(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板と、この基板上に設けられた少なくとも赤、青、緑の３色からなるカラーフィルタ層とを有するカラーフィルタ基板において、前記カラーフィルタ層と前記基板の間又はカラーフィルタ層の上面に、正の一軸異方性を有し、その光軸が基板に対して略垂直となるような光学補償層が設けられており、
前記光学補償層は対応するカラーフィルタの色（赤、青、緑）ごとに厚み方向位相差Ｒｔｈが相違する領域を有し、
全ての領域の光学補償層において、そのＲｔｈが−３００〜−３０ｎｍの範囲であり、
全ての領域の光学補償層の厚みｄは実質的に同じであり、
前記光学補償層の複屈折率Δｎを領域ごとに異ならせることにより、
前記光学補償層の各領域のＲｔｈの関係が
｜Ｒｔｈ（赤）−Ｒｔｈ（緑）｜＞０ｎｍ
かつ
｜Ｒｔｈ（赤）−Ｒｔｈ（青）｜＞０ｎｍ
かつ
｜Ｒｔｈ（緑）−Ｒｔｈ（青）｜＞０ｎｍ
であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
（但し、Ｒｔｈは、光学補償層の厚み方向位相差であって、Ｒｔｈ＝ｄ・Δｎから求められる。Δｎ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝とし、ｄは光学補償層の厚みとする。
また、Ｒｔｈ（赤）、Ｒｔｈ（緑）、Ｒｔｈ（青）はそれぞれの画素に対応する波長５５０ｎｍにおける厚み方向位相差とする。）
【請求項２】
請求項１に記載のカラーフィルタ基板を用いてなる液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学補償機能を備えるリタデーション基板に関するものである。例えば、光学補償機能を有する薄膜を積層した構成を備えたカラーフィルタ基板に関するものである。
【０００２】
現在、液晶ＴＶにおいて主流となっている表示モードのひとつに、ＩＰＳ型（水平配向型）が挙げられる。ＩＰＳ型液晶ディスプレイ向けには、従来、視野角拡大のために光学補償フィルムを偏光板上に粘着剤により積層して貼り合わせたものが使用されている。光学補償フィルムの種類としては、具体的には、液晶セルの屈折率異方性を補償する、正の一軸異方性を有し、光軸が基板に対して略垂直であるポジティブＣプレート、斜め方向視野角における偏光板からの光漏れを補償する、正の一軸異方性を有し、光軸が基板に対して略平行であるポジティブＡプレート、ポジティブＣプレートとポジティブＡプレートの両方の特徴を有する２軸性フィルム、位相差がない等方性フィルム（いわゆるゼロＴＡＣ）等が挙げられる。これらの光学補償フィルムによる補償方式としては、２軸性フィルムを視認側偏光板の内側に設置し、ＴＡＣフィルムをＴＦＴ側偏光板の内側に設置する補償方式や、２軸性フィルムを視認側偏光板の内側に設置し、ゼロＴＡＣフィルムをＴＦＴ側偏光板の内側に設置する補償方式等が挙げられる。（非特許文献１）
【０００３】
一方、液晶表示装置のセル内に光学補償層を内蔵させることで液晶表示装置全体の画質の向上、薄型化が検討されており、このような光学補償機能を付与する方法として、重合性液晶モノマーを塗布し配向させた後、光硬化させて液晶を固定化することが行われる。（特許文献１）
ＩＰＳ型の液晶表示装置のセル内に光学補償層を内蔵させる場合、光学補償層であるポジティブＣプレート、ポジティブＡプレートはカラーフィルタ層に重ねて形成されるが、光学補償層をカラーフィルタ層に積層させる場合、以下のような層構成が考えられる。
ガラス基板／ブラックマトリクス層／配向膜／光学補償層（ポジティブＣプレート）／配向膜／光学補償層（ポジティブＡプレート）／カラーフィルタ層・・・（図１）
ガラス基板／ブラックマトリクス層／カラーフィルタ層／配向膜／光学補償層（ポジティブＣプレート）／配向膜／光学補償層（ポジティブＡプレート）・・・（図２）
【０００４】
ここで、配向膜は、その上に積層する光学補償層を形成するための重合性液晶モノマーを配向させるために必要である。配向膜がないと、その上に積層する重合性液晶モノマーを配向させることができないため、光学補償層自体を形成することが困難となる。ポジティブＣプレートを形成するための垂直配向型重合性液晶モノマーに関しては、樹脂やガラス基板上に比較的容易に配向するが、ポジティブＡプレートを形成するための水平配向型重合性液晶モノマーに関しては、配向膜が無い場合でも、別の配向処理（ラビングや蒸着など）が必要である。また、画素平坦性を維持するためにはオーバーコート層を積層する必要も生じ得る。従って、上記の積層構成を実現するためには、光学補償層の２層に加え、配向膜も１層必要となり、少なくとも計３層以上の積層構成が必要となる。
一方で、従来のフィルム外付けタイプの光学補償層として用いられるポジティブＡプレート、ポジティブＣプレートに関し、その面内位相差および厚み方向位相差は、カラーフィルタの各色のうちの１つの色（波長領域）で設計されており、他の色（波長領域）においては補償が不完全となるという事態が発生し得る。そのため、光学補償層がない場合に比べて、斜め方向コントラストは向上しているものの、十分ではない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】２００９年ファインテックジャパンセミナー資料（低コスト・高機能化するLCD用光学フィルムの開発動向  日本ゼオン精密光学研究所  豊嶋哲也）
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１９１８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、ポジティブＣプレートの光学補償機能を有する光学補償層を有するカラーフィルタ基板を提供すること、更には、カラーフィルタの各色毎に厚み方向位相差を最適化することにより、斜め方向コントラストをより高めたカラーフィルタ基板を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を達成するための構成を以下に示す。
（請求項１）
少なくとも基板と、この基板上に設けられた少なくとも赤、青、緑の３色からなるカラーフィルタ層とを有するカラーフィルタ基板において、前記カラーフィルタ層と前記基板の間又はカラーフィルタ層の上面に、正の一軸異方性を有し、その光軸が基板に対して略垂直となるような光学補償層が設けられていることを特徴とするカラーフィルタ基板。
（請求項２）
前記光学補償層は対応するカラーフィルタの色（赤、青、緑）ごとに厚み方向位相差
Ｒｔｈが相違する領域を有し、
全ての領域の光学補償層において、そのＲｔｈが−３００〜−３０ｎｍの範囲であり、
全ての領域の光学補償層の厚みｄは実質的に同じであり、
前記光学補償層の複屈折率Δｎを領域ごとに異ならせることにより、
前記光学補償層の各領域のＲｔｈの関係が
｜Ｒｔｈ（赤）−Ｒｔｈ（緑）｜＞０ｎｍ
かつ
｜Ｒｔｈ（赤）−Ｒｔｈ（青）｜＞０ｎｍ
かつ
｜Ｒｔｈ（緑）−Ｒｔｈ（青）｜＞０ｎｍ
であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
（但し、Ｒｔｈは、光学補償層の厚み方向位相差であって、Ｒｔｈ＝ｄ・Δｎから求められる。Δｎ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝とし、ｄは光学補償層の厚みとする。
また、Ｒｔｈ（赤）、Ｒｔｈ（緑）、Ｒｔｈ（青）はそれぞれの画素に対応する波長５５０ｎｍにおける厚み方向位相差とする。）
（請求項３）
請求項１〜２のいずれかに記載のカラーフィルタ基板を用いてなる液晶表示装置。
【発明の効果】
【０００９】
カラーフィルタ基板に正の一軸異方性を有し、その光軸が基板に対して略垂直となるような光学補償層（ポジティブＣプレート）を積層することにより、偏光板に光学補償フィルムを貼った場合に比べて斜め方向コントラストの向上が可能となった。
更に、カラーフィルタの各色毎に最適な厚み方向位相差を設定することにより、更に斜め方向コントラストが向上した。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光学補償層とカラーフィルタ層の層構成の例図
【図２】光学補償層とカラーフィルタ層の層構成の例図
【図３】本発明の光学補償層とカラーフィルタ層の層構成 の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明の実施の一例を用いて具体的に説明する。
［光学補償層］
本発明において、光学補償層は、正の一軸異方性を有し、光軸が基板に対して略垂直であるものである。
光学補償配向層が正の一軸異方性を有し、光軸が基板に対して略垂直であることによって、液晶セル内の屈折率異方性を補償することができる。
本発明に用いられる光学補償層の組成としては特に限定されないが、主成分としてネマチック液晶モノマーの垂直配向状態を光および／または熱により固定したポリマーが好ましい。この液晶モノマーは通常複数種を混合して使用する。例として、アルキルシアノビフェニル、アルコキシビフェニル、アルキルターフェニル、フェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロヘキサン、フェニルビシクロヘキサン、ピリミジン、シクロヘキサンカルボン酸エステル、ハロゲン化シアノフェノールエステル、アルキル安息香酸エステル、アルキルシアノトラン、ジアルコキシトラン、アルキルアルコキシトラン、アルキルシクロヘキシルトラン、アルキルビシクロヘキサン、シクロヘキシルフェニルエチレン、アルキルシクロヘキシルシクロヘキセン、アルキルベンズアルデヒドアジン、アルケニルベンズアルデヒドアジン、フェニルナフタレン、フェニルテトラヒドロナフタレン、フェニルデカヒドロナフタレンおよびこれらの誘導体、ならびに前記化合物のアクリレート等を挙げることができる。
上記塗工溶液の溶媒は、アルコール類、ケトン類、エステル類などがあげられる。たとえばメタノール、エタノール、トルエン、シクロヘキサン、イソホロン、セロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルベンゼン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、メチルエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン等が挙げられ、単独または２種以上を混合して用いることができる。
【００１２】
塗工溶液はその他に、キラル剤、光異性化剤、光重合開始剤、熱重合開始剤、増感剤、連鎖移動剤、多官能モノマーあるいはオリゴマー、樹脂、界面活性剤、レオロジー調整剤、シランカップリング剤等の接着補助剤、保存安定剤、消泡剤、紫外線吸収剤、溶解促進剤等その他必要な材料を、当該液晶化合物が液晶性を失なわない範囲で加えることができる。前記添加剤の含有量は、好ましくは、主成分の樹脂１００重量部に対し、０を超え１０重量部以下である。
上記溶液の塗工方法としては、光学補償配向層を形成した基板にスピンコート、スリットコート、スプレーコート、ディップコート、カレンダーコート等の塗布方法により形成可能である。塗布後、必要に応じて熱風オーブンあるいはホットプレート等で一般には６０〜１００℃、１〜３０分の条件で溶剤を揮発させる。また、予め減圧乾燥してから加熱しても良い。この際、塗工した溶液中の液晶モノマーが光学補償配向層上で基板に対して略垂直に配向する。
【００１３】
続いて、乾燥させた液晶モノマー層に対し、カラーフィルタ層の各色（例えば、赤、青、緑）の位置に対応する領域ごとに異なる照射量でパターン露光を行なう。これによって、液晶が重合するに充分な量の光が照射された領域はその配向の状態を保ったまま固定化され、それよりも少ない量の光が照射された領域は未硬化成分を残し一部が固定化され、光が照射されなかった領域は全てが未反応の状態のままとなる。露光には、紫外線や電子線、可視光線、赤外線等の放射線を用いることができる。放射線は１種類あるいは複数種類を使用することができ、尚且つ逐次照射、同時照射のいずれも可能である。
このように、領域ごとに異なる照射量で露光された基板を当該液晶モノマーの等方相相転移温度以上に加熱すると、液晶化合物層のうち光が照射されなかった領域は等方相に転移して実質的に無配向状態となる。従って、不充分な量の光が照射された領域は、その照射量に応じて残る未硬化成分の配向が乱れて低配向状態となる。一方で、充分な量の光が照射された領域は、配向を保って固定化された高配向状態となる。
このようにして得られた、領域ごとに異なる配向状態を固定するため、当該液晶モノマーが等方相に保たれる以上の温度に維持したまま、基板の全面露光を行なうか、あるいは熱により等方相の液晶モノマーを重合させるために必要な温度まで基板温度を上げて焼成を行う。このような全面露光工程、焼成工程は、各々のいずれかを行なっても良いし、併用しても良い。
前記領域ごとに異なる量の光を照射する手段としては、複数のフォトマスクを使用して複数回の露光を行なう方法、同一のフォトマスクを使用してこれを移動させながら複数回
の露光を行なう方法、光の透過率の異なる複数の領域を持つハーフトーンマスクを使用す
る方法あるいはその組み合わせ等が考えられるが、所望する領域に必要なだけの光を照射できる方法であればこれらに限定されない。
【００１４】
上記のようにして作製した光学補償層は、屈折率の関係としてｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙの関係（ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ：ｘｙｚ空間における屈折率）を示す。前記光学補償配向層の厚みは、好ましくは、０．１〜４ｕｍの範囲であり、各領域間ではほぼ等しい膜厚になる。前記光学補償配向層の波長４００ｎｍおける透過率は、好ましくは、９０％以上である。光学補償層の厚み方向位相差Ｒｔｈの値としては、各領域とも−３００〜−３０ｎｍの範囲であり、尚且つ対応するカラーフィルタの色毎の厚み方向位相差Ｒｔｈの関係が
｜Ｒｔｈ（赤）−Ｒｔｈ（緑）｜＞０ｎｍかつ
｜Ｒｔｈ（赤）−Ｒｔｈ（青）｜＞０ｎｍかつ
｜Ｒｔｈ（緑）−Ｒｔｈ（青）｜＞０ｎｍである。
ここでＲｔｈとは、当該波長における画素のｘｚ平面における面内屈折率の差とｙｚ平面における面内屈折率の差の平均値と、画素の厚み（μｍ）との積を１０００倍して求められる数値を表す。すなわちＲｔｈ＝ｄ・Δｎ：Δｎ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝である。また、Ｒｔｈ（赤）、Ｒｔｈ（緑）、Ｒｔｈ（青）はそれぞれの画素に対応する波長５５０ｎｍにおける厚み方向位相差とする。
上記光学補償層の積層に当たり、基板に前処理を施しても良い。前処理としては、紫外線処理、コロナ処理、プラズマ処理、脱脂処理等が挙げられる。また、基板に配向処理を施してもよい。配向方法としては、ラビング処理、光配向処理、斜方蒸着処理、グルブ配向処理、LB膜形成などが挙げられる。
【００１５】
以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
（ブラックマトリクス層の作製）
ブラックマトリクス層形成用樹脂組成物をスリットコーターを用いてガラス基板上に塗布した後、温度９０℃で６０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行った。その後、マスクを用いてパターン露光を行い、現像工程を経た後、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚１ミクロンのブラックマトリクス層を形成した。ここで、ライン幅は２５ミクロン、スペース幅は１００ミクロンである。
【００１６】
（カラーフィルタ層の作製）
カラーフィルタ層形成用樹脂組成物をスリットコーターを用いてガラス基板上に塗布した後、温度９０℃で６０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行った。その後、マスクを用いてパターン露光を行い、現像工程を経た後、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、カラーフィルタ層を形成した。
カラーフィルタ層は、基板においてブラックマトリクス層により遮蔽されない開口部に、レッド、グリーン、ブルーの３色を隣り合う形で順に積層させた。また、厚みについては、全ての色について、２ミクロンで統一した。
【００１７】
（実施例１）
（光学補償層の作製）
下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合し、０．６μｍのフィルタで濾過して得た液晶化合物を、カラーフィルタ層の上に、スピンコーターで乾燥膜厚が２．５μｍになるように塗布し、ホットプレートにて９０℃で２分間加熱乾燥し液晶モノマー層を得た。
垂直配向重合性液晶                                      １９．０部
（大日本インキ化学工業株式会社製「ＵＣＬ−０１８」）
光重合開始剤                                              １．０部
（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製「イルガキュアー９０７」）
界面活性剤                                                ３．０部
（ビックケミー社製「ＢＹＫ１１１」２％シクロヘキサノン溶液）
シクロヘキサノン                                        ７７．０部
次に当該液晶モノマー層に対し、超高圧水銀灯を用いフォトマスクを介して各色領域毎に紫外線照射した。紫外線の照射量は、赤色画素領域では５００ｍＪ／ｃｍ２、緑色画素領域では２００ｍＪ／ｃｍ２、青色画素領域では１００ｍＪ／ｃｍ２とした。
更に、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、光学補償機能つきカラーフィルタ基板を得た。
当該カラーフィルタ基板の厚み方向位相差Ｒｔｈを測定したところ、赤色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−５０ｎｍ、緑色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−６０ｎｍ、青色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−５５ｎｍとなった。
更に、このカラーフィルタ側の視認側に面内位相差Ｒｅ＝１２５ｎｍの光学補償フィルム（ポジティブＡプレート）を積層させた。当該カラーフィルタ基板を用いて作製したＩＰＳパネルの斜め４５度コントラストは５００：１となった。
【００１８】
（実施例２）
光学補償層の作製の液晶モノマー層の形成までは、実施例１と同様に行った。その後、当該液晶モノマー層に対し、超高圧水銀灯を用いフォトマスクを介さずに紫外線を基板全体に照射した。紫外線の照射量は２００ｍＪ／ｃｍ２とした。
更に、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、光学補償機能付きカラーフィルタ基板を得た。
当該カラーフィルタ基板の厚み方向位相差Ｒｔｈは、赤色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−６０ｎｍ、緑色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−６０ｎｍ、青色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−６０ｎｍとなった。当該カラーフィルタ基板を用いて作製したＩＰＳパネルの斜め４５度コントラストは４００：１となった。
【００１９】
（実施例３）
（配向膜層の形成）
下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合し、０．６μｍのフィルタで濾過して得
た塗工溶液を、前記基板のカラーフィルタ層の上に、スピンコーターで乾燥膜厚が０．１ｕｍになるように塗布し、ホットプレートにて９０℃で１分間加熱乾燥した。更に、温度２３０℃で４０分間加熱することによりポストベークを行うことで、配向膜層を形成した。
ポリイミド樹脂                                            １．０部
ＮＭＰ                                                  ４９．０部
ブチルセロソルブ                                          ３．０部
（光学補償層：ポジティブＡプレートの作製）
下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合し、０．６μｍのフィルタで濾過して得た液晶化合物を、カラーフィルタ層の上に、スピンコーターで乾燥膜厚が２．５μｍになるように塗布し、ホットプレートにて９０℃で２分間加熱乾燥し液晶モノマー層を得た。
平行配向重合性液晶                                      １９．０部
（大日本インキ化学工業株式会社製「ＵＣＬ−０１７」）
光重合開始剤                                              １．０部
（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製「イルガキュアー９０７」）
界面活性剤                                                ３．０部
（ビックケミー社製「ＢＹＫ１１１」２％シクロヘキサノン溶液）
シクロヘキサノン                                        ７７．０部
次に当該液晶モノマー層に対し、超高圧水銀灯を用いフォトマスクを介さずに基板全体に紫外線照射した。紫外線の照射量は１００ｍＪ／ｃｍ２とした。
更に、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、光学補償機能つきカラーフィルタ基板を得た。面内位相差の値は９０ｎｍであった。
続けて、光学補償層（ポジティブＣプレート）の作製の液晶モノマー層の形成までは、実施例１と同様に行った。その後、当該液晶モノマー層に対し、超高圧水銀灯を用いフォトマスクを介さずに紫外線を基板全体に照射した。紫外線の照射量は２００ｍＪ／ｃｍ２とした。更に、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、光学補償機能付きカラーフィルタ基板を得た。
当該カラーフィルタ基板の厚み方向位相差Ｒｔｈは、赤色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−４０ｎｍ、緑色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−４０ｎｍ、青色画素部分は波長５５０ｎｍの光において−４０ｎｍとなった。当該カラーフィルタ基板を用いて作製したＩＰＳパネルの斜め４５度コントラストは４００：１となった。
【００２０】
（比較例１）
光学補償層を作製する代わりに光学補償フィルム（ポジティブＡプレートとポジティブＣプレート）を用いて作製したＩＰＳパネルの斜め４５度コントラストは２００：１となった。面内位相差は１２５ｎｍ、厚み方向位相差は−１００ｎｍであった。
【表１】
0005533138.tif 000002
【符号の説明】
【００２１】
１．ガラス基板
２．ブラックマトリクス層
３．垂直配向膜
４．光学補償層（ポジティブＣプレート）
５．水平配向膜
６．光学補償層（ポジティブＡプレート）
７．カラーフィルタ層
【図１】
0005533138.tif 000003
【図２】
0005533138.tif 000004
【図３】
0005533138.tif 000005