(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーからなる直線偏光板とポリマーからなる１／４波長板との積層体、又はグランジャン配向したコレステリック液晶ポリマー層よりなる円偏光板と、ポリマーからなり、波長５５０nmの光に基づく正面位相差が０nmで、厚さ方向位相差が５０nm以上の視野角補償板とを、ｎｄ２０＝１．４８５以上かつ接着する前記円偏光板又は視野角補償板の界面における屈折率より小さい屈折率を有するアクリル系粘着層からなる接着層を介し積層してなり、その接着層と接着する前記の円偏光板及び視野角補償板の界面における屈折率が１．４８５〜１．６５０である光学部材をＶＡ型の液晶セルに接着してなり、円偏光モードによる画素分割表示方式のものであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、円偏光板を形成する直線偏光板と１／４波長板とがｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層を介し積層されてなる光学部材を用いた液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、外表面の少なくとも片面にｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層を具備する光学部材を用いた液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３の一において、光学部材における接着層がガラス転移温度２０℃以下の粘着層よりなる液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４の一において、光学部材をｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層を介して液晶セルの少なくとも片側に接着してなる液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、広い視野角でコントラストや明るさ等の視認性に優れるＶＡ型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来、液晶表示を利用した大画面のＴＶ等では上下左右８０度の視野角範囲で１０以上という高いコントラストが要求されることに鑑み、例えばマルチドメインのＶＡ（垂直配向）モードなどの如く液晶の配向を微小領域で分割し各領域で発生する位相差を他の領域（画素）で補償して広い視野角で良好な視認性を達成したタイプの液晶パネルにおいて、マルチドメイン化等による画素分割にてその分割部分に基づく開口率の低下で生じる、モノドメインタイプに比べた輝度低下の問題を円偏光板の利用で解消する方式が提案されている（ＳＩＤ２０００予稿集〔31,35.3(2000)902〕）。しかしながら黒表示時に漏れ光が発生してコントラストが低下する問題点があった。
【０００３】
【発明の技術的課題】
本発明は、円偏光板を使用して円偏光モードによる画素分割表示方式とした場合におけるコントラストの低下を防止して、広い視野角でコントラストや明るさ等の視認性に優れる液晶表示装置の開発を課題とする。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は、ポリマーからなる直線偏光板とポリマーからなる１／４波長板との積層体、又はグランジャン配向したコレステリック液晶ポリマー層よりなる円偏光板と、ポリマーからなり、波長５５０nmの光に基づく正面位相差が０nmで、厚さ方向位相差が５０nm以上の視野角補償板とを、ｎｄ２０＝１．４８５以上かつ接着する前記円偏光板又は視野角補償板の界面における屈折率より小さい屈折率を有するアクリル系粘着層からなる接着層を介し積層してなり、その接着層と接着する前記の円偏光板及び視野角補償板の界面における屈折率が１．４８５〜１．６５０である光学部材をＶＡ型の液晶セルに接着してなり、円偏光モードによる画素分割表示方式のもの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。
【０００５】
【発明の効果】
本発明によれば、円偏光板を使用して円偏光モードによる画素分割表示方式とした場合におけるコントラストの低下を防止して、広い視野角でコントラストや明るさ等の視認性に優れる液晶表示装置を得ることができる。これは界面反射を抑制した光学部材としたことに基づく。すなわち本発明者らは、上記した円偏光モードによる画素分割表示方式とした場合におけるコントラストの低下問題を克服するために鋭意研究を重ねる中で、斯かるコントラスト低下は、円偏光が界面反射したときに１８０度の位相ズレを生じて回り方向の左右が逆転する。そのために液晶表示パネル内で界面反射された円偏光の一部が予定外の円偏光に変換されて黒表示時に漏れ光となりコントラストを低下させることを究明した。
【０００６】
前記の結果、界面反射による円偏光の反転を抑制しうる光学部材とすることで、マルチドメイン配向等により画素分割して円偏光モードで表示する方式とした場合におけるコントラストの低下を克服し、広い視野角でコントラストの良好な表示を実現したものである。また広い視野角の液晶表示では斜視角度の大きい、画面に対し浅い角度からでも画像の視認が可能で界面反射がより顕著に視覚されるため、界面反射の抑制が視認性の向上に大きく寄与する。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明による液晶表示装置は、ポリマーからなる直線偏光板とポリマーからなる１／４波長板との積層体、又はグランジャン配向したコレステリック液晶ポリマー層よりなる円偏光板と、ポリマーからなり、波長５５０nmの光に基づく正面位相差が０nmで、厚さ方向位相差が５０nm以上の視野角補償板をｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有するアクリル系粘着層からなる接着層を介して積層したものよりなり、その接着層と接着する前記の円偏光板及び視野角補償板の界面における屈折率が１．４８５〜１．６５０である光学部材をＶＡ型の液晶セルに接着してなり、円偏光モードによる画素分割表示方式のものである。その光学部材の例を図１に示した。１が円偏光板、２がｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層、３が視野角補償板である。なお図例の円偏光板１は、直線偏光板１１と１／４波長板１３とのｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層１２を介した積層体からなる。また図中の４もｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層であり、これは他部材と接着することを目的とし実用に供するまでの間、図例の如くセパレータ５にて仮着カバーして保護することが一般的である。
【０００８】
円偏光板としては、図例の如く直線偏光板と１／４波長板との積層体からなるものや、グランジャン配向したコレステリック液晶層からなるものが用いられる。
【０００９】
前記の直線偏光板としては、ポリマーからなり、直線偏光を透過して他の光は吸収する偏光フィルムやその片面又は両面を透明保護層で保護したものが用いられる。ちなみにその偏光フィルムの例としては、ポリビニルアルコール系フィルムや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の如き親水性高分子フィルムにヨウ素及び／又は二色性染料を吸着させて延伸処理したものなどがあげられる。
【００１０】
また偏光フィルムの片面又は両面に必要に応じて設ける透明保護層は、適宜なポリマーにて形成することができる。就中、透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性等に優れるポリマーからなる透明保護層が好ましい。透明保護層は、ポリマー液の塗布方式やフィルムとしたものの接着積層方式などの適宜な方式で形成することができる。
【００１１】
ちなみに前記ポリマーの具体例としては、二酢酸セルロースや三酢酸セルロースの如きセルロース系ポリマー、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の如きポリエステル系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマーやポリメチルメタクリレートの如きアクリル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体の如きスチレン系ポリマー、ポリエチレンやポリプロピレン、シクロ系ないしノルボルネン構造を有するポリオレフィンやエチレン・プロピレン共重合体の如きオレフィン系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミドの如きアミド系ポリマーがあげられる。
【００１２】
またイミド系ポリマーやスルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマーやポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマーやビニルアルコール系ポリマー、アリレート系ポリマーやポリオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマーやビニルブチラール系ポリマー、前記ポリマーのブレンド物、あるいはポリエステル系やアクリル系、ウレタン系やアミド系、シリコーン系やエポキシ系等の熱や紫外線照射等で硬化するポリマーなどもあげられる。就中、一般的なグレードでｎｄ２０に基づく屈折率の平均が１．４８５の三酢酸セルロースフィルムの如く等方性に優れるものが好ましく用いられる。
【００１３】
直線偏光を円偏光に変換するための１／４波長板としては、各種ポリマーの延伸フィルム等からなる複屈折性フィルム、ディスコチック系やネマチック系の如き液晶ポリマーの配向フィルム、その配向液晶層を透明基材上に支持したものが用いられる。前記の複屈折性フィルムを形成するポリマーは、上記した透明保護層で例示したものなどの適宜なものであってよい。延伸フィルムは、一軸や二軸等の適宜な方式で処理したものであってよい。また熱収縮性フィルムとの接着下に収縮力又は／及び延伸力を付与する方式などによりフィルムの厚さ方向の屈折率を制御した複屈折性フィルムなどであってもよい。
【００１４】
１／４波長板は、位相差等の光学特性の制御を目的に２層以上の位相差層を積層したものであってもよい。ちなみに波長５５０nmの光等の単色光に対して１／４波長板として機能する位相差層と他の位相差特性を示す位相差層、例えば１／２波長板として機能する位相差層とを重畳する方式などにより可視光域等の広い波長範囲で１／４波長板として機能するものを得ることができる。
【００１５】
グランジャン配向したコレステリック液晶層からなる円偏光板についても、自然光を入射させた場合に左右一方の円偏光を反射して他の光は透過させる特性を示す液晶ポリマーからなる適宜なものを用いることができる。コレステリック液晶層は、グランジャン配向の螺旋ピッチが相違するもの、従って反射波長が相違するものの組合せにて２層又は３層以上を重畳した配置構造を有するものであってもよい。斯かる重畳化にて可視光域等の広い波長範囲で円偏光を反射するものを得ることができ、それに基づいて広い波長範囲の透過円偏光を得ることができる。
【００１６】
コレステリック液晶層からなる円偏光板は、液晶ポリマーフィルムなどとしても得ることができるが、一般には透明基材上にラビング処理等による配向膜を介してグランジャン配向させた液晶ポリマー層を形成したものなどとして得ることができる。またコレステリック液晶層の重畳層は、重ね塗り方式などにより形成することができる。なお前記の透明基材には上記した透明保護層で例示したポリマーなどからなる適宜なものを用いうる。
【００１７】
視野角補償板としては、補償効果等の点より、上記した１／４波長板で例示したポリマーからなり、波長５５０nmの光に基づく正面位相差が０nmで、かつ波長５５０nmの光に基づく厚さ方向位相差が５０nm以上のものが用いられる。なお面内の屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎz、厚さをｄとしたとき、前記の正面位相差は（ｎx−ｎy）×ｄで定義され、厚さ方向位相差は｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄで定義される。
【００１８】
円偏光板と視野角補償板との接着積層は、ｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層を介して行われ、その接着層は、アクリル系粘着剤にて形成される。なおその場合、円偏光板及び視野角補償板としては当該接着層と接着する界面における屈折率が１．４８５〜１．６５０のものが用いられる。これにより界面反射を抑制することができる。就中、直線偏光板の透明保護層に三酢酸セルロースが多く用いられることに鑑みた場合、ｎｄ２０＝１．４８５以上で、かつ視野角補償板や１／４波長板よりも小さい屈折率、特に積層する材料同士の真ん中の屈折率を有する接着層を用いることが好ましい。
【００１９】
従って上記した円偏光板を形成する直線偏光板と１／４波長板を積層する場合や、１／４波長板を２層以上の位相差層で形成する場合のその積層も前記に準じた屈折率を有する接着層を介して行うことが好ましい。ちなみに視野角補償板や１／４波長板の形成に用いられることが多く、その一般的なグレードに基づく屈折率の平均がｎｄ２０に基づいてポリカーボネートで１．５８５、ポリアリレートで１．６０３、ポリスルホンで１．６３３、ノルボルネン系樹脂で１．５１３、液晶ポリマーで１．６５０、重合性液晶で１．５７０である。
【００２０】
光学部材を形成する素材の接着層を介した積層一体化は、光軸のズレ防止による品質の安定化や液晶表示装置の組立効率の向上などの点よりも好ましい。円偏光板と視野角補償板を接着するアクリル系粘着層以外の接着層は、上記の屈折率を満足する適宜な接着剤にて形成できその種類について特に限定はない。ちなみにその接着剤の例としては熱硬化タイプやエネルギー線硬化タイプ、ホットメルトタイプや２液混合式の反応タイプ、粘着タイプなどがあげられる。可視光領域（３８０nm〜７２０nm）の光の透過率に優れ、就中、視感透過率が８０%以上、特に９０%以上であるものが好ましい。また着色防止の点より特定の波長光に対して吸収性を有しないことが好ましい。
【００２１】
さらに接着作業の簡便性等の点よりは室温においても粘弾性を有する粘着層が好ましく用いうる。その粘着層を形成する粘着剤には例えばアクリル系やシリコーン系、ポリエステル系やポリウレタン系、ポリエーテル系やゴム系などの適宜なポリマーをベースポリマーとするものを用いうる。素材の光学特性の変化防止の点などよりは硬化や乾燥に高温のプロセスを要さず、長時間の硬化や乾燥処理を要しないものが好ましい。また加熱や加湿の条件下に浮きや剥がれ等の剥離問題を生じないものが好ましい。
【００２２】
前記の点より好ましく用いうるものは、ガラス転移温度が２０℃以下の粘着層であり、これは例えばメチル基やエチル基やブチル基等の炭素数が２０以下のアルキル基を有する（メタ）アクリル酸のアルキルエステルと、（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル等の改良成分からなるアクリル系モノマーを、ガラス転移温度が２０℃以下となる組合せにて共重合してなる重量平均分子量が１０万以上のアクリル系重合体をべ一スポリマーとするアクリル系粘着剤などにて形成することができる。アクリル系粘着剤は、透明性や耐候性や耐熱性等に優れる利点も有している。
【００２３】
なお前記のモノマーによるアクリル系重合体では通例、屈折率が１．４７前後であるので、例えばスチレン等のフェニル基含有モノマーを共重合したアクリル系重合体としたり、粘着層に芳香環を有する粘着付与剤(タッキファイヤー樹脂)や、高屈折率の金属ないし金属酸化物の超微粒子を混入させる方式などにて高屈折率化を図ることができ、上記した屈折率を満足するアクリル系粘着層を形成することができる。
【００２４】
円偏光板や視野角補償板、１／４波長板等への粘着層の付設は、適宜な方式を適用して行うことができる。ちなみにその例としてはトルエンや酢酸エチル等の適宜な溶剤の単独物又は混合物からなる溶媒に粘着剤成分を溶解又は分散させて１０〜４０重量%程度の粘着剤液を調製し、それを流延方式や塗工方式等の適宜な展開方式で素材上に直接付設する方式、あるいは前記に準じセパレータ上に粘着層を形成してそれを素材上に移着する方式などがあげられる。設ける粘着層は、異なる組成又は種類等のものの重畳層であってもよい。
【００２５】
接着層の厚さは、接着カ等に応じて適宜に決定でき一般には１〜５００μm、就中３〜１００μm、特に５〜５０μmとされる。接着層には必要に応じて例えば天然物や合成物の樹脂類、ガラス繊維やガラスビーズ、金属粉やその他の無機粉末等からなる充填剤や顔料、着色剤や酸化防止剤などの適宜な添加剤を配合することもできる。また透明粒子を含有させて光拡散性を示す接着層としてもよい。その透明粒子には例えばシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化アンチモン等からなる、導電性のこともある無機系粒子、架橋又は未架橋のポリマー等からなる有機系粒子などの適宜なものを１種又は２種以上用いうる。
【００２６】
光学部材の外表面の片面又は両面には図例の如く、必要に応じ液晶セル等の他部材との接着を目的とした接着層４、特に粘着層を設けることもできる。その接着層の屈折率も界面反射の抑制の点より上記に準じてｎｄ２０＝１．４８５以上であることが好ましい。前記の粘着層が表面に露出する場合には実用に供するまでの間、汚染防止等の保護を目的にその表面をセパレータ５などで仮着カバーしておくこともできる。また光学部材の形成素材が表面に露出する場合には、その露出表面を表面保護フィルムにて接着カバーして傷付き等から保護することもできる
【００２７】
光学部材は、マルチドメイン配向等により画素分割して円偏光モードで表示する方式とした液晶表示装置の形成に用いられる。その液晶表示装置は、例えば光学部材をＶＡ型の液晶セルの片側又は両側に配置する方式などにより形成することができる。その場合、光学部材は界面反射の抑制の点より上記に準じてｎｄ２０＝１．４８５以上の屈折率を有する接着層を介して接着処理することが好ましい。
【００２８】
前記において液晶セルの視認側に光学部材を設ける場合、表面に防眩層や反射防止層などを設けた光学部材とすることもできる。防眩層は、表面で反射する外光を散乱させて、また反射防止層は外光の表面反射を抑制して、表面反射光がギラツキ等として表示装置透過光の視認を害することの防止などを目的に施されるものである。従って防眩層と反射防止層は、その両方を設けて表面反射光による視認阻害防止のより向上を図ることもできる。
【００２９】
防眩層や反射防止層については、特に限定はなく前記の機能を示す適宜なものとして形成することができる。ちなみに防眩層は、光散乱反射性の微細凹凸構造として形成することができる。また反射防止層は、真空蒸着方式やイオンプレーティング方式、スパッタリング方式等の蒸着方式やメッキ方式、ゾルゲル方式などの適宜なコート方式による例えば屈折率の異なる無機酸化物の多層コート膜やフッ素系化合物等の低屈折材料のコート膜等からなる干渉膜などにより形成することができる。
【００３０】
なお液晶表示装置の形成に際して光学部材は、円偏光が視野角補償板を介して液晶セルに入射するように配置される。従って光学部材における視野角補償板が円偏光板よりも液晶セル側となるように配置される。また円偏光板が直線偏光板と１／４波長板からなる場合には、図例の如く１／４波長板１３が直線偏光板１１と視野角補償板３の間に位置する構造の光学部材とされる。
【００３１】
【実施例】
実施例１
ヨウ素吸着のポリビニルアルコールからなる偏光フィルムの両面を屈折率（ｎｄ２０、以下同じ）が１．４８５の三酢酸セルロースフィルムで接着保護してなる直線偏光板（単体透過率４３％、偏光度９９．５％）の片面に屈折率が１．５０６の粘着層を介して、屈折率が１．５１３のノルボルネン系樹脂の一軸延伸フィルムからなる１／４波長板（正面位相差１４０nm、５５０nmの波長光による、以下同じ）を接着積層して円偏光板を得、その１／４波長板側に前記と同じ粘着層を介して前記と同じノルボルネン系樹脂の二軸延伸フィルムからなる視野角補償板（正面位相差０nm、厚さ方向位相差１００nm）を接着積層して、光学部材を得、それを用いて液晶表示装置を形成した。
【００３２】
なお前記の粘着層は、ブチルアクリレート７６重量部とアクリル酸４重量部を共重合してなる重量平均分子量が約７０万のアクリル系重合体１００重量部、キシレン系タッキファイヤー（荒川化学社製、パインクリスタル  ＫＥ−１００）２０重量部、及びイソシアネート系架橋剤（日本ポリウレタン社製、コロネートＬ）０．０６重量部をトルエンに溶解して１３重量％の塗工液を調製し、その塗工液を離型処理したポリエステルフィルム上にアプリケータにて塗工し、１３０℃で３分間乾燥処理して厚さ２０μmの粘着層として、それを所定面に移着して形成した。
【００３３】
実施例２
複屈折を示さない厚さ５０μmの三酢酸セルロースフィルム（屈折率１．４８５）の上に、厚さ０．１μmのポリビニルアルコール層を設けてレーヨン布でラビング処理して配向膜を形成し、その配向膜上にアクリル系サーモトロピックコレステリック液晶ポリマーの２０重量％テトラヒドロフラン溶液をワイヤバーにて塗工して乾燥させた後、１５０±２℃で５分間加熱配向処理したのち室温で放冷して、グランジャン配向した厚さ１．５μmのコレステリック液晶ポリマー層を形成する方式にて、（Ａ）６５０〜７５０nm、（Ｂ）５５０〜６５０nm、（Ｃ）４５０〜５５０nm又は（Ｄ）３５０〜４５０nmの波長域で右円偏光を鏡面反射する４種のコレステリック液晶ポリマー層を得た。
【００３４】
次に、前記の（Ａ）と（Ｂ）のコレステリック液晶ポリマー層をその液晶面同士を密着させて１５０±２℃で２分間加熱圧着処理した後、その（Ｂ）側の三酢酸セルロースフィルムを剥離し、その液晶ポリマー層の露出面に（Ｃ）のコレステリック液晶ポリマー層をその液晶面同士を密着させて１５０±２℃で２分間加熱圧着処理した後、前記に準じ（Ｄ）のコレステリック液晶ポリマー層も加熱圧着処理して、厚さ方向に螺旋ピッチが変化して円偏光二色性を示す波長域が４００〜７００nmのコレステリック液晶層を有する円偏光板を得た。用いた液晶ポリマーの屈折率の平均は１．５７５であった。ついで実施例１に準じその円偏光板と視野角補償板を粘着層を介し接着積層して光学部材を得、それを用いて液晶表示装置を形成した。なおその粘着層は、キシレン系タッキファイヤーの使用量を４０重量部として屈折率を１．５３２としたものである。
【００３５】
比較例１
直線偏光板と１／４波長板の接着積層をタッキファイヤーを添加しないで屈折率を１．４６７とした粘着層で行った他は実施例１に準じて光学部材を得た。
【００３６】
比較例２
直線偏光板と１／４波長板、及び１／４波長板と視野角補償板の接着積層をタッキファイヤーを添加しないで屈折率を１．４６７とした粘着層で行った他は実施例１に準じて光学部材を得た。
【００３７】
比較例３
コレステリック液晶系の円偏光板と視野角補償板の接着積層をタッキファイヤーを添加しないで屈折率を１．４６７とした粘着層で行った他は実施例２に準じて光学部材を得た。
【００３８】
評価試験
実施例、比較例で得た光学部材を市販のマルチドメインタイプのＶＡ型液晶表示パネルのバックライト側、及び視認側の両方における偏光板に代えて、実施例１で用いた粘着層を介し接着して液晶表示装置を形成し、目視によりその明るさとコントラストを評価した。
【００３９】
前記の結果、明るさについては、
実施例２＞比較例３＞実施例１＞比較例１＞比較例２の順序であった。
またコントラストについては、
実施例１＞比較例１＞比較例２＞実施例２＞比較例３の順序であった。
【００４０】
前記のコントラスト評価においてコレステリック液晶系の円偏光板を用いたパネルでは、コレステリック液晶層による円偏光の利用が十分でないためコントラストは低かったが、反射された円偏光をバックライト側に戻して再利用する方式とした場合には非常に明るい表示となり視認性が向上した。
【００４１】
実施例と比較例の対比により、各積層界面が適度な屈折率の接着層で積層されているとコントラストが高く維持されていることがわかる。また界面反射による光損失の軽減で若干の明るさの向上も認められ、コントラストに関してはより浅い角度から視認するときにこの傾向は顕著であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光学部材例の断面図
【符号の説明】
１：円偏光板
１１：直線偏光板    １２：接着層    １３：１／４波長板
２、４：接着層
３：視野角補償板
【図１】
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