JP2004012929A

JP2004012929A - 偏光板及びその製造方法、液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004012929A
Application number: JP2002167706A
Authority: JP
Inventors: Shusaku Nakano; 中野　秀作; Sadahiro Nakanishi; 中西　貞裕; Shu Mochizuki; 望月　周
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】配向膜を必要とせず、偏光板の吸収軸を自由に設定できるために偏光板切り出し後の切れ端の無駄をなくすことが可能で、液晶表示装置の大型化、薄型化に適した偏光板、及びその製造方法、並びに該偏光板を用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】基材上に、配向した二色性色素を含む硬化液晶層を積層してなる任意の方向に吸収軸を設定可能な偏光板であって、前記硬化液晶層が分子内に光二量化基を有する高分子液晶の二量体により形成されてなる偏光板。この偏光板は、分子内に光二量化基を有する高分子液晶に二色性色素を混合してなる高分子液晶組成物を薄膜化した後、該高分子薄膜に直線偏光を照射することにより製造され得る。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学、表示分野、特に液晶表示装置に有用な偏光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は大型化、薄型化が進み、使用される偏光板に対する要求も厳しくなってきている。薄型化に関しては、液晶を挟むガラス基板の厚みが０．５ｍｍと薄くなり、偏光板の厚み０．２〜０．３μｍ、補償フィルムを合わせると０．５ｍｍ近くになり、偏光板を含めた光学フィルム層の厚みを低減することが望まれている。現在の偏光板は、ポリビニルアルコールをヨウ素で染色し延伸したものが主流であるが、このフィルムは単体では非常に弱いフィルムであるため、保護層としてトリアセチルセルロース等のフィルムでサンドイッチされている。このため偏光板の膜厚が厚くなっている。また、この偏光板は延伸により分子を配向させるため、偏光の吸収軸は延伸方向に限定されている。このため、作製した偏光板を液晶表示装置に貼付するために切り出す方向は延伸軸に対して一般に４５°方向であるため、無駄になる部分が発生する。この無駄は大型化するほど増える。
【０００３】
一方、偏光板を作る別の方法として液晶（モノマーあるいはポリマー）の配向を利用して二色性色素を並べる方法が特開平１１−１０１９６４号公報、特開２００１−１８８１２９号公報、特開２００１−３３０７２６号公報に開示されている。これらはいずれも液晶を配向させるための配向膜を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、配向膜を必要とせず、偏光板の吸収軸を自由に設定できるために偏光板切り出し後の切れ端の無駄をなくすことが可能で、液晶表示装置の大型化、薄型化に適した偏光板、及びその製造方法、並びに該偏光板を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、基材上に、配向した二色性色素を含む硬化液晶層を積層してなる任意の方向に吸収軸を設定可能な偏光板であって、前記硬化液晶層が分子内に光二量化基を有する高分子液晶の二量体により形成されてなることを特徴とする偏光板を提供するものである。
【０００６】
また、本発明は、任意の方向に吸収軸を設定可能な偏光板の製造方法であって、分子内に光二量化基を有する高分子液晶に二色性色素を混合してなる高分子液晶組成物を薄膜化した後、該高分子薄膜に直線偏光を照射することを特徴とする偏光板の製造方法を提供するものである。この製造方法においては、前記高分子薄膜に直線偏光を照射したのち、該高分子薄膜を液晶相温度まで加熱したのち冷却することが好ましい。
【０００７】
また、本発明は、前記の偏光板または前記製造方法により製造された偏光板を用いたことを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の偏光板は、基材上に、配向した二色性色素を含む硬化液晶層を積層してなる任意の方向に吸収軸を設定可能なものであり、前記の硬化液晶層が分子内に光二量化基、すなわち光により二量化されうる基を有する高分子液晶の二量体により形成されてなるものである。
【０００９】
光二量化基としてはシンナモイル基やクマリン、カルコン基が好適に用いられる。
【００１０】
光二量化基を有する高分子液晶としては、主鎖型、側鎖型のいずれでもよく、その化学構造に特に限定はないが、ネマチック相又は／及びスメクチック相を発現し、できるだけ配向秩序が高いものが望ましく、側鎖型の方がより望ましい。側鎖型高分子液晶の場合、高分子液晶の主鎖は、下記一般式、
【化１】

で表される基のいずれかであることが好ましい。式中、ｎは５〜１０００の整数を、ｍは２〜６の整数を示す。重合度ｎが５未満の場合は製膜性の低下を引き起こし、重合度ｎが１０００を超える場合は配向温度の上昇を招く。ｎは、好ましくは１０〜１００の整数であるのが良い。
【００１１】
本発明において、側鎖型高分子液晶は、通常、光二量化基を有する側鎖と光二量化基を有しない側鎖とから成る。側鎖型高分子液晶における光二量化基を有する側鎖と光二量化基を有しない側鎖の割合は、１００：０〜１０：９０（当量比）であり、より望ましくは８０：２０〜３０：７０（当量比）である。
【００１２】
本発明における二色性色素については、特に限定はなく、例えばアゾ系、アゾキシ系、アントラキノン系、ペリレン系等の二色性色素を挙げることができる。中でも、可視光における二色比が高いものが好適に使用される。なお、二色性色素は２種類以上混合することもできる。
【００１３】
前記の高分子液晶と二色性色素の混合割合は、二色性色素が少なすぎると偏光度（Ｐ）が小さくなり、二色性色素が多すぎると透過率が低下するため、９９．９９：０．０１〜８０：２０（重量比）、好ましくは９９．９：０．１〜９０：１０（重量比）である。なお、偏光度は下記式にて表される。
【００１４】
【数１】

（式中、Ｔ_０は２枚の偏光板の平行透過率、Ｔ_９０は直交透過率である。）
【００１５】
二色性色素を含む高分子液晶層の厚さは、用いる高分子液晶、二色性色素の種類や両者の混合割合、用途等により異なるが、通常、０．１〜５０μｍ、好ましくは０．２〜２０μｍ、さらに好ましくは０．５〜１０μｍの範囲であるのがよい。
【００１６】
前記の基板としては、透明で複屈折の小さなポリマーフィルムが用いられる。例えば、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリノルボルネン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステルおよびトリアセチルセルロースや、これらの共重合体等を挙げることができる。中でも、屈折率の小さいトリアセチルセルロースやポリノルボルネンが好適に使用される。
【００１７】
液晶表示装置に位相差フィルムが使用される場合は、基板として位相差フィルムを用いることもでき、これにより液晶表示装置を薄型軽量化することができる。位相差フィルムには特に限定はなく、例えば、上記のポリマーフィルムを延伸処理してなる複屈折性フィルム、液晶ポリマーの配向フィルム、液晶ポリマーの配向層をフィルムにて支持したものなどが挙げられる。
【００１８】
基板の厚さは、特に限定されないが、一般には１ｍｍ以下、好ましくは１〜５００μｍ、特に好ましくは５〜３００μｍである。また、液晶表示装置の片側のガラス板を基板として用い、この上に液晶層を直接形成することもできる。さらに、液晶表示装置の内側に形成することもできる。
【００１９】
本発明の偏光板は、分子内に光二量化基を有する高分子液晶に二色性色素を混合してなる高分子液晶組成物を薄層化した高分子膜に、直線偏光を照射することにより得ることができる。
【００２０】
高分子液晶に二色性色素を混合してなる高分子液晶組成物を薄層化する方法としては、該組成物をガラス転移点以上に加熱溶融して展開する方法や、溶剤に溶かして展開する方法がある。薄層化した高分子膜の均一性の点より、溶剤に溶かす方法が好適に使用される。使用する溶剤としては、高分子液晶と二色性色素を溶解するものであれば限定はないが、トルエンの如き非極性溶媒や酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンの如き極性溶媒が好適に使用される。混合溶剤を用いてもよい。高分子液晶組成物を溶剤に溶かす際の濃度は、１〜５０重量％が好ましく、さらに好ましくは１０〜３０重量％である。高分子液晶組成物の濃度が５０重量％より高い場合は、高粘度となるため塗工が困難となり、濃度が１重量％未満の場合は膜厚の制御が難しくなる。
【００２１】
また、高分子膜の厚みの均一性を上げる目的でレベリング剤等の添加剤を使用することもできる。塗工方法は、スピンコート法、バーコート法等限定はなく、公知の塗工方法を使用することができる。
【００２２】
高分子液晶と二色性色素からなる高分子膜は塗工後、加熱乾燥することで膜化する。この時点では高分子液晶、二色性色素は配向しておらずランダムである。この未配向高分子膜に所定方向の直線偏光を照射すると、照射した直線偏光の電界振動方向に対し平行方向に存在する光二量化基の二量化が最も多く進む。この高分子膜を液晶相を示す温度、好ましくは高分子膜のガラス転移温度＋５０℃以上に加熱すると、光二量化した基を有する側鎖は分子運動が拘束されるため、光二量化しなかった基を有する側鎖と光二量化基を持たない側鎖と二色性色素は、光二量化した基を有する側鎖と同じ方向に配向する。その後、冷却することにより、色素の配向状態と高分子液晶層を固定化する。その結果、高分子膜は照射した偏光の電界振動方向と平行に配向する。
【００２３】
本発明において、直線偏光の面内における照射角度は自由に設定できるため、ロールフィルムに形成される偏光板のＭＤ方向だけでなく、あらゆる方向に吸収軸を有する偏光板を作製することができる。そのため、偏光板切り出し後の無駄となる切れ端がなくなり、製品の効率が高まり、廃棄物を低減することができる。直線偏光を斜めから照射して吸収軸の傾斜した偏光板を作製することもできる。
【００２４】
偏光照射の光源としては、高圧水銀灯、低圧水銀灯、Ｈｇ−Ｘｅランプ、エキシマランプ、ハライドランプ、ＵＶレーザー等が使用される。これらの光源を偏光化する方法としては、石英ガラスを複数枚使用し、そのブリュースター角の透過光あるいは反射光を用いる方法と、偏光板を使用する方法がある。
【００２５】
偏光の波長、照射量は光二量化基によって適宜選択することができる。直線偏光の照射量は、通常、１〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲が好ましい。
【００２６】
本発明の偏光板は、実用に際して他の光学層と積層した光学部材として用いることができる。その光学層については特に限定はなく、例えば反射板や半透過反射板、位相差板（１／２波長板、１／４波長板などのλ板も含む）、視角補償フィルムや輝度向上フィルムなどの、液晶表示装置等の形成に用いられることのある適宜な光学層の１層または２層以上を用いることができる。
【００２７】
本発明による偏光板や光学部材には、液晶セル等の他部材と接着するための粘着層を設けることもできる。その粘着層は、アクリル系等の従来に準じた適宜な粘着剤にて形成することができる。偏光板や光学フィルムに設けた粘着層が表面に露出する場合には、その粘着層を実用に供するまでの間、汚染防止等を目的にセパレータにて仮着カバーすることが好ましい。セパレータは、上記の透明保護フィルム等に準じた適宜な薄葉体に、必要に応じシリコーン系や長鎖アルキル系、フッ素系や硫化モリブデン等の適宜な剥離剤による剥離コートを設ける方式などにより形成することができる。
【００２８】
偏光板等に設けた粘着層が表面に露出する場合には、その粘着層を実用に供するまでの間、汚染防止等を目的にセパレータにてカバーすることが好ましい。セパレータは、上記の透明保護フィルム等に準じた適宜な薄葉体に、必要に応じシリコーン系や長鎖アルキル系、フッ素系や硫化モリブデン等の適宜な剥離剤による剥離コートを設ける方式などにより形成することができる。
【００２９】
なお、上記の偏光板を形成する基材や粘着層等は、例えばサリチル酸エステル系化合物やベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物やシアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤で処理する方式などの適宜な方式により紫外線吸収能を持たせたものなどであってもよい。
【００３０】
本発明による偏光板は、液晶表示装置等の各種装置の形成などに好ましく用いることができ、例えば、偏光板を液晶セルの片側又は両側に配置してなる反射型や半透過型、あるいは透過・反射両用型等の液晶表示装置に用いることができる。液晶表示装置を形成する液晶セルは任意であり、例えば薄膜トランジスタ型に代表されるアクティブマトリクス駆動型のもの、ツイストネマチック型やスーパーツイストネマチック型に代表される単純マトリクス駆動型のものなどの適宜なタイプの液晶セルを用いたものであってよい。
【００３１】
また、液晶セルの両側に偏光板や光学部材を設ける場合、それらは同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。更に、液晶表示装置の形成に際しては、例えばプリズムアレイシートやレンズアレイシート、光拡散板やバックライトなどの適宜な部品を適宜な位置に１層又は２層以上配置することができる。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
下記の（化２）に示したシンナモイル基を有する側鎖型高分子液晶（Ｍｗ＝５０００、Ｔｇ＝６５℃、Ｔ_ＮＩ＝１６０℃）と、二色性色素ＬＳＲ−６５２（三菱化学、アゾ系色素）の９５：５（重量比）の割合の組成物をシクロヘキサノン２０ｗｔ％溶液とし、この溶液を厚さ８０μｍのトリアセチルセルロースフィルムにグラビアコーティングして１００℃５分加熱して乾燥させたのち、偏光ＵＶ照射装置（センエンジニアリング）にてフィルムＭＤ方向から４５℃の直線偏光１５００ｍＪ／ｃｍ^２を照射した。その後、１２０℃５分加熱して配向させたのち、室温まで冷却し配向を固定した。高分子膜の厚みは５μｍであった。
【００３４】
【化２】

【００３５】
得られた偏光板の光学特性は５５０ｎｍでの偏光度Ｐ＝９２％、透過率Ｔ＝４６％であった。
【００３６】
（実施例２）
実施例１で得られた偏光板ロールフィルムから吸収軸が４５°となるように偏光板を複数枚切り出したところ、無駄となる偏光板（切れ端）はまったく発生しなかった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、偏光板の吸収軸を自由に設定できるために偏光板切り出し後の切れ端の無駄をなくすことができ、配向膜を必要とせずに二色性色素を配向させることができるので、偏光板全体を薄くすることができる。また、本発明の偏光板の製造方法によれば、配向膜を用いることなく、前記の偏光板を製造することができる。従って、液晶表示装置の大型化、薄型化に適した偏光板となり得る。

Claims

基材上に、配向した二色性色素を含む硬化液晶層を積層してなる任意の方向に吸収軸を設定可能な偏光板であって、前記硬化液晶層が分子内に光二量化基を有する高分子液晶の二量体により形成されてなることを特徴とする偏光板。
任意の方向に吸収軸を設定可能な偏光板の製造方法であって、分子内に光二量化基を有する高分子液晶に二色性色素を混合してなる高分子液晶組成物を薄膜化した後、該高分子薄膜に直線偏光を照射することを特徴とする偏光板の製造方法。
前記高分子薄膜に直線偏光を照射したのち、該高分子薄膜を液晶相温度まで加熱したのち冷却する請求項２に記載の偏光板の製造方法。
請求項１に記載の偏光板、または請求項２もしくは３に記載の方法により製造された偏光板を用いたことを特徴とする液晶表示装置。