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JP2011081021A - Va型液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】正面コントラストが高いVA型液晶表示装置の提供。
【解決手段】フロント側偏光子(14)、リア側偏光子(12)、及び前記フロント側偏光子とリア側偏光子との間に配置されるVA型液晶セル(LC)を少なくとも有し、前記VA型液晶セルが、フロント側基板(24)及びリア側基板(22)、並びにその間に配置される液晶層(10)を有し、前記リア側基板(22)の部材コントラスト(CRr)に対する前記フロント側基板の部
材コントラスト(CRf)が、3≦ CRf/CRr(但し、前記リア側基板及び前記フロ
ント側基板は、各基板上に形成された前記VA型液晶セルの構成部材を含む)を満足し、及び前記リア側偏光子(12)が、前記VA型液晶セル(LC)に直接貼合されていることを特徴とするVA型液晶表示装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、正面コントラストが改善されたVA(Vertically Aligned)型液晶表示装置に関する。
近年、液晶表示装置の高コントラスト(CR)化が進んでいる。特に、VA型液晶表示装置は、他のモードと比較して法線方向のCR(以下、「正面CR」という)が高いという長所があり、その長所をより改善するための研究開発が種々行われている。その結果、この6年間で、VA型液晶表示装置の正面CRは、400程度から8000程度に、約20倍高くなっている。
一方、液晶表示装置については、正面CRが高いことのみならず、斜め方向のCR(以下、「視野角CR」という場合がある)も高いことが重要である。VA型液晶表示装置については、黒表示時の斜め方向に生じる光漏れを軽減する技術として、位相差フィルムを採用することが種々提案されている(例えば、特許文献1)。一般的には、液晶セルを中心として、フロント側とリア側にそれぞれ位相差フィルムを配置し、光学補償に必要な位相差を2枚の位相差フィルムのそれぞれに分担させて光学補償を達成している。光学補償の組み合わせには通常2つの方式が用いられている。一方の方式は、フロント側及びリア側にそれぞれ配置される位相差フィルムに位相差を等しく分担させる方式であり、使用するフィルムを一種類にできるメリットがある。他方の方式は、片側に配置される位相差フィルムにより大きな位相差を分担させる方式であり、安価なフィルムとの組み合わせで光学補償が可能なことからコスト的に有利である。後者の方式では、リア側に配置される位相差フィルムにより大きな位相差を分担させる方が実用上一般的であった。その理由の1つは、製造コストにある。この理由に関しては、特許文献2に、「一方の偏光板の(液晶セルと偏光膜との間の)保護膜のみに本発明のセルロースアシレート系フィルムを用いた場合、これが、上側偏光板(観察側)、下側偏光板(バックライト側)のどちら側でもよく、機能的には何ら問題がない。ただし、上側偏光板として使用すると機能性膜を観察側(上側)に設ける必要性があり生産得率が下がる可能性があるため、下側偏光板として使用する場合が高いと考えられ、より好ましい実施形態であると考えられる」との記載がある。第2の理由は、リア側により大きな位相差を有するフィルムを配置する方が、耐衝撃性や、温度変化および湿度変化などの耐環境性の点では好ましいためである。
従来、このような視野角コントラストの改善のために利用されている位相差フィルム(位相差膜)の光学特性と、正面CRとの関係についてはなんら検討されていない。
特開2006−184640号公報 特開2006−241293号公報の[0265]欄
高CR化された液晶表示装置では、従来のCRの低下要因に基づいて提案されている手法では、さらなる高コントラスト化を達成することは困難である。本発明者が鋭意検討した結果、VA型液晶表示装置では、従来正面CRに影響するとは考えられていなかった、リア側偏光子と液晶セルとの間に存在する位相差層のレターデーションが、正面CRを低下させる一因であることがわかった。
本発明は、正面コントラストが高いVA型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、正面コントラストが1500以上のVA型液晶表示装置の正面コントラストをさらに向上させることを課題とする。
本発明者は、鋭意検討した結果、リア側偏光子とVA型液晶セルとの間に、なんら位相差のある部材が存在しないと、VA型液晶表示装置の正面CRを格段に改善できるとの知見を得た。この知見に基づいてさらに検討した結果、リア側偏光子とVA型液晶セルとの間に、位相差部材を配置しないことによる正面CRの改善効果は、VA型液晶セルのフロント側基板の内面に配置されている部材のコントラストが、リア側基板の内面に配置されている部材のコントラストと比較して高い態様で、特に顕著になるとの知見を得、この知見に基づいてさらに検討を重ね、本発明を完成するに至った。
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
[1] フロント側偏光子、リア側偏光子、及び前記フロント側偏光子とリア側偏光子との間に配置されるVA型液晶セルを少なくとも有し、前記VA型液晶セルが、フロント側基板及びリア側基板、並びにその間に配置される液晶層を有し、
前記リア側基板の部材コントラスト(CRr)に対する前記フロント側基板の部材コント
ラスト(CRf)が、下記関係式:
3≦ CRf/CRr
(但し、前記リア側基板及び前記フロント側基板は、各基板上に形成された前記VA型液晶セルの構成部材を含む)
を満足し、及び
前記リア側偏光子が、前記VA型液晶セルに直接貼合されていることを特徴とするVA型液晶表示装置。
[2] 前記フロント側偏光子と前記VA型液晶セルとの間に、1層又は2層以上の位相差層からなる位相差領域を有し、該位相差領域が、下記式:
30nm≦Re(550)≦90nm、且つ
170nm≦Rth(550)≦300nm
を満足することを特徴とする[1]のVA型液晶表示装置。
[3] 前記位相差領域が、下記式:
Δnd(550)−70≦Rth(550)≦Δnd(550)−10
を満足することを特徴とする[2]のVA型液晶表示装置:
但し、dは前記VA型液晶セルの液晶層の厚さ(nm)、Δn(λ)は波長λにおける前記VA型液晶セルの液晶層の屈折率異方性であり、Δnd(λ)はΔn(λ)とdの積を意味する。Rth(λ)は波長λにおける前記位相差領域の厚み方向のレターデーション(nm)を意味する。
[4] 前記位相差領域が、セルロースアシレート系フィルムからなる、またはセルロースアシレート系フィルムを含むことを特徴とする[2]又は[3]のVA型液晶表示装置。
[5] 前記位相差領域が、環状オレフィン系ポリマーフィルムからなる、又は環状オレフィン系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする[2]又は[3]のVA型液晶表示装置。
[6] 独立した3原色光が順次発光するバックライトユニットを含み、フィールドシーケンシャル駆動方式で駆動されることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[7] 前記VA型液晶セルがカラーフィルタ層を有し、該カラーフィルタ層が、前記液晶層とリア側偏光子との間に配置されていることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかのVA型液晶表示装置。
[8] 正面コントラストが、1500以上であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれかのVA型液晶表示装置。
本発明によれば、正面コントラストが高いVA型液晶表示装置を提供することができる。
本発明のVA型液晶表示装置の一例の断面模式図である。 本発明の作用を説明するために用いた模式図である。 本発明の実施例の効果を説明するためのグラフである。
以下、本発明について詳細に説明する。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及び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等のサンプルが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。
Figure 2011081021
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。
測定されるフィルムが1軸や2軸の屈折率楕円体で表現できないもの、いわゆる光学軸(optic axis)がないフィルムの場合には、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。
本明細書において、位相差フィルム等の「遅相軸」は、屈折率が最大となる方向を意味する。また、「可視光領域」とは、380nm〜780nmのことをいう。さらに屈折率の測定波長は特別な記述がない限り、可視光域のλ=550nmでの値である。
また、本明細書において、位相差領域、位相差フィルム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。
本明細書において、位相差フィルムとは、液晶セルと偏光子の間に配置された自己支持性のある膜を意味する。(レターデーションの大小は関係ない。)なお、位相差膜は位相差層、位相差フィルムと同義である。位相差領域は液晶セルと偏光子の間に配置された1層または2層以上の位相差フィルムの総称である。
また、本明細書では、「フロント側」とは表示面側を意味し、「リア側」とはバックライト側を意味する。また、本明細書で「正面」とは、表示面に対する法線方向を意味し、「正面コントラスト(CR)」は、表示面の法線方向において測定される白輝度及び黒輝度から算出されるコントラストをいうものとする。
本発明は、VA型液晶セルとリア側偏光子とが直接貼合されたVA型液晶表示装置に関する。従来、液晶表示装置の光源であって、リア側に配置されるバックライトとして、指向性をもった光を照射するバックライトが使用されている。当該バックライトから液晶表示装置に斜め入射した光は、液晶セル中の液晶層及びカラーフィルタで散乱され、正面方向に散乱された成分が、正面CRを低下させる一因になる。本発明者が検討した結果、バックライトからリア側偏光子に入射した光が、液晶セルに入射するまでに、位相差領域を通過すると、正面CRの低下が顕著になるとの知見を得た。この理由は以下の通りである。
(i) バックライトから斜め入射してリア側偏光子を通過した直線偏光は、液晶セルに入射する前に、位相差領域を通過すると、位相差領域のRe及び/又はRthによって楕円偏光化され、その後、液晶セル中の液晶層及びカラーフィルタ層等で正面に散乱される。正面に散乱された光のうち、フロント側偏光子の吸収軸方向の成分(以下、「A成分」という場合がある)は偏光子に吸収されるが、フロント側偏光子の透過軸方向の成分(以下、「B成分」という場合がある)は、偏光子を透過してしまう。このB成分が、正面CRの低下の原因になる。B成分を少なくすれば、正面コントラストを向上させることができる。この観点で、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域のRthは、小さいほど好ましい。
また、
(ii) 位相差領域を構成する位相差フィルムには、製造上、光軸の分布があり、これが偏光子と貼り合せる際の軸ズレを生じさせる。軸ズレは、バックライトからの光の楕円偏光化を促進するため、軸ズレを軽減すれば、正面コントラストを向上させることができる。この観点では、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域を構成する位相差フィルムのReは、小さいほど好ましい。
上記(i)及び(ii)の知見に基づき、さらに検討した結果、リア側偏光子と液晶セルとの間に、何ら位相差のある部材を存在させずに、リア側偏光子を直接液晶セルに貼合することで、高い正面CRのVA型液晶表示装置が得られることを見出した。
なお、本明細書中、偏光子とVA型液晶セルが「直接貼合」とは、偏光子とVA型液晶セルが接触している態様のみならず、それらを貼合するための、接着剤層、易接着層等の層を介して貼合している態様も含むものとする。但し、位相差フィルム等の自己支持性のある部材が、偏光子とVA型液晶セルとの間に配置されている態様は、本発明から排除される。
さらに、本発明では、上記正面CRの改善効果のみならず、リア側偏光子と液晶セルとの間に、位相差のある部材が存在しないことによって、サークルムラが軽減されるという効果も得られる。「サークルムラ」とは、液晶パネルを高温・高湿の雰囲気下に曝した後、黒表示状態にすると、パネルに環状の光漏れが発生する現象をいう。詳細は、特開2007−187841号公報に記載がある。この原因は、高温・高湿の雰囲気下に曝されることによって、バックライト側の液晶セル基板(即ち図1中ではリア側基板22)に反りが発生することが一因である。本発明では、リア側偏光子とリア側の液晶セル基板との間に、位相差部材がなんら存在していないので、仮にリア側のセル基板に反りが生じても、サークルムラは生じ難く、軽減される。
また、さらに、本発明では、フロント側偏光子と液晶セルとの間に、所定の光学特性を示す位相差領域を有する態様では、斜め方向のCRの向上及び黒表示時の斜め方向のカラーシフトの低減等、視野角特性にも優れた液晶表示装置を提供することができる。
本発明のVA型液晶表示装置の一例の断面模式図を図1に示す。なお、図中、各層の厚みの相対的関係は、実際の液晶表示装置の各層の厚みの相対的関係と必ずしも一致しているものではない。
図1に示すVA型液晶表示装置は、VA型液晶セルLC、並びに、そのフロント側表面には、フロント側偏光板PLを有する。一方、独立の部材としてのリア側偏光板は存在せず、リア側偏光子12は、直接VA型液晶セルLCの表面に貼合されている。リア側偏光子12の外側には、バックライト10が配置され、バックライト10からの光は、リア側偏光子12、液晶セルLC、及びフロント側偏光板PLの順に入射するように構成されている。液晶セルLCはVAモードの液晶セルであり、黒表示時には、ホメオトロピック配向になる。液晶セルLCは、ガラス等からなる上側基板24と下側基板22を対向させることで構成されており、前記基板上には配向膜(図示せず)と電極層(図示せず)を有し、さらにフロント側の基板上には、カラーフィルタ層(図示せず)を有する。
図1に示す通り、本発明では、リア側偏光子(図1中の12)を、直接VA型液晶セル(図1中のLC)の表面に貼合することで、正面CRの改善効果が得られる。本発明者がさらに鋭意検討した結果、リア側偏光子とVA型液晶セルとを直接貼合し、位相差を示す部材をなんら配置しないことによって得られる、この正面CRの改善効果は、VA型液晶セルのフロント側基板(図1中基板24と基板上に形成されたすべての部材を含む)の部材コントラスト(CRf)が、リア側基板(図1中基板22と基板上に形成されたすべての部材を含む)の部材のコントラストと比較して高い態様で、特に顕著になることを見出した。具体的には、リア側基板の部材コントラスト(CRr)に対するフロント側基板の部材コントラストCRfの比(CRf/CRr)が3以上、即ち、3≦CRf/CRrの態様で、本発明の効果が顕著になることがわかった。なお、実用上、CRf/CRrの上限値は1000程度であると考えられる。
ここで、VA型液晶セル(図1中のLC)を2枚の基板(図1中の基板22および24)に分解したときに、フロント側の基板(図1中基板24)とその基板上に形成されていた部材の総称をフロント側基板といい、リア側の基板(図1中基板22)とその基板上に形成されていた部材の総称をリア側基板というものとする。当該部材の例には、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、アレイ部材(TFTアレイ等)、基板上の突起部、共通電極、スリット等、種々の部材が含まれる。すなわち、液晶セルのリア側基板及びフロント側基板の部材コントラストとは、各基板と各基板上に形成される種々の部材のトータルのコントラストをいうものとする。測定方法の詳細については、後述する実施例に記載がある。
液晶表示装置の正面CRには、リア側偏光子と液晶セルとの間に存在する部材のレターデーションが大きく影響することを、本発明者が見出したことは、上記した通りである。この理由は、液晶セルの各部材(例えば、液晶層、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、アレイ部材、基板に形成された突起部、共通電極部材、スリット部材など)において散乱や回折といった光学現象が生じるが、それら光学現象に偏光依存性があるためである。以下、詳細に説明する。
一般的には、VA型液晶表示装置では、黒表示時には液晶層は垂直配向状態になるので、リア側偏光子を通過し、法線方向に進む直線偏光は、その後、液晶層を通過してもその偏光状態は変化せず、原則として全てフロント側偏光子の吸収軸で吸収される。即ち、原則として、黒表示時には法線方向には光漏れはないといえる。しかし、VA型液晶表示装置の黒表示時の正面透過率はゼロではない。この理由の1つは、液晶層中の液晶分子が揺らいでいるためであり、液晶層に入射した光がある程度その揺らぎによって散乱されるためであることが知られている。液晶層に入射した光が、完全に、フロント側偏光子の吸収軸で吸収される直線偏光成分しか含んでいないほど、その影響が大きくなり、正面の光漏れが多くなる傾向がある。即ち、リア側と偏光子の間の位相差領域の位相差が大きく、高い楕円偏光率の楕円偏光に変換されているほど、この揺らぎによる正面の光漏れを軽減できる。
しかし、本発明者が検討した結果、液晶層中の液晶分子の揺らぎ以外に、リア側偏光子と液晶層との間の位相差領域の位相差にもその一因があることがわかった。バックライトからの指向性のある光がリア側偏光子を通過して、斜め方向から当該位相差領域に入射すると、その位相差によって直線偏光は楕円偏光に変換される。この楕円偏光は、液晶セル中のアレイ部材、及びカラーフィルタ層によって回折及び散乱され、少なくとも一部は正面方向に進む光となる。当該楕円偏光には、フロント側偏光子の吸収軸でブロックできない直線偏光成分が含まれるため、黒表示時においても正面方向に光が漏れ、正面CR低下の原因になる。このアレイ部材やカラーフィルタ層を通過することによって生じる光学現象は、例えば、アレイ部材やカラーフィルタ層の表面が完全に平滑ではなく、ある程度の凹凸があることや、当該部材中に散乱因子等が含有されることによる。このアレイ部材やカラーフィルタ層を通過することによって生じる光学現象が、正面方向の光漏れに与える影響は、前記した液晶層中の液晶分子が揺らいでいることによる影響よりも大きい。
さらに本発明者が鋭意検討した結果、位相差領域を通過することで楕円偏光となった光が液晶セル中の所定の部材を通過する際に受ける光学現象(回折及び散乱等)は、光が液晶層に入射する前に当該部材を通過するか、又は液晶層を通過した後に当該部材を通過するかで、正面方向の光漏れに影響する態様が異なることがわかった。例えば、図1に示す液晶表示装置が、図2(a)に示す通り、リア側基板の内面にアレイ部材が配置されていて、且つフロント側基板の内面にカラーフィルタが配置されているとすると、光は、液晶層に入射する前にアレイ部材を通過し、液晶層を通過した後にカラーフィルタを通過することになる。
光が液晶層に入射する前に通過する部材(例えばアレイ部材)では、入射光の楕円偏光率は、その前に通過するリア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域の位相差によって決まる。一方で、液晶層に入射した後に通過する部材(例えばカラーフィルタ)では、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域の位相差に加えて、液晶層の位相差によって決まる。ここで、VA用液晶表示装置の場合、通常、液晶層のΔnd(550)(dは液晶層の厚さ(nm)、Δn(λ)は液晶層の波長λにおける屈折率異方性であり、Δnd(λ)はΔn(λ)とdの積のことである。)は280〜350nm程度に設定される。アレイ部材の光漏れが少なくなるように、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域の位相差を設定しても、液晶を通過すると楕円率は逆に大きくなる。リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域の位相差が大きいほど入射偏光の楕円率が小さくなるので、液晶層を通過する前に光が入射する部材であるか、液晶層を通過した後に光が入射する部材であるかによって、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域の位相差を低く設定した結果、当該部材が正面方向の光漏れに影響する作用が逆転する。
リア側偏光子と液晶セルとの間に配置される部材のレターデーションの高低、各部材を通過することによる正面方向光漏れに与える影響の傾向、及びその影響の強弱を、図2(b)にまとめた。なお、図2(b)中、「↑」はリア側位相差領域が高レターデーションの場合に比べて正面CRを高める作用を示し、「↓」は正面CRを低下させる作用を示す。矢印の本数はその作用の強弱の目安であって、本数が多いほど作用が強いことを示す。
図2(b)に示す通り、フロント側基板にカラーフィルタ、及びリア側基板にアレイ部材が配置されたVA型液晶表示装置の態様では、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域の位相差を低くすると、リア側基板に配置されているアレイ部材による光学現象によって生じる正面方向の光漏れは軽減される方向に作用する一方で、フロント側基板に配置されているカラーフィルタ層による光学現象によって生じる正面方向の光漏れは増加する方向に作用し、即ち、双方の作用が相殺される関係にある。
例えば、リア側基板とフロント側基板の双方に、コントラストを低下させる要因となる部材が同様に配置されている液晶セルでは、リア側偏光子と液晶セルとの間に位相差フィルム等の位相差部材を配置せず、レターデーションの影響を減少させても、リア側基板に配置されている部材(例えば図2(b)ではアレイ部材)による正面CRを高める作用が、フロント側基板に配置されている部材(例えば図2(b)ではCF部材)による正面CRを低下させる作用によって若干打ち消されてしまう。即ち、リア側偏光子と液晶セルとを直接貼合し、位相差のある部材をなんら配置しないという本発明の特徴は、リア側基板にコントラストを低下する要因となる部材が多く存在している態様において、特に高い効果を示す、と言うことができる。
なお、リア側偏光子と液晶セルとの間の位相差領域のレターデーションが、正面CRに与える影響は、低い正面CRの液晶表示装置ではほとんど無視できる程度である。しかし、近年提供されている、高い正面CR(例えば、正面CRが1500以上)の液晶表示装置について、さらなる正面CRの改善を図るためには、この影響を無視することはできない。本発明は、正面CRが1500以上の液晶表示装置について、正面CRをさらに改善するのに特に有用である。
なお、図2では、一例として、フロント側基板24の内面にカラーフィルタ(CF)が、リア側基板の内面にアレイ部材がある、通常の液晶セル構成を図示したが、本発明の液晶表示装置では、CF及びアレイ部材の位置は任意である。例えば、カラーフィルタオンアレイ(COA)の様に、CFがアレイ部材を有するリア側基板側に配置されている態様も、本発明に含まれることは勿論である。また、アレイ部材が、フロント側基板24側に配置されているのであれば、アレイ部材の作用は、図2(b)中のCF部材と同様になり、またCFがリア側基板22側に配置されているのであれば、CF部材の作用は、図2(b)のアレイ部材と同様になる。図示していない他の部材(例えば、ブラックマトリックス)についても同様であり、部材が、フロント側基板24側に配置されているのであれば、当該アレイ部材の作用は、図2(b)中のCF部材と同様になり、また部材がリア側基板22側に配置されているのであれば、当該部材の作用は、図2(b)のアレイ部材と同様になる。
上記した通り、リア側基板(図1中基板22)の部材コントラスト(CRr)に対するフロント側基板(図1中基板24)の部材コントラストCRfの比(CRf/CRr)が3以上、即ち、3≦CRf/CRr、を満足する態様で、本発明の効果が顕著になることがわかった。この関係を満足する液晶セルの例としては、例えば、リア側基板がCOA基板である液晶セルがある。COAに関しては、特開2005−99499号公報及び特開2005−258004号公報に詳細な記載がある。
なお、COA基板は、カラーフィルタ層が積層されているため、通常のリア側基板(主にはアレイ部材が配置されている)と比較して熱による反り等の変形が発生し難い。よって、COA基板をリア側基板として用いると、上記したサークルムラの軽減効果がさらに高まる。
なお、前述のように、CF、ブラックマトリックス、アレイ部材での光学現象による、黒表示時の光漏れの入射偏光状態依存性は、すべて同じ傾向を示すが、ブラックマトリックスの寄与は相対的に小さいため、CFがアレイ部材を有するリア側基板側に配置されたCOAの液晶表示装置におけるブラックマトリックスの位置は、液晶セル内のいずれでもよいが、リア側偏光子と液晶層の間に位置することが好ましい。
また、3≦CRf/CRr、を満足する液晶セルの例には、カラーフィルタを有さない液晶セル、及びカラーフィルタを有さず、フィールドシーケンシャル駆動の液晶セルが挙げられる。フィールドシーケンシャル駆動の液晶セルについては、特開2009−42446号公報、特開2007−322988号公報、及び特許第3996178号公報等に詳細な記載があり、参照することができる。フィールドシーケンシャル駆動では、独立した3原色光が順次発光するバックライトユニットが利用される。光源としてLEDを備えたバックライトユニットが好ましく、例えば、赤、緑、青の3色を発光するLED素子を光源として備えるバックライトユニットが好ましく利用される。
また、リア側基板にアレイ部材が配置され、フロント側基板にカラーフィルタが配置されている通常の態様の液晶セルであっても、カラーフィルタのコントラストが高い態様であれば、勿論、上記条件、3≦CRf/CRrを満足し、本発明の好ましい態様となる。高コントラストのカラーフィルタの例としては、従来のCFに使用される顔料と比較して、より微小な粒径の顔料を使用したカラーフィルタが挙げられる。顔料を使用した高コントラストのカラーフィルタの作製方法の例としては、以下の2つの方法が挙げられる。
(i)顔料粒子をサンドミルやロールミル、ボールミルといった分散機を用いて機械的により細かく粉砕する方法であって、例えば、特開2009−144126号公報等に称さない記載があり、参照することができる。
(ii)顔料を溶剤に溶解させた後に再析出させることで微細な顔料粒子を調整する方法であって、例えば、特開2009−134178号公報に詳細な記載がある。
また、顔料以外に、染料を利用して高コントラストのカラーフィルタを作製する方法も提案されている。特開2005−173532号公報に詳細な記載があり、参照することができる。
これらの公報に記載のカラーフィルタを利用することにより、通常の構成であっても、3≦CRf/CRrを満足する液晶セルとなる。
再び、図1において、フロント側偏光板PLが有する位相差フィルム16の光学特性は、斜め方向のコントラストの改善、及び黒表示時のカラーシフトの軽減に寄与するものであるのが好ましい。フロント側に配置する位相差フィルムのレターデーション、特にRth(λ)、の好ましい範囲は、液晶層のΔnd(λ)の値に応じて変動する。斜めコントラスト改善のため、Δnd(λ)に対する、好ましい位相差フィルムの範囲等については、種々の公報に記載があり、例えば、特許3282986号、第3666666号及び第3556159号等に記載があり、参照することができる。
なお、前記位相差領域の光学特性の好ましい範囲については、後述する。
ところで、本発明では、リア側に位相差フィルムを配置しないので、視野角補償のためには、フロント側に高い位相差の位相差フィルムを配置する必要がある。前述した通り、片側に大きな位相差を分担させてVA型液晶表示装置を光学補償する方式の場合、大きな位相差のフィルムは、リア側に配置されるのが従来一般的であったが、本発明のように、高い位相差フィルムをフロント側に配置した方が、偏光板としての得率が向上すると考えられる。その理由を説明する。
大きな位相差のフィルムは、製造時に多くの添加剤等を添加したり、高倍率で延伸する工程が必要であるため、フィルムに多くの添加剤を加えなくとも製造可能な安価フィルム(いわゆるプレーンTAC=Re(550)が0〜10nm、Rth(550)が30〜80nmであるトリアセチルセルロースフィルム等)や小さな位相差のフィルムに比べて広幅化が困難である。通常の液晶表示装置には、横長の液晶セルが使用され、フロント側偏光子の吸収軸は水平方向(左右方向)に、リア側偏光子の吸収軸は鉛直方向(上下方向)に配置されるのが一般的である。さらに、工業的生産では、偏光子と位相差フィルムとをロール トゥ ロールで貼合するが一般的である。この製法で作製した偏光板を液晶セルに貼合することを考えると、フロント側に大きな位相差のフィルムを配置した方が、偏光板の幅方向を高い効率で使用することができ、即ち、得率が高くなる。
また、VA型液晶セルのΔnd(550)は一般的に280〜350nm程度であり、これは、白表示時の透過率をなるべく高くするためである。一方で、Δnd(550)が280nm以下の場合、Δnd(550)の低下に伴い白輝度がわずかに低下するものの、セルの厚みdが小さくなるため、高速応答性に優れる液晶表示装置となる。
本発明のVA型液晶表示装置では、上記のいずれのVA型液晶セルを用いることができ、その優れた効果は、VA型液晶セルのΔnd(λ)の値によらず得ることが出来る。
また、図1中、リア側偏光子12は、そのバックライト10側の表面に、保護フィルム18を有するが、さらにその表面に、防汚性フィルム、アンチリフレクションフィルム、アンチグレアフィルム、アンチスタチックフィルム等の機能性フィルムを有していてもよく、また、同様に、フロント側偏光子14は、その表示面側表面に、保護フィルム20を有するが、さらにその表面に、防汚性フィルム、アンチリフレクションフィルム、アンチグレアフィルム、アンチスタチックフィルム等の機能性フィルムを有していてもよい。なお、図1のVA型液晶表示装置では、位相差フィルム16が、偏光子14の保護フィルムとしても機能している実施形態を示したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、位相差フィルム16と、偏光子14との間には、別途、偏光子の保護フィルムが配置されていてもよい。但し、上記した通り、位相差フィルムと偏光子との間に配置される保護フィルムは、位相差フィルムとの積層体としてトータルで、位相差領域に求められる特性を満足する必要がある。
本発明のVA型液晶表示装置のモードについてはいずれであってもよく、具体的にはMVA(Multi-domain Vertical Alignment)型、PVA(Patterned Vertical Alignment)型、光配向型(Optical Alignment)、及びPSA(Polymer-Sustained Alignment)のいずれであってもよい。これらのモードの詳細については、特開2006−215326号公報、及び特表2008−538819号公報に詳細な記載がある。
上記した通り、本発明では、高コントラストのカラーフィルタを用いてもよいが、勿論、通常の液晶表示装置が有するカラーフィルタを利用してもよい。カラーフィルタは、一般的には、基板の画素部位に複数の異なる色(例えば赤、緑、青の光の3原色、透明、黄色、シアンなど)を配列したカラーフィルタである。その作製方法は様々であり、例えば、着色のための材料(有機顔料、染料、カーボンブラックなど)を用い、カラーレジストと呼ばれる着色感光性組成物(無色の場合もある)を調製し、これを基板の上に塗布して層を形成し、フォトリソグラフィ法によりパターン形成するのが一般的である。前記着色感光性組成物を基板の上に塗布する方法も様々であり、例えば初期には、スピン・コーター法が採用され、省液の観点で、スリット&スピン型コーター法が採用され、現在では、スリット・コーター法が一般的に採用されている。その他にロールコーティング法、バーコーティング法、ダイコーティング法などがある。また近年では、フォトリソグラフィにより離画壁とよばれるパターンを形成した後に、インクジェット方式により画素の色を形成することも行なわれている。この他に、着色非感光性組成物と感光性ポジ型レジストを組み合わせた方法、印刷法、電着法、フィルム転写法によるものなどが知られている。本発明に利用するカラーフィルタは、いずれの方法で作製されたものであってもよい。
カラーフィルタ形成用の材料についても特に制限はない。着色材料として、染料、有機顔料、無機顔料等、いずれを用いることもできる。染料は、高コントラスト化の要求から検討されていたが、近年は有機顔料の分散技術が進歩し、ソルトミリング法などで微細に砕いたブレークダウン顔料や、ビルドアップ法による微細化顔料などが高コントラスト化に用いられている。本発明には、いずれの着色材料を用いてもよい。
以下、本発明に利用可能な種々の部材について説明する。
1.位相差領域
フロント側偏光子と液晶セルとの間に配置される1層又は2層以上の位相差層からなる位相差領域は、その光学特性が、斜め方向のコントラストの向上、及び黒表示時のカラーシフトの軽減に寄与し得るように調整されているのが好ましい。好ましい位相差領域の一例は、30nm≦Re(550)≦90nm、且つ170nm≦Rth(550)≦300nmを満足する位相差領域である。
上記範囲であると、一般的なVA型液晶セル(Δnd(550)は180〜350nm程度)の黒表示時の斜め方向の光漏れを軽減できる。
さらに、前述したように、フロント側に配置する位相差領域のレターデーション、特にRth(λ)、の好ましい範囲は、液晶層のΔnd(λ)の値に応じて変動する。ここで、波長λにおけるフロント側に配置する位相差領域のRth(λ)と液晶層のΔnd(λ)に対する、より好ましい位相差領域の一例は、
Δnd(550)−70≦Rth(550)≦Δnd(550)−10
を満足する位相差領域であり、さらに好ましくは、
Δnd(550)−60≦Rth(550)≦Δnd(550)−20
を満足する位相差領域である。この範囲であると、VA型液晶セルの黒表示時の斜め方向の光漏れをより軽減できる。
また、白表示時の透過率を高くする(=正面CRを高くする)ためには、液晶層のΔnd(550)が280nm以上であることが好ましい。この場合、フロント側の位相差領域は、
220nm≦Rth(550)≦300nm
であることが好ましく、
230nm≦Rth(550)≦300nm
であることがより好ましい。
一方で、製造適性を考慮すると、フロント側に配置する位相差領域として、Rth(550)≦230nmの位相差フィルムを利用する構成が実用上好ましい場合がある。一般的に、高い位相差の位相差フィルムを得るためには、延伸倍率の高い延伸処理を行ったり、または位相差の発現に寄与する添加剤の添加量を増やしたりする必要があるが、延伸倍率が高くなるとフィルムの切断が起こり易くなり、また、添加剤の添加量が多くなるとフィルムから添加剤が染み出す場合があるためである。
Rth(550)≦230nmの位相差フィルムを利用するためには、液晶セルのΔnd(550)は、Δnd(550)≦290nmであることが好ましく、Δnd(550)≦280nmであることがより好ましい。
また、前記位相差領域の面内レターデーションReの波長分散は、可視光域において、波長が長波長になる程大きくなるという、いわゆる逆分散性を示すことが好ましい。即ち、Re(450)<Re(550)<Re(630)を満足するのが好ましい。その理由は、位相差領域のReが逆波長分散性であると、可視光域の中心波長550nm程度で、光学特性を最適化すれば、可視光全域にわたって、最適化される傾向があるからである。
より高い正面CRを得るためには、フロント側に配置される位相差領域を構成する位相差フィルムのヘイズは、0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.2以下がさらに好ましい。
なお、本明細書において、フィルムのヘイズの測定方法は以下の通りである。フィルム試料40mm×80mmを準備し、25℃,60%RHの環境下、ヘイズメーター(NDH−2000、日本電色工業(株)製)により、JIS K−6714に従って測定する。
前記位相差領域は、一枚の位相差フィルムからなっていても、2枚以上のフィルムの積層体であってもよい。また、上記特性を満足する限り、その材料について特に制限はない。種々のポリマーフィルム、例えば、セルロースアシレート、ポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体(AS樹脂)等のスチレン系ポリマー等を利用することができる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、エチレン・プロピレン共重合体の如きポリオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマー、または前記ポリマーを混合したポリマー等から1種又は2種以上のポリマーを選択し、主成分として用いてポリマーフィルムを作製し、上記特性を満足する組合せで、位相差領域を構成する位相差フィルムの作製に利用することができる。
前記位相差領域を構成する位相差フィルムとしては、セルロースアシレート系フィルムを用いるのが好ましい。
本明細書では、「セルロースアシレート系フィルム」とは、セルロースアシレートを主成分(全成分の50質量%以上)として含有するフィルムをいう。当該フィルムの作製に用いられるセルロースアシレートは、セルロースの水酸基の水素原子を、アシル基に置換したものである。前記セルロースアシレートはセルロースの水酸基がアシル化されたもので、その置換基はアシル基の炭素原子数が2のアセチル基から炭素原子数が22のものまでいずれも用いることができる。本発明において使用されるセルロースアシレートにおいて、セルロースの水酸基への置換度については特に限定されないが、セルロースの水酸基に置換する酢酸および/または炭素原子数3〜22の脂肪酸の結合度を測定し、計算によって置換度を得ることができる。測定方法としては、ASTMのD−817−91に準じて実施することができる。
前記位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用可能なセルロースアシレート系フィルムの原料としては、アシル置換度が2.00〜3.00のセルロースアシレートが好ましい。また、フィルムは延伸することで所望のレターデーションに調整してもよく、延伸時のレターデーション発現性の観点からは、アシル置換度が低いセルロースアシレートが好ましい。但し、アシル置換度が低いほど、未延伸時のフィルムのRthが高くなるため、VA液晶表示装置の位相差フィルムとしては、アシル置換度が2.00〜2.65のセルロースアシレートを用いて作製されたフィルムが好ましく、アシル置換度が2.20〜2.65のセルロースアシレートを用いて作製されたフィルムがより好ましく、アシル置換度が2.30〜2.60のセルロースアシレートを用いて作製されたフィルムがさらに好ましい。一方、位相差フィルムが逆波長分散性を示すためには、アシル置換度が高いセルロースアシレートを原料として用いるのが好ましく、具体的には、アシル置換度が2.65〜3.00であることが好ましく、2.75〜3.00であることがより好ましく、2.80〜3.00であることがさらに好ましい。
また、前記セルロースアシレートは、セルロースアセテートであることが好ましいが、アセチル基に代えて、又はアセチル基とともに、アセチル基以外のアシル基で置換されていてもよい。中でも、アセチル、プロピオニル及びブチリル基から選ばれる少なくとも一種のアシル基を有するセルロースアシレートが好ましく、及びアセチル、プロピオニル及びブチリル基から選ばれる少なくとも二種のアシル基を有するセルロースアシレートがより好ましい。さらに、アセチル基と、プロピオニル及び/又はブチリル基とを有するセルロースアシレートが好ましく、アセチル基の置換度が1.0〜2.97で、プロピオニル及び/又はブチリル基の置換度が0.2〜2.5のセルロースアシレートがより好ましい。
前記セルロースアシレートは、200〜800の質量平均重合度を有することが好ましく、250〜550の質量平均重合度を有することがさらに好ましい。また本発明で用いられるセルロースアシレートは、70000〜230000の数平均分子量を有することが好ましく、75000〜230000の数平均分子量を有することがさらに好ましく、78000〜120000の数平均分子量を有することがよりさらに好ましい。
前記位相差領域を構成する位相差フィルム用セルロースアシレート系フィルムの作製には、レターデーション発現剤を添加剤として利用することが好ましい。使用可能なレターデーション発現剤としては、棒状または円盤状化合物、正の複屈折性化合物からなるものを挙げることができる。前記棒状または円盤状化合物としては、少なくとも二つの芳香族環を有する化合物をレターデーション発現剤として好ましく用いることができる。前記棒状化合物からなるレターデーション発現剤の添加量は、セルロースアシレートを含むポリマー成分100質量部に対して0.1〜30質量部であることが好ましく、0.5〜20質量部であることがさらに好ましい。前記円盤状のレターデーション発現剤は、前記セルロースアシレート樹脂100質量部に対して、0.05〜20質量部の範囲で使用することが好ましく、0.1〜15質量部の範囲で使用することがより好ましく、0.1〜10質量部の範囲で使用することがさらに好ましい。
前記円盤状化合物はRthレターデーション発現性において前記棒状化合物よりも優れているため、特に大きなRthレターデーションを必要とする場合には好ましく使用される。2種類以上のレターデーション発現剤を併用してもよい。
前記レターデーション発現剤は、250〜400nmの波長領域に最大吸収を有することが好ましく、可視領域に実質的に吸収を有していないことが好ましい。
(1)円盤状化合物
前記円盤状化合物について説明する。円盤状化合物としては少なくとも二つの芳香族環を有する化合物を用いることができる。
本明細書において、「芳香族環」は、芳香族炭化水素環に加えて、芳香族性ヘテロ環を含む。本発明に用いることができる前記円盤状化合物としては、例えば、特開2008−181105号公報の[0038]〜[0046]に記載される化合物を挙げることができる。
前記位相差フィルムの作製に利用可能な前記円盤状化合物の例には、下記一般式(I)で表される化合物が含まれる。
Figure 2011081021
式中、X1は、単結合、−NR4−、−O−又はS−であり;X2は、単結合、−NR5−、−O−又はS−であり;X3は、単結合、−NR6−、−O−又はS−である。また、R1、R2、及びR3は、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、芳香族環基又は複素環基であり;R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基又は複素環基である。
以下に前記一般式(I)で表される化合物の好ましい例(I−(1)〜IV−(10))を下記に示すが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
Figure 2011081021
Figure 2011081021
Figure 2011081021
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Figure 2011081021
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Figure 2011081021
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(2)棒状化合物
本発明では前述の円盤状化合物の他に直線的な分子構造を有する棒状化合物も好ましく用いることができる。本発明に用いることができる前記棒状化合物としては、例えば、特開2007−268898号公報の[0053]〜[0095]に記載される化合物を挙げることができる。
(3)正の複屈折性化合物
正の複屈折性化合物とは、分子が一軸性の配向をとって形成された層に光が入射したとき、前記配向方向の光の屈折率が前記配向方向に直交する方向の光の屈折率より大きくなるポリマーをいう。
このような正の複屈折性化合物としては、特に制限ないが、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミドおよびポリエステルイミド等の固有複屈折値が正のポリマーを挙げることができ、ポリエーテルケトンおよびポリエステル系ポリマー等が好ましく、ポリエステル系ポリマーがより好ましい。
前記ポリエステル系ポリマーは、炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸と炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸の混合物と、炭素数2〜12の脂肪族ジオール、炭素数4〜20のアルキルエーテルジオールおよび炭素数6〜20の芳香族ジオールから選ばれる少なくとも1種類以上のジオールとの反応によって得られるものであり、かつ反応物の両末端は反応物のままでもよいが、さらにモノカルボン酸類やモノアルコール類またはフェノール類を反応させて、所謂末端の封止を実施してもよい。この末端封止は、特にフリーなカルボン酸類を含有させないために実施されることが、保存性などの点で有効である。本発明のポリエステル系ポリマーに使用されるジカルボン酸は、炭素数4〜20の脂肪族ジカルボン酸残基または炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸残基であることが好ましい。
好ましく用いられる炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸および1,4−シクロヘキサンジカルボン酸が挙げられる。
また炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、2,8−ナフタレンジカルボン酸および2,6−ナフタレンジカルボン酸等がある。
これらの中でも好ましい脂肪族ジカルボン酸としては、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸であり、芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸である。特に好ましくは、脂肪族ジカルボン酸成分としてはコハク酸、グルタル酸、アジピン酸であり、芳香族ジカルボン酸としてはフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、である。
前述の脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸のそれぞれの少なくとも一種類を組み合わせて用いられるが、その組み合わせは特に限定されるものではなく、それぞれの成分を数種類組み合わせても問題ない。
前記正の複屈折性化合物に利用されるジオールまたは芳香族環含有ジオールは、例えば、炭素数2〜20の脂肪族ジオール、炭素数4〜20のアルキルエーテルジオールおよび炭素数6〜20の芳香族環含有ジオールから選ばれるものである。
炭素原子2〜20の脂肪族ジオールとしては、アルキルジオールおよび脂環式ジオール類を挙げることができ、例えば、エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(ネオペンチルグリコール)、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール(3,3−ジメチロ−ルペンタン)、2−n−ブチル−2−エチル−1,3プロパンジオール(3,3−ジメチロールヘプタン)、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−オクタデカンジオール等があり、これらのグリコールは、1種または2種以上の混合物として使用される。
好ましい脂肪族ジオールとしては、エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールであり、特に好ましくはエタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールである。
炭素数4〜20のアルキルエーテルジオールとしては、好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエチレンエーテルグリコールおよびポリプロピレンエーテルグリコールならびにこれらの組み合わせが挙げられる。その平均重合度は、特に限定されないが好ましくは2〜20であり、より好ましくは2〜10であり、さらには2〜5であり、特に好ましくは2〜4である。これらの例としては、典型的に有用な市販のポリエーテルグリコール類としては、カーボワックス(Carbowax)レジン、プルロニックス(Pluronics) レジンおよびニアックス(Niax)レジンが挙げられる。
炭素数6〜20の芳香族ジオールとしては、特に限定されないがビスフェノールA、1,2−ヒドロキシベンゼン、1,3−ヒドロキシベンゼン、1,4−ヒドロキシベンゼン、1,4−ベンゼンジメタノールが挙げられ、好ましくはビスフェノールA、1,4−ヒドロキシベンゼン、1,4−ベンゼンジメタノールである。
前記正の複屈折性化合物は、末端がアルキル基あるいは芳香族基で封止された化合物であることが好ましい。これは、末端を疎水性官能基で保護することにより、高温高湿での経時劣化に対して有効であり、エステル基の加水分解を遅延させる役割を示すことが要因となっている。
前記正の複屈折性化合物の両末端がカルボン酸やOH基とならないように、モノアルコール残基やモノカルボン酸残基で保護することが好ましい。
この場合、モノアルコールとしては炭素数1〜30の置換、無置換のモノアルコールが好ましく、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、ヘキサノール、イソヘキサノール、シクロヘキシルアルコール、オクタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ノニルアルコール、イソノニルアルコール、tert−ノニルアルコール、デカノール、ドデカノール、ドデカヘキサノール、ドデカオクタノール、アリルアルコール、オレイルアルコールなどの脂肪族アルコール、ベンジルアルコール、3−フェニルプロパノールなどの置換アルコールなどが挙げられる。
好ましく使用され得る末端封止用アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、イソペンタノール、ヘキサノール、イソヘキサノール、シクロヘキシルアルコール、イソオクタノール、2−エチルヘキシルアルコール、イソノニルアルコール、オレイルアルコール、ベンジルアルコールであり、特にはメタノール、エタノール、プロパノール、イソブタノール、シクロヘキシルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール、イソノニルアルコール、ベンジルアルコールである。
また、モノカルボン酸残基で封止する場合は、モノカルボン酸残基として使用されるモノカルボン酸は、炭素数1〜30の置換、無置換のモノカルボン酸が好ましい。これらは、脂肪族モノカルボン酸でも芳香族環含有カルボン酸でもよい。好ましい脂肪族モノカルボン酸について記述すると、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、カプリル酸、カプロン酸、デカン酸、ドデカン酸、ステアリン酸、オレイン酸が挙げられ、芳香族環含有モノカルボン酸としては、例えば安息香酸、p−tert−ブチル安息香酸、p−tert−アミル安息香酸、オルソトルイル酸、メタトルイル酸、パラトルイル酸、ジメチル安息香酸、エチル安息香酸、ノルマルプロピル安息香酸、アミノ安息香酸、アセトキシ安息香酸等があり、これらはそれぞれ1種または2種以上を使用することができる。
前記正の複屈折性化合物の合成は、常法により上記ジカルボン酸とジオールおよび/または末端封止用のモノカルボン酸またはモノアルコール、とのポリエステル化反応またはエステル交換反応による熱溶融縮合法か、あるいはこれら酸の酸クロライドとグリコール類との界面縮合法のいずれかの方法によっても容易に合成し得るものである。これらのポリエステル系添加剤については、村井孝一編者「添加剤 その理論と応用」(株式会社幸書房、昭和48年3月1日初版第1版発行)に詳細な記載がある。また、特開平05−155809号、特開平05−155810号、特開平5−197073号、特開2006−259494号、特開平07−330670号、特開2006−342227号、特開2007−003679号各公報などに記載されている素材を利用することもできる。
以下に、前記正の複屈折性化合物の具体例を記すが、本発明で用いることができる正の複屈折性化合物はこれらに限定されるものではない。
Figure 2011081021
Figure 2011081021
表1および表2中、PAはフタル酸を、TPAはテレフタル酸を、IPAはイソフタル酸を、AAはアジピン酸を、SAはコハク酸を、2,6−NPAは2,6−ナフタレンジカルボン酸を、2,8−NPAは2,8−ナフタレンジカルボン酸を、1,5−NPAは1,5−ナフタレンジカルボン酸を、1,4−NPAは1,4−ナフタレンジカルボン酸を、1,8−NPAは1,8−ナフタレンジカルボン酸をそれぞれ示している。
このような前記正の複屈折性化合物の添加量は、セルロースアシレート樹脂100質量部に対して、1〜30質量部であることが好ましく、4〜25質量部であることがより好ましく、10〜20質量部であることが特に好ましい。
本発明においてはセルロースアシレート溶液に、前記レターデーション発現剤のほかに、その他の添加剤を有していてもよい。その他の添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、剥離促進剤、可塑剤などをあげることができ、いずれも公知の添加剤を用いることができる。
本発明においてはセルロースアシレート溶液に、得られるフィルムの機械的物性を改良するため、または乾燥速度を向上するために、可塑剤を添加することができる。本発明に用いることができる前記可塑剤としては、例えば、特開2008−181105号公報の[0067]に記載される化合物を挙げることができる。
また、前記位相差領域を構成する位相差フィルムとしては、環状オレフィン系ポリマーフィルムを用いるのも好ましい。該環状オレフィン系ポリマーフィルムの原料及びその製造方法、並びに該原料を用いたフィルムの製造方法については、特開2006−293342号公報の[0098]〜[0193]に詳細な記載があり、本発明において参照することができる。フロント側位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用可能な環状オレフィン系ポリマーフィルムの例には、ノルボルネン系ポリマーフィルムが含まれ、市販のポリマーでは、アートン(JSR製)、ゼオノア(日本ゼオン製)などを用いることができる。
前記位相差領域を構成する位相差フィルムとして用いられる種々のポリマーフィルムは、種々の方法で製造することができる。例えば、溶液キャスト法(溶液流延法)、溶融押出法、カレンダー法、圧縮成形法などが挙げられる。これらのフィルム成形方法のうち、溶液キャスト法(溶液流延法)、溶融押出法が特に好ましい。また、前記位相差領域を構成する位相差フィルムとして利用される種々のポリマーフィルムは、成形された後、延伸処理を経て製造されたフィルムであってもよい。フィルムの延伸は、1軸延伸であっても2軸延伸であってもよい。同時あるいは逐次2軸延伸処理を行うのが好ましい。大きな光学異方性を達成するためにはフィルムを高い延伸倍率で延伸することが必要である。例えば、フィルムの幅方向、及びフィルムの縦方向(流れ方向)に延伸することが好ましい。延伸倍率は、3〜100%程度であることが好ましい。延伸処理は、テンターを用いて実施できる。また、ロール間にて縦延伸を行ってもよい。
前記溶液キャスト法として、共流延法、逐次流延法、塗布法などの積層流延法も用いることができる。共流延法および逐次流延法により製造する場合には、先ず、各層用のセルロースアシレート溶液(ドープ)を調製する。共流延法(重層同時流延)は、流延用支持体(バンドまたはドラム)の上に、各層(3層あるいはそれ以上でも良い)各々の流延用ドープを別のスリットなどから同時に押出す流延用ギーサからドープを押出して、各層同時に流延し、適当な時期に支持体から剥ぎ取って、乾燥しフィルムを成形する流延法である。
逐次流延法は、流延用支持体の上に先ず第1層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して、流延し、乾燥あるいは乾燥することなく、その上に第2層用の流延用ドープを流延用ギーサから押出して流延する要領で、必要なら第3層以上まで逐次ドープを流延・積層して、適当な時期に支持体から剥ぎ取って、乾燥しフィルムを成形する流延法である。
塗布法は、一般的には、コア層のフィルムを溶液製膜法によりフィルムに成形し、表層に塗布する塗布液を調製し、適当な塗布機を用いて、片面ずつまたは両面同時にフィルムに塗布液を塗布・乾燥して積層構造のフィルムを成形する方法である。
また、前記位相差領域を構成する位相差フィルムは、液晶組成物を所望の配向状態とした後、その配向状態を固定して形成された層であってもよいし、又は当該層とともに、当該層を支持するポリマーフィルムを有する積層体であってもよい。後者の態様では、当該ポリマーフィルムを偏光子の保護フィルムとして利用することもできる。前記位相差領域を構成する位相差フィルムの作製に利用可能な液晶の例には、棒状液晶、円盤状液晶、コレステリック液晶等、種々の液晶が含まれる。
従来VA型液晶表示装置においては、黒表示時に画面の四隅部で生じる光もれによる表示品位の低下、いわゆるコーナームラと呼ばれる故障が問題となる。
コーナームラのコーナームラ抑制のためには、位相差フィルムにかかる応力による位相差フィルムの変形を小さくする必要がある。すなわち、位相差フィルムが薄すぎると、張力がかかりやすくなる結果、コーナームラは発生しやすくなるため、フロント側に配置する位相差フィルムの膜厚は10μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましい。
2. 偏光子
フロント側及びリア側に配置される偏光子については特に制限はない。通常用いられている直線偏光膜を利用することができる。直線偏光膜は、Optiva Inc.に代表される塗布型偏光膜、もしくはバインダーと、ヨウ素又は二色性色素からなる偏光膜が好ましい。直線偏光膜におけるヨウ素及び二色性色素は、バインダー中で配向することで偏光性能を発現する。ヨウ素及び二色性色素は、バインダー分子に沿って配向するか、もしくは二色性色素が液晶のような自己組織化により一方向に配向することが好ましい。現在、市販の偏光子は、延伸したポリマーを、浴槽中のヨウ素もしくは二色性色素の溶液に浸漬し、バインダー中にヨウ素、もしくは二色性色素をバインダー中に浸透させることで作製されるのが一般的である。
3. 保護フィルム
フロント側偏光子及びリア側偏光子のそれぞれの両面には、保護フィルムが貼合されているのが好ましい。但し、前記位相差領域を構成する位相差フィルムがそれぞれ保護フィルムとしても機能する態様では、フロント側偏光子の液晶セル側の保護フィルムは省略することができる。フロント側偏光子と前記位相差領域を構成する位相差フィルムとの間に保護フィルムを有する態様では、当該フィルムの光学特性は、低Re及び低Rthのポリマーフィルムであってもよい。一方、フロント側偏光子と前記位相差領域を構成する位相差フィルムとの間に配置する保護フィルムは、前記位相差領域を構成する位相差フィルムとともに、斜め方向のコントラストの向上、及び黒表示時のカラーシフトの軽減に寄与する作用を有する、即ち、ある程度のRe及びRthを示す位相差フィルムであってもよい。
フロント側偏光子及びリア側偏光子の外側に配置される保護フィルムについては、特に制限はない。種々のポリマーフィルムを使用することができる。例えば、セルロースアシレート類(例、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート等のフィルム)、ポリオレフィン(例、ノルボルネン系ポリマー、ポリプロピレン)、ポリ(メタ)アクリル酸エステル(例、ポリメチルメタクリレート)、ポリカーボネート、ポリエステル、又はポリスルホンを主成分とするフィルム等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。市販のポリマーフィルム(セルロースアシレート類では、「TD80UL」(富士フイルム社製)、ノルボルネン系ポリマーでは、アートン(JSR製)、ゼオノア(日本ゼオン製)など)も使用することができる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
1. フィルム1〜11の準備
(1)フィルム1の準備
下記表に記載のアシル基の種類、置換度のセルロースアシレートを調製した。これは、触媒として硫酸(セルロース100質量部に対し7.8質量部)を添加し、アシル置換基の原料となるカルボン酸を添加し40℃でアシル化反応を行った。この時、カルボン酸の種類、量を調整することでアシル基の種類、置換度を調整した。またアシル化後の40℃で熟成を行った。さらにこのセルロースアシレートの低分子量成分をアセトンで洗浄し除去した。なお、表中、Acとはアセチル基であり、CTAとは、セルローストリアセテート(アシル基がアセテート基のみからなるセルロースエステル誘導体)を意味する。
(セルロースアシレート溶液)
下記組成物をミキシングタンクに投入し、攪拌して各成分を溶解し、更に90℃に約10分間加熱した後、平均孔径34μmのろ紙および平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
セルロースアシレート溶液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
下記表中のCTA 100.0質量部
トリフェニルホスフェイト(TPP) 7.8質量部
ビフェニルジフェニルホスフェイト(BDP) 3.9質量部
メチレンクロライド 403.0質量部
メタノール 60.2質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
(マット剤分散液)
次に上記方法で調製したセルロースアシレート溶液を含む下記組成物を分散機に投入し、マット剤分散液を調製した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
マット剤分散液
――――――――――――――――――――――――――――――――――
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 2.0質量部
メチレンクロライド 72.4質量部
メタノール 10.8質量部
セルロースアシレート溶液 10.3質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
(添加剤溶液)
次に上記方法で作成したセルロースアシレート溶液を含む下記組成物をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して溶解し、添加剤溶液を調製した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
添加剤溶液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
レターデーション発現剤(1) 20.0質量部
メチレンクロライド 58.3質量部
メタノール 8.7質量部
セルロースアシレート溶液 12.8質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
上記セルロースアシレート溶液を100質量部、マット剤分散液を1.35質量部、更にセルロースアシレート系フィルム中のレターデーション発現剤(1)の添加量が10質量部となる量の添加剤溶液を混合し、製膜用ドープを調製した。添加剤の添加割合はセルロースアシレート量を100質量部とした時の質量部で示した。
ここで、表中及び上記の添加剤および可塑剤の略称は下記の通りである。
CTA:トリアセチルセルロース
TPP:トリフェニルホスフェイト、
BDP:ビフェニルジフェニルホスフェイト、
Figure 2011081021
上述のドープをバンド流延機を用いて流延した。下記表に記載の残留溶剤量でバンドから剥ぎ取ったフィルムを、剥ぎ取りからテンターまでの区間で下記表に記載の延伸倍率で縦方向に延伸し、ついでテンターを用いて下記表3に記載の延伸倍率で幅方向に延伸し、横延伸直後に、下記表に記載の倍率で幅方向に収縮(緩和)させた後にフィルムをテンターから離脱し、セルロースアシレート系フィルムを製膜した。テンター離脱時のフィルムの残留溶剤量は、表3に記載のとおりであった。巻取り部前で両端部を切り落とし幅2000mmとし、長さ4000mのロールフィルムとして巻き取った。下記表に、延伸倍率を示してある。
Figure 2011081021
この様にして作製したセルロースアシレート系フィルムをフィルム1として用いた。
(2)フィルム2の準備
市販のノルボルネン系ポリマーフィルム「ZEONOR ZF14−100((株)オプテス製)」を、温度142℃にてMD方向に1.55倍、TD方向に1.8倍で固定端二軸延伸を行った後、表面に、ソリッドステートコロナ処理機6KVA(ピラー(株)製)によりコロナ放電処理を行った。このフィルムをフィルム2として使用した。このフィルムの厚みは、38μmであった。
(3)フィルム3の準備
セルロースアシレートプロピオネート(CAP482−20(イーストマンケミカル社製);アセチル置換度0.2、プロピオニル基置換度2.4)を用意した。これに、可塑剤として、1、4−フェニレン−テトラフェニルリン酸エステルを8質量%、劣化防止剤(酸化防止剤)として、「IRGANOX−1010(チバスペシャルティケミカルズ社製)」を0.5質量%加え、タンブラー型混合機で30分間混合した。得られた混合物を、除湿熱風式乾燥機((株)松井製作所DMZ2)により熱風温度150℃、露点−36℃で乾燥した。次いで、この混合物をテクノベル(株)製二軸押出し機に供給し、押出し機中間部に設けてある添加剤ホッパーの開口部から、マット剤として、「アエロジル(AEROSIL)200V」(0.016μmのシリカ微粒子、日本アエロジル社製)を押出し量の0.05%となるように連続式フィーダーにより添加し、紫外線吸収剤として、「チヌビン(TINUVIN)360(チバスペシャルティケミカルズ社製)」を同開口部から押出し量の0.5%となるように添加して、溶融押出した。溶融押出したフィルムの膜厚は220μmだった。
さらにこのフィルムを、温度142℃にてMD方向に1.3倍、TD方向に2.4倍で固定端二軸延伸を行ってフィルムを作製した。このフィルムを、フィルム3として使用した。なお、このフィルムの膜厚は72μmであった。
(4)フィルム4の準備
機械式攪拌装置、ディーンスターク装置、窒素導入管、温度計および冷却管を取り付けた反応容器(500mL)内に2,2′−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−ヘキサフルオロプロパン二無水物17.77g(40mmol)および2,2−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノビフェニル12.81g(40mmol)を加えた。続いて、イソキノリン2.58g(20mmol)をm−クレゾール275.21gに溶解させた溶液を加え、23℃で1時間攪拌して(600rpm)均一な溶液を得た。次に、反応容器を、オイルバスを用いて反応容器内の温度が180±3℃になるように加温し、温度を保ちながら5時時間攪拌して黄色溶液を得た。さらに3時間攪拌を行ったのち、加熱および攪拌を停止し、放冷して室温に戻すと、ポリマーがゲル状物となって析出した。
上記反応容器内の黄色溶液にアセトンを加えて上記ゲル状物を完全に溶解させ、希釈溶液(7重量%)を作製した。この希釈溶液を、2Lのイソプロピルアルコール中に攪拌を続けながら少しずつ加えると、白色粉末が析出した。この粉末を濾取し、1.5Lのイソプロピルアルコール中に投入して洗浄した。さらにもう一度同様の操作を繰り返して洗浄した後、上記粉末を再び濾取した。これを60℃の空気循環式恒温オーブンで48時間乾燥した後、150℃で7時間乾燥して、白色粉末として下記式(1)で表される繰り返し単位からなるポリイミドを得た(収率85%)。上記ポリイミドの重合平均分子量(Mw)は124,000、イミド化率は99.9%であった。
Figure 2011081021
上記製造したポリイミド(白色粉末)17.7重量部をメチルイソブチルケトン(沸点116℃)100重量部に溶解し、15重量%のポリイミド溶液を調整した。
別途、市販のセルロースアシレート系フィルム、商品名 「TD80UL」(富士フイルム社製)の表面にアンカーコート層を塗工した透明フィルムを準備し、前記ポリイミド溶液を、アンカーコート層の表面にロッドコータにより一方向に塗工した。次に、135±1℃の空気循環式恒温オーブン内で5分間乾燥して溶剤を蒸発させ、厚み3.0μmのポリイミド層を備えた透明フィルム(総厚み83.8μm)を作製した。続いて、上記ポリイミド層を備えた透明フィルムを150±1℃の空気循環式恒温オーブン内で加熱しながら、テンター延伸機を用いてフィルムの長手方向を固定して幅方向に1.22倍で一軸延伸した後、幅方向に0.97倍で緩和処理を施して積層フィルムを作製した。延伸後のこの積層フィルムを、フィルム4として用いた。
(5) フィルム5の準備
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、過熱しながら攪拌して各成分を溶解した後、平均孔径34μmのろ紙及び平均孔径10μmの焼結金属フィルターでろ過し、セルロースアシレート溶液を調製した。
(セルロースアシレート溶液)
置換度2.81のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(1) 8.5質量部
レターデーション発現剤(3) 7.0質量部
メチレンクロライド 428.4質量部
メタノール 64.0質量部
前記レターデーション発現剤(3)の組成を、下記表4に示す。なお、下記表4中、EGはエチレングリコールを、TPAはテレフタル酸を、PAはフタル酸を、AAはアジピン酸を、SAはコハク酸をそれぞれ示している。なお、レターデーション発現剤(3)は、非リン酸系エステル系化合物であり、かつ、レターデーション発現剤でもある。レターデーション発現剤(3)の末端はアセチル基で封止されている。
Figure 2011081021
上記の調製したセルロースアシレート溶液を速やかにバンド流延機にて流延した。残留溶剤量が約30質量%でバンドから剥ぎ取ったフィルムを、テンターにより140℃で16%の延伸倍率で幅方向に延伸した。その後テンター搬送からロール搬送に移行し、更に110℃から150℃で乾燥し巻き取り、フィルム5を作製した。なお、このフィルムの膜厚は83μmであった。
フィルム5の製造においては、フィルム1の製造時に発生する問題(乾燥工程等における高温処理時の発煙、揮散した油分等の製造機付着による動作の不具合やフィルム付着による面状故障)が発生しなかった。
これは、フィルム5の作製に、レターデーション発現剤として使用したレターデーション発現剤(3)が可塑剤として機能するため、フィルム1の作製に使用したTPPおよびBDPといった従来の低分子可塑剤を使用しなかったためである。
このように、レターデーション発現剤(3)のような前記正の複屈折性化合物を使用することで、前述の問題を解決することができることから、前記正の複屈折性化合物はフィルム製造の観点から好ましいレターデーション発現剤である。
(6)フィルム6の準備
フィルム1の作製において、原料として、下記表に示すセルロースアシレートを使用し、及び製造条件を下記表に示す通りに代えた以外は、フィルム1の作製と同様にしてフィルムを作製し、フィルム6として使用した。なお、下記の添加剤および可塑剤の略称は、上記と同義である。
Figure 2011081021
Figure 2011081021
(7) フィルム7の準備
フィルム1の作製において、原料として、下記表に示すセルロースアシレートを使用し、及び製造条件を下記表に示す通りに代えた以外は、フィルム1の作製と同様にしてフィルムを作製し、フィルム7として使用した。なお、下記の添加剤および可塑剤の略称は、上記と同義である。
Figure 2011081021
(8)フィルム8の準備
市販のセルロースアシレート系フィルム、商品名 「TD80UL」(富士フイルム社製)を準備し、フィルム8として利用した。
(9)フィルム9の準備
フィルム7の作製において、レターデーション発現剤(1)の添加量を7.2質量部に変更し、縦延伸倍率を35%に、及び横延伸倍率を75%に変更した以外は、同様にしてフィルムを作製し、フィルム9として用いた。
(10)フィルム10の準備
(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、過熱しながら攪拌して各成分を溶解し、低置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(1) 4.0質量部
レターデーション発現剤(4) 10.0質量部
メチレンクロライド 351.5質量部
メタノール 52.5質量部
レターデーション発現剤(4)の組成を、下記表7に示す。なお、下記表7中、EGはエチレングリコールを、PGはプロピレングリコールを、BGはブチレングリコールを、TPAはテレフタル酸を、PAはフタル酸を、AAはアジピン酸を、SAはコハク酸をそれぞれ示している。なお、前記レターデーション発現剤(4)は、非リン酸系エステル系化合物であり、かつ、レターデーション発現剤でもある。前記レターデーション発現剤(4)の末端はアセチル基で封止されている。
Figure 2011081021
(高置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(4) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
(セルロースアシレート試料の作製)
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚82μmのコア層を、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚2μmのスキンA層及びスキンB層を、それぞれ形成するために、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、クリップに挟み、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態のときに延伸温度180℃で幅方向に18%、テンターを用いて横延伸した。その後にフィルムからクリップを外して130℃で20分間乾燥させ、フィルムを作製した。このフィルムをフィルム10として用いた。
(11)フィルム11の準備
(低置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、過熱しながら攪拌して各成分を溶解し、低置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.43のセルロースアセテート 100質量部
レターデーション発現剤(4) 18.5質量部
メチレンクロライド 365.5質量部
メタノール 54.6質量部
(高置換度層用セルロースアシレート溶液)
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、撹拌して、各成分を溶解し、高置換度層用セルロースアシレート溶液を調製した。
置換度2.79のセルロースアセテート 100.0質量部
レターデーション発現剤(4) 11.0質量部
平均粒径16nmのシリカ粒子
(aerosil R972 日本アエロジル(株)製) 0.15質量部
メチレンクロライド 395.0質量部
メタノール 59.0質量部
(セルロースアシレート試料の作製)
前記低置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚38μmのコア層を、前記高置換度層用セルロースアシレート溶液から膜厚2μmのスキンA層及びスキンB層をそれぞれ形成するために、それぞれ流延した。得られたフィルムをバンドから剥離し、フィルム全体の質量に対する残留溶媒量が20%の状態のときに、温度200℃で30分間乾燥した後、130℃で20分間乾燥させ、フィルムを作製した。このフィルムを、フィルム11として用いた。
2. フィルム1〜11の特性
上記フィルム1〜11の特性を以下の表にまとめた。なお、フィルム1〜11のRe(550)とRth(550)は、試料30mm×40mmを、25℃、60%RHで2時間調湿し、KOBRA21ADH(王子計測機器(株)製)において波長550nmで測定し、フィルム1、3、5〜11については、平均屈折率の仮定値1.48および膜厚を入力し算出した。また、それ以外のフィルムについては、平均屈折率の仮定値として、フィルム2については1.53を、フィルム4については1.58を用いた。
Figure 2011081021
3. 偏光板の作製
厚さ80μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃で60秒浸漬して染色し、次いでホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚さ20μmの偏光膜を得た。
上記表に示すフィルム1〜11のうち、セルロースアシレート系フィルムについては、以下の通り、鹸化処理を行った。各フィルムを、1.5モル/リットルで55℃の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した後、水で十分に水酸化ナトリウムを洗い流した。その後、0.005モル/リットルで35℃の希硫酸水溶液に1分間浸漬した後、水に浸漬し希硫酸水溶液を十分に洗い流した。最後に試料を120℃で十分に乾燥させた。
フィルム1〜11のいずれか2枚で、偏光膜を挟んで、貼り合せ偏光板を作製した。組合せについては下記表に示す。
なお、セルロースアシレート系フィルムである、フィルム1及び3〜11については、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼合し;ノルボルネン系ポリマーフィルムであるフィルム2については、アクリル系粘着剤を利用して貼合した。
また、フィルム1〜7および9、10については、その面内遅相軸を、偏光子の透過軸と平行にして貼り合せ;及びフィルム8、11については、その面内遅相軸を、偏光子の透過軸と直交にして貼り合せた。
4. 液晶セル基板の準備
(1) フロント側基板1
(1)−1 赤色画素部の形成
<硬化性組成物層(塗膜)の形成>
一方の面にブラックマトリクス(BM)が形成されたガラス基板(550mm×650mm)のBM形成面側に、特開2009−144126号公報の比較例12の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて30分間分散処理を行なったものを、スリット間隔100μm、塗布有効幅500mmのスリットヘッドを備えたスリット塗布装置を用いてスリット塗布することにより、硬化性組成物層(塗膜)を形成した。
スリット塗布は、ポストベーク後の膜厚が、2.0μmとなるようにスリットとガラス基板との間隔、塗布液の吐出量を調節して、塗布速度100mm/秒で行った。
<露光、現像、洗浄(リンス)>
次いで、得られた硬化性組成物層に対し、ホットプレートを用いて、80℃で120秒間乾燥(プリベーク)を行なった後、HITACHI露光機LE5565を用いて、プロキシミテイーギャップを180μmとして、90mJ/cm2で露光した(照度:20mW/cm2)。露光後の基板を、水酸化カリウム系現像液CDK−1(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の1.0%現像液(25℃)で60秒間シャワー現像し、純水で洗浄した。
以上により、ガラス基板上に赤色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(1)−2 緑色画素部の形成
赤色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の比較例13の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて30分間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして緑色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(1)−3 青色画素部の形成
赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の比較例14の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて30分間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして青色画素部を形成した。この基板をオーブンにて230℃30分のポストベークを行い、カラーフィルタ基板を得た。
上記作製したカラーフィルタ基板の上に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。次いで、特開2006−64921号公報の実施例1に従い、このITO膜上の隔壁(ブラックマトリックス)上部に相当する部分にスペーサを形成し、透明電極上にPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設け、液晶セル基板を作製した。これをフロント側基板1として用いた。
(2)フロント側基板2
(2)−1 赤色画素部の形成
<硬化性組成物層(塗膜)の形成>
一方の面にブラックマトリクス(BM)が形成されたガラス基板(550mm×650mm)のBM形成面側に、特開2009−144126号公報の比較例12の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて1時間分散処理を行なったものを、スリット間隔100μm、塗布有効幅500mmのスリットヘッドを備えたスリット塗布装置を用いてスリット塗布することにより、硬化性組成物層(塗膜)を形成した。
スリット塗布は、ポストベーク後の膜厚が、2.0μmとなるようにスリットとガラス基板との間隔、塗布液の吐出量を調節して、塗布速度100mm/秒で行った。
<露光、現像、洗浄(リンス)>
次いで、得られた硬化性組成物層に対し、ホットプレートを用いて、80℃で120秒間乾燥(プリベーク)を行なった後、HITACHI露光機LE5565を用いて、プロキシミテイーギャップを180μmとして、90mJ/cm2で露光した(照度:20mW/cm2)。露光後の基板を、水酸化カリウム系現像液CDK−1(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の1.0%現像液(25℃)で60秒間シャワー現像し、純水で洗浄した。
以上により、ガラス基板上に赤色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(2)−2 緑色画素部の形成
赤色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の比較例13の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて1時間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして緑色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃、30分間のポストベークを行い、赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(2)−3 青色画素部の形成
赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の比較例14の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて1時間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして青色画素部を形成した。この基板をオーブンにて230℃30分のポストベークを行い、カラーフィルタ基板を得た。
上記作製したカラーフィルタ基板の上に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。次いで、特開2006−64921号公報の実施例1に従い、このITO膜上の隔壁(ブラックマトリックス)上部に相当する部分にスペーサを形成し、透明電極上にPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設け、液晶セル基板を作製した。これをフロント側基板2として用いた。
(3) フロント側基板3
(3)−1 赤色画素部の形成
<硬化性組成物層(塗膜)の形成>
一方の面にブラックマトリクス(BM)が形成されたガラス基板(550mm×650mm)のBM形成面側に、特開2009−144126号公報の実施例17の着色感光性組成物を、スリット間隔100μm、塗布有効幅500mmのスリットヘッドを備えたスリット塗布装置を用いてスリット塗布することにより、硬化性組成物層(塗膜)を形成した。
スリット塗布は、ポストベーク後の膜厚が、2.0μmとなるようにスリットとガラス基板との間隔、塗布液の吐出量を調節して、塗布速度100mm/秒で行った。
<露光、現像、洗浄(リンス)>
次いで、得られた硬化性組成物層に対し、ホットプレートを用いて、80℃で120秒間乾燥(プリベーク)を行なった後、HITACHI露光機LE5565を用いて、プロキシミテイーギャップを180μmとして、90mJ/cm2で露光した(照度:20mW/cm2)。
露光後の基板を、水酸化カリウム系現像液CDK−1(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の1.0%現像液(25℃)で60秒間シャワー現像し、純水で洗浄した。
以上により、ガラス基板上に赤色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(3)−1 緑色画素部の形成
赤色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の実施例18の着色感光性組成物を用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして緑色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(3)−3 青色画素部の形成
赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の実施例19の着色感光性組成物を用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして青色画素部を形成した。この基板をオーブンにて230℃30分のポストベークを行い、カラーフィルタ基板を得た。
上記作製したカラーフィルタ基板の上に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。次いで、特開2006−64921号公報の実施例1に従い、このITO膜上の隔壁(ブラックマトリックス)上部に相当する部分にスペーサを形成し、透明電極上にPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設け、液晶セル基板を作製した。これをフロント側基板3として用いた。
(4) フロント側基板4
(4)−1 赤色画素部の形成
<硬化性組成物層(塗膜)の形成>
一方の面にブラックマトリクス(BM)が形成されたガラス基板(550mm×650mm)のBM形成面側に、特開2009−144126号公報の実施例17の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて15分間分散処理を行なったものを、スリット間隔100μm、塗布有効幅500mmのスリットヘッドを備えたスリット塗布装置を用いてスリット塗布することにより、硬化性組成物層(塗膜)を形成した。
スリット塗布は、ポストベーク後の膜厚が、2.0μmとなるようにスリットとガラス基板との間隔、塗布液の吐出量を調節して、塗布速度100mm/秒で行った。
<露光、現像、洗浄(リンス)>
次いで、得られた硬化性組成物層に対し、ホットプレートを用いて、80℃で120秒間乾燥(プリベーク)を行なった後、HITACHI露光機LE5565を用いて、プロキシミテイーギャップを180μmとして、90mJ/cm2で露光した(照度:20mW/cm2)。
露光後の基板を、水酸化カリウム系現像液CDK−1(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の1.0%現像液(25℃)で60秒間シャワー現像し、純水で洗浄した。
以上により、ガラス基板上に赤色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(4)−2 緑色画素部の形成
赤色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の実施例18の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて15分間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして緑色画素部を形成した。この基板をオーブンにて220℃30分のポストベークを行い、赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板を得た。
(4)−3 青色画素部の形成
赤色画素部及び緑色画素部が形成されたガラス基板に、特開2009−144126号公報の実施例19の着色感光性組成物を更に0.05mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ウルトラアペックスミル(寿工業社製)にて15分間分散処理を行なったものを用いた以外は、赤色画素部の形成と同様にして青色画素部を形成した。この基板をオーブンにて230℃30分のポストベークを行い、カラーフィルタ基板を得た。
上記作製したカラーフィルタ基板の上に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。次いで、特開2006−64921号公報の実施例1に従い、このITO膜上の隔壁(ブラックマトリックス)上部に相当する部分にスペーサを形成し、透明電極上にPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設け、液晶セル基板を作製した。これをフロント側基板4として用いた。
(5) フロント側基板5
フロント側基板4の作製法において、赤色画素部の形成時の分散処理を30分間、緑色画素部の形成時の分散処理を30分間、及び青色画素部の形成時の分散処理を30分間、それぞれ行った以外は、同様の方法で液晶セル基板を作製し、フロント側基板5として用いた。
(6) フロント側基板6
フロント側基板4の作製法において、赤色画素部の形成時の分散処理を1時間、緑色画素部の形成時の分散処理を1時間、及び青色画素部の形成時の分散処理を1時間、それぞれ行った以外は、同様にして液晶セル基板を作製し、フロント側基板6として用いた。
(7) リア側基板1
SHARP社製の液晶テレビ「LC−37GE2」から取り出した液晶セルを分解して、光源側に配置されていたアレイ基板を取り出し、エタノールで表面を洗浄した。
ITOの透明電極を形成したガラス基板を用意し、透明電極にPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設けた後、ガラス基板と製品アレイ基板を、ガラス基板のガラス側と製品アレイ基板のアレイ側が向き合うようにガラス用マッチングオイルを用いて貼り付けた。この様にして作製した基板を、リア側基板1として用いた。
(8) リア側基板2
製品アレイ基板として、SHARP社製の液晶テレビ「LC−37GE2」の代わりに、SHARP社製の液晶テレビ「LC−37GX1W」を用いた以外は、リア側基板1と同様の方法でリア側基板2を作製した。
(9) リア側基板3
製品アレイ基板として、SHARP社製の液晶テレビ「LC−37GE2」の代わりに、SHARP社製の液晶テレビ「LC−37GX3W」を用いた以外は、リア側基板1と同様の方法でリア側基板3を作製した。
(10) リア側基板4
製品アレイ基板として、SHARP社製の液晶テレビ「LC−37GE2」の代わりに、SHARP社製の液晶テレビ「LC−32GH3」を用いた以外は、リア側基板1と同様の方法でリア側基板4を作製した。
5. VA型液晶セルの準備
(1) 液晶セル1
ソニー社製の液晶パネル「KDL−52W5」の液晶セルを準備した。この液晶セルは、COA構造のVA型液晶セルである。これを液晶セル1として使用した。
液晶セル1のΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定したところ、Δnd(550)は295nmであった。
(2) 液晶セル2〜20
下表に示す通りの組み合わせで、フロント側基板及びリア側基板を用いて、液晶セル2〜20をそれぞれ作製した。具体的には、フロント側基板のカラーフィルタのRGB画素群を取り囲むように周囲に設けられたブラックマトリクス外枠に相当する位置に、紫外線硬化樹脂のシール剤をディスペンサ方式により塗布し、VAモード用液晶を滴下し、リア側基板と貼り合わせた。次に、貼り合わせた基板をUV照射した後、熱処理してシール剤を硬化させ、液晶セルをそれぞれ作製した。
続いて、作製した各液晶セルのΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定し、Δnd(550)が液晶セル1と同じ295nmであるものを選別し、液晶セル2〜20として使用した。
Figure 2011081021
(3) 液晶セル21
カラーフィルタ基板上のITO膜上の隔壁上部に相当する部分に形成した柱上スペーサーパターンとして、直径16μm、平均高さ3.0μmのものを使用した以外は、液晶セル20と同様の方法で液晶セル21を作製した。
作製した液晶セル21のΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定したところ、Δnd(550)は240nmであった。
(4) 液晶セル22
ITOの透明電極を形成したガラス基板を用意し、ガラス基板上のITO膜の上に直径16μm、平均高さ3.7μmの透明な柱状スペーサーパターンを形成した後、透明電極にPVAモード用にパターニングを施し、その上に更に垂直ポリイミドよりなる配向膜を設け、フロント側基板とした。
前記フロント基板の柱上スペーサの上に、液晶セル20と同様のパターンで紫外線硬化樹脂のシール剤をディスペンサ方式により塗布し、VAモード用液晶を滴下し、リア側基板4と貼り合わせた。次に、貼り合わした基板をUV照射した後、熱処理してシール剤を硬化させ液晶セルを作製した。
続いて、作製した液晶セルのΔnd(550)をAXOMETRICS社製のAXOSCANと付属のソフトを使用して測定し、Δnd(550)が液晶セル1と同じ295nmであるものを選別し、液晶セル22として使用した。
(5) 各液晶セルのフロント側基板およびリア側基板の部材コントラストの算出
液晶セル1〜22を分解して、視認側に配置されていた基板をフロント側基板、光源側に配置されていたアレイ基板をリア側基板とし、エタノールで表面を洗浄した後、フロント側基板およびリア側基板の部材CRの算出に使用した。
SHARP社製の液晶パネル「LC−32GH5」のバックライト上に、偏光板(HLC2−2518、サンリッツ社製)を配置し、その上に、前述のフロント側基板、又はリア側基板を、回転ステージ(SGSP−120YAW、シグマ光機製)に取り付けて光源上の偏光板と2mm間隔で平行に配置した。このとき、リア側基板にあるアレイの配線およびフロント基板のブラックマトリックスが偏光板の偏光軸と一致するように配置した。さらにその上に、回転ステージに取り付けた偏光板(HLC2−2518、サンリッツ社製)を、偏光板間の距離が52mmになるように配置し、測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、法線方向の黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラストA(白輝度/黒輝度)を算出した。ここで、偏光板を回転させたときに、最も輝度値が低くなるときを黒表示の輝度値とし、さらに偏光板を90度回転させた場合の輝度値を白表示の輝度値とした。
次に、前述の形態において、カラーフィルタ基板またはアレイ基板を取り外した形態で、偏光板のみの黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラストBを算出した。続いて、正面コントラストAにおける、偏光板の正面コントラストBの影響を排除するため、次の式で部材コントラストを算出した。
部材コントラスト=1/(1/正面コントラストA−1/正面コントラストB)
算出した部材コントラストをもとに、次の式で部材コントラスト比を算出し、下表にまとめた。
部材コントラスト比(CRf/CRr)=
フロント側基板の部材コントラスト/リア側基板の部材コントラスト
Figure 2011081021
6. VA型液晶表示装置の作製と評価
(1)VA型液晶表示装置の作製
液晶セル2〜20のいずれかを選択し、そのリア側基板表面に、下記の通り作製した偏光膜を直接貼合した
(偏光膜の作製)
厚さ80μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃で60秒浸漬して染色し、次いでホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚さ20μmの偏光膜を得た。
貼合した偏光膜の表面に、ポリビニルアルコール系粘着剤を用いて、フィルム8を貼合した。
上記で作製した偏光板のうち、偏光膜の内側保護フィルムとしてフィルム1、及び外側保護フィルムとしてフィルム8を貼合した偏光板を準備した。この偏光板と、各液晶セルのフロトン側基板の表面とを貼合した。フィルム1の表面と、フロント側基板の表面とを貼合した。
なお、リア側偏光子の吸収軸と、フロント側偏光板の偏光子の吸収軸とが、互いに直交となるようにして、貼合した。
次に、リア側偏光子、及びその表面に貼合されたフィルム8のさらに外側に、バックライトユニットを配置して、VA型液晶表示装置1〜19をそれぞれ作製した。なお、KDL−52W5(ソニー社製)をバックライトとして用いた。
この様にして、VA型液晶表示装置1〜19をそれぞれ作製した。
(2) 正面コントラストの測定
各液晶表示装置について、測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、パネル法線方向の黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラスト(白輝度/黒輝度)を算出した。この時、測定器とパネル間の距離は700mmに設定した。
結果を下記表に示す。
Figure 2011081021
上記結果について、横軸に基板の部材CR比(CRf/CRr)、及び縦軸に正面コントラストの値をとり、プロットしたグラフを図3に示す。図3中のグラフに示す通り、いずれのセル基板を用いた例でも、基板の部材CRの比が3以上になると、正面コントラストが、顕著に上昇することが理解できる。
なお、基板の部材CR比(CRf/CRr)が3.0程度の液晶セルのそれぞれについて、リア側偏光子とリア側基板との間にフィルム8を配置した比較例用のVA型液晶表示装置をそれぞれ作製し、同様に正面コントラストを測定した結果も上記表に示す。
7. VA型液晶表示装置の作製と評価
(1)実施例のVA型液晶表示装置の作製
液晶セル1,20、21及び22のいずれかを選択し、そのリア側基板表面に、下記の通り作製した偏光膜を直接貼合した。
(偏光膜の作製)
厚さ80μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを、ヨウ素濃度0.05質量%のヨウ素水溶液中に30℃で60秒浸漬して染色し、次いでホウ酸濃度4質量%濃度のホウ酸水溶液中に60秒浸漬している間に元の長さの5倍に縦延伸した後、50℃で4分間乾燥させて、厚さ20μmの偏光膜を得た。
貼合した偏光膜の表面に、ポリビニルアルコール系粘着剤を用いて、下記表に示す通り、フィルム8及びび11のいずれかを貼合した。
フロント側偏光板として、上記で作製した偏光板のうち、下記表に示す通りの組合せで、偏光膜の内側保護フィルム及び外側保護フィルムを有する偏光板を選択し、該偏光板と、各液晶セルのフロント側基板の表面とを貼合した。
なお、リア側偏光子の吸収軸と、フロント側偏光板の偏光子の吸収軸とが、互いに直交となるようにして、貼合した。
次に、リア側偏光子、及びその表面に貼合されたフィルム8又は11のさらに外側に、バックライトユニットを配置して、VA型液晶表示装置20〜32をそれぞれ作製した。
なお、液晶セル1、20及び21を有する液晶表示装置については、KDL−52W5をバックライトとして用いた。
液晶セル22を有する液晶表示装置については、BGR3色のLEDを有するバックライトユニットを利用した。このバックライトユニット30のBGR3色のLEDを、180Hzで交互に発光させて、フィールドシーケンシャル駆動を採用した。
この様にして、VA型液晶表示装置20〜32をそれぞれ作製した。
(2)比較例用VA型液晶表示装置の作製
上記で作製した偏光板のうち、下記表に示す通りの組合せで、偏光膜の内側保護フィルム及び外側保護フィルムをそれぞれ有する偏光板を選択した。
液晶セル1、20、21及び22のいずれかを選択し、そのリア側基板表面及びフロント側基板表面に、それらの偏光板を貼合した。なお、リア側偏光子の吸収軸と、フロント側偏光板の偏光子の吸収軸とが、互いに直交となるようにして、貼合した。
次に、リア側偏光板のさらに外側に、バックライトユニットを配置して、比較例用VA型液晶表示装置1〜7をそれぞれ作製した。
なお、液晶セル1、20及び21を有する液晶表示装置については、KDL−52W5(ソニー社製)をバックライトとして用いた。
液晶セル22を有する液晶表示装置については、BGR3色のLEDを有するバックライトユニットを利用した。このバックライトユニットのBGR3色のLEDを、180Hzで交互に発光させて、フィールドシーケンシャル駆動を採用した。
この様にして、比較例用のVA型液晶表示装置1〜7をそれぞれ作製した。
(3)VA型液晶表示装置の評価
作製した実施例のVA型液晶表示装置20〜32、及び比較例用のVA型液晶表示装置1〜7のそれぞれについて、以下の評価を行った。評価結果を下記表に示す。
(3)−1 正面コントラスト比の測定
各液晶表示装置について、測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、パネル法線方向の黒表示および白表示の輝度値を測定し、正面コントラスト(白輝度/黒輝度)を算出した。この時、測定器とパネル間の距離は700mmに設定した。
続いて、正面コントラスト比を、基準形態での正面コントラスト比を基に、次の式で算出した。
正面コントラスト比=実施形態での正面コントラスト/基準形態での正面コントラスト
なお、基準形態は、液晶セル1を有する液晶表示装置では、下記表中に記載の比較例3の液晶表示装置であり、その正面コントラストは4320であり;液晶セル20を有する液晶表示装置では、下記表中に記載の比較例4の液晶表示装置であり、その正面コントラストは3320であり;液晶セル21を有する液晶表示装置では、下記表中に記載の比較例6の液晶表示装置であり、その正面コントラストは2600であり;液晶セル22を有する液晶表示装置では、下記表中に記載の比較例7の液晶表示装置であり、その正面コントラストは4350であった。
(3)−2 視野角コントラスト(斜め方向のコントラスト)
測定器(BM5A、TOPCON社製)を用いて、暗室において、装置正面からの方位角方向45度、極角方向60度における黒表示および白表示の輝度値を測定し、視野角コントラスト(白輝度/黒輝度)を算出し、下記のように評価した。
○:視野角コントラストが50以上
△:視野角コントラストが50未満、25以上
×:視野角コントラストが25未満(許容不可)
(3)−3 サークルムラ
作製した各パネルを温度40℃、相対湿度90%の環境下で4日間放置した。処理後、温度36℃、相対湿度30%の環境に移した。
その後、ライトテーブル上に前記パネルを置き、暗室で観察して、以下の基準でサークルムラを評価した。
◎:点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置いてから72時間以内に、光漏れ
が視認されない
○:光漏れがわずかに視認されるが、点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置
いてから36時間以内に消失し、その後は光漏れが視認されない
△:光漏れが視認され、点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置いてから36
時間以内には消失しないが、その後72時間以内に光漏れが消失する(許容不可) ×:光漏れが視認され、点灯させたライトテーブルの上に前記パネルを置いてから72
時間では光漏れが消失しない(許容不可)
Figure 2011081021
上記結果から、基板のCR比(CRf/CRr)が3以上である液晶セル1、20、21及び22のいずれかを有するVA型液晶表示装置は、リア側偏光子をリア側基板に直接貼合することで、正面コントラストが顕著に改善されていることが理解できる。
さらに、液晶セル1は、リア側基板としてCOA基板を利用しているので、これを有する実施例の液晶表示装置20〜29では、サークルムラが軽減されていることが理解できる。
また、フロント側偏光子とフロント側基板の間に、Re(550)が60nm及びRth(550)が250nmのフィルム1〜5、又は10をそれぞれ配置した、実施例20〜28では、視野角コントラストが高く、視野角特性も良好であった。
一方、実施例の液晶表示装置29は、正面コントラストは実施例の液晶表示装置20と同様に高かったが、視野角コントラストがわずかに低かった。これは、フロント側の位相差フィルムとして利用したフィルム9のRth(550)が、Δnd(550)−70≦Rth(550)≦Δnd(550)−10を満足するものの、下限値に近かったためと考えられる。
参考例:
フロント側の位相差フィルムとして、フィルム1に代えて、フィルム8及びZ−TACフィルム(富士フイルム社製、Re(550)=0.5nm、Rth(550)=−0.9nm)をそれぞれ使用した以外は、実施例の液晶表示装置20と同様にして、VA型液晶表示装置を作製し、及び同様に評価した。
正面コントラストは、実施例の液晶表示装置20と同様に高かったが、実施例の液晶表示装置20と比較して、視野角コントラストが低かった。これは、フロント側の位相差フィルムとして利用したフィルム8及びZ−TACフィルムの光学特性が、Δnd(550)−70≦Rth(550)≦Δnd(550)−10を満足せず、VA型液晶表示装置の視野角特性の補償には不十分であったためと考えられる。
10 バックライト
12、14 偏光子
16 位相差フィルム
18、20 外側保護フィルム
22、24 液晶セル基板
LC VA型液晶セル
PL フロント側偏光板

Claims (8)

  1. フロント側偏光子、リア側偏光子、及び前記フロント側偏光子とリア側偏光子との間に配置されるVA型液晶セルを少なくとも有し、前記VA型液晶セルが、フロント側基板及びリア側基板、並びにその間に配置される液晶層を有し、
    前記リア側基板の部材コントラスト(CRr)に対する前記フロント側基板の部材コントラスト(CRf)が、下記関係式:
    3≦ CRf/CRr
    (但し、前記リア側基板及び前記フロント側基板は、各基板上に形成された前記VA型液晶セルの構成部材を含む)
    を満足し、及び
    前記リア側偏光子が、前記VA型液晶セルに直接貼合されていることを特徴とするVA型液晶表示装置。
  2. 前記フロント側偏光子と前記VA型液晶セルとの間に、1層又は2層以上の位相差層からなる位相差領域を有し、該位相差領域が、下記式:
    30nm≦Re(550)≦90nm、且つ
    170nm≦Rth(550)≦300nm
    を満足することを特徴とする請求項1に記載のVA型液晶表示装置。
  3. 前記位相差領域が、下記式:
    Δnd(550)−70≦Rth(550)≦Δnd(550)−10
    を満足することを特徴とする請求項2に記載のVA型液晶表示装置:
    但し、dは前記VA型液晶セルの液晶層の厚さ(nm)、Δn(λ)は波長λにおける前記VA型液晶セルの液晶層の屈折率異方性であり、Δnd(λ)はΔn(λ)とdの積を意味する。Rth(λ)は波長λにおける前記位相差領域の厚み方向のレターデーション(nm)を意味する。
  4. 前記位相差領域が、セルロースアシレート系フィルムからなる、またはセルロースアシレート系フィルムを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載のVA型液晶表示装置。
  5. 前記位相差領域が、環状オレフィン系ポリマーフィルムからなる、又は環状オレフィン系ポリマーフィルムを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載のVA型液晶表示装置。
  6. 独立した3原色光が順次発光するバックライトユニットを含み、フィールドシーケンシャル駆動方式で駆動されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  7. 前記VA型液晶セルがカラーフィルタ層を有し、該カラーフィルタ層が、前記液晶層とリア側偏光子との間に配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
  8. 正面コントラストが、1500以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のVA型液晶表示装置。
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