JP2608674B2 - 熱転写法で形成されたカラーフィルターアレイ素子 - Google Patents

熱転写法で形成されたカラーフィルターアレイ素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ装置
など様々なものへ使用しうる熱転写したカラーフィルタ
ーアレイ素子にベンズーc,d−インドールメロシアニ
ンブルー染料を使用する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】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。開発された方法のひとつによれば、
まずカラー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、これらの電気信号をサ
ーマルプリンターへ送る。サーマルプリンターにおいて
プリントするために、シアン、マゼンタおよびイエロー
の染料供与素子を染料受容素子に重ね合わせておく。こ
の重ね合わせた2つの素子をサーマルプリントヘッドと
熱盤ローラーとの間に挿入し、染料供与シートの裏側か
ら線形サーマルプリントヘッドによって熱を与える。サ
ーマルプリントヘッドは多くの加熱素子からなってお
り、シアン、マゼンタおよびイエローの信号に応じて断
続的に熱を発する。こうして、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米国特許第4,621,271
号にさらに詳しく記載されている。
【0003】電気信号を用いて熱的手段によって画像を
形成する方法として、サーマルプリントヘッドの代わり
にレーザーを使用する方法もある。この方法では、レー
ザーの波長に強力な吸収を示す物質を含有する供与素子
シートを使用する。供与素子を照射したとき、この吸収
物質は光エネルギーを熱エネルギーに変換し、真近にあ
る染料を蒸発温度に加熱して受容素子に転写する。吸収
物質は染料の下に存在させても、染料と混合して使用し
てもよい。レーザービームは、原像の形と色を表す電気
信号によって変調し、画像を描くために受容素子への転
写が必要とされる場所の染料のみを加熱し転写する。こ
の工程の詳細は英国特許第2,083,726A号明細書
に記載されている。
【0004】液晶表示素子は、電子計算機、時計、家庭
用具、オーディオ機器などのデジタル表示用素子として
知られている。液晶表示素子は、ディスプレイターミナ
ルのためのブラウン管に代わるものとして開発されたも
のである。同じスクリーンエリアで比較した場合、液晶
表示素子はブラウン管よりも占有面積が小さくてすむ。
また、一般に消費電力も少なくてすむ。
【0005】このようなモノクロの表示素子にカラー表
示能を持たせることが必要とされている。とくに光電管
表示素子、固定電気表示素子やテレビ像表示素子などの
様々な機器を使用した周辺ターミナルの場合に、その必
要性が高い。カラーフィルターアレイ素子を用いたカラ
ー表示素子をこれらのデバイスに適用するために、様々
な試みがなされてきた。しかし、従来試みられた液晶表
示素子用カラーアレイ素子はいずれも、使用者のニーズ
を完全に満たすものではなかった。
【0006】カラー表示能を有し、商業的に入手可能
な、液晶表示素子に使用するカラーフィルターアレイ素
子として、加法混色の原色であるレッド、グリーンおよ
びブルー染料からなるモザイクパターンのゼラチン層を
表面に有する透明な支持体がある。この素子は、写真平
板法を使用して得られる。このようなカラーフィルター
アレイ素子を製造するためには、ゼラチン層を増感し、
モザイクパターンの一色用のマスクに露光し、現像して
露光した部分のゼラチンを硬化して、洗浄して非露光
(架橋していないゼラチン)を除去することによってゼ
ラチンのパターンをつくり、これをさらに所望の色で着
色する操作が必要である。また、この素子を再度コーテ
ィングして、他の2つの色についても上記の工程を繰り
返す必要もある。このような労働集約型の製造方法は、
慎重な整合を要すとともに、時間と費用がかかるもので
ある。この工程の詳細は、米国特許第4,081,277
号明細書にさらに記載されている。米国特許第4,78
6,148号明細書には、さらに特定の顔料を用いたカ
ラーフィルターアレイ素子が開示されている。
【0007】カラー液晶表示素子は、液晶材料で充填し
た密封キャビティを画定する2つの隔離ガラスパネルを
有するのが普通である。液晶表示素子が活発に機能する
ように、このガラスパネルの一方の表面に透明な電極
(この電極はパターン化されていてもされていなくても
よい)が取り付けられ、もう一方のガラスパネル表面に
方向付け可能な電極を取り付ける。電極はそれぞれ、ひ
とつの画素またはピクセルエリアに対応した表面エリア
を有する。カラー表示素子にしたい場合には、例えば、
赤色、緑色、青色のエリアを有するカラーフィルターア
レイをそれぞれのピクセルとともに配列する必要があ
る。表示する像によって、表示操作中に1以上のピクセ
ル電極を活性化してそれぞれ無発光、全発光または部分
発光させ、そのピクセルにつけられたカラーフィルター
エリアを通す。これによって、とりつけられたカラーフ
ィルターエリアを通した光が形成する色の集合体を像と
して見ることができる。
【0008】このような液晶表示素子を形成するとき、
その液晶表示素子に使用するカラーフィルターアレイ素
子は、比較的苛酷な加熱や処理工程を経て製造されるこ
とがある。例えば、透明層(酸化インジウム錫ITOな
ど)をカラーフィルターアレイ上に通常真空スパッタリ
ングして硬化し、エッチングによりパターン化する。こ
の工程の温度は、200℃にも達し、処理時間は1時間
以上に及ぶ。その後、例えばポリイミドなどの液晶用高
分子整合薄層でコーティングして、高温で数時間処理し
たりする。これらの処理工程は、多くのカラーフィルタ
ーアレイ素子に悪影響を及ぼすものである。とくにゼラ
チンマトリックスには極めて悪い影響が及ぶ。
【0009】液晶ディスプレイ用カラーフィルターアレ
イに用いられる染料は、通常の熱染料転写像に用いられ
る染料よりも熱や光に対する安定性が高くなければなら
ないことは明らかである。
【0010】ブルー染料は1種以上のマゼンタと1種以
上のシアン染料の混合物からつくることができるが、こ
のような染料を組み合わせれば必ずカラーフィルターア
レイに適した色相を有する染料混合物になるわけではな
い。また、望ましい色相を有する染料の組み合わせが発
見されたとしても、光や熱に対する安定性が十分である
とは限らない。さらに、色相は単一の染料を用いた場合
よりも変化しやすいし、使用した染料それぞれの褪色傾
向のバランスをとる必要もある。したがって、染料の混
合物を用いるよりも、単一の染料を用いた方が好まし
い。
【0011】ベルギー特許第647,036号明細書に
は、本明細書に記載される構造に近い構造を有する染料
が布染色用染料として記載されている。また、ドイツO
LS第3,608,214号明細書には、本明細書に記
載される構造に近い構造を有する赤外線染料が光学ディ
スク用染料として記載されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の染料を熱染料転写に使用することは上記先行特許明細
書には記載されていない。
【0013】本発明は、従来品よりも安くて簡単に製造
することができて、鮮明度が高い高質なカラーフィルタ
ーアレイ素子を提供することを目的とする。また、本発
明は望ましい色相を有するブルー染料からなり、光と熱
に対する安定性が高いカラーフィルターアレイ素子を提
供することをも目的とする。さらに、本発明は優れた吸
収特性を有しており、ブル−光の透過率が高いために、
明るい液晶ディスプレイを提供することをも目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】かかる課題は本発明を提
供することによって解決された。本発明は、以下に示す
ベンズーc,d−インドールメロシアニンブルー染料の
繰返しパターンからなる熱転写像を有する高分子染料像
受容層を表面に有する支持体からなる熱転写したカラー
フィルターアレイ素子を提供するものである。本発明で
使用するベンズーc,d−インドールメロシアニンブル
ー染料は、以下に示す構造を有する。
【0015】
【化2】 上式において、Rは水素、置換または無置換の炭素数
−8のアルキル(例えば、メチル、エチル、プロピル、
イソブチル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、メトキシエ
チル、2−メタンスルホニルアミドエチル、2−ヒドロ
キシエチル、2−シアノエチル、メトキシカルボニルメ
チル)、置換または無置換の炭素数2−8のアルケニル
(例えば、CH2CH=CH2、CH2CH=CHCH=
CH2、CH2CH=CHCH2OCH3、CH2CH=C
HC511)、置換または無置換の炭素数7−12のア
ラルキル(例えば、ベンジル、m−メチルベンジル、p
−メトキシベンジル、フェネチル)である。
【0016】Zは5員または6員の炭素環または複素環
を形成するのに必要な原子である。例えば、インダンジ
オン、ピラゾリン−5−オン(例えば、1−フェニル−
3−ジメチルアミノピラゾリン−5−オン)、ピラゾリ
ンジオン(例えば、N,N−ジフェニルピラゾリンジオ
ン)、チオバルビツル酸、N−エチルローダミン、ベン
ゾチオフェンー3−オンーS,S−ジオキシド、ピリジ
ン−2,6−ジオンなどの炭素環式または複素環式ケト
メチレンなどを挙げることができる。
【0017】本発明では、RはCH2(CH)(CH3
2であるのが好ましい。また、Zはインダンジオン、1
−フェニルー3−ジメチルアミノピラゾリン−5−オン
またはN,N−ジフェニルピラゾリンジオン環を形成す
るのに必要な原子であるのが好ましい。
【0018】本発明で使用するブルー染料の例を以下に
挙げる。
【0019】
【化3】
【化4】 上述のように、染料像受容層の高分子染料像受容層中に
は繰返し色パターン(好ましくはモザイクパターン)を
有する熱転写像が存在する。
【0020】本発明では、前記モザイクパターンが加法
混色の原色であるレッド、グリーン、ブルーからなるも
のであるのが好ましい。
【0021】液晶表示素子は、通常はガラスなどの基材
上に酸化インジウム錫をコーティングした2つの透明電
極の間に素子の操作温度では液晶状態にある材料を入
れ、電極に電流を流すことによって作動させる。配向層
は、2つの基材上に存在する透明電極層上に調製し、液
晶分子を配向して基材間でツイスト(例えば90°)さ
せる。セルの一表面から他表面へ偏光を通すと、偏光の
偏光面はツイストした液晶組成物の間を通ることによっ
て90°回転する。セルの特定電極に電場をかけること
によって液晶はツイストし、特定電極間のセルの位置に
て一時的に離れる。セルの各側面に偏光体を使用した場
合は、偏光が透過するか否かは電場をかけるか否かによ
って決まる。
【0022】上記の高分子配向層には、液晶技術の分野
で通常用いられているものであればいかなるものでも使
用することができる。例えば、ポリイミド、ポリビニル
アルコールやメチルセルロースなどを使用することがで
きる。
【0023】上記の透明な電動層も、液晶技術の分野で
通常用いられるものである。例えば、酸化インジウム
錫、酸化インジウム、酸化錫やカドミウム錫を使用する
ことができる。
【0024】本発明のカラーフィルターアレイ素子を形
成するのに使用する染料像受容層には、例えば米国特許
第4,695,286号、同第4,740,797号、同第
4,775,657号や同第4,962,081号に記載さ
れるポリマーを使用することができる。中でも、ガラス
転移温度が約200℃以上であるものを使用するのが好
ましい。また、4,4'−(ヘキサヒドロー4,7−メタ
ノインダン−5−イリデン)ビスフェノールなどのメチ
レン置換ビスフェノールAも好ましい。概して、約0.
25から約5mg/m2で使用すれば良好な結果が得られ
る。
【0025】本発明に使用する支持体は、ボラックスガ
ラス、ボロシリケートガラス、クロミウムガラス、クラ
ウンガラス、フリントガラス、ライムガラス、カリガラ
ス、シリカーフリントガラス、ソーダガラス、亜鉛−ク
ラウンガラスなどのガラスであるのが好ましい。中で
も、ボロシリケートガラスを用いるのが好ましい。
【0026】染料供与素子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、さまざまな方法を用いることができる。例え
ば、強度光閃光法を、カーボンブラックまたは光吸収性
染料を有する染料供与素子に対して用いることができ
る。このような染料供与素子は、光抵抗性材料とともに
エッチングすることによって形成した格子パターンを有
するミラーと組み合わせて使用する。この方法について
は、米国特許第4,923,860号に十分に記載されて
いる。
【0027】染料を染料供与素子から透明な支持体に転
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、他に米国特許第4,978,652号に記載
される加熱エンボスローラーを使用する方法がある。
【0028】また、別の方法として、表面に染料層とレ
ーザー吸収材料を有する支持体からなる染料供与素子を
用いて像の形にレーザー加熱する方法もある。像の形に
加熱スル工程は色の繰返しモザイクパターンを形成する
ように行う。上述のレーザーエネルギーや強度光を吸収
する材料としては、当業者に周知のカーボンブラックや
非揮発性赤外線吸収染料や顔料などのいずれの吸収材料
でも用いることができる。例えば、米国特許第4,97
3,572号に記載されるシアニン赤外線吸収染料や、
米国特許第4,948,777号、同第4,950,640
号、同第4,950,639号、同第4,948,776
号、同第4,948,778号、同第4,942,141
号、同第4,952,552号、同第5,036,040
号、同第4,912,083号に記載される材料も用いる
ことができる。
【0029】像の形に加熱する操作は、染料層とレーザ
ー吸収性材料とを表面に有する支持体からなる染料供与
素子に対してレーザーを照射して行うのが好ましい。本
発明のカラーフィルターアレイ素子を形成するのにこれ
らの既知の染料熱転写法のいずれを選択したとしても、
像のかたちに加熱することによって染料は転写し、繰返
し色パターンが受容層上に形成される。
【0030】染料を受容素子に転写した後、さらに染料
を染料受容層中に拡散させて安定化するために像処理さ
れる。安定化は、輻射加熱や溶媒蒸気によって行った
り、加熱ローラーに接触させることによって行うことが
できる。この拡散工程を経ることによって、光にさらし
たときに像が褪色したり表面磨耗したりするのを防止
し、染料の結晶化を防ぐことができる。また、熱溶融の
代わりに溶媒蒸気溶融を用いてもよい。
【0031】本発明のカラーフィルターアレイ素子は、
(a)表面に上記染料層を有する支持体からなる染料供
与素子を像のかたちに加熱し、(b)染料層の一部を表
面に染料受容層を有する支持体からなる染料受容素子に
転写することによって製造することができる。像のかた
ちに加熱する操作は、カラーフィルターアレイ素子の染
料の繰返しパターンを形成するように行う。
【0032】本発明のカラーフィルターアレイ素子を形
成するのに使用する染料供与素子は、表面に上記ブルー
染料とその他にイメージング染料・顔料などの他の色素
を有しレッドとグリーンのエリアを形成するようになっ
ている支持体からなる。染料としては、熱によって本発
明のカラーフィルターアレイ素子に転写することができ
るものであればいかなる染料や混合物でも使用すること
ができる。特に下記の昇華性染料や米国特許第4,54
1,830号に記載される染料を用いれば良好な結果が
得られる。
【0033】
【化5】マゼンタ
【化6】イエロー
【化7】シアン 減法混色の原色たる上記シアン、マゼンタ、イエロ−染
料はそれぞれ適当に組み合わせて使用することができ
る。これらは、染料供与素子そのものの中に用いるか、
染料像受容素子へ続けて転写することによって、他の所
望のグリーン、レッド加法混色を形成することができ
る。染料は染料層中で混合してもよいし、別個の染料層
中にコーティングしておいて続けて転写してもよい。染
料は約0.05−約1g/m2で使用することができ
る。
【0034】イメージング染料と使用する場合は赤外線
吸収材料を、染料供与素子の高分子結合剤中に分散す
る。高分子結合剤としては、セルロース誘導体、ポリカ
ーボネート、ポリ(スチレンーコーアクリロニトリ
ル)、ポリ(スルホン)やポリ(フェニレンオキシド)
を挙げることができる。これらの結合剤は、約0.1−
約5g/m2で使用することができる。
【0035】染料供与素子中の染料層は、支持体上にコ
ーティングしてもよいし、グラビア印刷などのプリント
法によって支持体表面上にプリントしてもよい。
【0036】染料供与素子の支持体としては、寸法安定
性があってレーザービームなどの熱転写機器から供給さ
れる熱に耐え得る材料を広く用いることができる。その
ような材料としては、ポリ(エチレンテレフタレート)
などのポリエステル;ポリアミド;ポリカーボネート;
グラシン紙;コンデンサー紙;セルロースエステル;フ
ッ素ポリマー;ポリエーテル;ポリアセタール;ポリオ
レフィンやポリイミドなどが挙げられる。支持体の厚さ
は概して約2〜約250μmである。また、所望により
下塗り層をコーティングすることもできる。
【0037】染料供与シートから染料受容素子へ染料を
熱転写してカラーフィルターアレイ素子を調製するため
にさまざまなレーザーを用いることができる。例えば、
アルゴンやクリプトンなどのイオンガスレーザー、銅、
金、カドミウムなどの金属蒸気レーザー、ルビーやYA
Gなどの固体状レーザー、750−870nmの赤外領
域で発光するガリウムヒ素などのダイオードレーザーな
どを挙げることができる。しかしながら、実際は、小さ
くて、経費も安く、安定で信頼性も高く、強度もあって
調整も容易であることからダイオードレーザーを使用す
るのが便利である。染料供与素子を加熱するのにレーザ
ーを用いる前に、照射レーザーは染料層中に吸収されて
既知の分子内変換によって熱に変換されなければならな
い。このように染料層の有用性は、色相や昇華性や層染
料の強度のみならず染料層が照射光を吸収して熱に変換
する能力によってその善し悪しが左右される。
【0038】
【実施例】以下に実施例を記載して本発明を説明する。
【0039】ゼラチンを下塗りした厚さ175μmの透
明なポリ(エチレンテレフタレート)の支持体上に、1
−プロパノール、ブタノン、トルエンおよびシクロペン
タノンの混合溶媒からコーティングした、セルロースア
セテートプロピオネート(2.5%アセチル、46%プ
ロピオニル)結合剤(0.27g/m2)中の以下の表1
に記載される上記のブルー染料を含有する染料層をコー
ティングすることによってブルー染料供与素子を調製し
た。この染料層には、さらに数ミクロンに微粉化された
Regal 300TM (カボット社)(0.22g/m2)、Flu
orad FC-431TM分散剤(3M社)(0.01g/m2)、S
olsperseTM 24000 分散剤(ICI社)(0.03g/m
2)を含有させた。染料混合物を含有する3つの染料供
与素子もまた蒸気の方法によって調製した。
【0040】対照染料供与素子は、以下に示すような対
照染料を用いて上記の方法で調製した。本発明の染料供
与素子と対照染料供与素子の両者について、それぞれ染
料供与素子中にコーティングされる染料の量を変えてほ
ぼ同じ転写濃度が得られるようにした。
【0041】
【化8】
【化9】 C−7:ブルーの色相をつくりだす下記のマゼンタ染料
とシアン染料の混合物
【化10】
【化11】 C−8:ブルーの色相をつくりだす下記のマゼンタ染料
とシアン染料の混合物
【化12】 C−9:C−7のシアン染料とC−5の染料の混合物 厚さ1.1mmの表面が平らなホウケイ酸ガラス上に下
記の層をスピンコーティングすることによって染料受容
素子を調製した。
【0042】1)メタノールと水の混合溶媒中の duPon
t VM-651 接着促進剤(1%溶液)からなる下塗り層
(厚さ0.5μmの層は0.54g/m2に相当する)、 2)エチルベンゾエートからコーティングした4,4'−
(ヘキサヒドロ−4,7−メタノインデン−5−イリデ
ン)ビスフェノール(2.5g/m2)の受容層 コーティング後、受容素子を60℃のオーブン中で1時
間加熱して残留溶媒を除去した。
【0043】染料供与素子を染料受容素子上に重ねた。
MecablitzTMモデル402(Metz AG
社)の電子閃光管を熱エネルギー源として用いた。これ
を染料供与素子の上40mmの位置に設置し、45度の
ミラーボックスを用いて閃光器からのエネルギーを25
x50mmのエリアに集約した。染料転写エリアを12
x25mmのエリアでマスクした。閃光器を一回閃光さ
せて、転写ステータスA転写濃度約1.0から3.0の
像を形成させた。
【0044】転写した試験用サンプルをそれぞれアセト
ン蒸気で飽和した20℃の密閉容器中に5分間保持し
て、受容層中に染料を拡散させた。転写した染料像は2
00℃のPyropanel No.4083赤外熱パ
ネル下に60秒置いて残留溶媒を除去した。
【0045】それぞれのサンプルのステータスAレッ
ド、グリーンおよびブルー転写濃度を測定した。カラー
フィルターアレイ中にブルーフィルター染料として続け
て使用する染料として、熱的に安定でグリーンおよびレ
ッド光(色相ブルー)を最大限に吸収し、同時にブルー
光も最大限に発光することができる(すなわちブルー光
領域の吸収が最小限である)ものを使用するのが望まし
い。比較対象評価のために、レッドとブルーの濃度比
と、グリーンとブルーの濃度比を計算した。それぞれ高
い方が好ましい。
【0046】染料の熱的安定性については、転写した像
を2時間180℃で加熱し、再度ステータスAレッドお
よびグリーン濃度を読み取って濃度減少率を算出するこ
とによって評価した。
【0047】結果は以下に示すとおりであった。
【0048】
【表1】 上記の結果は、本発明に係る染料は実質的にブルー最大
濃度の転写を減少させるため、各染料や染料混合物と組
み合わせたときレッド/ブルー転写濃度比またはグリー
ン/ブルー転写濃度比の少なくとも一方がかなり高くな
ることを示している。
【0049】
【表2】 濃度減少率(%) 染料供与素子 レッド グリーン C−1 19 16 C−2 2 <2 C−3 33 23 C−4 5 4 C−5 25 24 C−6 15 18 C−7 48 7 C−8 29 6 C−9 50 28 1 1 4 2 13 20 5 19 16 6 0 4 7 6 9 1+5 2 4 1+6 1 3 7+9 5 9 上記の結果は、染料2および5の染料供与素子を除い
て、本発明の染料供与素子は従来の染料供与素子よりも
濃度減少率が小さいことを示している。しかしながら、
染料1を染料5とともに使用した場合は濃度減少率が小
さくなっている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン・イヴァンス アメリカ合衆国ニューヨーク州14612, ロチェスター,サガモア・ドライブ 570 (56)参考文献 特開 平2−293703(JP,A) 特開 平2−176708(JP,A) 特開 昭63−74688(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 により表されるベンズ−c,d−イ
    ンドールメロシアニンブルー染料: 【化1】 (上式において、Rは水素、置換または無置換の炭素数
    1−8のアルキル、置換または無置換の炭素数2−8の
    アルケニルあるいは置換または無置換の炭素数7−12
    のアラルキルであり、そしてZは5員または6員の炭素
    環または複素環を成するのに必要な原子である)の繰
    返しパターンからなる熱転写像を有する高分子染料像受
    容層を表面に有する支持体を含んでなる、熱転写法で形
    成されたカラーフィルターアレイ素子。
JP9145193A 1992-04-23 1993-04-19 熱転写法で形成されたカラーフィルターアレイ素子 Expired - Lifetime JP2608674B2 (ja)

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