JP3721779B2

JP3721779B2 - 積層位相差板

Info

Publication number: JP3721779B2
Application number: JP09614198A
Authority: JP
Inventors: 朗子清水; 浩二東
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: JPH11295527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の視野角特性の改良に用いられる積層位相差板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（以下ＬＣＤ）は、小型のものから大表示容量のものまで、平面表示装置として広く用いられるようになった。しかしながら、斜め方向から見た場合にコントラストが低下したり、階調表示で明るさが逆転する階調反転等が起こることにより表示特性が悪くなったりするという視野角特性を有しており、その改良が強く要望されている。
【０００３】
近年、この視野角特性を改良するＬＣＤの方式として、例えば特許第 2548979号公報に開示されているような、垂直配向ネマチック型液晶表示装置（以下ＶＡＮ−ＬＣＤ）が開発されている。ＶＡＮ−ＬＣＤは、SID 97 DIGEST の８４５頁〜８４８頁に記載されているように、フィルム面に垂直な方向に光学軸を有する負の一軸性位相差フィルムを２枚液晶セルの上下に用いることで、より広い視野角特性を得ることができ、このＬＣＤにさらに面内のレターデーション値が５０nmである正の屈折率異方性を有する一軸配向性位相差フィルムを用いることで、さらにより広い視野角特性を実現できることが知られている。このようなフィルム面に垂直な方向に光学軸を有する負の一軸性位相差フィルムと正の屈折率異方性を有する一軸配向性位相差フィルムとを組み合わせた位相差板は、全体としては二軸配向性位相差フィルムとほぼ同様の光学特性を示すものである。
【０００４】
ＶＡＮ−ＬＣＤ以外にも、９０度ねじれネマチック液晶表示装置に二軸配向性位相差フィルムを用いて視野角を改良する方法などが知られている。二軸配向性の位相差フィルムは、熱可塑性高分子からなるフィルムを二軸延伸することにより得られることが知られている。二軸延伸のための装置としては、フィルム小片を二軸延伸できる実験装置または、従来より包装用フィルム等の生産用に用いられている連続の二軸延伸装置が知られているが、実験装置ではＬＣＤに適用できる程の大きさの位相差フィルムを量産することはできず、一方で連続の二軸延伸装置では、ＬＣＤに適用できる程のレターデーション値の均一性、遅相軸方向の均一性や表面性（傷つきなし）を大面積で実現することは困難である。また、従来のＬＣＤ用位相差フィルムを製造する延伸装置を用いた場合、十分な均一性を大面積で得ることはできるが、得られる光学特性は二軸配向性が非常に限定された範囲のものでしかなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意検討した結果、少なくとも２枚の位相差フィルムを貼り合わせてなり、フィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40 ）とフィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）の比（β）が１.１よりも大きい積層位相差板を開発することで、必要な光学特性が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、正の屈折率異方性を有する高分子からなる少なくとも２枚の二軸配向性位相差フィルムを貼り合わせてなり、フィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）とフィルム面内のレターデーション値（Ｒ0）の比（β）が１.１よりも大きい積層位相差板に関するものである。
【０００７】
一つの態様は、フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）が２０nm〜２０００nmであり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）とＲ0の比（β）が１.１よりも大きい少なくとも１枚の二軸配向性位相差フィルムと、Ｒ0が２０nm以下であり、かつβが１.１よりも大きい少なくとも１枚の二軸配向性位相差フィルムとを、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように貼り合わせてなる積層位相差板である。
【０００８】
もう一つの態様は、フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）が２０nm〜２０００nmであり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）とＲ0 の比（β）が１.１よりも大きい、少なくとも２枚のＲ0 が異なる二軸配向性位相差フィルムを、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように貼り合わせてなる積層位相差板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
少なくとも２枚の二軸配向性位相差フィルムを貼り合わせてなり、フィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ 40 ）とフィルム面内のレターデーション値（Ｒ 0 ）の比（β）が１ . １よりも大きい積層位相差板は、フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）が２０nm以下であり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）とＲ0の比（β）が１.１よりも大きい、少なくとも２枚の二軸配向性位相差フィルムを、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように貼り合わせることによっても、得ることができる。
【００１０】
この場合に用いるＲ0 が小さい二軸配向性位相差フィルムは、好ましくは熱可塑性高分子を適当な溶剤に溶解し、この溶液をステンレス製のベルト、ドラムまたは離型ＰＥＴ上に流延して、乾燥後、ベルト、ドラムまたは離型ＰＥＴからフィルムを剥離する連続溶剤キャスト法により、連続して作製することができる。溶剤キャストにより製膜されるときに、高分子はその分子鎖が平均的にフィルム面に平行となるように配向するため、二軸配向性が容易に得られる。製膜時にフィルムの流れ方向にかかる応力を低く抑えることで、Ｒ0 を２０nm以下とすることができる。また、用いる熱可塑性高分子は、均一な二軸配向が達成できる正の屈折率異方性を有する高分子であれば特に制限されないが、例えば、固有複屈折が小さく、光弾性係数が小さいセルロース系高分子や環状ポリオレフィン系高分子を用いることで、Ｒ0 を効果的に小さく抑えることができる。
【００１１】
このようにして得られる熱可塑性高分子の連続溶剤キャストフィルム１枚だけでは、十分な二軸配向性を得ることができない。ＬＣＤの視野角特性を改良するには、式（１）で定義される位相差フィルムの光学特性（厚み方向のレターデーション値（Ｒ’））は、通常１００nm以上、ＬＣＤの設計によっては２００nm以上必要となる。
【００１２】
Ｒ’＝〔(ｎ_X＋ｎ_Y)／２−ｎ_Z〕×ｄ・・・（１）
ここで、ｎ_X：フィルム面内の遅相軸方向の屈折率
ｎ_Y：フィルム面内でｎ_X と垂直方向の屈折率
ｎ_Z：フィルム厚み方向の屈折率
ｄ：フィルム厚み
【００１３】
しかし、溶剤キャスト法で連続してフィルムを製膜する場合には、フィルム厚みが通常１５０μm 程度以下であり、このような厚みでは、固有複屈折が小さいセルロース系高分子や環状ポリオレフィン系高分子で、Ｒ’が１００nm以下となり、固有複屈折が大きい芳香族系の高分子を用いても、Ｒ’は２００nm程度が限界である。このため、十分なＲ’を得るためには、２枚以上の位相差フィルムを積層することが必要となる。特に、固有複屈折が小さいセルロース系高分子や環状ポリオレフィン系高分子では、Ｒ0 が２０nm以下で均一性に優れた位相差フィルムとしやすいが、フィルム１枚ではＲ’を十分に大きくできないため、２枚以上を積層することが有効である。
【００１４】
本発明の一形態では、フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）が２０nm〜２０００nmであり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）とＲ0の比（β）が１.１よりも大きい少なくとも１枚の二軸配向性位相差フィルムと、Ｒ0 が２０nm以下であり、かつβが１.１よりも大きい少なくとも１枚の二軸配向性位相差フィルムとを、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように貼り合わせる。この場合に用いるＲ0が２０nm〜２０００nmでβが１.１よりも大きい二軸配向性位相差フィルムは、熱可塑性高分子フィルムを延伸配向処理することで、得ることができる。用いる熱可塑性高分子としては、均一な二軸配向が達成できる正の屈折率異方性を有する高分子であれば特に制限はないが、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、ポリサルフォン等の芳香族系高分子や、セルロース系高分子、環状ポリオレフィン系高分子等が例示される。延伸のための原反フィルムは、熱可塑性高分子を適当な溶剤に溶解し、この溶液をステンレス製のベルト、ドラムまたは離型ＰＥＴ上に流延して、乾燥後、ベルト、ドラムまたは離型ＰＥＴからフィルムを剥離する溶剤キャスト法により製膜することが、均一性に優れたフィルムを得ることができるため好ましい。
【００１５】
延伸配向処理としては、溶剤キャスト法により製膜した原反フィルムをテンター横一軸延伸法や低倍率のロール間縦一軸延伸法などにより延伸する方法や、溶剤キャストによる製膜の際、ベルト、ドラムまたは離型ＰＥＴから剥離するときまたは乾燥工程で、若干の応力を加えてフィルム流れ方向に一軸延伸する方法等が用いられる。フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）として約１００nm以上の値が必要な場合には、芳香族系高分子からなる原反フィルムをテンター横一軸延伸法やロール間低倍率縦一軸延伸法で配向する方法が好ましく用いられる。中でもＲ0 が２００nmを越える大きな値である場合には、延伸倍率を高くすることが必要であるが、ロール間縦一軸延伸法においては、延伸倍率が上がるにつれて二軸配向性が小さくなり、一軸配向性に近づくため、本質的に二軸配向性の延伸となるテンター横一軸延伸が好ましく用いられる。一方、Ｒ0 として２０nm〜約１００nmと小さい値が必要な場合には、芳香族系高分子の溶剤キャスト時に一軸延伸する方法が好ましく用いられる。
【００１６】
このようにフィルム面内にレターデーション値を有する場合には、二軸配向性が相対的に小さくなることから、二軸配向性を補うために、前述のＲ0 が２０nm以下であり、かつβが１.１よりも大きい位相差フィルムを、少なくとも１枚積層する必要がある。積層することで、全体としてのＲ0 が２０nm〜２０００nmであり、かつ全体としてのβが１.１より大きく、合計のＲ’と全体としてのＲ0 の比が２〜５０となるように設定する。例えば、ＶＡＮ−ＬＣＤの場合には、通常積層品全体としてのＲ0 が２０〜１００nmであり、各位相差フィルムのＲ’の合計が１００nm〜３００nmで、積層品全体としてのＲ0 に対する比（Ｒ’／Ｒ0 ）が２〜５０、好ましくは４〜２０の範囲となるように設定される。
【００１７】
本発明のもう一つの形態では、フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）が２０nm〜２０００nmであり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）とＲ0の比（β）が１.１よりも大きい二軸配向性位相差フィルムであって、Ｒ0 が異なる２枚以上を、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように積層して、全体としてのＲ0 が所定の値となるようにする。ただし、この場合には、従来知られているような複数の位相差フィルムを直交または平行に積層して積層品全体としてのＲ0 を所定の値にするだけでなく、合計のＲ’が所定の値となるような光学特性の組合せで積層することが必要である。
【００１８】
別の形態として、フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）が２０nm〜２０００nmであり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）とＲ0の比（β）が１.１である一軸配向性位相差フィルムであって、Ｒ0 が異なる２枚以上を、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように積層して、全体としてのＲ0 が所定の値となるようにすることもできる。この場合には、各位相差フィルムは従来の一軸延伸フィルムであるため、各フィルムは均一性などの点で良好なものが製造可能であるが、全体としてのβが所定の値となるように光学特性を組み合わせるうえで制約が出てくるため、二軸配向性位相差フィルムを用いる方法のほうが好ましい。
【００１９】
本発明で用いる熱可塑性高分子としては、前述のように特に制限はないが、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、ポリサルフォン等の芳香族系高分子は、屈折率異方性が発現しやすいために前述のようにＲやＲ0 が得やすいという好ましい点もあるが、一方で光弾性係数が大きいために、応力に対するレターデーション値の変化が大きく、粘着剤を用いて液晶セルと偏光フィルムの間に貼合配置された状態で高温に曝された場合に、熱のために発生する応力によりレターデーション値がズレたり、透過型液晶表示装置の場合にはバックライトの熱のために発生する応力のムラによりレターデーション値のムラが発生したりして、コントラストの低下や表示のムラを引き起こすこともある。このような応力がかかる使用条件下で用いられる場合には、レターデーション値の均一性の低下が発生しないように、光弾性係数の絶対値が小さな高分子を用いることもできる。具体的には、ビスフェノールＡからのポリカーボネートでは光弾性係数の絶対値が約１００×１０^-13cm²／dyneであるのに対して、光弾性係数の絶対値が１０×１０^-13cm²／dyne以下であるセルロース系の高分子や環状オレフィン系高分子が好ましい。
【００２０】
本発明の積層位相差板を得るために、２枚の位相差フィルムを貼り合わせるにあたっては、光学的に透明で異方性のないアクリル系粘着剤を用いればよい。また、偏光フィルムとの貼り合わせ、ＬＣＤへの貼り付けにも、同様のアクリル系粘着剤を用いればよい。粘着剤の厚みは通常１５μm〜３０μmである。ＬＣＤへの積層についても、ＬＣＤの表示特性を損なわない限り、積層位相差板を片側の偏光フィルムと液晶セルの間に貼り付けてもよいし、片側に集めた場合にフィルム厚みが厚くなりすぎ、貼り付け難い場合などには、上下いずれかの偏光フィルムと液晶セルの間に分割して貼り付けても構わない。また、各位相差フィルムのＬＣＤへの積層順序は、位相差フィルムの組合せにおいて視野角などのＬＣＤの特性が最も良くなる構成で実施すればよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の方法では得られなかった大面積で均一性に優れ、かつ光学特性の設定範囲が広い二軸配向性位相差板を容易に製造することができるようになり、ＬＣＤの視野角改良を実現できる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、評価は以下の方法により実施した。
【００２３】
（１）フィルム面内のレターデーション（Ｒ）値
測定器：偏光顕微鏡〔（株）ニコン製、オプチフォト−ポル〕。
波長５４６nmの単色光で常法により測定した。
【００２４】
（２）フィルム厚み方向のレターデーション（Ｒ’）値
面内レターデーション値（Ｒ）、遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40）、位相差フィルムの厚み（ｄ）および位相差フィルムの平均屈折率（ｎ₀）を用いて、以下の式（２）〜（４）からコンピュータ数値計算によりｎ_X、ｎ_Y およびｎ_Z を求め、次いで式（１）により、厚み方向のレターデーション値（Ｒ’）を計算した。
【００２５】
Ｒ＝（ｎ_X−ｎ_Y）×ｄ（２）
Ｒ40＝（ｎ_X−ｎ_Y'）×ｄ／cos(φ) （３）
(ｎ_X＋ｎ_Y＋ｎ_Z)／３＝ｎ₀ （４）
Ｒ’＝〔(ｎ_X＋ｎ_Y)／２−ｎ_Z〕×ｄ（１）
ここで
φ＝sin^-1〔sin(４０°)／ｎ₀〕
ｎ_Y'＝ｎ_Y×ｎ_Z／〔ｎ_Y ²×sin²(φ)＋ｎ_Z ²×cos²(φ)〕^1/2
【００２６】
実施例１
ポリカーボネート製の二軸配向性位相差フィルム（住友化学工業（株）製：Ｒ0 ＝４３nm、Ｒ40＝７６nm、Ｒ’＝１７０nm）とトリアセチルセルロースのキャストフィルム（フジ TAC SH-80、富士写真フィルム（株）製：厚み＝８０μm、Ｒ0＝８nm、Ｒ40＝１９nm、Ｒ’＝５０nm）を、遅相軸が平行となるように厚み約２５μm のアクリル系粘着剤で貼り合わせた。このフィルムの光学特性は、合計のＲ0＝５４nm であり、全体としてのＲ40＝９８nmであった。また合計のＲ’＝２２０nmであり、Ｒ’／Ｒ＝４.０７であった。
【００２７】
実施例２
ポリカーボネート製の二軸配向性位相差フィルム（住友化学工業（株）製：Ｒ0 ＝５９nm、Ｒ40＝８９nm、Ｒ’＝１６８nm）とトリアセチルセルロースのキャストフィルム（KC80UVSF、コニカ（株）製：厚み＝８０μm 、Ｒ0 ＝７nm、Ｒ40＝２１nm、Ｒ’＝６４nm）を、遅相軸が直交するように厚み約２５μm のアクリル系粘着剤で貼り合わせた。このフィルムの光学特性は、合計のＲ0＝４９nm であり、全体としてのＲ40＝９４nmであった。また合計のＲ’＝２３２nmであり、Ｒ’／Ｒ＝４.７３であった。
【００２８】
参考例
トリアセチルセルロースのキャストフィルム（フジ TAC SH-80、富士写真フィルム(株)製：厚み＝８０μm、Ｒ0＝６nm、Ｒ40＝１６nm、Ｒ’＝４７nm）の２枚を、遅相軸が平行となるように厚み約２５μm のアクリル系粘着剤で貼り合わせた。このフィルムの光学特性は、合計のＲ₀＝１２nm であり、全体としてのＲ₄₀＝３１nmであった。また合計のＲ’＝９４nmであり、Ｒ’／Ｒ＝７.８３であった。
【００２９】
実施例３
ポリカーボネートのキャストフィルム（住友化学工業（株）製：厚み＝１００μm、Ｒ0＝７nm、Ｒ40＝２２nm、Ｒ’＝８１nm）とポリカーボネートのキャストフィルムを低倍率一軸延伸したフィルム（住友化学工業（株）製：厚み＝１００μm、Ｒ0＝４４nm、Ｒ40＝５９nm、Ｒ’＝８４nm）を、遅相軸が平行となるように厚み約２５μm のアクリル系粘着剤で貼り合わせた。このフィルムの光学特性は、合計のＲ0＝５１nm であり、全体としてのＲ40＝８１nmであった。また合計のＲ’＝１６５nmであり、Ｒ’／Ｒ＝３.２４であった。

Claims

フィルム面内のレターデーション値（Ｒ 0 ）が２０ nm 〜２０００ nm であり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ 40 ）とＲ 0 の比（β）が１ . １よりも大きい正の屈折率異方性を有する高分子からなる少なくとも１枚の二軸配向性位相差フィルムと、Ｒ 0 が２０ nm 以下であり、かつβが１ . １よりも大きい正の屈折率異方性を有する高分子からなる少なくとも１枚の二軸配向性位相差フィルムとを、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように貼り合わせてなり、貼り合わせた状態で、Ｒ 40 とＲ 0の比（β）が１.１よりも大きいことを特徴とする積層位相差板。
垂直配向ネマチック型液晶表示装置に用いられる請求項１記載の積層位相差板。
フィルム面内のレターデーション値（Ｒ0 ）が２０nm〜２０００nmであり、かつフィルム面内の遅相軸を傾斜軸として４０度傾斜して測定したレターデーション値（Ｒ40 ）とＲ0の比（β）が１.１よりも大きい正の屈折率異方性を有する高分子からなる少なくとも２枚のＲ 0 が異なる二軸配向性位相差フィルムを、フィルム面内の遅相軸が直交または平行となるように貼り合わせてなり、貼り合わせた状態で、Ｒ 40 とＲ 0 の比（β）が１ . １よりも大きいことを特徴とする積層位相差板。
垂直配向ネマチック型液晶表示装置に用いられる請求項３記載の積層位相差板。