TWI428643B - 橢圓偏光板及液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI428643B TW097133158A TW97133158A TWI428643B TW I428643 B TWI428643 B TW I428643B TW 097133158 A TW097133158 A TW 097133158A TW 97133158 A TW97133158 A TW 97133158A TW I428643 B TWI428643 B TW I428643B
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Description

橢圓偏光板及液晶顯示裝置
本發明係關於一種包含2層光學異向性層之橢圓偏光板，以及配置有該橢圓偏光板之視角特性優異之液晶顯示裝置，尤其關於一種TN型液晶顯示裝置。
作為液晶顯示裝置(以下，亦表示為LCD)，目前最廣泛使用的是平常白(normally white，以下亦稱為NW)模式扭轉向列型LCD(以下，亦表示為TN-LCD)，其係於形成著透明電極之一對玻璃基板之間，向列液晶具備沿玻璃基板之法線方向具有螺旋軸，且其扭轉角度約為90度之配向構造，而夾持該向列液晶之液晶單元夾持於以吸收軸正交之方式配置之一對直線偏光薄膜之間。NW模式之TN-LCD，因於未施加電壓之狀態下入射之直線偏光因液晶單元之旋光性而旋轉90度出射，故成為白色狀態，而於施加電壓之狀態下，液晶分子相對玻璃基板上升，旋光性消失，使得所入射之直線偏光保持著其狀態出射，故成為黑色狀態。又，利用該白色狀態、黑色狀態與其中間狀態，進行灰階顯示。
然而，用於LCD之向列液晶，其分子構造為棒狀，表現出分子軸方向之折射率大之正折射率異向性，斜向穿透LCD之光之偏光狀態之變化，因該液晶折射率異向性之相位差，而與LCD之法線方向不同。因而，自偏離LCD法線方向之角度觀看顯示之情形時，呈現出產生對比度下降、灰階顯示出現顛倒之色調反轉等現象的視角特性。視角特性之改良，主要藉由改良黑顯示、亦即施加電壓狀態下之視角特性，來獲得明顯效果。於施加電壓狀態下，液晶分子配向為接近垂直玻璃基板之狀態，因此，將該狀態視作沿玻璃基板法線方向具有光學軸之正折射率非均質體，而作為對其進行補償之相位差薄膜，報告有使用沿薄膜法線方向具有光學軸，且，具有負折射率異向性之相位差薄膜(專利文獻1、專利文獻2)。然而，於實際之LCD中，即便於施加電壓狀態下，玻璃基板附近之液晶分子因基板配向膜之束縛力，接近玻璃基板之部分始終為傾斜狀態，故而，沿薄膜法線方向具有光學軸，且具有負折射率異向性之相位差薄膜，難以充分補償液晶單元引起之偏光狀態。
為了一併補償如此傾斜狀態下之液晶分子，亦建議有如下方法等，使用光學軸位於自薄膜法線方向傾斜之方向，且具有負折射率異向性之圓盤狀液晶薄膜(專利文獻3、專利文獻4)。然而，該等方法雖然使對於施加電壓狀態下之液晶單元之補償狀態得以改善，但不僅合成圓盤狀液晶分子，並使之薄膜化需要花費成本，而且因施加電壓更低之緣故，傾斜狀態下之液晶部分會增加，使得獲取更複雜配向形態之中間灰階顯示狀態下，補償變得並不完全，故顯示對比度之視角得以改善，但難以改善色調反轉現象，作為結果，僅能獲得不完全之視角特性。
又，作為其他方法，建議有如下情況，即便使用具有與液晶相同之正折射率異向性，但形成使光學軸與薄膜法線方向傾斜之狀態之相位差板，亦能改良視角特性(專利文獻5、專利文獻6、專利文獻7)。
該等報告中揭示如下情況，使用具有正折射率異向性，且形成使光學軸與薄膜法線方向傾斜之狀態之相位差板，能夠有效抑制液晶單元之色調反轉，但關於顯示對比度之視角，則反而僅能獲得不完全之視角特性。
於專利文獻8中，建議有由偏光板/傾斜配向薄膜/單軸薄膜/TN液晶單元/單軸薄膜/傾斜配向薄膜/偏光板構成之液晶顯示裝置，作為使具有正折射率異向性之液晶分子為傾斜配向之相位差板與單軸性薄膜組合之液晶顯示裝置。然而，該構成中，對顯示對比度完全補償視角尚不充分，亦僅能獲得不完全之視角特性。
如此，關於TN-LCD之視角特性改良所用之光學補償板，目前狀況下尚未發現不僅能夠大幅改善顯示對比度，而且能夠大幅改善包括色調反轉在內整體之視角特性，故需要進一步進行改良。
[專利文獻1]日本專利特開平2-015239號公報
[專利文獻2]日本專利特開平3-103823號公報
[專利文獻3]日本專利特開昭63-239421號公報
[專利文獻4]日本專利特開平6-214116號公報
[專利文獻5]日本專利特開平5-080323號公報
[專利文獻6]日本專利特開平7-306406號公報
[專利文獻7]國際公開第96/10773號說明書
[專利文獻8]日本專利特開平10-123506號公報
本發明之目的在於提供一種橢圓偏光板，當配置於液晶單元中之情形時，能夠大幅度改善對比度與色調反轉之兩者之視角特性，以及一種液晶顯示裝置，因配置上述橢圓偏光板，故對比度高，視角依存性少。
本發明者等有鑑於如此狀況，經過深入研究之結果，發現藉由將NZ係數為0.8～1.6之光學異向性層與具備如下特徵之光學異向性層加以組合，並以特定順序對偏光板與液晶單元積層該等兩種特性不同之光學補償層進行積層使用，便能大幅度改善顯示對比度與色調反轉之兩者之視角特性，具備上述特徵之光學異向性層係由呈現光學的正單軸性之液晶性高分子實質性形成，且具備使液晶狀態下形成著該液晶性高分子之向列混合配向固定化之構造。
亦即，用以解決上述問題之方法如下所述。
[1]一種橢圓偏光板，其係將偏光板、第1光學異向性層、第2光學異向性層以此順序進行積層而成之橢圓偏光板，其特徵在於：上述第1光學異向性層滿足以下[1]以及[2]，且，以使第1光學異向性層之慢軸與偏光板之吸收軸正交之方式進行積層，上述第2光學異向性層係波長550nm之面內相位差值為30～150nm，係為表示光學的正單軸性的液晶性高分子固定化為液晶分子之平均傾斜角為5°～50°之向列混合配向構造的液晶薄膜，且，以第2光學異向性層之配向方向與偏光板之吸收軸平行之方式進行積層，並以使第2光學異向性層側為液晶單元側之方式用於扭轉向列(TN)型液晶顯示裝置。
[1]0.8≦NZ1≦1.6
[2]120≦Re1≦250
(於此，NZ1為NZ1=(nx1-nZ1)/(nx1-ny1)。又，Re1為由Re1=(nx1-ny1)×d1[nm]定義之第1光學異向性層之面內相位差值。d1係第1光學異向性層之厚度[nm]，nx1、ny1係第1光學異向性層面內相對於波長550nm之光之主折射率，nz1係厚度方向相對於波長550nm之光之主折射率，且nx1>ny1。)
[2]如上述[1]揭示之橢圓偏光板，其中，上述第1光學異向性層包括含有環狀聚烯烴樹脂之熱可塑性高分子。
[3]如上述[1]揭示之橢圓偏光板，其中，上述第1光學異向性層包括含有纖維素系樹脂之熱可塑性高分子。
[4]一種TN型液晶顯示裝置，其特徵在於至少含有1片上述[1]揭示之橢圓偏光板。
[5]一種TN型液晶顯示裝置，其係自觀看側將第1偏光板、第1光學異向性層、第2光學異向性層、TN型液晶單元、第2光學異向性層、第1光學異向性層、第2偏光板以及背光源以此順序配置之TN型液晶顯示裝置，其特徵在於，上述第1光學異向性層滿足以下[1]以及[2]，並以使觀看側之第1光學異向性層之慢軸與第1偏光板之吸收軸正交，且使背光源側之第1光學異向性層之慢軸與第2偏光板之吸收軸正交之方式進行積層，上述第2光學異向性層係波長550nm之面內相位差值為30～150nm，係為表示光學的正單軸性的液晶性高分子固定化為液晶分子之平均傾斜角為5°～50°之向列混合配向構造的液晶薄膜，且，以使觀看側之第2光學異向性層之配向方向與第1偏光板之吸收軸平行，並使背光源側之第2光學異向性層之配向方向與第2偏光板之吸收軸平行之方式進行積層。
[1]0.8≦NZ1≦1.6
[2]120≦Re1≦250
(於此，NZ1為NZ1=(nx1-nz1)/(nx1-ny1)。又，Re1為由Re1=(nx1-ny1)×d1[nm]定義之第1光學異向性層之面內相位差值。d1係第1光學異向性層之厚度[nm]，nx1、ny1係第1光學異向性層面內相對於波長550nm之光之主折射率，nz1係厚度方向相對於波長550nm之光之主折射率，且nx1>ny1。)
[6]如上述[4]或[5]揭示之TN型液晶顯示裝置，其中，上述第1光學異向性層包括含有環狀聚烯烴樹脂之熱可塑性高分子。
[7]如上述[4]或[5]揭示之TN型液晶顯示裝置，其中，上述第1光學異向性層包括含有纖維素系樹脂之熱可塑性高分子。
[8]如上述[4]～[7]中任一項揭示之TN型液晶顯示裝置，其中，於無電壓施加狀態下，TN型液晶單元內之觀看側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與鄰接之觀看側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係，背光源側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與背光源側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係。
根據本發明，可提供一種橢圓偏光板，當配置於液晶單元之情形時，能夠大幅度改善對比度與色調反轉兩者之視角特性；本發明並提供一種液晶顯示裝置，因配置上述橢圓偏光板，故對比度高，視角依存性少。
以下，詳細說明本發明。
本發明之橢圓偏光板至少包括透光性保護薄膜、偏光元件、NZ係數為0.8～1.6之第1光學異向性層、以及第2光學異向性層，該第2光學異向性層包含將表示光學的正單軸性之液晶性高分子固定為向列混合配向構造之液晶薄膜。
參照圖1說明本發明之橢圓偏光板。如圖1所示，本發明之橢圓偏光板具備將偏光板、第1光學異向性層、第2光學異向性層以此順序積層而成之構造。於此，偏光板既可為偏光元件之兩側具有透光性保護薄膜之構造，亦可為僅偏光元件之單側具有透光性保護薄膜之構造。於僅單側具有透光性保護薄膜之構造之情形時，上述第1光學異向性層兼具偏光元件之保護薄膜之功能。偏光元件與第1光學異向性層之間亦可含有透光性保護薄膜，但考慮到耐久性‧厚度方面，較好的是直接設置第1光學異向性層。本發明之橢圓偏光板，以使第1光學異向性層之慢軸與偏光板之吸收軸正交之方式進行積層，並以使第2光學異向性層之慢軸與偏光板之吸收軸平行之方式進行積層。
於圖1所示之橢圓偏光板中，光學異向性層對偏光板之積層順序，當安裝於液晶顯示裝置時，考慮到抑制對比度下降與色偏移，較好的是如圖1所示，自偏光板側以第1光學異向性層、第2光學異向性層之順序進行積層。再者，於圖1中，偏光板、第1光學異向性層、第2光學異向性層係透過黏著劑層或者接著劑層進行積層。黏著劑層或者接著劑層可為1層，又，亦可為2層以上之重疊形態。
以下，針對用於本發明之構成構件，依序加以說明。
首先說明用於本發明之偏光板係於偏光元件之兩側或者單側具備透光性保護薄膜者。
上述偏光元件並無特別限制，可使用各種偏光元件。作為偏光元件，例如可列舉於聚乙烯醇系薄膜、部分縮甲醛化聚乙烯醇系薄膜、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物系局部皂化薄膜等親水性高分子薄膜上，吸附碘或二色性染料等二色性物質並進行單軸延伸者，以及聚乙烯醇之脫水處理物或聚氯乙烯之脫鹽酸處理物等之多烯系配向薄膜等。該等之中，可較佳使用使聚乙烯醇系薄膜延伸並吸附‧配向有二色性材料(碘、染料)者。偏光元件之厚度並無特別限制，一般而言為5～80μm左右。
以碘將聚乙烯醇系薄膜染色並進行單軸延伸之偏光元件可藉由如下方式製成，例如可藉由將聚乙烯醇浸漬於碘之水溶液中，進行染色並使之延伸至原長度之3～7倍。亦可視需要浸漬於硼酸或碘化鉀等之水溶液中。進而亦可視需要於染色之前將聚乙烯醇系薄膜浸漬於水中進行水洗。亦存在如下效果：不僅可藉由對聚乙烯醇系薄膜進行水洗，來清洗聚乙烯醇系薄膜表面之污漬或抗結塊劑，而且可藉由使聚乙烯醇系薄膜膨潤，來防止染色色斑等之不均勻。延伸可於利用碘染色後進行，亦可一面染色一面延伸，又，亦可延伸後利用碘進行染色。即便於硼酸或碘化鉀等之水溶液中或水浴中亦可進行延伸。
於偏光元件之兩側或者單側，具有透光性保護薄膜。透光性保護薄膜通常較好的是透明性、機械性強度、熱穩定性、水分阻斷性、等向性等優異者。作為上述透光性保護薄膜之材料，可列舉例如聚對苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯等聚酯系聚合物、二乙醯基纖維素或三乙酸纖維素等纖維素系聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系聚合物、聚苯乙烯或丙烯腈‧苯乙烯共聚物(AS樹脂)等苯乙烯系聚合物、聚碳酸酯系聚合物等。又，可列舉具備環烷烴構造或降烯構造之環狀聚烯烴；聚乙烯、聚丙烯、乙烯‧丙烯共聚物之聚烯烴系聚合物；氯化乙烯系聚合物；耐綸或芳族聚醯胺等醯胺系聚合物、醯亞胺系聚合物、碸系聚合物、聚醚碸系聚合物、聚醚醚酮系聚合物、聚苯硫醚系聚合物、乙烯醇系聚合物、二氯亞乙烯系聚合物、乙烯醇縮丁醛系聚合物、芳酯系聚合物、聚甲醛系聚合物、環氧系聚合物、或者上述聚合物之摻合物等，作為形成透光性保護薄膜之聚合物之例。另外可列舉丙烯酸系或胺基甲酸乙酯系、丙烯酸胺基甲酸乙酯系或環氧系、聚矽氧系等之熱硬化型或紫外線硬化型樹脂等經薄膜化者等。
根據平面性、偏光特性或耐久性等，可尤佳使用之透光性保護薄膜係三乙酸纖維素薄膜、具有降烯構造之環狀聚烯烴。保護薄膜之厚度，可適當進行確定，但考慮到強度或操作性等之作業性、薄層性等，一般而言該厚度為10～500μm左右。尤其好的是10～300μm，更好的是10～200μm。
又，透光性保護薄膜較好的是儘量無色。因此，較佳使用由Rth=[(nx+ny)/2-nz]×d(其中，nx、ny係薄膜平面內之主折射率，nz係薄膜厚度方向之折射率，d係薄膜厚度)表示之薄膜厚度方向之相位差值為-10nm～+100nm之透光性保護薄膜。可藉由使用上述厚度方向之相位差值(Rth)為-10nm～+100nm者，來大致解決透光性保護薄膜引起之偏光板著色(光學性著色)。厚度方向之相位差值(Rth)，更好的是-10nm～+70nm，尤其好的是0nm～+50nm。
又，由Re=(nx-ny)×d表示之薄膜面內相位差值較好的是20nm以下，更好的是10nm以下，越接近0nm則越好。
上述偏光元件與透光性保護薄膜通常透過水性黏著劑等而密著。作為水性接著劑，可例示聚乙烯醇系接著劑、明膠系接著劑、乙烯系乳膠系、水性聚胺基甲酸酯、水性聚酯等。
作為上述透光性保護薄膜，可使用經實施硬塗層或防反射處理、抗黏或以擴散或防眩為目的之處理者。
實施硬塗層處理之目的在於防止偏光板表面受到劃傷等，可以將例如丙烯酸系、聚矽氧系等適當的紫外線硬化型樹脂之硬度或光滑特性等優異之硬化皮膜添加至透光性保護薄膜表面之方式等而形成。實施防反射處理之目的在於防止外部光線於偏光板表面進行反射，可藉由依照先前防反射膜之形成等而實現。又，實施抗黏處理之目的在於防止與鄰接層密著。
又，實施防眩處理之目的在於防止因偏光板表面反射外部光線而阻礙偏光板穿透光之辨視，例如藉由噴砂方式或壓紋加工方式之粗面化方式或透明微粒之調配方式等適當的方式，對透光性保護薄膜之表面賦予細微凹凸構造而形成。作為上述表面細微凹凸構造之形成中所含之微粒，可使用例如平均粒徑為0.5～50um之二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯、氧化錫、氧化銦、氧化鎘、氧化銻等導電性無機系微粒；包含交聯或未交聯之聚合物等之有機系微粒等透明微粒。當形成表面細微凹凸構造之情形時，微粒之使用量，相對於形成表面細微凹凸構造之透明樹脂100重量份，一般而言為2～50重量份左右，較好的是5～25重量份。防眩層亦可兼具擴散層(視角放大功能等)，用以使偏光板穿透光擴散使視角等放大。再者，上述防反射層、抗黏層、擴散層或防眩層等，除了能夠設置於透過性保護薄膜其本身以外，而且亦可另外作為光學層而與透明保護層分開設置於其他物體上。
作為本發明之第1光學異向性層，若透明性與均勻性優異則並無特別限制，可較佳使用高分子延伸薄膜或含液晶之光學補償薄膜。作為高分子延伸薄膜，可例示包含纖維素系、聚碳酸酯系、聚芳酯系、聚碸系、聚丙烯酸系、聚醚碸系、環狀烯烴系高分子等之單軸或二軸相位差薄膜。於此所例示之第1光學異向性層可僅由高分子延伸薄膜構成，亦可僅由含液晶之光學補償薄膜構成，亦可併用高分子延伸薄膜與含液晶之光學補償薄膜之兩者。其中，環狀烯烴系或纖維素系由於成本方面以及薄膜之均勻性，雙折射波長分散特性較小，故而於圖像品質之色調變抑制等方面較佳。又，作為含液晶之光學補償薄膜，可列舉主鏈型以及/或者側鏈型之呈現液晶性之各種液晶性高分子化合物，例如液晶性聚酯、液晶性聚碳酸酯、液晶性聚丙烯酸酯等或含有具有配向後藉由交聯等而能夠高分子量化之反應性基之低分子量之液晶等之光學補償薄膜，該等可為即便具有自立性之單獨薄膜亦能形成於透明支持基板上者。
於本發明中，將第1光學異向性層之波長550nm中之相位差值Re1，調整為120～250nm。於此，Re1係由Re1=(nx1-ny1)×d1[nm]定義之第1光學異向性層之面內相位差值。d1為第1光學異向性層之厚度[nm]，nx1及ny1為第1光學異向性層面內對波長550nm之光之主折射率，且nx1>ny1。Re1之值大於250nm或者小於120nm之情形時，可能會缺乏視角改善效果。
又，將第1光學異向性層之NZ係數NZ1調整為0.8～1.6。較佳的是調整為1.0～1.4。於此，NZ1為NZ1=(nx1-nz1)/(nx1-ny1)。nx1及ny1為該第1光學異向性層面內相對於波長550nm之光之主折射率，nz1為厚度方向相對於波長550nm之光之主折射率，且nx1>ny1。NZ1之值大於1.6或者小於0.8之情形時，可能會缺乏視角改善效果。
於單側積層(貼合)著透光性保護薄膜之偏光元件之相反面側，通常積層著上述第1光學異向性層。於偏光元件與第1光學異向性層之間可含有透光性保護薄膜，而考慮到耐久性或厚度之觀點，較好的是直接設置第1光學異向性層。
用於本發明之第2光學異向性層係至少包含液晶薄膜之層，該液晶薄膜含有表示光學的正單軸性之液晶性高分子，具體而言表示光學的正單軸性之液晶性高分子化合物、或者至少含一種該液晶性高分子化合物之表示光學的正單軸性之液晶性高分子組成物，且該液晶性高分子化合物或者該液晶性高分子組成物固定為於液晶狀態中形成之平均傾斜角為5～50度之向列混合配向構造。
本發明所指之向列混合配向，係指液晶分子為向列配向，且此時之液晶分子之指向(director)與薄膜平面所成之角度於薄膜頂面與底面不同之配向形態。因此，因於頂面界面附近與底面界面附近，該指向與薄膜平面所成之角度不同，故而，於該薄膜之頂面與底面之間，該角度為連續性變化者。向列混合配向構造之模式圖如圖2所示。
又，向列混合配向狀態經固定化之薄膜中，液晶分子之指向係於薄膜之膜厚方向之所有部位中朝向不同之角度。因此，該薄膜於視為稱為薄膜的構造體之情形時，已不存在光軸。如此之向列混合配向經固定化之補償薄膜於該薄膜頂面與底面，並非光學性等價。因此，於配置於上述說明之TN液晶單元之情形時，會因哪一面配置於該液晶單元側而使視角放大效果稍微不同。本發明中，較理想的是，將補償薄膜之上下兩面內，液晶性高分子之指向與薄膜平面所成之角度較大之面配置為最接近液晶單元。
又，本發明所指之平均傾斜角，係指液晶薄膜之膜厚方向中，液晶分子之指向與薄膜平面所成之角度的平均值。用於本發明之液晶薄膜，於薄膜其中之一的界面附近，指向與薄膜平面所成之角度之絕對值通常為20～90度，較好的是40～90度，更好的是70～90度之角度，於該面之反面，絕對值通常為0～20度，較好的是0～10度之角度，其平均傾斜角之絕對值通常為5～50度，較好的是20～45度，更好的是25～45度，最好的是35～45度。當平均傾斜角偏離上述範圍之情形時，存在自斜向觀察時對比度下降等可能性故而欠佳。再者，平均傾斜角可應用晶體旋轉法來求出。
構成用於本發明之第2光學異向性層之液晶薄膜，若上述向列混合配向狀態經固定化，且具有特定之平均傾斜角，則可由表示光學的正單軸性之任意液晶形成。例如，可使用使低分子液晶物質於液晶狀態下沿向列混合配向形成後，藉由光交聯或熱交聯而得以固定化之液晶薄膜，或者液晶性高分子於液晶狀態下沿向列混合配向形成後，藉由冷卻而使該配向固定化所得之液晶薄膜。再者，本發明所謂之液晶薄膜，並非指薄膜自身是否呈現液晶性，而是指使低分子液晶、液晶性高分子等液晶物質薄膜化所得者。
其次，針對用於本發明之液晶薄膜之製造方法加以說明。作為液晶薄膜之製造方法並非限定於該等，可將上述液晶性化合物或組成物於具備配向能之基板上延展，使該液晶性化合物或組成物配向之後，藉由進行冷卻或視需要進行光照射及/或加熱處理，而使該配向狀態固定化來進行製造。再者，作為具備配向能之基板，有時可使用上述第1光學異向性層。
作為將液晶性化合物或組成物於具備配向能之基板上延展形成液晶層之方法，可列舉將液晶化合物或組成物以熔融狀態直接塗佈於基板上之方法，或者，將液晶化合物或組成物之溶液塗佈於基板上之後，使塗膜乾燥將溶媒分餾之方法。
不論是直接塗佈液晶性化合物或組成物之方法，或者塗佈溶液之方法，作為塗佈方法，只要能確保塗膜之均勻性則並無特別限定，可採用眾所周知之方法。例如，可列舉旋轉塗佈法、剛模塗佈法、簾幕式塗佈法、浸漬塗佈法、輥塗佈法等。
塗佈液晶性化合物或組成物之溶液之方法中，較好的是追加用以於塗佈後去除溶媒之乾燥步驟。該乾燥步驟若能維持塗膜之均勻性，則並無特別限定，可採用眾所周知之方法。例如，可列舉加熱器(爐)、吹附暖風等方法。
繼而，利用熱處理等方法，使形成於基板上之液晶層沿液晶配向形成，並藉由進行冷卻或視需要進行光照射及/或加熱處理而進行硬化，使之固定化。最初之熱處理中，藉由加熱至所使用之液晶性組成物之呈現液晶相溫度範圍內，而使該液晶性組成物利用原本所具有之自我配向能進行向列混合配向。作為熱處理之條件，由於因所用之液晶性組成物之液晶相行為溫度(轉移溫度)不同，最佳條件或極限值亦有不同，故而不能一概而論，但通常為10℃～250℃，較好的是30℃～160℃之範圍，且較好的是以該液晶性組成物之玻璃轉移點[Tg]以上之溫度，更好的是以高於Tg10℃以上之溫度進行熱處理。若過於低溫，則存在液晶之配向無法充分進行之可能性，又，高溫有可能對基板造成惡劣影響。又，關於熱處理時間，通常為3秒鐘～30分鐘，較好的是10秒鐘～20分鐘之範圍。短於3秒鐘之熱處理時間，存在液晶配向無法充分完成之可能性，又，超過30分鐘之熱處理時間，則生產率較差，兩種情形均欠佳。
再者，作為基板，當存在光學上並無等向性、或者所得之基板於作為最終目的之橢圓偏光板之使用波長區域中為不透明、或者基板之膜厚過厚於實際使用中產生不便等問題之情形時，可使用形成於基板上之形態，或轉印至作為目的之使用波長區域中不構成障礙之其他基板或具備相位差功能之延伸薄膜之形態。作為轉印方法可採用眾所周知方法。例如，如日本專利特開平4-57017號公報或特開平5-333313號公報所揭示，可列舉使液晶層透過下述黏著劑或者接著劑，積層於與用於配向之基板不同之基板之後，自該積層體將用於配向之基板剝離，藉此僅轉印液晶層之方法等。
又，用以使液晶薄膜積層所得之橢圓偏光板相對液晶顯示裝置呈現更佳之視角改良效果之該薄膜之膜厚，由於依存於作為對象之液晶單元之方式或各種光學參數，故而不能一概而論，但通常為0.2μm～10μm，較佳是0.3μm～5μm，尤佳的是0.5μm～2μm之範圍。當膜厚不足0.2μm時，存在無法獲得充分改良(補償)效果之可能性。又，當膜厚超過10μm時，存在顯示器之顯示中會產生過多著色之可能性。
又，作為自液晶薄膜之法線方向觀察時的面內之表觀相位差值，向列混合配向之薄膜中，與指向平行的方向之折射率(以下，稱為ne)係和垂直方向之折射率(以下，稱為no)不同，將自ne減去no之值作為表觀上之雙折射率之情形時，使表觀上之相位差值為表觀上之雙折射率與絕對膜厚的乘積。該表觀上之相位差值，利用橢圓偏光術等偏光光學測定便可易於求出。用作補償元件之液晶薄膜之表觀上之相位差值，相對於波長550nm之單色光，通常為30nm～150nm，較佳是30nm～130nm，尤佳的是30nm～100nm之範圍。當表觀之相位差值不足30nm時，存在無法獲得充分視角放大效果之可能性。又，當大於150nm之情形時，存在自斜向觀察時液晶顯示器中會產生不必要的著色之可能性。
其次，針對本發明之橢圓偏光板之製造方法加以說明。
本發明之橢圓偏光板，若其積層形態為偏光板/第1光學異向性層/第2光學異向性層(省略黏著劑層或者接著劑層之揭示)之順序，則積層順序不受限制。
例如可列舉如下情況等：(1)將偏光板、第1光學異向性層以及第2光學異向性層以成為上述構成之方式，按照適當的順序進行積層；(2)於偏光板上依序積層第1光學異向性層，第2光學異向性層；(3)於偏光板上，將預先積層著第1光學異向性層與第2光學異向性層之積層體進行積層。
作為形成積層所用之接著劑層或黏著劑層(以下，有時將接著劑與黏著劑合稱為「黏‧接著劑」)之黏‧接著劑，只要對光學異向性層具備充分之接著力，且不會損及光學異向性層之光學性特性，則並無特別限制，可適當選擇使用例如丙烯酸樹脂系、甲基丙烯酸脂樹脂系、聚矽氧系聚合物、聚酯、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚醚、環氧樹脂系、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物系、氟系或橡膠系等之聚合物用作基質聚合物、或者該等之混合物系。又，可列舉熱硬化型及/或光硬化型、電子束硬化型等各種反應性者。該等黏‧接著劑亦含有兼具保護光學異向性層之透明保護層功能者。該等之中，可尤佳使用如丙烯酸系黏著劑之光學透明性優異，顯示適度之濕潤性、凝集性與接著性之黏著特性，且耐侯性或耐熱性等優異者。
黏‧接著劑層之形成可採用適當方式進行。作為其例，例如可列舉如下方式等：製備於含有甲苯或醋酸乙酯等適當溶劑之純物質或混合物之溶媒中溶解或分散著10～40質量%左右之基質聚合物或者其組成物之黏‧接著劑溶液，並利用流延方式或塗佈方式等適當延展方式，將其直接附設於上述光學異向性層上之方式；或者參照上述情況，於隔離膜上形成黏‧接著劑層，並將其移至上述光學異向性層上之方式等。又，於黏‧接著劑層，可含有例如包括天然物或合成物之樹脂類、尤其能夠賦予黏著性之樹脂、或玻璃纖維、玻璃珠、金屬粉、其他無機粉末等之填充劑、或者顏料、著色劑、抗氧化劑等添加劑。又，亦可為含有微粒且顯示光擴散性之黏‧接著劑層等。
再者，當透過接著劑層或者黏著劑層使光學異向性層間相互貼合時，可對光學異向性層表面進行表面處理，提高接著劑層或者黏著劑層之密著性。表面處理之方法，並無特別限制，可較佳採用能夠維持上述液晶層表面之透明性之電暈放電處理、濺鍍處理、低壓UV照射、電漿處理等表面處理法。該等表面處理法中電暈放電處理較為良好。
對本發明所使用之液晶單元加以說明。若以驅動方式將用於本發明之TN型液晶單元加以分類，則可細分為單純矩陣方式、使用將主動元件用作電極之TFT(Thin Film Transistor，薄膜電晶體)電極、MIM(Metal Insulator Metal，金屬-絕緣體-金屬)電極以及TFD(Thin Film Diode，薄膜二極體)電極之主動矩陣方式等。本發明對於任一驅動方式之TN型液晶單元，均能發揮顯著效果。
用於本發明之TN型液晶單元，由該液晶單元內之液晶之折射率異向性(△n)與該液晶單元之液晶層厚度(d)之乘積所示的面內相位差(Re)通常為250nm～520nm，較佳是300nm～500nm，尤佳的是350nm～450nm之範圍。當大於520nm之情形時，存在與下述說明之補償薄膜組合時之視角改善效果變得不足之可能性，又，存在應答速度變慢之可能性。又，當小於250nm之情形時，即便與該補償薄膜組合時具有視角改善效果，但存在產生正面之亮度、對比度下降之可能性。
又，TN型液晶單元中，為使向列液晶之液晶分子之配向缺陷降低，較好的是預先對該液晶分子賦予預傾角。預傾角通常為5°以下。
又，一般而言，TN型液晶單元中，該液晶單元內之向列液晶之長軸於上下基板間大約扭轉90°。於未對液晶單元施加電壓之狀態下入射之直線偏光係藉由其旋光性而扭轉90°射出。若對液晶單元施加電壓，則液晶分子之長軸沿電場方向配向，使得旋光性消失。因而，為充分獲得該旋光之效果，用於本發明之TN型液晶單元之扭轉角通常為70°～110°，較好的是85°～95°。再者，該液晶單元中之液晶分子之扭轉方向，可為左及右方向之任意者。
對使用本發明之橢圓偏光板之TN型液晶顯示裝置之構成加以說明。
本發明之TN型液晶顯示裝置係至少具有1片本發明之橢圓偏光板之液晶顯示裝置，但較好的是於TN型液晶單元之兩側各配置1片。亦即，自觀看側以(橢圓偏光板(偏光板/第1光學異向性層/第2光學異向性層之順序)/TN型液晶單元/橢圓偏光板(第2光學異向性層/第1光學異向性層/偏光板之順序)/背光源)之配置而構成。
液晶單元內之液晶層之預傾方向與包含向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之第2光學異向性層之傾斜方向所成之角度，較佳是150度～180度之範圍，更佳是160度～180度，尤佳的是170度～180度。當兩者所成之角度小於150度之情形時，可能無法獲得充分之視角補償效果。
又，第1光學異向性層之慢軸與第2光學異向性層之傾斜方向所成之角度，較佳是60度～90度之範圍，更佳是70度～90度，尤佳的是80度～90度。當兩者所成之角度小於60度之情形時，可能無法獲得充分之視角補償效果。
又，偏光板之吸收軸與第1光學異向性層之慢軸所成之角度，較佳是60度～90度之範圍，更佳是70度～90度，尤佳的是80度～90度。若兩者所成之角度小於60度之情形時，可能無法獲得充分之視角補償效果。
本發明之液晶顯示裝置，除了上述構成構件以外，亦可附設其他構成構件。例如，主要可配置將透明塑膠薄膜或薄片延伸所得之各種相位差薄膜、液晶配向經固定化之薄膜或光擴散層、背光源、光控制薄膜、導光板、稜鏡片、彩色濾光片等。該等可自先前、眾所周知者中適當選擇使用。
(實施例)
以下，列舉實施例以及比較例，進而具體說明本發明，但本發明並非限定於該等。再者，本實施例中之相位差值(Re)只要未經特別限制，則設為無線波長550nm之值。
再者，各光學薄膜之折射率、相位差之測定係利用自動雙折射測定裝置(王子計測機器股份有限公司製，自動雙折射計KOBRA21ADH)來測定薄膜面內與厚度方向之主折射率nx、ny、nz。又，液晶顯示裝置之視角(等對比度曲線)之測定係使用視角測定裝置(ELDIM公司製EZcontrast 160R)。
＜實施例1＞ (偏光元件)
使聚乙烯醇薄膜於溫水中浸漬膨脹後，以碘/碘化鉀水溶液進行染色，繼而，於硼酸水溶液中進行單軸延伸處理獲得偏光元件。該等偏光元件由分光光度計分析單體穿透率、平均穿透率、正交穿透率後，穿透率為43.5%、偏光度為99.9%。
(第1光學異向性層)
使厚度100μm之降烯系無延伸薄膜(JSR公司製之Arton film)以230℃進行縱橫2軸延伸。所得之延伸薄膜中，厚度為80μm，相位差值Re1約為220nm，NZ係數NZ1為1.2。
(第2光學異向性層)
依照日本專利特開平6-347742號公報，製成包含膜厚方向之平均傾斜角為44度之向列混合配向經固定化之膜厚0.65μm之液晶薄膜之第2光學異向性層。相位差值為70nm。
(橢圓偏光板)
將三乙酸纖維素(TAC)薄膜(40μm，富士薄膜公司製)於室溫下浸漬於2質量%之氫氧化鉀水溶液中5分鐘，進行皂化處理，利用流動水清洗後使之乾燥。利用丙烯酸系接著劑，對上述所得之偏光元件之其中一面，貼合經皂化之TAC薄膜，形成透光性保護層。透過黏著劑層，將第1光學異向性層以使偏光元件之吸收軸與第1光學異向性層之慢軸正交之方式接著於該偏光元件之其他面上，接著，透過黏著劑，以使偏光元件之偏光元件之吸收軸與第2光學異向性層之慢軸平行之方式，貼合第2光學異向性層，獲得橢圓偏光板。
(液晶顯示裝置)
利用圖3對配置著上述所得之橢圓偏光板之液晶顯示裝置之概念圖進行說明，利用圖4對其軸構成進行說明。基板1上設置由ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)等穿透率高之材料形成之透明電極3，於基板2上設置由ITO等穿透率高之材料形成之對向電極4，於透明電極3與對向電極4之間，夾持著包含顯示正的介電係數異向性之液晶材料之液晶層5。於基板2形成有對向電極4之側之反面，設置橢圓偏光板15(包括第2光學異向性層11、第1光學異向性層12、偏光元件7以及透光性保護薄膜9)，於基板1形成有透明電極3之面之相反側，設置著橢圓偏光板16(包括第2光學異向性層13、第1光學異向性層14、偏光元件8以及透光性保護薄膜10)。於透光性保護薄膜10之背面側設置著背光源17。
所使用之液晶單元6係使用ZLI-4792(Merck公司製)作為液晶材料，並使液晶層厚度為4.2μm。液晶層之基板兩界面之預傾角為3度，液晶單元之Re約為415nm。再者，偏光元件之吸收軸、第1及第2光學異向性層之慢軸以及液晶單元兩界面之預傾方向如圖4所示。
圖5係將白顯示0V、黑顯示5V之穿透率之比(白顯示)/(黑顯示)作為對比度比率，自全方位表示對比度比率。實線表示對比度比率50。又，同心圓表示相同之視角，並每隔20度進行描繪。因此，最外圓之視角表示80度(以下，相同)。
自圖5可知具有良好視角特性。
＜實施例2＞
除了使實施例1中之第1光學異向性層之相位差值Re1為240nm，NZ係數NZ1為1.0，第2光學異向性層之平均傾斜角為37度，相位差值為80nm以外，製成與實施例1相同之液晶顯示裝置。圖6係將白顯示0V、黑顯示5V之穿透率之比(白顯示)/(黑顯示)作為對比度比率，示出來自全方位之對比度比率。
自圖6可知具有良好視角特性。
＜實施例3＞
除了使實施例1中之厚度100μm之TAC薄膜(柯尼卡公司製)於160℃下進行縱橫2軸延伸，製成第1光學異向性層，使其厚度為50μm，相位差值Re1約為220nm，NZ係數NZ1為1.2以外，製成與實施例1相同之液晶顯示裝置。
圖7中，將白顯示0V、黑顯示5V之穿透率之比(白顯示)/(黑顯示)作為對比度比率，示出來自全方位之對比度比率。
自圖7可知具有良好之視角特性。
＜比較例1＞
於實施例1中，除了更換第1光學異向性層12與第2光學異向性層11之配置順序，進而更換第1光學異向性層14與第2光學異向性層13之配置順序以外，製作與實施例1相同之液晶顯示裝置。液晶顯示裝置之概略情況如圖8所示。再者，偏光元件、第1及第2光學異向性層以及液晶單元兩界面之預傾方向與實施例1相同(圖4)。
圖9係將白顯示0V、黑顯示5V之穿透率之比(白顯示)/(黑顯示)作為對比度比率，示出來自全方位之對比度比率。
關於視角特性，將實施例1與比較例1加以比較，則自圖5與圖9可知，與實施例1相比，比較例1中視角特性劣化。
＜比較例2＞
於實施例1中，除了第1光學異向性層12及14以外，製作與實施例1相同之液晶顯示裝置。液晶顯示裝置之概略如圖10所示。
圖11係將白顯示0V、黑顯示5V之穿透率之比(白顯示)/(黑顯示)作為對比度比率，示出來自全方位之對比度比率。
關於視角特性，將實施例1與比較例2加以比較，則自圖5與圖11可知，因使用第1光學異向性層，而使視角特性得到改善。
＜比較例3＞
製作積層構造與比較例2相同，但軸構成不同之液晶顯示裝置。亦即，偏光元件7及8之吸收軸、液晶薄膜11及13之傾斜方向、液晶單元6之兩界面之預傾方向以圖12所揭示之條件進行配置。圖13係將白顯示0V、黑顯示5V之穿透率之比(白顯示)/(黑顯示)作為對比度比率，示出來自全方位之對比度比率。
關於視角特性，將實施例1與比較例3加以比較，則自圖5與圖13可知，因使用第1光學異向性層，而使視角特性得到大幅度改善。
1、2．．．基板
3．．．透明電極
4．．．對向電極
5．．．液晶層
6．．．液晶單元
7．．．第1偏光元件
8．．．第2偏光元件
9、10．．．透光性保護薄膜
11、13．．．第2光學異向性層
12、14．．．第1光學異向性層
15、16．．．橢圓偏光板
17．．．背光源
圖1係本發明之橢圓偏光板之概念圖。
圖2係構成第2光學異向性層之液晶薄膜之配向構造之模式圖。
圖3係模式性表示實施例1之液晶顯示裝置之剖面圖。
圖4係表示實施例1中偏光板之吸收軸、高分子延伸薄膜之慢軸、液晶薄膜之傾斜方向以及液晶單元之預傾方向之角度關係的平面圖。
圖5係表示自全方位觀察實施例1中之液晶顯示裝置時之對比度比率之圖。
圖6係表示自全方位觀察實施例2中之液晶顯示裝置時之對比度比率之圖。
圖7係表示自全方位觀察實施例3中之液晶顯示裝置時之對比度比率之圖。
圖8係模式性表示比較例1之液晶顯示裝置之剖面圖。
圖9係表示自全方位觀察比較例1中之液晶顯示裝置時之對比度比率之圖。
圖10係模式性表示比較例2以及比較例3之液晶顯示裝置之剖面圖。
圖11係表示自全方位觀察比較例2中之液晶顯示裝置時之對比度比率之圖。
圖12係表示比較例3中之偏光板之吸收軸、液晶薄膜之傾斜方向以及液晶單元之預傾方向之角度關係的平面圖。
圖13係表示全方位觀察比較例3中之液晶顯示裝置時之對比度比率之圖。

Claims (10)

  1. 一種橢圓偏光板，係將偏光板、第1光學異向性層、第2光學異向性層以此順序進行積層者，其特徵在於：上述第1光學異向性層滿足以下[1]以及[2]，且係以使第1光學異向性層之慢軸與偏光板之吸收軸正交之方式進行積層；上述第2光學異向性層係波長550nm中之面內相位差值為30~150nm，係為表示光學的正單軸性的液晶性高分子固定化為液晶分子之平均傾斜角為5°~50°之向列混合配向構造的液晶薄膜，且，以第2光學異向性層之配向方向與偏光板之吸收軸平行之方式進行積層，並以使第2光學異向性層側為液晶單元側之方式，用於扭轉向列(TN)型液晶顯示裝置；[1]1.0≦NZ1≦1.6 [2]120≦Re1≦250(於此，NZ1為NZ1=(nx1-nz1)/(nx1-ny1)；又，Re1為由Re1=(nx1-ny1)×d1[nm]定義之第1光學異向性層之面內相位差值；d1係第1光學異向性層之厚度[nm]，nx1、ny1係第1光學異向性層面內相對於波長550nm之光的主折射率，nz1係厚度方向相對於波長550nm之光的主折射率，nx1>ny1)。
  2. 如申請專利範圍第1項之橢圓偏光板，其中，上述第1光學異向性層包括含有環狀聚烯烴樹脂之熱可塑性高分子。
  3. 如申請專利範圍第1項之橢圓偏光板，其中，上述第1光學異向性層包括含有纖維素系樹脂之熱可塑性高分子。
  4. 一種TN型液晶顯示裝置，其特徵在於至少含有1片申請專利範圍第1項之橢圓偏光板。
  5. 一種TN型液晶顯示裝置，係自觀看側將第1偏光板、第1光學異向性層、第2光學異向性層、TN型液晶單元、第2光學異向性層、第1光學異向性層、第2偏光板以及背光源以此順序配置者，其特徵在於，上述第1光學異向性層滿足以下[1]以及[2]，並以使觀看側之第1光學異向性層之慢軸與第1偏光板之吸收軸正交，且使背光源側之第1光學異向性層之慢軸與第2偏光板之吸收軸正交之方式進行積層；上述第2光學異向性層係波長550nm中之面內相位差值為30~150nm，作為表示光學的正單軸性的液晶性高分子固定化為液晶分子之平均傾斜角為5°~50°之向列混合配向構造的液晶薄膜，且，以使觀看側之第2光學異向性層之配向方向與第1偏光板之吸收軸平行，並使背光源側之第2光學異向性層之配向方向與第2偏光板之吸收軸平行之方式進行積層；[1]1.0≦NZ1≦1.6 [2]120≦Re1≦250(於此，NZ1為NZ1=(nx1-nz1)/(nx1-ny1)；又，Re1為由Re1=(nx1-ny1)×d1[nm]定義之第1光學異向性層之面內相位差值；d1係第1光學異向性層之厚度[nm]，nx1、ny1係第1光學異向性層面內相對於波長550nm之光之主折射率，nz1係厚度方向相對於波長550nm之光之主折射率，且nx1>ny1)。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之TN型液晶顯示裝置，其中，上述第1光學異向性層包括含有環狀聚烯烴樹脂之熱可塑性高分子。
  7. 如申請專利範圍第4或5項之TN型液晶顯示裝置，其中，上述第1光學異向性層包括含有纖維素系樹脂之熱可塑性高分子。
  8. 如申請專利範圍第4或5項之TN型液晶顯示裝置，其中，於無電壓施加狀態下，TN型液晶單元內之觀看側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與鄰接之觀看側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係，背光源側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與背光源側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係。
  9. 如申請專利範圍第6項之TN型液晶顯示裝置，其中，於無電壓施加狀態下，TN型液晶單元內之觀看側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與鄰接之觀看側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係，背光源側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與背光源側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係。
  10. 如申請專利範圍第7項之TN型液晶顯示裝置，其中，於 無電壓施加狀態下，TN型液晶單元內之觀看側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與鄰接之觀看側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係，背光源側之單元基板上之液晶分子之配向方向，係配置為與背光源側之第2光學異向性層之向列混合配向構造經固定化之液晶薄膜之配向方向成反向平行之關係。
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