(57)【要約】【課題】  ハジキのない均質な円盤状化合物の連続膜を作製する事が可能となり、ＴＮ型液晶セルの視野角改善を可能にする光学補償シートを大量生産すること。【解決手段】  脂環式ポリオレフィンポリマーからなる透明フィルム上に、少なくとも円盤状化合物及びセルロース系高分子を含む層を形成したことを特徴とする光学補償シート。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂環式ポリオレフィンポリマーからなる透明フィルム上に、少なくとも円盤状化合物及びセルロース系高分子を含む層を形成したことを特徴とする光学補償シート。
【請求項２】
セルロース系高分子の添加量が円盤状化合物の総量に対して重量百分率で１〜８％であることを特徴とする請求項１に記載の光学補償シート。
【請求項３】
セルロース系高分子がセルロースアセテートブチレートである請求項１に記載の光学補償シート。
【請求項４】
請求項１の記載の光学補償シートを装着したことを特徴とする液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学補償シートに関し、特に表示コントラスト及び表示色の視角特性を改善するために有用な光学補償シート及びそれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
日本語ワードプロセッサやデ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に変換されてきている。現在普及している液晶表示素子（以下ＬＣＤと称す）の多くは、ねじれネマチ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が９０゜以上ねじれたもので、急峻な電気光学特性を持つため、能動素子（薄膜トランジスタやダイオード）が無くても単純なマトリクス状の電極構造で時分割駆動により大容量の表示が得られる。しかし、この複屈折モードを用いたＬＣＤは応答速度が遅く（数百ミリ秒）、階調表示が困難という欠点を持っているため、能動素子を用いた液晶表示素子（ＴＦＴ−ＬＣＤ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、応答速度が速く（数十ミリ秒）、容易に白色表示が得られ、高い表示コントラストを示すことから他の方式のＬＣＤと比較して高画質化には最も有力な方式である。しかし、ねじれネマチック液晶を用いているため、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上の問題があり、ＣＲＴの表示性能を越えるまでにはいたらない。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２などに見られるように、一対の偏光板とＴＮ型液晶セルの間に、位相差フィルム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。上記特許公報で提案された位相差フィルムは、液晶セルに対して、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できないのが実状である。
【０００６】
また、特許文献３及び特許文献４では、光学軸が傾いたカイラルネマチック液晶を含む液晶セルを位相差フィルムとして用いて視野角を改良しているが、２層液晶方式となりコストが高く、非常に重いものとなっている。更に、特許文献５には、液晶セルに対して、光軸が傾斜している位相差フィルムを用いる方法が提案されているが、一軸性のポリカーボネートを斜めにスライスして用いるため、大面積の位相差フィルムを、低コストでは得難いという問題点があった。また、特許文献５においては、一対の配向処理された基板に硬化時に液晶性を示す棒状化合物を挟持した形態の複屈折板によりＬＣＤの光学補償をする案が提示されているが、この案では従来から提案されているいわゆるダブルセル型の補償板と何ら変わることがなく、大変なコストアップになり事実上大量生産には向かない。さらに棒状化合物を使用する限りは、後に述べる光学理由によりその複屈折板ではＴＮ型ＬＣＤの全方位視野角改善は不可能である。また、特許文献７及び特許文献８においては、配向膜が設置されたフィルム状基板に高分子液晶を塗布することによりＬＣＤ用の光学補償板とする案が記載されているが、この方法では分子を斜めに配向させることは不可能であるため、やはりＴＮ型ＬＣＤの全方位視野角改善は不可能である。
【０００７】
特許文献９においては、屈折率特性が負の一軸性を示し、その光軸が傾斜している位相差板を用いることにより、視角特性を改良する方法が記載されている。この方法では確かに視野角は従来のものと比較し大幅に改善されるが、それでもＣＲＴ代替を検討するほどの視野角改善は不可能であった。
【０００８】
更に、特許文献１０には、円盤状化合物を斜めに配向させた光学補償シートにより、ＴＮ型ＬＣＤの視野角が著しく改善されることも報告されている。そして、このような光学補償シートをロール状に製造するにあたって、透明フィルム上に配向膜を設置し、その上に円盤状化合物としてディスコティック液晶を塗設して配向させる手段が最も良いと考えられ、量産適性を検討された。その結果、最も汎用性が高いと思われる有機膜を配向膜とするときに、その上にディスコティック液晶単独の連続膜を形成することも液晶種によっては可能であるが、ほとんどの液晶種では加熱配向処理時にハジキによって不連続な膜になってしまうことが判った。ＴＮ液晶セルの視野角改善用光学補償シートは光学軸が法線方向から傾いた負の一軸性光学異方体であり、法線方向からの傾きはＴＮ液晶セルの特性によって最適化しなければならない。ところがディスコティック液晶の斜め配向角度は、有機配向膜の場合ディスコティック液晶分子構造によって決まっているので、液晶種を選択することによって該斜め配向角度を調整したい。従って、上述したハジキを抑制する手段を開発して該斜め配向角度の調整を自由自在にする必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２２９８２８号公報
【特許文献２】特開平４−２５８９２３号公報
【特許文献３】特開平４−３６６８０８号公報
【特許文献４】特開平４−３６６８０９号公報
【特許文献５】特開平５−８０３２３号公報
【特許文献６】特開平５−２１５９２１号公報
【特許文献７】特開平３−９３２６号公報
【特許文献８】特開平３−２９１６０１号公報
【特許文献９】ＥＰ０５７６３０４Ａ１号公報
【特許文献１０】特開平６−８１７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的はディスコティック液晶のような円盤状化合物を、配向膜を用いて配向させ光学補償シートを作製する際に、液晶相形成工程におけるハジキを抑制して量産適性をもたせ、以て、ＴＮ型ＬＣＤ中を伝搬する光の偏光状態が入射方向により異なることから生じる狭い視野角特性を改善できる、熱、光、湿度に対し安定な光学補償板を大量に提供することにある。更に、それによりＣＲＴに代替できるような広い視野角特性を持ち、軽量かつ低コストの液晶表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、（１）脂環式オレフィンポリマーからなる透明フィルム上に、円盤状化合物とセルロース系高分子を含む層を形成したことを特徴とする光学補償シート、（２）セルロース系高分子の添加量が円盤状化合物の総量に対して重量百分率で１〜８％であることを特徴とする（１）に記載の光学補償シート、（３）セルロース系高分子がセルロースアセテートブチレートである（１）に記載の光学補償シート、（４）（１）に記載の光学補償シートを装着したことを特徴とする液晶表示素子、により解決される。
【発明の効果】
【００１２】
ハジキのない均質な円盤状化合物の連続膜を作製する事が可能となり、ＴＮ型液晶セルの視野角改善を可能にする光学補償シートを大量生産すること。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の有用性は、視角依存性のない高品位な表示が可能な液晶表示素子を得る事ができることである。工学的有用性の基本原理は、特開平６−２１４１１６号公報、特開平７−３３３５９７号公報及び特開平８−５８３７号公報等に記載されている通りである。
【００１４】
本発明により製造される光学補償シートによって、液晶表示素子の視野角を大幅に向上できたことについては以下のように推定している。ＴＮ−ＬＣＤの多くは、ノーマリーホワイトモードが採用されている。このモードでは、視角を大きくすることに伴って、黒表示部からの光の透過率が著しく増大し、結果としてコントラストの急激な低下を招いていることになる。黒表示は電圧印加時の状態であるが、この時には、ＴＮ型液晶セルは光学軸がセルの表面に対する法線方向から若干傾いた正の一軸性光学異方体２枚と光学軸が該法線方向に平行な正の一軸性光学異方体２枚とみなすことができる。
【００１５】
液晶セルの光学軸が上記のように、光軸傾斜角度の異なる正の一軸性光学異方体４枚とみなせるのであれば、それを補償するためには同様に光軸傾斜角度の異なる負の一軸性光学異方体４枚が好ましい。そして、これを実現するためには、フィルムの法線方向と平行な光学軸を持ち負の一軸性光学異方体である透明フィルムの上に、フィルムの法線方向から傾いた正の一軸性光学異方体である円盤状化合物を有する層を塗布したフィルムを２枚使えば良い。このような理由から本発明において大幅な視野角改善がなされたものと推定する。また、このような構成では、あらゆる角度方向でのレターデイション値の絶対値の最小値がシートの法線方向にもなく面方向にもないシートであって、レターデイション値が０となる方向が存在しないという新規な光学特性を有している事がわかった。
【００１６】
本発明における円盤状化合物は、下記に列挙するようなディスコティック液晶、および他の低分子化合物やポリマーとの反応により、もはや液晶性を示さなくなったディスコティック液晶の反応生成物のように、分子自身が光学的に負の一軸性を有する化合物全般を意味する。このディスコティック液晶を含みその光学軸が法線方向から斜めに傾斜している光学異方体は、ＴＮ型液晶セルの視角特性改良に有効である。またディスコティック液晶の側鎖末端にエポキシ基やアクリレート基のような架橋基を導入し、ディスコティックネマティック相形成温度範囲において架橋させることによりその配向構造を熱的に安定に保つことができる。
【００１７】
またディスコティック液晶とは、下記に列挙するようなものであるが、分子自身が負の一軸性をもち且つ斜め配向膜により基板面に対して斜めに光軸が配向するものであれば、とくに下記物質に限定されるものではない。
【００１８】
【化１】
2014016409.tif 000002
【００１９】
【化２】
2014016409.tif 000003
【００２０】
【化３】
2014016409.tif 000004
【００２１】
ここで、置換基Ｒは、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ＋１、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ＋１、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２等を挙げることができる。これらの中でも、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−ＣＨ＝ＣＨ２が好ましく、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−ＣｎＨ２ｎ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ２が更に好ましい。
【００２２】
上記置換基Ｒにおいて、ｎは３〜１０までの自然数が好ましく、４〜８までの自然数がより好ましい。
また、円盤状化合物２において、Ｘは、ＣＨ２、Ｏ、Ｓ又はＮＨである。中でも、ＣＨ２又はＯが好ましく、ＣＨ２が更に好ましい。
【００２３】
本発明では、セルロース系高分子をバインダーとしてディスコティック液晶層に混ぜることにより該ハジキを抑制することが可能である。セルロース系高分子は、ディスコティック液晶になじみが良く、且つ配向状態を乱さない。セルロース系高分子として好適に使用できるのはセルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピレート、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどである。添加量については、円盤状化合物の総量に対して重量百分率で好ましくは１〜８％、より好ましくは１．５〜６％がよい。該添加量が１％未満であるとハジキ抑制効果が弱く、８％を超えるとディスコティック液晶の配向速度が極端に遅くなってしまう。
【００２４】
本発明における負の一軸性とは、光学異方性を有するシートの３軸方向屈折率を、その値が小さい順にｎ１、ｎ２、ｎ３としたとき、ｎ１＜ｎ２＝ｎ３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、ｎ２とｎ３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、
｜ｎ２−ｎ３｜／｜ｎ２−ｎ１｜≦０．２
であれば実用上問題はない。また、ＴＦＴ、ＴＮ型液晶セルの視野角特性を大幅に改良する条件としては、光学軸はシート面の法線方向からの傾きβが５度〜６０度であることが好ましく、１０度〜５０度がより好ましく、２０度〜４０度が最も好ましい。更に、シートの厚さをｄとしたとき、５０≦Δｎ・ｄ≦４００（ｎｍ）の条件を満足することが好ましい。但し、Δｎ＝ｎ２−ｎ１である。
【００２５】
本発明において用いうる配向処理には、様々な方法がある。単純に基板表面をラビング処理し、その上に塗設するだけで有効な配向が得られるディスコティック液晶もあるが、最も汎用性が高い方法は配向膜を使う方法である。配向膜としては、無機物斜方蒸着膜、或いは特定の有機高分子膜をラビングした膜がこれにあたる。
【００２６】
また、有機配向膜としては代表的なものとしてポリイミド膜がある。これはポリアミック酸（例えば、日産化学社製、商品名：ＳＥ７２１０）を基板面に塗布し２００〜３００℃で焼成後ラビングすることにより、配向能を発現させることができる。また、ポバール系の高分子膜でも塗布乾燥後ラビング処理を施すことにより、ディスコティック液晶を斜めに配向させることができる。特に末端をチオアルキル変性したポバールは配向能が強い。
【００２７】
本発明の光学補償シートに用いる透明フィルムとしては、光透過率が良好であることに加えて、若干面配向性があることが好ましいことから、日本ゼオン社から販売されているゼオネックス（登録商標）、ゼオノア（登録商標）、ＪＳＲ社から販売されているＡＲＴＯＮ（登録商標）などの商品名で売られている固有複屈折値が小さい素材である脂環式オレフィンポリマーから形成されたフィルムを用いる。ここに言う若干の面配向性とは定量的に述べるとΔｎ・ｄの値にして１０〜３００ｎｍの範囲のことである。
【００２８】
配向膜を使って光学補償シートを作製する場合は、その製造工程において均一な斜め配向を得るための工程を必要とする。具体的には、基板表面にディスコティック液晶を塗布した後、ディスコティック液晶相形成温度まで昇温し、架橋型分子の場合はＵＶ光照射などの架橋処理を施し、冷却することである。これにより該液晶は均一な斜め配向をし、その配向を崩さずに常温で固体になる。本発明に用いるディスコティック液晶のディスコティック液晶相をとる温度としては、好ましくは９０〜３００℃、特に好ましくは９０〜１５０℃である。
【００２９】
基板上に塗設されたディスコティック液晶を斜めに配向させる上記以外の方法として、配向膜以外の方法としては磁場配向や電場配向がある。この方法においてはディスコティック液晶を基板に塗設後、所望の角度に磁場、或いは電場をかけるゾーンが必要であるがそのゾーン自体をディスコティック液晶相が形成される温度に調整しておく必要がある。
【実施例】
【００３０】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。なお、部及び％は、特に断りのない限り質量基準である。
本実施例及び比較例において行った試験方法は以下のとおりである。
【００３１】
（実施例１）
厚みが１００μｍの脂環式オレフィンポリマーからなる透明フィルム（日本ゼオン社製、商品名：ゼオノアフィルムＺＦ１６−１００）を基板とし、その上に配向膜としてアルキル変性ポバール（クラレ社製、商品名：ＭＰ２０３）を１．０μｍ厚に塗布し、その表面をラビング処理した。これをベースＡとする。ベースＡの配向膜側に、セルロースアセテートブチレート（コダックケミカル社製、商品名：ＣＡＢ−５３１−１）６部、特開平９−９５４６７を参照して合成した円盤状化合物１（Ｒは、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｐｈ−Ｏ−Ｃ４Ｈ８−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ２）１００部、トリプロピレングリコールジアクリレート（東京化成社製）１０部、光重合開始剤としてイルガキュア９０７（ＢＡＳＦジャパン社製）２部及びメチルエチルケトン４００部からなる塗布液をバーコーターにより塗布し、１４０℃の加熱ゾーンに入れ加熱状態で２分放置後ＵＶ光照射を行い、架橋させて塗布層の膜厚が２．０μｍの光学補償シートを得た。
【００３２】
（実施例２）
実施例１において、セルロースアセテートブチレート（コダックケミカル社製、商品名：ＣＡＢ−５３１−１）６部を、セルロースアセテートブチレート（コダックケミカル社製、商品名：ＣＡＰ−４８２−２０）８部に変更した以外は、実施例１と同様にして光学補償シートを得た。
【００３３】
（比較例１）
実施例１において、セルロースアセテートブチレート（コダックケミカル社製、商品名：ＣＡＢ−５３１−１）６部を用いなかった他は、実施例１と同様にして光学補償シートを得た。
【００３４】
（比較例２）
実施例１において、厚みが１００μｍの脂環式オレフィンポリマーからなる透明フィルム（日本ゼオン社製、商品名：ゼオノアフィルムＺＦ１６−１００）を、厚みが１００μｍのトリアセチルセルロースからなる透明フィルム（富士フィルム社製、商品名：フジタック）に変更した以外は、実施例１と同様にして光学補償シートを得た。
【００３５】
視野角の測定には、エリプソパラメータ測定装置（シンテック社製、商品名：ＯＰＴＩＰＲＯ  ＭＬ−ＳＡＶＥＲ）を透過モードにしてレターデイションの角度依存性を求め、その値から３軸方向屈折率と光軸の方向を計算によって求めた。
【００３６】
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が４５０ｎｍでねじれ角が９０゜のＴＮ型液晶セルに実施例１・２及び比較例３で得た光学補償シートを図５のように装着し、液晶セルに対して０Ｖ〜５Ｖの３０Ｈｚ矩形波におけるコントラストの角度依存製を大塚電子製ＬＣＤ−５０００によって測定した。コントラスト比５の位置を視野角と定義し、上下左右の視野角を求めた。その結果、表１の様になった。上記のような実施例、比較例に対し、製作した光学補償シートのハジキの良否と、正面コントラストの値、耐久性（透湿度）によって実用適性を総合評価した。これを表１に示す。
【００３７】
ハジキとコントラストの判定基準は下記のとおりである。
（１）光学補償シートのハジキ（局所的にディスコティック液晶層が乗っていない部分）
ハジキが起こった面積が全面積の０．３％未満・・・・・◎
ハジキが起こった面積が全面積の０．３〜１．０％・・・○
ハジキが起こった面積が全面積の１．０％より大・・・・×
（２）正面コントラスト
光学補償シートを装着したＬＣＤの正面コントラストが１００より大・・◎
光学補償シートを装着したＬＣＤの正面コントラストが２０〜１００・・○
光学補償シートを装着したＬＣＤの正面コントラストが２０未満・・・・×
【００３８】
（耐久性）
得られた光学補償シートの耐久性を表す指標として、シートの透湿度を測定した。測定は、得られた光学補償シートを直径１００ｍｍの円形に裁断してサンプルを作製し、得られたサンプルをガス透過率測定器（Ｔｅｃｎｏｌｏｘ社製、商品名：ＤＥＬＴＡＰＥＲＭ）を用いて、温度４０℃、湿度４０％の条件下で行った。
【００３９】
【表１】
2014016409.tif 000005
【００４０】
表１の結果から、実施例１及び２は、光学補償シートとして均質な膜が作製でき、これを装着したＬＣＤは高コントラストを保持し、耐久性にも優れていた。これに対して、比較例１の光学補償シートは均質な膜が作製できず、視野角も狭く、低コントラストであった。また、比較例２の光学補償シートは、光学補償シートとして均質な膜が作製でき、これを装着したＬＣＤは高コントラストを保持していたが、耐久性が悪かった。表１に示したように本発明では、ハジキのない均質な円盤状化合物の連続膜を作製する事が可能となり、ＴＮ型液晶セルの視野角改善を可能にする光学補償シートを大量生産することができる。