JP2002338963A - 液晶組成物、選択反射膜、及び液晶カラーフィルター - Google Patents

液晶組成物、選択反射膜、及び液晶カラーフィルター

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光芳 市橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高解像度の選択反射膜、それを含む液晶カラ
ーフィルター、及びそれらを形成し得る液晶組成物を提
供する。 【解決手段】 少なくとも1つの重合性基を有する液晶
性化合物、光反応型キラル化合物、及び重合開始剤を含
有する液晶組成物であって、前記光反応型キラル化合物
の数平均分子量が1000〜30000である液晶組成
物、該液晶組成物を含有する選択反射膜、及び該選択反
射膜を有する液晶カラーフィルターである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶組成物、紫外
線から赤外線の範囲で選択反射性を示す選択反射膜、及
び液晶カラーフィルターに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、螺旋構造を有し、該螺旋の捻れ力
(捻れ角)により多彩な選択反射色を示すコレステリッ
ク液晶等の液晶材料が注目され、しかも該材料がその選
択反射性や選択反射光の色純度に優れることから、光学
フィルム、液晶カラーフィルタ、あるいは記録媒体等に
広く使用されている。例えば、カラー液晶ディスプレー
等に用いられるカラーフィルタは、一般に、赤色
(R)、緑色(G)、青色(B)の各画素と、その間隙
に表示コントラスト向上を目的とするブラックマトリク
スとが形成されて構成される。このようなカラーフィル
タは、従来、樹脂中に顔料を分散させたものや染料を染
着させたものが主流であり、その製造方法も、着色樹脂
液をスピンコート等によりガラス基板上に塗布して着色
レジスト層を形成しフォトリソグラフィ法によるパター
ニングを行ってカラーフィルタ画素を形成したり、着色
画素を基板に直接印刷したりする方法が一般的であっ
た。
【0003】しかし、例えば、印刷法による製造方法で
は、画素の解像度が低く高精細な画像パターンの形成に
は対応が難しいという欠点があり、スピンコート法によ
る製造方法では材料ロスが大きく、また大面積の基板に
塗布する場合の塗布ムラが大きいといった欠点があっ
た。また、電着法による製造方法によると、比較的解像
度が高く、着色層のムラも少ないカラーフィルタを得る
ことができる反面、製造工程が煩雑であり液管理も難し
いといった難点を有していた。以上より、カラーフィル
タの製造工程としては、材料ロスが少なく高効率に、か
つ簡便に高品質なカラーフィルタを製造しうる製造方法
が要望されていた。
【0004】一方、カラーフィルタの性能としては、透
過率、色純度が高いことが求められ、近年、染料を用い
た方法では染料の種類や染着樹脂を最適化したり、顔料
を用いる方法ではより微細分散した顔料を用いることに
より上記要求に対する向上が図られてきた。しかしなが
ら、最近の液晶ディスプレイ(LCD)パネルにおけ
る、カラーフィルタの透過率、色純度に対する要求は極
めて高く、特に反射型LCD用カラーフィルタにおいて
は、ペーパーホワイトの白表示とコントラスト、及び色
再現性の両立が難しい一方、従来の製造方法における、
樹脂中に染料を染着させ、或いは、顔料を分散させて製
造されるカラーフィルタは、いずれも光吸収型のカラー
フィルタであるため、透過率の更なる向上による色純度
の改善はほぼ限界に達していた。
【0005】以上のような状況に対して、コレステリッ
ク液晶を主成分とする偏光利用型カラーフィルタが知ら
れている。この偏光利用型カラーフィルタは、一定の光
量を反射しそれ以外を透過して画像表示を行うため、光
の利用効率が高く、透過率、色純度の点でも光吸収型の
カラーフィルタよりも卓越した性能を有する。他方、そ
の製造方法には、均一厚が得られる観点から、スピンコ
ート法等を用いて基板上に成膜する方法が一般に行われ
てきたが、材料ロスが大きいといった問題がありコスト
の点で不利であった。
【0006】上記問題を解決し、カラーフィルタ膜の色
純度等の均一性を確保することができ、しかも製造工程
数の低減をも実現しうる手段として、光反応型キラル化
合物を用いる方法が有用である。この方法は、光反応型
キラル化合物を含む液晶組成物に該キラル化合物の反応
波長の光をパターン状に照射すると、その照射エネルギ
ーの強度に応じて光反応型キラル化合物の反応が進行
し、液晶化合物の螺旋ピッチ(螺旋の捻れ角)が変化す
るので、光量差のあるパターン露光のみにより画素ごと
に選択反射色が形成されるという原理を用いている。つ
まり、カラーフィルタ形成時におけるパターニングの回
数は透過光量の異なるマスクを用いた一回のマスク露光
で完了しうるといったメリットがある。従って、画像様
に光照射してパターニングした後、パターニングされた
コレステリック液晶化合物を固定化することにより、カ
ラーフィルタとして機能する膜を形成できる。これは、
光学用のフィルムや画像の記録等にも応用できる。
【0007】しかしながら、通常、光反応型キラル化合
物の数平均分子量は300〜800程度であり、この程
度の分子量の光反応型キラル化合物を用いると、パター
ニングした後重合までの間に異性化した光反応型キラル
化合物が分子拡散によって移動してしまうことがあっ
た。そして、光反応型キラル化合物が移動した状態で重
合させて固定化すると、カラーフィルターとした場合に
解像度が低下しボケが生じるという欠点を有していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来に
おける諸問題に鑑みてなされたものであり、その目的
は、高解像度の選択反射膜、それを含む液晶カラーフィ
ルター、及びそれらを形成し得る液晶組成物を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、光反応型キラ
ル化合物を分子量を大きくすると、上述のような分子拡
散による移動を抑制することを見出してなされたもので
ある。即ち、 <1> 少なくとも1つの重合性基を有する液晶性化合
物、光反応型キラル化合物、及び重合開始剤を含有する
液晶組成物において、前記光反応型キラル化合物の数平
均分子量が1000〜30000であることを特徴とす
る液晶組成物である。
【0010】<2> 前記光反応型キラル化合物の数平
均分子量が2500〜20000であることを特徴とす
る前記<1>に記載の液晶組成物である。 <3> さらに、空気界面側に分布する排除体積効果を
有する界面活性剤を含有することを特徴とする前記<1
>または<2>に記載の液晶組成物である。
【0011】<4> 前記<1>から<3>のいずれか
に記載の液晶組成物を含有することを特徴とする選択反
射膜である。 <5> 前記液晶性化合物が螺旋構造をとり、その螺旋
軸が本選択反射膜を形成する基板の法線と略平行となる
ように配向した状態で重合又は架橋によってその構造が
固定化され、紫外線から赤外線の範囲の波長の光を選択
的に反射する前記<4>に記載の選択反射膜である。
【0012】<6> 前記<4>または<5>に記載の
選択反射膜を有することを特徴とする液晶カラーフィル
ターである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶組成物、選択
反射膜、液晶カラーフィルターについて説明する。
【0014】<液晶組成物>本発明の液晶組成物は、少
なくとも1つの重合性基を有する液晶性化合物、好まし
くはネマティック液晶化合物、数平均分子量が1000
〜30000の光反応型キラル化合物、及び重合開始剤
を少なくとも含有してなり、更に、必要に応じて、重合
性モノマーや、バインダ樹脂、溶媒、界面活性剤、重合
禁止剤、増粘剤、色素、顔料、紫外線吸収剤、ゲル化剤
等の他の成分を含んでなる。以下、各成分について詳述
する。
【0015】(光反応型キラル化合物)本発明の液晶組
成物は、光反応型キラル化合物として、数平均分子量が
1000〜30000、好ましくは2500〜2000
0のものを含有し、所望のパターン及び光量で光照射す
ることによって、共存する液晶性化合物、好ましくはネ
マティック液晶性化合物の捻れ構造を変化させ、広範な
波長領域の選択反射色を発現させる。
【0016】光反応型キラル化合物として、数平均分子
量が1000〜30000のものを含有することによ
り、該液晶組成物を含有する選択反射膜を形成したと
き、パターニングした後、重合までの間に異性化した光
反応型キラル化合物が分子拡散による移動を抑制するこ
とができ、解像度を向上させることができる。
【0017】光反応型キラル化合物の数平均分子量が1
000未満では、分子拡散抑制の効果が発現せず、30
000を超えると、溶媒への溶解性やベース液晶との相
溶性が著しく劣化するだけでなく、液晶組成物全体の粘
性が増大し、液晶分子の配向速度が遅くなってしまう。
この傾向は光反応型キラル化合物の混合量が多いほど顕
著になる。
【0018】光反応型キラル化合物の添加量としては、
光反応型キラル化合物のHTPが大きいものほど、ま
た、HTP変化率が大きいものほど少なくすることがで
きるから、より大きな分子量の光反応型キラル化合物を
使用することができる。光反応型キラル化合物の添加量
の上限は、その配向時間から液晶組成物全体の約30%
である。
【0019】以上の光反応型キラル化合物の具体例とし
ては、以下に示すものが挙げられるが、本発明はこれら
に限定されるものではない。以下の光反応型キラル化合
物(化合物1〜7)はいずれも、成分Aと成分Bとを
「A:B」の配合比で反応させるものであり、数平均分
子量は以下に示す通りである。また、以下の光反応型キ
ラル化合物は、−CH=C(CN)−の二重結合部分で
トランスからシスへの異性化が起こる。
【0020】
【化1】
【0021】
【化2】
【0022】
【化3】
【0023】また、光反応型キラル化合物の他の例を示
す。以下は、光反応型キラル化合物の由来成分となる成
分A(アルコール成分)と成分B(酸成分)であり、成
分Aと成分Bとがエステル結合して、数平均分子量が1
000〜30000の光反応型キラル化合物をなし、成
分Aと成分Bは、交互に規則正しく結合していても、ラ
ンダムに結合していてもよい。
【0024】〔成分A〕まず、成分Aとして、具体例1
−1〜1−12、2−1〜2−12、3−1〜3−8、
4−1〜4−8、及び5−1〜5−8を示す。
【0025】
【化4】
【0026】
【化5】
【0027】
【化6】
【0028】
【化7】
【0029】
【化8】
【0030】
【化9】
【0031】
【化10】
【0032】
【化11】
【0033】上記具体例1−1〜1−12、2−1〜2
−12、3−1〜3−8、4−1〜4−8、及び5−1
〜5−8中、L1〜L4は、ハロゲン原子、総炭素数1
〜6のアルキル基、アルコキシ基を表し、a〜dは、0
〜4の整数を表す。
【0034】〔成分B〕次に、成分Bとして、具他例6
−1〜6−6を示す。
【0035】
【化12】
【0036】上式中のL21〜L29は、ハロゲン原子、ア
ルキル基、アリール基、アルコキシ基を表し、ハロゲン
原子、アルキル基、アリール基が好ましく、特にハロゲ
ン原子、アルキル基が好ましい。又、i〜gは0、1、
2、3の整数であり、特に0が好ましい。
【0037】上式中のG1〜G4は、単結合、−O−、−
S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−OC
O−N(R11)−、−N(R12)−COO−、−N(R
13)−CO−、−CO−N(R14)−、−N(R15)−
CO−N(R16)−を表し、この中で、単結合、−O
−、−OCO−N(R11)−、−N(R12)−COO
−、−N(R13)−CO−、−N(R15)−CO−N
(R16)−が好ましく、特に単結合、−O−、−N(R
13)−CO−が好ましい。
【0038】上式中のA1とA2は、アルキレン基、アル
ケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基を表し、こ
の中でも、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン
基が好ましく、特にアルキレン基、アリーレン基が好ま
しい。
【0039】前記光反応型キラル化合物は、液晶性化合
物の配向を制御し、光照射により液晶の螺旋ピッチを変
化させ得る。より詳細には、光反応型キラル化合物は、
液晶、好ましくはネマティック液晶性化合物と併用した
場合に、該液晶の螺旋構造を変化させ、ある波長の光が
照射されると、該波長域に感応波長を持つ光反応型キラ
ル化合物が感応して液晶性化合物の螺旋構造の捻れ力
(HTP:ヘリカルツイスティングパワー)を変化させ
ることができる特質を有する。即ち、液晶相に誘起する
螺旋構造の捻れ力の変化を光照射(紫外線〜可視光線〜
赤外線)によって起こさせる化合物であり、同一分子内
にキラル部位と光の照射によって構造変化を生じる部位
とを備える。
【0040】しかも、光反応型キラル化合物は、特に液
晶相がコレステリック液晶相の場合は、そのHTPに応
じ、液晶の示す選択反射を任意に変化させることがで
き、B(青色)、G(緑色)、R(赤色)の3原色を含む広範
囲の波長領域にわたる選択反射を得ることができる。光
の波長の選択反射特性は、液晶分子の螺旋構造の捻れ角
により決まり、その角度が大きく変化するほど選択反射
する色幅が広範となり有用といえる。
【0041】尚、前記HTPは、液晶の螺旋構造の捻れ
力、即ち、HTP=1/(ピッチ×キラル剤濃度〔質量
分率〕)を表し、例えば、ある温度での液晶分子の螺旋
ピッチ(螺旋構造の一周期;μm)を測定し、この値を
キラル剤の濃度から換算〔μm-1〕して求めることがで
きる。光反応型キラル化合物により光の照度により選択
反射色を形成する場合、前記HTPの変化率(=照射前
のHTP/照射後のHTP)としては、照射後にHTP
がより小さくなる場合には1.5以上が好ましく、更に
2.5以上がより好ましく、照射後にHTPがより大き
くなる場合には0.7以下が好ましく、更に0.4以下
がより好ましい。
【0042】また、前記光反応型キラル化合物がその同
一分子内に重合性の結合基が1以上導入された構造であ
る場合には、該光反応型キラル化合物を含む液晶組成物
や、例えば液晶カラーフィルタ、光学フィルム等の耐熱
性を向上させることができる。また、本発明の光反応型
キラル化合物は、捻れ力の温度依存性が大きいキラル化
合物など、光反応性のない公知のキラル剤と併用するこ
ともできる。例えば、特開2000−44451号公
報、特表平10−509726号公報、WO98/00
428、特表2000−506873号公報、特表平9
−506088号公報、Liquid Crystal
s 1996,21,327、Liquid Crys
tals 1998,24,219に記載のキラル剤等
が挙げられる。
【0043】(液晶性化合物)前記液晶性化合物は、そ
の屈折率異方性Δnが、0.10〜0.40の低分子液
晶化合物、高分子液晶化合物、重合性液晶化合物の中か
ら適宜選択することができる。中でもネマティック液晶
性化合物が好ましい。これらの液晶性化合物は溶融時の
液晶状態にある間に、例えば、ラビング処理等の配向処
理を施した配向基板を用いる等により配向させることが
できる。また、液晶状態を固相にして固定化する場合に
は、冷却、重合等の手段を用いることができる。
【0044】前記液晶性化合物の具体例としては、下記
化合物を挙げることができる。但し、本発明において
は、これらに制限されるものではない。
【0045】
【化13】
【0046】
【化14】
【0047】
【化15】
【0048】前記式中、nは、1〜1000の整数を表
す。前記各例示化合物においては、芳香環の連結基が以
下の構造に変わったものも同様に好適なものとして挙げ
ることができる。
【0049】
【化16】
【0050】上記のうち、液晶性化合物としては、十分
な硬化性を確保し、層の耐熱性を確保する観点からは、
分子内に少なくとも1つの重合性基あるいは架橋性基を
有する液晶性化合物が好ましい。
【0051】液晶性化合物の含有量としては、液晶組成
物の固形分重量に対して、30〜99.9質量%が好ま
しく、50〜95質量%がより好ましい。前記含有量
が、30質量%未満であると、配向が不十分となり所望
の選択反射色が得られないことがある。
【0052】(光重合開始剤)光照射による捻れ力を変
化させた後の液晶の螺旋構造を固定化するために、重合
性基を有する液晶化合物による重合反応を利用する場合
には、光重合開始剤を添加することが好ましい。また、
所望の螺旋構造を形成した後、該構造を固定化するに
は、液晶組成物の重合硬化反応が迅速であることが好ま
しい。
【0053】前記光重合開始剤としては、公知のものの
中から適宜選択することができ、例えば、p−メトキシ
フェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)−s−ト
リアジン、2−(p−ブトキシスチリル)−5−トリク
ロロメチル−1,3,4−オキサジアゾール、9−フェ
ニルアクリジン、9,10−ジメチルベンズフェナジ
ン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン、ヘキサアリー
ルビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール、ベ
ンジルジメチルケタール、チオキサントン/アミン、ト
リアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、
ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニル
ホスフィンオキシド等の特開平10−29997号公報
等に記載のビスアシルホスフィンオキシド類、Luci
rin TPOのDE4230555等に記載のアシル
ホスフィンオキシド類等が挙げられる。
【0054】前記光重合開始剤としては、後述する光反
応型キラル化合物の感光波長領域とは異なる感光波長領
域を持つものを選択することが好ましい。ここで、異な
る感光波長を持つとは、両者の感光中心波長が重なら
ず、例えば、画像の表示特性や選択反射による色相純度
の低下等を起こさない程度に画像露光時又は重合硬化時
に互いに液晶配向を変化させないことをいう。感光中心
波長が重ならないようにするためには、両者の分子構造
によることの他に、バンドパスフィルター等を通して照
射する光の波長を制御することでも行われ得る。
【0055】前記光重合開始剤の添加量としては、液晶
組成物の固形分重量に対して、0.1〜20質量%が好
ましく、0.5〜5質量%がより好ましい。前記添加量
が、0.1質量%未満であると、光照射時の硬化効率が
低いため長時間を要することがあり、20質量%を越え
ると、紫外線領域から可視光領域での光透過率が劣るこ
とがある。
【0056】(重合性モノマー)本発明の液晶組成物に
は、重合性モノマーを併用してもよい。該重合性モノマ
ーを併用すると、光照射による液晶の捻れ力を変化させ
て選択反射波長の分布を形成(パターニング)した後、
その螺旋構造(選択反射性)を固定化し、固定化後の液
晶組成物の強度をより向上させることができる。但し、
前記ネマティック液晶性化合物が同一分子内に不飽和結
合を有する場合には、必ずしも添加する必要はない。
【0057】前記重合性モノマーとしては、例えば、エ
チレン性不飽和結合を持つモノマー等が挙げられ、具体
的には、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジ
ペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の多官能モ
ノマーが挙げられる。前記エチレン性不飽和結合を持つ
モノマーの具体例としては、以下に示す化合物を挙げる
ことができる、但し、本発明においては、これらに限定
されるものではない。
【0058】
【化17】
【0059】前記重合性モノマーの添加量としては、液
晶組成物の固形分重量に対して、0.5〜50質量%が
好ましい。前記添加量が、0.5質量%未満であると、
十分な硬化性を得ることができないことがあり、50質
量%を越えると、液晶分子の配向を阻害し、十分な発色
が得られないことがある。
【0060】(他の成分)更に、他の成分として、バイ
ンダー樹脂、溶媒、界面活性剤、重合禁止剤、増粘剤、
色素、顔料、紫外線吸収剤、ゲル化剤等を添加すること
もできる。前記バインダー樹脂としては、例えば、ポリ
スチレン、ポリ−α−メチルスチレン等のポリスチレン
化合物、メチルセルロース、エチルセルロース、アセチ
ルセルロース等のセルロース樹脂、側鎖にカルボキシル
基を有する酸性セルロース誘導体、ポリビニルフォルマ
ール、ポリビニルブチラール等のアセタール樹脂、特開
昭59−44615号、特公昭54−34327号、特
公昭58−12577号、特公昭54−25957号、
特開昭59−53836号、特開昭59−71048号
に記載のメタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、
イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸
共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等が挙げ
られる。
【0061】アクリル酸アルキルエステルのホモポリマ
ー及びメタアクリル酸アルキルエステルのホモポリマー
も挙げられ、これらについては、アルキル基がメチル
基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、iso
−ブチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、2−
エチルヘキシル基等のものを挙げることができる。その
他、水酸基を有するポリマーに酸無水物を添加させたも
の、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタアクリル酸
のホモポリマータ)アクリル酸共重合体やベンジル(メ
タ)アクリレート/(メタ)アクリル酸/他のモノマー
の多元共重合体等が挙げられる。
【0062】液晶組成物中におけるバインダー樹脂の含
有量としては、0〜50質量%が好ましく、0〜30質
量%がより好ましい。前記含有量が50質量%を超える
と、液晶性化合物の配向が不十分となることがある。
【0063】本発明の液晶組成物においては、光反応性
キラル剤及び液晶、好ましくはネマティック液晶性化合
物と共に界面活性剤を併用することが好ましい。該界面
活性剤としては、排除体積効果を及ぼす界面活性剤が好
ましい。ここで、排除体積効果を及ぼすとは、例えば塗
布により液晶組成物を含む層を形成した際の、該層表面
の空気界面での空間的な配向状態を立体的に制御するこ
とをいう。具体的には、ノニオン系の界面活性剤が好ま
しく、公知のノニオン系界面活性剤の中から適宜選択し
て使用することができる。
【0064】前記重合禁止剤は、保存性の向上の目的で
添加され得る。例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノ
ンモノメチルエーテル、フェノチアジン、ベンゾキノ
ン、及びこれらの誘導体等が挙げられる。該重合禁止剤
の添加量としては、前記重合性モノマーに対して0〜1
0質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましい。
【0065】本発明の液晶組成物は、前記各成分を適当
な溶媒に溶解、分散して調製でき、これを任意の形状に
成形し、あるいは支持体等の上に形成して用いることが
できる。ここで、前記溶媒としては、例えば、2−ブタ
ノン、シクロヘキサノン、塩化メチレン、クロロホルム
等が挙げられる。
【0066】本発明の液晶組成物は、さらに空気界面側
に分布する排除体積効果を有する界面活性剤を含有させ
ることが好ましい。例えば、塗布液状の液晶組成物を塗
布し層形成する場合など、層表面の空気界面における配
向状態を立体的に制御でき、特にコレステリック液晶相
の場合には、より色純度の高い選択反射波長を得ること
ができる。この界面活性剤についての詳細は後述する。
【0067】<液晶の螺旋構造を変化させる方法>前述
の通り、本発明の液晶組成物は、光反応型キラル化合物
を含んでなり、本発明の液晶組成物に光量を変えてパタ
ーン状に光照射し液晶の捻れ力を変化させ、液晶の捻れ
構造、即ち、螺旋の捻れの程度(捻れ力;HTP)の異
なる領域を形成することができる。
【0068】特に、液晶相がコレステリック液晶相の場
合は、その捻れ力に応じ液晶の示す選択反射色を任意に
変化させることができる。この捻れ力の変化率(捻れ変
化率)が大きい場合は、液晶が選択反射し得る選択反射
色の色幅が拡く、3原色(B,G,R)を含む広範な波長
域の選択反射を得ることが可能である。
【0069】具体的には、以下のようにして行える。即
ち、液晶組成物にある波長の光を照射すると、その照射
強度に応じて共存する光反応型キラル化合物が感応して
液晶の螺旋構造(捻れ角)を変化させ、この構造変化に
より異なる選択反射色を示し画像様のパターンが形成さ
れる(パターニング)。従って、所望の領域ごとに照射
強度を変えて光照射すれば、照射強度に対応して複数色
を呈し、例えば、画像様に光透過率を変えて作成された
露光用マスクを介して露光することにより、一回の光照
射によって画像を、即ち異なる選択反射をする有色領域
を同時形成することができる。この光の照射は、露光用
マスクによる方法のほか、所望の領域ごとに照射強度を
変え得る方法であれば、特に制限なく行える。後述の液
晶カラーフィルタ、光学フィルム等を形成する場合に
は、前述のようにしてある波長の光を画像様に露光して
パターニングした後、更に光照射して液晶組成物中の重
合性基を光重合させて硬化し、所望の選択反射色に液晶
の螺旋構造を固定化する。これらの形成方法の詳細は後
述する。
【0070】光照射に用いる光源としては、エネルギー
が高く、液晶化合物の構造変化及び重合反応が迅速に行
える点で、紫外線を発する光源が好ましく、例えば、高
圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、Hg−Xeラン
プ等が挙げられる。また、光量可変機能を備えることが
好ましい。
【0071】<液晶の螺旋構造を固定化する方法>前述
の通り、光反応型キラル化合物に特定波長の光を照射す
ることによって、共存する液晶の捻れ力を変化させ螺旋
構造を変化させることができる。本発明の液晶組成物
は、重合性基を有する液晶性化合物、光重合開始剤、及
び光反応型キラル化合物を少なくとも1つ含んでなる。
そして、該液晶性化合物を重合又は架橋することによっ
て、変化させた螺旋構造を固定化することができるとと
もに、固定化後の液晶組成物の強度をより向上させるこ
とができる。このとき本発明の液晶組成物は、前述のよ
うに数平均分子量が比較的大きい光反応型キラル化合物
を用いているため、前述のパターニングから本固定化
(重合)までの間の分子拡散を抑制することができる。
なお、光重合開始剤と光反応型キラル化合物は、それぞ
れ異なる感応波長領域を有するものを用いることが好ま
しい。
【0072】具体的には、以下のようにして行うことが
できる。即ち、まず、前述の「液晶の螺旋構造を変化さ
せる方法」において説明したパターニングと同様に、液
晶組成物中の光学活性化合物の感光波長領域にある光を
画像様に照射する。この光照射により、光学活性化合物
が感応して液晶の螺旋構造を変化させ、画像様のパター
ンが形成される(パターニング)。このパターニングの
後に、液晶組成物中の光重合開始剤の感応波長領域にあ
る光を照射する。すると、光重合開始剤によって液晶性
化合物が重合し、変化後の螺旋構造を保持した状態で固
定化される。この工程の前に、例えば、窒素置換等の工
程を設けてもよい。
【0073】光学活性化合物の感光波長領域と光重合開
始剤の感光波長領域とが異なる場合は、HTPを変化さ
せるための光照射と光重合のための光照射が、互いに影
響を及ぼすことがない。したがって、HTPを変化させ
るために画像様に露光する際、光重合が進行しないた
め、設定どおりのHTP変化率を有するパターニングが
可能となる一方、螺旋構造を固定化するために光重合さ
せる際には、光学活性化合物が光に反応せず、形成され
たHTP変化パターンを確実に固定化することができ
る。
【0074】後述の液晶カラーフィルタ、光学フィルム
等を形成する場合には、前述のようにして光学活性化合
物が感応する波長の光を画像様に露光してパターニング
した後、更に光重合開始剤が感応する波長の光を照射し
て液晶組成物中の重合性基を光重合させて硬化し、所望
の選択反射色に液晶の螺旋構造を固定化する。これらの
形成方法の詳細は後述する。
【0075】光照射に用いる光源としては、前述の「液
晶の螺旋構造を変化させる方法」の説明において例示し
た光源と同様である。
【0076】以上の液晶の螺旋構造を固定化する方法
は、重合によって固定化する方法であるが、例えば加硫
することによる架橋によって固定化してもよい。
【0077】<選択反射膜>本発明の選択反射膜は、前
記液晶組成物を含有し、この液晶組成物中の液晶性化合
物が螺旋構造をとり、その螺旋軸が本選択反射膜を形成
する基板の法線と略平行となるように配向した状態で重
合又は架橋によってその構造が固定化され、紫外線から
赤外線の範囲の波長の光を選択的に反射する。
【0078】本発明の選択反射膜は、前記本発明の液晶
組成物を含有し、前述のパターニングから重合までの間
の分子拡散が抑制されて形成されていて、光反応型キラ
ル化合物が所定の位置で固定化されているため解像度が
高い。
【0079】<液晶カラーフィルター>本発明の液晶カ
ラーフィルタは、前記本発明の選択反射膜を有してな
り、前述の「液晶の螺旋構造を変化させる方法」又は
「液晶の螺旋構造を固定化する方法」に基づいて適宜選
択された所望のパターン及び光量で光照射することによ
って作製することができる。
【0080】以下、液晶カラーフィルタの製造方法の説
明を通じて、本発明の液晶カラーフィルタについて詳述
する。
【0081】液晶カラーフィルタを製造する方法として
は、例えば、第一の光により画像様に露光してパターニ
ングした後、第二の光により光重合させて硬化する工程
(以下、「露光工程」ということがある。)を少なくと
も一工程含んでなる製造方法が挙げられる。また、選択
する製造態様に応じて、適宜液晶組成物との接触面に配
向処理を施す工程(配向処理工程)、密着・剥離により
液晶層を転写形成する工程(転写工程)、ネマティック
液晶組成物を塗布して液晶層を形成する工程(塗布工
程)などを経て形成されてもよい。
【0082】以下に、前記露光工程を含む製造方法の例
として、その具体的な一態様を示す。 −露光工程− 露光工程では、液晶性化合物のパターニング及び固定化
(重合硬化)のいずれも光の照射によって行う。即ち、
光反応型キラル化合物が高感度に感応しうる波長の第一
の光により画像様に露光してパターニングした後、重合
開始剤が高感度に感応しうる第二の光により光重合させ
て硬化し、所望の選択反射色に液晶化合物の螺旋構造を
固定化する。
【0083】前記第一の光が液晶組成物に照射される
と、その照度に応じて、共存する光反応型キラル化合物
が感応して液晶の螺旋構造が変化し、この構造変化によ
り異なる選択反射色を示し画像様のパターンが形成され
る。従って、所望の領域ごとに照射強度を変えて光照射
すれば、照射強度に対応して複数色を呈し、例えば、画
像様に光透過率を変えて作成された露光用マスクを介し
て露光することにより、一回の光照射によって画像を、
即ち異なる選択反射をする有色領域を同時形成すること
ができる。これに更に、第二の光を照射して硬化(固定
化)させることにより液晶カラーフィルタを作製でき
る。
【0084】前記第一の光の波長としては、光反応型キ
ラル化合物の光感応波長域、特に光感応ピーク波長に近
接する波長に設定することが、十分なパターニング感度
が得られる点で好ましい。また、第二の光の波長として
は、重合開始剤の光感応波長域、特に光感応ピーク波長
に近接する波長に設定することが、十分な光重合感度が
得られる点で好ましい。また、第一及び第二の光の照度
(照射強度)には特に制限はなく、パターニング時及び
重合硬化時の光感度が十分得られるように、使用する材
料に応じて適宜選択できる。前記第一及び第二の光の照
射に用いる光源としては、前記液晶組成物の光照射に使
用可能なものと同様の光源が使用できる。
【0085】更に具体的には、下記第1、第2の態様の
製造方法であってもよく、これら2態様によって、より
好適に作製することができる。 〔第1の態様〕 (1)仮支持体上に塗布液状の液晶組成物を設け、液晶
層を少なくとも有する転写材料を形成する工程。前記塗
布液状の液晶組成物は、各成分を適当な溶媒に溶解、分
散して調製できる。ここで、前記溶媒としては、例え
ば、2−ブタノン、シクロヘキサノン、塩化メチレン、
クロロホルム等が挙げられる。前記液晶層と仮支持体と
の間には、被転写体上に異物等がある場合など、転写時
における密着性を確保する観点から、熱可塑性樹脂等を
含んでなるクッション層を設けることもでき、該クッシ
ョン層等の表面には、ラビング処理等の配向処理(配向
処理工程)を施すことも好ましい。 (2)前記転写材料を光透過性の基板上にラミネートす
る工程。前記光透過性の基板のほか、基体上に受像層を
有する受像材料を用いてもよい。また、前記転写材料を
用いずに、基板上に直接液晶組成物を塗布形成してもよ
い(塗布工程)。塗布は、バーコーターやスピンコータ
ー等を用いた公知の塗布方法の中から適宜選択して行え
る。但し、材料ロス及びコストの点で転写による方法が
好ましい。
【0086】(3)光透過性の基板から転写材料を剥離
して、前記基板上にコレステリック液晶層を形成する工
程(転写工程)。該液晶層は、下記(4)を経た後、更
に積層して複数層より構成することもできる。 (4)コレステリック液晶層に露光マスクを介して画像
様に照度ν1の紫外線を照射し選択反射色を示す画素パ
ターンを形成し、これに更に照度ν2の紫外線を照射し
て層を硬化させる工程(露光工程)。
【0087】〔第2の態様〕 (1)カラーフィルタを構成する支持体上に直接液晶組
成物を設けて液晶層を形成する工程。ここで、液晶層
は、上記同様に塗布液状に調製した液晶組成物をバーコ
ーターやスピンコーター等を用いた公知の塗布方法によ
り塗布形成することができる。また、前記コレステリッ
ク液晶層と仮支持体との間には、上記同様の配向膜が形
成されていてもよい。該配向膜等の表面には、ラビング
処理等の配向処理(配向処理工程)を施すことも好まし
い。
【0088】(2)前記第1の態様の工程(4)と同様
の露光工程。液晶カラーフィルタとして機能する液晶層
(シート状の液晶組成物)の厚みとしては、1.5〜4
μmが好ましい。
【0089】更に、図1から図3を用いて以下に説明す
る。図1〜3は、本発明の液晶カラーフィルタを製造す
る工程の一形態を示す概略図である。まず、既述の各成
分を適当な溶媒に溶解し、塗布液状コレステリック液晶
組成物を調製する。ここで、各成分及び溶媒は既述の通
りである。
【0090】図1−(A)のように、支持体10(以
下、「仮支持体」ともいう)を準備し、該支持体10上
に、例えばアクリル樹脂、ポリエステル、ポリウレタン
等を塗布形成してクッション層(熱可塑性樹脂層)12
を設け、更にポリビニルアルコール等よりなる配向膜1
4を積層する。この配向膜には、図1−(B)に示すよ
うにしてラビング処理が施される。このラビング処理
は、必ずしも必要ではないが、ラビング処理した方がよ
り配向性を向上させることができる。次に、図1−
(C)に示すように、前記配向膜14上に、塗布液状の
コレステリック液晶組成物を塗布、乾燥しコレステリッ
ク液晶層16を形成した後、このコレステリック液晶層
16上にカバーフィルム18を設けて、転写材料を作製
する。以下、該転写材料を転写シート20と称する。
【0091】一方、図1−(D)に示すように、別の支
持体22を準備し、該支持体上に上記と同様にして配向
膜24を形成し、その表面にラビング処理を施す。以
下、これをカラーフィルタ用基板26と称する。
【0092】次いで、転写シート20のカバーフィルム
18を剥がした後、図2−(E)に示すように、該転写
シート20のコレステリック液晶層16の表面と、カラ
ーフィルタ用基板26の配向膜24の表面とが接触する
ように重ね合わせ、図中の矢印方向に回転するロールを
通してラミネートされる。その後、図2−(F)に示す
ように、転写シート20の配向膜14とクッション層1
2との間で剥離され、カラーフィルタ用基板上に、コレ
ステリック液晶層が配向膜14と共に転写される。この
場合、クッション層12は、必ずしも仮支持体10と共
に剥離されなくてもよい。
【0093】転写後、図3−(G)に示すように、配向
膜14の上方に、光の透過率の異なる領域を複数有する
露光マスク28が配置され、このマスク28を介して第
一の光をコレステリック液晶層16にパターン状に照射
される。コレステリック液晶層16には、光照射量によ
って螺旋ピッチが異なるように液晶化合物、キラル化合
物等が含まれており、螺旋ピッチが異なる構造が各パタ
ーン毎に、例えば、緑色(G)を反射し、青色(B)及
び赤色(R)を透過させる領域、青色(B)を反射し、
緑色(G)及び赤色(R)を透過させる領域、赤色
(R)を反射し、緑色(G)及び青色(B)を透過させ
る領域を形成するように形成される。
【0094】次に、図3−(H)に示すように、コレス
テリック液晶層16に対して、上記工程(G)における
光照射と異なる照射強度で更に紫外線照射して、パター
ンを固定化する。その後、2−ブタノン、クロロホルム
等を用いて、コレステリック液晶層16上の不要部分
(例えば、クッション層、中間層等の残存部、未露光
部)を除去することにより、図3−(I)に示すよう
に、BGRの反射領域を有するコレステリック液晶層を
形成できる。
【0095】図1〜3に示す方法は、ラミネート方式に
よるカラーフィルタの製造方法の一形態であるが、カラ
ーフィルタ用基板上に直接液晶層を塗布形成する塗布方
式による製造方法であってもよい。この場合、上記態様
に当てはめると、図1−(D)に示すカラーフィルタ用
基板26の配向膜24上にコレステリック液晶層を塗
布、乾燥した後、上記同様の図3−(G)〜(I)に示
す工程が順次実施される。
【0096】これらの工程及び使用する転写材料、支持
体等の材料については、本発明者らが先に提出した特願
平11−342896号及び特願平11−343665
号の各明細書に詳細に記載されている。
【0097】一方、カラーフィルタの製造において液晶
組成物を含む層(カラーフィルタ形成層)を塗布形成す
る場合、特に低分子液晶では、基板側で液晶分子が(基
板と)水平になるように配向処理を施しても、カラーフ
ィルタ形成層の片側が空気界面にあるので空気界面側で
液晶分子が垂直に立ち、カラーフィルタ形成層の厚み方
向に向かって液晶分子の傾斜角度(プレチルト角度)が
連続的に変化する状態が生じる。このため通常は、層の
両側を配向膜で挟みこむ必要があるが、液晶性組成物を
重合して光学膜として利用する場合には、軽量化や薄型
化のために重合後少なくとも片側の配向膜を剥がす必要
があり、配向膜の設置、除去といった工程の増大や廃材
の増大を伴う。そこで、以下に示す、空気界面側に分布
する排除体積効果を有する界面活性剤(以下、「空気界
面配向剤」と呼ぶ。)を用いることが好ましい。
【0098】(空気界面配向剤)空気界面配向剤とは、
排除体積効果を有する界面活性剤である。ここで、排除
体積効果を有するとは、液晶(分子)の空気界面側の配
向制御、即ち、例えば塗布により液晶性組成物を含む層
を形成した際の、該層表面の空気界面での液晶の空間的
な配向状態を立体的に制御することをいう。具体的に
は、空気界面側の液晶分子のプレチルト角を制御するこ
とをいう。
【0099】好ましい空気界面配向剤の分子構造的な要
件としては、フレキシブルな疎水性部位と環状ユニット
を1つ以上備えた分子的にみて剛性を有するユニット
(以下、剛直部位という。)とを有することである。な
お、用いる液晶性化合物の種類によって、フレキシブル
な疎水性部位をパーフルオロ鎖とすることもでき、長い
アルキル鎖とすることもできる。疎水性部位がフレキシ
ブルであることにより、効果的に疎水性部位を空気側に
配置することができる。また、空気界面配向剤は、分子
数が数百程度の短分子であってもよく、それらが連結し
たポリマーやオリゴマーであってもよい。また、目的に
よって重合性の官能基を付与することも可能である。
【0100】このような空気界面配向剤を含有する場合
には、空気界面配向剤のフレキシブルな疎水的部位が空
気界面方向に存在し、かつ剛直部位が液晶分子方向に存
在し、更に、剛直部位が平面的でそれが空気界面と平行
に配列していることにより、液晶分子を空気界面に平行
に配列させることが可能となる。一方、剛直部位が空気
界面と垂直に配列していれば、液晶分子を空気界面に垂
直に配列させることが可能となる。具体的には、ノニオ
ン系の界面活性剤が好ましく、例えば下記化合物が好適
に挙げられる。
【0101】
【化18】
【0102】
【化19】
【0103】前記空気界面配向剤の添加量としては、液
晶組成物を含む層の空気界面側の表面を一分子ほど覆う
程度が好ましく、液晶組成物全体に対して、0.05〜
5質量%が好ましく、0.1〜1.0質量%がより好ま
しい。前記添加量が、0.05質量%未満であると、そ
の効果を発揮しないことがあり、5質量%を越えると、
空気界面配向剤自体が会合を起こして液晶と相分離を起
こすことがある。なお、空気界面配向剤を含有すること
により表面張力の低下が図られるが、さらに表面張力を
低下させ、塗布性の向上を図る目的で、前記空気界面配
向剤以外の界面活性剤を併用することもできる。
【0104】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが本発明はこ
れに限定されるものではない。
【0105】[実施例1] 1.基板の準備 ガラス基板上にポリイミド配向膜(LX−1400、日
立化成デュポン(株)製)塗布液をスピンコーターによ
り塗布し、100℃のオーブンで5分間乾燥させた後、
250℃のオーブンで1時間加熱焼成して配向膜を形成
した。さらに、この膜の表面をラビング処理によって配
向処理して配向膜付きガラス基板を作製した。
【0106】2.感光層の形成 上記より得られた配向膜付きガラス基板のこの配向膜上
に下記処方にて調製した感光性液晶層用塗布液をスピン
コーターにより塗布した。これを、120℃のオーブン
で2分間乾燥して感光性液晶層を形成した。この層の層
厚を共焦点顕微鏡により測定したところ2.1μmであ
った。
【0107】
【化20】
【0108】3.カラーフィルターのパターニング 次に、このガラス基板を80℃のホットプレートで3分
間保持し、感光性液晶を配向させた。この温度で液晶層
は液晶相となり青色の選択反射を示した。さらに、感光
性液晶相に、開口部が80μmは場のフォトマスクと3
65nmに透過の中心波長と有する干渉フィルターとを
介して超高圧水銀により、15mW/cm2の照射強度
で3秒間照射した。この温度で光照射された液晶相は赤
色の選択反射を示した。
【0109】4.カラーフィルターの重合固定 照射後の配向っ状態が均一になるまで80℃で30秒間
保持した後,窒素雰囲気下で312nmに透過の中心波
長を有する干渉フィルターを介して超高圧水銀灯によ
り、100mW/cm2の照射強度で10秒間照射し
た。この固められた選択反射膜の赤色部の線幅を測定し
たところ83μmであった。
【0110】[実施例2]〜[実施例5]実施例1の感
光性液晶層塗布液処方の光反応型キラル化合物を以下の
ように代えて(光反応型キラル化合物とベース液晶の合
計の添加量は96.8質量部)調製し、実施例1同様に
解像度を測定した。
【0111】 光反応型キラル化合物 数平均分子量 配合割合 解像度 実施例2 化合物2 6500 4.8質量部 81μm 実施例3 化合物3 4200 4.7質量部 82μm 実施例4 化合物4 2100 6.2質量部 85μm 実施例5 化合物5 4200 8.1質量部 82μm
【0112】[比較例1]実施例1の感光性液晶層塗布
液処方の光反応型キラル化合物を以下の光反応型キラル
化合物(数平均分子量:600.66)7.5質量部に
代えて(光反応型キラル化合物とベース液晶の合計の添
加量は96.8質量部)調製し、実施例1と同様に解像
度を測定した。該解像度は、165μmであった。
【0113】
【化21】
【0114】[実施例6]実施例1の感光性液晶相と塗
布乾燥して,このガラス基板を80℃のホットプレート
で3分間保持し、感光性液晶層を配向させた。さらに、
この感光性液晶層に開口部がストライプ状で線幅80μ
mで開口部のピッチが270μmのフォトマスクと36
5nmに透過の中心波長を有する干渉フィルターとを介
して超高圧水銀灯により15mW/cm2の照射強度
で、1秒間照射した。この温度で光照射された液晶層は
緑色の選択反射を示した。次いで、このマスクを90μ
m線幅方向にステップ移動させて同様な干渉フィルター
と光源を用いて、3秒間照射した。光照射された液晶層
は赤色の選択反射を示しており、前露光工程で光照射し
た部分は緑色であった。また、未露光部分は青色の選択
反射を示した。
【0115】[カラーフィルターの重合固定]照射後配
向状態が均一になるまで80℃で3分間保持した後、窒
素雰囲気下で312nmに透過の中心波長を有する干渉
フィルターとを介して超高圧水銀灯により、100mW
/cm2の照射強度で10秒間照射した。この固められ
た選択反射膜の各色部の線幅を測定したところ、いずれ
も83μmであり、反射型LCD用カラーフィルターと
して良好な解像度を有していることを確認した。
【発明の効果】本発明によれば、高解像度の選択反射
膜、それを含む液晶カラーフィルター、及びそれらを形
成し得る液晶組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の液晶カラーフィルタを製造する工程
の一部を示す概略図である。
【図2】 本発明の液晶カラーフィルタを製造する工程
の一部を示す概略図である。
【図3】 本発明の液晶カラーフィルタを製造する工程
の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
10 支持体(仮支持体) 12 クッション層(熱可塑性樹脂層) 14,24 配向膜 16 液晶層(液晶組成物) 18 カバーフィルム 20 転写シート 22 基板 26 カラーフィルタ用基板 28 露光マスク
フロントページの続き Fターム(参考) 2H049 BA05 BA42 BA43 BB01 BB44 BB46 BC04 BC05 BC08 BC09 BC12 4H027 BA01 BA11 BD24

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの重合性基を有する液晶
    性化合物、光反応型キラル化合物、及び重合開始剤を含
    有する液晶組成物において、 前記光反応型キラル化合物の数平均分子量が1000〜
    30000であることを特徴とする液晶組成物。
  2. 【請求項2】 前記光反応型キラル化合物の数平均分子
    量が2500〜20000であることを特徴とする請求
    項1に記載の液晶組成物。
  3. 【請求項3】 さらに、空気界面側に分布する排除体積
    効果を有する界面活性剤を含有することを特徴とする請
    求項1または2に記載の液晶組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれか1項に記載の
    液晶組成物を含有することを特徴とする選択反射膜。
  5. 【請求項5】 前記液晶性化合物が螺旋構造をとり、そ
    の螺旋軸が本選択反射膜が形成される支持体の法線と略
    平行となるように配向した状態で重合又は架橋によって
    その構造が固定化され、紫外線から赤外線の範囲の波長
    の光を選択的に反射することを特徴とする請求項4に記
    載の選択反射膜。
  6. 【請求項6】 請求項4または5に記載の選択反射膜を
    有することを特徴とする液晶カラーフィルター。
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