(57)【要約】【課題】液晶ディスプレイの視野角およびコントラストを改善するための薄膜の位相遅延プレートを提供する。【解決手段】該遅延プレートは、コレステリックおよびＡプレート補償器を含む。Ａプレートは、単一の基板上に重合可能な反応性中間相材料（ＲＭ）の層を溶剤鋳込みすることによって製造される。ＲＭ溶液には添加剤が含まれ、添加剤はＲＭと空気との界面へと移動して表面エネルギを低下させかつ添加剤を多く含む層を生成する。この層がＲＭの空気との界面における固有の傾斜角を２５°から０°の間へと低下させる。溶液を蒸発させて、結果として得られるフィルムは液晶相で重合されて、液晶が永久的に配向される。このフィルムは基板から容易に離すことができ、所望のパターンに整形され、新規な補償器を形成するよう組合せられる。薄膜を通じて所定の斜角を有する補償器もまた形成され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相遅延プレートを製造する方法であって、
基板を提供するステップと、
基板に液晶整列層を設けるステップと、
整列層に重合可能な液晶材料の薄膜を設けて該薄膜の自由表面が液晶と空気との界面を構成するようにするステップとを含み、該液晶材料は該液晶と空気との界面における該液晶材料のディレクタの固有の傾斜配向を減じる界面活性材料を含み、さらに
該薄膜の大部分において該薄膜のディレクタを配向するよう、該薄膜の温度を調節するステップと、
該薄膜を重合して該配向を保つステップとを含み、
前記液晶材料は、二官能性の反応性材料を含み、
前記界面活性材料は、前記液晶材料の１重量％以上である、方法。
【請求項２】
前記基板を提供するステップは、
プラスチック基板を提供するステップを含み、
前記液晶整列層を該基板に設けるステップは、
該基板を柔軟にしてその上に液晶分子のための前記液晶整列層を提供するステップを含み、
前記重合可能な液晶材料の薄膜を設けるステップは、
該液晶整列層の基板に重合可能な液晶材料の薄膜を設けて該薄膜の自由表面が液晶と空気との界面を構成するようにするステップを含み、該液晶材料は、該液晶と空気との界面における該液晶材料のディレクタの固有の傾斜配向を減じる界面活性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重合可能な液晶材料の薄膜を設けるステップは、該液晶整列層との界面における該液晶材料の整列が実質的に平行となるように薄膜を設けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記重合可能な液晶材料の薄膜を設けるステップは、該液晶整列層との界面における該液晶材料の整列が実質的に斜めとなるように薄膜を設けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記薄膜を重合するステップは、化学線放射で該薄膜を照射して該薄膜を重合するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該液晶材料は、アクリル酸エステル、ビニルエーテルおよびエポキシドからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該液晶材料は、エステル結合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該液晶材料は、芳香族化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該界面活性材料は、該液晶材料の５重量％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該界面活性材料は、ポリアクリル酸エステル、ポリシリコン、反応性ポリシリコン、オルガノシラン、ワックス、および離型剤からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
該界面活性材料は、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル、ポリシクロヘキシルメ
タクリル酸エステルの共重合体、モンサント・モンダフロー２１００（Monsanto mondaflow 2100）、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリル酸エステル、およびジメチルジエトキシシランからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記液晶材料は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタが実質的に平行な配向をもつようにする界面活性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液晶材料は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに約２５度（２５°）のディレクタの配向をもたせる界面活性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記液晶材料は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに約０度（０°）から約２５度（２５°）の間のディレクタの配向をもたせる界面活性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記液晶材料は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに約０度（０°）から約２５度（２５°）の間のディレクタの配向をもたせる界面活性材料を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記液晶材料は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに約０度（０°）から約２５度（２５°）の間のディレクタの配向をもたせる界面活性材料を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記液晶材料は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに実質的に平行なディレクタの配向をもたせる界面活性材料を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
位相遅延プレートであって、
重合された液晶材料の薄膜と、
前記薄膜内に、前記薄膜の第１の表面付近に配置されて、該第１の表面付近の該液晶材料のディレクタの固有の傾斜配向を減じるようにする界面活性材料とを含み、
前記液晶材料は、二官能性の反応性材料を含み、
前記界面活性材料は、前記液晶材料の１重量％以上である、位相遅延プレート。
【請求項１９】
該液晶材料は、アクリル酸エステル、ビニルエーテル、およびエポキシドからなる群から選択される、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２０】
該液晶材料は、エステル結合を含む、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２１】
該液晶材料は、芳香族化合物を含む、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２２】
前記界面活性材料の濃度は、前記第１の表面付近の前記液晶材料の固有の傾斜角を最小にするのに十分な最小値を超え、かつ、前記液晶材料の相分離を引起こす最大値を超えない、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２３】
前記界面活性材料は、該液晶材料の５重量％未満である、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２４】
該界面活性材料は、ポリアクリル酸エステル、ポリシリコン、反応性ポリシリコン、オルガノシラン、ワックス、および離型剤からなる群から選択される、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２５】
前記界面活性材料は、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステルの共重合体、モンサント・モンダフロー２１００（Monsanto mondaflow 2100）、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリル酸エステル、およびジメチルジエトキシシランからなる群から選択される、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２６】
前記界面活性材料の濃度は、該第１の表面付近における該液晶材料のディレクタに実質的に平行な配向をもたらし、前記薄膜は前記薄膜の大部分において特定の方位に均一に配向されたディレクタを有する、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２７】
前記界面活性材料の濃度は、該第１の表面付近において該液晶材料のディレクタに約０度（０°）から約２５度（２５°）の間の傾斜配向をもたらす、請求項１８に記載の位相遅延プレート。
【請求項２８】
基板と、
前記基板の上に配置された液晶整列層と、
前記整列層の上に配置された重合された液晶材料の薄膜とを含み、よって、前記薄膜の露出面が液晶と空気との界面を構成するようにされ、さらに
前記薄膜内に該液晶と空気との界面付近に配置された界面活性材料を含み、よって、前記界面活性材料が該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに実質的に平行な配向をもたせるようにされ、
前記薄膜は、前記薄膜の大部分において特定の方位に均一に配向されたディレクタを有し、
前記液晶材料は、二官能性の反応性材料を含み、
前記界面活性材料は、前記液晶材料の１重量％以上である、位相遅延プレート。
【請求項２９】
前記液晶整列層付近の該液晶材料の整列は、実質的に平行である、請求項２８に記載の位相遅延プレート。
【請求項３０】
前記液晶整列層付近の該液晶材料の整列は、実質的に斜めである、請求項２８に記載の位相遅延プレート。
【請求項３１】
該液晶材料は、アクリル酸エステル、ビニルエーテル、およびエポキシドからなる群から選択される、請求項２８に記載の位相遅延プレート。
【請求項３２】
該液晶材料は、エステル結合を含む、請求項２８に記載の位相遅延プレート。
【請求項３３】
該液晶材料は、芳香族化合物を含む、請求項２８に記載の位相遅延プレート。
【請求項３４】
該界面活性材料は、該液晶材料の５重量％未満である、請求項２８に記載の位相遅延プレート。
【請求項３５】
該界面活性材料は、ポリアクリル酸エステル、ポリシリコン、反応性ポリシリコン、オルガノシラン、ワックス、および離型剤からなる群から選択される、請求項２８に記載の位相遅延プレート。
【請求項３６】
前記界面活性材料は、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステルの共重合体、モンサント・モンダフロー２１００（Monsanto mondaflow 2100）、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリル酸エステル、およびジメチルジエトキシシランからなる群から選択される、請求項２８に記載の位相遅延プレート
。
【請求項３７】
位相遅延プレートの製造方法であって、
プラスチック基板を提供するステップと、
前記基板に重合可能な液晶材料の薄膜を設けて、該薄膜の露出面が液晶と空気との界面を構成するようにするステップとを含み、該液晶材料は、該液晶と空気との界面における該液晶材料のディレクタの固有の傾斜配向を減じる界面活性材料を含み、さらに
該薄膜の温度を該薄膜の大部分において該薄膜のディレクタを配向させるように調節するステップと、
該薄膜を重合して該配向を保つステップとを含み、
前記液晶材料は、二官能性の反応性材料を含み、
前記界面活性材料は、前記液晶材料の１重量％以上である、方法。
【請求項３８】
前記プラスチック基板の表面を柔軟にして、該薄膜を設ける際の該液晶材料のための整列機構を得るステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
該薄膜を設けるステップは、該基板との界面における該液晶材料の整列が実質的に平行になるように薄膜を設けるステップを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記薄膜を重合するステップは、化学線放射で該薄膜を照射して該薄膜を重合するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
該液晶材料は、アクリル酸エステル、ビニルエーテル、およびエポキシドからなる群から選択される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
該液晶材料は、エステル結合を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
該液晶材料は、芳香族化合物を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
該界面活性材料は、該液晶材料の５重量％未満である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
該界面活性材料は、ポリアクリル酸エステル、ポリシリコン、反応性ポリシリコン、オルガノシラン、ワックス、および離型剤からなる群から選択される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４６】
該界面活性材料は、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステルの共重合体、モンサント・モンダフロー（Monsanto mondaflow 2100）、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリル酸エステル、およびジメチルジエトキシシランからなる群から選択される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
該界面活性材料の濃度は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに実質的に平行な配向をもたらすのに十分である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
該界面活性材料の濃度は、該液晶と空気との界面において該液晶材料のディレクタに約ゼロ度（０°）から約２５度（２５°）の間の傾斜配向をもたせるのに十分である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
基板と、
前記基板上に配置される、重合された液晶材料の薄膜とを含み、前記薄膜は、露出した第１の表面を有するようにされ、該第１の表面においてはその液晶材料のディレクタが該
ディレクタの固有の傾斜配向よりも小さい配向を有し、かつ、前記薄膜の大部分においては前記ディレクタが方位回転を有し、
前記液晶材料の薄膜の大部分における前記ディレクタの方位回転は、キラルドーパントの付加によってもたらされ、該液晶と空気との界面における該液晶材料のディレクタの、固有の傾斜角に対する傾斜配向の減少は、界面活性材料によってもたらされ、
前記液晶材料は、二官能性の反応性材料を含み、
前記界面活性材料は、前記液晶材料の１重量％以上である、位相遅延プレート。
【請求項５０】
前記重合された液晶の薄膜はさらに、前記基板に隣接する第２の表面を含み、前記第２の表面は、その液晶材料のディレクタが該第１の表面における該液晶材料のディレクタに実質的に平行な配向を有する、請求項４９に記載の位相遅延プレート。
【請求項５１】
前記重合された液晶の薄膜はさらに、その液晶材料のディレクタが該第１の表面における該液晶材料のディレクタと実質的に斜めの配向を有する第２の表面を含む、請求項４９に記載の位相遅延プレート。
【請求項５２】
前記重合された液晶の薄膜は、該液晶と空気との界面においてその液晶材料のディレクタが約ゼロ度（０°）から約２５度（２５°）の間の傾斜配向を有する、請求項４９に記載の位相遅延プレート。
【請求項５３】
前記薄膜の大部分におけるディレクタの方位回転は、反応性のキラルドーパントを付加することによってもたらされる、請求項４９に記載の位相遅延プレート。
【請求項５４】
前記薄膜の大部分におけるディレクタの方位回転は、非反応性のキラルドーパントの付加によってもたらされる、請求項４９に記載の位相遅延プレート。
【請求項５５】
該界面活性材料は、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステルの共重合体、モンサント・モンダフロー２１００（Monsanto mondaflow 2100）、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリル酸エステル、およびジメチルジエトキシシランからなる群から選択される、請求項４９に記載の位相遅延プレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学遅延手段に関し、より特定的には、液晶ディスプレイの視野角および明るさを改善するための薄膜遅延器に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ技術の躍進に伴って、より明るく、より軽量の、高解像度で情報を表示することのできる、進歩した表示装置が製造されてきている。液晶ディスプレイには、その軽量かつより小型の形状ファクタおよび低電力要件により、陰極線管ディスプレイ等の他の表示装置に勝るいくつかの利点がある。しかし、液晶ディスプレイでは、そのコントラストの弱さおよび／または広い視野角における色度の低さゆえに、多くの視覚環境において表示画面を観察することがしばしば困難である。
【０００３】
液晶ディスプレイが達成することのできるコントラスト比を制限している主要なファクタとして、表示画面の本来暗い状態にあるべき部分に光が洩れることが挙げられる。液晶のコントラスト比はまた、観察者の視野角に依存している。周知のように、典型的な液晶ディスプレイのコントラスト比は、直角の入射角を中心とする狭い視野角内でのみ最大となり、視野角が増すにつれてその比は低下する。この視野角によるコントラスト比の低下は、大きな視野角において暗い状態のピクセルを通じて洩れる光が原因となっている。大きな視野角はまた、カラーディスプレイにおいて色の変化を生じさせる原因となる。
【０００４】
コントラストと視野角の両者を改善するために、液晶ディスプレイには光学補償層が含まれてもよい。このような補償器の必要性は、スーパーツイスト・ネマチック（ＳＴＮ）液晶ディスプレイについて特に高い。ＳＴＮ液晶ディスプレイでは通常、第１のＳＴＮディスプレイパネルの複屈折を補償するために、反対のねじれ角を有する第２のＳＴＮディスプレイパネルが設けられる。第２の液晶ディスプレイパネルを単に補償器として設けるのはコストが高くつくため、多くのディスプレイは、位相差フィルム等の光学補償器を含む。このような位相差フィルムの使用については、（Yeh等に発行された）米国特許番号第５，１９６，９５３号、（Winker等に発行された）第５，５０４，６０３号、（Winker等に発行された）第５，５５７，４３４号、（Gunning, III等に発行された）第５，５８９，９６３号、（Koch等に発行された）第５，６１９，３５２号、（Winkerに発行された）第５，６１２，８０１号、および（Gunning, III等に発行された）第５，６３８，１９７号に開示されている。液晶の層は、一方の偏光層が他方の偏光層の吸収の軸に垂直な吸収層を有する、１対の偏光層の間に挟まれる。１または複数の補償層を付加することによって、コントラスト比は、補償器の光軸を注意深く配向することにより広範囲の視野角にわたって改善される。補償器の遅延効果が組合せられて、液晶ディスプレイに固有の位相遅延が相殺される。上に引用した特許のすべては、本願と共通に譲渡されているかまたは、譲受人の親会社であるロックウェル・インターナショナル・コーポレイション（Rockwell International Corporation）に譲渡されている。
【０００５】
これらの特許で説明されている補償層に含まれる補償器の種類の１つは、Ａプレート補償器として知られている。Ａプレートは複屈折層であって、その異常軸（すなわち、そのｃ軸）がその層の表面に平行に配向されており、そのａ軸が（直角に入射する光の方向に平行に）表面に直角に配向されている。先行技術のＡプレートは、ポリビニルアルコールまたは他の好適な、配向した有機複屈折材料等の、一軸延伸ポリマーを使用して製造することができる。
【０００６】
残念なことに、このような先行技術のＡプレートの光特性の品質および均一性は、通常
低いものである。さらに、Ａプレートは張力の下に保持されねばならず、その材料は十分な異方性を得るよう比較的厚くなければならない。また、このようなＡプレートと他の位相差フィルムとの積層構造はしばしば、高温にさらされた場合に応力による複屈折を生む結果となりかねない。
【０００７】
近年、位相差フィルムを紫外線（ＵＶ）で硬化可能な液晶から得ることが可能であることが報告されている。たとえば、Ｈ．ハセベ（H. Hasebe）、Ｋ．タケウチ（K. Takeuchi）およびＨ．タカツ（H. Takatsu）による、Ｊ．ＳＩＤ、３／３、１３９（１９９５）を参照されたい。図５に示すように、本来ならば液晶と空気との界面における液晶の内在する傾きによってもたらされたであろう結晶構造内のいかなる斜角も、伝統的な整列技術を用いて排除できるように、２枚の基板が設けられる。しかし、ポリイミド整列材料は非常に高価であるため、２つの基板に複数の整列層を設けるのは望ましくない。また、２枚の基板のうち一方または両方がＵＶ硬化可能な液晶の光重合の後に廃棄されるのであれば、それら２つの基板を整列させかつ間隔をとるのに関連して費用がかかってしまうこともまた望ましくない。さらに、光重合に先立って液晶の配向を設定するのに、間隔をおかれた平行の基板に依存するのも望ましくない。なぜなら、間隔をおかれた基板で達成できる均一性にも基板のサイズにも、実際的な限界があるためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＵＶ硬化可能な液晶材料を配向するのに必要とされる基板の数は、最小に抑えることが明らかに望ましい。上に引用した米国特許番号第５，６１９，３５２号に説明されるように、単一の基板の表面をコーティングして薄膜補償器を作るプロセスに、重合が可能な液晶を使用することが可能である。このプロセスによれば、液晶を整列させるための整列層を有する第２の基板を提供する必要がなくなる。しかし、重合が可能な液晶のほとんどは、重合可能液晶と空気との界面においてゼロでない傾斜角を本来的に有するために、Ａプレート補償器に必要とされる液晶の平面配向を達成することが困難となっている。したがって、重合可能な液晶の固有の傾斜角よりも小さいことが求められる、ネマチックと空気との界面における傾斜角を達成するための、効率的かつ経済的な方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、液晶ディスプレイの視野角およびコントラストを改善するための薄膜補償器に関し、より特定的には、ツイスト・ネマチック液晶ディスプレイに関する。コレステリックおよびＡプレート補償器等の薄膜補償器は、単一の基板の上に重合可能な液晶の層を設けることによって製造することが可能である。有利なことに、重合可能な液晶は、重合可能液晶と空気との界面において、約０°の均一な傾斜角を有する。または代替的に、重合可能な液晶は、ネマチックと空気との界面において、ゼロ度よりは大きいが重合可能な液晶の固有の傾斜角よりも小さい、傾斜角を有する。
【００１０】
本発明においては、準備した基板に重合可能な液晶の溶液を塗付する。この溶液は、重合可能な液晶と空気との界面において重合可能な液晶を正しく配向する、ある類の添加剤が結合された、重合可能液晶を含む。この添加剤は、界面活性剤、遊離剤（release agents）、または溶液に可溶な他の界面活性化学物質であってもよい。溶液内の添加剤の濃度は、最小臨界値を超えなければならないが、相分離が生じる過剰値を超えてはならない。添加剤は、反応性であっても非反応性であってもよい。たとえば、（アクリル酸エステルおよびビニルエーテル等の）反応性界面活性剤、および、非反応性のシリコン油界面活性剤の、両方が有利に使用され得る。
【００１１】
溶液はその後、異方性表面を有する基板上に析出される。添加剤は、重合可能な液晶と空気との界面へと移行し、添加剤を多く含む表面層を生成する。これにより、重合可能な
液晶の、空気との界面における固有の傾斜角が低くなる。結果として得られたフィルムは、液晶相内で重合されて、適切な分子配向に永久に固定される。
【００１２】
結果として得られたフィルムは、容易に基板から分離することができ、所望のパターンに整形することができる。以上に概略的に説明した本発明のこれらおよび他の利点は、以下の詳細な説明内でより明確となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従った、Ａプレート補償器の断面図である。
【図２】単一の基板上に堆積された重合可能な液晶材料の断面図であって、重合可能な液晶の空気との界面における固有の傾斜を示す図である。
【図３】重合可能な液晶材料を基板上に堆積するための１つの可能な方法を示す図である。
【図４】本発明に従った、位相遅延薄膜の製造プロセスのフロー図である。
【図５】重合可能な液晶材料の相図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の原理にしたがって、液晶ディスプレイの視野角および明るさを改善するための、新規な薄膜補償器が提供される。具体的には、本発明の方法において、重合可能な液晶材料が単一の基板上に堆積されて、薄膜の複屈折補償器が得られる。補償器は、送られてきた光の位相を遅延することによって液晶ディスプレイによってもたらされる位相遅延を補正するので、通常、位相遅延プレートと称される。これら補償器フィルムは、重合可能な液晶と空気との界面において約２５度よりも小さい傾斜角を有する、複屈折層を含む。好ましくは、この層は、重合可能な液晶と空気との界面において、実質的にゼロの傾斜角度を有し、その異常軸（すなわち、ｃ軸）は層の表面と平行に配向され、かつ、ａ軸は表面に直角に（すなわち、直角に入射する光の方向と平行に）配向される。重合可能な液晶材料がキラルである場合には、ｃ軸はフィルムを通じて方位角によって変化し、フィルムはコレステリックフィルムと称される。重合可能な液晶材料がアキラルである場合には、ｃ軸はフィルムの大部分において特定の方位に均一に配向し、結果として得られるフィルムはＡプレートフィルムである。
【００１５】
「ツイスト・ネマチック液晶ディスプレイにおけるグレースケール性能を改善するための有機ポリマーＯプレート補償器（"Organic Polymer O-Plate Compensator For Improved Gray Scale Performance in Twisted Nematic Liquid Crystal Displays"）」と題された、同時係属中の特許出願連続番号第０８／３１３，５３１号は、空気界面において液晶材料のディレクタが高い傾斜配向を有する、Ｏプレート補償器フィルムを開示している。この出願の開示がここに援用により引用されるが、この出願では特に、コントラスト比を改善するよう、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）システム内に偏光子および／または分析器を有する、Ｏプレート補償器の製造および使用について説明している。上に引用した同時係属中の出願は、本願の譲受人に譲渡されている。
【００１６】
図１に本発明の１実施例を示す。これは、重合性液晶薄膜を使用してＡプレート補償器を作成するよう実現され得るものとして、以下に説明される。特定的には、図１は、一方表面に整列層１０４が設けられた基板１０２を図示する。整列層１０４の上部には、重合可能な液晶の薄膜１０６が設けられている。
【００１７】
整列層１０４は、基板１０２の一方表面をポリイミド材料でコーティングすることによって形成される。この整列層にはその後、重合可能な液晶の分子が重合可能な液晶と整列層１０４との界面において小さい傾斜角度を有するように、処理が施される。本発明では単一の基板が提供されるため、薄膜１０６の上部が空気との界面を形成する。これは図に１０８で示すとおりである。上述のように、重合可能な液晶の分子は、重合可能液晶と空気との界面１０８において、Ａプレートを得るためには克服せねばならない、固有の傾斜角（すなわち、およそ２０°から８０°）を有する。この固有の傾斜角度θを図２に示すが、分子は、薄膜１０６の厚さを通じて、望ましくない角度の斜角を示すであろう。
【００１８】
しかし、本発明によれば、図１に示すような好ましい実施例においては、重合可能液晶と空気との界面１０８において、実質的にゼロ度（０°）の傾斜角度が達成される。下により詳細に説明するように、薄膜１０６は重合可能液晶と空気との界面において自由表面を有し、この表面は、空気界面の近くに、添加剤を豊富に含む濃度または層を含む。このような添加剤の高い濃度は、重合可能液晶の空気との界面における傾斜角度を低下させる。したがって、添加剤を多く含む層のその濃度を修正することによって、液晶材料はゼロ度より大きいかまたはおよそゼロ度に等しく、しかし重合可能液晶と空気との界面１０８における液晶材料の固有の傾斜角度よりは小さい、傾斜角度を有することが可能となる。より特定的には、添加剤の濃度を変化させることによって、空気との界面における傾斜角度はゼロ度（０°）から約２５度（２５°）の間とすることができる。
【００１９】
重合可能液晶層は液晶相で重合されて、自由表面において液晶のディレクタが実質的に平行な配向を有する分子秩序へと永久的に固定される。代替的に、重合可能液晶層は、界面活性剤の量を変化させることによって、約ゼロ度から空気界面における固有の傾斜角度までの間の角度で重合される。
【００２０】
基板と液晶との界面において、液晶整列層に近接する液晶のディレクタは、図１に示すように、基板と実質的に平行に配向されるてもよく、また、基板に対して選択された斜角に配向されてもよい。基板に近接する液晶のディレクタを、工学上または設計上の考慮事項によって必要とされ得る別の選択された角度に配向するのに、整列層を堆積しかつ処理する公知の方法を使用することができることは、当業者には理解されるであろう。
【００２１】
重合可能液晶と空気との界面１０８における傾斜角度は、本発明によれば基板１０２と実質的に平行に保たれるため、液晶のディレクタを斜めに配向することで、薄膜層１０６を通じて均一な傾斜変化を達成することが可能である。薄膜層を通じたこのような方位角の変化は、重合可能液晶の溶液に、薄膜１０６に直交する軸に沿って所望のらせんのピッチを提供するのに十分な量のキラル添加剤をドープすることによって、達成され得る。
【００２２】
本発明は、アクリル酸エステル、ビニルエーテルおよびエポキシドからなる群から選択された液晶材料を使用する。重合可能液晶（ＲＭ８２）の好ましい原料の１つは、英国ドーセット州（Dorset, U.K.）の、メルク社（Merck Ltd.）から得ることができる。この重合可能液晶は、二官能性の反応性材料、エステル結合、および芳香族化合物を含む。
【００２３】
重合可能液晶の溶液は、堆積プロセスを容易にするよう調合することが可能である。このような溶液は、いくつかの成分の混合物である。この混合物は第１に、重合可能液晶を含む。重合可能液晶の溶液はまた、溶液が基板に堆積するのを助ける、有機溶剤または有機溶剤の混合物を含み得る。
【００２４】
重合可能液晶溶液には好ましくは添加剤が含まれて、重合可能液晶と空気との界面１０８における液晶ディレクタの固有の傾斜角度が減じられる。具体的には、添加剤は、界面活性剤、遊離剤、または、重合可能液晶溶液内に可溶な他の界面活性化学物質である。こ
の添加剤は、反応性であっても非反応性であってもよく、（アクリル酸エステルおよびビニルエーテル等の）反応性のものも、非反応性のシリコン油界面活性剤も、どちらも有利に使用が可能であることがわかっている。例示の目的で、界面活性材料は、ポリアクリル酸エステル、ポリシリコン、反応性ポリシリコン、オルガノシラン、ワックス、および離型剤からなる群から選択され得る。より特定的には、界面活性材料は、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル（ＰＣＨＭ）（現時点において好ましい界面活性材料である）、ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル共重合体、セント・ルイス・ミズーリ（St. Louis Missouri）のモンサント・ケミカル・カンパニー（Monsanto Chemical Company）から市販されているモンサント・モンダフロー２１００（Monsanto mondaflow 2100）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ジメチルジエトキシシラン、およびポリメチルメタクリル酸エステル（ＰＭＭＡ）からなる群から選択される。
【００２５】
重合可能液晶溶液内の添加剤の濃度は、固有の傾斜角を最小にするに足る最小臨界値を超えねばならないが、その濃度は相分離が生じる過剰値を超えてはならない。界面活性材料は、液晶材料の０．１重量％から１０．０重量％、より特定的には、およそ５．０重量％を下回らねばならないことがわかっている。界面活性材料の最適な濃度は、経験的に決定され、多くのファクタの影響を受ける。たとえば、この最適な濃度は、添加剤および重合可能な液晶の表面張力によって、結果として得られる重合フィルムの厚さによって、ならびに、液晶が重合される温度によって、影響を受ける可能性がある。特定の工学的用途によっては、最適な濃度に影響を与え得るさらに別のファクタが生じ得ることは、当業者には理解されるであろう。
【００２６】
好ましい１実施例においては、約１．０μｍ厚さのフィルムでは、約０．２重量％の界面活性剤が、空気界面における重合可能液晶の固有の傾斜角を約ゼロ度にまで減じる。さらなる例として、ＲＭ２５７液晶材料内のＰＭＭＡの濃度は、以下の表に示した結果にしたがって変化する。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
例示の目的で、メニスカスコーティング技術によって基板に設けられる約１．０μｍの薄い膜厚を有するＡプレート補償器を生成するための別の好ましい処方は、１）１４重量％の重合可能液晶（ＲＭ２５７）；２）０．１４重量％の光開始剤（チバガイギー社（Ceiba Geigy）から市販されているIrgacure 651）；３）０．０２４重量％の界面活性剤（ＰＣＨＭ）；および、４）８５．８３６重量％の溶剤（シクロペンタノン）、を含む。約８０μｍ厚さの薄膜を生成するための別の好ましい処方は、１）３５重量％のＲＭ２５７および１５重量％のＲＭ８２（やはりメルク社から市販されている）；２）０．５重量％の光開始剤（Irgacure 651）；３）０．０１２重量％の界面活性剤（ＰＤＭＳ）；ならびに、４）４９．５重量％の有機溶剤（モノクロロベンゼン）、を含む。
【００２９】
薄膜の厚さは、基板と重合可能な液晶との界面における整列角度とともに、所望の光学特性を達成するよう容易に変化させることができる。この薄膜の実際の厚さはもちろん、溶液の相対濃度、材料がコーティングプロセスによって基板１０２に設けられる速度、製剤の粘性、および溶液の表面張力等の、いくつかのファクタに依存する。
【００３０】
重合可能液晶の薄膜は、当業界で公知の多くのコーティング技術によって、準備された基盤上に堆積させることが可能である。たとえば、コーティングの方法は、スピンコーティング、メニスカスコーティング、およびスロット・ダイコーティングのうちの１つであってもよい。
【００３１】
ここで図４を図１とともに参照して、図４は、重合可能液晶と空気との界面１０８において実質的にゼロ度の傾斜角度を有する光学遅延プレートを準備するための、本発明の方法にしたがったプロセス４００を実現するためのフロー図である。プロセス４００は特定的には、Ａプレート補償器を提供するためのものである。しかし、特定の応用目的を達成する特定の特性を有する液晶材料を選択することによって、コレステリックの任意のピッチおよびねじり角を提供するようキラルドーパントの濃度を変化させることによって、ならびに、液晶材料のディレクタが基板１０２に対して配向される整列角度を変化させることによって、新規な変形が容易に可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【００３２】
プロセス４００は、適切な基板１０２の選択から開始される。ステップ４０２において、基板１０２に光学的欠陥がないかどうかが検査される。基板１０２は洗浄されて汚染物質が取除かれて、整列層を堆積するよう準備される。プロセス４００はクリーンルーム環境内で行なわれものと理解されたい。
【００３３】
ステップ４０６において、整列層１０４が基板１０２の表面に設けられる。整列層１０４は、液晶の中間相内での分子方向を好ましい配向にする、ポリマーまたは他の材料の薄いコーティングである。このような配向を達成するために、整列層の露出面は軟らかい材料で単一方向に柔軟にされるかまたはなでられて、液晶分子を基板の表面に平行な共通の方位角に整列させる、異方性の表面特性が作り出される。整列層を構築するのに使用することの可能な好ましいコーティングの例は、ポリビニルアルコール、シラン、およびポリイミドである。
【００３４】
斜めの整列角については、物理気相成長法を使用して、シリコン酸化物を基板１０２の表面上に斜めに堆積させることが可能である。相似方向性を獲得すること（すなわち、液晶の分子が基板１０２に垂直に整列されること）が望まれる場合には、整列層１０４は、両親媒性材料のコーティングから構成され得る。この場合、整列層１０４の各分子は極性端部および無極性端部を有する。極性端部は基板に付着するが、無極性端部（通常は炭化水素鎖）は液晶空間内を指す。光整列等の、当該技術分野において公知である、平面かつ相似方向性の整列を達成するための他の方法もまた、利用することが可能である。
【００３５】
整列層プロセスの終了後、ステップ４０８に示すように、重合可能な液晶溶液が基板１０２上に溶剤鋳込される。図３に示すように、この溶液は好ましくはメニスカスコーティング技術を使用して与えられる。この技術によれば、重合可能液晶の溶液は、リザーバ３０２から、選択された速度で基板にわたって移動する溝穴付ヘッド３０４を介してポンプ注入される。基板１０２からヘッド３０４までの距離を変化させ、かつ、ヘッド３０４が移動する速度を制御することによって、さまざまな厚さの薄膜１０６を得ることが可能である。
【００３６】
ステップ４１０において、溶剤を蒸発させて、液晶中間相が形成されかつ好ましい方向に整列されるようにする。溶剤の蒸発は、（上述の処方を使用して、）コーティングされた基板を約９０℃の設定温度のホットプレート上に１〜５分間置くことによって達成される。このプロセス中のフィルムの温度プロファイルが、いくつかのファクタに依存することは理解されるであろう。たとえば、この温度プロファイルは、基板の熱係数に依存し、また、図５に示すように、重合可能液晶材料が結晶相または他の高次液晶相からネメチッ
ク相に、さらにメネチック相から等方性相へと移行する、それぞれの温度Ｔ1およびＴ2に依存する。フィルムの温度は、温度Ｔ1とＴ2との間に保つことが望ましい。
【００３７】
溶剤を蒸発させた後、ステップ４１２において、フィルムは液晶相で重合されて、薄膜１０６は適切な分子秩序に永久的に整列される。好ましい１実施例における重合は、化学線放射で薄膜１０６を照射することによって達成される。上述の特定の処方については、（フィルムの温度を温度Ｔ1とＴ2との間に保ちながら）紫外光にさらすことによって、隣接する液晶の間に永久的な橋かけ結合が構築されて、橋かけ分子の長鎖が形成される。これらの橋かけ結合が形成されるとき、液晶材料は、好ましい配向に一定に整列されたプラスチックフィルムを構築する。
【００３８】
薄膜１０６の重合が終わると、ステップ４１４において、薄膜が基板から取除かれる。基板は、廃棄するかまたは再利用することができる。代替的に、この薄膜は特定の用途においては、基板１０２上に残される。薄膜は、他の遅延フィルムと容易に組合せられて、その開示がここに引用により援用される上に引用した特許出願に開示されているような、新規な補償器構造を提供することが可能である。
【００３９】
本発明の顕著な利点は、重合前の小さい液晶分子が好ましい配向に容易に整列されることから生まれる。さらに、その材料が初期状態において液状または粘性状であるために、本発明は、フィルムの形状または厚さを選択しかつ準備するのに、また、光整列層を使用するかまたはＵＶ線放射中にフォトマスクを使用して（遅延またはフィルムの光学軸が場所によって異なる）パターン化またはピクセル化された遅延フィルムを形成するのに、非常に優れた柔軟性を提供する。
【００４０】
以上に説明したように、基板１０２は、好ましくは、製造過程においてフィルムを支持するのに十分な剛性を有する、ソーダ石灰ガラスのシートである。このような基板は比較的廉価であって、さまざまなサイズで入手が可能である。代替的に、本発明は、プラスチック基板を使用しても実行が可能である。プラスチック基板の場合には実際に、液晶材料との異方性効果が得られるようにプラスチック基板を直接柔軟にすることによって、ポリイミドの整列層を使用する必要が無くなる可能性もある。
【００４１】
上述のメニスカスコーティングプロセスを使用することによって、市販のメニスカスコーティング用機器を使用して（１７インチ×１７インチの）（４３．１８ｃｍ×４３．１８ｃｍの）約２８９平方インチ（約１８６５平方ｃｍ）の表面積を有するＡプレートを得ることが可能となっている。コーティング用ヘッド３０４の下で基板を移動させることによって、連続するストリップが容易に得られることは、明らかであろう。代替的に、当該技術分野において公知である他のコーティング方法を用いて同様の結果を達成することも可能である。
【００４２】
以上に例示的な好ましい実施例を説明しかつ添付の図面に示したが、このような実施例が広範な発明の範囲を単に例示するものであって、限定するものではないことを理解されたい。さらに、本発明の精神および主張される範囲から離れることなく、当業者には種々の修正または変形が思い付かれるであろう。よって、本発明は図示しかつ説明した特定の構造または構成に限定されるものではないと理解されたい。
【符号の説明】
【００４３】
１０２  基板
１０４  整列層
１０６  薄膜
１０８  空気との界面
３０２  リザーバ
３０４  へッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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