TWI421597B - 光學膜、光學補償膜、與使用它之偏光板及液晶顯示器 - Google Patents
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Description
此發明為關於光學補償膜,與使用其之偏光板及液晶顯示器。
一液晶顯示器包含液晶胞和偏光板。此偏光板一般有醋酸纖維素組成的保護膜以及偏光膜,例如可藉碘染色由聚乙烯醇所組成的偏光膜,將其拉伸且鋪層在保護膜兩面上而得。在穿透式液晶顯示器中,偏光板附屬在液晶胞的兩側,在某些實例中,更有一或多片的光學補償膜。在反射式液晶顯示器中,通常依序備有反射板、液晶胞、一或多片的光學補償膜以及偏光板。液晶胞包括液晶分子、兩片基板,其含有液晶分子以及提供電壓給液晶分子的電極層。關於液晶胞,其有多種顯示模式被提出,這些多種顯示模式藉由液晶分子的排列狀態可達到開/關間的轉換,其可適用於穿透式和反射式,如TN(扭曲向列)、IPS(平面控制模式)、OCB(光學補償彎曲排列)、VA(垂直排列)和ECB(電控雙折射)。
在液晶顯示器(LCD)中,90°向列模式液晶顯示器(之後簡稱TN模式),其由使用帶有介電各向導性之向列型液晶分子的薄膜電晶體驅動,在需要優良的視覺品質時,被廣泛的使用。然而,TN模式有如此的視角特性,以致於雖然在前方觀看時有優良的顯示特性,但對比較低,以及反向程度(inverted gradation)(回色(reversion in brightness))等,當從斜角方向看時,產生了灰階顯示(gradient display),因此惡化了顯示特性,故產生強烈的需求來克服此問題。
另一方面,廣視角液晶模式如IPS模式、OCB模式和VA模式的市場佔有率,隨近來對液晶電視組需求的增加而在擴展中。雖然這些模式的視覺品質已經有逐年改善(JP-A-9-211444、JP-A-11-316378、JP-A-2-176625、JP-A-11-95208、JP-A-2003-15134、JP-A-11-95208、JP-A-2002-221622、JP-A-9-80424、JP-A-10-54982、JP-A-11-202323、JP-A-9-292522、JP-A-11-133408、JP-A-11-305217和JP-A-10-307291),從斜角方向看時產生的色偏仍然未獲得解決。
另一方面,在JP-A-2005-77853中使用有雙折射層的相差膜,以改善在VA模式色偏的方法。其雙折射層是由兩層不同的非晶質聚合物材料所構成。然而,此方法很難應用在OCB模式以及IPS模式,此外,製造這種膜需要高度複雜的步驟。
用於說明本發明但非限制的一實施例其目標為提供光學補償膜(尤其是對VA、IPS以及OCB模式的光學補償膜)及使用它的偏光板,其光學補償膜可由液晶胞提供精確的光學補償,達成高對比和於黑色顯示(black display)時改進過的依賴視角的色偏,而且有優異的生產率。用於說明本發明但非限制的一實施例另一目標為提供一液晶顯示器(特
別是VA、IPS或OCB模式的液晶顯示器),其液晶顯示器包含提高的對比和於黑色顯示時改進過的依賴視角的色偏。
該些目標可藉由下述手段達成。
1-1 一光學膜包含透明的聚合物膜,其光學膜有:由式(1)定義的A1值,其A1值的範圍從0.10到0.95;由式(2)定義的A2值,其A2值的範圍從1.01到1.50;玻璃轉化溫度為120℃或以上:
(1)A1值=Re(450)/Re(550)
(2)A2值=Re(650)/Re(550)Re(λ)表示光學膜對光波長為λ(nm)時之平面延遲值(in-plane retardation value);而Rth(λ)表示光學膜對光波長為λ(nm)時之厚度方向延遲值(thickness-direction retardation value)。
1-2 如上1-1所敘述的光學膜,其包含一佔質量0.01到30%之化合物,其化合物在化合物容易中之UV吸收光譜,其最大吸收波長λmax小於250nm。
1-3 如上1-1或1-2所敘述的光學膜,由以醯化纖維素為主要成分所組成的光學膜。
1-4 任一如上1-1到1-3所描述的光學膜,其有:由式(4)定義的C1值,其C1值的範圍從0.40到0.95;由式(5)定義的C2值,其C1值的範圍從1.05到1.93;70到400nm的Rth(550):
(4)C1值={Re(450)/Rth(450)}/{Re(550)/Rth(550)}
(5)C2值={Re(650)/Rth(650)}/{Re(550)/Rth(550)}。
1-5 一光學補償膜包含:任一如上1-1到1-4所敘述的光學膜;及一含有液晶化合物之光學各向異性層,其光學各向異性層之液晶轉化溫度從25℃到比光學膜之玻璃轉化溫度再高20℃的溫度。
1-6 如上1-5所敘述的光學補償膜,其光學各向異性層包含的光學特性可滿足式(3)所定義的B1值:(3)B1值=Re(450)/Re(650)1.25其Re(450)表示光學各向異性層對光波長為450nm時之平面延遲值;而Re(650)表示光學各向異性層對光波長為650nm時之平面延遲值。
1-7 如上1-5或1-6所敘述的光學補償膜,其液晶化合物為盤形(discotic)化合物。
1-8 一偏光板包含:偏光器;和任一如上1-1到1-4所敘述的光學膜或任一如上1-5到1-7所敘述的光學補償膜。
1-9 一液晶顯示器包含:液晶胞;以及如上1-8所敘述的偏光板。
1-10 如上1-9所敘述的液晶顯示器,其液晶胞為VA模式、OCB模式或IPS模式。
2-1 一光學補償膜包含:包含雙折射構件的透明膜,其雙折射構件包含第一雙折射層和第二雙折射層;及包含液晶化合物的光學各向異性層,其透明膜包含:由式(1)定義的A1值,其A1值的範圍從0.1到0.95;由式(2)定義的A2值,其A2值的範圍從1.01到1.50;由式(4)定義的B1值,其B1值的範圍從0.40到0.95;由式(5)定義的B2值,其B2值的範圍從1.05到1.93;以及70到400nm的Rth(550):(1)A1值=Re(450)/Re(550) (2)A2值=Re(650)/Re(550) (4)B1值={Re(450)/Rth(450)}/{Re(550)/Rth(550)} (5)B2值={Re(650)/Rth(650)}/{Re(550)/Rth(550)}。Re(λ)表示透明膜對光波長為λ(nm)時之平面延遲值;而Rth(λ)表示透明膜對光波長為λ(nm)時之厚度方向延遲值。
2-2如上2-1所敘述的光學補償膜,其第一及第二雙折射層有不同的雙折射波長相依性。
2-3如上2-2所敘述的光學補償膜,第一及第二雙折射層中至少有一為包含液晶化合物的雙折射層。
2-4如上2-1所敘述的光學補償膜,其液晶化合物為盤形化合物。
2-5一偏光板包含:偏光器;和任一如上2-1到2-4所敘述的光學補償膜。
2-6一液晶顯示器包含:液晶胞;以及如上2-5所敘述的偏光板。
2-7如上2-6所敘述的液晶顯示器,其液晶胞為VA模式、OCB模式或IPS模式。
於此所使用之專有名詞"45°"、"平行(parallel)"和"正交(orthogonal)"表示落於適合角度±小於5°的範圍內。其和適合角度的差異較佳小於4°且更佳小於3°。關於角度,符號"+"表示順時針方向,而符號"-"表示逆時針方向。專有名詞"慢軸"表示折射率達到最大程度的方向。專有名詞"可見光範圍"表示從380nm到780nm的範圍。除非另外註釋,折射率的量測在可見光範圍波長λ=550nm時。
除非另外註釋,於此使用之專有名詞"偏光板",同時包含長薄板型之偏光板以及切割成可包裝進液晶顯示器尺寸的偏光板(於此使用之專有名詞"切割"包含"刀模壓裁(die cutting)"、"切斷(cutting out)"等等)。於此使用之專有名詞"偏光膜"和"偏光板"有不同的意義,"偏光板"表示包含"偏光膜"層狀產品,且至少有一面的偏光膜有一層透明的保護膜用來保護它。
如果分子有旋轉對稱軸,於此使用之專有名詞"分子對稱軸"表示分子之旋轉對稱軸。然而,其並不嚴格的表示分子需要有旋轉對稱。在盤形液晶化合物,其分子對稱軸一般與垂直穿過圓盤平面中心的軸一致。對桿狀液晶分子,其分子對稱軸與其分子的主軸一致。於此使用之Re(λ)和Rth(λ)分別表示在波長為λ時之平面延遲值和厚度方向延遲值。由讓波長λnm的光入射至KOBRA 21ADH(由Oji Science Instruments生產)的法線方向,來量測Re(λ)。由KOBRA 21ADH為基礎的Re(λ)延遲值(retardation value)來估算Rth(λ),總計量測三個方向,延遲值的量測,為在使平面慢軸(in-plane slow axis)(由KOBRA 21ADH判定)作為傾斜軸(旋轉軸)時,讓有λnm波長的光,由對薄膜法線方向傾斜+40°入射,延遲值的量測,為在使平面慢軸作為傾斜軸時,讓有λnm波長的光,由對薄膜法線方向傾斜-40°入射。平均折射率的假設值,可利用敘述於Polymer Handbook(John Wiley & Sons,Inc.)以及各種光學膜的目錄的值。當平均折射率的值為未知時,可用阿貝折射計量測。主要的平均折射率值如下:醯化纖維素(1.48)、聚環烯烴高分子(1.52)、聚碳酸酯(1.59)、聚甲基丙烯酸甲酯(1.49)、聚苯乙烯(1.59)。由輸入平均折射率的假設值以及膜的厚度,KOBRA 21ADH計算出nx、ny和nz。以估算出的nx、ny和nz,可以計算出Nz=(nx-nz)/(nx/ny)。
根據已完成的本發明之一方面,視角補償可由使用如上所述的光學膜、光學補償膜或偏光板,建立在幾乎全部波長的黑色狀態(black state)中,特別是在VA模式、IPS模式以及OCB模式。本發明的液晶顯示器表現在斜角方向,減少光的漏損量,且改善了很多視角的對比。此外,本發明的液晶顯示器,在黑色顯示的斜角方向,可阻止幾乎全部可見光範圍的光漏損量,因此在黑色顯示時的依賴視角的色偏,此重要的問題已經大部分改善了。
第1圖為說明本發明液晶顯示器構造之範例。如第1圖所示之oCB模式液晶顯示器,有包含上基板6、液晶層7和下基板8的液晶胞,其液晶層7夾於上基板6和下基板8之間。液晶層7,當有電壓時,液晶分子會轉向至基板面。基板6跟8經過液晶面的排列性處理,而箭頭RD
表示各自的摩擦方向(rubbing direction),虛線箭頭出現在背面。備有偏光膜1和101,以便夾住液晶胞。偏光膜1和101的透射軸2和102a互相垂直,且其透射軸跟液晶胞中的液晶層7之RD方向呈45°。本發明的光學膜或複合雙折射構件13a和光學各向異性層5在偏光膜1和液晶胞中間,而光學膜13a或本發明的複合雙折射構件113a和光學各向異性層9在偏光膜101和液晶胞中間。複合雙折射構件13a和113a的平面慢軸14a和114a,分別跟鄰近之偏光膜1和101的透射軸2和102a的方向平行。光學各向異性層5和9有光學各向異性,表示其依靠液晶化合物的排列。
第1圖的液晶胞包含上基板6,下基板8和包含液晶分子的液晶層7,其液晶分子夾在這些基板中間。上基板6和下基板8中之一面接觸到液晶分子(之後有時稱為"內面"),形成排列膜(沒有出現在圖中),以致於使液晶分子的排列調整到跟沒有或低電壓時預先傾斜角平行的方向。基板6和8的內面,形成透明電極(沒有出現在圖中),藉以施加電壓於包含液晶分子的液晶層7上。本發明中,液晶層7的厚度d與折射率各向異性△n相乘(△nd),其範圍較佳從0.1到1.5μm,更佳從0.2到1.5μm,再佳從0.3到1.2μm,以及最佳從0.4到1.0μm。當△nd落在此範圍內,在提供白色電壓(white voltage)時,展示出高白色顯示亮度(white display luminance),因此液晶顯示器可獲得高亮度以及高對比。雖然使用任何液晶材料沒有特別的限制,但有正介電各向導性的液晶材料,其反應方向平行於電場方向的液晶分子,於一電場在上基板6和下基板8中間的模式中被使用。
至於使用OCB模式的液晶胞,例如在上基板6和下基板8中間,可利用有正介電各向導性的向列型液晶材料,其△n為0.16以及△ε為約5。雖然液晶層7的厚度d沒有特別限制,但可以設定為大約4μm,讓使用液晶的特性可以符合上面定義的範圍。既然白色顯示的亮度,會隨白色電壓運用的情況,厚度d跟折射率各向異性△n的乘積△nd而改變,較佳為設定液晶層7的△nd為0.4到1.0μm,以便在運用白色電壓時,得到足夠的亮度。
雖然通常使用於TN模式液晶顯示器的手性材料,為了怕惡化動態反應的特性,幾乎不曾加在OCB模式液晶顯示器,但在某些例子中,亦有加入手性材料來減緩排列性破壞。使用多領域結構的話,其有利於控制個別領域界線的液晶分子之排列。多領域結構,係表示在液晶顯示器上之單一像素,分成多重領域的結構。例如在OCB模式中較佳使用多領域結構,因為發光強度和色調的視角特性可因此獲得改善。更明確的說,分割每個像素至平均2或更多(較佳4或8)個領域,其領域跟液晶分子的起始排列狀態不同。因此依賴視角的發光強度和色調,可減輕其誤差。在提供電壓時,液晶分子的排列方向持續改變,用2或更多的不同領域,來製造個別像素,可得到同樣結果。
光學膜或複合雙折射構件13a和113a,可作為光學各向異性層5和9的支撐或偏光膜1和101的保護膜。或者,光學膜或複合雙折射構件可同時有這些功用。即偏光膜1、光學膜或複合雙折射構件13a以及光學各向異性層5,或偏光膜101、光學膜113a以及光學各向異性層9可整合在一起,且以層狀產物包裝入液晶顯示器中。或者,它們也可當成個別構件分別包裝。雖然在光學膜複合雙折射構件13a和偏光膜1之間,或光學膜複合雙折射構件113a和偏光膜101之間,有另一層偏光膜的保護膜,較佳為不使用這層保護膜。光學膜或複合雙折射構件13a的慢軸14a,大致上與光學膜或複合雙折射構件113a的慢軸114a平行或垂直。若光學膜或複合雙折射構件13a的慢軸14a,與光學膜或複合雙折射構件113a的慢軸114a相交垂直,可抵消其雙折射以及預防其入射光垂直液晶顯示器的光學特性惡化。在慢軸14a與慢軸114a平行的模式,如果有任何殘餘相差,可在液晶層補償。
關於偏光膜1和101的透射軸2和102a、光學膜或複合雙折射構件13a和113a的慢軸方向14a和114a、以及在液晶層7的液晶分子排列方向,依靠個別構件使用的材料、顯示模式、構鍵的層狀結構以及等等,來個別控制在適當的範圍內。即偏光膜1和偏光膜101的位置使透射軸2和102a大致垂直相交,儘管本發明的液晶顯示器不限於這種構造。
光學各向異性層5和9位於光學膜或複合雙折射構件13a和113a以及液晶胞中間。光學各向異性層5和9有各
自的組成,其包含例如棒狀化合物或盤形化合物。在光學各向異性層中,液晶化合物分子固定在明確的排列狀態。在光學各向異性層5和9中,液晶化合物的分子對稱軸5a和9a,其5a和9a排列的平均方向,至少在和光學膜或複合雙折射構件13a和113a介面的那側,各自與光學膜或複合雙折射構件13a和113a的平面慢軸14a和114a約45°角相交。如上所述,光學各向異性層5或9表現對從法線方向的入射光延遲,因此不造成熱洩漏。同時,本發明的優點,可充分運用斜角方向的入射光。在液晶胞側的界面,光學各向異性層5和9分子對稱軸排列的平均方向,較佳各自與光學膜或複合雙折射構件13a和113a的平面慢軸14a和114a相交呈45°。
分子對稱軸在偏光膜,於光學各向異性層5的液晶化合物的那一側,其排列的平均方向5a,與靠近偏光膜1的透射軸2,較佳呈45°角。同樣地,分子對稱軸在偏光膜,於光學各向異性層9的液晶化合物的那一側,其排列的平均方向9a,與靠近偏光膜101的透射軸102a,較佳呈45°角。由於此結構,依據光學各向異性層5或9表現的延加上與液晶層7表示的延遲,其總合可達成照片轉換(photo switching),而本發明的優點便是可充分運用斜角方向的入射光。
接者,說明用第1圖之液晶顯示器影像顯示的原理。
在提供驅動電壓下的驅動狀態,其電壓對應於黑色到基板6跟8的透明電極(沒有出現在圖中),在液晶層的液
晶分子會改變排列。在這狀態,其平面延遲與光學各向異性層5和9的平面延遲抵消,因此幾乎沒有改變入射光的偏光狀態。既然偏光膜1和101的透射軸2和102a互相垂直相交,從下側來的入射光,由偏光膜101偏光,且持續偏光狀態,穿過基板8、液晶胞以及基板6,然後由偏光膜1阻擋。第1圖的液晶顯示器,在驅動狀態建立了理想的黑色顯示。在使用驅動電壓,對應於白色到透明電極(沒有出現在圖中)的顯示狀況下的驅動狀態,在液晶層7的液晶分子會有排列轉變,跟相當於黑色排列的轉變不同,故如此的前平面延遲跟在黑色顯示時之前平面延遲不同。由於光學各向異性層5和9的平面延遲不會互相抵消,當光通過液晶胞,偏光狀態呈多樣化,且光在多變的狀態下通過偏光膜1,因此產生了白色顯示。
OCB模式的先前技術,雖然可在前端達到高對比,但斜角方向的對比低。在黑色顯示,由於液晶胞和光學各向異性層的補償,在前端可達到高對比。當從斜角方向觀看,產生雙折射和在液晶層7液晶分子偏光軸的旋轉。雖然上下偏光膜1和101的透射軸2和102a互相垂直(90°)相交於前端,但從斜角方向觀看,其角度與90°不同。因為此二因素,而產生光洩漏和斜角方向低對比的問題。本發明如第1圖構造的液晶顯示器,於黑色顯示時,使用在R、G和B不同Re的光學膜或複合雙折射構件13a(或113a)以及有符合特殊需求的光學特性可減輕在n斜角方向的光洩漏及增進對比。
更明確地說,本發明使用的光學膜或複合雙折射構件有如上討論的光學特性,使其可能由慢軸和延遲,其依波長不同而不同,對個別波長的光R、G和B,達成光學補償。另外,光學各向異性層(第1圖之5和9)備有固定排列的液晶化合物,以致於在光學膜或複合雙折射構件側,其介面上之液晶的分子對稱軸排列的平均方向,與光學膜或複合雙折射構件側的慢軸相交呈45°角。因此,於任何波長,可建立對OCB排列補償系統的特性。其結果可明顯地改善黑色顯示的視角對比,且可以明顯地減少在黑色顯示視角方向的顯色。如果移動視角,尤其從一側到另一側(例如,極角60°,在方位角0°和180°的方向),其顯色不同,導致目前技術的左右不對稱。此問題在本發明中,顯著地緩減。波長R、G和B,其R為波長650nm、G為波長550nm以及B為波長450nm。雖然波長R、G和B並不總是表示這些波長,但由詳細說明光學特性,建立本發明的優點,這些波長似乎是適當的。本發明,需特別注意依賴波長的雙折射,尤其是對Re/Rth,其為Re對Rth的比率。這是因為Re/Rth值決定光在斜角傳遞時通過一個兩軸雙折射媒介的兩個內在偏光軸。該兩個由光在斜角傳遞時通過一個兩軸雙折射媒介的內在偏光軸分別對應於由切割在光傳輸方向的法線方向之橢圓折射率,其所形成的區域中主要和次要軸的方向。第2圖表示兩內在偏光軸其中之一(即在此範例中的慢軸角度),與如果有入射光斜角傳遞時的Re/Rth之間關係的計算結果。
第2圖,假設方位角為45°而極角為34°。如第2圖所述,最初慢軸由Re/Rth決定,而不依賴入射光的波長。入射光通過光學補償膜,造成偏光狀態的改變,其改變主要依據光學補償膜的平面慢軸方向以及光學補償膜的延遲來決定。在相關的技術中,不管R、G和B波長,Re/Rth值幾乎為一樣的(即慢軸角度也幾乎一樣)。在本發明,獨立說明Re/Rth對每個R、G和B波長的關係,使決定偏光狀態變化的主要因子慢軸跟延遲,在每一R、G和B波長呈現最佳化。此外,光學膜或複合雙折射構件的Re/Rth值係由波長所控制,以至於兩個因素(即當光在斜角方向通過光學膜或複合雙折射構件、有固定排列液晶化合物的光學各向異性層和改變角度的液晶層,在任何波長下,延遲和上下偏光膜的表面透射軸會從前方脫離)可在同時獲得補償。更明確地說,光學膜或複合雙折射構件的Re/Rth值,隨波長增加而提高,才有可能解決由光學各向異性層及液晶胞層的波長分散,而導致的R、G和B不同偏光狀態。因此,可建立完整的補償,且減輕低對比。也就是說,由決定膜的參數,其膜以R、G和B作為全部可見光範圍的代表,可建立全部可見光範圍,幾乎完整的補償。
接下來,定義極角跟方位角。極角表示在膜平面上,從法線方向傾斜的角度,即第1圖和2的z軸。例如,在膜平面上的法線方向表示0°的極角方向。方位角表示由基於x軸正方向的順時針旋轉,所決定的方向。例如,x軸正方向表示0°的方位角方向,而y軸正方向表示90°的方位角方向。在黑色顯示時,顯出嚴重光洩漏問題的斜角方向,主要表示偏光層的偏光軸在角度±45°的狀況,即極角不是0°,且方位角為0°、90°、180°或270°。
本發明更重要的細節說明,液晶顯示器入射光的偏光狀態,表示於第3圖的龐加萊球(Poincare sphere)。在第3圖,S2軸為向下垂直通過紙張平面的軸。在第3圖,從S2軸的正方向觀察龐加萊球。因為第3圖是二維圖,在偏光狀態轉變之前跟之後,點的位置錯亂由箭頭表示。然而,實際上,繞依靠個別光學特性決定的特定軸而旋轉特定的角度,來表達經過液晶層或光學補償膜所導致的偏光狀態改變於龐加萊球。此可應用於下文第5圖A-5B和6A-6B。
第3A圖說明在第1圖之液晶顯示器,G光從左邊60°入射,其偏光狀態的改變。第3B圖說明G光從右邊60°入射,其偏光狀態的改變。由假設光學膜或複合雙折射構件13a和113a的光學特性,以及光學各向異性層5和9的光學特性相同,來完成計算,像如下所述的第6圖A-6B的龐加萊球一樣。G光從左邊60°入射,表示偏光狀態的改變於第3圖A中龐加萊球上的點。更明確地說,通過偏光膜101之G光的偏光狀態I1
,在通過光學膜或複合雙折射構件113a後,成功轉變成偏光狀態I2
,在通過光學各向異性層9後,成功轉變成偏光狀態I3
,在通過黑色顯示中液晶胞的液晶層7後,成功轉變成偏光狀態I4
,在通過光學各向異性層5後,成功轉變成偏光狀態I5
,和在通過光學膜或複合雙折射構件13a後,成功轉變成偏光狀態I6
。然後偏光膜1阻擋了G光,因此呈現完美的黑色顯示。另一方面,G光從右邊60°入射,表示偏光狀態的改變,I1
'→I2
'→I3
'→I4
'→I5
'→I6
'。由檢測在偏光狀態的變化,可了解當光從右邊跟左邊入射,經過光學各向異性層9跟5,以及液晶層7,在偏光狀態的變化為鏡像對稱,而當光從左邊跟右邊入射,經過光學膜或複合雙折射構件113a和13a,在偏光狀態的變化為一致。為了減輕從一邊到一邊的黑光洩漏,和從一邊到一邊的色偏,需要同時在右邊和左邊以及任何波長,達到這些補償的條件。那就是,I6
和I6
'的位置應彼此一致,因在可見光範圍的各個入射光R(紅色)跟B(藍色)以及位置應該定位,以便讓偏光膜1阻擋偏光狀態。雖然在圖中以線表示過渡,但其過渡不限於龐加萊球平面上的直線。
在第4圖所表示一現有OCB模式液晶顯示器的構造(例如,此構造揭露於JP-A-11-316378),光學膜或複合雙折射構件113a和13a的Re/Rth顯示如上所述的波長依賴性並未被採用,但作為代替,提供如光學各向異性層5跟9的透明支撐103a和3a。用於支持光學各向異性層5跟9的透明支撐103和3,由一般聚合物膜組成。因此,這些透明支撐沒有像在光學膜或複合雙折射構件113a和13a裡有Re/Rth的波長依賴性,但對各個R、G和B波長,顯示相同的Re和Rth。因此,現存的OCB模式液晶顯示器遭遇到問題,為當提供電壓時(即在黑色顯示),液晶胞的平面延遲和前端的光學各向異性層互相抵消,產生黑色顯示,但不能完整地防止斜角方向,在黑色顯示的光洩漏。結果不可能達到足夠的視角對比,以及由於無法達到任何波長的補償,所產生顯色的問題。在第4圖中,"4a"和"104a"分別表示透明支撐3a和103a的慢軸。
更詳細地說,第5A-5B圖表示入射到如第4圖現有OCB模式液晶顯示器結構的R、G和B光,其偏光狀態的計算結果。第5圖A表示各個R、G和B光從左邊60。入射,其偏光狀態的改變,而第5圖B表示各個R、G和B光從右邊60°入射,其偏光狀態的改變。在這些圖中,IR
表示入射R光的偏光狀態,IG
表示入射G光的偏光狀態,以及IB
表示入射B光的偏光狀態。由假設如第4圖所示的先前技術,其先前技術含有OCB模式液晶顯示器的構造,來計算透明支撐3a和103a,在R、G和B的全波長,其Re為45nm且Rth為160nm。第5圖A,在通過偏光膜101後的偏光狀態IR 1
、IG 1
和IB 1
互為相同。至於注意到B光的偏光狀態變化,B光從左邊60°入射,在通過透明支撐103a之後,其在偏光狀態IB 2
,然後在通過光學各向異性層9之後,顯示出跟過渡方向相同方向的誤差。另一方面,B光從右邊60°入射,在通過透明支撐103a之後,其在偏光狀態IB 2 '
,然後在通過光學各向異性層9之後,顯示跟過渡方向相反方向的誤差。那就是透明支撐103對從左邊入射的光跟從右邊入射的光,發揮不同的影響。結果為從左邊60°入射的R、G和B光,其最後過渡狀態IR 6
、IG 6
和IB 6
的位置,跟從右邊60°入射的R、G和B光,其最後過渡狀態IR 6 '
、IG 6 '
和IB 6 '
的位置不同,此外,其位置於左邊60°和右邊60°非常不同。因此,產生了從一邊到一邊的黑光洩漏,以及從一邊到一邊的色偏,而且這些問題很難由現有的技術同時解決。
在本發明中,從一邊到一邊的黑光洩漏,以及在OCB模式液晶顯示器中,從一邊到一邊的色偏,可由提供有特殊光學特性的光學膜或複合雙折射構件,同時獲得改良。更詳細地說,R、G和B光通過含有如第1圖根據本發明結構的OCB模式液晶顯示器,其偏光狀態的計算結果,表示於第6圖A-6B的龐加萊球上。第6圖A表示各個R、G和B光從左邊60°入射,其偏光狀態的改變,而第6圖B表示各個R、G和B光從右邊60°入射,其偏光狀態的改變。在這些圖中,IR
表示入射R光的偏光狀態,IG
表示入射G光的偏光狀態,以及IB
表示入射B光的偏光狀態。計算依據如下假設,複合雙折射構件113a和13a,在波長450nm時,Re/Rth值(450nm)為0.17,在波長550nm時,Re/Rth值(550nm)為0.28,在波長650nm時,Re/Rth值(650nm)為0.39,且在波長550nm時,Rth值為160nm。並且,假設光學各向異性層5跟9的Re值跟那些表示於第5圖A-5B龐加萊球中的一樣。
如第6A和6B圖表示,在通過光學膜或複合雙折射構件113a和13a之後,從右邊和左邊入射的R、G和B光,全部位於S1=0附近,且表示偏光狀態的誤差,其反映出光學膜或複合雙折射構件113a的Re/Rth的波長依賴性。由於這些誤差,由光學各向異性層9跟5以及液晶層7導致的偏光狀態誤差,互相抵消。結果為不管波長,提供從右邊和左邊相同位置的入射光最終過渡點而變為可能。因此,可以同時改進從一邊到一邊的黑光洩漏,以及從一邊到一邊的色偏。
在本發明中,由使用光學膜或複合雙折射構件,改進從一邊到一邊的黑光洩漏,以及從一邊到一邊的色偏,其膜表現出在法線方向的入射光和另一在斜角方向的入射光(例如,偏離60°的極角)之間,不同的延遲波長分散的光學特性,以及願意利用這些光學特性在光學補償。只要使用這原則,本發明的範圍不因液晶層的顯示模式受到限制,但是可應用於任何模式如VA模式、IPS模式、ECB模式、TN模式等等,有液晶層的液晶顯示器。
此外,本發明的液晶顯示器,不受到如第1圖構造的限制,但可包含其他構件。例如,可提供彩色濾光片在液晶胞和偏光膜之間。至於穿透式,可能提供背光,其使用冷陰極或熱陰極螢光燈管、發光二極體、文獻的場發射元件(filed emission element)或電場發光元件在背面當光源。
此外,直視型、影像投射型和光調變型的液晶顯示器,也包含於本發明的液晶顯示器範圍。也可應用本發明的模式於使用三或二終端半導體元件如TFT或MIM的動態矩陣液晶顯示器。不用說,也可有效應用本發明於稱為時間分解驅動系統,以STN模式為代表的被動矩陣液晶顯示器。
接下來,詳細描述建立此光學補償的光學膜和光學補償膜。
本發明的光學膜沒有特別限制,只要是透明的聚合物膜。即可能使用一拉伸的聚合物膜或塗布式聚合物層與聚合物膜的組合。而聚合物膜的原料,通常以合成高分子為材料(例如聚碳酸酯、聚碸、聚醚、碸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、降冰片烯樹脂、三乙醯基纖維素(triacetylcellulose))。
隨著進來使用的擴展,強烈的需要LCDs對使用環境的高度容忍。尤其以汽車導航系統為典型的車內裝置,LCDs需要忍受100℃或以上的高溫。因此,本發明所使用的透明膜應能忍受100℃或以上的高溫。發明者研究的結果,發現有玻璃轉化溫度為120℃或以上聚合物膜,可以忍受加熱至100℃,而不會有光學改變。因此,較佳的透明聚合物膜,其玻璃轉化溫度為120℃或以上。
由量測動態黏彈性來決定玻璃轉化溫度。在本發明中,由使用DMA Q80(由T A INSTRUMENTS,INC.製造)來量測。
在本發明的光學膜,由下列式(1)定義的A1值,範圍較佳從0.10到0.95,更佳從0.3到0.8,以及最佳從0.5到0.75;由下列式(2)定義的A2值,範圍較佳從1.01到1.50,更佳從1.10到1.45,以及最佳從1.20到1.40:(1)A1值=Re(450)/Re(550) (2)A2值=Re(650)/Re(550)其中Re(450)表示光學膜對光波長450nnm的平面延遲值;Re(550)表示光學膜對光波長550nnm的平面延遲值;Re(650)表示光學膜對光波長650nnm的平面延遲值。
Re的絕對值,其較佳範圍依各個液晶膜的模式來調控。例如OCB和VA模式,其範圍從20到110nm,較佳從20到70nm,以及更佳從35到70nm。
在本發明的光學膜中,由下列式(4)定義的C1值,其範圍較佳從0.40到0.95,更佳從0.45到0.90,以及最佳從0.50到0.80;由下列式(5)定義的C2值,其範圍較佳從1.05到1.93,更佳從1.10到1.80,以及最佳從1.15到1.70。本發明的光學膜,其Rth(550)的範圍較佳從70到400nm,更佳從100到380nm,以及最佳從130到350nm。
(4)C1值={Re(450)/Rth(450)}/{Re(550)/Rth(550)} (5)C2值={Re(650)/Rth(650)}/{Re(550)/Rth(550)}其中Re(λ)表示光學膜對光波長λ(nm)的平面延遲值;而Rth(λ)表示光學膜對光波長λ(nm)的厚度方向延遲值。
本發明光學膜Re的調控方法,較佳為使用在25℃到100℃,相當於高分子的玻璃轉化溫度,拉伸聚合物膜的方法。
另一方面,光學膜的透射比較佳為85%或更高,更佳為90%或更高。根據本發明使用拉伸方法,即使使用相同的材料,可以得到有較高透射比的光學膜。發明者假設,在非常高的溫度下拉伸,在高分子材料中的不純物會蒸發掉,因此,降低了在膜中導致散射的因子。
現在,在高溫下拉伸而得到在每個波長所要Re值的機制,以引述使用醯化纖維素的案例來說明,即最佳實施例。
醯化纖維素由包含葡萄哌喃醣環和包含醯基側鍊的主鍊組成。當由醋酸纖維素組成的膜拉伸時,主鍊排列在拉伸方向,因此表現出Re。透徹研究的結果,發明者發現當醋酸纖維素膜在非常高溫從175℃到210℃時拉伸(使用的醋酸纖維素膜的Tg為140℃),降低了在450nm的Re而提高了在650nm的Re。
在如上述的高溫下延伸之後,醋酸纖維素膜的X光繞射峰可歸屬為結晶。因此,假設主鍊和側鍊的排列狀態因結晶而改變,讓Re的波長依賴性不同。
實際應用本發明的光學膜,因此,結晶為一重要因素,且依據下列方程式定義的主鏈,其方程式由X光繞射測定法計算,主鏈的定向度範圍較佳從0.04到0.30,更佳從0.06到0.25:P=<3cos2β-1>/2條件為<cos2β>=∫(0,π)cos2
βI(β)sinβdB/∫(0,π)I(β)sinβdB;其中β代表在入射X光的入射面,和在膜平面上方向1之間的角度;而I代表在X光繞射圖量測角度β,2θ=8°的繞射強度。
全部光學膜的厚度方向延遲(Rth),在黑色顯示,有抵消液晶層在厚度方向延遲的功用。因此,Rth的範圍,較佳為依液晶層模式而不同。至於在OCB模式液晶胞中使用光學補償(例如OCB模式液晶胞,其液晶厚度d(μm)與折射率各向異性△n的乘積(△nd),從0.2到1.5μm),Rth的範圍,較佳從70到400nm,更佳從100到400nm,且最佳從130到200nm。
調空Rth的方法,較佳使用如下文中討論的形成液晶層的方法,或加添加物的方法。
接下來,描述依照本發明觀點的醯化纖維素的範例模式。
用來製造醯化纖維素的棉製材料,可以使用公開已知的材料(例如,Japan Institute of Invention and Innovation Journal of Technical Disclosure No.2001-1745)。並且,可由公開已知的方法來合成醯化纖維素(例如,Migita et al.,Mokuzai Kagaku
,p.180-190,Kyoritsu Shuppan,1968)。醯化纖維素其聚合的黏度平均度(viscosity-average degree)較佳從200到700,更佳從250到500,以及最佳從250到350。較佳為使用纖維素酯於本發明中,纖維素酯由凝膠滲透層析儀決定,有範圍小的分子量分布Mw/Mn(Mw代表重量平均分子量,而Mn代表數量平均分子量)。即Mw/Mn的範圍較佳從1.5到5.0,更佳從2.0到4.5,且最佳從3.0到4.0。
雖然在醯化纖維素中的醯基沒有特別限制,但從得到預期的玻璃轉化溫度觀點,其較佳為使用乙醯基或丙醯基,而更佳為乙醯基。醯基取代的總程度較佳從2.7到3.0,更佳從2.8到2.95。於此使用的"醯基取代的程度"為依據ASTM D817的計算值。其醯基最佳為乙醯基。至於使用醋酸纖維素,其醯基為乙醯基,乙醯化的程度較佳從57.0到62.5%,更佳從58.0到62.0%。只要乙醯化的程度落在這範圍,Re就不會超過想要的標準,因為在鑄造階段(casting step)的運輸張力(transport tension),產生了一些平面散射,且延遲受到了依溫度或溼度的改變。
由纖維素製造的醯化纖維素,纖維素由有羥基的葡萄糖單元組成,其羥基由帶有2或更多碳原子的醯基取代。在葡萄糖單元的2-位置上的羥基,由醯基取代的取代程度,稱為DS2,3-位置上的羥基,由醯基取代的取代程度,稱為DS3,以及6-位置上的羥基,由醯基取代的取代程度,稱為DS6。這些值較佳滿足下列方程式(I)和(II),因為Re在這些案例中受到依溫度或溼度的些微改變。
(I):2.0≦DS2+DS3+DS6≦3.0 (II):DS6/(DS2+DS3+DS6)≧0.315
如上敘述,本發明的醯化纖維素膜,當拉伸時,可發揮其功用。
現在詳細說明較佳的拉伸方法。
應用於偏光板,其較佳在寬度方向拉伸本發明的醯化纖維素膜,如揭發於JP-A-62-115035、JP-A-4-152125、JP-A-4-284211、JP-A-4-298310和JP-A-11-48271。如上所述,在溫度從Tg(25℃)到100℃時拉伸膜,膜可在單軸拉伸或雙軸拉伸。其膜於乾燥時經由處理來拉伸,當其中還含有殘餘溶劑時,來拉伸膜為特別有效的。例如,由控制膜傳輸滾軸的速度來拉伸膜,以便膜捲繞的速度高於剝離速度。或者,輸送膜,當用拉幅機保持其寬度,然後一步一步地加寬拉幅機的寬度的時候,來拉伸膜。在乾燥之後,也可以使用拉伸機來拉伸膜(較佳為使用長拉伸機的單軸拉伸)。膜的拉伸比(比例為由拉伸導致增加的長度比上未拉伸膜的長度)較佳從0.5到300%,更佳從1到200%,以及最佳從1到100%。其較佳由使用溶劑鑄造方法,依次地或連接地完成膜成型步驟,生產本發明的醯化纖維素膜,然後將以這樣方式形成的膜,進行拉身的步驟。其拉伸比較加為1.2倍或更多,但不超過1.8倍。拉伸可由單一步驟或多重步驟來實施。就多重步驟拉伸來說,個別步驟的拉伸率的乘積應該落在如上範圍內。
拉伸速度範圍較佳從5%/min到1000%/min,更佳從10%/min到500%/min。拉伸溫度較佳從30℃到160℃,更佳從70℃到150℃,以及最佳從85℃到150℃。較佳為用熱滾軸和/或輻射熱源(IR加熱器等等),或熱氣流來實施拉伸。為了提升溫度的均勻性,可以使用定溫器。就單軸滾輪拉伸來說,軸間距離(D)比上相差板的膜寬(W)的比率(L/W)較佳從2.0到5.0。
在拉伸前,較佳使用預熱步驟。其也可能在拉伸完成後,實施熱處理。實行熱處理的溫度較佳從比醯化纖維素膜的玻璃轉化溫度低20℃到比它高10℃。實行熱的時間較佳從1秒到3分鐘。關於熱處理,可使用有紅外線加熱器的區域加熱或部分加熱。可以在過程製作中,或在最終的步驟,切開膜的兩側。其有利的做法為收集這樣切割下來膜的片段,且當成起始材料重新使用。關於拉幅機,敘述於JP-A-11-077718,於拉幅機夾住纖維網寬邊時,乾燥纖維網,於溶液鑄造時,增加速度或加寬纖維網,會惡化如表面平滑度的品質,可以由適當的控制吹乾氣體的方法、吹氣角度、吹氣的速度分布、吹氣速度、溫度差、吹氣的速率差、上層吹氣速率跟下層之間的比率、使用非常特定的熱乾燥氣體等等以確實預防。
根據JP-A-11-077822的發明描述,在熱塑性樹脂膜中,可以由拉伸膜,然後在退熱步驟(heat-relieving step),在膜的寬度方向,提供溫度梯度,來預防不平坦的發生。
根據JP-A-4-204503的發明描述,藉嚴格控制溶劑在膜中的固體含量2到10%並拉伸膜,來預防不平坦的發生。
根據JP-A-2002-248680的發明描述,因為夾子咬的深度造成的捲曲,可以用拉幅機拉伸膜時,其夾子咬的深度D(33/log(拉伸比)×log(揮發損失))來調控,以便壓制捲曲,且在拉伸步驟後,加速膜傳輸。
此外,根據描述於JP-A-2002-337224的發明,由前半使用大頭針(pin),後半使用夾子,來實施拉幅機傳輸。
此外,JP-A-2002-187960針對輕易改善視角特性和改善視角,提出一方法,其方法包含鑄造纖維素酯化物參雜溶液(cellulose ester dope solution)在鑄造支架(casting support)上,從鑄造支架釋放纖維網(膜),且在纖維網內殘餘溶劑為質量百分比100%或更少,特別從質量百分比10到100%的時候,至少雙軸拉伸纖維網1.0到4.0倍,因此產生了光學雙軸膜。在較佳實施例中,說明在纖維網內殘餘溶劑的量為質量百分比100%或更少,特別從質量百分比10到100%的時候,至少雙軸拉伸纖維網1.0到4.0倍。至於其他拉伸方法,舉例來說,一方法包含使用數個有不同圓周速率的滾軸,且利用滾軸間不同的圓周速率,縱向拉伸纖維網,一方法包含在兩端用夾子或大頭針固定纖維網,用拉長夾子或大頭針傳輸方向上的間距,來拉長纖維網,一方法包含在類似拉長夾子或大頭針橫向上間距的時候,拉伸纖維網,一方法包含在類似同時拉長夾子或大頭針縱向跟橫向上間距的時候,拉伸纖維網,一方法包含這些技術的結合。此外,就所謂的拉幅機方法而言,說明由使用線性驅動系統(linear drive system),驅動夾子部分(driving the clip parts),可以平順的完成拉伸,且從較少困難如破損的觀點來看,為較合適的方法。
為製造相差膜,該膜顯示其不用添加劑、在膜間沒有釋放現象(releasing phenomenon)、以及優異的光滑感和高透明度,JP-A-2003-014933提出一方法,其方法包含備製摻雜物A,其含有樹脂、添加物以及有機溶劑,和摻雜物B,其含有樹脂、有機溶劑以及沒有添加物或比摻雜物A少的添加物,將摻雜物A和摻雜物B共同鑄造在支架上,讓摻雜物A為核心層,而摻雜物B為表層,蒸發有機溶劑,讓纖維網可以剝離,接著從支架上把纖維網剝開,當樹脂膜殘餘溶劑量的範圍,在質量百分比3到50%的時候,至少在單軸方向,拉伸1.1到3.0倍。較佳模式包含:從支架上把纖維網剝開,然後至少在單軸方向,拉伸1.1到3.0倍,其拉伸溫度從140℃到200°;備製含有樹脂跟有機溶劑的摻雜物A,和含有樹脂、微粒跟有機溶劑的摻雜物B,將摻雜物A和摻雜物B共同鑄造在支架上,讓摻雜物A為核心層,而摻雜物B為表層,蒸發有機溶劑,讓纖維網可以剝離,接著從支架上把纖維網剝開,當樹脂膜殘餘溶劑量的範圍,在質量百分比3到50%的時候,至少在單軸方向,拉伸1.1到3.0倍;更進一步在單軸方向,於拉伸溫度140℃到200°時,拉伸纖維網1.1到3.0倍;備製摻雜物A,其含有樹脂、添加物以及有機溶劑,摻雜物B,其含有樹脂、有機溶劑以及沒有添加物或比摻雜物A少的添加物,摻雜物C,其含有樹脂、微粒和有機溶劑,將其共同鑄造在支架上,讓摻雜物A為核心層,摻雜物B為表層,而摻雜物C為在摻雜物B相反面的另一表層,蒸發有機溶劑,讓纖維網可以剝離,接著從支架上把纖維網剝開,當樹脂膜殘餘溶劑量的範圍,在質量百分比3到50%的時候,至少在單軸方向,拉伸1.1到3.0倍;在單軸方向,於拉伸溫度從140℃到200°時,拉伸纖維網1.1到3.0倍;添加物在摻雜物A中的量,其對樹脂的質量百分比從1到30%,添加物在摻雜物B中的量,其對樹脂的質量百分比從0到5%,其添加物為塑化劑、UV吸收劑或延遲調控劑;在摻雜物A和摻雜物B中的有機溶劑包含二氯甲烷或乙酸甲酯,其含量佔全部有機溶劑的質量百分比50%或更多。
在JP-A-2003-014933也提到橫向拉伸機器,稱為拉幅機,較佳使用此拉幅機,靠其用夾子或大頭針固定纖維網的兩端,拉長夾子或大頭針在橫向方向的間距。此外,揭露於其中,為了在縱向拉伸或收縮,使用同步雙軸拉伸機器,拉長或縮短夾子或大頭針在傳輸方向(縱向方向)的間距。其也指出由使用線性驅動系統,驅動夾子部分,可以平順的完成拉伸,且從較少困難如破損的觀點來看,為較合適的方法;為了縱向的拉伸,可使用一方法,其方法包含使用數個有不同圓周速率的滾軸,且利用滾軸間不同的圓周速率,縱向拉伸纖維網。其更進一步的指出,可以聯合使用這些拉伸方法,以及數個拉伸步驟,例如(縱向拉伸、橫向拉伸、縱向拉伸)或(縱向拉伸、縱向拉伸)。
描述於JP-A-2003-004374的發明,提供了乾燥裝置(drying unit),其一乾燥器的寬度小於纖維網的寬度,讓纖維網的兩側不會吹到乾燥器的熱氣流,因而可預防纖維網的氣泡產生,改善纖維網的剝離性和預防在拉幅機乾燥過程中的灰塵。
依據描述於JP-A-2003-019757的發明,裝備空氣阻擋板(air-blocking plates)在纖維網的兩側內,用以預防拉幅機支托物吹到乾空氣,因此預防纖維網的氣泡產生,改善纖維網的剝離性和預防在拉幅機乾燥過程中的灰塵。
為了平順的執行傳輸跟乾燥,JP-A-2003-053749提出一發明,用大頭針拉幅機傳送的膜,在膜兩側乾燥後厚度為X μm,在乾燥後的膜,其部分完成品的平均厚度為T μm,其X跟T之間的關係滿足式(1)、式(2)或式(3):(1)T60,40X200;(2)60<T120,40+(T-60)×0.2X300;或(3)120<T,52+(T-120)×0.2X400。
為了在多階拉幅機中預防皺紋,JP-A-2-182654提出一發明,其提供加熱室和冷卻室在拉幅機設備的多階拉幅機的乾燥器中,分別冷卻左邊和右邊的夾鏈(clip chains)。
此外為了預防纖維網破損、皺紋和傳輸失敗,JP-A-9-077315提出一發明,其提供大頭針拉幅機,其大頭針在內側密度較高,在外側密度較低。
為了預防纖維網本身有氣泡或纖維網黏住拉幅機的支托物,JP-A-9-085846提出一發明,在拉幅機的乾燥設備中,在纖維網兩側的支托物大頭針,冷卻到一溫度,其溫度在比纖維網起泡溫度低,在咬住纖維網大頭針前的大頭針,冷卻在膠化溫度(gelling temperature)+15℃,或比帶有導管型冷卻器的摻雜物溫度低。
為了預防纖維網跟大頭針拉幅機分開,和改善外來物質的污染,JP-A-2003-103542提出一解決膜成型方法有關的發明,在大頭針拉幅機中,冷卻咬合結構,使纖維網接觸咬住結構的表面溫度,不會超過纖維網的膠化溫度。
為了預防在溶液鑄造方法,提升速度或加寬纖維網時,惡化纖維網如表面平整度的品質,JP-A-11-077718提出一發明,其在拉幅機中乾燥纖維網時,吹氣速度控制於0.5到20(40)m/s、橫向溫度分布控制在10%或以下、上跟下吹氣速率之間的比值控制在0.2到1、且乾燥空氣的比值控制在30到250J/kmol。此外,其還揭露了在拉幅機中乾燥纖維網,較佳的乾燥條件依賴殘餘溶劑的量。更明確地說,其揭露了:從支架上剝開纖維網到在纖維網中殘餘溶劑的量到質量百分比4%的這段時間,從吹氣孔噴出乾空氣的角度設定在30到150°,當位在乾空氣噴出延伸方向的表面,其吹氣的速度分布,設定的基礎為吹氣速度的上限值,上下限值的差設定的範圍為噴出乾空氣的上限值20%或以下,來完成乾燥;纖維網中剩下的溶劑量為質量百分比70%或大於,但是不超過質量百分比130%,從吹氣型乾燥器(blow type dryer)到纖維網表面,其乾空氣的吹氣速度,控制在0.5m/sec或大於,但不超過20m/sec;纖維網中剩下的溶劑量為質量百分比4%或大於,但是不超過質量百分比70%,由乾空氣吹出速度0.5m/sec或大於,但不超過40m/sec,來實行乾燥,當乾空氣在纖維網橫向吹氣速度分布,設定的基礎為吹氣速度的上限值,上下限值的差設定的範圍為10%內或更低;纖維網中剩下的溶劑量為質量百分比4%或大於,但是不超過質量百分比200%,乾燥器的位於纖維網上和下側吹氣孔所吹出的乾空氣,其中吹氣速度比值(q)為0.2q1。此外,其揭露在較佳實施例中,至少一氣體作為乾燥氣體,其平均比熱為31.0J/Kmol或以上,但不超過250J/Kmol,乾燥的進行是藉使用飽和蒸氣壓的乾空氣,在乾空氣中包含一常溫為液態的有機化合物的濃度,其濃度為50%或以下等等。
為了預防因污染的產生,造成平面性和塗層性質的惡化,JP-A-11-077718提出一跟用來生產TAC的設備相關的發明,其拉幅機的夾子有加熱零件。在較佳實施例中接露,從夾子釋放纖維網到重新夾住纖維網的這一段時間,提供一裝置移除污染,其污染的產生在夾子接觸纖維網的地方,藉由使用噴射空氣或液體和刷子,其在夾子或大頭針接觸纖維網的殘餘量為質量百分比12%或以上,但不超過質量百分比50%,夾子接觸到纖維網區域的表面溫度為60℃或以上,但不超過200℃(較佳為80℃或以上,但不超過120℃)。
為了減輕因拉幅機中破損造成品質的惡化,以及提高生產率,JP-A-11-090943提出一發明,拉幅機的夾子,其比率Lr=Ltt/Lt(即拉幅機隨意傳輸的長度Lt(m)比上在傳輸方向,同樣長度Lt在拉幅機中,由夾子夾住的纖維網的總長度Ltt(m)的比值)為1.0Lr1.99。在較佳實施例中揭露,從纖維網寬度方向看,夾住纖維網的零件沒有間距。
為了減緩平面狀態的惡化,以及因輸送纖維網進入拉幅機,纖維網的下垂造成的不穩定供應,JP-A-11-090944提出一跟製造塑膠膜設備相關的發明,有一裝置在拉幅機的入口,可預防在傳輸方向纖維網的下垂。在較佳實施例中揭露,預防下垂的裝置為旋轉的滾輪,在橫向方向擴展2到60°的範圍,一吸抽裝置(sucking unit)位於纖維網的上方,一送風機可從纖維網下方吹出空氣等等。
為了預防下垂導致的品質惡化和降低生產率,JP-A-11-090945提出一跟生產TAC方法相關的發明,讓剝離支架的纖維網,有角度到水平方向,進入拉幅機中。
為了得到有穩定特性的膜,JP-A-2000-289903提出一跟運送裝置相關的發明,藉運送裝置,在提供纖維網寬度方向的張力時,運送已經剝離的纖維網,其纖維網含有質量百分比50到12%的溶劑,運送裝置的特徵,因其提供一種偵測纖維網寬度的工具、保持纖維網的工具,和二或多個易變的轉彎點,可依據從纖維網寬度偵測工具到轉彎點因而改變位置的偵測信號,來計算纖維網寬度。
此外,為了改善夾鉗性能,防止纖維網經過長時間後破損,且讓膜有良好的品質,JP-A-2003-033933提出一跟裝置相關的發明,其裝有防止捲曲產生的導板,於靠近拉幅機一部分的入口,右邊跟左邊兩側,和纖維網右邊和左邊邊緣位置,至少於上跟下位置其中之一,每一導板在正對纖維網的那一面,由樹脂和金屬構成。其樹脂部分,接觸位於纖維網傳輸方向的纖維網,而其金屬部分,跟纖維網接觸。在較佳實施例中,其揭露:樹脂部分在纖維網傳輸方向的上游,其接觸纖維網的那一面,為導板接觸纖維網的反面,而金屬部分在下游,跟纖維網接觸。在跟纖維網接觸的樹脂部分和跟導板的纖維網接觸的金屬部分之間高度差(包含斜度)為500μm或以下;跟纖維網接觸的樹脂部分,以及跟導板的纖維網接觸的金屬部分,其在寬度方向的纖維網接觸距離分別從2到150mm;跟纖維網接觸的樹脂部分,和跟導板的纖維網接觸的金屬部分,其在傳送方向的纖維網接觸距離分別從2到150mm;經由加工或在金屬導板的表面塗布樹脂,使樹脂部分跟導板的纖維網接觸;跟導板的纖維網接觸樹脂部分,僅由樹脂組成;位於纖維網右邊和左邊邊緣部份的上和下位置,面向纖維網的導板,其導板面之間距離從3到30mm;在纖維網右邊和左邊邊緣部份,上和下面對纖維網的導板,其面之間的距離,以每纖維網及內部的寬度方向100mm寬度、2mm或以下之比率擴展;在纖維網右邊和左邊邊緣部份,上和下導板各自的長度從10到300mm,上和下導板在纖維網的傳送方向上沒有配列,在上和下導板間的不良配列(misalignment)距離從-200到+200mm;上導板面對纖維網的那一面,由樹脂或金屬單獨構成;跟導板纖維網接觸的樹脂由Teflon(註冊商標名)構成,而跟纖維網接觸的金屬部分由不鏽鋼構成。導板面對纖維網的那一面,或跟其上形成纖維網接觸的樹脂部分,和/或跟纖維網接觸金屬部分,其表面粗糙度為3μm或小於;等等。還提到用來防止纖維網側邊邊緣捲曲的上和下導板,較佳位在對拉幅機入口剝離側的支架邊緣之間,特別是靠近拉幅機入口的位置。
為了預防在乾燥時,纖維網割口或不平整的發生,JP-A-11-048271提出一發明,剝離下來的纖維網,其溶劑含量從質量百分比50到12%,用寬度拉伸機器(width-stretching machine)拉伸和乾燥,在溶劑含量從質量百分比50到12%時,使用加壓裝置,在纖維網的兩側施加壓力從0.2到10KPa。在較佳實施例中,其揭露:在溶劑含量為質量百分比4%時,停止施加張力;從纖維網(膜)兩側使用夾輥(nip rolls)施壓,其較佳使用1到8對夾輥,且加壓時的溫度從100到200℃。
JP-A-2002-036266的發明,以提供高品質,厚度20到85μm,薄細的大頭針為目的。其較佳模式,揭露:沿纖維網的傳輸方向,其張力在拉幅前跟後之間的差,調控在8N/mm2
或更低;在剝離步驟後,使用預熱纖維網的預熱步驟,在預熱步驟後,使用拉幅機拉伸纖維網的拉伸步驟,在拉伸步驟後,使用緩和纖維網,使其比拉伸程度少的緩和步驟,調整預熱跟拉伸步驟的溫度T1至(膜的玻璃轉化溫度Tg-60)℃,或更高,調整緩和步驟的溫度T2至(T1-10)℃或以下;在拉伸步驟的纖維網拉伸比從0到30%,其表示對在進入拉伸步驟前纖維網寬度的比值,在緩和步驟的纖維網拉伸比從-10到10%;等等。
JP-A-2002-225054的目的在提供一乾膜厚度10到60μm的薄膜,以及有如低透濕性的高耐久性的輕型顯示器,其揭露:在剝離之後,用夾子固定纖維網兩側,直到在纖維網的溶劑殘餘量到質量百分比10%,由夾住纖維網,預防乾燥造成的收縮,和/或在橫向拉伸,形成一有平面定向程度(planar orientation degree)(S)的膜,其表示S={(Nx+Ny)/2}-Nz(Nx代表在平面中最高折射率方向的折射率;Ny表示在平面上,跟Nx呈直角方向的折射率;Nz表示膜的厚度方向折射率)從0.0008到0.0020;實行這些步驟,從鑄造到剝離,30到90秒;在橫向和/或縱向拉伸已剝離的纖維膜。
JP-A-2002-341144提出一包含拉伸步驟的溶液成膜法(solution film-forming method),延遲提升劑(retardation raising agent)的質量濃度,在越靠近膜寬度方向的中心,有越高的光學配送(optical distribution),因此,有較少的光學不均勻(optical unevenness)。
依據JP-A-2003-071863的發明目的,提供一不模糊的膜,其說明在橫向方向的拉伸比,就使用如偏光板的保護膜而言,較佳的範圍從0到100%,更佳從5到20%,以及最佳從8到15%。另一方面,就使用相差膜而言,其拉伸比的範圍從10到40%,且最佳從20到30%。其揭露Ro可由拉伸比控制,較佳為有較高的拉伸比,膜可因此得到優異的平面性。其還指出,在實行拉幅的情況,在拉幅開始時,膜中殘餘的溶劑量較佳從質量百分比20到100%,乾燥膜的較佳時機為當拉幅到膜中的溶劑殘餘量低於質量百分比10%或以下,更佳為質量百分比5%或以下。其中更揭露,就實行拉幅而言,其乾燥溫度較佳從30到150℃,更佳從50到120℃,最佳從70到100℃;UV吸收劑、塑化劑等等的蒸發,可以被調控,可以在較低的乾燥溫度減少過程污染,而再較高乾燥溫度時,可得到有較高平面性的膜;等等。
JP-A-2002-248639提出一發明,其目的為提供纖維素酯膜,減少縱向和橫向的尺寸波動,跟纖維素酯膜製造相關的方法,其方法為鑄造纖維素酯溶液於支架上,接連地剝開纖維網,並乾燥纖維網,乾燥時,乾燥收縮因子滿足方程式:0乾燥收縮因子(%)0.1×在剝落時的殘餘溶劑量(%)。在較佳實施例中揭露,當已剝離的纖維素酯膜的殘餘溶劑量落在範圍從質量百分比40到100%時,在拉幅機傳輸夾住纖維網的雙邊,殘餘溶劑的量減少質量百分比30%或以上;在拉幅機傳輸入口,已剝離的纖維素酯膜的殘餘溶劑量從質量百分比40到100%,而在出口的殘餘溶劑量從質量百分比4到20%;由拉幅機傳輸造成的傳輸纖維素酯膜張力,從拉幅機傳輸入口處到出口為增加的;由拉幅機傳輸造成在傳輸纖維素酯膜上的張力,和在纖維素酯膜橫向方向中的張力幾乎一樣;等等。
為了得到薄的膜厚度、優異光學各向異性和平面性的膜,JP-A-2000-239403揭露一方法,在釋放時的殘餘溶劑比X,和在進入拉幅機時的殘餘溶劑比Y,其之間的關係落在0.3XY0.9X的範圍中。
JP-A-2002-286933揭露一拉伸膜的方法,其膜由鑄造製造。在此專利提出,一在加熱時拉伸膜的方法,和另一在膜含有溶劑時拉伸膜的方法。其指出,在加熱時拉伸膜的情況,其拉伸膜較佳的溫度約為樹脂的玻璃轉化溫度或更低;在浸漬溶劑狀態,由鑄造方法形成的膜,在其膜拉伸的情況下,已經乾燥一次的膜可以接觸溶劑,浸漬溶劑,接著拉伸。
為了調控本發明光學膜Re的絕對值,其較佳使用一化合物,在如延遲提升劑的溶液,含量在光學膜中佔質量百分比從0.01%到30%,較佳從質量百分比從0.5到20%,其UV吸收光譜,有比250nm短的最大吸收波長(λmax)。由使用這樣的化合物,可以調控絕對值,而不會造成Re在可見光範圍的波長依賴性的重大改變。
從延遲提升劑功能的觀點,較佳為棒狀化合物,較佳為至少有一個芳環的化合物,且更佳為至少有兩個芳環的化合物。
棒狀的化合物較佳有線性的分子結構。專有名詞"線性分子結構"表示棒狀化合物的分子結構,在熱力學最穩定的結構為線性。可由分析結晶結構或計算分子軌域,決定熱力學最穩定的結構。即當化合物的生成熱達到最小程度時,分子結構可藉由使用如分子軌域計算軟體(如Win MOPAC 2000,由FUJITSU生產)計算分子軌域,來決定分子結構。線性分子結構表示,在如上所述計算的熱力學最穩定狀態,其分子結構的角度為140°或以上。
棒狀化合物較佳表現出液晶性質(liquid crystallinity)。棒狀化合物更佳在加熱時表現出液晶性質(即有熱致液晶性質)。至於液晶相,較佳有向列相(nematic phase)或近晶相(smectic phase)。
雖然較佳化合物描述在JP-A-2004-4550中,但本發明不限制於其中。可用二或更多棒狀化合物,其在溶液中的UV吸收光譜,各自有比250nm短的最大吸收波長(λmax)。
棒狀化合物,可以參考發表於文獻中的方法合成,其列舉Mol.Cryst.Liq.Cyrst.,vol.53,p.229(1979);ibid.vol.89,p.93(1982);ibid.vol.145,p.111(1987);ibid.vol.170,p.43(1989);J.Am.Chem.Soc.,vol.113,p.1349(1991);ibid.vol.118,p.5346(1996);ibid.vol.92,p.1582(1970);J.Org.Chem.,vol.40,p.420(1975);以及Tetrahedron,vol.49,No.16,p.3437(1992)。
為達到想要的Rth,較佳使用延遲提升劑。
於此使用的專有名詞"延遲提升劑",意指如此類的"添加劑",包含添加劑的醯化纖維素膜,其在波長550nm量測的延遲值,比其他用同樣方法製造,但沒有使用添加劑的醯化纖維素膜的延遲值高20nm或以上。其在延遲值的提升,較佳為30nm或以上,更佳為40nm或以上,最佳為60nm或以上。
延遲提升劑較佳為至少有兩個芳環的化合物。所使用延遲提升劑的量,在醯化纖維素每100重量份中,較佳從0.01到20重量份,更佳從0.1到10重量份,再佳從0.2到5重量份,最佳為從0.5到2重量份。可以組合使用兩種或多種延遲提升劑。
延遲提升劑較佳在波長範圍從250到400nm有吸收峰,且較佳在可見光範圍沒有吸收峰。
延遲提升劑調控Rth時,較佳對由拉伸表示的Re沒有影響。其較佳使用盤形化合物。
盤形化合物包含除了芳烴環之外,還有芳雜環(aromatic heterocycles)。其芳烴環更佳為六員環(即苯環)。芳雜環通常為不飽和的雜環。芳雜環較佳為五員環、六員環或七員環,更佳為五員環或六員環。一般來說,芳雜環有很多的雙鍵。其雜離子較佳為氮原子、氧原子及硫原子,更佳為氮原子。芳雜環的例子包含呋喃環(furan ring)、噻吩環、吡咯環、唑環、異唑環、噻唑環、異噻唑環、咪唑環、吡唑環、呋呫環、三唑環、吡喃環、吡啶環、嗒環、嘧啶環、吡環和1,3-三環。
芳環,較佳由苯環、呋喃環、噻吩環、吡咯環、唑環、噻唑環、咪唑環、三唑環、吡啶環、嘧啶環、吡環和1,3,5-三環組成,其中更佳為1,3,5-三環。更明確地說,其較佳使用如揭露於JP-A-2001-166144中的化合物。
芳族化合物使用的範圍,在醋酸纖維素每100重量份中,從0.01到20重量份。其使用芳族化合物的量,在醋酸纖維素每100重量份中,較佳從0.05到15重量份,更佳從0.1到10重量份。可以組合使用兩種或多種化合物。
一調控Rth的方法,其不影響由拉伸表示的Re,較佳使用例如液晶層的光學各向異性層形成的方法。
一具體液晶層形成方法的例子,舉出一方法,其包含排列盤形液晶,於控制盤面和如上所述的光學膜平面之間的角度,在5°之內(JP-A-10-312166),一方法包含排列棒狀液晶,於控制其主軸和如上所述的光學膜平面之間的角度,在5°之內(JP-A-2000-304932)。
本發明光學膜上液晶化合物構成的光學各向異性層,由其光學各向異性層形成的光學補償膜,在液晶顯示器中(尤其OCB模式、VA模式或IPS模式液晶顯示器),提供放大的視角,且減輕依賴視角的色偏。本發明的光學補償膜可裝備在偏光板觀看者那側和液晶胞之間,或其可裝備在偏光板於背側和液晶胞之間。也可能同時裝備光學補償膜在這兩個位置。光學補償膜可以為一獨立構件,包裝入液晶顯示器中。或者,光學特性可以分給保護偏光板的保護膜,使其也當成透明膜。然後,其膜可以當成偏光板的一部分,包裝入液晶顯示器中。本發明的光學補償膜包含至少兩層,即本發明的光學膜和有不同光學特性的光學各向異性層。排列膜調控在光學各向異性層中液晶化合物的排列,其可裝備在光學膜和光學各向異性層之間。此外,每個光學膜和光學各向異性層可以由二或更多層構成,只要可以滿足如下所述的光學特性。首先,依照本發明的光學補償膜的每一個組成部分,詳細敘述如下。
如上所述的光學各向異性層,可以直接形成於光學膜的表面。或者,其可形成在排列膜上,其排列膜形成於光學膜上。其也可能液晶化合物層形成於另一支撐上,然後藉壓感黏合劑、黏合劑等等,轉印到光學膜上,因此得到了本發明的光學補償膜。
用於形成光學各向異性層的液晶化合物,如棒狀液晶化合物和盤形液晶化合物(某些情況下稱為盤形液晶化合物)。棒狀液晶化合物和盤形液晶化合物可以為高分子量的或低分子量的。此外,最終包含於光學各向異性層的化合物,不一定需要有液晶性質。在使用低分子量化合物形成光學各向異性層的情況,在形成光學各向異性層的過程中,低分子量化合物形成交聯,因此再也不會表現液晶性質,也落在此範圍內。
就直接形成一包含液晶化合物於光學膜上的膜,其較佳防止光學膜的光學特性改變。因此,控制液晶層的液晶轉化溫度,使其不高於光學膜的玻璃轉化溫度20℃或以上。從工業的觀點,在室溫或更低的溫度下,較難乾燥液晶層內的溶劑,因此,液晶層的液晶轉化溫度,較佳不低於室溫。液晶轉化溫度,不僅依賴液晶的結構,而且可由加入的添加劑或如下討論的來控制。即其較佳由控制加入的量等,來控制液晶轉化溫度於適當的範圍內。
光學各向異性層包含有液晶化合物,其光學特性較佳滿足如下方程式(3)定義的B1值。
B1值較佳為1.2或以下,更佳為1.18或以下。
其最佳係依據胞中液晶延遲的波長散射,來適當的決定B1值。
尤其就應用到OCB模式液晶顯示器而言,其光學各向異性層的Re較佳滿足0Re(550)50,更佳20Re(550)40。光學各向異性層較佳為有設計的,讓在黑色顯示時,液晶胞中的液晶化合物,可由液晶顯示器補償。在IDW'00,FMC7-2,p.411到414中提到於液晶胞中液晶化合物的排列狀態。
就直接應用液晶化合於本發明的光學膜或經由排列膜而前,其液晶轉化溫度,較佳為不高於光學膜的玻璃轉化溫度10℃或更多,更佳為不高於玻璃轉化溫度。液晶轉化溫度,最佳為比玻璃轉化溫度低10℃或更多。
包含液晶化合物的光學各向異性層的厚度,較佳從0.1到20μm,更佳從0.3到10μm,且最佳為從0.5到5μm。
在本發明中可使用的棒狀液晶化合物,較佳由甲亞胺基類(azomethines)、氧偶氮基類(azoxys)、氰基二苯類、氰基苯基酯類、苯甲酸酯類、環己烷羧酸苯基酯類、氰基苯基環己烷類、氰基取代苯基嘧啶類、烷氧基取代苯基嘧啶類、苯基二氧陸圜類、二苯乙炔(tolans)和烯基環己基苯腈類構成。金屬複合物也落於此棒狀液晶化合物的範疇內。此外,也可S使用包含棒狀的液晶化合物於液晶高分子重複的單元。換句話說,棒狀液晶化合物可以跟(液晶)高分子鍵結。
棒狀液晶化合物描述於Nihon Kagaku-kai,KikanKagaku Sosetsu,No.22,Ekisho no Kagaku,cahps.4,7 and 11(1994);和Nihon Gakujutsu Shinkokai Dai 142 Iinkai,Ekisho Debaisu Handobukku,chap.3。
使用於本發明的液晶化合物,其雙折射率範圍較佳從0.001到0.7。
為了固定排列狀態,棒狀液晶化合物較佳有可聚合基。至於可聚合基,較佳為不飽和可聚合基或環氧基,更佳為不飽和可聚合基,和最佳為乙烯化不飽和可聚合基。
本發明可使用的盤形液晶化合物包含如由C.Destrade et al.,Mol.Cryst.Cryst.,vol.71,p.111(1981)所發表的苯衍生物;由C.Destrade et al.,Mol.Cryst.,vol.122,p.141(1985)以及Physics Lett.,A,vol.78,p.82(1990)所發表的參茚并苯(truxene)衍生物;由B.Kohne et al.,Angew.Chem.Vol.96,p.70(1984)所發表的環己烷衍生物;由J.M.Lehn et al.,J.Chem.Commun.,p.1974(1985)和J.Zhang et al.,J.Am.Chem.,Soc.,vol.116,p.2655(1994)所發表的氮冠型(azacrown type)和苯乙炔型巨環。
如上所述的盤形液晶化合物包含表現液晶性質的化合物,線性烷基、烷氧基或可取代的苯甲醯氧基取代基,成放射狀側鏈連接至分子中心的母核。有旋轉對稱性的化合物,可為一分子或一群分子,較佳為可給予明確的排列。
就由如上所述的液晶化合物,由其組成的光學各向異性層的形式而言,最後包含於光學各向異性層的化合物,不一定要有液晶性質。當低分子量盤形液晶化合物有熱或光反應基(heat-orlight-reactive group),因為高分子量聚合物受到熱或光,跟上述反應基反應,經過聚合反應或交聯,形成了光學各向異性層,例如,包含於光學各向異性層中的化合物,可能不再維持其液晶性質。盤形液晶化合物的較佳範例可引用JP-A-8-50206。於JP-A-8-27284提到了盤形液晶化合物的聚合反應。
由聚合反應來固定盤形液晶化合物,可聚合基應該如同取代基,鏈結到盤形液晶化合物的盤形核心。然而當可聚合基直接鏈結到盤形核心,在聚合反應時,變成很難維持其排列狀態。因此,較佳在盤形核心和可聚合基之間使用鍵聯基(linking group)。所以,有可聚合基的盤形液晶化合物,其較佳為由下列式(III)或(DI)表示的化合物。
式(III)D(-L-Q)n
在式(III),D表示盤形核心;L表示二價鍵聯基;Q表示可聚合基;然後n為從4到12的整數。
盤形核心(D)的範例如下。在每個範例中,LQ(或QL)表示二價鍵聯基(L)跟聚合基(Q)的組合。
在式(III),二價鍵聯基(L),其較佳從由伸烷基、伸烯基、伸芳基、-CO-、-NH-、-O-、-S-和其混合所構成的族群中挑選出的二價鍵聯基。二價鍵聯基(L),其更佳從由伸烷基、伸芳基、-CO-、-NH-、-O-、-S-所構成的族群中挑選出至少兩個二價基混合的二價鍵聯基。二價鍵聯基(L),其最佳從由烯烴基、環芳基、-CO-、-O-所構成的族群中挑選出至少兩個二價基混合的二價鍵聯基。烯烷基較佳有從2到12個碳原子。環芳基較佳有從6到10個碳原子。
二價鍵聯基(L)的範例如下。二價鍵聯基的左邊鏈結到盤形核心(D),而其右邊鏈結到可聚合基(Q)。AL表示伸烷基或伸烯基,而AR表示伸芳基。這些伸烷基、伸烯基和伸芳基可有取代基(如烷基)。
L1:-AL-CO-O-AL- L2:-AL-CO-O-AL-O- L3:-AL-CO-O-AL-O-AL- L4:-AL-CO-O-AL-O-CO- L5:-CO-AR-O-AL- L6:-CO-AR-O-AL-O- L7:-CO-AR-O-AL-O-CO- L8:-CO-NH-AL- L9:-NH-AL-O- L10:-NH-AL-O-CO- L11:-O-AL- L12:-O-AL-O- L13:-O-AL-O-CO- L14:-O-AL-O-CO-NH-AL- L15:-O-AL-S-AL- L16:-O-CO-AR-O-AL-CO- L17:-O-CO-AR-O-AL-O-CO- L18:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-CO- L19:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-AL-O-CO- L20:-S-AL- L21:-S-AL-O- L22:-S-AL-O-CO- L23:-S-AL-S-AL- L24:-S-AR-AL-
在式(III)中的可聚合基(Q)依靠聚合反應的種類來決定。至於可聚合基(Q),其較佳為不飽和可聚合基或環氧基,更佳為不飽和可聚合基,最佳為乙烯化不飽和可聚合基。
在式(III)中,n為從4到12的整數。實際上數字的值依賴盤形核心(D)的種類來決定。雖然在複數時L和Q的組合可能不同,但較佳為這些組合為相同的。
在式(DI)中,Y1 1
、Y1 2
和Y1 3
分別獨立表示次甲基(methine)或氮原子。
當Y1 1
、Y1 2
和Y1 3
代表次甲基時,其在次甲基的氫原子可以被取代。於此使用的專有名詞"次甲基",表示從甲烷中移除3個氫原子所得到的基。
取代基的較佳範例中,在次甲基中,可以被碳原子攜帶的,可列舉烷基、烷氧基、芳氧基、醯基、烷氧羰基、醯氧基、醯胺基、烷氧羰胺基、烷硫基、芳硫基、鹵素原子和氰基。這些取代基中,以烷基、烷氧基、烷氧羰基、醯氧基、鹵素原子和氰基為較佳,而以有1到12個碳原子的烷基、有1到12個碳原子的烷氧基、有2到12個碳原子的烷氧羰基、有2到12個碳原子的醯氧基、鹵素原子和氰基為最佳。
Y1 1
、Y1 2
和Y1 3
皆代表次甲基,且這些次甲基沒有被取代時為最佳。
在式(DI)中,L1
、L2
和L3
分別獨立表示單鍵或二價鍵聯基。當L1
、L2
和L3
為二價鍵聯基時,其較佳獨立表示從包含-O-、-S-、-C(=O)-、-NR7
-、-CH=CH-、-C≡C-、二價環基和其上組合的族群中選擇的鍵聯基。R7
代表有1到7個碳原子的烷基或氫原子,較佳為有1到4個碳原子的烷基或氫原子,更佳為甲基、乙基或氫原子,最佳為氫原子。
在L1
、L2
和L3
中,二價鍵聯基表示至少有一種形式的環基(下面有時候稱為"環基")之二價鍵聯基。至於環基,其較佳為五員環、六員環或七員環,更佳為五員環或六員環,最佳為六員環。包含於環基中的環可為稠合環。但單環對稠合環為佳。包含於環基中的環可為芳環、脂族環或雜環。至於芳環的較佳例子,包括苯環和萘環。至於脂族環,較佳使用環己烷環。至於雜環較佳使用吡啶環和嘧啶環。至於環基,更佳為芳環和脂族環。本發明使用的二價環基,較佳為僅包含的環狀結構(包含取代基)的二價鍵聯基(同樣的可應用於如下)。
有苯環的環基,在由L1
、L2
和L3
表示的二價環基中,較佳為1,4-伸苯基。有萘環的環基,較佳為萘-1,5-二基和萘-2,6-二基。有環己烷環的環基,較佳為1,4-環伸己基。有吡啶環的環基,較佳為吡啶-2,5-二基。有嘧啶環的環基,較佳為嘧啶-2,5-二基。
由L1
、L2
和L3
表示的二價環基可有取代基。取代基的範例包含鹵素原子、氰基、硝基、具有從1到16個碳原子的烷基、具有從2到16個碳原子的烯基、具有從2到16個碳原子的炔基、具有從1到16個碳原子的鹵烷基、具有從1到16個碳原子的烷氧基、具有從2到16個碳原子的醯基、具有從1到16個碳原子的烷硫基、具有從2到16個碳原子的醯氧基、具有從2到16個碳原子的烷氧羰基、經具有從1到16個碳原子的烷基取代的胺甲醯基和有從2到16個碳原子的醯胺基。
L1
、L2
和L3
,單鍵較佳為*
-O-CO-、*
-CO-O-、*
CH=CH-、*
-C ≡ C-、*
-二價環基-、*
-O-CO-二價環基-、*
-CO-O-二價環基-、*
-CH=CH-二價環基-、*
-C ≡ C-二價環基-、*
-二價環基-O-CO-、*
-二價環基-CO-O-、*
-二價環基-CH=CH-和*
-二價環基-C ≡ C-。尤其,單鍵較佳為*
CH=CH-、*
-C ≡ C-、*
-二價環基-O-CO-、*
-CH=CH-二價環基-和*
-二價環基-C ≡ C-,且最佳為單鍵。*
表示族群連接到式(DI)中之六員環有Y1 1
、Y1 2
和Y1 3
側的位置。
H1
、H2
和H3
分別獨立表示由下列式(DI-A)或下列式(DI-B)表示的族群。
在式(DI-A),YA1
和YA2
分別獨立表示次甲基或氮原子。其較佳於YA1
和YA2
中,至少有一為氮原子,更佳為兩者同時為氮原子。XA表示氧原子、硫原子或亞甲基或亞胺基,和較佳為氧原子。*
表示族群連接到化學式(DI)中R1
到R3
側的位置。於此使用的專有名詞"亞胺基"表示-NH-。
式(DI-B)中,YB1
和YB2
分別獨立表示次甲基或氮原子。其較佳在YB1
和YB2
中至少有一個為氮原子,更佳為兩個同時為氮原子。XB表示氧原子、硫原子或亞甲基或亞胺基,較佳為氧原子。*
表示群組連接到式(DI)中R1
到R3
側的位置。R1
、R2
和R3
分別獨立表示由下列式(DI-R)表示的群組。
式(DI-R)*
-(-L2 1
-Q2
)n 1
-L2 2
-L2 3
-Q1
式(DI-R)中,*
表示群組連接到化學式(DI)中H1
到H3
側的位置。
L2 1
表示單鍵或二價鍵聯基。若L2 1
為二價鍵聯基,從O-、-S-、-C(=O)-、-NR7
-、-CH=CH-、-C ≡ C-和其組合所組成的族群中所選出的二價鍵聯基為較佳。R7
為有1到7個碳原子的烷基或氫原子,較佳為有1到4個碳原子的烷基,更佳為甲基、乙基或氫原子,最佳為氫原子。
L2 1
較佳為單鍵或從* * *
-O-CO-、* * *
-CO-O-、* * *
-CH=CH-和* * *
-C ≡ C-之中任一選出(其中* * *
表示在式(DI-R)中*
側),更佳為單鍵。
Q2
表示有至少一種環狀結構(環基)的二價族群。就環基而言,較佳為有五員環、六員環或七員環的環基,更佳為有五員環或六員環的環基,最佳為有六員環的環基。在環基中的環狀結構可為稠合環(fused ring)。然而,對稠合環而言,其較佳為單鍵。包含在環基中的環,可為芳環、脂族環或雜環。芳環較佳範例包含苯環和萘環。至於脂族環,較佳使用環己烷環。至於雜環,較佳使用吡啶環和嘧啶環。
由Q2
表示有苯環的環基,以1,4-伸苯基為較佳。有萘環的環基,以萘-1,5-二基和萘-2,6-二基為較佳。有環己烷環的環基,以1,4-環伸己基為較佳。有吡啶環的環基,以吡啶-2,5-二基為較佳。有嘧啶環的環基,以嘧啶-2,5-二基為較佳。在這些族群中,以1,4-伸苯基和1,4-環伸己基為更佳。
Q2
可有取代基。取代基的範例包含鹵素原子(氟原子、氯原子、溴原子或碘原子)、氰基、硝基、具有從1到16個碳原子的烷基、具有從2到16個碳原子的烯基、具有從2到16個碳原子的炔基、具有從1到16個碳原子的鹵烷基、具有從1到16個碳原子的烷氧基、具有從2到16個碳原子的醯基、具有從1到16個碳原子的烷硫基、具有從2到16個碳原子的醯氧基、具有從2到16個碳原子的烷氧羰基、胺甲醯基、經具有從1到16個碳原子的烷基取代的胺甲醯基和具有從2到16個碳原子的醯胺基。在這些取代基中,以鹵素原子、氰基、具有從1到6個碳原子的烷基和具有從1到6個碳原子的鹵烷基為較佳,以鹵素原子、具有從1到4個碳原子的烷基和具有從1到4個碳原子的鹵烷基為更佳,以鹵素原子、具有從1到3個碳原子的烷基和三氟甲基為最佳。
n1表示從0到4的整數。n1較佳為1到3的整數,更佳為1或2。
L2 2
表示* *
-O-、* *
-O-CO-、* *
-CO-O-、* *
-O-CO-O-、* *
-S-、* *
-N(R)-、* *
-CH2
-、* *
-CH=CH-或* *
-C ≡ C-,其中* *
表示群組連接到Q2
側的位置。
L2 2
表示* *
-O-、* *
-O-CO-、* *
-CO-O-、* *
-O-CO-O-、* *
-CH2
-、* *
-CH=CH-或* *
-C ≡ C-為較佳;* *
-O-、* *
-O-CO-、* *
-O-CO-O-或* *
-CH2
-為更佳。
L2 3
表示從-O-、-S-、-C(=O)-、-NH-、-CH2
-、-CH=CH-、-C ≡ C-和其組合所組成的族群中選擇的二價鍵聯基,其中在-NH-、-CH2
-和-CH=CH-中的氫原子,可以被取代。取代基的範例包含鹵素原子、氰基、硝基、具有從1到6個碳原子的烷基、具有從1到6個碳原子的鹵烷基、具有從1到6個碳原子的烷氧基、具有從2到6個碳原子的醯基、具有從1到6個碳原子的烷硫基、具有從2到6個碳原子的醯氧基、具有從2到6個碳原子的烷氧羰基、胺甲醯基、經具有從2到6個碳原子的烷基取代的胺甲醯基和具有從2到6個碳原子的醯胺基。在這些取代基中,較佳為鹵素原子和具有從1到6個碳原子的烷基。
L2 3
較佳從-O-、-C(=O)-、-CH2
-、-CH=CH-、-C ≡ C-和其組合所組成的族群中選出。L2 3
較佳具有從1到20個碳原子,更佳為2到14個碳原子。L2 3
較佳具有從1到16-CH2
-'s,更佳從2到12-CH2
-'s。
Q1
表示可聚合基或氫原子。使用於本發明中的液晶化合物,其使用於光學補償薄片或同類,較佳為其相差可因熱而改變(如,光學補償薄片),Q1
較佳為可聚合基。聚合反應較佳為加成聚合反應(包含開環聚合反應)或縮合聚合反應。因此可聚合基較佳為能進行加成聚合反應或縮合聚合反應的官能基。其可聚合基的範例如下。
此外,可聚合基更佳為能進行加成聚合反應的官能基。如此的可聚合基,較佳為可聚合乙烯化不飽和基或開環可聚合基。
可聚合乙烯化不飽和基的例子,列舉其族群,由下列式(M-1)到(M-6)表示。
在式(M-3)和(M-4)中,R表示氫原子或烷基,較佳為氫原子或甲基。
如上式(M-1)到(M-6),(M-1)或(M-2)為較佳,且(M-1)為更佳。
至於開環可聚合基,較佳為環醚基,更佳為環氧基或環丁氧基(oxetanyl group),最佳為環氧基。
至於使用於本發明的液晶化合物,液晶化合物較佳由下列式(DII)表示。
在式(DII)中,Y3 1
、Y3 2
和Y3 3
分別獨立表示次甲基或氮原子。Y3 1
、Y3 2
和Y3 3
分別跟化學式中的Y1 1
、Y1 2
和Y1 3
有相同定義,且其較佳範圍也相同。
在式(DII)中,Y3 1
、Y3 2
和Y3 3
分別獨立表示由下列式(DII-R)表示的族群。
在式(DII-R)中,A3 1
和A3 2
分別獨立表示次甲基或氮原子。較佳為至少其中一個為氮原子,更佳為兩個皆為氮原子。X3
表示氧原子、硫原子、次甲基或亞胺基,較佳為氧原子。
q3 1
表示具有六員環結構(下面有時稱為"六員環基")的二價基。六員環基可以有稠合環。然而,其稠合環較佳為單環。包含六員環基的環,可為芳環、脂族環或雜環。至於芳環的較佳例子,包括苯環和萘環。至於脂族環,較佳使用環己烷環。至於雜環,較佳使用吡啶環和嘧啶環。
由Q3 1
表示具有苯環的六員環基,較佳為1,4-伸苯基。具有萘環的環基,較佳為萘-1,5-二基和萘-2,6-二基。具有環己烷環的環基,較佳為1,4-環伸己基。具有吡啶環的環基,較佳為吡啶-2,5-二基。具有嘧啶環的環基,較佳為嘧啶-2,5-二基。在這些族群中,更佳為1,4-伸苯基和1,4-環伸己基。
Q3 1
的環狀結構可以具有取代基。取代基的範例包含鹵素原子(氟原子、氯原子、溴原子或碘原子)、氰基、硝基、具有從1到16個碳原子的烷基、具有從2到16個碳原子的烯基、具有從2到16個碳原子的炔基、具有從1到16個碳原子的鹵烷基、具有從1到16個碳原子的烷氧基、具有從2到16個碳原子的醯基、具有從1到16個碳原子的烷硫基、具有從2到16個碳原子的醯氧基、具有從2到16個碳原子的烷氧羰基、胺甲醯基、經具有從1到16個碳原子的烷基取代的胺甲醯基和具有從2到16個碳原子的醯胺基。六員環基的取代基中,較佳範例為鹵素原子、氰基、具有從1到6個碳原子的烷基和具有從1到6個碳原子的鹵烷基,更佳為鹵素原子、具有從1到4個碳原子的烷基和具有從1到4個碳原子的鹵烷基,最佳為鹵素原子、具有從1到3個碳原子的烷基和三氟甲基。
n3代表從1到3的整數,較佳為1或2。
L3 1
表示*
-O-、*
-O-CO-、*
-CO-O-、*
-O-CO-O-、*
-S-、*
-N(R)-、*
-CH2
-、*
-CH=CH-或*
-C ≡ C-,其中*
表示群組連接到Q3 1
側的位置。其具體的例子跟式(DI-R)中的L2 2
相同,且較佳的範圍也相同。
L3 2
表示從-O-、-S-、-C(=O)-、-NH-、-CH2
-、-CH=CH-、-C ≡ C-及其組合所組成的族群中選擇的二價鍵聯基。其具體的例子跟式(DI-R)中的L2 3
相同,且較佳的範圍也相同。
在式(DII-R)中,Q3 2
表示可聚合基或氫原子。
接著,介紹由式(DI)表示的液晶化合物具體的例子,本發明並不限制於此。
再本發明中使用之液晶化合物,較佳表示液晶相,其液晶相顯示適合的單領域特性。經由達到如此適合的單領域特性,可有效的預防一問題,其問題為多領域結構的形成,在領域的邊界,產生排列性破壞,因此導致光散射。此外,顯示出適合的單領域特性的化合物為較佳,因為相差板顯示出同樣提高的光透射比。
由本發明使用的液晶化合物表示的液晶相,可列舉為柱狀相(columnar phase)和盤形向列(ND)相。在這些液晶相中,最佳為盤形向列(ND)相,因其表現出適合的單領域特性,且能接受混成排列(hybrid orientation)。
使用於本發明的液晶化合物,較小的波長色散為較佳。如上討論,光學各向異性層較佳具有1.25或小於的Re(450)/Re(650),更佳為1.20或小於,最佳為1.18或小於。由於在胞中液晶相差的波長色散,其值較佳經過合適的最佳化。
關於在光學各向異性層中,液晶化合物的排列,其排列方法為,其在光學各向異性層中的分子對稱軸,位於對例如縱向呈43°到47°角。
在混成排列中,在液晶化合物的分子對稱軸和支撐面之間的角度,會隨支撐面在光學各向異性層深度方向的距離增加,而增加或減少。其角度較佳隨距離增加而減少。當角度改變,其可列舉連續性增加、連續性減少、間歇性增加、間歇性減少、包括連續性增加和連續性減少的改變、包括增加和減少的間歇性改變。間歇性改變包含一區域,其傾斜角度,表現出在深度方向中沒有改變。
可能有一區域其角度表現出沒有改變,只要整體看來為增加或減少角度。其較佳為表現出連續性改變。
一般可經由選擇液晶化合物或排列膜的適合材料,或選擇適合的摩擦方法,來調整液晶化合物分子對稱軸的平均方向。
對製造例如本發明OCB模式的光學補償膜而言,構成光學各向異性層的排列膜,是由摩擦製造的。接著,對光學膜或複合雙折射構件的慢軸45°方向,製造摩擦。因此,可形成光學各向異性層,其至少在光學膜或複合雙折射構件的介面,液晶化合物分子對稱軸排列的平均方向,跟光學膜或複合雙折射構件的慢軸呈45°角。
藉由使用本發明的長薄片型光學膜或複合雙折射構件,其慢軸跟縱向成直角,連續不斷的製造例如本發明的光學補償膜。更明確地說,用以形成排列膜的塗布溶液,連續不斷地塗於長薄片型複合雙折射構件的表面,來形成膜。接著,於縱向45°角的方向,摩擦膜的表面,形成排列膜。然後,用以形成光學各向異性層的塗布溶液,其包含液晶化合物,連續不斷地塗於以此方式形成的排列膜,排列且固定液晶分子,因此形成光學各向異性層。以此方式,可連續不斷地形成長薄片型光學補償膜。所得到的長薄片型光學補償膜,可於放入液晶顯示器前,切割成想要的形狀。
考慮液晶化合物分子對稱軸於液晶化合物表面側(大氣側)排列的平均方向,液晶化合物分子對稱軸於大氣介面側排列的平均方向,較佳位於跟複合雙折射構件的慢軸呈45°角的位置,更佳從42°到48°,且最佳從43°到47°。可藉由選擇適合的液晶化合物或添加物的類型,一起跟液晶分子使用,來控制液晶化合物分子對稱軸於大氣介面側排列的平均方向。跟液晶化合物一起使用的添加物的例子包含塑化劑、界面活性劑、可聚合單體、聚合物等等。同樣地,藉由適合地選擇如上討論的液晶化合物跟添加物,來控制分子對稱軸,於排列方向的程度改變。有關界面活性劑,其較佳為可以控制如上所述塗布溶液的表面張力的界面活性劑。
跟液晶化合物一起使用的塑化劑、界面活性劑和可聚合單體,較佳可跟液晶化合物相容,給予液晶傾斜角度的改變或不抑制其排列。較佳使用可聚合單體(例如有乙烯基、乙烯氧基、丙烯醯基和甲基丙烯醯基的化合物)。加入這樣的化合物,其總量以液晶化合物為基礎,一般從質量百分比1到50%,較佳從質量百分比5到30%。由使用混合物,其混合物為具有4或以上可聚合和反應的官能基的單體,可提高排列膜和光學各向異性層之間的黏合性。
至於界面活性劑,較佳使用氟化合物。界面活性劑敘述於JP-A-2001-33072中。聚合物和低分子量化合物較佳可給予盤形化合物傾斜角的改變。至於聚合物,較佳為纖維素酯。纖維素酯敘述於JP-A-2000-155216中,段落0178。為了不妨礙盤形化合物的排列,較佳添加聚合物的總量,以盤形化合物為基礎,從質量百分比0.1到10%,更佳從質量百分比0.1到8%。
經由塗一層包含盤形化合物的塗布溶液,可跟聚合作用起始劑和所需要的任意成分一起,形成光學各向異性層,在下討論排列膜。
用於備製塗布溶液的溶劑,較佳為有機溶劑。其有機溶劑的例子包含醯胺(例如N,N-二甲基甲醯胺)、亞碸(例如二甲亞碸)、雜環化合物(例如吡啶)、烴(例如苯或己烷)、鹵化烷基(例如三氯甲烷、二氯甲烷或四氯乙烷)、酯(例如乙酸甲酯或乙酸丁酯)、酮(例如丙酮或甲基乙基酮)和醚(例如四氫呋喃或1,2-二甲氧乙烷)。以鹵化烷基和酮為較佳。可以使用兩種或以上的有機溶劑混合物。
塗布溶液可使用公開已知的方法(例如,環棒式塗布法(wire bar coating method)、擠壓塗布法(extrusion coating method)、直接凹板塗布法(direct gravure coating method)、反向凹板塗布法(reverse gravure coating method)、鋼模塗布法(diecoating method))。
可固定已排列的盤形化合物,而保持其在排列狀態。較佳由聚合反應來固定。聚合反應包含使用熱聚合反應起始劑的熱聚合反應和使用光聚合反應起始劑的光聚合反應,以光聚合反應為較佳。光聚合反應起始劑的例子包含α-羰基化合物(敘述於USP2,367,661和USP2,366,670)、醇酮醚(acyloin ether)(敘述於USP2,448,828)、α-碳氫化合物-經取代的芳醇酮化合物(α-hydrocarbon-substituted aromatic acyloin compound)(敘述於USP2,722,512)、多核醇酮化合物(敘述於USP3,046,127和USP2,951,758)、三芳咪唑二聚體和p-胺基苯酮(p-aminophenyl ketone)的組合(敘述於USP3,549,367)、吖啶(acridine)和啡吶啶(phenadine)混合物(敘述於JP-A-60-105667和USP4,239,850)和二唑化合物(敘述於USP4,212,970)。
光聚合反應起始劑的使用量,依據塗布溶液中的固態物質,較佳為從質量百分比0.01到20%,更佳為從質量百分比0.5到5%。為了聚合液晶分子的光照射,較佳使用紫外光。照射能量較佳範圍從20mJ/cm2
到50 mJ/cm2
,更佳從20到5000 mJ/cm2
,最佳從100到800 mJ/cm2
。為了加速光聚合反應,可由加熱引導光照射。其也可能形成一保護膜於第一光學各向異性層。
在本發明中,棒狀化合物或盤形化合物的分子,在光學各向異性層中固定排列狀態。應用至OCB模式液晶顯示器,液晶化合物在光學膜側的介面,其分子對稱軸排列的平均方向,跟光學膜的平面慢軸呈約45°角。於此使用的"約45°"意謂其角度落於45°±5°的範圍,較佳從42到48°,且更佳為43到47°。
用盤形液晶化合物為液晶化合物而言,其較佳使用稍微可跟盤形液晶化合物相容,且可給予盤形液晶化合物傾斜角變化之聚合物。
例如聚合物,其可為纖維素酯。纖維素酯之較佳例子包含醋酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、羥丙纖維素和醋酸丁酸纖維素。為了不抑制盤形液晶化合物的排列,其較佳添加上述聚合物,其量依據盤形液晶化合物,質量百分比從0.1到10%,更佳質量百分比從0.1到8%,最佳質量百分比從0.1到5%。
使用於本發明的盤形液晶化合物,其盤形向列液晶相固態轉化溫度,較佳從70到300℃,更佳從70到170℃。
較佳實施排列跟固定於不高於盤形向列液晶相固態轉化溫度的溫度。
在本發明中,光學各向異性層至少有平面光學各向異性。光學各向異性層的平面延遲,較佳從3到300nm,更佳從5到200nm,最佳從10到100nm。光學各向異性層的厚度方向延遲,較佳從20到400nm,更佳從50到200nm。光學各向異性層的厚度,較佳從0.1到20μm,更佳從0.5到15μm,最佳從1到10μm。
接著,說明本發明包含複合雙折射構件的透明膜。
本發明的透明膜可為複合雙折射構件,其複合雙折射構件包含第一雙折射層和第二雙折射層,其中第二雙折射層形成於第一雙折射層的至少一面上。第二雙折射層較佳由非液晶聚合物或液晶化合物組成。至於非液晶聚合物,在JP-A-2005-77853提到的材料為較佳,從包含聚醯胺類、聚醯亞胺類、聚酯類、聚醚酮類、聚芳醚酮類、聚醯胺醯亞胺類和聚酯醯亞胺類的族群中至少選擇一成員。至於液晶化合物,可使用於光學各向異性層的液晶化合物如上述列舉。例如較佳使用由棒狀液晶化合物構成的,如甲亞胺類、氧偶氮基類、氰聯苯類、氰苯酯類、苯甲酸酯類、環己烷羧酸苯酯類、氰苯環己烷類、取代氰基苯嘧啶類、取代烷氧基苯嘧類啶類、苯二氧陸圜類、二苯乙炔類和烯基環己苯甲腈類。
第二雙折射層較佳由不同於第一雙折射層的材料組成。
複合雙折射構件整體看來,由下列式(1)定義的A1值,範圍從0.10到0.95,較佳從0.2到0.85,以及更佳從0.3到0.80,由下列式(2)定義的A2值,範圍從1.01到1.50,較佳從1.10到1.45,以及更佳從1.20到1.40,由下列式(4)定義的C1值,範圍從0.40到0.95,較佳從0.45到0.85,以及更佳從0.50到0.80,由下列式(5)定義的C2值,範圍從1.05到1.93,較佳從1.10到1.90,以及更佳從1.15到1.85,以及Rth(550)從70到400nm,較佳從100到300nm,以及更佳從130到250。
(1)A1值=Re(450)/Re(550) (2)A2值=Re(650)/Re(550) (4)C1值={Re(450)/Rth(450)}/{Re(550)/Rth(550)} (5)C2值={Re(650)/Rth(650)}/{Re(550)/Rth(550)}其中Re(λ)表示透明膜對光波長為λ(nm)時之平面延遲值;而Rth(λ)表示透明膜對光波長為λ(nm)時之厚度方向延遲值。
用來形成第一雙折射層的材料,可為在拉伸或收縮時,表現雙折射的材料。至於此材料,較佳使用由聚合物構成,其聚合物可製造透明膜。本材料沒有特別的限制,只要複合雙折射構件最後滿足本發明上述的要求。
至於可用於形成第一雙折射層材料的聚合物,可為聚烯(聚乙烯、聚丙烯、聚降冰片烯等等)、非晶性聚烯烴類、聚醯亞胺類、聚醯胺醯亞胺類、聚醯胺類、聚醚醯亞胺類、聚醚醚酮類、聚醚酮類、聚酮硫類、聚醚碸類、聚碸類、聚苯硫類、聚苯氧類、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚縮醛、聚碳酸酯、聚烯丙基(polyallylate)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚降冰片烯、纖維素基聚合物(三乙酸纖維素(TAC)等等)、環氧樹脂類、酚樹脂類、降冰片烯樹脂類、聚酯樹脂類、聚醚碸樹脂類、聚碸樹脂類、聚碳酸酯樹脂類、聚醯胺樹脂類、聚醯亞胺樹脂類、聚烯樹脂類、丙烯酸樹脂類、聚降冰片烯樹脂類、聚烯丙基樹脂類、聚苯乙烯樹脂類、聚乙烯醇樹脂類、聚氯乙烯樹脂類、聚偏二氯乙烯樹脂類、聚丙烯酸樹脂類及其混合物。
至於形成第一雙折射層的材料,也可能使用液晶聚合物等等。例如可以使用熱塑性樹脂的混合物,其熱塑性樹脂有被取代的醯亞胺基,或沒有被取代的醯亞胺基於其側鏈,跟另一具有被取代的苯基或沒有被取代的苯基和側鏈腈基的熱塑性樹脂,其揭露於JP-A-2001-343529(WO 01/37007)。其具體的例子包含異丁烯和N-甲基順丁烯二醯亞胺交替的共聚物和丙烯腈/苯乙烯的共聚物之混合。
在這些材料中,較佳使用為形成第一雙折射層的材料,如聚乙烯、聚丙烯、聚降冰片烯、纖維素基聚合物、聚合物碳酸酯樹脂等等。用來形成第一雙折射層的材料較佳有負雙折射(negative birefringence)。此外,第一雙折射層較佳有如Re(400)/Re(550)<1的特性。從有次特性的觀點來看,更佳為使用纖維素基聚合物,尤其是醯化纖維素。
為了調控本發明複合雙折射構件Re或Rth的絕對值,較佳使用在延遲提升劑溶液的UV吸收光譜中,有最大吸收波長(λ max)小於250nm的化合物。藉由使用此化合物,可以調控絕對值,且不會導致Re或Rth在可見光範圍,波長依賴性的大量改變。
專有名詞"延遲提升劑"意指如此類的"添加劑",包含此添加劑的醯化纖維素膜,其Re或Rth延遲值,量測於波長550nm,比其他用同樣方法製造,但沒有使用添加劑的光學樹脂膜的Re或Rth延遲值高20nm或以上。其在延遲值的提升,較佳為30nm或以上,更佳為40nm或更多以上,最佳為60nm或以上。
從延遲提升劑功能的觀點來看,其較佳為棒狀化合物,有至少一個芳環的化合物為較佳,有至少兩個芳環的化合物為更佳。
棒狀的化合物較佳有線性的分子結構。專有名詞"線性分子結構"表示棒狀化合物的分子結構,在熱力學最穩定的結構為線性。可由分析結晶結構或計算分子軌域,決定熱力學最穩定的結構。即當化合物的生成熱達到最小程度時,分子結構可藉由使用如分子軌域計算軟體(如Win MOPAC 2000,由FUJITSU生產)計算分子軌域,來決定分子結構。線性分子結構表示,在如上所述計算的熱力學最穩定狀態,其分子結構的角度為140°或以上。
棒狀化合物較佳表現出液晶性質。棒狀化合物更佳在加熱時表現出液晶性質(即有熱致液晶性質)。至於液晶相,較佳有向列相或近晶相。
雖然較佳化合物描述在JP-A-2004-4550中,但本發明不限制於其中。可用二或更多的棒狀化合物,其在溶液中的UV吸收光譜,各自有比250nm短的最大吸收波長(λ max)。
棒狀化合物,可以參考發表於文獻中的方法合成,列舉這些文獻Mol.Cryst.Liq.Cyrst.,vol.53,p.229(1979);ibid.vol.89,p.93(1982);ibid.vol.145,p.111(1987);ibid.vol.170,p.43(1989;J.Am.Chem.Soc.,vol.113,p.1349(1991);ibid.vol.118,p.5346(1996);ibid.vol.92,p.1582(1970);J.Org.Chem.,vol.40,p.420(1975);以及Tetrahedron,vol.49,No.16,p.3437(1992)。
本發明中,添加延遲提升劑的量,依據聚合物的量,較佳從質量百分比0.1到30%,更佳從質量百分比0.5到20%。
如上定義形成第二雙折射層的聚合物,塗布在第一雙折射層至少一面上,形成第二雙折射層的前驅層。雖然塗布方法沒有特別限制,但是可列出由加熱溶化非晶性液晶聚合物然後塗布的方法、塗布一溶液,其含有非晶性液晶聚合物溶於溶劑的方法等等。這些方法中,從使用性和光學各向異性調控性的觀點,較佳使用塗布聚合物溶液的方法。
於非晶性液晶聚合物溶液中聚合物的濃度沒有特別限制。為了得到適合塗布的黏度,較佳從0.5到50質量份相對於100質量份的溶劑,更佳從5到50質量份相對於100質量份的溶劑,最佳從10到40質量份相對於100質量份的溶劑。其較佳使用聚合物的量為0.5質量份或以上相對於100質量份的溶劑,因為可因此得到適合塗布的黏度。其較佳使用聚合物的量不超過50質量份,因為此黏度,可以得到平坦的塗布表面。
如上所述聚合物溶液的溶劑,其並無特別限制,只要成形的材料如非液晶聚合物可以溶解於其中。即依據成形材料的種類,來選擇適當的溶劑。其溶劑的具體例子,可為鹵化烴類,例如氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、氯苯和正二氯苯;酚類,例如酚和對-氯酚;芳烴類,例如苯、甲苯、二甲苯、甲氧苯和1,2-二甲氧苯;酮類,例如丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮、環戊酮、2-吡咯烷酮和N-甲基-2-吡咯烷酮;酯類,例如乙酸甲酯和乙酸丁酯;醇類,例如t-丁醇、甘油、乙二醇、三伸甘醇、乙二醇一甲基醚、二乙二醇二甲基醚、丙二醇、二伸丙甘醇和2-甲基-2,4-戊二醇;醯胺,如二甲基甲醯胺和二甲基乙醯胺;腈類,例如乙腈和丁腈;醚類,例如二乙醚、二丁醚和四氫呋喃;二硫化碳、乙賽璐蘇、丁賽璐蘇等等。這些溶劑中,可使用任一種或者二種或者更多。較佳使用不會對第一雙折射層有腐蝕作用的溶劑。
聚合物溶液如果需要時,更可包含不同的添加劑,如安定劑、塑化劑、金屬等等。
此外,聚合物溶液在此範圍內,可包含額外的不同樹脂,只要形成材料的排列特性等不會因此惡化。此類額外樹脂的例子包含一般使用的各種樹脂、工程塑膠、熱塑性樹脂、熱固性樹脂等等。
至於一般使用的樹脂,可列舉如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ABS樹脂、AS樹脂等等。至於工程塑膠,可列舉如聚醋酸(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚醯胺(PA:尼龍)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、對苯二甲酸丁二酯(PBT)等等。至於熱塑性樹脂,可列舉如聚苯硫(PPS)、聚醚碸(PES)、聚酮(PK)、聚醯亞胺(PI)、聚對苯二甲酸環己二甲醇(PCT)、聚芳酯(PAR)、液晶聚合物(LCP)等等。至於熱固性樹脂類,可列舉如環氧樹脂類、酚樹脂類、酚醛樹脂類等等。
此類額外的樹脂跟聚合物溶液混合一起,其含量依據上述聚合物為可變動的,例如從質量百分比0到50%,較佳從質量百分比0到30%。
形成第二雙折射層的材料為液晶化合物,較佳使用一方法,其方法包含在第一雙折射層形成一排列膜,然後摩擦排列膜。其液晶化合物的排列方向符合膜的寬度方向。其較佳使用揭露於JP-A-2002-62427的排列膜。
本發明的光學補償膜中,可提供一排列膜於本發明的光學膜或複合雙折射構件和光學各向異性層之間。排列膜也有可能專門使用於形成光學各向異性層,在形成光學各向異性層於排列膜上後,光學各向異性層獨自地轉換至本發明的光學膜或複合雙折射構件上。
本發明中,排列膜較佳為由交聯聚合物構成的膜。使用於排列膜的聚合物可為本身可交聯的聚合物或由交聯劑交聯的聚合物。有官能基的聚合物或因為光、熱、pH改變導入官能基的聚合物,藉由反應其聚合物的分子形成排列膜。或者,排列膜可藉由使用交聯劑讓聚合物分子交聯而形成,其交聯劑為高反應性化合物,且將源於交聯劑的結合基帶給聚合物分子。
由交聯聚合物構成的排列膜,通常可由塗布塗布溶液於支撐上,接著藉由如加熱來形成,其塗布溶液包含上述聚合物或聚合物和交聯劑的混合物。
為了防止如下所述的摩擦步驟中,於排列膜上產生灰塵,其較佳提高交聯度。當交聯度定義為由1減去(Ma/Mb)比(其Mb表示加入塗布溶液中交聯劑的量;Ma表示交聯完畢後,交聯劑殘餘的量)(1-(Ma/Mb)),交聯度的範圍較佳從50%到100%,更佳從65%到100%,且最佳從75%到100%。
使用於本發明排列膜的聚合物,可為本身可交聯的聚合物或由交聯劑交聯的聚合物。不用說,其可能使用兩者作用皆有的聚合物。至於這些聚合物,其可列舉如聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯/順丁烯二醯亞胺共聚物、聚乙烯醇和變性聚乙烯醇、聚(N-羥甲基丙烯醯胺)、苯乙烯/乙烯甲苯共聚物、氯磺化聚乙烯、硝化纖維素、聚氯乙烯、氯化聚烯烴、聚酯、聚醯亞胺、醋酸乙烯/氯乙烯共聚物、乙烯/醋酸乙烯共聚物、羧甲基纖維素、明膠(gelatin)、聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯和化合物如矽烷偶合劑。聚合物較佳的例子包含水溶性聚合物,例如聚(N-羥甲基丙烯醯胺)、羧甲基纖維素、明膠、聚乙烯醇和變性聚乙烯醇。更佳為明膠、聚乙烯醇和變性聚乙烯醇,且最佳為聚乙烯醇和變性聚乙烯醇。
就直接塗布聚乙烯醇和變性聚乙烯醇於本發明的光學膜或複合雙折射構件而言,較佳使用形成一親水底塗層或實施皂化處理的方法。
就直接塗布聚乙烯醇和變性聚乙烯醇於本發明的光學膜或複合雙折射構件(尤其是醋酸纖維素膜)而言,較佳使用親水底塗層或於日本專利申請號2000-369004提及之實施皂化處理的方法。
上述提到的聚合物中,較佳為聚乙烯醇和變性聚乙烯醇。
這些聚乙烯醇之皂化程度從例如70到100%。一般較佳之皂化程度從80到100%,更佳之皂化程度從82到98%。這些聚乙烯醇較佳有從100到3000的聚合程度。
至於變性聚乙烯醇,可列舉藉由共聚合反應的變性(例如,於此介紹,有如變性基COONa、Si(OX)3
、N(CH3
)3
Cl、C9
H1 0
COO、SO3
Na、C1 2
H2 5
等等)、藉由鏈轉移的變性(例如,於此介紹,有如變性基COONa、SH、SC1 2
H2 5
等等)和藉由塊狀聚合的變性(例如,有如變性基COOH、CONH2
、COOR、C6
H5
等等)。變性聚乙烯醇,其聚合程度較佳從100到3000。在它們之中,沒有變性的或變性的聚乙烯醇,其皂化程度較佳從80到100%,沒有變性的或烷硫變性的聚乙烯醇,其皂化程度更佳從85到95%。
為了讓複合雙折射構件和光學各向異性層之間有適合的黏合性,較佳將交聯/聚合活性基引入聚乙烯醇。其較佳例子詳細敘述於JP-A-8-338913中。
就使用親水聚合物,例如聚乙烯醇於排列膜而言,較佳從膜硬度的觀點,來調控其含水量。即含水量範圍較佳從0.4%到2.5%,更佳從0.6%到1.6%。含水量可藉由市售卡費雪法的含水量計量器來量測。
排列膜的膜厚度較佳為10μ
m或小於。
於本發明中,使用由偏光膜和一對保護膜夾住偏光膜的偏光板。例如,可能使用一偏光板,其由用碘染色如聚乙烯醇構成的偏光膜,拉伸偏光膜,然後於其兩面加上薄片保護膜所製成。偏光板位於液晶胞外側。較佳提供一對偏光板於液晶胞的兩側,其偏光板各自包含一偏光膜和一對保護膜夾住偏光膜。如上討論,位於液晶胞側的保護膜,可為本發明的光學補償膜。
雖然使用於偏光膜和保護膜的黏合劑沒有特別限制,但是較佳使用PVA系樹脂(包含有乙醯乙醯基、磺酸基、羧基、氧基伸烷基等的變性PVA)或如硼化合物的水溶液。這些之中,以PVA系樹脂為較佳。乾燥之後,黏合劑層的厚度較佳從0.01到10μ
m,更佳從0.05到5μ
m。
使用於本發明的偏光板,是由包含乾燥步驟的方法製造,於乾燥步驟時,偏光膜的拉伸膜收縮,因此降低了揮發性物質的含量。於乾燥步驟之後或之中,保護膜較佳於加熱步驟前,至少有一面已黏合。更明確地說,實施黏合可藉由在乾燥膜時,用黏合劑黏接保護膜於兩側被夾住的偏光膜上,然後修剪兩側的方法,或乾燥後,將偏光膜從支托物兩側解除,修剪兩側然後跟保護膜黏合的另一方法。修剪可藉由使用一般常用的技術,例如使用如刀片的刀具或使用雷射光束。黏合後,較佳加熱偏光板,讓黏合劑乾燥且增進偏光性能。加熱條件因黏合劑不同而不同。對水系統來說,較佳實施加熱處理於30℃或以上,更佳於40℃到100℃,且最佳於50℃到90℃。從生產性能及效率的觀點來看,較佳實行這些步驟於一致的生產線上。
本發明偏光板的光學特性和耐久性(短期間和長期間品質的維持)較佳等同或優於市售超高對比偏光板(例如由SANRITZ Co.生產的HLC2-5618)。更明確地說,其較佳:可見光透射比為42.5%或以上;偏光程度{(Tp-Tc)/(Tp+Tc)}1/2≧0.9995(Tp表示平行透射比;Tc表示直角透射比);停留於空氣60℃和90%RH的狀態500小時和乾燥空氣60℃500小時的狀態之後,其停留之前和之後,基於絕對值,光透射比的改變為3%或更低(更佳為1%或更低),和基於絕對值,偏光程度的改變為1%或更低(更佳為0.1%或更低)。
本發明的偏光板中,較佳提供抗反射層於觀看側的表面。從液晶顯示器減少依賴視角變色的觀點,較佳調整抗反射層內的內部模糊至50%或以上。其抗反射層描述於JP-A-2001-33783、JP-A-2001-343646和JP-A-2002-328228。
依本發明的偏光板,其較佳提供如下討論的光擴散膜於觀看側的表面。
第7圖為用於本發明的光擴散膜典型模式的剖視圖。
顯示於第7圖中的光擴散膜10包含透明基膜20和光擴散膜30,其光透散膜包含如第一透光微粒41和第二透光微粒42於透光樹脂堆疊於其上。現在解釋使用兩種形式(有不同的折射率)的透光微粒,其在粒度分佈上有兩波峰。然而,也可使用在粒度分佈上有兩波峰的同種(有相同的折射率)透光微粒或單種的透光微粒。
第一透光微粒41由透光樹脂構成,其樹脂如矽微粒(平均粒徑1.0μ
m,折射率1.51),而第二透光微粒42由透光樹脂構成,其樹脂如苯乙烯球(平均粒徑3.5μ
m,折射率1.61)。藉由透光微粒(41和42)和透光樹脂40折射率的不同,建立光擴散作用。其折射率的差較佳為0.02或以上,但不超過0.15。就折射率的差小於0.02而言,有時候不能得到光擴散作用。就折射率的差超過0.15而言,因為過高的光擴散,整個膜有時候會變白。其折射率的差更佳為0.03或以上,但不超過0.13,最佳為0.04或以上,但不超過0.10。
依據本發明的光學膜、光學補償膜或偏光板,使用於液晶顯示器中,尤其是對穿透式液晶顯示器,為有益地。
穿透式的液晶顯示器包含液晶胞和提供於其兩側的兩片偏光板。偏光板包含偏光膜和提供於其兩側的兩片保護膜。液晶胞有夾於兩電極基板中的液晶。
本發明的偏光板,可使用至少一提供於液晶胞兩側的偏光板。就此狀況而言,確定本發明偏光板的位置,以便提供光學補償膜於液晶側。
較佳使用VA模式、OCB模式、IPS模式或TN模式的液晶胞。
VA模式的液晶胞中,在沒有提供電壓時,棒狀液晶分子大致上為垂直排列。
VA模式的液晶胞包含:(1)狹義的VA模式液晶胞,當沒有提供電壓時,棒狀液晶分子大致上為垂直排列,而當提供電壓時,大致上為水平排列(JP-A-2-176625);(2)為了擴大視角的多領域VA模式(MVA模式)的液晶胞(SID97,Digest of tech Papers,28(1987)845);(3)當沒有提供電壓時,棒狀液晶分子大致上為垂直排列,而當提供電壓時,排列於扭曲多領域狀態(twisted multidomain state)的液晶胞(n-ASM模式)(digest of tech Papers,Nihon ekisho Toronkai,58-59(1998));(4)生存模式(survival mode)的液晶胞(報導於LCD International 98)。
OCB模式的液晶胞為彎曲排列模式的液晶胞,其棒狀液晶分子,大致為相對排列(對稱地),於液晶胞上面部分及下面部分。使用彎曲排列模式液晶胞的液晶顯示器,揭露於美國專利4,583,825和美國專利5,410,422。由於棒狀液晶分子對稱地排列於液晶胞的上面部分和下面部分,彎曲排列模式的液晶胞具有光學自我補償的功能。
因此,此模式的液晶胞稱為OCB(光學補償彎曲排列)液晶模式。彎曲排列模式的液晶顯示器,有利於高反應速率。
TN模式的液晶胞中,棒狀液晶分子,再沒有提供電壓時,大致上為水平排列,且更進一步地排列於旋轉60到120°的方向。
較常使用於彩色TFT液晶顯示器的TN模式液晶胞,已被報導於許多文獻中。
接下來,藉由下列的實施例,以更明確的闡釋本發明。然而,必須了解本發明並不限於這些例子。
將下列成分倒入混合槽中,然後加熱攪拌,溶解各成分,以製備醋酸纖維素溶液。
藉由配備寬度2m和長度65m傳送帶的鑄造機,來鑄造所得到的摻雜物。當在傳送帶上的膜面溫度到達40℃,乾燥膜1分鐘,然後剝開。然後更進一步乾燥膜於135℃的乾氣流20分鐘。接著,於185℃單軸拉伸膜至比例120%,然後纏繞成一捲。形成的TAC膜厚度為88μ
m。然後於室溫下冷卻,而得到一捲光學膜(PK-1)。
PK-1的玻璃轉化溫度為145℃。
接著,量測由此生產的膜的光學特性。置於25℃、55%RH2小時後,量測其Re(550)為45.0nm,且量測於波長550nm,其延遲Rth(550)為160.0nm。
同樣地,量測於波長450nm和650nm的延遲(Re)值,分別為31nm和59nm,而量測於波長450nm和650nm的延遲(Rth)值,分別為171nm和155nm。第8圖提供曲線圖,表示量測於此實施例1的Re和Rth數據。
當偏光板配置於正交偏光鏡(crossed Nicols)結構中,得到的光學補償薄片可觀察到不平坦。其結果從前方和法線方向傾斜60°,偵測不到不平坦。
以比例10cc/m2
塗布1.0N氫氧化鉀溶液(溶劑:水/異丙醇/丙二醇=69.2質量份/15質量份/15.8質量份)於PK-1形成時靠輸送帶的一側。以40℃維持30秒,去除鹼性溶液,且用純化水清洗表面。用氣刀移除水滴後,以100℃乾燥15秒。PK-1跟純化水的接觸角為42°。
作為排列膜的塗布溶液有下列成分,且藉由#14環棒式塗布機(#14wire bar coater),以比例24ml/m2
,塗布於PK-1的已皂化面。在60℃熱氣流維持60秒,然後以另一90℃的熱氣流150秒的乾燥後,以與PK-1拉伸方向(幾乎跟慢軸一致)的45°方向摩擦因此形成的膜。
在甲基乙基酮的400.0質量份中,溶解100質量份如上述的盤形化合物D-89、0.4質量份如下述的大氣介面排列調控劑V-(1)、3質量份的光聚合反應起始劑(由Ciba-Geigy製造的IRGACURE907)和1質量份的增感劑(由Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造的KAYACURE DETX),得到塗布溶液。用#3.0環棒,連續塗布此塗布溶液於排列膜上。接著,將其貼上金屬框架,加熱於95℃定溫器2分鐘,從而排列盤形化合物。隨後,在80℃,用高壓水銀燈(120W/cm),照射紫外光1分鐘,而聚合盤形化合物。然後靜置使其冷卻至室溫。因此,形成了光學各向異性層,且形成了光學補償薄片(KH-1)。在偏光顯微鏡下觀察,液晶化合物層的液晶轉化溫度為75℃。
大氣介面排列調控劑V-(1)
藉由使用相同的程序,形成一排列膜於玻璃板上,及形成一光學各向異性層於排列膜上。由於在各別不同波長下量測Re,光學各向異性層的Re值如下:Re(450)=32nm、Re(550)=30nm和Re(650)=28nm,且Re(450)/Re(650)=1.14。
將下列成分倒入混合槽,且加熱攪拌以溶解個別成分。以此方法備製醋酸纖維素溶液。
藉由配備寬度2m和長度65m傳送帶的鑄造機,來鑄造所得到的摻雜物。當在傳送帶上的膜面溫度到達40℃,乾燥膜1分鐘,然後剝開。然後藉使用140℃乾氣流的拉幅機,在寬度方向拉伸至比例28%。接著,用135℃乾氣流乾燥20分鐘。由此方式,形成了殘餘溶劑含量重量0.3%的支撐(PK-2)。其PK-2的玻璃轉化溫度為105℃。
由此方式得到的支撐(PK-2),其寬度為1340mm,且其厚度為92μm。量測其Re(550)為38nm,且量測其延遲Rth(550)為175nm。
同樣的,於波長450nm和650nm量測的延遲(Re)值,分別為40nm和37nm,且於波長450nm和650nm量測的延遲(Rth)值,分別為178nm和173nm。
如實施例1,一排列膜形成於PK-2中,然後摩擦其排列膜。
在204.0質量份的甲基乙基酮中,溶解95質量份如上述的盤形化合物、5重量份的環氧乙烷-變性三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(由Osaka Yuki Kagaku K.K.製造的V#360)、1重量份的醋酸丁酸纖維素(由EASTMAN CHEMICAL製造的CAB531-1)、3質量份的光聚合反應起始劑(由Ciba-Geigy製造的IRGACURE 970)和1質量份的增感劑(由Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造的KAYACURE DETX),得到塗布溶液。用#3.4環棒,塗布此塗布溶液於排列膜上。接著,將其貼上金屬框架,加熱於145℃定溫器2分鐘,從而排列盤形化合物。隨後,在110℃,用高壓水銀燈(120W/cm),照射紫外光1分鐘,因此聚合了盤形化合物。然後靜置使其冷卻至室溫。因此,形成了光學各向異性層,且形成了光學補償薄片(KH-2)。在偏光顯微鏡下觀察,液晶化合物層的液晶轉化溫度為130℃。
盤形液晶化合物
藉由使用相同的程序,形成一排列膜於玻璃板上,及形成一光學各向異性層於排列膜上。至於在個別波長的Re量測,光學各向異性層的Re值如下:Re(450)=34nm、Re(550)=30nm和Re(650)=27nm,且Re(450)/Re(650)=1.26。
碘被吸收至已拉伸的聚乙烯醇膜上,以製備偏光膜。藉由使用聚乙烯醇基的黏合劑,於實施例1中製造的膜(KH-1)黏接至偏光膜的一面。偏光膜的透射軸位置平行於PK-1的慢軸。
皂化市售可買到的醋酸纖維素膜(由Fuji Photo Film Co.,Ltd.製造的FUJITAC TD80UF),使用聚乙烯醇基的黏合劑,將其黏接至偏光膜的另一側。由此方法,以製作偏光板。
碘被吸收入已拉伸的聚乙烯醇膜,以製備偏光膜。藉由使用聚乙烯醇基的黏合劑,於比較實施例1中製造的膜(KH-2)黏接至偏光膜的一面。偏光膜的透射軸的位置平行於PK-2的慢軸。
皂化市售可買到的醋酸纖維素膜(由Fuji Photo Film Co.,Ltd.製造的FUJITAC TD80UF),使用聚乙烯醇基的黏合劑,將其黏接至偏光膜的反面側。由此方法,建造了偏光板。
方向平行,且調整胞缺口(cellgap)至4.7μ
m。將有△n為0.1396的液晶化合物(由Merck製造的ZLI1132)倒入胞缺口,得到彎曲排列的液晶胞。
黏接建造於實施例2的兩偏光板,讓上述建造的彎曲排列液晶胞夾於兩偏光板間。讓每個偏光板的光學各向異性層面對胞基板(cell substrate),液晶胞的摩擦方向跟面對其的光學各向異性層的摩擦方向為反平行。
提供55Hz的方形波電壓至液晶胞。通常使用於白色顯示的白色系統為2V,於黑色顯示為5V。提供前方給予最小透射比的電壓(即黑色電壓),決定了在方位角0°和極角60°視角方向的黑色顯示的透射比(%),以及方位角0°、極角60°和方位角180°、極角60°之間的色差△x。表1顯示這些結果。至於對比度,經由參考透射比(白色顯示/黑色顯示),用量測儀器(由ELDIM製造的EZ-Contrast 160D),量測視角和前CR,其分成8等級,從黑色顯示(L1)到白色顯示(L8)。表2表示其結果。
如實施例3的方法建造液晶胞,但使用比較實施例2的偏光板取代實施例2的偏光板。評估其視角。表1和2顯示其結果。
在表1的結果指出本發明實施例3的液晶顯示器,滿足了本發明對A1值和A2值及B1、C1和C2值的要求,跟比較實施例3的液晶顯示器比較,分別顯示於黑色顯示極角60°,有較低的透射比,且在前方有較少的色偏。
厚度100μ
m的各向異性降冰片烯膜,在175℃,用拉幅機單軸拉伸於橫向方向,其拉伸比170%,得到了厚度60μ
m的已拉伸降冰片烯膜(第一雙折射層)。此膜的光學特性如下:Re(550)=115nm,Rth(550)=65。
有質量平均分子量(Mw)120,000的聚醯亞胺,係從2,2-雙(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷(6FDA)和2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯基(PFMBTFMB)合成。將聚醯亞胺溶於環己酮中,得到質量百分比15%的聚醯亞胺溶液。將此溶液塗布於如上所述已拉伸的降冰片烯膜上。以100℃加熱10分鐘,形成了完全透明且平坦,厚度5μ
m的聚醯亞胺膜於已拉伸的降冰片烯膜上。再者,在175℃,將其單軸拉伸於縱向方向,比例3%,以得到複合雙折射構件。
量測由此方法形成的複合雙折射構件TF-01的光學特性。在置於25℃和55%RH的條件下,2小時後量測其Re(550)為45.0nm,由此方法量測的Rth(550)為160.0nm。上述聚醯亞胺膜(第二雙折射層)的光學特性如下:Re(550)=70、Rth(550)=95。
同樣地,於波長450nm和650nm量測的延遲(Re)值分別為31nm和59nm,而於波長450nm和650nm量測的延遲(Rth)值分別為171nm和155nm。
即A1值=0.69、A2值=1.31、B1值=0.64和B2值=1.35。
在此TF-01的聚醯亞胺側,用10cc/m2
的比例塗布1.0N的氫氧化鉀溶液(溶劑:水/異丙醇/丙二醇=69.2質量份/15質量份/15.8質量份)。40℃維持30秒後,去除鹼性溶液,且用純化水清洗表面。用氣刀移除水滴後,於100℃乾燥15秒。
鹼處理面跟純化水的接觸角為42°。
作為排列膜的塗布溶液有下列成分,且藉由#16環棒塗布,以比例28ml/m2
,塗布於鹼處理面。在60℃熱氣流維持60秒,然後另一90℃熱氣流150秒的乾燥後,形成排列膜。
以20m/min的速度,傳送有排列膜形成於其上的透明膜,安裝好摩擦滾軸(rubbingrolls)(直徑300mm),以便於縱向45°方向,以650rpm旋轉,實施摩擦。以此方法,摩擦於有排列膜的透明膜表面。摩擦滾軸和透明膜的接觸長度為18mm。
在102kg的甲基乙基酮中,溶解41.0kg如下表示的盤形化合物、4.06kg的環氧乙烷-變性三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(由Osaka Yuki Kagaku K.K.製造的V#360)、0.35kg的醋酸丁酸纖維素(由EASTMAN CHEMICAL製造的CAB531-1)、1.35kg的光聚合反應起始劑(由Ciba-Geigy製造的IRGACURE907)和0.45kg的增感劑(由Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造的KAYACURE DETX)。加入0.1kg含有氟脂肪基的共聚物(fluoroaliphatic group-containing copolymer)(由Dainippon Ink and Chemicals,Incorporated製造的MEGAFAC F780),用來製備塗布溶液。藉由旋轉#3.2環棒於391rpm,其方向跟膜的傳輸方向相同,在傳輸速度20m/min下連續塗布此塗布溶液於透明膜的排列膜面上。
盤形液晶化合物
從室溫連續加熱至100℃,來乾燥溶劑。然後,加熱膜於130℃乾燥區90秒,此方式吹氣於盤形光學各向異性層膜面的速度為2.5m/sec,讓盤形液晶化合物排列。接著,將其傳輸至另一80℃乾燥區,且用UV照射裝置(UV燈:輸出160W/cm,照明長度1.6m)照射紫外光(亮度600mW)於溫度約100℃的膜表面上。由此方法,引發交聯,且固定盤形化合物於排列狀態。靜置冷卻至室溫後,將膜纏繞成一捲。由此產出一捲光學補償膜(KH-1)。
光學各向異性層的黏度,於膜面溫度127℃時量測為695cp。其黏度的決定,是藉由熱E型黏度系統(thermal E-type viscosity system),量測跟光學各向異性層相同成份的液晶層的黏度。
以此方法製造的光學補償膜KH-1捲,剪去其中一部分,當成量測光學特性的樣品。在波長546nm量測,光學各向異性層的延遲Re為38nm。在光學各向異性層中盤形液晶化合物的盤面和支撐面間的角度(傾斜角度)連續沿層的深度方向變化,且其平均為28°。將光學各向異性層單獨從樣品上剝離,量測光學各向異性層分子對稱軸的平均方向,其方向與光學補償膜的縱向方向呈45°角。
將下列成分倒入混合槽中,然後於加熱時攪拌,以溶解各成分。以製備三醋酸纖維素(三乙酸纖維素:TAC)溶液。
藉由配備寬度2m和長度65m傳送帶的鑄造機,來鑄造所得到的摻雜物。當在傳送帶上的膜面溫度到達40℃,乾燥膜1分鐘,然後剝開。然後更進一步乾燥膜於135℃的乾氣流20分鐘。接著,於185℃單軸拉伸膜至比例140%。此醯化纖維素的Tg為140℃。
由此方法形成的醯化纖維素膜PK-1的厚度為88μm。置於25℃和55%RH的情況下2小時後,用橢圓偏光計(由JASCO ENGINEERING製造的M-150)量測其Re(550)為65.0nm且其Rth(550)為145.0nm。
將使用於實施例4的聚醯亞胺溶解於環己酮中,得到質量百分比15%的聚醯亞胺溶液。將此溶液塗布於上述的PK-1上,然後將其加熱至100℃維持10分鐘,形成一完全透明且平坦的聚醯亞胺膜(厚度5μ
m)於PK-1上。更進一步,在175℃下將聚醯亞胺膜單軸拉伸於縱向方向,比例3%,得到一複合雙折射構件(TF-02)。
量測由此方法得到的膜TF-02的光學性質。置於25℃和55%RH的情況下2小時後,其Re(550)為45.0nm且其Rth(550)為165.0nm。聚醯亞胺膜(第二雙折射層)的光學特性如下:Re(550)=20且Rth(550)=20。
同樣地,量測於波長450nm和650nm的延遲(Re)值,分別為31nm和59nm,而量測於波長450nm和650nm的延遲(Rth)值,分別為176nm和160nm。
即A1值=0.69、A2值=1.31、B1值=0.64且B2值=1.35。
塗布1.0N氫氧化鉀溶液(溶劑:水/異丙醇/丙二醇=69.2質量份/15質量份/15.8質量份)於此TF-02的醯化纖維素膜側,其塗布比例為10cc/m2
。維持在40℃下30秒後,去除鹼性溶液,且用純化水清洗表面。用氣刀移除水滴後,乾燥於100℃下15秒。
鹼處理表面跟純化水的接觸角為42°。
在鹼處理表面,將如下所示的變性聚乙烯醇(VA231),溶解於包含N-二甲基吡咯酮/甲基乙基酮(質量比例=1/4)的混合溶劑中,得到質量百分比4%的溶液。將此溶液用塗布棒(bar coater)塗布於PK-1上,其厚度為1μ
m。加熱至120℃維持5分鐘以乾燥此塗布層,經由摩擦此塗布層的表面於膜的縱向方向,形成排列膜。
用塗布棒塗布有下列成份的塗布溶液於此排列膜上,其厚度為0.7 μ m。
將其塗布層加熱至100℃維持1分鐘,從而排列棒狀液晶分子。在同樣溫度下,照射紫外光4秒鐘以聚合棒狀液晶分子,藉此固定排列狀態。由此方式形成光學各向異性層,且製造出光學補償膜。當用偏光顯微鏡,觀察光學各向異性層的排列特性和棒狀液晶分子的導面(主軸方向)時,棒狀液晶分子已經排列,使主軸跟摩擦方向呈直角。
藉上述方式,製備成光學補償膜(KH-2)。
將下列成分倒入混合槽,且加熱攪拌以溶解個別成分。以此方法備製三醋酸纖維素溶液。
另一混合槽,倒入16質量份有下列成分比的延遲提升劑(UV526:λ max=328nm)、80質量份的二氯甲烷和20質量份的甲醇,加熱攪拌,以備製延遲提升劑溶液。
將464質量份上述組成的醋酸纖維素溶液、36質量份的延遲提升劑溶液和1.1質量份的矽微粒(由AEROSIL製造的R972)加在一起,徹底攪拌混合物以得到摻雜物。延遲提升劑的量為5.0質量份之於每100質量份的醋酸纖維素。矽微粒的量為0.15質量份之於每100質量份的醋酸纖維素。
UV526
藉由配備寬度2m和長度65m傳送帶的鑄造機,來鑄造所得到的摻雜物。當在傳送帶上的膜面溫度到達40℃,乾燥膜1分鐘,然後剝開。然後於140℃乾氣流下,拉幅機拉伸膜於寬度方向至比例28%,然後乾燥於135℃乾氣流20分鐘,得到含有質量百分比0.3%殘餘溶劑的支撐(PK-3)。其醯化纖維素膜的Tg為140℃。
由此方法形成的支撐PK-3,其寬度為1340mm,厚度為92μ
m,其Re(550)為38nm,且其Rth(550)為175nm。
同樣地,量測於波長450nm和650nm的延遲(Re)值,分別為40nm和37nm,而量測於波長450nm和650nm的延遲(Rth)值,分別為178nm和173nm。
即A1值=1.05、A2值=0.97、B1值=1.03且B2值=0.98。
如實施例4中,光學各向異性層形成於此PK-3上,得到光學補償膜(KH-H1)。
碘被吸收於已拉伸的聚乙烯醇膜上以製備偏光膜。藉由使用聚乙烯醇基的黏合劑,將實施例4中製造的光學補償膜(KH-1)黏接至偏光膜的一面。偏光膜的透射軸的位置與光學補償膜(KH-1)中的複合雙折射構件的慢軸平行。
皂化市售可買到的醋酸纖維素膜(由Fuji Photo Film Co.,Ltd.製造的FUJITAC TD80UF),使用聚乙烯醇基的黏合劑,將其黏接至偏光膜的另一側。以此方法建造偏光板。
碘被吸收於已拉伸的聚乙烯醇膜上以製備偏光膜。藉由使用聚乙烯醇基的黏合劑,將實施例4中製造的光學補償膜(KH-2)黏接至偏光膜的一面。偏光膜的透射軸的位置,與光學補償膜(KH-2)中複合雙折射構件的慢軸平行。皂化市售可買到的醋酸纖維素膜(由Fuji Photo Film Co.,Ltd.製造的FUJITAC TD80UF),使用聚乙烯醇基的黏合劑,將其黏接至偏光膜的另一側。由此方法,建造了偏光板。
碘被吸收入已拉伸的聚乙烯醇膜,以製備偏光膜。藉由使用聚乙烯醇基的黏合劑,將比較實施例4中製造的光學補償膜(KH-H1)黏接至偏光膜的一面。偏光膜的透射軸的位置,跟在光學補償膜(KH-H1)中的複合雙折射構件的慢軸平行。
皂化市售可買到的醋酸纖維素膜(由Fuji Photo Film Co.,Ltd.製造的FUJITAC TD80UF),使用聚乙烯醇基的黏合劑,將其黏接至偏光膜的反面側。由此方法,建造了偏光板。
聚醯亞胺膜形成排列膜於有ITO電極的玻璃基板上,然後摩擦。讓由此方式得到的兩玻璃基板面對面,使摩擦方向平行,且調整胞缺口至4.7μ
m。將有△n為0.1396的液晶化合物(由Merck製造的ZLI1132)倒入胞缺口,得到彎曲排列的液晶胞。
黏接建造於實施例6的兩偏光板,讓上述建造的彎曲排列液晶胞,夾於兩篇光板中間。讓每個偏光板的光學各向異性層面對胞基板,液晶胞的摩擦方向,跟面對其有盤形化合物的光學各向異性層的摩擦方向為反平行。
提供55Hz的方形波電壓至液晶胞。通常使用於白色顯示的白色系統為2V,於黑色顯示為5V。提供前方給予最小透射比的電壓(即黑色電壓),決定了在方位角0°和極角60°視角方向的黑色顯示的透射比(%),以及方位角0°、極角60°和方位角180°、極角60°之間的色差△x。表3顯示這些結果。至於對比度,經由參考透射比(白色顯示/黑色顯示),用量測儀器(由ELDIM製造的EZ-Contrast 160D),量測視角,其分成8等級,從黑色顯示(L1)到白色顯示(L8)。表4表示其結果。
如實施例8的方法建造液晶胞,但使用比較實施例5的偏光板取代實施例6的偏光板。因此,決定了色偏和黑色顯示透射比。表4顯示其結果。
在表3的結果指出本發明實施例8的液晶顯示器,其Re/Rth(450nm)為0.64,落於Re/Rth(550nm)0.40到0.95倍的範圍內,Re/Rth(650nm)為0.35,落於Re/Rth(550nm)1.05到1.93倍的範圍內,跟比較實施例6的液晶顯示器,其係數超出以上定義的範圍相比,分別顯示出於黑色顯示的低透射比,和前方較少的色偏。
本發明可使用於液晶顯示器中,以達到高對比和改進的黑色顯示依賴視角的色偏。
對本技術領域具有通常知識人士而言,本發明的實施例明顯可做諸多修改和變動,而不違背本發明的精神或範圍。因此,預期涵蓋本發明所有的修改和變動的發明,符合所附上申請範圍的範疇以及其均等發明。
本案主張基於日本專利申請案號JP2005-240265和JP2005-253692,分別提出於2005年8月22日和9月1日的國外優先權,其內容分別併入本案以為參考。
1...偏光膜
2...透射軸
3a...透明支撐
4a...透明支撐3a的慢軸
5...光學各向異性層
5a...排列的平均方向
6...上基板
7...液晶層
8...下基板
9...光學各向異性層
9a...排列的平均方向
13a...光學膜或複合雙折射構件
14a...平面慢軸
101...偏光膜
102a...透射軸
113a...光學膜或複合雙折射構件
114a...透明支撐103a的慢軸
第1圖為本發明液晶顯示器的範例之示意圖。
第2圖為用以說明光學補償膜之光學特性的圖表。
第3圖為龐加萊球(Poincare sphere)示意圖,用以說明本發明之液晶顯示器,入射光在偏光狀態(polarization state)的改變。
第4圖為說明OCB模式的液晶顯示器之先前技術的示意圖。
第5圖為龐加萊球(Poincare sphere)示意圖,用以說明液晶顯示器之先前技術,入射光在偏光狀態的改變。
第6圖為龐加萊球(Poincare sphere)示意圖,用以說明本發明之液晶顯示器,入射光在偏光狀態的改變。
第7圖用於說明本發明的光擴散膜典型模式之剖視圖。
第8圖提供曲線說明實施例1量測的Re和Rth數據。
1...偏光膜
2...透射軸
3a...透明支撐
4a...透明支撐3a的慢軸
5...光學各向異性層
5a...排列的平均方向
6...上基板
7...液晶層
8...下基板
9...光學各向異性層
9a...排列的平均方向
13a...光學膜或複合雙折射構件
14a...平面慢軸
101...偏光膜
102a...透射軸
113a...光學膜或複合雙折射構件
114a...透明支撐103a的慢軸
Claims (14)
- 一種光學膜,其包括一透明聚合物膜,其中該光學膜具有一由式(1)所定義之A1值,一由式(2)所定義之A2值及一120℃或以上的玻璃轉化溫度;其中A1之值為0.10至0.95,A2之值為1.01至1.50:(1)A1值=Re(450)/Re(550)(2)A2值=Re(650)/Re(550)其中,以上Re(λ )表示該光學膜對於波長λ nm之光的平面延遲值;Rth(λ )表示該光學膜對於波長λ nm之光的厚度方向延遲值;及其中該光學膜具有一由式(4)所定義之C1值,一由式(5)所定義之C2值及一介於70至400nm之Rth(550);其中C1之值為0.40至0.95,C2之值為1.05至1.93:(4)C1值={Re(450)/Rth(450)}/{Re(550)/Rth(550)}(5)C2值={Re(650)/Rth(650)}/{Re(550)/Rth(550)}。
- 如申請專利範圍第1項之光學膜,其更包括一占0.01至30質量百分比之化合物,該化合物在化合物溶液之紫外光吸收光譜中具有小於250nm之最大吸收波長λ max 。
- 如申請專利範圍第1項之光學膜,其中更包括醯化纖維素做為該光學薄膜之主要成份。
- 如申請專利範圍第1項之光學膜,更包括一第一雙折射層及一第二雙折射層。
- 一種光學補償膜,其包括:一如申請專利範圍第1項之光學膜;及 一光學各向異性層,其包括一液晶化合物,該光學各向異性層具有一液晶轉化溫度,該液晶轉化溫度為25℃至一較該光學膜之玻璃轉化溫度高於20℃之溫度。
- 如申請專利範圍第5項之光學補償膜,其中該光學各向異層包括一滿足式(3)所定義之B1值之光學性質:(3)B1值Re(450)/Re(650)1.25其中Re(450)表示該光學各向異層對於波長450nm之光的平面延遲值;以及Re(650)表示該光學各向異層對於波長650nm之光的平面延遲值。
- 如申請專利範圍第5項之光學補償膜,其中該液晶化合物為一盤形(discotic)化合物。
- 一種光學補償膜,其包括:一透明膜,其包括一第一雙折射層及一第二雙折射層;以及一光學各向異性層,其包括一液晶化合物,其中該透明膜具有一由式(1)所定義之A1值,一由式(2)所定義之A2值,一由式(4)所定義之B1值,一由式(5)所定義之B2值及一介於70至400nm之Rth(550);其中A1之值為0.10至0.95,A2之值為1.01至1.50,B1之值為0.40至0.95,B2之值為1.05至1.93:(1)A1值=Re(450)/Re(550)(2)A2值=Re(650)/Re(550)(4)B1值={Re(450)/Rth(450)}/{Re(550)/Rth(550)}(5)B2值={Re(650)/Rth(650)}/{Re(550)/Rth(550)} 其中,Re(λ )表示該透明膜對於波長λ (nm)之光的平面延遲值;以及Rth(λ )表示該透明膜對於波長λ (nm)之光的厚度方向延遲值。
- 如申請專利範圍第8項之光學補償膜,其中該第一及第二雙折射層於雙折射之波長相依性互不相同。
- 如申請專利範圍第9項之光學補償膜,其中該第一及該第二雙折射層中至少之一者為含有液晶化合物之雙折射層。
- 如申請專利範圍第8項之光學補償膜,其中該液晶化合物為一盤形化合物。
- 一種偏光板,其包括:一偏光器;以及一如申請專利範圍第1至4項中任一項之光學膜和一如申請專利範圍第5至11項中任一項之光學補償膜。
- 一種液晶顯示器,其包括一液晶胞;以及一如申請專利範圍第12項之偏光板。
- 如申請專利範圍第13項之液晶顯示器,其中該液晶胞為VA模式、OCB模式及IPS模式之一。
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