JP2004177585A

JP2004177585A - 表示装置

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Publication number: JP2004177585A
Application number: JP2002342437A
Authority: JP
Inventors: Masanori Taniguchi; 真紀谷口; Tomoji Oishi; 知司大石; Shoko Nishizawa; 昌紘西澤; Shinichi Kato; 真一加藤; Norikazu Uchiyama; 則和内山
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-26
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Abstract

【課題】可溶性顔料を不溶性顔料として光学部材用の各種機能膜を形成した表示装置を得る。
【解決手段】エネルギー付与により可溶性顔料から不溶性顔料へと変化させる過程で環境温度を制御し、不溶性顔料に変換する放射線の波長とエネルギーの最適化を行い、不溶性顔料の粒径を広い範囲で制御可能とする。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に係り、特に表面処理膜、着色膜、色調制御膜等の各種の光学素子に設ける機能膜の特性を向上させた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種表示装置においては様々な機能膜を備えた光学部材が使用される。例えば、直視型陰極線管（ＣＲＴ）や投写型陰極線管（ＰＲＴ）または電界放出型陰極線管（ＦＥＤ）あるいはプラズマディスプレイ装置（ＰＤＰ）等の表面コーティング薄膜、あるいは表面フィルムの粘着材、液晶表示装置（ＬＣＤ）の照明光源を構成する各種の光学部材や有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬディスプレイ：ＯＬＥＤ）の発光層、これらの色純度向上フィルタ等々、を挙げることができる。これらの光学部材を構成する機能膜には様々な染料や顔料が使用される。
【０００３】
染料や顔料のそれぞれは特長を有すると共に、欠点も有している。すなわち、染料は溶媒に溶け易く、取扱い易いため機能膜材料としての添加、加工が容易である。しかし、外因に対して溶解・染み出しが起き易く耐光性も悪い。一方、顔料は溶媒に溶け難いため、上記のような溶解・染み出しがなく耐光性も良好であるが、特性の良い光学的機能膜（光学薄膜）を得るには、超微粒子化と高分散化、粒度分布の均一化およびその安定性保持が難しい。
【０００４】
耐光性が要求される表示装置には有機顔料を用いた薄膜が用いられているが、このような問題を持つためにある程度の散乱を伴うことや、薄膜とした場合に強度低下などの問題を抱えている。また、液晶表示装置などにおける拡散板や導光板、あるいはマイクロレンズ（プリズムシート）などの高度な設計精度が要求される分野では、粒径の精密なコントロールが難しい有機顔料を用いることは困難であった。
【０００５】
顔料の分散性に起因する問題を解決するために、染料のような溶媒溶解性を有し、顔料の耐光性を兼ね備えた材料として、「特許文献１」に提案された構造化色素が知られている。この構造化色素は、可溶性顔料前駆物質を形成後、この物質が化学的、熱的、光分解的手段によってナノメータ寸法（ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓｉｚｅ）の不溶性顔料粒子を生成するような作用を受けることを利用し、液晶表示装置用のカラーフィルタやインクジェット用トナーに利用するというものである。しかし、この従来技術は、顔料と組み合わせる材料が有機物、ポリマーに偏っており、限られた範囲でしか実用化の検討がなされていないことや、色素複合物の選択的な不溶化手段が無かったことなどの理由で、未だ実用化の段階に至っていない。これが解決すべき課題の一つとなっていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−６２４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
可溶性顔料を不溶化顔料に変換する上記特許文献１が公知となって以来、その有用性の認識にもかかわらず、未だ実用化に至っていない理由の背景には、広い応用分野での研究がなされていなかったことに加えて、▲１▼色素の可溶−不溶変換量とエネルギーの関係が不明確であったこと、▲２▼無機または有機複合基材中への溶解方法、添加方法が見出せていなかったこと、▲３▼溶媒が限られていたため薄膜またはパターンを持つ薄膜しか形成することができなかったことによる。本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決するための新規現象を見出し、この新規現象に基づいて上記の顔料を用いた各種の機能膜を創成し、この機能膜を適用した表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の技術思想は以下の知見に基づくものである。すなわち、
（１）エネルギー付与により可溶性顔料から不溶性顔料へと変化させる過程で環境温度を制御し、不溶性顔料に変換する放射線の波長とエネルギーの最適化を行い、不溶性顔料の粒径を広い範囲で制御可能としたこと。さらに、この放射線の照射レベルの制御において、不溶性顔料に変換する割合をも自由に制御できることを見出したこと。また、
（２）画像などの表示装置との関連が最も深い材料である金属アルコキシド（ＭｅｔａｌＡｌｋｏｘｉｄｅ）およびアクリル樹脂と、可溶性・不溶性顔料変換可能色素（Ｄｙｅａｌｔｅｒａｂｌｅｉｎｓｏｌｕｂｌｅ／ｉｎｓｏｌｕｂｌｅｐｉｇｍｅｎｔｔｈｅｒｅｏｆ）の基材となる受容体ベースとの親和性を向上させ、受容体ベース（例えば、マイクロ粒子など）の表面に顔料を均一にコートするか、またはマイクロカプセル化（Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）して取り込めることを見出したこと。さらに、
（３）複数の色素を不溶性顔料とする適切なエネルギー付与方法（加熱、紫外線・可視光線・赤外線、イオンインプランテーション（ＩｏｎＩｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、化学種活性化プラズマ（ＣｈｅｍｉｃａｌＳｐｅｃｉｅｓＡｃｔｉｖａｔｉｎｇＰｌａｓｍａ）など）の選択により、単独または複数の材料を不溶化し、残りを溶剤で洗い流すことにより多色を１回の塗布でパターン化する技術を見い出したこと。
【０００９】
上記知見に基づく本発明の内容は、具体的には次の事項を含む。すなわち、
（ａ）エネルギー付与により溶媒に可溶な顔料から不溶性顔料となる粒径７０ｎｍ以下の有機顔料または有機無機複合顔料を含む薄膜または超微粒子を使用して各種の機能膜を持つ表示装置。
（ｂ）熱、光、電磁波、化学的活性化プラズマ（ＣｈｅｍｉｃａｌｌｙＡｃｔｉｖａｔｅｄＰｌａｓｍａ）、イオンインプランテーション、またはこれらの２以上のエネルギーが付与された（ａ）に記載の有機顔料または有機無機複合顔料を含む薄膜または超微粒子を使用して各種の機能膜を持つ表示装置。
（ｃ）エネルギー付与量の制御でコントロールされた平坦または凹凸、もしくはパターンを有する（ａ）に記載の顔料を含む薄膜または超微粒子からなる機能膜を持つ表示装置。
（ｄ）２種類以上の顔料を含む（ａ）に記載の薄膜または超微粒子からなる機能膜を持つ表示装置。
（ｅ）窒素原子を含まない可溶性されない顔料を１種類以上含む（ａ）に記載の薄膜または超微粒子からなる機能膜を持つ表示装置。
（ｆ）同一面内で粒径または色調もしくはその両方が連続的または段階的に変化している（ｃ）に記載の薄膜からなる機能膜を持つ表示装置。
（ｇ）（ａ）に記載の顔料が無機または有機系（樹脂系）超微粒子の表面を覆っているか、もしくはその内部に存在する機能膜を持つ表示装置。
【００１０】
なお、本発明は、内面に蛍光体層を形成したガラス部材を有し、電子線の励起で前記蛍光体層を発光させる陰極線管あるいはＦＥＤの上記ガラス部材（パネルガラス、表示面ガラス）の表面にコーティングされる光反射防止膜等の機能膜、液晶表示装置を構成する偏光板、拡散板、導光板に備える機能膜として実現できる。また、本発明は、従来技術では不可能であったＯＬＥＤの発光素子を構成する発光層、電子輸送層、ホール注入層（ＨｏｌｅＩｎｊｅｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ）、あるいは出光面に形成する波長選択吸収性のマイクロレンズにも適用できる。
【００１１】
なお、本発明は上記した表示装置の機能膜に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の分野への応用が可能であることは言うまでもない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の発明の実施の形態につき、有機顔料の可溶性顔料から不溶性顔料への変換方法、色素の受容体となるベースの表面に顔料を塗布する方法およびマイクロカプセルとして取り込む方法、複数の色素を含む薄膜からそれぞれの色素を不溶性顔料に変換しパターニングする方法、および実施例の順で詳細に説明する。
【００１３】
［有機顔料の可溶性顔料から不溶性顔料への変換方法］
キナクリドン（Ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎ）、アントラキノン（Ａｎｔｈｒａｑｕｉｎｏｎｅ）、ペリレン（Ｐｅｒｙｌｅｎｅ）、ペリノン（Ｐｅｒｙｎｏｎｅ）、スレン（Ｔｈｒｅｎｅ）、インジゴ（Ｉｎｄｉｇｏ）、キノフタロン（Ｑｕｉｎｏｐｈｔｈａｒｏｎｅ）、イソインドリノン（Ｉｓｏｉｎｄｏｌｉｎｏｎｅ）、イソインドリン（Ｉｓｏｉｎｄｏｌｉｎｅ）、ジオキサン（Ｄｉｏｘａｎｅ）、ジケトピロロピロール（Ｄｉｋｅｔｏｐｙｒｒｏｌｏｐｙｒｒｏｌｅ（Ｐｙｒｒｏｌｉｚｉｎｅ））、シアニン系（Ｃｙａｎｉｎｅ−ｓｅｒｉｅｓ）またはアゾ系（Ａｚｏ−ｓｅｒｉｅｓ）の顔料を用いる。これらの顔料は、顔料中の窒素原子を介してｔｅｒｔ−ブチルカーボネート基（ｔｅｒｔ−Ｂｕｔｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅｂａｓｅ）などの有機溶媒に可溶な置換基が連結している。この置換基は「特許文献１」に記載の「式１」のものであればよい。これらの顔料は溶媒に可溶であり、溶解させる適当な溶媒としてはクロロホルム、トルエン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、シクロペンタノン、Ｎ−メチル−ピロジニノンなどのケトン類を挙げることができる。
【００１４】
上記顔料のうち、実際に合成して置換基を導入し、可溶化した後にエネルギーを付与して元の顔料に戻したものの具体例を表１に示す。
【表１】

【００１５】
ここで、有機顔料への置換基の導入方法を、キナクリドン顔料を例にとって説明する。キナクリドン０．３１ｇをジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）３０ｍｌ（ミリリットル、以下同じ）中に混合し攪拌した。この溶液中に４−ジメチルアミノピリジン０．０５ｇを加え、さらに攪拌した。さらに、この溶液にジ−ｔ−ブチルジカーボネート０．８３ｇを加え、一晩攪拌した。溶液は黄橙色に変化した。この溶液を純水２００ｍｌ中に投入するとき橙色の沈澱が生じた。この沈澱物を濾過し、水：アルコール＝１：１の溶液で洗浄し、乾燥した。乾燥した粉末をクロロホルムに溶解し、次いで再結晶化し、精製した。
【００１６】
このようにして合成したキナクリドン顔料は溶解性を持つため、これをクロロホルム溶液に溶かし、ガラス基板上にスピン塗布で成膜した。これを１５０°Ｃ、３０分熱処理すると、膜の色は黄橙色に変化した。図１に可溶性キナクリドン顔料と不溶性キナクロドン顔料の吸収スペクトルを示す。図中、太実線は不溶性キナクリドン顔料の吸収スペクトル、細実線は可溶性キナクリドン顔料の吸収スペクトル特性である。なお、キナクロドン顔料（Ｑｕｉｎａｃｒｏｄｏｎ）をＱＮで略示した。
【００１７】
図１に示されたように、不溶性キナクリドン顔料の吸収ピーク位置は可溶性キナクリドン顔料の吸収ピーク位置はの３０ｎｍから５７８ｎｍへと変化した。変化した後は溶解性を示さなかった。変化後の吸収ピーク位置や性質は出発原料のキナクリドン顔料と同じであり、熱処理により最初の状態の物質に変化したことを示唆している。赤外スペクトルを測定すると、熱処理した赤紫色の生成物と出発原料のキナクリドンのスペクトルは一致し、同一物質であることが分かった。また、耐熱性など、その他の性質も出発原料と同じであった。すなわち、溶媒に溶ける物質を合成し、それを熱エネルギーの付与により不溶な出発顔料に戻すことができる。
【００１８】
さらに、付与するエネルギーの種類と量を変化させることにより、不溶性顔料への変換量を制御できることを見い出した。図２にキナクリドン顔料の薄膜への付与エネルギーの種類と量および顔料化率の関係を示す。ここでは、顔料化率はキナクリドン顔料の吸収ピークから相対的に算出し、付与エネルギー量も顔料化率１００％になるときを５として相対的に５段階に変化させた。この実験結果により、顔料の構造を破壊しない範囲で溶解時の吸収特性の波長に相当するエネルギーのイオン打ち込み、Ｏ_２プラズマ照射が高い変異効率を示すことが分かった。また、変異の割合は照射エネルギーの蓄積量に比例することが分かった。
【００１９】
また、完全に不溶化させると、顔料の薄膜の屈折率が変化することに着目し、Ｏ_２プラズマ照射に対する顔料化率と薄膜の屈折率の関係を調査した結果、図３に示したように顔料化率に比例して屈折率も変化していくことを見い出した。この結果を利用すれば、屈折率の設計が自由になり、無反射の波長選択吸収膜の作成などが可能とある。
【００２０】
［エネルギー最適化で不溶性顔料の粒径および屈折率をコントロールする方法］本発明では、可溶性色素から置換基を除去し、顔料化する過程の精密な検証を行い、顔料分子の凝集レベルを制御すれば、粒径をコントロールできることを見い出した。すなわち、（Ａ）色素含有液を基材上に成形後、ブラウン運動の活発化による衝突確率を増大させると同時に、（Ｂ）粒子表面を活性化させることにより、衝突時の結合エネルギーを小さくして粒径を大きく成長させることが可能であることが分かった。そこで、吸収ピークよりも短い波長の高エネルギー電磁波の照射、またはプラズマ処理、イオン打ち込みなどにより、表面を活性化させると同時に、溶媒の凝固点、沸点を考慮して基材温度を精密に制御することにより、粒径をコントロールする方法を見い出した。下記にその一例を説明する。
【００２１】
可溶性基をもつキナクリドン分子を溶解させたクロロホルム溶液をガラス基板上にスピン塗布して薄膜を作製した。この基板の温度を２０°Ｃ〜４０°Ｃに変換させると同時にキセノン（Ｘｅ）ランプによる光照射を１〜５０ｍＷ／ｃｍ^２の間で出力を変化させて各６０秒間行った。これで得られた粒径（最大粒径）をアルゴン（Ａｒ）イオン打ち込みによる結果と共に図４に示した。図４中、最大粒径（ｎｍ）は、高倍率走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真で観察した一視野内で最も大きな粒子の粒径を意味する。図４には、光照射を５ｍＷ／ｃｍ^２、１０ｍＷ／ｃｍ^２、５０ｍＷ／ｃｍ^２について最大粒子径を示した。
【００２２】
［色素の受容体となるもの表面に顔料を均一にコート、またはマイクロカプセルとして取り込む方法］
本発明では、従来の顔料では粒径が大きいため不可能であったナノ微粒子領域の有機顔料のマイクロカプセル化の方法を新たに見い出した。以下に説明する方法を用いることにより、任意の顔料を無機酸化物で覆ったマイクロカプセルを作製することができる。
【００２３】
クロロホルムに溶解したキナクリドン０．２％液を表２に示す組成物１００ｍｌ中に２０ｍｌ添加し、０°Ｃ〜１０°Ｃに保持しながら８００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍで１分間攪拌する。これに出力１ｋＷ、周波数２８ｋＨｚの超音波を照射後、攪拌しながらアンモニアを添加してｐＨ＝９±０．５となるように調整する。純水と親和性が無いクロロホルムは微細なマイクロエマルジョン（Ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ）となり、それを核としてシリコンアルコキシドのモノマーが重合を開始する。すると、内部にクロロホルム液を含んだシリコンアルコキシドの粒径３０ｎｍ〜４０ｎｍのナノ微粒子が形成される。
【００２４】
これに水を加えて未反応のクロロホルムとナノ微粒子を含む水分散液が２層に分かれた後、これを分離し、水分散液のｐＨが１０．５になるまでアンモニアを添加し、ナノ微粒子の表面のシリコンアルコキシドの重合を促進させる。その結果、安定なシリカ粒子の中に顔料成分を含むナノ領域のシリカ−有機顔料マイクロカプセルが形成される。このようなマイクロカプセルを種々の用途に応用することで、各種の表示装置の性能を向上することができる。その応用例を以下に説明する。なお、このようなマイクロカプセル化については、化学工学論文集ＶＯＬ．２７，Ｎｏ．６，１１，２００１，ｐ７４９−７５２を参照されたい。
【００２５】
【表２】

【００２６】
（ｉ）波長選択吸収マイクロレンズへの応用
上記の方法で作製した着色ＣＳ（コロイダルシリカ／ＣｏｌｌｏｉｄａｌＳｉｌｉｃａ）液に、エトキシシラン加水分解物（ＨｙｄｒｏｌｙｚｅｄＥｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）０．５％、エタノール４０％、エチレングリコール（ＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌ）１％、及び水を添加し、この着色ＣＳの３０％溶液を調整する。この溶液を有機ＥＬＤ素子（ＯＬＥＤ素子）の光取り出し側ガラスの外側に均一に塗布する。塗布した後、１６０°Ｃで３０分間加熱することで、波長選択吸収性を持つ微小マイクロレンズが形成される。
【００２７】
従来のＯＬＥＤ素子における出光面での光取り出し効率は、その発光領域から出光面に至る光路に屈折率が変化する界面が存在すること（言わば、当該光路沿いの屈折率プロファイル（ＲｅｆｒａｃｔｉｖｅＩｎｄｅｘＰｒｏｆｉｌｅ））により、２０％程度に留まる。しかし、このマイクロレンズにより、上記界面における多重反射を抑止できるため、ＯＬＥＤ素子の出光面への光取り出し効率が８０％前後まで上がる。この実施例のＯＬＥＤにおいて、上記発光領域から発せられる光の約２０％は上述の多重反射で損失されるが、その表示輝度は少なくとも従来のそれの約４倍まで向上する。上述した波長選択吸収性を有するマイクロレンズを備えたＯＬＥＤ素子と、同様な形状の無色のマイクロレンズを備えたＯＬＥＤ素子とを比較したとき、例えば色度座標上での赤の色度値が（０．６０，０．４０）から（０．６３，０．３５）になり、これに応じた色純度の向上が確認された。
【００２８】
（ｉｉ）ＣＲＴ、ＰＲＴ、ＰＤＰ、ＦＥＤの蛍光体スラリー中への添加
上記の方法で作製した着色ＣＳをＣＲＴ、ＰＲＴ、ＰＤＰ、ＦＥＤの蛍光体スラリー中に混合することにより、波長選択効果が強調され、コントラストが向上した。
【００２９】
上記した方法以外のマクロカプセル形成方法について説明する。ｔ−ＢＯＣ基（ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基）を持つキナクリドンレッド顔料を含むクロロホルム液をメルカプト系シランカップリング剤（Ｍｅｒｃａｐｔ−／Ｍｅｒｃａｐｔｏ−ｓｅｒｉｅｓＳｉｌａｎｅＣｏｕｐｌｉｎｇＡｇｅｎｔ，例えば、信越シリコーン社製の商品名「Ｘ−１２−４１４）０．１％を含むメチルエチルケトン液に添加し、クロロホルム：メチルエチルケトン＝２０：８０の溶液にキナクリドンレッド顔料０．２％となるように混合し、攪拌する。このとき、キナクリドン分子とシランカップリング剤の複合物が液中に発生するが、これにｔｅｒｔ−ブチルリン酸を反応させ、シランカップリング剤によるキナクリドン分子の表面被覆を終了させる。なお、この方法については、日本化学会第７８春季大会、神戸、３月（２００１）を参照されたい。この方法により、数〜数１０ｎｍオーダーの顔料分子集合体の周囲をごく薄いシリカ層で覆ったシリカ−有機顔料マイクロカプセルが得られる。
【００３０】
［複数の色素を含む薄膜から、それぞれの色素を不溶性顔料に変換しパターニングする方法］
本発明にかかる一連の研究において、複数の色素を含む薄膜に、その色素に固有のエネルギーを与えることにより単色のみを不溶性顔料に変換できることが見い出された。ここで、赤と青の２色のドットパターン作製を例として説明する。
【００３１】
表１に記載のｔ−ＢＯＣ基を持つジケトピロロピロール、シクロヘキシル基を持つフタロシアニンブルーの溶解したテトラヒドロフラン液をアクリル樹脂中に添加し、ガラス基板上にスピン塗布して薄膜を形成した。ジケトピロロピロール溶解液の吸収ピークは４５０ｎｍ、フタロシアニンブルー溶解液の吸収ピークは６００ｎｍであった。ジケトピロロピロール溶解液は６００ｎｍに吸収を持たず、フタロシアニンブルー溶解液は４５０ｎｍに吸収を持たない。
【００３２】
そこで、赤ドット位置に４５０ｎｍ、青ドット位置に６００ｎｍの光を５分間照射し、その後ＴＨＦ溶液（テトラヒドロフラン：Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）に１０秒間浸漬して未変換色素を洗い流したところ、赤青２色のドットパターンが作製できた。照射時間と各ドットにおける吸収ピークの関係を図５に示す。図５には、赤ドット位置４５０ｎｍピーク位置、赤ドット位置５７０ｎｍピーク位置、青ドット位置６００ｎｍピーク位置、青ドット位置６３０ｎｍピーク位置の変化を示した。
【００３３】
図５には示されていないが、溶解液の特性吸収波長（青：４５０ｎｍ、緑：５７０ｎｍ、赤：６００ｎｍ，６３０ｎｍ）以外の光では顔料の不溶化は起こらなかった。図５からも分かるように、特性吸収波長の光を照射することによって、その照射時間と共に色素変異体の吸収が消え、顔料の吸収が強くなる。これは、特定の吸収波長と照射時間によって混合した色素変異体を個別に顔料化して不溶性になることを示している。したがって、この原理を利用すれば、３色（赤、緑、青）の色素変異体を混合して塗布し、個別の光を照射することにより色の異なるパターンが形成可能である。
【００３４】
以上、本発明による有機顔料の可溶性顔料から不溶性顔料への変換方法、色素の受容体となるベースの表面に顔料を塗布する方法およびマイクロカプセルとして取り込む方法、複数の色素を含む薄膜からそれぞれの色素を不溶性顔料に変換しパターニングする方法を説明した。以下、これを用いた本発明の実施例について説明する。
【００３５】
［第１実施例］：通常の陰極線管の表示面への適用例
表１に示したｔ−ＢＯＣ基を持つキナクリドン顔料０．３ｇと、置換していないジスアゾエロー黄色顔料をクロロホルムに溶かし、次いでシロキサン変成したアクリル樹脂のクロロホルム：ｎ−ブタノール５０％溶液に加えた。比較として、置換していないキナクリドン顔料とジスアゾエロー黄色顔料を同量だけクロロホルム：ｎ−ブタノール５０％溶液に添加したところ、共沈を生じた。これは、ゼータ電位が反対の電荷を持つため顔料間に親和力が働いて凝集したためである。
【００３６】
上記本発明の溶液をガラス板上に成膜し、次いで１００°Ｃで５分、１７０°Ｃで１分処理した。これにより形成された膜は５８５ｎｍに吸収ピークを持ち、４０ｎｍ以下にもブロードな吸収を持つ。これは、受像管やディスプレイ管用のＣＲＴ、ＰＤＰの蛍光面に映り込む余分な外光を吸収する効果があり、色純度向上と高コントラスト化を同時に実現できる外光反射防止膜である。
【００３７】
同様の手法により、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に同様な膜を形成することができた。また、ＰＤＰの表示画面に上述の所謂外光反射防止膜を設けることにより、外光のみならず画素セルに封入されたネオン（Ｎｅ）ガスの５８０ｎｍ付近の発光も吸収される。この波長の光は、表示画面から黄色く放射されるため、赤、緑、青の光の三原色（ＲＧＢ）で画像を表示するＰＤＰの動作においては画質をぼやけさせるノイズとなる。このため、上記外光反射防止膜のような膜をフィルム粘着層として表示画面上に設けることにより、ＲＧＢの各画素セルから放射される所望の波長帯域以外の光を遮断でき、ＰＤＰのユーザに視認される表示画像のコントラストも向上する。このような効果は、ＣＲＴやＦＥＤにおいても、これに設けられた蛍光体が電子線照射により所望の波長帯域の光とともに言わば黄色い光も発する問題の対策にも利用できる。
【００３８】
［第２実施例］：平面パネル型陰極線管の表示面への適用例
図６は本発明の第２実施例における透過率制御膜を形成する方法の説明図である。図６（ａ）において、第１実施例で説明したｔ−ＢＯＣ基を持つキナクリドン顔料とジスアゾエロー顔料液のクロロホルム：ｎ−ブタノール溶液を陰極線管の平面パネルＰＮＬの表面に塗布し、乾燥して塗布膜ＰＧＳとする。この陰極線管のパネル透過率は中央部で８５％、周辺部で７７％であり、溶液の塗布はスピン塗布とした。この塗布膜ＰＧＳにクロム膜蒸着石英マスクＭＳＫを通してアルゴン（Ａｒ）レーザを照射する。すなわち、パネルＰＮＬの中央部の光強度が１０ｍＪ、周辺部の光強度が３ｍＪになるように連続的にクロム膜の濃度を変化ささえたクロム膜蒸着石英マスクＭＳＫを通して６０秒間の露光を行う。クロム膜蒸着石英マスクＭＳＫを通ったレーザの強度を矢印の大きさで示す。
【００３９】
可溶性顔料はレーザの強度に応じて不溶化顔料Ｐとなる。図６（ｂ）にパネル半分を拡大して示す。その後、テトラヒドロフランを用いて塗布膜ＰＧＳに残存する可溶性顔料を洗い流し、１００°Ｃで２０秒間乾燥した。これにより、図６（ｃ）に示したような中央部の透過率が７３％、周辺部の透過率が８１％のグラデーション特性をもつ透過率制御膜を成膜することができた。このグラデーションをもつ透過率制御膜の中央部分と周辺部分の透過スペクトルを図７に示した。この結果、平面パネルの陰極線管のパネル面内透過率が均一化し、中央部と周辺部における輝度の均一性が向上した。
【００４０】
［第３実施例］：有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）表示装置への適用例
表１に記載したジケトピロロピロール、フタロシアニンブルーをメタクリル酸メチルを溶解したクロロホルム溶媒に混合し、ＯＬＥＤ用ガラス基板にスピン塗布した。その後、シャドウマスクを用いて赤（Ｒ）のドットの位置にはＯ_２プラズマ処理を施し、青（Ｂ）のドットの位置にはＹＡＧレーザ照射を行って、それぞれの顔料を不溶化し、テトラメチル水酸化アンモニウム２．５％液で薄膜中に残存していた可溶性顔料を洗い流した。ＯＬＥＤの青（Ｂ）の色度は５００ｎｍ以上の発光が多く色の飽和度が悪く、且つ赤（Ｒ）の材料も同じように橙色で６００ｎｍ以下の発光成分が多かったものが、キナクリドンレッドおよびフタロシアニンブルーのフィルタでそれぞれ余分な発光を除去することにより、ＯＬＥＤ表示デバイスの青（Ｂ）と赤（Ｒ）の発光色度が大幅に改善された。表３に本実施例のフィルタ使用による色度の改善結果を示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
［第４実施例］：液晶表示装置の拡散板への適用例
図８は本発明による拡散板を従来の拡散板と比較して示す液晶表示装置のバックライトの要部を模式的に示す断面であり、図８（ａ）は従来の拡散板を用いたもの、図８（ｂ）は本発明による拡散板を用いたものを示す。所謂サイドライト型バックライトを用いる液晶表示装置においては、蛍光管（一般的には、冷陰極蛍光ランプ）ＣＦＬからの光は導光板ＧＬＢで面光源に変換され、拡散板ＳＣＳなどの光学部材を通して図示しない液晶表示パネルを照明し、当該液晶表示パネルで変調された光が表示面側に出射する。拡散板ＳＣＳにはプリズムシート等が積層されて光学部材を構成する。このとき、光学部材との相関により色調が黄色くなるとう問題がある。この問題を解決するため、図８（ａ）に示したように、フタロシアニンブルーＰ（Ｂ）で着色したシリカビーズＳ（Ｂ）を用いた光拡散用ビーズコートフィルム積層体を拡散シートＳＣＳ’として用いることが提案されている（特開２００２−１２７３４１号公報参照）。しかし、この拡散板ＳＣＳ’は、青色顔料であるフタロシアニンブルーの粒径が大きいため、ビーズ着色の際に不均一で色純度の悪い着色になる。
【００４３】
そこで、表１に記載した可溶性顔料のフタロシアニンブルー０．３ｇ、平均粒径５μｍのシリカビーズＳ（Ｂ）をアクリル樹脂１００ｇに添加し、薄膜を形成した後に１０μｍ炭酸ガスレーザを６０秒間全面に照射して不溶化した。その結果、不溶化した顔料は均一に分散し、耐光性に優れて均一な青い色合いを持つ拡散シートＳＣＳを得ることができた。図８（ｂ）は本実施例の拡散シートを用いたバックライトを示す。この拡散シートを用いることにより、バックライトの白色調が大幅に改善された。表４に本実施例の拡散板の反射率測定結果を従来例と共に示す。
【００４４】
【表４】

なお、拡散板反射率は（ａ^＊，ｂ^＊）色度で示す。
【００４５】
［第５実施例］：液晶表示装置の導光板への適用例
第４実施例と同様の問題を解決する手段として導光板に光散乱を生じさせない着色剤を添加することも有効である。また、これ以外にも、Ｒ，Ｇ，Ｂ３波長以外の余分な光をカットする顔料を添加することも可能である。これらの導光板内に添加した顔料の粒径を制御することにより、散乱度の設計も可能となる。
【００４６】
図９は液晶表示装置のバックライトの要部を模式説明図であり、図９（ａ）は断面を、図９（ｂ）は液晶表示パネルと反対側（背面）の平面を示す。導光板ＧＬＢの背面には冷陰極蛍光ランプＣＦＬから入射して伝播する光を反射させて液晶表示パネル方向に出射させるための反射パターンＰＴＮが形成されている。従来は、白色ドットの印刷や微小凹凸で反射パターンＰＴＮを形成している。本実施例では、以下のようにして反射パターンＰＴＮを形成するものである。
【００４７】
図１０は図９に示した反射パターンの形成方法の説明図である。先ず、表１に記載のキナクリドンレッド、フタロシアニンブルーの可溶性顔料のクロロホルム分散液を導光板ＧＬＢの背面に塗布し、乾燥させて塗布膜ＰＴＡを形成する。この塗布膜ＰＴＡに対し、所定のグラデーションで配置した開口を有するマスクＭＫを通して２０ｍＷのキセノン（Ｘｅ）ランプを用いて露光する（図１０（ａ）参照）。これにより、マスクｍｋの開口の大きさに応じた光強度で可溶性顔料が不溶性顔料に変わる。その後、テトラメチル水酸化アンモニウム２．５％液で薄膜中に残存していた可溶性顔料を洗い流し、図１０（ｂ）に示したように所定の大きさの反射ドットＰ（Ｂ）が得られる。
【００４８】
なお、導光板自体に上記と同様の反射性のグラデーションを持たせることも可能である。すなわち、表１に記載のキナクリドンレッド、フタロシアニンブルーの可溶性顔料のクロロホルム分散液をアクリル樹脂中にそれぞれ０．１％、０．０１％添加し、１日攪拌して樹脂中に均一に分散させる。これを導光板の型に流し込んで成形する。環境温度と導光板温度を０°Ｃに保ちながら、導光板の両側からビーム径１ｍｍφ、出力２００ｍＷのＹＡＧレーザを照射する。レーザの照射方法は、導光板の型に流し込んだ樹脂の表面を一端からコの字型に往復走査しながら他端に向けて走査速度を遅くする。これによって、導光板の垂直方向の温度上昇の程度が変化し、不溶化顔料の量が異ならせることができる。
【００４９】
デバイの散乱理論によって散乱体の形状に係わらず、散乱距離で散乱度が決まるので、導光板をこの方法で作成することで散乱度を自由に制御でき、理想的な導光板の製作が可能となる。すなわち、導光板の下面に従来のような散乱反射特性を有する白色ドットを印刷する必要がなくなり、導光板の全面で均一な光出射が得られる導光板を実現することができる。本実施例のための基礎実験によれば、有機顔料の存在濃度が５％以下では、顔料粒径は５０ｎｍ以下、濃度５〜８％では５０ｎｍ〜１００ｎｍ、１０％以上では１００ｎｍ〜４００ｎｍの平均粒径が得られた。
【００５０】
［第６実施例］：投写型液晶表示装置の光学系への適用例
作像デバイスに液晶表示パネルを用いた投写型液晶表示装置の光学系に用いられるマイクロレンズに着色剤を添加する方法を例として説明する。ガラスまたはアクリル板などの透明基板上に、光により撥水性を自由に制御できるフッ素系撥水剤を塗布し、ドット形状に微細な孔を持つシャドウマスクを通して光を照射し、親水・疎水パターンを作成する。この基板をアクリル樹脂中に前記第１実施例に記載のキナクリドン顔料液に漬け込み、引き上げ法によりドット状の親水基部分のみに顔料液が残るようにする。表面張力差を利用しているため、顔料液はレンズ状に基板上に残る。
【００５１】
これを１５０°Ｃ、３０分の熱処理で顔料液を硬化させると共に、液中の顔料を変質させ、安定化させる。この顔料は一度安定化すると、熱エネルギー、光エネルギーでは容易に色は変わらないため、高温にさらされる投写型液晶表示装置の光学系内部に用いても変色することはない。こうして作成した着色マイクロレンズアレイを投写型液晶表示装置の光学系に用いることで、色度座標上での赤の色度が、従来の（０．６０，０．３８）から（０．６２，０．３４）へと改善され、色再現範囲が向上した。
【００５２】
［第７実施例］：液晶表示装置の光学部材への他の適用例
液晶表示装置を構成する光学部材に本発明を適用するために、本発明による顔料を用いたコロイダルシリカの他の製作方法を説明する。コロイダルシリカを作る工程で有機溶剤に溶解した顔料をシリカ溶液に添加して着色コロイダルシリカを作製する。先ず、アルカリケイ酸塩（水ガラス）を純水で希釈し、Ｈ型陽イオン交換樹脂に接触させ、酸を加えて強酸性にした後、再度Ｈ型陽イオン交換樹脂に接触させる。ここで、ｐＨが変わらないよう第１実施例に記載のフタロシアニンブルー顔料を溶解したクロロホルム、他の溶液を添加し、その後加熱を行い、粒成長させて不溶化顔料に変換させると共に、ＳｉＯ_２粒子内部に顔料分子を取り込んだ構造を持つマイクロカプセル型コロイダルシリカを得る。
【００５３】
このコロイダルシリカは第５実施例と同じ用途に用いることが可能であることは言うまでもないが、それ以外にも、例えば拡散シート中に添加するとができる。上記の方法で作製した青色コロイダルシリカをアクリル樹脂中に１ｗ％になるように添加する。この液をロッドコートを用いて厚さ５０μｍの薄膜に成膜し、１２０°Ｃで３０分加熱することによりフタロシアニンブルーを不溶化する。こうして作製した拡散シートの特性を従来例と比較したものを表５に示す。
【００５４】
【表５】

【００５５】
［第８実施例］：陰極線管への他の適用例
水温６０°Ｃの純水にドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム０．１％、メタクリル酸５％、メタクリル酸エチル２０％および触媒を連続的に滴下して重合を行う。得られた重合物中、表１に記載のキナクリドンレッド、フタロシアニンブルーを４：１で混合し、クロロホルムに溶解した顔料液を、顔料合計濃度が０．５％になるように添加し、よく攪拌して１６０°ＣＤＥ６０秒放置した。その後、この液を濾過し、洗浄、乾燥して、平均粒径５μｍのポリアクリル系着色樹脂ビーズを得た。
【００５６】
このアクリルビーズを陰極線管の表面処理用ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの粘着剤の中に分散させ、波長選択吸収性をもつ表面処理用フィルムが得られる。従来の不溶性顔料の状態で分散させる技術では、散乱を伴うため顔料を高濃度で添加することは不可能であった。本実施例のフィルムを用いた場合の平面パネル型陰極線管のパネル表面の特性を従来のフィルムと比較した結果を表６に示す。
【００５７】
【表６】

なお、上記以外にも、例えばＰＤＰ用の反射防止フィルムの粘着剤中へ波長選択吸収性付与剤として添加したり、液晶表示パネルやＯＬＥＤの偏向板の粘着剤中に添加して波長選択吸収性を持たせることも可能である。
【００５８】
［第９実施例］：ＯＬＥＤへの適用例
図１１はＯＬＥＤ表示装置の１画素の概略構造を模式的に説明する断面図である。このＯＬＥＤ表示装置は、ガラス基板ＳＵＢ上に薄膜トランジスタとこの薄膜トランジスタで駆動される陽極ＡＤを有し、その上に形成された絶縁層からなるバンクＢＫで囲まれた凹部に発光材料層ＯＥＬが充填され、さらにその上層に陰極ＣＤが成膜されている。先ず、アルミキノリノール錯体（ＡｌｕｍｉｎｕｍＱｕｉｎｏｌｉｎｏｌＣｏｍｐｌｅｘ）をクロロホルムに溶解し、０．１ｗ％溶液とする。また、表１に記載の可溶性置換基を持つキナクリドンレッドを同様にクロロホルムに溶解し、０．１ｗ％溶液とした。これらの溶液を１００：０．５の重量比で混合し、攪拌してクロロホルムを蒸発させた。これをモリブデン坩堝に十数ｍｇ入れ、ポート温度３３０°Ｃで蒸発速度１Å／ｓｅｃで陽極ＡＤとなるＩＴＯ、およびホール輸送層ＨＴＬを形成したガラス基板ＳＵＢ上に約６０ｎｍの厚さに蒸着し、発光材料層ＯＥＬとした。そして、アルミキノリノール錯体と上記キナクリドンレッドとを含む蒸着層（発光材料層）上にＬｉＦ（フッ化リチウム：ＬｉｔｈｉｕｍＦｌｕｏｒｉｄｅ）を１ｎｍ、Ａｌを２５０ｎｍ、この順に成膜して陰極層を形成し、有機ＥＬ素子を完成させた。上記アルミキノリノール錯体は代表的なエレクトロルミネセンス材料の一つであり、Ａｌｑ_３（Ｔｒｉ（８−Ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）Ａｉｕｍｉｎｕｍの略）とも記される。
【００５９】
Ａｌｑ_３とキナクリドンレッドとを含む上記発光材料層を備えた有機ＥＬを電圧８Ｖ、電流１００μＡで励起したところ、同じ条件で励起されるＡｌｑ_３（アルミキノリノール錯体）のみで形成された発光材料層を備えた有機ＥＬ（比較用サンプル）に比べて、その発光ピーク波長は５２０ｎｍから５４０ｎｍにシフトし、輝度も約２倍に上昇した。この現象は、キナクリドンレッドの可溶性分子がクロロホルム溶液中で均一に混合され、蒸着時の加熱でｎｍオーダーの超微粒子状態になったものと推定される。したがって、本来は別の蒸着温度で蒸着速度を精密に制御しながら共蒸着されていた２種類の物質を単一物質として扱えるため、製造プロセスが大幅に簡略化できる。
【００６０】
［第１０実施例］：高分子ＯＬＥＤへの適用例
高分子有機ＥＬ発光材料であるＰＶＫ１％クロロホルム溶液と表１に記載の可溶性置換基を持つキナクリドンレッドの０．１％クロロホルム溶解液を混合し、図１１示したものと同様に薄膜トランジスタを形成したガラス基板の陽極ＡＤ上にスピン塗布した。なお、この塗布はインクジェットを用いてもよい。その後、アルゴンイオンレーザを１０Ｗ、６０秒間基板全面に照射し、ＬｉＦ，Ａｌの順で真空蒸着して陰極ＣＤを成膜し、高分子有機ＥＬ素子を形成した。完成した素子はドーパント無しに比べると発光効率は約０．９倍ではあったが、輝度が１／２になる時間を寿命とすると、寿命は１０倍以上となる。
【００６１】
これは、エネルギー照射量を制御することにより顔料分子の重合度を制御してクナクリドンレッドの可溶性置換基を除去すると共に発光効率の急激な低下を伴わずに寿命が長くなるように重合度を制御したためである。染料に比べると、顔料は顔料分子間の相互作用の影響を受けるため発光効率は低下するが、耐光性に優れた顔料を用いることで寿命は大幅に向上した。本実施例から分かるように、ドーパントとなる顔料とホスト材料（Ａｌｑ_３）の吸収スペクトルからＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ準位の概略を知り、ホスト材料のそれに近い顔料を選び、可溶性色素（染料型変異体）として溶媒に溶解させて混合後、上記のように精密な制御のもとにエネルギーを照射すれば、高分子ＯＬＥＤのみでなく、低分子ＯＬＥＤのドーパントとしても有効に働くことは言うまでもない。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギー付与により可溶性顔料から不溶性顔料へと変化させる過程で環境温度を制御し、不溶性顔料に変換する放射線の波長とエネルギーの最適化を行い、不溶性顔料の粒径を広い範囲で制御可能とし、さらに、この放射線の照射レベルの制御において、不溶性顔料に変換する割合をも自由に制御することにより、特に表面処理膜、着色膜、色調制御膜等の各種の光学素子に設ける機能膜の特性を向上させた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可溶性キナクリドン顔料と不溶性キナクロドン顔料の吸収スペクトルの説明図である。
【図２】キナクリドン顔料の薄膜への付与エネルギーの種類と量および顔料化率の関係の説明図である。
【図３】顔料化率に比例した屈折率の変化の説明図である。
【図４】基板温度と粒径の関係の説明図である。
【図５】赤ドット位置４５０ｎｍピーク位置、赤ドット位置５７０ｎｍピーク位置、青ドット位置６００ｎｍピーク位置、青ドット位置６３０ｎｍピーク位置の変化の説明図である。
【図６】本発明の第２実施例における透過率制御膜を形成する方法の説明図である。
【図７】グラデーションをもつ透過率制御膜の中央部分と周辺部分の透過スペクトルの説明図である。
【図８】本発明による拡散板を従来の拡散板と比較して示す液晶表示装置のバックライトの要部を模式的に示す断面である。
【図９】液晶表示装置のバックライトの要部を模式説明図である。
【図１０】図９に示した反射パターンの形成方法の説明図である。
【図１１】ＯＬＥＤ表示装置の１画素の概略構造を模式的に説明する断面図である。
【符号の説明】
ＰＧＳ・・・塗布膜、ＭＳＫ・・・クロム膜蒸着石英マスク、ＣＦＬ・・・冷陰極蛍光ランプ、ＧＬＢ・・・導光板、ＳＣＳ・・・拡散板、ＰＴＡ・・・塗布膜、ＳＵＢ・・・ガラス基板、ＡＤ・・・陽極、ＢＫ・・・バンク、ＯＥＬ・・・発光材料層、ＣＤ・・・陰極。

Claims

エネルギー付与により溶媒不溶性となる粒径が７０ｎｍ以下の溶媒可溶性の顔料を含む有機顔料または有機無機複合顔料の薄膜または微粒子からなる機能膜を有することを特徴とする表示装置。
前記溶媒可溶性の顔料を溶媒不溶性とする前記エネルギーが、熱、光、電磁波、化学的活性化プラズマ、イオンインプランテーションの何れか、またはこれらの２以上の組合せであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記薄膜または微粒子からなる機能膜が、２種類以上の顔料を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記薄膜または微粒子に窒素原子を含まない溶媒不溶性の顔料を１種類以上含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記薄膜は、前記エネルギーの付与量と置換基の吸収特性を考慮したエネルギーの波長を制御することにより平坦性、または凹凸、もしくはパターンを持つことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
前記薄膜は、同一面内で溶媒不溶性の顔料の濃度、粒径またはその両方が連続的もしくは段階的に変化していることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
前記顔料が、無機粒子または有機粒子の表面、または前記無機粒子または有機粒子の内部に存在していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
内面に蛍光体層を形成したガラス部材を有し、電子線の励起で前記蛍光体層を発光させる表示装置であって、
前記ガラス部材の表面にエネルギー付与により溶媒不溶性となる粒径が７０ｎｍ以下の溶媒可溶性の顔料を含む有機顔料または有機無機複合顔料の薄膜または微粒子からなる機能膜を有することを特徴とする表示装置。
偏光板を積層した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に拡散板、導光板を介して照明光源を備えた表示装置であって、
前記偏光板、拡散板、導光板の何れかまたは２以上の表面に、エネルギー付与により溶媒不溶性となる粒径が７０ｎｍ以下の溶媒可溶性の顔料を含む有機顔料または有機無機複合顔料の薄膜または微粒子からなる機能膜を有することを特徴とする表示装置。
一方の基板内面に発光層、電子輸送層、ホール注入層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備え、前記一方の基板に貼り合わせて前記有機エレクトロルミネッセンス素子を封止する他方の基板を有し、前記他方の基板を出光面にマイクロレンズを備えた表示装置であって、
前記マイクロレンズ、前記発光層と電子輸送層およびホール注入層の１または２以上に、エネルギー付与により溶媒不溶性となる粒径が７０ｎｍ以下の溶媒可溶性の顔料を含む有機顔料または有機無機複合顔料の薄膜または微粒子からなる機能膜を有することを特徴とする表示装置。