JPH07110406A - 光学異方素子の製造方法及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 フィルムの両面にせん断力差をつけることに
よって、フィルムに変形を与える工程を少なくとも２回
以上有することを特徴とする、光軸がフィルム面内にも
なく法線方向にもない光学異方素子の製造方法。及びそ
れを用いた液晶表示光学素子。 【効果】 ＴＮ型液晶表示素子の視野角特性及び色ムラ
が改善される光学異方素子を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に用いら
れる光学異方素子の製造方法に関するものであり、さら
に、その光学異方素子を用いた液晶表示素子に係り、特
に表示コントラスト及び表示色の視角特性を表示画面全
面に均一に改善した液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本語ワードプロセッサやディスクトッ
プパソコン等のＯＡ機器の表示装置の主流であるＣＲＴ
は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点をもった液
晶表示素子（以下ＬＣＤと称する）に変換されてきてい
る。現在普及しているＬＣＤの多くは、ねじれネマティ
ック液晶を用いている。このような液晶を用いた表示方
式としては、複屈折モードと旋光モードとの２つの方式
に大別できる。

【０００３】複屈折モードを用いたＬＣＤは、液晶分子
配列のねじれ角９０°以上ねじれたもので、急峻な電気
光学特性をもつ為、能動素子（薄膜ドランジスタやダイ
オード）が無くても単純なマトリクス上の電極構造でも
時分割駆動により大容量の表示が得られる。しかし、応
答速度が遅く（数百ミリ秒）、諧調表示が困難という欠
点を持ち、能動素子を用いた液晶表示素子（ＴＦＴ−Ｌ
ＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤなど）の表示性能を越えるまでに
はいたらない。

【０００４】ＴＦＴ−ＬＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤには、液
晶分子の配列状態が９０°ねじれた旋光モードの表示方
式（ＴＮ型液晶表示素子）が用いられている。この表示
方式は、応答速度が早く（数十ミリ秒）、容易に白黒表
が得られ、高い表示コントラストを示すことから他の方
式のＬＣＤと比較して最も有力な方式である。しかし、
ねじれネマティック液晶を用いている為に、表示方式の
原理上見る方向によって表示色や表示コントラストが変
化するといった視角特性があり、ＣＲＴの表示性能を越
えるまでにはいたらない。

【０００５】特開平４−２２９８２８号、特開平４−２
５８９２３号公報などに見られるように、一対の偏光板
とＴＮ液晶セルの間に、光学異方素子を配置することに
よって視野角を拡大しようとする方法が提案されてい
る。

【０００６】上記特許公報で提案された光学異方素子
は、液晶セルの表面に対して、垂直な方向に位相差がほ
ぼゼロのものであり、真正面からはなんら光学的な作用
を及ぼさず、傾けたときに位相差が発現し、液晶セルで
発現する位相差を補償しようというものである。しか
し、これらの方法によってもＬＣＤの視野角はまだ不十
分であり、更なる改良が望まれている。特に、車載用
や、ＣＲＴの代替として考えた場合には、現状の視野角
では全く対応のできないのが実状である。

【０００７】上記課題を解決するために、液晶表示素子
に負の一軸性を有すると共に光軸がフィルム面に垂直で
も平行でもなく、フィルム法線から１０度〜３０度傾斜
した光学異方素子を使用することによって、視野角を大
幅に拡大できることを突き止め、特許出願した。（特願
平４−３０８３７７号明細書） 又、該光学異方素子の製造方法として、フィルムの両者
にせん断力差をつけることによって、フィルムに変形を
与える工程を有することを特徴とする方法を出願した。
（特願平４−３２４１１６号明細書）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記光学異方素子とし
ては、低コスト・高生産性で製造でき、且つ光学軸のぶ
れや、レターデーションのふれ巾が実質的にほとんどな
い均一なフィルムが要求される。フィルムの両面にせん
断力差をつける際、フィルムとロールの間でスティック
スリップが発生したりロールの駆動むらの影響で、光学
軸がぶれたり、厚みむらや複屈折むらが起こりやすく、
面内レターデーションむらとなり、液晶表示素子に配置
した時に表示コントラスト及び表示色の視角特性が全画
面内で均一なものとならない問題点があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、（１） 熱
可塑性樹脂からなり、光透過性を有するフィルムの両面
にせん断力差をつけることによって、フィルムに変形を
与える工程を、少なくとも２回以上有することを特徴と
する、光軸がフィルム面内にも法線方向から傾斜した光
学異方素子の製造方法。 （２） 前記光軸がフィルム法線方向から傾斜した光学
異方素子が光学的に負の一軸性を有することを特徴とす
る前記（１）記載の光学異方素子の製造方法。 （３） 周速の異なるロール間にフィルムを挟み込ん
で、該フィルム両面にせん断力差をつけることによって
変形を与えることを特徴とする前記（１）記載の光学異
方素子の製造方法。 （４） ２枚の電極基板間にねじれ角がほぼ９０°のＴ
Ｎ型液晶を挟持してなる液晶セルと、その両側に配置さ
れた２枚の偏光素子と、該液晶セルと該偏光素子の間
に、前記（１）乃至（３）記載の方法により製造された
光学異方素子を少なくも一枚配置したことを特徴とする
液晶表示素子によって達成された。

【００１０】以下、図面を用いてＴＮ型液晶表示素子を
例にとり本発明の作用を説明する。図１、図２、図３
は、液晶セルにしきい値電圧以上の十分な電圧を印加し
た場合の液晶セル中を伝搬する光の偏光状態を示したも
のである。コントラストの視野角特性には、特に電圧印
加時の光の透過率特性が大きく寄与するため、電圧印加
時を例にとり説明する。図２は、液晶セルに光が垂直に
入射した場合の光の偏光状態を示した図である。自然光
Ｌ０が偏光軸ＰＡをもつ偏光板Ａに垂直に入射したと
き、偏光板Ａを透過した光は、直接偏光Ｌ１となるた
め、偏光板Ｂによってほぼ完全にＬ１は遮断される。

【００１１】ＴＮ液晶セルに十分に電圧を印加した時の
液晶分子の配列状態を、概略的に１つの液晶分子でモデ
ル的に示すと、概略図中ＬＣのようになる。液晶セル中
の液晶分子ＬＣの分子長軸が光の進路と平行な場合、入
射面（光の進路に垂直な面内）での屈折率の差が生じな
いので、液晶セル中を伝搬する常光と異常光の位相差が
生じずＬＣセルを通過した直線偏光は液晶セルを透過し
ても直線偏光のまま伝搬する。偏光板Ｂの偏光軸ＰＢを
偏光板Ａの偏光軸ＰＡと垂直に設定すると、液晶セルを
透過した直線偏光は偏光板Ｂを透過することができず暗
状態となる。

【００１２】図３は、液晶セルに光が斜めに入射した場
合の光の偏光状態を示した図である。入射光の自然光Ｌ
０が斜めに入射した場合偏光板Ａを透過した偏光光Ｌ１
はほぼ直線偏光になる。（実際の場合偏光板の特性によ
り楕円偏光になる）。この場合、液晶の屈折率異方性に
より液晶セルの入射面において屈折率の差が生じ、液晶
セルを透過する光Ｌ２は楕円偏光となり偏光板Ｂで遮断
されない。この様に斜方入射においては暗状態での光の
遮断が不十分となり、コントラストの大幅な低下を招き
好ましくない。

【００１３】本発明の第１の目的は、この様な斜方入射
におけるコントラストの低下を防ぎ、視角特性を改善し
うる光学異方素子の製造方法およびそれを用いたＬＣＤ
を提供することである。図１に本発明による光学異方素
子を用いたＬＣＤの構成の一例を示した。偏光板Ｂと液
晶セルとの間に液晶セルの法線方向から傾いた光学軸を
もつ光学異方素子ＲＦが配置されている。この光学異方
素子ＲＦは光学軸に対して光が入射する角度が大きくな
る程複屈折が大きくなる複屈折体である。この様な構成
の液晶表示素子に図３の場合と同様に光が斜方入射し液
晶セルを透過した楕円偏光した光Ｌ２は、光学異方素子
ＲＦを透過する時の位相遅延作用によって楕円偏光が元
の直線偏光に変調され、種々の斜方入射においても同一
な透過率が得られ、視角依存性のない良好な液晶表示素
子が実現できる。

【００１４】本発明の第２の目的は、表示色の色むらを
改善しうる光学素子の製造方法およびそれを用いたＬＣ
Ｄを提供することである。図１に示す光学異方素子ＲＦ
の光軸が場所によって変化していると、斜めから見た場
合に色むらやコントラストむらが生ずる。又レターデー
ションが場所によって変化していると正面から見た場合
にも色むらやコントラストむらが生ずる。本発明の製造
方法のように２回以上に分けて、フィルムの両面にせん
断力差をつけ、変形を少しづつ与えることによって光学
異方素子の光軸の変化（ぶれ）やレターデーションの変
化（むら）を著しく改善することができ、表示色の色む
らのない表示品位の良好な液晶表示素子が実現できた。

【００１５】次に、本発明について更に詳しく説明す
る。本発明における光透過性を有するフィルムとは、フ
ィルムまたはシート形状での光の透過率が７０％以上更
に好ましくは８５％以上のものを意味する。具体的に
は、ポリカーボネイト、ポリアリレート、ポリスルホ
ン、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、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフ
ァイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリアリルスルホ
ン、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイミド、
ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、セルロース系重合
体、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、又種々モノ
マーの二元系、三元系各種共重合体、グラフト共重合
体、ブレンド物などが挙げられる。

【００１６】本発明における光学軸が傾斜した負の一軸
性とは、光学異方性を有するフィルムあるいはシートの
３軸方向屈折率をその値が小さい順にｎα、ｎβ、ｎγ
としたとき、ｎα＜ｎβ＝ｎγの関係を有するものであ
る。従って光学軸方向の屈折率が最も小さいという特性
を有するものである。ただし、ｎβとｎγの値は厳密に
等しい必要はなく、ほぼ等しければ十分である。具体的
には、｜ｎβ−ｎγ｜／｜ｎβ−ｎα｜≦０．２であれ
ば実用上問題ない。又、ＴＦＴにおけるＴＮ液晶セルの
視野角特性を大幅に改良する条件としては、光学軸、即
ち屈折率ｎαの方向はシート面の法線方向から１０度〜
４０度傾いていることが好ましく、１０度〜３０度がよ
り好ましい。更に、シートの厚さをＤとしたとき、１０
０≦（ｎβ−ｎα）×Ｄ≦４００ｎｍの条件を満足する
事が好ましい。

【００１７】せん断を加える前のフィルムの３軸屈折率
特性は、特に制限はなく光学的に等方的なものであって
もそうでなくてもよい。ただし、せん断を加える前のフ
ィルムが光学的に等方的である場合、負の一軸性を発現
するためには、せん断を加える前または後において幅方
向一軸延伸または二軸延伸の工程を加えることが好まし
い。この場合の二軸延伸の長手方向、幅方向の延伸倍率
に関しては幅方向の延伸倍率が若干大きい方が好まし
い。せん断変形後の延伸を省略するためには、せん断変
形を加える前の３軸方向屈折率特性が、ｎTD≧ｎMDであ
ることが好ましい。

【００１８】また、フィルム両面にせん断力差をつける
方法としては、フィルムを形成しているポリマーのＴｇ
近傍かＴｇ以上の熱変形が可能な温度にフィルムを加熱
し、且つ周速に差があるかまたは逆方向にフィルムを進
ませるように回転する２つのロール間に該フィルムを挟
み込んで、該フィルムを引き出すことによって可能であ
る。せん断力によって主屈折率を傾斜できたことについ
ては図４のようなひずみがフィルム内部に加わっている
ものと思われる。図４において、フィルム内部に仮定し
た立方体ａは二つのロールの周速差によって、変形が加
えられ、立体ｂのように変形し、更に立体ｃとなって送
り出される。このとき立体内部の分子も傾斜したものと
考える。

【００１９】以下実施例によって詳細に説明する。

【実施例】

実施例１ ホスゲンとビスフェノールＡの縮合によって得られたス
チレン換算重量平均分子量３万のポリカーボネートを二
塩化メチレンに溶解し、２０％溶液とした。これをスチ
ールドラム上に流延し、連続的にはぎ取り乾燥し、幅１
５ｃｍ，厚さ１００μｍのフィルム（Ｆ−１）を得た。
該フィルムを図５に示す周速の異なるロールに挟み込ん
でフィルム（Ｆ−２）をロール形状で２００ｍ作製し
た。

【００２０】図５の装置におけるＦ−２の成形条件は以
下の通りである。 Ｒ２，Ｒ４，の周速：2.1m/min Ｒ３，Ｒ５，の周速：2.0m/min Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の表面温度：１４５℃ Ｒ２，Ｒ３及び，Ｒ４，Ｒ５に挟まれたフィルムに加わ
る力：２０００Ｋｇ Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５のロール径：１５０ｍｍ 次に、Ｆ−２をテンターによって横一軸延伸を行ないフ
ィルム（Ｆ−３）を得た。延伸条件は以下の通りであ
る。 延伸温度 ： １６０℃ 延伸倍率 ： ９％ フィルム送り出し速度 ： ３ｍ／ｍｉｎ

【００２１】＜光学異方素子の光学特性の測定＞実施例
１におけるＦ−３の光学異方素子から１５ｃｍ×６０ｃ
ｍのサンプルを採取し、均等に３６点を選び、島津製作
所製エリプソメーターＡＥＰ−１００を透過モードで使
用し、Ｒｅ値及びその入射角度依存性を求めた。また、
幅方向の屈折率、フィルムの厚さはそれぞれアッベの屈
折率計、マイクロメーターで測定した。これらの平均値
から、フィルムの３軸方向屈折率及び主屈折率軸の傾斜
角を計算した。表１に計算で求めた３軸屈折率の関係を
示す。ここで、最も小さい屈折率をｎ１、幅方向の屈折
率をｎ２、前記ｎ１、ｎ２と直交するもう一つの主屈折
率をｎ３、ｎ１がフィルム法線方向から傾いた角度をβ
とした。傾斜角のぶれ（Δβ）は、上記３６点の最大値
と最小値の差を平均値で除した値（百分率で表す）、ま
たＲｅ値の変化率（ΔＲｅ）は、隣接する測定点の測定
値の差の絶対値を平均値で除した値のうちで最大の値を
いう。結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】比較例１ 実施例１で得たフィルムＦ−１を図５の装置のＲ４、Ｒ
５をとりはずして以下の成形条件で、フィルム（Ｆ−
４）を作製した。 Ｒ２、Ｒ３の周速 ： ２．２ｍ／ｍｉｎ，２．０ｍ／
ｍｉｎ Ｒ２、Ｒ３の表面温度 ： １４５℃ Ｒ２、Ｒ３に挟まれたフィルムに加わる力 ： ２００
０Ｋｇ Ｒ２、Ｒ３のロール径 ： １５０ｍｍ

【００２４】次にＦ−４を、テンターによって横一軸延
伸を行いフィルム（Ｆ−５）を得た延伸条件は、以下の
通りである。 延伸温度 ： １６０℃ 延伸倍率 ： ９％ フィルム送り出し速度 ： ３ｍ／ｍｉｎ 結果を表１に示す。

【００２５】実施例２ 実施例１で得たフィルムＦ−１を図６に示す周速の異な
るロールに挟み込んでフィルム（Ｆ−６）をロール形状
で２００ｍ作製した。

【００２６】図６においてロールＲ１は送りだしロー
ル、Ｒ２〜Ｒ７はそれぞれに駆動系を有するロールであ
り、周速差を任意に制御できるロールである。また、油
圧によって、Ｒ２、Ｒ３間、Ｒ４、Ｒ５間、Ｒ６、Ｒ７
間の圧力を制御できる構造になっている。Ｒ８は駆動系
を有する巻取りロールであり、テンションコントロール
で巻取り速度を制御している。Ｒ２からＲ７はロール内
部にヒーターを内蔵し、ロール表面に温度センサーが取
り付けられており、センサー温度をヒーターにフィード
バックしＰＩＤ制御によって±１度の精度で温度コント
ロールしている。

【００２７】図６の装置におけるＦ−６の成形条件は以
下の通りである。 Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６の周速：2.05m/min,2.1m/min 2.05m/
min Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７の周速：２．０ｍ／ｍｉｎ R2,R3;R4,R5;R6,R7間に挟まれたフィルムに加わる力：
２０００Ｋｇ Ｒ２〜Ｒ７のロール径 ： １５０ｍｍ

【００２８】次に、Ｆ−２をテンターによって横一軸延
伸を行いフィルム（Ｆ−７）を得た。延伸条件は以下の
通りである。 延伸温度 ： １６０℃ 延伸倍率 ： ９％ フィルム送り出し速度 ： ３ｍ／ｍｉｎ

【００２９】実施例３ ＜視角特性の評価＞図１に示す光学異方性素子として実
施例及び比較例のＦ−３、Ｆ−５、Ｆ−７、光学異方素
子を液晶セルに用いた場合及びフィルムを配置しない場
合について、３０Ｈｚ矩形波における０Ｖ／５Ｖのコン
トラストの視角特性を大塚電子製ＬＣＤ−５０００によ
って測定した。コントラスト１０の角度を視野角と定義
し上下左右の視野角特性の結果を表２に示す。ここで使
用した液晶セルに使われている液晶の異常光と常光の屈
折率の差と、液晶セルのギャップサイズの積は４８０ｎ
ｍでねじれ角が９０度である。尚、この測定におけるＴ
Ｎ液晶セルの偏光板の偏光軸、液晶セルのラビング軸、
光学補償シートの光軸の方向については、図７に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】本発明によれば、ＴＮ型液晶表示素子の視
角特性及び色ムラが改善され、視認性にすぐれるかつ全
画面でムラの少ない高品位表示の液晶表示素子を提供す
ることができる。また、本発明をＴＦＴやＭＩＭなどの
３端子、２端子素子を用いたアクティブマトリクス液晶
表示素子に応用しても優れた効果が得られることは言う
までもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構成の実施例を説明す
る図である。

【図２】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成図と表示面に
垂直に光が入射する場合の光の透過状態を説明する図で
ある。

【図３】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成図と表示面に
斜めに光が入射する場合の光の透過状態を説明する図で
ある。

【図４】せん断によるフィルム変形のメカニズムを示す
図である。

【図５】本発明に使用した異周速ロール装置の図であ
る。

【図６】本発明に使用した異周速ロール装置である。

【図７】本実施例に使用した液表示素子の光軸の方向を
示す構成図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ：偏光板 ＰＡ、ＰＢ：偏光軸 ＣＥ：ＴＮ型液晶セル ＲＦ：光学異方性素子 Ｌ０：入射光 Ｌ１：偏光板Ａを通過した直線偏光 Ｌ２：ＴＮ型液晶セルを通過した偏光（主に楕円偏光） ＬＣ：ＴＮ型液晶セル内の液晶をモデル的に表現したも
の。 θ：直線偏光入射角度 Ｒ１〜Ｒ８：ロール ｎ１〜ｎ３：フィルムの主屈折率

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂からなり、光透過性を有す
   るフィルムの両面にせん断力差をつけることによって、
   フィルムに変形を与える工程を、少なくとも２回以上有
   することを特徴とする、光軸がフィルム面内にも法線方
   向にもない光学異方素子の製造方法。
2. 【請求項２】 該光学異方素子が光学的に負の一軸性を
   有することを特徴とする請求項１記載の光学異方素子の
   製造方法。
3. 【請求項３】 周速の異なるロール間にフィルムを挟み
   込んで、該フィルム両面にせん断力差をつけることによ
   って変形を与えることを特徴とする請求項１記載の光学
   異方素子の製造方法。
4. 【請求項４】 ２枚の電極基板間にねじれ角がほぼ９０
   °のＴＮ型液晶を挟持してなる液晶セルと、その両側に
   配列された２枚の偏光素子と、該液晶セルと該偏光素子
   の間に、請求項１乃至３記載の方法により製造された光
   学異方素子を少なくも一枚配置したことを特徴とする液
   晶表示素子。