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JP5077627B2 - カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

カラーフィルタ及び液晶表示装置 Download PDF

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JP5077627B2
JP5077627B2 JP2006164491A JP2006164491A JP5077627B2 JP 5077627 B2 JP5077627 B2 JP 5077627B2 JP 2006164491 A JP2006164491 A JP 2006164491A JP 2006164491 A JP2006164491 A JP 2006164491A JP 5077627 B2 JP5077627 B2 JP 5077627B2
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Description

本発明は、液晶組成物を用いてなる位相差層を有するカラーフィルタ及び該カラーフィルタを用いた液晶表示装置に関する。
近年、液晶表示装置は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点を持つため、パーソナルコンピューターや携帯電話、電子手帳等の表示装置に積極的に用いられている。これらの液晶表示装置は、駆動液晶材料の複屈折性を利用して光のスイッチングを行っている。したがって、液晶表示装置は駆動液晶材料の複屈折性に由来する視野角依存性が存在し、この問題を解決するために各種の位相差層形成フィルムが開発されている。この位相差層形成フィルムは通常、ポリアクリレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース等のフィルムの延伸によって作製され、2枚の基板で駆動用液晶材料を挟み込んでなる液晶セルの外側に設置される。また、最近では架橋性液晶材料や高分子液晶材料を用いて液晶セルの内側に位相差層を設置する方法が提案されており(特許文献1)、液晶セルの内側に位相差層を設置することで上記フィルムが不要となるため、高い機械的強度と耐熱性が得られ、さらには吸湿変形を抑制することが出来る。
特開2000−221506号公報
しかしながら、架橋性液晶材料を架橋させて形成した位相差層は、架橋性液晶材料自体に接着に関与する部位が乏しいため、液晶セル内側の基材との密着性が低く、長期間の密着信頼性が乏しいといった問題が有った。
この密着性の問題を解決するために、基材と位相差層との間に、該基材と該位相差層との密着性を高めるための接着層を形成するか、架橋性液晶材料と接着性の高い物質を用いて基材表面を改質する層を形成する等の方法も考えられる。しかしこれらの方法では、液晶表示装置の厚みを増す結果となり薄型軽量化の観点から望ましくない上、製造工程数を増やすという問題もある。また機材と位相差層との間に非等方性の層を形成することによって液晶装置を透過する光の乱反射を招く原因となる虞もある。
本発明者らは、上記の課題に対し、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物に特定のシランカップリング剤を添加した液晶組成物では、長期に亘り基材との密着に優れた位相差層を形成することが可能であることを見出し上記課題を解決した。ただし、これにより二次的に以下の問題があることが認められた。
即ち、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物にシランカップリング剤を添加せしめた組成物を基材表面に塗布して塗膜を形成し、これを乾燥させて溶媒を蒸発させて位相差層を形成すると、位相差層表面にモヤモヤしたモヤムラが発生するという問題が認められた。上記モヤムラの発生の機構は明らかではないが、シランカップリング剤が添加されることにより塗膜表面の平滑性が低下し、溶媒乾燥工程において乾燥ムラが生じることにより位相差層表面にモヤムラが発生していると考えられる。上記位相差層を備える液晶表示装置等においてより高い品質表示を提供する必要がある場合には、上記モヤムラの発生が防止されることが望ましい。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、位相差層表面にモヤムラが発生することを防止し、基材と位相差層との間に第3の層を形成することなく、長期に亘り基材との密着に優れた位相差層を液晶ディスプレイ等の画像表示装置に設けることができる、液晶組成物を用いたカラーフィルタ、およびこのカラーフィルタを用いた液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明は、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物に、スルフィド基、メルカプト基のうちから選ばれた少なくとも1種を有するシランカップリング剤を添加し、さらにフッ素系界面活性剤を添加した液晶組成物であれば、これを用いて基材上に位相差層を形成した際に、該基材と該位相差層との密着性を十分に高くし、かつ位相差層表面においてモヤムラの発生を防止することができるという知見に基づくものである。
即ち本発明は、
(1)透明基板上に、位相差層と着色層とが設けられ、位相差層が1種または2種以上の架橋性液晶分子と、スルフィド基またはメルカプト基より選ばれた少なくとも1種を有するシランカップリング剤と、フッ素系界面活性剤とを含有する液晶組成物を基材に塗布して塗膜を形成し、該塗膜中に含まれる架橋性液晶分子を硬化させることによって形成されたものでありホメオトロピック配向していることを特徴とするカラーフィルタ、
(2)上記液晶組成物が、スルフィド基を含有するシランカップリング剤またはメルカプト基を含有するシランカップリング剤のいずれか1種を、合計で1〜10重量%(対配合物換算値)含有することを特徴とする上記(1)に記載のカラーフィルタ、
(3)上記液晶組成物が、スルフィド基を含有するシランカップリング剤、メルカプト基を含有するシランカップリング剤、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤の2種以上を、合計で1〜10重量%(対配合物換算値)含有することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のカラーフィルタ、
(4)上記液晶組成物が、シランカップリング剤として、アミノ基を含有するシランカップリング剤と、スルフィド基を含有するシランカップリング剤および/またはメルカプト基を含有するシランカップリング剤とを、合計で0.01〜5重量%(対配合物換算値)含有することを特徴とする上記(1)に記載のカラーフィルタ、
(5)上記液晶組成物が、フッ素系界面活性剤を0.01〜1重量%(対配合物換算値)含有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載のカラーフィルタ、
(6)上記液晶組成物が、垂直配向助剤を含有することを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載のカラーフィルタ、
(7)上記液晶組成物が、溶媒に溶解していることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載のカラーフィルタ、
(8)上記液晶組成物が、25℃におけるn−酢酸ブチルの蒸発速度を100としたときの上記溶媒の比蒸発速度が、5〜50であることを特徴とする上記(7)に記載のカラーフィルタ、
(9)上記位相差層が、少なくとも99.88〜70重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有架橋性液晶分子と、0.1〜10重量%(対配合物換算値)の光重合開始剤と、0.01〜1重量%(対配合物換算値)のフッ素系界面活性剤と、アミノ基含有シランカップリング剤、スルフィド基含有シランカップリング剤、およびメルカプト基含有シランカップリング剤のうちから選ばれたシランカップリング剤の2種以上を合計で0.01〜5重量%(対配合物換算値)含む液晶組成物を基材上面に塗布して塗膜を形成し、上記塗膜中に含まれる架橋性液晶分子を光硬化及び焼成させて形成されており、温度100℃、湿度100%で1時間の加速寿命試験後の位相差層の剥離強度が、JISK5600−5−6の評価基準で1以下であることを特徴とする上記(1)から(8)のいずれかに記載のカラーフィルタ、
(10)上記位相差層の表面ムラ検査を行った時の光強度のS/N比が、2以下であることを特徴とする、上記(1)〜(9)のいずれかに記載のカラーフィルタ、
(11)表示側基板と液晶駆動側基板とを対向させ、両者の間に液晶を封入してなる液晶表示装置であって、上記表示側基板が上記請求項1〜10のいずれかに記載のカラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置、
を要旨とするものである。
尚、本明細書において用いられるいくつかの用語について以下のとおり定義する。
「液晶組成物」とは、少なくとも架橋性液晶分子と、スルフィド基、メルカプト基、アミノ基、(メタ)アクリロイル基より選ばれた少なくとも1種を有するシランカップリング剤とを含み、さらに位相差層を形成するために用いられる他の物質が配合された混合物である組成物、及び上記混合物を溶媒に溶解もしくは懸濁させて調製した溶液状態である組成物の両方を意味する。また本明細書中、特に上述した「溶液状態である組成物」である本発明の液晶組成物のことを、便宜上「液晶組成物溶液」とも呼ぶ。
「(メタ)アクリロイル基」とは、「アクリロイル基」及び「メタアクリロイル基」の2つの官能基の総称として用いるものとする。尚、アクリロイル基の例としてはアクリレート基(アクリロイロキシ基)、メタアクリロイル基としてはメタクリレート基がある。
「対配合物換算値」とは、本発明の液晶組成物が上記混合物である場合には、該混合物を構成する物質として配合される各配合物の総重量を100としたときの各配合物の重量比を意味し、本発明の液晶組成物が上記配合物を溶媒で溶解あるいは混合した溶液である場合には、溶液の重量から溶媒の重量を引いた重量(即ち、溶媒に溶解或いは懸濁する前の各配合物の総重量)を100としたときの各配合物の重量比を意味する。
「位相差層」とは、光の位相差(リタデーション)変化に対して光学補償することができる位相差制御機能を有する層を意味する。
「ホメオトロピック配向」とは、位相差層を構成する液晶分子の光軸が基板面に対して垂直または略垂直に立ち上がっている配向状態をいう。また「位相差層がホメオトロピック配向している」とは、位相差層を構成する液晶分子が、ホメオトロピック配向していることをいう。尚、本発明において、液晶分子の理想的なホメオトロピック配向とは、位相差層の厚さ方向をz軸にしてxyz直交座標を想定したとき、x軸方向の屈折率nxとy軸方向の屈折率nyがほぼ同じ値になり、かつ測定角度が0°の時の位相差値が4nm以下の場合をいい、好ましくは3.5nm以下の場合をいい、より好ましくは3nm以下の場合をいう。
本発明は、架橋性液晶分子に、スルフィド基、メルカプト基の少なくとも1種を有するシランカップリング剤と、フッ素系界面活性剤とを組み合わせて用いることによって、ガラス基板等の基材表面に優れた視野角改善効果を発揮する位相差層を形成することを可能とした。
即ち、架橋性液晶分子とスルフィド基、メルカプト基の少なくとも1種を有するシランカップリング剤と、フッ素系界面活性剤とを含有する本発明の液晶組成物を用いてガラス基板、着色層又は配向膜等の基材上に位相差層を形成した場合、上記シランカップリング剤の添加効果により、これら基材との密着性に優れた位相差層を形成することができる。そしてさらに、上記フッ素系界面活性剤の添加効果により、位相差層の表面にモヤムラが形成されることを良好に防止することができる。したがって、本発明の液晶組成物を用いて形成した位相差層を、カラーフィルタやこのカラーフィルタを表示側基板として用いた液晶表示装置に用いた場合には、長期間に亘って優れた視野角改善効果を発揮することができる。
しかも、特定のシランカップリング剤とフッ素系界面活性剤とが組み合わせて添加された本発明の液晶組成物であれば、基材上にこれを直接塗布して塗膜を形成し、該塗膜に含まれる架橋性液晶組成物を配向させ硬化させて位相差層を形成するだけで、上述する位相差層と基材との密着性の向上効果及び位相差層の表面のモヤムラ防止効果を得ることができる。この結果、基材と位相差層との間にさらに接着層などの別の層を形成する必要がない。したがって特に製造工程を増やすことがなく、また基材と位相差層と着色層とを有するカラーフィルタの厚みを増やすこともなく有利である。
本発明に用いられる液晶組成物(以下、単に「本発明の液晶組成物」という場合がある)は、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物に、さらにスルフィド基、メルカプト基の少なくとも1種を有するシランカップリング剤、およびフッ素系界面活性剤を添加せしめることを特徴とする。即ち、本発明において、架橋性液晶分子に、特定のシランカップリング剤とフッ素系の界面活性剤とを組み合わせて配合させることが重要である。
<架橋性液晶分子について>
本発明の液晶組成物に用いる架橋性液晶分子としては、架橋性のネマチック液晶を用いることができ、架橋性ネマチック液晶としては例えば、1分子中に(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、オキタセン基、イソシアネート基等の重合性基を少なくとも1個有するモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。このような架橋性液晶分子としては、下記化1に示す一般式(1)で表される化合物(I)のうちの1種の化合物もしくは2種以上の混合物、化2、化3に示す化合物(II)のうちの1種の化合物或いは2種以上の混合物、またはこれらを組み合わせた混合物を用いることができる。
Figure 0005077627
Figure 0005077627
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化1に示す一般式(1)において、R1およびR2はそれぞれ水素またはメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからR1またはR2が水素であることが好ましく、R1およびR2はともに水素であることがより好ましい。Xは水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数1〜4のアルキル基、メトキシ基、シアノ基またはニトロ基のいずれであってもよいが、塩素またはメチル基であることが好ましい。また、化合物(I)の分子鎖両端の(メタ)アクリロイロキシ基と芳香環とのスペーサーであるアルキレン基の鎖長を示すaおよびbは、それぞれ個別に2〜12の範囲で任意の整数をとり得るが、4〜10の範囲であることが好ましく、6〜9の範囲であることがさらに好ましい。a=b=0である一般式(1)の化合物は安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物自体の結晶性が高い。また、aおよびbがそれぞれ13以上である一般式(1)の化合物は、等方相転移温度(TI)が低い。この理由から、これらの化合物はどちらも液晶性を示す温度範囲が狭くなり好ましくない。上記した化1、化2、化3では架橋性液晶分子のモノマーを例示したが、架橋性液晶分子のオリゴマーや架橋性液晶分子のポリマー等も、従来より用いられているもののなかから適宜選択して用いることができる。一般に、位相差膜のリタデーション量及び配向特性は、架橋性液晶分子の複屈折Δnと、位相差層の膜厚により決定されるところ、架橋性液晶分子のΔnは0.03〜0.20程度が好ましく、0.05〜0.15程度が更に好ましい。
かかる複屈折率を達成することで、一般的な塗布装置による液晶組成物の塗工により、波長λの可視光を透過させた場合にλ/4やλ/2などの所望の位相差を得ることのできる位相差層が形成される。
架橋性液晶分子は、本発明の液晶組成物において、70重量%(対配合物換算値)以上、好ましくは75重量%(対配合物換算値)以上となるように含有されることが好ましい。添加量を70重量%(対配合物換算値)以上とすることにより液晶性が向上し、位相差層における架橋性液晶分子の配向不良の発生を無視し得る程度に低減することができる。架橋性液晶分子の添加が70重量%(対配合物換算値)以上では、液晶分子の配向性の観点から特に問題になることはないので、液晶組成物における他の添加剤の配合量とのバランスで、添加量を適宜決定することができる。ただし架橋性液晶分子に特定の作用を付与し、あるいは本発明の液晶組成物を用いて形成される位相差層に特定の機能を付与するためのさらなる添加剤を添加することが必要な場合には、架橋性液晶分子の添加量は上述の限りではない。かかる場合には、他の添加剤の添加量を考慮し、適宜、架橋性液晶分子の添加量を決定してよい。例えば、一般的に以下のカイラル剤を添加して形成される所謂負のCプレートを得る場合などについては、架橋性液晶分子の添加量が70重量%未満になることを除外するものではない。
<カイラル剤について>
本発明において、上記架橋性ネマチック液晶にカイラル剤を添加した、コレステリック規則性を有するカイラルネマチック液晶も好適に用いることができる。カイラル剤は、液晶分子の光軸が位相差層と並行するとともに常光線屈折率よりも小さな異常光線屈折率を位相差層の法線方向に有する、いわゆる負のCプレートを形成する際に用いられる。
カイラル剤は光学活性な部位を有する低分子量化合物で、分子量1500以下の化合物が好ましい。カイラル剤は、化1に示す化合物(I)、または化2、化3に示す化合物(II)が発現する正の一軸ネマチック規則性に、螺旋ピッチを誘起させる目的で用いられる。カイラル剤としては下記、化4に示す化合物を例示することができるが、化1に示す化合物(I)や化2、化3に示す化合物(II)と溶液状態或いは溶融状態で相溶性を有し、かつ架橋性ネマチック液晶の液晶性を損なうことなく螺旋ピッチを誘起できるものであれば、化4に示す化合物に限定されない。しかしながら分子の両末端に架橋性官能基を有するものが、耐熱性の良い光学素子を得る上で好ましい。カイラル剤は分子内に光学活性な部位を有する化合物であることが重要である。
本発明で使用可能なカイラル剤としては、例えば1つもしくは2つ以上の不斉炭素を有する化合物、キラルなアミン、キラルなスルフォキシド等のようにヘテロ原子上に不斉点がある化合物、またはクムレン、ビナフトール等の軸不斉を持つ化合物等が挙げられる。例えば市販のカイラルネマチック液晶、より具体的にはMerck社製S−811等を用いることができる。選択したカイラル剤の性質によっては、ネマチック規則性の破壊、配向性の低下を招き、また非重合性のカイラル剤の場合には架橋性液晶分子の硬化性の低下、硬化フィルムの電気的信頼性の低下を招く虞があり、更に光学活性な部位を有するカイラル剤の多量使用はコストアップを招く。従って本発明で用いるカイラル剤としては、液晶性高分子の配向に螺旋ピッチを誘発する効果の大きなカイラル剤を選択することが好ましく、具体的には化4に記載する一般式(2)〜(4)で表されるような化合物であって、分子内に軸不斉を有する低分子化合物の使用が好ましい。
Figure 0005077627
一般式(2)〜(4)において、R4は水素又はメチル基を示し、Yは下記、化5、化6に示す(i)〜(xxiv)の任意の一つであるが、中でも式(i)、(ii)、(iii)、(v)及び(vii)の何れか一つであることが好ましい。またアルキレン基の繰り返しを示すcとdは、それぞれ個別に2〜12の範囲であることがさらに好ましい。cとdのいずれかまたは両方の値が0又は1である化合物は、安定性に欠け、加水分解を受けやすく、結晶性も高い。一方、cまたはdの値がともに13以上である化合物は、融点(Tm)が低い。換言すると、cとdの値がともに上記好ましい範囲のカイラル剤を用いると、上記化合物(I)および化合物(II)に例示される架橋性液晶モノマーとの相溶性十分に得られるという利点がある。
Figure 0005077627
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カイラル剤の配合量の最適範囲は、螺旋ピッチ誘起能力や最終的に得られる位相差層のコレステリック性を考慮して決められる。具体的な配合量の範囲は、架橋性液晶の種類等により大きく異なるものではあるが、一般に液晶組成物の対配合物換算値で0.01〜30重量%、好ましくは0.1〜20重量%、更に好ましくは0.5〜15重量%となるように配合する。特に好ましいカイラル剤の配合量は、配合物中の含有率が1〜10重量%となる量である。カイラル剤の配合量の割合が対配合物換算値で0.01重量%未満の場合、液晶組成物に十分なコレステリック性を付与できない場合があり、また30重量%を超える場合は、架橋性液晶分子の配向が阻害され、硬化させる際に硬化速度の低下や架橋密度の低下といった悪影響を及ぼす虞がある。特にカイラル剤の配合量が上記1〜10重量%である場合、負のCプレートの配向性と架橋硬化性をともに十分に高め、位相差層の良好な光学特性を得ることができる。
尚、本発明で用いるカイラル剤は、特に架橋性を有することを必須とするものではないが、得られる位相差層の熱安定性等を考慮すると、上述した架橋性液晶材料と重合し、コレステリック規則性を固定化することが可能な架橋性カイラル剤を用いることが好ましい。特に、分子の両末端に架橋性官能基があることが、耐熱性のよい光学素子を得る上で好ましい。
<フッ素系界面活性剤について>
本発明の組成物に、脂肪酸エステル系、アルキルアンモニウム系、金属セッケン等の一般的な界面活性剤のうち、特にフッ素系界面活性剤を添加することにより、本発明の液晶組成物を用いて基材上に位相差層を形成した際に、該位相差層の表面にモヤムラが発生することを防止することができる。
液晶組成物に配合されるフッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖および側鎖の少なくともいずれかの部位にフルオロアルキル基あるいはフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましく、その具体例としては、1,1,2,2−テトラフロロオクチル(1,1,2,2−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフルオロ−n−オクチル(n−ヘキシル)エーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフルオロ−n−ブチル)エーテル、ヘキサエチレングリコール(1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロ−n−ペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフルオロ−n−ブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロ−n−ペンチル)エーテル、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロ−n−デカン、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−デカフルオロ−n−ドデカン、パーフルオロ−n−ドデシルスルホン酸ナトリウムや、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキルホスホン酸ナトリウム、フルオロアルキルカルボン酸ナトリウム等のアニオン系界面活性剤、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、パーフルオロアルキルポリオキシエタノール、パーフルオロアルキルアルコキシレート、フッ素系アルキルエステル等のノニオン系界面活性剤、フルオロアルキルアンモニウムヨージド等のカチオン系界面活性剤、フルオロアルキルベタイン等の両性界面活性剤を挙げることができる。
上記界面活性剤の中でも電気的安定性の観点から、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、パーフルオロアルキルポリオキシエタノール、パーフルオロアルキルアルコキシレート、フッ素系アルキルエステル等のノニオン系界面活性剤が好ましい。これらノニオン系界面活性剤であれば、本発明の液晶組成物を塗工してなる位相差層を液晶表示装置に用いた場合に電圧保持率を良好に維持できる。
市販品としては、商品名で、例えば、BM−1000、同−1100(以上、BMCHEMIE社製)、メガファックF142D、同F172、同F173、同F183、同F178、同F191、同F471、同F475、同F476(以上、大日本インキ化学工業社製)、フロラードFC170C、同FC−171、同FC−430、同FC−431(以上、住友スリーエム社製)、サーフロンS−112、同S−113、同S−131、同S−141、同S−145、同S−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子社製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、新秋田化成社製)、フタージェントFT−100、同FT−110、同FT−140A、同FT−150、同FT−250、同FT−251、同FTX−251、同FTX−218、同FT−300、同FT−310、同FT−400S(以上、ネオス社製)等を挙げることができる。
フッ素系界面活性剤は、液晶の配向を大きく損なわない範囲で添加することが必要であり、一般的に液晶組成物の固形分中の含有量が0.01〜1重量%となるように添加する。0.01重量%以上となる量を添加することによって、位相差層に十分な塗膜均一性を付与することができ、その結果、良好なモヤムラ防止効果が発揮される。また添加量を1重量%以下とすることによって、位相差層中の液晶の配向不良や、位相差層の電気信頼性の低下を無視しうる程度に防止することができ好ましい。
<シランカップリング剤について>
液晶組成物に配合されるシランカップリング剤としては、スルフィド基、メルカプト基、のいずれかを有するシランカップリング剤を少なくとも1種、あるいは2種以上を混合して用いることができる。また、スルフィド基、メルカプト基のいずれか、または両方に加え、アミノ基を有するシランカップリング剤、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤のいずれか、または両方がさらに配合されてもよい。
このようなメルカプト系シランカップリング剤としては、例えば、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学社製KBM−802)、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM−803、東芝シリコーン社製TSL8380)、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン(Gelest社製SIM6475.0)、11−メルカプトウンデシルトリメトキシシラン(Gelest社製SIM6480.0)、メルカプトメチルメチルジエトキシシラン(Gelest社製SIM6473.0)、S−(オクタノイル)メルカプトプロピルトリエトキシシラン(Gelest社製SIM6704.0)等を挙げることができる。
またスルフィド系シランカップリング剤としては、例えば、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]テトラスルフィド(信越化学社製KBE−846)、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド(Gelest社製SIB1824.6)、ビス[m-(2−トリエトキシシリルエチル)トリル]ポリスルフィド(Gelest社製SIB1820.5)等を挙げることができる。
またアミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学社製KBM−602、東芝シリコーン社製TSL8345)、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM−603、東芝シリコーン社製TSL8340)、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学社製KBE−603、東芝シリコーン社製TSL8331)、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM−903)、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学社製KBE−903)、3−トリエトキシシリル−N−(1、3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン(信越化学社製KBE−9103)、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM−573)等を挙げることができる。
また(メタ)アクリロイル系シランカップリング剤としては、例えば、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学社製KBM−502、東芝シリコーン社製TSL8375)、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM−503、東芝シリコーン社製TSL8370)、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン(信越化学社製KBE−502)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越化学社製KBE−503)、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM−5103)、(3−アクリロキシプロピル)トリメトキシシラン(Gelest社製SIA0200.0)、メタクリロキシメチルトリエトキシシラン(Gelest社製6482.0)、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン(Gelest社製6483.0)等を挙げることができる。
シランカップリング剤は異なる2種以上を組み合わせて用いることができる。
スルフィド基を含有するシランカップリング剤、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤、メルカプト基を含有するシランカップリング剤の2種以上を併用する場合、これらの合計の配合物中の含有量が1〜20重量%となるように添加してよいが、1〜10重量%、より好ましくは1〜5重量となるように添加する。1重量%以上添加することによって特に位相差層と基材との密着性を十分なものとすることができる。また密着性の観点からは、上記シランカップリング剤が20重量%程度添加されていても、良好な密着性が得られる。ただし、さらにモヤムラ防止効果を良好に得るためには、上記シランカップリング剤の添加量を1〜10重量%とすることが好ましい。特に添加量を1〜5重量%とすることにより経済的な不利益なく良好なモヤムラ防止効果を得ることができる。
またアミノ基を有するシランカップリング剤と、スルフィド基を含有するシランカップリング剤、メルカプト基を含有するシランカップリング剤の1種又2種以上とを併用する場合、これらの合計の配合物中の含有量が0.01〜20重量%となるように添加してよいが、特に0.01〜5重量%となるように添加することがより好ましく、0.01〜2重量%添加することがさらに好ましく、1〜2重量%添加することがさらに好ましい。0.01重量%以上添加することによって特に位相差層と基材との密着性を十分なものとすることができる。また密着性の観点からは、シランカップリング剤が20重量%程度添加されていても、良好な密着性が得られる。ただし、さらにモヤムラ防止効果を得るためには、アミノ基を有するシランカップリング剤の添加量を0.01〜5重量%とすることが好ましい。特に添加量を0.01〜2重量%とすることにより経済的な不利益なく良好なモヤムラ防止効果を得ることができる。
シランカップリング剤は、フッ素系界面活性剤1に対してシランカップリング剤が1〜100となるように配合するのが好ましい。
<光重合開始剤について>
本発明の液晶組成物を紫外線照射にて重合硬化させる場合、光重合開始剤を配合するとよい。光重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤を使用することができる。ラジカル重合開始剤は紫外線のエネルギーによりフリーラジカルを発生する化合物であって、例えばベンゾイン、ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン誘導体又はそれらのエステルなどの誘導体;キサントンおよびチオキサントン誘導体;クロロスルフォニル、クロロメチル多核芳香族化合物、クロロメチル複素環式化合物、クロロメチルベンゾフェノン類などの含ハロゲン化合物;トリアジン類;フルオレノン類;ハロアルカン類;光還元性色素と還元剤とのレドックスカップル類;有機硫黄化合物;過酸化物等が挙げられる。光重合開始剤としては、イルガキュアー184、イルガキュアー369、イルガキュアー651、イルガキュアー907(いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアー(メルク社製)、アデカ1717(旭電化工業株式会社製)、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール(黒金化成株式会社製)等のケトン系、ビイミダゾール系化合物等が好ましい。これらの重合開始剤は、1種のみ又は2種以上を組み合わせて用いることができる。2種以上を併用する場合には、吸収分光特性を阻害しないように、吸収波長の異なる開始剤を組み合わせるのが良い。
上記光重合開始剤が配合された本発明の液晶組成物を基材上に塗布して塗膜を形成し、該塗膜中に存在する架橋性液晶分子を配向させた後、該光重合開始剤の感光波長の光を該塗膜に照射することによって、配向した架橋性液晶分子同士を良好に架橋させることができる。
光重合開始剤は、液晶の配向を大きく損なわない範囲で添加することが必要であり、液晶組成物の対配合物換算値で0.01〜15重量%、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.5〜10重量%となるように添加する。
尚、本発明の液晶組成物には光重合開始剤のほか、その目的が損なわれない範囲で他の添加剤を適宜添加してよい。例えば重合速度を制御可能に抑制する重合禁止剤を添加してもよく、また紫外線などの電磁波の吸収を補助するための増感剤を添加することもできる。重合禁止剤の例としては、p−ベンゾキノン、ヒドロキノン、p−t−ブチルカテコール、ジ−t−ブチル・パラクレゾール、2,4,6−トリ−t−ブチルフェノール、ヒドロキノンモノメチルエーテル、α−ナフトールまたはアセトアニジンアセテートなどを用いることができる。
<溶媒について>
本発明の液晶組成物は、液晶組成物を基材に塗布する際の塗布性を向上させるという観点からは、上記溶質成分を溶媒に溶解した液晶組成物溶液として用いられることが望ましい。溶媒としては上述した架橋性液晶分子やシランカップリング剤等の溶質成分を溶解することが可能であり、かつ塗布する相手側素材の性能を阻害しないものであれば特に限定されるものではない。具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、n−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類、メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン等のケトン類、酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ等のアルコール類、フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類等の1種又は2種以上が使用可能である。単一種の溶媒を使用しただけでは、架橋性液晶分子等の溶質成分の溶解性が不十分であるか、あるいは塗布する相手方の素材が侵される虞がある場合等には、2種以上の溶媒を混合使用することにより、これらの不都合を回避することができる。上記した溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素系溶媒とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいものは、エーテル類又はケトン類と、グリコール類との混合系である。液晶組成物溶液の濃度は、液晶組成物に用いる上記溶質成分の溶解性や位相差膜の所望する膜厚等により異なるが、通常は1〜60重量%、好ましくは3〜40重量%の範囲になるように溶媒の量が決定される。
<溶媒の比蒸発速度について>
特に、架橋性液晶分子、上述するシランカップリング剤及びフッ素系界面活性剤といった液晶組成物の溶質成分を溶媒に溶解した本発明の液晶組成物(液晶組成物溶液)において、上記溶媒の比蒸発速度が、25℃におけるn−酢酸ブチルの蒸発速度を100とする重量法を用いて測定した比蒸発速度が、5〜50であることが好ましく、10〜40であることがより好ましく、10〜25であることが特に好ましい。溶媒の比蒸発速度が5〜50にあるときには、該溶媒を用いて調製した本発明の液晶組成物により位相差層を形成した際に、該位相差層の表面において良好にモヤムラ形成が防止される。比蒸発速度が10〜40の範囲であれば、本発明の液晶組成物を基材上に塗布し塗膜を形成した後に、該塗膜を加熱乾燥し、あるいは減圧乾燥し、塗膜中に存在する溶媒を蒸発させる際に、乾燥ムラができ難く、塗膜表面、即ち位相差層表面にモヤムラが発生することを良好に防止することができる。比蒸発速度が10以上であることにより、基材面に塗布した液晶組成物の乾燥時間が長くなることを防ぐことができ、また乾き残りが低減されることから、モヤムラ発生防止に寄与することが推察される。一方、比蒸発速度が40以下である溶媒では、基材面に塗布された液晶組成物を適度な速度で、且つ、均一に乾燥させることが可能であり乾燥ムラが発生することを防止あるいは低減し得る。これにより、モヤムラ発生が抑制されることが推察される。比蒸発速度が10〜40の範囲であれば、溶媒の種類によらず好適に上記モヤムラが防止される傾向にある。さらに比蒸発速度が10〜25の範囲にある場合には、モヤムラ防止効果が顕著であり特に好ましい。
上記溶媒の比蒸発速度は、単一の溶媒を用いて、液晶組成物溶液を調製する場合には、該単一の溶媒の比蒸発速度をいう。また複数の溶媒を混合して、液晶組成物溶液を調製する場合には、用いられるいずれかの溶媒の蒸発速度が上記好適な範囲から外れていたとしても、複数の溶媒を混合した状態での比蒸発速度が上記好適な範囲に含まれれば、上記効果を獲得し得る。
特に単一溶媒としても用いることのできる好ましい溶媒の例としては、プロピレングルコールモノメチルエーテルアセテート(比蒸発速度34)、エーテル1,2−ジクロルベンゼン(比蒸発速度12)、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(比蒸発速度21)、3−エトキシプロピオン酸エチル(比蒸発速度12)、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート(比蒸発速度10)、シクロヘキサノン(比蒸発速度23)、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン(比蒸発速度14)、2,6−ジメチル−4−ヘブタノン(比蒸発速度18)、エチレングリコールモノ−tブチルエーテル(比蒸発速度19)、エチレングリコールモノブチルエーテル(比蒸発速度6)、3−メチル−3−メトキシブタノール(比蒸発速度5)等が挙げられる。上記溶媒は、単独で用いてもよいし、或いは2種以上を混合して用いてもよい。上述は、本発明に用いることのできる好ましい比蒸発速度を示す溶媒の例示にすぎず、一般に知られる比蒸発速度が3〜50の溶媒のであれば、架橋性液晶分子等の溶解性を考慮した上で、適宜選択して用いることができる。
<溶媒の動的表面張力について>
本発明の液晶組成物溶液において、その溶媒の動的表面張力が表面寿命10msで、27mN/m〜50mN/mの範囲内にあることが好ましい。上記範囲の動的表面張力を有する溶媒であれば、後述する液晶組成物溶液の好適な範囲の動的表面張力を得ることが容易である。
尚、上述したとおり、本発明の液晶組成物溶液における溶媒は、2種以上の溶媒を混合して用いてもよい。かかる場合には、混合する各溶媒のいずれか、あるいは全てが上記好ましい動的表面張力の数値範囲外であったとしても、混合後における溶媒の動的表面張力が上記好ましい数値範囲にあればよい。
<液晶組成物溶液の動的表面張力について>
上述する本発明の液晶組成物溶液は、液晶組成物溶液自体の動的表面張力が表面寿命10msで、31mN/m〜50mN/mの範囲内にあることが好ましい。上記好ましい範囲の動的表面張力を示す液晶組成物溶液であれば、この液晶組成物溶液を用いて形成する位相差層上においてより良好にモヤムラ発生を防止することができる。
かかる機構についてはまだ明らかではないが、本発明の液晶組成物溶液の動的表面張力が50mN/m以内であれば、該液晶組成物溶液を基材上に塗布し塗膜を形成した際に、塗布工程上自然に発生する該塗膜面の凹凸が自身の重力で平滑に調整され易く平滑な塗膜表面を得易いことが考えられる。一方、液晶組成物溶液の動的表面張力が31mN/m以上であれば、乾燥前の塗膜表面が外気の風圧に左右されることなく平滑性を維持し易くなることが考えられる。これら塗膜表面の平滑性が得られることで、上記好ましい比蒸発速度の溶媒との相乗効果により、モヤムラ防止効果が得易いと推察される。
尚、本明細書において「動的表面張力」とは動いている液体の表面張力のことであり、本明細書ではこれを最大泡圧法で測定する。最大泡圧法は、キャピラリの先端から液中に発生させた気泡の圧力を測定することで該液体の表面張力を求める方法である。またこの測定では、気泡の表面が形成されてから直ちに圧力を測定することでより流動状態に近い、すなわち動的な表面張力を求めることができるところ、本明細書においてはこの経過時間である「表面寿命」を10msときわめて小さな値を採用している。このような動的表面張力の測定は、バブルプレッシャー動的表面張力計(商品名:BP−2、KRUSS社製)などを用いて測定することができる。
上記バブルプレッシャー動的表面張力計を用いた動的表面張力の測定は、
キャピラリ径:φ0.228mm
測定温度:23℃
液量:60cc
表面寿命:10ms
キャピラリ浸漬深さ:10mm
設定密度:1.00g/cm3
の条件で行うことができる。上記バブルプレッシャー動的表面張力計の概略を図6に示す。
上記、本明細書において定義する液晶組成物の動的表面張力とはスリットダイコート法による塗工工程に供される際の値をいい、液晶組成物の生産・流通時などに例えば濃縮状態で存在する場合における値を意味するものではない。
<液晶組成物溶液の動的粘度について>
上述する本発明の液晶組成物溶液は、シェアレートが100s-1の際の動的粘度が2.0mPa・s〜4.0mPa・sの範囲内であることがより好ましい。上記好ましい範囲の動的粘度にある液晶組成物溶液であれば、該液晶組成物溶液を用いて位相差層を形成した際に、該位相差層の表面においてモヤムラを良好に防止することができる。かかる機構についてはまだ明らかではないが、上記好ましい範囲の動的粘度を示す液晶組成物溶液であれば、上述する好ましい範囲の動的表面張力を得やすい傾向にあることが一因と考えられる。
本発明の液晶組成物の動的粘度は、例えば二重円筒方式レオメータ(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、商品名:ARES)を用い、シェアレートが100s-1、23℃、液量10ccで測定した値を用いることができる。二重円筒方式レオメータの概略を図7に示す。
液晶組成物の動的粘度の調整は、液晶組成物溶液の混合物の濃度を調整することにより行うことが可能であり、また用いる溶媒を選択することによっても行うことができる。
<本発明のカラーフィルタについて>
本発明の液晶組成物は、液晶表示装置において視野角を調整するための位相差層を形成するために用いることができ、位相差層は例えば液晶表示装置のカラーフィルタに設けることができる。以下、位相差層を設けたカラーフィルタについて図面に基づいて例示的に説明する。
図1は本発明の一実施態様を示すカラーフィルタ1である。カラーフィルタ1を形成するには、まず透明基板2上に配向膜5を設け、次いで、配向膜5上に本発明の液晶組成物溶液を塗布し、該液晶組成物溶液中に含有される架橋性液晶分子を配向及び硬化させて位相差層3を形成する。さらに位相差層3の上面に、保護層10を設けた後、着色層4を形成する。そしてさらに着色層4の上面にも保護層10を設けた後、電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物で構成された複数のスペーサー11を任意の間隔で配列させて、本発明のカラーフィルタ1が形成される。尚、図1に示すカラーフィルタ1には着色層4の前後に保護層10を形成したが、本発明において保護層の形成は必ずしも行わなくてよく、図面に示されるどちらか一方、或いは両方を省略することができる。またスペーサー11を省略してもよい。
本発明のカラーフィルタは、透明基板上に着色層と本発明の液晶組成物を用いて形成された位相差層とを備えていることが重要である。これにより、該位相差層が基材面(即ち透明基板表面あるいは着色層表面)に対し、良好な密着性を発揮するとともに、モヤムラが良好に防止された位相差層を備えるカラーフィルタを提供することができる。
<透明基板について>
透明基板2は光透過性を有し、光学的に等方性のものが好ましいが、必要に応じて局所的に光学的異方性または遮光性の領域を設けることもできる。また光透過率はカラーフィルタの用途に応じて適宜選定可能である。具体的には、ガラス、シリコン、もしくは石英等の無機基材か、次に列挙するような有機基材からなる。有機基材としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、もしくはシンジオタクティック・ポリスチレン等、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、もしくはポリエーテルニトリル等、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、もしくはポリノルボルネン系樹脂等、または、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリプロピレン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、もしくは熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。透明基板2の厚さについても、用途に応じて、例えば5μm〜3mm程度のものが使用される。
<配向膜について>
透明基板2上に本発明の液晶組成物を用いて位相差層3を形成するに先だって、透明基板2上に配向膜5が設けられる。配向膜5は必ずしも必須ではないが、配向膜5を設けることにより液晶分子の配向方向の制御が容易となるため、配向膜5を設けることが好ましい。配向膜5は透明基板2上にポリイミド等の配向性樹脂を塗布、乾燥させた後、ラビング処理や光配向処理することにより形成することができるが、ラビング処理や光配向処理は必ずしも行わなくても良い。また透明基板2上に酸化ケイ素を斜め蒸着することで配向膜5を形成することもできる。本発明で用いられる配向膜材料としては、市販の配向膜材料を用いることができる。具体的には日産化学(株)製の配向膜材料(サンエバー)、日立化成デュポンマイクロシステムズ(株)製の配向膜材料(QL,LXシリーズ)、JSR(株)製の配向膜材料(ALシリーズ)、チッソ(株)製の配向剤(リクソンアライナー)などを用いることができる。
<位相差層について>
位相差層3は、必要に応じて設けた配向膜5上に本発明の液晶組成物の溶液を塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜を乾燥、硬化させることにより形成することができる。
液晶組成物溶液を基材上に塗布する方法としては、例えばグラビア印刷法、オフセット印刷法、凸版印刷法、スクリーン印刷法、転写印刷法、静電印刷法、無版印刷法といった各種印刷方法や、グラビアコート法、ロールコート法、ナイフコート法、エアナイフコート法、バーコート法、ディップコート法、キスコート法、スプレーコート法、ダイコート法、コンマコート法、インクジェット法といった塗工方法、あるいはこれらを組合せた方法を適宜用いることができる。
配向膜5上に液晶塗布膜を形成した後、液晶塗布膜に含まれる架橋性液晶分子に、予め定められた配向性を付与して架橋性液晶の分子を架橋重合させる。
特に上記架橋性液晶分子を垂直配向(ホメオトロピック配向)させて固定化することにより、液晶分子の光軸が位相差層の法線方向を向くとともに常光線屈折率よりも大きな異常光線屈折率を位相差層の法線方向に有する、いわゆる正のCプレートを形成することができる。この場合、液晶組成物の塗布面には垂直配向膜を予め形成するか、または液晶組成物に垂直配向助剤を混合するとよい。
垂直配向助剤の例としては、例えばレシチンや第四級アンモニウム界面活性剤などの垂直に整列したアルキル鎖またはフルオロカーボン鎖を有する表面カップリング剤、HTAB(ヘキサデシル−トリメチルアンモニウムブロミド)、DMOAP(N,N−ジメチル−N−オクタデシル−3−アミノプロピルトリメトキシシリルクロリド)、N−パーフルオロオクチルスルホニル−3−アミノプロピルトリメチルアンモニウムヨージド、長鎖アルキルアルコールまたはシランポリマーなどを挙げることができる。
また別な配向を示す位相差層として、液晶分子の光軸が位相差層と並行するとともに常光線屈折率よりも小さな異常光線屈折率を位相差層の法線方向に有する、いわゆる負のCプレートを形成する場合、架橋性ネマチック液晶としては液晶組成物にさらに上述したカイラル剤を添加してなるコレステリック規則性を有するカイラルネマチック液晶を好適に用いることができる。
また、液晶分子の光軸が位相差層と並行するとともに常光線屈折率よりも大きな異常光線屈折率を位相差層の面内方向に有する、いわゆる正のAプレートを形成する場合、ラビング処理などを施した水平配向膜による配向規制力を架橋性液晶分子に負荷するか、または空気界面に対する架橋性液晶分子の表面自由エネルギーを抑制するためのレベリング剤を添加することで該分子を水平配向させることができる。
液晶組成物を塗布した後、加熱して溶媒を除去するが、このときの熱を利用して液晶組成物中の架橋性液晶分子を一定方向に配向させることが可能である。加熱温度は液晶組成物中に含まれる各素材の違いにより異なるが、通常70〜120℃であり、加熱時間は2分〜30分程度である。例えば、架橋性液晶分子にホメオトロピック配向を付与することは、赤外線で加熱する手段などを用いて液晶塗布膜を加熱して、その液晶塗布膜の温度を、その中に含まれる架橋性液晶材料が液晶相となる温度(液晶相転移温度)以上、架橋性液晶が等方相(液体相)となる温度(等方相転移温度)未満にすることで実施できる。
また液晶組成物溶液中の溶媒を気化させ、同時に該液晶組成物中に含まれる架橋性液晶分子をホメオトロピック配向する別な方法としては、特に密閉容器内で圧力約1.5×10-1Torr以下に下げ減圧乾燥処理することにより液晶組成物溶液中の溶媒を気化させる方法がある。
上記減圧乾燥処理において、塗布膜を減圧状態とすることで塗布膜を過冷却状態にすることができ、塗布膜中に含まれる架橋性液晶分子をホメオトロピック配向させることができる。次いでホメオトロピック配向した状態を保持したままこの塗布膜を有する基板を室温程度にする。これにより架橋性液晶分子を、以後の工程で架橋反応させるまで、効率よくホメオトロピック配向させた状態に維持することができる。さらに残存する溶媒を除去するとともに塗布層に含まれる架橋性液晶分子の配向を確実にするために塗布基板を焼成してもよい。焼成方法は、特に限定されるものではないが、例えばホットプレート上に塗布基板を設置し、70℃〜120℃の温度で、2分間〜30分間焼成することができる。
次に液晶組成物に含まれる架橋液晶分子や光重合開始剤などの感光波長の光を液晶塗布膜に照射することによって、液晶塗布膜中で配向を付与された架橋性液晶分子同士の重合(架橋重合)を進行させることができる。このとき、液晶塗布膜に照射される光の波長は、液晶組成物に含まれる架橋性液晶分子の種類及び添加される光重合開始剤の種類に応じて適宜選択される。なお、液晶塗布膜に照射される光は、単色光に限らず、液晶組成物の感光波長を含む一定の波長域を持った光であってもよい。より具体的には、液晶組成物に含まれる光重合開始剤の吸収波長に応じて適宜選択される。例えば、紫外線などの活性放射線を照射して架橋性液晶分子を架橋硬化させることができる。紫外線としては、波長200〜500nm程度のものが照射され、紫外線源としては高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等が用いられる。照射光量は架橋性液晶分子の種類や組成、光重合開始剤の種類や量等によっても異なるが、通常、10〜3000mJ/cm2程度である。紫外線照射後、更に加熱処理して光重合では硬化しきれなかった、未反応の架橋性液晶分子を架橋させ、一定方向に配列した状態で三次元構造に重合させて位相差層3を形成する。紫外線照射後に加熱処理する際の温度、時間は、架橋性液晶の種類や組成に依存するが、通常、150℃〜260℃で10分〜60分間程度の範囲で行われる。塗布した液晶組成物を架橋、硬化させて得られる位相差層3の厚みには所望の位相差量が得られる限りその厚みに特に制限はないが、生産性等を考慮して通常、0.5〜10μm程度が好ましい。
<着色層について>
次いで着色層4について説明する。着色層4は、透明基板2上に所定波長領域の可視光を遮光するブラックマトリクス6を形成し、次いで所定波長領域の可視光を透過する着色画素である赤(R)のサブ画素7、緑(G)のサブ画素8、青(B)のサブ画素9を順次設けて形成される。
ブラックマトリクス6は、着色画素である赤(R)のサブ画素7、緑(G)のサブ画素8、青(B)のサブ画素9(以下、単に「着色画素7、8、9」ともいう)同士の重なり合いを防止するとともに、着色画素間の隙間を埋めて、近接する着色画素間からの光の漏れ(漏れ光)を抑制する等の働きを有する。したがって、ブラックマトリクス6は、透明基板2上において着色画素7、8、9の配置が予定される位置に対応する領域を、各着色画素毎に平面視上区画化するように形成される。そして、着色画素7、8、9は、それぞれ、ブラックマトリクス6により区画化された領域を平面視上被覆するようにして配置される。
ブラックマトリクス6は、例えば、金属クロム薄膜やタングステン薄膜等、遮光性又は光吸収性を有する金属薄膜を所定形状に透明基板2面上にパターニングすることにより形成することができる。また、ブラックマトリクス6は、インクジェット方式等により、黒色樹脂等の有機材料を所定形状に印刷することによりを形成することも可能である。
上記ブラックマトリクス6に次いで形成される着色画素7、8、9は、赤色、緑色、青色各々について各色の波長帯の光を透過させる着色画素を所定のパターンに配置して形成される。着色画素を構成する赤(R)のサブ画素7、緑(G)のサブ画素8、青(B)のサブ画素9の配置形態としては、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型等種々な配置パターンを選択することができる。より具体的には、各色の着色画素7、8、9毎に、着色材料を溶媒に分散させた着色材料分散液の塗膜を、例えばフォトリソグラフィー法で、所定形状にパターニングすることで形成することができる。また別の方法としては、着色画素7、8、9毎に、インクジェット方式等により、着色材料分散液を所定形状に塗布することによっても形成することができる。加えて、これら赤(R)のサブ画素7、緑(G)のサブ画素8、青(B)のサブ画素9に代えて、各色の補色の波長帯の光を透過させる着色画素を用いることも可能である。
尚、本発明における着色層4は、上述で例示した3色のサブ画素を備える場合に限定されるものではない。例えば4色以上の着色画素を用いて構成されていてもよいし、単色又は2色備えて構成されてもよい。またこれにあわせて、ブラックマトリクス6を省略することも可能である。
<保護層について>
また必要に応じ着色層4を形成する前に保護層10を設けることができる。保護層10は、多官能アクリレートを含有するアクリル系、アミド系もしくはエステル系ポリマー等の材料からなる透明樹脂材料、または多官能エポキシを含有するアクリル系、アミド系もしくはエステル系ポリマー等の材料からなる透明樹脂塗料を基材の表面に塗布し、さらにこれを乾燥および硬化させて形成することができる。保護層の硬化には、透明樹脂材料の性質に応じて例えばUV光を照射するなどの方法を採ることができる。保護層10は、着色層4の表面には更に必要に応じて設けることができる。
<スペーサーについて>
着色層4あるいは保護層10の上面に、さらにスペーサー11を設けてカラーフィルタ1が得られる。スペーサー11は、多官能アクリレートを含有するアクリル系、アミド系又はエステル系ポリマー等の材料からなる光硬化性の感光性塗料を、位相差層3、着色層4または保護層10の上に塗布してこれを乾燥させ、さらにスペーサー11の形成予定位置に対応したマスクパターンを介して該塗料を露光硬化させた後、未硬化部分をエッチング除去し、さらに全体を焼成することにより形成される。
図2は本発明のカラーフィルタ1の異なる態様を示すものである。図2のカラーフィルタ1は透明基板2の上にブラックマトリクス6を形成した後、赤(R)のサブ画素7、緑(G)のサブ画素8、青(B)のサブ画素9を順次設けて着色層4を形成し、この着色層4表面に必要に応じて配向膜5を設けた後、液晶組成物により位相差層3設け、その表面に必要に応じ、更に保護層10、スペーサー11を順次設けて構成されている。図1及び図2から明らかなように、本発明のカラーフィルタにおいて、透明基板上に設けられる位相差層と着色層とは、透明基板、位相差層、着色層の順に形成してもよいし、あるいは透明基板、着色層、位相差層の順に形成してもよい。本発明の液晶組成物を用いて形成された位相差層であれば、透明基板上に形成された場合には、該透明基板との密着性が向上し、また着色層上に形成された場合には、該着色層との密着性が向上する。また位相差層形成前に配向膜を設けた場合には、該配向膜と位相差層との密着性が向上する。
図1または図2に示す本発明のカラーフィルタ1のように、透明基板2上または着色層4上に液晶組成物を塗布して該組成物中の架橋性液晶分子を配向させ固定化し位相差層3を形成することにより、駆動液晶セルを挟持する二枚の基材の内側に形成した所謂インセル型の位相差層3を得ることができる。これにより、シート状に外部成形した位相差フィルムを接着剤などにより透明基板に貼り付ける従来の方式に比べ、カラーフィルタ1の全体を薄型化し、また該接着剤による光の散乱を防止できるとともに、位相差層3が透明基板2で保護されることからその耐熱性の向上や吸湿変形の抑制などの効果を得ることができる。
<位相差層の密着性評価方法について>
また基材と位相差層との密着性を向上させることのできる本発明においては、本発明の液晶組成物を用いて基材表面に位相差層を形成したときに、加速寿命試験後の該位相差層の剥離強度が、JISK5600−5−6の評価基準で1以下であることが特に好ましい。評価基準が1以下の位相差層であれば、該位相差層を液晶表示装置等に用いた際に、基材との密着性が高く長期間に亘り十分な密着信頼性が得られるからである。したがって本発明のカラーフィルタ1では、加速寿命試験後の位相差層3の剥離強度が、JISK5600−5−6の評価基準で1以下であることが好ましい。
加熱寿命試験には、タバイ製加速寿命試験機EHS−411Mを用い、100℃、100%RHで1時間行うものとする。具体的な剥離試験は、加速寿命試験後に温度23±2℃、湿度50±5%程度の環境下、位相差層3を塗工形成したサンプル基板に対して、格子状に、各方向に対して1mm間隔で6回カットを行い、5×5個の格子目を設ける。次に、幅25mm、幅25mmあたりの付着力10±1Nを有するテープを約75mm用い、テープの長手方向が格子の何れかの辺に平行となるように格子上に貼り付け、指でこすり付ける。さらに、テープの端をつまみ上げ、テープ非粘着面に対し約60°となる角度で、0.5〜1秒かけて引き剥がした後の格子の状態を以下の6段階で評価する。
評価基準0:カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にもはがれがない状態。
評価基準1:カットの交差点における塗膜の小さなはがれはあるが、クロスカット部分で影響を受けるのは、5%以下の状態。
評価基準2:塗膜がカットの縁に沿って、及び/又は交差点においてはがれている。クロスカット部分で影響を受けているのは明確に5%を超えるが、15%を上回ることはない。
評価基準3:塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に大はがれを生じており、及び/又は目のいろいろな部分が、部分的又は全面的にはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に15%を超えるが、35%を上回ることはない。
評価基準4:塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に大はがれを生じており、及び/又は数か所の目が部分的又は全面的にはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に35%を超えるが65%を上回ることはない。
評価基準5:分類4でも分類できないはがれ程度のいずれか(格子の全面が剥離している状態を含む)。
温度100℃、湿度100%で1時間の加速寿命試験後の位相差層3の剥離強度を、JISK5600−5−6の評価基準で1以下とするためには、
(1)位相差層を、98.89〜70重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有架橋性液晶と、0.1〜10重量%(対配合物換算値)の光重合開始剤と、1〜20重量%(対配合物換算値)のスルフィド基含有シランカップリング剤と、0.01重量%(対配合物換算値)のフッ素系界面活性剤を含む液晶組成物を光硬化及び焼成して形成する、
(2)位相差層を、98.89〜70重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有架橋性液晶と、0.1〜10重量%(対配合物換算値)の光重合開始剤と、1〜20重量%(対配合物換算値)のメルカプト基含有シランカップリング剤と、0.01重量%(対配合物換算値)のフッ素系界面活性剤を含む液晶組成物を光硬化及び焼成して形成する、
(3)位相差層を、99.88〜70重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有架橋性液晶と、0.1〜10重量%(対配合物換算値)の光重合開始剤及び0.01〜20重量%(対配合物換算値)のアミノ基含有シランカップリング剤と、0.01重量%(対配合物換算値)のフッ素系界面活性剤を含む液晶組成物を光硬化及び焼成して形成する、
(4)位相差層を、98.89〜70重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有架橋性液晶と、0.1〜10重量%(対配合物換算値)の光重合開始剤と、1〜20重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤と、0.01重量%(対配合物換算値)のフッ素系界面活性剤を含む液晶組成物を光硬化及び焼成して形成する、
(5)位相差層を、99.88〜70重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有架橋性液晶と、0.1〜10重量%(対配合物換算値)の光重合開始剤と、アミノ基含有シランカップリング剤、スルフィド基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤及び(メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤のうちから選ばれた2種以上のシランカップリング剤0.01〜20重量%(対配合物換算値)と、0.01重量%(対配合物換算値)のフッ素系界面活性剤とを含む液晶組成物を光硬化及び焼成して形成する、
等の方法が挙げられる。
ただし、モヤムラの観点からは、シランカップリング剤の添加量を5重量%以下とすることが好ましい。
<位相差層表面のモヤムラ発生評価方法について>
また本発明の液晶組成物は、これを用いて位相差層を形成したときに、該位相差層の表面におけるモヤムラの発生が防止されるものである。上記モヤムラの有無は以下に述べる表面ムラ検査で評価することができる。即ち表面ムラ検査において、光強度のS/N比が2以下である場合には、位相差層表面のモヤムラの発生が良好に防止されており好ましい。表面ムラ検査は特許第3631856号公報の記載に準じて行うことができる。
より具体的に表面ムラ検査について述べると、該検査では、基材上に形成された位相差層において、該位相差層の厚みを検査光である単色光により測定することによって、ムラのない箇所をノイズレベル(N)として検出し、ムラの生じている箇所を信号レベル(S)として検出し、S/N比としてムラの有無を評価することができる。
上記厚みの検出には、図8に示される検査装置101を用いた。検査装置101は、基材上に位相差層が形成された試験体110を搬送するための搬送部102、この搬送部102上を搬送される試験体110に検査光である単色光を所定の入射角度θ1 で照射するための単色光光源103、試験体110で反射された反射光のうち反射角度θ2 で反射された光を検出するための光検出器104、この光検出器104からの画像信号を電気的に処理して透明膜のムラを検出する検査処理部105、および、検査処理部105で処理された画像を表示するための画像表示部106を備えている。
搬送部102は試験体110を一定の速度で搬送するためのものである。
単色光光源103は、所定の入射角度θ1で試験体110に検査光である単色光を照射するためのものであり、例えば、ナトリウムランプ(589nm)、レーザー光透過型高圧水銀ランプ、気体放電光を光学フィルターで単波長化したもの等を使用することができる。また、光検査器104は、試験体110で反射された反射光を検出するためのものであり、例えば、CCDラインセンサ、CCDエリアセンサ等を使用することができる。
上記検査装置を用いて、試験体110における位相差層の表面で反射する反射光(1)と、試験体110における位相差層の裏面側界面で反射する反射光(2)とを測定すると、反射光(1)と反射光(2)との間には干渉が発生する。かかる干渉は、位相差層にムラの生じている箇所とムラの生じていない箇所とでは、変化が生じる。この干渉の変化は、光検査器104が受光する反射光の強度の変化として検出することができる。そこで、光検出器104からの画像信号を検査処理部105で電気的に処理して反射光の強度分布を求め、試験体110における位相差層の厚みムラのある箇所を、所定量以上の光強度変化を生じている位相差層の領域として検出することができる。尚、本装置は、試験対110の上側表面全体を走査し、試験体110における位相差層表面全面における光強度比を計測して評価するものである。
本発明で示すS/N比は、以下の上記検査装置及び方法を用い、下記の測定条件にて測定した。
検査条件
単色光光源:ナトリウムランプ(放射の98%が589nm)(PHILIPS(株)製SOX)
光検出器:CCDラインセンサ(NED(株)製FH1024B)
ガラス基板搬送速度:2.4m/分
検査光入射角度θ1 :60°(光検出器設置角度)
検査光反射角度θ2:45°(光検出器設置角度)
<本発明の液晶表示装置について>
本発明のカラーフィルタ1は液晶表示装置の表示側基板として用いることができる。図3に示す液晶表示装置12は、観察者側(図中上方に相当)に設置される表示側基板13に本発明のカラーフィルタ1を用い、表示側基板13と液晶駆動側基板14とがスペーサー11を介して対向しており、両者の間に駆動用液晶材料15を封入して液晶セル6が構成されている。ここで、位相差層3はカラーフィルタ1の透明基板2と、液晶駆動側基板14を構成する透明基板31との間に挟まれるよう配置され、いわゆるインセル型をなす。
また透明基板2の着色層3とは反対側面には、透明導電膜21及び正のAプレート22が順に積層された機能層20が形成されている。そして表示側基板13の外側面には直線偏光板23が、液晶駆動側基板14の外側面には直線偏光板32が積層されている。
液晶表示装置12がIPSモードの場合には、表示側基板13の直線偏光板23と、液晶駆動側基板14の直線偏光板32とは、互いの透過軸が直交するように配されている。
液晶駆動側基板14は、透明基板31のインセル側(駆動用液晶材料15の封入される側)に駆動用回路33と、これにより電圧の負荷量を制御される駆動用電極34とが設けられている。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例1
下記化7に示す化合物(a)〜(d)を用い、下記組成の組成物Aを調製した。組成物Aは、特表2004−524385号公報の記載に準じ、以下に掲げる材料を混合することにより調製した。尚、以下に示す組成物Aにおける各物質の重量比は、組成物Aの総重量に対する各物質の重量比である。
Figure 0005077627
(組成物A)
化合物(a) 32.67重量%
化合物(b) 18.67重量%
化合物(c) 21.00重量%
化合物(d) 21.00重量%
ドデカノール 1.02重量%
BHT 0.04重量%
イルガキュアー907 5.60重量%
次に、上記組成物Aに対して、シランカップリング剤として3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学社製KBM−802)を1重量%(対配合物換算値)、フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF470)を0.01%(対配合物換算値)添加した後、濃度20%となるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)で溶解して本発明の液晶組成物溶液を得た。尚、PGMEAの比蒸発速度は34である。
次に適当な透明基板として100×100mm、厚み0.7mmのガラス基板(コーニング社製1737ガラス)を用意した。
上記ガラス基板をスピンコーター(ミカサ社製 商品名1H−360S)にセットし、前記液晶組成物をガラス基板上にスピンコーティングした後、減圧乾燥した。次いで超高圧水銀灯を有する紫外線照射装置(ハリソン東芝ライティング社製、「商品名TOSCURE 751」)により、波長365nmの紫外線を20mW/cm2で10秒照射して架橋性液晶を架橋させ、次いで230℃のオーブンを用いて30分焼成して膜厚1.0μmを有する本発明の位相差層を形成した。
(評価1)
位相差層を構成する架橋性液晶分子の配向状態は、波長589nmの光が位相差層を透過する際に生じる位相差を、次のように測定することによって評価した。なお、位相差の測定には、大塚電子社製のRETS−1250AVを用いた。
即ち位相差測定するにあたり、図4に示すように、位相差は位相差層の表面上に互いに直交するx軸とy軸をとるとともにx軸とy軸に対して垂直なz軸を想定した。そして、z軸方向およびz軸に対してx軸方向及びy軸方向に傾斜する方向について光学素子の位相差を測定した。
実施例1における位相差の測定結果を図5に示す。x軸方向に傾斜する方向について測定された場合、y軸方向に傾斜する方向について測定された場合、いずれの場合でも光学素子に生じる位相差は、z軸を基準として対称性を示しており、これにより、光学素子の位相差層に含まれる架橋性液晶分子がホメオトロピック配向していると評価することができた。
(評価2)
実施例1のカラーフィルタにおける位相差層の、温度100℃、湿度100%、で1時間の加速寿命試験後の基板密着力を、JISK5600−5−6に準じ、上述した6段階評価を用いて、以下のとおり評価した。
評価基準0または1・・・・・○
評価基準2または3・・・・・△
評価基準4または5・・・・・×
実施例1は、上記評価2における基板密着力の評価は○であった。すなわち位相差層のガラス基板に対する密着性は、良好な結果が得られたものといえる。
(評価3)
上述した位相差層上面のモヤムラ発生評価方法に準じて、実施例1の表面ムラ検査を行った。その結果を以下のとおりに評価した。
S/N比が2.0未満・・・・・・・・○
S/N比が2.0以上2.8以下・・・△
S/N比が2.8を上回る・・・・・・×
実施例1の反射光の強度変化より求めたS/N比の評価は○であった。
以上より、実施例1のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
実施例2
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF471)を用いた以外は実施例1と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
実施例2の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって実施例2のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
実施例3
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF475)を用いた以外は実施例1と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
実施例3の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって実施例3のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
実施例4
シランカップリング剤としてビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(信越化学社製KBE−846)を1重量%用いた以外は実施例1と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
実施例4の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって実施例4のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
実施例5
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF471)を用いた以外は実施例4と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
実施例5の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって実施例5のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
実施例6
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF475)を用いた以外は実施例4と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
実施例6の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって実施例6のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
参考例7
シランカップリング剤として3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン(信越化学社製KBE−9103)を0.01重量%用いた以外は実施例1と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
参考例7の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって参考例7のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
参考例8
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF471)を用いた以外は参考例7と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
参考例8の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって参考例8のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
参考例9
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF475)を用いた以外は参考例7と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
参考例9の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって参考例9のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
参考例10
シランカップリング剤として3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン(信越化学社製KBE−502)を1重量%用いた以外は実施例1と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
参考例10の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって参考例10のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
参考例11
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF471)を用いた以外は参考例10と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
参考例11の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって参考例11のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
参考例12
フッ素系界面活性剤としてノニオン系界面活性剤(大日本インキ化学工業社製メガファックF475)を用いた以外は参考例10と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
参考例12の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって参考例12のホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、基板に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
実施例13
下記着色レジストを用いて、ガラス基板と位相差層との間に着色層(厚み2.0μm)を形成した以外は実施例1と同様にして位相差層を作製した。着色層は、上記ガラス基板表面に、下記に示す赤色の着色レジストをスピンコート法で塗布し、90℃、3分間の条件でプリベークし、アライメント露光(100mJ/cm2)した後、230℃、30分間ポストベークし、赤色単色の着色層を形成した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
実施例13の評価2における評価は○であった。また評価3における評価も○であった。したがって実施例13の着色層上に配置したホメオトロピック配向する位相差層において、基板密着力、モヤムラ発生評価ともに○であり、着色層に対する接着性が良好で、且つ、位相差上面におけるモヤムラ発生が良好に防止されていることが確認された。
赤色(R)着色画素用フォトレジスト組成
・赤顔料・・・・・5.0重量部
(C.I.PR254(チバスペシャリティケミカルズ社製、クロモフタールDPP Red BP))
・黄顔料・・・・・1.0重量部
(C.I.PY139(BASF社製、パリオトールイエローD1819))
・分散剤・・・・・3.0重量部
(ゼネカ(株)製、ソルスパース24000)
・多官能アクリレートモノマー・・・・・4.0重量部
(サートマー(株)製、SR399)
・ポリマー・・・・・5.0重量部
(昭和高分子(株)製VR60)
・開始剤1・・・・・1.4重量部
(チバガイギー社製、イルガキュア907)
・開始剤2・・・・・0.6重量部
(2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール)
・溶媒・・・・・80.0重量部
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
比較例1
シランカップリング剤及びフッ素系界面活性剤を用いなかった以外は実施例1と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
比較例1の評価2における評価は×であった。また評価3における評価は△であった。したがって比較例1のホメオトロピック配向する位相差層において、透明基板との密着性が悪く、またモヤムラがある程度発生していることが確認された。
比較例2
シランカップリング剤として3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM−403)を10重量%用い、フッ素系界面活性剤を用いなかった以外は、実施例1と同様にして位相差層を作製した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じ、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
比較例2の評価2における評価は×であった。また評価3における評価も×であった。したがって比較例2のホメオトロピック配向する位相差層において、透明基板との密着性が悪く、またモヤムラが発生していることが確認された。
比較例3
実施例13で用いたと同様の着色レジストを用いて、ガラス基板上に着色層(厚み2.0μm)を製膜した以外は比較例1と同様にして位相差層を形成した。得られた位相差層の波長589nmの位相差を評価1に準じて、大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
比較例3の評価2における評価は×であった。また評価3における評価も×であった。したがって比較例3の着色層上に配置したホメオトロピック配向する位相差層において、着色層との密着性が悪く、またモヤムラが発生していることが確認された。
比較例4
実施例13で用いたと同様の着色レジストを用いて、ガラス基板上に着色層(厚み2.0μm)を製膜した以外は比較例2と同様にして位相差層を形成した。得られた位相差層の波長589nmの位相差評価1に準じて、を大塚電子製のRETS−1250AVを用いて評価した。その結果、いずれの測定方向からの傾斜測定でも、z軸を基準として対称性を示し、位相差層がホメオトロピック配向していることが示された(図示せず)。
比較例4の評価2における評価は×であった。また評価3における評価も×であった。したがって比較例4の着色層上に配置したホメオトロピック配向する位相差層において、着色層との密着性が悪く、またモヤムラが発生していることが確認された。
以上、基材面に対する密着性が良好であり、且つ位相差層表面にモヤムラが発生していない位相差層は、実施例1〜13においてのみ達成された。
本発明のカラーフィルタの一実施例を示す縦断面図である。 本発明のカラーフィルタの他の実施例を示す縦断面図である。 本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の一例を示す縦断面図である。 サンプルの位相差測定方向を示した図である。 実施例1の位相差層の測定角と位相差との関係を示したグラフである。 バブルプレッシャー動的表面張力計の概略図である。 二重円筒方式レオメータの概略図である。 本発明のカラーフィルタにおけるS/N比を測定するための検査装置である。
符号の説明
1 カラーフィルタ
2 透明基板
3 位相差層
4 着色層
12 液晶表示装置
13 表示側基板
14 液晶駆動側基板
15 駆動用液晶材料

Claims (11)

  1. 透明基板上に、位相差層と着色層とが設けられ、
    位相差層が1種または2種以上の架橋性液晶分子と、スルフィド基またはメルカプト基より選ばれた少なくとも1種を有するシランカップリング剤と、フッ素系界面活性剤とを含有する液晶組成物を基材に塗布して塗膜を形成し、該塗膜中に含まれる架橋性液晶分子を硬化させることによって形成されたものでありホメオトロピック配向していることを特徴とするカラーフィルタ。
  2. 上記液晶組成物が、スルフィド基を含有するシランカップリング剤またはメルカプト基を含有するシランカップリング剤のいずれか1種を、合計で1〜10重量%(対配合物換算値)含有することを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタ。
  3. 上記液晶組成物が、スルフィド基を含有するシランカップリング剤、メルカプト基を含有するシランカップリング剤、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤の2種以上を、合計で1〜10重量%(対配合物換算値)含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のカラーフィルタ。
  4. 上記液晶組成物が、シランカップリング剤として、アミノ基を含有するシランカップリング剤と、スルフィド基を含有するシランカップリング剤および/またはメルカプト基を含有するシランカップリング剤とを、合計で0.01〜5重量%(対配合物換算値)含有することを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタ。
  5. 上記液晶組成物が、フッ素系界面活性剤を0.01〜1重量%(対配合物換算値)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カラーフィルタ。
  6. 上記液晶組成物が、垂直配向助剤を含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カラーフィルタ。
  7. 上記液晶組成物が、溶媒に溶解していることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のカラーフィルタ。
  8. 上記液晶組成物が、25℃におけるn−酢酸ブチルの蒸発速度を100としたときの上記溶媒の比蒸発速度が、5〜50であることを特徴とする請求項7に記載のカラーフィルタ。
  9. 上記位相差層が、少なくとも99.88〜70重量%(対配合物換算値)の(メタ)アクリロイル基含有架橋性液晶分子と、0.1〜10重量%(対配合物換算値)の光重合開始剤と、0.01〜1重量%(対配合物換算値)のフッ素系界面活性剤と、アミノ基含有シランカップリング剤、スルフィド基含有シランカップリング剤、およびメルカプト基含有シランカップリング剤のうちから選ばれたシランカップリング剤の2種以上を合計で0.01〜5重量%(対配合物換算値)含む液晶組成物を基材上面に塗布して塗膜を形成し、上記塗膜中に含まれる架橋性液晶分子を光硬化及び焼成させて形成されており、温度100℃、湿度100%で1時間の加速寿命試験後の位相差層の剥離強度が、JISK5600−5−6の評価基準で1以下であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のカラーフィルタ。
  10. 上記位相差層の表面ムラ検査を行った時の光強度のS/N比が、2以下であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載のカラーフィルタ。
  11. 表示側基板と液晶駆動側基板とを対向させ、両者の間に液晶を封入してなる液晶表示装置であって、上記表示側基板が上記請求項1〜10のいずれかに記載のカラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置。
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