(57)【要約】【課題】基材密着性に優れた位相差層、並びに該位相差層を形成することのできる液晶組成物、それ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。【解決手段】１種または２種以上の架橋性液晶分子と、分子構造中にメルカプト基を有するシランカップリング剤とを含有することを特徴とする液晶組成物を基材面に直接塗布して該基材面に架橋性液晶分子を垂直に配向、硬化させて位相差層を形成する方法、並びに１種または２種以上の架橋性液晶分子と、分子構造中にメルカプト基を有するシランカップリング剤とを含有することを特徴とする液晶組成物、これを基材面に塗布して形成した位相差層を備えるカラーフィルタならびに該カラーフィルタを表示側基板とする液晶表示装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種または２種以上の架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を用いてホメオトロピック配向する位相差層を形成する方法であって、前記架橋性液晶組成物にさらにメルカプト基を有するシランカップリング剤を添加し、基材上面に、前記メルカプト基を有するシランカップリング剤が添加された液晶組成物を直接塗布して塗膜を形成し、前記塗膜中に存在する架橋性液晶分子をホメオトロピック配向させた状態で硬化させることを特徴とする位相差層形成方法。
【請求項２】
前記基材が透明基板上に着色層が形成された基材であって、かつ前記着色層上面に前記メルカプト基を有するシランカップリング剤が添加された液晶組成物を直接塗布することを特徴とする請求項１に記載の位相差層形成方法。
【請求項３】
前記着色層表面の全面または一部を、予め洗浄処理及び／又は表面改質処理する請求項２に記載の位相差層形成方法。
【請求項４】
前記塗膜中に光を照射することによって、前記架橋性液晶分子を硬化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位相差層形成方法。
【請求項５】
１種または２種以上の架橋性液晶分子と、メルカプト基を有するシランカップリング剤とを含有することを特徴とする液晶組成物。
【請求項６】
前記架橋性液晶分子の少なくとも１種が、１分子中に１個または２個以上の（メタ）アクリロイル基を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶組成物。
【請求項７】
光重合開始剤をさらに含有することを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項８】
垂直配向助剤を含有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項９】
メルカプト基を含有するシランカップリング剤を１〜２０重量％（対配合物換算値）含有する請求項５〜８いずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項１０】
９８．９〜７０重量％（対配合物換算値）の前記（メタ）アクリロイル基含有架橋性液晶分子と、１〜２０重量％（対配合物換算値）の前記メルカプト基を有するシランカップリング剤及び０．１〜１０重量％（対配合物換算値）の光重合開始剤とを含有することを特徴とする請求項６〜９いずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項１１】
ホメオトロピック配向する位相差層を形成するために用いられることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の液晶組成物。
【請求項１２】
透明基板上に少なくとも着色層とホメオトロピック配向した位相差層とを有するカラーフィルタであって、前記位相差層が、請求項５〜１１のいずれか１項に記載の液晶組成物に含有さ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ていることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項１３】
前記硬化が、前記液晶組成物を着色層上に塗布することによって形成された塗膜の表面に光が照射されることによっておこることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタ。
【請求項１４】
前記透明基板上に形成された着色層表面の全面または一部が、洗浄処理及び／又は表面改質処理されており、前記洗浄処理及び／又は表面改質処理された着色層表面上に前記位相差層が形成されている請求項１２または１３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
【請求項１５】
偏光顕微鏡の二枚の直線偏光板にカラーフィルタを挟んで可視光を照射した際に透過する光の輝度を測定する試験において、前記二枚の直線偏光板の透過軸方向を互いにクロスさせた状態で測定した輝度をＴｏｆｆ、前記透過軸方向を互いに平行にした状態で測定した輝度をＴｏｎとしたときに、Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆの値が１０００以上であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
【請求項１６】
位相差層表面の任意の点における基板垂直方向に透過する可視光線の位相差値が４nm以下であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
【請求項１７】
前記位相差層上に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が配列されて形成されていることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のカラーフィルタと、液晶駆動用電極を備える液晶駆動用基板とが前記スペーサーを介して対向しており、前記カラーフィルタと前記液晶駆動用基板との間に駆動用液晶材料が封入され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、位相差層形成方法、液晶組成物、該液晶組成物よりなる位相差層を有するカラーフィルタ及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、液晶セルの外側に設置される。
【０００３】
しかし上記位相差層形成フィルムは、通常、粘着剤を用いて基板へ貼り付けて用いられており、基板に塗布された上記粘着剤の屈折率が、位相差層形成フィルムとは異なるため、ディスプレー表示面に乱反射を起こすという問題点があった。また特に該位相差層形成フィルムを基板外側に貼り付けると、露出するフィルムが湿気を吸って膨張してしまうという問題がった。さらにまた位相差層形成フィルムでは、ディスプレーの画素サイズに併せたパターンニングができず、さらに耐熱性が低いため、経時的な収縮による光学特性の変化等の問題があった。
【０００４】
これに対して、最近では架橋性液晶や高分子液晶等の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いる。上記内側に設置させる位相差層を形成する場合には、該位相差層を形成する基材の表面に予めラビング法、光配向法、イオンビーム法等の方法により配向膜を形成し、次いで基材に液晶材料を塗布することによって位相差層を形成する方法が採用されているが、このように予め配向膜を形成することによって、後から塗布される液晶材料の配向を制御することが可能である（特許文献１）。さらに、基材に対して架橋性液晶分子を垂直に配向（ホメオトロピック配向）させる位相差層では、架橋性液晶分子の配向を安定化させるため、各種配向の検討がされている（特許文献２）。一方、表示装置の薄型化、及び製造工程の減少を課題として、配向膜を用いずにホメオトロピック配向が得られる架橋性液晶材料組成物の検討も行われている（特許文献3）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１９４０８号公報
【特許文献２】特開平１１−２４０８９０号公報
【特許文献３】特表２００４−５２４３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、配向膜を用いずにセル内に位相差層を形成すると、架橋性液晶分子を安定してホメオトロピック配向させる事が難しく、液晶表示装置等に視野角補償部材として用いたときに高品質な表示が充分には得られないという問題があった。
【０００７】
特に、位相差層を形成する基材表面の性状が良好ではない場合は、その上に直接架橋性液晶材料組成物を塗布して位相差層を形成しようとすると、十分なホメオトロピック配向が得られないという問題があった。例えば、基材表面のほこり等の汚れを除去し該表面の濡れ性を改善させるため、基材表面の洗浄処理或いは改質処理を行うと、濡れ性は改善されるものの、該基材表面の性状が変化してしまい、その上に位相差層を形成した際に、該位相差層の配向を乱すという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、配向膜を用いずとも安定したホメオトロピック配向を示す位相差層を形成する方法を提供することを目的とするものである。また本発明の別の目的は、配向膜を用いずとも安定したホメオトロピック配向を示す位相差層を形成することが可能な液晶組成物を提供することである。特には、基材の表面を洗浄処理及び／または改質処理したことにより該基材表面の性状が変化した場合等の基材表面が良好でない場合であっても、安定してホメオトロピック配向する位相差層を形成可能とする液晶組成物を提供することを目的とするものである。また本発明のさらなる別の目的は、本発明の液晶組成物を用いて形成された位相差カラーフィルタおよび液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、架橋性液晶分子及びメルカプト系のシランカップリング剤を含有する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、該基材表面に安定してホメオトロピック配向する位相差層を形成することができるという知見に基づくものである。
【００１０】
即ち本発明は、
（１）１種または２種以上の架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を用いてホメオトロピック配向する位相差層を形成する方法であって、前記架橋性液晶組成物にさらにメルカプト基を有するシランカップリング剤を添加し、基材上面に、前記メルカプト基を有するシランカップリング剤が添加された液晶組成物を直接塗布して塗膜を形成し、前記塗膜中に存在する架橋性液晶分子をホメオトロピック配向させた状態で硬化させることを特徴とする位相差層形成方法、
（２）前記基材が透明基板上に着色層が形成された基材であって、かつ前記着色層上面に前記メルカプト基を有するシランカップリング剤が添加された液晶組成物を直接塗布することを特徴とする（１）に記載の位相差層形成方法、
（３）前記着色層表面の全面または一部を、予め洗浄処理及び／又は表面改質処理する（２）に記載の位相差層形成方法、
（４）前記塗膜中に光を照射することによって、前記架橋性液晶分子を硬化させることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の位相差層形成方法、
（５）１種または２種以上の架橋性液晶分子と、メルカプト基を有するシランカップリング剤とを含有することを特徴とする液晶組成物、
（６）前記架橋性液晶分子の少なくとも１種が、１分子中に１個または２個以上の（メタ）アクリロイル基を有することを特徴とする（５）に記載の液晶組成物、
（７）光重合開始剤をさらに含有することを特徴とする（５）または（６）のいずれか１つに記載の液晶組成物、
（８）垂直配向助剤を含有することを特徴とする（５）〜（７）のいずれか１つに記載の液晶組成物、
（９）メルカプト基を含有するシランカップリング剤を１〜２０重量％（対配合物換算値）含有する（５）〜（８）いずれか１つに記載の液晶組成物、
（１０）９８．９〜７０重量％（対配合物換算値）の前記（メタ）アクリロイル基含有架橋性液晶分子と、１〜２０重量％（対配合物換算値）の前記メルカプト基を有するシランカップリング剤及び０．１〜１０重量％（対配合物換算値）の光重合開始剤とを含有することを特徴とする（５）〜（９）いずれか１つに記載の液晶組成物、
（１１）ホメオトロピック配向する位相差層を形成するために用いられることを特徴とする（５）〜（１０）のいずれか１つに記載の液晶組成物、
（１２）透明基板上に少なくとも着色層とホメオトロピック配向した位相差層とを有するカラーフィルタであって、前記位相差層が、（５）〜（１１）のいずれか１つに記載の液晶組成物に含有さ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ていることを特徴とするカラーフィルタ、
（１３）前記硬化が、前記液晶組成物を着色層上に塗布することによって形成された塗膜の表面に光が照射されることによっておこることを特徴とする（１２）に記載のカラーフィルタ、
（１４）前記透明基板上に形成された着色層表面の全面または一部が、洗浄処理及び／又は表面改質処理されており、前記洗浄処理及び／又は表面改質処理された着色層表面上に前記位相差層が形成されている（１２）または（１３）のいずれか１つに記載のカラーフィルタ、
（１５）偏光顕微鏡の二枚の直線偏光板にカラーフィルタを挟んで可視光を照射した際に透過する光の輝度を測定する試験において、前記二枚の直線偏光板の透過軸方向を互いにクロスさせた状態で測定した輝度をＴｏｆｆ、前記透過軸方向を互いに平行にした状態で測定した輝度をＴｏｎとしたときに、Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆの値が１０００以上であることを特徴とする（１２）〜（１４）のいずれか１つに記載のカラーフィルタ、
（１６）位相差層表面の任意の点における基板垂直方向に透過する可視光線の位相差値が４nm以下であることを特徴とする（１２）〜（１５）のいずれか１つに記載のカラーフィルタ、
（１７）前記位相差層上に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が配列されて形成されていることを特徴とする（１２）〜（１６）のいずれか１つに記載のカラーフィルタ、
（１８）（１７）に記載のカラーフィルタと、液晶駆動用電極を備える液晶駆動用基板とが前記スペーサーを介して対向しており、前記カラーフィルタと前記液晶駆動用基板との間に駆動用液晶材料が封入されてなる液晶表示装置、
を要旨とするものである。
【００１１】
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メルカプト基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。
【００１２】
「（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。
【００１３】
「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。
【００１４】
「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。
【００１５】
「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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の位相差層形成方法は、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物にさらにメルカプト基を有するシランカップリング剤を添加し、これを基材上面に直接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ホメオトロピック配向させた状態で硬化させることによって、安定にホメオトロピック配向した位相差層を提供することができる。したがって、基材上面に予め配向膜を形成する必要がない。本発明の方法を用いることにより透明基板或いは着色層等の基材上面に位相差層を形成する場合であっても、安定にホメオトロピック配向した位相差層を形成することができる。特に、着色層表面の全面または一部を、予め洗浄処理及び／又は表面改質処理した場合であっても、位相差層を構成する架橋性液晶分子の垂直配向を乱すことがない。
【００１７】
また本発明の液晶組成物は、架橋性液晶分子とメルカプト基を有するシランカップリング剤とが添加されて生成されている。これにより、ガラス基板上に着色層が形成された基材等の表面に本発明の液晶組成物を塗布して塗膜を形成し、該塗膜に存在する架橋性液晶分子を配向及び硬化させた場合に、配向膜を用いずとも基材の表面性状によらず、該液晶組成物中の架橋性液晶分子を安定してホメオトロピック配向させることができる。特に、洗浄処理或いは表面改質処理が施され表面の性状が変化した基材上面であっても、本発明の液晶組成物を用いることにより、該組成物中に含まれる架橋性液晶分子の配向を乱すことなく安定してホメオトロピック配向する位相差層を形成することができる。
【００１８】
上記配向安定性に優れた位相差層は、優れた位相差機能を発揮し視野角改善効果に大きく寄与する。即ち、該位相差層を備える本発明のカラーフィルタをクロスニコル状態に設置した偏光板に挟んで偏光顕微鏡により観察したときに光漏れがなく、該カラーフィルタを液晶表示装置に用いた場合、高品質な表示を提供することができる。特に、本発明のカラーフィルタを用いて液晶表示のコントラストを測定した際に、その輝度比が、１０００以上となる場合には、非常に優れた表示を提供することができる。
【００１９】
特に、４ｎｍ以下の位相差値を示す本発明のカラーフィルタであれば、特に良好なホメオトロピック配向が得られて好ましい。
【００２０】
さらに上記効果を有する本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、安定して優れた視野角改善効果を発揮する。
【００２１】
また本発明の液晶組成物を用いて形成された位相差層は、基材との密着性に優れるという効果をも発揮する。このため本発明の液晶組成物により形成された位相差層を有するカラーフィルタは、液晶表示装置に用いた場合に、経時劣化し難く長期間に亘り該液晶表示装置に優れた視野角改善効果を付与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜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種の化合物もしくは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。特に、本発明における架橋性液晶分子を構成する架橋性ネマチック液晶分子の少なくとも１種が１分子中に１個または２個以上の（メタ）アクリロイル基を有することが好ましい。
【００２３】
本発明は、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物に、さらにメルカプト基を有するシランカップリング剤を添加することにより、これを用いて基材表面に位相差層を形成したときに、該位相差層を構成する架橋性液晶分子を良好に垂直配向せしめることを可能とするものである。かかる機構については明らかではないが、本発明の液晶組成物であれば、基材面に直接塗布して塗膜を形成した際に、該塗膜における基材界面あるいは空気界面に存在する架橋性液晶分子だけではなく、その中間に存在する架橋性液晶分子をも良好に垂直配向させることができるので、基材表面の性状の変化あるいは凹凸の存在により基材界面に存在する架橋性液晶分子の配向が不安定な場合であっても、上記中間に位置する架橋性液晶分子の良好な垂直配向に支配されて、基材界面及び空気界面の架橋性液晶分子が良好に垂直配向するものと考えられる。
【００２４】
【化１】
2007333907.tif 000003
【化２】
2007333907.tif 000004
【化３】
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【００２５】
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、位相差層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ため、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。
【００２６】
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。
【００２７】
＜シランカップリング剤について＞
本発明の液晶組成物に配合される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。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もできる。
【００２８】
上記シランカップリング剤は、本発明の液晶組成物の含有量が、１〜２０重量％（対配合物換算値）、好ましくは１〜１０重量％（対配合物換算値）、より好ましくは１〜５重量％（対配合物換算値）となるように添加する。尚、本明細書の以下の記載において、特に断りなく「重量％」と記載するときは、本発明の組成物における対配合物換算値を意味するものとする。上記シランカップリング剤を１重量％以上添加することによって、位相差層に十分な配向安定性を付与することが可能であり、また添加量を２０重量％以下とすることで、シランカップリング剤の添加により位相差層中の液晶分子の配向不良、あるいは位相差層の電気信頼性の低下を無視できる程度に抑えることができる。
本発明の液晶組成物に用いられる架橋性液晶分子とシランカップリング剤との配合比は、好ましくは、１００：９．５、より好ましくは、１００：５．５、特に好ましくは、１００：２．０である。
【００２９】
＜光重合開始剤について＞
本発明に用いられる架橋性液晶分子が光重合性である場合には、本発明の液晶組成物にさらに光重合開始剤を配合することができる。上記光重合開始剤は、基板上に本発明の液晶組成物を塗布して位相差層を形成する際に、塗布された液晶組成物に紫外線等を照射し、該組成物中に含まれる架橋性液晶分子を重合させるための開始剤として働くものである。上記光重合開始剤としては、ラジカル重合性開始剤を使用することができる。ラジカル重合性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；キサントン並びに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。これらの光重合開始剤は、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ことが好ましい。
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。
【００３０】
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、液晶組成物中の含有量が０．０１〜１５重量％（対配合物換算値）、好ましくは０．１〜１２重量％（対配合物換算値）、より好ましくは０．１〜１０重量％（対配合物換算値）、特に好ましくは０．５〜１０重量％（対配合物換算値）となるように添加する。２種以上の光重合剤を併用する場合には、用いられる光重合剤の総量の重量比が上記数値範囲内になるよう調整する。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明における架橋性液晶分子及びメルカプト基を有するシランカップリング剤、さらには光重合開始剤の含有量は、上述した好ましい含有量を示す数値範囲の中で、その組み合わせや用いられる他の化合物の種類によって適宜調整することができる。たとえば、（メタ）アクリロイル基含有架橋性液晶分子と、メルカプト基含有シランカップリング剤と光重合開始剤を含有する本発明の液晶組成物であれば、該液晶組成物中に含有される量は、（メタ）アクリロイル基含有架橋性液晶９８．９〜７０重量％（対配合物換算値）、メルカプト基含有シランカップリング剤１〜２０重量％（対配合物換算値）及び光重合開始剤０．１〜１０重量％（対配合物換算値）であることが好ましい。
【００３３】
＜溶媒について＞
本発明の液晶組成物は、基材上に直接塗布し配向させ硬化させることによって位相差層を形成するために用いることができる。かかる場合には、塗布性を向上させるために、本発明の液晶組成物のうち、特に、架橋性液晶分子やメルカプト基を有するシランカップリング剤などを溶媒で溶解せしめた液晶組成物溶液を用いることが好ましい。
【００３４】
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固形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を単独で又は２種以上を混合して使用することが可能である。単独の溶媒を使用しただけでは、架橋性液晶分子等の固形分の溶解性が不充分であるか、或いは塗布する相手方（即ち着色層表面等）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、単独で用いる溶媒として特に好ましいものは、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等が挙げられる。また同様に２種以上を混合して用いる溶媒として特に好ましいものは、エーテル類又はケトン類と、グリコール類との混合系が挙げられる。本発明の液晶組成物溶液の濃度は、組成物に含有させる固形分の溶解性や、該組成物を用いて形成される位相差層の所望の厚みにより異なるが、通常は１〜６０重量％濃度、特には３〜４０重量％濃度で調製されることが好ましい。尚、上記濃度は、液晶組成物溶液の重量から溶媒の重量を引いた重量を、液晶組成物溶液の総重量で除して１００をかけて求めることができる。
【００３５】
＜垂直配向助剤について＞
本発明の液晶組成物は、基材上面にホメオトロピック配向した位相差層を形成するために用いることができる。即ち上記液晶組成物を基材上面に直接塗布し、該液晶組成物中に含有される架橋性液晶分子を垂直配向（ホメオトロピック配向）させて硬化し、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。特に、基材上面に配向膜を形成せずとも安定してホメオトロピック配向する位相差層を形成可能であることが本発明の液晶組成物の優れた効果である。かかる場合に、上記液晶組成物にさらに垂直配向助剤を添加すると、より有利に上述した本発明の効果を得ることができる。
即ち、上記垂直配向助剤と、メルカプト基を有するシランカップリング剤との相乗効果により、液晶組成物中の架橋性液晶分子がより良好に垂直配向するものと思われる。上記相乗効果の具体的なメカニズムはまだ明らかではないが、液晶組成物に含有されるメルカプト基を有するシランカップリング剤の少なくとも一部が上記垂直配向助剤とカップリングすることで、位相差層における基材界面、空気界面及びその中間部分の全体にわたり、架橋性液晶分子を垂直配向させる規制力が発揮されるものと推察される。
【００３６】
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。
【００３７】
＜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、上述のように安定してホメオトロピック配向する位相差層を形成可能である。したがって該位相差層を有する本発明のカラーフィルタは、その配向安定性により優れた位相差機能が発揮される。また本発明のカラーフィルタを備える液晶表示装置は、優れた視野角改善効果を発揮する。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き例示的に説明する。
【００３８】
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、着色層３設け、次いで着色層３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４を形成する。さらに位相差層４の上面に、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９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には保護層を形成していないが、本発明において、着色層３と位相差層４との間、或いは位相差層４の上面などの任意の位置に保護層を形成してもよい。また液晶表示装置に用いられる駆動用液晶材料の種類などを勘案し、一般的に知られる液晶表示装置の表示側基板に用いられる機能層を、適宜、本発明のカラーフィルタ内に形成してよい。
【００３９】
＜透明基板について＞
本発明に用いられる透明基板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、無機材料又は有機材料により形成された板、シート又はフィルムを用いることができる。上記無機材料としては、ガラス、シリコン、もしくは石英等が挙げられる。中でも液晶ディスプレー用として本発明のカラーフィルタを用いる場合には、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスを基板として用いることが好ましい。また熱膨張性が小さく寸法安定性が良好であり、高温加熱処理における作業性が優れるという観点からは石英が好ましい。一方、上記有機基材としては、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。
【００４０】
＜着色層について＞
着色層３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５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６、緑（Ｇ）のサブ画素７、青（Ｂ）のサブ画素８を順次設けて形成される。
ブラックマトリクス５は、着色画素である赤（Ｒ）のサブ画素６、緑（Ｇ）のサブ画素７、青（Ｂ）のサブ画素８（以下、単に「着色画素６、７、８」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５は、透明基板２上において着色画素６、７、８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６、７、８は、それぞれ、ブラックマトリクス５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５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５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。
【００４１】
上記ブラックマトリクス５に次いで形成される着色画素６、７、８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６、緑（Ｇ）のサブ画素７、青（Ｂ）のサブ画素８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６、７、８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６、７、８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６、緑（Ｇ）のサブ画素７、青（Ｂ）のサブ画素８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３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色以上の着色画素から構成されていてもよいし、あるいは単色または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５を省略することも可能である。
【００４２】
＜ＵＶ洗浄処理について＞
着色層３を形成後位相差層４を形成する前に、着色層３の表面をＵＶ洗浄処理或いはコロナ処理といった表面改質処理を行うことが一般的である。かかる処理を行うことにより、着色層表面に塗布される液晶組成物、特にはこれに含まれる架橋性液晶分子に対する濡れ性を改善することができ望ましい。
【００４３】
上記ＵＶ洗浄処理を行う場合、紫外線照射量は５００ｍＪ／ｃｍ2〜３０００ｍＪ／ｃｍ2、より好ましくは９００ｍＪ／ｃｍ2〜３０００ｍＪ／ｃｍ2の範囲で行われる。５００ｍＪ／ｃｍ2以下の照射量では、基板表面に十分な濡れ性を付与する事ができず、３０００ｍＪ／ｃｍ2以上の照射量では、カラーフィルタが変色するといった不具合がある。特に９００ｍＪ／ｃｍ2以上３０００ｍＪ／ｃｍ2以下の紫外線照射量で洗浄することにより、着色層表面の濡れ性は好ましく改善されるが、一方、紫外線照射の影響により着色層上面の性状は大きく変化する。その結果、従来の液晶組成物を用いて、９００ｍＪ／ｃｍ2以上の紫外線照射量で洗浄した着色層上面に配向膜なしに該液晶組成物に含まれる架橋性液晶を垂直配向させようとすると、配向が乱れ、安定してホメオトロピック配向する位相差層を得ることができなかった。これに対し、本発明の液晶組成物であれば、上記９００ｍＪ／ｃｍ2〜の紫外線照射量で洗浄した着色層上面であっても、配向膜の存在なしに、液晶組成物中の架橋性液晶分子を良好に垂直配向させることが可能であり、これにより安定してホメオトロピック配向する位相差層を提供することができる。
【００４４】
＜位相差層について＞
次に、位相差層４について説明する。本発明のカラーフィルタ１における位相差層４は、着色層３を被覆するように、本発明の液晶組成物を基板表面に塗布し、液晶組成物中の架橋性液晶分子をホメオトロピック配向及び架橋させることによって形成することができる。このとき液晶組成物を着色層３表面に塗布しやすいように、溶液状態の液晶組成物、即ち液晶組成物溶液を用いることが望ましい。
【００４５】
液晶組成物溶液を着色層３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。
そして液晶組成物溶液が塗布された塗布基板（以下、単に「塗布基板」ともいう。また塗布された基板の表面に形成された層を「塗膜」ともいう。）を乾燥させる。乾燥は、大気圧下で自然乾燥してもよいが、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ことが望ましい。
【００４６】
上記減圧乾燥処理において、乾燥と同時に液晶組成物に含まれる架橋性液晶分子を基板面に対して垂直方向に配列させる、即ちホメオトロピック配向させることが可能である。かかる方法では、塗布基板を減圧状態とすることで塗膜を過冷却状態にすることができ、塗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、次いでこの状態を保持したままこの塗布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膜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℃の温度範囲で、２分間〜３０分間程度焼成することができる。
尚、上述は、本発明の液晶組成物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配向処理を限定するものではない。架橋性液晶分子をホメオトロピック配向させる配向処理として一般的に知られる方法、例えば、上記塗膜に対し所定方向から電場や磁場を負荷する方法等を適宜選択して使用することもできる。
【００４７】
次に、上記塗膜においてホメオトロピック配向した架橋性液晶分子を架橋反応させ、該配向を固定化させる。この架橋反応は、塗膜表面に光を照射することで進行する。このとき、上記塗膜に照射する光の波長は、この塗膜を構成する液晶組成物の吸収波長に応じて適宜選択される。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。尚、上記塗膜に照射する光は、単色光に限らず、架橋性液晶分子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。具体的には、紫外線などの活性放射線を照射することが一般的である。例えば、紫外線を照射して架橋性液晶分子を架橋硬化させる場合は、波長２００〜５００ｎｍ程度の紫外線が照射されることが一般的である。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。
【００４８】
架橋性液晶分子の架橋反応は、液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも１〜２０℃低い温度まで塗布基板を加熱しながら架橋反応を行うことが好ましい。こうすることで、この架橋反応の際に液晶のホメオトロピック配向の乱れを低減することができる。また、この観点から、架橋反応を行う温度は、液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも３〜６℃低い温度であることがより好ましい。
【００４９】
また架橋性液晶分子の架橋反応の別の方法として、不活性ガス雰囲気中で、上記塗布基板を液晶相温度にまで加熱しながら架橋性液晶分子の感光波長の光を塗膜に照射することもできる。この方法では、不活性雰囲気下で液晶分子が架橋されており、空気雰囲気下で液晶分子が架橋される場合に比べ、基板から離れた位置にある液晶分子（すなわち塗膜表面に近傍する液晶分子）のホメオトロピック配向の乱れを抑制することができる点で好ましい。
【００５０】
架橋性液晶分子の架橋反応のさらなる別の方法として、不活性ガス雰囲気中または空気雰囲気中で、上記塗布基板を液晶相温度まで加熱しながら架橋性液晶分子の感光波長の光を塗膜に照射して架橋反応を部分的に進行させ（部分的架橋工程という）、部分的架橋工程の後、液晶が結晶相となる温度（Ｔｃ）まで上記塗布基板を冷却し、この状態でさらに感光波長の光を該塗布基板の塗膜に照射して架橋反応を進行させて完了させることもできる。尚、上記した温度Ｔｃは、架橋反応を進行させる前の塗布基板において液晶分子が結晶相となる温度である。
【００５１】
上記部分的架橋工程では、温度Ｔｃまで塗布基板を冷却しても、その塗膜に含まれる架橋性液晶分子のホメオトロピック配向性が維持される程度に、架橋反応が進行している。従って、部分的架橋工程における架橋反応の進行の程度は、塗膜に含まれる架橋性液晶分子の種類や、その塗膜の膜厚などに応じて適宜選択されるが、おおよそ、架橋性液晶分子の架橋度が５〜５０となるまで架橋反応を進行させることが好ましい。
【００５２】
以上により、透明基板２上に、着色層３と、架橋性液晶分子がホメオトロピック配向及び架橋し該配向が固定化されてなる位相差層４とを有する基材が形成される。上述では、本発明の一実施態様として、透明基板２、着色層３、位相差層４が順に形成されたカラーフィルタ１について説明したが、本発明の構成はこれに限定されず、例えば透明基板、位相差層、着色層が順に形成されたカラーフィルタを除外するものではない。本発明において、基材表面に液晶組成物を直接塗布した場合に該液晶組成物に含まれる架橋性液晶分子が良好に垂直配向し、その結果、安定してホメオトロピック配向する位相差層が提供されることが重要である。これにより該カラーフィルタを用いて黒表示させた際に、光漏れのない高品質な黒表示が可能となる。
特に、上述したカラーフィルタ１のごとく、着色層上面に位相差層が形成される場合には、該着色層の表面を洗浄処理及び／または表面改質処理しても架橋性液晶分子の配向を乱すことなく位相差層を形成することができるという点で有利である。
尚、位相差層４には所望の位相差量が得られる限りその厚みには特に制限はないが、生産性等を考慮して通常、０．５〜１０μｍ程度が好ましい。
【００５３】
上述の方法により形成される基材は、さらに焼成工程に供されることが望ましい。より具体的に述べると、上記基材における位相差層４を焼成することにより、該位相差層４の耐熱性及び密着性を向上させることができるため望ましい。
上記焼成工程は、架橋工程を終了した上記基材を一定温度に加温したオーブン等に設置して、加熱することにより行うことができる。例えば、空気雰囲気下且つ大気圧下において、アズワン「熱風循環オーブンＫＬＯ−６０Ｍ」を用いて、上記焼成工程を行うことができる。焼成温度及び焼成時間は、上記基材の厚み、特に位相差層４の厚みや、用いられる架橋性液晶分子の種類などによって適宜決定することができるが、０．５時間以上２．５時間以下であって、２００℃以上２５０℃以下であることが好ましい。焼成工程における焼成時間が２．５時間を越えると、上記基材に黄変等が発生し、該上記基材の透過率を下げる虞があり、また０．５時間未満であると、密着性、耐熱性、硬化度が低くなることによって、充分な耐久性が得られない虞がある。
【００５４】
本発明の上記基材は、架橋性液晶分子をホメオトロピック配向状態で固定してなる位相差層４を有しているので、例えば位相差を制御する部材である光学補償部材等、光の偏光状態を制御するための部材として用いることができるものである。
特に本発明の液晶組成物にはメルカプト基を有するシランカップリング剤が含有されており、これを用いて形成される位相差層４では、上記液晶分子の配向処理において、垂直配向膜を用いずとも該組成物に含まれる架橋性液晶分子の配向を安定して垂直配向させ、位相差層４の光学軸のホメオトロピック配向を良好に実現することができる。加えて、上述したとおり、位相差層４を形成する前に、着色層３の表面を洗浄処理及び／または表面改質処理し、その結果、該着色層３の表面性状が変化した場合であっても、次いで形成する位相差層４のホメオトロピック配向を乱すことがない。このようにして規則正しくホメオトロピック配向を実現させた後に、該液晶の配向を固定化させるため、配向安定性の高い位相差層４を形成することができる。
【００５５】
本発明のカラーフィルタ１は、上記基材における位相差層４上にさらにスペーサー９が形成されて完成される。
【００５６】
＜スペーサーについて＞
スペーサー９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４の上に塗布してこれを乾燥させ、さらにスペーサー９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。
【００５７】
尚、本発明のカラーフィルタ内に、保護層を設ける場合には、該保護層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透明樹脂材料、あるいは多官能エポキシ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透明樹脂塗料を塗布、乾燥、硬化させて形成することができる。
【００５８】
以上により得られた本発明のカラーフィルタは、光漏れが非常に少なく、上記基材を液晶表示装置に用いた場合に、安定して優れた視野角改善効果を発揮する。
尚、上述では本発明の一実施形態であるカラーフィルタ１について説明したが、本発明のカラーフィルタは必ずしもスペーサーを備える必要はない。また本発明のカラーフィルタを液晶表示装置における表示側基板として用いた際に必要とされる部材、例えば透明導電膜などを備えることを否定するものではない。本発明のカラーフィルタは、少なくとも透明基板と着色層と位相差層とを有することが必要であり、特に、架橋性液晶分子が安定してホメオトロピック配向する位相差層が実現されていることが重要である。
【００５９】
＜カラーフィルタの評価について＞
本発明のカラーフィルタ１における位相差層が良好に垂直配向しているか否かは、カラーフィルタの光漏れの有無により評価することができる。具体的には、以下の光透過試験を行い、その透過光の有無を肉眼で観察することにより評価することができる。
【００６０】
まず、透明基板上に着色層を形成し、該着色層の上面に位相差層を形成してカラーフィルタを形成し、偏光顕微鏡においてクロスニコル状態に設置した２枚の偏光板の間に該カラーフィルタを設置する。その状態で光を透過させ、いわゆる黒表示の状態にして偏光顕微鏡で観察することにより、光漏れの有無を確認することができる。光漏れのないカラーフィルタは、該カラーフィルタを構成する位相差層が充分にホメオトロピック配向していることを示し、該カラーフィルタを液晶表示装置の表示側基板に用いた場合には、コントラストに優れた高品質な表示の提供に寄与するので好ましい。一方、光漏れのあるカラーフィルタは、該カラーフィルタを構成する位相差層の配向が乱れていることを示し、該カラーフィルタを液晶表示装置の表示側基板に用いた場合には、コントラストが悪く、充分な表示品質を提供できない虞がある。
【００６１】
上記光透過試験において、光漏れがない、あるいは光漏れが無視し得る程度であるという状態は、図２に参考として示すとおり、カラーフィルタ全面において肉眼では光の透過が確認されず、黒色状態にあることをいう。尚、図２は、透明基板上に、赤色着色画素単色の着色層が形成され、該着色層の表面を紫外線洗浄後、その表面上に本発明の液晶組成物を用いて位相差層が形成されてなる本発明のカラーフィルタを上記光透過試験に供した際の写真である。これに対し、光透過試験において光漏れがあるという状態は、図３に対照例として示すとおり、上記黒表示の状態にした環境であっても、カラーフィルタ全面が薄明るく、肉眼でも光の透過が確認される状態をいう。尚、図３は、メルカプト基を有するシランカップリング剤が液晶組成物に添加されていないこと以外は、上述と同様に形成したカラーフィルタを上記光透過試験に供した際の写真である。
【００６２】
またカラーフィルタの光漏れの程度を評価する光漏れ評価は、カラーフィルタ自体の輝度比を求めるという方法によっても行うことができる。上記輝度比とは、偏光顕微鏡の偏光板にカラーフィルタを挟んで光を当てた際に透過する光の輝度を測定することによって求めることができる。具体的には、２枚の偏光板をクロス（いわゆる黒表示状態）させ、その間にカラーフィルタを挟んで光を透過させた際の輝度を測定し、これをＴｏｆｆとする。一方、２枚の偏光板を平行にした状態（いわゆる白表示状態）でその間にカラーフィルタを挟んで光を透過させた際の輝度を測定し、これをＴｏｎとする。そしてＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出することにより輝度比が得られる。本発明において、「カラーフィルタの光漏れがない、あるいは無視できる程度である」というときは、得られる輝度比が１０００以上のカラーフィルタを指すものとする。
【００６３】
またカラーフィルタを用いた液晶表示装置を用いて、上記カラーフィルタの光漏れの有無を判断することもできる。この場合には、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に位相差を用いて構成した液晶表示装置において、白表示状態とした際の輝度をＴｏｎ、黒表示状態とした際の輝度をＴｏｆｆとしたとき、Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆの比で表されるコントラストによって評価することができる。本発明の光漏れのないカラーフィルタにおいて、特に上記コントラストが１０００以上であることにより、例えばハイエンドモデルのデスクトップ型パソコンのモニターやＴＶなどの用途の液晶表示装置に好適に用いることができる位相差板とすることができて好ましい。
【００６４】
別の観点からカラーフィルタを評価する方法、即ちカラーフィルタにおける位相差層が良好にホメオトロピック配向しているか否かを評価する方法として、位相差値の測定が挙げられる。
具体的には、図４に示すとおりカラーフィルタにおける位相差層の厚さ方向をｚ軸にしてｘｙｚ直交座標を想定し、特定波長において、ｚ軸に対してｘ軸方向に傾斜する方向及びｙ軸方向に傾斜する方向から位相差層の位相差値を測定し、該位相差層による位相差がｚ軸を基準として対称性を示すか否かを観察することにより評価することができる。また測定角度が０°の時の位相差値の数値により、該位相差層がホメオトロピック配向しているか否かを評価することができる。安定してホメオトロピック配向する位相差層を提供することが可能な本発明において、特に、上記位相差層においてｘ軸方向及びｙ軸方向から測定した位相差がｚ軸を基準として対称性を示すことが好ましく、また測定角度が０°の時の位相差値の数値が４ｎｍ以下、好ましくは３．５ｎｍ以下、より好ましくは３ｎｍであることが好ましい。位相差値が３ｎｍ以下であれば、該カラーフィルタを液晶表示装置に用いた際に、位相差のズレが非常に少なく、また黒表示状態において光漏れが無く、鮮明で高品質が画像表示を可能とするため好ましい。特に、配向膜を用いずに形成された位相差層を有するカラーフィルタ、あるいは洗浄処理及び／または表面改質処理した基材表面に形成された位相差層を有するカラーフィルタにおいて上記位相差の対称性及び位相差値が示されることがより好ましい。
【００６５】
上記位相差値の測定において、ホメオトロピック配向する位相差層の位相差値を示すグラフを参考として図５に示す。本発明のカラーフィルタにおける位相差層であれば、図５に示すとおり、ｘ軸方向及びｙ軸方向から測定した位相差がｚ軸を基準として対称性を示し、且つ、測定角度が０°の時の位相差値の数値が４ｎｍ以下となる。一方、位相差層の配向が乱れ、良好にホメオトロピック配向していない位相差層の位相差値を示すグラフを図６に示す。図６では、ｘ軸方向及びｙ軸方向から測定した位相差がｚ軸を基準として対称性を示しておらず、また測定角度が０°の時の位相差値が４ｎｍを超えている。
【００６６】
＜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７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９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５が構成されている。ここで、位相差層４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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
尚、上述する液晶表示装置１２は、本発明の一実施態様にすぎず、かかる構成により本発明の液晶表示装置が限定されるものではない。本発明の液晶表示装置は、少なくとも、本発明のカラーフィルタを表示側基板とし、該表示側基板と液晶駆動側基板とがスペーサーを介して対面し、両者の間に駆動用の液晶材料が封入されて構成されていることが重要である。かかる構成によれば、本発明の液晶組成物を用いて形成された位相差層が、基板間に存在する、いわゆるインセル型として実施されるため有利である。
【実施例】
【００７０】
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４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。
【００７１】
【化４】
2007333907.tif 000006
【００７２】
液晶組成物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％
【００７３】
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）添加し、本発明の液晶組成物を得た。
次いで、上記液晶組成物を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、濃度２０％の液晶組成物溶液を得た。
次に適当な洗浄処理を施し、清浄とした透明基板として１００×１００ｍｍ、厚み０．７ｍｍのガラス板（コーニング社製１７３７ガラス）を用意した。そして下記に示す赤色の着色レジストをスピンコート法で上記透明基板上に塗布し、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、膜厚２．０μｍの赤色単色の着色層を形成した。続いて着色層を波長２５４ｎｍ、エネルギー９００ｍＪ／ｃｍ2の条件で、紫外線洗浄した。尚、上記紫外線洗浄には、岩崎電気社製、商品名ＯＣ−２５０６を用いた。
上記紫外線洗浄処理後、スピンコーター（ミカサ社製  商品名１H−３６０S）を用いて上記液晶組成物溶液を着色層上にスピンコーティングした後、減圧乾燥した。続いて空気雰囲気下において、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」）により紫外線を２０ｍＷ／ｃｍ2で１０秒照射して上記液晶組成物溶液に含有される架橋性液晶分子を架橋させた。最後に２３０℃のオーブン内に、上記架橋処理が終了した基材を設置し、３０分焼成して膜厚１．０μｍの位相差層を有する本発明のカラーフィルタを形成した。
【００７４】
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
【００７５】
（評価１）
配向性評価
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、上述した位相差値の測定方法に準じて評価した。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、図４に示すように、光学素子の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位相差層の位相差を測定した。また、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、光学素子に生じる位相差がｚ軸を基準として対称性を示しているか否かを測定した。これらの測定結果に基づき、架橋性液晶分子が良好にホメオトロピック配向をしているか否かという配向性の良否を、次のように評価した。
【００７６】
位相差はｘ軸方向、ｙ軸方向ともに対称性を示し、且つ、ｚ軸方向の位相差の値が４ｎｍ以下  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・◎
位相差はｘ軸方向、ｙ軸方向ともに対称性を示す、又は、ｚ軸方向の位相差の値が４ｎｍ以下、についていずれか一方を満たす  ・・・・  ○
位相差はｘ軸方向、ｙ軸方向ともに対称性に乱れがあり、且つ、ｚ軸方向の位相差の値が４ｎｍより大きい  ・・・・・・・・・・・・・  ×
【００７７】
実施例１の評価１の結果は◎であり、実施例１のカラーフィルタにおける位相差層が良好にホメオトロピック配向していることが示された。
【００７８】
（評価２）
光漏れの有無に関する肉眼観察及び光漏れ評価
オリンパス（株）製の偏光顕微鏡ＣＰＸ３１−Ｐをクロスニコル状態に設定し、偏光板に実施例１のカラーフィルタを挟んだ状態で光を当てて、光漏れの有無を肉眼で観察した。またこのときの輝度を測定した。
次に偏光板を平行の状態に設定し、偏光板に実施例１のカラーフィルタを挟んだ状態で光を当てて、平行状態のときの輝度を測定した。クロスニコル状態（即ち黒表示）のときの輝度をＴｏｆｆ、平行状態（即ち白表示）のときの輝度をＴｏｎとしたときの輝度比Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆを算出した。そして、カラーフィルタの光漏れに関し、以下のように評価した。尚、上記輝度は、ＥＺコントラスト１６０（ＥＬＤＩＭ社製）を用いて測定した。
【００７９】
光漏れの有無が肉眼では観察されず、且つＴｏｎ／Ｔｏｆｆ比が１１００以上・・・・・・・・・・・◎
光漏れの有無が肉眼では観察されず、且つＴｏｎ／Ｔｏｆｆ比が１０００以上１１００未満・・・・・○
明らかに光漏れがあり、且つＴｏｎ／Ｔｏｆｆ比が１０００未満・・・・・・・・・・・・・・・・・×
【００８０】
実施例１の評価２の結果は◎であり、実施例１のカラーフィルタでは、光漏れがないことがないことが確認された
【００８１】
（評価３）
接着性試験
温度１００℃、湿度１００％、で１時間の加速寿命試験後のカラーフィルタにおける位相差層の基材に対する密着力を、ＪＩＳＫ５６００−５−６に準じて以下の評価基準に従い○、△、×で評価した。
【００８２】
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）。
【００８３】
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・・・・・×
【００８４】
実施例１の評価３の結果は表１に示すとおり○であり、実施例１における位相差層は着色層に対し、良好に接着していることが確認された。
【００８５】
実施例２
添加するカップリング剤を、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）に変えた以外は、実施例１と同様にカラーフィルタを作成した。
【００８６】
実施例２に関し、上記評価１〜３に準じて評価を行った。その結果、評価１では◎、評価２では○、評価３では○という評価であった。したがって、実施例２のカラーフィルタにおける位相差層は、良好にホメオトロピック配向しており、クロスニコル状態で観察した際に光漏れがないことが確認された。また位相差層と着色層とは良好に密着していた。
【００８７】
比較例１
シランカップリング剤を用いなかった以外は実施例１と同様にしてカラーフィルタを作製し比較例１とした。得られた比較例１を、上記評価１〜評価３に記載の方法で評価した。
【００８８】
比較例１に関し、上記評価１〜３に準じて評価を行った。その結果、評価１では×、評価２では×、評価３では×という評価であった。したがって、比較例１のカラーフィルタにおける位相差層は、配向に乱れがあり、良好なホメオトロピック配向が形成されていないことが確認された。またクロスニコル状態で観察した際に明らかな光漏れが観察された。また位相差層と着色層とは密着性が不良であった。
【００８９】
比較例２
シランカップリング剤としてビニルエトキシシラン（信越化学社製ＫＢＥ−１００３）を用いた以外は実施例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。
【００９０】
比較例２に関し、上記評価１〜３に準じて評価を行った。その結果、評価１では×、評価２では×、評価３では×という評価であった。したがって、比較例２のカラーフィルタにおける位相差層は、配向に乱れがあり、良好なホメオトロピック配向が形成されていないことが確認された。またクロスニコル状態で観察した際に明らかな光漏れが観察された。また位相差層と着色層とは密着性が不良であった。
【００９１】
比較例３
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。
【００９２】
比較例２に関し、上記評価１〜３に準じて評価を行った。その結果、評価１では×、評価２では×、評価３では×という評価であった。したがって、比較例２のカラーフィルタにおける位相差層は、配向に乱れがあり、良好なホメオトロピック配向が形成されていないことが確認された。またクロスニコル状態で観察した際に明らかな光漏れが観察された。また位相差層と着色層とは密着性が不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明のカラーフィルタの一実施態様を示す縦断面略図である。
【図２】クロスニコル状態でカラーフィルタの光漏れを観察したときの光漏れのないカラーフィルタの表面写真図  である。
【図３】クロスニコル状態でカラーフィルタの光漏れを観察したときの光漏れのあるカラーフィルタの表面写真図である。
【図４】サンプルの位相差測定方向を示した図である。
【図５】ホメオトロピック配向した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。
【図６】ホメオトロピック配向していない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。
【図７】本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の一実施態様を示す縦断面略図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    カラーフィルタ
２    透明基板
３    着色層
４    位相差層
５    スペーサー
【図１】
2007333907.tif 000007
【図２】
2007333907.tif 000008
【図３】
2007333907.tif 000009
【図４】
2007333907.tif 000010
【図５】
2007333907.tif 000011
【図６】
2007333907.tif 000012
【図７】
2007333907.tif 000013