(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向基板上に光重合可能なカイラルネマチック液晶層を成膜する工程と、前記カイラルネマチック液晶層に所定量の紫外線を照射して前記カイラルネマチック液晶層を半硬化させる工程と、前記半硬化させる工程で半硬化された前記カイラルネマチック液晶層を加熱して硬化層と未硬化層に層分離させる工程と、前記層分離させる工程で層分離された前記カイラルネマチック液晶層に再度紫外線を照射して前記未硬化層を硬化させる工程とを含み、前記カイラルネマチック液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を設定することにより、前記カイラルネマチック液晶層の選択反射波長域を制御することを特徴とするコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法。
【請求項２】
同一の前記配向基板上に異なる色の画素領域を設定し、前記異なる色の画素領域毎に前記カイラルネマチック液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を異ならせることにより、前記異なる画素領域の選択反射波長域を異ならせることを特徴とする請求項１記載のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記層分離させる工程で層分離された前記カイラルネマチック液晶層に再度紫外線を照射して前記未硬化層を硬化させる工程の後に、光重合可能な第２のカイラルネマチック液晶層を成膜する工程と、前記第２のカイラルネマチック液晶層に所定量の紫外線を照射して前記第２のカイラルネマチック液晶層を半硬化させる工程と、前記半硬化された前記第２のカイラルネマチック液晶層を加熱して硬化層と未硬化層に層分離させる工程と、前記半硬化された前記第２のカイラルネマチック液晶層を加熱して硬化層と未硬化層に層分離させる工程で層分離された前記第２のカイラルネマチック液晶層に再度紫外線を照射して前記未硬化層を硬化させる工程とを含み、前記第２のカイラルネマチック液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を設定することにより、前記第２のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域を制御するようにし、前記の最初のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域と前記第２のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域とを異ならせるようにすることを特徴とする請求項１又は２記載のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレステリック液晶カラーフィルターの製造方法に関し、特に、光重合可能なカイラルネマチック液晶層の露光後の加熱工程によって生じる層分離現象を利用して所定特性のカラーフィルターを作製する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラーフィルターとしてコレステリック液晶を分散したコレステリックフィルムを用いることが、例えば特開平９−３１８８０７号に開示されている。このカラーフィルターは、輝度、色純度において、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルターと比較して優れた性能を有している。特に、温度やカイラル剤比によりその選択反射光の波長が変化し、さらに紫外線照射によって液晶における状態を保持したまま硬化できる紫外線硬化型コレステリック液晶を用いることにより、従来と比較して簡単に製造することができるという利点がある。
【０００３】
前記のようなコレステリック液晶、及び、カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしているという特性がある。すなわち、液晶分子軸と平行な平面内では、液晶はネマティック相と同様な配向秩序があるが、隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわずかに回転しているので、これが順次連続して螺旋構造となっている。
【０００４】
一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光に分けることが可能であり、コレステリック液晶若しくはカイラルネマチック液晶は、右旋及び左旋両成分の光が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場合、その液晶のねじれ方向と同じ回転方向の円偏光成分のみを反射し、他方の円偏光成分は透過するという特性がある。
【０００５】
このとき、反射光の、入射光に対する位相の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリック液晶若しくはカイラルネマチック液晶のねじれのピッチにより変化する。このピッチは、液晶にねじれの力を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例えば温度、電場、磁場等）等により変化する。
【０００６】
したがって、上記のようなパラメータを、可視域で制御することにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の透過光を形成させることができ、かつ、透過させた光以外の光を光源側に反射し、再利用して、輝度を従来のカラーフィルターと比較して高く設定することができる。
【０００７】
このような螺旋構造の液晶を利用した反射フィルターを、本発明では以下に、コレステリック液晶カラーフィルターと呼ぶが、コレステリック液晶カラーフィルターは、特定の波長域の特定の円偏光を反射し、他の波長域及び他の円偏光を透過する特性を有するカラーフィルターであり、カラー液晶表示装置のＲＧＢのカラーフィルター等に利用される。
【０００８】
従来、コレステリック液晶を用いたカラーフィルターの作製方法としては、（１）コレステリック液晶構造を作り出しているネマチック液晶とカイラル剤の混合物中のカイラル剤の光学活性基を変性又は失活させて、カイラルネマチック液晶のねじれピッチを制御する方法（例えば、ＷＯ  ００／３４８０８）、及び、（２）ネマチック液晶とカイラル剤の混合物からなるコレステリック液晶層に光照射して得た半硬化のコレステリック液晶膜を有機溶媒に接触させて未硬化の成分を溶出することによりねじれピッチを制御する方法（例えば、特開平１０−３１６７５５号）が提案されている。しかし、（１）の方法は、変性又は失活した分子が不純物となり、コレステリック液晶層自体の安定性が低下するといった問題がある。また、（２）の方法においては、有機溶媒によって未硬化のコレステリック液晶を溶解させるので、光照射量が異なる場所間に段差が生じるといった問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コレステリック液晶層の選択反射波長域を精度良くかつ容易に制御することが可能で、液晶表示装置等に適した光学安定性及び色純度に優れたコレステリック液晶カラーフィルターを容易に製造することができる方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法は、配向基板上に光重合可能なカイラルネマチック液晶層を成膜する工程と、前記液晶層に所定量の紫外線を照射して前記液晶層を半硬化させる工程と、前記半硬化された液晶層を加熱して硬化層と未硬化層に層分離させる工程と、前記層分離された前記液晶層に再度紫外線を照射して前記未硬化層を硬化させる工程とを含み、前記液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を設定することにより、前記カイラルネマチック液晶層の選択反射波長域を制御することを特徴とする製造方法である。
【００１１】
この場合、同一の前記配向基板上に異なる色の画素領域を設定し、色の異なる画素領域毎に液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を異ならせることにより、異なる画素領域の選択反射波長域を異ならせるようにする。
【００１２】
また、層分離された液晶層に再度紫外線を照射して未硬化層を硬化させる工程の後に、第２の光重合可能なカイラルネマチック液晶層を成膜する工程と、第２の液晶層に所定量の紫外線を照射して液晶層を半硬化させる工程と、半硬化された第２の液晶層を加熱して硬化層と未硬化層に層分離させる工程と、層分離された第２の液晶層に再度紫外線を照射して未硬化層を硬化させる工程とを含み、第２に液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を設定することにより、第２のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域を制御するようにし、最初のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域と第２のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域とを異ならせるようにすることもできる。
【００１４】
以上の本発明の本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法においては、最初の紫外線の照射によりコレステリック液晶層の選択反射波長域を精度良くかつ容易に制御することが可能であり、かつ、層分離により安定性を低下させる不純物が残らいため光学安定性及び色純度に優れたものとなり、液晶表示装置等に適した光学安定性及び色純度に優れたコレステリック液晶カラーフィルターを容易に製造することができる。しかも、得られたカラーフィルターには場所間に段差が生じることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の原理は、配向処理が施された配向基板上に光重合可能なネマチック液晶とカイラル剤の混合物を塗布してカイラルネマチック液晶層（以下、光重合可能なカイラルネマチック液晶層）を成膜し、それに所定量の紫外線を照射すると、紫外線照射量に応じた割合の重合反応が起きて半硬化状態の層となり、その後その半硬化状態のカイラルネマチック液晶層を加熱すると、重合度の低い側に未硬化層が、重合度の高い側に硬化層が位置するように硬化層と未硬化層の層分離が起こる。この場合、硬化層は、紫外線照射量が多い程カイラルネマチック液晶のねじれピッチが短くなる。また、未硬化層では、硬化層に比べてカイラルネマチック液晶のねじれピッチは長くなる。そして、このような加熱による層分離の後、必要に応じて再度紫外線を照射すると、未硬化層で重合反応が起き、完全な硬化状態になる。この再度の紫外線照射により硬化させた層では、紫外線照射の前後でカイラルネマチック液晶のねじれピッチの変化はほとんど起きない。
【００１６】
以上のような現象が起こる理由を推測すると、次のように説明できる。紫外線未照射で未硬化のカイラルネマチック液晶層は、カイラル剤の割合に応じたねじれピッチのコレステリック液晶状態になっており、その層に所定量の紫外線を照射してもそのままではその層が呈する色には変化がなく、ねじれピッチは変化していない。ただし、層中の重合反応の割合は照射量に応じて高くなっている。この状態で加熱すると、層中の未重合のネマチック液晶分子とカイラル剤分子とが熱運動により移動して硬化層と未硬化層に層分離する。硬化層中では、未重合の分子がなくなる結果、重合度が高い程、すなわち、紫外線照射量が多い程カイラルネマチック液晶のねじれピッチが短くなる。一方、未硬化層中ではカイラル剤の割合が重合反応で使用された分低くなるので、硬化層に比べてカイラルネマチック液晶のねじれピッチは長くなる。その未硬化層に再度の紫外線照射を施すと、その状態が固定されて完全な硬化状態になる。
【００１７】
以上のような原理において、層分離した硬化層のカイラルネマチック液晶のねじれピッチを、Ｒ、Ｇ、Ｂの何れかの色の波長域の右旋円偏光又は左旋円偏光を選択的に反射するように１回目の紫外線照射量を選択し、かつ、未硬化層あるいは再度の紫外線照射により硬化させた層のカイラルネマチック液晶のねじれピッチが赤外域の右旋円偏光又は左旋円偏光を反射するようにすることにより、カラーフィルターを構成することができる。
【００１８】
以下、ＲＧＢ３色の右旋円偏光又は左旋円偏光を反射するカラー液晶表示装置のＲＧＢのカラーフィルターを作製する実施例について説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１を参照にして、この実施例のカラーフィルターの作製方法を説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、下記仕様で作製した配向すみポリイミド配向処理ガラス基板１をスピン回転台３上に載置して下記の組成のカイラルネマチック液晶溶液２を下記の滴下量滴下して、下記の仕様でスピンコーティングし、膜厚４μｍの光重合可能なカイラルネマチック液晶層を形成した。
【００２１】
ポリイミド配向処理ガラス基板：１０×１０ｍｍサイズのガラス基板上に、厚さ約０．１μｍとなるよラにポリイミド膜を設け、その表面をラビング処理を行う。
【００２２】
カイラルネマチック液晶溶液組成：下記の一般式（１）で表される化合物（Ｉ）と、下記の一般式（２）で表される化合物（ＩＩ）とで構成されるネマチック液晶８５重量％、下記の一般式（３）又は（４）で表される化合物（ＩＩＩ）１４重量％、光開始剤（Ｄａｒｏｃｕｒｅ４２６５）１重量％をトルエン溶媒に溶解させる。
【００２３】
滴下量：約２ｍｌ
スピンコーティング：４５０ｒｐｍ×２０ｓｅｃ
【００２４】
【化１】
0004251473.tif 000002
【００２５】
【化２】
0004251473.tif 000003
【００２６】
【化３】
0004251473.tif 000004
【００２７】
化合物（Ｉ）を表わす一般式（１）において、Ｒ1 及びＲ2 はそれぞれ水素又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 及びＲ2 は共に水素であることが好ましい。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、ニトロ基の何れであっても差し支えないが、塩素又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及び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及びｂがそれぞれ１３以上である一般式（１）の化合物は、アイソトロピック転移温度（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好ましくない。
【００２８】
化合物（ＩＩ）を表わす一般式（２）において、Ｒ3 は水素又はメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ3 は水素であることが好ましい。アルキレン基の鎖長を示すｃに関して言えば、この値が２〜１２である化合物（ＩＩ）は液晶性を示さない。しかしながら、液晶性を持つ化合物（Ｉ）との相溶性を考慮すると、ｃは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。
【００２９】
その他、本発明においては、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子等を用いることが可能である。このような重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子としては、従来提案されているものを適宜選択して用いることが可能である。
【００３０】
また、カイラル剤（ＩＩＩ）を表わす一般式（３）又は（４）において、Ｒ4 は水素又はメチル基を示す。Ｙは下記に示す式（ｉ）〜（ｘｘｉｖ）の任意の１つであるが、中でも式（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖ）及び（ｖｉｉ）の何れか１つであることが好まし。また、アルキレン基の鎖長を示すｄ及びｅ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の範囲であるいことが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。ｄ又はｅの値が０又は１である一般式（３）又は（４）の化合物は、安定性に欠け、加水分解を受けやすく、結晶性も高い。一方、ｄ又はｅの値が１３以上である化合物は融点（Ｔｍ）が低い。これらの化合物は液晶性を示す化合物（Ｉ）及び化合物（ＩＩ）との相溶性が低下し、濃度によっては相分離が起きるおそれがある。
【００３１】
【化４】
0004251473.tif 000005
【００３２】
【化５】
0004251473.tif 000006
【００３３】
その後、ガラス基板１上に塗布したカイラルネマチック液晶層を乾燥させ、その中の溶剤を蒸発させた。
【００３４】
次いで、このカイラルネマチック液晶層を形成したガラス基板１を９０℃のホツトプレート上で２分間放置して配向処理を行った。
【００３５】
次に、図１（ｂ）に示すように、上記のようにしてカイラルネマチック液晶層１０を塗布したガラス基板１を露光台７上に載置して、用意しておいた形成すべきカラーフィルターのＲＧＢの画素に対応する領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの透過率が異なるように形成されたフォトマスク４を、紫外線光源５（波長３６５ｎｍの紫外線を含む）とガラス基板１に塗布されたカイラルネマチック液晶層１０との間に配置して、大気中で紫外線光源５からの紫外線６でカイラルネマチック液晶層１０を露光した。フォトマスク４の領域４Ｂは波長３６５ｎｍの透過率１００％であり、領域４Ｇは５０％であり、領域４Ｒは１％であり、露光量が領域４Ｂ、４Ｇ、４Ｒに対応する領域がそれぞれ７０ｍＪ／ｃｍ2 、４ｍＪ／ｃｍ2 、１ｍＪ／ｃｍ2 になるように紫外線６を照射した。このような露光により、カイラルネマチック液晶層１０は半硬化状態となった。
【００３６】
次いで、上記の露光済みのガラス基板１を１５０℃のホツトプレート上で２分再加熱することで、ガラス基板１上の半硬化状態のカイラルネマチック液晶層１０は、未硬化のネマチック液晶とカイラル剤が層内で移動して、図１（ｃ）に示すように、ガラス基板１側に硬化層１１が表面側に未硬化層１２なるように層分離した。
【００３７】
その後、図１（ｄ）に示すように、その層分離しているカイラルネマチック液晶層１０上に紫外線光源５からの紫外線６で露光量が１００００ｍＪ／ｃｍ2 となるように均一に再露光して、未硬化層１２を硬化させた。
【００３８】
このようにして、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの右円偏光を選択的に反射する領域１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂからなるカラーフィルターが得られた。その中、Ｇの右円偏光反射領域１０Ｇの右円偏光透過率の波長依存性を図２に示す。図２中、波長域Ａの透過率低下は、硬化層１１でのねじれピッチでのＧ域での反射による低下であり、この反射がカラーフィルターとして利用される。また、波長域Ｂの透過率低下は、再露光により硬化された層１２でのねじれピッチでの反射による低下であり、この波長域は赤外域であるため、可視域でのカラーフィルターの特性には直接影響しないため問題はない。Ｒの右円偏光反射領域１０Ｒ、Ｂの右円偏光反射領域１０Ｂの右円偏光透過率の波長依存性も図２と同様になり、それぞれＲ域、Ｂ域での反射による低下と、赤外域での反射による低下がある。
【００３９】
（実施例２）
図３を参照にして、この実施例のカラーフィルターの作製方法を説明する。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、実施例１と同様に作製した配向すみポリイミド配向処理ガラス基板１をスピン回転台３上に載置して実施例１と同様のカイラルネマチック液晶溶液２を同様の滴下量滴下して、実施例１と同様にスピンコーティングし、膜厚４μｍの光重合可能なカイラルネマチック液晶層を形成した。
【００４１】
その後、ガラス基板１上に塗布したカイラルネマチック液晶層を乾燥させ、その中の溶剤を蒸発させた。
【００４２】
次いで、このカイラルネマチック液晶層を形成したガラス基板１を９０℃のホツトプレート上で２分間放置して配向処理を行った。
【００４３】
次に、図３（ｂ）に示すように、上記のようにしてカイラルネマチック液晶層１０を塗布したガラス基板１を露光台７上に載置して、用意しておいた形成すべきカラーフィルターの１つの色の画素（図の場合は、Ｒ）に対応する領域が開口しているフォトマスク１４を、紫外線光源５（波長３６５ｎｍの紫外線を含む）とガラス基板１に塗布されたカイラルネマチック液晶層１０との間に配置して、大気中で紫外線光源５からの紫外線６でカイラルネマチック液晶層１０を露光した。Ｒ画素を形成するときの露光量は１ｍＪ／ｃｍ2 であった。このような露光により、Ｒ画素領域のカイラルネマチック液晶層１０は半硬化状態となり、他の色の画素領域は未硬化のままであった。
【００４４】
次いで、上記の露光済みのガラス基板１を１５０℃のホツトプレート上で２分再加熱することで、ガラス基板１上のＲ画素領域の半硬化状態のカイラルネマチック液晶層１０は、未硬化のネマチック液晶とカイラル剤が層内で移動して、図３（ｃ）に示すように、ガラス基板１側に硬化層１１が表面側に未硬化層１２なるように層分離した。他の色の画素領域のカイラルネマチック液晶層１０は未硬化のままであった。
【００４５】
その後、図３（ｄ）に示すように、Ｒ画素領域の層分離しているカイラルネマチック液晶層１０上に、図３（ｂ）と同様のフォトマスク１４を介して、紫外線光源５からの紫外線６で露光量が１００００ｍＪ／ｃｍ2 となるように再露光して、Ｒ画素領域の未硬化層１２のみを硬化させた。
【００４６】
そして、図３（ｅ）に示すように、溶液現像して、カイラルネマチック液晶層１０の未硬化部分のＧ画素領域とＢ画素領域を除去した。
【００４７】
Ｇ画素領域とＢ画素領域についても、図３（ａ）〜（ｅ）の工程を順に行い、ガラス基板１上にＲ、Ｇ、Ｂの右円偏光を選択的に反射する領域１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂが繰り返しパターンとなっているカラーフィルターが得られた。なお、図３（ｂ）での露光量は、Ｇ画素領域では４ｍＪ／ｃｍ2 、Ｂ画素領域では７０ｍＪ／ｃｍ2 であった。
【００４８】
なお、以上の実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素でそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの波長域の特定の円偏光を反射する反射型カラーフィルターを前提としていたが、透過型のカラーフィルターにするには、Ｒ画素領域には、Ｇの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層とＢの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層を積層させ、同じく、Ｇ画素領域には、Ｂの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層とＲの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層を積層させ、Ｂ画素領域には、Ｒの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層とＧの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層を積層させるようにすればよい。このような透過型カラーフィルターを作製するには、例えば同じガラス基板上に重ねて上記実施例１の工程を２度行えばよい。その際、先に形成され硬化されたカイラルネマチック液晶層が後に塗布するカイラルネマチック液晶層を配向させる作用を行うようになる。
【００４９】
以上、本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法及びその方法で製造されたコレステリック液晶カラーフィルターをその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例には限定されず種々の変形、展開が可能である。なお、層分離した後の未硬化層１２は再露光により必ずしも硬化させなくともよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の本発明の本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法及びその方法で製造されたコレステリック液晶カラーフィルターによると、最初の紫外線の照射によりコレステリック液晶層の選択反射波長域を精度良くかつ容易に制御することが可能であり、かつ、層分離により安定性を低下させる不純物が残らいため光学安定性及び色純度に優れたものとなり、液晶表示装置等に適した光学安定性及び色純度に優れたコレステリック液晶カラーフィルターを容易に製造することができる。しかも、得られたカラーフィルターには場所間に段差が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法の実施例１の工程図である。
【図２】実施例１のＧの右円偏光反射領域の右円偏光透過率の波長依存性を示す図である。
【図３】本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法の実施例２の工程図である。
【符号の説明】
１…ポリイミド配向処理ガラス基板
２…カイラルネマチック液晶溶液
３…スピン回転台
４…フォトマスク
４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ…ＲＧＢの画素に対応する領域
５…紫外線光源
６…紫外線
７…露光台
１０…カイラルネマチック液晶層
１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…Ｒ、Ｇ、Ｂの右円偏光を選択的に反射する領域
１１…硬化層
１２…未硬化層
１４…フォトマスク
【図１】
0004251473.tif 000007
【図２】
0004251473.tif 000008
【図３】
0004251473.tif 000009