JP7448910B2 - 液晶セル及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
[1] 少なくとも一方が透明電極膜を有し、互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板の間に配設された液晶層と、を備える液晶セルであって、
前記液晶層に含まれる液晶が、365nmにおいて0.05以上0.50以下の複屈折率Δn365を有し、
前記液晶層の厚さが1μm以上15μm以下であり、
紫外域に偏光機能を有する一対の測定用偏光板の各吸収軸を前記液晶セルの外側に対向配置した状態で、365nmにおける透過率を測定することにより算出された電圧無印加時の透過率と電圧印加時の透過率との差の絶対値が、10%以上100%以下であり、かつ、
前記測定用偏光板が、365nmにおいて99%以上の偏光度を有することを特徴とする、液晶セル。
[2] 紫外域に偏光機能を有する一対の測定用偏光板の各吸収軸を前記液晶セルの外側に直交に対向配置した状態で、300nm以上400nm以下の範囲における各波長の透過率を測定することにより算出された電圧無印加時の透過率と電圧印加時の透過率との差の絶対値が、10%以上100%以下であり、かつ、
前記測定用偏光板が、紫外域で99%以上の偏光度を有する、上記[1]に記載の液晶セル。
[3] 電圧印加時の電圧が4Vであって、365nmにおける透過率を測定することにより算出された電圧無印加時の透過率と電圧印加時の透過率との差の絶対値が、10%以上100%以下を満たす、上記[1]に記載の液晶セル。
[4] 前記液晶層が、下記式(I)の関係式を満たす、上記[1]乃至[3]までのいずれか1つに記載の液晶セル。
[5] 紫外域に偏光機能を有する一対の測定用偏光板を前記液晶セルの外側に対向配置した状態で、380nm以上780nm以下の範囲における各波長の透過率を測定することにより算出された視感度補正単体透過率Ysが、50%以上であり、
前記測定用偏光板が、紫外域で99%以上の偏光度を有する、上記[1]乃至[4]までのいずれか1つに記載の液晶セル。
[6] 前記液晶が、下記式(II)の関係式を満たす、上記[1]乃至[5]までのいずれか1つに記載の液晶セル。
[7] 上記[1]乃至[6]までのいずれか1つに記載の液晶セルと、紫外域に偏光機能を有する一対の偏光板と、を備え、
前記一対の偏光板のそれぞれが、365nmにおいて70%以上の偏光度を有し、各吸収軸を直交に配置した状態で測定することにより得られる365nmにおける直交透過率Tcが、0%以上10%以下であり、前記一対の偏光板が、前記液晶セルの外側に互いに対向配置されている、液晶表示装置。
[8] 上記[1]乃至[6]までのいずれか1つに記載の液晶セルと、紫外域に偏光機能を有する偏光板と、365nmの光が照射されて可視域の偏光を発光する偏光発光板と、を備え、
前記偏光板が、365nmにおいて99%以上の偏光度を有し、
前記偏光板が、前記一対の基板の一方の外側に配置され、
前記偏光発光板が、前記一対の基板の他方の外側に配置されている、液晶表示装置。
[9] 前記偏光発光板が、365nmにおいて偏光機能を有し、
前記偏光発光板に365nmにおける偏光した光を入射した時、最も低い透過率を示す軸の透過率が、0%以上10%以下である、上記[8]に記載の液晶表示装置。
[10] 前記偏光発光板が、365nmにおいて偏光機能を有し、かつ、
前記偏光発光板が、365nmにおける偏光した光の入射時に透過率が10%以上99%以下である軸と、0%以上5%以下である軸と、を有する、上記[8]又は[9]に記載の液晶表示装置。
[11] 前記偏光板が、60%以上の視感度補正単体透過率Ysを有する、上記[8]に記載の液晶表示装置。
[12] 前記偏光発光板が、60%以上の視感度補正単体透過率Ysを有する、上記[8]乃至[11]までのいずれか1つに記載の液晶表示装置。
[13] 上記[1]乃至[6]までのいずれか1つに記載の液晶セルと、400nm以上700nm以下の範囲において50%以下の単体透過率Tsを有する可視域用偏光板と、を備え、
前記可視域用偏光板が、前記液晶セルの少なくとも一方の外側に配置されている、液晶表示装置。
[14] 前記可視域用偏光板が、400nm以上700nm以下の範囲において99%以上の偏光度を有する、上記[13]に記載の液晶表示装置。
[15] 前記偏光板が、少なくとも300~400nmの領域内のいずれかの波長で20%以上の単体透過率Tsを有し、かつ、2枚の前記偏光板が直交するように対向配置した状態で300~400nmの領域内のいずれかの波長おける透過率を測定することにより算出された直交透過率Tcが0~5%である透過軸を有し、
前記偏光発光板が、少なくとも300~400nmの領域内のいずれかの波長において、偏光入射時の透過率が50~100%である透過軸と、偏光入射時の透過率が0~5%である吸収軸と、を有し、
前記液晶セルに含まれる液晶が、ねじれネマチック液晶であり、
前記偏光板の透過軸と、前記一対の基板の一方において電圧無印加時に前記ねじれネマチック液晶が配向している軸とが、互いに平行に配置され、
前記偏光発光板の吸収軸と、前記一対の基板の他方において電圧無印加時に前記ねじれネマチック液晶が配向している軸とが、互いに直交に配置され、
前記偏光板側から300~400nmの領域内の光が入射されることによって液晶表示が可能である、上記[8]に記載の液晶表示装置。
[16] 前記偏光板が、少なくとも300~400nmの領域内のいずれかの波長で20%以上の単体透過率Tsを有し、かつ、2枚の前記偏光板が直交するように対向配置した状態で300~400nmの領域内のいずれかの波長おける透過率を測定することにより算出された直交透過率Tcが0~5%である透過軸を有し、
前記偏光発光板が、少なくとも300~400nmの領域内のいずれかの波長において、偏光入射時の透過率が50~100%である透過軸と、偏光入射時の透過率が0~5%である吸収軸と、を有し、
前記液晶セルに含まれる液晶が、ねじれネマチック液晶であり、
前記偏光板の透過軸と、前記一対の基板の一方において電圧無印加時に前記ねじれネマチック液晶が配向している軸とが、互いに直交に配置され、
前記偏光発光板の吸収軸と、前記一対の基板の他方において電圧無印加時に前記ねじれネマチック液晶が配向している軸とが、互いに平行に配置され、
前記偏光板側から300~400nmの領域内の光が入射されることによって液晶表示が可能である、上記[8]に記載の液晶表示装置。
[17] 前記偏光板が、少なくとも300~400nmの領域内のいずれかの波長で20%以上の単体透過率Tsを有し、かつ、2枚の前記偏光板が直交するように対向配置した状態で300~400nmの領域内のいずれかの波長おける透過率を測定することにより算出された直交透過率Tcが0~5%である透過軸を有し、
前記偏光発光板が、少なくとも300~400nmの領域内のいずれかの波長において、偏光入射時の透過率が50~100%である透過軸と、偏光入射時の透過率が0~5%である吸収軸と、を有し、
前記液晶セルに含まれる液晶が、ねじれネマチック液晶であり、
前記偏光板の透過軸と、前記一対の基板の一方において電圧無印加時に前記ねじれネマチック液晶が配向している軸とが、互いに平行に配置され、
前記偏光発光板の吸収軸と、前記一対の基板の他方において電圧無印加時に前記ねじれネマチック液晶が配向している軸とが、互いに平行に配置され、
前記偏光板側から300~400nmの領域内の光が入射されることによって液晶表示が可能である、上記[8]に記載の液晶表示装置。
[18] 電圧無印加又は電圧印加によって、365nmにおける透過率が40%以上100%以下を示す透過型と、0%以上10%以下を示す非透過型と、に制御可能である上記[1]乃至[6]までのいずれか1つに記載の液晶セル。
[19] 上記[18]に記載の液晶セルを備える液晶表示装置。
図1に示されるように、本実施形態に係る液晶セルは、互いに対向配置された一対の基板1と、一対の基板の間に配設された液晶層5とを備えている。一対の基板1のうち、少なくとも一方の基板1はITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極膜2を有しており、当該透明電極膜2を介して液晶セルに電圧が印加される。透明電極膜2は、両方の基板1が対向する面、すなわち、液晶セルの内側の面に形成され、両方の基板1が透明電極膜2を有する場合、各透明電極膜2は対向するように形成される。また、一対の基板1上、あるいは、一方の又は両方の基板1に形成されている透明電極膜2上には、液晶を配向させるための配向膜3が形成されてもよい。配向膜3には、必要に応じて、光配向処理、ラビング処理等の配向処理がされていてもよく、このような配向膜3は、ポリイミド、ポリアミド、ポリシロキサン、ポリビニルアルコール等の材料を用いて形成される。このようにして、透明電極膜2を有する基板1上に配向膜3が形成された導電性基板4を備える液晶セルが作製される。
基板1は、透明であれば特に制限されるものではなく、例えば、ガラス基板であっても、プラスチック基板であってもよい。プラスチック基板は、フィルムまたはシートであってもよい。プラスチック基板の材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネートおよびトリアセチルセルロース等の樹脂が挙げられる。特に、プラスチック基板が可撓性樹脂で作製されたフレキシブル基板であれば、プラスチック基板を任意の形状に曲げて使用することもできる。
液晶層5に含まれる液晶は、365nmにおいて0.05以上0.50以下、好ましくは0.09以上0.20の複屈折率Δn365を有する。複屈折率Δn365が0.05以上0.50以下であることにより、365nmで偏光機能を有する偏光板を液晶セルに設けた時に高コントラストな液晶セルを提供することができる。また、液晶の材料は、液晶セルに含まれる液晶が、ねじれネマチック液晶(TN型液晶)であることが好ましい。液晶がねじれネマチック液晶であることにより、安価でありながら高コントラストな液晶セルを提供できる。ねじれネマチック液晶を使用する場合、一対の基板は、ラビング処理等により配向方向が互い直交するように対向配置された配向膜をそれぞれ有していることが好ましく、各配向膜の間に挟持されるねじれネマチック液晶は、2つの配向膜のラビング方向によって所定のツイスト角をもって封入される。このようなねじれネマチック液晶としては、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、ジシクロヘキサン系液晶、トラン系液晶、テルフェニル系液晶等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、このようなねじれネマチック液晶の市販品として、例えば、メルク社製のZLI-1083(Δn365:0.150)、ZLI-2471(Δn365:0.170)、ZLI-4792(Δn365:0.130)、ZLI-5092(Δn365:0.096)、MLC-2053(Δn365:0.321)等が挙げられる。
(紫外域における透過率)
本実施形態に係る液晶セルの光の透過性において、紫外域の光の高透過時の透過率と消光時の透過率との差が大きいほど、高コントラストな液晶セルを提供しうる。紫外域における透過率は、紫外域に偏光機能を有する測定用偏光板を液晶セルの外側に配設して測定することにより測定される。本実施形態に係る液晶セルにおいては、例えば、電圧印加時における透過率と電圧無印加時における透過率との差が大きい程、高透過時の透過率と消光時の透過率との差が大きいため、高いコントラストを示す液晶セルが得られることを示す。本実施形態に係る液晶セルにおいて、紫外域に偏光機能を有する偏光板であって、365nmにおいて99%以上の偏光度を有する偏光板を測定用偏光板として用いる。このような測定用偏光板の各吸収軸を液晶セルの外側に直交に対向配置した状態で測定することにより得られた、電圧無印加時の365nmにおける透過率と、電圧印加時(例えば電圧が4V)の365nmにおける透過率との差の絶対値は、10%以上100%以下であり、より好ましくは30%以上95%以下であり、さらに好ましくは60%以上90%以下である。電圧印加時と電圧無印加時の365nmにおける透過率が異なるため、365nmの波長において高いコントラストを示す液晶セルを提供することができる。尚、電圧無印加時は消光時を、電圧印加時は高透過時をそれぞれ意味しており、電圧無印加時の365nmにおける透過率と電圧印加時の365nmにおける透過率との差をコントラストとして例示しているが、この限りではない。例えば、液晶の設計、印加電圧によっては電圧無印加時ではなく特定の電圧印加時に消光時の透過率を示すこともあり、電圧無印加時に高透過時の透過率を示すこともある。いずれにしても、特定の電圧(一方が0Vである電圧を含む)間における透過率の差が大きいことで、高コントラストの液晶セルが提供される。ただし、電圧無印加時に消光時を、電圧印加時に高透過時を示す設計の方が、一般的な液晶セルと同様な設計であり、安価に作製できるため好ましい。
液晶セルが、紫外域において所定の光透過性を示すだけでなく、可視域でも光透過性を示すことにより、可視域において液晶セルに透明性および視認性が付与される。可視域における透過率は、紫外域に偏光機能を有する偏光板であって、紫外域で99%以上の偏光度を有する偏光板を測定用偏光板として使用し、この測定用偏光板を液晶セルの外側に配設することにより測定される。本実施形態に係る液晶セルにおいて、紫外域に偏光機能を有する偏光板であって、紫外域で99%以上の偏光度を有する一対の測定用偏光板を液晶セルの外側に対向配置した状態で測定することにより得られた、380nm以上780nm以下の範囲における視感度補正透過率Ysが、好ましくは50%以上99.9%以下であり、より好ましくは60%以上であり、さらに好ましくは70%以上であり、よりさらに好ましくは80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。ここで、視感度補正単体透過率Ysは、可視域における380~780nmの波長領域で、所定波長間隔(dλ)に測定した単体透過率Tsについて、JIS Z 8722:2009に従って視感度に補正した透過率である。具体的には、単体透過率Tsを下記式(III)に代入して算出する。なお、下記式(III)中、Pλは標準光(C光源)の分光分布、τλは2度視野等色関数を表し、単体透過率Tsは、紫外域に偏光機能を有する1枚の偏光板における380~780nmの波長領域の各透過率を測定して得られた透過率を意味する。
本実施形態に係る液晶表示装置は、上述した液晶セルと、液晶セルの外側に2枚の偏光板を備えている。このような構成を有する一実施形態における液晶表示装置は、図2に示されるように、上述した液晶セルと、紫外域で偏光機能を有する一対の偏光板6とを備え、一対の偏光板6が、液晶セルの外側に互いに対向配置されている。液晶セルは、図1と同様、互いに対向配置された一対の基板1と、一対の基板の間に配設された液晶層5とを備えており、一対の基板1のうち、少なくとも一方の基板1はITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極膜2を有している。一対の基板1又は透明電極膜2上には、ポリイミド、ポリアミド、ポリシロキサン、ポリビニルアルコール等の材料を用いて配向膜3が形成されていてもよい。このようにして、導電性基板4を備える液晶セルの外側に、紫外域で偏光機能を有する偏光板6のそれぞれが互いに対向配置された液晶表示装置が作製される。
液晶セルは、電圧の印加の有無により紫外光の透過を制御可能な構造を有していてもよい。このような液晶セルは、電圧無印加又は電圧印加によって、365nmにおける透過率が40%以上100%以下を示す透過型と、0%以上10%以下を示す非透過型と、に制御可能である。透過型モードでは、365nmの透過率は60%以上であることが好ましく、非透過型モードでは、365nmの透過率は1%以下であることが好ましい。他の実施形態に係る液晶表示装置は、このような液晶セルを備えており、電圧の印加に基づきコントラストを制御することが可能である。
紫外域で偏光機能を有する偏光板は、少なくとも300~400nm、すなわち、紫外~近紫外可視域またはその一部で偏光機能を発揮する偏光板であり、可視域では透明であってもよく可視域における偏光はあってもなくてもよい。液晶セルに用いる液晶が可視域でも透明性を有し、かつ紫外域で偏光機能を発揮する偏光板が可視域、すなわち400~780nmでも透明性を有する場合、紫外域で偏光機能を有する偏光板を使用することにより、紫外~近紫外可視域で液晶表示装置として機能しながらも、外観上は透明性の高い液晶表示装置を提供しうる。さらに、液晶セルに用いる液晶が可視域でも透明性を有し、上記式(II)を満たし、かつ紫外域で偏光機能を発揮する偏光板が可視域、すなわち400~780nmでも機能する場合、紫外域で偏光機能を有する偏光板を使用することにより、紫外域~可視域、すなわち300~780nmの全波長領域、または300~400nmの波長領域の一部かつ400~780nmの波長領域の一部で機能する液晶表示装置を提供しうる。
紫外域用偏光板は、紫外光を偏光に変換しうる機能を有し、可視域において高い透過率を有するため、透過する可視光はほぼ偏光制御されることがないか、もしくは著しく偏光度が低い可視光を透過させる機能を有する。すなわち、紫外域用偏光板は、紫外域では偏光を有し、可視域では透明な偏光板を意味する。尚、紫外域用偏光板は、前記紫外域に偏光機能を有する偏光板に含まれる。このような紫外域用偏光板は、当該機能を有してれば特に限定されるものではなく、例えば、紫外光偏光機能を有する水溶性化合物が延伸された偏光膜、例えば国際公開第2005/015275号等に記載されている偏光膜を備える偏光板を使用することができる。このような水溶性化合物として、例えば、C.I.Direct Yellow 28等が挙げられる。上述の機能とは、具体的には、可視域の視感度補正単体透過率Ysが60%以上である場合、紫外域の偏光度が80%以上であり、好ましくは90%以上であり、さらに好ましくは99%以上である。特に好ましい態様として、可視域の視感度補正単体透過率Ysが80%以上である場合、紫外域の偏光度が90%以上であり、より好ましくは99%以上である。
偏光発光板は、紫外光を吸収して可視域に偏光を発光させる機能を有している。このような偏光発光板は、例えば、フィルム等の基材に発光を示す材料となる偏光発光色素を吸着配向させることにより製造される。また、偏光発光板から直接発する偏光は、特定の軸に偏光を有する発光、即ち直線偏光として発光し得るが、特定の軸だけでなく楕円偏光、円偏光を有する発光にも設計可能である。その処方は、偏光発光色素を含浸した基材を一軸延伸だけでなく、斜め延伸、二軸以上の軸で延伸することによって実現し得るが、偏光発光板は、一軸に一定の偏光を発光し得ることが好ましい。偏光発光板は、吸収された紫外光の光エネルギーを、別の波長の光、すなわち可視域の光を発光させるエネルギーに変換することにより偏光を発光させる機能を示す。そのため、ある特定の波長の光を、その波長のまま円偏光として反射させるコレステリック液晶は、このような特性を示す偏光発光板の素材には含まれない。
偏光発光板の基材には、偏光発光性を示す材料となる偏光発光色素が含まれる。そのため、当該基材は、偏光発光色素を吸着し得る親水性高分子等を製膜して得られるフィルムであることが好ましい。このような親水性高分子は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、アミロース系樹脂、デンプン系樹脂、セルロース系樹脂及びポリアクリル酸塩系樹脂等が挙げられる。このような樹脂の中でも、偏光発光色素の染色性、加工性及び架橋性等の観点から、ポリビニルアルコール系樹脂又はその誘導体であることが好ましい。ポリビニルアルコール系樹脂又はその誘導体としては、例えば、ポリビニルアルコール又はその誘導体、ポリビニルアルコール又はその誘導体のいずれかをエチレン、プロピレンのようなオレフィン、クロトン酸、アクリル酸、メタクリル酸、及びマレイン酸のような不飽和カルボン酸等で変性した樹脂等が挙げられる。これらの中でも、二色性を有する偏光発光色素の吸着性及び配向性の点から、ポリビニルアルコール(PVA)フィルムが好ましい。基材は、例えば、市販品であってもよく、ポリビニルアルコール系樹脂の製膜により作製してもよい。また、基材の厚さは適宜設計することができるが、5μm~150μmの範囲が好ましく、20μm~100μmの範囲がより好ましい。偏光発光板は、例えば、基材としてポリビニルアルコール系樹脂をフィルム状に形成し、次いで、当該フィルムに偏光発光性を示す材料となる偏光発光色素を含有させる。その後、得られたフィルムに延伸等の配向処理を適用し、さらには、ホウ酸処理、洗浄処理、乾燥処理を施すことによって偏光発光板を作製することができる。
次に、上記基材に吸着配向させる偏光発光色素について説明する。偏光発光板に偏光発光性を付与するための材料として、分子中にスチルベン骨格およびビフェニル骨格の少なくとも1つを有し、かつアゾ基を有さない化合物又はその塩を使用することが好ましい。偏光発光色素が分子中にアゾ基を有すると、従来の染料系偏光素子のように高い偏光度は実現できるものの、アゾ基により発光が吸収され、発光光量が著しく低下してしまう。そのため、偏光発光色素として、分子中にアゾ基を有さない化合物又はその塩が使用されることが好ましい。このような偏光発光色素は、蛍光発光を示すと共に、二色比を有するため、偏光発光が可能である。そのため、分子中にスチルベン骨格およびビフェニル骨格の少なくとも1つを有する偏光発光色素は、蛍光発光特性に優れ、かつ、基材に配向させることにより高い二色比を有する特性を兼ね備える。これらの特性は、スチルベン骨格およびビフェニル骨格の各骨格に起因するため、上記の各骨格に、さらに任意の置換基を導入し、吸収波長、発光波長、耐光、耐湿、耐オゾンガス等の各種堅牢性、溶解度等、各種特性等を調整することも可能である。この置換基の導入は、置換基の種類、置換基の位置によって、従来の染料系偏光板のように高い偏光度を実現することができるものの、発光光量が著しく低下してしまう場合もある。そのため、蛍光発光特性に優れ、かつ、高い二色比を実現するためには、置換基の種類、置換基の位置の選択が重要となる。また、上記の偏光発光色素は、1種単独でもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
メチルアミノ基、エチルアミノ基、n-ブチルアミノ基、ターシャリブチルアミノ基、n-ヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジ-n-ブチルアミノ基、エチルメチルアミノ基、エチルヘキシルアミノ基等の置換基を有してもよい炭素数1~20のアルキルアミノ基;
フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ナフチルアミノ基、N-フェニル-N-ナフチルアミノ基等の置換基を有してもよいアリールアミノ基;
メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、n-ブチル-カルボニルアミノ基等の置換基を有してもよい炭素数1~20のアルキルカルボニルアミノ基;
フェニルカルボニルアミノ基、ビフェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等の置換基を有してもよいアリールカルボニルアミノ基;
メチルスルホニルアミノ基、エチルスルホニルアミノ基、プロピルスルホニルアミノ基、n-ブチル-スルホニルアミノ基等の炭素数1~20のアルキルスルホニルアミノ基、フェニルスルホニルアミノ基、ナフチルスルホニルアミノ基等の置換基を有してもよいアリールスルホニルアミノ等が挙げられる。これらの中でも、置換基を有してもよい炭素数1~20のアルキルカルボニルアミノ基、置換基を有してもよいアリールカルボニルアミノ基、炭素数1~20のアルキルスルホニルアミノ基、置換基を有してもよいアリールスルホニルアミノ基が好ましい。
このような式(5)で示される化合物の具体例は、例えば、特開平4-226162号公報に記載されている下記の化合物等が挙げられる。
可視域用偏光板は、偏光板の偏光軸と同軸に入射する可視光を偏光し透過させるが、偏光板の吸収軸と同軸に入射する可視光は透過しないか又は殆ど透過しない機能を有する。すなわち、可視光において直線偏光に変換させることができる一般の偏光板を意味する。可視域用偏光板は紫外光をカットする機能を有してもよい。このような可視域用偏光板は、当該機能を有してれば特に限定されるものではなく、一般的に市販されている偏光板、即ち一般的なヨウ素系偏光板等を利用することができる。このような可視域用偏光板は、例えば、ポラテクノ社製のヨウ素系偏光板SKNシリーズ、KNシリーズ、ポラテクノ社製の染料系偏光板 THCシリーズ、SHCシリーズ等を使用することができる。
本実施形態に係る各液晶表示装置には、少なくとも紫外光を発する光源を介して偏光板の一方に紫外光が照射される。このような光源として、紫外光を照射する光源、紫外光と可視光の両方を照射する光源を使用できる。紫外光を照射する光源は、例えば、ブラックライト、UVランプ、UV-LED等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、種々の照射装置、照射機器を使用できる。紫外光と可視光の両方を照射する光源は、例えば、紫外域用の重水素ランプと可視域用のタングステンランプを備えた紫外-可視ファイバ光源等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、種々の照射装置、照射機器を使用できる。このような光源は、液晶表示装置にさらに組み込まれていてもよい。
また、紫外光と可視光の両方を照射する光源として、外光の紫外光を利用することもできる。
本実施形態に係る各液晶表示装置には、必要に応じて、カラーフィルタ、ハードコート層、防眩層及び帯電防止層等の公知の各種機能性層を適宜備えていてもよい。このような各種機能性層を作製する場合、各種機能性を有する材料を各液晶表示装置に使用される構成部材の露出面に塗工する方法が好ましく、一方、そのような機能を有する層又はフィルムを接着剤若しくは粘着剤を介して構成部材の露出面に貼合せることも可能である。
下記の実施例及び比較例で作製した各紫外域用偏光板および偏光発光板を測定試料として、以下の測定および評価を行った。
分光光度計(日立ハイテクテクノロジーズ社製「U-4100」)を用いて紫外域用偏光板および偏光発光板の透過率ならびに吸光度を測定した。各実施例および比較例で作製した各偏光板(測定試料)に、220nm~2600nmの波長領域において100%の偏光を有する光(以下、「絶対偏光」とも称する)を照射できるグラムトムソン偏光子を設置し、各測定試料に、絶対偏光を照射した際の各波長における光の透過率を測定した。グラムトムソン偏光子より絶対偏光を照射し、各測定試料に対して、最も高い光の吸収を示す軸に対して直交位に偏光した光が入射した際に測定された光の透過率をKy、絶対偏光を照射して最も高い光の吸収を示す軸に対して平行位に偏光した光が入射した際に測定された光の透過率をKzとして、各透過率を測定した。
各測定試料の視感度補正単体透過率Ysは、可視領域における380~780nmの波長領域で、所定波長間隔dλ(ここでは5nm)毎に求めた上記Ky及びKzの値を、上記記式(IV)に代入して各波長の単体透過率Tsを算出し、JIS Z 8722:2009に従って視感度に補正した透過率である。具体的には、単体透過率Tsを上記式(III)に代入して算出した。なお、式(III)中、Pλは標準光(C光源)の分光分布を表し、τλは2度視野等色関数を表す。
各測定試料の偏光発光強度、発光した光の偏光度については、発光分光光度計(東京インスツルメンツ社製 分光ポラリメーターPoxi-Spectra)を用いて、ストークスパラメータ法により測定した。紫外線の光を測定試料に入射した時に発光分光光度計より得られる発光強度(S0)において、最大発光波長の発光強度を「1」とし、各波長の比率を算出した。算出した各波長の強度比率(Sr0)と、分光光度計より得られる発光した光の直線偏光度(DOLP)より、下記式(VII)により偏光した発光の偏光度(DOP)を算出した。
厚さ75μmのポリビニルアルコールフィルム(クラレ社製 VF-PS#7500)を40℃の温水に3分間浸漬して、フィルムを膨潤させた。膨潤して得られたフィルムを、C.I.Direct Yellow 28を1.0部、芒硝を1.0部、水を1500部含有する45℃の水溶液に、4分間浸漬させた。得られたフィルムを3%ホウ酸水溶液中に50℃で5分間浸漬しながら5倍に延伸した。延伸して得られたフィルムを、緊張状態を保ったまま常温の水で20秒間水洗し、70℃で9分間乾燥して紫外域用偏光素子を得た。一方で、紫外線吸収剤を含有しないトリアセチルセルロースフィルム(富士フィルム社製 ZRD-60)の両面を、1.5規定の水酸化ナトリウム水溶液を用いて35℃で10分間処理し、水洗し、70℃で10分乾燥させ、作製した紫外域用偏光素子の両面に4%のポリビニルアルコール樹脂(日本酢ビポバール社製 NH-26)を含む水溶液を介してラミネートし、83.24%の視感度補正単体透過率(Ys)を有する紫外域用偏光板Aを作製した。
上記紫外域用偏光板Aの作製で用いたC.I.Direct Yellow 28 1.0部を0.2部に変えた以外は同様にして88.20%の視感度補正単体透過率(Ys)を有する紫外域用偏光板Bを作製した。
上記紫外域用偏光板Aの作製で用いたC.I.Direct Yellow 28 1.0部を0.1部に変えた以外は同様にして88.83%の視感度補正単体透過率(Ys)を有する紫外域用偏光板Cを作製した。
(合成例1)
市販品の4,4’-ジアミノスチルベン-2,2’-ジスルホン酸ナトリウム41.4部を水300部に加え撹拌し、35%塩酸を用いてpH0.5とした。得られた溶液に40%亜硝酸ナトリウム水溶液10.9部を加え、10℃で1時間撹拌し、続いて6-アミノナフタレン-2-スルホン酸34.4部を加え、15%炭酸ナトリウム水溶液でpH4.0に調製し、4時間撹拌した。得られた反応液に塩化ナトリウム60部を加え、析出固体をろ過分離、さらにアセトン100部にて洗浄し、得られたウェットケーキを乾燥することにより、中間反応体である式(7)の化合物83.8部を得た。
(偏光発光素子Aの作製)
厚さ60μmのポリビニルアルコールフィルム(クラレ社製 VF-PE#6000)を35℃の温水に3分間浸漬して、フィルムを膨潤させた。膨潤して得られたフィルムを、式(8)の化合物を0.03部、トリポリリン酸ナトリウム1.0部、芒硝1.0部、水1000部を含む45℃の水溶液に5分間浸漬させた。得られたフィルムを3%ホウ酸水溶液中に50℃で5分間浸漬し、6.0倍に延伸した。延伸して得られたフィルムを、緊張状態を保ったまま常温の水で20秒間水洗し、乾燥して偏光発光素子Aを作製した。
紫外線吸収剤を含有しないトリアセチルセルロースフィルム(富士フィルム社製 ZRD-60)の両面を、1.5規定の水酸化ナトリウム水溶液を用いて35℃で10分間処理し、水洗し、次いで、70℃で10分乾燥させた。水酸化ナトリウムで処理したトリアセチルセルロースフィルムを、上記で作製した偏光発光素子Aの両面に4%のポリビニルアルコール樹脂(日本酢ビポバール社製 NH-26)を含む水溶液を介してラミネートして偏光発光板Aを作製した。得られた偏光発光板Aは、偏光発光素子Aと同等の光学特性を示した。
厚さ60μmのポリビニルアルコールフィルム(クラレ社製 VF-PE#6000)を35℃の温水に3分間浸漬して、フィルムを膨潤させた。膨潤して得られたフィルムを、4,4’-ビス-(スルホスチリル)ビフェニル2ナトリウム水溶液(BASF社製 Tinopal NFW Liquid)を0.03部、トリポリリン酸ナトリウム1.0部、芒硝1.0部、水1000部を含む45℃の水溶液に2分間浸漬させた。得られたフィルムを3%ホウ酸水溶液中に50℃で5分間浸漬し、6.0倍に延伸した。延伸して得られたフィルムを、緊張状態を保ったまま常温の水で20秒間水洗し、乾燥して偏光発光素子Bを作製した。
紫外線吸収剤を含有しないトリアセチルセルロースフィルム(富士フィルム社製 ZRD-60)の両面を、1.5規定の水酸化ナトリウム水溶液を用いて35℃で10分間処理し、水洗し、次いで、70℃で10分乾燥させた。水酸化ナトリウムで処理したトリアセチルセルロースフィルムを、上記で作製した偏光発光素子Bの両面に4%のポリビニルアルコール樹脂(日本酢ビポバール社製 NH-26)を含む水溶液を介してラミネートして偏光発光板Bを作製した。得られた偏光発光板Bは、偏光発光素子Bと同等の光学特性を示した。
偏光発光素子Bの作製において、4,4’-ビス-(スルホスチリル)ビフェニル2ナトリウム水溶液を0.03部、トリポリリン酸ナトリウム1.0部、芒硝1.0部、水1000部を含む45℃の水溶液に10分間浸漬した以外は同様にして、偏光発光素子Cおよび偏光発光板Cを作製した。
液晶セルを作製するに際し、以下の評価用セル(EHC社製)を液晶空セルとして用いた。
・液晶空セルA:KSRS-02/B111M1NSS05、セルギャップ 2μm
・液晶空セルB:KSRS-05/B111M1NSS05、セルギャップ 5μm
・液晶空セルC:KSRS-10/B111M1NSS05、セルギャップ 10μm
・液晶空セルD:KCRK-03X、セルギャップ 最大3μm、くさび形セル
ねじれネマチック液晶(TN型液晶:Twisted Nematic液晶)として、メルク社製のZLI-1083、ZLI-2471、ZLI-4792、ZLI-5092、およびMLC-2053を使用した。それぞれの液晶での365nm、640nmの各波長における複屈折(Δn)を下記表3に示す。
ZLI-1083、ZLI-2471、ZLI-4792、ZLI-5092の各液晶を液晶空セルC(セルギャップ 10μm)に、ZLI-1083、ZLI-2471、ZLI-4792の各液晶を液晶空セルB(セルギャップ 5μm)に、ZLI-1083の液晶を液晶空セルA(セルギャップ 2μm)にそれぞれ封入し、各実施例における液晶セルを作製した。
ZLI-1083を液晶空セルD(楔形セル、セルギャップ 最大3μm)に封入し、セルギャップが0.9μmの位置で透過率を測定した。
光源として、365nmの波長における紫外光を照射するLED光源(THORLABS社製 マウント付LED M365L2)を使用した。上記で作製した紫外域用偏光板A、液晶セル、偏光発光板をこの順に配置し、下記の条件で各部材が配置された構成を有する偏光発光表示装置Aを作製した。光源からの紫外光を偏光発光表示装置Aの紫外域用偏光板A側から照射し、液晶駆動時の明状態(強偏光時の発光量)と暗状態(強偏光時の発光量)の各発光強度(輝度)を、2次元色彩輝度計(コニカミノルタ株式会社社製 ProMetric IC-PMI2)を用いて測定した。液晶セルには、液晶空セルC(セルギャップ:10μm)を使用した。
光源として、365nmの波長における紫外光を照射するLED光源(THORLABS社製 マウント付LED M365L2)を使用した。上記で作製した紫外域用偏光板A、液晶セル、偏光発光板をこの順に配置し、下記の条件で各部材が配置された構成を有する偏光発光表示装置Bを作製した。光源からの紫外光を偏光発光表示装置Bの紫外域用偏光板A側から照射し、液晶駆動時の明状態(強偏光時の発光量)と暗状態(強偏光時の発光量)の各発光強度(輝度)を、2次元色彩輝度計(コニカミノルタ社製 ProMetric IC-PMI2)を用いて測定した。液晶セルには、液晶空セルC(セルギャップ:10μm)を使用した。
光源として、365nmの波長における紫外光を照射するLED光源(THORLABS社製 マウント付LED M365L2)を使用した。上記で作製した紫外域用偏光板A、液晶セル、偏光発光板をこの順に配置し、下記の条件で各部材が配置された構成を有する偏光発光表示装置Cを作製した。光源からの紫外光を偏光発光表示装置Cの紫外域用偏光板A側から照射し、液晶駆動時の明状態(強偏光時の発光量)と暗状態(強偏光時の発光量)の各発光強度(輝度)を、2次元色彩輝度計(コニカミノルタ株式会社社製 ProMetric IC-PMI2)を用いて測定した。液晶セルには、液晶空セルC(セルギャップ:10μm)を使用した。
上記で作製した偏光発光表示装置A~Cにおいて、液晶空セルに注入する液晶として、ZLI-1083またはMLC-2053を使用し、偏光発光板として、上記で得た偏光発光板A~Cをそれぞれ使用した。各組合せにおける液晶駆動時(電圧印加時と電圧無印加時)において液晶セルから発光した光について、明状態と暗状態でのコントラスト(CR)を測定した。また、光源から紫外光を照射しない場合における液晶表示装置の視感度補正単体透過率Ysを、分光光度計U-4100を用いて測定した。その結果を実施例C1~C18として下記表7および8に示す。
Claims (6)
- 液晶セルと、紫外域に偏光機能を有する一対の偏光板と、を備える液晶表示装置であって、
前記液晶セルが、少なくとも一方が透明電極膜を有し、互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板の間に配設された液晶層と、を備えるTN型の液晶セルであって、
前記液晶層に含まれる液晶が、365nmにおいて0.05以上0.50以下の複屈折率Δn365を有し、
前記液晶層の厚さが1μm以上15μm以下であり、
紫外域に偏光機能を有する一対の測定用偏光板の各吸収軸を前記液晶セルの外側に直交に対向配置した状態で、365nmにおける透過率を測定することにより算出された電圧無印加時の透過率と電圧印加時の透過率との差の絶対値が、10%以上100%以下であり、かつ、
前記測定用偏光板が、365nmにおいて99%以上の偏光度を有し、
前記一対の偏光板のそれぞれが、365nmにおいて70%以上の偏光度を有し、各吸収軸を直交に配置した状態で測定することにより得られる365nmにおける直交透過率Tcが、0%以上10%以下であり、前記一対の偏光板が、前記液晶セルの外側に互いに対向配置されていることを特徴とする、液晶表示装置。 - 紫外域に偏光機能を有する一対の測定用偏光板の各吸収軸を前記液晶セルの外側に直交に対向配置した状態で、300nm以上400nm以下の範囲における各波長の透過率が測定された波長のうち少なくとも1波長において算出された電圧無印加時の透過率と4Vの電圧印加時の透過率との差の絶対値が、10%以上100%以下であり、かつ、
前記測定用偏光板が、300nm以上400nm以下の範囲の紫外域で99%以上の偏光度を有する、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 電圧印加時の電圧が4Vであって、365nmにおける透過率を測定することにより算出された電圧無印加時の透過率と電圧印加時の透過率との差の絶対値が、10%以上100%以下を満たす、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 紫外域に偏光機能を有する一対の測定用偏光板の各吸収軸を前記液晶セルの外側に直交に対向配置した状態で、380nm以上780nm以下の範囲における各波長の透過率を測定することにより算出された視感度補正単体透過率Ysが、50%以上であり、
前記測定用偏光板が、300nm以上400nm以下の範囲の紫外域で99%以上の偏光度および60%以上の視感度補正単体透過率Ysを有する、請求項1乃至4までのいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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