JP2001330726A - 偏光素子及び偏光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄く、軽く、低コストで製造できる高品質な
偏光素子（偏光板）を得る。 【解決手段】 偏光素子１０は、基材１２上に形成され
た配向膜１４と、この配向膜１４に塗布された硬化性液
晶を、配向膜１４によって配向された状態で硬化した硬
化液晶層１６とから構成され、硬化性液晶中には二色性
色素が添加されていて、液晶と共に配向状態で固定され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な偏光素子
（偏光板）及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）などに使用され
ている偏光板は、ヨウ素錯体を吸着させたポリビニルア
ルコール（ＰＶＡ）を一軸方向に延伸する方法（ヨウ素
系偏光板）や、一軸方向に延伸したＰＶＡに二色性染料
を吸着させる方法（染料系偏光板）により製造される。

【０００３】前記ヨウ素系偏光板は、偏光度及び透過率
に優れ、ノート型パソコンやＬＣＤモニタ、液晶テレビ
等の高コントラストＬＣＤのほとんどに採用されてい
る。一方、後者の染料系偏光板は、偏光度でヨウ素系に
劣るものの耐候性が高く、車載用ＬＣＤや偏光サングラ
ス等の屋外用途に多く採用されている。

【０００４】上記従来の偏光板又は偏光素子の他に、例
えば特開平７−２６１０２４号公報、特開平９−１９７
１２５号公報に記載されるように、光配向膜と二色性色
素の組合せによる偏光板又は偏光素子が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヨウ素
系偏光板や染料系偏光板は、ＰＶＡが一軸延伸であるた
め裂け易いので、強度を増す目的で５０〜２００μｍの
２枚のトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム等の
保護フィルムで挟んだ構造になっており、非常に厚い構
成となっているばかりか、原理的に保護フィルムには高
価な無複屈折性フィルムを用いなければならず、コスト
が高くなるという問題点がある。

【０００６】又、上記特開平７−２６１０２４号公報、
特開平９−１９７１２５号公報に記載される偏光板又は
偏光素子は、光配向膜上で配向する二色性色素でなけれ
ば適用できず、偏光度の高い（二色比の大きい）色素で
も光配向膜上で配向しない二色性色素は適用できないと
いう大きな問題点がある。

【０００７】更に、特開平９−１９７１２５号公報に記
載される偏光板又は偏光素子は、二色性色素を光配向膜
上で配向後、剥離工程及び転写工程を繰り返して製造さ
れるため、架橋されていない低分子量の二色性色素がこ
れらの工程中で配向を乱し、偏光度が低下するという問
題点がある。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、補強用のフィルムを用いることなく薄く、
強度があり、更に、二色性色素の適用が可能であり、二
色性色素を適用しても偏光度が低下しない高品質な偏光
素子（以下本発明において偏光素子は偏光板を含むもの
とする）及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、基材にラビ
ング処理を施すか、基材上に配向膜を形成した後、二色
性色素を添加した硬化性液晶を塗布、配向した状態で硬
化して硬化液晶層を形成することによって上記問題点を
解決した偏光素子が得られることを見出した。

【００１０】第１発明は、請求項１のように、表面にラ
ビング処理を施した基材と、この基材の前記ラビング処
理面上に、二色性色素を添加した硬化性液晶を積層、硬
化してなる硬化液晶層と、を有してなる偏光素子により
上記目的を達成するものである。

【００１１】第２発明は、請求項２のように、基材と、
この基材上に積層され、液晶の配向を制御する配向膜
と、この配向膜上に、二色性色素を添加した硬化性液晶
を積層、硬化してなる硬化液晶層と、を有してなる偏光
素子により上記目的を達成するものである。。

【００１２】前記配向膜はラビング配向膜としてもよ
い。

【００１３】又、前記配向膜は光配向膜としてもよい。

【００１４】前記光配向膜は、直線偏光照射又は斜め非
偏光照射による光異性化、光二量化、光環化、光架橋、
光分解、光分解−結合のうち、いずれかの反応により配
向されるようにしてもよい。

【００１５】更に又、前記硬化性液晶を、紫外線硬化性
液晶又は電子線硬化性液晶のいずれかとしてもよい。

【００１６】製造方法の第１発明は、請求項７のよう
に、基材の表面にラビング処理を施す工程と、前記ラビ
ング処理面に二色性色素を添加した硬化性液晶を塗布す
る工程と、前記硬化性液晶を紫外線又は電子線を照射し
て硬化させる工程と、を有してなることを特徴とする偏
光素子の製造方法により、上記目的を達成するものであ
る。

【００１７】又、製造方法の第２発明は、請求項８のよ
うに、基材の表面に配向膜を塗布する工程と、この配向
膜にラビング処理を施す工程と、このラビング処理した
面に二色性色素を添加した硬化性液晶を塗布する工程
と、前記塗布した硬化性液晶を紫外線又は電子線を照射
して硬化させる工程と、を有してなることを特徴とする
偏光素子の製造方法により上記目的を達成するものであ
る。

【００１８】更に、製造方法の第３発明は、請求項９の
ように、基材の表面に光配向膜を塗布する工程と、この
光配向膜が液晶の配向性能を発現する波長の直線偏光又
は斜め非偏光を照射する工程と、前記光照射により配向
された光配向膜上に、二色性色素を添加した硬化性液晶
を塗布する工程と、前記塗布された硬化性液晶を紫外線
又は電子線を照射して硬化させる工程と、を有してなる
ことを特徴とする偏光素子の製造方法により上記目的を
達成するものである。

【００１９】又、製造方法の第４発明は、請求項１０の
ように、基材の表面に光配向膜を塗布する工程と、この
光配向膜が液晶の配向性能を発現する波長の直線偏光又
は斜め非偏光をフォトマスクを介して少なくとも１回照
射して目的の配向方向のパターニングを行う工程と、前
記パターニングされた光配向膜上に、二色性色素を添加
した硬化性液晶を塗布して配向する工程と、この塗布さ
れた硬化性液晶に紫外線又は電子線を照射して硬化させ
る工程と、を有してなることを特徴とする偏光素子の製
造方法により上記目的を達成するものである。

【００２０】更に、偏光素子の製造方法における前記光
配向膜は、直線偏光照射又は斜め非偏光照射による光異
性化、光二量化、光環化、光架橋、光分解、光分解−結
合のうち、いずれかの反応により配向させるようにして
もよい。

【００２１】本発明によれば、基材のラビング処理面あ
るいは基材上の配向膜上に二色性色素を添加した硬化性
液晶を塗布して硬化することによって、補強のためのフ
ィルムが不要で、薄く、軽く、且つ、偏光度の低下のな
い高品質な偏光素子を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例につ
いて図面を参照して詳細に説明する。

【００２３】図１に示されるように、本発明の実施の形
態の例に係る偏光素子１０は、基材１２と、この基材１
２の一方の表面に形成された配向膜１４と、この配向膜
１４上に形成された、二色性色素を添加した硬化液晶層
１６と、から構成されている。

【００２４】前記基材１２は、透明なものが望ましく、
ガラス、石英等の板状の無機材料の他に、酢酸セルロー
ス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチ
レンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリイ
ミド、ポリエチレン等の各種樹脂を用いる。

【００２５】前記配向膜１４は、図２（Ａ）に示される
ように、前記基材１２の表面に、ポリイミド、ポリアミ
ドイミド、ポリエーテルイミド、ポリビニルアルコール
等の膜を積層し、例えばラビングにより配向処理したも
のである。

【００２６】ここで、ラビングは、レーヨンや綿等から
なる毛足の短いベルベット状の布を巻付けたドラムを回
転させながら配向膜１４の表面に接触させる方法であ
り、ラビング処理を施された配向膜１４は、その表面に
微細な溝が一方向に形成され、ここに接触する液晶を配
向させるようになっている。

【００２７】又、配向膜１４は、ラビング法によらず光
配向処理したものであってもよい。

【００２８】この光配向は、アドベンゼン系ポリマーや
ポリビニルシンナメート等の光活性分子に光化学反応を
起こす波長の直線偏光や斜め非偏光を照射して光配向膜
の表面に異方性を生成させるものであり、入射光によっ
て膜の最表面の分子長軸の配向が生成され、この最表面
の分子に接触する液晶を配向させる駆動力が形成されて
いる。

【００２９】なお、光配向膜の材料としては、前記の他
に、光活性分子が光化学反応を起こす波長の直線偏光又
は斜め非偏光照射による光異性化、光二量化、光環化、
光架橋、光分解、光分解−結合のうち、いずれかの反応
により膜表面に異方性を生成するものであればよく、例
えば、「長谷川雅樹、日本液晶学会誌、Vol.3No.1,p3(1
999)」、「竹内安正、日本液晶学会誌、Vol.3No.4,p262
(1999)」に記載される種々の光配向膜材料を使用するこ
とができる。

【００３０】上記のような配向膜１４に液晶を塗布する
と、配向膜１４表面の微細な溝、又は／及び、最表面の
分子の配向を駆動力として液晶が配向される。

【００３１】又、前記のような液晶に二色性色素を添加
すると、液晶中の二色性色素は液晶の配向に伴って配向
することが知られている。

【００３２】前記二色性色素は、分子の長軸方向とこれ
と直交する方向の吸光度が大きく異なる色素のことであ
り、この二色性色素が液晶と共に異方的に配向されてい
る場合、該液晶を通過した後の光は、分子長軸方向と平
行な直線偏光成分と分子長軸方向に垂直な直線偏光成分
の比率が大きく異なってくる。

【００３３】前記硬化液晶層１６は、図２（Ｂ）に示さ
れるように、配向膜１４上に、硬化性液晶１６Ａを塗布
した後に、配向膜１４により、二色性色素と共に特定の
方向に配向したまま硬化したものであり、二色性色素の
配向を固定化することによって、透過した後の光におけ
る２つの直線偏光成分の比率を固定化したものである。

【００３４】前記硬化液晶層１６の液晶としては、電磁
波の照射、熱等によって硬化するものであればよく、例
えば、「高津晴義、長谷部浩史、日本液晶学会誌、Vol.
3No.1,p34(1999)」に記載される種々の硬化性液晶を使
用することができる。

【００３５】これらのうち特に、分子内にアクリル基や
メタクリル基等のＣ＝Ｃ二重結合を持ち、電子線照射に
より、あるいは光重合開始剤を添加して紫外線照射（図
２（Ｃ）参照）によりラジカル重合が可能な液晶の場合
は、製造が容易である。

【００３６】又、前記硬化性液晶に添加する二色性色素
は、この硬化性液晶と相溶性があればよく、例えば、
「９０年代機能性色素の開発と市場動向、シーエムシ
ー、p10-21」に記載される種々の二色性色素を用いるこ
とができる。

【００３７】この実施の形態の例における偏光素子１０
は、例えば光透過性フィルムからなる透明な基材１２
と、この基材１２上に形成された配向膜１４と、二色性
色素を添加した硬化液晶層１６のみにより構成すること
ができるので、ＰＶＡフィルム等と比較して強度が大き
く、強度補強のためのＴＡＣフィルム等の高価なフィル
ムで挟む必要がないため薄く、軽く、低コストで構成す
ることができる。又、二色性色素の配向が固定化されて
いて製造工程中に、その配向が乱されることがないの
で、偏光度が高く高品質である。

【００３８】なお、前記配向膜１４として、前述のよう
な光配向膜を用いたときに、この光配向膜に光活性分子
が光化学反応を起こす波長の直線偏光又は斜め非偏光
を、フォトマスクを介して異なる方向から複数回照射す
ることにより複雑なパターニングが可能となり、これに
よって多軸偏光素子を製造することができる。

【００３９】又、上記実施の形態の例において、前記配
向膜１４は所定の膜材料を基材１２に積層させ、これに
配向処理を施したものであるが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、図３に示されるように、基材１２の表
面に、ラビングによって直接配向処理を施して配向処理
面（ラビング処理面）１３を形成したものであってもよ
い。

【００４０】上記基材の材料のうち、プラスチックフィ
ルムを基材１２として用いた場合は、前記のようなラビ
ング処理による微細な溝の他に、基材１２の最表面の分
子が一方向に配向していることによっても液晶を配向さ
せる駆動力となる。

【００４１】

【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００４２】（実施例１）基材１２として厚さ２５μｍ
のＰＥＴフィルムを用い、定法により、表面に直接、ラ
ビング処理を行った。

【００４３】紫外線硬化性液晶ＵＣＬ−００１−Ｋ１
（大日本インキ化学工業社製）に、黒色の二色性色素Ｓ
−４２８（三井東圧化学社製）を２ｗｔ％溶解したもの
を、前記基材表面上にバーコータで塗布した後、無偏光
紫外線を照射することにより、該紫外線硬化性液晶を硬
化させた。この硬化液晶層の膜厚は５．０μｍである。

【００４４】得られた偏光素子（偏光板）は基材１２を
含めても厚さ３０．０μｍであり、一般的なヨウ素系偏
光素子や染料系偏光板の厚さ２００〜４００μｍと比較
して１／１０程度に極めて薄く、軽く構成することがで
きた。

【００４５】又、得られた偏光素子の性能を測定したと
ころ、単体透過率と偏光度はそれぞれ３５．２％と９
４．２であり、一般的な染料系偏光板の場合とほぼ同一
の性能であった。

【００４６】（実施例２）基材１２として厚さ５０μｍ
のＰＥＮフィルムを用い、バーコータでポリイミド系配
向膜ＳＥ−５２９１（日産化学工業社製）を塗布した
後、溶剤を乾燥後１８０℃で６０分焼成して配向膜を形
成した。この膜厚は０．１μｍであった。

【００４７】定法により、前記配向膜にラビング処理を
行った後、その上に、紫外線硬化性液晶ＵＣＬ−００１
−Ｋ１（大日本インキ化学工業社製）に、黒色の二色性
色素Ｓ−４２８（三井東圧化学社製）を２ｗｔ％溶解し
たものを、前記ラビング処理した配向膜上にバーコータ
で塗布した後、無偏光紫外線を照射することにより硬化
させた。その硬化液晶層膜厚は５．２μｍであった。

【００４８】従って、得られた偏光素子は基材１２を含
めても厚さ８０．３μｍであり、前述の一般的なヨウ素
系偏光板や染料系偏光板の厚さ２００〜４００μｍと比
較して薄く、軽く構成することができた。

【００４９】又、得られた偏光素子の性能は、単体透過
率と偏光度がそれぞれ３４．６％と９６．２であった。

【００５０】（実施例３）基材１２として厚さ２５μｍ
のＰＥＮフィルムを用い、この基材１２の表面に、ポリ
ビニルシンナメートの２ｗｔ％トルエン溶液をバーコー
タで塗布し、室温で乾燥後、厚さ０．１μｍの光配向膜
を得た。

【００５１】超高圧水銀灯を光源として、紫外線用偏光
フィルタを通して直線偏光を取り出し、前記得られた光
配向膜に偏光紫外線を照射した。

【００５２】前記ポリビニルシンナメートの光配向膜
は、偏光紫外線照射により二量化反応を起こし、紫外線
の偏光軸と直交する方向に配向される。

【００５３】この配向処理された光配向膜上に、紫外線
硬化性液晶ＵＣＬ−００１−Ｋ１（大日本インキ化学工
業社製）に、黒色の二色性色素Ｓ−４２８（三井東圧化
学社製）を２ｗｔ％溶解したものを、バーコータで塗布
した後、無偏光紫外線を照射することによって硬化させ
た。この硬化液晶層の膜厚は４．８μｍであった。

【００５４】このようにして得られた偏光素子は基材１
２を含めても厚さ３０．０μｍであり、一般的なヨウ素
系偏光板や染料系偏光板の厚さ２００〜４００μｍと比
較して極めて薄く軽いものであった。

【００５５】得られた偏光素子の性能は、単体透過率と
偏光度がそれぞれ３６．６％、９５．１であった。

【００５６】（実施例４）基材１２として厚さ０．７ｍ
ｍのガラス板を用い、このガラス板の表面にポリビニル
シンナメートの２ｗｔ％トルエン溶液をバーコータで塗
布し、室温で乾燥後、厚さ０．１μｍの光配向膜を形成
した。

【００５７】これに、超高圧水銀灯を光源として、紫外
線用偏光フィルタを通して直線偏光を取り出し、フォト
マスクを介して、異なる方向から複数回の偏光紫外線照
射を行い、各フォトマスクのパターンに対応して、各々
配向方向の異なる領域を形成した。

【００５８】紫外線硬化性液晶ＵＣＬ−００１−Ｋ１
（大日本インキ化学工業社製）に、黒色の二色性色素Ｓ
−４２８（三井東圧化学社製）を２ｗｔ％溶解し、上記
光配向膜上にスピンコーダで塗布した後、無偏光紫外線
を照射することにより硬化させた。これにより形成され
た硬化液晶層の膜厚は５．６μｍであった。

【００５９】得られた偏光素子は、前記偏光紫外線の照
射方向の異なる複数の領域で異なった方向に二色性色素
が配向された多軸偏光素子であり、偏光板を通して観察
するとフォトマスクのパターンと合致した像が得られ
た。又、偏光板を回転させると９０°毎に明暗が変化し
た。

【００６０】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、薄
く、軽く、低コストで高品質な偏光素子を得ることがで
きるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例に係る偏光素子を
示す拡大断面図

【図２】同偏光素子の製造工程を示す略示断面図

【図３】同実施の形態の第２例の偏光素子を示す拡大断
面図

【符号の説明】

１０、２０…偏光素子 １２…基材 １３…配向処理面（ラビング処理面） １４…配向膜 １６…硬化液晶層 １６Ａ…硬化性液晶

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面にラビング処理を施した基材と、この
   基材の前記ラビング処理面上に、二色性色素を添加した
   硬化性液晶を積層、硬化してなる硬化液晶層と、を有し
   てなる偏光素子。
2. 【請求項２】基材と、この基材上に積層され、液晶の配
   向を制御する配向膜と、この配向膜上に、二色性色素を
   添加した硬化性液晶を積層、硬化してなる硬化液晶層
   と、を有してなる偏光素子。
3. 【請求項３】請求項２において、前記配向膜がラビング
   配向膜であることを特徴とする偏光素子。
4. 【請求項４】請求項２において、前記配向膜が光配向膜
   であることを特徴とする偏光素子。
5. 【請求項５】請求項４において、前記光配向膜は、直線
   偏光照射又は斜め非偏光照射による光異性化、光二量
   化、光環化、光架橋、光分解、光分解−結合のうち、い
   ずれかの反応により配向されていることを特徴とする偏
   光素子。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記
   硬化性液晶が紫外線硬化性液晶又は電子線硬化性液晶の
   いずれかであることを特徴とする偏光素子。
7. 【請求項７】基材の表面にラビング処理を施す工程と、
   前記ラビング処理面に二色性色素を添加した硬化性液晶
   を塗布する工程と、前記硬化性液晶を紫外線又は電子線
   を照射して硬化させる工程と、を有してなることを特徴
   とする偏光素子の製造方法。
8. 【請求項８】基材の表面に配向膜を塗布する工程と、こ
   の配向膜にラビング処理を施す工程と、このラビング処
   理した面に二色性色素を添加した硬化性液晶を塗布する
   工程と、前記塗布された硬化性液晶を紫外線又は電子線
   を照射して硬化させる工程と、を有してなることを特徴
   とする偏光素子の製造方法。
9. 【請求項９】基材の表面に光配向膜を塗布する工程と、
   この光配向膜が液晶の配向性能を発現する波長の直線偏
   光又は斜め非偏光を照射する工程と、前記光照射により
   配向された光配向膜上に、二色性色素を添加した硬化性
   液晶を塗布する工程と、前記塗布された硬化性液晶を紫
   外線又は電子線を照射して硬化させる工程と、を有して
   なることを特徴とする偏光素子の製造方法。
10. 【請求項１０】基材の表面に光配向膜を塗布する工程
    と、この光配向膜が液晶の配向性能を発現する波長の直
    線偏光又は斜め非偏光をフォトマスクを介して少なくと
    も１回照射して目的の配向方向のパターニングを行う工
    程と、前記パターニングされた光配向膜上に、二色性色
    素を添加した硬化性液晶を塗布して配向する工程と、こ
    の塗布された硬化性液晶に紫外線又は電子線を照射して
    硬化させる工程と、を有してなることを特徴とする偏光
    素子の製造方法。
11. 【請求項１１】請求項９又は１０において、前記光配向
    膜は、直線偏光照射又は斜め非偏光照射による光異性
    化、光二量化、光環化、光架橋、光分解、光分解−結合
    のうち、いずれかの反応により配向させることを特徴と
    する偏光素子の製造方法。