルム
フロント側偏光子及びリア側偏光子のそれぞれの両面には、保護フィルムが貼合されているのが好ましい。但し、図1に示す通り、第1及び第2の位相差領域が1枚のフィルムからなり、当該フィルムが保護フィルムとしても機能する態様では、液晶セル側の偏光子表面の保護フィルムは省略することができる。リア側偏光子と液晶セルとの間に、保護フィルム及び1枚以上の位相差フィルムが配置されている態様では、当該保護フィルムと1枚以上の位相差フィルムは、積層体全体として、第1の位相差領域に要求される光学特性を満足する。当該保護フィルムの好ましい材料等については、第1の位相差領域を構成する位相フィルムの好ましい材料等と同様である。
フロント側偏光子と液晶セルとの間に、保護フィルム及び1枚以上の位相差フィルムが配置されている態様では、当該保護フィルムと1枚以上の位相差フィルムは、積層体全体として、第2の位相差領域に要求される光学特性を満足するのが好ましい。保護フィルムは、1枚以上の位相差フィルムとともに、斜め方向のコントラストの向上、及び黒表示時のカラーシフトの軽減に寄与する作用を有する、即ち、ある程度のRe及びRthを示す位相差フィルムであってもよい。
フロント側偏光子及びリア側偏光子の外側に配置される保護フィルムについては、特に制限はない。種々のポリマーフィルムを使用することができる。上記第1の位相差領域を構成する位相フィルムの例と同様である。例えば、セルロースアシレート類(例、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート等のフィルム)、ポリオレフィン(例、ノルボルネン系ポリマー、ポリプロピレン)、ポリ(メタ)アクリル酸エステル(例、ポリメチルメタクリレート)、ポリカーボネート、ポリエステル、又はポリスルホンを主成分とするフィルム等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。市販のポリマーフィルム(セルロースアシレート類では、「TD80UL」(富士フイルム社製)、ノルボルネン系ポリマーでは、アートン(JSR製)、ゼオノア(日本ゼオン製)など)も使用することができる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
1. フィルム1〜6の作製
下記表に記載のアシル基の種類、置換度の異なるセルロースアシレートを調製した。これは、触媒として硫酸(セルロース100質量部に対し7.8質量部)を添加し、アシル置換基の原料となるカルボン酸を添加し40℃でアシル化反応を行った。この時、カルボン酸の種類、量を調整することでアシル基の種類、置換度を調整した。またアシル化後の40℃で熟成を行った。さらにこのセルロースアシレートの低分子量成分をアセトンで洗浄し除去した。なお、表中のAcとはアセチル基であり、CTAとは、セルローストリアセテート(アシル基がアセテート基のみからなるセルロースエステル誘導体)を意味する。
(セルロースアシレート溶液)
下記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、更に90℃に約10分間加熱した後、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアシレート溶液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアシレート 100.0質量部
トリフェニルホスフェート(TPP) 7.8質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート(BDP) 3.9質量部
メチレンクロライド 403.0質量部
メタノール 60.2質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
(マット剤分散液)
次に上記方法で調製したセルロースアシレート溶液を含む下記組成物を分散機に投入し、マット剤分散液を調製した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
マット剤分散液
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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 72.4質量部
メタノール 10.8質量部
セルロースアシレート溶液 10.3質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
(添加剤溶液)
次に上記方法で調製したセルロースアシレート溶液を含む下記組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して溶解し、添加剤溶液を調製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
添加剤溶液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
レターデーション発現剤(1) 20.0質量部
メチレンクロライド 58.3質量部
メタノール 8.7質量部
セルロースアシレート溶液 12.8質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
上記セルロースアシレート溶液を100質量部、マット剤分散液を1.35質量部、更にセルロースアシレート系フィルム中のレターデーション発現剤(1)の添加量が10質量部となる量の添加剤溶液を混合し、製膜用ドープを調製した。添加剤の添加割合はセルロースアシレート量を100質量部とした時の質量部で示した。
下記表に記載の通り綿、添加剤を変更して、上記の溶液および分散液を調製した。
ここで、下記表中に記載の添加剤および可塑剤の略称は下記の通りである。
CTA:トリアセチルセルロース
TPP:トリフェニルホスフェート
BDP:ビフェニルジフェニルホスフェート
Figure 0005202490
上述のドープをバンド流延機を用いて流延した。下記表に記載の残留溶剤量でバンドから剥ぎ取ったフィルムを、剥ぎ取りからテンターまでの区間で下記表に記載の延伸倍率で縦方向に延伸し、ついでテンターを用いて下記表に記載の延伸倍率で幅方向に延伸し、横延伸直後に、下記表に記載の倍率で幅方向に収縮(緩和)させた後にフィルムをテンターから離脱し、セルロースアシレート系フィルムを製膜した。テンター離脱時のフィルムの残留溶剤量は、下記表に記載のとおりであった。巻取り部前で両端部を切り落とし幅2000mmとし、長さ4000mのロールフィルムとして巻き取った。下記表に、延伸倍率を示してある。作製したセルロースアシレート系フィルムについて、25℃60%RHで波長590nmにおけるReレターデーション値、およびRthレターデーション値を測定した。ここで結果を、下記表に記した。なお、平均屈折率を1.48としてRth(λ)を算出した。
Figure 0005202490
2. フィルム7の作製
特開2003−315556号公報の実施例2に記載の光学補償A層と同様の方法にて、Re(590)77nm、及びRth(590)47nmの位相差フィルム7を得た。
3. フィルム8の作製
Z−TACフィルム(富士フイルム社製、Re(590)=1nm、Rth(590)=−1nm)を準備した。別途、特開2003−315556号公報の実施例2に記載の光学補償B層と同様の方法にて、Re(590)1.5nm、Rth(590)207nmの位相差フィルム8aを得た。この位相差フィルム8aを、Z−TACの表面に貼合して、積層フィルムを作製し、フィルム8として用いた。
4. フィルム9の作製
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアシレート溶液Cを調製した。
<セルロースアシレート溶液C組成>
置換度2.86のセルロースアセテート 100質量部
メチレンクロライド(第1溶媒) 300質量部
メタノール(第2溶媒) 54質量部
1−ブタノール 11質量部
別のミキシングタンクに、下記の組成物を投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、添加剤溶液Dを調製した。
<添加剤溶液D組成>
メチレンクロライド 80質量部
メタノール 20質量部
下記の光学的異方性低下剤A−7 40質量部
Figure 0005202490
セルロースアシレート溶液Cの465質量部に、添加剤溶液Dの40質量部を添加してドープを調製した。このドープ溶液の透明度は85%以上で良好であった。
このドープを支持体上に流延して、厚み80μmのセルロースアシレート系フィルムを作製した。これをフィルム9として使用した。
5. フィルム10の作製
特開2007−127893号公報の[0223]〜[0226]の記載に従って、延伸フィルム(保護フィルムA)を作製した。この保護フィルムAの表面に、同公報の[0232]の記載に従って、易接着層コーティング組成物P−2を調製し、当該組成物を、同公報の[0246]に記載の方法に従って、前記延伸フィルムの表面に塗布して、易接着層を形成した。このフィルムをフィルム10として用いた。
6. フィルム11の準備
フィルム11として、市販のトリアセチルセルロースフィルム「TF80UL」(富士フイルム製)を準備した。
7.フィルム12〜16の準備
(ポリマー溶液の調製)
1)セルロースアシレート
下記のセルロースアシレートA及びBの中から、下記表4に記載される通り選択して使用した。各セルロースアシレートは120℃に加熱して乾燥し、含水率を0.5質量%以下とした後、20質量部を使用した。
・セルロースアシレートA:
置換度が2.93のセルロースアセテートの粉体を用いた。セルロースアシレートAの粘度平均重合度は300、6位のアセチル基置換度は0.94であった。
・セルロースアシレートB:
置換度が2.86のセルロースアセテートの粉体を用いた。セルロースアシレートBの粘度平均重合度は300、6位のアセチル基置換度は0.89、アセトン抽出分は7質量%、質量平均分子量/数平均分子量比は2.3、含水率は0.2質量%、6質量%ジクロロメタン溶液中の粘度は305mPa・s、残存酢酸量は0.1質量%以下、Ca含有量は65ppm、Mg含有量は26ppm、鉄含有量は0.8ppm、硫酸イオン含有量は18ppm、イエローインデックスは1.9、遊離酢酸量は47ppmであった。粉体の平均粒子サイズは1.5mm、標準偏差は0.5mmであった。
2)溶媒
下記の溶媒Aを使用した。各溶媒の含水率は、いずれも0.2質量%以下であった。
・溶媒A
ジクロロメタン/メタノール=90/10質量部
3)添加剤
下記の添加剤A及びBの中から、下記表4に記載されるものを選択して使用した。
・添加剤A
二酸化ケイ素微粒子(粒子サイズ20nm、モース硬度約7)(0.08質量部)
・添加剤B
トリフェニルホスフェート(1.6質量部)
ビフェニルジフェニルホスフェート(0.8質量部)
二酸化ケイ素微粒子(粒子サイズ20nm、モース硬度約7)(0.08質量部)
4)溶解
下記の溶解工程Aを使用して膨潤、溶解を行った。
・溶解工程A
攪拌羽根を有し外周を冷却水が循環する400リットルのステンレス製溶解タンクに、前記溶媒および添加剤を投入して撹拌、分散させながら、前記セルロースアシレートを徐々に添加した。投入完了後、室温にて2時間撹拌し、3時間膨潤させた後に再度撹拌を実施し、セルロースアシレート膨潤溶液を得た。
なお、攪拌には、15m/sec(剪断応力5×104kgf/m/sec2〔4.9×105N/m/sec2〕)の周速で攪拌するディゾルバータイプの偏芯攪拌軸および中心軸にアンカー翼を有して周速1m/sec(剪断応力1×104kgf/m/sec2〔9.8×104N/m/sec2〕)で攪拌する攪拌軸を用いた。膨潤は、高速攪拌軸を停止し、アンカー翼を有する攪拌軸の周速を0.5m/secとして実施した。
膨潤した溶液をタンクから、ジャケット付配管で50℃まで加熱し、さらに2MPaの加圧化で90℃まで加熱し、完全溶解した。加熱時間は15分であった。この際、高温にさらされるフィルター、ハウジング、および配管はハステロイ合金製で耐食性の優れたものを利用し保温加熱用の熱媒を流通させるジャケットを有する物を使用した。
次に36℃まで温度を下げ、セルロースアシレート溶液を得た。
5)ろ過
得られたセルロースアシレート溶液を、絶対濾過精度10μmの濾紙(#63、東洋濾紙(株)製)で濾過し、さらに絶対濾過精度2.5μmの金属焼結フィルター(FH025、ポール社製)にて濾過してポリマー溶液を得た。
(フィルムの作製)
下記の製膜工程Aにより製膜した。
・製膜工程A
前記セルロースアシレート溶液を30℃に加温し、流延ギーサー(特開平11−314233号公報に記載)を通して15℃に設定したバンド長60mの鏡面ステンレス支持体上に流延した。流延スピードは50m/分、塗布幅は200cmとした。流延部全体の空間温度は、15℃に設定した。そして、流延部の終点部から50cm手前で、流延して回転してきたセルロースアシレート系フィルムをバンドから剥ぎ取り、45℃の乾燥風を送風した。次に110℃で5分、さらに140℃で10分乾燥して、セルロースアシレートの透明フィルムを得た。
(延伸)
下記表4に示す通り、下記の延伸工程AまたはBのいずれかにより延伸工程を実施した。
・延伸工程A
得られたフィルムを、2つのニップロール間に加熱ゾーンを有する装置を用いて延伸した。縦横比(ニップロール間の距離/ベース入口幅)は0.1となるようにニップロール間の距離を調整し、加熱ゾーンに入る前のベース温度は25℃とし、加熱ゾーンは下記表4に記載の温度とした。また、送り出しのニップロールの速度と引取りのニップロールの速度との速度比をつけることによって、下記表4に記載の延伸倍率となるように調整した。
・延伸工程B
得られたフィルムの両端をテンタークリップで把持した後、加熱ゾーン内で搬送方向と直交する方向に延伸した。加熱ゾーンは下記表4に記載の温度に設定し、およびテンターの拡縮率から算出した延伸倍率は下記表4に記載の倍率とした。
以上の通り、フィルム12〜16を作製した。作製条件を下記表4にまとめる。
Figure 0005202490
8.フィルム17の準備
フィルム4の作製において、レターデーション発現剤(1)の添加量を12質量部に変更し、縦延伸倍率を20%に、及び横延伸倍率を35%に変更した以外は、同様にして作製した。
9.フィルム18の準備
フィルム5の作製において、レターデーション発現剤(1)の添加量を7.2質量部に変更し、縦延伸倍率を35%に、及び横延伸倍率を75%に変更した以外は、同様にして作製した。
10.フィルム19の作製
市販のノルボルネン系ポリマーフィルム「ZEONOR ZF14−060」((株)オプテス製)の表面に、ソリッドステートコロナ処理機6KVA(ピラー(株)製)によりコロナ放電処理を行った。このフィルムをフィルム19として使用した。このフィルムの厚みは、60μmであった。
11.フィルム20の作製
市販のシクロオレフィン系ポリマーフィルム「ARTON FLZR50」(JSR(株)製)の表面に、フィルム18と同様の方法でコロナ放電処理を行った。このフィルムをフィルム20として使用した。このフィルムの厚みは、50μmであった。
12.フィルム21の作製
市販のノルボルネン系ポリマーフィルム「ZEONOR ZF14−100」((株)オプテス製)を、温度142℃にてMD方向に1.55倍、TD方向に1.8倍で固定端二軸延伸を行った後、表面に、ソリッドステートコロナ処理機6KVA(ピラー(株)製)によりコロナ放電処理を行った。このフィルムを、フィルム21として使用した。このフィルムの厚みは、38μmであった。
13.フィルム22の作製
セルロースアシレートプロピオネート(「CAP482−20」(イーストマンケミカル社製);アセチル置換度0.2、プロピオニル基置換度2.4)を用意した。これに、可塑剤として、1、4−フェニレン−テトラフェニルリン酸エステルを8質量%、劣化防止剤(酸化防止剤)として、IRGANOX−1010(チバスペシャルティケミカルズ社製)を0.5質量%加え、タンブラー型混合機で30分間混合した。得られた混合物を、除湿熱風式乾燥機((株)松井製作所DMZ2)により熱風温度150℃、露点−36℃で乾燥した。次いで、この混合物をテクノベル(株)製二軸押出し機に供給し、押出し機中間部に設けてある添加剤ホッパーの開口部から、マット剤として、アエロジル(AEROSIL)200V(0.016μmのシリカ微粒子、日本アエロジル社製)を押出し量の0.05%となるように連続式フィーダーにより添加し、紫外線吸収剤として、チヌビン(TINUVIN)360(チバスペシャルティケミカルズ社製)を同開口部から押出し量の0.5%となるように添加して、溶融押出した。溶融押出したフィルムの膜厚は220μmだった。
さらにこのフィルムを、温度142℃にてMD方向に1.3倍、TD方向に2.4倍で固定端二軸延伸を行ってフィルムを作製した。このフィルムを、フィルム22として使用した。なお、このフィルムの膜厚は70μmであった。
14.フィルム23の作製
フィルム1の作製において、原料として、下記表に示すセルロースアシレートを使用し、及び製造条件を下記表に示す通りに代えた以外は、フィルム1の作製と同様にしてフィルムを作製し、フィルム23として使用した。なお、下記の添加剤および可塑剤の略称は、上記と同義である。
Figure 0005202490
Figure 0005202490
15.フィルム24の作製
(ポリマー溶液の調製)
1)ポリマー
ビスフェノールAと9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレンをビスフェノール成分とするポリカーボネート共重合体を使用した。ポリマーは120℃に加熱して乾燥し、含水率を0.5質量%以下とした後、20質量部を使用した。
2)溶媒
下記の溶媒Aを使用した。各溶媒の含水率は、いずれも0.2質量%以下であった。
・溶媒A
ジクロロメタン=100質量部
3)添加剤
下記の添加剤Aを使用した。
・添加剤A
二酸化ケイ素微粒子(粒子サイズ20nm、モース硬度約7)(0.08質量部)
4)溶解
下記の溶解工程Aにより、膨潤、溶解を行った。
・溶解工程A
攪拌羽根を有し外周を冷却水が循環する400リットルのステンレス製溶解タンクに、前記溶媒および添加剤を投入して撹拌、分散させながら、前記ポリマーを徐々に添加した。投入完了後、室温にて2時間撹拌して、ポリマー溶液を得た。
5)ろ過
得られたポリマー溶液を、絶対濾過精度10μmの濾紙(#63、東洋濾紙(株)製)で濾過し、さらに絶対濾過精度2.5μmの金属焼結フィルター(FH025、ポール社製)にて濾過してポリマー溶液を得た。
(フィルムの作製)
下記の製膜工程Aにより製膜を行った。
・製膜工程A
前記ポリマー溶液を30℃に加温し、流延ギーサー(特開平11−314233号公報に記載)を通して15℃に設定したバンド長60mの鏡面ステンレス支持体上に流延した。流延スピードは10m/分、塗布幅は150cmとした。流延部全体の空間温度は、15℃に設定した。そして、流延部の終点部から50cm手前で、流延して回転してきたポリマーフィルムをバンドから剥ぎ取り、45℃の乾燥風を送風した。次に110℃で5分、さらに140℃で10分乾燥して、透明ポリマーフィルムを得た。
(延伸)
下記の延伸工程Aを実施した。
・延伸工程A
得られたフィルムを、2つのニップロール間に加熱ゾーンを有する装置を用いて延伸した。縦横比(ニップロール間の距離/ベース入口幅)は8となるようにニップロール間の距離を調整し、加熱ゾーンに入る前のベース温度は25℃とし、加熱ゾーンは210℃とした。送り出しのニップロールの速度と引取りのニップロールの速度との速度比をつけることによってフィルムの延伸を行い、Re/Rth=140/72nmの透明ポリマーフィルムを得た。
16.フィルム25の作製
2,2'−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンと、2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノビフェニルから合成されたポリイミドをシクロヘキサノン中に溶解させ、15質量%の溶液を調製した。このポリイミド溶液を、二軸延伸ポリエステルフィルム(基材)上に塗布し、120℃で10分間乾燥させて、厚さ5μmの非液晶性ポリマー層(光学補償B層)を形成し、積層体を得た。
この積層体を、上記で作製したフィルム9と、粘着剤を用いて貼り合せた。光学補償B層の表面をフィルム9の表面と接触させて貼り合せた。その後、基材を除去し、フィルム25を作製した。
17.フィルム26の作製
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、過熱しながら攪拌して各成分を溶解した後、平均孔径34μmのろ紙及び平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過し、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)
置換度2.81のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(1) 8.5質量部
レターデーション発現剤(3) 7.0質量部
メチレンクロライド 428.4質量部
メタノール 64.0質量部
前記レターデーション発現剤(3)の組成を、下記表6に示す。なお、下記表6中、EGはエチレングリコールを、TPAはテレフタル酸を、PAはフタル酸を、AAはアジピン酸を、SAはコハク酸をそれぞれ示している。なお、レターデーション発現剤(3)は、非リン酸系エステル系化合物であり、かつ、レターデーション発現剤として機能する化合物である。前記レターデーション発現剤(3)の末端は、アセチル基で封止されている。
Figure 0005202490
上記の調製したセルロースアシレート溶液を速やかにバンド流延機にて流延した。残留溶剤量が約30質量%でバンドから剥ぎ取ったフィルムを、テンターにより140℃で16%の延伸倍率で幅方向に延伸した。その後テンター搬送からロール搬送に移行し、更に110℃から150℃で乾燥し巻き取り、フィルム26を作製した。なお、このフィルムの膜厚は85μmであった。
フィルム26の製造においては、フィルム1の製造時に発生する問題(乾燥工程等における高温処理時の発煙、揮散した油分等の製造機付着による動作の不具合やフィルム付着による面状故障)が発生しなかった。
これは、フィルム26の作製に、レターデーション発現剤として使用したレターデーション発現剤(3)が可塑剤として機能するため、フィルム1の作製に使用したTPPおよびBDPといった従来の低分子可塑剤を使用しなかったためである。
このように、レターデーション発現剤(3)のような前記正の複屈折性化合物を使用することで、前述の問題を解決することができることから、前記正の複屈折性化合物はフィルム製造の観点から好ましいレターデーション発現剤であるといえる。
18.フィルム27の作製
(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、過熱しながら攪拌して各成分を溶解し、低置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(1) 4.0質量部
レターデーション発現剤(4) 10.0質量部
メチレンクロライド 351.5質量部
メタノール 52.5質量部
前記レターデーション発現剤(4)の組成を、下記表7に示す。なお、下記表7中、EGはエチレングリコールを、PGはプロピレングリコールを、BGはブチレングリコールを、TPAはテレフタル酸を、PAはフタル酸を、AAはアジピン酸を、SAはコハク酸をそれぞれ示している。なお、レターデーション発現剤(4)は、非リン酸系エステル系化合物であり、かつ、レターデーション発現剤として機能する化合物である。レターデーション発現剤(4)の末端はアセチル基で封止されている。
Figure 0005202490
(高置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(4) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
(セルロースアシレート試料の作製)
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚82μmのコア層を、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚2μmのスキンA層及びスキンB層を、形成するために、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、クリップに挟み、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態のときに延伸温度180℃で幅方向に18%、テンターを用いて横延伸した。その後にフィルムからクリップを外して130℃で20分間乾燥させ、フィルム27を作製した。
19.フィルム28の作製
フィルム27の作製において、コア層の膜厚を75μmに、延伸倍率を20%に変更した以外は、同様にして作製した。
20.フィルム29の作製
(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、過熱しながら攪拌して各成分を溶解し、低置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(4) 18.5質量部
メチレンクロライド 365.5質量部
メタノール 54.6質量部
(高置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(4) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
(セルロースアシレート試料の作製)
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚37μmのコア層を、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚2μmのスキンA層及びスキンB層を、形成するために、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態のときに、温度200℃で30分間乾燥した後、130℃で20分間乾燥させ、フィルム29を作製した。
21. フィルム1〜29の特性
上記フィルム1〜29の特性を以下の表にまとめた。なお、各フィルムのRe(590)及びRth(590)は、試料30mm×40mmを、25℃、60%RHで2時間調湿し、KOBRA21ADH(王子計測機器(株)製)において波長590nmで測定し、フィルム1〜6、9、11〜18、22、23、26〜29については、平均屈折率の仮定値1.48および膜厚を入力し算出した。また、それ以外のフィルムの場合は平均屈折率の仮定値として、フィルム7及び20については1.52を、フィルム8については1.60を、フィルム10については1.50を、フィルム19、21については1.53を、フィルム24については1.59を、フィルム25については1.58を用いた。
Figure 0005202490
22. 偏光板の作製
厚さ80μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃で60秒浸漬して染色し、次いでホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚さ20μmの偏光膜を得た。
上記表に示すフィルム1〜29のうち、セルロースアシレート系フィルムについては、以下の通り、鹸化処理を行った。各フィルムを、1.5モル/リットルで55℃の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した後、水で十分に水酸化ナトリウムを洗い流した。その後、0.005モル/リットルで35℃の希硫酸水溶液に1分間浸漬した後、水に浸漬し希硫酸水溶液を十分に洗い流した。最後に試料を120℃で十分に乾燥させた。
フィルム1〜29のいずれか2枚で、偏光膜を挟んで、貼り合せ偏光板を作製した。組合せについては下記表に示す。
なお、セルロースアシレート系フィルムである、フィルム1〜9、11〜18、及び22〜29については、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼合し;フィルム10については、易接着層を偏光子の表面側にして貼合し;並びにフィルム19〜21については、アクリル系粘着剤を利用して貼合した。
また、フィルム1〜24、及び26〜28については、その面内遅相軸を、偏光子の透過軸と平行にして貼り合せ;及びフィルム25、29については、その面内遅相軸を、偏光子の透過軸と直交にして貼り合せた。
23. VA型液晶表示装置の作製
(1)液晶セル1の準備
VA型液晶表示セルとして、LC−42RX1W(シャープ(株)社製)を準備した。これを液晶セル1として使用した。液晶セル1のΔnd(590)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定したところ、Δnd(590)は300nmであった。
(2)液晶セル2の準備
(2)−1 赤色画素部の形成
<硬化性組成物層(塗膜)の形成>
一方の面にブラックマトリクス(BM)が形成されたガラス基板(550mm×650mm)のBM形成面側に、特開2009−144126号公報の実施例17の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて30分間分散処理を行なったものを、スリット間隔100μm、塗布有効幅500mmのスリットヘッドを備えたスリット塗布装置を用いてスリット塗布することにより、硬化性組成物層(塗膜)を形成した。
スリット塗布は、ポストベーク後の膜厚が、2.0μmとなるようにスリットとガラス基板との間隔、塗布液の吐出量を調節して、塗布速度100mm/秒で行った。
<露光、現像、洗浄(リンス)>
次いで、得られた硬化性組成物層に対し、ホットプレートを用いて、80℃で120秒間乾燥(プリベーク)を行なった後、HITACHI露光機LE5565を用いて、プロキシミテイーギャップを180μmとして、90mJ/cm2で露光した(照度:20mW/cm2)。
露光後の基板を、水酸化カリウム系現像液CDK−1(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の1.0%現像液(25℃)で60秒間シャワー現像し、純水で洗浄した。
以上により、ガラス基板上に赤色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(2)−2 緑色画素部の形成
赤色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の実施例18の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて30分間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして緑色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃で30分間のポストベークを行い、赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(2)−3 青色画素部の形成
赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の実施例19の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて30分間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして青色画素部を形成した。この基板をオーブンにて230℃で30分間のポストベークを行い、カラーフィルタ基板を得た。
上記作製したカラーフィルタ基板の上に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。次いで、特開2006−64921号公報の実施例1に従い、このITO膜上の隔壁(ブラックマトリックス)上部に相当する部分にスペーサを形成した。これをフロント側基板とした。
別途、対向基板としてITOの透明電極を形成したガラス基板を用意し、カラーフィルタ基板及び対向基板の透明電極にそれぞれPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設けた。
SHARP社製の液晶パネル「LC−37GX1W」から取り出した液晶セルを分解して、光源側に配置されていたアレイ基板を取り出し、エタノールで表面を洗浄した後、前記対向基板のガラス側にガラス用マッチングオイルを用いて前記製品アレイ基板を貼り付けた。これをリア側基板とした。
その後、フロント側基板のカラーフィルタのRGB画素群を取り囲むように周囲に設けられたブラックマトリクス外枠に相当する位置に紫外線硬化樹脂のシール剤をディスペンサ方式により塗布し、VAモード用液晶を滴下し、リア側基板と貼り合わせた後、貼り合わされた基板をUV照射した後、熱処理してシール剤を硬化させた。このようにして液晶セル2を作製した。
続いて、作製した液晶セル2のΔnd(590)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用したところ、Δnd(590)は300nmであった。
(3) 液晶セル3の作製法
カラーフィルタ基板の作製法において、赤色画素部の形成に特開2009−144126号公報の実施例17の着色感光性組成物を、緑色画素部の形成に特開2009−144126号公報の実施例18の着色感光性組成物を、青色画素部の形成に特開2009−144126号公報の実施例19の着色感光性組成物を、それぞれ用いた以外は、液晶セル2と同様の方法で液晶セル3を作製した。
続いて、作製した液晶セル3のΔnd(590)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用したところ、Δnd(590)は300nmであった。
(4)液晶セル4の作製法
カラーフィルタ基板上のITO膜上の隔壁上部に相当する部分に形成した柱上スペーサーパターンに、直径16μm、平均高さ3.0μmのものを使用した以外は、液晶セル2と同様の方法で液晶セル4を作製した。
作製した液晶セル4のΔnd(590)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定したところ、Δnd(590)は240nmであった。
(5)液晶セル5の作製法
ITOの透明電極を形成したガラス基板を用意し、ガラス基板上のITO膜の上に直径16μm、平均高さ3.7μmの透明な柱状スペーサーパターンを形成し、透明電極にPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設け、フロント基板とした。
液晶セル2と同様の方法でリア側基板を作製した。
その後、フロント側基板の柱上スペーサの上に紫外線硬化樹脂のシール剤をディスペンサ方式により塗布し、VAモード用液晶を滴下し、リア側基板と貼り合わせた後、貼り合わされた基板をUV照射した後、熱処理してシール剤を硬化させた。このようにして液晶セル5を作製した。
続いて、作製した液晶セル5のΔnd(590)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定したところ、Δnd(590)は300nmであった。
(6)液晶セル6(参考例用)の作製法
カラーフィルタ基板の作製法において、赤色画素部の形成に特開2009−144126号公報の比較例12の着色感光性組成物を、緑色画素部の形成に特開2009−144126号公報の比較例13の着色感光性組成物を、青色画素部の形成に特開2009−144126号公報の比較例14の着色感光性組成物を、それぞれ用いた以外は、液晶セル2と同様の方法で液晶セル6を作製した。
(7)作製した液晶セルのフロント側基板およびリア側基板の部材コントラストの算出
液晶セル1を分解して、視認側に配置されていた基板をフロント側基板、光源側に配置されていたアレイ基板をリア側基板とし、エタノールで表面を洗浄した後、フロント側基板およびリア側基板の部材CRの算出に使用した。
SHARP社製の液晶パネル「LC−32GH5」のバックライト上に、偏光板(HLC2−2518、サンリッツ社製)を配置し、その上に、前述の液晶セル1〜5のフロント側基板、又はリア側基板を、回転ステージ(SGSP−120YAW、シグマ光機製)に取り付けて光源上の偏光板と2mm間隔で平行に配置した。このとき、リア側基板にあるアレイの配線およびフロント基板のブラックマトリックスが偏光板の偏光軸と一致するように配置した。さらにその上に、回転ステージに取り付けた偏光板(HLC2−2518、サンリッツ社製)を、偏光板間の距離が52mmになるように配置し、測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、法線方向の黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラストA(白輝度/黒輝度)を算出した。ここで、偏光板を回転させたときに、最も輝度値が低くなるときを黒表示の輝度値とし、さらに偏光板を90度回転させた場合の輝度値を白表示の輝度値とした。
次に、前述の形態において、カラーフィルタ基板またはアレイ基板を取り外した形態で、偏光板のみの黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラストBを算出した。
正面コントラストAにおける、偏光板の正面コントラストBの影響を排除するため、次の式で部材コントラストを算出した。
部材コントラスト=1/(1/正面コントラストA−1/正面コントラストB)
算出した部材コントラストをもとに、フロント側基板の部材コントラスト/リア側基板の部材コントラスト を算出し、下表にまとめた。
Figure 0005202490
(7) VA型液晶表示装置の作製
上記液晶セルのいずれかの両基板の外側表面に、下記表に示す組合せで偏光板を貼合して、VA型液晶表示装置を作製した。偏光板の吸収軸は互いに直交にして貼合した。
作製した各液晶表示装置の光源として、液晶セル1〜4および6には、LC−42RX1W(シャープ(株)社製)のバックライトを、液晶セル5には、BGR3色のLEDを180Hzで交互に発光させたものを使用し、以下の評価を行った。
24. VA型液晶表示装置の評価
VA型液晶セルとして、上記液晶セル1を使用して、下記表に示すとおり偏光板とそれぞれ組合せ、実施例及び比較例の液晶表示装置をそれぞれ作製した。
(1) 正面コントラストの測定
測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、パネル法線方向の黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラスト(白輝度/黒輝度)を算出した。(2)正面コントラスト比の測定
測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、パネル法線方向の黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラスト(白輝度/黒輝度)を算出した。このとき、測定器とパネル間の距離は700mmに設定した。
続いて、正面コントラスト比を、基準形態での正面コントラスト比を基に、次の式で算出した。
正面コントラスト比=実施形態での正面コントラスト/基準形態での正面コントラスト
なお、基準形態は、
液晶セル1の場合は比較例10で正面コントラストは3060、
であった。
(3) 視野角コントラスト(斜め方向のコントラスト)
装置正面からの方位角方向45度、極角方向60度における黒表示時の光漏れ率を測定した。この値が小さいほど斜め45度方向での光漏れが少なく、表示装置のコントラストが良いことを示し、液晶表示装置の視野角特性を評価できる。
下記指標における許容不可は、明室でも光漏れが認識される程度の光漏れを意味する。
◎:光漏れが認識できない
○:光漏れが軽度
△:光漏れが中程度
△×:大きな光漏れがある(許容不可)
×:激しい光漏れがある(許容不可)
(4)黒表示時のカラーシフト
極角60度における全方位角方向の変化(Δuv)を測定した。
下記指標における許容不可は、明室でも認識できる程の色味変化であることを意味する。◎:色味変化が極めて小さい
○:色味変化が軽度
△:色味変化が中程度
△×:色味変化がある(許容不可)
×:激しい色味変化がある(許容不可)
(5)コーナームラ
コーナームラは、液晶表示装置を50℃95%RHで120時間サーモ処理して、25℃60%RHに20時間調湿後、バックライトを点灯させ、黒表示での光漏れの評価を行った。
◎:4隅の光漏れがない
○:4隅のうち、どこかにうっすらと光漏れがある
△:4隅のうち、2〜3箇所に光漏れがある(許容不可)
△×:4隅に光漏れがある(許容不可)
×:4隅にはっきりとした光漏れがある(許容不可)
結果を下記表に示す。
Figure 0005202490
*1 実施例では、リア側偏光板の内側保護フィルムが、第1の位相差フィルムに相当し、フロント側偏光板の内側保護フィルムが、第2の位相差フィルムに相当する。
Figure 0005202490
*1 実施例では、リア側偏光板の内側保護フィルムが、第1の位相差フィルムに相当し、フロント側偏光板の内側保護フィルムが、第2の位相差フィルムに相当する。
上記結果から、リア側偏光板の内側保護フィルム、即ち第1の位相差フィルムとして、|Re(590)|≦10nm及び|Rth(590)|≦25nmを満足するフィルム9、10、13、15.19及び20のいずれかを有する、本発明の実施例のVA型液晶表示装置は、いずれも正面コントラストが高いことが理解できる。さらに、視野角コントラスト、黒表示時のカラーシフト、及びコーナームラのいずれの観点でも、良好であったことを理解できる。
一方、リア側偏光板の内側保護フィルムとして、フィルム7を用いた比較例2では、フィルム7には、第1の位相差フィルムとして要求される特性を満足するフィルムが含まれるものの、それ以外に、当該特性を満足しない位相差フィルム(位相差フィルム7a)も存在するため、正面コントラストが低下していることが理解できる。
また、比較例1及び比較例6は、それぞれ実施例2及び5のリア側偏光板とフロント側偏光板を入れ替えた以外は同一の構成であるが、リア側偏光子と液晶セルとの間に、第1の位相差フィルムに要求される特性を満足しない、フィルム2が存在するため、正面コントラストが低下していることが理解できる。
実施例18は、正面コントラストは実施例1と同様に高かったが、視野角コントラストは実施例1と比較して低かった。これは、第2の位相差フィルムとして利用したフィルム28の光学特性が、Δnd(590)−70nm≦Rth1(590)+Rth2(590)≦Δnd(590)−10nmを満足するものの、ほぼ下限値であるためと考えられる。
25. VA型液晶表示装置の評価(液晶セルの特性)
次に、実施例2の液晶表示装置の作製において、液晶セル1に代えて、液晶セル2〜5を使用した以外は、実施例2と同様にしてVA型液晶表示装置を作製し、上記と同様に評価した。評価結果を下記表に示す。
但し、以下の式から算出される正面コントラスト比に関しては、基準形態を以下の通りとした。
正面コントラスト比=実施形態での正面コントラスト/基準形態での正面コントラスト
液晶セル1の場合は比較例10で正面コントラストは3060、
液晶セル2の場合は比較例11で正面コントラストは3080
液晶セル3の場合は比較例12で正面コントラストは2820、
液晶セル4の場合は比較例13で正面コントラストは2480、及び
液晶セル5の場合は比較例14で正面コントラストは3950
であった。
Figure 0005202490
*1 実施例では、リア側偏光板の内側保護フィルムが、第1の位相差フィルムに相当し、フロント側偏光板の内側保護フィルムが、第2の位相差フィルムに相当する。
上記表に示す結果から、液晶セル基板のフロント側基板の部材コントラスト/リア側基板の部材コントラストが、3.0以上の液晶セル1〜5のいずれについても、正面コントラスト比が顕著に改善されることが理解できる。実施例22で利用している液晶セル5は、フィードシーケンシャル駆動の液晶セルと同様であり、即ち、上記結果から、本発明の効果は、フィードシーケンシャル駆動の液晶表示装置においても顕著であることを理解できる。
参考例として、液晶セル1の代わりに、液晶セル6を用いた以外は、実施例2と同様にして作製したVA型液晶表示装置についても同様に評価した。このVA型液晶表示装置では、正面コントラスト比の改善効果があまりえられず、実施例2、実施例19〜22と比較して、正面コントラスト比が小さかった。この理由は、液晶セル6は、フロント側基板の部材コントラスト/リア側基板の部材コントラストが、1.7であるため、本発明の効果が、軽減されてしまったためと推測される。
10 バックライト
12、14 偏光子
16 第1の位相差フィルム(第1の位相差領域)
18 第2の位相差フィルム(第2の位相差領域)
20、22 外側保護フィルム
LC VA型液晶セル
PL1 リア側偏光板
PL2 フロント側偏光板

Claims (10)

  1. フロント側偏光子、リア側偏光子、前記フロント側偏光子とリア側偏光子との間に配置されるVA型液晶セル、及び前記リア側偏光子と前記VA型液晶セルとの間に1層又は2層以上の位相差層からなる第1の位相差領域を有し、該第1の位相差領域が下記式:
    0nm≦Re(590)≦10nm、かつ|Rth(590)|≦25nm
    を満足し、前記VA型液晶セルが、フロント側基板及びリア側基板を有し、前記リア側基板の部材コントラスト(CR r )に対する前記フロント側基板の部材コントラスト(CR f )の比(CR f /CR r )が、3以上であることを特徴とするVA型液晶表示装置;
    但し、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション(nm)を、Rth(λ)は波長λnmにおける厚み方向のレターデーション(nm)を意味する。
  2. 前記フロント側偏光子と前記VA型液晶セルとの間に、1層又は2層以上の位相差層からなる第2の位相差領域を有し、該第2の位相差領域が、下記式:
    30nm≦Re(590)≦90nm、且つ
    170nm≦Rth(590)≦300nm
    を満足することを特徴とする請求項1に記載のVA型液晶表示装置。
  3. 前記第1および前記第2の位相差領域が、下記式:
    Δnd(590)−70≦Rth1(590)+Rth2(590)≦Δnd(590)−10
    を満足することを特徴とする請求項に記載のVA型液晶表示装置:
    但し、dは前記VA型液晶セルの液晶層の厚さ(nm)、Δn(λ)は前記VA型液晶セルの液晶層の波長λにおける屈折率異方性であり、Δnd(λ)はΔn(λ)とdの積を意味し;Rth1(λ)は波長λにおける前記第1の位相差領域の厚み方向のレターデーション(nm)、及びRth2(λ)は波長λにおける前記第2の位相差領域の厚み方向のレターデーション(nm)を意味する。
  4. 前記第1の位相差領域が、セルロースアシレート系フィルムからなる、またはセルロースアシレート系フィルムを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  5. 前記第1の位相差領域が、アクリル系ポリマーフィルムからなる又はアクリル系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  6. 前記第1の位相差領域が、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーを含有するアクリル系ポリマーフィルムからなる又は当該アクリル系ポリマーフィルムを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  7. 前記第2の位相差領域が、セルロースアシレート系フィルムからなる、又はセルロースアシレート系フィルムを含むことを特徴とする請求項のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  8. 前記第2の位相差領域が、環状オレフィン系ポリマーフィルムからなる、又は環状オレフィン系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする請求項のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  9. 正面コントラストが、1500以上であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  10. 独立した3原色光が順次発光するバックライトユニットを含み、フィールドシーケンシャル駆動方式で駆動されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
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