延遲薄膜、偏振片、液晶顯示裝置、以及延遲薄膜和偏振片的制備方法

延遲薄膜、偏振片、液晶顯示裝置、以及延遲薄膜和偏振片的制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種可以裝入到能耗低的液晶顯示裝置中的延遲薄膜。該延遲薄膜包含：支撐體(A)和棒狀液晶化合物層(B)，當將該延遲薄膜裝入到液晶裝置中時它滿足特定亮度。
【專利說明】延遲薄膜、偏振片、液晶顯示裝置、以及延遲薄膜和偏振片的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種延遲薄膜、偏振片和液晶顯示器。具體地說，本發明涉及一種可用作偏振片保護薄膜的延遲薄膜。本發明還涉及一種包含這種延遲薄膜的偏振片、一種包含該偏振片的雙折射型液晶顯示裝置、該延遲薄膜的制備方法、和該偏振片的制備方法。
【背景技術】
[0002]通常，已研究使用延遲薄膜作為液晶顯示裝置的偏振片的保護薄膜(日本專利特開 2011-215562)。
[0003]順便提一句，已知將扭曲向列(TN)型液晶顯示裝置分成旋光型和雙折射型。
[0004]圖1是描述常規旋光型TN液晶顯示裝置的典型構造的示意圖。在該圖中，附圖標記11代表上或下偏振薄膜，附圖標記12代表也起偏振片的保護薄膜作用的延遲薄膜，附圖標記13代表上或下液晶元件基材，附圖標記14代表液晶元件基材的摩擦方向，附圖標記15代表偏振片的吸收軸，附圖標記16代表延遲薄膜的液晶化合物層的慢軸。通常，偏振片保護薄膜配置在每個保護薄膜11的外面上，并且液晶層存在于兩個液晶元件基材之間，但是在圖1中未示出它們。在旋光型中，靠近偏振片11側的液晶元件的面上的液晶元件基材13的摩擦方向14通常與偏振片11的吸收軸15垂直或平行。上偏振片11和下偏振片11的吸收軸15彼此垂直并且相對于薄膜的任意側成的角度分別為約45°和約135°。此外，在圖1中，延遲薄膜的液晶化合物層的慢軸16與偏振片的吸收軸15大致平行。
[0005]由于在旋光型中偏振片的吸收軸相對于薄膜的任意側成的角度分別為約45°和約135°，因此該薄膜不能有效地用于輥對輥制備。因此，已研究了雙折射型，它能夠切斷從而使得吸收軸的方向相對于薄膜的運輸方向成約0°或90°。

【發明內容】

[0006]令人遺憾的是，本發明人經過研究，結果證實將圖1所示的延遲薄膜用于雙折射型的TN液晶顯示裝置中使得能耗(power consumption)上升。本發明的目的是解決這種問題并提供一種能夠高產率生產且可以降低液晶裝置的能耗的偏振片以及一種用于該偏振片的延遲薄膜。
[0007]為了實現該目的，本發明人嘗試改進作為用于雙折射型的液晶顯示裝置中的偏振片保護薄膜的延遲薄膜。結果，本發明人發現，通過將棒狀液晶化合物層用于延遲薄膜中、配置該棒狀液晶化合物層使得慢軸相對于偏振薄膜的吸收軸成的角度為35° -55°、并改善其中使用包含該延遲薄膜的偏振片的液晶顯示裝置的白場亮度(white brightness),可以提供能耗低的液晶顯示器，并且完成了本發明。更具體地說，通過下面的實施方案〈1>，并優選通過下面的實施方案〈2>-〈18>，上述問題得以解決。
[0008]〈 I >延遲薄膜，包含:
[0009]支撐體(K);和[0010]棒狀液晶化合物層(B)，
[0011]當將各自具有該延遲薄膜作為偏振片保護薄膜的兩個偏振片裝入具有TN液晶元件的液晶顯示裝置中以使所述液晶元件配置在這兩個偏振片之間時，其中安裝所述偏振片使得延遲薄膜安裝在靠近所述液晶元件側，使得這兩個偏振片的吸收軸相互垂直，使得每個偏振薄膜的吸收軸相對于較近側液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向的角度為約45°，使得棒狀液晶化合物層的慢軸相對于偏振薄膜的吸收軸的角度為45°，并且使得液晶化合物的取向方向相對于棒狀液晶化合物層的慢軸的角度為170° -190°，
[0012]白色顯示模式下的亮度是將該偏振片安裝在液晶顯示器中使得每個偏振薄膜的透射軸與較近側液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向平行時的亮度的95%以上。
[0013]<2>如〈1>所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層在550nm的波長下的面內延遲(Re (550))滿足 IOnm ( Re (550) ( 40nm。
[0014]<3>如〈1>或〈2>所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層中的棒狀液晶化合物為混合取向的。
[0015]<4>如〈3>所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物的平均傾斜角在20° <平均傾斜角≤40°的范圍內。
[0016]<5>如〈1>-〈4>任一項所述的延遲薄膜，其中所述支撐體的厚度為40 m以下。
[0017]〈6>如〈1>-〈4>任一項所述的延遲薄膜，其中所述支撐體的厚度為25iim以下。
[0018]<7>如〈1>-〈6>任一項所述的延遲薄膜，其中所述支撐體是纖維素酰化物薄膜或環烯烴聚合物薄膜。
[0019]<8>如〈1>-〈7>任一項所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物是棒狀液晶高分子化合物。
[0020]<9>如〈1>-〈8>任一項所述的延遲薄膜,其中所述棒狀液晶化合物是可聚合液晶化合物。
[0021]<10>如〈1>-〈9>任一項所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層是通過將暫時性的(tentative)支撐體上形成的棒狀液晶化合物層轉移到所述支撐體上而制成的。
[0022]<11>如〈1>-〈10>任一項所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層的慢軸和支撐體的慢軸所成的角度為35° -55°。
[0023]<12>偏振片，包含如〈1>-〈11>任一項所述的延遲薄膜和偏振薄膜。
[0024]<13>如〈12>所述的偏振片，其中所述支撐體的慢軸與偏振薄膜的吸收軸大致平行。
[0025]<14>如〈13>所述的偏振片，其中所述偏振片是通過輥對輥(roll-to-roll)制得的。
[0026]<15>TN液晶顯示裝置，包含如〈1>-〈11>任一項所述的延遲薄膜或如〈12>-〈14>任一項所述的偏振片。
[0027]<16>TN液晶顯示器，其中配置如〈12>-〈14>任一項所述的偏振片使得偏振薄膜的吸收軸相對于靠近偏振薄膜側的TN型的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向的角度為約45°。
[0028]<17〉如〈1>-〈11>任一項所述的延遲薄膜的制備方法，該方法包括:
[0029]在暫時性的支撐體上形成棒狀液晶化合物層；和[0030]將該棒狀液晶化合物層轉移到厚度為40 y m以下的支撐體上。
[0031]<18>如〈1>-〈11>任一項所述的延遲薄膜的制備方法，該方法包括:
[0032]通過輥對輥而層合支撐體和棒狀液晶化合物層，從而使得支撐體的慢軸和偏振薄膜的吸收軸相互大致平行并且使得棒狀液晶化合物層的慢軸和支撐體的慢軸所成的角度為 35° -55°。
[0033]發明的有益效果
[0034]本發明能夠提供一種可以安裝在能耗低的液晶顯示裝置中的偏振片以及用于該偏振片中的延遲薄膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是描述旋光型的常規TN液晶顯示裝置的構造的實例的示意圖。
[0036]圖2是描述其中安裝有本發明的延遲薄膜的雙折射型的TN液晶顯示裝置的實例的示意圖。
[0037]圖3是描述本發明中關于角的方向的概念的示意圖。
[0038]圖4是描述本發明的上偏振片與液晶元件基材的軸之間的關系的概念圖。
[0039]圖5是描述本發明的下偏振片與液晶元件基材的軸之間的關系的示意圖。
【具體實施方式】
[0040]現在詳細描述本發明。在本說明書中，短語“數值-另一數值”表示的數值范圍是指落在表示該范圍的下限的前一數值與表示其上限的后一數值之間的范圍。首先描述本說明書中使用的術語。此外，在整個說明書中，數值范圍和數值應解釋為包含本發明領域中通常可接受的誤差的數值范圍和數值。特別是，在整個說明書中光軸的關系包含本發明領域中可接受的誤差。具體地說，術語“約”或“大致”是指與精確定義的角度相差大于-10°到小于+10°、優選大于-5°到小于+5°、更優選大于-3°到小于+3°的范圍。
[0041]在整個說明書中，術語“平行”和“垂直”各自是指與精確定義的角度相差±5°的范圍。與精確定義的角度相差的誤差的范圍優選大于-4°至小于+4°，更優選大于-3°至小于+3°。
[0042]在整個說明書中，術語“偏振片”既包括長偏振片也包括切成一定大小以安裝在液晶裝置中的偏振片(在整個說明書中，術語“切”包括諸如“打孔”和“切斷”等含義)，除非另有說明。在整個說明書中，術語“偏振薄膜”和術語“偏振片”彼此不同，即，術語“偏振片”用于表示包含“偏振薄膜”和配置在該偏振薄膜的至少一個表面上以保護其的透明保護薄膜的層合物。
[0043]延遲薄膜包含支撐體(A)和棒狀液晶化合物層(B)。將各自具有該延遲薄膜作為偏振片保護薄膜的兩個偏振片安裝在具有TN液晶元件的液晶顯示裝置中使得在這兩個偏振片之間具有液晶元件，其中安裝所述偏振片使得延遲薄膜安裝在靠近所述液晶元件側，使得這兩個偏振片的吸收軸相互垂直，使得每個偏振薄膜的吸收軸相對于靠近偏振薄膜側的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向成的角度為約45°，使得棒狀液晶化合物層的慢軸相對于偏振薄膜的吸收軸的角度為45°，并且使得液晶化合物的取向方向相對于棒狀液晶化合物層的慢軸成的角度為170° -190°。延遲薄膜的特征在于在上述安裝中白色顯示模式下的亮度是將該偏振片安裝在液晶顯示裝置中使得每個偏振薄膜的透射軸與靠近偏振薄膜側的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向平行時的亮度的95%以上。
[0044]現在參照附圖描述本發明，但是本發明并不限于此。
[0045]圖2顯示了包含本發明的延遲薄膜的雙折射型的TN液晶顯示裝置的實例，其中附圖標記21代表上偏振片的偏振薄膜，附圖標記22代表本發明的延遲薄膜的支撐體，附圖標記23代表本發明的延遲薄膜的棒狀液晶化合物層，附圖標記24代表上液晶元件基材，附圖標記25代表下液晶元件基材，附圖標記26代表本發明的延遲薄膜的棒狀液晶化合物層，附圖標記27代表本發明的延遲薄膜的支撐體，附圖標記28代表下偏振片的偏振薄膜，附圖標記211代表上偏振薄膜的吸收軸，附圖標記213代表棒狀液晶化合物層的慢軸，附圖標記214代表上液晶元件基材的摩擦方向，附圖標記215代表下液晶元件基材的摩擦方向，附圖標記216代表棒狀液晶化合物層的慢軸，附圖標記217代表透射軸，附圖標記218代表下偏振薄膜的吸收軸。
[0046]在該實施方案中，偏振薄膜21 (或28)經過配置使得透射軸(即與吸收軸垂直的軸)相對于液晶元件基材24(或25)的摩擦方向214(或215)成的角度為-45°，即，靠近偏振薄膜側的TN液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向處于-45°的角。靠近偏振薄膜側的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向通常通過液晶元件基材的摩擦方向控制并且可以通過本發明的另一方法控制。
[0047]在本說明書中，術語“角”可以這樣定義:當在觀察側從顯示面的法線方向觀察液晶顯示裝置時，液晶顯示裝置的顯示面的下側是0°，并且為了方便起見，逆時針方向是正的。例如，當設想圖3示出了顯示面時，箭頭所示的方向是正的，虛線箭頭代表+45°的角度。然而，本發明的延遲薄膜或偏振片不一定要這樣安裝在液晶顯示裝置中:液晶顯示器的顯示面的下側處于0°的角度。
[0048]在圖2中，當液晶顯示裝置的顯示面的下側被定義為0°的角度時，上偏振片的吸收軸211代表0°的角度，上延遲薄膜的棒狀液晶化合物層23的慢軸213代表225°的角度，上液晶元件基材24的摩擦方向214代表45°的角度。即，這些軸與摩擦方向的關系如圖4中所示。在圖4中，附圖標記219代表偏振片的透射軸。由圖4顯然可以看到，偏振薄膜經過配置使得透射軸219相對于液晶元件基材的摩擦方向214成的角度為-45°，并使得吸收軸211相對于棒狀液晶化合物層的慢軸213成的角度為+45°。即，在該實施方案中，液晶化合物的取向方向和棒狀液晶化合物層的慢軸所成的角度為180°。
[0049]圖2所示的下偏振片與液晶元件之間的關系示于圖5并且與圖4所示的關系旋轉-90。時的相同。即，軸和角的關系與圖4中所示的等同。
[0050]在圖2中，棒狀液晶化合物層的慢軸相對于偏振薄膜的吸收軸成的角度為+45°，但是棒狀液晶化合物層的慢軸與偏振薄膜的吸收軸成的角度并不限于45°，可以在35° -55°的范圍內。棒狀液晶化合物層的慢軸與偏振薄膜的吸收軸成的角度優選在40° -50°的范圍內，更優選42° -48°，最優選45°。因此，液晶化合物的取向方向與棒狀液晶化合物層的慢軸成的角度在170° -190°的范圍內。
[0051]在本發明中，當偏振片經過上述配置時白色顯示模式下的亮度被調整至將靠近每個偏振薄膜側的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向與偏振薄膜的透射軸平行時的液晶顯示器的亮度(即，將該偏振片安裝在使用旋光型的液晶顯示器中時的亮度)的95%以上、優選97%以上。白色顯示模式下的亮度的這種改善能夠降低液晶顯示器的能耗。
[0052]除了通過使用(I)包含棒狀液晶化合物層的延遲薄膜使得棒狀液晶化合物層的慢軸相對于偏振薄膜的吸收軸成的角度為+45°之外，白色顯示模式下的亮度的改善還可以通過任意選擇如下實現:(2)將延遲薄膜的面內延遲(Re)值控制在預定范圍內、(3)混合取向棒狀液晶化合物、(4)將棒狀液晶化合物層的棒狀液晶化合物的平均傾斜角控制在20°≤平均傾斜角≤40°的范圍內、和/或(5)降低厚度。
[0053]<延遲薄膜>
[0054]本發明的延遲薄膜包含支撐體和棒狀液晶化合物層。在延遲薄膜中具有棒狀液晶化合物層可以實現白色顯示模式下的高亮度。
[0055]棒狀液晶化合物層
[0056]棒狀液晶化合物層主要由棒狀液晶化合物組成。在本發明的棒狀液晶化合物層中，取向狀態已固定。即使在該固定狀態下液晶性損失，該棒狀液晶化合物層也包括在本發明的范圍內。
[0057]本發明中主要由棒狀液晶化合物組成的棒狀液晶化合物層可以含有其它組分，優選例如含有棒狀液晶高分子化合物和可聚合液晶化合物。棒狀液晶化合物層可以含有單一棒狀液晶化合物，并優選含有兩種以上的棒狀液晶化合物。
[0058]在本發明中，棒狀液晶化合物層中的棒狀液晶化合物可以為水平取向的，并優選混合取向的。混合取向可以進一步改善白色顯示模式下的亮度。
[0059]混合取向可以通過例如使用兩種以上的棒狀液晶高分子化合物或可聚合液晶化合物實現。或者，混合取向可以通過使用空氣界面的取向控制劑和/或基材的取向控制劑來獨立地控制靠近空氣界面的液晶的導向(director)和靠近基材的液晶的導向體來實現。
[0060]本發明的棒狀液晶化合物層的平均傾斜角優選在20° <平均傾斜角<40°的范圍內。在該范圍內，可以有效地抑制從下側觀察時灰度級反轉(grayscale inversion)。在雙折射型中，由于從下側觀察時的灰度級反轉易于出問題，因此有效地抑制這種灰度級反轉的本發明的意義重大。所述平均傾斜角也可以改善正面對比度。在本發明中，平均傾斜角還優選在20° <平均傾斜角<35°的范圍內。
[0061]本發明的平均傾斜角可以用K0BRA21ADH或KOBRA WR(得自Oji ScientificInstruments)測定。
[0062]棒狀液晶高分子化合物
[0063]棒狀液晶高分子化合物可以是垂直取向的(homeotropically aligned)液晶聚合物或水平取向的(homogeneously aligned)液晶聚合物，并優選是其混合物。垂直取向的液晶聚合物和水平取向的液晶聚合物的細節描述在日本專利特開H6-347742中，將其內容通過援引加入的方式納入本文。使用兩種以上的這種棒狀液晶高分子化合物可以獲得平均傾斜角范圍為20° -40°的混合取向。
[0064]聚合物的取向可以通過以下測定:在基材上形成液晶聚合物層并研究液晶狀態下的液晶聚合物是垂直取向還是水平取向。該測定中可以使用任意基材，并且其實例包括:玻璃基材(例如，鈉玻璃、鉀水玻璃、硼硅酸鹽玻璃、和光學玻璃如無鉛玻璃和燧石玻璃)；以及在待研究的液晶聚合物的液晶溫度下顯示耐熱性的塑料薄膜和片，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚酰亞胺類、聚酰胺-酰亞胺類、聚醚酰亞胺類、聚酰胺類、聚醚酮類、聚醚醚酮類、聚酮硫醚類、和聚醚砜類。這些基材在用例如酸、醇或洗滌劑清洗表面之后使用，但是不經過諸如硅處理的表面處理。在適當基材上形成聚合物薄膜，然后在液晶溫度下進行熱處理。在上述基材的任意基材上形成垂直取向的薄膜的聚合物稱之為垂直取向的聚合物，而將在每個基材上形成水平取向的薄膜的聚合物(即沒有垂直取向性能的聚合物)定義為水平取向的聚合物。就此而言，一些聚合物在各自液晶相與各向同性相之間的轉變溫度附近的特定溫度下為垂直取向的。因此，經常在比液晶相與各向同性相之間的轉變溫度低15°C、優選低20°C的溫度下進行熱處理。
[0065]既可以起垂直取向的聚合物的作用又可以起水平取向的聚合物的作用的任意液晶聚合物都可以使用。這種聚合物的實例包括主鏈液晶聚合物，如聚酯類、聚酰胺類、聚碳酸酯類、和聚酯酰亞胺類；和側鏈液晶聚合物，如聚丙烯酸酯類、聚甲基丙烯酸酯類、聚丙二酸酯類、和聚硅氧烷類。尤其是，從容易合成、取向性能、玻璃化轉變溫度和其它因素的角度，優選聚酯類。聚酯類可以具有任意結構單元，并且這些單元的優選實例包括得自二羧酸的單元(a)(下面稱之為二羧酸酯單元)、得自二醇的單元(b)(下面稱之為二醇單元)、和得自在一個單元中具有羧基和羥基的羥基羧酸的單元(C)(下面稱之為羥基羧酸酯單元)。此外，可以使用得自具有包含不對稱碳的結構單元的化合物(旋光化合物或外消旋化合物)的單元。大多數含有旋光單元的聚合物具有手性向列液晶相(扭曲向列相或膽留相)，而不含旋光單元的聚合物具有向列液晶相。聚酯類具有(a) + (b)型、(a) + (b) + (c)型、或者僅僅(C)型的結構。
[0066]二羧酸酯單元(a)的實例包括下面結構單元:
[0067]
【權利要求】
1.延遲薄膜，包含: 支撐體(A);和 棒狀液晶化合物層(B)， 當將各自具有該延遲薄膜作為偏振片保護薄膜的兩個偏振片裝入具有TN液晶元件的液晶顯示裝置中以使所述液晶元件配置在這兩個偏振片之間時，其中安裝所述偏振片使得所述延遲薄膜安裝在靠近所述液晶元件側，使得這兩個偏振片的吸收軸相互垂直，使得每個偏振薄膜的吸收軸相對于較近側液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向的角度為約45°，使得棒狀液晶化合物層的慢軸相對于偏振薄膜的吸收軸的角度為45°，并且使得液晶化合物的取向方向相對于棒狀液晶化合物層的慢軸的角度為170° -190°， 白色顯示模式下的亮度是將該偏振片安裝在液晶顯示器中使得每個偏振薄膜的透射軸與較近側液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向平行時的亮度的95%以上。
2.如權利要求1所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層在550nm的波長下的面內延遲(Re (550))滿足 IOnm ≤ Re (550) ( 40nm。
3.如權利要求1或2所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層中的棒狀液晶化合物為混合取向的。
4.如權利要求3所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物的平均傾斜角在20°<平均傾斜角<40°的范圍內。
5.如權利要求1或2所述的延遲薄膜，其中所述支撐體的厚度為40y m以下。
6.如權利要求1或2所·述的延遲薄膜，其中所述支撐體的厚度為25y m以下。
7.如權利要求1或2所述的延遲薄膜，其中所述支撐體是纖維素酰化物薄膜或環烯烴聚合物薄膜。
8.如權利要求1或2所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物是棒狀液晶高分子化合物。
9.如權利要求1或2所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物是可聚合液晶化合物。
10.如權利要求1或2所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層是通過將在暫時性的支撐體上形成的棒狀液晶化合物層轉移到所述支撐體上而制成的。
11.如權利要求1或2所述的延遲薄膜，其中所述棒狀液晶化合物層的慢軸和支撐體的慢軸形成的角度為35° -55°。
12.偏振片，包含如權利要求1或2所述的延遲薄膜和偏振薄膜。
13.如權利要求12所述的偏振片，其中所述支撐體的慢軸與所述偏振薄膜的吸收軸大致平行。
14.如權利要求13所述的偏振片，其中所述偏振片是通過輥對輥制得的。
15.TN液晶顯示裝置，包含如權利要求1或2所述的延遲薄膜。
16.TN液晶顯示裝置，包含如權利要求12或13所述的偏振片。
17.TN液晶顯示器，其中將如權利要求12所述的偏振片配置使得偏振薄膜的吸收軸相對于靠近所述偏振薄膜側的TN模式的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向的角度為約 45。。
18.如權利要求1或2所述的延遲薄膜的制備方法，該方法包括: 在暫時性的支撐體上形成棒狀液晶化合物層；和將該棒狀液晶化合物層轉移到厚度為40 y m以下的支撐體上。
19.如權利要求1或2所述的延遲薄膜的制備方法，該方法包括: 通過輥對輥而層合支撐體和棒狀液晶化合物層，從而使得支撐體的慢軸和偏振薄膜的吸收軸相互大致平行并且使得棒狀液晶化合物層的慢軸和支撐體的慢軸所成的角度為35。-55。。
【文檔編號】G02B5/30GK103713417SQ201310452702
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】村松彩子, 佐藤寬 申請人:富士膠片株式會社