JP2575214B2 - 熱転写カラーフィルターアレイ素子 - Google Patents

熱転写カラーフィルターアレイ素子

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JP2575214B2 JP27141689A JP27141689A JP2575214B2 JP 2575214 B2 JP2575214 B2 JP 2575214B2 JP 27141689 A JP27141689 A JP 27141689A JP 27141689 A JP27141689 A JP 27141689A JP 2575214 B2 JP2575214 B2 JP 2575214B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液晶ディスプレイ等の様々な装置に適用する
ことができる熱転写したカラーフィルターアレイ素子に
関する。
近年、カラービデオカメラで電気的につくり出される
画像をプリントすることを目的とする熱転写系が開発さ
れた。開発された方法の一つによれば、まず色フィルタ
ーによって電気的な画像の色を分けて、それぞれの色の
画像を電気信号に変換する。その後これらの電気信号か
らシアン、マゼンタおよびイエローの電気信号をつくり
出して電気信号を熱転写器へ送る。熱転写器において、
シアン、マゼンタおよびイエローの染料供与素子はプリ
ントするために染料受容素子に近接して設置されてい
る。線形熱転写ヘッドが染料供与シートの裏面から熱を
与えるように、これら二つの素子を熱転写ヘッドと熱盤
ローラーとを間に挿入する。線形熱転写ヘッドは加熱素
子を数多く有しており、シアン、マゼンタおよびイエロ
ーの電気信号に応じて各々継続的に加熱される。このよ
うにして、画面上の画像に対応したカラーハードコピー
が得られる。この工程およびこの工程を実施するための
装置はブラウンスタイン（Brownstein）の「熱プリント
装置操縦法およびそのための装置」と題する米国特許第
4,621,271号（1986年11月４日付）にさらに詳しく記載
されている。
電子計算機、時計、家庭電化製品、オーディオ装置な
どにおけるディジタル表示用として液晶表示装置が知ら
れている。この種の単色表示装置、特に光電管表示、固
定式電子表示またはTV画像表示を伴う各種装置を用いる
周辺端末機などの用途にカラー表示性を取り入れること
が要望されている。カラーフィルターアレイ素子を用い
てこれらの装置にカラー表示を取り入れる各種の試みが
なされてきた。しかし、これまで提示された液晶表示用
カラーアレイ素子はいずれも、利用者の要望をすべてみ
たすことには成功していない。
カラー表示用液晶表示装置に用いられている市販のカ
ラーフィルターアレイ素子の１つは、写真平板法により
得られるモザイクパターン状の加法混色用原色である
赤、緑および青を有する染料を含むゼラチン層を保有す
る透明な支持体である。この種のカラーフィルターアレ
イ素子を形成するためには、ゼラチン層を増感し、モザ
イクパターンの色のうちの１種についてのマスクに対し
露光し、現像して露光領域のゼラチンを硬化させ、そし
て非露光（非架橋）ゼラチンを洗浄除去する。こうして
ゼラチンのパターンが得られ、次いでこれを目的の色を
もつ染料で着色する。次いでこの素子を再被覆し、上記
の工程を反復して他の２色を得る。この方法は多数の労
働集約型工程を含み、慎重な整合を必要とし、時間を要
し、かつ著しく経費がかかる。この方法の詳細は米国特
許第4,081,277号に記載されている。
さらに、液晶表示装置に用いるカラーフィルターアレ
イ素子は製造中にかなり過酷な加熱および処理工程を経
る可能性がある。たとえば透明な電極層、たとえばイン
ジウムスズ酸化物は通常はカラーフィルターアレイ素子
上に真空スパッターされる。これは200℃に及ぶ温度で
１時間以上行われるであろう。これに続いて液晶用の薄
い整合層、たとえばポリイミドで被覆する。用いる整合
層に関係なく、液晶と接触するこの層の表面仕上げはき
わめて重要であり、研磨を要するか、または高められた
温度で数時間の硬化を要する。これらの処理工程は多く
のカラーフィルターアレイ素子、特にゼラチンマトリッ
クスを含むものにとって極めて有害である。
液晶表示装置用カラーフィルターアレイ素子を得るた
めの他の方法は、特許61−072203号に記載されている。
この明細書には染料熱転写ユニットの染料受容層に導電
性微粉末を使用し、染料供与素子にフレーク状粉末と球
状粉末の混合導電性微粉末を使用することによりカラー
フィルターアレイ素子を製造することが示されている。
（発明が解決しようとする課題） しかし、上記先行技術によるフィルターアレイ素子を
液晶表示装置に用いることについては、フィルターアレ
イ素子自身の染料が液晶材料と直接接触する点で問題が
ある。この種の装置における染料は液晶材料と混合し
て、見える画像の色の損失を生じる傾向にある。
本発明の目的は、従来より安価で容易に製造すること
ができる鮮鋭度の優れた高品質カラーフィルターアレイ
素子を提供することにある。また、本発明の目的は、液
晶表示装置の製造工程における処理や加熱に耐えること
ができるであろうカラーフィルターアレイ素子を提供す
ることにもある。
（課題を解決するための手段） 上記の課題が本発明によって解決された。本発明は、
表面に高分子結合剤を有する透明なガラス支持体からな
っており、前記高分子結合剤中に色素の繰返しモザイク
パターンからなる熱転写像を有するカラーフィルターア
レイ素子であって；前記高分子結合剤は、色素の繰返し
モザイクパターンからなる像を熱転写した後に架橋され
たものであり、前記高分子結合剤の架橋後のTgが、150
℃より高い素子を内容とする。
本発明の好ましい形態においては、モザイクパターン
は一組の赤、緑および青の加法混色用原色からなる。
本発明の他の好ましい形態においては、原色の各領域
および原色の各組が、不透明領域、たとえば黒色の格子
線により互いに分離されている。これによって色の再現
が改良され、表示された画像におけるフレアが減少する
ことが認められた。
モザイクセットの寸法は視覚距離に依存するので、決
定的ではない。一般には該セットの各ピクセル（モザイ
ク素子）は約50〜約600μｍである。これらは同一寸法
である必要はない。
本発明の好ましい形態においては、カラーフィルター
アレイ素子を形成する染料の反復モザイクパターンは均
一な正方形の直線状反復領域からなり、下記のように１
色が対角線状に配置される。
他の好ましい形態においては、上記正方形が約100μ
ｍである。
前記のように、本発明のカラーフィルターアレイ素子
は各種表示装置、たとえば液晶表示装置に用いられる。
この種の液晶表示装置は、たとえば英国特許第2,154,35
5号、第2,130,780、第2,162,674号および第2,161,971号
に記載されている。
本発明で用いられる高分子結合剤は、たとえば上記の
ように架橋するポリカーボネート、ポリウレタン、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリルまたはそ
れらの混合物もしくはコポリマーからなる。高分子結合
剤は意図する目的に有効ないかなる量で存在してもよ
い。一般に約0.25〜約5g/m2の濃度で良好な結果が得ら
れる。
Tgが150℃より高い架橋高分子は、液晶ディスプレイ
装置の製造に必要な過酷な加熱、処理工程に対するカラ
ーフィルターアレイ素子の耐性をよりよくすることがで
きる。このような架橋高分子結合剤の例として、エポキ
シ樹脂（たとえば２価のアミン化合物または樹脂、ブチ
ル化ウレア、メラミンまたはベンゾグアナミン樹脂また
はフェノール付加物と反応するもの）、不飽和ポリエス
テル（たとえば有機パーオキシドと反応するもの）、フ
ェノール樹脂（たとえばアルデヒドと反応するもの）、
アルキド樹脂（たとえばブチル化ウレア、メラミンまた
はベンゾグアミン樹脂）またはポリウレタン（たとえば
ジイソシアネートと反応するもの）といった、層中また
は層に適用する他の物質と反応して架橋しうる高分子；
および光反応開始剤または光増感剤の存在下で光照射す
ることによって架橋しうる高分子系が挙げられる。後者
の部類に属するものの例が、ジョーンウイリィーアンド
サンズ、チチェスター、英国から1982年に出版されてい
るロッフィーの「フォトポリメリゼーション オブ サ
ーフィス コーティングス」に記載されている。具体的
には、高分子、不飽和高分子として、ポリアミド、ポリ
ビニルアセタール、シンナモイル基を有する高分子、エ
ポキシ樹脂およびポリウレタンおよび光増感剤としてベ
ンゾイン、アセトフェノン、ベンゾフェノンおよびキノ
ン等の芳香族カルボニル化合物やアリールジアゾニウム
化合物や金属カルボニル等が挙げられる。光架橋性高分
子物質として価値ある部類は、パーブリックとワーグナ
ーの英国特許第2,106,522B号に記載されている。具体的
には、エポキシ、カルボニル、ヒドロキシ、３級アミ
ノ、モルホリノ、不飽和含窒素複素環、メルカプト等の
非核原子団やベンゼンクロムトリカルボニル等の照射感
応性金属カルボニル化合物が挙げられる。
カラーフィルターアレイ素子用支持体は透明な材料、
たとえばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレー
ト、酢酸セルロース、ポリスチレンなどのいずれであっ
てもよい。好ましい形態においては、支持体はガラスで
ある。
本発明においてカラーフィルターアレイ素子を形成す
るために用いられる染料供与素子は染料層を保有する支
持体からなる。本発明のカラーアレイ素子の染料画像受
容層へ熱の作用により転写しうる限り、いかなる染料ま
たは染料混合物をも染料層に使用できる。たとえば以下
の昇華性染料 または米国特許第4,541,830号に記載される染料のいず
れをもちいても良好な結果が得られた。上記の昇華性染
料を各種の組み合わせで用いて、目的とする赤、青およ
び緑の加法混色用原色を得ることができる。これらの染
料を染料層内で混合するか、または別個の染料層状で被
覆されている場合は順次転写することができる。染料は
約0.05〜約1g/m2の付着量で使用できる。
染料供与素子中の染料は好ましくは高分子結合剤、た
とえばセルロース誘導体、たとえば酢酸フタル酸水素セ
ルロース、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、トリ
酢酸セルロース；ポリカーボネート；ポリ（スチレン−
コ−アクリロニトリル）、ポリ（スルホン）またはポリ
（フェニレンオキシド）に分散させる。結合剤は約0.1
〜約5g/m2の付着量で使用できる。
染料供与素子の染料層は支持体上に塗布されるか、ま
たはグラビア法などの印刷法によりこれに印刷しうる。
染料供与素子の支持体としては、寸法安定性であり、
かつ熱転写法の熱に耐え得る限り、いかなる材料も使用
できる。
染料供与体から透明な支持体へ染料を転写して本発明
のカラーフィルターアレイ素子を形成するためにさまざ
まな方法を適用することができる。たとえば、カーボン
ブラック等のエネルギー吸収材料または非昇華性光吸収
染料を有する染料供与体を用いて高強度光照射法を適用
してもよい。このような染料供与体は、ホトレジスト材
料でエッチングすることによって作ったグリッドパター
ンを有するミラーとともに使用してもよい。この方法は
本出願と同日に出願したシモンズの「光のフラッシュを
用いてカラーフィルター配列を製造する方法」に詳しく
記載されている。
染料供与体から透明な支持体上に染料を転写して本発
明のカラーフィルターアレイ素子を形成する方法として
この他に、本出願と同日に出願したシモンズの「加熱エ
ンボス面の使用によるカラーフィルターアレイ素子の製
法」に詳しく記載されている加熱したエンボスローラー
を使用してもよい。
染料を受容層に転写した後、画像を安定化するために
染料を染料受容層中へさらに拡散させる処理を行っても
よい。これは輻射加熱、溶剤蒸気により、または加熱ロ
ーラーとの接触により行うことができる。融着工程は露
光された際に画像が退色し、また表面が摩耗するのを防
止する補助となり、かつ染料の結晶化を防止する傾向を
示す。溶剤蒸気融着法を熱融着法の代わりに採用しても
よい。
以下に本発明を説明するために実施例を提示する。
実施例1:光硬膜化した高分子結合剤 本実施例では、繰り返しモザイクパターンの染料供与
体から受容体へ染料を転写する手段を提供するために、
パターン化したミラーを準備した。
ジメチルホルムアミドとシクロヘキサノン（3:1）の
混合物で95℃にて15分間処理することによって、市販の
銀を塗ったガラスのミラーの裏からラッカーを除くこと
によって、パターン化したガラスのミラーを作った。次
にむきだしになった金属表面をいくらかのコダック・マ
イクロ・レジスト747Rで塗布し、薄いフィルムが残るよ
うに過剰量を流し去った。これを乾燥し、希望のパター
ンのマスクを通して曝し、約２分間コダック・マイクロ
・レジスト現像液中で現像し、15分間コダック・マイク
ロ・レジストリンス中ですすぎ、そしてFeCl3・6H2Oの4
00g/lの溶液中で腐食させて、反射面の領域を除き、縁
の長さが300μｍの透明な正方形の配列を得た。各正方
形は配列の１つの斜線にそって次の正方形の各に接して
おり、配列の垂直軸に沿って接近する透明な正方形から
横方向に600μｍだけ離れている。
シアン、マゼンタおよびイエロー染料供与体を、６μ
ｍのポリ（エチレンテレフタレート）の支持体上にブタ
ノン溶媒中の下記の組成物を塗布することによって製造
した。
炭素分散体 以下の組成物を２日間ボールミルした： カーボンブラック （リーガル300R−キャボット社） 2.4g エチルセルロース 0.9g ブタノン 60 ml イエロー組成物 上記のイエロー染料 0.25g/m2 カーボンブラック分散体 0.76g/m2 セルロースアセテート プロピオネート 0.30g/m2 マゼンタ組成物 上記のマゼンタ染料 0.20g/m2 カーボンブラック分散体 0.58g/m2 セルロースアセテート プロピオネート 0.30g/m2 シアン組成物 上記のシアン染料 0.39g/m2 カーボンブラック分散体 1.17g/m2 セルロースアセテート プロピオネート 0.58g/m2 染料受容体は、ガラスのプレートに架橋しうる高分子
を適用することによって製造した。架橋剤を適用してい
ないものと、光照射によって架橋するクロムカルボニル
剤を適用したものの２種類の染料受容体を製造した。
非硬化受容体 本受容体は、メタクリル酸メチル／メタクリル酸コポ
リマー（重量比88:12）の9:1アセトン：メタノール溶液
（３％）をプレートに適用することによって製造した。
過剰量は注ぎ出し、乾燥して、厚さ約３μｍの乾燥フィ
ルムを製造した。
硬化受容体 本受容体は、高分子溶液に0.1％のベンゼンクロムト
リカルボニルを添加した点を除き上記と同様の方法によ
って製造した。
イエロー供与体を染料受容体の表面に重ね合わせた。
パターン化したガラスのミラーを供与体部材のポリ（エ
チレンテレフタレート）支持体上に設置し、ミラーのパ
ターン化した面を支持体と接触させた。このアセンブリ
ーを真空フレーム内に設置して、真空フレームカバーシ
ートをアセンブリーにかぶせ、真空にしてアセンブリー
を密着させた。次にアセンブリーを下記のようにフラッ
シュに曝した。ミラーの透明な窓の領域では、強力な光
が染料供与体にむかって通過した。染料供与体内の炭素
は、強力光エネルギーを熱エネルギーに変えて、染料を
選択的に転写した。
メカブリッツ（MecablitzR）モデル45（メカブリッツ
社）の7.5x4.5cmの窓を長さ6cmのミラーボックスに取り
付けて、出口を4.5x4.5cmに減じた。フラッシュ装置
を、パターン化したガラスミラーに対してミラーボック
スの窓に取り付け、フラッシュは十分な強度でたいた。
アセンブリーを分離すると、イエロー染料がミラーの透
明領域に相当する正方形配列パターン状に、ガラス板の
塗布面に転写されたのが見られた。
この工程をマゼンタ染料およびシアン染料供与体につ
いても、各々300μｍずらしたパターン化したガラスミ
ラーで繰り返した。150℃の金属プレートをもちいて全
体を加熱することによって、染料は受容層に深く浸透し
た。顕微鏡的観察によって、プレートには、エッジ長さ
約300μｍのイエロー、マゼンタおよびシアンの正方形
パッチのアレイが確認された。
２つの転写した染料が重ね合うように移動したパター
ン化したミラーで本工程を繰り返し、各々のモザイクパ
ターンの添加色を作り出した。このようにして、イエロ
ーおよびシアンの重ね合わせによってグリーンフィルタ
ーパッチ、マゼンタおよにシアンの重ね合わせによって
ブルーフィルターパッチ、マゼンタおよびイエローの重
ね合わせによってレッドフィルターパッチを作り出し
た。
染料を受容ガラスプレートに転写した後、これらを17
0℃で30分間加熱し、フィルターパターンを顕微鏡で調
べた。
非硬化受容体における転写染料フィルターパターン
は、加熱工程の後、染料の拡散により、フィルターの正
方形の縁が軟化していることが観察された。
染料を硬化受容体へ転写した後、層を日光に曝し、10
cmの間隔を保った８ワットの蛍光紫外線灯に15分間曝す
ことによって援助して光分解を行い架橋すなわち硬化さ
せた。上記の170℃熱処理の後、フィルターの正方形の
縁は、未硬化の比較例のものと比べて有意によりシャー
プであることが観察された。
層の硬化は、層をメタノールに浸したティッシュで拭
くことによって確認した。硬化層はこの処置を行っても
除去されないが、未硬化層は拭きとられた。
実施例2:熱硬化した高分子結合剤 本実施例の受容層は、アラルダイト（Araldite）GT60
99Rエポキシ樹脂（チバガイギープラクチクス、ダック
スフォード、ケンブリッジ、英国から販売）（高ヒドロ
キシ含有の固形ビスフェノールＡエポキシ樹脂）および
イソブチル化ブチル樹脂であるBE678（ブリチッシュイ
ンダストリアルプラスチックス社、ワーレイ、ウエスト
ミッドランド、英国より販売）とを混合物を含有する。
触媒として微量のリン酸を添加した。層は以下の組成で
構成した。
以下の溶液を調整した： アラルダイトGT6099 （10％ブタノン溶液） 1.0ml BE678（10％ブタノン溶液） 0.3ml ブタノン 0.5ml 0.1％ポリリン酸ブタノン溶液 0.1ml 溶液をガラスプレート上に注ぎ、均一に広げて過剰量
を注ぎ出した。できた薄層を乾燥して、透明な厚さ約３
μｍの乾燥フィルムとした。
マゼンタ染料をパターンを受容層に実施例１と同様に
して転写した。できたパターンを140℃オーブンで30分
間加熱して、層内に染料を分散し、受容層に架橋した。
このパターンを170℃で30分間加熱することによって
熱的安定性を試験した。その結果、染料パターンは完全
なままであり、300μｍ四方のエッジにほんのわずかな
分散がみられたにすぎなかった。
実施例3:熱硬化した高分子結合剤 以下の塗布溶液中のテレフタル酸、ネオペンチルグリ
コールおよびトリメリット酸からP2504R（Scado N.V.オ
ランダ）ポリエステル樹脂アラルダイトGT6099Rエポキ
シ樹脂を用いる点を除き実施例２と同一の操作を繰り返
した： アラルダイトGT6099 （10％ブタノン溶液） 0.8ml BE678 （ブタノン溶液中10％固形分） 0.4ml P2504ポリエステル （５％ブタノン溶液） 1.2ml 0.1％ポリリン酸ブタノン溶液 0.1ml 結果は、実施例２と同様に、30分経過後もフィルター
パターンは良好に維持されていた。
（発明の効果） 本発明によって、鮮鋭度の優れた高品質のカラーフィ
ルターアレイ素子が従来より安価で製造することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−233294（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−48604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−296303（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】表面に高分子結合剤を有する透明なガラス
    支持体からなっており、前記高分子結合剤中に色素の繰
    返しモザイクパターンからなる熱転写像を有するカラー
    フィルターアレイ素子であって、 前記高分子結合剤は、色素の繰返しモザイクパターンか
    らなる像を熱転写した後に架橋されたものであり、 前記高分子結合剤の架橋後のTgが、150℃より高い素
    子。
JP27141689A 1988-10-18 1989-10-18 熱転写カラーフィルターアレイ素子 Expired - Lifetime JP2575214B2 (ja)

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GB898912487A GB8912487D0 (en) 1989-05-31 1989-05-31 Thermally-transferred colour filter array element
GB8912487.9 1989-05-31

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EP (1) EP0365221B1 (ja)
JP (1) JP2575214B2 (ja)
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