JPH0675114A - 光学補償フィルム、偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複屈折性に加えて旋光性に対しても補償でき
るフィルム状の補償板を得て、薄くて軽く視野角にも優
れるＳＴＮ型等の複屈折性液晶表示装置を形成できる光
学補償フィルム、ないし偏光板を得ること。 【構成】 捩じれ角０〜９０度でネマチック配向した液
晶性ポリマーからなる旋光性フィルム（１）と複屈折性
フィルム（３）との積層体からなる光学補償フィルム、
及び偏光フィルムの片側に前記の旋光性フィルムと複屈
折性フィルムが積層された偏光板、並びに複屈折性の液
晶セルと偏光板の間に前記の旋光性フィルムと複屈折性
フィルムを有する液晶表示装置。 【効果】 旋光性と複屈折性を任意に設定できる光学補
償フィルムが容易に得られ、偏光方位の回転角や回転方
向を自在設定でき柔軟性、取扱性に優れる大面積体の形
成も容易で着色防止の達成度、コントラストに優れる液
晶表示装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学補償フィルム、偏
光板及び液晶表示装置に関し、ＳＴＮ型等の複屈折性液
晶表示装置の着色防止やコントラストの向上をはかった
ものである。

【０００２】

【発明の背景】高コントラストで視野角が広く、マルチ
プレックス駆動ドットマトリクス方式による大画面表示
が容易なＳＴＮ型等の複屈折性液晶表示装置が、これま
でのＴＮ型のものに代わりパーソナルコンピュータやワ
ードプロセッサ、データターミナル装置等の種々の画面
表示に使用されている。

【０００３】かかる液晶表示装置では、液晶セルの複屈
折性により電場の印加時や無印加時に青系統や緑ないし
黄赤色系統等に着色する問題があり、見ずらい難点と共
に表示のカラー化を阻害する問題を誘発する。そのた
め、白黒表示を実現すべく種々の着色防止手段が提案さ
れている。

【０００４】

【従来の技術】従来、前記の着色防止手段としては、逆
の捩じれ角を有するスーパーツイストネマチック（ＳＴ
Ｎ）型液晶セルを重畳させて補償するダブルセル構造方
式が知られていた。しかしながら、嵩高化や高重量化問
題に加えて視野角を狭くし、斜めからの視点では依然と
して表示が着色すると共に、逆転関係の補償用セルを得
ることが困難で歩留まりに乏しい問題点があった。

【０００５】前記に鑑みて、補償用セルと等価な光学特
性を示す単層フィルムの開発も試みられているが未だ実
現されておらず、延伸フィルムからなる位相差板で代用
するＦＴＮ方式が実現されているだけである。しかしな
がら、この方式は液晶セルの複屈折性による位相差に対
処できるだけで補償効果に乏しく、コントラストにも乏
しい問題点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、複屈折性に
加えて旋光性に対しても補償できるフィルム状の補償板
を得て、薄くて軽く、視野角にも優れるＳＴＮ型等の複
屈折性液晶表示装置を得ることができる光学補償フィル
ム、ないし偏光板の開発を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、捩じれ角０〜
９０度でネマチック配向した液晶性ポリマーからなる旋
光性フィルムと複屈折性フィルムとの積層体からなるこ
とを特徴とする光学補償フィルム、及び偏光フィルムの
片側に前記の旋光性フィルムと複屈折性フィルムが積層
されていることを特徴とする偏光板、並びに複屈折性の
液晶セルと偏光板の間に前記の旋光性フィルムと複屈折
性フィルムを有することを特徴とする液晶表示装置を提
供するものである。

【０００８】

【作用】液晶性ポリマーを配向処理面上に展開して熱処
理後冷却することにより、均一性に優れるモノドメイン
状態の捩じれネマチック配向構造を有する液晶性ポリマ
ー層を形成でき、それを配向処理面より離型して大面積
の旋光性フィルムも容易に得ることができる。そして、
かかるフィルムと複屈折性フィルムとを積層することに
より、旋光性と複屈折性に対処できる光学補償フィルム
が得られる。

【０００９】

【実施例】本発明の光学補償フィルムは、捩じれ角０〜
９０度でネマチック配向した液晶性ポリマーからなる旋
光性フィルムと、複屈折性フィルムとの積層体からな
る。図１にその例を示した。１が液晶性ポリマーからな
る旋光性フィルム、３が複屈折性フィルムである。なお
２は透明な接着層である。

【００１０】旋光性フィルムは例えば、配向処理面上で
熱処理することにより良好な配向性を示して均一性に優
れるモノドメイン状態を形成し、かつネマチック相を呈
する温度領域以下では結晶相をもたないガラス状態をと
る相状態の温度依存性を示して、捩じれネマチック構造
のモノドメイン状態を安定に固定化できる液晶性ポリマ
ーを用いて得ることができる。

【００１１】かかる液晶性ポリマーの例としては、液晶
配向性を付与する共役性の直線状原子団（メソゲン）が
ポリマーの主鎖や側鎖に導入された主鎖型や側鎖型のも
のなどがあげられる。主鎖型の液晶性ポリマーの具体例
としては、屈曲性を付与するスペーサ部でメソゲン基を
結合した構造の、例えばネマチック配向性のポリエステ
ル系液晶性ポリマーなどがあげられる。

【００１２】側鎖型の液晶性ポリマーの具体例として
は、ポリシロキサン、ポリアクリレート、ポリメタクリ
レート又はポリマロネートを主鎖骨格とし、側鎖として
共役性の原子団からなるスペーサ部を介してネマチック
配向付与性のパラ置換環状化合物単位からなるメソゲン
部を有するものなどがあげられる。

【００１３】前記のパラ置換環状化合物単位としては、
例えばパラ置換芳香族単位やパラ置換シクロヘキシル環
単位等からなるネマチック液晶性を示す低分子液晶化合
物などがあげられる。より具体的には例えば、アゾメチ
ン形、アゾ形、アゾキシ形、エステル形、ビフェニル
形、フェニルシクロヘキサン形、ビシクロヘキサン形の
ものなどがあげられる。パラ置換環状化合物単位におけ
るパラ位における末端置換基としては、低分子液晶性化
合物における通例の置換基であってよく、シアノ基、ア
ルキル基、アルコキシ基などが一般的である。なおかか
るアルキル基やアルコキシ基におけるメチレン鎖数はメ
ソゲン部のコア構造により最適数が存在するが、通常１
〜９の炭素鎖の範囲である。

【００１４】スペーサ部としては、屈曲性を示す例えば
ポリメチレン鎖−（ＣＨ₂）_n−やポリオキシメチレン鎖
−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_m−などがあげられる。スペーサ部
を形成する構造単位の繰返し数には、メソゲン部の化学
構造により最適数が存在し、ちなみにポリメチレン鎖の
場合にはｎが２〜１１のものであり、ポリオキシメチレ
ン鎖の場合にはｍが１〜３のものである。前記範囲外で
は、ネマチック配向性が低下したり、ネマチック相を呈
する温度域以下でスメクチック相を呈しやすくなり捩じ
れネマチック状態に固定することが困難になりやすい。

【００１５】主鎖型の液晶性ポリマーの調製は例えば、
成分モノマーを共重合させる方式などにより行うことが
できる。側鎖型の液晶性ポリマーの調製は例えば、アク
リル酸やメタクリル酸のエステルの如きビニル系主鎖形
成用モノマーにスペーサ基を介してメソゲン基を導入し
たモノマーをラジカル重合法等によりポリマー化するモ
ノマー付加重合方式や、ポリオキシメチルシリレンのＳ
i−Ｈ結合を介し白金系触媒の存在下にビニル置換メソ
ゲンモノマーを付加反応させる方式などにより行うこと
ができる。

【００１６】また、主鎖ポリマーに付与した官能基を介
し相関移動触媒を用いたエステル化反応によりメソゲン
基を導入する方式、マロン酸の一部にスペーサ基を介し
てメソゲン基を導入したモノマーとジオールとを重縮合
反応させる方式などによっても側鎖型の液晶性ポリマー
を調製することができる。

【００１７】好ましく用いうる液晶性ポリマーは、その
重量平均分子量がゲルパーミェションクロマトグラフ法
によるポリスチレン換算に基づき、０．２万〜２０万の
ものである。その分子量が０．２万未満では強度に優れ
る旋光性フィルムを得にくく、２０万を超えると粘度の
増加で配向性が低下し、配向処理に多時間を要すること
となる。

【００１８】また、好ましく用いうる液晶性ポリマー
は、固定化した配向の安定性の点よりそのガラス転移点
が使用温度よりも高いものである。ちなみに常温付近で
使用する場合、ガラス転移点が３０℃未満の液晶性ポリ
マーでは固定化した液晶構造が変化して機能低下を誘発
する場合がある。

【００１９】旋光性フィルムの形成は、例えば配向処理
面上に液晶性ポリマーの溶液を展開して熱処理し、液晶
性ポリマーを配向させてモノドメイン状態を形成した
後、それを冷却して配向処理面より剥離する方法などに
より行うことができる。

【００２０】配向処理面としては、例えば低分子液晶化
合物の配向処理に公知のものを用いることができる。そ
の例としては、ガラス板上にポリイミドやポリビニルア
ルコール等の薄膜を形成し、その表面をラビング処理し
たもの、酸化珪素を斜方蒸着したものなどがあげられ
る。

【００２１】ちなみに、液晶性ポリマーをラビング膜上
に展開して熱処理するとそのラビング方向に配向させる
ことができる。その際、ラビング膜を液晶性ポリマーの
展開層の上下に配置することにより、上下のラビング膜
におけるラビング方向の交差角度に応じて捩じれ角が０
〜９０度のネマチック状態を形成することができる。

【００２２】液晶性ポリマーの展開は例えば、液晶性ポ
リマーを適宜な溶媒に溶解させて溶液とし、それをスピ
ンコート法、ロールコート法、フローコート法、プリン
ト法、ディップコート法、流延成膜法等の適宜な方法で
薄層展開し、それを乾燥処理して溶媒を除去する方法な
どにより行うことができる。また液晶性ポリマーを等方
相を呈する状態に加熱溶融させ、その温度を維持しつつ
薄層に展開する方法等の溶媒を使用しない方法などによ
っても行うことができる。

【００２３】展開した液晶性ポリマーを配向させるため
の熱処理は、液晶性ポリマーのガラス転移点から等方相
を呈する溶融状態までの温度範囲に加熱することにより
行うことができる。なお配向状態を固定化するための冷
却条件については特に限定はなく、通例前記の熱処理を
２００℃以下の温度で行いうることから、自然冷却方式
が一般に採られる。

【００２４】冷却により固定化処理を終えて形成され
た、所定の捩じれ角でネマチック配向した旋光性フィル
ムは、配向処理面より剥離回収され、複屈折性フィルム
との積層に供される。旋光性フィルムの離型（剥離回
収）には、長鎖アルキル基等からなる離型性側鎖を有す
るラビング膜形成材を用いる方式や、炭素数８〜１８の
アルキル鎖を有するシラン化合物を表面に結合修飾させ
たガラス板に配向処理面を形成する方式などの適宜な方
式を必要に応じて適用することができる。

【００２５】旋光性フィルムの厚さは、光導波路として
捩じれネマチック構造に基づく機能が発揮される範囲で
適宜に決定することができるが、一般には柔軟性等の点
より５００μm以下、就中１００μm以下で、かつモーガ
ンリミット以上とされる。このモーガンリミットは光の
波長に依存し、可視光が重要な分野においてはリターデ
ーション値（複屈折率の差と厚さの積）に基づいて２μ
m以上である。従ってこの場合には、２μm以上、好まし
くは膜強度の点より３μm以上、特に５μm以上の膜厚を
有する旋光性フィルムが用いられる。

【００２６】ちなみに、 予めモノマーを合成してそれをラジカル重合する方式に
より上式で表されるアクリル系モノマー単位からなるポ
リマーをクロロホルムに溶解させ、その溶液をフローコ
ート法にてガラス板上に形成したポリイミド系ラビング
膜（基準面）の上に展開し、加熱乾燥させたのちその乾
燥膜の上に、ガラス板上に形成したポリイミド系ラビン
グ膜を、直径１０μmの液晶セル用ガラススペーサを介
し、先のラビング膜に対してラビング方向が９０度の角
度で交差するよう密着させ、それを１２０℃で３０分間
熱処理したのち冷却させ、形成された厚さ約５０μmの
液晶性ポリマーフィルムをラビング膜より剥離回収し、
９０度捩じれネマチック構造の旋光性フィルムを得た。

【００２７】前記で得た旋光性フィルムの片面に下側偏
光板をその透過軸方向が基準面のラビング方向と平行
（交差角０度）になるよう配置し、他面に下側偏光板の
透過軸に対してその透過軸が直交するように上側偏光板
を配置したのち、下側偏光板側から白色光を入射させて
上側偏光板より出射した透過光のスペクトルを調べたと
ころ、全可視光域においてほぼ１００％の透過率を示す
と共に、入射した直線偏光の方位を全波長域にわたり高
精度に９０度回転（旋光）させていることがわかった。

【００２８】また前記で用いたポリマーを等方相状態に
なるまで加熱溶融させ、その状態を維持しつつフローコ
ート法にて、オクチルジメトキシモノクロロシランで化
学修飾したガラス板の表面に設けたラビング膜の上に展
開し、その上に直径１０μmの液晶セル用ガラススペー
サを介して前記と同様のラビング膜付ガラス板を先のラ
ビング膜に対してラビング方向が６０度の角度で交差す
るよう密着させ、それを温度低下させて１２０℃で３０
分間熱処理したのち冷却させ、形成された厚さ約２０μ
mの液晶性ポリマーフィルムをラビング膜より剥離回収
し、６０度捩じれネマチック構造の旋光性フィルムを得
て、その片面に下側偏光板をその透過軸方向が基準面の
ラビング方向と平行（交差角０度）になるよう配置し、
他面に下側偏光板の透過軸に対してその透過軸が６０度
で交差するように上側偏光板を配置したのち、下側偏光
板側から白色光を入射させて上側偏光板より出射した透
過光のスペクトルを調べたところ、全可視光域において
ほぼ１００％の透過率を示すと共に、入射した直線偏光
の方位を全波長域にわたり高精度に６０度回転（旋光）
させていることがわかった。

【００２９】本発明の光学補償フィルムにおける複屈折
性フィルムは、光学的に透明な適宜なプラスチックを用
いて形成することができる。一般には例えば、ポリメチ
ルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアル
コール、ポリプロピレンやその他のポリオレフィン、ポ
リアリレート、ポリスチレンなどのプラスチックからな
るフィルムをガラス転移点等の適宜な温度に加熱して延
伸処理することにより形成することができる。複屈折性
ないし位相差は、延伸倍率等の延伸条件を変えることに
より容易に制御できる。

【００３０】複屈折性フィルムの厚さは、補償すべき位
相差等に応じて適宜に決定することができる。一般に
は、柔軟性等の点より単層フィルムに基づき５００μm
以下、就中１００μm以下とされる。なお複屈折性フィ
ルムは、位相差の制御等を目的に延伸フィルムの重畳物
として形成されていてもよい。

【００３１】本発明の光学補償フィルムは、旋光性フィ
ルムと複屈折性フィルムを必要に応じ透明な接着剤や粘
着剤等の適宜な接着層を介して積層することにより得る
ことができる。旋光性フィルムと複屈折性フィルムの積
層数は適宜に決定でき、その配置位置は任意である。図
２に、旋光性フィルム１の両側に複屈折性フィルム３を
積層したものを例示した。なお積層に際しては、光学的
に等方性の適宜なプラスチックからなる透明フィルムで
旋光性フィルムの片側又は両側を保護して用いてもよ
い。

【００３２】旋光性フィルムなどを接着するための接着
剤等の種類については特に限定はないが、各機能フィル
ムの光学特性の変化防止等の点より、硬化や乾燥の際に
高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬
化処理や乾燥時間を要しないものが望ましい。

【００３３】本発明の偏光板は、偏光フィルムの片側に
上記の光学補償フィルムに準じた積層構造を設けたもの
である。図３にその例を示した。４が偏光フィルムで、
１、２、３は上記に同じである。なお旋光性フィルムと
複屈折性フィルムとの配置位置は任意で、その積層数も
任意である。

【００３４】偏光フィルムとしては適宜なものを用いる
ことができ、特に限定はない。一般には、ポリビニルア
ルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアル
コール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部
分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムにヨウ素
及び／又は二色性染料を吸着させて延伸したもの、ポリ
ビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩
酸処理物の如きポリエン配向フィルムなどからなる偏光
フィルムが用いられる。偏光フィルムの厚さは通例５〜
８０μmであるが、これに限定されない。

【００３５】用いる偏光フィルムはその片側又は両側に
透明保護層を有していてもよい。透明保護層の形成材と
しては、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性な
どに優れるものが好ましく用いうる。その代表例として
は、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ
イミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹
脂、アセテート系樹脂の如きポリマーなどがあげられ
る。また透明保護層は、上記の複屈折性フィルムに兼ね
させることもできる。

【００３６】なお本発明の偏光板には、その偏光フィル
ムや透明保護層を紫外線吸収剤、例えばサリチル酸エス
テル系化合物、ベンゾフェノール系化合物、ベンゾトリ
アゾール系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッ
ケル錯塩系化合物等で処理する方式などにより紫外線吸
収能をもたせることもできる。

【００３７】本発明の液晶表示装置は、ＳＴＮ型の如き
複屈折性の液晶セルと偏光板の間に、上記の光学補償フ
ィルムに準じた積層構造を設けたものである。図４にそ
の例を示した。５が液晶セルで、１、２、３、４は上記
に同じである。光学補償フィルムに準じた積層構造は、
液晶セルの少なくとも片側に設けられる。好ましく用い
うる旋光性フィルム、ないし複屈折性フィルムは、併用
の液晶セルによる旋光、ないし複屈折を可及的に補償し
て着色を防止し、コントラストを低下させないものであ
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、フィルム方式に基づい
て０〜９０度の範囲で旋光性を高精度に容易に設定で
き、かつ複屈折性についても所望の特性をもたせた光学
補償フィルムを容易に得ることができる。また、偏光方
位の回転角や回転方向を自在に設定でき、柔軟性、軽量
性、薄膜性、取扱性に優れる光学補償フィルムや偏光板
の大面積体の形成も容易で、着色防止による白黒表示の
達成度、コントラスト、視野角等の表示品位に優れるＳ
ＴＮ型等の複屈折性液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学補償フィルムの実施例の断面図

【図２】光学補償フィルムの他の実施例の断面図

【図３】偏光板の実施例の断面図

【図４】液晶表示装置の実施例の断面図

【符号の説明】

１：旋光性フィルム ２：接着層 ３：複屈折性フ
ィルム ４：偏光フィルム ５：複屈折性の液晶セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長塚 辰樹 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 捩じれ角０〜９０度でネマチック配向し
   た液晶性ポリマーからなる旋光性フィルムと、複屈折性
   フィルムとの積層体からなることを特徴とする光学補償
   フィルム。
2. 【請求項２】 偏光フィルムの片側に、捩じれ角０〜９
   ０度でネマチック配向した液晶性ポリマーからなる旋光
   性フィルムと複屈折性フィルムが積層されていることを
   特徴とする偏光板。
3. 【請求項３】 複屈折性の液晶セルと偏光板の間に、捩
   じれ角０〜９０度でネマチック配向した液晶性ポリマー
   からなる旋光性フィルムと複屈折性フィルムを有するこ
   とを特徴とする液晶表示装置。