JP2008145732A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】互いに対向して配置され、少なくとも一方が透明電極を有する第1及び第2の基板間に、電圧無印加状態で液晶分子が前記基板間でツイスト角45°以下で基板面に略平行に配向し、電圧印加状態で液晶分子が前記基板面の法線方向に配向する液晶層(18);及び該液晶層(18)を挟んで配置され、互いに直交する偏光軸を有する第1及び第2の偏光層(12a、12b);及び前記第1及び第2の偏光層(12a、12b)の少なくとも一方と前記液晶層(18)との間に、第1の位相差層(14a、14b);を有する液晶表示装置であって、前記第1の位相差層が下記式(1)を満たすことを特徴とする液晶表示装置。 −280nm < Rth(550) < 50nm (1) 但し、Rth(λ)は、波長λnmの光に対する厚さ方向のレターデーションである。
【選択図】図1
Description
一方、ECBモードの液晶表示装置は、液晶セルの複屈折を電界によって制御する方式であり、その一例として、電圧無印加時、即ち白表示時、に液晶分子を基板面に対して略平行配向(ホモジニアス配向)させ、電圧印加状態、即ち黒表示時、に液晶分子を基板面に対して略垂直配向(ホメトロピック配向)させる方式がある。この方式においては、白表示時に、視野角を大きくして観察した場合に生じる階調反転及び色味変化(黄色化)について、改善が望まれている。
[1] 互いに対向して配置され、且つ少なくとも一方が透明電極を有する第1及び第2の基板;前記第1及び第2の基板間に、電圧無印加状態で液晶分子が前記基板間でツイスト角45°以下で、且つ基板面に略平行に配向し、電圧印加状態で液晶分子が前記基板面の法線方向に配向する液晶層;及び該液晶層を挟んで配置され、互いに直交する偏光軸を有する第1及び第2の偏光層;及び前記第1及び第2の偏光層の少なくとも一方と前記液晶層との間に、第1の位相差層;を有する液晶表示装置であって、前記第1の位相差層が下記式(1)を満たすことを特徴とする液晶表示装置:
−280nm < Rth(550) < 50nm (1)
但し、Rth(λ)は、波長λnmの光に対する厚さ方向のレターデーションである。
[2] 前記第1の位相差層が、下記式(2)を満たすことを特徴とする[1]の液晶表示装置:
−200nm ≦ Rth(550) ≦ 0nm (2)。
[3] 前記第1の位相差層が、前記第1の偏光層と前記液晶層との間に配置され、前記第1の偏光層の保護層であることを特徴とする[1]又は[2]の液晶表示装置。
[4] 前記第1及び第2の偏光層の少なくとも一方と前記液晶層との間に、ディスコティック構造単位を有する化合物を含む組成物から形成された第2の位相差層をさらに有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかの液晶表示装置。
[5] 前記第1の位相差層と前記液晶層との間に、前記第2の位相差層が配置され、且つ前記第1の位相差層が、下記式(3)を満たすことを特徴とする[4]の液晶表示装置:
Re(550nm) < 200nm (3)
但し、Re(λ)は、波長λnmの光に対する面内レターデーションである。
[6] 前記第1の位相差層が、下記式(4)を満たすことを特徴とする[5]の液晶表示装置:
−50nm ≦ Re(550) ≦ 150nm (4)。
[7] 前記第1の位相差層が、下記式(A)で表される分極率異方性Δαが2.5×10-24cm-3以上である置換基を含むセルロースアシレートを含有するフィルムからなる[1]〜[6]のいずれかの液晶表示装置:
Δα=αx−(αy+αz)/2 (A)
式中、αx、αy及びαzは分極率テンソルを対角化後に得られる固有値であり、αx≧αy≧αzを満足する。
[8] 前記第1の位相差層が、棒状液晶構造単位を有する化合物を含有する組成物から形成された層であることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかの液晶表示装置。
また、本明細書において、Re(λ)、Rth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーションおよび厚さ方向のレターデーションを表す。Re(λ)はKOBRA 21ADHまたは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。
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 −−−式(2)
注記:
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。
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。
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。
図1は本発明の液晶表示装置の一例の概略断面図である。なお、図1は概略図であって、層の厚さ等の相対的関係、各層中の液晶性分子の形状及び大きさ等については、実際のものと必ずしても一致しているわけではない。後述する図2においても同様である。
図1に示す液晶表示装置は、ECBモードの液晶セル18、及び液晶セルを挟んで配置された一対の上偏光板20a及び下偏光板20bを有する。偏光板20a、20bはそれぞれ、偏光膜12a、12b、位相差を有する保護フィルム14a、14b及び位相差層16a、16bを有する。
−280nm < Rth(550) < 50nm (1)
さらに、下記関係式(2)を満足するのが好ましい。
−200nm ≦ Rth(550) ≦ 0nm (2)
本態様では、保護フィルム14a、14bの面内レターデーションRe(550)は、下記式(3)を満足するのが好ましく、下記式(4)を満足するのがより好ましい。
Re(550nm) < 200nm (3)
−50nm ≦ Re(550) ≦ 150nm (4)
本態様では、前記光学特性を有する位相差フィルムを偏光膜の液晶セル側の保護フィルムとして用いることで、白表示時に生じる階調反転及び色味変化(特に黄色化)を軽減している。
図2に示す液晶表示装置は、ECBモードの液晶セル18、及び液晶セルを挟んで配置された一対の上偏光板20a’及び下偏光板20b’を有する。偏光板20a’と液晶セル18、及び偏光板20b’と液晶セル18との間には、第1の位相差層である(上記式(1)を満足する)ポリマーフィルム等からなる支持体14a、14bと、その上にディスコティック液晶組成物を用いて形成した第2の位相差層16a、16bとを有する光学補償フィルム21a、21bが配置されている。
なお、図2中、偏光板20a’、20b’の液晶セル側の保護フィルム13a、13bは、低レターデーションのフィルムが好ましく、例えば、特開2006−30937号公報等に記載の低レターデーションセルロースアシレートフィルム等が好ましい。
本発明の液晶表示装置、下記式(1)を満足する第1の位相差層を有する。
−280nm < Rth(550) < 50nm (1)
前記第1の位相差層は、下記式(2)を満たすことが好ましい。
−200nm ≦ Rth(550) ≦ 0nm (2)。
Re(550)については、特に制限されず、液晶表示装置の構成(第1及び第2の位相差層の配置関係)、液晶セルの光学特性等に応じて決定することができる。好ましい範囲については、上記した通りである。
第1の位相差層は、セルロースアシレートフィルムであってもよい。以下、本発明において第1の位相差層として好ましく用いられるセルロースアシレートフィルムについて詳細に説明する。
本発明において、前記第1の位相差層として好ましく用いられるセルロースアシレートフィルムは、上記式(1)を満足する。前記セルロースアシレートフィルムは、光学軸がフィルム面内に実質的にないのが好ましく、上記式(3)を満足するのが好ましい。上記式(1)を満足するセルロースアシレートフィルムは、その原料として用いるセルロースアシレートが、その構成単位であるβ−グルコース環上の3つの水酸基に連結する置換基として、分極率異方性が大きい置換基を有することが好ましい。セルロースシレートに分極率異方性が大きい置換基を導入し、かつ他の置換基及び置換度を調整することで、膜厚方向に屈折率が最大となり、上記式(1)を満足するセルロースアシレートフィルムが得られる。
セルロースアシレートの分極率異方性は下記数式(1)により定義される。
数式(1):Δα=αx−(αy+αz)/2
(式中、αx、αy、αzは分極率テンソルを対角化後に得られる固有値であり、αx≧αy≧αzである。)該分極率異方性は、フィルム延伸時の延伸直交方向への屈折率発現性と関係がある。すなわち、該分極率異方性が小さい場合には延伸方向に遅相軸が発現し、大きい場合には延伸直交方向に遅相軸が発現する。前記式(1)を満足するセルロースアシレートフィルムを作製するためには、原料であるセルロースアシレートの分極率異方性が大きいほど好ましく、好ましくは2.5×10-24cm-3以上であり、より好ましくは3.5×10-24cm-3以上であり、特に好ましくは4.5×10-24cm-3以上である。
なお、セルロースアシレートの置換基の末端間距離及び分極率異方性はGaussian03(Revision B.03、米ガウシアン社ソフトウェア)を用いて計算する。末端間距離はB3LYP/6−31G*レベルの計算で構造最適化した後、最も離れた原子間の距離として算出する。分極率異方性はB3LYP/6−31G*レベルで最適化された構造を用いて、3LYP/6−311+G**レベルで分極率を計算し、得られた分極率テンソルを対角化した後、対角成分より算出する。置換基の末端間距離および分極率異方性の計算においては、セルロースアシレートの構成単位であるβ−グルコース環上の水酸基に連結する置換基を、水酸基の酸素原子を含む部分構造にて計算して求める。
上記アラルキル基の炭素原子数は、7〜20であることが好ましく、7〜12であることがさらに好ましい。アラルキル基の例には、ベンジル、フェネチルおよびナフチルメチルが含まれる。上記アルコキシカルボニル基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、2〜12であることがさらに好ましい。アルコキシカルボニル基の例には、メトキシカルボニルが含まれる。上記アリールオキシカルボニル基の炭素原子数は、7〜20であることが好ましく、7〜12であることがさらに好ましい。アリールオキシカルボニル基の例には、フェノキシカルボニルが含まれる。上記アラルキルオキシカルボニル基の炭素原子数は、8〜20であることが好ましく、8〜12であることがさらに好ましい。アラルキルオキシカルボニル基の例には、ベンジルオキシカルボニルが含まれる。上記カルバモイル基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることがさらに好ましい。カルバモイル基の例には、(無置換)カルバモイルおよびN−メチルカルバモイルが含まれる。上記スルファモイル基の炭素原子数は、20以下であることが好ましく、12以下であることがさらに好ましい。スルファモイル基の例には、(無置換)スルファモイルおよびN−メチルスルファモイルが含まれる。上記アシルオキシ基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、2〜12であることがさらに好ましい。アシルオキシ基の例には、アセトキシおよびベンゾイルオキシが含まれる。
前記芳香族アシル基の置換度はセルロース脂肪酸モノエステルの場合、残存する水酸基に対して2.0以下、好ましくは0.1〜2.0、さらに好ましくは0.1〜1.0である。また、セルロース脂肪酸ジエステル(二酢酸セルロース)の場合、残存する水酸基に対して1.0以下、好ましくは0.1〜1.0である。また、セルロースアシレートの総置換度PAは2.4〜3であるのが好ましい。
本発明に用いるセルロースアシレートフィルムを作製するにあたっては、上述のようにフィルム中のセルロースアシレートが面内および膜厚方向に配向するのを抑制して光学異方性を低下させる化合物のうち、オクタノール−水分配係数(logP値)が0ないし7である化合物が好ましい。logP値が7以下である化合物は、セルロースアシレートとの相溶性に優れ、フィルムの白濁や粉吹きを生じにくい。また、logP値が0以上である化合物は親水性が適切であり、セルロースアシレートフィルムの耐水性を向上させる。logP値としてさらに好ましい範囲は1〜6であり、特に好ましい範囲は1.5〜5である。
オクタノール−水分配係数(logP値)の測定は、JIS日本工業規格Z7260−107(2000)に記載のフラスコ浸とう法により実施することができる。また、オクタノール−水分配係数(logP値)は実測に代わって、計算化学的手法あるいは経験的方法により見積もることも可能である。計算方法としては、Crippen’s fragmentation法(J.Chem.Inf.Comput.Sci.,27,21(1987).)、Viswanadhan’s fragmentation法(J.Chem.Inf.Comput.Sci.,29,163(1989).)、Broto’s fragmentation法(Eur.J.Med.Chem.−Chim.Theor.,19,71(1984).)などが好ましく用いられるが、Crippen’s fragmentation法(J.Chem.Inf.Comput.Sci.,27,21(1987).)がより好ましい。ある化合物のlogPの値が測定方法あるいは計算方法により異なる場合に、該化合物が本発明の範囲内であるかどうかは、Crippen’s fragmentation法により判断することが好ましい。
Rthを低下させる化合物は、好ましくは、25℃で液体であるか、融点が25〜250℃の固体であり、さらに好ましくは、25℃で液体であるか、融点が25〜200℃の固体である。また光学異方性を低下させる化合物は、セルロースアシレートフィルム作製のドープ流延、乾燥の過程で揮散しないことが好ましい。
Rthを低下させる化合物は、単独で用いても、2種以上化合物を任意の比で混合して用いてもよい。
Rthを低下させる化合物を添加する時期はドープ作製工程中のいずれであってもよく、ドープ調製工程の最後に行ってもよい。
以下に、一般式(B)で表される化合物の好ましい例を示すが、これらの具体例に限定されるものではない。
前記波長分散調整剤の具体例としては、例えばベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノ基を含む化合物、オキシベンゾフェノン系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ニッケル錯塩系化合物などが挙げられるが、これら化合物だけに限定されるものではない。
一般式(101) Q1−Q2−OH
式中、Q1は含窒素芳香族ヘテロ環、Q2は芳香族環を表す。
であり、より好ましくは5ないし6員の含窒素芳香族ヘテロ環であり、例えば、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、テトラゾール、チアゾール、オキサゾール、セレナゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾール、ベンズオキサゾール、ベンゾセレナゾール、チアジアゾール、オキサジアゾール、ナフトチアゾール、ナフトオキサゾール、アザベンズイミダゾール、プリン、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、トリアザインデン、テトラザインデン等があげられ、更に好ましくは、5員の含窒素芳香族ヘテロ環であり、具体的にはイミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、テトラゾール、チアゾール、オキサゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾール、ベンズオキサゾール、チアジアゾール、オキサジアゾールが好ましく、特に好ましくは、ベンゾトリアゾールである。
Q1で表される含窒素芳香族ヘテロ環は更に置換基を有してもよく、置換基としては後述の置換基Tが適用できる。また、置換基が複数ある場合にはそれぞれが縮環して更に環を形成してもよい。
芳香族炭化水素環として好ましくは(好ましくは炭素数6〜30の単環または二環の芳香族炭化水素環(例えばベンゼン環、ナフタレン環などが挙げられる。)であり、より好ましくは炭素数6〜20の芳香族炭化水素環、更に好ましくは炭素数6〜12の芳香族炭化水素環である。)更に好ましくはベンゼン環である。
芳香族ヘテロ環として好ましくは窒素原子あるいは硫黄原子を含む芳香族ヘテロ環である。ヘテロ環の具体例としては、例えば、チオフェン、イミダゾール、ピラゾール、ピリジン、ピラジン、ピリダジン、トリアゾール、トリアジン、インドール、インダゾール、プリン、チアゾリン、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾリン、オキサゾール、オキサジアゾール、キノリン、イソキノリン、フタラジン、ナフチリジン、キノキサリン、キナゾリン、シンノリン、プテリジン、アクリジン、フェナントロリン、フェナジン、テトラゾール、ベンズイミダゾール、ベンズオキサゾール、ベンズチアゾール、ベンゾトリアゾール、テトラザインデンなどが挙げられる。芳香族ヘテロ環として好ましくは、ピリジン、トリアジン、キノリンである。
Q2であらわされる芳香族環として好ましくは芳香族炭化水素環であり、より好ましくはナフタレン環、ベンゼン環であり、特に好ましくはベンゼン環である。Q2は更に置換基を有してもよく、後述の置換基Tが好ましい。
R1およびR3として好ましくは水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、置換または無置換のアミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子であり、より好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子であり、更に好ましくは水素原子、炭素1〜12アルキル基であり、特に好ましくは炭素数1〜12のアルキル基(好ましくは炭素数4〜12)である。
Q1およびQ2で表される芳香族炭化水素環として好ましくは(好ましくは炭素数6〜30の単環または二環の芳香族炭化水素環(例えばベンゼン環、ナフタレン環などが挙げられる。)であり、より好ましくは炭素数6〜20の芳香族炭化水素環、更に好ましくは炭素数6〜12の芳香族炭化水素環である。)更に好ましくはベンゼン環である。
Q1およびQ2で表される芳香族ヘテロ環として好ましくは酸素原子、窒素原子あるいは硫黄原子のどれかひとつを少なくとも1つ含む芳香族ヘテロ環である。ヘテロ環の具体例としては、例えば、フラン、ピロール、チオフェン、イミダゾール、ピラゾール、ピリジン、ピラジン、ピリダジン、トリアゾール、トリアジン、インドール、インダゾール、プリン、チアゾリン、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾリン、オキサゾール、オキサジアゾール、キノリン、イソキノリン、フタラジン、ナフチリジン、キノキサリン、キナゾリン、シンノリン、プテリジン、アクリジン、フェナントロリン、フェナジン、テトラゾール、ベンズイミダゾール、ベンズオキサゾール、ベンズチアゾール、ベンゾトリアゾール、テトラザインデンなどが挙げられる。芳香族ヘテロ環として好ましくは、ピリジン、トリアジン、キノリンである。
Q1およびQ2であらわされる芳香族環として好ましくは芳香族炭化水素環であり、より好ましくは炭素数6〜10の芳香族炭化水素環であり、更に好ましくは置換または無置換のベンゼン環である。
Q1およびQ2は更に置換基を有してもよく、前述の置換基Tから選ばれるのが好ましいが、置換基にカルボン酸やスルホン酸、4級アンモニウム塩を含むことはない。また、可能な場合には置換基同士が連結して環構造を形成してもよい。
それぞれ独立に水素原子または置換基を表す。
R10として好ましくは置換または無置換のアルキル基であり、より好ましくは炭素数5〜20の置換または無置換のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数5〜12の置換または無置換のアルキル基(n−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、ベンジル基、などが挙げられる。)であり、特に好ましくは、炭素数6〜12の置換または無置換のアルキル基(2−エチルヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、ベンジル基)である。
以下に一般式(102)で表される化合物の具体例を挙げるが、本発明は下記具体例に何ら限定されるものではない。
Q1およびQ2は更に置換基を有してもよく、前述の置換基Tから選ばれるのが好ましい。
なお、前述した様に、分極率異方性Δαが2.5×10-24cm-3以上である置換基を含むセルロースアシレートを含むフィルムのみで前記第1の位相差層に要求される光学特性を満たすこともできるが、本発明の範囲には、前記第1の位相差層が、前記セルロースアシレートフィルムとともに他の複屈折性フィルムや位相差膜を含む態様も、含まれる。
前記第1の位相差層は、液晶組成物を用いて形成された層であってもよい。例えば、重合性の材料を含有する重合性液晶組成物を重合により硬化させて形成した層であってもよい。液晶材料としては棒状液晶が好ましい。前記式(1)を満足し、面内に光軸を有さない位相差層を形成するためには、棒状液晶を層面に対して垂直配向(ホメオトロピック配向)させて、その配向状態に固定して形成するのが好ましい。棒状液晶としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性化合物だけではなく、高分子液晶性化合物も用いることができる。棒状液晶性化合物を重合によって配向を固定することがより好ましい。液晶分子には活性光線や電子線、熱などによって重合や架橋反応を起こしうる部分構造を有するものが好適に用いられる。その部分構造の個数は1〜6個、好ましくは1〜3個である。重合性棒状液晶性化合物としては、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開WO95/22586号公報、同95/24455号公報、同97/00600号公報、同98/23580号公報、同98/52905号公報、特開平1−272551号公報、同6−16616号公報、同7−110469号公報、同11−80081号公報、および特開2001−328973号公報などに記載の化合物を用いることができる。
なお、前記第1の位相差層を液晶組成物から形成する場合は、ポリマーフィルム等の支持体の表面に該層を形成した、光学補償フィルムとして液晶表示装置に組み込んでもよい。但し、かかる場合は、支持体は、黒表示時の視野角特性の改善に寄与する第2の位相差層としての光学特性を満足しているか、もしくは位相差が小さいほど好ましい。
本発明の液晶表示装置は、ディスコティック構造単位を有する化合物を含む組成物から形成された第2の位相差層有しているのが好ましい。前記第2の位相差層は、上記した通り、電圧印加時に基板近傍の液晶性分子の立ち上がりが充分でないために生じる残留レターデーションを相殺するものである。第2の位相差層の光学特性については特に限定はなく、液晶セルの光学特性との関係で、決定することができる。前記第2の位相差層の作製には、ディスコティック液晶性化合物を用いる。ディスコティック液晶性化合物の分子は、層中において、層面に対して実質的に垂直(50〜90度の範囲の平均傾斜角)に配向した状態に固定されているのが好ましい。ディスコティック液晶性化合物は、様々な文献(C.Destrade et al.,Mol.Crysr.Liq.Cryst.,vol.71,page 111(1981);日本化学会編、季刊化学総説、No.22、液晶の化学、第5章、第10章第2節(1994);B.Kohne et al.,Angew.Chem.Soc.Chem.Comm.,page 1794(1985);J.Zhang et al.,J.Am.Chem.Soc.,vol.116,page 2655(1994))に記載されているものを採用することができる。ディスコティック液晶性化合物の重合については、特開平8−27284号公報に記載のものを採用できる。
式(X) D(−L−P)n
式中、Dはディスコティックコアであり、Lは二価の連結基であり、Pは重合性基であり、nは4〜12の整数である。
配向させた液晶性化合物の分子は、配向状態を維持して固定することが好ましい。固定化は、液晶性化合物に導入した重合性基の重合反応により実施することが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれるが、光重合反応がより好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(例えば、米国特許2367661号、同2367670号の各公報に記載のもの)、アシロインエーテル(例えば、米国特許2448828号公報に記載のもの)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(例えば、米国特許2722512号公報に記載のもの)、多核キノン化合物(例えば、米国特許3046127号、同2951758号の各公報に記載のもの)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(例えば、米国特許3549367号公報に記載のもの)、アクリジン及びフェナジン化合物(例えば、特開昭60−105667号公報に記載のもの、米国特許4239850号公報に記載のもの)及びオキサジアゾール化合物(例えば、米国特許4212970号公報に記載のもの)が含まれる。
第2の位相差層の形成に際して液晶性化合物を配向させるためには、配向膜を利用するのが好ましい。配向膜は、有機化合物(好ましくはポリマー)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログループを有する層の形成、あるいはラングミュア・ブロジェット法(LB膜)による有機化合物(例えば、ω−トリコ酸、ジオクタデシルジメチルアンモニウムクロリド、ステアリル酸メチルなど)の累積のような手段で設けることができる。さらに電場の付与、磁場の付与あるいは光照射により配向機能が生じる配向膜も知られている。ポリマーのラビング処理により形成する配向膜が特に好ましい。ラビング処理はポリマー層の表面を紙や布で一定方向に数回こすることにより実施する。配向膜に使用するポリマーの種類は、液晶性化合物の配向(特に平均傾斜角)に応じて決定することができる。例えば、液晶性化合物を水平に配向させるためには配向膜の表面エネルギーを低下させないポリマー(通常の配向用ポリマー)を用いる。具体的なポリマーの種類については液晶セル又は光学補償膜について種々の文献に記載がある。いずれの配向膜においても、液晶化合物と透明支持体の密着性を改善する目的で、重合性基を有することが好ましい。重合性基は、側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を導入するか、あるいは、環状基の置換基として導入することができる。界面で液晶性化合物と化学結合を形成する配向膜を用いることがより好ましく、かかる配向膜としては特開平9−152509号公報に記載されている。配向膜の厚さは0.01〜5μmであることが好ましく、0.05〜1μmであることがさらに好ましい。なお、配向膜を用いて液晶性化合物を配向させてから、その配向状態のまま液晶性化合物を固定して位相差層を形成し、位相差層のみをポリマーフィルム(又は透明支持体)上に転写してもよい。
本発明の液晶表示装置に用いられる偏光板について特に制限されない。一般的には、偏光板は、偏光膜と該偏光膜を挟持する一対の保護膜とからなる。例えば、ポリビニルアルコールフィルム等からなる偏光膜をヨウ素にて染色し、延伸を行い、その両面を保護膜にて積層して得られる。上記した通り、一対の保護膜の一方又は双方が、前記第1の位相差層を兼ねていてもよいし、前記第2の位相差を有する態様では、一対の保護膜の一方又は双方が、前記第2の位相差層の支持体を兼ねていてもよく、さらに、前記第1の位相差層であり、且つ前記第2の位相差層の支持体であってもよい。
図1と同一の構成の液晶表示装置について、白表示時の階調反転及び黄色味の色づきについて測定した。
液晶セル18は、セルギャップ3.28umとし、液晶層のΔn・dは280nmである。液晶材料は誘電異方性が正で、屈折率異方性、Δn=0.0854(589nm、20°C)、Δε=+8.5程度の液晶(例えばメルク社製のMLC−9100)である。また、液晶配向はホモジニアス配向である。上下偏光板20a、20bの吸収軸は、液晶セル18の配向方向(ラビング方向)と概略45°で、かつ上下偏光板20a、20bの吸収軸の交差角は概略90°の直交ニコルである。第1の位相差層であり且つ保護フィルムである14a、14bは、セルロースアセテートフィルムを2軸延伸して形成したフィルムであり、各フィルムのRe(550)≒0、Rth(550)は、互いに異なる。第2の位相差層16a、16bは、ディスコティック構造体を有する化合物を含有する組成物から形成された層(Re(550)は28nm)である。
図3に示したグラフから、図1の構成とすると、第1の位相差層のRth(550)が、前記式(1) −280nm < Rth(550) < 50nm を満足していると、b*が小さく(28以下)、且つ階調反転角が大きい(35以上)ECBモードの液晶表示装置となることが理解できる。
図2と同一の構成の液晶表示装置について、白表示時の階調反転及び黄色味の色づきについて測定した。
液晶セル18は、セルギャップ3.28umとし、液晶層のΔn・dを280nmである。液晶材料は誘電異方性が正で、屈折率異方性、Δn=0.0854(589nm、20°C)、Δε=+8.5程度の液晶(例えばメルク社製のMLC−9100)である。また、液晶配向はホモジニアス配向である。上下偏光板20a’、20b’の吸収軸は、液晶セル18の配向方向(ラビング方向)と概略45°で、かつ上下偏光板20a’、20b’の吸収軸の交差角は概略90°の直交ニコルである。保護フィルム13a、13bは、市販のセルロースアセテートフィルム「フジタック」(富士フイルム社製)である。第1の位相差層であり且つ第2の位相差層の支持体である14a、14bは、セルロースアセテートフィルムを2軸延伸して形成したフィルムであり、各フィルムのRe(550)≒0、Rth(550)は、互いに異なる。第2の位相差層16a、16bは、ディスコティック構造体を有する化合物を含有する組成物から形成された層(Re(550)は28nm)である。
図4に示したグラフから、図2の構成とすると、第1の位相差層のRth(550)が、前記式(1) −280nm < Rth(550) < 50nm を満足していると、b*が小さく(28以下)、且つ階調反転角が大きい(35以上)ECBモード液晶表示装置となることが理解できる。
図5に示したグラフから、図2の構成とすると、第1の位相差層のRe(550)によらず、b*が小さく(28以下)、且つ階調反転角が大きい(35以上)ECBモード液晶表示装置となることが理解できる。
アルドリッチ社製セルロースアセテート(アセチル置換度2.45)を出発原料として、対応する酸クロリドとの反応により、以下の合成例に従って、セルロースアシレート1を得た。なお、出発原料として、ダイセル社製セルロースアセテート(アセチル置換度2.41(商品名:L−70)、2.14(商品名:LM−80))を用いてもよい。
メカニカルスターラー、温度計、冷却管、滴下ロートをつけた1Lの三ツ口フラスコにアサロン酸(2,4,5−トリメトキシ安息香酸)106.1g、トルエン400mlを量り取り、80℃で攪拌した。ここに40.1mLの塩化チオニルをゆっくりと滴下し、添加後さらに80℃にて2時間攪拌した。反応後、アスピレーターを用いて反応溶媒を溜去すると白色固体が得られた。得られた白色固体にヘキサン300mlを加えて激しく攪拌・分散し、吸引ろ過により白色固体をろ別し、さらに大量のヘキサンで3回洗浄を行った。得られた白色固体を60℃で4時間真空乾燥することにより目的のアサロン酸クロリドを白色粉体として得た。(115.3g、収率99%)
メカニカルスターラー、温度計、冷却管、滴下ロートをつけた1Lの三ツ口フラスコにアルドリッチ社製セルロースアセテート(アセチル置換度2.45)40g、ピリジン46.0ml、塩化メチレン300mlを量り取り、室温で攪拌した。ここに、上記合成したアサロン酸クロリド84.0gを数回に分割して粉体添加し、添加後さらに室温にて6時間攪拌した。反応後、反応溶液をメタノール4Lへ激しく攪拌しながら投入すると、白桃色固体が析出した。白桃色固体を吸引ろ過によりろ別し、大量のメタノールで3回洗浄を行った。得られた白桃色固体を60℃で終夜乾燥した後、90℃で6時間真空乾燥することにより目的の化合物を白桃色粉体として得た。得られたサンプル、セルロースアシレート1、について、置換度の測定はC13−NMRにおけるアシル基中のカルボニル炭素のピーク強度から置換度を求めた。その結果、式(A) Δα=αx−(αy+αz)/2で定義される分極率異方性Δαが8.6×10-24cm-3である置換基を含むセルロースアシレート1を得たこと、及びこのセルロースアシレート1のアシル基の総置換度(PA)は2.91で、芳香族アシル基の置換度は0.46であることを確かめた。
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メチレンクロライド 261質量部
メタノール 39質量部
トリフェニルホスフェート 5.9質量部
ビフェニルジフェニルホスフェート 5.9質量部
セルロースアシレート1 100質量部
2酸化ケイ素微粒子 0.25質量部
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なお、攪拌には、15m/sec(剪断応力5×104kgf/m/sec2)の周速で攪拌するディゾルバータイプの偏芯攪拌軸および中心軸にアンカー翼を有して周速1m/sec(剪断応力1×104kgf/m/sec2)で攪拌する攪拌軸を用いた。膨潤は、高速攪拌軸を停止し、アンカー翼を有する攪拌軸の周速を0.5m/secとして実施した。
このようにして得られたセルロースアシレート溶液を、絶対濾過精度0.01mmの濾紙(#63、東洋濾紙(株)製)で濾過し、さらに絶対濾過精度2.5μmの濾紙(FH025、ポール社製)にて濾過してセルロースアシレート溶液を得た。
流延部から50cm手前で、流延して回転してきたセルロースアシレートフィルムをバンドから剥ぎ取り、テンターでフィルム両端を把持した。フィルム幅を徐々に狭めながら110℃のテンター部を搬送し、フィルムを把持した時の幅の98%になるようにしてテンターから離脱させた。フィルム両端のクリップ跡部分を切り取った後、複数のパスロールからなる135℃〜140℃の乾燥部にフィルムを通して残留溶媒量が0.2%以下になるように乾燥させた。このようにして長尺状で膜厚90μmのセルロースアセテートフィルムを得た。
得られたセルロースアシレートフィルムについて、自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いて、レターデーションの光入射角度依存性を測定し、光学特性を算出したところ、Rthが−100nmであり、Reが−3nmであった。
上記セルロースアシレートフィルムの作製において、延伸条件、用いるセルロースアシレートの種類を代えることによって、種々のセルロースアシレートフィルムを作製し、液晶表示装置に組み込んで、図3〜図5に示した評価結果を得た。
13a、13b 偏光膜保護層
14a、14b 第1の位相差層
16a、16b 第2の位相差層
18 液晶セル
20a、20b 偏光板
20a’、20b’ 偏光板
Claims (8)
- 互いに対向して配置され、且つ少なくとも一方が透明電極を有する第1及び第2の基板;前記第1及び第2の基板間に、電圧無印加状態で液晶分子が前記基板間でツイスト角45°以下で、且つ基板面に略平行に配向し、電圧印加状態で液晶分子が前記基板面の法線方向に配向する液晶層;及び該液晶層を挟んで配置され、互いに直交する偏光軸を有する第1及び第2の偏光層;及び前記第1及び第2の偏光層の少なくとも一方と前記液晶層との間に、第1の位相差層;を有する液晶表示装置であって、前記第1の位相差層が下記式(1)を満たすことを特徴とする液晶表示装置:
−280nm < Rth(550) < 50nm (1)
但し、Rth(λ)は、波長λnmの光に対する厚さ方向のレターデーションである。 - 前記第1の位相差層が、下記式(2)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置:
−200nm ≦ Rth(550) ≦ 0nm (2)。 - 前記第1の位相差層が、前記第1の偏光層と前記液晶層との間に配置され、前記第1の偏光層の保護層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
- 前記第1及び第2の偏光層の少なくとも一方と前記液晶層との間に、ディスコティック構造単位を有する化合物を含む組成物から形成された第2の位相差層をさらに有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記第1の位相差層と前記液晶層との間に、前記第2の位相差層が配置され、且つ前記第1の位相差層が、下記式(3)を満たすことを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置:
Re(550nm) < 200nm (3)
但し、Re(λ)は、波長λnmの光に対する面内レターデーションである。 - 前記第1の位相差層が、下記式(4)を満たすことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置:
−50nm ≦ Re(550) ≦ 150nm (4)。 - 前記第1の位相差層が、下記式(A)で表される分極率異方性Δαが2.5×10-24cm-3以上である置換基を含むセルロースアシレートを含有するフィルムからなる請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶表示装置:
Δα=αx−(αy+αz)/2 (A)
式中、αx、αy及びαzは分極率テンソルを対角化後に得られる固有値であり、αx≧αy≧αzを満足する。 - 前記第1の位相差層が、棒状液晶構造単位を有する化合物を含有する組成物から形成された層であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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