專利名稱：光學(xué)薄膜、偏振片和液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)薄膜和使用該光學(xué)薄膜的偏振片和液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
液晶顯示裝置含有液晶元件和偏振片。偏振片通常具有保護(hù)薄膜和偏振薄膜，并且典型地是通過用碘將由聚乙烯醇薄膜構(gòu)成的偏振薄膜染色、拉伸、并將保護(hù)薄膜疊置到其兩個表面上而獲得的。透射液晶顯示裝置是通過在液晶元件的兩側(cè)粘附偏振片而構(gòu)建的，偶爾有一個或多個任選安裝在其中的具有光學(xué)補(bǔ)償功能的透明薄膜。反射液晶顯示裝置通常是通過依次安裝反射板、液晶元件、一個或多個透明薄膜和偏振片而構(gòu)建的。液晶元件含有液晶分子、兩個包封該液晶分子的基底和對液晶分子施加電壓的電極層。液晶元件隨液晶分子的取向狀態(tài)變化而轉(zhuǎn)換“開”和“關(guān)”顯示，并且既可用于透射型也可用于反射型，其中曾經(jīng)提出的顯示模式包括TN(扭轉(zhuǎn)向列)、IPS(面內(nèi)轉(zhuǎn)換)、OCB(光學(xué)補(bǔ)償彎曲)和VA(垂直對齊)、ECB(電控制雙折射)。
已將具有光學(xué)補(bǔ)償功能的透明薄膜用于各種液晶顯示裝置以消除圖象著色，并擴(kuò)大視角。拉伸過的雙折射薄膜是一種常用選擇(例如參見日本特開專利申請“特開平(Tokkaihei)”2-247602)。然而近年來，已提出使用包括透明支持體和其上含盤狀(盤狀)分子的層的透明薄膜(例如參見日本特開專利申請“特開平”7-191217和歐洲專利0911656)。這種透明薄膜是通過在安裝在透明支持體上的取向薄膜上涂布含盤狀化合物的組合物，在高于取向溫度的溫度下使盤狀分子取向，并將所得取向狀態(tài)固定制得的。
盤狀化合物通常呈現(xiàn)大的雙折射和各種取向形式。使用盤狀化合物可以獲得常規(guī)拉伸過的雙折射薄膜從未獲得過的光學(xué)特性。由于如此多樣的取向形式，因此為了使盤狀化合物呈現(xiàn)所需的光學(xué)特性，必需控制取向狀態(tài)。
在使用盤狀化合物光學(xué)補(bǔ)償TN型或OCB型的液晶元件的例證情形下，通常相信盤狀化合物的盤狀面的傾斜角(平均傾斜角)優(yōu)選在液晶化合物層的厚度方向變化，從而獲得混合取向(例如參見日本特開專利申請“特開平”7-191217、9-211444和11-316378)。控制取向的方法在制備這類具有光學(xué)補(bǔ)償功能的透明薄膜中是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了賦予更精確的光學(xué)補(bǔ)償功能，要求光學(xué)薄膜呈現(xiàn)相應(yīng)于液晶面板中液晶取向分布的光學(xué)各向異性的分布。液晶面板中液晶的取向分布在液晶面板的厚度方向不均勻。因此就用于這種液晶面板的光學(xué)補(bǔ)償?shù)谋∧ざ赃€必需在薄膜厚度方向的各向異性分布不均勻，以便保證全面的光學(xué)補(bǔ)償。在現(xiàn)有技術(shù)中，透明薄膜的光學(xué)各向異性層的液晶分子借助于在從與對齊薄膜的界面到與空氣的界面的范圍內(nèi)的對齊薄膜(界面處理)來均勻取向，這樣很難隨意控制薄膜厚度方向的分布。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種液晶顯示裝置，特別是一種使用TN型的液晶顯示裝置，其中液晶元件以精確方式光學(xué)補(bǔ)償，以保證甚至在大視角下高的對比度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠光學(xué)補(bǔ)償液晶元件特別是使用TN型的液晶元件，并有利于在大視角下對比度增加的光學(xué)薄膜。
一方面，本發(fā)明提供了一種光學(xué)薄膜，其包含含有取向光學(xué)元件的光學(xué)各向異性層，其中所述光學(xué)元件以有序參數(shù)在所述光學(xué)各向異性層內(nèi)取向，所述有序參數(shù)代表所述光學(xué)元件的取向度，并在薄膜厚度方向變化。
作為本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了光學(xué)薄膜，其中所述有序參數(shù)以z的函數(shù)S(z)表示，其中所述光學(xué)各向異性層的厚度方向是沿著z-軸，z在0-d之間變化，包括兩個端點(diǎn)，d是所述光學(xué)各向異性層的厚度；并且S(z)是單調(diào)遞增函數(shù)、單調(diào)遞減函數(shù)或它們的混合函數(shù)；光學(xué)薄膜，其中S(0)、S(d/2)和S(d)的值彼此不同；光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層含有光學(xué)元件以有序參數(shù)為0取向的區(qū)域；一種光學(xué)薄膜，其中所述有序參數(shù)在0-0.9的范圍內(nèi)變化，包括兩個端點(diǎn)。
所述光學(xué)元件可以選自盤狀或棒狀的液晶分子或聚合物分子。
所述光學(xué)各向異性層可以由含盤狀化合物和/或棒狀化合物的組合物形成。并且所述光學(xué)各向異性層可以通過向表面涂敷所述組合物形成。
本發(fā)明的一個實(shí)施方式是光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)元件是液晶分子，并且所述液晶分子相對于層面以在層厚度方向變化的角度傾斜。
本發(fā)明的另一實(shí)施方式是光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層是由通過拉伸聚合物薄膜以使所述聚合物分子取向所制得的拉伸薄膜形成的。
光學(xué)各向異性層可以通過單軸和/或雙軸拉伸聚合物薄膜制得。
聚合物薄膜可以包含選自聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚醚-酮、聚酰胺-酰亞胺、聚酯-酰亞胺和聚芳基-醚-酮中的至少一種。
聚合物薄膜可以包含含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。
光學(xué)各向異性層可以由單層或多層組成。
光學(xué)薄膜還至少可以包含光漫射層。
另一方面，本發(fā)明提供了一種偏振片，其包含偏振薄膜和兩個位于所述偏振薄膜的兩個表面上的保護(hù)薄膜，至少一個保護(hù)薄膜是本發(fā)明的光學(xué)薄膜；一種液晶顯示裝置，其包含液晶元件和至少一個偏振片，所述偏振片是本發(fā)明的偏振片；和一種液晶顯示裝置，其包含液晶元件、至少一個偏振薄膜和至少一個位于所述液晶元件與所述偏振薄膜之間的本發(fā)明的光學(xué)薄膜。
應(yīng)注意的是本說明書中所述的“平行”或“垂直”允許在精確角度附近±5°的公差。與精確角度的公差優(yōu)選小于4°，更優(yōu)選小于3°。至于角度，“+”代表順時針方向，“-”表示逆時針方向?！奥S”是指賦予最大折射率的方向。“可見光區(qū)”是指380nm-780nm的波長范圍。折射率是在可見光區(qū)于λ＝550nm下測定的，除非另有明確說明。
在本專利說明書中，除非另有明確說明，“偏振片”既包括長偏振片，也包括切割成大小方便安裝在液晶顯示裝置內(nèi)的偏振片(本專利說明書中的“切割”包括“沖孔”和“剪切”)。在本專利說明書中，“偏振薄膜”和“偏振片”彼此不同，其中“偏振片”是指在“偏振薄膜”的至少一個表面上有保護(hù)該偏振薄膜的透明薄膜的疊置物。


圖1是解釋本發(fā)明的液晶顯示裝置的例證結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是顯示黑色水平顯示時液晶顯示裝置中液晶分子的傾斜角的分布的圖；圖3是解釋本發(fā)明的液晶顯示裝置中光學(xué)補(bǔ)償?shù)脑淼氖疽鈭D；圖4是解釋常規(guī)光學(xué)薄膜光學(xué)補(bǔ)償?shù)脑淼氖疽鈭D；和圖5是解釋本發(fā)明的液晶顯示裝置中光學(xué)薄膜的有序參數(shù)的分布的示意圖。
附圖中的標(biāo)記具有以下含義。
1偏振薄膜2透射軸13偏振薄膜的保護(hù)薄膜14面內(nèi)慢軸
5光學(xué)薄膜5a偏振薄膜側(cè)盤狀化合物的分子對稱軸的平均取向方向6基底7液晶分子8基底9光學(xué)薄膜9a偏振薄膜側(cè)的盤狀化合物的分子對稱軸的平均取向方向113偏振薄膜的保護(hù)薄膜114面內(nèi)慢軸101偏振薄膜102透射軸具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明涉及一種光學(xué)薄膜，它包含含有取向光學(xué)元件的光學(xué)各向異性層，其中所述光學(xué)元件在光學(xué)各向異性層內(nèi)以在薄膜厚度方向變化的有序參數(shù)取向。有序參數(shù)表示所述光學(xué)元件的取向度。雙折射Δn與有序參數(shù)S成比例。有序參數(shù)的這一特征例如由De Jeu，W.H.在“Ekishono Bussei(Physical Properties of Liquid Crystal)”(由KyoritsuShuppan Co.，Ltd.出版，1991，第40-54頁中)有詳述。因此通過改變薄膜厚度方向的有序參數(shù)可以改變厚度方向的雙折射，并因此可以有效地改變厚度方向的光學(xué)薄膜的雙折射的傾斜角分布。使用本發(fā)明的光學(xué)薄膜作為液晶顯示裝置的光學(xué)補(bǔ)償薄膜，可以獲得良好的光學(xué)補(bǔ)償，即使當(dāng)光學(xué)薄膜的傾斜角分布與液晶元件內(nèi)液晶分子的傾斜角分布不一致時也如此。
現(xiàn)在對有序參數(shù)進(jìn)行解釋。光學(xué)各向異性的呈現(xiàn)需要光學(xué)元件的取向。本文所述的光學(xué)元件是光學(xué)工程中產(chǎn)生折射率各向異性所用的元件，其實(shí)例包括在預(yù)定溫度范圍內(nèi)顯示液晶相的盤狀或棒狀液晶分子、或者通過拉伸等可以取向的聚合物。光學(xué)材料的整體雙折射(bulkbirefringence)隨單個光學(xué)元件的固有雙折射和光學(xué)元件統(tǒng)計(jì)取向的程度而變化。例如，由盤狀分子構(gòu)成的光學(xué)各向異性層的光學(xué)各向異性的大小由引起光學(xué)各向異性的主要光學(xué)元件盤狀化合物的固有雙折射、和所述盤狀化合物的統(tǒng)計(jì)取向度決定。有序參數(shù)S是一個表達(dá)取向度的已知參數(shù)。典型地對沒有分布的結(jié)晶而言，取向有序參數(shù)的值為1，而對完全無規(guī)則如液態(tài)而言取向有序參數(shù)的值為“0”。例如，通常相信向列液晶具有0.6或0.6左右的值。例如在De Jeu，W.H.(作者)，″Ekisho no Bussei(Physical Properties of Liquid Crystal)″，(KyoritsuShuppan Co.，Ltd.出版，1991，第11頁)對有序參數(shù)S有詳細(xì)的描述，并且將其通過下面等式表示S=12<3cos2θ-1>]]>其中，θ是取向元件的取向軸的平均方向與每一取向元件的軸之間的角度。
測定有序參數(shù)的已知方法包括偏振Raman法、IR法、X射線法、磷光法和聲速法。這些測定方法以可歸因于被聚焦觀察的一個元件的取向的測定值的各向異性為基礎(chǔ)，測定取向分布函數(shù)或取向系數(shù)。這些取向系數(shù)中，上述的有序參數(shù)S廣泛地用作評價(jià)取向狀態(tài)的指數(shù)。它詳述于Kazuro Nakayama和Akira Kaido，″Kobunshi wo Naraberu(Aligning Polymers)″(Kyoritsu Shuppan Co.，Ltd.，1991，第76-86頁)。
接下來，參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1顯示本發(fā)明的液晶顯示裝置的例證構(gòu)造的示意圖。圖1所示的TN-型液晶顯示裝置包括含液晶層7的液晶元件，其中在施加電壓下，或者換句話說，在黑色狀態(tài)下液晶引起電場誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)換；和將所述液晶元件夾持于其間的基底6、8?；?、8在它們的面對液晶的表面上經(jīng)過摩擦，其摩擦方向用箭頭RD表示。背面的摩擦方向用虛線箭頭表示。安裝偏振薄膜1、101以便將液晶元件夾持于其間。偏振薄膜1、101的透射軸2、102彼此垂直地對齊，并且與液晶元件的液晶層7的較近側(cè)的方向RD成90°或0°的角度。在偏振薄膜1、101與液晶元件之間，分別提供偏振薄膜的保護(hù)薄膜13、113和光學(xué)薄膜5、9。安裝保護(hù)薄膜13、113以便與各自的相鄰偏振薄膜1、101的透射軸2、102的方向垂直或平行地對齊它們的慢軸14、114。本實(shí)施方式的光學(xué)薄膜5、9是本發(fā)明的光學(xué)薄膜，各自包括通過取向盤狀分子而功能化的光學(xué)各向異性層。
圖1中所示的液晶元件包括上基底6和下基底8、和其間夾持的由液晶分子7組成的液晶層?；?、8各自具有在它們的面對液晶分子7的表面(本文后面有時稱之為″內(nèi)表面″)上形成的對齊薄膜(未顯示)，以控制以預(yù)傾角平行對齊的液晶分子7的取向。基底6、8各自還在它們的內(nèi)表面上具有通過其對由液晶分子7組成的液晶層施加電壓的透明電極(未顯示)。在本發(fā)明中，液晶層的厚度d(μm)與折射率的乘積Δn·d優(yōu)選落在0.1-1.5μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選0.2-1.0μm，甚至更優(yōu)選0.2-0.5μm，再次更優(yōu)選0.3-0.5μm。這些范圍保證了在施加白色態(tài)電壓時在白色狀態(tài)下的高亮度，并因此提供了一種亮的高對比度的顯示裝置。所用液晶材料沒有特別的限制，其中將具有正介電各向異性、與所施加的電場平行地引起液晶分子7響應(yīng)的任意液晶材料，用于在上基底6與下基底8之間施加電場的實(shí)施方式。
就構(gòu)建成TN-型液晶元件的例證液晶元件而言，在上基底6與下基底8之間可以使用具有正介電各向異性、Δn＝0.08和Δε＝5或5左右的向列液晶材料。液晶層的厚度d沒有特別的限制，但是就使用具有上述范圍的性能的液晶的情形而言，可以將其調(diào)整至4μm或4μm左右。白色狀態(tài)下的亮度隨施加白色狀態(tài)電壓下厚度d與折射率各向異性Δn的乘積Δn·d的值而變化，從而考慮到在白色狀態(tài)下獲得足夠水平的亮度，優(yōu)選將不施加電壓時液晶層的Δn·d調(diào)整至0.3-0.5μm的范圍內(nèi)。
TN-型液晶顯示裝置有時會加有手性劑以降低取向缺陷。TN-型顯示裝置有時會構(gòu)建成具有多域結(jié)構(gòu)。多域結(jié)構(gòu)是指液晶顯示裝置的單個象素被分成多個域的結(jié)構(gòu)?？紤]到改善亮度和色調(diào)的視角相關(guān)的特性，優(yōu)選將多域結(jié)構(gòu)用于TN-型裝置。更具體地說，通過對具有液晶分子的初始取向狀態(tài)彼此不同的兩個或多個(優(yōu)選4或8)域的每一象素的構(gòu)象的平均化，可以降低亮度和色調(diào)的依賴于視角的不勻性。通過用彼此不同的兩個或多個域構(gòu)建每個象素也可以獲得類似效果，其中在施加電壓下液晶分子的取向方向可以連續(xù)變化。
偏振薄膜1、101的保護(hù)薄膜13、113各自也可以起光學(xué)薄膜5、9的支持體的作用。也功能化為偏振薄膜的保護(hù)薄膜的光學(xué)薄膜5、9使得不用保護(hù)薄膜13、113成為可能。偏振薄膜1、保護(hù)薄膜13和光學(xué)薄膜5；或者偏振薄膜101、保護(hù)薄膜113和光學(xué)薄膜9可以形成一體化的疊置物并且可以加入到液晶顯示裝置中，或者各自可以作為單個元件加入。優(yōu)選保護(hù)薄膜13的慢軸14和保護(hù)薄膜113的慢軸114彼此基本上平行、或者垂直地交叉。保護(hù)薄膜13、113的慢軸14、114的垂直排列可以減少垂直入射到液晶顯示裝置上的光的光學(xué)特性的降低，這是由于兩個光學(xué)薄膜的雙折射性能被抵消。慢軸14、114的平行排列可以使用這些保護(hù)薄膜的雙折射性能補(bǔ)償液晶層的任意殘余延遲。保護(hù)薄膜13、113也可以沒有面內(nèi)慢軸14、114。
偏振薄膜1、101的透射軸2、102的方向、保護(hù)薄膜13、113的慢軸14、114的方向、和液晶分子7的取向的方向可以根據(jù)構(gòu)成單個組件所用的材料、顯示模式和組件的疊置結(jié)構(gòu)來調(diào)整至最佳范圍內(nèi)。即，設(shè)置偏振薄膜1的透射軸2和偏振薄膜101的透射軸102以使它們彼此基本上垂直地交叉。然而本發(fā)明的液晶顯示裝置并不限于該構(gòu)造。
光學(xué)薄膜5、9分別放置在偏振薄膜1、101與液晶元件之間。光學(xué)薄膜5、9各自通常是由含盤狀化合物的化合物構(gòu)成的光學(xué)各向異性層。在光學(xué)薄膜5、9中，將盤狀化合物的分子固定至預(yù)定取向狀態(tài)。光學(xué)薄膜5、9具有面內(nèi)光學(xué)各向異性，其中光學(xué)各向異性是通過薄膜內(nèi)光學(xué)元件、或者盤狀化合物分子的取向產(chǎn)生的，其中表示光學(xué)元件的取向度的有序參數(shù)在薄膜的厚度方向變化。該構(gòu)造可以相應(yīng)于液晶層7的取向分布(在厚度方向不均勻)的方式保證足夠水平光學(xué)薄膜的光學(xué)補(bǔ)償功能。
在對液晶元件基底6、8的各個透明電極(未顯示)施加黑色狀態(tài)電壓下的操作狀態(tài)下，液晶層中的液晶分子7以90°或90°左右傾斜均勻地保持TN狀態(tài)，在元件的中心周圍于電場方向豎起，并且到了元件基底的表面幾乎水平地突然平臥，顯示液晶分子的傾斜角的向上凸起的分布。圖2顯示在操作狀態(tài)下液晶顯示裝置(LCD)的液晶元件中液晶分子7的傾斜角的分布。優(yōu)選黑色狀態(tài)下具有光學(xué)補(bǔ)償功能的光學(xué)薄膜也具有相應(yīng)于元件內(nèi)液晶分子的這種傾斜角分布的傾斜角分布。圖3顯示了理想地補(bǔ)償夾持于其間安裝的液晶元件所需的光學(xué)薄膜的傾斜角分布、以及液晶元件內(nèi)液晶分子的傾斜角分布。實(shí)際上，很難制得具有這種傾斜角分布并因此具有這種光學(xué)各向異性分布的光學(xué)薄膜，并且用于光學(xué)補(bǔ)償?shù)某Ｒ?guī)薄膜，如圖4所示，具有與液晶元件不同的傾斜角分布。
本發(fā)明的本實(shí)施方式，以在厚度方向變化的光學(xué)薄膜5、9的有序參數(shù)為基礎(chǔ)，可以提供相應(yīng)于液晶分子的傾斜角分布的光學(xué)補(bǔ)償，即使如圖4所示當(dāng)光學(xué)薄膜5、9沒有與液晶元件相同的傾斜角分布時也如此。
光學(xué)薄膜5、9，如圖5所示，具有在厚度方向變化的有序參數(shù)。有序參數(shù)的變化相應(yīng)于液晶元件內(nèi)液晶分子7的傾斜角的函數(shù)的斜率。更具體地說，光學(xué)薄膜內(nèi)盤狀分子的取向的有序參數(shù)對以大斜率變化的傾斜角對齊的元件內(nèi)液晶分子的光學(xué)補(bǔ)償有影響，或者換句話說，傾斜角突然變化的區(qū)域內(nèi)的液晶分子，有序參數(shù)被調(diào)整至小值，并且因此將雙折射抑制至小值。另一方面，光學(xué)薄膜內(nèi)盤狀分子的取向的有序參數(shù)對以隨小斜率變化的傾斜角對齊的元件內(nèi)液晶分子的光學(xué)補(bǔ)償有影響，或者換句話說，傾斜角變化小的區(qū)域內(nèi)的液晶分子，有序參數(shù)被調(diào)整至較大值，并且因此使雙折射增加。換言之，光學(xué)薄膜5、9具有在厚度方向不恒定的雙折射，并呈現(xiàn)相應(yīng)于液晶元件內(nèi)液晶分子的傾斜角分布的雙折射分布。具有如圖5所示的有序參數(shù)的分布的光學(xué)薄膜5、9，可以實(shí)現(xiàn)與圖3所示相似的傾斜角的有效分布，即使如圖4所示其傾斜角分布與液晶元件中的液晶分子7的不一致也如此，因此可以獲得與圖3所示類似的效果，并提供所需的光學(xué)補(bǔ)償。
對將本發(fā)明的光學(xué)薄膜用于TN-型液晶顯示裝置的光學(xué)補(bǔ)償?shù)膶?shí)施方式進(jìn)行了以上說明，然而本發(fā)明的光學(xué)薄膜也可用于基于其它模式的液晶顯示裝置的光學(xué)補(bǔ)償。根據(jù)為光學(xué)補(bǔ)償目標(biāo)的液晶元件內(nèi)液晶分子的傾斜角的厚度方向分布，和這種光學(xué)補(bǔ)償所需的雙折射的分布，通過產(chǎn)生與光學(xué)各向異性層中光學(xué)元件的取向有關(guān)的有序參數(shù)的分布，可以制得可用于任意模式的液晶裝置的光學(xué)補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)薄膜。上述實(shí)施方式顯示使用兩個光學(xué)薄膜用于光學(xué)補(bǔ)償?shù)睦C情形，然而本發(fā)明的光學(xué)薄膜的數(shù)量可以是一個、或者三個或更多。
在本發(fā)明的光學(xué)薄膜中，對有序參數(shù)的變化方式?jīng)]有特別的限制，連續(xù)變化和間歇變化都是可以的。也可以是這些變化的組合。光學(xué)薄膜，使用連續(xù)變化和間歇變化的組合，可以通過疊置有序參數(shù)連續(xù)變化的層和有序參數(shù)保持恒定的層制得。現(xiàn)在假設(shè)有序參數(shù)S以z的函數(shù)，S(z)表示，其中光學(xué)各向異性層的厚度方向是沿圖1的z-軸，z在0-d之間變化，包括兩個端點(diǎn)(0≤z≤d)，d是所述光學(xué)各向異性層的厚度；S(z)是單調(diào)遞增函數(shù)、單調(diào)遞減函數(shù)或它們的混合函數(shù)的任意實(shí)施方式都落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別是，為了TN-型液晶顯示裝置的光學(xué)補(bǔ)償，S(z)優(yōu)選是單調(diào)遞增函數(shù)、單調(diào)遞減函數(shù)及它們的混合函數(shù)中的任意一種。有序參數(shù)的變化方式可以是如上所述的間歇的，其中優(yōu)選至少三個值S(0)、S(d/2)和S(d)彼此不同。
光學(xué)各向異性層可以包括有序參數(shù)的值約為0的區(qū)域。約為0是指有序參數(shù)幾乎是0，更具體地說有序參數(shù)落入0-0.1的范圍內(nèi)，包括兩個端點(diǎn)。約為0的有序參數(shù)是指幾乎沒有延遲的狀態(tài)，并且在光學(xué)工程方面幾乎是各向同性的。對有序參數(shù)的上限和下限沒有特別的限制，可以根據(jù)使用目的在預(yù)定范圍內(nèi)變化。為了TN-型液晶顯示裝置的光學(xué)補(bǔ)償，有序參數(shù)優(yōu)選在0-0.9的范圍內(nèi)，包括兩個端點(diǎn)，更優(yōu)選0-0.8。
通過采用各種方法可以控制有序參數(shù)，根據(jù)用于制備光學(xué)各向異性層的光學(xué)元件的類型來選擇方法。方法的實(shí)例包括改變單軸拉伸的拉伸比的方法、改變雙軸拉伸的拉伸比的方法、使用凝膠拉伸的方法、使用單晶柵的方法、使用可聚合粉末的方法、基于取向結(jié)晶的方法、基于熔融拉伸的方法、基于輥壓的方法、基于控制溫度和壓力下擠出固體的方法、基于拉延的方法、使用液晶聚合物的流化的方法、通過注塑制得取向結(jié)構(gòu)的方法、通過外部場改變?nèi)∠蚪Y(jié)構(gòu)的方法、通過溫度控制取向度的方法、和通過溫度梯度控制取向度的方法。改變通過任意這些方法控制薄膜厚度方向的取向的條件，可以使有序參數(shù)在厚度方向變化。取向控制詳述于Kazuro Nakayama和Akira Kaido，″Kobunshi wo Naraberu(Aligning Polymers)″(Kyoritsu Shuppan Co.，Ltd.，1991，第9-75頁)。
接下來，詳細(xì)描述制備本發(fā)明的光學(xué)薄膜所用的材料等。
本發(fā)明的光學(xué)薄膜具有通過將光學(xué)元件取向而形成的光學(xué)各向異性層。構(gòu)成光學(xué)各向異性層的光學(xué)元件是如上所述光學(xué)工程中引起折射率各向異性所用的元件，并且列舉有在預(yù)定溫度范圍內(nèi)顯示液晶相的盤狀或棒狀液晶分子、和通過拉伸等可以取向的聚合物。就光學(xué)元件是液晶分子的情形而言，使用包含盤狀化合物的組合物、或者使用包含棒狀化合物的組合物，可以形成光學(xué)各向異性層。上述光學(xué)各向異性層可以通過在支持體或?qū)R薄膜的表面上涂敷所述組合物，并使盤狀分子或棒狀分子在預(yù)定條件下取向，然后固定所需取向狀態(tài)而形成。就光學(xué)元件是聚合物分子的情形而言，通過在預(yù)定條件下拉伸聚合物薄膜可以形成光學(xué)各向異性層。本發(fā)明的光學(xué)薄膜可以包括多個上述光學(xué)各向異性層，或者可以僅包括一個光學(xué)各向異性層。例如，光學(xué)薄膜可以僅包括具有盤狀或棒狀液晶分子作為光學(xué)元件的光學(xué)各向異性層，或者可以僅包括具有聚合物分子作為光學(xué)元件的拉伸聚合物薄膜。也可以將選自上面的兩個或多個光學(xué)各向異性層疊置。本發(fā)明的光學(xué)薄膜還可以具有除所述光學(xué)各向異性層之外的層，并且典型地可以包括具有盤狀或棒狀液晶分子作為光學(xué)元件的光學(xué)各向異性層、和聚合物薄膜作為光學(xué)各向異性層的支持體。根據(jù)使用目的，該光學(xué)薄膜還可以具有功能層如后面所述的光漫射層。光學(xué)各向異性層可以包括多層，并且典型地可以是由具有在其厚度方向變化的有序參數(shù)的光學(xué)各向異性層、和有序參數(shù)保持不變的光學(xué)各向異性層構(gòu)成的疊置物。
本發(fā)明的光學(xué)薄膜優(yōu)選在其光學(xué)各向異性層中含有下面所列的盤狀液晶化合物中的任意化合物。光學(xué)各向異性層可以通過用對齊薄膜將液晶分子取向，并通過固定所得的取向狀態(tài)來形成。液晶分子優(yōu)選具有可聚合基團(tuán)以固定液晶分子的取向狀態(tài)。
(盤狀液晶化合物)盤狀液晶化合物包括C.Destrade等，Mol.Cryst.，第171卷，第111頁(1981)中所述的苯衍生物；C.Destrade等，Mol.Cryst.，第122卷，第141頁(1985)和Physics Lett.，A，第78卷，第82頁(1990)中所述的torxene衍生物；B.Kohne等，Angew.Chem.，第96卷，第70頁(1984)中所述的環(huán)己烷衍生物；和J.M.Lehn，J.Chem.Commun.，第1794頁(1985)和J.Zhang等，J.Am.Chem.Soc，第116卷，第2655頁(1994)中所述的氮雜冠基(azacrownbase)或苯乙炔基大環(huán)。
上述盤狀液晶化合物還包括具有在分子中心的各個核被側(cè)鏈如直鏈烷基、取代的苯甲酰氧基的烷氧基放射狀取代的結(jié)構(gòu)的液晶化合物。這些分子或分子聚集體優(yōu)選具有旋轉(zhuǎn)對稱，并且例如可能具有一定取向的那些。
如上所述，就用液晶化合物形成的光學(xué)各向異性層情形而言，不再必需光學(xué)各向異性層中最終所含的化合物呈現(xiàn)液晶性。在低分子量盤狀液晶化合物具有熱或光反應(yīng)性基團(tuán)，并且光學(xué)各向異性層是通過熱或光誘導(dǎo)基團(tuán)反應(yīng)所引起的聚合反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)將所述化合物轉(zhuǎn)變成高分子量化合物而形成的例證情形中，光學(xué)各向異性層中所含的化合物可能已經(jīng)失去了其液晶性。日本特開專利申請“特開平”8-50206描述了盤狀液晶化合物優(yōu)選實(shí)例。日本特開專利申請“特開平”8-27284中描述了盤狀液晶化合物的聚合反應(yīng)。
為了通過聚合反應(yīng)固定盤狀液晶化合物，必需用可聚合基團(tuán)作為取代基與盤狀液晶化合物的盤狀核心結(jié)合。然而，可聚合基團(tuán)與盤狀核心直接結(jié)合使得在聚合反應(yīng)期間難以保持所需的取向狀態(tài)。因此在盤狀核心與每一可聚合基團(tuán)之間加入偶聯(lián)基團(tuán)。因此，具有可聚合基團(tuán)的盤狀液晶化合物優(yōu)選是例如下式(III)代表的那些化合物式(III)D(-L-Q)n
其中，D代表盤狀核心、L代表二價(jià)偶聯(lián)基團(tuán)、Q代表可聚合基團(tuán)，并且n代表4-12的整數(shù)。
下面顯示盤狀核心(D)的實(shí)例。在下面的每一實(shí)例中，LQ(或QL)是指二價(jià)偶聯(lián)基團(tuán)(L)和可聚合基團(tuán)(Q)的組合。


在式(III)中，二價(jià)偶聯(lián)基團(tuán)(L)優(yōu)選是選自如下基團(tuán)中的任意一種亞烷基、亞烯基、亞芳基、-CO-、-NH-、-O-、-S-和這些基團(tuán)的組合。二價(jià)偶聯(lián)基團(tuán)(L)更優(yōu)選是以至少兩種選自如下基團(tuán)的二價(jià)基團(tuán)的組合為基礎(chǔ)亞烷基、亞芳基、-CO-、-NH-、-O-和-S-。二價(jià)偶聯(lián)基團(tuán)(L)最優(yōu)選是以至少兩種選自如下基團(tuán)的二價(jià)基團(tuán)的組合為基礎(chǔ)亞烷基、亞芳基、-CO-和-O-。亞烷基的碳原子數(shù)優(yōu)選是1-12。亞烯基的碳原子數(shù)優(yōu)選是2-12。亞芳基的碳原子數(shù)優(yōu)選是6-10。
下面列舉了二價(jià)偶聯(lián)基團(tuán)(L)的實(shí)例。左端連接有盤狀核心(D)，并且右端連接有可聚合基團(tuán)(Q)。AL代表亞烷基或亞烯基，并且AR代表亞芳基。亞烷基、亞烯基和亞芳基可以具有取代基(例如，烷基)。
L1-AL-CO-O-AL-L2-AL-CO-O-AL-O-L3-AL-CO-O-AL-O-AL-L4-AL-CO-O-AL-O-CO-L5-CO-AR-O-AL-L6-CO-AR-O-AL-O-L7-CO-AR-O-AL-O-CO-L8-CO-NH-AL-L9-NH-AL-O-L10-NH-AL-O-CO-L11-O-AL-L12-O-AL-O-L13-O-AL-O-CO-L14-O-AL-O-CO-NH-AL-L15-O-AL-S-AL-L16-O-CO-AR-O-AL-CO-L17-O-CO-AR-O-AL-O-CO-
L18-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-CO-L19-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-AL-O-CO-L20-S-AL-L21-S-AL-O-L22-S-AL-O-CO-L23-S-AL-S-AL-L24-S-AR-AL-式(III)中的可聚合基團(tuán)(Q)根據(jù)聚合反應(yīng)的類型來確定?？删酆匣鶊F(tuán)(Q)優(yōu)選是環(huán)氧基的不飽和可聚合基團(tuán)，更優(yōu)選不飽和可聚合基團(tuán)，最優(yōu)選烯鍵式不飽和可聚合基團(tuán)。
在式(III)中，n是4-12的整數(shù)。n的具體值根據(jù)盤狀核心(D)的類型來確定。L和Q的多個組合可以不同，但是優(yōu)選相同。
(棒狀液晶化合物)可用于本發(fā)明的棒狀液晶化合物的實(shí)例包括偶氮甲堿化合物、氧化偶氮化合物、氰基聯(lián)苯基化合物、氰基苯基酯類、苯甲酸酯類、環(huán)己烷羧酸苯基酯類、氰基苯基環(huán)己烷化合物、氰基取代的苯基嘧啶化合物、烷氧基取代的苯基嘧啶化合物、苯基二烷化合物、二苯乙炔化合物和烯基環(huán)己基芐腈化合物。不僅可以使用上面所列舉的低分子量液晶化合物，也可以使用高分子量液晶化合物。
棒狀液晶分子優(yōu)選具有可聚合基團(tuán)以便通過聚合反應(yīng)將其固定?？捎糜诒景l(fā)明的可聚合的棒狀液晶化合物的實(shí)例包括例如Makromol.Chem.，190，第2255頁(1989)、Advanced Materials，5，第107頁(1993)、美國專利4683327、美國專利5622648、美國專利5770107、國際專利(WO)95/22586、國際專利95/24455、國際專利97/00600、國際專利98/23580、國際專利98/52905、日本特開專利申請“特開平”1-272551、日本特開專利申請“特開平”6-16616、日本特開專利申請“特開平”7-110469、日本特開專利申請“特開平”11-80081和日本特開專利申請“特開”2001-328973中所述的化合物。
(包含盤狀液晶分子或棒狀液晶分子的光學(xué)各向異性層)在光學(xué)各向異性層中，棒狀化合物或盤狀化合物的分子優(yōu)選以取向狀態(tài)固定。在與光學(xué)薄膜的界面處的液晶化合物分子的對稱軸的平均取向方向與光學(xué)薄膜的面內(nèi)慢軸以約45°的角度交叉。應(yīng)注意的是本文中“約45°”是指45°±5°的范圍，優(yōu)選42-48°，更優(yōu)選43-47°。光學(xué)各向異性層中液晶化合物分子的對稱軸的平均取向方向與支持體的縱向(即，支持體的快軸方向)優(yōu)選以43°-47°范圍內(nèi)的角度交叉。
液晶化合物分子的對稱軸的平均取向方向通?？梢酝ㄟ^選擇構(gòu)成對齊薄膜的液晶化合物或材料、或者通過選擇摩擦方法來調(diào)整。在形成光學(xué)各向異性層的對齊薄膜是通過摩擦制得的本發(fā)明的例證情形下，與構(gòu)成支持體的聚合物薄膜的慢軸成45°的方向摩擦，可以制得至少在與聚合物薄膜的界面外具有與聚合物薄膜的慢軸成45°的平均取向方向的光學(xué)各向異性層。例如，使用慢軸與其縱向平行的長聚合物薄膜可以連續(xù)制得光學(xué)各向異性層。更具體地說，在長聚合物薄膜的表面上連續(xù)涂布形成對齊薄膜的涂布液，然后在與縱向成45°的方向連續(xù)摩擦涂布過的薄膜的表面，由此形成對齊薄膜，然后在由此形成的對齊薄膜的表面上連續(xù)涂布形成含液晶化合物的光學(xué)各向異性層用的涂布液，從而使液晶化合物分子取向并固定該取向狀態(tài)，由此形成長光學(xué)各向異性層，進(jìn)而以連續(xù)方式制備長光學(xué)薄膜。將由此制得的長光學(xué)薄膜切成所需幾何形狀然后加入到液晶顯示裝置中。
通常通過選擇液晶化合物的種類或者與液晶化合物組合使用的任意添加劑可以調(diào)整空氣界面?zhèn)鹊囊壕Щ衔锓肿拥膶ΨQ軸的平均取向方向。與液晶化合物組合使用的添加劑的實(shí)例包括增塑劑、表面活性劑、可聚合單體和聚合物。與上面所述類似，通過選擇液晶化合物和添加劑可以調(diào)整分子對稱軸的取向方向的變化度。特別是，考慮到與上述涂布液的表面張力的控制相平衡，優(yōu)選表面活性劑。
與液晶化合物組合使用的增塑劑、表面活性劑和可聚合單體優(yōu)選例如是可以與盤狀液晶化合物相容的，和是引起液晶化合物分子的傾斜角變化的，或者是不抑制取向的。其中，優(yōu)選可聚合單體(例如，具有乙烯基、乙烯基氧基、丙烯酰基或甲基丙烯?；幕衔?。上述化合物的添加量通常落在液晶化合物的1-50質(zhì)量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選5-30質(zhì)量％?；旌鲜褂镁哂兴膫€或更多可聚合的反應(yīng)性官能團(tuán)的單體可以強(qiáng)化對齊薄膜與光學(xué)各向異性層之間的粘合性。
就使用盤狀液晶化合物作為液晶化合物的情形而言，優(yōu)選使用與盤狀液晶化合物具有一定程度的兼容性并且能夠改變盤狀液晶化合物的傾斜角的聚合物。
聚合物例如有纖維素酯。纖維素酯的優(yōu)選實(shí)例包括乙酸纖維素酯、乙酸丙酸纖維素酯、羥丙基纖維素和乙酸丁酸纖維素酯。聚合物的添加量優(yōu)選調(diào)整至盤狀液晶化合物的0.1-10質(zhì)量％的范圍內(nèi)以便不抑制其取向，更優(yōu)選0.1-8質(zhì)量％，甚至更優(yōu)選0.1-5質(zhì)量％。
盤狀液晶化合物從向列液晶相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟臏囟葍?yōu)選落在70-300℃的范圍內(nèi)，更優(yōu)選70-170℃。
(對齊薄膜)當(dāng)形成其光學(xué)各向異性層時，可以使用對齊薄膜制備本發(fā)明的光學(xué)薄膜。在使用含有液晶化合物的組合物形成光學(xué)各向異性層的例證情形中，通常在支持體上形成它，其中優(yōu)選在支持體表面上形成對齊薄膜，然后在其上形成光學(xué)各向異性層。當(dāng)形成光學(xué)各向異性層時也可以僅使用對齊薄膜，并且可以在對齊薄膜上形成光學(xué)各向異性層之后，僅將光學(xué)各向異性層轉(zhuǎn)移到由聚合物薄膜等構(gòu)成的支持體上。對齊薄膜優(yōu)選是由交聯(lián)聚合物組成的層。用于對齊薄膜的聚合物可以是本身可自發(fā)交聯(lián)的聚合物，或者可以是可以借助交聯(lián)劑交聯(lián)的聚合物。當(dāng)然可以使用具有這兩種功能的聚合物。通過使具有官能團(tuán)(其中固有存在的或者后加入的)的聚合物分子借助于熱或pH改變等彼此反應(yīng)；或者通過使為高度反應(yīng)性化合物的交聯(lián)劑與聚合物反應(yīng)以便將由其獲得的偶聯(lián)基團(tuán)加入到聚合物分子之間，由此使聚合物交聯(lián)，可以形成對齊薄膜。
由交聯(lián)聚合物構(gòu)成的取向薄膜通常可以通過在支持體表面上涂布含這種聚合物的涂布液、或者含所述聚合物和交聯(lián)劑的混合物，然后加熱涂布過的薄膜來形成。
考慮到在后面所述的摩擦中抑制粉塵產(chǎn)生，本文優(yōu)選提高交聯(lián)度?，F(xiàn)在定義交聯(lián)度是值(1-(Ma/Mb))，它是1減去比例(Ma/Mb)，其中(Ma/Mb)是加入到涂布液中的交聯(lián)劑的量(Mb)與交聯(lián)之后涂布液中剩余的交聯(lián)劑的量(Ma)之比，交聯(lián)度優(yōu)選是50％-100％，更優(yōu)選65％-100％，最優(yōu)選75％-100％。
可用于對齊薄膜的聚合物可以是本身可以自發(fā)交聯(lián)的聚合物，或者可以是借助交聯(lián)劑可以交聯(lián)的聚合物。當(dāng)然可以使用具有這兩種功能的聚合物。聚合物的實(shí)例包括聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯/馬來酰亞胺共聚物、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇、聚(N-羥甲基丙烯酰胺)、苯乙烯/乙烯基甲苯共聚物、氯磺酸化聚乙烯、硝酸纖維素、聚氯乙烯、氯化聚烯烴、聚酯、聚酰亞胺、乙酸乙烯酯/氯乙烯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、羧甲基纖維素、明膠、聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯、以及硅烷偶聯(lián)劑。優(yōu)選的聚合物的實(shí)例包括水溶性聚合物例如聚(N-羥甲基丙烯酰胺)、羧甲基纖維素、明膠、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇，其中更優(yōu)選明膠、聚乙烯醇和改性聚乙烯醇，尤其優(yōu)選聚乙烯醇和改性聚乙烯醇。
已知的聚乙烯醇典型地具有70-100％的皂化度，其中通常優(yōu)選皂化度為80-100％的那些，更優(yōu)選皂化度為82-98％的那些。聚合度優(yōu)選在100-3000的范圍內(nèi)。
改性聚乙烯醇可以列舉有通過共聚合改性的那些(例如，具有COONa、Si(OX)3、N(CH3)3·Cl、C9H19COO、SO3Na或C12H25作為改性基團(tuán)加入其中)、通過鏈轉(zhuǎn)移改性的那些(例如，具有COONa、SH或SC12H25作為改性基團(tuán)加入其中)、和通過嵌段聚合改性的那些(例如，具有COOH、CONH2、COOR或C6H5作為改性基團(tuán)加入其中)。聚合度優(yōu)選在100-3000的范圍內(nèi)。其中，優(yōu)選皂化度為80-100％的未改性或改性的聚乙烯醇，更優(yōu)選皂化度為85-95％的未改性或烷硫基改性的。
用于對齊薄膜的改性聚乙烯醇優(yōu)選是下式(6)代表的化合物與聚乙烯醇的反應(yīng)產(chǎn)物式(6) 其中，R1d代表未取代的烷基、或被丙烯?；?、甲基丙烯?；颦h(huán)氧基取代的烷基，W代表鹵原子、烷基或烷氧基，X1d代表形成活性酯、酸酐或?；u所必需的原子團(tuán)，1代表0或1，并且n代表0-4的整數(shù)。
也優(yōu)選下式(7)代表的化合物與聚乙烯醇的反應(yīng)產(chǎn)物作為用于對齊薄膜的改性聚乙烯醇式(7)
其中X2d代表形成活性酯、酸酐或酰基鹵所必需的原子團(tuán)，并且m代表2-24的整數(shù)。
與式(6)和(7)代表的化合物反應(yīng)的聚乙烯醇的實(shí)例包括未改性聚乙烯醇、和共聚改性的聚乙烯醇例如通過鏈轉(zhuǎn)移或者通過嵌段聚合改性的。日本特開專利申請“特開平”8-338913中詳述了上述特定改性聚乙烯醇的優(yōu)選實(shí)例。
就將親水聚合物例如聚乙烯醇用于對齊薄膜的情形而言，考慮到薄膜的硬度，優(yōu)選控制水分含量，優(yōu)選將其調(diào)整至0.4％-2.5％，更優(yōu)選調(diào)整至0.6％-1.6％。該水分含量可以使用商業(yè)Karl-Fischer水分滴定器測定。
對齊薄膜優(yōu)選厚度為10μm或更薄。
(由聚合物薄膜構(gòu)成的光學(xué)各向異性層)如上所述，光學(xué)各向異性層可以由聚合物薄膜形成。聚合物薄膜是用能夠呈現(xiàn)光學(xué)各向異性的聚合物形成的。這種聚合物的實(shí)例包括聚烯烴(例如，聚乙烯、聚丙烯、降冰片烯基聚合物)、聚碳酸酯、多芳基聚合物、聚砜、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯和纖維素酯(例如，三乙酸纖維素酯、二乙酸纖維素酯)。也可以使用這些聚合物的共聚物或混合物。
聚合物薄膜的光學(xué)各向異性優(yōu)選是通過拉伸獲得的。拉伸優(yōu)選是單軸拉伸、雙軸拉伸或二者的組合。更具體地說，優(yōu)選實(shí)例包括利用兩個或多個輥的圓周速度的差異的縱向單軸拉伸、在保持其兩邊的同時進(jìn)行聚合物薄膜的寬度方向拉伸的拉幅機(jī)拉伸、和基于這些方法的組合的雙軸拉伸。也可以使用兩個多個聚合物薄膜，使得兩個或多個薄膜作為一個整體的光學(xué)特性可以滿足上述條件?？紤]到降低雙折射的不勻性，聚合物薄膜優(yōu)選是通過溶劑流延法制得的。聚合物薄膜的厚度優(yōu)選是20-500μm，更優(yōu)選40-100μm。
本文優(yōu)選使用的另一制備形成光學(xué)各向異性層的聚合物薄膜的方法，是例如使用選自如下的至少一種聚合物材料聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚醚-酮、聚酰胺-酰亞胺-聚酯-酰亞胺和聚芳基-醚-酮，在基底上涂布將這種聚合物材料溶解在溶劑中制得的溶液，并使溶劑蒸發(fā)留下薄膜。本方法優(yōu)選使用的技術(shù)是例如拉伸聚合物薄膜和基底來產(chǎn)生光學(xué)各向異性，并使用它們作為光學(xué)各向異性層，其中可以優(yōu)選使用本發(fā)明的纖維素?；锉∧ぷ鳛榛?。也優(yōu)選在單獨(dú)基底上預(yù)先制得聚合物薄膜，然后從基底上剝離聚合物薄膜并將其放置在纖維素?；锉∧ど希瑥亩鴮⑺鼈円黄鹱鳛楣鈱W(xué)各向異性層使用。該技術(shù)成功地使聚合物薄膜變薄，其厚度優(yōu)選是50μm或更小，更優(yōu)選1-20μm。
(含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物)聚合物薄膜優(yōu)選包含含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物是在聚合物的重復(fù)單元中具有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物，其中脂環(huán)結(jié)構(gòu)可以含在主鏈也可以含在側(cè)鏈中。脂環(huán)結(jié)構(gòu)可以列舉有環(huán)烷結(jié)構(gòu)和環(huán)烯結(jié)構(gòu)，其中考慮到熱穩(wěn)定性，優(yōu)選環(huán)烷結(jié)構(gòu)。構(gòu)成脂環(huán)結(jié)構(gòu)的碳原子的數(shù)量通常是4-30，優(yōu)選5-20，更優(yōu)選5-15。保持在上述范圍內(nèi)的構(gòu)成脂環(huán)結(jié)構(gòu)的碳原子的數(shù)量使得獲得耐熱性和柔性優(yōu)異的保護(hù)層成為可能。含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物中具有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元的比例可以根據(jù)使用目的適當(dāng)選擇，通常為50質(zhì)量％或更大，優(yōu)選70質(zhì)量％或更大，更優(yōu)選90質(zhì)量％或更大。具有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元的比例極小的話，導(dǎo)致耐熱性降低，并且是不理想的。含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物中具有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元之外的任意重復(fù)單元可以根據(jù)使用目的適當(dāng)選擇。
含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物的具體實(shí)例包括(1)降冰片烯基聚合物、(2)單環(huán)烯烴聚合物、(3)環(huán)狀共軛二烯聚合物、(4)乙烯基脂環(huán)烴聚合物、和聚合物(1)-(4)的氫化物。其中，考慮到耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度等，優(yōu)選降冰片烯基聚合物氫化物、乙烯基脂環(huán)烴聚合物及其氫化物。
降冰片烯基聚合物是指單體的聚合產(chǎn)物，所述單體主要包括降冰片烯基單體例如降冰片烯及其衍生物、四環(huán)十二烯及其衍生物、二環(huán)戊二烯及其衍生物、和亞甲基四氫芴及其衍生物，并且具體實(shí)例包括降冰片烯基單體的開環(huán)聚合物、降冰片烯基單體與可以與其通過開環(huán)反應(yīng)共聚合的任意其它單體的開環(huán)聚合物、降冰片烯基單體的加成聚合物、和降冰片烯基單體與可以與其共聚合的任意其它單體的共聚物。其中，最優(yōu)選降冰片烯基單體的開環(huán)聚合物的氫化物。降冰片烯基聚合物、單環(huán)烯烴聚合物或環(huán)狀共軛二烯聚合物的分子量可以根據(jù)使用目的適當(dāng)選擇，其中以環(huán)己烷溶液的形式(對于不溶性聚合物是甲苯溶液)通過凝膠滲透色譜測定，如果聚異戊二烯-或聚苯乙烯-當(dāng)量重均分子量通常調(diào)整至5,000-500,000的范圍，優(yōu)選8,000-200,000，更優(yōu)選10,000-100,000的話，可以優(yōu)異地使光學(xué)薄膜的機(jī)械強(qiáng)度和模壓性能平衡。乙烯基脂環(huán)烴聚合物是指具有乙烯基環(huán)烷或乙烯基環(huán)烯衍生的重復(fù)單元的聚合物，并且可以使用的實(shí)例包括含乙烯基的環(huán)烷和含乙烯基的環(huán)烯例如乙烯基環(huán)己烯和乙烯基環(huán)己烷，或者換言之，乙烯基脂環(huán)烴化合物及其氫化物的聚合物；和乙烯基芳香烴化合物例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯的聚合物的芳香基部分的氫化物。乙烯基脂環(huán)烴聚合物可以是共聚物，例如乙烯基脂環(huán)烴化合物或乙烯基芳香烴化合物與可以與其共聚合的其它單體的無規(guī)共聚物和嵌段共聚物、及它們的氫化物。嵌段共聚物包括二嵌段、三嵌段和更大的多嵌段共聚物和梯度嵌段共聚物，沒有特別的限制。乙烯基脂環(huán)烴聚合物的分子量可以根據(jù)使用目的適當(dāng)選擇，其中以環(huán)己烷溶液的形式(對于不溶性聚合物為甲苯溶液)通過凝膠滲透色譜測定，如果聚異戊二烯-或聚苯乙烯-當(dāng)量重均分子量通常調(diào)整至10,000-300,000的范圍，優(yōu)選15,000-250,000，更優(yōu)選20,000-200,000的話，可以優(yōu)異地使光學(xué)薄膜的機(jī)械強(qiáng)度和模壓性能平衡。
主要構(gòu)成上述光學(xué)各向異性層的聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)可以根據(jù)使用目的適當(dāng)選擇，其中通常優(yōu)選80℃或更高，更優(yōu)選100℃-250℃，甚至更優(yōu)選120℃-200℃?？紤]到優(yōu)異地使耐熱性和模壓性能平衡，優(yōu)選這些范圍。
也可以模塑上述聚合物制得本發(fā)明的光學(xué)薄膜?？梢允褂玫哪Ｋ芄鈱W(xué)薄膜的方法包括熱熔模塑和溶劑流延。熱熔模塑還可以分成擠出模塑、壓力模塑、吹脹模塑(inflation moulding)、注塑、吹塑和拉伸，其中，考慮到獲得機(jī)械強(qiáng)度和表面精度優(yōu)異的薄膜，優(yōu)選擠壓模塑、吹脹模塑和壓力模塑?？梢愿鶕?jù)使用目的適當(dāng)選擇模塑條件，其中在熱熔模塑中，通常將圓柱體溫度調(diào)整至150-400℃，優(yōu)選200-350℃，甚至更優(yōu)選230-330℃。聚合物材料的溫度太低將使流化性受損，并且導(dǎo)致所得薄膜收縮或形變，而聚合物材料的溫度太高導(dǎo)致模塑缺陷例如歸因于聚合物分解的空隙、銀色條紋和薄膜變黃。
在本發(fā)明中，上述光學(xué)各向異性層優(yōu)選具有面內(nèi)光學(xué)各向異性。光學(xué)各向異性層的面內(nèi)延遲Re優(yōu)選落在3-300nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選5-200nm，甚至更優(yōu)選10-100nm。光學(xué)各向異性層的厚度方向延遲Rth優(yōu)選落在20-400nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選50-200nm。光學(xué)各向異性層的厚度優(yōu)選是0.1-20μm，更優(yōu)選0.5-15μm，最優(yōu)選1-10μm。
(其它功能層)除了上述光學(xué)各向異性層之外，根據(jù)使用目的，本發(fā)明的光學(xué)薄膜可以具有功能層。例如，在光學(xué)各向異性層的表面上具有光漫射層的光學(xué)薄膜不僅可以呈現(xiàn)光學(xué)補(bǔ)償性能，而且可以呈現(xiàn)光漫射性能，并且當(dāng)用于液晶顯示裝置時還可以降低顯示特性的方向依賴性。
也可以將本發(fā)明的光學(xué)薄膜與偏振薄膜一體化加入到液晶顯示裝置。在光學(xué)各向異性層是通過固定液晶分子的取向而形成的層的例證情形下，可以在偏振薄膜或者保護(hù)偏振薄膜的保護(hù)薄膜上形成光學(xué)各向異性層，使用這些薄膜作為支持體。在光學(xué)各向異性層是聚合物薄膜的例證情形下，也可以將光學(xué)各向異性層用于偏振薄膜的保護(hù)薄膜。這種一體化結(jié)構(gòu)有助于使液晶顯示裝置薄化。
在本發(fā)明中，可以使用含有偏振薄膜和一對在其間夾有該偏振薄膜的保護(hù)薄膜的偏振片。例如，可以使用通過如下獲得的偏振片用碘將偏振薄膜染色，所述偏振薄膜典型地由聚乙烯醇薄膜等制成、將所述薄膜拉伸、并在其兩個表面上疊置保護(hù)薄膜。將偏振片安裝在液晶元件外部。優(yōu)選安裝一對偏振片，所述偏振片分別包括偏振薄膜和一對在其間夾持該偏振薄膜的保護(hù)薄膜，以便在其間夾持液晶元件。安裝在液晶元件側(cè)的保護(hù)薄膜可以是本發(fā)明的光學(xué)薄膜。
(保護(hù)薄膜)可用于本發(fā)明的偏振片例如具有疊置在偏振薄膜的兩個表面上的一對保護(hù)薄膜(也稱之為保護(hù)薄膜)。對保護(hù)薄膜的種類沒有特別的限制，其中其可以使用的實(shí)例包括纖維素酯類例如乙酸纖維素酯、乙酸丁酸纖維素酯和丙酸纖維素酯；聚碳酸酯；聚烯烴、聚苯乙烯和聚酯。如上所述，也可以使用滿足本發(fā)明的光學(xué)薄膜所需的光學(xué)特性的纖維素酰化物薄膜作為保護(hù)薄膜。
保護(hù)薄膜通常以卷狀提供，從而優(yōu)選將其與長偏振薄膜連續(xù)粘合同時保持兩個薄膜縱向之間一致。保護(hù)薄膜的取向軸(慢軸)可以與任意方向?qū)R，其中為了操作方便優(yōu)選將其與縱向平行地對齊。
透明保護(hù)薄膜的延遲優(yōu)選是小的。在偏振薄膜的透射軸與保護(hù)薄膜的對齊薄膜不平行的實(shí)施方式中，通常相信由于保護(hù)薄膜的取向軸(慢軸)的傾斜的不對齊，大于預(yù)定值的透明保護(hù)薄膜的延遲值不希望地將線性偏振轉(zhuǎn)變成橢圓偏振。優(yōu)選可用于本文具有小延遲的聚合物薄膜包括聚烯烴例如三乙酸纖維素酯、Zeonex、Zeonor(都得自ZeonCorporation)和ARTON(得自JSR Corporation)。其它優(yōu)選實(shí)例包括非雙折射光學(xué)聚合物材料，如日本特開專利申請“特開平”8-110402或日本特開專利申請“特開平”11-293116中所述。就本實(shí)施方式中使用疊置物作為光學(xué)補(bǔ)償層的情形而言，所述疊置物包含支持體和在該支持體上形成的由液晶化合物構(gòu)成的光學(xué)各向異性層，保護(hù)薄膜也可以起光學(xué)各向異性層的支持體的作用。
保護(hù)薄膜優(yōu)選與偏振薄膜粘合使得至少一個保護(hù)薄膜(當(dāng)加入到液晶顯示裝置中時放置得較靠近液晶元件的保護(hù)薄膜)的慢軸(取向軸)與偏振薄膜的吸收軸(拉伸軸)交叉。更具體地說，偏振薄膜的吸收軸與保護(hù)薄膜的慢軸之間的角度優(yōu)選落在10°-90°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選20°-70°，甚至更優(yōu)選40°-50°，尤其優(yōu)選43°-47°。對其它保護(hù)薄膜的慢軸與偏振薄膜的吸收軸之間的角度沒有特別的限制，并且可以根據(jù)偏振片的目的適當(dāng)調(diào)整，其中優(yōu)選滿足上述范圍，并且也優(yōu)選所述一對保護(hù)薄膜的慢軸彼此一致。
保護(hù)薄膜的慢軸與偏振薄膜的吸收軸平行排列成功地提高偏振片的機(jī)械穩(wěn)定性，例如防止尺寸變化和卷曲。如果偏振薄膜和一對保護(hù)薄膜這三個薄膜的至少兩個軸，即，保護(hù)薄膜的慢軸和偏振薄膜的吸收軸，或者兩個保護(hù)薄膜的慢軸，彼此基本上平行的話，可以獲得相同的效果。
《粘合劑》對偏振薄膜與保護(hù)薄膜之間所用的粘合劑沒有特別的限制，其中其優(yōu)選實(shí)例包括PVA基聚合物(包括用乙酰乙?；⒒撬峄?、羧基和氧化烯等改性的改性PVA)和硼化合物水溶液，其中優(yōu)選PVA基聚合物。粘合劑的干膜厚度優(yōu)選是0.01-10μm，尤其優(yōu)選0.05-5μm。
《偏振薄膜和保護(hù)薄膜的連續(xù)制備方法》可用于本發(fā)明的偏振薄膜是通過如下制得的將用于制備偏振薄膜的薄膜拉伸并使其收縮以降低揮發(fā)成分，其中在干燥之后或干燥期間至少在其一個表面上粘附透明保護(hù)薄膜，并使該疊置物經(jīng)過后加熱。在透明保護(hù)薄膜也用作起光學(xué)薄膜作用的光學(xué)各向異性層的支持體的實(shí)施方式中，后加熱優(yōu)選在將透明保護(hù)薄膜粘附到偏振薄膜的一個表面上之后進(jìn)行，并在相對表面上粘附其上形成有光學(xué)各向異性層的透明支持體。具體粘附方法包括在薄膜干燥過程中使用粘合劑將透明保護(hù)薄膜粘附到偏振薄膜，同時夾持其兩邊，干燥之后將兩邊切掉的方法；和將用于制備偏振薄膜的薄膜干燥，在干燥之后從邊緣夾持器釋放所述薄膜，將薄膜兩邊切掉，并粘附透明保護(hù)薄膜的方法。切開的方法可以是常用方法，并且包括使用切緣的方法、和借助激光切割的方法。粘合之后，優(yōu)選將產(chǎn)物加熱以將粘合劑干燥并提高偏振性能。加熱條件可以隨粘合劑而變化，其中水基粘合劑優(yōu)選30℃或更高的溫度，更優(yōu)選40℃-100℃，甚至更優(yōu)選50℃-90℃?？紤]到產(chǎn)物性能和生產(chǎn)效率，這些加工步驟更優(yōu)選以連續(xù)的生產(chǎn)線進(jìn)行。
《偏振片的性能》包括透明保護(hù)薄膜、偏振器和透明支持體的本發(fā)明的偏振片的光學(xué)性能和耐用性(短期和長期耐貯性)優(yōu)選與可商購獲得的超高對比度產(chǎn)品(例如，HLC2-5618，得自Sanritz Corporation)的性能相當(dāng)，或者優(yōu)于所述產(chǎn)品的性能。更具體地說，偏振片優(yōu)選具有42.5％或更大的的可見光透射率、{(Tp-Tc)/(Tp+Tc)}1/2≥0.9995的偏振度(其中，Tp是平行透射率，并且Tc是垂直透射率)，在60℃、90％RH下靜置500小時和在80℃的干燥環(huán)境下靜置500小時之前和之后光的透射率的變化率以絕對值計(jì)為3％或更小，更優(yōu)選1％或更小，并且偏振度的變化率以絕對值計(jì)為1％或更小，更優(yōu)選0.1％或更小。
實(shí)施例下面參照實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明。應(yīng)注意的是這些實(shí)施例僅顯示本發(fā)明精神的具體實(shí)施例，不會限制本發(fā)明。
使如圖1所示構(gòu)建的液晶顯示裝置經(jīng)過光學(xué)模擬以證實(shí)效果。使用得自Shintech，Inc的LCD Master Ver.6.08進(jìn)行光學(xué)計(jì)算。液晶元件、電極、基底和偏振片等是液晶顯示裝置常用的那些。本文用于液晶元件的的液晶材料是與LCD Master相連的ZLI-4792。將預(yù)傾角為3°的平行水平取向用于液晶元件，其中在基底之間的元件間隙是3.0μm，液晶材料具有正的介電各向異性，并且延遲(即，液晶層的厚度d(μm)和折射率各向異性之積Δn·d)為300nm。這里所用的偏振薄膜是與LCD Master相連的G1220DU。施加到液晶上的電壓就白色狀態(tài)而言是1.0V，并且就黑色狀態(tài)而言是5.3V。這里所用的光學(xué)薄膜(圖1中的5和9)是有序參數(shù)在其中變化以便使傾斜角的有效分布相應(yīng)于液晶層的光學(xué)薄膜，這樣黑色狀態(tài)下液晶層的延遲在傾斜方向也可以得到光學(xué)補(bǔ)償。更具體地說，確定光學(xué)薄膜的有序參數(shù)使其從其較接近液晶元件的表面到其較遠(yuǎn)離液晶元件的表面從0到0.8連續(xù)變化，這樣將在較靠近液晶層的側(cè)的光學(xué)薄膜的有序參數(shù)設(shè)置在小的范圍內(nèi)并且將較遠(yuǎn)離液晶層的側(cè)的有序參數(shù)設(shè)置在大的范圍內(nèi)；并且光學(xué)薄膜的Δn假設(shè)與有序參數(shù)成比例，經(jīng)過設(shè)置使其在其厚度方向(圖1中的z軸方向)相應(yīng)于由此確定的有序參數(shù)變化。這里所用的光源是與LCD Master相連的C光。以這種方式，使用圖1所示的模型構(gòu)造測定液晶顯示裝置的光學(xué)特性。
為了比較，使用LCD Master計(jì)算如實(shí)施例1所述類似地構(gòu)造，只是光學(xué)薄膜的有序參數(shù)設(shè)置為恒定的液晶顯示裝置的光學(xué)特性。
<測定液晶顯示裝置的漏光和染色性>
對這些液晶顯示裝置分別施加白色狀態(tài)和黑色狀態(tài)的電壓，并在極角＝60°并且方位角＝0°、90°、180°和270°的視角下測定白色狀態(tài)與黑色狀態(tài)之間的透射率值之比或?qū)Ρ榷戎?。方位角?°在圖1中的y軸的“+”方向，方位角＝90°在圖1中的x軸的“-” 方向，方位角＝180°在圖1中的y軸的“-”方向，方位角＝270°在圖1中的x軸的“+”方向。
結(jié)果示于表1。
表1在極角＝60°和方位角＝0°、90°、180°和270°的視角下觀察的對比度值

由表1的結(jié)果可知，與對比例1相比，通過改變光學(xué)薄膜的厚度方向的有序參數(shù)有效地控制光學(xué)薄膜的傾斜角分布的實(shí)施例1在黑色狀態(tài)下在60°的極角于所有方向都給出較大對比度值。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，可以提供在黑色狀態(tài)下能夠光學(xué)補(bǔ)償液晶元件，特別是TN-型液晶元件的光學(xué)薄膜。本發(fā)明的光學(xué)薄膜呈現(xiàn)了通過控制厚度方向的有序參數(shù)光學(xué)最佳化了的光學(xué)補(bǔ)償功能。與現(xiàn)有技術(shù)中的相比，本發(fā)明的液晶顯示裝置因此在黑色狀態(tài)下傾斜觀察時的漏光得到緩和，并且視角依賴性對比度得到提高。
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2004年9月7日申請的日本專利申請2004-259441的優(yōu)先權(quán)的益處。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)薄膜，其包含含有取向光學(xué)元件的光學(xué)各向異性層，其中所述光學(xué)元件以有序參數(shù)在所述光學(xué)各向異性層內(nèi)取向，所述有序參數(shù)代表所述光學(xué)元件的取向度，并在薄膜厚度方向變化。
2.權(quán)利要求1的光學(xué)薄膜，其中所述有序參數(shù)以z的函數(shù)S(z)表示，其中所述光學(xué)各向異性層的厚度方向是沿著z-軸，z在0-d之間變化，包括兩個端點(diǎn)，d是所述光學(xué)各向異性層的厚度；并且S(z)是單調(diào)遞增函數(shù)、單調(diào)遞減函數(shù)或它們的混合函數(shù)。
3.權(quán)利要求2的光學(xué)薄膜，其中S(0)、S(d/2)和S(d)的值彼此不同。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層含有光學(xué)元件以有序參數(shù)為0取向的區(qū)域。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述有序參數(shù)在0-0.9的范圍內(nèi)變化，包括兩個端點(diǎn)。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)元件是盤狀或棒狀的液晶分子或聚合物分子。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層是由含有盤狀化合物的組合物形成的層。
8.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層是由含有棒狀化合物的組合物形成的層。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)元件是液晶分子，并且所述液晶分子相對于層面以在層厚度方向變化的角度傾斜。
10.權(quán)利要求8或9的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層是通過向表面涂敷所述組合物形成的。
11.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層是由通過拉伸聚合物薄膜使得所述聚合物分子取向所制備的拉伸薄膜形成的。
12.權(quán)利要求11的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層是由通過單軸拉伸、雙軸拉伸或它們的組合來拉伸所述聚合物所制備的拉伸薄膜形成的。
13.權(quán)利要求11或12的光學(xué)薄膜，其中所述聚合物薄膜含有選自聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚醚-酮、聚酰胺-酰亞胺、聚酯-酰亞胺和聚芳基-醚-酮中的至少一種。
14.權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述聚合物薄膜至少包含含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。
15.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其中所述光學(xué)各向異性層含有多層。
16.權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜，其至少還包含光漫射層。
17.一種偏振片，其包含偏振薄膜和兩個位于所述偏振薄膜的兩個表面上的保護(hù)薄膜，至少一個保護(hù)薄膜是權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜。
18.一種液晶顯示裝置，其包含液晶元件和至少一個偏振片，所述偏振片是權(quán)利要求17的偏振片。
19.一種液晶顯示裝置，其包含液晶元件、至少一個偏振薄膜和至少一個位于所述液晶元件與所述偏振薄膜之間的權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的光學(xué)薄膜。
全文摘要
公開了一種新型光學(xué)薄膜。該光學(xué)薄膜包含含有取向光學(xué)元件的光學(xué)各向異性層，其中所述光學(xué)元件以有序參數(shù)在所述光學(xué)各向異性層內(nèi)取向，所述有序參數(shù)代表所述光學(xué)元件的取向度，并在薄膜厚度方向變化。
文檔編號G02B5/30GK101073023SQ200580038138
公開日2007年11月14日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者齊藤之人, 平方純一 申請人:富士膠片株式會社