JP4473261B2 - 色補正偏光子および液晶セル - Google Patents

Description

関連出願
本願は、米国仮特許出願第60/442,440号（2003年1月24日出願）および米国特許出願第10/465,083号（2003年6月18日出願）に基づく優先権を主張するものであり、それらの開示内容はすべて、この引用により本明細書に記載されたものとする。

本発明は、総じて液晶表示装置（液晶ディスプレイ）に関し、特に色補正偏光子を有する液晶表示装置に関する。

多くの液晶表示装置には、知覚的にみて顕著な色誤差がある。液晶表示装置において、液晶層のスペクトル選択性が、誤った演色および階調色表示の原因の一つとなっている。

液晶表示装置は、動作原理上、偏光子が必要である。偏光子の機能は、望ましい偏光方向の光を選択的に透過または反射することである。非偏光は、直線偏光子を通過すると（または直線偏光子によって反射されると）、偏光子のいわゆる透過軸と同一線上に偏光方向を有する。

直線偏光子の偏光能力は、二色比で特徴づけることができる。実際のところ、透過軸に垂直な偏光ベクトルを有する光のわずかな部分が、偏光子を透過しうる。従って、その横吸収係数（k_⊥）は、高くても有限な値である。透過軸に平行な偏光ベクトルを有する光のわずかな部分が、偏光子によって吸収されうる。従って、縦吸収係数（k_‖）は、相対的に小さくゼロではない値である。その二色比は、
ｋ_d＝k_⊥/k_‖ (1)
として定義される。

高い二色比は、偏光子を通過する光の偏光度が高いことを意味する。

偏光子のもう一つの重要な性質は、二色比のスペクトル依存性である。横および縦の吸収係数は、光の波長に依存する。従って、二色比もまた波長に依存する。この依存性は、最初白色であった光が偏光子を通過することで色がつくことにより明らかになる。二つの直交する典型的な偏光子の透過スペクトルの例を図1に示す。このスペクトルより明らかなように、約550nm以下ではスペクトル漏れが徐々に増加し、約680nm以上の長波長では漏れが急速に大きく増加する。これらの漏れは、偏光子の知覚可能な着色をもたらす。ただし、ヒトの視覚系の感度は、680nm以上の波長に対して非常に低く、LCD類の照明光源の多くは、この波長領域において強度が最小になっている。そのため、偏光子の漏れに起因する着色の主な原因は、短波長領域にある。

上述した着色は、異なる種類の偏光子において起こりうる。着色の度合いは偏光子の特定の種類によって異なってくるが、それでもヒトの目には知覚可能である。図1に示すスペクトルは、ヨウ素系偏光子の特性を示している。ヨウ素系偏光子は、その相対的に高い二色比のため、液晶表示装置に広く用いられている。二色性染料をベースとする偏光子を含む他の種類の偏光子もまた着色しうる。

上述した偏光子の着色は、液晶セルの着色の一因である。色誤差および色変動の大きさおよび有意性は、液晶セルおよびそれを利用したディスプレイの特定の光学的構成によって変わってくる。色誤差および色変動が比較的大きくても、低コストの単色液晶表示装置では、消費者はそれをかなり許容する場合がある。しかし、通常、カラー液晶表示装置の場合、特に、高性能フルカラーアクティブマトリックス液晶表示装置（AMLCD）の場合、今日のテレビおよびコンピュータ作業端末モニター類において、ユーザーは、高品質のカラー陰極線管（CRT）ディスプレイと同じ水準の色精度および色安定性を求めるようになっている。指定する高水準の液晶セルのカラー性能のため、偏光子による着色を含む実質的にすべての色誤差および色変動を除く必要がある。

特に、液晶セルの色誤差および色変動の原因をたどると、次の二つの主な原因にたどりつくことができる。一つは、液晶層の実効的複屈折率の変化および偏光コンポーネント間の位相差の変化に起因する透過スペクトルまたは反射スペクトルのピークの移動であり、もう一つは、上述した偏光子の着色のような、理想的な偏光性能から逸脱した実際の偏光制御フィルムの性能である。色誤差の上記第一の原因は、典型的に高い階調で支配的であり、液晶層の複屈折率および／または厚みを減少させることにより、多くの場合、効果的に制御することができる。一方、偏光子に関連する着色は、低い階調で支配的であり、表示装置の黒表示レベルまで残存する。

従って、偏光子および液晶セルの両方に利用することができる簡単で偏光−感受性の色補正が望まれる。また、偏光子または液晶セルの高い透明度を維持して、可視光の波長領域で高い透明度を有する色補正手段を提供することが望まれる。

本発明の一つの目的は、色および階調表現が良好な偏光子および液晶表示装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、色のシフトが十分に補正される偏光子および液晶表示装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、色および階調を補正するシステムが扱いにくく複雑な既知の偏光子および液晶表示装置の欠点を克服することである。

これらの目的および他の目的は、偏光子層および少なくとも一つのディスコティックフィルム層を有する本発明の色補正偏光子によって達成される。該ディスコティックフィルム層は、可視波長の領域内で光学的に透明である。該ディスコティックフィルム層は、少なくとも380〜500nmおよび／または600〜780nmの波長域で偏光子として機能する。

一態様において、該色補正偏光子を有する液晶セルが提供される。該液晶セルは、フロントパネル、リヤパネル、該フロントパネルと該リヤパネルとの間に配置された液晶、および色補正偏光子を有する。該色補正偏光子は、少なくとも一つの偏光子層および少なくとも一つのディスコティックフィルム層を有する。該ディスコティックフィルム層は、可視波長の領域内で光学的に透明であり、かつ少なくとも380〜500nmおよび／または600〜780nmの波長域で偏光子として機能する。

本発明は、以下に説明する添付の図面とともに読むとき、以下の記載から、より明確に理解されることとなる。

本発明は、ディスコティック染料フィルムをベースとする色補正偏光子を提供するものであり、該色補正偏光子は、TFT表示装置ならびに液晶表示装置（LCD）、例えば、ツイストネマチック（TN）LCD、垂直配向（VA）LCD、面内スイッチング（IPS）LCD、および受動（パッシブ）LCDに用いることができる。

ディスコティック染料をベースとするフィルムは、色補正に適する可能性のある手段である。染料材料を色補正の目的に用いることは、当該技術においてよく知られている。色補正特性と偏光能力とを兼ね備えていることが、多くの種類のLCDの効果的な色補正にとって明らかに必要である。というのも、色誤差は、典型的に、特定の偏光状態と関連があるからである。さらに、多くのディスコティックフィルムは、斜めの視角に対して、相対的に高い偏光特性を有する。この特徴は重要である。というのも、偏光子に関連する色欠陥は、斜角において次第に明らかになるからである。また、ディスコティックフィルムは、通常、位相差特性を有する。

色補正効果は、米国特許第5,739,296号および第6,049,428号（それらの開示はこの引用により本明細書に記載されたものとする）に記載される薄い結晶性フィルム（TCF）の偏光子を使用することによって得ることができる。このTCF偏光子（Optiva Inc., South San Francisco Californiaから入手可能）は、薄く、しかも特殊な性質、例えば、高い熱耐性および温度変動に対する高い熱安定性、屈折率の高い異方性、吸収係数の異方性、一つの異常光透過軸と二つの常光吸収軸を有するE型光学特性、斜角における高い偏光特性、大きな二色比、および簡単な製造プロセス、を有する。これらの偏光子は、ディスコティック材料から作ることができる。

本発明の色補正偏光子は、不完全な色域を有する第一の偏光子層と、第二のディスコティックフィルム層とを有する。該ディスコティックフィルム層は、380〜500nmおよび／または600〜780nmの波長域で偏光子として機能する。該ディスコティックフィルム層は、可視波長の領域内で光学的に透明である。

該色補正偏光子は、液晶セルに用いることができ、または、当該液晶セルを含む液晶表示装置に用いることができる。該色補正偏光子は、垂直および斜めの視角において、色域および階調の補正を行うことができる。

本発明の液晶セルは、偏光子層および少なくとも一つのディスコティックフィルム層を含む複数の層を有する。該ディスコティックフィルム層は、少なくとも380〜500nmおよび／または600〜780nmの波長域で偏光子として機能する。本発明の技術的利点は、液晶セルに対して垂直および斜めの角度での色域の補正である。本発明は、液晶セルの黒表示および白表示の両方の状態の補正ならびに液晶セルの任意の階調の状態の補正に適用できる。また、本発明は偏光子の演色を補正する。

本発明の一態様において、液晶セルは、少なくとも一つの偏光子層および少なくとも一つのさらなるディスコティックフィルム偏光子層を含み、それらは、一緒に全可視波長域において一つの偏光子として機能し、かつ、該液晶セルの黒表示または白表示または任意の階調の状態を補正するよう、特定の液晶表示装置に対して最適化されたスペクトル透過性を有する。この最適化には、バックライト、カラーフィルター、液晶セル、および他の層の特性が含まれる。この最適化処理の目的は、液晶表示装置の構造をあまり複雑なものにせず、より薄くするため、偏光子と色補正フィルムを組み合わせた特性を一つの層で得ることである。この態様のディスコティックフィルム偏光子層は、全可視波長域において偏光子として機能し、しかも、380〜500nmおよび／または600〜780nmの波長域において、所定の吸収ピークを有する。

他の多層構造もまた可能であり、そのような多層構造は、全可視波長域において広帯域偏光子として機能する少なくとも一つのディスコティックフィルム偏光子と、ある特定の領域において色補正フィルムとして作用するため加えられた一つまたはそれ以上のディスコティックフィルム偏光子との種々の組合すことができる。

ディスコティックフィルム偏光子層は、液晶セルの内側または外側に配置することができる。検光子に平行な透過軸を有するディスコティックフィルム偏光子層は、黒表示の色度を補正することができ、そして、検光子に垂直な透過軸を有するディスコティックフィルム偏光子層は、白表示の色度を補正することができる。また、他にも選択可能なものがあり、その場合、ディスコティックフィルム層は、液晶セルの内部に配置され、そこにおいて、その透過軸は、検光子の透過軸に対して特定の角度で配置することができる。これによって、ディスコティックフィルムを光位相差板（オプティカルリターダー）としても用いることができる。ディスコティックフィルムの透過軸と検光子との角度は、ディスコティックフィルム層の位相差特性によって決定することができる。

例えば、二つの直交する通常の偏光子を有する透過性のセルを検討する。このセルの白表示の色度は、検光子に垂直な透過軸を有するディスコティックフィルム層を用いて補正することができる。その黒表示の色度は、検光子に平行な透過軸を有するディスコティックフィルム層を用いて補正することができる。上述した構成のいずれか一つによって、白色点（または黒色点）が、ニュートラルな色度、例えば、CIE1976色度図上の標準D65白色点に修復されると同時に、階調の点を補正することができる。

標準的CIE1976色度図について、本発明によれば、液晶セルの白色点の位置、黒色点の位置、およびグレー点の位置をニュートラルな色度の領域に修復することが可能である。380〜500nmの範囲で偏光を生じさせるディスコティックフィルム層を用いれば、低い階調および黒表示レベルでの青色シフトをニュートラルにすることができる。600〜780nmの範囲で偏光を生じさせるディスコティックフィルム層を用いれば、液晶セルの高い階調およびフルオン状態での黄色への偏りをニュートラルにすることができる。液晶セルの着色におけるこれらの傾向は、直交する入出力の偏光子を用いた液晶セルの構成において典型的に見られるものである。380〜500nmと600〜780nmの両方の波長域で偏光を生じさせるディスコティックフィルムを用いれば、高い階調での黄色の傾向と低い階調での青色シフトとを同時に補正することが可能になる。この後者の場合は、一つまたは二つのフィルムを用いて実現することができる。二つのフィルムを用いる場合、第一のフィルムは380〜500nmの範囲で偏光を生じさせ、第二のフィルムは600〜780nmの範囲で偏光を生じさせ、これら二つのフィルムの透過軸は、典型的に、互いに直交している。本発明は、色度図上において任意の方向に歪んだ黒色点、白色点またはグレー点の色度を十分にニュートラルにすることができる。

斜めの視角における液晶表示装置のカラー性能の増強は、ディスコティックフィルム層の優れた角度特性に基づいている。適当なディスコティック分子材料および製造技術を選択することによって、斜めの視角において高い偏光能力を有するディスコティックフィルムを得ることができる。

本発明の一つの利点は、色補正された液晶セルまたは偏光子の輝度スループットが保存されることである。本発明のディスコティックフィルム層は、高い明所視透過率、すなわち、目の明所視感度に重きをなす分光透過率を有する。偏光子または液晶セルにディスコティックフィルム層を加えることにより、効果的な色補正を行いながら、明所視透過率の減少を最小限にして、この機能を達成することができる。その減少は、典型的に3〜5%の範囲であり、多くの用途に対し、それは無視できるものである。

ディスコティックフィルム層は、偏光に依存し、また一体型の偏光子を含む、任意の偏光子または液晶セルとともに使用することが可能である。ディスコティックフィルム層は、液晶セルのフロントパネルまたはリヤパネルのいずれかの上に直接設けることができ、または、任意の偏光子の上に設けることができる。このことは、本発明のさらなる利点である。

色補正偏光子フィルムおよび／または色補正偏光子層を有する液晶セルを製造する方法に加えて、本発明によれば、さらなる製造工程の前に、ディスコティックフィルム層が取り付けられた偏光子を調製することも可能である。このやり方によれば、液晶表示装置の通常の製造プロセスを変更する必要がない。

二つのディスコティックフィルム層を液晶セルの内側または外側に配置する設計において、検光子に平行な透過軸を有するディスコティックフィルムは、黒表示および低い階調に対し色補正を行い、そして、検光子に垂直な透過軸を有するディスコティックフィルムは、白表示および高い階調に対し色補正を行う。

ディスコティックフィルム層を液晶セルの内側に配置する場合、さらに他の選択肢もある。すなわち、透過軸を、検光子に対して所定の角度で配置することができる。これによって、ディスコティックフィルムはさらに光位相差板として機能することができる。ディスコティックフィルムの透過軸と検光子との角度は、ディスコティックフィルム層の位相差特性および特定の用途に対する補償的光位相差の必要な量によって決めることができる。

本発明の一態様において、ディスコティックフィルム層は、380nmと500nmとの間に吸収ピークを有する。他の態様において、ディスコティックフィルム層は、600nmと780nmとの間に吸収ピークを有する。上述した領域の一つにある吸収ピークによって、偏光子層または液晶セルの色域が補正される。

本発明の他の態様において、ディスコティックフィルム層は、ディスコティック二色性染料分子の安定なリオトロピック液晶から形成される。水溶液中で安定な液晶相を形成することによって、該染料分子に対し、初期の秩序づけがもたらされる。この秩序づけの後、溶媒を蒸発させ、フィルムの配向を行えば、偏光を生じさせる能力のあるディスコティックフィルム層が得られる。従って、二色性染料分子からの偏光性ディスコティックフィルム層の製造を容易にするため、本発明において、ディスコティック二色性染料が安定なリオトロピック液晶を形成できる能力を有することが好ましい。

色補正偏光子に用いられるディスコティックフィルム層は、E型偏光子とすることができる。例えば、ディスコティックフィルム層は、以下の一般構造式のフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体から形成することができる。

式中、n=1〜4、m=1〜4、かつz=0〜6であり、ただし、m+z+n＝12であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該染料分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、n>1の場合、異なる対イオンが含まれ得る）。

また、ディスコティックフィルム層は、次の構造式I〜VIIIの少なくとも一つのフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体から形成することができる。




式中、m=0〜2、z=0〜6であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該染料分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、スルホン酸基の数が1より大きい場合、異なる対イオンが含まれ得る）。

上記ディスコティック分子からなる偏光フィルムは、380〜500nmの範囲において偏光子として機能することができる。また、該偏光フィルムは、500〜780nmの範囲において吸収が低いため、可視波長の範囲内において高い透明度を有する。さらに、該染料分子は、安定なリオトロピック液晶を形成することができ、かつ、二色性を有することができる。該染料分子は、本発明のディスコティックフィルム層に用いることができる。

本発明の他の態様において、ディスコティックフィルム層は、E型偏光子として機能する。該E型偏光子は、異常光波を透過させ、かつ、常光波を抑制する。該ディスコティックフィルム偏光子は、しばしば、E型である。E型偏光子の利点は、高い角度特性と薄さにある。E型ディスコティックフィルム層とO型偏光子層とを組合せることによって、角度特性を増強することができる。液晶セルにおいてE型ディスコティックフィルム層とO型偏光子との組合せおよびE型偏光子を用いることにより、垂直および斜めの視角におけるコントラスト比（明度比）が増加し、視角が向上し、階調安定性が増し、そして、液晶セルの種類に応じてさらに他の利点がもたらされる。他の態様において、液晶セルは、少なくとも一つのO型偏光子層を有する。

本発明において、液晶セルはO型偏光子層を用いて設計することができる。O型偏光子は、ヨウ素系ポリマー偏光子から作ることができる。ヨウ素偏光子は、液晶セル用偏光子として最もよく用いられ、そして、ヨウ素系偏光子の多くには、380nm〜500nmの短波長領域において直交配置した偏光子対の透過率が増加する青漏れ現象がある。この青漏れ現象は、低い階調および斜めの角度において、歪んだ演色をもたらし、そして、液晶セルの色域を損なわせる。ディスコティックフィルム層を用いれば、低い階調および斜めの角度における色域および演色の補正が向上する。

本発明の他の態様において、E型偏光子層は負の複屈折率を有する。液晶セルにおける液晶層は、正の複屈折率を有する。負の屈折率を有する層を加えることによって、異常光と常光との光路差が補償される。この補償によって、斜めおよび垂直の角度におけるコントラスト比が向上し、そして、演色および視角が改善される。

他の態様において、薄い結晶フィルム（TCF）偏光子を、本発明のディスコティックフィルム偏光子またはそれ以外の偏光子として用いられる。上述した利点以外に、さらなる利点を得ることができる。例えば、製造中にフィルムの光学特性を変えることができる。この方法によれば、表示装置の的確な演色および色収差の補正をもたらすよう、偏光フィルムの吸収スペクトルを修正することができる。該染料を初期材料として用いれば、そのような偏光子を、カラーもしくはニュートラルな光学補正フィルターとして、または、UVもしくはIRフィルターとして用いることが可能になる。

該フィルムの複屈折率を利用すれば、偏光子を位相差板として用いることができる。該フィルムの光学異方性を変更することにより、TCF偏光子を有する液晶セルの視角を改善することが可能である。

配向処理によれば、偏光子の表面に特定の方向の微細な粗面系を形成することができ、それによって、偏光子を液晶層のための配向層として機能させることができる。

Optiva Inc.から入手可能な薄い結晶フィルム（TCF）を用いることによって、視角が広がり、コントラストおよび輝度の特性が向上し、製造工程が簡単になり、液晶表示装置の製造コストが下がり、そして、液晶セルの動作温度範囲が広がる。

TCF偏光子はディスコティックフィルム偏光子として用いることができ、それは、全可視波長域において偏光子として機能し、そして、液晶セルの黒色または白色または任意の階調の状態を補正するため、特定の液晶セルについて最適化されたスペクトルを有する。

少なくとも一つの接着層と少なくとも一つの基材を、色補正偏光子フィルムに加えることができる。基材層の目的は、フィルムの機械的安定性を高めることである。また、基材層は、色が補正されたデバイス（例えば、液晶セル）の層としても用いることができる。接着材料は、色補正フィルムにつけてもよいし、液晶セルの偏光子につけてもよい。

本発明の他の態様において、基材は複屈折性である。基材の複屈折性によって、色補正フィルムにさらなる機能を容易に付加することができる。例えば、複屈折性を有する基材は、色補正フィルムの追加の防眩層として作用し得る。基材の材料としてポリエチレンテレフタレート（PET）を用いる場合、色補正フィルムの温度安定性は向上する。

本発明の他の態様において、色補正偏光子フィルムは、少なくとも一つの保護層をさらに含む。該保護層は、耐ひっかき性、機械的安定性、および耐湿性を向上させることができる。

また、色補正偏光子フィルムは、反射防止層、防眩層、またはギラツキ防止層をさらに含むことができる。防眩層または反射防止層等の目的は、色補正偏光フィルムを液晶セルに用いるとき、反射光によるギラツキをそれぞれ抑制することである。

本発明のさらなる態様において、液晶セルは反射層をさらに含む。反射型液晶セルには、反射層が必要である。反射型液晶セルは、一体型の照明システムを必要とせずに、入射する周囲の光によって作動することができ、該反射型セルの消費電力は低い。反射型液晶セルは薄く、そのため、スイッチング時間を短くすることができ、多重化レートを高くすることができ、そして、色の分散を低くおさえることができる。

本発明のさらなる態様において、液晶セルは反射層を有し、そして、該反射層の少なくとも一部は、鏡面反射性を有する。鏡面反射によれば、光の拡散的散乱による光の強度損失がなくなるため、高輝度の液晶セルが得られる。他の態様において、液晶セルは反射層を有し、そして、該反射層の少なくとも一部は拡散的反射性を有する。該反射層の拡散的反射により、反射型液晶表示装置の有効視野範囲が広がり、そして、複数の液晶セル層における干渉作用を抑制することができる。さらなる態様において、液晶セルは反射層を有し、そして、該反射層の少なくとも一部は透過性（半透過層）である。半透過層は、一体型バックライト光源からの光を該反射層が部分的に透過させることを意味する。半透過層を用いることによって、一つのユニットに反射セルおよび透過セルの特性が合わさった液晶セルを得ることができる。

本発明において、液晶セルのディスコティックフィルム層は、位相差板として、または、カラーフィルターとして、または、上記機能の少なくとも二つを組合せたものとして、作用することもできる。カラーフィルターとしての演色の補正または位相差板としてのコントラスト比の向上に加え、それらの機能を合わせることによって、セルの厚みが減り、その結果として、角度特性が向上し、液晶セルの設計が簡素化される。

液晶セル内のディスコティックフィルム層は、セル内部の偏光子上に付与することができる。セルの内部または液晶セルの透明基材の間に偏光子層を配置することにより、該偏光子層を、大気中の水分および機械的損傷からさらに保護することができ、また、セルの厚みを減らすことができる。セルが薄くなれば、角度特性が向上する。

本発明を添付の図面を参照しながら説明する。

図1は、透過軸が90°で交差する一対の典型的なヨウ素−偏光子の透過スペクトルを示す。軸101は波長を示し、軸102は透過を示す。このグラフは、350〜530nmの青−紫領域におけるスペクトル漏れに係る通常の偏光子の典型的な欠点を明らかにしている。赤の領域における漏れは、かなり高い値にもかかわらず、液晶表示装置の用途においてそれほど重要ではない。これは、多くのバックライトシステムが、赤の領域において相対的に放射強度が低く、また、ヒトの目の明所視感度は680nmより長い波長領域において非常に低いためである。従って、そのような通常の一対の偏光子を含む典型的なディスプレイについての色度図上の白色点は、望ましい無色の標準から青の領域の方向に漸進的にシフトし、同時に、階調は低下して黒のレベルに近づく。

図2は、本発明の色補正偏光子の基本的設計の一態様を示す。該色補正偏光子は、偏光子層202およびディスコティックフィルム層201からなる。該ディスコティックフィルム層は、ディスコティック分子203から作られている。また、該ディスコティックフィルム層は、偏光子としても機能し、スペクトル選択的でかつ複屈折性であってもよい。図2に示す基本的設計は二層のみからなるが、該色補正偏光子の機能性を高めるため、他の層を含めることもできる。

図3は、ディスコティックフィルム層（201）、接着層301および基材層302を有する設計を示し、接着層301は、ディスコティックフィルム層201の上に配置されている。この設計は、本発明の可能な一つの応用例である。接着層301は、偏光子または液晶セルの任意の表面にディスコティックフィルム層201を固定するために導入される。ディスコティックフィルム層201および接着層301は、基材層302上に順に設けられる。基材層は、機械的基礎として、ディスコティックフィルム層の配置に必要となり得る。基材層302は複屈折性または非複屈折性のいずれでもよい。例えば基材は、ポリエチレンテレフタレート（PET）、TACおよびPMMAからなることができる。

図4は、ディスコティックフィルム層201、接着層301および基材層302を有する設計を示し、接着層（301）は基材層302上に配置されている。接着層301の位置により、図3に示すものとは異なる設計となる。図4の基材302は、非複屈折性とすることができる。

図3および4は、本発明の応用例の一つを示している。接着層301が側面に配置された複数の層は、該接着層によって他の任意の表面に固定することができる。従って、基材302に支持されかつ接着層301を有するディスコティックフィルム層201は、任意の液晶セルまたは偏光子の色補正に使用することができる。

図5は、ディスコティックフィルム層201を含み、防眩コーティングまたは防眩コーティング501がディスコティックフィルム層201上に設けられた設計を示す。防眩コーティングまたは防眩コーティング501は、液晶表示装置において、周囲の光で動作するセルのコントラスト比および輝度を向上させるため用いられる。

図6は、ディスコティックフィルム層201を含み、保護層601がディスコティックフィルム層201上に配置された設計を示す。保護層601は、ディスコティックフィルム層上に配置することができ、または、それは、ディスコティックフィルム層上に設けられた任意の層の上に配置することができる。保護フィルム層601は、大気の水分や機械的損傷に対して保護し、そして、耐ひっかき性を高める。

実施例１
二つのアクティブマトリックス液晶表示装置を用いて、本発明によりもたらされる技術的利点について検討した。図7に示す第一の表示装置は、色補正しなかったもので、比較のため参照として用いた。図8に示す第二の表示装置は、色補正を行い、本発明により得られる結果を明らかにした。図9および12は得られた結果を示す。

図7は、本発明の色補正偏光子がない参照としての液晶表示装置の構造を示す。この構成の基本的設計パラメーターは以下のとおりである。（1）高効率Nitto（日東）G-1224-DUシート偏光子（701,707）。それらの透過軸の方向は、液晶セルの後ろ（707）において45°に調整し、前の検光子（701）の位置において-45°に調整した。（2）液晶層（706）において、後部基材での-45°から前部基材での-135°まで90°時計方向にツイストし、偏光子の配向と組み合わせてラビング方向の配向によりノーマルホワイト（NW）Oモードの配向を構成するようにした。（3）TAC基材を有するFuji Film（フジフィルム）ディスコティック補償フィルム（702）を、セル後部の偏光子（707）と液晶層（706）との間およびセル前部の偏光子（701）と液晶層（706）との間に配置し、液晶層のラビング方向にそろえた。4）MLC-12000-000液晶材料（706）は、k₁₁=9.3e^-12、k₂₂=5.8e^-12、k₃₃=15.9e^-12、ε_cc=12.95、ε_^=3.55、n₀＠550nm=1.4762、およびn_e＠550nm=1.5639とした。（5）セルギャップを4.5μm、プレ−チルト角を2°、厚み／ピッチ比（d/p）を0.0495とした。（6）液晶の駆動電圧は、電界オフの状態で0V、電界オンの状態で5.0Vとした。（7）液晶層の境界部には、800ÅのITO透明電極（704）材料および400Åのポリアミド配向層（705）を設けた。（8）1.1mmのCorning（コーニング）#1737ガラス基材（703）を用いた。（9）厚み1.6μmのTopan RGBカラーフィルターのセット（708）を用いた。さらに（10）照明用光源（709）にはLandmark tri-band（三バンド）RGB蛍光バックライトスペクトルを用いた。

図8は、本発明によりもたらされる技術的利点を明らかにするため用いられた模範的な液晶表示装置の構造を示す。図7に示す参照の液晶表示装置と比べると、図8に示す液晶表示装置は、ディスコティックフィルム層801をさらに有していた。ディスコティックフィルム層801は、表示装置の色特性を補正するため、検光子（701）の前面上に配置された。

図9は、フィルムの透過軸に直交方向と平行方向の偏光に対するディスコティック色補正フィルムの透過スペクトルを示す。X軸901は波長（ナノメートル）を表し、Y軸902はディスコティックフィルムの透過率を表す。ディスコティックフィルムの透過軸に平行な方向の偏光に対する透過スペクトルは、曲線903で表されており、ディスコティックフィルムの透過軸に直交する方向の偏光に対する透過スペクトルは、曲線904で表されている。図9は、380〜500nmの領域における本発明のディスコティックフィルムの偏光能力を示している。また図9は、500nm〜780nmの領域における該フィルムの高い透過率を示している。これは、本発明のディスコティックフィルムが高い明視所透過率を有していることを示している。

図10Aは、本発明の色補正偏光子を伴わない、図7に示す液晶表示装置について、CIE1976色度図を示している。図10Bは、本発明の色補正偏光子を伴う、図8に示す液晶表示装置について、CIE1976色度図を示している。図10Aは、色度図上の参照液晶表示装置の黒色点（Blk）および白色点（W）の位置を示している。D65で示す点は、CIEの標準白色光源D65についての基準色度にあたる。黒色点は、液晶セルのオフ状態に対して得られ、一方、白色点は、オン状態に対して得られる。図10Bは、色度図上の本発明による液晶表示装置の黒色点および白色点の位置を示している。三角形の境界領域は、液晶表示装置（1001）とP22蛍光体三原色を用いた基準カラーCRT（1002）の色域境界を画定している。色補正偏光層を有する液晶表示装置（図10B）は、その黒色点と白色点の位置が互いにより近く、また、これらの点の両方が、標準D65白色点により近い。このことは、効果的な色補正の性能を意味しており、特に、図10Aおよび10Bにおいて、D65白色点に対するそれらの色度座標を比べると、青色シフトした黒色点（Blk）がニュートラル化されていることがわかる。

図11は、参照の表示装置および色補正した表示装置について、CIE1976色度図上のニュートラル点色度のシフトを示している。曲線1102は、参照の表示装置について得られたものであり、曲線1101は、色補正した表示装置について得られたものである。図11は、表示装置の強度レベル全域にわたるディスコティックフィルム偏光子のカラートラッキング能力への影響を明らかにしている。本発明らは、白色明視所輝度のピーク（0ボルト）に対して以下の百分率で明視所の階調を生成させるのに必要な印加LC電圧を測定した。80%、60%、40%、20%、10%、5%、1%、0.5%、および黒色（5ボルト）。次に、白色点の色度座標を、これらの明視所階調のぞれぞれにおいて算出した。得られた図11に示すグラフは、参照の構成と色補正した構成の両方におけるAMLCDの全強度範囲にわたる白色点色度の変動（すなわちカラートラッキングエラー）を示している。明らかなように、表示装置の強度レベル全域にわたるそのニュートラル点の色度変動は、補正していない参照の表示装置（1102）に対して、色補正した表示装置（1101）でかなり減っている。

図12は、色度JNDで表される表示装置の黒表示の角度による色度変化について、クロス・コンフィギュレーション差の等値面を示している。二つの別々の等色（iso-color）差のグラフから、視角に依存する色変動の減少を肉眼で評価することは困難であるため、それぞれの角度において色補正した構成と参照の構成との間のΔu'v'値の差から生じる色差等値面のグラフを作成した。ディスプレイ計測の最近の規格は、多数の観測者にとってΔu'v'=0.004が差閾（JND）となることを規定している。クロス・コンフィギュレーション差を知覚可能な色度差の単位でより直接的に表現するため、等値面を色度JNDの単位で作りなおした。等値面について負の値は、ベースラインの構成における同じ角度の位置に比べて、色補正した構成が色変動を減少させている角度領域を示している。正の等値面の値は、参照の構成において角度による色変動がより少ない角度領域を示している。図12より、等値面がゼロとなる傾向にある主対角線に沿った部分を除いて、ほぼすべての領域で等値面が負であることがはっきり見て取れる。この等値面差のグラフにおいて、横軸および縦軸に沿って上述した色変動の減少が顕著に起こっていることがはっきり示されている。この最後のグラフは、観測者に対し、これらの色度差の知覚可能な妥当性を評価する単位で表されている。

本発明の色補正偏光子フィルムは、直視式の透過型および反射型の液晶表示装置の色補正に使用できるほか、プロジェクションシステムの用途でも使用できる。本発明は、種々の形式の液晶表示装置、例えば、ツイストネマチック液晶表示装置およびスーパーツイストネマチック液晶表示装置に応用できるほか、種々の形式のTFT表示装置、例えば、垂直配向および面内スイッチング技術に基づく表示装置に応用できる。

上述のように、色補正偏光子を説明してきた。本発明の特定の態様について以上に示してきたものは、例示と説明を目的とするものであり、本発明を完全に網羅するものでもなく、また、本発明を開示したそのものずばりの形態に限定しようとするものでもない。上述した開示に照らして多くの変更・修飾、具体例および変形例が可能であることは明らかである。本発明の技術的範囲は、添付した請求の範囲およびその均等の範囲によって規定すべきである。

透過軸が90°で交差する一対の典型的なヨウ素系シート偏光子の透過スペクトルである。 偏光子および色補正ディスコティックフィルムを含む、本発明の色補正偏光子フィルムの基本的設計の一例を示す模式図である。 ディスコティックフィルム層、該ディスコティックフィルム層上に配置された接着層、および基材層を有する、本発明の色補正偏光子フィルムの基本的設計の一例を示す模式図である。 ディスコティックフィルム層、基材層、および該基材層上に配置された接着層を有する、本発明の色補正偏光子フィルムの基本的設計の一例を示す模式図である。 ディスコティックフィルム層上に防眩（またはギラツキ防止）コーティングを有する、本発明の色補正偏光子フィルムの基本的設計の一例を示す模式図である。 ディスコティックフィルム層の上に保護層を有する、本発明の色補正偏光子フィルムの基本的設計の一例を示す模式図である。 本発明の色補正偏光子がないカラー液晶表示装置の設計の一例を示す参考例の模式図である。 本発明の色補正偏光子の有するカラー液晶表示装置の設計の一例を示す模式図である。 ディスコティックフィルムの透過スペクトルの一例を示すものであって、該透過スペクトルは、該フィルムの透過軸に垂直な方向と平行な方向の偏光に対するものである。 本発明の色補正偏光子がない、図7に示すカラー液晶表示装置の参考例についてのCIE1976色度図である。 本発明の色補正偏光子を有する、図8に示すカラー液晶表示装置についてのCIE1976色度図である。 参考のカラー液晶表示装置および色補正したカラー液晶表示装置についてのCIE1976色度図における白色点の色度シフトを示すデータプロット図である。 参考のカラー液晶表示装置と色補正したカラー液晶表示装置との間の角度による色度変化の差を色度JNDで表したものを示す等色度差の等値面図である。

Claims (30)

1. 偏光子層、および
   少なくとも一つのディスコティックフィルム層を有する色補正偏光子であって、
   該ディスコティックフィルム層は、下記一般構造式のフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体により形成されており、かつ３８０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域において偏光子として機能することを特徴とする、色補正偏光子。
   （式中、nは1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、mは1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、かつzは0、1、2、3、4、5、および6を含む群より選ばれる値であり、ただし、m+z+n＝12であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該染料分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、n>1の場合、異なる対イオンが含まれ得る））
2. 偏光子層、および
   少なくとも一つのディスコティックフィルム層を有する色補正偏光子であって、
   該ディスコティックフィルム層は、下記構造式I〜VIIIの少なくとも一つのフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体により形成されており、かつ３８０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域において偏光子として機能することを特徴とする、色補正偏光子。
   （式中、mは0、1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、zは0、1、2、3、4、5、および6を含む群より選ばれる値であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該染料分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、スルホン酸基の数が1より大きい場合、異なる対イオンが含まれ得る））
3. 該ディスコティックフィルム層は、ディスコティック二色性染料分子に基づくリオトロピック液晶から形成されている、請求項１または２に記載の色補正偏光子。
4. 該ディスコティックフィルム層はE型偏光子として機能する、請求項１〜３のいずれかに記載の色補正偏光子。
5. 該E型偏光子層は負の複屈折率を有する、請求項４記載の色補正偏光子。
6. 接着材料からなる少なくとも一つの層をさらに有する、請求項１〜５のいずれかに記載の色補正偏光子。
7. 少なくとも一つの複屈折性層をさらに有する、請求項１〜６のいずれかに記載の色補正偏光子。
8. 保護層をさらに有する、請求項１〜７のいずれかに記載の色補正偏光子。
9. 反射防止層をさらに有する、請求項１〜８のいずれかに記載の色補正偏光子。
10. 防眩層をさらに有する、請求項１〜９のいずれかに記載の色補正偏光子。
11. フロントパネル、
    リヤパネル、
    該フロントパネルと該リヤパネルとの間に配置された液晶、および
    色補正偏光子を有する液晶セルであって、
    該色補正偏光子は、少なくとも一つの偏光子層および少なくとも一つのディスコティックフィルム層を備え、
    該ディスコティックフィルム層は、下記一般構造式のフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体により形成されおり、かつ３８０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域において偏光子として機能するものであることを特徴とする、液晶セル。
    （式中、nは1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、mは1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、かつzは0、1、2、3、4、5、および6を含む群より選ばれる値であり、ただし、m+z+n＝12であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該染料分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、n>1の場合、異なる対イオンが含まれ得る））
12. フロントパネル、
    リヤパネル、
    該フロントパネルと該リヤパネルとの間に配置された液晶、および
    色補正偏光子を有する液晶セルであって、
    該色補正偏光子は、少なくとも一つの偏光子層および少なくとも一つのディスコティックフィルム層を備え、
    該ディスコティックフィルム層は、下記構造式I〜VIIIの少なくとも一つのフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体により形成されており、かつ３８０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域において偏光子として機能するものであることを特徴とする、液晶セル。
    （式中、mは0、1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、zは0、1、2、3、4、5、および6を含む群より選ばれる値であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該染料分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、スルホン酸基の数が1より大きい場合、異なる対イオンが含まれ得る））
13. 該偏光子層および少なくとも一つのディスコティックフィルム層は、平行または垂直な透過軸を有する、請求項１１または１２記載の液晶セル。
14. 該ディスコティックフィルム層はＥ型偏光子として機能する、請求項１１〜１３のいずれかに記載の液晶セル。
15. 該ディスコティックフィルム層は、ディスコティック二色性染料分子に基づくリオトロピック液晶から形成されている、請求項１１〜１４のいずれかに記載の液晶セル。
16. 該Ｅ型偏光子として機能するディスコティックフィルム層は負の複屈折率を有する、請求項１４記載の液晶セル。
17. 少なくとも一つの偏光子層がO型偏光子である、請求項１１〜１６のいずれかに記載の液晶セル。
18. 該O型偏光子はヨウ素系ポリマー偏光子である、請求項１７記載の液晶セル。
19. 少なくとも一つの偏光子層がＥ型偏光子である、請求項１１〜１６のいずれかに記載の液晶セル。
20. Ｅ型偏光子である前記偏光子層は、ディスコティック二色性染料分子に基づくリオトロピック液晶から形成されている、請求項１９記載の液晶セル。
21. Ｅ型偏光子である前記偏光子層は、下記一般式のフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体により形成されている、請求項１９または２０に記載の液晶セル。
    （式中、nは1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、mは1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、かつzは0、1、2、3、4、5、および6を含む群より選ばれる値であり、ただし、m+z+n＝12であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、n>1の場合、異なる対イオンが含まれ得る））
22. Ｅ型偏光子である前記偏光子層は、下記構造式I〜VIIIの少なくとも一つのフェナントロ-9',10':2,3-キノキサリンのスルホン酸誘導体により形成されている、請求項１９または２０に記載の液晶セル。
    （式中、mは0、1、2、3および4を含む群より選ばれる値であり、zは0、1、2、3、4、5、および6を含む群より選ばれる値であり、XおよびYは、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、Cl、Br、OH、またはNH₂であり、Mは対イオンであり、かつjは、該分子における対イオンの数であり、該対イオンが複数個の分子によって共有されている場合、該数は分数となり得る（なお、スルホン酸基の数が1より大きい場合、異なる対イオンが含まれ得る））
23. 該液晶セルの外面上に配置された防眩または反射防止コーティングをさらに有する、請求項１１〜２２のいずれかに記載の液晶セル。
24. 反射層をさらに有する、請求項１１〜２３のいずれかに記載の液晶セル。
25. 該反射層の少なくとも一部が鏡面反射性を有する、請求項２４記載の液晶セル。
26. 該反射層の少なくとも一部が拡散的反射性を有する、請求項２４または２５に記載の液晶セル。
27. 該反射層の少なくとも一部が透過性である、請求項２４〜２６のいずれかに記載の液晶セル。
28. 該ディスコティックフィルム層は位相差板として機能する、請求項１１〜２７いずれかに記載の液晶セル。
29. 該色補正偏光子はカラーフィルターをさらに有するものである、請求項１１〜２８のいずれかに記載の液晶セル。
30. 該ディスコティックフィルム層は、該セルの内部に配置されている該偏光子層上に付与されている、請求項１１〜２９のいずれかに記載の液晶セル。