複屈折フィルムの製造方法及びそれを用いた液晶表示装置
【目的】ＳＴＮ−ＬＣＤの着色および視角特性を大幅に改善しうる複屈折性フィルムを、簡単な工程により、低コストでかつ高い生産性のもとに製造する。
【構成】固有複屈折値が正のポリマーを溶媒に溶解した溶液をドラム又はバンド上に流延した後、乾燥、一軸延伸で複屈折フィルムを製造する方法に関し、延伸に入った時点のフィルムの残留溶剤が１０重量％以上３０重量％の残留溶剤を含んだものであることを特徴とする複屈折フィルムの製造方法。
【構成】固有複屈折値が正のポリマーを溶媒に溶解した溶液をドラム又はバンド上に流延した後、乾燥、一軸延伸で複屈折フィルムを製造する方法に関し、延伸に入った時点のフィルムの残留溶剤が１０重量％以上３０重量％の残留溶剤を含んだものであることを特徴とする複屈折フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複屈折性フィルムの製造方法、それを用いる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、低電圧、低消費電力でＩＣ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、軽量化が可能であること等多くの特徴を有しており、ワードプロセッサやパーソナルコンピューター等の表示装置として広く使用されている。その中で、液晶分子のツイスト角が１６０°以上、２７０°以下のツイステッドネマティック液晶表示装置（以後ＳＴＮ−ＬＣＤ）は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、大容量表示が可能であり、高速応答性に優れている事から、現在液晶表示装置の主流となっている。
【０００３】しかしながらＳＴＮ−ＬＣＤには、表示画像が青色あるいは黄色に着色する（ブルーモードあるいはイエローモード）という問題があり、このため白黒表示ではコントラスト、視認性が低く、またカラー化が極めて困難であった。そこでこの着色を補償するために、逆ねじりのＳＴＮ液晶セルを用いる二層液晶方式の白黒、あるいは、カラー表示が提案されたが、複数の液晶セルを用いるため、表示装置の重量、容積が大きくなる、あるいはコストが高くなる等の問題点、また視角の僅かな変化でコントラストが急激に低下する、あるいは背景色が変化する等の、視角特性の劣化という別の問題があった。
【０００４】この問題を解決するために、特開昭６３−１６７３０３号、同６３−１６７３０４号、同６３−１８９８０４号、同６３−２６１３０２号、同６３−１４９６２４号、特開平１−２０１６０７号、同１−２０１６０８号、同１−１０５２１７号、特開平２−２８５３０３号、同２−５９７０２号、同２−２４４０６号、同２−１４６００２号、同２−２５７１０３号、特開平３−２３４０４号、同３−１２６０１２号、同３−１８１９０５号、同３−１９４５０３号等の公報に記載されている様に、着色を改良するために、逆ねじりのＳＴＮ液晶のかわりに位相差板を用いる方法が提案された。
【０００５】これらの方法によれば、ＳＴＮ−ＬＣＤの着色が大幅に改善され、表示装置自身の重量、容積も著しく小さくなり、コストも安くなるが、ＳＴＮ−ＬＣＤの視角特性についてはほとんど改良されなかった。
【０００６】そこで、この視角特性を改良するために、特開平２−２８５３０３号公報に電場配向によって、厚さ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い複屈折性フィルムを作成し、これを位相差板として用いる方法が提案された。この方法によれば視角によるコントラストの変化が小さくなり、視角特性が改良されるが、その効果は小さく、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って印加する必要があり、その製造工程も複雑になるため、生産性を高くして、コストを低下させる事が難しかった。また、特開平２−１６０２０４号公報に、押し出し成形によって得られる棒状のポリカーボネートを板状に切り取り、研磨したものを位相差板として用いる方法が提案されているが、この方法では大面積の位相差板を低コストで生産する事が極めて難しかった。
【０００７】さらに特開平２−２５６０２３号、特開平３−１４１３０３号、同３−１４１２２号、同３−２４５０２号公報に、固有複屈折率が正と負のフィルムを各々１枚づつ、あるいは積層したものを位相差板として用いる方法が提案された。この方法によれば液晶セルの特性に合わせて２枚のフィルムの複屈折性を調整できるので、視角特性をより緻密に改良する事ができるが、別個に作成した複屈折性フィルムを２枚以上使う事が必要であり、それだけにコストも高くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＳＴＮ−ＬＣＤの着色および視角特性を大幅に改善しうる複屈折性フィルムを、簡単な工程により、低コストでかつ高い生産性のもとに製造する製造方法を提案する事にある。また、本発明は、表示画像における着色が少く、コントラスト、視認性に優れ、視角特性が良好な液晶表示装置を提供する事も目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、■固有複屈折値が正のポリマーを溶媒に溶解した溶液をドラム又はバンド上に流延した後、乾燥、一軸延伸によって複屈折を有するフィルムを製造する方法において、延伸に入った時点の残留溶剤が１０重量％以上３０重量％であることを特徴とする複屈折フィルムの製造方法。■一対の偏光板とその間に表示用液晶セルと少くとも一枚の複屈折フィルムを構成要素とする液晶表示装置において、前記■による製造方法で得られた複屈折フィルムであって、該複屈折フィルムの厚さ方向の屈折率がフィルム面内の２つの主屈折率の間にあることを特徴とする液晶表示装置により達成された。
【００１０】フィルムを延伸することにより、延伸方向の主屈折率が大きくなることは、すでに公知である。しかしながら、極めて簡単な工程により、低コストでフィルムの厚み方向の屈折率をフィルム面内の主屈折率の間にする方法は従来知られていなかった。本発明者等は、フィルムに複屈折性を付与する延伸工程において、延伸前の乾燥を十分にせず、かなり高残留溶媒を含んだ状態で延伸すると、厚さ方向の屈折率がフィルム面内の２つの主屈折率の間になることをいう。従来全く知られていなかった現象を発見し、本発明の完成に至った。
【００１１】今までのポリマーの延伸の常識では、固有複屈折値が正の場合には、いかなる延伸をやっても厚み方向の屈折率は面内の２つの主屈折率より小さいか又は面内の２つの主屈折率の内、小さいものと同じであって、決して面内の２つの主屈折率の間になることはない。ところで、本発明によって、厚み方向の屈折率が面内の２つの主屈折率の間になったという現象に関して、まだメカニズムは十分に解明されていないがおよそ以下のように推定している。
【００１２】固有複屈折値が正のポリマーの未延伸フィルムの内部に一辺ｌ0 の微小立方体を仮定する。延伸により微小立方体が変形し延伸方向の長さがｌx 、延伸軸と直行するフィルム軸方向の長さがｌy 、フィルム厚さ方向の長さがｌz になったとする。一般の延伸においてはｌx ＞ｌy ≧ｌz の関係になり、この関係は、ｘ、ｙ、ｚ方向の屈折率の大小関係と相似になる。つまりｎx ＞ｎy ≧ｎz である。ところで本発明においては、ｎx ＞ｎz ＞ｎy という現象が確認された訳であるから未延伸時に一辺ｌ0 の微小立方体が、ｘ方向に延伸された後でｌx ＞ｌz ＞ｌy という変形になったことが推測される。実際に、本発明によると延伸によって厚み方向の収縮は小さいが幅方向の収縮は著しく大きくなる。このことはｌx＞ｌz ＞ｌy という変形になっていることを裏づける。
【００１３】ところで、なぜｌx ＞ｌz ＞ｌy という変形になるかであるが、残留溶剤が多い状態で熱変形ができる程度の高温の状態にフィルムがさらされるとフィルムの表面からの急激な溶剤蒸発が起る。しかし、フィルムの内部では溶剤の移動は拡散律速のためなかなか溶剤が減少しない。そのため、フィルム表面が優先的に乾燥し表面が収縮しようとする。この現象が延伸時に起ると延伸方向は機械的に伸ばされているため収縮できず、フィルムの幅方向が優先的に収縮する現象が起る。このようなメカニズムでｌx ＞ｌz ＞ｌy という変形が促され、結果的にｎx＞ｎz ＞ｎy という屈折率特性が得られたものと考える。
【００１４】このように、本発明による複屈折フィルムのｎx ＞ｎz ＞ｎy という屈折率特性は、フィルム延伸時にフィルムの内部と表面の溶剤の濃度勺配に影響を受けることが予想される。実際に、フィルム延伸時にフィルム内部の残留溶剤の濃度勺配に影響を与える延伸温度、延伸速度によってｎz とｎy の差は強く影響を受ける。より詳細には、延伸温度が高く、延伸速度が速いほど濃度勺配が大きい状態での延伸が可能となる。しかし、延伸温度が高すぎると、急激に溶媒蒸発が起り、フィルム内部に気泡が生じたり、分子の配向緩和が急速に起り、好ましい複屈折特性が得られないことがある。このように屈折率特性は延伸時のフィルム厚さ方向に生じた溶媒濃度に強く依存するため、それをコントロールするため単一溶媒でなく、混合溶媒を使っても良い。この場合、混合溶媒の中に貧溶媒が含まれても混合溶媒として溶解性を有する程度なら問題はない。
【００１５】又、本発明における好ましい延伸温度は（Ｔｇ（ガラス転位温度）−２０°）〜（Ｔｇ＋３０°）である。また延伸ひずみ速度は１０％／min 以上更に好ましくは５０％／min 以上である。ここで延伸ひずみ速度とは初期長さが延伸により１分間当り何％延伸されるかを示すものである。本発明における延伸倍率は、液晶セルに適合する所望のレターデーション値を有するフィルムを得るために決められるものであり、フィルムの厚さ、延伸温度、延伸速度などによって最適値が大きく変化するものである。従って、その範囲については特に制限はないが、厚さ５０μｍ−１００μｍのフィルムにおいては延伸倍率は１０％以上であることが好ましい。延伸方法は、周速の異なるロール間で延伸する縦一軸延伸やフィルムの両サイドをグリップし、フィルムの幅方向に延伸するテンター方式による横一軸延伸、又、延伸を数回に分ける多段延伸等、その方法に特に制限はない。
【００１６】さて、液晶表示装置の視野角による色味、コントラスト変化は複屈折フィルムのレターデーション値（複屈折と厚さの積）の視野角依存性に大きく依存する。複屈折フィルムのレターデーション値（以下Ｒｅ値）の視野角依存性は、厚み方向の屈折率に大きく依存し、３軸屈折率特性がｎx ＞ｎy ≧ｎz のフィルムではｎx ＞ｎy ＝ｎz のときに最も小さくなるが、更にｎz が増大しｎz ＝（ｎx ＋ｎy ）／２になったとき、フィルム単独でのＲｅ値の視野角依存性が最も小さくなる。又、複屈折フィルムを装着した液晶表示装置においても、ｎx ＞ｎz ＞ｎy 特にｎz が（ｎx ＋ｎy ）／２近傍にあるときに液晶表示装置の視野角特性が良好である。
【００１７】本発明の複屈折性フィルムに用いる正の固有複屈折を有するポリマーとして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、ポリフェニレンスルファイド、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、ポリイミド、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。
【００１８】また、本発明の複屈折性のフィルムは、光の透過性が７０％以上で、実質的に透明で無彩色であることが好ましく、更に光の透過性が９０％以上で、実質的に透明で無着色であることが好ましい。ここで、固有複屈折（Δｎ）は分子が理想的に一軸配向したときの複屈折値を意味し、近似的に下記数式（１）で表される
【００１９】
【数１】
【００２０】また、本発明の複屈折性フィルム中で配向した分子がＬＣＤの製造工程や熱による配向緩和を防ぐために本発明の複屈折性フィルムに用いるポリマーのガラス転位点は、好ましくは１０５℃以上、より好ましくは１１０℃以上である。ポリマー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が１万から１００万の範囲で、特に好ましくは３万から７０万の範囲である。重合方法は通常行われるどんな方法でも適用可能である。
【００２１】本発明の複屈折フィルムは、前述した製造方法に従って得られる複屈折フィルムをそのまま使用してもよいが、他の固有複屈折値が正又は負の一軸延伸フィルム又は二軸延伸フィルムと併用しても良い。ここで併用とは、フィルムを積層して使用する場合及びＬＣセルを介して両サイドにフィルムを配置する場合を含む。この場合、異種フィルムの併用により、各複屈折フィルムの複屈折の波長特性を制御することも可能であり、液晶セルにおける補償をより高度にすることができる。
【００２２】本発明の液晶表示装置は、厚さ方向の屈折率が複屈折フィルムの光軸に平行な方向の屈折率よりも小さく複屈折フィルムの光軸に垂直な方向の屈折率よりも大きい複屈折フィルムを、液晶セルの片側又は両側に配置したものである。図１にその構成を例示した（片側にのみ位相差板を設けたタイプ）。１が偏光板、２が位相差板、３が液晶セルである。なお、図１に示した液晶表示装置の上部が視認側である。
【００２３】液晶表示装置の形成に、本複屈折フィルムを用いると、液晶セルにおける位相差を真正面だけでなく、斜め方向にも補償することができる。これにより、着色が防止されコントラスト、色味の視野角特性が改良された白黒ディスプレイ及びカラー表示ディスプレイが達成される。以下、実施例によって発明を詳細に説明する。
【００２４】
【実施例】
実施例１重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、２５℃３０分の自然乾燥により、残留溶剤２２％、厚さ１１３μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１７０℃の温度下に、延伸ひずみ速度５０％／min で３０％延伸を行い、複屈折フィルム（Ａ−１）を得た。
【００２５】実施例２重量平均分子量４万のＴｇ １５０°のポリカーボネートを塩化メチレン／メタノール（９０／１０重量比）の混合溶媒に２１ｗｔ％溶かした溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、３０℃４０分の乾燥により、残留溶剤１１％、厚さ９７μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１４０℃の温度下に、延伸ひずみ速度１００％／min で２５％延伸を行い、複屈折フィルム（Ａ−２）を得た。
【００２６】実施例３重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、２５℃１５分の自然乾燥により、残留溶剤２８％、厚さ１１０μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１８０℃の温度下に、延伸ひずみ速度３００％／min で３０％延伸を行い、複屈折フィルム（Ａ−３）を得た。
【００２７】比較例１重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイによりステンレス板上に流延し、２５℃３０分の自然乾燥、続いて１２０℃３時間の乾燥を行い、残留溶剤１％、厚さ９５μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１７０℃の温度下に、延伸ひずみ速度５０％／min で３０％延伸を行い、複屈折フィルム（Ｂ−１）を得た。
【００２８】比較例２重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイによりステンレス板上に流延し、２５℃１０分の自然乾燥で残留溶剤３３％、厚さ１１２μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１８０℃の温度下に、延伸ひずみ速度３００％／min で３０％延伸を行ったところ、フィルム内部に気泡が発生し、光学用途に使用できる複屈折フィルムは得られなかった。
【００２９】比較例３重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、２５℃３０分の自然乾燥、続いて１２０℃３０時間の乾燥を行い、残留溶剤１％、厚さ６５μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１７０℃の温度下に、延伸ひずみ速度１０％／min で１５％延伸を行い、複屈折フィルム（Ｂ−２）を得た。
【００３０】屈折率及びＲｅ（レターデーション）値の測定前記の複屈折フィルムＡ−１、Ａ−２、Ａ−３、Ｂ−１およびＢ−２についてアッベの屈折計により、波長５９０ｎｍにおける延伸軸方向の屈折率（ｎx ）、フィルム幅方向の屈折率（ｎy ）、フィルム厚さ方向の屈折率（ｎz ）を測定した。又、エリプソメーターにより波長６３２．８ｎｍのＲｅ値を測定した。結果を表−１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】表−１より、ｎx 、ｎy 、ｎz の関係において、Ａ−１、Ａ−２及びＡ−３は、ｎx ＞ｎz ＞ｎy となり、一般の延伸では得られない屈折率特性が得られたことがわかる。一方、Ｂ−１、Ｂ−２においてはｎx ＞ｎy ≧ｎz である。
【００３３】実施例４液晶パネルにおける視野角依存性の評価前記のＡ−３の複屈折フィルムを位相差板としてＳＴＮ液晶セルの両側に適用し（図２）、白黒ディスプレイの液晶表示装置を作製した。又偏光軸、延伸軸の関係を図３に示す。得られた、液晶表示装置の駆動状態と非駆動状態におけるコントラスト比が６：１以上となる視野角を表２に示した。
【００３４】比較例４前記のＢ−２の複屈折フィルムを位相差板として、実施例４と同様の方法で、液晶表示装置におけるコントラストの視野角を測定した。結果を表２に示した。
【００３５】
【表２】
【００３６】表２より本発明の複屈折フィルムからなる位相差板を用いて補償した液晶パネルは、視野角によるコントラスト変化が小さく広い視野角を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】複屈折フィルム１枚を装着した液晶パネルの構成を示す。
【図２】複屈折フィルム２枚を装着した液晶表示装置の構成を示す。
【図３】実施例４の偏光軸、延伸軸を示した図を示す。
【符号の説明】
１． 偏光板
２． 複屈折フィルム
３． 液晶セル
Ｐ1 ：バックライト側偏光板偏光軸
Ｐ2 ：観察者側偏光板偏光軸
Ｒｅ1 ：バックライト側複屈折フィルムの延伸軸
Ｒｅ2 ：観察者側複屈折フィルムの延伸軸
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複屈折性フィルムの製造方法、それを用いる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、低電圧、低消費電力でＩＣ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、軽量化が可能であること等多くの特徴を有しており、ワードプロセッサやパーソナルコンピューター等の表示装置として広く使用されている。その中で、液晶分子のツイスト角が１６０°以上、２７０°以下のツイステッドネマティック液晶表示装置（以後ＳＴＮ−ＬＣＤ）は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、大容量表示が可能であり、高速応答性に優れている事から、現在液晶表示装置の主流となっている。
【０００３】しかしながらＳＴＮ−ＬＣＤには、表示画像が青色あるいは黄色に着色する（ブルーモードあるいはイエローモード）という問題があり、このため白黒表示ではコントラスト、視認性が低く、またカラー化が極めて困難であった。そこでこの着色を補償するために、逆ねじりのＳＴＮ液晶セルを用いる二層液晶方式の白黒、あるいは、カラー表示が提案されたが、複数の液晶セルを用いるため、表示装置の重量、容積が大きくなる、あるいはコストが高くなる等の問題点、また視角の僅かな変化でコントラストが急激に低下する、あるいは背景色が変化する等の、視角特性の劣化という別の問題があった。
【０００４】この問題を解決するために、特開昭６３−１６７３０３号、同６３−１６７３０４号、同６３−１８９８０４号、同６３−２６１３０２号、同６３−１４９６２４号、特開平１−２０１６０７号、同１−２０１６０８号、同１−１０５２１７号、特開平２−２８５３０３号、同２−５９７０２号、同２−２４４０６号、同２−１４６００２号、同２−２５７１０３号、特開平３−２３４０４号、同３−１２６０１２号、同３−１８１９０５号、同３−１９４５０３号等の公報に記載されている様に、着色を改良するために、逆ねじりのＳＴＮ液晶のかわりに位相差板を用いる方法が提案された。
【０００５】これらの方法によれば、ＳＴＮ−ＬＣＤの着色が大幅に改善され、表示装置自身の重量、容積も著しく小さくなり、コストも安くなるが、ＳＴＮ−ＬＣＤの視角特性についてはほとんど改良されなかった。
【０００６】そこで、この視角特性を改良するために、特開平２−２８５３０３号公報に電場配向によって、厚さ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い複屈折性フィルムを作成し、これを位相差板として用いる方法が提案された。この方法によれば視角によるコントラストの変化が小さくなり、視角特性が改良されるが、その効果は小さく、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って印加する必要があり、その製造工程も複雑になるため、生産性を高くして、コストを低下させる事が難しかった。また、特開平２−１６０２０４号公報に、押し出し成形によって得られる棒状のポリカーボネートを板状に切り取り、研磨したものを位相差板として用いる方法が提案されているが、この方法では大面積の位相差板を低コストで生産する事が極めて難しかった。
【０００７】さらに特開平２−２５６０２３号、特開平３−１４１３０３号、同３−１４１２２号、同３−２４５０２号公報に、固有複屈折率が正と負のフィルムを各々１枚づつ、あるいは積層したものを位相差板として用いる方法が提案された。この方法によれば液晶セルの特性に合わせて２枚のフィルムの複屈折性を調整できるので、視角特性をより緻密に改良する事ができるが、別個に作成した複屈折性フィルムを２枚以上使う事が必要であり、それだけにコストも高くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＳＴＮ−ＬＣＤの着色および視角特性を大幅に改善しうる複屈折性フィルムを、簡単な工程により、低コストでかつ高い生産性のもとに製造する製造方法を提案する事にある。また、本発明は、表示画像における着色が少く、コントラスト、視認性に優れ、視角特性が良好な液晶表示装置を提供する事も目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、
【００１０】フィルムを延伸することにより、延伸方向の主屈折率が大きくなることは、すでに公知である。しかしながら、極めて簡単な工程により、低コストでフィルムの厚み方向の屈折率をフィルム面内の主屈折率の間にする方法は従来知られていなかった。本発明者等は、フィルムに複屈折性を付与する延伸工程において、延伸前の乾燥を十分にせず、かなり高残留溶媒を含んだ状態で延伸すると、厚さ方向の屈折率がフィルム面内の２つの主屈折率の間になることをいう。従来全く知られていなかった現象を発見し、本発明の完成に至った。
【００１１】今までのポリマーの延伸の常識では、固有複屈折値が正の場合には、いかなる延伸をやっても厚み方向の屈折率は面内の２つの主屈折率より小さいか又は面内の２つの主屈折率の内、小さいものと同じであって、決して面内の２つの主屈折率の間になることはない。ところで、本発明によって、厚み方向の屈折率が面内の２つの主屈折率の間になったという現象に関して、まだメカニズムは十分に解明されていないがおよそ以下のように推定している。
【００１２】固有複屈折値が正のポリマーの未延伸フィルムの内部に一辺ｌ0 の微小立方体を仮定する。延伸により微小立方体が変形し延伸方向の長さがｌx 、延伸軸と直行するフィルム軸方向の長さがｌy 、フィルム厚さ方向の長さがｌz になったとする。一般の延伸においてはｌx ＞ｌy ≧ｌz の関係になり、この関係は、ｘ、ｙ、ｚ方向の屈折率の大小関係と相似になる。つまりｎx ＞ｎy ≧ｎz である。ところで本発明においては、ｎx ＞ｎz ＞ｎy という現象が確認された訳であるから未延伸時に一辺ｌ0 の微小立方体が、ｘ方向に延伸された後でｌx ＞ｌz ＞ｌy という変形になったことが推測される。実際に、本発明によると延伸によって厚み方向の収縮は小さいが幅方向の収縮は著しく大きくなる。このことはｌx＞ｌz ＞ｌy という変形になっていることを裏づける。
【００１３】ところで、なぜｌx ＞ｌz ＞ｌy という変形になるかであるが、残留溶剤が多い状態で熱変形ができる程度の高温の状態にフィルムがさらされるとフィルムの表面からの急激な溶剤蒸発が起る。しかし、フィルムの内部では溶剤の移動は拡散律速のためなかなか溶剤が減少しない。そのため、フィルム表面が優先的に乾燥し表面が収縮しようとする。この現象が延伸時に起ると延伸方向は機械的に伸ばされているため収縮できず、フィルムの幅方向が優先的に収縮する現象が起る。このようなメカニズムでｌx ＞ｌz ＞ｌy という変形が促され、結果的にｎx＞ｎz ＞ｎy という屈折率特性が得られたものと考える。
【００１４】このように、本発明による複屈折フィルムのｎx ＞ｎz ＞ｎy という屈折率特性は、フィルム延伸時にフィルムの内部と表面の溶剤の濃度勺配に影響を受けることが予想される。実際に、フィルム延伸時にフィルム内部の残留溶剤の濃度勺配に影響を与える延伸温度、延伸速度によってｎz とｎy の差は強く影響を受ける。より詳細には、延伸温度が高く、延伸速度が速いほど濃度勺配が大きい状態での延伸が可能となる。しかし、延伸温度が高すぎると、急激に溶媒蒸発が起り、フィルム内部に気泡が生じたり、分子の配向緩和が急速に起り、好ましい複屈折特性が得られないことがある。このように屈折率特性は延伸時のフィルム厚さ方向に生じた溶媒濃度に強く依存するため、それをコントロールするため単一溶媒でなく、混合溶媒を使っても良い。この場合、混合溶媒の中に貧溶媒が含まれても混合溶媒として溶解性を有する程度なら問題はない。
【００１５】又、本発明における好ましい延伸温度は（Ｔｇ（ガラス転位温度）−２０°）〜（Ｔｇ＋３０°）である。また延伸ひずみ速度は１０％／min 以上更に好ましくは５０％／min 以上である。ここで延伸ひずみ速度とは初期長さが延伸により１分間当り何％延伸されるかを示すものである。本発明における延伸倍率は、液晶セルに適合する所望のレターデーション値を有するフィルムを得るために決められるものであり、フィルムの厚さ、延伸温度、延伸速度などによって最適値が大きく変化するものである。従って、その範囲については特に制限はないが、厚さ５０μｍ−１００μｍのフィルムにおいては延伸倍率は１０％以上であることが好ましい。延伸方法は、周速の異なるロール間で延伸する縦一軸延伸やフィルムの両サイドをグリップし、フィルムの幅方向に延伸するテンター方式による横一軸延伸、又、延伸を数回に分ける多段延伸等、その方法に特に制限はない。
【００１６】さて、液晶表示装置の視野角による色味、コントラスト変化は複屈折フィルムのレターデーション値（複屈折と厚さの積）の視野角依存性に大きく依存する。複屈折フィルムのレターデーション値（以下Ｒｅ値）の視野角依存性は、厚み方向の屈折率に大きく依存し、３軸屈折率特性がｎx ＞ｎy ≧ｎz のフィルムではｎx ＞ｎy ＝ｎz のときに最も小さくなるが、更にｎz が増大しｎz ＝（ｎx ＋ｎy ）／２になったとき、フィルム単独でのＲｅ値の視野角依存性が最も小さくなる。又、複屈折フィルムを装着した液晶表示装置においても、ｎx ＞ｎz ＞ｎy 特にｎz が（ｎx ＋ｎy ）／２近傍にあるときに液晶表示装置の視野角特性が良好である。
【００１７】本発明の複屈折性フィルムに用いる正の固有複屈折を有するポリマーとして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、ポリフェニレンスルファイド、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、ポリイミド、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。
【００１８】また、本発明の複屈折性のフィルムは、光の透過性が７０％以上で、実質的に透明で無彩色であることが好ましく、更に光の透過性が９０％以上で、実質的に透明で無着色であることが好ましい。ここで、固有複屈折（Δｎ）は分子が理想的に一軸配向したときの複屈折値を意味し、近似的に下記数式（１）で表される
【００１９】
【数１】
【００２０】また、本発明の複屈折性フィルム中で配向した分子がＬＣＤの製造工程や熱による配向緩和を防ぐために本発明の複屈折性フィルムに用いるポリマーのガラス転位点は、好ましくは１０５℃以上、より好ましくは１１０℃以上である。ポリマー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が１万から１００万の範囲で、特に好ましくは３万から７０万の範囲である。重合方法は通常行われるどんな方法でも適用可能である。
【００２１】本発明の複屈折フィルムは、前述した製造方法に従って得られる複屈折フィルムをそのまま使用してもよいが、他の固有複屈折値が正又は負の一軸延伸フィルム又は二軸延伸フィルムと併用しても良い。ここで併用とは、フィルムを積層して使用する場合及びＬＣセルを介して両サイドにフィルムを配置する場合を含む。この場合、異種フィルムの併用により、各複屈折フィルムの複屈折の波長特性を制御することも可能であり、液晶セルにおける補償をより高度にすることができる。
【００２２】本発明の液晶表示装置は、厚さ方向の屈折率が複屈折フィルムの光軸に平行な方向の屈折率よりも小さく複屈折フィルムの光軸に垂直な方向の屈折率よりも大きい複屈折フィルムを、液晶セルの片側又は両側に配置したものである。図１にその構成を例示した（片側にのみ位相差板を設けたタイプ）。１が偏光板、２が位相差板、３が液晶セルである。なお、図１に示した液晶表示装置の上部が視認側である。
【００２３】液晶表示装置の形成に、本複屈折フィルムを用いると、液晶セルにおける位相差を真正面だけでなく、斜め方向にも補償することができる。これにより、着色が防止されコントラスト、色味の視野角特性が改良された白黒ディスプレイ及びカラー表示ディスプレイが達成される。以下、実施例によって発明を詳細に説明する。
【００２４】
【実施例】
実施例１重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、２５℃３０分の自然乾燥により、残留溶剤２２％、厚さ１１３μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１７０℃の温度下に、延伸ひずみ速度５０％／min で３０％延伸を行い、複屈折フィルム（Ａ−１）を得た。
【００２５】実施例２重量平均分子量４万のＴｇ １５０°のポリカーボネートを塩化メチレン／メタノール（９０／１０重量比）の混合溶媒に２１ｗｔ％溶かした溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、３０℃４０分の乾燥により、残留溶剤１１％、厚さ９７μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１４０℃の温度下に、延伸ひずみ速度１００％／min で２５％延伸を行い、複屈折フィルム（Ａ−２）を得た。
【００２６】実施例３重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、２５℃１５分の自然乾燥により、残留溶剤２８％、厚さ１１０μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１８０℃の温度下に、延伸ひずみ速度３００％／min で３０％延伸を行い、複屈折フィルム（Ａ−３）を得た。
【００２７】比較例１重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイによりステンレス板上に流延し、２５℃３０分の自然乾燥、続いて１２０℃３時間の乾燥を行い、残留溶剤１％、厚さ９５μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１７０℃の温度下に、延伸ひずみ速度５０％／min で３０％延伸を行い、複屈折フィルム（Ｂ−１）を得た。
【００２８】比較例２重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイによりステンレス板上に流延し、２５℃１０分の自然乾燥で残留溶剤３３％、厚さ１１２μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１８０℃の温度下に、延伸ひずみ速度３００％／min で３０％延伸を行ったところ、フィルム内部に気泡が発生し、光学用途に使用できる複屈折フィルムは得られなかった。
【００２９】比較例３重量平均分子量１３万のＴｇ １５５°のポリカーボネート２０％塩化メチレン溶液を幅３００mmのダイにより、ステンレス板上に流延し、２５℃３０分の自然乾燥、続いて１２０℃３０時間の乾燥を行い、残留溶剤１％、厚さ６５μｍのポリカーボネートフィルムを得た。該フィルムを１７０℃の温度下に、延伸ひずみ速度１０％／min で１５％延伸を行い、複屈折フィルム（Ｂ−２）を得た。
【００３０】屈折率及びＲｅ（レターデーション）値の測定前記の複屈折フィルムＡ−１、Ａ−２、Ａ−３、Ｂ−１およびＢ−２についてアッベの屈折計により、波長５９０ｎｍにおける延伸軸方向の屈折率（ｎx ）、フィルム幅方向の屈折率（ｎy ）、フィルム厚さ方向の屈折率（ｎz ）を測定した。又、エリプソメーターにより波長６３２．８ｎｍのＲｅ値を測定した。結果を表−１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】表−１より、ｎx 、ｎy 、ｎz の関係において、Ａ−１、Ａ−２及びＡ−３は、ｎx ＞ｎz ＞ｎy となり、一般の延伸では得られない屈折率特性が得られたことがわかる。一方、Ｂ−１、Ｂ−２においてはｎx ＞ｎy ≧ｎz である。
【００３３】実施例４液晶パネルにおける視野角依存性の評価前記のＡ−３の複屈折フィルムを位相差板としてＳＴＮ液晶セルの両側に適用し（図２）、白黒ディスプレイの液晶表示装置を作製した。又偏光軸、延伸軸の関係を図３に示す。得られた、液晶表示装置の駆動状態と非駆動状態におけるコントラスト比が６：１以上となる視野角を表２に示した。
【００３４】比較例４前記のＢ−２の複屈折フィルムを位相差板として、実施例４と同様の方法で、液晶表示装置におけるコントラストの視野角を測定した。結果を表２に示した。
【００３５】
【表２】
【００３６】表２より本発明の複屈折フィルムからなる位相差板を用いて補償した液晶パネルは、視野角によるコントラスト変化が小さく広い視野角を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】複屈折フィルム１枚を装着した液晶パネルの構成を示す。
【図２】複屈折フィルム２枚を装着した液晶表示装置の構成を示す。
【図３】実施例４の偏光軸、延伸軸を示した図を示す。
【符号の説明】
１． 偏光板
２． 複屈折フィルム
３． 液晶セル
Ｐ1 ：バックライト側偏光板偏光軸
Ｐ2 ：観察者側偏光板偏光軸
Ｒｅ1 ：バックライト側複屈折フィルムの延伸軸
Ｒｅ2 ：観察者側複屈折フィルムの延伸軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固有複屈折値が正のポリマーを溶媒に溶解した溶液をドラム又はバンド上に流延した後、乾燥一軸延伸によって複屈折を有するフィルムを製造する方法において、延伸に入った時点のフィルムの残留溶剤が１０重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする複屈折フィルムの製造方法。
【請求項２】 一対の偏光板とその間に表示用液晶セルと少くとも一枚の複屈折フィルムを構成要素とする液晶表示装置において該複屈折フィルムが請求項１に記載の製造方法による複屈折フィルムであって、該複屈折フィルムの厚さ方向の屈折率がフィルム面内の２つの主屈折率の間にあることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】 該表示用液晶セルがねじれネマチック液晶セルであって、該ねじれ角が１６０°乃至２７０°であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項１】 固有複屈折値が正のポリマーを溶媒に溶解した溶液をドラム又はバンド上に流延した後、乾燥一軸延伸によって複屈折を有するフィルムを製造する方法において、延伸に入った時点のフィルムの残留溶剤が１０重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする複屈折フィルムの製造方法。
【請求項２】 一対の偏光板とその間に表示用液晶セルと少くとも一枚の複屈折フィルムを構成要素とする液晶表示装置において該複屈折フィルムが請求項１に記載の製造方法による複屈折フィルムであって、該複屈折フィルムの厚さ方向の屈折率がフィルム面内の２つの主屈折率の間にあることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】 該表示用液晶セルがねじれネマチック液晶セルであって、該ねじれ角が１６０°乃至２７０°であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平６−３６５３
【公開日】平成６年（１９９４）１月１４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−１５７６４５
【出願日】平成４年（１９９２）６月１７日
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【公開日】平成６年（１９９４）１月１４日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）６月１７日
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
[ Back to top ]