JP4669311B2 - 位相差制御機能を有するカラーフィルタ及びディスプレー - Google Patents
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Description
即ち、一般にカラーフィルタにおける着色層の形成には、フォトリソグラフィ法が適用される。具体的には、先ずクロム膜等を形成した基板上にポジ型のフォトレジストを塗布して乾燥し、次いでマスクを介して露光し、その後、露光部分を現像により除去する。引き続いてエッチング処理を行うことにより、クロム膜をパターンニングしてBMを形成する。続いて、光透過性パターンを形成するために、ネガ型のフォトレジストを用い、上述と同様にフォトリソグラフィ法によりR、G、B等の着色画素を、順に、塗工、マスク露光、現像処理を行い、パターンニングして形成する。上記形成方法において各着色画素をマスク露光する際に、マスク開口部と実際の露光部分には、ある一定量のズレが発生することがある。上記ズレは露光に用いるアライナーの位置合わせ精度に起因する。このズレが大きく、BMとこれに隣り合う各着色画素とが重ならず離れて形成された場合は、BM端部と着色層端部との間に所謂白抜け部分が生じ、色純度が大きく低下する問題が発生する。そのため、BMのパターンに対応して各着色画素のパターンを構成させ、白抜け部分の形成を回避する必要がある。具体的には、当該ズレを想定した上で各着色画素の端部がBM上に乗り上げるようパターン形成する方法がある。上記方法によりBM上へ各着色画素が乗り上げる量を増加させると、上記白抜け部分の形成の問題は解消される。しかしながら上述のようにBM上へ着色画素端部を乗り上げて形成すると、図8に示すように基板110上面において、BM111上で隣り合う各着色画素112R、112G、112B同士がオーバーラップする虞がある(図8では、着色画素112Gの右端部が着色画素112Bの左端部とがオーバーラップしている)。その結果、BM111と各着色画素とからなる着色層117の上面に上記オーバーラップに起因する段差が形成される。即ち図9に示すとおり、着色層117上面に、オーバーラップに起因する段差116が形成され、これにより該着色層117上面に次いで形成される位相差制御機能層118における液晶の配向特性に悪影響を与える。上記段差116は、一定方向に規則的に配向すべき液晶性高分子119の配向に欠陥を生じさせるため、正確な光学補償ができなくなり、またヘイズの増大を引き起こし、表示品位を著しく低下させる。
(1)基板と、着色層と、液晶性高分子により構成される位相差制御機能層とを順に有するカラーフィルタであって、上記着色層が、線幅が6μm以上25μm以下であるブラックマトリクスと、少なくとも2色以上の異なる光透過性パターンを示す着色画素とを複数配列して構成されており、また上記位相差制御機能層が、連続した1つの層として上記着色層上に積層されており、且つ、各着色画素の端部が上記ブラックマトリクス上に1.5μm以上乗り上げるパターンであり、しかも、該ブラックマトリクス上で隣り合う上記着色画素間が3μm未満のパターンのものを除き、これによって、該ブラックマトリクス上で隣り合う上記着色画素が重なり合わないことを特徴とする位相差制御機能を有するカラーフィルタ、
(2)上記ブラックマトリクスが、黒色顔料を分散した樹脂ブラックマトリクスからなることを特徴とする、上記(1)に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ、
(3)上記位相差制御機能層を構成する液晶性高分子の光軸が、上記位相差制御機能層に対して垂直であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ、
(4)上記位相差制御機能層を構成する液晶性高分子の光軸が、上記位相差制御機能層に対して水平であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ、
(5)上記着色層上に積層された第一の位相差制御機能層上に、さらに異なる第二の位相差制御機能層が積層されていることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ、
(6)上記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタを用いたディスプレー、
(7)上記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタを用いた液晶ディスプレー、
(8)上記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタを用いた有機エレクトロルミネッセンスディスプレー、
を要旨とするものである。
この際、BM11の線幅を6μm未満とすると、BM上で隣り合う各着色画素同士がBM上でオーバーラップする可能性が高まる(即ち、アライナーの精度により、着色画素の端部の位置が予定位置より+1.5μmずれた場合であっても、BM上で隣り合う着色画素同士がオーバーラップしない程度の線幅が必要である。)。従って、BM11の線幅は6μm以上であることが望ましい。
一方、BM11上で隣り合う各着色画素がオーバーラップすることを防止するという観点からは、BM11の線幅が拡大する程好ましいが、BM11の線幅の拡大は、着色層13の開口率を低下させるため、ディスプレーに搭載した際に、該ディスプレーの輝度を減少させる原因となる。そのため、対向する基板との位置合わせが可能となる範囲内でBM11の線幅は、可能な限り細いことが好ましい。通常のLCDでは、カラーフィルタ基板に対向する薄膜トランジスタアレイ上の画素間間隙は4〜12μm程度であり、貼り合わせ精度が±1μm程度である。従って、ディスプレーの輝度を充分に確保するという観点からは、BM11の線幅を25μm以下にすることが好ましい。
中でも熱膨張性が小さく寸法安定性が良好であり、また高温加熱処理における作業性が優れる点から透明無機材料が好ましい。透明無機材料としては、ガラス、シリコン、若しくは石英等を用いることができる。また特にLCD用に適用する、本発明のカラーフィルタ用の場合には、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスを用いることが好ましい。
一方、上記透明有機材料としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、若しくはシンジオタクティック・ポリスチレン等、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、若しくはポリエーテルニトリル等、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロへキセン、若しくはポリノルボルネン系樹脂等、又は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、若しくは熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。特に、フィルムとしては、1軸延伸又は2軸延伸したフィルムや、面内にリタデーションを有さないTACフィルム等を用いることができる。基板10の厚みは特に限定されないが、用途に応じ5μm〜1mm程度とすることが一般的である。
一方、水平配向膜上に塗布する上記樹脂組成物は、上述で例示した化合物(I)又は化合物(II)等を1種或いは2種以上、及び光重合開始剤、必要に応じて重合禁止剤等を有機溶媒に溶解させて調製することができる。正のAプレートにおける樹脂組成物の乾燥後の厚みは、特に限定されないが、0.1μm〜2.0μmとすることが一般的である。
一方、垂直配向膜上に塗布する樹脂組成物は、上述した正のAプレートに用いることのできる樹脂組成物と同様のものを用いることができる。尚、採用する垂直配向膜を構成する成分、即ち、界面活性剤、シランカップリング剤、或いはMVA用の垂直配向膜成分を、上記樹脂組成物にさらに添加してもよい。垂直配向膜成分を樹脂組成物に添加することにより、垂直配向膜と樹脂組成物との親和性がより向上し、より厳密に垂直配向させることができるため好ましい。樹脂組成物の乾燥後の厚みは、特に限定されないが、0.5μm〜3.0μmとすることが一般的である。
適当な洗浄処理を施し、清浄とした基板としてガラス基板(1737材、コーニング社製)を用意した。本実施例においては、基板としてガラス基板を用いているが、本発明はガラス基板にのみ限定されるものではなく、上述した種々の材質からなる基板を用いることができ、例えばポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース等からなるプラスチック基板であってもよいし、またさらにポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等のフィルムを用いることもできる。
(着色レジストの調整)
ブラックマトリクス及び赤色(R)、緑色(G)、青色(B)着色画素の着色材料には顔料分散型フォトレジストを用いた。顔料分散型フォトレジストは、着色材料として顔料を用い、分散液組成物(顔料、分散剤及び溶剤を含有する)にビーズを加え、分散機で3時間分散させ、その後ビーズを取り除いた分散液とクリアレジスト組成物(ポリマー、モノマー、添加剤、開始剤及び溶剤を含有する)とを混合したものである。その組成を下記に示す。尚、分散機としては、ペイントシェーカーを用いた。
・黒顔料・・・・・14.0重量部
(大日精化工業(株)製TMブラック#9550)
・分散剤・・・・・1.2重量部
(ビックケミー(株)製Disperbyk111)
・ポリマー・・・・・2.8重量部
(昭和高分子(株)製VR60)
・モノマー・・・・・3.5重量部
(サートマー(株)製SR399)
・添加剤・・・・・0.7重量部
(綜研化学(株)製L−20)
・開始剤・・・・・1.6重量部
(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)−ブタノン−1)
・開始剤・・・・・0.3重量部
(4,4’−ジエチルアミノベンゾフェノン)
・開始剤・・・・・0.1重量部
(2,4−ジエチルチオキサントン)
・溶剤・・・・・75.8重量部
(エチレングリコールモノブチルエーテル)
・赤顔料・・・・・3.5重量部
(C.I.PR254(チバスペシャリティケミカルズ社製クロモフタールDPP Red BP))
・黄顔料・・・・・0.6重量部
(C.I.PY139(BASF社製パリオトールイエローD1819))
・分散剤・・・・・3.0重量部
(ゼネカ(株)製ソルスパース24000)
・モノマー・・・・・4.0重量部
(サートマー(株)製SR399)
・ポリマー1・・・・・5.0重量部
・開始剤・・・・・1.4重量部
(チバガイギー社製イルガキュア907)
・開始剤・・・・・0.6重量部
(2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール)
・溶剤・・・・・81.9重量部
(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
・緑顔料・・・・・3.7重量部
(C.I.PG7(大日精化製セイカファストグリーン5316P))
・黄顔料・・・・・2.3重量部
(C.I.PY139(BASF社製パリオトールイエローD1819))
・分散剤・・・・・3.0重量部
(ゼネカ(株)製ソルスパース24000)
・モノマー・・・・・4.0重量部
(サートマー(株)製SR399)
・ポリマー1・・・・・5.0重量部
・開始剤・・・・・1.4重量部
(チバガイギー社製イルガキュア907)
・開始剤・・・・・0.6重量部
(2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール)
・溶剤・・・・・80.0重量部
(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
・青顔料・・・・・4.6重量部
(C.I.PB15:6(BASF社製ヘリオゲンブルーL6700F))
・紫顔料・・・・・1.4重量部
(C.I.PV23(クラリアント社製フォスタパームRL−NF))
・顔料誘導体・・・・・0.6重量部
(ゼネカ(株)製ソルスパース12000)
・分散剤・・・・・2.4重量部
(ゼネカ(株)製ソルスパース24000)
・モノマー・・・・・4.0重量部
(サートマー(株)製SR399)
・ポリマー1・・・・・5.0重量部
・開始剤・・・・・1.4重量部
(チバガイギー社製イルガキュア907)
・開始剤・・・・・0.6重量部
(2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール)
・溶剤・・・・・80.0重量部
(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
負のCプレートを構成する3次元架橋可能な液晶性モノマー材料として両端に重合可能なアクリレート基を有するとともに、中央部のメソゲンと上記アクリレートとの間にスペーサを有する液晶性モノマー材料を75重量部、光重合開始剤としてイルガキュアIrg184(チバスペシャリティケミカルズ社製)を1重量部、溶剤としてトルエン25重量部を混合し、さらにカイラル剤として両末端に重合可能なアクリレート基を有するカイラル剤を7重量部加えて樹脂組成物を調製した。
正のCプレートを有する位相差制御機能層用樹脂組成物は、カイラル剤を添加しないこと以外は、前述の負のCプレート用樹脂組成物と同様に調製した。
正のAプレートを有する位相差制御機能層用樹脂組成物は、カイラル剤を添加しないこと以外は、前述の負のCプレート用樹脂組成物と同様に調製した。
前処理により洗浄したガラス基板上面に、上述で調製したBM用フォトレジストをスピンコート法で1.2μmの厚さに塗布し、90℃、3分間の条件でプリベークし、所定のパターンに形成されたマスクを用いて露光(100mJ/cm2)し、続いて0.05%KOH水溶液を用いたスプレー現像を60秒行った後、200℃、30分間ポストベークし、線幅6μmのBMを有するBM基板を作製した。
次に、赤色(R)の顔料分散型フォトレジストを上記BM基板上にスピンコート法で塗布し、80℃、5分間の条件でプリベークし、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて、アライメント露光(300mJ/cm2)した。露光には大日本科研製アライナーMA6700を利用した。この際、赤色着色画素の端部が隣り合うBM上げ乗り上げる量を1.5μmとなるように予め設計したフォトマスクを用いた。引き続き0.1%KOH水溶液を用いたスプレー現像を60秒行った後、200℃、60分間ポストベークし、BMパターンに対して所定の位置に膜厚2.8μmの赤色(R)着色画素パターンを形成した。
続いて、上記赤色(R)着色画素パターンの形成方法と同様の方法及び条件で、膜厚2.6μmの緑色(G)着色画素パターンを形成した。
さらに、上記赤色(R)着色画素パターンの形成方法と同様の方法及び条件で、膜厚2.3μmの青色(B)着色画素パターンを形成した。
以上により、基板上に、BM、赤色着色画素、緑色着色画素、及び青色着色画素から構成される着色層を形成した。上記着色層では、赤色着色画素、緑色着色画素及び青色着色画素の端部がBM上に乗り上げて形成されており、且つ該BM上で隣り合う各着色画素が、オーバーラップすることなく形成されていた。従って着色層上面において、BM上における各着色画素のオーバーラップに起因する段差が発生していなかった。
続いて、10J/cm2、365nmの条件で紫外線照射を行い、上記液晶性高分子を硬化させた。即ち、上記液晶性モノマー材料を、配向させ、その状態で3次元架橋させ固定化した液晶性高分子からなる位相差制御機能層を形成した。さらに200℃のホットプレート上で10分間加熱して完全に硬化反応を終了させ、実施例1のカラーフィルタを形成した。
実施例1において、着色層の上面に形成した負のCプレートを有する位相差制御機能層の代替として、正のCプレートを有する位相差制御機能層を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法及び条件で、実施例2のカラーフィルタを形成した。
正のCプレートを有する位相差制御機能層を形成するにあたり、まず、配向膜材料としてDMAOPを用い、着色層上面に、フレキソ印刷により配向膜をパターンニングして厚さ700Åの配向膜を形成した。そして上記配向膜上面に、正のCプレート形成用に調製した樹脂組成物を、スピンコーティンング法により厚さ1.6μmとなるように塗布した。実施例2における着色層は、実施例1と同様に、各着色画素端部がBM上に乗り上げて形成されており、且つBM上で隣り合う着色画素の端部同士にオーバーラップは見られなかった。従って着色層上面において、BM上における各着色画素のオーバーラップに起因する段差が発生していなかった。
尚、実施例2において、正のCプレート形成用に調製した樹脂組成物は、カイラル剤を添加しないこと以外は、実施例1に用いた樹脂組成物と同様に調製した。
実施例1において、着色層の上面に形成した負のCプレートを有する位相差制御機能層の代替として、正のAプレートを有する位相差制御機能層を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法及び条件で、実施例3のカラーフィルタを形成した。実施例3における着色層は、実施例1と同様に、各着色画素端部がBM上に乗り上げて形成されており、且つBM上で隣り合う着色画素の端部同士にオーバーラップは見られなかった。従って着色層上面において、BM上における各着色画素のオーバーラップに起因する段差が発生していなかった。
尚、実施例3において、正のAプレート形成用に調製した樹脂組成物は、カイラル剤を添加しないこと以外は、実施例1に用いた樹脂組成物と同様に調製した。
BMの線幅を5μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法及び条件で、BM基板を形成した。次いで、実施例1と同様に、赤色着色画素、緑色着色画素、及び青色着色画素の端部が、それぞれBM上に1.5μm乗り上げるように設計して各着色画素を形成した。各着色層をパターン形成するために用いたアライナーのズレにより、BM上において隣り合う着色画素同士の端部の一部が、オーバーラップして形成された。従って、着色層上面には、BM上における各着色画素同士のオーバーラップに起因する段差が発生した。
BMの線幅を30μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法及び条件で、BM基板を形成した。次いで、実施例1と同様に、赤色着色画素、緑色着色画素、及び青色着色画素の端部が、それぞれBM上に1.5μm乗り上げるように設計して各着色画素を形成した。上記着色層では、赤色着色画素、緑色着色画素及び青色着色画素の端部がBM上に乗り上げて形成されており、且つ該BM上で隣り合う各着色画素が、オーバーラップすることなく形成されていた。従って、BM上における各着色画素のオーバーラップに起因する段差が発生していなかった。
実施例1を用いた液晶ディスプレーとして、MVAモード方式による液晶ディスプレー1を以下のように作製し、実施例4とした。
次に、上記透明共通電極面と透明画素電極面それぞれを覆うように垂直配向膜溶液(JALS−20210−R2)をγ−ブチロラクトンで50%に希釈した溶液を塗布し乾燥して配向膜(厚み0.07μm)を形成した。次いで、これらの配向膜が向かい合うようにして両基板を対向させ、両基板間をシール部材で封止し、封止された空間に液晶(メルクジャパン社製MLC−6608)を注入し、注入口を封止して、液晶ディスプレーを作製した。
実施例2を用いた液晶ディスプレーとして、IPSモード方式による液晶ディスプレーを以下のように作製し、実施例とした。
次に、上記カラーフィルタにおける位相差制御機能層上面と透明画素電極面それぞれを覆うようにポリイミド樹脂塗料を塗布し、乾燥し、ラビングして配向膜(厚み0.07μm)を形成した。次いで、これらの配向膜が向かい合うようにして両基板を対向させ、両基板間をシール部材で封止し、封止された空間に液晶(メルクジャパン社製MLC−6846−000)を注入し、注入口を封止して、液晶ディスプレーを作製した。
比較例1を用いたこと以外は、実施例4と同様に、MVAモード方式による液晶ディスプレーを作製し、比較例5とした。
比較例2を用いたこと以外は、実施例5と同様に、IPSモード方式による液晶ディスプレーを作製し、比較例6とした。
比較例4を用いたこと以外は、実施例4と同様に、MVAモード方式による液晶ディスプレーを作製し、比較例7とした。
実施例4、5及び比較例5〜7の各液晶ディスプレーにおいて同様の画像を同様の時間、表示せしめ、その表示状態を下記の評価方法により評価した。その結果、表1に示すとおり、実施例1のカラーフィルタを搭載した実施例4及び実施例2のカラーフィルタを搭載した実施例5の液晶ディスプレーの表示状態は、高品位な光学補償がなされており、正面コントラストが良好であった。また着色層の開口率が充分に保持されており、ディスプレーの輝度を損なうことがなかった。
これに対し比較例1のカラーフィルタを搭載した比較例5及び比較例2のカラーフィルタを搭載した比較例6の液晶ディスプレーの表示状態は、液晶分子の配向不良に起因する光漏れが発生しており、良好な表示品位を得ることができなかった。
比較例4のカラーフィルタを搭載した比較例7の液晶ディスプレーの表示状態は、開口率の低下に起因して、輝度が低下した。
輝度は、トプコン社製分光輝度計 SR−3を用い、各ディスプレーの白表示の輝度を測定した。
同様にして正面コントラストは、各ディスプレーの黒表示時の輝度を測定し、白表示輝度/黒表示輝度を算出することにより求めた。
○:測定値が、500以上であり、表示品位が極めて良好である。
×:測定値が、500を下回り、コントラスト不足が認められる。
○:測定値が、500cd/m2以上でありディスプレー表示における充分な輝度が得られる。
×:測定値が、500cd/m2未満でありディスプレー表示における充分な輝度が得られない。
2 本発明の液晶ディスプレー
10 基板
11 ブラックマトリクス
12、12R、12G、12B 着色画素
13、13a、13b、13c カラーフィルタ層
20 位相差制御機能層
20a 負のCプレートを用いて形成される位相差制御機能層
20b 正のAプレートを用いて形成される位相差制御機能層
20c 正のCプレートを用いて形成される位相差制御機能層
21 液晶層
22 画素電極層
22a 画素電極
22b 保護層
22c 操作線
22d 絶縁層
23 対向電極層
24 偏光板
110 基板
111 ブラックマトリクス
112R、112G、112B 着色画素
115 白抜け部分
116 段差
117 着色層
118 位相差制御機能層
119 液晶性高分子
Claims (8)
- 基板と、着色層と、液晶性高分子により構成される位相差制御機能層とを順に有するカラーフィルタであって、上記着色層が、線幅が6μm以上25μm以下であるブラックマトリクスと、少なくとも2色以上の異なる光透過性パターンを示す着色画素とを複数配列して構成されており、また上記位相差制御機能層が、連続した1つの層として上記着色層上に積層されており、且つ、各着色画素の端部が上記ブラックマトリクス上に1.5μm以上乗り上げるパターンであり、しかも、該ブラックマトリクス上で隣り合う上記着色画素間が3μm未満のパターンのものを除き、これによって、該ブラックマトリクス上で隣り合う上記着色画素が重なり合わないことを特徴とする位相差制御機能を有するカラーフィルタ。
- 上記ブラックマトリクスが、黒色顔料を分散した樹脂ブラックマトリクスからなることを特徴とする、請求項1に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ。
- 上記位相差制御機能層を構成する液晶性高分子の光軸が、上記位相差制御機能層に対して垂直であることを特徴とする請求項1または2に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ。
- 上記位相差制御機能層を構成する液晶性高分子の光軸が、上記位相差制御機能層に対して水平であることを特徴とする請求項1または2に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ。
- 上記着色層上に積層された第一の位相差制御機能層上に、さらに異なる第二の位相差制御機能層が積層されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタ。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタを用いたディスプレー。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタを用いた液晶ディスプレー。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の位相差制御機能を有するカラーフィルタを用いた有機エレクトロルミネッセンスディスプレー。
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