JPH04139402A - 光学補償素子およびその製造方法 - Google Patents

光学補償素子およびその製造方法

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JPH04139402A
JPH04139402A JP2263425A JP26342590A JPH04139402A JP H04139402 A JPH04139402 A JP H04139402A JP 2263425 A JP2263425 A JP 2263425A JP 26342590 A JP26342590 A JP 26342590A JP H04139402 A JPH04139402 A JP H04139402A
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Masanori Aizawa
正宣 相澤
Shigekazu Yamauchi
山内　繁和
Efu Kureeru Jiee
ジェー．エフ．クレール
Shunji Takenaka
竹中　俊二
Shinichi Hirose
紳一 広瀬
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Stanley Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光学補償素子に関し、特に面に垂直方向の屈
折率が、面内方向の屈折率よりも小さい光学異方性を有
する光学補償素子に関する。
［従来の技術］ 高分子材料のフィルムを延伸すると、延伸方向の光学的
屈折率が延伸方向と直交する方向の光学的屈折率より大
きくなる現象が知られている。
たとえは、ポリカーボネートのシートを卓面し、シート
面内にＸ軸、ｙ軸をとり、シート面に垂直な方向を２軸
とすると、通常各軸方向の屈折率はｎ　　＝ｎ　　＝ｎ
　　である。このシートをＸ方向にｘ　　　　ｙ　　　
　ｚ 延伸すると、延伸方向のＸ方向の屈折率ｎ　ｘが延伸方
向と直交する方向のｙ方向、２方向の屈折率ｎ７、ｎ７
よりも大きくなるｎ　　＞ｎ、＝ｎ２゜ホメオトロピッ
ク配向を利用した液晶表示装置においては、光学補償の
必要が生じている。
第２図（Ａ）に、液晶表示装置の例を概略的に示す。
偏光軸Ｐ１、Ｐ２を直交して配置された一対の偏光子１
．２の間に、液晶セル３か挾まれて液晶表示装置を構成
している。液晶セル３内には、軸方向に細い液晶分子４
が収容されている。これらの液晶分子４が基板に垂直な
方向を向くホメオトロピック配向をとる時には、液晶分
子の配向に応じて、液晶セルは光学的異方性を示す。
第２図（Ｂ）に、液晶の屈折率分布を概略的に示す。
液晶分子４かその長軸方向を整列させると、長軸方向の
屈折率ｎ　　ｆｆｉ他の方向の屈折率ｎ　ｘ、ｎ　より
も大きくなる。すなわち、正の光学異方性か生じる。
液晶セルかこのような光学異方性を有すると、偏光子１
．２が直交配置されていても、液晶セルを見る視野角が
増大すると、光の電界成分に面外成分（２成分）が生じ
、洩れ光か生じてしまう。
このため、液晶セルを明瞭に確認することができる視認
角か悪くなる。
視認角を改善するためには、液晶の光学異方性を補償す
る光学補償素子を用いることが好ましい。
第２図（Ｂ）に示すような、正の光学異方性を待つ液晶
セルの補償を行なうには、第２図（Ｃ）に示すような負
の光学異方性を有する光学補償素子を用いることか好ま
しい、すなわち、液晶セルの面内方向に平行な方向の屈
折率ｎｎ　　か大Ｘ　″　　　ｙ きく、液晶セルに垂直な方向の屈折率ｎ７が小さい屈折
率を有する光学補償素子が望まれる。
第２図（Ｃ）に示すような負の光学異方性を有する光学
補償素子を単体の媒質で得ることができなくても、第２
図（Ｄ）に示すように、２つの正の光学異方性を有する
素子を組合わせることによって、第２図（Ｃ）同等の光
学異方性を有する光学補償素子を形成することができる
。
すなわち、一方の光学補償素子６は、基板面内方向の１
つであるｙ方向の屈折率ｎ、が最も太きく、他方の光学
補償素子７は、面内方向の他の方向であるＸ方向の屈折
率ｎ　か最も大きい組み台わせである。なお、面内の他
の方向の屈折率（６８，７のｎ　）は中間の値をとる。
このように、面内方向の一方向の屈折率が最も大きい２
つの光学補償素子を直交して組合わせることにより、面
内方向で均質的に屈折率が大きく、面に垂直な方向の屈
折率が小さい負の光学異方性を有する光学補償素子を作
り上げることができる。
なお、二軸性の光学異方性を有する光学補償素子を組合
わせる場合を説明したが、正の光学異方性を有する１軸
性光学補償素子を２つ組合わせることもできる（図中等
号の場合に相当する）。
なお−面内方向に僅かな異方性があっても実質的な光学
補償を行なうことができる。さらに、ホメオトロピック
配向が微少なチルト角を有する時には面内にわずかな異
方性がある時、より良好な補償板となる。
ところが、実際には第２図（Ｃ）のタイプの特性を有す
る好適な光学材料を得ることは従来圏難であった。その
ため、面内の延伸方向の屈折率が高くなるポリカーボネ
ートシート等か、第２図（Ｄ）の型の光学補償素子とし
て用いられた。
［発明か解決しようとする課題］ ポリカーボネートシート等の場合、シートを一方向に延
伸すると５延伸方向の屈折率が最も大きくなり、残りの
２方向の屈折率はほぼ等しくなる。
このような光学補償素子を、第３図（Ａ）に示すような
構成に組込む。
液晶セル３を挾んで、延伸方向が直交する一対の光学補
償素子６．７が配置され、その両側を直交する偏光子１
．２が挾んだ構成とする。
第３図（Ａ）の構成において、光学補償素子６．７の延
伸方向である直交軸方向の透過率は、液晶セル３がホメ
オトロピック配向をとる時、第３図（Ｂ）に示すように
、著しく改善されたものとなる。
ところが、延伸方向（ｘ−ｙ方向）から外れると、漏れ
光が次第に生じてしまう。
第３図（Ｃ）は、直交軸に４５度の角度を持つ方向の透
過率を示すグラフである。視野角が増大するにつれて、
透過率（漏れ光）が次第に増大し、４５度付近で約１０
％程度、５５度付近では約２０％程度も漏れ光か生じて
いる。
すなわち、観察者の方向によっては優れた光学補償効果
が得られるか、方向によっては漏れ光が大きく、視認角
が極めて小さくなってしまう。
本発明の目的は、優れた光学補償効果を示すことのでき
る光学補償素子を提供することである。
本発明の他の目的は、液晶表示装置において、液晶セル
の光学異方性を補償するのに適した光学補償素子を提供
することである。
１課題を解決するための手段］ 本発明の光学補償素子は、イオン含有高分子を材料とし
、シート状に整形され、シート面に垂直な方向の屈折率
がシート面内方向の屈折率よりも小さい。
［作用］ 本発明者らは、イオン含有高分子を材料とし、所定の処
理を行なうと、シート面に垂直な方向の屈折率がシート
面内方向の屈折率よりも小さい負の光学異方性を有する
光学補償素子を形成できることを発見した。処理の程度
に応じて、光学補償素子の屈折率分布を制御することか
できる。
［実施例］ 以下、イオン含有高分子のシートを用いて、光学補償素
子を形成する実施例について説明する。
イオン含有高分子は、好ましくはアイオノマ樹脂を用い
る。アイオノマは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合
体のカルボキシル基の少なくとも一部が、金属イオンで
中和された構造のものである。なお、他の不飽和化合物
重合単位を含有するものであってもよい、アイオノマの
ベースポリマとなるエチレン・不飽和カルボン酸共重合
体における不飽和カルボン酸としては、炭素数３〜８程
度のものが好ましい、具体的には、アクリル酸、メタク
リル酸、イタコン酸、マレイン酸、マレイン酸モノメチ
ルエステル、マレイン酸モノエチルエステル等を用いる
ことができる。これらの中ではアクリル酸またはメタク
リル酸が特に好適である。
上記共重合体において、任意成分として含有されていて
もよい他の不飽和化合′＃Ｊ１ＪＬ合単位として、不飽
和カルボン酸のエステル、あるいは飽和カルボン酸のビ
ニールエステル等の重合単位がある。
より具体的には、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル
、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｎブチル、アクリ
ル酸２−エチンヘキシル、メタクリル酸メチル、メタク
リル酸エチル、＃酸ビニール等の重合単位がある。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体における、各重合
成分の含有比率は、アイオノマの透明性、融点、機械的
強度等を考慮すると、エチレンが５０〜９８重量％、好
ましくは６０〜９５重量％、不飽和カルホン酸が２〜３
５重量％、好ましくは５〜３０重量％、その他不飽和化
合物か０〜４０重量％、好ましくは０〜２０重量％が好
適である。
アイオノマにおける金属イオンとしては、リチウム、ナ
トリウム、カリウム等のアルカリ金属、マグネシウム、
カルシウム等のアルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウム
等の１〜３価の金属のイオンが好ましい、このような金
属イオンは２１ａ以上併用しても差支えない。これらの
中では、マグネシウムおよびアルカリ金属か好ましく、
特にマグネシウムが好ましい、これら金属イオンによる
中和度は、１〜１００％、好ましくは１０〜８０％であ
る。
これらアイオノマは、１９０℃、２１６０ｇ過重におけ
るメルトフローレートか０．０１〜２００ｇ／１０分、
特に０．１〜５０ｇ／１０分程度のものを用いるのか好
ましい。
このようなアイオノマは、他の不飽和化合物重合単位を
含有していてもよい、エチレン・不飽和カルボン酸共重
合体を直接中和する方法、エチレン・不飽和カルボン酸
エステル共重合体を鹸化する方法等によって調整するこ
とかできる。
ます、イオン含有高分子シートとして、三井・デュポン
ポリケミカル株式会社より入手できるハイミラン（ＨＩ
−ＭＩＬＡＮ）を用いて光学補償素子を作製しな。
まず、第１図（Ａ）に示すように、ハイミランで形成さ
れたイオン含有高分子シート１１を、面内の１方向に延
伸しな、延伸されたイオン含有高分子シート１１は、延
伸方向１２に沿う方向の屈折率ｎ　ｘか他の方向の屈折
率よりも大きくなる。
このような屈折率分布を図中右側に示しである。
延伸方向と直交する方向の屈折率ｎｎ　　ははｙ　″　
　　Ｚ ぼ等しい値を有する。すなわち、この状態ではシートの
面内方向に光軸を有する１軸性の光学異方性を有する。
第１図（Ｂ）に示すように、このように延伸したイオン
含有高分子シート１１を、２枚の平行ガラス板１３．１
４の間に挾み、排気可能な耐熱気密袋１７に収容し、内
部を真空に排気し、オートクレーブ炉に収容し、加熱・
加圧処理を行なう。
加熱・加圧処理の後、気密袋１７を取出し、冷却する。
この処理における加熱温度、加熱時間、圧力、冷却条件
等により、イオン含有高分子シート１１の屈折率ｎ　ｘ
、　　１、ｎ７は探々に変化する。
たとえば、ハイミランを材料としたイオン含有高分子シ
ートを、融点以上で長時間処理すると、ｎ　　＝ｎ　　
＞ｎ　　の負の１軸性光学異方性を示す。
Ｘ　　ｙ　　Ｚ 処理温度を低くするか、処理時間を短くすると、初期の
延伸した状態での特性、ｎ　ｘ　＞　ｎ　ｖ　＝ｎ　ｚ
と、上述の高温長時間処理した時の特性、ｎ　＝ｎ　　
＞ｎ　　との中間状態の特性を示す。
Ｚ 種々のアイオノマ樹脂を用いた場合の光学異方性（ｎ　
　−ｎ７−Δｎ）のおよその値を以下の表× に示す、なお、参考のためイオン含有高分子以外の樹脂
についても上述と同等の方法で素子を作成し、その特性
を測定し、表に列記した。
なお、別の実験でＬｉイオンタイプのＡＤ７９４０（商
品名、三井・デュポンポリケミカルより入手可）を処理
し、Δｎとして０゜９　Ｘ　１０−３程度の値を得な。
ＮａイオンタイプとＭｇイオンタイプとを取り扱い易さ
の点で較べると、Ｎａイオンタイプはイオン種か結晶と
して残り易＜、Ｍｇイオンタイプの方か取り扱い易い。
イオン含有高分子以外の材料では、負の光学異方性ｎ　
、＝ｎ　、＞ｎ　２は得られなかった。
ム × は負の光学異方性が生じなかったことを示す。
光学異方性の値はハイミラン１６０１、ハイミラン１５
５５で特に高かった４ なお、透明度の点からは、ハイミラン１７０７とハイミ
ランＡＭ７３１１が特に優れていた。また、ハイミラン
１６０１とハイミラン１６０５かこれらに次いでよい性
能を示した。
以上の実施例より明らかなように、イオン含有高分子を
材料として用い、所定の処理を行なうことにより、シー
ト面に垂直方向に光軸を有する負の光学異方性ｎ　　＝
ｎ　　＞ｎ　　の特性を得ることｘ　　ｙ　　Ｚ ができる。
また、イオン含有高分子を材料とし、所定の処理を行な
うことにより、ｎ　　＞ｎ　　＞ｎ　　で、かｘ　　ｙ
　　ｚ つｎ　ｘ　　ｎ　ｙが非常に小さい光学特性を得ること
もできる。
上述のような特性は、他の高分子材料では現在まで実現
されていない。
イオン含有高分子材料の内、エチレン、メタクリル酸共
重合体をイオン架橋した樹脂は、良好な特性を示した。
特にハイミラン１６０１は、Δｎか大きいなめ、光学補
償素子として使用する場合、厚みを薄くすることかでき
る４また〜ハイミシン１フ０フ、ハイミランＡＭ７３１
１は、透明性に優れるため、液晶表示装置を構成する場
合、高いコントラストを可能とする。
以上実線例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。
「発明の効果」 面内方向の屈折率が、面と垂直方向の屈折率よりも大き
な光学異方性を有する光学補償素子が提供される。
ホメオトロピック配向した液晶セルの光学異方性を効率
的に補償することか可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例による光学補
償素子の製造方法を説明するための図であり、第１図（
Ａ）は、延伸工程を説明するための斜視図、第１図（Ｂ
）は、加熱・加圧工程を説明するための概略断面図、 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、従来の技術を説明するための
図であり、第２図（Ａ）は、液晶表示装置を説明するた
めの斜視図、第２図（Ｂ）は、液晶の屈折率を説明する
ための斜視図、第２図（Ｃ）は液晶の光学異方性を補償
するのに望ましい特性を有する光学補償素子を説明する
ための斜視図、第２図（Ｄ）は、他の望ましい光学補償
素子を説明するための概念図、 第３図（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の技術による光学的補償
を説明するための図であり、第３図（Ａ）は構成を示す
斜視図、第３図（Ｂ）、（Ｃ）は異なる方向における透
過率の視野角依存性を示すグラフである。 図において、 １．２　　　　　偏光子 ３　　　　　　　液晶セル 液晶分子 ５． ６、 屈折率分布 ■ イオン含有高分子シート 延伸方向

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）、イオン含有高分子を材料とし、シート状に整形
    され、シート面に垂直な方向の屈折率がシート面内方向
    の屈折率よりも小さい光学補償素子。
  2. （２）、請求項１記載の光学補償素子であって、前記シ
    ート面内の屈折率が方向によって異なる光学補償素子。
  3. （３）、請求項１ないし２記載の光学補償素子であって
    、前記イオン含有高分子がアイオノマ樹脂を含む光学補
    償素子。
  4. （４）、請求項３記載の光学補償素子であつて、前記ア
    イオノマ樹脂はエチレン・メタクリル酸共重合体の分子
    間を金属イオンで架橋した樹脂である光学補償素子。
  5. （５）、請求項４記載の光学補償素子であって、前記金
    属イオンがナトリウムイオン、マグネシウムイオン、亜
    鉛イオン、リチウムイオン、アルミニウムイオン、これ
    らの温合物の少なくとも１つを含む光学補償素子。
  6. （６）、イオン含有高分子のシートを面内の一方向に延
    伸して、延伸方向に屈折率の高い光学異方性を付与する
    工程と、 前記シートを一対の基板間に挾み、融点以上の温度で加
    熱、加工し、面内の光学異方性を低下させる工程と を含む光学補償素子の製造方法。
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