JPH10170718A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶性高分子をねじれネマチック配向させ固
定した光学素子において、厚みのバラツキによる影響の
少ない光学素子を得る。 【解決手段】 液晶性高分子の層２を２枚の配向能を有
する透光性基板１及び３によって挟持したことを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＳＴＮ液晶
ディスプレイの色補償用光学素子として用いることがで
きる、液晶性高分子をねじれネマチック配向させた光学
素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイは、薄型・軽量・低消
費電力という特徴から、携帯用電子機器、あるいはノー
ト型パーソナルコンピューターなどに利用されてきた。

【０００３】ノート型パーソナルコンピューターは、昨
今のコンピューターのマルチメディア化に伴い、カラー
表示が一般的になりつつある。これらのノート型パーソ
ナルコンピューターの表示素子としては、ＴＦＴ液晶デ
ィスプレイやＳＴＮ液晶ディスプレイが広く使われてい
る。

【０００４】ＳＴＮ液晶ディスプレイは、複屈折モード
を利用した表示素子であり、そのままでは着色された表
示となってしまう。このため、何らかの色補償を行い、
無彩色化した上で、ＲＧＢのカラーフィルタを用いカラ
ー表示を行うのが一般的である。

【０００５】ＳＴＮ液晶ディスプレイの色補償用光学素
子としては、補償用液晶セル、一軸延伸フィルム、液晶
性高分子を特定の配向状態に固定した光学素子などが知
られている。

【０００６】補償用液晶セルは、白黒表示のＳＴＮ液晶
ディスプレイの登場初期の頃に使われた方法であり、補
償レベルは非常に高いものの、表示素子としての液晶セ
ルに加え補償用液晶セルを用いるものであるため、２つ
の液晶セルが必要となり、液晶ディスプレイの薄型・軽
量化という特徴に相反するものであった。また、駆動す
る側の液晶セルの光学特性と合わせるために、補償用液
晶セルのセルギャップを非常に高い精度でコントロール
しなければならず、歩留りが悪いという問題がある。し
かしながら、現在も用途に応じて一部の液晶ディスプレ
イには、補償用液晶セルが用いられている。

【０００７】一軸延伸フィルムを用いる方式は、最近最
もよく用いられる方式であり、薄型・軽量化を図りつ
つ、無彩色表示を実現することができる。しかしなが
ら、実際のところ、上記補償用液晶セルほどの補償能力
がなく、擬似的な白黒表示である。

【０００８】液晶性高分子を用いた補償用光学素子は、
補償用液晶セルの概念を基本的に用いており、薄型・軽
量を実現するために、低分子の液晶を高分子の液晶に置
き換え、ねじれネマチック配向を常温で固定化してフィ
ルムとしたものである。このねじれネマチック配向を固
定した補償フィルムは、ＯＦＦ表示を非常に高いレベル
で補償することができ、そのため黒純度が高く、黒表示
の輝度を低く抑えることができ、高いコントラスト比を
実現することができる。

【０００９】このような液晶性高分子を用いた光学素子
は、以下のようにして製造することができる。まず、設
定した厚みに対して必要なねじれ角が得られるように液
晶性高分子に対してカイラル剤を添加し液晶性高分子及
びカイラル剤を含有する塗工溶液を調製する。次に、配
向能を有する、プラスチックフィルム、ガラス板、ガラ
スフィルムなどの透光性基材の上に、基材に応じた塗工
方法によって設定した厚みの膜を塗布して形成する。乾
燥後、液晶性高分子が液晶状態となる温度に加熱し、そ
の後急冷することにより液晶状態での配向状態を固定
し、光学素子とする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにして得ら
れる液晶性高分子をねじれネマチック配向した光学素子
は、高い補償能を有している。しかしながら、この光学
素子の製造には、非常に高い塗工精度が必要となる。す
なわち、液晶性高分子をねじれネマチック配向させる場
合、カイラル剤を添加しており、カイラル剤の添加量を
一定にした場合、ねじれ角は、液晶性高分子の層の厚み
に依存する。すなわち、図２に示すように、カイラル剤
の添加量が一定の場合、厚みが厚くなるにつれてねじれ
角が大きくなり、厚みとねじれ角が比例関係を有してい
る。

【００１１】例えば、６μｍの厚みで２４０°のねじれ
角のフィルムを得る場合、ねじれ角を±１°で制御しよ
うとすると、乾燥後の厚みで±６／２４０μｍ、すなわ
ち±０．０２５μｍの精度で厚みを制御しなければなら
ない。この数値は、６μｍの膜厚のフィルムの場合、塗
工精度が±０．４％程度であることを意味している。

【００１２】フィルムの厚みのバラツキは、そのままね
じれ角のバラツキとなる。従って、このようなフィルム
をＳＴＮ液晶セルの色補償用フィルムとして用いた場
合、補償に必要なねじれ角に満たない部分と、それ以上
のねじれ角を有し補償能が低下している部分が存在し、
ディスプレイ全体としては、色補償にムラが生じ、色斑
が発生してしまうという問題を生じる。

【００１３】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、液晶性高分子をねじれネマチック配向させ固
定した光学素子において、厚みのバラツキによる影響を
少なくすることができる光学素子を得ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は、液
晶性高分子をねじれネマチック配向させ固定した光学素
子であり、配向能を有する透光性基材によって液晶性高
分子の層を挟持したことを特徴とする光学素子である。

【００１５】本発明において用いる液晶性高分子として
は、常温でガラス状態であり、透明性を有するものが好
ましい。液晶性高分子のタイプとしては、主鎖型及び側
鎖型のいずれでもよい。主鎖型の場合、メソゲン基を屈
曲した鎖か、あるいは柔らかい鎖を用いて結合したもの
が好ましい。直鎖型の液晶性高分子であると、剛直にな
り、液晶相を発現する温度が非常に高くなり、基材の耐
熱温度以上の配向温度となり、配向状態を作ることが困
難になる場合がある。液晶性高分子が側鎖型の場合、液
晶相発現温度が一般に低く、数十度で液晶相を発現する
ものがある。実際に液晶ディスプレイに搭載して使用す
ることを考慮すれば、液晶相発現温度が液晶ディスプレ
イの使用温度よりも高いことが好ましく、具体的には８
０℃以上であることが好ましい。液晶性高分子の具体例
としては、液晶状態でネマチック配向し、液晶転移点以
下ではガラス状態となるものが挙げられ、例えば、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステ
ルイミドなどの主鎖型液晶ポリマー、あるいはポリアク
リレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリ
シロキサンなどの側鎖型液晶ポリマーなどを例示するこ
とができる。

【００１６】本発明において用いる透光性基材として
は、透明で液晶を配向させることができる基材ならば特
に限定されるものではなく、例えば、ガラス板やガラス
フィルムに配向能を持たせたもの、あるいはポリカーボ
ネート、ポリサルフォン、ポリアリレート、トリアセチ
ルセルロースなどの樹脂フィルムに配向能を持たせたも
のを用いることができる。透光性基材となる樹脂フィル
ムとしては、残留位相差が１０ｎｍ以下であることが好
ましく、より好ましくは５ｎｍ以下である。残留位相差
が大きいと、補償性能が低下するおそれがある。

【００１７】本発明において、透光性基材に配向能を持
たせる方法としては、一般に知られている方法を用いる
ことができる。例えば、ポリイミドやポバールなどの樹
脂の薄膜を透光性基材の上に形成し、これをラビング処
理する方法や、透光性基材が樹脂フィルムである場合に
は、直接フィルム表面をラビング処理する方法がある。

【００１８】本発明において液晶性高分子をねじれネマ
チック配向させる方法としては、一般的な方法を採用す
ることができる。例えば、液晶性高分子内に光学活性を
示す置換基を導入する方法がある。このような置換基と
しては、以下の構造式１及び構造式２に示すような置換
基を例示することができる。

【００１９】

【化１】

【００２０】

【化２】

【００２１】また、他の配向方法としては、一般にカイ
ラル剤と呼ばれる光学活性を示す低分子化合物を液晶性
高分子中に添加する方法がある。このようなカイラル剤
としては、例えば、以下の化合物１及び化合物２を例示
することができる。

【００２２】

【化３】

【００２３】

【化４】

【００２４】図１は、本発明の光学素子の一例を示す断
面図である。図１に示すように、液晶性高分子の層２
は、２枚の配向能を有する透光性基材１及び３によって
挟持されている。

【００２５】本発明の光学素子の製造方法としては、配
向能を有する一方の透光性基材の上に、液晶性高分子の
膜を塗工し、乾燥した後、さらに配向能を持つもう一つ
の透光性基材を液晶性高分子の膜の上にラミネートし、
液晶性高分子の層が２枚の透光性基材によって挟持され
た状態とし、この状態で液晶性高分子の配向温度に加熱
し、配向させた後、配向状態のまま急冷し、配向状態を
固定する方法が挙げられる。また、別の方法として、一
方の透光性基材の上に液晶性高分子の層を形成した後、
もう一つの透光性基材をラミネートする際に、加熱ロー
ルを用いて液晶性高分子を加熱し、配向状態とし、その
後に冷却ロールによってその配向状態のまま冷却し、配
向状態を固定する方法が挙げられる。このような透光性
基材のラミネートの際、液晶性高分子の層を挟む２枚の
透光性基材をその各々の配向処理方向が所望の配向角度
を形成するように交差させて配置する必要がある。

【００２６】本発明の光学素子の製造方法は、上記の製
造方法に限定されるものではなく、配向能を有する透光
性基材によって、ねじれネマチック配向の液晶性高分子
の層を挟持できる方法であれば特に限定されるものでは
ない。

【００２７】

【発明の実施の形態】実施例１ 膜厚７０μｍのポリサルフォンフィルムを透光性基材と
して用い、基材の表面を直接ラビング処理した。次に、
重量平均分子量約８万の以下に示す化合物３の液晶性高
分子と、上記の化合物１のカイラル剤とをＭＥＫに溶解
し、ＭＥＫ溶液を調製した。

【００２８】

【化５】

【００２９】溶液の濃度は３０重量％とし、カイラル剤
は液晶性高分子の量に対して５重量％となるように加え
た。

【００３０】この溶液を上記の透光性基材の上にスピン
コート法により塗工した。スピンコートの条件として
は、１０００ｒｐｍで６０秒とした。次に、塗工した透
光性基材をギアオーブン内で５０℃から８０℃まで５℃
／分で昇温し、８０℃で５分間維持し、液晶性高分子の
層の厚みが平均６．１μｍであるフィルムを得た。これ
に、もう１枚の配向能を有する膜厚７０μｍのポリサル
フォンフィルムを用い、互いの透光性基材の配向方向が
２４０°の左ねじれとなるように配置し、この状態でヒ
ートラミネーターを用いて温度１００℃でラミネートし
た。得られた積層体を、１０５℃に設定したギアオーブ
ン内で３分間加熱した後、室温に取り出して急冷し配向
状態を固定して光学素子を得た。

【００３１】実施例２ 膜厚６０μｍのポリカーボネートフィルムを透光性基材
として用い、基材の表面を直接ラビング処理した。次
に、重量平均分子量約７万の以下に示す化合物４の液晶
性高分子と、上記の化合物１のカイラル剤とをＭＥＫに
溶解し、ＭＥＫ溶液を調製した。

【００３２】

【化６】

【００３３】溶液の濃度は３０重量％とし、カイラル剤
は液晶性高分子の量に対して５重量％となるように加え
た。

【００３４】この溶液を上記の透光性基材の上にスピン
コート法により塗工した。スピンコートの条件として
は、１０００ｒｐｍで６０秒とした。次に、塗工した透
光性基材をギアオーブン内で５０℃から８０℃まで５℃
／分で昇温し、８０℃で５分間維持し、液晶性高分子の
層の厚みが平均５．９μｍであるフィルムを得た。これ
に、もう１枚の配向能を有する膜厚６０μｍのポリサル
フォンフィルムを用いて、互いの透光性基材の配向方向
が２４０°の左ねじれとなるように配置し、この状態で
ヒートラミネーターを用いて温度１００℃でラミネート
した。得られた積層体を、１００℃に設定したギアオー
ブン内で３分間加熱した後、室温に取り出して急冷し配
向状態を固定して光学素子を得た。

【００３５】比較例１ 実施例１と同様にして、ポリサルフォンフィルムからな
る透光性基材の上に液晶性高分子の層を形成した後、も
う１枚の透光性基材をラミネートすることなく、そのま
まの状態で、１１０℃に設定したギアオーブン内で３分
間加熱した後、室温に取り出し急冷し配向状態を固定し
て、液晶性高分子層の厚みが平均６．０μｍである光学
素子を得た。

【００３６】比較例２ 実施例２と同様にして、ポリカーボネートフィルムの透
光性基材の上に、液晶性高分子の層を形成した後、もう
１枚の透光性基材をラミネートすることなく、そのまま
の状態で、１００℃に設定したギアオーブン内で３分間
加熱した後、室温に取り出し急冷し配向状態を固定し
て、液晶性高分子層の厚みが平均５．９μｍである光学
素子を得た。

【００３７】以上のようにして得られた実施例１及び実
施例２並びに比較例１及び比較例２の光学素子を、１０
ｃｍ×１０ｃｍの大きさに切り出し、フィルム面内の９
点について、ねじれ角の測定を行った。ねじれ角の平均
値と分散を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかなように、本発明に従う実
施例１及び実施例２の光学素子では、液晶性高分子層の
平均厚みに差があったのにもかかわらず、ねじれ角が両
者とも２４０°であり、またねじれ角の分散が非常に小
さく、ねじれ角が全面にわたって均一になっている。こ
れに対し、比較例１及び比較例２の光学素子は、ねじれ
角の分散が非常に大きく、全体においてねじれ角のバラ
ツキが大きいことがわかる。従って、実施例１及び実施
例２の光学素子は、ＳＴＮ液晶表示素子の光補償用フィ
ルムとして用いた場合、全面において均一な色補償を行
うことができ、色斑が発生するのを防止することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明の光学素子は、液晶性高分子の層
を２枚の配向能を有する透光性基材によって挟持してお
り、これによって、厚みのバラツキによるねじれ角のバ
ラツキを著しく低減することができる。従って、ＳＴＮ
液晶表示ディスプレイの色補償用光学素子として用い、
全体に均一な色補償を行うことができ、色斑の発生等を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子の一例を示す断面図。

【図２】ねじれネマチック配向した液晶性高分子の層に
おける厚みとねじれ角の関係を示す図。

【符号の説明】

１，３…配向能を有する透光性基材 ２…液晶性高分子の層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶性高分子をねじれネマチック配向さ
   せ固定した光学素子において、配向能を有する透光性基
   材によって前記液晶性高分子の層を挟持したことを特徴
   とする光学素子。