(57)【要約】本発明は、トランスフレクティブ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）として、重合性ＬＣ材料から得られ、該重合性ＬＣ材料は少なくとも１つの光異性化化合物を含むとともに、前記ＬＣ材料の異なるリタデーションおよび／または異なる配向を具備するパターン領域を含む重合ＬＣフィルムを具備するものに関する。
2008508543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスフレクティブ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であって、
−１つ以上の画素であって、反射型サブピクセルおよび透過型サブピクセルに分割され、ＬＣ媒体の層として、異なる配向の間における切り換えが電場の印加によって可能であるものを含むもの、
−ＬＣ層の第一の側面の第一の基板およびＬＣ層の第二の側面の第二の基板であって、任意に電極層によって覆われているもの、
−ＬＣ層の第一の側面の前面偏光子、
−任意の、ＬＣ層の第二の側面の背面偏光子、
を具備し、少なくとも１つの光学リタデーションフィルムを含み、それは基板の１つとＬＣ層との間に配置され、重合性液晶（ＬＣ）材料であって少なくとも１つの光異性化化合物を含むものから得られ、少なくとも２つの領域として、液晶材料の異なるリタデーションおよび／または配向を有するものを有することを特徴とする、前記トランスフレクティブ液晶ディスプレイ。
【請求項２】
ＴＮ（ねじれネマチック）、ＨＴＮ（高ねじれネマチック）、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）またはＡＭＤ−ＴＮ（アクティブマトリクス駆動ＴＮ）モードのものであることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤ。
【請求項３】
ねじれ角として８０°〜１００°を有することを特徴とする請求項１または２に記載のＬＣＤ。
【請求項４】
以下を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＣＤ。
−以下の素子を含む液晶（ＬＣ）セル
−第一の基板面および第二の基板面であって、相互に平行であり、それらの少なくとも１つは入射光に対して透明であるもの、
−前記基板の１つの上の非直線電子素子アレイであって、該ＬＣセルの画素の切り換えを個別行うために用い得る、トランジスタのようなもの、  
−前記基板の１つの上のカラーフィルタアレイであって、原色である赤、緑および青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の１つを透過せしめる異なる画素のパターンを有し、前記カラーフィルタが任意に平坦化層によって覆われているもの、
−第一の基板の内部に与えられる第一の電極層、
−任意の、第二の基板の内部に与えられる第二の電極層、
−任意の、前記第一および第二の電極上に与えられる第一および第二の配向層  
−ＬＣ媒体であって、電場の印加によって少なくとも２つの異なる配向間において切り換え可能なもの、
−ＬＣセルの第一の側面の第一の直線偏光子、
−任意の、ＬＣセルの第二の側面の第二の直線偏光子、および
−少なくとも１つの光学リタデーションフィルムであって、ＬＣセルの第一の基板と第二の基板との間に配置され、少なくとも１つの光異性化化合物を含む重合性液晶（ＬＣ）材料から得られ、液晶材料の異なる配向および／またはリタデーションを有するパターン領域を有するもの。
【請求項５】
光学リタデーションフィルムがカラーフィルタと隣接する電極との間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項６】
配向層を光学リタデーションフィルムとカラーフィルタとの間に有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項７】
リタデーションフィルムが、液晶材料の異なるリタデーションを有する少なくとも２つの領域を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項８】
リタデーションフィルムが、液晶材料の異なる配向を有する少なくとも２つの領域を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項９】
リタデーションフィルムが、軸上リタデーションが＞０または＜０である第一の領域の組および軸上リタデーションを有さない第二の領域の組を有し、前記第一の領域はＬＣＤの反射型サブピクセルを覆い、前記第二の領域はＬＣＤの透過型サブピクセルを覆うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項１０】
リタデーションフィルムが四分の一波長フィルム（ＱＷＦ）であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項１１】
リタデーションフィルムがアクロマティックのＱＷＦ（ＡＱＷＦ）であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項１２】
二分の一波長リタデーションフィルム（ＨＷＦ）をさらに具備することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項１３】
Ｒ−、Ｇ−、Ｂ−画素のパターンを含むカラーフィルタを具備し、光学リタデーションフィルムが、ＱＷＦであり、Ｒ−、Ｇ−およびＢ−画素のパターンとして異なるリタデーションを示し、該リタデーションは直線偏光を円偏光に変換する効率が色Ｒ、ＧおよびＢのそれぞれについて最大になるように調整されていて、該光学リタデーションフィルムの配置はＲ−、Ｇ−およびＢ−画素のそれぞれがカラーフィルタの対応するＲ−、Ｇ−およびＢ−画素を覆うようになされていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のＬＣＤ。
【請求項１４】
リタデーションフィルムが以下の工程を含む方法によって得られることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のＬＣＤ：
ａ）少なくとも１つの光異性化化合物を含む重合性ＬＣ材料の層を基板に与える工程、
ｂ）前記液晶材料の層をプラナー配向に配向する工程、
ｃ）層中またはその選択された領域の液晶材料を照射光に暴露し、異性化化合物を異性化せしめる工程、  
ｄ）前記暴露された領域の少なくとも一部分の液晶材料を重合せしめて配向を固定する工程、および
ｅ）任意の、重合フィルムを基板から除去する工程。
【請求項１５】
重合性液晶（ＬＣ）材料から得られるパターン化フィルムであって、該重合性液晶材料は少なくとも１つの光異性化化合物を含み、異なるリタデーションを有する少なくとも２つの領域を具備し、反射型サブピクセルおよび透過型サブピクセルを有するトランスフレクティブカラーＬＣＤにおける光学リタデーションフィルムとして用いるための前記パターン化フィルム。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれかに記載のフィルムであることを特徴とする請求項１５に記載のパターン化フィルム。
【請求項１７】
光学素子であって、請求項１〜１４のいずれかに記載の光学リタデーションフィルム、リタデーションフィルムの第一の側面の上のカラーフィルタ、任意の、リタデーションフィルムとカラーフィルタとの間の配向層、および任意の、リタデーションフィルムの第二の側面の上に電極層を具備する前記光学素子。
【請求項１８】
さらにガラス基板およびホールを有するミラーを具備する請求項１７に記載の光学素子。
【請求項１９】
反射型および透過型サブピクセルを有するトランスフレクティブディスプレイにおいて用いるための、請求項１７または１８に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明はトランスフレクティブ液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)として、重合性ＬＣ材料から得られ、該重合性ＬＣ材料は少なくとも１つの光異性化化合物を含むとともに、前記ＬＣ材料の異なるリタデーションおよび／または異なる配向を具備するパターン領域（a pattern of regions）を含む重合ＬＣフィルムを具備するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
先行技術文献に、トランスフレクティブ液晶ディスプレイ (ＬＣＤ)は報告されている。これらのディスプレイの作動は、透過モード、すなわちバックライトによって生成された光が切り換え可能なＬＣセルを通って観者に移送されるモード、および反射モード、すなわち定常光が切り換え可能なＬＣセルの後ろのリフレクタによって透過され、ＬＣセルを通って観者に再度方向付けられるモード、のいずれにおいても可能である。バックライトが必要になるのは暗い室内のみであるため、これらのディスプレイにおける消費電力は標準的な背面照射型ディスプレイより小さい。これらがとくに好適なのは、携帯用アプリケーション、すなわち携帯電話、ノートブックデバイスまたはＰＤＡ（携帯端末、personal digital assistant）のようなパームトップデバイスである。
【０００３】
Kubo et al., IDW 1999, page 183-187, Roosendaal et al., SID Digest 2003, page 78-81およびWO 03/019276 A2には、アクティブマトリクス(AM)型トランスフレクティブディスプレイ（すなわち"Advanced TFT")が開示され、それぞれの画素は反射型サブピクルおよび透過型サブピクルに分割されている。透過型サブピクルは透明電極を有し、これによって光をバックライトシステムから切り換え可能なＬＣ媒体に透過せしめる。反射型サブピクセルは、透過型前面電極および反射型背面電極を具備し、これらによって定常光を切り換え可能なＬＣ媒体の反射する。このタイプのパターン化電極構造は、例えば「ホール・イン・ミラー」（"hole in mirror"）テクノロジーによって得ることができる。反射型サブピクセルにおいては、光はＬＣ層を２回通過するため、より長い光路を有し、より高いリタデーションを、透過型サブピクルの場合より経ることとなるため、異なる光学的特性が双方のサブピクセルにもたらされる。そのため、反射型サブピクセルのＬＣセルギャップは透過型サブピクルセルギャップのおよそ半分にして、両方のサブピクセルが与える相リタデーションの合計を概ね等しくすることが提案されていた。これによって、透過効率とバックライトの効率が改善されると報告されている。
【０００４】
Roosendaal et al.およびWO 03/109276 A2には、さらにパターン化四分の一波長フィルム(QWF)リターダを用いて視野角、輝度および効率を改善することが提唱されている。かかるQWFのパターン化は、本質的に反射型サブピクセルのみを覆うようになされている。
【０００５】
WO 03/019276 A2およびB. van der Zande et al., SID Digest 2003, page 194-197には、このようなパターン化QWFの製造方法が複数開示されている。第一の方法においては、配向した反応性液晶材料の光重合をフォトマスクによって行い、（層の覆われた部分における）非重合材料の除去をその後に行い、配向ＬＣポリマー材料の領域であって所望の複屈折（および光学リタデーション）を有する領域のみを残す。第二の方法においては、配向した反応性液晶材料の光重合を２工程によって異なる温度において行い、第一の工程ではフォトマスクを用い、温度を液晶材料のネマチック相の範囲とし、第二の工程ではフォトマスクは用いず、温度を液晶材料の透明点より高い温度とし、所望の複屈折を有する領域および複屈折を有さない領域を残す。
【０００６】
第三の方法においては、配向した反応性液晶材料の層を、ＬＣ材料の異なる配向方向を含むパターン化配向層上に与え、次に光重合によって固定する。例えば、QWFとして機能する領域における配向方向はプラナー（フィルム面に対して平行）であり、偏光子の透過軸に対して４５°の角度を有するのに対して、QWFとして機能しない領域における配向方向はホメオトロピック（フィルム面に対して垂直）であるかまたはプラナーであるが偏光子の透過軸に対して平行である。
【０００７】
しかし、上記方法には欠点がある。すなわち、第一の方法における非重合材料の除去には追加のプロセスが必要である。WO 03/019276には材料の除去について正確に開示されていないが、追加の試薬または機械操作（mechanical）が必要となると考えられる。第二の方法における異なる温度での重合には、温度の変調および制御が、フィルム製造工程において必要である。
【０００８】
第三の方法において生成の必要がある領域は、例えば厳密に均一なプラナー配向およびホメオトロピック配向の領域を有する１つのフィルムであるが、これは困難を伴うプロセスである。すなわち、パターン化配向層を正確に生成せしめる必要があり、これには例えば均一かつ大面積の表面格子を作るか、パターン化した高／低表面エネルギー基板を作るか、またはフォトリソグラフ技術を用いるが、これらはいずれも複雑かつ高コストな製造方法および材料を内包する。他の欠点は、欠陥配向（例えばスプレイ配向）の発生が、プラナー領域とホメオトロピック配向領域との接触面に起こり得ることである。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的の１つは、パターン化リタデーションフィルムとしてトランスフレクティブＬＣＤにおいて用いられるものを提供することにあり、とくにアクティブマトリクスカラーＬＣＤにおいて用いられるものとして、従来技術である上記フィルムの欠点を有さず、直線偏光状態と円偏光状態との間の効率的な転換を異なる波長の光について行うことを可能とし、簡便な方法によって製造することができ、光学物性を正確に制御することを可能とするものの提供することにある。もう１つの目的は、かかるリタデーションフィルムの製造のための有利な方法および材料を提供することにある。他の目的は、改良されたトランスフレクティブディスプレイとして、かかるパターン化リタデーションフィルムを含むものを提供することにある。本発明の他の目的は、以下の詳細な記述から当業者に即座に明らかとなる。
【００１０】
本発明者らは、これらの目的が本発明のディスプレイ、リタデーションフィルムおよび方法によって達成されることを見出した。
【００１１】
用語の定義
用語「フィルム」には、固いかまたは柔軟な、自己支持性またはそれ自体によって立ち得る、機械的な安定性を有するフィルムのほか、支持性の基板上のまたは２つの基板の間のコーティングまたは層が包含される。
【００１２】
用語「液晶またはメソゲン性材料」または「液晶またはメソゲン化合物」には、材料または化合物として１種または２種以上の棒状、板状または円盤状のメソゲン基、すなわち液晶相の挙動の誘導能を有する基、を含むものが包含される液晶（ＬＣ）化合物として棒状または板状の基を有するものは、当技術分野において「カラミティック」液晶としても知られている。液晶化合物として円盤状の基を有するものは、当技術分野において「ディスコティック」液晶としても知られている。メソゲン基を有する前記化合物または材料は、それら自体が液晶相を示さなくてもよい。それらは、他の化合物との混合物中においてのみか、またはメソゲン化合物もしくは材料、またはそれらの混合物が、重合された場合のみに、液晶の挙動を示すものであってもよい。
【００１３】
単純化のために、用語「液晶材料」を、液晶材料およびメソゲン性材料の両方に用いる。
重合性化合物であって、一つの重合性基を有するものも「単反応性」化合物と称し、二つの重合性基を有するものは「二反応性」化合物と称し、二つより多い重合性基を有するものは「多反応性」化合物と称する。重合性基を有しない化合物は、「非反応性」化合物とも称する。
「反応性メソゲン」（ＲＭ）の語は、重合性メソゲン化合物または重合性液晶化合物を意味する。
【００１４】
「ディレクタ」の語は当技術分野において知られていて、ＬＣ材料中のメソゲン基の分子の長軸（カラミティック化合物の場合）または分子の短軸（ディスコティック化合物の場合）の好ましい配向方向を意味する。
単軸的に正の複屈折を有するＬＣ材料を含むフィルムにおいては、光学軸はディレクタによって与えられる。
「コレステリック構造」または「ねじれらせん構造」の語は、ＬＣ分子を含むフィルムにおいて、ディレクタがフィルム面に対して平行であり、フィルム面に対して垂直な軸の周りにらせん状にねじれているものを指す。
「ホメオトロピック構造」または「ホメオトロピック配向」の語は、光学軸がフィルム面に対して実質的に垂直なフィルムを指す。
【００１５】
「プラナー構造」または「プラナー配向」の語は、光学軸がフィルム面に対して実質的に平行なフィルムを指す。
「チルト構造」または「チルト配向」の語は、光学軸がフィルム面に対して０および９０°の範囲の角度qにおいて傾いているフィルムを指す。
「スプレイ構造」または「スプレイ配向」の語は、上記定義によるチルト配向のうち、チルト角がフィルム面に垂直な方向に変化するものを意味し、好ましくは最小値から最大値に変化するものを意味する。
【００１６】
平均チルト角qaveは以下のように定義される。
【数１】
2008508543.tif 000003
式中、q'(d'）はフィルム内において厚みがｄ’である部位のチルト角であり、ｄはフィルムの総厚である。
スプレイフィルムのチルト角は、以下においては平均チルト角qaveとして示すが、他に記載がある場合にはその限りでない。
単純化のために、光学フィルムとしてねじれ配向、プラナー配向、ホメオトロピック配向、チルト配向またはスプレイ配向を有するものは、以下においてはそれぞれ「ねじれフィルム」、「プラナーフィルム」、「ホメオトロピックフィルム」、「チルトフィルム」、そして「スプレイフィルム」ともいう。
チルトフィルムおよびスプレイフィルムは、「Ｏプレート」ともいう。プラナーフィルムは、「Ａプレート」または「Ａプラナープレート」ともいう。
【００１７】
「Eモード」とは、ねじれネマチック液晶ディスプレイ（TN-ＬＣＤ)のうち、ディスプレイセルに入るときのインプット偏光方向が実質的にＬＣ分子のディレクタに平行であるもの、すなわち異常（extraordinary（E））屈折率に従うものである。「O-モード」とは、TN-ＬＣＤのうち、ディスプレイセルに入るときのインプット偏光方向が実質的にＬＣ分子のディレクタに垂直であるもの、すなわち通常（ordinary（O)）屈折率に従うものである。
直線偏光子の「偏光方向」の語は、偏光子から発せられた直線偏光の面の方向を指し、偏光子の透過軸に対応する。延伸プラスチック偏光子フィルムであって二色性ヨード染料を含むものの場合には、これは延伸方向に垂直である。
【００１８】
発明の要約
本発明は、以下のトランスフレクティブ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。
−１つ以上の画素であって、反射型サブピクセルおよび透過型サブピクセルに分割され、ＬＣ媒体の層として、異なる配向の間における切り換えが電場の印加によって可能であるものを含むもの、
−ＬＣ層の第一の側面の第一の基板およびＬＣ層の第二の側面の第二の基板であって、任意に電極層によって覆われているもの、
−ＬＣ層の第一の側面の前面偏光子、
−任意の、ＬＣ層の第二の側面の背面偏光子、
を具備し、少なくとも１つの光学リタデーションフィルムを含み、それは基板の１つとＬＣ層との間に配置され、重合性液晶（ＬＣ）材料であって少なくとも１つの光異性化化合物を含むものから得られ、少なくとも２つの領域として、液晶材料の異なるリタデーションおよび／または配向を有するものを有することを特徴とするもの。
【００１９】
本発明は、光学素子であって、請求項１〜１４のいずれかに記載の光学リタデーションフィルム、リタデーションフィルムの第一の側面の上のカラーフィルタ、任意の、リタデーションフィルムとカラーフィルタとの間の配向層、および任意の、リタデーションフィルムの第二の側面の上に電極層を具備する前記光学素子にさらに関する。
【００２０】
発明の詳細な説明
本発明の光学リタデーションフィルムは、ＴＮ（ねじれネマチック）モード、ＨＴＮ（高ねじれネマチック）モード、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）モードまたはＡＭＤ−ＴＮ（アクティブマトリクス駆動ＴＮ）モードのものであることができ、とくにＡＭＤ−ＴＮ（アクティブマトリクス駆動ＴＮ）ディスプレイである。かかるディスプレイは、VA（垂直配向）モード、MVA（マルチドメイン垂直配向）モードまたはPVA（パターン化垂直配向）モード、IPS（インプレーンスイッチング）モード、またはOCB（光学補償ベントセルまたは光学補償複屈折)モードであることもできる。IPSディスプレイにおいては、例えば電極はＬＣ層の一方の面にのみ与えられる。ディスプレイにおいては、例えば切り換え可能な層のＬＣ分子は非応答状態にある（すなわち、電界が適用されていない）層に垂直に配向されるが、TNディスプレイにおいては、それらは非応答状態にある層に平行に配向される。
【００２１】
本発明のTNディスプレイは、典型的にはねじれ角として80〜100°を有し、好ましくは約90°を有する。HTNディスプレイは、好ましくはねじれ角として180°を有する。STNディスプレイは、好ましくはねじれ角として約270°を有する。とくに好ましいのはTNおよびSTNディスプレイである。
【００２２】
本発明のＬＣＤは、好ましくは以下を含む。
−以下の素子を含む液晶（ＬＣ）セル
−第一の基板面および第二の基板面であって、相互に平行であり、それらの少なくとも１つは入射光に対して透明であるもの、
−前記基板の１つの上の非直線電子素子アレイであって、該ＬＣセルの画素の切り換えを個別行うために用い得る、トランジスタのようなもの、
−前記基板の１つの上のカラーフィルタアレイであって、原色である赤、緑および青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の１つを透過せしめる異なる画素のパターンを有し、前記カラーフィルタが任意に平坦化層によって覆われているもの、
−第一の基板の内部に与えられる第一の電極層、
−任意の、第二の基板の内部に与えられる第二の電極層、
−任意の、前記第一および第二の電極上に与えられる第一および第二の配向層
−ＬＣ媒体であって、電場の印加によって少なくとも２つの異なる配向間において切り換え可能なもの、
【００２３】
−ＬＣセルの第一の側面の第一の直線偏光子、
−任意の、ＬＣセルの第二の側面の第二の直線偏光子、および
−少なくとも１つの光学リタデーションフィルムであって、ＬＣセルの第一の基板と第二の基板との間に配置され、少なくとも１つの光異性化化合物を含む重合性液晶（ＬＣ）材料から得られ、液晶材料の異なる配向および／またはリタデーションを有するパターン領域を有するもの。
【００２４】
本発明のトランスフレクティブＬＣＤにおいては、リタデーションフィルムは好ましくは切り換え可能なＬＣセルを形成する基板と切り換え可能なＬＣ媒体を含有する基板との間に与えられる(「インセル」（"in cell"）アプリケーション）。通常のディスプレイ、すなわち光学リターダが多くの場合ＬＣセルと偏光子との間に設置されていると比較すると、光学リタデーションフィルムのインセルアプリケーションは複数の利点を有する。例えば、ディスプレイのうち光学フィルムがＬＣセルを形成する基板の外側に付着しているものにおいては、多くの場合視差の問題があり、視野角特性が著しく損なわれる。リタデーションフィルムをＬＣディスプレイセルの内部に設けると、これらの視差の問題を低減することが可能であるか、または回避することさえも可能である。
【００２５】
好ましくはインセルリタデーションフィルムはカラーフィルタとＬＣ媒体との間に配置され、極めて好ましくはカラーフィルタと対応する隣接する電極層との間に配置され、または平坦化層が存在する場合には、カラーフィルタと該平坦化層との間に配置される。
前記パターン化リタデーションフィルムは、好ましくは一定の軸上リタデーション(値として＜０または＞０）を有する領域および軸上リタデーションを有さない領域を含む。前記フィルムのリターディング領域においては、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)。非リターディング領域においては、前記フィルムは、例えば光学異性体材料を含むか、または光学軸が例えばフィルム面に垂直である(C-プレート対称)。
【００２６】
前記リタデーションフィルムの厚さは、好ましくは０．５〜３．５ミクロンであり、極めて好ましくは０．６〜３ミクロンであり、最も好ましくは０．７〜２．５ミクロンである。
前記リタデーションフィルム軸上リタデーション(すなわち視野角0°におけるもの）は好ましくは60 nm〜400 nmであり、とくに好ましくは80 nm〜350 nmであり、最も好ましくは90〜200 nmである。
本発明のトランスフレクティブＬＣＤのリタデーションフィルムは、直線偏光および円偏光の間の変換に用いられ、したがって好ましくは四分の一波長リタデーションフィルム(QWF)、すなわちリタデーションの値として入射光の約0．25倍のものを有し、極めて好ましくはアクロマティックQWF(AQWF)である。極めて好ましくは、前記リタデーションフィルムは軸上リタデーションとして90〜200 nmを有し、最も好ましくは100〜175 nmを有する。
【００２７】
他の好ましい態様において、前記ＬＣＤはQWFに加えて二分の一波長リタデーションフィルム(HWF)、すなわちリタデーションとして入射光の約0．5倍のものを有するものを含む。かかるHWFをQWFとともに用いてAQWFを製造する。好ましいHWFはリタデーション値として180〜400 nmを有し、極めて好ましくは200〜50 nmを有する。
前記HWFは、インセルフィルムとして、QWFのように透明基板の間に適用し得る。例えばカラーフィルタの上に直接適用し、次にQWFをHWFの上に配向して方向付ける。任意に配向層をQWFとHWFとの間に存在せしめる。代替として、HWFの適用をＬＣセルの外側に行う。
【００２８】
本発明のＬＣＤのある好ましい態様の組み立て体を模式的に図1に示す。図1の最上部はディスプレイの前面、すなわち観者側に相当する。図1の最下部はディスプレイの背面、すなわちバックライト側に相当する。図1が例示しているのは、ＬＣＤの１つの画素10であり、切り換え可能なＬＣ媒体の層12を含み、これは２つの透明、例えばガラス基板のような平面状の平行な基板11a/bの間に封入され、さらに２つの偏光子13a/bを含む。これは交差する偏光方向を有し、前記基板を挟持している。
【００２９】
本ディスプレイはさらに透明電極14cをＬＣ層の前面に具備するとともに反射電極14aおよび透明電極14bのパターンをＬＣ層の背面に具備している。これによって、２組の反射型サブピクセル10aおよび透過型サブピクセル10bを形成する。透明電極14c/14bは、例えばインジウムスズ酸化物（ITO)の層である。反射電極14aは、例えばITO層14a1および反射層14a2を含み、ＬＣ媒体を通って送られた光を観者の方に戻す（曲線矢印で示した)。反射層14a2は例えば金属層(例えばAl)であるかまたはホールを有するミラーである（ミラー領域は反射型サブピクセルにあり、ホールは透過型サブピクセルにある)。電極層14a1およびミラー14a2は層の近傍にあるか、または図1に示すように空間的に分離されていてもよい。
【００３０】
本ディスプレイはさらに、赤画素、緑画素および青画素を備えたカラーフィルタ15ならびにパターン化インセルリタデーションフィルム16を具備する。該インセルリターダ16は特定のリタデーションを有する（値として< 0または> 0）パターン領域16aを有し、さらに軸上リタデーションを有さない領域16bを有する。リタデーション領域16aは反射型サブピクセル10aを覆い、非リタデーション領域16bは透過型サブピクセル10bを覆う。
【００３１】
本ディスプレイがアクティブマトリクスタイプである場合、図1に示すように、非直線電子素子アレイ17を具備し、これは各画素を別個に切り換えるために用いられる、例えばTFTのようなものであり、ＬＣセルの片側に存在し、好ましくはカラーフィルタ15の側の反対側に存在する。TFT層17が背面に存在し、カラーフィルタ15が前面に存在することも可能であり、これは図1に示すようなものである。もしくは、逆であることもできる。
カラーアクティブマトリクスディスプレイにおいて、ミラー14a2の構築は、例えばTFT層の上か(カラーフィルタが前面基板にある場合)またはカラーフィルタ層の上に行うことができる(TFT層が前面基板にある場合)。
反射型サブピクセルおよび透過型サブピクセル10a/bは、好ましくは異なるセルギャップを有する。図1中の二重矢印が示すとおりである。好ましくは、透過型サブピクル10bのセルギャップは反射型サブピクセル10aのセルギャップの２倍である。
【００３２】
異なるセルギャップを得るために、反射型サブピクセルは例えばステップ１８を具備し、これは例えば（フォトレジストのような）クリアーな樹脂によって形成することができる。ステップ18は、ＬＣ層のカラーフィルタ側に存在するか、またはＬＣ層におけるカラーフィルタと反対側に存在することができ、これは図1に示すようなものである。
電極14a/b/cを配向層(図示せず）によって覆い、ＬＣ媒体12における所望の表面配向を誘導するかまたは高めてもよい。任意に、配向層(図示せず）をカラーフィルタ15とパターン化インセルリタデーションフィルム16との間に与えてもよい。本ディスプレイはバックライト（図示せず）を背面側に具備することもできる。
【００３３】
本発明のＬＣＤはトランスフレクティブディスプレイであるため、反射モードおよび透過モードのいずれにおいても作動することができる。本発明の、そして図1に示したＬＣＤの例示として、以下にはTNモードＬＣＤであって約90°のねじれ角を有し、パターン化インセルリターダ16がQWF領域16aおよびゼロリタデーション領域16bを有するフィルムであるものを記載する。
本ＬＣＤはの作動についての追加の情報、例えばディスプレイのパラメータであるセルギャップd、ＬＣ媒体のねじれ角fおよび複屈折Dnの選択および最適化等については、Roosendaal et al., SID Digest 2003, page 78-81およびWO 03/019276 A2から得られる。
【００３４】
反射型サブピクセル10aの明状態(電場の印加がない状態)においては、定常光がディスプレイに最上部からはいると前面直線偏光子13aによって偏光される。直線偏光は円偏光への変換をパターン化インセルリターダのQWF領域16aによって受け、ＬＣ媒体12を通過する。
反射型サブピクセルにおけるセルギャップはより小さく、好ましくは透過型サブピクルのセルギャップのおよそ半分であるため、光がＬＣ媒体12を通過するときに経るリタデーションはd/2。Dnであり、円偏光は実質的に直線偏光に変換される（セルパラメータによって、光は完全に直線偏光されず僅かに楕円偏光される)。
【００３５】
ミラー14a2は光の反射をその偏光状態および方向を保持したまま行う。光はＬＣ媒体12を通過し、そこで円偏光への変換を受けて戻され、パターン化インセルQWF16を再度通過し、直線偏光に変換される。この直線偏光は、次に前面偏光子13aを通過し、観察者がこれを視認する。
明状態（電界オフ）において透過型サブピクセルは、標準的なTNセルと同様な挙動を示す。パターン化インセルリターダ領域16bは透過型サブピクセルを覆い、軸上リタデーションを有さないため、光の偏光状態を変えない。したがって、バックライトから発せられた光はディスプレイの背側からディスプレイに入り、背面直線偏光子13bによって偏光される。ＬＣ媒体12を通過するときに、それはリタデーションd。Dnを受け、直線偏光のままであるが、その偏光面は90°ねじれるため前面偏光子13aを通過し、観察者がこれを視認する。
【００３６】
暗状態（電界が印加されている）においては、反射型サブピクセル内の最上部から入った定常光は、前面直線偏光子13aによって偏光される。それはパターン化インセルQWF16aによって円偏光に変換され、（ホメオトロピック配向された)ＬＣ媒体12を通過するがその偏光状態および方向は変化しない。ミラー14a2によって反射され戻されたとき、それは円偏光のままであるがその偏光方向は逆になっている（例えばRHからLHへ)。次に、それはパターン化インセルQWF16aによって直線偏光に変換されるが、このときは垂直な偏光方向であるため、偏光子13aによって遮断される。
暗状態（電界が印加されている）においても、透過型サブピクセルは標準的なTNセルと同様な挙動を示す。バックライトから発せられた光は、背面直線偏光子13bによって偏光され、パターン化インセルリターダ16bの非リターディング領域およびＬＣ媒体12を通過するがその偏光状態および方向は変化しないため、偏光子13aによって遮断される。
【００３７】
図2は、本発明の他の好ましい態様にかかるトランスフレクティブＬＣＤの画素を例として描写したものであり、図1に示した部材を具備し、さらにＬＣＤの前面側にHWF19を具備し、これはインセルQWF16とともにAQWFとして作働する。
直線偏光子13a/bは、例えば標準的な吸収偏光子であり、例えば延伸、染料ドープフィルムを含む。直線配向子として重合液晶材料であって均一なプラナー配向を有するものや二色性染料であって可視光を吸収するもの、例えばEP-A-0 397 263に記載されているようなものを用いることも可能である。
偏光子13a/bおよびHWF18は基板11a/bに接着層(図示せず)、市販のPSAフィルムのようなもの(感圧接着剤)、によって付着していることができる。
【００３８】
ある好ましい態様においては、前記リタデーションフィルムはアクロマティックQWF（AQWF)またはブロードバンドもしくはワイドバンドQWFであり、直線偏光の円偏光への変換を可視スペクトラムのより広い波長域において行い、好ましくは全ての可視波長において行う。好ましくは、この態様におけるAQWFは、リタデーションとして入射光線の波長の実質的に四分の一を、波長として450 nm、550 nmおよび650 nmのそれぞれにおいて測定した場合に有する。「波長の実質的に四分の一」の語の意味は、比r/lにおいて、rはAQWFのリタデーションでありlは光の波長であるところ、かかる比が0.2〜0.3の範囲であり、好ましくは0.22〜0.28の範囲であり、最も好ましくは0.24〜0.26の範囲であることである。リタデーションrの定義は、r = d。(nx-ny)であり、dはフィルム厚でありnxおよびnyはフィルムの面の主屈折率である。
【００３９】
上に述べたとおり、AQWFの形成は、例えばインセルもしくは外部のQWFおよびHWF層の直接相互に隣接したもの、または１つ以上の透明な、非リターディング層（例えば接着層）によって分離したものを与えることによって行い得る。かかるAQWFの製造は、例えばEP-A-1 363 144に記載の通り、QWFおよびHWFであっていずれもプラナー配向を有する重合液晶材料を含むものを、相互に平行に配列し、それらの光学軸の方向が角度として40〜80°、好ましくは55〜65°、最も好ましくは50°を、相互に有するようにする。
【００４０】
他の好ましい態様において、光学リタデーションフィルム(16）はQWFフィルムであり、３種の異なるリタデーションを有するR-,G-およびB-画素のパターンとして反射型サブピクセル(10a)を覆うものをさらに示す。該フィルムのR-、G-およびB-画素のリタデーションの選択は、直線偏光の円偏光への変換が、赤色（R)、緑色（G)または青色(B)のそれぞれについて最大になるようになされる。リタデーションフィルム(16）の配置は、R-、G-およびB-画素がディスプレイの対応する反射型R,- G-およびB-サブピクセルを覆うようになされる。
かかるリタデーションフィルムにおいては、R-、G-およびB-画素におけるリタデーション値は、好ましくは以下のように選択される：
【００４１】
赤色光であって波長が600 nmのものに対するリタデーションは140〜190 nmであり、好ましくは145〜180 nmであり、極めて好ましくは145〜160 nmであり、最も好ましくは150 nmである。
緑色光であって波長が550 nmのものに対するリタデーションは122〜152 nmであり、好ましくは127〜147 nmであり、極めて好ましくは132〜142 nmであり、最も好ましくは137 nmである。
青色光であって波長が450 nmのものに対するリタデーションは85〜120 nmであり、好ましくは90〜115 nmであり、極めて好ましくは100〜115 nmであり、最も好ましくは112 nmである。
【００４２】
本発明は他の側面において、図3Aに例として模式的に図示した光学素子に関し、下記を具備する。上記および下記のようなパターン化光学リタデーションフィルム16、カラーフィルタ15をリタデーションフィルムの第一の側面に、任意に配向層20を前記リタデーションフィルムとカラーフィルタとの間に、任意に電極層14として、例えば透明なITOのものを、リタデーションフィルムの第二の側面（すなわちカラーフィルタに隣接していない側面)に。この光学素子の使用は、異なるタイプのディスプレイにおいて可能である。
【００４３】
他の好ましい光学素子を図3Bに示す。図3Aの層を含み、さらにガラス基板11、ホールを有するミラー14a2（反射型サブピクセルおよび透過型サブピクセルのパターンに対応している)を含み、任意に保護膜（またはプラナー層）21を配向層20とパターン化リタデーションフィルム16との間に含む。
【００４４】
本発明において用いられるパターン化光学リタデーションフィルムおよびそれらの製造方法は、未公開の特許明細書PCT/EP/2004/003547に記載されている。好ましくは、パターン化フィルムの製造は、以下の工程を含む方法によって行われる：
ａ）少なくとも１つの光異性化化合物を含む重合性ＬＣ材料の層を基板に与える工程、
ｂ）前記液晶材料の層をプラナー配向に配向する工程、
ｃ）層中またはその選択された領域の液晶材料を照射光に暴露し、異性化化合物を異性化せしめる工程、
ｄ）前記暴露された領域の少なくとも一部分の液晶材料を重合せしめて配向を固定する工程、および
ｅ）任意の、重合フィルムを基板から除去する工程。
【００４５】
液晶材料のリタデーションおよび／または配向制御は、光異性化化合物の量および／または種類、および／または光照射の強度および／または暴露時間を変えることによって可能である。
【００４６】
好ましくはＬＣ材料の暴露は、光異性化および光重合を生ぜしめる照射によって行い、光異性化および光重合の工程の実施は異なる条件下において行う。とくに異なるガス雰囲気において行い、とくに好ましくは光異性化を酸素の存在下において行い、光重合を酸素の非存在下において行う。
【００４７】
とくに好ましいのは、重合液晶(ＬＣ）材料を含むパターン化フィルムのうち、少なくとも２つの領域について異なるリタデーションを有し、少なくとも２つの領域について液晶材料の異なる配向を有するものである。かかるリタデーションが異なる領域は、配向も異なってよく、また異なる領域であってもよい。すなわち、例えば、フィルムはパターンとして第一の領域と第二の領域とを、かかる第一の領域および第二の領域がリタデーションと配向のいずれについて異なるものとして有することができる。他の態様においては、フィルムは第一の領域、第二の領域および第三の領域を有し、該第一の領域と第二の領域はリタデーションおよび配向について相違し、該第三の領域はリタデーションおよび配向の少なくとも１つについて、第一の領域および第二の領域の少なくとも１つと相違する。さらに他の態様においては、フィルムはパターンとして第一の領域、第二の領域、第三の領域および第四の領域を有し、これらのそれぞれが他の領域とは相互に異なるリタデーショを有し、該領域のうちの２つは同一の配向有する。他の組み合わせも可能である。
【００４８】
本発明について記載された特定の条件および材料以外については、工程a)〜e)の実施は、標準的な手法として専門家に知られ、文献に記載されているものに従って行い得る。
【００４９】
重合性ＬＣ材料は光異性化化合物を含み、好ましくは光異性化メソゲン性化合物またはＬＣ化合物を含み、極めて好ましくは光異性化化合物であってかつ重合可能なものを含む。異性化化合物はその形を、例えばE-Z異性化によって変えるが、これは特定の波長を有する照射、例えば紫外線に暴露されたときである。これによって液晶材料の均一なプラナー配向が乱れ、屈折率の低下をもたらす。配向されたＬＣ層の光学リタデーションは積d。Dn、すなわち層厚dおよび液晶材料の屈折率Dnの積として与えられるため、屈折率の低下によってリタデーションも、照射を受けた液晶材料において低下する。次に、液晶材料の配向およびリタデーションの固定を、イン・シトゥ（in-situ）重合によって照射を受けた領域またはフィルム全体について行う。
【００５０】
液晶材料の重合の実施は、例えば熱重合または光重合によって行う。光重合を用いる場合、照射光として液晶材料の光異性化および光重合に用いられるものは同一であっても異なってもよい。照射光の場合、例えば紫外線の場合、用いられるその波長は液晶材料の光異性化および光重合のいずれも生じせしめ得るものであり、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において行い、とくに異なるガス雰囲気において行う。この場合、好ましくは光異性化の実施は酸素の存在下、例えば空気の存在下において行い、光重合の実施は酸素の非存在下において行い、とくに好ましくは不活性ガスの下で行い、例えば窒素またはアルゴンのような希ガスの下で行う。異性化を酸素または空気の存在下において行うと、酸素が、フリーラジカルとして前記材料中に存在する光開始剤から生成したものを捕捉し、重合を妨げる。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のような不活性ガスに取り換え、それによって重合を生じせしめる。これによって製法の工程に対するより良好な制御が可能となる。
【００５１】
前記液晶材料の層における異性化の程度およびそれに伴う複屈折の変化の制御は、例えば照射の度合い、すなわち強度、暴露時間および／または照射光のエネルギーを変化させることによって可能である。また、フォトマスク照射光源とＬＣ層との間に適用すると、フィルムとしてパターン領域またはパターン画素であって特定のリタデーションを相互に異なるものとして有するものを製造することができる。例えば、フィルムとして２つの異なるリタデーション値を含むものの．は、シンプルなモノクロームマスクを用いれば可能である。より複雑なフィルムとして異なるリタデーションを有する複数の領域を有するものの作製は、グレースケールマスクを用いれば可能である。所望のリタデーション値を得た後、ＬＣ層の重合を行う。このようにして、ポリマーリタデーションフィルムを、リタデーション値が最初のＬＣ層のものからゼロのものまでの範囲のものを作ることが可能となる。最初の液晶材料の層のリタデーション値の制御は、適切な選択を層厚ならびに液晶材料の個々の成分のタイプおよび量について行うことによって行う。
【００５２】
本重合性ＬＣ材料は、好ましくはネマチックまたはスメクチック液晶材料を含み、とくにネマチック材料を含み、好ましくは少なくとも１つの二反応性または多反応性アキラルRMを含み、任意に１つ以上の単反応性アキラルRMsを含む。二反応性または多反応性アキラルRMsを用いることによって、架橋フィルムとして構造が永久に固定され、高い機械的安定性および高い光学特性の安定性を外的な影響である温度や溶媒に対して有するものが得られる。したがって、フィルムのうち架橋液晶材料を含むものは、とくに好ましい。
本発明に用いられる重合性単反応性、二反応性および多反応性のメソゲン性またはＬＣ化合物は、自体公知であり、有機化学の標準的な学術書、例えばHouben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgartに記載されている方法により、製造することができる。
【００５３】
重合性ＬＣ混合物中でモノマーまたはコモノマーとして用いることのできる好適な重合性メソゲン化合物の例は、例えばWO 93/22397、EP 0 261 712、DE 195 04 224、WO 95/22586およびGB 2 351 734に開示されている。しかし、これらの文献に開示された化合物は、単に例として考えるべきであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００５４】
とくに有用であり、かつ好ましいキラルまたはアキラルの、重合性メソゲン化合物またはＬＣ化合物（反応性メソゲン）の例を下記リストに示す。
【化１】
2008508543.tif 000004
【００５５】
【化２】
2008508543.tif 000005
【００５６】
式中、Ｐは重合性基であり、好ましくはアクリル基、メタクリル基、ビニル基、ビニルオキシ基、プロペニルエーテル基、エポキシ基、オキセタン基またはスチレン基であり、ｘおよびｙは１〜１２の同一であるかまたは異なる整数であり、Ａは１，４−フェニレンであり、任意にＬ１により単置換、二置換もしくは三置換されているか、または１，４−シクロヘキシレンであり、ｕおよびｖは相互に独立して０または１であり、Ｚ０は−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ≡Ｃ−または単結合であり、Ｒ０は極性基または非極性基であり、Ｌ、Ｌ１およびＬ２はそれぞれ相互に独立してＨ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮまたは任意にフッ素化されているアルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニル基もしくはアルコキシカルボニルオキシ基であって１〜７個のＣ原子を有するものであり、ｒは０、１、２、３もしくは４である。上記式中のフェニレン環は、任意に１、２、３または４個の基Ｌによって置換されている。
【００５７】
本明細書における「極性基」の語は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＮＯ２、ＯＨ、ＯＣＨ３、ＯＣＮ、ＳＣＮから選択される基、任意にフッ素化されているアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基もしくはアルコキシカルボニルオキシ基であって４個までのＣ原子を有するもの、または１〜４個のＣ原子を有するモノ−、オリゴ−、もしくはポリフッ化アルキルまたはアルコキシ基を意味する。「非極性基」の語は、任意にハロゲン化されている、アルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基もしくはアルコキシカルボニルオキシ基であって１個以上、好ましくは１〜１２個のＣ原子を有し、上記「極性基」の定義によってカバーされないものを意味する。
【００５８】
とくに好ましい混合物は、１つ以上の重合性化合物としてアセチレン基またはトラン基を有し、高い複屈折を有するものであり、例えば上記式Igの化合物のようなものである。好適な重合性トラン化合物は、例えばGB 2,351,734に記載されている。
好適な光異性化化合物は、本技術分野において知られている。光異性化化合物の例には、アゾベンゼン類、ベンズアルドキシム類、アゾメチン類、スチルベン類、スピロピラン類、スピロオキジン類、フルギド類、ジアリールエテン類、シンナマート類が包含される。他の例は2-メチレンインダン-1-オン類であり、例えばEP 1 247 796に記載されているようなものであり、（ビス）ベンジリデンシクロアルカノン類であり、例えばEP 1 247 797に記載されているようなものである。
【００５９】
とくに好ましくは、液晶材料は１種以上のシンナマート類を含み、とくにシンナマート反応性メソゲン類（RMs）であり、例えばUS 5,770,107（P0095421)およびEP 02008230.1に記載されているようなものである。極めて好ましくは、液晶材料１つ以上のシンナマートRMsとして下記式から選択されるものを含む。
【化３】
2008508543.tif 000006
式中、P、Aおよびvは上記において与えた意味を有し、Lは上記において与えた意味の１つを有し、Spはスペーサ基であり、例えばアルキレンまたはアルキレンオキシとして1〜12個のC原子を有するようなものであるか、または単結合であり、Rは極性基または非極性基である、上記において定義したR0であるかまたはP-Spを表す。
【００６０】
とくに好ましいのはシンナマートRMsのうち、上記定義による極性末端基R0を含有するものである。極めて好ましいのはシンナマートRMs のうち、式 IIIおよびIVにおいて、Rが極性基R0であるものである。
光照射として液晶材料の光異性化に用いられるものは、光異性化化合物類のタイプに依存し、当業者であれば容易に選択できる。一般に、化合物のうち紫外線によって異性化を誘導されるものは好ましい。例えば、シンナマート化合物として式III、IVおよびVのもののようなものについては、典型的には紫外線の波長がUV-A領域（320-400 nm)のものまたは波長が365 nmのものが用いられる。
【００６１】
重合性ＬＣ材料として大きい量の光異性化化合物を含むものは、本発明の目的のためにとくに有用であることが見出された。これらの材料は、光学リタデーションフィルムリタデーションの制御および調整を容易ならしめるからである。例えば、ＬＣ混合物の配向された層を光異性化を誘導する照射光に付すとき、前記混合物が大きい量の光異性化化合物を含むものであると、リタデーションの顕著な減少が照射時間の増大に伴って生じる。このような材料においては、リタデーションの変化をより広い値の範囲内において行うことができ、より正確な制御を、例えば照射時間を変えることによって、行うことができる。これはリタデーションの変化が僅かでしかない材料との比較である。
したがって、本発明の好ましい態様においては、重合性ＬＣ材料の重合性成分は少なくとも12 mol%の光異性化化合物を含み、好ましくはシンナマートRMsを含み、最も好ましくは式III、IVおよびVから選択されるものを含む。
【００６２】
「重合性成分」の語は重合性メソゲン性および非メソゲン性化合物のうち、重合性混合物全体中のものを意味する。すなわち、非重合性成分および助剤である開始剤、界面活性剤、安定剤溶媒等は含まない。
好ましくは、液晶材料の前記重合性成分は12〜100 mol %、極めて好ましくは40〜100 mol %、とくに60〜100 mol %、最も好ましくは80〜100 mol %の光異性化化合物を含み、好ましくはシンナマートRMsであり、最も好ましくは式III、IVおよびVから選択される。
他の好ましい態様において、液晶材料の重合性成分は、20〜99 mol %、好ましくは30〜80 mol %、最も好ましくは40〜65 mol %の光異性化化合物を含み、好ましくはシンナマートRMsであり、最も好ましくは式III、IVおよびVから選択される。
【００６３】
他の好ましい態様において、液晶材料の重合性成分は100 mol %の光異性化RMsを含み、好ましくはシンナマートRMsを含み、最も好ましくは式III、IVおよびVから選択される。
ＬＣ分子(ディレクタ)のチルト角qは重合フィルムにおいて、リタデーションの計測から決定することができる。かかる計測によって、液晶材料の暴露を光異性化に用いた光照射によってより長時間にわたって行った場合、またはより高い照射強度で行った場合には、元のプラナー配向はチルト配向またはスプレイ配向に変化することが示される。顕著に優れているのは、これらのスプレイフィルムは逆チルトの欠陥、すなわちスプレイＬＣフィルムを低いプレチルト基板に形成したものに通常付随する欠陥を示さないことである。したがって、本発明のかかる方法によって、均一なスプレイリタデーションフィルムを得るための優れた手段が提供される。
【００６４】
すなわち、本発明の他の好ましい態様によって、フィルム中の液晶材料の配向の調節が、液晶材料における異性化を生ぜしめる光照射の照射時間および／または強度を変化させることによってなされる。この好ましい態様は、重合ＬＣフィルムのうちスプレイ構造を有し、逆チルト欠陥の数が低減されているか、またはチルトの欠陥がない場合さえ有るこのを製造する方法に関する。プラナー配向を有する重合性ＬＣ材料層の配向を上記工程a）〜e)に従って変化せしめるのである。
【００６５】
この態様は、スプレイフィルムであって上記方法によって得られるものにも関する。好ましくは厚みとして3 μmを有し、極めて好ましくは0.5〜2.5 μmを有する。
最適な照射時間および照射強度は、用いられる液晶材料のタイプに依存し、とくに液晶材料中の光異性化化合物のタイプおよび量に依存する。
上記のとおり、重合性ＬＣ材料のリタデーションの減少は、例えばシンナマートRMsを含有するものにおいては、混合物が高濃度のシンナマートRMsを含む場合により大きい。他方において、重合性ＬＣ材料の照射を大きい線量の紫外線によって行うと、スプレイフィルムが形成される。
【００６６】
したがって、リタデーションおよび配向のＬＣ層における変化を調節する他の方法は、光異性化によって得られるリタデーションの最大の減少の画定を、ＬＣ層におけるプラナー配向を保ちながら、光異性化化合物の濃度の関数として画定することである。
重合性ＬＣ混合物として本発明によるフィルムの製造方法に用いられるものにおいては、プラナーからスプレイへの配向の変化は不要であり、重合性成分は好ましくは40〜90 mol%、極めて好ましくは50〜70 %の光異性化シンナマート化合物である式III、IVおよび／またはVの化合物を含む。
【００６７】
重合性ＬＣ混合物として本発明によるフィルムの製造方法に用いられるものにおいては、プラナーからスプレイへの配向の変化が望まれる場合、重合性成分は好ましくは100 %の光異性化シンナマート化合物である式III、IVおよび／またはVの化合物を含む。
また、重合性ＬＣ混合物として本発明によるフィルムの製造方法に用いられるものにおいては、プラナーからスプレイへの配向の変化が望まれる場合、重合性成分は好ましくは光異性化シンナマート化合物としてRがアルキル基である式 IIIまたはIVの化合物を含まない。
【００６８】
フォトマスク技術を用いれば、本発明第二の好ましい態様にかかるこの方法を、パターン化フィルムとして異なる配向および／または異なるリタデーションを有する領域を含むものの製造に用いることができる。
とくに好ましいのは、フィルムとしてプラナー配向を有する少なくとも１つの領域およびスプレイ配向を有する少なくとも１つの領域を含むものである。
さらに好ましいのは、フィルムとしてリタデーションがゼロである領域を含むものである。
【００６９】
上記方法は、マルチ層（multiple layers）の製造に用いることができる。複数の重合ＬＣフィルムを含み、それぞれが液晶材料の異なる配向を有するものであり、方法は以下の工程を含む：
A）少なくとも１つの光異性化化合物を含む重合性ＬＣ材料の第一の層を基板に与える工程、
B)前記第一の層液晶材料をプラナー配向に配向せしめ、前記材料を重合せしめて配向を固定する工程,
C)第二の層液晶材料を上記工程A)およびB)のように与え、前記第一の層を基板として作用せしめる工程。
上記において、第一および第二の少なくとも１つにおける液晶材料またはそれらの選択された領域のものは、重合前に光照射、好ましくは紫外線に暴露し、異性化化合物を異性化せしめる。
【００７０】
とくに好ましいのは、マルチ層として２層または３層以上の重合ＬＣフィルムを含むもの、極めて好ましくは２層、３層または４層以上の重合ＬＣフィルムを含むものである。
例えば,第一の重合プラナーＬＣフィルムの製造は、上記のようにして行う。このフィルムは基板として用い、さらに続いて同一のＬＣ混合物の第二の層によってコーティングされる。次に該第二の層も、プラナー配向に配向される。したがって、積層として２つのプラナー重合ＬＣフィルムを製造することができる。第二の層に対する照射を、例えば紫外線により、十分な線量によって重合前に行うと、スプレイ構造を示す。このようにして、積層としてプラナー重合ＬＣフィルムおよびスプレイ重合ＬＣフィルムを含むものを製造することができる。
【００７１】
第一の層におけるＬＣ混合物に対する照射を、例えば紫外線により、十分な線量によって重合前に行うと、該第一の層はスプレイ構造を示しもたらす。同一のＬＣ混合物の第二の層をこのスプレイフィルムにコーティングし、照射を重合前に行うと、該第二の層はホメオトロピック配向層を形成する。このようにして、積層としてプラナーフィルムおよびホメオトロピックフィルムを含むものを製造することができる。
とくに好ましいのは、マルチ層としてプラナー配向を含む少なくとも１つの層とスプレイ配向を含む少なくとも１つの層を備えるものである。
【００７２】
さらに好ましいのは、マルチ層として少なくとも１つの層をスプレイ配向を有するものとして含み、また少なくとも１つの領域としてホメオトロピック配向を有するものを含むものである。
上記方法を組み合わせてフィルムを製造し、異なる配向を有する領域および異なるリタデーションを有する領域のパターンを有するものとすることも可能である。
上記方法を組み合わせて２層または３層以上の層を含むフィルムを製造し、少なくとも１つが異なる配向を有する領域および異なるリタデーションを有する領域のパターンを有するものとすることも可能である。
【００７３】
ポリマーフィルムの製造において重合性ＬＣ混合物を好ましくは基板上にコーティングし、配向し、好ましくはプラナー配向に配向し、異性化して所望のリタデーションパターンまたは配向パターンを作製し、イン・シトゥにおける重合を、例えば熱への暴露または化学線への暴露によって行い、ＬＣ分子の配向を固定する。配向および硬化は、混合物のＬＣ相において行う。
本発明によるディスプレイおよび光学素子において、重合性の異性化液晶材料の適用は、好ましくはカラーフィルタであって基板として作用するものの上に行うかまたはカラーフィルタ上に適用した配向層の上に行う。
【００７４】
重合性材料を基板上ヘの適用は、慣用のコーティング手法、例えばスピンコーティングまたはブレードコーティングによって行うことができる。該材料の基板への適用は、専門家に知られている慣用のプリント手法、例えばスクリーンプリント、オフセットプリント、オープンリールプリント、活版プリント、グラビアプリント、輪転グラビアプリント、フレキソプリント、凹版プリント、パッドプリント、ヒートシールプリント、インクジェットプリントまたはスタンプもしくはプリントプレートによるプリントによって行うこともできる。
【００７５】
また、重合性材料を好適な溶媒に溶解することも可能である。この場合、この溶液は、基板上にコーティングするかまたはプリントするところ、その方法は例えばスピンコーティングもしくはプリントまたは他の既知の手法である。溶媒は重合前に留去する。多くの場合に好適なのは、混合物を加熱して溶媒の蒸発を促進することである。溶媒として、例えば標準的な有機溶媒を用いることができる。溶媒の選択は、例えばケトン類、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトンまたはシクロヘキサノン等、酢酸エステル類、例えば酢酸メチル、酢酸エチルもしくは酢酸ブチルまたはアセト酢酸メチル等、アルコール類、例えばメタノール、エタノールまたはイソプロピルアルコール；芳香族溶媒、例えばトルエンまたはキシレン等、ハロゲン化炭化水素類、例えばジクロロメタンまたはトリクロロメタン等、グリコール類またはこれらのエステル類、例えばＰＧＭＥＡ（酢酸プロピルグリコールモノメチルエーテル）、γ−ブチロラクトンなどから行うことができる。また、前記溶媒の２成分系、３成分系または４成分系以上の混合物を用いることも可能である。
【００７６】
重合性ＬＣ材料の初期の配向（例えばプラナー配向）の達成は、例えば基板のラビング処理、コーティング中もしくはコーティング後の材料に対する剪断加工、配向フィルムの適用、磁界もしくは電界の前記コーティング材料への適用、または界面活性化合物の前記材料への添加により行うことができる。配向手法の概説は、例えば、I. Sageの"Thermotropic Liquid Crystals", G. W. Gray編、John Wiley & Sons, 1987, ７５〜７７頁；およびT. Uchida and H. Sekiの"Liquid Crystals - Applications and Uses Vol. 3", B. Bahadur編、World Scientific Publishing, Singapore 1992, １〜６３頁に記載されている。配向材料および配向手法の概説は、J. Cognard, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 78, 追補１(1981), １〜７７頁に記載されている。
【００７７】
好ましい態様において、重合性材料は１種または２種以上の助剤として、ＬＣ分子のプラナー配向を基板上において誘導または促進するものである。好ましくは、助剤は１種または２種以上の界面活性剤を含む。好適な界面活性剤は、例えばJ. Cognard, Mol.Cryst.Liq.Cryst. 78, 追補１、1-77（1981)に記載されている。とくに好ましい配向剤は、例えば非イオン性界面活性剤であり、好ましくはフルオロカーボン界面活性剤であり、例えば商業的に入手できるフルオラッド(Fluorad)ＦＣ−１７１（登録商標）（3M Co.から）もしくはゾニル(Zonyl)ＦＳＮ（登録商標）（DuPontから）、およびGB 0227108.8に記載されている界面活性剤である。
【００７８】
他の好ましい態様においては、配向層を基板上に適用し、リタデーションフィルムを形成する重合性材料をこの配向層上に適用する。前記配向層は所望の初期配向、例えばプラナー配向を、ＬＣ材料において誘導する。次にＬＣ材料を異性化し、上記のようにして硬化せしめる。好適な配向層は当技術分野において知られていて、例えばラビングしたポリイミドまたはUS 5,602,661、US 5,389,698もしくはUS 6,717,644に記載されている光配向によって製造された配向層等である。
【００７９】
重合の実施は、重合性材料を熱または化学線に暴露することによって行うことができる。化学線の意味は、ＵＶ光、ＩＲ光もしくは可視光による照射、Ｘ線もしくはガンマ線による照射または高エネルギー粒子による照射、例えばイオンもしくは電子による照射、である。重合は、好ましくはＵＶ照射によって行われる。化学線源として、例えば単一のＵＶランプまたはＵＶランプのセットを用いることができる。高ランプ出力を用いると硬化時間を減少させることができる。考えられる他の化学線源はレーザーであり、例えばＵＶレーザー、ＩＲレーザーまたは可視レーザーである。
【００８０】
重合は、好ましくは開始剤として化学線の波長において吸収性を有するものの存在下で行う。例えば、ＵＶ光を用いて重合を行う場合、光開始剤として用い得るのはＵＶ照射において分解し、重合反応を開始せしめるフリーラジカルまたはイオンを生成するものである。重合材料としてアクリレート基またはメタクリレート基を有するものを硬化するとき、好ましくはラジカル光開始剤を用い、重合材料としてビニル基、エポキシド基またはオキセタン基を有するものを硬化するときには、好ましくはカチオン性光開始剤を用いる。熱重合開始剤であって、加熱されると分解し、重合反応を開始せしめるフリーラジカルまたはイオンを生成するものを用いることもできる。ラジカル性光開始剤としてラジカル重合のためのものは、例えば市販のイルガキュア(Irgacure)６５１、イルガキュア１８４またはダロキュア(Darocure)１１７３もしくはダロキュア４２０５（Ciba Geigy AG, Basel, スイス国）であり、カチオン性光開始剤の場合は市販のＵＶＩ６９７４（Union Carbide）を用いることができる。
【００８１】
硬化時間の変動要因は、とくに重合性材料の反応性、コーティング層の厚み、重合開始剤のタイプおよびＵＶランプの出力である。本発明における硬化時間は、好ましくは１０分以下であり、とくに好ましくは≦５分であり、極めてとくに好ましくは２分未満である。マスプロダクションには短い硬化時間である３分以下が好ましく、極めて好ましくは１分以下であり、とくに３０秒以下が好ましい。
【００８２】
前記混合物は１種または２種以上の染料を含んでもよく、かかる染料は重合に用いられる放射線の波長に調整した最大吸収を有するものである。これはとくにＵＶ染料であり、例えば４，４”−アゾキシアニソールまたはチヌビン(Tinuvin)（登録商標）染料（Ciba AG, Basel, Switzerland）である。
他の好ましい態様において、前記混合物は７０％まで、混合物１〜５０％の、１種または２種以上の非メソゲン化合物として１つの重合基を有するものを含む。典型的な例は、アルキルアクリレート類またはアルキルメタクリレート類である。
【００８３】
ポリマーの架橋を増大せしめるために、２０％までの１種または２種以上の二反応性または多反応性の重合性非メソゲン化合物を、重合性材料に添加することもできる。前記二反応性または多反応性の重合性メソゲン化合物に代えて、またはこれらに加えて、ポリマーの架橋を増大せしめる。二反応性モノマーの典型的な例は、１〜２０個のＣ原子を有するアルキル基を有するアルキルジアクリレートまたはアルキルジメタクリレートである。多反応性モノマーの典型的な例は、トリメチルプロパントリメタクリレートまたはペンタエリスリトールテトラアクリレートである。
【００８４】
１種または２種以上の連鎖移動剤を重合性材料に加えて、前記本発明のポリマーフィルムの物性を改変することも可能である。とくに好ましいのは、チオール化合物であり、例えば単官能性チオール等であり、例えばドデカンチオール、または多官能性チオール化合物であり、例えばトリメチルプロパントリ（３−メルカプトプロピオナート）等であり、極めて好ましいのはメソゲンチオール化合物または液晶チオール化合物であり、例えばWO 96/12209、WO 96/25470またはUS 6,420,001に開示されているようなものである。連鎖移動剤を添加すると、遊離ポリマー鎖の長さおよび／またはポリマーフィルムにおける２つの架橋間のポリマー鎖の長さを制御することができる。連鎖移動剤の量を増大させると、ポリマーフィルムにおけるポリマー鎖の長さは減少する。
前記重合性ＬＣ材料は、ポリマーバインダーまたはポリマーバインダーを生成することができる１種もしくは２種以上のモノマーおよび／または１種または２種以上の分散助剤を含んでもよい。好適なバインダーおよび分散助剤の開示は、例えばWO 96/02597にある。しかし、とくに好ましいのは、ＬＣ材料のうちバインダーまたは分散助剤を含まないものである。
【００８５】
前記重合性ＬＣ材料は、１種または２種以上の他の好適な成分をさらに含むことができ、例えば触媒、増感剤、安定剤、阻害剤、連鎖移動剤、共反応性モノマー、界面活性化合物、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水剤(hydrophobing agent)、接着剤、流動改善剤、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、補助剤、着色剤、染料または顔料等である。
【００８６】
下記の例は、本発明を限定することなく説明するものである。前これらの例において、すべての温度は摂氏度で示し、すべての百分率は重量％によるものであるが、他の記載がある場合はこの限りでない。
【００８７】
例1
重合性ＬＣ混合物M1を作製する。重合性成分は異性化RMsのみからなる(すなわち重合性成分中の異性化化合物の総量は100 mol %)。
【００８８】
【表１】
2008508543.tif 000007
【００８９】
【化４】
2008508543.tif 000008
【化５】
2008508543.tif 000009
【００９０】
化合物(1）〜（6）は先行技術において知られている。Irgacure 651は市販の光開始剤である(Ciba AG, Basel, Switzerland)。Fluorad FC 171は市販の非イオン性フルオロカーボン界面活性剤である(3Mより)。
【００９１】
前記混合物を溶解せしめて50 wt%のキシレン溶液を作る。この溶液を濾過し(0.2 mm PTFE膜)、スピンコーティングをガラス/粗磨き（rubbed）ポリイミドスライド(低プレチルトポリイミドJSR AL1054 、日本合成ゴム製)上に行う。フィルムの暴露を20 mWcm-2 365 nmの照射光によって、異なる時間にわたって行う。続いて、フィルムの光重合を20 mWcm-2の紫外線Aの照射を60秒間、N2雰囲気において行う。リタデーションを視野角-60ー〜+60ーにわたって、それぞれの製造サンプルについて、平行偏光子の間のフィルムに対する透過を測定して決定する。フィルムの配向軸は偏光子軸に対して45ーの角度をなす。光の透過の測定をOriel Spectrographによって、波長域420〜800nmについて、タングステンランプを光源として用いて行う(O. Parri et al., Mol.Cryst.Liq.Cryst., Vol 332, p273, 1999を参照)。法線入射(0 ー)におけるリタデーション値を、図4に照射時間の関数として示す。
【００９２】
図4から、照射を365nmの光で連続すると、フィルムのリタデーション値が低くなることが明らかである。フィルムは、暴露を300秒受けるとリタデーションがゼロになることが見出された。
次に、各重合サンプルの厚みの測定をKLA Tencor alpha-step 500を用いて行ったところ、実験誤差範囲内の、1.1 ア 0.1 mmであることが見出された。フィルムのリタデーションが減少しているのに対して、フィルム厚は一定であるため、フィルムの複屈折も減少している。
【００９３】
フィルム中のＬＣ分子（ディレクタ）のチルト角qの決定もリタデーションの計測から行う。これらの測定から、フィルムの暴露を20秒間まで365 nmによる照射によって行うと、元のプラナー配向が保たれることが示される。フィルムの暴露を25秒以上にわたり365 nm による照射によって行うと、スプレイ配向を有するようになる。顕著に優れているのは、これらのスプレイフィルムは、逆チルト欠陥を全く示さないことである。かかる欠陥は、このような低プレチルト基板に形成されたＬＣフィルムに付随して通常生じるものである。したがって、この方法は、均一なスプレイリタデーションフィルムを得るための優れた手段を提供する。
【００９４】
スプレイリタデーションフィルムの製造とともに望まれるのは、プラナー四分の一波長リタデーションプレートの製造である。このような層には、リタデーションの降下として、約40 nmが、初期値である150 nmから要求される。青画素が450 nmに中心を有し、赤画素が600 nmに中心を有することを考慮に入れる。要求されるリタデーションの範囲の正確な範囲は、用いられるディスプレイのタイプに依存する。フィルムを上記混合物M1を用いて作ると、リタデーションのかかる降下が得られる。また、これらのフィルムはプラナー配向からスプレイ配向に変化する。
【００９５】
例2
Ｍ２の重合性ＬＣ混合物を作製する。32重量%の非異性化反応性メソゲン(7)を含む。
【表２】
2008508543.tif 000010
【００９６】
【化６】
2008508543.tif 000011
【００９７】
M2において、異性化化合物（3)〜（6)の総量は、重合性成分(化合物(3）〜(7)からなる）において72.8 mol %であり、非異性化化合物（7）は重合性成分において27.2 mol %である。
この混合物のフィルムを製造と分析とを、詳細を例1に示すようにして行う。定常光におけるリタデーションのプロッティングを、照射時間に対する関数として図5に示す。
【００９８】
リタデーションのデータから、フィルム中のＬＣ分子の配向の決定も行う。見出されるのは、75 秒間の照射を20 mWcm-2 365 nmの光によって行うと、製造したフィルムがプラナー配向からスプレイ配向に変化することである。したがって、この混合物のフィルムはプラナー配向を例1のものより保つ。フィルム厚を測定すると、一定(1.0 ア 0.1 mm)であることが見出される。したがって、プラナー配向四分の一波長フィルムの作製が、所望のリタデーション値の範囲にわたって可能である。
【００９９】
混合物のさらなる改変をより大きい量の異性化RMsを導入して行うことによって、リタデーションをより大きくシフトさせることが、元のプラナー配向を保ちつつ可能である。
パターン化リタデーション層の概念をさらに詳細に説明するために、スピンコーートフィルムに対する照射をグレースケール(0:50:100 %T）マスクによって行い、光重合を上記に示す詳細に従って行う。得られるパターン化リタデーションフィルムの写真を、交差した偏光子の間に保持するものとして図6に示す。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】トランスフレクティブカラーＬＣＤとしてパターン化リタデーションフィルムを含むものを示す。
【図２】トランスフレクティブカラーＬＣＤとしてパターン化リタデーションフィルムを含むものを示す。
【図３Ａ】、光学素子として、本発明の好ましい態様によるパターン化リタデーションフィルムを含むものを示す。
【図３Ｂ】は、光学素子として、本発明の好ましい態様によるパターン化リタデーションフィルムを含むものを示す。
【図４】本発明の例１によるリタデーションフィルムにおける、照射時間に対するリタデーションを示す。
【図５】本発明の例２によるリタデーションフィルムにおける、照射時間に対するリタデーションを示す。
【図６】本発明の例２によるパターン化リタデーションフィルムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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