JP5297360B2 - Va型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
ところで、正面CRは、白表示時及び黒表示時の2つの透過率(白輝度及び黒輝度)によって決定されるので、透過率を上昇するだけでは達成できない。白表示時の透過率を上昇できても、同時に黒表示時の透過率も上昇してしまうのでは、高CR化を達成することはできない。白表示時の透過率を改善可能な構造を採用して正面CRを高めるためには、その構造を採用することによる黒透過率の上昇を抑制することが重要である。
即ち、本発明は、従来知られていなかった、位相差フィルムを有するVA型液晶表示装置において、COA構造を採用することの問題点を解決することを課題とする。具体的には、本発明は、正面コントラストが改善された、COA構造のVA型液晶表示装置を提供することを課題とする。
[1] フロント側偏光子、リア側偏光子、フロント側偏光子とリア側偏光子との間に配置される液晶層、該液晶層とリア側偏光子との間に配置されるカラーフィルタ層、及び前記リア側偏光子と前記カラーフィルタ層との間に配置される1層又は2層以上の位相差層からなるリア側位相差領域を有し、
前記カラーフィルタ層の波長550nmの厚み方向レターデーション、RthCF(550)と前記リア側位相差領域全体の波長550nmの厚み方向レターデーションRthリア(550)との合計が、下記式(I)
(I): |RthCF(550)+Rthリア(550)|≦90nm
を満足することを特徴とするVA型液晶表示装置:
[2] 前記液晶層が、前記カラーフィルタ層を備えた画素を区画するブラックマトリクスを有するアレイ基板と、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板とに挟持されていることを特徴とする[1]のVA型液晶表示装置。
[3] 前記リア側位相差領域が、下記式(II)
(II): |Re(550)|≦20nm
を満足することを特徴とする[1]又は[2]のVA型液晶表示装置:
但し、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション(nm)を意味する。
[4] 前記フロント側偏光子と前記液晶層との間に配置される1層又は2層以上の位相差層が全体して(以下、フロント側偏光子と液晶層との間に配置される1層又は2層以上の位相差層の全体を「フロント側位相差領域」という)、下記式(III)及び(IV)
(III): 30nm≦Re(550)≦90nm
(IV): 150nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[5] 前記リア側位相差領域が、下記式(Ia)
(Ia): |Rth(550)|≦20nm
を満足することを特徴とする[1]〜[4]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[6] 前記フロント側位相差領域が、下記式(IIIa)及び(IVa)
(IIIa):30nm≦Re(550)≦90nm
(IVa):180nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することを特徴とする[5]のVA型液晶表示装置。
[7] 前記リア側位相差領域が、下記式(Ib)
(Ib): 20nm<|Rth(550)|≦90nm
を満足することを特徴とする[1]〜[4]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[8] 前記フロント側位相差領域が、下記式(IIIb)及び(IVb)
(IIIb):30nm≦Re(550)≦90nm
(IVb):150nm≦Rth(550)≦270nm
を満足することを特徴とする[7]のVA型液晶表示装置。
[9] 前記リア側位相差領域が、下記2式:
|Rth(450)|/|Rth(550)|≦1、及び
1≦|Rth(630)|/|Rth(550)|
を満足することを特徴とする[1]〜[8]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[10] 前記液晶セル内に配置されたカラーフィルタ層を有し、該カラーフィルタ層のRthが、下記2式:
|Rth(450)|/|Rth(550)|≦1、及び
1≦|Rth(630)|/|Rth(550)|
を満足することを特徴とする[1]〜[9]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[12] 前記リア側位相差領域が、アクリル系ポリマーフィルムからなる又はアクリル系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする[1]〜[11]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[13] 前記リア側位相差領域が、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーを含有するアクリル系ポリマーフィルムからなる又は当該アクリル系ポリマーフィルムを含有する[12]のVA型液晶表示装置。
[14] 前記リア側位相差領域が、環状オレフィン系ポリマーフィルムからなる又は環状オレフィン系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする[1]〜[13]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[15] 前記フロント側位相差領域が、1枚の二軸性の高分子フィルムからなる又は1枚の二軸性高分子フィルムを含むことを特徴とする[1]〜[14]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[16] 前記フロント側位相差領域が、1枚の一軸性の高分子フィルムを含むことを特徴とする[1]〜[15]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[17] 前記1枚の二軸性の高分子フィルム又は1枚の一軸性の高分子フィルムが、セルロースアシレート系フィルムである[15]又は[16]のVA型液晶表示装置。
[18] 前記1枚の二軸性の高分子フィルム又は1枚の一軸性の高分子フィルムが、環状オレフィン系ポリマーフィルムである[15]又は[16]のVA型液晶表示装置。
まず、本明細書で用いられる用語について、説明する。
(レターデーション、Re及びRth)
本明細書において、Re(λ)及びRth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション(nm)及び厚さ方向のレターデーション(nm)を表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。なお、KOBRAの標準波長は550nmである。
測定されるフィルム等のサンプルが1軸又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRが算出する。
尚、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の式(X)及び式(XI)よりRthを算出することもできる。
上記のRe(θ)は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値をあらわす。また、式中、nxは面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、nzはnx及びnyに直交する方向の屈折率を表す。dは膜厚を表す。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して−50度から+50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記の測定において、平均屈折率の仮定値は ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:
セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。
これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADH又はWRはnx、ny、nzを算出する。この算出されたnx,ny,nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)が更に算出される。
また、本明細書において、位相差領域、位相差フィルム、及び液晶層等の各部材の光学特性を示す数値、数値範囲、及び定性的な表現(例えば、「同等」、「等しい」等の表現)については、液晶表示装置やそれに用いられる部材について一般的に許容される誤差を含む数値、数値範囲及び性質を示していると解釈されるものとする。
また、本明細書では、「フロント側」とは表示面側を意味し、「リア側」とはバックライト側を意味する。Re及びRthに下付きで付記されている「フロント」、「リア」及び「CF」の用語はそれぞれ、フロント側位相差領域、リア側位相差領域、及びカラーフィルタのRe及びRthであることを意味する。
また、本明細書で「正面」とは、表示面に対する法線方向を意味し、「正面コントラスト(CR)」は、表示面の法線方向において測定される白輝度及び黒輝度から算出されるコントラストをいい、「視野角コントラスト(CR)」は、表示面の法線方向から傾斜した斜め方向(例えば、表示面に対して、方位角方向45度、極角方向60度で定義される方向)において測定される白輝度及び黒輝度から算出されるコントラストをいうものとする。
図1に示す本発明のVA側液晶表示装置は、フロント側偏光子26、リア側偏光子24、フロント側偏光子26とリア側偏光子24との間に配置される液晶層10、液晶層10とリア側偏光子24との間に配置されるカラーフィルタ層12、リア側偏光子24とカラーフィルタ層12との間に配置されるリア側位相差領域20、及びフロント側偏光子26と液晶層10との間に配置されるフロント側位相差領域22を有する。図1に示すVA型液晶表示装置が有する液晶セルLCは、液晶層10が、フロント側基板18とリア側基板16とによって挟持され、アレイ部材14及びカラーフィルタ層12が同一の基板、リア側基板16、上に配置されている、COA構造の液晶セルである。また液晶セルLCは、ブラックマトリックス(図示せず)を有していてもよく、その位置はリア側基板16上であっても、フロント側基板18上であってもよい。
一般的には、VA型液晶表示装置では、黒表示時には液晶層(10又は50)は垂直配向状態になるので、リア側偏光子(24又は64)を通過し、法線方向に進む直線偏光は、その後、液晶層(10又は50)を通過してもその偏光状態は変化せず、原則として全てフロント側偏光子(26又は66)の吸収軸で吸収される。即ち、原則として、黒表示時には法線方向には光漏れはないといえる。しかし、VA型液晶表示装置の黒表示時の正面透過率はゼロではない。この理由の1つは、液晶層(10又は50)中の液晶分子が揺らいでいるためであり、液晶層に入射した光がある程度その揺らぎによって散乱するためであることが知られている。液晶層(10又は50)に入射した光が、完全に、フロント側偏光子(26又は66)の吸収軸で吸収される直線偏光成分しか含んでいないほど、その影響が大きくなり、正面の光漏れが多くなる傾向がある。即ち、リア側に配置される位相差領域(20又は60)の位相差が大きく、高い楕円偏光率の楕円偏光に変換されているほど、この揺らぎによる正面の光漏れを軽減できる。
アレイ部材やカラーフィルタ層では、より小さい楕円偏光率の楕円偏光が入射すれば、それだけ当該部材を通過することによって生じる光学現象が正面方向の光漏れに与える影響は軽減される。
そのため、アレイ部材での光学現象による光漏れを少なくするためには、より小さい楕円偏光率の楕円偏光が入射すればよく、COA構造の場合、カラーフィルタ層での光学現象による光漏れも同時に少なくできる。
光が液晶層に入射する前に通過する部材では、入射光の楕円偏光率は、その前に通過するリア側位相差領域(20又は60)の位相差によって決まる。また、カラーフィルタ層の中には、カラーフィルタ層を形成する過程で生じる顔料及び/又はバインダーの分子配向もしくは分子パッキングによって、位相差が発現しているものもあり、図1に示す態様であって、カラーフィルタ層(12)がRthを示す場合には、リア側位相差領域(20又は60)の位相差及びカラーフィルタ層(12)の位相差によって決まる。一方で、液晶層に入射した後に通過する部材では、リア側位相差領域(20又は60)の位相差に加えて、液晶層の位相差も影響する。ここで、VA用液晶表示装置の場合、白表示と黒表示のスイッチを考慮すると、通常、液晶層のΔnd(550)(dは液晶層の厚さ(nm)、Δn(λ)は液晶層の波長λにおける屈折率異方性であり、Δnd(λ)はΔn(λ)とdの積のことである。)は280〜350nm程度に設定される。非COA構造の場合、アレイ部材の光漏れが少なくなるようにリア側位相差領域の位相差を設定しても、液晶を通過すると楕円率は逆に大きくなる結果、カラーフィルタ層などの部材を通過することによって生じる光学現象による光漏れが増加する。リア側位相差領域(20又は60)の位相差の高低、各部材を通過することによる正面方向光漏れに与える影響の傾向、及びその影響の強弱をまとめると、以下の表に示す通りになる。
なお、リア側の位相差領域のレターデーションが、正面CRに与える影響は、低い正面CRの液晶表示装置ではほとんど無視できる程度である。しかし、近年提供されている、高い正面CR(例えば、正面CRが1500以上)の液晶表示装置について、さらなる正面CRの改善を図るためには、この影響を無視することはできない。本発明は、正面CRが1500以上の液晶表示装置について、正面CRをさらに改善するのに特に有用である。
さらに、本発明者が検討したところ、COA構造の液晶セルでは、非COA構造の液晶セルに比べて、黒表示時の正面色味付きを軽減できることがわかった。この理由は、非COA構造の液晶セルでは、液晶層のレターデーションが大きく影響する、フロント側基板上の部材での散乱を考える必要があるためである。非COA構造の液晶セルへの入射光は、フロント側基板上の部材で散乱される前に液晶層を通過する。液晶層のレターデーション、すなわちΔnd(λ)は、(波長が長波長になる程小さくなるという)順分散性を示すため、液晶層を通過すると、短波長領域の光の楕円偏光性が大きくなる結果、青領域の光がより漏れやすくなる。なお、画素毎に液晶層の厚みを変えること(マルチギャップ)で、液晶層のΔnd(λ)の波長分散性を変えることができるが、Δnd(λ)/λの値が、波長が長波長になる程小さくなる場合は、上記のように青領域の光が漏れやすくなる。従って、フロント側基板上の部材での散乱の影響が小さいCOA構造の液晶セルは、非COA構造の液晶セルに比べて、黒表示時の正面色味付を軽減できる。
COA構造の液晶セルのリア側位相差領域及びカラーフィルタ層の全体のRthを小さくし、且つ逆波長分散性とすることで、正面CRを改善できるとともに、黒表示時の正面色味付きも軽減することができる。
また、後述するフロント側位相差領域によって、一対の偏光板の偏光軸が直交配置からずれるのを補償する、フロント側位相差領域による視野角CRの改善効果とは区別されるものである。
本発明の視野角CR改善効果も、正面CR改善効果と同様、液晶セル内に入射した偏光が内部の各部材で散乱された後も、その偏光状態をほぼ維持すると仮定すると、ポアンカレ球上の偏光の軌跡によっても説明することができる。一方で、上記した通り、従来は、偏光が散乱すると、その偏光状態を維持するとは考えられていなかったので、液晶セル内の散乱による正面CRの低下を解決している本発明の効果が、ポアンカレ球上の偏光の軌跡によって説明できることは、予期せぬことであった。
(I): |RthCF(550)+Rthリア(550)|≦90nm
を満足することにより、驚くべきことに、上記問題点を解決し得ることがわかった。光がCOA構造の液晶セルLCに入射する前に通過する位相差領域全体の位相差、及びリア側基板に配置されているカラーフィルタ層の位相差の合計が、上記式(I)を満足する限り、斜め方向から入射した光が、その後、液晶セル中のアレイ部材14及びカラーフィルタ層12で散乱もしくは回折等されて、法線方向に進む光となっても、並びに液晶層中の液晶分子の揺らぎの影響を受けても、黒表示時の正面方向の光漏れを過度に上昇させることなく、非COA構造の液晶セルを採用したVA型液晶表示装置と比較して、正面CRを格段に改善することができる。本発明の効果は、COA構造を採用して開口率を拡大することのみによっては得られない効果であり、COA構造を採用するとともに、上記式(I)を満足することによってはじめて得られる効果である。
なお、前述のように、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、アレイ部材での光学現象による、黒表示時の光漏れの入射偏光状態依存性は、すべて同じ傾向を示すが、ブラックマトリックスの寄与は相対的に小さいため、COA構造の液晶表示装置におけるブラックマトリックスの位置は、液晶セル内のいずれでもよいが、高い正面CRを得るためには、リア側偏光子と液晶層の間に位置することが好ましい。
また、より高い正面CRを得るためには、図1中のリア側位相差領域20として配置されるフィルムのヘイズは、0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.2以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、フィルムのヘイズの測定方法は以下の通りである。フィルム試料40mm×80mmを準備し、25℃,60%RHの環境下、ヘイズメーター(NDH−2000、日本電色工業(株)製)により、JIS K−6714に従って測定する。
(III): 30nm≦Re(550)≦90nm
(IV): 150nm≦Rth(550)≦300nm
を満足するのが好ましい。上記特性を満足するために、フロント側位相差領域22は、例えば、1枚もしくは2枚以上の二軸性の高分子フィルムからなっていてもよいし、1枚もしくは2枚以上の二軸性の高分子フィルムを含んでいてもよい。さらに、フロント側位相差領域22は、1枚もしくは2枚以上の一軸性の高分子フィルムを含んでいてもよい。
(II): |Re(550)|≦20nm
を満足する。Reが高い位相差フィルムをリア側に配置しても、Rthが前記式(I)を満足する限り、本発明の効果を得ることができる。一方、Reがある程度ある位相差フィルムをリア側に配置する場合は、リア側偏光子の吸収軸との関係等、他の部材の光学的軸との関係で軸合わせを厳密に行う必要が生じるであろう。前記リア側位相差領域が全体として、Reが低く、前記式(II)を満足していると、リア側位相差領域として利用する1枚又は2枚以上の位相差フィルムを液晶表示装置に組み込む際、軸合わせ等が容易となるので好ましい。
(Ia): |Rth(550)|≦20nm
を満足するVA型液晶表示装置である。上記した通り、COA構造を採用することで、サークルムラをある程度軽減することができる。本発明者が検討した結果、サークルムラは、リア側位相差領域の光学特性にも影響され、リア側位相差領域のRthが小さいほど軽減できることがわかった。リア側位相差領域が前記式(Ia)を満足している本態様では、上記本発明の効果に加えて、サークルムラをより軽減できるという効果も得られる。
また、サークルムラの観点からは、リア側位相差領域(図1中の20)に配置される位相差フィルムの厚みは、薄いほうが好ましくは、具体的には、その厚みは2〜100μm程度が好ましく、2〜60μm程度がより好ましく、2〜40μm程度がさらに好ましい。
(IIIa):30nm≦Re(550)≦90nm
(IVa):180nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することが好ましく、VA型液晶セルのΔnd(550)が280〜350nm程度の場合は、下記式(IIIa-1)及び(IVa-1)
(IIIa-1):50nm≦Re(550)≦75nm
(IVa-1):200nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することがより好ましく、下記式(IIIa-2)及び(Iva-2)
(IIIa-2):50nm≦Re(550)≦75nm
(Iva-2):220nm≦Rth(550)≦270nm
を満足することがさらに好ましい。
この観点から、リア側位相差領域が前記式(Ia)を満足する本態様において、視野角CRをも改善するためには、フロント側位相差領域は、下記式(IIIa)及び(IVa)
(IIIa):30nm≦Re(550)≦90nm
(IVa):180nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することが好ましく、Δnd(550)が280nm以下のVA型液晶セルの場合は、下記式(IIIa-3)及び(Iva-3)
(IIIa-3):50nm≦Re(550)≦80nm
(Iva-3):180nm≦Rth(550)≦280nm
を満足することがより好ましく、下記式(IIIa-4)及び(Iva-4)
(IIIa-4):50nm≦Re(550)≦80nm
(Iva-4):180nm≦Rth(550)≦230nm
を満足することがさらに好ましい。
(Ib): 20nm<|Rth(550)|≦90nm
を満足するVA型液晶表示装置である。
前記リア側位相差領域が、式(Ib)を満足する本態様では、視野角CRを改善するために必要な位相差がある程度、前記リア側位相差領域によって分担されているので、フロント側位相差領域に、過度に高い位相差を示す位相差フィルムを利用することなく、視野角CRの改善を達成できる。前記リア側位相差領域が、式(Ib)を満足する本態様では、前記本発明の効果が得られるとともに、良好な製造適性で視野角CRの改善をも達成できるという利点がある。
(IIIb):30nm≦Re(550)≦90nm
(IVb):150nm≦Rth(550)≦270nm
を満足することが好ましく、VA型液晶セルのΔnd(550)が280〜350nm程度の場合は、下記式(IIIb-1)及び(IVb-1)
(IIIb-1):50nm≦Re(550)≦80nm
(IVb-1):170nm≦Rth(550)≦270nm
を満足することがより好ましく、下記式(IIIb-2)及び(IVb-2)
(IIIb-2):50nm≦Re(550)≦80nm
(IVb-2):170nm≦Rth(550)≦230nm
を満足することがさらに好ましい。
また、VA型液晶セルのΔnd(550)が280nm以下の場合は、下記式(IIIb-3)及び(IVb-3)
(IIIb-3):60nm≦Re(550)≦90nm
(IVb-3):150nm≦Rth(550)≦250nm
を満足することがより好ましく、下記式(IIIb-4)及び(IVb-4)
(IIIb-4):60nm≦Re(550)≦90nm
(IVb-4):150nm≦Rth(550)≦230nm
を満足することがさらに好ましい。
なお、COA構造については、上記特許文献1及び2の他、特開2007−240544号公報、特開2004−163979号公報等にも記載があり、本発明においては、いずれの構成も採用することができる。
|RthCF(450)|/|RthCF(550)|≦1、及び
1≦|RthCF(630)|/|RthCF(550)|
即ち、可視光域において、RthCFが逆波長分散性を示すか、波長によらず一定であるのが好ましい。より好ましくは逆波長分散性である。
なお、カラーフィルタ層のRthCFは、各画素毎に調整可能である。液晶表示装置が複数のカラーフィルタ層を有する場合については、カラーフィルタ層すべての中で、波長450nmの透過率が最も高いカラーフィルタ層のRthCFがRthCF(450)、波長550nmの透過率が最も高いカラーフィルタ層のRthCFがRthCF(550)、波長630nmの透過率が最も高いカラーフィルタ層のRthCFがRthCF(630)である。
カラーフィルタ層のRthの波長分散性は、原料を選択することによって、製造条件を調整することによって、及び/又は波長分散調整剤を積極的に添加することによって調整可能である。
大きな位相差のフィルムは、高倍率で延伸する工程が必要であるため、フィルムに多くの添加剤を加えなくとも製造可能な安価フィルムいわゆるプレーンTAC(Reが0〜10nm、Rthが30〜80nmであるトリアセチルセルロースフィルムを意味する)等や、小さな位相差のフィルムに比べて広幅化が困難である。通常の液晶表示装置には、横長の液晶セルが使用され、フロント側偏光子の吸収軸は水平方向(左右方向)に、リア側偏光子の吸収軸は鉛直方向(上下方向)に配置されるのが一般的である。さらに、工業的生産では、偏光子と位相差フィルムとをロール トゥ ロールで貼合するが一般的である。この製法で作製した偏光板を液晶セルに貼合することを考えると、フロント側に大きな位相差のフィルムを配置した方が、偏光板の幅方向を高い効率で使用することができ、即ち、得率が高くなる。本発明のように、リア側に位相差の小さな位相差のフィルムを配置する場合は、かかるフィルムは、広幅フィルムとしての作製が容易であり、広幅偏光子と組み合わせることで、さらに得率を高くできる。その結果、廃棄する偏光板の量を少なくすることができる。
1.リア側位相差領域及びフロント側位相差領域
本発明では、リア側偏光子とVA型液晶セル内のカラーフィルタ層との間に配置される1層又は2層以上の位相差層の全体を、「リア側位相差領域」という。リア側位相差領域のRthリアは、カラーフィルタ層のRthCFとともに、上記式(I)を満足する。上記式(II)をさらに満足するのが好ましい。
一態様では、前記リア側位相差領域は、上記式(Ia)を満足し、当該態様では、より好ましくは、
0nm≦Re(550)≦20nm、且つ|Rth(550)|≦20nm
を満足し、さらに好ましくは、
0nm≦Re(550)≦10nm、且つ|Rth(550)|≦10nm
を満足し、よりさらに好ましくは、下記式:
0nm≦Re(550)≦5nm、且つ|Rth(550)|≦5nm
を満足する。
他の態様では、前記リア側位相差領域は、上記式(Ib)を満足し、当該態様では、より好ましくは、
0nm≦Re(550)≦20nm、且つ20nm<|Rth(550)|≦90nmを満足し、さらに好ましくは、
0nm≦Re(550)≦10nm、且つ30nm≦|Rth(550)|≦90nmを満足し、よりさらに好ましくは、下記式:
0nm≦Re(550)≦10nm、且つ40nm≦|Rth(550)|≦80nmを満足する。
具体的には、フロント側位相差領域が、上記式(III)及び(IV)を満足するのが好ましく、前記リア側位相差領域が、上記式(Ia)を満足する態様では、フロント側位相差領域が、前記式(IIIa)及び(IVa)を満足するのが好ましく、VA型液晶セルのΔnd(550)が280〜350nm程度の場合は、前記式(IIIa-1)及び(Iva-2)を満足するのがより好ましく、前記式(IIIa-2)及び(Iva-2)を満足するのがさらに好ましい。VA型液晶セルのΔnd(550)が280nm以下の場合は、前記式(IIIa-3)及び(Iva-3)を満足するのがより好ましく、前記式(IIIa-4)及び(Iva-4)を満足するのがさらに好ましい。また、前記リア側位相差領域が、上記式(Ib)を満足する態様では、フロント側位相差領域は、前記式(IIIb)及び(IVb)を満足するのが好ましく、VA型液晶セルのΔnd(550)が280〜350nm程度の場合は、前記式(IIIb-1)及び(IVb-1)を満足するのがより好ましく、前記式(IIIb-2)及び(IVb-2)を満足するのがさらに好ましい。VA型液晶セルのΔnd(550)が280nm以下の場合は、前記式(IIIb-3)及び(IVb-3)を満足するのがより好ましく、前記式(IIIb-4)及び(IVb-4)を満足するのがさらに好ましい。
|Rth(450)|/|Rth(550)|≦1、及び
1≦|Rth(630)|/|Rth(550)|
を満足することと同義である。
リア側位相差領域のレターデーションが順波長分散性以外(逆波長分散性又は波長によらず一定)であると、順波長分散性である態様と比較して、正面黒色味の青味付きを軽減することができるので好ましい。
なお、リア側位相差領域が逆波長分散性であることによる効果は、上記した通り、正面黒味の改善効果(黒表示時の正面青味付きの軽減効果)であり、一方、フロント側位相差領域が逆波長分散性であることによる効果は、視野角CR改善や、視野角色味付きの改善効果(黒表示時の斜め方向の色味付きの軽減効果)といった視野角特性の改善効果である。即ち、リア側位相差領域が低位相差且つ逆波長分散性であり、及びフロント側位相差領域が式(III)及び(IV)を満足し且つ逆波長分散性であると、正面CR及び視野角CRの双方が改善され、正面黒味及び視野角黒味のいずれも良好な液晶表示装置となる。
なお、本明細書において、位相差フィルムのヘイズの測定方法は以下の通りである。位相差フィルム試料40mm×80mmを準備し、25℃,60%RHの環境下、ヘイズメーター(NDH−2000、日本電色工業(株)製)により、JIS K−6714に従って測定する。
セルロースアシレート系フィルム:
本明細書では、「セルロースアシレート系フィルム」とは、セルロースアシレートを主成分(全成分の50質量%以上)として含有するフィルムをいう。当該フィルムの作製に用いられるセルロースアシレートは、セルロースの水酸基の水素原子を、アシル基に置換したものである。前記セルロースアシレートはセルロースの水酸基がアシル化されたもので、その置換基はアシル基の炭素原子数が2のアセチル基から炭素原子数が22のものまでいずれも用いることができる。本発明において使用されるセルロースアシレートにおいて、セルロースの水酸基への置換度については特に限定されないが、セルロースの水酸基に置換する酢酸および/または炭素原子数3〜22の脂肪酸の結合度を測定し、計算によって置換度を得ることができる。測定方法としては、ASTMのD−817−91に準じて実施することができる。
前記セルロースアシレートは、セルロースアセテートであることが好ましいが、アセチル基に代えて、又はアセチル基とともに、アセチル基以外のアシル基で置換されていてもよい。中でも、アセチル、プロピオニル及びブチリル基から選ばれる少なくとも一種のアシル基を有するセルロースアシレートが好ましく、及びアセチル、プロピオニル及びブチリル基から選ばれる少なくとも二種のアシル基を有するセルロースアシレートがより好ましい。さらに、アセチル基と、プロピオニル及び/又はブチリル基とを有するセルロースアシレートが好ましく、アセチル基の置換度が1.0〜2.97で、プロピオニル及び/又はブチリル基の置換度が0.2〜2.5のセルロースアシレートがより好ましい。
前記円盤状化合物はRthレターデーション発現性において前記棒状化合物よりも優れているため、特に大きなRthレターデーションを必要とする場合には好ましく使用される。2種類以上のレターデーション発現剤を併用してもよい。
前記レターデーション発現剤は、250〜400nmの波長領域に最大吸収を有することが好ましく、可視領域に実質的に吸収を有していないことが好ましい。
(1)円盤状化合物
前記円盤状化合物について説明する。円盤状化合物としては少なくとも二つの芳香族環を有する化合物を用いることができる。
本明細書において、「芳香族環」は、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。本発明に用いることができる前記円盤状化合物としては、例えば、特開2008−181105号公報の[0038]〜[0046]に記載される化合物を挙げることができる。
環基であり;R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル
基、アリール基又は複素環基である。
本発明では前述の円盤状化合物の他に直線的な分子構造を有する棒状化合物も好ましく用いることができる。本発明に用いることができる前記棒状化合物としては、例えば、特開2007−268898号公報の[0053]〜[0095]に記載される化合物を挙げることができる。
正の複屈折性化合物とは、分子が一軸性の配向をとって形成された層に光が入射したとき、前記配向方向の光の屈折率が前記配向方向に直交する方向の光の屈折率より大きくなるポリマーをいう。
このような正の複屈折性化合物としては、特に制限ないが、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミドおよびポリエステルイミド等の固有複屈折値が正のポリマーを挙げることができ、ポリエーテルケトンおよびポリエステル系ポリマー等が好ましく、ポリエステル系ポリマーがより好ましい。
また炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、2,8−ナフタレンジカルボン酸および2,6−ナフタレンジカルボン酸等がある。
前記正の複屈折性化合物の両末端がカルボン酸やOH基とならないように、モノアルコール残基やモノカルボン酸残基で保護することが好ましい。
この場合、モノアルコールとしては炭素数1〜30の置換、無置換のモノアルコールが好ましく、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、ヘキサノール、イソヘキサノール、シクロヘキシルアルコール、オクタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ノニルアルコール、イソノニルアルコール、tert−ノニルアルコール、デカノール、ドデカノール、ドデカヘキサノール、ドデカオクタノール、アリルアルコール、オレイルアルコールなどの脂肪族アルコール、ベンジルアルコール、3−フェニルプロパノールなどの置換アルコールなどが挙げられる。
書房、昭和48年3月1日初版第1版発行)に詳細な記載がある。また、特開平05−155809号、特開平05−155810号、特開平5−197073号、特開2006−259494号、特開平07−330670号、特開2006−342227号、特開2007−003679号各公報などに記載されている素材を利用することもできる。
以下に、前記正の複屈折性化合物の具体例を記すが、本発明で用いることができる正の複屈折性化合物はこれらに限定されるものではない。
アクリル系ポリマーフィルムは、(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも1種から誘導される繰り返し単位を有するアクリル系ポリマーを主成分とするフィルムである。当該アクリル系ポリマーフィルムの好ましい例は、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される繰り返し単位とともに、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーである。このアクリル系ポリマーについては、一例として、特開2008−231234号公報や特開2008−9378号公報に詳細な記載があり、参照することができる。
環状オレフィン系ポリマーフィルムの原料及びその製造方法、並びに該原料を用いたフィルムの製造方法については、特開2006−293342号公報の[0098]〜[0193]に詳細な記載があり、本発明において参照することができる。リア側及びフロント側位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用可能な環状オレフィン系ポリマーフィルムの例には、ノルボルネン系ポリマーフィルムが含まれ、市販のポリマーでは、アートン(JSR製)、ゼオノア(日本ゼオン製)などを用いることができる。
逐次流延法は、流延用支持体の上に先ず第1層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して、流延し、乾燥あるいは乾燥することなく、その上に第2層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して流延する要領で、必要なら第3層以上まで逐次ドープを流延・積層して、適当な時期に支持体から剥ぎ取って、乾燥しフィルムを成形する流延法である。
塗布法は、一般的には、コア層のフィルムを溶液製膜法によりフィルムに成形し、表層に塗布する塗布液を調製し、適当な塗布機を用いて、片面ずつまたは両面同時にフィルムに塗布液を塗布・乾燥して積層構造のフィルムを成形する方法である。
フロント側及びリア側に配置される偏光子については特に制限はない。通常用いられている直線偏光膜を利用することができる。直線偏光膜は、Optiva Inc.に代表される塗布型偏光膜、もしくはバインダーと、ヨウ素又は二色性色素からなる偏光膜が好ましい。直線偏光膜におけるヨウ素及び二色性色素は、バインダー中で配向することで偏光性能を発現する。ヨウ素及び二色性色素は、バインダー分子に沿って配向するか、もしくは二色性色素が液晶のような自己組織化により一方向に配向することが好ましい。現在、市販の偏光子は、延伸したポリマーを、浴槽中のヨウ素もしくは二色性色素の溶液に浸漬し、バインダー中にヨウ素、もしくは二色性色素をバインダー中に浸透させることで作製されるのが一般的である。
フロント側偏光子及びリア側偏光子のそれぞれの両面には、保護フィルムが貼合されているのが好ましい。但し、液晶セル側に配置される保護フィルムは、それぞれリア側位相差領域及びフロント側位相差領域の一部を構成するものとし、前者については、カラーフィルタ層とともに上記式(I)を満足することが要求される。後者についても、フロント側位相差領域の一部を構成し、態様によっては、視野角CRの改善に寄与する光学特性を単独でまたは他の層とともに示すことが要求される。
特開2007−127893号公報の[0223]〜[0226]の記載に従って、延伸フィルム(保護フィルムA)を作製した。この保護フィルムAの表面に、同公報の[0232]の記載に従って、易接着層コーティング組成物P−2を調製し、当該組成物を、同公報の[0246]に記載の方法に従って、前記延伸フィルムの表面に塗布して、易接着層を形成した。このフィルムをフィルム2として用いた。
市販のノルボルネン系ポリマーフィルム「ZEONOR ZF14−060」((株)オプテス製)の表面に、ソリッドステートコロナ処理機6KVA(ピラー(株)製)によりコロナ放電処理を行った。このフィルムをフィルム3として使用した。このフィルムの厚みは、60μmであった。
市販のシクロオレフィン系ポリマーフィルム「ARTON FLZR50」(JSR(株)製)の表面に、フィルム11と同様の方法でコロナ放電処理を行った。このフィルムをフィルム4として使用した。このフィルムの厚みは、50μmであった。
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアシレート溶液を調製した。
<セルロースアシレート溶液の組成>
置換度2.86のセルロースアセテート 100質量部
メチレンクロライド 300質量部
メタノール 54質量部
1−ブタノール 11質量部
<添加剤溶液の組成>
メチレンクロライド 80質量部
メタノール 20質量部
下記の光学的異方性低下剤A−7 40質量部
このドープを支持体上に流延して、厚み80μmのセルロースアシレートフィルムを作製した。これをフィルム5として使用した。
市販のセルロースアシレート系フィルム、商品名 「フジタック TD80UL」(富士フイルム社製)を準備し、フィルム5として利用した。
市販のノルボルネン系ポリマーフィルム「ZEONOR ZF14−100」((株)オプテス製)を、温度153℃にてMD方向に1.5倍、TD方向に1.5倍で固定端二軸延伸を行った後、表面にコロナ放電処理を行った。このフィルムを、フィルム7として使用した。このフィルムの厚みは、45μmであった。
特開2009-63983号公報記載のフィルム試料201と同様の方法で、膜厚34μmのフィルムを作製し、フィルム8として用いた。
下記表に記載のアシル基の種類、置換度のセルロースアシレートを調製した。これは、触媒として硫酸(セルロース100質量部に対し7.8質量部)を添加し、アシル置換基の原料となるカルボン酸を添加し40℃でアシル化反応を行った。この時、カルボン酸の種類、量を調整することでアシル基の種類、置換度を調整した。またアシル化後の40℃で熟成を行った。さらにこのセルロースアシレートの低分子量成分をアセトンで洗浄し除去した。なお、表中、Acとはアセチル基であり、CTAとは、セルローストリアセテート(アシル基がアセテート基のみからなるセルロースエステル誘導体)を意味する。
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、更に90℃に約10分間加熱した後、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
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セルロースアシレート溶液
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下記表中のCTA 100.0質量部
トリフェニルホスフェイト(TPP) 7.8質量部
ビフェニルジフェニルホスフェイト(BDP) 3.9質量部
メチレンクロライド 403.0質量部
メタノール 60.2質量部
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次に上記方法で調製したセルロースアシレート溶液を含む下記組成物を分散機に投入し、マット剤分散液を調製した。
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マット剤分散液
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平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製 2.0質量部
メチレンクロライド 72.4質量部
メタノール 10.8質量部
セルロースアシレート溶液 10.3質量部
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次に上記方法で調製したセルロースアシレート溶液を含む下記組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して溶解し、添加剤溶液を調製した。
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添加剤溶液
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レターデーション発現剤(1) 20.0質量部
メチレンクロライド 58.3質量部
メタノール 8.7質量部
セルロースアシレート溶液 12.8質量部
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ここで、表中及び上記の添加剤および可塑剤の略称は下記の通りである。
CTA:セルローストリアセテート、
TPP:トリフェニルホスフェイト、
BDP:ビフェニルジフェニルホスフェイト。
フィルム9の作製において、レターデーション発現剤(1)の添加量 1.4質量部を、1.5質量部に代えた以外は、フィルム11と同一の方法でセルロースアシレート系フィルムを作製した。このフィルムを、フィルム10として用いた。
フィルム9と同様にして、但し最終的膜厚を変えて、フィルム11を作製した。
フィルム10と同様にして、但し最終的膜厚を変えて、フィルム12を作製した。
(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して各成分を溶解した後、平均孔径34μmのろ紙及び平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過し、セルロースアシレート溶液を調製した。
(セルロースアシレート溶液)
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(2) 18.5質量部
メチレンクロライド 365.5質量部
メタノール 54.6質量部
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(2) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液を膜厚70μmのコア層になるように、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液を膜厚2μmのスキンA層及びスキンB層になるように、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、クリップに挟み、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態の時に、延伸温度180℃で幅方向に40%、テンターを用いて横延伸した。その後、フィルムからクリップを外して130℃で20分間乾燥させ、フィルムを作製した。このフィルムをフィルム13として用いた。
下記表に示すセルロースアシレートを用い、下記表に示す通りレターデーション発現剤(1)の添加量を代え、及び延伸条件を代えて延伸処理を実施した以外は、フィルム9と同様にしてセルロースアシレート系フィルムを作製した。このフィルムを、フィルム14として用いた。なお、下記の添加剤および可塑剤の略称については、上記と同義である。
(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して各成分を溶解し、低置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(2) 17.0質量部
メチレンクロライド 361.8質量部
メタノール 54.1質量部
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(2) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液を、膜厚114μmのコア層になるように、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液を膜厚2μmのスキンA層及びスキンB層になるように、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、クリップに挟み、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態の時に、温度170℃でテンター搬送した。その後フィルムからクリップを外して130℃で20分間乾燥させた後、延伸温度180℃で幅方向に23%、テンターを用いて更に横延伸し、フィルムを作製した。このフィルムを、フィルム15として用いた。
これは、フィルム15の作製に、レターデーション発現剤として使用したレターデーション発現剤(2)が可塑剤として機能するため、フィルム18の作製に使用したTPPおよびBDPといった従来の低分子可塑剤を使用しなかったためである。
このように、レターデーション発現剤(2)のような前記正の複屈折性化合物を使用することで、前述の問題を解決することができることから、前記正の複屈折性化合物はフィルム製造の観点から好ましいレターデーション発現剤である。
セルロースアシレートプロピオネート(CAP482−20(イーストマンケミカル社製);アセチル置換度0.2、プロピオニル基置換度2.4)を用意した。これに、可塑剤として、1、4−フェニレン−テトラフェニルリン酸エステルを8質量%、劣化防止剤(酸化防止剤)として、IRGANOX−1010(チバスペシャルティケミカルズ社製)を0.5質量%加え、タンブラー型混合機で30分間混合した。得られた混合物を、除湿熱風式乾燥機((株)松井製作所DMZ2)により熱風温度150℃、露点−36℃で乾燥した。次いで、この混合物をテクノベル(株)製二軸押出し機に供給し、押出し機中間部に設けてある添加剤ホッパーの開口部から、マット剤として、アエロジル(AEROSIL)200V(0.016μmのシリカ微粒子、日本アエロジル社製)を押出し量の0.05%となるように連続式フィーダーにより添加し、紫外線吸収剤として、チヌビン(TINUVIN)360(チバスペシャルティケミカルズ社製)を同開口部から押出し量の0.5%となるように添加して、溶融押出した。溶融押出したフィルムの膜厚は180μmだった。
なお、本実施例ではセルロースアシレートプロピオネート(CAP)を原料とするフィルムは、溶融押出法によって製造したものを使用したが、勿論、溶液流延法でも同様の特性のフィルムを作製することができ、も同様の効果が得られることを確認している(但し、ドープ調製時のCAPの溶解性を考慮して、アセチル置換度1.6、プロピオニル置換度0.9のCAPを原料として用いた)。
TOSHIBA社製の液晶パネル「32C7000」に搭載されていたノルボルネン系フィルムを剥がし、フィルム表面に易接着層を形成した。このフィルムをフィルム17として使用した。なお、このフィルムの膜厚は70μmであった。
下記表に示す配合割合で、下記表に示す製造条件で実施した以外は、フィルム9と同様にしてセルロースアシレート系フィルムを作製した。このフィルムを、フィルム18として用いた。なお、下記の添加剤および可塑剤の略称については、上記と同義である。
(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して各成分を溶解し、低置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(1) 4.0質量部
レターデーション発現剤(2) 10.0質量部
メチレンクロライド 351.5質量部
メタノール 52.5質量部
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(2) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液を、膜厚82μmのコア層になるように、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液を膜厚2μmのスキンA層及びスキンB層になるように、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、クリップに挟み、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態の時に、延伸温度180℃で幅方向に18%、テンターを用いて横延伸した。その後にフィルムからクリップを外して130℃で20分間乾燥させ、フィルムを作製した。このフィルムを、フィルム19として用いた。
<環状ポリオレフィン重合体P−1の合成>
精製トルエン100質量部とノルボルネンカルボン酸メチルエステル100質量部を反応釜に投入した。次いでトルエン中に溶解したエチルヘキサノエート−Ni25mmol%(対モノマー)、トリ(ペンタフルオロフェニル)ボロン0.225mol%(対モノマー)及びトルエンに溶解したトリエチルアルミニウム0.25mol%(対モノマー)を反応釜に投入した。室温で攪拌しながら18時間反応させた。反応終了後過剰のエタノール中に反応混合物を投入し、重合物沈殿を生成させた。沈殿を精製し得られた環状ポリオレフィン重合体(P−1)を真空乾燥で65℃24時間乾燥した。
環状ポリオレフィン重合体P−1 150質量部
添加剤:ポリメチルアクリレート(綜研化学製「アクトフローUMM1001」、
重量平均分子量Mw≒1000) 7.5質量部
劣化防止剤:チバスペシャリティケミカルズ製「IRGANOX1010」
0.45質量部
ジクロロメタン 620質量部
特開2008−95027号公報記載の比較用化合物C-3の合成法において、
中間体2に使用した4-メトキシ桂皮酸クロリドをベンゾイルクロリドに変更した
以外は同様の方法により、セルロースアセテートベンゾエート21Aを合成した。
下記の原料をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、溶解し、セルロースアシレート溶液を有する溶液を調製した。
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セルロースアシレート溶液
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セルロースアセテートベンゾエート21A 100.0質量部
メチレンクロライド 403.0質量部
メタノール 60.2質量部
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(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して各成分を溶解し、低置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(2) 18.5質量部
メチレンクロライド 365.5質量部
メタノール 54.6質量部
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(2) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液を膜厚38μmのコア層になるように、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液を膜厚2μmのスキンA層およびスキンB層になるように、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態の時に、温度200℃で30分間乾燥した後、130℃で20分間乾燥させ、フィルムを作製した。このフィルムを、フィルム22として用いた。
作製したフィルム1〜22の特性を、下記表にまとめる。なお、各フィルムのRe(550)及びRth(550)は、試料30mm×40mmを、25℃、60%RHで2時間調湿し、KOBRA21ADH(王子計測機器(株)製)において波長550nmで測定し、フィルム1、5、6、8〜16、18、19、21、22については、平均屈折率の仮定値1.48及び膜厚を入力し算出した。また、それ以外のフィルムの場合は平均屈折率の仮定値として、フィルム3、7、17については1.53を、フィルム2については1.50を、フィルム4、20については1.52を用いた。
厚さ80μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃で60秒浸漬して染色し、次いでホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚さ20μmの偏光膜を得た。
上記表に示すフィルムのうちセルロースアシレート類を含むフィルムについては、1.5モル/リットルで55℃の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した後、水で十分に水酸化ナトリウムを洗い流した。その後、0.005モル/リットルで35℃の希硫酸水溶液に1分間浸漬した後、水に浸漬し希硫酸水溶液を十分に洗い流した。最後に試料を120℃で十分に乾燥させた。
各フィルム(フィルム1〜22)のいずれか2枚で、偏光膜を挟んで、粘着剤を用いて貼り合せ、双方の表面に保護フィルムを有する偏光板をそれぞれ作製した。なお、セルロースアシレート系フィルムについてはポリビニル系粘着剤を用い、それ以外のフィルムについてはアクリル系粘着剤を用いて偏光子と貼合した。組合せについては下記表11に示す。
なお下記表中、「*1」を付したフィルムは、偏光膜よりさらに表示面側外側に配置される偏光板保護フィルムとして用いられた位相差フィルムを意味し、「*2」を付したフィルムは、液晶セルと偏光膜との間に配置される偏光板保護フィルムとして用いられた位相差フィルムを意味し、及び「*3」を付したフィルムは、偏光膜よりさらにバックライト側外側に配置される偏光保護フィルムとして用いられた位相差フィルムを意味する。下記のいずれの表でも同義である。
なお、フィルム13〜22については、その面内遅相軸を、偏光子の透過軸と平行にして貼り合せた。フィルム1〜12については、その面内遅相軸を、偏光子の透過軸と垂直にして貼り合せた。また、易接着層を有するフィルムについては、易接着層を偏光子の表面側にして貼り合せた。
(1)VA型液晶セル1〜5の準備
本実施例において、TFT上にカラーフィルタを形成する場合は、有機系現像液CD2000(富士フイルムエレクトロマテリアルズ社製)を用いた。
(1)−1 VA型液晶セル1の準備
ガラス基板上に、特開2009−141341号公報中に記載の実施例20に従い、TFT素子を作製し、さらにTFT素子上に保護膜を形成した。
続いて、前記保護膜上に、着色感光性組成物を用いてカラーフィルタ層を形成し、COA基板を作製した。具体的には、特開2009−144126号公報中に記載の実施例17、18及び19に記載の方法で、さらに、必要に応じて、上記一般式(X)の化合物であるレターデーション上昇剤及び/又は上記一般式(X1)で表される化合物であるレターデーション低下剤を添加した着色感光性組成物を調製し、並びに特表2008−516262号公報の[0099]〜[0103]中に記載の実施例9aに記載のプロセスに従い、カラーフィルタ・オン・アレイ(COA)基板を作製した。但し、各画素の着色感光性樹脂組成物における顔料の濃度は半分にし、さらに塗布量を調整し、ブラック画素が4.2μmに、レッド・グリーン・ブルー画素がいずれも3.5μmになるようにした。
さらに、カラーフィルタにコンタクトホールを形成した後、上記カラーフィルタ上に、TFT素子と電気的に接続したITO(Indium Tin Oxide)の透明画素電極を形成した。次いで、特開2006−64921号公報の実施例1に従い、このITO膜上の隔壁(ブラックマトリックス)上部に相当する部分にスペーサを形成した。
別途、対向基板として、ITOの透明電極を形成したガラス基板を用意し、COA基板及び対向基板の透明電極にそれぞれPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設けた。
その後、カラーフィルタのRGB画素群を取り囲むように周囲に設けられたブラックマトリクス外枠に相当する位置に紫外線硬化樹脂のシール剤をディスペンサ方式により塗布し、PVAモード用液晶を滴下し、対向基板と貼り合わせた後、貼り合わされた基板をUV照射した後、熱処理してシール剤を硬化させた。このようにして液晶セルを作製した。
続いて、作製した液晶セルのΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定し、Δnd(550)が300nmであるものを選別し、液晶セル1として使用した。
ガラス基板上に、特開2009−141341号公報中に記載の実施例20に従い、TFT素子を作製し、さらにTFT素子上に保護膜を形成した。続いて、保護膜にコンタクトホールを形成した後、上記保護膜上に、TFT素子と電気的に接続したITOの透明電極を形成し、アレイ基板を作製した。
着色感光性組成物を調製した。具体的には、特開2009−144126号公報中に記載の実施例17、18及び19に記載の方法で、さらに、必要に応じて、上記一般式(X)の化合物であるレターデーション上昇剤及び/又は上記一般式(X1)で表される化合物であるレターデーション低下剤を添加した着色感光性組成物を調製した。この着色感光性組成物を、特表2008−516262号公報の[0099]〜[0103]中に記載の実施例9aに記載のプロセスに従い、カラーフィルタ基板を作製した。
作製した前記カラーフィルタ基板のRth(450)、Rth(550)、Rth(630)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定した。Rth(450)、Rth(550)、及びRth(630)の測定結果を下記表に示す。
前記作製したアレイ基板及びカラーフィルタ基板の透明電極にそれぞれPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設けた。
その後、カラーフィルタのRGB画素群を取り囲むように周囲に設けられたブラックマトリクス外枠に相当する位置に紫外線硬化樹脂のシール剤をディスペンサ方式により塗布し、PVAモード用液晶を滴下し、アレイ基板と貼り合わせ、貼り合わされた基板をUV照射した後、熱処理してシール剤を硬化させた。このようにして液晶セルを作製した。
続いて、作製した液晶セルのΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定し、Δnd(550)が300nmであるものを選別し、液晶セル2として使用した。
特開2009−144126号公報中に記載の実施例18に記載の通り調製した着色感光性組成物に添加したレターデーション調整剤の添加量を変更した以外は、液晶セル1と同様の方法で液晶セル3を作製した。
作製した液晶セルのΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定し、Δnd(550)が300nmであるものを選別し、液晶セル3として使用した。
なお、液晶セル3の作製に用いたCOA基板のRth(450)、Rth(550)、Rth(630)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定した。Rth(450)、Rth(550)、及びRth(630)の測定結果を下記表に示す。
特開2009−144126号公報中に記載の実施例18に記載の通り調製した着色感光性組成物に添加したレターデーション調整剤の添加量を変更した以外は、液晶セル2と同様の方法で液晶セル4を作製した。
作製した液晶セルのΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定し、Δnd(550)が300nmであるものを選別し、液晶セル4として使用した。
なお、液晶セル4の作製に用いたカラーフィルタ基板のRth(450)、Rth(550)、Rth(630)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定した。Rth(450)、Rth(550)、及びRth(630)の測定結果を下記表に示す。
特開2009−144126号公報中に記載の実施例17及び19に記載の通り調製した着色感光性組成物に添加したレターデーション調整剤の添加量をそれぞれ変更した以外は、液晶セル1と同様の方法で液晶セル5を作製した。
作製した液晶セルのΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定し、Δnd(550)が300nmであるものを選別し、液晶セル5として使用した。
なお、液晶セル5の作製に用いたCOA基板のRth(450)、Rth(550)、Rth(630)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定した。Rth(450)、Rth(550)、及びRth(630)の測定結果を下記表に示す。
液晶セルのリア側基板及びフロント側基板の部材コントラストとは、各基板と各基板上に形成される種々の部材のトータルのコントラストをいうものとする。なお、当該部材の例には、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、アレイ部材(TFTアレイ等)、基板上の突起部、共通電極、スリット等、種々の部材が含まれる。
各液晶セルを形成する2枚の基板、すなわち、フロント側基板及びリア側基板を分離し、各基板をエタノールで洗浄した。続いて、フロント側基板(フロント側基板とその基板上に形成されたすべての部材を含む)、及び、リア側基板(リア側基板とその基板上に形成されたすべての部材を含む)の部材コントラストを、次の方法で算出した。
SHARP社製の液晶パネル「LC−32GH5」のバックライト上に、偏光板(HLC2−2518、サンリッツ社製)を配置し、その上に各液晶セルを分解して作製した、フロント側基板、又はリア側基板を、回転ステージ(SGSP−120YAW、シグマ光機製)に取り付けて光源上の偏光板と2mm間隔で平行に配置した。このとき、基板上にあるTFTアレイの配線およびブラックマトリックスの格子パターンが偏光板の偏光軸と一致するように配置した。さらにその上に、回転ステージに取り付けた偏光板(HLC2−2518、サンリッツ社製)を、偏光板間の距離が52mmになるように配置し、測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、法線方向の黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラストA(白輝度/黒輝度)を算出した。ここで、偏光板を回転させたときに、最も輝度値が低くなるときを黒表示の輝度値とし、さらに偏光板を90度回転させた場合の輝度値を白表示の輝度値とした。
次に、前述の形態において、フロント側基板またはリア側基板を取り外した形態で、偏光板のみの黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラストBを算出した。
正面コントラストAにおける、偏光板の正面コントラストBの影響を排除するため、次の式で部材コントラストを算出した。
部材コントラスト=1/(1/正面コントラストA−1/正面コントラストB)
さらに、各液晶セルについて、フロント基板とリア側基板の部材コントラストの比(フロント基板の部材コントラスト/リア側基板の部材コントラスト)を算出したところ、液晶セル1、3及び5は51.0、液晶セル2及び4は1.1であった。
作製した各液晶表示装置について、以下の評価を行った。
(3)−1 正面コントラスト比の測定
測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、パネル法線方向の黒表示及び白表示の輝度値を測定し、正面コントラスト(白輝度/黒輝度)を算出した。
このとき、測定器とパネル間の距離は700mmに設定した。
続いて、正面コントラスト比を、基準形態での正面コントラスト比を基に、次の式で算出した。
正面コントラスト比=実施形態での正面コントラスト/基準形態での正面コントラスト
なお、各液晶セルの基準形態は、液晶セル1及び2を使用した液晶表示装置では比較例1の液晶表示装置とし、液晶セル3及び4を使用した液晶表示装置では比較例8の液晶表示装置19とし、液晶セル5を使用した液晶表示装置では比較例19の液晶表示装置とした。正面コントラストは、比較例1の液晶表示装置が3050、比較例8の液晶表示装置が3010、比較例19の液晶表示装置が3050であった。
測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、装置正面からの極角方向60度、方位角方向0度、45度、90度における黒表示及び白表示の輝度値を測定し、視野角コントラスト(白輝度/黒輝度)を算出することで、液晶表示装置の視野角特性を評価した。
○:視野角コントラストがいずれも50以上であり、光漏れが認識できない
△:視野角コントラストの最小値が50未満25以上であり、わずかに光漏れが認識されるが許容できる程度
×:視野角コントラスト最小値が25未満であり、大きな光漏れが認識され許容できない。
作製した各液晶表示装置を温度40℃、相対湿度90%の環境下で4日間放置した。処理後、温度36℃、相対湿度30%の環境に移した。
その後、ライトテーブル上に前記パネルを置き、暗室で観察して、以下の基準でサークルムラを評価した。
◎:点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置いてから60時間以内に、光漏れが視認されない
○:光漏れがわずかに視認されるが、点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置いてから30時間以内に消失し、その後は光漏れが視認されない
△:光漏れが視認され、点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置いてから30時間以内には消失しないが、その後60時間以内に光漏れが消失する
×:光漏れが視認され、点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置いてから60時間では光漏れが消失しない(許容不可)
測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、パネル法線方向の黒表示の色味を観察したところ、青い色味付きが目立った。そこで、青味を表すv′の値で正面黒色味を評価した。このとき、測定器とパネル間の距離は700mmに設定した。
○:v′が0.38以上であり、正面青味は視認されない
△:v′が0.375以上0.38未満であり、わずかに正面青味は視認されるが、許容できる程度
×:v′が0.375未満であり、許容できない程度の青色味が認識される
具体的には、実施例の正面CRと、非COA構造の液晶セルを有する以外は実施例のそれぞれと同一の構成の比較例の正面CRとをそれぞれ比較することによって、本発明のVA型液晶表示装置が、正面CRの観点で、非COA構造のVA型液晶表示装置と比較して、格段に優れていることが理解できる。例えば、実施例1と比較例3、実施例2と比較例4及び13、実施例4と比較例5、実施例5と比較例10等のそれぞれの組合せで正面CRを比較することで、本発明のVA型液晶表示装置が正面CRが格段に改善されていることが理解できる。
さらに、式(I)を満足しない比較例の中で、液晶セルがCOA構造又は非COA構造の違いがある以外は同一の構成の液晶表示装置間を比較すると、この効果が、COAを採用したことによってもたらされた効果でないことが理解できる。具体的には、例えば、比較例2及び9は、COA構造の液晶セルを有するが、式(I)を満足しない比較例であり、比較例7及び18は、非COA構造の液晶セルを有すること以外は、比較例2及び9と同一の構成の液晶表示装置である。しかし、式(I)を満足していないため、COA構造の液晶セルを有する比較例2及び9の液晶表示装置のほうが、非COA構造の液晶セルを有する比較例7及び18の液晶表示装置より、正面CRがむしろ低下している。このことから、本発明の効果は、COA構造を採用するとともに、リア側位相差領域及びカラーフィルタ層のRthの合計が、前記式(I)を満足することによってはじめて得られることは明らかである。
さらに、実施例2と比較例2、及び実施例8と比較例9は、それぞれリア側位相差フィルム及びフロント側位相差フィルムを入れ替えた以外は同一の構成のCOA構造のVA型液晶表示装置であるが、比較例ではリア側位相差フィルムのRthが高く、上記式(I)を満足していないため、COA構造の採用により開口率が拡大されたにもかかわらず、正面CRが改善されず、むしろ低下していることが理解できる。
一方、上記式(Ib)を満足する位相差フィルムをリア側偏光子とCOA構造の液晶セルとの間に配置した本発明の実施例のVA型液晶表示装置は、フロント側位相差フィルムとして配置したフィルムのRthが200nm程度であっても視野角CRに優れることがわかった。よって、上記式(Ib)を満足する位相差フィルムをリア側偏光子とCOA構造の液晶セルとの配置した態様は、正面CRの観点のみならず、フロント側位相差フィルムも含めたトータルの製造適性に優れることが理解できる。
・実施例6〜8及び実施例14〜16の比較
実施例6〜8並びに実施例14〜16は、リア側位相差領域として配置したフィルムのRthがそれぞれ等しく、但しそれぞれの波長分散性が、順波長分散性、波長によらず同一、及び逆波長分散性であるフィルムをそれぞれ有する例であり、それ以外は同一の構成の液晶表示装置である。正面色黒味を比較すると、順波長分散性→波長によらず同一→逆波長分散性の順に、黒表示時において正面方向が青味付く、いわゆる正面黒色味付き、が軽減されていることが理解できる。
・実施例8〜10の比較
実施例8〜10は、フロント側位相差領域として配置したフィルムのRthがそれぞれ等しく、但しそれぞれの波長分散性が、逆波長分散性、波長によらず同一、及び順波長分散性であるフィルムをそれぞれ有する例であり、それ以外は同一の構成の液晶表示装置である。視野角コントラストを定量的に比較すると、順波長分散性→波長によらず同一→逆波長分散性の順に、視野角コントラストが改善されていることが理解できる。
12 カラーフィルタ層
14 アレイ部材
16 リア側基板
18 フロント側基板
20 リア側位相差領域
22 フロント側位相差領域
24 リア側偏光子
26 フロント側偏光子
28 バックライトユニット
LC COA構造のVA型液晶セル
PL1 リア側偏光板
PL2 フロント側偏光板
Claims (17)
- フロント側偏光子、リア側偏光子、フロント側偏光子とリア側偏光子との間に配置される液晶層、該液晶層とリア側偏光子との間に配置されるカラーフィルタ層、前記フロント側偏光子と前記液晶層との間に配置される1層又は2層以上の位相差層(以下、フロント側偏光子と液晶層との間に配置される1層又は2層以上の位相差層の全体を「フロント側位相差領域」という)、及び前記リア側偏光子と前記カラーフィルタ層との間に配置される1層又は2層以上の位相差層からなるリア側位相差領域を有し、
前記フロント側偏光子の吸収軸と、前記リア側偏光子の吸収軸とは直交しており、前記フロント側位相差領域の遅相軸方向は、前記フロント側偏光子の透過軸方向と平行であり、
前記液晶層が、前記カラーフィルタ層を備えた画素を区画するブラックマトリクスを有するアレイ基板と、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板とに挟持されており、
前記カラーフィルタ層の波長550nmの厚み方向レターデーション、RthCF(550)と前記リア側位相差領域全体の波長550nmの厚み方向レターデーションRthリア(550)との合計が、下記式(I)
(I): |RthCF(550)+Rthリア(550)|≦90nm
を満足し、
前記リア側位相差領域が、下記式(II)
(II): |Re(550)|≦20nm
を満足し、
前記フロント側位相差領域が、下記式(III)及び(IV)
(III): 30nm≦Re(550)≦90nm
(IV): 150nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することを特徴とするVA型液晶表示装置。 - 前記リア側位相差領域が、下記式(Ia)
(Ia): |Rth(550)|≦20nm
を満足することを特徴とする請求項1に記載のVA型液晶表示装置。 - 前記フロント側位相差領域が、下記式(IIIa)及び(IVa)
(IIIa):30nm≦Re(550)≦90nm
(IVa):180nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することを特徴とする請求項2に記載のVA型液晶表示装置。 - 前記リア側位相差領域が、下記式(Ib)
(Ib): 20nm<|Rth(550)|≦90nm
を満足することを特徴とする請求項1に記載のVA型液晶表示装置。 - 前記フロント側位相差領域が、下記式(IIIb)及び(IVb)
(IIIb):30nm≦Re(550)≦90nm
(IVb):150nm≦Rth(550)≦270nm
を満足することを特徴とする請求項4に記載のVA型液晶表示装置。 - 前記リア側位相差領域が、下記2式:
|Rth(450)|/|Rth(550)|≦1、及び
1≦|Rth(630)|/|Rth(550)|
を満足することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。 - 前記液晶セル内に配置されたカラーフィルタ層を有し、該カラーフィルタ層のRthが、下記2式:
|Rth(450)|/|Rth(550)|≦1、及び
1≦|Rth(630)|/|Rth(550)|
を満足することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。 - 前記リア側位相差領域が、セルロースアシレート系フィルムからなる又はセルロースアシレート系フィルムを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記リア側位相差領域が、アクリル系ポリマーフィルムからなる又はアクリル系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記リア側位相差領域が、ラクトン環単位、無水マレイン酸単位、及びグルタル酸無水物単位から選ばれる少なくとも1種の単位を含むアクリル系ポリマーを含有するアクリル系ポリマーフィルムからなる又は当該アクリル系ポリマーフィルムを含有する請求項9に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記リア側位相差領域が、環状オレフィン系ポリマーフィルムからなる又は環状オレフィン系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記フロント側位相差領域が、1枚の二軸性の高分子フィルムからなる又は1枚の二軸性高分子フィルムを含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記フロント側位相差領域が、1枚の一軸性の高分子フィルムを含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記1枚の二軸性の高分子フィルムが、セルロースアシレート系フィルムである請求項12に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記1枚の一軸性の高分子フィルムが、セルロースアシレート系フィルムである請求項13に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記1枚の二軸性の高分子フィルムが、環状オレフィン系ポリマーフィルムである請求項12に記載のVA型液晶表示装置。
- 前記1枚の一軸性の高分子フィルムが、環状オレフィン系ポリマーフィルムである請求項13に記載のVA型液晶表示装置。
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