JP2006284969A - 電圧保持率の高い位相差制御機能付ディスプレー用基材 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶層へのイオン性物質等の不純物の混入防止がより確実になされるディスプレー用基材と、高温高湿下での長時間表示等においても表示品質に優れた液晶ディスプレーを提供する。
【解決手段】 本発明は、基板上と、配向状態が３次元架橋して固定化された液晶性高分子から構成される位相差制御機能層と備え、位相差制御機能層を液晶層に接触させた状態で不純物強制抽出処理を施した後、電圧を印加した際に、液晶層における電圧の保持率を９０％以上とするものとするディスプレー用基材と、このディスプレー用基材における位相差制御機能層をディプレーにおける液晶層の近傍に位置させてなる液晶ディスプレー装置である。
【選択図】 図８

Description

本発明は、位相差制御機能を有するディスプレー用基材、及びそれを用いた液晶ディスプレーに関するものであり、特に表示品質に優れた液晶ディスプレーとこれに用いるディスプレー用基材に関する。

近年、種々の液晶ディスプレーが実用化されており、特に視野角度拡大の目的から、位相差フィルムを用いたディスプレーが広く用いられている。かかるディスプレーは、例えば、偏光板、位相差フィルム、基板、着色層、対向電極（透明導電膜）、配向膜、液晶層、配向膜、画素電極（透明導電膜）、ガラス基板、位相差フィルム、偏光板が順に積層されてなる液晶装置に観察側とは反対側からバックライトを当てて画像等を表示せしめる透過型のカラー液晶ディスプレーが知られている。上記位相差フィルムは、粘着剤を用いて偏光板に貼り付けて設けられることが一般的である。また透過型ディスプレー以外にも、バックライトを用いずに、反射板を利用して画像等を表示せしめる反射型液晶ディスプレー、或いは、半透過型液晶ディスプレーが知られている。

上記いずれのタイプの液晶ディスプレーにおいても、ちらつきのない高い品質表示が求められている。

ここでディスプレーのちらつきの原因としては、液晶ディスプレー中に発生したイオン性物質などの不純物が液晶層中に入り込み、液晶層中を移動することにより、該液晶層に印加された電圧を一定期間中保持することを妨げているとことが大きな原因と考えられる。上記イオン性物質などの不純物の発生源は、種々挙げられる。例えば、製造工程で使用する薬液、大気、純水などに含まれる不純物、装置、人体等から発生する塵、製造工程における紫外線照射・表面研磨等による残渣、着色層に含有される樹脂部材から抽出されたイオン性物質、位相差フィルムを偏光板に貼り付けるために用いられた粘着剤から抽出されたイオン性物質等がある。

これに対して、各構成層の表面の洗浄やプロセス条件の最適化等により不純物の除去が行われ、液晶層に不純物が混入することを防止する対応が種々試みられている。しかしながら、長時間、特に高温高湿下等の厳しい表示条件下では、依然として表示不良現象が発生する傾向にある。

本出願人は、上記表示不良現象の問題を解決するために、電圧保持率の高いカラーフィルタを先に提案している（特許文献１）。かかるカラーフィルタを用いたディスプレーであれば、ちらつき等のない高い表示品質の液晶ディスプレーを提供することが可能である。

特開２００２−３１１２２８号公報

しかしながら、特定のカラーフィルタを使用することに限定されず、さまざまなタイプの液晶ディスプレーを製造するにあたり、適宜選択された種々のカラーフィルタを使用したいという要望があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタの選択に制限を設けることなく液晶層へのイオン性物質等の不純物の混入を防止することができ、高温高湿下での長時間表示等においても表示品質に優れた液晶ディスプレーを提供すること及び、これに用いられる電圧保持率の高いディスプレー用基板を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）基板と、配向が固定化された液晶性高分子から構成される位相差制御機能層とを備える位相差制御機能付きディスプレー用基材であって、上記位相差制御機能層が液晶に接触する状態で上記ディスプレー基材に不純物強制抽出処理を施し、次いで電圧を印加したときに、上記液晶に印加された電圧の保持率を９０％以上とするものであることを特徴とする位相差制御機能付きディスプレー用基材、
（２）上記基板と、上記位相差制御機能層との間に、着色層が設けられていることを特徴とする上記（１）に記載の位相差制御機能付きディスプレー用基材、
（３）上記（１）又は（２）に記載の位相差制御機能付きディスプレー用基材を用いた液晶ディスプレー、及び
（４）対向電極と、配向膜と、液晶層と、配向膜と、画素電極とが順に設けられた液晶ディスプレーであって、上記対向電極の配向膜とは反対側の面に、上記位相差制御機能層が接して設けられていることを特徴とする上記（３）に記載の液晶ディスプレー、
を要旨とするものである。

本発明の位相差制御機能付ディスプレー用基材は、ディスプレー用基材における位相差制御機能層と液晶とが接した状態で不純物強制抽出処理を施した後であっても、次いで電圧を印加した際に、該液晶に印加された電圧が９０％以上という高い値で保持されることを可能とする。しかも上記液晶における高い電圧の保持率は、特定のカラーフィルタに制限されることなく達成される。

従って、本発明の位相差制御機能付きディスプレー用基材を用いた液晶ディスプレーであれば、高温高湿等の厳しい表示条件下での長時間表示であっても、不純物が液晶層に混入することに起因する電圧保持率の低下を防止し、ちらつき等の表示不良の発生が防止され、高い表示品質を提供することができる。しかも、カラー液晶ディスプレーにおいて、用いるカラーフィルタに制限をされず、所望のカラーフィルタを適宜選択して採用することができる。

以下に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１〜５は、本発明の位相差制御機能付きディスプレー用基材の一例を示す分解斜視図であって、ディスプレー用基材を構成する各層を便宜的に分離させて示したものである。

図１に示す本発明のディスプレー用基材１Ａは、基板１０の上面にブラックマトリクス１８と赤色のパターンを形成する赤色着色画素１９Ｒ、緑色のパターンを形成する緑色着色画素１９Ｇ、青色のパターンを形成する青色着色画素１９Ｂとからなる着色層１１を積層し、次いで着色層１１上面に位相差制御機能層１２aを積層して形成することができる。位相差制御機能層１２ａは、配向が固定化された液晶性高分子により構成される層であって、詳しくは、３次元架橋可能な重合性の液晶性モノマーを用い、該液晶性モノマーを配向させ、重合させることによりなる液晶性高分子の光軸が基板に垂直で正の複屈折異方性を有するよう構成された位相差制御機能層（以下、「正のＣプレート」ともいう）である。

図２に示す本発明のディスプレー用基材１Ｂは、ディスプレー用基材１Ａと同様に基板１０の上面に着色層１１を積層し、次いで着色層１１上面に位相差制御機能層１２ｂを積層して形成することができる。位相差制御機能層１２ｂは、配向が固定化された液晶性高分子により構成される層であって、詳しくは、３次元架橋可能な重合性の液晶性モノマーを用い、これを配向させ重合させることにより、液晶性高分子の光軸が基板に水平で正の複屈折異方性を有するよう構成された位相差制御機能層（以下、「正のＡプレート」ともいう）である。

図３に示す本発明のディスプレー用基材１Ｃは、ディスプレー用基材１Ａと同様に基板１０の上面に着色層１１を積層し、次いで着色層１１上面に位相差制御機能層１２ｃを積層して形成することができる。位相差制御機能層１２ｃは、配向が固定化された液晶性高分子により構成される層であって、詳しくは、３次元架橋可能な重合性の液晶性モノマーを用い、これを配向させ重合させることにより、液晶性高分子の光軸が基板に水平で負の複屈折異方性を有するよう構成された位相差制御機能層（以下、「負のＣプレート」ともいう）により形成される。

図４に示す本発明のディスプレー用基材１Ｄは、基板１０の上面に着色層１１を積層し、次いで着色層１１上面に、位相差制御機能層１２ｂを第一の位相差制御機能層とし、さらにこの上面に位相差制御機能層１２ａを第二の位相差制御機能層として積層して形成することができる。

図５に示す本発明のディスプレー用基材１Ｅは、基板１０の上面に位相差制御機能層１２ｂを積層し、続いて位相差制御機能層１２ｂの上面に着色層１１を形成し、さらに着色層１１の上面に位相差制御機能層１２ａを積層して形成することができる。

尚、図には示さないが、図４及び図５に示されるディスプレー用基材１Ｄ及び１Ｅにおいて、各位相差制御機能層１２ａ、１２ｂ、１２ｃをそれぞれ入れ替えて形成してもよいし、或いは置き換えて形成してもよい。

以下に、本発明に用いられる位相差制御機能層の形成方法について詳しく説明する。本発明における位相差制御機能層は、配向が固定化された液晶性高分子により構成される。上記液晶性高分子を形成する材料としては、架橋可能な重合性の液晶性モノマーを用いる。上記架橋可能な重合性の液晶性モノマーは、室温で液晶状態を固定化することができるものであり、詳しくはその分子構造中に不飽和二重結合を有し、液晶状態で架橋することにより、その液晶構造を固定化することが可能な液晶性モノマーである。このような架橋可能な液晶性モノマー材料の一例としては、例えば下記［化１］〜［化１０］に例示する化合物（Ｉ）や、［化１１］に示す一般化学式に包含される化合物（ＩＩ）を挙げることができる。本発明に用いることのできる液晶性モノマー材料としては、［化１］〜［化１０］に例示する化合物（Ｉ）のうちの１種の化合物或いは２種以上の混合物、［化１１］に示す一般化学式に包含される化合物（ＩＩ）のうちの１種の化合物或いは２種以上の混合物、或いはこれらの組み合わせによる混合物を用いることができる。尚、一般化学式［化１１］に包含される液晶性モノマーの場合、芳香環の両端に位置するアルキル基の長鎖を表すＸが４〜６（整数）であることが好ましい。
ここで液晶性高分子の複屈折Δｎと膜厚により、位相差制御機能層のリタデーション量及び配向特性が決定されるため、Δｎは０．０３〜０．２０程度が好ましく、さらに好ましくは０．０５〜０．１５程度が好ましい。Δｎが０．０３未満であると、充分なリタデーションを得るために位相差制御機能層の膜厚を増大させる必要があるが、膜厚が厚すぎると空気側界面付近の液晶性高分子が規定される配向を維持できなくなる虞がある。また位相差制御機能層の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍとすることが好ましい。上記膜厚が、０．１μｍ未満であると充分な位相差制御機能が発揮されない虞がある。

上記複屈折の測定については、リタデーションと膜厚の測定により行うことができる。リタデーションの測定としては、ＫＯＢＲＡ−２１シリーズ（王子計測機器）等の市販の装置を用いることができる。測定時における測定波長は、可視光域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）であることが好ましく、比視感度の最も大きい５５０ｎｍ付近で測定することがより好ましい。また膜厚測定については、ＤＥＫＴＡＫ（Ｓｌｏａｎ）の触針式段差計等の市販の装置を用いることができる。

また液晶層は各種印刷法やフォトリソグラフィ法によりパターニングしたものを用いることができる。

本発明における位相差制御機能層として、正のＣプレート作成するには、着色層１１上において、上記架橋可能な液晶性モノマーを基板面に対して垂直方向にネマティック配向させることが必要である。具体的には、まず着色層１１上面に垂直配向膜を形成し、該垂直配向膜の上面に架橋可能な液晶性モノマーを含有する樹脂組成物を塗布して加熱し垂直配向を促し、次いで紫外線等の活性放射線を照射することによって垂直配向した状態で重合させる。これにより、液晶性モノマーを基板に対して垂直方向に配向させた状態で架橋させ、該配向を固定化させてなる液晶性高分子より構成される位相差制御機能層を形成することができる。

上記垂直配向膜としては、長鎖アルキル基を有する界面活性剤により形成される垂直配向膜、長鎖アルキル基を有するポリイミドにより形成される垂直配向膜、或いはカップリング剤により形成される垂直配向膜を用いることができる。また垂直配向型（ＭＶＡ：Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ方式）の液晶ディスプレーの駆動液晶層に一般的に用いられる市販の垂直配向膜を用いてもよい。市販の垂直配向膜としては、例えば、ＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２（ＪＳＲ（株）製）、ＳＥ−１２１１（日産化学工業（株）製）、或いはＳＥ−７５１１（日産化学工業（株））等が挙げられる。上記垂直配向膜の厚みは、特に限定されるものではないが、０．０１μｍ〜１μｍとすることが一般的である。垂直配向膜の厚みが、０．０１μｍよりも薄いと、重合性液晶をホメオトロピック配向させることが困難になる虞がある。一方、垂直配向膜の厚みが１μｍよりも厚いと、この垂直配向膜自体が光を乱反射させて光学素子の光透過率が大きく低下する虞がある。
一方、垂直配向膜上に塗布する樹脂組成物は、上述で例示した化合物（Ｉ）又は化合物（ＩＩ）等を１種或いは２種以上、及び光重合開始剤、必要に応じて重合禁止剤等を有機溶媒に溶解させて調製することができる。尚、採用する垂直配向膜を構成する成分、即ち、界面活性剤、シランカップリング剤、或いはＶＡ垂直配向膜成分を、上記樹脂組成物にさらに添加してもよい。垂直配向膜成分を樹脂組成物に添加することにより、垂直配向膜と樹脂組成物との親和性がより向上し、より厳密に垂直配向させることができるため好ましい。樹脂組成物の乾燥後の厚みは、特に限定されないが、０．１μｍ〜５μｍとすることが一般的である。上記厚みが０．１μｍ未満であると、位相差機能が充分に発揮されない虞がある。また５μｍ以上であると、空気側界面付近の液晶分子が垂直配向を維持できない虞がある。

本発明における位相差制御機能層として、正のＡプレートを作成するには、上記架橋可能な液晶性モノマーを基板面に対して水平方向にネマティック配向させることが必要である。具体的には、まず着色層１１上面に水平方向の配向を促す水平配向膜を形成し、該水平配向膜の上面に架橋可能な液晶性モノマーを含有する樹脂組成物を塗布して加熱し該液晶性モノマーの水平配向を促し、次いで紫外線等の活性放射線を照射することによって配向した液晶性モノマーを光重合させる。これにより、上記配向が固定化された液晶性高分子が形成され、該液晶性高分子により構成される位相差制御機能層を形成することができる。

上記水平配向膜は、ポリアミド樹脂若しくはポリイミド樹脂等の樹脂を溶解した溶液を、着色層上に塗布し、これを乾燥させて塗膜形成し、次いで上記塗膜の上面から布を巻き付けたローラ等により所定の方向に摩擦するラビング処理を行うことにより形成することができる。上記配向膜の厚みは、特に限定されるものではないが、０．０１μｍ〜１μｍとすることが一般的である。上記配向膜の厚みが０．０１μｍ未満であると、配向機能が充分に発揮されない虞がある。また上記厚みが１μｍを上回ると、配向膜自体が光を乱反射させて光学素子の光透過率が大きく低下する虞がある。
一方、水平配向膜上に塗布する上記樹脂組成物は、上述で例示した化合物（Ｉ）又は化合物（ＩＩ）等を１種或いは２種以上、及び光重合開始剤、必要に応じて重合禁止剤等を有機溶媒に溶解させて調製することができる。正のＡプレートにおける樹脂組成物の乾燥後の厚みは、特に限定されないが、０．１μｍ〜５μｍとすることが一般的である。上記厚みが、０．１μｍ未満であると、位相差機能が充分に発揮されない虞がある。また上記厚みが５μｍを上回ると、空気側界面付近の液晶分子が基板界面の配向を維持できない虞がある。

本発明において負のＣプレートは、上記正のＡプレートを形成する際に用いた樹脂組成物に、さらにカイラル剤を添加した樹脂組成物を直接、着色層１１上に塗布して加熱し該液晶性モノマーの配向を促し、次いで紫外線等の活性放射線を照射することによって配向した液晶性モノマーを光重合させることにより作成することができる。上記カイラル剤を添加することにより、液晶性モノマーの配向に捩れを誘発し、螺旋構造を有する液晶性モノマーの配向を規定することができる。そして螺旋状に配向（即ちカイラルネマティック配向）した該液晶性モノマーを架橋させ、これにより上記配向が固定化された液晶性高分子が形成され、該液晶性高分子により構成される位相差制御機能層を形成することができる。或いは、上記カイラル剤を含有する樹脂組成物を着色層１１上に塗布する前に、着色層１１上面に、水平配向膜を予め形成しておいてもよい。このように、水平配向膜を形成し、その上面にカイラル剤含有の樹脂組成物を塗布することにより、螺旋状の配向が規則的に開始され、より乱れのない配向を規定することができるので好ましい。負のＣプレートにおける樹脂組成物の乾燥後の厚みは、特に限定されないが、０．１μｍ〜５μｍとすることが一般的である。上記厚みが、０．１μｍ未満であると、位相差機能が充分に発揮されない虞がある。また上記厚みが、５μｍを上回ると、空気側界面付近の液晶分子が基板界面の配向を維持できない虞がある。
本発明において用いることのできるカイラル剤は、［化１］〜［化１０］に例示される化合物（Ｉ）或いは［化１１］に記載する一般化学式に包含される化合物（ＩＩ）が発現する正の一軸ネマティック規則性に螺旋ピッチを誘起させる目的で用いられる。そのため、分子内に光学活性な部位を有する化合物であることが重要である。具体的には、１つ或いは２つ以上の不斉炭素を有する化合物、キラルなアミン、キラルなスルフォキシド等のようにヘテロ原子上に不斉点がある化合物、或いはクムレン、ビナフトール等の軸不斉を持つ化合物が挙げられる。例えば市販のカイラルネマティック液晶、より具体的にはＭｅｒｃｋ社製Ｓ−８１１等を用いることができる。また用いるカイラル剤の分子量は、１５００以下であることが好ましい。

また、図４に示すように第一の位相差制御機能層の上面にさらに異なる第二の位相差制御機能層を積層する場合には、第一の位相差制御機能層の上面に配向膜を形成し、次いで架橋可能な液晶性モノマー含有の樹脂組成物を塗布して配向させ固定化して上記第二の位相差制御機能層を形成することができる。或いは、配向膜を必要としない位相差制御機能層であれば、最初に積層された位相差制御機能層の上面に上記液晶性モノマー含有の樹脂組成物を塗布して配向させ固定化して上記第二の位相差制御機能層を形成することができる。

上述したとおり、従来の液晶ディスプレーでは、特に高温高湿の状態で長時間に亘りディスプレーを表示すると、イオン性物質等の不純物が液晶層へ移動し易くなり、この結果、液晶層に入り込んだ不純物の移動により、印加された電圧の保持率が低下することが問題となっていた。
しかしながら、以上に説明した本発明における位相差制御機能層は、いずれも架橋可能な重合性の液晶性モノマーを用い、基板上において所望の配向を規定した後、紫外線等の活性放射線を照射することによって架橋させ、配向が固定化された液晶高分子を形成することにより構成されるものである。このように形成された位相差制御機能層は、液晶ディスプレーにおける液晶層の位相のずれを補正することができる上、液晶性モノマーの配向が固定化されているので、イオン性物質等の不純物が物理的に通過し難い構造となっている。
従ってかかる位相差制御機能層を有する本発明のディスプレー用基材であれば、該位相差制御機能層を液晶層に接触させた状態で、強制的にディスプレー用基材から液晶層へ不純物を抽出させるよう不純物強制抽出処理を行った後であっても、その後に印加された電圧を液晶層において９０％以上という高い値で保持することを可能とするのである。

本発明に用いられる着色層１１は、基板１０の上に、非着色画素部に相当する位置が遮光性素材で構成されたブラックマトリクス（以下、単に「ＢＭ」ともいう）１８と、ＢＭ１８の各開口部に相当する位置の上に、光透過性の着色画素とをパターニングして形成することができる。或いは、ＢＭ１８を形成せず、着色画素だけでパターニングして着色層を形成することも可能である。上記光透過性の着色画素としては、赤色着色画素１９Ｒ、緑色着色画素１９Ｇ、青色着色画素１９Ｂ等があり、少なくともこれら２色以上の着色画素を用いて、ＢＭ１８の開口部毎にパターン形成されて設けられることが一般的である。またＢＭ１８を設けずに着色層を形成する場合には、ＢＭ１８の開口部に頼らず、各着色画素をストライプ型、モザイク型、トライアングル型の種々のパターンに形成してもよい。

本発明におけるＢＭ１８は、カーボン微粒子等の黒色顔料を分散させた樹脂層を基板１０上に形成し、フォトレジスト法により、該樹脂層を格子状、或いはストライプ状等にパターニングして積層形成することができる。
或いは、ＢＭ１８は、金属又は金属酸化物の薄膜から構成することもできる。金属又は金属酸化物としては、Ｃｒ単層、ＣｒＯｘ／Ｃｒ（ｘは任意の数、「／」は積層を表す。）の積層構造からなる２層構造の複合膜、或いはＣｒＯｘ／ＣｒＮｙ／Ｃｒ（ｘ、ｙは任意の数）の積層構造からなる３層構造の複合膜等であってよい。これら金属又は金属酸化物を用いて形成されるＢＭ１８は、まず、基板１０上に上記金属又は金属酸化物を蒸着、イオンプレーティング、若しくはスパッタリング等の方法により薄膜形成し、次いでフォトリソグラフィ法によりパターン化する方法により形成することができる。上述したＢＭ１８を構成する原料及び形成方法は、例示であって、公知のＢＭの原料及び形成方法であれば、いずれの原料及び方法を適宜選択してもよい。ＢＭ１８の厚みは特に限定されないが、一般的には、０．１μｍ〜１．５μｍである。上記厚みが０．１μｍ未満であると、ＢＭ部分において光漏れを起こす虞がある。また上記厚みが１．５μｍを上回ると、カラーフィルタ表面の平滑性が悪くなる虞がある。

各着色画素のパターン形成は、所望の着色材を含有した感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成することができる。或いは、インキ組成物を用いて着色画素のパターンを印刷形成することができる。着色画素の厚みは、特に限定されないが、一般的には０．５μｍ〜２μｍであり、各着色画素が同じ厚みであってもよいし、異なる厚みであってもよい。

本発明に用いられる基板１０は、透明無機材料又は透明有機材料により形成された板、シート又はフィルムを用いることができる。
上記透明無機材料としては、ガラス、シリコン、若しくは石英等が挙げられ、中でも熱膨張性が小さく寸法安定性が良好であり、また高温加熱処理における作業性が優れる石英が好ましい。また特に液晶ディスプレー用として本発明のカラーフィルタを用いる場合には、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスを基板として用いることが好ましい。
一方、上記透明有機材料としては、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、若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、若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、ポリシクロへキセン、若しくはポリノルボルネン系樹脂等、又は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、若しくは熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。特に、フィルムとしては、１軸延伸又は２軸延伸したフィルムや、面内にリタデーションを有するＴＡＣフィルム等を用いることができる。基板１０の厚みは特に限定されないが、用途に応じ０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とすることが一般的である。

以下に、不純物強制抽出処理方法及び条件について説明する。
不純物強制抽出処理を行うにあたり、まず図６に示す測定用液晶セル２０を作製する。測定用液晶セル２０は、ガラス基板３２、３５の表面にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）電極３３、３６を設けた１組のＩＴＯ基板３１、３４を準備し、一方のＩＴＯ基板３１のＩＴＯ電極３３上に、位相差制御機能層３７を形成し、その後、ＩＴＯ電極間距離が５μｍｍ〜１５μｍの範囲となるよう他方のＩＴＯ基板３４を対向させ、周辺部をシール部材３９により封止し、両ＩＴＯ基板間に液晶を封入してなる液晶層３８を形成して測定用液晶セル２０を作製する。この位相差制御機能層３７は、本発明のディスプレー用基材を形成する場合と同様の条件で形成するものであり、配向膜が必要な場合には、ＩＴＯ基板３１、３４上にまず配向膜を形成してよい。また液晶層３８に用いる液晶は、不純物強制抽出処理前の状態において、上記の測定用液晶セル２０を用いて下記の電圧保持率測定条件で測定した電圧保持率が９５％以上とする液晶を用いる。
或いは別の測定用液晶セルとして図７に示す測定用液晶セル２１を作製する。測定用液晶セル２１は、ガラス基板３２とＩＴＯ電極３３との間に、さらにカラーフィルタ４０を設けたこと以外は、測定用液晶セル２０と同様に作製することができる。カラーフィルタ４０は、上記着色層１１と同様に形成することができる。

次に、測定用液晶セル２０又は２１を加熱オーブンに入れて、１０５℃、２．５時間の条件で加熱処理を行うことによって、位相差制御機能層３７に対して不純物強制抽出処理を行うことができる。

続いて、電圧保持率の測定条件について説明する。
上述のように不純物強制抽出処理を施した測定用液晶セル２０又は２１を室温に戻し、下記の条件で電圧を印加し電圧の保持率を測定する。
・ＩＴＯ電極間距離 ：５〜１５μｍ
・印加電圧パルス振幅 ：５Ｖ
・印加電圧パルス周波数 ：６０Ｈｚ
・印加電圧パルス幅 ：１６．６７ｍｓｅｃ
上記電圧保持率の測定については、ＶＨＲ−１Ａ型／１Ｓ型（東陽テクニカ）等の市販の装置を用いることができる。

図８は、本発明の液晶ディスプレー２Ａの一実施態様を示す断面図である。液晶ディスプレー２は、図の上側が観察側であって、観察側より、偏光板１３、基板１０、ＢＭ１８と着色画素１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂとからなる着色層１１、位相差制御機能層１２ａ、対向電極層１４、配向膜１７、液晶層１５、配向膜１７、画素電極層１６、基板１０、偏光板１３を順に有して形成されている。上記画素電極層１６は、上方に位置する各着色画素に対向してパターニングされた画素電極１６ａと、操作線１６ｃと、画素電極１６ａと操作線１６ｃとを隔離する絶縁層１６ｄ、及びこれらと配向膜１７との間に位置する保護層１６ｂからなる。基板１０、着色層１１及び位相差制御機能層１２ａからなるディスプレー用基材１Ａは、上述した本発明のディスプレー用基材１Ａであって、正のＣプレートを形成してなる位相差制御機能層１２aを有するディスプレー用基材である。

図９に示す液晶ディスプレー２Ｂは、基板１０、着色層１１、位相差制御機能層１２ｂに続いて位相差制御機能層１２ａを積層することにより形成したディスプレー用基材１Ｄを用いたこと以外は図８に示す液晶ディスプレー２Ａと同様に形成することができる。基板１０、着色層１１、位相差制御機能層１２ｂ及び位相差制御機能層１２ａからなるディスプレー用基材１Ｄは、上述した本発明のディスプレー用基材１Ｄであって、正のＣプレートを形成してなる位相差制御機能層１２ａと、これに連続する正のＡプレートを形成してなる位相差制御機能層１２ｂとを有してなるディスプレー用基材である。
尚、図８及び図９に示す液晶ディスプレーは本発明の液晶ディスプレーを限定するものではない。本発明の液晶ディスプレーは、上述した本発明のディスプレー用基材を用いて形成される液晶ディスプレーであって、液晶層と位相差制御機能層とが接触するか、或いは可能な限り近傍に位置して形成されていればよい。

特に、本発明の液晶ディスプレーにおいて、液晶層と位相差制御機能層とが接触するか、或いは可能な限り近傍に位置して形成されていることが重要である。本発明における位相差制御機能層は、架橋した液晶性高分子より構成されているため、該位相差制御機能層をイオン性物質等の不純物が通過することを物理的に阻止する。従って、このような位相差制御機能層を液晶層の最近傍に位置せしめることにより、該位相差制御機能層を介して液晶層とは反対側に位置する構成層から、液晶層に向かって移動しようとする不純物が、該液晶層に入り込むことを防御することができる。本発明において、上記「液晶層の最近傍に位置せしめる」というときには、位相差制御機能層と液晶層との間に他の全ての層を除く趣旨ではなく、ディスプレーの構造上必要とされる層、例えば、液晶層用の配向膜や電極層が存在していてもよい。位相差制御機能層と液晶層との間に存在する層としては、不純物の発生の原因となりにくい層であることがより好ましい。

また従来用いられていた位相差フィルムでは、該フィルムを偏光板に貼り付ける際に粘着剤を使用していたが、該フィルムを貼り付ける工程及び該粘着剤自体が不純物の発生源になっていたと考えられる。これに対し、本発明では粘着剤を用いることなく位相差制御機能層を形成することができるため、従来の位相差フィルムが不要となり、これを貼り付けるための工程及び該工程に用いられていた粘着材が不要になったことも本発明を達成するための重要な事項である。

上記本発明の液晶ディスプレーは、不純物強制抽出処理を行った後に電圧を印加した場合でも、接触する液晶層の電圧を高い値で保持することのできる本発明のディスプレー用基材を用いて製造されるため、ディスプレーを長時間表示（例えば、５０℃、６０％ＲＨの条件下で２００時間連続の画像表示）した場合であっても、ちらつき等が発生せず、高い表示品質を維持することができる。

次に、実施例及び比較例を示して、更に詳細に本発明を説明する。

（基板の前処理）
適当な洗浄処理を施し、清浄とした基板として低膨張率無アルカリガラス板（コーニング社製７０５９ガラス １００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み０．７ｍｍ）を準備した。次いで、上記ガラス板の上面にＩＴＯ電極を形成し定法に従って洗浄してガラス基板を作製した。

（重合型ネマティック液晶溶液の調製）
位相差制御機能層の形成に用いる重合型ネマティック液晶溶液を以下のとおり調製した。ネマティック液晶層を示す３次元架橋可能な液晶性モノマー分子として、［化９］に示す化合物（２０重量部）と、光重合開始剤としてＩｒｇ９０７（０．８重量部）と、クロロベンゼン（５９．２重両部）と、垂直配向膜形成溶液ＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２をジエチレングリコールジメチルエーテルで１２．５％に希釈した溶液（２０重量部）とを混合し重合型ネマティック液晶溶液を調製した。

（着色レジストの調製）
ブラックマトリクス及び赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）着色画素の着色材料には顔料分散型フォトレジストを用いた。顔料分散型フォトレジストは、着色材料として顔料を用い、分散液組成物（顔料、分散剤及び溶剤を含有する）にビーズを加え、分散機で３時間分散させ、その後ビーズを取り除いた分散液とクリアレジスト組成物（ポリマー、モノマー、添加剤、開始剤及び溶剤を含有する）とを混合したものである。その組成を下記に示す。尚、分散機としては、ペイントシェーカーを用いた。

各フォトレジストの組成を以下に示す。

（ブラックマトリクス用フォトレジスト）
・黒顔料・・・・・１４．０重量部
（大日精化工業（株）製ＴＭブラック＃９５５０）
・分散剤・・・・・１．２重量部
（ビックケミー（株）製Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ１１１）
・ポリマー・・・・・２．８重量部
（昭和高分子（株）製ＶＲ６０）
・モノマー・・・・・３．５重量部
（サートマー（株）製ＳＲ３９９）
・添加剤・・・・・０．７重量部
（綜研化学（株）製Ｌ−２０）
・開始剤・・・・・１．６重量部
（２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１）
・開始剤・・・・・０．３重量部
（４，４’−ジエチルアミノベンゾフェノン）
・開始剤・・・・・０．１重量部
（２，４−ジエチルチオキサントン）
・溶剤・・・・・７５．８重量部
（エチレングリコールモノブチルエーテル）

（赤色（Ｒ）着色画素用フォトレジスト）
・赤顔料・・・・・４．８重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４（チバスペシャリティケミカルズ社製クロモフタールＤＰＰ Ｒｅｄ ＢＰ））
・黄顔料・・・・・１．２重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＹ１３９（ＢＡＳＦ社製パリオトールイエローＤ１８１９））
・分散剤・・・・・３．０重量部
（ゼネカ（株）製ソルスパース２４０００）
・モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・５．０重量部
・開始剤・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製イルガキュア９０７）
・開始剤・・・・・０．６重量部
（２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’，５’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール）
・溶剤・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）

（緑色（Ｇ）着色画素用フォトレジスト）
・緑顔料・・・・・３．７重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＧ７（大日精化製セイカファストグリーン５３１６Ｐ））
・黄顔料・・・・・２．３重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＹ１３９（ＢＡＳＦ社製パリオトールイエローＤ１８１９））
・分散剤・・・・・３．０重量部
（ゼネカ（株）製ソルスパース２４０００）
・モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・５．０重量部
・開始剤・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製イルガキュア９０７）
・開始剤・・・・・０．６重量部
（２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’，５’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール）
・溶剤・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）

（青色（Ｂ）着色画素用フォトレジスト）
・青顔料・・・・・４．６重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＢ１５：６（ＢＡＳＦ社製ヘリオゲンブルーＬ６７００Ｆ））
・紫顔料・・・・・１．４重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＶ２３（クラリアント社製フォスタパームＲＬ−ＮＦ））
・顔料誘導体・・・・・０．６重量部
（ゼネカ（株）製ソルスパース１２０００）
・分散剤・・・・・２．４重量部
（ゼネカ（株）製ソルスパース２４０００）
・モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・５．０重量部
・開始剤・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製イルガキュア９０７）
・開始剤・・・・・０．６重量部
（２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’，５’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール）
・溶剤・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）

尚、本明細書において記載のポリマー１は、ベンジルメタクリレート：スチレン：アクリル酸：２−ヒドロキシエチルメタクリレート＝１５．６：３７．０：３０．５：１６．９（モル比）の共重合体１００モル％に対して、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを１６．９モル％付加したものであり、重量平均分子量は４２５００である。

（実施例１）
垂直配向膜溶液としてＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２をγ−ブチロラクトンで５０％に希釈した溶液を用い、上記ガラス基板におけるＩＴＯ電極上面にフレキソ印刷方法によりパターニングして厚さ６００Åの膜を成膜し、１８０℃、１時間焼成して、基板上に垂直配向膜を形成した。次いで、上記垂直配向膜の形成された基板をスピンコーターにセットし、予め調製した重合型ネマティック液晶溶液を、乾燥後の膜厚が１．５μｍ程度となるように上記配向膜上面にスピンコーティングした。尚、本実施例では、液晶溶液を塗布する方法としてスピンコーティング法を採用したが、液晶溶液の塗布方法はこれに限定されず、例えばダイコーティング、スリットコーティング及びこれらを組み合わせた手法を適宜選択することができる。以下に記載する実施例においても同様である。次に、液晶溶液が塗布された基板をホットプレート上で１００℃、３分間加熱し、残存溶剤を除去するとともに液晶溶液に含有される液晶性高分子を垂直方向に配向処理し、液晶溶液により形成された膜が白色から透明となる液晶転移点を目視にて確認することによって液晶分子の配向を確認した。続いて上記配向後の液晶層に、超高圧水銀灯を有する紫外線照射装置により紫外線を空気雰囲気下で２０ｍＷ／ｃｍ２、１０秒間の条件で照射し、上記液晶層を構成する重合性液晶を重合させ、３次元架橋した位相差制御機能層をガラス基板上に形成した。
そして、上記位相差制御機能層が形成されたガラス基板と、ＩＴＯ電極が形成された上記ガラス基板とを対向させて、測定用液晶セルを作製した。対向する基板間は、ＩＴＯ電極間が５〜１５μｍの範囲となるように設定し、両基板間をシール部材により封止した。次に両基板間とシール部材とにより形成される空間に、液晶（メルクジャパン社製ＭＬＣ−６８４６−０００）を注入し、注入口を封止して、測定用液晶セル１を作製した。

上記実施例１の測定用液晶セルにおいて、不純物強制抽出処理を行う前に、電圧を印加して、液晶層の電圧保持率を測定したところ、９８．６％であった。

（実施例２）
適当な洗浄処理を施し、清浄とした基板として低膨張率無アルカリガラス板（コーニング社製７０５９ガラス １００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み０．７ｍｍ）をガラス基板として準備した。上記ガラス基板の上面に着色層を形成し、次いで上記着色層上面にＩＴＯ電極を形成した。そして、ＩＴＯ電極上面に、実施例１で形成したものと同様に位相差制御機能層を作成し、実施例２の測定用液晶セル２を作製した。尚、ガラス基板上面における着色層の形成は以下のとおり行った。
前処理により洗浄したガラス基板上面に、上述で調製したＢＭ用フォトレジストをスピンコート法で１．２μｍの厚さに塗布し、８０℃、３分間の条件でプリベークし、所定のパターンに形成されたマスクを用いて露光（１００ｍＪ／ｃｍ²）し、続いて０．０５％ＫＯＨ水溶液を用いたスプレー現像を５０秒行った後、２３０℃、３０分間ポストベークし、ＢＭ基板を作製した。
次に、赤色（Ｒ）の顔料分散型フォトレジストを上記ＢＭ基板上にスピンコート法で塗布し、９０℃、３分間の条件でプリベークし、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて、アライメント露光（１００ｍＪ／ｃｍ²）した。引き続き０．１％ＫＯＨ水溶液を用いたスプレー現像を５０秒行った後、２３０℃、３０分間ポストベークし、ＢＭパターンに対して所定の位置に膜厚１．２μｍの赤色（Ｒ）着色画素パターンを形成した。
続いて、上記赤色（Ｒ）着色画素パターンの形成方法と同様の方法及び条件で、膜厚１．２μｍの緑色（Ｇ）着色画素パターンを形成した。
さらに、上記赤色（Ｒ）着色画素パターンの形成方法と同様の方法及び条件で、膜厚１．２μｍの青色（Ｂ）着色画素パターンを形成した。
以上により、基板上に、ＢＭ、赤色着色画素、緑色着色画素、及び青色着色画素から構成される着色層を形成した。

（比較例１）
位相差制御機能層が形成されないこと以外は、実施例２と同様に比較例１の測定用液晶セル３を作製した。

上記比較例１の測定用液晶セルにおいて、不純物強制抽出処理を行う前に、電圧を印加して、液晶層の電圧保持率を測定したところ、９５．８％であった。

（実施例３）
適当な洗浄処理を施し、清浄とした基板として低膨張率無アルカリガラス基板（コーニング社製７０５９ガラス １００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み０．７ｍｍ）を準備した。次いで上記ガラス基板上に、上述した着色レジストの調製において調製したブラックマトリクス及び赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）着色画素の着色材料を用い、実施例２の着色層の形成方法と同様の方法で着色層を形成し、続いて、実施例１の位相差制御機能層の形成方法と同様の方法により、上記着色層上面に、垂直配向した液晶を３次元架橋してなる位相差制御機能層を形成した。そして上記位相差制御機能層の上面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明共通電極を形成した。一方、上述と同様に準備したガラス基板上に所定の複数の箇所に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、各ＴＦＴのドレイン電極に接続するように透明画素電極を酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）により形成して対向電極基板を作製した。

次に、上記透明共通電極面と透明画素電極面それぞれを覆うようにポリイミド樹脂塗料を塗布し乾燥して配向膜（厚み０．０７μｍ）を設け、配向処理を施した。次いで、これらの配向膜が向かい会うようにして両基板を対向させ、両基板間をシール部材で封止し、封止された空間に液晶（メルクジャパン社製ＭＬＣ−６８４６−０００）を注入し、注入口を封止して、液晶表示装置１を作製した。

（比較例２）
位相差制御機能層が形成されていないこと以外は、実施例３と同様に、液晶表示装置２を作製した。

（評価１）
実施例１、実施例２及び比較例１の測定用液晶セル１〜３を、それぞれオーブンに入れて１０５℃、２．５時間の条件で不純物強制抽出処理を行った。次いで、各測定用液晶セルをオーブンから出し室温に戻した後、上述した条件で、各セルに電圧を印加し電圧の保持率を測定した。測定結果は表1に示した。

（表１）

（評価２）
上述で作製した実施例３の液晶表示装置１と比較例２の液晶表示装置２について、下記の２種の高温高湿下での長時間表示を行い、下記の基準で表示品質を評価して結果を表２に示した。

（画像表示条件）
表示条件１：５０℃、６０％ＲＨの条件下で２００時間連続表示
表示条件２：８０℃、６０％ＲＨの条件下で５００時間連続表示

（表示品質の評価基準）
○：画面にちらつきがなく表示品質が極めて良好である。
×：画面にちらつきが見られ表示不良現象が認められる。

（表２）

表1に示されるとおり測定用液晶セル１〜３は、いずれも不純物強制抽出処理前は、９０％以上の高い電圧保持率を示した。そして不純物強制抽出処理後においても、位相差制御機能層を有する測定用液晶セル１及び２では、９０％以上という高い値で電圧が保持されていた。一方、位相差制御機能層を有しない測定用液晶セル３では、不純物強制抽出処理を行うことにより、電圧の保持率が著しく低下し９０％を大きく下回った。

また表２に示されるとおり、位相差制御機能付きディスプレー用基材を有する液晶表示装置１では、２つの表示条件のいずれにおいても、ちらつきのない高品質な表示を示した。一方、位相差制御機能付きディスプレー用基材を有しない液晶表示装置２では、２つの表示条件のいずれにおいても、ちらつきが見られ、表示不良が認められた。

本発明のディスプレー用基材の一実施態様を示す分解斜視図である。 本発明のディスプレー用基材の一実施態様を示す分解斜視図である。 本発明のディスプレー用基材の一実施態様を示す分解斜視図である。 本発明のディスプレー用基材の一実施態様を示す分解斜視図である。 本発明のディスプレー用基材の一実施態様を示す分解斜視図である。 不純物強制抽出処理及び電圧保持率測定を行うなための測定用液晶セルの構成を説明するための図である。 不純物強制抽出処理及び電圧保持率測定を行うなための測定用液晶セルの構成を説明するための図である。 本発明の液晶ディスプレーの一実施態様を示す断面図である。 本発明の液晶ディスプレーの一実施態様を示す断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 本発明のディスプレー用基材
２Ａ、２Ｂ 本発明の液晶ディスプレー
１０ 基板
１１ 着色層
１２ 位相差制御機能層
１２ａ 正のＣプレートを形成してなる位相差制御機能層
１２ｂ 正のＡプレートを形成してなる位相差制御機能層
１２ｃ 負のＣプレートを形成してなる位相差制御機能層
１３ 偏光板
１４ 対向電極層
１５ 液晶層
１６ 画素電極層
１６ａ 画素電極
１６ｂ 保護層
１６ｃ 操作線
１６ｄ 絶縁層
１７ 配向膜
１８ ブラックマトリクス
１９Ｒ 赤色着色画素
１９Ｇ 緑色着色画素
１９Ｂ 青色着色画素
２０ 測定用液晶セル
２１ 測定用液晶セル
３１、３４ ＩＴＯ基板
３２、３５ ガラス基板
３３、３６ ＩＴＯ電極
３７ 位相差制御機能層
３８ 液晶層
３９ シール部材
４０ カラーフィルム

Claims (4)

1. 基板と、配向が固定化された液晶性高分子から構成される位相差制御機能層とを備える位相差制御機能付きディスプレー用基材であって、上記位相差制御機能層が液晶に接触する状態で上記ディスプレー基材に不純物強制抽出処理を施し、次いで電圧を印加したときに、上記液晶に印加された電圧の保持率を９０％以上とするものであることを特徴とする位相差制御機能付きディスプレー用基材。
2. 上記基板と、上記位相差制御機能層との間に、着色層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位相差制御機能付きディスプレー用基材。
3. 請求項１又は２に記載の位相差制御機能付きディスプレー用基材を用いた液晶ディスプレー。
4. 対向電極と、配向膜と、液晶層と、配向膜と、画素電極とが順に設けられた液晶ディスプレーであって、上記対向電極の配向膜とは反対側の面に、上記位相差制御機能層が接して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液晶ディスプレー。
   

Images