JPH0713022A - 光学補償シートおよびそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＳＴＮ−ＬＣＤの着色及び視角特性を大幅に改
善しうる複屈折性フィルムを、簡単な工程により、低コ
ストでかつ高い生産性のもとに製造する。 【構成】フィルムの法線方向からは複屈折を示さない第
１の光学異方性フィルムと、フィルムの法線方向から複
屈折を示す第２の光学異方性フィルムとから成る光学補
償シートにおいて、第１の光学異方性フィルムは、法線
方向に光軸を有する正の一軸性の光学異方体であって、
厚み方向の屈折率が面内の二つの互いに等しい屈折率よ
りも大きい光学補償シート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学補償シート及びそ
れを用いた液晶表示素子に関し、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
償シート及びそれを用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、低電圧、低消費電力で
ＩＣ回路への直結が可能であること、表示機能が多様で
あること、軽量化が可能であること等多くの特徴を有し
ており、ワードプロセッサーやパーソナルコンピュータ
ー等の表示装置として広く使用されている。その中で、
液晶分子のツイスト角が１６０°以上のツイステッドネ
マティック液晶表示装置（以後ＳＴＮ−ＬＣＤ）は従来
のツイスト角が９０°のツイステッドネマティック液晶
表示装置（ＴＮ−ＬＣＤ）に比べ、大容量表示が可能で
あり、高速応答性に優れている事から現在液晶表示装置
の主流となっている。

【０００３】しかしながらＳＴＮ−ＬＣＤには、表示画
像の背景が青色あるいは黄色に着色する（ブルーモード
あるいはイエローモード）という欠点があり、このため
白黒表示ではコントラスト、視認性が低くなりまたカラ
ー化が極めて困難という問題もあった。

【０００４】前記の問題解決の手段として特開昭６３−
１６７３０３号、同６３−１６７３０４号、同６３−１
８９８０４号、同６３−２６１３０２号、同６３−１４
９６２４号、特開平１−２０１６０７号、同１−２０１
６０８号、同１−１０５２１７号、特開平２−２８５３
０３号、同２−５９７０２号、同２−２４４０６号、同
２−１４６００２号、同２−２５７１０３号、特開平３
−２３４０４号、同３−１２６０１２号、同３−１８１
９０５号、同３−１９４５０３号等の公報に記載されて
いる様に、位相差板を用いる方法が提案され、ＳＴＮ−
ＬＣＤによる表示画像の着色が大幅に改善される事がわ
かったが、視角特性についてほとんど改良されなかっ
た。

【０００５】そこで、この視角特性を改良するために、
特開平２−３８５３０３号公報に電場配向によって、厚
さ方向の屈折率が面に平行な主屈折率の少なくとも一方
よりも大きい複屈折性フィルムを作成し、これを位相差
板として、用いる方法が提案された。この方法によれ
ば、視角によるコントラストの変化が小さくなり、視角
特性が改良されるが、その効果はいまだ小さく、また溶
融したポリカーボネートに高電圧を長時間にわたって印
加する必要があり、その製造工程も複雑になるため、コ
ストを低下させることが難しかった。また、特開平２−
１６０２０４号公報に、押し出し成形によって得られる
棒状のポリカーボネートを板状に切り取って、研磨した
ものを位相差板として用いる方法が提案されているが、
この方法では大面積の位相差板を低コストで生産する事
が極めて難しかった。さらにＥＰ４８２６２０Ａ２公報
に、熱収縮性フィルムをポリカーボネートフィルムにラ
ミネートして一軸延伸し、その後熱収縮性フィルムを剥
離して得られるフィルムを位相差板として用いる方法が
提案されているが、この方法では、少なくとも位相差板
と同じ、あるいは２倍以上の面積の熱収縮性フィルムが
必要であり、低コストで生産することが出来ないという
問題があった。

【０００６】さらに特開平２−２５６０２３号、特開平
３−１４１３０３号、同３−１４１２２号、同３−２４
５０２号公報に、固有複屈折率が正と負のフィルムを各
々１枚づつ、あるいは積層したものを位相差板として用
いる方法が提案されている。この方法によれば液晶セル
の特性に合わせて、２枚のフィルムの複屈折性を調整す
る事により、視角特性を改良する事ができるが、別個に
作成した複屈折性フィルムを２枚以上使う事が必要であ
り、それだけでコストが高くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡単
な工程により、低コストで製造する事のできる、視角特
性の優れた光学補償シートを提供することであり、該光
学補償シートを用いる視角特性が良好な液晶表示装置を
提供する事である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、少なくとも
フィルムの法線方向からは複屈折を示さない第１の光学
異方性フィルムと、フィルムの法線方向から複屈折を示
す第２の光学異方性フィルムとから成る光学補償シート
において、第１の光学異方性フィルムは、法線方向に光
軸を有する正の一軸性の光学異方体であって、厚み方向
の屈折率が面内の二つの互いに等しい屈折率よりも大き
いことを特徴とする光学補償シートにより、また液晶表
示素子に用いる場合は、少なくとも液晶セルと、その両
側に配置された２枚の偏光板及び液晶セルと該偏光板及
び液晶セルと該偏光板との間に、前記の光学補償シート
を少なくとも１枚有する事を特徴とする液晶素子によっ
て、達成された。

【０００９】以下に詳細を説明する。本発明に用いる第
１の光学異方性フィルムは、フィルムの法線方向からは
複屈折を示さず、法線方向に光軸を有する正の一軸性の
光学異方体であって、法線方向から離れるに従い、複屈
折性が発現するという特徴を持つ。従って、法線方向の
屈折率をＮｚ、フィルムの面内の２つの屈折率をＮｘ、
Ｎｙとすると、Ｎｘ、Ｎｙ、Ｎｚの関係は、Ｎｚ＞Ｎｘ
＝Ｎｙとなる。この第１の光学異方性フィルムは、アゾ
ベンゼン、スチルベンゼン等に代表される光異性化しう
る官能基を有する高分子化合物に、光を照射する事によ
り作成することが出来る。すなわち吉野勝美著「電子・
光機能性高分子」、関隆広“光による分子配列制御”
「高分子」８４４頁４１巻１２月号（１９２２年）等に
記載されている様に、光異性化を利用して高分子の配向
を制御し、屈折率を制御するものである。すなわち、第
１の光学異方性フィルムは、アゾベンゼン、スチルベン
ゼンのような光異性化しうる官能基を側鎖、または主鎖
に含む高分子化合物をメチレンクロライド、アセトン、
メタノール、メチルエチルケトン等の有機溶剤に溶解し
て、高分子フィルム上に塗布し、該高分子物質のガラス
転移温度＋１０°〜２０°の温度で加温しながら白色光
を照射して得る事が出来る。溶液濃度は、ポリマーの粘
性によって大きく異なるが、通常は５〜５０％の範囲で
使用され、好ましくは８〜３０％の範囲であり、塗布
は、ワイヤーバー、ギーサー等を使うことで可能であ
る。塗布後、溶媒を乾燥により除去し、白色光照射によ
り上記の光異性化しうる官能基のシス・トランス異性化
を促し、厚み方向の屈折率を増加させる。白色光の照度
は特に制限は無く、目標の屈折率を早く得るためには、
なるだけ高い照度の方が望ましい。

【００１０】また、液晶性ポリマーも第１の光学異方性
フィルムとして使用できる。用いられる液晶ポリマー
は、特開平５−２７２３５号、同５−３４６７８号公報
に記載されているような、液晶状態で厚さ方向の屈折率
（Ｎｚ）が面内の少なくとも一方向の屈折率（Ｎｘ，Ｎ
ｙ）より大きい構造をとり、液晶転移点以下では、ガラ
ス状態となるものはすべて使用できる。そのような液晶
性ポリマーを溶融状態で、基板あるいは垂直配向処理し
た基板に塗布した後熱処理し冷却することによって、Ｎ
ｚ＞Ｎｘ＝Ｎｙの関係で配向した第１の光学異方性フィ
ルムを得ることが出来る。液晶ポリマーとしては、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステ
ルイミド等の主鎖型液晶ポリマー、ポリアクリレート、
ポリメタクリレート等の側鎖型液晶ポリマーが使用でき
るが、透明性、配向性、ガラス転移点よりポリエステル
が望ましい。更にポリエステルの構造は特開平５−２７
２３５号、同５−３４６７８号公報を引用出来る。以上
のような、液晶性高分子は溶液状態あるいは溶融状態で
基板上に塗布される。溶媒はポリマーによって異なる
が、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン等
を用いることが出来る。溶液の濃度はポリマーの粘性に
よって異なるが、通常５〜５０％、好ましくは８〜３０
％の範囲である。塗布方法は、スピンコート法、ロール
コート法、プリント法、カーランコーン法、浸漬引き上
げ法等を採用する。塗布後溶媒を乾燥により除去し、所
定温度所定時間熱処理して液晶を配向させる。ポリマー
の特性に従いガラス転移温度で熱処理することが好まし
く、５０℃〜３００℃、特に１００℃〜２５０℃の範囲
が好適である。熱処理の時間は、十分な配向を得るため
に５秒〜１２０分、特に１０秒〜６０分が好適である。
その後該高分子液晶のガラス転移点以下の温度に冷却す
ることで配向を固定化する。

【００１１】本発明に用いる第２の光学異方性フィルム
は、法線方向からは複屈折を示す光学異方体である。こ
の第２の光学異方性フィルムは、例えば正の固有複屈折
を有するポリマーを、溶融押出法、溶融流延法、あるい
はカレンダー法などにより、プラスチックフィルムとし
た後、一軸延伸する事で得られる。この場合、延伸した
方向（Ｘ方向）にポリマー鎖が配向し、それと垂直な幅
方向（Ｙ方向）および厚み方向（Ｚ方向）では、Ｘ方向
へのポリマー鎖の配向に伴い、ポリマー鎖のＹおよびＺ
方向への配向が減少し、結果として延伸方向の屈折率Ｎ
ｘがそれと垂直な方向の屈折率Ｎｙ、Ｎｚよりも大きい
フィルムが得られる。屈折率の関係は、Ｎｘ＞Ｎｙ≧Ｎ
ｚである。

【００１２】第２の光学異方性フィルムに用いるポリマ
ーは、正の固有複屈折を有するポリマーが好ましく、ポ
リカーボネート、ポリアリレート、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリアミド、ポリイミド等が好ましく、特に
ポリカーボネート系高分子、ポリアリレート系高分子、
ポリエステル系高分子等、固有複屈折値が大きく溶液製
膜により面状の均質なフィルムを作り易い高分子が好ま
しい。また、上記ポリマーは単に、ホモポリマーだけで
なく、コポリマーそれらの誘導体、ブレンド物等であっ
てもよい。また高分子フィルムの光透過性は７０％以上
で実質的の透明で無彩色であることが好ましく、更に光
透過性が９０％で透明、無彩色であることが好ましい。
上記のポリマーを溶液流延し、一軸延伸して、Ｎｚ＞Ｎ
ｙ＝Ｎｚなる高分子フィルムを得る。

【００１３】第１の光学異方性フィルムと第２の光学異
方性フィルムを組み合わせることにより、ＳＴＮ−ＬＣ
Ｄ用の補償シートとして理想的な屈折率の関係、Ｎｘ＞
Ｎｚ＞Ｎｙを得る事が出来、光学補償シートとして液晶
表示装置に組み込む事により、良好な視角特性を得る事
が出来る。この２枚のフィルムを組み合わせる方法とし
ては、第２の光学異方性フィルム上に、光異性化しうる
官能基を有する高分子化合物を塗布し、光異性化させ
て、第１の光学異方性フィルムを第２の光学異方性フィ
ルム上に作成する方法、あるいは、ＴＡＣ、アートン、
ゼオネックス等のような複屈折性の発現しにくいフィル
ム上に、光異性化しうる官能基を有する高分子化合物を
塗布し、光異性化させて第１の光学異方性フィルム上と
し、これと別に作成した第２の光学異方性フィルムとを
用いる方法等が挙げられる。後者の方法においては、Ｔ
ＡＣ上に第１の光学異方性フィルムを作成し、それをＰ
ＶＡ／ヨウ素から成る偏光フィルムの保護フィルムとし
て用いる事がコストの点から好ましい。

【００１４】以上のように本発明によって製造された光
学補償シートは液晶ディスプレイ特有の視角変化による
着色、コントラスト低下を防ぎ、視角特性が改善された
液晶ディスプレイを、低コストで提供できる。以下、実
施例によって発明を詳細に述べるが、本発明はこれらに
制限されるものではない。

【００１５】

【実施例】

比較例１ 光学補償シート（１）の作成 重量平均分子量１０万のポリカーボネートの１７重量％
メチレンクロライド溶液を、ステンレスバンド上に流延
し、残留揮発分が３％になるまで乾燥させた後、剥離
し、更に乾燥することにより残留揮発分を１％以下と
し、１５８℃で搬送方向に一軸延伸して光学補償シート
（１）を作成した。

【００１６】実施例１ 光学補償シート（２）の作成 クラウス・アンドレーらにより、マクロモレキュラー・
ケミー・ラピッドコミュニケーション、１０、４７８頁
（１９８９年）に記載されている方法に従って合成した
化合物（１）に示すアゾベンゼンを側鎖に持ったポリマ
ー１０ｇを、１００ｇのメタノール：メチレンクロライ
ド＝９：１の溶媒に溶解し、前述した一軸延伸ポリカー
ボネートフィルム上に、ワイヤーバーにて乾燥塗膜とし
て８．５μｍとなる様塗布した。その後乾燥し、４７℃
のホットプレート上に置いて、白色光を約１時間照射し
て、光学補償シート（２）を作成した。この時照度は約
１５０００ルクスであった。

【００１７】

【化１】

【００１８】実施例２ 光学補償シート（３）の作成 光学補償シート（２）の作成において、用いた一軸延伸
ポリカーボネートフィルムの代わりに、膜厚８０μｍの
三酢酸セルロース（ＴＡＣ）を用いる以外は全く同様に
して、光学補償シート（３）を作成した。

【００１９】実施例３ 光学補償シート（４）の作成 特開平５−２７２３５号公報、実施例１に従い、光学補
償シート（４）を作成した。

【００２０】評価 比較例１、実施例１〜３で得た光学補償シートの構成並
びに、それぞれのフィルムの法線方向の複屈折値及び三
軸方向の屈折値を表１に示す。表１から明かなように、
第１の光学異方性フィルムはいずれも、フィルムの法線
方向から複屈折は示さず法線方向に光軸を有する正の一
軸性を示し、厚み方向の屈折率は面内の２つの互いに等
しい屈折率よりも大きい。また第２の光学異方性フィル
ムは、フィルムの法線方向から複屈折を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】偏光板の構成並びに、実施例１〜３で得た
光学補償シート（２）〜（４）を図１に、ＳＴＮ液晶表
示素子の構成を図２に示す。図２の液晶表示素子に、図
１の偏光板、光学補償シートを表２の構成のように組み
込み、得られた液晶表示素子の駆動状態と非駆動状態に
おけるコントラスト比が１０：１以上となる視野角を表
３に示した。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】表３から明かなように、本発明の第１の光
学異方性フィルムと第２の光学異方性フィルムとから成
る光学補償シート（２）〜（４）は、ＳＴＮ液晶表示素
子の視角特性、特にコントラストを著しく改良する。ま
た、視角による色味の変化も小さかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、通常の偏光板である偏光板Ａの断面
を示し、（ｂ）は第１の光学補償フィルムの一部として
三酢酸セルロースフィルムが使用されるので、光学補償
シート（３）と接する側の三酢酸セルロースが除去され
た偏光板Ｂの断面を示す。（ｃ）は光学補償シート
（２）、（ｄ）は光学補償シート（３）、（ｅ）は光学
補償シート（４）の断面を示す。

【図２】液晶表示素子の構成を示す。

【符号の説明】

１：三酢酸セルロースフィルム ２：ＰＶＡ／ヨウ素から成る偏光フィルム ３：アゾベンゼンポリマーフィルム ４：ポリカーボネートフィルム ５：液晶性ポリマー ６：ガラス ７：偏光板 ８：光学補償シート ９：ＳＴＮ型液晶セル 10：光学補償シート 11：偏光板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、フィルムの法線方向からは
   複屈折を示さない第１の光学異方性フィルムと、フィル
   ムの法線方向から複屈折を示す第２の光学異方性フィル
   ムとから成る光学補償シートにおいて、第１の光学異方
   性フィルムは、法線方向に光軸を有する正の一軸性の光
   学異方体であって、厚み方向の屈折率が面内の２つの互
   いに等しい屈折率よりも大きいことを特徴とする光学補
   償シート。
2. 【請求項２】 少なくとも液晶セルと、その両側に配置
   された２枚の偏光板、及び液晶セルと該偏光板との間
   に、請求項１に記載の光学補償シートを少なくとも１枚
   有することを特徴とする液晶表示素子。