JP2007279688A - 光学素子、半透過型液晶表示装置、及び転写材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特定の液晶性化合物を含有する層、又は該化合物から誘導される繰り返し単位を含むポリマーを含有する少なくとも一層の光学異方性層を有することを特徴とする半透過型液晶表示装置。また、該光学異方性層と感光性樹脂層とを有する転写材料。
【選択図】図1
Description
従来の半透過型の液晶表示装置は、一般的には、一対の液晶セル用基板の一方の対向面に、反射率の高い材料により形成された反射電極と、透過率の高い材料により形成された透明電極とを有し、他方の基板の対向面に対向電極を有し、反射電極及び透明電極と対向電極との間に、液晶材料からなる液晶層を備えている。反射電極及び透明電極を有する基板の対向面と反対側の表面には、λ/4板と、λ/2板と、偏光板とがこの順で積層されている。
このように、従来の半透過型液晶表示装置は、反射型液晶表示装置や透過型液晶表示に比べて位相差層の使用枚数が多く、コストが上昇することや、セルの厚みが増大する等の不都合な問題を抱えている。
また、本発明は、前記半透過型液晶表示装置及び光学素子等を作製するのに有用な転写材料を提供することを課題とする。
[1] 任意形状にパターニングされ、下記一般式(I)もしくは一般式(II)で表される化合物を含有する、又は下記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物から誘導される繰り返し単位を含むポリマーを含有する光学異方性層を有することを特徴とする光学素子:
[3] 前記光学異方性層が、転写材料から転写された層であることを特徴とする[1]又は[2]の光学素子。
[4] 前記光学異方性層が、前記一般式(I)又は一般式(II)で表される化合物を少なくとも一種含有する液晶組成物を、インクジェット式の吐出ヘッドから表面に吐出して液晶相とした後、露光して該組成物を硬化させて形成された層であることを特徴とする[1]又は[2]の光学素子。
[5] 前記光学異方性層が、前記一般式(I)又は一般式(II)で表される化合物を少なくとも一種含有する液晶組成物を、表面に塗布して液晶相を形成した後、露光工程及び現像工程を経ることにより形成された層であることを特徴とする[1]又は[2]の光学素子。
[7] 前記光学異方性層が、波長450nmで測定した位相差△nd(450nm)と、波長550nmで測定した位相差△nd(550nm)と、波長650nmで測定した位相差△nd(650nm)とが、△nd(450nm)<△nd(550nm)<△nd(650nm)を満たすことを特徴とする[6]の半透過型液晶表示装置。
[8] 前記光学異方性層が、λ/4板であることを特徴とする[6]又は[7]の半透過型液晶表示装置。
[9] 一対の透明基板と、該一対の基板間に配置される液晶層とを有し、前記光学異方性層が、前記一対の透明基板の一方の内側に設けられていることを特徴とする[6]〜[8]のいずれかの半透過型液晶表示装置。
[10] 反射領域と透過領域とを含み、前記光学異方性層が、前記反射領域に形成されていることを特徴とする[6]〜[9]のいずれかの半透過型液晶表示装置。
[11] 前記光学異方性層が、1軸もしくは2軸性であることを特徴とする[6]〜[10]のいずれかの半透過型液晶表示装置。
[12] 前記光学異方性層が、異常光線の光学軸を、面内方向に有するか、面に垂直な方向に有する層であることを特徴とする[6]〜[11]のいずれかの半透過型液晶表示装置。
[13] さらに、少なくとも一層の視野角補償層を有することを特徴とする[6]〜[13]のいずれかの半透過型液晶表示装置。
[14] 一対の透明基板と、該一対の基板間に配置される液晶層とを有し、前記一対の透明基板の一方の表面上に反射層を有し、且つ該透明基板の前記反射層を有する表面と反対の表面上に前記視野角補償層を有することを特徴とする[13]の半透過型液晶表示装置。
[15] 前記視野角補償層が、円盤状液晶性化合物又は棒状液晶性化合物を含有する重合性組成物を重合して形成された層を有することを特徴とする[13]又は[14]の半透過型液晶表示装置。
[16] 液晶モードがECB、TN、IPS、VA、又はOCBモードであることを特徴とする[6]〜[15]のいずれかの半透過型液晶表示装置。
[17] 支持体と、該支持体上に、前記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物を含有する、又は前記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物から誘導される繰り返し単位を含むポリマーを含有する光学異方性層と、少なくとも一層の感光性樹脂層と、を有する転写材料。
[19] 前記光学異方性層が、λ/4板であることを特徴とする[17]又は[18]の転写材料。
[20] 前記光学異方性層が、1軸もしくは2軸性であることを特徴とする、[17]〜[18]のいずれかの転写材料。
[21] 前記光学異方性層が、異常光線の光学軸を面内方向に有するか、面に垂直な方向に有する層である[17]〜[20]のいずれかの転写材料。
[22] 前記光学異方性層が、光軸をもたない層であることを特徴とする[17]のいずれかの転写材料。
[23] 前記光学異方性層の正面レターデーション(Re)が100〜200nm、面内の遅相軸を傾斜軸(回転軸)として層平面の法線方向に対して+40°傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて測定したレターデーション値が実質的に等しい[17]の転写材料。
[24] [17]〜[23]のいずれかの転写材料から、少なくとも光学異方性層を転写する工程を含む[1]〜[5]のいずれかの光学素子の製造方法。
[25] [17]〜[23]のいずれかの転写材料から、少なくとも光学異方性層を転写する工程を含む[6]〜[16]のいずれかの半透過型液晶表示装置の製造方法。
なお、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
また本明細書において、Reレターデーション値は、以下に基づき算出するものとする。Re(λ)は波長λにおける面内のレターデーション及び厚さ方向のレターデーションを表す。Re(λ)は平行ニコル法により、波長λnmの光を光学異方性層の法線方向に入射させて測定される。本明細書におけるλは、R、G、Bに対してそれぞれ611±5nm、545±5nm、435±5nmを指し、特に色に関する記載がなければ545±5nm又は590±5nmを指す。
本明細書において、角度について「実質的に」とは、厳密な角度との誤差が±5°未満の範囲内であることを意味する。さらに、厳密な角度との誤差は、4°未満であることが好ましく、3°未満であることがより好ましい。レターデーションについて「実質的に」とは、レターデーションが±5%以内の差であることを意味する。さらに、Reが実質的に0でないとは、Reが5nm以上であることを意味する。また、屈折率の測定波長は特別な記述がない限り、可視光域の任意の波長を指す。なお、本明細書において、「可視光」とは、波長が400〜700nmの光のことをいう。
図1に示す半透過型液晶表示装置は、対向する2枚の透明基板(121)と、該2枚の透明基板(121)とに挟まれた液晶材料からなる液晶層(131)とを有する。透明基板(121)の一方の対向面上には、アルミや銀などを使った反射率の高い材料により形成された反射板(135)が配置され、これらを覆って、ITOなどの透明導電膜からなる透明電極(125)と、配向膜(126)とが形成されている。また、該基板(121)の反対側の表面上には、偏光板(136)と、液晶層の残留レターデーションを補償する光学異方性層として、所定の面内レターデーションを有する(例えば38nm程度)A−plate(光軸を面内に方向に有する位相差板)が補償板(132)として配置されている。以下、こちらの面を背面側とする。また、対向する透明基板(121)の対向面上には、R,G,B3色のカラーフィルタ層(123)と、ブラックマトリクス(122)、前記反射領域に対応した位置にλ/4層である位相差層(124:光学異方性層)が配置され、その上に電極(125)と、配向膜(126)とが配置されている。該基板の対向面と反対側の表面上には、偏光板(133)が配置されている。以下、こちらの面を正面側とする。
この場合、補償層(132)として、1軸あるいは2軸性の、面内方向に異常光線の光学軸がある光学異方性層(a−plate と呼ぶ)、あるいは異常光線の光学軸が面に垂直な方向にある光学異方性層(c−plate と呼ぶ)、などから最適なものを選ぶことが望ましい。
また、液晶モードがVAの場合は、負のC−plateあるいは、そのA−Plateの複合体、あるいは2軸A−Plateとすることが望ましく、IPSモードの場合は、2軸A−Plate、あるいは正のC−plateとすることが望ましい。
まず白表示とする場合について説明する。
液晶層に対する電圧印加を閾値以下とする。この時、反射部では、正面側から入射した周囲光は、まず偏光板で直線偏光になり、反射領域のλ/4層で右回転の円偏光となる。液晶層はλ/4の位相差を持つので、再度直線偏光に変換されて反射板に到達する。反射板で反射された直線偏光は再び液晶層を通過して同じ回転方向の円偏光となり、λ/4層を通過して入射光と同じ振動方向の直線偏光となり、偏光板を通過する。入射光が反射されて出てくるので、この部分の表示は白(あるいは明)となる。
透過部では、基板背面からバックライトにより照射された光が、偏光板でその透過軸に一致した直線偏光となる。この直線偏光が液晶層に入ると、レターデーションがλ/2となっているため振動方向が90°傾いて正面側の偏光板の透過軸に平行な直線偏光になり、これを通過する。
液晶層に十分な電圧を印加し、液晶分子が基板面に対して垂直にたつようにして正面から見たレターデーションをほぼ0にする。
反射部では、正面側から入射した周囲光が、まず偏光板で直線偏光になり、反射領域のλ/4層で右回転の円偏光となる。液晶層のレターデーションはほぼ0なので、光はその偏光状態を維持したまま反射板に到達して反射される。このとき偏光の回転方向が逆転し、再び液晶層を通過してλ/4層を通過すると、偏光板の透過軸と直交する直線偏光に変換され、透過できないので黒表示になる。透過部では、背面側から入射した光が偏光板でその透過軸に一致した直線偏光となる。この直線偏光がそのまま、正面側の偏光板に到達するが、透過軸に直交する直線偏光なので透過できず、黒表示になる。
また、前記光学異方性層の厚さについては特に制限はないが、0.1〜20μmであることが好ましく、0.2〜15μmであることがさらに好ましく、0.3〜10μmであることがよりさらに好ましい。
また、任意形状にパターニングされた光学異方性層を有する本発明の光学素子及び半透過型液晶表示装置は、転写材料から光学異方性層を転写した後、パターン露光、現像工程によりパターンを形成する方法;所望の光学異方性を発現する流体をインクジェット式で所定の領域に吐出し、パターンを形成する方法;所望の光学異方性を発現する流体を所定の基板に塗布及び乾燥して液晶相を形成した後、パターン露光、現像工程を経ることにより、製造することができる。
また、本発明では、任意形状にパターニングされた逆分散特性の光学異方性層とは別に、前記逆波長分散特性を有するパターニングされていない一様な光学異方性層を、例えば、液晶セル内の背面側又は液晶セル外に有していてもよい。
まず、上記機能を満足する逆波長分散特性を有する、任意形状にパターニングされた光学異方性層を、転写材料を用いて形成する実施の形態について説明する。
[転写材料]
本発明の液晶表示装置の製造方法の一例として、前記光学異方性層を、転写材料から転写して形成することを含む方法が挙げられる。転写材料を用いて光学異方性層を形成することにより、工程数を軽減して、簡易な方法で良好な表示特性の液晶表示装置を作製することができる。ここで、転写材料とは、支持体と、少なくとも一層の光学異方性層と、少なくとも一層の感光性樹脂層とを有し、前記光学異方性層と前記感光性樹脂層を、他の基板上に転写するのに用いられる材料である。図3に本発明の転写材料のいくつかの例の概略断面図を示す。図3(a)に示す本発明の転写材料は、透明又は不透明な仮支持体11上に光学異方性層12と感光性樹脂層13とを有する。転写材料は他の層を有していてもよく、例えば、図3(b)に示す様に、支持体11と光学異方性層12との間には、転写時に相手基板側の凹凸を吸収するためのクッション性のような力学特性コントロールあるいは凹凸追従性付与のための層14を有していてもよいし、また、図3(c)に示す様に、光学異方性層12中の液晶性分子の配向を制御するための配向層として機能する層15が配置されてもよいし、さらに図3(d)に示す様に双方の層を有していてもよい。また、図3(e)に示す様に、感光性樹脂層の表面保護などの目的から、最表面に剥離可能な保護層16を設けてもよい。
本発明でいう転写材料に用いられる支持体は、透明でも不透明でもよく特に限定はない。支持体を構成するポリマーの例には、セルロースエステル(例、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート)、ポリオレフィン(例、ノルボルネン系ポリマー)、ポリ(メタ)アクリル酸エステル(例、ポリメチルメタクリレート)、ポリカーボネート、ポリエステル及びポリスルホン、ノルボルネン系ポリマーが含まれる。製造工程において光学特性を検査する目的には、透明支持体は透明で低複屈折の材料が好ましく、低複屈折性の観点からはセルロースエステル及びノルボルネン系が好ましい。市販のノルボルネン系ポリマーとしては、アートン(JSR(株)製)、ゼオネックス、ゼオノア(以上、日本ゼオン(株)製)などを用いることができる。また安価なポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等も好ましく用いられる。
前記光学異方性層は、上記の様に、液晶セル中に組み込まれることによって、液晶表示装置の視野角を補償する光学異方性層として機能する。光学異方性層単独で充分な光学補償能を有する態様はもちろん、他の層(例えば、液晶セル外に配置される光学異方性層等)との組み合わせで光学補償に必要とされる光学特性を満足する態様も本発明でいう範囲に含まれる。また、転写材料が有する光学異方性層が、光学補償能に充分な光学特性を満足している必要はなく、例えば、液晶セル基板上に転写される過程において実施される露光工程を通じて、光学特性が発現又は変化して、最終的に光学補償に必要な光学特性を示すものであってもよい。
式(0): Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.0
式(0)を満足するΔnの波長分散性を発現させるためには、少なくとも2種類の吸収波長と遷移モーメントの方向を調整する必要がある。Δnは異常光の屈折率から常光の屈折率を差し引いた値であるため、異常光の屈折率の波長分散性よりも、常光の波長分散性が、より右肩下がり(右を長波長側、左を短波長側とおいたときのΔnの傾き)であれば、その差し引いた値は、式(0)を満足する。屈折率の波長分散性は、Lorentz−Lorenzの式で表されているように、物質の吸収に密接な関係があるため、常光の波長分散性をより右肩下がりにするためには、常光方向の吸収波長をより長波化できれば、式(0)を満たす分子を設計することができる。
このような液晶性の低下を防ぐためには、William N. Thurms らが報告(Liquid Crystals、25巻、149頁、1998年)している2つの棒状液晶を側方方向でつないだ骨格を用いることが可能である。この骨格は、2つの棒状液晶をエチニル基で連結するため、棒状液晶を構成するベンゼン環のπ共役系がエチニル基のπ結合と共役した形(トラン骨格)となるため、液晶性を損なわずに分子の幅方向の吸収波長を長波化することができる。しかし、このトラン骨格は、分子の長軸方向(光軸方向)に対して、約60°しか傾いていないため、換言すれば吸収の遷移方向が約60°しか傾いていないため、常光方向の吸収波長だけでなく、異常光方向の吸収波長も長波化するため、結果として波長分散性にはほとんど寄与しない。
以上のように、異常光の屈折率に主に寄与する吸収の遷移よりも、常光の屈折率に主に寄与する吸収の遷移の方が長波長であり、且つ常光に主に寄与する吸収の遷移方向が分子の長軸方向(光軸方向)に対して、70〜90°傾いている分子が好ましい。常光に主に寄与する吸収の遷移方向が分子の長軸方向(光軸方向)に対して、70〜90°傾けるためには、6員環と奇数員環(3員環、5員環、7員環、9員環等)が縮環した部分構造を有することが好ましいことが分かった。
〜16族の非金属原子を表す(ただし、Xには水素原子又は置換基が結合してもよい)。nは0〜2の整数を表す。
A2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子又は置換基を表す。)、−S−及び
−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1、R2、R3、R4及びR5は各々独立に置
換基を表す。nは0〜2の整数を表す。
も異なっていてもよく、環を形成してもよい。置換基の例としては下記のものが適用できる。
は、ハメットの置換基定数σp値が0より大きい電子吸引性の置換基であることが好ましく、σp値が0〜1.5の電子吸引性の置換基を有していることがさらに好ましい。このような置換基としてはトリフルオロメチル基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。また、R4とR5とが結合して環を形成してもよい。
なお、ハメットの置換基定数のσp、σmに関しては、例えば、稲本直樹著「ハメット則−構造と反応性−」(丸善)、日本化学会編「新実験化学講座14 有機化合物の合成と反応V」2605頁(丸善)、仲谷忠雄著「理論有機化学解説」217頁(東京化学同人)、ケミカル レビュー,91巻,165〜195頁(1991年)等の成書に詳しく解説されている。
nは0〜2の整数を表し、好ましくは0、1である。
さらに、前記スキームに示したように、化合物(1−E)のテトラヒドロフラン溶液に、メタンスルホン酸クロライドを加え、N,N−ジイソプロピルエチルアミンを滴下し攪拌した後、N,N−ジイソプロピルエチルアミンを加え、化合物(1−D)のテトラヒドロフラン溶液を滴下し、その後、N,N−ジメチルアミノピリジン(DMAP)のテトラヒドロフラン溶液を滴下することで、例示化合物(1)を得ることができる。
順波長分散特性をもつ、棒状液晶性化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類及びアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性化合物だけではなく、高分子液晶性化合物も用いることができる。上記高分子液晶性化合物は、低分子の反応性基を有する棒状液晶性化合物が重合した高分子化合物である。
式中、Q61及びQ62はそれぞれ独立に、反応性基であり、L61、L62、L63及びL64はそれぞれ独立に、単結合又は二価の連結基を表すが、L63及びL64の少なくとも一方は、−O−CO−O−が好ましい。A61及びA62はそれぞれ独立に、炭素原子数2〜20のスペーサ基を表す。Mはメソゲン基を表す。
一般式(VII):−(−W61−L65)n−W62−
式中、W61及びW62は各々独立して、二価の環状アルキレン基もしくは環状アルケニレン基、二価のアリール基又は二価のヘテロ環基を表し、L65は単結合又は連結基を表し、連結基の具体例としては、前記式(VI)中、L61〜L64で表される基の具体例、−CH2−O−、及び−O−CH2−が挙げられる。nは1、2又は3を表す。
一般式(VIII): D(−L−P)n
式中、Dは円盤状コアであり、Lは二価の連結基であり、Pは重合性基であり、nは4〜12の整数である。
前記光学異方性層は、一般式(I)又は(II)で表される化合物を、液晶のダイレクタが一方向に揃うように配向させることにより作製してもよい。このような配向は、ラビング配向層もしくは光配向層上にカイラル性のない液晶層を配向させる方法、磁場もしくは電場で配向させる方法、延伸やせん断のような外力を与えて配向させる方法などによって実現できる。
配向させた液晶性化合物は、配向状態を維持して固定することが好ましい。固定化は、液晶性化合物に導入した反応性基の重合反応により実施することが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれるが、光重合反応がより好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)が含まれる。
以下、下記一般式(1)〜(3)について、順に説明する。
上記した様に、前記光学異方性層の形成には、配向層を利用してもよい。配向層は、一般に透明支持体上又は該透明支持体に塗設された下塗層上に設けられる。配向層は、その上に設けられる液晶性化合物の配向方向を規定するように機能する。配向層は、光学異方性層に配向性を付与できるものであれば、どのような層でもよい。配向層の好ましい例としては、有機化合物(好ましくはポリマー)のラビング処理された層、無機化合物の斜方蒸着層、及びマイクログルーブを有する層、さらにω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド及びステアリル酸メチル等のラングミュア・ブロジェット法(LB膜)により形成される累積膜、あるいは電場あるいは磁場の付与により誘電体を配向させた層を挙げることができる。
本発明でいう転写材料に用いられる感光性樹脂層は、感光性樹脂組成物よりなり、マスク等を介して光照射した際に露光部と未露光部に基板への転写性の差が生じればポジ型でもネガ型でもよく特に限定はない。前記感光性樹脂層は、少なくとも(1)アルカリ可溶性樹脂と、(2)モノマー又はオリゴマーと、(3)光重合開始剤又は光重合開始剤系と、を含む樹脂組成物から形成するのが好ましい。また、基板上にカラーフィルタと同時に光学異方性層を形成する態様においてはさらに加えて、(4)染料又は顔料のような着色剤を含む着色樹脂組成物から形成するのが好ましい。
以下、これら(1)〜(4)の成分について説明する。
前記アルカリ可溶性樹脂(以下、単に「バインダ」ということがある。)としては、側鎖にカルボン酸基やカルボン酸塩基などの極性基を有するポリマーが好ましい。その例としては、特開昭59−44615号公報、特公昭54−34327号公報、特公昭58−12577号公報、特公昭54−25957号公報、特開昭59−53836号公報及び特開昭59−71048号公報に記載されているような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を挙げることができる。また側鎖にカルボン酸基を有するセルロース誘導体も挙げることができ、またこの他にも、水酸基を有するポリマーに環状酸無水物を付加したものも好ましく使用することができる。また、特に好ましい例として、米国特許第4139391号明細書に記載のベンジル(メタ)アクリレートと(メタ)アクリル酸との共重合体や、ベンジル(メタ)アクリレートと(メタ)アクリル酸と他のモノマーとの多元共重合体を挙げることができる。これらの極性基を有するバインダポリマーは、単独で用いてもよく、或いは通常の膜形成性のポリマーと併用する組成物の状態で使用してもよく、着色樹脂組成物の全固形分に対する含有量は20〜50質量%が一般的であり、25〜45質量%が好ましい。
前記感光性樹脂層に使用されるモノマー又はオリゴマーとしては、エチレン性不飽和二重結合を2個以上有し、光の照射によって付加重合するモノマー又はオリゴマーであることが好ましい。そのようなモノマー及びオリゴマーとしては、分子中に少なくとも1個の付加重合可能なエチレン性不飽和基を有し、沸点が常圧で100℃以上の化合物を挙げることができる。その例としては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート及びフェノキシエチル(メタ)アクリレートなどの単官能アクリレートや単官能メタクリレート;ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(アクリロイルオキシエチル)シアヌレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート;トリメチロールプロパンやグリセリン等の多官能アルコールにエチレンオキシド又はプロピレンオキシドを付加した後(メタ)アクリレート化したもの等の多官能アクリレートや多官能メタクリレートを挙げることができる。
これらの中で、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートが好ましい。
また、この他、特開平11−133600号公報に記載の「重合性化合物B」も好適なものとして挙げることができる。
これらのモノマー又はオリゴマーは、単独でも、2種類以上を混合して用いてもよく、着色樹脂組成物の全固形分に対する含有量は5〜50質量%が一般的であり、10〜40質量%が好ましい。
前記感光性樹脂層に使用される光重合開始剤又は光重合開始剤系としては、米国特許第2367660号明細書に開示されているビシナルポリケタルドニル化合物、米国特許第2448828号明細書に記載されているアシロインエーテル化合物、米国特許第2722512号明細書に記載のα−炭化水素で置換された芳香族アシロイン化合物、米国特許第3046127号明細書及び同第2951758号明細書に記載の多核キノン化合物、米国特許第3549367号明細書に記載のトリアリールイミダゾール2量体とp−アミノケトンの組み合わせ、特公昭51−48516号公報に記載のベンゾチアゾール化合物とトリハロメチル−s−トリアジン化合物、米国特許第4239850号明細書に記載されているトリハロメチル−トリアジン化合物、米国特許第4212976号明細書に記載されているトリハロメチルオキサジアゾール化合物等を挙げることができる。特に、トリハロメチル−s−トリアジン、トリハロメチルオキサジアゾール及びトリアリールイミダゾール2量体が好ましい。
また、この他、特開平11−133600号公報に記載の「重合開始剤C」も好適なものとしてあげることができる。
これらの光重合開始剤又は光重合開始剤系は、単独でも、2種類以上を混合して用いてもよいが、特に2種類以上を用いることが好ましい。少なくとも2種の光重合開始剤を用いると、表示特性、特に表示のムラが少なくできる。
着色樹脂組成物の全固形分に対する光重合開始剤又は光重合開始剤系の含有量は、0.5〜20質量%が一般的であり、1〜15質量%が好ましい。
前記着色樹脂組成物には、公知の着色剤(染料、顔料)を添加することができる。該公知の着色剤のうち顔料を用いる場合には、着色樹脂組成物中に均一に分散されていることが望ましく、そのため粒径が0.1μm以下、特には0.08μm以下であることが好ましい。
上記公知の染料ないし顔料としては、特開2004−302015号公報の段落番号[0033]、米国特許第6,790,568号明細書カラム14に記載の顔料等が挙げられる。
レッド224、C.I.ピグメント・イエロー139、又は、C.I.ピグメント・バイオレット23との組み合わせが挙げられ、C.I.ピグメント・グリーン36では、C.I.ピグメント・イエロー150、C.I.ピグメント・イエロー139、C.I.ピグメント・イエロー185、C.I.ピグメント・イエロー138、又は、C.I.ピグメント・イエロー180との組み合わせが挙げられ、C.I.ピグメント・ブルー15:6では、C.I.ピグメント・バイオレット23、又は、C.I.ピグメント・ブルー60との組み合わせが挙げられる。
転写材料の、支持体と光学異方性層の間には、力学特性や凹凸追従性をコントロールするために熱可塑性樹脂層を形成することが好ましい。熱可塑性樹脂層に用いる成分としては、特開平5−72724号公報に記載されている有機高分子物質が好ましく、ヴイカーVicat法(具体的にはアメリカ材料試験法エーエステーエムデーASTMD1235によるポリマー軟化点測定法)による軟化点が約80℃以下の有機高分子物質より選ばれることが特に好ましい。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、エチレンと酢酸ビニル或いはそのケン化物の様なエチレン共重合体、エチレンとアクリル酸エステル或いはそのケン化物、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルと酢酸ビニル及びそのケン化物の様な塩化ビニル共重合体、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニリデン共重合体、ポリスチレン、スチレンと(メタ)アクリル酸エステル或いはそのケン化物の様なスチレン共重合体、ポリビニルトルエン、ビニルトルエンと(メタ)アクリル酸エステル或いはそのケン化物の様なビニルトルエン共重合体、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸ブチルと酢酸ビニル等の(メタ)アクリル酸エステル共重合体、酢酸ビニル共重合体ナイロン、共重合ナイロン、N−アルコキシメチル化ナイロン、N−ジメチルアミノ化ナイロンの様なポリアミド樹脂等の有機高分子が挙げられる。
本発明でいう転写材料を基板上に転写する方法については特に制限されず、基板上に上記光学異方性層及び感光性樹脂層を同時に転写できれば特に方法は限定されない。例えば、フィルム状に形成した本発明でいう転写材料を、感光性樹脂層面を基板表面側にして、ラミネータを用いて加熱及び/又は加圧したローラー又は平板で圧着又は加熱圧着して、貼り付けることができる。具体的には、特開平7−110575号公報、特開平11−77942号公報、特開2000−334836号公報、特開2002−148794号公報に記載のラミネータ及びラミネート方法が挙げられるが、低異物の観点で、特開平7−110575号公報に記載の方法を用いるのが好ましい。その後、支持体は剥離してもよく、剥離によって露出した光学異方性層表面に、他の層、例えば電極層等を形成してもよい。
また、上記現像液には、更に公知の界面活性剤を添加することができる。界面活性剤の濃度は0.01質量%〜10質量%が好ましい。
次に、上記逆波長分散特性を有する、反射領域のみに任意形状にパターニングされた光学異方性層を、インクジェットを用いて形成する実施の形態について説明する。
本実施の形態では、所定の光学異方性を発現する溶液等の流体を、インクジェット装置を用いて吐出して、微細領域内(例えば、R画素、G画素及びB画素上)に前記流体からなる層を形成する。前記流体は、液晶性化合物の少なくとも一種を含有するのが好ましく、中でも前記一般式(I)又は一般式(II)で表される化合物を少なくとも一種含有していることが好ましい。乾燥後に液晶相を形成するように調製されたものが好ましい。インクジェットにより吐出可能であればよく、液晶性化合物等の材料の一部又は全部が分散した分散液を用いてもよいが、溶液であるのが好ましい。
前記流体の吐出が完了した後、所望により該流体の層の乾燥を行い、液晶相を形成し、露光することによって硬化させて、光学異方性層を形成する。液晶相を形成するために、所望により加熱してもよく、その場合は、加熱装置を使用してもよい。
次に、上記逆波長分散特性を有する光学異方性層を、現像法、即ち、塗布、露光、現像工程を用いて形成する実施の形態について説明する。
本実施の形態では、所定の光学異方性を発現する溶液等の流体を、表面に塗布し、所望により乾燥して、液晶相とする。前記容液等の流体は、液晶性化合物の少なくとも一種を含有しているのが好ましく、中でも、前記一般式(I)又は一般式(II)で表される化合物を少なくとも一種含有していることが好ましい。乾燥後に液晶相を形成するように調製されたものが好ましい。液晶相とした後、画像様に露光して、露光部を硬化し又は露光部を可溶化し、現像することで、所定形状にパターニングされた光学異方性層を形成できる。
前記流体を上記方法により表面に塗布し、その後、所望により乾燥して、液晶相を形成する。液晶相を形成するために、所望により加熱してもよく、その場合は、加熱装置を使用してもよい。また、本実施の形態においても、前記流体を配向膜上に塗布して、配向膜の配向制御能を利用して、液晶相を形成してもよい。本実施の形態に利用可能な配向膜は、前記転写法の実施の形態に利用可能な配向膜の例と同様である。
[その他の構成部材]
本発明の液晶表示装置は、反射層を含む反射領域、透過領域、カラーフィルタ層、及び視野角補償層をさらに有していてもよい。前記液晶表示装置が有する、反射層を含む反射領域、透過領域、カラーフィルタ層、及び視野角補償層は、従来公知の種々の方法で形成することができる。前記カラーフィルタ層又は視野角補償層についても、転写材料を利用して形成してもよい。また、カラーフィルタの製造においては、特開平11−248921号公報、特許3255107号公報に記載のように、カラーフィルタを形成する着色樹脂組成物を重ねることで土台を形成し、その上に透明電極を形成し、更に必要に応じて分割配向用の突起を重ねることでスペーサを形成することが、コストダウンの観点で好ましい。また、視野角補償層は、前記一般式(VI)で表される棒状液晶性化合物、又は前記一般式(VIII)で表される円盤状液晶性化合物を含有する重合性組成物を、配向膜等の表面に塗布して、液晶性分子を配向させた後、該配向状態に重合により固定して形成するのが好ましい。前記重合性組成物中に用いられる材料、固定化方法、塗布液の調製、配向膜についての具体例は、本発明の転写材料が有する光学異方性層の形成時に用いられる材料及び方法と同様である。
(熱可塑性樹脂層用塗布液CU−1の調製)
下記の組成物を調製し、孔径30μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、配向層用塗布液CU−1として用いた。
──────────────────────────────────――――――
熱可塑性樹脂層用塗布液組成(%)
──────────────────────────────────――――――
メチルメタクリレート/2−エチルヘキシルアクリレート/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体
(共重合組成比(モル比)=55/30/10/5、重量平均分子量=10万、Tg≒70℃)
5.89
スチレン/アクリル酸共重合体(共重合組成比(モル比)=65/35、重量平均分子量=1万、Tg≒100℃)
13.74
BPE−500(新中村化学工業(株)製) 9.20
メガファックF−780−F(大日本インキ化学工業(株)社製) 0.55
メタノール 11.22
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 6.43
メチルエチルケトン 52.97
──────────────────────────────────――――――
下記の組成物を調製し、孔径30μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、中間層/配向層用塗布液AL−1として用いた。
──────────────────────────────────――
中間層/配向層用塗布液組成(%)
──────────────────────────────────――
ポリビニルアルコール(PVA205、クラレ(株)製) 3.21
ポリビニルピロリドン(Luvitec K30、BASF社製) 1.48
蒸留水 52.1
メタノール 43.21
──────────────────────────────────――
下記の組成物を調製し、孔径30μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、配向層用塗布液AL−1として用いた。変性ポリビニルアルコールは特開平9−152509号公報記載のものを用いた。
───────────────────────────────────
配向層用塗布液組成 (質量%)
─────────────────────────────────――
変性ポリビニルアルコールAL−1−1 4.01
水 72.89
メタノール 22.83
グルタルアルデヒド(架橋剤) 0.20
クエン酸 0.008
クエン酸モノエチルエステル 0.029
クエン酸ジエチルエステル 0.027
クエン酸トリエチルエステル 0.006
───────────────────────────────────
下記の組成物を調製後、孔径1μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、光学異方性層用塗布液LC−Xとして用いた。
──────────────────────────────────――
光学異方性層用塗布液組成(%)
──────────────────────────────────――
LC−X−1 19.16
光重合開始剤
(イルガキュア907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)0.57
増感剤(カヤキュアDETX、日本化薬(株)製) 0.19
LC−X−2 0.08
クロロホルム 80.0
──────────────────────────────────――
下記の組成物を調製後、孔径1μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、光学異方性層用塗布液LC−1として用いた。
──────────────────────────────────――
光学異方性層用塗布液組成(%)
──────────────────────────────────――
棒状液晶(Paliocolor LC242,BASFジャパン 30.00
水平配向剤(LC−1−1) 0.10
光重合開始剤(LC−1−2) 1.90
メチルエチルケトン 68.00
──────────────────────────────────――
水平配向剤(LC−1−1)はTetrahedron Lett.誌、第43巻、6793頁(2002)に記載の方法準じて合成した。光重合開始剤(LC−1−2)はEP1388538A1,page 21に記載の方法により合成した。
下記の組成物を調製後、孔径1μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、光学補償層用塗布液LC−2を調製した。
──────────────────────────────────――
光学異方性層用塗布液組成(%)
──────────────────────────────────――
例示化合物TE−8(R:8、m=4) 32.43
ディスコティック化合物記載
エチレングリコール変性トリメチロールプロパントリアクリレート
(V#360、大阪有機化学工業(株)製) 3.60
セルロースアセテートブチレート
(CAB531−1、イーストマンケミカル社製) 0.72
光重合開始剤
(イルガキュア907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)1.08
増感剤(カヤキュアDETX、日本化薬(株)製) 0.36
メチルエチルケトン 61.81
──────────────────────────────────――
下記の組成物を調製後、孔径0.2μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、感光性樹脂層用塗布液PP−1として用いた。
──────────────────────────────────――
感光性樹脂層用塗布液PP−1組成(質量%)
──────────────────────────────────――
ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=72/28モル比のランダム共重合物
(重量平均分子量3.7万) 5.0
ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=78/22モル比のランダム共重合物
(重量平均分子量4.0万) 2.45
KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製) 3.2
ラジカル重合開始剤
(イルガキュア907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)0.75
増感剤(カヤキュアDETX、日本化薬(株)製) 0.25
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 27.0
メチルエチルケトン 53.0
シクロヘキサノン 9.2
メガファックF−176PF(大日本インキ化学工業(株)製) 0.05
──────────────────────────────────――
下記の組成物を調製後、孔径0.2μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、感光性樹脂層用塗布液PP−K1として用いた。調整方法は、まずK顔料分散物、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートをはかり取り、温度24℃(±2℃)で混合して150rpm10分間攪拌し、次いで、表1に記載の量のメチルエチルケトン、バインダ1、ハイドロキノンモノメチルエーテル、DPHA溶液、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[4−(N,N−ジエトキシカルボニルメチル)−3−ブロモフェニル]−s−トリアジン、メガファックF−176PFをはかり取り、温度25℃(±2℃)でこの順に添加して、温度40℃(±2℃)で150rpm30分間攪拌することによって得られた。
──────────────────────────────────――
感光性樹脂層用塗布液PP−K1組成(質量%)
──────────────────────────────────――
K顔料分散物 25.0
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) 8.0
メチルエチルケトン 53.494
バインダ1 9.1
DPHA溶液 4.2
2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[4−(N,N−ジエトキシカルボニルメチル)−3−プロモフェニル]−s−トリアジン 0.160
ハイドロキノンモノメチルエーテル 0.002
メガファックF−176PF(大日本インキ(株)製) 0.044
──────────────────────────────────――
[K顔料分散物組成]
──────────────────────────────────――
K顔料分散物組成(%)
──────────────────────────────────――
カーボンブラック(デグッサ社製、Special Black 250)
13.1
5−[3−オキソ−2−[4−[3,5−ビス(3−ジエチルアミノプロピルアミノカルボニル)フェニル]アミノカルボニル]フェニルアゾ]−ブチロイルアミノベンズイミダゾロン
0.65
ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=72/28モル比のランダム共重合物
(重量平均分子量3.7万) 6.72
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 79.53
──────────────────────────────────――
バインダ1組成(%)
──────────────────────────────────――
ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=78/22モル比のランダム共重合物
(重量平均分子量4万) 27.0
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 73.0
──────────────────────────────────――
DPHA溶液組成(%)
──────────────────────────────────――
KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製) 76.0
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 24.0
──────────────────────────────────――
厚さ75μmのロール状ポリエチレンテレフタレートフィルム仮支持体の上に、スリット状ノズルを用いて、熱可塑性樹脂層用塗布液CU−1を塗布、乾燥させた。次に、中間層/配向層用塗布液AL−1を塗布、乾燥させた。更に、感光性樹脂組成物PP−K1を塗布、乾燥させ、該仮支持体の上に乾燥膜厚が14.6μmの熱可塑性樹脂層と、乾燥膜厚が1.6μmの中間層と、乾燥膜厚が2.3μmの感光性樹脂層を設け、保護フィルム(厚さ12μmポリプロピレンフィルム)を圧着した。こうして仮支持体と熱可塑性樹脂層と中間層(酸素遮断膜)とブラック(K)の感光性樹脂層とが一体となったブラックマトリクス用感光性樹脂転写材料K−1を作製した。
(感光性樹脂転写材料の作製)
厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートロールフィルム仮支持体の上に、スリット状ノズルを用いて、熱可塑性樹脂層用塗布液CU−1を塗布、乾燥させた。次に、配向層用塗布液AL−1を塗布、乾燥させた。熱可塑性樹脂層の膜厚は14.6μm、配向層は1.6μmであった。続いて、形成した配向層をラビング処理した後、その上に光学異方性層用塗布液LC−Xを#5.5のワイヤーバーコータで塗布し、平面照射型遠赤外線ヒータ(16φ、長さ500mm、0.7kW)で照射しながら125℃3分間加熱乾燥熟成して均一な液晶相を有する層を形成した後、空気下にて160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度400mW/cm2、照射量400mJ/cm2の紫外線を照射して光学異方性層を固定化して、厚さ1.9μmの光学異方性層を形成した。
最後に、感光性樹脂組成物PP−1を塗布、乾燥させて0.7μm厚の感光性樹脂層を形成し、感光性樹脂転写材料RET−1を作製した。
(感光性樹脂転写材料の作製)
厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートロールフィルム仮支持体の上に、スリット状ノズルを用いて、熱可塑性樹脂層用塗布液CU−1を塗布、乾燥させた。次に、配向層用塗布液AL−1を塗布、乾燥させた。熱可塑性樹脂層の膜厚は14.6μm、配向層は1.6μmであった。続いて、形成した配向層をラビング処理した後、その上に光学異方性層用塗布液LC−1を#3のワイヤーバーコータで塗布し、膜面温度が95℃2分間加熱乾燥熟成して均一な液晶相を有する層を形成した。さらに熟成後直ちにこの層に対して、空気下にて160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度400mW/cm2、照射量400mJ/cm2の紫外線を照射して光学異方性層を固定化して、厚さ0.9μmの光学異方性層を形成した。最後に、感光性樹脂組成物PP−1を塗布、乾燥させて1.7μmの感光性樹脂層を形成し、感光性樹脂転写材料RET−2を作製した。
上記実施例1及び参考例1で作製した転写材料のそれぞれを、透明ガラス基板上に転写し、フィルム仮支持体を剥離した後、400mJ/cm2の紫外線を照射し、200℃のオーブンで大気雰囲気中、1時間のベーク処理を行った。室温まで放冷して、位相差板を作製した。それをファイバ型分光計を用いた平行ニコル法により、任意の波長λにおける正面レターデーションReを測定した。R、G、Bそれぞれに対応する波長λとして、650nm、550nm、450nmのレターデーションを測定した。位相差測定結果を以下の表に示す。
実施例1の光学異方性層用塗布液LC−1の調製に用いた棒状液晶を、例示化合物(110)の棒状液晶に変更し、メチルエチルケトンをクロロホルムに変更した以外は、同様にして、光学異方性層用塗布液LC−2を調製した。
ガラス基板状に配向層用塗布液AL−1を塗布、乾燥させた。配向層は1.6μmであった。続いて、形成した配向層をラビング処理した後、その上に光学異方性層用塗布液LC−2をピエゾ方式のヘッドを用いて打滴し、140℃2分間加熱乾燥熟成して均一な液晶相を有する層を形成した。さらに熟成後直ちにこの層に対して、酸素濃度0.3%以下の窒素雰囲気下において、UV光を照射(照度200mW/cm2、照射量1000mJ/cm2)して光学異方性層を固定化し、厚さ2.9μmの光学異方性層I−2を形成した。形成した光学異方性層が、微細パターンとして形成されていることを確認した。
光学異方性層用塗布液LC−1の調製に用いた棒状液晶を、特開2006−64858号公報記載の下記式(但し、x=4)で表される棒状液晶に変更した以外は同様にして塗布液LC−3を調製し、実施例2と同様にして光学異方性層I−3を形成した。形成した光学異方性層が、微細パターンとして形成されていることを確認した。
作成した光学異方性層の光学異方性を自動複屈折率計(KOBRA−21ADH、王子計測機器(株)社製)を用いてReの光入射角度依存性を測定して求め、別途求めた膜厚
よりΔnを求めた。Δn測定結果を下記表に示す。
ガラス基板上に、スリット状ノズルを用いて、配向層用塗布液AL−1を塗布、乾燥させた。配向層は1.6μmであった。続いて、形成した配向層をラビング処理した後、その上に光学異方性層用塗布液LC−2を#5.5のワイヤーバーコータで塗布し、140℃2分間加熱乾燥熟成して均一な液晶相を有する層を形成した。さらに熟成後直ちにこの層に対して、酸素濃度0.3%以下の窒素雰囲気下において、フォトマスクを介して、UV光を照射(照度200mW/cm2、照射量1000mJ/cm2)して、アセトン溶液に浸漬し、未露光部分の液晶膜を除去した。
形成した光学異方性層が、微細パターンとして形成されていることを確認した。
(半透過型LCD1の作製)
実施例4では、図1に示した液晶表示装置1と光学的な構成が同一のフルカラーのパネルを作製した。
まず、次の方法により半透過用カラーフィルタ1を作製した。
−ブラック(K)画像の形成−
無アルカリガラス基板を、25℃に調整したガラス洗浄剤液をシャワーにより20秒間吹き付けながらナイロン毛を有する回転ブラシで洗浄し、純水シャワー洗浄後、シランカップリング液(N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン0.3%水溶液、商品名:KBM−603、信越化学)をシャワーにより20秒間吹き付け、純水シャワー洗浄した。この基板を基板予備加熱装置で100℃2分加熱した。
前記感光性樹脂転写材料K−1の保護フィルムを剥離後、ラミネータ((株)日立インダストリイズ製(LamicII型))を用い、前記100℃で2分間加熱した基板に、ゴムローラー温度130℃、線圧100N/cm、搬送速度0.4m/分でラミネートした。
保護フィルムを剥離後、超高圧水銀灯を有するプロキシミティー型露光機(USHIO電機株式会社製UX−1000SM)で、基板とマスク(画像パターンを有す石英露光マスク)をセットした状態で、露光マスクのパターン面と該感光性樹脂層の間の距離を200μmに設定し、露光量70mJ/cm2でパターン露光した。
次に、トリエタノールアミン系現像液(2.5%のトリエタノールアミン含有、ノニオン界面活性剤含有、ポリプロピレン系消泡剤含有、商品名:T−PD1、富士フイルム(株)製)にて30℃50秒、フラットノズル圧力0.04MPaでシャワー現像し熱可塑性樹脂層と酸素遮断膜を除去した。
引き続き炭酸Na系現像液(0.06mol/Lの炭酸水素ナトリウム、同濃度の炭酸ナトリウム、1%のジブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム、アニオン界面活性剤、消泡剤、安定剤含有、商品名:T−CD1、富士フイルム(株)製)を用い、コーン型ノズル圧力0.15MPaでシャワー現像し感光性樹脂層を現像しパターニング画素を得た。
引き続き洗浄剤(燐酸塩・珪酸塩・ノニオン界面活性剤・消泡剤・安定剤含有、商品名:T−SD1、富士フイルム(株)製)を用い、コーン型ノズル圧力0.02MPaでシャワーとナイロン毛を有す回転ブラシにより残渣除去を行い、ブラック(K)の画像を得た。その後更に、該基板に対して該樹脂層の側から超高圧水銀灯で500mJ/cm2の光でポスト露光後、220℃、15分熱処理した。
このKの画像を形成した基板を再び、前記のようにブラシで洗浄し、純水シャワー洗浄後、シランカップリング液は使用せずに、基板予備加熱装置により100℃2分加熱した。
FUJIFILM RESEARCH & DEVELOPMENT No.44(1999)の25頁に記載のトランサーシステム(富士フイルム(株)製)を用い、上記ブラックマトリクスを形成した基板上の、RGB画素部に相当する部分に、R、G、Bのカラーフィルタ層を形成した。各色層の厚さは、それぞれ、1.8μm、だった。
次に、実施例1で作製した転写材料RET−1を、上記基板上に前記感光性樹脂転写材料K−1と同様の工程で転写し、反射領域に対応する部分にUV光が照射されるようにデザインしたフォトマスクを、感光性樹脂層の表面から100μmの距離となるようにプロキシミティー露光機を配置し、該フォトマスクを介して超高圧水銀灯により照射エネルギー100mJ/cm2で露光した。次に、トリエタノールアミン系現像液(2.5%のトリエタノールアミン含有、ノニオン界面活性剤含有、ポリプロピレン系消泡剤含有、商品名:T−PD1、富士フイルム(株)製)にて30℃50秒、フラットノズル圧力0.04MPaでシャワー現像し熱可塑性樹脂層と酸素遮断膜を除去した。
引き続き炭酸Na系現像液(0.06mol/Lの炭酸水素ナトリウム、同濃度の炭酸ナトリウム、1%のジブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム、アニオン界面活性剤、消泡剤、安定剤含有、商品名:T−CD1、富士フイルム(株)製)を用い、コーン型ノズル圧力0.15MPaでシャワー現像し感光性樹脂層を現像しパターニング画素を得た。引き続き洗浄剤(燐酸塩・珪酸塩・ノニオン界面活性剤・消泡剤・安定剤含有、商品名:T−SD1、富士フイルム(株)製)を用い、コーン型ノズル圧力0.02MPaでシャワーとナイロン毛を有す回転ブラシにより残渣除去を行い、反射領域の画像を得た。その後更に、該基板に対して該樹脂層の側から超高圧水銀灯で500mJ/cm2の光でポスト露光した。この基板を220℃で50分ベークして、目的の基板が得られた。
上で作製したカラーフィルタ1及びλ/4層の上に、厚さ1000ÅのITO透明電極膜を真空スパッタリング法により形成した。
成膜:真空チャンバー内で10-5Pa程度まで真空引きしてから、ヒータで基板を240度に加熱、10-1Paのアルゴンガス雰囲気でプラズマ放電をたてて、ターゲット表面からITOを飛ばし、1000Åの厚さになるまで堆積させた。
フォトリソグラフ:スピンコート法により、フォトレジスト(東京応化製)を2μmの厚さに均一にコートした。100℃のベーク炉でプリベークを行った後、露光装置で所望のパターンのフォトマスクを使ってパターンを焼きこんだ。露光量と露光時間は設備の最適条件を適宜選んで決定した。露光後の基板を現像液(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド含有:東京応化製)で現像後、120℃のベーク炉でポストベークを行い、残留溶剤を飛ばして形を固定した。次にITOのエッチング液(塩化第2鉄含有:関東化学製)を揺動するシャワーヘッドで吹きかけながらエッチングを行い、ITO膜が十分溶けきったのを確認して、純水シャワーでエッチング液を洗い落とし、乾燥エアーを使った高圧エアナイフで水を切って乾燥させた。次にレジストを剥離した。レジスト剥離液(2−アミノエタノール、NMP含有:東京応化製)をシャワーヘッドで吹きかけながら、ロールブラシをかけてレジストを剥離した。剥離液は、温水シャワーとエアナイフで流して飛ばした。
さらにその上にポリイミドの配向膜を設けた。配向材はJSR製ポリイミドAL1254を使用し、ロールコート法で画素電極が配置されている領域に塗布した。塗布後、80℃の雰囲気で15分プリベークを行い、さらに200℃で60分焼成を行った。その結果、膜厚で約0.5umの配向層を得た。この配向膜をラビング装置により配向処理を行った。ラビング布はコットン、回転数500rpm、押しこみ深さ0.3mmとした。
カラーフィルタ基板と実質的に同じ材質、サイズのガラス基板を準備した。
洗浄:
25℃に調整した純水をシャワーにより吹き付けながらナイロン毛を有する回転ブラシで洗浄し、乾燥エアーを使ったエアナイフで水を切って乾燥させた。
成膜:
真空スパッタ成膜装置で行った。真空チャンバー内で10-4Pa程度まで真空引きしてから、ヒータで基板を200度に加熱、10-1Paのアルゴンガス雰囲気でプラズマ放電をたてて、ターゲット表面からALを飛ばし、1000Åの厚さになるまで堆積させた。
フォトリソグラフ:
スピンコート法により、フォトレジスト(東京応化製)を2μmの厚さに均一にコートした。100℃のベーク炉でプリベークを行った後、露光装置で所望のパターンのフォトマスクを使ってパターンを焼きこんだ。露光後の基板を現像液(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド含有:東京応化製)で現像後、120℃のベーク炉でポストベークを行い、残留溶剤を飛ばして形を固定した。次にALのエッチング液(燐酸含有:関東化学製)を揺動するシャワーヘッドで吹きかけながらエッチングを行い、膜が十分溶けきったのを確認して、純水シャワーでエッチング液を洗い落とし、乾燥エアーを使った高圧エアナイフで水を切って乾燥させた。次にレジストを剥離した。レジスト剥離液(2−アミノエタノール、NMP含有:東京応化製)をシャワーヘッドで吹きかけながら、ロールブラシをかけてレジストを剥離した。剥離液は、温水シャワーとエアナイフで流して飛ばした。
上記方法により、図1に示した通り、対向側基板の、λ/4層が形成された位置と対向する位置にのみ反射層を形成した。
反射層が形成された基板の表面に、ITO透明導電膜を真空スパッタ法で形成した。真空チャンバー内で10-5Pa程度まで真空引きしてから、ヒータで基板を200度に加熱、10-1Paのアルゴンガス雰囲気でプラズマ放電をたてて、ターゲット表面からITOを飛ばし、1000Åの厚さになるまで堆積させた。
厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートフィルム仮支持体上に熱可塑性樹脂層用塗布液CU−1を塗布、乾燥させ、乾燥膜厚が15μmの熱可塑性樹脂層を設けた。
次に、前記熱可塑性樹脂層上に中間層/配向層用塗布液AL−1を塗布、乾燥させ、乾燥膜厚が1.6μmの中間層を設けた。
前記中間層上に、下記の処方からなる塗布液を塗布、乾燥させ、乾燥膜厚が2.5μmの液晶配向制御用突起用感光性樹脂層を設けた。
────────────────────────────────────────突起用塗布液組成(%)
────────────────────────────────────────FH−2413F(富士フイルムエレクトロマテリアルズ(株)製)53.3
メチルエチルケトン 46.66
メガファックF−176PF 0.04
────────────────────────────────────────
更に、前記感光性樹脂層表面に厚さ12μmのポリプロピレン製のフィルムをカバーフィルムとして貼り付け、仮支持体上に、熱可塑性樹脂層、中間層、感光性樹脂層、カバーフィルムがこの順に積層された転写材料を作製した。
上で作製した突起用転写材料からカバーフィルムを剥がし、その感光性樹脂層の表面と前記対向基板の透明電極膜を設けた側の表面とを重ね合わせ、ラミネータ((株)日立インダストリイズ製(LamicII型))を用いて、線圧100N/cm、温度130℃、搬送速度2.2m/分の条件下で貼り合わせた。その後、転写材料の仮支持体のみを熱可塑性樹脂層との界面で剥離し、除去した。この状態では、カラーフィルタ側基板上に、感光性樹脂層、中間層、熱可塑性樹脂層がこの順に積層されている。
次に、最外層である熱可塑性樹脂層の上方に、フォトマスクが感光性樹脂層の表面から100μmの距離となるようにプロキシミティー露光機を配置し、該フォトマスクを介して超高圧水銀灯により照射エネルギー70mJ/cm2でプロキシミティー露光した。その後、1%トリエタノールアミン水溶液を、シャワー式現像装置にて30℃で30秒間基板に噴霧して、熱可塑性樹脂層及び中間層を溶解除去した。この段階では、感光性樹脂層は実質的に現像されていなかった。
続いて、0.085mol/Lの炭酸ナトリウムと0.085mol/Lの炭酸水素ナトリウムと1%のジブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液を、シャワー式現像装置にて33℃30秒間基板に噴霧しながら現像し、感光性樹脂層の不要部(未硬化部)を現像除去した。すると、カラーフィルタ側基板上に、所望の形状にパターニングされた感光性樹脂層よりなる突起が形成された。次いで、該突起が形成されたカラーフィルタ側基板を240℃下で50分ベークすることにより、カラーフィルタ側基板上に、高さ2.5μm、縦断面形状が蒲鉾様の液晶配向制御用突起を形成することができた。
透明導電層の上にはカラーフィルタ基板と同様にポリイミド配向層を形成した。配向材はJSR製ポリイミドAL1254を使用し、ロールコート法で画素電極が配置されている領域に選択的に塗布した。塗布後、80℃の雰囲気で15分プリベークを行い、さらに200℃で60分焼成を行った。その結果、膜厚で約0.5umの配向層を得た。この配向膜をラビング装置により配向処理を行った。ラビング布はコットン、回転数500rpm、押しこみ深さ0.3mmの条件とした。ラビング方向は、カラーフィルタ基板の配向方向に対してアンチパラレル方向になるように設定した。
対向基板の周囲にシールパターンを形成した。粒子径6.8umのシールスペーサを1.0wt%含有したエポキシ樹脂(日産化学製ストラクトボンドXN−21S)をシールディスペンサ装置で表示領域を囲む所定の領域に液晶の注入口に相当する部分を開いた形で印刷した。これを80℃で30分仮焼きした。
カラーフィルタ基板1と対向基板が正しい位置で重なるように調整した。その状態で0.03MPaの圧力をかけながら、貼り合わされたガラス基板を180℃、60分で熱処理し、シール剤を硬化させ、2枚のガラス基板の積層体を得た。焼成にはバルーンタイプの装置を使用した。
このガラス基板積層体に液晶注入装置を使って液晶材を注入した。液晶材は屈折率異方性0.55の棒状ネマチック液晶で、これを液晶皿に入れ、基板積層体とともに真空チャンバー内で10-1Paの真空下で60分保持して脱気した。十分真空に引いた後、シールに設けた注入口の部分を液晶に浸すようにした上で大気圧に戻して180分保持して、ガラス基板の間隙に液晶を満たした。その後、注入装置から基板積層体を取り出し、注入口の部分をUV硬化性のエポキシ接着剤を塗布・硬化して液晶セルを得た。
この液晶セルの背面側に、残留レターデーション補償用のフィルムとして、位相差38nmの1軸性位相差フィルムを、遅相軸が液晶の配向方向と直交する方向に貼り付け、さらに両面に、(株)サンリッツ製の偏光板HLC2−2518を、偏光板吸収軸が液晶の配向方向と直交する配置で貼り付けて液晶パネルを得た。
(透過部レターデーション測定)
この液晶セルの透過領域におけるレターデーションを大塚電子製光学材料検査装置(RETS−100)で、電圧無印加の状態でのレターデーション測定を測定したところ、ほぼ265nmであった。
実施例5では、透過部の光学補償板として、支持体上に円盤状液晶性化合物をハイブリッド配向させて、これを重合した透過部用光学補償板を作製し、パネル背面側基板と偏光板の間に配置した。この実施例では、透過部の光学特性に優れると言う効果が期待できる。
(透過部用光学補償板の作製)
《セルロースエステルフィルムの片面ケン化処理》
市販のセルロースアセテートフィルムであるフジタックTD80UF(富士フイルム(株)製、Re=3nm、Rth=50nm)を温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させ、フィルム表面温度を40℃に昇温した後に、下記に示す組成のアルカリ溶液を、バーコーターを用いて14ml/m2で塗布した。そして、110℃に加熱したスチーム式遠赤外線ヒータ((株)ノリタケカンパニー製)の下に10秒滞留させた後に、同じバーコーターを用いて純水を3ml/m2塗布した。この時のフィルム温度は40℃であった。次いで、ファウンテンコーターによる水洗とエアナイフによる水切りを3回繰り返した後、70℃の乾燥ゾーンに2秒滞留させて乾燥した。
────────────────────────────―
アルカリ溶液組成 質量%
────────────────────────────―
水酸化カリウム 4.7
水 14.7
イソプロパノール 64.8
プロピレングリコール 14.8
界面活性剤(SF−1) 1.0
────────────────────────────―
さらに、実施例4と同様の手順で、反射パターンの形成、続いて、透明電極の形成、突起用感光性転写材料の作製、突起の形成、対向側配向層の形成、シールパターンの形成、重ね合わせ、液晶注入までを行った。
上記基板背面側に、前記透過部用光学補償板を、光学異方性層を上記基板面に向け、粘着剤を貼り付けた。この時、前記光学補償板のラビング方向と、前記基板のラビング方向は、アンチパラレルとなるようにした。さらに液晶セルの両面に、(株)サンリッツ製の偏光板HLC2−2518を、偏光板吸収軸が液晶の配向方向と直交する配置で貼り付けて液晶パネルを得た。
参考例3でも、図1に示す液晶表示装置と光学的な構成が同じとされたフルカラーのパネルを作製した。但し、比較のため、参考例1で作製した転写材料を用いてλ/4層を形成した。具体的には以下の方法で作製した。
ブラック(K)画像の形成及びレッド(R)グリーン(G)ブルー(B)画素の形成を、実施例4と同様に行った。
−反射領域の光学異方性層の形成−
次に、参考例1で作製した転写材料RET−2を、上記基板上に前記感光性樹脂転写材料K−1と同様の工程で転写形成した。さらに透明電極の形成、配向層の形成を実施例5と同様に行いカラーフィルタ基板2を得た。対向側基板も実施例5と同様に作製した。この対向基板とカラーフィルタ基板を実施例4と同様の方法で、重ねて合わせて焼成後、液晶材を注入して、比較用半透過液晶セルを作製した。
(偏光板貼り付け)
この液晶セルの背面側に、残留レターデーション補償用のフィルムとして、位相差38nmの1軸性位相差フィルムを、遅相軸が液晶の配向方向と直交する方向に貼り付けた。そのさらに両側に(株)サンリッツ製の偏光板HLC2−2518を貼り付けて、比較用半透過液晶パネルを得た。
(透過部レターデーション測定)
この液晶セルの透過領域におけるレターデーションを実施例4と同様に測定したところ、ほぼ267nmであった。
実施例4、5及び参考例3で作製した半透過型LCDのそれぞれを、暗室内に置き、C光源から取り出した平行光を、パネル面に対して5°傾けた方向から入射させ、パネルを白表示(電圧0V)、黒表示(電圧3V)における反射光強度を、輝度計(TOPCOM製 BM5)により測定し、コントラスト値を求めた。さらに斜め方向から目視観察した際の色見を合わせて観察した。結果を下記表に示す。
それぞれのLCDを暗室内に置き、C光源をバックライトとして背面から入射させ、パネルを白表示(電圧0V)及び黒表示(電圧3V)させ、それぞれの表示時の透過光を視野角−コントラスト特性測定装置(ELDIM製 EZ−Contrast)により測定した。実施例4のLCDの結果を図5に、実施例5のLCDの結果を図6に示す。円盤状液晶化合物を使った透過部補償層を利用した実施例5の液晶表示装置は、実施例4に比べてより良好な視野角コントラスト特性を示すことが確認できた。
12 光学異方性層
13 感光性樹脂層
14 力学特性制御層
15 配向制御層
16 保護層
121 透明基板
122 ブラックマトリクス
123 カラーフィルタ層
124 位相差層(光学異方性層)
125 透明電極層
126 配向層
127 透過領域
128 反射領域
131 液晶層
132 透過部補償板
133 偏光層A
135 反射板
136 偏光層B
Claims (24)
- 任意形状にパターニングされ、下記一般式(I)もしくは一般式(II)で表される化合物を含有する、又は下記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物から誘導される繰り返し単位を含むポリマーを含有する光学異方性層を有することを特徴とする光学素子:
一般式(I)
一般式(II)
式(II)−LA
- 前記光学異方性層が、波長450nmで測定した位相差△nd(450nm)と、波長550nmで測定した位相差△nd(550nm)と、波長650nmで測定した位相差△nd(650nm)とが、△nd(450nm)<△nd(550nm)<△nd(650nm)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層が、転写材料から転写された層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層が、前記一般式(I)又は一般式(II)で表される化合物を少なくとも一種含有する液晶組成物を、インクジェット式の吐出ヘッドから表面に吐出して液晶相とした後、露光して該組成物を硬化させて形成された層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層が、前記一般式(I)又は一般式(II)で表される化合物を少なくとも一種含有する液晶組成物を、表面に塗布して液晶相を形成した後、露光工程及び現像工程を経ることにより形成された層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。
- 任意形状にパターニングされた光学異方性層を有する半透過型液晶表示装置であって、前記光学異方性層が、下記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物を含有する層、又は下記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物から誘導される繰り返し単位を含むポリマーを含有することを特徴とする半透過型液晶表示装置:
一般式(I)
一般式(II)
式(II)−LA
- 前記光学異方性層が、波長450nmで測定した位相差△nd(450nm)と、波長550nmで測定した位相差△nd(550nm)と、波長650nmで測定した位相差△nd(650nm)とが、△nd(450nm)<△nd(550nm)<△nd(650nm)を満たすことを特徴とする請求項6に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記光学異方性層が、λ/4板であることを特徴とする請求項6又は7に記載の半透過型液晶表示装置。
- 一対の透明基板と、該一対の基板間に配置される液晶層とを有し、前記光学異方性層が、前記一対の透明基板の一方の内側に設けられていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の半透過型液晶表示装置。
- 反射領域と透過領域とを含み、前記光学異方性層が、前記反射領域に形成されていることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記光学異方性層が、1軸もしくは2軸性であることを特徴とする請求項6〜10のいずれか1項に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記光学異方性層が、異常光線の光学軸を、面内方向に有するか、面に垂直な方向に有する層であることを特徴とする請求項6〜11のいずれか1項に記載の半透過型液晶表示装置。
- さらに、少なくとも一層の視野角補償層を有することを特徴とする請求項6〜13のいずれか1項に記載の半透過型液晶表示装置。
- 一対の透明基板と、該一対の基板間に配置される液晶層とを有し、前記一対の透明基板の一方の表面上に反射層を有し、且つ該透明基板の前記反射層を有する表面と反対の表面上に前記視野角補償層を有することを特徴とする請求項13に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記視野角補償層が、円盤状液晶性化合物又は棒状液晶性化合物を含有する重合性組成物を重合して形成された層を有することを特徴とする請求項13又は14に記載の半透過型液晶表示装置。
- 液晶モードがECB、TN、IPS、VA、又はOCBモードであることを特徴とする請求項6〜15のいずれか1項に記載の半透過型液晶表示装置。
- 支持体と、該支持体上に、下記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物を含有する、又は下記一般式(I)もしくは(II)で表される化合物から誘導される繰り返し単位を含むポリマーを含有する光学異方性層と、少なくとも一層の感光性樹脂層と、を有する転写材料:
一般式(I)
一般式(II)
式(II)−LA
- 前記光学異方性層が、波長450nmで測定した位相差△nd(450nm)と、波長550nmで測定した位相差△nd(550nm)と、波長650nmで測定した位相差△nd(650nm)とが、△nd(450nm)<△nd(550nm)<△nd(650nm)を満たすことを特徴とする請求項17に記載の転写材料。
- 前記光学異方性層が、λ/4板であることを特徴とする請求項17又は18に記載の転写材料。
- 前記光学異方性層が、1軸もしくは2軸性であることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載の転写材料。
- 前記光学異方性層が、異常光線の光学軸を面内方向に有するか、面に垂直な方向に有する層である請求項17〜20のいずれか1項に記載の転写材料。
- 前記光学異方性層が、光軸をもたない層であることを特徴とする請求項17〜21のいずれか1項に記載の転写材料。
- 前記光学異方性層の正面レターデーション(Re)が100〜200nm、面内の遅相軸を傾斜軸(回転軸)として層平面の法線方向に対して+40°傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて測定したレターデーション値が実質的に等しい請求項17〜22のいずれかに記載の転写材料。
- 請求項17〜22のいずれか1項に記載の転写材料から、少なくとも光学異方性層を転写する工程を含む請求項6〜15のいずれか1項に記載の半透過型液晶表示装置の製造方法。
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