(57)【要約】カラーフィルタが、第１の色、例えば赤、第１の色、例えば緑、第３の色、例えば青の偏光をそれぞれ提供する第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有する。偏光を提供するため、第１、第２又は第３の色を選択的に透過する等方性色材と、１軸秩序の基材と、１軸秩序基材によって位置合わせされていて、等方性色材によって選択的に透過されたダイクロイック色材とを有する一領域が設けられる。かかるカラーフィルタを有する液晶ディスプレイ装置では、偏光板を無しで済ますことができ、その結果、単純で費用効果が高く、しかも頑丈なディスプレイ装置が得られる。
2006503324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接して配置された第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有するカラーフィルタであって、第１の領域は、第１の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第１の色の光を選択的に透過するようになった第１の等方性色材と、第１の基材によって１軸に揃えられていて、第１の色の光を吸収するようになった第１のダイクロイック色材とから成り、第２の領域は、第２の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第２の色の光を選択的に透過するようになった第２の等方性色材と、第２の基材によって１軸に揃えられていて、第２の色の光を吸収するようになった第２のダイクロイック色材とから成り、第３の領域は、第３の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第３の色の光を選択的に透過するようになった第３の等方性色材と、第３の基材によって１軸に揃えられていて、第３の色の光を吸収するようになった第３のダイクロイック色材とから成ることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
カラーフィルタは、白色光を濾波するフィルタであり、第１の色、第２の色及び第３の色はそれぞれ、赤色、緑色及び青色であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項３】
カラーフィルタは、白色光を濾波するフィルタであり、第１の色、第２の色、第３の色はそれぞれ、シアン、マゼンタ及びイエローであることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルタ。
【請求項４】
第４の領域を有し、第４の領域は、第４の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第４の色の光を選択的に透過するようになった第４の等方性色材と、第４の基材によって１軸に揃えられていて、第４の色の光を吸収するようになった第４のダイクロイック色材とから成ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のカラーフィルタ。
【請求項５】
第１及び（又は）第２及び（又は）第３及び（又は）もし設けられていれば第４の基材は、同一材料であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のカラーフィルタ。
【請求項６】
ポリマー基材を有していることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載のカラーフィルタ。
【請求項７】
等方性及び（又は）ダイクロイック色材は、染料又は顔料であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載のカラーフィルタ。
【請求項８】
ダイクロイック色材と基材が組み合わされて１つの１軸配向ダイクロイック基材になっている領域を有し、前記１つの１軸配向ダイクロイック基材は、前記領域の等方性色材により選択的に透過された光を吸収するようになっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一に記載のカラーフィルタ。
【請求項９】
第１の領域、第２の領域及び第３の領域は、第１の色、第２の色及び第３の色をそれぞれ吸収するようになった共通のダイクロイック色材を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一に記載のカラーフィルタ。
【請求項１０】
第１の基板、第２の基板及び第１の基板と第２の基板との間に設けられていて、請求項１〜９のいずれか一に記載のカラーフィルタと偏光板の組合せとを有することを特徴とする液晶ディスプレイセル。
【請求項１１】
基材が平らな１軸秩序状態の請求項１記載のカラーフィルタとカラーフィルタの第１の領域、第２の領域及び第３の領域と反対側に配置された第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有するホメオトロピック秩序状態の層の組合せであって、ホメオトロピック秩序状態の層の第１の領域は、第１のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第１の基材によってホメオトロピックに揃えられた第１のダイクロイック色材を有し、第１のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第１の領域の第１のダイクロイック色材と同一であり、ホメオトロピック秩序状態の層の第２の領域は、第２のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第２の基材によってホメオトロピックに揃えられた第２のダイクロイック色材を有し、第２のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第２の領域の第２のダイクロイック色材と同一であり、ホメオトロピック秩序状態の層の第３の領域は、第３のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第３の基材によってホメオトロピックに揃えられた第３のダイクロイック色材を有し、第３のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第３の領域の第３のダイクロイック色材と同一であることを特徴とするカラーフィルタの組合せ。
【請求項１２】
カラーフィルタを電気的に切換え可能にする液晶基材を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一に記載のカラーフィルタ。
【請求項１３】
基材が、ホメオトロピック秩序状態の液晶及び架橋液晶のホメオトロピック秩序状態のポリマーネットワークを有する異方性ゲルである領域を有し、前記架橋液晶のホメオトロピック秩序状態のポリマーネットワークは、ゲル全体を通じて液晶中に浸漬され、そのダイクロイック色材は、ホメオトロピック秩序状態の液晶によってホメオトロピックに揃えられていることを特徴とする請求項１２記載のカラーフィルタ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一に記載のカラーフィルタを有する液晶ディスプレイ装置。
【請求項１５】
入射した光を濾波する偏光選択性カラーフィルタであって、１軸秩序状態の基材、フィルタに入射した光から第１の色の光を選択的に透過するようになった等方性色材及び基材によって１軸に揃えられていて、第１の色の光を吸収するようになったダイクロイック色材から成る少なくとも１つの領域を有することを特徴とするカラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタ及びかかるカラーフィルタを有する液晶ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
カラーフィルタは、例えば、フルカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に用いられている。カラーフィルタを有するフルカラーＬＣＤは、米国特許第５，０９６，５２０号明細書に開示されている。本明細書に開示するＬＣＤは、個々にアドレス指定可能な画素から成るディスプレイセルを有する。フルカラー機能性を提供するため、ＬＣＤは、画素と対向して配置された赤色領域、緑色領域及び青色領域を備えたカラーフィルタを有する。観測者に見える画素を切り換えることにより電気光学効果を生じさせるため、ディスプレイは、２つの偏光板を有している。偏光板のうちの一方は、ディスプレイの外部に配置されている。偏光板は周囲にさらされると損傷しやすいので、外部の偏光板は、ディスプレイを、摩耗、機械的接触及び環境老化の影響を受けやすいものにする。偏光板は又、高価であり、しかもディスプレイの厚さの相当な割合を占めている。
【０００３】
本発明の目的は、上述の欠点を解決し又は少なくとも部分的に解決することにある。具体的に言えば、本発明の目的はとりわけ、液晶ディスプレイに用いられると、結果的に構造が簡単で薄く且つ製造に当たって費用効果のよい液晶ディスプレイが得られるようにするカラーフィルタを提供することにある。さらに、カラーフィルタをディスプレイに用いることにより、結果的に、摩耗、機械的接触及び環境老化に対する耐性の高いディスプレイが得られる。
【０００４】
この目的は、互いに隣接して配置された第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有するカラーフィルタであって、第１の領域は、第１の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第１の色の光を選択的に透過するようになった第１の等方性色材と、第１の基材によって１軸に揃えられていて、第１の色の光を吸収するようになった第１のダイクロイック色材とから成り、第２の領域は、第２の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第２の色の光を選択的に透過するようになった第２の等方性色材と、第２の基材によって１軸に揃えられていて、第２の色の光を吸収するようになった第２のダイクロイック色材とから成り、第３の領域は、第３の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第３の色の光を選択的に透過するようになった第３の等方性色材と、第３の基材によって１軸に揃えられていて、第３の色の光を吸収するようになった第３のダイクロイック色材とから成ることを特徴とするカラーフィルタによって達成される。
【０００５】
本発明のカラーフィルタは、偏光選択性があり、即ち、このカラーフィルタは、一方において、光を濾波して所望の第１、第２及び第３の光を生じさせる機能を有すると共に他方をフィルタに入射した非偏光状態の光から偏光を生じさせる。
【０００６】
秩序が平らな１軸秩序であれば、カラーフィルタの偏光選択性は、フィルタの光入射面に垂直な角度で入射する光については最も大きく、入射角が増大すると減少する。秩序がホメオトロピック（homeotropic）１軸であれば、法線入射光については、偏光選択性が生じず、偏光選択性は、入射角が増大すれば（光入射面の法線から測定した角度）増大する。「平らな１軸秩序状態」という用語中の「平らな」という用語は、１軸秩序のダイレクタが平行であり、又は必要に応じて、カラーフィルタの光入射面に局所的に平行であることを意味し、これに対し、「ホメオトロピック（homeotropic）」という用語は、ダイレクタが垂直であり、又は、必要ならば、カラーフィルタの光入射面に局所的に垂直であることを意味している。一般に、カラーフィルタは層の形態で設けられ、この場合、その主要な表面のうちの一方は、入射面である。
【０００７】
先行技術の液晶ディスプレイでは、カラーフィルタリング及び偏光は、別々の部品、即ち、カラーフィルタ及び偏光板によって行われる。したがって、本発明の偏光選択性カラーフィルタは、液晶ディスプレイに用いられると、その結果、１つの偏光板を無しで済ますことができるので、用いる部品数が少ないという点において単純化された構造の液晶ディスプレイが得られる。偏光板を１つ少なくすることにより費用効果がよくなり、しかも偏光板はディスプレイの厚さの相当な割合を占めているので、結果的に相当薄型のディスプレイが得られる。
【０００８】
本発明のカラーフィルタを液晶ディスプレイセルの内部に配置することにより、ディスプレイは、摩耗、機械的接触及び環境老化に対する耐性が高い状態で作られる。というのは、無しで済ますことができる偏光板は一般に、液晶ディスプレイセルの外部に設けられ、カラーフィルタは、その内部に位置決めされるからである。上述したように、偏光板は、摩耗及び機械的接触並びに環境の影響下における老化によって損傷しやすい易損性の部品である。偏光板の機能性を本発明に従って提案されるカラーフィルタに組み込むことにより、偏光板の機能性は、カラーフィルタがディスプレイセルの基板によって保護され、頑丈な基板材料、代表的にはガラスが周囲に暴露されたままの液晶セルの内部に組み込まれる。
【０００９】
さらに、偏光板及びカラーフィルタは各々、別個の部品として設けられた場合、幾分寸法が大き目であり、即ち、厳密に必要な程度よりも非常に多すぎるほどの光を吸収する傾向がある。その結果、偏光板及び色機能性を一部品内に組み込むことによりこれら機能性は、明るさ（ブライトネス）の向上が達成されるよう一斉に最適化できる。作用を説明すると、偏光選択性カラーフィルタに入射した光がカラーフィルタの一領域を通過すると、等方性色材が、選択的に透過されるべき色には寄与しない光を吸収する。換言すると、吸収される光の色は透過される光の色の補色関係にあり、「補色関係」という用語は本明細書においては基準点としてのフィルタに入射した光に関する補色を意味している。通常、純粋な白は、或る色が別な色に対して補色関係にあるかどうかを表す基準点と見なされる。したがって、本発明の関連において「補色関係」という定義と従来の定義とは、フィルタに入射した光が純粋な白であれば一致している。明らかなこととして、所望の色を選択できるようにするため、選択的に透過されるべき光の色はフィルタに入射した光の一成分として存在しなければならない。等方性色材の「等方性」という用語は、等方性色材の光吸収が偏光に対して不感性であることを意味している。偏光選択性カラーフィルタ中のダイクロイック色材は、透過されるべき偏光に垂直な偏光を持つ成分を吸収することにより等方性色材により選択的に透過された光を偏光させる。より具体的に説明すると、ダイクロイック色材は、直線偏光を選択的に吸収する。等方性色材及びダイクロイック色材の組合せ効果は、考慮対象の領域に応じて所望の色、即ち、第１の色、第２の色又は第３の色の偏光を提供することにある。
【００１０】
ダイクロイック色材は、光を偏光選択的に吸収する。というのは、これは、基材により１軸に揃えられている（１軸整列状態にある）からである。当該技術分野において周知のように、非ダイクロイック（等方性）色材と比較したダイクロイック色材の特徴的な点は、電界ベクトルがダイクロイック色材の発色団の吸収の双極モーメントと一致した光だけが吸収されるという点においてその吸収スペクトルが偏光選択的であるということにある。しかしながら、かかる偏光選択性は、色材の分子又は粒子、より具体的には遷移双極モーメントが多かれ少なかれ同一方向に整列している場合にのみ観察される。ダイクロイック分子又は粒子の配向がランダムであれば、偏光選択性は生じない。
【００１１】
液晶ディスプレイに用いられる偏光選択性カラーフィルタが、それ自体知られており、それについては、例えば、国際公開第ＷＯ９９／４２８９６号パンフレット及び日本国特開平１０−３００９３２号公報の英訳要約書を参照されたい。１軸秩序の基材及びこれにより整列されたダイクロイック色材に関しては記載が無い国際公開第ＷＯ９９／４２８９６号パンフレットのカラーフィルタは、電子ビーム照射法を用いてガラス板上に刻印されている。電子ビーム照射は、費用が高くつき、しかも精巧である。日本国特開平１０−３００９３２号公報は、１軸秩序の基材により整列されるダイクロイック色材付きのカラーフィルタに関しては記載が無い。
【００１２】
本発明の特定の実施形態では、一領域の基材は、カラーフィルタを電気的に切換え可能にする液晶である。カラーフィルタを電気的に切換え可能にすることにより、カラーフィルタは、例えばディスプレイのアクティブ光変調素子になることができる。かかるカラーフィルタを有するディスプレイは、従来型ディスプレイよりも偏光板の数が少なく、かくして、結果的に単純で薄く且つ費用効果のよいディスプレイが得られる。
【００１３】
かかる切換え可能なカラーフィルタの特定の実施形態は、ねじれ又は超ねじれ１軸秩序状態を含む平らな（局所的に平らな）１軸秩序状態と、ホメオトロピック秩序の状態との間にサンドイッチ可能な液晶を有する。平らな１軸配向状態では、本発明の切換え可能なカラーフィルタは、偏光選択性であり、したがって、単一の直線吸収偏光板であるに過ぎず、その吸収軸線は、液晶の平らな１軸秩序状態と整列しており、ダイクロイック色材がダーク（dark）状態を得るのに必要である。かかる切換え可能なカラーフィルタの更に特定の実施形態は、基材として、１軸秩序液晶及び全体を通じて液晶中に浸漬している架橋液晶のホメオトロピック秩序のポリマーネットワークを有する異方性ゲル、等方性色材及び１軸秩序液晶により整列されるダイクロイック色材を有する領域（画素）を有する。異方性ゲルはそれ自体知られており、これについては、例えば米国特許第５，１８８，７６０号明細書を参照されたい。したがって、かかるカラーフィルタを有するディスプレイは、偏光板を必要とせず、かくしてかかるディスプレイが薄く簡単に且つ一層頑丈になるという顕著な利点を有している。
【００１４】
好ましい実施形態では、カラーフィルタは、白色光を濾波するフィルタであり、第１の色、第２の色及び第３の色はそれぞれ、赤色、緑色及び青色である。原理的には、第１の色、第２の色及び第３の色の選択並びにカラーフィルタが濾波しようとしている色に関して制約は無いが、多くの用途（フルカラーディスプレイは一例である）では、フィルタは入力として白色光で動作し、選択的に透過されるべき色として、赤色、緑色及び青色を用いることが必要である。赤色領域、緑色領域及び青色領域で透過される光の量を変えることにより、赤色、緑色及び青色により構成される色の三角形に含まれる任意の色を、別々の光ビームが人の目によって配合された状態で知覚されたときに作ることができ、かかる配合は、人の目がこれらを分解できないほど小さなサイズを有する赤色領域、緑色領域及び青色領域を用いることにより容易になる。白色光を濾波するカラーフィルタの変形実施形態では、第１の色、第２の色及び第３の色は、それぞれシアン、マゼンタ及びイエローである。かかるカラーフィルタは、高い明るさをもたらすディスプレイ、例えばプロジェクション型ディスプレイに特に有用である。
【００１５】
ディスプレイの性能の観点からは、４以上の領域を用いることが有利な場合がある。したがって、特定の実施形態は、第４の領域を更に有し、第４の領域は、第４の１軸秩序状態の基材と、フィルタに入射した光に応答して第４の色の光を選択的に透過するようになった第４の等方性色材と、第４の基材によって１軸に揃えられていて、第４の色の光を吸収するようになった第４のダイクロイック色材とから成るカラーフィルタに関する。一例は、ＣＭＹＫ色方式を得るためにシアン、マゼンタ、イエローカラーフィルタ中に別個の黒色領域を用いることである。
【００１６】
好ましい実施形態では、第１及び／又は第２及び／又は第３及び／又はもし設けられていれば第４の基材は、同一材料である。原理的には第１の領域、第２の領域及び第３の領域、更にもし設けられていれば第４の領域についての基材は互いに異なっていてもよく、これはダイクロイック色材の整列及び等方性色材の分散を最適化する上で一層大きな自由度をもたらすので有利であるが、カラーフィルタの製造は、同種の基材を各領域に用いると簡単になる。特に、同一の材料を用いることにより、第１、第２及び第３の領域の基材を一被着工程で用意できるという可能性が開かれる。
【００１７】
本発明のカラーフィルタの特定の実施形態は、液晶又はポリマー基材を有する。
【００１８】
基材は、ダイクロイック染料を揃えることができるよう１軸秩序状態で設けられる。「１軸」という用語は、「２軸」を含む。かかる基材は、それ自体当該技術分野において知られており、主要な例は、液晶、特にネマチック液晶、１軸秩序ポリマーである。液晶を用いることにより、ダイナミックな、即ち電気的に切換え可能なカラーフィルタを構成できる。延伸により得られた１軸秩序ポリマーが用いられており、それ自体当該技術分野において知られており、又は（光）重合性又は（光）架橋性液晶組成物から得られたポリマーも又それ自体当該技術分野において知られている。
【００１９】
本発明のカラーフィルタの別の特定の実施形態は、等方性及び（又は）ダイクロイック色材が染料又は顔料であるものである。適切に用いることができる等方性及びダイクロイック色材について特別な制約はなく、選択は特に、一方においては領域の所望の色、他方においてはカラーフィルタが動作するのが望ましいフィルタへの入射光のスペクトルで決まる。
【００２０】
従来型吸収カラーフィルタに用いられる染料及び顔料は適当には、等方性色材として使用できる。等方性色材は、有機であっても無機であってもよい。特に、等方性色材は、基材中に秩序性がランダムなダイクロイック色材であるのがよい。
【００２１】
色材（等方性色材及び（又は）ダイクロイック色材）は、１つの一光吸収化合物から成るのがよいが、特定の吸収要件を満たすように光吸収化合物の組合せも使用できる。例えば、白色光が色材に入射したとき、色材が赤色光を選択的に透過する場合、緑色吸収化合物と青色吸収化合物の組合せを用いるのがよい。
【００２２】
ダイクロイック色材は、個々の粒子が偏光選択的吸収性を有する顔料であるのがよい。顔料粒子を基材中に１軸配向することにより（これは、例えば個々の粒子が長円形の形をしている場合、容易なので都合がよい）、吸収性の遷移モーメントは、偏光選択的吸収性を達成するよう同一方向に整列状態になる。かかる基材とダイクロイック色材の組合せの一例は、ディリックス等のＩＮＳＰＥＣＡＮ６６７０１９９に提供されている。変形例として、ダイクロイック色材は、個々の分子が基材中に均一に分散した染料であってもよく、個々の分子は、方向依存性であり、かくして偏光選択性の吸収度を有する発色団を有する。個々の分子を同一方向に１軸配向することにより（これは、分子が長円形の形をしている場合、有利に達成される）、遷移モーメントは、偏光選択性吸収度を提供するよう同一方向に整列状態になる。大抵の染料は形状が長円形ではなくても少なくとも非球形である分子を有するので、本発明のカラーフィルタに適切に使用できる広い選択範囲のダイクロイック色材を利用できる。適当な例は、米国特許第６，１３３，９７３号明細書に開示されている。
【００２３】
ダイクロイック色材を基材から分離した分子として一領域中に分散させるのがよいが、基材の分子の一部であってもよく、整列を容易にするよう基材の分子の一部として一領域中に分散させてもよい。したがって、本発明の特定の実施形態としてのカラーフィルタは、ダイクロイック色材と基材が組み合わされて上記領域の等方性色材により選択的に透過される色を吸収するようになっている１つの１軸配向ダイクロイック基材になった領域を有する。好ましくは、第１の色及び／又は第２の色及び／又は第３の色の領域は全てこの特徴を有する。
【００２４】
ダイクロイック色材の吸収スペクトルを調整して等方性色材の透過スペクトルにできるだけ近くマッチさせるのがよい（換言すると、ダイクロイック色材は、等方性染料が選択的に透過する光を選択的に吸収する）が、これは必要不可欠というわけではなく、そのバンド幅は、広くてもよい。ダイクロイック色材のバンド幅は、カラーフィルタの濾波のための設計対象である光のスペクトル全体に及ぶほど広いものであるよう選択できる。これは、各領域、即ち、第１、第２又は第３の領域について、同一のダイクロイック色材を利用できるという利点を有する。したがって、特定の実施形態では、本発明のカラーフィルタは、第１の領域、第２の領域及び第３の領域が、第１の色、第２の色及び第３の色をそれぞれ吸収するようになった共通のダイクロイック色材から成るカラーフィルタである。
【００２５】
好ましい実施形態では、本発明は、第１の基板、第２の基板及びこれら基板相互間に設けられた本発明のカラーフィルタを有する液晶ディスプレイセルに関する。一体形偏光機能が基板相互間に存在し、かくして基板によって保護される本発明のカラーフィルタの提供の結果として、ディスプレイセルは、外部に設けられた偏光板よりも損傷を受けにくい。
【００２６】
偏光コントラスト（効率）が、特定の用途にとって不十分であることが判明すると、カラーフィルタを従来型直線吸収偏光板と組み合わせて偏光コントラストを向上させることができる。かかる従来型偏光板が受け入れる光は、既に相当な程度まで偏光されているので、比較的薄い偏光板を用いることができる。
【００２７】
しかしながら、ディスプレイセルの好ましい実施形態では、偏光板は、基板相互間に設けられる。かかる偏光板（これは又、当該技術分野においてはセル内偏光板と呼ばれる）は、それ自体当該技術分野において知られている。本発明のカラーフィルタとかかるセル内偏光板の組合せは、セル内偏光板の偏光コントラストが、ディスプレイＬＣＤセルの外部に用いられる従来型偏光板と比較して一般に低いので特に有利である。
【００２８】
ホメオトロピック整列状態のダイクロイック色材を用いると、法線入射光について最適に動作するよう設計された従来型直線吸収偏光板の視角依存性を向上させることができる。したがって、本発明の特定の実施形態では、本発明は、基材が平らな１軸秩序状態の請求項１記載のカラーフィルタとカラーフィルタの第１の領域、第２の領域及び第３の領域と反対側に配置された第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有するホメオトロピック秩序状態の層の組合せであって、ホメオトロピック秩序状態の層の第１の領域は、第１のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第１の基材によってホメオトロピックに揃えられた第１のダイクロイック色材を有し、第１のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第１の領域の第１のダイクロイック色材と同一であり、ホメオトロピック秩序状態の層の第２の領域は、第２のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第２の基材によってホメオトロピックに揃えられた第２のダイクロイック色材を有し、第２のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第２の領域の第２のダイクロイック色材と同一であり、ホメオトロピック秩序状態の層の第３の領域は、第３のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第３の基材によってホメオトロピックに揃えられた第３のダイクロイック色材を有し、第３のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第３の領域の第３のダイクロイック色材と同一であることを特徴とする組合せに関する。
【００２９】
カラーフィルタの用途は、ディスプレイ、写真及び照明のような種々の分野に見出すことができる。カラーフィルタは、フルカラー性能を達成するよう液晶ディスプレイ装置で特に有用である。したがって、本発明は、特に、本発明のカラーフィルタを有する液晶ディスプレイ装置に関する。特に、本発明は、第１及び第２の基板並びにこれらの間の本発明のカラーフィルタを備えたディスプレイセルを有する液晶ディスプレイ装置に関する。カラーフィルタを有するディスプレイは、透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ又は半透過型ディスプレイであるのがよい。
【００３０】
本発明者は、発明を開示したが、当業者であれば、用途に応じて、カラーフィルタが別々の第１、第２及び第３の領域を有することは必ずしも必要ではなく、任意の領域をフルカラーディスプレイ以外の技術分野において有用なカラーフィルタをもたらすことは理解できよう。
【００３１】
したがって、本発明は、広義において、入射した光を濾波する偏光選択性カラーフィルタであって、１軸秩序状態の基材、フィルタに入射した光から第１の色の光を選択的に透過するようになった等方性色材及び基材によって１軸に揃えられていて、第１の色の光を吸収するようになったダイクロイック色材から成る少なくとも１つの領域を有することを特徴とするカラーフィルタに関する。
【００３２】
本発明の上記特徴及び他の特徴は、添付の図面及び以下に説明する実施形態を参照すると明らかになり、更に説明がなされる。
【００３３】
図１は、本発明のカラーフィルタを有する液晶ディスプレイ装置、特に、透過型アクティブマトリックスフルカラー液晶ディスプレイ装置の概略断面図である。
【００３４】
ディスプレイ１は、ガラス、合成樹脂、又は他の適当な材料で作られた第１の透明な基板２、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）で作られた透明な電極６を有し、ディスプレイの個々のガスを切り換えるアクティブスイッチング素子４を有するアクティブプレート８を有している。パッシブプレート１０が、透明な基板１２、本発明の偏光選択性カラーフィルタ１４及び透明な対向電極１６を有している。ねじれ（超ねじれ）ネマチック液晶層１８が、アクティブプレート８とパッシブプレート１０との間にサンドイッチされた状態で設けられている。液晶層の性状又は液晶効果は、ＬＣ層１８と関連した電気光学効果が本発明のカラーフィルタにより提供される偏光選択性を利用しなければならない限り、本発明にとって必須要件ではない。ＬＣ層１８のねじれネマチック配向状態を得るため、整列又はアラインメント層が用いられるが、これらアラインメント層は、分かりやすくするために図１には示されていない。用いられるＬＣ効果のタイプ及び用いられるＬＣ材料は、従前通りである。
【００３５】
アクティブマトリックススイッチング素子４により、電極６を個々にアドレス指定できる。各電極６は、これに隣接したＬＣ層１８の部分を切り換えることができ、かくして個々にアドレス指定可能な画素を有するディスプレイが得られる。
【００３６】
ＬＣ層１８の切換えの効果を見る人に見えることができるようにするため、ディスプレイ１は、この実施形態ではアクティブプレート８に組み込まれる偏光板（リニア、吸光性）を有する。偏光板２０は、ディスプレイセル２２の外側に配置される従来型の偏光板であってよいが、基板１２，４相互間に位置するその内部上に配置されてもよい。第２の偏光手段が、偏光選択性カラーフィルタ１４に組み込まれている。この例では、ねじれネマチックＬＣ層１８が用いられているので、偏光板２０の透過軸線とカラーフィルタ１４の透過軸線は、互いに直角をなしている。
【００３７】
代替例として、偏光板２０をパッシブプレート１０上に配置し、カラーフィルタ１４をアクティブプレート８上に配置してもよい。
【００３８】
偏光選択性カラーフィルタ１４は、電極６の各々の反対側に、赤色光を選択的に透過する第１の領域１４Ｒ、緑色光を選択的に透過する第２の領域１４Ｇ及び青色光を選択的に透過する第３の領域１４Ｂを有している。これら領域は、アレイ状のＲＧＢトリプレットを形成するようグループ化されており、各トリプレットは、領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ（図２には示さず）から成る。
【００３９】
互いに異なる色付き領域の数は、必ずしも３つである必要はなく、カラーフィルタの特定の用途に応じて、これよりも少ない又は多くてよい。例えば、赤色領域、緑色領域及び青色領域から出た光を配合することによっては満足のゆく程度の純粋な白色が得られない場合透明であり、入射する光を全く吸収しない第４の領域をカラーフィルタ中に設けてもよい。また、コントラストを向上させるため、電極と反対側に配置された領域を包囲するマトリックスとして配置された黒色領域を設けてもよい。本実施形態では、全ての領域は同一方向に１軸整列関係にあることが想定される。しかしながら、これは必須要件ではない。特に、サブピクセレーション（sub-pixelation）を用いて例えば視角依存性を最適化する場合、揃え又は整列方向を一サブ画素（サブ画素）と別のサブ画素では異なるようにし、したがって、１軸整列方向を有するサブ領域をサブ画素の整列関係と一致させることが関心の対象である場合がある。
【００４０】
本実施形態では、赤色領域、緑色領域及び青色領域は、フルカラー機能性を得るために用いられ、フィルタ１４は、白色光を濾波するよう設計されている。他のカラー方式、例えば、周知のシアン・マゼンタ・イエロー（ＣＭＹ）又はシアン・マゼンタ・イエロー・ブラック（ＣＭＹＫ）方式も可能である。明らかなこととして、色材の適当な選択により、カラーフィルタは、可視スペクトルの任意他の部分について動作するよう製作されたものであるのがよい。スペクトルの赤外領域又は紫外領域であっても使用できる。
【００４１】
カラーフィルタの厚さは代表的には、５０ｎｍ〜１００μｍ、特に１００ｎｍ〜１０μｍである。フィルムの厚さは、色材の吸収能に従って選択される。
【００４２】
動作において、光源２４からの白色光は、偏光板２０によって偏光されて直線偏光が生じる。画素のＯＦＦ状態、即ち、画素に電圧が印加されていない場合、ＬＣ層１８で光の偏光９０゜又はその奇数倍回転させる。カラーフィルタ１４の透過軸線は偏光板２０の透過軸線に対し直角をなしているので、光は、カラーフィルタによって透過され濾波されて所望の色が得られ、他方、偏光は変化しないままである。他方、画素のＯＮ状態では、ＬＣ層１８は、これに入射した光の偏光を回転させず、したがって、画素に対応したカラーフィルタ１４の領域に吸収される。
【００４３】
図２は、本発明のカラーフィルタの一領域の概略断面図である。
【００４４】
カラーフィルタ１４の一領域（一例として、領域１４Ｒが図２に示されている）は、基材１４ａ、第１の等方光吸収性物質１４ｂ、第２の等方光吸収性物質１４ｃ及びダイクロイック色材１４ｄを有し、第１及び第２の光吸収物質は協働して等方性色材１４ｂｃを形成している。
【００４５】
本実施形態では、基材１４ａは、固体、特にポリマーであることが想定されている。しかしながら、これは必須要件ではなく、カラーフィルタが切換え可能である場合、特に有用な液体、特に液晶基材も又使用できる。
【００４６】
基材は、この領域中に等方性及びダイクロイック色材の均一の分散を可能にする機能を有する。基材は、かかる基材中に分散されたダイクロイック色材の１軸整列を行う機能を更に有している。この機能性を得るため、基材１４ａは、１軸に配列されている。図１及び図２に示すカラーフィルタでは、基材は、平らな１軸秩序状態にあり、即ち、１軸は、光入射面１５に実質的に平行に延びている。基材及びかくしてダイクロイック色材を平らに１軸秩序することにより、偏光選択性が、法線入射光にとって最適であり、偏光選択性は、入射角（法線から測定した角度）が増大すると、低くなる。変形例として、１軸秩序は、ホメオトロピックであってよく、その結果、ダイクロイック色材は、光入射面１５に対し直角に差し向けられる。ダイクロイック色材はこのように配列されているので、偏光選択は、法線入射では最も悪く、入射角の増大につれて良好になる。
【００４７】
１軸秩序状態にしてこれを維持することができ、ダイクロイック染料を位置合わせできる基材は、それ自体当該技術分野において知られており、主な例は、液晶、特にネマチック液晶及び１軸秩序ポリマーである。延伸により得られる１軸秩序ポリマーを使用できる。かかるポリマーは、それ自体当該技術分野において知られている。例としては、延伸ポリエチレン、ポリエチレンナフタレン（ＰＥＮ）、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレート及び他のポリマー、例えば、米国特許第６，１３３，９７３号明細書に開示されているものが挙げられる。
【００４８】
「光」重合性及び（又は）「光」架橋性液晶組成物から得られたポリマーも又、１軸秩序ポリマーを得るために使用できる。かかるポリマーは、それ自体当該技術分野において知られており、例えば国際公開第ＷＯ８８／０００２２７号パンフレットを参照されたい。重合性及び（又は）架橋性液晶の例としては、１以上の重合性基、例えばアクリレート（メタクリレート）基、ビニルエーテル基、ビニル基、オキセタンキ基又はエポキシ基を備えたメソジェニック（mesogenic）物質である。チオレン（系）も又使用できる。架橋性液晶組成物は、カラーフィルタの互いに異なる色付き状態の領域が別々の連続工程で被着される場合に特に魅力がある。というのは、先に被着された架橋領域が別な領域を被着させるのに必要な処理に対する抵抗、特に溶剤抵抗を向上させるからである。
【００４９】
領域中の基材の含有量は、代表的には９５重量％以下、特に９０重量％以下である。これは、層中の固形物の量を基準として約２０％〜約９０％の量で存在することが好ましい。より好ましい範囲は、約３０％〜約７０％、最も好ましくは、約３５％〜約６５％である。
【００５０】
原理的には例えばダイクロイック色材の整列及び等方性色材の分散を最適化するよう第１の領域、第２の領域及び第３の領域、更にもし設けられていれば第４の領域についての基材は互いに異なっていてもよいが、カラーフィルタの製造は、同種の基材を各領域に用いると、簡単になる。特に、同一の材料を用いることにより、第１、第２及び第３の領域の基材を１被着工程で用意する可能性が開かれる。
【００５１】
本発明のカラーフィルタの領域１４Ｒは、等方性色材を有している。本発明の関連では、等方性という用語は、選択的に透過される光の色が入射光の偏光方向に依存していないことを意味する。具体的に説明すると、色は、濾波されるべき光がフィルタに入射する角度の範囲内で独立である。色材は、単一形式の光吸収物質から成るのがよいが、図２に示すように、複数の光吸収物質から成っていてもよい。
【００５２】
等方性色材が当該技術分野において周知である。特に、液晶ディスプレイ用の吸収性カラーフィルタに従来用いられている色材は、本発明のカラーフィルタ中に適切に使用できる。
【００５３】
色材は、個々の顔料粒子で構成された顔料であってもよく、個々の分子で構成された染料であってもよい。色材は、有機であってもよく、無機であってもよい。個々の顔料粒子又は個々の染料分子を基材中に均一に分散させる。方向独立性色を提供するため、色材を基材中に等方的に分散させなければならない。図２の等方性色材１４ｂにより示すように、これは、粒子又は分子が多かれ少なかれ球形である色材を用いることにより達成できる。当該技術分野において知られている染料分子のうち球形であるものは多くはなく、顔料粒子は、好ましい方向を持たないという意味で、多かれ少なかれ球形である場合が多い。変形例として又は最も可能性の高い追加例として、形状が非対称の分子又は粒子を有する色材を用いてもよい。ただし、個々の染料分子又は顔料粒子を、図２に等方性光吸収物質１４ｃで示されているように基材内にランダムな向きで分散させることを条件とする。顔料が選択された場合、粒径は、液晶ホストの向きを大きく乱さないよう好ましくは小さく、例えば１００ｎｍ未満である。
【００５４】
図２においては、２つの別々の等方性色材１４ｂ，１４ｃが赤色光を選択的に透過する組合せ効果を発揮した状態で用いられている。例えば、等方性色材１４ｂは、緑色光を吸収し、等方性色材１４ｃは、ディスプレイに入射した白色光の青色部分を吸収する。しかしながら、緑色について１つ、青色について１つの２つの発色団又は単一の広帯域発色団を有する単一の等方性色材も又使用できる。変形例として、等方性色材を基材に一体化して所望の色の光を選択的に透過する等方性１軸秩序基材を形成してもよい。これは、基材分子を等方性染料分子に共有結合させることにより実現できる。
【００５５】
本発明において利用可能な等方性色材の幾つかの市販の非選択的な例は、ベンジジンイエローＧ（Ｃ．Ｉ．２１０９０）、ベンジジンイエローＧｒ（Ｃ．Ｉ．２１１００）、パーマネントイエローＤＨＧ（ヘキストＡＧの製品）、ブリリアントカルミン６Ｂ（Ｃ．Ｉ．１５８５０）、ローダミン６Ｇレーク（Ｃ．Ｉ．４５１６０）、ローダミンＢレーク（Ｃ．Ｉ．４５１７０）、フタロシアニンブルー非結晶（Ｃ．Ｉ．７４１６０）、フタロシアニングリーン（Ｃ．Ｉ．７４２６０）、カーボンブラック、ファットイエロー５Ｇ、ファットイエロー３Ｇ、ファットレッドＧ、ファットレッドＨＲＲ、ファットレッド５Ｂ、ファットブラックＨＢ、ザポンファストブラックＲＥ、ザポンファストブラックＧ、ザポンファストブルーＨＦＬ、ザポンファストレッドＢＢ、ザポンファストレッドＧＥ、ザポンファストイエローＧ、キナクリドンレッド（Ｃ．Ｉ．４６５００）である。
【００５６】
等方性色材は好ましくは、カラーフィルタの領域を一様に着色するのに十分な量で存在する。これは好ましくは、層中の固形物の重量を基準として約５％〜約５０％の量で存在する。より好ましい範囲は、約１０％〜約４０％、最も好ましくは約１５％〜約３５％である。
【００５７】
本発明のカラーフィルタの領域は、ダイクロイック色材、特に、基材により１軸に揃えられたダイクロイック色材から成る。図２においては、ダイクロイック色材１４ｅは、赤色光を吸収する。特に、ダイクロイック色材１４ｅは、１軸配向されているので、吸収が、偏光選択性である。
【００５８】
図２においては、染料又は顔料が１つだけ用いられるが、一般に、ダイクロイック色材は、複数の染料及び（又は）顔料から成るのがよい。
【００５９】
ダイクロイック色材は、個々の粒子が偏光選択性の吸収度を有する顔料であるのがよい。顔料粒子を基材中に１軸配向することにより（これは、個々の粒子が長円形の形をしている場合、容易なので都合がよい）、吸収の遷移モーメントは、偏光選択性吸収度を達成するよう同一方向に整列状態になる。一例は、ディリックス等のＩＮＳＰＥＣＡＮ６６７０１９９に提供されている。
【００６０】
代替例として、ダイクロイック色材は、個々の分子が基材中に均一に分散した染料であってもよく、個々の分子は、方向依存性であり、かくして偏光選択性の吸収度を有する発色団を有する。個々の分子を同一方向に１軸配向することにより（これは、分子が長円形の形をしている場合、有利に達成される）、遷移モーメントは、偏光選択性吸収度を提供するよう同一方向に整列状態になる。大抵の染料は形状が長円形ではない場合、少なくとも非球形である分子を有し、したがって、方向依存性のある遷移モーメントを備えた吸収度を有するので、広い選択範囲のダイクロイック色材が利用できる。適当な例は、米国特許第６，１３３，９７３号明細書に開示されている。特に適したダイクロイック染料は、次の化学式を有している。
【化１】
2006503324.tif 000003
又は、
【化２】
2006503324.tif 000004
【００６１】
ダイクロイック色材は好ましくは、等方性色材により選択的に透過された光の一偏光成分を吸収するのに十分な量で存在する。これは、層中の固形物の重量を基準として約５％〜約５０％の量で存在する。より好ましい範囲は、約１０％〜約４０％、最も好ましくは約１５％〜約３５％である。
【００６２】
ダイクロイック色材を基材から分離した分子として分散させるのがよいが、基材の分子の一部であってもよく、これにより、整列が容易になると共にカラーフィルタの一領域を構成する成分の数が減少する。ダイクロイック色材及び基材の一体化が、例えばダイクロイック染料分子を基材の分子に共有結合させて１軸秩序のダイクロイック基材を形成することにより達成できる。
【００６３】
ダイクロイック色材の吸収スペクトルを調整して等方性色材の透過スペクトルにできるだけ近くマッチさせるのがよい（換言すると、等方性染料が選択的に透過する光を選択的に吸収する）が、このことが必要不可欠というわけではなく、そのバンド幅は、広くてもよい。ダイクロイック色材のバンド幅は、カラーフィルタの濾波のための設計対象である光のスペクトル全体に及ぶほど広いものであるよう選択できる。これは、各領域、即ち、第１、第２又は第３の領域について、同一のダイクロイック色材を利用できるという利点を有する。したがって、第１の領域、第２の領域及び第３の領域が、第１の色、第２の色及び第３の色をそれぞれ吸収するようになった共通のダイクロイック色材から成るカラーフィルタが好ましい。
【００６４】
図２に示す等方性及びダイクロイック色材の組合せ効果は、偏光状態の赤色光をもたらすことにある。同様なやり方で、緑色になった偏光及び青色になった偏光をそれぞれもたらす領域を設けてもよい。
【００６５】
図１に示すフィルタは、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ生じさせる領域を有している。代替例として、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）領域を含む偏光選択性カラーフィルタを使用してもよい。かかるＣＭＹフィルタは例えば、赤等方性色材及び緑及び青ダイクロイック色材から成る第１の領域、緑等方色材並びにダイクロイック赤及び青色材から成る第２の領域、及び青等方性色材並びに赤及び緑ダイクロイック色材から成る第３の領域によって形成できる。
【００６６】
本発明のカラーフィルタを製造するのに種々の方法を利用できる。
【００６７】
第１の方法では、適当な基板上に、連続した第１、第２及び第３のパターンニング工程により第１、第２及び第３の領域を形成し、第１、第２及び第３のパターンニング工程では、基材、等方性色材及びダイクロイック色材から成るフィルム形成組成物を被着させ、基材及びかくしてダイクロイック色材をこのように被着されたフィルム形成組成物中で１軸配向させ、もしあれば、フィルム形成を可能にするために添加される一以上の成分、例えば溶剤を上記のように被着されたフィルム形成組成物から除去して第１、第２又は第３の領域を形成する。
【００６８】
色材及び基材を別々の工程で被着させることもできる。したがって、第２の方法は、適当な基材上に１軸秩序状態の基材層を被着させる工程を含み、この層は、連続したものであり、又は複数の別々の領域を有し、次に第１、第２及び第３の等方性及びダイクロイック色材を連続したパターンニング工程で基材の層中へ拡散させるようパターンニングされる。
【００６９】
全ての領域に共通のダイクロイック色材を第２の方法で用いる場合、ダイクロイック色材を基材と一緒に被着させるのがよい。
【００７０】
基材を直接その最終形態で被着させることができ、これは、基材が液晶又は延伸ポリマーフィルムである場合に都合がよい。基材を前駆体の形態で被着させてもよく、これは、被着後、その最終形態に変換される。かかる前駆体の例は、（光）重合性又は特定の（光）架橋性液晶材料であり、これを１軸秩序付け後、（光）重合させ又は架橋させて１軸秩序状態のポリマー又は架橋基材を形成する。
【００７１】
被着させた基材を色材蒸気又は色材を含有した溶液にさらすことにより、基材中へ拡散する色材を形成するのがよい。
【００７２】
第１、第２及び第３の領域を形成する適当なパターンニング法としては、フォトリソグラフィー又は所望のパターンに従って基板の一時的なマスキングを可能にする別の方法、印刷法、例えばインクジェット印刷、フレキソ印刷、マイクロコンタクト印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷が挙げられる。例えばマルチノズルインクジェット印刷により互いに異なる色付き領域を一パターンニング被着工程で被着させてもよく、又は連続パターンニング工程で被着させてもよい。連続パターンニング工程を用いる場合、基板及び基材は、連続パターンニング工程に対して耐性があるよう選択されなければならない。架橋基材を用いると、かかる耐性を達成することができる。基材又はその前駆体を１軸配向することは、従来手段、例えばアラインメント層により、基材を電界及び（又は）磁界にあてることにより、或いは機械的手段、例えば剪断力誘発配向によって行うことができる。
【００７３】
一例として、カラーフィルタ１４を以下のようにして製造できる。ガラス基板を例えばスピンコート法により基板上に前駆体ポリイミド（日本合成ゴム株式会社（Japan Synthetic Rubber）から市販されているＡＬ１０５１）の例えば３０〜１５０ｎｍの薄いフィルム（薄膜）を被着させ、フィルムを２４０℃で硬化させ、そして硬化したフィルムをベルベットクロスで１軸方向にバフ磨きしてフィルムに平らな１軸整列性能を与えることによりポリイミド位置合わせ層で被覆する。次に、等方性及びダイクロイック色材を有する液晶アクリレート組成物を基板上にパターン方向に被着させる。被着の際、ポリイミド位置合わせ層は、上述のように被着された液晶アクリレート組成物の１軸配向を行う。液晶分子の取る配向状態をダイクロイック色材分子又は粒子上に強制し、かくしてダイクロイック色材の１軸秩序状態を誘起する。その結果、この１軸秩序状態において、１軸秩序状態を保持した状態で液晶アクリレート組成物を光重合させてカラーフィルタ１４の第１の領域１４Ｒを得る。領域１４Ｇ，１４Ｂを得るためにこの方法を２回繰り返す。このようにして得られたカラーフィルタ上にスパッタリングによりＩＴＯ電極層１６を被着させるのがよい。基板の損傷を回避するため、スパッタリング前にカラーフィルタ上に二酸化シリコン薄膜を形成することが賢明な場合がある。任意的に、カラーフィルタを平坦化するため、例えば安定性のある架橋フィルムがフォトイニシエータの存在下でＵＶ硬化により得られるよう機能性が２以上のアクリレートモノマーから成る追加のフィルムを被着させるのがよい。
【００７４】
液晶ディスプレイセル２２の偏光選択性カラーフィルタ１４を基板４，１２相互間に配置し、かくしてこれらによって保護する。カラーフィルタにより得られる偏光コントラストが特定の用途について不十分であると考えられる場合、カラーフィルタを偏光板と組み合わせると、偏光コントラストを向上させることができる。カラーフィルタが偏光をもたらすので、偏光板の厚さを減少させることができ、かくしてディスプレイの厚さが減少する。好ましくは、偏光板は又、セル２２の内側に位置する基板相互間に設けられる。
【００７５】
本発明のカラーフィルタとセル内偏光板の組合せは、一般に、内部偏光板が従来のシート状偏光板の偏光コントラストを達成することが困難なので有利である。セル内偏光板を偏光選択性カラーフィルタと組み合わせると、所望の偏光コントラスト（即ち、透過される偏光と吸収される偏光の比）を達成できると同時にセル内偏光板及び（又は）カラーフィルタの厚さを減少させることができる。ディスプレイセルの内部に配置されているカラーフィルタとセル内偏光板の組合せにより、ディスプレイセルが摩耗、機械的接触及び環境老化に対して耐性を持つようになる。セル内偏光板として適切に用いることができる偏光板は、それ自体当該技術分野において知られている。例えば、国際公開第ＷＯ０２／４２８３２号パンフレットに開示されている被覆可能な偏光板をセル内偏光板として用いることができ、米国特許第６，０４９，４２８号明細書に開示されているものも同様である。かかる偏光板の厚さは典型的には、約２００ｎｍ〜約２μｍである。図１に示すディスプレイのカラーフィルタ１４は、平らな１軸秩序状態を有し、その結果、カラーフィルタの領域に入射する光が直角に入射する場合最もよく機能する。ダイクロイック色材の吸収の遷移モーメントは、１軸整列状態の方向（これは、典型的には少なくとも長円形の色材分子又は粒子が用いられる場合である）に一致していると仮定すると、ダイクロイック色材は、１軸整列方向に伝搬する光を吸収しない。その結果、光がもし成分に分解されると、１軸整列方向に伝搬する成分を持つような角度でカラーフィルタに入射すると、偏光選択は、かかる成分については起こらず、正味の結果として、かかる非直角の角度の場合、偏光コントラストは、直角入射光については低い。
【００７６】
非直角入射光についての本発明のカラーフィルタの性能を向上させるためには、カラーフィルタをダイクロイック色材を有する層と結合するのがよく、このダイクロイック色材は、性能が向上されるべきカラーフィルタの領域に直角の方向に揃えられる。かかる整列は、当該技術分野においては、「ホメオトロピックアライメント（homeotoropic alignment）」とも呼ばれる。したがって、平らな１軸秩序状態の少なくとも第１、第２及び第３の基材を有するカラーフィルタの偏光コントラストの視角依存性は、カラーフィルタの第１の領域、第２の領域及び第３の領域と反対側に配置された第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有するホメオトロピック秩序状態の層と組み合わされると向上し、ホメオトロピック秩序状態の層の第１の領域は、第１のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第１の基材によってホメオトロピックに揃えられた第１のダイクロイック色材を有し、第１のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第１の領域の第１のダイクロイック色材と同一であり、ホメオトロピック秩序状態の層の第２の領域は、第２のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第２の基材によってホメオトロピックに揃えられた第２のダイクロイック色材を有し、第２のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第２の領域の第２のダイクロイック色材と同一であり、ホメオトロピック秩序状態の層の第３の領域は、第３のホメオトロピック秩序子状態の基材及び第３の基材によってホメオトロピックに揃えられた第３のダイクロイック色材を有し、第３のダイクロイック色材は、カラーフィルタの第３の領域の第３のダイクロイック色材と同一である。好ましくは、ホメオトロピック秩序状態の層は、カラーフィルタに隣接して設けられ、したがって、ディスプレイセルの内部に設けられる。
【００７７】
ホメオトロピック秩序状態の層、特にホメオトロピックに揃えられたダイクロイック染料を有するホメオトロピック秩序状態の層が、それ自体当該技術分野において知られており（例えば、欧州特許第６０８９２４号明細書を参照されたい）、本発明のカラーフィルタと組み合わせて効果的に使用できる。
【００７８】
図１に示すフルカラー液晶ディスプレイは、アクティブマトリックスディスプレイであるが、これは必要不可欠であるというわけではなく、本発明のカラーフィルタは又、パッシブマトリックスディスプレイ又はセグメント状ディスプレイに用いることができる。
【００７９】
ディスプレイ１は、透過型ディスプレイであるが、本発明は、反射型又は半透過型液晶ディスプレイにそのまま利用できる。
【００８０】
反射型液晶ディスプレイの第１の実施形態は、直線偏光をもたらす本発明の偏光選択性カラーフィルタ、リターデーション層と液晶層の組合せであって、四分の一波長リターデーション又はその奇数倍を有する状態とゼロ又は二分の一（半）波長リターデーション又はその倍数の状態との間で切換えを行うようになった組合せ、及び反射時に、入射した円偏光の左右配置状態を変換する光反射面を連続的に有している。カラーフィルタは、周囲光を偏光して取り除き、直線偏光の反射光を分析する。この第１の実施形態は、反射板を有していないという点で魅力的であり、所要の偏光機能性は、カラーフィルタに含まれている。さらに、液晶層が第１の基板と第２の基板との間にサンドイッチされ、第１の基板が液晶の目視側に設けられている場合、カラーフィルタを第１の基板と液晶層との間に、又は好ましくは第１の基板上に設けるのがよく、かくして、ディスプレイの頑丈さが向上する。
【００８１】
反射型液晶ディスプレイの第２の実施形態は、直線吸収偏光板、直線偏光を切り換える液晶層、直線偏光に対して選択的な本発明のカラーフィルタ及び光反射斜面を連続的に有する。この第２の実施形態の利点は、ブライト（明るい）及びダーク（暗い）状態をもたらすためには、一般に比較的厚く且つ高価なリターデーション層は不要であり、更に、多種多様なＬＣ効果、例えば（超）ねじれネマチック平面内スイッチング又はゼロ又は半λリターデーション又はその任意の奇数倍相互間で切換えを行うことができる任意他のＬＣ効果を利用できるということにある。
【００８２】
カラーフィルタは、半透過型ディスプレイにおいて特に有用である。かかる半反射型ディスプレイの実施形態は、直線吸収偏光板、直線偏光を切り換える液晶層、直線偏光をもたらす本発明のカラーフィルタ及び反射領域及び透明領域をもたらすようパターニングされた光レフレクタ、即ち半透過板を連続して有し、反射領域及び透明領域は、ディスプレイを周囲光で動作させる反射領域及びディスプレイをバックライトからの光を透過させて動作させる透明領域を有する個々にアドレス指定可能なガスに相当するようグループ化されている。反射の際、ディスプレイは、上述した反射型ディスプレイと同一の態様で動作し、透過の際、ディスプレイは、図１の透過型ディスプレイ１と同様に動作する。この半透過型ディスプレイの利点は、リターダが不要であり、ＬＣ層が共通の１つ、例えば、（超）ねじれネマチックであるということにある。
【００８３】
図１及び図２のカラーフィルタは、その機能性がカラーフィルタに電界を印加したときに変化しないという点において静的な光学部品である。しかしながら、本発明は、かかるカラーフィルタには限定されない。本発明は又、電気光学的カラーフィルタに関し、そのフィルタリング特性は、フィルタに電界を印加することにより偏光できる。カラーフィルタを電気的に切換え可能にすることにより、カラーフィルタは、例えばディスプレイのアクティブ光変調素子になることができる。かかるカラーフィルタを有するディスプレイは、従来型ディスプレイよりも偏光板の数が少なく、かくして、結果的に単純で薄く且つ費用効果のよいディスプレイが得られる。
【００８４】
かかる電気的に切換え可能なカラーフィルタは、液晶基材を用いることにより実現できる。本発明の特定の実施形態では、一領域の基材は、カラーフィルタを電気的に切換え可能にする液晶である。電気的に切換え可能である液晶及びかかる液晶を用いて達成できる電気光学効果は、当該技術分野において周知である。
【００８５】
かかる切換え可能なカラーフィルタの特定の実施形態は、局所的に平らな１軸秩序状態、例えば、ねじれ又は超ねじれ液晶状態であるのがよい平らな１軸秩序状態とホメオトロピック配列状態との間で切換え可能な液晶を有する。平らな１軸配向状態では、本発明の切換え可能なカラーフィルタは、法線入射光について偏光選択性である。ダーク状態を得るために、カラーフィルタは、単一の直線吸収偏光板と組み合わされ、その吸収軸線は、液晶及びダイクロイック色材の平らな１軸秩序状態に揃えられる。液晶をホメオトロピック配列状態に切り換えると、この中に分散しているダイクロイック色材も又、ホメオトロピック配列状態を採用するようになり、したがって、法線方向に伝搬している光を吸収できない。すると、カラーフィルタは、非偏光を伝える。この非偏光の一成分だけが、直線偏光板中に吸収され、その結果所望の色のブライト状態が得られる。
【００８６】
図３は、本発明の電気的に切換え可能なカラーフィルタの概略断面図である。切換え可能なカラーフィルタ３１のより具体的な実施形態は、領域又は画素３２，３３を有し、これらの基材は、ホメオトロピック配列状態の液晶３４ｂ及び架橋液晶のホメオトロピックに配列されたポリマーネットワーク３４ａから成る異方性ゲル３４ａｂであり、この架橋液晶は、ゲル３４ａｂ全体を通じて液晶３４ｂ中に浸漬され、そのダイクロイック色材３４ｃは、配列状態の液晶３４ｂによって揃えられる。異方性ゲルはそれ自体知られており、これについては例えば米国特許第５，１８８，７６０号明細書を参照されたい。ゲルは、等方性色材を更に有するが、分かりやすくするために、等方性色材は、図３には示されていない。静的カラーフィルタに適したものとして上述した等方性及びダイクロイック色材も又、電気的に切換え可能なカラーフィルタに適切に使用できる。ダイクロイック色材３４ｃ、ネットワーク３４ａ及び液晶３４ｂが例えば画素３３内に示されるように全てホメオトロピックに秩序付けされていれば、カラーフィルタの画素は、明るく見え、等方性色材により選択的に透過される色を提供する。画素３２に示すように、適当な磁界を印加すると、液晶分子３４ｂは、ポリマーネットワーク３４ａのホメオトロピック秩序状態を維持しながらダイクロイック色材３４ｃと共に平らな１軸秩序状態になり、その結果、カラーフィルタは、これに入射した光を散乱させるホメオトロピック状態から平らな１軸状態へのかかる切換えを可能にするため、それ自体当該技術分野において周知である負の誘電異方性を有する液晶を使用できる。散乱は、散乱事象により偏光解消が生じると入射光の両方の偏光方向が平らな１軸秩序ダイクロイック色材３４ｃによって最終的に吸収され、その結果ダーク状態が得られるという効果を有する。この実施形態の電気的に切換え可能なカラーフィルタは、偏光板が不要であるという顕著な利点を有し、かくしてかかるフィルタを有するディスプレイを薄く且つ単純に、しかも頑丈にする。要約すると、本発明は、第１の色、例えば赤色、第２の色、例えば緑色及び第３の色、例えば青色の偏光をそれぞれ提供する第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有する偏光選択性カラーフィルタに関する。この目的のため、第１、第２又は第３の色を選択的に透過する等方性色材、１軸秩序の基材及び１軸秩序の基材によって位置合わせされていて、等方性色材により選択的に透過された光を吸収するダイクロイック色材を有する一領域が設けられる。配列状態のダイクロイック色材は、カラーフィルタを偏光選択性にする。カラーフィルタを液晶ディスプレイ装置に用いると、偏光板を省略することができ、かくしてその結果、単純で薄く且つ費用効果がよく、しかも無しで済まされる偏光板がディスプレイセルの外部に位置している場合には、より頑丈なディスプレイ装置が得られる。広義には、カラーフィルタは、正確に３つの互いに異なるタイプの領域を有する必要はなく、特定の用途が必要とすれば、任意他の数も又使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明のカラーフィルタを有するフルカラー液晶ディスプレイ装置の概略断面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタの一領域の概略断面図である。
【図３】本発明の電気的に切換え可能なカラーフィルタの概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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