JP2013088451A

JP2013088451A - カラーフィルタ

Info

Publication number: JP2013088451A
Application number: JP2011225639A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shimamura; 槙一島村
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-05-13

Abstract

【課題】従来のバックライトを有する透過型液晶ディスプレイにおいて、表示駆動電力の一部或いは全ての電力を賄える、自己発電型の太陽電池機能を付与したカラーフィルタの提供を目的とする。
【解決手段】透過性基板の片面上に、透明導電膜と、着色画素層と、透明導電膜を順次積層してなる透過型液晶ディスプレイ用のカラーフィルタであって、前記着色画素層が、少なくとも顔料とｎ型半導体ポリマーからなる着色樹脂組成物で形成され、且つ、前記透明導電膜がｐ型半導体で形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示体用のカラーフィルタの機能と発電機能を兼ねたカラーフィルタに関するものである。

一般に液晶表示体は、光の偏光と液晶材料の特性を利用して光の透過と遮光を電気的に制御する液晶背面に、バックライトを設けている。

また、カラーフィルタは、透過光であるバックライトからの幅広いスペクトル分布を、各画素の配色パターン（通常は、赤、青、緑）に求められる波長域の光だけを透過させるマスクとしての機能を有し、フルカラー化を実現する為の液晶表示体を構成する一つの重要な部材である。

近年は低消費電力を目的に、バックライト光源として様々な開発が行われている。例えば、画面周囲に発光管を配し、光ファイバーによって画面全体を背面から照らすもので、この発光管の代わりに、ＬＥＤ（発光ダイオード）をバックライトに用いたディスプレイが考案されている。また更には、画面全体にＬＥＤ発光素子を配し、選択的に電流を流すことで発光させるディスプレイも開発されている。この場合、特に有機ＥＬ発光素子によって構成されるディスレイは、低電圧かつ高効率の自発光型ディスプレイとして注目されている。

また、他方、さらに低消費電力のディスプレイとして、反射型液晶ディスプレイが開発されている。反射型液晶ディスプレイは光源としてのバックライトを有せず、外部からの室内光や太陽光の反射率を変えることによって、画像や文字などの情報を画面表示するものであって、一般の印刷物に近い自然な表示が可能なだけでなく、ディスプレイ自らが発光する必要が無いために、相対的に少ないエネルギーで駆動できる利点をもつものである。

また、さらに低消費電力のディスプレイとして、表示駆動電力の一部或いは全ての電力を、カラーフィルタの役割を補うか、あるいは損なわずに太陽電池機能を有する太陽電池機能付の反射型液晶ディスプレイが提案されている（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１の提案は反射型液晶ディスプレイの構成部材であるカラーフィルタに太陽電池機能を付与しているため、ディスプレイの外側の光（外光）だけが太陽電池機能に関与するだけであり、透過型液晶ディスプレイには適さない。

特開平１１−２９５７２５号公報

本発明は上記課題の解決を鑑みてなされたものであり、従来のバックライトを有する透過型液晶ディスプレイにおいて、表示駆動電力の一部或いは全ての電力を賄える、自己発電型の太陽電池機能を付与したカラーフィルタの提供を目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、透過性基板の片面上に、第一透明導電膜と、着色画素層と、第二透明導電膜を順次積層してなる透過型液晶ディスプレイ用のカラーフィルタであって、前記着色画素層が、少なくとも顔料とｎ型半導体ポリマーからなる着色樹脂組成物で形成され、且つ、前記第一透明導電膜及び第二透明導電膜がｐ型半導体で形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。すなわち、前記着色画素層上の第二透明導電膜が、電子を移動させる上部電極として作用し、一方、透過性基板上の第一透明導電膜が、正孔を移動させる電極として作用する。そして前記着色画素層の上下に前記電極を有する構成であるため、外部からの太陽光による発電と、内部のバックライトからの入射光による発電と、カラーフィルタの内外部から効率の良い発電機能を有することができる。

本発明によれば、表示駆動電力の一部或いは全ての電力を賄える、自己発電型の太陽電池機能を付与したカラーフィルタを具備することで、自己発電型の極めて低消費電力で駆動する透過型液晶ディスプレイを提供することが可能となる。

本発明のカラーフィルタの断面模式図である。従来のカラーフィルタの断面模式図である。

以下に本発明の具体的な説明を上記図に示す実施形態より詳述する。

図２に示すように従来のカラーフィルタの一実施形態としては、透過性基板１の一方の面上に遮光性のブラックマトリクス（ＢＭ）が形成され、ＢＭで区画された画素領域に、一般には赤色着色画素（３´Ｒ）、緑色着色画素（３´Ｇ）、青色着色画素（３´Ｂ）が面順次に形成された着色画素層３´が形成され、さらに着色画素層３´を覆うように透明導電膜４´が形成されている。

一方、図１は、本発明の発電機能を有するカラーフィルタに係るものであり、透過性基板１の一方の面上に、第一透明導電膜５が形成され、その上に遮光性のブラックマトリクス（ＢＭ）が形成され、ＢＭで区画された画素領域に、一般には赤色着色画素（３Ｒ）、緑色着色画素（３Ｇ）、青色着色画素（３Ｂ）が面順次に形成された着色画素層３が形成され、さらに着色画素層３を覆うように透明導電膜４が形成されている。

すなわち、本発明に係る透過型液晶ディスプレイ用の太陽電池機能を有するカラーフィルタは、透過性基板１の一方の面上に、ｐ型半導体からなる第一透明導電膜５が形成され、その上に遮光性のブラックマトリクス（ＢＭ）が形成されて、前記ＢＭで区画された画素領域に、少なくとも顔料とｎ型半導体ポリマーからなる着色樹脂組成物からなる着色画素層３が、例えば、赤色着色画素（３Ｒ）、緑色着色画素（３Ｇ）、青色着色画素（３Ｂ）が面順次に形成され、さらに前記着色画素層３を覆うように第二透明導電膜が形成された構成からなるものである。

したがって、本発明は、前記着色画素層３上の第二透明導電膜４が、電子を移動させる上部電極として作用し、一方、透過性基板１上の第一透明導電膜５が、正孔を移動させる電極として作用する。また、本発明は前記着色画素層３の上下に電極を有する基本的構成であるため、外部からの太陽光による発電と、内部のバックライトからの入射光による発電の極めて効率の良い発電機能を有することができる。

本発明の前記透過性基板１としては、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、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を用いることができる。

前記第一透明導電膜５及び前記第二透明導電膜４としては、ｐ型半導体からなる透明導電膜であれば限定するものではないが、通常のカラーフィルタの透明導電膜として使用されているＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）が、品質、生産性、コストの面で好ましい。

また、本発明に用いられる前記ブラックマトリクス（ＢＭ）は、第一透明導電膜の上にＢＭ形成用の黒色用顔料（例えばチタンブラックなど）、感光性樹脂、光触媒、溶媒からなる黒色感光性樹脂組成物をロールコーター、カーテンコーター、各種の印刷、浸漬等の塗膜形成手段を用いて塗布、乾燥し、その後超高圧水銀、水銀蒸気アーク、カーボンアーク、キセノンアーク等などの活性光の光源を用いて、フォトマスクを介してパターン露光し、現像などの工程を経て形成される。

本発明に用いられる前記着色画素層３は、少なくとも着色画素用顔料とｎ型半導体ポリマーからなり、前記ｎ型半導体ポリマーとしては、ポリマー全体の電子密度を変えることのできるヘテロ原子をパイ共役主鎖に導入して得られる、ｎ型半導体パイ電子共役ポリマーである。例えば、ヘテロ原子としてホウ素を導入した、ＴＤＡＲｅｓｅａｒｃｈ社の商品名ＢｏｒａｍｅｒＴ０１やＢｏｒａｍｅｒＴＣ０３などが好ましい。これらはホウ素の空のｐ軌道に電子が存在せず、ポリマーのパイ電子系全体が本質的に電子不足となり、ポリマーがｎ型の電子特性を持つことができる。

また、その形成方法としては、例えば、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィー法等により行うことができる。

印刷法による各色着色画素の形成は、上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、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を行うこともできる。

インクジェット法を用いたカラーフィルタの製造方法として、ガラス基板上にブラックマトリクスを形成し、インクジェット印刷装置を用いてブラックマトリクスの開口部にインクを付与して着色部を形成する方法が提案されている。更に、この方法において、インクが所定の開口部に正確に充填され、隣接する着色部間でインクが混じり合う混色が発生しないように、ブラックマトリクスを構成する材料にフッ素化合物やケイ素化合物等の撥水材を含ませてもよい。

インクジェットに用いる装置としては、インク吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方式がある。また、インクジェット装置におけるインクの粒子化周波数は、５〜１００ＫＨｚ程度である。また、インクジェット装置におけるノズル径は５〜８０μｍ程度が望ましい。また、インクジェット装置はヘッドを複数個配置し、１ヘッドにノズルを６０〜５００個程度組み込んだものを用いることが出来る。

インクジェット法により着色部パターンを形成した後は、コンベクションオーブン、ＩＲオーブン、ホットプレートなどを使用して、加熱処理し、着色層パターンを形成する。インクジェット法によれば、複数色のインキを同時に塗布することが出来ることから、簡易なプロセスで安価にカラーフィルタを製造することが可能である。

例えば、画素形成方法としてフォトリソグラフィー法を用いる場合には、前記着色画素用顔料とｎ型半導体ポリマーに加えて、感光性ポリマー、モノマー、光開始剤などからなる着色感光性樹脂組成物を調整し、塗布、露光、現像工程を経て画素を形成することができる。すなわち、上記着色感光性樹脂組成物を、透明基板上に、スプレーコートやスピンコート、スリットコート、ロールコート等の塗布方法により、乾燥膜厚が０．２〜１０μｍとなるように塗布する。塗布膜を乾燥させる際には、減圧乾燥機、コンベクションオーブン、ＩＲオーブン、ホットプレートなどを使用してもよい。必要により乾燥された膜には、この膜と接触あるいは非接触状態で設けられた所定のパターンを有するパターン露光用フォトマスクを介して膜に紫外線露光を行う。

その後、溶剤またはアルカリ現像液に浸漬するかもしくはスプレーなどにより現像液を噴霧して未硬化部を除去して所望のパターンを形成したのち、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ことができる。着色組成物の現像に際しては、アルカリ現像液として炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなど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などの有機アルカリを用いることもできる。また、現像液には、消泡剤や界面活性剤を添加することもできる。現像処理方法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、ディップ（浸漬）現像法、パドル（液盛り）現像法などを適用することができる。

以下、実施例により本発明のより具体的な説明をする。

＜第一透明導電膜の形成＞
ガラス基板上にｐ型半導体であるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）の薄膜を形成して第一透明導電膜を得た。

＜ＢＭの形成＞
黒色用顔料（チタンブラック）、感光性樹脂、光開始剤、溶媒からなる黒色感光性樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法により、前記第一透明導電膜上に塗布、露光、現像工程を経てＢＭのパターン形成をした。

＜着色画素層の形成＞
赤色用顔料としてＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４、緑色用顔料としてＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ３６、青色用顔料としてＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５の着色画素用顔料と、それぞれにｎ型半導体パイ電子共役ポリマー（ＴＤＡＲｅｓｅａｒｃｈ社製：ＢｏｒａｍｅｒＴ０１）と、溶媒（クロロホルム）を加えて均一分散し、各着色インキ組成物を調整した。次に、これを用いてインクジェット法により、ＢＭ形成された前記第一透明導電膜上に、各着色画素層を形成した。

＜第二透明導電膜の形成＞
赤色、緑色、青色の前記着色画素層側の全面に、ｐ型半導体であるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）の薄膜を形成（第二透明導電膜）して、透過型液晶ディスプレイ用の太陽電池機能を有するカラーフィルタを作製した。

本発明の太陽電池機能を有すカラーフィルタを具備した透過型液晶ディスプレイは、ディスプレイ内外の入射光、すなわち、外光である太陽光と内光であるバックライトの両方の光を有効に活かした発電機能を有するため、高い効率で自己発電による表示駆動電力を得ることができる透過型液晶ディスプレイを提供することが出来る。

１・・・・・透過性基板
２・・・・・ブラックマトリクス（ＢＭ）
３・・・・・着色画素層
４・・・・・第二透明導電膜
４´・・・・透明導電膜
５・・・・・第一透明導電膜
６・・・・・外部からの入射光（太陽光）
７・・・・・内部からの入射光（バックライト光源）

Claims

透過性基板の片面上に、第一透明導電膜と、着色画素層と、第二透明導電膜を順次積層してなる透過型液晶ディスプレイ用のカラーフィルタであって、前記着色画素層が、少なくとも顔料とｎ型半導体ポリマーからなる着色樹脂組成物で形成され、且つ、前記第一透明導電膜及び第二透明導電膜がｐ型半導体で形成されたことを特徴とするカラーフィルタ。