JP2010152079A - カラーフィルタ及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】染料の比率が10〜20重量%である色素、バインダー樹脂、分散剤、光重合性モノマー、光重合開始剤及び溶剤を含有してなる感光性着色組成物を用いて作成したシアン色フィルタセグメントを具備することを特徴とするカラーフィルタ。
【選択図】なし
Description
また、特許文献2には、赤色フィルタセグメント、緑色フィルタセグメント、青色フィルタセグメントに、特定のCIE標識値を有するシアン色フィルタセグメントを加えることにより、色再現領域を拡大する方法も開示されている。
そこで、本発明は、高コントラスト、高明度で、かつ、色再現領域も広いカラーフィルタの製造が可能なシアン色着色組成物、及びメリハリのある鮮やかな色を表現し得るカラーフィルタを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
具体的に例示すると、コントラスト比は8000以上であり、色再現領域は、カラーフィルタのNTSC比(アメリカNational Television System Committee(NTSC)により定められた標準方式の3原色、赤(0.67, 0.33)、緑(0.21, 0.71)、青(0.14, 0.08)により囲まれる面積に対する比率)で定められたRGB3色の三角形の面積を100として、基準値の面積に対する四角形(RGBC)の面積の比率で95%以上であり、輝度についてはCIE色度標識値の白表示Y値で35以上とすることができる。
具体名をあげると、染料としては、直接染料として、C.I.Direct Blue 1、2、6、8、15、22、25、41、71、76、77、78、80、86、90
、98、106、108、120、158、160、163、165、168、192、193、194、195、196、199、200、201、202、203、207、225、226、236、237、246、248、249等、酸性染料として、C.I.Acid Blue 1、7、9、15、22、23、25、27、29、40、41、43、45、54、59、60、62、72、74、78、80、82、83、90、92、93、100、102、103、104、112、113、117、120、126、127、129、130、131、138、140、142、143、151、154、158、161、166、167、168、170、171、175、182、183、184、187、192、199、203、204、205、229、234、236等、塩基性染料として、C.I.Basic Blue 1、3、5、7、9、19、21、22、24、25、26、28、29、40、41、45、47、54、58、59、60、64、65、66、67、68等、油溶性染料として、Sovent Blue4、5、35、45、59、67、70、90,97、101、104、122等が挙げられる。
量%、より好ましくは10〜35重量%である。化合物(a)の割合が0.1重量%より少ないと充分な顔料の分散効果を得ることができず、50重量%より多いと着色組成物中の他の構成成分との相溶性が低下し、モノマーや光重合開始剤の析出が起こることがある。
A−B 式(2)
ここで、A:有機顔料残基
B:塩基性置換基又は酸性置換基。
ロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン系顔料、アミノアントラキノン、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、チオインジゴ系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、スレン系顔料、金属錯体系顔料等が挙げられる。
R1、R2:それぞれ独立に、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいフェニル基、又はR1 とR2 とで一体となって更なる窒素、酸素又は硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環を表す。
R3:炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基又は置換されていてもよいフェニル基を表す。
R4、R5、R6、R7:それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基又は置換されていてもよいフェニル基を表す。
R8、R9:それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基又は置換されていてもよいフェニル基を表す。
i:Mの価数を表す。
R10、R11、R12、R13:それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいフェニル基又はポリオキシアルキレン基を表す。
R:式(10)で示される置換基又は式(11)で示される置換基を表す。
Q:水酸基、アルコキシル基、式(10)で示される置換基又は式(11)で示される置換基を表す。式(10)及び式(11)において、R1〜R7及びnは、上に定義した通りのものである。
ルイソプロピルアミン、N,N−エチルプロピルアミン、N,N−メチルブチルアミン、N,N−メチルイソブチルアミン、N,N−ブチルエチルアミン、N,N−tert−ブチルエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジプロピルアミン、N,N−sec−ブチルプロピルアミン、ジブチルアミン、ジーsec−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、N,N−イソブチル−sec−ブチルアミン、ジアミルアミン、ジイソアミルアミン、ジヘキシルアミン、ジ(2−エチルへキシル)アミン、ジオクチルアミン、N,N−メチルオクタデシルアミン、ジデシルアミン、ジアリルアミン、N,N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、N,N−メチルヘキシルアミン、ジオレイルアミン、ジステアリルアミン、N,N−ジメチルアミノメチルアミン、N,N−ジメチルアミノエチルアミン、N,N−ジメチルアミノアミルアミン、N,N−ジメチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノエチルアミン、N,N−ジエチルアミノプロピルアミン、N,N−ジエチルアミノヘキシルアミン、N,N−ジエチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノペンチルアミン、N,N−ジプロピルアミノブチルアミン、N,N−ジブチルアミノプロピルアミン、N,N−ジブチルアミノエチルアミン、N,N−ジブチルアミノブチルアミン、N,N−ジイソブチルアミノペンチルアミン、N,N−メチルーラウリルアミノプロピルアミン、N,N−エチルーヘキシルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノエチルアミン、N,N−ジオレイルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノブチルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリン酸、イソニペコチン酸、イソニペコチン酸メチル、イソニペコチン酸エチル、2−ピペリジンエタノール、ピロリジン、3−ヒドロキシピロリジン、N−アミノエチルピペリジン、N−アミノエチル−4−ピペコリン、N−アミノエチルモルホリン、N−アミノプロピルピペリジン、N−アミノプロピル−2−ピペコリン、N−アミノプロピル−4−ピペコリン、N−アミノプロピルモルホリン、N−メチルピペラジン、N−ブチルピペラジン、N−メチルホモピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン、1−アミノ−4−メチルピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン等が挙げられる。
また、式(9)におけるR10、R11、R12、R13のいずれかがポリオキシアルキレン基を表す場合、その例としてはポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基等が挙げられる。
光重合開始剤としては、4−フェノキシジクロロアセトフェノン、4−t−ブチル−ジクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン等のアセトフェノン系光重合開始剤、1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H −カルバゾール−3−イル]−エタノン 1−O−アシルオキシム) 、1,2−オクタジオン−1−[4−(フェニルチオ)−、2−(O−ベンゾイルオキシム)]等のオキシムエステル系光重合開始剤、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系光重合開始剤、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド等のベンゾフェノン系光重合開始剤、チオキサンソン、2−クロルチオキサンソン、2−メチルチオキサンソン、イソプロピルチオキサンソン、2,4−ジイソプロピルチオキサンソン等のチオキサンソン系光重合開始剤、2,4,6−トリクロロ−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−トリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−ピペロニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−スチリル−s−トリアジン、2−(ナフト−1−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシ−ナフト−1−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2,4−トリクロロメチル−(ピペロニル)−6−トリアジン、2,4−トリクロロメチル(4’−メトキシスチリル)−6−トリアジン等のトリアジン系光重合開始剤、ボレート系光重合開始剤、カルバゾール系光重合開始剤、イミダゾール系光重合開始剤等が用いられる。光重合開始剤は、顔料の合計100重量部に対して、5〜150重量部の量で用いることができる。
さらにまた、本発明に用いるシアン色着色組成物には、彩度と明度のバランスをとりつつ良好な塗布性、感度、現像性等を確保するため、酸化チタン、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら(赤色酸化鉄(III))、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑、アンバー、チタンブラック、合成鉄黒、カーボンブラック等の無機顔料を含有させることができる。
本発明の係わるカラーフィルタは、本発明になるシアン色着色組成物から形成されるシアン色フィルタセグメントと、赤色フィルタセグメントと、緑色フィルタセグメントと、青
色フィルタセグメントと、必要に応じてイエロー色フィルタセグメント及び/又はマゼンタ色フィルタセグメントを具備するものである。シアン色、赤色、緑色及び青色のフィルタセグメントに加えてイエロー色フィルタセグメント及び/又はマゼンタ色フィルタセグメントを具備するカラーフィルタは、パネル化した際、得られる色再現領域が更に拡大するため好ましい。
なお、紫外線露光感度を上げるために、上記着色レジスト材を塗布乾燥後、水溶性あるいはアルカリ可溶性樹脂、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による重合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。
また、転写法は剥離性の転写ベースシートの表面に、あらかじめカラーフィルタ層を形成しておき、このカラーフィルタ層を所望の透明基板に転写させる方法である。
本発明の液晶表示装置は、本発明のカラーフィルタと、冷陰極蛍光管光源とを具備する液晶表示装置である。そして、当該冷陰極蛍光管光源は、470nm〜530nmの範囲に発光強度が極大となる波長λ1を有し、530nm〜580nmの範囲に発光強度が最大となる波長λ2を有し、波長λ2における発光強度I2と波長λ1における発光強度I1の比(I1/I2)が0.2以上0.7以下である分光特性を有する。このような分光特性を有する冷陰極蛍光管光源を、本発明の
カラーフィルタと組み合わせて用いることで、液晶表示装置の色再現性領域をより拡大することができる。
カラーフィルタ等が形成されたカラーフィルタ基板を、シール剤を用いて対向基板と張り合わせ、シール部に設けられた注入口から液晶を注入したのち注入口を封止し、必要に応じて偏光膜や位相差膜を基板の外側に張り合わせることにより、液晶表示パネルが製造される。
かかる液晶表示パネルは、ツイステッド・ネマティック(TN)、スーパー・ツイステッド・ネマティック(STN)、イン・プレーン・スイッチング(IPS)、ヴァーティカリー・アライメント(VA)、オプティカリー・コンベンセンド・ベンド(OCB)などのカラーフィルタを使用してカラー化を行う液晶表示モードに使用することができる。
セパラブル4口フラスコに温度計、冷却管、窒素ガス導入管、撹拌装置を取り付けた反応容器にシクロヘキサノン800部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら100℃に加熱して、同温度で滴下管よりスチレン60.0部、メタクリル酸60.0部、メチルメタクリレート65.0部、ブチルメタクリレート65.0部、アゾビスイソブチロニトリル10.0部の混合物を1時間かけて滴下して重合反応を行った。
滴下後さらに100℃で3時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル2.0部をシクロヘキサノン50部で溶解させたものを添加し、さらに100℃で1時間反応を続けて、重量平均分子量が約40000(GPCによる測定)のアクリル樹脂の溶液を得た。
室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20%になるようにシクロヘキサノンを添加してアクリル樹脂溶液1を調製した。
アクリル樹脂溶液1の調製と同様の反応容器にシクロヘキサノン700部を仕込み、80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管よりn−ブチルメタクリレート133部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート46部、メタクリル酸43部、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート(東亜合成株式会社製「アロニックスM110」)74部、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル4.0部の混合物を2時間かけて滴下して重合反応を行った。
滴下後、更に3時間反応を継続して、重量平均分子量約26000(GPCによる測定)のアクリル樹脂の溶液を得た。
室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20%になるようにシクロヘキサノンを添加してアクリル樹脂溶液2を調製した。
フタロシアニン系青色顔料C.I.Pigment Blue 15:3(東洋インキ製造株式会社製「リオノールブルーFG−7400G」):200部、塩化ナトリウム:600部、及びジエチレングリコール:600部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所製)に仕込み、120℃で8時間混練した。次に、この混練物を5リットルの温水に投入し、70℃に加熱しながら1時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返し
て塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除いた後、80℃で一昼夜乾燥し、 青色処理顔料1を得た。
表1に示した顔料、顔料誘導体1〜7及びアクリル樹脂溶液の混合物130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(以下、PGMEAという。)120部を均一に撹拌混合した後、直径1.0mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM−250 MKII」)で3時間分散した後、5μmのフィルタで濾過し、顔料分散体を作製した。
*2 大日本インキ化学工業株式会社製 「 Phthalocyanine Green A110」
*3 東洋インキ製造社製フタロシアニン系緑色顔料「リオノールグリーン6YK」
*4 チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製
アントラキノン系赤色顔料「CROMOPHTAL RED A2B」
*5 BASF社製イソインドリノン系黄色顔料「PALIOTOL YELLOW D1819」
*6 ランクセス社製金属錯体系黄色顔料「E-4GN」
*7 東洋インキ製造社製フタロシアニン系青色顔料「リオノールブルーES」
*8 クラリアント社製ジオキサジン系紫色顔料「Fast Violet 23」。
表2に示した染料、溶剤を均一になるように混合攪拌し、染料溶液1〜3を得た。
*2 ダイスター株式会社製 青色染料商品名「Dianix Blue E-R」
*3 田岡化学株式会社製 青色染料商品名「Oleosol Fast Blie ELN」。
(実施例1)
下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、1μmのフィルタで濾過して、アルカリ現像型シアン色着色組成物2を得た。
表1に示す顔料分散体2 33.0部
表2に示す染料溶液1 6.0部
光重合開始剤 2.0部
(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製「イルガキュア907」)
トリメチロールプロパントリアクリレート 5.0部
(新中村化学株式会社製「NKエステルATMPT」)
増感剤(保土ヶ谷化学株式会社製「EAB−F」) 0.5部
アクリル樹脂溶液1 2.5部
シクロヘキサノン 33.0部
表3に示した染料溶液、顔料分散体を用いた以外は、上記着色組成物2の製造方法と同様にして、シアン色着色組成物1及び3〜8を得た。
表3に示した顔料分散体を用いた以外は、実施例1と同様にして、着色組成物9〜11を得た。
得られた着色組成物を板厚0.7mmの100mm×100mmサイズの基板に平均膜厚が乾燥膜厚4μmになるようにスピンコートし、70℃で20分乾燥した後、超高圧水銀ランプを用いて、積算光量300mJ/cm2で紫外線露光を行った。塗布基板を230℃で40分加熱することにより、各着色組成物の塗布基板を得た。
得られた塗布基板の色相を、顕微分光光度計(オリンパス光学社製「OSP−SP100」)を用いて測定した。結果を表3に示した。
着色組成物塗布基板について、図1に示す測定装置を用いて、下記の方法でコントラストを測定した。
着色組成物塗布基板を2枚の偏光板の間に挟み、一方の偏光板側から液晶ディスプレー用バックライトユニット(7)を用いて光を照射する。バックライトユニットから出た光は、1枚目の偏光板(6)を通過して偏光され、ついで着色組成物塗布基板(4)及びガラス基板(5)を通過し、2枚目の偏光板(3)に到達する。1枚目の偏光板と2枚目の偏光板の偏光面が平行であれば、光は2枚目の偏光板を透過するが、偏光面が直行している場合には光は2枚目の偏光板により遮断される。しかし、1枚目の偏光板によって偏光された光が、着色組成物塗布基板を通過するときに、顔料粒子による散乱等が起こり偏光面の一部にずれを生じると、偏光板が平行のときは2枚目の偏光板を透過する光量が減り、偏向板が直行のときは2枚目の偏光板を光の一部が透過する。この透過光の輝度を偏光板上の輝度計(1)にて測定し、偏光板が平行のときの輝度と直行のときの輝度との比をコントラスト比とする。
コントラスト比=(偏光板が平行のときの輝度)/(偏光板が直行のときの輝度)
従って、着色組成物塗布膜中の顔料により散乱が起こると、平行のときの輝度が低下し、かつ直行のときの輝度が増加するため、コントラスト比が低くなる。
なお、輝度計は株式会社トプコン社製「色彩輝度計BM−5A」、偏光板はサンリツ社製「偏光フィルムLLC2−92−18」を用いた。なお、測定に際しては、不要光を遮断するために、測定部分に1cm角の孔を開けた黒色のマスクを当てた。
[カラーフィルタの作製]
ガラス基板上にブラックマトリクスをパターン加工し、該基板上にスピンコーターで着色組成物10を塗布し、着色組成物1の被膜を形成した。該被膜にフォトマスクを介して
、超高圧水銀ランプを用いて300mJ/cm2の紫外線を照射した。次いで2重量%の炭酸ナトリウム水溶液からなるアルカリ現像液によりスプレー現像して未露光部分を取り除いた後、イオン交換水で洗浄し、この基板を230℃で20分加熱して、膜厚2.5μmの赤色フィルタセグメントを形成した。同様の方法により、着色組成物11、12を用いて膜厚2.5μmの緑色フィルタセグメント、青色フィルタセグメントを形成した。同様の方法により、表3に示す着色組成物1〜8を用いて膜厚2.5μmのシアン色、黄色のフィルタセグメントを形成してカラーフィルタを作製した。
上記着色組成物を用いて作製したカラーフィルタを用いて、冷陰極蛍光管光源(表4に波長470nm〜530nmの範囲に発光強度の極大となる波長(λ1)、発光強度比(I1)、波長530nm〜580nmの範囲に最大となる波長(λ2)、発光強度比(I2)を示す)、3色LED光源(表4に波長430nm〜485nmの範囲に発光強度の最大となる波長(λ3)、発光強度比(I3)、波長530nm〜580nmの範囲に発光強度の極大となる波長(λ4)、発光強度比(I4)を示す)を用いて光を照射したときのカラーフィルタのNTSC比(アメリカNational Television System Committee(NTSC)により定められた標準方式の3原色、赤(0.67, 0.33)、緑(0.21, 0.71)、青(0.14, 0.08)により囲まれる面積に対する比率)で定められたRGB3色の三角形の面積を100として、基準値の面積に対する四角形の面積の比率を測定した。評価結果を表5に示す。
なお、使用した冷陰極蛍光管の発光スペクトルを図2に示す。
2、マスク
3、偏光板
4、着色組成物乾燥塗膜
5、ガラス基板
6、偏光板
7、バックライトユニット
Claims (4)
- 染料の比率が10〜20重量%である色素、バインダー樹脂、分散剤、光重合性モノマー、光重合開始剤及び溶剤を含有してなる感光性着色組成物を用いて作成したシアン色フィルタセグメントを具備することを特徴とするカラーフィルタ。
- 色素中に、少なくともフタロシアニン系青色顔料またはフタロシアニン系緑色顔料のいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載のシアン色フィルタセグメントを有するカラーフィルタ。
- 請求項1又は請求項2に記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置。
- 冷陰極管蛍光光源が470〜530nmの範囲に発光強度が極大となる波長λ1を有し、530〜580nmの範囲に発光強度が最大となる波長λ2を有し、波長λ1における発光強度I1に対する波長λ2における発光強度I2の比(I1/I2)が0.2以上0.7以下である発光特性を有する冷陰極管蛍光光源を具備することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
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