KR20060044436A - 광학 보상막을 갖는 편광판 및 이를 이용한 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 간단한 구성으로, 정면의 표시품이 개선된 액정 표시 장치를 제공한다.

[해결수단] 적어도 일방에 전극을 갖고, 대향 배치된 1쌍의 기판과, 이 기판간에 형성된 액정층의 외측에 배치된 1쌍의 편광판으로서, 이 편광판은, 적어도 편광막과 이 편광막의 액정 셀에 부착되는 측의 면에 형성된 보호막과, 광학 보상막으로 구성되고 (단, 상기 보호막은 상기 광학 보상막을 겸하는 구성일 수도 있다), 이 편광판의 편광도가 99.5% 이상, 또한 상기 기판의 편광도 유지율이 90% 이상이고 또한, 상기 광학 보상막의 편광도 유지율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 편광판이다.

액정 표시 장치, 광학 보상막, 편광판

Description

광학 보상막을 갖는 편광판 및 이를 이용한 액정 표시 장치{POLARIZER WITH OPTICAL COMPENSATION FILM AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

도 1 은 본 발명의 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 개략도.

도 2 는 본 발명의 액정 표시 장치의 다른 예를 나타내는 모식측단면도.

도 3 은 본 발명의 액정 표시 장치의 다른 예를 나타내는 모식측단면도.

도 4 는 실시예에서 제작한 액정 표시 장치의 광학적 축의 관계를 모식적으로 나타낸 도면.

※ 도면의 주요 부호에 대한 설명

1 : 상측 편광판 외측 보호막

2 : 상측 편광판 외측 보호막 지상축

3 : 상측 편광판 편광막

4 : 상측 편광판 편광막 흡수축

5 : 상측 편광판 액정 셀측 보호막 (지지체)

6 : 상측 편광판 액정 셀측 보호막 (지지체) 지상축

7 : 상측 광학 이방성층

8 : 상측 광학 이방성층의 분자장축의 배향 평균 방향

9 : 액정 셀 상측 기판

10 : 상측 기판 액정배향용 러빙 방향

11 : 액정 분자 (액정층)

12 : 액정 셀 하측 기판

13 : 하측 기판 액정배향용 러빙 방향

14 : 하측 광학 이방성층

15 : 하측 광학 보상층의 분자장축의 배향 평균 방향

16 : 하측 편광판 액정 셀측 보호막 (지지체)

17 : 하측 편광판 액정 셀측 보호막 (지지체) 지상축

18 : 하측 편광판 편광막

19 : 하측 편광판 편광막의 흡수축

20 : 하측 편광판 외측 보호막

21 : 하측 편광판 외측 보호막 지상축

30, 42 : 편광판

32, 40 : 투명 기판

34 : 봉형 액정성 분자

36 : 전계 방향

38 : 선형 전극

44 : 절연층

46 : 하층 전극

본 발명은 액정 표시 장치 및 그것을 사용하는 광학 보상막 부착 편광판에 관한 것이다.

워드프로세서나 노트북 컴퓨터, PC 용 모니터 등의 OA 기기, 휴대 단말, 텔레비전 등에 사용되는 표시 장치는 박형이고 경량, 또한 소비 전력이 작다는 점에서 액정 표시 장치가 널리 사용되고 있다.

액정 표시 장치는 통상 액정 셀 및 편광판을 갖는다. 편광판은 통상 보호막과 편광막으로 이루어지고, 폴리비닐알코올 필름으로 이루어지는 편광막을 요오드로 염색하고 연신하고 그 양면을 보호막으로 적층하여 얻어진다. 투과형 액정 표시 장치에서는 이 편광판을 액정 셀의 양측에 부착하고, 나아가 한 장 이상의 광학 보상막을 배치하는 경우도 있다. 반사형 액정 표시 장치에서는 반사판, 액정 셀, 한 장 이상의 광학 보상막 및 편광판의 순서로 배치한다. 액정 셀은 액정 분자, 그것을 봉입하기 위한 두 장의 기판 및 액정 분자에 전압을 가하기 위한 전극층으로 이루어진다. 액정 셀은, 액정 분자의 배향 상태 차이로 ON, OFF 표시를 하고 투과형, 반사형 및 반투과형 모두에 적용할 수 있는, TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching), OCB (Optically Compensatory Bend), VA (Vertically Aligned), ECB (Electrically Controlled Birefringence), STN (Super Twisted Nematic) 과 같은 표시 모드가 제안되어 있다.

광학 보상막은 화상 착색을 해소하거나 시야각을 확대하기 위하여 여러 가지 액정 표시 장치에서 사용되고 있다. 광학 보상막으로는 연신 복굴절 폴리머 필름이 종래 사용되고 있었다. 연신 복굴절 필름으로 이루어지는 광학 보상막을 대신하여 투명 지지체 상에 저분자 또는 고분자 액정성 화합물로 형성된 광학 이방성층을 갖는 광학 보상막을 사용하는 것이 제안되어 있다. 액정성 화합물에는 다양한 배향 형태가 있기 때문에, 액정성 화합물을 사용함으로써 종래의 연신 복굴절 폴리머 필름에서는 얻을 수 없는 광학적 성질을 실현하는 것이 가능해졌다. 그리고 편광판의 보호막으로서도 기능한다.

광학 보상막의 광학적 성질은, 액정 셀의 광학적 성질, 구체적으로는 상기한 바와 같은 표시 모드의 차이에 따라 결정된다. 액정성 화합물을 사용하면 액정 셀의 여러 가지 표시 모드에 대응하는 여러 가지 광학적 성질을 갖는 광학 보상막을 제조할 수 있다. 액정성 화합물을 사용한 광학 보상막에서는 여러 가지 표시 모드에 대응하는 것이 이미 제안되어 있다. 예를 들어, TN 모드 액정 셀용 광학 보상막은 전압 인가에 의해 액정 분자의 비틀림 구조가 해소되면서 기판 면에 경사진 배향 상태의 광학 보상을 하여, 흑표시시의 경사 방향의 광누설 방지에 의한 콘트라스트의 시각 특성을 향상시킨다.

TN 모드 액정 표시 장치용 광학 보상막은 전계 인가에 의해 액정 분자의 비틀림 구조가 해소되면서 기판 면에 경사진 배향 상태의 광학 보상을 하여, 흑표시시의 경사 방향의 광누설 방지에 의한 콘트라스트의 시각 특성을 향상시킨다. 광학 보상의 대표예로는, 액정성 화합물을 하이브리드 배향시켜 필름형으로 하는 기술이 있고, 액정성 화합물에 원반형 액정성 화합물을 사용하거나 (특허문헌 1 참 조), 럭비공형 화합물을 사용한 예가 있다.

그러나, 원반형 액정 화합물을 균일하게 하이브리리드 배향시킨 광학 보상막을 사용해도 액정 셀을 문제없이 완전히 광학적으로 보상하는 것은 매우 어렵다. 예를 들어, TN 모드의 TFT 형 액정 표시 패널에서는 정면 콘트라스트비가 300 대 1 정도이지만, 투명 전극 유리 기판으로 TN 모드의 유닛 셀을 제작하면, 정면 콘트라스트비 600 대 1 이상으로 개선할 수 있다. 이는 TFT 표시 장치의 기판에 편광 해소 작용이 있으며, 흑표시시에 누설광이 생겨 콘트라스트비가 저하하기 때문이다. TFT 액정 표시 장치의 콘트라스트비 개선 방법으로서, 컬러 필터 기판의 산란 특성을 제어하는 예가 있다 (특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 평6-214116호

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 2001-166126호

본 발명은 상기 모든 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 간이한 구성이고, 더구나 종래와 동일한 시야각 특성으로, 또한 고콘트라스트인 액정 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명은, 간이한 구성 및 시야각 특성을 유지한 상태로 액정 표시 장치의 콘트라스트 개선에 기여할 수 있는 편광판을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단은 이하와 같다.

(1) 액정 표시 장치 중에 액정 셀을 협지하여 배치되는 한 쌍의 편광판으로 서, 적어도 일방이 편광막과 광학 보상막을 적어도 갖고, 편광도가 99.5% 이상이고 또한 상기 광학 보상막의 편광도 유지율이 90% 이상인 한 쌍의 편광판.

(1) 의 편광판은, 편광 유지율이 상기 범위인 광학 보상막을 가짐과 함께 편광도가 상기 범위이기 때문에, 액정 표시 장치의 시야각 특성 개선, 화상 착색의 경감에 기여함과 함께 고콘트라스트화에 기여한다.

(2) 상기 한 쌍의 편광판의 수직 입사광에 대한 투과광 색상 a 및 b 가 모두 ±4 이하인 (1) 의 편광판.

(2) 의 편광판은, 상기 (1) 의 편광판의 효과를 나타냄과 함께 편광판의 투과광의 색상 a, b 가 ±4 이하이기 때문에, 이것을 사용한 액정 표시 장치는 또한 흑표시의 색조가 보다 무채색인 양호한 표시가 된다.

(3) 적어도 일방에 전극을 갖고, 대향 배치된 한 쌍의 기판과, 그 기판 사이에 형성된 액정층과, 그 액정층을 협지하여 배치된 한 쌍의 편광판을 갖는 액정 표시 장치로서, 상기 한 쌍의 편광판의 적어도 일방이, 편광막과, 그 편광막의 상기 액정층에 보다 가까운 측의 면상에 광학 보상막을 갖고, 상기 한 쌍의 편광판의 편광도가 99.5% 이상이고, 상기 한 쌍의 기판의 편광도 유지율이 90% 이상이며, 또한 상기 광학 보상막의 편광도 유지율이 90% 이상인 액정 표시 장치.

(3) 의 액정 표시 장치는, 편광도가 상기 범위이고 또한 상기 범위의 편광 유지율의 광학 보상막을 갖기 때문에, 양호한 색조의 화상을 광시야각으로 표시할 수 있음과 함께 콘트라스트비가 각별히 개선되어 있다.

(4) 상기 한 쌍의 편광판의 쌍방이, 편광막과, 그 편광막의 상기 액정층에 보다 가까운 측의 면상에 광학 보상막을 갖는 (3) 의 액정 표시 장치.

(4) 의 액정 표시 장치는, (3) 의 효과를 나타냄과 함께 편광판의 쌍방이 광학 보상막을 갖기 때문에, 광학 보상을 보다 정확하게 할 수 있어, 보다 시야각 및 색조를 개선할 수 있다

(5) 상기 광학 보상막의 편광도 유지율이, 상기 한 쌍의 기판의 편광도 유지율 이상인 (3) 또는 (4) 의 액정 표시 장치.

(5) 의 액정 표시 장치는, 표시면 뒷면의 기판면에 백라이트를 배치한 투과형에 있어서, 특히 바람직한 양태이다. 백라이트의 광은 하편광판, 하측 기판, 액정층, 상측 기판, 상측편광판을 통과하여 표시면에서 출사된다. 이 때, 편광판에 보다 가까운 부재의 편광 유지율을 높게 함으로써 고콘트라스트가 얻어진다. 또한 액정층을 협지하는 한 쌍의 기판의 광원에 가까운 측의 광학 보상막의 편광 유지율을 높게 함으로써 보다 고콘트라스트가 얻어진다.

(6) 상기 한 쌍의 편광판의 흡수축이 개략 직교하고 있는 (3)∼(5) 중 어느 하나의 액정 표시 장치.

(7) 상기 한 쌍의 기판의 적어도 일방에, 적색, 녹색 및 청색의 각 패턴을 포함하는 컬러 필터가 형성되어 있고, 적색 패턴, 녹색 패턴 및 청색 패턴의 편광도 유지율을 각각 Pr, Pg 및 Pb 로 하였을 때, Pr/Pg ≤1.5, 또한 Pb/Pg ≤1.5 인 (3)∼(6) 중 어느 하나의 액정 표시 장치.

(8) 상기 전극이, 화소 전극과 대향 전극으로 이루어지고, 그 화소 전극과 그 대향 전극에 의해 그 화소 전극과 그 대향 전극이 배치된 기판에 대하여 대략 평행한 전계가 발생하는 (3)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치.

(9) 상기 전극이 층을 달리하여 배치되고, 상기 전극의 적어도 일방이 투명한 전극으로 이루어지는 (8) 에 기재된 액정 표시 장치.

(10) 상기 화소 전극과 상기 대향 전극이 배치된 기판에 있어서, 추가로 전압이 인가되지 않는 도전층이 배치된 것을 특징으로 하는 (9) 의 액정 표시 장치.

본 명세서에서 「45°」, 「평행」 또는 「직교」라는 것은 엄밀한 각도±5°미만의 범위 내인 것을 의미한다. 엄밀한 각도와의 오차는 4° 미만인 것이 바람직하고, 3° 미만인 것이 보다 바람직하다. 또 각도에 대하여 「+」는 시계반대방향을 의미하고, 「-」는 시계방향을 의미하는 것으로 한다. 또한 「지상축」은, 굴절률이 최대가 되는 방향을 의미한다. 또한 「가시광 영역」이란 380㎚∼780㎚ 인 것을 말한다. 그리고 굴절률의 측정파장은 특별한 기술이 없는 한 가시광역의 λ= 550㎚ 에서의 값이다.

또한 본 명세서에서는, 「편광막」과 「편광판」은 구별되며, 「편광판」은 「편광막」의 표면 중 적어도 일방의 표면에 보호막 등의 다른 층을 적어도 일층 갖는 적층체를 의미하는 것으로 한다.

본 발명에 의하면, 간단한 구성으로, 시야각 특성을 손상시키지 않고 콘트라스트가 개선된 액정 표시 장치, 특히 TN 형 또는 IPS 형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, TN 형 또는 IPS 형 액정 표시 장치의 액정 셀의 콘트라스트 개선에도 기여하는 편광판을 제공할 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

[편광판]

본 발명은, 액정 표시 장치 중에 액정 셀을 협지하여 배치되는 한 쌍의 편광판에 관한 것이다. 본 발명의 한 쌍의 편광판은, 적어도 일방이 편광막과 광학 보상막을 적어도 갖는다. 또한 본 발명의 편광판은, 편광도가 99.5% 이상이고, 또 상기 광학 보상막의 편광도 유지율이 90% 이상이다. 쌍방의 편광판이 광학 보상막을 갖는 양태에서는, 쌍방의 광학 보상막의 편광 유지율이 90% 이상인 것이 바람직하다. TFT 형 (Thin Film Transistor) 형 액정 표시 장치 등은, 고콘트라스트이고 고화질인 디스플레이이지만, 한편으로 그 구성 부재에 따라 콘트라스트비가 크게 변화된다. 본 발명에서는, 편광판의 편광도 및 편광판이 갖는 광학 보상막의 편광 유지율을 각각 상기 범위로 함으로써 액정 표시 장치 콘트라스트를 높이는데 기여하는 편광판으로 하고 있다.

편광판의 편광도 P 는,

P＝((T∥-T⊥) / (T∥+T⊥))^1/2

로 정의된다. 식 중 T∥ 은 편광판의 평행 투과율이고, 한 쌍의 편광판을 흡수축이 평행 (∥) 한 상태로 배치하였을 때 얻어지는 투과율이다. 또한 T⊥ 은 편광판의 직교 투과율이고, 한 쌍의 편광판을 흡수축이 직교 (⊥) 하는 상태로 배치하였을 때 얻어지는 투과율이다. 본 발명의 한 쌍의 편광판은 편광도가 99% 이상이고, 바람직하게는 99.5% 이상이고, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상이다. 또한 편광 유지율이란 부재에 직선 편광을 입사한 경우의 투과율을 나타낸다. 본 발명에서 상기 광학 보상막의 편광 유지율은 90% 이상이고, 바람직하게는 95% 이상이고, 보다 바람직하게는 99% 이상이다. 또, 표시 장치의 콘트라스트비의 이상치는 편광도의 투과율의 비 T∥/T⊥ 가 되어, 대략 3000 대 1 이 된다. 편광도 및 광학 보상막의 편광 유지율이 상기 범위인 본 발명의 편광판을 사용함으로써 액정 표시 장치의 콘트라스트비를 향상시킬 수 있어, 이상치에 가깝게 할 수 있다.

[광학 보상막]

본 발명의 한 쌍의 편광판은, 적어도 일방이 광학 보상막을 적어도 하나 갖는다. 본 발명의 광학 보상막은 편광 유지율이 90% 이상이다. 광학 보상막의 편광 유지율을 개선하여 상기 범위로 하기 위해서는, 보상막 중의 배향 결함이나 이물의 직경을 1마이크론 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 광학 보상막은 화상 착색을 해소하거나 시야각을 확대하는 데 기여한다. 따라서, 본 발명의 편광판은 액정 표시 장치의 콘트라스트비 개선에 기여함과 함께 시야각 특성의 개선 및 화상 착색의 경감에도 기여한다. 본 발명의 편광판에서는, 광학 보상막의 전부 또는 일부가 편광막의 보호막을 겸하고 있어도 된다. 예를 들어, 광학 보상막이 복굴절성 폴리머 필름인 경우에는, 광학 보상막 그 자체를 편광막의 보호막으로 해도 되고, 광학 보상막이 폴리머 필름 등으로 이루어지는 지지체와 액정성 분자로 이루어지는 광학 이방성층의 적층체인 경우는, 지지체인 폴리머 필름을 편광막의 보호막으로 할 수도 있다.

광학 보상막의 재료에 대해서는 특별히 제한은 없고, 연신 복굴절 폴리머 필름 및 액정성 분자로 형성된 광학 이방성층 등을 이용할 수 있다. 액정성 분자에는 다양한 배향 형태가 있기 때문에, 액정성 분자를 이용함으로써 보상하는 액정 셀의 모드 등에 따라 필요한 광학 특성을 만족하는 광학 보상층을 용이하게 제작할 수 있다. 액정성 화합물은 그 분자의 형상으로부터 막대형 타입과 원반형 타입으로 분류할 수 있고, 모두 사용할 수 있다. 또 각각 저분자와 고분자 타입으로 분류되지만, 모두 사용할 수 있다.

이하, 액정성 분자로 형성된 광학 이방성층으로 이루어지는 광학 보상막에 대하여 바람직한 특성, 사용 가능한 재료, 제조방법에 대해 상세하게 설명한다.

[광학 이방성층의 광학 특성]

액정성 분자로 형성된 광학 이방성층의 리타데이션 (Re) 은 450㎚ 에서 측정한 값 Re@450 과 650㎚ 에서 측정한 값 Re@650 의 비 {Re@650}/{Re@450} 가 0.8∼1.2 사이인 것이 바람직하다. 이 범위로 함으로써 색미를 현저하게 개선할 수 있다.

또, 본 명세서에서는 광학 이방성층이나 폴리머 필름 등 각종 부재의 광학 특성은 이하의 방법으로 측정한 값을 말하는 것으로 한다.

[리타데이션]

시료 30㎜×40㎜ 를 25℃, 60%RH 에서 2시간 습도조절하여 Re(λ) 는 KOBRA 21ADH (오지계측기기(주) 제) 에서 파장 λ㎚ 의 광을 필름 법선방향으로 입사시켜 측정된다. Rth(λ) 는 상기 Re(λ), 면 내의 지상축 (KOBRA 21ADH 에 의해 판 단됨) 을 경사축 (회전축) 으로 하여 필름 법선방향에 대하여 +40° 경사진 방향으로부터 파장 λ㎚ 의 광을 입사시켜 측정한 리타데이션 및 면 내의 지상축을 경사축 (회전축) 으로 하여 필름 법선방향에 대하여 -40° 경사진 방향으로부터 파장 λ㎚ 의 광을 입사시켜 측정한 리타데이션의 합계 3개의 방향에서 측정한 리타데이션과 평균 굴절률의 가정치 및 입력된 막두께치를 기초로 KOBRA 21ADH 가 산출된다. 여기에서 평균 굴절률의 가정치는 폴리머 핸드북 (JOHN WILEY & SONS, INC), 각종 광학필름의 카탈로그 값을 사용할 수 있다. 평균 굴절률의 값이 이미 알려져 있지 않은 것에 대해서는 아베굴절계로 측정할 수 있다. 주된 광학필름의 평균 굴절률의 값을 이하에 예시한다.

셀룰로오스아실레이트 (1.48), 시클로올레핀 폴리머 (1.52), 폴리카보네이트 (1.59), 폴리메틸메타크릴레이트 (1.49), 폴리스티렌 (1.59).

이들 평균 굴절률의 가정치와 막두께를 입력함으로써 KOBRA 21ADH 는 nx, ny, nz 를 산출한다. 이 산출된 nx, ny, nz 로부터 Nz=(nx-nz)/(nx-ny) 가 다시 산출된다.

(분자배향축)

시료 70㎜×100㎜ 를 25℃, 65%RH 에서 2시간 습도조절하여 자동 복굴절계 (KOBRA 21DH, 오지계측(주)) 를 이용해 수직 입사에서의 입사각을 변화시켰을 때의 위상차로부터 분자배향축을 산출한다.

(축 어긋남)

또한 자동 복굴절계 (KOBRA-21ADH, 오지계측기기(주)) 로 축어긋남 각도를 측정한다. 폭방향으로 전체 폭에 걸쳐 등간격으로 20점 측정하여 절대값의 평균값을 구하였다. 또한 지상축 각도 (축어긋남) 의 레인지란, 폭방향 전역에 걸쳐 등간격으로 20점 측정하여 축어긋남의 절대값이 큰 쪽부터 4점의 평균과 작은 쪽부터 4점의 평균의 차이를 구한 것이다.

[광학 이방성층]

액정성 화합물로 이루어지는 광학 이방성층의 바람직한 양태에 대하여 상세하게 기술한다.

광학 이방성층은, 액정 표시 장치의 흑표시에서의 액정 셀 중의 액정 화합물을 보상하도록 설계하는 것이 바람직하다. 흑표시에서의 액정 셀 중의 액정 화합물의 배향 상태는 액정 표시 장치의 모드에 따라 다르다. 이 액정 셀 중의 액정 화합물의 배향 상태에 대해서는 IDW'00, FMC7-2, P411∼414 에 기재되어 있다. 광학 이방성층의 형성에 사용하는 액정성 분자에는 막대형 액정성 분자 및 원반형 액정성 분자가 포함된다. 막대형 액정성 분자 및 원반형 액정성 분자는 고분자 액정이어도 되고 저분자 액정이어도 되며, 또한 저분자 액정이 가교되어 액정성을 나타내지 않게 된 것도 포함된다.

[막대형 액정성 분자]

상기 광학 이방성층의 형성에 사용 가능한 막대형 액정성 분자의 예에는 아조메틴류, 아족시류, 시아노비페닐류, 시아노페닐에스테르류, 벤조산에스테르류, 시클로헥산카르복시산페닐에스테르류, 시아노페닐시클로헥산류, 시아노치환페닐피리미딘류, 알콕시치환페닐피리미딘류, 페닐디옥산류, 톨란류 및 알케닐시클로헥실 벤조니트릴류가 바람직하게 사용된다. 또, 막대형 액정성 분자에는 금속 착물도 포함된다. 또한 막대형 액정성 분자를 반복 단위 중에 포함하는 액정 폴리머도 막대형 액정성 분자로서 사용할 수 있다. 바꿔 말하면, 막대형 액정성 분자는 (액정) 폴리머와 결합되어 있어도 된다. 막대형 액정성 분자에 대해서는, 계간 화학총설 제22권 액정의 화학 (1994) 일본화학회편의 제4장, 제7장 및 제11장, 그리고 액정 디바이스 핸드북 일본학술진흥회 제142위원회편의 제3장에 기재되어 있다.

막대형 액정성 분자의 복굴절률은 0.001∼0.7 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 막대형 액정성 분자는, 그 배향 상태를 고정시키기 위해 중합성기를 갖는 것이 바람직하다. 중합성기는 라디칼 중합성 불포화기역은 카티온 중합성기가 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-62427호 명세서 중 단락번호 [0064]∼[0086] 에 기재된 중합성기, 중합성 액정 화합물을 들 수 있다.

[원반형 액정성 분자]

상기 광학 이방성층의 형성에 사용 가능한 원반형 (디스코틱) 액정성 분자의 예에는, C. Destrade 등의 연구보고, Mol. Cryst. 71권, 111페이지 (1981년) 에 기재되어 있는 벤젠 유도체, C. Destrade 등의 연구보고, Mol. Cryst. 122권, 141페이지 (1985년), Physics lett, A, 78권, 82페이지 (1990) 에 기재되어 있는 트룩센 유도체, B. Kohne 등의 연구보고, Angew. Chem. 96권, 70페이지 (1984년) 에 기재된 시클로헥산 유도체 및 J. M. Lehn 등의 연구보고, J. Chem. Commun., 1794페이지 (1985년), J. Zhang 등의 연구보고, J. Am. Chem. Soc. 116권, 2655페이지 (1994년) 에 기재되어 있는 아자크라운계나 페닐아세틸렌계 크로마토사이클이 포함된다.

원반형 액정성 분자로는, 분자 중심의 모핵(母核)에 대하여 직쇄의 알킬기, 알콕시기, 치환벤조일옥시기가 모핵의 측쇄로서 방사선형으로 치환된 구조인 액정성을 나타내는 화합물도 포함된다. 분자 또는 분자의 집합체가, 회전대칭성을 갖고, 일정한 배향을 부여할 수 있는 화합물인 것이 바람직하다. 원반형 액정성 분자로 형성되는 광학 이방성층은, 최종적으로 광학 이방성층에 포함되는 화합물이 원반형 액정성 분자일 필요는 없고, 예를 들어 저분자의 원반형 액정성 분자가 열이나 광으로 반응하는 기를 갖고 있으며, 결과적으로 열, 광으로 반응에 의해 중합 또는 가교되어, 고분자량화하여 액정성을 잃은 화합물도 포함된다. 원반형 액정성 분자의 바람직한 예는 일본 공개특허공보 평8-50206호에 기재되어 있다. 또한 원반형 액정성 분자의 중합에 대해서는 일본 공개특허공보 평8-27284공보에 기재된 것이 있다. 원반형 액정성 분자의 디스코틱 네마틱 액정상-고상 전이 온도는 70∼300℃ 가 바람직하고, 70∼170℃ 가 더욱 바람직하다.

원반형 액정성 분자를 중합에 의해 고정하기 위해서는, 원반형 액정성 분자의 원반형 코어에 치환기로서 중합성기를 결합시킬 필요가 있다. 원반형 코어와 중합성기는 연결기를 통해 결합되는 화합물이 바람직하고, 이로써 중합 반응에서도 배향 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 2000-155216호 명세서 중 단락번호 [0151]∼[0168] 에 기재된 화합물 등을 들 수 있다.

또, 광학 이방성층 중에서의 액정성 분자의 배향은 필요로 하는 광학 특성에 따라 그 바람직한 형태도 다르다. 액정성 분자가 하이브리드 배향 상태로 고정된 광학 이방성층이어도 된다. 하이브리드 배향에서는, 액정성 분자의 장축 (원반형 액정성 분자에서는 원반면) 과 편광막의 면이 이루는 각도가 광학 이방성층의 깊이 방향이고 또한 지지체 계면에서의 거리의 증가와 함께 증가 또는 감소되고 있다. 각도는 거리의 증가와 함께 감소되는 것이 바람직하다. 그리고 각도의 변화로는, 연속적 증가, 연속적 감소, 간헐적 증가, 간헐적 감소, 연속적 증가와 연속적 감소를 포함하는 변화, 또는 증가 및 감소를 포함하는 간헐적 변화가 가능하다. 간헐적 변화는 두께 방향의 도중에서 경사각이 변화하지 않는 영역을 포함하고 있다. 각도는 각도가 변화하지 않는 영역을 포함하고 있더라도 전체로서 증가 또는 감소되고 있으면 된다. 그리고 각도는 연속적으로 변화하는 것이 바람직하다.

지지체 계면측의 원반형 액정성 분자 장축의 평균 방향은, 일반적으로 원반형 액정성 분자 또는 배향막의 재료를 선택함으로써 또는 러빙 처리 방법을 선택함으로써 조정할 수 있다. 또 표면측 (공기측) 의 원반형 액정성 분자의 장축 (원반면) 방향은 일반적으로 원반형 액정성 분자 또는 원반형 액정성 분자와 함께 사용하는 첨가제의 종류를 선택함으로써 조정할 수 있다. 원반형 액정성 분자와 함께 사용하는 첨가제의 예로는, 가소제, 계면활성제, 중합성 모노머 및 폴리머 등을 들 수 있다. 장축의 배향 방향의 변화 정도도 상기한 바와 같이 액정성 분자와 첨가제와의 선택에 의해 조정할 수 있다.

[광학 이방성층의 다른 조성물]

상기 액정성 분자와 함께 가소제, 계면활성제, 중합성 모노머 등을 병용하여 도공막의 균일성, 막의 강도, 액정 분자의 배향성 등을 향상시킬 수 있다. 액정성 분자와 상용성을 갖고, 액정성 분자의 경사각 변화가 주어지거나 또는 배향을 저해하지 않는 것이 바람직하다.

중합성 모노머로는, 라디칼 중합성 또는 카티온 중합성의 화합물을 들 수 있다. 바람직하게는 다관능성 라디칼 중합성 모노머이고, 상기 중합성기 함유의 액정 화합물과 공중합성인 것이 바람직하다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-296423호 명세서 중 단락번호 [0018]∼[0020] 에 기재된 것을 들 수 있다. 상기 화합물의 첨가량은 원반형 액정성 분자에 대하여 일반적으로 1∼50질량% 의 범위에 있고, 5∼30질량% 의 범위에 있는 것이 바람직하다.

계면활성제로는 종래 공지된 화합물을 들 수 있지만, 특히 불소계 화합물이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2001-330725호 명세서 중 단락번호 [0028]∼[0056] 에 기재된 화합물을 들 수 있다.

원반형 액정성 분자와 함께 사용하는 폴리머는 원반형 액정성 분자에 경사각의 변화가 주어지는 것이 바람직하다.

폴리머의 예로는 셀룰로오스에스테르를 들 수 있다. 셀룰로오스에스테르의 바람직한 예로는 일본 공개특허공보 2000-155216호 명세서 중 단락번호 [0178] 에 기재된 것을 들 수 있다. 액정성 분자의 배향을 저해하지 않도록 상기 폴리머의 첨가량은 액정성 분자에 대하여 0.1∼10질량% 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.1∼8질량% 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.

[광학 이방성층의 형성]

광학 이방성층은 액정성 분자와, 필요에 따라 중합성 개시제, 중합성 모노머 등의 임의의 첨가제를 포함하는 도포액을 지지체 표면에 도포함으로써 형성할 수 있다. 배향막을 이용하는 것이 바람직하다.

도포액의 조제에 사용하는 용매로는, 유기 용매가 바람직하게 사용된다. 유기 용매의 예에는, 아미드 (예, N,N-디메틸포름아미드), 술폭시드 (예, 디메틸술폭시드), 헤테로환 화합물 (예, 피리딘), 탄화수소 (예, 벤젠, 헥산), 알킬할라이드 (예, 클로로포름, 디클로로메탄, 테트라클로로에탄), 에스테르 (예, 아세트산메틸, 아세트산부틸), 케톤 (예, 아세톤, 메틸에틸케톤), 에테르 (예, 테트라히드로푸란, 1,2-디메톡시에탄) 가 포함된다. 알킬할라이드 및 케톤이 바람직하다. 2종류 이상의 유기 용매를 병용해도 된다.

도포액의 도포는 공지된 방법 (예, 와이어바 코팅법, 압출 코팅법, 다이렉트 그라비아 코팅법, 리버스 그라비아 코팅법, 다이코팅법) 에 의해 실시할 수 있다.

광학 이방성층의 두께는 0.1∼20㎛ 인 것이 바람직하고, 0.5∼15㎛ 인 것이 더욱 바람직하고, 1∼10㎛ 인 것이 가장 바람직하다.

[액정성 분자의 배향 상태의 고정]

배향시킨 액정성 분자를 배향 상태를 유지하여 고정시킬 수 있다. 고정화는 중합반응에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 중합반응에는 열중합 개시제를 사용하는 열중합 반응과 광중합 개시제를 사용하는 광중합 반응이 포함된다. 광중합 반응이 바람직하다.

광중합 개시제의 예에는, α-카르보닐 화합물 (미국특허 2367661호, 동2367670호의 각 명세서 기재), 아실로인에테르 (미국특허 2448828호 명세서 기재), α-탄화수소치환 방향족 아실로인 화합물 (미국특허 2722512호 명세서 기재), 다핵퀴논 화합물 (미국특허 3046127호, 동2951758호의 각 명세서 기재), 트리아릴이미다졸 다이머와 p-아미노페닐케톤과의 조합 (미국특허 3549367호 명세서 기재), 아크리딘 및 페나진 화합물 (일본 공개특허공보 소60-105667호, 미국특허 4239850호 명세서 기재) 및 옥사디아졸 화합물 (미국특허 4212970호 명세서 기재) 이 포함된다.

광중합개시제의 사용량은, 도포액의 고형분의 0.01∼20질량% 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.5∼5질량% 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.

액정성 분자의 중합을 위한 광조사는, 자외선을 사용하는 것이 바람직하다.

조사 에너지는, 20mJ/㎠∼50J/㎠ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 20∼5000mJ/㎠ 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하고, 100∼800mJ/㎠ 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다. 또, 광중합 반응을 촉진하기 위해, 가열 조건하에서 광조사를 실시해도 된다.

보호층을 광학 이방성층 상에 형성해도 된다.

[배향막]

상기한 바와 같이, 지지체와 광학 이방성층 사이에 배향막을 형성하고, 배향막 표면에서 액정성 분자를 배향시키는 것이 바람직하다. 배향막은, 액정성 분자의 배향방향을 규정하는 기능을 갖는다. 액정성 분자는, 배향막 상에서 소정 의 배향 상태가 되고, 그 후 그 배향 상태로 고정된 후에는, 배향막이 없어도 그 배향 상태를 유지한다. 따라서, 배향막 표면 상에서 액정성 분자를 배향시키고, 광학 이방성층을 형성한 후에, 그 광학 이방성층만을 지지체 표면이나, 편광막 표면에 전사해도 된다. 따라서, 배향막은 광학 보상막의 구성 요소로서는 필수가 아니다.

배향막은, 유기 화합물 (바람직하게는 폴리머) 의 러빙 처리, 무기 화합물의 사방 증착, 마이크로 그룹을 갖는 층의 형성, 또는 랭뮤어-블로젯법 (LB 막) 에 의한 유기 화합물 (예, ω-트리코산산, 디옥타데실메틸암모늄클로라이드, 스테아르산메틸) 의 누적과 같은 수단으로 형성할 수 있다. 또, 전기장의 부여, 자기장의 부여 또는 광조사에 의해 배향 기능이 발생되는 배향막도 알려져 있다.

배향막은, 폴리머의 러빙 처리에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 배향막에 사용하는 폴리머는, 원칙적으로는 액정성 분자를 배향시키는 기능이 있는 분자 구조를 갖는다.

본 발명에서는, 액정성 분자를 배향시키는 기능에 추가하여, 가교성 관능기 (예, 이중 결합) 를 갖는 측쇄를 주쇄에 결합시키거나, 또는, 액정성 분자를 배향시키는 기능을 갖는 가교성 관능기를 측쇄에 도입하는 것이 바람직하다.

배향막에 사용되는 폴리머는, 그 자체 가교 가능한 폴리머 또는 가교제에 의해 가교되는 폴리머 모두를 사용할 수 있으며, 이들의 조합을 복수 사용할 수 있다.

폴리머의 예에는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-338913호 명세서 중 단 락번호 [0022] 에 기재된 메타크릴레이트계 공중합체, 스티렌계 공중합체, 폴리올레핀, 폴리비닐알코올 및 변성 폴리비닐알코올, 폴리(N-메틸올아크릴아미드), 폴리에스테르, 폴리이미드, 아세트산비닐 공중합체, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리카보네이트 등이 포함된다. 실란커플링제를 폴리머로서 사용할 수 있다. 수용성 폴리머 (예, 폴리(N-메틸올아크릴아미드), 카르복시메틸셀룰로오스, 젤라틴, 폴리비닐알코올, 변성 폴리비닐알코올) 가 바람직하고, 젤라틴, 폴리비닐알코올 및 변성 폴리비닐알코올이 더욱 바람직하며, 폴리비닐알코올 및 변성 폴리비닐알코올이 가장 바람직하다. 중합도가 다른 폴리비닐알코올 또는 변성 폴리비닐알코올을 2 종류 병용하는 것이 특히 바람직하다.

폴리비닐알코올의 비누화도는, 70∼100% 가 바람직하고, 80∼100% 가 더욱 바람직하다. 폴리비닐알코올의 중합도는, 100∼5000 인 것이 바람직하다.

액정성 분자를 배향시키는 기능을 갖는 측쇄는, 일반적으로 소수성기를 관능기로서 갖는다. 구체적인 관능기의 종류는, 액정성 분자의 종류 및 필요로 하는 배향 상태에 따라서 결정된다.

예를 들어, 변성 폴리비닐알코올의 변성기로는, 공중합 변성, 연쇄 이동 변성 또는 블록 중합 변성에 의해 도입할 수 있다. 변성기의 예에는, 친수성기 (카르복시산기, 술폰산기, 포스폰산기, 아미노기, 암모늄기, 아미드기, 티올기 등), 탄소수 10∼100개의 탄화수소기, 불소원자 치환의 탄화수소기, 티오에테르기, 중합성기 (불포화 중합성기, 에폭시기, 아지리니딜기 등), 알콕시실릴기 (트리알콕시, 디알콕시, 모노알콕시) 등을 들 수 있다. 이들 변성 폴리비닐알코올 화합물의 구체예로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2000-155216호 명세서 중 단락번호 [0022]∼[0145], 동 2002-62426호 명세서 중 단락번호 [0018]∼[0022] 에 기재된 것 등을 들 수 있다.

가교성 관능기를 갖는 측쇄를 배향막 폴리머의 주쇄에 결합시키거나, 또는, 액정성 분자를 배향시키는 기능을 갖는 측쇄에 가교성 관능기를 도입하면, 배향막의 폴리머와 광학 이방성층에 함유되는 다관능 모노머를 공중합시킬 수 있다. 그 결과, 다관능 모노머와 다관능 모노머의 사이뿐만이 아니라, 배향막 폴리머와 배향막 폴리머의 사이, 그리고 다관능 모노머와 배향막 폴리머의 사이도 공유 결합에 의해 강하게 결합된다. 따라서, 가교성 관능기를 배향막 폴리머에 도입함으로써, 광학 보상막의 강도를 현저하게 개선할 수 있다.

배향막 폴리머의 가교성 관능기는, 다관능 모노머와 마찬가지로 중합성기를 함유하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2000-155216호 명세서 중 단락번호 [0080]∼[0100] 에 기재된 것 등을 들 수 있다.

배향막 폴리머는, 상기의 가교성 관능기와는 별도로, 가교제를 사용하여 가교시킬 수도 있다. 가교제로는, 알데히드, N-메틸올 화합물, 디옥산 유도체, 카르복실기를 활성화시킴으로써 작용하는 화합물, 활성 비닐 화합물, 활성 할로겐 화합물, 이속사졸 및 디알데히드 전분이 포함된다. 2 종류 이상의 가교제를 병용해도 된다. 구체적으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-62426호 명세서 중 단락번호 [0023]∼[0024] 에 기재된 화합물 등을 들 수 있다. 반응 활성이 높은 알데히드, 특히 글루탈알데히드가 바람직하다.

가교제의 첨가량은, 폴리머에 대하여 0.1∼20질량% 가 바람직하고, 0.5∼15질량% 가 더욱 바람직하다. 배향막에 잔존하는 미반응 가교제의 양은, 1.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 조절함으로써, 배향막을 액정 표시 장치에 장기 사용, 또는 고온 고습의 분위기하에서 장기간 방치하더라도, 레티큘레이션 발생이 없는 충분한 내구성이 얻어진다.

배향막은, 기본적으로, 배향막 형성 재료인 상기 폴리머, 가교제를 함유하는 투명 지지체 상에 도포한 후, 가열 건조 (가교시켜) 시켜, 러빙 처리함으로써 형성할 수 있다. 가교 반응은, 상기한 바와 같이, 투명 지지체 상에 도포한 후, 임의의 시기에 실시하면 된다. 폴리비닐알코올과 같은 수용성 폴리머를 배향막 형성재료로서 사용하는 경우에는, 도포액은 기포 소거 작용이 있는 유기 용매 (예, 메탄올) 와 물의 혼합 용매로 하는 것이 바람직하다. 그 비율은 질량비로 물:메탄올이 0:100∼99:1 이 바람직하고, 0:100∼91:9 인 것이 더욱 바람직하다. 이것에 의해, 기포의 발생이 억제되어, 배향막, 나아가서는 광학 이방층의 층 표면의 결함이 현저하게 감소된다.

배향막의 도포방법은, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 커튼 코팅법, 압출 코팅법, 로드 코팅법 또는 롤 코팅법이 바람직하다. 특히 로드 코팅법이 바람직하다. 또한, 건조 후의 막두께는 0.1∼10㎛ 가 바람직하다. 가열 건조는, 20℃∼110℃ 에서 실시할 수 있다. 충분한 가교를 형성하기 위해서는 60℃∼100℃ 가 바람직하고, 특히 80℃∼100℃ 가 바람직하다. 건조 시간은 1분∼36시간으로 실시할 수 있지만, 바람직하게는 1분∼30분이다. pH 도, 사용하는 가교제에 최적 인 값으로 설정하는 것이 바람직하고, 글루탈알데히드를 사용한 경우는, pH 4.5∼5.5, 특히 5 가 바람직하다.

배향막은, 투명 지지체 상 또는 상기 하도층 상에 형성된다. 배향막은 상기와 같이 폴리머층을 가교한 다음, 표면을 러빙 처리함으로써 얻을 수 있다.

상기 러빙 처리는, LCD 의 액정 배향 처리 공정으로서 널리 채용되고 있는 처리방법을 적용할 수 있다. 즉, 배향막의 표면을, 종이나 가제, 펠트, 고무 또는 나일론, 폴리에스테르 섬유 등을 사용하여 일정 방향으로 문지름으로써 배향을 얻는 방법을 사용할 수 있다. 일반적으로는, 길이 및 굵기가 균일한 섬유를 평균적으로 식모한 천 등을 사용하여 수회 정도 러빙하는 것에 의해 실시된다.

다음으로, 배향막을 기능시키고, 배향막 상에 형성되는 광학 이방성층의 액정성 분자를 배향시킨다. 그 후, 필요에 따라서, 배향막 폴리머와 광학 이방성층에 함유되는 다관능 모노머를 반응시키거나, 또는, 가교제를 사용하여 배향막 폴리머를 가교시킨다.

배향막의 막두께는, 0.1∼10㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하다.

[지지체]

지지체 상에 상기 액정성 분자로 형성된 광학 이방성층을 형성하여, 광학 보상막으로 할 수도 있다. 광학 보상막을 구성하는 지지체는, 광학 이방성층의 제작시에 사용한 것과 달라도 된다. 예를 들어, 액정성 화합물을 배향시키고 배향 상태를 고정하여 얻어진 광학 이방성층을 투명 지지체에 전사하고, 광학 보상막을 제조할 수도 있다. 액정성 화합물의 배향에 사용하는 지지체와 광학 보상 막의 투명 지지체가 다른 경우, 액정성 화합물의 배향에 사용하는 지지체에 관해서 특별히 제한은 없다.

본 발명의 지지체는, 유리, 또는 투명한 폴리머 필름인 것이 바람직하고, 폴리머 필름이 보다 바람직하다. 지지체는, 광투과율이 80% 이상인 것이 바람직하다. 폴리머 필름을 구성하는 폴리머의 예에는, 셀룰로오스에스테르 (예, 셀룰로오스의 모노∼트리아실레이트체), 노르보르넨계 폴리머 및 폴리메틸메타크릴레이트가 포함된다. 시판되는 폴리머 (노르보르넨계 폴리머에서는, 아톤 및 제오넥스 (모두 상품명)) 를 사용해도 된다. 또, 종래 알려져 있는 폴리카보네이트나 폴리술폰과 같은 복굴절이 발현되기 쉬운 폴리머라도, WO00/26705호 명세서에 기재된 바와 같이, 분자를 수식함으로써 복굴절의 발현성을 제어하면 지지체로서 사용할 수도 있다.

그 중에서도 셀룰로오스에스테르가 바람직하고, 셀룰로오스의 저급 지방산 에스테르가 더욱 바람직하다. 저급 지방산이란, 탄소원자수가 6 이하인 지방산을 의미한다. 특히, 탄소원자수가 2∼4 의 셀룰로오스아실레이트가 바람직하다. 셀룰로오스아세테이트가 특히 바람직하다. 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트나 셀룰로오스아세테이트부틸레이트와 같은 혼합 지방산 에스테르를 사용해도 된다.

셀룰로오스아세테이트의 점도 평균 중합도 (DP) 는, 250 이상인 것이 바람직하고, 290 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 셀룰로오스아세테이트는, 겔 투과 크로마토그래피에 의한 Mw/Mn (Mw 는 질량평균 분자량, Mn 은 수(數)평균 분자 량) 의 분자량 분포가 좁은 것이 바람직하다. 구체적인 Mw/Mn 의 값으로는, 1.0∼1.7 인 것이 바람직하고, 1.0∼1.65 인 것이 더욱 바람직하다.

폴리머 필름으로는, 아세틸화도가 55.0∼62.5% 인 셀룰로오스아세테이트를 사용하는 것이 바람직하다. 아세틸화도는, 57.0∼62.0% 인 것이 더욱 바람직하다. 아세틸화도란, 셀룰로오스 단위 질량당 결합 아세트산량을 의미한다. 아세틸화도는, ASTM: D-817-91 (셀룰로오스아세테이트 등의 시험법) 에서의 아세틸화도의 측정 및 계산에 의해 구해진다.

셀룰로오스아세테이트에서는, 셀룰로오스의 2 위, 3 위, 6 위의 히드록실이 균등하게 치환되는 것이 아니라, 6 위의 치환도가 작아지는 경향이 있다. 본 발명에 사용하는 폴리머 필름에서는, 셀룰로오스의 6 위 치환도가, 2 위, 3 위에 비해 동일 정도 또는 많은 쪽이 바람직하다. 2 위, 3 위, 6 위의 치환도의 합계에 대한 6 위의 치환도의 비율은 30∼40% 인 것이 바람직하고, 31∼40% 인 것이 더욱 바람직하고, 32∼40% 인 것이 가장 바람직하다. 6 위의 치환도는, 0.88 이상인 것이 바람직하다.

이들 구체적인 아실기, 및 셀룰로오스아실레이트의 합성방법은, 발명협회 공개기보 (공기(公技) 번호 2001-1745, 2001년 3월 15일 발행 발명협회) 의 9페이지에 상세하게 기재되어 있다.

폴리머 필름 리타데이션값은, 광학 보상 필름이 사용되는 액정 셀이나 그 사용 방법에 따라서 바람직한 범위가 다르지만, Re 리타데이션값이 0∼200㎚ 인 것이 바람직하고, Rth 리타데이션값이 10∼400㎚ 인 것이 바람직하다.

액정 표시 장치에 2 장의 광학 이방성층을 사용하는 경우 (즉, 한 쌍의 편광판의 쌍방이 광학 보상막을 갖는 경우), 폴리머 필름의 Rth 리타데이션값은 10∼250㎚ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 액정 표시 장치에 1 장의 광학 이방성층을 사용하는 경우 (즉, 한 쌍의 편광막의 일방만이 광학 보상막을 갖는 경우), 기재의 Rth 리타데이션값은 150∼400㎚ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 한편, 기재 필름의 복굴절률 (△n: nx－ny) 은, 0.00028∼0.020 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한, 셀룰로오스아세테이트 필름의 두께 방향의 복굴절률 {(nx＋ny)/2－nz} 은, 0.001∼0.04 의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또한, 편광도를 유지하기 위해서는 광학 보상막을 구성하고 있는 지지체의 단체 투과율을 90% 이상, 리타데이션값의 절대치를 20㎚ 이하, 또는 리타데이션값이 20㎚ 이상인 경우는, 지지체 지상축과 편광판 흡수축 (또는 투과축) 과의 교차 각도를 10°미만으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 편광 유지율이 90% 이상이 된다.

여기서, 편광 유지율은, 휘도계 (예를 들어 토프콘사 제 BM-5) 나 분광광도계에 의해 측정할 수 있다. 지지체에 직선 편광을 입사시키고, 그 직선 편광의 투과축에 평행한 투과축방향의 편광투과율을 측정하여, 그 비를 편광 유지율로 한다. 또한 지지체 등의 매체에 리타데이션이 있는 경우는, 입사시키는 직선 편광의 투과축 (또는 흡수축) 과 매체의 지상축이 이루는 각도를 10°미만으로 하여 측정하면 된다.

폴리머 필름의 리타데이션을 조정하기 위해서는 연신과 같은 외력을 부여하 는 방법이 일반적이지만, 또 광학 이방성을 조절하기 위한 리타데이션 상승제가 경우에 따라 첨가된다. 셀룰로오스아실레이트 필름의 리타데이션을 조정하기 위해서는, 방향족환을 적어도 2 개 갖는 방향족 화합물을 리타데이션 상승제로서 사용하는 것이 바람직하다. 방향족 화합물은, 셀룰로오스아실레이트 100질량부에 대하여, 0.01∼20질량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 2 종류 이상의 방향족 화합물을 병용해도 된다. 방향족 화합물의 방향족환에는, 방향족 탄화수소환에 추가하여, 방향족성 헤테로환을 포함한다. 예를 들어, 유럽 특허 0911656A2호 명세서, 일본 공개특허공보 2000-111914호, 동 2000-275434호 등에 기재된 화합물 등을 들 수 있다.

또, 본 발명의 광학 보상막에 사용하는 셀룰로오스아세테이트 필름의 흡습 팽창 계수를 30×10^-5/%RH 이하로 하는 것이 바람직하다. 흡습 팽창 계수는, 15×10^-5/%RH 이하로 하는 것이 바람직하고, 10×10^-5/% RH 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, 흡습 팽창 계수는 작은 쪽이 바람직하지만, 통상은 1.0×10^-5/%RH 이상의 값이다.

흡습 팽창 계수는, 일정 온도하에서 상대습도를 변화시켰을 때의 시료의 길이 변화량을 나타낸다. 이 흡습 팽창 계수를 조절함으로써, 광학 보상막의 광학 보상 기능을 유지한 채로, 액자틀형상의 투과율 상승 (변형에 의한 광 누설) 을 방지할 수 있다.

흡습 팽창 계수의 측정방법에 관해서 이하에 나타낸다. 제작한 폴리머 필름으로부터 폭 5㎜, 길이 20㎜ 의 시료를 잘라내고, 한쪽 단을 고정시켜 25℃, 20%RH (R⁰) 의 분위기하에 매달았다. 타방의 단에 0.5g 의 추를 매달고, 10분간 방치하여 길이 (L⁰) 를 측정하였다. 다음에, 온도는 25℃ 그대로 하고 습도를 80%RH (R¹) 로 하여 길이 (L¹) 를 측정하였다. 흡습 팽창 계수는 하기 식에 의해 산출하였다. 측정은 동일한 시료에 대해 10 샘플 실시하여, 평균치를 채용하였다.

흡습 팽창 계수 [/%RH]={(L¹－L⁰)/L⁰}/(R¹－R⁰)

폴리머 필름의 흡습에 의한 치수 변화를 작게 하기 위해서는, 소수기를 갖는 화합물 또는 미립자 등을 첨가하는 것이 바람직하다. 소수기를 갖는 화합물로는, 분자 중에 지방족기나 방향족기와 같은 소수기를 갖는 가소제나 열화방지제 중에서 해당하는 소재가 특히 바람직하게 사용된다. 이들 화합물의 첨가량은, 조정하는 용액 (도프) 에 대하여 0.01∼10질량% 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또, 폴리머 필름 중의 자유 체적을 작게 하면 되고, 구체적으로는, 후술하는 솔벤트 캐스트 방법에 의한 막형성시의 잔류 용제량이 적은 쪽이 자유 체적이 작아진다. 셀룰로오스아세테이트 필름에 대한 잔류 용제량이, 0.01∼1.00질량% 의 범위가 되는 조건으로 건조시키는 것이 바람직하다.

폴리머 필름에 첨가하는 상기한 첨가제 또는 각종 목적에 따라서 첨가할 수 있는 첨가제 (예를 들어, 자외선방지제, 박리제, 대전방지제, 열화방지제 (예, 산 화방지제, 과산화물 분해제, 라디칼금지제, 금속 불활성화제, 산포획제, 아민), 적외흡수제 등) 는, 고체여도 되고 유상물이어도 된다. 또한, 필름이 다층으로 형성되는 경우, 각 층의 첨가물의 종류나 첨가량이 달라도 된다. 이들의 상세한 내용은, 상기한 공기 번호 2001-1745호 기법의 16페이지∼22페이지에 상세히 기재되어 있는 소재가 바람직하게 사용된다. 이들 첨가제의 사용량으로는, 각 소재의 첨가량은 기능이 발현되는 한 특별히 한정되지 않지만, 폴리머 필름 전체 조성물 중 0.001∼25질량% 의 범위에서 적절히 사용되는 것이 바람직하다.

[폴리머 필름의 제조방법]

폴리머 필름은, 솔벤트 캐스트법에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 솔벤트 캐스트법에서는, 폴리머 재료를 유기용매에 용해한 용액 (도프) 을 사용하여 필름을 제조한다.

도프는, 드럼 또는 밴드 상에 유연하고, 용매를 증발시켜 필름을 형성한다. 유연 전의 도프는, 고형분량이 18∼35% 가 되도록 농도를 조정하는 것이 바람직하다. 드럼 또는 밴드의 표면은, 경면 상태로 마무리해 두는 것이 바람직하다.

도프는, 표면 온도가 10℃ 이하인 드럼 또는 밴드 상에 유연하는 것이 바람직하다. 유연하고 나서 2초 이상 바람을 쏘여 건조시키는 것이 바람직하다. 얻어진 필름을 드럼 또는 밴드로부터 박리하고, 다시 100 내지 160℃ 까지 점차로 온도를 변경한 고온풍으로 건조시켜 잔류 용제를 증발시킬 수도 있다. 이상의 방법은, 일본 특허공보 평5-17844호에 기재되어 있다. 이 방법에 의하면, 유연에서 박리까지의 시간을 단축하는 것이 가능하다. 이 방법을 실시하기 위해서 는, 유연시의 드럼 또는 밴드의 표면 온도에 있어서 도프가 겔화될 필요가 있다.

유연 공정에서는 1 종류의 셀룰로오스아실레이트 용액을 단층 유연해도 되고, 2 종류 이상의 셀룰로오스아실레이트 용액을 동시에 및/또는 축차 공(共)유연해도 된다.

상기한 바와 같은 2 층 이상의 복수의 셀룰로오스아실레이트 용액을 공유연하는 방법으로는, 예를 들어, 지지체의 진행방향으로 간격을 두고 형성된 복수의 유연구로부터 셀룰로오스아실레이트를 함유하는 용액을 각각 유연시켜 적층시키는 방법 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평11-198285호에 기재된 방법), 2 개의 유연구로부터 셀룰로오스아실레이트 용액을 유연하는 방법 (일본 공개특허공보 평6-134933호에 기재된 방법), 고점도 셀룰로오스아실레이트 용액의 흐름을 저점도의 셀룰로오스아실레이트 용액으로 감싸고, 그 고,저점도의 셀룰로오스아실레이트 용액을 동시에 압출하는 방법 (일본 공개특허공보 소56-162617호에 기재된 방법) 등을 들 수 있다. 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

이들 솔벤트 캐스트 방법의 제조 공정에 관해서는, 상기한 공기 번호 2001-1745 의 22페이지∼30페이지에 상세하게 기재되어 있고, 용해, 유연 (공유연을 포함한다), 금속 지지체, 건조, 박리, 연신 등으로 분류된다.

본 발명의 필름의 두께는, 15∼120미크론인 것이 바람직하고, 30∼80미크론이 더욱 바람직하다.

[폴리머 필름의 표면 처리]

폴리머 필름은, 표면 처리하는 것이 바람직하다. 표면 처리에는, 코로나 방전 처리, 글로우 방전 처리, 화염 처리, 산 처리, 알칼리 처리 및 자외선 조사 처리가 포함된다. 이들에 관해서는, 상세한 내용이 상기한 공기 번호 2001-1745 의 30페이지∼32페이지에 상세히 기재되어 있다. 이들 중에서도 특히 바람직하게는 알칼리 비누화 처리이고, 셀룰로오스아실레이트 필름의 표면 처리로는 매우 유효하다.

알칼리 비누화 처리는, 비누화액 중에 침지, 비누화액을 도포하는 등 어떠한 방법도 좋지만, 도포방법이 바람직하다. 도포방법으로는, 딥 코팅법, 커튼 코팅법, 압출 코팅법, 바 코팅법 및 E 형 도포법을 들 수 있다. 알칼리 비누화 처리액은, 수산화칼륨 용액, 수산화나트륨 용액을 들 수 있고, 수산화 이온의 규정 농도는 0.1∼3.0N 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또, 알칼리 처리액으로서, 필름에 대한 젖음성이 양호한 용매 (예, 이소프로필알코올, n-부탄올, 메탄올, 에탄올 등), 계면활성제, 습윤제 (예를 들어, 디올류, 글리세린 등) 를 함유함으로써, 비누화액의 투명 지지체에 대한 젖음성, 비누화액의 경시 안정성 등이 양호해진다. 구체적으로는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-82226호, WO02/46809호에 기재된 내용을 들 수 있다.

표면 처리 대신에, 표면 처리에 추가하여 하도층 (일본 공개특허공보 평7-333433호 기재), 또는 소수성기와 친수성기의 모두를 함유하는 젤라틴 등의 수지층을 1 층만 도포하는 단층법, 제 1 층으로서 고분자 필름에 잘 밀착되는 층 (이하, 하도(下塗) 제 1 층으로 생략한다) 을 형성하고, 그 위에 제 2 층으로서 배향막과 잘 밀착되는 젤라틴 등의 친수성 수지층 (이하, 하도 제 2 층으로 생략한다) 을 도 포하는 소위 중층법 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평11-248940호 기재) 의 내용을 들 수 있다.

[편광막]

본 발명의 편광판이 갖는 편광막에 관해서는 특별히 제한은 없고, 각종 공지된 편광막을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 광학 보상막이 되는 광학 이방성층 (복수의 광학 이방성층을 형성하는 경우, 가장 편광막에 가까운 측의 제 1 광학 이방성층) 은, 편광막 상에 직접 액정성 분자를 함유하는 조성물을 적용하여 형성해도 되고, 또는 편광막 표면에 배향막을 형성하고, 그 배향막 표면에 상기 소정물을 적용하여 형성해도 된다. 그 결과, 편광막과 광학 이방성층 사이에 폴리머 필름을 사용하지 않고, 편광막의 치수 변화에 수반되는 응력 (변형×단면적×탄성률) 이 작은 얇은 편광판이 제조된다. 본 발명에 따른 편광판을 대형의 액정 표시 장치에 장착시키면, 광 누설 등의 문제가 발생하지 않아, 표시 품위가 높은 화상을 표시한다.

또, 광학 보상막이, 지지체와 상기 광학 이방성층으로 이루어지는 경우는, 지지제의 이면 (광학 이방성층이 형성되지 않은 측의 표면) 을 편광막 표면에 접착해도 된다.

편광막은, Optiva Inc. 로 대표되는 도포형 편광막, 또는 바인더와, 요오드 또는 2 색성 색소로 이루어지는 편광막이 바람직하다.

편광막에 있어서의 요오드 및 2 색성 색소는, 바인더 중에서 배향시킴으로써 편광 성능을 발현한다. 요오드 및 2 색성 색소는, 바인더 분자룰 따라서 배향 되거나, 또는 2 색성 색소가 액정과 같은 자기조직화에 의해 일방향으로 배향되는 것이 바람직하다.

현재, 시판되는 편광자는, 연신한 폴리머를 욕조 중의 요오드 또는 2 색성 색소의 용액에 침지하고, 바인더 중에 요오드, 또는 2 색성 색소를 바인더 중에 침투시킴으로써 제작되는 것이 일반적이다.

시판되는 편광막은, 폴리머 표면으로부터 4㎛ 정도 (양측 합하여 8㎛ 정도) 에 요오드 또는 2 색성 색소가 분포하고 있고, 충분한 편광 성능을 얻기 위해서는, 적어도 10㎛ 의 두께가 필요하다. 침투도는, 요오드 또는 2 색성 색소의 용액 농도, 동 욕조의 온도, 동 침지 시간에 의해 제어할 수 있다.

상기한 바와 같이, 바인더 두께의 하한은 10㎛ 인 것이 바람직하다. 두께의 상한은, 액정 표시 장치의 광 누설 관점에서는 얇으면 얇을수록 좋다. 현재 시판되는 편광판 (약 30㎛) 이하인 것이 바람직하고, 25㎛ 이하가 바람직하며, 20㎛ 이하가 더욱 바람직하다. 20㎛ 이하이면, 광 누설 현상은 17인치의 액정 표시 장치에서 관찰되지 않게 된다.

편광막의 바인더는 가교되어 있어도 된다.

가교되어 있는 바인더는, 그 자체 가교 가능한 폴리머를 사용할 수 있다. 관능기를 갖는 폴리머 또는 폴리머에 관능기를 도입하여 얻어지는 바인더를, 광, 열 또는 pH 변화에 의해 바인더 사이에서 반응시켜 편광막을 형성할 수 있다.

또한, 가교제에 의해 폴리머에 가교 구조를 도입해도 된다. 가교는 일반적으로, 폴리머 또는 폴리머와 가교제의 혼합물을 함유하는 도포액을 투명 지지체 상에 도포한 후, 가열함으로써 실시된다. 최종 상품의 단계에서 내구성을 확보할 수 있으면 되기 때문에, 가교시키는 처리는, 최종 편광판을 얻기까지의 어느 단계에서 실시해도 된다.

편광막의 바인더는, 그 자체 가교 가능한 폴리머 또는 가교제에 의해 가교되는 폴리머를 모두 사용할 수 있다. 폴리머의 예로는, 상기한 배향막에서 기재한 폴리머와 동일한 것을 들 수 있다.

폴리비닐알코올 및 변성 폴리비닐알코올이 가장 바람직하다. 변성 폴리비닐알코올에 관해서는, 일본 공개특허공보 평8-338913호, 동 9-152509호 및 동 9-316127호의 각 공보에 기재되어 있다. 폴리비닐알코올 및 변성 폴리비닐알코올은, 2 종 이상을 병용해도 된다.

바인더의 가교제 첨가량은, 바인더에 대하여, 0.1∼20질량% 가 바람직하다. 편광 소자의 배향성, 편광막의 내습열성이 양호해진다.

배향막은, 가교 반응이 종료한 후에도 반응하지 않은 가교제를 어느 정도 함유하고 있다. 단, 잔존하는 가교제의 양은 배향막 중에 1.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 편광막을 액정 표시 장치에 장착하고, 장기 사용, 또는 고온 고습의 분위기하에 장기간 방치하더라도, 편광도의 저하가 일어나지 않는다.

가교제에 관해서는, 미국 재발행 특허 23297호 명세서에 기재되어 있다. 또한, 붕소 화합물 (예, 붕산, 붕사) 도 가교제로서 사용할 수 있다.

2 색성 색소로는, 아조계 색소, 스틸벤계 색소, 피라졸론계 색소, 트리페닐 메탄계 색소, 퀴놀린계 색소, 옥사진계 색소, 티아진계 색소 또는 안트라퀴논계 색소가 사용된다. 2 색성 색소는 수용성인 것이 바람직하다. 2 색성 색소는 친수성 치환기 (예, 술포, 아미노, 히드록실) 를 갖는 것이 바람직하다.

2 색성 색소의 예로는, 예를 들어, 발명협회 공개기법, 공기 번호 2001-1745호, 58페이지 (발행일 2001년 3월 15일) 에 기재된 화합물을 들 수 있다.

편광막과 광학 이방성층, 또는, 편광막과 배향막을 접착제를 통하여 배치하는 것도 가능하다. 접착제는, 폴리비닐알코올계 수지 (아세트아세틸기, 술폰산기, 카르복실기, 옥시알킬렌기에 의한 변성 폴리비닐알코올 포함) 또는 붕소 화합물 수용액을 사용할 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지가 바람직하다. 접착제층의 두께는 건조 후에 0.01∼10㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.05∼5㎛ 의 범위에 있는 것이 특히 바람직하다.

또한, 액정 표시 장치의 콘트라스트비를 보다 높이기 위해서는 편광판의 투과율은 높은 편이 바람직하고, 편광도도 높은 편이 바람직하다. 편광판의 투과율은 파장 550㎚ 의 광에 있어서, 30∼50% 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 35∼50% 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하고, 40∼60% 의 범위에 있는 것이 가장 바람직하다. 편광도는 파장 550㎚ 의 광에 있어서, 90∼100% 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 95∼100% 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하고, 99∼100% 의 범위에 있는 것이 가장 바람직하다. 그럼으로써 지지체나 기판에 편광 해소 작용이 있더라도 높은 콘트라스트비가 얻어진다.

여기서 투과율은 입사광 휘도 (또는 광량, 광속) 에 대한 출사광의 휘도 비 율로 하고, 편광도는 2장의 편광판의 흡수축이 서로 평행할 때의 평행 투과율을 T∥, 수직할 때의 투과율을 T⊥ 라 할 때, P＝(T∥－T⊥)/(T∥＋T⊥) 로 구해진다.

[편광판의 제조]

편광막은 수율의 관점에서, 바인더를 편광막의 길이 방향 (MD 방향) 에 대하여, 10∼80도 경사지게 연신하거나 (연신법), 또는 러빙한 (러빙법) 후에, 요오드, 2색성 염료로 염색하는 것이 바람직하다. 경사 각도는 LCD 를 구성하는 액정 셀의 양측에 접합되는 2장의 편광판의 투과축과 액정 셀의 세로 또는 가로 방향이 이루는 각도에 맞추도록 연신하는 것이 바람직하다. 통상의 경사 각도는 45°이다. 그러나, 최근에는 투과형, 반사형 및 반투과형 LCD 에 있어서 45°가 아닌 장치도 개발되어 있고, 연신 방향은 LCD 의 설계에 맞춰 임의로 조정할 수 있는 것이 바람직하다.

연신법의 경우, 연신 배율은 2.5∼30.0배가 바람직하고, 3.0∼10.0배가 더욱 바람직하다. 연신은 공기 중에서의 드라이 연신으로 실시할 수 있다. 또한, 물에 침지한 상태에서의 웨트 연신을 실시해도 된다. 드라이 연신의 연신 배율은 2.5∼5.0배가 바람직하고, 웨트 연신의 연신 배유은 3.0∼10.0배가 바람직하다. 연신 공정은 경사 연신을 포함하여 수회로 나누어 행해도 된다. 수회로 나눔으로써, 고배율 연신에서도 보다 균일하게 연신할 수 있다. 경사 연신 전에 가로 또는 세로로 약간의 연신 (폭방향의 수축을 방지하는 정도) 을 해도 된다.

연신은 2축 연신에 있어서의 텐터 연신을 좌우 다른 공정에서 행함으로써 실 시할 수 있다. 상기 2축 연신은 통상의 필름 제막에 있어서 행해지고 있는 연신 방법과 동일하다. 2축 연신에서는 좌우 다른 속도에 의해 연신되기 때문에, 연신 전에 바인더 필름의 두께가 좌우에서 다르도록 할 필요가 있다. 유연 제막에서는 다이에 테이퍼를 부착함으로써, 바인더 용액의 유량에 좌우의 차를 생기게 할 수 있다.

이상과 같이, 편광막의 MD 방향에 대해 10∼80도 경사 연신된 필름이 제조된다.

러빙법에서는 LCD 의 액정 배향 처리 공정으로서 널리 채용되고 있는 러빙 처리 방법을 응용할 수 있다. 즉, 막의 표면을, 종이나 가제, 펠트, 고무 또는 나일론, 폴리에스테르 섬유를 사용하여 일정 방향으로 문지름으로써 배향을 얻는다. 일반적으로는 길이 및 굵기가 균일한 섬유를 평균적으로 식모한 포를 사용하여 수회 정도 러빙을 행하는 것에 의해 실시된다.

롤 자체의 진원도, 원통도, 흔들림 (편심) 이 모두 30㎛ 이하인 러빙 롤을 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 러빙 롤에 대한 필름의 랩 각도는 0.1∼90°가 바람직하다. 단, 일본 공개특허공보 평8-160430호에 기재되어 있는 바와 같이, 360°이상 감음으로써, 안정된 러빙 처리를 얻을 수도 있다.

장척 필름을 러빙 처리하는 경우에는 필름을 반송 장치에 의해 일정 장력의 상태에서 1∼100m/min 의 속도로 반송하는 것이 바람직하다. 러빙 롤은 임의의 러빙 각도 설정을 위해 필름 진행 방향에 대해 수평 방향으로 회전이 자유롭게 되는 것이 바람직하다. 0∼60°범위에서 적절한 러빙 각도를 선택하는 것이 바람 직하다. 액정 표시 장치에 사용하는 경우에는 40∼50°가 바람직하다. 45°가 특히 바람직하다.

편광막의 광학 이방성층과 반대측의 표면에는 폴리머 필름을 배치하는 (광학 이방성층/편광막/폴리머 필름의 배치로 하는) 것이 바람직하다. 편광막의 광학 이방성층과는 반대측의 표면에 배치되는 폴리머 필름은 편광막으로서 기능한다. 그 최표면이 방오성 및 내찰상성을 갖는 반사 방지막을 갖는 것이 바람직하다.

[액정 표시 장치]

본 발명의 한 쌍의 편광판은 액정 표시 장치 중에 액정 셀을 협지하여 배치된다. 이하, 본 발명의 편광판을 구비한 액정 표시 장치에 관해 설명한다.

도 1 은 본 발명의 액정 표시 장치의 일 실시형태의 모식도이다. 도 1 에서, 액정 표시 장치는 액정 셀 (9∼13) 과 액정 셀의 양측에 배치된 한 쌍의 편광판 (1∼7 및 14∼21) 을 갖는다. 상측 편광판은 편광막 (3) 과, 그것을 협지하는 한 쌍의 투명 보호막 (1 및 5) 과, 광학 보상능을 갖는 상측 광학 이방성층 (7) 을 갖고, 하측 편광판은 편광막 (18) 과, 그것을 협지하는 한 쌍의 투명 보호막 (16 및 21) 과, 광학 보상능을 갖는 하측 광학 이방성층 (14) 을 갖고, 각각 액정 셀을 중심으로 하여 대조적 위치에 배치되어 있다.

상측 편광판의 하측 보호막 (5) 은 상측 광학 이방성층 (7) 의 지지체를 겸하고 있고, 즉 상측 편광판은 부재 (1∼7) 가 일체적으로 적층된 구조체로서 액정 표시 장치에 장착된다. 한편, 하측 편광판의 상측 보호막 (16) 은 하측 광학 이방성층 (14) 의 지지체를 겸하고 있고, 즉 하측 편광판은 부재 (14∼20) 가 일체 적으로 적층된 구조체로서 액정 표시 장치에 장착된다. 도 1 의 액정 표시 장치에서는 투명 지지체 (5) 상에 형성된 상측 광학 이방성층 (7) 의 적층체, 및 투명 지지체 (16) 상에 형성된 하측 광학 이방성층 (14) 의 적층체가, 광학 보상막으로서 기능한다.

또, 본 발명에서는 편광판의 적어도 일방을, 편광막 및 광학 이방성층의 적층체 (예를 들어, 상측 편광판으로서, 광학 이방성층 (7) 을 포함하는 1∼7 의 적층체) 를 사용하면 되고, 도 1 과 같이 쌍방의 편광판이 상기 구성의 적층체일 필요는 없다. 또한, 도 1 의 액정 표시 장치에서는 광학 이방성층을 1층 일체적으로 적층한 편광판을 사용한 실시형태를 나타내지만, 본 발명의 액정 표시 장치는 편광판과 적어도 1층의 광학 이방성층이 일체적으로 적층된 구조체이면 되고, 상기 구성에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 액정 표시 장치에서는 광학 보상막의 투명 지지체를, 편광막의 일방의 측의 보호막으로 겸할 수 있으므로, 투명 보호막, 편광막, 투명 보호막 (투명 지지체를 겸용) 및 광학 이방성층의 순서로 적층한 일체형 편광판을 사용하고 있다. 그 편광판은 편광 기능을 가질 뿐만 아니라, 시야각의 확대, 표시 불균일의 경감에 기여한다. 또한, 그 편광판은 광학 보상능을 갖는 광학 이방성층을 구비하고 있으므로, 간이한 구성으로 액정 표시 장치를 정확하게 광학 보상할 수 있다.

또, 액정 표시 장치 내에서는 장치의 외측 (액정 셀에서 먼 측) 부터, 투명 보호막, 편광막, 투명 지지체 및 광학 이방성층의 순서로 적층하는 것이 바람직하 다.

편광막 (3 및 18) 의 흡수축 (4 및 19), 투명 보호막 (1, 5, 16, 20), 및 그 지상축 (2, 6, 17, 21), 광학 이방성층 (7, 14) 및 그 분자장축의 배향 방향 평균 (8, 15), 그리고 액정 분자 (11) 의 배향 방향 (10, 15) 에 대해서는 각 부재에 사용되는 재료, 표시 모드, 부재의 적층 구조 등에 따라 최적의 범위로 조정할 수 있다. 고콘트라스트를 얻기 위해서는 편광판 (3 및 18) 의 흡수축 (4 및 19) 이, 서로 실질적으로 직교하도록 배치한다. 단, 본 발명의 액정 표시 장치는 이 구성에 한정되는 것은 아니다.

액정 셀 (9∼13) 은 상측 기판 (9) 및 하측 기판 (12) 과, 이들에 협지되는 액정 분자 (11) 로 형성되는 액정층로 이루어진다. 기판 (9 및 13) 의 액정 분자 (11) 에 접촉하는 표면 (이하, 「내면」 이라고 하는 경우가 있다) 에는 배향막 (미도시) 이 형성되어 있고, 배향막 상에 실시된 러빙 처리 등에 의해, 전압 무인가 상태 또는 저인가 상태에서의 액정 분자 (11) 의 배향이 제어되고 있다. 또한, 기판 (9 및 12) 의 내면에는 액정 분자 (11) 로 이루어지는 액정층에 전압을 인가가능한 투명 전극 (미도시) 이 형성되어 있다.

[TN 모드 액정 표시 장치]

예를 들어, TN 모드 액정 표시 장치에서는 전극에 구동 전압을 인가하지 않는 비구동 상태에서는, 액정 셀 중의 액정 분자 (11) 는 기판면에 대해 대략 평행하게 배향되고, 그 배향 방향은 상하 기판 사이에서 90°비틀어져 있다. 투과형 표시 장치의 경우 백라이트의 광은 하측 편광판을 통과함으로써 직선 편광이 된 다. 직선 편광은 액정층의 비틀림 구조를 따라 전파되고, 편광 상태를 유지한 채로 편광면을 90도 회전함으로써 상측 편광판을 그대로 통과하고, 표시 장치는 백색 표시가 된다.

한편, 인가 전압을 크게 해 가면 액정 분자는 비틀림을 해소하면서 기판면에 대해 수직한 방향으로 차츰 일어서게 된다. 이상적 고전압 인가 상태에서의 TN 모드 액정 표시 장치에서는 액정 분자의 비틀림이 거의 완전하게 해소되고, 기판면에 대해 거의 수직으로 선 배향 상태가 된다. 이 때 하측 편광판을 통과한 직선 편광은 액정층에 비틀림 구조가 없기 때문에, 편광면을 회전하지 않고 전파되고, 상측 편광판의 흡수측에 직교하는 각도로 입사되기 때문에, 광은 차단되어 흑색 표시가 된다.

이렇게 TN 모드에서는 편광된 광을 차단하거나, 투과시킴으로써 표시 장치로서의 기능을 완수한다. 일반적으로 표시 품질을 나타내는 수치로서 백색 표시 휘도와 흑색 표시 휘도의 비를 콘트라스비로 정의하여 사용한다. 이 콘트라스트비가 높을수록 고품위의 표시 장치가 되고, 콘트라스트를 높이기 위해서는 액정 표시 장치의 편광 상태를 유지시켜 통과시키는 것이 중요해진다.

도 1 에 나타내는 액정 표시 장치의 동작에 대해 TN 모드를 예로 들어 설명한다. 본 실시형태에서는 전계 효과형 액정으로서 정(正)의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정을 사용하여 액티브 구동을 행한 예로 설명한다.

TN 모드에서는 상하 기판 (9, 12) 사이에 유전 이방성이 정이고, 굴절률 이방성 Δn＝0.0854 (589㎚, 20℃), Δε＝＋8.5 정도의 액정을 러빙 배향시켜 액정 셀을 제작한다. 액정층의 배향 제어는 배향막과 러빙에 의해 제어할 수 있다. 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 다이렉터, 이른바 틸트각은 약 3°로 하는 것이 바람직하다. 러빙 방향은 상하 기판과 서로 직교하는 방향으로 실시하고, 그 강도와 러빙 횟수 등으로 틸트각의 크기를 제어할 수 있다. 배향막은 폴리이미드막을 도포 후 소성하여 형성할 수 있다. 액정층의 트위스트각의 크기는 상하 기판의 러빙 방향의 교차각과 액정 재료에 첨가하는 카이랄제에 의해 결정된다. 예를 들어, 트위스트각이 개략 90°가 되도록 하기 위해서는, 피치 60㎛ 정도의 카이랄제를 첨가해도 된다. 또, 액정층의 두께 d 는 5㎛ 로 설정하였다.

액정 재료 (LC) 는 네마틱 액정이면 특별히 한정되지 않는다. 유전율 이방성 (Δε) 은 그 값이 큰 편이 구동 전압을 저감할 수 있다. 굴절률 이방성 (Δn) 은 작은 편이 액정층의 두께 (갭) 를 두껍게 할 수 있고, 액정의 봉입 시간이 단축되고, 또한 갭 편차를 적게 할 수 있다. 또한, Δn 이 큰 편이 셀갭을 작게 할 수 있고, 고속 응답이 가능해진다.

TN 모드의 액정 표시 장치에서는 상측 편광판의 흡수축 (4) 과 하측 편광판의 흡수축 (19) 은 개략 직교하게 적층하고, 또한 액정 셀의 상측 편광판의 흡수축 (4) 과 상측 기판 (9) 의 러빙 방향 (10) 은 개략 평행하게, 하측 편광판의 흡수축 (19) 과 하측 기판 (12) 의 러빙 방향 (13) 은 각각 개략 평행하게 되도록 적층할 수 있다. 상측 기판 (9) 및 하측 기판 (12) 의 각각의 배향막의 내측에는 투명 전극 (미도시) 이 형성되지만, 전극에 구동 전압을 인가하지 않는 비구동 상태에서는 액정 셀 중의 액정 분자 (11) 는 기판면에 대해 대략 평행하게 배향되고, 그 결 과 액정 패널을 통과하는 광의 편광 상태는 액정 분자의 비틀림 구조를 따라 전파되고, 편광면이 90°회전하여 출사된다. 즉, 액정 표시 장치에서는 비구동 상태에 있어서 백표시를 실현한다. 이에 비해, 구동 상태에서는 액정 분자는 기판면에 대하여 소정 각도를 이루는 방향으로 배향되고 있고, 하측 편광판을 통과한 광은 광학 보상층 (16, 14, 7, 5) 에 의해 액정층 등의 리타데이션이 상쇄되고, 편광 상태를 유지한 채 액정층 (11) 을 통과하고, 편광막 (3) 에 의해 차단된다. 바꿔 말하면 액정 표시 장치에서는 구동 상태에 있어서 이상적 흑색 표시가 얻어진다.

이와 같이 액정 표시 장치에서는 편광의 투과의 제어에 의해 표시를 행한다. 표시 장치의 화질 평가에는 백색 표시 휘도와 흑색 표시 휘도의 비인 콘트라스트비를 사용한다. 콘트라스트비는 수치가 클수록 바람직하고, 시판되는 액정 표시 장치, 예를 들어 액정 TV 에서는 300 이상의 값이 얻어진다. 콘트라스트비를 크게 하기 위해서는 백색 표시 휘도를 크게, 흑색 표시 휘도를 작게 하는 것이 중요하다. 상기 표시 장치에 있어서 백색 표시 휘도를 크게 하기 위해서는 광원으로부터 하측 편광판을 통과한 편광의 투과율을 감쇠하지 않고, 상측 편광판으로부터 출사시키는 것이 바람직하다. 동일하게 흑색 표시에서는 상측 편광판에서 출사광을 될 수 있는 한 완전하게 차단하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 높은 편광 유지율을 갖는 광학 보상막을 갖는, 99.5% 이상의 편광도를 갖는 편광판을 사용하고 있으므로, 고콘트라스트의 화상을 표시할 수 있다. 보다 높은 콘트라스트비를 얻기 위해서는 다른 부재, 예를 들어 편광판 보호 필름, 액정층을 협지하 는 기판 등을 통과할 때, 될 수 있는 한 편광 상태를 유지하는 것이 바람직하고, 즉 각 부재의 편광도 유지율도 높게 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 표시 장치에는 편광판 이외에도 콘트라스트를 저하시킬 수 있는 부재가 사용되고 있다. 편광 유지율이 낮은 부재를 사용하면, 상측 편광판 흡수축과 수직 방향의 투과축 방향의 편광 성분이 발생되고, 누설광이 발생하여 흑색 투과율이 상승하고, 콘트라스트비가 저하되는 경우가 있다. 부재의 편광 유지율은 각 부재의 단체 투과율의 저하나, 헤이즈 (탁도), 산란도, 복굴절성 등에 의해 저하된다. 각 부재의 편광 유지율을 개선시켜 상기 범위로 하기 위해서는 각 부재 중의 이물의 직경을 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 액정층을 협지하는 기판에는 컬러 필터나 TFT 가 형성되어 있고, 편광 유지율을 저하시키는 요인도 되고 있다. 컬러 필터의 편광 유지율을 저하시키지 않기 위해서는 필터를 도포하였을 때의 평탄제를 ±0.5㎛ 이내로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 필터 바인더 중의 입자 직경을 1㎛ 이내로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, TFT 기판의 편광 유지율을 저하시키지 않기 위해서는 기판의 투과율을 높게 하는 것이 중요하고, 금속으로 이루어지는 TFT 배선폭을 평균으로 3㎛ 이내로 하거나, 절원막을 에폭시나 아크릴 수지로 이루어지는 유기 절연막으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 일반적으로는 액정 표시 장치에서는 표시면 이면측의 기판면에 백라이트를 배치한 투과형이 현재 주류이고, 백라이트의 광은 하측 편광판, 하측 기판, 액정층, 상측 기판, 상측 편광판을 통과하여 표시면을 출사한다. 이러한 태양 에서는 편광판에 보다 가까운 부재의 편광 유지율을 높게 함으로써 고콘트라스트가 얻어진다. 또한 액정층을 협지하는 한 쌍의 기판의 광원에 가까운 측의 광학 보상막의 편광 유지율을 높게 함으로써 보다 고콘트라스트가 얻어진다. 따라서, 백라이트측에 보다 가까이 위치하는 배면측의 광학 보상막 (도 1 중 14∼16) 의 편광도 유지율이, 액정 셀의 기판 (도 1 중 9 와 12) 보다 높은 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 액정 표시 장치는 고콘트라스트 표시가 가능하고, 특히 흑색 표시시의 투과율 및 휘도가 낮아진다. 그래서, 편광판의 투과광의 색상 a 및 b 는 ±4 이하로 함으로써, 흑색 표시의 색조가 보다 무채색의 양호한 표시가 되므로 바람직하다. 색상 a 및 b 는 ±5 이하인 것이 보다 바람직하고, ±4 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 액정 표시 장치는 콘트라스트비 T∥/T⊥ 가 이상적으로는 대략 3000 대 1 로 되는 것이 바람직하다. 일반적으로는 표시 콘트라스트는 2000 대 1∼100 대 1 로 되는 것이 바람직하고, 1500 대 1∼300 대 1 로 되는 것이 보다 바람직하다.

[IPS 모드 액정 표시 장치]

본 발명의 편광판은 IPS 모드의 액정 표시 장치에 사용해도 된다. 본 발명의 편광판을 사용한 IPS 모드의 액정 표시 장치는 상기 TN 모드의 액정 표시 장치의 실시형태와 동일하게 고콘트라스트의 화상 표시가 가능하다.

도 2 는 본 발명의 편광판을 갖는 IPS 모드의 액정 표시 장치의 일 실시 형 태의 모식 측단면도이다. IPS 모드의 액정 셀은 통상 매트릭스 형상의 전극에 의해 복수의 화소를 갖지만, 도 2 에서는 그 1 화소의 일부분을 나타내고 있다. 도 2 에 나타내는 액정 표시 장치는 본 발명의 한 쌍의 편광판 (30 및 42) 을 갖는다. 또, 한 쌍의 편광판 (30 및 42) 은 보호막과, 편광막과, 광학 보상층을 갖지만, 도 2 중에서는 상세한 구조는 생략한다.

도 2 의 액정 표시 장치는 한 쌍의 편광판 (30 및 42) 과 IPS 모드의 액정 셀을 갖는다. IPS 모드의 액정 셀은 투명한 한 쌍의 기판 (32 및 40) 과 그 한 쌍의 기판에 협지되는 막대 형상의 액정성 분자 (34) 를 함유하는 액정층을 갖는다. 투명 기판 (40) 의 내측에는 선형상의 전극 (38) 이 형성되고, 그 위에 배향 제어막 (미도시) 이 형성되어 있다. 복수의 선상 전극 (38) 은 이간되어 배치되고, 화소 전극과 대향 전극을 구성하여 기판 (40) 에 평행한 전계를 발생가능하게 구성되어 있다. 기판 (32 및 40) 사이에 협지되어 있는 막대 형상의 액정성 분자 (34) 는 전계 무인가시 (OFF 표시) 에는 선상 전극 (38) 의 길이 방향에 대해 약간의 각도를 갖도록 배향된다. 또 이 경우의 액정의 유전 이방성은 정을 상정하고 있다. 화살표 (36) 로 표시되는 방향의 전계 (36) 를 인가하면 (ON 표시), 전계 방향에 액정성 분자 (34) 가 그 방향을 변경한다. 편광판 (30 및 42) 을 그 투과축의 방향을 소정 각도로 하여 배치함으로써, 광투과율을 변경할 수 있다. 또, 기판 (40) 의 표면에 대한 전계 방향 (36) 이 이루는 각도는 바람직하게는 20도 이하이고, 보다 바람직하게는 10도 이하이고, 즉 실질적으로 평행한 것이 바람직하다. 이하, 본 발명에서는 20도 이하의 것을 총칭하여 평행 전 계라고 표현한다. 전극 (38) 을 상하 기판으로 나누어 형성해도, 일방의 기판에만 형성해도 그 효과는 동일하다.

도 3 에 IPS 모드의 액정 표시 장치의 다른 실시형태의 모식 측단면도를 나타낸다. 본 태양은 보다 고속 응답, 고투과율화를 가능하게 하는 태양이다. 또, 도 2 에 나타내는 것과 동일한 부재에 대해서는 동일한 번호를 붙여 상세한 설명을 생략한다. 도 2 와 달리 전극이 절연층 (44) 을 통해 (층을 다르게 하여 배치되어), 선상 전극 (38) 과 하층 전극 (46) 의 2층 구조로 되어 있다. 하층 전극 (46) 은 패터닝되어 있지 않는 전극이어도 되고, 선형상 등의 전극이어도 된다. 상층의 전극 (38) 은 선상인 것이 바람직하지만, 하층 전극 (46) 으로부터의 전계를 통과할 수 있는 형상이면 그물코 형상, 스파이럴 형상, 점 형상 등 어느 것이나 되고, 전위가 중립인 플로팅 전극을 더 추가해도 된다. 또한, 절연층 (44) 은 SiO 나 질화막 등의 무기 재료일 수도 있고, 아크릴이나 에폭시계 등의 유기 재료일 수도 있다.

IPS 모드에 있어서, 이들 전극 구조 (38, 또는 38 과 46) 와, 절연층 (44) 은 편광도 유지율을 저하시키는 요인이 되고 있고, 고콘트라스트를 얻기 위해서는 이들 전극 및 절연층의 편광도 유지율을 90% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 95% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 99% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위의 편광도 유지율을 얻기 위해서는 예를 들어, 선상 전극 (38) 의 폭과 피치를 가시광의 파장보다 충분히 큰 2㎛ 이상으로 하여 회절 효과를 억제하거나; 절연층 (44) 의 투과율을 가시광 파장역에서 80% 이상으로 하는 등에 의해, 편광 투과율의 감쇠를 억제하는 것이 유효하다.

IPS 모드의 액정 재료 (LC) 로서는 유전율 이방성 (Δε) 이 정인 네마틱 액정을 사용한다. 액정층의 두께 (갭) 는 2.8㎛ 초과 4.5㎛ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 리타데이션 (Δnㆍd) 을 0.25㎛ 초과 0.32㎛ 미만으로 하면, 가시광의 범위 내에서 파장 의존성이 거의 없는 투과율 특성이 보다 쉽게 얻어진다. 소정 배향막과 본 발명의 편광판의 조합에 의해 액정성 분자가 러빙 방향에서 전계 방향으로 45도 회전하였을 때 최대 투과율이 얻어진다. 또, 액정층의 두께 (갭) 는 폴리머 비즈로 억제할 수 있다. 물론 유리 비즈 파이버, 수지제의 기둥 형상 스페이서라도 동일한 갭을 얻을 수 있다. 또한 액정 재료 (LC) 는 네마틱 액정이면 특별히 한정되지 않는다. 유전율 이방성 (Δε) 은 그 값이 큰 편이, 구동 전압을 저감할 수 있고, 굴절률 이방성 (Δn) 은 작은 편이 액정층의 두께 (갭) 를 두껍게 할 수 있고, 액정의 봉입 시간이 단축되고, 또한 갭 편차를 적게 할 수 있다.

[기타 모드 액정 표시 장치]

본 발명에서 사용되는 액정 표시 장치의 표시 모드는 특별히 한정되지 않지만, 상기한 TN 모드 및 IPS 모드 이외에, OCB 모드 및 ECB 모드가 바람직하게 사용된다. 본 발명에서는 액정층의 두께 d (㎛) 와 굴절률 이방성 (Δn) 의 곱 (Δnㆍd) 은 0.2∼1.2㎛ 로 한다. Δnㆍd 의 최적치는 표시 모드에 따라 달라지고, 액정의 Δnㆍd 의 최적치는 TN 모드에서는 0.2∼0.5㎛ 가 최적치가 된다. OCB 모드에서는 0.4∼1.2㎛ 가 최적치가 된다. ECB 모드에서는 0.2∼0.5㎛ 가 최적치가 된다. 또한, TN 모드에서의 액정층의 트위스트 (비틀림각) 는 90°근방 (85°∼95°) 이 최적치가 된다. 이들 범위에서는 백색 표시 휘도가 높고, 흑색 표시 휘도가 작은 점에서, 밝고 콘트라스트가 높은 표시 장치가 얻어진다.

또, 이들 최적치는 투과 모드의 값이고, 반사 모드에서는 액정 셀 내의 광로가 2배로 되는 점에서, 최적 Δnd 의 값은 상기 1/2 정도의 값이 된다. 또한, 트위스트각은 30°∼70°가 최적치가 된다.

본 발명에서 사용되는 액정 표시 장치는 상기 표시 모드 뿐만 아니라, VA 모드, ECB 모드, STN 모드에 적용한 태양도 유효하다.

본 발명의 액정 표시 장치는 도 1 에 나타내는 구성에 한정되지 않고, 다른 부재를 포함하고 있어도 된다. 예를 들어, 액정 셀과 편광막 사이에 컬러 필터를 배치해도 된다. 또, 투과형으로서 사용하는 경우에는 냉음극 또는 열음극 형광관, 또는 발광 다이오드, 필드 이미션 소자, 일렉트로루미네선스 소자를 광원으로 하는 백라이트를 배면에 배치할 수 있다. 또한, 본 발명의 액정 표시 장치는 반사형이어도 되고, 이러한 경우에는 편광판은 관찰측에 1장 배치한 것 뿐이어도 되고, 액정 셀 배면 또는 액정 셀의 하측 기판의 내면에 반사막을 설치한다. 물론 상기 광원을 사용한 프론트 라이트를 액정 셀 관찰측에 형성할 수도 있다. 또한 본 발명의 액정 표시 장치는 투과와 반사의 모드의 양립을 도모하기 위해, 표시 장치의 1화소 중에서 반사부와 투과부를 형성한 반투과형이어도 된다.

본 발명의 액정 표시 장치에는 화상 직시형, 화상 투영형이나 광 변조형이 포함된다. 본 발명은 TFT 나 MIM 같은 3 단자 또는 2 단자 반도체 소자를 사용 한 액티브 매트릭스 액정 표시 장치에 적용한 태양이 특히 유효하다. 물론, 시분할 구동이라고 하는 STN 형으로 대표되는 패시브 매트릭스 액정 표시 장치에 적용한 태양도 유효하다.

이하, 본 발명의 액정 표시 장치에 이용가능한 컬러 필터에 대해 설명한다.

[컬러 필터]

본 발명의 액정 표시 장치의 액정 셀의 한 쌍의 기판에, 적색, 녹색 및 청색의 각 패턴을 포함하는 컬러 필터를 형성해도 된다. 컬러 필터는 예를 들어, 이하의 방법으로 제작할 수 있다. 먼저, 투명 기판 상에 적색, 녹색, 청색 등의, 목적에 맞춘 착색 화소를 형성한다. 투명 기판 상에 적색, 녹색, 청색 등의 착색 화소를 형성하는 방법으로서는 전술한 염색법, 인쇄법, 또는 착색 감광성 수지액을 스핀 코터 등으로 도포 후, 포토리소그래피 공정에서 패터닝하는 착색 레지스트법, 또한 라미네이트법 등을 적절히 이용할 수 있다.

흑색 감광성 수지를 사용하여 블랙 매트리스를 형성하는 경우에는 상기 착색 화소를 형성한 후에 하는 것이 바람직하다. 제일 처음에 블랙 매트릭스를 형성하면 광학 농도가 높은 흑색 감광성 수지에서는 수지 표면만 경화되므로, 이어서 행해지는 현상 처리, 특히 착색 화소를 형성하기 위해 반복 실시하는 현상 처리에 의해 미경화의 수지가 용출되고 (사이드 에치라고 함), 극단적인 경우에는 형성된 매트릭스가 박리되는 경우도 있기 때문이다.

이에 비해, 블랙 매트릭스를 제일 마지막에 형성하면 블랙 매트릭스의 주위는 착색 화소로 둘러싸여 있어, 단면으로는 현상액이 침투하기 어렵기 때문에, 사 이드 에치가 일어나기 어렵고, 광학 농도가 높은 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다는 큰 이점이 있다.

또한, 착색 화소 형성용 착색층의 형성을 라미네이트법으로 행하는 경우에는 먼저 블랙 매트릭스를 형성하면 착색 화소가 형성되는 장소가 블랙 매트릭스로 대략 격자 형상으로 닫혀 있기 때문에, 라미네이트시에 기포를 생성하기 쉽다는 문제가 있다.

흑색 감광성 수지의 감광 파장역에 대한 착색 화소의 광투과율이 2% 를 초과하는 경우에는 미리 착색 화소 중에 광흡수제 등을 첨가하고, 그 투과율을 2% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 때 사용하는 광흡수제로서는 공지된 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어 벤조페논 유도체 (미힐러즈 케톤 등), 메로시아닌계 화합물, 금속산화물, 벤조트리아졸계 화합물, 쿠마린계 화합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 광흡수성이 양호하고, 또한 200℃ 이상의 열처리 후에도 25% 이상의 광흡수 성능을 유지하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 산화티탄, 산화아연, 벤조트리아졸계 화합물, 쿠마린계 화합물을 들 수 있다. 이들 중에서는 쿠마린계 화합물이 내열성, 광흡수성의 양 관점에서 특히 바람직하다. 또 상기 기술한 200℃ 이상의 열처리는 각 화소를 형성한 후, 더욱 경화시키기 위해 행해지는 것이다.

다음에, 화소 패턴을 덮어 투명 기판 전체면에 흑색 감광성 수지층을 형성하는데, 이것도 흑색 감광성 수지액을 스핀 코터나 롤 코터로 도포하는 방법, 또한 미리 흑색 감광성 수지액을 임시 지지체 상에 도포함으로써 화상 형성 재료를 제작 하고, 화소 패턴 상에 이 흑색 감광성 수지층을 전사하는 방법 등을 이용할 수 있다.

다음에, 포토리소그래피를 통해 흑색 감광성 수지층측으로부터 노광하고, 착색 화소가 존재하지 않는 차광부 (블랙 매트릭스) 의 흑색 감광성 수지층을 경화시킨다. 착색 화상은 노광기의 얼라이먼트 오차나 기판의 열팽창의 영향을 받아 다소의 위치 어긋남이 있거나, 화소 자체의 굵기나 가늘기가 있어, 설계 치수대로의 간격이나 크기로 배치되지 않는 것이 보통이다. 특히 큰 사이즈의 기판에서는 이 경향이 강해진다. 따라서, 설계 화소 간격대로의 포토마스크로 노광하는 경우, 블랙 매트릭스가 화소가 겹치는 부분이나, 반대로 화소와의 사이에 간극이 형성되는 부분이 발생된다. 겹친 부분은 돌기가 되고, 간극이 형성된 부분은 광누설로 되므로 모두 바람직하지 못하다.

1화소의 컬러 필터의 편광도 유지율로서, 적색 패턴의 편광도 유지율을 Pr, 녹색 패턴을 Pg, 청색 패턴을 Pb 라 하였을 때, Pr/Pg≤1.5, 또한 Pb/Pg≤1.5 로 하면 백색 표시 및 흑색 표시에 있어서, 액정 표시 장치의 표시색이 무채색으로 되어 양호한 색재현성이 얻어진다. 한편, Pr/Pg 및 Pb/Pg 가 1.5 를 초과하면, 표시가 청색이나 자색으로 착색된다.

실시예

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 시약, 물질량과 그 비율, 조작 등은 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 한, 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하의 구 체예에 의해 한정되지 않는다.

[실시예 1]

도 1 에 나타내는 구성의 액정 표시 장치를 제작하였다. 즉, 관찰 방향 (위) 으로부터 상측 편광판 (1∼5), 상측 광학 이방성층 (7), 액정 셀 (상측 기판 (9), 액정층 (11), 하측 기판 (12)), 하측 광학 이방성층 (14), 하측 편광판 (16∼20) 을 적층하고, 또한 하측 편광판의 하측에는 냉음극 형광등을 사용한 백라이트를 배치하였다.

이하에 사용한 부재 각각의 제작방법을 설명한다.

<TN 모드 액정 셀의 제작>

액정 셀은 셀갭 (d) 4㎛ 로 하고, 정의 유전율 이방층을 갖는 액정 재료를 기판간에 적하 주입하여 봉입하고, 액정층 (11) 의 Δnd 를 410㎚ 로 하였다 ( Δn 은 액정 재료의 굴절률 이방성). 또, 액정 셀의 트위스트각은 상측 기판 (7) 의 러빙 방향 (10) 과 하측 기판 (12) 의 러빙 방향 (14) 의 교차각도, 및 카이랄제의 첨가에 의해 반시계방향으로 90°로 하였다. 또 상하 편광판과 접합할 때에, 액정 셀의 상하 기판 러빙 방향과, 지지체 (5, 16) 의 지상축 (유연 방향과 평행 방향 ; 6, 17) 이 평행하게 되도록 하였다. 도 4 에 이들 각도를 나타낸다.

<액정 셀용 기판>

코닝사 제조의 투명 유리 「7059」의 투명 전극에 ITO (인듐틴의 산화물) 막을 증착에 의해 형성하였다. 1쌍의 기판 모두 이 유리를 사용하여, 양 기판 모두 투과율 99.9%, 편광 유지율도 99% 이었다.

<셀룰로오스아세테이트 필름의 제작>

하기의 조성물을 믹싱 탱크에 투입하고, 가열하면서 교반하여, 각 성분을 용해하여 셀룰로오스아세테이트 용액을 조제하였다.

<셀룰로오스아세테이트 용액 조성>

아세틸화도 60.9% 의 셀룰로오스아세테이트 (린터) 80질량부

아세틸화도 60.8% 의 셀룰로오스아세테이트 (린터) 20질량부

트리페닐포스페이트 (가소제) 7.8질량부

비페닐디페닐포스페이트 (가소제) 3.9질량부

메틸렌클로라이드 (제 1 용매) 300질량부

메탄올 (제 2 용매) 54질량부

1-부탄올 (제 3 용매) 11질량부

다른 믹싱 탱크에 아세틸화도 60.9% 의 셀룰로오스아세테이트 (린터) 4 질량부, 하기의 리타데이션 상승제 16질량부, 실리카 미립자 (입경 20㎚, 모스 경도 약 7) 0.5 질량부, 메틸렌클로라이드 87 질량부 및 메탄올 13 질량부를 투입하고, 가열하면서 교반하여, 리타데이션 상승제 용액을 조제하였다.

셀룰로오스아세테이트 용액 464질량부에 리타데이션 상승제 용액 36질량부를 혼합하고, 충분히 교반하여 도프를 조제하였다. 리타데이션 상승제의 첨가량은 셀룰로오스아세테이트 100 질량부에 대해 5.0 질량부이었다.

[화학식 1]

리타데이션 상승제

얻어진 폴리머 기재 (PK-1) 의 폭은 1340㎚ 이고, 두께는 92㎛ 이었다. 자동복굴절계 (KOBRA 21DH, 오지계측(주)) 를 사용하여, 파장 590㎚ 에서의 리타데이션값 (Re) 를 측정한 결과 43㎚ 이었다. 또, 파장 590㎚ 에서의 리타데이션값 (Rth) 를 측정한 결과 175㎚ 이었다.

또 얻어진 폴리머의 투과율은 99%, 편광 유지율은 98% 이었다.

또, 제작한 폴리머 기재 (PK-1) 의 흡습 팽창 계수를 측정한 결과 12.0×10^-5/%RH 이었다.

(하도층의 제작)

상기 셀룰로오스아세테이트 필름 지지체에 하기 조성의 도포액을 28㎖/㎡ 도포 건조시켜, 0.1㎛ 의 젤라틴층 (도장층) 을 형성하였다.

하도층 도포액 조성

젤라틴 0.542질량부

포름알데히드 0.136질량부

살리실산 0.160질량부

아세톤 39.1질량부

메탄올 15.8질량부

메틸렌클로라이드 40.6질량부

물 1.2질량부

이 PK-1 상에 하기 조성의 배향막 도포액을 #16 의 와이버바코터로 28㎖/㎡ 의 도포량으로 도포하였다. 60℃ 의 온풍으로 60초, 다시 90℃ 의 온풍으로 150초 건조시켜 막을 형성하였다. 또한 폴리머 기재 (PK-1) 의 지상축 (파장 632.8㎚ 으로 측정) 과 45°의 방향으로 러빙 처리를 실시하여 배향막으로 하였다.

<배향막 도포액 조성>

하기의 변성 폴리비닐알코올 10질량부

물 371질량부

메탄올 119질량부

글루탈알데히드 (가교제) 0.5질량부

[화학식 2]

변성 폴리비닐알코올

<광학 이방성층의 형성>

배향막 상에 하기 디스코틱 액정성 화합물 (B) 46.65㎏, 에틸렌옥사이드 변성 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 (V#360, 오오사카유기화학(주) 제조) 4.06㎏, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트 (CAB551-0.2, 이스트만케미컬사 제조) 0.90㎏, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트 (CAB531-1, 이스트만케미컬사 제조) 0.23㎏, 광중합개시제 (이루가큐어 907, 치바가이기사 제조) 1.35㎏, 증감제 (가야큐어 DETX, 닛폰화약(주) 제조) 0.45㎏ 을, 102㎏ 의 메틸에틸케톤에 용해한 용액을 도포액으로 하고, 이것을 #3.4 의 와이어바로 도포하였다. 이것을 130℃ 의 항온 존에서 2분간 가열하고, 디스코틱 액정성 화합물을 배향시켰다. 다음에 60℃ 의 분위기 하에서 120W/㎝ 의 고압수은등을 사용하여 1분간 UV 조사하고, 디스코틱 액정성 화합물을 중합시켰다. 그 후, 실온까지 방랭시켰다. 이와 같이 하여 광학 이방성층을 형성하고, 광학 보상층 (KH-2) 을 제작하였다.

디스코틱 액정성 화합물 (B)

[화학식 3]

파장 546㎚ 으로 측정한 광학 이방성층의 Re 리타데이션값은 40㎚ 이었다.

제작한 광학 이방성층에 있어서, 원반형 액정성 화합물은 원반면과 투명보호막이 이루는 각도 (경사각) 가 투명보호막으로부터 공기 계면을 향하여 증가되어 11°∼66°에서 하이브리드 배향하고 있었다. 경사각은 자동복굴절계 KOBRA 21ADH (오지계측기기(주) 제조) 를 사용하고, 관찰각도를 변경하여 리타데이션을 측정하고, 굴절률 타원체 모델로 가정하여, 「Design Concepts of the Discotic Negative Birefringence Compensation Films SID98 DIGEST」에 기재되어 있는 수법으로 산출하였다.

편광판을 크로스니콜 배치로 하고, 얻어진 광학 보상막의 불균일을 관찰한 결과, 정면 및 법선에서 60°까지 경사진 방향에서 보아도 불균일은 검출할 수 없었다. 또 편광현미경 하의 관찰에서도, 직경 1 미크론 이상의 배향 결함이나 이물은 관찰되지 않고, 편광 유지율은 95% 로 양호하였다.

<편광막의 제작>

연신한 폴리비닐알코올 필름에 요오드를 흡착시켜 편광막을 제작하고, 폴리비닐알코올계 접착제를 사용하여, 제작한 광학 보상막을 지지체면에서 편광막의 편측에 부착하였다. 또, 두께 80㎛ 의 셀룰로오스아세테이트 필름 (TD-80U, 후지사진필름(주) 제조) 에 비누화처리를 하여, 폴리비닐알코올계 접착제를 사용하여 편광막의 반대측에 부착하였다. 도 4 에 각 필름의 접합 각도를 액정 소자를 위에서 관찰하여 나타낸다. 상측 편광막 (3) 의 흡수축 (4) 과 지지체 (5) 의 지상축 (6 ; 유연방향과 평행방향) 은 개략 평행, 하측 편광막 (18) 의 흡수축 (19) 과 지지체 (16) 의 지상축 (17 ; 유연 방향과 평행 방향) 은 개략 평행하게 되도록 배치하였다.

이와 같이 하여 제작한 1 쌍의 편광판의 편광도는 99.95% 이었다. 또, 이 편광판의 수직입사광에 대한 색상 a 및 b 는 각각 -2 및 3 이었다.

<제작한 액정 표시 장치의 광학측정>

이와 같이 제작한 액정 표시 장치에 60㎐ 의 직사각형파 전압을 인가하였다. 백색 표시 1.5V, 흑색 표시 5V 의 노멀리화이트 모드로 하였다. 측정기는 (EZ-Contrast160D, ELDIM사 제조) 를 사용하여, 투과율의 비 (백색 표시/흑색 표시) 인 콘트라스트비를 측정하였다. 정면 콘트라스트비 3000 대 1, 하방향에서 인접하는 계조의 투과율이 반전이 없는 범위, 콘트라스트비가 10 이상인 범위는 상하 좌우 전체 범위에서 80°이상이 얻어졌다.

[비교예 1]

실시예 1 에 있어서, ITO 부착 투명 유리 기판의 외측에 시판되는 액정 패널을 분해하여 입수한 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 점착재로 부착하여 콘트라스트비를 측정하였다. 다른 구성은 실시예 1 과 동일하다.

표시면으로부터, 상측 편광판, 컬러 필터 부착 유리 기판, 투명 전극 부착 투명 유리, 액정층, 투명 전극 부착 투명 유리, TFT 부착 유리 기판, 하측 편광판, 백라이트로 하였다. 시판되는 액정 패널은, 히따찌사 제조의 15인치 텔레비젼 PRIUS 를 사용하였다. 동 액정 텔리비젼을 해체하여 TFT 부착 유리 기판과 컬러 필터 부착 유리 기판을 잘라내었다. 여기에서 TFT 부착 유리 기판의 투과율은 92%, 편광 유지율은 87% 이었다. 컬러 필터 부착 유리 기판의 투과율은 31%, 편광 유지율은 82% 이었다. 또 상하 편광판의 편광도는 99.90% 이었다.

실시예 1 과 동일하게 콘트라스트비를 측정한 결과, 정면 콘트라스트는 300 대 1 이 되었다.

[실시예 2]

실시예 1 에 있어서, 투명 유리 기판에 일본 공개특허공보 평10-221518호 에 기재된 방법으로 후지사진필름사 제조의 트랜서 컬러 필터를 형성하고, 동 기판을 점착재로 ITO 부착 투명 전극 기판과 상측 편광판 사이에 고정, 적층하였다. 이 때, 트랜서 컬러 필터의 표면 요철은 0.2 미크론, 바인더 중의 입상 물질의 입경은 적색과 청색이 평균 0.1 미크론 이하, 녹색이 0.15㎛ 이하이었다. 투과율은 35%, 편광도 유지율 90% 이었다. 다른 구성은 실시예 1 과 동일하다.

흑색 표시 전압을 60㎐ 의 직사각형파 전압을 5V, 백색 표시 전압을 1.5V 로 하여 콘트라스트비를 측정한 결과 1500 대 1 이었다.

또 1 화소의 투과율을 TOPCON사 제조의 휘도계의 SR-3 으로 현미측광하고, 각 화소의 편광도 유지율을 측정하였다. Pr/Pg=1.2, 또한 Pb/Pg≤1.3 이었다. 수직입사광에 대한 투과광 색상은 a=2.1, b=2.8 이었다.

[실시예 3]

<IPS 모드 액정 셀의 제작>

도 2 의 하측 기판 (40) 상에 선형 전극을 알루미늄을 증착에 의해 형성하였다. 동 전극은 폭 16㎛ 이고, 전기저항이 낮은 것이면 특별히 재료에는 제약은 없고 크롬, 구리 등이어도 된다. 이와 같이 저전기저항의 금속전극을 형성함으로써, 구동 LSI 의 부하가 저감되어 소비전력을 저감할 수 있다. 물론 ITO 의 선형 전극이어도 된다. 1 화소의 크기는 80 ×240㎛, 신호 전극과 공통 전극의 간격을 48㎛ 으로 하였다. 상측 기판은 두께 0.7㎛ 의 전극이 없는 투명 유리로 하였다.

액정 재료 LC 로서는 액정 재료는 유전율이방성 Δε가 정이고 그 값이 13.2 이고, 굴절률 이방성 Δn 이 0.085 (589㎚, 20도) 의 네마틱 액정을 사용하였다 (메르크사 제조, MLC9100-100). 액정층의 두께 (갭) 는 3.5㎛ 으로 하였다. 편광판은 실시예 1 과 동일한 것을 사용하였다.

동 액정 표시 장치의 투과율은 30%, 편광도 유지율 85% 이었다. 이 때 흑색 표시 전압을 60㎐ 의 직사각형파 전압을 2V, 백색 표시 전압을 6V 로 하여 콘트라스트비를 측정한 결과 1200 대 1 이었다. IPS 모드 액정 표시 장치에서는, 인가되는 전계방향 (36) 은 도 2 에 나타내는 바와 같이 기판면 (40) 에 대해 개략 평행이다. 물론 선형 전극 (38) 의 근방에서는, TN 모드와 동일한 기판면에 수직방향의 전계도 발생하지만, 장치 전체에서는 평행한 전계 성분이 많다.

[실시예 4]

실시예 3 에 있어서, 하측 기판 (14) 에 ITO 의 베타 전극을 증착에 의해 형성한 후, 규소산화막 (SiO₂) 을 편광도 유지율이 99% 이상이 되도록 두께 0.5㎛ 이하로 동일하게 증착으로 형성하였다. 그 위에 선형 전극을 ITO 로 폭 10㎛, 전극간거리 5㎛ 로 형성하였다. 그 외의 구성은 실시예 3 과 동일하다.

동 액정 표시 장치의 투과율은 30%, 편광도 유지율 85% 이었다. 다른 구성은 실시예 1 과 동일하다. 이 때 흑색 표시 전압을 60㎐ 의 직사각형파 전압 을 2V, 백색 표시 전압을 6V 로 하여 콘트라스트비를 측정한 결과, 선형 전극에 ITO 를 사용한 것과, 도 3 의 전계 방향 (36) 의 수직 성분이 많아짐으로써 백색 표시 투과율이 향상되어 1500 대 1 이었다.

본 발명에 의하면, 간이한 구성으로, 시야각 특성을 손상시키지 않고 콘트라스트가 개선된 액정 표시 장치, 특히 TN 형 또는 IPS 형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, TN 형 또는 IPS 형 액정 표시 장치의 액정 셀의 콘트라스트 개선에도 기여하는 편광판을 제공할 수 있다.

Claims (10)

1. 액정 표시 장치 중에 액정 셀을 협지하여 배치되는 한 쌍의 편광판으로서,

   적어도 일방이 편광막과 광학 보상막을 적어도 갖고, 편광도가 99.5% 이상이고 또한 상기 광학 보상막의 편광도 유지율이 90% 이상인, 한 쌍의 편광판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 편광판의 수직 입사광에 대한 투과광 색상 a 및 b 가 모두 ±4 이하인, 편광판.
3. 적어도 일방에 전극을 갖고, 대향 배치된 한 쌍의 기판과, 상기 기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 액정층을 협지하여 배치된 한 쌍의 편광판을 갖는 액정 표시 장치로서,

   상기 한 쌍의 편광판의 적어도 일방이, 편광막과, 상기 편광막의 상기 액정층에 보다 가까운 측의 면상에 광학 보상막을 갖고, 상기 한 쌍의 편광판의 편광도가 99.5% 이상이고, 상기 한 쌍의 기판의 편광도 유지율이 90% 이상이며, 또한 상기 광학 보상막의 편광도 유지율이 90% 이상인, 액정 표시 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 편광판의 쌍방이, 편광막과, 상기 편광막의 상기 액정층에 보 다 가까운 측의 면상에 상기 광학 보상막을 갖는, 액정 표시 장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 광학 보상막의 편광도 유지율이, 상기 한 쌍의 기판의 편광도 유지율 이상인, 액정 표시 장치.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 편광판의 흡수축이 개략 직교하고 있는 액정 표시 장치.
7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 기판의 적어도 일방에, 적색, 녹색 및 청색의 각 패턴을 포함하는 컬러 필터가 형성되어 있고, 상기 적색 패턴, 상기 녹색 패턴 및 상기 청색 패턴의 편광도 유지율을 각각 Pr, Pg 및 Pb 로 하였을 때, Pr/Pg ≤1.5, 또한 Pb/Pg ≤1.5 인, 액정 표시 장치.
8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전극이, 화소 전극과 대향 전극으로 이루어지고, 상기 화소 전극과 상기 대향 전극에 의해 상기 화소 전극과 상기 대향 전극이 배치된 기판에 대하여 대략 평행한 전계가 발생하는, 액정 표시 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 전극이 층을 달리하여 배치되고, 상기 전극의 적어도 일방이 투명한 전극으로 이루어지는, 액정 표시 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 화소 전극과 상기 대향 전극이 배치된 기판에 있어서, 추가로 전압이 인가되지 않는 도전층이 배치된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.

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