JP2012027107A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト比を高めることができる表示装置を提供すること。
【解決手段】リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料に剪断応力かけることによって該色素の分子を配向させて形成された偏光層ＰＬを有する表示装置１において、前記偏光層ＰＬの下地を形成する下地膜ＵＬを有し、前記色素の分子は、スルホ基を有し、前記下地膜ＵＬは、塩基性の表面官能基を有する材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料に剪断応力をかけて、色素分子を配向させた偏光層を有する表示装置に関する。

従来、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料に剪断応力をかけて、色素分子を配向させた偏光層を有する偏光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、リオトロピック液晶性とは溶媒に溶かした溶液状態で液晶とよく似た性質を示すことである。リオトロピック液晶性を有する色素は、例えば、溶媒として好適に用いられる水に対して可溶である。また、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料は、溶液状態で下地に塗布する際に剪断応力をかけられることによって色素分子を一方向に配向され、下地に塗布された後に乾燥されて偏光層として完成される。このようなリオトロピック液晶性を有する色素を含む材料は、溶液状態で下地に塗布する際に大きい剪断応力をかけるほど色素分子の配向性が向上する。

特許文献１に記載された偏光素子は、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料を溶液状態で下地となる基板上に塗布する際に、該材料に対して剪断応力をかけている。この偏光素子は、色素分子の配向性を向上させるため、前記材料を乾燥させる際、溶媒の蒸発速度を制御するようにしている。このようにして得られた偏光素子は、高い光学的特性を得ることができるため、例えば、表示装置に適用される。

特開２００７−２４０９０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の偏光素子を適用した表示装置では、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料を基板上に塗布する際に、該材料に対して大きい剪断応力をかけると、該材料が基板と離れてしまうため、該材料に対して大きい剪断応力をかけることが難しく、結果的にコントラスト比を高めることが難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コントラスト比を高めることができる表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる表示装置は、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料に剪断応力かけることによって該色素の分子を配向させて形成された偏光層を有する表示装置において、前記偏光層の下地を形成する下地膜を有し、前記下地膜は、塩基性の表面官能基を有する材料からなることを特徴とする。

本発明の請求項２にかかる表示装置は、上記の発明において、前記偏光層の色素材料がリオトロピック液晶であり、色素分子には少なくとも一つ以上の酸性基である官能基を有することを特徴とする。前記色素は、アントラキノン系色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素、ナフタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、インダンスレン系色素、アクリジン系色素、ペリレン系色素、ピラゾロン系色素、アクリドン系色素、ピランスロン系色素、およびイソビオラントロン系色素の色素群の少なくとも一つから選択されることを特徴とする。

また、本発明の請求項３にかかる表示装置は、上記の発明において、前記塩基性の表面官能基を有する材料が、シランカップリング剤であることを特徴とする。

本発明にかかる表示装置は、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料に剪断応力かけることによって該色素の分子を配向させて形成された偏光層を有する表示装置において、前記偏光層の下地を形成する下地膜を有し、前記色素の分子は少なくとも一つ以上の酸性基を有し、前記下地膜は、塩基性の表面官能基を有する材料からなるので、前記色素の分子が有する酸性基と、前記下地膜の表面官能基である塩基性基との間に酸−塩基相互作用が生じて、前記下地膜の表面と前記リオトロピック液晶性を有する色素の分子との固定化される力が強くなる。このため、前記材料に対して大きい剪断応力をかけることができるので前記偏光層の色素配向性が向上し、結果的にコントラスト比を高めることができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を模式的に示した図である。 図２は、シランカップリング剤Ａを用いた下地膜の形成条件を示す条件表である。 図３は、偏光層の形成条件を示す条件表である。 図４は、図１に示した塗布型偏光板および従来の塗布型偏光板の全光線透過率とコントラスト比との関係を示す図である。 図５は、従来の塗布型偏光板の構成を模式的に示した図である。 図６は、シランカップリング剤Ｂを用いた下地膜を有する塗布型偏光板の構成を模式的に示した図である。 図７は、図１に示した塗布型偏光板、および図５に示した塗布型偏光板の全光線透過率とコントラスト比との関係を示す図である。 図８は、全光線透過率４０％の場合のコントラスト比の比較を示した表である。 図９は、本発明の実施の形態の変形例であるＯＬＥＤ表示装置の一部断面を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる表示装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置１の構成を示した模式図である。液晶表示装置１は、アクティブマトリックス駆動方式の液晶表示装置であり、図１に示すように、液晶表示パネル１０と、バックライト１１と、制御部１２とを有する。なお、図１中で液晶パネル１０は、要部断面を示している。

液晶表示パネル１０は、ＴＦＴ基板２０と、カラーファイルタ基板３０とを有し、ＴＦＴ基板２０とカラーファイルタ基板３０とによって液晶材料４０をはさんでいる。

ＴＦＴ基板２０は、ガラス基板ＳＵＢと、薄膜トランジスタＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｌｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、画素電極ＰＸと、蓄積容量ＣＰと、配向膜ＡＬとを有する。

ガラス基板ＳＵＢは、ガラス材である透明な基板である。薄膜トランジスタＴＦＴは、液晶駆動用のスイッチング素子である。画素電極ＰＸは、画素となる表示用のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極である。蓄積容量ＣＰは、薄膜トランジスタＴＦＴがオフになった際にも画素電極ＰＸの電圧を保持させる信号保持容量である。配向膜ＡＬは、ポリイミド等の薄膜であり、液晶を配向させる。

カラーファイルタ基板３０は、ガラス基板ＳＵＢと、カラーフィルタＣＦと、ブラックマトリクスＢＭと、オーバーコート膜ＯＣと、共通電極ＣＴと、配向膜ＡＬとを有する。

カラーフィルタＣＦは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色をもつ染料あるいは顔料を含んだ樹脂膜である。ブラックマトリクスＢＭは、カラーフィルタＣＦの画素間に配置される遮光膜である。オーバーコート膜ＯＣは、カラーフィルタＣＦを保護する樹脂膜である。共通電極ＣＴは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極である。

また、液晶表示パネル１０は、下地膜ＵＬおよび偏光層ＰＬを有する。下地膜ＵＬはガラス基板ＳＵＢに塗布される膜である。下地膜ＵＬは、塩基性の表面官能基を有する材料からなる。ここで、塩基性基とは、不活性支持電解質を０．１〜３ｍｏｌ／ｄｍ加えた水溶液中でそれぞれ７以上のＰｋａを有する官能基のことである。なお、Ｐｋａとは濃度酸解離定数ｋａの逆数の対数値、すなわち−ｌｏｇ（ｋａ）である（化学便覧基礎編ＩＩ、Ｐ．３３１に記載）。塩基性基の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、ピリジン基、ピリダジン基、ペピリジン基、ピラジン基、ピリミジン基、トリアジン基、他がある。

この実施の形態では、下地膜ＵＬとしてシランカップリング剤を用いている。シランカップリング剤としては、表面官能基がアミノ基である信越化学製ＫＢＭ５７３（以下、シランカップリング剤Ａという。）を用いた下地膜ＵＬ１を下地膜ＵＬとして適用している。シランカップリング剤Ａは、一つの分子中にアミノ基およびメトキシ基を備える。ガラス基板ＳＵＢにシランカップリング剤Ａを形成すると、メトキシ基がガラス基板ＳＵＢ表面の水酸基と結合する。これにより、ガラス基板ＳＵＢの表面官能基は、アミノ基で覆われる。

つぎに、シランカップリング剤Ａを用いた下地膜ＵＬ１の形成条件について説明する。図２は、シランカップリング剤Ａを用いた下地膜ＵＬ１の形成条件を示す条件表である。下地膜ＵＬ１は、スピンコータによってガラス基板ＳＵＢに塗布され、温度１００度にて５分間乾燥される。下地膜ＵＬ１の厚さは、例えば、２〜３ｎｍに設定される。なお、この下地膜ＵＬ１の形成条件は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。すなわち、温度、時間、厚さ等の各パラメータは適宜設定するとよい。例えば、乾燥方法として自然乾燥を適用してもよい。

偏光層ＰＬは、下地膜ＵＬ１を下地として形成される層であり、特定の偏光成分を透過または吸収するものである。偏光層ＰＬは、リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料としてのコーティング液によって形成される。リオトロピック液晶の色素には、酸性であるスルホ基が存在している。これは、水の濃度によって相状態が変化するリオトロピック液晶材料が水に溶解しやすくなるためである。リオトロピック液晶性色素は、例えば、アントラキノン系色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素、ナフタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、インダンスレン系色素、アクリジン系色素、ペリレン系色素、ピラゾロン系色素、アクリドン系色素、ピランスロン系色素、およびイソビオラントロン系色素からなる群より選ばれる色素を挙げることができる。これらは、１種が単独で含まれていてもよく、２種以上が任意の比率及び組み合わせで含まれていてもよい。

つぎに、偏光層ＰＬの形成条件について説明する。図３は、偏光層ＰＬの形成条件を示す条件表である。図３に示すように、塗布機としてアプリケーターを用いている。アプリケーターは、ギャップを６μｍ、塗工速度を１２５ｍｍ／ｓに設定される。このアプリケーターによって、上述したコーティング液を、ガラス基板ＳＵＢに形成された下地膜ＵＬ１に滴下し、アプリケーターを塗布方向に移動させることによって偏光層ＰＬが形成される。この移動によってコーティング液に対して剪断応力がかかり、応力方向に色素が配向する。なお、この偏光層ＰＬの形成条件は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。すなわち、ギャップ、塗工速度等の各パラメータは適宜設定するとよい。また、塗布機としてアプリケーターを例示したが、これに限定されるものではない。塗布機は、剪断応力を加えてコーティング液を塗布することができればよく、例えば、バーコーター、スリットコーターを用いてもよい。

このような構成を有する液晶表示装置１は、図１に示すように、ガラス基板ＳＵＢと、下地膜ＵＬ１と、偏光層ＰＬとを有する塗布型偏光板５０を備えている。

ここで、塗布型偏光板５０および従来の塗布型偏光板の全光線透過率とコントラスト比との関係を示し、シランカップリング剤Ａを用いた下地膜ＵＬ１を有する塗布型偏光板５０と従来の塗布型偏光板とのコントラスト比の比較を行う。図４は、図１に示した塗布型偏光板５０および従来の塗布型偏光板の全光線透過率とコントラスト比との関係を示す図である。図５は、従来の塗布型偏光板６０の構成を模式的に示した図である。ここで、コントラスト比は、二枚の塗布型偏光板５０の吸収軸を平行及び直交にした場合の輝度の比(白輝度／黒輝度)である。また、従来の塗布型偏光板とは、図５に示すように、ガラス基板ＳＵＢに下地膜ＵＬを介さず直接に偏光層ＰＬを形成した塗布型偏光板６０である。図４に示した結果によると、全光線透過率４０％における塗布型偏光板５０のコントラスト比は２０００となり、従来の塗布型偏光板６０のコントラスト比である１２００よりも約１．７倍のコントラスト比が得られる。

次に、シランカップリング剤Ａを用いた下地膜ＵＬ１を有する塗布型偏光板５０と、表面官能基がアミノ基であり、シランカップリング剤Ａよりも表面官能基の塩基性が強い信越化学製ＫＢＭ９０３（以下、シランカップリング剤Ｂという。）を適用した塗布型偏光板とのコントラスト比の比較を行う。図６は、シランカップリング剤Ｂを用いた下地膜ＵＬ２を有する塗布型偏光板７０の構成を模式的に示した図である。図７は、塗布型偏光板５０、および塗布型偏光板７０の全光線透過率とコントラスト比との関係を示す図である。シランカップリング剤Ｂを用いた下地膜Ｕ２を有する塗布型偏光板７０は、図６に示すように、ガラス基板ＳＵＢと、シランカップリング剤Ｂを用いてガラス基板ＳＵＢに形成された下地膜ＵＬ２と、下地膜ＵＬ２を介してガラス基板ＳＵＢに形成された偏光層ＰＬとを有する。

ここで、塩基性の強さは窒素原子上の非共有電子対の濃度（電子密度）に関係する。シランカップリング剤Ａは非共有電子対がベンゼン環に流れ込んでしまうため、その結果電子密度が低くなる。一方、シランカップリング剤Ｂにはベンゼン環が存在しない。このことから、シランカップリング剤Ｂの電子密度はシランカップリング剤Ａよりも高くなり、塩基性が強くなる。この結果、全光線透過率４０％におけるシランカップリング剤Ｂの塗布型偏光板７０のコントラスト比は、図７に示すように、シランカップリング剤Ａの塗布型偏光板５０のコントラスト比よりも高いコントラスト比が得られる。

つぎに、シランカップリング剤Ａを用いた下地膜ＵＬ１を有する塗布型偏光板５０、シランカップリング剤Ｂを用いた下地膜ＵＬ２を有する塗布型偏光板７０および従来の塗布型偏光板６０のコントラスト比の比較を行う。図８は、全光線透過率４０％の場合のコントラスト比の比較を示した表である。この図８に示した結果によると、塩基性が強いシランカップリング剤Ｂを用いた下地膜Ｕ２を有する塗布型偏光板７０のコントラスト比は、シランカップリング剤Ａを用いた下地膜Ｕ１を有する塗布型偏光板５０のコントラスト比の約１．２倍となった。また、シランカップリング剤Ｂを用いた下地膜Ｕ２を有する塗布型偏光板７０のコントラスト比は従来の塗布型偏光板６０のコントラスト比の１．９倍となった。これらのことから、偏光層ＰＬの下地膜ＵＬとして強い塩基性の表面官能基を設けることによって、偏光層ＰＬの色素配向性が向上し、高いコントラスト比が得られることがわかる。

この結果は、偏光層ＰＬに含まれるリオトロピック液晶性を有する色素の色素分子が有するスルホ基と、下地膜ＵＬの表面官能基である塩基性基との間に酸−塩基相互作用が生じて、下地膜ＵＬの表面と偏光層ＰＬとの固定化される力が強くなったことに起因すると考えられる。ここで、塗布型偏光板５０,６０,７０は、液晶表示装置１のコントラスト比を決定する要因の一つである。このため、塗布型偏光板５０,６０,７０の光学特性が二倍になれば、液晶表示装置１のコントラスト比もほぼ二倍になる。

本発明の実施の形態では、液晶表示装置１が、偏光層ＰＬの下地を形成する下地膜ＵＬを有し、偏光層ＰＬが、色素の分子にスルホ基を有するリオトロピック液晶性を有する色素を含むコーティング液によって形成され、下地膜ＵＬが、塩基性の表面官能基を有するので、色素の分子が有するスルホ基と、下地膜ＵＬの表面官能基である塩基性基との間に酸−塩基相互作用が生じて、下地膜ＵＬの表面と偏光層ＰＬとの固定化される力が強くなる。このため、コーティング液に対して大きい剪断応力をかけることができるので偏光層ＰＬの色素配向性が向上し、結果的に、コントラスト比を高めることができる。

また、本発明の実施の形態では、偏光層ＰＬが形成される際、リオトロピック液晶性色素を材料として含むコーティング液がガラス基板ＳＵＢに対してはじかれにくくなるため、ガラス基板ＳＵＢ上での面内均一性が向上し、結果的に歩留まりを向上することができる。

（変形例）
つぎに、本発明の実施の形態の変形例について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態の変形例を示した図である。本発明の実施の形態では、液晶表示装置１が、下地膜ＵＬを下地とした偏光層ＰＬを有するものを例示したが、下地膜ＵＬを下地とした偏光層ＰＬを有する表示装置であれば、３Ｄ表示装置等の表示装置に適用してもよい。そこで、この変形例では、下地膜ＵＬを下地とした偏光層ＰＬを有するＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）表示装置を例示する。

ＯＬＥＤ表示装置は、図９に示すように、ＯＬＥＤパネル８０およびλ／４板ＯＲＢを有する。ＯＬＥＤパネル８０は、有機ＥＬ層が形成された基板である。λ／４板ＯＲＢは、ポリカーボネイト等からなる位相差板である。λ／４板ＯＲＢは、ＯＬＥＤパネル８０がアルミニウム等からなる電極を用いているため、外光がＯＬＥＤパネル８０内で反射し、表示性能が著しく落ちてしまうので、外光反射を抑制する。この変形例では、下地膜ＵＬがλ／４板ＯＲＢに形成され、この下地膜ＵＬを下地として偏光層ＰＬが形成される。このため、ＯＬＥＤ表示装置は、液晶表示装置１と同様に、コントラスト比を高めることができる。

なお、本発明の実施の形態では、下地膜ＵＬとしてシランカップリング剤Ａ，Ｂを用いるものを例示したが、これに限らず、下地膜ＵＬは、塩基性の表面官能基を有する材料からなればよい。

以上、本発明者によってなされた発明を、上述した発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１ 液晶表示装置
１０ 液晶表示パネル
２０ ＴＦＴ基板
３０ カラーフィルタ基板
４０ 液晶材料
５０、６０、７０ 塗布型偏光板
８０ ＯＬＥＤパネル
ＳＵＢ ガラス基板
ＴＦＴ 薄型トランジスタ
ＰＸ 画素電極
ＣＰ 蓄積容量
ＡＬ 配向膜
ＣＦ カラーフィルタ
ＢＭ ブラックマトリクス
ＯＣ オーバーコート層
ＣＴ 共通電極
ＵＬ、ＵＬ１、ＵＬ２ 下地膜
ＯＲＢ λ／４板

Claims (3)

1. リオトロピック液晶性を有する色素を含む材料に剪断応力かけることによって該色素の分子を配向させて形成された偏光層を有する表示装置において、
   前記偏光層の下地を形成する下地膜を有し、
   前記色素の分子は、少なくとも一つ以上の酸性基を有し、
   前記下地膜は、塩基性の表面官能基を有する材料からなることを特徴とする表示装置。
2. 前記色素は、アントラキノン系色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素、ナフタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、インダンスレン系色素、アクリジン系色素、ペリレン系色素、ピラゾロン系色素、アクリドン系色素、ピランスロン系色素、およびイソビオラントロン系色素の色素群の少なくとも一つから選択されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記塩基性の表面官能基を有する材料は、シランカップリング剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。

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