(57)【要約】フロントパネル、リヤパネル、および前記フロントパネルと前記リヤパネルとの間に配置された液晶層を有する液晶表示装置が提供される。前記フロントパネルおよび前記リヤパネルの少なくとも一つは、前記パネルにおける電極と基板との間に配置された内部偏光子を有する。前記内部偏光子は、少なくとも１５０℃の高温において化学的に安定な高温耐久性に優れた材料からなる。
2006522955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロントパネル、
リヤパネル、および
前記二つのパネルの間に配置された液晶層を有する、液晶表示装置であって、
前記フロントパネルおよび前記リヤパネルの少なくとも一つは、そのパネルにおける電極と基板との間に配置された内部偏光子を有し、かつ、
前記内部偏光子は、少なくとも１５０℃の高温において化学的に安定な材料からなる、液晶表示装置。
【請求項２】
前記内部偏光子は、少なくとも一つの共役π系のディスク状多環式有機化合物からなる棒状超分子を含有する光学的に異方性の二色性結晶フィルムからなり、かつ、前記フィルムは、その偏光軸に沿って３．４±０．３Åの分子間間隔を有することを特徴とするものである、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記光学的に異方性の二色性フィルムは、少なくとも一つの二色性染料を含むリオトロピック液晶から形成されている、請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記内部偏光子の厚みは１ミクロン未満である、請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記偏光子の材料は、少なくとも２００℃の高温で化学的に安定である、請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記内部偏光子以外に、さらにパネルに配置された外部偏光子を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記リヤパネルは、さらに反射層を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記リヤパネルは、さらに半透明の反射層およびバックライトシステムを有する、請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記フロントパネルは、さらにフロント照明システムを有する、請求項７または８記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記反射層は、拡散性である、請求項７〜９のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記反射層は、鏡面性である、請求項７〜９のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記反射層は、導電性であり、かつ電極の機能を発揮するものである、請求項７〜１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
さらに少なくとも一つの外部偏光子を有する、請求項８〜１４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記外部偏光子は前記内部偏光子と同じパネルに配置されている、請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記内部偏光子は基板を部分的に覆うものである、請求項１〜１４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記リヤパネルはバックライトシステムを有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記偏光子は、位相差板および／または補正光フィルターの機能を発揮するものである、請求項１〜１６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
さらに、前記表示装置のフロント面に反射防止コーティングまたは防眩コーティングを有する、請求項１〜１７のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
さらに、位相差層、保護層、光散乱層、平坦化層、補正光フィルター層、および絶縁層からなる群より選ばれる機能層の少なくとも一つを有する、請求項１〜１８のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
さらに、少なくとも一つの共役π系のディスク状多環式有機化合物を有する棒状超分子を含有する光学的に異方性の二色性結晶フィルムからなる位相差層を有し、かつ、前記フィルムは、その偏光軸に沿って３．４±０．３Åの分子間間隔を有することを特徴とするものである、請求項１〜１９のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
機能層の厚みおよび順序は、５００〜６００ｎｍのスペクトル範囲における少なくとも一つの波長に対する表示出力において干渉が確実に極値となるように選択されている、請求項１〜２０のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記外部偏光子は、少なくとも一つの共役π系のディスク状多環式有機化合物を有する棒状超分子を含有する光学的に異方性の二色性結晶フィルムからなり、かつ前記フィルムは、その偏光軸に沿って３．４±０．３Åの分子間間隔を有することを特徴とするものである、請求項６または１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記光学的に異方性の二色性フィルムは、少なくとも一つの二色性染料を含むリオトロピック液晶から形成されている、請求項２２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国特許出願第１０６５６,５１６号（２００３年９月４日出願）に基づく優先権を主張するものであり、前記特許出願は、米国仮特許出願第６０／４６１,６８６号（２００３年４月９日出願、名称：内部偏光子を有する液晶表示装置）に基づく優先権を主張するものである。それらの開示内容は、この引用によりそっくり本明細書に記載されたものとする。
【０００２】
本発明は、液晶表示装置およびその関連装置に関し、特に偏光子を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶が視覚情報を表示する装置の基礎として最初に用いられたのは１９７０年代の初頭であった。他の種類のアナログシステムに比べてエネルギー消費量が少なく、サイズが小さいため、液晶表示装置は、急速にポータブル装置およびモバイル装置に不可欠な要素となった。その後の液晶技術の開発によって、当該装置が高品質の生き生きしたカラー画像を表示できる一方、小型軽量、低いエネルギー消費、および相対的に低い価格の利点を維持できることが分かった。この特性の組合せにより、液晶表示装置の応用範囲は大きく広がった。現在、液晶表示装置は、実質的にすべての技術分野で使用されており、例えば、ポータブルコンピューター、計算機、およびそれらに関連する装置のディスプレイ、ポータブル計器および小型計器ならびにセンサー類のコントロールディスプレイパネル、例えば、携帯電話、ポケットブック、ｅ−ブック、ノートブック、および電子時計などのモバイルおよびポータブルの家電製品およびそれに関連する装置のディスプレイ、ならびに映画館、展示会、公共の場所およびイベント用等の映写機および大型スクリーンなどに使用されている。
【０００４】
液晶表示装置は１９７０年代の終わりには公知になっており、その装置構造は、S. T. Wu, D. K. Yang, Reflective Liquid Crystal Displays, Wiley （2001）、E. Lueder, Liquid Crystal Displays: Addressing Schemes and Electro-Optical Effects, Wiley （2001）に十分詳しく記載されている。液晶表示装置の構造は、種々の機能を行う複数のフラットな層の系からなっている。
【０００５】
液晶表示装置は、少なくとも二つの種類、反射型および透過型、に分類することが可能である。これらの二種類は、液晶表示装置の層を介する光透過のモードが異なる。反射型液晶表示装置において、構造に入射した光は、反射層で反射され、同じ側から出射する。透過型液晶表示装置において、その構造の一方の側に入射した光は、系を通過して反対の側から出射する。
【０００６】
ただ実用的には、これら二種類の液晶表示装置の違いは、外部照明源または照明システムの使用と関係がある。前記照明システムは、通常、液晶表示装置の層に透過光を均一に与える任意の光源である。
【０００７】
反射型液晶表示装置において、照明システムは無くともよく、そのような液晶表示装置は、周囲の光源からの光を利用する。反射層の機能は、これらの光源からの光を見る者の方向に反射させることである。ときに、そのような液晶表示装置は、暗所での表示装置の動作を確保するため、内部フロント照明システムを設けることがある。
【０００８】
透過型液晶表示装置において、照明は、リヤサイドからシステムに光を通過させる外部光源によってもたらされる。このようなものは、バックライトシステムと呼ばれる。
【０００９】
これら二つの主な種類の液晶表示装置のほかに、両方の原理を合わせた装置も存在する。そのような装置は、半透過型あるいは透過反射型と呼ばれる。そのような複合体は、反射型液晶表示装置に、半透明の反射層およびバックライト光源を導入することによって得られる。
【００１０】
液晶表示装置を説明するにあたり、フロントサイドとリヤサイドとを区別すると都合がよい。フロントサイドは、見る者に面する側であり、リヤサイドは、フロントサイドの反対側である。液晶層の前および後ろに配置された液晶表示装置の構造物における一連の層は、通常、それぞれ、フロント層およびリヤ層と呼ばれる。例えば、リヤ基板、フロント基板、リヤ電極、およびフロント電極などがある。多くの場合、液晶層の前に配置される液晶表示装置構造にある層はフロントパネルと呼ばれ、液晶層の後ろにある層はリヤパネルと呼ばれる。
【００１１】
ディスプレイ上に画像を作るため、バックライトシステムからの光束は、液晶表示装置の構造によって変調される。反射層および光源に加えて、画像は、液晶および少なくとも一つの偏光子の機能層によって制御される。
【００１２】
液晶表示装置の動作原理は、液晶において電極に印加された電圧により制御されている光（偏光子の一つによって偏光されている）の偏光状態に基づいている。
【００１３】
液晶表示装置の種類（反射型と透過型）に応じて、偏光子および液晶層の機能的順序は以下のとおりとすることができる。
【００１４】
反射型液晶表示装置では、フロント偏光子の次に液晶および反射層がくる。液晶表示装置のコントラスト比を上げるため、多くの場合、液晶と反射層との間に第二の偏光子が導入される。上述したように、周囲の光源またはフロント照明システムからの光は、液晶表示装置構造を二回通過する。すなわち、フロントサイドから反射層へ行き、そして、見る者に戻る。
【００１５】
透過型液晶表示装置では、フロント偏光子の次に液晶およびリヤ偏光子がくる。ここで、光は、一つの方向にのみ、すなわち、バックライトシステムから見る者の方向に、液晶表示装置構造を通過する。従って、第二の偏光子が必要である。
【００１６】
半透過型液晶表示装置では、フロント偏光子の次に液晶層、リヤ偏光子、および半透明の反射層がくる。この機構では、リヤ偏光子も必要である。
【００１７】
偏光子層は、しばしば、フロント基板の外表面に付与される。これは、一般に、液晶表示装置の特徴および偏光子の製造技術に関係している。この場合、偏光子は、外部であるとされる。液晶ディスプレイプロジェクターの場合、偏光子はプリズム型である。大きなサイズと相当な消費電力のため、そのような偏光子は外部配置とされる。
【００１８】
シート偏光子の場合、外部配置にはいくつかの欠点がある。外部からの機械的因子（ひっかき、衝撃）による偏光子の損傷を防ぐため、保護層がさらに必要である。カラー液晶表示装置において画像形成に使用されるカラーフィルターは、透過光の偏光解消を生じさせうる。この場合、偏光子は、この偏光解消を取り除くのに役立つが、これは、外部偏光子層を有するシステムでは、可能ではない。さらに、相対的に基板が厚くなるため、外部偏光子の使用によって、液晶表示装置構造における光路長は顕著に増加し、それによって、輝度およびコントラストの損失がもたらされ、かつ、斜めの視角において画像のひずみが増す。
【００１９】
基板の外側に配置された外部偏光子を有する液晶表示装置にとって、前記基板は、外部因子の作用から内部の層を保護しているものであり、そして、前記基板は、しばしば、全体の機械的構造を保持する要素としても役立っている。技術的な理由から、基板は相対的に厚くなり、従って、前記基板の外側に配置される偏光子は、表示装置における光路長を顕著に増加させる。このことに関し、これらの表示装置デザインの主な欠点には、視野角が小さいこと、機械的作用に敏感なこと（外部偏光子損傷のおそれにつながる）、および外部偏光子を保護する層がさらに必要になってくること（強い視差または二重の画像につながる）に関連して製造技術が複雑であることがある。
【００２０】
外部偏光子を有する液晶表示装置に固有の上記欠点のため、基板の間に内部偏光子を配置した液晶表示装置を得るための種々の方法が開発されている。そのような種々の方法の多くでは、次のことも同時に提案されている。内部偏光子層を電極と液晶との間に配置すること。そして、偏光子と配向層の機能を一つの層で兼ねること。
【００２１】
米国特許第３，９４１，９０１号は、液晶表示装置用の内部偏光子を製造する方法を教示しており、その方法は、基板表面近くで、ビニルポリマーの長鎖を配向させることに基づいている。この方法は、ポリマーを溶解すること、その溶液を基板に塗布すること、およびこの層を薄くすると同時にせん断歪を生じさせることからなる。次いで、溶媒が蒸発させられ、基板表面に配向したポリマー分子からなる薄層が残る。記載によれば、そのような層を基板上に設け、二色性染料に相当する前記ポリマーを用いることによって、配向層の機能を同時に発揮することができる偏光子を得ることが可能である。
【００２２】
米国特許第４，２４１，９８４号は、内部偏光子を有する液晶表示装置を記載し、そこにおいて、配向特性を有する偏光子は、偏光と配向の二つの機能を発揮する。偏光機能と配向機能を組み合わせること、ディスプレイ構造の電極の間に配置された偏光子が静電容量を高くしスイッチング時間を長くすること、そのような偏光子は相対的に厚いこと、および、ディスプレイの光学特性を低減させることが、その製造技術をより複雑でより自由度が低いものにしている。他の欠点は、液晶層が常に偏光子の軸に沿って配向し、それらの方向が一致していない動作モードをつくることができないということである。
【００２３】
ＷＯ９，７３９，３８０号は、内部偏光子を有する液晶表示装置を開示し、そこにおいて、偏光層は、リオトロピック液晶中の二色性染料溶液から基板上に直接成長させられる。この液晶表示装置の欠点の一つは、液晶表示装置の製造中に、限定的な手段により塗布される所定の材料を用いて、直ちに偏光子層を作る必要があり、そのため、技術が複雑になるとともに、液晶表示装置の機能要素に用いる材料の選択が限られてくることである。
【００２４】
米国特許第６，４１７，８９９Ｂ１号は、内部偏光子を有する液晶表示装置を記載し、そこにおいて、偏光フィルムは、電極と基板との間にある特別な配向層上に成長させられる。この解決法の欠点は、技術が複雑であり、偏光子材料の選択が限られてくることである。というのも、偏光フィルムは、液晶表示装置製造中に、直ちに配向層の上に成長させる必要があるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
かくして、ここに開示する発明は、高い動作電圧、低い多重化速度、液晶層と内部偏光子層との間の化学的相互作用の可能性、および製造技術の複雑化などの、従来の液晶表示装置の欠点を克服する、内部偏光子を有する液晶表示装置（ＬＣＤ）を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
これらの目的および他の目的は、リヤパネル、および前記フロントパネルと前記リヤパネルとの間に配置された液晶層を含む、本発明の液晶表示装置によって達成される。フロントパネル、フロントパネルおよびリヤパネルの少なくとも一つは、同じパネルにおいて電極と基板との間に配置された内部偏光子を含む。前記内部偏光子は、少なくとも１５０℃の高温で化学的に安定な材料からなるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、添付の図面とともに読むとき、以下の記載から、より明確に理解されることとなる。
【００２８】
ここで使用する用語「フロント」は、基板、電極、偏光子、透過軸、および配向方向を説明するのに用いるとき、説明する当該要素が、液晶の視認側にあることを意味する。
【００２９】
ここで使用する用語「リヤ」は、基板、電極、偏光子、透過軸、および配向方向を説明するのに用いるとき、説明する当該要素が、液晶の視認側と反対の側にあることを意味する。
【００３０】
本発明は、電極、基板および他の機能層とともに、少なくとも一つの内部偏光子を含む、液晶表示装置を提供するものである。前記内部偏光子は、フロントパネルにおいて電極と基板との間に配置されるか、または、リヤパネルにおいて電極と基板との間に配置される。この実施態様において、基板は、外部因子の作用から配向層および電極を保護しており、従って、液晶を制御するための動作電圧が低くなる。前記内部偏光子は、高温耐久性を有する材料、すなわち、少なくとも１５０℃の高温で化学的に安定な材料からなる。
【００３１】
ＬＣＤの製造プロセスは、パネルにおけるすべての層が高温耐久性であることを要求するいくつかの工程を含む。これらの工程には、ＩＴＯスパッタリング工程およびポリイミド焼成が含まれる。インジウムスズ酸化物すなわちＩＴＯは、液晶セルの電極に一般的に用いられる材料である。ポリイミドは、液晶材料のための配向層としてＬＣＤの製造に使用される材料である。ＩＴＯエッチング工程中、偏光子を保護するため、追加保護層を用いてもよい。
【００３２】
本発明の一実施態様において、液晶表示装置の層構造は以下のとおりである。液晶層は、複数の配向層の間に挟まれており、前記複数の配向層は、液晶層の表面および裏面に接している。複数の配向層が隣接する液晶は、複数の電極の間に配置されている。フロントパネルとリヤパネルの少なくとも一つは、高温耐久性の材料からなりかつ基板と電極との間に配置された少なくとも一つの内部偏光子を含む。
【００３３】
本発明の他の実施態様において、フロントパネルとリヤパネルのいずれか一方は、その機能層の中に内部偏光子を有し、もう一方のパネルは外部偏光子を有する。
【００３４】
本発明の他の実施態様において、半透過型液晶表示装置は、内部偏光子に加えて、少なくとも二つの外部偏光子を含んでもよい。少なくとも一つの外部偏光子は、本発明に従う内部偏光子と同じパネル上に配置される。
【００３５】
本発明は、外部偏光子が高温耐久性材料からなることを必要としないが、そのような材料を外部偏光子に同様に用いることは可能である。
【００３６】
本発明の他の実施態様において、内部偏光子は、基板表面全体を覆うものではない。部分的な内部偏光子を有するこのデザインは、透過型と反射型のデザインの特徴を一つのディスプレイに合わせたいくつかのデザインにおいて用いることができる。
【００３７】
他の任意の補助的な層を、電極と偏光子との間および／または偏光子と基板との間に設ける必要はないが、そのような補助的な層は、特定の用途に望ましい場合、設けることができる。
【００３８】
本発明に従って、偏光子および補助的な機能層のための材料を選択することができる。先行技術のＬＣＤは、偏光フィルムのための特定の材料、特別な補助層および特別な製造技術を必要とする。これらの因子は、材料の限定およびさらなる技術的操作の導入の結果として、偏光子の技術を複雑にしている。
【００３９】
液晶表示装置に使用される偏光子は、非線形光学特性を有する平坦なシートまたはテイラー−グラン（Ｔａｙｌｏｒ-Ｇｌａｎ）プリズム型の装置のいずれかとすることができる。テイラー−グランプリズム装置は、典型的に映写（プロジェクション）システムに用いられる。
【００４０】
本発明の一実施態様において、偏光子は、Ｏｐｔｉｖａ，Ｉｎｃ.（米国カリフォルニア州）から入手できる結晶薄膜（ＴＣＦ）を利用できる。この光学的に異方性の二色性結晶フィルムは、薄く、温度感受性が低く、屈折率の異方性が高く、二色比が大きい。ＴＣＦのこれらの特性は、前記フィルムを製造するため使用される材料および方法に関係する。本発明のＴＣＦは、液晶を適当な基材に付与し、配向し、乾燥する際に、液晶相を結晶化させる結果として形成された特別な分子−結晶性構造を有する。この液晶相は、安定なリオトロピックまたはサーモトロピック液晶相を形成することができる少なくとも一つの有機物質を含む。前記有機物質は、少なくとも一つの有機化合物を含み、その化学式は、（ｉ）リオトロピック液晶相を得るための極性溶媒に対する溶解性を保証する少なくとも一つのイオノゲン基、および／または（ii）リオトロピック液晶相を得るための非極性溶媒に対する溶解性を保証する少なくとも一つの非イオノゲン基、および／または（iii）前記フィルムの形成の後、分子構造中に保持されてもよいし保持されなくともよい少なくとも一つの対イオン、を含む。
【００４１】
この光学的に異方性の二色性結晶フィルムは、一種または数種の有機化合物の多数の超分子複合体を含む。これらの超分子複合体は、電気伝導率および透過光の偏光をもたらすよう、ある特定の方法で配向されている。前記フィルムは、棒状の超分子を含んでなり、前記超分子は、共役π系を有するディスク状の多環式有機化合物の少なくとも一つを含む。前記フィルムは、その偏光軸に沿って３．４±０．３Åの分子間間隔を有する全体的に秩序のある結晶構造を有する。
【００４２】
光学的に異方性の二色性結晶フィルムのための基材の選択は、共役芳香環においてπ共役結合系が存在するかどうか、および、アミン、フェノール、ケトンなどの基が共役結合系に結合して前記分子の面内に存在するかどうかに基づいて行われる。前記分子および／または前記分子のフラグメントは平面構造を有する。そのような基材の具体例には、インダントロン（Ｖａｔ Ｂｌｕｅ ４）、１，４，５，８-ペリレンテトラカルボン酸ジベンゾイミダゾール（Ｖａｔ Ｒｅｄ １４）、３，４，９，１０-ペリレンテトラカルボン酸ジベンゾイミダゾール、キナクリドン（Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １９）などがあり、それら（またはそれらの混合物）の誘導体は、安定なリオトロピック液晶相を形成することができる。ＴＣＦ用の材料の選択にあたっては、可視領域における前記フィルムの透過スペクトルを考慮に入れることができる。染料類を開始化合物として用いれば、結晶薄膜偏光子を、補正カラーフィルターもしくは補正ニュートラルフィルターとして、かつ／または紫外線フィルターもしくは赤外線フィルターとして用いることができる。
【００４３】
形成されたリオトロピック液晶のコロイド系は、前記系の動力学的単位を構成する超分子複合体に凝集した分子に形成されている。これらの超分子複合体は、電気伝導率および透過光の偏光をもたらすよう、ある特定の方法に配向されている。ＷＯ０１／６３３４６号は、リオトロピック結晶のコロイド系を記載しており、その開示は、この引用により本明細書に記載されたものとする。このリオトロピック液晶相は、秩序のある系の実質的な前駆体であり、それから、固体の光学的に異方性の二色性結晶フィルムが、その後の超分子複合体の配向および溶媒の除去の過程において形成される。
【００４４】
この光学的に異方性の二色性結晶フィルムにおいて、分子平面は互いに平行であり、前記結晶フィルムの少なくとも一部において、前記分子は三次元の結晶構造を形成する。製造技術の最適化により、光学的に異方性の二色性単結晶フィルムを形成することが可能となりうる。この単結晶における光軸は、分子の平面に直交である。そのような結晶薄膜は、高度の異方性を有し、そして、少なくとも一つの方向に、高い屈折率および／または高い吸収係数を示す。
【００４５】
この光学的に異方性の二色性結晶フィルムのもう一つ重要な特徴は、その高温耐久性である。比較として、ヨウ素型偏光子の温度安定性は、典型的に、最高温度８０℃に限られている。Bobrov, Y. et al., "Environmental and optical testing of Optiva Thin Crystal FilmTMPolarizers", Proc. of the 10th SID Symposium "Advanced display technologies", Minsk, Republic of Belarus, September 18-21, 2001, 23-30 and Ignatov, L. et al. （2000）. "Thin Film Polarizers: Optical and Color Characteristics. Thermostability", SID, Int. Symp. Digest of Technical Papers, Long   Beach, California. May 16-18, Vol. XXXI, 834-838に明らかにされているように、Ｏｐｔｉｖａ，Ｉｎｃ.によって製造された本発明の光学的に異方性の二色性結晶フィルム（Ｏｐｔｉｖａ ＴＣＦTM）は、１５０℃より高い高温で高温耐久性を有する。最近の研究が明らかにしたところによれば、前記フィルムは２７０℃まで化学的耐久性を有する。ＬＣＤの製造過程は、２００℃から２５０℃の間の温度に比較的短い時間晒すことを必要とし、そして、Ｏｐｔｉｖａ ＴＣＦTMによれば、液晶表示装置に内部偏光子を設けることが可能になり、そして、ＩＴＯスパッタリングおよび／またはＰＩ焼成の前の段階で前記内部偏光子を付与することが可能になる。
【００４６】
中間的な光学特性を有する結晶フィルムが得られるように、複合的な超分子の形成をもたらす、複数のコロイド系を混合することが可能である。混合したコロイド溶液から得られる光学的に異方性の二色性結晶フィルムにおいて、吸収係数および屈折率は、最初の成分によって決まる範囲内において種々の値をとることができる。そのような複合的超分子を形成する異なるコロイド系の混合は、用いる複数の有機化合物について、一つの特徴的な寸法（３．４±０．３Åの分子間間隔）が一致することにより、可能である。光学的に異方性の二色性結晶フィルムの厚みは、塗布された溶液中の固体物質の含量によって決まってくる。前記フィルムの形成において、工業用の製造条件下で通常制御される技術的なパラメーターは、溶液の濃度である。最終的な結晶フィルムの結晶度は、Ｘ線回折および／または光学的手法によってモニターすることができる。前記結晶薄膜が付与される基板の表面は、表面親水性を付与するための前記表面の均一な濡れが確実になるよう、さらに処理することができる。可能な処理には、機械的処理、アニーリング、メカノケミカル処理などがある。結晶薄膜の付与に先立って、異方性の配向構造を形成するよう、基板表面を機械的に処理することができ、それにより、得られる結晶薄膜における分子の配向度を上げることができる。
【００４７】
前記偏光子を処理することができ、それにより、ある特定の方向によって特徴付けられる微小な粗さの表面を形成することができ、そのような偏光子は、配向層の機能を発揮することができる。
【００４８】
吸収係数および屈折率の必要な異方性、ならびに主軸の配向（すなわち、多層構造における電気光学異方性結晶薄膜の光学特性）は、基板表面での偏光フィルムにおける分子をある特定の角度に安定して分布させることにより、確保することができる。
【００４９】
前記結晶薄膜の光学特性は、製造中に上記手法により制御することができ、それにより、前記層の特性は、種々の特定の用途の要件に従って調整することができる。例えば、前記偏光子の吸収スペクトルを改変することができ、それにより、表示装置の演色性および色収差矯正を向上させることができる。複屈折フィルムは、予め所定の波長に位相シフトが設定された位相差板として用いることができる。このフィルムの光学異方性を変えることにより、結晶薄膜偏光子を有する液晶表示装置の角度特性を向上させることが可能である。
【００５０】
前記フィルムの光学的二色性により、当前記偏光子を位相差板として使用することができ、それにより、液晶表示装置のコントラスト比および／または角度特性を向上させることができる。
【００５１】
本発明のＯｐｔｉｖａ ＴＣＦTMである偏光子の他の重要な特徴は、その薄さである。液晶表示装置の特性は、その設計における層の厚みに大きく依存する。保護層を付与したとしても従来の偏光子（特にＰＶＡ系偏光子）が内部偏光子として用いられない理由の一つは、保護層を加えたそれらの厚みが２００ミクロンを超えるということである。
【００５２】
前記ＯｐｔｉｖａＴＣＦTM偏光子の厚みは1ミクロン未満であり、仮に付加層を加えたとしても、その厚みは、従来の偏光子（例えばヨウ素タイプのもの）よりも実質的に小さい。
【００５３】
前記表示装置において他の層に対する前記偏光子の位置は、偏光子の種類によって変わってくる。プリズム型の偏光子は、典型的に、フロントで液晶表示装置の層構造の外に配置される。結晶薄膜偏光子は、液晶表示装置の他の層の間に配置することができる。
【００５４】
液晶表示装置は、ディスプレイの適切な動作に必要な他の機能層を含む。液晶表示装置における画像制御は、電極層によってもたらされる。電極層の材料として好ましいものは、抵抗が十分に低く、制御電圧の供給のための接触をもたらすものである。さらに、前記電極は、十分に明るい画像をもたらすよう透明であることが望ましい。多くの場合、前記電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）型の透明導電材料からなる。例えば、単一偏光子の反射型液晶表示装置の場合、複数の電極の一方を透明でないものにすることができる。
【００５５】
配向層は、ネマチック相にある液晶分子の配向をもたらす。配向層は、液晶のツイスト角を決定し、典型的には、液晶に直接接触している。一般に、配向層は、ポリアミド（例えばＮｉｓｓａｎのＳＥ３２１０）のようなポリマー材料からなる。
【００５６】
液晶表示装置における基板は、上述した機能層を外部因子の作用から保護し、そして、機械的な基本要素として働く。基板は、通常、ガラスやプラスチックなどの透明材料からなり、その典型的な厚みは、約０．７ｍｍであり、屈折率は約１．５である。
【００５７】
補助的な層の厚みおよび材料は、その機能と４００〜７００ｎｍの波長範囲における必要な透明度とに基づいて、選ばれる。
【００５８】
液晶表示装置は、画像の質および電気特性を向上させるため、また、隣接する層間の不要な物理的および化学的相互作用を防止するため、さらに、他の目的で、その他の層を含んでもよい。
【００５９】
例えば、位相遅延（位相補償）層または位相差層を、画像の質および色の再現性を向上させるため、用いることができる。ここに開示する発明に従って、位相差層を、表示装置の一方または両方のパネルに配置することができる。ある実施態様において、位相差層は、Ｏｐｔｉｖａ，Ｉｎｃ.による製品のような熱安定性材料（耐熱性材料）からなる。例えば、Lazarev, P., et al. "Submicron Thin Retardation Coating", SID, Int. Symp. Digest of Technical Papers, San   Jose, CA, June 2001, Vol. XXXII, pp. 571-573, およびT. Fiske, et al. "Molecular Alignment in Crystal Polarizers and Retarders", SID, Int. Symp. Digest of Technical Papers, Boston,  MA, May 2002, pp. 866-869を参照。このＯｐｔｉｖａＴＣＦ位相差層は、薄膜層であり、前記層は、液晶表示装置の他の機能要素に対して、液晶セル内部の種々の位置で用いることができる。ある実施態様において、内部偏光子を有する液晶表示装置は、同じパネルの内部偏光子と電極との間に配置されたＴＣＦ位相差層を有してもよい。さらに他の実施態様において、内部偏光子と外部偏光子を一方のパネルに有するよう設計された液晶表示装置は、前記内部偏光子と電極との間または二つの偏光子の間のいずれかに配置されたＴＣＦ位相差層を有してもよい。
【００６０】
液晶表示装置の製造時および動作時に他の層が損傷するのを防ぐため、さらなる保護層を用いることができる。例えば、外部フロント偏光子は、特別な外層によって保護することが望ましい。絶縁層（例えばＳｉＯ2）は、電極間の抵抗を増加させることができ、そして、絶縁破壊から液晶表示装置の構造を保護することができる。接着剤層は、機能層および補助層の相互の接着をより良いものにすることができる。平坦化層を用いて、液晶表示装置の要素上の凸凹をならして平らにすることができる。例えば、粗い表面を有する拡散反射層により、望ましくない干渉作用を抑制することができる。カラー液晶表示装置におけるカラー画像の形成のため、カラーフィルターによるマトリクスを用いることができる。視野角を広げるため、そして、望ましくない干渉を抑制するため、拡散散乱層を用いることができる。コントラスト比などを向上させるため、反射防止コーティングを用いることができる。
【００６１】
特殊な材料からなる一つの層または特殊な方法によって形成される一つの層により、種々の機能を合わせかつ発揮させることができる。例えば、液晶表示装置は、反射偏光子もしくは反射電極、または偏光子／配向層を有することができる。
【００６２】
液晶表示装置の適切な機能性を妨げない限り、そして、得られる技術結果に影響を及ぼさない限り、何らかの他の機能層を、電極と基板層との間に配置することもできる。
【００６３】
例えば、フォトリソグラフィーおよびそれに続くエッチングを用いる電極層形成の既存技術は、偏光子がエッチング溶液と接触するのを防ぐため、アクリル樹脂の保護層を用いることを必要とする。このアクリル樹脂層は、電極に面する側の偏光子上に設けられる。電極形成過程のエッチングから偏光子を保護することに加えて、アクリル樹脂層はまた、液晶表示装置の運転中、偏光子層の成分（例えば金属イオン）が溶解することを防ぐ。
【００６４】
また、偏光子のもう一方の側面は、さらなる層、例えば、反射型表示装置における拡散鏡の凸凹を平坦にする平坦化層、あるいは、反射型表示装置において鏡面反射層からのアルミニウムイオンの拡散から偏光子を保護する層、に接触することができる。
【００６５】
また、電極と液晶層との間の空間には、さらなる偏光子、位相差板、カラーフィルターマトリクス、接着フィルムなどを収容することができる。
【００６６】
他の実施態様において、複数の機能層の厚みおよび順序は、５００〜６００ｎｍのスペクトル範囲における少なくとも一つの波長に対する表示出力において干渉が確実に極値となるよう、選択される。このことは、ヒトの目の感受性が最大となる範囲において、表示装置の輝度を確実に高くするのに、望ましい。
【００６７】
ここに開示する発明のＬＣＤは、いくつかの偏光子を含むことができる。一般的に、一つの液晶表示装置構造は、二つの偏光層を含み、その各々は、液晶層のそれぞれの側にある。複数の偏光子のそれぞれは、意図する層の機能的順序に従って配置することができる。同時に、液晶の各側において、介在する接着剤とともに一対の偏光層を用いることにより、偏光子の品質を向上させることができる。そのような二重の偏光子もまた、液晶の一方の側にある電極と基板との間に配置することができる。偏光子の厚みを減らすことにより、液晶表示装置の性能をさらに向上させることができる。例えば、多くの液晶表示装置に利用されている標準的なヨウ素偏光子は、約１００ミクロンの厚みである。本発明の液晶表示装置に用いられる偏光子は、厚みが１ミクロンまたはそれ以下である。そのような偏光子は、光学的に異方性の二色性液晶フィルムからなる。ＴＣＦからなる偏光子は、非常に薄く、温度感受性が低く、屈折率の異方性が高く、角度特性が好ましいものであり、斜めの角度での偏光能力が高く、二色比が大きい。
【００６８】
本発明の他の実施態様において開示する液晶デザインは、高温耐久性の内部偏光子を一方のパネルに有し、外部偏光子をもう一方のパネルに有するものである。この場合、二つのデザインを考えることができる。一つは、内部偏光子をリヤパネルに有するものであり、もう一つは、フロントパネルに有するものである。この実施態様において、外部偏光子は、内部偏光子として用いられるもののような耐久性の高い偏光子であるか、任意の種類の偏光子であるかのいずれかとすることができる。この実施態様のデザインは、反射型、透過型および半透過型のデザインを含む任意のタイプの液晶表示装置に用いることができ、そのデザインは、ここに開示する液晶表示装置の上述した利点を特徴とするようになる。
【００６９】
本発明のさらに他の実施態様は、位相差層をさらに備える液晶表示装置である。この位相差層もまた、高温耐久性の材料から形成することができる。
【００７０】
本発明の他の実施態様は、三つの偏光子を含む、半透過型の液晶表示装置であり、その二つは外部偏光子であり、一つは内部偏光子である。この態様において、一方または両方の外部偏光子は、内部偏光子として用いられるもののような耐久性の高い偏光子であるか、任意の種類の偏光子であるかのいずれかとすることができる。このデザインは、ここに開示する液晶表示装置の上述した利点を特徴とするようになる。
【００７１】
これから本発明を添付の図面を参照しながら説明する。
【００７２】
図１（先行技術）は、二つの外部偏光子を有する液晶表示装置を示す。液晶表示装置は、二つの保護層１０１を含み、これらは、前記表示装置の両側からの引っかき、湿気などから、二つの外部偏光子１０２を保護している。これらの外部偏光子１０２は、対応する透明基板１０３上に配置されている。液晶表示装置は、二つの電極１０４、二つの配向層１０５、および液晶層１０６を含む。保護層１０１に加え、図１に示す液晶表示装置の特徴は、厚いことと、光路長が長いことである。これらの要因は、角度特性の低下につながる。
【００７３】
図２（先行技術）は、両者とも電極１０４の間に配置されている、二つの内部偏光子を有する液晶表示装置を示す。第一の内部偏光子２０１は、フロントパネルにおいて電極１０４と液晶層１０６との間に配置され、液晶層１０６に対して配向層の機能を発揮する。第二の偏光子２０２は、リヤパネルにおいて配向層１０５と電極１０４との間に配置されている。このデザインは、配向層１０５と第二の偏光子２０２とを単一の層に合わせることを必要としない。このデザインは、高い動作電圧を必要とし、そして、多重化速度等が低くなりうる。というのも、偏光子層２０１および２０２が電極１０４の間に配置されているからである。これらの欠点は、偏光子材料の相対的に高い誘電率と関係している。図２に示すＬＣＤには、第一偏光子／配向層２０１と液晶層１０６とが直接接触しているというさらなる欠点がある。これは、固相拡散による層間の混合の原因となり得、偏光子２０１および／または液晶層１０６の作用を損なわせうる。
【００７４】
図３は、ここに開示する発明の一実施態様に従う液晶表示装置を示す。二つの内部偏光子３０１が、フロントパネルおよびリヤパネルにおいて、それぞれ、電極１０４と透明基板１０３との間に配置される。電極１０４の間には、液晶層１０６と、前記液晶層１０６の両側にある二つの配向層１０５とが含まれる。図３に示すＬＣＤにおいて内部偏光子３０１を用いることにより、視野角が広がり、角度特性が向上し、表示装置が薄くなり、表示装置のデザインがシンプルになり、そして、引っかきや湿気に対し、偏光子層の保護が実質的に向上する。さらに、内部偏光子３０１を電極１０４の外側に配置することによって、作動電圧が低くなり、表示装置の多重化速度が高くなる。加えて、パネルのそれぞれにおいて電極１０４を内部偏光子層３０１と液晶層１０６との間に配置することにより、液晶層と偏光子層は拡散による汚染から保護される。本発明の他の実施態様（この図には示していない）に従って、透過型ＬＣＤは異なるデザインを有することができ、そこでは、二つのパネルのうち一方のみが内部偏光子を有し、もう一方のパネルは、その機能層の中に外部偏光子を有する。
【００７５】
図４は、ここに開示する発明の一実施態様に従って反射層４０１を含む反射型ＬＣＤを示す。反射層４０１により、ＬＣＤは、周囲の光源からの光を用いて、あるいは、フロント照明光源を用いて、画像を形成することができる。また、反射型ＬＣＤは消費電力を実質的に減らす。本発明の他の実施態様（この図には示していない）に従って、反射型ＬＣＤは異なるデザインを有することができ、そこでは、二つのパネルのうち一方のみが内部偏光子を有し、もう一方のパネルは、その機能層の中に外部偏光子を有する。
【００７６】
図５は、ここに開示する発明の一実施態様に従う半透過型ＬＣＤを示す。前記ＬＣＤは、半透明の反射層４０１を含む。バックライトシステム５０１が、液晶表示装置のリヤ側に配置される。半透明の反射層とバックライトシステムとによって半透過型のＬＣＤがもたらされる。半透過型ＬＣＤは、反射型および透過型のＬＣＤの利点を兼ね備える。バックライト光源とともに、半透過型ＬＣＤは、周囲の光源またはフロント照明光源のいずれかも利用することができる。
【００７７】
本発明の他の実施態様に従って、半透過型ＬＣＤは、いくつかの異なるデザインを有することができる。それらの一つによれば、二つのパネルのうち一方のみが内部偏光子を有し、もう一方のパネルは、その機能層の中に外部偏光子を有する。他の態様において、少なくとも三つの偏光子が含まれ、そのうち二つは外部偏光子であり、一つは内部偏光子である。この実施態様において、一方または両方の外部偏光子は、内部偏光子として用いられるもののような耐久性の高い偏光子であるか、任意の種類の偏光子であるかのいずれかとすることができる。さらに他の実施態様（本明細書に具体的には説明していないが）において、内部偏光子は基板表面全体を覆っているものではなく、すなわち、光路上にある内部偏光子の表面領域は、液晶材料に覆われる領域よりも小さくなっている。
【００７８】
図６は、ここに開示する発明の一実施態様に従う液晶表示装置を示し、それは、電極としても機能する反射層６０１を含むものである。この電極／反射層６０１は、表示装置のリヤ側において透明基板１０３と配向層１０５との間に配置されている。図６に示すＬＣＤの一つの利点は、周囲光を用いることと、表示装置の層の厚みの合計が小さいことである。層の厚みの合計が小さいため、液晶表示装置の角度特性および輝度は高くなる。
【００７９】
図７は、ここに開示する発明の一実施態様に従う透過型ＬＣＤを示す。前記透過型ＬＣＤは、液晶表示装置のリヤ側に配置されたバックライトシステム５０１を含む。このバックライトシステムのため、ここに開示する液晶表示装置は自律型であり、周囲光から独立している。
【００８０】
本発明により提供されるＬＣＤは、ＬＣＤの動作電圧および電気容量を大きく減少させ、液晶表示装置の画像の輝度およびコントラストを向上させ、視野角を広げ、そして、表面の機械的損傷について安定性を高める。ここに開示される発明は、液晶表示装置の製造技術をより複雑なものにすることはない。さらに、本発明のＬＣＤは、液晶表示装置構造における光束の損失を減らし、かつ表示装置の厚みを減らす。
【００８１】
本発明の特定の実施態様について以上に示してきたものは、例示と説明を目的とするものであり、本発明を完全に網羅するものでもなく、また、本発明を開示したそのものずばりの形態に限定しようとするものでもない。上述した開示に照らして多くの変更・修飾、具体例および変形例が可能であることは明らかである。本発明の技術的範囲は、添付した請求の範囲およびその均等の範囲によって規定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（従来技術）外部偏光子を有する液晶表示装置を示す模式図である。
【図２】（従来技術）電極の間に配置される二つの内部偏光子を有する液晶表示装置を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施態様に従って電極と基板の間に配置された内部偏光子を含む液晶表示装置を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施態様に従う反射型液晶表示装置を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施態様に従う半透過型液晶表示装置を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施態様に従って電極としてさらに機能する反射層を含む液晶表示装置を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施態様に従う透過型液晶表示装置を示す模式図である。
【図１】
2006522955.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006522955.tif 000008
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年4月6日(2006.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
さらに少なくとも一つの外部偏光子を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
【国際調査報告】
2006522955.tif 000010
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2006522955.tif 000012