(57)【要約】    【課題】  余分な複資材を必要とすることなく、また、かつ製造工程の煩雑化などを招くことなく、厚み方向の屈折率が制御されている複屈折性フィルムを提供する。    【解決手段】  熱可塑性樹脂よりなる高分子フィルムを自由端縦一軸延伸することにより得られた複屈折性フィルムであって、フィルム面内の延伸方向の屈折率をｎｘ、フィルム面内の上記延伸方向と直交する方向の複屈折率をｎｙ、フィルム厚み方向の屈折率をｎｚとしたときに、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１である複屈折性フィルム、並びに熱可塑性樹脂フィルムを上記自由端縦一軸延伸するにあたり、加熱炉内に拘束力を加えることなく延伸を行い、延伸後に冷却する熱複屈折性フィルムの製造方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂よりなる高分子フィルムを自由端縦一軸延伸することにより得られた複屈折性フィルムであって、フィルム面内の延伸方向の屈折率をｎｘ、フィルム面内の上記延伸方向と直交する方向の複屈折率をｎｙ、フィルム厚み方向の屈折率をｎｚとしたときに、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１である複屈折性フィルム。
【請求項２】
熱可塑性樹脂フィルムを縦一軸延伸することにより複屈折性フィルムを製造する方法であって、
熱可塑性樹脂フィルムの縦一軸延伸に際し、延伸開始以降、冷却による配向固定に至るまでフィルムに拘束力を加えることなく自由端縦一軸延伸することを特徴とする請求項１に記載の複屈折性フィルムの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の複屈折性フィルムと、偏光板とが貼り合わされている積層体により構成されていることを特徴とする楕円偏光板。
【請求項４】
少なくとも片面に偏光子保護フィルムが設けられている偏光板であって、該偏光子保護フィルムが、請求項１に記載の複屈折性フィルムであることを特徴とする偏光板。
【請求項５】
液晶セルと、液晶セルの少なくとも片面に積層されており、かつ請求項１に記載の複屈折性フィルムを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置などの光学装置に用いられる複屈折性フィルム及びその製造方法に関し、より詳細には、熱可塑性樹脂よりなる高分子フィルムの一軸延伸により複屈折性フィルムを得る方法と、該複屈折性フィルム並びに複屈折性フィルムを用いた偏光板、楕円偏光板及び液晶表示装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、低電圧で駆動できること、消費電力が低いこと、ＩＣ回路に直接接続し得ること、表示機能が多様であること、軽量化が容易であることなどの多くの特徴を有している。そのため液晶表示装置は、パーソナルコンピューターやワードプロセッサーなどの表示装置として広く用いられている。
【０００３】
液晶表示装置に用いられる液晶としては様々なモードのものが提案され、使用されている。この種の液晶表示装置の一種として、液晶分子のツイスト角が１６０°以上であるツイステッドネマティック液晶表示装置（以下、ＳＴＮ−ＬＣＤ）が知られている。
【０００４】
ＳＴＮ−ＬＣＤでは、表示画像が青色もしくは黄色に着色しがちであるという問題があった。そのため、白黒表示を行う場合にはコントラストや視認性が低下しがちであり、また、カラー表示を行うことが極めて困難であった。
【０００５】
そこで、上記青色もしくは黄色の着色による問題を軽減するために、熱可塑性樹脂フィルムを延伸することにより得られた位相差フィルムを液晶表示セルに積層した構造、すなわちＦＴＮ方式と称されている構造が提案されている。
【０００６】
ＦＴＮ方式では、ＳＴＮ−ＬＣＤに上記位相差フィルムが積層され、青色もしくは黄色の着色による問題の軽減が図られている。しかしながら上記位相差フィルムを積層した場合、視角が僅かに変化しただけで、コントラストが急激に低下したり、あるいは背景色が変化したりするという問題があった。すなわち、視角特性が劣化しがちであった。
【０００７】
そこで、このような位相差フィルムを用いた場合の視角特性の劣化を抑制するために、位相差フィルムの厚み方向の屈折率を制御する方法が種々提案されている。
【０００８】
例えば、下記の特許文献１には、電場配向により、厚み方向の屈折率が複屈折の光軸に垂直な方向の屈折率よりも大きくされたポリカーボネートフィルムを位相差板として用いた方法が提案されている。この方法では、視角の変化によるコントラストの変化が小さくなり、コントラストの視角依存性が改善されるとされている。しかしながら、効果は十分ではなく、また溶融したポリカーボネートに高電圧を長時間にわたり印加する必要があるため、製造工程が煩雑であり、コストが高くならざるを得なかった。
【０００９】
他方、特許文献２〜４などには、固有複屈折率が正であるフィルムと、負であるフィルムとをそれぞれ一枚ずつ、あるいはこれらを積層したものを位相差板として用いる方法が開示されている。この方法によれば、液晶表示セルの特性に応じて、固有複屈折率が正のフィルム及び負のフィルムの使用量を調整することにより、複屈折性を調整することができる。従って、視角特性をより緻密に改善することができる。しかしながら、別々に作製された２種の複屈折性フィルムを用意しなければならず、コストが高くならざるを得なかった。
【００１０】
他方、下記の特許文献５には、熱可塑性樹脂よりなる一軸延伸フィルムを加熱しつつ延伸方向に収縮させる際に、ロール、ベルトもしくは平板などからなる部材に接触させ、延伸方向に直交する方向の寸法変化を防止する方法が開示されている。この方法によれば、延伸方向と直交する方向の寸法変化が防止されるため、位相差板として用いた場合の視角依存性を改善することができる。しかしながら、上記ロール、ベルトもしくは平板などに接触固定される工程を有するため、得られた位相差フィルム表面に、これらの部材の表面状態が転写され、位相差フィルムの外観不良が生じたり、光学品質が低下しがちであった。
【００１１】
また、下記の特許文献６には、熱可塑性樹脂よりなる高分子フィルムに熱収縮性フィルムを接着し、積層フィルムを得、該積層フィルムをテンターにより延伸するに際し、グリップ把持下に熱収縮性フィルムの加熱による収縮力を作用させて、幅方向に収縮させた後、幅方向に拡幅しつつ延伸する方法が開示されている。この方法では、熱収縮性フィルムをさらに必要とし、また熱収縮性フィルムを接着したり、剥離したりする工程が増加するため、生産性が大幅に低下するという問題があった。
【００１２】
上述した特許文献１〜６に記載のいずれの方法においても、フィルムの厚み方向の屈折率を制御するために、延伸方向以外の方向に何らかの力を作用させていた。これは、下記の特許文献７に記載のように、単に延伸処理しただけでは、延伸方向の屈折率をｎｘ、フィルム面内の上記延伸方向と直交する方向の複屈折率をｎｙ、フィルム厚み方向の屈折率をｎｚとした場合、正の複屈折性を示す樹脂フィルムでは、一軸延伸すると、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＝１となり、負の複屈折性を示す樹脂フィルムでは、一軸延伸の場合、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＝０となることによる。すなわち、正及び負のいずれの複屈折性を示す樹脂フィルムを一軸延伸した場合であっても、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１を満足する複屈折性フィルムを得ることはできないと考えられていた。
【特許文献１】特開平２−２８５３０３号公報
【特許文献２】特開平２−２５６０２３号公報
【特許文献３】特開平３−１４１３０３号公報
【特許文献４】特開平３−２４５０２号公報
【特許文献５】特開平６−３００９１６号公報
【特許文献６】特開２０００−３０４９２４号公報
【特許文献７】特開平５−１５７９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した従来技術の現状に鑑み、余分な副資材を必要とすることなく、また製造工程の煩雑化などを招くことなく、厚み方向の屈折率が制御された、複屈折性フィルム及びその製造方法、並びに該複屈折性フィルム、該複屈折性フィルムを用いて構成された楕円偏光板、偏光板及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る複屈折性フィルムは、熱可塑性樹脂よりなる高分子フィルムを自由端縦一軸延伸することにより得られた複屈折性フィルムであって、フィルム面内の延伸方向の屈折率をｎｘ、フィルム面内の上記延伸方向と直交する方向の複屈折率をｎｙ、フィルム厚み方向の屈折率をｎｚとしたときに、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１である複屈折性フィルムを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る複屈折性フィルムの製造方法は、熱可塑性樹脂フィルムを縦一軸延
伸することにより複屈折性フィルムを製造する方法であって、熱可塑性樹脂フィルムの縦一軸延伸に際し、延伸開始以降、冷却による配向固定に至るまでフィルムに拘束力を加えることなく自由端縦一軸延伸することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る楕円偏光板は、本発明の複屈折性フィルムと、偏光板とを貼り合わせた積層体からなることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る偏光板は、少なくとも片面に偏光子保護フィルムを有し、少なくとも片面の偏光子保護フィルムが本発明の複屈折性フィルムにより構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る液晶表示装置は、液晶セルと、本発明に従って構成された複屈折性フィルムとが積層された構造を有することを特徴とする。
【００１９】
以下、本発明の詳細を説明する。
【００２０】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂とは、特に限定されるものではないが、例えば、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、セルロース系樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリアリレート、ポリイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン等が挙げられる。透過性をはじめとする光学特性が優れているので、ポリカーボネートやノルボルネン系樹脂が好ましい。
【００２１】
本発明で用いられる熱可塑性樹脂フィルムの製造方法は特に限定されず、従来からフィルムの成形に一般的に用いられている各種成形方法を用いることができ、例えば、溶融押出法、溶液流延法、カレンダー法等が挙げられる。
【００２２】
本発明における自由端縦一軸延伸とは、延伸される方向以外の方向への変形を規制する力を作用させない延伸方法をいう。延伸方向以外の方向への変形を規制するとは治具等でフィルムを把持して、延伸方向と直交する方向に沿う収縮を抑制したり、熱収縮フィルムと貼り合わせて加熱延伸し、延伸方向と直交する方向に熱収縮フィルムの収縮力を作用させたりすることをいう。
【００２３】
本発明に係る複屈折性フィルムの製造方法では、熱可塑性樹脂フィルムを自由縦一軸延伸により加熱延伸する際に、延伸開始以降、冷却による配向固定に至るまでフィルムに拘束力を加えることなく、延伸が行われ、かつ延伸後にフィルムが冷却される。この場合、延伸直後に冷却されることが好ましく、またフィルムに対する拘束力を加えることなく冷却が開始され、延伸により得られた配向状態が固定されることが望ましい。従って、延伸に際して加熱するための加熱炉と、冷却のための冷却炉を連続させることが好ましい。
【００２４】
上記加熱炉とは、フィルムを延伸するために加熱するための区間をいい、冷却炉とは、延伸後のフィルム内の分子配向を固定するために、フィルム温度を、Ｔｇ（ガラス転移温度）以下に低下させるための区間をいうものとする。加熱炉と冷却炉とを連続させる部分においては、加熱炉内の雰囲気と、冷却炉内の空気とが混合するのを防止し、それぞれの炉内の温度を制御するために、中間炉を配置してもよい。
【００２５】
さらに、上記加熱炉の雰囲気と冷却炉内の空気が混合するのを防止するために、適宜の送風装置や排気装置を加熱炉と冷却炉との間に配置してもよい。
【００２６】
フィルムに拘束力を加えることとは、延伸に際して、例えば加熱炉内においてニップロールやピンチロールなどを配置してフィルムを機械的に拘束することをいうものとする。
後述する比較例で用いられる図２の製造装置の加熱炉３に配置されているニップロール６によりフィルムを挟み込むことなどが拘束力を与える操作に該当する。
【００２７】
本発明の製造方法では、延伸工程において、上記拘束力を加えることなく自由端縦一軸延伸が行われ、それによって、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１である複屈折性フィルムを得ることができる。この理由は明らかではないが、延伸の途中で拘束力を加えることなく、加熱炉と冷却炉とを連続させた区間で延伸することにより、冷却炉においてフィルムが冷却される際に生じる収縮応力が上流側のフィルムに伝達されることによると考えられる。フィルムの冷却速度は、表面部分において高く、フィルム厚み方向中央部において低くなり、厚み方向に傾斜していると考えられる。従って、上記収縮応力も、厚み方向において、その大きさが傾斜していると考えられる。よって、上記収縮応力が加熱炉内のフィルムに伝達されるため、フィルム厚み方向において配向が生じ、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１となると考えられる。
【００２８】
なお、延伸のための加熱炉内や加熱炉と冷却炉との間でフィルムに拘束力を加えた場合には、上記収縮応力が加熱炉内のフィルムに伝達されなくなり、通常の縦一軸延伸と同様にｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚとなると考えられる。
【００２９】
上記複屈折性フィルムに用いられる熱可塑性樹脂フィルムの厚みは特に限定されるものではないが、例えば液晶表示装置において位相差を補償する用途に用いる場合には４０〜３００μｍ程度のものが用いられる。
【００３０】
本発明の複屈折性フィルムでは、延伸方向、面内で延伸方向と直交する方向、厚み方向の各屈折率ｎｘ，ｎｙ及びｎｚがｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの関係となるため、液晶表示セルの複屈折を補償するための位相差フィルムとして用いることにより、視野角拡大やコントラストの向上などを図ることができる。３次元（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の屈折率がｎｘ、ｎｙ、ｎｚである屈折率楕円体を考えた場合、視線の方向を屈折率楕円体の法線方向（ｚ軸方向）からｙ軸方向へ傾斜させていくと、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの関係にあるときには、通常の一軸延伸で得られるようにｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚである場合と比べて、視線の方向に対する位相差の変化が小さくなる。
【００３１】
このような複屈折性フィルムは、偏光フィルムと積層することで楕円偏光板とすることができる。
【００３２】
上記の偏光フィルムとしては適宜の材料からなるものを用いることができ、特に限定はされないが、例えばポリビニルアルコール系高分子のような親水性基を持つ高分子を主体とするヨウ素系偏光フィルムや染料系偏光フィルム、あるいはポリエン系偏光フィルムなどが使用される。さらに、偏光板はその少なくとも片面に本発明の複屈折性フィルムよりなる透明な偏光子保護フィルムを積層したものであってもよい。
【００３３】
複屈折性フィルムと偏光フィルムとを積層する場合、適宜の方法を用いることができ、特に限定されない。積層方法としては、例えば光透過性の高い接着剤を用いた方法等が挙げられる。
【００３４】
本発明に係る偏光板は、好ましくは、液晶表示装置に液晶表示セルの少なくとも片側に配置される。
【００３５】
液晶表示装置は、液晶セル、光学補償用複屈折性フィルム、必要に応じ偏光板、及び照明システムなどから構成されるが、本発明の複屈折性フィルムまたは偏光板を上記光学補償用複屈折性フィルムや偏光板として液晶セルの少なくとも片側に配置するだけで、視角
特性やコントラストが改善された液晶表示装置を得ることができる。
【００３６】
上記液晶表示装置に用いられる液晶セルとしては任意のものを用いることができ、例えばツイステッドネマチック（ＴＮ）型、スーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）型、垂直配向（ＶＡ）型やインプレインスイッチング（ＩＰＳ）型などの液晶セルを使用することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る複屈折性フィルムは、熱可塑性樹脂フィルムを自由端縦一軸延伸することにより得られており、屈折率関係が０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１、すなわちｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙであるため、複屈折性に優れ、かつ液晶表示セルの複屈折性を補償する用途に好適である。よって、本発明の複屈折性フィルムを光学フィルムとして用いることにより、例えばＳＴＮ−ＬＣＤなどの位相差板としての好適な光学フィルムを提供することができ、液晶表示装置の視角を拡大したり、コントラストを向上したりすることが可能となる。
【００３８】
本発明に係る複屈折性フィルムの製造方法では、熱可塑性樹脂よりなる高分子フィルムを自由端縦一軸延伸するにあたり、延伸開始以降、冷却による配向固定に至るまで途中でフィルムに拘束力を与えることなく、かつ延伸に際しての加熱炉と、延伸後に冷却するための冷却炉とを連続させた区間で延伸が行われる。従って、上記のように、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）が０より大きく、１未満である複屈折性フィルムを得ることができる。よって、液晶表示セルの位相差フィルム等に、本発明により得られた複屈折性フィルムを用いた場合、液晶表示セルの複屈折性を補償することができ、かつ視角特性の改善やコントラストの向上などを図ることができる。
【００３９】
特に、ＳＴＮ−ＬＣＤに用いられた場合には、視角特性などを劣化させることなく、前述の青色や黄色の着色による問題を軽減することができる。
【００４０】
本発明に係る楕円偏光板、偏光板及び液晶表示装置は、上記本発明の複屈折性フィルムを用いているため、上記のように、コストの上昇を招くことなく、複屈折性を補償するのに好適に用いられる楕円偏光板や偏光板を提供することができ、かつ視角特性やコントラストの改善が図られた液晶表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
ノルボルネン系樹脂（日本ゼオン社製、品番：ＺＥＯＮＥＸ）を溶融キャスト法により成形し、厚さ５０μｍ及び幅５００ｍｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。この熱可塑性樹脂フィルムの損失弾性率のピーク温度から求めたガラス転移温度Ｔｇは１３１．４℃であり、屈折率は、ｎｘ＝ｎｙ＝ｎｘ＝１．５２５であった。
【００４３】
上記熱可塑性樹脂フィルムを、ライン速度２．０ｍ／秒及び延伸倍率１．１倍となるように図１に示した装置を用い、自由端縦一軸延伸した。
図１に示す装置では、延伸のための加熱炉３と、延伸後に配向を固定するために冷却するための冷却炉５とが、中間炉４を介して連続的に配置されている。なお、加熱炉３の前段には、ニップロール１，１が配置されており、冷却炉５の下流側には、得られた複屈折性フィルムを引き取るためのニップロール２，２が配置されている。加熱炉３の温度は１３７℃とし、該加熱炉の長さ方向寸法は約１００ｃｍとした。また、冷却炉５内の温度は１
２０℃とし、長さ方向寸法は約１００ｃｍとした。中間炉４の長さは、２０ｃｍとし、加熱炉３及び冷却炉５の双方から空気が送られ、かつ排気されるように中間炉４を構成した。
【００４４】
熱可塑性樹脂フィルムＦを、予め１２０℃で予熱した状態で、上記ニップロール１，１により案内し、加熱炉３に供給した。
【００４５】
加熱炉３内において加熱延伸を上記条件で行い、冷却炉５内において冷却し、ニップロール２，２により引き取った。
【００４６】
上記のようにして、幅４７０ｍｍの複屈折性フィルムを得た。
【００４７】
（実施例２）
延伸倍率を１．３倍としたことを除いては、実施例１と同様にして延伸し、延伸後に幅４４０ｍｍの複屈折性フィルムを得た。
【００４８】
（比較例１）
図２に示す装置を用いたことを除いては、実施例１と同様にして延伸を行い、幅４７５ｍｍの複屈折性フィルムを得た。なお、図２に示す装置では、加熱炉３内において、一対のニップロール６，６が配置されていることを除いては、図１に示した装置と同様に構成されている。ここでは、ニップロール６，６に挟まれることになるため、フィルムＦは、加熱延伸に際してニップロール６，６により拘束力が与えられることになる。
【００４９】
（比較例２）
延伸倍率を１．３倍としたことを除いては、比較例１同様にして延伸を行い、複屈折性フィルムを得た。
【００５０】
（実施例及び比較例の評価）
実施例及び比較例で得られた各複屈折性フィルムについて、位相差測定装置（王子計測機器社製、ＫＯＢＲＡ２１ＡＤＨ）を用い、位相差を測定し、ｎｘ、ｎｙ及びｎｚを求めた。結果を下記の表１に示す。
【００５１】
【表１】
2005316094.tif 000002
【００５２】
表１から明らかなように、比較例１，２で得られた複屈折性フィルムでは、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）は、約１であったのに対し、実施例１，２では、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）が１より小さいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１で熱可塑性樹脂フィルムを延伸するのに用いた概略構成図。
【図２】比較例１で熱可塑性樹脂フィルムを延伸するのに用いた概略構成図。
【符号の説明】
【００５４】
Ｆ…熱可塑性樹脂フィルム
１…ニップロール
２…ニップロール
３…加熱炉
４…中間炉
５…冷却炉
６…ニップロール
【図１】
2005316094.tif 000003
【図２】
2005316094.tif 000004