JPH07134213A - 光学補償シートの製造方法 - Google Patents

光学補償シートの製造方法

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JPH07134213A
JPH07134213A JP5282788A JP28278893A JPH07134213A JP H07134213 A JPH07134213 A JP H07134213A JP 5282788 A JP5282788 A JP 5282788A JP 28278893 A JP28278893 A JP 28278893A JP H07134213 A JPH07134213 A JP H07134213A
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optical
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 TN型液晶表示素子の視野角によるコントラ
スト依存性を補償できる光学補償シートを加工得率が高
くなるように製造する方法を提供する。 【構成】 低分子のディスコティック液晶を含む層を形
成したロール状シートの製造方法において、該液晶を含
む層における光軸の該フィルム面への投射像の方向が該
ロールの長手方向及び幅方向以外の方向を向く様に配向
処理する光学補償シートの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学補償シートの製造
方法に関し、特に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有用な光学補償シートの製造方法に
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もった液
晶表示素子に変換されてきている。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
チック液晶を用いている。このような液晶を用いた表示
方式としては、複屈折モードと旋光モードとの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゜以上ねじれたもので、急峻な電
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)が無くても単純なマトリクス状の電極構造
で時分割駆動により大容量の表示が得られる。しかし、
この複屈折モードを用いたLCDは応答速度が遅く(数
百ミリ秒)、階調表示が困難という欠点を持っているた
め、能動素子を用いた液晶表示素子(TFT−LCDや
MIM−LCDなど)の表示性能を越えるまでにはいた
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(TN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)、容易に白色表
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LCDと比較して高画質化には最も有力な方式で
ある。しかし、ねじれネマチック液晶を用いているた
め、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上の問題があ
り、CRTの表示性能を越えるまでにはいたらない。
【0005】特開平4ー229828号、特開平4ー2
58923号公報などに見られるように、一対の偏光板
とTN型液晶セルの間に、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。上記特許公報で提案された位相差フィルムは、液
晶セルに対して、垂直な方向に位相差がほぼゼロのもの
であり、真正面からはなんら光学的な作用を及ぼさず、
傾けたときに位相差が発現し、液晶セルで発現する位相
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。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
ないのが実状である。
【0006】また、特開平4ー366808号、特開平
4ー366809号公報では、光学軸が傾いたカイラル
ネマチック液晶を含む液晶セルを位相差フィルムとして
用いて視野角を改良しているが、2層液晶方式となりコ
ストが高く、非常に重いものとなっている。更に特開平
5ー80323号に、液晶セルに対して、光軸が傾斜し
ている位相差フィルムを用いる方法が提案されている
が、一軸性のポリカーボネートを斜めにスライスして用
いるため、大面積の位相差フィルムを、低コストでは得
難いという問題点があった。更に、特願平5ー5823
号明細書に光異性化物質を用いて光軸が傾斜している位
相差フィルムを用いる方法が記載されている。この方法
によれば、広い視野角特性を有し、軽量で、かつ低コス
トの液晶表示素子が実現できる。しかし、この方法の欠
点として該位相差フィルムの熱、光に対する安定性が十
分でないという問題点があった。また、特開平5ー21
5921号公報においては一対の配向処理された基盤に
硬化時に液晶性を示す棒状化合物を挟持した形態の複屈
折板によりLCDの光学補償をする案が提示されている
が、この案では従来から提案されているいわゆるダブル
セル型の補償板と何ら変わることがなく、大変なコスト
アップになり事実上大量生産には向かない。さらに棒状
化合物を使用する限りは、後に述べる光学理由によりそ
の複屈折板ではTN型LCDの全方位視野角改善は不可
能である。また、特開平3ー9326号、及び特開平3
ー291601号公報においては配向膜が設置されたフ
ィルム状基盤に高分子液晶を塗布することによりLCD
用の光学補償板とする案が記載されているが、この方法
では分子を斜めに配向させることは不可能であるため、
やはりTN型LCDの全方位視野角改善は不可能であ
る。
【0007】また、光学補償板は後述するような光学的
理由により、LCDに搭載するときにはLCD画面のタ
テ・ヨコどちらにも平行でない斜めの方向に面内光軸方
向を持ってこなければならない。尚、ここに言う面内光
軸方向とは、実際の光軸のフィルム面への投射像が示す
方向のことである。光学補償フィルムは、通常ロール状
に製造するときは、長手方向に平行、あるいは直交方向
に面内光軸方向を持ってくるため、LCD搭載用に長方
形形状に切り抜く場合斜め方向に切り出す。そのためロ
ールの端面に図1のような切りクズが残り製造得率を落
としてしまう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
はTN型LCD中を伝搬する光の偏光状態が入射方向に
より異なることから生じる狭い視野角特性を改善でき
る、熱、光、に対し安定な光学補償板を、加工得率が高
くなるように製造する方法を提供することにある。更
に、それによりCRTに代替できるような広い視野角特
性を持ち、軽量かつ低コストの液晶表示素子を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題は、低分子のデ
ィスコティック液晶を含む層を形成したロール状シート
の製造方法において、該液晶を含む層における光軸の該
フィルム面への投射像の方向が該ロールの長手方向及び
幅方向以外の方向を向く様に配向処理することを特徴と
する光学補償シートの製造方法、により解決される。光
軸の方向がシート辺に対して45°の角度である必要が
あるとき、加工得率が最も低くなる。従って、本願発明
はロールの長手方向に対して、光軸が30〜60°の角
度になるように配向させることが好ましい。
【0010】以下、本発明の有用性を説明する。まず、
光学的有用性を図面を用いてTN型LCDを例にとり説
明する。図3、図4は、液晶セルにしきい値電圧以上の
十分な電圧を印加した場合の液晶セル中を伝搬する光の
偏光状態を示したものである。コントラストの視野角特
性には、特に電圧印加時の光の透過率特性が大きく寄与
するため、電圧印加時を例にとり説明する。図3は、液
晶セル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をもつ偏光板Aに
垂直に入射したとき、偏光板PAを透過した光は、直線
偏光L1となる。
【0011】TN型液晶セルに十分に電圧を印加した時
の液晶分子の配列状態を、概略的に1つの液晶分子でモ
デル的に示すと、概略図中LCのようになる。液晶セル
中の液晶分子でモデル的に示すと、概略図中LCの分子
長軸が光の進路と平行な場合、入射面(光の進路に垂直
な面内)での屈折率の差が生じないので、液晶セルを透
過しても直線偏光のまま伝搬する。偏光板Bの偏光軸P
Bを偏光板Aの偏光軸PAと垂直に設定すると、液晶セ
ルを透過した直線偏光L2は偏光板Bを透過することが
できず暗状態となる。
【0012】図4は、液晶セルに光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L
0が斜めに入射した場合偏光板Aを透過した偏光L1は
ほぼ直線偏光になる。(実際の場合偏光板の特性により
楕円偏光になる)。この場合、液晶の屈折率異方性によ
り液晶セルの入射面において屈折率の差が生じ、液晶セ
ルを透過する光L2は楕円偏光しており偏光板Bでは完
全に遮断されない。この様に、斜方入射においては暗状
態での光の遮断が不十分となり、コントラストの大幅な
低下を招き好ましくない。
【0013】本発明は、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できる光学補償板
を高い得率で製造する方法を提供しようとするものであ
る。図5に本発明により製造される光学補償シートの使
用例を示した。偏光板Bと液晶セルとの間に、液晶セル
の法線方向から傾いた光学軸を持つ光学異方素子RFが
配置されている。この光学異方素子RFは光軸に対して
光が入射する角度が大きくなる程大きく偏光する複屈折
体である。この様な構成の液晶表示素子に図4の場合と
同様に光が斜方入射し液晶セルを透過した楕円偏光L2
は、光学異方素子RFを透過するときの位相遅延作用に
よって楕円偏光が元の直線偏光に変調され、種々の斜方
入射においても同一な透過率が得られる視角依存性のな
い良好な液晶表示素子が実現できた。
【0014】本発明により製造される光学補償シートに
よって、液晶表示素子の視野角を大幅に向上できたこと
については以下のように推定している。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。
このモードでは、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ことになる。黒表示
は電圧印加時の状態であるが、この時には、TN型液晶
セルは光学軸がセル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。ま
た、中間階調の場合にはその光学軸は更に、LCセルの
法線方向から傾いていくものと思われる。
【0015】液晶セルの光学軸が液晶セルの表面に対す
る法線方向から傾いている場合、光学軸が法線方向にあ
る光学異方体では、その補償が不十分であることが予想
される。また、液晶セルが正の一軸性光学異方体とみな
せるのであれば、それを補償するためには負の一軸性光
学異方体が好ましい。このような理由から本発明におけ
る、光学軸が法線方向から傾いた負の一軸性光学異方体
によって大幅な視野角特性が改善されたものと推定す
る。
【0016】そして、このような光学補償シートをロー
ル状に製造するにあたって、通常考えられるようなロー
ルの長手方向、或いは幅方向に液晶の面内光軸方向を一
致させる方法をとる限り、図1のような切り抜き方を避
けることはできず、製造得率を下げてしまうことにな
る。本発明は、この様な事情に鑑みた結果、生み出され
たものである。即ち、ディスコティック液晶を配向させ
て光学補償シートをロール状に作成する際に、LCD画
面のタテ・ヨコどちらか一方を、製造される光学補償シ
ートロールの長手方向に一致させたとき、該液晶を含む
層の光軸がLCDに搭載されるべき方向を向くように該
液晶を配向させる。その結果、光学補償シートの最終製
造工程である切り抜き工程で、図2の様に無駄のない裁
断ができ、製造得率が大幅に増加する。また、図1のよ
うな裁断を行うには長方形に打ち抜くか、或いは斜めに
切断するというような特別な裁断工程をとる必要がある
のに対し、図2のような裁断形態においては、タテの裁
断もヨコの裁断も一般によく用いられるロール状物を切
るスリッターを使うことができるという点から、製造コ
ストを低く抑えることができる。
【0017】本発明に使用されるディスコティック液晶
は、それ自身光学的に負の一軸性を持ち、このディスコ
ティック液晶を含みその光学軸が法線方向から斜めに傾
斜している光学異方体は、TN型液晶セルの視角特性改
良に有効である。また特定のディスコティック液晶にお
いてはディスコティック液晶相はSiO斜方蒸着膜など
で配向させるとディスコティック液晶相・固相転移温度
以下ではその構造が安定に保たれるので、この光学異方
体は熱的にも安定である。
【0018】本発明におけるディスコティック液晶と
は、下記に列挙するようなものであるが、分子自身が負
の一軸性をもち且つ斜め配向膜により基盤面に対して斜
めに光軸が配向するものであれば、とくに下記物質に限
定されるものではない。
【0019】
【化1】
【0020】
【化2】
【0021】
【化3】
【0022】
【化4】
【0023】本発明における負の一軸性とは、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n1、n2、n3としたとき、n1<n2=n3の関係を
有するものである。従って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、n2とn3
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、 |n2−n3|/|n2−n1|≦0.2 であれば実用上問題はない。また、TFT、TN型液晶
セルの視野角特性を大幅に改良する条件としては、光学
軸はシート面の法線方向からの傾きβが5度〜50度で
あることが好ましく、10度〜40度がより好ましく、
10度〜30度が最も好ましい。更に、シートの厚さを
dとしたとき、 50≦Δn・d≦400 (nm) の条件を満足することが好ましい。但し、Δn=n2
1
【0024】本発明において用いうる配向処理には、様
々な方法がある。単純に基盤表面をラビング処理し、そ
の上に塗設するだけで有効な配向が得られるディスコテ
ィック液晶もあるが、最も汎用性が高い方法は配向膜を
使う方法である。その配向膜の中でも斜め配向膜なら
ば、より適用範囲が広くなる。斜め配向膜とは、液晶分
子を配向膜面に対し垂直でも平行でもない、0<θ<9
0゜のある角度θに傾けて配向させることが可能な薄膜
のことで、無機物斜方蒸着膜、或いは特定の有機高分子
膜をラビングした配向膜がこれにあたる。
【0025】無機物斜方蒸着膜の代表的なものはSiO
斜方蒸着膜である。図6の様な連続斜方蒸着機を用いる
とロール状シートの製造ができるが、一般の連続蒸着機
は図6の(b)の偏向角度yが0゜であるのに対し、本
発明に用いる連続蒸着機は、0゜<y<90゜の範囲に
ある。また、図6の(a)に示す最小蒸着角度xは、1
0゜<x<88゜の範囲にある。こうした蒸着機を用い
ることにより、面内光軸方向がロールの長手方向に対し
ある角度y(0゜<y<90゜)をなすディスコティッ
ク液晶層を形成させる能力を有するロール状シートを作
成することができる。尚、この斜方蒸着により基盤面か
ら蒸着源方向に向かって棒状蒸着粒子が成長形成される
が、蒸着角度θ(シート面状のある点における法線とそ
の点から蒸着源までを結ぶ線のなす角度)が約65〜8
8゜においてはディスコティック液晶はその蒸着粒子カ
ラムの方向とディスコティック液晶の光学軸がほぼ直行
する方向に配向し、蒸着角度θが約20゜〜65゜にお
いては、蒸着カラムの方向とディスコティック液晶の光
学軸が概略一致する方向に配向する。
【0026】また、有機配向膜としては代表的なものと
してフッ素化ポリイミド膜がある。これはフッ素化ポリ
アミック酸(例えば、日立化成製LQ1800)を基盤
面に塗布し200℃から300℃で焼成後ラビングする
ことにより、斜め配向の角度を調整することができる。
本発明においては、ロール状シートの長手方向に対して
面内光軸方向が角度y(0゜<y<90゜)をなすよう
に作成することが必要であるので、図7の様にロールの
搬送方向に対してラビング方向が角度yをなすようなラ
ビング工程を採用すれば良い。尚、このラビング工程に
おいてロールの搬送速度に対し、ラビングロールの回転
速度は十分速いものとする。
【0027】本発明の光学補償シートに用いる支持体素
材は光透過率が良好であることに加えて、光学的等方性
に近いことが好ましい。従って、ゼオネックス(日本ゼ
オン)、ARTON(日本合成ゴム)、フジタック(富
士写真フイルム)などの商品名で売られている固有複屈
折値が小さい素材から形成された支持体が好ましい。し
かし、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフ
ォン、ポリエーテルスルフォン等の固有複屈折値が大き
い素材であっても製膜時に分子配向を制御することによ
って光学的等方的な支持体を形成することも可能であ
り、それらも好適に利用できる。
【0028】配向膜を使って光学補償シートを作成する
場合は、その製造工程において均一な斜め配向を得るた
めの工程を必要とする。具体的には、基盤表面にディス
コティック液晶を塗布した後、ディスコティック液晶相
形成温度まで昇温することである。これにより該液晶は
均一な斜め配向をし、その後の急冷・徐冷にかかわらず
配向を崩さずに常温で固体になる。本発明に用いるディ
スコティック液晶のディスコティック液晶相をとる温度
としては、好ましくは90℃以上300℃以下、特に好
ましくは90℃以上150℃以下である。
【0029】基盤上に塗設されたディスコティック液晶
を斜めに配向させる方法として、配向膜以外の方法とし
ては磁場配向や電場配向がある。この方法においてはデ
ィスコティック液晶を基盤に塗設後、所望の角度に磁
場、或いは電場をかけるゾーンが必要であるがそのゾー
ン自体をディスコティック液晶相が形成される温度に調
整しておく必要がある。
【実施例】
【0030】実施例 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。トリ
アセチルセルロースの100μ厚フィルム(富士写真フ
イルム(株)製フジタック、サイズ270mm×100
m)を基盤とし、その上にゼラチンの薄層(0.2〜1
0μ厚)を塗設した後、その上から図6の様な連続蒸着
機で、SiOを蒸着物質として斜め蒸着を行なった。
尚、使用した蒸着機における偏向角度yの値は、45゜
である。また、フィルム搬送速度は10m/min、蒸
発源温度1800K、最小蒸着角度xは40゜で行なっ
た。
【0031】該蒸着膜上に、前記したディスコティック
液晶TE−8をCH2Cl2液中に溶かして1wt%と
し塗布乾燥させ、190゜10分の熱処理をすることに
より、1μ厚のディスコティック液晶配向層を形成す
る。これをフィルム状物Aとする。その後、このフィル
ム状物Aの光軸角度β及びΔn・dをエリプソメトリー
で測定したところ、 β=12 (゜),Δn・d=300 (nm) であった。
【0032】測定には島津製作所製エリプソメーター
(AEP−100)を透過モードにしてレターデイショ
ンの角度依存製を求め、その値から最適な3軸方向屈折
率と光軸の方向を計算によって求めた。
【0033】上記のロール状に調整されたフィルム状物
Aを光学補償シートとして、図5のような構成でTN型
液晶セル(サイズ200×150mm)に実装する。光
学補償シートとしての面内光軸方向は図5における該シ
ートのタテ方向に対し45゜であるので、図2のように
フィルム状物Aを裁断し光学補償シートRF1とした。
従って、フィルム状物Bから光学補償シートRF1を裁
断したときの加工得率は、270mm幅のロールを20
0mm幅に切り落としたことに等しいから、74%であ
る。
【0034】尚、この際用いたTN型液晶セルは、液晶
の異常光と常光の屈折率の差と液晶セルのギャップサイ
ズの積が450nmでねじれ角が90゜である。この液
晶セルに光学補償シートRFを装着し、液晶セルに対し
て0V〜5Vの30Hz矩形波におけるコントラストの
角度依存製を大塚電子製LCD−5000によって測定
した。コントラスト比5の位置を視野角と定義し、上下
左右の視野角を求めた。その結果、上下が60゜〜63
゜、左右が61゜〜65゜であり、光学補償シートを装
着しない場合の視野角(上下18゜〜28゜、左右33
゜〜36゜)より格段に改善されていることを確認し
た。尚、この測定におけるTN液晶セルの偏光板の偏光
軸、液晶セルのラビング軸、光学補償シートの光軸の方
向については図8に示す。
【0035】比較例 トリアセチルセルロースの100μ厚フィルム(富士写
真フイルム(株)製フジタック、サイズ270mm×1
00m)を基盤とし、その上にゼラチン薄層(0.2〜
10μ厚)を塗設した後、その上から図6の様な連続蒸
着機で、SiOを蒸着物質として斜め蒸着を行なった。
尚、使用した蒸着機における偏向角度yの値は、0゜で
ある。また、フィルム搬送速度は10m/min、蒸発
源温度1800K、最小蒸着角度xは50゜で行なっ
た。
【0036】該蒸着膜上に、前記したディスコティック
液晶TE−8をCH2Cl2液中に溶かして1wt%と
し塗布乾燥させ、190゜10分の熱処理をすることに
より、1μ厚のディスコティック液晶配向層を形成す
る。これをフィルム状物Bとする。その後、このフィル
ム状物Bの光軸角度β及びΔn・dをエリプソメトリー
で測定したところ、 β=12 (゜),Δn・d=300 (nm) であった。
【0037】上記のロール状に調整されたフィルム状物
Dを光学補償シートとして、図5のような構成でTN型
液晶セル(サイズ200×150mm)に実装する。光
学補償シートとしての面内光軸方向は図5における該シ
ートのタテ方向に対し45゜であるので、図1のように
フィルム状物Bを裁断し光学補償シートRF2とした。
従って、フィルム状物Bから光学補償シートRF2を裁
断したときの加工得率は、52.4%である。尚、実施
例と同様、上述のTN型液晶セルにおいて比較例の光学
補償シートを用いると視野角が改善されることを確認し
た。
【発明の効果】
【0038】実施例と比較例の得率の差から明らかなよ
うに、本発明の製造方法によればTN型液晶セルの全方
向視野角改善を可能にする光学補償シートの製造得率を
格段に改善することができ、その結果、より低コストの
光学補償シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロール状シートの長手方向を面内光軸方向とす
るようにディスコティック液晶を配向させた場合の光学
補償シートの切り取り図である。
【図2】LCDへの搭載における光学補償シートの光軸
方向を予め考慮にいれ、LCD画面のタテ・ヨコどちら
か一方をシートロールの長手方向に一致させたとき、デ
ィスコティック液晶を含む層の光軸がLCDに搭載され
るべき方向を示すように該液晶を配向させた場合の光学
補償シートの切り取り図である。
【図3】液晶セル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。
【図4】液晶セルに光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。
【図5】光学補償シートの使用例を示した図である。
【図6】(a)、(b)はそれぞれ連続型無機物斜方蒸
着法を示した図である。
【図7】有機配向膜のラビング方向をロール状シートの
長手方向に対しある角度をもたせる場合に採用されるラ
ビング工程を示した図である。
【図8】実施例・比較例における視角特性を測定した時
の偏光板の偏光軸、液晶セルのラビング軸、光学補償シ
ートの光軸の関係を示した図である。
【符号の説明】
A、B:偏光板 PA、PB:偏光軸 L0:自然光 L1:直線偏光 L2:液晶セルを透過した光 LC:TN型液晶セルに十分に電圧を印加した時の液晶
分子の配列状態 RF:光学補償シート x:連続型無機物斜方蒸着法における最小蒸着角度 y:連続型無機物斜方蒸着法における偏向角度 T:蒸着物質の入ったルツボ Rr:ラビングロール

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低分子のディスコティック液晶を含む層
    を形成したロール状シートの製造方法において、該液晶
    を含む層における光軸の該フィルム面への投射像の方向
    が該ロールの長手方向及び幅方向以外の方向を向く様に
    配向処理することを特徴とする光学補償シートの製造方
    法。
JP28278893A 1993-11-11 1993-11-11 ロール状光学補償シート及び製造方法 Expired - Lifetime JP3269718B2 (ja)

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