JP2002531874A - コレステリック整列物質からなるカラーフィルター層及びこのようなカラーフィルター層を具えた反射型式の液晶カラーディスプレイ装置 - Google Patents
コレステリック整列物質からなるカラーフィルター層及びこのようなカラーフィルター層を具えた反射型式の液晶カラーディスプレイ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
色シフトがほとんどないカラーフィルター層を提供することを目的とする。コレステリックに配列した材料からなるカラーフィルター層に関し、分子へリックスは該層に対して垂直に指向している。カラーフィルター層は、色シフトによって生ずる望まれない色を吸収することが可能な少なくとも１種類の染料を含む。カラーフィルター層の主要カラーの帯域幅および染料とを的確に選択することによって、望まない色シフトの問題を大幅に低減することができる。本発明はまた、このようなカラーフィルターを設けた反射式液晶カラーディスプレイ装置に関する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、コレステリック配列物質のカラーフィルタ層に関するもので、該コ
レステリック配列物質の分子へリックスの軸が該層と交差する方向に延びている
。また、本発明は、このようなカラーフィルタ層を設けた反射形式の液晶カラー
ディスプレイ装置に関する。 【０００２】 コレステリックミラーとしても言及されるカラーフィルタ層自体は知られてい
る。カラーフィルタ層は、比較的薄いコレステリック（キラルネマチック）配列
を有する液晶材料を含む。この材料の液晶分子は、自然にあるいは所定のドープ
剤の影響下でー溶液中スパイラルあるいはへリックス様構造を有する。該溶液を
２つの基板間に置くと、分子へリックスの軸がこのように形成した層と交差する
方向に延びるように、このへリックス様構造が配列する。配向層を基体の対向面
に設けると、へリックスはより良好に整列する。 【０００３】 非偏向光がこのようなカラーフィルタ層に入射すると、へリックスの（右旋ま
たは左旋）方向及びピッチに見合った光の部分が反射し、残余の入射光は伝導し
ていく。所望により、伝導光をカラーフィルター層の後ろに存在する吸収層に吸
収させる。この層の（反射）色は、主にコレステリック配列物質のピッチによっ
て決まる。このようなフィルター層は、例えば、装飾の目的で被覆層あるいは反
射層として用いることができる。 【０００４】 既知のカラーフィルター層は主要な欠点がある。カラーフィルターの色（＝反
射帯域）は、フィルターを見る角度により強く影響を受けると思われる。コレス
テリック配列物質は角度依存異方性が強いために、このような色のシフトが生ず
る。多くの用途で、このような色シフトは許容されない。 【０００５】 本発明は、上記問題を解消することが目的である。更に詳しく述べると、本発
明は、色シフトがほとんどない、あるいは色シフトのないカラーフィルター層を
提供することを目的とする。 【０００６】 本発明のこれらの目的及び他の目的は、始めの段落に記載した形式のカラーフ
ィルター層によって達成され、本発明では、カラーフィルター層が、色シフトに
よって生ずる望まない色を吸収する１または２種類以上の染料を含むことを特徴
とする。 【０００７】 カラーフィルター層に1または２種類以上の染料があるので、望まない色を吸
収することができる。これによって、フィルターの色のシフトを防止することが
できる。従って、好ましくは、染料による吸収波長が望まない色の波長と符合す
るように染料を選択すべきである。所望の色（＝反射帯域）については、2種類
の染料がフィルターに存在することが好ましい。両染料の吸収帯域は、コレステ
リック配列物質の反射帯域の両端で少なくとも多少重なり合うべきである。この
形式のフィルターは、色強度も角度に何ら依存しないという重要な利点がある。
この場合、２つ以上の吸収帯域を有する単一の染料を用いることもできることは
明らかであろう。 【０００８】 本発明に係るカラーフィルター層の好ましい実施態様は、コレステリック配列
物質がポリマー網状構造を有することを特徴とする。このような網状構造は、３
次元構造を有するポリマー材料からなる。層中に少なくとも一部の液晶分子が存
在し、これらの分子は網状構造中に組み込まれているのが好ましい。該網状構造
が存在するので、カラーフィルターの反射特性が機械的張力および温度変化に対
して比較的影響を受けにくくする。 【０００９】 本発明に係るカラーフィルター層のさらに好ましい実施態様は、最大ピッチと
最小ピッチとの間の差が少なくとも２０ｎｍとなるように分子へリックスのピッ
チが変化することを特徴とする。このように整列したコレステリックカラーフィ
ルター層は、比較的広い反射帯域を有するので、この反射帯域は、その屈折率に
よっては、８０ｎｍ以上の幅を有することもある。反射帯域の幅を調整できるこ
とは、カラーフィルターの究極的な色の設定上大きな利点となる。ピッチの差は
、５０ｎｍ以上であることが好ましい。出願人名義の米国特許第5,506,704号お
よび米国特許第5,793,456号には、このような広いたい域でのカラーフィルター
の製造方法が記載されている。 【００１０】 本発明に係るカラーフィルター層のさらに好ましい実施態様は、染料が化学結
合によって網状構造中に組み込まれていることを特徴とする。この手段によって
、本発明のカラーフィルター層の安定性および耐久性が向上する。これによって
、コレステリック配列物質から１種類以上の染料が分離する（例えば層分離）こ
とを防止する。 【００１１】 また、本発明は、このようなカラーフィルター層を備えた反射形式の液晶カラ
ーディスプレイ装置に関する。さらに詳しく述べると、本発明は、電極層と、配
向層と、電極層と配向層の間に存在する液晶物質を備えた少なくとも2つの実質
的に平行な基体とからなり、１つの基体は広いバンドの吸収層と、コレステロー
ル的に秩序付けした物質のパターン付けした空フィルター層と１／４λ層とが設
けられ、他の基体は偏向子が設けられている反射形式の液晶カラーディスプレイ
装置に関する。 【００１２】 上記形式のディスプレイ装置は、知られている。例えば、ヨーロッパ特許出願
第６００３４９号の図３と４には、このような２つのディスプレイ装置が表示さ
れている。原則的には、反射形式のディスプレイ装置は、バックライトを何ら必
要としない。従って、反射ディスプレイ装置のエネルギー消費量は、比較的小さ
い。 【００１３】 コレステリックなカラーフィルターを備える反射形式の液晶カラーディスプレ
イ装置は、以下の原理で作動する。非偏向白色光の入射光線は、偏向子で偏向さ
れて直線偏向となり、その後ＬＣ材料の画素上に入射する。この画素が電圧によ
り駆動されない場合には、光線はＬＣ材料を通過し、その偏向方向は、例えば９
０°回転する。その後、該材料の公報の１／４λ層を通過し、左旋回偏光となる
。 【００１４】 配列したコレステリック物質からなるカラーフィルター層の反射帯域外の波長
を有するこの偏光部分は、カラーフィルターを完全に通過し、広域帯域吸収層に
吸収される。しかしながら、カラーフィルター層の反射帯域内の波長を有するこ
の偏光部分は、カラーフィルター層で完全に反射される。１／４λ層を通過する
と、偏向方向は、再び変わって左直線偏光となる。光線の偏向方向は再度ＬＣ物
質層で、例えば９０°、但しこの場合逆方向に回転し、その結果、全体での回転
は０°となる。従って、この光線は偏光しを通過するための正しい偏光方向を有
する。この場合、関係する画素のカラーフィルター層の反射色を見ることになる
。 【００１５】 カラーフィルター層は、異なった反射帯域を有する複数のコレステリック物質
を組み合わせた３つの形式の画素パターンからなる。このようなフィルターを備
えた反射形式の液晶カラーディスプレーを製造することが可能となる。画素を駆
動する場合、直線偏光の偏光方向はＬＣ材料中では回転しない。 【００１６】 １／４λ層を通過すると、偏向方向はここで右旋性偏光に変換される。カラー
フィルターは、所定波長の左旋性偏光のみを反射する。入射された右旋性偏光は
、吸収層を完全に透過し吸収するので、該光は全く見られない。従って、黒色画
素を「みる」ことになる。 【００１７】 反射形式の液晶カラーディスプレイ装置には、主要な欠点がある。このディス
プレイ装置を見ると、ほぼ垂直方向から装置を見ない場合には、直ちに色シフト
が生ずる。 【００１８】 本発明の目的は、上記欠点を解決することにある。さらに詳しく述べると、本
発明の目的は、色シフト問題をかなり低減した反射形式の液晶カラーディスプレ
イ装置を提供することを目的とする。 【００１９】 本発明のこれらの目的および他の目的は始めの段落で述べた反射形式の液晶カ
ラーディスプレイ装置によって達成され、カラーフィルター層が色シフトによっ
て生ずる望まない色を吸収する１または２以上の染料を含むことを特徴とする。 【００２０】 本発明は、カラーフィルター層中あるいは近傍に染料が存在することによって
、装置を斜めの角度で離れる望まれない色を吸収することができる。装置を斜め
の角度で見た場合、関係する画素の波長が短くなるということが発見された。カ
ラーフィルター層および染料からでる主要の色の帯域を適当に選択することによ
って、望まない色シフトの問題をかなり低減できる。 【００２１】 一種類以上の染料の吸収帯域のエッジ部が関連する画素の反射帯域のエッジ部
と正確にあるいはほぼ正確に符合するように、染料を選択することが好ましい。
通常、赤色には反射帯域が６１０から６７０ｎｍのコレステリック物質を用い、
緑色には反射帯域が４９０から５４０ｎｍのコレステリック物質を用い、青色に
は反射帯域が４３５から４７５ｎｍのコレステリック物質を用いる。色シフトは
波長の小さい方向にのみ生ずる傾向があるので、この場合、最大波長の吸収帯域
エッジ部がほぼ６１０ｎｍ（赤）、４９０ｎｍ（緑）、４３５ｎｍ（青）に一致
するように染料を選択すべききである。 【００２２】 フィルターは、所望反射帯域につき２種類の染料を含むことが好ましい。両染
料の吸収帯域は、コレステリック物質の各反射帯域の両エッジ部と少なくとも多
少重なり合うべきである。この形式のフィルタには、カラー強度が何ら角度に影
響を受けないという主要な欠点がある。一種類以上のこれらの染料が２以上の吸
収帯域を有する場合には、５種類以下の染料を使用することができることは明ら
かである。 【００２３】 原則的には、染料を分離したパターン付けした層としてカラーフィルター層上
に設けることは可能である。しかしながら、本発明のディスプレイ装置の好まし
い実施態様は、染料をパターン付カラーフィルター層のコレステリック物質と混
合することを特徴とする。製造技術観点からは、コレステリック物質と染料との
混合層を設けることは明らかに好ましい。 【００２４】 本発明に係るディスプレイ装置のさらに好ましい実施態様は、カラーフィルタ
ー層のコレステリック配列物質を重合して重合体網状構造とし、この場合コレス
テリックへリックスのピッチ長の差は少なくとも２０ｎｍとなることを特長する
。その場合、使用される染料によって与えられる「窓」よりも広い反射帯域の帯
域幅を選択することが可能である。 【００２５】 本発明に係るディスプレイ装置の好ましい実施態様は、コレステリック配列物
質が焦点円錐状組織を有することを特徴とする。この組織では、コレステリック
へリックスの平均方向が、カラーフィルター層と交差するが、個々のへリックス
が該層に対して延在する角度にはある程度の広がりがある。その結果、入射光の
反射スペクトルではなく、分散反射が得られる。それが、ディスプレイ装置の像
の品質および視角従属性に寄与する。カラーフィルター層の表面に特別の処理を
行うことによって、該焦点円錐組織をえることもできる。しかしながら、カラー
フィルター層中に染料を分散顔料の形で染料を組み込むことによってこのような
安定化を行うことが好ましい。 【００２６】 本発明に係るディスプレイ装置のさらに好ましい実施態様は、染料を化学結合
を介して網状構造中に組み込むことを特徴とする。このようにすることによって
、カラーフィルター層の耐久性および安定性が向上するという利点がある。それ
によって、コレステリック配列した層から１種類以上の染料が分離することが防
止される。 【００２７】 本発明の上記視点および他の視点は、以下の実施態様から明らかであり、また
明らかになろう。 【００２８】 明瞭化を図るべく、図面は寸法通りには描いていないことに留意すべきであ
る。 図1は、本発明に係るカラーフィルター層のカラーフィルター層の模式的断面
図である。カラーフィルター層１は、コレステリック配列物質からなる層１から
なり、コレステリック物質の分子へリックス軸は層に対して交差する方向に延び
る。コレステリック配列物質は、ポリマー網状構造と2種類の染料からなる。コ
レステリック配列層は、例えば、ガラスあるいは金属の基体２の上に設けられ、
基体２はこすったポリイミドからなる配向層３を備えている。あるいは、所望に
より、基体は、例えば、合成材料等の可撓性材料としても良い。 【００２９】 図1に示すカラーフィルター層は、以下のようにして製造する。この方法は、
５０重量％のキラルモノアクリレートＡと５０重量％のアキラルジアクリレート
Ｂとからなる２種類の反応性モノマーの混合物から始められた。この混合物に対
して、紫外線性染料Ｃ（３３４ｎｍで最大吸収）０．７重量％、染料Ｄ（４８５
ｎｍで最大吸収）０．２５重量％および染料Ｅ（６８２ｎｍで最大吸収）０．２
５重量％を添加した。さらに、該混合物に対して、光開始剤イルガキュア（Ｉｒ
ｇａｃｕｒｅ）（チバ・ガイギー）０．６重量％と安定化剤ｐ−メトキシフェノ
ール４０ｐｐｍとを添加した。こられの化合物の化学構造式を図２に示す。 【００３０】 このように作製した混合物の所定量を、約１５μｍ離間したほぼ平行な２枚の
ガラス基板の間に導入した。両基板の対向面には、こすったポリイミドからなる
配向層を設けた。その後、室温で約１０分間紫外線（３６５ｎｍ、Ｉｏ＝０．０
５ｍＷ／ｃｍ２）によって重合した。この重合の間に、３次元のポリマー網状構
造構造を有する比較的広い帯域のカラーフィルター層が得られた。最後に、２枚
のうち一方の基体を除去した。 【００３１】 図３に前記カラーフィルター層の吸収スペクトルと反射スペクトルを一緒に模
式的に示す。参照番号１と２とは、染料ＤとＥの吸収スペクトルを示す。これら
の吸収スペクトルは、約５４５ｎｍと５８８ｎｍとの間の比較的狭い伝播領域で
互いに開いている。参照番号３は、非偏向光に対するカラーフィルター層のコレ
ステリック配列物質の反射スペクトルを示す。染料ＤとＥとが無い場合、非偏向
光は層に垂直に測定した。反射スペクトルは、約８０ｎｍの帯域を有し、５４３
ｎｍから６２５ｎｍの範囲に渡る。上記染料があるため、実際カラーフィルター
層は、５４５ｎｍと５８８ｎｍとの間の光のみ反射する。この範囲外の可視光線
は、染料ＤとＥとで吸収される。 【００３２】 酸章番号４は、非偏向光に対するカラーフィルター層のコレステリック配列物
質の反射スペクトルを示す。染料ＤとＥとが無い場合、層の法線に対して４５°
の角度で非偏向光を測定した。この状況で、全体の反射スペクトルは、低波長に
移行して、約５２５ｎｍと６０８ｎｍの間範囲にある。帯域幅は、ほぼ等しいま
まである（８０ｎｍ）。染料が存在すので、実際カラーフィルター層は、５４５
ｎｍと５８８ｎｍとの間の光のみ反射する。この範囲外の可視光線は、染料Ｄと
Ｅとで吸収される。 【００３３】 染料ＤとＥとが無い場合には、カラーフィルター層を異なった角度でみると、
色が明らかにシフトするのを見て取れるであろう。染料が存在して、カラーフィ
ルター層の反射スペクトルに関し染料の吸収スペクトルの位置により、上記色シ
フトは生じない。エッジ部と最大波長とにおける該反射スペクトルと染料Ｅとの
かなりの重なり合いが有るので、フィルターの強度も等しく維持される。 【００３４】 図４は、本発明に係る反射形式の液晶カラーディスプレイ装置の模式的断面図
である。装置は、例えば、ガラス製の透明基体１１を有し、基体の表面には、例
えば、黒色ラッカーからなる黒色吸収層１２が設けられている。他の表面には、
薄い配向層（図示せず）が設けられ、その上に赤（Ｒ），緑（Ｇ）及び（Ｂ）の
フィルターのパターンが設けられている。この場合、各フィルターは、３次元の
網状構造に重合された層からなり、網状構造は厚さが約５μｍのコレステリック
に整列した液晶材料と少なくとも１種類の染料とを有し、液晶材料は所望の色と
関連する波長を有する。 【００３５】 そして、このように形成したカラーフィルター層の上に、液晶材料の複屈折率
に応じて、厚さが約１μｍの１／４λ遅延層（図示せず）を設ける。この遅延層
は、単一軸のネマティック液晶材料あるいはガラス形成液晶材料から形成するこ
とができる。こすったポリイミドの配向層を用いて遅延層を配列させるが、該層
はスピンコートによって設けることができる。 【００３６】 透明材料の電極層３を遅延層の上に設ける。ＩＴＯ様材料により良好な結果が
得られるが、ＩＴＯ様材料はスパッタリングでパターンとして設けることが可能
である。液晶材料層１５を配向させ切替える配向層１４が電極層上に存在する。
配向層は、上記基体１１と第２の透明基体１７との間にあり、透明基体１７はガ
ラスから形成することもできる。この基体にも電極層１８と配向層１９とを設け
ている。 【００３７】 電極層１３と１８との電極列が一緒になって電極アレイを形成し、それによっ
て層１５の小領域（画素）が電界を介して駆動可能となっている。これらの領域
のサイズは、パターン化したカラーフィルター層の最小の寸法サイズと符合して
いる。 【００３８】 図４に示す液晶カラーディスプレイ装置も、偏向子層２０を有する。この層は
、基体１１から遠い基体１７の面に設けられている。 【００３９】 本発明に係る反射ディスプレイ装置のカラーフィルターは、以下のように作製
した。反応性アリレートと染料との上記混合物からなる薄い層を基体１１上の配
向層の上に設けた。所望の反射波長領域が選られるように２種類のアクリレート
の比をした。この領域は赤色画素に対しては約６１０ｎｍと６７０ｎｍとの間で
あり、緑色画素に対しては約４９０ｎｍと５４０ｎｍとの間であり、青色画素に
対しては約４３５ｎｍと４７５ｎｍとの間である。 【００４０】 少量（約０．２重量％）の所望の吸収特性を有する１または２種類以上の染料
をこれらの混合物に添加した。関連ケースでは、赤色画素では化合物ＦとＧであ
り、緑色画素では化合物ＦとＨであり、青色画素では化合物ＨとＩである。化合
物Ｆ（３９２ｎｍで吸収最大）、化合物Ｇ（４８９ｎｍで吸収最大）、化合物Ｈ
（５９０と６３７ｎｍで吸収最大）、化合物Ｉ（５３９ｎｍで吸収最大）の化学
構造式を図２に示した。 【００４１】 例えば、赤色画素に対して第１の層を設けた後、配向層を設けたマトリックス
で第１の層を配向させる。その後、パターン露光を行った。２−プロパノールで
未重合材料を除去した後、例えば、緑画素に対する第２の層を設けた。第２の層
に同様の方法でマトリックスを設け、パターン露光を行った。最後に、上記方法
を繰り返して、青画素を設けた。カラーフィルター層を設けた後、所望により、
遅延層を設ける前に薄い平滑層を設けることもできる。次に、電極層と配向層と
を連続して遅延層の上に設けた。 【００４２】 このようにして得られた基体によってディスプレイ装置を製造した。図４に関
連して記載したように第２の基体に偏光子、電極層および配向層を設け、液晶材
料で充填したセルを形成した。セルに対して垂直かつ４５°の角度でセルの異な
る画素を観察して色シフトの程度を調べた。 【００４３】 上記反射形式の液晶カラーフィルター装置によって、異なった角度から装置を
見た場合に通常生ずる色シフトをかなり抑止できることが判明した。 【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係るカラーフィルター層のカラーフィルター層の模式的断面
図である。 【図２】 本発明範囲内で使用される多数の化合物の化学構造式を示す。 【図３】 図1に示すようなカラーフィルター層のいくつかの模式的なスペクト
ルを示す。 【図４】 本発明に係る反射形式のカラーフィルター層のカラーフィルター層の
模式的断面図である。
レステリック配列物質の分子へリックスの軸が該層と交差する方向に延びている
。また、本発明は、このようなカラーフィルタ層を設けた反射形式の液晶カラー
ディスプレイ装置に関する。 【０００２】 コレステリックミラーとしても言及されるカラーフィルタ層自体は知られてい
る。カラーフィルタ層は、比較的薄いコレステリック（キラルネマチック）配列
を有する液晶材料を含む。この材料の液晶分子は、自然にあるいは所定のドープ
剤の影響下でー溶液中スパイラルあるいはへリックス様構造を有する。該溶液を
２つの基板間に置くと、分子へリックスの軸がこのように形成した層と交差する
方向に延びるように、このへリックス様構造が配列する。配向層を基体の対向面
に設けると、へリックスはより良好に整列する。 【０００３】 非偏向光がこのようなカラーフィルタ層に入射すると、へリックスの（右旋ま
たは左旋）方向及びピッチに見合った光の部分が反射し、残余の入射光は伝導し
ていく。所望により、伝導光をカラーフィルター層の後ろに存在する吸収層に吸
収させる。この層の（反射）色は、主にコレステリック配列物質のピッチによっ
て決まる。このようなフィルター層は、例えば、装飾の目的で被覆層あるいは反
射層として用いることができる。 【０００４】 既知のカラーフィルター層は主要な欠点がある。カラーフィルターの色（＝反
射帯域）は、フィルターを見る角度により強く影響を受けると思われる。コレス
テリック配列物質は角度依存異方性が強いために、このような色のシフトが生ず
る。多くの用途で、このような色シフトは許容されない。 【０００５】 本発明は、上記問題を解消することが目的である。更に詳しく述べると、本発
明は、色シフトがほとんどない、あるいは色シフトのないカラーフィルター層を
提供することを目的とする。 【０００６】 本発明のこれらの目的及び他の目的は、始めの段落に記載した形式のカラーフ
ィルター層によって達成され、本発明では、カラーフィルター層が、色シフトに
よって生ずる望まない色を吸収する１または２種類以上の染料を含むことを特徴
とする。 【０００７】 カラーフィルター層に1または２種類以上の染料があるので、望まない色を吸
収することができる。これによって、フィルターの色のシフトを防止することが
できる。従って、好ましくは、染料による吸収波長が望まない色の波長と符合す
るように染料を選択すべきである。所望の色（＝反射帯域）については、2種類
の染料がフィルターに存在することが好ましい。両染料の吸収帯域は、コレステ
リック配列物質の反射帯域の両端で少なくとも多少重なり合うべきである。この
形式のフィルターは、色強度も角度に何ら依存しないという重要な利点がある。
この場合、２つ以上の吸収帯域を有する単一の染料を用いることもできることは
明らかであろう。 【０００８】 本発明に係るカラーフィルター層の好ましい実施態様は、コレステリック配列
物質がポリマー網状構造を有することを特徴とする。このような網状構造は、３
次元構造を有するポリマー材料からなる。層中に少なくとも一部の液晶分子が存
在し、これらの分子は網状構造中に組み込まれているのが好ましい。該網状構造
が存在するので、カラーフィルターの反射特性が機械的張力および温度変化に対
して比較的影響を受けにくくする。 【０００９】 本発明に係るカラーフィルター層のさらに好ましい実施態様は、最大ピッチと
最小ピッチとの間の差が少なくとも２０ｎｍとなるように分子へリックスのピッ
チが変化することを特徴とする。このように整列したコレステリックカラーフィ
ルター層は、比較的広い反射帯域を有するので、この反射帯域は、その屈折率に
よっては、８０ｎｍ以上の幅を有することもある。反射帯域の幅を調整できるこ
とは、カラーフィルターの究極的な色の設定上大きな利点となる。ピッチの差は
、５０ｎｍ以上であることが好ましい。出願人名義の米国特許第5,506,704号お
よび米国特許第5,793,456号には、このような広いたい域でのカラーフィルター
の製造方法が記載されている。 【００１０】 本発明に係るカラーフィルター層のさらに好ましい実施態様は、染料が化学結
合によって網状構造中に組み込まれていることを特徴とする。この手段によって
、本発明のカラーフィルター層の安定性および耐久性が向上する。これによって
、コレステリック配列物質から１種類以上の染料が分離する（例えば層分離）こ
とを防止する。 【００１１】 また、本発明は、このようなカラーフィルター層を備えた反射形式の液晶カラ
ーディスプレイ装置に関する。さらに詳しく述べると、本発明は、電極層と、配
向層と、電極層と配向層の間に存在する液晶物質を備えた少なくとも2つの実質
的に平行な基体とからなり、１つの基体は広いバンドの吸収層と、コレステロー
ル的に秩序付けした物質のパターン付けした空フィルター層と１／４λ層とが設
けられ、他の基体は偏向子が設けられている反射形式の液晶カラーディスプレイ
装置に関する。 【００１２】 上記形式のディスプレイ装置は、知られている。例えば、ヨーロッパ特許出願
第６００３４９号の図３と４には、このような２つのディスプレイ装置が表示さ
れている。原則的には、反射形式のディスプレイ装置は、バックライトを何ら必
要としない。従って、反射ディスプレイ装置のエネルギー消費量は、比較的小さ
い。 【００１３】 コレステリックなカラーフィルターを備える反射形式の液晶カラーディスプレ
イ装置は、以下の原理で作動する。非偏向白色光の入射光線は、偏向子で偏向さ
れて直線偏向となり、その後ＬＣ材料の画素上に入射する。この画素が電圧によ
り駆動されない場合には、光線はＬＣ材料を通過し、その偏向方向は、例えば９
０°回転する。その後、該材料の公報の１／４λ層を通過し、左旋回偏光となる
。 【００１４】 配列したコレステリック物質からなるカラーフィルター層の反射帯域外の波長
を有するこの偏光部分は、カラーフィルターを完全に通過し、広域帯域吸収層に
吸収される。しかしながら、カラーフィルター層の反射帯域内の波長を有するこ
の偏光部分は、カラーフィルター層で完全に反射される。１／４λ層を通過する
と、偏向方向は、再び変わって左直線偏光となる。光線の偏向方向は再度ＬＣ物
質層で、例えば９０°、但しこの場合逆方向に回転し、その結果、全体での回転
は０°となる。従って、この光線は偏光しを通過するための正しい偏光方向を有
する。この場合、関係する画素のカラーフィルター層の反射色を見ることになる
。 【００１５】 カラーフィルター層は、異なった反射帯域を有する複数のコレステリック物質
を組み合わせた３つの形式の画素パターンからなる。このようなフィルターを備
えた反射形式の液晶カラーディスプレーを製造することが可能となる。画素を駆
動する場合、直線偏光の偏光方向はＬＣ材料中では回転しない。 【００１６】 １／４λ層を通過すると、偏向方向はここで右旋性偏光に変換される。カラー
フィルターは、所定波長の左旋性偏光のみを反射する。入射された右旋性偏光は
、吸収層を完全に透過し吸収するので、該光は全く見られない。従って、黒色画
素を「みる」ことになる。 【００１７】 反射形式の液晶カラーディスプレイ装置には、主要な欠点がある。このディス
プレイ装置を見ると、ほぼ垂直方向から装置を見ない場合には、直ちに色シフト
が生ずる。 【００１８】 本発明の目的は、上記欠点を解決することにある。さらに詳しく述べると、本
発明の目的は、色シフト問題をかなり低減した反射形式の液晶カラーディスプレ
イ装置を提供することを目的とする。 【００１９】 本発明のこれらの目的および他の目的は始めの段落で述べた反射形式の液晶カ
ラーディスプレイ装置によって達成され、カラーフィルター層が色シフトによっ
て生ずる望まない色を吸収する１または２以上の染料を含むことを特徴とする。 【００２０】 本発明は、カラーフィルター層中あるいは近傍に染料が存在することによって
、装置を斜めの角度で離れる望まれない色を吸収することができる。装置を斜め
の角度で見た場合、関係する画素の波長が短くなるということが発見された。カ
ラーフィルター層および染料からでる主要の色の帯域を適当に選択することによ
って、望まない色シフトの問題をかなり低減できる。 【００２１】 一種類以上の染料の吸収帯域のエッジ部が関連する画素の反射帯域のエッジ部
と正確にあるいはほぼ正確に符合するように、染料を選択することが好ましい。
通常、赤色には反射帯域が６１０から６７０ｎｍのコレステリック物質を用い、
緑色には反射帯域が４９０から５４０ｎｍのコレステリック物質を用い、青色に
は反射帯域が４３５から４７５ｎｍのコレステリック物質を用いる。色シフトは
波長の小さい方向にのみ生ずる傾向があるので、この場合、最大波長の吸収帯域
エッジ部がほぼ６１０ｎｍ（赤）、４９０ｎｍ（緑）、４３５ｎｍ（青）に一致
するように染料を選択すべききである。 【００２２】 フィルターは、所望反射帯域につき２種類の染料を含むことが好ましい。両染
料の吸収帯域は、コレステリック物質の各反射帯域の両エッジ部と少なくとも多
少重なり合うべきである。この形式のフィルタには、カラー強度が何ら角度に影
響を受けないという主要な欠点がある。一種類以上のこれらの染料が２以上の吸
収帯域を有する場合には、５種類以下の染料を使用することができることは明ら
かである。 【００２３】 原則的には、染料を分離したパターン付けした層としてカラーフィルター層上
に設けることは可能である。しかしながら、本発明のディスプレイ装置の好まし
い実施態様は、染料をパターン付カラーフィルター層のコレステリック物質と混
合することを特徴とする。製造技術観点からは、コレステリック物質と染料との
混合層を設けることは明らかに好ましい。 【００２４】 本発明に係るディスプレイ装置のさらに好ましい実施態様は、カラーフィルタ
ー層のコレステリック配列物質を重合して重合体網状構造とし、この場合コレス
テリックへリックスのピッチ長の差は少なくとも２０ｎｍとなることを特長する
。その場合、使用される染料によって与えられる「窓」よりも広い反射帯域の帯
域幅を選択することが可能である。 【００２５】 本発明に係るディスプレイ装置の好ましい実施態様は、コレステリック配列物
質が焦点円錐状組織を有することを特徴とする。この組織では、コレステリック
へリックスの平均方向が、カラーフィルター層と交差するが、個々のへリックス
が該層に対して延在する角度にはある程度の広がりがある。その結果、入射光の
反射スペクトルではなく、分散反射が得られる。それが、ディスプレイ装置の像
の品質および視角従属性に寄与する。カラーフィルター層の表面に特別の処理を
行うことによって、該焦点円錐組織をえることもできる。しかしながら、カラー
フィルター層中に染料を分散顔料の形で染料を組み込むことによってこのような
安定化を行うことが好ましい。 【００２６】 本発明に係るディスプレイ装置のさらに好ましい実施態様は、染料を化学結合
を介して網状構造中に組み込むことを特徴とする。このようにすることによって
、カラーフィルター層の耐久性および安定性が向上するという利点がある。それ
によって、コレステリック配列した層から１種類以上の染料が分離することが防
止される。 【００２７】 本発明の上記視点および他の視点は、以下の実施態様から明らかであり、また
明らかになろう。 【００２８】 明瞭化を図るべく、図面は寸法通りには描いていないことに留意すべきであ
る。 図1は、本発明に係るカラーフィルター層のカラーフィルター層の模式的断面
図である。カラーフィルター層１は、コレステリック配列物質からなる層１から
なり、コレステリック物質の分子へリックス軸は層に対して交差する方向に延び
る。コレステリック配列物質は、ポリマー網状構造と2種類の染料からなる。コ
レステリック配列層は、例えば、ガラスあるいは金属の基体２の上に設けられ、
基体２はこすったポリイミドからなる配向層３を備えている。あるいは、所望に
より、基体は、例えば、合成材料等の可撓性材料としても良い。 【００２９】 図1に示すカラーフィルター層は、以下のようにして製造する。この方法は、
５０重量％のキラルモノアクリレートＡと５０重量％のアキラルジアクリレート
Ｂとからなる２種類の反応性モノマーの混合物から始められた。この混合物に対
して、紫外線性染料Ｃ（３３４ｎｍで最大吸収）０．７重量％、染料Ｄ（４８５
ｎｍで最大吸収）０．２５重量％および染料Ｅ（６８２ｎｍで最大吸収）０．２
５重量％を添加した。さらに、該混合物に対して、光開始剤イルガキュア（Ｉｒ
ｇａｃｕｒｅ）（チバ・ガイギー）０．６重量％と安定化剤ｐ−メトキシフェノ
ール４０ｐｐｍとを添加した。こられの化合物の化学構造式を図２に示す。 【００３０】 このように作製した混合物の所定量を、約１５μｍ離間したほぼ平行な２枚の
ガラス基板の間に導入した。両基板の対向面には、こすったポリイミドからなる
配向層を設けた。その後、室温で約１０分間紫外線（３６５ｎｍ、Ｉｏ＝０．０
５ｍＷ／ｃｍ２）によって重合した。この重合の間に、３次元のポリマー網状構
造構造を有する比較的広い帯域のカラーフィルター層が得られた。最後に、２枚
のうち一方の基体を除去した。 【００３１】 図３に前記カラーフィルター層の吸収スペクトルと反射スペクトルを一緒に模
式的に示す。参照番号１と２とは、染料ＤとＥの吸収スペクトルを示す。これら
の吸収スペクトルは、約５４５ｎｍと５８８ｎｍとの間の比較的狭い伝播領域で
互いに開いている。参照番号３は、非偏向光に対するカラーフィルター層のコレ
ステリック配列物質の反射スペクトルを示す。染料ＤとＥとが無い場合、非偏向
光は層に垂直に測定した。反射スペクトルは、約８０ｎｍの帯域を有し、５４３
ｎｍから６２５ｎｍの範囲に渡る。上記染料があるため、実際カラーフィルター
層は、５４５ｎｍと５８８ｎｍとの間の光のみ反射する。この範囲外の可視光線
は、染料ＤとＥとで吸収される。 【００３２】 酸章番号４は、非偏向光に対するカラーフィルター層のコレステリック配列物
質の反射スペクトルを示す。染料ＤとＥとが無い場合、層の法線に対して４５°
の角度で非偏向光を測定した。この状況で、全体の反射スペクトルは、低波長に
移行して、約５２５ｎｍと６０８ｎｍの間範囲にある。帯域幅は、ほぼ等しいま
まである（８０ｎｍ）。染料が存在すので、実際カラーフィルター層は、５４５
ｎｍと５８８ｎｍとの間の光のみ反射する。この範囲外の可視光線は、染料Ｄと
Ｅとで吸収される。 【００３３】 染料ＤとＥとが無い場合には、カラーフィルター層を異なった角度でみると、
色が明らかにシフトするのを見て取れるであろう。染料が存在して、カラーフィ
ルター層の反射スペクトルに関し染料の吸収スペクトルの位置により、上記色シ
フトは生じない。エッジ部と最大波長とにおける該反射スペクトルと染料Ｅとの
かなりの重なり合いが有るので、フィルターの強度も等しく維持される。 【００３４】 図４は、本発明に係る反射形式の液晶カラーディスプレイ装置の模式的断面図
である。装置は、例えば、ガラス製の透明基体１１を有し、基体の表面には、例
えば、黒色ラッカーからなる黒色吸収層１２が設けられている。他の表面には、
薄い配向層（図示せず）が設けられ、その上に赤（Ｒ），緑（Ｇ）及び（Ｂ）の
フィルターのパターンが設けられている。この場合、各フィルターは、３次元の
網状構造に重合された層からなり、網状構造は厚さが約５μｍのコレステリック
に整列した液晶材料と少なくとも１種類の染料とを有し、液晶材料は所望の色と
関連する波長を有する。 【００３５】 そして、このように形成したカラーフィルター層の上に、液晶材料の複屈折率
に応じて、厚さが約１μｍの１／４λ遅延層（図示せず）を設ける。この遅延層
は、単一軸のネマティック液晶材料あるいはガラス形成液晶材料から形成するこ
とができる。こすったポリイミドの配向層を用いて遅延層を配列させるが、該層
はスピンコートによって設けることができる。 【００３６】 透明材料の電極層３を遅延層の上に設ける。ＩＴＯ様材料により良好な結果が
得られるが、ＩＴＯ様材料はスパッタリングでパターンとして設けることが可能
である。液晶材料層１５を配向させ切替える配向層１４が電極層上に存在する。
配向層は、上記基体１１と第２の透明基体１７との間にあり、透明基体１７はガ
ラスから形成することもできる。この基体にも電極層１８と配向層１９とを設け
ている。 【００３７】 電極層１３と１８との電極列が一緒になって電極アレイを形成し、それによっ
て層１５の小領域（画素）が電界を介して駆動可能となっている。これらの領域
のサイズは、パターン化したカラーフィルター層の最小の寸法サイズと符合して
いる。 【００３８】 図４に示す液晶カラーディスプレイ装置も、偏向子層２０を有する。この層は
、基体１１から遠い基体１７の面に設けられている。 【００３９】 本発明に係る反射ディスプレイ装置のカラーフィルターは、以下のように作製
した。反応性アリレートと染料との上記混合物からなる薄い層を基体１１上の配
向層の上に設けた。所望の反射波長領域が選られるように２種類のアクリレート
の比をした。この領域は赤色画素に対しては約６１０ｎｍと６７０ｎｍとの間で
あり、緑色画素に対しては約４９０ｎｍと５４０ｎｍとの間であり、青色画素に
対しては約４３５ｎｍと４７５ｎｍとの間である。 【００４０】 少量（約０．２重量％）の所望の吸収特性を有する１または２種類以上の染料
をこれらの混合物に添加した。関連ケースでは、赤色画素では化合物ＦとＧであ
り、緑色画素では化合物ＦとＨであり、青色画素では化合物ＨとＩである。化合
物Ｆ（３９２ｎｍで吸収最大）、化合物Ｇ（４８９ｎｍで吸収最大）、化合物Ｈ
（５９０と６３７ｎｍで吸収最大）、化合物Ｉ（５３９ｎｍで吸収最大）の化学
構造式を図２に示した。 【００４１】 例えば、赤色画素に対して第１の層を設けた後、配向層を設けたマトリックス
で第１の層を配向させる。その後、パターン露光を行った。２−プロパノールで
未重合材料を除去した後、例えば、緑画素に対する第２の層を設けた。第２の層
に同様の方法でマトリックスを設け、パターン露光を行った。最後に、上記方法
を繰り返して、青画素を設けた。カラーフィルター層を設けた後、所望により、
遅延層を設ける前に薄い平滑層を設けることもできる。次に、電極層と配向層と
を連続して遅延層の上に設けた。 【００４２】 このようにして得られた基体によってディスプレイ装置を製造した。図４に関
連して記載したように第２の基体に偏光子、電極層および配向層を設け、液晶材
料で充填したセルを形成した。セルに対して垂直かつ４５°の角度でセルの異な
る画素を観察して色シフトの程度を調べた。 【００４３】 上記反射形式の液晶カラーフィルター装置によって、異なった角度から装置を
見た場合に通常生ずる色シフトをかなり抑止できることが判明した。 【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係るカラーフィルター層のカラーフィルター層の模式的断面
図である。 【図２】 本発明範囲内で使用される多数の化合物の化学構造式を示す。 【図３】 図1に示すようなカラーフィルター層のいくつかの模式的なスペクト
ルを示す。 【図４】 本発明に係る反射形式のカラーフィルター層のカラーフィルター層の
模式的断面図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５２５ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５２５
(71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，
5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ
ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(72)発明者 フランス レーンハウツ
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン ６
Ｆターム(参考） 2H048 BA04 BA64 BB02 BB14 BB42
CA04 CA14 CA19 CA24
2H091 FA02Y FA05Y FA08X FA11Y
FA34Z FB02 FC10 FD06
GA02 GA06 LA15 LA19
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 コレステリック整列物質からなるカラーフィルター層であって、
コレステリック整列物質の分子へリックスの軸が該層と交差する方向に延びるカ
ラーフィルター層であって、カラーフィルター層が色シフトによって生ずる望ま
ない色を吸収する１または２以上の染料を含むことを特徴とするカラーフィルタ
層。 【請求項２】コレステリック整列物質がポリマー網状構造を有する請求項１に記
載のカラーフィルタ層。 【請求項３】最大ピッチと最小ピッチとの間の差異が少なくとも２０ｎｍとなる
ように分子へリックスのピッチが変化する請求項２に記載のカラーフィルタ層。 【請求項４】染料を化学結合によって網状構造中に組み込んだことを特徴とする
請求項２に記載のカラーフィルター層。 【請求項５】電極層と、配向層と、電極層と配向層の間に存在する液晶物質を備
えた少なくとも2つの実質的に平行な基体とからなり、一方の基体には広帯域の
吸収層と、コレステリック整列物質からなるパターン付カラーフィルター層と１
／４λ層とが設けられ、他の基体には偏向子が設けられた反射形式の液晶カラー
ディスプレイ装置であって、カラーフィルター層が色シフトによって生ずる望ま
ない色を吸収する１または２以上の染料を含むことを特徴とする反射形式の液晶
カラーディスプレイ装置。 【請求項６】染料が、パターン付カラーフィルター層のコレステリック配列物質
と混合されている特徴とする請求項５のディスプレイ装置。 【請求項７】カラーフィルター層のコレステリック配列物質が重合してポリマー
網状構造となり、分子へリックスの最大ピッチと最小ピッチとの間の差異が少な
くとも２０ｎｍとなることを特徴とする請求項５のディスプレイ装置。 【請求項８】。コレステリック配列物質は、焦点円錐状組織を有することを特徴
とする請求項５のディスプレイ装置。 【請求項１０】染料を化学結合によって網状構造に組み込んだことを特徴とする
請求項５に記載のディスプレイ装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98204054 | 1998-12-01 | ||
| EP98204054.5 | 1998-12-01 | ||
| PCT/EP1999/008944 WO2000033129A1 (en) | 1998-12-01 | 1999-11-18 | Color filter layer of cholesterically ordered material, and reflective lcd provided with such a color filter layer |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP2002531874A5 JP2002531874A5 (ja) | 2007-01-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000585709A Withdrawn JP2002531874A (ja) | 1998-12-01 | 1999-11-18 | コレステリック整列物質からなるカラーフィルター層及びこのようなカラーフィルター層を具えた反射型式の液晶カラーディスプレイ装置 |
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| KR (1) | KR100624045B1 (ja) |
| DE (1) | DE69933364T2 (ja) |
| WO (1) | WO2000033129A1 (ja) |
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