(57)【要約】本発明は、酸素の進入を防止するコーティング部を備えたコレステリックカラーフィルタ（ＣＣＦ）及びこのようなコレステリックカラーフィルタの製造方法に関する。本発明は、また、上述したようなコレステリックカラーフィルタを備えた基板を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのデバイスに関する。トップコート部が電磁照射により硬化可能であることが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素の進入を防止するためのバリヤコーティング部を有するコレステリックカラーフィルタ。
【請求項２】
前記バリヤコーティング部が、電磁照射により硬化されたコーティング部であることを特徴とする請求項１記載のコレステリックカラーフィルタ。
【請求項３】
前記バリヤコーティング部が、光、好ましくは紫外光により硬化された請求項１又は２記載のコレステリックカラーフィルタ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコレステリックカラーフィルタを有する反射体。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコレステリックカラーフィルタを有する透過性フィルタ。
【請求項６】
コレステリック配列を持つポリマ材料を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコレステリックカラーフィルタ。
【請求項７】
基板にコレステリックカラーフィルタを配置する工程と、
硬化可能なコーティング組成物により前記カラーフィルタの少なくとも一部を覆う工程と、
前記硬化可能なコーティング組成物を、好ましくは電磁照射により硬化する工程と
により特徴付けられるコレステリックカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】
前記硬化可能なコーティング組成物が、光、好ましくは紫外光により硬化される請求項７記載の方法。
【請求項９】
電磁照射による前記硬化の後、前記硬化可能なコーティング組成物の追加の熱硬化が行われる請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
前記硬化工程が、窒素雰囲気中において行われる請求項７ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のフィルタを有するデバイス。
【請求項１２】
液晶ディスプレイのような表示パネルと、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のコレステリックカラーフィルタとを有する表示デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレステリックカラーフィルタ、このようなフィルタを有するデバイス及びこのようなフィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のマーケットシェアは、他のディスプレイ技術を犠牲にして増大し続けている。カラーを提供するために、カラーフィルタが用いられる。従来、３原色のうちの２つを吸収することによりカラーが生成される吸収カラーフィルタが用いられている。このようなカラーフィルタは、例えば欧州特許ＥＰ０５７２０８９公報に開示されている。
【０００３】
しかしながら、特に、セルラ電話機のような携帯用アプリケーション、ＰＤＡのような要求の厳しいアプリケーションのためのＬＣＤの使用に関して、低コスト及び低電力が表示画質と同程度に重要である。このため、最近、コレステリックカラーフィルタをベースとする上述したような表示パネルが開発され、吸収カラーフィルタに対する魅力的な代替物を形成している。コレステリックカラーフィルタは、反射板の機能，偏光子の機能及びカラーフィルタの機能を併せ持つ。しかしながら、幾つかのアプリケーションに関しては、透過性の（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ）コレステリックフィルタもまた用いられ得る。コレステリックフィルタは、概して、吸収カラーフィルタよりも簡単かつ安価に製造される。
【０００４】
例えば、特定の波長を有する円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層が、国際公開ＷＯ００／３４８０８公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなコレステリックフィルタを有するＬＣＤを製造しようとして、コレステリックカラーフィルタが製造条件に対して明らかに安定性を欠いていることが分かった。
【０００６】
本願発明者によって行われた、本発明の要部である実験は、１５０℃よりも高い温度でのコレステリックカラーフィルタの加熱がその性能の劇的な変化をもたらすことを示した。図１に、２００℃で種々の時間加熱されたコレステリックカラーフィルタ（ＣＣＦ）の透過スペクトルが示されている。図１において、最も大きな厚みを有する一番下のカーブは、加熱前のＣＣＦに関する透過スペクトルを示しているのに対して、より上側のより薄いカーブは、順に、１時間，２時間，４時間及び６時間加熱されたＣＣＦに関する透過スペクトルをそれぞれ表している。加熱により、反射光の波長がより低い波長にシフトし、反射光の強度も激しく減少する。
【０００７】
しかしながら、液晶ディスプレイの製造は、多くのこのような高温、特に１８０℃〜２５０℃の工程を含む。
【０００８】
カラーの生成後、コレステリック層は重合反応により安定化される。重合後の系の架橋密度は非常に高く、耐高温性をもたらすべきであるが、これは、昇温（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）処理中にコレステリックカラーフィルタが変化することを防止しない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、より安定なコレステリックカラーフィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的は、特許請求の範囲に規定されたデバイス及び方法により達成される。
【００１１】
本発明は、酸素の進入を防止するコーティング部を備えたコレステリックカラーフィルタ（ＣＣＦ）に係るものである。
【００１２】
本発明は、加熱の間のコレステリックカラーフィルタの波長のシフト及び反射強度の減少は、加熱の間のカラーフィルタの異性化可能なドーパントの酸化、その後のガスクロマトグラフィ質量分析（ＧＣ−ＭＳ）により裏づけられるような反応生成物の蒸発により生じるという本願発明者によりなされた認識に基づいている。従って、コレステリックカラーフィルタの温度不安定性は、用いられる特定の材料の結果である。しかしながら、今のところ、これらの材料に関する代替物は知られていない。
【００１３】
従って、本発明は、ドーパントの酸化を防止するためには、加熱中に層が空気から分離されるべきであるという結論に依拠している。これは、コレステリックカラーフィルタへの酸素の進入を防止するバリヤコーティング部を付加することにより行われる。１８０〜２５０℃の温度で数時間加熱された際にカラーフィルタの劣化を防止するために必要な程度まで空気の進入を防止する能力を持つ限り、任意のタイプのバリヤコーティング部が用いられ得る。適切なコーティング部は、例えば、欧州特許ＥＰ５７２０８９公報において開示され、述べられているアクリレートをベースとする材料のような工業用の塗布材料から作製され得る。熱硬化性のコーティング材料が用いられ得るが、このような組成物は、上昇した温度、例えば約２００℃以上において硬化が行われなければならないという欠点を持っている。上述したように、ＣＣＦを上記温度に曝すことはＣＣＦにダメージを与える。この問題を解決する方法は、不活性雰囲気中、例えば窒素中において硬化を行うことである。
【００１４】
バリヤ層の適用自体がＣＣＦにダメージを与えることを避けるために、上記バリヤコーティング部は、電磁照射により硬化されたコーティング部であることが好ましい。望まれる場合には、重合反応の完全な転化を得るために追加の加熱工程が行われ得る。電磁照射、特に紫外光の照射もまたコレステリックフィルタの作製に用いられるが、これは、カラーフィルタの安定化が生じた後、該カラーフィルタの変化を引き起こさない。
【００１５】
本発明の好ましい形態では、上記バリヤコーティング部は、光硬化、紫外光硬化されたコーティング部である。
【００１６】
上記コレステリックカラーフィルタは、反射性及び透過性のどちらでもあり得る。
【００１７】
また、本発明は、上述したようなコレステリックカラーフィルタを用いるフィルタ，デバイス及びディスプレイに係るものである。
【００１８】
本発明は、更に、上述したコレステリックカラーフィルタに係るコレステリックカラーフィルタを製造する方法であって、基板にコレステリックカラーフィルタを配置する工程と、硬化可能なコーティング組成物によりカラーフィルタの少なくとも一部を覆う工程と、硬化可能なコーティング組成物を、好ましくは電磁照射により硬化する工程とを有する方法に係るものである。
【００１９】
本発明の他の適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、当業者であれば以下の詳細な説明から本発明の精神及び範囲内における種々の変形及び変更が明らかになるため、以下の詳細な説明及び具体的な例は、本発明の好ましい実施の形態を示す一方で、実例として与えられているのみであることを理解されたい。
【００２０】
例示的な目的のため、本発明は、添付の図面に示されている本発明の実施例を参照して以下により詳細に説明されるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図２は、液晶反射型表示デバイスの一部の模式的な断面図である。この表示デバイスは、２つのガラス基板、前面基板２及び背面基板３の間に本質的に挟まれた例えば超ねじれネマティック（ＳＴＮ）液晶層１を有する表示セルを備えている。しかしながら、上記液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、パッシブマトリクスアドレス方式のＬＣＤ及びアクティブマトリクスアドレス方式のＬＣＤの両方を有し得る。上記ＬＣＤがパッシブマトリクスアドレス方式である場合、液晶のモードはＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）であることが好ましいが、アクティブマトリクスアドレス方式のディスプレイに関しては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ），ＥＣＢ又はＶＡＮ（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）のようなＳＴＮ以外の多くの液晶のモードが用いられ得る。
【００２２】
また、上述した非常にねじられたネマティック液晶層１と背面基板３との間には、コレステリックカラーフィルタ４が配されている。このコレステリックカラーフィルタは、通常、コレステリック配列を持つポリマ材料を有しており、最も好ましくは、重合されるべきコレステリックモノマ材料のピッチを変化させることができる光異性化可能なカイラル化合物を有している。従って、上記コレステリック層は、異性化可能なカイラルドーパントとネマティック化合物との重合された材料を有し得る。上述したアプリケーションでは、このコレステリックカラーフィルタは、基本的には、反射板の機能，偏光子の機能及びカラーフィルタの機能を併せ持っている。
【００２３】
コレステリックカラーフィルタの不安定さの原因を突き止めるために、様々な試験が行われた。その結果、異性化可能なドーパントは熱処理中に独力で分解することが分かった。例えば、ドーパントを１５０℃で１時間熱した場合に著しい分解が生じた。
【００２４】
異性化可能なドーパントとネマティック化合物との重合された混合物よりなるコレステリック層の安定性もまた、種々の条件の下で調べられた。温度を変化させただけではなく、雰囲気の条件も変化させた。カラーフィルタは、空気中及び窒素雰囲気中において加熱された。カラーフィルタのブルーシフトは空気中よりも窒素雰囲気中において非常に少ないことがはっきりと示された。
【００２５】
波長のブルーシフトは、ピッチの長さの変化の結果であり得る。ピッチのこの減少は、層の厚さの減少に起因する。この考え方を検証するため、層を数時間加熱した後、層の厚さが測定された。層の厚さは実際に減少しており、この減少は反射波長の相対的な減少に対応している。
【００２６】
これらの結果から、カラーフィルタの加熱中に異性化可能なドーパントが酸化され、そののち、反応生成物の蒸発が起こることが結論付けられた。その結果、層の構造及び配向が変化し、波長の値のシフト及び反射強度の減少につながる。
【００２７】
この問題を改善するために、上記コレステリックカラーフィルタは、更に、電磁照射により硬化されたバリヤコーティング部５により少なくとも部分的に覆われている。上記バリヤコーティング部は、光硬化されていることが好ましく、紫外線硬化されていることが最も好ましい。従って、基板にコレステリックカラーフィルタを配置した後、該カラーフィルタの少なくとも一部、好ましくは全体がコーティング組成物により覆われ、この組成物は、バリヤコーティング部５を得るために電磁照射により実質的に硬化される。
【００２８】
バリヤコーティング部５は、ドーパントの酸化を防止し、加熱中空気から分離されたコレステリックカラー層を維持する。
【００２９】
図３を参照すると、液晶反射型表示デバイスの第２の実施の形態は、前述した実施の形態と同様に、２つのガラス基板、前面基板２及び背面基板３の間に本質的に挟まれた例えば超ねじれネマティック（ＳＴＮ）液晶層１と、ＣＣＦ４とを有する表示セルを有している。この実施の形態は、アクティブマトリクスＬＣＤに関連しており、下部ガラス基板３の下に、黒色吸収体３８が配されている。下部ガラス基板３，ＣＣＦ４，液晶層１及び上部ガラス基板２の間には、ＰＩ（ポリイミド）配向層３４，３５，３７がそれぞれ配されている。液晶層１の上には、該液晶層を駆動するためのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）層３３が設けられている。ＴＦＴのカウンタ電極として役割を果たすＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）層３６のような透明な導電層が、ＣＣＦ４上に更に堆積され得る。パネルの上部には、直線偏光板３１及び１／４波長フィルム３２が設けられており、これらは円偏光板を形成するようなやり方で組み合わせられている。液晶が波長の半分のリターデーションを持つならば、原則的に、この構成では任意のタイプの液晶のモードが用いられ得る。パッシブマトリクスアドレス方式のディスプレイの場合、上記ＴＦＴはパターニングされたＩＴＯ層に置き換えられ、カウンタ電極として第２のパターニングされたＩＴＯ層が用いられ得る。
【００３０】
バリヤコーティング部５は、上記ＣＣＦの上部に直接設けられることが好ましい。すなわち、上記ＣＣＦとＩＴＯ層との間に設けられることが好ましい。この態様では、トップコート部は、ＩＴＯの堆積中もコレステリック層を酸化から守ることができる。
【００３１】
上記コレステリックカラーフィルタは、塗布（ｃｏａｔｉｎｇ）工程と２つの露光工程とを有する３つの工程において製造されることが好ましい。第１の工程では、コレステリックモノマ混合物が、ガラス基板上に、好ましくはラビングされたポリイミド層を伴って塗布される。上記ポリイミド層は、上記混合物の配向を引き起こす。グレースケールのマスクを用いた３６５ｎｍの紫外光によるコレステリック層の照射時に、着色された（ｃｏｌｏｒｅｄ）ピクセルが作製され得る。カラーは、異性化反応により感光性のドーパントのヘリカルねじれ力を変化させることによって生成される。紫外光のドーズは正しいカラーを作るのに必要であり、ドーズ量はグレースケールのマスクにより制御される。最後の工程では、コレステリック構造がカラーを変化させることなく安定化される。上記カラーフィルタは、４０５ｎｍの紫外光により引き起こされるコレステリック層のアクリレート間の重合反応により安定化される。材料及びプロセスの条件の注意深い選択により、上記照射プロセスは互いに干渉しない。
【００３２】
技術的に、吸収性カラーフィルタは、平坦化の目的のためにコーティング部を備えていることが多く、このようなコーティング部はトップコート部又はオーバーコート部として知られている。このようなコーティング部は、本発明のコレステリックカラーフィルタのバリヤコーティング部として好適に用いられ得る。このようなトップコート部の種々の材料は、市販されており、通常アクリレートをベースとしている。市販されている熱硬化性のトップコート材料は、コーティング組成物の堆積後に、多くの場合約２００℃以上の上昇した温度における硬化を必要とする。このような加熱の間に、重合反応が起こり、トップコート材料の安定なネットワークが形成される。しかしながら、このようなトップコート層が塗布されると、透過スペクトルは、上述した加熱試験（図１）と同様に反射率の低下及びブルーシフトを示した。明らかに、トップコート層を安定化させるために必要な加熱工程は依然としてコレステリック層を破壊する。この問題を避ける手段は、窒素のような不活性な雰囲気中において熱硬化工程を行うことである。
【００３３】
上記問題に対する代替の解決策は、昇温硬化可能なコーティング組成物に代えて、紫外光のような電磁照射によって硬化可能なコーティング組成物を使用することである。好ましい実施の形態では、コーティング組成物として、ＨＤＤＡ（１，６−ヘキサンジアールジアクリレート），ＰＥＴＩＡ（ペンタエリスリトールトリアクリレート），ＤＰＧＤＡ（ジプロピレングリコールジアクリレート），Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１（光開始剤）及びＨＱＭＥ（インヒビタ）が用いられる。
【００３４】
紫外線硬化可能なコーティング組成物を堆積した後、上記層は、３６５ｎｍの紫外光により窒素雰囲気中において硬化され得る。この紫外線硬化工程の後、重合反応の完全な転化を得るために、例えば１５０℃で１時間の追加の過熱工程が行われ得る。コレステリックフィルタの作製のために３６５ｎｍの紫外光も用いられるが、これは、カラーフィルタの安定化が生じた後、該カラーフィルタの変化を引き起こさない。図４の透過スペクトルは、紫外線硬化可能なトップコート部の堆積後、サンプルを２００℃に加熱した場合にコレステリックカラーフィルタが非常に安定であることを示している。図４では、最も大きな厚みを有する一番下のカーブは、加熱前のバリヤコーティング部を伴うＣＣＦに関する透過スペクトルを示しているのに対して、より上側のより薄いカーブは、順に、１時間，２時間，４時間及び６時間加熱されたＣＣＦに関する透過スペクトルをそれぞれ表している。
【００３５】
電磁照射を用いて硬化することによりバリヤコーティング部が得られるので、バリヤコーティング部は、光異性化可能なカイラル化合物の分解温度以下の温度において製造され得る。よって、ＩＴＯ層の堆積、ポリイミド配向層の硬化などのような後の製造プロセスの高温工程中に生じるカラーフィルタの劣化を防止する。
【００３６】
上記バリヤコーティング部は、異性化可能なドーパントが熱処理中に酸化することを防止するだけではなく、原理的には、液晶ホストのようなコレステリック層の他の成分が酸化することも防止する。
【００３７】
このように、コレステリックカラーフィルタの安定性は、上述したようなバリヤコーティング部を付加することにより改善され、これはＬＣＤにおけるようなアプリケーションに大いに有利である。
【００３８】
上記説明では、本発明がＬＣＤアプリケーションにおいて説明された。しかしながら、本発明は、他のタイプの電気光学表示デバイス、ピクチャをピックアップするための電荷結合素子（ＣＣＤ）などのようなコレステリックカラーフィルタを用いる他のアプリケーションにおいても有用である。また、上記コレステリックカラーフィルタは、反射型及び透過型のどちらでもあり得る。更にまた、上記バリヤコーティング部は、後の製造工程においてコレステリックカラーフィルタを劣化から保護する任意の種類のものであり得る。紫外光以外の他の種類の電磁照射により硬化可能なバリヤコーティング部を用いることも可能である。
【００３９】
このような明らかな変更例は、特許請求の範囲において規定される本発明の範囲内であるとみなされなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係るコレステリックカラーフィルタに関する、加熱による透過スペクトルの変化を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るコレステリックカラーフィルタを有するデバイスの模式的な断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るコレステリックカラーフィルタを有するデバイスの模式的な断面図である。
【図４】本発明に係るコレステリックカラーフィルタに関する、加熱による透過スペクトルの変化を示す図である。
【図１】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004522207.tif 000009
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2004522207.tif 000011
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2004522207.tif 000013
2004522207.tif 000014
2004522207.tif 000015
2004522207.tif 000016
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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