JPH10123323A - 位相差フィルム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積で軽量で量産性に優れたＴＮ−ＬＣＤ
の視野角特性を改良する位相差フィルムを提供する。 【解決手段】 透明高分子フィルムの少なくとも片面
に、斜方蒸着された五酸化タンタル膜を少なくとも一層
有し、かつ透明高分子フィルムと五酸化タンタル膜との
間に密着性を向上させる中間層を有することを特徴とす
る位相差フィルム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の視
野角特性を改良する位相差フィルムおよびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】液晶
表示装置（以下、ＬＣＤと表わす）として現在最もよく
用いられているものは、吸収軸が直交となるように配置
された一対の直線偏光フィルムの間に、透明電極を形成
した一対のガラス基板の間にガラス基板法線方向に螺旋
軸を有し、そのネジレ角度が約９０度であるような配向
構造を有したネマチック液晶を挟持した液晶セルを挟ん
だ、ノーマリホワイト（以下、ＮＷと表わす）モードの
ツイステッドネマチック型ＬＣＤ（以下、ＴＮ−ＬＣＤ
と表わす）である。ＮＷモードのＴＮ−ＬＣＤは、電圧
を印加しない状態では入射した直線偏光が液晶セルの旋
光性により９０度回転して出射されるため白状態とな
り、電圧を印加した状態では液晶分子がガラス基板に対
して起き上がり、旋光性が消失し入射した直線偏光はそ
の状態を保ったまま出射されるため黒状態となる。ま
た、この白状態、黒状態とその中間状態を利用すること
で、階調表示を行っている。しかし、ＬＣＤに用いられ
るネマティック液晶は、分子構造が棒状をしており分子
軸方向の屈折率が大きい正の屈折率異方性を示すもので
あり、ＬＣＤを斜めに通過する光の偏光状態の変化はこ
の液晶の屈折率異方性による位相差のためにＬＣＤの法
線方向とは異なったものとなる。このため、ＬＣＤ法線
方向から外れた角度から表示を見た場合、コントラスト
が低下したり、階調表示が逆転する階調反転などの現象
が起こるという視野角特性を示す。

【０００３】この視野角特性は液晶分子の屈折率異方性
が原因であることから、液晶分子の屈折率異方性による
位相差を補償するための液晶とは逆の屈折率異方性を示
す位相差フィルムを用いた改良が検討されている。視野
角特性の改良は黒表示即ち電圧印加状態における視野角
特性を改良することで大きな効果が得られる。電圧印加
状態では液晶分子はガラス基板に垂直に近い状態に配向
していることから、この状態をガラス基板法線方向に光
学軸を有する正の屈折率異方体と見なして、これを補償
する位相差フィルムとしてフィルム法線方向に光学軸を
有しかつ負の屈折率異方性を有する位相差フィルムを用
いる方法が特開平２−０１５２３９号公報や特開平３−
１０３８２３号公報などに開示されている。また、実際
のＬＣＤにおいては電圧印加状態にあってもガラス基板
付近の液晶は基板の配向膜の拘束力のためにガラス基板
に近い部分では傾斜状態のままであることから、位相差
フィルムの光学軸がフィルム法線方向から傾斜した方向
にありかつ負の屈折率異方性を有する位相差フィルムを
用いる方法も特開昭６３−２３９４２１号公報や特開平
６−２１４１１６号公報などに記載されている。また別
の方法として、液晶と同じ正の屈折率異方性を持ちなが
らも、光学軸をフィルム法線方向から傾斜させた状態と
した位相差板を用いても視野角特性を改良できること
が、特開平５−０８０３２３号公報、特開平７−３０６
４０６号公報やＷＯ９６／１０７７３号公報などに記載
されている。

【０００４】最近、ＴＮ−ＬＣＤはパーソナルコンピュ
ータを初めとする多様な用途に利用されるようになり、
大型化、高精細化、広視野角化、軽量化や低コスト化が
強く求められている。フィルム法線方向に光学軸を有し
かつ負の屈折率異方性を有する位相差フィルムを用いた
場合には、視野角の改良効果が必ずしも十分ではない。
また、光学軸がフィルム法線方向から傾斜した方向にあ
りかつ負の屈折率異方性を有する位相差フィルムでは、
視野角の改良効果は大きいものの、特開昭６３−２３９
４２１号公報に開示されているような負の屈折率異方性
を示すように配向した高分子ブロックから光学軸がフィ
ルム法線方向から傾斜した方向となるように切りだす方
法では均一でかつ大面積の位相差フィルムを効率よく得
ることは難しく、特開平６−２１４１１６号公報に開示
されているような円盤状の液晶化合物を用いる方法では
液晶化合物の製造や液晶の均一配向が難しくコスト的に
不利である。

【０００５】光学軸がフィルム法線方向から傾斜した方
向にありかつ正の屈折率異方性を有する位相差フィルム
を用いた場合でも、視野角の改良効果は大きいものの、
特開平５−０８０３２３号公報に開示されているような
正の屈折率異方性を示すように配向した高分子ブロック
から光学軸がフィルム法線方向から傾斜した方向となる
ように切り出す方法では均一でかつ大面積の位相差フィ
ルムを効率よく得ることは難しく、また、特開平７−３
０６４０６号公報に開示されているＡｐｐｌｉｅｄ Ｏ
ｐｔｉｃｓ ２８巻（１９８９年）、２４６６頁〜２４
８２頁に記載されているようなガラス基板上への無機誘
電体の斜方蒸着による方法や、ＷＯ９６／１０７７３号
公報に開示されているようなガラス基板上への五酸化タ
ンタルの斜方蒸着による方法では、光学軸が法線方向か
ら傾斜した方向にありかつ正の屈折率異方性を有するし
ている位相差板を得ることはできるが、これらの方法で
はガラス基板を用いるため、重く、柔軟性に欠け、量産
性に劣る位相差板しか得ることはできない。

【０００６】このようにＴＮ−ＬＣＤの視野角特性の改
良に用いられる位相差フィルムについては、視野角特性
の改良性能以外の性質も含めて市場の要望を満足する位
相差フィルムは見いだされていない状況にあった。かか
る状況に鑑み、本発明者らは透明高分子フィルムに五酸
化タンタルを斜方蒸着する際に透明高分子フィルムと五
酸化タンタル膜の間に密着性を向上させる中間層を設け
ることにより、大面積で軽量で量産性に優れた位相差フ
ィルムを開発することができ、本発明を完成するに至っ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、透明
高分子フィルムの少なくとも片面に、五酸化タンタルの
斜方蒸着膜を有し、かつ透明高分子フィルムと五酸化タ
ンタル膜の間に密着性を向上する中間層を有することを
特徴とする位相差フィルム、およびその製造方法に関す
るものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に用いる透明高分子フィル
ムとしては、透明性に優れ、均一なものであれば特に制
限されないが、フィルムの製造のしやすさなどの点で熱
可塑性の高分子からなるものが好ましく用いられる。熱
可塑性高分子としては、セルロース系高分子、ポリカー
ボネート系高分子、アクリル系高分子、ポリアリレート
系高分子、ポリエステル系高分子、ポリサルフォン、ポ
リエーテルサルフォンなどを例示することができる。中
でもポリサルフォン、ポリエーテルサルフォンなど耐熱
性に優れた高分子が蒸着については有利であるが、コス
ト的に安価で均一なフィルムが入手可能であるセルロー
ス系高分子フィルム、ポリカーボネート系高分子フィル
ムも好ましく用いられる。また、透明高分子フィルムの
フィルム面内のレターデーション値が小さいものが適し
ている用途については、固有複屈折率が小さいセルロー
ス系高分子フィルム、アクリル系高分子フィルムが特に
好ましく用いられ、数十ｎｍのレターデーション値が必
要な場合には固有複屈折率が大きいポリカーボネート系
高分子フィルム、ポリエステル系高分子フィルム、ポリ
サルフォンフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム
などが好ましく用いられる。

【０００９】透明高分子フィルムの製膜方法としては、
溶剤キャスト法やフィルムの残留応力を小さくできる精
密押出法などを用いることができるが、均一性の点で溶
剤キャスト法が好ましく用いられる。特にフィルム面内
のレターデーション値が小さいフィルムを作製するには
溶剤キャスト法が好ましい。このようにして製膜された
フィルム、中でも溶剤キャスト法により製膜されたフィ
ルムは、フィルム面内のレターデーションは小さいが、
製膜時の高分子の配向によりフィルム厚み方向の屈折率
（ｎ_t ）がフィルム面内の平均屈折率（ｎ_p）よりも小
さいという屈折率構造を持たせることもできる。この場
合、フィルム厚み方向の複屈折性により厚み方向のレタ
ーデーション値（Ｒ’＝（ｎ_t −ｎ_p）×ｄ、ｄ：フィ
ルム厚み）を有するようになり、透明高分子フィルムは
単なる蒸着のための基材ではなく、本発明による正の屈
折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から傾
斜している誘電体層と組み合わせて用いられる光学軸が
フィルム法線方向にある負の屈折率異方性を有する位相
差フィルムとして利用することができるようになる。こ
の透明高分子フィルムのＲ’は０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度
の範囲で用いられる。また、透明高分子フィルムのＲ’
が所定の値に対して不足する場合には、透明高分子フィ
ルム上に特開平５−１９６８１９号公報に記載されてい
る無機層状化合物を含む層を形成してＲ’の大きさを調
整することもできる。

【００１０】一方、透明高分子フィルムを面内のレター
デーション値を有する一軸配向性のフィルムとして用い
ることもでき、この場合には溶剤キャスト法や精密押出
法により製膜したフィルムをロール間延伸法、テンター
延伸法などを用いて延伸することにより得ることができ
る。一軸配向性のフィルムとした場合のフィルム面内の
レターデーション値は、通常１００ｎｍ以下の範囲に設
定される。また、本発明における一軸配向性とは完全一
軸配向だけでなく、フィルム面内にレターデーション値
を有する二軸配向性も含むものである。

【００１１】これらの透明高分子フィルムの厚みには特
に制限はないが、通常５０μｍ〜５００μｍのものが用
いらる。

【００１２】透明高分子フィルムの少なくとも片面に、
後述する五酸化タンタルの斜方蒸着膜を形成させるが、
五酸化タンタルの斜方蒸着層が位相差フィルムとして用
いるための所定のレターデーション値を発現するために
は、反射防止層などを誘電体の多層蒸着膜で形成する場
合の膜厚と比較してかなり厚くなるため、密着性を上げ
て蒸着層の割れを防止する中間層を設けることが必要で
ある。

【００１３】中間層としては、高分子膜や無機誘電体の
薄膜が用いられ、高分子膜としては、アクリル系樹脂、
ウレタン系樹脂やシリコン系樹脂、カルド樹脂やポリシ
ラザンからなる高分子膜が例示される。これら高分子膜
の形成方法としては、高分子化されたものを溶剤に溶解
して透明高分子フィルムに塗布する方法や、低分子モノ
マーまたはオリゴマーと重合開始剤を含む組成物を透明
高分子フィルムに塗布した後に光硬化または熱硬化によ
り高分子化する方法などが用いられる。透明高分子フィ
ルムへの塗布方法には特に制限はなく、コンマコート
法、ダイコート法、ダイレクト・グラビア法、バーコー
ト法などの公知の塗布方法を用いることができる。

【００１４】セルロース系高分子フィルムやポリカーボ
ネート系高分子フィルムやポリエステル系高分子フィル
ムには紫外線硬化型のアクリル系樹脂膜が好ましく用い
られ、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォンなどの
耐熱性が高い高分子フィルムには熱硬化型のポリシラザ
ン膜も用いることができる。高分子膜の膜厚は、密着性
改良が実現される厚みであれば特に制限はなく、通常
０．２μｍ〜１０μｍの範囲に設定される。

【００１５】また、無機誘電体の薄膜としては、透明高
分子フィルムとの密着性に優れる三酸化アルミニウム、
二酸化シリコン、一酸化シリコン、二酸化チタン、二酸
化ジルコニウム、三酸化イットリウムなどが例示され、
中でも膜自体の機械的強度に優れている三酸化アルミニ
ウム、二酸化シリコンの真空蒸着膜が好ましく用いられ
る。またポリカーボネート系高分子フィルムには二酸化
チタンの真空蒸着膜が好ましく用いられる。無機誘電体
の薄膜の膜厚は、密着性改良が実現される厚みであれば
特に制限はなく、通常０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲
に設定される。

【００１６】また、透明高分子フィルムと中間層、中間
層と五酸化タンタル膜、または前記の両方に対してコロ
ナ処理などの表面処理を施すことにより、さらに密着性
を向上させることもできる。

【００１７】透明高分子フィルムの表面に設けた中間層
に五酸化タンタルの斜方蒸着層を形成させる。電子ビ−
ム蒸着法などの物理的蒸着法により、基板に対して斜め
方向から蒸着を行った場合に、正の屈折率異方性を発現
する誘電体材料としては、五酸化タンタル、三酸化タン
グステン、二酸化珪素、一酸化珪素、三酸化ビスマスな
どの金属酸化物が用いられている。本発明においては、
その中でも屈折率異方性が発現しやすく、膜自体の機械
的強度に優れている五酸化タンタルを用いる。

【００１８】斜方蒸着の角度は、フィルムの法線方向に
対して５０度〜８５度の範囲から、五酸化タンタル層の
光学軸とフィルムの法線方向とのなす角が所定の角度と
なるように、適宜選択される。

【００１９】五酸化タンタルの蒸着膜の膜厚は、蒸着粒
子の成長に異方性を生じ、複屈折性を示す膜厚以上であ
れば制限されないが、通常０．２μｍ〜５μｍの範囲で
あり、好ましくは０．４μｍ〜１μｍの範囲で設定され
る。

【００２０】斜方蒸着による五酸化タンタル層は少なく
とも１層であり、適用するＬＣＤの視野角特性の改良の
目的に応じて、光学軸のフィルム法線方向からの傾斜角
度が異なる複数の層を形成したものや、同一傾斜角度で
あっても傾斜する方向の方位角が異なる複数の層を形成
したもの、およびこれらの組み合わせも本発明に含むも
のである。

【００２１】斜方蒸着の方法については、公知の方法が
用いられ、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング
法、スパッタリング法などを用いることができる。特に
生産性の点から電子ビーム蒸着法が好ましく用いられ
る。

【００２２】斜方蒸着は、フィルムを連続して蒸着でき
る蒸着装置に、不要な蒸着角度で飛来してくる五酸化タ
ンタルをカットして所定の蒸着角度で飛来してくる五酸
化タンタルのみを選択的に蒸着できるように蒸着源とフ
ィルムの間にスリットや遮蔽板を設けることで実施する
ことができる。また、蒸着の際には高分子フィルムの温
度が上昇し、フィルムに変形を誘発するなどの不具合が
発生する危険があるため、余分な輻射熱が加わらないよ
うに輻射熱の遮断板を設けるなどすることが好ましい。

【００２３】フィルムの変形が起こることは問題である
が、斜方蒸着時のフィルム温度により形成される誘電体
層の特性が変わるため、蒸着部でのフィルム温度を適宜
制御できるようにフィルムのガイドロールを温度制御可
能なものとすることが好ましい。温度の制御範囲は、高
分子のガラス転移温度未満であり、好ましくは熱変形温
度未満である。

【００２４】本発明に用いられる蒸着材料としては、五
酸化タンタルを単独で使用してもよいが、蒸着の容易
性、蒸着レート、輻射熱の問題から五酸化タンタルとタ
ンタルの混合物がより好ましい。五酸化タンタルとタン
タルの混合比としては、通常１：０．０５〜１：１の範
囲で用いられる。

【００２５】また、五酸化タンタルの蒸着の際に、タン
タルと酸素の組成比が崩れて酸素不足となることにより
着色を起こす場合には、必要に応じて蒸着機内に酸素ガ
スを導入して蒸着膜中の酸素の組成比を調整して透明性
を上げる手法を用いてもよい。酸素ガスの導入量として
は、通常５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍの範囲で設定され
る。

【００２６】本発明の位相差フィルムは、ＴＮ−ＬＣＤ
の視野角改良用位相差フィルムとして用いるものである
が、同様にスーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）
型ＬＣＤの視野角改良用位相差フィルムとしても用いる
ことができる。この場合、誘電体層の光学軸のフィルム
法線に対する傾斜角度やレターデーション値の大きさ、
透明高分子フィルムのレターデーション値などは適宜変
更して設定される。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、ＴＮ−ＬＣＤの視野角特
性を改良する光学軸がフィルム法線方向から傾斜した方
向にありかつ正の屈折率異方性を有する位相差フィルム
を大面積で安価に得ることができる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実
施例におけるレターデーション値の測定は、偏光顕微鏡
を用いて波長５４６ｎｍの単色光で常法により行った。
また、光学軸の傾斜角度はフィルム面内の進相軸を傾斜
軸とたときのレターデーション値（透明高分子フィルム
が複屈折性を有する場合には透明高分子フィルムのレタ
ーデーション値を差し引いた値）の傾斜角依存性に測定
光の屈折を考慮して求めた。

【００２９】実施例１ (a) 斜方蒸着膜の形成 トリアセチルセルロースフィルム（商品名 フジＴＡＣ
ＳＨ−８０ 富士写真フィルム（株）製）上にコンマ
コートにより紫外線硬化型のアクリル系樹脂をコート
後、紫外線照射により硬化させて、密着性を向上させる
中間層として約５μｍのアクリル系樹脂膜を形成した透
明高分子フィルムを得た。このフィルムをフィルムの法
線方向に対して７０度の方向から蒸着されるように蒸着
機内のホルダーにセットし、２×１０^-5Ｔｏｒｒまで排
気後、電子ビーム蒸着法によって、蒸着材料として五酸
化タンタルとタンタルの混合物（オプトロン社製、商品
名：ＯＡ−１００）を用いて０．７６μｍ蒸着して位相
差フィルムを得た。このとき、基板の温度は最高１０２
℃であった。 (b) 評価 この位相差フィルムの外観を目視により評価したとこ
ろ、蒸着時の輻射熱による基材の変形もなく、またクラ
ック等の蒸着膜の剥離も認められず、非常に優れたもの
であった。また、この位相差フィルムはフィルム面内の
レターデーション値が４０ｎｍであり、光学軸がフィル
ム法線方向から２７度傾斜したものであった。

【００３０】実施例２ (a) 斜方蒸着膜の形成 トリアセチルセルロースフィルム（商品名 フジＴＡＣ
ＳＨ−８０ 富士写真フィルム（株）製）上にコンマ
コートにより紫外線硬化型のアクリル系樹脂をコート
後、紫外線照射により硬化させて、密着性を向上させる
中間層として約５μｍのアクリル系樹脂膜を形成した透
明高分子フィルムを得た。このフィルムをフィルムの法
線方向に対して７０度の方向から蒸着されるように蒸着
機内のホルダーにセットし、２×１０^-5Ｔｏｒｒまで排
気後、電子ビーム蒸着法によって、蒸着材料として五酸
化タンタルを用いて０．６８μｍ蒸着して位相差フィル
ムを得た。このとき、基板の温度は最高１２３℃であっ
た。 (b) 評価 この位相差フィルムの外観を目視により評価したとこ
ろ、蒸着時の輻射熱による基材の変形はなく、またクラ
ック等の蒸着膜の剥離も認められず、優れたものであっ
た。また、この位相差フィルムはフィルム面内のレター
デーション値が３７ｎｍであり、光学軸がフィルム法線
方向から２７度傾斜したものであった。

【００３１】比較例１ (a) 斜方蒸着膜の形成 トリアセチルセルロースフィルム（商品名 フジＴＡＣ
ＳＨ−８０ 富士写真フィルム（株）製）を透明高分
子フィルムとして用いた。このフィルムをフィルムの法
線方向に対して７０度の方向から蒸着されるように蒸着
機内のホルダーにセットし、２×１０^-5Ｔｏｒｒまで排
気後、電子ビーム蒸着法によって、蒸着材料として五酸
化タンタルを用いて０．６８μｍ蒸着して位相差フィル
ムを得た。このとき、基板の温度は最高１２３℃であっ
た。 (b) 評価 この位相差フィルムの外観を目視により評価したとこ
ろ、蒸着時の輻射熱により、基材がゆがんでいた。ま
た、クラックが入り、一部蒸着膜が剥離していた。ま
た、この位相差フィルムはフィルム面内のレターデーシ
ョン値が３７ｎｍであり、光学軸がフィルム法線方向か
ら２７度傾斜したものであった。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明高分子フィルムの少なくとも片面
   に、斜方蒸着された五酸化タンタル膜を少なくとも一層
   有し、かつ透明高分子フィルムと五酸化タンタル膜との
   間に密着性を向上させる中間層を有することを特徴とす
   る位相差フィルム。
2. 【請求項２】 中間層がアクリル系樹脂、ウレタン系樹
   脂、シリコン系樹脂、ポリシラザンまたはカルド型樹脂
   からなる高分子膜である請求項１記載の位相差フィル
   ム。
3. 【請求項３】 中間層が無機誘電体の薄膜である請求項
   １記載の位相差フィルム。
4. 【請求項４】 無機誘電体の薄膜が三酸化アルミニウ
   ム、二酸化珪素、一酸化珪素、二酸化チタンである請求
   項３記載の位相差フィルム。
5. 【請求項５】 透明高分子フィルムの少なくとも片面に
   密着性を向上させる中間層を設けた後、蒸着物質として
   五酸化タンタルとタンタルの混合物を用いて斜方蒸着さ
   せて該中間層表面に五酸化タンタル膜を形成させること
   を特徴とする請求項１記載の位相差フィルムの製造方
   法。
6. 【請求項６】 透明高分子フィルムの少なくとも片面に
   密着性を向上させる中間層を設けた後、酸素の導入下に
   斜方蒸着させて該中間層表面に五酸化タンタル膜を形成
   させることを特徴とする請求項１記載の位相差フィルム
   の製造方法。