JP2010237321A - Optical element and liquid crystal display device equipped with the optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位相差層を備える光学素子、およびこれを用いた液晶表示装置に関する。 The present invention relates to an optical element including a retardation layer and a liquid crystal display device using the optical element.
液晶表示装置は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点を持つため、テレビ、パーソナルコンピューターや携帯電話、電子手帳、店舗に設置される端末装置、自動販売機等の様々な表示装置に積極的に用いられている。これらの液晶表示装置は、液晶層を構成する駆動用液晶材料の複屈折性を利用して光のスイッチングを行うことにより画像表示を可能とすることを特徴とするものである。 Since the liquid crystal display device has the great advantages of being thin and light and low power consumption, it is proactive in various display devices such as TVs, personal computers and mobile phones, electronic notebooks, terminal devices installed in stores, and vending machines. It is used. These liquid crystal display devices are characterized by enabling image display by switching light using the birefringence of the driving liquid crystal material constituting the liquid crystal layer.
上記液晶表示装置は、一般的に、対面する2枚の基板と、これら基板間において設けられる駆動用液晶材料からなる液晶層とを有する。またカラー表示用の液晶表示装置には、表示側基板に着色層が設けられることが一般的である。それに加えて液晶表示装置は、液晶層に含まれる駆動用液晶材料(分子)の複屈折性を利用するという特殊性から、駆動用液晶材料の複屈折性に由来する視野角依存性の問題を有しており、この問題を解決するために、光の位相差を補償する位相差フィルムが利用されている。この位相差フィルムは、ポリアクリレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース等のフィルムの延伸によって作製されるものであって、通常、対面する2枚の基板とその間に形成される液晶層を備える液晶セル(以下、単に「液晶セル」ともいう)の外側面に、貼り付けて設置される。 The liquid crystal display device generally has two substrates facing each other and a liquid crystal layer made of a driving liquid crystal material provided between the substrates. Further, in a liquid crystal display device for color display, a colored layer is generally provided on a display side substrate. In addition, the liquid crystal display device has the problem of viewing angle dependency due to the birefringence of the driving liquid crystal material due to the peculiarity of using the birefringence of the driving liquid crystal material (molecule) contained in the liquid crystal layer. In order to solve this problem, a retardation film that compensates for the retardation of light is used. This retardation film is produced by stretching a film of polyacrylate, polycarbonate, triacetyl cellulose or the like, and is usually a liquid crystal cell (hereinafter referred to as a liquid crystal cell) having two substrates facing each other and a liquid crystal layer formed therebetween. , Simply referred to as “liquid crystal cell”).
また近年は、上記位相差フィルムに替えて、光学素子内に位相差層が形成される所謂インセル型の位相差層も開発されてきている。上記位相差層は、従来の貼り付けるタイプの位相差フィルムとは異なり、位相差層形成材料を基板面に塗布して該材料が所望の配向性を示す状態で固定化して形成される層である。上記位相差層は、2枚の基材の外側にそれぞれ貼り付けられる位相差フィルムとは異なり、液晶セル内部に一層から構成することも可能であり、また層自体の厚みも薄いため、光学素子の薄型化が可能である上、耐熱性が向上するなどの有利な性質を有し、加えて、位相差フィルムを貼り付ける際の糊剤による弊害などの問題もない。このような位相差層を備える光学素子の提案としては、例えば下記特許文献1などがある。 In recent years, a so-called in-cell type retardation layer in which a retardation layer is formed in an optical element has been developed instead of the retardation film. Unlike the conventional retardation type retardation film, the retardation layer is a layer formed by applying a retardation layer forming material on a substrate surface and fixing the material in a state where the material exhibits a desired orientation. is there. Unlike the retardation film that is attached to the outside of each of the two substrates, the retardation layer can be composed of one layer inside the liquid crystal cell, and the thickness of the layer itself is thin. In addition to being advantageous in that the heat resistance is improved, there is no problem such as an adverse effect caused by the adhesive when the retardation film is attached. As a proposal of an optical element provided with such a retardation layer, for example, there is Patent Document 1 below.
また、近年は、環境問題などの観点から、液晶表示装置においても、消費電力を少なく抑えることが重要な課題の1つとなっている。これに対し、外光からの光も利用可能な半透過半反射型の液晶表示装置が注目されている。この半透過半反射型液晶表示装置は、外光を用いて液晶表示機能を発揮する部分(反射部)と、バックライトからの光を用いて液晶表示機能を発揮する部分(透過部)とを備えており、光源をバックライトのみに依存するタイプのものよりエネルギー効率が良い。そして上記半透過半反射型液晶表示装置のさらなるエネルギー効率の向上と高輝度化のために、反射部領域に選択的に上記位相差層をパターニング形成して、バックライトからの光のリサイクルを図る技術が提案されている(例えば特許文献2)。 In recent years, from the viewpoint of environmental problems and the like, it is one of important issues to reduce power consumption in a liquid crystal display device. On the other hand, a transflective liquid crystal display device that can also use light from outside light has attracted attention. This transflective liquid crystal display device includes a portion that exhibits a liquid crystal display function using external light (reflection portion) and a portion that exhibits a liquid crystal display function using light from a backlight (transmission portion). It is more energy efficient than those that rely on the backlight alone as the light source. Then, in order to further improve the energy efficiency and increase the brightness of the transflective liquid crystal display device, the retardation layer is selectively formed in the reflective region so as to recycle light from the backlight. A technique has been proposed (for example, Patent Document 2).
ここで一般的に、上記光学素子は、液晶層の液晶材料を駆動させるために繰り返し電圧がかけられる仕組みになっている。したがって、光学素子内において液晶層と距離的に接近した位置に形成される層は、電圧の影響によりダメージを受けて液晶層などに材料のしみ込みが生じるようなことは避けなければならず、焼付き防止などの電気信頼性が求められる。この観点からは、近年開発された位相差層よりも、着色層などの技術的に蓄積があり電気信頼性の高い層(以下、単に「従来層」ともいう)が、液晶層寄りに設けられることが望ましい。具体的には、光透過性の基材上にまず、遮光領域をパターニング形成し、次いで位相差層を形成し、その後、着色層などの従来層を形成してなる光学素子の構成が、電気信頼性の観点では望ましい。また位相差層を形成するために配向膜が必要な場合には、位相差層に先んじて配向膜が作成されてもよい。尚、光透過性の基材上に、第一番目に遮光領域を形成することが望ましい理由は、遮光領域形成時に、同時に基材面にアライメントマークを形成することによって、後工程に形成される位相差層や着色層の形成位置を明確にすることができるという理由による。 Here, in general, the optical element has a mechanism in which a voltage is repeatedly applied to drive the liquid crystal material of the liquid crystal layer. Therefore, the layer formed at a position close to the liquid crystal layer in the optical element must be prevented from being damaged by the influence of the voltage and causing the material to penetrate into the liquid crystal layer, etc. Electrical reliability such as seizure prevention is required. From this point of view, a layer having technical accumulation and high electrical reliability (hereinafter also simply referred to as “conventional layer”) such as a colored layer is provided closer to the liquid crystal layer than the recently developed retardation layer. It is desirable. Specifically, the configuration of an optical element formed by first patterning a light-shielding region on a light-transmitting substrate, then forming a retardation layer, and then forming a conventional layer such as a colored layer is electrically This is desirable from the viewpoint of reliability. When an alignment film is necessary for forming the retardation layer, the alignment film may be formed prior to the retardation layer. The reason why it is desirable to form the light shielding region first on the light-transmitting substrate is that it is formed in a subsequent process by forming an alignment mark on the substrate surface at the same time when the light shielding region is formed. This is because the formation position of the retardation layer and the colored layer can be clarified.
また、白黒表示用の光学素子であって、特に着色層など機能層を設けない場合にも、やはり上述と同様に、基材上に遮光領域を形成し、次いで位相差層、あるいは配向膜と位相差層を形成する構成が可能である。 Further, even in the case of an optical element for black and white display, in particular, when a functional layer such as a colored layer is not provided, a light shielding region is formed on a substrate, and then a retardation layer or an alignment film is formed as described above. A configuration in which a retardation layer is formed is possible.
しかしながら、上述のように基材面に透過部と遮光部とにパターンニングされる遮光領域を形成し、この遮光部が凸となった基材面に、次いで、位相差層(もしくは配向膜及び位相差層)を形成すると、黒表示などの際に、遮光部の輪郭部分において光漏れが生じてしまい、問題であった。またこのように光漏れの問題のある光学素子を用いて液晶表示装置を製造した場合には、液晶表示装置のコントラストが低下し、高品質な画像を提供することができず問題であった。上記光漏れの問題は、位相差層を構成する位相差層形成材料を基材面に塗布した際に、凸部となる遮光部の段差の存在により、遮光部周辺に塗布された位相差層形成材料が基材面に対して平行になり難く、あるいは所望の方向に配向させることができないなどの不都合が生じるためと推察された。 However, as described above, a light shielding region that is patterned into a transmission portion and a light shielding portion is formed on the base material surface, and then the retardation layer (or alignment film and When the retardation layer is formed, light leakage occurs in the outline portion of the light shielding portion during black display or the like, which is a problem. Further, when a liquid crystal display device is manufactured using such an optical element having a problem of light leakage, the contrast of the liquid crystal display device is lowered, and a high quality image cannot be provided. The problem of the above light leakage is that when the retardation layer forming material constituting the retardation layer is applied to the surface of the base material, the retardation layer applied around the light shielding portion due to the presence of a step in the light shielding portion serving as a convex portion. This is presumably because the forming material is difficult to be parallel to the substrate surface or cannot be oriented in a desired direction.
本発明者らは、上記問題に対し鋭意研究した結果、基材面上に形成された遮光領域を覆って、一定以上の厚みを備える中間層を形成した後に、位相差層を形成することによれば、遮光部の輪郭部分からの光漏れの問題(以下、単に「問題1」ともいう)を良好に防止できることを見出した。しかしながら、基材面上に形成された遮光領域を覆って、一定以上の厚みを備える中間層を形成した場合に、今度は、遮光部に区画される一つの開口部において、パラレルニコルの偏光板にはさんで観察した場合に光の透過量が異なる問題(以下、単に「問題2」ともいう)が発生することが確認された。より詳しく述べると、上述のとおり光学素子を構成すると、一つの開口部において中心部と周囲部とで光の透過量に差異が生じる傾向にあった。近年特に、高品質な液晶画像表示の提供に対する要望が高く、光学素子内の一つの開口部における光の透過量をできるだけ均一にし、この結果、該光学素子を用いて作製される液晶表示装置のコントラストをより高めることが求められている。したがって、上記問題1の解決により発生する上記問題2についても解決することが望まれた。 As a result of earnest research on the above problems, the present inventors formed a retardation layer after forming an intermediate layer having a certain thickness or more, covering the light shielding region formed on the substrate surface. Accordingly, it has been found that the problem of light leakage from the contour portion of the light shielding portion (hereinafter, also simply referred to as “Problem 1”) can be satisfactorily prevented. However, when an intermediate layer having a certain thickness or more is formed so as to cover the light shielding region formed on the base material surface, in this case, in one opening section partitioned by the light shielding portion, a parallel Nicol polarizing plate It was confirmed that a problem (hereinafter, also simply referred to as “Problem 2”) occurs in which the amount of transmitted light is different when observed between. More specifically, when the optical element is configured as described above, there is a tendency that a light transmission amount is different between the central portion and the peripheral portion in one opening. In recent years, in particular, there has been a high demand for providing high-quality liquid crystal image displays, and the amount of light transmitted through one opening in an optical element is made as uniform as possible. As a result, a liquid crystal display device manufactured using the optical element There is a demand for higher contrast. Therefore, it has been desired to solve the above problem 2 which occurs when the above problem 1 is solved.
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、基材上に遮光領域を形成し、次いで、従来層に先んじて位相差層を形成する場合、あるいは着色層などの機能層を用いず、基材と遮光領域と位相差層とで基本構成をなす場合であっても、遮光部の輪郭部分において光漏れが生じず、且つ、一つの開口部における光の透過量が、画像表示に問題の生じない程度に均一化された光学素子、およびコントラストの優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. When a light shielding region is formed on a substrate and then a retardation layer is formed prior to a conventional layer, or a functional layer such as a colored layer is formed. Even if the base material, the light shielding region, and the retardation layer form a basic configuration, light leakage does not occur in the contour portion of the light shielding portion, and the light transmission amount in one opening portion is the image. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device having excellent contrast and an optical element that is made uniform to the extent that no problem occurs in display.
本発明者らは、基材面上に形成された遮光領域を覆って、一定以上の厚みを備える中間層を形成した後に、位相差層を形成するという手段を採用することによって、遮光部の輪郭部分からの光漏れを良好に防止できることを見出し、上記問題1を解決した。また本発明者らは、基材面に対し垂直方向から観察したときに開口部と重なりあう中間層開口部領域において、該中間層の膜厚が略均一となるよう形成することによって1つの開口部内における光の透過量を略均一にさせることを可能とし、上記問題2を解決し、本発明を完成させた。 The inventors of the present invention have adopted a means for forming a retardation layer after forming an intermediate layer having a thickness equal to or greater than a certain thickness so as to cover the light shielding region formed on the substrate surface. The inventors have found that light leakage from the contour portion can be satisfactorily prevented and solved the above problem 1. Further, the present inventors have formed one opening by forming the intermediate layer so that the film thickness thereof is substantially uniform in the intermediate layer opening region that overlaps the opening when observed from the direction perpendicular to the substrate surface. The amount of transmitted light in the section can be made substantially uniform, the above problem 2 is solved, and the present invention is completed.
即ち、本発明は、
(1)光透過性を有する基材と、上記基材を光が透過可能な開口部と光の透過が防止される遮光部とに区画するためにパターン形成される遮光領域と、少なくとも1つの中間層と、位相差層とをこの順で備え、上記中間層の厚みDが0.5μm以上であり、上記基材面に対し垂直方向から平面視した際に、中間層を、上記開口部と重なりあう領域である中間層開口部領域と、上記遮光部に重なりあう領域である中間層遮光部領域とに区別し、一つの中間層開口部領域における中央部をとおり切断した断面において、上記中間層開口部領域の中央部を通過し、隣り合う遮光部間を結ぶ直線の内側90%領域内における中間層の厚みが、上記中間層の厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下であることを特徴とする光学素子、
(2)上記中間層が、透明樹脂層および/または配向膜であることを特徴とする上記(1)に記載の光学素子、
(3)上記中間層の表面であって、上記基材とは反対側の面が平坦化されていないことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の光学素子、
(4)上記位相差層がパターン形成されていることを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の光学素子、
(5)上記位相差層が、正のAプレートであることを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の光学素子、
(6)上記位相差層上に直接または間接に、光透過性の着色層を備えることを特徴とする上記(1)乃至(5)のいずれか1つに記載の光学素子、
(7)向かい合う2枚の基板と、上記2枚の基板それぞれの外側面に設けられる偏光板と、上記2枚の基板間に設けられる駆動用液晶材料からなる液晶層とを備える液晶表示装置であって、上記2枚の基板のうちの一方の基板として、光透過性を有する基材と、上記基材を光が透過可能な開口部と光の透過が防止される遮光部とに区画するためにパターン形成される遮光領域と、少なくとも1つの中間層と、位相差層とをこの順で備え、上記中間層の厚みDが0.5μm以上であり、上記基材面に対し垂直方向から平面視した際に、中間層を、上記開口部と重なりあう領域である中間層開口部領域と、上記遮光部に重なりあう領域である中間層遮光部領域とに区別し、一つの中間層開口部領域における中央部をとおり切断した断面において、上記中間層開口部領域の中央部を通過し、隣り合う遮光部間を結ぶ直線の内側90%領域内における中間層の厚みが、上記中間層の厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下であることを特徴とする光学素子が用いられることを特徴とする液晶表示装置、
(8)上記液晶表示装置が半透過半反射型液晶表示装置であることを特徴とする上記(7)に記載の液晶表示装置、
を要旨とするものである。
That is, the present invention
(1) a light-transmitting base material, and a light-shielding region that is patterned to partition the base material into an opening through which light can be transmitted and a light-shielding portion that prevents light transmission, and at least one An intermediate layer and a retardation layer are provided in this order, and the thickness D of the intermediate layer is 0.5 μm or more. In a cross-section cut through the central portion of one intermediate layer opening region, the intermediate layer opening region that is a region overlapping with the light shielding portion and the intermediate layer light shielding portion region that is a region overlapping with the light shielding portion, The thickness of the intermediate layer in the 90% area inside the straight line passing through the center of the intermediate layer opening region and connecting between adjacent light shielding portions is 0.9D or more and 1.1D or less with respect to the thickness D of the intermediate layer. An optical element,
(2) The optical element according to (1), wherein the intermediate layer is a transparent resin layer and / or an alignment film,
(3) The optical element according to (1) or (2) above, wherein the surface of the intermediate layer, the surface opposite to the substrate is not flattened,
(4) The optical element according to any one of (1) to (3), wherein the retardation layer is patterned.
(5) The optical element according to any one of (1) to (4), wherein the retardation layer is a positive A plate,
(6) The optical element according to any one of (1) to (5) above, wherein a light-transmitting colored layer is provided directly or indirectly on the retardation layer,
(7) A liquid crystal display device comprising two substrates facing each other, a polarizing plate provided on each outer surface of the two substrates, and a liquid crystal layer made of a driving liquid crystal material provided between the two substrates. Then, as one of the two substrates, a base material having a light transmitting property, and the base material are divided into an opening through which light can be transmitted and a light shielding unit from which light transmission is prevented. Therefore, a light-shielding region to be patterned, at least one intermediate layer, and a retardation layer are provided in this order, and the intermediate layer has a thickness D of 0.5 μm or more, and is perpendicular to the base material surface. When viewed in plan, the intermediate layer is classified into an intermediate layer opening area that is an area that overlaps with the opening and an intermediate layer light shielding area that is an area that overlaps the light shielding part. In the cross section cut through the central part in the part area, The thickness of the intermediate layer in the 90% region inside the straight line passing through the center of the intermediate layer opening region and connecting between the adjacent light shielding portions is 0.9D or more and 1.1D with respect to the thickness D of the intermediate layer. A liquid crystal display device characterized by using an optical element characterized by:
(8) The liquid crystal display device according to (7), wherein the liquid crystal display device is a transflective liquid crystal display device,
Is a summary.
本発明によれば、遮光領域と位相差層との間に一定の厚みを有する中間層が形成されることにより、従来問題であった遮光部の輪郭部分における光漏れを良好に防止することができる。即ち、基材面に対し垂直方向から平面視した際に、中間層の少なくとも1層において、上記開口部と重なりあう該中間層の部分領域における中央部の膜厚(以下、単に「中間層の膜厚」ともいう)を0.5μm以上とする構成を採用することによって上記問題1を解決した。 According to the present invention, by forming an intermediate layer having a certain thickness between the light shielding region and the retardation layer, it is possible to satisfactorily prevent light leakage at the contour portion of the light shielding portion, which has been a problem in the past. it can. That is, when viewed in a plan view from the direction perpendicular to the substrate surface, at least one layer of the intermediate layer has a film thickness at the central portion in the partial region of the intermediate layer that overlaps the opening (hereinafter simply referred to as “intermediate layer The above problem 1 was solved by adopting a configuration in which the thickness is also referred to as “film thickness” of 0.5 μm or more.
上記中間層は、例えば、透明樹脂層であってもよいし、位相差層形成用の配向膜であってもよいし、あるいはこの組み合わせであってもよい。中間層が透明樹脂層である場合には、コストの低い透明樹脂を選択して使用することにより中間層を形成することによるコストの増加を抑えることができ、望ましい。また、中間層が配向膜である場合には、配向膜を従来よりも厚く形成するだけで、同時に中間層の役割も果たせることができるため、中間層を形成するための工程数を増やさずに所期の目的が達成される点で非常に有利である。 The intermediate layer may be, for example, a transparent resin layer, an alignment film for forming a retardation layer, or a combination thereof. When the intermediate layer is a transparent resin layer, an increase in cost due to the formation of the intermediate layer can be suppressed by selecting and using a transparent resin having a low cost, which is desirable. In addition, when the intermediate layer is an alignment film, it is possible to play the role of the intermediate layer at the same time only by forming the alignment film thicker than before, so that the number of steps for forming the intermediate layer is not increased. This is very advantageous in that the intended purpose is achieved.
本発明における中間層は、中間層開口部領域における中央部の厚みDに対し、該中間層開口部領域における内側90%領域内における中間層の厚みが、0.9D以上1.1D以下であることが特定される。これは、画像表示に実質的に影響しない中間層開口部領域の縁の部分を除いて、該中間開口部領域における中間層の膜厚を略均一にすることを意図する。
上述のとおり構成される結果、該中間層の上面に直接または間接に形成される位相差層の膜厚についても、開口部領域において略均一となるよう形成することが可能となった。それ故、1つの開口部における光の位相差制御量に差異が生じることがなく、設計どおりの光の透過量が開口部を透過するため、上記問題2を良好に解決することができる。
尚、上記内側90%領域とは、上記基材面に対し垂直方向から平面視した際に、中間層を、上記開口部と重なりあう領域である中間層開口部領域と、上記遮光部に重なりあう領域である中間層遮光部領域とに区別し、一つの中間層開口部領域における中央部をとおり切断した断面において、上記中間層開口部領域の中央部を通過し、隣り合う遮光部間を結ぶ直線の内側90%領域内を意味する。
In the intermediate layer in the present invention, the thickness of the intermediate layer in the inner 90% region in the intermediate layer opening region is 0.9D or more and 1.1D or less with respect to the thickness D of the central portion in the intermediate layer opening region. It is specified. This intends to make the film thickness of the intermediate layer in the intermediate opening region substantially uniform except for the edge portion of the intermediate layer opening region which does not substantially affect the image display.
As a result of the configuration as described above, the thickness of the retardation layer formed directly or indirectly on the upper surface of the intermediate layer can be formed to be substantially uniform in the opening region. Therefore, there is no difference in the light phase difference control amount in one opening, and the light transmission amount as designed passes through the opening, so that the problem 2 can be solved satisfactorily.
The inner 90% region means that the intermediate layer overlaps with the light shielding portion and the intermediate layer opening region, which is a region overlapping with the opening when viewed in a plane from the direction perpendicular to the base material surface. It is distinguished from the intermediate layer light-shielding part region which is a matching region, and in the cross section cut through the central part in one intermediate layer opening part region, it passes through the central part of the intermediate layer opening part region, and between adjacent light-shielding parts It means the 90% area inside the connecting straight line.
また本発明における中間層は、上述のとおり、その膜厚が0.5μm以上に形成されるが、その上限については特に制限されるものではない。ただし、本発明では、上記中間層を、遮光部の厚みを充分に上回った厚みで形成することによって、中間層の表面(基材とは反対側の面)を平坦化することなく、本発明の所期の目的を達成することができる。換言すると、本発明では、中間層の表面において遮光部の影響により凹凸が形成されていても、所定の膜厚が確保され、且つ中間層開口部領域における中間層の膜厚が略均一に形成されてさえいればよく、該中間層の厚みを、遮光部の厚み以下に設計する態様も可能である。したがって、本発明であれば、遮光部を完全に覆い、表面を平坦化させる程度に充分に厚く中間層を形成する必要が必ずしもないので、所謂平坦化層に比べて、中間層を構成する材料の使用量を少なく抑えることができるという点で有利である。また、所謂平坦化層のように厚くしなくても所期の目的を達成することができる中間層であれば、光学素子の薄膜化の観点からも望ましい。 Further, as described above, the intermediate layer in the present invention is formed to have a thickness of 0.5 μm or more, but the upper limit is not particularly limited. However, in the present invention, the intermediate layer is formed with a thickness sufficiently larger than the thickness of the light-shielding portion, so that the surface of the intermediate layer (the surface opposite to the substrate) is not flattened. Can achieve its intended purpose. In other words, in the present invention, even if irregularities are formed on the surface of the intermediate layer due to the influence of the light shielding portion, a predetermined film thickness is ensured and the intermediate layer has a substantially uniform film thickness in the intermediate layer opening region. It is sufficient that the thickness of the intermediate layer is designed to be equal to or less than the thickness of the light shielding portion. Therefore, according to the present invention, it is not always necessary to form the intermediate layer sufficiently thick enough to completely cover the light-shielding portion and flatten the surface, so that the material constituting the intermediate layer compared to the so-called flattened layer This is advantageous in that the amount used can be reduced. In addition, an intermediate layer that can achieve the intended purpose without increasing the thickness like a so-called flattening layer is desirable from the viewpoint of thinning the optical element.
本発明は、基材面に遮光領域、中間層、位相差層を順に設け、さらに着色層を形成することによって、光漏れのないカラー表示用の光学素子を提供することができる。また本発明の光学素子は、位相差層を所望のパターンにパターニングすることによって、半透過半反射型液晶表示用の光学素子として用いることができる。 The present invention can provide an optical element for color display without light leakage by providing a light shielding region, an intermediate layer and a retardation layer in this order on a substrate surface, and further forming a colored layer. The optical element of the present invention can be used as an optical element for transflective liquid crystal display by patterning the retardation layer into a desired pattern.
上述のとおり、光漏れのない本発明の光学素子を一方側の基板として使用する液晶表示装置であれば、透過型、半透過半反射型、反射型のいずれのタイプの液晶表示装置においても、コントラストの優れた高品質の画像を提供することができる。 As described above, if the liquid crystal display device uses the optical element of the present invention having no light leakage as a substrate on one side, in any type of liquid crystal display device of transmissive type, semi-transmissive semi-reflective type, reflective type, A high-quality image with excellent contrast can be provided.
以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いて説明する。図1は、本発明の光学素子1の断面図である。光学素子1は、光透過性基板2上に、所望のパターンで形成される遮光部3aと遮光部3bとからなる遮光領域3が形成され、次いで中間層4、位相差層5が順に形成され、さらに赤色着色領域6、緑色着色領域7、青色着色領域8からなる着色層9が形成されてなる。上記光学素子1を基材2に対し垂直方向から観察した際に、中間層4は、開口部bに重なり合う中間層開口部領域Aと、遮光部3aに重なりあう中間層遮光部領域Bとに区別される。また中間層4は、基材2上面から、中間層4の中央部aにおける上面までの厚みDが0.5μm以上となるよう形成される。また、図1に示される領域Sは、中間層開口部領域A内において、隣り合う遮光部3a間の距離を100%としたときに、両端から距離5%ずつを排除した内側90%領域を示すものである。本発明における中間層4は、領域Sで示される内側90%領域における厚みが、上述する中央部aの厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下となるよう形成されている。
尚、図1は、中間層開口部領域Aの中央部aをとおって切断した際の断面を示すものである。例えば、基材面上において遮光部が縦横のラインが平行な格子状にパターン形成され、1つずつの開口部が略正方形あるいは略直方形に区画される態様の本発明の場合には、上記断面は、一つの中間層開口部領域における中央部をとおり、且つ、平行に隣り合う遮光部の伸長方向に対し略垂直な角度で切断することが望ましい。これによって、上記態様の本発明における中間層の膜厚がよりよく観察される。以下に記載する光学素子の断面についても、特に断りがない限りは、図1と同様に、中間層開口部領域の中央部をとおり、切断した断面であるものとする。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical element 1 of the present invention. In the optical element 1, a light-shielding region 3 composed of a light-shielding portion 3a and a light-shielding portion 3b formed in a desired pattern is formed on a light-transmitting substrate 2, and then an intermediate layer 4 and a retardation layer 5 are sequentially formed. Further, a colored layer 9 composed of a red colored region 6, a green colored region 7, and a blue colored region 8 is formed. When the optical element 1 is observed from the direction perpendicular to the base material 2, the intermediate layer 4 is divided into an intermediate layer opening area A that overlaps the opening b and an intermediate layer light shielding area B that overlaps the light shielding part 3a. Differentiated. The intermediate layer 4 is formed so that the thickness D from the upper surface of the base material 2 to the upper surface of the central portion a of the intermediate layer 4 is 0.5 μm or more. Further, the region S shown in FIG. 1 is an inner 90% region excluding the distance of 5% from both ends when the distance between the adjacent light shielding portions 3a is 100% in the intermediate layer opening region A. It is shown. The intermediate layer 4 in the present invention is formed such that the thickness in the inner 90% region indicated by the region S is 0.9D or more and 1.1D or less with respect to the thickness D of the central portion a described above.
FIG. 1 shows a cross section when cut through the central portion a of the intermediate layer opening region A. FIG. For example, in the case of the present invention in which the light-shielding portion is patterned in a lattice pattern in which vertical and horizontal lines are parallel on the substrate surface, and each opening is partitioned into a substantially square or a substantially rectangular shape, It is desirable that the cross section be cut at an angle that is substantially perpendicular to the extending direction of the light shielding portions adjacent to each other in parallel and passing through the central portion in one intermediate layer opening region. Thereby, the film thickness of the intermediate layer in the present invention of the above aspect is better observed. Unless otherwise specified, the cross section of the optical element described below is a cross section cut along the center of the intermediate layer opening region as in FIG.
また別の態様の本発明の光学素子11を図2に示す。光学素子11は、中間層として、適切な厚みの第一中間層12と、規定の厚みより薄い第二中間層13を備える以外には、光学素子1と同様に形成される。 Another embodiment of the optical element 11 of the present invention is shown in FIG. The optical element 11 is formed in the same manner as the optical element 1 except that the intermediate layer includes a first intermediate layer 12 having an appropriate thickness and a second intermediate layer 13 having a thickness smaller than a predetermined thickness.
またさらなる別の態様の本発明の光学素子21を図3に示す。光学素子21は、遮光部3aの厚みよりも厚みが大きく、遮光領域3を完全に覆う第一中間層22が設けられ、次いで、第一中間層22の上に規定の厚みより薄い第二中間層23が設けられていること以外は光学素子1と同様に形成される。尚、中間層の厚みを遮光部の厚みよりも1.5倍〜2倍以上に厚くするか、あるいはより基材表面の平坦化処理を行うことによれば、中間層の基材(基材面とは反対側の表面)を平坦にすることも可能であるが、本発明においては、中間層の表面を平坦化することなく、充分に本発明の所期の目的を達成することができる。 Still another embodiment of the optical element 21 of the present invention is shown in FIG. The optical element 21 is provided with a first intermediate layer 22 that is thicker than the light-shielding portion 3 a and completely covers the light-shielding region 3, and then a second intermediate layer that is thinner than a predetermined thickness on the first intermediate layer 22. It is formed in the same manner as the optical element 1 except that the layer 23 is provided. In addition, if the thickness of the intermediate layer is made 1.5 times to 2 times or more thicker than the thickness of the light-shielding portion, or the substrate surface is flattened, the substrate of the intermediate layer (base material) It is possible to flatten the surface opposite to the surface), but in the present invention, the intended purpose of the present invention can be sufficiently achieved without flattening the surface of the intermediate layer. .
図1乃至図3に示すように、本発明の光学素子1、11および21は、いずれも基材2上に形成される遮光領域3と位相差層5との間に、少なくとも一層の、膜厚0.5μm以上の中間層を備えることが重要である。ここで、本発明における中間層とは、遮光領域と、位相差層との間において適切な厚みで形成することができる、等方性且つ光透過性の層であれば特に限定されない。たとえば、任意の透明性の樹脂材料で中間層を形成することもできるし、あるいは、位相差層を形成するために予め基材面に形成される配向膜の厚みを適切な厚みとすることによって、本発明の中間層としても機能させてもよい。尚、本発明において遮光領域とは、光が透過可能な開口部と光の透過が防止される遮光部とからなる領域を意味する。したがって、上述する中間層開口部領域は、実際には基材面に直接に接して中間層が形成されることになるが、このように基材面に中間層が接して形成される中間層開口部領域も含めて、本発明における中間層は、遮光領域と位相差層との間に形成される層であるものとする。 As shown in FIGS. 1 to 3, the optical elements 1, 11, and 21 according to the present invention each include at least one film between the light shielding region 3 and the retardation layer 5 formed on the substrate 2. It is important to provide an intermediate layer having a thickness of 0.5 μm or more. Here, the intermediate layer in the present invention is not particularly limited as long as it is an isotropic and light-transmitting layer that can be formed with an appropriate thickness between the light shielding region and the retardation layer. For example, the intermediate layer can be formed of any transparent resin material, or the thickness of the alignment film formed on the substrate surface in advance to form the retardation layer is set to an appropriate thickness. The intermediate layer of the present invention may also function. In the present invention, the light shielding region means a region composed of an opening through which light can be transmitted and a light shielding portion from which light transmission is prevented. Therefore, the intermediate layer opening region described above is actually in direct contact with the base material surface to form the intermediate layer, but the intermediate layer thus formed with the intermediate layer in contact with the base material surface. The intermediate layer in the present invention including the opening region is a layer formed between the light shielding region and the retardation layer.
より具体的に本発明の実施態様について説明すると、本発明の一実施態様として、図1に示すように中間層は、1層であってよい。中間層が、1層である場合には、当該中間層が0.5μm以上の厚みで形成されればよく、具体的には、透明樹脂層を0.5μm以上で形成するか、あるいは配向膜を0.5μm以上で形成してよい。 The embodiment of the present invention will be described more specifically. As an embodiment of the present invention, the intermediate layer may be a single layer as shown in FIG. When the intermediate layer is a single layer, the intermediate layer may be formed with a thickness of 0.5 μm or more. Specifically, the transparent resin layer is formed with a thickness of 0.5 μm or more, or an alignment film May be formed with a thickness of 0.5 μm or more.
また本発明の別の実施態様として、中間層は、図2または図3に示すように2層以上であってもよい。中間層が2層以上設けられる場合には、そのうちの少なくとも1層が0.5μm以上の厚みで形成されればよい。たとえば、第一中間層12または22を透明樹脂層で構成し、さらに第二中間層13または23として従来公知の位相差層形成用の配向膜を形成することができる。 As another embodiment of the present invention, the intermediate layer may have two or more layers as shown in FIG. 2 or FIG. When two or more intermediate layers are provided, at least one of them may be formed with a thickness of 0.5 μm or more. For example, the first intermediate layer 12 or 22 can be formed of a transparent resin layer, and a conventionally known alignment film for forming a retardation layer can be formed as the second intermediate layer 13 or 23.
一方、本発明の比較として、従来の光学素子101の断面図を図4に示す。光学素子101は、光透過性基材2の上に、遮光領域3を形成した後、位相差層5を形成するために0.1μmの厚みの配向膜102を設け、次いで位相差層5を形成したこと以外は光学素子1と同様に形成される。即ち、光学素子101に例示されるように従来の光学素子には、本発明において示される0.5μm以上の厚みを備える中間層は存在せず、遮光領域を形成した基板に直接、位相差層を形成するか、図4のように厚みの薄い配向膜を形成し、次いで位相差層を形成していた。かかる従来の光学素子では、上述のとおり遮光部の輪郭部分に光漏れが観察されていた。この光漏れの原因は明らかではないが、遮光部の存在により、位相差層を形成する材料が遮光部の周辺においては所望の方向に配向されず、その結果、配向不良による光漏れが生じるのではないかと推察される。 On the other hand, as a comparison with the present invention, a cross-sectional view of a conventional optical element 101 is shown in FIG. In the optical element 101, the light shielding region 3 is formed on the light transmissive substrate 2, and then an alignment film 102 having a thickness of 0.1 μm is provided to form the retardation layer 5, and then the retardation layer 5 is formed. It is formed similarly to the optical element 1 except that it is formed. That is, as exemplified by the optical element 101, the conventional optical element does not have the intermediate layer having a thickness of 0.5 μm or more shown in the present invention, and is directly on the substrate on which the light shielding region is formed. Or an alignment film having a small thickness as shown in FIG. 4 and then a retardation layer. In such a conventional optical element, light leakage has been observed in the contour portion of the light shielding portion as described above. The cause of this light leakage is not clear, but due to the presence of the light shielding portion, the material forming the retardation layer is not oriented in the desired direction around the light shielding portion, resulting in light leakage due to poor alignment. It is guessed that.
尚、本発明において光学素子が光漏れするものであるか否かは、偏光顕微鏡において、2枚の偏光板の光軸が90°(クロスニコル)となるように上下に配置し、次いで、上記2枚の偏光板に光学素子を挟み、光学素子の位相差層の遅相軸を2枚の偏光板のどちらかの光軸に合わせ(消光位)、下側の偏光板側から基材面に対し略垂直方向に光を入射した際に、遮光部の輪郭部周辺において光漏れが確認されるか否かで判断することができる。 In the present invention, whether or not the optical element leaks light is determined by placing the polarizing plates up and down so that the optical axes of the two polarizing plates are 90 ° (crossed Nicols) in the polarizing microscope, and then An optical element is sandwiched between two polarizing plates, the slow axis of the retardation layer of the optical element is aligned with one of the optical axes of the two polarizing plates (extinction position), and the substrate surface from the lower polarizing plate side On the other hand, when light is incident in a substantially vertical direction, it can be determined whether or not light leakage is confirmed around the contour of the light shielding portion.
また本発明の問題1を解決するために本発明者らが、光漏れを防ぐことが可能な光学素子として得た知見について図5を用いて説明する。図5に示す光学素子111は、図1に示す光学素子1における中間層4に対し、基材2上に遮光領域3を形成した後に形成される中間層112が、中間層開口部領域Aにおける内側90%領域である領域Sにおいて、中央部aの厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下の範囲を外れる厚みを示す領域を含むよう形成されていること以外は、光学素子1と同様に形成される。図5に示す光学素子111に示されるように、中間層開口部領域Aにおける中間層の厚みが略一定となっておらず、中央部aにおける中間層の膜厚に対し、有意に膜厚が厚い領域を含んでいると、その上に形成される位相差層5の厚みが、開口部領域において不均一なる(図5では、位相差層5の厚みは、中間層112の中央部aの上方部分が最も厚く、紙面左右方向にいくにつれて、その厚みが薄く形成されている)。ここで、光の位相差量は、位相差層の厚みに当該位相差層の複屈折率を乗じることにより求められることから、光学素子111のように、1つの開口部において位相差層5の厚みに有意に差が生じると、当該開口部を透過する偏光の位相差制御量に差異が発生して観察者側の偏光板を透過する光の量が異なる結果となり、上述する問題2が発生するのである。本発明者らは問題2が上述のごとき理由から生じるという知見を得て、本発明における中間層の厚みについて、中間層開口部領域の内側90%領域内における中間層の厚みが、中間層の中央部aにおける厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下となるよう形成することにより、問題2を解決した。尚、本明細書において、上述のとおり中間層の中央部aにおける厚みDに対し、中間層開口部領域の内側90%領域内における中間層の厚みが、0.9D以上1.1D以下の範囲内にあるときに、単に、「中間層の膜厚が略等しい厚みである」と表現する場合がある。 Further, in order to solve the problem 1 of the present invention, the knowledge obtained by the present inventors as an optical element capable of preventing light leakage will be described with reference to FIG. In the optical element 111 shown in FIG. 5, the intermediate layer 112 formed after the light shielding region 3 is formed on the base material 2 in the optical layer 1 in the optical element 1 shown in FIG. The optical element 1 is the same as the optical element 1 except that it is formed so as to include a region showing a thickness outside the range of 0.9D or more and 1.1D or less with respect to the thickness D of the central portion a in the region S which is the inner 90% region It is formed similarly. As shown in the optical element 111 shown in FIG. 5, the thickness of the intermediate layer in the intermediate layer opening region A is not substantially constant, and the film thickness is significantly larger than the film thickness of the intermediate layer in the central portion a. When the thick region is included, the thickness of the retardation layer 5 formed thereon becomes nonuniform in the opening region (in FIG. 5, the thickness of the retardation layer 5 is the thickness of the central portion a of the intermediate layer 112). The upper part is the thickest, and the thickness decreases as it goes in the left-right direction on the paper surface). Here, the amount of retardation of light is obtained by multiplying the thickness of the retardation layer by the birefringence of the retardation layer, and therefore, as in the optical element 111, the retardation layer 5 has a single opening. When a significant difference occurs in thickness, a difference occurs in the amount of phase difference control of polarized light that passes through the opening, resulting in a difference in the amount of light that passes through the polarizing plate on the viewer side. To do. The present inventors have obtained the knowledge that the problem 2 is caused by the reason as described above, and the thickness of the intermediate layer in the 90% region inside the intermediate layer opening region is determined as follows. Problem 2 was solved by forming the thickness D in the central portion a so as to be not less than 0.9D and not more than 1.1D. In the present specification, as described above, the thickness of the intermediate layer in the 90% region inside the intermediate layer opening region is in the range of 0.9D to 1.1D with respect to the thickness D in the central portion a of the intermediate layer. May be simply expressed as “the thickness of the intermediate layer is substantially equal”.
本発明における中間層の厚みDとは、上記基材面に対し垂直方向から平面視した際に、中間層を、開口部と重なりあう領域(以下、「中間層開口部領域」ともいう)と、遮光部に重なりあう領域(以下、「中間層遮光部領域」ともいう)とに区別し、一つの中間層開口部領域の中央部において測定される該中間層の膜厚をいう。1つの光学素子における中間層の膜厚Dを測定する際には、任意で選択した5つの中間層開口部領域における中央部の膜厚を測定し、その平均を算出することによって、該光学素子における中間層の膜厚Dとする。具体的には、当該厚みの計測は、任意の5つの中間層開口部領域を選択し、それぞれの中間層開口部領域の中央部において、光透過性基材表面から、中間層の表面までの距離を計測し、その平均値で示される値を算出することにより行われる。尚、完成された光学素子の断面から中間層の厚みを計測する場合には、光学素子を中間層開口部領域の中央部を含む断面で切断し、その電子顕微鏡写真(SEM)を観察することにより計測することができる。また光学素子の形成途中においては、中間層開口部領域の中央部を含むラインにおいて、触針式膜厚計で、実際に中間層の厚みを計測することにより求められる。いずれの計測においても、1つのサンプルにおいて、任意の5つの中間層開口部領域を選択し、それぞれの中間層開口部領域の中央部において計測されたデータの平均値を算出することによって中間層の膜厚を得ることができる。上記触針式膜厚計としては、例えば小坂研究所製SURFCORDER ET400Lを挙げることができる。 The thickness D of the intermediate layer in the present invention is a region where the intermediate layer overlaps with the opening when viewed from above in a direction perpendicular to the substrate surface (hereinafter also referred to as “intermediate layer opening region”). It is distinguished from a region overlapping with the light shielding portion (hereinafter also referred to as “intermediate layer light shielding portion region”), and refers to the thickness of the intermediate layer measured at the center of one intermediate layer opening region. When measuring the film thickness D of the intermediate layer in one optical element, the optical element is measured by measuring the film thickness of the central part in the arbitrarily selected five intermediate layer opening regions and calculating the average thereof. The film thickness D of the intermediate layer in FIG. Specifically, for the measurement of the thickness, any five intermediate layer opening regions are selected, and from the light-transmitting substrate surface to the surface of the intermediate layer at the center of each intermediate layer opening region. This is done by measuring the distance and calculating the value indicated by the average value. When measuring the thickness of the intermediate layer from the cross section of the completed optical element, cut the optical element at a cross section including the central portion of the intermediate layer opening region, and observe the electron micrograph (SEM). Can be measured. Further, during the formation of the optical element, it is obtained by actually measuring the thickness of the intermediate layer with a stylus type film thickness meter in a line including the central portion of the intermediate layer opening region. In any measurement, in any one sample, any five intermediate layer opening regions are selected, and the average value of the data measured in the center of each intermediate layer opening region is calculated. A film thickness can be obtained. Examples of the stylus film thickness meter include SURFCORDER ET400L manufactured by Kosaka Laboratory.
上記中間層の厚みの下限を0.5μm以上とする理由は、遮光部の厚みとの関係において説明される。即ち、光学素子内に設けられる遮光部は、該光学素子を透過する光を遮光するために設けられる領域であることから、その目的を達成するために適切な厚みが存在する。光学素子において遮光部が充分に光を遮光するためには、OD値(Optical Density、Absorbance、吸光度)が3.0から4.0程度、必要であると一般的に理解されている。使用される遮光部形成材料によっても異なるが、上記OD値は、厚みが0.6μm以上、好ましくは0.7μm以上、より好ましくは1μm以上の遮光部であれば、充分に発揮される。したがって、本発明の光学素子は、遮光部が適切な厚み、即ち、0.6μm以上、あるいは0.7μm以上、さらには1.0μm以上の厚みで設計された場合において、本発明の所期の目的を達成可能な中間層の厚みを検討し、当該厚みが0.5μm以上であるということを見出したものである。 The reason why the lower limit of the thickness of the intermediate layer is 0.5 μm or more will be explained in relation to the thickness of the light shielding portion. That is, since the light shielding portion provided in the optical element is an area provided for shielding light transmitted through the optical element, there is an appropriate thickness for achieving the purpose. It is generally understood that an OD value (Optical Density, Absorbance, absorbance) of about 3.0 to 4.0 is necessary for a light shielding part to sufficiently shield light in an optical element. Although it varies depending on the light shielding part forming material used, the above OD value is sufficiently exerted if the light shielding part has a thickness of 0.6 μm or more, preferably 0.7 μm or more, more preferably 1 μm or more. Therefore, the optical element of the present invention is intended for the case where the light-shielding portion is designed with an appropriate thickness, that is, 0.6 μm or more, 0.7 μm or more, and further 1.0 μm or more. The present inventors have studied the thickness of the intermediate layer that can achieve the object, and found that the thickness is 0.5 μm or more.
また本発明における中間層の厚みの上限については、本発明の所期の目的を達成するという点からは、特に限定されるものではない。ただし必要以上に中間層を厚くすることは、光学素子の厚みをいたずらに増加させ、あるいは中間層形成材料の増大によりコストを増加させる可能性があるため留意する必要がある。したがって、中間層の厚みは、0.5μm以上であって、且つ、中間層開口部領域における膜厚が略等しい厚みで形成されていれば、用いられる中間層形成材料の種類、あるいは、形成される遮光部の厚み、位相差層形成材料などの他の構成部材について勘案して適宜決定してよい。
尚、本発明は、中間層の厚みを遮光部の厚みより充分に厚くすることによって、あるいは、中間層の厚みを遮光部を上回る厚みにし、且つ平坦化処理することによって、中間層の表面(基材とは反対側の面)を平坦化させる必要は必ずしもない。即ち、図1または図2に示すように、中間層の厚みを遮光部の厚み以下に形成した場合、あるいはまた、図3に示すように、中間層の厚みが遮光部の厚みより厚く形成されるが、該中間層の表面に凹凸が存在する場合のいずれにおいても、中間層の厚みが0.5μm以上であって、且つ、中間層開口部領域における膜厚が略等しい厚みで形成されていれば、充分に上記問題1及び2を解決することができる。ただし、上述の記載は、表面が平坦化された中間層を備える態様の光学素子を本発明から除外する趣旨ではない。
In addition, the upper limit of the thickness of the intermediate layer in the present invention is not particularly limited in terms of achieving the intended purpose of the present invention. However, it should be noted that making the intermediate layer thicker than necessary may increase the thickness of the optical element unnecessarily or increase the cost by increasing the intermediate layer forming material. Therefore, if the thickness of the intermediate layer is 0.5 μm or more and the film thickness in the intermediate layer opening region is approximately equal, the type of intermediate layer forming material used or formed The thickness may be determined appropriately in consideration of other components such as the thickness of the light shielding portion and the retardation layer forming material.
In the present invention, the thickness of the intermediate layer is made sufficiently thicker than the thickness of the light shielding portion, or the thickness of the intermediate layer is made larger than the thickness of the light shielding portion, and the surface of the intermediate layer ( It is not always necessary to flatten the surface on the side opposite to the substrate. That is, as shown in FIG. 1 or FIG. 2, when the thickness of the intermediate layer is formed to be equal to or less than the thickness of the light shielding portion, or as shown in FIG. 3, the thickness of the intermediate layer is larger than the thickness of the light shielding portion. However, in any case where the surface of the intermediate layer has irregularities, the thickness of the intermediate layer is 0.5 μm or more, and the film thickness in the opening area of the intermediate layer is substantially equal. If so, the above problems 1 and 2 can be solved sufficiently. However, the above description is not intended to exclude an optical element having an intermediate layer whose surface is flattened from the present invention.
尚、本発明において遮光部の厚みとは、上述のとおり、一つの中間層開口部領域における中央部をとおり上記基材面に垂直な角度で切断した際に現れる断面において、基材面を下方向としたときに凸状に表れる複数の遮光部のうちの任意の5つを選択し、それぞれ、基材面から、選択された遮光部の凸状の最も高い箇所までの距離を測定し、それを平均して算出される値をいう。具体的な測定は、上述する中間層と同様の方法で実施することができるため、本段落ではその記載を割愛する。 In the present invention, the thickness of the light-shielding portion is as described above, in the cross section that appears when cutting at an angle perpendicular to the substrate surface through the central portion in one intermediate layer opening region. Select any five of the plurality of light shielding parts appearing in a convex shape when the direction, respectively, measure the distance from the base material surface to the highest convex part of the selected light shielding part, A value calculated by averaging these values. Since specific measurement can be performed in the same manner as the above-described intermediate layer, the description thereof is omitted in this paragraph.
以下に、本発明の光学素子の詳細について、構成層ごとに順に説明する。
[光透過性基材]
本発明において用いられる光透過性の基材は、一つの基板形成材により単層で構成されても、複数種類の基板形成材にて多層に構成されてもよい。また上記光透過性基材の光線透過率は、適宜選定可能である。光透過性の基材の具体例としては、ガラス、シリコン、もしくは石英等の無機基材で構成することが好ましいが、次に列挙するような有機基材から構成することもできる。有機基材としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、も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。特に液晶表示装置に用いられることが予定される場合には、上記基板として、無アルカリガラスを用いることが好ましい。上記光透過性基材の厚みは、特に限定されるものではなく、用途に応じ、例えば、50μm〜数mm程度のものが使用されることが一般的である。
Below, the detail of the optical element of this invention is demonstrated in order for every structural layer.
[Light transmissive substrate]
The light-transmitting base material used in the present invention may be composed of a single layer by a single substrate forming material, or may be composed of multiple types of substrate forming materials. The light transmittance of the light transmissive substrate can be selected as appropriate. As a specific example of the light-transmitting base material, it is preferable to use an inorganic base material such as glass, silicon, or quartz, but it can also be configured from the organic base materials listed below. Examples of the organic substrate include those made of acrylic such as polymethyl methacrylate, polyamide, polyethylene terephthalate, triacetyl cellulose, polycarbonate, or thermoplastic polyimide, but those made of general plastics can also be used. is there. In particular, when it is planned to be used in a liquid crystal display device, it is preferable to use alkali-free glass as the substrate. The thickness of the light-transmitting substrate is not particularly limited, and for example, a thickness of about 50 μm to several mm is generally used depending on the application.
[遮光領域]
本発明における遮光領域は、黒色着色剤を含有する樹脂組成物を用いて、対象面である光透過性の基材の表面に直接又は間接に所定形状及び所定のパターンの遮光部を印刷する転写方式により形成し、これによって区画される開口部と上記遮光部とより構成することができる。あるいは、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、パターン状露光および現像を行うことにより遮光部を形成してもよい。上記遮光部の形成パターンは、一般的には矩形格子状が採用されるが、例えばストライプ状、三角格子状などそのパターンは設計変更により適宜決定することができる。また遮光部の厚みは、上述のとおり、光学素子において充分なOD値を発揮するためには、0.6μm以上、好ましくは、0.7μm以上、より好ましくは1.0μm以上であることが望ましく、またその上限は特に規定はないが、2μm程度であることが一般的である。
[Shading area]
The light-shielding region in the present invention is a transfer in which a light-shielding part having a predetermined shape and a predetermined pattern is printed directly or indirectly on the surface of a light-transmitting base material, which is a target surface, using a resin composition containing a black colorant. It can be configured by an opening formed by a method and partitioned by this and the light shielding portion. Or you may form a light-shielding part by performing application | coating, pattern exposure, and image development using the coating-type photosensitive resin composition containing a black coloring agent. A rectangular lattice shape is generally adopted as the formation pattern of the light shielding portion, but the pattern such as a stripe shape or a triangular lattice shape can be appropriately determined by design change. Further, as described above, the thickness of the light shielding portion is desirably 0.6 μm or more, preferably 0.7 μm or more, more preferably 1.0 μm or more in order to exhibit a sufficient OD value in the optical element. The upper limit is not particularly specified, but is generally about 2 μm.
[中間層]
本発明における中間層は、上述のとおり、等方性であって光透過性の層であればよい。具体的には、透明樹脂層や位相差層形成用として従来公知の配向膜を挙げることができる。尚、半透過半反射型液晶表示装置の一方側の基板として使用が予定される光学素子を形成する場合には、位相差層は、透過部領域には形成されず、反射部領域に選択的にパターン形成されるため、本発明において課題とする光漏れ及び位相差制御ムラの問題は、位相差層が形成される領域に重複する遮光領域において発生する。したがって、かかる場合には、中間層は、少なくとも位相差層の形成が予定される領域において形成されればよいが、中間層のパターン形成の工程上の手間を省略するために、遮光領域が形成された基材面上略全面に中間層を形成し、その上面に、位相差層をパターン形成してもよい。
[Middle layer]
As described above, the intermediate layer in the present invention may be an isotropic and light-transmitting layer. Specifically, a conventionally known alignment film can be used for forming a transparent resin layer or a retardation layer. In the case of forming an optical element that is planned to be used as a substrate on one side of a transflective liquid crystal display device, the retardation layer is not formed in the transmissive part region, but selectively in the reflective part region. Therefore, the problem of light leakage and phase difference control non-uniformity, which are problems in the present invention, occurs in the light shielding region overlapping the region where the phase difference layer is formed. Therefore, in such a case, the intermediate layer may be formed at least in a region where the phase difference layer is to be formed, but a light shielding region is formed in order to save labor in the pattern formation process of the intermediate layer. An intermediate layer may be formed on substantially the entire surface of the substrate, and a retardation layer may be patterned on the upper surface.
上述のとおり、本発明における中間層は、特に中間層開口部領域において、その厚みが略等しい厚みに形成される必要がある。中間層において、中間層開口部領域における厚みが略等しい厚みとなるように層形成する方法は特に限定されないが、例えば、中間層形成材料として高分子量の材料または粘度を充分に高く調整した材料を用いて、この中間層形成材料を遮光領域が形成された基材面に塗布して塗膜を形成することにより、所望の厚みの中間層を形成することが可能である。上記中間形成材料の粘度は、含有される材料や、遮光部形成材料などとの相性にもより、一概には特定されないが、好ましくは10cp以上の粘度であることにより望ましい中間層を形成することができる。ただし上述は、本発明における中間層を形成する際に、10cP未満の中間層形成材料を使用することを禁止するものではない。 As described above, the intermediate layer in the present invention needs to be formed to have substantially the same thickness, particularly in the intermediate layer opening region. In the intermediate layer, the method of forming the layer so that the thickness in the intermediate layer opening region is substantially equal is not particularly limited. For example, a high molecular weight material or a material whose viscosity is adjusted to be sufficiently high is used as the intermediate layer forming material. It is possible to form an intermediate layer having a desired thickness by applying this intermediate layer forming material to the base material surface on which the light shielding region is formed to form a coating film. The viscosity of the intermediate forming material is not generally specified depending on the compatibility with the contained material, the light shielding part forming material, and the like, but preferably has a viscosity of 10 cp or more to form a desired intermediate layer. Can do. However, the above does not prohibit the use of an intermediate layer forming material of less than 10 cP when forming the intermediate layer in the present invention.
上記透明樹脂層は、光学素子内において一般的に保護層を形成する際に用いられる保護層形成材を用いて形成することが可能である。たとえば、感光性樹脂を含有する樹脂組成物などを用いて形成することが可能である。より具体的には、少なくとも重合性透明樹脂材料と光重合開始剤及び溶剤とを含む透明樹脂層形成材料、或いはアルカリ可溶性ポリマー及び多官能重合性モノマー、光重合開始剤及び溶剤とを含む透明樹脂層形成材料を挙げることができる。重合性透明樹脂材料としては、例えば、アクリル系やウレタン系の樹脂や、アクリル系やウレタン系のモノマーなどの電離放射線を照射することにより重合可能な光透過性の樹脂材料を挙げることができる。光重合開始剤としては、波長250nm〜400nmに分解吸収波長を有し、通常のレジストインキに使用される材料であれば特に制限は無い。また上記溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸3−メトキシブチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノン等、通常のレジストインキに用いられる溶剤であれば特に制限なく使用できる。また、アルカリ可溶性ポリマーとしては、側鎖に酸性基を導入し、アルカリ可溶なポリマーであれば特に限定されないが、一般的には(メタ)アクリル酸とメタクリル酸メチル、或いは/及び各種モノマーとの共重合体が用いられる。更に、多官能重合性モノマーとしては、(メタ)アクリレート基を2〜6官能有するものが用いられ、市販品としては、M−208(東亞合成社製)、M−315(東亞合成社製)、M−450(東亞合成社製)、SR−399E(日本化薬社製)、KAYARAD DPHA(日本化薬社製)等が挙げられるが、重合可能なモノマーであれば特に限定されない。
上述の材料を用いる場合に、形成される層が本発明の中間層として適切に形成されるように、例えば、粘度を調整してもよい。たとえば、上述の材料を固形分の濃度を一般的な保護層形成材の濃度より増やすこと、またはポリマーの濃度を増やすことで、粘度を上げるよう調整してよい。ポリマーの重量平均分子量は、2000〜100000であることが好ましく、5000〜50000であることがより好ましい。粘度調整方法としては、粘度の高い溶剤を用いる方法もある。
The transparent resin layer can be formed using a protective layer forming material that is generally used when forming a protective layer in an optical element. For example, it can be formed using a resin composition containing a photosensitive resin. More specifically, a transparent resin layer-forming material containing at least a polymerizable transparent resin material, a photopolymerization initiator, and a solvent, or a transparent resin containing an alkali-soluble polymer, a polyfunctional polymerizable monomer, a photopolymerization initiator, and a solvent. A layer forming material can be mentioned. Examples of the polymerizable transparent resin material include light-transmitting resin materials that can be polymerized by irradiating with ionizing radiation such as acrylic or urethane resins or acrylic or urethane monomers. The photopolymerization initiator is not particularly limited as long as it is a material having a decomposition absorption wavelength at a wavelength of 250 nm to 400 nm and used for a normal resist ink. Moreover, as said solvent, if it is a solvent used for normal resist inks, such as propylene glycol monomethyl ether acetate, 3-methoxybutyl acetate, diethylene glycol dimethyl ether, cyclohexanone, it can use without a restriction | limiting in particular. Further, the alkali-soluble polymer is not particularly limited as long as it is an acid-soluble polymer by introducing an acidic group into the side chain, but in general, (meth) acrylic acid and methyl methacrylate, or / and various monomers Are used. Furthermore, as a polyfunctional polymerizable monomer, those having 2 to 6 (meth) acrylate groups are used, and commercially available products include M-208 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and M-315 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.). , M-450 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), SR-399E (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), KAYARAD DPHA (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like.
In the case of using the above-described materials, for example, the viscosity may be adjusted so that the formed layer is appropriately formed as the intermediate layer of the present invention. For example, the above-described material may be adjusted to increase the viscosity by increasing the solid content concentration than the general protective layer forming material concentration or increasing the polymer concentration. The weight average molecular weight of the polymer is preferably 2000-100000, more preferably 5000-50000. As a viscosity adjusting method, there is a method using a solvent having a high viscosity.
また、別の中間層形成材料としては、ポリアミド酸や、可溶性ポリイミドを挙げることができる。これらの材料の重量平均分子量は、2000〜100000であることが好ましく、5000〜50000であることがより好ましい。ポリアミド酸や、可溶性ポリイミドの親溶剤としては、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等が挙げられる。塗布性改善などを目的とした他の溶剤としてはプロピレングリコールモノブチルエーテルなどのプロピレングリコールモノアルキルエ−テル、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)などのエチレングリコールモノアルキルエーテル等が挙げられる。これらの溶剤は1種のみ用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Moreover, as another intermediate | middle layer forming material, a polyamic acid and a soluble polyimide can be mentioned. The weight average molecular weight of these materials is preferably 2000-100000, more preferably 5000-50000. Examples of the polyphilic acid and soluble polyimide solvent include N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, and the like. Other solvents for the purpose of improving coatability include propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monobutyl ether and ethylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve). These solvents may be used alone or in combination of two or more.
透明樹脂層は、上述するような材料を用い、遮光領域が形成された基材面に、スピンコーティング方法、ダイコーティング方法、インクジェット法、フレキソ印刷などの従来公知の方法を適宜選択して塗布し塗膜を形成し、次いで、用いられる樹脂が感光性樹脂である場合には、上記塗膜を露光し、中間層を形成することができる。露光の前後において加熱処理を行ってもよい。また半透過半反射型液晶表示装置用の光学素子を作成する場合などにおいて、中間層をパターン形成したい場合には、フォトレジスト法により、部分露光した後、現像を行い、不要な部分を除去してパターン形成してもよい。 The transparent resin layer is made of a material as described above, and is applied by appropriately selecting a conventionally known method such as a spin coating method, a die coating method, an ink jet method, or flexographic printing on the base material surface on which the light shielding region is formed. When a coating film is formed and then the resin used is a photosensitive resin, the coating film can be exposed to form an intermediate layer. Heat treatment may be performed before and after exposure. In addition, when creating an optical element for a transflective liquid crystal display device, etc., when it is desired to form a pattern on the intermediate layer, the photoresist layer is partially exposed and then developed to remove unnecessary portions. A pattern may be formed.
また中間層として、位相差層形成用の配向膜が形成される場合には、その厚みに留意する点以外は、従来公知の配向膜と同様の材料及び同様の方法で形成することができる。即ち、配向膜材料としては、一般的にはポリイミドなどの配向性樹脂が用いられる。配向膜材料として公知の市販品としては、日産化学(株)製の配向膜材料(サンエバー)、日立化成デュポンマイクロシステムズ(株)製の配向膜材料(QL,LXシリーズ)、JSR(株)製の配向膜材料(ALシリーズ)、チッソ(株)製の配向剤(リクソンアライナー)などを挙げることができる。 Further, when an alignment film for forming a retardation layer is formed as an intermediate layer, it can be formed by the same material and the same method as those of conventionally known alignment films except that the thickness is taken into consideration. That is, as the alignment film material, generally, an alignment resin such as polyimide is used. As commercial products known as alignment film materials, the alignment film material (Sunever) manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., the alignment film material (QL, LX series) manufactured by Hitachi Chemical DuPont Microsystems, Inc., manufactured by JSR Corporation Alignment film material (AL series), an alignment agent (Rixon aligner) manufactured by Chisso Corporation.
上記配向膜は、遮光領域が形成された基材面、あるいは透明樹脂層などの他の中間層が形成されたさらにその上面に、上述する材料を、上述する従来公知の塗布方法によって塗布して塗膜を形成し、次いで、オーブンなどの加熱装置を用いて加熱した後、塗膜表面をラビング処理、あるいは光配向処理することにより作製することができる。ただし上記ラビング処理や光配向処理は必ずしも行わなくても良い場合がある。また配向膜形成基材面に酸化ケイ素を斜め蒸着することで配向膜を形成することもできる。尚、中間層として、配向膜のみを形成する場合には、当該配向膜は0.5μm以上の厚みで形成する必要がある。一方、透明樹脂層などの他の中間層と組み合わせて配向膜を形成する場合であって、他の配向膜が0.5μm以上の厚みで形成される態様であれば、該配向膜は、従来の配向膜として一般的に採用される厚み、例えば0.05μm〜0.15μm程度の厚みで形成すればよい。 The alignment film is formed by applying the above-described material to the base surface on which the light-shielding region is formed or the upper surface on which another intermediate layer such as a transparent resin layer is formed by the above-described conventionally known coating method. After forming a coating film and then heating it using a heating device such as an oven, it can be produced by rubbing or photo-aligning the coating film surface. However, the rubbing process and the photo-alignment process may not necessarily be performed. The alignment film can also be formed by obliquely depositing silicon oxide on the alignment film forming substrate surface. In the case where only the alignment film is formed as the intermediate layer, the alignment film needs to be formed with a thickness of 0.5 μm or more. On the other hand, if the alignment film is formed in combination with another intermediate layer such as a transparent resin layer and the other alignment film is formed with a thickness of 0.5 μm or more, the alignment film is conventionally The film may be formed with a thickness generally adopted as the alignment film, for example, about 0.05 μm to 0.15 μm.
[位相差層]
本発明における位相差層は、光学素子を透過する光の位相差を制御する機能を有する層であって、光学素子内に層形成されるものである。
本発明における位相差層は、熱重合あるいは電離放射線重合可能な重合性液晶化合物より構成することができる。より詳しくは、中間層が形成された基材表面に、重合性液晶化合物を含有する位相差層形成用樹脂組成物を塗布して塗膜を形成し、該塗膜中に存在する重合性液晶分子を所望の方向に配向させた後、その配向状態を保持したまま重合させることにより固定化することによって位相差層を形成することができる。尚、本明細書において電離放射線重合可能な化合物とは、電離放射線を照射することにより重合反応を起こす化合物を意味する。また本明細書において電離放射線とは、紫外線などを含む電磁波、及び電子線などを含み分子を重合し得るエネルギー量子を有する粒子線のいずれをも含む。 あるいはまた、本発明における位相差層は、上述する重合性液晶化合物ではなく、ポリマーを用いて形成してもよい。例えば、自己配向性能を有するポリイミドの構造を持つ平面性の高い高分子材料を基材面に塗布して位相差層を形成してもよい。
[Phase difference layer]
The retardation layer in the present invention is a layer having a function of controlling the phase difference of light transmitted through the optical element, and is formed in the optical element.
The retardation layer in the present invention can be composed of a polymerizable liquid crystal compound capable of thermal polymerization or ionizing radiation polymerization. More specifically, a coating film is formed by applying a retardation layer forming resin composition containing a polymerizable liquid crystal compound to the surface of a base material on which an intermediate layer is formed, and the polymerizable liquid crystal present in the coating film A phase difference layer can be formed by orienting molecules in a desired direction and then immobilizing them by polymerization while maintaining the orientation state. In the present specification, the compound capable of ionizing radiation polymerization means a compound that undergoes a polymerization reaction when irradiated with ionizing radiation. In this specification, the ionizing radiation includes both electromagnetic waves including ultraviolet rays and particle beams having energy quanta that can polymerize molecules including electron beams. Alternatively, the retardation layer in the present invention may be formed using a polymer instead of the polymerizable liquid crystal compound described above. For example, the retardation layer may be formed by applying a highly planar polymer material having a polyimide structure having self-orientation performance to the substrate surface.
上記位相差層形成用樹脂組成物を、基材面に塗布する方法は、透明樹脂層形成用の樹脂組成物を基材面に塗布する際に実施可能の従来公知の塗布方法と同様である。特に、液晶性組成物を均一に塗布するが容易であるという観点からは、スピンコーティング方法が好ましい。尚、位相差層を塗布する前に、下地によってはUV洗浄やプラズマ処理を施して、液晶組成液を塗布しようとする配向膜表面の濡れ性を予め高めておいてもよい。 The method of applying the resin composition for forming a retardation layer to the substrate surface is the same as a conventionally known application method that can be performed when the resin composition for forming the transparent resin layer is applied to the substrate surface. . In particular, the spin coating method is preferable from the viewpoint that it is easy to apply the liquid crystalline composition uniformly. Before applying the retardation layer, UV cleaning or plasma treatment may be performed depending on the underlayer, and the wettability of the alignment film surface to which the liquid crystal composition liquid is to be applied may be increased in advance.
上述のとおり、位相差層形成用樹脂組成物を基材面に塗布して塗膜を形成した後、続いて、基材ごと塗膜を加熱し、塗膜に含まれる溶剤を除去するとともに、該塗膜中に存在する重合性液晶化合物を液晶相が発現する温度にまで昇温させて所望の方向に配向させる。上記加熱の温度及び時間は、液晶組成物に含まれる液晶化合物の特性に応じて変動しうるが、通常、60℃〜120℃で数分〜30分間程度の範囲で行われる。 As described above, after forming the coating film by applying the resin composition for forming the retardation layer to the substrate surface, subsequently heating the coating film together with the substrate, removing the solvent contained in the coating film, The polymerizable liquid crystal compound present in the coating film is heated up to a temperature at which the liquid crystal phase appears and is aligned in a desired direction. The heating temperature and time may vary depending on the characteristics of the liquid crystal compound contained in the liquid crystal composition, but is usually 60 ° C. to 120 ° C. for several minutes to 30 minutes.
そして、液晶化合物を一定方向に配向させた状態を維持しつつ、電離放射線を照射して重合させることにより液晶化合物を固定化させる。上記電離放射線として一般的には、波長200〜500nm程度の紫外線が選択され、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等などによって照射される。このときの、紫外線の照射光量は、重合性液晶化合物の種類や組成、光重合開始剤の種類や量等によって異なるが、通常、10〜3000mJ/cm2程度の範囲である。 Then, while maintaining the liquid crystal compound oriented in a certain direction, the liquid crystal compound is fixed by irradiation with ionizing radiation and polymerization. In general, ultraviolet rays having a wavelength of about 200 to 500 nm are selected as the ionizing radiation, and are irradiated by a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like. At this time, the amount of ultraviolet light irradiation varies depending on the type and composition of the polymerizable liquid crystal compound and the type and amount of the photopolymerization initiator, but is usually in the range of about 10 to 3000 mJ / cm 2 .
また、位相差層をパターン形成する場合には、フォトリソグラフィ法により、基材面に位相差層を部分的に形成してもよい。即ち、基材面に位相差層形成用樹脂組成物を塗布して塗膜を形成し、所定のパターンにて形成されたフォトマスクを介して電離放射線を照射し、液晶化合物の重合反応が十分に進んだ部分と、液晶化合物の重合反応が不十分な部分とを作出する。その後、液晶分子の重合反応が不十分で未硬化な状態にある液晶組成物を溶解可能な溶液に浸漬することにより、上記塗膜において液晶分子の重合反応が進まなかった部分を基材面から除去する(現像処理)ことによって、位相差層をパターン形成することができる。 Moreover, when pattern-forming a phase difference layer, you may form a phase difference layer partially in a base-material surface by the photolithographic method. That is, a resin composition for forming a retardation layer is applied to the substrate surface to form a coating film, and ionizing radiation is irradiated through a photomask formed in a predetermined pattern, so that the polymerization reaction of the liquid crystal compound is sufficient. And a portion where the polymerization reaction of the liquid crystal compound is insufficient. Thereafter, the liquid crystal composition in which the polymerization reaction of the liquid crystal molecules is insufficient and uncured is immersed in a solution that can be dissolved, so that the portion of the coating film where the polymerization reaction of the liquid crystal molecules has not progressed from the substrate surface. By removing (development processing), the retardation layer can be patterned.
上記位相差層を構成する重合性液晶化合物の配向方向を所望の方向に設計して形成することのできる位相差層の種類は、いわゆる正のAプレート、正のCプレート、負のCプレートなどから選択可能である。一般的に、半透過半反射型液晶表示装置における反射部領域に選択的にパターニングされる位相差層は、いわゆる正のAプレートとして形成される。また透過型液晶表示装置などにおいて、光学補償のために形成される位相差層は、例えば、上記正のAプレート以外にも、いわゆる正のCプレートとして形成することができ、あるいは別の態様として、いわゆる負のCプレートとして形成することもできる。さらに、1つの光学素子内において正のAプレート、正のCプレート、及び負のCプレートを任意の組合せで積層させることも可能である。尚、上記正のAプレートは、一般的に、光軸が基材面に対して略平行であり正の屈折率異方性をもつものと理解されるが、このとき「光軸が上記基材面に対して略平行であり」とは、正面(0°)から測定した589nmにおける位相差を100とした場合に、(位相差層の遅相軸に沿って測定角度を変え)±45°から測定した位相差の差が0であれば、基板に対して光軸が平行と理解されるが、上記位相差の差が25程度であれば許容されるとの趣旨である。また上記正のCプレートとは、一般的に、光軸が基材面に対して略垂直であり正の屈折率異方性をもつものと理解され、上記負のCプレートとは、一般的に光軸が基材面に対して略垂直であり負の屈折率異方性をもつものと理解される。 The kind of the retardation layer that can be formed by designing the alignment direction of the polymerizable liquid crystal compound constituting the retardation layer to a desired direction is a so-called positive A plate, positive C plate, negative C plate, etc. It is possible to select from. In general, a retardation layer that is selectively patterned in a reflection region in a transflective liquid crystal display device is formed as a so-called positive A plate. In a transmissive liquid crystal display device or the like, the retardation layer formed for optical compensation can be formed as a so-called positive C plate in addition to the positive A plate, for example, or as another aspect. It can also be formed as a so-called negative C plate. Furthermore, a positive A plate, a positive C plate, and a negative C plate can be stacked in any combination in one optical element. It is understood that the positive A plate generally has an optical axis substantially parallel to the substrate surface and has a positive refractive index anisotropy. “Substantially parallel to the material surface” means that the phase difference at 589 nm measured from the front (0 °) is 100 (change the measurement angle along the slow axis of the retardation layer) ± 45 If the difference in phase difference measured from 0 is zero, it is understood that the optical axis is parallel to the substrate, but if the difference in phase difference is about 25, it is acceptable. The positive C plate is generally understood to have an optical axis that is substantially perpendicular to the substrate surface and has a positive refractive index anisotropy. It is understood that the optical axis is substantially perpendicular to the substrate surface and has negative refractive index anisotropy.
上記位相差層を形成する際に用いられる重合性液晶化合物としては、棒状の分子構造を有する棒状重合性液晶化合物、あるいは円盤状の分子構造を有する、所謂ディスコティック重合性液晶化合物を用いることができる。特には、棒状重合性液晶化合物を好ましく用いることができ、例えば特表平10−508882号に開示されているようなものを使用することができる。より具体的な棒状重合性液晶化合物の例として示す重合性のネマチック液晶分子としては、例えば、1分子中に(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、オキセタン基、イソシアネート基等の重合性基を少なくとも1個有するモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。また、このような棒状重合性液晶化合物として、より具体的には、下記化1に示す一般式(1)で表される化合物または下記化2に示す一般式(2)で表される化合物のうちの1種もしくは2種以上の混合物、化3または化4に示す化合物のうちの1種或いは2種以上の混合物、またはこれらを組み合わせた混合物を用いることができる。 As the polymerizable liquid crystal compound used for forming the retardation layer, a rod-like polymerizable liquid crystal compound having a rod-like molecular structure or a so-called discotic polymerizable liquid crystal compound having a disc-like molecular structure is used. it can. In particular, rod-like polymerizable liquid crystal compounds can be preferably used, and for example, those disclosed in JP-T-10-508882 can be used. As a polymerizable nematic liquid crystal molecule shown as an example of a more specific rod-like polymerizable liquid crystal compound, for example, at least one polymerizable group such as a (meth) acryloyl group, an epoxy group, an oxetane group or an isocyanate group is contained in one molecule. Examples thereof include monomers, oligomers, polymers and the like. Further, as such a rod-like polymerizable liquid crystal compound, more specifically, a compound represented by the general formula (1) shown in the following chemical formula 1 or a compound represented by the general formula (2) shown in the following chemical formula 2 Among them, one kind or a mixture of two or more kinds, one kind or a mixture of two or more kinds of compounds shown in Chemical Formula 3 or Chemical Formula 4, or a combination of these can be used.
化1に示す一般式(1)において、R1およびR2は、それぞれに、水素またはメチル基を示すが、架橋性液晶分子が液晶相を示す温度の範囲をより広くするには少なくともR1及びR2のどちらか一方が水素であることが好ましく、両方が水素であることがより好ましい。また一般式(1)におけるX及び化2に示す一般式(2)のYは、水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数1〜4のアルキル基、メトキシ基、シアノ基またはニトロ基のいずれであってもよいが、塩素またはメチル基であることが好ましい。また、一般式(1)の分子鎖両端の(メタ)アクリロイロキシ基と芳香環との間のアルキレン基の鎖長を示すaおよびb並びに、一般式(2)におけるdおよびeは、それぞれ個別に2〜12の範囲で任意の整数をとり得るが、3〜10の範囲であることが好ましく、4〜8の範囲であることがさらに好ましい。a=b=0である一般式(1)の化合物(I)またはd=e=0である一般式(2)の化合物(II)は安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物(I)または(II)自体の結晶性が高い。また、aおよびb、あるいはdおよびeがそれぞれ13以上である一般式(1)の化合物(I)または一般式(2)の化合物(II)は、等方相転移温度(TI)が低い。この理由から、これらの化合物は、どちらについても液晶性を安定的に示す温度範囲(液晶相を維持する温度範囲)が狭いものとなり、本発明の液晶組成物中に含有される液晶性化合物として用いるには好ましくない。 In the general formula (1) shown in Chemical Formula 1, each of R 1 and R 2 represents hydrogen or a methyl group, but at least R 1 is required to broaden the temperature range in which the crosslinkable liquid crystal molecules exhibit a liquid crystal phase. And R 2 is preferably hydrogen, more preferably both. X in the general formula (1) and Y in the general formula (2) shown in Chemical Formula 2 are any of hydrogen, chlorine, bromine, iodine, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a methoxy group, a cyano group, or a nitro group. Although it may be, it is preferably a chlorine or methyl group. Further, a and b indicating the chain length of the alkylene group between the (meth) acryloyloxy group and the aromatic ring at both ends of the molecular chain of the general formula (1), and d and e in the general formula (2) are individually Although an arbitrary integer can be taken in the range of 2-12, it is preferable that it is the range of 3-10, and it is further more preferable that it is the range of 4-8. The compound (I) of the general formula (1) in which a = b = 0 or the compound (II) of the general formula (2) in which d = e = 0 has poor stability and is easily hydrolyzed, and the compound (I) or (II) itself has high crystallinity. Further, the compound (I) of the general formula (1) or the compound (II) of the general formula (2) in which a and b or d and e are each 13 or more has a low isotropic phase transition temperature (TI). For this reason, both of these compounds have a narrow temperature range (temperature range for maintaining the liquid crystal phase) that stably exhibits liquid crystallinity, and as liquid crystal compounds contained in the liquid crystal composition of the present invention. It is not preferable to use.
尚、上記重合性液晶化合物と共に、液晶組成物中に含まれる添加剤としては、従来公知の添加剤を適宜使用することができる。より具体的な添加剤の例としては、光重合開始剤、熱重合開始剤、界面活性剤、カイラル剤、増感剤、シランカップリング剤などが挙げられる。 In addition, a conventionally well-known additive can be used suitably as an additive contained in a liquid-crystal composition with the said polymeric liquid crystal compound. More specific examples of the additive include a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator, a surfactant, a chiral agent, a sensitizer, and a silane coupling agent.
位相差層の位相差(リタデーション)は、公知のリタデーション測定装置や顕微分光測定装置を使用して測定することができる。具体的には、RETS−1250VA(大塚電子社製)にて測定することができる。
また別の方法では、オリンパス社製の顕微分光測定装置OSP−SP200と偏光板2枚を用いて、回転検光子法によって算出することができる。具体的には、まず、顕微分光測定装置に、偏光板2枚の光軸がパラレルとなるようにそれら2枚の偏光板を上下に配置し、偏光板の光軸に対して位相差層の光軸が45°の角度をなすように2枚の偏光板で光学素子を挟み、下側の偏光板から入射されて上側の偏光板を透過した光の分光透過率を測定する。次に、上側の偏光板を90°回転させることで、2枚の偏光板をそれらの光軸がクロスするような状態とし、上記と同様の光の分光透過率を測定する。測定結果に基づき、各画素を通る光についての位相差を、回転検光子法によって算出する。
The retardation (retardation) of the retardation layer can be measured using a known retardation measuring device or microspectrophotometer. Specifically, it can be measured by RETS-1250VA (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
In another method, it can be calculated by a rotational analyzer method using a microspectrophotometer OSP-SP200 manufactured by Olympus and two polarizing plates. Specifically, first, in a microspectrophotometer, the two polarizing plates are arranged one above the other so that the optical axes of the two polarizing plates are parallel, and the retardation layer of the retardation layer is aligned with respect to the optical axis of the polarizing plate. The optical element is sandwiched between two polarizing plates so that the optical axis forms an angle of 45 °, and the spectral transmittance of light that is incident from the lower polarizing plate and transmitted through the upper polarizing plate is measured. Next, by rotating the upper polarizing plate by 90 °, the two polarizing plates are brought into a state where their optical axes cross each other, and the spectral transmittance of light similar to the above is measured. Based on the measurement result, the phase difference for the light passing through each pixel is calculated by the rotational analyzer method.
[着色層]
本発明における着色層は、カラー表示可能な液晶表示装置に用いられる光学素子を提供する場合には形成される層である。したがって、白黒表示用の光学素子である本発明の場合には、着色層は必須の構成要件ではない。着色層は、赤、緑、青の3色の着色領域から構成されるフルカラー可能な着色層が一般的であるが、着色領域は、単色、2色あるいは、4色以上であってもよい。また2色以上の着色領域から着色層が構成される場合には、各着色領域は、開口部領域を覆って色毎に帯状に配列されてもよいし、あるいは開口部毎にモザイク型、トライアングル型など種々の配置でパターン形成されもよい。
[Colored layer]
The colored layer in the present invention is a layer formed when providing an optical element used in a liquid crystal display device capable of color display. Therefore, in the case of the present invention which is an optical element for monochrome display, the colored layer is not an essential component. The colored layer is generally a full-colorable colored layer composed of three colored regions of red, green, and blue, but the colored region may be a single color, two colors, or four or more colors. When a colored layer is composed of two or more colored regions, each colored region may be arranged in a strip shape for each color so as to cover the opening region, or a mosaic type or triangle for each opening portion. The pattern may be formed in various arrangements such as a mold.
上記着色層は、各着色領域を形成する着色剤が溶解もしくは分散された、好ましくは微細顔料が分散された樹脂組成物を用いて着色領域毎にパターン形成されて構成される。より詳しくは、所定の色に着色したインキ組成物を調製して、各色パターン毎に印刷することによって形成されるか、あるいは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法によって形成される。着色層の厚みは、1μm〜5μm程度の範囲内において形成されることが一般的である。 The colored layer is configured by forming a pattern for each colored region using a resin composition in which a colorant forming each colored region is dissolved or dispersed, preferably a fine pigment is dispersed. More specifically, it is formed by preparing an ink composition colored in a predetermined color and printing for each color pattern, or a paint type photosensitive resin composition containing a colorant of a predetermined color. And formed by photolithography. The colored layer is generally formed with a thickness in the range of about 1 μm to 5 μm.
尚、上述では位相差層に次いで、任意で着色層を形成してよいことを説明したが、上述は、本発明の光学素子において位相差層と着色層との間に、他の層を形成することを除外する趣旨ではない。例えば、位相差層上に基材面を平坦化させるための等方性且つ光透過性の平坦化層などを設けることもできる。 In the above description, it has been described that a colored layer may be optionally formed after the retardation layer, but in the above description, another layer is formed between the retardation layer and the colored layer in the optical element of the present invention. It is not intended to exclude doing. For example, an isotropic and light-transmitting flattening layer for flattening the substrate surface can be provided on the retardation layer.
次に、本発明の光学素子を用いて作製される液晶表示装置について、半透過半反射型液晶表示装置を例に説明する。図6〜図8は、半透過半反射型液晶表示装置の一方側の基板として用いることのできる本発明の光学素子の一実施態様を示す図面である。図6は、半透過半反射型液晶表示装置の一方側の基板として用いることのできる本発明の光学素子31の基材面に対して垂直方向上面側から観察した上面図である。尚、光学素子31の構成における上下方向は、光透過性の基材面を下方向としたときの上下方向を意味する。 Next, a liquid crystal display device manufactured using the optical element of the present invention will be described by taking a transflective liquid crystal display device as an example. 6 to 8 are drawings showing an embodiment of the optical element of the present invention that can be used as a substrate on one side of a transflective liquid crystal display device. FIG. 6 is a top view of the optical element 31 of the present invention that can be used as a substrate on one side of a transflective liquid crystal display device, as observed from the upper surface side in the vertical direction. In addition, the up-down direction in the structure of the optical element 31 means the up-down direction when the light-transmitting base material surface is set to the down direction.
光学素子31は、図示しない光透過性基材上に、透過部33と反射部34とを設けるようパターニングされた遮光領域32が形成されている。尚、透過部33および反射部34は、いずれも本発明の光学素子における開口部として理解される。そして、図示しない中間層である透明樹脂層及び、配向膜が順に、遮光領域32が設けられた基板面略全面に形成された後、反射部34を覆う位置であって紙面左右方向の帯状に位相差層35がパターン形成され、ついで、紙面上下方向に赤色着色領域36、緑色着色領域37、青色着色領域38が帯状に並列して形成されて、光学素子31が完成される。尚、赤色着色領域36、緑色着色領域37、及び青色着色領域38によって着色層が構成されている。 In the optical element 31, a light shielding region 32 that is patterned so as to provide a transmission part 33 and a reflection part 34 is formed on a light-transmitting base material (not shown). Note that both the transmission part 33 and the reflection part 34 are understood as openings in the optical element of the present invention. Then, a transparent resin layer, which is an intermediate layer (not shown), and an alignment film are sequentially formed on substantially the entire surface of the substrate on which the light shielding region 32 is provided, and then a position covering the reflecting portion 34 and in a strip shape in the left-right direction on the paper surface. The retardation layer 35 is patterned, and then the red colored region 36, the green colored region 37, and the blue colored region 38 are formed in parallel in a strip shape in the up and down direction on the paper surface, and the optical element 31 is completed. Note that the red colored region 36, the green colored region 37, and the blue colored region 38 constitute a colored layer.
図7に、図6に示す光学素子31のX−X断面図を示す。図7に示されるように、光学素子31には、光透過性基板39の上面に、遮光部32aと開口部32bとからなる遮光領域32がパターン形成されており、図7に示す遮光部32a間(即ち開口部32b)はいずれも透過部34に該当する。そして、遮光領域32が形成された基材面には、中間層である透明樹脂層40と、配向膜41とが順に設けられている。尚、透明樹脂層40は、本発明の中間層として充分な厚み(即ち0.5μm以上の厚み)の層であり、一方、配向膜41は、従来の配向膜と同様の厚み(即ち0.1μm程度)に形成される。
また基材39の垂直方向から観察した際に、開口部32bと重なり合う中間層開口部領域Aにおける内側90%領域である領域Sにおいては、中間層の厚みが該中間層開口部領域の中央部aにおける厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下の範囲内になるよう形成されている。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line XX of the optical element 31 shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the optical element 31, a light shielding region 32 including a light shielding portion 32a and an opening 32b is formed on the upper surface of the light transmissive substrate 39, and the light shielding portion 32a shown in FIG. Any space (that is, the opening 32b) corresponds to the transmission part 34. And the transparent resin layer 40 which is an intermediate | middle layer, and the alignment film 41 are provided in order on the base-material surface in which the light shielding area | region 32 was formed. The transparent resin layer 40 is a layer having a sufficient thickness (that is, a thickness of 0.5 μm or more) as an intermediate layer of the present invention, while the alignment film 41 has the same thickness (that is, 0. About 1 μm).
Further, in the region S which is the inner 90% region in the intermediate layer opening region A overlapping the opening 32b when observed from the vertical direction of the base material 39, the thickness of the intermediate layer is the central portion of the intermediate layer opening region. It is formed so as to be in the range of 0.9D to 1.1D with respect to the thickness D in a.
また光学素子31は、半透過半反射型液晶表示装置用の光学素子であるので、切断する角度を変えると、断面の構成は図7に示されるものとは異なる。即ち、図6に示す光学素子31をY−Y断面で切断した断面図として図8を示す。図8から明らかなとおり、Y−Y断面では、透過部33と反射部34とが交互に並んでおり、位相差層35は、反射部34領域に選択的に形成されている。また中間層である透明樹脂層40及び配向膜41は、本発明の所期の目的から鑑みれば、少なくとも反射部34上であって位相差層35の下面に設けられていればよいが、光学素子31では、透明樹脂層40及び配向膜41はパターン形成せずに、基材面略全面に設ける態様が採用されている。 Since the optical element 31 is an optical element for a transflective liquid crystal display device, the cross-sectional configuration differs from that shown in FIG. 7 when the cutting angle is changed. That is, FIG. 8 is shown as a cross-sectional view of the optical element 31 shown in FIG. As is clear from FIG. 8, in the YY cross section, the transmissive portions 33 and the reflective portions 34 are alternately arranged, and the retardation layer 35 is selectively formed in the reflective portion 34 region. Further, in view of the intended purpose of the present invention, the transparent resin layer 40 and the alignment film 41 that are intermediate layers may be provided at least on the reflecting portion 34 and on the lower surface of the retardation layer 35. In the element 31, an embodiment is adopted in which the transparent resin layer 40 and the alignment film 41 are provided on substantially the entire surface of the base material without pattern formation.
次に、図6に示す光学素子31を一方側の基板とする、半透過半反射型液晶表示装置51について図9を用いて説明する。図9は各層の相対的な位置関係を示すための分解斜視図であって、実際の液晶表示装置における各構成層が図示のように離れているものではない。 Next, a transflective liquid crystal display device 51 using the optical element 31 shown in FIG. 6 as a substrate on one side will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an exploded perspective view for showing the relative positional relationship of each layer, and each component layer in an actual liquid crystal display device is not separated as shown in the figure.
半透過半反射型液晶表示装置51は、表示側基板として用いられる光学素子31が用いられ、一方、これに対向する基板として、薄膜トランジスタ(TFT)が設けられるとともに(TFTについては図示せず)、基材62の一方側の面において、光学素子31の反射部34の位置に併せて設けられた反射板63を有し(反射板63の非設置領域が光が透過される透過部33に対応している)、さらに、ITO等の透明導電膜からなる透明電極(図示せず)が積層され、そしてその透明電極を覆うように配向膜(図示せず)が形成されてなる対向基板61が用いられる。また光学素子31及び対向基板61には、基材39及び基材62の互いに対向する面とは反対側の面において、それぞれ、図面の手前から奥に向かう方向に対して反時計回りに135°の方向に光の吸収軸がある偏光板52aと、光の吸収軸が図面の手前から奥に向かう方向に対して反時計回りに45°の方向である偏光板52bが設置される。 In the transflective liquid crystal display device 51, an optical element 31 used as a display side substrate is used, and on the other hand, a thin film transistor (TFT) is provided as a substrate facing this (a TFT is not shown). On one surface of the base material 62, there is a reflection plate 63 provided in addition to the position of the reflection portion 34 of the optical element 31 (the non-installation area of the reflection plate 63 corresponds to the transmission portion 33 through which light is transmitted. Furthermore, there is a counter substrate 61 in which a transparent electrode (not shown) made of a transparent conductive film such as ITO is laminated, and an alignment film (not shown) is formed so as to cover the transparent electrode. Used. Further, the optical element 31 and the counter substrate 61 are each 135 ° counterclockwise with respect to the direction from the front to the back of the drawing on the surfaces of the base 39 and the base 62 opposite to the surfaces facing each other. A polarizing plate 52a having a light absorption axis in the direction and a polarizing plate 52b having a light absorption axis of 45 ° counterclockwise with respect to the direction from the front to the back of the drawing.
そして対向する光学素子31と対向基板61との間には、駆動用液晶材料からなる液晶層53が設けられ、また対向基板61の外側には、透過部33を透過する光を与えるためのバックライト(図示せず)が備えられて構成される、駆動方式をVA(Vertical Aligned)モードとする半透過半反射型液晶表示装置51が完成される。尚、図示はしないが、VAモードの液晶表示装置の場合には、赤色着色領域36、緑色着色領域37、青色着色領域38から構成される着色層と、液晶層53との間にさらに透明電極膜が設けられてよい。さらに透明電極上に、配向・駆動電圧・セルギャップを規制するための樹脂組成物による構造物や、配向膜が設けられてよい。ただし以上に説明する半透過半反射型液晶表示装置51は、本発明の液晶表示装置の一実施態様にすぎず、本発明の液晶表示装置を何ら限定するものではない。本発明の液晶表示装置には、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置などの他のタイプの液晶表示装置が含まれ、また本発明の半透過半反射型液晶表示装置は、VAモードの液晶表示装置に限定されるものではなく、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In Plane Switching)モードなどの他の駆動方式が採用される液晶表示装置に適宜使用される。 A liquid crystal layer 53 made of a driving liquid crystal material is provided between the optical element 31 and the counter substrate 61 facing each other, and a back surface for providing light transmitted through the transmission portion 33 is provided outside the counter substrate 61. A transflective liquid crystal display device 51 having a light (not shown) and having a driving method of VA (Vertical Aligned) mode is completed. Although not shown, in the case of a VA mode liquid crystal display device, a transparent electrode is further provided between the liquid crystal layer 53 and the colored layer composed of the red colored region 36, the green colored region 37, and the blue colored region 38. A membrane may be provided. Furthermore, a structure made of a resin composition for regulating alignment, driving voltage, and cell gap, and an alignment film may be provided on the transparent electrode. However, the transflective liquid crystal display device 51 described above is only one embodiment of the liquid crystal display device of the present invention, and does not limit the liquid crystal display device of the present invention. The liquid crystal display device of the present invention includes other types of liquid crystal display devices such as a transmissive liquid crystal display device and a reflective liquid crystal display device, and the transflective liquid crystal display device of the present invention has a VA mode. The liquid crystal display device is not limited to the liquid crystal display device, and is appropriately used for a liquid crystal display device that adopts another driving method such as a TN (twisted nematic) mode or an IPS (in plane switching) mode.
実施例および比較例を実施するために、予め、光透過性基材として、低膨張率無アルカリガラス板(コーニング社製1737ガラス 100mm×100mm、厚み0.7mm)を準備して洗浄処理を施した。また、以下に示すとおり、遮光領域(遮光部)、着色領域、中間層、および位相差層の形成用組成物(フォトレジスト)を調製した。 In order to carry out Examples and Comparative Examples, a low expansion coefficient non-alkali glass plate (Corning 1737 glass 100 mm × 100 mm, thickness 0.7 mm) was prepared in advance as a light-transmitting substrate and subjected to a cleaning treatment. did. Further, as shown below, a composition for forming a light shielding region (light shielding portion), a colored region, an intermediate layer, and a retardation layer (photoresist) was prepared.
(遮光領域(遮光部)、中間層、および位相差層の形成用組成物の調製)
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(浅田鉄工社製)を用いた。
(Preparation of composition for forming light shielding region (light shielding portion), intermediate layer, and retardation layer)
A pigment dispersion type photoresist uses a pigment as a coloring material, adds beads to a dispersion composition (containing a pigment, a dispersant, and a solvent), disperses for 3 hours with a disperser, and then removes the beads. A clear resist composition (containing polymer, monomer, additive, initiator and solvent) is mixed. Its composition is shown below. A paint shaker (manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) was used as the disperser.
遮光領域(遮光部)形成用のフォトレジストの組成は以下のとおりである。
・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、ディスパービック111)
・ポリマー・・・・・2.8重量部
(昭和高分子(株)製、(メタ)アクリル樹脂、品番:VR60)
・モノマー・・・・・3.5重量部
(サートマー(株)製、多官能アクリレート、品番:SR399)
・添加剤(分散性改良剤)・・・・・0.7重量部
(綜研化学(株)製、ケミトリー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)
The composition of the photoresist for forming the light shielding region (light shielding portion) is as follows.
Black pigment: 14.0 parts by weight (manufactured by Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd., TM Black # 95550)
・ Dispersant: 1.2 parts by weight (manufactured by Big Chemie, Dispersic 111)
・ Polymer 2.8 parts by weight (manufactured by Showa Polymer Co., Ltd., (meth) acrylic resin, product number: VR60)
・ Monomer: 3.5 parts by weight (manufactured by Sartomer, polyfunctional acrylate, product number: SR399)
・ Additive (dispersibility improver): 0.7 parts by weight (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd., Chemtry L-20)
Initiator: 1.6 parts by weight (2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1)
・ Initiator: 0.3 parts by weight (4,4′-diethylaminobenzophenone)
・ Initiator: 0.1 parts by weight (2,4-diethylthioxanthone)
・ Solvent: 75.8 parts by weight (ethylene glycol monobutyl ether)
赤色着色領域形成用フォトレジストの組成は以下のとおりである。
・赤色顔料(C.I.PR254)・・・・・3.5重量部
(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、クロモフタールDPP Red BP)
・黄顔料(C.I.PY139)・・・・・0.6重量部
(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)
・ポリマー1(下記参照)・・・・・5.0重量部
・モノマー・・・・・4.0重量部
(サートマー(株)製、多官能アクリレート、品番:SR399)
・開始剤・・・・・1.4重量部
(チバ・ガイギー(株)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・・・・・85.4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)
上記ポリマー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。以降の記載においても同様である。
The composition of the red colored region forming photoresist is as follows.
・ Red pigment (CIPR254) 3.5 parts by weight (Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd., Chromophthal DPP Red BP)
・ Yellow pigment (CI PY139): 0.6 part by weight (manufactured by BASF, Paliotor Yellow D1819)
・ Dispersant: 3.0 parts by weight (manufactured by Zeneca Corporation, Solsperse 24000)
-Polymer 1 (see below)-5.0 parts by weight-Monomer-4.0 parts by weight (manufactured by Sartomer, polyfunctional acrylate, product number: SR399)
・ Initiator: 1.4 parts by weight (Ciba Geigy Co., Ltd., Irgacure 907)
Initiator: 0.6 parts by weight (2,2′-bis (o-chlorophenyl) -4,5,4 ′, 5′-tetraphenyl-1,2′-biimidazole)
・ Solvent: 85.4 parts by weight (propylene glycol monomethyl ether acetate)
The polymer 1 contains 2 moles of benzyl methacrylate: styrene: acrylic acid: 2-hydroxyethyl methacrylate = 15.6: 37.0: 30.5: 16.9 (molar ratio) of 100 mol% of the copolymer. -16.9 mol% of methacryloyloxyethyl isocyanate is added, and the weight average molecular weight is 42500. The same applies to the following description.
緑色着色領域形成用フォトレジストの組成は、上記赤色着色領域形成用フォトレジストの組成における赤色顔料及び黄色顔料に替えて、下記の内容を採用した以外は、赤色着色領域形成用フォトレジストと同様である。
・緑色顔料(C.I.PG7)・・・・・3.8重量部
(大日精化製、セイカファストグリーン5316P)
・黄色顔料(C.I.PY139)・・・・・2.2重量部
(BASF社製、パリオトールイエローD1819)
The composition of the green colored region forming photoresist is the same as that of the red colored region forming photoresist except that the following contents are adopted instead of the red pigment and the yellow pigment in the composition of the red colored region forming photoresist. is there.
Green pigment (C.I.PG7) 3.8 parts by weight (manufactured by Dainichi Seika, Seika Fast Green 5316P)
・ Yellow pigment (CI PY139): 2.2 parts by weight (manufactured by BASF, Paliotor Yellow D1819)
青色着色領域形成用フォトレジストの組成は、上記赤色着色領域形成用フォトレジストの組成における赤色顔料、黄色顔料、及び分散剤に替えて、下記の内容を採用した以外は、赤色着色領域形成用フォトレジストと同様である。
・青色顔料(C.I.PB15:6)・・・・・4.6重量部
(BASF社製、ヘリオゲンブルーL6700F)
・紫色顔料(C.I.PV23)・・・・・1.4重量部
(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)
The composition of the blue colored region forming photoresist is a red colored region forming photo, except that the following contents are adopted instead of the red pigment, yellow pigment, and dispersant in the composition of the red colored region forming photoresist. It is the same as the resist.
・ Blue pigment (CI PB15: 6): 4.6 parts by weight (manufactured by BASF, heliogen blue L6700F)
・ Purple pigment (CI PV23): 1.4 parts by weight (manufactured by Clariant, Foster Palm RL-NF)
Pigment derivative: 0.6 parts by weight (Zeneca Co., Ltd., Solsperse 12000)
・ Dispersant: 2.4 parts by weight (manufactured by GENEKA CORPORATION, Solsperse 24000)
中間層である透明樹脂層形成用フォトレジスト1の組成は、以下のとおりである。尚、以下に示す組成の透明樹脂層形成用フォトレジスト1の粘度は、11.8cPであった。フォトレジストの粘度は、YAMAICHI ELECTRONICIS社製のVISCOMATE MODEL VM−1G型粘度計により測定した。後述するフォトレジストについても同様の粘度計で粘度を測定する。
・モノマー・・・・・10.0重量部
(サートマー(株)製、SR399)
・ポリマー1・・・・・14.0重量部
・開始剤・・・・・2.0重量部
(チバガイギー(株)製、イルガキュア907)
・開始剤・・・・・1.0重量部
(チバガイギー(株)製、イルガキュア365)
・溶剤1・・・・・51.0重量部
(N−メチルピロリドン)
・溶剤2・・・・・11.0重量部
(γ−ブチロラクトン)
・溶剤3・・・・・11.0重量部
(ブチルセロソルブ)
The composition of the transparent resin layer forming photoresist 1 as an intermediate layer is as follows. The viscosity of the transparent resin layer forming photoresist 1 having the composition shown below was 11.8 cP. The viscosity of the photoresist was measured with a VISCOMATE MODEL VM-1G viscometer manufactured by YAMAICHI ELECTRONICIS. The viscosity of a photoresist described later is also measured with a similar viscometer.
・ Monomer: 10.0 parts by weight (SR399, manufactured by Sartomer Co., Ltd.)
-Polymer 1 ... 14.0 parts by weight-Initiator ... 2.0 parts by weight (Ciba Geigy Co., Ltd., Irgacure 907)
・ Initiator: 1.0 part by weight (Ciba Geigy Co., Ltd., Irgacure 365)
・ Solvent 1 ... 51.0 parts by weight (N-methylpyrrolidone)
・ Solvent 2 ... 11.0 parts by weight (γ-butyrolactone)
・ Solvent 3 ... 11.0 parts by weight (butyl cellosolve)
中間層である透明樹脂層形成用フォトレジスト2の組成は、以下のとおりである。尚、以下に示す組成の透明樹脂層形成用フォトレジスト2の粘度は、4.4cPであった。
・モノマー・・・・・14.0重量部
(サートマー(株)製、SR399)
・ポリマー1・・・・・10.0重量部
・開始剤・・・・・2.0重量部
(チバガイギー(株)製、イルガキュア907)
・開始剤・・・・・1.0重量部
(チバガイギー(株)製、イルガキュア365)
・溶剤・・・・・73.0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)
The composition of the transparent resin layer forming photoresist 2 as the intermediate layer is as follows. The viscosity of the transparent resin layer forming photoresist 2 having the composition shown below was 4.4 cP.
Monomer: 14.0 parts by weight (SR399, manufactured by Sartomer Co., Ltd.)
-Polymer 1 ... 10.0 parts by weight-Initiator ... 2.0 parts by weight (Ciba Geigy Co., Ltd., Irgacure 907)
・ Initiator: 1.0 part by weight (Ciba Geigy Co., Ltd., Irgacure 365)
・ Solvent: 73.0 parts by weight (propylene glycol monomethyl ether acetate)
位相差層形成用の液晶組成液の組成は以下のとおりである。
・重合性液晶材料・・・・・28.75重量部
(上記化2において、a及びbが6、XがCH3である重合性液晶化合物)
・光重合開始剤・・・・・1.25重量部
(チバガイギー(株)製、イルガキュア907)
・溶剤・・・・・70.0 重量部
(ジエチレングリコールジメチルエーテル)
The composition of the liquid crystal composition liquid for forming the retardation layer is as follows.
Polymerizable liquid crystal material: 28.75 parts by weight (polymerizable liquid crystal compound in which a and b are 6 and X is CH 3 in the above chemical formula 2)
Photopolymerization initiator: 1.25 parts by weight (Ciba Geigy Co., Ltd., Irgacure 907)
・ Solvent: 70.0 parts by weight (diethylene glycol dimethyl ether)
[実施例1]
以上に示す光透過性基材及び各組成物を用いて、以下に示すとおり、遮光領域、中間層である透明樹脂層、配向膜および位相差層を順に形成して光学素子を形成し、実施例1とした。まず上記洗浄済みの光透過性基材上に、上記遮光領域形成用フォトレジストをスピンコート法で塗布し、減圧乾燥により溶剤を減じ、80℃、3分間の条件でプリベークし、フォト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60秒行った後、230℃、30分間ポストベークし、膜厚1.1μmの遮光部を矩形の格子状パターンで形成し、これと区画される開口部とより、遮光領域を形成した。
[Example 1]
Using the light-transmitting substrate and each composition shown above, as shown below, a light shielding region, a transparent resin layer as an intermediate layer, an alignment film, and a retardation layer are formed in this order to form an optical element. Example 1 was adopted. First, the light-shielding region forming photoresist is applied onto the washed light-transmitting substrate by spin coating, the solvent is reduced by drying under reduced pressure, prebaked at 80 ° C. for 3 minutes, and a photomask is used. Exposure (100 mJ / cm 2 ), followed by spray development using a 0.05% KOH aqueous solution for 60 seconds, followed by post-baking at 230 ° C. for 30 minutes. A light-shielding region was formed by the lattice-shaped pattern and the openings partitioned therewith.
次に、上述のとおり遮光領域を作成した基材面上に、上記透明樹脂層形成用フォトレジスト1をスピンコート法で塗布し、減圧乾燥により溶剤を減じ、80℃、3分間の条件でプリベークし、フォトマスクを用いて露光(100mJ/cm2)し、230℃、30分間ポストベークし、膜厚0.5μmの透明樹脂層を中間層として製膜した。 Next, the transparent resin layer-forming photoresist 1 is applied by spin coating on the base material surface on which the light-shielding region is formed as described above, and the solvent is reduced by drying under reduced pressure, and prebaking is performed at 80 ° C. for 3 minutes. Then, it was exposed (100 mJ / cm 2 ) using a photomask, post-baked at 230 ° C. for 30 minutes, and a transparent resin layer having a thickness of 0.5 μm was formed as an intermediate layer.
続いて、上記中間層表面に、配向膜形成用の組成物(JSR株式会社製、AL1254)をスピンコーターを用いて塗布し、次いで、230℃のオーブン内で30分加熱し、膜厚0.1μmの塗布膜を形成した。そしてラビング装置を用いて、上記塗布膜表面をラビングすることによって配向処理を施し、位相差層形成用の配向膜を形成した。その後、上記配向膜上に、上記位相差層形成用の液晶組成液をスピンコーターを用いて塗布して液晶塗布膜を得て、80℃、3分間の条件でプリベークした後、露光(200mJ/cm2)した。続いて、メチルメチルケトン(MEK)を用いてバット現像を5秒間行った後、230℃、30分間ポストベークし、膜厚1.5μm程度の位相差層を得た。尚、上記位相差層は、位相差値が200nm程度(λ/2より小さい値)になるよう設計した。以下に記載する実施例及び比較例における位相差層についても同様の位相差値で設計した。以上により、光透過性基材面上に、遮光領域、中間層、配向膜、及び位相差層を備える光学素子を完成し、これを実施例1とした。尚、上記バット現像は、パターニングして形成される位相差層との形成条件を合わせるために行ったもので、実施例1では、位相差層は特にパターニングせず、基材面略全面に形成した。 Subsequently, a composition for forming an alignment film (ALSR 1254, manufactured by JSR Corporation) was applied to the surface of the intermediate layer using a spin coater, and then heated in an oven at 230 ° C. for 30 minutes. A 1 μm coating film was formed. And the alignment process was performed by rubbing the said coating film surface using the rubbing apparatus, and the alignment film for phase difference layer formation was formed. Thereafter, the liquid crystal composition liquid for forming the retardation layer is applied onto the alignment film using a spin coater to obtain a liquid crystal coating film. After prebaking at 80 ° C. for 3 minutes, exposure (200 mJ / cm 2 ). Subsequently, butt development was performed for 5 seconds using methyl methyl ketone (MEK), followed by post-baking at 230 ° C. for 30 minutes to obtain a retardation layer having a thickness of about 1.5 μm. The retardation layer was designed to have a retardation value of about 200 nm (a value smaller than λ / 2). The retardation layers in Examples and Comparative Examples described below were also designed with the same retardation value. As described above, an optical element including a light shielding region, an intermediate layer, an alignment film, and a retardation layer on a light transmissive substrate surface was completed. The butt development was performed in order to match the formation conditions with the retardation layer formed by patterning. In Example 1, the retardation layer was not patterned and formed on substantially the entire surface of the substrate. did.
<中間層の膜厚の測定>
実施例1の形成工程において、遮光領域、中間層、位相差層の各形成工程後に、格子状に形成される遮光部により区画される開口部において、その中央部、及び対向する2辺の遮光部の中間を通過するラインにおいて、遮光部の厚み及び、中間層の厚み、及び位相差層の厚みを触針式膜厚計で測定した。そして、遮光領域の上面高さを示すライン、中間層の上面高さを示すライン、位相差層の上面高さを示すラインを示すグラフから中間層の中央部を選択し、その膜厚が約0.5μmで形成されていることを確認した。また隣り合う遮光部間の距離を100%とし、その内側90%領域における膜厚が、いずれも(0.5×0.9)μm〜(0.5×1.1)μmの範囲内の値であることを確認した。尚、触針式膜厚計は、小坂研究所製SURFCORDER ET400Lを使用した。
<Measurement of intermediate layer thickness>
In the formation process of Example 1, after each formation process of the light shielding region, the intermediate layer, and the phase difference layer, in the opening parted by the light shielding part formed in a lattice shape, the central part and the light shielding of the two opposite sides In the line passing through the middle of the part, the thickness of the light shielding part, the thickness of the intermediate layer, and the thickness of the retardation layer were measured with a stylus type thickness meter. Then, select the middle part of the intermediate layer from the line indicating the upper surface height of the light shielding region, the line indicating the upper surface height of the intermediate layer, and the line indicating the upper surface height of the retardation layer, and the film thickness is about It was confirmed that the film was formed at 0.5 μm. Further, the distance between adjacent light shielding portions is 100%, and the film thickness in the inner 90% region is in the range of (0.5 × 0.9) μm to (0.5 × 1.1) μm. Value was confirmed. As the stylus type film thickness meter, SURFCORDER ET400L manufactured by Kosaka Laboratory was used.
参考までに、実施例1を触針式膜厚計で測定した結果を示すグラフを図10に示す。図10において、遮光領域の上面高さを示すライン103、中間層の上面高さを示すライン104、位相差層の上面高さを示すライン105として示されるグラフから明らかなとおり、中間層は、その中央部aにおいて、膜厚が約0.5μmで形成されていることが確認される。また図10に示すグラフにおいて、隣り合う遮光部間の距離を100%とし、その内側90%領域における膜厚が、いずれも(1×0.9)μm〜(1×1.1)μmの範囲内の値であることが確認される。図10に示すグラフからは、遮光部の上部において中間層の盛り上がりが確認され、当該盛り上がりの影響で、遮光部の上面から側面へかけての肩のラインは完全に中間層に覆われていることが理解される。 For reference, a graph showing the results of measuring Example 1 with a stylus type film thickness meter is shown in FIG. In FIG. 10, as is apparent from the graph shown as the line 103 indicating the upper surface height of the light shielding region, the line 104 indicating the upper surface height of the intermediate layer, and the line 105 indicating the upper surface height of the retardation layer, the intermediate layer is In the central part a, it is confirmed that the film thickness is about 0.5 μm. In the graph shown in FIG. 10, the distance between adjacent light shielding portions is 100%, and the film thickness in the inner 90% region is (1 × 0.9) μm to (1 × 1.1) μm. It is confirmed that the value is within the range. From the graph shown in FIG. 10, the rising of the intermediate layer is confirmed at the upper part of the light shielding part, and the shoulder line from the upper surface to the side surface of the light shielding part is completely covered by the intermediate layer due to the influence of the rising. It is understood.
<光漏れ評価>
上述のとおり得られた実施例1について、以下のとおり光漏れ評価を行った。まず、偏光顕微鏡において、2枚の偏光板の光軸が90°(クロスニコル)となるように上下に配置し、次いで、上記2枚の偏光板に実施例1を挟み、実施例1の位相差層の遅相軸を2枚の偏光板の光軸どちらかに合わせ(消光位)、下側の偏光板側から基材面に対し略垂直方向に光を入射した際に、実施例1における遮光部の輪郭部周辺において光漏れが確認されるか否かを顕微鏡観察において判断した。この結果、実施例1は、光漏れは確認されなかった。実施例1の光漏れ評価の際の光の透過の状態を示す偏光顕微鏡写真を図13に示す。尚、偏光顕微鏡は、オリンパス株式会社製BX50を用いた。実施例1の1つの画素は100μm×300μm程度である。後述する実施例及び比較例についても同様である。
<Evaluation of light leakage>
About Example 1 obtained as mentioned above, light leakage evaluation was performed as follows. First, in a polarizing microscope, the two polarizing plates are arranged vertically so that the optical axes of the two polarizing plates are 90 ° (crossed Nicols), and then Example 1 is sandwiched between the two polarizing plates. When the slow axis of the retardation layer is aligned with one of the optical axes of the two polarizing plates (quenching position) and light is incident in a direction substantially perpendicular to the substrate surface from the lower polarizing plate side, Example 1 Whether or not light leakage was confirmed in the periphery of the contour portion of the light-shielding portion was determined by microscopic observation. As a result, in Example 1, light leakage was not confirmed. FIG. 13 shows a polarizing microscope photograph showing the state of light transmission in the light leakage evaluation of Example 1. In addition, Olympus Corporation BX50 was used for the polarizing microscope. One pixel of Example 1 is about 100 μm × 300 μm. The same applies to Examples and Comparative Examples described later.
<位相差制御ムラ評価>
位相差層の制御ムラが発生しているか否かを評価するために、偏光顕微鏡において、2枚の偏光板の光軸をパラレルとなるよう上下に配置し、次いで、上記2枚の偏光板に実施例1を位相差層の遅相軸が45°となるように挟み、下側の偏光板側から基材面に対し略垂直方向に光を入射した際に、一つの開口部において光の透過量が等しいか否かを、以下のとおり肉眼で観察した。
即ち、位相差値がλ/2より小さい値に設計された位相差層を備える光学素子において上述の条件下で偏光顕微鏡で観察した場合に、該位相差層において設計どおりに透過光が位相差制御されれば、開口部において均一に光が透過され、略均一の明るさで観察される(位相差制御ムラなしと評価される)。一方、設計通りの位相差制御が、一つの開口部において部分的になされない場合、特に部分的に位相差が小さい場合には、予定された量よりも光の透過量が多い箇所が発生し、かかる箇所だけがより明るく視認される(位相差制御ムラありと評価される)。
以上の評価において、実施例1は、1つの開口部内において均一な明るさが観察され、位相差制御ムラがないことが確認された。実施例1の位相差制御ムラ評価における偏光顕微鏡写真を図14に示す。
なお、偏光板の光軸がパラレルで位相差が0からλ/2にある場合、位相差の増加に伴い単調に光の透過量が単調に減少するため、上述のように観察されるが、位相差の値がλ/2を超えた場合でも、位相差の増加に伴い光の透過量が単調に減少しなくなるだけであり、光量が異なることによるムラは確認できる。
<Evaluation of unevenness in phase difference control>
In order to evaluate whether or not the control unevenness of the retardation layer has occurred, in the polarizing microscope, the optical axes of the two polarizing plates are arranged vertically so as to be parallel, and then the two polarizing plates are placed on the two polarizing plates. When Example 1 was sandwiched so that the slow axis of the retardation layer was 45 °, and light was incident in a direction substantially perpendicular to the substrate surface from the lower polarizing plate side, the light was transmitted through one opening. Whether or not the amount of permeation was equal was observed with the naked eye as follows.
That is, when an optical element having a retardation layer designed to have a retardation value smaller than λ / 2 is observed with a polarizing microscope under the above-described conditions, transmitted light is phase-difference as designed in the retardation layer. If controlled, light is uniformly transmitted through the opening and observed with substantially uniform brightness (evaluated as no phase difference control unevenness). On the other hand, when the designed phase difference control is not performed partially in one opening, particularly when the phase difference is partially small, a portion where the amount of transmitted light is larger than the expected amount occurs. Only such a part is visually recognized more brightly (evaluated as having phase difference control unevenness).
In the above evaluation, in Example 1, uniform brightness was observed in one opening, and it was confirmed that there was no phase difference control unevenness. FIG. 14 shows a polarizing microscope photograph in the phase difference control unevenness evaluation of Example 1.
In addition, when the optical axis of the polarizing plate is parallel and the phase difference is from 0 to λ / 2, the amount of transmitted light monotonously decreases as the phase difference increases. Even when the value of the phase difference exceeds λ / 2, the amount of transmitted light does not decrease monotonously with the increase of the phase difference, and unevenness due to the difference in the amount of light can be confirmed.
[実施例2、実施例3]
形成される中間層の膜厚を1.0μmとしたこと以外は、実施例1と同様に光学素子を作製し、これを実施例2とした。また形成される中間層の膜厚を2.0μmとしたこと以外は、実施例1と同様に光学素子を作製し、これを実施例3とした。
[Example 2 and Example 3]
An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the formed intermediate layer was 1.0 μm, and this was designated as Example 2. An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the formed intermediate layer was 2.0 μm, and this was designated as Example 3.
[実施例4]
実施例1と同様に光学素子を形成した後、上記位相差層が形成された基材面上に、緑色着色領域形成用フォトレジストをスピンコート法で塗布し、減圧乾燥により溶剤を減じ、80℃、3分間の条件でプリベークし、フォト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60秒行った後、230℃、30分間ポストベークし、膜厚1.2μmの緑色着色領域を帯状のパターンで製膜した。同様に、赤色着色領域及び青色着色領域を形成して、3色の着色領域からなる着色層を形成した。以上により、光透過性基材面上に、遮光領域、中間層、配向膜、位相差層、及び着色層を備える光学素子を完成し、これを実施例4とした。
[Example 4]
After forming an optical element in the same manner as in Example 1, a green colored region forming photoresist was applied by spin coating on the substrate surface on which the retardation layer was formed, and the solvent was reduced by drying under reduced pressure. Pre-baked at 3 ° C. for 3 minutes, exposed using a photomask (100 mJ / cm 2 ), followed by spray development with 0.05% KOH aqueous solution for 60 seconds, followed by post-processing at 230 ° C. for 30 minutes Baking was performed to form a green colored region having a thickness of 1.2 μm in a strip pattern. Similarly, a red colored region and a blue colored region were formed to form a colored layer composed of three colored regions. Thus, an optical element including a light-shielding region, an intermediate layer, an alignment film, a retardation layer, and a colored layer was completed on the light-transmitting substrate surface, and this was designated as Example 4.
実施例2乃至4について、実施例1と同様に、遮光部、中間層、および位相差層の膜厚の測定を実施し、中間層の中央部の膜厚を測定するとともに、内側90%領域における中間層の膜厚が、中央部の厚みに対し、0.9倍〜1.1倍の範囲内にあることを確認した(図示省略)。
また実施例2および実施例3について、実施例1と同様に光漏れ評価、および位相差制御ムラ評価を行った。中間層の膜厚、光漏れ及び位相差制御ムラの評価の結果は、表1に合わせて示す。
About Example 2 thru | or 4, similarly to Example 1, it measures the film thickness of a light-shielding part, an intermediate | middle layer, and a phase difference layer, and measures the film thickness of the center part of an intermediate | middle layer, and 90% of inner side area | regions It was confirmed that the film thickness of the intermediate layer was in the range of 0.9 to 1.1 times the thickness of the central part (not shown).
For Example 2 and Example 3, light leakage evaluation and phase difference control unevenness evaluation were performed in the same manner as Example 1. The results of evaluation of the film thickness of the intermediate layer, light leakage, and phase difference control unevenness are shown in Table 1.
[比較例1]
中間層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様に光学素子を作製し、これを比較例1とした。比較例1について、実施例1と同様に光漏れ評価を行ったところ、遮光部の輪郭を縁取るように、はっきりとした光漏れが確認された。比較例1の光漏れ評価の際の光の透過の状態を示す偏光顕微鏡写真を図15に示す。また実施例1と同様に比較例1の位相差制御ムラの評価を行ったところ、位相差制御ムラは確認されなかった。
[Comparative Example 1]
An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that no intermediate layer was formed, and this was designated as Comparative Example 1. When Comparative Example 1 was evaluated for light leakage in the same manner as in Example 1, clear light leakage was confirmed so as to border the outline of the light shielding portion. FIG. 15 shows a polarizing microscope photograph showing the light transmission state in the light leakage evaluation of Comparative Example 1. Moreover, when the phase difference control unevenness of Comparative Example 1 was evaluated in the same manner as in Example 1, no phase difference control unevenness was confirmed.
[比較例2〜比較例5]
中間層の形成材料として、透明樹脂層形成用フォトレジスト1に替えて、透明樹脂層形成用フォトレジスト2を用いたこと、および中間層の膜厚を、それぞれ0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μmとしたこと以外は実施例1と同様の方法で、光学素子を作成し、比較例2〜比較例5とした。
[Comparative Examples 2 to 5]
The transparent resin layer forming photoresist 2 was used as the intermediate layer forming material instead of the transparent resin layer forming photoresist 1, and the intermediate layer thicknesses were 0.1 μm, 0.2 μm, and 0, respectively. An optical element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness was set to 5 μm and 1 μm, and Comparative Example 2 to Comparative Example 5 were obtained.
比較例2〜比較例5について、実施例1と同様に、触診式膜厚計で膜厚を測定した。中間層の中央部の膜厚については表1にまとめて結果を示す。また内側90%領域における中間層の膜厚は、比較例2〜比較例5のいずれにおいても、中央部の膜厚が最も小さく、遮光部に近付くにつれて膜厚が大きくなっており、中央部の厚みに対し、0.9倍〜1.1倍の範囲を超えて厚く形成された部分が存在した。比較例3及び比較例4について、触針式膜厚計の測定結果を示すグラフを、それぞれ図11、図12として示した。 In Comparative Example 2 to Comparative Example 5, the film thickness was measured with a palpation film thickness meter in the same manner as in Example 1. About the film thickness of the center part of an intermediate | middle layer, it summarizes in Table 1 and shows a result. Further, the film thickness of the intermediate layer in the inner 90% region is the smallest in the central part in any of Comparative Examples 2 to 5, and the film thickness increases as it approaches the light shielding part. There was a portion formed thicker than the range of 0.9 to 1.1 times the thickness. About the comparative example 3 and the comparative example 4, the graph which shows the measurement result of a stylus type film thickness meter was shown as FIG. 11, FIG. 12, respectively.
比較例2〜比較例5について、実施例1同様に、光漏れ評価および位相差制御ムラの評価を行った。比較例2及び3は、光漏れ評価において比較例1よりはやや劣るが、遮光部の輪郭を縁取るように光漏れが確認された。一方、比較例4〜比較例5は、光漏れ評価においては、有意な光漏れは確認されなかった。参考までに比較例3及び比較例4の光漏れ評価の際の光の透過の状態を示す偏光顕微鏡写真を図16および図18として示す。 For Comparative Examples 2 to 5, as in Example 1, light leakage evaluation and evaluation of phase difference control unevenness were performed. Comparative Examples 2 and 3 were slightly inferior to Comparative Example 1 in light leakage evaluation, but light leakage was confirmed so as to border the contour of the light shielding portion. On the other hand, in Comparative Examples 4 to 5, no significant light leakage was confirmed in the light leakage evaluation. For reference, polarization microscope photographs showing the state of light transmission in the light leakage evaluation of Comparative Examples 3 and 4 are shown in FIGS. 16 and 18.
また位相差制御ムラの評価においては、比較例2乃至5のいずれにおいても、1つの開口部内において周縁が内部領域に比べて有意に明るく、内部領域よりも周縁において光の透過量が多く、位相差制御にムラがあることが確認された。参考までに比較例3及び比較例4の位相差制御ムラ評価における偏光顕微鏡写真を図17及び図19として示す。 Further, in the evaluation of the phase difference control unevenness, in any of Comparative Examples 2 to 5, the peripheral edge is significantly brighter than the internal area in one opening, and the amount of light transmitted in the peripheral area is larger than that in the internal area. It was confirmed that the phase difference control was uneven. For reference, polarization microscope photographs in the phase difference control unevenness evaluation of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 are shown in FIGS. 17 and 19.
以上に示すとおり、光漏れ評価、および位相差制御ムラ評価のいずれにおいても、良好な結果を示したのは、実施例1乃至4だけであった。
比較例1は、中間層がないので、光漏れの傾向が顕著であった。比較例2または3は、形成された中間層が薄いので、光漏れの問題が解決されておらず、また開口部(中間層開口部領域)における中間層の膜厚に有意に差が生じたため、この上に形成される位相差層の厚みも、1つの開口部内において厚みの差が生じ、この結果、位相差制御ムラが発生し、結果として光の透過量が均一にならなかった。
比較例4及び比較例5は、形成された中間層が充分に厚かったので、光漏れの問題は解消されていたが、上述する比較例2または3と同様の理由で、位相差制御にムラが発生していることが確認された。以上の結果から、中間層は、その膜厚が0.5μm以上であって、且つ、中間層開口部領域における内側90%領域において測定される膜厚が略均一、即ち、中央部の膜厚に対し、0.9倍以上1.1倍以下の範囲内にある場合には、位相差制御ムラの発生を良好に防止することができることが示された。
As shown above, only Examples 1 to 4 showed good results in both the light leakage evaluation and the phase difference control unevenness evaluation.
In Comparative Example 1, since there was no intermediate layer, the tendency of light leakage was remarkable. In Comparative Example 2 or 3, since the formed intermediate layer was thin, the problem of light leakage was not solved, and a significant difference occurred in the film thickness of the intermediate layer in the opening (intermediate layer opening region). The thickness of the retardation layer formed thereon also varies in thickness within one opening. As a result, phase difference control unevenness occurs, and as a result, the amount of transmitted light is not uniform.
In Comparative Example 4 and Comparative Example 5, since the formed intermediate layer was sufficiently thick, the problem of light leakage was solved. However, for the same reason as Comparative Example 2 or 3, the phase difference control was uneven. Has been confirmed to occur. From the above results, the intermediate layer has a film thickness of 0.5 μm or more, and the film thickness measured in the inner 90% region in the intermediate layer opening region is substantially uniform, that is, the film thickness in the central portion. On the other hand, when it is in the range of 0.9 times or more and 1.1 times or less, it has been shown that occurrence of phase difference control unevenness can be satisfactorily prevented.
また、上述のとおり光漏れのない本発明の光学素子を一方側の基板として、液晶表示装置を作製した場合には、比較例に示される従来の光学素子を用いた場合に比べて、提供される画像のコントラストが非常に大きくなり、高品質な画像となることが理解される。 Further, as described above, when the liquid crystal display device is manufactured using the optical element of the present invention having no light leakage as one substrate, it is provided as compared with the case of using the conventional optical element shown in the comparative example. It is understood that the contrast of the image to be obtained becomes very high, resulting in a high quality image.
1、21、31 本発明の光学素子
2、39 光透過性基板
3、32 遮光領域
3a、32a 遮光部
3b、32b 開口部
4 中間層
5、35 位相差層
6、36 赤色着色領域
7、37 緑色着色領域
8、38 青色着色領域
9 着色層
12 第一中間層
13 第二中間層
22 第一中間層
23 第二中間層
33 透過部
34 反射部
40 透明樹脂層
41 配向膜
51 半透過半反射型液晶表示装置
52 対向基板
53 液晶層
101 従来の光学素子
102 配向膜
103、106、109 遮光領域の上面高さを示すライン
104、107、110 中間層の上面高さを示すライン
105、108、111 位相差層の上面高さを示すライン
A 開口部
a 中央部
1, 21 and 31 Optical elements 2 and 39 of the present invention Light-transmitting substrates 3 and 32 Light-shielding regions 3a and 32a Light-shielding portions 3b and 32b Openings 4 Intermediate layers 5 and 35 Phase-difference layers 6 and 36 Red colored regions 7 and 37 Green colored region 8, 38 Blue colored region 9 Colored layer 12 First intermediate layer 13 Second intermediate layer 22 First intermediate layer 23 Second intermediate layer 33 Transmitting portion 34 Reflecting portion 40 Transparent resin layer 41 Alignment film 51 Semi-transmitting and semi-reflecting Type liquid crystal display device 52 counter substrate 53 liquid crystal layer 101 conventional optical element 102 alignment films 103, 106, 109 lines 104, 107, 110 indicating the upper surface height of the light shielding region lines 105, 108, indicating the upper surface height of the intermediate layer 111 Line A indicating the height of the top surface of the retardation layer
Claims (8)
上記中間層の厚みDが0.5μm以上であり、
上記基材面に対し垂直方向から平面視した際に、中間層を、上記開口部と重なりあう領域である中間層開口部領域と、上記遮光部に重なりあう領域である中間層遮光部領域とに区別し、一つの中間層開口部領域における中央部をとおり切断した断面において、上記中間層開口部領域の中央部を通過し、隣り合う遮光部間を結ぶ直線の内側90%領域内における中間層の厚みが、上記中間層の厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下であることを特徴とする光学素子。 A light-transmitting base material, a light-shielding region that is patterned to partition the base material into an opening through which light can be transmitted and a light-shielding portion that prevents light transmission, and at least one intermediate layer; , With the retardation layer in this order,
The intermediate layer has a thickness D of 0.5 μm or more,
When viewed in plan from the direction perpendicular to the base material surface, the intermediate layer includes an intermediate layer opening area that is an area overlapping with the opening, and an intermediate layer light shielding area that is an area overlapping the light shielding area. And in the cross section cut through the central portion in one intermediate layer opening region, the intermediate portion in the 90% region inside the straight line passing through the central portion of the intermediate layer opening region and connecting between the adjacent light shielding portions. The thickness of the layer is 0.9D or more and 1.1D or less with respect to the thickness D of the intermediate layer.
に記載の光学素子。 The optical element according to claim 1, wherein the retardation layer is patterned.
上記2枚の基板のうちの一方の基板として、
光透過性を有する基材と、上記基材を光が透過可能な開口部と光の透過が防止される遮光部とに区画するためにパターン形成される遮光領域と、少なくとも1つの中間層と、位相差層とをこの順で備え、
上記中間層の厚みDが0.5μm以上であり、
上記基材面に対し垂直方向から平面視した際に、中間層を、上記開口部と重なりあう領域である中間層開口部領域と、上記遮光部に重なりあう領域である中間層遮光部領域とに区別し、一つの中間層開口部領域における中央部をとおり切断した断面において、上記中間層開口部領域の中央部を通過し、隣り合う遮光部間を結ぶ直線の内側90%領域内における中間層の厚みが、上記中間層の厚みDに対し、0.9D以上1.1D以下であることを特徴とする光学素子が用いられること
を特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device comprising two substrates facing each other, a polarizing plate provided on each outer surface of the two substrates, and a liquid crystal layer made of a driving liquid crystal material provided between the two substrates,
As one of the two substrates,
A light-transmitting base material, a light-shielding region that is patterned to partition the base material into an opening through which light can be transmitted and a light-shielding portion that prevents light transmission, and at least one intermediate layer; , With the retardation layer in this order,
The intermediate layer has a thickness D of 0.5 μm or more,
When viewed in plan from the direction perpendicular to the base material surface, the intermediate layer includes an intermediate layer opening area that is an area overlapping with the opening, and an intermediate layer light shielding area that is an area overlapping the light shielding area. And in the cross section cut through the central portion in one intermediate layer opening region, the intermediate portion in the 90% region inside the straight line passing through the central portion of the intermediate layer opening region and connecting between the adjacent light shielding portions. A liquid crystal display device comprising: an optical element having a layer thickness of 0.9D to 1.1D with respect to the thickness D of the intermediate layer.
The liquid crystal display device according to claim 7, wherein the liquid crystal display device is a transflective liquid crystal display device.
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