JPH09297216A - 光学異方体フィルムとその製造方法および液晶表示装置 - Google Patents

光学異方体フィルムとその製造方法および液晶表示装置

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JPH09297216A
JPH09297216A JP8114816A JP11481696A JPH09297216A JP H09297216 A JPH09297216 A JP H09297216A JP 8114816 A JP8114816 A JP 8114816A JP 11481696 A JP11481696 A JP 11481696A JP H09297216 A JPH09297216 A JP H09297216A
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JP
Japan
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liquid crystal
group
polymer
anisotropic film
optically anisotropic
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JP8114816A
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English (en)
Inventor
Masato Kuwabara
眞人 桑原
Masanobu Noguchi
公信 野口
Toshihiro Onishi
敏博 大西
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶表示装置の視野角特性を向上する光学異方
体とその製造方法および該光学異方体を用いた優れた視
野角特性を有する液晶表示装置を提供する。 【解決手段】[1]高分子とディスコティック液晶を混
合してなる光学異方体フィルムであり、該ディスコティ
ック液晶が高分子と相分離しており、相分離したディス
コティック液晶のドメインの平均粒径が20〜600n
mの範囲にあり、法線方向から測定した該光学異方体フ
ィルムのレターデーション(測定波長546nm)が−
200〜200nmである光学異方体フィルム。 [2]高分子とディスコティック液晶を混合してなるフ
ィルムを延伸する[1]記載の光学異方体フィルムの製
造方法。 [3]前記[1]記載の光学異方体フィルムを用いた液
晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学素子や
液晶表示装置(以下、LCDと記すことがある。)等に
用いられる光学異方体フィルムとその製造方法および該
光学異方体フィルムを用いた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶デイスプレイは、低電圧駆動、軽量
などの優れた特徴を有しており、パーソナルコンピュー
ターやワードプロセッサーなどに広く用いられている。
薄膜トランジスタやダイオードで各画素を駆動するパネ
ルが実用化された結果、TFT(Thin Film
Transister)−TN(Twisted Ne
matic)液晶ディスプレイは、STN液晶ディスプ
レイと比較して高速応答が可能で視野角が広いという特
徴を有しており、現在主流になりつつある。しかし、T
N方式においても、上下の視野角が不充分で、階調表示
をするとその傾向がより顕著になるという問題点があっ
た。
【0003】以上の問題点は、液晶分子がその長軸方向
と短軸方向とで異なる屈折率を有し(屈折率異方性)、
電圧印加時に液晶分子が傾斜配向するため、光学特性が
画面の上下方向で非対称になるためであると考えられて
いる。液晶分子の屈折率異方性によるTN液晶ディスプ
レイのコントラストや表示色の角度依存性を小さくする
ために、特開平4−346312号公報には、TNセル
の上に負の屈折率異方性を有するコレステリック液晶セ
ルを重ねる方法や、特開平6−166534号公報に
は、コレステリック相を示す高分子液晶を配向させた
後、ガラス転移温度以下に急冷し配向を固定したフィル
ムを用いる方法や、特開平6−214116号公報に
は、傾斜配向したディスコティック液晶を用いる方法が
提案されている。また、特開平6−214116号公報
には、高分子マトリックス中に低分子液晶を分散させ、
電場または磁場を印加して配向操作を行い、液晶を配向
させる方法も開示されている。しかし、補償用のコレス
テリック液晶セルを用いる方法では、パネル全体が重
く、厚くなると同時に製造コストも高くなり、好ましく
ない。また、コレステリック相を有する高分子化合物を
用いる方法では、ガラス転移点以下に急冷することでコ
レステリック相構造の固定を行うことから、ガラス転移
温度が室温より十分に高いものを使用する必要があるた
め、配向処理にかなりの高温を要し、製造上好ましくな
いという問題点がある。さらに、高分子化合物を用いた
場合、屈折率異方性の温度依存性が、液晶セルに比べて
小さいために、パネルを使用する温度が変化すると、補
償用フィルムの屈折率異方性と、液晶セルの屈折率異方
性のずれが生じ、視野角の改善効果が小さくなるという
問題が生じる。また、ディスコティック液晶を傾斜配向
した場合では、屈折率異方性の大きいディスコティック
液晶を基板上に直接塗布した場合、大面積で光学特性の
均一な光学異方体フィルムを得るためには膜厚精度が問
題になり、量産に適していないという問題があった。ま
た、低分子液晶を高分子マトリックスに混合した特開平
6−214116号公報記載の系では、更に低分子液晶
の配向を光架橋で固定する必要があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液晶
表示装置の視野角特性を向上する光学異方体とその製造
方法および該光学異方体を用いた優れた視野角特性を有
する液晶表示装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため鋭意検討した結果、高分子(以下、該
高分子をマトリックスポリマーまたは単にマトリックス
と称することがある。)中にディスコティック液晶を混
合し、フィルム化し、ディスコティック液晶をマトリッ
クスから相分離させた後、該フィルムを延伸することに
より、ディスコティック液晶が配向して光学異方体フィ
ルムが歩留まりよく得られることを見いだし、本発明を
完成するに至った。すなわち、本発明は、[1]高分子
とディスコティック液晶を混合してなる光学異方体フィ
ルムであり、該ディスコティック液晶が高分子と相分離
しており、相分離したディスコティック液晶のドメイン
の平均粒径が20〜600nmの範囲にあり、法線方向
から測定した該光学異方体フィルムのレターデーション
(測定波長546nm)が−200〜200nmである
光学異方体フィルムに係るものである。また、本発明
は、[2]高分子とディスコティック液晶を混合してな
るフィルムを延伸する[1]記載の光学異方体フィルム
の製造方法に係るものである。更に、本発明は、[3]
前記[1]記載の光学異方体フィルムを用いた液晶表示
装置に係るものである。
【0006】
【発明の実施の形態】次に本発明を詳細に説明する。本
発明の光学異方体フィルムでは、ディスコティック液晶
が高分子マトリックスから相分離しており、該ディスコ
ティック液晶(以下、液晶と略することがある。)の部
分がドメインを形成している。
【0007】該ディスコティック液晶のドメインの平均
粒径は、20〜600nmであり、30〜400nmが
好ましい。該ドメインの平均粒径は、光学異方体フィル
ムを透過型電子顕微鏡(以下、TEMと記すことがあ
る。)で観測し、個々の粒径を直接測定し、得られた粒
径の数平均値を求めることにより決定される。
【0008】本発明の光学異方体フィルムでは、該ドメ
インの界面で可視光の散乱が発生する場合がある。本発
明の光学異方体フィルムでは、これらの界面の散乱に起
因する内部散乱は小さい方が好ましい。散乱された光は
一般に偏光状態が変化するため、内部散乱が大きい光学
異方体フィルムの場合、光学特性が悪化する可能性があ
るためである。
【0009】液晶の配向はドメインの形状で制御でき
る。たとえば、ドメインの形状が回転楕円体の場合、液
晶は一軸配向し、3つの軸の長さが異なる楕円の場合、
液晶の配向は二軸性配向になる。また、液晶の傾斜配向
を得たいときは、楕円体の軸をフィルム法線方向から傾
けることが例示される。これらのドメインの形状は後述
の延伸操作により制御することが効果的である。
【0010】本発明の光学異方体フィルムの、フィルム
法線方向から見たレターデーションの値(測定波長54
6nm)は、−200〜200nmであり、好ましくは
−100〜100nmが好ましい。本発明の光学異方体
フィルムの光軸は、フィルム法線方向と平行でもよく、
法線方向から傾斜していてもよい。法線方向から傾斜し
ている場合の傾斜角として、10〜50゜が例示され、
更に好ましくは20〜40゜である。
【0011】次に、マトリックスポリマーについて説明
する。本発明では、光学異方体フィルムのマトリックス
として、高分子のレターデーションが小さいものが好適
に用いられる。高分子によるレターデーションは、液晶
が入っていない以外は光学異方体フィルムと同一の条件
で作製した高分子フィルムをセナルモン法を用いて測定
(546nmの波長の光で測定)する。高分子のレター
デーションは100nm以下が好ましく、更に好ましく
は50nm以下、特に好ましくは30nm以下である。
【0012】マトリックスのレターデーションはマトリ
ックス高分子の複屈折Δnとフィルムの厚みdの積Δn
dで表される。レターデーションを小さくするためにフ
ィルムの厚みを薄くすると、フィルムのハンドリングが
困難になるので好ましくなく、フィルム膜厚には下限が
ある。レターデーションを小さくするためにマトリック
スの複屈折を小さくすることが好ましい。一般的に、ポ
リマーの配向による複屈折Δnは、ポリマーの固有複屈
折Δn0と配向関数fを用いて、下記数1のように表さ
れる。
【数1】Δn=Δn0 ×f 高分子の複屈折を低減する方法としては、固有複屈折の
小さい高分子を使用する方法、固有複屈折が正の高分子
と負の高分子を混合し見かけの固有複屈折を小さくする
方法、配向関数を小さくする方法などが例示される。
【0013】固有複屈折の小さい高分子として、ポリメ
チルメタクリレート、ポリ−n−ブチルメタクリレー
ト、ポリ−t−ブチルメタクリレート、ポリグリコール
メタクリレートなどのポリメタクリル酸誘導体やポリア
クリル酸、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリ
レートなどのポリアクリル酸誘導体やポリビニルアセテ
ート、ポリビニルブチレート、ポリオキシメチルフェニ
ルシリレンなどや、ノルボルネン−エチレン共重合体
(三井石油化学(株)製:商品名APELなど)、含ノ
ルボルネン樹脂(日本合成ゴム(株)製:商品名ART
ONなど)、アモルファスポリオレフィン(日本ゼオン
(株)製:商品名ZEONEXなど)、光学用ポリエス
テル樹脂(鐘紡(株)製)、アクリル−ブタジエン−ス
チレン共重合体(東レ(株)製:商品名トヨラック透明
グレードなど)などが例示される。これらのなかでもポ
リメチルメタクリレート、ポリ−n−ブチルメタクリレ
ート、ポリ−t−ブチルメタクリレート、ノルボルネン
−エチレン共重合体、光学用ポリエステル樹脂、アモル
ファスポリオレフィン、アクリル−ブタジエン−スチレ
ン共重合体が好ましい。
【0014】次に、光学異方体フィルムのマトリックス
として、正の固有複屈折を有する高分子と負の固有複屈
折を有する高分子とを混合して用いる場合に、正の固有
複屈折を有する高分子としては、ポリ塩化ビニル、ポリ
フッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン・三フッ化エチレ
ン共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリフェニレン
オキサイド、ポリカーボネートなどが例示され、負の固
有複屈折を有する高分子としては、ポリメチルメタクリ
レート、ポリスチレンなどが例示される。
【0015】正または負の固有複屈折を有する高分子で
あって、相溶する高分子の組み合わせと見かけの固有複
屈折が小さくなる混合比(重量比)としては、ポリフェ
ニレンオキサイドとポリスチレンでは20:80〜3
0:70、ポリエチレンオキサイドとポリメチルメタク
リレートでは30:70〜40:60、フッ化ビニリデ
ン・三フッ化エチレン共重合体とポリメチルメタクリレ
ートでは5:95〜15:85、ポリフッ化ビニリデン
とポリメチルメタクリレートでは15:85〜25:7
5、ポリ塩化ビニルとポリメチルメタクリレートでは1
5:85〜25:75などが例示される。これらの中で
も溶媒に溶けやすいポリフェニレンオキサイドとポリス
チレン、ポリエチレンオキサイドとポリメチルメタクリ
レートの組み合わせが好ましい。
【0016】また、配向関数を小さくする方法として
は、ディスコティック液晶を該混合フィルムのガラス転
移温度以上で溶融温度以下の温度で加熱しながら延伸す
る方法が挙げられる。該方法に適した高分子としては、
ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアリレート、ポ
リエーテルスルホン、2酢酸セルロース、3酢酸セルロ
ース、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール共重合
体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタ
レートなどが例示され、好ましくはポリカーボネート、
ポリスルホン、3酢酸セルロース、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリスチレンが例示される。
【0017】これらのマトリックスポリマーに、機械的
強度の付与やLCDパネルに貼合する際の接着性の改良
などの目的のために添加物を用いてもよい。添加物の種
類や量については、本発明の目的を損なわない程度の範
囲であれば特に限定はない。
【0018】本発明に用いられるディスコティック液晶
としては、下記一般式(1)〜(14)で示される化合
物でディスコティック液晶相を示す化合物が例示され
る。
【化1】
【化2】
【化3】
【化4】
【化5】
【化6】
【化7】
【化8】
【化9】
【化10】
【化11】
【化12】
【化13】
【化14】 [上記式(1)〜(14)中、A1 、A2 、A3
4 、A5 、A6 、A7 、A 8 は、それぞれ独立に、炭
素数1〜22の炭化水素もしくは複素環化合物基、下記
一般式(15)または(16)の化合物からなる基を示
す。Mは、Si、Al、Fe、Cu、Zn、Sn、C
o、Pb、Mg、NiもしくはVOの原子団または水素
を示す。
【化15】 (式(15)中、Xは−O−、−S−、−COO−また
は−OCO−であり、jは1または0であり、kは0か
ら10までの整数を示し、mは0または1であり、Ar
1 はフェニレン基、ビフェニレン記、ナフタレニル基、
アントラセニル基、シクロヘキシル基、ピリジン−ジイ
ル基、ピリミジン−ジイル基であり、pは0または1で
あり、R1 はハロゲン、シアノ基または炭素数1から2
0のアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、芳香
族化合物基、複素環化合物基であり、nは0から6の整
数である。)
【化16】 (式(16)中、Xは、式(15)における定義と同じ
である。j’は1または0であり、k’は0から10ま
での整数を示し、m’は0または1であり、Ar 2 、A
3 は、それぞれ独立にフェニレン基、ビフェニレン
記、ナフタレニル基、アントラセニル基、シクロヘキシ
ル基、ピリジン−ジイル基、ピリミジン−ジイル基であ
り、p’、p”はそれぞれ独立に0または1である。L
は、−CH2−O−、−O−CH2 −、−COO−、−
OCO−、−CH2 −CH2 −、−CH=N−または−
N=CH−で示される2価の基であり、qは0または1
である。R2 は、ハロゲン、シアノ基、炭素数1から2
0のアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、芳香
族化合物基または複素環化合物基であり、n’は0から
3の整数である。)]
【0019】上記式(1)〜(14)中のA1 、A2
3 、A4 、A5 、A6 、A7 、A 8 にそれぞれ独立に
該当する炭素数1から22の炭化水素基として、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘ
キシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ラウリ
ル基などが例示される。複素環化合物基としては、2−
チエニル基、2−ピロリル基、2−ピリジル基などが例
示される。
【0020】式(15)または(16)におけるA
1 、Ar2 、Ar3 として、それぞれ独立にフェニレ
ン基、ビフェニレン基、ナフタレニル基、アントラセニ
ル基、シクへキシレン基、ピリジン−ジイル基、ピリミ
ジン−ジイル基などが例示される。好ましくは、1,4
−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ピリジ
ン−2,5−ジイル基である。
【0021】R1 、R2 としては、それぞれ独立にハロ
ゲン、シアノ基、炭素数1から20のアルキル基、アル
コキシ基、アルキルチオ基、芳香族化合物基または複素
環化合物基が例示される。ここで、炭素数1〜20のア
ルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、
ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オク
チル基、デシル基、ラウリル基などが挙げられる。ま
た、光学活性な炭素を含むものであってもよい。メチル
基、エチル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘ
プチル基、オクチル基が好ましい。
【0022】また、炭素数1〜20のアルコキシ基とし
ては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキ
シ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチル
オキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基、ラウリ
ルオキシ基などが挙げられる。また、光学活性な炭素を
含むものであってもよい。メトキシ基、エトキシ基、ブ
トキシ、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチ
ルオキシ基、オクチルオキシ基が好ましい。アルキルチ
オ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピル
チオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ
基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、デシルチオ基、
ラウリルチオ基などが挙げられ、メチルチオ基、エチル
チオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ
基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基が好ましい。
【0023】芳香族化合物基としては、フェニル基、4
−C1 〜C12アルコキシフェニル基(C1 〜C12は、炭
素数1〜12であることを示す。以下においても同様で
ある。)、4−C1 〜C12アルキルフェニル基、1−ナ
フチル基、2−ナフチル基などが例示される。複素環化
合物基としては、2−チエニル基、2−ピロリル基、2
−、3−または4−ピリジル基などが例示される。
【0024】Xとしては、それぞれ独立に−O−、−S
−、−COO−または−OCO−が例示されるが、合成
の容易さから、−O−または−OCO−のいずれかの基
が好ましい。
【0025】本発明で用いるディスコティック液晶で
は、合成時のモノマーの組み合わせにより、式(1)〜
(14)におけるA1 、A2 、A3 、A4 、A5
6 、A7、A8 が、それぞれ異なる構造を有する基と
することもできるが、合成の容易さから、A1 、A2
3 、A4 、A5 、A6 、A7 、A8 は、それぞれ同じ
ものであることが好ましい。
【0026】本発明で用いるディスコティック液晶は、
ディスコティックネマティック相またはカラム配列を示
すものが好ましい。ネマティック相またはスメクティッ
ク相を示す温度範囲は、好ましくは−30℃〜200
℃、さらに好ましくは−30〜150℃、特に好ましく
は−30℃〜120℃である。上記温度範囲を満たすよ
うな液晶を単独で用いてもよいし、温度範囲を上記範囲
内にするために2種類以上の液晶を混合して用いてもよ
い。
【0027】次に、本発明の光学異方体フィルムの製造
方法について説明する。ディスコティック液晶とマトリ
ックスポリマーとの混合方法としては、均一に混合させ
るため溶液状態で混合する方法が好ましい。具体的に
は、高分子を溶媒に懸濁または溶解して、これにディス
コティック液晶を懸濁または溶解して混合する方法が挙
げられる。本発明で用いる高分子は、溶媒に対する溶解
度が大きい方が好ましい。液晶とマトリックスポリマー
の混合比は、液晶の割合が多すぎるとフィルムの機械的
強度が低下し、生産性が低下し、また該割合が少なすぎ
ると光学特性が悪くなる。したがって、該液晶の濃度
〔液晶の重量/(液晶とマトリックスポリマーの重量
和)〕は、で1〜50重量%が好ましく、更に好ましく
は2〜40重量%である。
【0028】ディスコティック液晶とマトリックスポリ
マーからなるフィルムの成膜法については、ディスコテ
ィック液晶やマトリックスポリマーを溶剤に溶かしキャ
ストする溶剤キャスト法、固体状態で混練しダイなどか
ら押し出しフィルムにする押し出し成型法、固体状態で
混練した後カレンダロールでフィルムにするカレンダー
法、プレスなどでフィルムにするプレス成型法などが例
示される。成膜後のフィルムの厚みは特に制限はない
が、薄すぎると機械的強度や偏光度に悪影響を及ぼすの
で、ある程度の厚みが必要であり、厚すぎると溶媒キャ
スト法で成膜したときの溶媒の蒸発速度が遅くなり、生
産性が悪くなることから、ある程度薄くする必要があ
る。成膜後のフィルムの厚みとしては20〜500μm
が好ましく、更に好ましくは70〜300μmである。
【0029】また、本発明の光学異方体フィルムの製造
方法において、フィルムの延伸方法としては、テンター
延伸法、ロール間延伸法、ロール間圧縮延伸法などが例
示される。フィルム面の均一性などの観点からテンター
延伸法、ロール間延伸法が好ましい。本発明の光学異方
体フィルムにおいて、光学軸が法線方向から傾斜させる
ための延伸方法としては、フィルムを周速の異なる2本
のロール間で圧延し、剪断を加えながら延伸する方法
や、曲率の小さいロールに沿わして剪断を加えるなどの
方法が例示される。延伸倍率や延伸速度については特に
制限はない。
【0030】加熱温度については、使用するマトリック
スポリマーの軟化温度や液晶の転移温度により適宜選択
される。
【0031】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。液晶化合
物は、元素分析、赤外吸収スペクトル、H−NMRスペ
クトルから構造を確認し、ゲルパーミエーションクロマ
トグラフィ(GPC)から分子量を確認した。光学異方
体フィルムやマトリックス単体のレターデーションは、
偏光顕微鏡〔ニコン(株)製、OPTIPHOTO2−
POL〕によりセナルモン法を用いて測定した。測定光
の波長は546nmである。また、該フィルムを傾斜し
たときのレターデーションの測定は、上記顕微鏡に傾斜
治具をとりつけることにより測定した。本発明の液晶表
示装置の評価は、本発明の光学異方体フィルムをTN型
液晶表示装置に搭載し、目視で評価することにより行っ
た。
【0032】実施例1 下記式(17)で示されるディスコティック液晶とポリ
メチルメタクリレート(住友化学工業(株)製 商品名
スミペックスMHF)を混合し、塩化メチレンに溶解し
て塩化メチレン溶液とした。この溶液をシランカップリ
ング剤で表面処理したガラス基板上にキャストすること
によりフィルムを得る。得られたフィルムを加熱ヒータ
ーを内蔵する周速の異なる2本のロール間に通し延伸
し、光学異方体フィルムを得る。得られた光学異方体フ
ィルムをTN型液晶表示装置に搭載したところ、使わな
いときと比較して視野角が広がる。
【化17】 (式中、Rは、−OC5 11である。)
【0033】
【発明の効果】本発明により、光学異方体フィルムが、
精度よく量産できるとともに、該光学異方体フィルムを
用いることにより液晶表示装置の視野角特性が改良でき
るので工業的価値が大きい。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高分子とディスコティック液晶を混合して
    なる光学異方体フィルムであり、該ディスコティック液
    晶が高分子と相分離しており、相分離したディスコティ
    ック液晶のドメインの平均粒径が20〜600nmの範
    囲にあり、法線方向から測定した該光学異方体フィルム
    のレターデーション(測定波長546nm)が−200
    〜200nmであることを特徴とする光学異方体フィル
    ム。
  2. 【請求項2】高分子によるレターデーション(測定波長
    546nm)が100nm以下であることを特徴とする
    請求項1記載の光学異方体フィルム。
  3. 【請求項3】高分子が、固有複屈折が正の高分子と負の
    高分子が相溶してなるものであることを特徴とする請求
    項2記載の光学異方体フィルム
  4. 【請求項4】光学異方体フィルムの光学軸が、該光学異
    方体フィルムの法線方向から傾斜していることを特徴と
    する請求項1、2または3記載の光学異方体フィルム。
  5. 【請求項5】高分子とディスコティック液晶を混合して
    なるフィルムを延伸することを特徴とする請求項1、
    2、3または4記載の光学異方体フィルムの製造方法。
  6. 【請求項6】請求項1〜4のいずれかに記載の光学異方
    体フィルムを用いたことを特徴とする液晶表示装置。
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