JPH09297218A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】精度よく量産でき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視野角特
性が改良できる液晶表示装置を提供する。 【解決手段】〔１〕高分子とコレステリック液晶を混合
してなる光学異方体フィルムであり、該コレステリック
液晶が該高分子と相分離しており、該コレステリック液
晶のドメインの平均粒径が２０〜６００ｎｍの範囲にあ
り、該光学異方体フィルムの法線方向から５４６ｎｍの
波長の光で測定したレターデーションが−２００〜２０
０ｎｍである光学異方体フィルム。 〔２〕高分子とコレステリック液晶の混合体をフィルム
に成形後、該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〕高分子と重合性化合物基を有するコレステリック
液晶の混合体をフィルムに成形し、該フィルムを延伸し
た後、該重合性化合物基を重合する〔１〕記載の光学異
方体フィルムの製造方法。 〔４〕前記〔１〕記載の光学異方体フィルムを用いる液
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、液晶表示装置（以
下、ＬＣＤと記すことがある。）や非線形光学素子等に
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。
薄膜トランジスタで各画素を駆動するパネルが実用化さ
れた結果、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）−ＴＮ（ねじれ
ネマチック）型液晶ディスプレイは、ＳＴＮ（超ねじれ
ネマチック）型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、ＴＮ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型液晶ディス
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
ムを用いる方法が提案されている。また、特開平６−２
１４１１６号公報には、傾斜配向したディスコティック
液晶を用いることでＴＮ型ＬＣＤの視角特性が向上する
ことが開示されている。該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
得るためには高い膜厚精度が必要であることから工業的
な生産に制限があった。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、精度
よく量産でき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視野角特性が改良でき
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、これ
らの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。）中にコレステリック液晶を
混合し、フィルム化し、コレステリ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
よりコレステリック液晶が配向し、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。

【０００６】すなわち、本発明は、〔１〕高分子とコレ
ステリック液晶を混合してなる光学異方体フィルムであ
り、該コレステリック液晶が該高分子と相分離してお
り、該コレステリック液晶のドメインの平均粒径が２０
〜６００ｎｍの範囲にあり、該光学異方体フィルムの法
線方向から５４６ｎｍの波長の光で測定したレターデー
ションが−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
コレステリック液晶の混合体をフィルムに成形後、該フ
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〕高分
子と重合性化合物基を有するコレステリック液晶の混合
体をフィルムに成形し、該フィルムを延伸した後、該重
合性化合物基を重合する〔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。また、本発明は、
〔４〕前記〔１〕記載の光学異方体フィルムを用いる液
晶表示装置に係るものである。

【０００７】

【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、コレステリック液晶
が高分子マトリックスから相分離しており、該コレステ
リック液晶（以下、単に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。該コレステリック液晶
のドメインの平均粒径は、２０〜６００ｎｍであり、３
０〜４００ｎｍであることが好ましい。該コレステリッ
ク液晶の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】本発明の光学異方体フィルムでは、コレス
テリック液晶のドメインの形状を回転楕円体にしたり、
３つの軸の長さが異なる楕円体にすることにより、液晶
の配向を制御することができる。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可能である。

【００１０】本発明の光学異方体フィルムにおいて、５
４６ｎｍの波長の光で測定した光学異方体フィルムの法
線方向から測定したレターデーションは、−２００〜２
００ｎｍであり、好ましくは−１００〜１００ｎｍであ
る。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、１
０〜５０゜が好ましく、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Δ
ｎｄ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、コレステリ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】本発明で用いられるコレステリック液晶の
構造や分子量については、特に限定はなく、組み合わせ
て使用するマトリックスポリマーと相分離し、相分離し
たときのコレステリック液晶のドメインの大きさが上記
した条件を満たすものが好適に使用できる。本発明で用
いられるコレステリック液晶として、重合性の化合物基
を有するものも好適に用いられる。重合性の化合物基と
しては、特に限定はないが、後述するように熱重合より
は光重合の方が好ましく用いられることから、光重合性
の化合物基であることが好ましい。本発明で用いられる
コレステリック液晶として、単独でコレステリック相を
示す液晶を用いてもよいし、ネマティック液晶にキラル
ドーパントを混合してコレステリック相を発現させたも
のを用いてもよい。キラルドーパントの種類やネマティ
ック液晶との混合比についても特に限定はない。コレス
テリック液晶の相系列は、室温でコレステリック相また
はガラス相を示すものが好ましく用いられる。

【００１９】本発明においては、コレステリック液晶に
垂直に入射した光の選択反射が４００〜８００ｎｍの波
長範囲で観測されないことが好ましいことから、コレス
テリック液晶の螺旋ピッチは３００ｎｍ以下が好まし
く、更に好ましくは２７０ｎｍ以下である。液晶の螺旋
ピッチの調整方法については特に制限はなく、公知の方
法が使用できる。例えば、キラルドーパントの量で調整
する方法中、重合性の化合物基を有する液晶の場合は、
重合時の温度により調整する方法が挙げられる。

【００２０】コレステリック液晶とマトリックスポリマ
ーの混合比については、該コレステリック液晶の混合比
が大きすぎると光学異方体フィルムの機械的強度が下が
り、ハンドリングしにくくなるため好ましい上限があ
る。また、液晶の割合が小さすぎると液晶がマトリック
スから相分離しにくくなるため好ましくない。コレステ
リック液晶の濃度〔コレステリック液晶の重量／（コレ
ステリック液晶とポリマーマトリックスの重量和）〕
は、０．１〜２０重量％が好ましく、更に好ましくは１
〜１５重量％である。

【００２１】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。コレステリック液晶とマトリッ
クスポリマー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ことが好ましい。具体的には、高
分子を溶媒に懸濁または溶解して、これにコレステリッ
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。本発明で用いられる高分子は、溶媒に対する溶解度
が大きい方が好ましい。

【００２２】コレステリ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、コレステリッ
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。

【００２３】前述のように、本発明の光学異方体フィル
ムでは、フィルムを延伸することにより、ドメインの形
状が変化し、液晶の配向を制御することができる。フィ
ルムの延伸方法は、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。この中でもフィ
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。また、本発明の光学異方体フィル
ムで、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。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、液晶の混合比などにより適宜
選択される。

【００２４】本発明の光学異方体フィルムで、重合性化
合物基を有するコレステリック液晶を用いる場合の製造
方法は、フィルムの成膜と、延伸方法については上述し
た方法と同じ方法が用いられる。コレステリック液晶の
配向の固定方法として光重合、電子線重合や熱重合が例
示されるが、配向の安定性の観点から光重合が好まし
い。重合開始剤についての限定は特になく、液晶やポリ
マーと相溶性の良い公知の重合開始剤が使用できる。重
合開始剤のコレステリック液晶やマトリックスポリマー
に対する混合比についても、本発明の光学異方体フィル
ムの特性を損なわない範囲であれば特に制限はない。

【００２５】本発明の液晶表示装置は、本発明の光学異
方体フィルムを用いることを特徴とする。該光学異方体
フィルムを用いることにより、視野角特性が改良でき
る。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
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、ＯＰＴＩＰＨＯＴＯ
２−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Ｔ
Ｎ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。

【００２７】実施例１ コレステリック液晶（コレステリック相を示す温度範囲
が１４〜１１４℃である液晶オリゴマー）と重合開始剤
とポリメチルメタクリレートを重量比で２：２：９６に
なるよう混合し、塩化メチレン溶液とする。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厚さ１００μｍのフィルムを得
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、延伸直後に紫外線
を照射することにより、光学時が水平面から傾斜した光
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。

【００２８】

【発明の効果】本発明により光学軸がフィルム法線方向
から傾斜している光学異方体フィルムを精度よく量産で
きるとともに、該光学異方体フィルムを用いた液晶表示
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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高分子とコレステリック液晶を混合してな
   る光学異方体フィルムであり、該コレステリック液晶が
   該高分子と相分離しており、該コレステリック液晶のド
   メインの平均粒径が２０〜６００ｎｍの範囲にあり、該
   光学異方体フィルムの法線方向から５４６ｎｍの波長の
   光で測定したレターデーションが−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】請求項１記載の光学異方体フィルムにおい
   て、高分子によるレターデーションが１００ｎｍ以下で
   あることを特徴とする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】フィルムの光学軸がフィルムの法線方向か
   ら傾斜しており、光学異方体フィルムの法線方向から５
   ４６ｎｍの波長の光で測定したレターデーションが−１
   ００〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項２また
   は３記載の光学異方体フィルム。
5. 【請求項５】高分子とコレステリック液晶の混合体をフ
   ィルムに成形後、該フィルムを延伸することを特徴とす
   る請求項１〜４記載の光学異方体フィルムの製造方法。
6. 【請求項６】高分子と重合性化合物基を有するコレステ
   リック液晶の混合体をフィルムに成形し、該フィルムを
   延伸した後、該重合性化合物基を重合することを特徴と
   する請求項１〜４記載の光学異方体フィルムの製造方
   法。
7. 【請求項７】請求項１〜４のいずれかに記載の光学異方
   体フィルムを用いることを特徴とする液晶表示装置。