JP2008524642A - 半透過型液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パターン化された１／４波長薄膜（ＱＷＦ）を有し、改良された色度を有する半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。
【解決手段】反射および透過サブピクセルに分割された１つ以上のピクセルを備え、前面および背面電極に挟持され、電場の印加により異なる配向間で切り替え可能でありおよび場が印加されていない時は捩れ角φを有するＬＣ層と、前記ＬＣ層を挟持しおよび前面および背面偏光方向を有する前面および背面偏光子と、フィルム面に平行な光学軸を有し、１／４波長（λ／４）位相差を有する領域と実質的に位相差を有さない領域とのパターンを有し、前記λ／４−領域が実質的に前記反射サブピクセルのみを覆うように配置されている、前記前面偏光子と前記ＬＣ層との間の少なくとも１つの１／４波長位相差フィルム（ＱＷＦ）とを備え、前記ＱＷＦの前記光学軸は、前記前面および背面偏光子方向に対して約４５°の角度に配向されており、前記前面電極に面している表面における前記ＬＣ層のダイレクタは、前記前面偏光子の前記偏光方向に相対して５〜４５°の角度θ１に配向されており、前記背面電極に面している表面における前記ＬＣ層のダイレクタは、前記背面偏光子の前記偏光方向に相対して５〜４５°の角度θ２に配向されていることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
【選択図】図２

Description

本発明は、パターニングされた１／４波長薄膜（ＱＷＦ）を有し、改良された色度を有する半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。

携帯電話、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡｓ）、デジタルカメラおよびラップトップコンピュータの人気の増加のために、薄く、軽量で、低電力だが、周囲の光の状態がどのような場合でも鮮明で明るいカラー携帯ディスプレイに対する要求が増加している。これらの装置は多様な周囲の状態において動作する必要があり、高い電池電力を必要とする事実のため、半透過型カラー液晶ディスプレイに対する関心が増加している。半透過型カラー晶ディスプレイはディスプレイを照らすためにバックライトを使用するが、明るい状態においては周囲の光を使用するようにすることで、電力の消費を低減できる。

先行技術において、ＴＮ（捩れネマティック）およびＥＣＢ（電気的制御型複屈折）のような捩れおよび非捩れ型の半透過型ディスプレイが開示されており、各ピクセルが、反射および透過サブピクセルに分かれている（例えば、Ｋｕｂｏら、ＩＤＷ、１９９９年、第１８３〜１８７頁（非特許文献１）；Ｂａｅｋら、ＩＤＷ、２０００年、第４１〜４４頁（非特許文献２）；Ｒｏｏｓｅｎｄａａｌら、ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ、２００３年、第７８〜８１頁（非特許文献３）およびＷＯ２００３／０１９２７６ Ａ２（特許文献１）を参照）。透過サブピクセルは透明な前面および背面電極を有するが、反射サブピクセルは透過前面電極および反射背面電極を有し、例えば「ホール−イン−ミラー（ｈｏｌｅ−ｉｎ−ｍｉｒｒｏｒ）」技術によって得られるパターニング電極構造を必要する。

透過モードは半波長（λ／２）光変調（λ＝入射光の波長）を用い、反射モードは１／４波長（λ／４）光変調を用いることから、サブピクセルに異なるセルギャップ（またはＬＣ層厚）を用いることで、反射サブピクセルが透過サブピクセルのセルギャップの約半分となるようにすることが提案されている。

反射サブピクセルを透過サブピクセルとともに動作させるようにするには、円偏光を生じさせるために、色消し（または「広帯域」）１／４波長薄膜（ＡＱＷＦ）が必要である（ＡＱＷＦは、好ましくは全可視スペクトラムを包含する広い波長帯域においてλ／４の光位相差を示し、例えば半波長薄膜（ＨＷＦ、λ／２の光位相差を有する）とＱＷＦを組み合わせることで形成される）。ＡＱＷＦは透過ピクセルも覆うことから、セルのバックライト側に等価なＡＱＷＦを置く必要がある。

しかしながら、ディスプレイの透過部分で円偏光を使用すると、捩れＬＣモードの円偏光を反対の掌性に変換する効率が良くなく、ディスプレイの明るさが低下し、９０°捩れモードの効率が低下するという不具合な副作用が生じる。

半透過型ディスプレイの透過部分における円偏光の問題に対応するため、反射サブピクセルを覆うＱＷＦ位相差と、透過サブピクセルを覆う位相差のない領域とにパターン化された領域を有するパターン化されたＱＷＦを使用することが提案されている（ＷＯ０３／０１９２７６（特許文献１）；Ｖａｎ ｄｅｒ Ｚａｎｄｅら、Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ、２００３年、第１９４〜１９７頁（非特許文献４））。これにより、反射および透過サブピクセルを別々に最適化することができ、よって、透過部分において直線偏光を使用できる。

フィルムの数およびディスプレイの製造方法の工程数を減らすことは、コストを低減し製造方法を簡単にするためには非常に重要である。理想的な状態はパターン化されたＡＱＷＦを開発することであり、このことはディスプレイの透過および反射部分を独立に最適化でき、セルの背面ライト側に不必要なフィルムを必要とせず、フィルムの数を２つ減らすことができることを意味するからである。しかしながら、異なる方向に配向された２つの層をパターニングすることは、技術的に非常に困難である。したがって、１つのパターン化されたＱＷＦを使用することが好ましい。このことは、無色の反射モードを如何にして達成するかという問題を導入する。これはパターン化されたＱＷＦと組み合わせられる外部ＨＷＦを使用しＡＱＷＦを製造することで達成できるが、これは反射状態のコントラストおよび色に影響を与え、したがって相殺のために背面ライト側に第２のＨＷＦが必要となる（Ｒｏｏｓｅｎｄａａｌら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ、２００３年、第７８〜８１頁（非特許文献５）参照）。一方、標準的なセットでパターン化された半透過型９０°捩れセルを１つのパターン化されたＱＷＦと共に使用すると、角度による色のシフトが大きすぎ、反射コントラストが減少する。

よって、上記の先行技術のディスプレイの欠点を有していないパターン化されたＱＷＦを備える半透過型ディスプレイに対する要望が依然ある。
国際公開第２００３／０１９２７６号パンフレット Ｋｕｂｏら、ＩＤＷ、１９９９年、第１８３〜１８７頁 Ｂａｅｋら、ＩＤＷ、２０００年、第４１〜４４頁 Ｒｏｏｓｅｎｄａａｌら、ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ、２００３年、第７８〜８１頁 Ｖａｎ ｄｅｒ Ｚａｎｄｅら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ、２００３年、第１９４〜１９７頁 Ｒｏｏｓｅｎｄａａｌら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ、２００３年、第７８〜８１頁

上で述べたような不具合を有しておらず、高いコントラストおよび良好な輝度を示し、視野角の広い領域で色のシフトが小さく、時間的および経済的に効果的な方法で簡単に製造できるディスプレイを提供することを、本発明の目的とする。本発明の他の目的は、以下の詳細な記載より、当業者によれば直ちに明らかである。

本発明の発明者たちは、本発明のディスプレイを提供することで、これらの目的が達成されることを見出した。これらのディスプレイは、９０°−捩れ半透過型セルと反射モードで色度が低減されパターン化されたＱＷＦとの特定の組み合わせを使用し、ＡＱＷＦを完成するために半波長薄膜を必要としない。ＬＣセル表面においてＬＣ分子のダイレクタがそれぞれの隣接する偏光子の偏光方向に対して相対的に特定の角度に配向されるように、偏光子に相対的に９０°−捩れセルを回転することで、単一色度のＱＷＦに起因する色度が効果的に低減されるか相殺される。
＜用語の定義＞
「フィルム」という用語には、機械的安定性を有する剛性または可撓性で自己保持性または自立性のフィルムならびに支持基板上または２枚の基板間のコーティングまたは層が含まれる。

「液晶またはメソゲン材料」または「液晶またはメソゲン化合物」という用語は、１以上のロッド形状、ボード形状またはディスク状のメソゲン基、すなわち液晶（ＬＣ）相挙動を誘発する能力を有する基を含む材料または化合物を意味する。ロッド形状またはボード形状の基を有するＬＣ化合物は、当業界においては「カラミチック」液晶とも称される。円板形状基を有するＬＣ化合物は、当業界においては「ディスコチック」液晶とも称される。メソゲン基を有する化合物または材料は、必ずしもそれ自体がＬＣ相を示す必要はない。それらが他の化合物のとの混合物である場合、あるいはメソゲン化合物または材料あるいはそれらの混合物が重合した場合のみにＬＣ相挙動を示すものであることも可能である。

簡潔のため、以下において「液晶材料」という用語は、メソゲニック材料およびＬＣ材料の両方に用いる。

１つの重合性基を有する重合可能な化合物は「モノ反応性」化合物とも称され、２個の重合性基を有する化合物は「ジ反応性」化合物と称され、２個より多い重合性基を有する化合物は「多反応性」化合物と称される。重合性基を持たない化合物は、「非反応性」化合物とも称される。

「反応性メソゲン」（ＲＭ）という用語は、重合性メソゲン化合物または液晶化合物を意味する。

「ダイレクタ」という用語は先行技術において知られており、ＬＣ材料中のメソゲン基の長分子軸（カラミチック化合物の場合）または短分子軸（ディスコチック化合物の場合）の好ましい配向方向を意味する。

１軸的に正の複屈折ＬＣ材料を含むフィルムでは、光学軸はダイレクタによって与えられる。

「ホメオトロピック構造」または「ホメオトロピック配向」という用語は、光学軸がフィルム面に対して実質的に垂直であるフィルムを指す。

「プラナー構造」または「プラナー配向」という用語は、光学軸がフィルム面に対して実質的に平行であるＬＣ分子層を指す。

別段の断りがない限り、直線偏光手段の「偏光方向」といいう用語は、偏光消光軸を意味する。例えば二色性ヨウ素系色素を含む伸張プラスチック偏光フィルムの場合、消光軸は通常、伸縮方向に相当する。

本発明は、反射および透過サブピクセルに分割された１つ以上のピクセルを備え、
・前面および背面電極に挟持され、電場の印加により異なる配向間で切り替え可能でありおよび場が印加されていない時は捩れ角φを有するＬＣ層と、
・前記ＬＣ層を挟持しおよび前面および背面偏光方向を有する前面および背面偏光子と、
・フィルム面に平行な光学軸を有し、１／４波長（λ／４）位相差を有する領域と実質的に位相差を有さない領域とのパターンを有し、前記λ／４−領域が実質的に前記反射サブピクセルのみを覆うように配置されている、前記前面偏光子と前記ＬＣ層との間の少なくとも１つの１／４波長位相差フィルム（ＱＷＦ）とを
を備え、
・前記ＱＷＦの前記光学軸は、前記前面および背面偏光子方向に対して約４５°の角度に配向されており、
・前記前面電極に面している表面における前記ＬＣ層のダイレクタは、前記前面偏光子の前記偏光方向に相対して５〜４５°の角度θ１に配向されており、および
・前記背面電極に面している表面における前記ＬＣ層のダイレクタは、前記背面偏光子の前記偏光方向に相対して５〜４５°の角度θ２に配向されている
ことを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、好ましくは、捩れネマチック（ＴＮ）モードに関する。

本発明のディスプレイにおいては、場が印加されていない状態でＬＣ層は平面で捩れた配向を有している。即ち、ＬＣ分子は層面に対して平行に配向しており、層に対して垂直な軸の回りに角度φで捩れている。ＬＣ層は、典型的には、正の誘電異方性のＬＣ分子を含んでおり、電場を印加することでホメオトロピックまたは傾きホメオトロピック配向にスイッチされる。即ち、分子は層面に相対的に垂直または傾き角の向きとなる。

本発明のＬＣディスプレイは、好ましくは４０°〜１１０°、非常に好ましくは８０°〜１００°、特には９０°の捩れ角φを有する捩れネマチック（ＴＮ）ディスプレイである。他の好ましい態様は、＞９０°〜＜２７０°、好ましくは１８０°の捩れ角を有する高捩れネマチック（ＨＴＮ）ディスプレイに関する。他の好ましい態様は、＞１８０°〜＜３６０°、好ましくは２７０°の捩れ角を有する超捩れネマチック（ＳＴＮ）ディスプレイに関する。

パターン化されたＱＷＦは、定められた軸上位相差を有する領域と、異なった軸上位相差を有するか軸上位相差がない領域とを含む。フィルムの位相差領域では、光学軸は好ましくはフィルム面に平行である（Ａプレート対称）。位相差がない領域では、フィルムは、例えば、光学的に等方性の材料を有しているか、または、例えば、フィルム面に対して垂直な光学軸を有する（Ｃプレート対称）。

パターン化されたＱＷＦは、好ましくは、切り替え可能なＬＣセルを形成し、切り替え可能なＬＣ媒体を含む基板間に設けられている（「セル内」使用）。光学的位相差板が通常はＬＣセルと偏光板の間に置かれている従来のディスプレイと比較して、光学的位相差板のセル内使用はいくつかの利点を有する。例えば、光学的位相差板がＬＣセルを形成するガラス基板の外側に貼り付けられているディスプレイでは、通常、視角特性をかなり損ない得る視差の問題がある。位相差板をＬＣディスプレイセル内部に設けると、その視差の問題を軽減または回避することすら可能である。

好ましくは、ＱＷＦはカラーフィルターとＬＣ媒体との間に配置されるか、非常に好ましくは、カラーフィルターと対応する隣接電極層の間、または、平坦化層が存在する場合には、カラーフィルターと平坦化層との間に配置される。

ＱＷＦの厚さは、好ましくは０．５〜３．５ミクロン、非常に好ましくは０．６〜３ミクロン、最も好ましくは０．７〜２．５ミクロンである。

ＱＷＦの軸上位相差（すなわち０°視野角）は、好ましくは９０〜２００ｎｍ、最も好ましくは１００〜１７５ｎｍである。

本発明の好ましいＬＣＤは、
・以下の部品を備える液晶（ＬＣ）セル：即ち、
・互いに平行であって、少なくとも一方が入射光に対して透明である第１および第２の基板、
・前記ＬＣセルの個々のピクセルを個別に切り替えるのに用いることができる前記基板の一方上に設けられた非線形電気素子のアレイで、前記素子は、好ましくはトランジスタ、非常に好ましくはＴＦＴのようなアクティブ素子、
・前記基板の一方の上に、好ましくは非線形素子のアレイを保持しているのと反対の基板上に設けられ、原色である赤、緑および青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のいずれかを透過する異なるピクセルのパターンを有するカラーフィルターアレイであって、前記カラーフィルターが平坦化層に覆われていても良いカラーフィルターアレイ、
・前記第１の基板の内側に設けられた第１の電極層、
・前記第２の基板の内側に設けられた第２の電極層、
・任意の要素として、前記第１および第２の電極上に設けられた第１および第２のアラインメント層、
・電場の印加により異なる配向間で切り替え可能でありおよび場が印加されていない時は捩れ角φを有する、前記電極またはアラインメント層間に挟持されたＬＣ層、
を備える液晶セル；
・前記ＬＣセルの第１の側上の第１の直線偏光子；
・前記ＬＣセルの第２の側上の第２の直線偏光子；および
・ＬＣセルの前記第１および第２の基体間に配置され、異なる位相差を有する領域の光学的パターンを有する少なくとも１つのＱＷＦ
を有する。

ただし、前記偏光子、ＱＷＦおよびＬＣ層の配向方向は以上および以下で定義されている通りである。

本発明の好ましい実施形態によるＬＣＤのアセンブリを図１に模式的に示した。図１の上側は、ディスプレイの前面側、すなわち視聴者の側に相当する。図１の下側は、ディスプレイの背面側、すなわちバックライト側に相当する。図１には、例えばガラス基板のような２個の透明な平面平行基板１１ａ／ｂ間に閉じ込められた切り替え可能なＬＣ媒体１２の層ならびにそれらの基板を挟持する交差した偏光方向を有する２個の偏光板１３ａ／ｂを有するＬＣＤの１個のピクセル１０を例示的に示してある。

このディスプレイはさらに、ＬＣ層の前面側に透明電極１４ｃと、ＬＣ層の背面側に反射電極１４ａおよび透明電極１４ｂのパターンとを有することで、２組の反射サブピクセル１０ａおよび透過サブピクセル１０ｂを形成している。透明電極１４ｃ／１４ｂは、例えばインジウムすず酸化物（ＩＴＯ）の層である。反射電極１４ａは、例えばＩＴＯ層１４ａ１およびＬＣ媒体を透過した光を再度視聴者の方向に戻す（曲がった矢印で示した）反射層１４ａ２を有する。反射層１４ａ２は、例えば金属層（例：Ａｌ）であるか、あるいは穴を有するミラーとして形成することができる（ミラーの領域が反射サブピクセルにあり、穴が透過サブピクセルにある）。電極層１４ａ１およびミラー１４ａ２は、隣接する層であることができるか、あるいは図１に示したように空間的に分離されていても良い。

このディスプレイはさらに、赤、緑および青のピクセルを有するカラーフィルター１５とパターニングセル内ＱＷＦ１６を有する。ＱＷＦ１６は、所定の位相差（値は＜０または＞０）を有する領域１６ａと軸上位相差を持たない領域１６ｂのパターンを有する。位相差領域１６ａは反射サブピクセル１０ａを覆い、非位相差領域１６ｂは透過サブピクセル１０ｂを覆う。

図１に示したようにディスプレイがアクティブマトリクス型である場合、それは、好ましくはカラーフィルター１５の側と反対側のＬＣセルの一方の側の例えばＴＦＴのような個々のピクセルを個別に切り替えるのに用いられる非線形電気素子１７のアレイも有する。図１に示すように、ＴＦＴ層１７を後側とし、カラーフィルター１５を前側とできるし、反対も可能である。

カラーアクティブマトリクスディスプレイでは、例えば鏡１４ａ２をＴＦＴ層上（カラーフィルターが前面の基板上の場合）、またはカラーフィルター層上（ＴＦＴ層が前面の基板上の場合）に形成できる。

反射および透過サブピクセル１０ａ／ｂは好ましくは、図１で二つの矢印によって示したように、異なるセルギャップを有する。好ましくは透過サブピクセル１０ｂのセルギャップは、反射サブピクセル１０ａのセルギャップの２倍である。

異なるセルギャップを得るには、反射サブピクセルは、例えば透明樹脂（フォトレジストなど）から形成することができる段差１８を有する。図１に示すように、段差１８は、ＬＣ層セルのカラーフィルター層側に存在しても、カラーフィルターの反対側のＬＣ層側に存在してもよい。

ＬＣ媒体１２において所望の表面アラインメントを誘導または強化するために、電極１４ａ／ｂ／ｃがアラインメント層（不図示）によって覆われていてもよい。さらに任意構成として、カラーフィルター１５とパターン化されたセル内ＱＷＦ１６との間に、アラインメント層（不図示）が設けられても良い。ディスプレイは、背面側にバックライトも有する（不図示）。

直線偏光板１３ａ／ｂは、例えば、例えば延伸色素ドーププラスチックフィルムを含む標準的な吸収偏光板である。例えばＥＰ−Ａ−０３９７２６３に記載のような均一な平面配向を有する重合化ＬＣ材料および可視光吸収性の二色性色素を有する直線偏光板を用いることも可能である。偏光板１３ａ／ｂは、市販のＰＳＡフィルム（感圧接着剤）のような接着層（不図示）によって基板１１ａ／ｂに貼り付けることができる。

本発明および図１に示されている通りの半透過型ＬＣＤの動作が、９０°捩れ角およびパターン化されたセル内ＱＷＦ１６がＱＷＦ領域１６ａおよび零位相差領域１６ｂを有する場合について、以下に例として記載する。

明るい状態（電場が印加されていない）では、反射サブピクセル１０ａにおいて、上側からディスプレイに入った周囲の光は、前面直線偏光子１３ａにより偏光される。パターン化されたセル内位相子のＱＷＦ領域１６ａによって、直線偏光が円偏光に変換され、ＬＣ媒体１２を通過する。

反射サブピクセルのセルギャップが小さく、好ましくは透過サブピクセルのセルギャップの半分のため、ＬＣ媒体１２を通過した光は、ｄ／２・Δｎでリターデーションを受ける。ただし、ｄはセルギャップ、ΔｎはＬＣ媒体の複屈折率である。結果として、円偏光は実質的に直線偏光に変換される。セルのパラメータによっては、光は完全な直線偏光ではなく、僅かな楕円偏光の場合もある。

鏡１４ａ２は、光の偏光状態および方向を保存して、光を反射し返す。光は再びＬＣ媒体１２を通過し、そこで円偏光に変換され戻され、パターン化されたセル内ＱＷＦ１６を再び通過し、直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は前面偏光子１３ａを再び通過することができ、観測者が見ることとなる。

明るい状態において、透過サブピクセルは標準的なＴＮセルのような挙動を示す。透過サブピクセルを覆っている位相差領域１６ｂは可視光に対して軸上位相差を有しておらず、光の偏光状態を変化させない。よって、バックライトから放たれた光は後側よりディスプレイに入り、背面直線偏光子１３ｂにより偏光される。ＬＣ媒体１２を通過する際に光は直線偏光を保ってｄ・Δｎだけ位相されるが、偏光面は９０°捩れ、前面偏光子１３ａを通過し、観測者によって見られる。

暗い状態（電場が印加されている。（図示していない。））では、反射サブピクセルにおいて、上側から入った周囲の光は前面直線偏光子１３ａによって偏光される。パターン化されたセル内ＱＷＦ１６ａによって円偏光に変換され、その偏光の状態でホメオトロピックに配向されたＬＣ媒体１２を通過し、方向は実質的に変化しない。鏡１４ａ２から反射され返されると、光は円偏光を保っているが、偏光符号は反転している。そして、パターン化されたセル内ＱＷＦ１６ａによって直線偏光に変換されるが、今度は偏光方向に対して垂直であり、光は直交前面偏光子１３ａによって遮蔽される。

暗い状態において、透過サブピクセルも標準的なＴＮセルのように振舞う。バックライトから放たれた光は背面直線偏光子１３ｂによって偏光され、パターン化されたセル内位相子１６ｂの非位相差領域を通過し、その偏光方向を実質的に変化させることなくＬＣ媒体１２を通過し、直交前面偏光子１３ａによって遮蔽される。

本発明の半透過型ＬＣＤは、偏光子、ＬＣ層およびＱＷＦ、および任意の更なる位相差フィルムのような光学層が、それらの光学軸が互いに相対的に特定の角度で配向されて配置されていることを特徴とする。特に、偏光子およびＱＷＦに相対的なＬＣ層の回転によって、単一色度のＱＷＦに起因する色度が効果的に低減される。よって、追加的なＨＷＦ（ＡＱＷＦを形成する）は必要なく、光学層の数を減らすことができ、より薄く、より軽量で、より明るくおよびディスプレイのより安価な製造コストへつながる。

先行技術における半透過型ＴＮディスプレイ中の光学素子の配向を、図２に例示的に示す。場がない状態における反射サブピクセルの拡大図が示されており、前面および背面偏光子１３ａ／ｂ、反射子１４、パターン化されたＱＷＦ１６、および捩れ角φが９０°のＬＣ層を含み前面表面１２ａおよび背面表面１２ｂを有するＴＮセル１２を備える。偏光子１３ａ／ｂの偏光方向は、それぞれ＋４５°および−４５°である。ＱＷＦ１６の光学軸は、９０°に配向している。全ての角度は、図２に示されるように、対照軸ｘ（０°の方向）に相対的に与えられている。前面および背面表面１２ａ／ｂにおけるＴＮセル１２中のＬＣ層の方向は、＋４５°および−４５°に配向している、即ち、隣接する偏光子の透過軸に相対的に平行である。ＬＣ層のこの配向を、以降、「標準配列」と呼ぶ。

本発明の半透過型ＴＮディスプレイの光学素子の配向が図３に例示されており、場が印加されていない状態で図２に示す素子を有する反射サブピクセルの拡大図が示されている。前面および背面偏光子１３ａ／ｂおよびパターン化されたＱＷＦ１６の配向は、図２に示されている通りである。しかしながら、完全なＴＮセル１２は、ここでは、上述の標準配列に相対してある角度で回転している。

これまでおよび以降において、この角度を「回転角」またはθとも呼ぶ。捩れ角φが９０°で直交偏光子を有するＴＮディスプレイの場合、場が印加されていなければ、θはＬＣ層の表面ダイレクタとそれぞれの隣接する偏光子の偏光軸との間の角度に対応する。

例えば、図３に示されるような本発明の好ましい態様において、捩れの方向内で回転角θは−１５°である（即ち、使用者の視点からは積層による捩れ方向に反対の１５°が観測される）。ＴＮモードにおけるＬＣ層は９０°の捩れ角を有しているため、前面および背面表面１２ａ／ｂでのＴＮセル１２中のＬＣ層のダイレクタは、ここでは、それぞれ＋３０°および−６０°である。

本発明のディスプレイにおいては、偏光子に相対的なＬＣ層の回転により、反射状態の色つきを低減することができ、色消しＱＷＦの必要性の先をいくものである。特に、ＬＣ層の回転は、ディスプレイの明るさを維持または改良すらしながら、反射モードにおけるディスプレイの軸上および軸外色つきの低減につながる。角度θ、θ１およびθ２の正確な値は、使用されるＱＷＦの色度に依存して変化できる。よって、回転角θを４５°まで増加させることで、色度が最大値まで増加する。

本発明のディスプレイ、特にＴＮディスプレイにおいて、角度θ、θ１およびθ２は、好ましくは５°〜４５°、非常に好ましくは１０°〜２０°、最も好ましくは１５°である。

セルギャップｄ、捩れ角φおよびＬＣ層の複屈折率Δｎなどの更なるディスプレイのパラメータの選択および最適化は、従来技術に記載されるようにして達成することができる。

好ましい態様において、パターン化されたセル内ＱＷＦが、追加的に、反射サブピクセルを覆う３つの異なる位相差を有するＲ−、Ｇ−およびＢ−ピクセルのパターンを示し、直線偏光を円偏光に変換する効率が赤（Ｒ）、緑（Ｇ）または青（Ｂ）の色それぞれに最適化されるようにフィルムのＲ−、Ｇ−およびＢ−ピクセルにおける位相差を選択する。ＱＷＦの配置は、それのＲ−、Ｇ−およびＢ−ピクセルが対応するディスプレイの反射Ｒ−、Ｇ−およびＢ−サブピクセルを覆うようにする。

そのような位相差フィルムでは、Ｒ−、Ｇ−およびＢ−ピクセルでの位相差値は、好ましくは下記のように選択する。

波長６００ｎｍの赤色光では、位相差は１４０〜１９０ｎｍ、好ましくは１４５〜１８０ｎｍ、非常に好ましくは１４５〜１６０ｎｍ、最も好ましくは１５０ｎｍである。

波長５５０ｎｍの緑色光では、位相差は１２２〜１５２ｎｍ、好ましくは１２７〜１４７ｎｍ、非常に好ましくは１３２〜１４２ｎｍ、最も好ましくは１３７ｎｍである。

波長４５０ｎｍの青色光では、位相差は８５〜１２０ｎｍ、好ましくは９０〜１１５ｎｍ、非常に好ましくは１００〜１１５ｎｍ、最も好ましくは１１２ｎｍである。

本発明のＬＣＤで使用されるＱＷＦは、好ましくは位相差および／または配向パターンを有していても良い重合化ＬＣ材料を有するフィルムである。それらをセル内（すなわち、ＬＣセルを形成する基板の内側）に適用することで視差問題を回避することができ、ＵＶ光を用いてパターニングすることで、ディスプレイの透過部分に等方領域を形成することができる。基本的には、ＱＷＦとして、セル内に適用可能なあらゆるパターニング位相差子が使用可能である。

本発明のＬＣＤで用いるのに好適なパターン化された位相差子が、先行技術に記載されている。例えば、ＷＯ２００３／０１９２７６Ａ、ＷＯ２００４／０８３９１３ＡおよびＶａｎ ｄｅｒ Ｚａｎｄｅら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ、２００３年、第１９４〜１９７頁に開示の位相差子を用いることができる。

特に好ましいものは、ＷＯ２００４／０９００２５Ａ１に記載されるようなパターン化された光学的位相差フィルムである。好ましくは、そのようなパターン化されたフィルムは、以下の工程を含む方法により調製される：
ａ）基板上に少なくとも１種類の光重合性化合物を含む重合性ＬＣ材料層を設ける工程と；
ｂ）前記ＬＣ材料層をプラナー配向に配列する工程と；
ｃ）前記層またはその層の選択された領域における前記ＬＣ材料を、前記異性化可能な化合物の異性化を引き起こす光照射、好ましくはＵＶ照射で露光する工程と；
ｄ）前記材料の前記露光領域の少なくとも一部で前記ＬＣ材料を重合させることで、前記配向を固定する工程と；および
ｅ）任意の工程として、前記基板から前記重合されたフィルムを取り除く工程とである。

ただし、前記ＬＣ材料の位相差および／または配向は、光重合可能な化合物の量および／または種類を変えることで、および／または光照射の強度および／または露光時間を変えることで制御される。

好ましくは、ＬＣ材料は、光異性化および光重合を引き起こす光で露光される。光異性化の工程と光重合の工程は、異なる条件下で、特に異なるガス雰囲気下で行われ、特に好ましくは、光異性化は酸素存在下で行われ、光重合は酸素の非存在下で行われる。

本発明で記載の具体的な条件および材料は別として、工程ａ）〜ｅ）は、当業者には公知であって、文献に記載されている標準的な手順に従って行うことができる。

重合性ＬＣ材料は、光異性化可能な化合物、好ましくは光異性化可能なメソゲニックまたはＬＣ化合物、非常に好ましくは重合性でもある光異性化可能な化合物を含む。異性化可能な化合物は、特定波長の光、例えばＵＶ光に曝露されると、例えばＥ−Ｚ−異性化によって形状を変える。それによって、ＬＣ材料の均一なプラナー配向の混乱が生じて、複屈折の低下を生じる。配向ＬＣ層の光学的位相差はＬＣ材料の層厚ｄと複屈折Δｎの積ｄ・Δｎとして与えられることから、複屈折の低下は、ＬＣ材料の照射部分での位相差の低下も生じる。そして、フィルム全体の照射領域のｉｎ ｓｉｔｕ重合によって、ＬＣ材料の配向および位相差を固定する。

ＬＣ材料の重合は、例えば熱重合または光重合によって行われる。光重合を用いる場合、ＬＣ材料の光異性化および光重合に使用される光の種類は、同一であっても異なっていても良い。ＬＣ材料の光異性化および光重合の両方を引き起こす波長の光、例えばＵＶ光を用いる場合、光異性化および光重合の工程は好ましくは、異なる条件下で、特には異なるガス雰囲気下で行う。その場合、好ましくは光異性化は、空気中などの酸素存在下で行い、光重合は酸素の非存在下に、特に好ましくは窒素やアルゴンのような希ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行う。異性化工程を酸素存在下または空気中で行うと、酸素が材料中に存在する光重合剤からのフリーラジカルを捕捉することで、重合を防止する。次の工程では、酸素または空気を除去し、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスに置き換えることで、重合を起こさせる。それによって、工程の制御を良好にすることができる。

ＬＣ材料の層での異性化の程度、従って複屈折変化は、例えば照射線量、すなわち光の強度、露光時間および／またはパワーを変えることで制御することができる。さらに、光源とＬＣ層の間にフォトマスクを設けることで、互いに異なる特定の位相差値を有する領域またはピクセルのパターンを持ったフィルムを製造することができる。例えば、簡単な単色マスクを用いて、２つの異なる位相差値からなるフィルムを形成することができる。異なる位相差の複数領域を示すより複雑なフィルムは、階調マスクを用いて形成することができる。所望の位相差値を得た後、ＬＣ層を重合させる。このようにして、初期ＬＣ層のものからゼロまでの範囲の位相差値を有するポリマー位相差フィルムを形成することができる。初期ＬＣ材料層での位相差値は、層厚ならびにＬＣ材料の個々の構成成分の種類および量を適切に選択することで制御される。

重合性ＬＣ材料は好ましくは、ネマチックまたはスメクチックＬＣ材料、特にはネマチック材料であり、好ましくは少なくとも１種類のジ反応性または多反応性アキラルＲＭおよび適宜に１種類以上のモノ反応性アキラルＲＭを含む。ジまたは多反応性ＲＭを用いることによって、構造が永久的に固定され、温度または溶媒などの外部の影響に対する高い機械的安定性と光学特性の高い安定性を示す架橋フィルムが得られる。従って、架橋ＬＣ材料を含むフィルムが特に好ましい。

本発明で使用される重合性メソゲンモノ−、ジ−および多反応性化合物は、それ自体公知であって、例えば有機化学の標準的な著作、例えば、Ｈｏｕｂｅｎ−Ｗｅｙｌ、Ｍｅｔｈｏｄｅｎ ｄｅｒ ｏｒｇａｎｉｓｃｈｅｎ Ｃｈｅｍｉｅ、Ｔｈｉｅｍｅ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｓｔｕｔｔｇａｒｔに記載されている方法によって製造することができる。

重合性ＬＣ混合物中のモノマーまたはコモノマーとして使用可能な好適な重合性メソゲン化合物の例は、例えばＷＯ９３／２２３９７、ＥＰ０２６１７１２、ＤＥ１９５０４２２４、ＷＯ９５／２２５８６、ＷＯ９７／００６００およびＧＢ２３５１７３４に開示されている。しかしながら、これら文書に開示されている化合物は、単に例と見なされるべきものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

下記の実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。これらの実施例において、別段の断りがない限り、温度はいずれも摂氏単位であり、パーセントはいずれも重量パーセントとして与えられている。輝度、色度およびコントラストのプロットのような光学的性能のシミュレーションは、ベールマン４×４行列計算を用いて行う。

＜例１−パターン化されたＱＷＦの製造＞
下記の重合性ＬＣ混合物を調製する。
（１３） １４．４％
（２４） １８．０％
（３５） １７．０％
（４６） １７．０％
（５７） ３２．０％
イルガキュア６５１ １．０％
フルオラドＦＣ１７１ ０．６％

化合物（１）〜（５）は先行技術で報告されている。イルガキュア６５１は、市販の光開始剤である（チバ社製、バーゼル、スイス国）。フルオラドＦＣ１７１は、市販のノニオン系フルオロカーボン界面活性剤（３Ｍ社製）である。

混合物を溶解させて、５０重量％キシレン溶液を調製する。この溶液をろ過し（０．２μｍ ＰＴＦＥ膜）、ガラス／ラビング処理ポリイミドスライド（日本合成ゴム社製、低プレチルトポリイミドＪＳＲ ＡＬ １０５４）上にスピンコーティングする。コーティングフィルムを、階調（０：５０：１００％透過）マスクを用いて空気中にて、２０ｍＷｃｍ^−２の３６５ｎｍ光で露光する。

次に、得られたフィルムを、Ｎ_２雰囲気下に６０秒間にわたり、２０ｍＷｃｍ^−２のＵＶ−Ａ照射を用いて光重合することで、異なる位相差を持つ領域のパターンを有するパターン化されたフィルムを得る。

＜例２（比較例）−先行技術の半透過型ＴＮディスプレイ＞
図２に示した光学的素子の標準配列を有する先行技術のピクセル化された半透過型ＴＮ ＬＣＤの光学的性能を計算する。

計算の基礎として使用されるＬＣＤの光学的素子の積層体の断面図が、図４に模式的に示されており、反射サブピクセル１２ａおよび透過サブピクセル１２ｂに分割されたＬＣ層、前面および背面偏光子１３ａ／ｂ、１／４波長ピクセル１６ａおよび等方性ピクセル１６ｂを有するパターン化されたＱＷＦ、および反射子１４ａを含む。

素子のパラメータは以下の通りである。
前面偏光板方向： ＋４５°
背面偏光板方向： −４５°
ＬＣ層の捩れ角φ： ９０°
前面におけるＬＣダイレクタ： −４５°
背面におけるＬＣダイレクタ： ＋４５°
ＬＣ層の位相差
（反射サブピクセル）： ２３８ｎｍ
ＬＣ層の位相差
（透過サブピクセル）： ４７５ｎｍ
ＱＷＦの光学軸
（反射サブピクセル）： ＋９０°
ＱＷＦの位相差
（反射サブピクセル）： １４０ｎｍ
ディスプレイの角度輝度（Ａ）および色度（Ｂ）を、図５Ａおよび５Ｂに示す。軸上輝度は３９．５％、色度は４．５％である。

＜例３−本発明の半透過型ＴＮディスプレイ＞
図３に示した光学的素子の配列を有する本発明のピクセル化された半透過型ＴＮ ＬＣＤの光学的性能を計算する。光学的素子の積層体は、図４に示す通りである。

素子のパラメータは以下の通りである。
前面偏光子方向： −４５°
背面偏光子方向： ＋４５°
ＬＣ層の捩れ角φ： ９０°
ＬＣ層の回転角θ
（偏光子に相対的に）： −１５°
θ１、θ２： −１５°
前面上のＬＣダイレクタ： −６０°
背面上のＬＣダイレクタ： ＋３０°
ＬＣ層の位相差
（反射サブピクセル）： ２３８ｎｍ
ＬＣ層の位相差
（透過サブピクセル）： ４５６ｎｍ
ＱＷＦの光学軸
（反射サブピクセル）： ＋９０°
ＱＷＦの位相差
（反射サブピクセル）： １４０ｎｍ
パターン化されたＱＷＦは、例えば、例１に記載されるようにして作製される。

例２と比較し、反射ＴＮセルが、捩れ方向に−１５°の角度θで回転している（即ち、積層体として、捩れ方向に反対の１５°が利用者の視点から観測される）。

角度輝度（Ａ）および色度（Ｂ）を、図６Ａおよび６Ｂに示す。軸上輝度は４０．８％、色度は２．９％である。ディスプレイは例２のそれより極めて低い色度を有し、輝度も改良されている。

図１は、本発明の半透過型ＬＣＤを示す。 図２は、従来の半透過型ＬＣＤにおける光学層の相対配向を示す。 図３は、本発明の半透過型ＬＣＤにおける光学層の相対配向を示す。 図２は、例２および３の半透過型ＬＣＤ中の光学層の積層を示す。 図５Ａおよび５Ｂは、例２の半透過型ＬＣＤについて計算された角度輝度（Ａ）および色度（Ｂ）を示す。 図６Ａおよび６Ｂは、例３の半透過型ＬＣＤについて計算された角度輝度（Ａ）および色度（Ｂ）を示す。

Claims (10)

1. 反射および透過サブピクセルに分割された１つ以上のピクセルを備え、
   ・前面および背面電極に挟持され、電場の印加により異なる配向間で切り替え可能でありおよび場が印加されていない時は捩れ角φを有するＬＣ層と、
   ・前記ＬＣ層を挟持しおよび前面および背面偏光方向を有する前面および背面偏光子と、
   ・フィルム面に平行な光学軸を有し、１／４波長（λ／４）位相差を有する領域と実質的に位相差を有さない領域とのパターンを有し、前記λ／４−領域が実質的に前記反射サブピクセルのみを覆うように配置されている、前記前面偏光子と前記ＬＣ層との間の少なくとも１つの１／４波長位相差フィルム（ＱＷＦ）とを
   を備え、
   ・前記ＱＷＦの前記光学軸は、前記前面および背面偏光子方向に対して約４５°の角度に配向されており、
   ・前記前面電極に面している表面における前記ＬＣ層のダイレクタは、前記前面偏光子の前記偏光方向に対して５〜４５°の角度θ１に配向されており、
   ・前記背面電極に面している表面における前記ＬＣ層のダイレクタは、前記背面偏光子の前記偏光方向に対して５〜４５°の角度θ２に配向されている
   ことを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
2. ４０°〜１１０°の捩れ角φを有することを特徴とする前記請求項記載のＬＣＤ。
3. ９０°の捩れ角φを有することを特徴とする前記請求項記載のＬＣＤ。
4. θ１およびθ２は１０°〜２０°であることを特徴とする前記請求項の少なくとも１項記載のＬＣＤ。
5. θ１およびθ２は１５°であることを特徴とする前記請求項の少なくとも１項記載のＬＣＤ。
6. 前記ＱＷＦの厚みは０．５〜３．５ミクロンであることを特徴とする前記請求項の少なくとも１項記載のＬＣＤ。
7. 前記ＱＷＦの軸上位相差は１００〜１７５ｎｍであることを特徴とする前記請求項の少なくとも１項記載のＬＣＤ。
8. ・以下の部品を備える液晶（ＬＣ）セルと、
   ・互いに平行であって、少なくとも一方が入射光に対して透明である第１および第２の基板と、
   ・トランジスタのように前記ＬＣセルの個々のピクセルを個別に切り替えるのに用いることができる前記基板の一方上に設けられた非線形電気素子のアレイと、
   ・前記基板の一方の上に設けられ、原色である赤、緑および青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のいずれかを透過する異なるピクセルのパターンを有するカラーフィルターアレイであって、前記カラーフィルターが平坦化層に覆われていても良いカラーフィルターアレイと、
   ・前記第１の基板の内側に設けられた第１の電極層と、
   ・任意の要素として、前記第２の基板の内側に設けられた第２の電極層と、
   ・任意の要素として、前記第１および第２の電極上に設けられた第１および第２のアラインメント層と、
   ・電場の印加により異なる配向間で切り替え可能でありおよび場が印加されていない時は捩れ角φを有する、前記電極またはアラインメント層間に挟持されたＬＣ層と、
   ・前記ＬＣセルの第１の側上の第１の直線偏光子と、
   ・前記ＬＣセルの第２の側上の第２の直線偏光子と、および
   ・前記請求項で定義される少なくとも１つのＱＷＦと
   を備え、
   ただし、前記偏光子、ＱＷＦおよびＬＣ層の配向方向は前記請求項で定義されている通りであることを特徴とする前記請求項の少なくとも１項記載のＬＣＤ。
9. 前記ＱＷＦはカラーフィルターおよび隣接する電極間に配置されていることを特徴とする前記請求項記載のＬＣＤ。
10. Ｒ−、Ｇ−、Ｂ−ピクセルのパターンを有するカラーフィルターを有し、および、前記ＱＷＦは、直線偏光を円偏光に変換する効率がＲ、ＧおよびＢの色についてそれぞれ最適化されるように調節されている異なる位相差を持ったＲ−、Ｇ−およびＢ−ピクセルのパターンを示し、前記ＱＷＦは、それのＲ−、Ｇ−およびＢ−ピクセルが、前記カラーフィルターの対応するＲ−、Ｇ−およびＢ−ピクセルをそれぞれ覆うように配置されていることを特徴とする前記請求項の少なくとも１項記載のＬＣＤ。

Images