JP4195183B2 - ディスプレイ装置のための異方性リタデーション層 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、構造、
【化３】

を有するネマチックトリアジン誘導体を含む物質の異方性組成物に関する。上の式Ｉ中、Ｒ^３は、Ｒ^３環内の窒素原子を通じてトリアジン主鎖に結合している正に荷電した置換されたまたは置換されていない複素芳香環を表す。Ｒ^３が置換されていないピリジンである場合、対イオンＸ⁻はＣｌ⁻およびＯＨ⁻以外のいかなる対イオンでも良い。さもなければ対イオンＸ⁻は、あらゆる対イオンから選択できる。物質組成物の少なくとも１層を支持基材上に被覆して乾燥すると、ディスプレイ装置の画質を改善するのに使用できる光学的リタデーション層が製造される。組成物および基材の特性は、ディスプレイの放射光線の位相および偏光状態を補正して、法線から離れた視野角における画質を改善する複屈折リタデーション部品を形成するように選択できる。
【０００２】
関連技術の説明
液晶ディスプレイは、低消費電力、軽量、および省スペース性能のために、コンピュータ、航空電子工学などの多くの応用分野で有用である。ゼロ視野角と称されるディスプレイに対して法線である真正面からの眺めから、非ゼロ視野角である側面からの眺めまたは法線をはずれた視野角へと、観察者が移動するにつれて、ディスプレイに表示される画像が劣化するので、分野によってはＬＣＤの使用が限定される。観察者が法線から非ゼロ視野角に遠ざかるにつれて、一つには液晶層に固有の複屈折と、そして観察者に伝達される光のわずかに楕円である偏光状態によって、セルの光導特性が損なわれるために視野角性能が低下する。液晶層の複屈折は、ツイステッドネマチック（ＴＮ）ディスプレイよりもスーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）ディスプレイでより目立つ傾向がある。
【０００３】
法線照射角および法線から離れた照射角の光の双方に対してディスプレイ品質を改善するために、いくつかの技術および物質が開発されている。今日利用できる多くのＬＣＤ装置では、典型的に多層のポリマーフィルムである位相差層が、観察者に伝達される光路中に配置される。技術分野でリタデーションまたはリタデーション層と称されるこれらの層は、光学的異方性に依存してディスプレイから放射される光の光学的特性を修正する。光学的異方性フィルムは、ｘおよびｙ軸がリタデーション層平面内にあり、ｚ軸が層平面に対して法線であって正の方向は層から遠ざかるｘ、ｙ、およびｚ軸にそれぞれ平行な平面内で、偏光された光に対して異なる屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、およびｎ_ｚを示す。
【０００４】
ｘ、ｙ、およびｚ軸にそれぞれ平行な平面内で偏光した光に対して、屈折率（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚ）を有する光学的異方性層は、様々なやり方で分類される。例えばｎ_ｘとする層屈折率の１つだけが他の２つｎ_ｙおよびｎ_ｚと異なり、残る２つの屈折率（ｎ_ｙおよびｎ_ｚ）が実質的に等しい場合、物質は一軸複屈折性であると言われる。さらに等しくない屈折率（ｎ_ｘ）が２つの実質的に等しい屈折率（ｎ_ｙおよびｎ_ｚ）よりも小さい場合、物質はネガティブに複屈折性であり、一方、等しくない屈折率（ｎ_ｘ）が２つの実質的に等しい屈折率（ｎ_ｙおよびｎ_ｚ）よりも大きい場合、物質はポジティブに複屈折性である。
【０００５】
物質が平面シートまたはプレートの形態であり、光学軸がプレート平面内にある場合、プレートは「Ａ」プレートと称される。光学軸がプレート平面に垂直な場合、物質は「Ｃ」プレートである。光学軸がプレート平面に対して、中間または斜めの角度である場合、プレートは「Ｏ」プレートである。プレートが「Ａ」プレートでネガティブに複屈折性であれば、プレートは「Ａネガティブ」プレートである。
【０００６】
ｎ_ｘ、ｎ_ｙおよびｎ_ｚ間に特定の関係を有する異方性フィルムは、多様な手段によって製造されている。例えば米国特許５，１２４，８２４では、２つの固形基材の間に包含されて、液晶装置それ自体に類似した構造を形成する液晶物質を含むリタデーションプレートが開示されている。米国特許５，５２６，１５０号の層は、液晶ポリマーをガラス板上にキャスティングし、熱処理して製造される。‘８２４号および‘１５０号特許で述べられるリタデーションプレートは、高価で分厚く重い。
【０００７】
米国特許第５，３８０，４５９号は、フィルムを延伸して側鎖を電界または磁界と一列に並べることで、あるいはフィルム表面に剪断応力を適用することで、ポリマーフィルムの屈折率が調節できることを教示する。フィルムを加熱しながら、延伸ポリマーフィルムをベルトまたはローラーの間に保持して、表面を押さえつけて製造される位相リタデーションフィルムは、米国特許５，４７４，７３１号で開示されている。液晶ポリマーを延伸ポリマーフィルム上にコーティングして熱処理し、自己配向させて製造される配向液晶ポリマーフィルムは、米国特許第５，１３２，１４７号で開示されている。熱処理およびフィルムの延伸による補償層の製造には、多大な時間、装置および経費がかかり、競争的な製造環境では不利である。さらに単一のフィルム、またはフィルムおよびコーティングの組合せから、ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、およびｎ_ｚの所望の値が得られない場合、複数のフィルムをラミネートして所望の総合屈折率を達成することは面倒な仕事である。層の熱処理を使用して所望の光学的特性を得る場合、存在するかもしれないその他のポリマー層が熱処理によって悪影響を受けるかもしれない。
【０００８】
ＬＣＤのために適切なリタデーション層を製造するのに必要な屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、およびｎ_ｚの特定の値は、ディスプレイ中の物質の化学構造、並びに物質を付着させる工程に左右されるが、ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、およびｎ_ｚの間のいくつかの有用な関係については技術分野で既知である。例えば米国特許第５，１２４，８２４号は、その中でポリスチレンのベンゼン環がフィルムの厚さ方向に配向して、ｎ_ｚがｎ_ｘまたはｎ_ｙよりも大きい層を提供するポリスチレンリタデーション層について述べている。同様に米国特許第５，３８０，４５９号は、複数の結合を含有する芳香族基またはその他の基を含有する側基を有するポリマー物質について述べている。これらのポリマー物質はｎ_ｘまたはｎ_ｙの少なくとも１つよりも大きいｎ_ｚを有し、ＬＣＤの軸をはずれた視野角を改善すると言われる。米国特許第５，４０６，３９６号は、２層補償フィルムについて述べている。第１の層は、ｎ_ｚ＞ｎ_ｘ＝ｎ_ｙの関係を満たす屈折率を有する一方、第２の層は、２つの層を組み合わせると、２層フィルムに対してｎ_ｘ≧ｎ_ｚ＞ｎ_ｙの総合的関係が得られるような屈折率を有する。米国特許第５，５２６，１５０号で述べられる補償層は、一実施例で屈折率ｎ_ｘ＝１．５５、ｎ_ｙ＝１．５５、およびｎ_ｚ＝１．７５を有し、これは液晶ディスプレイの視野角を一方向に顕著に増大させると言われる。米国特許第５，５６８，２９０が述べる円盤状の液晶層は、異方性フィルム上に付着させて、ｎ_ｚがｎ_ｘまたはｎ_ｙのどちらよりも小さい物質を製造することができる。
【０００９】
米国特許第２，４００，８７７号は、適当な条件下で、線状または糸状分子構造を形成する特定の色素について述べている。‘８７７号特許は、技術分野でネマチック位相または構造と称されるこの構造が、溶液の注意深い蒸発および拡散によって保存できることを教示する。‘８７７号特許は、無色または淡色のネマチック物質をリターダまたは分画波長板中で使用して、陰極線管（ＣＲＴ）およびＬＣＤなどのディスプレイのコントラストを増大できることをさらに示唆する。しかし‘８７７特許中で述べられた物質は、乾燥前に石鹸様またはスメクチックになり、ＬＣＤ用途においては有用でない。
Ｓｔｒｅｂｅｌに付与された米国特許第４，０３１，０９２号では、希釈水溶液中でネマチック位相を形成するトリアジン誘導体の種類について述べている。概して１−［４，６ジ（カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］ピリジニウム塩と称される‘０９２特許中で述べられる化合物は、乾燥すると複屈折性のワニス様フィルムを形成する。フィルムは、単一方向に擦って表面配向させたガラス基材上に厚さ約０．１〜５μｍに適用すると、リタデーションプレートを製造するのに使用できる。厚さ約０．４０〜約０．６５μｍのフィルムは、約６５°〜約１２０°のリタデーションを提供する言われる。
【００１０】
‘０９２特許は、１−［４，６ジ（カルボキシアニリノ）−１，３，５トリアジン−２−イル］ピリジニウム塩から形成する複屈折フィルムが、「普通の照明のもとでは…人目に付かず実質的に無色」と述べる。Ｓｔｅｂｅｌの特許はさらに、「フィルムにわずかに残る色は、フィルムを約１５０〜２００℃以上に加熱することで、複屈折または異方性を大きく変化させることなく通常抜染できる」と述べる。しかし‘０９２特許で述べられた水酸化アンモニウム溶液は、ＬＣＤ用途のために十分な厚さのフィルムを提供するには希釈されすぎている。本発明者らは、ディスプレイ用途で要求されるように１μｍを超える厚さに被覆すると、‘０９２特許で述べられた化合物が黄色ががった色を有してディスプレイ中の青色を変化させ、ディスプレイ色が紫に見えることを発見した。さらに‘０９２特許で述べられたピリジニウム塩の水酸化アンモニウム溶液を基材上に被覆して乾燥すると、塩化アンモニウムの結晶が出現してディスプレイ用途において重大な問題が生じる。‘０９２特許で述べられた水溶液はかなり不安定でもあり、それらの限定された貯蔵寿命は商業用途では許容できない。‘０９２特許で述べられた溶液はガラス基材上のみに適用でき、プラスチック基材を濡らさないので大きな制約を受ける。Ｓｔｒｅｂｅｌの特許では、摩擦のステップにより基材を配向させることがさらに要求され、これは製造場面で一貫して実施することが困難かもしれず、その上に物質が被覆できる基材のタイプも制限される。
【００１１】
従って軸をはずれた視野角性能を向上させるために適合できる、多種多様なディスプレイ用途のための耐久性で光学的に異方性の層を製造する必要がある。‘０９２特許で述べられた物質は特定の利点を有するが、無色でより容易に製造保管され、特別な加工ステップの必要なしに多様なポリマー基材に直接適用される化合物が要求される。本発明は、これらの必要性に基づいて完成された。
【００１２】
発明の要約
本発明は、等方性または異方性支持基材上に適用して、複屈折光学的リタデーション装置を提供する光学的に異方性の層である。
【００１３】
本発明の異方性層は、一般構造、
【化４】

を有する化合物を含む物質の水性組成物を含む。これらの式Ｉ中、同じでもまたは異なっても良いＲ¹は、親水性基である。Ｒ²は、水素、電子供与基、電子吸引基、または電子的に中性の基から独立に選択されても良い。Ｒ³は、Ｒ³環内の窒素原子を通じてトリアジン主鎖に結合している正に荷電した置換されたまたは置換されていない複素芳香環である。Ｒ³の置換基は、例えば層の所望の色などの異方性層の特性を定めるように選択できる。Ｒ³が置換されていないピリジンである場合、Ｘ^-はＣｌ^-およびＯＨ^-以外のあらゆる対イオンから選択できる対イオンである。さもなければ対イオンＸ^-は、あらゆる対イオンから選択できる。上の構造を有する化合物は、適切に調節されたｐＨを有する塩基性水溶液中で可溶性である。
【００１４】
本発明の異方性層のために適した化合物は、水溶液として基材上に被覆して乾燥させると高度に規則正しい構造を形成する。本発明の層中の物質は、非常に高い光学的異方性を有し、非常に薄い層に被覆できるので、ディスプレイ装置の望ましくない光学的特性に寄与する厚さが最小化される。本発明の異方性層は、層の厚さまたはｚ方向に、層平面内の屈折率ｎ_ｘおよびｎ_ｙの１つよりもわずかに低い、またはそれと実質的に等しい屈折率を有する。
【００１５】
本発明は、少なくとも１層の異方性物質を適切な基材上に含む、複屈折光学的リタデーション部品をさらに含む。異方性物質および支持基材の特性は、光学的リタデーション部品に、色や法線をはずれた視野角性能などのディスプレイ特性上の多種多様な効果を提供するように選択できる。基材は柔軟であってもなくても良く、例えばガラスおよびポリマー化合物などの多種多様な物質を含んでも良い。
【００１６】
さらに本発明は、少なくとも異方性物質の層を有する複屈折光学的リタデーション部品を含む電子装置にも及ぶ。
【００１７】
発明の非常に薄い層は、ＴＮおよびＳＴＮディスプレイに良好な色および視野角性能の向上を提供する。
【００１８】
発明の詳細な説明
一般的な液晶ディスプレイまたはＬＣＤは、画素子または画素の二次元配列からできている。図１の分解組立図に画素２を示す。画素２は、それを通じて光２０が観察者７０に到達するいくつかの光学的素子を含む。
【００１９】
最初の偏光子２５は、矢印２１が示す方向に偏光した光２０の一部を光２２として透過する。偏光した光２２は、補償プレート４０を通過する。補償プレート４０は、液晶装置素子１によって導入されるかもしれない望ましくない偏光および位相特性について、光２２の偏光およびその他の光学的特性を調節する。伝達された光２３は、補償プレート４０から出現して液晶装置素子１に入る。
【００２０】
液晶装置素子１は液晶物質１４からできており、１組の透明なプレート６および１２の間に包含される。プレート６および１２は、典型的にガラスからできているがポリマー物質からできていても良い。液晶物質１４と、プレート６および１２との間に挟まれ、プレート６および１２に隣接して電極５および７がある。電極５および７は、シグナル供給源３５から画像シグナルを受信するドライバ３０に電気的に結合する。電極５および７と、液晶物質１４との間に挟まれて、配列表面８および１０を有する配列層がある。
【００２１】
配列表面８および１０は、典型的に、表面処理されて液晶物質分子１４が好ましい方向に配列されたポリマーフィルムを含む。配列表面８および１０に対する典型的な処理としては、紙または布などのわずかに研磨性の物質を用いて、単一方向に表面を摩擦することが挙げられる。配列表面８および１０において得られる液晶分子の分子配列は、概してこれらの表面に平行に、摩擦方向に沿って配向する。配列表面８および１０における配列方向が互いに異なる場合、そして電極５および７に電気的信号が適用されない場合、層１４中の液晶分子は、表面８の配列から表面１０の配列にそれらの配列を規律正しく変化させて、層１４中に光学的活性を生じる。この光学的活性の結果、方向２１に直線的に偏光した光２３は、配列表面８および１０における液晶分子配列方向の角度差に依存する、ツイスト角と称される角度で回転する偏光平面を有するようになる。ツイスト角が約９０°の範囲内であり、液晶物質１４がネマチック液晶物質であれば、液晶装置はツイステッドネマチックまたはＴＮ装置と称される。ツイスト角が、例えば２００°〜３００°の範囲のように９０°よりも顕著に大きければ、装置はスーパーツイステッドネマチックまたはＳＴＮ装置と称される。
【００２２】
通常、電極５および７の間でわずか数ボルトである、十分に強い電界を液晶物質１４を通じて適用すると、配列表面８および１０によってあらかじめ生じた物質１４の分子配列が克服されて、液晶物質はホメオトロピック状態になる。ホメオトロピックという用語は、液晶分子が、配列層８および１０の影響によって生じた表面に並んだツイステッド配向ではなく、電極５および７の平面に対する法線で概して平行の配向に整列することを意味する。これによって液晶物質１４は光学的に不活性になるので、光２３の偏光平面の方向は装置素子１によって変化しなくなる。したがって装置素子１から出現する光２４は、偏光子方向２１に平行な方向、またはこの方向から装置素子１のツイスト角に等しい分だけ回転した平面のどちらかに、平面偏光される。平面偏光の方向は、ドライバ３０が電極５および７の間に電気的信号を適用するかどうかに左右される。
【００２３】
装置素子１から出現する光２４の光学的状態をさらに調節または補正するために、要すればリタデーションプレート５０が存在しても良い。例えば装置素子１から出現する光２４が直線的に偏光した状態でなく、楕円偏光した状態である場合、プレート５０を適切に複屈折させて、光２４の偏光を直線状態に補正できる。
【００２４】
検光子６０は、直交方向に偏光した光を遮断する一方、矢印６１が示す方向に平行な平面内で偏光した光を通過させる偏光子である。検光子６０は、電極５および７に電気的信号が適用されるかどうかによって、装置素子１からの光を遮断しあるいは通過させる。したがって観察者７０が検光子６０を通して装置素子１を見ると、ドライバ３０が装置素子１にシグナルを適用するかどうかで、明るく見えたりまたは暗く見えたりする。したがって装置素子１は、総合ディスプレイ装置の素子中の１個であるので、ドライバ３０などのドライバからの電界の適用により、それぞれが光学的に活性または不活性になる画素の完全な配列により、画像全体が作り出せる。リタデーションプレート４０および５０は、それぞれ第１の偏光子２５および第２の偏光子５０に隣接して示されるが、これらの配置はこれらの２つの位置に限定されない。プレート４０および５０は、偏光子２５および偏光子５０の間のいかなる場所に置かれても効果的である。同様に２枚のリタデーションプレートが示されているが、使用されるプレート数に特定の制限はない。場合によっては、１枚のリタデーションプレートで十分かもしれず、別の場合には、３枚以上のプレートが必要かもしれない。
【００２５】
本発明は、支持基材上に少なくとも１層に適用されると、ディスプレイで使用するための複屈折補償部品を形成する、光学的に異方性の層である。ディスプレイ中での複屈折部品の配置は、選択する基材の特性、ディスプレイのタイプ、および要求される視覚パラメータ次第で大きく異なっても良い。
【００２６】
ここでの用法では、光学的異方性とは、ｘ，ｙ、およびｚ方向に平行な平面内でそれぞれ直線的に偏光した光の屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙおよびｎ_ｚの少なくとも１つが、他の屈折率の片方または双方と等しくないことを意味するものとする。説明のために、本発明の異方性層はｘ−ｙ平面において平面であり、ポジティブなｚ軸はｘ−ｙ平面に対する法線であって、支持基材から遠ざかるものとする。しかし本発明の他の非平面バージョンが製造できることは、当業者には明らかである。
【００２７】
本発明の異方性層がそれから作られる化合物は、置換されたまたは置換されていない、正に荷電した窒素含有複素芳香環を有するトリアジン誘導体である。いかなる理論による制約も意図しないが、本発明者らは芳香族の正に荷電した環が、トリアジン主鎖上の他の親水性置換基と相互作用し、容易に凝集して液晶特性を示す構造を提供すると考える。
【００２８】
本発明の異方性層は、式、
【化５】

を有する化合物である。
【００２９】
上の式Ｉ中で、同でもまたは異なっても良いＲ¹は、親水性基である。例えばＲ¹は、カルボン酸（ＣＯＯＨ）、スルホン酸（ＳＯ₃Ｈ）、スルフィン酸（ＳＯ₂Ｈ）、スルホンアミド（ＳＯ₂ＮＨ₂）及びホスホン酸（ＰＯ（ＯＨ）₂）基から選択できる。Ｒ¹は好ましくは、カルボン酸基またはスルホン酸基であり、最も好ましくはカルボン酸基である。Ｒ¹の最も好ましい配置は、化合物のトリアジン主鎖のアミノ結合に対してパラ位である。
【００３０】
式Ｉ中で、同じでもまたは異なっても良いＲ^２は、電子供与基、電子吸引基または電子的に中性の基から選択されても良い。好ましくはＲ^２は、水素、あるいは置換されたまたは置換されていないアルキル基であり、最も好ましくはＨである。
【００３１】
式Ｉ中で、Ｒ^３はＲ^３環中の窒素原子を通じてトリアジン主鎖に結合している置換されたまたは置換されていない正に荷電した複素芳香環から選択できる。Ｒ^３はピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、ピラゾール、トリアゾール、トリアジン、キノリン、およびイソキノリンから誘導される複素芳香環でも良いが、これに限定されるものではない。好ましくはＲ^３はピリジン環である。
【００３２】
複素芳香環Ｒ^３の置換基は、例えば層の所望色などの異方性層の特性を定めるように選択されても良い。Ｒ^３の置換基は、アルキル、カルボキシル、アミノ、アルコキシ、チオ、シアノ、アミドおよびエステルのいずれかの置換されたまたは置換されていない基から選択されても良いが、これに限定されるものではない。Ｒ^３の置換基は、好ましくは置換されたアミノまたはピロリジノ基であり、より好ましくはアルキル置換されたアミノ基であり、最も好ましくはジメチルアミノ基である。最も好ましくは置換基は、ピリジン環の４位に位置する。
【００３３】
式Ｉ中の対イオンＸ⁻は、選択される溶剤、および意図される用途次第で大きく異なっても良い。Ｒ^３が置換されていないピリジンである場合、対イオンＸ⁻は、Ｃｌ⁻およびＯＨ⁻以外のあらゆる対イオンから選択できる。好ましい対イオンＸ⁻はＨＳＯ_４ ⁻であるが、Ｃｌ⁻、ＯＨ⁻、ＣＨ_３ＣＯＯ⁻、ＣＦ_３ＣＯＯ⁻、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ６⁻、ＳｂＦ_６ ⁻、ＣＨ_３ＳＯ_３ ⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻、およびＰｈＣＯ_２−をはじめとするが、これに限定されるものではないその他の対イオンも可能である。
【００３４】
さもなければ式Ｉ中の対イオンＸ⁻は、あらゆる対イオンから選択される。Ｒ^３が置換されていないピリジンでなければ、好ましい対イオンＸ⁻はＨＳＯ_４ ⁻でも良いが、Ｃｌ⁻、ＯＨ⁻、ＣＨ_３ＣＯＯ⁻、ＣＦ_３ＣＯＯ⁻、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＳｂＦ_６ ⁻、ＣＨ_３ＳＯ_３ ⁻、ＣＦ３ＳＯ_３ ⁻、およびＰｈＣＯ_２ ⁻をはじめとするが、これに限定されるものではないその他の対イオンも可能である。
【００３５】
発明の化合物は水溶液として調製されても良く、あるいは後で再溶解されて水溶液を形成する塩として調製されても良い。発明の化合物は典型的に、適切に調節されたｐＨを有する塩基性水溶液に可溶性である。ＮＨ_４ＯＨが、ｐＨを適切なレベルに調節するのに適切な塩基であることが分かったが、発明はこの塩基に限定されるものではなく、例えば水酸化セシウムなどのその他の適切な塩基を使用することもできる。
【００３６】
本発明の光学的に異方性の層は、式Ｉの化合物を含有する水溶液を適切な基材上にコーティングして乾燥することで形成できる。乾燥温度は選択される物質および乾燥所用時間次第で大きく異なっても良いが、結晶化を避けるために、典型的に約７０℃〜約８０℃の中程度の温度が好ましい。
【００３７】
特定用途で要求されるように、例えば光学的に中性の保護層、その他の異方性層、または接着層などのその他の層を異方性層上に塗布することも可能である。
【００３８】
効果的な量の様々な添加物をコーティング溶液に組み込むことで、被覆された異方性層の特性が向上できる場合もある。例えばコーティング溶液総重量を基準にして、約５重量％未満、好ましくは約０．１％〜約１重量％の長鎖アルコールを添加することで、被覆された層の光学的性能が改善できる場合もあることが分かった。適切なアルコールの例としては、ペンタノールが挙げられる。
【００３９】
例えばＴｒｉｔｏｎＸ−１００の商品名の下にペンシルベニア州フィラデルフィアのＲｏｈｍ ＆ Ｈａａｓより入手できる界面活性剤などの非イオン界面活性剤は、場合によってはコーティングの塗布性、および基材への付着を改善するのに有用なことが分かった。典型的に約５重量％未満、好ましくは約１重量％未満、そして最も好ましくは約０．１重量％の界面活性剤が使用できる。
【００４０】
典型的に約０．１重量％未満、好ましくは約０．０４重量％の少量の例えば（＋）−２，３−ジ−ｐ−トリル−ｄ−酒石酸、硫酸ブルシン、酒石酸およびコレステロールなどのキラル化合物によって、ＳＴＮディスプレイ中で使用される異方性層の視野角性能が向上する場合もある。例えばＲａｄｌｅｙらのＣｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ｍｉｃｅｌｌａｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｈｙｓｉｃｓ、１９７８年、第３５巻、第５号、１４０５〜１４１２ページを参照されたい。
【００４１】
被覆された層の規則正しい構造の形成を妨げないような分量で添加される限り、約５重量％未満、より好ましくは約１〜約２重量％の例えばポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、およびポリエチレングリコールなどの水溶性のポリマーの添加によって、被覆された層の化学的、機械的、またはその他の物理的特性を向上させることもできる。
【００４２】
式Ｉの化合物の溶液が適用できる基材としては、ガラス、並びに適切な表面特性を有する透明な、または実質的に透明なポリマーフィルムが挙げられる。これらの基材は、特定のディスプレイ用途に対し所望のレベルの光学的リタデーションまたは色を提供するために、柔軟でもまたは硬質でも良く、異方性または等方性物質からできていても良い。例えばポリイミドなどの異方性基材は、異方性コーティング層単独で、ｎ_ｘ、ｎ_ｙおよびｎ_ｚの所望の組合せが作り出せない場合に有用である。適切な支持材料としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリテレフタル酸エチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリルおよびアクリロニトリル−アクリル酸メチルが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４３】
式Ｉの光学的に異方性の層は、対称タイプＣ、Ａ、Ｏまたはその他の複屈折物質からできた１つ、またはいくつかの異なる基材上に被覆されても良い。複屈折支持材料は、特定用途に対して補償プレートを提供するために、被覆されても良く、または引き延ばされた柔軟なポリマーまたは非ポリマーフィルムからできていても良い。これらの複屈折支持材料の例としては、三酢酸セルロースと、ポリスチレンと、ポリプロピレンと、ポリテレフタル酸エチレンと、スチレン−アクリロニトリル、メタクリロニトリル、およびスチレンメタクリロニトリルなどの式Ａ−ＢまたはＡ−Ｂ−Ｃのコポリマーフィルムとが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４４】
基材は例えばコロナ処理などによって表面処理されても良く、あるいはプライマーまたはその他の中間層を含有して、塗布性またはコーティングの付着を助けても良い。摩擦またはその他の配列または配向ステップなどの機械的素地調整は、典型的に必ずしも提供されなくても良いが、いくつかの用途で必要ないくつかの特殊配向を達成するのに、これらのステップが有用なこともある。
【００４５】
コーティング方法は特に限定されないが、溶液を基材に適用する際に剪断応力を適用することが好ましい。剪断応力は、本発明の化合物のモノドメイン構造中で、リオトロピックのネマチック構造を光学軸をコーティング方向に向けて整列させる。巻線コーティングロッドから押出ダイに至るコーティング技術が、基材上に物質を付着するのに全て適切である。ある程度の剪断を伴えば押出ダイ法が概して好ましく、コーティング厚の制御性が向上する。
【００４６】
上の式Ｉの化合物の少なくとも１層を基材上に被覆して乾燥すると、多種多様な光学的装置に使用して光学的性能が変更できる、補償プレートが形成する。本発明の補償プレートは、例えば図１のプレート４０および５０によって図示されるようにＬＣＤ装置で使用でき、またその他の装置でも惑光防止フィルター部品として使用できる。光学的に修正されたディスプレイは、コンピュータ、電卓、腕時計などの多種多様な電子装置で使用できる。
【００４７】
本発明を以下の制限を意図しない例を参照してさらに説明する。
【００４８】
偏光した光の１つの偏光要素の直交性偏光要素に対する位相リタデーションＲは、多様な方法で測定できる。以下の実施例では、Ｒ＝Δｎｄ（式中、Δｎ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）であり、ｎ_ｘおよびｎ_ｙはそれぞれｘおよびｙ軸に平行に偏光した光の屈折率であり、ｄはリタデーション層の厚さである。）と定義されるリタデーション層のリタデーションＲを直交偏光子法を使用して、光度分析的に測定した。この方法では、互いに９０°の偏光方向に配向した２つの偏光子の間に、異方性リタデーション物質のサンプル層を入れた。サンプルの光学軸は、第１の偏光子の偏光方向に対して４５°に配向した。偏光子およびサンプルの組合せに、５５０ｎｍに集中する波長を有する濾光された単色緑光のビームを通過させ、出現する光の強度Ｉを光度分析的に測定した。この際、光がサンプル通過後に通過する偏光子である第２の偏光子が、偏光した光の検光子として機能した。偏光子を互いに平行な偏光方向に配向させ、サンプルの光学的軸の１つがこの方向に平行に位置するようにサンプルを配向させて、基線強度Ｉ_０を読みとった。ＷａｈｌｓｔｒｏｍのＯｐｔｉｃａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９７９年、１６９〜１７１ページで説明されるように、ＩおよびＩ_０が測定されると以下の式に従ってリタデーションＲが計算できる。
【数式１】
ｓｉｎ^２（δ／２）＝Ｉ／Ｉ_０、式中δ＝２πΔｎｄ／λ、ゆえに
Ｒ＝Δｎｄ＝６λ／（２π）＝（λ／π）ｓｉｎ^−１（Ｉ／Ｉ_０）^１／２
式中、ｓｉｎ^−１（Ｉ／Ｉ_ｏ）はラジアンである。
【００４９】
Ｒの測定は、法線に配向した、すなわち照射光ビームに対してゼロ照射角のサンプルリタデーション層、および光ビームに対して非ゼロ角度の照射角に配向したサンプルを使用して実施される。
【００５０】
実施例１
式Ｉ中で、Ｒ^１がＣＯＯＨであり、Ｒ^２が水素であり、Ｒ^３がピリジニウムであり、Ｘ⁻が硫酸塩である場合に得られる化合物は、示された反応に従って以下のやり方で調製される硫酸水素１−［４，６−ジ（４−カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］ピリジニウムである。
【化６】

温度計、機械的攪拌機および冷却管を装着した５００ｍｌの三つ口丸底フラスコに、１１７ｍｌの無水ピリジンを入れた。混合物を７０℃に加熱して３９ｇの４，４′−［（６−クロロ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）ジイミノ］ビス−安息香酸を添加して、不均質な混合物を得た。懸濁液を勢い良く撹拌しながら、温度を徐々に８５℃に上げて１時間加熱した。混合物を１５℃に冷却して固形物を吸引濾過によって捕集し、ピリジンで洗浄して室温で一晩風乾し、４７．６９ｇの黄色固形物を得た。
【００５１】
４．４４ｇの固形物サンプルを１．６２ｍｌの３０％水酸化アンモニウム水溶液を含有する１１５ｍｌの水に溶解した。混合物を１０分間撹拌して濾過し、少量の固形物を除去した。濾液を機械的攪拌機およびｐＨメーターを装着した２５０ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。
【００５２】
ｐＨが約３．５に達するまで、４重量％硫酸水溶液を徐々に滴下して加えた。固形物を吸引濾過によって捕集し、１００ｍｌの水に混ぜ入れて濾過して捕集した。固形物を２００ｍｌのアセトン中で５６℃に加熱して捕集し、風乾した。
【００５３】
得られた化合物を核磁気共鳴分析にかけたところ、硫酸水素１−［４，６−ジ（４−カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］ピリジニウムと一致する構造を示し、これを以下化合物Ａと称する。
【００５４】
実施例２
１０ｇの化合物Ａを１００ｇの０．５〜２％ＮＨ_４ＯＨ水溶液に溶解して、化合物Ａのコーティング溶液を調製した。次にこの溶液にペンタノール０．２ｍｌ、ペンシルベニア州フィラデルフィアのＲｈｏｍ ＆ ＨａａｓからＴｒｉｔｏｎＸ−１００の商品名の下に入手できる界面活性剤０．１ｍｌ、およびキラル化合物である硫酸ブルシンを化合物Ａの重量を基準にして０．０４重量％添加した。コーティング中に適切な剪断を提供する速度の線巻コーティングロッドを使用して、この粘稠な溶液を等方性ポリメタクリル酸メチルフィルム基材上に、２０μｍコーティング厚に被覆した。乾燥コーティング厚は、約１．２μｍであった。
【００５５】
得られた異方性層の位相リタデーションは、Δｎｘｄ＝２００ｎｍ（式中ｄは乾燥した層の厚さである。）であることが分かった。サンプルを直交偏光子の間に置き、以下の式を使用して位相リタデーションを直接測定した。
【数式２】
Ｉ＝Ｉ_ｏｓｉｎ^２（δ／２）、式中、
δ＝（２πΔｎｄ）／λ、
Ｉ_ｏ＝中性の位置にある平行偏光子間にサンプルがある場合の光透過、および
Ｉ＝透過軸に対し４５°の偏光子間にサンプルがある場合の光透過である。
【００５６】
化合物Ａは、直交偏光子の間で明るい黄色である。ＳＴＮタイプの液晶ディスプレイのために、この異方性層を図１の５０の位置で位相補償層として使用すると、双方の色補償が提供されてディスプレイは紫および黄色ではなく、黒および白になる。さらにディスプレイの法線をはずれた視野角が向上する。
【００５７】
図２は、本サンプルのリタデーション層の等コントラスト曲線プロットである。図２では、破線の同心円がディスプレイに対する法線から遠ざかる角度で、視野角φを画定するのに対し、反時計回りの方向で測定した円形プロット周囲の角位置は、方位観察位置を表す。線３１０は、明暗画素間のコントラスト比が１１．９９〜１８．００の範囲にある領域３０１を画定する。線３１０および３１２の間にある領域３０２では、明暗画素間のコントラスト比が６．００〜１１．９９の範囲である。領域３０２内の線３１１は、コントラストが６．００〜１１．９９の範囲の中心点である観察位置を画定する。より大きな視野角の場合、線３１２および３１３によって画定される領域３０３では、コントラスト比は６．００以下に低下する。領域３０１および３０２が、事実上全ての方位観察位置に対し３０°をはるかに越える視野角を包含するだけでなく、等コントラスト領域がかなり対称的なことにも留意すべきである。これは観察位置の変化に伴う、突然の見やすさの変化を回避する上で有益である。それと比較して図３は、本実施例のリタデーションフィルムがない同一ディスプレイの等コントラストプロットを示す。明暗画素の間のコントラスト比が１１．９９〜１８．００の範囲にある領域４０１、およびコントラスト比が６．００〜１１．９９の範囲にある領域４０２の双方が狭く引き延ばされており、上右の位置または左下の位置からディスプレイを見る観察者にとって、見やすさが低下することに留意すべきである。
【００５８】
実施例３
１００ｇの０．５％〜２．０％ＮＨ_４ＯＨ水溶液に化合物Ａを５ｇだけ溶解したこと以外は、実施例２と同様にしてコーティング溶液を調製した。これによってウェットコーティングが薄くなり、厚さが０．５μｍ未満でほんのわずかに黄色がかったリオトロピック物質乾燥層が製造された。この層を図１の層５０として使用すると、ＴＮディスプレイにおいて底部視野角の約１０％の増大が得られた。使用した測定手順は、上の実施例２と同様である。
【００５９】
実施例４
式Ｉにおいて、Ｒ^３がピリジニウムであり、Ｒ^３の置換基が４−ジメチルアミノであり、Ｘ⁻がＨＳＯ_４−である場合に得られる化合物は、以下の反応および手順に従って調製される硫酸水素１−［４，６−ジ（４−カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］−４−（ジメチルアミノ）ピリジニウムである。
【化７】

冷却管を装着した２５０ｍｌの三つ口丸底フラスコに、７．０ｇの４，４′−［（６−クロロ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）ジイミノ］ビス−安息香酸、２．２１６９ｇの４−ジメチルアミノピリジン、および６３ｍｌのジメチルスルホキシドを入れた。混合物を合計３時間９０°に加熱して、熱いまま濾過してジメチルスルホキシドおよびアセトンで洗浄し、風乾して４．４７ｇの白色固形物を得た。３．３ｇの固形物サンプルを６ｍｌの３０％水酸化アンモニウム水溶液を含有する８６ｍｌの水に溶解した。混合物を２０分間撹拌して固形物を溶解し、次に濾過した。２．４ｍｌの１８Ｍ硫酸を１０８．６ｍｌの水に添加して調製した溶液１１１ｍｌで、濾液をｐＨ３．２２に酸性化した。吸引濾過によって固形物を捕集し、１００ｍｌの水中でスラリーにして再度捕集して、１００ｍｌのアセトン中で５６°に加熱し再度捕集した。次に固形物を１００ｍｌのアセトン中で５６°に加熱し、捕集して風乾し３．０ｇの生成物を得た。
【００６０】
得られた生成物を核磁気共鳴分析したところ、硫酸水素１−［４，６−ジ（４−カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］−４−（ジメチルアミノ）ピリジニウムと一致する化学構造が示され、これを以下化合物Ｂという。
【００６１】
実施例５
１０ｇの化合物Ｂを、非イオン界面活性剤ＴｒｉｔｏｎＸ−１００を溶液全体の約０．１重量％含有する１００ｇの２％ＮＨ_４ＯＨ水溶液に溶解して、コーティング溶液を調製した。実施例２で述べたのと同一方法を使用して、この溶液を非複屈折基材上に乾燥コーティング厚１〜２μｍに被覆したところ、約２００ｎｍの位相リタデーションを有することが分かった。
【００６２】
次に、この非常に透明なウォーターホワイトの層をＳＴＮスタックに取り入れた。この実施例で生成される層は、実施例２で生成された層のように黄色ではなく無色であり、ディスプレイ用途のためには実施例２で生成された層よりもさらに望ましいと思われた。さらにこの化合物でも実施例２で得られた視野角性能の向上が得られ、キラル物質または長鎖アルコールは必要でなかった。
【００６３】
実施例６
実施例２の手順を使用して、ポリイミドのネガティブ複屈折基材層に、実施例５で述べたようにして調製され、リタデーションが約２００ｎｍである化合物Ｂを厚さ１．２μｍの層に適用した。組合せからは、平面外のリタデーションが約１００ｎｍを超えるＡ：Ｃ構造物が形成された。
【００６４】
Ａ：Ｃプレートの追加によって、ＳＴＮディスプレイの水平視野角は約１２０°に増大した。これはディスプレイ色性能に悪影響を与えることなく、ＳＴＮディスプレイの視野角が大幅に改善されることを意味する。
【００６５】
ここで述べる例示の実施態様が発明の範囲を限定することは、全く意図されないものとする。発明のその他の修正は、前述の説明に照らして当業者には明らかである。これらの記述は、本発明を明らかに開示する実施態様の特定例を提供することを意図する。したがって発明は、記述された実施態様またはそこに包含される特定の要素、寸法、物質またはコンフィギュレーションの使用に限定されるものではない。添付の請求の範囲の精神および範囲に含まれる、あらゆる代案の修正および変動は本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の層状物質を有するリタデーションプレートを含む、ディスプレイ装置の実施態様の１個の画素の分解組立図である。
【図２】 図２は、その中でポリイミド層と組み合わされた本発明のフィルムが、リタデーションプレートとして使用される、ＳＴＮセルの等コントラストプロットである。
【図３】 図３は、従来のポリマーリタデーションフィルムを２枚有する、ＳＴＮセルの等コントラストプロットである。

Claims (11)

1. 

   （式中、
   同じでもまたは異なっても良いＲ¹はカルボキシル基、スルホン酸基、スルホンアミド基及びホスホン酸基からなる群より選択される親水性基であり、
   同じでもまたは異なっても良いＲ²は置換されたアルキル及び置換されていないアルキル並びに水素からなる群より選択され、
   Ｒ³は、
   （ａ）Ｒ³がピリシン環でないという条件付きで、Ｘ^-をＣｌ^-、ＯＨ^-、ＳＯ₄Ｈ^-、ＣＨ₃ＣＯＯ^-、ＣＦ₃ＣＯＯ^-、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、ＣＨ₃ＳＯ₃ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-及びＰｈＣＯ₂ ^-からなる群より選択される対イオンとし、Ｒ³環内の窒素原子を通じてトリアジン主鎖に結合している正に荷電した置換されていない複素芳香環、
   （ｂ）Ｘ^-をＣｌ^-、ＯＨ^-、ＳＯ₄Ｈ^-、ＣＨ₃ＣＯＯ^-、ＣＦ₃ＣＯＯ^-、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、ＣＨ₃ＳＯ₃ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-及びＰｈＣＯ₂ ^-からなる群より選択される対イオンとし、Ｒ³環中の窒素原子を通じてトリアジン主鎖に結合している正に荷電した置換された複素芳香環、ただし、Ｒ³の置換基は置換された及び置換されていないアルキル、カルボキシル、アミノ、アルコキシ、チオ、シアノ、アミド及びエステル基からなる群より選択される、および
   （ｃ）Ｘ^-をＳＯ₄Ｈ^-、ＣＨ₃ＣＯＯ^-、ＣＦ₃ＣＯＯ^-、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、ＣＨ₃ＳＯ₃ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-及びＰｈＣＯ₂ ^-からなる群より選択される対イオンとし、Ｒ³環中の窒素原子を通じてトリアジン主鎖に結合している正に荷電した置換されていないピリジン環
   からなる群より選択される。）
   を含む組成物。
2. 

   （式中、
   同じでもまたは異なっても良いＲ¹は、ＣＯＯＨおよびＳＯ₃Ｈからなる群より選択され、
   同じでもまたは異なっても良いＲ²は、ＨおよびＣＨ₃からなる群より選択され、
   Ｒ³は、ピリジン環内の窒素原子を通じてトリアジン主鎖に結合している正に荷電した置換されたピリジン環であり、
   Ｘ^-は、ＨＳＯ₄ ^-、Ｃｌ^-、ＣＨ₃ＣＯＯ^-、およびＣＦ₃ＣＯＯ^-からなる群より選択される対イオンである。）
   を含む請求項１記載の組成物。
3. Ｒ³がピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、ピラゾール、トリアゾール、トリアジン、キノリン、およびイソキノリンから誘導された置換された複素芳香環からなる群より選択される請求項１に記載の組成物。
4. Ｒ¹がＣＯＯＨであり、Ｒ²がＨである請求項１に記載の組成物。
5. Ｘ^-がＳＯ₄Ｈ^-である請求項１又は２に記載の組成物。
6. Ｒ³が置換されたピリジン環である請求項１に記載の組成物。
7. Ｒ³の置換基が、置換されたアミノおよびピロリジノ基からなる群より選択される請求項２又は６に記載の組成物。
8. Ｒ³の置換基が、４−ジメチルアミノおよび４−ピロリジノ基からなる群より選択される請求項２又は７に記載の組成物。
9. Ｒ³の置換基が、４−ジメチルアミノ基である請求項２又は７に記載の組成物。
10. キラル化合物、アルコール、および界面活性剤の少なくとも１つをさらに含む請求項１又は２に記載の組成物。
11. 請求項１又は２に記載の組成物の層を基材上に含む、光学的リタデーションプレート。

Images