JP2008180875A - 偏光子及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な装置や煩雑な工程を用いずに偏光板の吸収軸と位相差板の光学軸を高精度に一致させ、広視野角で低消費電力、高品位な液晶表示装置を得る。
【解決手段】透明な基板１１上に、金属線１２が形成されたワイヤーグリッド型偏光子の金属線１２の面の凹凸により自己組織化して位相差を発現する位相差機能膜２１を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられる偏光子と位相差板に関するものである。

液晶ディスプレイは、表示品質が高く、且つ薄型、低消費電力などといった特長から、その用途を拡大しており、適用製品は、携帯電話用ディスプレイ、デジタルスチルカメラ用ディスプレイなどの携帯用モニターからデスクトップパソコン用モニター、印刷やデザイン向けモニター、医療用モニター、さらには、液晶テレビなど広範囲に亘っている。

近年の液晶ディスプレイ用途拡大に伴い、液晶ディスプレイの更なる高品質化が望まれており、中でも広視野角化、高コントラスト比化、低消費電力化に対する要求は特に強い。

液晶ディスプレイの表示原理は、液晶分子の屈折率異方性と偏光板の偏光透過特性を利用して明暗を表示するものである。しかし、液晶分子の屈折率は方向によって異なるため、液晶ディスプレイを正面から見た場合と斜めから見た場合とでは、液晶層の屈折率が異なってしまう。これが、液晶ディスプレイの視野角による色調の変化やコントラスト比の変化を招く主な原因となっている。また、液晶ディスプレイの黒は、偏光板の直交ニコルによって表示しているが、斜めから見ると偏光板の吸収軸が直交からずれてしまい、漏れ光が発生してしまう。このため、斜めから見るとコントラスト比が低下してしまうという問題がある。これら液晶ディスプレイの視野角特性の問題を改善するため、液晶ディスプレイには、光学補償が可能な位相差板が用いられている。

一般的な位相差板としては、高分子フィルムを延伸したものや液晶を用いたものが挙げられる。延伸した高分子フィルムの場合、延伸方向に平行又は垂直に光学軸が発生するため、位相差フィルムを作製すると、位相差フィルムの光学軸はフィルム長尺方向に対して平行又は垂直になる。これを液晶表示素子の寸法に合わせて裁断し、偏光板及び液晶ディスプレイに貼り付けて使用するが、裁断時や貼り合わせ時に、光学軸のずれが発生してしまう。また、フィルム長尺方向からある角度をもって裁断する場合などは、軸精度良く裁断するのが難しく、利用効率も悪いという問題もある。

次に、液晶を利用した位相差板は、配向制御膜及びその配向処理が必要となる。配向処理にはラビング配向処理又は光配向処理がある。ラビング配向処理では、ラビング時の静電気、塵の発生、大画面処理時には、ムラの発生などの問題がある。光配向処理は、静電気、塵の発生が無く、有用であるが、照射光の偏光軸精度の問題が存在する。また、延伸フィルム型と同様に裁断時や偏光板貼り合わせ時の軸精度の問題も存在する。

位相差板は、位相差板の屈折率異方軸と偏光板の吸収軸、液晶の屈折率異方軸とが特定の角度をなすように配置され、一般的には、粘着剤を用いて位相差板を偏光板と液晶パネルに貼り付けて使用される。この時、位相差板の光学軸が少しでもずれてしまうと、所望の光学特性が得られず、液晶ディスプレイの色調の変化やコントラスト比の低下などの問題を招いてしまう。

液晶表示装置に用いられる偏光板としては、ポリビニルアルコールにヨウ素を含浸させ、これを延伸して製造したヨウ素系偏光板が現在広く用いられている。このヨウ素系偏光板は、光の一方の偏光成分を吸収して、直交する方向の偏光成分を透過するものである。このような吸収型の偏光板は、液晶表示装置の光源からの光量を最大でも５０％しか利用することができず、光利用効率が悪いという課題がある。下記特許文献１に、光の利用効率向上を目的としたワイヤーグリッド型偏光光学素子が開示されている。
特開２００１−７４９３５号公報

液晶表示装置に、ヨウ素系偏光板のような吸収型偏光板を用いた場合、原理上、光の利用効率は５０％以下となってしまう。一方、ワイヤーグリッド型偏光子は、ワイヤー（金属線）の長手方向に平行な電気ベクトルをもった光を反射し、垂直な方向の電気ベクトルをもった光を透過する反射型偏光子である。この反射した成分の光を再利用することにより、光の利用効率を向上することができる。

しかし、ワイヤーグリッド型偏光子には、以下３つの課題がある。第一に、透明な基板上に金属線を形成したワイヤーグリッド型偏光子の金属線面は、接触に弱く、金属線が壊れやすいという課題である。これは、製造時の取り扱いや製品の信頼性において問題である。第二に、位相差板と偏光板を貼り合わせて用いる場合、粘着剤が必要となるが、その粘着剤層が偏光板を透過した直線偏光の偏光度を落としてしまい、液晶表示装置のコントラスト比が低下してしまうという課題である。これは、粘着剤層が光散乱を引き起こしているためであると考えられる。第三に、液晶表示装置にワイヤーグリッド型偏光子を用いる場合、光源の熱により偏光子が反ってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、位相差板と偏光板の光学軸が高精度に一致した位相差機能付ワイヤーグリッド型偏光子及び偏光機能膜付ワイヤーグリッド型偏光子と、それらを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

透明な基板と、前記透明な基板の一方の表面上に互いに平行に形成された複数の金属線からなり、前記金属線の表面上に複屈折性を有する樹脂膜が形成されていることを特徴とする偏光子。
透明な基板と、前記透明な基板の一方の表面上に互いに平行に形成された複数の金属線からなり、前記金属線の表面上に配向制御膜が形成され、前記配向制御膜の表面上に複屈折性を有する樹脂膜が形成されていることを特徴とする偏光子。
透明な基板と、前記透明な基板の一方の表面上に互いに平行に形成された複数の金属線からなり、前記金属線の表面上に光異性化化合物を含有した樹脂膜が形成されており、前記樹脂膜は前記金属線と平行な方向に吸収軸をもつことを特徴とする偏光子。
一対の基板と、前記一対の基板に配置された偏光板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の少なくとも何れか一方に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記一対の基板のそれぞれに形成された一対の配向制御膜と前記一対の基板外に配置された光源からなる液晶表示装置において、前記光源側の偏光板が請求項１から１２に記載の偏光子であることを特徴とする液晶表示装置。

以上、本発明によれば、高価な部材や煩雑な製造プロセスを用いることなく、位相差板と偏光板の光学軸が高精度に一致した位相差機能付ワイヤーグリッド型偏光子及び偏光機能膜付ワイヤーグリッド型偏光子と、それらを用いた液晶表示装置を提供することができる。

以下、本発明に係る位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子について、図１から図９を用いて説明する。

図１に示すように、位相差機能膜付ワイヤーグリッド型偏光子は、透明な基板１１上に直線状の金属線１２が形成され、透明な基板１１上と金属線１２上に位相差をもつ樹脂層としての位相差機能膜２１が形成されている。位相差機能膜２１は金属線１２を接触等から守る保護膜としても作用するため有効である。また、偏光子と位相差機能膜との間に粘着層を必要としないため、消光比の低下を回避でき、液晶表示装置における高コントラスト比化に有効である。

位相差機能膜２１は、液晶分子又は円盤状分子又は液晶性高分子、又は、それらの混合物により形成されている。その位相差機能膜２１の位相差は、金属線１２の凹凸構造による自己組織化により発現することを特徴とする。この金属線２１の凹凸構造により、偏光透過軸及び位相差機能膜の光学軸が決定されるため、図２に示す従来のワイヤーグリッド型偏光子を用いて、その偏光軸と位相差層の光学軸を高精度に一致させることが可能となる。

また、位相差機能膜２１の位相差は、図３に示すような方法で、光４１、特に紫外線を照射することにより発現することを特徴とする。照射する光４２は、ワイヤーグリッド型偏光子により、偏光され、この偏光により位相差を発現させるため、ワイヤーグリッド型偏光子の偏光軸と位相差層の光学軸を完全に一致させることが可能となる。

また、位相差機能膜２１を形成する液晶分子及び円盤状分子が、光重合性部位又は熱重合性部位をもつことを特徴とする。この重合性部位をもつことにより、液晶分子の配向を固定化することが可能となり、長期信頼性に対して有効である。

図１に示す位相差機能膜付ワイヤーグリッド型偏光子においては、金属線１２のピッチが狭いほど、アスペクト比が高いほど、広い波長域、特に短波長域に亘り高い消光比が得られる。液晶表示装置においては、波長３８０〜８００ｎｍの可視域において良好な消光比を得ることが必要であるため、金属線のピッチは５０ｎｍ〜３００ｎｍ、金属線幅は２５ｎｍ〜２００ｎｍ、金属線のアスペクト比は１以上が望ましい。また、この条件にすれば、金属線の表面に形成される位相差機能膜２１の自己組織化が起こり易く、有効である。したがって、金属線１２のピッチ５０ｎｍ〜３００ｎｍ、金属線幅２５ｎｍ〜２００ｎｍ、金属線のアスペクト比１以上は、位相差機能膜２１の自己組織化においても有効に作用する。

透明な基板１１としては、可視域に対し透明性が高く、耐熱性、耐衝撃性に優れたものが望ましい。具体的には、ガラス、石英などの無機材料基板、または、ポリカーボネート、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、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリイミド、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、かさ高環状オレフィン樹脂、ポリエステル、ポリサルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ジエチレングリコールビスカーボネート、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／メタクリル酸共重合体などの高分子樹脂基板も例示される。液晶表示装置に用いる場合、透明な基板１１の反りの問題が発生するため、熱膨張係数の小さいものが望ましい。

金属線１２の材質としては、使用する波長において反射率の高いものが望ましく、アルミニウム、金、銀、銅、タングステン、鉛などが例示される。

位相差機能膜２１を形成する液晶分子としては、分子形状が棒状のものや円盤状のものがワイヤー面の凹凸に沿って並び易いため、効果的である。図４（ａ）に示すように、棒状液晶分子３１の場合、図４(ｂ)に示すように、棒状液晶分子３１の長軸方向が金属線１２の長手方向に沿って並ぶ。棒状液晶分子としては、以下の構造であることを特徴とする。
ここで、−Ｘ−とは、
のいずれかである。

上記化学構造式（１）〜（３）及び（１３）〜（１５）について、Ｒの少なくとも一方は｛−（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、−Ｏ（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、ｎ＝１〜２０｝などのアルキル基又はアルコキシ基であり、他方は｛−Ｈ、−Ｃｌ、−ＣＮ、−ＮＯ₂、−Ｎ（ＣＨ₃）₂、フェニル基｝であってもよい。また、アルキル基、アルコキシル基の主鎖中に｛−ＣＨ＝ＣＨ−｝のビニル基が入っていてもよい。芳香族環上の水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。フェニル環はシクロヘキサン環であってもよい。

また、Ｒに以下の化学構造をもつとき、光重合又は熱重合するため、自己組織化後の分子配向の安定化に有効である。
ここで、ｎ＝１〜１０である。

位相差機能膜２１を形成する液晶分子として円盤状液晶分子の場合、図５（ａ）に示す円盤状液晶分子３２が、図５（ｂ）に示すように、積層して円柱状になり、これが金属線１２の溝に沿って並ぶ。円盤状液晶分子としては、以下の構造であることを特徴とする。

上記化学構造式（１９）〜（２１）において、Ｒ’は下記の構造のいずれかである。｛−（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、−Ｏ（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、−ＯＣＯ（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、−ＯＣＯ−Φ−（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、−ＯＣＯ−Φ−Ｏ（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、−ＯＣＯＣＨ₂ＣＨ（ＣＨ₃）（ＣＨ₂）_nＣＨ₃、ここでΦとはフェニル基を指す｝

また、Ｒ’に上記化学構造式（１６）〜（１８）をもつとき、光重合又は熱重合するため、自己組織化後の分子配向の安定化に有効である。

位相差機能膜２１を形成する液晶性高分子としては、以下のような構造であることを特徴とする。
ここで、ｎ＝１〜１５である。
ここで、ｍ＝１〜１５、ｎ＝１〜１５である。

次に、本発明に係る位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子は、図６に示すように、ワイヤーグリッド型偏光子の金属線１２の面に配向制御膜２２を形成し、この配向制御膜２２上に、液晶分子や円盤状分子による位相差機能膜２１が形成されていることを特徴とする。また、液晶分子や円盤状分子は、光又は熱重合性であり、フィルム化することを特徴とする。

配向制御膜２２としては、透明な樹脂膜が望ましく、以下のものが例示される。ポリカーボネート、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、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリイミド、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、かさ高環状オレフィン樹脂、ポリエステル、ポリサルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ジエチレングリコールビスカーボネート、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／メタクリル酸共重合体などの高分子樹脂である。

配向制御膜２２は、布でこするラビング処理又は偏光を照射する光配向処理により液晶分子や円盤状分子を配向させる機能としての配向制御能が付与される。配向制御能の付与は、図７に示すような光配向処理が望ましい。この方法によれば、ワイヤーグリッド型偏光子の偏光軸と位相差機能膜２１の光学軸が高精度に一致した位相差機能膜付ワイヤーグリッド型偏光子を得ることができる。

以下、本発明に係る位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子について、実施例を用いて具体的に説明する。以下の説明のために、図８に示すＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸方向の位相差機能膜２１の屈折率を、それぞれｎＡ、ｎＢ、ｎＣと定義する。

図９にワイヤーグリッド型偏光子の断面を模式的に示した。図９に示すように、ワイヤーグリッド型偏光子の金属線１２の断面形状は、全てが角型ではなく、ややテーパをもった形状のものも存在する。テーパが緩やかになると消光比が落ちるが、実用上問題はない。また、図９において、ａは金属線幅、ｂ／ａは金属線のアスペクト比、ｃは金属線のピッチを表す。

厚さ０．７ｍｍの石英基板上に幅約９０ｎｍ、アスペクト比約２．５のアルミニウム線が、約１８０ｎｍピッチで形成されたワイヤーグリッド型偏光子上に、下記の化学構造式（２４）（２５）で示される棒状液晶分子が４：６の割合の組成物を塗布し、約１１０度で３０分加熱した後、２ｋＷ高圧水銀ランプにより波長３６５ｎｍの紫外線を３Ｊ／ｃｍ²照射、フィルム化した。この位相差機能膜の各方位の屈折率はｎＡ＞ｎＢ＝ｎＣであり、ワイヤーグリッド型偏光子の偏光軸と位相差機能膜の光学軸が一致していることが明らかになった。

厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に幅約９０ｎｍ、アスペクト比約２．５のアルミニウム線が、約１８０ｎｍピッチで形成されたワイヤーグリッド型偏光子上に、下記の化学構造式（２６）で示される円盤状液晶分子を塗布し、約５０度で２０分加熱した後、約１２０度で３０分間加熱、フィルム化した。この位相差機能膜の各方位の屈折率はｎＢ＝ｎＣ＞ｎＡであり、ワイヤーグリッド型偏光子の偏光軸と位相差機能膜の光学軸が一致していることが明らかになった。

厚さ０．７ｍｍの石英基板上に幅約９０ｎｍ、アスペクト比約２．５のアルミニウム線が、約１８０ｎｍピッチで形成されたワイヤーグリッド型偏光子上に、下記の化学構造式（２７）で示されるポリマーをスピン塗布した。なお、本実施例では、塗布にスピンコート方式を用いたが、塗布方式は、スピンコート方式に限定されるものではない。図３に示すように、石英基板面側から２ｋＷ高圧水銀ランプにより紫外線を５Ｊ／ｃｍ²照射し、１００度で２０分加熱した。このときの加熱は、赤外線ヒーターなどで、紫外線照射と同時に行った方が、迅速に大きな位相差を発現するのに有効である。この位相差機能膜の各方位の屈折率はｎＢ＞ｎＡ＝ｎＣであり、ワイヤーグリッド型偏光子の偏光軸と位相差機能膜の光学軸が一致していることが明らかになった。

厚さ０．７ｍｍの石英基板上に幅約９０ｎｍ、アスペクト比約２．５のアルミニウム線が、約１８０ｎｍピッチで形成されたワイヤーグリッド型偏光子上に、下記の化学構造式（２８）で示されるポリマーをスピン塗布した。図３に示すように、石英基板面側から２ｋＷ高圧水銀ランプにより波長３６５ｎｍの紫外線を７Ｊ／ｃｍ²照射し、１００度で２０分加熱した。このときの加熱は、赤外線ヒーターなどで、紫外線照射と同時に行った方が、迅速に大きな位相差を発現するのに有効である。この位相差機能膜の各方位の屈折率はｎＡ＞ｎＢ＝ｎＣであり、ワイヤーグリッド型偏光子の偏光軸と位相差機能膜の光学軸が一致していることが明らかになった。

厚さ０．７ｍｍの石英基板上に幅約９０ｎｍ、アスペクト比約２．５のアルミニウム線が、約１８０ｎｍピッチで形成されたワイヤーグリッド型偏光子上に、下記の化学構造式（２９）で示されるポリアミック酸のＮ−メチルー２−ピロリドン溶液をスピン塗布した。この基板を７０度１分で加熱し、その後２２０度で３０分間加熱イミド化し、膜厚２００ｎｍのポリイミド膜を得た。次に、図３に示すように、石英基板面側から２ｋＷ高圧水銀ランプにより波長２５４ｎｍの紫外線を８Ｊ／ｃｍ²照射した。このとき、照射と同時に赤外線ヒーターにより１８０度に加熱した。このポリイミド膜上に、下記の化学構造式（３０）に示す棒状液晶分子を滴下塗布し、１４０度で加熱固化した。この位相差機能膜の各方位の屈折率はｎＡ＞ｎＢ＝ｎＣであり、ワイヤーグリッド型偏光子の偏光軸と位相差機能膜の光学軸が一致していることが明らかになった。

以上、本発明に係る位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子を液晶表示装置に適用することにより、広視野角で低消費電力、高コントラスト比の液晶表示装置を得ることができる。液晶表示装置の主な表示モードには、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モードが挙げられる。本発明によれば、それぞれのモードに好適な位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子を提供することができる。

以下、本発明に係る位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子を用いた液晶表示装置の実施例について、図１０から図１２を用いて説明する。

本発明に係る位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子を用いる場合、図１０に示すような構成にすることが望ましい。このとき、視角補償のための位相差機能膜２１を液晶パネル５１側に配置する。光源５２から発せられた光が、位相差機能付きワイヤーグリッド型偏光子１３に入射すると、一方向の偏光が液晶パネル５１側に透過し、もう一方の偏光が光源５２側に反射される。この反射した偏光を反射板５４により再反射させ再利用することにより、吸収型の偏光板を用いるときに比べて消費電力を軽減することができる。

このとき、１/４波長板５３を、その光学軸が反射された偏光の偏光軸と４５度の角度をなすように配置しておくと、位相差機能付きワイヤーグリッド型偏光子１３により反射した偏光が再反射される過程において位相差機能付きワイヤーグリッド型偏光子１３の透過軸と一致するため、より効果的である。なお、１４はもう一方の偏光子である。

図１１は、本発明に係るＩＰＳモード液晶表示装置の実施例を説明するための一画素付近の模式断面図である。また、図１２は、本発明に係るＩＰＳモード液晶表示装置の実施例を説明するための一画素付近の構成を説明するアクティブマトリクス基板の模式図である。

図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図を示す。なお、図１１は図１２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面の一部に対応する。また、図１２（ｂ）と図１２（ｃ）の断面図は、要部構成を強調して模式的に示すもので、図１２（ａ）のＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線の切断部に一対一で対応しない。例えば、図１２（ｃ）ではコモン電極１０３とコモン配線１２０を接続するスルーホール１１８は一箇所のみを代表して示してある。

図１１において、アクティブマトリクス基板としてのガラス基板１０１上には、Ｃｒ（クロム）からなるゲート電極（走査信号電極）１０４と図１１（ａ）（ｃ）に示すコモン配線（共通電極配線）１２０が配置され、このゲート電極１０４及び共通電極配線１２０を覆うように窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１０７が形成されている。また、ゲート電極１０４上には、ゲート絶縁膜１０７を介してアモルファスシリコン又はポリシリコンからなる半導体膜１１６が配置され、アクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の能動層として機能するようにされている。また、半導体膜１１６のパターンの一部に重畳するようにＣｒ・Ｍｏ（クロム／モリブデン）よりなるドレイン電極（映像信号配線）１０６とソース電極（画素電極）１０５が配置され、これら全てを被覆するように窒化シリコンよりなる保護膜１０８が形成されている。

また、図１２（ｃ）に模式的に示したように、ゲート絶縁膜１０７と保護膜１０８を貫通して形成されたスルーホール１１８を介して共通電極配線１２０に接続するコモン電極（共通電極）１０３が有機保護膜１３３上に配置されている。また、図１２（ａ）から分かるように、平面的には一画素の領域において、その画素電極１０５に対向するように、共通電極配線１２０からスルーホール１１８を介して引き出されている共通電極１０３が形成されている。

このように、本実施例においては、画素電極１０５は有機保護膜１３３の下層の保護膜１０８のさらに下層に配置され、有機保護膜１３３上に共通電極１０３が配置された構成となっている。これらの複数の画素電極１０５と共通電極１０３とに挟まれた領域で、一画素が構成される構造となっている。また、以上のように構成した単位画素をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板の表面、すなわち、共通電極１０３が形成された有機保護膜１３３上には配向制御膜１３１が形成されている。

また、図１１に示すように、対向基板を構成するガラス基板１０２には、カラーフィルター層１１１が遮光部（ブラックマトリクス）１１３で画素ごとに区切られて配置され、カラーフィルター層１１１及び遮光部１１３は、透明な絶縁性材料からなる有機保護膜１３４で覆われている。その有機保護膜１３４上にも配向制御膜１３１が形成されてカラーフィルター基板を構成している。これらの配向制御膜１３１は、ラビング配向処理により液晶配向能が付与されている。

アクティブマトリクス基板を構成するガラス基板１０１と対向電極を構成するガラス基板１０２が、配向制御膜１３１の面で対向配置され、これらの間に液晶分子１１０で構成される液晶層（液晶組成物層）１１０’が配置されている。

以上のようにして、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置、すなわち、ＴＦＴ液晶表示装置が構成される。このＴＦＴ液晶表示装置では、液晶組成物層１１０’を構成する液晶分子１１０は、電界無印加時には対向配置されている基板１０１と１０２の面にほぼ平行に配向された状態となり、ラビング配向処理で規定された初期配向方向に向いた状態でホモジニアス配向している。

ここで、ゲート電極１０４に電圧を印加して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をオンにすると、画素電極１０５と共通電極１０３の間の電位差により、液晶組成物層に電界１１７が印加され、液晶組成物がもつ誘電異方性と電界との相互作用により、液晶組成物層を構成する液晶分子１１０は電界方向にその向きを変える。このとき、液晶組成物層の屈折異方性と偏光板１３と１４の作用により、液晶表示装置の光透過率を変化させ表示を行うことができる。

なお、有機保護膜１３３，１３４は、絶縁性、透明性に優れるアクリル系樹脂、エポキシアクリル系樹脂又はポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いればよい。また、有機保護膜１３３，１３４として光硬化性の透明な樹脂を用いてもよいし、ポリシロキサン系の樹脂など無機系の材料を用いてもよい。さらには、有機保護膜１３３，１３４が配向制御膜１３２を兼ねるものであってもよい。

このようなＩＰＳモードの液晶パネルを用いて、図１０に示す液晶表示装置を作製した。このとき、液晶パネル５１に設けられた位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子１３は、実施例２に示したような屈折率異方性がｎＢ＝ｎＣ＞ｎＡの仕様のものを用いた。比較対象として位相差機能膜の形成されていないワイヤーグリッド型偏光子を用いて同様のＩＰＳモード液晶表示装置を作製した。これらの液晶表示装置のコントラスト比視野角特性をＥｚ-Ｃｏｎｔｒａｓｔ１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ社製）により測定したところ、コントラスト比が５０以上の視野角が約２０％広がり、良好な視野角特性の液晶表示装置が得られた。

次に、本発明に係る偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子について、図１３を用いて説明する。

まず、従来のワイヤーグリッド型偏光子を液晶表示装置に用いる場合、可視域に十分な消光比をもつワイヤーグリッド型偏光子が求められる。しかし、ワイヤーグリッド型偏光子の金属線は、狭ピッチ、高アスペクト比が必要であり、このようなワイヤーグリッド型偏光子を作製するのは容易ではない。

また、従来のワイヤーグリッド型偏光子を液晶表示装置に用いる場合、外光がワイヤーグリッド型偏光子の表面で反射してしまうため、明るい部屋でのコントラスト比を落としてしまうという問題がある。

そこで、本発明に係る偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子は、従来のワイヤーグリッド型偏光子の消光比を向上させ、金属線面の光反射を防ぐことを可能にする。

図１３に示すように、ワイヤーグリッド型偏光子の金属線１２側の表面に、金属線１２の長手方向と同じ方向に吸収軸を有する偏光機能膜２３を設けることを特徴とする。

偏光機能膜２３は、透明な樹脂膜中に、以下のような化学構造上の特徴をもつ色素化合物が添加されていることを特徴とする。すなわち、分子構造が長い直線的棒状構造をなすこと、化合物を構成する芳香族環が同一平面性をもつこと、スチルベン構造やアゾベンゼン構造などの光により異性化する部位をもつこと、また、水素結合に関与する基が少ないものが望ましい。

代表例として、ポリスアゾ系直接染料、Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１２，４４、Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ３９、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド２３，２８，３１，３７，７９，８１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトバイオレット９，１２、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１，２２，７８，９０，１５１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトグリーン１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１７、メチルオレンジ、ブリリアントイエロー、モダンイエロー１０、アシッドレッド９７などがあり、なかでも、ベンジジン系、ジフェニル尿素系、スチルベン系、ジナフチルアミン系、Ｊ−酸系、アントラキノン系構造を含む化合物が望ましい。

また、透明な樹脂は、以下のものが例示される。ポリカーボネート、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、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリイミド、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、かさ高環状オレフィン樹脂、ポリエステル、ポリサルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ジエチレングリコールビスカーボネート、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／メタクリル酸共重合体などの高分子樹脂である。

本発明に係る偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子における偏光機能膜の色調が可視域に亘ってほぼ一定となるように、上記色素化合物を組み合わせて添加することを特徴とする。

本発明に係る偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子を液晶表示装置に用いる場合、図１０に示す構成にすることが望ましい。このとき、液晶パネル５１上の偏光子１４を偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子とすると、高偏光度を得ることができ、また外光の反射を防ぐことが可能であるため有効である。

また、本発明による偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子を液晶表示装置に用いる場合、上記色素化合物を対向する偏光子１４の偏光度及び色調を補償するように組み合わせて添加することを特徴とする。具体的には、液晶表示装置に一般的に用いられるヨウ素系偏光板は、可視域の約３８０ｎｍ〜約４５０ｎｍの消光比が他の波長域に比べて低く、液晶表示装置で黒を表示したときに青みがかってしまうという問題がある。そこで、図１０において、対向偏光板である外側偏光子１４にヨウ素系偏光板を用いる場合、位相差機能膜２１に代えた偏光機能膜は、色素化合物の添加量を調節することにより、約３８０ｎｍ〜約４５０ｎｍの消光比を上げることを特徴とする。

偏光機能膜の吸収異方性の付与は、図３に示すように、光照射によって行う。前述のような光異性化部位をもつ色素化合物を樹脂中に含有させ、図３に示すように、光を照射すると光異性化反応によって、色素化合物が配向し、金属線に対して平行な方向に吸収軸をもつようになる。なお、光を樹脂面側から照射すると逆の吸収軸を付与できる。また、照射する光は３６５ｎｍなどの紫外線が望ましい。

以下、本発明に係る偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の製造方法について、実施例７を用いて具体的に説明する。

厚さ０．７ｍｍの石英基板上に、幅約９０ｎｍ、アスペクト比約２．５のアルミニウム線が、約１８０ｎｍピッチで形成されたワイヤーグリッド型偏光子上に、ジアミン化合物、ｐ−フェニレンジアミンと１，４−ジアミノピリジンをモル比１：１の割合で混合し、酸二無水物が１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物からなるポリアミック酸ワニスにダイレクトブルー１、ダイレクトレッド８１及びブリリアントイエローを添加し、樹脂分濃度６重量％、ダイレクトブルー１濃度０．２重量％、ダイレクトレッド８１濃度０．３重量％、ブリリアントイエロー濃度０．５重量％、ＮＭＰ６０重量％、γブチルラクトン２０重量％、ブチルセロソルブ１３重量％に調整して印刷形成し、２２０°Ｃで３０分の熱処理を行い、膜厚約５００ｎｍの緻密なポリイミド膜からなる偏光機能膜を形成した。これに、図３に示すように、石英基板面側から２ｋＷ高圧水銀ランプにより波長３６５ｎｍの紫外線を１０Ｊ／ｃｍ²照射した。この偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の消光比を測定したところ、偏光機能膜を付与する前の消光比約１２０に対して、偏光機能膜付与後は消光比が約１７０に向上した。

位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の構造図 従来のワイヤーグリッド型偏光子の構造図 紫外線照射時の照射方向を示す図 棒状液晶分子の模式図と位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の金属線面に棒状液晶分子が並ぶ様子の模式図 円盤状液晶分子の模式図と位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の金属線面に円盤状液晶分子が並ぶ様子の模式図 配向制御膜を用いた位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の構造図 配向制御膜を用いた位相差機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の作成法を示す図 位相差機能膜の光学軸の説明図 ワイヤーグリッド型偏光子の金属線断面の模式図 液晶表示装置の断面の模式図 ＩＰＳモード液晶表示装置の断面図 ＩＰＳモード液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の画素部分を示す図 偏光機能膜付きワイヤーグリッド型偏光子の構造図

符号の説明

１１…透明な基板、１２…金属線、１３…ワイヤーグリッド型偏光子、１４…偏光子、２１…位相差機能膜、２２…配向制御膜、２３…偏光機能膜、３１…棒状液晶分子、３２…円盤状液晶分子、４１…光、５１…液晶パネル、５２…バックライト光源ユニット、５３…１／４波長板、５４…反射板、１０１，１０２…ガラス基板、１０３…共通電極（コモン電極）、１０４…走査電極（ゲ−ト電極）、１０５…画素電極（ソ−ス電極）、１０６…信号電極（ドレイン電極）、１０７…絶縁膜、１０８…保護絶縁膜、１１０…液晶分子、１１０’…液晶層（液晶組成物層）、１１１…カラーフィルター、１１３…遮光膜（ブラックマトリクス）、１１６…半導体膜、１１７…電界方向、１２０…共通電極配線、１３１…配向制御膜、１３３，１３４…有機絶縁膜

Claims (14)

1. 透明な基板と、前記透明な基板の一方の表面上に互いに平行に形成された複数の金属線と、前記金属線の表面上に位相差機能膜を形成することを特徴とする偏光子
2. 前記金属線と位相差機能膜との間に配向制御膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の偏光子
3. 前記位相差機能膜が、液晶分子及び／又は液晶性高分子であることを特徴とする請求項１に記載の偏光子
4. 前記液晶分子は、分子形状が棒状の棒状液晶分子であり、分子長軸方向が前記金属線の長手方向に平行であることを特徴とする請求項３に記載の偏光子
5. 前記液晶分子は、分子形状が円盤状の円盤状液晶分子であり、前記円盤状液晶分子が重なり合った円柱形状の方向が前記金属線の長手方向に平行であることを特徴とする請求項３に記載の偏光子
6. 前記液晶分子が、重合により固定化することを特徴とする請求項３に記載の偏光子
7. 前記位相差機能膜が、アゾベンゼン系化合物及び／又はスチルベン系化合物の光異性化部位をもつ高分子であることを特徴とする請求項１に記載の偏光子
8. 前記透明な基板は、ガラス、石英又は樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の偏光子
9. 透明な基板と、前記透明な基板の一方の表面上に互いに平行に形成された複数の金属線と、前記金属線の表面上に偏光機能膜を形成することを特徴とする偏光子
10. 前記偏光機能膜は、前記金属線と平行又は垂直な方向に吸収軸をもつことを特徴とする請求項９に記載の偏光子
11. 前記偏光機能膜は、アゾ系化合物及び／又はスチルベン系化合物からなることを特徴とする請求項９に記載の偏光子
12. 前記透明な基板は、ガラス、石英又は樹脂フィルムであることを特徴とする請求項９に記載の偏光子
13. 一対の基板と、前記一対の基板に外側に配置された偏光子と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の少なくとも何れか一方に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記一対の基板のそれぞれに形成された一対の配向制御膜と、前記一対の基板の外に配置された光源からなる液晶表示装置において、
    前記偏光子が、透明な基板と、前記透明な基板の一方の表面上に互いに平行に形成された複数の金属線とからなり、前記金属線の表面上に位相差機能膜又は偏光機能膜が形成された偏光子であることを特徴とする液晶表示装置
14. 前記電界の方向が、前記一対の基板に平行であり、前記液晶層は、ホメオトロピック配向していることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置