JP2006309185A - In−Cell型偏光子用組成物、In−Cell型偏光子及びIn−Cell型積層偏光子、並びにそれらを用いた液晶素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】色素及び溶剤を含有するIn-Cell型偏光子用組成物であって、電気伝導度が25mS/cm以下で、ナトリウムイオン濃度が2500ppm以下であるものを用いるとアクティブ駆動に適した高い電圧保持率を得ることができ、フリッカーやコントラスト比の低下といった表示性能の低下を引き起こすことのない優れた液晶素子が実現される。
【選択図】図5
Description
そのため、例えば特許文献1,2及び非特許文献1に記載されるように、有機系の二色性物質をLCDセルの内部に塗布してなる、いわゆるIn-Cell型偏光子(膜)が検討されている。
また、本発明のIn-Cell型偏光子及びIn-Cell型積層偏光子は、高い電圧保持率(電荷保持特性)を有することから、アクティブ駆動方式の液晶素子に用いることによって、駆動性能、表示性能に優れた液晶素子を得られるものと期待される。
本発明のIn-Cell型偏光子用組成物は、色素及び溶剤を含有するものであって、以下の(i)、(ii)のうち少なくとも何れか一方、好ましくは双方を特徴とするものである。
(i)電気伝導度が25mS/cm以下である。
(ii)ナトリウムイオン濃度が2500ppm以下である。
色素としては、本発明の趣旨を逸脱するものでない限り、その種類は特に限定されないが、通常は可溶性基を有する異方性色素が使用される。異方性色素は通常、二色性を示す。好ましい例としては、アミノ基、スルホニウム基、ピロール基、3−ピロリン基、ピロリジン基、ピラゾール基、2−ピラゾリン基、ピラゾリジン基、イミダゾール基、1,2,3−トリアゾール基、1,2,4−トリアゾール基、ピペリジン基、ピペラジン基などの塩基性基やスルホ基、カルボキシ基、リン酸基など酸性基を有する可溶性の異方性色素が挙げられる。
溶剤としては、上述の色素を好適に溶解又は分散できるものであって、本発明の趣旨を逸脱するものでない限り、その種類は特に限定されないが、その例としては、水、水と混和性のある有機溶剤、或いはこれらの混合物等が挙げられる。
本発明のIn-Cell型偏光子用組成物は、上述の色素及び溶媒の他に、更にその他の成分を含有していてもよい。例えば、後述の湿式成膜法等において、本発明のIn-Cell型偏光子用組成物を色素溶液として基材に塗布する場合には、基材への濡れ性、塗布性を向上させるため、必要に応じて界面活性剤等の添加剤を加えることができる。
上記以外の添加剤としては、"Additives for Coating",Edited by J. Bieleman,Willey-VCH,2000年に記載の公知の添加剤を用いることができる。
本発明のIn-Cell型偏光子用組成物の特徴の一つは、その電気伝導度が25mS/cm以下であるという点にある。電気伝導度を25mS/cm以下とすることにより、電圧保持率の高いIn-Cell型偏光子を得ることが可能となる。中でも、好ましくは10mS/cm以下、更に好ましくは1mS/cm以下である。尚、通常0.2mS/cm以上である。上限を越えると極性不純物の溶解性が高くなり好ましくない。
・色素、溶剤及び各種添加剤などに用いられる合成原料の化学純度を精製処理(蒸留、カラム、再結晶など)により向上させる。
・色素及び各種添加剤を溶媒から結晶化して取り出す際には、pHが中性となるよう操作する。溶剤に水を用いる場合には、使用する水をイオン交換法、蒸留法、RO(逆浸透)処理法などの各種処理法により処理する。
・組成物を配合・溶解操作により調製する際に、容器や器具からの溶出を防止するために、洗剤洗浄、超音波洗浄、UVオゾン洗浄などの各種洗浄を施すか、溶出が懸念される材質(例えばアルカリガラスや可塑剤を多く含む合成樹脂など〉を避ける。
・組成物の調製(溶解振とう)中や組成物の輸送・保管時には、塵などが混入しないように密封する。
・溶剤に水を用いる場合に、イオン交換法、蒸留法、RO(逆浸透〉処理法などの純水化処理を行なう。
・組成物を配合・溶解操作により調製する際に、テフロン(登録商標)製、ほうケイ酸ガラス製、無アルカリガラス製などの器具・容器を用いる。
(2)塩型で得られた色素の水溶液に、所望の対イオンを有する大過剰の中性塩(例えば、塩化リチウム)を加え、塩析ケーキの形で塩交換を行う方法。
(3)塩型で得られた色素の水溶液を、強酸性イオン交換樹脂で処理し、色素を遊離酸の形で酸析せしめた後、所望の対イオンを有するアルカリ溶液(例えば水酸化リチウム水溶液)で色素酸性基を中和し塩交換する方法。
(4)予め所望の対イオンを有するアルカリ溶液(例えば水酸化リチウム水溶液)で処理した強酸性イオン交換樹脂に、塩型で得られた色素の水溶液を作用させ、塩交換を行う方法。
本発明のIn-Cell型偏光子用組成物の別の特徴は、そのナトリウムイオン濃度が2500ppm以下であるという点にある。中でも、好ましくは1000ppm以下、更に好ましくは100ppm以下の範囲である。なお、その下限は通常10ppm以上である。上限を越えると、液晶素子(液晶層)への溶出、更には電気特性への悪影響があり好ましくない。ナトリウムイオン濃度を本発明の範囲内にするための手法としては、例えば、不純物を低減させる手法として上に例示した各種の手法を用いることができる。
本発明のIn-Cell型偏光子は、以下の(i)〜(iii)のうち少なくとも何れか一つ、好ましくは二つ以上の特徴を有するものである。
(i)本発明のIn-Cell型偏光子用組成物を塗布により成形してなる。
(ii)電圧保持率が50%以上である。
(iii)比電圧保持率が90%以上である。
本発明のIn-Cell型偏光子は、色素膜の厚み方向及び任意の直交する面内2方向の立体座標系における合計3方向から選ばれる任意の2方向における電磁気学的性質に異方性を有する色素膜である。電磁気学的性質の中でも、特に吸収の異方性を有する。吸収のほかにも屈折などの光学的性質、抵抗、容量などの電気的性質などの吸収、屈折などの光学的異方性を有する場合もある。具体的には、直線偏光膜、円偏光膜、位相差板、導電異方性膜などがある。なお、色素膜が吸収等の異方性を有することは、例えば、ヨウ素系等の偏光フィルムを置いたライトボックス上で回転させる等の手法により、確認することができる。
本発明のIn-Cell型偏光子の特徴の一つは、本発明のIn-Cell型偏光子用組成物を塗布により成形してなるという点である。塗布は通常、何らかの基板材料(基材)を対象として行なわれる。また、成形の形状は特に制限されないが、好ましくは膜状・層状である。
塗布対象の基材は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に制限されない。例としては、ガラスや合成樹脂などの透明基板、シリコン基板などが挙げられる。本発明のIn-Cell型偏光子用組成物を、この基板材料に直接塗布してもよいが、基材上に導電性又は絶縁性の薄膜を単独又は積層してから、本発明のIn-Cell型偏光子用組成物を塗布してもよい。導電性の薄膜としては、ITO(酸化インジウム錫)などの透明電極やアルミや金などの金属電極が、絶縁性の薄膜としてはポリイミド樹脂やポリシロキサンなどのポリマー、酸化ケイ素などが挙げられる。また、この基材の表面には、偏光子に含まれる色素の配向方向を制御するために、「液晶便覧」(丸善株式会社、平成12年10月30日発行)226頁〜239頁などに記載の公知の方法により、配向処理層を施しておいてもよい。
本発明のIn-Cell型偏光子用組成物を塗布する方法としては、湿式成膜法が挙げられる。湿式製膜法は、本発明のIn-Cell型偏光子用組成物を塗布液として調製後、前述の基板材料(基材)に塗布、乾燥し、色素を配向、積層して得る方法など公知の方法が挙げられる。湿式成膜法としては、原崎勇次著「コーティング工学」(株式会社朝倉書店、1971年3月20日発行)253頁〜277頁や市村國宏監修「分子協調材料の創製と応用」(株式会社シーエムシー出版、1998年3月3日発行)118頁〜149頁などに記載の公知の方法や、例えば、予め配向処理を施した基材上に、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ロールコート法、ブレードコート法などで塗布することが挙げられる。
本発明のIn-Cell型偏光子の別の特徴は、その電圧保持率が50%以上であるという点にある。電圧保持率を50%以上とすることにより、液晶表示素子の駆動特性、表示特性を低下させない、或いは向上させることが可能となる。中でも、好ましくは70%以上、更に好ましくは85%以上である。下限を下回ると液晶素子全体の電圧保持率が低下し、フリッカー(画面のちらつき)の発生やコントラスト比の低下が発生し、好ましくない。
また、本発明のIn-Cell型偏光子の更に別の特徴は、その比電圧保持率が90%以上であるという点にある。比電圧保持率を90%以上とすることにより、液晶表示素子の駆動特性、表示特性を低下させない、或いは向上させることが可能となる。
本発明のIn-Cell型偏光子の膜厚は、上述の(i)〜(iii)の何れの特徴を備えたものについても、通常1nm以上、中でも10nm以上、また、通常50μm以下、中でも5μm以下の範囲とすることが好ましい。
本発明の液晶素子は、上述の本発明のIn-Cell型偏光子を用いてなるものである。通常は、2枚の基板により液晶材料を挟持した液晶素子において、少なくとも一方の基板の内側(液晶材料を挟持している側)に、本発明のIn-Cell型偏光子が形成されてなる。
本発明のIn-Cell型積層偏光子は、上述の本発明のIn-Cell型偏光子と、パッシベーション膜とを積層してなるものである。ここで「パッシベーション膜」とは、In-Cell型偏光子に機械的強度を付与したり、In-Cell型偏光子から液晶層への不純物などの溶出を防止するための層である。
〔実施例1〕
比抵抗値が18MΩcmの超純水8.5gに、下記式(2)に示す構造の塩型色素であって、合成工程により得られた色素の水溶液に、塩酸を加え、色素を遊離酸の形で酸析した後、水酸化ナトリウム水溶液によって色素酸性基をpH7で中和し、塩交換して得た色素1.5gを加え、撹拌して溶解させた後、濾過することにより、In-Cell型偏光子用組成物を得た。これを実施例1のIn-Cell型偏光子用組成物とする。
実施例1で使用した超純水の代わりにイオン交換樹脂により得られたイオン交換水を、また、pH7で中和し塩交換した色素の代わりにpH約8の弱アルカリ性で塩交換した色素を用いた以外は、実施例1と同様の方法によりIn-Cell型偏光子用組成物を調製した。これを比較例1のIn-Cell型偏光子用組成物とする。
実施例1で使用したpH7で中和し塩交換した色素の代わりに、pH約8の弱アルカリ性で塩交換した色素を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、In-Cell型偏光子用組成物を得た。これを実施例2のIn-Cell型偏光子用組成物とする。
実施例1で使用したpH7で中和し塩交換した色素の代わりに、実施例1で使用した超純水の代わりにイオン交換樹脂によるイオン交換水を用いた以外は、実施例1と同様な方法により、In-Cell型偏光子用組成物を得た。これを実施例3のIn-Cell型偏光子用組成物とする。
上述の実施例1〜3及び比較例1のIn-Cell型偏光子用組成物を、ITO電極付ガラス製基板(電極面積8mm×8mm)に、ギャップ2μmのアプリケーター(井元製作所社製)で各々塗布し、室温下で自然乾燥させることにより、色素膜(In-Cell型偏光子)を得た。得られた色素膜を更に180℃下30分間加熱して充分乾燥させることにより、In-Cell型偏光子付き基板(以下「LCD用基板」という。)を得た。
ITO電極付ガラス製基板(電極面積8mm×8mm)に、スピンコーター(押鐘社製、SC−200)を用いて、ポリイミド(JSR社製、オプトマー)を3000rpm×30秒の条件で基板上に塗布した後、180℃下30分、更に240℃下1時間加熱焼成して、ポリイミド樹脂膜付ITO基板を作製した。このポリイミド樹脂膜上に、上述の実施例2、3及び比較例1のIn-Cell型偏光子用組成物を、ギャップ2μmのアプリケーター(井元製作所社製)で塗布した後、自然乾燥することにより、色素膜を得た。得られた色素膜付基板をヨウ素系偏光フィルムを置いたライトボックス上で回転させることにより、吸収異方性があり、該色素膜が偏光子として機能することを確認した。このIn-Cell型偏光子付基板を180℃下30分間加熱して充分乾燥させることにより、LCD用基板とした。
スクリーン印刷法により表面にポリイミド(日立化成製)の配向膜が形成されたITO電極付ガラス製基板(電極面積8mm×8mm、ポリイミド膜厚約80nmのポリイミド配向膜を予めナイロン布でラビング処理を施したもの)に、上述の実施例2、3及び比較例1のIn-Cell型偏光子用組成物を、ギャップ2μmのアプリケーター(井元製作所社製)で各々塗布し、色素膜(In-Cell型偏光子)付基板を作製した。更に、そのIn-Cell型偏光子上にスピンコーター(押鐘社製、SC−200)を用いて、ポリイミド(JSR社製、オプトマー)を300rpm×30秒の条件で塗布した後、180℃下30分、更に240℃下1時間加熱焼成することにより、ポリイミド樹脂膜(パッシベーション膜)がIn-Cell型偏光子上に積層された、In-Cell型積層偏光子付ITO基板を作製した。
また、本発明のIn-Cell型偏光子及びIn-Cell型積層偏光子は、各種の液晶素子の偏光子としての用途に好適に使用される。
また、本発明の液晶素子は、画像表示素子、テキスト表示素子、ライトバルブ等の各種の用途に好適に使用される。中でも、薄膜トランジスタ(TFT)などの能動素子によるアクティブ駆動方式の液晶素子として、テレビ、モニター、プロジェクター等の各種の用途に好適に使用される。
2 光学補償フィルム
3 カラーフィルター付き基板
4 ITO電極
5 In-Cell型偏光子
6 スペーサ
7 液晶層
8 TFT,ITO電極
9 基板
10 輝度向上フィルム
11 プリズムシート
12 拡散板
13 導光板
14 光源
15 バックライトユニット
Claims (8)
- 色素及び溶剤を含有するIn-Cell型偏光子用組成物であって、
電気伝導度が25mS/cm以下である
ことを特徴とする、In-Cell型偏光子用組成物。 - 色素及び溶剤を含有するIn-Cell型偏光子用組成物であって、
ナトリウムイオン濃度が2500ppm以下である
ことを特徴とする、In-Cell型偏光子用組成物。 - 請求項1又は請求項2に記載のIn-Cell型偏光子用組成物を塗布により成形してなる
ことを特徴とする、In-Cell型偏光子。 - 電圧保持率が50%以上である
ことを特徴とする、In-Cell型偏光子。 - 比電圧保持率が90%以上である
ことを特徴とする、In-Cell型偏光子。 - 請求項3〜5の何れか一項に記載のIn-Cell型偏光子を用いた
ことを特徴とする、液晶素子。 - 偏光子及びパッシベーション膜を有するIn-Cell型積層偏光子であって、
比電圧保持率が90%以上である
ことを特徴とする、In-Cell型積層偏光子。 - 請求項7記載のIn-Cell型積層偏光子を用いた
ことを特徴とする、液晶素子。
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