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JP2008181082A - 液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置 Download PDF

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JP2008181082A
JP2008181082A JP2007300075A JP2007300075A JP2008181082A JP 2008181082 A JP2008181082 A JP 2008181082A JP 2007300075 A JP2007300075 A JP 2007300075A JP 2007300075 A JP2007300075 A JP 2007300075A JP 2008181082 A JP2008181082 A JP 2008181082A
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liquid crystal
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thickness direction
compensation layer
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Shunsuke Shudo
俊介 首藤
Masato Bito
真郷 尾藤
Yoji Ishihara
洋司 石原
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Nitto Denko Corp
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Abstract

【課題】コントラストと視野角特性のバランスに優れた液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】第1の偏光子と;屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである第1の光学補償層と;液晶セルと;屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである第2の光学補償層と;第2の偏光子とを視認側に向かってこの順に有し、すべての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとが下記式(1)を満足する、液晶パネル: −160nm<(ΣRth1〜n−Rth)<50nm ・・・(1)。
【選択図】図1

Description

本発明は、液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置に関する。より詳細には、本発明は、コントラストと視野角特性のバランスに優れた液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置に関する。
VAモードの液晶表示装置として、透過型液晶表示装置および反射型液晶表示装置に加えて、半透過反射型液晶表示装置が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。半透過反射型液晶表示装置は、明るい場所では反射型液晶表示装置と同様に外光を利用し、暗い場所ではバックライト等の内部光源により表示を視認可能としている。言い換えれば、半透過反射型液晶表示装置は、反射型および透過型を兼ね備えた表示方式を採用しており、周囲の明るさに応じて反射モード、透過モードのいずれかの表示モードに切り替える。その結果、半透過反射型液晶表示装置は、消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示を行うことができるので、携帯機器の表示部に好適に利用されている。
このような半透過反射型液晶表示装置の具体例としては、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の窓部を形成した反射膜を下基板の内側に備え、この反射膜を半透過反射板として機能させる液晶表示装置が挙げられる。このような液晶表示装置においては、反射モードの場合には、上基板側から入射した外光が、液晶層を通過した後に下基板内側の反射膜で反射され、再び液晶層を透過して上基板側から出射されて表示に寄与する。一方、透過モードの場合には、下基板側から入射したバックライトからの光が、反射膜の窓部を通って液晶層を通過した後、上基板側から出射されて表示に寄与する。したがって、反射膜形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域となり、その他の領域が反射表示領域となる。
しかし、従来のVAモードの液晶表示装置(特に、反射型または半透過反射型の液晶表示装置)においては、黒表示における光漏れが生じ、コントラストが低下するという問題が長く解決されていない。
特開平11−242226号 特開2001−209065号
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、コントラストと視野角特性のバランスに優れた液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
本発明の液晶パネルは、第1の偏光子と;屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである第1の光学補償層と;液晶セルと;屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである第2の光学補償層と;第2の偏光子とを視認側に向かってこの順に有し、すべての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとが下記式(1)を満足する:
−160nm<(ΣRth1〜n−Rth)<50nm ・・・(1)。
好ましい実施形態において、すべての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとが下記式(2)を満足する:
−160nm<(ΣRth1〜n−Rth)<20nm ・・・(2)
好ましい実施形態において、上記液晶セルはVAモードである。
本発明の別の局面によれば、液晶表示装置が提供される。この液晶表示装置は、上記液晶パネルを含む。
以上のように、本発明によれば、液晶セルと少なくとも2つの光学補償層とを有する液晶パネルにおいて、液晶セルの厚み方向の位相差とすべての光学補償層の厚み方向の位相差との関係を最適化することにより、コントラストと視野角特性のバランスにきわめて優れた液晶パネルを得ることができる。
(用語および記号の定義)
本明細書における用語および記号の定義は下記の通りである:
(1)「nx」は面内の屈折率が最大になる方向(すなわち、遅相軸方向)の屈折率であり、「ny」は面内で遅相軸に垂直な方向(すなわち、進相軸方向)の屈折率であり、「nz」は厚み方向の屈折率である。
(2)「面内位相差Re」は、特に明記しない限り、23℃における波長590nmの光で測定したフィルム(層)面内の位相差値をいう。Reは、波長590nmにおけるフィルム(層)の遅相軸方向、進相軸方向の屈折率をそれぞれ、nx、nyとし、d(nm)をフィルム(層)の厚みとしたとき、式:Re=(nx−ny)×dによって求められる。
(3)「厚み方向の位相差Rth」は、特に明記しない限り、23℃における波長590nmの光で測定した厚み方向の位相差値をいう。Rthは、波長590nmにおけるフィルム(層)の遅相軸方向、進相軸方向、厚み方向の屈折率をそれぞれ、nx、ny、nzとし、d(nm)をフィルム(層)の厚みとしたとき、式:Rth={(nx+ny)/2−nz}×dによって求められる。
(4)本明細書に記載される用語や記号に付される添え字の「1」は第1の光学補償層を表し、添え字の「2」は第2の光学補償層を表し、添え字の「n」は第nの光学補償層を表し、添え字の「c」は液晶セルを表す。
(5)上記式(1)および(2)におけるΣRth1〜nは、第1の光学補償層から第nの光学補償層までの厚み方向の位相差の合計を表す。したがって、本発明の液晶パネルが2つの光学補償層を有する場合には、ΣRth1〜nは、第1の光学補償層および第2の光学補償層の厚み方向の位相差をそれぞれRthおよびRthとすると、
ΣRth1〜n=Rth+Rth
である。本発明の液晶パネルが第3の光学補償層をさらに有する場合には、
ΣRth1〜n=Rth+Rth+Rth
である。
(6)「λ/2板」とは、ある特定の振動方向を有する直線偏光を、当該直線偏光の振動方向とは直交する振動方向を有する直線偏光に変換したり、右円偏光を左円偏光に(または、左円偏光を右円偏光に)変換したりする機能を有するものをいう。λ/2板は、所定の光の波長(通常、可視光領域)に対して、フィルム(層)の面内の位相差値が約1/2である。
(7)「λ/4板」とは、ある特定の波長の直線偏光を円偏光に(または、円偏光を直線偏光に)変換する機能を有するものをいう。λ/4板は、所定の光の波長(通常、可視光領域)に対して、フィルム(層)の面内の位相差値が約1/4である。
A.液晶パネルの全体構成
本発明の液晶パネルは、透過型、反射型または半透過型のいずれの液晶表示装置にも好適に適用され得る。図1は、本発明の好ましい実施形態による液晶パネルの概略断面図である。この液晶パネル100は、第1の偏光子10と、第1の光学補償層20と、液晶セル40と、第2の光学補償層30と、第2の偏光子10’とを、視認側に向かってこの順に有する。第1の光学補償層20は、屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである。第2の光学補償層30は、屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである。本発明においては、すべての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとが下記式(1)を満足する:
−160nm<(ΣRth1〜n−Rth)<50nm ・・・(1)。
液晶パネルを構成する各構成要素は、代表的には、任意の適切な粘着剤層または接着剤層(図示せず)を介して積層されている。実用的には、第1および第2の偏光子10および10’の光学補償層が形成されない側には、任意の適切な保護フィルム(図示せず)が配置されている。さらに、必要に応じて、偏光子と光学補償層との間に保護フィルムが配置され得る。
第1の偏光子10と第2の偏光子10’とは、代表的には、互いの吸収軸が直交するようにして配置されている。1つの実施形態において、第1の偏光子の吸収軸は、液晶パネルの左右方向に対して20°の角度で配置される。別の実施形態において、第1の偏光子の吸収軸は、液晶パネルの左右方向に対して平行に配置される。第1の光学補償層20は、その遅相軸が第1の偏光子10の吸収軸に対して好ましくは37°〜52°、さらに好ましくは40°〜50°、特に好ましくは42°〜48°、最も好ましくは45°程度の角度を規定するようにして配置されている。第2の光学補償層30は、その遅相軸が第1の偏光子10の吸収軸に対して好ましくは−37°〜−52°、さらに好ましくは−40°〜−50°、特に好ましくは−42°〜−48°、最も好ましくは−45°程度の角度を規定するようにして配置されている。好ましくは、第2の光学補償層30は、その遅相軸が第1の光学補償層20の遅相軸に対して実質的に直交するようにして配置されている。このような特定の位置関係でそれぞれの偏光子およびそれぞれの光学補償層を配置することにより、コントラストと視野角特性のバランスに優れた液晶パネルが得られる。なお、本明細書において「実質的に直交」とは、光学的な2つの軸のなす角度が、90°±2°である場合を包含し、好ましくは90°±1°である。また、本明細書において、例えば、「45°」は、所定の方向から反時計回りの方向に規定される角度をいい、「−45°」は、所定の方向から時計回りの方向に規定される角度をいう。
上記式(1)に示すように、本発明の液晶パネルにおけるすべての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、−160nmを超えて50nmより小さく、好ましくは−160nmを超えて20nmより小さい。特定の光学補償層を液晶セルの両側に配置すること、および、液晶セルの厚み方向の位相差と光学補償層の厚み方向の位相差との関係を最適化することにより、コントラストと視野角特性のバランスにきわめて優れた液晶パネルが得られる。特に、光学補償層の厚み方向の位相差の合計と液晶セルの厚み方向の位相差との差をこのような範囲とすることにより、広い視野角の範囲にわたって高いコントラストが得られ、かつ、高いコントラストが得られる方向が正面方向からあまりずれない(視認者にとって見やすい)液晶パネルが得られる。1つの実施形態においては、光学補償層の厚み方向の位相差の合計と液晶セルの厚み方向の位相差との差は、好ましくは−155nm〜−70nmであり、さらに好ましくは−140nm〜−80nmである。このような範囲であれば、高いコントラストが得られる視野角の範囲がきわめて広くなる。別の実施形態においては、光学補償層の厚み方向の位相差の合計と液晶セルの厚み方向の位相差との差は、好ましくは−70nm〜45nmであり、より好ましくは−70nm〜20nmであり、さらに好ましくは−70nm〜10nmであり、特に好ましくは−60nm〜10nmである。このような範囲であれば、高いコントラストがほぼ正面方向から得られるので、視認者にとって非常に見やすくなる。
B.液晶セル
液晶セル40は、一対のガラス基板41、41’と、該基板間に配された表示媒体としての液晶層42とを有する。一方の基板(アクティブマトリクス基板)41には、液晶の電気光学特性を制御するスイッチング素子(代表的にはTFT)と、このスイッチング素子にゲート信号を与える走査線およびソース信号を与える信号線とが設けられている(いずれも図示せず)。他方のガラス基板(カラーフィルター基板)41’には、カラーフィルター(図示せず)が設けられる。なお、カラーフィルターは、アクティブマトリクス基板41に設けてもよい。基板41、41’の間隔(セルギャップ)は、スペーサー(図示せず)によって制御されている。基板41、41’の液晶層42と接する側には、例えばポリイミドからなる配向膜(図示せず)が設けられている。
液晶セル40の駆動モードとしては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な駆動モードが採用され得る。駆動モードの具体例としては、スーパーツイステッドネマティック(STN)モード、ツイステッドネマティック(TN)モード、インプレーンスイッチング(IPS)モード、垂直配向(VA)モード、電界制御複屈折(ECB:Electrically Controlled Birefringence)モード、ベンドネマチック(OCB:Optically Aligned Birefringence)モードおよびハイブリッド配向(HAN:Hybrid Aligned Nematic)モードが挙げられる。なかでも、VAモード、ECBモード、およびOCBモードが好ましい。本発明に用いられる光学補償層と組み合わせることにより、コントラストと視野角特性のバランスに優れた液晶パネルが得られるからである。
図2は、VAモードにおける液晶分子の配向状態を説明する概略断面図である。図2(a)に示すように、電圧無印加時には、液晶分子は基板41、41’面に垂直に配向する。このような垂直配向は、垂直配向膜(図示せず)を形成した基板間に負の誘電率異方性を有するネマティック液晶を配することにより実現され得る。このような状態で、偏光子10を通過した直線偏光の光を一方の基板41の面から液晶層42に入射させると、当該入射光は垂直配向している液晶分子の長軸の方向に沿って進む。液晶分子の長軸方向には複屈折が生じないため入射光は偏光方位を変えずに進み、偏光子10と直交する吸収軸を有する偏光子10’で吸収される。これにより電圧無印加時において暗状態の表示が得られる(ノーマリブラックモード)。図2(b)に示すように、電極間に電圧が印加されると、液晶分子の長軸が基板面に平行に配向する。この状態の液晶層42に入射した直線偏光の光に対して液晶分子は複屈折性を示し、入射光の偏光状態は液晶分子の傾きに応じて変化する。所定の最大電圧印加時において液晶層を通過する光は、例えばその偏光方位が90°回転させられた直線偏光となるので、偏光子10’を透過して明状態の表示が得られる。再び電圧無印加状態にすると配向規制力により暗状態の表示に戻すことができる。また、印加電圧を変化させて液晶分子の傾きを制御して偏光子10’からの透過光強度を変化させることにより階調表示が可能となる。
液晶セルの厚み方向の位相差Rthは、好ましくは240〜400nmであり、さらに好ましくは270〜370nmであり、特に好ましくは300〜340nmである。このような範囲内の厚み方向の位相差を有する液晶セルを使用することにより、後述の光学補償層と組み合わせると、コントラストと視野角特性のバランスに優れた液晶パネルが得られる。
C.第1の光学補償層
第1の光学補償層は、屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有する。すなわち、第1の光学補償層は二軸性位相差層である。また、第1の光学補償層の面内位相差Reは、90〜300nmである。
1つの実施形態において、第1の光学補償層は、λ/4板として機能し得る。この場合、第1の光学補償層の面内位相差Reは、好ましくは90〜180nmであり、より好ましくは100〜160nm、さらに好ましくは110〜150nmである。面内位相差値を上記の範囲とすることによって、液晶セルの光学補償が適切に行われるため、コントラストと視野角特性のバランスに優れ、斜め方向のコントラスト比の高い液晶パネルを得ることができる。
1つの実施形態において、第1の光学補償層の厚み方向の位相差Rthは、好ましくは80〜190nmであり、より好ましくは80〜165nmであり、さらに好ましくは80〜160nmである。別の実施形態において、第1の光学補償層の厚み方向の位相差Rthは、好ましくは100〜390nm、より好ましくは120〜370nmであり、さらに好ましくは150〜350nmである。厚み方向の位相差値を上記の範囲とすることによって、液晶セルの光学補償が適切に行われるため、コントラストと視野角特性のバランスに優れ、斜め方向のコントラスト比の高い液晶パネルを得ることができる。
第1の光学補償層のNz係数は、好ましくは1.05を超え、より好ましくは1.1以上であり、さらに好ましくは1.15以上である。また、好ましくは2.15以下であり、より好ましくは1.9より小さく、さらに好ましくは1.8以下であり、特に好ましくは1.75以下である。Nz係数が上記範囲内にある場合、視野角特性が向上され得る。なお、Nz係数は、以下の式:Nz=(nx−nz)/(nx−ny)によって求められる。
第1の光学補償層は、任意の適切な材料で形成された層であり得る。具体的には、第1の光学補償層は、例えば、高分子フィルムまたは塗工膜であり得る。
1つの実施形態において、上記高分子フィルムは、ポリカーボネート系樹脂、ノルボルネン系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリスルホン系樹脂等の樹脂を任意の適切な成形加工法により成形したフィルムであり得る。これらの樹脂は、1種類のみを使用しても良いし、2種類以上を併用しても良い。なかでも、ポリカーボネート系樹脂またはノルボルネン系樹脂をソルベントキャスティング法、溶融押出法等により成形したフィルムが好ましく使用され得る。平滑性、光学均一性に優れた高分子フィルムを得ることができるからである。
上記ポリカーボネート系樹脂としては、好ましくは、芳香族ポリカーボネートが用いられる。芳香族ポリカーボネートは、代表的には、カーボネート前駆物質と芳香族2価フェノール化合物との反応によって得ることができる。カーボネート前駆物質の具体例としては、ホスゲン、2価フェノール類のビスクロロホーメート、ジフェニルカーボネート、ジ−p−トリルカーボネート、フェニル−p−トリルカーボネート、ジ−p−クロロフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート等が挙げられる。これらの中でも、ホスゲン、ジフェニルカーボネートが好ましい。芳香族2価フェノール化合物の具体例としては、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジプロピルフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン等が挙げられる。これらは単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。好ましくは、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンが用いられる。特に、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンと1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンとを共に使用することが好ましい。
上記ノルボルネン系樹脂は、ノルボルネン系モノマーを重合単位として重合される樹脂である。当該ノルボルネン系モノマーとしては、例えば、ノルボルネン、およびそのアルキルおよび/またはアルキリデン置換体、例えば、5−メチル−2−ノルボルネン、5−ジメチル−2−ノルボルネン、5−エチル−2−ノルボルネン、5−ブチル−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン等、これらのハロゲン等の極性基置換体;ジシクロペンタジエン、2,3−ジヒドロジシクロペンタジエン等;ジメタノオクタヒドロナフタレン、そのアルキルおよび/またはアルキリデン置換体、およびハロゲン等の極性基置換体、例えば、6−メチル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−エチル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−エチリデン−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−クロロ−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−シアノ−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−ピリジル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−メトキシカルボニル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン等;シクロペンタジエンの3〜4量体、例えば、4,9:5,8−ジメタノ−3a,4,4a,5,8,8a,9,9a−オクタヒドロ−1H−ベンゾインデン、4,11:5,10:6,9−トリメタノ−3a,4,4a,5,5a,6,9,9a,10,10a,11,11a−ドデカヒドロ−1H−シクロペンタアントラセン等が挙げられる。上記ノルボルネン系樹脂は、ノルボルネン系モノマーと他のモノマーとの共重合体であってもよい。
上記高分子フィルムは、任意の適切な添加剤をさらに含有し得る。上記添加剤としては、例えば、可塑剤、熱安定剤、光安定剤、滑剤、抗酸化剤、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、帯電防止剤、相溶化剤、架橋剤、及び増粘剤等が挙げられる。上記添加剤の含有量は、好ましくは、上記樹脂100重量部に対し、0を超え10重量部以下である。
上記高分子フィルムとしては、任意の適切な市販品を用いてもよい。
1つの実施形態において、上記塗工膜は、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエステルイミド系樹脂等の樹脂から形成され得る。これらの樹脂は、1種類のみを使用してもよいし、例えば、ポリアリールエーテルケトンとポリアミドとの混合物のように、異なる官能基を持つ2種以上の混合物として使用してもよい。なかでも、高透明性、高配向性、高延伸性であることから、ポリイミド系樹脂が好ましく使用され得る。
上記塗工膜を形成し得る樹脂の具体例としては、特開2006−317495号公報に記載のものが挙げられる。
上記塗工膜は、任意の適切な添加剤をさらに含有し得る。該添加剤およびその含有量としては、上記高分子フィルムが含有し得る添加剤およびその含有量と同様である。
上記樹脂から塗工膜を形成する方法としては、該樹脂の溶液を任意の適切な基材フィルム上に塗工し、次いで、該溶液中の溶媒を除去する方法が挙げられる。このような方法の具体例としては、特開2006−317495号公報に記載の方法が挙げられる。
代表的には、上記高分子フィルムまたは塗工膜を延伸処理することにより、上記のような光学特性(例えば、屈折率分布、面内位相差、厚み方向位相差、Nz係数)を有する第1の光学補償層が形成され得る。延伸条件は、高分子フィルムまたは塗工膜の形成材料、高分子フィルムまたは塗工膜の厚み、第1の光学補償層に所望される光学特性等に応じて適切に選択され得る。
例えば、上記高分子フィルムがノルボルネン系樹脂を含有する場合、延伸温度は好ましくは130〜170℃、より好ましくは135〜165℃である。延伸倍率は、例えば、1.1〜2.8倍、好ましくは1.2〜2.8倍、より好ましくは1.3〜2.5倍である。延伸方法としては、例えば、横一軸延伸(固定端二軸延伸)が挙げられる。第1の光学補償層が延伸された高分子フィルムである場合、第1の光学補償層の厚みは、代表的には20〜80μm、好ましくは30〜70μm、さらに好ましくは40〜60μmである。
例えば、上記塗工膜がポリイミド系樹脂を含有する場合、代表的には、上記基材フィルムと該基材フィルム上に形成された塗工膜とを一体的に延伸または収縮させる方法が使用され得る。好ましい実施形態においては、所定の温度に加熱して延伸または収縮が行われる。加熱温度(延伸温度)は、例えば130〜170℃であり、延伸倍率は、例えば1.3〜2.5倍であり、好ましくは1.5〜2.0倍である。延伸方法としては、例えば、横一軸延伸(固定端二軸延伸)が挙げられる。第1の光学補償層が延伸された塗工膜である場合、第1の光学補償層の厚みは、代表的には0.1〜10μm、好ましくは0.5〜8μm、さらに好ましくは1〜5μmである。
図1を参照すると、第1の光学補償層20は、第1の偏光子10と液晶セル40との間に配置される。第1の光学補償層を配置する方法としては、目的に応じて任意の適切な方法が採用され得る。代表的には、上記第1の光学補償層20は、その液晶セル40側に粘着剤層(図示せず)を設け、第1の光学補償層20を液晶セルに貼り付けた後、その第1の偏光子10側に粘着剤層(図示せず)を設け、第1の偏光子10を貼り付ける。あるいは、第1の偏光子10と第1の光学補償層20とを貼り合わせて積層体を形成した後、当該積層体を液晶セルに貼り付けてもよい。
D.第2の光学補償層
第2の光学補償層は、屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである。第2の光学補償層の光学特性、形成材料および形成方法等の詳細は、第1の光学補償層に関して上記C項で説明したとおりであるので省略する。好ましい実施形態において、第2の光学補償層の厚み方向の位相差Rthは、80〜190nmであり、好ましくは80〜165nmであり、より好ましくは80〜160nmである。好ましくは、第2の光学補償層は、第1の光学補償層と同一の材料で形成され、かつ、第1の光学補償層と同一の厚みを有する。
図1を参照すると、第2の光学補償層30は、第2の偏光子10’と液晶セル40との間に配置される。第2の光学補償層を配置する方法としては、第1の光学補償層を配置する方法と同様の方法が使用され得る。
E.偏光子
上記第1および第2の偏光子10および10’としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く特に好ましい。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、1〜80μm程度である。第1および第2の偏光子10および10’は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。
ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を吸着させて一軸延伸した偏光子は、例えば、ポリビニルアルコールをヨウ素の水溶液に浸漬することによって染色し、元長の3〜7倍に延伸することで作製することができる。必要に応じてホウ酸や硫酸亜鉛、塩化亜鉛等を含んでいても良いし、ヨウ化カリウムなどの水溶液に浸漬することもできる。さらに必要に応じて染色の前にポリビニルアルコール系フィルムを水に浸漬して水洗しても良い。
ポリビニルアルコール系フィルムを水洗することでポリビニルアルコール系フィルム表面の汚れやブロッキング防止剤を洗浄することができるだけでなく、ポリビニルアルコール系フィルムを膨潤させることで染色のムラなどの不均一を防止する効果もある。延伸はヨウ素で染色した後に行っても良いし、染色しながら延伸しても良いし、また延伸してからヨウ素で染色しても良い。ホウ酸やヨウ化カリウムなどの水溶液中や水浴中でも延伸することができる。
F.保護フィルム
上記保護フィルムとしては、偏光板の保護フィルムとして使用できる任意の適切なフィルムが採用され得る。このようなフィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。上記ポリマーフィルムは、例えば、前記樹脂組成物の押出成形物であり得る。TAC、ポリイミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ガラス質系ポリマーが好ましく、TACがさらに好ましい。
上記保護フィルムは、透明で、色付きが無いことが好ましい。また、偏光子と光学補償層との間に設けられる保護フィルムは、実質的に光学的に等方性を有することが好ましい。1つの実施形態においては、偏光子と光学補償層との間に設けられる保護フィルムの面内位相差は0〜10nmであり、厚み方向位相差は0〜10nmである。
上記保護フィルムの厚みとしては、任意の適切な厚みが採用され得る。具体的には、保護フィルムの厚みは、好ましくは5mm以下であり、さらに好ましくは1mm以下であり、特に好ましくは1〜500μmであり、最も好ましくは5〜150μmである。
偏光子10および10’の外側(光学補償層と反対側)に設けられる保護フィルムには、必要に応じて、ハードコート処理、反射防止処理、スティッキング防止処理、アンチグレア処理等が施され得る。
G.粘着剤層
粘着剤層を形成する粘着剤としては、任意の適切な粘着剤が採用され得る。具体例としては、溶剤型粘着剤、非水系エマルジョン型粘着剤、水系粘着剤、ホットメルト粘着剤等が挙げられる。これらの中でも、アクリル系ポリマーをベースポリマーとする溶剤型粘着剤が好ましく用いられる。
上記粘着剤層の厚みは、使用目的や接着力等に応じて適宜設定され得る。具体的には、粘着剤層の厚みは、好ましくは1μm〜100μm、より好ましくは5μm〜50μm、さらに好ましくは10μm〜30μmである。
H.接着剤層
接着剤層を形成する接着剤としては、代表的には、硬化型接着剤が挙げられる。硬化型接着剤の代表例としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、湿気硬化型接着剤、熱硬化型接着剤が挙げられる。
各層間への接着剤の塗工量は、目的に応じて適宜設定され得る。例えば、塗工量は、各層の主面に対して面積(cm)あたり、好ましくは0.3〜3ml、より好ましくは0.5〜2ml、さらに好ましくは1〜2mlである。
塗工後、必要に応じて、接着剤に含まれる溶媒は、自然乾燥や加熱乾燥によって揮発させられる。このようにして得られる接着剤層の厚みは、好ましくは0.1〜20μm、より好ましくは0.5〜15μm、さらに好ましくは1〜10μmである。
上記粘着剤または接着剤は、被着体(光学素子)の種類に応じて適切に選択され得る。
I.液晶パネルのその他の光学素子
本発明の液晶パネルは、さらに他の光学素子を備えていてもよい。このような他の光学素子としては、目的や液晶パネルの種類に応じて任意の適切な光学素子が採用され得る。具体例としては、液晶フィルム、光散乱フィルム、回折フィルム、さらに別の光学補償層(位相差フィルム)等が挙げられる。
本発明の液晶パネルにおける各光学素子は、例えば、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤による処理等によって、紫外線吸収能を付与したものであってもよい。
J.液晶表示装置
上記のように、本発明の液晶パネルは、透過型、反射型または半透過型のいずれの液晶表示装置にも好適に適用され得る。例えば、透過型液晶表示装置の場合には、本発明の液晶パネルの裏側(視認側の反対側)に、輝度向上フィルム、プリズムシート、導光板およびバックライト等が設けられる。本発明の液晶パネルを含む液晶表示装置としては、パーソナルコンピューター、液晶テレビ、携帯電話、携帯情報端末(PDA)等が挙げられる。
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。実施例における各特性の測定方法は以下の通りである。
(1)厚みの測定
実施例および比較例の光学補償層付偏光板の厚みを、(株)尾崎製作所製ダイヤルゲージを用いて測定した。
(2)コントラストの測定
実際に作製して測定した各光学補償層の光学特性パラメーターを用いて、各実施例および比較例の液晶パネルについてコンピューターシミュレーションを行った。シミュレーションには、シンテック社製、液晶表示器用シミュレーター「LCD MASTER」を用いた。
(3)面内位相差および厚み方向の位相差の測定
平行ニコル回転法を原理とする位相差計〔王子計測機器(株)製 製品名「KOBRA21−ADH」〕を用いて、23℃における波長590nmの値を測定した。
[実施例1]
(液晶セル)
ソニー(株)製 商品名:PSP(プレーステーションポータブル)に搭載されているVAモードの液晶セルを用いた。この液晶セルの厚み方向の位相差Rthは320nmであった。
(偏光板の作製)
市販のポリビニールアルコールフィルム((株)クラレ製)を、ヨウ素を含む水溶液中で染色した後、ホウ酸を含む水溶液中で速比の異なるロール間にて6倍に一軸延伸して偏光子を得た。この偏光子の両面に保護フィルムとしてトリアセチルセルロースフィルム(厚み:40μm、コニカミノルタ(株)製、商品名:KC4UYW)をポリビニルアルコール系接着剤(厚み:0.1μm)で貼り付けることにより、偏光板を得た。当該保護フィルムの面内位相差Re(550)は0.9nmであった。Re(550)は、23℃における波長550nmの光で測定したとき値を示す。
(第1の光学補償層の作製)
長尺のノルボルネン系樹脂フィルム(日本ゼオン社製、商品名:Zeonor、厚み:60μm:光弾性係数3.1×10−12/N)を150℃で1.85倍に固定端二軸延伸することによって長尺状のフィルムを作製した。得られたフィルムを上記液晶セルに対応するサイズに打ち抜いて第1の光学補償層とした。なお、得られたフィルムは屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは84nmであり、Nz係数は1.1であった。
(第2の光学補償層の作製)
第1の光学補償層と同様にして第2の光学補償層(Re:140nm、Rth:84nm、Nz係数:1.1)を得た。
(液晶パネルの作製)
上記のようにして得た偏光板と第2の光学補償層とを、アクリル系粘着剤(厚み:12μm)を介して積層することにより、積層フィルムAを作製した。ここで、第2の光学補償層の遅相軸が偏光板の偏光子の吸収軸に対して45°となるように積層した。
上記のようにして得た偏光板と第1の光学補償層とを、アクリル系粘着剤(厚み:12μm)を介して積層することにより、積層フィルムBを作製した。ここで、第1の光学補償層の遅相軸が偏光板の偏光子の吸収軸に対して45°となるように積層した。
上記PSPから取り外した液晶セルの視認側に上記積層フィルムAをアクリル系粘着剤(厚み:20μm)を介して貼り付けた。その際、第2の光学補償層が液晶セル側に配置されるようにした。次に、液晶セルのバックライト側には、上記積層フィルムBをアクリル系粘着剤(厚み:20μm)を介して貼り付けた。その際、第1の光学補償層が液晶セル側に配置されるようにした。また、積層フィルムAの偏光子の吸収軸と積層フィルムBの偏光子の吸収軸とが互いに実質的に直交するように積層した。具体的には、バックライト側の偏光子の吸収軸を基準(0°)にして反時計回りに第1の光学補償層の遅相軸が45°、第2の光学補償層の遅相軸が135°、視認側の偏光子の吸収軸が90°に配置されるように積層した。このようにして液晶パネルを得た。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図3に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、−152nmであった。
[実施例2]
第1および2の光学補償層を作製する際に、フィルムの延伸倍率を1.75倍にしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶パネルを作製した。第1および2の光学補償層は屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは91nmであり、Nz係数は1.15であった。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図4に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、−138nmであった。
[実施例3]
第1および2の光学補償層を作製する際に、フィルムの延伸倍率を1.5倍にしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶パネルを作製した。第1および2の光学補償層は屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは112nmであり、Nz係数は1.3であった。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図5に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、−96nmであった。
[実施例4]
第1および2の光学補償層を作製する際に、フィルムの延伸倍率を1.3倍にしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶パネルを作製した。第1および2の光学補償層は屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは140nmであり、Nz係数は1.5であった。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図6に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、−40nmであった。
[実施例5]
第1および2の光学補償層を作製する際に、フィルムの延伸倍率を1.15倍にしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶パネルを作製した。第1および2の光学補償層は屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは182nmであり、Nz係数は1.8であった。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図7に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、44nmであった。
[比較例1]
第1および2の光学補償層を作製する際に、フィルムの延伸倍率を2倍にしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶パネルを作製した。第1および2の光学補償層は屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは77nmであり、Nz係数は1.05であった。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図8に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、−166nmであった。
[比較例2]
第1および2の光学補償層を作製する際に、フィルムの延伸倍率を1.05倍にしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶パネルを作製した。第1および2の光学補償層は屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは196nmであり、Nz係数は1.9であった。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図9に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、72nmであった。
[比較例3]
第1および2の光学補償層を作製する際に、フィルムの延伸倍率を1.02倍にしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶パネルを作製した。第1および2の光学補償層は屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、その面内位相差Reは140nmであり、厚み方向位相差Rthは210nmであり、Nz係数は2.0であった。
得られた液晶パネルを用いた液晶表示装置のコントラストの視野角依存性についてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図10に示す。なお、当該液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜2と、液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差は、100nmであった。
上記図3〜10はコントラスト等高線図である。図3〜6および8〜10中の等高線は中心から順に、100、50、30、20、10であり、図7中の等高線は、中心から順に50、40、30、20、10である。図3〜10に示されるとおり、液晶パネルにおける全ての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとの差が所定の範囲にある場合、得られる液晶パネルは、コントラストと視野角特性のバランスが顕著に優れたものである。
本発明の液晶パネルおよび液晶表示装置は、パーソナルコンピューター、液晶テレビ、携帯電話、携帯情報端末(PDA)等に好適に適用され得る。
本発明の好ましい実施形態による液晶パネルの概略断面図である。 VAモードの液晶セルにおける液晶層の液晶分子の配向状態を説明する概略断面図である。 実施例1で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。 実施例2で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。 実施例3で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。 実施例4で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。 実施例5で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。 比較例1で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。 比較例2で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。 比較例3で作製した液晶パネルのコントラストの視野角依存性についてのコンピューターシミュレーションの結果である。
符号の説明
100 液晶パネル
10 第1の偏光子
20 第1の光学補償層
30 第2の光学補償層
40 液晶セル
10’ 第2の偏光子
41、41’ 基板
42 液晶層

Claims (4)

  1. 第1の偏光子と、
    屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである第1の光学補償層と、
    液晶セルと、
    屈折率楕円体がnx>ny>nzの関係を有し、面内位相差Reが90〜300nmである第2の光学補償層と、
    第2の偏光子と
    を視認側に向かってこの順に有し、
    すべての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとが下記式(1)を満足する、液晶パネル:
    −160nm<(ΣRth1〜n−Rth)<50nm ・・・(1)。
  2. すべての光学補償層の厚み方向位相差の合計ΣRth1〜nと液晶セルの厚み方向の位相差Rthとが下記式(2)を満足する、請求項1に記載の液晶パネル:
    −160nm<(ΣRth1〜n−Rth)<20nm ・・・(2)。
  3. 前記液晶セルがVAモードである、請求項1または2に記載の液晶パネル。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載の液晶パネルを含む、液晶表示装置。
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