JP2005275321A - カラーフィルタ基板、液晶ディスプレイ用基材、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示用液晶パネルの材料として用いたときに、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることを容易にするカラーフィルタ基板を提供する。
【解決手段】 光透過性を有する基材上に、三次元架橋した重合性液晶により複屈折層を形成し、この複屈折層上にカラーフィルタ層を形成してカラーフィルタ基板とすることによって、解決した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラーフィルタ層を有するカラーフィルタ基板、このカラーフィルタ基板を用いた液晶ディスプレイ用基材、及び前記の液晶ディスプレイ用基材を備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型化及び軽量化が容易で消費電力も小さいことから、またフリッカーの発生を抑え易いことから、フラットパネルディスプレイとして注目されており、パーソナルコンピュータの表示装置として、あるいはテレビ受信機として、市場が急速に拡大してきている。また、液晶表示装置の大型化も進んでいる。

種々の表示モードの液晶表示装置が開発されているが、液晶が複屈折性を有していることから、いずれの表示モードの液晶表示装置も基本的に視角依存性を有している。大型の液晶表示装置では小型の液晶表示装置に比べて実用上の視野角度が広くなるので、液晶表示装置の大型化が進むほど視野角依存性の向上に対する要望が高くなる。このため、液晶表示装置の開発と並行して、その視角特性を向上させるために液晶セルへの入射光又は液晶セルからの出射光を光学的に補償する種々の光学素子が開発されている。

上記の光学素子としては、従来より、光学補償用液晶セルや、光学的に１軸性又は２軸性の延伸樹脂フィルムからなる光学補償フィルムが用いられているが、近年では液晶材料により形成された複屈折層を有する光学補償部材も開発されている。

例えば特許文献１には、フィルム面の法線方向に分子鎖を配向させた固有複屈折率値が正のネマチック液晶ポリマーからなる視角補償フィルムが記載されている。また、特許文献２には、垂直配向膜の設けられていない基板上に、液晶性フラグメント側鎖を含有するモノマーユニットと非液晶性フラグメント側鎖を含有するモノマーユニットとを含有する側鎖型液晶ポリマーを塗工し、更にこの液晶ポリマーを液晶状態においてホメオトロピック配向させた後、その配向状態を維持した状態で固定化して、光学フィルムとして用いることができるホメオトロピック配向液晶フィルムを製造するという方法が記載されている。

特許文献３には、基板上にバインダー層及びアンカーコート層をこの順番で形成し、アンカーコート層に特定の側鎖型液晶ポリマーを塗工してホメオトロピック配向させた後にホメオトロピック配向状態を維持したまま固定化して、光学フィルムとして用いることができるホメオトロピック配向液晶フィルムを製造するという方法が記載されている。

そして、特許文献４には、配向処理が施されていない面内位相差５０ｎｍ以下の高分子フィルム、具体的には表面ラビング処理や配向膜の形成等の配向処理が施されておらず、また、延伸配向処理が施されていない高分子フィルム上に、サーモトロピック液晶化合物を含有し、かつ液晶状態においてコレステリック液晶相を呈する溶液を塗布し、配向させた後、硬化させて光学フィルムを得るという光学フィルムの製造方法が記載されている。

これら特許文献１〜４に記載された視角補償フィルム、ホメオトロピック配向液晶フィルム、及び光学フィルムのいずれにおいても、重合性液晶を用いて形成された層が複屈折層として機能する。

また、光学補償を目的とするものではないが、特許文献５には、一軸配向処理が行われていない基板上に配向膜を形成し、この配向膜上に重合性液晶化合物、キラル剤、及び空気界面配向剤を含有した液晶組成物を塗布した後に前記の液晶組成物を重合させて得られる選択反射部材が記載されている。
特開平５−１４２５３１号公報 特開２００２−１７４７２５号公報 特開２００３−１２１８５２号公報 特開２００３−２９０３７号公報（特許請求の範囲及び第００１９段参照） 特開２００３−１８５８２７号公報（特許請求の範囲及び第００４７〜００６５段参照）

しかしながら、特許文献１〜４に記載された各光学補償部材は、いずれも後付け部材として用いられるものであり、例えば表示用液晶パネルにこれらの光学補償部材を設ける場合には粘着剤により所定の層上に貼付されることから、以下の問題が生じる。すなわち、粘着剤は、通常、その下地となる層とは異なる屈折率を有しており、そのために界面で反射が生じて液晶表示装置による表示画像のコントラストが低下し易いという問題が生じる。

また、特許文献２又は特許文献３に記載された方法により得られるホメオトロピック配向液晶フィルムは側鎖型液晶ポリマーからなるので、その複屈折特性が熱による影響を受け易く、所望の複屈折特性を維持することができる温度範囲が比較的狭い。このため、例えば車載用の液晶表示装置のように比較的高い耐熱性が求められる液晶表示装置に用いることは困難である。特許文献２又は特許文献３に記載された方法により得られるホメオトロピック配向液晶フィルムには、用途が限られるという問題がある。

特許文献５に記載された選択反射部材は、液晶組成物を重合させて得られる層上にＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の無機透明電極材料により透明電極を設けることによって、液晶ディスプレイ用基材とすることができるものであるが、ＩＴＯ等の無機透明電極材料の熱収縮率と液晶組成物を重合させて得られる上記の層の熱収縮率との差が比較的大きいことから、この選択反射部材には、以下の問題がある。すなわち、透明電極の成膜後に当該透明電極に多数のクラックが生じて白濁し易く、所望の光学特性を有する液晶ディスプレイ用基材を得ることが困難であるという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その第１の目的は、液晶ディスプレイ用基材の材料として用いたときに、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることを容易にするカラーフィルタ基板を提供することにある。

本発明の第２の目的は、表示用液晶パネルの材料として用いたときに、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることを容易にする液晶ディスプレイ用基材を提供することにある。

そして、本発明の第３の目的は、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広いものを得易い液晶表示装置を提供することにある。

上述した第１の目的を達成する本発明のカラーフィルタ基板は、光透過性を有する基材と、三次元架橋した重合性液晶により前記基材上に形成された複屈折層と、該複屈折層上に形成されたカラーフィルタ層とを有することを特徴とする。

本発明のカラーフィルタ基板では、基材上に直に複屈折層が形成されているので、基材上に粘着剤を用いて複屈折層を貼付した場合に比べて界面反射が低減される。また、三次元架橋した重合性液晶により複屈折層が形成されているので、所望の複屈折特性を維持することができる温度範囲が比較的広い。更に、この複屈折層上にカラーフィルタ層が形成されているので、液晶ディスプレイ用基材を得るためにカラーフィルタ層上にＩＴＯ等の無機透明電極材料によって透明電極を形成したとしても、カラーフィルタ層が緩衝層（保護層）として機能して、透明電極の成膜後に無機透明電極材料と複屈折層との熱収縮率差に起因して透明電極にクラックが生じることが抑制される。

したがって、本発明のカラーフィルタ基板によれば、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることが容易になる。

本発明のカラーフィルタ基板においては、前記カラーフィルタ層上に透明電極が形成されていてもよい。

前述した第２の目的を達成する本発明の液晶ディスプレイ用基材は、カラーフィルタ層上に透明電極が形成された本発明のカラーフィルタ基板と、前記透明電極を覆う配向膜とを有することを特徴とする。

この発明によれば、透明電極を有する上記本発明のカラーフィルタ基板上に配向膜が形成されているので、表示用液晶パネルの材料として用いたときに、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることが容易になる。

前述した第３の目的を達成する本発明の液晶表示装置は、表示面側に位置する第１の液晶ディスプレイ用基材と背面側に位置する第２の液晶ディスプレイ用基材とを有する表示用液晶パネルを備えた液晶表示装置であって、前記第１の液晶ディスプレイ用基材及び前記第２の液晶ディスプレイ用基材のいずれかが上述した本発明の液晶ディスプレイ用基材であることを特徴とする。

この発明によれば、上述した本発明の液晶ディスプレイ用基材を用いて表示用液晶パネルが構成されているので、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を提供することが容易になる。

本発明によれば、（１）液晶ディスプレイ用基材の材料として用いたときに、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることを容易にするカラーフィルタ基板、（２）表示用液晶パネルの材料として用いたときに、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることを容易にする液晶ディスプレイ用基材、又は、（３）表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広いものを得易い液晶表示装置、が提供されるので、表示特性が比較的高く、かつ、種々の用途に用いることが可能な液晶表示装置を提供することが容易になる。

以下、本発明のカラーフィルタ基板、本発明の液晶ディスプレイ用基材、及び本発明の液晶表示装置それぞれの形態について、図面を適宜参照しつつ詳述する。

＜カラーフィルタ基板（第１形態）＞
図１は、本発明のカラーフィルタ基板の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。同図に示すカラーフィルタ基板３０は、光透過性を有する基材１０、三次元架橋した重合液晶により基材１０上に形成された複屈折層１５、複屈折層１５上に形成された遮光層（ブラックマトリクス）２０、及び複屈折層１５上に形成されたカラーフィルタ層２５を有している。

基材１０としては、所望の光透過性を有する無機材料、有機材料、又は無機材料層と有機材料層との積層物によって形成された板状物、シート状物、又はフィルム状物を用いることができる。基材１０を単層構造とするか積層構造とするかは、複屈折層１５における重合性液晶の配向形態やカラーフィルタ基板３０に求められる可撓性等に応じて、適宜選択可能である。基材１０の光透過率は、カラーフィルタ基板３０に求められる光透過率に応じて適宜選定可能である。

この基材１０上に形成されている複屈折層１５は、カラーフィルタ基板３０を表示用液晶パネルの材料として用いたときに、液晶層を透過した光の偏光状態を所望の状態に制御するためのものであり、上述のように重合性液晶により形成されている。複屈折層１５における重合性液晶の配向形態は、この複屈折層１５に求められる複屈折特性に応じて、ホメオトロピック配向、プレーナ組織のコレステリック配向（以下、単に「コレステリック配向」という。）、ホモジニアス配向、ハイブリッド配向、傾斜配向等とすることができる。

重合性液晶がホメオトロピック配向していた場合、この複屈折層１５は、層の厚さ方向に光軸を有し、厚さ方向の屈折率が面内の屈折率よりも大きい１軸性の複屈折層（いわゆる「＋Ｃプレート」）として機能する。重合性液晶がコレステリック配向していた場合、この複屈折層１５は、層の厚さ方向に光軸を有し、厚さ方向の屈折率が面内の屈折率よりも小さい１軸性の複屈折層（いわゆる「−Ｃプレート」）として機能する。重合性液晶がホモジニアス配向していた場合、この複屈折層１５は、面内に光軸を有する１軸性の複屈折層（いわゆる「＋Ａプレート」）として機能する。そして、重合性液晶がハイブリッド配向又は傾斜配向していた場合、この複屈折層１５は、屈折率楕円体が傾斜した複屈折層として機能する。複屈折層１５の詳細については、後述する。

複屈折層１５上に形成されている遮光層（ブラックマトリクス）２０は、表示用液晶パネルにおける画素間からの光の漏れ（漏れ光）や、アクティブマトリクス駆動方式の表示用液晶パネルにおけるアクティブ素子の光劣化等を防止するためのものであり、表示用液晶パネルにおいて個々の画素を平面視上画定する。

この遮光層２０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パターニングすることによって形成することが可能であるが、カラーフィルタ基板３０の製造過程で遮光層２０にクラックが生じることを抑制するうえからは、黒色顔料により着色されたカラーレジンや、加法混色又は減法混色により黒色となる３種類のカラーレジンを用いて形成することが好ましい。なお、カラーフィルタ層２５として単色のカラーフィルタ層を用いることも可能であり、この場合には遮光層２０を省略することもできる。

カラーフィルタ層２５は、カラーフィルタ基板３０を表示用液晶パネルの材料として用いたときに、この表示用液晶パネルによりカラー表示を行うことを可能にするものであり、図示のカラーフィルタ層２５は、赤色のカラーフィルタ２５Ｒ、緑色のカラーフィルタ２５Ｇ、及び青色のカラーフィルタ２５Ｂを所定のパターンで配置した原色系のものである。各色のカラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂの配置形態により、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型等と称される種々のタイプのカラーフィルタ層が知られている。原色系のカラーフィルタ層２５に代えて、補色系のカラーフィルタ層を用いることも可能である。

このカラーフィルタ層２５は、例えば、各色のカラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ毎に、その材料となるカラーレジン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によって、あるいは、各色のカラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ毎に、その材料となるカラーフィルタ用インキを所定形状に塗布することによって、形成することができる。各色のカラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは、それぞれ、遮光膜２０により画定される所定の画素を平面視上覆うことになるようにして配置される。

上述した構成を有するカラーフィルタ基板３０では、基材１０上に所定の複屈折特性を有する複屈折層を粘着剤を用いて貼付した場合に比べて界面の数が少ないので、界面反射が低減される。また、三次元架橋した重合性液晶により複屈折層１５が形成されているので、所望の複屈折特性を維持することができる温度範囲が比較的広い。更に、この複屈折層１５上にカラーフィルタ層２５が形成されているので、液晶ディスプレイ用基材を得るためにカラーフィルタ層２５上にＩＴＯ等の無機透明電極材料によって透明電極を形成したとしても、カラーフィルタ層２５が緩衝層（保護層）として機能し、透明電極の成膜後に無機透明電極材料と複屈折層１５との熱収縮率差に起因して透明電極にクラックが生じることが抑制される。

したがって、このカラーフィルタ基板３０を液晶ディスプレイ用基材の材料として用い、更にこの液晶ディスプレイ用基材を表示用液晶パネルの材料として用いることにより、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることが容易になる。

なお、複屈折層１５の複屈折特性をどのようなものにするかは、カラーフィルタ基板３０を利用して作製しようとする表示用液晶パネルの動作モード等に応じて適宜選定可能である。複屈折層１５に求められる複屈折特性に応じて、この複屈折層１５の形成に使用する重合性液晶の種類や、複屈折層１５での重合性液晶の配向形態等が適宜選定される。

例えば、＋Ｃプレートとして機能する複屈折層１５は、分子形状が棒状の重合性液晶を基材１０の表面に対して垂直に配向させることにより形成することができる。−Ｃプレートとして機能する複屈折層１５は、例えば、分子形状が棒状の重合性液晶をコレステリック配向させたり、分子形状が円盤状の重合性液晶を基材１０の表面に対して平行に配向させることにより形成することができる。＋Ａプレートとして機能する複屈折層１５は、例えば分子形状が棒状の重合性液晶を基材１０の表面に対して平行に、かつ方向を揃えて配向させることにより形成することができる。屈折率楕円体が傾斜した複屈折層として機能する複屈折層１５は、例えば分子形状が棒状の重合性液晶をハイブリッド配向又は傾斜配向させることにより形成することができる。

複屈折層１５の複屈折特性をどのようなものにするかに拘わらず、耐熱性が比較的高い複屈折層１５を得るうえからは、上述のように重合性液晶を三次元架橋させることが好ましい。重合性液晶が三次元架橋した複屈折層１５は、各分子が重合性官能基を２つ以上有する重合性液晶（以下、「多官能重合性液晶」という。）を用いて、又は、多官能重合性液晶と、各分子が重合性官能基を１つのみ有する重合性液晶（以下、「単官能重合性液晶」という。）との混合物を用いて、形成することができる。多官能重合性液晶と単官能重合性液晶とを併用することにより、重合性液晶全体の配向性を向上又は低下させることが可能になるので、重合性液晶全体の配向性を制御し易くなる。

分子形状が棒状の多官能重合性液晶の具体例としては、図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す式（Ｉ）〜（Ｖ）によって表される各重合性液晶が挙げられ、分子形状が棒状の単官能重合性液晶の具体例としては、図２（ｆ）〜図２（ｉ）に示す式（ｉ）〜（iv）によって表される各重合性液晶が挙げられる。なお、図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す式（Ｉ）〜（Ｖ）及び式（ｉ）〜（iv）におけるｎは、いずれも４〜８の数値を示す。

また、分子形状が円盤状の多官能重合性液晶の具体例としては、例えば特開平８−２７２８４号公報に記載されているものや、特開２００１−２７７０６号公報に記載されているものが挙げられ、分子形状が円盤状の単官能重合性液晶の具体例としては、例えば特開平８−２７２８４号公報に記載されているものが挙げられる。

複屈折層１５は、例えば、上述した重合性液晶を少なくとも含有したコーティング組成物の塗膜を形成し、この塗膜中の溶剤成分を除去して重合性液晶層とした後に、重合性液晶層中の重合性液晶を所望の形態に配向させ、この状態のまま重合性液晶を三次元架橋させることにより得られる。重合性液晶がコレステリック配向している複屈折層１５を形成する際には、上記のコーティング組成物を調製するにあたってカイラル剤が必須の成分として用いられる。このカイラル剤として重合性のカイラル剤を用いることにより、耐熱性が比較的高い複屈折層１５を得易くなる。上記のコーティング組成物には、必要に応じて、光重合開始剤、増感剤、多官能モノマー等を含有させることができる。多官能モノマーを含有させることにより、複屈折層１５の架橋性を向上させることができる。転写法により複屈折層１５を形成することも可能である。

重合性液晶層中の重合性液晶を配向させるにあたっては、重合性液晶が液晶相となる温度以上であって等方相（液体相）となる温度未満の温度（以下、この温度を「第１架橋温度」という。）にまで、この重合性液晶層を加熱する。重合性液晶層を第１架橋温度にまで加熱する方法は特に限定されるものではなく、雰囲気加熱、赤外線加熱等、適宜選択可能である。第１架橋温度にまで加熱し重合性液晶層には、重合性液晶を配向させるために、所定方向の電場又は磁場をかけることもできる。

重合性液晶を三次元架橋させる際の雰囲気は、重合性液晶の配向形態に応じて適宜選択可能である。例えば、重合性液晶をホモジニアス配向させる場合には空気雰囲気とすることができるが、ホメオトロピック配向させる場合には不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。重合性液晶の三次元架橋は、例えば、所望の雰囲気中で重合性液晶層を第１架橋温度にまで加熱しながら、重合性液晶、光重合開始剤、又は増感剤の感光波長の光を重合性液晶層に照射することによって行うことができる。重合性液晶の配向形態に拘わらず、空気雰囲気中で重合性液晶層を第１架橋温度にまで加熱しながら架橋反応を部分的に進行させた後、第１架橋温度よりも低温にまで空気雰囲気中で冷却し、この状態で架橋反応を再度進行させことによっても重合性液晶を三次元架橋させることが可能である。

液晶ディスプレイ用基材の材料として好適なカラーフィルタ基板３０を得るうえからは、複屈折層１５でのヘイズをできるだけ小さくすることが望ましく、例えば日本電色工業社製のＮＤＨ−２０００（商品名）により測定した値で５％程度以下、更には１％以下とすることが好ましい。

ヘイズの小さい複屈折層１５を得るためには、複屈折層１５の形成過程での重合性液晶の配向秩序度を高めることが望ましいので、上記のコーティング組成物には、必要に応じて、重合性液晶の配向秩序度を制御することができる化合物（以下、「配向制御剤」という。）を含有させることが好ましい。重合性液晶を所望の形態に配向させるためには、重合性液晶を一旦液晶相（ネマチック相）にまで加熱しなければならないので、配向制御剤はこのとき分解されない程度の耐熱性を有していることが必要である。また、重合性液晶に添加することから、有機溶剤に可溶のものであることが好ましい。

配向制御剤としては、例えば界面活性剤やカップリング剤を用いることができる。重合性液晶がホメオトロピック配向している複屈折層１５を形成する場合には、撥水性又は撥油性の強い界面活性剤（例えば、炭素数が３〜２０の長鎖アルキル基を有している界面活性剤や、側鎖を有すると共にこの側鎖にフッ素原子が含有されている界面活性剤等）、又は撥水性又は撥油性の強いカップリング剤（例えばフッ化アルキル基を有するシランカップリング剤等のシランカップリング剤）を用いることが好ましい。また、重合性液晶がホモジニアス配向、コレステリック配向、又はハイブリッド配向している複屈折層１５を形成する場合には、自由界面における液晶の配向を促すような界面活性剤を用いることが好ましい。

上記のコーティング組成物に界面活性剤を含有させる場合、その含有量は、使用する界面活性剤の種類等に応じて異なるが、重合性液晶の総量に対して０．００１〜５重量％程度の範囲内で適宜選定することができ、０．００１〜１重量％程度の範囲内で適宜選定することが好ましい。

また、上記のコーティング組成物にカップリング剤を含有させる場合、その含有量は、使用するカップリング剤の種類等に応じて異なるが、重合性液晶の総量に対して０．００１〜５重量％程度の範囲内で適宜選定することができ、０．０１〜１重量％程度の範囲内で適宜選定することが好ましい。

複屈折層１５での重合性液晶の配向秩序度は、上述した配向制御剤を利用する他に、配向膜を利用しても向上させることができる。この場合には、光透過性を有する基材１０として、配向膜を有する基材を用いる。

図３（ａ）は、配向膜５を有する基材１０Ａを用いたカラーフィルタ基板４０の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。このカラーフィルタ基板４０は、光透過性基板１（ただし、板状物の他に、シート状物又はフィルム状物であってもよい。）と、この光透過性基板１の片面に形成された配向膜５とによって基材１０Ａが構成され、かつ、配向膜５上に複屈折層１５が形成されているという点で、図１に示したカラーフィルタ基板３０と異なる。カラーフィルタ基板４０における他の構成はカラーフィルタ基板３０における構成と同様であるので、図３（ａ）に示した構成部材のうちで図１に示した構成部材と共通するものには図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

上記の配向膜５としては、複屈折層１５での重合性液晶の配向形態に応じて、例えば、液晶を水平配向させることが可能な樹脂製の水平配向膜、又は、液晶を垂直配向させることが可能な樹脂製の垂直配向膜を用いることができる。上述した界面活性剤やカップリング剤を用いて垂直配向膜を形成することもできる。

上述の界面活性剤又はカップリング剤により垂直配向膜を形成する場合、この垂直配向膜は、例えばイソプロピルアルコール等の有機溶媒に所望の界面活性剤又はカップリング剤を溶解させて得たコーティング液を用いて塗膜を形成し、この塗膜を硬化させることによって得られる。このとき、垂直配向膜の膜厚は、１０〜１０００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。

なお、重合性液晶がホメオトロピック配向した複屈折層１５を形成する場合には、その下地をケイ素酸化物膜とすることもできる。図３（ｂ）は、ケイ素酸化物膜７を有する基材１０Ｂを用いたカラーフィルタ基板５０の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。このカラーフィルタ基板５０は、光透過性基板１（ただし、板状物の他に、シート状物又はフィルム状物であってもよい。）と、この光透過性基板１の片面に形成されたケイ素酸化物膜７とによって基材１０Ｂが構成され、かつ、ケイ素酸化物膜７上に複屈折層１５が形成されているという点で、図１に示したカラーフィルタ基板３０と異なる。カラーフィルタ基板５０における他の構成はカラーフィルタ基板３０における構成と同様であるので、図３（ｂ）に示した構成部材のうちで図１に示した構成部材と共通するものには図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。上記のケイ素酸化物膜７は例えば物理気相蒸着法（ＰＶＤ）や化学気相蒸着法（ＣＶＤ）により形成することができる。

複屈折層１５での重合性液晶の配向秩序度を向上させるか否かに拘わらず、また、重合性液晶の配向秩序度をどのような手段で向上させるかに拘わらず、比較的耐熱性の高い複屈折層１５を得るという観点からは、その架橋度を８０％程度以上とすることが好ましく、９０％程度以上とすることが更に好ましい。

＜カラーフィルタ基板（第２形態）＞
図４は、本発明のカラーフィルタ基板の基本的な断面構造の他の例を示す概略図である。同図に示すカラーフィルタ基板７０は、図１に示したカラーフィルタ基板３０におけるカラーフィルタ層２５上に透明電極６０が形成された構造を有している。透明電極６０を除いたカラーフィルタ基板７０の構成はカラーフィルタ基板３０の構成と同様であるので、図４に示した構成部材のうちで図１に既に示した構成部材については図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

上記の透明電極６０は、カラーフィルタ基板７０を用いて液晶ディスプレイ用基材を作製し、更にこの液晶ディスプレイ用基材を用いて表示用液晶パネルを作製したときに、表示用液晶パネルにおける全ての画素に共通の電極（コモン電極）として利用されるものである。この透明電極６０は、ＰＶＤ又はＣＶＤにより例えばＩＴＯ等の無機透明電極材料の膜を所望形状に成膜することによって得られる。

カラーフィルタ基板７０では、図１に示したカラーフィルタ基板３０と同様の理由から、界面反射が低減される。また、所望の複屈折特性を維持することができる温度範囲が比較的広い。更に、透明電極６０の成膜後に無機透明電極材料と複屈折層１５との熱収縮率差に起因して透明電極６０にクラックが生じることが抑制される。

したがって、このカラーフィルタ基板７０を液晶ディスプレイ用基材の材料として用い、更にこの液晶ディスプレイ用基材を表示用液晶パネルの材料として用いることにより、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることが容易になる。

なお、上述したカラーフィルタ基板７０と同様の技術的効果を奏するカラーフィルタ基板は、例えば図３（ａ）に示したカラーフィルタ基板４０におけるカラーフィルタ層２５上に透明電極を形成することによっても、あるいは、図３（ｂ）に示したカラーフィルタ基板５０におけるカラーフィルタ層２５上に透明電極を形成することによっても、得ることができる。

＜液晶ディスプレイ用基材＞
図５は、本発明の液晶ディスプレイ用基材の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。同図に示す液晶ディスプレイ用基材９０は、図４に示した第２形態のカラーフィルタ基板７０における透明電極６０上に配向膜８０を設けた構造を有するものであるので、液晶ディスプレイ用基材９０の構成部材のうちで図４に既に示した構成部材については図４で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

配向膜８０は、液晶ディスプレイ用基材９０を用いて表示用液晶パネルを作製したときに、液晶セル中の液晶を水平配向させることが可能な水平配向膜、又は、前記の液晶を垂直配向させることが可能な垂直配向膜である。配向膜８０として水平配向膜及び垂直配向膜のどちらを用いるかは、液晶ディスプレイ用基材９０を用いて作製しようとする表示用液晶パネルの動作モード等に応じて適宜選択可能である。

本形態の液晶ディスプレイ用基材９０は、図４に示したカラーフィルタ基板７０を利用して作製されるものであるので、カラーフィルタ基板７０についての説明の中で既に述べた理由から、界面反射が低減される。また、所望の複屈折特性を維持することができる温度範囲が比較的広い。更に、透明電極６０の成膜後に無機透明電極材料と複屈折層１５との熱収縮率差に起因して透明電極６０にクラックが生じることが抑制される。

したがって、この液晶ディスプレイ用基材９０を表示用液晶パネルの材料として用いることにより、表示特性が比較的高く、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広い液晶表示装置を得ることが容易になる。

なお、上述した液晶ディスプレイ用基材９０と同様の技術的効果を奏する液晶ディスプレイ用基材は、図３（ａ）に示したカラーフィルタ基板４０におけるカラーフィルタ層２５上に透明電極及び配向膜をこの順番で積層することによっても、あるいは、図３（ｂ）に示したカラーフィルタ基板５０におけるカラーフィルタ層２５上に透明電極及び配向膜をこの順番で積層することによっても、得ることができる。

＜液晶表示装置（第１形態）＞
図６は、本発明の液晶表示装置の一例を概略的に示す部分断面図である。図示の液晶表示装置３００は、表示用液晶パネル２００と、この表示用液晶パネル２００の背後に設置されたバックライト部２５０と、図示を省略した外部回路とを備えたアクティブマトリクス駆動方式の透過型液晶表示装置である。

表示用液晶パネル２００は、表示面側の基板（第１の液晶ディスプレイ用基材）として図５に示した液晶ディスプレイ用基材９０を備え、背面側の基板（第２の液晶ディスプレイ用基材）として液晶ディスプレイ用基材１５０を備えている。

上記の液晶ディスプレイ用基材１５０は、光透過性基板１０５上に、走査線、層間絶縁膜１１０、マトリクス状に配置された多数の画素電極１１５ａによって構成された透明電極１１５、信号線１２０、保護膜（パッシベーション膜）１２５、スイッチング回路部、及び配向膜１３０を設けた構造を有している。

走査線は、図６に現れていないが、マトリクス状に配置された多数の画素電極１１５ａの１つの行に１本ずつ対応するようにして配置されて、前記の行の長手方向に延びている。各走査線は、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成することができる。これらの走査線は、層間絶縁膜１１０により覆われている。

層間絶縁膜１１０は、例えばシリコン酸化物等の電気絶縁性物質により形成されて、走査線と信号線１２０とを電気的に分離していると共に画素電極１１５ａと走査線とを電気的に分離している。

各画素電極１１５ａは、表示用液晶パネル２００における１つの画素に１つずつ対応するようにして、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の無機透明電極材料により形成されている。個々の画素電極１１５ａの平面視上の形状は、例えば、四角形、四角形の１つの角部を矩形に切り欠いてできる六角形等の多角形とすることができる。

信号線１２０は、マトリクス状に配置された多数の画素電極１１５ａの１つの列に１本ずつ対応するようにして配置されて、前記の列の長手方向に延びている。各信号線１２０は、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成することができる。これらの信号線１２０は、保護膜１２５により覆われている。

保護膜１２５は、例えばシリコン窒化物等により形成されて、その下の部材を保護している。また、信号線１２０と画素電極１１５ａとを電気的に分離している。

スイッチング回路部は、図６に現れていないが、１つの画素電極１１５ａに１つずつ対応して配置されて、このスイッチング回路部が対応している画素電極１１５ａと走査線及び信号線１２０とを電気的に接続している。個々のスイッチング回路部は、対応する走査線から信号の供給を受けて、信号線１２０と画素電極１１５ａとの導通を制御する。各スイッチング回路部は、例えば１個のアクティブ素子を用いて構成することができる。前記のアクティブ素子としては、例えば薄膜トランジスタ等の３端子型素子やＭＩＭ（Metal Insulator Metal）ダイオード等の２端子型素子が用いられる。

配向膜１３０は、表示用液晶パネル２００中の液晶を水平配向させることが可能な水平配向膜、又は、前記の液晶を垂直配向させることが可能な垂直配向膜である。

液晶ディスプレイ用基材９０における配向膜８０及び液晶ディスプレイ用基材１５０における配向膜１３０として、それぞれ水平配向膜及び垂直配向膜のいずれを用いるかは、液晶表示装置３００の動作モード等に応じて適宜選択される。

液晶ディスプレイ用基材９０と液晶配向基板１５０とは、液晶ディスプレイ用基材９０における配向膜８０と液晶ディスプレイ用基材１５０における配向膜１３０とが互いに対向するようにして、間隔をあけた状態でシール材（熱硬化性樹脂）１６０により貼り合わされている。液晶ディスプレイ用基材９０、１５０同士の間隔（セルギャップ）は、図示を省略したスペーサ（例えば球状スペーサ又は柱状スペーサ）により一定に保たれており、両者の間の空隙には液晶材料が充填されて液晶層１７０を形成している。また、液晶ディスプレイ用基材９０の外表面には検光子１７２が貼付されており、液晶ディスプレイ用基材１５０の外表面には偏光子１７４が貼付されている。検光子１７２と偏光子１７４とは、互いに直交ニコルの関係となるように配置することもできるし、互いに平行ニコルの関係となるように配置することもできる。バックライト部２５０は、液晶ディスプレイ用基材１５０の背後に配置されている。

このような構成を有する液晶表示装置３００では、表示用液晶パネル２００における第１の液晶配向基板として前述した液晶ディスプレイ用基材９０が用いられているので、液晶ディスプレイ用基材９０についての説明の中で述べた理由から、表示特性を比較的高くすることが容易であり、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広いものを得ることも容易である。

＜液晶表示装置（第２形態）＞
図７は、本発明の液晶表示装置の他の例を概略的に示す断面図である。図示の液晶表示装置６００は、表示用液晶パネル５００と、図示を省略した外部回路とを備えたアクティブマトリクス駆動方式の反射型液晶表示装置である。

表示用液晶パネル５００は、表示面側の基板（第１の液晶ディスプレイ用基材）として図５に示した液晶ディスプレイ用基材９０を備え、背面側の基板（第２の液晶ディスプレイ用基材）として液晶ディスプレイ用基材４５０を備えている。

上記の液晶ディスプレイ用基材４５０は、基板４０５上に、走査線、第１層間絶縁膜４１０、信号線４１５、第２層間絶縁膜４２０、マトリクス状に配置された多数の画素電極４２５ａによって構成された電極パターン４２５、スイッチング回路部、及び配向膜４３０を設けた構造を有している。

走査線は、図７に現れていないが、表示用液晶パネル５００における画素行の１つに１本ずつ対応するようにして配置されて、対応する画素行の長手方向に延びている。各走査線は、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成することができる。これらの走査線は、第１層間絶縁膜４１０により覆われている。

第１層間絶縁膜４１０は、例えばシリコン酸化物等の電気絶縁性物質により形成されて、走査線と信号線４１５とを電気的に分離している。

信号線４１５は、表示用液晶パネル５００における画素列の１つに１本ずつ対応するようにして配置されて、対応する画素列の長手方向に延びている。各信号線４１５は、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成することができる。これらの信号線４１５は、第２層間絶縁膜４２０により覆われている。

第２層間絶縁膜４２０は、例えばシリコン窒化物等により形成されて、信号線４１５と画素電極４２５ａとを電気的に分離している。

各画素電極４２５ａはリフレクターを兼ねた電極であり、表示用液晶パネル５００における１つの画素に１つずつ対応するようにして、例えばアルミニウム等により形成されている。個々の画素電極４２５ａの平面視上の形状は、例えば、四角形、四角形の１つの角部を矩形に切り欠いてできる六角形等の多角形とすることができる。

スイッチング回路部は、図７に現れていないが、１つの画素電極４２５ａに１つずつ対応して配置されて、このスイッチング回路部が対応している画素電極４２５ａと走査線及び信号線４１５とを電気的に接続している。個々のスイッチング回路部は、対応する走査線から信号の供給を受けて、信号線４１５と画素電極４２５ａとの導通を制御する。各スイッチング回路部は、例えば１個のアクティブ素子を用いて構成することができる。前記のアクティブ素子としては、例えば薄膜トランジスタ等の３端子型素子やＭＩＭ（Metal Insulator Metal）ダイオード等の２端子型素子が用いられる。

配向膜４３０は、表示用液晶パネル５００中の液晶を水平配向させることが可能な水平配向膜、又は、前記の液晶を垂直配向させることが可能な垂直配向膜である。

液晶ディスプレイ用基材９０における配向膜８０及び液晶ディスプレイ用基材４５０における配向膜４３０として、それぞれ水平配向膜及び垂直配向膜のいずれを用いるかは、液晶表示装置６００の動作モード等に応じて適宜選択される。

液晶ディスプレイ用基材９０と液晶ディスプレイ用基材４５０とは、液晶ディスプレイ用基材９０における配向膜８０と液晶ディスプレイ用基材４５０における配向膜４３０とが互いに対向するようにして、間隔をあけた状態でシール材（熱硬化性樹脂）４６０により貼り合わされている。液晶ディスプレイ用基材９０、４５０同士の間隔（セルギャップ）は、図示を省略したスペーサ（例えば球状スペーサ又は柱状スペーサ）により一定に保たれており、両者の間の空隙には液晶材料が充填されて液晶層４７０を形成している。また、液晶ディスプレイ用基材９０の外表面には検光子４７２が貼付されている。

このような構成を有する液晶表示装置６００では、表示用液晶パネル５００における第１の液晶配向基板として前述した液晶ディスプレイ用基材９０が用いられているので、液晶ディスプレイ用基材９０についての説明の中で述べた理由から、表示特性を比較的高くすることが容易であり、かつ、所望の表示特性を維持することができる温度範囲が比較的広いものを得ることも容易である。

なお、本発明の液晶表示装置は、表示用液晶パネルを構成する２枚の液晶ディスプレイ用基材のうちの一方が本発明の液晶ディスプレイ用基材であればよく、他方の液晶ディスプレイ用基材の構成は、液晶表示装置の動作方式、駆動方式、用途、グレード等に応じて適宜変更可能であり、種々の変形、改良、組み合わせ等が可能である。

＜実施例１；カラーフィルタ基板の作製＞
まず、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板（ＮＨテクノグラス社製のＮＡ３５）を用意し、その片面にＪＳＲ社製のポリイミド系材料（ＡＬ１２５４；商品名）をフレキソ印刷により塗布して、塗膜を形成した。次いで、この塗膜の表面にラビング処理を施して、水平配向膜とした。これにより、無アルカリガラス基板と、その片面に形成された水平配向膜とを有する基材が得られた。

これとは別に、多官能重合性液晶７５重量部と光重合開始剤１重量部とをトルエン２４重量部に溶解させて複屈折層形成用のコーティング組成物を調製した。このとき、多官能重合性液晶としては図２（ｄ）に示した式（IV）で表されるものを用い、光重合開始剤としては、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製のイルガキュア１８４（Ｉｒｇ１８４）を用いた。

次に、上述した水平配向膜上に上記のコーティング組成物をスピンコートして塗膜を形成し、減圧乾燥により溶剤を除去して重合性液晶層とした後、この重合性液晶層をホットプレートにより１００℃で５分間加熱した。重合性液晶層は、加熱されるにつれて白濁状態から透明状態へと変化した。このことから、重合性液晶層中の重合性液晶が加熱により結晶相から液晶相に相転移したことが確認された。

重合性液晶が相転移した重合性液晶層を１００℃に加熱したまま、この乾燥塗膜に空気雰囲気中で波長３６５ｎｍの紫外線を照射して、重合性液晶層中の重合性液晶を三次元架橋させた。このときの紫外線の照射は、照射強度１０ｍＷ／ｃｍ^２ 、照射時間３分の条件の下に行った。このようにして重合性液晶層中の重合性液晶を三次元架橋させることにより、膜厚３．０μｍの複屈折層が得られた。

この複屈折層の複屈折特性を測定波長５８９．３ｎｍの条件の下に王子計測機器社製のＫＯＢＲＡ−２１を用いて測定したところ、面内に光軸を有する１軸性の複屈折層（いわゆる「＋Ａプレート」）であることが確認された。このことから、複屈折層においては、重合性液晶がホモジニアス配向しているものと判断される。また、上記の重合性液晶が未架橋であるとすれば当該重合性液晶が等方相を呈する温度である１８０℃にまで複屈折層を加熱しても、この複屈折層の位相差量に変化は無かった。このことから、複屈折層においては、重合性液晶分子が三次元架橋しているものと判断される。

次いで、黒色顔料を含有したカラーレジンの層を上記の複屈折層上に形成し、この層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、遮光層（ブラックマトリクス）を得た。また、赤色顔料を含有したカラーレジンの層を上記の複屈折層上に形成し、この層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、赤色のカラーフィルタを所定箇所に形成した。以下、赤色のカラーフィルタの形成と同様にして、緑色顔料を含有したカラーレジン又は青色顔料を含有したカラーレジンを用いて上記の複屈折層上の所定箇所に緑色のカラーフィルタ及び青色のカラーフィルタを順次形成した。これらのカラーフィルタを複屈折層上の所定箇所にそれぞれ形成することにより、複屈折層上には原色系のカラーフィルタ層が形成された。

この後、上記のカラーフィルタ層を覆うようにして、減圧下２００℃の成膜温度としたスパッタリング法により膜厚２００ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した。この際、メタルマスク等を用いて必要な領域にのみＩＴＯ膜を成膜することも可能である。ＩＴＯ膜は、透明電極に相当する。

このようにして得られたカラーフィルタ基板では、カラーフィルタ層が保護層（緩衝層）として機能しているため、ＩＴＯ膜の成膜後に当該ＩＴＯ膜にクラックが発生することが抑制された。その結果として、ＩＴＯ膜に白濁は生じなかった。

＜実施例２；カラーフィルタ基板の作製＞
複屈折層形成用のコーティング組成物を調製するにあたって、下式（Ｉ）で表される重合性のカイラル剤（式中のｎは、４〜８の整数を表す。）５重量部を更に用い、かつ、トルエンの使用量を２４重量部から１９重量部に変更した以外は実施例１と同じ条件の下に、カラーフィルタ基板を作製した。なお、複屈折層の膜厚は２．４μｍである。

上記のカラーフィルタ基板の作製過程で、測定時に観察極角度を適宜変化させた以外は実施例１と同様にして複屈折層の複屈折特性を測定したところ、この複屈折層は厚さ方向に光軸を有し、厚さ方向の屈折率が面内の屈折率よりも小さい１軸性のもの（いわゆる「−Ｃプレート」）であることが確認された。このことから、複屈折層においては、重合性液晶がコレステリック配向してプレーナ組織を形成しているものと判断される。また、複屈折層を１８０℃に加熱しても、この複屈折層の位相差量に変化は無かった。このことから、複屈折層においては、重合性液晶分子が三次元架橋しているものと判断される。

このカラーフィルタ基板を目視により観察したところ、実施例１で作製したカラーフィルタ基板と同様に、少なくともカラーフィルタ層と平面視上重なる領域においては、白濁した箇所が認められなかった。

＜実施例３；カラーフィルタ基板の作製＞
まず、東芝シリコーン社製のシリコーンであるＴＳＬ８２３３とＴＳＬ８１１４（いずれも商品名）とを１０：３（質量比）の割合で混合し、この混合物を加水分解処理して、シランカップリング剤を得た。

次いで、多官能重合性液晶２５重量部と光重合開始剤１重量部とを酢酸３−メトキシブチル７４重量部に溶解させて重合性液晶溶液を得、この重合性液晶溶液と、上記のシランカップリング剤をイソプロピルアルコールで１０ｗｔ％に希釈した溶液とを９９．２５：０．７５（質量比）の割合で混合して、複屈折層形成用のコーティング組成物を調製した。多官能重合性液晶としては、図２（ｄ）に示した式（IV）で表されるものを用い、光重合開始剤としては、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製のイルガキュア１８４（Ｉｒｇ１８４）を用いた。

複屈折層を形成するにあたって上記のコーティング組成物を用いた以外は実施例１と同じ条件の下に、カラーフィルタ基板を作製した。このカラーフィルタ基板における複屈折層の膜厚は１．９μｍである。

上記のカラーフィルタ基板の作製過程で、複屈折層の複屈折特性を実施例２と同様にして測定したところ、この複屈折層は厚さ方向に光軸を有し、厚さ方向の屈折率が面内の屈折率よりも大きい１軸性のもの（いわゆる「＋Ｃプレート」）であることが確認された。このことから、複屈折層においては、重合性液晶がホメオトロピック配向しているものと判断される。また、上記の重合性液晶が未架橋であるとすれば当該重合性液晶が等方相を呈する温度である１８０℃にまで複屈折層を加熱しても、この複屈折層の位相差量に変化は無かった。このことから、複屈折層においては、重合性液晶分子が三次元架橋しているものと判断される。

このカラーフィルタ基板を目視により観察したところ、実施例１で作製したカラーフィルタ基板と同様に、少なくともカラーフィルタ層と平面視上重なる領域においては、白濁した箇所が認められなかった。

本発明のカラーフィルタ基板の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。 図２（ａ）〜図２（ｅ）は、それぞれ、分子形状が棒状の多官能重合性液晶を表す式であり、図２（ｆ）〜図２（ｉ）は、それぞれ、分子形状が棒状の単官能重合性液晶を表す式である。 図３（ａ）は、配向膜を有する基材を用いた本発明のカラーフィルタ基板の基本的な断面構造の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、ケイ素酸化物膜を有する基材を用いた本発明のカラーフィルタ基板の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。 本発明のカラーフィルタ基板の基本的な断面構造の他の例を示す概略図である。 本発明の液晶ディスプレイ用基材の基本的な断面構造の一例を示す概略図である。 本発明の液晶表示装置の一例を概略的に示す部分断面図である。 本発明の液晶表示装置の他の例を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ 光透過性を有する基材
１５ 複屈折層
２５ カラーフィルタ層
３０、４０、５０、７０ カラーフィルタ基板
６０ 透明電極
８０ 配向膜
９０ 液晶ディスプレイ用基材（第１の液晶ディスプレイ用基材）
１５０、４５０ 第２の液晶ディスプレイ用基材
３００、６００ 液晶表示装置

Claims (4)

1. 光透過性を有する基材と、三次元架橋した重合性液晶により前記基材上に形成された複屈折層と、該複屈折層上に形成されたカラーフィルタ層とを有することを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 前記カラーフィルタ層上に透明電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
3. 請求項２に記載のカラーフィルタ基板と、前記透明電極を覆う配向膜とを有することを特徴とする液晶ディスプレイ用基材。
4. 表示面側に位置する第１の液晶ディスプレイ用基材と背面側に位置する第２の液晶ディスプレイ用基材とを有する表示用液晶パネルを備えた液晶表示装置であって、
   前記第１の液晶ディスプレイ用基材及び前記第２の液晶ディスプレイ用基材のいずれかが請求項３に記載の液晶ディスプレイ用基材であることを特徴とする液晶表示装置。
   

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