JP3828158B2 - 液晶表示デバイス - Google Patents
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Description
a)少なくとも1個の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンを
b)開始剤
c)必要に応じて、2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物、および
d)必要に応じて、安定剤、
の存在下において含む、
重合性メソゲン物質の混合物の重合あるいは共重合によって得られる少なくとも1つのアニソトロピックポリマー層を含む液晶表示デバイスであって、上記アニソトロピックポリマー層がホメオトロピックまたは傾斜したホメオトロピック分子配向を有することを特徴とする、前記液晶表示デバイスに関する。
本発明はまた、該補償膜の製造方法に関する。本発明はさらにまた、該補償膜の製造に使用される重合性メソゲン物質の混合物に関する。本発明はまた、広帯域反射型偏光板により透過される光の位相リターデーションの視角依存性を補償するために、該補償膜を使用することに関する。
図1aおよび1bは本発明の好適態様に従う表示デバイスを示している。
図2は本発明の特定の態様における本発明による補償膜と一緒に使用することができる広帯域反射型偏光板のスペクトルを示している。
図3は本発明の例1に従う測定装置を示している。
図4は本発明による補償膜と一緒に使用した場合、または補償膜を使用しない場合の広帯域反射型偏光板の視角に対する輝度を示している。
図5は本発明による補償膜と一緒に使用した立場、または補償膜を使用しない場合の広帯域反射型偏光板の視角に対する色度差を示している。
EP0606940は、円偏光された光を生じさせるか、または四分の一液長リターデーション膜とともに使用した場合、広い波長範囲にわたり輝度の高い直線偏光された光を生じさせるコレステリック反射型偏光板を開示している。しかしながら、この偏光板の光学的性質、例えば輝度およびコントラスト比は、視角が大きくなるのに従い相当に劣化される。
従って、上記したもののような広帯域コレステリック反射型偏光板と一緒に使用した場合、広い視角範囲にわたり当該偏光板の光学的性質を改善する補償膜を利用できることが望まれていた。
補償膜は従来技術で開示されている。通常、この目的には、アイソトロピックまたは液晶ポリマーの単軸延伸フィルムが使用されている。反応性メソゲンの重合混合物から形成された補償膜はまた、開示されている。
例えば、JP05−142531には、膜の垂直方向に配向されているネマティック液晶ポリマーを含む補償板が記載されている。この補償板はガラスセルでホメオトロピック配向される液晶を配向させることによって形成される。しかしながら、JP05−142531に記載されているような液晶の配向はしばしば、達成が困難であり、また高温を要する。さらにまた、JP05−142531に記載されているように、ガラスセルで重合させ、引き続きガラス板を取り除く方法は複雑であり、工業的大規模製造に適していない。
Heynderickx,Broer等によるMol.Cryst.Liq.Cryst.,203(1991),113〜126頁には、非カイラルメソゲンジアクリレートとカイラルドープ剤との重合混合物から形成されたSTN用の補償膜が形成されている。この膜の液晶分子はプレーナ配向、すなわち膜面に対して平行の配向を有する。しかしながら、この刊行物に記載されている1種のみの重合性化合物を含有する重合性液晶組成物は一般に、高融点を示し、従って配向および重合に高温を要し、これはこのような膜を製造する場合、重要な欠点である。
さらにまた、JP05−142531およびHynderickx,Broer等による刊行物に記載されている補償板は、補償性液晶ディスプレイ、例えばSTNディスプレイで使用されているが、これらは液晶ディスプレイと組合わされている広帯域反射型コレステリック偏光板の補償用にデザインされていない。従って、広帯域コレステリック反射型偏光板と一緒に使用した場合、この偏光板の光学的性質を広い視角範囲にわたり増強させ、組み立てが容易であり、かつまた前記の従来技術の補償膜の欠点を有していない補償膜に対する格別の要求が存在している。
本発明の課題の一つは、これらの性質を有する補償膜を提供することにある。本発明のもう一つの課題は、このような補償膜を備えた液晶表示デバイスを提供することにある。本発明のその他の課題は、以下の詳細な説明から当業者にとって直に明白である。
これらの課題が、本発明に従い、ホメオトロピック配向または傾斜したホメオトロピック配向を有する補償膜を提供することによって達成することができることが見出された。
本発明の対象は、液晶セルおよび少なくとも1枚の補償膜または偏光板と少なくとも1枚の補償膜を有する光学補償板との組合わせを含み、該補償膜は
a)少なくとも1個の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンを
b)開始剤
c)必要に応じて、2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物、および
d)必要に応じて、安定剤、
の存在下において含む、
重合性メソゲン物質の混合物の重合あるいは共重合によって得られる少なくとも1つのアニソトロピックポリマー層を含む液晶表示デバイスであって、上記アニソトロピックポリマー層がホメオトロピックまたは傾斜したホメオトロピック分子配向を有することを特徴とする、前記液晶表示デバイスにある。
本発明の好適態様において、液晶表示デバイスは、広帯域反射型偏光板を含むことを特徴とするものである。この広帯域反射型偏光板から反射される波長帯域の幅は少なくとも100nm、好ましくは少なくとも150nmである。
本発明のもう一つの好適態様において、液晶表示デバイスは、補償膜の位相リターデーションが広い視角範囲にわたり広帯域反射型偏光板の位相リターデーションに対して、符号で反対であり、また大きさで実質的に同等であることを特徴とするものである。
本発明のもう一つの好適態様において、液晶表示デバイスは、補償膜が2枚または3枚以上のアニソトロピックポリマー層を含む複合膜であり、これらの層の少なくとも1つがホメオトロピック配向または傾斜したホメオトロピック配向を有することを特徴とするものである。
本発明のもう一つの好適態様において、液晶表示デバイスは、複合補償膜の少なくとも1層が、これらの層の少なくとも1つの別の層の光学対称軸とは異なる配向の光学対称軸を有することを特徴とするものである。
本発明のさらにもう一つの好適態様において、液晶表示デバイスは、補償膜が少なくとも1つのアニソトロピックポリマー層を有し、このアニソトロピックポリマー層は、層平面に対するチルト角が90度よりも小さいが、45度よりも大きく、好ましくは60度よりも大きく,特に75度よりも大きい範囲にある、光学対称軸を有することを特徴とするものである。
本明細書全体をとおして、本発明によるアニソトロピックポリマー層に関連して使用されているホメオトロピック配向の用語は、該層の光学対称軸が層に対して垂直に配向されているか、あるいは本質的に垂直に配向されていることを意味する。
この用語と同様に、傾斜したホメオトロピック配向の用語は、上記層の光学対称軸が層平面に対して90度よりも小さいが、45度よりも大きく、好ましくは60度よりも大きく、特に75度よりも大きい範囲にあるチルト角を有することを意味する。本発明の好適態様において、このチルト角は88〜75度、好ましくは86〜80度の範囲にある。
本発明による光学膜あるいは補償膜または偏光膜などの光学膜の組合わせに関連して本明細書で使用されている視角の用語は、膜平面の垂直線に対する観察角度であり、この角度のもとで、例えば光学膜のコントラスト、輝度および(または)色変化が意図する用途に対して許容レベルにあることで特徴づけられる角度と理解されるべきである。
広い視角範囲の用語は、光学膜の平面の垂直線から測定して、理想的には0〜±90度、好ましくは少なくとも0〜±85度の範囲にある視角を包含するものと理解されるべきである。大部分の用途に対して、0〜±75度の範囲が許容される。特定のディスプレイ例において、0〜±60度の視角範囲あるいは0〜±50度の視角範囲でも、適している。
本発明のもう一つの対象は、ホメオトロピック分子配向または傾斜したホメオトロピック分子配向を有する少なくとも1つのアニソトロピックポリマー層を含む補償膜であって、
A)
a)少なくとも1個の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンを
b)開始剤、
c)必要に応じて、2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物、および
d)必要に応じて、安定剤、
の存在下において含む、
重合性メソゲン物質の混合物を、少なくとも1つの基板上に層形態で塗布し、
B)この混合物を、ホメオトロピック配向または傾斜したホメオトロピック配向に配向させ、
C)この混合物を熱または活性照射線にさらすことによって重合させ、
D)必要に応じて、工程A)、B)およびC)を少なくとも1回以上反復し、次いで、
E)必要に応じて、重合した材料から基板の一方または両方を取り除く、
ことによって得られることを特徴とする、前記補償膜にある。
本発明の好適態様において、補償膜は、重合性メソゲン物質の混合物が1個の重合性官能基を有する2種または3種以上のメソゲンを含有することを特徴とするものである。
本発明のもう一つの好適態様において、補償膜は、重合した材料が三次元網状構造体を形成していることを特徴とするものである。
本発明のもう一つの好適態様において、補償膜は、重合性メソゲン物質の混合物が1個の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンおよび2個または3個以上の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンを含有することを特徴とするものである。
本発明のもう一つの目的は、上記したとおりの重合性メソゲン物質の混合物にある。
本明細書で使用されているものとして、反応性メソゲン、反応性メソゲン化合物、反応性液晶(化合物)または反応性液晶化合物の用語は、棒状、板状または円盤状メソゲン基を有する化合物を包含する。これらのメソゲン化合物はそれら自体が中間相挙動を示す必要はない。本発明の好適態様において、これらは別種の化合物との混合物中で、あるいは純粋なメソゲン化合物またはメソゲン化合物を含有する混合物の重合後に中間相挙動を示す。
好適態様において、重合性混合物は、1個の重合性基を有する反応性メソゲン化合物を含有する。これらの化合物は一般に、容易にまた安価に合成することができる。さらにまた、一反応性化合物のみを含有する混合物は、二反応性化合物を含有する混合物に比較して、望ましくない自発的重合に対して高い安定性を示す。
もう一つの好適態様において、重合性混合物は、2個または3個以上の重合性官能基を有する反応性メソゲン化合物(多官能性化合物)を含有する。このような混合物を重合させると、三次元ポリマー網状構造体が形成される。このような網状構造体から形成された補償膜は自己支持性であり、また機械的安定性および熱に対する安定性を示し、およびまたその物理的性質の温度依存性は小さい。
もう一つの好適態様において、重合性混合物は、2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物を20%までの量で含有し、これによりポリマーの交差結合が増加される。二官能性非メソゲンモノマーの代表例には、炭素原子1〜20個を含有するアルキル基を有するアルキルジアクリレート化合物またはアルキルジメタアクリレート化合物がある。2個よりも多くの重合性基を有する非メソゲンモノマーの代表例には、トリメチルプロパントリメタア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がある。
多官能性メソゲンまたは非メソゲン化合物の濃度を変えることによって、ポリマー薄膜の架橋密度を容易に変えることができ、これによりこの物理的性質および化学的性質、例えば補償膜の光学的性質の温度依存性にとって重要であるガラス転移温度、熱および機械的安定性あるいは溶剤耐性などを容易に変えることができる。
本発明による重合性混合物は、層形態で少なくとも1枚の基板上に塗布し、配向させ、次いで重合させる。基板としては、例えばガラスまたは石英のシート、あるいはプラスティックフィルムまたはシートを使用することができる。重合前、重合中、および(または)重合後に、塗布混合物の上に第二の基板を配置することもできる。この基板は、重合後に取り除くことができ、あるいは取り除かなくてもよい。2枚の基板を使用する場合であって、活性照射線により硬化させる場合、少なくとも1枚の基板は重合に使用される活性照射線に対して透過性でなければならない。
アイソトロピックまたは複屈折性基板を使用することができる。重合後に重合したフィルムから基板を取り除かない場合、アイソトロピック基板を使用すると好ましい。
好適には、少なくとも1枚の基板は、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)またはトリアセチルセルロース(TAC)フィルムなどのプラスティックフィルム、好ましくはPETフィルムである。複屈折性基板としては、例えば単軸延伸したプラスティックフィルムを使用することができる。
ホメオトロピック配向または傾斜したホメオトロピック配向を得るために、メソゲン物質は好ましくは、配向層を担持する基板上に塗布する。ガラス基板上に使用される適当な配向剤は、例えばアルキルトリクロロシランまたはレシチンであり、他方、プラスティック基板の場合、レシチン、シリカまたは高チルトポリイミド配向膜の層を配向剤として使用することができる。本発明の好適態様において、シリカ塗布プラスティックフィルムを基板として使用する
本発明による重合性メソゲン混合物の重合は、これを熱または活性照射線にさらすことによって生じさせる。活性照射は、光、X−線またはガンマ線の照射あるいは高エネルギー粒子、例えばイオンまたは電子の照射を意味する。特に、紫外線光を使用すると好ましい。この照射波長は、好ましくは250nm〜400nm、特に好ましくは340nm〜380nmである。
活性照射線の供給源としては、例えば単一の紫外線灯または一組の紫外線灯を使用することができる。大きい灯力を使用して、硬化時間を短縮することができる。本発明で使用される照明灯により発生される照度は、好ましくは0.01〜100mW/cm2、特に好ましくは10〜50mW/cm2である。
硬化時間は、中でも、重合性メソゲン物質の反応性、塗布層の厚さ、重合開始剤の種類および紫外線灯の灯力に依存する。例えば、大量生産の場合、短時間硬化が好ましい。
重合は、活性照射線の波長を吸収する開始剤の存在下に行う。一例として、紫外線光により重合させる場合、紫外線照射下に分解して、重合反応を開始させるフリーラジカルを発生する光開始剤を使用することができる。例えばビニルおよびエポキシド反応性基を有する反応性メソゲンを硬化させる場合、カチオン性開始剤を使用して、フリーラジカルの代わりにカチオンを用いて光硬化させることもできる。重合はまた、或る温度以上に加熱されると分解する開始剤によって開始させることもできる。
光感受性または温度感受性開始剤に加えて、重合性混合物はまた、1種または2種以上のその他の適当な成分、例えば触媒、安定剤、共反応性モノマーまたは界面活性化合物などを含有することができる。
或る場合、配向を助長し、また重合を阻害することもある酸素を排除するために、第二の基板を使用すると有利である。別法として、硬化は不活性気体雰囲気下に行うこともできる。しかしながら、適当な光開始剤および大きい紫外線灯力を使用して、空気中で硬化させることもできる。カチオン性光開始剤を用いる場合、酸素の排除はほとんど大部分の場合に不必要であるが、水分は排除しなければならない。本発明の好適態様において、重合性メソゲン材料の重合は、不活性気体雰囲気下に、好ましくは窒素雰囲気下に行う。
良好な配向を備えたポリマーフィルムを得るためには、この重合を重合性メソゲン物質の混合物の液晶相でホメオトロピック配向または傾斜したホメオトロピック配向状態で行うべきである。従って、低融点、好ましくは100℃またはそれ以下、特に60℃またはそれ以下の融点を有する重合性混合物を使用すると好ましく、これにより低温で混合物の液晶相において硬化を行うことができる。これによりまた、重合操作を容易にすることができ、これは大量生産の場合に特に重要である。100℃以下の硬化温度が好適である。60℃以下の硬化温度は特に好ましい。
ネマティックまたはスメクティック相を示す重合性メソゲン物質の混合物を使用することもできる。本発明の好適態様において、この重合は、重合性メソゲン混合物のスメクティック相で、特に好ましくはスメクティックA相で行う。このスメクティック相において、配向は硬化前にはそれほど容易には分布しない。
本発明の特に好適な態様において、補償膜は反射型偏光板および四分の一波長光学リターダーとともに使用する。補償膜は分離した光学素子として反射型偏光板に連結することができる。好ましくは、反射型偏光板と補償膜とは一体にされており、これらが一つの光学素子を構成しているようにする。これは、例えば補償膜の製造後に、補償膜と反射型偏光板とを一緒に積層することによって達成することができる。
もう一つの好適態様において、重合性メソゲン物質を基板としての役目を果たす反射型偏光板上に直接塗布し、硬化させる。これにより製造方法を単純にすることができる。
さらにもう一つの好適態様において、重合性メソゲン物質を基板としての役目を果たす四分の一波長光学リターダー上に塗布し、硬化させる。
本発明による反射型偏光板の機能を図1によりさらに説明する。図1は本発明の好適態様に従う表示デバイスを例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。光路に従う光の主要方向は、左側から右側への方向である。この表示デバイス10は、照明灯12aおよび組合わせ導光板および反射板12bを備えた側面照射型バックライトユニット11、拡散膜13およびラセン状ねじれ分子配向を有する液晶材料の層からなる反射型偏光板14、本発明による補償膜15、四分の一波長リターデーションシート16および直線偏光板17からなる偏光板組合わせからなる。この図にはまた、液晶セル18および表示セルの裏側に存在する第二の直線偏光板19が示されている。
バックライト11から発射された光は、反射型偏光板14の分子ラセン構造と相互反応し、その結果として、反射型偏光板上の入射光の光度の50%は、反射型偏光板の分子ラセン構造のねじれ方向に依存して、右旋回または左旋回状態で円偏光される円偏光された光として透過され、他方もう一方の50%は反対の旋回方向で円偏光された光として反射される。この反射された光はバックライトにより偏光が消去され、次いで反射板12bにより反射型偏光板14に再度向けられる。この様相で、バックライト11から発射された広範囲の波長の光の理論的に100%が円偏光された光に変換される。透過部分の主要部分は補償膜15により補償され、四分の一波長リターデーションシート16によって直線偏光された光に変換され、引き続いて直線偏光板17により透過される。他方、四分の一波長リターデーションシート16によって直線偏光に完全に変換されない光、例えば楕円偏光された光は、直線偏光板17により透過されない。この直線偏光された光は次いで、ディスプレイ18および第二の直線偏光板19を通過して視覚者20に到達する。
図1bは、図1aに示されているデバイスと本質的に同一の構成を有する本発明のもう一つの好適態様に従う表示デバイスを示しており、この表示デバイスは補償膜15が入射光の方向から見て、四分の一波長リターダー16の裏側に配置されている点で変更されている。
3部品、すなわち広帯域反射型偏光板14、四分の一波長リターダー16および直線偏光板17の組合わせを備えているが、本発明による補償膜15を備えていない液晶ディスプレイの場合、垂直入射(視野角0°)および小さい視野角値における輝度は、単独部品として直線偏光板17を備えている、すなわち反射型偏光板14および四分の一波長リターダー16を備えていない慣用の液晶ディスプレイに比較して、増加される。
しかしながら、上記3部品、すなわち14、16および17を備えたディスプレイは、見る角度が大きくなるのに従い、反射型偏光板14それ自体による位相リターデーションが増加して、輝度は格別に減少される。これは直線偏光板17を単独部品として備えた慣用のディスプレイについて、或る角度で測定した数値と一致する。この最小角度、すなわち上記3部品である反射型偏光板14、四分の一波長リターダー16および直線偏光板17を備えたディスプレイの輝度が、単独部品として直線偏光板17を備えたディスプレイについて測定された数値を越える角度が、「クロスオーバー角」と称される。
液晶ディスプレイに上記のとおりに上記3部品、すなわち反射型偏光板14、四分の一波長リターダー16および直線偏光板17に加えて、第四の部品として本発明による補償膜15を使用した場合、このクロスオーバー角は相当に増大される。換言すれば、この場合、反射型偏光板14および四分の一波長リターダー16を用いて達成される輝度の増大、すなわち小さい視角における輝度の増加が広い視角にまで拡大される。
本発明による補償膜を含む偏光板組合わせを備えたディスプレイのクロスオーバー角は好ましくは、30°またはそれ以上、特に好ましくは40°またはそれ以上、非常に特に好ましくは50°またはそれ以上である。
広帯域反射型偏光板、四分の一波長膜および本発明による補償膜を備えたディスプレイの輝度は好ましくは、0°〜90°の視角、すなわち可能な全視角について、補償膜を備えていないディスプレイに比較して大きい。
広帯域反射型偏光板、四分の一波長膜および本発明による補償膜を備えたディスプレイの色度差(colour difference)(CIE 1976 L*U*V*色間隔による△E* UV)は好ましくは、0°〜90°の視野角、すなわち可能な全視野角について、補償膜を備えていないディスプレイに比較して、小さい。
本発明の好適態様において、重合性メソゲン物質の混合物に使用される反応性メソゲン化合物は、下記式Iで表わされる化合物である:
P−(Sp−X)n−MG−R I
式中、
Pは、重合性基であり、
Spは、炭素原子1〜20個を有するスペーサー基であり、
Xは、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−から選択される基または単結合であり、
nは、0または1であり、
MGは、メソゲン基またはメソゲン支持基であり、この基は好ましくは、下記式IIに従い選択され:
−(A1−Z1)m−A2−Z2−A3− II
(式中、
A1、A2およびA3は相互に独立して、1,4−フェニレン基であり、この基中に存在する1個または2個以上のCH基はまたNにより置き換えられていてもよく、あるいは1,4−シクロヘキシレン基であり、この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個のCH2基はまたOおよび(または)Sにより置き換えられていてもよく、あるいは1,4−シクロヘキセニレン基またはナフタレン−2,6−ジイル基であり、これらの基は全部が未置換であるか、あるいは1個または2個以上のハロゲン、シアノまたはニトロ基により、あるいは炭素原子1〜7個を有するアルキル基、アルコキシ基またはアルカノイル基により置換されていてもよく、これらの基中の1個または2個以上のH原子はFまたはClにより置換されていてもよく、
Z1およびZ2はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合であり、そして
mは、0、1または2である)、そして
Rは、25個までの炭素原子を有するアルキル基であり、この基は未置換であるか、あるいは1個または2個以上のハロゲンまたはCNにより置換されており、この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基はまたそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接結合しない様相で、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−または−C≡C−により置き換えられていてもよく、あるいはRはまた、ハロゲンまたはシアノであるか、あるいは独立して、P−(Sp−X)n−について示されている意味の一つを有する。
少なくとも2種の反応性メソゲン化合物を含有し、その少なくとも1種が式Iで表わされる化合物である重合性混合物は特に好適である。
本発明のもう一つの好適態様において、反応性メソゲン化合物は、式Iにおいて、Rが上記P−(Sp−X)n−の意味の一つを有する化合物から選択される。
二環状および三環状メソゲン化合物は好適である。
ハロゲンは好ましくは、FまたはClである。
式Iで表わされる化合物の中で、RがF、Cl、シアノ、アルキルまたはアルコキシであるか、あるいはP−(Sp−X)n−について示されている意味を有し、そしてそのMGが式IIにおいて、Z1およびZ2が、−COO−、−OCO−、−CH2−CH2−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合である化合物は特に好適である。
式IIで表わされる好適メソゲン基の小さい群を下記に示す。簡潔にするために、これらの基において、Pheは1,4−フェニレンであり、PheLは少なくとも1個の基Lにより置換されている1,4−フェニレンであり、ここでLはF、ClまたはCNであるか、あるいは炭素原子1〜4個を有し、フッ素化されていてもよいアルキル基、アルコキシ基またはアルカノイル基であり、そしてCycは1,4−シクロヘキシレンである。
これらの好適基において、Z1およびZ2は、上記式IIについて示されている意味を有する。好ましくは、Z1およびZ2は、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−または−CH=CH−COO−である。Lは好ましくは、F、ClまたはCNであるか、あるいはメチル、メトキシ、エチル、エトキシ、オキサメチル、オキサエチルまたはトリフルオロメチルである。
Lは好ましくは、F、Cl、CN、NO2、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OCF5、特にF、Cl、CN、CH3、C2H5、OCH3、COCH3およびOCF3、最も好ましくはF、CH3、OCH3およびCOCH3である。
MGが下記式から選択される化合物は特に好適である:
これらの式において、Lは上記意味を有し、そしてrは0、1または2である。
これらの好適式において、基:
は、非常に好ましくは、
を表わし、さらにまた、
を表わし、これらの基において、Lはそれぞれ独立して、上記意味の一つを有する。
これらの好適化合物中に存在するRは、特に好ましくはCN、F、ClまたはOCF3であるか、あるいは炭素原子1〜12個を有するアルキル基またはアルコキシ基であるか、あるいはP−(Sp−X)n−について示されている意味の一つを有する。
Rがアルキル基またはアルコキシ基、すなわちその末端CH2基が−O−により置き換えられている基である場合、この基は直鎖状または分枝鎖状であることができる。この基は好ましくは、直鎖状であって、2個、3個、4個、5個、6個、7個または8個の炭素原子を有し、従って好ましくは、例えばエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシまたはオクトキシであり、さらにまたメチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、メトキシ、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシまたはテトラデコキシであることができる。
オキサアルキル基、すなわち基中に存在する1個のCH2基が−O−により置き換えられている基は好ましくは、例えば直鎖状の2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)または3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−または4−オキサペンチル、2−、3−、4−または5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−または6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−または7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−または8−オキサノニルあるいは2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−または9−オキサデシルである。
さらにまた、非カイラル分枝鎖状基Rを含有する式Iで表わされるメソゲン化合は、例えばこのような化合物が減少した結晶化傾向を有することから、コモノマーとして場合により重要である。この種の分枝鎖状基は一般に多くて1個の鎖分岐を有する。好適非カイラル分枝鎖状基は、イソプロピル、イソブチル(=メチルプロピル)、イソペンチル(=3−メチルブチル)、イソプロポキシ、2−メチルプロポキシおよび3−メチルブトキシである。
Pは好ましくは、CH2=CW−COO−、WCH=CH−O−、
またはCH2=CH−フェニル−(O)kから選択され、
ここでWはH、CH3またはClであり、そしてkは0または1である。
Pは特に好ましくは、ビニル基、アクリレート基、メタアクリレート基、プロペニル基またはエポキシ基であり、非常に特に好ましくは、アクリレート基である。
スペーサー基Spとしてはこの目的に当業者に知られている全部の基を使用することができる。スペーサー基Spは好ましくは、エステルまたはエーテル基により、あるいは単結合により重合性基Pに結合している。スペーサー基Spは好ましくは、炭素原子1〜20個、特に炭素原子1〜12個を有し、さらにこの基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基が、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−または−C≡C−により置き換えられていてもよい直鎖状または分枝鎖状アルキレン基である。
代表的スペーサー基は、例えば−(CH2)o−、−(CH2CH2O)r−CH2CH2−、−CH2CH2−S−CH2CH2−または−CH2CH2−NH−CH2CH2−であり、これらの基において、oは2〜12の整数であり、そしてrは1〜3の整数である。
好適スペーサー基は、例えばエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレン−チオエチレン、エチレン−N−メチルイミノエチレンおよび1−メチルアルキレンである。
Rが、式P−Sp−X−またはP−Sp−で表わされる基である場合、メソゲン骨格のどちらかの側に存在するスペーサー基は同一または相違していてもよい。
式Iにおいて、nが1である化合物は特に好適である。
もう一つの好適態様において、本発明による補償膜は、式Iにおいて、nが0である化合物および式Iにおいて、nが1である化合物を含有する混合物を共重合させることによって得られる。
式Iで表わされる重合性メソゲン化合物の代表例は、WO93/22397;EP0,261,712;DE195,04,224;DE4,408,171またはDE4,405,316に見出すことができる。しかしながら、これらの刊行物に記載されている化合物は単なる例と見做されるべきであり、本発明の範囲を制限するものではない。
さらにまた、重合性メソゲン化合物の代表例を、下記化合物リストに示す。しかしながら、このリストは単に例示するものであって、本発明の範囲を制限するものではないと理解されるべきである:
これらの化合物において、xおよびyはそれぞれ独立して、1〜12であり、Aは1,4−フェニレンまたは1,4−シクロヘキシレン基であり、R1はハロゲンまたはシアノであるか、あるいは炭素原子1〜12個を有するハロゲン化されていてもよいアルキル基またはアルコキシ基であり、そしてL1およびL2はそれぞれ独立して、H、ハロゲンまたはCNであるか、あるいは炭素原子1〜7個を有するアルキル基、アルコキシ基またはアルカノイル基である。
本明細書に記載されている反応性メソゲン化合物は、上記刊行物に記載されているそれ自体公知の方法および刊行物、例えばHouben−WeylによるMethoden der Organischen Chemie、Thieme出版社、Stuttgartなどの有機化学の標準的学術書に記載されている方法により製造することができる。
本発明の好適態様において、補償膜は、下記成分からなる重合性メソゲン物質の混合物から得られる:
a1)少なくとも1個の重合性官能基を有する少なくとも1種の式IおよびIIに従うメソゲンの10〜99重量%、
a2)2個または3個以上の重合性官能基を有する少なくとも1種の式IおよびIIに従うメソゲンの0〜90重量%、
b)0.01〜5重量%の開始剤、
c)2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物の0〜20重量%、および
d)0〜1000ppmの安定剤。
本発明の特に好適な態様において、重合性メソゲン物質の混合物は、成分a1)の少なくとも2種の相違するメソゲンを15〜99重量%、好ましくは40〜99重量%、最も好ましくは75〜99重量%の量で含有し、さらにまた上記成分b)および任意の成分a2)、c)およびd)を含有する。
この特に好適な態様に従う混合物は好ましくは、1種の重合性官能基を有する2種または3種の式IおよびIIに従う相違するメソゲンを含有する。
この特に好適な態様に従う混合物は最も好ましくは、1種の重合性官能基を有する4種または5種以上の、特に4種〜8種の、非常に特に4種〜6種の式IおよびIIに従う相違するメソゲンを含有する。
この特に好適な態様に従う混合物中の1個の重合性官能基を有する式IおよびIIに従うメソゲンのそれぞれの割合は好ましくは、総混合物の重量に基づき5〜90%、特に10〜80%、非常に好ましくは15〜65%である。
上記の特に好適な態様に従う混合物において、式IおよびIIに従う相違するメソゲンはそれぞれ、少なくとも1個の基P、Sp、X、A1、A2、A3、Z1、Z2およびRがメソゲン相互で相違していると好ましい。
この特に好適な態様に従う混合物は、成分a2)の化合物を、好ましくは10重量%よりも少ない量で含有し、非常に特に好ましくは成分a2)の化合物を含有していない。
本発明のもう一つの特に好適な態様において、重合性メソゲン物質の混合物は、a1)1個の重合性官能基を有する少なくとも1種の式IおよびIIに従うメソゲンの15〜85重量%、
a2)2個または3個以上の重合性官能基を有する少なくとも1種の式IおよびIIに従うメソゲンの10〜80重量%、
を含有し、そしてさらに上記のとおりの成分b)および任意の成分c)およびd)を含有する。
上記好適態様に従う混合物中の式Iで表わされる重合性化合物は好ましくは、好適式II−1〜II−16から選択されるメソゲン基を含有する。これらの好適混合物中の重合性化合物は上記式Ia〜Igで例示されている化合物から選択すると特に好ましい。
上記重合性メソゲン物質の混合物は、本発明のもう一つの目的を構成する。
追加の労力を要することなく、当業者は前記説明から本発明を充分な程度にまで利用することができる。従って、下記の例は単に説明しようとするものであって、如何なる点でも記載の残りの部分を制限するものではない。
前記および下記の例において、別段の記載がないかぎり、温度は全部が未補正であって、摂氏度で示されおり、そして部およびパーセンテージは全部が重量による。下記の略号を使用して、化合物の液晶相挙動を示す:
K=結晶;N=ネマティック;S=スメクティック;Ch=コレステリック;I=アイソトロピック。これらの記号間の数値は相転移温度を摂氏度で示すものである。
例1A
下記の混合物を調製する:
化合物(1) 24.5%
化合物(2) 24.5%
化合物(3) 24.5%
化合物(4) 24.5%
イルガキュア651 2.0%
(Irgacure)
イルガキュアは市販の光開始剤である(Ciba Geigy AG)。化合物(1)の製造はDE195,04,224に記載されている。化合物(2)〜(4)は同様にして製造することができる。
この混合物は、SA 76 Ch 121 Iの中間相挙動を示す。
補償膜を製造するために、この混合物をシクロペンタノン中に溶解し、次いで0.2ミクロンPTFEフィルターに通して濾過した。この試料を、ワイヤー巻き付け塗布棒によりガラス上に塗布し(通常、12ミクロンのコーティング)、次いで窒素雰囲気下に50℃で溶剤を蒸発させた。この混合物を次いで、窒素雰囲気下に、70mW/cm2の照度を有する紫外線光に5分間さらすことによって硬化させ、3ミクロンの厚さを有するアニソトロピックポリマーフィルムを形成した。
このポリマーフィルムは、光学的に透明であり、垂直入射で見た場合、複屈折を伴わないメソゲン基のホメオトロピック配向を示し、また偏光光学顕微鏡下で視角の増大に従う複屈折率の増加を示した。
このホメオトロピック薄膜を有するガラス板を、接着層により広波長帯域コレステリック薄膜のシートに接着させた。
この広波長帯域反射型偏光膜は、反応性コレステリックメソゲン化合物の重合した混合物からなる。この偏光板は、多種のピッチ長さのコレステリックラセンを示し、そして約260nmの帯域をもって、図2に示されている広い反射帯域を有していた。
上記接着層は、ヘキサンジオールジアクリレートおよび1%のイルガキュア651からなる塗布混合物を70mW/cm2の照度を有する紫外線光下に3分間硬化させることによって調製し、20ミクロンの厚さを有していた。
例1B
下記の測定において、反射型偏光板51および1Aの本発明によるホメオトロピック補償膜52、四分の一波長薄膜(QWF)53および直線偏光板54(偏光軸はQWFの固定軸に対して45°である)を備えている図3に記載の装置を通過する、市販LCDバックライト50からの光の輝度を、或る視角範囲(−60°〜+60°)でミノルタ(Minolta)CS−100カラーカメラ55を用いて測定した。この測定値を図4に示す。
第一に、反射型偏光板51、QWF53および直線偏光板54からなり、本発明による補償膜52を備えていない未補償偏光板組合わせにかかわる結果(曲線4b)を、直線偏光板54を単独で用いた同一装置(曲線4a)と比較した。
曲線4bから、4aに比較して、約44%の明度の増加、すなわち輝度の増加が垂直方向(視野角角度=0°)で測定された。しかしながら、視野角が大きくなるに従う、反射型偏光板それ自体による位相リターデーションの増加は、測定された輝度の顕著な減少を引き起こした。これは36°のクロスオーバー角で直線偏光板について測定された数値と一致した。
次いで、この結果を、反射型偏光板51、本発明によるホメオトロピック補償膜52、QWF53および直線偏光板54からなる補償偏光板組合わせ(4c)と比較した。クロスオーバー角は補償膜を用いない場合の約36°から補償膜を用いた場合の約47°に増加した。曲線4b(未補償)と曲線4c(補償済)とを比較した場合、ホメオトロピック補償膜を使用した場合に、全視角にわたり輝度が格別に増大されることを見ることができる。
図5は、補償済試料(5b)および未補償試料(5a)にかかわる色度差(CIE 1976 L*U*V*色空間による△E* UV値)を示している。曲線5bに示されているように、補償膜は、補償膜を用いない試料(曲線5a)と比較して、角度の増大に従い、色度差を減少させる。一例として、40°の視角において、補償膜を用いた試料の色度差は、補償膜を用いない試料の色度差のほぼ半分である。
例2
下記の混合物を調製する:
化合物(5) 69%
化合物(6) 19%
イルガキュア651 12%
(Irgacure)
二反応性化合物(5)は、WO93/22397に記載されている化合物の合成と同様にして製造することができる。化合物(6)は、化合物(1)〜(4)と同様にして製造することができる。
この混合物は、SA 76 N 117 Iの中間相挙動を示す。
この混合物のシクロペンタノン中20%溶液を、シリカ塗布PET基板上に塗布し、次いで溶剤を蒸発させた。この混合物を60℃で紫外線光にさらすことによって硬化させ、ホメオトロピック配向膜を得た。この膜を、例1Bに記載の装置で補償膜として使用した場合、60°のクロスオーバー角が見出された。
例3
下記の混合物を調製する:
化合物(5) 40%
化合物(7) 10%
化合物(8) 46%
イルガキュア907 4%
(Irgacure)
イルガキュアは、市販の光開始剤である(Ciba Geigy AG)。化合物(7)および(8)は、化合物(1)〜(4)と同様にして製造することができる。
本明細書に記載の補償板として使用することができるホメオトロピック配向を有するポリマーフィルムを、例1Aに記載のとおりに、上記混合物の塗布、配向および硬化により製造した。
前記諸例は、前記例で用いられているものの代わりに、一般的または具体的に記載されている反応剤および(または)本発明の操作条件を用いて同様の成功をもって反復することができる。
前記記載から、当業者は本発明の本質的特徴を容易に確認することができ、また本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種用途および状態に適合させるために、本発明を変更および修正することができるものとする。
Claims (15)
- 液晶セルおよび少なくとも1枚の補償膜または偏光板と少なくとも1枚の補償膜を有する光学補償板との組合わせを含み、該補償膜は
a)少なくとも1個の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンを
b)開始剤
c)必要に応じて、2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物、および
d)必要に応じて、安定剤、
の存在下において含む、
重合性メソゲン物質の混合物の重合あるいは共重合によって得られる少なくとも1つのアニソトロピックポリマー層を含む液晶表示デバイスであって、上記アニソトロピックポリマー層がホメオトロピックまたは傾斜したホメオトロピック分子配向を有することを特徴とする、前記液晶表示デバイス。 - 広帯域反射型偏光板を含むことを特徴とする、請求項1に記載の液晶表示デバイス。
- 補償膜の位相リターデーションが広範囲の視角範囲にわたり広帯域反射型偏光板の位相リターデーションに対して、符号で反対であり、また大きさで実質的に同等であることを特徴とする、請求項2に記載の液晶表示デバイス。
- 補償膜が2枚または3枚以上のアニソトロピックポリマー層を含み、これらの層の少なくとも1枚がホメオトロピック配向または傾斜したホメオトロピック配向を有する複合補償膜であることを特徴とする、請求項1、2または3に記載の液晶表示デバイス。
- 複合補償膜の少なくとも1層が、これらの層の少なくとも1つの別の層の光学対称軸とは異なる配向の光学対称軸を有することを特徴とする、請求項4に記載の液晶表示デバイス。
- ホメオトロピック分子配向または傾斜したホメオトロピック分子配向を有する少なくとも1つのアニソトロピックポリマー層を含む補償膜であって、
A)
a)少なくとも1個の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンを
b)開始剤、
c)必要に応じて、2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物、および
d)必要に応じて、安定剤、の存在下において含む、
重合性メソゲン物質の混合物を、少なくとも1つの基板上に層形態で塗布し、
B)この混合物を、ホメオトロピック配向または傾斜したホメオトロピック配向に配向させ、
C)この混合物を熱または活性照射線にさらすことによって重合させ、
D)必要に応じて、工程A)、B)およびC)を少なくとも1回以上反復し、次いで、
E)必要に応じて、重合した材料から基板の一方または両方を取り除く、ことによって得られることを特徴とする、前記補償膜。 - 少なくとも1つの基板がプラスティックフィルムであることを特徴とする、請求項6に記載の補償膜。
- 重合性メソゲン物質の混合物が、1個の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンおよび2個または3個以上の重合性官能基を有する少なくとも1種のメソゲンを含有することを特徴とする、請求項6または7に記載の補償膜。
- 重合性メソゲン物質の混合物が、1個の重合性官能基を有する少なくとも2種のメソゲンを含有することを特徴とする、請求項6または7に記載の補償膜。
- 重合した材料が、三次元網状構造体を形成していることを特徴とする、請求項6〜9のいずれかに記載の補償膜。
- 重合性メソゲン物質が、下記式Iで表わされる化合物であることを特徴とする、請求項6〜10のいずれかに記載の補償膜:
P−(Sp−X)n−MG−R I
式中、
Pは、重合性基であり、
Spは、炭素原子1〜20個を有するスペーサー基であり、
Xは、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−または単結合であり、
nは、0または1であり、
MGは、メソゲン基またはメソゲン支持基であり、この基は好ましくは、下記式IIに従い選択され:
−(A1−Z1)m−A2−Z2−A3− II
(式中、
A1、A2およびA3は相互に独立して、1,4−フェニレン基であり、この基中に存在する1個または2個以上のCH基はまた、Nにより置き換えられていてもよく、あるいは1,4−シクロヘキシレン基であり、この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個のCH2基はまた、Oおよび(または)Sにより置き換えられていてもよく、あるいは1,4−シクロヘキセニレン基またはナフタレン−2,6−ジイル基であり、これらの基は全部が未置換であるか、あるいは1個または2個以上のハロゲン、シアノまたはニトロ基により、あるいは炭素原子1〜7個を有するアルキル基、アルコキシ基またはアルカノイル基により置換されていてもよく、これらの基中の1個または2個以上のH原子はFまたはClにより置換されていてもよく、
Z1およびZ2はそれぞれ独立して、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−OCH2−、−CH2O−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合であり、そして
mは、0、1または2である)、そして
Rは、25個までの炭素原子を有するアルキル基であり、この基は未置換であるか、あるいは1個または2個以上のハロゲンまたはCNにより置換されており、この基中に存在する1個のCH2基または隣接していない2個以上のCH2基はまたそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接結合しない様相で、−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−または−C≡C−により置き換えられていてもよく、あるいはRはまた、ハロゲンまたはシアノであるか、あるいは独立して、P−(Sp−X)n−について示されている意味の一つを有する。 - 重合性メソゲン物質の混合物が本質的に下記成分からなることを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載の補償膜:
a1)1個の重合性官能基を有する少なくとも1種の式IおよびIIに従うメソゲンを15〜85重量%、
a2)2個または3個以上の重合性官能基を有する少なくとも1種の式IおよびIIによるメソゲンを10〜80重量%、
b)開始剤を0.01〜5重量%、
c)2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物を0〜20重量%、および
d)安定剤を0〜1000ppm。 - 重合性メソゲン物質の混合物が、本質的に下記成分からなることを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載の補償膜:
a1)1個の重合性官能基を有する少なくとも2種の式IおよびIIに従うメソゲンを75〜99重量%、
b)開始剤を0.01〜5重量%、
c)2個または3個以上の重合性官能基を有する非メソゲン化合物を0〜20重量%、および
d)安定剤を0〜1000ppm。 - 請求項6〜13のいずれかに記載の重合性メソゲン物質の混合物。
- 広帯域反射型偏光板により透過される光の位相リターデーションの視角角度依存性を補償するための、請求項6〜13のいずれかに記載の補償膜の使用。
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