延迟薄膜、偏振片、液晶显示装置、以及延迟薄膜和偏振片的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种可以装入到能耗低的液晶显示装置中的延迟薄膜。该延迟薄膜包含：支撑体(A)和棒状液晶化合物层(B)，当将该延迟薄膜装入到液晶装置中时它满足特定亮度。
【专利说明】延迟薄膜、偏振片、液晶显示装置、以及延迟薄膜和偏振片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种延迟薄膜、偏振片和液晶显示器。具体地说，本发明涉及一种可用作偏振片保护薄膜的延迟薄膜。本发明还涉及一种包含这种延迟薄膜的偏振片、一种包含该偏振片的双折射型液晶显示装置、该延迟薄膜的制备方法、和该偏振片的制备方法。
【背景技术】
[0002]通常，已研究使用延迟薄膜作为液晶显示装置的偏振片的保护薄膜(日本专利特开 2011-215562)。
[0003]顺便提一句，已知将扭曲向列(TN)型液晶显示装置分成旋光型和双折射型。
[0004]图1是描述常规旋光型TN液晶显示装置的典型构造的示意图。在该图中，附图标记11代表上或下偏振薄膜，附图标记12代表也起偏振片的保护薄膜作用的延迟薄膜，附图标记13代表上或下液晶元件基材，附图标记14代表液晶元件基材的摩擦方向，附图标记15代表偏振片的吸收轴，附图标记16代表延迟薄膜的液晶化合物层的慢轴。通常，偏振片保护薄膜配置在每个保护薄膜11的外面上，并且液晶层存在于两个液晶元件基材之间，但是在图1中未示出它们。在旋光型中，靠近偏振片11侧的液晶元件的面上的液晶元件基材13的摩擦方向14通常与偏振片11的吸收轴15垂直或平行。上偏振片11和下偏振片11的吸收轴15彼此垂直并且相对于薄膜的任意侧成的角度分别为约45°和约135°。此外，在图1中，延迟薄膜的液晶化合物层的慢轴16与偏振片的吸收轴15大致平行。
[0005]由于在旋光型中偏振片的吸收轴相对于薄膜的任意侧成的角度分别为约45°和约135°，因此该薄膜不能有效地用于辊对辊制备。因此，已研究了双折射型，它能够切断从而使得吸收轴的方向相对于薄膜的运输方向成约0°或90°。
【发明内容】
[0006]令人遗憾的是，本发明人经过研究，结果证实将图1所示的延迟薄膜用于双折射型的TN液晶显示装置中使得能耗(power consumption)上升。本发明的目的是解决这种问题并提供一种能够高产率生产且可以降低液晶装置的能耗的偏振片以及一种用于该偏振片的延迟薄膜。
[0007]为了实现该目的，本发明人尝试改进作为用于双折射型的液晶显示装置中的偏振片保护薄膜的延迟薄膜。结果，本发明人发现，通过将棒状液晶化合物层用于延迟薄膜中、配置该棒状液晶化合物层使得慢轴相对于偏振薄膜的吸收轴成的角度为35° -55°、并改善其中使用包含该延迟薄膜的偏振片的液晶显示装置的白场亮度(white brightness),可以提供能耗低的液晶显示器，并且完成了本发明。更具体地说，通过下面的实施方案〈1>，并优选通过下面的实施方案〈2>-〈18>，上述问题得以解决。
[0008]〈 I >延迟薄膜，包含:
[0009]支撑体(K);和[0010]棒状液晶化合物层(B)，
[0011]当将各自具有该延迟薄膜作为偏振片保护薄膜的两个偏振片装入具有TN液晶元件的液晶显示装置中以使所述液晶元件配置在这两个偏振片之间时，其中安装所述偏振片使得延迟薄膜安装在靠近所述液晶元件侧，使得这两个偏振片的吸收轴相互垂直，使得每个偏振薄膜的吸收轴相对于较近侧液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向的角度为约45°，使得棒状液晶化合物层的慢轴相对于偏振薄膜的吸收轴的角度为45°，并且使得液晶化合物的取向方向相对于棒状液晶化合物层的慢轴的角度为170° -190°，
[0012]白色显示模式下的亮度是将该偏振片安装在液晶显示器中使得每个偏振薄膜的透射轴与较近侧液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向平行时的亮度的95%以上。
[0013]<2>如〈1>所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层在550nm的波长下的面内延迟(Re (550))满足 IOnm ( Re (550) ( 40nm。
[0014]<3>如〈1>或〈2>所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层中的棒状液晶化合物为混合取向的。
[0015]<4>如〈3>所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物的平均倾斜角在20° <平均倾斜角≤40°的范围内。
[0016]<5>如〈1>-〈4>任一项所述的延迟薄膜，其中所述支撑体的厚度为40 m以下。
[0017]〈6>如〈1>-〈4>任一项所述的延迟薄膜，其中所述支撑体的厚度为25iim以下。
[0018]<7>如〈1>-〈6>任一项所述的延迟薄膜，其中所述支撑体是纤维素酰化物薄膜或环烯烃聚合物薄膜。
[0019]<8>如〈1>-〈7>任一项所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物是棒状液晶高分子化合物。
[0020]<9>如〈1>-〈8>任一项所述的延迟薄膜,其中所述棒状液晶化合物是可聚合液晶化合物。
[0021]<10>如〈1>-〈9>任一项所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层是通过将暂时性的(tentative)支撑体上形成的棒状液晶化合物层转移到所述支撑体上而制成的。
[0022]<11>如〈1>-〈10>任一项所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层的慢轴和支撑体的慢轴所成的角度为35° -55°。
[0023]<12>偏振片，包含如〈1>-〈11>任一项所述的延迟薄膜和偏振薄膜。
[0024]<13>如〈12>所述的偏振片，其中所述支撑体的慢轴与偏振薄膜的吸收轴大致平行。
[0025]<14>如〈13>所述的偏振片，其中所述偏振片是通过辊对辊(roll-to-roll)制得的。
[0026]<15>TN液晶显示装置，包含如〈1>-〈11>任一项所述的延迟薄膜或如〈12>-〈14>任一项所述的偏振片。
[0027]<16>TN液晶显示器，其中配置如〈12>-〈14>任一项所述的偏振片使得偏振薄膜的吸收轴相对于靠近偏振薄膜侧的TN型的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向的角度为约45°。
[0028]<17〉如〈1>-〈11>任一项所述的延迟薄膜的制备方法，该方法包括:
[0029]在暂时性的支撑体上形成棒状液晶化合物层；和[0030]将该棒状液晶化合物层转移到厚度为40 y m以下的支撑体上。
[0031]<18>如〈1>-〈11>任一项所述的延迟薄膜的制备方法，该方法包括:
[0032]通过辊对辊而层合支撑体和棒状液晶化合物层，从而使得支撑体的慢轴和偏振薄膜的吸收轴相互大致平行并且使得棒状液晶化合物层的慢轴和支撑体的慢轴所成的角度为 35° -55°。
[0033]发明的有益效果
[0034]本发明能够提供一种可以安装在能耗低的液晶显示装置中的偏振片以及用于该偏振片中的延迟薄膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是描述旋光型的常规TN液晶显示装置的构造的实例的示意图。
[0036]图2是描述其中安装有本发明的延迟薄膜的双折射型的TN液晶显示装置的实例的示意图。
[0037]图3是描述本发明中关于角的方向的概念的示意图。
[0038]图4是描述本发明的上偏振片与液晶元件基材的轴之间的关系的概念图。
[0039]图5是描述本发明的下偏振片与液晶元件基材的轴之间的关系的示意图。
【具体实施方式】
[0040]现在详细描述本发明。在本说明书中，短语“数值-另一数值”表示的数值范围是指落在表示该范围的下限的前一数值与表示其上限的后一数值之间的范围。首先描述本说明书中使用的术语。此外，在整个说明书中，数值范围和数值应解释为包含本发明领域中通常可接受的误差的数值范围和数值。特别是，在整个说明书中光轴的关系包含本发明领域中可接受的误差。具体地说，术语“约”或“大致”是指与精确定义的角度相差大于-10°到小于+10°、优选大于-5°到小于+5°、更优选大于-3°到小于+3°的范围。
[0041]在整个说明书中，术语“平行”和“垂直”各自是指与精确定义的角度相差±5°的范围。与精确定义的角度相差的误差的范围优选大于-4°至小于+4°，更优选大于-3°至小于+3°。
[0042]在整个说明书中，术语“偏振片”既包括长偏振片也包括切成一定大小以安装在液晶装置中的偏振片(在整个说明书中，术语“切”包括诸如“打孔”和“切断”等含义)，除非另有说明。在整个说明书中，术语“偏振薄膜”和术语“偏振片”彼此不同，即，术语“偏振片”用于表示包含“偏振薄膜”和配置在该偏振薄膜的至少一个表面上以保护其的透明保护薄膜的层合物。
[0043]延迟薄膜包含支撑体(A)和棒状液晶化合物层(B)。将各自具有该延迟薄膜作为偏振片保护薄膜的两个偏振片安装在具有TN液晶元件的液晶显示装置中使得在这两个偏振片之间具有液晶元件，其中安装所述偏振片使得延迟薄膜安装在靠近所述液晶元件侧，使得这两个偏振片的吸收轴相互垂直，使得每个偏振薄膜的吸收轴相对于靠近偏振薄膜侧的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向成的角度为约45°，使得棒状液晶化合物层的慢轴相对于偏振薄膜的吸收轴的角度为45°，并且使得液晶化合物的取向方向相对于棒状液晶化合物层的慢轴成的角度为170° -190°。延迟薄膜的特征在于在上述安装中白色显示模式下的亮度是将该偏振片安装在液晶显示装置中使得每个偏振薄膜的透射轴与靠近偏振薄膜侧的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向平行时的亮度的95%以上。
[0044]现在参照附图描述本发明，但是本发明并不限于此。
[0045]图2显示了包含本发明的延迟薄膜的双折射型的TN液晶显示装置的实例，其中附图标记21代表上偏振片的偏振薄膜，附图标记22代表本发明的延迟薄膜的支撑体，附图标记23代表本发明的延迟薄膜的棒状液晶化合物层，附图标记24代表上液晶元件基材，附图标记25代表下液晶元件基材，附图标记26代表本发明的延迟薄膜的棒状液晶化合物层，附图标记27代表本发明的延迟薄膜的支撑体，附图标记28代表下偏振片的偏振薄膜，附图标记211代表上偏振薄膜的吸收轴，附图标记213代表棒状液晶化合物层的慢轴，附图标记214代表上液晶元件基材的摩擦方向，附图标记215代表下液晶元件基材的摩擦方向，附图标记216代表棒状液晶化合物层的慢轴，附图标记217代表透射轴，附图标记218代表下偏振薄膜的吸收轴。
[0046]在该实施方案中，偏振薄膜21 (或28)经过配置使得透射轴(即与吸收轴垂直的轴)相对于液晶元件基材24(或25)的摩擦方向214(或215)成的角度为-45°，即，靠近偏振薄膜侧的TN液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向处于-45°的角。靠近偏振薄膜侧的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向通常通过液晶元件基材的摩擦方向控制并且可以通过本发明的另一方法控制。
[0047]在本说明书中，术语“角”可以这样定义:当在观察侧从显示面的法线方向观察液晶显示装置时，液晶显示装置的显示面的下侧是0°，并且为了方便起见，逆时针方向是正的。例如，当设想图3示出了显示面时，箭头所示的方向是正的，虚线箭头代表+45°的角度。然而，本发明的延迟薄膜或偏振片不一定要这样安装在液晶显示装置中:液晶显示器的显示面的下侧处于0°的角度。
[0048]在图2中，当液晶显示装置的显示面的下侧被定义为0°的角度时，上偏振片的吸收轴211代表0°的角度，上延迟薄膜的棒状液晶化合物层23的慢轴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，这些轴与摩擦方向的关系如图4中所示。在图4中，附图标记219代表偏振片的透射轴。由图4显然可以看到，偏振薄膜经过配置使得透射轴219相对于液晶元件基材的摩擦方向214成的角度为-45°，并使得吸收轴211相对于棒状液晶化合物层的慢轴213成的角度为+45°。即，在该实施方案中，液晶化合物的取向方向和棒状液晶化合物层的慢轴所成的角度为180°。
[0049]图2所示的下偏振片与液晶元件之间的关系示于图5并且与图4所示的关系旋转-90。时的相同。即，轴和角的关系与图4中所示的等同。
[0050]在图2中，棒状液晶化合物层的慢轴相对于偏振薄膜的吸收轴成的角度为+45°，但是棒状液晶化合物层的慢轴与偏振薄膜的吸收轴成的角度并不限于45°，可以在35° -55°的范围内。棒状液晶化合物层的慢轴与偏振薄膜的吸收轴成的角度优选在40° -50°的范围内，更优选42° -48°，最优选45°。因此，液晶化合物的取向方向与棒状液晶化合物层的慢轴成的角度在170° -190°的范围内。
[0051]在本发明中，当偏振片经过上述配置时白色显示模式下的亮度被调整至将靠近每个偏振薄膜侧的液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向与偏振薄膜的透射轴平行时的液晶显示器的亮度(即，将该偏振片安装在使用旋光型的液晶显示器中时的亮度)的95%以上、优选97%以上。白色显示模式下的亮度的这种改善能够降低液晶显示器的能耗。
[0052]除了通过使用(I)包含棒状液晶化合物层的延迟薄膜使得棒状液晶化合物层的慢轴相对于偏振薄膜的吸收轴成的角度为+45°之外，白色显示模式下的亮度的改善还可以通过任意选择如下实现:(2)将延迟薄膜的面内延迟(Re)值控制在预定范围内、(3)混合取向棒状液晶化合物、(4)将棒状液晶化合物层的棒状液晶化合物的平均倾斜角控制在20°≤平均倾斜角≤40°的范围内、和/或(5)降低厚度。
[0053]<延迟薄膜>
[0054]本发明的延迟薄膜包含支撑体和棒状液晶化合物层。在延迟薄膜中具有棒状液晶化合物层可以实现白色显示模式下的高亮度。
[0055]棒状液晶化合物层
[0056]棒状液晶化合物层主要由棒状液晶化合物组成。在本发明的棒状液晶化合物层中，取向状态已固定。即使在该固定状态下液晶性损失，该棒状液晶化合物层也包括在本发明的范围内。
[0057]本发明中主要由棒状液晶化合物组成的棒状液晶化合物层可以含有其它组分，优选例如含有棒状液晶高分子化合物和可聚合液晶化合物。棒状液晶化合物层可以含有单一棒状液晶化合物，并优选含有两种以上的棒状液晶化合物。
[0058]在本发明中，棒状液晶化合物层中的棒状液晶化合物可以为水平取向的，并优选混合取向的。混合取向可以进一步改善白色显示模式下的亮度。
[0059]混合取向可以通过例如使用两种以上的棒状液晶高分子化合物或可聚合液晶化合物实现。或者，混合取向可以通过使用空气界面的取向控制剂和/或基材的取向控制剂来独立地控制靠近空气界面的液晶的导向(director)和靠近基材的液晶的导向体来实现。
[0060]本发明的棒状液晶化合物层的平均倾斜角优选在20° <平均倾斜角<40°的范围内。在该范围内，可以有效地抑制从下侧观察时灰度级反转(grayscale inversion)。在双折射型中，由于从下侧观察时的灰度级反转易于出问题，因此有效地抑制这种灰度级反转的本发明的意义重大。所述平均倾斜角也可以改善正面对比度。在本发明中，平均倾斜角还优选在20° <平均倾斜角<35°的范围内。
[0061]本发明的平均倾斜角可以用K0BRA21ADH或KOBRA WR(得自Oji ScientificInstruments)测定。
[0062]棒状液晶高分子化合物
[0063]棒状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，并优选是其混合物。垂直取向的液晶聚合物和水平取向的液晶聚合物的细节描述在日本专利特开H6-347742中，将其内容通过援引加入的方式纳入本文。使用两种以上的这种棒状液晶高分子化合物可以获得平均倾斜角范围为20° -40°的混合取向。
[0064]聚合物的取向可以通过以下测定:在基材上形成液晶聚合物层并研究液晶状态下的液晶聚合物是垂直取向还是水平取向。该测定中可以使用任意基材，并且其实例包括:玻璃基材(例如，钠玻璃、钾水玻璃、硼硅酸盐玻璃、和光学玻璃如无铅玻璃和燧石玻璃)；以及在待研究的液晶聚合物的液晶温度下显示耐热性的塑料薄膜和片，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚酰亚胺类、聚酰胺-酰亚胺类、聚醚酰亚胺类、聚酰胺类、聚醚酮类、聚醚醚酮类、聚酮硫醚类、和聚醚砜类。这些基材在用例如酸、醇或洗涤剂清洗表面之后使用，但是不经过诸如硅处理的表面处理。在适当基材上形成聚合物薄膜，然后在液晶温度下进行热处理。在上述基材的任意基材上形成垂直取向的薄膜的聚合物称之为垂直取向的聚合物，而将在每个基材上形成水平取向的薄膜的聚合物(即没有垂直取向性能的聚合物)定义为水平取向的聚合物。就此而言，一些聚合物在各自液晶相与各向同性相之间的转变温度附近的特定温度下为垂直取向的。因此，经常在比液晶相与各向同性相之间的转变温度低15°C、优选低20°C的温度下进行热处理。
[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。这种聚合物的实例包括主链液晶聚合物，如聚酯类、聚酰胺类、聚碳酸酯类、和聚酯酰亚胺类；和侧链液晶聚合物，如聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类、聚丙二酸酯类、和聚硅氧烷类。尤其是，从容易合成、取向性能、玻璃化转变温度和其它因素的角度，优选聚酯类。聚酯类可以具有任意结构单元，并且这些单元的优选实例包括得自二羧酸的单元(a)(下面称之为二羧酸酯单元)、得自二醇的单元(b)(下面称之为二醇单元)、和得自在一个单元中具有羧基和羟基的羟基羧酸的单元(C)(下面称之为羟基羧酸酯单元)。此外，可以使用得自具有包含不对称碳的结构单元的化合物(旋光化合物或外消旋化合物)的单元。大多数含有旋光单元的聚合物具有手性向列液晶相(扭曲向列相或胆留相)，而不含旋光单元的聚合物具有向列液晶相。聚酯类具有(a) + (b)型、(a) + (b) + (c)型、或者仅仅(C)型的结构。
[0066]二羧酸酯单元(a)的实例包括下面结构单元:
[0067]
【权利要求】
1.延迟薄膜，包含: 支撑体(A);和 棒状液晶化合物层(B)， 当将各自具有该延迟薄膜作为偏振片保护薄膜的两个偏振片装入具有TN液晶元件的液晶显示装置中以使所述液晶元件配置在这两个偏振片之间时，其中安装所述偏振片使得所述延迟薄膜安装在靠近所述液晶元件侧，使得这两个偏振片的吸收轴相互垂直，使得每个偏振薄膜的吸收轴相对于较近侧液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向的角度为约45°，使得棒状液晶化合物层的慢轴相对于偏振薄膜的吸收轴的角度为45°，并且使得液晶化合物的取向方向相对于棒状液晶化合物层的慢轴的角度为170° -190°， 白色显示模式下的亮度是将该偏振片安装在液晶显示器中使得每个偏振薄膜的透射轴与较近侧液晶元件的面上的液晶化合物的取向方向平行时的亮度的95%以上。
2.如权利要求1所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层在550nm的波长下的面内延迟(Re (550))满足 IOnm ≤ Re (550) ( 40nm。
3.如权利要求1或2所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层中的棒状液晶化合物为混合取向的。
4.如权利要求3所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物的平均倾斜角在20°<平均倾斜角<40°的范围内。
5.如权利要求1或2所述的延迟薄膜，其中所述支撑体的厚度为40y m以下。
6.如权利要求1或2所·述的延迟薄膜，其中所述支撑体的厚度为25y m以下。
7.如权利要求1或2所述的延迟薄膜，其中所述支撑体是纤维素酰化物薄膜或环烯烃聚合物薄膜。
8.如权利要求1或2所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物是棒状液晶高分子化合物。
9.如权利要求1或2所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物是可聚合液晶化合物。
10.如权利要求1或2所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层是通过将在暂时性的支撑体上形成的棒状液晶化合物层转移到所述支撑体上而制成的。
11.如权利要求1或2所述的延迟薄膜，其中所述棒状液晶化合物层的慢轴和支撑体的慢轴形成的角度为35° -55°。
12.偏振片，包含如权利要求1或2所述的延迟薄膜和偏振薄膜。
13.如权利要求12所述的偏振片，其中所述支撑体的慢轴与所述偏振薄膜的吸收轴大致平行。
14.如权利要求13所述的偏振片，其中所述偏振片是通过辊对辊制得的。
15.TN液晶显示装置，包含如权利要求1或2所述的延迟薄膜。
16.TN液晶显示装置，包含如权利要求12或13所述的偏振片。
17.TN液晶显示器，其中将如权利要求12所述的偏振片配置使得偏振薄膜的吸收轴相对于靠近所述偏振薄膜侧的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为约 45。。
18.如权利要求1或2所述的延迟薄膜的制备方法，该方法包括: 在暂时性的支撑体上形成棒状液晶化合物层；和将该棒状液晶化合物层转移到厚度为40 y m以下的支撑体上。
19.如权利要求1或2所述的延迟薄膜的制备方法，该方法包括: 通过辊对辊而层合支撑体和棒状液晶化合物层，从而使得支撑体的慢轴和偏振薄膜的吸收轴相互大致平行并且使得棒状液晶化合物层的慢轴和支撑体的慢轴所成的角度为35。-55。。
【文档编号】G02B5/30GK103713417SQ201310452702
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】村松彩子, 佐藤宽 申请人:富士胶片株式会社