(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を備えた２つの基板の間に存在するネマチック液晶材料層を有する液晶ディスプレイセルと、少なくとも１つの偏光子と少なくとも１つの光学的異方性層とからなり、該光学的異方性層がポリ−ｐ−キシレンあるいはその誘導体からなることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
光学的異方性層の光学軸が基板を横断する方向にある角度で延在している、請求項１記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
光学的異方性層が塩化ポリ−ｐ−キシレンからなる、請求項１又は２記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項４】
所定の電圧でネマチック液晶材料層を通じて平均を取った場合、光学的異方性層の光学軸が実質的に液晶分子の配光ベクトルの方向と平行である、請求項１−３のいずれか一項記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項５】
該所定の電圧で伝搬が実質的にゼロである、請求項４記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項６】
光学的異方性層が少なくとも１つのその境界表面上に表面構造を有する、請求項１−５のいずれか一項記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
光学的異方性層が少なくとも１つのその境界表面上に鋸歯形の構造を有する、請求項６記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項８】
光学的異方性層の両境界表面がその方向を互いに回転させた鋸歯形の構造を有する、請求項７記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項９】
光学的異方性層がまた単一の軸対称性を有する層を備える、請求項１−８のいずれか一項記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項１０】
光学的異方性材料の層からなるリタルデーション層において、光学的異方性層がポリ−ｐ−キシレンからなることを特徴とするリタルデーション層。
【請求項１１】
光学的異方性層が少なくとも１つのその境界表面上に表面構造を有する、請求項１０記載のリタルデーション層。
【請求項１２】
光学的異方性層が少なくとも１つのその境界表面上に鋸歯の形の構造を有する、請求項１１記載のリタルデーション層。
【請求項１３】
光学的異方性層の両境界表面がその方向を互いに回転させた鋸歯形の構造を有する、請求項１２記載のリタルデーション層。
【請求項１４】
光学的異方性層がまた単一の軸対称性を有する層を備える、請求項１０−１３のいずれか一項記載のリタルデーション層。
【請求項１５】
請求項１０−１４のいずれか一項記載のリタルデーション層からなる遅延箔。
【発明の詳細な説明】
本発明は、電極を備えた２つの基材の間に存在するネマチック液晶材料層を有する液晶ディスプレイセルと、少なくとも１つの偏向子（偏光子）と少なくとも１つの光学的異方性層とからなる液晶ディスプレイ装置に関する。また、本発明は、例えば液晶ディスプレイ装置に用いるリタルデーション箔あるいはリタルデーション層に関する。
このようなディスプレイ装置は、一般には例えば、モニター、ＴＶ等の用途に用いられ、例えば自動車、飛行機及び各種の機器のディスプレイ装置として用いられる。上記箔（及びリタルデーション層）は、また角度不変の光学的リタルデーション装置に用いることもできる。
初めの段落に記載したディスプレイ装置は、ヨーロッパ特許公開公報０  ４２３  ８８１（ＰＨＮ１３．１０８）から知られている。この出願では、捩れネマチックディスプレイ装置における退色を防止し大きいコントラストを得るためコレステリック秩序を有するポリマー材料の光学的異方性層からなる補償箔が用いられている。ポリマー材料は分子ヘリックスの軸が該層に対し横断する方向に指向されて分子ヘリックスが識別できるように秩序づけられている。
しかしながら、ポリマー材料のヘリックスの軸のピッチが非常に小さいように選択されていなければ、このような補償箔が用いられているディスプレイ装置は依然角度依存性が大きく、すなわち、コントラストがディスプレイ装置を見る角度及び方向に非常に大きく左右される。その都度ひとつの立体異性体を分離して所望の分子回転を得なければならないので、ピッチが小さいコレステリックヘリックスを有するこのようなポリマーを製造するのは非常にやっかいな方法工程が必要であり、さらにこの目的に適した材料は非常に高価である。
特に、本発明の目的は、角度依存性を大幅に低減するとともに、光学的異方性層（リタルデーション箔）を簡単な方法でかつ安価な材料から製造することが可能な冒頭の段落で記載した形式のディスプレイ装置を提供することを目的とする。さらに、本発明の目的は、このようなディスプレイ装置に使用できるリタルデーション箔を提供することである。
この目的のために、本発明に係る第１のディスプレイ装置はガス相蒸着によって光学的異方性層を設けることを特徴とする。
驚いたことに、それ自体光学的異方性であるガス相から蒸着することによって表面に『整合被膜』を形成する（通常はポリマー）複屈折層ができることを発見した。特に、ポリ−ｐ−キシレン（ＰＰＸ）あるいはその誘導体がこの操作では適している。
第１の実施態様では、光学的異方性層の光学軸が基体を横断する方向に対しある角度で延在することを特徴とする。
本発明に係るさらに別の液晶ディスプレイ装置は、電極を備えた２つの基材の間に存在するネマチック液晶材料層を有する液晶ディスプレイセルと、少なくとも１つの偏向子と少なくとも１つの光学的異方性層とからなり、光学的異方性層の光学軸が基体を横断する方向にある角度で延在している液晶ディスプレイ装置であって、光学的異方性層がポリ−ｐ−キシレンあるいはその誘導体からなることを特徴とする。
上記したように、ポリ−ｐ−キシレン（ＰＰＸ）は環式ダイマーを熱分解することによってガス相において簡単な方法により得ることができる。このようにして得たポリー膜は『整合被膜』を形成する。整合被膜とは、複屈折層の沈着がおこる表面構造に整合していることを意味する。このことは、溶液から沈着させた場合に生ずるような表面張力による平面化が起きないという利点がある。好ましくは、塩化ポリ−ｐ−キシレン（ＰＰＸ）−Ｃ）が用いられる。
本発明は、実際にかつ液晶材料を通しての最大電圧で、この材料の配光ベクトルが依然基体に垂直方向に対し小さい角度で延在しているという認識に基づいている。その結果、複屈折性が見る角度により異なり、２つの基体に垂直な方向に対して対称ではない。これはネマチック構造を有する液晶が角度依存性を有することを説明するものである。この角度依存性を補償箔によって低減することができることは事実であるが、異方性層の光学軸が基体を横断する方向に指向されている上記装置に補償箔を用いると、異方性液晶層に対し補償は最適なものとなる。即ち、配光ベクトルが基体に対し垂直な方向に指向する状態となる。（なお、基体近傍では不可能であるが分子が基体に対し固定されることを無視すると）実際、この状態は電圧が非常に高い場合に起こる。
第２の実施態様に従って光学的異方性層の光学軸が実質的に液晶分子の配光ベクトルの方向と平行となるように選択することによって、液晶において（所定の駆動電圧、『所定電圧』で）大きな複屈折を受けた光線は液晶中で小さな複屈折を受けた光線よりも補償層においてより大きく補償されるような態様で全体の装置の角度依存性を変えることができる。そうであれば、補償層の光学軸は液晶材料層の配光ベクトルの平均化した方向に対し実質的に平行となる。本発明のある実施態様は、選択した電圧によって、画像を横断する方向に対する光学的異方性層の光学軸の角度を調節することが可能である。複屈折による前記補償がゼロに近い伝搬（transmission）領域で生ずるように『所定電圧』を選択することが好ましい。
光学的異方性層は、その境界表面の少なくとも一方の表面で例えば鋸歯形状の構造等の表面構造を有することが好ましい。複数の画像を用いた装置では、鋸歯のピッチは画像のオーダあるいはそれ以下であることが好ましい。
このような層は、ディスプレイ装置の一部として設けることもできるが、（マイクロ）レンズ構造あるいは光学装置の被膜として設けることもできる。
鋸歯構造を両境界表面に設ける場合には、鋸歯の方向、即ち、個々の歯の厚さが大きくなる方向を、例えば液晶層の捩れ角度の大きさの角度、好ましくは９０°互いに回転させることができる。このような構造は、垂直の入射光に対してはリタルデーション（ｄ.Δｎとしても表現できる常光線及び異常光線の光路長差。ｄは材料の厚さ、Δｎは光学的異方性）が小さく、角度依存性の屈折率による角度依存性は補償されている。
また、光学的異方性層は、複数の副層から形成してもよい。例えば、該層を副層として単軸箔から構成することもできる。
光学的異方性層を有する本発明のリタルデーション箔は、光学的異方性層がパリレン（ポリ−ｐ−キシレン（ＰＰＸ））からなることを特徴とする。
本発明の上記及び他の視点は、以下に述べる実施態様に関連して明らかにするとともに説明を加える。
図１は、電極５、６を備えた例えばガラスからなる２つの基材３、４の間に存在する捩れネマチック液晶材料２を有する液晶セル１からなる液晶ディスプレイ装置の一部の模式的横断面図である。さらに、本装置は偏光方向が互いに垂直に交差している２つの偏向子７、８を有する。さらに、本装置はセルが９０度の捩れ角度を持つように液晶材料を基体の内側壁、本実施例では、偏光子の偏光軸方向に指向させる複数の指向層（図示せず）を有する。本例では、液晶材料は正の光学的異方性と正の誘電性異方性を有する。必要により、本装置はカラーフィルターを備え、また電極５、６はダイオードあるいはトランジスター等の活性切り替え素子を介しあるいは介さずに附活することもできる。電極５、６を電圧で附活すると、分子、従って配光ベクトルは自身を電界方向に指向させる。理想的な場合には、従ってすべての分子が２つの基体に対して実質的に垂直となる（図２の１１の状態）。しかしながら、実施にはこの状態は非常に高い電圧が必要である。通常の電圧では、分子は図２の状態１２に対応し基体３、４上の法線に対し小さい角度で延在する。方向１３から、見る方向はむしろ分子の方向にあり、上記角度依存性はこの電圧でなお伝搬される光に対して依然生じる。このような角度依存性は、光の電界成分のベクトルが振動できる各方向に対する屈折率を３次元に幾何学的に表現した、『光学的インディカトリックス』によって説明することができる。光学異性体の場合、光学的インディカトリックスは例えば凸面であり、２軸物質の場合は楕円面あり、１軸物質の場合は軸対称の楕円面である。理想的な場合、被駆動状態の液晶材料は実質的にその厚さの全体にわたって１軸状態である（基体近傍のいくつかの層は除き実質的に全体の分子層で、分子は基体に対し垂直になっている）ので、楕円面形状であり主軸が液晶層に交差しているインディカトリックス１４によって表現でき、基体に垂直な屈折率ｎzが基体に平行な面の屈折率よりも大きい（ｎx＝ｎy）。
液体は等方性ではないので、複屈折がある。この複屈折は楕円面形状であり液晶層と交差する軸を有する図３のインディカトリックス１５を有し基体に垂直な屈折率ｎzが基体に平行な面の屈折率よりも小さい（ｎx＝ｎy）リタルデーション箔あるいは補償層９によって補償することができることを示すことができる。このような層あるいは箔は、図５ａに模式的に示す重合ポリ−ｐ−キシレン（ＰＰＸ）として実現できる。このＰＰＸは、真空でこの物質の環式ダイマーを１００℃と２００℃の間の温度でガス相にし熱分解炉（６００−７００℃）をガスとして通すことによって得ることができる。そのときダイマーは、モノマーに分解し、モノマーは室温で凝縮反応をし重合する。関連するポリマーとして、代わりに塩化ポリ−ｐ−キシレン（ＰＰＸ−Ｃ）を選択することも可能であり（図５ｂ参照）、ＰＰＸ−Ｃは退色が少ない。複数の関連層をガラスあるいはセルロース三酢酸塩箔糖の光学的異方性材料の上に設けることもできるが、これらの相は別個の膜として提供することもできる。このよな膜は異方性であると考えられ、膜（基体）に垂直な屈折率ｎzが膜（基体）に平行な面の屈折率よりも小さい（ｎx＝ｎy）。表１は、このような２つの膜についての行路長の相違を示す（Δ＝ｎz−ｎx＝ｎz−ｎy）。
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これらの層に関し残りの複屈折について満足な補償が行え、一方これらの層は簡単な方法で製造することができる。
図２におけるより実際的な状態１２については、インディカトリックス１４’（図３）は液晶層と交差する軸に対し小さな角度で延在する主軸を有する。すなわち、主軸はいわば多少傾斜している。液晶物質２と偏光子８との間のインディカトリックス１５を有する補償層９は、状態１１に対し最適であり、この場合比較的小さな影響を持つであろう。
本発明は、例えば状態１２をより実際的に調整する為に複屈折を実質的に完全に補償したインディカトリックス１５’を必ずしも必要ではないが有することが好ましい光学的異方性補償層９を設ける。いわば、インディカトリックス１５’はインディカトリックス１４’同様主軸に対し傾斜している。光学的異方性層の光学軸はこのように多少この箔９を傾斜させることによって基体に垂直な方向にたいしある角度で延在している。反射を最小限にするために、間隙を基体材料と同じ屈折率を有する物質１０で満たすこともでき、補償物質は例えばアミンあるいは無水物によって熱硬化させるビスフェノール−Ａ系エポキシ樹脂あるいは光開始剤の存在下にＵＶ光によって硬化させるエトキシ化ビスフェノール−Ａジアクリレートとする。
より大きな寸法のものについては、このような構成は非常に厚くなる。しかしながら、基体上にリタルデーションフィルターを作製する工程では、良好な結果を与える種々の変形例がある。例えば、製造工程を図４に示すような箔９を与える鋸歯形状の基体によるものとしてもよい。そうすると生ずる光学的異方性層は、両面が鋸歯形状の構造を有し、鋸波形の長辺は基体３、４に対し小さな角度で延在する。この場合に、箔９の光学軸はもはや液晶物質２と基体３で形成される液晶セルの光学軸と一致していない。鋸歯パターンによる光学的乱れを回避するため、鋸歯のピッチをディスプレイ装置の画素の寸法より小さくなるように選択する。箔の両面の鋸歯パターンは例えば９０度互いに回転することもできる。その場合、図４ｂの構造のリタルデーションはより小さい。
また、代案とし鋸歯構造を境界面のみの上に与えることもできる（図４ｃ）。鋸歯構造の代わりに、鋸歯構造とはことなる周期的な構造を代案とし選択することもできる。例えば、図４ｂと図４ｃ）にそれぞれ破線によって示すように曲率半径が変化する構造とすることもできる。
非対称性の程度は、箔９に対しΔｎの小さい１軸性箔を加えることによって増すこともできる。これは、例えばモノマー層を上に設けた基体（例えば、ポリカーボネート）とすることができる。あるいは、重合を部分的に終了した後に層を多少引き伸ばす一方、モノマー層を設けた引き伸ばした基体の複屈折性も寄与させることもできる。
光学軸の傾斜程度も完全な消光（extinction）を得るために複屈折性を補償しなければならない電圧範囲によって決定される。例えば、伝搬／電圧曲線における範囲２２を液晶物質の配向ベクトルの位置が図２の状態１１に示す位置からほとんどずれない所定の電圧Ｖcomp（図６）を中心としてその回りに選ぶことができる。この場合、多少対称性が壊れていても十分である。伝搬／電圧曲線における範囲２２’を液晶物質の配向ベクトルの位置が図２の状態１１に示す位置からかなりずれている所定の電圧Ｖ’comp（図６ａ）を中心としてその回りに選ぶ場合には、異方性層９の光学軸がかなり大きく傾斜した位置のものを使用しなければならない。必要により、液晶層に対し補償層を回転することによって最適の消光を得ることができる。
本発明を捩れネマチック形式の液晶セルについて述べてきたが、本発明はさらに分散形式のセル、例えば２色色素の液晶にも用いることができる。その場合には、人つの偏光子で十分である。
要するに、本発明はガス相から蒸着した（ポリマー）物質、例えば（塩素化）重合ポリ−ｐ−キシレン（ＰＰＸ）からなる補償層を備えた液晶ディスプレイ装置を提供するものである。角度依存性を小さくするために、補償層の光学軸にセルに交差する方向に対しある角度を与えることによって補償層の複屈折性を液晶セルを通して所定の電圧とすることと組み合わせた複屈折性と補償的とすることが可能である。
図中の簡単な説明
図１は、本発明に係る液晶ディスプレイ装置の一部の模式的横断面図であり、
図２は、図１の装置の一部を示し、
図３は、インディカトリックスで図２の装置の光学的挙動を模式的に示し、
図４は、図１の装置の種々の変形例を模式的示し、
図５は、光学的異方性層で用いられる材料の構造式を示し、
図６は、伝搬／電圧特性において異なる電圧で光学的異方性層によってどのように角度依存性が低減されるかを模式的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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