JP4378163B2 - カラーフィルタ用青色着色組成物およびカラーフィルタ - Google Patents
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Description
一般的に、カラー液晶表示装置では、カラーフィルタの上に液晶を駆動させるための透明電極が蒸着あるいはスパッタリングにより形成され、さらにその上に液晶を一定方向に配向させるための配向膜が形成されている。これらの透明電極および配向膜の性能を充分に得るには、その形成を一般に200℃以上、好ましくは230℃以上の高温で行う必要がある。このため、現在、カラーフィルタの製造方法としては、耐光性、耐熱性に優れる顔料を着色剤とする顔料分散法と呼ばれる方法が主流となっている。
しかし、単純に顔料(化学反応により製造された粒子径が10〜100μmのクルードと呼ばれるものを、顔料化処理により一次粒子とこれが凝集した二次粒子の混合物にまでしたものである)を様々な微細化処理方法により微細化しても、一次粒子あるいは二次粒子の微細化が進行した顔料は一般に凝集し易く、微細化が進行し過ぎた場合には巨大な塊状の顔料固形物を形成してしまう。さらに、微細化の進行した顔料は、樹脂などを含有する顔料担体中へ分散させ、再び顔料の二次粒子をなるべく一次粒子にまで近づけて安定化させようとしても、安定な着色組成物を得ることは非常に困難である。
また、本発明のカラーフィルタは、本発明の着色組成物から形成されるフィルタセグメントを具備することを特徴とする。
本発明のカラーフィルタ用青色着色組成物は、透明樹脂、その前駆体またはそれらの混合物からなる顔料担体と、比表面積が90〜140m2/gである青色顔料と、前記青色顔料よりも比表面積が大きくかつその比表面積が100〜150m2/gである紫色顔料とを含むものであり、組成物中に含まれる青色顔料および紫色顔料の比表面積をコントロールすることにより、青色顔料および紫色顔料のヘテロ凝集が生じないようにしている。
本発明では、従来2種類以上の顔料を配合する場合に、顔料のヘテロ凝集によりカラーフィルタとしての輝度やコントラスト比の低下という結果を招いていたところ、青色着色組成物において調色に用いられる紫色顔料の比表面積を青色顔料の比表面積よりも大きくすることにより、青色顔料および紫色顔料のヘテロ凝集を最小限に抑え、カラーフィルタとして高い輝度およびコントラスト比を達成したものである。紫色顔料の比表面積が青色顔料の比表面積よりも小さい場合には、青色顔料と紫色顔料のヘテロ凝集により、カラーフィルタを形成したときに輝度やコントラスト比の低下を招いてしまう。
各々の顔料の比表面積が下限値より低い場合には、輝度やコントラスト比の低いカラーフィルタしか得られない。また、各々の顔料の比表面積が上限値より高い場合には、青色顔料および紫色顔料がヘテロ凝集するため、着色組成物として安定性を保ち、流動性を確保することが困難になると共に、カラーフィルタの輝度やコントラスト比の特性が極端に悪化する。
本発明の青色着色組成物に含まれる青色顔料および紫色顔料としては、有機または無機の顔料を、単独でまたは2種類以上混合して用いることができるが、発色性、耐熱性の高い有機顔料を用いることが特に好ましい。本発明の青色着色組成物には、顔料以外の青色色素や紫色色素を併用することもできる。顔料以外の色素としては、染料、天然色素等を挙げることができる。
青色顔料としては、例えばC.I.Pigment Blue 15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64等を用いることができ、この中でも銅フタロシアニン系顔料のC.I.Pigment Blue 15:6が好ましい。
紫色顔料としては、例えばC.I.Pigment Violet 1、19、23、27、29、30、32、37、40、42、50等を用いることができ、この中でもジオキサジン系顔料のC.I.Pigment Violet 23が好ましい。
紫色顔料の含有量は、顔料の全量(青色顔料と紫色顔料の合計重量)を基準として好ましくは0.005〜50重量%、さらに好ましくは0.005〜40重量%である。
以下にそれぞれの方法について説明するが、本発明の着色組成物に含まれる顔料の比表面積の制御方法は、上記方法のいずれを用いてもよい。
ソルトミリング時あるいはアシッドペースティング時には、比表面積制御に伴う顔料の凝集を防ぐために、下記に示す誘導体や樹脂型顔料分散剤、界面活性剤等の分散助剤を併用することもできる。また、比表面積制御を2種類以上の顔料を共存させた形で行うことにより、単独では分散が困難な顔料であっても安定な分散体として仕上げることができる。
さらに、顔料の比表面積を制御する手段として、顔料を高速のサンドミル等で長時間分散すること(粉砕助剤および有機液体の不存在下で顔料を乾式粉砕する、いわゆるドライミリング法)により、顔料の比表面積を大きくすると同時に分散することも可能である。
上記特定の塩基性基を有する誘導体の含有量は、顔料を基準として、好ましくは0.001〜40重量%、さらに好ましくは1〜20重量%である。
式(5)
青色着色組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化するときには、光重合開始剤等が添加される。
青色顔料および紫色顔料は、青色着色組成物中に合計して1.5〜7重量%の割合で含有されることが好ましい。また、青色顔料および紫色顔料は、最終フィルタセグメント中に合計して好ましくは10〜40重量%、より好ましくは20〜40重量%の割合で含有され、その残部は、顔料担体により提供される樹脂質バインダーから実質的になる。
本発明のカラーフィルタは、本発明の感光性組成物を用いて形成されたフィルタセグメントを有するカラーフィルタである。カラーフィルタには、少なくとも1つの赤色フィルタセグメント、少なくとも1つの緑色フィルタセグメント、および少なくとも1つの青色フィルタセグメントを具備する加法混色型、および少なくとも1つのマゼンタ色フィルタセグメント、少なくとも1つのシアン色フィルタセグメント、および少なくとも1つのイエロー色フィルタセグメントを具備する減法混色型のものがある。
また、マゼンタ色フィルタセグメントは、通常のマゼンタ色着色組成物を用いて形成することができる。マゼンタ色着色組成物は、青色顔料および紫色顔料の代わりに、例えば、C.I.Pigment Violet 1、19、C.I.Pigment Red 144、146、177、169、81等の紫色顔料および赤色顔料を用いて得られる組成物である。
また、イエロー色フィルタセグメントは、通常のイエロー色着色組成物を用いて形成することができる。イエロー色着色組成物は、青色顔料および紫色顔料の代わりに、例えば、上記記載の黄色顔料を用いて得られる組成物である。
透明基板としては、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が用いられる。
なお、紫外線露光感度を上げるために、上記着色レジストを塗布乾燥後、水溶性あるいはアルカリ水溶性樹脂、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。
実施例に先立ち、顔料の平均一次粒子径、比表面積、レジストの粘度特性および塗膜のコントラスト比の測定法について説明する。
顔料粒子の比表面積は、窒素吸着によるBET法で求めた。なお、測定には自動蒸気吸着量測定装置(日本ベル社製「BELSORP18」)を用いた。
(コントラスト比)=(平行のときの輝度)/(直行のときの輝度)
なお、輝度計(1)としては色彩輝度計(トプコン社製「BM−5A」)、偏光板としては偏光板(日東電工社製「NPF−G1220DUN」)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(2)を当てた。
[青色顔料1]
銅フタロシアニン系青色顔料C.I.Pigment Blue 15:6(東洋インキ製造社製「リオノールブルーES」)500部、塩化ナトリウム2500部、およびポリエチレングリコール(東京化成社製)250部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、120℃で6時間混練した。次に、この混合物を約5リットルの温水に投入し、約70℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約1時間撹拌してスラリー状とした後、濾過、水洗して塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除き、80℃で24時間乾燥し、490部のソルトミリング処理顔料(青色顔料1)を得た。
青色顔料1の製造法において、ニーダーによる混練時間を12時間に変更した以外は同様にして青色顔料2を得た。
[青色顔料3]
青色顔料1の製造法において、銅フタロシアニン系青色顔料500部のうち75部を誘導体48に変更した以外は同様にして青色顔料3を得た。
ジオキサジン系紫色顔料C.I.Pigment Violet 23(Clariant社製「Fast Violet RL」)500部、塩化ナトリウム2500部、およびポリエチレングリコール(東京化成社製)250部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、120℃で6時間混練した。次に、この混合物を約5リットルの温水に投入し、約70℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約1時間撹拌してスラリー状とした後、濾過、水洗して塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除き、80℃で24時間乾燥し、490部のソルトミリング処理顔料(紫色顔料1)を得た。
紫色顔料1の製造法において、ニーダーによる混練時間を12時間に変更した以外は同様にして紫色顔料2を得た。
[紫色顔料3]
紫色顔料1の製造法において、塩化ナトリウムの量を5000部に変更した以外は同様にして紫色顔料3を得た。
ジオキサジン系紫色顔料C.I.Pigment Violet 23(Clariant社製「Fast Violet RL」)600部を96%硫酸6000部に投入し1時間撹拌後、5℃の水に注入した。1時間撹拌後、濾過、温水で洗浄液が中性になるまで洗浄し、70℃で乾燥した。得られたアシッドペースティング処理顔料を、紫色顔料1と同様の方法でソルトミリング処理して、紫色顔料4を得た。
紫色顔料4の製造法において、ソルトミリング処理時に用いたアシッドペースティング処理顔料500部のうち50部を誘導体49に変更した以外は同様にして紫色顔料6を得た。
[紫色顔料6]
紫色顔料5の製造法において、ソルトミリング処理をアトライター(スチールビーズを使用)を用いたドライミリング処理2時間に変更したした以外は同様にして紫色顔料7を得た。
表4に示す青色顔料と紫色顔料を用い、下記の方法で順次、顔料分散体およびレジストを得た。まず、顔料分散体およびレジストの製造に用いた樹脂溶液の製造例を以下に示す。
(樹脂溶液製造例)
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、同温度で下記モノマーおよび熱重合開始剤の混合物を1時間かけて滴下し、重合を行った。
スチレン 60.0部
メタクリル酸 60.0部
メタクリル酸メチル 65.0部
メタクリル酸ブチル 65.0部
アゾビスブチロニトリル 10.0部
滴下後さらに100℃にて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部で溶解したものを添加し、さらに1時間反応を続け、重量平均分子量が約40,000(GPCによる測定)のアクリル樹脂溶液を得た。
室温まで冷却した後、樹脂溶液の一部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、不揮発分が20%となるように得られた樹脂溶液にシクロヘキサノンを添加してアクリル樹脂溶液を調製した。
表2に示す組成の混合物を均一に撹拌混合した後、直径1mm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5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。
なお、誘導体としては、青色顔料分散体作製時には誘導体48を、紫色顔料分散体作製時には誘導体49を用いた。また、樹脂型分散剤としてはリン酸エステル系顔料分散剤(ビックケミー社製「BYK111」)を用いた。
ついで、表3に示す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、アルカリ現像型青色レジストを得た。
なお、モノマーとしてはトリメチロールプロパントリアクリレート(新中村化学社製「NKエステルATMPT」)、光重合開始剤としては「イルガキュアー907」(チバガイギー社製)、増感剤としては「EAB−F」(保土ヶ谷化学社製)、溶剤としてはシクロヘキサノンを用いた。
得られたレジストをスピンコーターを用いて、回転数を変えて乾燥膜厚が約1μm前後となるように3点の塗布基板を作製した。塗布後80℃で30分、熱風オーブンで乾燥したのち、それぞれ膜厚およびコントラスト比を測定し、3点のデータから膜厚が2μmにおけるコントラスト比を一次相関法で求めた。
上記のようにして得られたレジストの粘度、チキソインデックスと塗膜のコントラスト比を表4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 (8)
- 透明樹脂、その前駆体またはそれらの混合物からなる顔料担体と、比表面積が90〜140m2/gである青色顔料と、前記青色顔料よりも比表面積が大きくかつその比表面積が100〜150m2/gである紫色顔料とを含むことを特徴とするカラーフィルタ用青色着色組成物。
- 青色顔料および紫色顔料の平均一次粒子径が0.005〜0.05μmであることを特徴とする請求項1記載のカラーフィルタ用青色着色組成物。
- 青色顔料が銅フタロシアニン系顔料、紫色顔料がジオキサジン系顔料であることを特徴とする請求項1または2記載のカラーフィルタ用青色着色組成物。
- 銅フタロシアニン系顔料がC.I.Pigment Blue 15:6であり、ジオキサジン系顔料がC.I.Pigment Violet 23であることを特徴とする請求項3記載のカラーフィルタ用青色着色組成物。
- 紫色顔料の含有量が、顔料の全量を基準として0.005〜50重量%であることを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項に記載のカラーフィルタ用青色着色組成物。
- それぞれ下記式(1)の塩基性基、下記式(2)の塩基性基、下記式(3)の塩基性基および下記式(4)の塩基性基からなる群の中から選ばれる少なくとも1つの塩基性基を有する顔料誘導体、アントラキノン誘導体、アクリドン誘導体またはトリアジン誘導体からなる群の中から選ばれる少なくとも一種の塩基性基含有誘導体を含むことを特徴とする請求項1ないし5いずれか1項に記載のカラーフィルタ青色用着色組成物。
式(1)
式(5)
- 塩基性基含有誘導体の含有量が、顔料の全量を基準として0.001〜40重量%であることを特徴とする請求項6記載のカラーフィルタ用青色着色組成物。
- 請求項1ないし7いずれか1項に記載の着色組成物から形成される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。
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