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カラー液晶ディスプレー - 凸版印刷株式会社
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発明の名称 カラー液晶ディスプレー
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−125098(P2001−125098A)
公開日 平成13年5月11日(2001.5.11)
出願番号 特願平11−304311
出願日 平成11年10月26日(1999.10.26)
代理人
発明者 細野 禎
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】基板上に、パターン化されて配列され、入射光を着色して出射する複数色の透明着色被膜を備えて成り、これら複数の透明着色被膜のうち少なくとも一つの透明着色被膜が、下記一般式〈化1〉で表される色素単量体を重合して得られる着色重合物を主成分とすることを特徴とするカラーフィルタと、三波長域発光型蛍光ランプを光源とし、バックライトユニットの光強度の波長に対する分布I(入)が以下の条件を満たすバックライトユニットとを具備するカラー液晶ディスプレー。
0.35≦α≦0.6【数1】

【化1】

(式中、R1は各々独立に、下記〈化2〉で表される重合性基の中から選ばれる基、水素原子、炭素原子数1から8のアルキル基もしくはヒドロキシアルキル基を表し、少なくとも一つは下記〈化2〉で表される重合性基の中から選ばれる。X−はアニオンを表す。)
【化2】

(式中、R2は炭素原子数2から4のアルキル基を表す。)
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルタと特定のバックライトユニットを組み合わせてなる液晶ディスプレーに関する。
【0002】
【従来の技術】カラー液晶ディスプレーは、2枚の偏光板に挟まれた液晶層が、層内に設けられた電極への印加する電圧を画素毎に調整することにより、1枚目の偏光板を通過したバックライトユニットからの光の偏光度合いを制御して、2枚日の偏光板を通過する光量をコントロールすることにより表示が行われる。この2枚の偏光板の間にカラーフィルタを設けることによりカラー表示を可能にしている。従って、バックライトユニットの発光スペクトルとカラーフィルタの分光特性が、カラー液晶ディスプレーの色特性を決定する重要な因子となっている。従来、カラーフィルタとしては、耐熱性、耐光性等の諸耐性にすぐれた顔料分散型カラーフィルタが用いられている。また、バックライトユニットとしては、演色性にすぐれた三波長域発光型蛍光ランプ(以後「三波長管」と呼ぶ)を光源とするバックライトユニットが広く用いられている。
【0003】これらの顔料分散型カラーフィルタおよび高演色性の三波長管の出現により、カラー液晶ディスプレーは、液晶カラーテレビやカーナビゲーション用および液晶ディスプレー一体型のノートパソコンとして大きな市場を形成するに至っている。更に、近年、省エネ、省スペースという特徴を活かした、デスクトップパソコン用のモニターとしても普及し始めており、従来のCRTモニターに代わるディスプレーとして注目されている。
【0004】カラーテレビでは、(1)受像(カラーカメラ)、(2)伝送、(3)受像(受像機)のプロセスを通じて、被写体の形、動き、色相が受像画面上に再現されている。従って、色相も含めた画像信号の伝送方式が規格化されている。この方式の代表的なものはNTSC(National Television System Committee)で、アメリカ、カナダ、日本がこの方式で放送を行なっている主要な国である。一方、ヨーロッパでは EBU(European Broadcast Union:ヨーロッパ放送連合)が方式および規格を定めている。
【0005】カラーテレビの再現色域を決定するのは、受像機の三原色(受像三原色)の色度であり、カラーカメラが持つべき分光特性もこれによって定まる。NTSC方式の受像三原色は下記のように定められている。
赤 : x=0.67 y=0.33緑 : x=0.21 y=0.71青 : x=0.14 y=0.08一方、EBU規格の受像三原色は下記のように定められている。
赤 : x=0.64 y=0.33緑 : x=0.29 y=0・60青 : x=0.15 y=0.06【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現状ではCRTの表示性能は液晶ディスプレーより高く、特にCRTの表示色の欧州規格であるEBU規格の色度を満足する液晶ディスプレーがまだ出現しておらず、この規格達成がテレビジョンの分野あるいはマルチメディア用ディスプレー分野で、液晶ディスプレーが大きく普及する一つの鍵となっている。
【0007】具体的には、赤と緑については、現行の顔料分散型の着色組成物およびバックライトユニットの組合せにより、比較的容易にEBU規格を達成可能である。しかし、青については、現在一般に用いられている三波長管を光源とするバックライトユニットを具備するカラー液晶ディスプレー用に、現行の青色の着色組成物を用いてEBU規格を満たす青のカラーフィルタを形成しようとするとその膜厚を厚くする必要があり現実的ではない。これに対して、バックライトユニットとして、その光強度分布、すなわちバックライトユニットの光強度の波長に対する分布I(入)が以上の条件を満たすものを用いることにより、青のカラーフィルタの膜厚を2.5μm程度まで下げることができるが、実用膜厚の点でまだ不十分である。そこで、本発明の目的は、現行の材料では実現困難な、カラーフィルターを構成する各色の画素の膜厚が1〜2μmの範囲内でほぼ均一であり、EBU規格の色特性を満足するカラー液晶ディスプレーを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、請求項に示した組成の着色重合物を用いたカラーフィルタと、三波長域発光型蛍光ランプを光源とする特定の光強度分布を有するバックライトユニットとを組み合わせることにより、EBU規格の色特性を具備するカラー液晶ディスプレーが得られることを見出した。
【0009】すなわち、本発明は、基板上に、パターン化されて配列され、入射光を着色して出射する複数色の透明着色被膜を備えて成り、これら複数の透明着色被膜のうち少なくとも一つの透明着色被膜が、下記一般式〈化3〉で表される色素単量体を重合して得られる着色重合物を主成分とすることを特徴とするカラーフィルタと、三波長域発光型蛍光ランプを光源とし、バックライトユニットの光強度の波長に対する分布I(入)が以下の条件を満たすバックライトユニットとを具備するカラー液晶ディスプレーである。
0.35≦α≦0.6【0010】
【数2】

【0011】
【化3】

【0012】(式中、R1は各々独立に、下記〈化4〉で表される重合性基の中から選ばれる基、水素原子、炭素原子数1から8のアルキル基もしくはヒドロキシアルキル基を表し、少なくとも一つは下記〈化4〉で表される重合性基の中から選ばれる。X−はアニオンを表す。)
【0013】
【化4】

(式中、R2は炭素原子数2から4のアルキル基を表す。)
【0014】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について説明する。本発明において、カラーフィルタの着色性能は、〈化1〉で表される色素単量体を重合して得られる着色重合物が担保している。この着色重合物は、従来のカラーフィルターに用いられていた染料と異なり、優れた耐光性・耐熱性を有するため、液晶ディスプレイの製造工程中の加熱工程の有無にかかわらず、また液晶ディスプレイの長期的使用、強い光を受ける条件下での使用にかかわらず、所期の着色性能を維持することが出来る。
【0015】この着色重合物としては、分子量3000〜150000のものが適当である。分子量3000未満の場合には耐候性・耐熱性が不十分である。他方、分子量150000を越える場合には、パターニング性が低下する。
【0016】本発明で用いられる着色重合物は、<化1>で表される色素単量体のみを重合して得ることができる他、<化1>で表される色素単量体と従来周知の単量体との共重合物とすることができる。また、色相を調整するため<化1>で表される色素単量体を二種以上組み合わせた共重合物とすることもできる。本発明の着色重合物の製造は、水中、有機溶剤中または無溶媒で、従来周知の重合触媒を用いて容易に行うことができる。
【0017】本発明で用いられる色素単量体を例示する。<化1>において、R1で表される炭素原子1〜8のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第二ブチル、第三ブチル、イソブチル、アミル、第三アミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、第三オクチル、2−エチルヘキシルなどが挙げられ、炭素原子1〜8のヒドロキシルアルキル基としては、例えば、上記アルキル基の水素原子をヒドロキシル基で置換した構造の基が挙げられる。R2で表される炭素原子2〜4のアルキレン基としては、例えば、エチレン、トリメチレン、テトラメチレンなどが挙げられる。
【0018】また、X−で表されるアニオンとしては、例えば、塩素アニオン、臭素アニオン、ヨウ素アニオン、フッ素アニオンなどのハロゲンアニオン、過塩素酸アニオン、チオシアン酸アニオン、六フッ化リンアニオン、六フッ化アンチモンアニオン、四フッ化ホウ素アニオンなどの無機系アニオン、ベンゼンスルホン酸アニオン、トルエンスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、などの有機スルホン酸アニオン、オクチルリン酸アニオン、ドデシルリン酸アニオン、オクタデシルリン酸アニオン、フェニルリン酸アニオン、ノニルフェニルリン酸アニオンなどの有機リン酸アニオンなどが挙げられる。
【0019】上記一般式〈化1〉で示される色素単量体の代表例として、青色の色相の下記の〈化5〉が挙げられる。ただし、本発明は下記の例示化合物により何ら限定されるものではない。なお、以下の例示では、アニオンを省いた色素単量体カチオンで示してある。
【0020】
【化5】

【0021】本発明で用いられる着色重合物を得るために、前記のように色素単量体と従来周知の単量体との共重合物とする場合に、用いることができる周知の単量体としては、スチレン系化合物並びにα,β−不飽和モノ〜ポリカルボン酸およびそのエステル、アミド、イミド、または無水物であり、例えば、前者では、スチレン、α−メチルスチレン、ヒドロキシスチレンなどが挙げられ、後者では、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、1−ブチン−2,3,4−トリカルボン酸などが挙げられ、前記エステルとしては、前記α,β−不飽和カルボン酸のメチル、エチル、2−ヒドロキシエチル、プロピル、ブチル、オクチル、ドデシル、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル、2−〔3−(2−ベンゾトリアゾリル)−4−ヒドロキシフェニル〕エチルなどのエステルが挙げられ、前記アミドとしては、前記α,β−不飽和カルボン酸のメチルアミド、ジメチルアミド、エチルアミド、ジエチルアミド、プロピルアミド、ジプロピルアミド、ブチルアミド、ジブチルアミド、ヘキシルアミド、オクチルアミド、フェニルアミドなどが挙げられ、前記イミドとしては、マレイミド、イタコンイミド、N−ブチルマレイミド、N−オクチルマレイミド、N−フェニルマレイミドなどが挙げられる。
【0022】本発明の色素単量体と周知の単量体との共重合とする場合、該周知の単量体の使用量は用途に応じて適宣選択されるが、通常、本発明の色素単量体100gに対して、5〜100000gの範囲内である。
【0023】次に、この着色重合物はこれを基板に塗布して被膜とすることができるが、必要に応じてバインダーを混合して着色組成物を製造して、基板に塗布し、被膜とすることができる。このようなバインダーとしては、任意の樹脂が使用できるが、塗布工程により基板上に被膜を形成できること、こうして形成された被膜を精度良くパターン化できることが必要である。このようなバインダーとしては、感光性を有しない樹脂でも、感光性を有する樹脂でもどちらでも用いることができるが、感光性を有する樹脂を用いた場合、被膜を直接露光現像することが可能であり、製造工程上有利である。また、前記着色重合物は、着色組成物中あるいは基板に形成された透明着色被膜中に一様に存在しており、従って粒子を構成せず、透明着色被膜中に部分的に屈折率の異なる部位を生じさせないため、透明着色被膜に入射した光を散乱させることもない。まず第一に、感光性を有しないバインダーとしてポリイミド樹脂が好適に使用できる。すなわち、ポリイミド樹脂の前駆体を着色重合物の60重量%以下程度、前記着色重合物と混合し、固形分が10〜50重量%になるように溶剤で希釈して着色組成物を製造し、スピンコート法等の方法により基板上に塗布し、乾燥させることにより、基板上に被膜を形成することが可能である。そしてこの被膜上に感光性樹脂を塗布し、更に所望の開口部又は透明部を有するマスクを重ね、このマスクを通して露光し、現像して、前記被膜を部分的に露出させ、この露出部位の被膜をエッチングして除去することにより、前記被膜を所望のパターンに精度良く加工することが出来る。なお、このパターン化の後加熱処理を施すことにより前記前駆体を重合させ、基板と透明着色被膜とを強固に接着させることが可能である。
【0024】前記ポリイミド前駆体は酸二無水物とジアミノ化合物とを反応させて製造することが可能である。ポリイミド前駆体を合成するための酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’4,4’−ジフェニルスルホン酸テトラカルボン酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、などがある。これらの酸無水物は二種類以上組み合わせて用いることもできる。
【0025】ポリイミド前駆体を合成するためのジアミノ化合物としては、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス−(4−アミノフェニル)テトラメチルジシロキサンなどがある。これらのジアミノ化合物は二種類以上組み合わせて用いることもできる。
【0026】溶剤としてはメタノール、エタノール、トルエン、キシレン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、ジグライム、シクロヘキサノン、エチルベンゼン、酢酸イソアミル、酢酸n−アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(アセテート)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(アセテート)、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、液体ポリエチレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、乳酸エチル、エチルエトキシプロピオネート等が用いられるが、これらの溶剤は2種類以上組み合わせて用いることもできる。
【0027】第二に、バインダーとして感光性材料を利用する場合、前記着色重合物と感光性材料の混合物から成る感光性着色組成物を基板にスピンコート法等の方法で塗布し、被膜を形成した後、この被膜上に所望の開口部又は透明部を有するマスクを重ね、このマスクを通して露光する。あるいは露光に続き、加熱処理などの後処理を行う。この露光又は露光とその後処理により、露光部位の現像液溶解性能が変化し、その溶解性能の高い部位を選択的に現像液を用いて溶解除去することにより、所望のパターンに加工することが可能となる。
【0028】このような感光性材料としては、露光あるいは露光と後処理により現像液溶解性能が低下するものと、現像液溶解性能が増大するものが例示できる。
【0029】露光によりあるいは露光と後処理によりその現像液溶解性能が低下する感光性材料としては、例えば、光重合性モノマーと、光照射によりこれら光重合性モノマーを重合させる感光剤との組み合わせが例示できる。また必要に応じ、さらに増感剤、樹脂、溶剤を加えることができる。
【0030】光重合性モノマーとしては、2官能、3官能、多官能モノマーがあり、2官能モノマーとしては、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート等があり、3官能モノマーとして、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等があり、多官能モノマーとして、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート等がある。光重合性モノマーの添加量は、特に限定されるものではないが、バインダー樹脂の20〜150重量%が好ましい。
【0031】感光剤としてはトリアジン系化合物、アセトフェノン系化合物、チオキサンソン系化合物、ベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、ジアゾ系化合物、アジド系化合物がある。トリアジン系化合物としては、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4’−メトキシ−1’−ナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(N−イソアミロキシカルボニルメチル−3’−カルバゾリル)−4、6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(N−(2”−メトキシ−1”−メチルエトキシカルボニルメチル)−3’−カルバゾリル)−4、6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(N−シクロヘキシロキシカルボニルメチル−3’−カルバゾリル)−4、6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メチルチオフェニル)−ビス(4,6−トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシ−β−スチリル)−ビス(4,6−トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3−クロロフェニル)−ビス(4,6−トリクロロメチル)−s−トリアジンなどがある。
【0032】アセトフェノン系化合物としては、4−フェノキシジクロロアセトフェノン、2ーヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル(4−ドデシル)プロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オンなどがある。チオキサンソン系化合物としては、2−メチルチオキサンソン、2−イソプロピルチオキサンソン、2,4−ジメチルチオキサンソン、2,4−ジイソプロピルチオキサンソンなどがある。ベンゾイン系化合物としては、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタールなどがある。ベンゾフェノン系化合物としては、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルサルファイド、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノンなどがある。ジアゾ系化合物としては、p−ジアゾジフェニルアミンのホルムアルデヒド縮合物とヘキサフルオロリン酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、過塩素酸塩、パラトルエンスルホン酸、もしくは、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−スルホン酸との反応により生成されたジアゾニウム塩がある。アジド系化合物としては、4,4’−ジアジドスチルベン、4,4’−ジアジドベンゾフェノン、4,4’−ジアジドカルコン,4,4’−ジアジドジフェニルメタン,p−フェニレンbis−アジドがある。
【0033】また、増感剤としてはチオキサントン類、キサントン類などが挙げられる。
【0034】樹脂としては(メタ)アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、pーヒドロキシスチレンのようなフェノール性化合物またはその共重合体などが挙げられる。この樹脂の分子量は、好ましくは3000〜150000であり、さらに好ましくは10000〜80000である。分子量が3000以下では、現像の際に樹脂が除去されやすくなるために、除去されるべきでない部分の樹脂が除去されてしまい、150000以上では逆に樹脂が除去されにくなり、除去されるべき部分の樹脂が除去されなくなり、いずれの場合もパターニング性が低下する。
【0035】また、溶剤としては、前記ポリイミド前駆体を溶解させる溶剤と同一のものを使用することが出来る。
【0036】そして、感光性着色組成物を製造するには、例えば前記着色重合物25〜60重量%、光重合性モノマー10〜50重量%、感光剤5〜20重量%、樹脂2〜30重量%の割合で混合した固形分10〜50重量%に溶剤50〜90重量%を加えればよい。
【0037】また、露光によりあるいは露光と後処理によりその現像液溶解性能が低下する感光性材料の他の例としては、樹脂、光照射により酸を発生する光酸発生剤、及び前記酸の存在下の加熱により前記樹脂を架橋させる架橋剤の組み合わせが例示できる。また、必要に応じ、さらに溶剤を加えることができる。
【0038】樹脂としては、アルコール系水酸基を有する単量体、フェノール系水酸基を有する単量体、カルボキシル基を有する単量体、アルコール系水酸基およびカルボキシル基を有する単量体の共重合体を用いる。
【0039】アルコール系水酸基を有する単量体としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートの −カプロラクトン付加物、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートの2塩基酸無水物およびエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸のフェニルグリシジルエーテル付加物、グリシジル(メタ)アクリレートのモノカルボン酸付加物、アリルアルコール、アリロキシエタノール等が挙げられる。フェノール系水酸基を有する単量体としては、フェノールノボラック、p−ヒドロキシスチレン、に代表されるフェノール類モノマーが挙げられる。この単量体は共重合において5〜50重量%の範囲で用いることが望ましく、5重量%未満であると感度が低下し、50重量%を越えると膨潤、現像性のバランスが取れなくなる。
【0040】カルボキシル基を有する単量体としては、アクリル酸、メタアクリル酸、クロトン酸、ビニル安息香酸または(メタ)アクリル酸のカプロラクトン付加物、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに無水フタル酸等の酸無水物を付加させたもの等が挙げられる。この単量体は共重合において5〜50重量%の範囲で用いることが好ましく、5重量%未満であると感度が低下し、50重量%を越えると現像性のバランスが取れなくなる。
【0041】アルコール系水酸基およびカルボキシル基を有する単量体、またはアルコール系水酸基またはカルボキシル基を有する単量体と共重合可能な他の単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の脂肪族(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の芳香族含有(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート等の官能性(メタ)アクリレート、スチレンおよびスチレン誘導体、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のN置換マレイミド等が挙げられる。この単量体は1種類でも、それ以上でも構わない。この樹脂の分子量は、好ましくは3000〜150000であり、さらに好ましくは10000〜80000である。分子量が3000以下では、現像の際に樹脂が除去されやすくなるために、除去されるべきでない部分の樹脂が除去されてしまい、150000以上では逆に樹脂が除去されにくなり、除去されるべき部分の樹脂が除去されなくなり、いずれの場合もパターニング性が低下する。
【0042】光酸発生剤としてはトリアジン系化合物、オニウム塩系化合物がある。トリアジン系化合物としては、前記記載のトリアジン系感光剤がある。
【0043】オニウム塩系化合物としては、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロアセテート、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホナート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスホネートなどが挙げられる。
【0044】架橋剤としては、N−メチロール構造を有するものが用いられ、たとえばメチロール化尿素、尿素樹脂、メチロール化メラミン、ブチロール化メラミン、メチロール化グアナミンあるいはこれらの化合物のアルキルエーテルを用いることができ、熱安定性が高いという点からアルキルエーテル化物がより好ましい。このアルキルエーテルのアルキル基としては炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。特に、このアルキルエーテル化物としては、感度の点からヘキサメチロールメラミンのアルキルエーテル化物がより好ましい。
【0045】溶剤としては、前記ポリイミド前駆体を溶解させる溶剤と同一のものを利用することが出来る。
【0046】そして、感光性着色組成物を製造するには、例えば前記着色重合物25〜60重量%、光酸発生剤5〜20重量%、架橋剤2〜30重量%、樹脂2〜50重量%の割合で混合した固形分10〜50重量%に溶剤50〜90重量%を加えればよい。そして、この感光性着色組成物は、露光することにより酸発生剤から酸が発生し、この露光に引き続いて加熱することにより前記樹脂と架橋剤とが架橋して、その現像液溶解性が低下する。したがって現像することによって露光部の感光性着色組成物が残存し、パターン化することが可能である。
【0047】次に、露光によりあるいは露光と後処理によりその現像液溶解性能が増大する感光性材料としては、例えば、樹脂と、光照射によりこの樹脂を分解又は変性させて、その現像液溶解性を増大させる感光剤との組み合わせが例示できる。また必要に応じ、さらに溶剤を加えることができる。このような樹脂としては、ノボラック樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルキルエーテル、スチレンとアクリル酸との共重合体、メタクリル酸とアルキルエステルとの共重合体、ヒドロキシスチレンの重合体、ポリビニルヒドロキシベンゾエート、ポリビニルヒドロキシベンザルなどがある。
【0048】感光剤としては1,2−ナフトキノン系化合物 がある。たとえば、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンと1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸のエステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンと1,2−ナフトキノジアジド−5−スルホン酸のエステル、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンと1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸のエステル、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸のエステル、2,2’,3,4,4’−ペンタヒドロキシベンゾフェノンと1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸のエステル、2,2’,3,4,4’−ペンタヒドロキシベンゾフェノンと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸のエステルなどがある。溶剤としては、前記ポリイミド前駆体を溶解させる溶剤と同一のものを使用することが出来る。
【0049】そして、感光性着色組成物を製造するには、例えば前記着色重合物25〜60重量%、感光剤5〜20重量%、樹脂2〜50重量%の割合で混合した固形分10〜50重量%に溶剤50〜90重量%を加えればよい。
【0050】そして、この感光性着色組成物は、露光することにより、樹脂が分解又は変性され、その現像液溶解性が増大する。このため、前記被膜に所望の開口部又は透明部を有するマスクを重ね、このマスクを通して露光・加熱した後、現像液で現像することにより、非露光部の感光性着色組成物が残存し、パターン化することが可能である。
【0051】本発明に用いられる着色重合物は、上述のようなスピンコート法用の他、バーコーター用、ロールコーター用、あるいはグラビアオフセット用印刷インキ、水無しオフセット用印刷インキ、シルクスクリーン印刷用インキとして上述したような材料を混合して調製することができる。また感光性である場合には、溶剤現像型あるいはアルカリ現像型になるよう調製することができる。本発明に用いられる着色重合物はあるいはそれを上述したような材料を混合して調製したものは、遠心分離、焼結フィルタ、メンブレンフィルタ等の手段にて、5μm以上の粗大粒子、好ましくは1μm以上の粗大粒子、さらに好ましくは0.5μm以上の粒子および混入した塵の除去を行うことが好ましい。
【0052】本発明に用いられるカラーフィルタは、フォトリソグラフィー法、エッチング法または印刷法により、透明基板上に、赤色画素、緑色画素および青色画素を形成することにより製造される。透明基板としては、ガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板が用いられる。本発明に用いられ、EBU規格を満足するディスプレーを得られる赤色の着色組成物は、例えばC.I. Pigment Red 254とC.I. Pigment Red 177の混合物を用いて得られる組成物である。また、緑色の着色組成物は、例えばC.I. Pigment Green 36とC.I. Pigment Yellow 150、C.I. Pigment Yellow 139またはC.I. Pigment Yellow 13との混合物を用いて得られる組成物である。
【0053】フォトリソグラフイー法により各色画素を形成する場合は、前記溶剤現像型あるいはアルカリ現像型着色組成物として調製した感光性着色組成物を、透明基板上に、スプレーコートやスピンコート、ロールコート等の塗布方法により、乾燥膜厚が1〜2μmとなるように塗布する。必要により乾燥された膜には、所定のパターンを有するマスクを接触あるいは非接触で通して紫外線露光を行う。その後、溶剤あるいはアルカリ現像液に浸漬もしくはスプレーなどにより現像液を噴霧して溶解度の高い部分を除去してパターン形成をした後、同様の操作を他色について繰り返して、カラーフィルタを製造する。更に着色組成物の重合を促進するため、加熱を施すことも必要に応じ行える。
【0054】現像に際しては、例えばアルカリ現像液として炭酸ソーダ、苛性ソーダ等の水溶液が使用され、ジメチルベンジルアミン、トリエタノールアミン等の有機アルカリを用いることもできる。また、消泡剤や界面活性剤を添加することもできる。なお、紫外線露光感度を上げるために、前記着色組成物を塗布乾燥後、水溶性あるいはアルカリ水溶性樹脂、例えばポリビニルアルコールや水溶性アクリル樹脂等を塗布乾燥し酸素阻害を防止する膜を形成した後、紫外線露光を行うこともできる。
【0055】エッチング法により各色画素を形成する場合は、着色組成物を透明基板上に、スプレーコートやスピンコート、ロールコート等の塗布方法により、乾燥膜厚が1〜2μmとなるように塗布し乾燥し、被膜を形成する。その上にレジストを塗布し、所定のパターンを有するマスクを接触あるいは非接触で通して紫外線露光を行う。現像してレジストをパターニングした後、エッチング液に浸漬もしくはスプレーなどによりエッチング液を噴霧してレジストから露出した部分の被膜を除去してパターン形成をした後、レジストに適応した剥離液を用いてレジスト部分を除去する。同様の操作を他色について繰り返して、カラーフィルタを製造する。更に着色組成物の重合を促進するため、加熱を施すことも必要に応じ行える。
【0056】印刷法による各色画素の形成は、前記各種の印刷インキとして調製した着色組成物の印刷と乾燥を繰り返すだけでパターン化ができるため、カラーフィルタの製造法としては、低コストで量産性に優れている。さらに、印刷技術の発展により高い寸法精度および平滑度を有する微細パターンの印刷を行うことができる。印刷を行うためには、印刷の版上にて、あるいはブランケット上にてインキが乾燥、固化しないような組成とすることが好ましい。また、ブランケットの膨潤、溶解等があると、それに伴うパターンの再現性の低下や透明性の低下を招くので印刷インキの溶剤の選択には、種々の注意を要する。さらに、印刷機上でのインキの流動性の制御も重要であり、分散剤や体質顔料によるインキ粘度の調整も行うことができる。
【0057】カラーフィルタとバックライトユニットとを具備するカラー液晶ディスプレーの色特性は、カラーフィルタの透過スペクトルおよびカラーフィルタを通過するバックライトユニットの光の特性により決まり、バックライトユニットのスペクトル強度分布とカラーフィルタの透過スペクトルの積の波長分布により決定される。また、色特性は、人の視覚特性から(X,Y,Z)や(L*,a*,b*)などの座標で表すことができ、カラーテレビや液晶ディスプレーなどの分野では、色度を(x,y)で表すことが多く、標準色となるNTSCやEBUにおける三原色も(x,y)で表現されている。
【0058】光源のエネルギーの波長分布I(入)、カラーフィルタの透過スペクトルT(入)、および人の視覚特性を表す等色関数(外1)(入)、(外2)(入)、(外3)(入)と、色度(x,y)との関係は次のように表される。
【0059】
【外1】

【0060】
【外2】

【0061】
【外3】

【0062】
【数3】

ここで入は波長である。
【0063】本発明のカラー液晶ディスプレーは前記カラーフィルタとバックライトユニットを具備し、バックライトユニットが以下の条件を備えていることが必要である。
0.35≦α≦0.6【0064】
【数4】

【0065】EBU規格の青は色純度が高い、即ち、x、yの値が小さいことが重要であり、等色関数(外3)(λ)のカーブと青のカラーフィルタの透過スペクトルの重なりが大きいことが必要となる。ここでαは、バックライトユニットの光のエネルギー分布の形状を表すパラメーターであり、バックライトユニットの可視域でのエネルギーのうちの、(外3)(λ)との重なり部分の比率に相当するものであり、バックライトユニットのEBU規格に対する適正に合致するものである。
【0066】バックライトユニットの光源としては、現在ほとんど三波長管が用いられている。三波長管の発光スペクトルは、赤、緑、青に発光する蛍光体の種類、配合、コーテイング方法によって決定される。カラー液晶ディスプレーでは、三波長管をバックライトユニットに組み込んで用いられるが,この際、光源から出た光は、例えば導光板や拡散板等を通って、ディスプレーの画面全体に均一な輝度を有する面発光体となる。ただし、この導光板や拡散板等を光が通ることにより、散乱等によって、光源のスペクトルの短波長側の強度が一般に低下する。従って,本発明でバックライトユニットに要求される条件とは三波長管そのものの発光スペクトルではなく、バックライトユニットとしての発光スペクトルに要求される条件であり、バックライトユニットの発光スペクトルとは、三波長管と液晶層との間に配置されている偏光板への入射光の発光スペクトルのことである。
【0067】α値は、バックライトユニットの発光エネルギーのうちの青に効く成分に相当し、大きいほど青に有効な成分の比率が向上する。従って、α値が大きければ大きいほどディスプレーとして青が再現し易くなり、小さければ出にくくなる。α値が0.35より小さいときは、実質的にEBU規格に合致する青の色は達成されない。つまり、カラー液晶ディスプレーは赤、緑、青全てがオンの時に、3色の合成(加色混合)で白である必要があり、α値が0.35より小さい場合には青成分が小さくなるため、白が青の補色である黄色味を帯びてくる。これを補正するには、カラーフィルタの緑と赤の透過率を下げる必要があり、ディスプレーとしては、バックライトユニットの利用効率が低く、暗い画面になってしまう。従って、α値は0.35以上、好ましくは0.4以上であることが必要である。一方、α値が0.6を越えると、逆に青のカラーフィルタの透過率を下げる必要が生じ、ディスプレーとしは、やはり暗い画面となってしまう。従って、α値は0.6以下、好ましくは、0.55以下であることが必要である。
【0068】
【実施例】(バックライトユニット1)赤色蛍光体にY23:Euを重量比で全体の30%、緑色蛍光体にLaPO4:Ce,Tbを重量比で全体の50%、青色蛍光体にSr5(PO43Cl:Euを重量比で全体の20%を混合機を用いて混合した。混合された蛍光体をニトロセルロースに溶解した酢酸ブチル中に投入し、よく混合してサスペンジョンを作った。これを管系32mmのガラス管内壁に塗布し蛍光体を乾燥させた後、500℃で焼き、40ワットの直管型蛍光蛍光ランプを作製した。導光板、拡散板と共に組み立て、バックライトユニットを作製した。バックライトユニットの発光スペクトルはα値0.43であった。
【0069】(バックライトユニット2)市販品バックライトを用いたが、導光板、拡散板と共に組み立てたバックライトユニットの発光スペクトルはα値0.29であった。なお、バックライト1、バックライト2の発光スペクトルをそれぞれ、図1、図2に示した。
【0070】次に着色組成物の作成例を以下に示す。なお、アクリルワニスはモノマー組成がスチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル/メタクリル酸ブチル=20/20/30/30(重量比)で、分子量が約40000のアクリル樹脂の20重量%シクロヘキサノン溶液を用いた。
【0071】(青色着色組成物1)まず、〈化5〉で表される色素単量体のClO4-塩30g、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸13g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート46g、メタクリル酸11g、および28重量%アンモニア水4g、更に重合触媒としてアゾビスイソブチロニトリル5gを加え、メチルセロソルブを溶媒として、95℃で5時間反応させた。溶媒を留去し、得られた共重合体は数平均分子量13300、重量平均分子量18200であった。このようにして着色重合物を得た。この着色重合物に下記組成のように調合して、青色着色組成物1を得た。なお、本実施例において、「部」は質量基準である。
着色重合物 16部 アクリルワニス 36部 トリメチロールプロパントリアクリレート 12部 (新中村化学社製「NKエステルATMPT」)
光開始剤(チバガイギー社製「イルガキュアー907」) 3部 シクロヘキサノン 120部【0072】(青色着色組成物2)まず、銅フタロシアニン分散体の製法を以下に記す。(銅フタロシアニン分散体)下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径1mmのガラスビースを用いて、サンドミルで5時間分散した後、5μmのフィルタで濾過して銅フタロシアニンの分散体を作製した。
ε型銅フタロシアニン 60部 (東洋インキ製造社製「リオノールブルー ES」)
分散剤(ゼネカ社製「ソルスバーズ20000」) 6部 アクリルワニス 200部 シクロヘキサノン 134部次にこのようにして得られた銅フタロシアニン分散体を用い、下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、1μmのフィルタで濾過して、青色着色組成物2を得た。
銅フタロシアニン分散体 150部 アクリルワニス 10部 トリメチロールプロパントリアクリレート 19部 (新中村化学社製「NKエステルATMPT」)
光開始剤(チバガイギー社製「イルガキュアー907」) 4部 増感剤(保土ヶ谷化学社製「EAB−F」) 2部 シクロヘキサノン 215部【0073】緑色着色組成物および赤色着色組成物は、組成がそれぞれ下記組成となるように,青色着色組成物2と同様の方法で作製した。
【0074】
(緑色着色組成物)
緑色顔料:C.I. Pigment Green 36 11部 (東洋インキ製造社製「リオノールグリーン 6YK」)
黄色顔料:C.I. Pigment Yellow 150 8部 (バイエル社製「ファンチョンファーストエロー Y−5688」)
分散剤(ゼネカ社製「ソルスパーズ20000」) 2部 アクリルワニス 102部 トリメチロールプロパントリアクリレート 14部 (新中村化学社製「NKエステルATMPT」)
光開始剤(チバガイギー社製「イルガキュアー907」) 4部 増感剤(保土ヶ谷化学社製「EAB−F」) 2部 シクロヘキサノン 257部【0075】
(赤色着色組成物)
赤色顔料:C.I. Pigment Red 254 18部 (チバガイギー社製「イルガフオーレッド B−CF」)
赤色顔料:C.I. Pigment Red 177 2部 (チバガイギー社製「クロモフタールレッド A2B」)
分散剤(ゼネカ社製「ソルスパーズ20000」) 2部 アクリルワニス 108部 トリメチロールプロパントリアクリレート 13部 (新中村化学社製「NKエステルATMPT」)
光開始剤(チバガイギー社製「イルガキュアー907」) 3部 増感剤(保土ヶ谷化学社製「EAB−F」) 1部 シクロヘキサノン 253部【0076】前記着色組成物をガラス基板上にスピンコ一夕ーを用いて塗布し、70℃、20分熱風オーブンで乾燥した後、幅100μmのストライプ状の開口部を有するフォトマスクを介して紫外線露光し、5%炭酸ナトリウム水溶液で未露光部を洗い流し、230℃、30分熱風オーブンでベークして、それぞれ100μm幅のストライプ状のカラーフィルタを作製した。なお、この際、カラーフィルタの色度がEBU規格にできるだけ近くなるように膜厚を設定した。
【0077】このようにして作製したカラーフィルタとバックライトユニットを組み合わせて表1の結果を得た。比較例においては膜厚が2μmを越えており、かつxがEBU規格から大きくずれている。一方で、実施例では膜厚が1〜2μmで、かつEBU規格を達成している。
【0078】
【表1】

【0079】
【発明の効果】本発明により、EBU規格の色特性を具備し、膜厚が1〜2μmの青のカラーフィルタが形成できるようになり、その結果色度特性においてEBU規格を満足させるカラー液晶ディスプレーが得られるようになった。




 

 


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