JP2006071945A - 位相差板、ならびにこれを用いたカラーフィルタおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高コントラストで、高品位な表示を可能とする位相差板、およびこれを用いたカラーフィルタならびに液晶表示装置を提供することを主目的とする。
【解決手段】 本発明は、基材と、上記基材上に形成され、液晶材料をコレステリック構造として固定化してなる位相差層とを有する位相差板であって、上記位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下であることを特徴とする位相差板を提供することにより、上記目的を達成するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置に視野角向上のために用いられる位相差板、ならびにこれを用いたものであり、カラー表示の液晶表示装置に適したカラーフィルタおよび液晶表示装置に関するものである。

カラー表示の液晶表示装置（以下、ＬＣＤとも称する。）は、その薄型、軽量、省消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノート型パソコンを中心にその市場が急速に拡大してきた。最近になり、このようなパソコン用途の表示装置の一環として、ノート型パソコンに比べてより大型のデスクトップ型パソコン用モニターの需要が発生している。また、パソコン用途のみならず、従来であればブラウン管（ＣＲＴ）が主流であったテレビ向けにもＬＣＤが利用されるようになってきた。

ここでＬＣＤ特有の問題点として、その狭い視野角の問題がある。これは斜め方向からＬＣＤを観察した場合、元来黒を表示すべき画素から光漏れが生じるためであり、そのためコントラストの反転が生じ、正しい表示ができなくなるのである。このような問題点に鑑み、位相差板を用いて黒表示画素において視野角が増大した場合でも光漏れが生じない、広視野角なＬＣＤが考案されている。

このような位相差板としては、延伸処理を施した透明高分子フィルムや、屈折率異方性を有する液晶材料を一定の規則性をもたせて配向、固定化したものが知られている。この液晶材料を用いた位相差板では、液晶分子の選択、およびその配向制御により、正または負のＡプレートとして機能する位相差層、正または負のＣプレートとして機能する位相差層、および、配向状態が連続的に変化したハイブリッド配向の位相差層とすることができる。

ここで負のＣプレートは、液晶分子を水平配向とし、かつ膜厚方向に螺旋軸を有する螺旋構造、いわゆるコレステリック構造をとらせることにより形成することができる。コレステリック構造を有する液晶層はその屈折率異方性と螺旋ピッチとにより、原理的に、λ_０＝ｎ_ａｖ×ｐ（ここで、λ_０は選択反射の中心波長、ｎ_ａｖは平均屈折率、ｐは螺旋ピッチである。）で示される選択反射の中心波長で、Δλ＝Δｎ×ｐ（ここで、Δλは選択反射光の波長バンド幅、Δｎは屈折率異方性、ｐは螺旋ピッチである。）で示される波長バンド幅の選択反射を示す。また、その際の反射光の偏光状態は、螺旋の回転方向と同じ向きの円偏光となる。

そのため、螺旋ピッチｐによっては可視光領域に選択反射が存在することになる。この場合、クロスニコル状態にした偏光板の間に位相差層を挟み込むと、選択反射領域の光成分が漏れ光として観察され、コントラストが低下して表示品位が著しく損なわれるという問題がある。

コントラストを低下させる可視光領域の選択反射を避けるために、コレステリック構造の螺旋ピッチｐを２５０ｎｍ以下に設定し、選択反射の中心波長を可視光領域よりも短波長側にシフトさせる方法が特許文献１に提案されている。しかしながら、螺旋ピッチの限定のみでは、選択反射の中心波長および選択反射光の波長バンド幅を厳密に規定することはできない。なぜなら、選択反射の中心波長や選択反射光の波長バンド幅は上述の式に従い、液晶分子の常光に対する屈折率および異常光に対する屈折率に左右されるからである。そのため、たとえ螺旋ピッチが２５０ｎｍ以下であっても、選択反射領域の一部が可視光領域にかかってしまう可能性がある。また、選択反射にはサイドバンドが存在するが、特許文献１にはサイドバンドについて述べられていない。

一方、ＬＣＤに必要とされるコントラストはその用途によって異なる。例えばバッテリー駆動が前提となる携帯型のパソコン等では、一般的に輝度を重視して設計するので、コントラストは２００〜４００程度であればよい。一方、電力供給の制限を受けないデスクトップ型パソコンやテレビ等のモニターでは、比較的コントラストを重視して設計する。一般に、コントラストが重要視されるテレビにおいては、コントラストが５００〜８００程度のＬＣＤが用いられている。さらに、ハイエンドモデルのデスクトップ型パソコン等のモニターとしては、コントラストが１０００以上であるＬＣＤが商品化されている。特に医療用等のモニターでは、高品位な表示を要するため、高コントラストのＬＣＤが求められている。

特表平９−５０４６２５号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高コントラストで、高品位な表示を可能とする位相差板、ならびにこれを用いたカラーフィルタおよび液晶表示装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、基材と、上記基材上に形成され、液晶材料をコレステリック構造として固定化してなる位相差層とを有する位相差板であって、上記位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下であることを特徴とする位相差板を提供する。

本発明によれば、位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率を２％以下とすることにより、光漏れを抑制し、コントラストを向上させることができるので、例えば１０００以上のコントラストを必要とする液晶表示装置に好適に用いることができる位相差板を提供することが可能である。

上記発明においては、上記位相差板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Ｔ_ｏｎ、黒表示状態とした際の輝度をＴ_ｏｆｆとしたとき、Ｔ_ｏｎ／Ｔ_ｏｆｆの比で表されるコントラストが１０００以上であることが好ましい。これにより、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る。

また、本発明においては、上記液晶材料が、紫外線により硬化されうるものであることが好ましい。紫外線を用いて硬化させる方法は、既に確立された技術であることから、本発明への応用が容易であるからである。また、液晶材料をコレステリック液晶相の状態のままで固定化することができ、取り扱いが容易な、常温で安定した位相差層とすることができるからである。

本発明は、また、上述した位相差板を有することを特徴とするカラーフィルタを提供する。本発明によれば、上述した位相差板を有することから、光漏れを抑制し、コントラストを向上させることができるので、例えばコントラスト１０００以上が要求されるハイエンドモデルのデスクトップ型パソコン等に好適に用いることが可能なカラーフィルタを提供することができる。

さらに、本発明は、上記カラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置を提供する。本発明によれば、上記カラーフィルタを有するので、上述した利点を有する液晶表示装置とすることができる。

本発明においては、位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率を２％以下とすることにより、光漏れを抑制し、コントラストを向上させることができるという効果を奏する。これにより、本発明の位相差板を用いて液晶表示装置とした場合、１０００以上のコントラストを実現することが可能である。

以下、本発明の位相差板、カラーフィルタおよび液晶表示装置について詳細に説明する。
Ａ．位相差板
まず、本発明の位相差板について説明する。
本発明の位相差板は、基材と、上記基材上に形成され、液晶材料をコレステリック構造として固定化してなる位相差層とを有する位相差板であって、上記位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下であることを特徴とするものである。

本発明の位相差板について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の位相差板の一例を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の位相差板は、基材１と、この基材１上に形成された位相差層２とを有するものである。また位相差層２は、液晶材料をコレステリック構造として固定化してなるものである。

ここで、コレステリック構造は、液晶分子の物理的な分子配列（螺旋配列）に基づいて、一方向の旋光成分（円偏光成分）と、これと逆回りの旋光成分とを分離する旋光選択特性（偏光分離特性）を有している。このような現象は、円偏光二色性として知られ、液晶分子の螺旋構造における旋回方向を適宜選択すると、この旋回方向と同一の旋光方向を有する円偏光成分が選択的に反射される。

この場合の最大旋光偏光光散乱（選択反射の中心波長）は、下記式（１）の波長λ_０で生じる。
λ_０＝ｎ_ａｖ×ｐ （１）
ここで、ｐは液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチ、ｎ_ａｖは螺旋軸に直交する平面内の平均屈折率である。

一方、このときの選択反射光の波長バンド幅Δλは、下記式（２）で表される。
Δλ＝Δｎ×ｐ （２）
ここで、Δｎは常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との差として表される屈折率異方性である。

すなわち、このようなコレステリック構造を固定化した位相差層において、入射した無偏光は、上述したような偏光分離特性に従って、選択反射の中心波長λ_０を中心とした波長バンド幅Δλの範囲の光の右旋または左旋の円偏光成分の一方が反射され、他方の円偏光成分および選択反射領域以外の他の波長領域の光（無偏光）が透過される。なお、反射された右旋または左旋の円偏光成分は、通常の反射とは異なり、旋回方向が反転されることなく反射される。

このようにコレステリック構造を固定化した位相差層では、液晶分子の螺旋構造により入射光が選択反射される。ここで、クロスニコル状態にした偏光板の間にコレステリック構造を固定化した位相差層を挟みこんだ場合を考える。直線偏光板を透過して位相差層に入射する直線偏光の一部は円偏光として選択反射され、さらに他の一部は円偏光となって位相差層を透過する。そして、この位相差層を透過した円偏光成分の一部は、クロスニコル状態のもう一方の偏光板を透過する。そのため、クロスニコル状態にした偏光板の間に位相差層を挟んだ場合であっても、選択反射領域に対応する波長の光漏れが発生する。したがって、コレステリック構造を用いて位相差層を構成する場合は、コントラストの観点からその選択反射領域を可視光領域から外す必要がある。

ここで、クロスニコル状態にした偏光板の間に本発明の位相差板を挟んで測定した際の、入射光の波長と位相差層の選択反射率との関係を図２に示す。なお、入射光には可視光および紫外光（２５０ｎｍ〜５００ｎｍ）を用いた。例えば図２の曲線ａに示すように、選択反射の中心波長λ_ａが可視光領域内（図２においては３８０ｎｍ〜５００ｎｍ）にあると、可視光が選択反射されるので、光漏れが生じてしまう。そこで、例えば図２の曲線ｂに示すように、選択反射の中心波長λ_ｂが可視光領域より短くなるようにすることにより、可視光の選択反射を抑制することができる。しかしながら、上述したように選択反射光は波長バンド幅をもつことから、選択反射の中心波長が可視光領域より短い場合であっても、可視光が選択反射されてしまう場合がある。例えば図２の曲線ｂでは、３８０ｎｍにおける選択反射率が約１３％もあり、可視光の一部が選択反射されてしまう。したがって、３８０ｎｍにおける選択反射率は可能な限り小さい方がよいことがわかる。

しかしながら、液晶表示装置に求められるコントラストは用途によって異なっており、市販のテレビでは５００〜８００程度のものが主流である。ここで、図３に位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率とコントラストとの関係を示す。なお、図３におけるコントラストは、本発明の位相差板を用いて構成した液晶表示装置にて得られた値である。上述の図２の曲線ｂに示すように３８０ｎｍにおける選択反射率が１３％程度であれば、図３に示すように７００程度のコントラストを得ることができるので、市販のテレビ用途には十分に適用することができる。

一方、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などの用途では、高品位な表示を可能とするために、１０００以上のコントラストが要求される。本発明においては、このような１０００以上のコントラストを必要とする液晶表示装置に好適に用いることができる位相差板を提供するために、位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率を２％以下とする。例えば図２の曲線ｃに示すように、３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下であれば、可視光の選択反射を十分に抑制することができるので、光漏れの発生をより一層抑えることができる。これにより、例えば図３に示すように、１０００以上という高いコントラストを実現することが可能である。

また、可視光領域は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍとする場合が一般的であるので、本発明においては３８０ｎｍにおける選択反射率を判断基準とした。

さらに、選択反射の中心波長を可視光領域より長くすることによっても、可視光の選択反射を抑制することが可能である。しかしながら、コレステリック構造による選択反射は、斜めからの入射により短波長側にシフトする。そのため、可視光領域の長波長側に選択反射の中心波長を設定した場合は、視野角度が増大することにより、選択反射領域が可視光領域にかかってしまうおそれがある。したがって、選択反射領域は可視光領域の短波長側に設定することが好ましい。よって、本発明においては３８０ｎｍにおける選択反射率を採用した。

本発明においては、このような位相差板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Ｔ_ｏｎ、黒表示状態とした際の輝度をＴ_ｏｆｆとしたとき、Ｔ_ｏｎ／Ｔ_ｏｆｆの比で表されるコントラストが１０００以上であることが好ましい。これにより、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る。

なお、上記コントラストは、ＥＺコントラスト１６０（ＥＬＤＩＭ社製）を用いて測定した値とする。
以下、このような位相差板の各構成について説明する。

１．位相差層
本発明に用いられる位相差層は、液晶材料をコレステリック構造として固定化してなるものであり、また、３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下であるものである。

本発明において、位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率は２％以下であれば特に限定されるものではないが、好ましくは１．５％以下であり、特に１％以下であることが好ましい。上記選択反射率が小さいほど可視光の選択反射が抑制されるので、コントラストをより一層向上させることができるからである。一方、このように上記選択反射率が小さいほど好ましいことから、その下限値としては特に限定されない。

なお、上記の３８０ｎｍにおける選択反射率は、分光光度計（日立製作所社製 Ｕ３０００）を用いて測定した値とする。

また、本発明に用いられる位相差層はコレステリック構造を固定化してなるので、異方性、すなわち複屈折性を有しており、厚さ方向の屈折率と面方向の屈折率とが異なるので、負のＣプレートとして作用する。

ここで、一軸性の位相差層は、光学軸の向きと、光学軸に直交する方向の屈折率に対する光学軸方向の屈折率の大きさとにより分類されるものである。光学軸の方向が位相差層の平面に沿っているものをＡプレート、光学軸の方向が位相差層に垂直な法線方向に向いているものをＣプレートと呼ぶ。また、光学軸方向の屈折率が光学軸に直交する方向の屈折率より大きいものを正のプレート、光学軸方向の屈折率が光学軸に直交する方向の屈折率より小さいものを負のプレートという。したがって、正のＡプレート、負のＡプレート、正のＣプレート、負のＣプレートの区別がある。本発明においては、位相差層は負のＣプレートとして機能しているものである。負のＣプレートとは、光学軸の方向が位相差層に垂直な法線方向に向いており、光学軸方向の屈折率が光学軸に直交する方向の屈折率より小さいものである。

すなわち、３次元直交座標系で、位相差層の面方向の屈折率をＮｘ、Ｎｙ、厚さ方向の屈折率をＮｚとすると、Ｎｚ＜Ｎｘ＝Ｎｙの関係となっている。このため、位相差層に直線偏光が入射する場合には、位相差層の法線の方向に入射した直線偏光は位相がシフトされずに透過されるものの、位相差層の法線から傾斜した方向に入射した直線偏光は位相差層を透過する際に位相差が生じて楕円偏光となる。なお逆に、位相差層の法線から傾斜した方向に楕円偏光が入射した場合には、入射した楕円偏光を直線偏光にすることも可能である。

本発明においては、位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率を２％以下とするために、コレステリック構造は螺旋ピッチが調整される。具体的には螺旋ピッチを短くすることにより、選択反射の中心波長をより短波長側にシフトさせることができる。

上記位相差層の選択反射の中心波長は、３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下となれば特に限定されないが、具体的には３００ｎｍ以下、中でも２５０ｎｍ以下であることが好ましい。

また、上記位相差層の選択反射光の波長バンド幅は、上記と同様に３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下となれば特に限定されないが、具体的には７０ｎｍ以下、中でも５０ｎｍ以下であることが好ましい。

上記位相差層の選択反射の中心波長および／または選択反射光の波長バンド幅が上述した範囲であれば、３８０ｎｍにおける選択反射率を２％以下とすることができるからである。

ここで、上記の選択反射の中心波長および選択反射光の波長バンド幅は、分光光度計（日立製作所社製 Ｕ３０００）を用いて測定した値とする。

本発明における位相差層は、液晶材料をコレステリック構造として固定化してなるものである。位相差層に用いられる液晶材料としては、コレステリック液晶相を呈する液晶材料を用いることができる。このような液晶材料としては、コレステリック規則性を有するものであれば特に限定されなく、例えば重合性の液晶材料（重合性の液晶モノマーまたは重合性の液晶オリゴマー）または液晶ポリマーを使用することができる。

本発明においては、上記の中でも、３次元架橋可能な重合性の液晶モノマーまたは重合性の液晶オリゴマーを用いることが好ましい。液晶材料をコレステリック液晶相の状態のままで光学的に固定化することができ、光学膜としての取り扱いが容易な、常温で安定したフィルム状の膜とすることができるからである。なお、「３次元架橋」とは、重合性の液晶モノマーまたは重合性の液晶オリゴマーを互いに３次元的に重合して、網目（ネットワーク）構造の状態にすることを意味する。

また、上記の中でも、３次元架橋可能な重合性の液晶モノマーが好適に用いられる。重合性の液晶モノマーは、重合性液晶のオリゴマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度も高いことから、容易に配向させることができるからである。

本発明に用いられる３次元架橋可能な重合性の液晶モノマーまたは重合性の液晶オリゴマーとしては、紫外光により硬化されうるものであることが好ましい。紫外光を用いて硬化させる方法は、既に確立された技術であることから、本発明への応用が容易であるからである。

このような３次元架橋可能な重合性の液晶モノマーとしては、特開平７−２５８６３８号公報や特表平１０−５０８８８２号公報に開示されているような、重合性の液晶モノマーとカイラル剤との混合物を用いることができる。例えば、ネマチック液晶相を呈する重合性の液晶性モノマーにカイラル剤を添加することによりカイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）が得られるものである。

重合性の液晶モノマーとしては、具体的に下記式（１）〜（１１）に示すような化合物を挙げることができる。

上記式（１１）中のメチレン基の数（アルキレン基の鎖長）を示すａおよびｂはいずれも整数で、各々個別に２〜５であることが好ましい。上記の化合物は、単独で用いてもよく、２種以上を混合して使用してもよい。

また、カイラル剤としては、具体的に下記式（１２）〜（１４）に示すような化合物を挙げることができる。

上記式（１２）〜（１４）中のメチレン基の数（アルキレン基の鎖長）を示すｄ，ｅおよびｆはいずれも整数である。ｄおよびｅは、いずれも２〜１２であり、より好ましくは４〜１０であり、特に好ましくは６〜９である。さらにｆは２〜５である。また、式（１２）および（１３）中のＹは、下記式（ｉ）〜（xxiv）のいずれかであって、より好ましくは式（ｉ）、（ii）、（iii）、（ｖ）もしくは（vii）のいずれかである。

本発明に用いられる位相差層におけるコレステリック構造は、上記カイラル剤の添加量により螺旋ピッチの調整が可能である。具体的には、上記カイラル剤の添加量を増加させることにより、螺旋ピッチを短くすることができる。これにより、選択反射の中心波長をより短波長側にシフトさせることができる。

上記カイラル剤の添加量としては、用いるカイラル剤や重合性の液晶モノマーの種類、カイラル剤と重合性の液晶モノマーとの相溶性等によって異なるが、例えば重合性の液晶モノマー１００重量部に対して１０〜２０重量部の範囲内で設定することができる。上述したようにカイラル剤の添加量が多いほど螺旋ピッチが短くなるので、カイラル剤の添加量は可能な限り多い方が好ましいが、多すぎると析出する場合があるからである。逆に、カイラル剤の添加量が少なすぎると、螺旋ピッチを短くすることができないので、３８０ｎｍにおける選択反射率を２％以下とすることが困難となる場合があるからである。

また、選択反射の中心波長と選択反射光の波長バンド幅とは、螺旋ピッチおよび液晶材料の屈折率異方性によって同時に決定されるものである。したがって、選択反射の中心波長および選択反射光のバンド幅の調整には、上述した液晶材料および螺旋ピッチの両方を考慮する必要がある。

また、本発明における位相差層は、冷却によりガラス状態に固化することが可能な液晶ポリマー（高分子コレステリック液晶）を用いることもできる。この場合も上述と同様に、液晶材料をコレステリック液晶相の状態のままで光学的に固定化することができ、光学膜としての取り扱いが容易な、常温で安定したフィルム状の膜とすることができる。

本発明においては、位相差層は、例えば重合性の液晶モノマーおよびカイラル剤を含有する液晶組成物を基材上に塗布し、配向処理を施し、紫外線を照射して重合性の液晶モノマーおよびカイラル剤を重合させることにより形成することができる。この際、液晶組成物は、必要に応じて溶剤で溶解もしくは希釈して用いてもよい。

液晶組成物の塗布方法としては、均一に塗布することが可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えばスピンコーティング、ダイコーティング、スリットコーティング等が挙げられる。また、これらの方法を組み合わせて用いてもよい。

本発明に用いられる位相差層の厚みとしては、目的とする位相差量に応じて異なるものではあるが、具体的には０．５μｍ〜１０μｍの範囲内で設定することができる。

２．基材
本発明に用いられる基材としては、上記位相差層を支持することができるものであれば特に限定されないが、光学的等方性を有することが好ましい。このような基材としては、ガラス、シリコン、もしくは石英等の無機基材、あるいは、下記に列挙するような有機基材を用いることができる。有機基材としては、例えば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、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリプロプレン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、もしくはポリイミド等を挙げることができる。また、有機基材としては一般的なプラスチックも使用可能である。

基材の厚みとしては特に限定されないが、用途に応じ、例えば５μｍ〜１ｍｍ程度のものを使用することができる。

３．配向膜
本発明においては、基材と位相差層との間に配向膜が形成されていてもよい。この配向膜は、上記位相差層に用いられる液晶材料を所定の方向に配列させるためのものである。

配向膜としては、上記液晶材料を配向させる配向機能を有するものであれば特に限定されなく、例えば光配向膜、ラビング配向膜などが挙げられる。

４．用途
本発明の位相差層は、液晶表示装置や、自発光型ディスプレイである有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、もしくはプラズマディスプレイ等に適用することができる。特に、１０００以上のコントラストを必要とするハイエンドモデルのデスクトップ型パソコン等に用いられる液晶表示装置に好適に用いることができる。

Ｂ．カラーフィルタ
次に、本発明のカラーフィルタについて説明する。
本発明のカラーフィルタは、上述した位相差板を有することを特徴とするものである。本発明によれば、上述した位相差板を有することから、光漏れを抑制し、コントラストを向上させることができるので、例えばコントラスト１０００以上が要求されるハイエンドモデルのデスクトップ型パソコン等に好適に用いることが可能なカラーフィルタを提供することができる。

本発明のカラーフィルタは、上記位相差板を有するものであれば特に限定されないが、通常は基材と位相差層と着色層とを有するものである。例えば図４に示すように、本発明のカラーフィルタにおいては、基材１上の画素部に相当する位置に、赤色着色層３Ｒ、緑色着色層３Ｇおよび青色着色層３Ｂからなる着色層３が形成されており、この着色層３上に位相差層２が形成されている。また、基材１上の非画素部に相当する位置にはブラックマトリックス４が形成されている。
以下、このようなカラーフィルタの各構成について説明する。なお、基材および位相差層については、上述した「Ａ．位相差板」の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。

１．着色層
本発明に用いられる着色層としては、一般にカラーフィルタの着色層として用いられるものを使用することができる。通常、着色層は、例えば図４に示すように赤色着色層３Ｒ、緑色着色層３Ｇおよび青色着色層３Ｂの三色の着色層からなるものである。

着色層の形成位置としては特に限定されるものではなく、例えば図４に示すように位相差板の基材１と位相差層２との間であってもよく、図示しないが位相差板の表面、すなわち位相差層２の表面、あるいは基材１の表面であってもよい。

また、着色層は、ブラックマトリックスの開口部毎に設けたものであってもよいが、便宜的には、図４における手前側から奥側の方向に帯状に設けたものであってもよい。

本発明に用いられる着色層は、着色層形成用塗工液として所定の色に着色したインキ組成物を調製して、各色の着色層ごとに印刷することによって形成するか、あるいは、着色層形成用塗工液として所定の色の着色剤を含有した塗料タイプの感光性樹脂組成物を用いて、フォトリソグラフィー法によって形成することができる。中でも、上記感光性樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法によって着色層を形成することが好ましい。

このような着色層の厚みとしては、具体的に１μｍ〜５μｍの範囲内で設定することができる。

２．ブラックマトリックス
本発明においては、例えば図４に示すように、基材１上の非画素部に相当する位置にブラックマトリックス４が形成されていてもよい。

ブラックマトリックスとしては、黒色着色剤を含有する樹脂を用いることができる。このようなブラックマトリックスは、黒色着色剤を含有する塗料タイプの樹脂組成物を基材の全面に塗布して一旦固化させた後、フォトレジストを適用するか、もしくは、黒色着色剤を含有する塗料タイプの感光性樹脂組成物を用いて、塗布、露光および現像を行うことにより形成することができる。

また、ブラックマトリックスとしては、ＣｒＯ_ｘ／Ｃｒ（ｘは任意の数、「／」は積層を表す。）の積層構造からなる２層クロムブラックマトリックス、あるいは、より反射率を低減させたＣｒＯ_ｘ／ＣｒＮ_ｙ／Ｃｒ（ｘ，ｙは任意の数）の積層構造からなる３層クロムブラックマトリックス等を用いることができる。このようなブラックマトリックスは、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の各種の方法で金属、金属酸化物または金属窒化物等の薄膜を形成し、フォトリソグラフィー法を利用してパターニングする方法、無電界メッキ法、もしくは黒色のインキ組成物を用いた印刷法等を用いて形成することができる。

上記ブラックマトリックスの厚みとしては、薄膜で形成する場合には０．２μｍ〜０．４μｍ程度であり、印刷法によるときは０．５μｍ〜２μｍ程度である。

３．電極
本発明においては、基材上に電極が形成されていてもよい。この電極は、本発明のカラーフィルタを用いて液晶表示装置とした際に、液晶表示装置における液晶層を構成する液晶に信号電圧を加えることにより、液晶を駆動させるものである。

電極としては、一般に液晶表示装置の電極として用いられるものを使用することができ、例えば酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明電極が挙げられる。

上記電極は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の蒸着方法により形成することができる。

４．用途
本発明のカラーフィルタは、液晶表示装置、中でも、カラー表示が可能な液晶表示装置に好ましく用いられる。また、自発光型ディスプレイである有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、もしくはプラズマディスプレイ等にも適用可能である。本発明においては特に、１０００以上のコントラストを必要とするハイエンドモデルのデスクトップ型パソコン等に用いられる液晶表示装置に好適に用いることができる。

Ｃ．液晶表示装置
次に、本発明の液晶表示装置について説明する。
本発明の液晶表示装置は、上述したカラーフィルタを有するものである。本発明によれば、液晶表示装置が上述したカラーフィルタを有する、すなわち上述した位相差板を有することから、光漏れを抑制し、コントラストを向上させることができるので、例えばコントラスト１０００以上を実現することが可能である。

本発明の液晶表示装置は、上記カラーフィルタを有するものであれば特に限定されないが、通常は例えば図５に示すように、基材１、位相差層２および着色層３を有するカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板１１と、対向基板１２と、上記カラーフィルタ基板１１および対向基板１２間に形成された液晶層５と、上記カラーフィルタ基板１１および対向基板１２の外側にそれぞれ形成された偏光板６とを有するものである。

本発明に用いられる偏光板としては、一般に液晶表示装置の偏光板として用いられるものを使用することができる。また、偏光板は、カラーフィルタの基材や対向基板等に粘着剤層を介して貼付されていてもよい。

また、本発明に用いられる液晶層は、例えばカラーフィルタ基板および対向基板間に液晶を充填させることにより構成されるものである。液晶層を構成する液晶としては、特に限定されるものではない。

液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、カラーフィルタ基板および対向基板を用いて作製した液晶セルに、液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。この際、液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。

本発明においては、カラーフィルタの基材および対向基板の互いに向かい合う側に電極が形成されていてもよい。この電極は、上記液晶層を構成する液晶に信号電圧を加えることにより、液晶を駆動させるものである。電極としては、一般に液晶表示装置の電極として用いられるものを使用することができ、例えば酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明電極が挙げられる。

また、本発明においては、液晶層の両側に、液晶層用配向膜が形成されていてもよい。これにより、液晶層を構成する液晶の配向を制御することができる。配向膜としては、液晶を配向させる配向機能を有するものであれば特に限定されなく、例えば光配向膜、ラビング配向膜などが挙げられる。

次に、本発明の液晶表示装置の作製方法の一例について説明する。まず、基材上に感光性樹脂組成物を塗布して着色層を形成し、この着色層上に配向膜を形成する。さらに、配向膜上に液晶材料を含む液晶組成物を塗布して配向させ、露光によって液晶材料を硬化させることにより位相差層を形成する。そして、この位相差層上に蒸着法により電極を形成し、さらに液晶層用配向膜を形成して、これをカラーフィルタ基板とする。一方、対向する基材上に、上記と同様にして電極および液晶層用配向膜を形成し、これを対向基板とする。この対向基板の液晶層用配向膜上にスペーサーとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して、カラーフィルタ基板の液晶層用配向膜と対向基板の液晶層用配向膜とが対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。そして、注入口からキャピラリー効果を利用して液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶セルの両側に偏光板を貼付することにより本発明の液晶表示装置を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
［実施例１］
（基材の準備）
まず、適当な洗浄処理をほどこした基材としてガラス基板（1737材、コーニング社製）を準備した。
次に、上記ガラス基板上に、配向膜材料としてAL1254（JSR製）を用い、フレキソ印刷により厚み６００Åの配向膜を形成した。さらに、この配向膜に一般的なラビング法を用いて配向処理を施し、水平配向膜とした。

（液晶組成物の調製）
位相差層を形成するために、両端に重合可能なアクリレート基を有するとともに中央部のメソゲンと上記アクリレートの間にスペーサを有する、下記式（Ａ）で表される重合性の液晶モノマー７５重量部と、両末端に重合可能なアクリレート基を有する、下記式（Ｂ）で表されるカイラル剤と、光重合開始剤としてイルガキュアIrg184（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）１重量部と、溶剤としてトルエン２５重量部とを混合して、液晶組成物を調製した。この際、３８０ｎｍにおける選択反射率の差分によるコントラスト特性を評価するため、カイラル剤の添加量を、重合性の液晶モノマーに対して７〜１１重量％の範囲で変化させた。

ここで、上記式（Ａ）および（Ｂ）におけるａ、ｂおよびｆは、それぞれ２〜５の整数である。

（位相差層の形成）
カイラル剤の添加量を変化させて調製した液晶組成物を、スピンコーティング法を用いて上記ガラス基板上に成膜した。さらに、１００℃のホットプレートで溶剤を除去し、液晶相を発現させた後、３６５ｎｍの紫外線を１Ｊ／ｃｍ^２照射して、液晶組成物を硬化させた。

（選択反射率の評価）
カイラル剤の添加量を変化させて形成した位相差層について、分光光度計Ｕ３０００（日立製作所社製）を用いて選択反射率を測定した。結果を表１に示す。また、波長と選択反射率との関係を図６に示す。

（コントラストの評価）
カイラル剤の添加量を変化させて形成した位相差層についてコントラストを測定した。コントラストの測定の際には、得られた位相差板を液晶表示装置に組み込んで評価した。この液晶表示装置は、着色層が形成されたカラーフィルタ基板と、ＴＦＴアレイが形成されたＴＦＴ基板とを組み合わせ、垂直配向モードの液晶セルを作製し、この液晶セルと位相差板とを２枚の偏光板間に挟みこむことにより作製した。また、コントラストの測定には、ＥＺコントラスト１６０（ＥＬＤＩＭ社製）を用いて、白表示状態とした際の輝度をＴ_ｏｎ、黒表示状態とした際の輝度をＴ_ｏｆｆとし、Ｔ_ｏｎ／Ｔ_ｏｆｆの比を算出してコントラストとした。
コントラストの測定結果を表１および図７（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図７（ａ）はカイラル剤の添加量が７重量％の位相差層であり、図７（ｂ）はカイラル剤の添加量が１１重量％の位相差層、図７（ｃ）はカイラル剤の添加量が１３重量％の位相差層である。

また、位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率とコントラストとの関係を図３に示す。コントラストを１０００以上とするためには、３８０ｎｍにおける選択反射率を２％以下に設定することが必要なことがわかった。

本発明の位相差板の一例を示す概略断面図である。 波長と位相差層の選択反射率との関係を示すグラフである。 位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率とコントラストの関係を示すグラフである。 本発明のカラーフィルタの一例を示す概略断面図である。 本発明の液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。 実施例における、波長と位相差層の選択反射率との関係を示すグラフである。 実施例における、コントラストを示すグラフである。

符号の説明

１ … 基材
２ … 位相差層
３ … 着色層
３Ｒ … 赤色着色層
３Ｇ … 緑色着色層
３Ｂ … 青色着色層
４ … ブラックマトリックス
５ … 液晶層
６ … 偏光板
１１ … カラーフィルタ基板
１２ … 対向基板

Claims (5)

1. 基材と、前記基材上に形成され、液晶材料をコレステリック構造として固定化してなる位相差層とを有する位相差板であって、前記位相差層の３８０ｎｍにおける選択反射率が２％以下であることを特徴とする位相差板。
2. 前記位相差板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Ｔ_ｏｎ、黒表示状態とした際の輝度をＴ_ｏｆｆとしたとき、Ｔ_ｏｎ／Ｔ_ｏｆｆの比で表されるコントラストが１０００以上であることを特徴とする請求項１に記載の位相差板。
3. 前記液晶材料が、紫外線により硬化されうるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位相差板。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の位相差板を有することを特徴とするカラーフィルタ。
5. 請求項４に記載のカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置。
   

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