JPH06214116A

JPH06214116A - 光学異方素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06214116A
Application number: JP5153265A
Authority: JP
Inventors: Kohei Arakawa; 荒川公平; Yosuke Nishiura; 西浦陽介; Yoji Ito; 伊藤洋士
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1994-08-05
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2565644B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＴＮ型液晶表示素子の表示コントラスト及び
表示色の視角特性を改善するために用いられる光学異方
素子及びその製造方法。【構成】２枚の電極基板間にツイストネマティック型
液晶を挟持してなる液晶セルＣＥと、その両側に配置さ
れた２枚の偏光素子とを備えた液晶表示素子の、液晶セ
ルＣＥと偏光素子の間に配置される光学異方素子ＲＦが
シート状に構成され、負の一軸性を示すと共に、その光
学軸がシート面に対して垂直でも平行でもないように、
例えば、シート面に対する法線方向から１０°〜４０°
の間の角度傾いて配置される。こうすると、斜方入射光
に対する液晶セルＣＥによる位相差を光学異方素子ＲＦ
の位相差で補償して、視角依存性のない良好な液晶表示
素子を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学異方素子及びその
製造方法に関し、特に、ツイストネマティック型液晶表
示素子の表示コントラスト及び表示色の視角特性の改善
に用いられる光学異方素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本語ワードプロセッサやデスクトップ
パソコン等のＯＡ機器の表示装置の主流であるＣＲＴ
は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点を持った液
晶表示素子に転換されてきている。現在普及している液
晶表示素子（以下、ＬＣＤと称す。）の多くは、ねじれ
ネマティック液晶を用いている。このような液晶を用い
る表示方式としては、複屈折モードと旋光モードの２つ
の方式に大別できる。

【０００３】複屈折モードを用いたＬＣＤは、液晶分子
配列のねじれ角が９０°より大きくねじれたもので、急
崚な電気光学特性を持つため、能動素子（薄膜トランジ
スタやダイオード）がなくても、単純なマトリックス状
の電極構造でも時分割駆動により大容量の表示が得られ
る。しかし、応答速度が遅く（数百ミリ秒）、階調表示
が困難という欠点を持ち、能動素子を用いた液晶表示素
子（ＴＦＴ−ＬＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤ等）の表示性能を
越えるまでには到らない。

【０００４】ＴＦＴ−ＬＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤには、液
晶分子の配列状態が９０°ねじれた旋光モードの表示方
式（ツイストネマティック（以下、ＴＮと称す。）型液
晶表示素子）が用いられている。この表示方式は、応答
速度が速く（数十ミリ秒）、容易に白黒表示が得られ、
高い表示コントラストを示すことから、他の方式のＬＣ
Ｄと比較して最も有力な方式である。しかし、ねじれネ
マティック液晶を用いているために、表示方式の原理
上、見る方向によって表示色や表示コントラストが変化
するといった視角特性があり、ＣＲＴの表示性能を越え
るまでには到らない。

【０００５】この問題点を解決するために、特開平４−
２２９８２８号、特開平４−２５８９２３号等に見られ
るように、一対の偏光板とＴＮ液晶セルの間に、位相差
フィルムを配置することによって、視野角を拡大しよう
とする方法が提案されている。

【０００６】上記公開公報で提案された位相差フィルム
は、液晶セルの表面に対して垂直な方向に位相差がほぼ
ゼロのものであり、真正面からは何ら光学的な作用を及
ぼさず、斜めから見たときに位相差が発現し、液晶セル
で生じる位相差を補償しようというものである。しか
し、これらの方法によっても、ＬＣＤの視野角はまだ不
十分であり、更なる改良が望まれている。

【０００７】特に、車載用や、ＣＲＴの代替として考え
た場合には、現状の視野角では全く対応できないのが実
情である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液晶分子において、液
晶分子の長軸方向と短軸方向とに異なる屈折率を有する
ことは、一般に知られている。この様な屈折率の異方性
を示す液晶分子にある偏光光が入射すると、その偏光光
は液晶分子の角度に依存して偏光状態が変化する。ねじ
れネマティック液晶の液晶セルの分子配列は、液晶セル
の厚み方向に液晶分子の配列がねじれた構造を有してい
るが、液晶セル中を透過する光は、このねじれた配列の
液晶分子の個々の液晶分子の向きによって逐次偏光して
伝搬する。したがって、液晶セルに対し光が垂直に入射
した場合と斜めに入射した場合とでは、液晶セル中を伝
搬する光の偏光状態は異なり、その結果、見る方向によ
って表示のパターンが反転して見えたり、表示のパター
ンが全く見えなくなったりするという現象が生じ、実用
上好ましくない。

【０００９】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ＴＮ型液晶表示素子の表示
コントラスト及び表示色の視角特性を改善するために用
いられる光学異方素子及びその製造方法を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光学異方素子は、２枚の電極基板間にツイストネマ
ティック型液晶を挟持してなる液晶セルと、その両側に
配置された２枚の偏光素子とを備えた液晶表示素子の、
前記液晶セルと前記偏光素子の間に配置される光学異方
素子であって、シート状に構成され、負の一軸性を示す
と共にその光学軸がシート面に対して垂直でも平行でも
ないように配置されていることを特徴とするものであ
る。

【００１１】この場合、光学軸がシート面に対する法線
方向から１０°〜４０°の間の角度傾いていることが望
ましい。

【００１２】このような光学異方素子は、高分子マトリ
ックス中に配向された低分子液晶を含む構成であっても
よく、その場合、低分子液晶の配向は、高分子マトリッ
クス間の架橋、低分子液晶同士の架橋、高分子マトリッ
クスと低分子液晶の架橋の何れか１つ又は複数により固
定されることが望ましい。

【００１３】また、このような光学異方素子は、配向さ
れた液晶性高分子を含む構成であってもよく、その場
合、液晶性高分子がホメオトロピック配向又は傾斜配向
を行った基板上に流延又は塗布して配向されていること
が望ましい。

【００１４】また、本発明の光学異方素子の製造方法
は、シート状に構成され、負の一軸性を示すと共にその
光学軸がシート面に対して垂直でも平行でもないように
配置されている光学異方素子の製造方法において、高分
子マトリックス中に低分子液晶を分散させ、電場又は磁
場を印加して配向操作を行うこと特徴とする方法であ
る。

【００１５】もう１つの本発明の光学異方素子の製造方
法は、シート状に構成され、負の一軸性を示すと共にそ
の光学軸がシート面に対して垂直でも平行でもないよう
に配置されている光学異方素子の製造方法において、液
晶性高分子をホメオトロピック配向又は傾斜配向を行っ
た基板上に流延又は塗布し、電場又は磁場を印加して配
向操作を行うこと特徴とする方法である。

【００１６】

【作用】以下、ＴＮ型液晶表示素子を例にとり、図面を
参照にして本発明の作用を説明する。図１、図２、図３
は、液晶セルにしきい値電圧以上の電圧を印加した場合
の液晶表示素子中を伝搬する光の偏光状態を示したもの
であり、この液晶表示素子は電圧無印加時には明状態を
示すものである。

【００１７】図２は、液晶セルＣＥに光が垂直に入射し
た場合の光の偏光状態を示した図である。自然光Ｌ０が
偏光軸ＰＡを持つ偏光板Ａに垂直に入射したとき、偏光
板Ａを透過した光は、直線偏光Ｌ１となる。図中、ＬＣ
は、ＴＮ液晶セルＣＥに十分に電圧を印加した時の液晶
セルＣＥ中の液晶分子の配列状態を概略的に１つの液晶
分子モデルで示したものである。液晶セルＣＥ中の液晶
分子ＬＣの分子長軸が光の進路ＰＳと平行な場合、光の
進路ＰＳに垂直な面内で屈折率の差が生じないので、液
晶セルＣＥ中を伝搬する常光と異常光の間に位相差が生
じず、直線偏光Ｌ１は液晶セルＣＥを透過すると直線偏
光のまま伝搬する。偏光板Ｂの偏光軸ＰＢを偏光板Ａの
偏光軸ＰＡと垂直に設定すると、液晶セルＣＥを透過し
た光Ｌ２は偏光板Ｂを透過することができず暗状態とな
る。

【００１８】図３は、液晶セルＣＥに光Ｌ０が斜めに入
射した場合の光の偏光状態を示した図である。入射光の
自然光Ｌ０が斜めに入射した場合、偏光板Ａを透過した
偏光光Ｌ１はほぼ直線偏光になる（実際の場合、偏光板
Ａの特性により楕円偏光になる。）。この場合、液晶セ
ルＣＥ中の液晶分子ＬＣの分子長軸が光の進路ＰＳと角
度をなすので、光の進路ＰＳに垂直な面内で屈折率の差
が生じ、液晶セルＣＥを透過した光Ｌ２は楕円偏光とな
って偏光板Ｂに達し、一部の光が偏光板Ｂを透過してし
まう。この様な斜方入射における光の透過は、液晶表示
素子のコントラストの低下を招き、好ましくない。

【００１９】この様な斜方入射におけるコントラストの
低下を防ぎ、視角特性を改善するためには、図１に示す
ように、偏光板Ｂと液晶セルＣＥとの間に、光学軸が液
晶セルＣＥの法線方向に向いた負の一軸性の光学異方素
子ＲＦを配置することが考えられる。この一軸性の光学
異方素子ＲＦは、光学軸に対して光が入射する角度が大
きくなる程大きい位相差を示す複屈折体である。この様
な構成の液晶表示素子に、図３の場合と同様に、斜方入
射し液晶セルＣＥを透過して楕円偏光となった光Ｌ２
は、光学異方素子ＲＦを透過する時の位相遅延作用によ
って、楕円偏光が元の直線偏光に変換され、偏光板Ｂで
遮断されるはずである。

【００２０】しかしながら、実際の視角特性の改善効果
は十分ではない。その理由を検討する。ＴＮ−ＬＣＤの
多くは、ノーマリーホワイトモードが採用されている。
このモードにおける視角特性は、視角を大きくすること
に伴って、黒表示部からの光の透過率が著しく増大し、
結果としてコントラストの急激な低下を招いている。黒
表示は電圧印加時の状態であるが、この時には、ＴＮ液
晶セルＣＥは正の一軸性光学異方体とみなすことができ
る。図４（ａ）に示すように、液晶セルＣＥの光学軸が
液晶セルＣＥの法線方向を向いていれば、光学軸が液晶
セルＣＥの法線方向に向いた負の一軸性の光学異方素子
ＲＦを液晶セルＣＥの入射側又は出射側に配置すること
により、斜方入射光に対する液晶セルＣＥによる位相差
を光学異方素子ＲＦの位相差で補償して、楕円偏光Ｌ２
を元の直線偏光Ｌ３に変換でき、偏光板Ｂで遮断でき
る。

【００２１】しかしながら、電圧印加時の液晶分子ＬＣ
は、実際には、液晶セルＣＥの基板に対して完全に垂直
にはならず、基板の法線方向から若干傾いており、その
ため、液晶セルＣＥは光学軸がセルＣＥの表面に対する
法線方向から若干傾いた正の一軸性光学異方体とみなす
ことができる。中間階調の場合には、その光学軸の傾き
角は更に大きくなる。したがって、光学軸が液晶セルＣ
Ｅの法線方向に向いた負の一軸性の光学異方素子ＲＦを
組み合わせても、その補償は不十分となる。

【００２２】そこで、本発明においては、図４（ｂ）に
示すように、液晶セルＣＥの光学軸の傾きに合わせて、
負の一軸性の光学異方素子ＲＦの光学軸も液晶セルＣＥ
の法線方向から傾けることにより、斜方入射光に対する
液晶セルＣＥによる位相差を光学異方素子ＲＦの位相差
で補償して、図１に示すように、斜方入射し液晶セルＣ
Ｅを透過して楕円偏光となった光Ｌ２を元の直線偏光Ｌ
３に変換し、種々の斜方入射においても同一の透過率が
得られ、視角依存性のない良好な液晶表示素子を実現す
ることができる。

【００２３】このように、本発明におては、光学軸が液
晶セルＣＥの法線方向から傾いた負の一軸性光学異方体
ＲＦを用いることによって大幅な視野角特性が改善され
る。本発明におけるこの光学軸が傾斜した負の一軸性光
学異方体ＲＦとは、光学異方性を有するシートの３軸方
向屈折率を、その値が小さい順にｎα、ｎβ、ｎγとし
たとき、ｎα＜ｎβ＝ｎγの関係を有するものである。
光学軸はｎαの方向に定義されるので、光学軸方向の屈
折率が最も小さいという特性を有するものである。ただ
し、ｎβとｎγの値は厳密に等しい必要はなく、ほぼ等
しければ十分である。具体的には、｜ｎβ−ｎγ｜／｜
ｎβ−ｎα｜≦０．２であれば、実用上問題はない。ま
た、ＴＮ液晶セルの視野角特性を大幅に改良する条件と
しては、光学軸、すなわち、屈折率ｎαの方向が液晶セ
ルＣＥの法線方向（シート面の法線方向）から１０°〜
４０°の範囲で傾いていることが好ましく、１０°〜３
０°の範囲がより好ましい。さらに、シートの厚さをＤ
としたとき、１００≦（ｎβ−ｎα）×Ｄ≦４００ｎｍ
の条件を満足することが好ましい。

【００２４】本発明おけるこのような負の一軸光学異方
体ＲＦは、例えば、負の一軸性を示すように構成された
バルク状のポリマーから、光学軸が表面に対して所定の
方向に向くようにフィルム形状又は板状に斜めに切り出
して形成することができる。このようなフィルム又は板
状物は、光の透過率は８０％以上が好ましく、９０％以
上が更に好ましい。

【００２５】ところで、ポリマーには、固有複屈折が正
の場合と負の場合がある。これらのポリマーから負の一
軸性を示すフィルムを作製するには、固有複屈折が正の
ものの場合は当該フィルムを一定の方向に圧縮すればよ
く、逆に、固有複屈折が負のものの場合は当該フィルム
を一定の方向に延伸すればよい。このようにすると、圧
縮又は延伸した方向の屈折率がその方向に垂直な方向の
屈折率より小さくなり、その方向が光学軸となって負の
一軸性を示すようになる。

【００２６】このような固有複屈折が正又は負のポリマ
ーとしては、特に制限はないが、本発明に使用できるも
のを例示すると次のようなものがあげられる。

【００２７】固有複屈折が正のポリマーには、ポリカー
ボネート、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリフェニレンオキサイド、ポリアリルスルホン、
ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリ
アクリロニトリル、セルロース、ポリエステル等があげ
られる。さらに、これらはモノポリマーだけでなく、コ
ポリマー、それらの誘導体、ブレンド物等も含まれる。

【００２８】固有複屈折が負のポリマーには、ポリスチ
レン系重合体、アクリル酸エステル系重合体、メタアク
リル酸エステル系重合体、アクリロニトリル系重合体及
びメタアクリロニトリル系重合体があげられる。

【００２９】ここで、ポリスチレン系重合体とは、スチ
レン、及び、スチレン誘導体のホモポリマー、スチレン
及びスチレン誘導体とのコポリマー、ブレンド物であ
る。

【００３０】スチレン誘導体とは、例えば、α−メチル
スチレン、ｏ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、
ｐ−クロロスチレン、ｐ−フェニルスチレン、２，５−
ジクロロスチレン等があげられる。スチレン及びスチレ
ン誘導体（以下、ＳＴと略す。）とのコポリマー、ブレ
ンド物は、例えば、コポリマーとしては、ＳＴ／アクリ
ロニトリル、ＳＴ／メタアクリロニトリル、ＳＴ／メタ
アクリル酸メチル、ＳＴ／メタアクリル酸エチル、ＳＴ
／α−クロルアクリロニトリル、ＳＴ／アクリル酸メチ
ル、ＳＴ／アクリル酸エチル、ＳＴ／アクリル酸ブチ
ル、ＳＴ／アクリル酸、ＳＴ／メタクリル酸、ＳＴ／ブ
タジエン、ＳＴ／イソプレン、ＳＴ／無水マレイン酸、
ＳＴ／酢酸ビニル、コポリマー及びスチレン／スチレン
誘導体コポリマー等があげられる。以上にあげた二元コ
ポリマー以外に三元以上のコポリマーもあげられる。ま
た、ブレンド物は、上記スチレンホモポリマー、スチレ
ン誘導体ホモポリマー及びスチレン及びスチレン誘導体
コポリマー間のブレンドはもちろんとして、スチレン及
びスチレン誘導体からなるポリマー（以下、ＰＳＴと略
す。）と、ＰＳＴを含まないポリマーとのブレンドもあ
げられ、これらのブレンドは、一例として、ＰＳＴ／ブ
チルセルロースＰＳＴ／クマロン樹脂があげられる。

【００３１】本発明おける負の一軸性光学異方体ＲＦの
別の作製方法としては、高分子マトリックスと低分子液
晶を混合し、低分子液晶を斜めに配向して固定する方法
がある。

【００３２】この方法で使用される低分子液晶は、特に
制限はないが、負の固有複屈折値を有するものが好まし
い。負の固有複屈折値及び正の固有複屈折値を有する低
分子液晶のいくつかの具体例を以下に構造式で示すが、
これらの化合物に限定されるものではない。これらの詳
細については、「LIQUID CRYSTALS,1989,VOL.5,NO.1,p
p.159-170」に記載されている。

【００３３】

【化１】

【００３４】

【化２】

【００３５】

【化３】

【００３６】

【化４】

【００３７】

【化５】

【００３８】

【化６】

【００３９】

【化７】

【００４０】

【化８】

【００４１】

【化９】

【００４２】また、低分子液晶同士、あるいは、高分子
マトリクスと低分子液晶との架橋のために、上述の低分
子液晶分子の末端に、不飽和結合を有する置換基、活性
水素を有する置換基、等の反応性の置換基を有すること
が好ましい。

【００４３】この方法による低分子液晶を配向させる手
段としては、磁場又は電場が用いられるが、特に本発明
のように液晶分子を斜めに配向させる手段としては、磁
場が好ましい。すなわち、低分子液晶は磁化率異方性が
負で反磁性を示すため、外部から磁場を加えると磁場方
向に分子の光学軸が配向する。したがって、図５に模式
的に示すように、高分子マトリクス１１に低分子液晶１
２を混合して高分子マトリクス１１中に低分子液晶１２
を分散させ、これを支持シート１０上に塗布し、支持シ
ート１０表面の法線方向に対して角度をなして外部磁場
１３を加えることにより、低分子液晶１２をその方向に
配向させることができる。この場合、磁場強度は５００
Ｇ以上であることが好ましいが、液晶の固有粘度の低い
ものは５００Ｇ以下の磁場でも配向し得る。なお、磁場
ベクトル１３は、支持シート１０表面の法線方向から０
°より大きく６０°以下に傾いていることが好ましい。

【００４４】次に、低分子液晶の配向を固定する方法で
あるが、これは、配向と同時に行われることが好まし
い。具体的に配向を固定する方法としては、不飽和結合
を有するモノマーと低分子液晶よりなる系に、光重合開
始剤あるいは熱重合開始剤を添加して、低分子液晶の配
向と同時に光あるいは熱により不飽和結合を有するモノ
マーを重合させ、低分子液晶の配向を固定する方法、反
応性の置換基を有する低分子液晶と高分子マトリクスを
熱、光又はｐＨ変化により反応させて配向を固定化する
方法、あるいは、反応性の置換基を有する低分子液晶同
士を個々の液晶ドメインの中で架橋することにより配向
を固定する方法があげられるが、これらの方法に止まる
ものではなく、様々な公知技術を使用することができ
る。

【００４５】この液晶の配向固定には、前述のように熱
重合開始剤あるいは光重合開始剤を用いることができ
る。熱重合開始剤の例としては、アゾ化合物、有機過酸
化物、無機過酸化物、スルフィン酸類等をあげることが
できる。これらの詳細については、高分子学会、高分子
実験学編集委員会編「付加重合・開環重合」（１９８３
年、共立出版）の６〜１８ページ等に記載されている。

【００４６】光重合開始剤の例としては、ベンゾフェノ
ン類、アセトフェノン類、ベンゾイン類、チオキサント
ン類等をあげることができる。これらの詳細について
は、「紫外線硬化システム」（１９８９年、総合技術セ
ンター）の６３〜１４７ページ等に記載されている。

【００４７】また、上記の高分子マトリクスとして使用
されるポリマーも特に制限はなく、固有複屈折値は正で
も負でもよいが、低分子液晶を含んだ状態での光の透過
率が６０％以上で、実質的に透明で無彩色であることが
好ましく、このシートの透明性を保持するために、高分
子マトリクスと低分子液晶が相溶しているか、あるいは
高分子マトリクス中に低分子液晶が０．０８μｍ以下の
大きさで分散されていることが好ましい。この低分子液
晶の分散には、界面活性剤、高分子化合物、等を分散助
剤として用いてもよい。

【００４８】高分子マトリクスには、ゼラチン、アガロ
ース、ペクチン、アラビアゴム、カラギナン、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメチルビニ
ルエーテル、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ヒド
ロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロー
ス、メチルセルロース、ポリカーボネート、ポリアリレ
ート、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリ
フェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキサイド、
ポリアリルスルホン、ポリビニルアルコール、ポリアミ
ド、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、セ
ルロース系重合体、ポリアクリロニトリル、ポリスチレ
ン、また、二元系、三元系各種共重合体、グラフト共重
合体、ブレンド物などが好適に利用される。

【００４９】次に、このように高分子マトリックスと低
分子液晶とからなる一軸性光学異方体ＲＦの調製の方法
を説明する。

【００５０】少なくとも高分子化合物と低分子液晶を含
む溶液、少なくとも高分子化合物と重合性化合物と低分
子液晶を含む溶液、あるいは、少なくとも重合性化合物
と低分子液晶を含む溶液等を用いて溶融押出法、溶液流
延法、あるいは、カレンダー法等によりフィルムシート
とすることができる。あるいは、ガラスやプラスチック
フィルム等を支持体として、この支持体上に上記の溶液
を塗布することによりフィルムシートとすることができ
る。一軸性光学異方体ＲＦの機械的強度の面から塗布に
よる方法が好ましい。この場合、使用する支持体は特に
制限はないが、塗布液の溶剤に溶けないものが好まし
い。

【００５１】上記フィルム中で液晶分子が十分に動くこ
とのできる温度で、フィルムシート表面に対する法線方
向から０°より大きく６０°以下に傾いた方向に磁場を
加えながら高分子化合物と低分子液晶、あるいは、低分
子液晶同士を架橋反応することにより液晶の配向を固定
化し、目的の一軸性光学異方体が得られる。

【００５２】本発明おける負の一軸性光学異方体ＲＦの
さらに別の作製方法としては、液晶性高分子をホメオト
ロピック配向又は傾斜配向を行った基板上に流延又は塗
布し、電場又は磁場を印加して配向操作を行う方法があ
る。

【００５３】この方法は、図６に模式的に示すように、
支持シート１０上にホメオトロピック配向又は傾斜配向
処理１４を行い、この上に透明で被膜形成能を有する高
分子と負の固有複屈折値を有する液晶性高分子の溶液１
５を流延又は塗布し、溶液１５中の液晶性高分子を支持
シート１０表面の法線に対して角度をなすように配向さ
せる方法である。

【００５４】透明で被膜形成能を有する高分子について
は、特に制限はないが、ゼラチン、アルギン酸、ペクチ
ン、カラギナン、ポリカーボネート、ポリアリレート、
ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエー
テルスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェ
ニレンオキサイド、ポリアリルスルホン、ポリビニルア
ルコール、ポリアミド、ポリイミド、ポリオレフィン、
ポリ塩化ビニル、セルロース系重合体、ポリアクリロニ
トリル、ポリスチレン、また、二元系、三元系各種共重
合体、グラフト共重合体、ブレンド物等が好適に利用さ
れる。

【００５５】ここで使用する液晶性高分子は、特に制限
はないが、負の固有複屈折値を有するものが好ましい。
これらの詳細については、「LIQUID CRYSTALS,1989,VO
L.5,NO.1,pp.159-170」に記載されている。

【００５６】また、配向の固定を考えると、低分子液晶
同士、あるいは、高分子マトリクスと低分子液晶との架
橋のために、上記のような低分子液晶の末端に、不飽和
結合を有する置換基、活性水素を有する置換基、等の反
応性の置換基を有することが好ましい。

【００５７】液晶性高分子は大きく分けると、メソゲン
基の入り方から、主鎖型、側鎖型がある。また、サーモ
トロピックとライオトロピックにも分類できる。ここで
用いる透明な液晶性高分子は、特に制限はないが、ネマ
チック液晶を形成することが好ましい。また、配向性の
点で側鎖型が好ましく、配向固定の点でサーモトロピッ
クが好ましい。側鎖型液晶性高分子で用いられる骨格
は、ビニル型のポリマー、ポリシロキサン、ポリペプチ
ド、ポリホスファゼン、ポリエチレンイミン、セルロー
ス等が好ましい。

【００５８】次に、ホメオトロピック配向又は傾斜配向
処理１４について述べる。ホメオトロピック配向処理に
は、一般に表面エネルギーの小さい、すなわち、撥水性
の大きい材料が使用される。この種の材料としては、例
えば、特開昭５８−７２９２３号、特開昭５８−８８７
２３号、特開平２−３０１７号等に開示されているシラ
ン化合物等が好適に用いられる。傾斜配向処理には、酸
化シリコンや金等を斜め方向から真空蒸着する方法や、
斜め蒸着後に上記のホメオトロピック配向処理をする方
法、及び、特開昭６２−２７０９１７号、特開平２−３
７３２３号等に開示されているホメオトロピック配向処
理をした後にラビング法を組み合わせる方法等が好適に
用いられる。

【００５９】このような負の一軸性光学異方体の膜厚が
１０μｍ以上の場合、支持シートに施した配向処理の効
果が不十分になるため、図５のように、磁場又は電場を
基板に平行でも垂直でもない所定の方向からかけること
が好ましい。

【００６０】次に、液晶分子の配向を固定する方法につ
いて述べる。ここで用いる低分子または高分子の液晶を
室温以上好ましくは１００℃以上で形成させ、基板への
配向処理や磁場又は電場によって配向させた後、すばや
く室温まで冷却することによって配向が固定される。さ
らに、積極的に配向を固定する方法としては、不飽和結
合を有するモノマーと低分子又は高分子の液晶よりなる
系に、光重合開始剤あるいは熱重合開始剤を添加して、
液晶の配向と同時に光あるいは熱により不飽和結合を有
するモノマーを重合させ、液晶の配向を固定する方法、
反応性の置換基を有する低分子液晶を高分子マトリクス
と、熱、光又はｐＨ変化により反応させ配向を固定化す
る方法、あるいは、反応性の置換基を有する低分子液晶
同士を個々の液晶ドメインのなかで架橋することにより
配向を固定する方法があげられるが、これらの方法に止
まるものではなく、様々な公知技術を使用することがで
きる。

【００６１】この方法の液晶の配向固定には、前述のよ
うに、熱重合開始剤あるいは光重合開始剤を用いること
ができる。熱重合開始剤の例としては、アゾ化合物、有
機過酸化物、無機過酸化物、スルフィン酸類等をあげる
ことができる。これらの詳細については高分子学会、高
分子実験学編集委員会編「付加重合・開環重合」（１９
８３年、共立出版）の６〜１８ページ等に記載されてい
る。

【００６２】光重合開始剤の例としては、ベンゾフェノ
ン類、アセトフェノン類、ベンゾイン類、チオキサント
ン類等をあげることができる。これらの詳細について
は、「紫外線硬化システム」（１９８９年、総合技術セ
ンター）の６３〜１４７ページ等に記載されている。

【００６３】次に、このように液晶性高分子を含む一軸
性光学異方体ＲＦの調製の方法を説明する。少なくとも
透明で被膜形成能のある高分子と低分子液晶を含む溶
液、又は、少なくとも透明な液晶性高分子を含む溶液を
用いて基板上への溶融押出法、溶液流延法等によりフィ
ルムシートとすることができる。あるいは、ガラスやプ
ラスチックフィルム等を支持体として、この支持体上に
上記の溶液を塗布することによりフィルムシートとする
ことができる。光学異方体ＲＦの機械強度と生産性の点
から塗布による方法が好ましい。この場合、使用する支
持体は特に制限はないが、塗布液の溶剤に溶けないもの
が好ましい。以下、実施例によって詳細に説明する。

【００６４】

〔実施例１〕

実施例１Ａ分子量１５万のスチレン−アクリロニトリル共重合体の
ペレットを溶融し、内径１００ｍｍの孔径を有するノズ
ルより押し出すと共に、３０％の延伸を行い、外形８７
ｍｍのスチレン−アクリロニトリル共重合体のロッド棒
を得た。

【００６５】このロッド棒の中心軸すなわち延伸軸に対
して直交する面と２０°の角度で交差する面で、このロ
ッド棒をスライスし、厚さ約１．５ｍｍの楕円形状の板
状物を得た。

【００６６】この板状物を米国ビューラー社製ラッピン
グ機にて、５０μｍのＳｉＣパウダー、３０μｍのＳｉ
Ｃパウダー、１０μｍのＳｉＣパウダー、３μｍのダイ
ヤモンドパウダー、０．０５μｍのアルミナパウダーで
順次研磨し、厚さ１．０ｍｍの鏡面状のスチレン−アク
リロニトリル板を得た。

【００６７】実施例１Ｂ実施例１Ａにおいて、延伸軸に対して直交する面と１０
°の角度で交差する面でスライスしたことを除いては、
実施例１Ａと全く同一の方法によって厚さ１．０ｍｍの
鏡面状のスチレン−アクリロニトリル板を得た。

【００６８】実施例１Ｃ実施例１Ａにおいて、延伸軸に対して直交する面と３０
°の角度で交差する面でスライスしたことを除いては、
実施例１Ａと全く同一の方法によって厚さ１．０ｍｍの
鏡面状のスチレン−アクリロニトリル板を得た。

【００６９】実施例１Ｄ実施例１Ａにおいて、延伸軸に対して直交する面と４０
°の角度で交差する面でスライスしたことを除いては、
実施例１Ａと全く同一の方法によって厚さ１．０ｍｍの
鏡面状のスチレン−アクリロニトリル板を得た。

【００７０】比較例１Ａ実施例１Ａで得たロッド棒を中心軸すなわち延伸軸に対
して直交する面でスライスし厚さ約１．５ｍｍの円板を
得た。この円板を実施例１Ａと同様の方法で研磨し、厚
さ１．０ｍｍの鏡面状のスチレン−アクリロニトリル板
を得た。

【００７１】比較例１Ｂ実施例１Ａにおいて、延伸軸に対して直交する面と５０
°の角度で交差する面でスライスしたことを除いては、
実施例１Ａと全く同一の方法によって厚さ１．０ｍｍの
鏡面状のスチレン−アクリロニトリル板を得た。

【００７２】〈光学軸と法線とのなす角度及び光軸に直
交する方向の屈折率ｎ₀、光軸方向屈折率ｎ_eの測定〉
実施例１Ａ〜１Ｄ及び比較例１Ａ〜１Ｂによって得られ
た板状物について、光学軸及びｎ₀、ｎ_eの測定を行っ
た。

【００７３】測定には、（株）島津製作所製エリプソメ
ーターＡＥＰ−１００を透過モードで使用した。実施例
及び比較例で得られた板状物はＡＥＰ−１００における
λ／４板と検光子の間に置かれたゴニオメーターに装着
し、該板状物を回転し、ｎ₀＝ｎ_eとなる方向をもって
光学軸とした。得られた結果を表１に示す。

【００７４】また、光学軸からさらに板状物を回転したときのレター
デーション（複屈折値と厚さの積）の変化から、計算に
よってｎ_eとｎ₀の差を求めた。その結果も表１に示
す。

【００７５】〈液晶表示素子の光学配置〉次に、図１に
おいて、光学異方素子ＲＦを取り除き、ＴＮ液晶セルＣ
Ｅは、偏光板Ａの側のラビング軸をＸ軸に対してＸ−Ｙ
面内で４５°となるように、また、偏光板Ｂの側のラビ
ング軸をＸ軸に対し１３５°となるように配置し、偏光
板Ａの偏光軸ＰＡをＸ軸に対し４５°、偏光板Ｂの偏光
軸ＰＢをＸ軸に対し１３５°に配置した。ここで使用し
た液晶セルＣＥのリターデーション値（すなわち、（ｎ
_e−ｎ₀）×ギャップサイズ）は４８０ｎｍで、ギャッ
プサイズは５．０μｍである。

【００７６】液晶セルＣＥに３０Ｈｚ矩形波で電圧を印
加し、透過率と電圧の関係を大塚電子（株）製ＬＣＤ−
５０００で測定した。その結果を図７に示す。ここで、
電圧を印加しない状態での光透過率を１００％とした。

【００７７】〈視角特性の評価〉実施例１Ｅ図１に示すように光学異方素子ＲＦを配置し、その他は
上記と同様の光学配置とした。光学異方素子ＲＦとして
実施例１Ａで得たスチレン−アクリロニトリル板を用
い、０Ｖ／５Ｖのコントラスト１０基準の上下左右の視
野角特性を大塚電子（株）製ＬＣＤ−５０００によって
測定した。

【００７８】実施例１Ｆ実施例１Ｅと同様の光学系で、光学異方素子ＲＦとして
実施例１Ｂで得たスチレン−アクリロニトリル板を用い
て、同様のコントラスト１０基準の上下左右の視野角特
性を求めた。

【００７９】実施例１Ｇ実施例１Ｅと同様の光学系で、光学異方素子ＲＦとして
実施例１Ｃで得たスチレン−アクリロニトリル板を用い
て、同様のコントラスト１０基準の上下左右の視野角特
性を求めた。

【００８０】実施例１Ｈ実施例１Ｅと同様の光学系で、光学異方素子ＲＦとして
実施例１Ｄで得たスチレン−アクリロニトリル板を用い
て、同様のコントラスト１０基準の上下左右の視野角特
性を求めた。

【００８１】比較例１Ｃ実施例１Ｅと同様の光学系で、光学異方素子ＲＦがない
状態で、０Ｖ／５Ｖのコントラスト１０基準の上下左右
の視野角特性を求めた。

【００８２】比較例１Ｄ実施例１Ｅと同様の光学系で、光学異方素子ＲＦとして
は比較例１Ａで得たスチレン−アクリロニトリル板を用
いて、同様のコントラスト１０基準の上下左右の視野角
特性を求めた。

【００８３】比較例１Ｅ実施例１Ｅと同様の光学系で、光学異方素子ＲＦとして
比較例１Ｂで得たスチレン−アクリロニトリル板を用い
て、同様のコントラスト１０基準の上下左右の視野角特
性を求めた。

【００８４】実施例１Ｅから１Ｈ及び比較例１Ｃから１
Ｅの実験によって得られたコントラスト１０基準の上下
左右視野角を表２に示す。

【００８５】〔実施例２〕実施例２Ａ低分子液晶（〔化１〕のＴＥ−３）を３３ｗｔ％、ポリ
メチルメタクリレートを４７ｗｔ％、アセトキシベンゾ
フェノンを２ｗｔ％、そしてアクリル系重合性化合物を
１８ｗｔ％の割合で混合し、これらをメチレンクロライ
ドに溶解し、液晶溶液（ＳＥ−１）を調製した。ＳＥ−
１をポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布した
後、９０℃の雰囲気下でシート表面に対する法線方向か
ら１５°傾いた方向に磁場を印加しながら、キセノンラ
ンプで光照射することにより光学異方素子（ＫＨ−１）
を調製した。

【００８６】実施例２Ｂ低分子液晶（〔化１〕のＴＥ−４）を３３ｗｔ％、ポリ
ビニルブチラールを４７ｗｔ％、そして側鎖にアリール
基を有するアクリル系重合体を２０ｗｔ％の割合で混合
し、これらをクロロフォルムに溶解し、液晶溶液（ＳＥ
−２）を調製した。ＳＥ−２をポリエチレンテレフタレ
ートフィルム上に塗布した後、１００℃の雰囲気下でシ
ート表面に対する法線方向から３８°傾いた方向に磁場
を印加しながら、キセノンランプで光照射することによ
り光学異方素子（ＫＨ−２）を調製した。

【００８７】実施例２Ｃ低分子液晶（〔化３〕のＴＥ−１２）と実施例２Ａで用
いたアクリル系重合性化合物を３：２の割合で混合し、
これにアセトキシベンゾフェノンを１ｗｔ％加えた後、
これらをポリビニルアルコールの３０％水溶液にホモジ
ナイザーで分散し、液晶溶液（ＳＥ−３）を調製した。
ＳＥ−３をポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗
布した後、１１０℃の雰囲気下でシート表面に対する法
線方向から２８°傾いた方向に磁場を印加しながら、キ
セノンランプで光照射することにより光学異方素子（Ｋ
Ｈ−３）を調製した。

【００８８】比較例２Ａ実施例２Ｂど同一の低分子液晶を３３ｗｔ％、ポリビニ
ルブチラールを４７ｗｔ％、そして側鎖にアリール基を
有するアクリル系重合体を２０ｗｔ％の割合で混合し、
これらをクロロフォルムに溶解し、液晶溶液（ＳＥ−
２）を調製した。ＳＥ−２をポリエチレンテレフタレー
トフィルム上に塗布した後、１００℃の雰囲気下でシー
ト表面に対して垂直に磁場を印加しながら、キセノンラ
ンプで光照射することにより光学異方素子（ＫＨ−４）
を調製した。

【００８９】比較例２Ｂ実施例２Ａと同一の低分子液晶を３３ｗｔ％、ポリメチ
ルメタクリレートを４７ｗｔ％、アセトキシベンゾフェ
ノンを２ｗｔ％、そしてアクリル系重合性化合物を１８
ｗｔ％の割合で混合し、これらをメチレンクロライドに
溶解し、液晶溶液（ＳＥ−１）を調製した。ＳＥ−１を
ポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布して、光
学異方素子（ＫＨ−５）を調製した。

【００９０】〈光学軸の測定〉実施例２Ａ〜２Ｃ及び比
較例２Ａ〜２Ｂによって得られた光学異方素子につい
て、実施例１と同様にして光学軸と法線とのなす角度及
びｎ_e、ｎ₀の測定を行った。得られた結果を表３に示
す。

【００９１】〈視角特性の評価〉図１に示す光学異方素子ＲＦとして
実施例２Ａ〜２Ｃ及び比較例２Ａ〜２Ｂによって得られ
た光学異方素子を用いて、実施例１と同様な液晶表示素
子の光学配置で、０Ｖ／５Ｖのコントラスト１０基準の
上下左右の視角特性を求めた。その結果を表４に示す。

【００９２】〔実施例３〕実施例３Ａ高分子液晶（〔化１〕のＴＥ−２）をメチレンクロライ
ドに溶解し、１０ｗ％の高分子液晶溶液（ＳＥ−４）を
調製した。また、ガラス基板上にオクタデシルトリエト
キシシラン３％イソプロパノール溶液を塗布し、１００
℃で３０分焼成後エタノール洗浄し、再び１００℃で３
０分焼成した後、植毛布でラビング処理した。配向処理
した該ガラス基板上に高分子液晶溶液（ＳＥ−４）を塗
布し、光学異方素子（ＫＨ−６）を調製した。

【００９３】比較例３Ａ実施例３Ａの高分子液晶溶液（ＳＥ−４）を配向処理を
しないガラス基板上に同様に塗布し、光学異方素子（Ｋ
Ｈ−７）を調製した。

【００９４】〈光学軸の測定〉実施例３Ａ及び比較例３
Ａによって得られた光学異方素子について、実施例１と
同様にして光学軸と法線とのなす角度及びｎ_e、ｎ₀の
測定を行った。得られた結果を表５に示す。

【００９５】〈視角特性の評価〉図１に示す光学異方素子ＲＦとして
実施例３Ａ及び比較例３Ａによって得られた光学異方素
子を用いて、実施例１と同様な液晶表示素子の光学配置
で、０Ｖ／５Ｖのコントラスト１０基準の上下左右の視
角特性を求めた。その結果を表６に示す。

【００９６】以上の結果から、本発明によれば、ＴＮ型液晶表示素子
の視角特性が改善され、視認性に優れた高品位表示の液
晶表示素子を提供することができることが分かる。

【００９７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による光学異方素子をＴＮ型液晶表示素子に用いると、
その視角特性が改善され、視認性に優れた高品位表示の
液晶表示素子を提供することができる。また、本発明に
よる光学異方素子をＴＦＴやＭＩＭ等の３端子、２端子
素子を用いたアクティブマトリクス型液晶表示素子に応
用しても、同様の優れた効果が得られることは言うまで
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学異方素子を用いた液晶表示素
子の構成の１例を説明するための図である

【図２】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成と表示面に垂
直に光が入射する場合の光の透過状態を説明するための
図である。

【図３】従来のＴＮ型液晶表示素子の表示面に斜めに光
が入射する場合の光の透過状態を説明するための図であ
る。

【図４】負の一軸性光学異方素子の光学軸の向きと液晶
セルの光学軸の向きの関係を説明するための図である。

【図５】液晶分子を磁場により配向させる方法を説明す
るための模式図である。

【図６】ホメオトロピック配向又は傾斜配向処理により
液晶性高分子を配向させる方法を説明するための模式図
である。

【図７】本発明の実施例に用いる液晶表示素子の透過光
の印加電圧特性を示す図である。

【符号の説明】

ＣＥ…液晶セルＡ、Ｂ…偏光板ＰＡ、ＰＢ…偏光軸Ｌ０…自然光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…偏光光ＬＣ…電圧印加時の液晶分子ＰＳ…光の進路ＲＦ…光学異方素子１０…支持シート１１…高分子マトリクス１２…低分子液晶１３…外部磁場１４…ホメオトロピック配向又は傾斜配向処理１５…液晶性高分子を混合した溶液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の電極基板間にツイストネマティッ
ク型液晶を挟持してなる液晶セルと、その両側に配置さ
れた２枚の偏光素子とを備えた液晶表示素子の、前記液
晶セルと前記偏光素子の間に配置される光学異方素子で
あって、シート状に構成され、負の一軸性を示すと共に
その光学軸がシート面に対して垂直でも平行でもないよ
うに配置されていることを特徴とする光学異方素子。
【請求項２】光学軸がシート面に対する法線方向から
１０°〜４０°の間の角度傾いていることを特徴とする
請求項１記載の光学異方素子。
【請求項３】高分子マトリックス中に配向された低分
子液晶を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の光
学異方素子。
【請求項４】該低分子液晶の配向が、該高分子マトリ
ックス間の架橋、該低分子液晶同士の架橋、該高分子マ
トリックスと該低分子液晶の架橋の何れか１つ又は複数
により固定されていることを特徴とする請求項３記載の
光学異方素子。
【請求項５】配向された液晶性高分子を含むことを特
徴とする請求項１又は２記載の光学異方素子。
【請求項６】該液晶性高分子がホメオトロピック配向
又は傾斜配向を行った基板上に流延又は塗布して配向さ
れていることを特徴とする請求項５記載の光学異方素
子。
【請求項７】シート状に構成され、負の一軸性を示す
と共にその光学軸がシート面に対して垂直でも平行でも
ないように配置されている光学異方素子の製造方法にお
いて、高分子マトリックス中に低分子液晶を分散させ、
電場又は磁場を印加して配向操作を行うこと特徴とする
光学異方素子の製造方法。
【請求項８】シート状に構成され、負の一軸性を示す
と共にその光学軸がシート面に対して垂直でも平行でも
ないように配置されている光学異方素子の製造方法にお
いて、液晶性高分子をホメオトロピック配向又は傾斜配
向を行った基板上に流延又は塗布し、電場又は磁場を印
加して配向操作を行うこと特徴とする光学異方素子の製
造方法。