JP5321932B1 - 液晶表示装置 - Google Patents
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- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/04—Materials and properties dye
Abstract
本発明は、液晶層の電圧保持率(VHR)の低下、イオン密度(ID)の増加を防止し、白抜け、配向むら、焼き付けなどの表示不良の問題を解決する液晶表示装置を提供するものである。
本発明の液晶表示装置は液晶層の電圧保持率(VHR)の低下、イオン密度(ID)の増加を防止し、焼き付き等の表示不良の発生を抑制する特徴を有することから、特に、アクティブマトリックス駆動用のIPSモード、FFSモード液晶表示装置に有用であり、液晶TV、モニター、携帯電話、スマートフォン等の液晶表示装置に適用できる。
Description
前記カラーフィルタ層は、ブラックマトリックスと赤色着色層(R)、緑色着色層(G)、青色着色層(B)、及び必要に応じて黄色着色層(Y)から構成されるカラーフィルタにより構成される。
一方、カラーフィルタ層に用いられる有機顔料等の材料についても、配向膜材料と同様に含有する不純物による、液晶層への影響が想定される。しかし、カラーフィルタ層と液晶層の間には、配向膜と透明電極が介在するため、液晶層への直接的な影響は配向膜材料と比較して大幅に少ないものと考えられていた。しかし、配向膜は通常0.1μm以下の膜厚に過ぎず、透明電極もカラーフィルタ層側に用いられる共通電極は導電率を上げるために膜厚を上げたものでも通常0.5μm以下である。従って、カラーフィルタ層と液晶層は完全に隔離された環境におかれているとは言えず、カラーフィルタ層が、配向膜及び透明電極を介してカラーフィルタ層に含まれる不純物により、液晶層の電圧保持率(VHR)の低下、イオン密度(ID)の増加による白抜け、配向むら、焼き付きなどの表示不良を発現する可能性がある。
一方、カラーフィルタ中に含まれる有機不純物と液晶組成物の関係に着目し、この有機不純物の液晶層への溶解しにくさを液晶層に含まれる液晶分子の疎水性パラメーターによって表し、この疎水性パラメーターの値を一定値以上とする方法やこの疎水性パラメーターと液晶分子末端の−OCF3基に相関関係があることから、液晶分子末端に−OCF3基を有する液晶化合物を一定割合以上含有する液晶組成物とする方法(特許文献3)が開示されている。
しかしながら、当該引用文献の開示においても顔料中の不純物による液晶層への影響を抑えることが発明の本質となっており、カラーフィルタに使用される染顔料等の色材の構造と液晶材料の構造との直接的な関係については検討が行われておらず、高度化する液晶表示装置の表示不良問題の解決には至っていなかった。
即ち、本発明は、
第一の基板と、第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に挟持された液晶組成物層と、ブラックマトリックス及び少なくともRGB三色画素部から構成されるカラーフィルタと、画素電極と共通電極とを備え、
前記液晶組成物層が一般式(I)
前記RGB三色画素部が、色材として、G画素部中にAl、Si、Sc、Ti、V、Mg、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、In、Sn及びPbからなる群から選ばれる金属を中心金属として有するハロゲン化金属フタロシアニン顔料であり、その中心金属が三価の場合には、その中心金属には1つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかが結合しているか、又はオキソ又はチオ架橋しており、その中心金属が四価金属の場合には、その中心金属には1つの酸素原子又は同一でも異なっていても良い2つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかが結合しているハロゲン化金属フタロシアニン顔料を含有することを特徴とする液晶表示装置を提供する。
2 カラーフィルタ層
2a 特定の顔料を含有するカラーフィルタ層
3a 透明電極層(共通電極)
3b 画素電極層
4 配向膜
5 液晶層
5a 特定の液晶組成物を含有する液晶層
前記表示装置における2枚の基板は、周辺領域に配置されたシール材及び封止材によって貼り合わされていて、多くの場合その間には基板間距離を保持するために粒状スペーサーまたはフォトリソグラフィー法により形成された樹脂からなるスペーサー柱が配置されている。
本発明の液晶表示装置における液晶組成物層は、一般式(I)
熱や光に対する化学的安定性が良いことを重視すれば、R31はアルキル基が好ましい。また、粘度が小さく応答速度が速い液晶表示素子を作ることが重視されるならば、R31はアルケニル基が好ましい。さらに、粘度が小さくかつネマチック−等方相転移温度(Tni)が高く、応答速度の更なる短縮を目的とするならば、末端が不飽和結合ではないアルケニル基を用いることが好ましく、アルケニル基の隣にメチル基が末端としてあることが特に好ましい。また、低温での溶解度が良いことを重視するならば、一つの解決策としては、R31はアルコキシ基とすることが好ましい。また、他の解決策としては、多種類のR31を併用することが好ましい。例えば、R31として、炭素原子数2、3及び4のアルキル基またはアルケニル基を持つ化合物を併用することが好ましく、炭素原子数3及び5の化合物を併用することが好ましく、炭素原子数3、4及び5の化合物を併用することが好ましい。
M31〜M33は、
Z31は、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基であることが好ましい。
X31、X32およびZ31の組み合わせとしては、一つの実施形態ではX31=F、X32=FおよびZ31=Fである。さらに別の実施形態では、X31=F、X32=HおよびZ31=Fである。またさらに別の実施形態では、X31=F、X32=HおよびZ31=OCF3である。またさらに別の実施形態では、X31=F、X32=FおよびZ31=OCF3である。またさらに別の実施形態では、X31=H、X32=HおよびZ31=OCF3である。
n31は1又は2が好ましく、n32は0又は1が好ましく、0が更に好ましく、n31+n32は1又は2が好ましく、2がさらに好ましい。
一般式(Ia)〜一般式(If)において、R 31 はそれが結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4(またはそれ以上)のアルコキシ基及び炭素原子数4〜5のアルケニル基が好ましく、それが結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1〜5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1〜4(またはそれ以上)のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。
Z31は、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基であることが好ましい。
X31、X32およびZ31の組み合わせとしては、一つの実施形態ではX31=F、X32=FおよびZ31=Fである。さらに別の実施形態では、X31=F、X32=HおよびZ31=Fである。またさらに別の実施形態では、X31=F、X32=HおよびZ31=OCF3である。またさらに別の実施形態では、X31=F、X32=FおよびZ31=OCF3である。またさらに別の実施形態では、X31=H、X32=HおよびZ31=OCF3である。
n31は1又は2が好ましく、n32は0又は1が好ましく、0が更に好ましく、n31+n32は1又は2が好ましく、2がさらに好ましい。
X35及びX36は、少なくともどちらか一つはフッ素原子が好ましく、二つともフッ素原子であることはΔεを大きくする場合は効果があるが、Tni、低温での溶解性や液晶表示素子にしたときの化学的安定性の観点から好ましくない。
X37及びX38は、少なくともどちらか一つは水素原子が好ましく、二つとも水素原子であることが好ましい。X37及びX38のうち少なくともどちらか一つがフッ素原子である場合、Tni、低温での溶解性や液晶表示素子にしたときの化学的安定性の観点から好ましくない。
熱や光に対する化学的安定性が良いことを重視すれば、R21〜R30はアルキル基が好ましい。また、粘度が小さく応答速度が速い液晶表示素子を作ることが重視されるならば、R21〜R30はアルケニル基が好ましい。さらに、粘度が小さくかつネマチック−等方相転移温度(Tni)が高く、応答速度の更なる短縮を目的とするならば、末端が不飽和結合ではないアルケニル基を用いることが好ましく、アルケニル基の隣にメチル基が末端としてあることが特に好ましい。また、低温での溶解度が良いことを重視するならば、一つの解決策としては、R21〜R30はアルコキシ基とすることが好ましい。また、他の解決策としては、多種類のR21〜R30を併用することが好ましい。例えば、R21〜R30として、炭素原子数2,3及び4のアルキル基またはアルケニル基を持つ化合物を併用することが好ましく、炭素原子数3及び5の化合物を併用することが好ましく、炭素原子数3、4及び5の化合物を併用することが好ましい。
R23〜R24の少なくとも一方は、アルキル基、アルコキシ基または炭素原子数4〜5のアルケニル基が好ましい。応答速度とTniのバランスが良いことを求めれば、R23〜R24の少なくとも一方はアルケニル基であることが好ましく、応答速度と低温での溶解性のバランスが良いことを求めれば、R23〜R24の少なくとも一方はアルコキシ基であることが好ましい。
R25〜R26の少なくとも一方は、アルキル基、アルコキシ基または炭素原子数2〜5のアルケニル基が好ましい。応答速度とTniのバランスが良いことを求めれば、R25〜R26の少なくとも一方はアルケニル基であることが好ましく、応答速度と低温での溶解性のバランスが良いことを求めれば、R25〜R26の少なくとも一方はアルコキシ基であることが好ましい。R25はアルケニル基でありR26はアルキル基であることがより好ましい。また、R25はアルキル基でありR26はアルコキシ基であることも好ましい。
X21はフッ素原子であることが好ましい。
熱や光に対する化学的安定性が良いことを重視すれば、R41はアルキル基が好ましい。また、粘度が小さく応答速度が速い液晶表示素子を作ることが重視されるならば、R41はアルケニル基が好ましい。さらに、粘度が小さくかつネマチック−等方相転移温度(Tni)が高く、応答速度の更なる短縮を目的とするならば、末端が不飽和結合ではないアルケニル基を用いることが好ましく、アルケニル基の隣にメチル基が末端としてあることが特に好ましい。また、低温での溶解度が良いことを重視するならば、一つの解決策としては、R41はアルコキシ基とすることが好ましい。また、他の解決策としては、多種類のR41を併用することが好ましい。例えば、R41として、炭素原子数2、3及び4のアルキル基またはアルケニル基を持つ化合物を併用することが好ましく、炭素原子数3及び5の化合物を併用することが好ましく、炭素原子数3、4及び5の化合物を併用することが好ましい。
Z41は、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基であることが好ましい。
X41、X42およびZ41の組み合わせとしては、一つの実施形態ではX41=F、X42=FおよびZ41=Fである。さらに別の実施形態では、X41=F、X42=HおよびZ41=Fである。またさらに別の実施形態では、X41=F、X42=HおよびZ41=OCF3である。またさらに別の実施形態では、X41=F、X42=FおよびZ41=OCF3である。またさらに別の実施形態では、X41=H、X42=HおよびZ41=OCF3である。
X43及びX44は、少なくともどちらか一つはフッ素原子が好ましく、二つともフッ素原子であることは大きなΔεを得るために好ましいが、反対に、低温での溶解性を良くする場合には好ましくない。
X45及びX46は、少なくともどちらか一つは水素原子が好ましく、二つとも水素原子であることが好ましい。フッ素原子を多用することは、Tni、低温での溶解性や液晶表示素子にしたときの化学的安定性の観点から好ましくない。
X47及びX48は、少なくともどちらか一つは水素原子が好ましく、二つとも水素原子であることが好ましい。X47及びX48のうち少なくともどちらか一つがフッ素原子である場合、Tni、低温での溶解性や液晶表示素子にしたときの化学的安定性の観点から好ましくない。
一般式(III−a)から一般式(III−f)で表される化合物群から選ばれる化合物は、1種〜10種含有することが好ましく、1種〜8種含有することがより好ましく、その含有量は5〜50質量%であることが好ましく、10〜40質量%であることがより好ましい。
Sp1及びSp2はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数1〜8のアルキレン基又は−O−(CH2)s−(式中、sは2から7の整数を表し、酸素原子は芳香環に結合するものとする。)を表し、Z51は−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CH2CH2−、−OCO−CH2CH2−、−CH2CH2−COO−、−CH2CH2−OCO−、−COO−CH2−、−OCO−CH2−、−CH2−COO−、−CH2−OCO−、−CY1=CY2−(式中、Y1及びY2はそれぞれ独立して、フッ素原子又は水素原子を表す。)、−C≡C−又は単結合を表し、
M51は1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基又は単結合を表し、式中の全ての1,4−フェニレン基は、任意の水素原子がフッ素原子により置換されていても良い。)で表される二官能モノマーが好ましい。
Sp1及びSp2はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数1〜8のアルキレン基又は−O−(CH2)s−を表すが、PSA表示素子においては少なくとも一方が単結合であることが好ましく、共に単結合を表す化合物又は一方が単結合でもう一方が炭素原子数1〜8のアルキレン基又は−O−(CH2)s−を表す態様が好ましい。この場合1〜4のアルキル基が好ましく、sは1〜4が好ましい。
Z51は、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2CH2−、−CF2CF2−又は単結合が好ましく、−COO−、−OCO−又は単結合がより好ましく、単結合が特に好ましい。
M51は任意の水素原子がフッ素原子により置換されていても良い1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基又は単結合を表すが、1,4−フェニレン基又は単結合が好ましい。Cが単結合以外の環構造を表す場合、Z51は単結合以外の連結基も好ましく、M51が単結合の場合、Z51は単結合が好ましい。
一般式(V)において、M51が単結合を表し、環構造が二つの環で形成される場合において、次の式(Va-1)〜式(Va-5)を表すことが好ましく、式(Va-1)〜式(Va-3)を表すことがより好ましく、式(Va-1)を表すことが特に好ましい。
これらの骨格を含む重合性化合物は重合後の配向規制力がPSA型液晶表示素子に最適であり、良好な配向状態が得られることから、表示ムラが抑制されるか、又は、全く発生しない。
本発明における液晶組成物に重合性化合物を添加する場合において、重合開始剤が存在しない場合でも重合は進行するが、重合を促進するために重合開始剤を含有していてもよい。重合開始剤としては、ベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン類、アセトフェノン類、ベンジルケタール類、アシルフォスフィンオキサイド類等が挙げられる。
本発明におけるカラーフィルタは、ブラックマトリックス及び少なくともRGB三色画素部から構成されるが、RGB三色画素部は、色材として、G画素部中にAl、Si、Sc、Ti、V、Mg、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、In、Sn及びPbからなる群から選ばれる金属を中心金属として有するハロゲン化金属フタロシアニン顔料であり、その中心金属が三価の場合には、その中心金属には1つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかが結合しているか、又はオキソ又はチオ架橋しており、その中心金属が四価金属の場合には、その中心金属には1つの酸素原子又は同一でも異なっていても良い2つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかが結合しているハロゲン化金属フタロシアニン顔料を含有する。また、RGB三色画素部は、色材として、R画素部中にジケトピロロピロール顔料及び/又はアニオン性赤色有機染料を、B画素部中にε型銅フタロシニアン顔料及び/又はカチオン性青色有機染料を含有するのが好ましい。
G画素部中の上記ハロゲン化金属フタロシアニン顔料としては、次の2つの群のハロゲン化金属フタロシアニン顔料が挙げられる。
Al、Si、Sc、Ti、V、Mg、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、In、Sn及びPbからなる群から選ばれる金属を中心金属として有し、フタロシアニン分子1個当たり8〜16個のハロゲン原子がフタロシアニン分子のベンゼン環に結合したハロゲン化金属フタロシアニン顔料であり、その中心金属が三価の場合には、その中心金属には1つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基(−SO3H)のいずれかが結合しており、中心金属が四価金属の場合には、その中心金属には1つの酸素原子又は同一でも異なっていても良い2つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかが結合しているハロゲン化金属フタロシアニン顔料。
Al、Sc、Ga、Y及びInからなる群から選ばれる三価金属を中心金属とし、フタロシアニン分子1個当たり8〜16個のハロゲン原子がフタロシアニン分子のベンゼン環に結合したハロゲン化金属フタロシアニンの2分子を構成単位とし、これら構成単位の各中心金属が酸素原子、硫黄原子、スルフィニル(−SO−)及びスルホニル(−SO2−)からなる群から選ばれる二価原子団を介して結合したハロゲン化金属フタロシアニン二量体からなる顔料。
ここで、フタロシアニン分子1個当たり8〜16個のハロゲン原子のうち9〜15個の臭素原子がフタロシアニン分子のベンゼン環に結合した、本発明で用いるハロゲン化金属フタロシアニン顔料は、黄味を帯びた明るい緑色を呈し、カラーフィルタの緑色画素部への使用に最適である。本発明で用いるハロゲン化金属フタロシアニン顔料は、水や有機溶媒に不溶または難溶である。本発明で用いるハロゲン化金属フタロシアニン顔料には、後述する仕上げ処理が行われていない顔料(粗顔料とも呼ばれる)も、仕上げ処理が行われた顔料も、いずれも包含される。
一般式(PIG−1)において、X1〜X16は、水素原子、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。ひとつのベンゼン環に結合した4個のXの原子は同一でも異なっていても良い。4個のベンゼン環に結合したX1〜X16のうち、8〜16個は塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子である。Mは中心金属を表す。後述するY及びそれの個数mが同一であるハロゲン化金属フタロシアニン顔料の範囲において、16個のX1〜X16のうち塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の合計が8未満の顔料は青色であり、同様に16個のX1〜X16のうち塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の合計が8以上の顔料で前記合計値が大きいほど黄味が強くなる。中心金属Mに結合するYはフッ素、塩素、臭素またはヨウ素のいずれかのハロゲン原子、酸素原子、水酸基及びスルホン酸基からなる群から選ばれる一価原子団であり、mは中心金属Mに結合するYの数を表し、0〜2の整数である。
前記一般式(PIG−1)において、X1〜X16については、前記定義と同義であり、中心金属MはAl、Sc、Ga、Y及びInからなる群から選ばれる三価金属を表し、mは1を表す。Yは次の原子団を表す。
即ち、第二群に属するハロゲン化金属フタロシアニン顔料は、ハロゲン化金属フタロシアニンの2分子を構成単位とし、これらが前記二価原子団を介して結合したハロゲン化金属フタロシアニン二量体である。
(1) ハロゲン化錫フタロシアニン顔料、ハロゲン化ニッケルフタロシアニン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料の様な、Mg、Fe、Co、Ni、Zn、Zr、Sn及びPbからなる群から選ばれる二価金属を中心金属として有し、かつフタロシアニン分子1個当たり4個のベンゼン環に8〜16個のハロゲン原子が結合したハロゲン化金属フタロシアニン顔料。なお、この中で、塩素化臭素化亜鉛フタロシアニン顔料は、C.I.Pigment Green 58であり、特に好ましい。
(2) ハロゲン化クロロアルミニウムフタロシアニンの様な、Al、Sc、Ga、Y及びInからなる群から選ばれる三価金属を中心金属として有し、中心金属には1つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかを有し、かつフタロシアニン分子1個当たり4個のベンゼン環に8〜16個のハロゲン原子が結合したハロゲン化金属フタロシアニン顔料。
(3) ハロゲン化オキシチタニウムフタロシアニン、ハロゲン化オキシバナジウムフタロシアニンの様な、Si、Ti、V、Ge、Zr及びSnからなる群から選ばれる四価金属を中心金属として有し、中心金属には1つの酸素原子又は同一でも異なっていても良い2つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかを有し、かつフタロシアニン分子1個当たり4個のベンゼン環に8〜16個のハロゲン原子が結合したハロゲン化金属フタロシアニン顔料。
(4) ハロゲン化されたμ−オキソ−アルミニウムフタロシアニン二量体、ハロゲン化されたμ−チオ−アルミニウムフタロシアニン二量体の様な、Al、Sc、Ga、Y及びInからなる群から選ばれる三価金属を中心金属とし、フタロシアニン分子1個当たり4個のベンゼン環に8〜16個のハロゲン原子が結合したハロゲン化金属フタロシアニンの2分子を構成単位とし、これら構成単位の各中心金属が酸素原子、硫黄原子、スルフィニル及びスルホニルからなる群から選ばれる二価原子団を介して結合したハロゲン化金属フタロシアニン二量体からなる顔料。
R画素部中には、ジケトピロロピロール顔料及び/又はアニオン性赤色有機染料を含有するのが好ましい。ジケトピロロピロール顔料としては、具体的にはC.I.Pigment Red 254、同255、同264、同272、Orange 71、同73が好ましく、Red 254、同255、同264、同272がより好ましく、C.I.Pigment Red 254が特に好ましい。アニオン性赤色有機染料としては、具体的には、C.I.Solvent Red 124、Acid Red 52、同289が好ましく、C.I.Solvent Red 124が特に好ましい。
B画素部中には、ε型銅フタロシニアン顔料及び/又はカチオン性青色有機染料を含有するのが好ましい。ε型銅フタロシニアン顔料は、C.I.Pigment Blue 15:6である。カチオン性青色有機染料としては、具体的には、C.I.Solvent Blue 2、同3、同4、同5、同6、同7、同23、同43、同72、同124、C.I.Basic Blue7、同26が好ましく、C.I.Solvent Blue 7、Basic Blue7がより好ましく、C.I.Solvent Blue 7が特に好ましい。
前記の各画素部における色度は、用いる染顔料の種類やそれらの混合比率を変えることで調整することができる。例えば、R画素の場合は赤色染顔料に黄色染顔料及び/又は橙色顔料を、G画素の場合は緑色染顔料に黄色染顔料を、B画素の場合は青色染顔料に紫色染顔料を適当量添加することによって調整することが可能である。また、顔料の粒径を適宜調整することによっても調整できる。
R画素、G画素、B画素、必要に応じてY画素等の他の色の画素ごとに、後記する光硬化性組成物を調製して、前記した操作を繰り返すことにより、所定の位置にR画素、G画素、B画素、Y画素の着色画素部を有するカラーフィルタを製造することができる。
後記する光硬化性組成物をガラス等の透明基板上に塗布する方法としては、例えば、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法、インクジェット法等が挙げられる。
現像方法としては、例えば、液盛り法、ディッピング法、スプレー法等が挙げられる。光硬化性組成物の露光、現像の後に、必要な色の画素部が形成された透明基板は水洗いし乾燥させる。こうして得られたカラーフィルタは、ホットプレート、オーブン等の加熱装置により、90〜280℃で、所定時間加熱処理(ポストベーク)することによって、着色塗膜中の揮発性成分を除去すると同時に、光硬化性組成物の硬化着色皮膜中に残存する未反応の光硬化性化合物が熱硬化し、カラーフィルタが完成する。
光硬化性組成物の調製に使用する熱可塑性樹脂としては、例えば、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、スチレンマレイン酸系樹脂、スチレン無水マレイン酸系樹脂等が挙げられる。
光重合開始剤の配合率は、特に限定されるものではないが、質量基準で、光重合性あるいは光硬化性官能基を有する化合物に対して0.1〜30%の範囲が好ましい。0.1%未満では、光硬化時の感光度が低下する傾向にあり、30%を超えると、顔料分散レジストの塗膜を乾燥させたときに、光重合開始剤の結晶が析出して塗膜物性の劣化を引き起こすことがある。
現像液としては、公知慣用の有機溶剤やアルカリ水溶液を使用することができる。特に前記光硬化性組成物に、熱可塑性樹脂または光硬化性化合物が含まれており、これらの少なくとも一方が酸価を有し、アルカリ可溶性を呈する場合には、アルカリ水溶液での洗浄がカラーフィルタ画素部の形成に効果的である。
フォトリソグラフィー法によるカラーフィルタ画素部の製造方法について詳記したが、本発明のカラーフィルタ用顔料組成物を使用して調製されたカラーフィタ画素部は、その他の電着法、転写法、ミセル電解法、PVED(PhotovoltaicElectrodeposition)法、インクジェット法、反転印刷法、熱硬化法等の方法で各色画素部を形成して、カラーフィルタを製造してもよい。
本発明の液晶表示装置において、第一の基板と、第二の基板上の液晶組成物と接する面には液晶組成物を配向させるため、配向膜を必要とする液晶表示装置においてはカラーフィルタと液晶層間に配置するものであるが、配向膜の膜厚が厚いものでも100nm以下と薄く、カラーフィルタを構成する顔料等の色素と液晶層を構成する液晶化合物との相互作用を完全に遮断するものでは無い。
又、配向膜を用いない液晶表示装置においては、カラーフィルタを構成する顔料等の色素と液晶層を構成する液晶化合物との相互作用はより大きくなる。
配向膜材料としては、カルコン、シンナメート、シンナモイル又はアゾ基等を化合物中に含む、材料を使用することができ、ポリイミド、ポリアミド等の材料と組み合わせて使用してもよく、この場合配向膜はラビングを用いてもよく光配向技術を用いてもよい。
本発明の液晶表示装置において、透明電極の材料としては、導電性の金属酸化物を用いることができ、金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(In2O3―SnO2)、酸化インジウム亜鉛(In2O3―ZnO)、ニオブ添加二酸化チタン(Ti1-xNbxO2)、フッ素ドープ酸化スズ、グラフェンナノリボン又は金属ナノワイヤー等が使用できるが、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムスズ(In2O3―SnO2)又は酸化インジウム亜鉛(In2O3―ZnO)が好ましい。これらの透明導電膜のパターニングには、フォト・エッチング法やマスクを用いる方法などを使用することができる。
本液晶表示装置と、バックライトを組み合わせて、液晶テレビ、パソコンのモニター、携帯電話、スマートフォンのディスプレイや、ノート型パーソナルコンピューター、携帯情報端末、デジタルサイネージ等の様々な用途で使用される。バックライトとしては、冷陰極管タイプバックライト、無機材料を用いた発光ダイオードや有機EL素子を用いた、2波長ピークの擬似白色バックライトと3波長ピークのバックライト等がある。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
Tni :ネマチック相−等方性液体相転移温度(℃)
Δn :25℃における屈折率異方性
Δε :25℃における誘電率異方性
η :20℃における粘度(mPa・s)
γ1 :25℃における回転粘性(mPa・s)
VHR:70℃における電圧保持率(%)
(セル厚3.5μmのセルに液晶組成物を注入し、5V印加、フレームタイム200ms、パルス幅64μsの条件で測定した時の測定電圧と初期印加電圧との比を%で表した値)
ID :70℃におけるイオン密度(pC/cm2)
(セル厚3.5μmのセルに液晶組成物を注入し、MTR−1(株式会社東陽テクニカ製)で20V印加、周波数0.05Hzの条件で測定した時のイオン密度値)
焼き付き:
液晶表示素子の焼き付き評価は、表示エリア内に所定の固定パターンを1000時間表示させた後に、全画面均一な表示を行ったときの固定パターンの残像のレベルを目視にて以下の4段階評価で行った。
◎残像無し
○残像ごく僅かに有るも許容できるレベル
△残像有り許容できないレベル
×残像有りかなり劣悪
尚、実施例において化合物の記載について以下の略号を用いる。
(環構造)
[着色組成物の調製]
[赤色染料着色組成物1]
赤色染料1(C.I.Solvent Red 124)10部をポリビンに入れ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート55部、0.3−0.4mmφセプルビーズを加え、ペイントコンディショナー(東洋精機株式会社製)で4時間分散した後、5μmのフィルタで濾過し染料着色液を得た。 この染料着色液75.00部とポリエステルアクリレート樹脂(アロニックス(商標名)M7100、東亜合成化学工業株式会社製)5.50部、ジぺンタエリストールヘキサアクリレート(KAYARAD(商標名)DPHA、日本化薬株式会社製)5.00部、ベンゾフェノン(KAYACURE(商標名)BP−100、日本化薬株式会社製)1.00部、ユーカーエステルEEP13.5部を分散撹拌機で撹拌し、孔径1.0μmのフィルタで濾過し、赤色染料着色組成物1を得た。
上記赤色染料着色組成物1の赤色染料1 10部に代え、赤色染料1(C.I.Solvent Red 124)8部と黄色染料1(C.I.Solvent Yellow 21)2部を用いて、上記と同様にして、赤色染料着色組成物2を得た。
上記赤色染料着色組成物1の赤色染料1 10部に代え、赤色染料2(C.I.Solvent Red 1)10部を用いて、上記と同様にして、赤色染料着色組成物3を得た。
上記赤色顔料着色組成物1の赤色顔料1 10部に代え、緑色染料1(C.I.Solvent Green 7)10部を用いて、上記と同様にして、緑色染料着色組成物1を得た。
上記赤色染料着色組成物1の赤色染料1 10部に代え、青色染料1(C.I.Solvent Blue 7)10部を用いて、上記と同様にして、青色染料着色組成物1を得た。
上記青色染料着色組成物1の青色染料1 10部に代え、青色染料1(C.I.Solvent Blue 7)7部、紫色染料1(C.I.Basic Violet 10)3部を用いて、上記と同様にして、青色染料着色組成物2を得た。
上記青色染料着色組成物2の青色染料1 7部、紫色染料1 3部に代え、青色染料2(C.I.Solvent Blue 12)10部を用いて、上記と同様にして、青色染料着色組成物3を得た。
上記赤色染料着色組成物1の赤色染料1 10部に代え、黄色染料1(C.I.Solvent Yellow 21)10部を用いて、上記と同様にして、黄色染料着色組成物1を得た。
上記黄色染料着色組成物1の黄色染料1 10部に代え、黄色染料4(C.I.Solvent Yellow 2)10部を用いて、上記と同様にして、黄色染料着色組成物2を得た。
赤色顔料1(C.I.Pigment Red 254、BASF社製「IRGAPHOR RED BT−CF」)10部をポリビンに入れ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート55部、ディスパービックLPN21116(ビックケミー株式会社製)7.0部、Saint−Gobain社製0.3−0.4mmφジルコニアビーズ「ER−120S」を加え、ペイントコンディショナー(東洋精機株式会社製)で4時間分散した後、1μmのフィルタで濾過し顔料分散液を得た。この顔料分散液75.00部とポリエステルアクリレート樹脂(アロニックス(商標名)M7100、東亜合成化学工業株式会社製)5.50部、ジぺンタエリストールヘキサアクリレート(KAYARAD(商標名)DPHA、日本化薬株式会社製)5.00部、ベンゾフェノン(KAYACURE(商標名)BP−100、日本化薬株式会社製)1.00部、ユーカーエステルEEP13.5部を分散撹拌機で撹拌し、孔径1.0μmのフィルタで濾過し、赤色顔料着色組成物1を得た。
上記赤色顔料着色組成物1の赤色顔料1 10部に代え、赤色顔料1 6部と赤色顔料2(C.I.Pigment Red 177 DIC株式会社製FASTOGEN SUPER RED ATY−TR)2部、黄色顔料2(C.I.Pigment Yellow 139)2部を用いて、上記と同様にして、赤色顔料着色組成物2を得た。
上記赤色顔料着色組成物1の赤色顔料1 10部に代え、緑色顔料1(ハロゲン化アルミニウムフタロシアニン(AlClPcBr14ClH))10部を用いて、上記と同様にして、緑色願料着色組成物1を得た。
上記緑色顔料着色組成物1の緑色顔料1 10部に代え、緑色顔料2(ハロゲン化亜鉛フタロシアニン(ZnPcBr14ClH))10部を用いて、上記と同様にして、緑色願料着色組成物2を得た。
上記緑色顔料着色組成物1の緑色顔料1 10部に代え、緑色顔料3(C.I.Pigment Green 58 DIC株式会社製FASTOGEN GREEN A110)6部と黄色顔料1(C.I.Pigment Yellow 150、LANXESS社製FANCHON FAST YELLOW E4GN)4部を用いて、上記と同様にして、緑色顔料着色組成物3を得た。
上記緑色顔料着色組成物3の緑色顔料3 6部、黄色顔料1 4部に代え、緑色顔料4(C.I.Pigment Green 58 DIC株式会社製FASTOGEN GREEN A310)4部と黄色顔料3(C.I.Pigment YELLOW 138)6部を用いて、上記と同様にして、緑色顔料着色組成物4を得た。
上記赤色顔料着色組成物1の赤色顔料1 10部に代え、青色顔料1(C.I.Pigment Blue 15:6、DIC株式会社製「FASTOGEN BLUE EP−210」)9部と紫色顔料1(C.I.Pigment VIOLET 23)1部を用いて、上記と同様にして、青色顔料着色組成物1を得た。
上記青色顔料着色組成物1の紫色顔料1に代え、紫色染料1(C.I.Basic Violet 10)1部を用いて、上記と同様にして、青色顔料染料着色組成物2を得た。
上記赤色顔料着色組成物1の赤色顔料1 10部に代え、黄色顔料1(C.I.Pigment Yellow 150、LANXESS社製FANCHON FAST YELLOW E4GN)10部を用いて、上記と同様にして、黄色顔料着色組成物1を得た。
予めブラックマトリックスが形成されてあるガラス基板に、赤色着色組成物をスピンコートにより膜厚2μmとなるように塗布した。70℃で20分間乾燥の後、超高圧水銀ランプを備えた露光機にて紫外線を、フォトマスクを介してストライプ状のパターン露光をした。アルカリ現像液にて90秒間スプレー現像、イオン交換水で洗浄し、風乾した。さらに、クリーンオーブン中で、230℃で30分間ポストベークを行い、ストライプ状の着色層である赤色画素を透明基板上に形成した。
次に、緑色着色組成物も同様にスピンコートにて膜厚が2μmとなるように塗布。乾燥後、露光機にてストライプ状の着色層を前述の赤色画素とはずらした場所に露光し現像することで、前述赤色画素と隣接した緑色画素を形成した。
次に、青色着色組成物についても同様にスピンコートにて膜厚2μmで赤色画素、緑色画素と隣接した青色画素を形成した。これで、透明基板上に赤、緑、青の3色のストライプ状の画素を持つカラーフィルタが得られた。
必要に応じて、黄色着色組成物についても、同様にスピンコートにて膜厚2μmで赤色画素、緑色画素と隣接した青色画素を形成した。これで、透明基板上に赤、緑、青、黄の4色のストライプ状の画素を持つカラーフィルタが得られた。
表2に示す染料着色組成物又は顔料着色組成物を用い、カラーフィルタ1〜4及び比較カラーフィルタ1を作成した。
電極構造を第一及び第二の基板の少なくとも一方に作成し、各々の対向側に水平配向性の配向膜を形成したのち弱ラビング処理を行い、IPSセルを作成し、第一の基板と第二の基板の間に以下に示す液晶組成物1を挟持した。液晶組成物1の物性値を表4に示す。次に、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて実施例1〜4の液晶表示装置を作成した(dgap=4.0μm、配向膜AL−1051)。得られた液晶表示装置のVHR及びIDを測定した。また、得られた液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表5に示す。
実施例1〜4の液晶表示装置は、高いVHR及び小さいIDを実現できた。また、焼き付き評価においても残像がないか、又はあってもごく僅かであり許容できるレベルであった。
実施例1と同様に表5に示す液晶組成物2〜3を狭持し、表2に示すカラーフィルタを用いて実施例5〜12の液晶表示装置を作成し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表7〜8に示す。
実施例1と同様に表9に示す液晶組成物4〜6を狭持し、表2に示すカラーフィルタを用いて実施例13〜24の液晶表示装置を作成し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表10〜12に示す。
電極構造を第一及び第二の基板に作成し、各々の対向側に水平配向性の配向膜を形成したのち弱ラビング処理を行い、TNセルを作成し、第一の基板と第二の基板の間に表13に示す液晶組成物7〜9を挟持した。次に、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて実施例25〜36の液晶表示装置を作成した(dgap=3.5μm、配向膜SE−7492)。得られた液晶表示装置のVHR及びIDを測定した。また、得られた液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表14〜16に示す。
電極構造を第一及び第二の基板の少なくとも一方に作成し、各々の対向側に水平配向性の配向膜を形成したのち弱ラビング処理を行い、FFSセルを作成し、第一の基板と第二の基板の間に表17に示す液晶組成物10〜11を挟持した。次に、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて実施例37〜44の液晶表示装置を作成した(dgap=4.0μm、配向膜AL−1051)。得られた液晶表示装置のVHR及びIDを測定した。また、得られた液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表18〜19に示す。
実施例37と同様に表20に示す液晶組成物12〜14を狭持し、表2に示すカラーフィルタを用いて実施例45〜56の液晶表示装置作成し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表21〜23に示す。
実施例37で用いた液晶組成物10にビスメタクリル酸ビフェニル‐4,4’‐ジイルを0.3質量%混合し液晶組成物15とした。TNセルにこの液晶組成物15を挟持し、電極間に駆動電圧を印加したまま、紫外線を600秒間照射(3.0J/cm2)し、重合処理を行い、次に、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて実施例57〜60の液晶表示装置を作成し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表24に示す。
実施例29で用いた液晶組成物8にビスメタクリル酸ビフェニル‐4,4’‐ジイルを0.3質量%混合し液晶組成物16とした。IPSセルにこの液晶組成物16を挟持し、電極間に駆動電圧を印加したまま、紫外線を600秒間照射(3.0J/cm2)し、重合処理を行い、次に、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて実施例61〜64の液晶表示装置を作成し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表25に示す。
実施例21で用いた液晶組成物6にビスメタクリル酸 3‐フルオロビフェニル‐4,4’‐ジイルを0.3質量%混合し液晶組成物17とした。FFSセルにこの液晶組成物17を挟持し、電極間に駆動電圧を印加したまま、紫外線を600秒間照射(3.0J/cm2)し、重合処理を行い、次に、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて実施例65〜68の液晶表示装置を作成し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表26に示す。
実施例1で用いたIPSセルに以下に示す比較液晶組成物1を挟持した。比較液晶組成物の物性値を表27に示す。表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて比較例1〜4の液晶表示装置を作製し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表28に示す。
実施例1と同様に表29に示す比較液晶組成物2及び3を狭持し、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて比較例5〜12の液晶表示装置を作製し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表30〜31に示す。
実施例1と同様に表32に示す比較液晶組成物4〜5を狭持し、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて比較例13〜24の液晶表示装置を作製し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表33〜34に示す。
実施例1と同様に表35に示す比較液晶組成物6〜8を狭持し、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて比較例21〜32の液晶表示装置を作製し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表36〜38に示す。
実施例1と同様に表39に示す比較液晶組成物9〜11を狭持し、表2に示すカラーフィルタ1〜4を用いて比較例33〜44の液晶表示装置を作製し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表40〜42に示す。
実施例5、13、17、25、37、45、61及び65において、カラーフィルタ1に代えて表2に示す比較カラーフィルタ1を用いた以外は同様にして比較例45〜52の液晶表示装置を作製し、そのVHR及びIDを測定した。また、その液晶表示装置の焼き付き評価を行った。その結果を表43及び44に示す。
Claims (12)
- 第一の基板と、第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に挟持された液晶組成物層と、ブラックマトリックス及び少なくともRGB三色画素部から構成されるカラーフィルタと、画素電極と共通電極とを備え、
前記液晶組成物層が一般式(I)
前記RGB三色画素部が、色材として、G画素部中にAl、Si、Sc、Ti、V、Mg、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、In、Sn及びPbからなる群から選ばれる金属を中心金属として有するハロゲン化金属フタロシアニン顔料であり、その中心金属が三価の場合には、その中心金属には1つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかが結合しているか、又はオキソ又はチオ架橋しており、その中心金属が四価金属の場合には、その中心金属には1つの酸素原子又は同一でも異なっていても良い2つのハロゲン原子、水酸基又はスルホン酸基のいずれかが結合しているハロゲン化金属フタロシアニン顔料を含有することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記RGB三色画素部が、色材として、R画素部中にジケトピロロピロール顔料及び/又はアニオン性赤色有機染料を、B画素部中にε型銅フタロシニアン顔料及び/又はカチオン性青色有機染料を含有することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記RGB三色画素部が、色材として、R画素部中にC.I.Solvent Red 124を、B画素部中にC.I.Solvent Blue 7を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示装置。
- 前記RGB三色画素部が、色材として、R画素部中にC.I.Pigment Red 254を、B画素部中にC.I.Pigment Blue 15:6を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示装置。
- G画素部中にフタロシアニン分子1個当たり8〜16個のハロゲン原子がフタロシアニン分子のベンゼン環に結合したZnを中心金属として有するハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料を含有する請求項1〜4の何れか一項に記載の液晶表示装置。
- G画素部中にC.I.Pigment Green 58を含有する請求項1〜5の何れか一項に記載の液晶表示装置。
- G画素部中に更に、C.I.Pigment Yellow 150、同215、同185、同138、C.I.Solvent Yellow 21、同82、同83:1、同33からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機染顔料を含有する請求項1〜6の何れか一項に記載の液晶表示装置。
- カラーフィルタが、ブラックマトリックスとRGB三色画素部とY画素部とから構成され、色材として、Y画素部に、C.I.Pigment Yellow 150、同215、同185、同138、同139、C.I.Solvent Yellow 21、82、同83:1、同33、同162からなる群から選ばれる少なくとも1種の黄色有機染顔料を含有する請求項1〜7の何れか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶組成物層に、重合性化合物を一種又は二種以上含有する液晶組成物を重合してなる重合体により構成される請求項1〜10の何れか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶組成物層に、一般式(V)
Sp1及びSp2はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数1〜8のアルキレン基又は−O−(CH2)s−(式中、sは2から7の整数を表し、酸素原子は芳香環に結合するものとする。)を表し、Z1は−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CH2CH2−、−OCO−CH2CH2−、−CH2CH2−COO−、−CH2CH2−OCO−、−COO−CH2−、−OCO−CH2−、−CH2−COO−、−CH2−OCO−、−CY1=CY2−(式中、Y1及びY2はそれぞれ独立して、フッ素原子又は水素原子を表す。)、−C≡C−又は単結合を表し、Cは1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基又は単結合を表し、式中の全ての1,4−フェニレン基は、任意の水素原子がフッ素原子により置換されていても良い。)で表されるニ官能モノマーを含有する請求項1〜11の何れか一項に記載の液晶表示装置。
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