JP4153090B2 - Optical compensation sheet manufacturing method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学補償シートの製造方法及び光学補償シートに関し、特に表示コントラスト及び表示色の視角特性を改善するために有用な光学補償シートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラウン管型画像表示装置であるＣＲＴに対して、薄型、軽量、低消費電力という大きな利点をもつ液晶表示装置は、特に、携帯用のワードプロセッサやパーソナルコンピュータの表示装置として一般的に使用されている。現在普及している液晶表示素子（以下ＬＣＤと称す）の多くは、ねじれネマチック液晶を用いている。このような液晶表示素子は、一般に、液晶セルとその両側に設けられた偏光板からなる。このような液晶を用いた表示方式は、その動作モードによって複屈折モードと旋光モードとの二つの方式に大別できる。
【０００３】
複屈折モードを利用する超ねじれ（スーパーツィスティッド）ネマチック液晶表示装置（以下ＳＴＮ−ＬＣＤと称す）は、９０度を超えるねじれ角及び急峻な電気光学特性を有するスーパーツィスティッドネマチック液晶を用いている。このため、このようなＳＴＮ−ＬＣＤは、時分割駆動による大容量の表示が可能である。しかしながら、ＳＴＮ−ＬＣＤで実用的なコントラストが得られるのは、イエローモード（黄緑／濃紺）及びブルーモード（青／淡黄）であり、白黒モードを得るには位相差板（一軸延伸ポリマーフィルムや補償用液晶セル）を設ける必要があった。
ＴＮ−ＬＣＤの表示モードである旋光モードでは、高速応答性（数十ミリ秒）及び高いコントラストが得られる。従って、旋光モードは、複屈折モードや他のモードに比べて多くの点で有利である。しかしながら、ＴＮ−ＬＣＤは、ＳＴＮ−ＬＣＤのように位相差板を備えていないので、表示色や表示コントラストが液晶表示装置を見る時の角度によって変化し易い（視野角特性）との問題がある。
【０００４】
上記ＴＮ−ＬＣＤにおける視野角特性を改善するため（即ち、視野角の拡大のため）、一対の偏光板と液晶セルとの間に位相差板（光学補償シート）を設けるとの提案が、特開平４−２２９８２８号公報及び特開平４−２５８９２３号公報に記載されている。上記公報で提案されている位相差板は、液晶セルに対して垂直方向の位相差はほぼ０であるため真正面からは何ら光学的作用を与えないが、傾けた時に位相差が発現し、この作用によって液晶セルで発生する位相差を補償するものである。
【０００５】
特開平６−７５１１５号公報、特開平４−１６９５３９号公報及び特開平４−２７６０７６号公報には、負の複屈折を有し、かつ光軸が傾いている光学補償シートが開示されている。即ち、上記シートは、ポリカーボネートやポリエステル等のポリマーを延伸することにより製造され、そしてシートの法線から傾いた主屈折率の方向を持つ。延伸処理により上記シートを製造するには、極めて複雑な延伸処理が必要とされるため、開示されている方法で大面積の光学補償シートを製造することは極めて困難である。
【０００６】
一方、液晶性ポリマーを用いた光学補償シートも知られている。例えば、特開平３−９３２６号公報及び特開平３−２９１６０１号公報には、液晶性を有するポリマーを支持フィルム上の配向膜表面に塗布することにより得られる光学補償シートが開示されている。しかしながら、液晶性を有するポリマーは、配向させるために高温で長時間の熟成が必要なため、生産性が極めて低く大量生産に向いていない。また特開平５−２１５９２１号公報には、支持体と液晶性及び正の複屈折を有する重合性棒状化合物からなる光学補償シート（複屈折板）が開示されている。この光学補償シートは、重合性棒状化合物の溶液を支持体に塗布、加熱硬化することにより得られる。しかしながら、この液晶性を有するポリマーは、光学的に正の一軸性であるため、視野角をほとんど拡大することができない。
【０００７】
特開平６−２１４１１６号公報、及び特開平６−２６５７２８号公報には、支持体と負の複屈折を有する重合性液晶化合物からなる光学補償シートが提案されている。この光学補償シートはＴＮ−ＬＣＤの視野角を向上することはできる。しかし、この光学補償シートは、耐熱性及び機械的な強度が必ずしも充分でないことから、これらの特性を向上させるために特開平８−２７２８４号公報及び特開平８−４３６２４号公報には、負の屈折率を有する重合性液晶化合物（ディスコティック液晶）の側鎖に重合性基を導入したディスコティック液晶化合物を含む塗布液を支持体に塗布し、塗布層をディスコティック液晶化合物のディスコネマティック相形成温度に加熱し、次いで、塗布層に紫外線等を照射してディスコティック液晶化合物を架橋（重合硬化）する方法が提案されている。この製造方法により得られる光学補償シートはＴＮ−ＬＣＤの視野角を向上し耐熱性及び機械的強度に優れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ディスコティック液晶化合物は、その温度が固体−液晶遷移温度以上になるとディスコテックネマティック相を形成する。そして、ディスコテックネマティック相の配向秩序度はディスコティック液晶化合物の温度に従って連続的に変化し、ディスコティック液晶化合物の温度が高いほどディスコテックネマティック相の配向秩序度は低くなることが知られている。
本発明者の検討によると、紫外線を塗布層に照射してディスコティック液晶化合物を重合硬化させる時、塗布層の温度が上昇することが判明した。そして、さらに検討した結果、液晶化合物を重合硬化して得られる光学異方層のレターデーション（液晶化合物の固有複屈折と光学異方層の厚さと配向秩序度との積）は、紫外線を照射してディスコティック液晶化合物を重合硬化させる時の塗布層の温度に大きく依存し、重合硬化を一定以上の温度で行うと、レターデーションの低下が起こりやすいことを見出した。
レターデーションの低下に対しては、光学異方層の厚さを厚くすることで対処でき、これによりＴＮ−ＬＣＤにおける視野角特性は確保することができる。しかし、この場合では単位当たりの塗布液の塗布量が増えるためコスト的に不利になる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、特にＴＮ−ＬＣＤにおける良好な視野角特性を表示画面全面に亙って均一に付与することができる、すなわち光学異方液晶層の配向秩序度を維持しつつ、耐熱性及び機械的強度に優れた光学補償シートを安価に製造することができる光学補償シートの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、支持体上に末端基にアルキル基を有するアルキル変性ポリビニルアルコールを塗布し、ラビング処理を行って配向膜を形成し、配向膜上に架橋性の官能基を有するディスコティック液晶化合物を含む塗布液を塗布した後、塗布層を液晶形成温度に加熱し、次いで該塗布層を該ディスコティック液晶化合物の固体−液晶遷移温度以下に冷却し、該塗布層の温度を該固体−液晶遷移温度以下に維持しながら紫外線を照射して該ディスコティック液晶化合物を重合硬化させることにより、単位厚さ当たりの厚さ方向のレターデーションであるＲｔｈ／ｄが０．０４＜Ｒｔｈ／ｄの条件を満足する光学異方層を形成する光学補償シートの製造方法にある。
【００１１】
本発明の光学補償シートの製造方法の好ましい態様は、以下の通りである。
１）形成された光学異方層の面内のレターデーションの変動が標準偏差で２％以下であること。
２）該塗布層を液晶形成温度に加熱した後、該塗布層を１〜１０００℃／分の範囲内の冷却速度で冷却し、該固体−液晶遷移温度以下にすること。
３）該塗布層を該固体−液晶遷移温度以下に冷却し、紫外線を照射して該ディスコティック液晶化合物を重合硬化するまでの時間が０．１〜１２００秒の範囲内であること。
４）支持体が、配向膜を有する透明シートであって、配向膜面に塗布液を塗布すること。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光学補償シートの製造方法では、塗布層に紫外線を照射してディスコティック液晶化合物を重合硬化させる際、塗布層の温度は固体−液晶遷移温度以下に維持されるので、ディスコテックネマティック相の配向秩序度は変化しない。従って、本発明の光学補償シートの製造方法により得られた光学異方層のレターデーションは、塗布層の温度を固体−液晶遷移温度以上に維持しながら、塗布層に紫外線を照射してディスコティック液晶化合物を重合硬化させて得られた光学異方層のレターデーションと比べて高くなる。
ＴＮ−ＬＣＤにおける視野角特性を付与する光学補償シートの光学異方層で特に重要な厚さ方向のレターデーション（Ｒｔｈ）は、下式で表される。
Ｒｔｈ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝×ｄ
（ｎｘ及びｎｙは支持体の面内の主屈折率を表し、ｎｚは厚み方向の主屈折率を表し、ｄは光学異方層の厚さを表し、そして上記式の単位はｎｍである）
そして、本発明の光学補償シートの製造方法により得られる光学異方層は単位厚さ当たりの厚さ方向のレターデーション（Ｒｔｈ／ｄ）が下記の条件を満足する。
０．０４＜Ｒｔｈ／ｄ
さらに、本発明の光学補償シートの製造方法により得られる光学異方層は、その面内のレターデーションの変動が標準偏差で２％以下である。
【００１３】
本発明の光学補償シートの製造方法を図１に示す。以下、図を参照しながら説明する。
送り出し機１から送り出した配向膜を有するシート７の配向膜面に塗布機２より押し出されたディスコティック液晶化合物を含む塗布液を塗布する。その塗布層を加熱領域３で液晶（ディスコテックネマティック相）形成温度にて加熱処理し、ディスコティック液晶化合物がディスコテックネマティック相を形成する。次いで、塗布層を冷却領域４で塗布層の温度が固体−液晶遷移温度以下になるまで冷却し、塗布層の温度を固体−液晶遷移温度以下に維持しながら、冷却領域に設置された紫外線照射装置５により塗布層に紫外線を照射して、ディスコティック液晶化合物を重合硬化して光学異方層とした後、巻き取り機６で巻き取る。
【００１４】
加熱処理により、ディスコティック液晶化合物はディスコテックネマティック相を形成する。液晶（ディスコテックネマティック相）形成温度はモノドメインのディスコテックネマティック相を形成することができる温度であれば良く、固体−液晶遷移温度付近が好ましい。加熱領域３の温度ばらつきは±１０℃の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは±５℃の範囲内である。また加熱時間は、モノドメインのディスコテックネマティック相を安定に形成するために少なくとも１分以上より好ましくは２分以上加熱することが好ましい。
【００１５】
冷却領域４の温度ばらつきは±１０℃の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは±５℃の範囲内である。また、冷却領域の温度は固体−液晶遷移温度以下であれば良く、２５〜５０℃の範囲内であることが好ましい。また、塗布層の冷却速度は１〜１０００℃／分の範囲内で行うことが好まく、より好ましくは５０〜１５０℃／分である。冷却速度が遅すぎるとカラムラー相が発現する。
【００１６】
紫外線照射装置５に用いる紫外線照射ランプは特に制限はなく、水銀ランプ、キセノン、メタルハライド等使用可能である。また、紫外線照射量は化合物の種類や塗布層の温度等によって最適な照射量は異なるが１００〜２０００ｍｊ／ｍ2 の範囲が好ましく、より好ましくは５００〜２０００ｍｊ／ｍ2 の範囲である。また、塗布層を固体−液晶遷移温度以下に冷却して、塗布層に紫外線を照射するまでの時間は０．１〜１２００秒の範囲内で行うことが好ましい。重合硬化するまでの時間が長すぎるとカラムラー相が発現し、短すぎると塗布層の均一性が低く、得られた光学異方層の面内のレターデーションの変動が大きくなる。
【００１７】
本発明に用いられるディスコティック液晶化合物として、代表的なものは例えば、Ｃ．Ｄｅｓｔｒａｄｅらの研究報告、Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．７１巻、１１１頁（１９８１年）に記載されている、ベンゼン誘導体、トリフェニレン誘導体、トルキセン誘導体、フタロシアニン誘導体や、Ｂ．Ｋｏｈｎｅらの研究報告、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．９６巻、７０頁（１９８４年）に記載されたシクロヘキサン誘導体及びＪ．Ｍ．Ｌｅｈｎらの研究報告、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｕｎ．，１７９４頁（１９８５年）、Ｊ．Ｚｈａｎｇらの研究報告、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１６巻２６５５頁（１９９４年）に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルが挙げられ、一般的にこれらの分子を母核とし、直鎖のアルキル基やアルコキシ基、置換ベンゾイルオキシ基等がその側鎖として放射状に置換された構造であるが、分子自身が負の一軸性を持ちかつ斜め配向膜により基板面に対して斜めに光軸が配向するものであれば、特に制限はない。
【００１８】
また、本発明においては、ディスコティック液晶を配向させた後、紫外線照射によって架橋させ、光学異方性層の耐熱性や機械的な強度を向上させている（架橋後は液晶層はディスコティック液晶が固定された液晶性を持たない層である）。そのため、ディスコティック液晶の側鎖には、架橋し得る官能基（好ましくは重合性二重結合）が付与されていなければならない。このような液晶化合物の例はすでに知られており、例えば特開平８−２７２８４号公報に詳しく記載されている。
【００１９】
本発明に用いられる配向膜を有する透明シートの配向膜は液晶層中の液晶分子を液晶の動作モードに適した配列や傾きに制御する役割をもつ。この配向膜を作成する方法には、酸化珪素（ＳｉＯ）や有機物など蒸着する方法、ＬＢ膜を生成する方法、高分子化合物（配向膜形成材料）の薄膜をラビング処理する方法などがある。一般的に生産性やコスト性などから配向膜形成材料の薄膜をラビング処理する方法が用いられている。
【００２０】
配向膜形成材料の例としては、ポリメチルメタクリレート、アクリル酸／メタクリル酸共重合体、スチレン／マレインイミド共重合体、ポリビニルアルコール、ポリ（Ｎ−メチロールアクリルアミド）、スチレン／ビニルトルエン共重合体、クロロスルホン化ポリエチレン、ニトロセルロース、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリオレフィン、ポリエステル、ポリイミド、酢酸ビニル共重合体、エチレン／酢酸ビニル共重合体、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリカーボネート等のポリマー及びシランカップリング剤等の化合物を挙げることができる。好ましいポリマーの例としては、ポリイミド、ポリスチレン、スチレン誘導体のポリマー、ゼラチン、ポリビニルアルコールあるいはポリビニルアルコール誘導体を挙げることができる。
【００２１】
特にポリビニルアルコールあるいはポリビニルアルコール誘導体は、液晶性ディスコティック化合物を均一に配向させる能力に優れている。ポリビニルアルコール誘導体として、例えばアルキル変性ポリビニルアルコールが挙げられる。アルキル変性ポリビニルアルコールのアルキル基は炭素原子数６〜１４が好ましく、さらに、−Ｓ−、−Ｃ（ＣＨ3 ）（ＣＮ）−、または、−Ｃ（Ｃ2 Ｈ5 ）（ＣＮ）−を介してポリビニルアルコールに結合していることが望ましい。アルキル変性ポリビニルアルコールは、末端基にアルキル基を有するものであり、けん化度８０％以上、重合度２００以上が好ましい。また、上記側鎖にアルキル基を有するポリビニルアルコールは、クラレ（株）製のＭＰ１０３、ＭＰ２０３、Ｒ１１３０のどの市販品を利用することができる。
【００２２】
本発明の光学補償シートの支持体は、透明であれば特に制限はない。可視光の透過率が８０％以上であるものが望ましく、特に正面から見たときに光学的等方性を有するものが望ましい。従って、支持体は固有複屈折率の小さい材料から製造することが望ましい。このような材料として、セルローストリアセテートを使用することができる。また、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスフォン及びポリエーテルスルホンなどの固有複屈折率の大きい材料であっても、溶液流延、溶融押し出し等の条件、さらには縦、横方向に延伸状検討を適宜設定することにより、使用することができる。
【００２３】
【実施例】
（配向膜を有する長尺透明シートの作成）
ゼラチン層（厚さ０．１μｍ）を塗設したセルローストリアセテート（フジタック、富士写真フィルム（株）製、厚さ：１００μｍ、幅：５００ｍｍ）の上に長鎖アルキル変性ポリビニルアルコール（ＭＰ−２０３、クラレ（株）製）５重量％水溶液を塗布し、８０℃の温風にて乾燥させた後、ラビング処理を行って、配向膜を有するシートを形成した。
【００２４】
（実施例１）
（塗布液の作成）
ディスコティック液晶（下記化合物Ａ）３２５ｇ、
化合物Ａ：
【００２５】
【化１】
トリメチルプロパンＥＯ付加トリアセテート（Ｖ３６０、大阪有機化学（株）社）３２ｇ、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ５３１−１、イーストマンケミカル社製）２ｇ、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ５５１−０．２、イーストマンケミカル社製）７ｇ、２，４ジエチルチオキサントン（カマキュアーＤＥＴＸ−Ｓ、日本化薬社製）４ｇ、及び光重合開始剤（イルガキュアー９０７、チバ・ガイギー社製）１１ｇを６２０ｇのメチルエチルケトンに溶解して塗布液を作成した。この塗布液をスライドガラス上に塗布し、加熱しながらその変化を偏光顕微鏡で観察した、その結果、固体−液晶遷移温度は１１５℃、液晶−等方遷移温度は１５０℃であった。
【００２７】
（光学補償シートの作成）
配向膜を有するシートの配向膜上に、上記の塗布液をワイヤーバー（＃３バー）で塗布し、塗布層の表面温度を１２５℃±５℃に維持しながら２分間加熱しディスコテックネマティック相を形成した。次いで、５０℃の雰囲気中に１秒間静置した後、この状態で高圧水銀灯を用いて紫外線照射を行い、厚さ１．８μｍのディスコティック化合物を含む層（光学異方層）を有する光学補償シートを作成した。
【００２８】
（実施例２）
実施例１と同一の条件で、ディスコテックネマティック相を形成し、次いで、９０℃の雰囲気中に２０秒間静置した後、この状態で高圧水銀灯を用いて紫外線照射を行って同じ厚さの光学異方層を有する光学補償シートを作成した。
【００２９】
（比較例１）
実施例１において、メチルエチルケトンの量を５２４ｇにした以外は同一の組成で塗布液を作成し、次いで配向膜を有するシートの配向膜上に、この塗布液をワイヤーバー（＃３バー）で塗布した以外は、実施例１と同一の条件でディスコテックネマティック相を形成した。次いで、塗布層の温度を１２５℃±５℃に維持しながら高圧水銀灯を用いて紫外線照射を行い、厚さ２．０μｍの光学異方層を有する光学補償シートを作成した。
【００３０】
（評価）
実施例及び比較例の光学補償シートをそれぞれ５０ｍ作成し、以下の評価を行った。
１）紫外線照射する際の塗布層の表面温度を測定した。測定は赤外放射温度計（ＩＴ２−５０、キーエンス（株）製）を用いて行った。その結果を表１に示す。
２）上記のようにして得られた光学補償シートについて、ラビング軸を含み異相差板面に垂直な面において、あらゆる方向からレターデーション値をエリプソメーター（ＡＥＰ−１００、島津製作所製）で測定し、さらに、測定部分のディスコチィック化合物を除去した後の支持体の光学特性を同様に測定した。これらの測定値から、負の一軸屈折率楕円体を仮定して、三軸屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを求め、前記の単位厚さ当たりの厚さ方向のレターデーション（Ｒｔｈ／ｄ）を求めた。測定は光学補償シート１ｍ毎に幅方向に５点測定した。その平均値及び標準偏差の結果を表１に併せて示す。
３）シャープ（株）社製ＴＦＴ型液晶カラーテレビ６Ｅ−Ｃ３の偏光板を剥がし、液晶セルを挟むようにして、前記実施例または比較例で得られた光学補償シートを装着した。次いで、その外側に偏光板が互いに直交するように貼り付け、カラー液晶表示装置を作成した。このカラー液晶表示装置について、白表示、黒表示を行い、上下左右でのコンストラスト比が１０：１となる視角を測定した。すなわち、得られたカラー液晶表示装置に矩形波の電圧を印加し正面方向および上／下及び左／右方向へ傾いた方向からのコントラストを、分光計（ＬＣＤ−５０００、大塚電子（株）製）を用いて測定しコンストラストが１０となる上／下及び左／右の視野角を求めた。なお、評価は実施例１及び比較例１についてのみ行った。その結果を表２に示す。また、シャープ（株）社製ＴＦＴ型液晶カラーテレビ６Ｅ−Ｃ３の偏光板を剥がし、光学補償シートを挟まないで偏光板が互いに直交するように貼り付けたカラー液晶表示装置の評価結果も表２に示す。
【００３１】
【表１】
【表２】
表１において、実施例１、２と比較例１とを比較すると、単位当たりの厚み方向のレターデーション（Ｒｔｈ／ｄ）は実施例１、２の方が大きい。よって光学異方層の厚さが実施例１では１．８μｍであるの対して比較例１では２．０μｍと約１０％厚いにも係わらず、光学異方層の厚さ方向のレターデーション（Ｒｔｈ）は、実施例１では８８ｎｍ、比較例１では９０ｎｍとほぼ等しくなり、視野角特性は同様に良好なものとなった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の光学補償シートの製造方法では、塗布層に紫外線を照射してディスコティック液晶化合物を重合硬化してもディスコティック液晶化合物の温度は固体−液晶遷移温度以下に維持できるので、ディスコテックネマティック相の配向秩序度は変化しない。従って、本発明の光学補償シートの製造方法により得られる光学異方層の単位厚さ当たりの厚さ方向のレターデーションは高く、またその変動も小さい。以上より、本発明の光学補償シートの製造方法により得られる光学補償シートはＴＮ−ＬＣＤ全面に亙って視野角を向上し、画像のむらも発生しにくい。また、光学異方層の単位厚さ当たりの厚さ方向のレターデーションが高くなるので、光学異方層の厚さを薄くすることができ、光学補償シートを安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学補償シートの製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 送り出し機
２ 塗布機
３ 加熱領域
４ 冷却領域
５ 紫外線照射装置
６ 巻き取り機
７ 配向膜を有するシート
８ 加熱器
９ 冷却機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical compensation sheet manufacturing method and an optical compensation sheet, and more particularly to an optical compensation sheet manufacturing method useful for improving display contrast and viewing angle characteristics of display colors.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal display device having a great advantage of being thin, light, and low in power consumption with respect to a CRT that is a cathode ray tube type image display device is particularly generally used as a display device for a portable word processor or a personal computer. Many of liquid crystal display elements (hereinafter referred to as LCDs) that are currently popular use twisted nematic liquid crystals. Such a liquid crystal display element generally comprises a liquid crystal cell and polarizing plates provided on both sides thereof. Such display methods using liquid crystals can be broadly classified into two methods, a birefringence mode and an optical rotation mode, depending on the operation mode.
[0003]
A super twisted nematic liquid crystal display device (hereinafter referred to as STN-LCD) using a birefringence mode uses a super twisted nematic liquid crystal having a twist angle exceeding 90 degrees and steep electro-optical characteristics. . For this reason, such an STN-LCD can display a large capacity by time-division driving. However, practical contrast can be obtained with STN-LCD in the yellow mode (yellowish green / dark blue) and the blue mode (blue / light yellow). To obtain the black and white mode, a retardation plate (uniaxially stretched polymer film) And a compensation liquid crystal cell).
In the optical rotation mode which is a display mode of the TN-LCD, high-speed response (several tens of milliseconds) and high contrast can be obtained. Therefore, the optical rotation mode is advantageous in many respects compared to the birefringence mode and other modes. However, since the TN-LCD does not include a retardation plate like the STN-LCD, there is a problem that the display color and the display contrast are likely to change depending on the angle when viewing the liquid crystal display device (viewing angle characteristics). .
[0004]
In order to improve the viewing angle characteristics in the TN-LCD (that is, to increase the viewing angle), a proposal to provide a retardation plate (optical compensation sheet) between a pair of polarizing plates and a liquid crystal cell has been proposed. This is described in Kaihei 4-229828 and JP-A-4-258923. The retardation plate proposed in the above publication does not give any optical action from the front because the retardation in the vertical direction with respect to the liquid crystal cell is almost zero, but the retardation appears when tilted. The phase difference generated in the liquid crystal cell due to the action is compensated.
[0005]
JP-A-6-75115, JP-A-4-169539 and JP-A-4-276076 disclose an optical compensation sheet having negative birefringence and an inclined optical axis. That is, the sheet is produced by stretching a polymer such as polycarbonate or polyester, and has a main refractive index direction inclined from the normal line of the sheet. In order to manufacture the said sheet | seat by an extending | stretching process, since an extremely complicated extending | stretching process is required, it is very difficult to manufacture an optical compensation sheet | seat of a large area by the disclosed method.
[0006]
On the other hand, an optical compensation sheet using a liquid crystalline polymer is also known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-9326 and 3-291601 disclose optical compensation sheets obtained by applying a liquid crystalline polymer to the alignment film surface on a support film. However, a polymer having liquid crystallinity requires aging at a high temperature for a long time in order to be oriented, so that the productivity is extremely low and it is not suitable for mass production. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-215921 discloses an optical compensation sheet (birefringent plate) comprising a support and a polymerizable rod-like compound having liquid crystallinity and positive birefringence. This optical compensation sheet is obtained by applying a solution of a polymerizable rod-shaped compound to a support and heating and curing. However, since the polymer having liquid crystallinity is optically positive uniaxial, the viewing angle can hardly be enlarged.
[0007]
JP-A-6-214116 and JP-A-6-265728 propose an optical compensation sheet comprising a support and a polymerizable liquid crystal compound having negative birefringence. This optical compensation sheet can improve the viewing angle of the TN-LCD. However, since this optical compensation sheet does not necessarily have sufficient heat resistance and mechanical strength, in order to improve these characteristics, JP-A-8-27284 and JP-A-8-43624 disclose negative values. A coating liquid containing a discotic liquid crystal compound having a polymerizable group introduced into the side chain of a polymerizable liquid crystal compound having a refractive index (discotic liquid crystal) is applied to a support, and the coating layer is formed into a disconematic phase of the discotic liquid crystal compound. There has been proposed a method in which a discotic liquid crystal compound is crosslinked (polymerized and cured) by heating to a temperature and then irradiating the coating layer with ultraviolet rays or the like. The optical compensation sheet obtained by this manufacturing method improves the viewing angle of TN-LCD and is excellent in heat resistance and mechanical strength.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
A discotic liquid crystal compound forms a discotic nematic phase when its temperature is equal to or higher than the solid-liquid crystal transition temperature. It is known that the orientation order of the discotic nematic phase changes continuously according to the temperature of the discotic liquid crystal compound, and the higher the temperature of the discotic liquid crystal compound, the lower the orientation order of the discotic nematic phase. .
According to the study of the present inventor, it has been found that when the discotic liquid crystal compound is polymerized and cured by irradiating the coating layer with ultraviolet rays, the temperature of the coating layer increases. As a result of further investigation, the retardation of the optically anisotropic layer obtained by polymerizing and curing the liquid crystal compound (product of the intrinsic birefringence of the liquid crystal compound, the thickness of the optically anisotropic layer and the degree of alignment order) is irradiated with ultraviolet rays. Thus, it has been found that the retardation is likely to be lowered when the polymerization and curing are performed at a certain temperature or more, depending greatly on the temperature of the coating layer when the discotic liquid crystal compound is polymerized and cured.
The reduction in retardation can be dealt with by increasing the thickness of the optically anisotropic layer, whereby the viewing angle characteristics in the TN-LCD can be ensured. However, this case is disadvantageous in terms of cost because the amount of coating liquid applied per unit increases.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a good viewing angle characteristic, particularly in the TN-LCD, uniformly over the entire display screen, that is, while maintaining the alignment order of the optical anisotropic liquid crystal layer, Another object of the present invention is to provide a method for producing an optical compensation sheet, which can produce an optical compensation sheet having excellent properties and mechanical strength at low cost.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a discotic liquid crystal compound having a crosslinkable functional group formed on an alignment film is formed by applying an alkyl-modified polyvinyl alcohol having an alkyl group as a terminal group on a support , performing a rubbing treatment to form an alignment film. After coating the coating liquid containing, the coating layer is heated to the liquid crystal forming temperature, and then the coating layer is cooled below the solid-liquid crystal transition temperature of the discotic liquid crystal compound, and the temperature of the coating layer is changed to the solid-liquid crystal transition The discotic liquid crystal compound is polymerized and cured by irradiating with ultraviolet rays while maintaining the temperature below, whereby the condition of Rth / d as a retardation in the thickness direction per unit thickness is 0.04 <Rth / d. It exists in the manufacturing method of the optical compensation sheet | seat which forms the satisfying optical anisotropic layer.
[0011]
Preferred embodiments of the method for producing an optical compensation sheet of the present invention are as follows.
1) The variation of in-plane retardation of the formed optically anisotropic layer is 2% or less in standard deviation .
2) After heating the coating layer to the liquid crystal forming temperature, the coating layer is cooled at a cooling rate within a range of 1 to 1000 ° C./min to be not higher than the solid-liquid crystal transition temperature.
3) The time from when the coating layer is cooled to the solid-liquid crystal transition temperature or lower and irradiated with ultraviolet rays to polymerize and cure the discotic liquid crystal compound is within the range of 0.1 to 1200 seconds.
4) The support is a transparent sheet having an alignment film, and the coating liquid is applied to the alignment film surface.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method for producing an optical compensation sheet of the present invention, when the discotic liquid crystal compound is polymerized and cured by irradiating the coating layer with ultraviolet rays, the temperature of the coating layer is maintained below the solid-liquid crystal transition temperature. The degree of orientation order does not change. Therefore, the retardation of the optically anisotropic layer obtained by the method for producing an optical compensation sheet of the present invention is obtained by irradiating the coating layer with ultraviolet rays while maintaining the temperature of the coating layer above the solid-liquid crystal transition temperature. This is higher than the retardation of the optically anisotropic layer obtained by polymerizing and curing the liquid crystal compound.
The retardation (Rth) in the thickness direction, which is particularly important in the optically anisotropic layer of the optical compensation sheet that imparts viewing angle characteristics in TN-LCD, is expressed by the following equation.
Rth = {(nx + ny) / 2−nz} × d
(Nx and ny represent the main refractive index in the plane of the support, nz represents the main refractive index in the thickness direction, d represents the thickness of the optically anisotropic layer, and the unit of the above formula is nm)
The optical anisotropic layer obtained by the method for producing an optical compensation sheet of the present invention has a retardation (Rth / d) in the thickness direction per unit thickness that satisfies the following conditions.
0.04 <Rth / d
Furthermore, in the optical anisotropic layer obtained by the method for producing an optical compensation sheet of the present invention, the variation in retardation in the plane is 2% or less in standard deviation.
[0013]
A method for producing the optical compensation sheet of the present invention is shown in FIG. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.
The coating liquid containing the discotic liquid crystal compound extruded from the coating machine 2 is applied to the alignment film surface of the
[0014]
By the heat treatment, the discotic liquid crystal compound forms a discotech nematic phase. The liquid crystal (discotechnematic phase) formation temperature may be any temperature that can form a monodomain discotechnematic phase, and is preferably near the solid-liquid crystal transition temperature. The temperature variation in the
[0015]
The temperature variation in the cooling region 4 is preferably within a range of ± 10 ° C., and more preferably within a range of ± 5 ° C. Moreover, the temperature of a cooling area | region should just be below solid-liquid crystal transition temperature, and it is preferable to exist in the range of 25-50 degreeC. Moreover, it is preferable to perform the cooling rate of a coating layer within the range of 1-1000 degreeC / min, More preferably, it is 50-150 degreeC / min. If the cooling rate is too slow, a columnar phase appears.
[0016]
The ultraviolet irradiation lamp used for the ultraviolet irradiation apparatus 5 is not particularly limited, and a mercury lamp, xenon, metal halide, or the like can be used. Moreover, although the optimal irradiation amount changes with the kind of compound, the temperature of a coating layer, etc., the ultraviolet irradiation amount has the preferable range of 100-2000 mj / m < 2 >, More preferably, it is the range of 500-2000 mj / m < 2 >. Moreover, it is preferable to perform within the range of 0.1-1200 second until a coating layer is cooled below to solid-liquid crystal transition temperature, and an ultraviolet-ray is irradiated to a coating layer. If the time until polymerization and curing is too long, a columnar phase appears, and if it is too short, the uniformity of the coating layer is low, and the variation in the in-plane retardation of the obtained optical anisotropic layer becomes large.
[0017]
Typical examples of the discotic liquid crystal compound used in the present invention include C.I. Destrade et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 71, 111 (1981), benzene derivatives, triphenylene derivatives, truxene derivatives, phthalocyanine derivatives, B.I. Kohne et al., Angew. Chem. 96, 70 (1984) and the cyclohexane derivatives described in J. Am. M.M. Lehn et al. Am. Chem. Soc. Chem. Comun. , 1794 (1985), J. Am. Zhang et al., J. Am. Chem. Soc. 116, 2655 (1994), such as azacrown and phenylacetylene macrocycles. Generally, these molecules are used as mother nuclei, and linear alkyl groups, alkoxy groups, and substituted benzoyloxy groups. Is a structure in which the molecular chain itself has negative uniaxiality and the optical axis is oriented obliquely with respect to the substrate surface by the obliquely oriented film. Absent.
[0018]
In the present invention, the discotic liquid crystal is oriented and then crosslinked by ultraviolet irradiation to improve the heat resistance and mechanical strength of the optically anisotropic layer (the liquid crystal layer after the crosslinking is a discotic liquid crystal). Is a fixed liquid crystal-free layer). Therefore, a functional group (preferably a polymerizable double bond) that can be cross-linked must be imparted to the side chain of the discotic liquid crystal. Examples of such liquid crystal compounds are already known and are described in detail, for example, in JP-A-8-27284.
[0019]
The alignment film of the transparent sheet having the alignment film used in the present invention has a role of controlling the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer so as to have an alignment and inclination suitable for the operation mode of the liquid crystal. As a method for forming this alignment film, there are a method of vapor-depositing silicon oxide (SiO) or an organic material, a method of generating an LB film, a method of rubbing a thin film of a polymer compound (alignment film forming material), and the like. Generally, a method of rubbing a thin film of an alignment film forming material is used from the viewpoint of productivity and cost.
[0020]
Examples of alignment film forming materials include polymethyl methacrylate, acrylic acid / methacrylic acid copolymer, styrene / maleimide copolymer, polyvinyl alcohol, poly (N-methylolacrylamide), styrene / vinyltoluene copolymer, chloro Polymers such as sulfonated polyethylene, nitrocellulose, polyvinyl chloride, chlorinated polyolefin, polyester, polyimide, vinyl acetate copolymer, ethylene / vinyl acetate copolymer, carboxymethyl cellulose, polyethylene, polypropylene and polycarbonate, and silane coupling agents, etc. Can be mentioned. Examples of preferred polymers include polyimide, polystyrene, styrene derivative polymers, gelatin, polyvinyl alcohol or polyvinyl alcohol derivatives.
[0021]
In particular, polyvinyl alcohol or a polyvinyl alcohol derivative is excellent in the ability to uniformly align a liquid crystal discotic compound. Examples of the polyvinyl alcohol derivative include alkyl-modified polyvinyl alcohol. The alkyl group of the alkyl-modified polyvinyl alcohol preferably has 6 to 14 carbon atoms, and further via —S—, —C (CH 3 ) (CN) —, or —C (C 2 H 5 ) (CN) —. It is desirable that it is bonded to polyvinyl alcohol. The alkyl-modified polyvinyl alcohol has an alkyl group at the terminal group, and preferably has a saponification degree of 80% or more and a polymerization degree of 200 or more. As the polyvinyl alcohol having an alkyl group in the side chain, any commercially available products such as MP103, MP203, and R1130 manufactured by Kuraray Co., Ltd. can be used.
[0022]
The support for the optical compensation sheet of the present invention is not particularly limited as long as it is transparent. Those having a visible light transmittance of 80% or more are desirable, and those having optical isotropy when viewed from the front are particularly desirable. Therefore, it is desirable to produce the support from a material having a low intrinsic birefringence. As such a material, cellulose triacetate can be used. In addition, even for materials with large intrinsic birefringence such as polycarbonate, polyarylate, polysphon, and polyethersulfone, conditions such as solution casting and melt extrusion, and further examination of stretching in the vertical and horizontal directions are set as appropriate. By doing so, it can be used.
[0023]
【Example】
(Creation of a long transparent sheet having an alignment film)
Long-chain alkyl-modified polyvinyl alcohol (MP-203, Kuraray) on cellulose triacetate (Fujitack, manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd., thickness: 100 μm, width: 500 mm) coated with a gelatin layer (thickness: 0.1 μm) A 5% by weight aqueous solution was applied and dried with hot air at 80 ° C., and then rubbed to form a sheet having an alignment film.
[0024]
(Example 1)
(Creation of coating solution)
325 g of discotic liquid crystal (compound A below),
Compound A:
[0025]
[Chemical 1]
Trimethylpropane EO-added triacetate (V360, Osaka Organic Chemical Co., Ltd.) 32 g, cellulose acetate butyrate (CAB531-1, manufactured by Eastman Chemical Company) 2 g, cellulose acetate butyrate (CAB551-0.2, Eastman Chemical Company) 7 g, 4 g of 2,4 diethylthioxanthone (CamaCure DETX-S, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and 11 g of a photopolymerization initiator (Irgacure 907, manufactured by Ciba Geigy Co., Ltd.) are dissolved in 620 g of methyl ethyl ketone. It was created. This coating solution was applied onto a slide glass, and the change was observed with a polarizing microscope while heating. As a result, the solid-liquid crystal transition temperature was 115 ° C., and the liquid crystal-isotropic transition temperature was 150 ° C.
[0027]
(Creation of optical compensation sheet)
On the alignment film of the sheet having the alignment film, the above coating solution is applied with a wire bar (# 3 bar), and heated for 2 minutes while maintaining the surface temperature of the coating layer at 125 ° C. ± 5 ° C., the discotech nematic phase Formed. Next, after standing in an atmosphere of 50 ° C. for 1 second, in this state, ultraviolet irradiation is performed using a high-pressure mercury lamp, and optical compensation has a layer (optical anisotropic layer) containing a discotic compound having a thickness of 1.8 μm. Created a sheet.
[0028]
(Example 2)
A disco-tech nematic phase was formed under the same conditions as in Example 1, and then allowed to stand in an atmosphere of 90 ° C. for 20 seconds. In this state, ultraviolet irradiation was performed using a high-pressure mercury lamp, and an optical film having the same thickness was used. An optical compensation sheet having an anisotropic layer was prepared.
[0029]
(Comparative Example 1)
In Example 1, a coating solution was prepared with the same composition except that the amount of methyl ethyl ketone was changed to 524 g, and this coating solution was then applied on the alignment film of the sheet having the alignment film with a wire bar (# 3 bar). Except for the above, a discotech nematic phase was formed under the same conditions as in Example 1. Subsequently, ultraviolet rays were irradiated using a high-pressure mercury lamp while maintaining the temperature of the coating layer at 125 ° C. ± 5 ° C., and an optical compensation sheet having an optical anisotropic layer having a thickness of 2.0 μm was prepared.
[0030]
(Evaluation)
The optical compensation sheets of Examples and Comparative Examples were each made 50 m and evaluated as follows.
1) The surface temperature of the coating layer during ultraviolet irradiation was measured. The measurement was performed using an infrared radiation thermometer (IT2-50, manufactured by Keyence Corporation). The results are shown in Table 1.
2) With respect to the optical compensation sheet obtained as described above, the retardation value is measured with an ellipsometer (AEP-100, manufactured by Shimadzu Corp.) from any direction on the plane that includes the rubbing axis and is perpendicular to the phase difference plate surface. Furthermore, the optical characteristics of the support after removing the discotic compound in the measurement part were measured in the same manner. From these measured values, assuming a negative uniaxial refractive index ellipsoid, triaxial refractive indexes nx, ny and nz are obtained, and the retardation in the thickness direction per unit thickness (Rth / d) is obtained. It was. The measurement was performed at five points in the width direction for each 1 m of the optical compensation sheet. The results of the average value and standard deviation are also shown in Table 1.
3) The polarizing plate of TFT type liquid crystal color television 6E-C3 manufactured by Sharp Corporation was peeled off, and the optical compensation sheet obtained in the example or comparative example was mounted so as to sandwich the liquid crystal cell. Next, a polarizing plate was stuck on the outside so as to be orthogonal to each other, and a color liquid crystal display device was produced. With respect to this color liquid crystal display device, white display and black display were performed, and the viewing angle at which the contrast ratio in the vertical and horizontal directions was 10: 1 was measured. That is, by applying a rectangular wave voltage to the obtained color liquid crystal display device, the contrast from the front direction and the direction tilted upward / downward and left / right direction is measured with a spectrometer (LCD-5000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). ) To determine the upper / lower and left / right viewing angles at which the contrast is 10. Evaluation was performed only for Example 1 and Comparative Example 1. The results are shown in Table 2. Table 2 also shows the evaluation results of the color liquid crystal display device in which the polarizing plate of the TFT type liquid crystal color television 6E-C3 manufactured by Sharp Corporation is peeled off and attached so that the polarizing plates are orthogonal to each other without sandwiching the optical compensation sheet. Shown in
[0031]
[Table 1]
[Table 2]
In Table 1, when Examples 1 and 2 are compared with Comparative Example 1, the retardation in the thickness direction per unit (Rth / d) is larger in Examples 1 and 2. Therefore, although the thickness of the optical anisotropic layer is 1.8 μm in Example 1 and 2.0 μm in Comparative Example 1, which is about 10% thick, the retardation in the thickness direction of the optical anisotropic layer ( Rth) was almost equal to 88 nm in Example 1 and 90 nm in Comparative Example 1, and the viewing angle characteristics were similarly good.
[0034]
【The invention's effect】
In the method for producing an optical compensation sheet of the present invention, even when the discotic liquid crystal compound is polymerized and cured by irradiating the coating layer with ultraviolet rays, the temperature of the discotic liquid crystal compound can be maintained below the solid-liquid crystal transition temperature. The degree of orientational order of the phase does not change. Therefore, the retardation in the thickness direction per unit thickness of the optical anisotropic layer obtained by the method for producing an optical compensation sheet of the present invention is high, and the variation thereof is also small. As described above, the optical compensation sheet obtained by the method for producing an optical compensation sheet of the present invention improves the viewing angle over the entire surface of the TN-LCD and hardly causes image unevenness. Moreover, since the retardation in the thickness direction per unit thickness of the optical anisotropic layer is increased, the thickness of the optical anisotropic layer can be reduced, and the optical compensation sheet can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a manufacturing process of an optical compensation sheet of the present invention.
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