JPH04265906A - 位相差フィルム及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相差フィルム及びツ
イステッドネマテイック液晶、又はコレステリック液晶
を使った液晶表示装置に関するものである。もっと詳細
には、該液晶装置の着色補正および視野角増大のために
用いる位相差フィルム及びそれを用いた液晶表示装置に
関するものである。

【０００２】液晶表示装置は、低電圧、低消費電力でＩ
Ｃ回路への直結が可能であること、表示機能が多様であ
ること、高生産性軽量化が可能であること等多くの特長
を有し、その用途は拡大してきた。ワードプロセッサや
パーソナルコンピュータ等のＯＡ関連機器に用いるドッ
トマトリクス形液晶表示装置には現在、液晶分子のツイ
スト角が１６０°以上のツイステッドネマティック液晶
表示装置（以後ＳＴＮ−ＬＣＤ）が実用化され主流にな
っている。それはＳＴＮ−ＬＣＤが従来のツイスト角が
９０°のツイステッドネマティック液晶表示装置（ＴＮ
−ＬＣＤ）に比べ、高マルチプレックス駆動時において
も高コントラストが維持できることによっている。

【０００３】ＳＴＮは液晶表示装置の外観の色相を白く
することは不可能であり、緑色から黄赤色の色味を呈し
、表示装置として不適当であった。この問題を解決する
ために一対の偏光板の間に一層又は複数３層の光学異方
体を備える方法が提案されている。この場合一対の偏光
板の一方を通過した直線偏光が液晶素子の液晶層と光学
異方体を通過したとき約４００ｎｍから約７００ｎｍの
波長域において長軸方向のほぼ揃った楕円偏光が得られ
る。結果的には、もう一方の偏光板を通過した時に特定
の波長域が遮断されることはなく、白色光となるもので
ある。

【０００４】又、ＳＴＮ−ＬＣＤに着色除去用として利
用される位相差板単独の特許出願も見られる。例えば特
開昭６３−１８９８０４号は、偏光顕微鏡によるレター
デーション（複屈折値とフィルム厚みの積）の測定値が
２００〜３５０ｎｍもしくは４７５〜６２５ｎｍになる
ように一軸方向に延伸したポリカーボネートフィルムに
関するものである。又、特開昭６３−１６７３０４号は
、一軸方向に延伸処理した複屈折性を有するフィルム又
はシートを、その光学的主軸が直交するように２枚又は
それ以上重ねたフィルム積層体に関するものである。 上記発明においては二枚の複屈折フィルム（各々のレタ
ーデーション値がＲ１　、Ｒ２　）を直交して２枚重ね
合わせると積層体のレターデーションが｜Ｒ１　、Ｒ２
　｜の位相差フィルムが得られることを利用して、Ｒ１
　、Ｒ２　が大きなレターデーション値を有していても
｜Ｒ１　、Ｒ２　｜を９０〜１８０ｎｍ、２００〜３５
０ｎｍ、４７５〜６２５ｎｍ等の範囲に調節できるとい
う効果を狙ったものである。

【０００５】上記発明は全てＳＴＮ−ＬＣＤの着色除去
を目的としたものであり、その点に関して大幅に改善さ
れ、白／黒表示に近いものが得られている。又、高分子
の複屈折フィルム（以後位相差フィルム）を使用する方
法はコストメリットもあり需要が急速に拡大している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この位
相差フィルムにおいては液晶ディスプレイを真正面から
見たときには着色の除去がほぼ達成できるものの斜めか
らディスプレイを見た場合には、わずかな角度変化によ
る着色や画面の表示内容が消失するというＳＴＮ−ＬＣ
Ｄ全般に見られる視角特性の問題点は解消されていない
のが実状である。又この問題はＳＴＮ−ＬＣＤの重大な
課題となっている。本発明は上記ＳＴＮ−ＬＣＤの視角
特性を大幅に改善し、新規な位相差フィルム及びそれを
用いた液晶表示装置を提供するものである。又本発明は
、液晶装置に位相差フィルムを組み込む工程で加えられ
る高熱によって複屈折値の変化が少く、従って視野角改
善効果の減少が少ない位相差フィルム及びそれを用いた
液晶表示装置を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は次の方法
により達成できた。 （１）　スチレン系共重合体からなるフィルムを該共重
合体のガラス転移温度あるいはそれよりも１０℃を越え
ない高い温度条件で、一軸延伸したことを特徴とする負
の固有複屈折を有する位相差フィルム。 （２）　スチレン系共重合体がスチレン誘導体／アクリ
ロニトリル共重合体、スチレン誘導体／メタアクリロニ
トリル共重合体、スチレン誘導体／アクリル酸エステル
共重合体またはスチレン誘導体／メタアクリル酸エステ
ル共重合体であり、かつスチレン誘導体が共重合体中に
８５重量％から５０重量％の割合で存在することに特徴
がある前記（１）記載の負の固有複屈折を有する位相差
フィルム。 （３）　該フィルムのガラス転移温度が１０５℃以上で
あることを特徴とする前記（１）記載の負の固有複屈折
値を有する位相差フィルム。 （４）　対向する２枚の電極基板間にねじれ配向したネ
マチック液晶を挾持してなる液晶素子と、少くとも二枚
の複屈折フィルムと、それらを挾んで両側に配置された
一対の偏光板とを備え、前記複屈折フィルムが正の固有
複屈折値を有する少くとも１枚の一軸延伸フィルムと、
負の固有複屈折値を有する少くとも１枚の一軸延伸フィ
ルムからなる液晶表示装置において、負の固有複屈折を
有するフィルムが前記（１）記載のスチレン系共重合体
であることを特徴とする液晶表示装置。

【０００８】本発明は、ＳＴＮ−ＬＣＤの視野角の問題
点を位相差フィルムの三次元方向の屈折率を変化させる
ことによって改善できないかどうか検討したことによっ
て達成されたものである。具体的にはフィルムの複屈折
値（△ｎ）と厚み（ｄ）の積として定義されるレターデ
ーション（Ｒｅ）の視角依存性とＬＣＤの視野角が密接
な関係にあることが判明し、レターデーションの視角依
存性について検討を重ねた結果、フィルムの法線方向に
実質的に光軸を有するフィルム、具体的には負の固有複
屈折値を有する二軸延伸フィルムと正の固有複屈折値を
有する一軸延伸フィルムとの積層フィルムを液晶セルと
偏光板の間に挿入することによって視野角を大幅に改善
できることを突き止め特許出願（特願昭６３−２７８５
９２号）した。しかし鋭意研究を進めた結果、総合的に
大幅な視野角改善があったものの、特定の方向にまた視
角不十分な部分があることが判明し、更に研究を進めた
結果、正の固有複屈折を有するポリマーの一軸延伸フィ
ルムと負の固有複屈折値を有するポリマーの一軸延伸フ
ィルムの積層体を液晶セルと偏光板の間に挿入すること
により液晶表示装置における視角特性を大幅に改善でき
ることを突き止めた（特願平２−２４２９８２号）。

【０００９】現在、位相差フィルムとして利用されてい
るフィルム素材の固有複屈折値は全て正である。固有複
屈折値が正のポリマーの縦一軸延伸フィルムの延伸軸方
向の屈折率をｎＭＤ、延伸軸と直交する方向の屈折率を
ｎＴＤ、フィルム面法線方向の屈折率をｎＮＤとすると
、各々の屈折率の大小関係はｎＭＤ＞ｎＴＤ≧ｎＮＤと
なる。従って入射光がフィルム面に垂直に入る場合、Ｒ
ｅ＝（ｎＭＤ−ｎＴＤ）ｄとなる。次に入射光が延伸方
向に直交する面を通る場合、複屈折値は入射角の変化に
伴って△ｎ＝ｎＭＤ−ｎＴＤから△ｎ＝ｎＭＤ−ｎＮＤ
の範囲で変化する。ここでｎＭＤ−ｎＴＤ≦ｎＭＤ−ｎ
ＮＤであるため、△ｎは斜入射によって無変化又は増大
する。一方光路長は斜入射によって増大するため、Ｒｅ
＝△ｎ・ｄは斜入射に伴って急激に増大することになる
。又、入射光をフィルム法線方向から延伸軸方向に傾け
て入射した場合、△ｎはｎＭＤ−ｎＮＤからｎＮＤ−ｎ
ＴＤまで急激な変化を伴うため、光路長の増大によって
もその減少を補償しきれず斜入射に伴ってＲｅ＝△ｎ・
ｄは急激に減少する。原理的にはレターデーションの変
化率が最も小さい一軸延伸フィルムはｎＭＤ＞ｎＴＤ＝
ｎＮＤの場合であるが、この場合においてもＲｅは斜入
射に伴う光路長の増大によって大きく変化する。

【００１０】ところで、本発明における、正の固有複屈
折値を有するポリマーから形成される一軸延伸フィルム
と負の固有複屈折値を有するポリマーから形成される一
軸延伸フィルムとの積層体においてはフィルム法線方向
のレターデーションは互いに加算され消滅されることな
しに全方位斜入射に対してレターデーションの変化が極
めて小さいフィルムや適度なレターデーション変化を有
するフィルムなど目的により自在にコントロールできる
という優れた効果があることが判明した。特にこれらの
効果が顕著に現われるケースは、正の固有複屈折値を有
するポリマーの一軸延伸フィルムと負の固有複屈折値を
有するポリマーの一軸延伸フィルムがその延伸軸が互い
に直交するように積層されたときであることが判明した
。これと同様の効果即ち全方位に対してレターデーショ
ン変化の小さいフィルム積層体は、正の固有複屈折値を
有するポリマーから形成される一軸延伸フィルムと正の
固有複屈折値を有するポリマーから形成される一軸延伸
フィルムとの直交積層体や、負の固有複屈折値を有する
ポリマーから形成される一軸延伸フィルムと負の固有複
屈折値を有するポリマーから形成される一軸延伸フィル
ムとの直交積層体においては共に実現されないものであ
り、特願平２−２４２９８２号の構成によってのみ実現
されるものである。

【００１１】さて、正の固有複屈折直交を有するポリマ
ーから形成される一軸延伸フィルムと負の固有複屈折値
を有するポリマーから形成される一軸延伸フィルムとの
積層体においては、各々の一軸延伸フィルムの分子の配
向レベルを延伸等によって制御することによって、積層
体のレターデーションの視角依存性をほとんどなくする
ことも適度の変化をつけることも自在にコントロールで
きるため、ＳＴＮ−ＬＣＤの光学特性に応じて、レター
デーションの視角特性を適合できるため、ＳＴＮ−ＬＣ
Ｄにおける偏光板と液晶セルの間に位相差フィルムとし
て配設した場合にＳＴＮ−ＬＣＤの視野角を大幅に拡大
できることが認められた。

【００１２】更に詳細に説明すると、本発明は９０°以
上特に１８０°〜３３０°のねじれ角を有するツイステ
ッドネマティック液晶、又はコレステリック液晶を使っ
た液晶表示装置における液晶セルの複屈折性に起因する
着色現象をなくすると共に視野角、高コントラスト域の
拡大を可能とする液晶表示装置に関するものであり、フ
ィルム法線方向のレターデーションに関しては、正の固
有複屈折値を有するポリマーから形成されるフィルムの
一軸延伸におけるレターデーションと負の固有複屈折値
を有するポリマーから形成されるフィルムの一軸延伸に
おけるレターデーションの加算値がえられる。ただし、
該正、負の固有複屈折値を有するポリマーの一軸延伸フ
ィルムの延伸軸が一致した場合にはレターデーションは
打ち消され、好ましくはない。従って該フィルム積層体
の延伸軸は互いに略直交に配置されるのが好ましい。具
体的には相対角が７０°乃至１１０°が最も好ましい。

【００１３】ただし、該正、負の固有複屈折値を有する
フィルムが液晶セルを介して配置される場合はその限り
ではない。つまり該フィルムは常に積層されて使われな
くても、液晶セルの両サイドに配置されてもよいし、偏
光板の液晶セル側の保護フィルムを兼用しても構わない
。特に偏光板保護フィルムとして使った場合は視野角拡
大の機能と共に低コスト化を実現できるメリットがある
。又、本発明におけるフィルムとは、一般的に考えられ
ているフィルムだけでなく、ある基材に塗布された膜状
物も含まれる。又、一軸延伸フィルムとは、純粋な一軸
性フィルムだけでなく、若干二軸性が付与されていても
本質的に一軸性フィルムとして機能するものであれば本
発明の対象となる。従って、テンター法による横一軸延
伸、ロール間の周速の差を利用した縦一軸延伸、この場
合幅方向の延伸時の自然収縮を行う場合も制限する場合
も含まれる。

【００１４】さて、本発明において正の固有複屈折値を
有するフィルムは、光の透過性が７０％以上で無彩色で
あることが好ましく、更に好ましくは光の透過性が９０
％以上で無彩色である。ここで固有複屈折値（△ｎ°）
は分子が理想的に一方向に配向したときの複屈折値を意
味し、近似的に下記数式（１）　で表わされる。

【００１５】

【数１】

【００１６】該、正の固有複屈折値を有するフィルムに
用いるポリマーとして制約はないが、具体的にはポリカ
ーボネート、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリフェニレンオキサイド、ポリアリルスルホン
、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリオレフィン、ポ
リオレフィン、ポリ塩化ビニル、セルロース、ポリエス
テル系高分子等が好ましく、特にポリカーボネート系高
分子、ポリアリレート系高分子、ポリエステル系高分子
等、固有複屈折値が大きく溶液製膜により面状の均質な
フィルムを作りやすい高分子が好ましい。又、上記ポリ
マーは、単にホモポリマーだけでなく、コポリマー、そ
れらの誘導体、ブレンド物等であってもよい。

【００１７】本発明における負の固有複屈折値を有する
フィルムとは、光の透過性が７０％以上で無彩色である
ことが好ましく、更に好ましくは光の透過性が９０％以
上で無彩色である。ところで、固有複屈折値の絶対値が
小さくても厚みを大きくするか延伸倍率を大きくするこ
とによって十分に利用できるのであるがそれらの制約を
受けないためには、固有複屈折値は好ましくは絶対値で
０．０２以上、より好ましくは０．０４以上である。 又、一旦延伸によって配向した分子がＬＣＤの製造工程
や表示中での昇温による配向緩和を防ぐために本発明の
スチレン系共重合体のガラス転移温度（Ｔｇ）は１００
℃以上、好ましくは１０５℃以上より好ましくは１１０
℃以上である。

【００１８】また、一軸延伸されて複屈折値を持つフィ
ルムの厚みは特に制限がないが、１０μ〜１ｍｍの範囲
が好ましい。共重合体フィルムの分子量は特別に小さい
ものでなければ特に大きな制約はないが、好ましくは重
量平均分子量で２０万から９０万がよく、特に好ましく
は３５万から７０万がよい。重合方法は普通行なわれる
どんな方法でも適用可能であるが、乳化重合方法で重合
した共重合体は分子量を大きくしやすいので特に好まし
い。

【００１９】ここでスチレン誘導体とはスチレン及びα
−メチルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｐ−メチルス
チレン、ｐ−クロロスチレン、ｐ−ニトロスチレン、ｐ
−アミノスチレン、ｐ−カルボキシスチレン、ｐ−フェ
ニルスチレン、２，５−ジクロロスチレンの如きスチレ
ン誘導体を含む。ここで用いることのできる共重合体成
分には特に制約はないが具体例としてアクリル酸メチル
、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピルの如きアクリ
ル酸エステル類、メタアクリル酸メチル、メタアクリル
酸エチル、メタアクリル酸ブチルの如きメタアクリル酸
エステル類、アクリル酸、メタアクリル酸、アクリロニ
トリル、メタアクリロニトリル、αクロロアクリロニト
リル、ブタジエン、イソプレン、無水マレイン酸、酢酸
ビニル、エチレン、プロピレンなどがあり、これらの単
独成分あるいは複数成分から成っていてもよい。スチレ
ン誘導体と共重合体成分との重量比は８５／１５から５
０／５０であることが好ましく、７５／２５から６０／
４０であることが特に好ましい。この比が高いと耐熱性
が低くなり、この比が小さいと複屈折の発現性が小さく
なって、共に好ましくない。耐熱性を高くするためには
共重合体成分としてアクリロニトリル、あるいはメタア
クリロニトリル、あるいはアクリル酸エステル類、ある
いはメタアクリル酸エステル類を前記重量比で用いるの
がよい。

【００２０】重合の過程でモノマーが未反応のモノマー
や低分子のオリゴマーが多量に残っていると、フィルム
の耐熱性を損ない、熱による複屈折の低下を招きやすく
好ましくない。残留モノマー量は１重量％以下、好まし
くは０．２重量％以下にすべきである。本発明のスチレ
ン系共重合体は、組成の異なる２種以上の共重合成分を
混ぜあわせて用いてもよい。又スチレン系共重合体以外
のポリマーと混ぜ合わせて用いてもよい。このときは、
混ぜ合わせた結果としてスチレン成分の全体に占める構
成比が５０％を下廻ると、複屈折特性の発現が低下し、
実用に耐えなくなるので注意が必要である。以下実施例
に従って更に説明する。

【００２１】

【実施例】実施例１ 乳化重合法で合成したスチレン／アクリロニトリル（分
子量約４０万）の重量比が６５／３５の共重合体をメチ
レンクロライドに溶解した後、ガラス板上に流延して約
１２０μｍの透明なフィルムを得た。この共重合体のガ
ラス転移温度は１１２℃であった。このフィルムを延伸
温度を１００℃から１２０℃の間で変化させて約４０％
一軸延伸した後、その複屈折値を測定した。さらにこの
延伸フィルムを９０℃のオーブン中で４時間熱処理をし
、その後もう一度複屈折を測定して熱処理後の複屈折低
下率を測定した。測定結果を表１に示す。この結果から
、延伸温度が高い程複屈折が小さくなり、位相差フィル
ムとして用をなさないことがわかる。一方延伸温度が１
０５℃よりも低いと熱処理による複屈折の低下率が大き
くなり、フィルムの液晶表示装置への組み込み適性が低
下することがわかる。また延伸温度がガラス転移温度よ
りも低いと延伸むらが生じやすい。従って実用的な延伸
温度は本共重合体のガラス転移温度付近である１１０℃
から１２０℃の間にある。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例２ 乳化重合法で合成したスチレン／メタアクリル酸メチル
（分子量約４０万）の重量比が６５／３５の共重合体を
メチレンクロライドに溶解した後、ガラス板上に流延し
て約１３０μｍの透明なフィルムを得た。この共重合体
のガラス転移温度は１０８℃であった。このフィルムを
延伸温度を１００℃から１２０℃の間で変化させて約４
０％一軸延伸した後、その複屈折値を測定した。さらに
この延伸フィルムを９０℃のオーブン中で４時間熱処理
をし、その後もう一度複屈折を測定して熱処理後の複屈
折低下率を測定した。測定結果を表２に示す。この結果
から、延伸温度が高い程複屈折が小さくなり、位相差フ
ィルムとして用をなさないことがわかる。一方延伸温度
が１０５℃よりも低いと熱処理による複屈折の低下率が
大きくなり、フィルムの液晶表示装置への組み込み適性
が低下することがわかる。また延伸温度がガラス転移温
度よりも低いと延伸むらが生じやすい。従って実用的な
延伸温度は本共重合体合体のガラス転移温度付近である
１０５℃から１１５℃の間にある。

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例３ 重量平均分子量１０万のポリカーボネートをメチレンク
ロライドに溶解してステンレスベルト上に流延し、連続
的に剥ぎ取って乾燥しポリカーボネートフィルムを得た
。該フィルムを１７０℃の温度条件下で周束の異なるロ
ール間で縦一軸延伸し、複屈折値が＋２．９×１０−３
、厚さが１０５μｍのポリカーボネート一軸延伸フィル
ムを得た。このフィルムを表１記載の複屈折値が−２．
３×１０−３のスチレン・アクリロニトリル共重合体一
軸延伸フィルムと、延伸軸方向を直行させて重ねて積層
体フィルムを製作した。次に、エプソン（株）製パーソ
ナルワードプロセッサーＰＷＰ−ＬＱＸ（製造番号０２
Ｇ００００５１５）の位相差フィルムを取り除き、上記
製作したフィルム積層体のポリカーボネートフィルム延
伸軸が上下になるように且つポリカーボネートフィルム
が液晶セル側になるように、該積層体を液晶セルと偏光
板の間に配置し、表示特性を調べたところ鮮明な白黒表
示が得られるとともに、上下合計１１０°以上、左右合
計１００°以上の広視野角が得られた。

【００２６】実施例４ 重量平均分子量１０万のポリカーボネートをメチレンク
ロライドに溶解してステンレスベルト上に流延し、連続
的に剥ぎ取って乾燥しポリカーボネートフィルムを得た
。該フィルムを１７０℃の温度条件で周束の異なるロー
ル間で縦一軸延伸し、複屈折値が＋２．９×１０−３、
厚さが１０５μｍのポリカーボネート一軸延伸フィルム
を得た。このフィルムを表２記載の複屈折値が−２．１
×１０−３のスチレン・メタアクリル酸エステル共重合
体一軸延伸フィルムと、延伸軸方向を直行させて重ねて
積層体フィルムを製作した。次に、エプソン（株）パー
ソナルワードプロセッサーＰＷＰ−ＬＱＸ（製造番号０
２Ｇ００００５１５）の位相差フィルムを取り除き、上
記製作したフィルム積層体のポリカーボネートフィルム
延伸軸が上下になるように且つポリカーボネートフィル
ムが液晶セル側になるように、該積層体を液晶セルと偏
光板の間に配置し、表示特性を調べたところ鮮明な白黒
表示が得られるとともに、上下合計１１０°以上、左右
合計１００°以上の広視野角が得られた。

【００２７】比較例１ 実施例３、４で使用したパーソナルワードプロセッサー
ＰＷＰ−ＬＱＸ（購入段階）の表示特性を調べたところ
、白黒表示は得られているが視野角が非常に狭く、上下
合計５０°、左右合計４５°であった。

【００２８】

【発明の効果】本発明の負の固有複屈折値を有する一軸
延伸スチレン系共重合体フィルムは、高熱下においても
複屈折値の変化が少なく、また本発明のフィルムと正の
固有複屈折値を有するフィルムと互いの延伸軸を直行ま
たは略直行させるように積層し、液晶セルと偏光板の間
に配置することにより、視野角が広い高品位の白黒表示
が得られるとともに、９０℃もの高い熱処理を受けても
その光学特性は安定である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　スチレン系共重合体からなるフィルム
   を該共重合体のガラス転移温度あるいはそれよりも１０
   ℃を越えない高い温度条件で、一軸延伸したことを特徴
   とする負の固有複屈折を有する位相差フィルム。
2. 【請求項２】　　スチレン系共重合体がスチレン誘導体
   ／アクリロニトリル共重合体、スチレン誘導体／メタア
   クリロニトリル共重合体、スチレン誘導体／アクリル酸
   エステル共重合体またはスチレン誘導体／メタアクリル
   酸エステル共重合体であり、かつスチレン誘導体が共重
   合体中に８５重量％から５０重量％の割合で存在するこ
   とに特徴がある請求項１記載の負の固有複屈折を有する
   位相差フィルム。
3. 【請求項３】　　該共重合体のガラス転移温度が１０５
   ℃以上であることを特徴とする請求項１記載の負の固有
   複屈折値を有する位相差フィルム。
4. 【請求項４】　　対向する２枚の電極基板間にねじれ配
   向したネマチック液晶を挾持してなる液晶素子と、少く
   とも二枚の複屈折フィルムと、それらを挾んで両側に配
   置された一対の偏光板とを備え、前記複屈折フィルムが
   正の固有複屈折値を有する少くとも１枚の一軸延伸フィ
   ルムと、負の固有複屈折値を有する少くとも１枚の一軸
   延伸フィルムからなる液晶表示装置において、負の固有
   複屈折を有するフィルムが請求項１記載のスチレン系共
   重合体であることを特徴とする液晶表示装置。