JP2007233162A

JP2007233162A - 新規配向性を有する偏光板及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP2007233162A
Application number: JP2006056387A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Koike; 善郎小池
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】液晶表示装置の視角依存性を改善する従来の方法（液晶パネル内部構造、位相差フィルムによる改善）とは別の手段で、視角依存性を改善することができる偏光板を提供すること。
【解決手段】２色性機能ユニット（例．２色性色素）が偏光板面に対して傾き角を有して配向制御されている領域を含んでいる偏光層を有する偏光板。傾き角は偏光層膜厚方向において一様であっても、変化していてもよい。また、このような偏光板を有する液晶表示装置。
【選択図】図４

Description

本発明はフラットパネルディスプレイ、特に液晶表示装置に用いられる偏光板とその製造方法、及び該偏光板を使用した液晶表示装置に関係するものである。

いくつかのフラットパネルディスプレイの中で、特に、液晶表示装置は急速に普及しているが、その理由は価格低下と性能改善をあげることができる。特に液晶表示装置の視角依存性は、小型装置の開発当初からの改善事項であったが、液晶パネル技術、光学補償技術などの発展により大きく改善がなされた。しかしながら、従来の改善は液晶パネル内部構造、位相差フィルムによる改善が主なるもので、それ以外のアプローチは皆無に等しい状況であった。即ち、液晶パネル関連技術としては、ＩＰＳ（面内スイッチング）、ＶＡ（垂直配向）、ＯＣＢ（ベンド配向）、マルチドメイン化などであり、また、位相差フィルムによる光学補償技術では、ＴＮモード用、ＶＡ用、ＩＰＳ用の補償技術などがあり、実際に広く製品に使われている。

液晶表示装置の視角依存性は、液晶層の視角依存性と偏光板の視角依存性と光源の視角依存性からなると考えられる。そして、主に偏光板の視角依存性に注目した場合、以下のように説明できる。
従来の液晶表示装置で用いられている偏光板１は、図１に示すように偏光層２を両側からＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等からなる保護フィルム（基材）３，３’が挟む構造であり、必要に応じて位相差層（光学補償層）４が保護フィルム３と液晶層の間に装備される。また、偏光層２としてはヨウ素分子列５が延伸ＰＶＡフィルム６に混入された構造であり、ヨウ素分子列５は概ねフィルム面に平行である。
このような構造では、図２に示すように、クロスニコル配置された上下２枚の偏光板を斜め方向から観察した場合に、偏光板自体の視角依存性が、そもそも存在する。即ち、斜め手前方向から観察すると（図２右）、（法線方向から観察した場合（図２左）には上下２枚の偏光板の偏光軸が直交条件を満たしていたものが）もはや直交条件とはならず、より広い角度で２つの偏光軸が交わることになる。これはコントラストの低下を意味し、液晶表示装置の表示性能、視角特性を著しく低下させ視角依存性の一つの要因となっている。そして、この問題を改善するために、上記したような位相差フィルムを用いる方法が知られている（特許文献１等）。

特開平４−３０５６０２号公報

然しながら、そもそも、このように斜め方向から観察したときに２つの偏光軸が直交条件を満たさなくなる原因は、図１に示す偏光板１の偏光層２におけるヨウ素分子列４（より一般的には、２色性機能ユニット）の配列がフィルム面に平行に一定方向に配列していることにある。
また、液晶表示装置の視角依存性を改善する従来の方法とは別の手段にて、これを改善することも望まれる。

そこで、本発明者は、偏光板の偏光層における２色性機能ユニットの配列に着目し、それを工夫することで本発明に想到したものである。すなわち、上記課題は下記の手段によって達成される。

（１）
透明基板と、
２色性機能ユニットが該基板面に対し傾き角を有して配向制御されている領域を含んでいる偏光層とを、
有することを特徴とする偏光板。
（２）
表面に配向膜が形成され該配向膜が形成された面で対向する２枚の透明基板と、
該２枚の透明基板により挟まれ、該対向する配向膜により該基板面に対し傾き角を有して配向制御されている、２色性機能ユニットを含有する反応性液晶性組成物の固化層からなる偏光層とを、
有することを特徴とする偏光板。
（３）
前記傾き角が偏光層膜厚方向において一様であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の偏光板。
（４）
前記傾き角が偏光層膜厚方向において変化していることを特徴とする（１）又は（２）に記載の偏光板。
（５）
前記傾き角の変化が偏光層膜厚方向において対称であることを特徴とする（４）に記載の偏光板。
（６）
前記傾き角が偏光層面内方向において繰り返し変化していることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の偏光板。
（７）
透明基板上に配向膜を形成した後必要に応じ配向処理をし、別の透明基板上にも配向膜を形成した後必要に応じ配向処理をし、２枚の透明基板の向かい合う２つの配向膜の間に２色性機能ユニットと反応性液晶性化合物とを含有する反応性液晶性組成物の層を形成し、該反応性液晶性組成物の層を固化することを特徴とする偏光板の製造方法。
（８）
（１）から（６）のいずれかに記載の偏光板又は（７）の製造方法により製造された偏光板を有することを特徴とする液晶表示装置。

本発明は、偏光層の内部における２色性機能ユニットの配列の仕方を工夫することにより、偏光板そのものの有する２色性機能ユニットの幾何学的配置起因の視角依存性を変えることが可能となり、視角依存性の低減、特定視角依存性の付与など液晶表示装置の用途に合わせて視角特性を制御、最適化することが可能な新規の偏光板を提供することができた。また、位相差フィルムを用いない場合には、偏光板の厚さを薄くすることが可能となり、液晶表示装置の一層の軽量化、薄型化を進めることが可能となる。
これらのことは、２色性機能ユニットの配列を、従来と異なり、偏光板面に平行にするのではなく斜め成分を有するようにしたことで、幾何学的な配置を異ならせることにより、初めて達成することが可能となった。

図３に本発明の原理説明図を示す。
偏光層を構成する２色性機能ユニットを図３左の図で模式的に示してあるが、このように、上下２枚の偏光板を法線方向から観た直交条件を、２色性機能ユニットが面内から傾いた方向に配列している条件で満たしているのが、本発明のポイントである。
この場合、斜め手前から観た場合は図３右の図に示すように、２色性機能ユニットの交差角度（偏光層の吸収軸又は透過軸の交差角度に対応する）は、ある角度までは、９０度より小さい値をとることになるとともに、その値が従来と同様に９０度より大きくなるのは、より深い角度で手前から観察した場合に初めて起こることになる。従って、完全な直交条件は満たさないものの、広い角度範囲で直交に近い条件が満たされる。

ここで２色性機能ユニットとは、該ユニットが配向した場合に、光の進行方向や偏光方向による吸収の差、即ち、２色性を発生する最小単位のことであり、２色比（Ｒ）は、一様な配向状態では、以下の一般式で表される。
Ｒ＝Ａ₀／Ａ₉₀
（ここでＡ₀はユニットに入射した光の偏光方向がユニットの配向方向に平行な場合に観測される吸光度、Ａ₉₀は、その偏光方向がその配向方向に垂直な場合に観測される吸光度である。）

２色性機能ユニットとしては、広い意味での２色性、すなわち、透過特性が入射直線偏光の方位により異なる特性を有する最小単位のことを意味する。その中には、例えば、液晶ディスプレイで広く用いられているポリビニルアルコール樹脂中で配向性が付与されたヨウ素分子列、配向性を有する２色性色素分子、液晶又は液晶性ポリマー中に配向制御された２色性分子、配向性を有する金属ナノロッドなどが該当する。

偏光層内部における２色性機能ユニットの配列の例として、図４右の図に、偏光層において２色性機能ユニットを斜めに一様に傾斜配向した場合について、模式図で示す。このような配列は、例えば次のようにして得られる。
先ず、偏光層の媒体としては、従来のＰＶＡに代えて、反応性の液晶性化合物を含有する反応性の液晶性組成物６１を用いる。反応性の液晶組成物としては、比較的良好なネマチック相またはスメクチックＡ相を示すものが好ましい。反応性基としてはアクリロイル基やメタクリロイル基、ビニル基、グリシジル基等が挙げられる。反応性の液晶性化合物（液晶性モノマー）としては、例えば下記の一般式１，２でそれぞれ示されるような単官能や２官能のもの、また多官能基を有するものなどがあり、２色性機能ユニットとの相性などで使い分ける。

２色性機能ユニットとしては２色性色素５１を用い、液晶性組成物６１中に混入させる。２色性色素としては、下記に例示されるトリスアゾ色素のようなポリアゾ系色素やアントラキノン系色素などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。２色性色素としては高い２色性比を示すものが望ましいが、溶解性、配向秩序度なども考慮して液晶性組成物に溶解したときのトータルな性能が重要となる。

ベースとなる基材３としては、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等を用い、予め配向膜７を形成しておき、ラビング等、配向に合わせた表面処理を施しておく（図４左の図）。この図４に示す一様な傾斜配向の場合には、一定のプレチルト角を発現する配向膜を適宜選択すればよい。高プレチルト角から低プレチルト角まで任意の角度を選べることは言うまでもなく、用途に応じて選択することになる。
そのような表面処理を施した一対の基材３，３’を図４右の図に示すように対向させて用い（アンチパラレル条件のラビング処理）、２色性色素５１を数％程度混入した反応性の液晶性組成物６１を間に挟み込むことで、液晶、色素が所望の配列になる。

続いて、反応性の液晶性組成物を塗布した層２１にＵＶ光などを照射し、ポリマー化、固化処理を行う（図５左の図）。色素の傾斜角は概ね初期のプレチルト角を反映した形で、ポリマー化（固化処理）後も、それに対応した値となる。

以上、偏光層における２色性機能ユニットの配向例として、一様傾斜型の配向について説明したが、以下、実施例でも示すように、ハイブリッド型、スプレイ型、ベンド型、繰り返し傾斜型等、種々の配向を工夫することができる。

［実施例１］（一様傾斜型配向）
市販のセルロースアセテートフィルム（富士タックＴＤ８０ＵＦ、富士写真フイルム株式会社製）に鹸化処理を行い、その表面に、プレチルト発現成分を含有させた配向膜塗布液（可溶性ポリイミド材料：ＪＳＲ製ＪＡＬＳ-２１４）を塗布し、透明基材表面に配向膜を付与したフィルムを形成した。ここでは、プレチルト角を約５°程度とすることを考えて、上記プレチルト発現成分を含有させた配向膜を用いた。同様にして、表面に配向膜を付与したフィルムをもう１枚形成した。
２枚の配向膜付与済の透明フィルムに対してそれぞれの配向膜面を、３００ｒｐｍ（ロール直径２００ｍｍ）のラビング条件で、ラビング処理を施した（図４左の図）。
偏光層の媒体として、反応性の液晶性化合物を含有する反応性の液晶性組成物を用いた。反応性の液晶性化合物（液晶性モノマー）としては、前記一般式２の２官能のアクリレートでｎ＝２のものを用いた。また、２色性色素としては前記のトリスアゾ色素を用いた。
１枚の透明フィルムのラビング処理を施した配向膜面上に、液晶性組成物（上記２色性トリスアゾ色素約５〜１０質量部、上記単官能、２官能アクリレート液晶性モノマー約９０質量部、光重合開始剤（イルガキュアー類、チバガイギー社製）を微量、必要に応じて増感剤）、反応性低分子モノマーによる塗布性調整した上で、塗布した。液晶性組成物層の上にもう１枚の透明フィルムを、配向膜面を向けて積層した。
続いて、反応性の液晶性組成物を塗布した層に、光源として高圧水銀灯を用いて、５０００ｍＪ／ｃｍ²の光照射でＵＶ光を照射し、ポリマー化、固化処理を行った。

このようにして得られた図５右の図に示す偏光板を垂直配向型マルチドメイン（４分割）構造のテストセルに図３左の図で示す配置にて貼り付け、表示観察した結果、図３右の図の矢印で示した方向（画面手前下方向から観察）でのコントラストが顕著に改善するという結果を得た。

［実施例２］（ハイブリッド型配向）
実施例１と異なるのは、一方の基材に配向膜として垂直配向膜（垂直配向発現成分として、ＪＳＲ製材料：ＪＡＬＳ２０４）を用いる点である（ラビング処理なし）。このようにして準備した一対の基材の間に実施例１で用いた二色性色素を混入した反応性液晶性組成物の層を形成し、実施例１と同様にしてＵＶ光照射により固化処理を行い、偏光層の二色性色素がハイブリッド型に配向した偏光板を得た（図６）。実施例１と同様な条件で評価した結果、ハイブリッド配向方向を平均プレチルト方向と見なした方位に対応する形で、前例と同様にコントラストの改善が確認できた。

［実施例３］（スプレイ型配向）
配向膜として実施例１と同じものを用い、基材のはり合わせ方向を実施例１と１８０度異ならせる（パラレル条件のラビング処理）以外は、実施例１と同じようにして偏光板を作製した（図７）。前述の２例と異なり、上下双方からのコントラスト改善が確認できた。図７の構造にて、Ｉ，II，IIIの各領域が効果的にそれぞれ機能していることがわかる。

［実施例４］（ベンド型配向）
「実施例３と異なる点は、配向膜として、よりプレチルト角の高い材料を用いた点のみである。ここでは、プレチルト発現成分（ジアミン系）を含む可溶性ＰＩ（ＪＳＲ製、ＪＡＬＳ２１４）を用い、形成条件を変えることで対応した。すなわち、実施例１，２ではＰＩ塗布後のプリキュアを７０℃で行ったが、本実施例では５０℃で実施した。このようにプリキュア温度を低下させることで、簡単にプレチルト角を高めることができる。図８に示すベンド型の配向に十分なプレチルト角として、３０度以上の設定になるよう、ラビング条件も含めて調整した。評価結果は実施例３より更に斜めからのコントラストで優位性が得られた。

［実施例５］（繰り返し傾斜型配向）
図９に示す構造を実現するため、基材３，３’に予め構造物９を配置した（図１０）。
構造物は液晶性組成物層のプレチルト角が正負逆転する位置に対応する形でストライプ状に市販フォトレジストを用いてパターニング形成した。このようにして準備した基材を用い、水平配向膜を塗布、キュア形成し、ラビング処理を施した。水平配向膜のプレチルト角は、可能な限り小さいもの（例えばＰＶＡ２％水溶液）を用い、基材に形成した構造物形状をより反映するようにした。構造物を半ピッチシフトさせて基材をはり合わせ、前述の実施例と同様な処理にて図９に示す構造の偏光層を有する偏光板を実現した。実施例４と同様に、上下双方向からのコントラスト改善がはっきりと確認できた。この場合、液晶表示装置に用いる際には、画素サイズ以下のピッチで二色性機能ユニットのモジュレーション周期を設定することが画素単位で本発明の効果を得る上で好ましい。

なお、本実施例では２色性機能ユニットとして特定の２色性色素を例に説明を行ったが、本発明の効果、コンセプトはこの限定に限られるわけではなく、２色性機能を有するユニットの配列に係わるものであり、金属細針などが規則的に配列した偏光層などの場合にも適用されることは言うまでもない。同様に、２色性機能ユニットの配列母体である偏光層の基材についても特定の液晶性組成物を例に説明を行ったが、２色性機能ユニットを効率的に配列し得るものならよく、本実施例に記載の例に限定されるものではない。
本発明による偏光板は、従来にない構造を有しているため、上記で説明した以外にも幅広い応用が考えられる。

従来の偏光板説明図従来の偏光板による上下偏光板の軸角度ずれ説明図（左：法線から観察、右：斜め手前から観察）本発明の原理説明図軸配置（左：法線から観察、右：斜め手前から観察）実施例１の説明図：一様傾斜型偏光層の断面図（黒棒は、二色性色素）実施例１の説明図：ＵＶ照射によるポリマー化（固化）実施例２の説明図：ハイブリッド型偏光層の断面図実施例３の説明図：スプレイ型偏光層の断面図実施例４の説明図：ベンド型偏光層の断面図実施例５の説明図：繰り返し傾斜型偏光層の断面図実施例５の説明図：基材上にストライプ状構造物を配置

符号の説明

１ … 偏光板
２ … 偏光層
２１ … 液晶性組成物層
３，３’ … 透明保護フィルム（基板）
４ … 位相差層（光学補償層）
５ … ヨウ素分子列
５１ … 二色性色素
６ … 延伸ＰＶＡフィルム
６１ … 液晶性組成物
６２ … ポリマー化（固化）された液晶性組成物
７，７’ … 配向膜
８，８’ … 配向方向
９ … ストライプ状構造物

Claims

透明基板と、
２色性機能ユニットが配向制御されて該基板面に対し傾き角を有している領域を含んでいる偏光層とを、
有することを特徴とする偏光板。
表面に配向膜が形成され該配向膜が形成された面で対向する２枚の透明基板と、
該２枚の透明基板により挟まれ、該対向する配向膜により該基板面に対し傾き角を有して配向制御されている、２色性機能ユニットを含有する反応性液晶性組成物の固化層からなる偏光層とを、
有することを特徴とする偏光板。
前記傾き角が偏光層膜厚方向において一様であることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光板。
前記傾き角が偏光層膜厚方向において変化していることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光板。
前記傾き角の変化が偏光層膜厚方向において対称であることを特徴とする請求項４に記載の偏光板。
前記傾き角が偏光層面内方向において繰り返し変化していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の偏光板。
透明基板上に配向膜を形成した後必要に応じ配向処理をし、別の透明基板上にも配向膜を形成した後必要に応じ配向処理をし、２枚の透明基板の向かい合う２つの配向膜の間に２色性機能ユニットと反応性液晶性化合物とを含有する反応性液晶性組成物の層を形成し、該反応性液晶性組成物の層を固化することを特徴とする偏光板の製造方法。
請求項１から６のいずれかに記載の偏光板又は請求項７の製造方法により製造された偏光板を有することを特徴とする液晶表示装置。