JP6027909B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
その構造から原理的に視野角への制限が少ない方式であるため、視野角が広い上に色度変移・色調変化が少ないといった特性を持つ駆動方式として知られている。近年ではテレビ用途以外に携帯端末用の表示装置から業務用の高精細・高画質用途まで多岐に渡って普及し始めている。
ただし、この構成では偏光膜に起因する補償は検討されておらず、特に斜め方向からの視認における光漏れによるコントラスト低下やカラーシフトに対しては光学補償をすることが要求される。このため、光学異方性層を配置させることで表示装置全体として補償が検討された横電界方式の液晶表示装置が提案されている。
例えば特許文献2に、セルロースアシレートフィルム(支持体)上に、ポリビニルアルコール系樹脂を含有する配向膜(中間層)、及び棒状液晶化合物を垂直に配向させた層を設けた積層型の位相差フィルムが開示されている。
また、横電界方式は駆動に起因する位相差の影響は小さいものの、配向膜の表面の近傍に存在する液晶分子には、配向膜から強い配向規制力(アンカリング効果)が働いているので、通常の液晶表示装置で用いられる程度の電圧では、これらの液晶分子の配向は変化しない。すなわち、黒表示を行うための電圧が印加された状態においても、基板面に平行に配向したままの液晶分子が存在する。この液晶分子は、液晶層に垂直に入射する光に対してレターデーション(残留レターデーション)を有するため、その影響が少なからずあることが知られている(例えば、特許文献3)。
IPSモードの液晶セルにおいて電圧印加時(45°方向)に白表示を実現するためには、一般にλ/2程度のΔnd(面内方向のレターデーション)が必要とされる。一方、実際のセルを組み立て実験してみると、液晶セルの電圧無印加時(配向角0°)のレターデーション(Δnd’)をλ/2(275nm)にしても、セル電圧印加時はΔndが低減(目減り)し、白表示における透過率が十分にならないことがわかった。そこで、本発明者らは無印加状態(0°)におけるセルのΔnd’を増加させ、白表示状態でΔndをλ/2に調整してみたところ、白表示状態における透過率は獲得できたものの、灰色表示時の階調反転性や、黒表示時の色味毎の視野角光漏れが悪化することが分かった。
これは理想的な状態では想定していない、特許文献3等で示されている液晶セルの駆動時における残留レターデーションに対する検討の必要性を示している。
つまり本発明は、白表示時における理想的なレターデーション値ΔndWと、黒表示時(電圧無印加状態)におけるレターデーション値Δndbとの差;|Δndb−ΔndW|が残留位相差として存在するため、この残留位相差を考慮した補償を行うことにより、より高品位の光学補償が備わった液晶表示装置を提供できる。ここで、一般に液晶セルには液晶分子が充填されているため膜厚方向の残留位相差は|Δndb−ΔndW|/2で表現することが出来る。
本発明は下記の構成である。
第1偏光膜、
第1位相差領域、
一対の基板により液晶層が挟持され、黒表示時に上記液晶層の液晶分子が上記一対の基板の表面に対して平行に配向している液晶セル、
第2偏光膜
を少なくとも含んでなり、
第1位相差領域の遅相軸は、第1位相差領域に隣り合う液晶セルの基板の液晶分子の電圧無印加状態における長軸と直交又は平行に配置され、
液晶セルは横電界モードで動作する液晶表示装置であって、
第1位相差領域は互いに異なる位相差値を有する第1の位相差層と第2の位相差層を少なくとも含み、かつ、下記式1)及び2)を満たす液晶表示装置。
式1) 0.5×(|Rth11|−|Rth12|)≦|Δndb−ΔndW|/2≦(|Rth11|−|Rth12|)
式2) 1.3≦|Rth12|/|Re12|+0.5≦1.6
Δndbは黒表示時(電圧無印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、ΔndWは白表示時(電圧印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、Rth11は第1位相差領域を構成する第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値であり、Re12、及びRth12はそれぞれ第1位相差領域を構成する第2の位相差層の面内方向のレターデーション値、及び厚さ方向のレターデーション値である。
[2]
液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、275nm<Δndb<450nmである[1]に記載の液晶表示装置。
[3]
液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、320nm<Δndb<400nmである[2]に記載の液晶表示装置。
[4]
液晶セルは、下記式3)及び4)を満たす波長分散特性を有する[1]〜[3]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式3) 1.0≦Δndb(450)/Δndb(550)≦1.6
式4) 0.5≦Δndb(650)/Δndb(550)≦1.0
Δndb(λ)は測定波長λ(nm)における白表示時の液晶セルのレターデーション値である。
[5]
第1位相差領域を構成する第1の位相差層は下記式5)及び6)を満たす波長分散特性を有する[1]〜[4]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式5) 1.05≦Rth11(450)/Rth11(550)≦1.15
式6) 0.90≦Rth11(650)/Rth11(550)≦0.98
Rth11(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。
[6]
第1位相差領域を構成する第2の位相差層は下記式7)及び8)を満たす波長分散特性を有する[1]〜[5]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式7) 0.95≦Rth12(450)/Rth12(550)≦1.10
式8) 0.90≦Rth12(650)/Rth12(550)≦1.05
Rth12(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第2の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。
[7]
第1位相差領域を構成する第1の位相差層と第2の位相差層はそれぞれ、Rth11<0、Rth12>0のレターデーション値を有する[1]〜[6]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[8]
第1位相差領域を構成する第1の位相差層と第2の位相差層は位相差を有しない層が介在した3層以上の層で構成されてなる[1]〜[7]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[9]
第1位相差領域は、
平均アシル基置換度DSが2.0<DS<2.6のセルロースアシレートを主成分とした層、
ポリビニルアルコール系樹脂、又は極性基を有するアクリル系樹脂を含んでなる層、及び、
ホメオトロピック配向した液晶化合物の配向状態を固定させた層、の3層を含んで構成される[1]〜[8]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[10]
第1位相差領域の総厚みが20〜50μmである積層体である[1]〜[9]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[11]
第1偏光膜及び第2偏光膜の厚みが3〜15μmである[1]〜[10]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[12]
第1偏光膜の液晶セルとは反対側に保護フィルムを有し、上記保護フィルム、第1偏光膜、及び第1位相差領域からなる偏光板の合計膜厚が80〜120μmである[1]〜[11]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
第1偏光膜、
第1位相差領域、
一対の基板により液晶層が挟持され、黒表示時に該液晶層の液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向している液晶セル、
第2偏光膜
をこの順に少なくとも含んでなり、
第1位相差領域の遅相軸は、第1位相差領域に隣り合う液晶セルの基板の液晶分子の電圧無印加状態における長軸と直交又は平行に配置され、
液晶セルは横電界モードで動作する液晶表示装置であって、
第1位相差領域は互いに異なる位相差値を有する第1の位相差層と第2の位相差層を少なくとも含み、かつ、下記式1)及び2)を満たす液晶表示装置。
式1) 0.5×(|Rth11|−|Rth12|)≦|Δndb−ΔndW|/2≦(|Rth11|−|Rth12|)
式2) 1.3≦|Rth12|/|Re12|+0.5≦1.6
Δndbは黒表示時(電圧無印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、ΔndWは白表示時(電圧印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、Rth11は第1位相差領域を構成する第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値であり、Re12、及びRth12はそれぞれ第1位相差領域を構成する第2の位相差層の面内方向のレターデーション値、及び厚さ方向のレターデーション値であり、
Re12が80〜150nm、Rth12が75〜100nm、Re11が−10〜10nm、Rth11が−250〜−100nmの範囲である。
<2>
液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、275nm<Δndb<450nmである<1>に記載の液晶表示装置。
<3>
液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、320nm<Δndb<400nmである<2>に記載の液晶表示装置。
<4>
液晶セルは、下記式3)及び4)を満たす波長分散特性を有する<1>〜<3>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式3) 1.0≦Δndb(450)/Δndb(550)≦1.6
式4) 0.5≦Δndb(650)/Δndb(550)≦1.0
Δndb(λ)は測定波長λ(nm)における白表示時の液晶セルのレターデーション値である。
<5>
第1位相差領域を構成する第1の位相差層は下記式5)及び6)を満たす波長分散特性を有する<1>〜<4>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式5) 1.05≦Rth11(450)/Rth11(550)≦1.15
式6) 0.90≦Rth11(650)/Rth11(550)≦0.98
Rth11(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。
<6>
第1位相差領域を構成する第2の位相差層は下記式7)及び8)を満たす波長分散特性を有する<1>〜<5>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式7) 0.95≦Rth12(450)/Rth12(550)≦1.10
式8) 0.90≦Rth12(650)/Rth12(550)≦1.05
Rth12(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第2の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。
<7>
第1位相差領域を構成する第1の位相差層と第2の位相差層は位相差を有しない層が介在した3層以上の層で構成されてなる<1>〜<6>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
<8>
第1位相差領域は、
平均アシル基置換度DSが2.0<DS<2.6のセルロースアシレートを主成分とした層、
ポリビニルアルコール系樹脂、又は極性基を有するアクリル系樹脂を含んでなる層、及び、
ホメオトロピック配向した液晶化合物の配向状態を固定させた層、の3層を含んで構成される<1>〜<7>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
<9>
第1位相差領域の総厚みが20〜50μmである積層体である<1>〜<8>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
<10>
第1偏光膜及び第2偏光膜の厚みが3〜15μmである<1>〜<9>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
<11>
第1偏光膜の液晶セルとは反対側に保護フィルムを有し、上記保護フィルム、第1偏光膜、及び第1位相差領域からなる偏光板の合計膜厚が80〜120μmである<1>〜<10>のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
本発明は、前記<1>〜<11>に係る発明であるが、以下、その他の事項についても記載している。
[1]
第1偏光膜、
第1位相差領域、
一対の基板により液晶層が挟持され、黒表示時に上記液晶層の液晶分子が上記一対の基板の表面に対して平行に配向している液晶セル、
第2偏光膜
を少なくとも含んでなり、
第1位相差領域の遅相軸は、第1位相差領域に隣り合う液晶セルの基板の液晶分子の電圧無印加状態における長軸と直交又は平行に配置され、
液晶セルは横電界モードで動作する液晶表示装置であって、
第1位相差領域は互いに異なる位相差値を有する第1の位相差層と第2の位相差層を少なくとも含み、かつ、下記式1)及び2)を満たす液晶表示装置。
式1) 0.5×(|Rth11|−|Rth12|)≦|Δndb−ΔndW|/2≦(|Rth11|−|Rth12|)
式2) 1.3≦|Rth12|/|Re12|+0.5≦1.6
Δndbは黒表示時(電圧無印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、ΔndWは白表示時(電圧印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、Rth11は第1位相差領域を構成する第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値であり、Re12、及びRth12はそれぞれ第1位相差領域を構成する第2の位相差層の面内方向のレターデーション値、及び厚さ方向のレターデーション値である。
[2]
液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、275nm<Δndb<450nmである[1]に記載の液晶表示装置。
[3]
液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、320nm<Δndb<400nmである[2]に記載の液晶表示装置。
[4]
液晶セルは、下記式3)及び4)を満たす波長分散特性を有する[1]〜[3]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式3) 1.0≦Δndb(450)/Δndb(550)≦1.6
式4) 0.5≦Δndb(650)/Δndb(550)≦1.0
Δndb(λ)は測定波長λ(nm)における白表示時の液晶セルのレターデーション値である。
[5]
第1位相差領域を構成する第1の位相差層は下記式5)及び6)を満たす波長分散特性を有する[1]〜[4]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式5) 1.05≦Rth11(450)/Rth11(550)≦1.15
式6) 0.90≦Rth11(650)/Rth11(550)≦0.98
Rth11(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。
[6]
第1位相差領域を構成する第2の位相差層は下記式7)及び8)を満たす波長分散特性を有する[1]〜[5]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式7) 0.95≦Rth12(450)/Rth12(550)≦1.10
式8) 0.90≦Rth12(650)/Rth12(550)≦1.05
Rth12(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第2の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。
[7]
第1位相差領域を構成する第1の位相差層と第2の位相差層はそれぞれ、Rth11<0、Rth12>0のレターデーション値を有する[1]〜[6]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[8]
第1位相差領域を構成する第1の位相差層と第2の位相差層は位相差を有しない層が介在した3層以上の層で構成されてなる[1]〜[7]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[9]
第1位相差領域は、
平均アシル基置換度DSが2.0<DS<2.6のセルロースアシレートを主成分とした層、
ポリビニルアルコール系樹脂、又は極性基を有するアクリル系樹脂を含んでなる層、及び、
ホメオトロピック配向した液晶化合物の配向状態を固定させた層、の3層を含んで構成される[1]〜[8]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[10]
第1位相差領域の総厚みが20〜50μmである積層体である[1]〜[9]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[11]
第1偏光膜及び第2偏光膜の厚みが3〜15μmである[1]〜[10]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
[12]
第1偏光膜の液晶セルとは反対側に保護フィルムを有し、上記保護フィルム、第1偏光膜、及び第1位相差領域からなる偏光板の合計膜厚が80〜120μmである[1]〜[11]のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
また、本願において第1位相差領域は複数層からなる積層体であるが、液晶セルとの配置の関係を検討する場合は、積層体の第1位相差領域を単層の位相差板として見なして検出される面内方向の遅相軸を遅相軸として取り扱う。
さらに、屈折率の測定波長は特別な記述がない限り、可視光域のλ=550nmでの値とする。
測定されるフィルムが1軸または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または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または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または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(1)及び式(2)よりRthを算出することもできる。
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
上記式中、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し、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は膜厚である。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADHまたは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または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または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。
なお、本明細書では、特に付記がない限り測定条件は25℃、60%RH下で波長550nmの光での測定による値とする。
すことを特徴とする液晶表示装置である。
式1) 0.5×(|Rth11|−|Rth12|)≦|Δndb−ΔndW|/2≦(|Rth11|−|Rth12|)
式2) 1.3≦|Rth12|/|Re12|+0.5≦1.6
以下、図面を用いて液晶表示装置の態様や構成する各部位について、以下に詳述する。
図1は、本発明の横電界方式の液晶表示装置の一実施形態としてIPS型液晶表示装置の一例の断面模式図である。
図1に示す液晶表示装置は、一対の第1偏光膜20及び第2偏光膜22と、第1偏光膜20に接する第1光学補償領域(第1位相差領域)24と、IPS型液晶セル10とを少なくとも備える。
また、該第2偏光膜22に接する第2光学補償領域(第2位相差領域)26は必要に応じて設けられ、第1偏光膜20及び第2偏光膜22の外側(液晶セルとは反対側)表面には、通常は偏光膜を保護するための偏光板保護フィルム28が配置されており、第2偏光膜22のさらに外側には、バックライトユニット30が配置されている。バックライトユニット30は、光源の他に光の利用効率を上げるための反射板、輝度向上膜や点光源や線光源を一様な面光源とするための拡散板、プリズムシート、レンズアレイ等の部材を適宜含んでなる。
なお、上記の構成以外に第1偏光膜20及び第2偏光膜22の間に配置される光学的に等方的な機能層、例えば接着剤・粘着剤等は、本願の作用効果に影響を及ぼさないため、適宜使用することができる。
図1の液晶表示装置では、液晶セル10は、第1基板11、ネマチック液晶材料からなる液晶層12、及び第2基板15を有する。液晶層12は、黒表示時に該ネマチック液晶材料の液晶分子が一対の基板11及び15の表面に対して平行に配向したホモジニアス配向の液晶セルである。液晶層の厚さd(μm)と屈折率異方性Δnとの積Δn・dは透過モードにおいて、一般的に250nm〜400nm程度である。より好ましくは270nm〜390nm、さらに好ましくは280nm〜380nmである。前記Δn・dが250nm〜400nmであると、白表示輝度が高く、黒表示輝度が小さいことから、明るくコントラストの高い表示装置が得られる。
つまり、Δndbおよび/またはΔndWは上記範囲をとる様に制御される。
なお、Δn・dはΔnとdを制御することで調整することができる。具体的には、セルギャップdは、2.8μm超4.5μm未満であることが好ましい。前記液晶セルギャップdはポリマビーズ、ガラスビーズヤファイバー、樹脂製の柱状スペーサーなどを用いて制御することができる。前記液晶層(液晶セル)を形成する液晶材料は、誘電率異方性△εが正のネマティック液晶を用いることができ、そのようなネマティック液晶であれば、特に限定されない。前記誘電率異方性△εは、その値が大きいほうが、駆動電圧が低減でき、屈折率異方性△nは小さいほうが液晶層の厚み(ギャップ)を厚くでき、液晶の封入時間が短縮され、かつギャップばらつきを少なくすることができるため好ましい。
黒表示時の偏光透過軸とその垂直方向の透過率を下げつつ、白表示状態のレターデーションを両立する観点から、液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、275nm<Δndb<450nmであることが好ましく、320nm<Δndb<400nmであることがより好ましい。
また、液晶セルは下記式3)及び4)を満たす波長分散特性を発現する液晶化合物を用いると光学補償の設計上好ましい。
式3) 1.0≦Δndb(450)/Δndb(550)≦1.6
式4) 0.5≦Δndb(650)/Δndb(550)≦1.0
ここで、Δndb(λ)は測定波長λにおける白表示状態の液晶セルのレターデーション値である。
基板11及び15の液晶層12に接触する表面には、配向膜(不図示)が形成されていて、液晶分子を基板の表面に対して略平行に配向させるとともに配向膜上に施されたラビング処理方向等により、電圧無印加状態もしくは低印加状態における液晶分子配向方向が制御されている。また、基板11若しくは15の内面には、液晶分子に電圧印加可能な(画素)電極14、カラーフィルタ13が形成されている。
上述の様な動作原理から、液晶セルはλ/2板としてのレターデーション値を有することが好ましく、本発明ではΔndWは275nmとなる様に設計されていることが特に好ましい。
なお、液晶セルの構成としては画素内で液晶分子の配向または駆動の方向が異なる領域を持つマルチドメイン方式と単一の領域でなるシングルドメインがあることが知られているが、本発明の効果はシングルドメインだけでなく、マルチドメインでも同様の階調反転などに対する改良傾向を示す。
再び図1において、第1偏光膜20の吸収軸20aと、第2偏光膜22の吸収軸22aは直交して配置されている。電圧無印加時には、液晶層12の液晶分子は、液晶層12の遅相軸12aが、第2偏光膜22の吸収軸22aと平行になるように水平配向している。従って、バックライトユニット30から入射した光は、偏光状態をほぼ維持したまま液晶層12を通過し、第1偏光膜20の吸収軸20aで遮光され、黒表示になる。しかし、バックライトユニット30から入射した光のうち、斜め方向から入射した光に対しては、偏光膜20及び22の吸収軸20a及び22aが直交関係からずれているために、光漏れが生じ、即ち視野角コントラストを低下させることになる。斜め方向からの観察の場合においても同様な現象が生じる。第1偏光膜20と液晶セル10との間に配置される第1光学補償領域24は、この光漏れを軽減し、視野角コントラストを改善する作用がある。この改善の作用は上述の通り、λ/2板の機能を利用してずれた直交関係を補償するものであり、この機能を有する光学異方性層であれば特に限定はされないが、好ましくは第1光学補償領域24を単層の位相差板とみなした場合の面内レターデーションは、100〜250nmが好ましく、140〜230nmがより好ましく、190〜210nmが特に好ましい。
また、厚さ方向のレターデーションは、−150〜10nmが好ましく、−100〜−10nmがより好ましく、−50〜−30nmが特に好ましい。この範囲であると黒表示時の光漏れ、色味変化を軽減による視野角特性が改善するため好ましい。第1光学補償領域24の詳細については後述する。
第1光学補償領域24による光学補償に問題がない場合には、第2光学補償領域26は光学的な機能を有する必要はないため、光に対して作用を及ぼさない様に位相差を有しない等方性、またはレターデーション値の低い光学異方性フィルムを偏光板保護フィルムとして配置するか、第2基板15に第2偏光膜22を直接貼りつける様な第2光学補償領域26を何も配置しない構成をとることもできる。
本発明における第1光学補償領域(第1位相差領域)は、互いに異なる位相差値を有する第1の位相差層と第2の位相差層を少なくとも含む複数の位相差層から構成される積層体である。これは、位相差値の精緻な制御やそのほかに波長分散特性など所望の特性の制御をおこなう場合に、単層では設計上極めて困難であるため、機能分離させて構成させた複数の位相差層を組み合わせて所望の第1光学補償領域の特性を得ることができる。
ここで、第1位相差領域は異なる複数の位相差層より構成され、下記式1)及び式2)を満たすことにより、前述の残留位相差の解消又は低減の効果をもたらす。
式1) 0.5×(|Rth11|−|Rth12|)≦|Δndb−ΔndW|/2≦(|Rth11|−|Rth12|)
式2) 1.3≦|Rth12|/|Re12|+0.5≦1.6
Δndbは黒表示時(電圧無印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、ΔndWは白表示時における液晶セルが有するレターデーション値であり、Rth11は第1位相差領域を構成する第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値であり、Re12、及びRth12はそれぞれ第1位相差領域を構成する第2の位相差層の面内方向のレターデーション値、及び厚さ方向のレターデーション値である。
光学特性としての組合せについても特に限定はなく、nx>nz>nyの2軸フィルム(B−プレート)とnx≒ny>nzの[準]一軸性フィルム(負のC-プレート)の2層の組合せ、nx>ny>nzの2軸フィルム(B−プレート)とnx≒ny<nzの[準]一軸性フィルム(正のC-プレート)の2層の組合せ、nx>nz>nyの2軸フィルムとnx>ny>nzの2軸フィルムの組合せ、Aプレートと負のCプレート、Aプレート、正のCプレートとAプレート等の多種の構成が挙げられる。なお、光学設計以外の観点で層が多いと界面が増えて界面での反射や散乱による光の利用効率低下や製造での工程数増加による適製造適性低下などが懸念されることや、近年の表示装置の薄型化に寄与するため層数は少ない方が好ましい。
第1位相差領域の薄型化については、積層体として20〜50μmであることが好ましく、さらに3〜15μmの偏光膜と対向面に付与する保護フィルムと合わせた偏光板としての厚みが80〜120μmであることが好ましい。
位相差層の組合せとしては光学設計、製造適性、素材選定などの観点から、nx>ny>nzの2軸フィルム(B−プレート)とnx≒ny<nzの[準]一軸性フィルム(正のC-プレート)の2層の組合せを好ましく用いることができる。
第1位相差領域を構成する第2の位相差層は下記式7)、及び式8)を満たすことが好ましい。これにより、波長分散特性であるカラーシフトの抑制に効果があり、好ましい。
式5) 1.05≦Rth11(450)/Rth11(550)≦1.15
式6) 0.90≦Rth11(650)/Rth11(550)≦0.98
式7) 0.95≦Rth12(450)/Rth12(550)≦1.10
式8) 0.90≦Rth12(650)/Rth12(550)≦1.05
なお、Rth11(λ)は測定波長λにおける第1位相差領域の第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値であり、Rth12(λ)は測定波長λにおける第1位相差領域の第2の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。
特に、第1位相差領域は、
平均アシル基置換度DSが2.0<DS<2.6のセルロースアシレートを主成分とした層(「支持体」とも呼ぶ)、
ポリビニルアルコール系樹脂、又は極性基を有するアクリル系樹脂を含んでなる層(「中間層」とも呼ぶ)、及び、
ホメオトロピック配向した液晶化合物の配向状態を固定させた層(「位相差層」とも呼ぶ)、の3層を含んで構成されることが好ましい。
上記位相差層が第1の位相差層に対応し、上記支持体が第2の位相差層に対応する。
この積層体は、Re12=80〜150nm、Rth12=75〜100nm、|Rth/Re|=0.8〜1.1である20μm〜50μmの2軸フィルム(B−プレート)上に、Re11が−10nm〜10nmであり、Rth11が−250nm〜−100nmである0.5〜2.0μmの[準]一軸性フィルム(正のC-プレート)の位相差層が設けられた構成となる。
この2層からなる積層体はReが100〜250nm、Rthが−150〜10nmとしてふるまう特性を示す第1位相差領域となる。
上記支持体としては、セルロースアシレートフィルムが好ましい。
[セルロースアシレート]
セルロースアシレートとしては、セルロースアシレート化合物、及び、セルロースを原料として生物的或いは化学的に官能基を導入して得られるアシル置換セルロース骨格を有する化合物が挙げられる。
本発明における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ある。
本発明におけるセルロースアシレートは、平均アシル基置換度DSが、2.00<DS<2.60を満たすセルロースアシレートを主成分として含有することが好ましい。
ここで、「主成分として」とは、単一のポリマーからなる場合には、そのポリマーのことを示し、複数のポリマーからなる場合には、構成するポリマーのうち、最も質量分率の高いポリマーのことを示す。
セルロースアシレートにおける、セルロースの水酸基への置換度の測定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及び/又は炭素数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、ASTMD−817−91に準じて実施することができる。
アシル置換度が2.00より大きいことで、湿度安定性、偏光板耐久性の点で十分であり、アシル置換度が2.60未満であることで、光学特性の発現性に優れ、有機溶媒への溶解性、添加剤として用いる場合がある重縮合体との相溶性に優れたセルロースアシレートとすることができ好ましい。
本発明に用いることができる位相差フィルムが有する支持体は、前記セルロースアシレートを含有してなるセルロースアシレートフィルムであることが好ましい。
セルロースアシレートフィルムの製造方法は、ドープを支持体上に流延し溶媒を蒸発させてセルロースアシレートフィルムを形成する製膜工程、及びその後当該フィルムを延伸する延伸工程、さらにその後得られたフィルムを乾燥する乾燥工程、さらに、該乾燥工程終了後、150〜200℃の温度で1分以上熱処理する工程を有することが好ましい。
本発明においては、公知のセルロースアシレートフィルムを成膜する方法等を広く採用でき、溶液流延製膜方法により製造することが好ましい。溶液流延製膜方法では、セルロースアシレートを有機溶媒に溶解した溶液(ドープ)を用いてフィルムを製造することができる。
有機溶媒は、炭素原子数が3〜12のエーテル、炭素原子数が3〜12のケトン、炭素原子数が3〜12のエステル及び炭素原子数が1〜6のハロゲン化炭化水素から選ばれる溶媒を含むことが好ましい。エーテル、ケトン及びエステルは、環状構造を有していてもよい。エーテル、ケトン及びエステルの官能基(すなわち、−O−、−CO−及びCOO−)のいずれかを2つ以上有する化合物も、有機溶媒として用いることができる。有機溶媒は、アルコール性水酸基のような他の官能基を有していてもよい。2種類以上の官能基を有する有機溶媒の場合、その炭素原子数は、いずれかの官能基を有する化合物の規定範囲内であればよい。
炭素原子数が3〜12のケトン類の例には、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン及びメチルシクロヘキサノンが含まれる。
炭素原子数が3〜12のエステル類の例には、エチルホルメート、プロピルホルメート、ペンチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート及びペンチルアセテートが含まれる。
2種類以上の官能基を有する有機溶媒の例には、2−エトキシエチルアセテート、2−メトキシエタノール及び2−ブトキシエタノールが含まれる。
ハロゲン化炭化水素の炭素原子数は、1又は2であることが好ましく、1であることが最も好ましい。ハロゲン化炭化水素のハロゲンは、塩素であることが好ましい。ハロゲン化炭化水素の水素原子が、ハロゲンに置換されている割合は、25〜75モル%であることが好ましく、30〜70モル%であることがより好ましく、35〜65モル%であることがさらに好ましく、40〜60モル%であることが最も好ましい。メチレンクロリドが、代表的なハロゲン化炭化水素である。
2種類以上の有機溶媒を混合して用いてもよい。
セルロースアシレートの量は、得られる溶液中に10〜40質量%含まれるように調整する。セルロースアシレートの量は、10〜30質量%であることがさらに好ましい。有機溶媒(主溶媒)中には、後述する任意の添加剤を添加しておいてもよい。
溶液は、常温(0〜40℃)でセルロースアシレートと有機溶媒とを攪拌することにより調製することができる。高濃度の溶液は、加圧及び加熱条件下で攪拌してもよい。具体的には、セルロースアシレートと有機溶媒とを加圧容器に入れて密閉し、加圧下で溶媒の常温における沸点以上、かつ溶媒が沸騰しない範囲の温度に加熱しながら攪拌する。加熱温度は、通常は40℃以上であり、好ましくは60〜200℃であり、さらに好ましくは80〜110℃である。
ドープは、ドラム又はバンド上に流延し、溶媒を蒸発させてフィルムを形成する。流延前のドープは、固形分量が18〜35質量%となるように濃度を調整することが好ましい。ドラム又はバンドの表面は、鏡面状態に仕上げておくことが好ましい。溶液流延製膜方法における流延及び乾燥方法については、米国特許2336310号、同2367603号、同2492078号、同2492977号、同2492978号、同2607704号、同2739069号、同2739070号、英国特許640731号、同736892号の各明細書、特公昭45−4554号、同49−5614号、特開昭60−176834号、同60−203430号、同62−115035号の各公報に記載がある。
本発明に用いることができるセルロースアシレートフィルムは、溶液流延製膜方法により製膜した後、延伸することにより製造したものであることが好ましい。また、溶液流延製膜が共流延により、同時又は逐次で多層流延製膜であることが好ましい。所望のレターデーション値を有するフィルムとすることができるためである。
本発明では得られたセルロースアシレート溶液を、金属支持体としての平滑なバンド上或いはドラム上に単層液として流延してもよいし、2層以上の複数のセルロースアシレート溶液を流延してもよい。複数のセルロースアシレート溶液を流延する場合、金属支持体の進行方向に間隔を置いて設けた複数の流延口からセルロースアシレートを含む溶液をそれぞれ流延させて積層させながらフィルムを作製してもよく、例えば特開昭61−158414号、特開平1−122419号、特開平11−198285号の各公報などに記載の方法が適応できる。また、2つの流延口からセルロースアシレート溶液を流延することによってもフィルム化することでもよく、例えば特公昭60−27562号、特開昭61−94724号、特開昭61−947245号、特開昭61−104813号、特開昭61−158413号、特開平6−134933号の各公報に記載の方法で実施できる。また、特開昭56−162617号公報に記載の高粘度セルロースアシレート溶液の流れを低粘度のセルロースアシレート溶液で包み込み、その高,低粘度のセルロースアシレート溶液を同時に押出すセルロースアシレートフィルム流延方法でもよい。更に又、特開昭61−94724号、特開昭61−94725号の各公報に記載の表面側の溶液が内側の溶液よりも貧溶媒であるアルコール成分を多く含有させることも好ましい態様である。
また、後述の可塑剤、紫外線吸収剤、微粒子等の添加剤濃度が異なるセルロースアシレート溶液を共流延して、積層構造のセルロースアシレートフィルムを作製することもできる。例えば、微粒子は、表面層に多く、又は表面層のみに入れることが出来る。可塑剤、紫外線吸収剤は表面層よりも内部層に多くいれることができ、内部層のみにいれてもよい。又、内部層と表面層で可塑剤、紫外線吸収剤の種類を変更することもでき、例えば表面層に低揮発性の可塑剤及び/又は紫外線吸収剤を含ませ、内部層に可塑性に優れた可塑剤、或いは紫外線吸収性に優れた紫外線吸収剤を添加することもできる。また、剥離剤を金属支持体側の表面層のみ含有させることも好ましい態様である。また、冷却ドラム法で金属支持体を冷却して溶液をゲル化させるために、表面層に貧溶媒であるアルコールを内部層より多く添加することも好ましい。表面層と内部層のTgが異なっていても良く、表面層のTgより内部層のTgが低いことが好ましい。又、流延時のセルロースアシレートを含む溶液の粘度も表面層と内部層で異なっていても良く、表面層の粘度が内部層の粘度よりも小さいことが好ましいが、内部層の粘度が表面層の粘度より小さくてもよい。
本発明に用いることができる位相差フィルムにおける支持体であるセルロースアシレートフィルムの膜厚は10μm〜80μmが好ましく、20μm〜60μmがより好ましく、20μm〜40μmがさらに好ましい。膜厚が20μm以上であれば偏光板等に加工する際のハンドリング性や偏光板のカール抑制の点で好ましい。また、本発明に用いることができるセルロースエステルフィルムの膜厚むらは、搬送方向及び幅方向のいずれも0〜2%であることが好ましく、0〜1.5%がさらに好ましく、0〜1%であることが特に好ましい。
本発明に用いることができるセルロースアシレートフィルムおよび位相差フィルムのヘイズは、0.01〜1.0%であることが好ましい。より好ましくは0.05〜0.8%であり、0.1〜0.7%であることがさらに好ましい。光学フィルムとしてフィルムの透明性が高いと光源からの光量を無駄なく利用できるため、好ましい。ヘイズの測定は、ヘイズメーター“HGM−2DP”{スガ試験機(株)製}を用いJISK−6714に従って測定することができる。
本発明に用いることができるセルロースアシレートフィルムの寸度安定性は、60℃、90%RHの条件下に24時間静置した場合(高湿)の寸度変化率、及び80℃、5%RHの条件下に24時間静置した場合(高温)の寸度変化率が、いずれも0.5%以下であることが好ましい。より好ましくは0.3%以下であり、さらに好ましくは0.15%以下である。
本発明に用いることができる位相差フィルムの支持体は、下記i)及びii)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含有する。
これらの化合物の添加によって、疎水性の付与による透湿性や含水率の調整や可塑性の付与による機械的物性の調整などが容易となる。
i)少なくとも一種の芳香族ジカルボン酸残基を含む平均炭素数が5.5以上10.0以下のジカルボン酸残基を含む重縮合エステル
ii)ヒドロキシル基の少なくとも1つが芳香族エステル化されたピラノース構造またはフラノース構造を1個〜12個含む糖エステル
i)少なくとも一種の芳香族ジカルボン酸残基を含む平均炭素数が5.5以上10.0以下のジカルボン酸残基を含む重縮合エステルは、少なくとも一種の芳香環を有するジカルボン酸(芳香族ジカルボン酸とも呼ぶ)と、少なくとも一種のジオールとから得られる化合物である。
重縮合エステルの具体的な構成や特徴は特開2012−56995号公報の[0039]〜[0054]段落を参照することができる。
ii)ヒドロキシル基の少なくとも1つが芳香族エステル化されたピラノース構造またはフラノース構造を1個〜12個含む糖エステル(「ii)糖エステル」とも記載する)について説明する。
糖エステル化合物をセルロースアシレートフィルムに添加することにより、光学特性の発現性を損なわず、延伸後に湿熱処理を行ったときの内部ヘイズを悪化させない。さらに、本発明に用いることができるセルロースアシレートフィルムを液晶表示装置に用いることにより、正面コントラストを大幅に改良できる。
糖エステルの具体的な構成や特徴は特開2012−56995号公報の[0100]〜[0124]段落を参照することができる。
また、後述する固有複屈折が負の添加剤を前記糖エステル化合物と併用する場合は、固有複屈折が負の添加剤の添加量(質量部)に対する前記糖エステル化合物の添加量(質量部)は、2〜10倍(質量比)加えることが好ましく、3〜8倍(質量比)加えることがより好ましい。
また、後述するポリエステル系可塑剤を前記糖エステル化合物と併用する場合は、ポリエステル系可塑剤の添加量(質量部)に対する前記糖エステル化合物の添加量(質量部)は、2〜10倍(質量比)加えることが好ましく、3〜8倍(質量比)加えることがより好ましい。
なお、前記糖エステル化合物は、単独で用いても、二種類以上を併用してもよい。
レターデーション値を発現するため、少なくとも二つの芳香族環を有する化合物をレターデーション発現剤として用いることができる。
少なくとも2つ以上の芳香環を有する化合物は一様配向した場合に光学的に正の1軸性を発現することが好ましく、2つの芳香族環が剛性部を形成し、さらに液晶性を示す化合物であることが好ましい。
少なくとも2つ以上の芳香環を有する化合物の分子量は、300ないし1200であることが好ましく、400ないし1000であることがより好ましい。
光学特性とくにReを好ましい値に制御するには、延伸が有効である。Reの上昇はフィルム面内の屈折率異方性を大きくすることが必要であり、一つの方法が延伸によるポリマーフィルムの主鎖配向の向上である。また、屈折率異方性の大きな化合物を添加剤として用いることで、さらにフィルムの屈折率異方性を上昇することが可能である。例えば上記の2つ以上の芳香環を有する化合物は、延伸によりポリマー主鎖が並ぶ力が伝わることで該化合物の配向性も向上し、所望の光学特性に制御することが容易となる。
少なくとも2つの芳香環を有する化合物は2種以上を併用して用いることもできる。
R5’〜R7’は、各々独立に、−OCH3、又は−CH3を表す。
セルロースアシレートフィルム中には、その他に酸化防止剤、剥離促進剤、微粒子などの添加剤を加えることができる。
本発明の位相差フィルムは、酸化による解重合等の劣化を防ぐために酸化防止剤を用いることができる。使用可能な酸化防止剤としては、特開2012−181516号公報の段落[0120]に記載のフェノール系あるいはヒドロキノン系酸化防止剤やリン系酸化防止が挙げられる。酸化防止剤の添加量は、セルロースアシレート100質量部に対して、0.05〜5.0質量部を添加することが好ましい。
セルロースアシレートフィルムの流延用金属支持体からの剥離抵抗を小さくする添加剤としては界面活性剤に効果の顕著なものが多くみつかっている。好ましい剥離剤としては燐酸エステル系の界面活性剤、カルボン酸あるいはカルボン酸塩系の界面活性剤、スルホン酸あるいはスルホン酸塩系の界面活性剤、硫酸エステル系の界面活性剤が効果的である。また上記界面活性剤の炭化水素鎖に結合している水素原子の一部をフッ素原子に置換したフッ素系界面活性剤も有効である。
具体的な例としては特開2012−181516号公報の段落[0124]〜[0138]の(有機酸)の項に記載の化合物を参考することができる。
剥離剤の添加量はセルロースエステルに対して0.05〜5質量%が好ましく、0.1〜2質量%が更に好ましく、0.1〜0.5質量%が最も好ましい。
本発明の位相差フィルムには、フィルムすべり性、および安定製造の観点から微粒子を含めることができる。これら微粒子はマット剤と称されることがあり、無機化合物であっても、有機化合物であってもよい。
これら微粒子の好ましい例としては、具体的な例としては特開2012−177894号公報の段落[0024]〜[0027]の(マット剤微粒子)の項や、特開2012−181516号公報の段落[0122]〜[0123]の(マット剤)の項に記載の微粒子を参考することができる。
これらの微粒子は光の波長よりも小さいため、多量に添加しなければフィルムのヘイズが大きくならず、実際にLCDに使用した場合、コントラストの低下、輝点の発生等の不都合が生じにくい。また、少なすぎなければ上記のキシミ、耐擦傷性を実現することができる。これらの観点から、セルロースアシレートフィルム中、0.01〜5.0質量%の割合で含めることが好ましく、0.03〜3.0質量%の割合で含めることがより好ましく、0.05〜1.0質量%の割合で含めることが特に好ましい。
2層の位相差層を積層させる場合に両者の密着性の改善や界面(積層時の表面)状態を制御するために任意の層を介在させることができる。(以降、この層を中間層と称する。)
中間層は、ポリビニルアルコール樹脂、又は、極性基を有するアクリル樹脂を含有してなる層が好ましい。
中間層の材料として、ポリビニルアルコール樹脂を用いることができ、ポリビニルアルコール樹脂としては、変性又は未変性のポリビニルアルコールを使用することができる。
垂直配向膜として公知の材料のみならず、水平配向膜として公知の材料から選択することもできる。変性又は未変性ポリビニルアルコールは、水平配向膜としても用いられているが、後述のオニウム化合物を位相差層形成用組成物中に添加することで、オニウム化合物と当該中間層との作用、及びオニウム化合物と液晶化合物との作用等により、液晶分子を中間層界面でホメオトロピック配向させることができる。変性ポリビニルアルコールの中でも、重合性基を有する単位を含む変性ポリビニルアルコールを含有する中間層を用いると、位相差層との密着性をさらに改善できるので好ましい。
ビニル部分、オキシラニル部分またはアジリジニル部分を有する基で、少なくとも一個のヒドロキシル基が置換されたポリビニルアルコールが好ましく、例えば、特許第3907735号公報の段落番号[0071]〜[0095]に記載の変性ポリビニルアルコールが好ましい。
中間層の材料として、極性基を有するアクリル樹脂を用いることもできる。中間層を極性基を有するアクリル樹脂を用いて形成する場合、支持体であるセルロースアシレートフィルムに鹸化処理を施さなくても十分な密着性が得られるため、位相差フィルムの製造プロセスが簡略化でき、生産性の観点で好ましい。
なお、本発明においてアクリロイル基及びメタクリロイル基の総称として「(メタ)アクリロイル基」と表記する。
極性基とは、互いに結合している2原子の電気陰性度の差が大きいことを示し、具体的には、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、アンモニウム基、及びシアノ基からなる群より選択される少なくとも1つの極性基が挙げられ、特に水酸基が好ましい。
本発明における極性基を有するアクリル樹脂は、極性基を有さない繰り返し単位を含んでいてもよいし、(メタ)アクリロイル基を含有する化合物に由来する繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよい。
1分子中に3つ以上の官能基を有する化合物としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、アリル基等の重合性官能基(重合性の不飽和二重結合)を有する化合物が挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基及び−C(O)OCH=CH2を有する化合物が好ましい。特に好ましくは下記の1分子内に3つ以上の(メタ)アクリロイル基を含有する化合物である。
中間層は、支持体であるセルロースアシレートフィルム上に、直接又は他の層を介して、中間層形成用組成物を塗布し、乾燥させることで形成することができる。
中間層の材料がポリビニルアルコール系樹脂の場合は、水、アルコール系溶剤を主成分として、有機溶剤を適宜加えた溶剤を使用することが好ましい。
中間層の材料が極性基を有するアクリル系樹脂の場合は、セルロースアシレートに対する溶解能を有する溶剤、及びセルロースアシレートに対する膨潤能を有する溶剤を用いることが好ましい。
セルロースアシレートに対する膨潤能を有する溶剤が、セルロースエステルフィルムを膨潤させることに伴い極性基を有するアクリル系樹脂を形成する化合物がセルロースエステルフィルムに浸透する。またセルロースアシレートに対する溶解能を有する溶剤がセルロースエステルフィルムを溶解することでセルロースエステルが中間層側に拡散する。これにより、セルロースアシレートフィルムに鹸化処理を施さなくても中間層との密着性に優れる。
セルロースアシレートに対する溶解能を有する溶剤とは、24mm×36mm(厚み80μm)の大きさのセルロースアシレートフィルムを該溶剤の入った15cm3の瓶に室温下(25℃)で60秒浸漬させて取り出した後に、浸漬させた溶液をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で分析したとき、セルロースアシレートのピーク面積が400mV/sec以上である溶剤のことを意味する。若しくは24mm×36mm(厚み80μm)の大きさのセルロースアシレートフィルムを該溶剤の入った15cm3の瓶に室温下(25℃)で24時間経時させ、適宜瓶を揺らすなどして、フィルムが完全に溶解して形をなくすものも、セルロースアシレートに対して溶解能を有する溶剤を意味する。
セルロースアシレートに対する溶解能を有する溶剤としては、1種類でも2種類以上用いてもよい。
セルロースアシレートに対する膨潤能を有する溶剤とは、24mm×36mm(厚み80μm)の大きさのセルロースアシレートフィルムを該溶剤の入った15cm3の瓶に縦に入れ、25℃で60秒浸漬し、適宜該瓶を揺らしながら観察し、折れ曲がりや変形が見られる溶剤を意味する(フィルムは膨潤した部分の寸度が変化し折れ曲がりや変形として観察される。膨潤能の無い溶媒では折れ曲がりや変形といった変化が見られない)。
例えば、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン等の炭素数が3〜12のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の炭素数が3〜12のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等の炭素数が3〜12のエステル類、2種類以上の官能基を有する有機溶媒等の溶媒を用いることができ、これらは1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、上記溶剤の効果を制御するために、セルロースアシレートフィルムに対して溶解能も膨潤能も持たない溶剤を併用することができる。
溶解能も膨潤能も持たない溶剤としては、特開2008−112177号公報の[0027]段落に記載された溶剤を用いることができる。
例えば、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メタノール、エタノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、2−プロパノール、2−メチル−2−ブタノール、シクロヘキサノール、2−オクタノン、2−ペンタノン、2−ヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ペンタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、酢酸イソブチルが挙げられる。
溶剤として、セルロースアシレートに対する溶解能も膨潤能も持たない溶剤を用いてもよく、溶解能も膨潤能も持たない溶剤の添加量は、使用する全溶剤に対して90質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下が更に好ましい。
混合層が存在することにより、支持体と中間層の密着力が強化される。混合層の膜厚が0.3μm以上であれば密着力が十分であり、5.0μm以下であれば混合層での濃度分布が相分離を引き起こさず、液晶パネルに実装した際にコントラストが低減しないため好ましい。
上記混合層は、位相差フィルムの厚み方向に断面をミクロトームで切削した後、オスミウム酸で染色した後に、SEMを用いて、断面観察することで膜厚測定を行うことができる。
上記混合層は、中間層形成用組成物に、前記セルロースアシレートに対する膨潤能や溶解能を有する溶剤を含有させることによって形成することができる。混合層の膜厚は、溶解能や膨潤能を有する溶剤の種類や濃度によって制御することができる。
本発明に用いることができる位相差フィルムが有する液晶化合物の配向状態を固定した位相差層(位相差層)について説明する。
位相差層は、液晶化合物がホメオトロピック配向している状態を固定した層である。
ホメオトロピック配向とは層の法線方向に液晶分子が配向し、遅相軸が層の法線方向と平行となる配向状態である。なお、位相差層の遅相軸は層の法線方向と平行であることが特に好ましいが、液晶分子の配向状態により傾きをもつ場合がある。この傾きは3.5°以内であれば面内位相差を10nm以下とできるため好ましい。
液晶化合物としては、位相差フィルムの光学特性の観点から、棒状液晶化合物を主成分として含む組成物のホメオトロピック配向を固定してなる層が好ましい。
棒状液晶化合物のホメオトロピック配向を固定した層は、正のC−プレートとして機能することができる。
更に結晶化析出を抑止する観点から、位相差層を形成する液晶化合物は位相差中に70質量%以上含むことが好ましく、80質量%以上であることが特に好ましい。さらに、液晶化合物として、前記一般式(IIA)で表される化合物、及び前記一般式(IIB)で表される化合物を用いる場合は、位相差層の全固形分に対してそれぞれ3質量%以上含むことが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、8質量%以上であることが特に好ましい。
本発明に用いることができる位相差フィルムが有する位相差層は、下記一般式(I)で表されるオニウム化合物を含むことが好ましい。該オニウム化合物は、液晶化合物の配向膜界面におけるホメオトロピック配向を促進する垂直配向剤として作用するとともに、位相差層と中間層との界面の密着性改善にも寄与する。位相差層は、必要に応じて、空気界面側の配向を制御する空気界面側配向制御剤(例えば、フルオロ脂肪族基を有する繰り返し単位を含む共重合体)を含有していてもよい。
一般式(I)で表されるオニウム化合物は、液晶化合物の中間層界面における配向を制御することを目的として添加され、液晶化合物の分子の中間層界面近傍におけるチルト角を増加させる作用がある。
bは、1〜4の整数を表し、1〜3であることがより好ましく、2〜3であることがさらに好ましい。
垂直配向剤が極性基を有する中間層へ偏在の程度としては、中間層側の支持体側界面と表面側界面との存在比が3倍以上であることが好ましい。
位相差層の、Reの値は0〜3nmが好ましく、0〜2nmがより好ましく、0〜1nmが更に好ましい。
位相差層の、Rthは−100〜−250nmが好ましく、−120〜−230nmがより好ましく、−140〜−210nmが更に好ましい。
なお、位相差層のレターデーションは、ガラス板上に中間層、位相差層の順で塗布したフィルムの値を測定することで測定することが出来る。
ここで、Re及びRthは、それぞれ、25℃、60%RHで波長550nmの光で測定した面内レターデーション値及び厚み方向のレターデーション値である。
位相差層の膜厚は、薄膜化に貢献でき、フィルムのカールを改善できるという観点から、0.5〜2.0μmが好ましく、1.0〜2.0μmがより好ましい。
本発明における第1位相差領域を第1偏光膜の表面保護フィルム(偏光板用保護フィルム)として用いる場合、第1位相差領域の前記支持体の表面、すなわち偏光膜と貼り合わせる側の表面を親水化する、ケン化処理や特開2010−91603に記載のUV接着を行うことで、ポリビニルアルコールを主成分とする偏光膜との接着性を改良することができる。
本発明の液晶表示装置において、視認側の偏光板は、第1偏光膜と該第1偏光膜を保護する保護フィルムを有し、該保護フィルムの少なくとも一方が前記積層体(第1位相差領域)である。
前記2枚の保護フィルムのうち、一方が第1位相差領域であり、他方がアクリル系樹脂からなるフィルムであることが偏光板加工後の偏光板のカールの観点から好ましい。アクリル系樹脂からなるフィルムとしては、アクリプレン(三菱レイヨン社製)、テクノロイ(住友化学社製)、ケンデュレン(カネカ社製)などが挙げられる。
第1位相差領域が液晶セル側の保護フィルムであることが好ましい。
第1及び第2偏光膜には、ヨウ素系偏光膜、二色性染料を用いる染料系偏光膜やポリエン系偏光膜がある。ヨウ素系偏光膜及び染料系偏光膜は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造することができる。
第2の位相差領域の光学特性としては、Re、Rthが共に0近傍の光学特性になるフィルムが好ましく、公知の位相差層を用いることができる。
また、第2偏光膜の第2の位相差領域の反対側には偏光板保護フィルムを設けてもよく、公知の偏光板保護フィルムを用いることができる。
なお、以下実施例#7、#9、#19、及び#28は参考例#7、#9、#19、及び#28と読み替えるものとする。
(1)セルロースアシレートフィルムの作製
以下の方法で、セルロースアシレートフィルムをそれぞれ作製した。
セルロースアシレート溶液の調製:
下記表に記載した主剤、添加剤、及び溶媒をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、さらに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。
なお、添加剤の添加量は、表中に、主剤100質量部に対する質量部で表した。溶剤1と溶剤2の組成比は質量比で表中に記載した。また、セルロースアシレート溶液の固形分濃度(単位 質量%)を表中の「濃度」の欄に記載した。
次に上記方法で調製した各セルロースアシレート溶液を含む、下記成分を分散機に投入し、微粒子分散液を調製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
微粒子分散液
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
・微粒子(アエロジルR972 日本アエロジル株式会社製)
0.2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
・各セルロースアシレート溶液 10.3質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
上述のドープを、バンド流延機を用いて流延した。なお、バンドはステンレス製であった。
流延されて得られたウェブ(フィルム)を、バンドから剥離後、パスロールを搬送させ、乾燥温度120℃で20分間乾燥した。なお、ここでいう乾燥温度とは、フィルムの膜面温度のことを意味する。
得られたウェブ(フィルム)をバンドから剥離し、クリップに挟み、固定端一軸延伸の条件で、表に記載の延伸温度および延伸倍率でテンターを用いてフィルム搬送方向(MD)に直交する方向(TD)に延伸した。
延伸倍率及び延伸温度については下記表に記載する。
支持体の鹸化処理を行なう試料については、以下のように行なった。
作製した支持体を、2.3mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に、55℃で3分間浸漬した。室温の水洗浴槽中で洗浄し、30℃で0.05mol/Lの硫酸を用いて中和した。再度、室温の水洗浴槽中で洗浄し、さらに100℃の温風で乾燥した。このようにして、支持体の表面の鹸化処理を行った。
表中、「TAC」はセルローストリアセテートを表し、数値はアセチル基の置換度を表す。「CAP」は、セルロースアセテートプロピオネートを表し、アセチル基置換度1.3、プロピオニル基置換度0.7である。
なお、#31は、アセチル基置換度2.43のセルローストリアセテートを基層とし、基層の両側(表裏面)に、アセチル基置換度2.81のセルローストリアセテートを表層として有するフィルムを共流延にて作製した。支持体31のセルローストリアセテートの全体のアセチル基置換度は2.45であった。
「ZF」は、日本ゼオン社製の100μmの膜厚を有する環状オレフィン系樹脂である。
PG:1,2−プロパンジオール
TPA:テレフタル酸
AA:アジピン酸
SA:コハク酸
T−2は、下記一般式(10)において、6つのRが下記置換基(ベンゾイル基)で置換され、残りの2つのRは水素原子である。
(RH01)
下記表に記載した内容物、及び溶媒を混合して、中間層形成用組成物を調製した。
(アクリル層)
アクリル化合物二種100質量部、光重合開始剤(イルガキュア127、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)3質量部、及び溶剤を混合し、20質量%になるようにアクリル層形成用組成物を調製した。
中間層形成用組成物を支持体上に、アクリル層形成用組成物は、ワイヤーバーコーター#1.6で、塗布し、60℃、0.5分乾燥後、高圧水銀灯を用いて、窒素パージ下酸素濃度約0.1%で照度40mW/cm2、照射量120mJ/cm2の紫外線を30℃30秒間UV照射し中間層を硬化させた。
下記一般式PVAで表される化合物(PVA1)100質量部、T1 5質量部を、水:メタノール=75:25質量比の溶剤に、2.5質量%溶液となるように溶解させてPVA層形成用組成物を調製した。
なお、内容物及び溶媒の組成比は質量比で表中に記載した。また、中間層形成用組成物の固形分濃度(単位 質量%)を表中の「濃度」の欄に記載した。
中間層形成用組成物を支持体上に、PVA層形成用組成物をワイヤーバーコーター#8で塗布し、60℃、0.5分乾燥し中間層を成膜した。
得られた中間層の膜厚は表中に記載した。
MIBK:メチルイソブチルケトン
ACR1:ブレンマーGLM、日油(株)製、下記構造の化合物。
中間層上に、下記表に記載した液晶化合物(下記表に示す化合物1と化合物2とを下記表に示す組成比(質量比)で含む混合物)1.8g、光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製)0.06g、増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)0.02g、垂直配向剤(S01)0.002g、アクリル化合物を液晶化合物量に対して表4で示す比率で、メチルエチルケトン(MEK)/シクロヘキサノン(=86/14(質量%))に溶解した溶液を、#3.2のワイヤーバーで塗布した。これを金属の枠に貼り付けて、100℃の恒温槽中で2分間加熱し、棒状液晶化合物を配向させた(ホメオトロピック配向)。次に、50℃に冷却した後に、窒素パージ下酸素濃度約0.1%で空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度190mW/cm2、照射量300mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させた。その後、室温まで放冷した。
大阪有機化学社製ビスコート360
得られた各位相差フィルムについて、厚み、Re、Rth、|Rth/Re|を評価した。
上記で作製した各位相差フィルムを、ポリビニルアルコール系偏光子と、接着剤を用いて貼合し、且つ偏光子の反対側表面に、同様にして、富士フイルム(株)製、フジタックTD60UL(厚さ60μm)を貼合して、偏光板をそれぞれ作製した。位相差フィルムと偏光子とを貼合する際は、支持体であるセルロースアシレートフィルムの表面と偏光子の表面とを貼合した。
なお、液晶表示装置に実装する際は、いずれについても、位相差フィルムを液晶セルと偏光子との間に配置した。
IPSモード液晶セル(液晶層のd・Δnの値は300nm)の表示面側に、上記で作製した積層型の位相差フィルムを有する各偏光板を実装し、且つバックライト側に上記で作製したZ−TACフィルムを有する偏光板を実装して、IPSモード液晶表示装置を作製した。
(IPS型液晶セルの準備)
一枚のガラス基板上に、隣接する電極間の距離が20μmとなるように電極を配設し、その上にポリイミド膜を配向膜として設け、ラビング処理を行った。別に用意した一枚のガラス基板の一方の表面にポリイミド膜を設け、ラビング処理を行って配向膜とした。二枚のガラス基板を、配向膜同士を対向させて、ラビング方向が平行となるようにして重ねて貼り合わせ、次いで屈折率異方性(Δn)が0.0889および誘電率異方性(Δε)が正の4.5であるネマティック液晶組成物を封入し、セルギャップdを3.5μmとし、Δn・dが311nmである液晶セルを作製した。また、プレチルトは1°とした。
この様にして作成した液晶セルのセルギャップdを変化させて、Δn・dの異なるセル1〜8を準備した。
上記IPSモード液晶セルの表示面側表面に位相差付きの偏光板の位相差層の面内方向の遅相軸が液晶セルのラビング方向(例えば、図2の4の方向)となる様に貼合した。
この様にしてIPSモード液晶表示装置LCDを作製した。なおバックライト装置には市販のアップル社製iPad2(商品名)を分解し、バックライトユニットとして使用した。
作製した液晶表示装置に対して以下の評価を実施した。なお、ΔndWは、可視光領域(400〜700nm)の略中心値550nmの半波長である275nmとして換算して算出した。
コントラスト測定器(ELDIM社製、EZContrast)を用いて白輝度の視野角特性を計測し、下記基準で評価した。
A;450cd/m2以上
B;430cd/m2以上
C;410cd/m2以上
D;390cd/m2以上
パターンジェネレータを用いてディスプレイに黒表示を0階調、白表示を255階調として255分割した時の黒表示(0階調)および、中間調表示(23階調)を表示させた。
さらに、コントラスト測定器(ELDIM社製、EZContrast)を用いて黒表示時の輝度Y(L0)と中間調表示時のY(L23)の視野角特性を計測し、下記基準で評価した。
A:全視野角でY(L0)<Y(L23)
B:全視野角中、Y(L0)<Y(L23)となる角度領域が95%以上100%未満
C:全視野角中、Y(L0)<Y(L23)となる角度領域が90%以上95%未満
D:全視野角中、Y(L0)<Y(L23)となる角度領域が90%未満
コントラスト測定器(ELDIM社製、EZContrast)を用いて黒色味の視野角特性Y、x、yを計測し、式(1)、式(2)を用いてX、Zを計算し、下記基準で評価した。
x=X/(X+Y+Z) ・・・式(1)
y=Y/(X+Y+Z) ・・・式(2)
これらを算出した後、全視野角中の最大値に対して以下の基準で評価を行った。
X A:0.95未満
B:0.95以上1.15未満
C:1.15以上、1.35未満
D:1.35以上
Y A:0.75未満
B:0.75以上0.95未満
C:0.95以上、1.15未満
D:1.15以上
Z A:2.50未満
B:2.50以上3.50未満
C:3.50以上、4.50未満
D:4.50以上
なお、♯nは、支持体♯n、中間層♯n、及び位相差層♯nを有する液晶表示装置の番号であり、nは01〜32である。
3 電極
4 配向膜のラビング方向
5a、5b 電圧無印加状態又は低印加状態での液晶分子の配向方向
6a、6b 電圧印加状態での液晶分子の配向方向
10 液晶セル
11 第1基板
12 液晶層
12a 液晶層の遅相軸
13 カラーフィルタ
14 電極
15 第2基板
20 第1偏光膜
20a 第1偏光膜の吸収軸
22 第2偏光膜
22a 第2偏光膜の吸収軸
24 第1光学補償領域(第1位相差領域)
26 第2光学補償領域(第2位相差領域)
28 偏光板保護フィルム
30 バックライトユニット
Claims (11)
- 第1偏光膜、
第1位相差領域、
一対の基板により液晶層が挟持され、黒表示時に該液晶層の液晶分子が前記一対の基板の表面に対して平行に配向している液晶セル、
第2偏光膜
をこの順に少なくとも含んでなり、
第1位相差領域の遅相軸は、第1位相差領域に隣り合う液晶セルの基板の液晶分子の電圧無印加状態における長軸と直交又は平行に配置され、
液晶セルは横電界モードで動作する液晶表示装置であって、
第1位相差領域は互いに異なる位相差値を有する第1の位相差層と第2の位相差層を少なくとも含み、かつ、下記式1)及び2)を満たす液晶表示装置。
式1) 0.5×(|Rth11|−|Rth12|)≦|Δndb−ΔndW|/2≦(|Rth11|−|Rth12|)
式2) 1.3≦|Rth12|/|Re12|+0.5≦1.6
Δndbは黒表示時(電圧無印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、ΔndWは白表示時(電圧印加状態)における液晶セルが有するレターデーション値であり、Rth11は第1位相差領域を構成する第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値であり、Re12、及びRth12はそれぞれ第1位相差領域を構成する第2の位相差層の面内方向のレターデーション値、及び厚さ方向のレターデーション値であり、
Re12が80〜150nm、Rth12が75〜100nm、Re11が−10〜10nm、Rth11が−250〜−100nmの範囲である。 - 液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、275nm<Δndb<450nmである請求項1に記載の液晶表示装置。
- 液晶セルの黒表示時におけるレターデーション値Δndbが、320nm<Δndb<400nmである請求項2に記載の液晶表示装置。
- 液晶セルは、下記式3)及び4)を満たす波長分散特性を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式3) 1.0≦Δndb(450)/Δndb(550)≦1.6
式4) 0.5≦Δndb(650)/Δndb(550)≦1.0
Δndb(λ)は測定波長λ(nm)における白表示時の液晶セルのレターデーション値である。 - 第1位相差領域を構成する第1の位相差層は下記式5)及び6)を満たす波長分散特性を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式5) 1.05≦Rth11(450)/Rth11(550)≦1.15
式6) 0.90≦Rth11(650)/Rth11(550)≦0.98
Rth11(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第1の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。 - 第1位相差領域を構成する第2の位相差層は下記式7)及び8)を満たす波長分散特性を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
式7) 0.95≦Rth12(450)/Rth12(550)≦1.10
式8) 0.90≦Rth12(650)/Rth12(550)≦1.05
Rth12(λ)は測定波長λ(nm)における第1位相差領域の第2の位相差層の厚さ方向のレターデーション値である。 - 第1位相差領域を構成する第1の位相差層と第2の位相差層は位相差を有しない層が介在した3層以上の層で構成されてなる請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 第1位相差領域は、
平均アシル基置換度DSが2.0<DS<2.6のセルロースアシレートを主成分とした層、
ポリビニルアルコール系樹脂、又は極性基を有するアクリル系樹脂を含んでなる層、及び、
ホメオトロピック配向した液晶化合物の配向状態を固定させた層、の3層を含んで構成される請求項1〜7のいずれか1項に記載の液晶表示装置。 - 第1位相差領域の総厚みが20〜50μmである積層体である請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 第1偏光膜及び第2偏光膜の厚みが3〜15μmである請求項1〜9のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 第1偏光膜の液晶セルとは反対側に保護フィルムを有し、上記保護フィルム、第1偏光膜、及び第1位相差領域からなる偏光板の合計膜厚が80〜120μmである請求項1〜10のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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