KR20100130975A - 광학 이방성층, 이를 사용한 위상차판, 타원 편광판 및 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로 경사진 네마틱 액정성 분자로 형성된 광학 이방성층으로, 파장 550nm 에서의 위상차가 80 ~ 200nm 인 광학 이방성층에 관한 것이다. 또한, 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π인 제 1 광학 이방성층과 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π/2 인 제 2 광학 이방성층을 갖고, 파장 450nm, 550nm 및 650nm 에서 측정한 리타데이션값/파장의 값이 모두 0.2 ~ 0.3 의 범위 내인 위상차판으로, 제 1 및 제 2 광학 이방성층 각각의 파장 분산이 실질적으로 동일하고, 제 1 및 제 2 광학 이방성층에 있어서 파장 450nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (450)) 을 파장 650nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (650)) 으로 나눈 값 (Re (450)/Re (650)) 이 1.00 이상 1.17 이하이고, 또한 제 1 광학 이방성층 및 제 2 광학 이방성층 중 적어도 한 쪽이, 네마틱 하이브리드 배향된 액정성 화합물을 고정화하여 형성되는 층인 위상차판에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 각종 디스플레이 (예를 들어, OA 기기, 휴대 단말에 이용되는 반사형 및 반투과형 액정 표시 장치), 및 광디스크용 픽업에 이용되는 광학 이방성층, 위상차판, 타원 편광판, 그리고 반사형 및 반투과형 등의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
λ/4 판은 대단히 많은 용도를 가지고 있어, 이미 반사형 LCD, 광디스크용 픽업이나 PS 변환 소자에 사용되고 있다. 그러나, λ/4 판으로 불리고 있어도, 어느 특정 파장에서 λ/4 를 달성하고 있는 것이 대부분이다. 보다 넓은 파장역에서 λ/4 를 달성하기 위해서 광학 이방성을 갖는 2 장의 폴리머 필름을 적층하는 기술이 제안되어 있다 (예를 들면, 일본 공개특허공보 평10-68816호 및 일본 공개특허공보 평10-90521호 참조). 또한, 위상차가 λ/4 인 폴리머 필름과 위상차가 λ/2 인 폴리머 필름을 지상축이 교차한 상태로 접합하여 이루어지는 위상차판이 제안되어 있다 (예를 들면, 일본 공개특허공보 평10-68816호 참조). 그리고, 리타데이션값이 160 ~ 320nm 인 위상차판을 적어도 2 장, 그 지상축이 서로 평행하지도 직교하지도 않는 각도가 되도록 적층하여 이루어지는 위상차판이 제안되어 있다 (예를 들면, 일본 공개특허공보 평10-90521호 참조). 이들 위상차판은, 2 장의 폴리머 필름을 사용하여 넓은 파장영역에서 λ/4 를 달성하고 있다. 한편, 액정성 분자에 의해 형성된 복수의 광학 이방성층을 적층하는 것에 의해, 박막화시킨 넓은 띠 영역(廣帶域) λ/4 판에 대해서도 개시되어 있다 (예를 들면, 일본 공개특허공보 2001-4837호 및 일본 공개특허공보 2000-321576호 참조).
그러나, 이들 위상차판의 예에서는, 정면 방향의 리타데이션을 적절한 크기로 함으로써 λ/4 판으로서의 기능을 가지고 있지만, 경사 방향에서는 액정셀, 광학 이방성층과 함께 리타데이션이 시야각 의존성을 가지고 있기 때문에 어긋남이 생겨, 결과적으로 콘트라스트의 저하가 발생한다. 즉 지금까지의 λ/4 판을 형성하는 광학 이방성층에는 액정셀을 시야각 보상하는 기능은 구비되어 있지 않아, 보다 넓은 시야각 범위를 갖는 λ/4 판 기술이 요망되고 있다. 본 발명에서는 이 시야각 보상 기능을 λ/4 판에 부여하기 위해서는, 액정성 분자를 고(高)틸트각으로 배향 고정한 광학 이방성층을 사용하는 것이 유효한 것을 발견하였다.
그런데, 반사형 액정 표시 장치에서는, 실내광 또는 실외광과 같은 외광을 이용하고 있지만, 이들 광은 수직으로 입사될 뿐만 아니라 비스듬하게 입사된다. 상기 복수의 광학 이방성층으로 형성된 λ/4 판을 반사형 액정 표시 장치에 장착한 경우, 충분한 암(暗) 표시를 얻기 위해서, 통상 수직 입사시에 4 분의 1 파장 정도를 갖도록 설계되기 때문에, 경사 입사의 광에 대해서는 4 분의 1 파장으로부터 어긋남이 생기는 경우가 종종 있다. 따라서 시야각에 의해 콘트라스트가 저하된다는 과제가 남아 있다. 시야각 의존성을 개량하기 위해, 네마틱 하이브리드 배향을 고정화한 액정성 필름을 포함하는 보상 소자를 2 장 구비한 액정 표시 소자가 개시되어 있지만 (예를 들면 일본 공개특허공보 2000-321576호), 아직 불충분하다
따라서, 본 발명의 목적은, 액정 표시 장치에 사용하였을 때에, 표시 품위 및 시야각 특성의 개선에 기여하는 광학 이방성층, 위상차판 및 타원 편광판, 그리고 표시 품위 및 시야각 특성이 뛰어난 액정 표시 장치, 특히 반사형 및 반투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 액정 표시 장치에 사용한 경우에, 컬러 및 콘트라스트의 개선에 기여하는 시야각 의존성이 적은 위상차판 및 타원 편광판을 제공하는 것을 과제로 한다.
하나의 관점에 있어서, 본 발명은, 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로 경사진 네마틱 배향된 액정성 분자로 형성된 광학 이방성층으로, 파장 550nm 에서의 위상차가 80 ~ 200nm 인 광학 이방성층에 관한 것이다.
상기 광학 이방성층은, 디스코틱 액정성 분자가 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로 네마틱 하이브리드 배향되어 이루어지는 광학 이방성층; 디스코틱 액정성 분자가 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로, 그리고 층 내의 한 쪽 계면측의 틸트각과 다른 쪽 계면측의 틸트각이 실질적으로 동등한 균일 경사 네마틱 배향되어 이루어지는 광학 이방성층; 봉상(棒狀) 액정성 분자가 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로 네마틱 하이브리드 배향되어 이루어지는 광학 이방성층; 또는 봉상 액정성 분자가, 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로, 그리고 층 내에서 한 쪽 계면측의 틸트각과 다른 쪽 계면측의 틸트각이 실질적으로 동등한 균일 경사 네마틱 배향되어 이루어지는 광학 이방성층이어도 된다.
또 본 발명은, 2 층 이상으로 이루어지고, 적어도 1 층이 상기 층인 광학 이방성층이어도 된다.
또 다른 관점에 있어서, 본 발명은, 상기 광학 이방성층인 제 1 광학 이방성층과, 제 2 광학 이방성층을 갖는 위상차판으로, 상기 제 2 광학 이방성층이, 파장 550nm 에서의 위상차가 200 ~ 350nm 이고, 또한 Nz 팩터 (하기 식) 가 0.5 ~ 2.0 인 위상차판,
Nz 팩터 = (nx－nz)/(nx－ny)
[식 중, nx 및 ny 는 면 내의 주 굴절률이고, nz 는 두께 방향의 주 굴절률이다.]; 파장 589.3nm 에서의 두께 방향의 리타데이션 (Rth: 하기 식) 이 0 ~ 300nm 인 제 3 광학 이방성층을 추가로 갖는 상기 위상차판
Rth = ((nx＋ny)/2－nz)×d
[식 중, nx 및 ny 는 면 내의 주 굴절률이고, nz 는 두께 방향의 주 굴절률이고, d 는 두께(nm) 이다.] 을 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은, 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π인 제 1 광학 이방성층과 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π/2 인 제 2 광학 이방성층을 갖고, 파장 450nm, 550nm 및 650nm 에서 측정한 리타데이션값/파장의 값이 모두 0.2 ~ 0.3 의 범위 내인 위상차판으로, 제 1 및 제 2 광학 이방성층 각각의 파장 분산이 실질적으로 동일하고, 제 1 및 제 2 광학 이방성층에 있어서 파장 450nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (450)) 을 파장 650nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (650)) 으로 나눈 값 (Re (450)/Re (650)) 이 1.00 이상 1.17 이하이며, 또한 제 1 광학 이방성층 및 제 2 광학 이방성층 중 적어도 한 쪽이, 네마틱 하이브리드 배향된 액정성 화합물을 고정화하여 형성되는 층인 위상차판을 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명에 의해, 편광자와, 본 발명의 위상차판을 갖는 타원 편광판; 및 상기 타원 편광판을 갖는 TN 형 또는 ECB 형 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 액정 표시 장치에 사용했을 때에, 표시 품위 및 시야각 특성의 개선에 기여하는 광학 이방성층, 위상차판 및 타원 편광판, 그리고 표시 품위 및 시야각 특성이 뛰어난 액정 표시 장치, 특히, 반사형 및 반투과형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 액정 표시 장치 등에 사용했을 때에, 컬러 및 콘트라스트가 개선되는 시야각 의존성이 적은 위상차판 및 타원 편광판을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 양태인 타원 편광판의 대표적인 양태를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 타원 편광판의 광학 이방성층의 지상축의 방향과 편광막의 편광 투과축의 방향을 나타내는 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 양태의 실시예에서 제작한 액정 표시 장치의 층 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 상측 광학 이방성층 (E, D) 지상축의 방향과 상측 편광막 (P2) 의 편광 투과축의 방향을 나타내는 평면도이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 양태인 위상차판의 대표적인 양태를 나타내는 단면도이다.
도 6 은 도 5 의 위상차판의 광학 이방성층의 지상축의 방향을 나타내는 평면도이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 양태인 타원 편광판의 대표적인 양태를 나타내는 단면도이다.
도 8 은 도 7 의 타원 편광판의 광학 이방성층의 지상축의 방향과 편광막의 편광 투과축 또는 편광 흡수축의 방향을 나타내는 평면도이다.
도 2 는 도 1 의 타원 편광판의 광학 이방성층의 지상축의 방향과 편광막의 편광 투과축의 방향을 나타내는 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 양태의 실시예에서 제작한 액정 표시 장치의 층 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 상측 광학 이방성층 (E, D) 지상축의 방향과 상측 편광막 (P2) 의 편광 투과축의 방향을 나타내는 평면도이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 양태인 위상차판의 대표적인 양태를 나타내는 단면도이다.
도 6 은 도 5 의 위상차판의 광학 이방성층의 지상축의 방향을 나타내는 평면도이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 양태인 타원 편광판의 대표적인 양태를 나타내는 단면도이다.
도 8 은 도 7 의 타원 편광판의 광학 이방성층의 지상축의 방향과 편광막의 편광 투과축 또는 편광 흡수축의 방향을 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
1. 본 발명의 제 1 양태
본 발명의 제 1 양태는, 본 발명의 광학 이방성층, 및 이것을 사용한 위상차판, 타원 편광판 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
[광학 이방성층]
본 발명의 광학 이방성층은, 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로 경사진 네마틱 액정으로 이루어지고, 또한 파장 550nm 에서의 위상차가 80 ~ 200nm 인 것을 특징으로 한다. 또, 본 발명의 광학 이방성층은, 액정성 화합물의 분자를 네마틱 배향시키는 것에 의해 제작하지만, 액정성 분자는 층 내에서 중합 등에 의해 고정화되어 이미 액정성을 상실하고 있어도 된다. 이하, 본 발명의 광학 이방성층을 「제 1 광학 이방성층」이라고 하는 경우가 있다.
본 발명에 있어서 「틸트각」이란, 경사진 네마틱 액정이 층 평면과 이루는 각도를 의미하고, 액정성 분자의 굴절률 타원체에 있어서 최대 굴절률의 방향이 층 평면과 이루는 각도 중 최대 각도를 의미한다. 따라서, 정(正)의 광학적 이방성을 갖는 봉상 액정성 분자에서는, 틸트각은 봉상 액정성 분자의 장축 방향 즉 다이렉터 방향과 층 평면이 이루는 각도를 의미하고, 부(負)의 광학적 이방성을 가지며 원반형의 분자형상인 디스코틱 액정성 분자에서는, 틸트각은 분자의 원반면의 층 평면으로부터의 기울기를 의미한다. 또한, 본 발명에 있어서 「평균 틸트각」이란, 광학 이방성층의 상(上) 계면에서의 상기 틸트각 및 하(下) 계면에서의 상기 틸트각의 평균값을 의미한다. 따라서, 균일 경사 배향에서는 층 내의 평균 틸트각이 상 계면의 틸트각 및 하 계면의 틸트각과 일치하고 있고, 하이브리드 배향에서는 상 계면의 틸트각과 하 계면의 틸트각의 중간값이 된다. 제 1 광학 이방성층에 있어서, 액정성 분자의 평균 틸트각은, 절대값으로 35°~ 85°이고, 바람직하게는 37°~ 70°, 더욱 바람직하게는 40°~ 60°이다. 평균 틸트각이 5°~ 85°의 범위로부터 벗어난 경우, 액정 표시 장치에 사용했을 때에 표시의 콘트라스트의 저하 등을 초래한다. 또한 평균 틸트각은, 크리스탈 로테이션법을 응용하여 구할 수 있다.
제 1 광학 이방성층은, 균일 경사 네마틱 배향 (이하, 간단히 「균일 경사 배향」이라고 하는 경우가 있다) 을 고정화한 것이어도 된다. 본 발명에 있어서, 「균일 경사 네마틱 배향」이란, 액정성 분자가 층 평면에 대하여 경사져 네마틱 배향되어 있는 동시에, 층의 한 쪽 계면에서의 틸트각과, 다른 쪽 계면에서의 틸트각이 실질적으로 동등한 배향 형태를 말한다. 실질적으로 동등하다는 것은, 상면 계면 근방과 하면 계면 근방에서 틸트각의 차가 5°미만인 것을 의미하고, 바람직하게는 3°미만, 더욱 바람직하게는 1°미만이다.
제 1 광학 이방성층이 균일 경사 네마틱 배향을 고정화하여 이루어지는 경우, 제 1 광학 이방성층은, 액정 표시 소자가 사용되는 조건하에 있어서, 그 배향을 유지하고, 그 광학적 특성을 상실하지 않는 것이 바람직하다. 균일 경사 네마틱 배향을 고정화하여 이루어지는 광학 이방성층에 있어서, 액정성 분자의 다이렉터는 층의 막두께 방향의 모든 장소에 있어서 거의 동등한 각도를 향하고 있다. 따라서 해당 광학 이방성층은, 구조체로서 본 경우 비스듬한 방향으로 1 축의 광축을 가지고 있다.
균일 경사 네마틱 배향을 고정하여 이루어지는 광학 이방성층은, 액정성 분자를 균일 경사 네마틱 배향시키고, 그 배향 상태로 고정함으로써 제작할 수 있다. 상기 조건을 만족하는 한, 어떠한 재료로 이루어져 있어도 상관없고, 고정의 양태에 대해서도 한정되지 않는다. 예를 들면 저분자 액정을 액정 상태에 있어서 균일 경사 네마틱 배향시킨 후, 광가교나 열가교에 의해 고정화하여 제작할 수 있다. 또한, 고분자 액정을 액정 상태에 있어서 균일 경사 네마틱 배향시킨 후, 냉각시킴으로써 고정화하여 제작할 수 있다.
제 1 광학 이방성층은, 네마틱 하이브리드 배향 (이하, 간단히 「하이브리드 배향」이라고 하는 경우가 있다) 을 고정하여 이루어지는 층이어도 된다. 본 발명에 있어서 「네마틱 하이브리드 배향」이란, 액정성 분자가 네마틱 배향되어 있음과 동시에, 액정성 분자의 틸트각이 층 상면과 하면에서 상이한 배향 형태를 말한다. 따라서, 제 1 광학 이방성층에서는, 액정성 분자의 틸트각이 상면 계면 근방과 하면 계면 근방에서 상이하고, 구체적으로는, 상면 계면 근방과 하면 계면 근방에서 틸트각의 차가 5°이상이다. 상기 틸트각은, 상면 계면에서 하면 계면 방향으로 연속적으로 변화하고 있는 것이 바람직하다.
제 1 광학 이방성층이 네마틱 하이브리드 배향을 고정하여 이루어지는 경우, 제 1 광학 이방성층은, 액정 표시 소자가 사용되는 조건하에 있어서, 그 배향을 유지하고, 그 광학적 특성을 상실하지 않은 것이 바람직하다. 제 1 광학 이방성층에 있어서는, 액정성 분자의 다이렉터가 층의 두께 방향의 모든 장소에 있어서 상이한 각도를 향하고 있다. 따라서, 제 1 광학 이방성층은, 구조체로서 본 경우 광축이 존재하지 않는다.
하이브리드 배향된 액정성 분자로 이루어지는 광학 이방성층은, 액정성 분자를 상기 평균 틸트각의 범위가 되도록 하이브리드 배향시키고, 그 배향 상태로 고정함으로써 제작할 수 있다. 상기 조건을 만족하는 한, 어떠한 재료로 이루어져도 상관없고, 고정의 양태에 대해서도 한정되지 않는다. 예를 들면 저분자 액정을 액정 상태에 있어서 하이브리드 배향시킨 후, 광가교나 열가교에 의해 고정화함으로써 제작할 수 있다. 또한, 고분자 액정을 액정 상태에 있어서 하이브리드 배향시킨 후, 냉각시켜 고정화함으로써 제작할 수 있다.
본 발명의 광학 이방성층의 일 양태는 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로, 그리고 층 내의 한 쪽 계면측의 틸트각과 다른 쪽 계면측의 틸트각이 실질적으로 동등한 균일 경사 네마틱 배향된 봉상 액정성 분자로 이루어지며, 또한 파장 550nm 에서의 위상차가 80 ~ 200nm 인 광학 이방성층이다.
본 발명의 광학 이방성층의 다른 양태는, 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로, 그리고 층 내의 한 쪽 계면측의 틸트각과 다른 쪽 계면측의 틸트각이 실질적으로 동등한 균일 경사 네마틱 배향된 디스코틱 액정성 분자로 이루어지며, 파장 550nm 에서의 위상차가 80 ~ 200nm 인 광학 이방성층이다.
본 발명의 광학 이방성층의 다른 양태는, 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로 네마틱 하이브리드 배향된 봉상 액정성 분자로 이루어지고, 또한 파장 550nm 에서의 위상차가 80 ~ 200nm 인 광학 이방성층이다.
본 발명의 광학 이방성층의 다른 양태는, 층 평면에 대하여 평균 틸트각 35 ~ 85°로 네마틱 하이브리드 배향된 디스코틱 액정성 분자로 이루어지고, 또한 파장 550nm 에서의 위상차가 80 ~ 200nm 인 광학 이방성층이다.
본 발명의 광학 이방성층은, 단독으로, 본 발명의 광학 이방성층을 2 층 이상 적층함으로써, 또는 다른 광학 이방성층과 조합시키는 것에 의해 여러가지 광학 특성을 나타내며, 액정 표시 장치에 사용한 경우, 시야각 특성의 개선 및 콘트라스트의 향상 등에 기여할 수 있다.
[위상차판의 광학적 성질]
본 발명의 위상차판의 일 양태는, 본 발명의 제 1 광학 이방성층과, 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π/2 인 제 2 광학 이방성층을 갖는다. 제 1 광학 이방성층은, 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π이고, 구체적으로는, 위상차가 80 ~ 200nm 이고, 바람직하게는 100 ~ 180nm 이고, 보다 바람직하게는 120 ~ 160nm 이다. 상기 제 2 광학 이방성층의 파장 550nm 에서의 리타데이션값은, 1/2 파장이고, 구체적으로는, 파장 550nm 에서의 리타데이션값이 200 ~ 350nm 이고, 바람직하게는 220 ~ 330nm, 보다 바람직하게는 240 ~ 300nm 이다. 또한, 제 2 광학 이방성층의 하기 식에서부터 구해지는 Nz 팩터가 0.5 ~ 2.0 의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.5 ~ 1.5 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.
Nz 팩터 = (nx－nz)/(nx－ny)
식 중, nx 및 ny 는 면내의 주 굴절률이고, nz 는 두께 방향의 주 굴절률이다.
이 적층체로 이루어지는 위상차판은, 파장 450nm, 550nm 및 650nm 에서 측정한 리타데이션값/파장의 값이, 모두 0.2 ~ 0.3 의 범위 내인 것이 바람직하다.
본 발명의 위상차판의 다른 양태는, 상기 제 1 및 제 2 광학 이방성층, 또 파장 589.3nm 에서의 두께 방향의 리타데이션 (Rth) 이 0 ~ 300nm 인 제 3 광학 이방성층을 갖는다. Rth 는, 하기 수학식 (2) 로 정의된다. 상기 제 3 광학 이방성층의 Rth 는, 10 ~ 300nm 인 것이 바람직하고, 50 ~ 200nm 인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제 3 광학 이방성층은 부의 광학 이방성인 것이 바람직하고, 즉, 하기 수학식 (1) 을 만족하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 3 광학 이방성층의 nx 와 ny 는 실질적으로 동등한 것이 바람직하다.
수학식 (1): nx≥ny> nz
수학식 (2): Rth = {(nx＋ny)/2－nz}×d
식 중, nx 및 ny 는 광학 이방성층의 면 내의 주 굴절률이고, nz 는 두께 방향의 주 굴절률이고, d 는 광학 이방성층의 두께 (nm) 이다.
이하, 본 발명의 광학 이방성층 (제 1 광학 이방성층), 및 본 발명의 광학 이방성층과 바람직하게 조합되는 상기 제 2 및 제 3 광학 이방성층에 대해서 각각 상세하게 설명한다.
[제 1 광학 이방성층]
본 발명에 있어서, 제 1 광학 이방성층은, 액정성 화합물을 함유하는 조성물로 형성할 수 있다. 상기 액정성 화합물로는, 봉상 액정성 화합물 또는 디스코틱 액정성 화합물이 바람직하다.
(봉상 액정성 화합물)
본 발명에 사용 가능한 봉상 액정성 화합물의 예에는, 아조메틴류, 아족시류, 시아노비페닐류, 시아노페닐에스테르류, 벤조산에스테르류, 시클로헥산카르복실산페닐에스테르류, 시아노페닐시클로헥산류, 시아노치환 페닐피리미딘류, 알콕시치환 페닐피리미딘류, 페닐디옥산류, 톨란류 및 알케닐시클로헥실벤조니트릴류가 포함된다. 이상과 같은 저분자 액정성 화합물뿐만 아니라, 고분자 액정성 화합물도 사용할 수 있다.
제 1 광학 이방성층에 있어서, 봉상 액정성 분자는 배향 상태로 고정되어 있는 것이 바람직하고, 중합 반응에 의해 고정되어 있는 것이 가장 바람직하다. 본 발명에 사용 가능한 중합성 봉상 액정성 화합물의 예에는, Makromol. Chem., 190 권, 2255 페이지 (1989년), Advanced Materials 5 권, 107 페이지 (1993년), 미국 특허 4683327호, 동 5622648호, 동 5770107호, 국제 공개 (WO) 95/22586호, 동 95/24455호, 동 97/00600호, 동 98/23580호, 동 98/52905호, 일본 공개특허공보 평1-272551호, 동 6-16616호, 동 7-110469호, 동 11-80081호 및 일본 공개특허공보 2001-328973호 등에 기재된 화합물이 포함된다.
(디스코틱 액정성 화합물)
본 발명에 사용 가능한 디스코틱 액정성 화합물의 예에는, 여러가지 문헌 (C.Destrade et al., Mol. Crysr. Liq. Cryst., vol. 71, page 111 (1981) ; 일본화학회 편, 계간 화학총설, No.22, 액정의 화학, 제 5 장, 제 10 장 제 2 절 (1994) ; B.Kohne et al., Angew. Chem. Soc. Chem. Comm., page 1794 (1985); J.Zhang et al., J. Am. Chem. Soc., vol. 116, page 2655 (1994)) 에 기재된 화합물이 포함된다.
제 1 광학 이방성층에 있어서, 디스코틱 액정성 분자는 배향 상태로 고정되어 있는 것이 바람직하고, 중합 반응에 의해 고정되어 있는 것이 가장 바람직하다. 디스코틱 액정성 분자의 중합에 대해서는, 일본 공개특허공보 평8-27284호에 기재되어 있다. 디스코틱 액정성 분자를 중합에 의해 고정하기 위해서는, 디스코틱 액정성 분자의 원반형상 코어에 치환기로서 중합성기를 결합시킬 필요가 있다. 단, 원반형상 코어에 중합성기를 직결시키면, 중합 반응에 있어서 배향 상태를 유지하기가 곤란하게 된다. 그래서, 원반형상 코어와 중합성기의 사이에 연결기를 도입한다. 중합성기를 갖는 디스코틱 액정성 분자에 대해서, 일본 공개특허공보 2001-4387호에 개시되어 있다.
(액정성 분자의 틸트각)
제 1 광학 이방성층이 균일 경사 네마틱 배향된 액정성 분자로 이루어지는 양태에서는, 액정성 분자의 상 계면과 하 계면에서의 틸트각이 실질적으로 동등하기 때문에, 층 평면에 대하여 상하 대칭이다. 또한, 제 1 광학 이방성층이 하이브리드 배향된 액정성 분자로 이루어지는 양태에서는, 액정성 분자의 상 계면과 하 계면에서의 틸트각이 다르기 때문에, 층 평면에 대하여 상하 비대칭이다. 본 발명에서는, 평균 틸트각을 상기 범위로 함으로써, 액정 표시 장치에 사용했을 때의 시야각 개선에 기여하는 광학 이방성층으로 하고 있다. 액정셀의 광학 파라미터나 요구되는 광학 성능 등을 고려하여, 균일 경사 배향을 갖는 광학 이방성층을 사용하거나, 하이브리드 배향을 갖는 광학 이방성층을 사용하거나, 또는 이들의 평균 틸트각, 상하의 계면의 틸트각, 면 내의 배향 방향, 각 층의 면 내 리타데이션 및 Rth 등을 최적화할 수 있다.
제 1 광학 이방성층의, 하측 계면 즉 지지체측의 틸트각 및 상측 계면 즉 공기 계면측의 틸트각은, 배향막이나 액정층에 첨가하는 공기 계면 배향제의 선택에 의해 제어할 수 있다. 하측 계면측의 틸트각과 공기 계면측의 틸트각을 동일하게 함으로써 층 내를 균일하게 경사 배향시킬 수 있어, 하측 계면측의 틸트각보다도 공기 계면측의 틸트각을 크게 하는 것에 의해 층 내를 하이브리드 배향시킬 수 있다.
제 1 광학 이방성층은, 액정성 화합물, 및 원한다면 하기의 중합성 개시제나 다른 첨가제를 포함하는 도포액을 배향막의 위에 도포함으로써 형성할 수 있다. 도포액의 조제에 사용하는 용매로는, 유기 용매가 바람직하게 사용된다. 유기 용매의 예에는, 아미드 (예, N,N-디메틸포름아미드), 술폭사이드 (예, 디메틸술폭사이드), 헤테로환 화합물 (예, 피리딘), 탄화수소 (예, 벤젠, 헥산), 알킬할라이드 (예, 클로로포름, 디클로로메탄), 에스테르 (예, 아세트산메틸, 아세트산부틸), 케톤 (예, 아세톤, 메틸에틸케톤) 및 에테르 (예, 테트라히드로푸란, 1,2-디메톡시에탄) 가 포함된다. 알킬할라이드 및 케톤이 바람직하다. 2 종류 이상의 유기 용매를 병용해도 된다. 도포액의 도포는, 공지의 방법 (예, 압출 코팅법, 다이렉트 그라비아 코팅법, 리버스 그라비아 코팅법, 다이 코팅법) 에 의해 실시할 수 있다.
배향시킨 액정성 분자는, 배향 상태를 유지하여 고정하는 것이 바람직하다. 고정화는, 액정성 분자에 도입한 중합성기의 중합 반응에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 중합 반응에는, 열중합 개시제를 사용하는 열중합 반응과 광중합 개시제를 사용하는 광중합 반응이 있다. 광중합 반응이 바람직하다. 광중합 개시제의 예에는, α-카르보닐 화합물 (미국 특허 2367661호, 동 2367670호의 각 명세서 기재), 아실로인에테르 (미국 특허 2448828호 명세서 기재), α-탄화수소치환 방향족 아실로인 화합물 (미국 특허 2722512호 명세서 기재), 다핵 퀴논 화합물 (미국 특허 3046127호, 동 2951758호의 각 명세서 기재), 트리아릴이미다졸 이량체와 p-아미노페닐케톤의 조합 (미국 특허 3549367호 명세서 기재), 아크리딘 및 페나딘 화합물 (일본 공개특허공보 소60-105667호, 미국 특허 4239850호 명세서 기재) 및 옥사디아졸 화합물 (미국 특허 4212970호 명세서 기재) 이 포함된다.
광중합 개시제의 사용량은, 도포액의 고형분의 0.01 ~ 20질량% 인 것이 바람직하고, 0.5 ~ 5질량% 인 것이 더욱 바람직하다. 액정성 화합물의 중합을 위한 광조사는 자외선을 사용하는 것이 바람직하다. 조사 에너지는, 20mJ/cm2 ~ 50J/cm2 인 것이 바람직하고, 100 ~ 800mJ/cm2 인 것이 더욱 바람직하다. 광중합 반응을 촉진시키기 위해, 가열 조건하에서 광조사를 실시해도 된다. 광학 이방성층의 두께는, 0.1 ~ 10㎛ 인 것이 바람직하고, 0.5 ~ 5㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.
또 본 발명의 광학 이방성층을 형성함에 있어서, 원하는 첨가제를 사용함으로써 광학 이방성층 중에 광학 특성의 불균일이 발생하는 것을 경감시킬 수 있다. 이 첨가제에 의해 도포액의 표면 장력을 낮추고, 도포 안전성을 높일 수 있다. 이 때의 도포액의 표면 장력은 25 ~ 20dyn/cm 인 것이 바람직하고, 23 ~ 21dyn/cm 인 것이 보다 바람직하다. 첨가제의 사용량은, 도포액의 고형분의 0.01 ~ 1.0질량% 인 것이 바람직하고, 0.02 ~ 0.5질량% 인 것이 더욱 바람직하다. 이 첨가제의 화합물로서 특별히 제한은 없으며, 저분자 화합물이어도 되고 고분자 화합물이어도 된다. 바람직한 것으로서 불소를 함유한 계면 활성제나 규소계 화합물을 사용할 수 있다. 이 첨가제를 사용한 결과, 액정 표시 장치에 사용한 경우에 표시 특성의 불균일의 개선에 기여한다.
[제 2 광학 이방성층]
본 발명에 있어서, 상기 제 2 광학 이방성층은, 상기 광학 특성을 만족하는 한, 어떤 재료로 이루어져 있어도 된다. 이와 같은 광학 이방성층은, 액정성 화합물을 함유하는 조성물로 이루어지는 층이어도 되고, 연신한 폴리머 필름의 층이어도 된다. 상기 제 2 광학 이방성층의 광축은 층 평면과 평행한 것이 바람직하다. 이러한 광학 이방성층을 액정성 화합물로 형성하는 경우는, 층 중에 있어서, 액정성 분자가 실질적으로 수평 (호모지니어스) 배향되어 있는 것이 바람직하다. 액정 분자의 실질적인 수평 (호모지니어스) 배향이란, 액정 분자의 다이렉터 방향과 층 평면의 평균 각도가 0 ~ 40°의 범위 내이고, 상면 계면 근방과 하면 계면 근방에서 상기 다이렉터와 층 평면이 이루는 각도가 5°보다 작은 것을 의미한다.
상기한 바와 같이, 제 2 광학 이방성층은 액정성 화합물을 함유하는 조성물로 형성되어 있어도 된다. 상기 액정성 화합물로는, 봉상 액정성 화합물이 바람직하다. 제 2 광학 이방성층에 사용 가능한 봉상 액정성 화합물의 예는, 제 1 광학 이방성층에 사용 가능한 봉상 액정성 화합물과 동일하다.
제 2 광학 이방성층에 있어서의 액정성 분자의 도포 방법 및 배향 상태의 고정화 방법은 제 1 광학 이방성층에 있어서의 방법과 동일하다.
상기한 바와 같이, 상기 제 2 광학 이방성층은 폴리머 필름으로 형성해도 된다. 폴리머 필름은, 광학 이방성을 발현할 수 있는 폴리머로 형성한다. 이와 같은 폴리머의 예에는, 폴리올레핀 (예, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 노르보르넨계 폴리머), 폴리카보네이트, 폴리알릴레이트, 폴리술폰, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산에스테르, 폴리아크릴산에스테르 및 셀룰로오스에스테르 (예, 셀룰로오스트리아세테이트, 셀룰로오스디아세테이트) 가 포함된다. 또한, 이들 폴리머의 공중합체 또는 폴리머 혼합물을 사용해도 된다.
폴리머 필름의 광학 이방성은, 연신에 의해 얻는 것이 바람직하다. 연신은 1 축 연신 또는 2 축 연신이 바람직하다. 구체적으로는, 2 개 이상의 롤의 주속(周速) 차이를 이용한 세로 1 축 연신, 또는 폴리머 필름의 양 사이드를 잡고 폭 방향으로 연신하는 텐터 연신, 이들을 조합한 2 축 연신이 바람직하다. 또, 2 장 이상의 폴리머 필름을 사용하여, 2 장 이상의 필름 전체의 광학적 성질이 상기 조건을 만족해도 된다. 폴리머 필름은, 복굴절의 불균일을 적게 하기 위해 솔벤트 캐스팅법에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 폴리머 필름의 두께는, 20 ~ 500㎛ 인 것이 바람직하고, 40 ~ 100㎛ 인 것이 가장 바람직하다.
[제 3 광학 이방성층]
본 발명에 있어서, 제 3 광학 이방성층은, 상기 조건을 만족하는 한, 어떤 재료로 이루어져 있어도 된다. 예를 들면, 제 3 광학 이방성층은, 광학 이방성을 발현시킨 폴리머 필름의 층이어도 되고, 액정성 분자를 배향시키는 것에 의해 광학 이방성을 발현시킨 층이어도 된다. 또한, 단층으로 형성되어 있어도 되고, 다층으로 형성되어 있어도 된다.
제 3 광학 이방성층이 폴리머 필름인 경우, 상기 폴리머 필름의 재질에 대해서는, 트리아세틸셀룰로오스, 환상 폴리올레핀, 폴리이미드 및 변성 폴리카보네이트 등을 들 수 있지만, 이들이 부의 광학 이방성을 발현할 때의 폴리머 분자쇄의 배향 상태와 동일한 분자쇄의 배향 상태를 취할 수 있는 것이라면, 폴리머 필름의 재질은 상기 재료로 한정되지 않는다. 그 중에서도 트리아세틸셀룰로오스나 환상 폴리올레핀으로 이루어지는 폴리머 필름이 바람직하다. 또한, 폴리머 필름을 2 축 연신하는 것에 의해 원하는 Rth 를 발현시켜도 된다. 또한, 첨가제를 폴리머에 첨가하여 Rth 를 조정해도 되고, 트리아세틸셀룰로오스의 Rth 를 조정하는 방법으로는 일본 공개특허공보 2000-111914호, 일본 공개특허공보 2001-166144호의 각 공보에 기재된 방법이 알려져 있다.
상기한 바와 같이, 제 3 광학 이방성층을 액정성 화합물을 함유하는 조성물로 형성해도 된다. 상기 액정성 화합물로는, 디스코틱 액정성 화합물 또는 콜레스테릭 액정성 화합물이 바람직하고, 디스코틱 액정성 화합물이 보다 바람직하다. 디스코틱 액정성 분자를 기판에 대하여 실질적으로 수평으로 배향시키는 것에 의해, 부의 광학 이방성을 나타내는 층을 형성할 수 있다. 이러한 기술에 대해서는 일본 공개특허공보 평11-352328호에 개시되어 있다. 실질적으로 수평이란, 디스코틱 액정성 분자의 틸트각이 0 ±10°의 범위를 의미한다. 즉 디스코틱 액정 분자의 광축과 기판 법선 방향이 이루는 각도가 O ±10°의 범위인 것을 의미한다. 디스코틱 액정성 분자의 틸트각이 O°가 아닌 (구체적으로는 O ±10°의 범위) 경사 배향시켜도 되고, 틸트각이 서서히 변화하는 하이브리드 배향시켜도 된다. 또한, 키랄제를 첨가하거나, 전단 응력을 부여하는 것에 의해, 상기 배향 상태에 트위스트 변형을 가한 것이어도 된다.
제 3 광학 이방성층을 형성하는 바람직한 디스코틱 액정의 예에 대해서는 제 1 광학 이방성층에 사용 가능한 디스코틱 액정의 예와 동일하고, 그 바람직한 범위도 동일하다. 콜레스테릭 액정성 화합물의 분자는, 나선형상의 트위스트 배향에 의해 부의 광학 이방성을 나타낸다. 콜레스테릭 액정성 분자를 나선형상으로 배열시킴과 동시에 배열의 트위스트각이나 리타데이션값 등을 제어함으로써 원하는 광학 특성을 얻을 수 있다. 콜레스테릭 액정성 분자의 트위스트 배향은 공지 방법을 사용하는 것에 의해 달성 가능하다. 액정성 분자는 배향 상태로 고정되어 있는 것이 바람직하고, 중합에 의해 고정화되어 있는 것이 보다 바람직하다.
[배향막]
상기 제 1, 제 2 및 제 3 광학 이방성층을 액정성 분자로 형성하는 경우, 액정성 분자를 배향시키기 위해서는 배향막을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광학 이방성층을 동일 지지체 상에 순서대로 형성하는 경우는, 지지체/배향막/제 2 광학 이방성층/배향막/제 1 광학 이방성층/배향막/제 3 광학 이방성층, 또는, 지지체/배향막/제 3 광학 이방성층/배향막/제 1 광학 이방성층/배향막/제 2 광학 이방성층, 등과 같이 각 광학 이방성층을 배향막 위에 형성하여 그 배향을 제어하여, 원하는 광학 특성을 발현시킬 수 있다. 요구되는 광학 특성, 및 사용하는 액정성 분자의 종류에 맞춰, 배향막의 재질을 선택할 수 있다. 또한, 각 광학 이방성층 사이에 배향막을 별도로 형성하지 않아도, 광학 이방성층을 구성하는 성분 중에 배향막 기능을 갖는 분자를 첨가하는 것에 의해 그 광학 이방성층 위에 적층된 광학 이방성층을 원하는 배향 상태로 할 수도 있다.
배향막은, 유기 화합물 (바람직하게는 폴리머) 의 러빙 처리, 무기 화합물의 사방 증착, 마이크로 그룹을 갖는 층의 형성, 또는 랑뮤어-블로젯트법에 의한 유기 화합물 (예를 들면, ω-트리코산산, 디옥타데실디메틸암모늄클로라이드, 스테아르산메틸) 의 누적 (LB 막) 과 같은 수단에 의해 형성할 수 있다. 또, 전기장이나 자기장의 부여 또는 광조사에 의해 배향 기능이 생기는 배향막도 알려져 있다. 폴리머의 러빙 처리에 의해 형성되는 배향막이 특히 바람직하다. 러빙 처리는, 폴리머층의 표면을 종이나 천에 의해 일정 방향에 수회 문지르는 것에 의해 실시한다.
배향막에 사용하는 폴리머의 종류는, 액정 화합물의 배향 (특히 평균 틸트각) 에 따라서 결정한다. 발현하고자 하는 평균 틸트각에 맞춰 표면 에너지를 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 제 3 광학 이방성층을 액정성 분자로 형성하는 경우에는, 배향막의 표면 에너지를 저하시키지 않는 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 3 광학 이방성층을 디스코틱 액정성 분자를 사용하여 형성하는 경우는, 러빙 처리를 실시하지 않아도 되고, 배향막이 없어도 된다. 단, 액정성 분자와 투명 지지체의 밀착을 개선할 목적으로, 계면에서 액정성 분자와 화학 결합을 형성하는 배향막 (일본 공개특허공보 평9-152509호 기재) 을 사용해도 된다. 밀착성을 개선시킬 목적에서 배향막을 사용하는 경우는, 러빙 처리를 실시하지 않아도 된다.
제 1 또는 제 2 광학 이방성층에 있어서, 정의 광학적 이방성을 갖는 액정성 분자의 다이렉터를 투명 지지체의 장축 방향에 대하여 45°보다도 큰 각도로 배향시키는 경우에는 러빙 방향에 대하여 직교 방향으로 봉상 액정성 분자의 다이렉터가 늘어서는 배향막 (이하 직교 배향막이라고 한다) 을 사용하는 것이 바람직하다. 직교 배향막에 대해서는 일본 공개특허공보 2002-62427호 및 일본 공개특허공보 2002-268068호에 기재되어 있다.
배향막의 두께는, 0.01 ~ 5㎛ 인 것이 바람직하고, 0.05 ~ 3㎛ 인 것이 더욱 바람직하다. 또, 어떠한 배향막을 사용한 경우도, 액정성 분자를 배향 상태로 고정한 후에는 다른 지지체 위 등으로 전사가 가능하다. 배향 상태로 고정화된 액정 화합물은, 배향막이 없어도 배향 상태를 유지할 수 있다.
따라서 본 발명의 위상차판은, 각 광학 이방성층을 동일 지지체 상에서 순차적으로 형성하여 제작하는 방법 이외에, 임시 지지체 상 등에 형성한 각 광학 이방성층을, 필요하다면 접착제 등을 사용하여 접합하는 방법에 의해서도 제작할 수 있다.
어떠한 배향막에 있어서도 중합성기를 갖는 것이 바람직하다. 중합성기는, 측쇄에 중합성기를 갖는 반복 단위를 도입하거나, 또는, 환상기(環狀基)의 치환기로서 도입할 수 있다.
[광학 이방성층의 적층]
적층하는 광학 이방성층이 모두 액정 화합물로 이루어지는 경우, 3 층을 동일 지지체 상에 축차 적층해도 되고, 각각을 임시 지지체 상에 형성한 후, 이들을 접합해도 되며, 2 층을 지지체 상에 적층한 것에 임시 지지체 상에 형성한 1 층을 전사해도 된다.
적층하는 광학 이방성층이, 어느 하나가 액정 화합물로 이루어지는 층이고, 어느 하나가 폴리머 필름으로 이루어지는 층인 경우, 폴리머 필름으로 이루어지는 층을 액정 화합물로 이루어지는 층을 형성하기 위한 지지체로 사용할 수 있다. 예를 들면, 트리아세틸셀룰로오스 등의 부의 광학 이방성을 갖는 폴리머 필름은, 제 3 광학 이방성층으로 이용할 수 있고, 또한 액정성 화합물로 이루어지는 제 1 광학 이방성층의 지지체로도 이용할 수 있다. 또한, 그 위에, 액정성 화합물을 도포하여 제 2 광학 이방성층을 형성해도 되고, 폴리머 필름을 접합하여 제 2 광학 이방성층을 형성해도 된다. 또한, 연신한 폴리머 필름을 제 2 광학 이방성층으로 사용한 경우, 그 필름의 한 쪽면에, 액정성 화합물로 이루어지는 본 발명의 광학 이방성층을 형성하고, 또 그 위에, 또는 필름의 다른 쪽면에 제 3 광액정 화합물을 적층 도포하고, 임시 지지체 상에 형성한 액정층을 전사하거나, 또는 폴리머 필름을 접합하는 것에 의해 제 3 광학 이방성층을 형성해도 된다.
액정 화합물을 도포하는 지지체로 사용되는 폴리머 필름은, 상기 제 2 및 제 3 광학 이방성층 중 어느 하나의 층으로도 이용할 수 있고, 편광자의 보호 필름으로도 이용할 수 있으며, 이 두가지 기능을 겸비한 필름으로도 이용할 수 있다. 또, 후술하는 본 발명의 타원 편광판의 바람직한 형태는, 편광자, 제 2, 제 1 및 제 3 광학 이방성층이 이 순서대로 적층된 것이지만, 최종적으로 이 순서가 된다면, 적층하는 순서는 문제되지 않는다.
[지지체]
본 발명의 위상차판 및 타원 편광판은, 지지체를 갖고 있어도 되고, 그 지지체로는 투명 지지체가 바람직하다. 투명 지지체로는 유리판 또는 폴리머 필름, 바람직하게는 폴리머 필름이 사용된다. 지지체가 투명하다는 것은, 광투과율이 80% 이상인 것을 의미한다. 지지체의 두께는, 10 ~ 500㎛ 인 것이 바람직하고, 30 ~ 200㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.
지지체와 그 위에 형성되는 층 (접착층, 배향막 또는 광학 이방성층) 의 접착을 개선하기 위해, 투명 지지체에 표면 처리 (예를 들면, 글로우 방전 처리, 코로나 방전 처리, 자외선 처리, 화염 처리 등) 를 실시해도 된다. 지지체에 자외선 흡수제를 첨가해도 된다. 투명 지지체 위에, 접착층 (하도층) 을 형성해도 된다. 접착층에 대해서는, 일본 공개특허공보 평7-333433호에 기재되어 있다. 접착층의 두께는, 0.1 ~ 2㎛ 인 것이 바람직하고, 0.2 ~ 1㎛ 인 것이 바람직하다.
지지체로는, 파장 분산이 작은 폴리머 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 지지체는, 광학 이방성이 작은 것도 바람직하다. 파장 분산이 작다는 것은, 구체적으로는, Re 400/Re 700 의 비가 1.2 미만인 것이 바람직하다. 광학 이방성이 작다는 것은, 구체적으로는, 면 내 리타데이션 (Re) 이 20nm 이하인 것이 바람직하고, 10nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 폴리머의 예에는, 셀룰로오스에스테르, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트 및 환상 폴리올레핀이 포함된다. 셀룰로오스에스테르가 바람직하고, 아세틸셀룰로오스가 더욱 바람직하고, 트리아세틸셀룰로오스가 가장 바람직하다. 환상 폴리올레핀으로는, 일본 특허공보 평2-9619호 기재의 테트라시클로도데센류의 개환 중합체 또는 테트라시클로도데센류와 노르보르넨류의 개환 공중합체를 수소첨가 반응시켜 얻어진 중합체를 구성 성분으로 하는 폴리머, 상품명으로는 아톤 (JSR 사 제조) 이나, 제오넥스, 제오노아 (ZEON Corporation. 제조) 의 시리즈에서 사용할 수 있다. 폴리머 필름은, 솔벤트 캐스팅법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
[타원 편광판]
본 발명의 위상차판은, 액정 표시 장치에 있어서 사용되는 λ/4 판, 광디스크의 기입용 픽업, GH-LCD 나 PS 변환 소자에 사용되는 λ/4 판, 또는 반사 방지막으로서 이용되는 λ/4 판으로서 특히 유리하게 사용된다. 또, λ/4 판은, 일반적으로 편광막과 조합하여 사용된다. 따라서, 위상차판과 편광막을 조합한 타원 편광판으로 구성해 두면, 용이하게 반사형 및 반투과형 액정 표시 장치와 같은 용도로 하는 장치에 장착할 수 있다.
본 발명의 타원 편광판은, 본 발명의 위상차판과 직선 편광자를 갖는다. 본 발명의 타원 편광판에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광학 이방성층 및 직선 편광막의 광학적 방향은, 전체가 거의 완전한 원 편광이 되도록 적층한다. 이와 같이 광학적인 방향을 설정함으로써, 넓은 파장영역에서 λ/4 를 달성하는 넓은 띠 영역 λ/4 판을 제공할 수 있다. 예를 들면, 제 1 광학 이방성층의 지상축과 제 2 광학 이방성층의 지상축의 각도를 60°, 제 1 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축 (투과율이 면 내에서 최대가 되는 방향) 의 각도를 75°, 그리고 제 2 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축의 각도를 15°로 설정함으로써 가시영역 전체에서 원 편광, 즉 넓은 띠 영역 λ/4 를 달성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 광학 이방성층의 지상축과 상기 제 2 광학 이방성층의 지상축의 각도를 60°, 상기 제 1 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축의 각도를 15°, 그리고, 상기 제 2 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축의 각도를 75°로 설정해도 된다. 이상의 각도의 허용 범위는 ±10°이내이고, ±8°이내인 것이 바람직하고, ±6°이내인 것이 보다 바람직하고, ±5°이내인 것이 더욱 바람직하며, ±4°이내인 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 타원 편광판의 바람직한 형태는, 직선 편광막, 제 2, 제 1 및 제 3 광학 이방성층이 이 순서대로 적층된 타원 편광판이다.
본 명세서에 있어서, 광역대 λ/4 판이란, 구체적으로는, 파장 450nm, 550nm 및 650nm 에서 측정한 리타데이션값/파장의 값이 모두 0.2 ~ 0.3 의 범위 내인 것을 의미한다. 리타데이션값/파장의 값은, 0.21 ~ 0.29 의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.22 ~ 0.28 의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 0.23 ~ 0.27 의 범위 내인 것이 가장 바람직하다.
도 1 은, 타원 편광판의 대표적인 양태를 나타내는 단면 모식도이다. 도 1 에 나타내는 타원 편광판은, 양면이 보호 필름 (T1, T2) 의 사이에 끼워진 직선 편광막 (P), 제 2 광학 이방성층 (A), 제 1 광학 이방성층 (B) 및 제 3 광학 이방성층 (C) 을 이 순서대로 적층한 구성을 갖는다. 도 2 는, 광학 이방성층의 지상축의 방향과 직선 편광막의 편광 투과축 또는 편광 흡수축의 방향을 나타내는 평면도이다. 도 2 중, 제 2 광학 이방성층 (A) 의 지상축 (a) 과 제 1 광학 이방성층 (B) 의 지상축 (b) 의 동일 면 내에서의 각도 (α) 는, 50 ~ 70°가 바람직하다. 또한, 도 2 중, 제 2 광학 이방성층 (A) 의 지상축 (a) 과 직선 편광막의 편광 투과축 또는 편광 흡수축 (p1) 의 각도 (β) 는, 10 ~ 20°가 바람직하다.
본 발명의 타원 편광판은, 본 발명의 위상차판과 직선 편광막으로 구성된다. 직선 편광막에는, 요오드계 편광막, 이색성 염료를 사용하는 염료계 편광막이나 폴리엔계 편광막이 있다. 요오드계 편광막 및 염료계 편광막은, 일반적으로 폴리비닐알코올계 필름을 사용하여 제조한다. 편광막의 편광축 (투과축) 은, 필름의 연신 방향으로 수직인 방향에 상당한다. 편광막은, 일반적으로 보호막을 갖는다. 투명 지지체를 폴리머 필름으로 이루어지는 광학 이방성층으로서 기능시킬 수도 있고, 편광막의 일측의 보호막으로서 기능시킬 수도 있다. 투명 지지체와는 별도로 보호막을 사용하는 경우는, 보호막으로서 광학적 등방성이 높은 셀룰로오스에스테르 필름, 특히 트리아세틸셀룰로오스 필름이나 환상 폴리올레핀 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 타원 편광판에 있어서는, 상기 보호 필름의 Rth 가 상기 제 3 광학 이방성층의 Rth 보다도 30nm 이상 작다. 상기 보호 필름의 Rth 는 0 ~ 50nm 인 것이 바람직하고, 0 ~ 30nm 인 것이 보다 바람직하고, 0 ~ 20nm 인 것이 가장 바람직하다.
본 발명에 의한 타원 편광판의 다른 형태에 있어서는, 한 면에만 보호막을 갖는 편광막을 사용해도 된다. 즉, 편광막과 상기 제 1 광학 이방성층의 사이에는 보호막이 없고, 실질적으로 광학적 등방성의 점착재층 또는 접착제층만이 사이에 존재한다.
[액정 표시 장치]
본 발명의 액정 표시 장치는, 적어도 상기 타원 편광판을 갖고, 반사형, 반투과형 및 투과형 액정 표시 장치 등이 포함된다. 액정 표시 장치는 일반적으로, 편광판, 액정셀 및 필요에 따라 위상차판, 반사층, 광확산층, 백라이트, 프론트 라이트, 광제어 필름, 도광판, 프리즘 시트 및 컬러 필터 등의 부재로 구성되지만, 본 발명에 있어서는 상기 타원 편광판을 사용하는 것을 필수로 하는 점을 제외하고 특별히 제한은 없다. 또한, 상기 타원 편광판의 사용 위치는 특별히 제한은 없으며, 또한 한 곳에 위치하거나 복수 곳에 위치해도 된다. 액정셀로는 특별히 제한되지 않고, 전극을 구비하는 한 쌍의 투명 기판에 의해 액정층을 사이에 끼운 것과 같은 일반적인 액정셀을 사용할 수 있다. 액정셀을 구성하는 상기 투명 기판으로는, 액정층을 구성하는 액정성을 나타내는 재료를 특정한 배향 방향으로 배향시키는 것이면 특별히 제한은 없다. 구체적으로는, 기판 자체가 액정을 배향시키는 성질을 갖고 있는 투명 기판, 기판 자체는 배향능이 결여되지만, 액정을 배향시키는 성질을 갖는 배향막 등을 기판에 형성한 투명 기판 등 어느 것이나 사용할 수 있다. 또한, 액정셀의 전극은, 공지된 전극을 사용할 수 있다. 통상, 액정층이 접하는 투명 기판의 면 위에 형성할 수 있고, 배향막을 갖는 기판을 사용하는 경우는, 기판과 배향막의 사이에 형성할 수 있다. 상기 액정층을 형성하는 액정성을 나타내는 재료로는, 특별히 제한되지 않고, 각종 액정셀을 구성할 수 있는 통상의 각종 저분자 액정 물질, 고분자 액정 물질 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또한, 이들에 액정성을 손상시키지 않는 범위에서 색소나 키랄제 또는 비액정성 물질 등을 첨가할 수도 있다.
상기 액정셀은, 상기 전극 기판 및 액정층 외에, 후술하는 각종 방식의 액정셀로 하는 데 필요한 각종의 구성 요소를 구비하고 있어도 된다. 상기 액정셀 방식으로는, TN (Twisted Nematic) 방식, STN (Super Twisted Nematic) 방식, ECB (Electrically Controlled Birefringence) 방식, IPS (In-Plane Switching) 방식, VA (Vertical Alignment) 방식, MVA (Multidomain Vertical Alignment) 방식, PVA (Patterned Vertical Alignment) 방식, OCB (Optically Compensated Birefringence) 방식, HAN (Hybrid Aligned Nematic) 방식, ASM (Axially Symmetric Aligned Microcell) 방식, 하프톤 글레이 스케일 방식, 도메인 분할 방식, 또는 강유전성 액정, 반강유전성 액정을 이용한 표시 방식 등의 각종 방식을 들 수 있다. 또한, 액정셀의 구동 방식도 특별히 제한은 없고, STN-LCD 등에 사용되는 패시브 매트릭스 방식, 및 TFT (Thin Film Transistor) 전극, TFD (Thin Film Diode) 전극 등의 능동 전극을 사용하는 액티브 매트릭스 방식, 플라즈마 어드레스 방식 등 중 어떠한 구동 방식이어도 된다. 컬러 필터를 사용하지 않는 필드 시퀀셜 방식이어도 된다.
본 발명에 있어서의 타원 편광판은, 반사형 및 반투과형 액정 표시 장치에 바람직하게 사용된다. 반사형 액정 표시 장치는, 반사판, 액정셀 및 편광판을, 이 순서대로 적층한 구성을 갖는다. 위상차판은, 반사판과 편광막의 사이 (반사판과 액정셀의 사이 또는 액정셀과 편광막의 사이) 에 배치된다. 반사판은, 액정셀과 기판을 공유하고 있어도 된다. 반투과 반사형 액정 표시 장치는, 액정셀과, 상기 액정셀보다 관찰자측에 배치된 편광판과, 상기 편광판과 상기 액정셀의 사이에 배치되는 적어도 1 장의 위상차판과, 관찰자로부터 보아 상기 액정층보다도 후방에 설치된 반투과 반사층을 적어도 구비하고, 또 관찰자로부터 보아 상기 반투과 반사층보다도 후방에 적어도 1 장의 위상차판과 편광판을 갖는다. 이 타입의 액정 표시 장치에서는, 백라이트를 설치함으로써 반사 모드와 투과 모드 양쪽의 사용이 가능해진다.
상기 액정 표시 장치에 있어서, 적어도 1 장의 위상차판과 편광판은 타원 편광판으로서 기능한다. 본 발명에 있어서의 액정 표시 장치는, 본 발명의 타원 편광판을 적어도 한 곳에 사용한 것이다. 또, 본 발명에 있어서, 반드시 편광자와 본 발명의 위상차판이 일체화되어 타원 편광판으로 한 후에, 액정 표시 장치에 장착할 필요는 없고, 제 1 광학 이방성층 및 편광자를 각각 장착하여, 최종적으로 액정 표시 장치 내부에서 본 발명의 타원 편광판으로 되어 있으면, 본 발명의 액정 표시 장치의 범위에 포함된다. 본 발명의 액정 표시 장치의 바람직한 양태는, 흑색 표시시의 액정셀 중의 액정 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 축의 평균 방향과, 제 1 광학 이방성층 중에 배향된 액정성 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 방향이 실질적으로 평행하게 되는 양태이다. 여기서 본 발명에 있어서 「실질적으로 평행」이란, 상기 두개의 방향의 각도의 차가 -5 도에서 5 도 미만, 바람직하게는 -2 도에서 2 도 미만, 보다 바람직하게는 -1 도에서 1 도 이내가 되는 것을 말한다. 액정셀 중의 액정성 분자의 다이렉터는, 기판의 대향면에 형성된 배향막의 러빙 방향에 의해 원하는 방향으로 조정할 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정셀의 반대측에는, 셀을 투과한 타원 편광을 효율적으로 직선 편광으로 변경시키려는 목적에서, 넓은 띠 영역의 λ/4 판을 사용할 수 있다. 넓은 띠 영역성을 달성하기 위해 한 장의 위상차판을 사용해도 되고, 2 장 이상의 위상차판을 리타데이션의 크기나 지상축 각도를 적절하게 조합시켜도 된다. 또한, 넓은 띠 영역화를 위해서는, 파장 분산성이 작은 광학 필름이 위상차판으로서 바람직하다. 이 위상차판의 소재로서 구체적으로는, 액정성 필름을 사용해도 되고, 고분자 연신 필름을 사용해도 된다. 고분자 연신 필름으로는, 1 축성 또는 2 축성을 나타내는 고분자 물질, 예를 들면, 폴리카보네이트 (PC), 폴리메타크릴레이트 (PMMA), 폴리비닐알코올 (PVA), 노르보르넨계 폴리머 등의 연신 필름을 사용할 수 있다. 예를 들면 파장 분산이 작다는 점에서, 1 축 연신한 아톤 (JSR 사 제조) 필름이 바람직하다.
본 발명의 위상차판 및 타원 편광판은 상기 용도에 한정되지 않고, 그 밖의 여러가지 용도에 제공할 수 있다. 예를 들면, 호스트-게스트형 액정 표시 장치, 터치 패널, 일렉트로 루미네선스 (EL) 소자 등의 반사 방지막, 반사형 편광판 등에 사용할 수 있다.
2. 본 발명의 제 2 양태
본 발명의 제 2 양태는, 이하의 위상차판 및 이것을 사용한 타원 편광판 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
[위상차판의 광학적 성질]
본 발명은, 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π인 제 1 광학 이방성층과, 파장 550nm 에서의 위상차가 실질적으로 π/2 인 제 2 광학 이방성층을 갖는 위상차판에 관한 것이다. 본 발명의 위상차판은, 파장 450nm, 550nm 및 650nm 에서 측정한 리타데이션값/파장의 값이 모두 0.2 ~ 0.3 의 범위 내이다. 제 1 및 제 2 광학 이방성층의 각각의 파장 분산이 실질적으로 동일하고, 제 1 및 제 2 광학 이방성층에 있어서 파장 450nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (450)) 을 파장 650nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (650)) 으로 나눈 값 (Re (450)/Re (650)) 이 1.00 이상 1.17이하이다.
본 발명에 있어서, 제 1 광학 이방성층의 파장 550nm 에서의 리타데이션값은, 1/2 파장이다. 구체적으로는, 파장 550nm 에서의 리타데이션값을 200 ~ 300nm 으로 조정한다. 상기 리타데이션값은, 220 ~ 280nm 인 것이 바람직하다.
한편, 제 2 광학 이방성층의 파장 550nm 에서의 리타데이션값은, 1/4 파장이다. 구체적으로는, 파장 550nm 에서의 리타데이션값을 100 ~ 150nm 으로 조정한다. 상기 리타데이션값은, 110 ~ 140nm 인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 제 1 광학 이방성층과 제 2 광학 이방성층의 파장 분산은 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 제 1 및 제 2 광학 이방성층의 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 를 비교한 경우, 제 1 및 제 2 광학 이방성층에서의 차이가 7% 이하인 것이 바람직하고, 5% 이내에서 일치하고 있는 것이 더욱 바람직하다. 이 조건을 달성하기 위해, 양자를 동일한 소재, 예를 들면 동일한 액정 화합물로 형성하는 것이 바람직하다.
또 본 발명에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 이방성층 각각에 대하여, 450nm 및 650nm 의 각 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 는, 1.17 이하이다. 1.13 이하인 것이 바람직하고, 1.10 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 제 1 광학 이방성층 및 제 2 광학 이방성층 중 적어도 한 쪽이, 네마틱 하이브리드 배향 (바람직하게는 평균 틸트각 5°~ 35°로 네마틱 하이브리드 배향) 된 액정성 화합물을 고정화하여 형성되는 층이다 (이하, 「액정성 필름」이라고 하는 경우가 있다).
본 발명에서 말하는 네마틱 하이브리드 배향이란, 액정성 화합물이 네마틱 배향되어 있고, 이 때의 액정성 화합물의 다이렉터와 층 평면이 이루는 각이 층 상면과 하면에서 다른 배향 형태를 말한다. 따라서, 상면 계면 근방과 하면 계면 근방에서 상기 다이렉터와 층 평면이 이루는 각도가 다른 배향 형태로서, 구체적으로는, 상면 계면 근방과 하면 계면 근방에서 상기 다이렉터와 층 평면이 이루는 각도가 5°이상 다르고, 그 층의 상면과 하면의 사이에서 상기 각도가 연속적으로 변화한 것을 들 수 있다.
또, 네마틱 하이브리드 배향된 액정성 화합물을 고정화하여 형성되는 필름이란, 상기 네마틱 하이브리드 배향을 나타낸 액정성 화합물이, 실제로 사용되는 조건하 (예를 들면, 액정 표시 소자에 장착되어 사용되는 조건하) 에 있어서 해당 배향을 유지하고, 위상차판으로서의 성능이 상실되지 않은 상태의 필름이다. 이러한 네마틱 하이브리드 배향을 고정화하여 형성된 액정성 필름에 있어서는, 액정성 화합물의 다이렉터가 필름의 막두께 방향의 모든 장소에서 상이한 각도를 향하고 있다. 따라서 해당 필름은, 필름이라는 구조체로서 본 경우 광축이 존재하지 않는다.
또한, 본 명세서에 있어서 「평균 틸트각」이란, 액정성 필름의 막두께 방향에 있어서의 액정성 화합물의 다이렉터와 필름 평면이 이루는 각도의 평균값을 의미하는 것이다. 상기 네마틱 하이브리드 배향을 고정화한 액정성 필름에서는, 필름의 한 쪽 계면 부근에서는 다이렉터와 필름 평면이 이루는 각도가, 절대값으로서 통상 10°~ 70°, 바람직하게는 15°~ 60°의 각도를 이루고, 해당면과 반대면에서는, 절대값으로서 통상 0°~ 50°, 바람직하게는 0°~ 30°의 각도를 이루는 것으로 할 수 있다. 그 평균 틸트각은, 절대값으로서 5°~ 35°의 범위이고, 바람직하게는 7°~ 33°, 더욱 바람직하게는 10°~ 30°로 할 수 있다. 평균 틸트각이 5°~ 35°의 범위로부터 벗어난 경우, 콘트라스트의 저하 등을 초래한다. 또, 평균 틸트각은, 크리스탈 로테이션법을 응용하여 구할 수 있다.
상기 네마틱 하이브리드 배향을 고정화한 액정성 필름은, 상기한 바와 같은 네마틱 하이브리드 배향 상태가 고정화되고, 또 특정한 평균 틸트각을 갖는 것이면, 어떠한 액정성 화합물로 형성된 것이어도 상관없다. 예를 들면 저분자 액정성 화합물을 액정 상태에 있어서 네마틱 하이브리드 배향시킨 후, 광가교나 열가교에 의해 고정화하여 얻어지는 액정성 필름이나, 고분자 액정성 화합물을 액정 상태에 있어서 네마틱 하이브리드 배향시킨 후, 냉각함으로써 해당 배향을 고정화하여 얻어지는 액정성 필름을 사용할 수 있다. 또 본 발명에서 말하는 액정성 필름이란, 필름 자체가 액정성을 나타내는지 아닌지를 묻는 것이 아니라, 저분자 액정성 화합물 또는 고분자 액정성 화합물 등의 액정성 화합물을 필름화함으로써 얻어지는 것을 포함한다.
본 발명의 타원 편광판은, 본 발명의 위상차판에 편광막을 적층한 구성이다. 본 발명의 타원 편광판에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광학 이방성층 및 편광막의 광학적 방향은 전체가 거의 완전한 원 편광이 되도록 적층한다. 이와 같이 광학적인 방향을 설정함으로써, 넓은 파장영역에서 λ/4 를 달성할 수 있다. 예를 들면, 제 2 광학 이방성층의 지상축과 제 2 광학 이방성층의 지상축의 각도를 60°, 제 1 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축 (투과율이 면 내에서 최대가 되는 방향) 의 각도를 15°, 그리고 제 2 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축의 각도를 75°로 설정함으로써, 가시영역 전체에서 원 편광, 즉 넓은 띠 영역 λ/4 를 달성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 광학 이방성층의 지상축과 상기 제 2 광학 이방성층의 지상축의 각도를 60°, 상기 제 1 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축의 각도를 75°, 그리고 상기 제 2 광학 이방성층의 지상축과 편광막의 편광축의 각도를 15°로 설정해도 된다. 이상의 각도의 허용 범위는, ±10°이내이고, ±8°이내인 것이 바람직하고, ±6°이내인 것이 보다 바람직하고, ±5°이내인 것이 더욱 바람직하며, ±4°이내인 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 위상차판 및 타원 편광판에서는, 관찰자측으로부터 상기 제 1 및 제 2 광학 이방성층의 순서인 것이 바람직하다. 타원 편광판은 추가로 편광막을 갖지만, 편광막, 제 1 및 제 2 광학 이방성층의 순서대로 적층된 구성이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 광역대 λ/4 란, 구체적으로는, 파장 450nm, 550nm 및 650nm 에서 측정한 리타데이션값/파장의 값이 모두 0.2 ~ 0.3 의 범위 내인 것을 의미한다. 리타데이션값/파장의 값은, 0.21 ~ 0.29 의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.22 ~ 0.28 의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 0.23 ~ 0.27 의 범위 내인 것이 가장 바람직하다.
[위상차판 및 타원 편광판의 구성]
도 1 은, 위상차판의 대표적인 양태를 나타내는 단면도이다. 도 1 에 나타내는 위상차판은, 제 1 광학 이방성층 (A) 및 제 2 광학 이방성층 (B) 을 적층한 구성을 갖는다. 도 1 에 나타내는 위상차판에서는, 제 2 광학 이방성층 (B) 이, 소정의 평균 틸트각으로 하이브리드 배향된 액정성 화합물 (Lc1) 을 고정화하여 형성된 층으로 이루어진다. 도 2 는, 광학 이방성층의 지상축의 방향을 나타내는 평면도이다. 제 1 광학 이방성층 (A) 의 지상축 (a) 과 제 2 광학 이방성층 (B) 의 지상축 (b) 의 동일면 내에서의 각도 (α) 는 50 ~ 70°인 것이 바람직하다.
도 3 은, 타원 편광판의 대표적인 양태를 나타내는 단면 모식도이다. 도 3 에 나타내는 타원 편광판은, 직선 편광막 (P), 제 1 광학 이방성층 (A) 및 제 2 광학 이방성층 (B) 을 이 순서대로 적층한 구성을 갖는다. 도 3 에 나타내는 타원 편광판에서는, 제 1 광학 이방성층 (A) 이, 소정의 평균 틸트각으로 하이브리드 배향된 봉상 액정성 분자 (Lc1) 를 고정화하여 형성된 층으로 이루어지고, 제 2 광학 이방성층 (B) 이, 실질적으로 층 평면에 평행하게 배향된 봉상 액정성 분자 (Lc2) 를 고정화하여 형성된 층으로 이루어진다. 도 3 에 나타내는 타원 편광판은, 또, 제 1 및 제 2 의 각각의 광학 이방성층과 인접하고, 굴절률의 이방성이 부인 제 3 광학 이방성층 (C1 및 C2) 을 갖는다. 도 4 는, 각 광학 이방성층의 지상축의 방향과 직선 편광막의 편광 투과축 또는 편광 흡수축의 방향을 나타내는 평면도이다. 제 1 광학 이방성층 (A) 의 지상축 (a) 과 제 2 광학 이방성층 (B) 의 지상축 (b) 의 동일면 내에서의 각도 (α) 는 50 ~ 70°인 것이 바람직하다. 제 1 광학 이방성층 (A) 의 지상축 (a) 과 직선 편광막의 편광 투과축 또는 편광 흡수축 (p) 과의 각도 (β) 는 10 ~ 20°인 것이 바람직하다.
[제 1 광학 이방성층 및 제 2 광학 이방성층]
제 1 및 제 2 광학 이방성층은, 액정성 화합물로 형성된 층이어도 된다. 상기 액정성 화합물로는, 봉상 액정성 화합물 또는 디스코틱 액정성 화합물이 바람직하고, 봉상 액정성 화합물인 것이 더욱 바람직하다. 이 때 제 1 광학 이방성층과 제 2 광학 이방성층의 파장 분산은, 실질적으로 동등한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제 1 및 제 2 광학 이방성층의 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 를 비교한 경우, 각각의 값의 차이가 10% 이내인 것이 바람직하고, 5% 이내에서 일치하고 있는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 각각의 광학 이방성층의 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re 450/Re 650) 가 1.17 이하이고, 1.13 이하인 것이 바람직하고, 1.10 이하인 것이 보다 바람직하다.
제 1 및 제 2 광학 이방성층 중 적어도 한 쪽의 층에 있어서는, 액정성 화합물은 네마틱 하이브리드 배향되어 있는 것이 바람직하고, 네마틱 하이브리드 배향되어 있는 상태로 고정되어 있는 것이 더욱 바람직하며, 중합 반응에 의해 액정성 화합물이 고정되어 있는 것이 가장 바람직하다. 봉상 액정성 화합물로는, 아조메틴류, 아족시류, 시아노비페닐류, 시아노페닐에스테르류, 벤조산에스테르류, 시클로헥산카르복실산페닐에스테르류, 시아노페닐시클로헥산류, 시아노치환 페닐피리미딘류, 알콕시치환 페닐피리미딘류, 페닐디옥산류, 톨란류 및 알케닐시클로헥실벤조니트릴류가 바람직하게 사용된다. 이상과 같은 저분자 액정성 화합물뿐만 아니라, 고분자 액정성 화합물도 사용할 수 있다. 봉상 액정성 화합물을 중합에 의해 배향을 고정하는 것이 보다 바람직하고, 중합성 봉상 액정성 화합물로는, Makromol. Chem., 190 권, 2255 페이지 (1989년), Advanced Materials 5 권, 107 페이지 (1993년), 미국 특허 4683327호, 동 5622648호, 동 5770107호 명세서, 국제 공개 WO 95/22586호, 동 95/24455호, 동 97/00600호, 동 98/23580호, 동 98/52905호, 일본 공개특허공보 평1-272551호, 동 6-16616호, 동 7-110469호, 동 11-80081호 및 일본 특허출원공보 2001-64627호 등에 기재된 화합물을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 하기 일반식 (I) 로 나타내는 화합물이다.
일반식 (I)
Q1-L1-Cy1-L2-(Cy2-L3)n-Cy3-L4-Q2
식 중, Q1 및 Q2 는 각각 독립적으로 중합성기이고, L1 및 L4 는 각각 독립으로 2 가의 연결기이고, L2 및 L3 는 각각 독립적으로 단결합 또는 2 가의 연결기이고, Cy1, Cy2 및 Cy3 는 2 가의 환상기이며, n 은 O, 1 또는 2 이다.
다음에서 좀더 중합성 봉상 액정 화합물에 대해 설명한다.
상기 식 중, Q1 및 Q2 는 각각 독립적으로 중합성기이다. 중합성기의 중합 반응은, 부가 중합 (개환 중합을 포함한다) 또는 축합 중합인 것이 바람직하다. 다시 말하면, 중합성기는, 부가 중합 반응 또는 축합 중합 반응이 가능한 관능기인 것이 바람직하다. 이하에 중합성기의 예를 나타낸다.
중합성기 (Q1 및 Q2) 는, 불포화 중합성기 (Q-1 ~ Q-7), 에폭시기 (Q-8) 또는 아지리디닐기 (Q-9) 인 것이 바람직하고, 불포화 중합성기인 것이 더욱 바람직하며, 에틸렌성 불포화 중합성기 (Q-1 ~ Q-6) 인 것이 가장 바람직하다.
L1 및 L4 는 각각 독립적으로 2 가의 연결기이다. L1 및 L4 는 각각 독립으로, -O-, -S-, -CO-, -NR2-, 2 가의 쇄상기(鎖狀基), 2 가의 환상기 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 연결기인 것이 바람직하다. 상기 R2 는, 탄소원자수가 1 ~ 7 인 알킬기 또는 수소원자이다. R2 는, 탄소원자수 1 에서 4 인 알킬기 또는 수소원자인 것이 바람직하고, 메틸기, 에틸기 또는 수소원자인 것이 더욱 바람직하며, 수소원자인 것이 가장 바람직하다.
조합으로 이루어지는 2 가의 연결기의 예를 다음에 나타낸다. 여기서, 좌측이 Q (Q1 또는 Q2) 에, 우측이 Cy (Cy1 또는 Cy3) 에 결합한다.
L-1: -CO-O-2가의 쇄상기-O-
L-2: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-
L-3: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-O-
L-4: -CO-O-2가의 쇄상기-O-2가의 환상기-
L-5: -CO-O-2가의 쇄상기-O-2가의 환상기-CO-O-
L-6: -CO-O-2가의 쇄상기-O-2가의 환상기-O-CO-
L-7: -CO-O-2가의 쇄상기-O-2가의 환상기-2가의 쇄상기-
L-8: -CO-O-2가의 쇄상기-O-2가의 환상기-2가의 쇄상기-CO-O-
L-9: -CO-O-2가의 쇄상기-O-2가의 환상기-2가의 쇄상기-O-CO-
L-10: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-2가의 환상기-
L-11: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-2가의 환상기-CO-O-
L-12: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-2가의 환상기-O-CO-
L-13: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-2가의 환상기-2가의 쇄상기-
L-14: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-2가의 환상기-2가의 쇄상기-CO-O-
L-15: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-2가의 환상기-2가의 쇄상기-O-CO-
L-16: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-O-2가의 환상기-
L-17: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-O-2가의 환상기-CO-O-
L-18: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-O-2가의 환상기-O-CO-
L-19: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-O-2가의 환상기-2가의 쇄상기-
L-20: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-O-2가의 환상기-2가의 쇄상기-CO-O-
L-21: -CO-O-2가의 쇄상기-O-CO-O-2가의 환상기-2가의 쇄상기-O-CO-
2 가의 쇄상기는, 알킬렌기, 치환 알킬렌기, 알케닐렌기, 치환 알케닐렌기, 알키닐렌기 및 치환 알키닐렌기를 의미한다. 알킬렌기, 치환 알킬렌기, 알케닐렌기 및 치환 알케닐렌기가 바람직하고, 알킬렌기 및 알케닐렌기가 더욱 바람직하다.
알킬렌기는, 분기를 갖고 있어도 된다. 알킬렌기의 탄소수는 1 ~ 12 인 것이 바람직하고, 2 ~ 10 인 것이 더욱 바람직하고, 2 ~ 8 인 것이 가장 바람직하다.
치환 알킬렌기의 알킬렌 부분은, 상기 알킬렌기와 동일하다. 치환기의 예로는 할로겐원자가 포함된다.
알케닐렌기는, 분기를 갖고 있어도 된다. 알케닐렌기의 탄소수는 2 ~ 12 인 것이 바람직하고, 2 ~ 10 인 것이 더욱 바람직하고, 2 ~ 8 인 것이 가장 바람직하다.
치환 알킬렌기의 알킬렌 부분은, 상기 알킬렌기와 동일하다. 치환기의 예로는 할로겐원자가 포함된다.
알키닐렌기는, 분기를 갖고 있어도 된다. 알키닐렌기의 탄소수는 2 ~ 12 인 것이 바람직하고, 2 ~ 10 인 것이 더욱 바람직하고, 2 ~ 8 인 것이 가장 바람직하다.
치환 알키닐렌기의 알키닐렌 부분은, 상기 알키닐렌기와 동일하다. 치환기의 예로는 할로겐원자가 포함된다.
2 가의 쇄상기의 구체예로는, 에틸렌, 트리메틸렌, 프로필렌, 테트라메틸렌, 1-메틸-테트라메틸렌, 펜타메틸렌, 헥사메틸렌, 옥타메틸렌, 2-부테닐렌 및 2-부티닐렌 등을 들 수 있다.
2 가의 환상기의 정의 및 예는, 후술하는 Cy1, Cy2 및 Cy3 의 정의 및 예와 동일하다.
L2 또는 L3 는 각각 독립적으로 단결합 또는 2 가의 연결기이다. L2 및 L3 는 각각 독립적으로, -O-, -S-, -CO-, -NR2-, 2 가의 쇄상기, 2 가의 환상기 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 연결기 또는 단결합인 것이 바람직하다. 상기 R2 는, 탄소원자수가 1 ~ 7 인 알킬기 또는 수소원자이고, 탄소원자수 1 ~ 4 인 알킬기 또는 수소원자인 것이 바람직하고, 메틸기, 에틸기 또는 수소원자인 것이 더욱 바람직하며, 수소원자인 것이 가장 바람직하다. 2 가의 쇄상기 및 2 가의 환상기에 대해서는 L1 및 L4 의 정의와 동일 의미이다.
상기 일반식 (I) 에 있어서, n 은 0, 1 또는 2 이다. n 이 2 인 경우, 2 개의 L3 는 동일할 수도 상이할 수도 있고, 2 개의 Cy2 도 동일할 수도 상이할 수도 있다. n 은 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 일반식 (I) 에 있어서, Cy1, Cy2 및 Cy3 은 각각 독립적으로, 2 가의 환상기이다. 환상기에 포함되는 환은, 5 원자환, 6 원자환 또는 7 원자환인 것이 바람직하고, 5 원자환 또는 6 원자환인 것이 더욱 바람직하며, 6 원자환인 것이 가장 바람직하다.
환상기에 포함되는 기는 축합환이어도 된다. 단, 축합환보다도 단환인 것이 바람직하다.
환상기에 포함되는 환은, 방향족환, 지방족환 및 복소환 중 어느 것이어도 상관없다. 방향족환의 예에는, 벤젠환 및 나프탈렌환이 포함된다. 지방족환의 예에는, 시클로헥산환 및 비시클로옥탄환이 포함된다. 복소환의 예에는, 피리딘환, 피리미딘환 및 티오펜환이 포함된다.
바람직한 환상기로는, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 피리딘-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 티오펜-2,5-디일, 1,4-시클로헥실렌 및 [2,2,2]비시클로옥탄-1,4-디일이 바람직하고, 1,4-페닐렌 및 1,4-시클로헥실렌이 특히 바람직하다.
환상기는, 치환기를 갖고 있어도 된다. 치환기의 예에는, 할로겐원자, 시아노기, 니트로기, 탄소원자수가 1 ~ 5 인 알킬기, 탄소원자수가 1 ~ 5 인 할로겐치환 알킬기, 탄소원자수 1 ~ 5 인 알콕시기, 탄소원자수가 1 ~ 5 인 알킬티오기, 탄소원자수가 1 ~ 5 인 아실기, 탄소원자수가 2 ~ 6 인 아실옥시기, 탄소원자수가 2 ~ 6 인 알콕시카르보닐기, 카르바모일기, 탄소원자수가 2 ~ 6 인 알킬치환 카르바모일기, 및 탄소원자수가 1 ~ 6 인 아미드기가 포함된다.
다음에, 상기 일반식 (I) 로 나타내는 중합성 액정 화합물의 예를 나타내지만, 본 발명이 이하의 구체예에 한정되는 것이 아니다.
광학 이방성층은, 봉상 액정성 화합물 및 하기의 중합성 개시제나 다른 첨가제를 포함하는 도포액을 배향막 위에 도포함으로써 형성할 수 있다. 도포액의 조제에 사용하는 용매로는 유기 용매가 바람직하게 사용된다. 유기 용매의 예에는, 아미드 (예, N,N-디메틸포름아미드), 술폭사이드 (예, 디메틸술폭사이드), 헤테로환 화합물 (예, 피리딘), 탄화수소 (예, 벤젠, 헥산), 알킬할라이드 (예, 클로로포름, 디클로로메탄), 에스테르 (예, 아세트산메틸, 아세트산부틸), 케톤 (예, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 메틸이소부틸케톤) 및 에테르 (예, 테트라히드로푸란, 1,2-디메톡시에탄) 가 포함된다. 알킬할라이드 및 케톤이 바람직하다. 2 종류 이상의 유기 용매를 병용해도 된다. 도포액의 도포는, 공지된 방법 (예, 압출 코팅법, 다이렉트 그라비아 코팅법, 리버스 그라비아 코팅법, 다이 코팅법) 에 의해 실시할 수 있다.
배향시킨 액정성 화합물은, 배향 상태를 유지하여 고정하는 것이 바람직하다. 고정화는, 액정성 화합물에 도입한 중합성기 (Q) 의 중합 반응에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 중합 반응에는, 열중합 개시제를 사용하는 열중합 반응과 광중합 개시제를 사용하는 광중합 반응이 포함된다. 광중합 반응이 바람직하다. 광중합 개시제의 예에는, α-카르보닐 화합물 (미국 특허 2367661호, 동 2367670호의 각 명세서 기재), 아실로인에테르 (미국 특허 2448828호 명세서 기재), α-탄화수소치환 방향족 아실로인 화합물 (미국 특허 2722512호 명세서 기재), 다핵 퀴논 화합물 (미국 특허 3046127호, 동 2951758호의 각 명세서 기재), 트리아릴이미다졸 이량체와 p-아미노페닐케톤의 조합 (미국 특허 3549367호 명세서 기재), 아크리딘 및 페나딘 화합물 (일본 공개특허공보 소60-105667호, 미국 특허 4239850호 명세서 기재) 및 옥사디아졸 화합물 (미국 특허 4212970호 명세서 기재) 가 포함된다.
광중합 개시제의 사용량은, 도포액의 고형분의 0.01 ~ 20질량% 인 것이 바람직하고, 0.5 ~ 5질량% 인 것이 더욱 바람직하다. 액정성 화합물의 중합을 위한 광조사는 자외선을 사용하는 것이 바람직하다. 조사 에너지는, 20mJ/cm2 ~ 50J/cm2 인 것이 바람직하고, 100 ~ 800mJ/cm2 인 것이 더욱 바람직하다. 광중합 반응을 촉진하기 위해, 가열 조건하에서 광조사를 실시해도 된다. 광학 이방성층의 두께는, 0.1 ~ 10㎛ 인 것이 바람직하고, 0.5 ~ 5㎛ 인 것이 더욱 바람직하지만, 두께는 필요한 광학 이방성을 고려하여 결정된다.
본 발명에 있어서, 제 1 광학 이방성층 및 제 2 광학 이방성층 중 한 쪽은, 폴리머 필름으로 형성해도 된다. 폴리머 필름은, 광학 이방성을 발현할 수 있는 폴리머로 형성한다. 이와 같은 폴리머의 예에는, 폴리올레핀 (예, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 노르보르넨계 폴리머), 폴리카보네이트, 폴리알릴레이트, 폴리술폰, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산에스테르, 폴리아크릴산에스테르 및 셀룰로오스에스테르 (예, 셀룰로오스트리아세테이트, 셀룰로오스디아세테이트) 가 포함된다. 또한, 이들 폴리머의 공중합체 또는 폴리머 혼합물을 사용해도 된다.
폴리머 필름의 광학 이방성은, 연신에 의해 얻는 것이 바람직하다. 연신은 1 축 연신이 바람직하다. 1 축 연신은, 2 개 이상의 롤의 주속차이를 이용한 세로 1 축 연신, 또는 폴리머 필름의 양 사이드를 잡고 폭 방향으로 연신하는 텐터 연신이 바람직하다. 또, 2 장 이상의 폴리머 필름을 사용하여, 2 장 이상의 필름 전체의 광학적 성질이 상기 조건을 만족해도 된다. 폴리머 필름은, 복굴절의 불균일을 적게 하기 위해 솔벤트 캐스팅법에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 폴리머 필름의 두께는, 20 ~ 500㎛ 인 것이 바람직하고, 50 ~ 100㎛ 인 것이 가장 바람직하다.
[배향막]
상기 제 1 및 제 2 광학 이방성층, 그리고 목적에 따라 형성되는 제 3 광학 이방성층을 액정성 화합물로 형성하는 경우, 액정성 화합물을 배향시키기 위해서는 배향막을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광학 이방성층을 동일 지지체 상에 순서대로 형성하는 경우는, 지지체/배향막/제 1 광학 이방성층/배향막/제 2 광학 이방성층, 또는 지지체/배향막/제 2 광학 이방성층/배향막/제 1 광학 이방성층, 등과 같이, 각 광학 이방성층을 배향막 위에 형성하여 그 배향을 제어하여, 원하는 광학 특성을 발현시킬 수 있다. 요구되는 광학 특성, 및 사용하는 액정성 화합물의 종류에 맞춰 배향막의 재질을 선택할 수 있다. 또한, 각 광학 이방성층 사이에 배향막을 별도로 형성하지 않아도, 광학 이방성층을 형성하는 성분에 배향막 기능을 갖는 분자를 첨가하는 것에 의해, 그 광학 이방성층 위에 적층된 광학 이방성층을 원하는 배향 상태로 할 수도 있다.
배향막은, 유기 화합물 (바람직하게는 폴리머) 의 러빙 처리, 무기 화합물의 사방 증착, 마이크로 그룹을 갖는 층의 형성, 또는 랑뮤어-블로젯트법에 의한 유기 화합물 (예를 들면, ω-트리코산산, 디옥타데실디메틸암모늄클로라이드, 스테아르산메틸) 의 누적 (LB 막) 과 같은 수단에 의해 형성할 수 있다. 또, 전기장이나 자기장의 부여 또는 광조사에 의해 배향 기능이 생기는 배향막도 알려져 있다. 폴리머의 러빙 처리에 의해 형성되는 배향막이 특히 바람직하다. 러빙 처리는, 폴리머층의 표면을 종이나 천에 의해 일정 방향으로 수회 문지르는 것에 의해 실시한다.
배향막에 사용하는 폴리머의 종류는, 액정 화합물의 배향 (특히 평균 경사각) 에 따라서 결정한다. 본 발명에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 이방성층 중의 적어도 한 쪽은, 액정성 화합물이 경사 배향된 상태로 고정화되어 있다. 액정성 화합물을 경사 배향시키기 위해서는 배향막의 표면 에너지를 저하시키지 않는 폴리머를 사용하여, 발현하고자 하는 경사각에 맞춰 표면 에너지를 조정하는 것이 바람직하다. 단, 액정성 화합물과 투명 지지체의 밀착을 개선시키려는 목적에서, 계면에서 액정성 분자와 화학 결합을 형성하는 배향막 (일본 공개특허공보 평9-152509호 기재) 을 사용해도 된다. 밀착성을 개선시킬 목적에서 배향막을 사용하는 경우는, 러빙 처리를 실시하지 않아도 된다.
제 1 및 제 2 광학 이방성층에 있어서, 봉상 액정성 화합물의 다이렉터를 투명 지지체의 장축 방향에 대하여 45°보다도 큰 각도로 배향시키는 경우에는 러빙 방향에 대하여 직교 방향으로 봉상 액정성 화합물의 다이렉터가 늘어서는 배향막 (이하 직교 배향막이라고 한다) 을 사용하는 것이 바람직하다. 직교 배향막에 대해서는 일본 공개특허공보 2002-62427호 및 일본 공개특허공보 2002-268068호에 기재되어 있다.
배향막의 두께는, 0.01 ~ 5㎛ 인 것이 바람직하고, 0.05 ~ 3㎛ 인 것이 더욱 바람직하다. 어떠한 배향막을 사용한 경우도, 액정성 화합물을 배향 상태로 고정한 후에는 다른 지지체 위 등으로 전사가 가능하다. 따라서 본 발명의 위상차판은, 각 광학 이방성층을 동일 지지체 상에서 순차적으로 형성하여 제작하는 방법 이외에, 임시 지지체 상 등에 형성한 각 광학 이방성층을, 필요하다면 접착제 등을 사용하여 접합하는 방법에 의해서도 제작할 수 있다. 어떠한 경우에서도, 제작한 위상차판은 일체형의 위상차판이 된다.
어떠한 배향막에 있어서도 중합성기를 갖는 것이 바람직하다. 중합성기는, 측쇄에 중합성기를 갖는 반복 단위를 도입하거나, 또는 환상기의 치환기로서 도입할 수 있다.
[공기 계면측의 배향 제어용 첨가제]
제 1 및 제 2 광학 이방성층 중 한 쪽은, 실질적으로 층 평면에 평행하게 배향되어 있는, 즉 호모지니어스 배향되어 있는 액정성 화합물을 고정화하여 형성된 층이어도 된다. 중합성 봉상 액정 화합물 등의 액정성 화합물에 대해서 호모지니어스 배향 (수평 배향) 을 시도하면, 액정성 화합물은 배향막측에서는 수평으로 배향되지만, 공기 계면측에서는 경사 (틸트) 배향된다. 이 현상을 억제하기 위해서는 첨가제를 사용하는 것이 바람직하지만, 하기 식 (V) 로 나타내는 첨가제를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
일반식 (V)
(Hb-L2-)nB1
식 (V) 에 있어서, Hb 는, 탄소원자수가 6 ~ 40 인 지방족기 또는 탄소원자수가 6 ~ 40 인 지방족 치환 올리고실록산옥시기를 나타낸다. Hb 는, 탄소원자수가 6 ~ 40 인 지방족기인 것이 바람직하고, 탄소원자수가 6 ~ 40 인 불소치환 지방족기 또는 탄소원자수가 6 ~ 40 인 분기를 갖는 지방족기인 것이 더욱 바람직하고, 탄소원자수가 6 ~ 40 인 불소치환 알킬기 또는 탄소원자수가 6 ~ 40 인 분기를 갖는 알킬기인 것이 가장 바람직하다.
지방족기는, 환상 지방족기보다도 쇄상 지방족기가 바람직하다. 쇄상 지방족기는 분기를 갖고 있어도 된다. 지방족기의 탄소원자수는 7 ~ 35 인 것이 바람직하고, 8 ~ 30 인 것이 보다 바람직하고, 9 ~ 25 인 것이 더욱 바람직하고, 10 ~ 20 인 것이 가장 바람직하다.
지방족기에는, 알킬기, 치환 알킬기, 알케닐기, 치환 알케닐기, 알키닐기 및 치환 알키닐기가 포함된다. 알킬기, 치환 알킬기, 알케닐기 및 치환 알케닐기가 바람직하고, 알킬기 및 치환 알킬기가 더욱 바람직하다.
지방족기의 치환기의 예에는, 할로겐원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 알콕시기, 치환 알콕시기 (예를 들면, 올리고알콕시기), 알케닐옥시기 (예, 비닐옥시), 아실기 (예, 아크릴로일, 메타크릴로일), 아실옥시기 (예, 아크릴로일옥시, 벤조일옥시), 술파모일기, 지방족치환 술파모일기 및 에폭시알킬기 (예, 에폭시에틸) 가 포함된다. 치환기로는, 할로겐원자가 바람직하고, 불소원자가 더욱 바람직하다. 불소치환 지방족기에 있어서, 불소원자가 지방족기의 수소원자를 치환하고 있는 비율은, 50 ~ 100% 인 것이 바람직하고, 60 ~ 100% 인 것이 보다 바람직하고, 70 ~ 100% 인 것이 더욱 바람직하고, 80 ~ 100% 인 것이 더더욱 바람직하며, 85 ~ 100% 인 것이 가장 바람직하다.
상기 지방족치환 올리고실록산옥시기의 탄소원자수는, 7 ~ 35 인 것이 바람직하고, 8 ~ 30 인 것이 보다 바람직하고, 9 ~ 25 인 것이 더욱 바람직하며, 10 ~ 20 인 것이 가장 바람직하다. 지방족치환 올리고실록산옥시기는, 하기 식으로 나타낸다.
R1-(Si(R2)2-O)q-
식 중, R1 은 수소원자, 히드록실 또는 지방족기를 나타내고, R2 는 수소원자, 지방족기 또는 알콕시기를 나타내고, 그리고, q 는 1 ~ 12 중 어느 하나의 정수를 나타낸다. R1 및 R2 로 각각 나타내는 지방족기는, 환상 지방족기보다도 쇄상 지방족기가 바람직하다. 쇄상 지방족기는 분기를 갖고 있어도 된다. 지방족기의 탄소원자수는, 1 ~ 12 인 것이 바람직하고, 1 ~ 8 인 것이 보다 바람직하고, 1 ~ 6 인 것이 더욱 바람직하며, 1 ~ 4 인 것이 특히 바람직하다.
R1 및 R2 로 각각 나타내는 지방족기에는, 알킬기, 치환 알킬기, 알케닐기, 치환 알케닐기, 알키닐기 및 치환 알키닐기가 포함된다. 알킬기, 치환 알킬기, 알케닐기 및 치환 알케닐기가 바람직하고, 알킬기 및 치환 알킬기가 더욱 바람직하다.
R1 및 R2 로 각각 나타내는 지방족기는, 치환기를 갖고 있어도 되고, 그 치환기의 예로는, 할로겐원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 알콕시기, 치환 알콕시기 (예를 들면, 올리고알콕시기), 알케닐옥시기 (예, 비닐옥시), 아실기 (예, 아크릴로일, 메타크릴로일), 아실옥시기 (예, 아크릴로일옥시, 벤조일옥시), 술파모일기, 지방족치환 술파모일기 및 에폭시알킬기 (예, 에폭시에틸) 가 포함된다.
R2 로 나타내는 알콕시기는, 환상 구조 또는 분기를 갖고 있어도 된다. 알콕시기의 탄소원자수는, 1 ~ 12 인 것이 바람직하고, 1 ~ 8 인 것이 보다 바람직하고, 1 ~ 6 인 것이 더욱 바람직하며, 1 ~ 4 인 것이 더더욱 바람직하다.
이하에, Hb 의 예를 나타낸다.
Hb1: n-C16H33-
Hb2: n-C20H41-
Hb3: n-C6H13-CH(n-C4H9)-CH2-CH2-
Hb4: n-C12H25-
Hb5: n-C18H37-
Hb6: n-C14H29-
Hb7: n-C15H31-
Hb8: n-C10H21-
Hb9: n-C10H21-CH(n-C4H9)-CH2-CH2-
Hb10: n-C8F17-
Hb11: n-C8H17-
Hb12: CH(CH3)2-{C3H6-CH(CH3)}3-C2H4-
Hb13: CH(CH3)2-{C3H6-CH(CH3)}2-C3H6-C(CH3)=CH-CH2-
Hb14: n-C8H17-CH(n-C6H13)-CH2-CH2-
Hb15: n-C6H13-CH(C2H5)-CH2-CH2-
Hb16: n-C8F17-CH(n-C4F9)-CH2-
Hb17: n-C8F17-CF(n-C6F13)-CF2-CF2-
Hb18: n-C3F7-CF(CF3)-CF2-
Hb19: Si(CH3)3-{Si(CH3)2-O}6-O-
Hb2O: Si(OC3H7)(C16F33)(C2H4-SO2-NH-C8F17)-O-
상기 식 (V) 에 있어서, L2 는, 단결합 또는 2 가의 연결기를 나타낸다. 상기 2 가의 연결기는, -알킬렌기-, -불소치환 알킬렌기-, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO2- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 기인 것이 바람직하다. R 는, 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 20 인 알킬기이다. L2 는, -알킬렌기-, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO2- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 연결기인 것이 더욱 바람직하다. R 는, 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 20 인 알킬기인 것이 바람직하고, 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 15 인 알킬기인 것이 더욱 바람직하고, 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 12 인 알킬기인 것이 가장 바람직하다.
상기 알킬렌기 또는 불소치환 알킬렌기의 탄소원자수는, 1 ~ 40 인 것이 바람직하고, 1 ~ 30 인 것이 보다 바람직하고, 1 ~ 20 인 것이 더욱 바람직하고, 1 ~ 15 인 것이 더더욱 바람직하며, 1 ~ 12 인 것이 가장 바람직하다.
이하에, L2 의 예를 나타낸다. 좌측이 Hb 에 결합하고, 우측이 B1 에 결합한다.
L10: 단결합
L11: -O-
L12: -O-CO-
L13: -CO-C4H8-O-
L14: -O-C2H4-O-C2H4-O-
L15: -S-
L16: -N(n-C12H25)-
L17: -SO2-N(n-C3H7)-CH2CH2-O-
L18: -O-{CF(CF3)-CF2-O}3-CF(CF3)-
상기 식 (V) 에 있어서, n 은 2 ~ 12 중 어느 하나의 정수를 나타낸다. n 은 2 ~ 9 중 어느 하나의 정수인 것이 바람직하고, 2 ~ 6 중 어느 하나의 정수인 것이 보다 바람직하고, 2, 3 또는 4 인 것이 더욱 바람직하며, 3 또는 4 인 것이 가장 바람직하다.
상기 식 (V) 에 있어서, B1 는, 적어도 3 개의 환상 구조를 포함하는 배제 부피 효과를 갖는 n 가의 기이다. B1 은 하기 일반식 (V-a) 으로 나타내는 n 가의 기인 것이 바람직하다.
일반식 (V-a)
(-Cy1-L3-)nCy2
상기 식 (V-a) 에 있어서, Cy1 은 2 가의 환상기를 나타낸다. Cy1 은 2 가의 방향족 탄화수소기 또는 2 가의 복소환기를 나타내는 것이 바람직하고, 2 가의 방향족 탄화수소기를 나타내는 것이 보다 바람직하다.
2 가의 방향족 탄화수소기란, 아릴렌기 및 치환 아릴렌기를 의미한다.
아릴렌기의 예에는, 페닐렌기, 인데닐렌기, 나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트릴렌기 및 피레닐렌기가 포함된다. 페닐렌기 및 나프틸렌기가 바람직하다.
치환 아릴렌기의 치환기의 예에는, 지방족기, 방향족 탄화수소기, 복소환기, 할로겐원자, 알콕시기 (예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 메톡시에톡시기), 아릴옥시기 (예를 들면, 페녹시기), 아릴아조기 (예를 들면, 페닐아조기), 알킬티오기 (예를 들면, 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기), 알킬아미노기 (예를 들면, 메틸아미노기, 프로필아미노기), 아실기 (예를 들면, 아세틸기, 프로파노일기, 옥타노일기, 벤조일기), 아실옥시기 (예를 들면, 아세톡시기, 피발로일옥시기, 벤조일옥시기), 히드록실기, 메르캅토기, 아미노기, 카르복실기, 술포기, 카르바모일기, 술파모일기 및 우레이도기가 포함된다.
2 가의 방향족 탄화수소기에, 별도의 방향족 탄화수소환이 단결합, 비닐렌결합 또는 에티닐렌결합을 통하여 치환기로서 결합하고 있으면, 전술한 바와 같이 특정한 액정 배향 촉진 기능이 얻어진다.
또한, Hb-L2- 에 상당하는 기를 치환기로서 가져도 된다.
Cy1 로 나타내는 2 가의 복소환기는, 5원자, 6원자 또는 7원자의 복소환을 갖는 것이 바람직하다. 5 원자환 또는 6 원자환이 더욱 바람직하고, 6 원자환이 가장 바람직하다. 복소환을 구성하는 복소원자로는, 질소원자, 산소원자 및 황원자가 바람직하다. 상기 복소환은, 방향족성 복소환인 것이 바람직하다. 방향족성 복소환은, 일반적으로 불포화 복소환이다. 최다 2 중 결합을 갖는 불포화 복소환이 더욱 바람직하다. 복소환의 예에는, 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 피롤린환, 피롤리딘환, 옥사졸환, 이소옥사졸환, 티아졸환, 이소티아졸환, 이미다졸환, 이미다졸린환, 이미다졸리딘환, 피라졸환, 피라졸린환, 피라졸리딘환, 트리아졸환, 푸라잔환, 테트라졸환, 피란환, 티인환, 피리딘환, 피페리딘환, 옥사진환, 모르폴린환, 티아진환, 피리다진환, 피리미딘환, 피라진환, 피페라진환 및 트리아진환이 포함된다.
복소환에, 다른 복소환, 지방족환 또는 방향족 탄화수소환이 축합되어 있어도 된다. 축합 복소환의 예에는, 벤조푸란환, 이소벤조푸란환, 벤조티오펜환, 인돌환, 인돌린환, 이소인돌환, 벤조옥사졸환, 벤조티아졸환, 인다졸환, 벤조이미다졸환, 크로멘환, 크로만환, 이소크로만환, 퀴놀린환, 이소퀴놀린환, 신놀린환, 프탈라진환, 퀴나졸린환, 퀴녹살린환, 디벤조푸란환, 카르바졸환, 잔텐환, 아크리딘환, 페난트리딘환, 페난트롤린환, 페나딘환, 페녹사딘환, 티안트렌환, 인돌리딘환, 퀴놀리딘환, 퀴뉴크리딘환, 나프틸리딘환, 퓨린환 및 프테리딘환이 포함된다.
2 가의 복소환기는, 치환기를 갖고 있어도 된다. 치환기의 예는, 치환 아릴렌기의 치환기의 예와 동일하다.
2 가의 복소환기는, 복소원자 (예를 들면, 피페리딘환의 질소원자) 이고, L3 또는 (L3 가 단결합인 경우) 분자중심의 환상기 (Cy2) 와 결합해도 된다. 또한, 결합하는 복소원자가 오늄염 (예, 옥소늄염, 술포늄염, 암모늄염) 을 형성하고 있어도 된다.
Cy1 및 후술하는 Cy2 의 환상 구조가, 전체적으로 평면 구조를 형성하고 있어도 된다. 환상 구조가 전체적으로 평면 구조 (즉 원반형상 구조) 를 형성하고 있으면, 전술한 바와 같이 특정한 액정 배향 촉진 기능이 얻어진다.
다음에, Cy1 의 예를 도시한다. 복수의 Hb-L2- 에 상당하는 기가 2 가의 방향족 탄화수소기 또는 2 가의 복소환기에 결합하고 있는 경우, 그 중 어느 하나가 상기 식에서 정의하는 Hb-L2- 이고, 나머지는 2 가의 방향족 탄화수소기 또는 2 가의 복소환기의 치환기이다.
식 (V-a) 에 있어서, L3 는, 단결합 또는 -알킬렌기-, -알케닐렌기-, -알키닐렌기-, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO2- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 연결기이다. R 는, 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 3O 인 알킬기를 나타낸다. L3 는, -O-, -S-, -CO-, -NR-, -SO2- 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 2 가의 연결기인 것이 바람직하다. R 는 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 20 인 알킬기인 것이 바람직하고, 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 15 인 알킬기인 것이 더욱 바람직하고, 수소원자 또는 탄소원자수가 1 ~ 12 인 알킬기인 것이 가장 바람직하다.
상기 알킬렌기의 탄소원자수는, 1 ~ 40 인 것이 바람직하고, 1 ~ 30 인 것이 보다 바람직하고, 1 ~ 20 인 것이 더욱 바람직하고, 1 ~ 15 인 것이 더욱 또 바람직하며, 1 ~ 12 인 것이 가장 바람직하다.
상기 알케닐렌기 또는 알키닐렌기의 탄소원자수는, 2 ~ 40 인 것이 바람직하고, 2 ~ 30 인 것이 보다 바람직하고, 2 ~ 20 인 것이 더욱 바람직하고, 2 ~ 15 인 것이 더더욱 바람직하며, 2 ~ 12 인 것이 가장 바람직하다.
다음에, L3 의 예를 도시한다. 좌측이 Cy1 에 결합하고, 우측이 Cy2 에 결합한다.
L20: 단결합
L21: -S-
L22: -NH-
L23: -NH-SO2-NH-
L24: -NH-CO-NH-
L25: -SO2-
L26: -O-NH-
L27: -C ≡C-
L28: -CH=CH-S-
L29: -CH2-O-
L30: -N(CH3)-
L31: -CO-O-
상기 식 (V-a) 에 있어서, n 은 2 ~ 12 중 어느 하나의 정수를 나타낸다. n 은 2 ~ 9 중 어느 하나의 정수인 것이 바람직하고, 2 ~ 6 중 어느 하나의 정수인 것이 보다 바람직하고, 2, 3 또는 4 인 것이 더욱 바람직하고, 3 또는 4 인 것이 가장 바람직하다.
상기 식 (V-a) 에 있어서, Cy2 는 n 가의 환상기이다. Cy2 는, n 가의 방향족 탄화수소기 또는 n 가의 복소환기인 것이 바람직하다.
Cy2 로 나타내는 방향족 탄화수소기의 방향족 탄화수소환의 예에는, 벤젠환, 인덴환, 나프탈렌환, 플루오렌환, 페난트렌환, 안트라센환 및 피렌환이 포함된다. 벤젠환 및 나프탈렌환이 바람직하고, 벤젠환이 특히 바람직하다.
Cy2 로 나타내는 방향족 탄화수소기는 치환기를 갖고 있어도 된다. 치환기의 예에는, 지방족기, 방향족 탄화수소기, 복소환기, 할로겐원자, 알콕시기 (예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 메톡시에톡시기), 아릴옥시기 (예를 들면, 페녹시기), 아릴아조기 (예를 들면, 페닐아조기), 알킬티오기 (예를 들면, 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기), 알킬아미노기 (예를 들면, 메틸아미노기, 프로필아미노기), 아릴아미노기 (예를 들면, 페닐아미노기), 아실기 (예를 들면, 아세틸기, 프로파노일기, 옥타노일기, 벤조일기), 아실옥시기 (예를 들면, 아세톡시기, 피발로일옥시기, 벤조일옥시기), 히드록실기, 메르캅토기, 아미노기, 카르복실기, 술포기, 카르바모일기, 술파모일기 및 우레이도기가 포함된다.
Cy2 로 나타내는 복소환기는, 5원자, 6원자 또는 7원자의 복소환을 갖는 것이 바람직하다. 5 원자환 또는 6 원자환이 더욱 바람직하고, 6 원자환이 가장 바람직하다. 상기 복소환을 구성하는 복소원자로는, 질소원자, 산소원자 및 황원자가 바람직하다. 상기 복소환은, 방향족성 복소환인 것이 바람직하다. 방향족성 복소환은, 일반적으로 불포화 복소환이다. 최다 2 중 결합을 갖는 불포화 복소환이 더욱 바람직하다. 상기 복소환의 예에는, 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 피롤린환, 피롤리딘환, 옥사졸환, 이소옥사졸환, 티아졸환, 이소티아졸환, 이미다졸환, 이미다졸린환, 이미다졸리딘환, 피라졸환, 피라졸린환, 피라졸리딘환, 트리아졸환, 푸라잔환, 테트라졸환, 피란환, 티인환, 피리딘환, 피페리딘환, 옥사진환, 모르폴린환, 티아진환, 피리다진환, 피리미딘환, 피라진환, 피페라진환 및 트리아진환이 포함된다. 트리아진환이 바람직하고, 1,3,5-트리아진환이 특히 바람직하다.
상기 복소환에, 다른 복소환, 지방족환 또는 방향족 탄화수소환이 축합되어 있어도 된다. 단, 단환식 복소환이 바람직하다.
이하에, Cy2 의 예를 도시한다.
액정 배향 촉진제는, 이상 서술한 소수성기 (Hb), 연결기 (L2) 및 배제 체적 효과를 갖는 기 (B1) 를 조합한 화합물이다. 이들의 조합에 대해서, 특별히 제한은 없다.
이하에, 상기 일반식 (V) 로 나타내는 액정 배향 촉진제의 예를 나타낸다.
[투명 지지체]
본 발명의 위상차판 및 타원 편광판은, 지지체를 갖고 있어도 되고, 상기 지지체로는 투명 지지체가 바람직하다. 투명 지지체로는, 유리판 또는 폴리머 필름, 바람직하게는 폴리머 필름이 사용된다. 지지체가 투명하다는 것은, 광투과율이 80% 이상인 것을 의미한다.
투명 지지체의 두께는, 10 ~ 500㎛ 인 것이 바람직하고, 30 ~ 200㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.
투명 지지체와 그 위에 형성되는 층 (접착층, 배향막 또는 광학 이방성층) 의 접착을 개선하기 위해, 투명 지지체에 표면 처리 (예를 들면, 글로우 방전 처리, 코로나 방전 처리, 자외선 처리, 화염 처리 등) 를 실시해도 된다. 또, 투명 지지체에 자외선 흡수제를 첨가해도 된다.
투명 지지체 위에, 접착층 (하도층) 을 형성해도 된다. 접착층에 대해서는, 일본 공개특허공보 평7-333433호에 기재되어 있다. 접착층의 두께는, 0.1 ~ 2㎛ 인 것이 바람직하고, 0.2 ~ 1㎛ 인 것이 바람직하다.
투명 지지체로는, 파장 분산이 작은 폴리머 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 투명 지지체는, 광학 이방성이 작은 것도 바람직하다. 지지체가 투명하다는 것은, 광투과율이 80% 이상인 것을 의미한다. 파장 분산이 작다는 것은, 구체적으로는, Re 400/Re 700 의 비가 1.2 미만인 것을 의미한다. 광학 이방성이 작다는 것은, 구체적으로는, 면 내 리타데이션 (Re) 이 20nm 이하인 것을 의미하고, 10nm 이하인 것이 바람직하다. 폴리머의 예에는, 셀룰로오스에스테르, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트 및 환상 폴리올레핀이 포함된다. 셀룰로오스에스테르가 바람직하고, 아세틸셀룰로오스가 더욱 바람직하고, 트리아세틸셀룰로오스가 가장 바람직하다. 환상 폴리올레핀으로는, 일본 특허공보 평2-9619호 기재의 테트라시클로도데센류의 개환 중합체 또는 테트라시클로도데센류와 노르보르넨류의 개환 공중합체를 수소첨가 반응시켜 얻어진 중합체를 구성 성분으로 하는 폴리머, 상품명으로는 아톤 (JSR 사 제조) 이나, 제오넥스, 제오노아 (ZEON Corporation. 제조) 의 시리즈에서 사용할 수 있다. 폴리머 필름은, 솔벤트 캐스팅법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 투명 지지체의 두께는, 20 ~ 500㎛ 인 것이 바람직하고, 50 ~ 200㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.
[부(負)의 광학 이방성층]
본 발명의 위상차판 및 원 편광판은, 제 1 및/또는 제 2 광학 이방성층에 인접시켜, 부의 광학 이방성을 나타내는 제 3 광학 이방성층을 추가로 가져도 된다. 제 3 광학 이방성층은 굴절률 이방성이 부이고, 하기 수학식 (1) 을 만족한다. 하기 수학식 (2) 로 나타내는 제 3 광학 이방성층의 Rth (두께 방향의 리타데이션) 는 0 ~ 300nm 인 것이 바람직하고, 0 ~ 200nm 인 것이 보다 바람직하고, 0 ~ 100nm 인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 제 3 광학 이방성층의 nx 와 ny 는 실질적으로 동등한 것이 바람직하다.
수학식 (1): nx ≥ny > nz
수학식 (2): Rth = {(nx＋ny)/2－nz} ×d
식 중, nx 및 ny 는 광학 이방성층의 면 내의 주 굴절률이고, nz 는 두께 방향의 주 굴절률이고, d 는 광학 이방성층의 두께 (nm) 이다.
부의 광학 이방성을 나타내는 제 3 광학 이방성층은, 폴리머 필름이어도 되고, 액정성 필름이어도 된다. 폴리머 필름인 경우에는, 트리아세틸셀룰로오스, 폴리이미드 및 변성 폴리카보네이트 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 액정성 필름으로 형성하는 경우에는, 디스코틱 액정, 콜레스테릭 액정성 화합물로 형성하는 것이 바람직하지만, 이들에 한정되지 않는다. 디스코틱 액정을 사용하는 경우에는, 기판 (투명 지지체 등) 에 대하여 실질적으로 수평으로 배향시키는 것에 의해 부의 광학 이방성을 나타내는 층이 얻어진다.
[광학 이방성층의 적층]
제 1 및 제 2 광학 이방성층은, 직접 도포에 의해 적층해도 되고, 각각을 따로따로 제작하여 다른 한 쪽에 전사하는 것도 가능하다. 또한, 따로따로 제작한 광학 이방성층을, 점착제 등에 의해 접착하는 것에 의해 일체형의 광학 이방성층으로 해도 된다. 또한, 적층 방법은 이들에 한정되지 않고 본 발명의 구성을 형성할 수 있으면 어떠한 방법도 상관없다.
[타원 편광판]
본 발명의 위상차판은, 반사형 액정 표시 장치에 있어서 사용되는 λ/4 판, 광디스크 기입용의 픽업, GH-LCD 나 PS 변환 소자에 사용되는 λ/4 판, 또는 반사 방지막으로서 이용되는 λ/4 판으로서 특히 유리하게 사용된다. 또, λ/4 판은, 일반적으로 편광막과 조합되어 사용된다. 따라서, 위상차판과 편광막을 조합시킨 타원 편광판으로서 구성해 두면, 용이하게 반사형 및 반투과형 액정 표시 장치와 같은 용도로 하는 장치에 장착할 수 있다.
편광막에는, 요오드계 편광막, 이색성 염료를 사용하는 염료계 편광막이나 폴리엔계 편광막이 있다. 요오드계 편광막 및 염료계 편광막은, 일반적으로 폴리비닐알코올계 필름을 사용하여 제조한다. 편광막의 편광축 (투과축) 은, 필름의 연신 방향으로 수직인 방향에 상당한다. 편광막은, 일반적으로 보호막을 갖는다. 단, 본 발명에서는 투명 지지체를 폴리머 필름으로 이루어지는 광학 이방성층으로서 기능시킬 수도 있고, 편광막의 일측의 보호막으로서 기능시킬 수도 있다. 투명 지지체와는 별도로 보호막을 사용하는 경우는, 보호막으로서 광학적 등방성이 높은 셀룰로오스에스테르 필름, 특히 트리아세틸셀룰로오스 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
[반사형 액정 표시 장치]
λ/4 판을 사용한 반사형 액정 표시 장치에 대해서는, 일본 공개특허공보 평10-186357호에 기재되어 있다. 반사형 액정 표시 장치는, 반사판, 액정셀 및 편광막을 이 순서대로 적층한 구성을 갖는다. 위상차판은, 반사판과 편광막의 사이 (반사판과 액정셀의 사이 또는 액정셀과 편광막의 사이) 에 배치된다. 반사판은, 액정셀과 기판을 공유하고 있어도 된다. 즉, 액정셀의 한 쪽 기판의 내측에 반사막을 형성하여, 그 기판을 반사판으로서 기능시킬 수 있다. 반사판과 액정셀이 기판을 공유하는 경우, 위상차판을, 반사막과 액정셀의 액정층 사이에 형성할 수 있다. 위상차판을 구성하는 제 1 광학 이방성층, 제 2 광학 이방성층은, 편광막측으로부터 제 1 광학 이방성층, 제 2 광학 이방성층의 순서대로 배치하는 것이 바람직하다. 액정셀은, 일반적으로 투명 전극을 구비한 2 장의 기판의 사이에, 봉상 액정성 화합물을 함유하는 액정층을 갖는다. 액정셀은, TN (Twisted Nematic) 방식, STN (Super Twisted Nematic) 방식, ECB (Electrically Controlled Birefringence) 방식, IPS (In-Plane Switching) 방식, VA (Vertical Alignment) 방식, OCB (Optically Compensated Birefringence) 방식, HAN (Hybrid Aligned Nematic) 방식 또는 강유전성 액정, 반강유전성 액정을 이용한 표시 방식 등의 각종 방식을 들 수 있다. TN (Twisted Nematic) 형인 것이 바람직하다. TN 형 액정셀의 트위스트 각도는, 45°~ 90°인 것이 바람직하다. 액정셀과 편광막의 사이에 컬러 필터를 배치해도 된다.
본 발명의 위상차판 및 타원 편광판은 상기 용도에 한정되지 않고, 그 밖의 여러가지 용도에 제공할 수 있다. 예를 들면, 반투과형 액정 표시 소자, 투과형 액정 표시 소자, 호스트-게스트형 액정 표시 장치, 터치 패널 및 일렉트로 루미네선스 (EL) 소자 등에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 위상차판 또는 타원 편광판은, 액정셀의 양측에 사용해도 되고, 한 쪽에만 사용해도 된다.
실시예
다음에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 다음의 실시예에 나타내는 재료, 시약, 비율 및 조작 등은, 본 발명의 정신에서 일탈하지 않은 한 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음에 나타내는 실시예에 제한되는 것이 아니다. 또, 트리아세틸셀룰로오스 필름의 면 내, 및 두께 방향의 리타데이션값은 복굴절계 (Oji Sceientific Instruments Co., Ltd 제조, KOBRA-21ADH) 로 측정할 수 있다.
[실시예 1-1]
(위상차판의 제작)
두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 광학 이방성층 (C1) 으로서 기능하는 투명 지지체로서 사용하였다. 복굴절계 (Oji Sceientific Instruments Co., Ltd 제조, KOBRA-21ADH) 로 측정한 589.3nm 에서의 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 80nm 이었다. 이 트리아세틸셀룰로오스 필름의 한 면을 비누화 처리하고, 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하였다. 그 막의 표면에, 러빙 처리 (1500rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여 배향막으로 하였다. 이 배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 4.9㎛ 의 광학 이방성층 (B1) 을 형성하였다. 이 광학 이방성층 (B1) 을, 미리 동일한 방법으로 유리 위에 제작하여, 그 광학 성능을 확인한 결과, 이 광학 이방성층 (B1) 은, 러빙 방향과 직교하는 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 0°, 상측 공기 계면측의 틸트각 90°, 평균 틸트각 45°로, 디스코틱 액정성 분자가 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (B1) 의 도포액 조성
하기의 디스코틱 액정성 화합물 32.6질량%
셀룰로오스아세틸레이트부틸레이트 0.7질량%
하기의 불소계 계면 활성제 0.03질량%
변성 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 3.2질량%
하기의 증감제 0.4질량%
하기의 광중합 개시제 1.1질량%
메틸에틸케톤 62.0질량%
하기의 불소함유 화합물 0.03질량%
1 축 연신한 아톤 필름 (JSR 사 제조) 을 광학 이방성층 (A1) 으로 사용하였다. 광축은 필름 평면과 평행하고, 550nm 에서 측정한 리타데이션값은 260nm 이고, Nz 팩터는 1.0 이었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체와 아톤 필름을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 및 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A1) 과 광학 이방성층 (B1) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다.
(타원 편광판의 제작)
두께 80㎛ 의 롤형상 폴리비닐알코올 필름을 요오드 수용액 중에서 연속하여 5 배로 연신하고, 건조시켜 편광막을 얻었다. 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, PVA-117H) 3% 수용액을 접착제로 하여 비누화 처리한 트리아세틸셀룰로오스 필름과 접합하여, 양면이 트리아세틸셀룰로오스에 의해 보호된 편광판을 얻었다. 여기서 사용한 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 30nm 이었다.
이어서, 상기 제작한 위상차판 (광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 및 광학 이방성층 (C1) 의 적층체) 과 편광판을 점착제로 접합하여 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1) 과 편광판이 접하도록 접합하고, 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 1-2]
(위상차판의 제작)
실시예 1-1 과 동일하게, 두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 광학 이방성층 (C1) 으로서 기능하는 투명 지지체로서 사용하였다. 복굴절계 (Oji Sceientific Instruments Co., Ltd 제조, KOBRA-21ADH) 로 측정한 589.3nm 에서의 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 80nm 이었다. 이 트리아세틸셀룰로오스 필름의 한 면을 비누화 처리하여, 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하였다. 그 막의 표면에, 실시예 1-1 과 동일하게 러빙 처리 (단, 2000rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여 배향막으로 하였다. 다음으로, 실시예 1-1 에서 광학 이방성층 (B1) 의 제작에 사용한 것과 동일한 조성의 도포액을 사용하여, 두께 3.47㎛ 의 광학 이방성층 (B2: 제 1 광학 이방성층) 을 형성하였다. 이 광학 이방성층 (B2) 을, 미리 동일한 방법에 의해 유리 기판 위에 형성하고, 광학적 특성을 확인한 결과, 광학 이방성층 (B2) 은 러빙 방향과 직교하는 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 30°, 상측 공기 계면측의 틸트각 90°, 평균 틸트각 60°로 디스코틱 액정성 분자가 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B2) 을 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 1-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판을 제작하였다.
[실시예 1-3]
(위상차판의 제작)
Rth 가 40nm 인 트리아세틸셀룰로오스 필름의 양면을 비누화 처리하고, 그 한 면에 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하여, 막을 형성하였다. 이 막을 러빙 처리하여 배향막으로 한 후, 이 배향막의 러빙면 위에, 하기 조성의 디스코틱 액정을 포함하는 도포액을, 스핀 코트 도포하여, 건조 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 1㎛ 의 액정 고정화층을 형성하였다. 이 트리아세틸셀룰로오스와 디스코틱 액정층의 적층체는 전체적으로, 파장 589.3nm 에서 Rth 가 100nm 인 부의 광학 이방성을 갖고, 제 3 광학 이방성층 (C2) 으로서 기능함을 알 수 있었다.
디스코틱 액정층 (C2) 의 도포액 조성
상기 디스코틱 액정 (1) 32.6질량%
셀룰로오스아세틸레이트부틸레이트 0.7질량%
상기 변성 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 3.2질량%
상기 증감제 0.4질량%
상기 광중합 개시제 1.1질량%
메틸에틸케톤 62.0질량%
상기 불소함유 화합물:0.03질량%
상기 제작한 제 3 광학 이방성층 (C1) 을 도포한 이면에 다시, 실시예 1-1 에서 사용한 것과 동일한 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하여 막을 형성하고, 실시예 1-1 와 동일하게 그 막의 표면을 러빙 처리하여 배향막을 형성하였다. 이 배향막의 러빙 처리면 위에, 실시예 1-1 에서 사용한 것과 동일한 조성의 도포액을 사용하여, 두께 4.9㎛ 의 제 1 광학 이방성층 (B1: 하측 계면 틸트각 0°, 상측 틸트각 계면 90°, 평균 틸트각 45°로 디스코틱 액정성 분자가 하이브리드 배향된 광학 이방성층; 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm) 을 형성하였다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C2) 의 적층체와, 광학 이방성층 (A1) 을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1), 광학 이방성층 (C2) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A1) 과 광학 이방성층 (B1) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다. 이렇게 하여 위상차판을 제작하였다. 이 위상차판을 사용하여, 실시예 1-1 과 동일한 방법으로 타원 편광판을 제작하였다.
즉, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판을 제작하였다.
[실시예 1-4]
실시예 1-1 에서 사용한 것과 동일한 두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 광학 이방성층 (C1) 으로서 기능하는 투명 지지체로서 사용하였다. 이 트리아세틸셀룰로오스 필름의 한 면을 비누화 처리하여, 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하였다. 이 막의 위에, 실시예 1-1 과 동일한 방법으로 (단 도포량은 다르다), 두께 2.44㎛ 의 광학 이방성층 (B1: 하측 계면의 틸트각 0°, 상측 계면의 틸트각 90°, 평균 틸트각 45°로 디스코틱 액정성 분자가 하이브리드 배향; 550nm 에서의 리타데이션은 75nm) 을 제작하였다.
동일한 방법으로, 유리 기판 위에 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하였다. 이 막 위에, 동일한 방법으로, 두께 2.44㎛ 의 광학 이방성층 (B1: 하측 계면의 틸트각 0°, 상측 계면의 틸트각 90°, 평균 틸트각 45°로 디스코틱 액정성 분자가 하이브리드 배향; 550nm 에서의 리타데이션은 75nm) 을 제작하였다.
이상과 같은 방법에 의해 제작한 C1 과 B1 의 적층체와 유리 위의 B1 을 지상축이 일치하도록 적층하였다 (전체적으로 리타데이션은 150nm). 이, C1, B1 (75nm), B1 (75nm) 의 적층체를 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 1-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고 (단, 제 1 광학 이방성층은 2 층으로 이루어진다), 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 1-5]
Rth 가 40nm 인 트리아세틸셀룰로오스 필름의 표면을 비누화 처리하고, 그 위에 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하여 막을 형성하고, 막 표면에 러빙 처리를 실시하여 배향막으로 하였다. 이 배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 시키고, 또 자외선 조사하여 두께 1.73㎛ 의 제 2 광학 이방성층 (A2) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (A2) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 260nm 이고, Nz 팩터는 1.0 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 막 내의 평균 틸트각이 실질적으로 O°인 수평 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (A2) 의 도포액 조성
하기 봉상 액정성 화합물 14.5질량%
상기 증감제 0.15질량%
상기 광중합 개시제 0.29질량%
메틸에틸케톤 85.06질량%
상기 불소함유 화합물 0.03질량%
실시예 1-1 과 동일한 방법으로 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체와 광학 이방성층 (A2) 을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B1), 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A2) 과 광학 이방성층 (B1) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다.
(타원 편광판의 제작)
편광판은 한 면만 트리아세틸셀룰로오스로 보호된 것을 사용하고, 그 편광판의 보호되어 있지 않은 면 (연신한 폴리비닐알코올로 이루어지는 편광막) 과 광학 이방성층 (A2: 트리아세틸셀룰로오스 필름면) 을 광학적으로 등방성의 점착제에 의해 접합하여, 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B1) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[비교예 1-1]
실시예 1-1 에 있어서, 광학 이방성층 (B1) 대신에, 평균 틸트각 24°(상측 계면 틸트각 3°/하측 계면 틸트각 44°) 로 고분자 액정이 하이브리드 배향되어 이루어지는 Nisseki Mitsubishi Corporation 제조의 NH 필름을 사용한 것 외에는 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[비교예 1-2]
실시예 1-1 과 동일하게, 두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 광학 이방성층 (C1) 으로서 기능하는 투명 지지체로서 사용하고, 이 트리아세틸셀룰로오스 필름의 한 면을 비누화 처리하여, 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하였다. 이 막의 표면에 러빙 처리 (500rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여, 배향막으로 하였다. 다음에, 실시예 1-1 에서 광학 이방성층 (B1) 의 제작에 사용한 것과 동일한 조성의 도포액을 사용하여, 실시예 1-1 과 동일하게 두께 27㎛ 의 광학 이방성층 (B3) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (B3) 은 러빙 방향과 직교하는 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각이 0°, 상측 공기 계면측의 틸트각 30°, 평균 틸트각 15°로 디스코틱 액정성 분자가 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B3) 을 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 1-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[비교예 1-3]
실시예 1-5 에 있어서, 광학 이방성층 (B1) 대신에, 리타데이션이 150nm 인 아톤 필름을 사용한 것 외에는 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[평가]
(시야각 측정)
상기 제작한 타원 편광판을 각각 장착한 ECB 반투과형의 표시 장치를 제작하였다. 우선, 한 쌍의 0.7mm 두께의 유리 기판을 갭 4㎛ 로 대향 배치하였다. 관찰자측의 유리 기판에는, ITO 전극, 타측의 유리 기판에는 ITO 전극의 대향 전극으로서 요철이 형성된 알루미늄 반사 전극을 형성하였다. 상하 기판의 대향면에, 폴리이미드막의 표면을 러빙 처리한 배향막을 형성하였다. 상하 기판의 각각의 배향막의 러빙 각도는 평행 (트위스트 각도 O 도) 으로 하였다. 유리 기판의 갭에, △n = O.086, 유전율 이방성이 +10.0 인 네마틱 액정을 주입하여, 액정셀 (LC) 을 제작하였다.
이 액정셀을 사용하여, 도 3 에 나타내는 층 구성의 액정 표시 장치를 제작하였다. 액정셀 (LC) 의 하측에, 실시예 1-1 ~ 5 에서 제작한 타원 편광판 (도면 중, 제 1 광학 이방성을 B, 제 2 광학 이방성층을 A, 제 3 광학 이방성층을 C, 직선 편광판을 P1 으로 나타내었다) 을, 제 1 광학 이방성층 (B1) 또는 (B2) 의 다이렉터 방향 (지상축과 직교 방향) 이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 즉, 흑색 표시시의 액정셀 (LC) 중의 액정 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 축의 평균 방향과, 상기 제 1 광학 이방성층 중의 하이브리드 배향된 디스코틱 액정성 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 방향이 실질적으로 평행하게 되도록 접합하였다. 동일한 방법으로 비교예 1-1 ~ 3 에서 각각 제작한 타원 편광판을 배치하여, 액정 표시 장치를 제작하였다.
또, 실시예 1- 에서 사용한 아톤 필름과 동일한 것으로 리타데이션이 각각 150nm 인 광학 이방성층 (D), 260nm 인 광학 이방성층 (E) 2 장을 D 와 E 의 지상축이 60°로 교차하도록 적층하고, 또 직선 편광판 (P2) 을, 그 투과축과 광학 이방성층 (E) 의 지상축이 15°로 교차하도록 하여 접합한 적층체를 제작하고, 이 적층체를, 광학 이방성층 (D) 의 지상축이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 도 3 에, 액정셀 상측의 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d), 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e), 및 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 관계를 나타내었다. 제작한 액정 표시 장치에서는, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과, 직선 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 교차 각도 (β) 가 15°이고, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d) 의 교차각 (α) 은 60°였다.
계속해서, 통상의 실내 형광등 조명하에, 분광 방사 휘도계를 사용하여 액정 표시 장치의 하측으로부터의 투과 휘도를 측정하였다. 이 때의 관찰각도는 액정 표시 장치를 수평으로 둔 채로, 법선으로부터 0 ~ 80°의 방향으로 극각(極角)을 10°마다 고정하고, 각각의 각도에서 액정 표시 장치의 방위각을 10°마다 변경하면서 휘도를 액정 표시 장치의 ON 했을 때와 OFF 했을 때에 각각 측정하여, ON 했을 때와 OFF 했을 때의 휘도의 비인 콘트라스트비를 산출하였다. 모든 극각, 방위각에서의 콘트라스트비를 전(全) 방위에 대하여 더한 값을 점수 평가하여, 표 1 에 기재하였다. 이 값이 클수록 넓은 시야각에서 큰 콘트라스트비를 가지고 있는 것이 되어, 넓은 시야각에서의 표시 장치의 시야각 특성을 평가할 수 있다.
| 제 1 광학 이방성층 | 제 2 광학 이방성층 | 제 3 광학 이방성층 | 전체 방위 콘트라스트비 적산값 | ||
| 재료 | 평균틸트각 | 재료 | 재료 | ||
| 실시예1-1 | 디스코틱 액정 | 45° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 183 |
| 실시예1-2 | 디스코틱 액정 | 60° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 187 |
| 실시예1-3 | 디스코틱 액정 | 45° | 폴리머 필름 | 디스코틱 액정/ TAC 필름 |
181 |
| 실시예1-4 | 디스코틱 액정 | 45°/45° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 186 |
| 실시예1-5 | 디스코틱 액정 | 45° | 봉상 액정 | TAC 필름 | 86 |
| 비교예1-1 | 고분자 액정 | 24° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 146 |
| 비교예1-2 | 디스코틱 액정 | 15° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 132 |
| 비교예1-3 | 폴리머 필름 | - | 봉상 액정 | TAC 필름 | 57 |
표 1 에 나타내는 결과로부터, 본 발명의 광학 이방성층을 갖는 실시예 1-1 ~ 5 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치는, 각각 대응하는 구성의 비교예 1-1 ~ 3 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치보다도 콘트라스트비가 높고, 시야각 특성이 개선되어 있음을 알 수 있었다.
[실시예 2-1]
(위상차판의 제작)
폭 100㎜, 길이 150㎜ 의 유리 기판에 하기 구조식의 폴리머의 희석액을 스핀 코트 도포하고, 80℃ 에서 1 시간, 180℃ 에서 1 시간, 또 250℃ 에서 1 시간 가열하여, 두께 0.5㎛ 의 막을 형성하고, 그 표면에 러빙 처리 (1500rpm 의 회전수로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여 배향막으로 하였다.
이 배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 4.83㎛ 의 광학 이방성층 (B1) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (B1) 은 러빙 방향과 직교하는 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 45°, 상측 공기 계면측의 틸트각 45°, 평균 틸트각이 45°로, 디스코틱 액정성 분자가 균일 경사 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (B1) 의 도포액 조성
하기의 디스코틱 액정성 화합물 32.6질량%
셀룰로오스아세틸레이트부틸레이트 0.7질량%
변성 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 3.2질량%
하기의 증감제 0.4질량%
하기의 광중합 개시제 1.1질량%
메틸에틸케톤 62.0질량%
하기의 불소함유 화합물 0.03질량%
두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 제 3 광학 이방성층으로서 기능하는 광학 이방성층 (C1) 을 투명 지지체로 사용하였다. 복굴절계 (Oji Sceientific Instruments Co., Ltd 제조, KOBRA-21ADH) 로 측정한 589.3nm 에서의 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 80nm 이었다. 상기한 바와 같이 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 이 트리아세틸셀룰로오스 필름을 점착제로 접합하여, 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체를 얻었다.
1 축 연신한 아톤 필름 (JSR 사 제조) 으로 이루어지는 광학 이방성층 (A1) 을 제 2 광학 이방성층으로 사용하였다. 광축은 필름 평면과 평행하고, 550nm 에서 측정한 리타데이션값은 260nm 이며, Nz 팩터는 1.0 이었다. 상기 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체와 아톤 필름 (광학 이방성층 (A1)) 을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1), 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A1) 과 광학 이방성층 (B1) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다.
(타원 편광판의 제작)
두께 80㎛ 의 롤형상 폴리비닐알코올 필름을 요오드 수용액 중에서 연속하여 5 배로 연신하고, 건조시켜 편광막을 얻었다. 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, PVA-117H) 3% 수용액을 접착제로 하여 비누화 처리한 트리아세틸셀룰로오스 필름과 접합하여, 양면이 트리아세틸셀룰로오스에 의해 보호된 편광판을 얻었다. 여기서 사용한 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 30nm 이었다.
이어서, 상기 제작한 위상차판 (광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 및 광학 이방성층 (C1) 의 적층체) 과 편광판을 점착제로 접합하여 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1) 과 편광판이 접하도록 접합하고, 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 2-2]
(위상차판의 제작)
실시예 2-1 과 동일하게, 유리 기판 위에 상기 구조의 폴리머의 희석액을 도포하여, 막을 형성하였다. 이 막의 표면에 러빙 처리 (2000rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여, 배향막으로 하였다. 다음으로, 실시예 2-1 에서 광학 이방성층 (B1) 의 제작에 사용한 것과 동일한 조성의 도포액을 사용하여, 실시예 2-1 과 동일하게 두께 2.55㎛ 의 광학 이방성층 (B2: 제 1 광학 이방성층) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (B2) 은 러빙 방향과 직교하는 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 80°, 상측 공기 계면측의 틸트각 80°, 평균 틸트각 80°로, 디스코틱 액정성 분자가 균일 경사 배향되어 있음을 알 수 있었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B2) 을 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 2-1 과 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판을 제작하였다.
[실시예 2-3]
실시예 2-1 과 동일한 방법으로 (단 도포량은 다르다), 두께 2.42㎛ 의 광학 이방성층 (B1: 상하 계면의 틸트각 45°, 평균 틸트각 45°로 디스코틱 액정성 분자가 균일 경사 배향된 층; 550nm 에서의 리타데이션은 75nm) 을 2 장 각각 유리 기판 위에 제작하였다. 제작한 2 장의 광학 이방성층 (B1) 을 적층한 적층체 (전체적으로 리타데이션은 150nm) 를, 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 2-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고 (단, 제 1 광학 이방성층은 2 층으로 이루어진다), 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 2-4]
실시예 2-1 과 동일한 방법으로 (단 도포량은 다르다), 두께 2.42㎛ 의 광학 이방성층 (B1: 상하 계면의 틸트각이 45°, 평균 틸트각이 45°로 균일 경사 배향, 550nm 에서의 리타데이션은 75nm), 및 실시예 2-2 와 동일한 방법으로 (단 도포량은 다르다), 두께 1.28㎛ 의 광학 이방성층 (B2: 상하 계면의 틸트각이 80°, 평균 틸트각이 80°로 균일 경사 배향, 550nm 에서의 리타데이션은 75nm) 을 각각 제작하였다. 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 (B2) 의 적층체 (전체적으로 리타데이션은 150nm) 를 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 2-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고 (단, 제 1 광학 이방성층은 2 층으로 이루어진다), 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 2-5]
Rth 가 40nm 인 트리아세틸셀룰로오스 필름의 표면을 비누화 처리하고, 그 위에 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하여 막을 형성하고, 막 표면에 러빙 처리를 실시하여 배향막으로 하였다. 이 배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 1.73㎛ 의 제 2 광학 이방성층 (A2) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (A2) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 260nm 이고, Nz 는 1.0 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 막 내의 평균 틸트각이 실질적으로 O°인 수평 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (A2) 의 도포액 조성
하기 봉상 액정성 화합물 14.5질량%
상기 증감제 0.15질량%
상기 광중합 개시제 0.29질량%
메틸에틸케톤 85.06질량%
상기 불소함유 화합물 0.03질량%
실시예 2-2 와 동일한 방법으로 제작한 광학 이방성층 (B2) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체와 광학 이방성층 (A2) 을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B2), 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A2) 과 광학 이방성층 (B2) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다.
(타원 편광판의 제작)
편광판은 한 면만 트리아세틸셀룰로오스로 보호된 것을 사용하고, 그 편광판의 보호되어 있지 않은 면 (연신한 폴리비닐알코올로 이루어지는 편광막) 과 광학 이방성층 (A2: 트리아세틸셀룰로오스 필름면) 을 광학적으로 등방성의 점착제에 의해 접합하여, 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B2) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[비교예 2-1]
실시예 2-1 에 있어서, 광학 이방성층 (B1) 대신에, 평균 틸트각 24°(상측 계면 틸트각 3°/하측 계면 틸트각 44°) 로 고분자 액정이 하이브리드 배향되어 이루어지는 Nisseki Mitsubishi Corporation 제조의 NH 필름을 사용한 것 외에는 동일하게 하여, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[비교예 2-2]
실시예 2-1 과 동일하게, 유리 기판 위에 상기 구조의 폴리머의 희석액을 도포하여 막을 형성하였다. 이 막의 표면에 러빙 처리 (500rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여, 배향막으로 하였다. 다음으로, 실시예 2-1 에서 광학 이방성층 (B1) 의 제작에 사용한 것과 동일한 조성의 도포액을 사용하여, 실시예 2-1 과 동일하게 두께 20㎛ 의 광학 이방성층 (B3) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (B3) 은 러빙 방향과 직교하는 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각이 20°이고 상측 공기 계면측의 틸트각이 20°로 평균 틸트각 20°의 균일 경사 배향되어 있음을 알 수 있었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B3) 를 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는 실시예 2-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[비교예 2-3]
실시예 2-5 에 있어서, 광학 이방성층 (B2) 대신에, 리타데이션이 150nm 인 아톤 필름을 사용한 것 외에는 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[평가]
(시야각 측정)
상기 제작한 타원 편광판을 각각 장착한 ECB 반투과형의 표시 장치를 제작하였다. 우선, 한 쌍의 0.7㎜ 의 두께의 유리 기판을 갭 4㎛ 로 대향 배치하였다. 관찰자측의 유리 기판에는, ITO 전극, 타측의 유리 기판에는 ITO 전극의 대향 전극으로서 요철이 형성된 알루미늄 반사 전극을 형성하였다. 상하 기판의 대향면에, 폴리이미드막의 표면을 러빙 처리한 배향막을 형성하였다. 상하 기판의 각각의 배향막의 러빙 각도는 평행 (트위스트 각도 O 도) 으로 하였다. 유리 기판의 갭에, △n = O.086, 유전율 이방성이 +10.0 인 네마틱 액정을 주입하여, 액정셀 (LC) 을 제작하였다.
이 액정셀을 사용하여, 도 3 에 나타내는 층 구성의 액정 표시 장치를 제작하였다. 액정셀 (LC) 의 하측에, 실시예 2-1 ~ 5 에서 제작한 타원 편광판 (도면 중, 제 1 광학 이방성을 B, 제 2 광학 이방성층을 A, 제 3 광학 이방성층을 C, 직선 편광판을 P1 으로 나타내었다) 을, 제 1 광학 이방성층 (B1) 또는 (B2) 의 다이렉터 방향 (지상축과 직교 방향) 이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 즉, 흑색 표시시의 액정셀 (LC) 중의 액정 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 방향과, 상기 제 1 광학 이방성층 중의 균일 경사 배향된 디스코틱 액정성 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 방향이 실질적으로 평행하게 되도록 접합하였다. 동일한 방법으로 비교예 2-1 ~ 3 에서 각각 제작한 타원 편광판을 배치하여, 액정 표시 장치를 제작하였다.
또, 실시예 2- 에서 사용한 아톤 필름과 동일한 것으로 리타데이션이 각각 150nm 인 광학 이방성층 (D), 260nm 인 광학 이방성층 (E) 2 장을 D 와 E 의 지상축이 60°로 교차하도록 적층하고, 또 직선 편광판 (P2) 을, 그 투과축과 광학 이방성층 (E) 의 지상축이 15°로 교차하도록 하여 접합한 적층체를 제작하고, 이 적층체를, 광학 이방성층 (D) 의 지상축이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 도 3 에, 액정셀 상측의 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d), 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e), 및 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 관계를 나타내었다. 제작한 액정 표시 장치에서는, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과, 직선 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 교차 각도 (β) 가 15°이고, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d) 의 교차각 (α) 은 60°였다.
계속해서, 통상의 실내 형광등 조명하에, 분광 방사 휘도계를 사용하여 액정 표시 장치의 하측으로부터의 투과 휘도를 측정하였다. 이 때의 관찰각도는 액정 표시 장치를 수평으로 둔 채로, 법선으로부터 0 ~ 80°의 방향으로 극각을 10°마다 고정하고, 각각의 각도에서 액정 표시 장치의 방위각을 10°마다 변경하면서 휘도를 액정 표시 장치의 ON 했을 때와 OFF 했을 때에 각각 측정하여, ON 했을 때와 OFF 했을 때의 휘도의 비인 콘트라스트비를 산출하였다. 모든 극각, 방위각에서의 콘트라스트비를 전 방위에 대하여 더한 값을 점수 평가하여, 표 2 에 기재하였다. 이 값이 클수록 넓은 시야각에서 큰 콘트라스트비를 가지고 있는 것이 되어, 넓은 시야각에서의 표시 장치의 시야각 특성을 평가할 수 있다.
| 제 1 광학 이방성층 | 제 2 광학 이방성층 | 제 3 광학 이방성층 | 전체 방위 콘트라스트비 적산값 | ||
| 재료 | 평균틸트각 | 재료 | 재료 | ||
| 실시예2-1 | 디스코틱 액정 | 45° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 136 |
| 실시예2-2 | 디스코틱 액정 | 80° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 156 |
| 실시예2-3 | 디스코틱 액정 | 45°/45° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 176 |
| 실시예2-4 | 디스코틱 액정 | 45°/80° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 186 |
| 실시예2-5 | 디스코틱 액정 | 80° | 봉상 액정 | TAC 필름 | 80 |
| 비교예2-1 | 고분자 액정 | 24° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 146 |
| 비교예2-2 | 디스코틱 액정 | 20° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 125 |
| 비교예2-3 | 폴리머 필름 | - | 봉상 액정 | TAC 필름 | 57 |
표 2 에 나타내는 결과로부터, 본 발명의 광학 이방성층을 갖는 실시예 2-1 ~ 5 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치는, 각각 대응하는 구성의 비교예 2-1 ~ 3 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치보다도 콘트라스트비가 높고, 시야각 특성이 개선되어 있음을 알 수 있었다.
[실시예 3-1]
(위상차판의 제작)
1 축 연신한 아톤 필름 (JSR 사 제조) 을 광학 이방성층 (A1) 으로 사용하였다. 광축은 필름 평면과 평행하고, 550nm 에서 측정한 리타데이션값은 260nm 이고, Nz 팩터는 1.0 이었다. 광학 이방성층 (A1) 의 표면을 비누화 처리하고, 그 위에 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하여, 막을 형성하였다. 그 막의 표면에, 광학 이방성층 (A1) 의 지상축에 대하여 60°교차하도록 러빙 처리 (1500rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여 배향막으로 하였다. 이 배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 1.32㎛ 의 광학 이방성층 (B1) 을 형성하였다. 이 광학 이방성층 (B1) 을, 미리 동일한 방법으로 유리 위에 제작하여, 그 광학 성능을 확인한 결과, 이 광학 이방성층 (B1) 은, 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 0°, 상측 공기 계면측의 틸트각 90°, 평균 틸트각 45°로, 봉상 액정성 분자가 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (B1) 의 도포액 조성
하기의 봉상 액정성 화합물 14.5질량%
하기의 불소계 계면 활성제 0.03질량%F
하기의 증감제 0.15질량%
하기의 광중합 개시제 0.29질량%
메틸에틸케톤 85.06질량%
하기의 불소함유 화합물 0.03질량%
두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 제 3 광학 이방성층으로서 기능하는 광학 이방성층 (C1) 을 투명 지지체로 사용하였다. 복굴절계 (Oji Sceientific Instruments Co., Ltd 제조, KOBRA-21ADH) 로 측정한 589.3nm 에서의 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 80nm 이었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (A1) 과 광학 이방성층 (B1) 의 적층체를, 두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 광학 이방성층 (C1) 으로서 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 및 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하였다.
(타원 편광판의 제작)
두께 80㎛ 의 롤형상 폴리비닐알코올 필름을 요오드 수용액 중에서 연속하여 5 배로 연신하고, 건조시켜 편광막을 얻었다. 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, PVA-117H) 3% 수용액을 접착제로 하여 비누화 처리한 트리아세틸셀룰로오스 필름과 접합하여, 양면이 트리아세틸셀룰로오스에 의해 보호된 편광판을 얻었다. 여기서 사용한 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 30nm 이었다.
이어서, 상기 제작한 위상차판 (광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 및 광학 이방성층 (C1) 의 적층체) 과 편광판을 점착제로 접합하여 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1) 과 편광판이 접하도록 접합하고, 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 3-2]
(위상차판의 제작)
실시예 3-1 과 동일하게, 광학 이방성층 (A1) 의 표면에 PVA 막을 형성하고, 이 막의 표면에 러빙 처리 (2000rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리)를 실시하여, 배향막으로 하였다. 다음으로, 실시예 3-1 에서 광학 이방성층 (B1) 의 제작에 사용한 것과 동일 조성의 도포액을 사용하여, 실시예 3-1 과 동일하게 두께 0.94㎛ 의 광학 이방성층 (B2: 제 1 광학 이방성층) 을 형성하였다. 이 광학 이방성층 (B2) 을, 미리 동일한 방법으로 유리 위에 형성하여, 그 광학적 특성을 확인한 결과, 이 광학 이방성층 (B2) 은, 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 30°, 상측 공기 계면측의 틸트각 90°, 평균 틸트각 60°로, 디스코틱 액정성 분자가 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B2) 을 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 3-1 과 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판을 제작하였다.
[실시예 3-3]
Rth 가 40nm 인 트리아세틸셀룰로오스 필름의 표면을 비누화 처리하고, 그 위에 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하여 막을 형성하고, 막 표면에 러빙 처리를 실시하여 배향막으로 하였다. 이 배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 시키고, 또 자외선 조사하여 두께 1.73㎛ 의 제 2 광학 이방성층 (A2) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (A2) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 260nm 이고, Nz 팩터는 1.0 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 막 내의 평균 틸트각이 실질적으로 O°인 수평 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (A2) 의 도포액 조성
하기 봉상 액정성 화합물 14.5질량%
하기 증감제 0.15질량%
하기 광중합 개시제 0.29질량%
메틸에틸케톤 85.06질량%
상기 불소함유 화합물 0.03질량%
실시예 3-1 에서 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체와 광학 이방성층 (A2) 을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B1), 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A2) 과 광학 이방성층 (B1) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다.
(타원 편광판의 제작)
편광판은 한 면만 트리아세틸셀룰로오스로 보호된 것을 사용하고, 그 편광판의 보호되어 있지 않은 면 (연신한 폴리비닐알코올로 이루어지는 편광막) 과 광학 이방성층 (A2: 트리아세틸셀룰로오스 필름면) 을 광학적으로 등방성의 점착제에 의해 접합하여, 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B1) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[비교예 3-1]
실시예 3-1 에 있어서, 광학 이방성층 (B1) 대신에, 평균 틸트각 24°(상측 계면 틸트각 3°/하측 계면 틸트각 44°) 로 고분자 액정이 하이브리드 배향되어 이루어지는 Nisseki Mitsubishi Corporation 제조의 NH 필름을 사용한 것 외에는 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[비교예 3-2]
실시예 3-3 에 있어서, 광학 이방성층 (B1) 대신에, 리타데이션이 150nm 인 아톤 필름을 사용한 것 외에는 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[평가]
(시야각 측정)
상기 제작한 타원 편광판을 각각 장착한 ECB 반투과형의 표시 장치를 제작하였다. 우선, 한 쌍의 0.7mm 두께의 유리 기판을 갭 4㎛ 로 대향 배치하였다. 관찰자측의 유리 기판에는, ITO 전극, 다른 쪽의 유리 기판에는 ITO 전극의 대향 전극으로서 요철이 형성된 알루미늄 반사 전극을 형성하였다. 상하 기판의 대향면에, 폴리이미드막의 표면을 러빙 처리한 배향막을 형성하였다. 상하 기판의 각각의 배향막의 러빙 각도는 평행 (트위스트 각도 O 도) 으로 하였다. 유리 기판의 갭에, △n = O.086, 유전율 이방성이 +10.0 인 네마틱 액정을 주입하여, 액정셀 (LC) 을 제작하였다.
이 액정셀을 사용하여, 도 3 에 나타내는 층 구성의 액정 표시 장치를 제작하였다. 액정셀 (LC) 의 하측에, 실시예 3-1 ~ 3 에서 제작한 타원 편광판 (도면 중, 제 1 광학 이방성을 B, 제 2 광학 이방성층을 A, 제 3 광학 이방성층을 C, 직선 편광판을 P1 으로 나타내었다) 을, 제 1 광학 이방성층 (B1) 또는 (B2) 의 다이렉터 방향 (지상축과 평행 방향) 이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 즉, 흑색 표시시의 액정셀 (LC) 중의 액정 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 축의 평균 방향과, 상기 제 1 광학 이방성층 중의 하이브리드 배향된 봉상 액정성 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 방향이 실질적으로 평행하게 되도록 접합하였다.
동일한 방법으로 비교예 3-1 ~ 2 에서 제작한 타원 편광판을 각각 배치한 액정 표시 장치를 제작하였다.
또, 실시예 3- 에서 사용한 아톤 필름과 동일한 것으로 리타데이션이 각각 150nm 인 광학 이방성층 (D), 260nm 인 광학 이방성층 (E) 2 장을 D 와 E 의 지상축이 60°로 교차하도록 적층하고, 또 직선 편광판 (P2) 을, 그 투과축과 광학 이방성층 (E) 의 지상축이 15°로 교차하도록 하여 접합한 적층체를 제작하고, 이 적층체를, 광학 이방성층 (D) 의 지상축이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 도 3 에, 액정셀 상측의 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d), 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e), 및 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 관계를 나타내었다. 제작한 액정 표시 장치에서는, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과, 직선 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 교차 각도 (β) 가 15°이고, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d) 의 교차각 (α) 은 60°였다.
계속해서, 통상의 실내 형광등 조명하에, 분광 방사 휘도계를 사용하여 액정 표시 장치의 하측으로부터의 투과 휘도를 측정하였다. 이 때의 관찰각도는 액정 표시 장치를 수평으로 둔 채로, 법선으로부터 0 ~ 80°의 방향으로 극각을 10°마다 고정하고, 각각의 각도에서 액정 표시 장치의 방위각을 10°마다 변경하면서 휘도를 액정 표시 장치의 ON 했을 때와 OFF 했을 때에 각각 측정하여, ON 했을 때와 OFF 했을 때의 휘도의 비인 콘트라스트비를 산출하였다. 모든 극각, 방위각에서의 콘트라스트비를 전 방위에 대하여 더한 값을 점수 평가하여, 표 3 에 기재하였다. 이 값이 클수록 넓은 시야각에서 큰 콘트라스트비를 가지고 있는 것이 되어, 넓은 시야각에서의 표시 장치의 시야각 특성을 평가할 수 있다.
| 제 1 광학 이방성층 | 제 2 광학 이방성층 | 제 3 광학 이방성층 | 전체 방위 콘트라스트비 적산값 | ||
| 재료 | 평균틸트각 | 재료 | 재료 | ||
| 실시예3-1 | 봉상 액정 | 45° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 183 |
| 실시예3-2 | 봉상 액정 | 60° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 180 |
| 실시예3-3 | 봉상 액정 | 45° | 봉상 액정 | TAC 필름 | 78 |
| 비교예3-1 | 고분자 액정 | 24° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 146 |
| 비교예3-2 | 폴리머 필름 | - | 봉상 액정 | TAC 필름 | 57 |
표 3 에 나타내는 결과로부터, 본 발명의 광학 이방성층을 갖는 실시예 3-1 ~ 3 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치는, 각각 대응하는 구성의 비교예 3-1 ~ 2 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치보다도 콘트라스트비가 높고, 시야각 특성이 개선되어 있음을 알 수 있었다.
[실시예 4-1]
(위상차판의 제작)
폭 100㎜, 길이 150㎜ 의 유리 기판에 하기 구조식의 폴리머의 희석액을 스핀 코트 도포하고, 80℃ 에서 1 시간, 180℃ 에서 1 시간, 또 250℃ 에서 1 시간 가열하여, 두께 0.5㎛ 의 막을 형성하고, 그 표면에 러빙 처리 (2000rpm 의 회전수로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여 배향막으로 하였다.
배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 1.38㎛ 의 광학 이방성층 (B1: 제 1 광학 이방성층) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (B1) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 45°, 상측 공기 계면측의 틸트각 45°, 평균 틸트각이 45°로, 디스코틱 액정성 분자가 균일 경사 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (B1) 의 도포액 조성
하기의 봉상 액정성 화합물 14.5질량%
하기의 증감제 0.15질량%
하기의 광중합 개시제 0.29질량%
메틸에틸케톤 85.06질량%
하기의 불소함유 화합물 0.03질량%
두께 60㎛ 의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 제 3 광학 이방성층으로서 기능하는 광학 이방성층 (C1) 을 투명 지지체로 사용하였다. 복굴절계 (Oji Sceientific Instruments Co., Ltd 제조, KOBRA-21ADH) 로 측정한 589.3nm 에서의 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 80nm 이었다.
상기한 바와 같이 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 이 트리아세틸셀룰로오스 필름을 점착제로 접합하여, 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체를 얻었다.
1 축 연신한 아톤 필름 (JSR 사 제조) 으로 이루어지는 광학 이방성층 (A1) 을 제 2 광학 이방성층으로 사용하였다. 광축은 필름 평면과 평행하고, 550nm 에서 측정한 리타데이션값은 260nm 이며, Nz 팩터는 1.0 이었다. 상기 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체와 아톤 필름 (광학 이방성층 (A1)) 을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1), 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A1) 과 광학 이방성층 (B1) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다.
(타원 편광판의 제작)
두께 80㎛ 의 롤형상 폴리비닐알코올 필름을 요오드 수용액 중에서 연속하여 5 배로 연신하고, 건조시켜 편광막을 얻었다. 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, PVA-117H) 3% 수용액을 접착제로 하여 비누화 처리한 트리아세틸셀룰로오스 필름과 접합하여, 양면이 트리아세틸셀룰로오스에 의해 보호된 편광판을 얻었다. 여기서 사용한 트리아세틸셀룰로오스 필름의 Rth 값은 30nm 이었다.
이어서, 상기 제작한 위상차판 (광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 및 광학 이방성층 (C1) 의 적층체) 과 직선 편광판을 점착제로 접합하여 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A1) 과 편광판이 접하도록 접합하고, 직선 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A1), 광학 이방성층 (B1) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 4-2]
(위상차판의 제작)
실시예 4-1 과 동일하게, 유리 기판 위에 상기 구조의 폴리머의 희석액을 도포하여 막을 형성하였다. 이 막의 표면에 러빙 처리 (1500rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여, 배향막으로 하였다. 다음으로, 실시예 4-1 에서 광학 이방성층 (B1) 의 제작에 사용한 것과 동일한 조성의 도포액을 사용하여, 실시예 4-1 과 동일하게 두께 1.16㎛ 의 광학 이방성층 (B2: 제 1 광학 이방성층) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (B2) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각 40°, 상측 공기 계면측의 틸트각 40°, 평균 틸트각 40°로, 디스코틱 액정성 분자가 균일 경사 배향되어 있음을 알 수 있었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B2) 을 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 4-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판을 제작하였다.
[실시예 4-3]
실시예 4-1 과 동일한 방법으로 (단 도포량은 다르다), 두께 0.69㎛ 의 광학 이방성층 (B1: 상하 계면의 틸트각 45°, 평균 틸트각 45°로 균일 경사 배향, 550nm 에서의 리타데이션은 75nm) 및 실시예 4-2 와 동일한 방법으로 (단 도포량은 다르다), 두께 0.58㎛ 의 광학 이방성층 (B2: 상하 계면의 틸트각이 40°, 평균 틸트각이 40°로 균일 경사 배향, 550nm 에서의 리타데이션은 75nm) 을 각각 제작하였다. 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 (B2) 의 적층체 (전체적으로 리타데이션은 150nm) 를 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는, 실시예 4-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고 (단, 제 1 광학 이방성층은 2 층으로 이루어진다), 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[실시예 4-4]
Rth 가 40nm 인 트리아세틸셀룰로오스 필름의 표면을 비누화 처리하고, 그 위에 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 도포하여 막을 형성하고, 막 표면에 러빙 처리를 실시하여 배향막으로 하였다. 이 배향막의 러빙 처리면 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 1.73㎛ 의 제 2 광학 이방성층 (A2) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (A2) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 260nm 이고, Nz 팩터는 1.0 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 막 내의 평균 틸트각이 실질적으로 0°인 수평 배향되어 있음을 알 수 있었다.
광학 이방성층 (A2) 의 도포액 조성
상기 봉상 액정성 화합물 14.5질량%
상기 증감제 0.15질량%
상기 광중합 개시제 0.29질량%
메틸에틸케톤 85.06질량%
상기 불소함유 화합물 0.03질량%
실시예 4-1 에서 제작한 광학 이방성층 (B1) 과 광학 이방성층 (C1) 의 적층체와 광학 이방성층 (A2) 을 점착제에 의해 접합하였다. 이 때, 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B1), 광학 이방성층 (C1) 의 순서가 되도록 하고, 광학 이방성층 (A2) 과 광학 이방성층 (B1) 의 지상축은 60°교차하도록 접합하였다.
(타원 편광판의 제작)
편광판은 한 면만 트리아세틸셀룰로오스로 보호된 것을 사용하고, 그 편광판의 보호되어 있지 않은 면 (연신한 폴리비닐알코올로 이루어지는 편광막) 과 광학 이방성층 (A2: 트리아세틸셀룰로오스 필름면) 을 광학적으로 등방성의 점착제에 의해 접합하여, 타원 편광판을 제작하였다. 이 때, 편광판의 투과축과 광학 이방성층 (A2), 광학 이방성층 (B1) 의 지상축이 이루는 각은 각각 75°, 15°였다. 즉, 제작한 타원 편광판은, 도 1 에 나타내는 것과 동일한 층 구성을 갖고, 도 2 중의 β가 15°, α가 60°인 타원 편광판이었다.
[비교예 4-1]
실시예 4-1 과 동일하게, 유리 기판 위에 상기 구조의 폴리머의 희석액을 도포하여 막을 형성하였다. 이 막의 표면에 러빙 처리 (1000rpm 으로 회전하고 있는 러빙천에 의한 러빙 처리) 를 실시하여, 배향막으로 하였다. 다음으로, 실시예 4-1 에서 광학 이방성층 (B1) 의 제작에 사용한 것과 동일한 조성의 도포액을 사용하여, 실시예 4-1 과 동일하게 두께 0.89㎛ 의 광학 이방성층 (B3) 을 형성하였다. 광학 이방성층 (B3) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 150nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 평균 틸트각을 측정한 결과, 하측 배향막 계면의 틸트각이 30°, 상측 공기 계면측의 틸트각이 30°, 평균 틸트각 30°로 균일 경사 배향되어 있음을 알 수 있었다.
상기 제작한 광학 이방성층 (B3) 을 광학 이방성층 (B1) 대신에 사용한 것 외에는 실시예 4-1 과 동일한 방법으로 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[비교예 4-2]
실시예 4-1 에 있어서, 광학 이방성층 (B1) 대신에, 평균 틸트각 24°(상측 계면 틸트각 3°/하측 계면 틸트각 44°) 이고 고분자 액정이 하이브리드 배향되어 이루어지는 Nisseki Mitsubishi Corporation 제조의 NH 필름을 사용한 것 외에는 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[비교예 4-3]
실시예 4-4 에 있어서, 광학 이방성층 (B1) 대신에, 리타데이션이 150nm 인 아톤 필름을 사용한 것 외에는 동일한 방법으로, 위상차판 및 타원 편광판을 제작하였다.
[평가]
(시야각 측정)
상기 제작한 타원 편광판을 각각 장착한 ECB 반투과형의 표시 장치를 제작하였다. 우선, 한 쌍의 두께 0.7㎜ 의 유리 기판을 갭 4㎛ 로 대향 배치하였다. 관찰자측의 유리 기판에는, ITO 전극, 타측의 유리 기판에는 ITO 전극의 대향 전극으로서 요철이 형성된 알루미늄 반사 전극을 형성하였다. 상하 기판의 대향면에, 폴리이미드막의 표면을 러빙 처리한 배향막을 형성하였다. 상하 기판의 각각의 배향막의 러빙 각도는 평행 (트위스트 각도 O 도) 하게 하였다. 유리 기판의 갭에, △n = O.086, 유전율 이방성이 +10.0 인 네마틱 액정을 주입하여, 액정셀 (LC) 을 제작하였다.
이 액정셀을 사용하여, 도 3 에 나타내는 층 구성의 액정 표시 장치를 제작하였다. 액정셀 (LC) 의 하측에, 실시예 4-1 ~ 4 에서 제작한 타원 편광판 (도면 중, 제 1 광학 이방성을 B, 제 2 광학 이방성층을 A, 제 3 광학 이방성층을 C, 직선 편광판을 P1 으로 나타내었다) 을, 제 1 광학 이방성층 (B1) 또는 (B2) 의 다이렉터 방향 (지상축과 평행 방향) 이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 즉, 흑색 표시시의 액정셀 (LC) 중의 액정 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 축의 평균 방향과, 상기 제 1 광학 이방성층 중의 균일 경사 배향된 봉상 액정성 분자의 다이렉터를 층 평행면에 투영한 방향이 실질적으로 평행하게 되도록 접합하였다. 동일한 방법으로 비교예 4-1 ~ 3 에서 각각 제작한 타원 편광판을 배치하여, 액정 표시 장치를 제작하였다.
또, 실시예 4- 에서 사용한 아톤 필름과 동일한 것으로 리타데이션이 각각 150nm 인 광학 이방성층 (D), 260nm 인 광학 이방성층 (E) 2 장을 D 와 E 의 지상축이 60°로 교차하도록 적층하고, 또 직선 편광판 (P2) 을, 그 투과축과 광학 이방성층 (E) 의 지상축이 15°로 교차하도록 하여 접합한 적층체를 제작하고, 이 적층체를, 광학 이방성층 (D) 의 지상축이 액정셀 (LC) 의 상하 기판의 러빙 방향과 평행하게 되도록 배치하였다. 도 3 에, 액정셀 상측의 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d), 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e), 및 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 관계를 나타내었다. 제작한 액정 표시 장치에서는, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과, 직선 편광판 (P2) 의 투과축 (p2) 의 교차 각도 (β) 가 15°이고, 광학 이방성층 (E) 의 지상축 (e) 과 광학 이방성층 (D) 의 지상축 (d) 의 교차각 (α) 은 60°였다.
계속해서, 통상의 실내 형광등 조명하에, 분광 방사 휘도계를 사용하여 액정 표시 장치의 하측으로부터의 투과 휘도를 측정하였다. 이 때의 관찰각도는 액정 표시 장치를 수평으로 둔 채로, 법선으로부터 0 ~ 80°의 방향으로 극각을 10°마다 고정하고, 각각의 각도에서 액정 표시 장치의 방위각을 10°마다 변경하면서 휘도를 액정 표시 장치의 ON 했을 때와 OFF 했을 때에 각각 측정하여, ON 했을 때와 OFF 했을 때의 휘도의 비인 콘트라스트비를 산출하였다. 모든 극각, 방위각에서의 콘트라스트비를 전 방위에 대하여 더한 값을 점수 평가하여, 표 4 에 기재하였다. 이 값이 클수록 넓은 시야각에서 큰 콘트라스트비를 가지고 있는 것이 되어, 넓은 시야각에서의 표시 장치의 시야각 특성을 평가할 수 있다.
| 제 1 광학 이방성층 | 제 2 광학 이방성층 | 제 3 광학 이방성층 | 전체 방위 콘트라스트비 적산값 | ||
| 재료 | 평균틸트각 | 재료 | 재료 | ||
| 실시예4-1 | 봉상 액정 | 45° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 188 |
| 실시예4-2 | 봉상 액정 | 40° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 184 |
| 실시예4-3 | 봉상 액정 | 45°/40° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 198 |
| 실시예4-4 | 봉상 액정 | 45° | 봉상 액정 | TAC 필름 | 99 |
| 비교예4-1 | 봉상 액정 | 30° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 150 |
| 비교예4-2 | 고분자 액정 | 24° | 폴리머 필름 | TAC 필름 | 146 |
| 비교예4-3 | 폴리머 필름 | - | 봉상 액정 | TAC 필름 | 57 |
표 4 에 나타내는 결과로부터, 본 발명의 광학 이방성층을 갖는 실시예 4-1 ~ 4 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치는, 각각 대응하는 구성의 비교예 4-1 ~ 3 의 타원 편광판을 갖는 액정 표시 장치보다도 콘트라스트비가 높고, 시야각 특성이 개선되어 있음을 알 수 있었다.
[실시예 5-1]
(제 1 광학 이방성층 (A) 의 형성)
폭 100㎜, 길이 150㎜ 의 유리판을 투명 지지체로 사용하였다. 배향막의 희석액을 투명 지지체의 한 면에 스핀 코트 도포하여, 80℃ 에서 1 시간, 180℃ 에서 1 시간, 또 250℃ 에서 1 시간 가열하여, 두께 0.5㎛ 의 배향막을 형성하였다 (하기 구조식의 폴리머). 이어서, 긴 변 방향으로 러빙 처리를 실시하였다.
배향막의 위에, 하기 조성의 도포액을 스핀 코트 도포, 건조, 및 가열 (배향 숙성) 하고, 또 자외선 조사하여 두께 2.4㎛ 의 광학적 이방성층 (A) 을 형성하였다. 광학적 이방성층 (A) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 265nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 경사각을 측정한 결과, 배향막 계면의 경사가 5°, 공기 계면측의 경사가 30°, 평균 경사각이 17.5°로 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다. 또한, 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 는 1.10 이었다.
광학 이방성층 (A) 의 도포액 조성
봉상 액정성 화합물 (예시 화합물 I-1) 14.5질량%
하기의 증감제 (1) 0.15질량%
하기의 광중합 개시제 (1) 0.29질량%
메틸에틸케톤 85.06질량%
(제 2 광학 이방성층 (B) 의 형성)
비누화한 트리아세틸셀룰로오스 위에, 폴리비닐알코올 (KURARAY CO., LTD. 제조, MP-203) 의 희석액을 스핀 코트하여 배향막을 형성하고, 러빙 처리를 실시하였다.
그 배향막 위에, 하기 조성의 도포액을 바코터를 사용하여 연속적으로 도포, 건조 및 가열 (배향 숙성) 하고, 액정을 수평 배향시키고, 또 자외선 조사하여 두께 1.0㎛ 의 광학 이방성층 (B) 을 형성하였다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 130nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 경사각을 측정한 결과, 수평 배향하고 있음이 확인되었다. 또한, 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 는 1.10 이었다.
광학 이방성층 (B) 의 도포액 조성
상기 봉상 액정성 화합물 (I-1) 13.0질량%
상기 증감제 (1) 0.13질량%
상기 광중합 개시제 (1) 0.39질량%
식 (V) 의 예시 화합물 V-(27) 0.13질량%
메틸에틸케톤 86.35질량%
(원 편광판의 제작)
상기 방법으로 제작한 2 개의 광학 이방성층을, 편광막의 투과축과 광학 이방성층 (A) 및 광학 이방성층 (B) 의 지상축의 각각과 이루는 각도가 15°및 75°가 되도록, 편광막, 광학 이방성층 (A) 및 광학 이방성층 (B) 의 순서대로 접합하여, 원 편광판을 제작하였다. 이 원 편광판을 샘플 1 로 한다.
[비교예 5-1]
실시예 5-1 과 동일한 방법으로, 광학 이방성층 (A) 및 (B) 의 형성에 사용하는 봉상 액정성 화합물로서, (I-13) 과 (I-23) 의 1:1 (질량비) 의 혼합 액정을 사용하여 원 편광판을 제작하였다. 이 경우, 광학 이방성층 (A) 및 (B) 의 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 는, 모두 1.18 이었다. 이 원 편광판을 샘플 2 로 한다.
[실시예 5-2]
실시예 5-1 과 동일한 방법으로, 광학 이방성층 (A) 의 봉상 액정성 화합물로서 (I-1) 과 (I-13) 의 1:1 (질량비) 의 혼합 액정을 사용하여, 광학 이방성층 (A) 을 제작하였다. 광학적 이방성층 (A) 은 러빙 방향에 지상축을 가지고 있었다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 265nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 경사각을 측정한 결과, 배향막 계면의 경사가 4°, 공기 계면측의 경사가 45°, 평균 틸트각이 25°로 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다. 이 경우, 광학 이방성층 (A) 의 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 는 1.15 이었다. 이 광학 이방성층 (A) 및 실시예 5-1 에서 제작한 광학 이방성층 (B) 을 사용하여, 실시예 5- 와 동일하게 원 편광판을 제작하였다. 이 원 편광판을 샘플 3 으로 한다.
[실시예 5-3]
실시예 5-1 과 동일하게 원 편광판을 제작하였다. 또, Rth 값이 20nm 인 트리아세틸셀룰로오스 필름을 광학 이방성층 (A) 측에 접합하고, Rth 값이 40nm 인 트리아세틸셀룰로오스를 광학 이방성층 (B) 측에 접합하여 원 편광판을 제작하였다. 이 원 편광판을 샘플 4 로 한다.
[실시예 5-4]
실시예 5-1 과 동일한 방법으로, 봉상 액정성 화합물로서 (I-13) 과 (I-23) 의 1:1 (질량비) 의 혼합 액정을 사용하여, 광학 이방성층 (A) 을 제작하였다. 550nm 에서의 리타데이션값 (Re 550) 은 260nm 이었다. 크리스탈 로테이션법을 응용하여 경사각을 측정한 결과, 배향막 계면의 경사가 2°, 공기 계면측의 경사가 50°, 평균 틸트각이 26°로 하이브리드 배향되어 있음을 알 수 있었다. 실시예 5-1 과 동일하게 (I-1) 를 사용하여 광학 이방성층 (B) 을 제작하고, 원 편광판을 제작하였다. 이 때의 광학 이방성층 (A) 및 (B) 의 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 는, 각각 1.18 과 1.10 이었다. 이 원 편광판을 샘플 5 로 한다.
[비교예 5-2]
실시예 5-1 과 동일하게, 광학 이방성층 (A) 의 봉상 액정성 화합물로서, (I-13) 과 (I-23) 의 1:1 (질량비) 의 혼합 액정을 사용하고, 광학 이방성층 (B) 으로서 액정성 화합물 대신에, 노르보르넨계 수지 (아톤, JSR 사 제조) 를 사용하여 원 편광판을 제작하였다. 이 때의 광학 이방성층 (A) 및 (B) 의 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re (450)/Re (650)) 는, 각각 1.18 과 1.00 이었다. 이 원 편광판을 샘플 6 으로 한다.
[콘트라스트 측정 및 컬러 평가]
반사형의 액정 표시 장치로서, 다음의 것을 사용하였다. 기판이 두께 0.7㎜ 의 유리, 액정셀의 갭이 2.7㎛, 관찰자측의 전극이 ITO 전극, 그 대향 전극이 요철이 형성된 알루미늄 반사 전극, 액정셀의 배향막이 폴리이미드이고, 러빙 각도 (액정의 트위스트 각도와 동등하다) 가 60°인 셀을 제작하여, 그 공극부(갭)에 △n = 0.098, 또 유전율 이방성이 +11.0 인 네마틱 액정을 주입하여, 액정셀을 제작하였다.
여기에, 실시예 5-1 ~ 5 에서 제작한 원 편광판을, 그 편광판의 투과축이 액정셀의 두께 방향의 중앙부분의 액정성 화합물의 방향과 15°의 각도가 되도록 위상차판측을 액정셀에 접합하여, 액정 표시 장치를 제작하였다. 계속해서, 분광 방사 휘도계를 사용하여, 제작한 각각의 액정 표시 장치의 반사 휘도를 측정하였다. 액정 표시 장치의 ON 했을 때와 OFF 했을 때의 각각의 휘도를 측정하여, ON 했을 때와 OFF 했을 때의 휘도의 비인 콘트라스트비를 산출하였다.
컬러는 원(原)화상을 참조하여, 평가자 10 명의 관능 평가에 의해 4 단계 (좋은 쪽에서부터 ◎ > ○> △ > ×) 로 판단하였다. 결과를 표 5 에 나타내었다.
| Re(450)/Re(650) | Re 비의 차이(%) | 콘트라스트 | 컬러 | ||
| 샘플1 | 광학 이방성층A | 1.10 | 0 | 8 | ○ |
| 광학 이방성층B | 1.10 | ||||
| 샘플2 | 광학 이방성층A | 1.18 | 0 | 5 | × |
| 광학 이방성층B | 1.18 | ||||
| 샘플3 | 광학 이방성층A | 1.15 | 5 | 7 | △ |
| 광학 이방성층B | 1.10 | ||||
| 샘플4 | 광학 이방성층A | 1.10 | 0 | 8 | ◎ |
| 광학 이방성층B | 1.10 | ||||
| 샘플5 | 광학 이방성층A | 1.18 | 7 | 6 | △ |
| 광학 이방성층B | 1.10 | ||||
| 샘플6 | 광학 이방성층A | 1.18 | 18 | 5 | × |
| 광학 이방성층B | 1.00 |
'Re (450)/Re (650)': 450nm 과 650nm 의 각각의 파장에서 측정한 리타데이션의 비,
'Re 비의 차이 (%)': 광학 이방성층 (A) 의 Re (450)/Re (650) 의 광학 이방성층 (B) 에 대한 차이
또, 샘플 1 ~ 6 에 관해서, 광학 이방성층 (A) 와 (B) 를 적층한 적층체에 대해 450nm, 550nm 및 650nm 에 있어서, 리타데이션을 측정하고, 리타데이션/파장의 값을 구한 결과, 모든 샘플이 각 파장에 있어서 리타데이션/파장의 값이 0.2 ~ 0.3 의 범위 내였다.
각 광학 이방성층 (A) 및 (B) 의 Re (450)/Re (650) 가 작고, 각각의 Re (450)/Re (650) 의 차이가 작을수록 콘트라스트 및 컬러가 양호한 것을 알 수 있다. 샘플 4 에 대해서 다른 샘플과 비교하여 계조 반전이 개선되어 더욱 시야각이 넓어져 있었다.
Claims (3)
- 파장 550nm 에서의 면내 라타데이션 Re 가 실질적으로 π인 제 1 광학 이방성층과 파장 550nm 에서의 면내 리타데이션 Re 가 실질적으로 π/2 인 제 2 광학 이방성층을 갖고, 파장 450nm, 550nm 및 650nm 에서 측정한 면내 리타데이션값/파장의 값이 모두 0.2 ~ 0.3 의 범위 내인 위상차판으로, 제 1 및 제 2 광학 이방성층 각각의 450nm 및 650nm 에서 파장에서 측정한 리타데이션의 비 (Re(450)/Re(650)) 를 비교한 경우, 제 1 및 제 2 광학 이방성층에서의 차이가 7% 이하이고, 제 1 및 제 2 광학 이방성층에 있어서 파장 450nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (450)) 을 파장 650nm 에서 측정한 리타데이션 (Re (650)) 으로 나눈 값 (Re (450)/Re (650)) 이 1.00 이상 1.17 이하이며, 또한 제 1 광학 이방성층이 네마틱 하이브리드 배향된 액정성 화합물을 고정화하여 형성되는 층이고, 제 2 의 광학 이방성층이 실질적으로 호모지니아스 배향하고 있는 봉상 액정성 화합물을 고정화하여 형성되는 층인 위상차판.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 광학 이방성 층이 하기식 (Ⅴ) 로 나타내는 첨가제를 함유하는 위상차판.
일반식 (V)
(Hb-L2-)nB1
[식 (V) 에 있어서, Hb 는, 탄소원자수가 6 ~ 40 인 지방족기 또는 탄소원자수가 6 ~ 40 인 지방족 치환 올리고실록산옥시기를 나타내고; L2 는, 단결합 또는 2 가의 연결기를 나타내고; B1 은, 적어도 3 개의 환상 구조를 포함하는 배제 부피 효과를 갖는 n 가의 기이고; n 은 2 ~ 12 중 어느 하나의 정수를 나타냄] - 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 위상차판과 편광막을 갖는 타원 편광판.
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