JP4251473B2

JP4251473B2 - Method for producing cholesteric liquid crystal color filter

Info

Publication number: JP4251473B2
Application number: JP2002152404A
Authority: JP
Inventors: 啓子関根
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003344637A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレステリック液晶カラーフィルターの製造方法に関し、特に、光重合可能なカイラルネマチック液晶層の露光後の加熱工程によって生じる層分離現象を利用して所定特性のカラーフィルターを作製する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラーフィルターとしてコレステリック液晶を分散したコレステリックフィルムを用いることが、例えば特開平９−３１８８０７号に開示されている。このカラーフィルターは、輝度、色純度において、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルターと比較して優れた性能を有している。特に、温度やカイラル剤比によりその選択反射光の波長が変化し、さらに紫外線照射によって液晶における状態を保持したまま硬化できる紫外線硬化型コレステリック液晶を用いることにより、従来と比較して簡単に製造することができるという利点がある。
【０００３】
前記のようなコレステリック液晶、及び、カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしているという特性がある。すなわち、液晶分子軸と平行な平面内では、液晶はネマティック相と同様な配向秩序があるが、隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわずかに回転しているので、これが順次連続して螺旋構造となっている。
【０００４】
一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光に分けることが可能であり、コレステリック液晶若しくはカイラルネマチック液晶は、右旋及び左旋両成分の光が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場合、その液晶のねじれ方向と同じ回転方向の円偏光成分のみを反射し、他方の円偏光成分は透過するという特性がある。
【０００５】
このとき、反射光の、入射光に対する位相の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリック液晶若しくはカイラルネマチック液晶のねじれのピッチにより変化する。このピッチは、液晶にねじれの力を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例えば温度、電場、磁場等）等により変化する。
【０００６】
したがって、上記のようなパラメータを、可視域で制御することにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の透過光を形成させることができ、かつ、透過させた光以外の光を光源側に反射し、再利用して、輝度を従来のカラーフィルターと比較して高く設定することができる。
【０００７】
このような螺旋構造の液晶を利用した反射フィルターを、本発明では以下に、コレステリック液晶カラーフィルターと呼ぶが、コレステリック液晶カラーフィルターは、特定の波長域の特定の円偏光を反射し、他の波長域及び他の円偏光を透過する特性を有するカラーフィルターであり、カラー液晶表示装置のＲＧＢのカラーフィルター等に利用される。
【０００８】
従来、コレステリック液晶を用いたカラーフィルターの作製方法としては、（１）コレステリック液晶構造を作り出しているネマチック液晶とカイラル剤の混合物中のカイラル剤の光学活性基を変性又は失活させて、カイラルネマチック液晶のねじれピッチを制御する方法（例えば、ＷＯ００／３４８０８）、及び、（２）ネマチック液晶とカイラル剤の混合物からなるコレステリック液晶層に光照射して得た半硬化のコレステリック液晶膜を有機溶媒に接触させて未硬化の成分を溶出することによりねじれピッチを制御する方法（例えば、特開平１０−３１６７５５号）が提案されている。しかし、（１）の方法は、変性又は失活した分子が不純物となり、コレステリック液晶層自体の安定性が低下するといった問題がある。また、（２）の方法においては、有機溶媒によって未硬化のコレステリック液晶を溶解させるので、光照射量が異なる場所間に段差が生じるといった問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コレステリック液晶層の選択反射波長域を精度良くかつ容易に制御することが可能で、液晶表示装置等に適した光学安定性及び色純度に優れたコレステリック液晶カラーフィルターを容易に製造することができる方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法は、配向基板上に光重合可能なカイラルネマチック液晶層を成膜する工程と、前記液晶層に所定量の紫外線を照射して前記液晶層を半硬化させる工程と、前記半硬化された液晶層を加熱して硬化層と未硬化層に層分離させる工程と、前記層分離された前記液晶層に再度紫外線を照射して前記未硬化層を硬化させる工程とを含み、前記液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を設定することにより、前記カイラルネマチック液晶層の選択反射波長域を制御することを特徴とする製造方法である。
【００１１】
この場合、同一の前記配向基板上に異なる色の画素領域を設定し、色の異なる画素領域毎に液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を異ならせることにより、異なる画素領域の選択反射波長域を異ならせるようにする。
【００１２】
また、層分離された液晶層に再度紫外線を照射して未硬化層を硬化させる工程の後に、第２の光重合可能なカイラルネマチック液晶層を成膜する工程と、第２の液晶層に所定量の紫外線を照射して液晶層を半硬化させる工程と、半硬化された第２の液晶層を加熱して硬化層と未硬化層に層分離させる工程と、層分離された第２の液晶層に再度紫外線を照射して未硬化層を硬化させる工程とを含み、第２に液晶層に最初に照射する紫外線の照射量を設定することにより、第２のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域を制御するようにし、最初のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域と第２のカイラルネマチック液晶層の選択反射波長域とを異ならせるようにすることもできる。
【００１４】
以上の本発明の本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法においては、最初の紫外線の照射によりコレステリック液晶層の選択反射波長域を精度良くかつ容易に制御することが可能であり、かつ、層分離により安定性を低下させる不純物が残らいため光学安定性及び色純度に優れたものとなり、液晶表示装置等に適した光学安定性及び色純度に優れたコレステリック液晶カラーフィルターを容易に製造することができる。しかも、得られたカラーフィルターには場所間に段差が生じることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の原理は、配向処理が施された配向基板上に光重合可能なネマチック液晶とカイラル剤の混合物を塗布してカイラルネマチック液晶層（以下、光重合可能なカイラルネマチック液晶層）を成膜し、それに所定量の紫外線を照射すると、紫外線照射量に応じた割合の重合反応が起きて半硬化状態の層となり、その後その半硬化状態のカイラルネマチック液晶層を加熱すると、重合度の低い側に未硬化層が、重合度の高い側に硬化層が位置するように硬化層と未硬化層の層分離が起こる。この場合、硬化層は、紫外線照射量が多い程カイラルネマチック液晶のねじれピッチが短くなる。また、未硬化層では、硬化層に比べてカイラルネマチック液晶のねじれピッチは長くなる。そして、このような加熱による層分離の後、必要に応じて再度紫外線を照射すると、未硬化層で重合反応が起き、完全な硬化状態になる。この再度の紫外線照射により硬化させた層では、紫外線照射の前後でカイラルネマチック液晶のねじれピッチの変化はほとんど起きない。
【００１６】
以上のような現象が起こる理由を推測すると、次のように説明できる。紫外線未照射で未硬化のカイラルネマチック液晶層は、カイラル剤の割合に応じたねじれピッチのコレステリック液晶状態になっており、その層に所定量の紫外線を照射してもそのままではその層が呈する色には変化がなく、ねじれピッチは変化していない。ただし、層中の重合反応の割合は照射量に応じて高くなっている。この状態で加熱すると、層中の未重合のネマチック液晶分子とカイラル剤分子とが熱運動により移動して硬化層と未硬化層に層分離する。硬化層中では、未重合の分子がなくなる結果、重合度が高い程、すなわち、紫外線照射量が多い程カイラルネマチック液晶のねじれピッチが短くなる。一方、未硬化層中ではカイラル剤の割合が重合反応で使用された分低くなるので、硬化層に比べてカイラルネマチック液晶のねじれピッチは長くなる。その未硬化層に再度の紫外線照射を施すと、その状態が固定されて完全な硬化状態になる。
【００１７】
以上のような原理において、層分離した硬化層のカイラルネマチック液晶のねじれピッチを、Ｒ、Ｇ、Ｂの何れかの色の波長域の右旋円偏光又は左旋円偏光を選択的に反射するように１回目の紫外線照射量を選択し、かつ、未硬化層あるいは再度の紫外線照射により硬化させた層のカイラルネマチック液晶のねじれピッチが赤外域の右旋円偏光又は左旋円偏光を反射するようにすることにより、カラーフィルターを構成することができる。
【００１８】
以下、ＲＧＢ３色の右旋円偏光又は左旋円偏光を反射するカラー液晶表示装置のＲＧＢのカラーフィルターを作製する実施例について説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１を参照にして、この実施例のカラーフィルターの作製方法を説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、下記仕様で作製した配向すみポリイミド配向処理ガラス基板１をスピン回転台３上に載置して下記の組成のカイラルネマチック液晶溶液２を下記の滴下量滴下して、下記の仕様でスピンコーティングし、膜厚４μｍの光重合可能なカイラルネマチック液晶層を形成した。
【００２１】
ポリイミド配向処理ガラス基板：１０×１０ｍｍサイズのガラス基板上に、厚さ約０．１μｍとなるよラにポリイミド膜を設け、その表面をラビング処理を行う。
【００２２】
カイラルネマチック液晶溶液組成：下記の一般式（１）で表される化合物（Ｉ）と、下記の一般式（２）で表される化合物（ＩＩ）とで構成されるネマチック液晶８５重量％、下記の一般式（３）又は（４）で表される化合物（ＩＩＩ）１４重量％、光開始剤（Ｄａｒｏｃｕｒｅ４２６５）１重量％をトルエン溶媒に溶解させる。
【００２３】
滴下量：約２ｍｌ
スピンコーティング：４５０ｒｐｍ×２０ｓｅｃ
【００２４】
【化１】

【００２５】
【化２】

【００２６】
【化３】

【００２７】
化合物（Ｉ）を表わす一般式（１）において、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ水素又はメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ¹及びＲ²は共に水素であることが好ましい。Ｘ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、ニトロ基の何れであっても差し支えないが、塩素又はメチル基であることが好ましい。また、化合物（Ｉ）の分子鎖両端の（メタ）アクリロイロキシ基と、芳香環とのスペーサーであるアルキレン基の鎖長を示すａ及びｂ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、４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９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）の化合物は安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物自体の結晶性が高い。また、ａ及びｂがそれぞれ１３以上である一般式（１）の化合物は、アイソトロピック転移温度（ＴＩ）が低い。この理由から、これらの化合物はどちらも液晶性を示す温度範囲が狭く好ましくない。
【００２８】
化合物（ＩＩ）を表わす一般式（２）において、Ｒ³は水素又はメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ³は水素であることが好ましい。アルキレン基の鎖長を示すｃに関して言えば、この値が２〜１２である化合物（ＩＩ）は液晶性を示さない。しかしながら、液晶性を持つ化合物（Ｉ）との相溶性を考慮すると、ｃは４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。
【００２９】
その他、本発明においては、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子等を用いることが可能である。このような重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子としては、従来提案されているものを適宜選択して用いることが可能である。
【００３０】
また、カイラル剤（ＩＩＩ）を表わす一般式（３）又は（４）において、Ｒ⁴は水素又はメチル基を示す。Ｙは下記に示す式（ｉ）〜（ｘｘｉｖ）の任意の１つであるが、中でも式（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖ）及び（ｖｉｉ）の何れか１つであることが好まし。また、アルキレン基の鎖長を示すｄ及び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、４〜１０の範囲であるいことが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。ｄ又はｅの値が０又は１である一般式（３）又は（４）の化合物は、安定性に欠け、加水分解を受けやすく、結晶性も高い。一方、ｄ又はｅの値が１３以上である化合物は融点（Ｔｍ）が低い。これらの化合物は液晶性を示す化合物（Ｉ）及び化合物（ＩＩ）との相溶性が低下し、濃度によっては相分離が起きるおそれがある。
【００３１】
【化４】

【００３２】
【化５】

【００３３】
その後、ガラス基板１上に塗布したカイラルネマチック液晶層を乾燥させ、その中の溶剤を蒸発させた。
【００３４】
次いで、このカイラルネマチック液晶層を形成したガラス基板１を９０℃のホツトプレート上で２分間放置して配向処理を行った。
【００３５】
次に、図１（ｂ）に示すように、上記のようにしてカイラルネマチック液晶層１０を塗布したガラス基板１を露光台７上に載置して、用意しておいた形成すべきカラーフィルターのＲＧＢの画素に対応する領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの透過率が異なるように形成されたフォトマスク４を、紫外線光源５（波長３６５ｎｍの紫外線を含む）とガラス基板１に塗布されたカイラルネマチック液晶層１０との間に配置して、大気中で紫外線光源５からの紫外線６でカイラルネマチック液晶層１０を露光した。フォトマスク４の領域４Ｂは波長３６５ｎｍの透過率１００％であり、領域４Ｇは５０％であり、領域４Ｒは１％であり、露光量が領域４Ｂ、４Ｇ、４Ｒに対応する領域がそれぞれ７０ｍＪ／ｃｍ²、４ｍＪ／ｃｍ²、１ｍＪ／ｃｍ²になるように紫外線６を照射した。このような露光により、カイラルネマチック液晶層１０は半硬化状態となった。
【００３６】
次いで、上記の露光済みのガラス基板１を１５０℃のホツトプレート上で２分再加熱することで、ガラス基板１上の半硬化状態のカイラルネマチック液晶層１０は、未硬化のネマチック液晶とカイラル剤が層内で移動して、図１（ｃ）に示すように、ガラス基板１側に硬化層１１が表面側に未硬化層１２なるように層分離した。
【００３７】
その後、図１（ｄ）に示すように、その層分離しているカイラルネマチック液晶層１０上に紫外線光源５からの紫外線６で露光量が１００００ｍＪ／ｃｍ²となるように均一に再露光して、未硬化層１２を硬化させた。
【００３８】
このようにして、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの右円偏光を選択的に反射する領域１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂからなるカラーフィルターが得られた。その中、Ｇの右円偏光反射領域１０Ｇの右円偏光透過率の波長依存性を図２に示す。図２中、波長域Ａの透過率低下は、硬化層１１でのねじれピッチでのＧ域での反射による低下であり、この反射がカラーフィルターとして利用される。また、波長域Ｂの透過率低下は、再露光により硬化された層１２でのねじれピッチでの反射による低下であり、この波長域は赤外域であるため、可視域でのカラーフィルターの特性には直接影響しないため問題はない。Ｒの右円偏光反射領域１０Ｒ、Ｂの右円偏光反射領域１０Ｂの右円偏光透過率の波長依存性も図２と同様になり、それぞれＲ域、Ｂ域での反射による低下と、赤外域での反射による低下がある。
【００３９】
（実施例２）
図３を参照にして、この実施例のカラーフィルターの作製方法を説明する。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、実施例１と同様に作製した配向すみポリイミド配向処理ガラス基板１をスピン回転台３上に載置して実施例１と同様のカイラルネマチック液晶溶液２を同様の滴下量滴下して、実施例１と同様にスピンコーティングし、膜厚４μｍの光重合可能なカイラルネマチック液晶層を形成した。
【００４１】
その後、ガラス基板１上に塗布したカイラルネマチック液晶層を乾燥させ、その中の溶剤を蒸発させた。
【００４２】
次いで、このカイラルネマチック液晶層を形成したガラス基板１を９０℃のホツトプレート上で２分間放置して配向処理を行った。
【００４３】
次に、図３（ｂ）に示すように、上記のようにしてカイラルネマチック液晶層１０を塗布したガラス基板１を露光台７上に載置して、用意しておいた形成すべきカラーフィルターの１つの色の画素（図の場合は、Ｒ）に対応する領域が開口しているフォトマスク１４を、紫外線光源５（波長３６５ｎｍの紫外線を含む）とガラス基板１に塗布されたカイラルネマチック液晶層１０との間に配置して、大気中で紫外線光源５からの紫外線６でカイラルネマチック液晶層１０を露光した。Ｒ画素を形成するときの露光量は１ｍＪ／ｃｍ²であった。このような露光により、Ｒ画素領域のカイラルネマチック液晶層１０は半硬化状態となり、他の色の画素領域は未硬化のままであった。
【００４４】
次いで、上記の露光済みのガラス基板１を１５０℃のホツトプレート上で２分再加熱することで、ガラス基板１上のＲ画素領域の半硬化状態のカイラルネマチック液晶層１０は、未硬化のネマチック液晶とカイラル剤が層内で移動して、図３（ｃ）に示すように、ガラス基板１側に硬化層１１が表面側に未硬化層１２なるように層分離した。他の色の画素領域のカイラルネマチック液晶層１０は未硬化のままであった。
【００４５】
その後、図３（ｄ）に示すように、Ｒ画素領域の層分離しているカイラルネマチック液晶層１０上に、図３（ｂ）と同様のフォトマスク１４を介して、紫外線光源５からの紫外線６で露光量が１００００ｍＪ／ｃｍ²となるように再露光して、Ｒ画素領域の未硬化層１２のみを硬化させた。
【００４６】
そして、図３（ｅ）に示すように、溶液現像して、カイラルネマチック液晶層１０の未硬化部分のＧ画素領域とＢ画素領域を除去した。
【００４７】
Ｇ画素領域とＢ画素領域についても、図３（ａ）〜（ｅ）の工程を順に行い、ガラス基板１上にＲ、Ｇ、Ｂの右円偏光を選択的に反射する領域１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂが繰り返しパターンとなっているカラーフィルターが得られた。なお、図３（ｂ）での露光量は、Ｇ画素領域では４ｍＪ／ｃｍ²、Ｂ画素領域では７０ｍＪ／ｃｍ²であった。
【００４８】
なお、以上の実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素でそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの波長域の特定の円偏光を反射する反射型カラーフィルターを前提としていたが、透過型のカラーフィルターにするには、Ｒ画素領域には、Ｇの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層とＢの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層を積層させ、同じく、Ｇ画素領域には、Ｂの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層とＲの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層を積層させ、Ｂ画素領域には、Ｒの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層とＧの波長域の特定の円偏光を反射するカイラルネマチック液晶層を積層させるようにすればよい。このような透過型カラーフィルターを作製するには、例えば同じガラス基板上に重ねて上記実施例１の工程を２度行えばよい。その際、先に形成され硬化されたカイラルネマチック液晶層が後に塗布するカイラルネマチック液晶層を配向させる作用を行うようになる。
【００４９】
以上、本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法及びその方法で製造されたコレステリック液晶カラーフィルターをその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例には限定されず種々の変形、展開が可能である。なお、層分離した後の未硬化層１２は再露光により必ずしも硬化させなくともよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の本発明の本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法及びその方法で製造されたコレステリック液晶カラーフィルターによると、最初の紫外線の照射によりコレステリック液晶層の選択反射波長域を精度良くかつ容易に制御することが可能であり、かつ、層分離により安定性を低下させる不純物が残らいため光学安定性及び色純度に優れたものとなり、液晶表示装置等に適した光学安定性及び色純度に優れたコレステリック液晶カラーフィルターを容易に製造することができる。しかも、得られたカラーフィルターには場所間に段差が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法の実施例１の工程図である。
【図２】実施例１のＧの右円偏光反射領域の右円偏光透過率の波長依存性を示す図である。
【図３】本発明のコレステリック液晶カラーフィルターの製造方法の実施例２の工程図である。
【符号の説明】
１…ポリイミド配向処理ガラス基板
２…カイラルネマチック液晶溶液
３…スピン回転台
４…フォトマスク
４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ…ＲＧＢの画素に対応する領域
５…紫外線光源
６…紫外線
７…露光台
１０…カイラルネマチック液晶層
１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…Ｒ、Ｇ、Ｂの右円偏光を選択的に反射する領域
１１…硬化層
１２…未硬化層
１４…フォトマスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a cholesteric liquid crystal color filter, and more particularly to a method for producing a color filter having a predetermined characteristic by utilizing a layer separation phenomenon caused by a heating step after exposure of a photopolymerizable chiral nematic liquid crystal layer. is there.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the use of a cholesteric film in which cholesteric liquid crystal is dispersed as a color filter is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-318807. This color filter has superior performance in luminance and color purity as compared with a color filter using a conventional pigment or dye. In particular, the wavelength of the selectively reflected light changes depending on the temperature and the ratio of the chiral agent, and furthermore, by using an ultraviolet curable cholesteric liquid crystal that can be cured while maintaining the state of the liquid crystal by ultraviolet irradiation, it is easier to manufacture than in the past. There is an advantage that you can.
[0003]
The cholesteric liquid crystal and chiral nematic liquid crystal as described above have a characteristic that the director spirally changes in space in addition to the long-range alignment order of the liquid crystal molecular axes. In other words, in the plane parallel to the liquid crystal molecular axis, the liquid crystal has the same alignment order as the nematic phase, but when moving to the adjacent plane, this local alignment direction is slightly rotated, so this continues in sequence. And has a spiral structure.
[0004]
On the other hand, natural light can be divided into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light.Cholesteric liquid crystal or chiral nematic liquid crystal has both right-handed and left-handed light components incident in parallel to the spiral axis of the liquid crystal. Only the circularly polarized component having the same rotational direction as the twist direction of the liquid crystal is reflected, and the other circularly polarized component is transmitted.
[0005]
At this time, since the phase of the reflected light does not change with respect to the incident light, the polarization direction before and after the incident of the reflected light is unchanged, and the wavelength of the reflected light depends on the twist pitch of the cholesteric liquid crystal or chiral nematic liquid crystal. Change. This pitch varies depending on the addition amount of a chiral agent that generates a twisting force in the liquid crystal, an appropriate external field (for example, temperature, electric field, magnetic field, etc.).
[0006]
Therefore, by controlling the above parameters in the visible range, red (R), green (G), and blue (B) transmitted light can be formed, and light other than the transmitted light can be formed. Can be reflected to the light source side and reused to set the luminance higher than that of the conventional color filter.
[0007]
In the present invention, the reflection filter using the liquid crystal having such a spiral structure is hereinafter referred to as a cholesteric liquid crystal color filter. The cholesteric liquid crystal color filter reflects a specific circularly polarized light in a specific wavelength range and has other wavelengths. This is a color filter having a characteristic of transmitting a region and other circularly polarized light, and is used for an RGB color filter of a color liquid crystal display device.
[0008]
Conventionally, a color filter using a cholesteric liquid crystal can be prepared by (1) modifying or deactivating an optically active group of a chiral agent in a mixture of a nematic liquid crystal and a chiral agent producing a cholesteric liquid crystal structure. A method for controlling the twist pitch of the liquid crystal (for example, WO 00/34808), and (2) a semi-cured cholesteric liquid crystal film obtained by irradiating a cholesteric liquid crystal layer composed of a mixture of a nematic liquid crystal and a chiral agent with an organic solvent. A method for controlling the twist pitch by elution of uncured components in contact with the substrate (for example, JP-A-10-316755) has been proposed. However, the method (1) has a problem that the modified or deactivated molecules become impurities and the stability of the cholesteric liquid crystal layer itself is lowered. In the method (2), since uncured cholesteric liquid crystal is dissolved by an organic solvent, there is a problem that a step is generated between places having different amounts of light irradiation.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object thereof is to enable accurate and easy control of the selective reflection wavelength region of the cholesteric liquid crystal layer. It is an object of the present invention to provide a method capable of easily producing a cholesteric liquid crystal color filter excellent in suitable optical stability and color purity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a cholesteric liquid crystal color filter of the present invention that achieves the above object comprises the steps of forming a photopolymerizable chiral nematic liquid crystal layer on an alignment substrate, and irradiating the liquid crystal layer with a predetermined amount of ultraviolet rays to form the liquid crystal. A step of semi-curing the layer, a step of heating the semi-cured liquid crystal layer to separate the cured layer from an uncured layer, and irradiating the liquid crystal layer separated from the layer with ultraviolet rays again to form the uncured layer And a step of curing the layer, wherein the selective reflection wavelength region of the chiral nematic liquid crystal layer is controlled by setting an irradiation amount of ultraviolet rays that are first irradiated to the liquid crystal layer.
[0011]
In this case, by selecting different color pixel areas on the same alignment substrate and changing the irradiation amount of the ultraviolet rays that are initially irradiated to the liquid crystal layer for each color different pixel area, the selective reflection wavelengths of the different pixel areas are set. Try to make the areas different.
[0012]
In addition, after the step of irradiating the separated liquid crystal layer with ultraviolet rays again to cure the uncured layer, a step of forming a second photopolymerizable chiral nematic liquid crystal layer and a second liquid crystal layer are provided. A step of semi-curing the liquid crystal layer by irradiating a predetermined amount of ultraviolet light; a step of heating the semi-cured second liquid crystal layer to separate the cured layer from an uncured layer; and a layer-separated second liquid crystal A step of irradiating the layer with ultraviolet rays again to cure the uncured layer, and secondly, by selecting an irradiation amount of the ultraviolet rays that are first irradiated to the liquid crystal layer, the selective reflection wavelength of the second chiral nematic liquid crystal layer The selective reflection wavelength region of the first chiral nematic liquid crystal layer and the selective reflection wavelength region of the second chiral nematic liquid crystal layer can be made different from each other.
[0014]
In the cholesteric liquid crystal color filter production method of the present invention described above, the selective reflection wavelength region of the cholesteric liquid crystal layer can be accurately and easily controlled by the first ultraviolet irradiation, and the layer separation is performed. As a result, impurities that lower stability remain, so that the optical stability and color purity are excellent, and a cholesteric liquid crystal color filter excellent in optical stability and color purity suitable for a liquid crystal display device or the like can be easily manufactured. . Moreover, there is no step between the obtained color filters.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The principle of the present invention is to form a chiral nematic liquid crystal layer (hereinafter referred to as a photopolymerizable chiral nematic liquid crystal layer) by coating a photopolymerizable nematic liquid crystal and a chiral agent on an alignment substrate that has been subjected to an alignment treatment. When a predetermined amount of ultraviolet light is irradiated to the layer, a polymerization reaction occurs in a proportion corresponding to the amount of ultraviolet light irradiation to form a semi-cured layer, and then when the semi-cured chiral nematic liquid crystal layer is heated, the polymerization degree is reduced. In this case, the uncured layer is separated from the uncured layer so that the uncured layer is positioned on the side having a high degree of polymerization. In this case, in the cured layer, the twisted pitch of the chiral nematic liquid crystal becomes shorter as the amount of ultraviolet irradiation is larger. Further, in the uncured layer, the twist pitch of the chiral nematic liquid crystal is longer than that in the cured layer. Then, after the layer separation by such heating, when the ultraviolet ray is irradiated again as necessary, a polymerization reaction occurs in the uncured layer and a completely cured state is obtained. In the layer cured by the re-ultraviolet irradiation, the twist pitch of the chiral nematic liquid crystal hardly changes before and after the ultraviolet irradiation.
[0016]
If the reason why the above phenomenon occurs is estimated, it can be explained as follows. An uncured chiral nematic liquid crystal layer that has not been irradiated with ultraviolet rays is in a cholesteric liquid crystal state with a twisted pitch corresponding to the ratio of the chiral agent, and even if the layer is irradiated with a predetermined amount of ultraviolet rays, the color that the layer exhibits as it is There is no change, and the twist pitch does not change. However, the rate of the polymerization reaction in the layer is increased according to the dose. When heated in this state, unpolymerized nematic liquid crystal molecules and chiral agent molecules in the layer move by thermal motion and are separated into a cured layer and an uncured layer. As a result of the elimination of unpolymerized molecules in the cured layer, the higher the degree of polymerization, that is, the greater the amount of ultraviolet irradiation, the shorter the twist pitch of the chiral nematic liquid crystal. On the other hand, in the uncured layer, the ratio of the chiral agent is reduced by the amount used in the polymerization reaction, so that the twist pitch of the chiral nematic liquid crystal is longer than that in the cured layer. When the uncured layer is again irradiated with ultraviolet rays, the state is fixed and a completely cured state is obtained.
[0017]
Based on the principle as described above, the twisted pitch of the chiral nematic liquid crystal of the separated hardened layer is selectively reflected by right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light in the wavelength region of any of R, G, and B colors. The first UV irradiation dose is selected, and the twisted pitch of the chiral nematic liquid crystal in the uncured layer or the layer cured by the second UV irradiation reflects right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light in the infrared region. By doing so, a color filter can be configured.
[0018]
Hereinafter, an example in which RGB color filters of a color liquid crystal display device that reflects RGB three-color right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light will be described.
[0019]
Example 1
With reference to FIG. 1, a method for producing a color filter of this embodiment will be described.
[0020]
As shown in FIG. 1 (a), an oriented corner polyimide alignment glass substrate 1 prepared according to the following specifications is placed on a spin turntable 3, and a chiral nematic liquid crystal solution 2 having the following composition is dropped in the following amount. Then, spin coating was performed according to the following specifications to form a photopolymerizable chiral nematic liquid crystal layer having a thickness of 4 μm.
[0021]
Polyimide orientation-treated glass substrate: A polyimide film is provided on a glass substrate having a size of 10 × 10 mm so that the thickness is about 0.1 μm, and the surface is rubbed.
[0022]
Chiral nematic liquid crystal solution composition: 85% by weight of nematic liquid crystal composed of compound (I) represented by the following general formula (1) and compound (II) represented by the following general formula (2), 14% by weight of the compound (III) represented by the general formula (3) or (4) and 1% by weight of a photoinitiator (Darocur 4265) are dissolved in a toluene solvent.
[0023]
Drop volume: about 2ml
Spin coating: 450rpm × 20sec
[0024]
[Chemical 1]

[0025]
[Chemical formula 2]

[0026]
[Chemical 3]

[0027]
In the general formula (1) representing the compound (I), R ¹ and R ² each represent hydrogen or a methyl group, but R ¹ and R ² are both hydrogen due to the wide temperature range showing the liquid crystal phase. preferable. X may be hydrogen, chlorine, bromine, iodine, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a methoxy group, a cyano group, or a nitro group, but is preferably a chlorine or methyl group. Moreover, a and b which show the chain length of the alkylene group which is a spacer with the (meth) acryloyloxy group of the molecular chain both ends of a compound (I), and an aromatic ring are respectively arbitrary integers in the range of 2-12. Although it can take, it is preferable that it is the range of 4-10, and it is more preferable that it is the range of 6-9. The compound of the general formula (1) in which a = b = 0 is poor in stability, is susceptible to hydrolysis, and has high crystallinity. In addition, the compound of the general formula (1) in which a and b are each 13 or more has a low isotropic transition temperature (TI). For this reason, both of these compounds are not preferred because the temperature range showing liquid crystallinity is narrow.
[0028]
In the general formula (2) representing the compound (II), R ³ represents hydrogen or a methyl group, but R ³ is preferably hydrogen because of the wide temperature range showing the liquid crystal phase. As for c indicating the chain length of the alkylene group, the compound (II) having this value of 2 to 12 does not exhibit liquid crystallinity. However, in view of compatibility with the compound (I) having liquid crystallinity, c is preferably in the range of 4 to 10, and more preferably in the range of 6 to 9.
[0029]
In addition, in the present invention, a polymerizable liquid crystal oligomer, a polymerizable liquid crystal polymer, or the like can be used. As such a polymerizable liquid crystal oligomer and a polymerizable liquid crystal polymer, those conventionally proposed can be appropriately selected and used.
[0030]
In the general formula (3) or (4) representing the chiral agent (III), R ⁴ represents hydrogen or a methyl group. Y is any one of formulas (i) to (xxiv) shown below, and is any one of formulas (i), (ii), (iii), (v), and (vii). I prefer that. Moreover, d and e which show the chain length of an alkylene group can each take arbitrary integers in the range of 2 to 12, but are preferably in the range of 4 to 10, and in the range of 6 to 9. More preferably. The compound of the general formula (3) or (4) in which the value of d or e is 0 or 1 lacks stability, is susceptible to hydrolysis, and has high crystallinity. On the other hand, a compound having a d or e value of 13 or more has a low melting point (Tm). These compounds have poor compatibility with the compounds (I) and (II) exhibiting liquid crystallinity, and phase separation may occur depending on the concentration.
[0031]
[Formula 4]

[0032]
[Chemical formula 5]

[0033]
Thereafter, the chiral nematic liquid crystal layer applied on the glass substrate 1 was dried, and the solvent therein was evaporated.
[0034]
Next, the glass substrate 1 on which the chiral nematic liquid crystal layer was formed was left on a 90 ° C. hot plate for 2 minutes to perform alignment treatment.
[0035]
Next, as shown in FIG. 1B, the glass substrate 1 on which the chiral nematic liquid crystal layer 10 has been applied as described above is placed on the exposure table 7, and the prepared color filter to be formed. A chiral nematic liquid crystal in which a photomask 4 formed so that the transmittances of the

regions

4R, 4G, and 4B corresponding to the RGB pixels of the RGB are different from each other is applied to the ultraviolet light source 5 (including ultraviolet light having a wavelength of 365 nm) and the glass substrate 1. The chiral nematic liquid crystal layer 10 was exposed to the ultraviolet rays 6 from the ultraviolet light source 5 in the atmosphere while being disposed between the layers 10. The region 4B of the photomask 4 has a transmittance of 100% at a wavelength of 365 nm, the region 4G is 50%, the region 4R is 1%, and the regions corresponding to the exposure amounts of the

regions

4B, 4G, and 4R are 70 mJ / cm ^{^2,} 4mJ / cm ^2, was irradiated with ultraviolet rays 6 to be 1 mJ / cm ^2. By such exposure, the chiral nematic liquid crystal layer 10 was in a semi-cured state.
[0036]
Next, the above-exposed glass substrate 1 is reheated on a hot plate at 150 ° C. for 2 minutes, so that the semi-cured chiral nematic liquid crystal layer 10 on the glass substrate 1 becomes an uncured nematic liquid crystal and a chiral agent. As shown in FIG. 1C, the layers were separated so that the cured layer 11 was on the glass substrate 1 side and the uncured layer 12 was on the surface side.
[0037]
Thereafter, as shown in FIG. 1D, the layer-separated chiral nematic liquid crystal layer 10 is uniformly re-exposed with the ultraviolet ray 6 from the ultraviolet light source 5 so that the exposure amount is 10,000 mJ / cm ^2. The uncured layer 12 was cured.
[0038]
In this way, a color filter composed of

regions

10R, 10G, and 10B that selectively reflect R, G, and B right circularly polarized light was obtained. Among them, FIG. 2 shows the wavelength dependence of the right circularly polarized light transmittance of the G right circularly polarized light reflection region 10G. In FIG. 2, the transmittance decrease in the wavelength region A is a decrease due to reflection in the G region at the twisted pitch in the hardened layer 11, and this reflection is used as a color filter. Further, the decrease in transmittance in the wavelength region B is a decrease due to reflection at a twisted pitch in the layer 12 cured by re-exposure. Since this wavelength region is in the infrared region, the characteristics of the color filter in the visible region are reduced. There is no problem because there is no direct effect. The wavelength dependence of the right circularly polarized light transmittance of the right circularly polarized light reflecting region 10R of R and the right circularly polarized light reflecting region 10B of B is the same as in FIG. There is a drop due to reflection at the surface.
[0039]
(Example 2)
With reference to FIG. 3, a method for producing a color filter of this embodiment will be described.
[0040]
As shown in FIG. 3A, the aligned nematic polyimide alignment-treated glass substrate 1 produced in the same manner as in Example 1 is placed on a spin turntable 3, and the same chiral nematic liquid crystal solution 2 as in Example 1 is used. In the same manner as in Example 1, spin coating was performed to form a photopolymerizable chiral nematic liquid crystal layer having a thickness of 4 μm.
[0041]
Thereafter, the chiral nematic liquid crystal layer applied on the glass substrate 1 was dried, and the solvent therein was evaporated.
[0042]
Next, the glass substrate 1 on which the chiral nematic liquid crystal layer was formed was left on a 90 ° C. hot plate for 2 minutes to perform alignment treatment.
[0043]
Next, as shown in FIG. 3B, the glass substrate 1 coated with the chiral nematic liquid crystal layer 10 as described above is placed on the exposure table 7, and the color filter to be formed is prepared. A chiral nematic liquid crystal in which a photomask 14 having an opening corresponding to a pixel of one color (R in the figure) is applied to an ultraviolet light source 5 (including ultraviolet light having a wavelength of 365 nm) and a glass substrate 1 The chiral nematic liquid crystal layer 10 was exposed to the ultraviolet rays 6 from the ultraviolet light source 5 in the atmosphere while being disposed between the layers 10. The exposure amount when forming the R pixel was 1 mJ / cm ² . By such exposure, the chiral nematic liquid crystal layer 10 in the R pixel region is in a semi-cured state, and the pixel regions of other colors remain uncured.
[0044]
Next, the above-exposed glass substrate 1 is reheated on a 150 ° C. hot plate for 2 minutes, so that the semi-cured chiral nematic liquid crystal layer 10 in the R pixel region on the glass substrate 1 becomes an uncured nematic liquid crystal layer 10. The liquid crystal and the chiral agent moved in the layers, and the layers were separated so that the cured layer 11 was on the glass substrate 1 side and the uncured layer 12 was on the surface side, as shown in FIG. The chiral nematic liquid crystal layer 10 in the pixel regions of other colors remained uncured.
[0045]
Thereafter, as shown in FIG. 3D, the ultraviolet light from the ultraviolet light source 5 is passed through the photomask 14 similar to FIG. 3B on the chiral nematic liquid crystal layer 10 in which the R pixel region is separated. 6 was re-exposed so that the exposure amount was 10,000 mJ / cm ^2, and only the uncured layer 12 in the R pixel region was cured.
[0046]
Then, as shown in FIG. 3E, solution development was performed to remove the G pixel region and the B pixel region of the uncured portion of the chiral nematic liquid crystal layer 10.
[0047]
Also for the G pixel region and the B pixel region,

regions

10R, 10G, which selectively perform R, G, B right circularly polarized light on the glass substrate 1 by sequentially performing the steps of FIGS. A color filter having a repeated pattern of 10B was obtained. The exposure amount in FIG. 3 (b), the G pixel region in 4 mJ / cm ^2, B pixel region was 70 mJ / cm ^2.
[0048]
In the above embodiment, the R, G, and B pixels are assumed to be reflective color filters that reflect specific circularly polarized light in the R, G, and B wavelength ranges, respectively. In the R pixel region, a chiral nematic liquid crystal layer that reflects a specific circularly polarized light in the G wavelength region and a chiral nematic liquid crystal layer that reflects a specific circularly polarized light in the B wavelength region are stacked. A chiral nematic liquid crystal layer that reflects a specific circularly polarized light in the B wavelength region and a chiral nematic liquid crystal layer that reflects a specific circularly polarized light in the R wavelength region, and the B pixel region has an R wavelength region. The chiral nematic liquid crystal layer that reflects the specific circularly polarized light and the chiral nematic liquid crystal layer that reflects the specific circularly polarized light in the G wavelength range may be laminated. In order to manufacture such a transmission type color filter, for example, the process of Example 1 may be performed twice on the same glass substrate. At that time, the previously formed and cured chiral nematic liquid crystal layer functions to align the chiral nematic liquid crystal layer to be applied later.
[0049]
As mentioned above, although the manufacturing method of the cholesteric liquid crystal color filter of this invention and the cholesteric liquid crystal color filter manufactured by the method have been demonstrated based on the principle and Example, this invention is not limited to these Examples, but is various. Deformation and expansion are possible. The uncured layer 12 after the layer separation does not necessarily have to be cured by re-exposure.
[0050]
【The invention's effect】
According to the cholesteric liquid crystal color filter manufacturing method of the present invention and the cholesteric liquid crystal color filter manufactured by the method of the present invention described above, the selective reflection wavelength range of the cholesteric liquid crystal layer can be accurately and easily controlled by the first ultraviolet irradiation. Cholesteric with excellent optical stability and color purity suitable for liquid crystal display devices, etc., because impurities that lower stability due to layer separation remain, and it is excellent in optical stability and color purity. A liquid crystal color filter can be easily manufactured. Moreover, there is no step between the obtained color filters.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram of Embodiment 1 of a method for producing a cholesteric liquid crystal color filter of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the wavelength dependence of the right circularly polarized light transmittance in the right circularly polarized light reflecting region of G in Example 1.
FIG. 3 is a process diagram of Example 2 of the method for producing a cholesteric liquid crystal color filter of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polyimide orientation processing glass substrate 2 ... Chiral nematic liquid crystal solution 3 ... Spin rotation table 4 ...

Photomask

4R, 4G, 4B ... Area corresponding to RGB pixel 5 ... Ultraviolet light source 6 ... Ultraviolet light 7 ... Exposure stand 10 ... Chiral nematic

Liquid crystal layer

10R, 10G, 10B ... Area that selectively reflects right circularly polarized light of R, G, B 11 ... Hardened layer 12 ... Uncured layer 14 ... Photomask

Claims

A step of forming a photopolymerizable chiral nematic liquid crystal layer on the alignment substrate, a step of semi-curing the chiral nematic liquid crystal layer is irradiated with a predetermined amount of ultraviolet to the chiral nematic liquid crystal layer, the step of the semi-cured in the step of phase separation in the cured layer and an uncured layer by heating the chiral nematic liquid crystal layer is semi-cured, the irradiated again ultraviolet to the chiral nematic liquid crystal layer layer separated in step of the layer separation and a step of curing the uncured layer, by setting the irradiation amount of ultraviolet rays initially irradiating the chiral nematic liquid crystal layer, a cholesteric, characterized by controlling the selective reflection wavelength range of the chiral nematic liquid crystal layer Liquid crystal color filter manufacturing method.

Selecting different pixel regions by setting pixel regions of different colors on the same alignment substrate and varying the amount of ultraviolet light initially irradiated to the chiral nematic liquid crystal layer for each pixel region of different colors 2. The method for producing a cholesteric liquid crystal color filter according to claim 1, wherein the reflection wavelength ranges are different.

A step of forming a photopolymerizable second chiral nematic liquid crystal layer after the step of curing the uncured layer by irradiating the chiral nematic liquid crystal layer separated in the layer separation step with ultraviolet rays; , by heating a step of semi-curing a predetermined amount of the ultraviolet is irradiated with the second chiral nematic liquid crystal layer to the second chiral nematic liquid crystal layer, the semi-cured the second chiral nematic liquid crystal layer The second layer separated in the step of separating the cured layer from the uncured layer and the step of heating the semi-cured second chiral nematic liquid crystal layer to separate the cured layer from the uncured layer . and a step of the chiral nematic liquid crystal layer is irradiated again ultraviolet curing the uncured layer, setting the irradiation amount of ultraviolet rays initially irradiating the second chiral nematic liquid crystal layer Thus, the selective reflection wavelength range of the second chiral nematic liquid crystal layer is controlled, and the selective reflection wavelength range of the first chiral nematic liquid crystal layer and the selective reflection wavelength range of the second chiral nematic liquid crystal layer are controlled. The method for producing a cholesteric liquid crystal color filter according to claim 1 or 2, wherein: