JP2020042111A

JP2020042111A - 偏光層を用いた表示装置

Info

Publication number: JP2020042111A
Application number: JP2018168219A
Authority: JP
Inventors: 中村　大輔; Daisuke Nakamura; 大輔中村; 康明成田; Yasuaki Narita
Original assignee: Polatechno Co Ltd
Current assignee: Polatechno Co Ltd
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-07
Also published as: CN112789552B; WO2020050190A1; JP7214412B2; CN112789552A; KR20210055674A

Abstract

【課題】染料系偏光層の偏光特性を考慮して、染料系偏光層及びバックライトを含む装置全体として望まれる光学特性が得られる表示装置を提供する。【解決手段】染料系偏光層と、バックライトと、を備える表示装置であって、前記染料系偏光層は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域において直交透過率（Ｔｃ）が１％以上である直交透過波長範囲を有し、前記バックライトは、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域における最大発光強度によって正規化された発光強度が前記直交透過波長範囲において０．０３以下であることを特徴とする表示装置とする。【選択図】図１

Description

本発明は、偏光層を用いた表示装置に関する。

二色性を有するアゾ染料等の用いる染料系偏光層は、ヨウ素を用いるヨウ素系偏光層に比べて高温や高湿熱な環境下において高い耐久性を有し、そのような環境下で長期間に亘って表示の劣化が生じ難い表示装置を提供するために適している。特に、染料系偏光層は、過酷な使用環境となる自動車や屋外用途の表示装置に適している。

近年、二色性染料の光学性能の向上に伴って染料系偏光層の光学特性も改善され、液晶表示装置等の表示装置におけるコントラスト等の表示特性も向上されつつある。

特許第６０５４５８８号公報

ところで、染料系偏光層では、可視光領域において望まれる偏光特性を得るために複数の染料を配合して用いている。個々の染料は、一般的に、可視光領域において主の偏光特性を示す波長範囲（主吸収領域）と偏光特性に寄与しない波長範囲（副吸収領域）を有している。複数の染料を配合した場合、一つの染料の副吸収領域が他の染料の主吸収領域と重なったりすることで全体として染料系偏光層の偏光特性を低下させる要因となる。

例えば、表示装置において白表示の明るさを確保するために、可視光領域全体における染料系偏光層の単体透過率を高めるように染料を配合する処理が行われる場合がある。しかしながら、可視光領域全体の単体透過率を高めるように染料を配合した場合、直交位における透過率（直交透過率）も平行して高くなり、特に７００ｎｍ以上の波長範囲における直交透過率がヨウ素系偏光層の場合よりも大きくなってしまうことがある。具体的には、例えば、３８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の単体透過率を高めるために当該波長範囲に副吸収領域を有する染料の配合の種類を少なくすると、当該染料の主吸収領域に含む７００ｎｍ〜７８０ｎｍにおける光吸収率が低下し、当該波長範囲における直交透過率が大きくなってしまうことがある。

また、偏光層の光学特性は、一般に、ＣＩＥ１９３１表色系に基づき、自然光（太陽光）を標準光とする光源を用いて得た値で評価される。一方、表示装置の光源に用いられるバックライトは、一般に白色ＬＥＤであり、自然光とは異なる発光輝度特性を有している。そのため、前記方法に基づいて上記特徴を有する染料系偏光層を付した表示装置を評価する場合、得られる光学特性値と目視評価との間に相関が得られず、上記の特徴の染料系偏光層においても同時に長波長側の偏光特性を付与する光学設計が求められていた。また、従来から表示装置用として用いられるヨウ素系偏光層は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光領域に広く偏光特性を有しているため、当該偏光層の偏光特性に対してバックライトの発光特性を考慮して表示装置の光学設計をすることは行われていなかった。

そこで、本発明は、染料系偏光層の偏光特性を考慮して、染料系偏光層及びバックライトを含む装置全体として望まれる光学特性が得られる表示装置を提供することを目的する。

本発明の１つの態様は、染料系偏光層と、バックライトと、を備える表示装置であって、前記染料系偏光層は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域において直交透過率（Ｔｃ）が１％以上である直交透過波長範囲を有し、前記バックライトは、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域における最大発光強度によって正規化された発光強度が前記直交透過波長範囲において０．０３以下であることを特徴とする表示装置である。

ここで、前記染料系偏光層は、７００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の波長範囲全体において直交透過率（Ｔｃ）が１％以上である前記直交透過波長範囲を有することが好適である。

また、前記染料系偏光層は、４２０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域の波長範囲全体において単体透過率（Ｔｓ）が３３％以上であり、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍの範囲で視感度補正された直交透過率（Ｙｃ）が０．０１％以下であることが好適である。

また、液晶層を備えることが好適である。

本発明によれば、染料系偏光層を用いた表示装置において望まれる光学特性を得ることができる。

本発明の実施の形態における表示装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態における偏光層の構成を示す図である。光源の発光特性の例を示す図である。偏光層の単体透過率を示す図である。偏光層の直交透過率を示す図である。光学設計シミュレーションを行う際の構成を示す模式図である。

本発明の実施の形態における表示装置１００は、図１の断面模式図に示すように、偏光層１０、第１基板１２、カラーフィルター１４、対向電極１６、配向膜１８、液晶層２０、配向膜２２、表示電極２４、層間絶縁膜２６、第２基板２８、偏光層３０及びバックライト３２を含んで構成される。表示装置１００は、矢印で示すように、バックライト３２から光を受けて、カラーフィルター１４を透過した光を偏光層１０側から出力して画像を表示する装置として機能する。なお、図１は模式図であり、各構成要素の大きさ及び厚さは実際の値を反映していない。

本実施の形態では、表示装置１００として液晶表示装置を例として説明するが、偏光層とバックライトとを組み合わせて使用する表示装置であればどのような表示装置であっても本発明を適用することができる。

本実施の形態では、表示装置１００としてアクティブマトリックス型液晶表示装置を例として説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、偏光層とバックライトとを組み合わせて使用する表示装置であればどのような表示装置であっても本発明を適用することができる。

第１基板１２は、ガラス等の透明な基板である。第１基板１２は、表示装置１００を機械的に支持すると共に、光を透過して画像を表示するために用いられる。第１基板１２は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂からなるフレキシブル基板としてもよい。

第１基板１２の表示面側には、偏光層１０が形成される。第１基板１２の基板の表面を覆うように偏光層１０が形成される。偏光層１０は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系樹脂に二色性染料によって染色がなされた染色系の偏光素子を含むものとする。偏光層１０は、一般に、粘接着層を介して第１基板１２の表面に積層させる。

通常の偏光素子は、樹脂にヨウ素およびヨウ素化合物によって染色した材料で形成されたヨウ素系の偏光素子である。しかしながら、ヨウ素およびヨウ素化合物は熱に弱く、１００℃程度の加熱によって変質してしまう。一方、染料（二色性染料）を用いる偏光素子は、比較的熱に強い。また、高温状態での使用における経時変化に対する耐性が良い。

第１基板１２上には、カラーフィルター１４が形成される。カラーフィルター１４は、画素毎に第１基板１２の面内方向にマトリクス状に配置される。カラーフィルター１４は、後述するバックライト３２からの光を受けて特定の波長範囲の光のみを透過する。具体的には、画素毎に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれか一つの光を透過するカラーフィルター１４を設ける。

カラーフィルター１４上には、対向電極１６が形成される。対向電極１６は、例えばＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）などによる透明電極である。

対向電極１６上には、配向膜１８が形成される。配向膜１８は、ポリイミド等の樹脂材料によって構成される。配向膜１８は、例えば、ポリイミド樹脂となるＮ−メチル−２−ピロリジノンの５ｗｔ％溶液を対向電極１６上に印刷し、１１０℃から２８０℃程度の加熱により硬化させた後、ラビング布によってラビングを行うことにより配向処理して形成することができる。配向膜１８の配向方向は、後述する配向膜２２の配向方向と直交する方向とする。

次に、第２基板２８側の構成及び製造方法について説明する。第２基板２８は、表示装置１００を機械的に支持すると共に、バックライト３２からの光を透過してカラーフィルター１４等に入射させるために用いられる。第２基板２８は、ガラス等の透明な基板とすることができる。また、第２基板２８は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂からなるフレキシブル基板としてもよい。

第２基板２８上には、偏光層３０が形成される。偏光層３０は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系樹脂に二色性染料によって染色がなされた染色系の偏光素子を含むものとすることが好適である。例えば、染料系材料は、アゾ化合物及び／又はその塩を含有することが好適である。偏光層３０は、一般に、粘接着層を介して第２基板２８の表面に積層させる。

上記のように、染料（二色性染料）を用いる偏光素子は比較的熱に強い。また、高温状態での使用における経時変化に対する耐性が良い。

偏光層３０上にはバックライト３２が設けられる。バックライト３２は、光を出力する光源を含んで構成される。光源は、例えば、白色ＬＥＤとすることが好適である。

第２基板２８には、ＴＦＴ等のスイッチング素子を画素毎に配置することができる。図１では、ＴＦＴが２つ表されている。ＴＦＴのほぼ真ん中の下部（基板上）には、ゲートラインに接続されるゲート電極２８ａが配置される。ゲート電極２８ａを覆ってゲート絶縁膜２８ｂが形成され、このゲート絶縁膜２８ｂを覆って半導体層２８ｃが形成される。ゲート絶縁膜２８ｂは、例えばＳｉＯ_２などの絶縁体で形成される。また、半導体層２８ｃは、アモルファスシリコンや、ポリシリコンで形成され、ゲート電極２８ａの直上部分が不純物のほとんどないチャネル領域とされ、両側が不純物ドープによって導電性が付与されたソース領域およびドレイン領域とされる。ＴＦＴのドレイン領域の上にはコンタクトホールが形成され、そこに金属（例えば、アルミニウム）のドレイン電極が配置（電気的に接続）され、ソース領域の上にはコンタクトホールが形成され、そこに金属（例えば、アルミニウム）のソース電極が配置（電気的に接続）される。ドレイン電極はデータ電圧が供給されるデータラインに接続される。

第２基板２８のＴＦＴが形成された側の面には、層間絶縁膜２６を介して表示電極２４が設けられる。この表示電極２４は画素毎に分離された個別電極であり、例えばＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）などによる透明電極である。表示電極２４は、第２基板２８に形成されたソース電極に接続される。

表示電極２４を覆って、配向膜２２が形成される。配向膜２２は、ポリイミド等の樹脂材料によって構成される。配向膜２２は、例えば、ポリイミド樹脂となるＮ−メチル−２−ピロリジノンの５ｗｔ％溶液を表示電極２４上に印刷し、１８０℃から２８０℃程度の加熱により硬化させた後、ラビング布によってラビングを行うことにより配向処理して形成することができる。

さらに、配向膜１８と配向膜２２とを向かい合わせるようにして、配向膜１８と配向膜２２との間に液晶層２０が封止される。配向膜１８と配向膜２２との間にスペーサ（図示しない）を挿入し、配向膜１８と配向膜２２との間に液晶を注入して周囲を封止材（図示しない）によって封止することにより液晶層２０が形成される。

液晶層２０は、配向膜１８と配向膜２２とによって配向が制御され、液晶層２０の液晶の初期（電界非印加時）の配向状態は配向膜１８と配向膜２２とによって決定される。そして、表示電極２４と対向電極１６との間に電圧を印加することによって、表示電極２４と対向電極１６との間に電界が生じて液晶層２０の配向が制御されて光の透過／不透過が制御される。

以下、表示装置１００における偏光層１０及び偏光層３０とバックライト３２との関係について説明する。また、以下に記載する偏光層１０及び偏光層３０の構成や波長範囲の数値は、これに限定されるものではない。

上記のように、染料系偏光層である偏光層１０及び偏光層３０は、可視光領域において望まれる偏光特性を得るために複数の染料を配合して用いている。すなわち、染料系偏光層は、一般に、ヨウ素系偏光板に及ぶ偏光特性と波形帯域を得るように複数の異なる色相の二色性染料の配合することによって可視光域に広く偏光特性を有するようになる。

個々の染料は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域において主の偏光特性を示す波長範囲（主吸収領域）と偏光特性に寄与しない波長範囲（副吸収領域）を有している。そこで、複数の染料を混合することで副吸収領域が他の染料の主吸収領域と重なり全体として染料系偏光層の偏光特性を低下させる要因となる。特に、視感度の高い波長５５０ｎｍの偏光特性を重視した設計とすると、ヨウ素系偏光板と同等の波形帯域とすることは容易ではない。したがって、染料系偏光層の偏光特性を有する波長範囲を３８０〜７８０ｎｍよりも狭い帯域とすることで、光学設計に選定されるに二色性染料の種類を広げ、さらに配合による高性能化を容易にすることができる。例えば、少なくとも４００〜７００ｎｍの波長範囲をカバーする偏光特性の偏光層として設計することが好ましく、後述するバックライト３２の発光スペクトルの輝度を有する帯域を覆うことがより好ましい。

染料系偏光層である偏光層１０及び偏光層３０の作成について説明する。偏光素子として機能する偏光フィルムの片面又は両面に支持フィルム４２（図２では、両面にそれぞれ第１支持フィルム４２ａ，第２支持フィルム４２ｂ）を貼り合せた構成を有することができる。偏光フィルム４０のみを使用することもできるが、偏光フィルム４０の両面を第１支持フィルム４２ａ及び第２支持フィルム４２ｂで挟持した偏光板として用いる方が好ましい。なぜなら、偏光フィルム４０は、一般に、二色性色素を染着したポリビニルアルコール系樹脂（ＰＶＡ）フィルムを一軸延伸されたものであり、且つ薄膜状のものであるから、第１支持フィルム４２ａ及び第２支持フィルム４２ｂで挟持されていない状態では、熱や水分により容易に変形し、さらには当該偏光特性を損ねてしまうおそれがあるからである。

偏光フィルム４０は、自然光を直線偏光に変換する機能を有するフィルムであり、ＰＶＡフィルムに二色性色素を吸着配向させたものとすることが好適である。二色性色素として、アゾ系化合物、アントラキノン系化合物又はテトラジン系などの二色性染料を用いた場合には、高温条件下や、高温高湿条件下における光学特性の耐久性が優れ、色相調整が容易となる。

偏光フィルム４０に用いる二色性染料としては、光学特性や耐久性の観点から、アゾ化合物系染料が好ましい。アゾ系化合物染料としては下記の染料を例示することができる。

（１）再公表特許ＷＯ２００９／０５７６７６（Ａ１）に開示されている化学式（１）で表されるアゾ化合物又はその塩。

（式中、Ｒ_１は水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシル基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、又はカルボキシル基を示し、Ｒ_２〜Ｒ_５は各々独立に、水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシル基、又はアセチルアミノ基を示し、Ｘは置換基を有してもよいベンゾイルアミノ基、置換基を有してもよいフェニルアミノ基、置換基を有してもよいフェニルアゾ基、又は置換基を有してもよいナフトトリアゾール基であり、ｍは１又は２、ｎは０又は１を示す。）

（２）再公表特許ＷＯ２００７／１４５２１０（Ａ１）に開示されている化学式（２）で表されるアゾ化合物又はその塩。

（式中、Ａは、置換基を有するフェニル基又は１〜３のスルホン酸基を有するナフチル基を示し、Ｘは、−Ｎ＝Ｎ−又は−ＮＨＣＯ−を示す。Ｒ_１〜Ｒ_４は各々独立に水素原子、低級アルキル基又は低級アルコキシル基を示し、ｍ＝１〜３、ｎ＝０または１を示す。）

（３）再公表ＷＯ２００６／０５７２１４（Ａ１）に開示されている化学式（３）で表されるトリスアゾ染料。
（式中、Ｒ_１はスルホン酸基、カルボキシル基又は低級アルコキシ基を表し、Ｒ_２は、スルホン酸基、カルボキシル基、低級アルキル基又は低級アルコキシ基を表す。但し、Ｒ_１、Ｒ_２がともにスルホン酸基の場合を除く。Ｒ_３〜Ｒ_６は各々独立に水素原子、低級アルキル基又は低級アルコキシル基、Ｒ_７、Ｒ_８は各々独立に水素原子、アミノ基、水酸基、スルホン酸基又はカルボキシル基を表す。）

（４）特開２００４−２５１９６３号公報に開示されている化学式（４）で表される含金属ジスアゾ化合物又はその塩。
（式中、Ｍは銅、ニッケル、亜鉛及び鉄から選ばれる遷移金属を表し；Ａ^１は置換されていてもよいフェニル又は置換されていてもよいナフチルを表し；Ｂ^１は置換されていてもよい１−又は２−ナフトール残基を表し、そのナフトールの水酸基はアゾ基の隣接位にあって、Ｍで表される遷移金属と錯結合しており；Ｒ^１及びＲ^２はそれぞれ独立に、水素、低級アルキル、低級アルコキシ、カルボキシル、スルホ、スルファモイル、Ｎ−アルキルスルファモイル、アミノ、アシルアミノ、ニトロ又はハロゲンを表す。）

（５）化学式（５）で表されるトリスアゾ化合物。

（式中、Ａ^２及びＢ^２はそれぞれ独立に、置換されていてもよいフェニル又は置換されていてもよいナフチルを表し；Ｒ^３及びＲ^４はそれぞれ独立に、水素、低級アルキル、低級アルコキシ、カルボキシル、スルホ、スルファモイル、Ｎ−アルキルスルファモイル、アミノ、アシルアミノ、ニトロ又はハロゲンを表し；ｍは０又は１を表す。）

（６）特開平３−１２６０６号公報に開示された化学式（６）で表される水溶性化合物又はこの銅錯塩化合物。

（式中、Ａはメチル基で置換されたフェニル基又はナフチル基を表し、Ｒはアミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基又はフェニルアミノ基を表す。）

（７）特開平２−６１９８８号公報に開示された化学式（７）で表される水溶性ジスアゾ化合物又はこの銅錯塩化合物。

（８）その他、例えば、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＹｅｌｌｏｗ１２、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＹｅｌｌｏｗ２８、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＹｅｌｌｏｗ４４、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＹｅｌｌｏｗ１４２、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＯｒａｎｇｅ２６、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＯｒａｎｇｅ３９、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＯｒａｎｇｅ７１、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＯｒａｎｇｅ１０７、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＲｅｄ２、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＲｅｄ３１、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＲｅｄ７９、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＲｅｄ８１、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＲｅｄ１１７、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＲｅｄ２４７、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＧｒｅｅｎ８０、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＧｒｅｅｎ５９、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｌｕｅ７１、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｌｕｅ７８、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｌｕｅ１６８、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｌｕｅ２０２、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＶｉｏｌｅｔ９、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＶｉｏｌｅｔ５１、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｒｏｗｎ１０６、Ｃ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｒｏｗｎ２２３等が挙げられる。なお、可視域の各波長における偏光特性を補うようにこれらの染料を２種又は３種以上配合しＰＶＡに染着することによって、ニュートラルグレーを呈する色相とすることが好ましい。これにより、高コントラストな表示性に優れた液晶表示装置を得ることができる。さらに、ブルー系の二色性染料を含む３種以上の染料配合とする場合、特に、ブルー系の二色性染料の配合量を調節することにより、偏光フィルムを表示装置に付したときの黄味色の色付きの程度を最適にしたり、また、無彩色偏光板用の二色性染料を用いることで、ニュートラルグレー色の調整をより容易にすることができる。

また、市販染料ではＫａｙａｆｅｃｔＶｉｏｌｅｔＰＬｉｑｕｉｄ（日本化薬社製）、ＫａｙａｆｅｃｔＹｅｌｌｏｗＹ及びＫａｙａｆｅｃｔＯｒａｎｇｅＧ、ＫａｙａｆｅｃｔＢｌｕｅＫＷ及びＫａｙａｆｅｃｔＢｌｕｅＬｉｑｕｉｄ４００等を挙げることができる。

さらに、波長範囲４００〜７００ｎｍに均等に３３％以上の単体透過率を有し、且つ、０．０１％以下の直交透過率となる偏光層を得ることにより、コントラストに優れた表示装置を得ることができる。前記偏光層に用いる染料は、例えば、（１）４００〜５００ｎｍ、（２）５００〜５９０ｎｍ、（３）５９０〜６６０ｎｍのいずれかの波長域において最大吸収波長（主吸収）と高い二色性を有し、且つ、前記の最大吸収波長を有する波長域を除く波長域に副吸収のない（または副吸収が少ない）光学特性を有し、これらの特性を有する染料を配合により組み合わせることが好ましい。

上記（１）に関する特性を有する染料としては、下記のオレンジ色系を示す染料を例示することができる。

国際公開ＷＯ２００７／１３８９８０号公報に開示されている化学式（８）で示されるアゾ化合物またはアゾ化合物の塩。
（式中Ｒ１、Ｒ２は各々独立に水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素数１〜４のアルコキシ基を示し、ｎは１又は２を示す。）

上記（２）に関する特性を有する染料としては、下記のレッド色系を示す染料を例示することができる。

国際公開ＷＯ２０１６／１８６１９６号公報に開示されている化学式（９）で示されるアゾ化合物又はその塩。
（式中、Ａは水素原子、ヒドロキシ基、スルホ基を有する炭素数１〜５のアルコキシ基及び／又はスルホ基を有するナフチル基であり、Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも１つは各々独立にスルホ基を有する炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のアルコキシ基である。）

上記（３）に関する特性を有する染料としては、下記のブルー色系を示す染料を例示することができる。

国際公開ＷＯ２０１２／１０８１６９号公報に開示されている化学式（１０）で示されるアゾ化合物及び／又はその塩。
（式中、Ａは置換基を有してもよいフェニル基を示し、Ｒ１〜Ｒ６は各々独立に、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、又はスルホ基を有する炭素数１〜５のアルコキシ基、置換基を有してもよいベンゾイルアミノ基、置換基を有してもよいフェニルアミノ基、置換基を有してもよいフェニルアゾ基、又は置換基を有してもナフトトリアゾール基を示す。）

偏光板として支持フィルム４２を用いる場合、接着層を介して偏光フィルム４０の片面又は両面に支持フィルム４２を貼り合せる。支持フィルム４２（第１支持フィルム４２ａ，第２支持フィルム４２ｂ）としては、シクロオレフィン系樹脂フィルム、ポリエステル系樹脂フィルム、アクリル系樹脂フィルム、ポリカーボネート系樹脂フィルム、ポリサルホン系樹脂フィルム、脂環式ポリイミド系樹脂フィルム、アセチルセルロース系樹脂フィルム等を適用することができる。偏光フィルムと容易に接着し偏光板を得るという観点では、アセチルセルロース系樹脂、より好ましくはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）を用いることが好ましい。

さらに、支持体フィルムの接着面と反対側の面には、粘接着剤等を介して位相差層、視野角補償層を設けてよいし、これらを直接支持フィルムとして用いてもよい。また、表示装置の視認側の支持フィルムの表面には、防眩層、反射防止層、ハードコート層等、適宜の表面機能層４４を設けてもよい。

粘着層４６は、偏光層を表示装置の第１基板１２や第２基板２８に貼り合わせる際に使用する層として設けられる。粘着層４６は、第１支持フィルム４２ａにおいて偏光フィルム４０と反対側の面に設けられる。粘着層４６は、例えば、アクリル系又はポリエステル系の粘着剤の固形成分をトルエンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の溶剤で希釈した粘着材を離型フィルムに塗布し、乾燥させることによって形成される。粘着剤は、アクリル系、ポリエステル系であれば特に限定されるものではなく、さらにこれら以外の粘着剤を使用してもよい。また、粘着剤中には硬化剤やシランカップリング剤などの添加剤を配合し、被着体との密着性を調整したり、耐久性において剥がれや発泡の発生を抑えた特性にしたりすることができる。

次に、当該配合された粘接着剤を離型フィルムに塗布し、乾燥工程において溶剤を揮発させる。乾燥工程は、それぞれ４０℃から１００℃の温度範囲に設定された複数の乾燥炉を用いて、粘着剤を塗布した離型フィルムから溶剤を揮発させることが好適である。

このとき、乾燥後の粘着剤の厚みが１μｍ以上３０μｍ以下となるよう、より好ましくは５μｍ以上２５μｍ以下となるように塗布量を調整する。その後、粘着剤側を第１支持フィルム４２ａに向けて貼り合わせる。

一般に、偏光層の光学特性評価は、分光光度計を用いて、３８０〜７８０ｎｍの波長範囲で５ｎｍまたは１０ｎｍおきに各波長の透過率測定を行う。このとき、可視光域における透過率等の値は、ＪＩＳＺ８７１９（ＣＩＥ１９３１表色系）に基づく視感度補正された値で表される。偏光層単体の前記透過率（Ｙｓ、以下単体透過率ともいう。単位：％）の計算は、以下の数式（１）より得られる。このとき、Ｓは標準光、ｙは２度視野等色関数、ｔは各波長の透過率である。数式（１）は、通常、市販の分光高度計に搭載されているプログラムで自動に計算される。また、標準光Ｓは、太陽光のスペクトルに近いＣ光源またはＤ６５光源等を自然光として透過または照射した場合である。

その他の偏光層の光学特性の評価方法について説明する。コントラスト（Ｃ）は二組の偏光層の偏光軸を平行したときの透過率（Ｙｐ、以下、平行透過率ともいう。単位：％）と二組の偏光層の偏光軸を直交にしたときの透過率（Ｙｃ、以下、直交透過率ともいう。単位：％）の比で表され（数式（２））、それぞれの透過率は、数式（１）を用いて得られる。Ｃは、偏光層を液晶表示装置に付したときの表示特性を見積もる指標とされ、Ｙｐは表示装置おける白表示、及びＹｃは表示装置における黒表示の態様に対応する。

偏光層の偏光特性を示す偏光度Ｐ（単位：％）は、数式（３）より得ることができる。この場合、Ｐｙは偏光層の透過率に依存する値であるため、低透過率であるほど高い偏光度を得ることになる。

また、偏光層中の色素の配向性と偏光性能を評価するため、二色比Ｒｄを用いることができる。偏光層に絶対偏光光を入射し、偏光板の吸収軸と平行となるようにして得られる絶対平行透過率Ｋｚと、偏光板の吸収軸と直交になるようにして得られる絶対直交透過率Ｋｙのそれぞれから吸光度を求め、その比より表される（数式（４））。ここで、Ａ_０は数式（５）、及びＡ_９０は数式（６）により求める。一般に、ヨウ素系偏光板の二色比Ｒｄは５０〜６０以上、染料系偏光板の二色比Ｒｄは３０〜４０以上である。
なお、ＫｙとＫｚは、ＹｓとＹｃを用いてそれぞれ数式（７）及び数式（８）より求めることができる。

また、例えば数式（９）のように４００〜７００ｎｍの波長範囲で計算をする場合がある。これは、一般に、４００ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上の波長範囲の色や光は人間の目では殆ど感じないことから、数式（１）の計算による評価と差異が殆どないことを前提に、精度の低い分光光度計を用いる場合や精度を求めない簡易評価として行われる場合である。

液晶表示装置等に用いられるＬＥＤバックライトは、一般に、青色の発光素子に黄色を発色する蛍光剤を塗布した疑似白色と呼ばれる発光素子であり、波長範囲７００ｎｍ以上に輝度を殆ど有していないものが採用されている。そのため、実際に偏光板を表示装置に付した場合の表示輝度や表示コントラスト評価では、波長範囲７００ｎｍ以上の輝度が殆どない条件となると考えられる。例えば、波長範囲７００ｎｍ以上に有効な偏光特性を有していない染料系偏光層の光学特性について数式（１）に基づく視感度補正計算を行った場合、当該計算により得られる光学特性の値と、実際に当該偏光層を表示装置に付したときの光学評価との間に差異が生じるおそれがある。この場合、当該視感度補正計算の範囲は、例えば、波長範囲３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下と狭くすることで上記差異を便宜的に解消することができる。

なお、数式（１）におけるｙの成分（等色関数）は、７５０ｎｍ以上７８０ｎｍの波長範囲では波長５５５ｎｍの値に対して実質的に０の値として扱われる。そのため、本発明の染料系偏光層の光学設計においては、波長７５０ｎｍ以上の偏光特性の有無は考慮しなくてよい。

さらに、染料系偏光層、及びそれを付した液晶表示装置の光学特性を評価における視感度補正計算は、実際に用いるバックライト３２の波形帯域を標準光とすることが好ましい。それにより、フィルムのみの光学特性と実際に表示装置に付した構成と遜色のない評価結果を得ることができる。この場合は、数式（１）のＳにおいて、実際に用いるバックライトの発光スペクトルを正規化した値を用いればよい。なお、上述の計算範囲を狭くする便宜上の解消手段では、得られる色相等の値において正確性を欠くおそれがあるが、この方法によれば、バックライト光源の条件を反映した正確な評価結果を得ることができる。前記Ｓはバックライトの発光スペクトルにおいて波長範囲３８０〜７８０ｎｍにおける最大輝度（最大発光強度）の波長を１として正規化して求めた値である。

可視域の偏光特性に優れた染料系偏光板を付した液晶表示装置に用いるバックライト３２の輝度帯域は、可視光域において輝度を有する白色光であって、且つ７００ｎｍ以上の波長範囲において輝度を有していないことが好ましい。詳細には、７００〜７８０ｎｍの波長範囲における最大輝度が０．０３以下であることが好ましく、０．０１以下であることがより好ましい。

図３は、白色ＬＥＤとしてバックライト３２および標準光であるＣ光源（図中、点線で示す）について、波長範囲３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下における正規化した発光輝度波形を示す。ここで、バックライト３２ｂ（図中、破線で示す）は、日亜化学工業株式会社製ＮＳ２Ｗ３６４Ｇであり、一般的な液晶表示装置用の白色ＬＥＤの発光スペクトルの例である。また、バックライト３２ａ（図中、実線で示す）は、日亜化学工業製ＮＳ２Ｗ３６４Ｇ−ＨＧであり、高演色性を与える白色ＬＥＤの発光スペクトルの例である。バックライト３２ａ及び３２ｂの長波長側（６６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下）の正規化された発光輝度の値を表１に示す。

なお、液晶表示装置における高演色性とは、ＲＧＢの各カラーフィルターのスペクトルとバックライトの発光スペクトルを対応させ、各カラーフィルターの透過効率を向上させることにより、表示における色再現性を豊かにするものである。

図３で示すように、標準光の場合では可視光の波長範囲の全体に渡って発光強度を有しているが、バックライト３２の場合では、長波長側の発光強度が殆どない。また、表１に示すように、６８０〜７４０ｎｍの波長範囲においては、バックライト３２ａの輝度の値は、バックライト３２ｂの輝度の値に対して１０分の１程度であり、当該波長範囲ではバックライト３２ａは輝度が十分に小さい。本実施の形態におけるバックライト３２は、上述の通り、波長範囲７００ｎｍ以上７８０以下における正規化された輝度の値が０．０３以下であることが好ましく、０．０１以下であることがより好ましいので、バックライト３２ａを用いることが好ましい。特に、波長７００ｎｍ以上７８０以下における輝度が０．０１以下であるバックライトを用いることによって、波長７００ｎｍ以上に偏光特性を有しない染料系偏光板であっても、黒表示においても白浮きや色づきのない高コントラストの液晶表示装置を得ることができる。

（実施例１）
［偏光板の作製］
ポリビニルアルコール樹脂製フィルム（株式会社クラレ製ＶＦ−ＰＥ（６０μｍ厚））を３０℃の水中で５分間膨潤させた後、国際公開ＷＯ２００７／１３８９８０号公報において実施例１に記載の染料を３０℃の染色液（水１０００重量部、トリポリリン酸ナトリウム１重量部に対して、０．１〜０．３重量部）の中に５分間浸して染料による染色処理を行った。次いで、染色されたフィルムを５０℃の３重量％の硼酸水溶液中で偏光特性が最大となるように４〜６倍に延伸し、延伸フィルムを得た。延伸処理の後、５０℃の５重量％の硼酸水溶液中に延伸フィルムを２分間浸し、水洗後、３０〜８０℃の空気中で乾燥してオレンジ色系の偏光フィルムを得た。得られた偏光フィルムの厚さは２０μｍであった。得られた偏光フィルムは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む水系接着剤を用いて前記偏光フィルムの両面にけん化処理したＴＡＣフィルム（６０μｍ厚、紫外線吸収剤を含む）をラミネートした。その後、７０℃で５分間乾燥して偏光層Ａを得た。

国際公開ＷＯ２０１６／１８６１９６号公報において実施例１の染料を用いて、実施例１と同様に、赤色系の偏光フィルムを得た。得られた偏光フィルムの厚さは２０μｍであった。その後、上記同様に、ＴＡＣフィルムを付し偏光層Ｂを得た。

国際公開ＷＯ２０１２／１０８１６９号公報において実施例３６の染料を用いて、実施例１と同様に、青色の偏光フィルムを得た。得られた偏光フィルムの厚さは２０μｍであった。その後、上記同様に、ＴＡＣフィルムを付し偏光層Ｃを得た。

偏光層Ａ、Ｂ、Ｃについて、分光光度計（日立製作所製Ｕ−４１００）を用いて波長範囲３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光域において、各波長の単体透過率（Ｔｓ）、平行透過率（Ｔｐ）、直交透過率（Ｔｃ）を測定した。表２は、最大吸収波長（λｍａｘ）における当該測定と二色比（Ｒｄ）の測定結果を示す。

本発明の特徴を有する染料系偏光層の光学特性は以下の方法により得た。偏光層Ａ、Ｂ、Ｃの単色の分光測定結果を用い、以下の波形合成の方法に基づいてコンピュータを用いて計算を行い、シミュレーションによってニュートラルグレー色となる偏光フィルムの光学設計を行った。偏光層Ａ、Ｂ、Ｃの波形の寄与率を最適化することで、波長４００〜７００ｎｍの可視光域に渡って高い偏光特性を有する染料系偏光層Ｄを得た。

図４及び図５は、偏光層Ｄの単体透過率及び直交透過率の波形をそれぞれ示す。表３は、偏光層Ｄの光学特性を示す。なお、実際の偏光層Ｄの製造においては、偏光層Ｄの波形が得られるように、上記で用いた染料を最適に配合した染着液を作製し、その後、ＰＶＡに染着し延伸することで、偏光層Ｄと同等となる偏光層を直接得ることもできる。

偏光層Ｄは、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域において直交透過率（Ｔｃ）が１％以上である直交透過波長範囲を有するものとなった。また、偏光層Ｄは、７００ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長範囲全体において直交透過率（Ｔｃ）が１％以上である前記直交透過波長範囲を有するものとなった。また、偏光層Ｄは、４２０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域の波長範囲全体において単体透過率（Ｔｓ）が３３％以上であり、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍの範囲で視感度補正された直交透過率（Ｙｃ）が０．０１％以下となった。

［波形合成の方法］
（１）各波長における透過率（Ｔｓ、Ｔｐ、Ｔｃ）から、各波長における偏光板の吸収軸と直交となるようにして得られる絶対直交透過率Ｋｙ及び偏光板の吸収軸と平行となるようにして得られる絶対平行透過率Ｋｚを求める。
（２）偏光層の表面及び内部の反射率の寄与がそれぞれ約４％あると仮定し、Ｋｙ及びＫｚそれぞれに対して、０．９６^−２との積を求める。
（３）（２）で求めたＫｙ及びＫｚを吸光度に変換し、さらに、任意の濃度の値を掛ける。
（４）偏光層Ａ〜Ｃに対して、上記（１）〜（３）を行い、各値の和が合成された偏光層Ｄの吸光度となる。（３）における任意の濃度の値を調整することで、偏光層Ｄの波形バランスを最適化することができる。ここでは波長範囲４００〜７００ｎｍにおける二色比が最大となるように処理した。
（５）（４）で得た偏光層Ｄの吸光度をＫｙ及びＫｚに変換する。さらに、（２）に基づき、Ｋｙ及びＫｚのそれぞれに対して、０．９６^２との積を求める。
（６）（５）から偏光層Ｄの透過率（Ｔｓ、Ｔｐ、Ｔｃ）を求める。さらに、上述の式に基づいて、偏光層単体の透過率（Ｙｓ、Ｙｃ）及び偏光度Ｐｙを求める。

［黒表示における輝度特性の評価］
光学設計シミュレーションソフト（シンテック社製ＬＣＤｍａｓｔｅｒ）を用いて暗状態の正面輝度（黒表示の輝度）のシミュレーションを行った。図６は、本評価のシミュレーションを行うための構成の模式図を示す。偏光層５０（フロント側）、液晶セル５２、偏光層５４（リア側）の順に配置し、偏光層５０及び偏光層５４に偏光層Ｄの光学特性を設定し、さらに、偏光層５０及び偏光層５４の偏光軸の関係は直交とした。また、液晶セル５２は、液晶５２が面内に水平配向する設定とした。液晶５２の材料は、当該ソフトのデータベースから選択したメルク社製ＺＬＩ−４７９２を適用した。輝度の計算は、上記で得た直交透過率の波形、標準光として図３に示した正規化されたバックライト３２ａの発光強度の波形（日亜化学工業製ＮＳ２Ｗ３６４Ｇ−ＨＧ）を用いた。表４は、当該評価結果を示す。

（実施例２）
標準光のＬＥＤバックライトに日亜化学工業株式会社製ＮＳ２Ｗ３６４Ｇ（バックライト３２ａ）の正規化した発光スペクトル用いた以外は、実施例１に記載の内容と同じである。当該評価結果は、表４に示す。

（比較例１）
市販の高コントラスト染料系偏光板ＳＨＣ−１３Ｕ（ポラテクノ社製）の分光測定より得た光学データ用いた以外は、実施例１に記載内容と同じである。当該評価結果は、表４に示す。

（比較例２）
市販の高コントラスト染料系偏光板ＳＨＣ−１３Ｕ（ポラテクノ社製）の分光測定より得た光学データ用いた以外は、実施例２に記載内容と同じである。当該評価結果は、表４に示す。

（比較例３）
市販の高コントラスト染料系偏光板ＶＨＣ−１２８Ｕ（ポラテクノ社製）の分光測定より得た光学データ用いた以外は、実施例１に記載内容と同じである。当該評価結果は、表４に示す。

（比較例４）
市販の高コントラスト染料系偏光板ＶＨＣ−１２８Ｕ（ポラテクノ社製）の分光測定より得た光学データ用いた以外は、実施例２に記載内容と同じである。当該評価結果は、表４に示す。

（比較例５）
市販のヨウ素系偏光板ＳＫＮ―１８２４３Ｔ（ポラテクノ社製）の分光測定より得た光学データ用いた以外は、実施例１に記載内容と同じである。当該評価結果は、表４に示す。

（比較例６）
市販のヨウ素系偏光板ＳＫＮ―１８２４３Ｔ（ポラテクノ社製）の分光測定より得た光学データ用いた以外は、実施例２に記載内容と同じである。当該評価結果は、表４に示す。

表３の結果について説明する。偏光層Ｄは、Ｃ光源２度視野の視感度補正計算において、計算する波長範囲を３８０〜７８０ｎｍとする場合（ケース１）と、計算する波長範囲を４００〜７００ｎｍとする場合（ケース２）とでは、計算結果に差が生じた。この差は特に透過率Ｙｃの値に表れており、比（ケース１／ケース２）が他の偏光層よりも大きいことからもわかる。結果として、得られる二色比Ｒｄの値にも違いが生じた。この理由は、Ｃ光源（自然光）を標準光とする計算方法では、偏光層Ｄは波長７００ｎｍ以上に殆ど偏光特性を有しないため、標準光における波長７００ｎｍ以上の光を遮断することができないためである。反対に、ケース２の計算結果によれば、偏光層Ｄは従来の染料系偏光層を凌駕する光学特性を示した。これは、偏光層Ｄの直交透過波形の構造では、光源輝度の波形特性を考慮することが必要であることを示唆する。したがって、実際の偏光層Ｄを用いる表示装置の設計においては、波長７００ｎｍ以上に殆ど輝度を有しない光源を用いることで、染料系偏光層を用いても高い表示性を実現できる。

一方、従来の染料系偏光層（ＳＨＣ−１３ＵおよびＶＨＣ−１２８Ｕ）及びヨウ素系偏光層（ＳＫＮ−１８２４３Ｔ）では、ケース１及びケース２の各々の計算において、偏光層Ｄと比べ両者の計算値に光学特性の差は殆ど生じなかった。特に、ＳＨＣ−１３Ｕの場合では、ケース１とケース２との間に値の差が殆ど生じなかった。これは、波長７００ｎｍ以上の直交透過率がすべての染料系偏光層の中で最も低いことに起因している。したがって、染料系偏光層の光学設計においては、このような直交透過波形の構造を有することでヨウ素系偏光層と遜色のない偏光帯域を備えることができる。

次に、表４の結果について説明する。実施例１及び実施例２の黒輝度は、従来の染料系偏光層（比較例１〜４）及びヨウ素系偏光層（比較例５，６）を用いた場合よりも低い値を示した。すなわち、バックライト３２ａ又はバックライト３２ｂのＬＥＤ光源を適用した表示装置において、偏光層Ｄは、ヨウ素系偏光層と遜色のない黒表示を実現することができた。なお、表３におけるケース２の計算結果を偏光層Ｄの光学特性として扱うことが望ましい。また、実施例１のバックライト３２ａを用いた場合の結果から、波長７００ｎｍ以上の正規化された発光輝度が０．０１以下と偏光層Ｄの組合せにおいては、バックライト３２ｂよりも黒輝度を３６％低下させることができた。すなわち、表示装置における黒の表示性を向上させることができた。

一方で、比較例１〜６では、バックライト３２ａを用いた場合の黒輝度の値は、バックライト３２ｂを用いた場合に対して２〜１７％の改善に留まっており、実施例１及び２のように黒の表示性を向上させる効果は殆どなかった。

以上の結果より、本実施の形態によれば、染料系偏光層を用いた表示装置の表示特性を向上のために、光学特性を最適化するための染料配合からの観点だけでなく、表示装置に用いるバックライトの発光スペクトルに着目することで、ヨウ素系偏光層を用いた場合に匹敵する表示性を得ることができる。すなわち、染料系偏光層として波長範囲７００ｎｍ以上の直行透過率（Ｔｃ）が１．０％以上の偏光層であっても、バックライトの波長範囲７００ｎｍ以上の正規化された発光輝度が０．０３以下、より好ましくは０．０１以下であるバックライトを組み合わせることで、黒表示時の輝度を低下させ、表示のコントラストを向上させることができる。

また、本実施の形態における染料系偏光層の光学設計では、波長範囲７００ｎｍ以上に偏光特性を付与する必要がないから、配合する染料の種類を従来より低減させることができる。これにより、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲において、染料固有の副吸収の影響を少なくでき、従来の染料系偏光層よりも高い単体透過率を実現することができる。したがって、本実施の形態では、黒表示の改善だけなく、白表示時の輝度を向上させ、表示装置の表示のコントラストをより向上させることもできる。

（変形例）
本発明の実施の形態における表示装置の構成において、バックライト３２の出射側から偏光層１０に至るいずれかの層に波長７００ｎｍ以上の光を吸収する材料を含有させたり、当該波長範囲の光を吸収する層を追加することによって、バックライト３２から照射される７００ｎｍ以上の発光をカットすることができる。これにより、上記の偏光層Ｄのような染料系偏光層を用いても、バックライト３２の発光特性を問わず、表示特性に優れた液晶表示装置を得ることができる。

例えば、入射光のうち所定の性質を持つ光だけを透過し、それ以外の光を透過しない市販の「光学フィルタ」を適用することができる。より具体的には、ある波長より短い波長だけを透過するショートパスフィルタを用いることが好ましい。本実施の形態では、例えば、６５０〜７００ｎｍ付近の波長範囲に波長選択能のあるショートパスフィルタを用いればよい。

その他の例としては、波長７００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に最大吸収波長を有するシアニン系の色素を用いてもよい。当該材料の場合、偏光層１０の粘接着層に含有させたり、バックライト３２の出射側から偏光層１０に至るいずれかの層にコーティング等の方法により設けてもよい。

１０偏光層、１２第１基板、１４カラーフィルター、１４偏光フィルム、１６対向電極、１８配向膜、２０液晶層、２２配向膜、２４表示電極、２６層間絶縁膜、２８第２基板、２８ａゲート電極、２８ｂゲート絶縁膜、２８ｃ半導体層、３０偏光層、３２（３２ａ，３２ｂ）バックライト、４０偏光フィルム、４２（４２ａ，４２ｂ）支持フィルム、４４表面機能層、４６粘着層、５０偏光層、５２液晶、５４偏光層、１００表示装置。

Claims

染料系偏光層と、バックライトと、を備える表示装置であって、
前記染料系偏光層は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域において直交透過率（Ｔｃ）が１％以上である直交透過波長範囲を有し、
前記バックライトは、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域における最大発光強度によって正規化された発光強度が前記直交透過波長範囲において０．０３以下であることを特徴とする表示装置。
請求項１に記載の表示装置であって、
前記染料系偏光層は、７００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の波長範囲全体において直交透過率（Ｔｃ）が１％以上である前記直交透過波長範囲を有することを特徴とする表示装置。
請求項２に記載の表示装置であって、
前記染料系偏光層は、４２０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光領域の波長範囲全体において単体透過率（Ｔｓ）が３３％以上であり、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍの範囲で視感度補正された直交透過率（Ｙｃ）が０．０１％以下であることを特徴とする表示装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置であって、液晶層を備えることを特徴とする表示装置。