JP3957257B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、クロスニコルに配置した偏光板間の光遮断を広範囲な方位角で達成した、視野角やコントラストに優れる良表示品位の垂直配向型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クロスニコルに配置した偏光板間において法線（正面）方向では透過軸と吸収軸が正常に機能して光の遮断が達成される場合においても、光軸に交差するズレ方位で視認すると光漏れが生じその視認の斜視角度を大きくするほど漏れ光が徐々に強くなる問題点があった。かかる問題は、偏光板を液晶セルの両側に偏光子と検光子の関係で機能するように配置して液晶表示装置を形成した場合に、光軸からズレた方位で斜視すると光漏れにより表示が低コントラスト化して表示品位が低下する難点として表出する。
【０００３】
従って、液晶分子がセル基板に対し水平配向し透過時の複屈折で光漏れを生じて表示品位が低下しやすいＴＮ型液晶セル等に対し、液晶分子がセル基板に対し略垂直に配向して光が偏光面の変化を殆ど生じずに透過するため、セルの両側に偏光板をクロスニコルに配置することで外部電圧無印加の非駆動時にセル基板に垂直な表示パネルの正面（法線）方向において光遮断が達成され良好な黒表示が形成されやすい垂直配向型（ＶＡ）の液晶セルにあって、仮に特開昭６２−２１０４２３号公報が教示するｎx＝ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示す位相差板で斜視による液晶セルの複屈折を補償したとしても、前記した偏光板に基づく問題のため偏光板の光軸からズレた方位で斜視すると光漏れを生じてコントラストが低下する問題点があった。
【０００４】
【発明の技術的課題】
本発明は、クロスニコルに配置した偏光板間における光軸からズレた方位で斜視しても光漏れを抑制しうる部材を開発して、広範囲な視野角でコントラストに優れ表示品位の良好な垂直配向型の液晶表示装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題の解決手段】
本発明は、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、Ｘ軸が面内の最大屈折率方向で、Ｎz＝（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）、フィルム厚がｄ、｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝と層厚の積が厚さ方向位相差であるとして、Ｎzが０．６〜０．９であり、かつ（ｎx−ｎy）ｄが２００〜３５０nmである位相差フィルムの片面に、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し厚さが１０μm以下の透明層を有する光学シートの透明層を有しない側にその位相差フィルムのＸ軸方向と吸収軸が平行な偏光フィルムを有する偏光板を垂直配向型液晶セルの両側に前記透明層をセル側として有し、かつセル両側の前記偏光板がクロスニコルに配置されてなると共に、前記セル両側の透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００６】
また本発明は、垂直配向型液晶セルとその両側に前記光学シートと共にクロスニコルに配置された当該偏光板と前記の液晶セルと偏光板の間の一方又は両方に配置された位相差板を有してなり、その位相差板がｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し、かつ前記液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値と前記位相差板の厚さ方向位相差の絶対値との和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、前記の光学シートを透明保護層等に用いて偏光板を形成し、その偏光板を垂直配向型の液晶セルの両側にクロスニコルに配置することで斜視による液晶セルの複屈折を補償しつつ、偏光板の光軸方向では従来と同様に光を遮断し、光軸からズレた方位でも光漏れを抑制して広範囲な視野角でコントラストに優れ表示品位の良好な垂直配向型の液晶表示装置を形成することができる。また前記の光学シートは、偏光フィルムの透明保護層として用いることができて偏光板、ひいては液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施形態】
本発明による液晶表示装置は、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、Ｘ軸が面内の最大屈折率方向で、Ｎz＝（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）、フィルム厚がｄ、｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝と層厚の積が厚さ方向位相差であるとして、Ｎzが０．６〜０．９であり、かつ（ｎx−ｎy）ｄが２００〜３５０nmである位相差フィルムの片面に、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し厚さが１０μm以下の透明層を有する光学シートの透明層を有しない側にその位相差フィルムのＸ軸方向と吸収軸が平行な偏光フィルムを有する偏光板を垂直配向型液晶セルの両側に前記透明層をセル側として有し、かつセル両側の前記偏光板がクロスニコルに配置されてなると共に、前記セル両側の透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和、又はその絶対値とｎ x ≒ｎ y ＞ｎ z の屈折率異方性を示す必要に応じての位相差板の厚さ方向位相差の絶対値との和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であるものからなる。
【０００９】
前記光学シートの例を図１に示した。１がそれであり、１１、１３が位相差フィルム、１２、１４が透明層である。なお図は、液晶表示装置としたものを示しており、２が偏光フィルムで２１はその透明保護層、３が垂直配向型の液晶セル、４が位相差板である。セル両側の透明層１２、１４は、それらの厚さ方向位相差の絶対値の和、又はその絶対値と必要に応じての位相差板の厚さ方向位相差の絶対値との和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍となる組合せとされている。
【００１０】
位相差フィルムとしては、フィルム厚をｄ、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、Ｘ軸を面内の最大屈折率方向として式：（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）で定義されるＮzが０．６〜０．９、好ましくは０．７〜０．８であり、かつ式：（ｎx−ｎy）ｄに基づく位相差が２００〜３５０nm、好ましくは２３０〜３００nm、更に好ましくは２５０〜２８０nmのものが用いられる。
【００１１】
位相差フィルムを形成する高分子は、適宜なものであってよく、特に限定はない。ちなみにその例としてはポリカーボネートやポリアリレート、ポリスルホンやポリプロピレン等のポリオレフィン、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、ノルボルネン系ポリマーやアクリル系ポリマー、スチレン系ポリマーやセルロース系ポリマー、それらポリマーの２種又は３種以上を混合したポリマーなどがあげられる。
【００１２】
前記した特性を有する位相差フィルムは、例えば高分子フィルムを一軸や二軸等の適宜な方式で延伸処理してなる延伸フィルムなどとして得ることができる。ポリマー種や延伸条件等の変更で位相差等の光学特性を制御でき、光透過率に優れて配向ムラや位相差ムラの少ないものが好ましい。また位相差フィルムは、高分子フィルムに熱収縮性フィルムを接着し加熱によるその熱収縮性フィルムの収縮力の作用下に厚さ方向の屈折率を制御したものであってもよく、さらに２層以上の位相差層を重畳して光学特性を制御したものなどであってもよい。
【００１３】
位相差フィルムの片面に設ける透明層は、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し厚さが１０μm以下のものである。ｎx≒ｎyは、透明層の｜ｎx−ｎy｜と厚さの積による位相差に基づいて１０nm以下の範囲でのバラツキを許容することを意味し、従ってｎx＝ｎyの場合も含まれる。
【００１４】
透明層の厚さを１０μm以下とすることより、光学シートの薄型化を達成でき偏光フィルムの透明保護層として用いうるものとすることができる。透明層は、前記の屈折率異方性を示す適宜な材料かつ方式にて形成することができる。柔軟な薄層を容易に形成する点などよりは有機材料を用いたコーティング方式が好ましい。そのコーティングにはグラビア方式やダイ方式、ディッピング方式などの適宜な方式を採ることができ、別のフィルムに設けたコーティング液層又はコーティング膜を転写する方式なども採りうる。
【００１５】
また前記の薄膜性を満足させつつ、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を容易に達成する点より透明層の形成に好ましく用いうる材料は、例えばコレステリック液晶ポリマーやカイラル剤配合のネマチック液晶ポリマー、光や熱等による重合処理で斯かる液晶ポリマーを形成する化合物などからなるコレステリック液晶層を形成しうるものである。就中、明るい表示を実現する点より好ましく用いうるコレステリック液晶層を形成しうる材料は、可視光域で選択反射特性を示さないものである。
【００１６】
すなわちコレステリック液晶層は、その螺旋配向状態に基づいて平均屈折率をｎc、螺旋ピッチをＰとしたとき、螺旋軸に平行に入射した波長ｎcＰの光を中心波長としてその近傍の波長光の一部を左右一方の円偏光として選択的に反射する特性を示す。従ってその選択反射光域が可視光域に現れると表示に利用できる光が減少して不利となる。コレステリック液晶層の形成に際してはラビング処理等による配向膜、電場や磁場等の印加による配向処理などの適宜な配向処理方式を適用することができる。
【００１７】
なお透明層の厚さは、０．１μm以上、就中０．５μm以上、特に１μm以上が一般的である。また透明層のｎx≒ｎy＞ｎzによる屈折率異方性は、ｎzがｎxとｎyよりも小さいことを意味するが、その屈折率差については特に限定はなく補償対象の垂直配向型液晶セルによる複屈折特性などに応じて適宜に決定することができる。
【００１８】
本発明における光学シートは、従来の偏光板と積層しても上記した光漏れ防止の効果を奏しうるが、薄型化や柔軟性による取扱性などの点より好ましい偏光板は図例の如く、斯かる光学シート１を透明保護層として偏光フィルム２の片面に積層したものである。特に垂直配向型液晶セルの補償効果の高度化の点より図例の如く、光学シート１の透明層１２、１４を有しない側にその位相差フィルム１１、１３のＸ軸方向（面内の最大屈折率方向）と吸収軸が可及的に平行となるように偏光フィルムを積層したものである。
【００１９】
偏光フィルムとしては、例えばポリビニルアルコールや部分ホルマール化ポリビニルアルコール、エチレン・酢酸ビニル共重合体部分ケン化物の如き親水性ポリマーからなるフィルムにヨウ素及び／又はアゾ系やアントラキノン系、テトラジン系等の二色性染料などからなる二色性物質を吸着させて延伸配向処理したものなどの従来に準じた適宜なものを用いることができ、特に限定はない。
【００２０】
光学シートと偏光フィルムは、分離状態にあってもよいが光学軸のズレ防止やゴミ等の異物の侵入防止などの点より固着処理されていることが好ましい。その固着積層には例えば透明接着層を介した接着方式などの適宜な方式を適用することができる。その接着剤等の種類について特に限定はなく、構成部材の光学特性の変化防止などの点より接着処理時の硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが望ましい。斯かる点よりは親水性ポリマー系接着剤や粘着層が好ましく用いうる。
【００２１】
ちなみに前記粘着層の形成には、例えばアクリル系重合体やシリコーン系ポリマー、ポリエステルやポリウレタン、ポリエーテルや合成ゴムなどの適宜なポリマーを用いてなる透明粘着剤を用いることができる。就中、光学的透明性や粘着特性、耐候性などの点よりアクリル系粘着剤が好ましい。なお粘着層は、液晶セル等の被着体への接着を目的に偏光板の片面又は両面に必要に応じて設けることもできる。その場合、粘着層が表面に露出するときにはそれを実用に供するまでの間、セパレータ等を仮着して粘着層表面の汚染等を防止することが好ましい。
【００２２】
前記の偏光板において偏光フィルムの光学シートを有しない側が露出する場合には、補強、耐熱性や耐湿性の向上等を目的にその面に透明保護層を設けることもできる。その透明保護層は、トリアセチルセルロース等の適宜な樹脂の塗布層や樹脂フィルムのラミネート層などとして従来に準じて形成でき、拡散化や粗面化用等の微粒子を含有していてもよい。
【００２３】
偏光板は、その片側又は両側に上記の透明保護層に準じた耐水性等の各種目的の保護層や表面反射の防止等を目的とした反射防止層又は／及び防眩処理層などの適宜な機能層を有するものとして形成することもできる。その反射防止層は、例えばフッ素系ポリマーのコート層や多層金属蒸着膜等の光干渉性の膜などとして適宜に形成することができる。また防眩処理層も例えば微粒子含有の樹脂塗工層やエンボス加工、サンドブラスト加工やエッチング加工等の適宜な方式で表面に微細凹凸構造を付与するなどにより表面反射光が拡散する適宜な方式で形成することができる。
【００２４】
なお前記の微粒子には、例えば平均粒径が０．５〜２０μmのシリカや酸化カルシウム、アルミナやチタニア、ジルコニアや酸化錫、酸化インジウムや酸化カドミウム、酸化アンチモン等の導電性のこともある無機系微粒子や、ポリメチルメタクリレートやポリウレタの如き適宜なポリマーからなる架橋又は未架橋の有機系微粒子などの適宜なものを１種又は２種以上用いうる。
【００２５】
本発明における光学シートや偏光板は、垂直配向型液晶表示装置の形成に用いられ、液晶セルの両側に配置される。特に光学シートの透明層を有しない側にその位相差フィルムの面内最大屈折率方向と吸収軸が可及的に平行となるように偏光フィルムを積層した偏光板が垂直配向型液晶セルの光学補償に好ましく用いうる。斯かる液晶表示装置は図例の如く、垂直配向型液晶セル３の両側に当該偏光板をその透明層１２、１４をセル側としてクロスニコルに配置することにより形成することができる。
【００２６】
前記において高度な補償による広視野角を達成する点より光学シート又はそれを具備する偏光板は、液晶セルの両側に配置した光学シート又はそれを具備する偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍、就中０．７〜１．０倍となる組合せとされる。
【００２７】
前記において透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和が所定の倍率に満たない場合などには、必要に応じ図例の如く位相差板４を垂直配向型液晶セル３と偏光板２の間に配置して、液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値と当該位相差板４の厚さ方向位相差の絶対値との和が前記した液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍、好ましくは０．７〜１．０倍となるように調節することもできる。
【００２８】
前記の場合、位相差板の配置位置は前記液晶セルの両側にクロスニコルに配置された偏光板と液晶セルの間の一方であってもよいし、両方であってもよい。両方に配置する場合には、その両方の位相差板による厚さ方向位相差の絶対値を合計した状態で前記した倍率が成就されるように調節することが好ましい。
【００２９】
前記した位相差板は、光学シートの透明層に基づく厚さ方向位相差の上記した倍率の過不足、一般には不足分を補って修正するためのものであるから、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示すものが用いられる。そのｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性は、上記した透明層の場合に準じ得る。また斯かる特性の位相差板は、上記した位相差フィルムに準じた方法などにより得ることができる。なお用いる位相差板は、位相差層を２層以上積層して光学特性を調節したものなどであってもよい。
【００３０】
本発明においては上記した厚さ方向位相差を満足する透明層の組合せとした光学シートと偏光板、又はその組合せとなる光学シート具備の偏光板を垂直配向型液晶セルの両側にクロスニコルに配置する点を除いて特に限定はなく、従来に準じて液晶表示装置を形成することができる。従って液晶セルの駆動方式等については特に限定はない。また液晶表示装置の形成に際しては必要に応じ、位相差板や光拡散板、バックライトや集光シート、反射板等などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。
【００３１】
【実施例】
実施例１
ポリカーボネートの延伸フィルムからなるＮzが０．７５で、（ｎx−ｎy）ｄが２６０nmの位相差フィルムの片面にラビング配向膜を形成し、その上にコレステリック液晶（大日本インキ社製、ＣＢ−１５）を塗布し乾燥させてｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示す厚さ５μmのコーティング膜からなる透明層を形成して光学シートを得た。
【００３２】
ポリビニルアルコールフィルム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周速の異なるロール間にて一軸延伸して得た偏光フィルムの片面にポリビニルアルコール系接着剤を介し前記光学シートの延伸フィルム露出側を接着し、偏光フィルムの他面にトリアセチルセルロースフィルムをポリビニルアルコール系接着剤を介し接着して偏光板を得た。光学シートはその延伸フィルムの面内最大屈折率方向（ｎx）が偏光フィルムの吸収軸と平行となるように積層した。
【００３３】
前記の偏光板を垂直配向型液晶セルの両側に光学シート側をセル側としてクロスニコルに配置して液晶表示装置を形成した。この場合、液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和は、液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．８倍であった。得られた液晶表示装置について、クロスニコルに配置の偏光板の光軸に対し４５度ズレた方位において法線に対し７０度の傾斜角により斜視した場合のコントラスト比を測定したところ（以下同じ）、Ｃ／Ｒ＝１２であった。
【００３４】
実施例２
コーティング膜からなる透明層の厚さを２μmとしたほかは実施例１に準じて光学シートと偏光板を得、それを用いて液晶表示装置を形成した。この場合、液晶セルと視認側の偏光板の間にポリカーボネートの延伸フィルムからなりｎx＝ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し、かつ厚さ方向位相差の絶対値が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値に対して０．４８倍となる位相差板を介在させて、その位相差板による厚さ方向位相差の絶対値と液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値との和が、液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．８倍となるように制御した。得られた液晶表示装置の所定斜視方向のコントラスト比はＣ／Ｒ＝１２であった。
【００３５】
比較例１
光学シートに代えてトリアセチルセルロースフィルムを用いたほかは実施例１に準じ偏光板を得、それを用いて液晶表示装置を形成した。その所定斜視方向のコントラスト比はＣ／Ｒ＝２であった。
【００３６】
比較例２
ポリカーボネートの延伸フィルムからなりｎx＝ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し、かつ厚さ方向位相差の絶対値が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値に対して０．８倍となる位相差フィルムを視認側の偏光板と液晶セルの間に介在させて補償タイプとしたほかは比較例１に準じ液晶表示装置を形成した。その所定斜視方向のコントラスト比はＣ／Ｒ＝６であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の断面図
【符号の説明】
１：光学シート（１１、１３：位相差フィルム １２、１４：透明層）
２：偏光フィルム（２１：透明保護層）
３：液晶セル
４：位相差板
【発明の技術分野】
本発明は、クロスニコルに配置した偏光板間の光遮断を広範囲な方位角で達成した、視野角やコントラストに優れる良表示品位の垂直配向型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クロスニコルに配置した偏光板間において法線（正面）方向では透過軸と吸収軸が正常に機能して光の遮断が達成される場合においても、光軸に交差するズレ方位で視認すると光漏れが生じその視認の斜視角度を大きくするほど漏れ光が徐々に強くなる問題点があった。かかる問題は、偏光板を液晶セルの両側に偏光子と検光子の関係で機能するように配置して液晶表示装置を形成した場合に、光軸からズレた方位で斜視すると光漏れにより表示が低コントラスト化して表示品位が低下する難点として表出する。
【０００３】
従って、液晶分子がセル基板に対し水平配向し透過時の複屈折で光漏れを生じて表示品位が低下しやすいＴＮ型液晶セル等に対し、液晶分子がセル基板に対し略垂直に配向して光が偏光面の変化を殆ど生じずに透過するため、セルの両側に偏光板をクロスニコルに配置することで外部電圧無印加の非駆動時にセル基板に垂直な表示パネルの正面（法線）方向において光遮断が達成され良好な黒表示が形成されやすい垂直配向型（ＶＡ）の液晶セルにあって、仮に特開昭６２−２１０４２３号公報が教示するｎx＝ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示す位相差板で斜視による液晶セルの複屈折を補償したとしても、前記した偏光板に基づく問題のため偏光板の光軸からズレた方位で斜視すると光漏れを生じてコントラストが低下する問題点があった。
【０００４】
【発明の技術的課題】
本発明は、クロスニコルに配置した偏光板間における光軸からズレた方位で斜視しても光漏れを抑制しうる部材を開発して、広範囲な視野角でコントラストに優れ表示品位の良好な垂直配向型の液晶表示装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題の解決手段】
本発明は、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、Ｘ軸が面内の最大屈折率方向で、Ｎz＝（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）、フィルム厚がｄ、｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝と層厚の積が厚さ方向位相差であるとして、Ｎzが０．６〜０．９であり、かつ（ｎx−ｎy）ｄが２００〜３５０nmである位相差フィルムの片面に、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し厚さが１０μm以下の透明層を有する光学シートの透明層を有しない側にその位相差フィルムのＸ軸方向と吸収軸が平行な偏光フィルムを有する偏光板を垂直配向型液晶セルの両側に前記透明層をセル側として有し、かつセル両側の前記偏光板がクロスニコルに配置されてなると共に、前記セル両側の透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００６】
また本発明は、垂直配向型液晶セルとその両側に前記光学シートと共にクロスニコルに配置された当該偏光板と前記の液晶セルと偏光板の間の一方又は両方に配置された位相差板を有してなり、その位相差板がｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し、かつ前記液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値と前記位相差板の厚さ方向位相差の絶対値との和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、前記の光学シートを透明保護層等に用いて偏光板を形成し、その偏光板を垂直配向型の液晶セルの両側にクロスニコルに配置することで斜視による液晶セルの複屈折を補償しつつ、偏光板の光軸方向では従来と同様に光を遮断し、光軸からズレた方位でも光漏れを抑制して広範囲な視野角でコントラストに優れ表示品位の良好な垂直配向型の液晶表示装置を形成することができる。また前記の光学シートは、偏光フィルムの透明保護層として用いることができて偏光板、ひいては液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施形態】
本発明による液晶表示装置は、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、Ｘ軸が面内の最大屈折率方向で、Ｎz＝（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）、フィルム厚がｄ、｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝と層厚の積が厚さ方向位相差であるとして、Ｎzが０．６〜０．９であり、かつ（ｎx−ｎy）ｄが２００〜３５０nmである位相差フィルムの片面に、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し厚さが１０μm以下の透明層を有する光学シートの透明層を有しない側にその位相差フィルムのＸ軸方向と吸収軸が平行な偏光フィルムを有する偏光板を垂直配向型液晶セルの両側に前記透明層をセル側として有し、かつセル両側の前記偏光板がクロスニコルに配置されてなると共に、前記セル両側の透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和、又はその絶対値とｎ x ≒ｎ y ＞ｎ z の屈折率異方性を示す必要に応じての位相差板の厚さ方向位相差の絶対値との和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であるものからなる。
【０００９】
前記光学シートの例を図１に示した。１がそれであり、１１、１３が位相差フィルム、１２、１４が透明層である。なお図は、液晶表示装置としたものを示しており、２が偏光フィルムで２１はその透明保護層、３が垂直配向型の液晶セル、４が位相差板である。セル両側の透明層１２、１４は、それらの厚さ方向位相差の絶対値の和、又はその絶対値と必要に応じての位相差板の厚さ方向位相差の絶対値との和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍となる組合せとされている。
【００１０】
位相差フィルムとしては、フィルム厚をｄ、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、Ｘ軸を面内の最大屈折率方向として式：（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）で定義されるＮzが０．６〜０．９、好ましくは０．７〜０．８であり、かつ式：（ｎx−ｎy）ｄに基づく位相差が２００〜３５０nm、好ましくは２３０〜３００nm、更に好ましくは２５０〜２８０nmのものが用いられる。
【００１１】
位相差フィルムを形成する高分子は、適宜なものであってよく、特に限定はない。ちなみにその例としてはポリカーボネートやポリアリレート、ポリスルホンやポリプロピレン等のポリオレフィン、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、ノルボルネン系ポリマーやアクリル系ポリマー、スチレン系ポリマーやセルロース系ポリマー、それらポリマーの２種又は３種以上を混合したポリマーなどがあげられる。
【００１２】
前記した特性を有する位相差フィルムは、例えば高分子フィルムを一軸や二軸等の適宜な方式で延伸処理してなる延伸フィルムなどとして得ることができる。ポリマー種や延伸条件等の変更で位相差等の光学特性を制御でき、光透過率に優れて配向ムラや位相差ムラの少ないものが好ましい。また位相差フィルムは、高分子フィルムに熱収縮性フィルムを接着し加熱によるその熱収縮性フィルムの収縮力の作用下に厚さ方向の屈折率を制御したものであってもよく、さらに２層以上の位相差層を重畳して光学特性を制御したものなどであってもよい。
【００１３】
位相差フィルムの片面に設ける透明層は、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し厚さが１０μm以下のものである。ｎx≒ｎyは、透明層の｜ｎx−ｎy｜と厚さの積による位相差に基づいて１０nm以下の範囲でのバラツキを許容することを意味し、従ってｎx＝ｎyの場合も含まれる。
【００１４】
透明層の厚さを１０μm以下とすることより、光学シートの薄型化を達成でき偏光フィルムの透明保護層として用いうるものとすることができる。透明層は、前記の屈折率異方性を示す適宜な材料かつ方式にて形成することができる。柔軟な薄層を容易に形成する点などよりは有機材料を用いたコーティング方式が好ましい。そのコーティングにはグラビア方式やダイ方式、ディッピング方式などの適宜な方式を採ることができ、別のフィルムに設けたコーティング液層又はコーティング膜を転写する方式なども採りうる。
【００１５】
また前記の薄膜性を満足させつつ、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を容易に達成する点より透明層の形成に好ましく用いうる材料は、例えばコレステリック液晶ポリマーやカイラル剤配合のネマチック液晶ポリマー、光や熱等による重合処理で斯かる液晶ポリマーを形成する化合物などからなるコレステリック液晶層を形成しうるものである。就中、明るい表示を実現する点より好ましく用いうるコレステリック液晶層を形成しうる材料は、可視光域で選択反射特性を示さないものである。
【００１６】
すなわちコレステリック液晶層は、その螺旋配向状態に基づいて平均屈折率をｎc、螺旋ピッチをＰとしたとき、螺旋軸に平行に入射した波長ｎcＰの光を中心波長としてその近傍の波長光の一部を左右一方の円偏光として選択的に反射する特性を示す。従ってその選択反射光域が可視光域に現れると表示に利用できる光が減少して不利となる。コレステリック液晶層の形成に際してはラビング処理等による配向膜、電場や磁場等の印加による配向処理などの適宜な配向処理方式を適用することができる。
【００１７】
なお透明層の厚さは、０．１μm以上、就中０．５μm以上、特に１μm以上が一般的である。また透明層のｎx≒ｎy＞ｎzによる屈折率異方性は、ｎzがｎxとｎyよりも小さいことを意味するが、その屈折率差については特に限定はなく補償対象の垂直配向型液晶セルによる複屈折特性などに応じて適宜に決定することができる。
【００１８】
本発明における光学シートは、従来の偏光板と積層しても上記した光漏れ防止の効果を奏しうるが、薄型化や柔軟性による取扱性などの点より好ましい偏光板は図例の如く、斯かる光学シート１を透明保護層として偏光フィルム２の片面に積層したものである。特に垂直配向型液晶セルの補償効果の高度化の点より図例の如く、光学シート１の透明層１２、１４を有しない側にその位相差フィルム１１、１３のＸ軸方向（面内の最大屈折率方向）と吸収軸が可及的に平行となるように偏光フィルムを積層したものである。
【００１９】
偏光フィルムとしては、例えばポリビニルアルコールや部分ホルマール化ポリビニルアルコール、エチレン・酢酸ビニル共重合体部分ケン化物の如き親水性ポリマーからなるフィルムにヨウ素及び／又はアゾ系やアントラキノン系、テトラジン系等の二色性染料などからなる二色性物質を吸着させて延伸配向処理したものなどの従来に準じた適宜なものを用いることができ、特に限定はない。
【００２０】
光学シートと偏光フィルムは、分離状態にあってもよいが光学軸のズレ防止やゴミ等の異物の侵入防止などの点より固着処理されていることが好ましい。その固着積層には例えば透明接着層を介した接着方式などの適宜な方式を適用することができる。その接着剤等の種類について特に限定はなく、構成部材の光学特性の変化防止などの点より接着処理時の硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないものが望ましい。斯かる点よりは親水性ポリマー系接着剤や粘着層が好ましく用いうる。
【００２１】
ちなみに前記粘着層の形成には、例えばアクリル系重合体やシリコーン系ポリマー、ポリエステルやポリウレタン、ポリエーテルや合成ゴムなどの適宜なポリマーを用いてなる透明粘着剤を用いることができる。就中、光学的透明性や粘着特性、耐候性などの点よりアクリル系粘着剤が好ましい。なお粘着層は、液晶セル等の被着体への接着を目的に偏光板の片面又は両面に必要に応じて設けることもできる。その場合、粘着層が表面に露出するときにはそれを実用に供するまでの間、セパレータ等を仮着して粘着層表面の汚染等を防止することが好ましい。
【００２２】
前記の偏光板において偏光フィルムの光学シートを有しない側が露出する場合には、補強、耐熱性や耐湿性の向上等を目的にその面に透明保護層を設けることもできる。その透明保護層は、トリアセチルセルロース等の適宜な樹脂の塗布層や樹脂フィルムのラミネート層などとして従来に準じて形成でき、拡散化や粗面化用等の微粒子を含有していてもよい。
【００２３】
偏光板は、その片側又は両側に上記の透明保護層に準じた耐水性等の各種目的の保護層や表面反射の防止等を目的とした反射防止層又は／及び防眩処理層などの適宜な機能層を有するものとして形成することもできる。その反射防止層は、例えばフッ素系ポリマーのコート層や多層金属蒸着膜等の光干渉性の膜などとして適宜に形成することができる。また防眩処理層も例えば微粒子含有の樹脂塗工層やエンボス加工、サンドブラスト加工やエッチング加工等の適宜な方式で表面に微細凹凸構造を付与するなどにより表面反射光が拡散する適宜な方式で形成することができる。
【００２４】
なお前記の微粒子には、例えば平均粒径が０．５〜２０μmのシリカや酸化カルシウム、アルミナやチタニア、ジルコニアや酸化錫、酸化インジウムや酸化カドミウム、酸化アンチモン等の導電性のこともある無機系微粒子や、ポリメチルメタクリレートやポリウレタの如き適宜なポリマーからなる架橋又は未架橋の有機系微粒子などの適宜なものを１種又は２種以上用いうる。
【００２５】
本発明における光学シートや偏光板は、垂直配向型液晶表示装置の形成に用いられ、液晶セルの両側に配置される。特に光学シートの透明層を有しない側にその位相差フィルムの面内最大屈折率方向と吸収軸が可及的に平行となるように偏光フィルムを積層した偏光板が垂直配向型液晶セルの光学補償に好ましく用いうる。斯かる液晶表示装置は図例の如く、垂直配向型液晶セル３の両側に当該偏光板をその透明層１２、１４をセル側としてクロスニコルに配置することにより形成することができる。
【００２６】
前記において高度な補償による広視野角を達成する点より光学シート又はそれを具備する偏光板は、液晶セルの両側に配置した光学シート又はそれを具備する偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍、就中０．７〜１．０倍となる組合せとされる。
【００２７】
前記において透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和が所定の倍率に満たない場合などには、必要に応じ図例の如く位相差板４を垂直配向型液晶セル３と偏光板２の間に配置して、液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値と当該位相差板４の厚さ方向位相差の絶対値との和が前記した液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍、好ましくは０．７〜１．０倍となるように調節することもできる。
【００２８】
前記の場合、位相差板の配置位置は前記液晶セルの両側にクロスニコルに配置された偏光板と液晶セルの間の一方であってもよいし、両方であってもよい。両方に配置する場合には、その両方の位相差板による厚さ方向位相差の絶対値を合計した状態で前記した倍率が成就されるように調節することが好ましい。
【００２９】
前記した位相差板は、光学シートの透明層に基づく厚さ方向位相差の上記した倍率の過不足、一般には不足分を補って修正するためのものであるから、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示すものが用いられる。そのｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性は、上記した透明層の場合に準じ得る。また斯かる特性の位相差板は、上記した位相差フィルムに準じた方法などにより得ることができる。なお用いる位相差板は、位相差層を２層以上積層して光学特性を調節したものなどであってもよい。
【００３０】
本発明においては上記した厚さ方向位相差を満足する透明層の組合せとした光学シートと偏光板、又はその組合せとなる光学シート具備の偏光板を垂直配向型液晶セルの両側にクロスニコルに配置する点を除いて特に限定はなく、従来に準じて液晶表示装置を形成することができる。従って液晶セルの駆動方式等については特に限定はない。また液晶表示装置の形成に際しては必要に応じ、位相差板や光拡散板、バックライトや集光シート、反射板等などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。
【００３１】
【実施例】
実施例１
ポリカーボネートの延伸フィルムからなるＮzが０．７５で、（ｎx−ｎy）ｄが２６０nmの位相差フィルムの片面にラビング配向膜を形成し、その上にコレステリック液晶（大日本インキ社製、ＣＢ−１５）を塗布し乾燥させてｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示す厚さ５μmのコーティング膜からなる透明層を形成して光学シートを得た。
【００３２】
ポリビニルアルコールフィルム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周速の異なるロール間にて一軸延伸して得た偏光フィルムの片面にポリビニルアルコール系接着剤を介し前記光学シートの延伸フィルム露出側を接着し、偏光フィルムの他面にトリアセチルセルロースフィルムをポリビニルアルコール系接着剤を介し接着して偏光板を得た。光学シートはその延伸フィルムの面内最大屈折率方向（ｎx）が偏光フィルムの吸収軸と平行となるように積層した。
【００３３】
前記の偏光板を垂直配向型液晶セルの両側に光学シート側をセル側としてクロスニコルに配置して液晶表示装置を形成した。この場合、液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和は、液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．８倍であった。得られた液晶表示装置について、クロスニコルに配置の偏光板の光軸に対し４５度ズレた方位において法線に対し７０度の傾斜角により斜視した場合のコントラスト比を測定したところ（以下同じ）、Ｃ／Ｒ＝１２であった。
【００３４】
実施例２
コーティング膜からなる透明層の厚さを２μmとしたほかは実施例１に準じて光学シートと偏光板を得、それを用いて液晶表示装置を形成した。この場合、液晶セルと視認側の偏光板の間にポリカーボネートの延伸フィルムからなりｎx＝ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し、かつ厚さ方向位相差の絶対値が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値に対して０．４８倍となる位相差板を介在させて、その位相差板による厚さ方向位相差の絶対値と液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値との和が、液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．８倍となるように制御した。得られた液晶表示装置の所定斜視方向のコントラスト比はＣ／Ｒ＝１２であった。
【００３５】
比較例１
光学シートに代えてトリアセチルセルロースフィルムを用いたほかは実施例１に準じ偏光板を得、それを用いて液晶表示装置を形成した。その所定斜視方向のコントラスト比はＣ／Ｒ＝２であった。
【００３６】
比較例２
ポリカーボネートの延伸フィルムからなりｎx＝ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し、かつ厚さ方向位相差の絶対値が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値に対して０．８倍となる位相差フィルムを視認側の偏光板と液晶セルの間に介在させて補償タイプとしたほかは比較例１に準じ液晶表示装置を形成した。その所定斜視方向のコントラスト比はＣ／Ｒ＝６であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の断面図
【符号の説明】
１：光学シート（１１、１３：位相差フィルム １２、１４：透明層）
２：偏光フィルム（２１：透明保護層）
３：液晶セル
４：位相差板
Claims (5)
- 厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎz、Ｚ軸に垂直な面内の一方向をＸ軸としてその軸方向における屈折率をｎx、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎyとしたとき、Ｘ軸が面内の最大屈折率方向で、Ｎz＝（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）、フィルム厚がｄ、｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝と層厚の積が厚さ方向位相差であるとして、Ｎzが０．６〜０．９であり、かつ（ｎx−ｎy）ｄが２００〜３５０nmである位相差フィルムの片面に、ｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し厚さが１０μm以下の透明層を有する光学シートの透明層を有しない側にその位相差フィルムのＸ軸方向と吸収軸が平行な偏光フィルムを有する偏光板を垂直配向型液晶セルの両側に前記透明層をセル側として有し、かつセル両側の前記偏光板がクロスニコルに配置されてなると共に、前記セル両側の透明層の厚さ方向位相差の絶対値の和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１において、光学シートの透明層が有機材料のコーティング膜からなる液晶表示装置。
- 請求項１又は２において、光学シートの透明層がコレステリック液晶層からなる液晶表示装置。
- 請求項１〜３の一において、偏光板が光学シートと偏光フィルムの積層体からなることを特徴とする液晶表示装置。
- 垂直配向型液晶セル、その両側にクロスニコルに配置された請求項１又は４に記載の偏光板、及び前記の液晶セルと偏光板の間の一方又は両方に配置された位相差板を有してなり、その位相差板がｎx≒ｎy＞ｎzの屈折率異方性を示し、かつ前記液晶セルの両側に配置した偏光板における透明層の厚さ方向位相差の絶対値と前記位相差板の厚さ方向位相差の絶対値との和が液晶セルの厚さ方向位相差の絶対値の０．５〜１．３倍であることを特徴とする液晶表示装置。
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