JP4440110B2 - 光学的アイソトロピック相を有する光学的に補償された電気光学光変調素子 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

技術分野
本発明は、光学的アイソトロピック相中で作動するメソゲン媒体および少なくとも１つの補償素子（compensation element）を含有する補償された電気光学光変調素子、並びにかかる光変調素子を含有するディスプレイに関する。

背景技術
従来技術において用いられている代表的な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイスは、例えば、Schadt, M. and Helfrich, W. Appl. Phys. Lett. 18, pp. 127 ff (1974) 等に基づくＴＮ（twisted nematic：ねじれネマチック）ＬＣＤｓ、および特にＤＥ ３０ ２２ ８１８に基づく１５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に低い光学遅延ｄ・Δｎを有する特別の形態、例えば、GB 2.123.163, Waters, C. M., Brimmel, V, and Raynes, E. Proc. 3^rd Int. Display Research Conference, Kobe 1983, pp. 396 ff および Proc. SID 25/4, pp. 261 ff, 1984, Scheffer, T. J. and Nehring, J. Appl. Phys. Lett. 45, pp. 1021 ff, 1984 および J. Appl. Phys. 58, pp. 3022 ff,1985, DE 34 31 871, DE 36 08 911 および EP 0 260 450に基づくＳＴＮ（super twisted nematic：超ねじれネマチック）LCD、例えば、ＤＥ ４０ ００ ４５１ および 例えば、ＥＰ ０ ５８８ ５６８に記載されているＩＰＳ（in-plane switching：横電界駆動）LCD、ならびに、例えばおよびTanaka, Y. 等. Taniguchi, Y., Sasaki, T., Takeda, A., Koibe, Y., および Okamoto, K. SID 99 Digest pp. 206 ff (1999), Koma, N., Noritake, K., Kawabe, M., および Yoneda, K., International Display Workshop (IDW) ’97 pp. 789 ff (1997) および Kim, K.H., Lee, K., Park, S.B., Song, J.K., Kim, S., および Suk, J.H., Asia Display 98, pp. 383 ff, (1998) に記載されているＶＡまたはＶＡＮ（vertically aligned nematic：垂直配向ネマチック）ＬＣＤｓである。

これまでに知られ、大部分がすでに商業的に入手可能なＬＣＤデバイスにおける光学的状況は、少なくとも要求される用途に適合していない。特にコントラスト、とりわけカラーディスプレイの場合の輝度、彩度（colour saturation）およびこれらパラメータに依存する視野角の改善が明らかに必要であり、ディスプレイデバイスが大画面ＣＲＴｓ（cathode ray tubes：ブラウン管）の特徴と競合する場合は改良しなければならない。さらに、従来技術のＬＣＤデバイスの欠点は、しばしばそれらの乏しい解像度および不十分な応答時間にあり、特にＳＴＮの場合、さらにＴＮまたはＩＰＳおよびＶＡ ＬＣＤｓの場合、後者の場合、特にビデオの再生に用いられる場合、例えばコンピュータディスプレイスクリーンのマルチメディア用途の場合またはテレビジョンセットの場合である。特にこの目的に関して、さらにカーソル動作の速いディスプレイに対しては短い応答時間が要求される。

最近、従来技術において新しい型のＬＣＤｓおよびＬＣデバイスが報告されている。これらのデバイスは、例えば、国際公開第０２／９３２４４ Ａ１号、 ＤＥ １０２１７２７３ Ａ１、 ＤＥ １０２ ４１ ３０１ または ＤＥ １０３ １３９ ７９ に開示されており、ＩＳＰ（アイソトロピックスイッチパネル）モードまたはデバイスとしても参照される。それらは、光学的アイソトロピック相、例えばアイソトロピック相（即ち、ＬＣ媒体の透明点以上の温度における）またはより好ましくはブルー相（blue phase）において作動する、電気的に切替可能なメソゲン媒体または液晶（ＬＣ）媒体を含有する電気光学光変調素子を含む。光学的アイソトロピック相におけるメソゲン媒体または液晶（ＬＣ）媒体は、電界が加えられると複屈折となる。光変調素子の一方の側のインターデジット式電極は、素子の平面に平行な面内電界（in-plane electric field）を生成し、これはメソゲン分子またはＬＣ分子を電界線に沿って平面テクスチャ内に整列させる。この型の代表的な光変調素子を図１に概略的に示す。ここで、１１はＬＣ媒体層であり、１２および１３は線形偏光子（linear polarisers）であり、１４は電極および１５は電界線を表す。図１Ａは作動時の、ＬＣ物質がその液晶相中にある明状態の素子を示す。図１Ｂは素子が作動していない、ＬＣ物質が光学的アイソトロピック相、好ましくはブルー相にある、暗状態の素子を示す。ＬＣ層の電界誘導複屈折は入射する線形偏光を遅延させ、第２の偏光子を通過できるようにする。明状態の光学は交差した偏光子間に平面配向したＬＣの光学に近似させることができる。電極の直接上の領域はホメオトロピックであるが、大部分のＬＣは平面配向である。暗状態の光学視覚は光学交差した偏光子間の光学的アイソトロピック媒体の光学である。

ＩＳＰ ＬＣＤｓ、それらの部品および適切な構成要素の詳細、並びにそれらに用いるLC媒体は、国際公開第０２／９３２４４ Ａ１号、ＤＥ １０２１７２７３ Ａ１,、 ＤＥ １０２ ４１ ３０１ および ＤＥ １０３ １３９ ７９ に記載されており、これらの完全な開示は参照文献の形態により本願に組み込まれる。

とりわけ、ＩＳＰ ＬＣＤｓはテレビジョンセット、ノート型コンピュータ又はデスクトップコンピュータ等のコンピュータ、中央制御装置およびゲーム機（gambling machines）等の他の装置、時計のディスプレイ、ポケット計算機、電子（ポケット）ゲーム等の電気光学ディスプレイ、ＰＤＡｓ（personal digital assistants：携帯情報端末）等の携帯データバンクまたは携帯電話のディスプレイスクリーンに適している。

しかし、ＩＳＰのＬＣＤｓモードはしばしば視野角の性能が限定される。例えば、図１に示す代表的なＩＳＰモードにおいて、特定の角度における暗状態は、しばしばコントラストを低下させる光の漏れを示す。さらに、明状態の輝度はしばしば低下し、彩色（colouration）が起こり得る。またコントラストはしばしば限定され、特にテレビジョン等の大画面に応用した場合に不利益となる。

本発明者等は、ＩＳＰ ＬＣＤｓ特性、特に視野角特性が１つまたは２つ以上の特別の型の遅延フィルムを含有する補償器（compensator）を用いることにより、および以下に記載する発明における特別の配置によりさらに改良され得ることを発見した。特に、本発明はＩＳＰ ＬＣＤｓに適用し、暗状態の輝度に関する視野角（および従ってコントラスト）、並びに驚くべきことに白状態（white state）の輝度および色彩を改善できる光学フィルムに関する。

本発明の目的の一つは、光変調素子のための補償器または光学的性能を改善したＩＳＰモードのディスプレイを提供することにある。補償器は好ましくは製造が容易で、かつ大規模製造においても経済的な製造を可能にするものである。本発明の別の目的は、本発明による補償器の有利な使用を提供することにある。

本発明の別の目的は、良好なコントラスト、カラーシフトの低減、広視野角等の有利な特性を示す本発明による補償器を含有する、ＩＳＰモードの光変調素子またはディスプレイを提供することにある。本発明の他の目的は、以下の詳細な説明から当業者にとっては直ちに自明である。上記の目的は、以上および以下に記載するように本発明による補償器、光変調素子およびディスプレイにより達成することができる。

用語の定義
本願に記載されている偏光、補償および遅延層、フィルムまたはプレートに関連して、以下の用語の定義が本願全体で用いられる。用語「フィルム」は、事実上顕著な機械的安定性および柔軟性を示す自立した、即ち独立のフィルムまたは層、および支持基板上または２つの基板間の被覆または層を含む。

用語「液晶またはメソゲン物質」あるいは「液晶またはメソゲン化合物」は、１つまたは２つ以上の棒状、板状または円板状のメソゲン基、即ち、液晶相の性質を誘起する能力を有する基を含有する物質または化合物を意味する。棒状または板状の基を有する液晶（ＬＣ）化合物は、当該技術分野においてカラミチック（calamitic）液晶として知られている。円板状の基を有する液晶（ＬＣ）化合物は、当該技術分野においてディスコティック（discotic）液晶として知られている。メソゲン基を含有する化合物または物質は、必ずしもそれ自体が液晶相を示す必要はない。他の化合物との混合物のみ、あるいはメソゲン化合物もしくは物質、またはその混合物が重合したときにのみ液晶相の性質を示してもよい。

簡単のために、用語「液晶物質」は液晶物質およびメソゲン物質の両方に用い、用語「メソゲン」は物質のメソゲン基に用いる。用語「配向ベクトル」は、好ましくは液晶物質中のメソゲンの、カラミチック化合物の場合における長分子軸、またはディスコティック化合物の場合における短分子軸の配向の方向を意味する。用語「平面構造」または「平面配向」は光学的異方性物質の層に適用し、光軸は実質的に層の平面に平行である。用語「ホメオトロピック構造」または「ホメオトロピック配向」は光学的異方性物質の層に適用し、光軸は実質的に層の平面に垂直である。用語「傾斜構造」または「傾斜配向」は光学的異方性物質の層に適用し、光軸は層の平面に対して０〜９０°の角度θで傾斜している。

用語「外に広がった構造（splayed structure）」または「外に広がった配向（splayed orientation）」は、上で定義した傾斜配向を意味し、層内の傾斜角は０〜９０°の範囲で単調に変化し、好ましくは最小値から最大値へ、層の平面に垂直な方向に変化する。

別に記載がなければ、外に広がった層の傾斜角は、

で定義される平均傾斜角θaveで与えられる。ここで、θ’(d’)は層内の厚さd’における局所的な傾斜角であり、dは層全体の厚さである。

単一の配向を有する一軸の正の複屈折液晶物質を含有する平面、ホメオトロピックおよび傾斜光学フィルムまたは層において、光軸の方向は液晶物質の配向ベクトルにより与えられる。

用語「一軸の」は、互いに直角な３つの主屈折率を有する物質、フィルムまたは層に適用し、２つの屈折率が同じであり、３番目の屈折率が他の２つの屈折率と異なり、結果として単一の独自の光軸となる。用語「二軸の」は、互いに直角な３つの主屈折率を有する物質、フィルムまたは層に適用し、３つの屈折率が異なり、結果として２つの光軸となる。

用語「Ａプレート」は、層の平面に対して平行に配向した光軸を有する複屈折物質層を利用する、光学遅延器（optical retarder）に適用する。用語「ねじれＡプレート」は、層の平面における基準軸に対して測定した方位角またはねじれ角によって定義された光軸をそれぞれ有する分子下層（molecular sublayers）を含有するＡプレートに適用し、上記方位角またはねじれ角は層に対して垂直な方角に単調に変化する。用語「Cプレート」は、層の平面に対して垂直な光軸を有する複屈折物質層を利用する、光学遅延器に適用する。

用語「Ｏプレート」は、層の平面に関して傾斜した角度で配向した光軸を有する複屈折物質層を利用する、光学遅延器に適用する。用語「傾斜Ｏプレート」および「外に広がった（splayed ）Ｏプレート」は、それぞれ上で定義したように傾斜したまたは外に広がった構造を有するＯプレートに適用する。単一の配向を有する光学的に一軸の複屈折液晶物質を含有するＡ−、Ｃ−およびＯ−プレートにおいて、通常光軸の方向は異常軸（extraordinary axis）の方向と同一である。

正の複屈折を有する光学的に一軸の複屈折液晶物質を含有するＡ−、Ｃ−およびＯ−プレートは、また「＋Ａ／Ｃ／Ｏプレート」または「正のＡ／Ｃ／Ｏプレート」として適用される。負の複屈折を有する光学的に一軸の複屈折液晶物質を含有するＡ−、Ｃ−およびＯ−プレートは、また「−Ａ／Ｃ／Ｏプレート」または「負のＡ／Ｃ／Ｏプレート」として適用される。正または負の複屈折を有する遅延フィルムは、それぞれ「正」または「負」の遅延フィルムとして適用される。

発明の要約
本発明は、電極装置（electrode arrangement）、少なくとも１つの偏光素子、およびメソゲン変調媒体を含有する電気光学光変調素子であって、上記光変調素子は、アドレスされていない状態のメソゲン変調媒体が光学的にアイソトロピック相にある温度で作動し、少なくとも１つの複屈折ポリマーフィルムを含有する少なくとも１つの光学補償素子を含む電気光学光変調素子に関する。

本発明は、さらに電極装置、少なくとも１つの偏光素子、およびメソゲン変調媒体を含有する電気光学光変調素子であって、上記光変調素子は、アドレスされていない状態のメソゲン変調媒体が光学的にアイソトロピック相にある温度で作動し、
ａ）層平面およびメソゲン変調媒体の表面と実質的に平行な光軸を有する少なくとも１つの光学遅延層、および／または
ｂ）層平面およびメソゲン変調媒体の表面と実質的に垂直な光軸を有する少なくとも１つの光学遅延層、および／または
ｃ）層平面およびメソゲン変調媒体の表面に対して０°〜９０°の角度θで傾斜している光軸を有する少なくとも１つの光学遅延層、および／または
ｄ）少なくとも１つの光学的二軸の遅延層
を含有する少なくとも１つの光学補償素子を含む、電気光学光変調素子に関する。

本発明は、さらに以上および以下に記載の１つまたは２つ以上の光変調素子を含有する電気光学ディスプレイに関する。

本発明は、さらに少なくとも１つの複屈折ポリマーフィルムを含有するか、または以上および以下に記載の少なくとも１つの層ａ）および／または少なくとも１つの層ｂ）および／または少なくとも１つの層ｃ）および／または少なくとも１つの層ｄ）を含有する、以上および以下に記載の光変調素子またはディスプレイにおける光学補償素子の使用に関する。

本発明は、さらに以上および以下に記載の光変調素子またはディスプレイの、情報またはビデオ信号の表示、例えばテレビジョンまたはコンピュータモニター、あるいはプロジェクションシステムのモニターとしての使用に関する。

発明の詳細な説明
本発明による光変調素子またはディスプレイは、メソゲン変調媒体が光学的アイソトロピック相、例えばブルー相、アイソトロピック相等である温度で作動する。本発明の好ましい実施形態においては、光変調素子またはディスプレイはメソゲン変調媒体のアイソトロピック相において、即ち、媒体の透明化温度以上の温度で作動する。

本発明の好ましい実施形態においては、光変調素子またはディスプレイはメソゲン変調媒体のブルー相、またはブルー相の一つにおいて作動する。本発明による光変調素子またはディスプレイにおける電極装置は、好ましくはメソゲン変調媒体の表面に平行な有意な成分を有する電界を生成することができる。

電極装置は、非常に好ましくは光変調素子の作動中にメソゲン変調媒体の平面に平行な有意な成分を有する電界を生じる。電極装置は、好ましくはメソゲン変調媒体層の一方の側の上に位置する。好ましくは光変調素子またはディスプレイは、さらに２つの偏光素子、好ましくはメソゲン変調媒体に挟まれた線形偏光子を含有し、光変調素子を通過する光が、メソゲン変調媒体を通過する前およびメソゲン変調媒体を通過した後のそれぞれの場合に少なくとも１つの偏光子を通過する。

本発明の別の好ましい実施形態においては、光変調素子またはディスプレイは、多領域ディスプレイであり、非常に好ましくは少なくとも２つの領域を含有し、メソゲン変調媒体中の分子の好ましい配向方向は媒体の平面に平行であり、かつ互いに直角である。好ましくは上記好ましい配向方向が偏光子の配向に対して４５°の角度を形成する。このような補償および非補償の２つの領域または多領域の素子およびディスプレイは特に白状態の輝度および色彩を改善した。

光変調素子またはディスプレイは、好ましくは液晶媒体を含有する。メソゲンまたは液晶媒体は好ましくはネマチック相またはスメクチック相を有し、非常に好ましくはネマチック相を有する。

本発明による光変調素子またはディスプレイの光学的性能は、本願明細書の以上および以下の記載の光学補償素子、以下補償器と記す、の使用により改善される。光変調素子またはディスプレイにおける補償器の使用は、良好なコントラストおよび広視野角における高レベルの安定性およびカラーシフトの低減等の視野角特性を向上させる。さらに、暗状態の輝度（および従ってコントラスト）および白状態の輝度および色彩に関する視野角を改善することが可能である。

補償器は、複屈折ポリマーフィルムなどの例えば固体中に複屈折物質を含有する補償または遅延フィルムであってよい１つまたは２つ以上の遅延層を含有する。補償素子として、例えば、好ましくは２つの透明基板間を限定し、かつ単一の配向に整列した低分子量の化合物を含有する複屈折メソゲン層または液晶媒体としての使用も可能である。特に好ましくは複屈折ポリマー物質を含有する遅延または補償層またはフィルムを含む補償器である。

さらに好ましくは、重合したまたは架橋したメソゲンまたは液晶（ＬＣ）物質を含有する、遅延または補償層またはフィルムを含む補償器である。複屈折層の光学的遅延が膜厚ｄおよび複屈折Δｎの積生成物ｄ・Δｎとして定義され、高複屈折を有するＬＣ物質の使用は膜厚を低減、または一定にすることを可能にし、光学的遅延を増大させる。さらに、遅延層のＬＣ物質の適切な選択により、光学的特性を光変調素子またはディスプレイ中のＬＣ物質の特性に適合させ、補償を改善することができる。

本発明の好ましい実施形態においては、補償器は実質的にフィルム平面に平行な光軸を有する１つまたは２つ以上の遅延フィルムを含有する、少なくとも１つの層ａ）、以下Ａプレートとも記す、を含む。

Ａプレートは、光軸に平行な方向の屈折率が光軸に垂直な方向の屈折率より大きい正のＡプレート（positive A plate）であってもよいし、あるいは光軸に平行な方向の屈折率が光軸に垂直な方向の屈折率より小さい負のＡプレート（negative A plate）であってもよい。特に好ましい補償器は少なくとも１つの正のＡプレートを含む。

Ａプレートの光軸は、好ましくは偏光子に隣接する透過軸に平行である。Ａプレートとして使用するための適切な光学フィルムは当該技術分野において知られており、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム等の一軸延伸ポリマーフィルム等である。Ａプレートは、好ましくは例えば国際公開第９８／０４６５１号、その完全な開示は参照文献の形態により本願明細書に組み込まれる、に記載されている平面構造を有する重合したＬＣ物質を含有する。

別の好ましい実施形態においては、補償器は実質的にフィルム平面に垂直な光軸を有する１つまたは２つ以上の遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ｂ）、以下Ｃプレートとも記す、を含む。

Ｃプレートは、光軸に平行な方向の屈折率が光軸に垂直な方向の屈折率より大きい正のＣプレートであってもよいし、あるいは光軸に平行な方向の屈折率が光軸に垂直な方向の屈折率より小さい負のＣプレートであってもよい。特に好ましい補償器は少なくとも１つの正のＣプレートを含む。

正のＣプレートとしては、好ましくは例えば国際公開第９８／０４６５１号、その完全な開示は参照文献の形態により本願に組み込まれる、に記載されているホメオトロピック構造を有する重合したＬＣ物質を含有するフィルムが用いられる。

負のＣプレートとして使用するのに適した光学フィルムは、例えば延伸または単軸圧縮プラスチックフィルムのように従来技術において知られており、例えば米国特許第４，７０１，０２８号に記載のＤＡＣまたはＴＡＣ、例えば米国特許第５，１９６，９５３号に記載の物理的蒸着により得られる無機薄膜、または例えば米国特許第５，４８０，９６４号および米国特許第５，３９５，９１８号に記載の負の複屈折ポリイミドフィルムである。

負のＣプレートとしては、好ましくは重合したキラルＬＣ、特に実質的にフィルム平面に垂直なコレステリックへリックス軸を有し、かつ例えばＧＢ ２，３１５，０７２ および 国際公開第０１／２０３９４号、それらの完全な開示は参照文献の形態により本願に組み込まれる、に記載のＵＶＣＬＣフィルム、高度にねじれたＡプレート等の短いピッチおよびＵＶ領域における反射を有するコレステリックＬＣ（ＣＬＣ）物質を含有するフィルムが用いられる。これらの文献に記載のＵＶＣＬＣフィルムは、フィルム平面に垂直に配向した異常軸を有する従来の負のＣプレートと同じ構造を有さないが、それにもかかわらず負のＣプレートと同じ光学的特性を有する。

別の好ましい実施形態においては、補償器はフィルム平面に対して０°〜９０°の角度θで傾斜している光軸を有する、１つまたは２つ以上の遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ｃ）、以下Ｏプレートとも記す、を含む。特に好ましくは正のＯプレートである。Ｏプレートは実質的にフィルム全体に一定の傾斜角、またはフィルム平面に対して法線方向に単調に変化する傾斜角を有することができ、後者は外に広がったＯプレートとしても知られている。特に好ましくは外に広がったＯプレートである。

別の好ましい実施形態においては、補償器は両層の平均の傾きが同一平面内で、かつ反対の方向にある２つの外に広がったＯプレート層を含有する。この実施形態は図２Ａおよび２Ｂに示され、２つの外に広がった層２１および２２に関する。両層の異なる部分の光軸２３および２４は同一平面内にあり、かつ層を側面から見たとき、およびθを低値から高値へ見たとき傾斜角θは反対の意味のバリエーション、即ち２つの層において時計回りおよび反時計回りである。

特に好ましくは図２Ａおよび２Ｂに示す特別の配置である。図２Ａおよび２Ｂにおける矢印はバックライトから見る人への光の好ましい方向を示す。図２Ａおよび２Ｂに示される実施形態の２つの外に広がった層の場合において、同一の平均傾斜角および同一の最小および最大傾斜、２つの層の平均傾斜の方向２５および２６は鏡面対称である。

好ましくはＯプレートのフィルムの平面に対する光軸の投影は、偏光子の透過方向のいずれかの方向に平行である。好ましくは２つの外に広がったＯプレートは同一の平均傾斜角を有し、非常に好ましくは同一の平均傾斜角および同一の最小および最大傾斜角を有する。

別の好ましい実施形態においては、補償器は傾斜または外に広がっていてよい２つの負のＯプレートを含有する。Ｏプレートの遅延器として用いるのに適したフィルムは従来技術において知られており、例えば、米国特許第５，１９６，９５３号および 国際公開第 ９６／１０７７３号に記載のＴａ_２Ｏ_５等の無機物質の薄膜の傾斜蒸着（oblique vapour deposition）、により得ることができる。国際公開第９６／１０７７０号に記載のＬＣフィルムをＯプレートとして用いることも可能であり、ネマチック相中のＬＣ物質を場合によって傾斜沈着したＳｉＯの配向層により被覆した基板上に適用し、温度をスメクチックＣ相内に低下させ、ＬＣ物質が自然に傾斜したスメクチックＣ構造をとり、ＬＣ物質の重合により傾斜構造を固定することにより、重合性ＬＣ物質とスメクチックＡまたはＣ相およびネマチック相から高温で調製される。

傾斜または外に広がったＯプレートは、好ましくは例えば米国特許第５，６１９，３５２号、 国際公開第９７／４４４０９号、 国際公開第９７／４４７０２号、 国際公開第９７／４４７０３号または 国際公開第９８／１２５８４号に記載の傾斜または外に広がった構造を有する重合したＬＣ物質を含有し、これらの文献の完全な開示は参照文献の形態により本願に組み込まれる。

別の好ましい実施形態においては、補償器は互いに直角な３つの異なる屈折率を有する１つまたは２つ以上の遅延層を含有する少なくとも１つの層ｄ）、以下二軸フィルムとも記す、を含む。

二軸フィルムは、好ましくはｎ_ｘ≠ｎ_ｙ≠ｎ_ｚおよびｎ_ｙ＞ｎ_ｚ＞ｎ_ｘであり、ｎ_ｘおよびｎ_ｙはフィルム平面内で直角方向となる主屈折率であり、かつｎ_ｚはフィルム平面に垂直な主屈折率である。好ましくはｎ_ｘまたはｎ_ｙの方向は透過方向のいずれかの偏光子に平行である。さらに適した二軸フィルムは、例えば二軸延伸または側部延伸（side-stretched）ポリマーフィルムである。

本発明による補償器、光変調素子またはディスプレイ中の単一の遅延フィルムは、直接互いにまたは他の光学素子の上にラミネートすることができ、あるいは例えばＴＡＣ、ＤＡＣ、ＰＶＡフィルム等の透明な中間フィルムにより、または例えば商業的に入手可能な粘着剤（ＰＳＡ）等の粘着層により分離することができる。

偏光素子は好ましくは線形偏光子であり、非常に好ましくは標準二色性偏光子（standard dichroic polarisers）である。このようなフィルムは従来技術において知られており、商業的に入手可能である。また、平面配向を有する重合した液晶物質を含有する線形偏光子を使用することも可能である。

特に好ましくは、以下の要素を含有する補償器、光変調素子またはディスプレイである。
−少なくとも１つ、好ましくは１つの正のＡプレート、
−少なくとも１つ、好ましくは１つの負のＡプレート、
−少なくとも１つ、好ましくは１つの正のＣプレート、
−同じ側または反対側の変調媒体上に位置する、少なくとも１つ、好ましくは１つの正のＡプレートおよび少なくとも１つ、好ましくは１つの正のＣプレート、
−少なくとも１つ、好ましくは１つのＯプレート、
−少なくとも２つ、好ましくは２つのＯプレート、非常に好ましくは２つの外に広がったＯプレート、最も好ましくは互いの配向が平行でない２つの外に広がったＯプレートであって、好ましくは反対側の変調媒体上に位置する２つの外に広がったＯプレート、
−少なくとも１つの、好ましくは１つの二軸フィルム、
−２つまたは３つ以上の、好ましくは２つの二軸フィルムを含有し、好ましくは反対側の変調媒体上に位置する素子またはディスプレイ、
−重合したまたは架橋したＬＣ物質を含有するＡプレートおよび／またはＣプレートおよび／またはＯプレートおよび／または二軸フィルム。

表１は本発明による光変調素子またはディスプレイにおける、特に好ましい補償器スタックを示す。その中で、Ｐは偏光素子を示し、ＬＣは電極およびメソゲン媒体または液晶媒体を含有するＩＳＰモードの切替可能なＬＣセルを示し、ＡはＡプレートを示し、ＣはＣプレートを示し、Ｂｉは二軸フィルムを示し、ＴＡＣはＴＡＣフィルムを示し、“+”および“−”は正および負の遅延器を示す。括弧は除外することのできる素子を示す。別途記載がなければ、入射光の方向は左から右である。

本発明による補償器、光変調素子またはディスプレイは、さらに１つまたは２つ以上の偏光子、補償フィルム、遅延フィルム等の光学素子、例えば１つまたは２つ以上の１／４波長遅延フィルム（ＱＷＦ、λ／４フィルム）もしくは半波長遅延フィルム（ＨＷＦ、λ／２フィルム）、ねじれ、ホメオトロピック、平面、傾斜または外に広がった構造の正または負のＡ、ＯもしくはＣプレートあるいは遅延フィルムを含有してもよい。特に好ましくは、重合または架橋したＬＣ物質を含有する光学フィルムである。

本発明による光変調素子またはディスプレイは、反射型または透過型デバイスであってよく、さらに従来のバックライト等の光源、または第１の線形偏光子と反対側の変調媒体上に反射層を含有してもよい。一方の側の変調媒体上に反射層を有する反射ディスプレイの場合、第２の線形偏光子は除外してもよい。

本発明による補償器、光変調素子またはディスプレイにおけるＡプレート、Ｃプレート、Ｏプレート、二軸遅延器等の遅延フィルムは、好ましくは重合または架橋したＬＣ物質を含有する。重合したＬＣ物質は、カラミチックまたはディスコティック液晶化合物を含有することができる。適切なカラミチック物質は、例えば国際公開第９８／０４６５１号、 国際公開第９８／００４７５号、 国際公開第０１／２０３９４号、 国際公開第９８／１２５８４号に記載されている。適切なディスコティック物質は、例えば米国特許第５，７３０，９００号および米国特許第５，６３５，１０５号に記載されている。

重合したＬＣ物質は、ポリマー主鎖の一部またはポリマー側鎖の一部としてＬＣ部分またはＬＣ化合物を含有することができる。

遅延フィルムは、好ましくは重合性ＬＣ物質からその場（in-situ）で重合することにより調製する。好ましい調製方法においては、重合性ＬＣ物質を基板の上に被覆し、所望する方向に配向し、次いで例えば国際公開第０１／２０３９４号、 ＧＢ ２，３１５，０７２ または 国際公開第９８／０４６５１号に記載されているように熱または化学線に曝すことにより重合する。

また、基板上に適用される容易に合成されるＬＣポリマーから遅延フィルムを調製することが可能である。例えばガラス転移温度以上の温度または融点において、あるいは例えば有機溶媒等の溶液から、所望する配向に整列させ、例えば溶媒を蒸発させることにより、またはＬＣポリマーのガラス転移温度または融点以下に冷却することにより固体化する。例えば室温より高いガラス転移温度を有するＬＣポリマーを用いる場合、溶媒の蒸発または冷却により固体のＬＣポリマーフィルムとなる。例えば高融点のＬＣポリマーを用いる場合、ＬＣポリマーを融液として基板上に塗布し、冷却して固体化することができる。ＬＣ側鎖ポリマーまたはＬＣ主鎖ポリマーを用いることができ、好ましくはＬＣ側鎖ポリマーを用いる。ＬＣポリマーは、好ましくはガラス転移温度または融点が遅延器の作動温度より有意に高いポリマーから選択される。例えば、ＬＣ側鎖ポリマーはポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、ポリスチレンまたはエポキシドの骨格鎖にメソゲン側鎖が側方に結合したものを用いることができる。ＬＣポリマーは、溶媒の蒸発後または蒸発中に架橋し、配向を永久に固定することが可能な反応性基を有する側鎖を含有してもよい。ＬＣポリマーは、基板上に塗布した後、配向を改善するために機械的処理または熱処理を受けてもよい。この方法に適したＬＣポリマーは当業者に知られている。遅延フィルムを調製するためのさらに適した方法および材料は当業者に知られている。

以下の例は本発明を具体的に説明するものであり、これらに限定するものではない。その中で以下の略号を使用する。
ｎ_ｘ、ｎ_ｙ フィルム平面内における直角な主屈折率
ｎ_ｚ フィルム平面に対して垂直な主屈折率
Δｎ 複屈折
ｄ 層の厚さ [μｍ]
ｄ×Δｎ 光学遅延 [ｎｍ]
別に記載がなければ、ｎは２０℃および５５０ｎｍに対する値である。

以下の例に記載の非補償および補償されたディスプレイは、別に明示していなければ以下の要素を含有する。
ＬＣセル
以下のセルパラメータを有するＩＳＰモードＬＣセル
セルギャップｄ ＝６４００ｎｍ
Δｎ（５５０ｎｍ） ＝０．０３６（明状態）、０．０００（暗状態）
明状態 ＝４５°で平面整列したＬＣ
暗状態 ＝光学的アイソトロピック
偏光子 ＝０°および９０°で整列
ＴＡＣ（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）・ｄ ＝２．３ｎｍ
ＴＡＣ（ｎ_ｙ−ｎ_ｚ）・ｄ ＝５３ｎｍ
Ｐｈｉ ＝法線（normal）からセル平面までの角度
Ｔｈｅｔａ ＝セル平面内の方位角

偏光子
標準型の延伸された二色性偏光子、延伸軸は図中に両方向矢印によって示される。すべての以下の例は、偏光子中にＴＡＣ層を含有し、わずかに二軸−Ｃ遅延器として作用する。これらはスタックから除くことができ、ＴＡＣ遅延を補償器と適切に結合することにより、良好な視野角を維持することができる。

以下の例のディスプレイ構成は、例えばディスプレイの左側（図示せず）にバックライト等の光源も含む。以下の例における等コントラストおよびグレイレベルの値およびプロットは、光学的シミュレーションのためのベレマンマトリックス法（Berreman matrix methods）および視野角測定のためのＥｌｄｉｍ社のＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ装置を用いて、それぞれモデリングまたは測定により得られる。

例１（比較例）：非補償のディスプレイ
図１に示すように、ＩＳＰモードの非補償のディスプレイは、ＬＣセルおよび上記の２つの偏光子を含有する。明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄに示す。ＬＣ媒体中のＬＣ配向ベクトルの配向は、図３Ａの矢印によって表される。

暗状態は４５°の角度において光の漏れを示し、コントラストの低下を来たす。さらに明状態の輝度が低下し、ＬＣ配向ベクトルに対して垂直方向に彩色（colouration）が起こる。１０：１のコントラスト領域は４５°の角度において６０°まで拡張しているだけであり、この非補償モードをテレビジョン等の大面積に適用するのは適切でない。

例２：＋Ａプレートによる補償
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（１）による補償されたディスプレイ。
＋Ａ−プレート： ｄ・Δｎ＝３４０ｎｍ
＋Ａ−プレートの配向： ｔｈｅｔａ＝９０°、ｐｈｉ＝９０°
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄに示す。

例３：＋Ｃプレートによる補償
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（４）による補償されたディスプレイ。
＋Ｃ−プレート： ｄ・Δｎ＝１２４ｎｍ
＋Ｃ−プレートの配向： ｔｈｅｔａ＝０°
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図５Ａ、５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄに示す。

例４：−Ａプレートによる補償
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（６）による補償されたディスプレイ。
−Ａ−プレート： ｄ・｜Δｎ｜＝１９４ｎｍ
−Ａ−プレートの配向： ｔｈｅｔａ＝９０°、ｐｈｉ＝９０°
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄに示す。

例５：＋Ａプレート＆＋Ｃプレートによる補償
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（７）による補償されたディスプレイ。
＋Ａ−プレート： ｄ・Δｎ＝８５ｎｍ
＋Ａ−プレートの配向： ｔｈｅｔａ＝９０°、ｐｈｉ＝９０°
＋Ｃ−プレート： ｄ・Δｎ＝１７９ｎｍ
＋Ｃ−プレートの配向： ｔｈｅｔａ＝０°
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図７Ａ、７Ｂ、７Ｃおよび７Ｄに示す。

例６：二軸による補償
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（１２）による補償されたディスプレイ。
二軸フィルム： d・（ｎ_ｙ−ｎ_ｘ）＝２６９ｎｍ
d・（ｎ_ｚ−ｎ_ｙ）＝−１２１ｎｍ
配向： ｔｈｅｔａ＝０°、ｐｈｉ＝０°
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図８Ａ、８Ｂ、８Ｃおよび８Ｄに示す。

例７：二つの二軸による補償
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（１３）による補償されたディスプレイ。二軸フィルム１はＬＣセルの左側にあり、二軸フィルム２はＬＣセルの右側にある。
二軸フィルム１： ｔｈｅｔａ＝０°、ｐｈｉ＝０°
d・（ｎ_ｙ−ｎ_ｘ）＝１１６ｎｍ
d・（ｎ_ｚ−ｎ_ｙ）＝−１４６ｎｍ
二軸フィルム２： ｔｈｅｔａ＝９０°、ｐｈｉ＝０°
d・（ｎ_ｙ−ｎ_ｘ）＝−５９ｎｍ
d・（ｎ_ｚ−ｎ_ｙ）＝−４０ｎｍ
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図９Ａ、９Ｂ、９Ｃおよび９Ｄに示す。

例８：二つの外に広がった＋Ｏ−プレートによる補償
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（１４）による補償されたディスプレイ。２つのＯ−プレートの外に広がった構造を図２Ａに示す。
外に広がった＋Ｏ−プレート１：下部表面： ｔｈｅｔａ＝８６°、ｐｈｉ＝０°
上部表面： ｔｈｅｔａ＝１５°、ｐｈｉ＝０°
軸上 ： ｄ・Δｎ＝１１９ｎｍ
外に広がった＋Ｏ−プレート２：下部表面： ｔｈｅｔａ＝１５°、ｐｈｉ＝０°
上部表面： ｔｈｅｔａ＝８６°、ｐｈｉ＝０°
軸上 ： ｄ・Δｎ＝１１９ｎｍ
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄに示す。

例９（比較例）：非補償の二つの垂直領域
２つの領域を有する非補償のＩＳＰモードディスプレイであり、セル平面内のＬＣ分子の好ましい配向方向が、電界を加えたときにそれぞれ０°および９０°である。明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄに示す。

例１０：＋Ａプレート＆＋Ｃプレートによる補償を有する二つの垂直領域
両方のＴＡＣフィルムが存在する、表１のスタック（７）による、２つの領域を有する補償されたＩＳＰモードディスプレイであり、セル平面内のＬＣ分子の好ましい配向方向が、電界を与えたときにそれぞれ０°および９０°である。
＋Ａ−プレート： ｄ・Δｎ＝８５ｎｍ
＋Ａ−プレートの配向： ｔｈｅｔａ＝９０°、ｐｈｉ＝９０°
＋Ｃ−プレート： ｄ・Δｎ＝１７９ｎｍ
＋Ｃ−プレートの配向： ｔｈｅｔａ＝０°
明状態の輝度、暗状態の輝度、等コントラストプロットおよび明状態カラーシフトをそれぞれ図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃおよび１２Ｄに示す。

例２〜８は、適切な補償フィルムを使用することにより、すべての視野角度わたり優れた暗状態が達成できることを示す。その結果すべての視野方向において、１００：１のコントラストより理論上大きなコントラストが得られる。補償フィルムの適用は、白状態における軸外し輝度（off-axis luminance）が軸外し色度（off-axis chromaticity）と同様に改善されるという驚異的な効果も有する。

例８および９は、白状態の２つの領域の効果を示す。２つの領域は、偏光子に対して４５°および１３５°である垂直なＬＣ配向ベクトルを有する。この好ましいセル構造は、特に補償された場合に優れた明状態の色彩および広視野角における改善された輝度を達成する。

（Ａ）は作動時の、ＬＣ物質がその液晶相中にある明状態の素子を示す図であり、（Ｂ）は素子が作動していない、ＬＣ物質が光学的アイソトロピック相、好ましくはブルー相にある、暗状態の素子を示す図である。 ＡおよびＢは好ましい実施形態を示す図である。 例１の明状態の輝度を示す図である。 例１の暗状態の輝度を示す図である。 例１の等コントラストプロットを示す図である。 例１の明状態カラーシフトを示す図である。 例２の明状態の輝度を示す図である。 例２の暗状態の輝度を示す図である。 例２の等コントラストプロットを示す図である。 例２の明状態カラーシフトを示す図である。 例３の明状態の輝度を示す図である。 例３の暗状態の輝度を示す図である。 例３の等コントラストプロットを示す図である。 例３の明状態カラーシフトを示す図である。 例４の明状態の輝度を示す図である。 例４の暗状態の輝度を示す図である。 例４の等コントラストプロットを示す図である。 例４の明状態カラーシフトを示す図である。

例５の明状態の輝度を示す図である。 例５の暗状態の輝度を示す図である。 例５の等コントラストプロットを示す図である。 例５の明状態カラーシフトを示す図である。 例６の明状態の輝度を示す図である。 例６の暗状態の輝度を示す図である。 例６の等コントラストプロットを示す図である。 例６の明状態カラーシフトを示す図である。 例７の明状態の輝度を示す図である。 例７の暗状態の輝度を示す図である。 例７の等コントラストプロットを示す図である。 例７の明状態カラーシフトを示す図である。 例８の明状態の輝度を示す図である。 例８の暗状態の輝度を示す図である。 例８の等コントラストプロットを示す図である。 例８の明状態カラーシフトを示す図である。 例９の明状態の輝度を示す図である。 例９の暗状態の輝度を示す図である。 例９の等コントラストプロットを示す図である。 例９の明状態カラーシフトを示す図である。 例１０の明状態の輝度を示す図である。 例１０の暗状態の輝度を示す図である。 例１０の等コントラストプロットを示す図である。 例１０の明状態カラーシフトを示す図である。

符号の説明

１１：ＬＣ媒体層
１２：線形偏光子
１３：線形偏光子
１４：電極
１５：電界線

２１：外に広がった層
２２：外に広がった層
２３：光軸
２４：光軸
２５：平均傾斜方向
２６：平均傾斜方向

Claims (19)

1. 電極装置、少なくとも１つの偏光素子、およびメソゲン変調媒体を含有する電気光学光変調素子であって、前記光変調素子は、アドレスされていない状態のメソゲン変調媒体がブルー相にある温度で作動し、少なくとも１つの複屈折ポリマーフィルムを含有する少なくとも１つの光学補償素子を含むことを特徴とする、前記電気光学光変調素子。
2. 電極装置、少なくとも１つの偏光素子、およびメソゲン変調媒体を含有する電気光学光変調素子であって、前記光変調素子は、アドレスされていない状態のメソゲン変調媒体がブルー相にある温度で作動し、
   ａ）層平面およびメソゲン変調媒体の表面と実質的に平行な光軸を有する少なくとも１つの光学遅延層、および／または
   ｂ）層平面およびメソゲン変調媒体の表面と実質的に垂直な光軸を有する少なくとも１つの光学遅延層、および／または
   ｃ）層平面およびメソゲン変調媒体の表面に対して０°〜９０°の角度θで傾斜している光軸を有する少なくとも１つの光学遅延層、および／または
   ｄ）少なくとも１つの光学的二軸の遅延層
   を含有する少なくとも１つの光学補償素子を含むことを特徴とする、前記電気光学光変調素子。
3. 電極装置がメソゲン変調媒体層の一方の側の上に位置し、かつ光変調素子の作動中にメソゲン変調媒体の平面に平行な有意な成分を有する電界を生じることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気光学光変調素子。
4. 光変調素子を通過する光が、メソゲン変調媒体を通過する前およびメソゲン変調媒体を通過した後のそれぞれの場合に少なくとも１つの偏光子を通過することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
5. メソゲン変調媒体中の分子の好ましい配向方向が媒体の平面に平行であり、かつ互いに直角である少なくとも２つの領域を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
6. メソゲン変調媒体がネマチック液晶相を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電気光学光変調素子。
7. 前記補償素子における、少なくとも１つの光学遅延層ａ）および／またはｂ）および／またはｃ）および／またはｄ）が複屈折ポリマーフィルムであることを特徴とする、請求項２〜６のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
8. 前記補償素子における、複屈折ポリマーフィルムまたは少なくとも１つの光学遅延層ａ）および／またはｂ）および／またはｃ）および／またはｄ）が重合または架橋したＬＣ物質を含有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
9. 前記補償素子が、少なくとも１つの正のＡプレート遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ａ）を含むことを特徴とする、請求項２〜８のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
10. 前記補償素子が、少なくとも１つの負のＡプレート遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ａ）を含むことを特徴とする、請求項２〜９のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
11. 前記補償素子が、少なくとも１つの正のＣプレート遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ｂ）を含むことを特徴とする、請求項２〜１０のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
12. 前記補償素子が、少なくとも１つの正のＯプレート遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ｃ）を含むことを特徴とする、請求項２〜１１のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
13. 前記補償素子が、少なくとも１つの二軸遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ｄ）を含むことを特徴とする、請求項２〜１２のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
14. 前記補償素子が、少なくとも１つの負のＡプレート遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ａ）および少なくとも１つの正のＣプレート遅延フィルムを含有する少なくとも１つの層ｂ）を含むことを特徴とする、請求項２〜１３のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
15. 前記補償素子が、少なくとも１つの外に広がった正のＯプレート遅延フィルムを含有する少なくとも２つの層ｃ）を含み、両層の平均の傾斜角が同一平面内にあり、かつ反対の方向にあることを特徴とする、請求項２〜１４のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
16. 前記補償素子が、少なくとも１つの二軸遅延フィルムを含有する少なくとも２つの層ｄ）を含むことを特徴とする、請求項２〜１５のいずれかに記載の電気光学光変調素子。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の１個または２個以上の光変調素子を含有する電気光学ディスプレイ。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載の光変調素子またはディスプレイの、情報またはビデオ信号の表示、モニターとして、テレビジョンまたはコンピュータモニター、あるいはプロジェクションシステムとしての使用。
19. 請求項１〜１７のいずれかに記載の光変調素子またはディスプレイにおいて使用するための、請求項１、２および７〜１６のいずれかに記載の補償素子。

Images