JP2010250025A - 偏光素子とその製造方法および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高コントラスト比の塗布型偏光層を有する偏光素子を提供すること、及び、その製造方法を提供すること、さらには、塗布型偏光層を用いる液晶表示装置の高コントラスト化を実現することを目的とする。
【解決手段】基材と、該基材の上側に透過軸が揃えられて積層された複数の偏光層によって形成される多層偏光層と、を有する偏光素子であって、偏光層のうちの少なくとも１層は、色素分子が塗布されて剪断応力によって所定の方向に配列された第１偏光層であって、第１偏光層は所定の膜厚で形成される、ことを特徴とする偏光素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光素子とその製造方法、及び、液晶表示装置に関する。

表示装置は情報を視覚的に人間に伝えるメディアであり、高度な情報社会となった現代では、人間、社会にとって重要な存在となっている。液晶表示装置は近年性能が著しく向上し、携帯電話からパーソナルコンピューターさらには大画面テレビ等の表示装置として採用されている。液晶表示装置は、液晶表示パネルと、その背面に配置されて液晶表示パネルに光を照射するバックライト（照明装置）とを含んで一般的に構成される。カラー画像を表示する場合には、1つの画素（ピクセル）が例えば赤色、青色、緑色の３原色に対応する３つの副画素（サブピクセル）から構成され、各色に対応した副画素を独立に制御することでさまざまな色を再現する。

現在、液晶表示装置は携帯電話やデジタルカメラなどのモバイル機器への用途が拡大されており、液晶表示装置の更なる薄型化、高コントラスト化が要求されている。また、現在において、量産されている中小型液晶表示パネルの薄型化は１ｍｍ前後まで達成されており、公表された最も薄い液晶表示パネルの厚さは０．５６ｍｍである。液晶表示パネルを薄型化する際には、例えば偏光板等の部材を薄型化する必要が生じ、液晶表示パネルの厚さが０．５６ｍｍの場合では偏光板の厚さは０．１〜０．２ｍｍとなる。

現在の偏光板としては、フィルムによる偏光板と、塗布型偏光層による偏光板がある。後者の塗布型偏光層は、前者の偏光板に比べて約１／１０００程度の厚さにできる。従来のフィルムによる偏光板は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂、ヨウ素、及び保護層などで構成されており、ヨウ素を混ぜたＰＶＡ樹脂を延伸することにより色素は一定方向に配向する。これに対し、塗布型偏光層は色素で構成する（必要に応じて保護層を含んで構成する）ため、フィルムによる偏光板よりも薄型化が可能である。塗布型偏光層の色素は、塗布する際に加わるせん断応力または下地の配向規制力により配向する。上記の塗布型偏光層の技術として、非特許文献１、非特許文献２、特許文献１、特許文献２、特許文献３が報告されている。

特開２００６−１４６１１６号公報 特開２００６−９１３９３号公報 特開２００８−８９９６６号公報

Y.Ukai et al., "Current Statusand Future Prospect of In-Cell Polarizer Technology", SID 04 DIGEST,p1170-1173, 2004 Ir Gvon Khan et al., "Ultra-ThinO-Polarizers’Superiority over E-Polarizers for LCDs ", SID 04 DIGEST,p1316-1319, 2004

非特許文献１には、塗布型偏光層の平行透過率と直交透過率の比で表される一枚のコントラスト比は、膜厚を厚くすると高くなり、膜厚を薄くすると低くなることが記載されている。また、平行透過率に関しては、膜厚を厚くすると低くなり、薄くすると高くなることが記載されている。ここで、平行透過率は塗布型偏光層の吸収軸と直交方向にほぼ直線の偏光を入射した場合の透過率であり、直交透過率は塗布型偏光層の吸収軸と平行にほぼ直線の偏光を入射した場合の透過率である。また、二枚の塗布型偏光層を平行及び直交配置にした場合の透過率の比で表される二枚のコントラスト比は、膜厚が厚くなると飽和する傾向が得られる。

また、特許文献１には、基板に膜厚３００〜８００ｎｍの塗布型偏光層を積層させて、高偏光度、高透過率、高コントラスト比を実現する構造が記載されている。しかし、塗布型偏光層は、その膜厚や形成条件に応じて色素分子の配向乱れが発生する。具体的には、色素分子をせん断応力により配向させた場合には、色素分子の配向乱れは基材から膜厚方向の距離に関係なくほぼ一様となる傾向にあり、色素分子を基材の配向規制力により配向させた場合には、配向乱れは基材から離れるにしたがって大きくなる傾向にある。この配向乱れに起因して、塗布型偏光層を有する偏光部材のコントラスト比が劣化させられることとなる。そして、さらには、塗布型偏光層を有する液晶表示装置の透過率、及びコントラスト比も劣化させられることとなる。

また、塗布型偏光層は補助偏光板としても機能する。しかし、一対の偏光板の間に補助偏光板を適用する際、補助偏光板として塗布型偏光層を配置すると、偏光層の色素の配向乱れに起因して、偏光層に入射した光が散乱する。この光の散乱によって、液晶表示装置の正面における黒表示時の輝度が増加し、正面コントラスト比が劣化することとなる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、塗布型偏光層における光学特性の膜厚依存性に着目して、高コントラスト比の塗布型偏光層を有する偏光素子を提供すること、及び、その製造方法を提供することを目的とする。さらには、塗布型偏光層を偏光板又は補助偏光板として用いる液晶表示装置の高コントラスト化を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る偏光素子は、基材と、該基材の上側に透過軸が揃えられて積層された複数の偏光層によって形成される多層偏光層と、を有する偏光素子であって、前記偏光層のうちの少なくとも１層は、色素分子が塗布されて剪断応力によって所定の方向に配列された第１偏光層であって、前記第１偏光層は、所定の膜厚で形成される、ことを特徴とする。

また、本発明に係る偏光素子の一態様では、前記基材は、配向規制力を有し、前記多層偏光層は、前記基材上に塗布されて配向規制力により前記所定の方向に配列された第２偏光層を含み、前記第２偏光層は、前記基材から上側に離れるにしたがって色素分子の配向が乱れるように積層され、前記第１偏光層は、前記第２偏光層の上側に積層されて、該第１偏光層と該第２偏光層とでは色素分子の配向乱れが異なるようにしてもよい。

また、本発明に係る偏光素子の一態様では、前記多層偏光層における前記偏光層のそれぞれは、３００ｎｍ以下の膜厚で積層されるようにしてもよい。

また、本発明に係る偏光素子の一態様では、前記多層偏光層における前記偏光層のそれぞれは、１００ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の膜厚で積層される、ようにしてもよい。

また、本発明に係る偏光素子の一態様では、前記第１偏光層における前記色素分子は、リオトロピック液晶染料であって、前記第１偏光層は、２７０ｎｍ±２０ｎｍの範囲内の膜厚で形成される、ようにしてもよい。

上記課題を解決するため、本発明に係る偏光素子の製造方法は、色素分子を塗布して偏光層を積層する偏光層積層工程と、前記偏光層積層工程で積層した前記偏光層に不溶化処理を施す不溶化工程と、を含み、前記偏光層積層工程と前記不溶化工程とを複数回繰り返すことにより、複数の偏光層が積層された多層偏光層を有する偏光素子を製造するようにしたことを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、観察者側に位置する第１基板とバックライト側に位置する第２基板とによって液晶層が封止された液晶セルと、前記液晶層に対して前記観察者側に配置されて、所定の偏光方向の光を透過する第１偏光手段と、前記液晶層に対して前記バックライト側に配置されて、前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の光を透過する第２偏光手段と、を有する液晶表示装置であって、前記第１偏光手段又は前記第２偏光手段の少なくとも一方は、透過軸が揃えられて積層された複数の偏光層によって形成される多層偏光層を有し、前記多層偏光層における少なくとも１層は、色素分子が塗布されてせん断応力によって配列される偏光層であって、所定の膜厚を有して形成される、ことを特徴とする。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第１偏光手段は、前記第１基板の観察者側に設けられる第１偏光板を有し、前記第２偏光手段は、前記第２基板のバックライト側に設けられる第２偏光板を有し、前記第１偏光板又は前記第２偏光板は、前記多層偏光層を含んで形成される、ようにしてもよい。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第１偏光手段は、前記第１基板の観察者側に設けられる第１偏光板と、該第１偏光板と平行な吸収軸を有して設けられる第１補助偏光層とを有し、前記第１補助偏光層は、前記多層偏光層を含んで形成される、ようにしてもよい。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第２偏光手段は、前記第２基板のバックライト側に設けられる第２偏光板と、該第２偏光板と平行な吸収軸を有して設けられる第２補助偏光層とを有し、前記第２補助偏光層は、前記多層偏光層を含んで形成される、ようにしてもよい。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第１基板は、カラーフィルター層を有し、前記第１偏光手段は、前記多層偏光層を含んで構成されて、前記カラーフィルター層と前記液晶層との間に設けられる、ようにしてもよい。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第１補助偏光層は、前記第１偏光板と前記第１基板との間に配置されて、前記第１補助偏光層と前記第１基板の間には、配向膜が配置される、ことが望ましい。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第２補助偏光層は、前記第２偏光板と前記第２基板との間に配置されて、前記第２補助偏光層と前記第２基板の間には、配向膜が配置される、ことが望ましい。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第１補助偏光層は、前記第１偏光板の前記観察者側に、該第１偏光板に接して配置される、ようにしてもよい。

また、本発明に係る液晶表示装置の一態様では、前記第２補助偏光層は、前記第２偏光板の前記バックライト側に、該第２偏光板に接して配置される、ようにしてもよい。

本発明によれば、配向が整えられた塗布型偏光層を含む多層偏光層を有することにより、コントラスト比が高い偏光素子が実現される。

実施形態１に係る液晶表示パネルの概略構成を示す模式断面図である。 せん断応力により形成される塗布型偏光層における光学特性の膜厚依存性を示す図である。 多層型偏光層の膜厚とコントラスト比の関係を示すグラフである。 多層型偏光層の膜厚と平行透過率の関係を示すグラフである。 平行透過率４０％を維持する場合の、多層偏光層において積層する各偏光層の膜厚とコントラスト比の関係を示すグラフである。 多層型偏光層の平行透過率とコントラスト比の関係を示すグラフである。 実施形態１に係る液晶表示パネルの副画素の主要部の概略構成を示す平面図である図８のＡ−Ａ´断面を模式的に示す図である。 実施形態１に係る液晶表示パネルの副画素の主要部の概略構成を示す平面図である。 実施形態１に係る液晶表示パネルの全体のレイアウトを模式的に示すブロック図である。 実施形態１に係る第１偏光板の直線偏光の吸収軸と、第２偏光板の直線偏光の吸収軸と、液晶層の液晶分子長軸の配向方向と、画素電極の長手方向の関係の一例を示す説明図である。 実施形態１に係る液晶表示パネルの表示領域に構成されたアクティブマトリクスの等価回路図である。 実施形態１に係る液晶表示装置の主要部の構成を示す概略断面図である。 実施形態２に係る液晶表示パネルの概略断面図である。 実施形態２に係る第１基板（カラーフィルタ基板）の概略平面図である。 実施形態３に係る液晶表示装置の概略断面図である。 実施形態３に係る液晶表示装置の第１偏光板と第２偏光板、さらに第１補助偏光層の吸収軸の説明図である。 配向規制力を有する配向膜上に塗布された偏光層における色素分子の配向モデルを示す図である。 実施形態４に係る液晶表示装置の概略断面図である。 実施形態４に係る液晶表示装置の第１偏光板と第２偏光板、さらに第２補助偏光層の吸収軸の説明図である。 実施形態５に係る液晶表示装置の概略断面図である。 実施形態５に係る液晶表示装置の第１偏光板と第２偏光板、さらに第１補助偏光層の吸収軸の説明図である。 実施形態６に係る液晶表示装置の概略断面図である。 実施形態６に係る液晶表示装置の第１偏光板と第２偏光板、さらに第２補助偏光層の吸収軸の説明図である。

以下、本発明に係る各実施形態について、図面を参照して説明するが、種々の変更は可能であり、また、下記実施形態同士の組み合わせは本発明に包含されるものである。なお、各実施形態では、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルを用いているが、これに限定されることなく例えばＴＮ方式やＶＡ方式の液晶表示パネルであってもよい。また、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルは、いわゆる横電界により液晶分子が面内で回転させられるものであり、画素電極と共通電極を同一基板の異なる層に形成し、少なくとも液晶層に近い側の電極を櫛歯形状とし、フリンジ電界を形成して液晶を駆動するものについても含むものとする。

［実施形態１］
図１は実施形態１に係る液晶表示装置における液晶表示パネルの概略構成を示す模式断面図である。液晶セル１５は、カラーフィルターが形成されたカラーフィルター基板（以下、第１基板１１０）と、マトリクス状に薄膜トランジスタが配置されたアクティブマトリクス基板（以下、第２基板１１１）と、よって液晶層１６０を封止している。また、液晶セル１５の観察者側の面には第１偏光板２１０が、液晶セル１５のバックライト３側の面には第２偏光板２２０が形成される。この第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０は、以下で説明する多層型偏光層（多層偏光層）を有し、多層型偏光層における複数の偏光層の各々の吸収軸は平行となるように積層される。また、第１偏光板２１０の吸収軸と第２偏光板２２０の吸収軸は互いに直交するように形成される。

本実施形態における第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０は、基材上に、複数の塗布型偏光層（以下、本明細書においては単に偏光層ともいう）が積層されて構成される多層偏光層が形成されている。本実施形態における塗布型偏光層は、非特許文献１に記載されているリオトロピック液晶染料であるが、非特許文献２に記載されている材料を用いてもよい。塗布型偏光層はこれらを塗布することで形成することができる。また、リオトロピック液晶染料を塗布する場合には、スリットダイコータ等を用いて色素を配向させると良い。スリットダイコータは、溶液状態の偏光層材料を塗布面に供給しつつ、当該材料へ圧力を加えながら塗布方向に引き伸ばすことができる。この工程により色素を配向することによって、多層偏光層のうちの１層となる塗布型偏光層が形成できる。また、塗布型偏光層の上層にさらに塗布型偏光層を積層する際には、下層となる塗布型偏光層に不溶化処理を施す。塗布型偏光層は、インダンスロン誘導体、ペリレンテトラカルボン酸のジベンズイミダゾール誘導体やナフタレンテトラカルボン酸誘導体をスルホン酸化したクロモニック相を発現するリオトロピック液晶相として形成される。この塗布型偏光層を塩化バリウムによって脱スルホン化することで不溶化する。これにより、上層を積層する際に、下層の偏光層において新たに生じる配向乱れを抑制することができる。本実施形態における多層偏光層は、塗布型偏光層を塗布して、スリットダイコータ等によりせん断応力をかけて配向させて積層する偏光層積層工程と、積層された偏光層を不溶化する不溶化処理工程とが繰り返されて、形成される。

本実施形態では、多層偏光層における各塗布型偏光層については、せん断応力によって自己配列されることとなる。このせん断応力によって形成される塗布型偏光層（第１偏光層）の配向性には、図２に示すような膜厚依存性がある。ここで図２は、せん断応力により形成される塗布型偏光層における光学特性の膜厚依存性を示す図であって、同図における光学特性としては、色素の配向性を表すパラメータである二色比が用いられる。同図で示すように、本実施形態で検討した偏光層材料の場合、膜厚約２７０ｎｍで最大の二色比が得られ、約２７０ｎｍをピークとして二色比が低下する。すなわち、本実施形態におけるリオトロピック液晶染料では、従来用いられていた３００〜８００ｎｍの膜厚よりも薄い膜厚となる３００ｎｍ以下において良好な二色比（良好な配向性）を有することとなる。このため、複数の偏光層を積層して多層偏光層を構成する場合には、せん断応力によって形成される塗布型偏光層の各層における膜厚を３００ｎｍ以下にして積層するのが望ましく、特にニ色比がピークとなる２７０ｎｍの近傍の膜厚によって多層偏光層の各偏光層が形成されるのがよい。具体的には、本実施形態における第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０は、製造ばらつきを許容させて２７０ｎｍ±２０ｎｍの膜厚で２層積層した多層偏光層を有する。なお、ニ色比は、吸収軸に対して平行な方向の吸光度と垂直な方向の吸光度の比を取ったものである。

図３は、多層型偏光層の膜厚とコントラスト比の関係を示すグラフである。同図においてプロットされる各符号は、１００ｎｍ、２７０ｎｍ、３００ｎｍの各厚みを有し、せん断応力によって自己配列された塗布型偏光層を多層に積層した多層偏光層と、単一層による従来の塗布型偏光層の場合を示している。１００ｎｍ、２７０ｎｍ、３００ｎｍの塗布型偏光層については、それぞれ１層〜４層ずつ積層した場合が同図においてプロットされている。ここで積層する層数を４層までとしているのは、プロセスコスト上の観点から実用性を考慮したために過ぎないものであり、５層以上積層するようにしても良いのはいうまでもない。図３におけるコントラスト比（縦軸）は、ほぼ同じ膜厚を有する塗布型偏光層を二枚用いて計測される平行透過率及び直交透過率から求められる。同図で示されるように、偏光層の膜厚が５００ｎｍ以上となる場合において、従来の単一層による偏光層の場合、コントラスト比は飽和するのに対し、２〜４層の塗布型偏光層が積層された多層型偏光層による偏光素子の場合では、膜厚が厚くなってもコントラスト比は向上する。なお、光学特性の膜厚依存性（コントラスト比又は平行透過率と膜厚の関係）を示す図３以降のグラフは、配向規制力を有しない基材上に塗布型偏光層を積層している場合の光学特性を示すものであって、層毎に色素分子が一様な配向で積層された塗布型偏光層による光学特性となっている。

図３においては、従来の単一層による塗布型偏光層は、膜厚が厚くなるとコントラスト比が飽和する傾向にあるのに対し、塗布型偏光層を多層に積層することで、コントラスト比は増加する傾向が得られることが示される。これは、従来の単層による偏光層では膜厚が約２７０ｎｍよりも厚くなると色素の配向性が低下するのに対し、多層型偏光層は偏光層を積層することによって全体の膜厚を厚くしても、積層する各偏光層における色素分子の配向性が一様に維持されるためである。

積層する偏光層の膜厚が薄い場合に、高いコントラスト比を得るためには、偏光層の積層数を増やす必要がある。偏光層の積層数を増やすと、コストの増加が懸念されるため、多層型偏光層を作製する場合は、偏光層の積層数は三層以下が望ましい。また、現在の中小型液晶表示パネルのコントラスト比は２００〜１０００である。二枚の多層型偏光層を平行及び直交配置にした場合の透過率の比で表される多層型偏光層のコントラスト比を１０００以上得るためには、図３に示すように、偏光層の積層数を二層以上または三層以上にして、かつ、積層する偏光層の膜厚を１００ｎｍ以上とすれば実現できる。

図３において示されるように、積層する偏光層の膜厚が厚い場合よりも薄い場合の方が、膜厚に対するコントラスト比の向上効果が大きくなる。また、図４は、多層型偏光層の膜厚と平行透過率の関係を示すグラフである。同図において示されるように、積層する偏光層の膜厚が厚い場合よりも薄い場合の方が膜厚に対する平行透過率の低下が大きくなる。これは、多層型偏光層の平行透過率及び直交透過率は、偏光層を積層する回数に応じてそれぞれ低下することとなるためである。このため、偏光層を積層する回数が多いとコントラスト比の向上効果は大きいが、平行透過率の低下も大きい。また逆に、積層する回数が少ないとコントラスト比の向上効果は小さいが、平行透過率の低下も小さい。

液晶表示装置を高輝度にするには、第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０の平行透過率を高くする必要がある。現在において、偏光板の平行透過率としては、４０％以上が必要とされている。このため、多層型偏光層を有する第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０においても、平行透過率４０％となるように多層型偏光層の各偏光層における膜厚等の条件を選択する必要がある。図５は、平行透過率４０％を維持する場合の、多層偏光層において積層する各偏光層の膜厚とコントラスト比の関係を示す。図５においては、膜厚１００ｎｍ、２７０ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍにおけるコントラスト比が示されている。膜厚１００ｎｍで４層、膜厚２７０ｎｍで２層、膜厚３００ｎｍで２層、膜厚５００ｎｍで１層積層される場合に、平行透過率がほぼ４０％となり、図５においてはこの場合のコントラスト比がそれぞれ示されている。同図で示すように、平行透過率４０％時の多層型偏光層のコントラスト比は、膜厚約２７０ｎｍの偏光層を積層する場合に最大となる。これは、膜厚２７０ｎｍで偏光層の色素の配向性が最も高いからである。また、平行透過率４０％時の多層型偏光層のコントラスト比は積層する膜厚が２７０〜３００ｎｍの間において急激に低下する。これは、積層する膜厚が２７０ｎｍよりも薄い場合は、膜厚に対するコントラスト比の向上効果が大きいのに対し、２７０ｎｍよりも厚い場合にはコントラスト比の向上効果が小さくなるためである。このため、平行透過率を４０％確保してコントラスト比を向上させるように多層型偏光層を作製する場合には、積層する偏光層の膜厚を２７０ｎｍ以下とするのがさらに好適である。

また、図６は、多層型偏光層の平行透過率とコントラスト比の関係を示す。同図においては、単層の場合、膜厚が１００ｎｍ、２７０ｎｍ、３００ｎｍの塗布型偏光層を複数層積層した多層型偏光層の場合における光学特性が示されており、積層数が多くなるに従って平行透過率が低下してコントラスト比が向上していく様子も示される。また、図６において鎖線で示される領域は、平行透過率が４０％以上、かつ、コントラスト比が１０００以上となることを示している。この鎖線で示された光学特性を有する領域内には、膜厚１００ｎｍで３層積層された多層型偏光層と、膜厚２７０ｎｍで２層積層された多層型偏光層とが該当することとなる。したがって、膜厚１００ｎｍ〜２７０ｎｍにおける偏光層を用いることで、積層数が３層以下の低コストで、平行透過率の低下を抑制しつつ高コントラスト比の偏光部材を実現できる。

なお、本実施形態では、配向規制力を特に有していない基材上に、例えば２７０ｎｍ±２０ｎｍの膜厚で、せん断応力によって色素を自己配列させた複数の塗布型偏光層によって多層偏光層を形成している。このため、多層偏光層における各偏光層においては一様に色素分子が配向されることとなる。しかし、この多層偏光層は、配向規制力を有する基材上に形成してもよい。

配向規制力は、基材に配向膜を設けることによって付与される。この配向膜としては、第１基板１１０や第２基板１１１に形成される液晶層のラビング用の配向膜と同様に、ポリイミド系高分子、あるいはダイヤモンドライクカーボンなどを用いてよい。配向規制力を有する部材を用いる場合には、基材に接して上側に積層される塗布型偏光層は、配向規制力によって色素分子が配列される塗布型偏光層（第２偏光層）であって、上述したように、基材から上側に離れるにしたがって配向規制力が弱くなって配向乱れが生ずる。一方、多層偏光層における２層目以降の塗布型偏光層（第１偏光層）については、配向規制力を有した基材に接していないことから、せん断応力によって一様に色素分子が配向されることとなる。後者の塗布型偏光層における光学特性の膜厚依存性は、上述の図２のようになるが、前者の塗布型偏光層における光学特性の膜厚依存性については、膜厚が薄いほうが色素の配向性が高くなる傾向にある。したがって、例えば、配向規制力が付与された基材を用いて、これに接する塗布型偏光層の膜厚を３００ｎｍ以下で形成し、さらに、せん断応力によって自己配列される２層目以降の塗布型偏光層の膜厚を２７０ｎｍ±２０ｎｍで形成することで、全ての塗布型偏光層がせん断応力によって自己配列される場合よりもコントラストや透過率が向上することとなる。配向規制力が付与された基材に接する塗布型偏光層は、他の２層目以降の塗布型偏光層と同様の膜厚で積層して良い。

なお、積層する偏光層の膜厚が薄い場合に、高いコントラスト比を得るためには、偏光層の積層数を増やす必要がある。偏光層の積層数を増やすと、コストの増加が懸念される。このため、偏光層のうちの１層を配向膜に接して形成する場合においても、偏光層の積層数は三層以下が望ましい。このため、配向膜上に偏光層を形成する場合においても、偏光層の膜厚１００〜２７０ｎｍを積層することで、せん断応力で多層型偏光層を形成する場合よりも高コントラスト比、高透過率、低コストを実現できる。

なお、本実施形態では、多層偏光層における膜厚がほぼ同様の寸法で形成されるようにしているが、各偏光層の膜厚が異なるように形成されてもよい。また、本実施形態における各偏光層は、リオトロピック液晶染料で形成されているが、偏光層毎に異なる材料が用いられても良い。なお、本実施形態では、第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０の双方が、多層偏光層を有する偏光素子で形成されるようにしているが、いずれか一方の偏光板を当該多層偏光層を有する偏光素子で形成して、他方の偏光板をヨウ素を混ぜたＰＶＡ樹脂を延伸して形成してもよい。

図７は、本実施形態に係る液晶表示パネル１（第１基板１１０、液晶層１６０、第２基板１１１、第１偏光板２１０、第２偏光板２２０を主に含んで構成される）の副画素１００の主要部の概略構成を示す断面図である。尚、図７は図８のＡ-Ａ’線に沿った断面構造を模式的に示す図である。また、図９は本実施形態に係る液晶表示パネル１の全体のレイアウトの一例を模式的に示すブロック図であり、図９に示すように，液晶表示パネル１は第２基板１１１の中央部を含む領域に表示領域５が設けられる。表示領域５の上側には，データ線（信号線）７に対して画像信号を出力するデータ駆動回路２、左側にはゲート線（走査線）８に対して走査信号を出力する走査駆動回路４が設置されている。これらの駆動回路２、４はＮチャネル型とＰチャネル型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor ）による相補型回路から構成されるシフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、アナログスイッチ回路などから構成される。液晶表示パネル１は従来のアクティブマトリクス駆動型の液晶表示パネルと同様、複数のゲート線８と、該ゲート線８の延在方向に対して交差する方向に延在させた複数のデータ線７が設けられており、ゲート線８とデータ線７とが交差するところにマトリクス状に副画素が配置される。

図７に示すとおり、本実施形態に係る液晶表示パネルは、絶縁性を有して平坦かつ透明で光学的に等方な透明体からなる第１基板１１０および第２基板１１１を有する。第１基板１１０および第２基板１１１としては、ガラスが一般的であり、上記要件を満たし、さらに耐熱性や耐久性を改良した高分子フィルムを用いることができる。

第１基板１１０には、カラーフィルター層やラビング配向膜（いずれも図７において不図示）が積層されている。第１基板１１０上には、カラーフィルター層が形成されて、当該第１基板１１０をカラーフィルター基板と呼ぶ。カラーフィルター層は個々の副画素が担当する色、例えば赤色、緑色、青色などの加法混色の３原色、あるいは、黄色、マゼンタ色、シアン色など減法混色の３原色、あるいは青緑色や黄緑色など、その副画素に所望の色を透過するものを用いる。ラビング配向膜としてはポリイミド系高分子、あるいはダイヤモンドライクカーボンなどを用いる。

第２基板１１１は、スイッチング素子１２０を備える。第２基板１１１上には、マトリクス状にＴＦＴが配置されて、当該第２基板１１１をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。スイッチング素子１２０はポリシリコンやアモルファスシリコンあるいは有機物からなる半導体層を備える薄膜トランジスタから構成される。ここでは１例として、ポリシリコンからなる薄膜トランジスタの場合を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。ポリシリコン薄膜トランジスタからなるスイッチング素子１２０は、ソース・ドレイン領域やチャネル領域となる半導体層１２１などを含むポリシリコン層の上にゲート絶縁層１２２、ゲート電極１２３、第１の層間絶縁層１２４、電極層１２５Ａ、電極層１２５Ｂ、第２の層間絶縁層１２６を有する。

ゲート絶縁層１２２、第１の層間絶縁層１２４は、例えばＳｉＯx（酸化シリコン）からなり、第２の層間絶縁層１２６は例えばＳｉＮx（窒化シリコン）からなる。電極層１２５Ａおよび電極層１２５Ｂとしては金属電極材料を用いればよく、例えばアルミニウム層の上下をチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）などでサンドイッチした三層積層構造の膜を用いることができるがこれに限定されるものではない。電極層１２５Ａおよび電極層１２５Ｂは第１の層間絶縁層１２４に形成した開口を通して、半導体層１２１のソース領域とドレイン領域とそれぞれ接続する。

尚、スイッチング素子１２０と第２基板１１１との間には第２基板１１１から半導体層１２１やゲート絶縁層１２２へのＮａやＫなどのイオンの混入をブロックするために下地膜１１３を設けると良い。下地膜１１３は第２基板１１１側から順に、ＳｉＮxなどからなる層とＳｉＯxなどからなる層とを積層した構造とする。

スイッチング素子１２０の上には絶縁層１２７が設けられる。この絶縁層１２７はスイッチング素子１２０や配線などによる段差を平坦化する機能を有する。段差を平坦化するには溶液状態で層形成可能な材料が望ましい。従って、絶縁層１２７としては有機系の材料、あるいは溶剤に分散させ塗布成膜を可能とした無機材料を用いることができる。また、絶縁層１２７はバックライトからの光を効率よく通過させるために可視光に対する吸収が小さい透明な材料が望ましい。従って、絶縁層１２７としては感光性のポリイミド系やアクリル系樹脂などの有機材料が望ましい。

絶縁層１２７の上層には共通電極１３０を形成する。共通電極１３０の上層には絶縁膜１４０を形成し、さらにその上に画素電極１５０を形成する。絶縁膜１４０を形成する場合、可視光に対して透明な絶縁材料が良く、ポリイミド系やアクリル系などの透明樹脂材料、あるいはＳｉＯx（酸化シリコン）やＳｉＮx（窒化シリコン）などの透明な無機材料が使用できる。画素電極１５０は透明な導電材料で構成することが望ましく、共通電極１３０と同様、例えばＩＴＯ（Indium tin oxide）が好適であり、ＩｎＺｎＯなどその他の透明な導電材料を使用することも出来る。また、画素電極１５０は絶縁膜１４０、共通電極１３０、絶縁層１２７、第２の層間絶縁層１２６を貫通する開口（スルーホール）１９５を介して、スイッチング素子１２０を構成する電極層１２５Ａと接続する。スルーホール１９５は直接、画素電極１５０と同じ導電材料で充填する、或いは、電極層１２５Ａと画素電極１５０を構成する電極材料の接触性を高めるために図示しない中間層を設けても良い。

尚、共通電極１３０はスルーホール１９５の部分に画素電極１５０と接触することがないような十分な大きさの開口を設け、絶縁層を介して完全に分離する。

図８は、本実施形態に係る液晶表示パネル１の副画素１００の主要部の概略構成を示す平面図である。画素電極１５０は、図８に例示するとおり、櫛歯状に形成する。また、図７に示すとおり、電極層１２５Ｂはデータ線７と接続し、ゲート電極１２３はゲート線８と接続するが、それぞれデータ線７を引き出して電極層１２５Ｂとし、ゲート線８を引き出してゲート電極１２３としても良い。

また、絶縁膜１４０及び画素電極１５０の上にはこれらを被覆する配向膜（図７において不図示）を形成する。配向膜は第１基板１１０に形成する配向膜と同様、ポリイミド系高分子、あるいはダイヤモンドライクカーボンなどを用いる。

第１基板１１０と第２基板１１１は配向膜形成面を向かい合わせ、図示しないスペーサーにより、一定の間隙を設けた状態で枠状のシール材で周囲を接着することで内部に空間を形成する。この空間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、封止することで液晶層１６０が設けられる。液晶層１６０は第１基板１１０と第２基板１１１上に形成された配向膜に施される配向処理により、その液晶分子長軸の配向方向が規定される。液晶層１６０の液晶配向方向は、２枚の透明基板（第１基板１１０，第２基板１１１）間で捩じれのない、いわゆるホモジニアス配向とする。

液晶層１６０の厚さｄは、液晶材料の屈折率異方性をΔｎとすると、リタデーションΔｎｄが１/２波長、つまり、波長５５０ｎｍの光に対してはΔｎｄが２７５ｎｍとなる厚さｄを選択すると良い。但し、実際の液晶表示パネル１では液晶分子は一様に配向変化しないため、より明るい表示を得るためには液晶層１６０のリタデーションΔｎｄは１/２波長よりも多少多め、例えば、波長５５０ｎｍの光に対しては２７５ｎｍ≦Δｎｄ≦４００ｎｍの範囲内から適切な厚さｄを選択するとよい。

図１０は第１偏光板２１０の直線偏光の吸収軸２１０Ａと、第２偏光板２２０の直線偏光の吸収軸２２０Ａと、液晶層１６０の液晶分子長軸の配向方向１６０Ａと、画素電極１５０の長手方向１５０Ａの関係の一例を示す説明図である。本実施形態では、液晶層１６０を挟んで互いに吸収軸が直交するように、第１偏光手段と第２偏光手段が配置されて、第１偏光手段は第１偏光板２１０によって構成され、第２偏光手段は第２偏光板２２０によって構成される。

本実施形態におけるＩＰＳ方式では、液晶層１６０の液晶分子長軸の配向方向（液層配向方向）１６０Ａは画素電極の長手方向１５０Ａに対し、角度αだけ傾ける。この角度αは±５度から±３０度の範囲内に設定され、配向の安定性や表示の明るさを考慮すると角度αは±７度から１５度とすることが望ましい。また、第１偏光板２１０の吸収軸２１０Ａと第２偏光板２２０の吸収軸２２０Ａは互いに直交し、液晶層１６０の液晶分子長軸の配向方向（液層配向方向）１６０Ａは第１偏光板の吸収軸２１０Ａと平行または直交となるようにする。

ここでは図１０で示す通り、画素電極１５０の長手方向１５０Ａはデータ線７が伸びる方向（延在方向）と平行とし、第１偏光板２１０の吸収軸２１０Ａと液晶配向方向１６０Ａはともに画素電極１５０の長手方向１５０Ａに対して角度α（例えば１５度）だけ傾ける。また、第２偏光板２２０の吸収軸２２０Ａはともに第１偏光板２１０の吸収軸２１０Ａ及び液晶配向方向１６０Ａに対し直交させる。

図１１は本実施形態に係る液晶表示パネル１の表示領域２に構成されたアクティブマトリクスの等価回路図である。液晶表示パネル１は従来のアクティブマトリクス駆動型の液晶表示パネルと同様に、複数のゲート線８と、該ゲート線８の延在方向に対して交差する方向に延在させた複数のデータ線７が設けられており、図１１に示すようにｍ本のゲート線Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｍとｎ本のデータ線Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎとの交差するところにマトリクス状に副画素１００が配置される。また、共通電極は少なくともゲート線と同じ方向に延在するように形成すればよく、図１１では便宜上、ｍ本の共通電極ＣＴ１，ＣＴ２, ・・・，ＣＴｍと表記している。あるいはゲート線８と同じ方向に延在する共通電位配線をｍ本設けて、各副画素に形成する共通電極を接続するようにしても良い。あるいは、共通電極はスルーホールなど不要な部分を除いて表示領域を全域を覆うように形成しても良い。いずれにしても共通電極は所定の電位に制御できるように接続する。

各副画素は等価回路図では画素電極と共通電極とこれら電極に挟まれた絶縁膜１４０により形成される容量素子（蓄積容量）Ｃｓｔと、液晶層により形成される容量素子Ｃｌｃと、スイッチング素子１２０を有する。

副画素の駆動は１行目のゲート線Ｇ１からターンオン電圧を順次供給し、１フレーム期間内にｍ行のゲート線に対して順次この電圧（走査信号）を供給する。走査信号によってスイッチング素子１２０がオン状態になると、データ線７から画像信号に応じた電圧がスイッチング素子１２０を介して画素電極に供給される。つまり、あるゲート線８にターンオン電圧が供給されている間はそのデータ線７に接続されたスイッチング素子１２０は全てオン状態となり、それに同期してｎ列のデータ線Ｄｎにデータ電圧が供給される。すなわち、液晶表示パネル１の駆動方法は従来のアクティブマトリクス駆動型のＩＰＳ方式の液晶表示装置と同じであるので詳細な説明は省略する。

図１２は、本実施形態に係る液晶表示装置の主要部の構成を示す概略断面図である。この液晶表示装置は液晶表示パネル１と、その背面に配置するバックライト３とから構成される。

液晶表示パネル１は上記説明の通り、第１基板１１０と第２基板１１１を有する。

一般に第２基板１１１は第１基板１１０よりも大きな基板とし、第２基板１１１の第１基板１１０側の面上であって、第１基板１１０に覆われない領域に画像信号などの映像情報を電気的信号として外部と接続する領域を有する。つまり、液晶表示パネル１は第２基板１１１上であって、第１基板１１０が重なっていない領域にフレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ）５０を備え、このＦＰＣ５０を介して外部と電気的に接続する。また、この領域には必要に応じてドライバとして機能する半導体チップ（不図示）を実装してもよい。

バックライト３は液晶表示パネル１の表示領域をその背面側から照明するものである。バックライト３としてはエッジライト方式（導光体方式）、直下方式（反射板方式）、面状光源方式などがある。バックライト３はこれらの方式やその他の方式の中から用途や目的、表示領域の大きさに合わせて最適な方式を選べばよい。ここでは、エッジライト方式のバックライトについて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

バックライト３は、裏面に白色顔料によるドット印刷、或いは微細な凹凸形状やレンズ形状等の光の進行方向を変える手段を形成した透明な樹脂からなる導光体６０と、導光体６０の端面に配置した光源６１と、導光体６０の裏面側に配置した反射シート６２と、導光体６０の表面側に配置したプリズムシートや、拡散シートなどの光学フィルム類６３とを有する。

光源６１としては冷陰極管や熱陰極管などの線状光源や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点状光源を使用することができる。ここでは以下、光源６１としてＬＥＤを使用する場合を説明するが本発明はこれに限定されるものではない。光源６１としてＬＥＤを用いる場合は、光源からの光を導光体６０に効率よく入射させるため、図示しない反射体を設けたり、ＬＥＤの発光部の周囲に形成するモールド樹脂の形状を工夫すると良い。

この構成において、光源６１から出射し、導光体６０に入射する光は全反射しながら導光体６０内を伝播する。導光体６０内を伝播する光のうち導光体裏面に施された、光の進行方向を変える手段に至った光は、その進行方向が変わり、導光体６０の表面側から出射する。導光体６０から出射する光は、プリズムシートや拡散シートなどの光学フィルム類６３により出射角度の分布や、面内での輝度分布が調整された後、液晶表示パネル１に照射される。

バックライト３から出射し、液晶表示パネル１に照射される光は第２偏光板２２０を通過した後、液晶層１６０を通過して第１偏光板２１０に入射する。この際、映像情報発生部（不図示）から伝えられる映像情報に対応した駆動電圧を画素電極に印加し、画素電極と共通電極との間に電位差を生じさせ電界を形成することで液晶分子の配向方向を変えることが出来る。この作用により液晶層１６０を通過する光の偏光状態を変化させて、第１偏光板２１０を透過する光の量が制御され、観察者２０に透過光が到達する。

例えば、駆動電圧が０Ｖ、つまり、画素電極１５０と共通電極１３０とに電位差がなく電界が形成されない場合、液晶分子の配向方向は変わらないので液晶層１６０を通過する光の偏光状態は維持される。このため、液晶層１６０を通過する光は第１偏光板２１０で吸収されて黒（暗）表示となる。一方、所定の駆動電圧を画素電極１５０に印加し、共通電極１３０との間に所定の電界を形成すると、液晶の配向方向が変わり、液晶層１６０を通過する光の偏光状態は変化する。このため、液晶層１６０を通過する光はその偏光状態の変化に応じて第１の多層型偏光層２１を透過して所定の明るさの表示となる。つまり、駆動電圧が零の場合に黒（暗）表示となり、所定の駆動電圧が印加されると明表示となる、所謂、ノーマリーブラック型となる。

［実施形態２］
以下、実施形態２に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。上記の実施形態１では、互いに直交する偏光方向の光を透過させる第１偏光手段及び第２偏光手段が、液晶層１６０を挟む様にして配置されており、第１基板１１０の観察者側に第１偏光板２１０が第１偏光手段として、第２基板１１１のバックライト側に第２偏光板２２０が第２偏光手段として配置されている。一方、実施形態２では、第１偏光手段として、カラーフィルター基板である第１基板１１０と液晶層１６０との間に多層型偏光層が配置されている点で第１実施形態と異なっている。この点以外については、実施形態１と略同様となっており説明を省略する。

実施形態２における、第１基板１１０に配置された第１偏光板２１０について、図１３、図１４を用いて説明する。図１３は、実施形態２に係る液晶表示パネルの概略断面図を示す。また、図１４は、実施形態２に係る第１基板（カラーフィルタ基板）１１０の概略平面図を示す。実施形態２では、第１基板１１０の一絵素は、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色構成とする。図１３に示すように、第１基板１１０上には、フォトリソグラフィ法により、塗布、プリベーク、露光、現像、リンス、ポストベークの工程を経て、ブラックマトリクス１９０が形成される。実施形態２では、ブラックマトリクス１９０の膜厚を１．５μmとしたが、膜厚は光学濃度が概ね３以上になるように、用いるブラックレジストに合わせて設定すればよい。次に、各色カラーレジストを用いて、フォトリソグラフィ法に従い、塗布、現像、リンス、ポストベークの工程を経てカラーフィルター層１８０を形成する。実施形態２では、Ｂが３．０μｍ、Ｇが２．８μｍ、Ｒが２．７μｍとしたが、膜厚は所望の色純度、もしくは液晶層厚に対して適宜合わせればよい。さらに次に、表面の平坦化及びカラーフィルター１８０の保護を目的として、カラーフィルター層１８０上にオーバーコート膜１７０を形成する。露光には、高圧水銀ランプのI線により２００ｍＪ／ｃｍ２の光量を照射し、２００℃、３０分加熱することでオーバーコート膜１７０を形成する。

そして、オーバーコート膜１７０の上側（図１３において図中下側）に、このオーバーコート膜１７０を基材として多層型偏光層２１０が形成されることにより、液晶層１６０とカラーフィルター層１８０との間に第１偏光手段が設けられることとなる。この多層型偏光層２１０は、実施形態１における第１偏光板２１０に相当するものであり、第２偏光板２２０と透過軸が直行して設けられる。これにより、第２偏光板２２０と多層型偏光層２１０とが対になって、バックライト３から液晶層１６０を経て観察者側に透過する透過光を制御する役割を果たす。実施形態２における多層型偏光層２１０には、リオトロピック液晶染料により、高い配向性が得られる膜厚約２７０ｎｍで二層積層されたものを用いられるが、所望のコントラスト比及び透過率が得られる膜厚で二層以上積層したものを用いても良いし、他の材料を用いて多層型偏光層２１０を形成してもよい。多層型偏光層２１０を形成する際には、一層目の偏光層を積層した後、当該一層目の偏光層に不溶化処理を施す。この処理を施すことで、偏光層を積層することによる下層の色素の配向乱れを抑制することができる。更に、一層目の偏光層を積層・不溶化した後には、二層目の偏光層が積層されて不溶化処理が施され、２層目の上側に保護層２３０が積層される際に発生しうる配向乱れが抑制される。

また、実施形態２では、多層型偏光層２１０を形成した上側には、保護層２３０が形成されるが、この保護層２３０は必要に応じて形成されるようにすればよい。保護層２３０としては、バックライトからの光を効率よく通過させるために可視光に対する吸収が小さい透明な材料が望ましい。従って、保護層２３０としては感光性のポリイミド系やアクリル系樹脂などの有機材料が望ましい。また、保護層２３０上には、液晶層１６０をラビングするための配向膜（図１３において不図示）が形成される。このラビング用の配向膜は、第２基板１１１に形成する配向膜と同様、ポリイミド系高分子、あるいはダイヤモンドライクカーボンなどを用いる。

次に、第１基板１１０と第２基板１１１は、配向膜形成面を互いに向かい合わせ、図示しないスペーサーにより一定の間隔を設けた状態で枠状のシール材で周囲を接着することで内部に空間を形成する。この空間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、封止することで液晶層１６０が設けられる。

実施形態２のように、多層型偏光層を液晶層１６０とカラーフィルター層１８０との間に第１偏光手段を内蔵することで、実施形態１と同様に、平行透過率の低下を抑制しつつ高いコントラスト比を実現することができる。そしてさらに、カラーフィルター層１８０には偏光を解消する消偏性があるため、実施形態２のように、カラーフィルター層１８０が形成された第１基板１１０よりも液晶層１６０側に多層型偏光層２１０を配置することで、液晶層１６０を透過して観察者に提供される透過光の、カラーフィルター層１８０による偏光解消の影響を低減することができ、さらにコントラスト比や透過率を向上することができる。

なお、実施形態２では、第２偏光板２２０は、実施形態１と同様に多層偏光層を有する第２偏光手段として形成されるが、ヨウ素を延伸することにより形成した偏光板で形成されていてもよい。

なお、実施形態２では、第１基板１１０のオーバーコート膜１７０を基材として、第１基板１１０に多層型偏光層を形成している。実施形態２においては、このオーバーコート膜１７０には配向規制力を付与されないが、付与するようにしてもよい。

［実施形態３］
次に、実施形態３にかかる液晶表示装置について図面を参照して説明する。上記の実施形態１及び２では、第１偏光手段として多層型偏光層を有する第１偏光板２１０、又は第１偏光板２１０に相当する多層型偏光層２１０が設けられていたが、実施形態３では、第１基板１１０の観察者側に配置された第１偏光板２１０と、第１基板１１０との間にさらに第１補助偏光層１３Ａ及び配向膜１４Ａが設けられる点で異なっている。すなわち、実施形態３においては、第１偏光板２１０と第１補助偏光層１３Ａと配向膜１４Ａとを含んで第１偏光手段が構成されている。なお、実施形態３における第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０は、ヨウ素が延伸されることにより形成されているが、リオトロピック液晶染料等の色素が塗布されることにより偏光層が多層に積層された多層偏光層を有して構成されても良い。

図１５は、実施形態３に係る液晶表示装置の概略断面図を示す。また、図１６は、実施形態３に係る液晶表示装置の第１偏光板２１０と第２偏光板２２０、さらに第１補助偏光層１３Ａの吸収軸の説明図を示す。図１５に示すように、第１基板１１０の観察者側の面には、配向膜１４Ａ及び第１補助偏光層１３Ａが形成される。配向膜１４Ａは第１基板１１０に形成されて、配向処理が施された配向膜１４Ａ上には第１補助偏光層１３Ａが形成される。配向膜１４Ａは、第１基板１１０に形成される液晶層１６０のラビング用の配向膜（不図示）と同様に、ポリイミド系高分子、あるいはダイヤモンドライクカーボンなどを用いて形成されてよいし、また、配向膜１４Ａは、光照射により配向機能が付与される材料で形成されてもよい。

また、図１６に示すように第１補助偏光層１３Ａは、その吸収軸と第２の偏光板２２０の吸収軸がほぼ直交の関係になるように形成する。また、実施形態３における第１補助偏光層１３Ａは、リオトロピック液晶染料によって形成され、第１補助偏光層１３Ａに不溶化処理を施すことで第１補助偏光層１３Ａの色素が安定化する。さらに、第１偏光板２１０は、第１補助偏光層１３Ａに直接貼付けられる。第１偏光板２１０と第１補助偏光層１３Ａの吸収軸は、互いに略平行の関係となる。

ここで、実施形態３における第１補助偏光層１３Ａを設ける理由を述べる。一対の偏光板を有する液晶表示装置を、斜め方向からを観察すると、第１の偏光板２１０の吸収軸と第２の偏光板２２０の透過軸がずれる。この軸ずれによって、光漏れが発生し、正面から見た場合よりも斜め方向のコントラスト比が低下する。これに対して、第１の偏光板２１０と第２の偏光板２２０の間に第１補助偏光層１３Ａを設けることが有効である。この際、第１補助偏光層１３ＡはＥ型偏光板であることが望ましい。第１補助偏光層１３Ａを設けることによって、斜め方向から観察した際の、第２の偏光板２２０の透過軸と第１補助偏光層１３Ａの吸収軸を一致させることができる。すなわち、斜め方向の光漏れを抑制できるため、視野角特性が改善される。この点に関しては、実施形態４においても同様である。

配向膜１４Ａは液晶層１６０と偏光層１３Ａとの間に形成することが望ましい。また、実施形態３における配向膜１４Ａは、第１基板１１０と第１補助偏光層１３Ａとの間に配置される。ここで、図１７は、配向規制力を有する配向膜上に塗布された偏光層における色素分子の配向モデルを示す図である。図１７に示すように、第１補助偏光層１３Ａは配向膜１４Ａの上側に形成されており、配向膜１４Ａから膜厚方向に離れるにつれて偏光層の色素分子の配向性が乱れることとなる。実施形態３の構成のように、第１基板１１０と第１補助偏光層１３Ａとの間に配向膜１４Ａを配置すると、液晶層１６０から出射した偏光は配向膜１４Ａ側から第１補助偏光層１３Ａに入射し、第１補助偏光層１３Ａを膜厚方向に通過する。この際、第１補助偏光層１３Ａの色素の配向乱れに起因して、第１補助偏光層１３Ａを出射する際に偏光が崩れることとなる。全方向に散乱される光のうち、偏光板２１０の吸収軸方向に散乱した光は偏光板２１０の吸収軸で吸収されるため、ほぼ直線偏光となる。すなわち、第１基板１１０と第１補助偏光層１３Ａとの間に配向膜１４Ａを配置することで、第１補助偏光層１３Ａの色素の配向乱れによる光の散乱を抑制することができる。したがって、第１補助偏光層１３Ａを設けることによって、液晶表示装置の斜め方向から観察した場合のコントラスト比の低下を抑制しつつ、正面コントラスト比の低下も抑制できる。

上記の実施形態３に係る液晶表示装置に対して、第１基板１１０に対して第１偏光板２１０の側に第１補助偏光層１３Ａを設けるとともに、第１偏光板２１０と第１補助偏光層１３Ａとの間に配向膜１４Ａを設けて、この点以外の他の部分の構成を実施形態３と略同様にした液晶表示装置を比較例１として作成した。すなわち、比較例１と実施形態３とでは、配向膜１４Ａの位置と第１補助偏光層１３Ａの位置を逆転させている。比較例１及び実施形態３の液晶表示装置の直交透過率を測定すると、相対的な直交透過率は、比較例１において１．０であるのに対し、実施形態３において０．５であった。このため、実施形態３は、光の散乱を抑制し、正面コントラスト比の低下を抑制できる構造であることを確認した。これにより実施形態３の液晶表示装置は、比較例１の液晶表示装置よりも光の散乱が抑制されて、正面コントラスト比の低下が抑制される。

［実施形態４］
上記の実施形態３では、第１補助偏光層１３Ａ及び配向膜１４Ａが液晶層１６０の観察者側に形成されていたが、実施形態４では、第２補助偏光層１３Ｂ及び配向膜１４Ｂがバックライト側に配置される点で異なっている。すなわち、実施形態４では、第２偏光板２２０と第２補助偏光層１３Ｂと配向膜１４Ｂを含んで第２偏光手段が構成されている。なお、実施形態４における第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０は、ヨウ素が延伸されることにより形成されているが、リオトロピック液晶染料等の色素が塗布されることにより偏光層が多層に積層された多層型偏光層を有して構成されても良い。実施形態４は、上記の点以外については実施形態３と略同様であり、この同様となる点については説明を省略する。

図１８は、実施形態４に係る液晶表示パネルの概略断面図を示す。また図１９は、実施形態４に係る液晶表示装置の第１偏光板２１０と第２偏光板２２０、さらに第２補助偏光層１３Ｂの吸収軸の説明図を示す。図１８に示すように、第２基板１１１のバックライト３側に配向膜１４Ｂ及び第２補助偏光層１３Ｂが形成される。配向膜１４Ｂは、第２基板１１１に形成されて、配向処理が施された配向膜１４Ｂ上には第２補助偏光層１３Ｂが形成される。配向膜１４Ｂは、第２基板１１１に形成される液晶層１６０のラビング用の配向膜（不図示）と同様に、ポリイミド系高分子、あるいはダイヤモンドライクカーボンなどを用いて形成されてよいし、また、配向膜１４Ａは、光照射により配向機能が付与される材料で形成されてもよい。

また、図１９に示すように第２補助偏光層１３Ｂは、その吸収軸と第１偏光板２１０の吸収軸がほぼ直交の関係になるように形成する。また、実施形態４における第２補助偏光層１３Ｂは、リオトロピック液晶染料によって形成され、第２補助偏光層１３Ｂに不溶化処理を施すことで第２補助偏光層１３Ｂの色素が安定化する。さらに、第２偏光板２２０は、第２補助偏光層１３Ｂに直接貼付けられる。第２偏光板２２０と第２補助偏光層１３Ｂの吸収軸は、互いに略平行の関係となる。

また、実施形態４における配向膜１４Ｂは、第２基板１１１と第２補助偏光層１３Ｂとの間に配置される。実施形態４では、第２基板１１１と第２補助偏光層１３Ｂとの間に配向膜１４Ｂを配置すると、バックライト３から出射した光は、第２偏光板２２０によってほぼ直線偏光となり、第２補助偏光層１３Ｂを通過する。この際、第２補助偏光層１３Ｂに入射した偏光は配向膜１４Ｂから膜厚方向に離れた部分で偏光が崩れる。全方向に散乱した光のうち、第２補助偏光層１３Ｂの吸収軸方向の光は、第２補助偏光層１３Ｂによって吸収されるため、第２補助偏光層１３Ｂを出射する光はほぼ直線偏光となる。すなわち、第２補助偏光層１３Ｂの色素の配向乱れによる光の散乱を抑制することができる。したがって、第２補助偏光層１３Ｂを設けることによって、液晶表示装置を斜め方向から観察した場合のコントラスト比の低下を抑制しつつ、正面コントラスト比の低下も抑制できる。

上記の実施形態４に係る液晶表示装置に対して、第２基板１１１に対して第２偏光板２２０の側に第２補助偏光層１３Ｂを設けるとともに、第２偏光板２２０と第２補助偏光層１３Ｂとの間に配向膜１４Ａを設けて、この点以外の他の部分の構成を実施形態４と略同様にした液晶表示装置を比較例２として作成した。すなわち、比較例２と実施形態４とでは、配向膜１４Ｂの位置と第２補助偏光層１３Ｂの位置を逆転させている。比較例２及び実施形態４の液晶表示装置の直交透過率を測定すると、相対的な直交透過率は、比較例２において１．０であるのに対し、実施形態４において０．５であった。このため、実施形態４は、光の散乱を抑制し、正面コントラスト比の低下を抑制できる構造であることを確認した。これにより実施形態４の液晶表示装置は、比較例２の液晶表示装置よりも光の散乱が抑制されて、正面コントラスト比の低下が抑制される。

［実施形態５］
次に、実施形態５にかかる液晶表示装置について図面を参照して説明する。上記の実施形態３では、第１基板１１０の観察者側に配置された第１偏光板２１０と、第１基板１１０との間にさらに第１補助偏光層１３Ａ及び配向膜１４Ａが設けられるが、実施形態５では、第１基板１１０の観察者側に配置された第１偏光板２１０と、第１偏光板２１０のさらに観察者側に第１補助偏光層１３Ｃが配置される点で、実施形態３と異なっている。すなわち、実施形態５においては、第１偏光板２１０と第１補助偏光層１３Ｃとを含んで第１偏光手段が構成されている。なお、実施形態５における第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０は、ヨウ素が延伸されることにより形成されているが、リオトロピック液晶染料等の色素が塗布されることにより偏光層が多層に積層された多層偏光層を有して構成されても良い。実施形態５は、上記の点以外については実施形態３と略同様であり、この同様となる点については説明を省略する。

図２０は、実施形態５に係る液晶表示装置の概略断面図を示す。図２１は、実施形態５に係る液晶表示装置の第１偏光板２１０と第２偏光板２２０、さらに第１補助偏光層１３Ｃの吸収軸の説明図を示す。図２０に示すように、第１補助偏光層１３Ｃが、液晶セル１５の観察者側の第１偏光板２１０表面に配置される。第１補助偏光層１３Ｃは偏光板２１０に直接形成される。第１補助偏光層１３Ｃの表面には、必要に応じて保護層が形成されてよい。この保護層には、バックライトからの光を効率よく通過させるために可視光に対する吸収が小さい透明な材料が望ましい。従って、保護層としては感光性のポリイミド系やアクリル系樹脂などの有機材料が望ましい。

また、図２１に示す通り、第１偏光板２１０と第２偏光板２２０の吸収軸はほぼ直交の関係になるように配置する。さらに、第１補助偏光層１３Ｃの吸収軸は第１偏光板２１０の吸収軸とほぼ平行の関係になるように形成する。第１補助偏光層１３Ｃは、配向膜上に形成されていないため、色素分子がせん断応力によって配列されるので膜厚方向に一様な配向となる。このため、第１偏光板２１０から出射した直線偏光は、第１補助偏光層１３Ｃに入射することで、膜厚方向に一様に生じている配向乱れに起因して崩れることとなる。しかし、第１補助偏光層１３Ｃの配向乱れにより偏光が崩れたとしても、観察者３０に提供する表示画像への影響は少ない。このため、第１補助偏光層１３Ｃを第１偏光板２１０表面に形成することで、光の散乱の影響がなく、正面における高コントラスト化を実現できる。

［実施形態６］
次に、実施形態６にかかる液晶表示装置について図面を参照して説明する。上記の実施形態４では、第２基板１１１のバックライト３側に配置された第２偏光板２２０と、第２基板１１１との間にさらに第２補助偏光層１３Ｂ及び配向膜１４Ｂが設けられる。一方、実施形態６では、第２基板１１１のバックライト３側に配置された第２偏光板２２０と、第２偏光板２２０のさらにバックライト３側に第２補助偏光層１３Ｄが配置される点で、実施形態４と異なっている。すなわち、実施形態６においては、第２偏光板２２０と第２補助偏光層１３Ｄとを含んで第２偏光手段が構成されており、第２補助偏光層１３Ｄは多層型偏光層を有している。なお、実施形態６における第１偏光板２１０及び第２偏光板２２０は、ヨウ素が延伸されることにより形成されているが、リオトロピック液晶染料等の色素が塗布されることにより偏光層が多層に積層された多層偏光層を有して構成されても良い。実施形態６は、上記の点以外については実施形態４と略同様であり、この同様となる点については説明を省略する。

図２２は実施形態６に係る液晶表示装置の概略断面図を示す。図２３は、実施形態６に係る液晶表示装置の第１偏光板２１０と第２偏光板２２０、さらに第２補助偏光層１３Ｄの吸収軸の説明図を示す。図２２に示すように、第２補助偏光層１３Ｄが、液晶セル１５におけるバックライト３側の第２偏光板２２０表面に配置される。第２補助偏光層１３Ｄは第２偏光板２２０に直接形成される。第２補助偏光層１３Ｄの表面には、必要に応じて保護層が形成されてよい。この保護層には、バックライト３からの光を効率よく通過させるために可視光に対する吸収が小さい透明な材料が望ましい。従って、保護層としては感光性のポリイミド系やアクリル系樹脂などの有機材料が望ましい。

また、図２３に示す通り、第１偏光板２１０と第２偏光板２２０の吸収軸はほぼ直交の関係になるように配置する。さらに、第２補助偏光層１３Ｄの吸収軸は第２偏光板２２０の吸収軸とほぼ平行の関係になるように形成する。第２補助偏光層１３Ｄにおける多層偏光層は、配向膜上に形成されていないため、多層偏光層における各偏光層は、色素分子がせん断応力によって配列されるので膜厚方向に一様な配向となる。そして、バックライト３から出射した光は、第２補助偏光層１３Ｄの吸収軸によりほぼ直線偏光となるが、第２補助偏光層１３Ｄの色素の配向乱れに起因して光が全方向に散乱することとなる。この全方向に散乱された光は、第２の偏光板２２０によりさらに偏光度が高められた直線偏光となる。このため、観察者３０に提供される表示画像において、第２補助偏光層１３Ｄによる光の散乱の影響は少なくすることができる。第２補助偏光層１３Ｄを液晶セル１５のバックライト３側の第２の偏光板２２０表面に形成することで、光の散乱の影響がなく、正面における高コントラスト比を実現できる。

１ 液晶表示パネル、２ データ駆動回路、３ バックライト、４ 走査駆動図、５ 表示領域、７ データ線、１３Ａ，１３Ｃ 第１補助偏光層、１３Ｂ，１３Ｄ 第２補助偏光層、１４Ａ，１４Ｂ 配向膜、１５ 液晶セル、２０ 観察者、２１ 第１の多層型偏光層、２１Ａ 第１の多層型偏光層の吸収軸、２２ 第２の多層型偏光層、２２Ａ 第２の多層型偏光層の吸収軸、３０ 観察者、５０ フレキシブルプリント回路板、６０ 導光体、６１ 光源、６２ 反射シート、６３ 光学フィルム類、１００ 副画素、１１０ 第１基板（カラーフィルター基板）、１１１ 第２基板（アクティブマトリクス基板）、１１３ 下地膜、１２０ スイッチング素子、１２１ 半導体層、１２２ ゲート絶縁層、１２３ ゲート電極、１２４ 第１の層間絶縁層、１２５Ａ 電極層、１２５Ｂ 電極層、１２６ 第２の層間絶縁層、１２７ 絶縁層、１３０ 共通電極、１４０ 絶縁膜、１５０ 画素電極、１５０Ａ 画素電極の長手方向、１６０ 液晶層、１６０Ａ 液晶分子長軸の配向方向、１７０ オーバーコート膜、１８０ カラーフィルター層、１９０ ブラックマトリクス、１９５ スルーホール、２１０ 第１偏光板（実施形態２では、多層偏光層）、２２０ 第２偏光板、２３０ 保護層。

Claims (15)

1. 基材と、該基材の上側に透過軸が揃えられて積層された複数の偏光層によって形成される多層偏光層と、を有する偏光素子であって、
   前記偏光層のうちの少なくとも１層は、色素分子が塗布されて剪断応力によって所定の方向に配列された第１偏光層であって、
   前記第１偏光層は、所定の膜厚で形成される、
   ことを特徴とする偏光素子。
2. 請求項１に記載の偏光素子であって、
   前記基材は、配向規制力を有し、
   前記多層偏光層は、前記基材上に塗布されて配向規制力により前記所定の方向に配列された第２偏光層を含み、
   前記第２偏光層は、前記基材から上側に離れるにしたがって色素分子の配向が乱れるように積層され、
   前記第１偏光層は、前記第２偏光層の上側に積層されて、該第１偏光層と該第２偏光層とでは色素分子の配向乱れが異なる、
   ことを特徴とする偏光素子。
3. 請求項１又は２に記載の偏光素子であって、
   前記多層偏光層における前記偏光層のそれぞれは、３００ｎｍ以下の膜厚で積層される、
   ことを特徴とする偏光素子。
4. 請求項３に記載の偏光素子であって、
   前記多層偏光層における前記偏光層のそれぞれは、１００ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の膜厚で積層される、
   ことを特徴とする偏光素子。
5. 請求項３に記載の偏光素子であって、
   前記第１偏光層における前記色素分子は、リオトロピック液晶染料であって、
   前記第１偏光層は、２７０ｎｍ±２０ｎｍの範囲内の膜厚で形成される、
   ことを特徴とする偏光素子。
6. 色素分子を塗布して偏光層を積層する偏光層積層工程と、
   前記偏光層積層工程で積層した前記偏光層に不溶化処理を施す不溶化工程と、を含み、
   前記偏光層積層工程と前記不溶化工程とを複数回繰り返すことにより、複数の偏光層が積層された多層偏光層を有する偏光素子を製造するようにしたことを特徴とする偏光素子の製造方法。
7. 観察者側に位置する第１基板とバックライト側に位置する第２基板とによって液晶層が封止された液晶セルと、
   前記液晶層に対して前記観察者側に配置されて、所定の偏光方向の光を透過する第１偏光手段と、
   前記液晶層に対して前記バックライト側に配置されて、前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の光を透過する第２偏光手段と、を有する液晶表示装置であって、
   前記第１偏光手段又は前記第２偏光手段の少なくとも一方は、
   透過軸が揃えられて積層された複数の偏光層によって形成される多層偏光層を有し、
   前記多層偏光層における少なくとも１層は、色素分子が塗布されてせん断応力によって配列される偏光層であって、所定の膜厚を有して形成される、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項７に記載の液晶表示装置であって、
   前記第１偏光手段は、前記第１基板の観察者側に設けられる第１偏光板を有し、
   前記第２偏光手段は、前記第２基板のバックライト側に設けられる第２偏光板を有し、
   前記第１偏光板又は前記第２偏光板は、前記多層偏光層を含んで形成される、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項７に記載の液晶表示装置であって、
   前記第１偏光手段は、前記第１基板の観察者側に設けられる第１偏光板と、該第１偏光板と平行な吸収軸を有して設けられる第１補助偏光層とを有し、
   前記第１補助偏光層は、前記多層偏光層を含んで形成される、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項７に記載の液晶表示装置であって、
    前記第２偏光手段は、前記第２基板のバックライト側に設けられる第２偏光板と、該第２偏光板と平行な吸収軸を有して設けられる第２補助偏光層とを有し、
    前記第２補助偏光層は、前記多層偏光層を含んで形成される、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項７に記載の液晶表示装置であって、
    前記第１基板は、カラーフィルター層を有し、
    前記第１偏光手段は、前記多層偏光層を含んで構成されて、前記カラーフィルタ層と前記液晶層との間に設けられる、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項９に記載の液晶表示装置であって、
    前記第１補助偏光層は、前記第１偏光板と前記第１基板との間に配置されて、
    前記第１補助偏光層と前記第１基板の間には、配向膜が配置される、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項１０に記載の液晶表示装置であって、
    前記第２補助偏光層は、前記第２偏光板と前記第２基板との間に配置されて
    前記第２補助偏光層と前記第２基板の間には、配向膜が配置される、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
14. 請求項９に記載の液晶表示装置であって、
    前記第１補助偏光層は、前記第１偏光板の前記観察者側に、該第１偏光板に接して配置される、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
15. 請求項１０に記載の液晶表示装置であって、
    前記第２補助偏光層は、前記第２偏光板の前記バックライト側に、該第２偏光板に接して配置される、
    ことを特徴とする液晶表示装置。

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