JP3923682B2 - 複合位相差板、光学補償偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ＶＡ（垂直配向）型液晶による複屈折を高度に補償して視野角やコントラストに優れる液晶表示装置を形成しうる複合位相差板及び光学補償偏光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（ＬＣＤ）のテレビやパソコンモニタ等への普及に伴い視野角の拡大や高コントラスト化が望まれる中、例えばＴＮ−ＬＣＤにおける良視認の視野角の拡大やＳＴＮ−ＬＣＤにおける着色補償による白黒表示の達成の如く、液晶の複屈折による位相差を位相差板で補償して視認特性を改善する提案がなされている。しかしながら従来の補償板では液晶の位相差特性に充分に対処できず、その視認特性の改善に満足できない問題点があった。
【０００３】
ちなみに前記のＴＮ−ＬＣＤでは、ワイドビューフィルム（商品名、富士写真フイルム社製）やＮＨフィルム（商品名、日本石油化学社製）が視野角拡大用の補償板として知られているが、階調の反転や視野角６０度以上でのコントラストの著しい低下、黒／白レベルでの着色発生などの問題点があった。
【０００４】
前記に鑑みて垂直配向（ＶＡ）モードや水平配向モード、ＡＳＭモード等としてそれにｎx＞ｎy＞ｎz等の位相差特性を示す二軸性位相差フィルムからなる補償板を適用したＴＦＴ−ＬＣＤも提案されている。しかしながら例えば（ｎx−ｎz）ｄ（厚さ）が２００nm以上であるなど位相差が大きくてその精度に優れる二軸性位相差フィルムを得ることが素材上の制約等で困難であり、高精度の補償が達成されていない現状である。
【０００５】
【発明の技術的課題】
本発明は、ＶＡ型液晶の複屈折による位相差を高度に補償できて視野角やコントラスト、その均一性に優れる液晶表示装置を形成できる位相差板の開発を目的とする。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は、面内の主屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎzとしてｎx≧ｎyとしたとき、ｎ x ＞ｎ y ＞ｎ z の位相差フィルム１枚と、ｎ x ＞ｎ y ＞ｎ z の複屈折フィルム１枚とを、複屈折の波長依存性と式：（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）で定義されるＮｚとが相違する組合せで用いてなり、かつそれらの位相差フィルムと複屈折フィルムとが非液晶性の高分子が配向したフィルムからなることを特徴とするＶＡ型液晶用の複合位相差板を提供するものである。
【０００７】
また本発明は、前記の複合位相差板を吸収型偏光板の片側に設けてなることを特徴とする光学補償偏光板、及びその光学補償偏光板をＶＡ型液晶セルの少なくとも片側に有することを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、面内及び厚さ方向の屈折率の全部が相違し、かつ複屈折の波長依存性（波長分散）とＮｚとが相違する位相差フィルムと複屈折フィルムの組合せによる位相差層の複合化にて波長依存性をその加成性により制御して、ＶＡ型液晶の複屈折による位相差を高度に補償できる位相差板を得ることができ、特に視野角による着色を高精度に補償できて視野角やコントラスト、その均一性に優れるＶＡ型の液晶表示装置を形成することができる。
【０００９】
すなわち液晶による複屈折特性は、同じ液晶にても配向状態で変化しその補償には、特に視野角による着色現象の補償には位相差やその視角による変化に加えて、それら特性の波長依存性にも対処することが必要であり、前記した波長分散相違の組合せによる構成、特に視角変化に対する影響の大きい（ｎx−ｎy）及び（ｎx−ｎz）で定義される△ｎxy及び△ｎxzの波長分散に対するＮｚ相違の組合せにより、△ｎxzｄ：２００nm以上等の大きい位相差も精度よく創出できるなど豊富な位相差特性を有する位相差板を得ることができ、ＶＡ型液晶の複屈折による位相差、その視角による変化及びそれら特性の波長依存性に高度に対処できて視野角による着色の補償精度を大きく向上させることができる。従って従来の補償板による補償不足は、位相差やその視角変化における波長依存性に充分に対処できないことによるものと考えられる。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明によるＶＡ型液晶用の複合位相差板は、面内の主屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎzとしてｎx≧ｎyとしたとき、ｎ x ＞ｎ y ＞ｎ z の位相差フィルム１枚と、ｎ x ＞ｎ y ＞ｎ z の複屈折フィルム１枚とを、複屈折の波長依存性と式：（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）で定義されるＮｚとが相違する組合せで用いてなり、かつそれらの位相差フィルムと複屈折フィルムとが非液晶性の高分子が配向したフィルムからなるものである。その例を図１に示した。１が位相差フィルム、２が複屈折フィルムである。なお図例は、光学補償偏光板としたものを示しており、３が吸収型偏光板である。
【００１１】
位相差フィルム及び複屈折フィルムとしては、前記の屈折率特性を示す非液晶性の適宜な高分子が配向してなるフィルムを用いることができ、特に限定はない。ちなみにその例としては、各種の非液晶性ポリマーからなるフィルムを一軸や二軸等の適宜な方式で延伸処理してなる延伸フィルムなどがあげられる。就中、光透過率に優れて配向ムラや位相差ムラの少ないものが好ましく用いうる。
【００１２】
なお前記の非液晶性ポリマーの例としては、ポリカーボネートやポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートの如きポリエステルやポリスルホン、オレフィン系ポリマーやノルボルネン系ポリマー、アクリル系ポリマーやスチレン系ポリマー、トリアセチルセルロースの如きセルロース系ポリマーやポリビニルアルコール、それらポリマーの２種又は３種以上を混合したポリマーなどがあげられる。
【００１３】
非液晶性のポリマーを用いることにより光弾性係数も容易にコントロールでき温度変化や湿度、光や接着処理等で発生する応力による複屈折特性（位相差特性）の変化を抑制する点よりは、光弾性係数が絶対値にて５０×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下、就中３０×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下、特に２０×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下の高分子フィルムからなる位相差フィルムや複屈折フィルムが好ましい。
【００１４】
さらに光学補償偏光板における偏光フィルムの透明保護層として配置する複屈折フィルムである場合には、前記の点より光弾性係数が絶対値にて１５×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下、就中１０×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下の高分子フィルムからなることが好ましい。
【００１５】
用いる位相差フィルム及び複屈折フィルムは、面内の主屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎzとし、かつｎx≧ｎyとしたとき（以下同じ）、ｎx＞ｎy＞ｎz、すなわち前記屈折率の全てが相違する屈折率特性を示すものである。
【００１６】
複合位相差板の形成は、位相差フィルムの１枚と複屈折フィルムの１枚を用いて積層体とする方式などにより行うことができるが、その場合に本発明においては位相差フィルムと複屈折フィルムとで複屈折の波長依存性、及び式：（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）で定義されるＮｚが相違する組合せで用いられる。
【００１７】
前記において複屈折の波長依存性及びＮｚ（視野角特性の指標）を相違させた位相差フィルムと複屈折フィルムとの組合せは任意である。複屈折の波長依存性が相違する組合せとすることにより、用いた位相差フィルム等の各部材における波長依存特性とは相違した別個の波長依存特性を示す複合位相差板を得ることができる。
【００１８】
またＮｚが相違する組合せとすることにより、用いた各部材のＮzとは相違した別個の特性を発揮する複合位相差板を得ることができ、そのＮzについても前記の波長依存性が発現することより、総じて各部材の単品では得られない位相差特性を示す複合位相差板を得ることができ、液晶の配向状態による複屈折特性の相違にも対処して補償することができる複合位相差板を得ることができる。
【００１９】
前記の複合位相差板における波長依存性やＮz等の位相差特性の制御は、位相差フィルムと複屈折フィルムの組合せを変えることにより行うことができる。その場合、位相差フィルムと複屈折フィルムにおけるｎx軸等の配置角度は任意であり、例えばそれらの遅相軸（ｎx軸）を交差配置することで（疑似）旋光性を付与できるなど、その配置角度を制御することによっても位相差特性を調節することができる。なおｎx軸の交差配置による（疑似）旋光性についても波長依存性が発現する。
【００２０】
前記において同じ波長依存性のものの組合せでは、得られる複合位相差板における波長依存性は各部材の波長依存性と同じで、異なる波長依存性は発現しない。またＮzにおいても波長依存性は発生せず、各部材と同様に一定のＮz値を維持して波長に依存しない。
【００２１】
上記の如く波長依存性やＮｚを相違させた組合せによる複合化にて新たな位相差特性を付与できて、液晶の複屈折による位相差やその視角による変化、それら特性の波長依存性等についても補償しうる各種の位相差特性を示す豊富な位相差板を得ることができ、液晶の配向状態等の違いによる複屈折特性の相違に対しても高精度に補償することができる。
【００２２】
なお上記の位相差フィルムや複屈折フィルムにおける屈折率特性は、ポリマー種や延伸条件ないし配向条件などにより制御することができ、厚さ方向の屈折率ｎzは、例えば処理対象の高分子フィルムの片面又は両面にそれぞれ１層又は２層以上の熱収縮性フィルムを接着して、加熱によるその熱収縮性フィルムの収縮力の作用下にフィルムを延伸又は収縮処理する方式などにより制御することができる。前記処理対象の高分子フィルムは、流延法や押出し成形法等の従来に準じた適宜な方式で形成したものであってよい。
【００２３】
なお位相差フィルムや複屈折フィルムの厚さは、目的とする位相差特性などに応じて適宜に決定することができる。一般には１〜５００μm、就中３〜３５０μm、特に５〜２５０μmの厚さのものが用いられるが、これに限定されない。
【００２４】
本発明による複合位相差板は、そのまま実用に供することもできるし、図例の如く吸収型偏光板３の片側に設けて光学補償偏光板として実用に供することもできる。その光学補償偏光板の形成には、所定振動面の直線偏光を透過し、他の光は吸収する特性を示す適宜な吸収型偏光板を用いることができ、その種類について特に限定はない。
【００２５】
一般には、例えばポリビニルアルコール系や部分ホルマール化ポリビニルアルコール系、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化物の如き親水性高分子のフィルムにヨウ素及び／又は二色性染料等の二色性物質を吸着させて延伸配向処理した偏光フィルムなどが用いられる。
【００２６】
また吸収型偏光板は、図例の如く偏光フィルム３２の片面又は両面に透明保護層２，３１を設けたものなどであってもよい。透明保護層は、偏光フィルムの補強、耐熱性や耐湿性の向上などの種々の目的で設けられる。透明保護層は、樹脂の塗布層や樹脂フィルムのラミネート層などとして形成でき、拡散化や粗面化用等の微粒子を含有していてもよい。
【００２７】
また透明保護層は、上記したセルロース系ポリマーの延伸フィルムなどからなる複屈折フィルムとして設けられていてもよい。この場合には、図例の如く本発明による複合位相差板を形成する複屈折フィルム２が吸収型偏光板３における偏光フィルム３２の透明保護層を兼ねることとなり、光学補償偏光板の薄型化に有効である。また液晶表示装置の組立効率の向上や液晶による複屈折に対する補償精度の向上にも有利である。
【００２８】
さらに吸収型偏光板は、表面反射の防止などを目的に反射防止層や防眩処理層が設けられたものであってもよい。反射防止層は、例えばフッ素系ポリマーのコート層や多層金属蒸着膜等の光干渉性の膜などとして適宜に形成することができる。一方、防眩処理層も、例えば微粒子含有の樹脂塗工層やエンボス加工、サンドブラスト加工やエッチング加工等の適宜な方式で表面に微細凹凸構造を付与するなどにより表面反射光が拡散する適宜な方式で形成したものであってよい。
【００２９】
なお前記の微粒子には、例えば平均粒径が０．５〜２０μmのシリカや酸化カルシウム、アルミナやチタニア、ジルコニアや酸化錫、酸化インジウムや酸化カドミウム、酸化アンチモン等の導電性のこともある無機系微粒子や、ポリメチルメタクリレートやポリウレタの如き適宜なポリマーからなる架橋又は未架橋の有機系微粒子などの適宜なものを１種又は２種以上用いうる。
【００３０】
本発明による複合位相差板や光学補償偏光板を形成する位相差フィルムや複屈折フィルム、吸収型偏光板等の各層は、分離状態にあってもよいが、層間の屈折率差調節による反射の抑制や光学系のズレ防止、ゴミ等の異物の侵入防止などの点よりその一部、就中、全部が固着処理されていることが好ましい。
【００３１】
前記の固着処理には、例えば透明な接着剤などの適宜なものを用いることができ、接着剤等の種類について特に限定はない。構成部材の光学特性の変化防止などの点より、接着処理時の硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが望ましい。かかる点よりは粘着層が好ましく用いうる。
【００３２】
粘着層の形成には、例えばアクリル系重合体やシリコーン系ポリマー、ポリエステルやポリウレタン、ポリエーテルや合成ゴムなどの適宜なポリマーを用いてなる透明粘着剤を用いることができる。就中、光学的透明性や粘着特性、耐候性などの点よりアクリル系粘着剤が好ましい。
【００３３】
なお粘着層は、液晶セル等の被着体への接着を目的に複合位相差板や光学補償偏光板等の片面又は両面に必要に応じて設けることもできる。粘着層が表面に露出する場合には、それを実用に供するまでの間、セパレータなどを仮着して粘着層表面の汚染等を防止することが好ましい。
【００３４】
なお光学補償偏光板における複合位相差板の進相軸等と偏光板の透過軸等との配置関係については特に限定はなく、適宜に決定することができる。一般には複合位相差板のｎx軸と偏光板の透過軸を平行関係又は直交関係に配置することで正面（垂直）方向の特性には影響を与えずに視角が変化する斜め方向の特性を制御して視野角の拡大等を達成できる。
【００３５】
本発明による複合位相差板や光学補償偏光板は、ＶＡ型の液晶による複屈折に対する補償板などとして液晶表示装置の形成に好ましく用いうる。液晶表示装置は一般に、偏光板や液晶セルや補償板、必要に応じてのバックライトや反射板等の構成部品を適宜に組立てて駆動回路を組込むことなどにより形成されるが、本発明においては上記した複合位相差板や光学補償偏光板をＶＡ型の液晶セルに用いる点を除いて特に限定はなく、従来に準じて液晶表示装置を形成することができる。
【００３６】
従って液晶表示装置の形成に際しては、例えば視認側の偏光板の上に設ける光拡散板やアンチグレア層やプリズムシート、反射防止膜や保護層や保護板、バックライトに設けるプリズムシート等の光路制御板などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。なお補償板は通例、液晶セルと視認側又は／及びバックライト側の偏光板の間に配置される。従って本発明による複合位相差板又は光学補償偏光板は、ＶＡ型液晶セルの少なくとも片側に配置されていればよい。
【００３７】
【実施例】
実施例１
厚さ７５μmのポリビニルアルコールフィルムをヨウ素を含む水溶液中で染色した後、ホウ酸を含む水溶液中で周速の異なるロール間にて６倍に一軸延伸して得た偏光フィルムの片面にポリビニルアルコール系接着剤を介し厚さ８０μmのトリアセチルセルロースフィルム（位相差ほぼ０）を接着し、偏光フィルムの他面にポリビニルアルコール系接着剤を介し複屈折フィルムを接着し、その上にアクリル系粘着層を介し位相差フィルムを接着して光学補償偏光板を得た。
【００３８】
なお前記の複屈折フィルムは、厚さ１００μmのトリアセチルセルロースフィルムをテンター延伸機にて２００℃で延伸処理して、ｎx＞ｎy＞ｎzの屈折率特性を有して、△ｎxy・ｄが１０nm、△ｎxz・ｄが６０nmであり、Ｎzが６のものである。
【００３９】
また前記の位相差フィルムは、厚さ１００μmのノルボルネン系樹脂フィルム（ＪＳＲ社製、アートン）をテンター延伸機にて１７５℃で延伸処理して、ｎx＞ｎy＞ｎzの屈折率特性を有して、△ｎxy・ｄが４０nm、△ｎxz・ｄが５０nmであり、Ｎzが１．２５のものである。
【００４０】
比較例
複屈折フィルムに代えて厚さ８０μmのトリアセチルセルロースフィルム（位相差ほぼ０）を用いるとともに、その上に接着する位相差フィルムとして、厚さ１００μmのノルボルネン系樹脂フィルムをテンター延伸機にて１７５℃で延伸処理して得たｎx＞ｎy＞ｎzで、△ｎxy・ｄが３０nm、△ｎxz・ｄが１１０nmであり、Ｎzが３．７のものを用いたほかは実施例１に準じて（光学補償）偏光板を得た。
【００４１】
評価試験
実施例１及び比較例で得た（光学補償）偏光板をＶＡ型液晶セルの両面に偏光板が外側となるように接着して液晶表示装置を得た。その結果、実施例１では視野角によるコントラストの低下及び色度変化が少なく、コントラストの均一性に優れる液晶表示装置を得ることができた。一方、比較例では視角により白表示が黄色に着色する現象が発生し、７０度以上の視野角でコントラストが著しく低下すると共に、表示画面の中央部と周辺部とでコントラストが相違してバラツキがあり、その均一性に乏しかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学補償偏光板例の断面図
【符号の説明】
１：位相差フィルム
２：複屈折フィルム（透明保護層兼用）
３：吸収型偏光板
３１：透明保護層
３２：偏光フィルム

Claims (5)

1. 面内の主屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎzとしてｎx≧ｎyとしたとき、ｎ x ＞ｎ y ＞ｎ z の位相差フィルム１枚と、ｎ x ＞ｎ y ＞ｎ z の複屈折フィルム１枚とを、複屈折の波長依存性と式：（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）で定義されるＮｚとが相違する組合せで用いてなり、かつそれらの位相差フィルムと複屈折フィルムとが非液晶性の高分子が配向したフィルムからなることを特徴とするＶＡ型液晶用の複合位相差板。
2. 請求項１において、位相差フィルムを形成する高分子フィルムの光弾性係数が絶対値に基づいて５０×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下、又は複屈折フィルムを形成する高分子フィルムの光弾性係数が絶対値に基づいて２０×１０^−１２ｍ^２／Ｎ以下である複合位相差板。
3. 請求項１又は２に記載の複合位相差板を吸収型偏光板の片側に設けてなることを特徴とする光学補償偏光板。
4. 請求項３において、複合位相差板における複屈折フィルムが吸収型偏光板における偏光フィルムの透明保護層として配置されてなる光学補償偏光板。
5. 請求項３又は４に記載の光学補償偏光板をＶＡ型液晶セルの少なくとも片側に有することを特徴とする液晶表示装置。

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