JPH0798412A - 光学異方素子の製造方法及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 フイルムの両面にせん断力差をつけることに
よって、フイルムにひずみ変形を与えることによって光
学異方素子を製造する方法において、該フイルム中に溶
媒または貧溶媒が３％乃至３０％含まれている光学異方
素子の製造方法。 【効果】ＴＮ型液晶表示素子の視野角特性が改善され、
視認性に優れた高品位表示の液晶表示素子を提供できる
光学異方素子をムラなく製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に用いる
と表示コントラスト及び表示色の視角特性を表示画面全
面で均一に改善できる光学異方素子の製造方法及びそれ
を用いたた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本語ワードプロセッサやディスクトッ
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
ティ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９０°以上ねじれたもので、急崚な電気
光学特性をもつ為、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）、諧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−Ｌ
ＣＤ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＋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ＬＣＤ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為に、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
を越えるまでにはいたらない。

【０００５】特開平４−２２９８２８号、特開平４−２
５８９２３号公報などに見られるように、一対の偏光板
とＴＮ液晶セルの間に、光学異方素子を配置することに
よって視野角を拡大しょうとする方法が提案されてい
る。

【０００６】上記特許公報で提案された光学異方素子
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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記課題を解決するた
めに、液晶表示素子に負の一軸性を有すると共に光軸が
フイルム面に垂直でも平行でもなく、フイルム法線から
10度〜30度傾斜した光学異方素子を使用することによっ
て、視野角を大幅に拡大できることを突き止め特許出願
（特願平４ー３０８３７７号明細書）した。また、その
ような光学特性を有するフイルムを低コストで且つ高い
生産性で作ることを実現するために、フイルムの両面に
連続的にせん断力差をつけることによって、負の一軸性
を有すると共に、光軸が傾斜した光学異方素子を連続的
に高い生産性で製造できることを見いだし特許出願（特
願平４ー３２４１１６号明細書）した。しかし、この方
法では、ロールとフイルムの間にスティックスリップが
生じることがあり、結果として複屈折の断ムラ発生の原
因となることが判明した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、（１）熱可
塑性樹脂からなり、光透過性を有するフイルムを周速の
異なるロール間に挟んで、該フイルムの両面にせん断力
差をつけることによって、フイルムにひずみ変形を与え
る工程を有する光学異方素子の製造方法において、該フ
イルム中に溶媒または貧溶媒が少なくとも３％乃至３０
％含まれていることを特徴とする光学異方素子の製造方
法。 （２）前記光学異方素子の光軸がフイルム法線方向から
傾斜し、且つ負の一軸性を有することを特徴とする前記
（１）記載の光学異方素子の製造方法。 （３）周速の異なるロ−ル間にフイルムを挟み込んで、
該フイルム両面にせん断力差をつけることによってひず
み変形を与える工程の前または後にフイルムの幅方向に
一軸延伸する工程を設けることを特徴とする前記（１）
乃至（２）記載の光学異方素子の製造方法。 （４）２枚の電極基板間にねじれ角がほぼ９０°のＴＮ
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、該液晶セルと該偏光素子の間に、
前記（１）乃至（３）に記載の光学異方素子を少くも一
枚配置したことを特徴とする液晶表示素子、によって達
成された。

【０００９】以下、図面を用いてＴＮ型液晶表示素子を
例にとり本発明の作用を説明する。図１、図２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２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となるため、偏光
板Ｂによってほぼ完全にＬ１は遮断される。

【００１０】ＴＮ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、液晶セル中を伝搬する常光と異常光の位相差が
生じずＬＣセルを通過した直線偏光は液晶セルを透過し
ても直線偏光のまま伝搬する。偏光板Ｂの偏光軸ＰＢを
偏光板Ａの偏光軸ＰＡと垂直に設定すると、液晶セルを
透過した直線偏光は偏光板Ｂを透過することができず暗
状態となる。

【００１１】図３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は楕円偏光して偏光板Ｂで遮断され
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。

【００１２】本発明は、表示画面のどの部分においても
均一に、上記斜方入射におけるコントラストの低下を防
ぎ、視角特性を改善しようとするものである。図１に本
発明による構成の一例を示した。偏光板Ｂと液晶セルと
の間に光の液晶セルの法線方向から傾いた光学軸をも
ち、複屈折ムラが改善された光学異方素子ＲＦが配置さ
れている。この光学異方素子ＲＦは光学軸に対して光が
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２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した光Ｌ
２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。

【００１３】本発明によって、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。このモードにおける視野角特性
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。又、中間諧調
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。

【００１４】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。又、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図４に示すよう
に、光学軸が傾斜した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
方向から傾いた光学異方体、より好ましくは負の一軸性
を有する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。

【００１５】次に、本発明について更に詳しく説明す
る。本発明における光透過性を有するとは、フイルムま
たはシート形状での光の透過率が７０％以上更に好まし
くは８５％以上のものが全て対象となる。具体的には、
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、ポリフュニレンスルファイ
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、又、二元系、三元
系各種共重合体、グラフト共重合体、ブレンド物など好
適に利用される。

【００１６】本発明に使用されるロールの材質に関して
は特に制限はなく、一般的に使用されている金属ロー
ル、プラスチック、コットン等から作られた弾性ロール
等好適に利用される。しかし、フイルムに加わるひずみ
変形を、均一にするためには、ロール表面は、十分に研
磨され、平滑であることが好ましい。

【００１７】本発明に使用される、溶媒または貧溶媒は
単独で溶液状のものであれば特に制限はなく、炭化水素
系、ハロゲン化炭化水素系、アルコール系、フェノール
系、エーテル系、アセタール系、ケトン系脂肪酸系、酸
無水物系、エステル系、アミド系、窒素化合物系、硫黄
化合物系等何でも使用され得る。また、これらの溶媒ま
たは貧溶媒の溶液はは、フイルムの溶液製膜時に十分に
乾燥させないで残しても良いし、また乾燥後、せん断ひ
ずみを加える前に溶液を含浸させてもよい。

【００１８】溶液が含浸されている状態で、せん断ひず
み変形をくわえることによって、複屈折の均一せいが増
大し、ムラが解消されたことに関しては、溶液が含浸さ
れているために、ひずみ変形が容易に起こり易くなった
こと、およびフイルムとロールの間の摩擦係数が変化
し、スティックスリップが生じにくく成ったことが原因
と思われる。また、本発明における、溶液の含浸量は、
３％〜３０％が好ましく、５％〜１０％が更に好まし
い。特に溶液量が増加すると、かなりＴｇの高い素材で
も低い温度でせん断によるひずみ変形を付与できて製造
的にも好都合である。

【００１９】本発明における光学軸が傾斜した負の一軸
性とは、光学異方性を有したシートの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。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、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ー
ｎγ｜／｜ｎβーｎα｜≦０．２であれば実用上問題な
い。又、ＴＦＴ，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、即ち屈折率ｎαの方向は
シート面の法線方向から１０度〜４０度傾いていること
が好ましく、１０度〜３０度がより好ましい。更に、シ
ートの厚さをＤとしたとき、１００≦（ｎβーｎα）×
Ｄ≦４００ｎｍの条件を満足することが好ましい。

【００２０】せん断を加える前のフイルムの３軸屈折率
特性は、特に制限はなく光学的に等方的なものであって
もそうでなくてもよい。ただし、せん断を加える前のフ
イルムが光学的に等方的である場合、負の一軸性を発現
するためには、せん断を加える前または後において幅方
向一軸延伸または二軸延伸の工程を加えることが好まし
い。この場合の二軸延伸の長手方向、幅方向の延伸倍率
に関しては幅方向の延伸倍率が若干大きい方が好まし
い。延伸は１〜３０％の範囲で行なうのがよい。

【００２１】また、フイルム両面にせん断力差をつける
方法としては、溶液を含んだフイルムの熱変形温度近傍
か該温度以上の温度条件下で、周速に差があるかまたは
逆方向にフイルムを進ませるように回転する２つのロ−
ル間に該フイルムを挟み込んで該フイルムを引き出すこ
とが挙げられる。具体的な温度条件としては、Ｔｇの約
２０℃低い温度から、Ｔｇの約３０℃高い温度の範囲は
好ましい。せん断力によって主屈折率を傾斜できたこと
については図５のようなひずみがフイルム内部に加わっ
ているものと思われる。図５において、フイルム内部に
仮定した立方体Ａは二つのロールの周速差によって、変
形が加えられ、立体Ｂのように変形し、更に立体Ｃとな
って送り出される。このとき立体内部の分子も傾斜した
ものと考える。

【００２２】以下実施例によって詳細に説明する。

【実施例】

実施例１ ホスゲンとビスフェノ−ルＡの縮合によって得られたス
チレン換算重量平均分子量３万のポリカ−ボネ−トを二
塩化メチレンに溶解し、２０％溶液とした。これをスチ
−ルドラム上に流延し、連続的にはぎ取り、溶媒が５％
残っている状態で乾燥を止め、幅１５ｃｍ，厚さ１００
μｍのフイルム（Ｆ−１）を得た。該フイルムを図６に
示す周速の異なるロールに挟み込んでフイルム（Ｆ−
２）をロール形状で２００ｍ作製した。

【００２３】図６においてロールＲ１は送りだしロー
ル、Ｒ２，Ｒ３は駆動系を持たないニップロール兼余熱
ロールである。Ｒ４とＲ５はそれぞれに駆動系を有する
ロールであり、周速差を任意に制御できるロールであ
る。また、油圧によってＲ４，Ｒ５の間の圧力を制御で
きる構造になっている。Ｒ６は駆動系を有する巻取りロ
ールであり、テンションコントロールで巻取り速度を制
御している。Ｒ２からＲ５はロール内部にヒーターを内
臓し、ロール表面に温度センサーが取り付けられてお
り、センサー温度をヒーターにフィードバックしＰＩＤ
制御によって±１度の精度で温度コントロールした。

【００２４】図６の装置におけるＦ−２の成形条件は以
下の通りである。 Ｒ４、Ｒ５の周速 ：２．２ｍ／ｍｉｎ、２．０ｍ／
ｍｉｎ Ｒ４、Ｒ５の表面温度 ：１２５度 Ｒ４、Ｒ５に挟まれたフイルムに加わる力：２０００Ｋ
ｇ Ｒ４、Ｒ５のロール径 ：２００ｍｍ ロール材質：ハードクロムメッキ ロール表面：鏡面研磨 次に、Ｆ−２をテンターによって横一軸延伸を行ないフ
イルム（Ｆ−３）を得た。延伸条件は以下の通りであ
る。 延伸温度 ：１６５度 延伸倍率 ：３％ フイルム送り出し速度：３ｍ／ｍｉｎ

【００２５】＜光学補償シ−トの光学特性の測定＞実施
例１におけるＦ−１、Ｆ−２及びＦ−３の光学異方素子
から、１５ｃｍ×６０ｃｍのサンプルを切り出し、均等
に３６点を選び、島津製作所製エリプソメ−タ−ＡＥＰ
−１００を透過モ−ドで使用し、Ｒｅ値及びその斜め入
射角度依存性を求めた。また、幅方向の屈折率、フイル
ムの厚さはそれぞれアッベの屈折率計、マイクロメータ
ーで測定した。これらの測定値の平均値から、フイルム
の３軸方向屈折率及び主屈折率軸の傾斜角を計算した。
図７に計算で求めた３軸屈折率の関係を示す。ここで、
最も小さい屈折率をｎ１、幅方向の屈折率をｎ２、前記
ｎ１、ｎ２と直交するもう一つの主屈折率をｎ３、ｎ１
がフイルム法線方向から傾いた角度をβとした。傾斜角
の変動（△β）は、上記３６点の最大値と最小値の差を
平均値で除した値（百分率で表す）、またＲｅ値の変動
（△Ｒｅ）は隣接する測定点の測定値の差の絶対値を平
均値で除した値（百分率で表す）を測定点間隔（ｃｍ）
で除した値のうちで最大の値を言う。結果を表１に示
す。

【００２６】

【表１】

【００２７】比較例１ 実施例１でえたフイルム（Ｆ−１）を更に乾燥し、フイ
ルム中の溶媒の残留分を１％とし、Ｒ４，Ｒ５の周速を
各々、２．１ｍ／ｍｉｎ、２．０ｍ／ｍｉｎ、Ｒ４，Ｒ
５の表面温度を１４５度とした他は条件を全て実施例１
と同様の方法でずり変形を与え、フイルム（Ｆ−４）を
得た。続いて実施例１と同様に横一軸延伸を行い、フイ
ルム（Ｆ−５）を得た。また、実施例１と同様の方法で
光学特性を測定した。結果を表１に示す。表１からわか
る通り、本発明によるフイルム（Ｆ−２）、（Ｆ−３）
はＲｗ値の変動が少なく優れている。

【００２８】実施例２ ＜視角特性および色ムラの評価＞図３に示す光学異方性
素子として実施例及び比較例のＦ−３、Ｆ−５の光学異
方素子を液晶セルに用いた場合及びフイルムを配置しな
い場合について、３０Ｈｚ矩形波における０Ｖ／５Ｖの
コントラストの視角特性を大塚電子製ＬＣＤ−５０００
によって測定した。コントラスト１０の位置を視野角と
定義し上下左右の視野角特性の結果及び目視での色ムラ
を表２に示す。ここで使用した液晶セルに使われている
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
サイズの積は４７０ｎｍでねじれ角が９０度である。
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。

【００２９】

【表２】

【００３０】本発明によれば、ＴＮ型液晶表示素子の視
角特性が改善されると共に、複屈折ムラに伴う表示画面
の色ムラが低減し、視認性にすぐれる高品位表示の液晶
表示素子を提供することができる。また、本発明をＴＦ
ＴやＭＩＭなどの３端子、２端子素子を用いたアクティ
ブマトリクス液晶表示素子に応用しても優れた効果が得
られることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構成の実施例を説明す
る図である。詳しくは、光学軸が法線方向から傾いた負
の一軸性光学異方体および液晶セルの配置を説明する図
である。

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

【図３】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成図と表示面に
斜めに光が入射する場合の光の透過状態を説明する図で
ある。

【図４】本発明における光学補償の概念図である。
（ａ）は不十分な補償を、（ｂ）は本発明を示す。

【図５】せん断によるフイルム変形のメカニズムを示す
図である。

【図６】本発明に使用した異周速ロール装置の図であ
る。

【図７】３軸屈折率特性を示す図である。

【図８】本実施例に使用した液表示素子の構成図であ
る。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ：偏光板 ＰＡ、ＰＢ：偏光軸 ＬＣＳ：ＴＮ型液晶セル ＲＦ：光学異方性素子 ＬＯ：入射光 Ｌ１：偏光板Ａを通過した直線偏光 Ｌ２：ＴＮ型液晶セルを通過した偏光（主に楕円偏光） ＬＣ：ＴＮ型液晶セル内の液晶をモデル的に表現したも
の。 θ：直線偏光入射角度。 Ｒ１〜Ｒ６：ロール ｎ１〜ｎ３：フイルムの主屈折率

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂からなり、光透過性を有す
   るフイルムを周速の異なるロール間に挟んで、該フイル
   ムの両面にせん断力差をつけることによって、フイルム
   にひずみ変形を与える工程を有する光学異方素子の製造
   方法において、該フイルム中に溶媒または貧溶媒が少な
   くとも３％乃至３０％含まれていることを特徴とする光
   学異方素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記光学異方素子の光軸がフイルム法線
   方向から傾斜し、且つ負の一軸性を有することを特徴と
   する請求項１記載の光学異方素子の製造方法。
3. 【請求項３】 周速の異なるロ−ル間にフイルムを挟み
   込んで、該フイルム両面にせん断力差をつけることによ
   ってひずみ変形を与える工程の前または後にフイルムの
   幅方向に一軸延伸する工程を設けることを特徴とする請
   求項１乃至２記載の光学異方素子の製造方法。
4. 【請求項４】 ２枚の電極基板間にねじれ角がほぼ９０
   °のＴＮ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、該液晶セルと該偏光素子
   の間に、請求項１乃至３に記載の光学異方素子を少くも
   一枚配置したことを特徴とする液晶表示素子。