JP2013029860A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも一方が電極を有する対向配置された一対の基板と、該一対の基板間に配置された配向制御された液晶層とを有し、前記電極により該電極を有する基板に対し平行な成分を持つ電界が形成される液晶セル(10)、及び、液晶セル(10)を挟んで配置された一対の偏光板(PLa及びPLb)を有し、前記一対の偏光板の少なくとも一方(PLa及び/又はPLb)が、偏光子(12a、12b)と、下記式(I)及び(II)を満たす、ラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルムとを有する偏光板であることを特徴とする液晶表示装置である。
(I)0≦|Re(630)|≦10、かつ、|Rth(630)|≦25
(II)|Re(400)−Re(700)|≦10、かつ、|Rth(400)−Rth(700)|≦35
【選択図】図1
Description
色調や黒表示の視野角特性を改善するための一つの手段として、液晶層と偏光板の間に複屈折特性を有する光学補償材料を配置すること、及び偏光板の保護フィルムにその光学補償を持たせることが、IPSモードでも検討されている(例えば、特許文献1〜8参照)。
本発明は前記諸問題に鑑みなされたものであって、温湿度変化による表示性能の変動が軽減された液晶表示装置、特に水平配向モードの液晶表示装置、を提供することを課題とする。
また、本発明は、環境湿度及び温度に依存して生じる斜め方向のカラーシフトや、正面コントラストの低下が軽減された液晶表示装置、特に、IPSモード液晶表示装置、を提供することを課題とする。
[1] 少なくとも一方が電極を有する対向配置された一対の基板と、該一対の基板間に配置された配向制御された液晶層とを有し、前記電極により該電極を有する基板に対し平行な成分を持つ電界が形成される液晶セル、及び、該液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板を有し、
前記一対の偏光板の少なくとも一方が、偏光子と、下記式(I)及び(II)を満たす、ラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルムとを有する偏光板であることを特徴とする液晶表示装置。
(I)0≦|Re(630)|≦10、かつ、|Rth(630)|≦25
(II)|Re(400)−Re(700)|≦10、かつ、|Rth(400)−Rth(700)|≦35
(上記式(I)および(II)中、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション値(nm)を表し、Rth(λ)は、波長λnmにおける膜厚方向のレターデーション値(nm)を表す。)
[2] 前記一対の偏光板のうち、少なくともバックライト側に配置される偏光板が、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板であることを特徴とする[1]の液晶表示装置。
[3] 前記一対の偏光板のうち、少なくとも表示面側に配置される偏光板が、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板であることを特徴とする[1]の液晶表示装置。
[4] 前記一対の偏光板の双方が、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板であることを特徴とする[1]の液晶表示装置。
[5] 前記熱可塑性樹脂フィルムの波長550nmにおけるRe{T}及びRth{T}(Tは測定時の温度(℃))が、下記式(III)および(IV)を満たすことを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの液晶表示装置。
(III)|Re{50}−Re{25}|<5
(IV)|Rth{50}−Rth{25}|<10
[6] 前記熱可塑性樹脂フィルムの波長550nmにおけるRe[H]及びRth[H](Hは測定時の相対湿度(%))が、下記式(V)および(VI)を満たすことを特徴とする[1]〜[5]のいずれかの液晶表示装置。
(V)|Re[80]−Re[10]|<5
(VI)|Rth[80]−Rth[10]|<10
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
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、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。
測定されるフィルムが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。
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
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。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、位相差膜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。
図1に示す液晶表示装置は、IPSモード液晶セル10と、その上下に、一対の偏光板PLa及びPLbを有する。それぞれの偏光板PLa及びPLbは、偏光子12a、12bと、それを保護する液晶セル側保護フィルム14a、14b及び外側保護フィルム16a、16bとを有する。本例では、保護フィルム14a、14b、16a及び16bの少なくとも一つが、所定の式を満足する、ラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルムからなる。液晶セル側保護フィルム14a及び14bの少なくとも一方が、前記熱可塑性樹脂フィルムであるのが好ましく、双方が、前記熱可塑性樹脂フィルムであるのがより好ましい。外側保護フィルム16a及び16bも、前記熱可塑性樹脂フィルムであってもよいし、また、セルロースアシレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ノルボルネン系フィルム等、他のポリマーフィルムであってもよい。
本例では、保護フィルム14a、14b、16a及び16bの少なくとも一つとして、前記熱可塑性樹脂フィルムを用いることにより、温湿度変化による表示性能の変動が軽減された液晶表示装置としている。
[ラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルム]
本発明では、下記式(I)及び(II)を満足する、ラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板を用いる。該熱可塑性樹脂フィルムは、偏光子の保護フィルムであるのが好ましく、液晶セル側に配置される保護フィルムであるのがより好ましい。
(I)0≦|Re(630)|≦10、かつ、|Rth(630)|≦25
(II)|Re(400)−Re(700)|≦10、かつ、|Rth(400)−Rth(700)|≦35
上記式(I)及び(II)を満足する位相差領域によって、IPSモードの液晶セルを補償することにより、黒表示時に斜め方向に生じる色味付き(カラーシフト)を軽減することができる。本発明者は、所定のラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルムが、上記条件を満足し得ることを見出し、これをIPSモード液晶セルの光学補償に用いることによって、温湿度変化に依存した光学特性の変動を軽減、即ち、光学補償能の変動を軽減している。また複屈折性のポリマーフィルムは、一般的に、延伸などによって分子が一方向に揃うように調整されているが、必然的に分子軸の方向にはばらつきがあり、軸ズレがある。特に、環境温湿度によって、Reの絶対値が大きくなると、この軸ズレが顕著となって、位相差ムラが生じ、このことが正面コントラストの低下(黒表示時に正面に光漏れが生じる等)の一因となっている。本発明では、ラクトン環含有重合体を利用したReの絶対値が小さい熱可塑性樹脂フィルムを用いることで、Reの絶対値をほぼ0に近づけるとともに、温湿度環境変化による光学特性の変動を軽減し、位相差ポリマーフィルムが必然的に有する分子軸方向のばらつきが、顕在化するのを抑制している。ラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルムは、|Re(630)|が5nm以下で、且|Rth(630)|が15nm以下を達成可能である。また、IPSモード液晶セルの光学補償をより理想に近づけるには、|Re(400)−Re(700)|が、5nm以下、かつ|Rth(400)−Rth(700)|が10nm以下であるのが好ましく、ラクトン環含有重合体を含有する熱可塑性樹脂フィルムによって、この光学特性を達成可能である。
(III) |Re{50}−Re{25}|<5
(IV) |Rth{50}−Rth{25}|<10
(III)’ |Re{50}−Re{25}|<3
(IV)’ |Rth{50}−Rth{25}|<5
なお、Re{T}及びRth{T}を測定する際は、少なくともその温度T℃に1時間フィルムを放置した後に測定するものとする。
(V) |Re[80]−Re[10]|<5
(VI) |Rth[80]−Rth[10]|<10
(V)’ |Re[80]−Re[10]|<3
(VI)’ |Rth[80]−Rth[10]|<5
なお、Re[H]及びRth[H]を測定する際は、少なくともその湿度Hに1時間フィルムを放置した後に測定するものとする。
本発明では、前記熱可塑性樹脂フィルムの偏光子との接着性を改善するために、前記熱可塑性樹脂フィルムの表面に易接着層を形成するのが好ましい。該易接着層は、ポリウレタン樹脂組成物(ポリウレタン樹脂および/または反応後にポリウレタン樹脂を与える前駆体を含有する組成物)および/またはアミノ基含有ポリマーを含有する樹脂組成物(以下、いずれも「易接着層コーティング組成物」ということがある。)から形成するのが好ましい。該組成物を塗布液として調製し、前記熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一方の表面に塗布した後、乾燥・硬化または乾燥することにより形成される。
本発明に用いられる偏光板が有する偏光子としては、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のいずれも用いることができる。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。
本発明に用いられる偏光板は、前記熱可塑性樹脂フィルム以外の第2の保護フィルムを有しているのが好ましい。前記第2の保護フィルムは、偏光子の表面であって、前記熱可塑性樹脂フィルムが貼り合せられていない他方の表面に貼り合せられる。前記第2の保護フィルムは、前記熱可塑性樹脂フィルムであってもよいし、また他のポリマーフィルム、セルロースアシレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ノルボルネン系フィルム等、いずれであってもよい。
本発明の偏光板の作製において、前記熱可塑性樹脂フィルムや前記第2の保護フィルムと、偏光子とを貼り合せるのに、粘着剤を利用してもよい。より好ましくは、前記熱可塑性樹脂フィルムの表面に前記易接着層を形成し、該易接着層と、他の層とを、粘着剤を用いて貼り合せるのが好ましい。使用可能な粘着剤の例には、PVA系接着剤、ポリウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、イソシアネート系接着剤などが含まれる。これらの接着剤は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの接着剤のうち、ポリウレタン系接着剤およびイソシアネート系接着剤が特に好適である。なお、接着剤の形態は、特に限定されるものではないが、例えば、溶剤系、水系、無溶剤系などの各種形態の接着剤を使用することができる。
本発明に用いる偏光板は、種々の機能層、例えば、防眩(ノングレア)層、光触媒層などの防汚層ハードコート層、反射防止層、紫外線遮蔽層、熱線遮蔽層、電磁波遮蔽層、ガスバリヤー性層等、を有していてもよい。これらの形成に用いる材料等については、特開2006−96960号公報の[0060]〜[0065]等に詳細な記載があり、かかる記載は、本発明における各種機能層の形材料の説明として参照することができる。
前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板とともに用いられる偏光板については特に制限はない。同様に、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板を用いてもよいし、他のポリマーフィルム、例えば、セルロースアシレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ノルボルネン系フィルム等の保護フィルムのみを有する偏光板を用いてもよい。効果がより高くなる点で、双方の偏光板が、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板であるのが好ましい。前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板を一枚のみ用いる場合は、背面側偏光板(図1中のPLb)として配置するのが好ましい。
[IPSモード液晶セルの作製]
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、ラビング処理を行なった。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、ラビング処理を行なって配向膜とした。二枚のガラス基板を、配向膜同士を対向させて、基板の間隔(ギャップ;d)を3.9μmとし、二枚のガラス基板の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0.0769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た。液晶層のd・Δnの値は300nmであった。
(熱可塑性樹脂フィルムF1の作製)
特開2006−96960号公報の[実施例]に記載の製造例を参照して、熱可塑性樹脂フィルムF1を製造した。具体的には、以下の方法で製造した。
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入管を付した30L反応釜に、9000gのメタクリル酸メチル(MMA)、1000gの2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(MHMA)、10000gの4−メチル−2−ペンタノン(メチルイソブチルケトン、MIBK)、5gのn−ドデシルメルカプタンを仕込み、これに窒素を通じつつ、105℃まで昇温し、還流したところで、重合開始剤として5.0gのターシャリーブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(アクゾ化薬製、商品名:カヤカルボン Bic−7)を添加すると同時に、10.0gのターシャリーブチルパーオキシイソプロピルカーボネートと230gのMIBKからなる溶液を4時間かけて滴下しながら、還流下(約105〜120℃)で溶液重合を行い、さらに4時間かけて熟成を行った。
Re(630)=0.6nm、
Rth(630)=−1.7nm、
|Re(400)−Re(700)|=0.1nm、及び
|Rth(400)−Rth(700)|=1.0nm
であり、上記式(I)及び(II)を満足していた。また、
|Re{50}−Re{25}|=1nm、
|Rth{50}−Rth{25}|=2nm、
|Re[80]−Re[10]|=0nm、及び
|Rth[80]−Rth[10]|=0.5nm
であり、上記式(III)〜(VI)の全てを満足していた。
市販のセルロースアセテートフィルム(ZRF80s、富士フイルム(株)製、以下、「ZRFフィルム」という)をポリマーフィルムF2として用いた。フィルムF2は、
Re(630)=1nm、
Rth(630)=−7nm、
|Re(400)−Re(700)|=2nm、及び
|Rth(400)−Rth(700)|=15nm
であった。また、
|Re{50}−Re{25}|=3nm、
|Rth{50}−Rth{25}|=10nm、及び
|Re[80]−Re[10]|=0.3nm
|Rth{80}−Rth{10}|=16nm
であった。
市販のセルロースアセテートフィルム(フジタックTD80UF、富士フイルム(株)製、以下、「TACフィルム」という)をポリマーフィルムF3として用いた。フィルムF3は、
Re(630)=1nm、
Rth(630)=38nm、
|Re(400)−Re(700)|=0.8nm、及び
|Rth(400)−Rth(700)|=20nmであった。
延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素を吸着させた偏光フィルムを製作し、採用した。
熱可塑性樹脂フィルムF1の面にイソシアネート系接着剤を塗布し、TACフィルムF3の面にPVA系接着剤を塗布し、これらのフィルムで偏光フィルムを挟んで、圧着ローラーで余分な接着剤を押し出しながら、ウェットラミネーションにより貼合した。その後、加熱乾燥して、偏光板を作製した。
(偏光板PL2の作製)
ZRFフィルムF2の面にPVA系接着剤を塗布し、TACフィルムF3の面にPVA系接着剤を塗布し、これらのフィルムで偏光フィルムを挟んで、上記と同様にして、偏光板を作製した。
(偏光板PL3の作製)
2枚のTACフィルムF3のそれぞれの面にPVA系接着剤を塗布し、これらのフィルムで偏光フィルムを挟んで、上記と同様にして、偏光板を作製した。
図1と同様の構成の液晶表示装置を作製した。具体的には、以下の通りの方法で作製した。
上記で作製したIPSモード液晶セルの上下に、表示面側偏光板PLa及び背面側偏光板PLbとして、表1に示す組み合わせでそれぞれ貼り付け、液晶表示装置LCD1〜LCD6をそれぞれ作製した。但し、偏光板PL1及びPL2については、液晶セル側保護フィルムが、熱可塑性樹脂フィルムF1又はZRFフィルムとなるように配置した。
作製した液晶表示装置LCD1〜LCD6のそれぞれについて、以下の評価を行った。
各液晶表示装置を、温度25℃湿度60%に1時間放置した後、及び温度80℃湿度10%に1時間放置した後のそれぞれについて、黒表示時の斜め方向において観察されるカラーシフトの程度、及び正面(法線方向)黒輝度をそれぞれ評価した。評価基準は以下の通りである。結果を下記表1に示す。
・カラーシフト
○:カラーシフトが観察されなかった。
△:若干カラーシフトがあるが、許容レベルであった。
×:カラーシフトが観察された。
・正面黒輝度
○:正面への光漏れは見られず、CRの低下はない。
△:若干の光漏れが見られるが、CRはほとんど低下していない。
×:正面への光漏れが顕著で、CRが低下している。
*2: |Rth(400)−Rth(700)|
*3: |Re{50}−Re{25}|
*4: |Rth{50}−Rth{25}|
*5: |Re[80]−Re[10]|
*6: |Rth[80]−Rth[10]|
TACフィルムF3に代えて、上記トリアセチルセルロースフィルムF50〜F53のそれぞれを用いた以外は、偏光板PL2と同様にして、偏光板PL50〜PL53をそれぞれ作製した。
作製した各液晶表示装置について、上記と同様の評価を行った。評価結果を下記表に示す。
12a、12b 偏光子
14a、14b 液晶セル側保護フィルム
16a、16b 外側保護フィルム
PLa 表示面側偏光板
PLb 背面側偏光板
Claims (8)
- 少なくとも一方が電極を有する対向配置された一対の基板と、該一対の基板間に配置された配向制御された液晶層とを有し、前記電極により該電極を有する基板に対し平行な成分を持つ電界が形成される液晶セル、及び、該液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板を有し、
前記液晶層の厚さは、ポリマビーズ、ガラスビーズファイバー、および樹脂製の柱状スペーサのいずれかで制御され、前記液晶層の厚さd(μm)と屈折率異方性Δnとの積Δn・dは、0.2〜1.2μmであり、
前記一対の偏光板の少なくとも一方が、偏光子と、下記式(I)および(II)を満たす、ラクトン環含有重合体を主成分として含有する熱可塑性樹脂フィルムとを有する偏光板であり、
前記ラクトン環含有重合体が、(メタ)アクリル酸エステルと、水酸基含有単量体と、不飽和カルボン酸と、下記式(2)で表される単量体とからなる群より選択される少なくとも1種の単量体由来の構造単位であることを特徴とする液晶表示装置。
(I)−3nm≦Re(630)≦4nm、かつ、−12nm≦Rth(630)≦6nm(II)|Re(400)−Re(700)|≦10、かつ、|Rth(400)−Rth(700)|≦35
(上記式(I)および(II)中、Re(λ)は、波長λnmにおける面内レターデーション値(nm)を表し、Rth(λ)は、波長λnmにおける膜厚方向のレターデーション値(nm)を表す。)
- 前記一対の偏光板のうち、少なくともバックライト側に配置される偏光板が、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の偏光板のうち、少なくとも表示面側に配置される偏光板が、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板であることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の偏光板の双方が、前記熱可塑性樹脂フィルムを有する偏光板であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記熱可塑性樹脂フィルムの波長550nmにおけるRe{T}及びRth{T}(Tは測定時の温度(℃))が、下記式(III)および(IV)を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
(III)|Re{50}−Re{25}|<5nm
(IV)|Rth{50}−Rth{25}|<10nm - 前記熱可塑性樹脂フィルムの波長550nmにおけるRe{T}及びRth{T}(Tは測定時の温度(℃))が、−4nm≦Re{50}−Re{25}≦4nm、および−8nm≦Rth{50}−Rth{25}≦9nm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。
- 前記熱可塑性樹脂フィルムの波長550nmにおけるRe[H]及びRth[H](Hは測定時の相対湿度(%))が、下記式(V)および(VI)を満たす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。
(V)|Re[80]−Re[10]|<5nm
(VI)|Rth[80]−Rth[10]|<10nm - 前記熱可塑性樹脂フィルムの波長550nmにおけるRe[H]及びRth[H](Hは測定時の相対湿度(%))が、−3nm≦Re[80]−Re[10]≦4nm、および−7nm≦Rth[80]−Rth[10]≦9nmを満たすことを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。
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