JP5407740B2 - カラーフィルタおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
Rth={(Nx+Ny)/2−Nz}×d
の式で表される値である。
このように着色層が有するRthを求めるのは煩雑であることから、黒表示時の斜め方向から見た場合の色付きを抑制するために、着色層が有するRthを調整する方法に替わる簡便な方法が望まれている。
まず、本発明のカラーフィルタについて説明する。
本発明のカラーフィルタは、透明基板と、上記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタであって、各色の上記着色層は、下記式(1)で表される実測斜方輝度および理論斜方輝度の差ΔYが略同一であることを特徴とするものである。
そこで、本発明においては、2枚の偏光板の吸収軸が90°で交差し、方位角45°/極角80°の角度から観察したときの輝度、すなわち「斜方輝度」は、2枚の偏光板の吸収軸が106°で交差しているときの正面輝度に近似するものとして、上記式(1)においてColor-Y(Oblique)およびPol-Y(Oblique)を採用する。
Color-Y(Cross)は、2枚の偏光板の間に着色層が配置されており2枚の偏光板の吸収軸が90°で交差しているときの正面輝度(以下、クロス輝度という場合がある。)であり、例えば着色層での着色剤の分散性に応じて漏れ光が生じるので、その漏れ光に相当する。
Color-Y(Cross)にPol-Y(Oblique)/Pol-Y(Cross)を乗じることで規格化し、クロス輝度から斜方輝度の理論値を算出する。このクロス輝度から算出された斜方輝度の理論値を「理論斜方輝度」とする。すなわち、Color-Y(Cross)×{Pol-Y(Oblique)/Pol-Y(Cross)}=理論斜方輝度である。
Color-Y(Oblique)は、2枚の偏光板の間に着色層が配置されており2枚の偏光板の吸収軸が106°で交差しているときの正面輝度であり、斜方輝度の実測値に相当する。この斜方輝度の実測値を「実測斜方輝度」とする。すなわち、Color-Y(Oblique)=実測斜方輝度である。
よって、上記式(1)で表されるΔYは、実測斜方輝度および理論斜方輝度の差となるのである。
このように本発明においては、着色層が有するRthを用いずに、着色層の輝度を用いることで、カラーフィルタの設計が可能となるので、視野角特性を改善することができるカラーフィルタを容易に得ることができる。
以下、本発明のカラーフィルタにおける各構成について説明する。
本発明において、各色の着色層は、上記式(1)で表される実測斜方輝度および理論斜方輝度の差ΔYが略同一である。
Color-Y(Oblique)およびColor-Y(Cross)を測定する際には、透明基板上に1色の着色層が形成された測定用基板を着色層の色毎に複数準備して、色毎に測定を行ってもよく、また透明基板上に複数色の着色層が形成されたカラーフィルタについて、分光分析が可能な装置を用いて、全色の測定を一度に行ってもよい。
本発明における複数色の着色層は、透明基板上に形成されるものである。
着色層の色は複数色であればよく、例えば、3色、4色、5色とすることができる。3色の場合には、通常、赤色、緑色および青色の3色の着色層が用いられる。
緑色着色層に用いられる着色剤としては、例えばハロゲン多置換フタロシアニン系顔料もしくはハロゲン多置換銅フタロシアニン系顔料等のフタロシアニン系顔料、トリフェニルメタン系塩基性染料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料等が挙げられる。これらの顔料もしくは染料は単独で用いてもよく2種以上を混合して用いてもよい。
青色着色層に用いられる着色剤としては、例えば銅フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、インダンスレン系顔料、インドフェノール系顔料、シアニン系顔料、ジオキサジン系顔料等が挙げられる。これらの顔料は単独で用いてもよく2種以上を混合して用いてもよい。
着色層の形成方法として印刷法を用いる場合、バインダー樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ヒドロキシエチルセルロース樹脂、カルボキシメチルセルロース樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
また、着色層の形成方法としてフォトリソグラフィ法を用いる場合、バインダー樹脂としては、通常、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する電離放射線硬化性樹脂が使用される。通常は、電子線硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂が用いられる。紫外線硬化性樹脂を使用する場合には、バインダー樹脂に光重合開始剤が単独または複数組み合わせて使用される。また、紫外線硬化性樹脂を用いる場合には、必要に応じて増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等を用いてもよい。
ここで、着色層における着色剤の分散性、特に顔料の分散性に応じて、斜め方向から観察したときに漏れ光が生じ、斜方輝度が異なるものと推量される。そのため、各色の着色層で着色剤の分散性を揃えることで、ΔYを略同一とすることができると推測される。各色の着色層で着色剤の分散性を揃えるには、上述したように、例えば、着色剤の種類、分散剤の種類、バインダー樹脂の種類などを調整すればよい。具体例を挙げると、着色剤を1種類用いる場合と2種類用いる場合とでは、着色剤の分散性が異なるので、ΔYも異なる。よって、着色層に含有される着色剤を変えることで、ΔYを制御することができる。
なお、各色の着色層でΔYを略同一とする方法については、後述の「C.着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法」の項に記載するので、ここでの説明は省略する。
本発明に用いられる透明基板は、着色層、および必要に応じて遮光部を形成可能であり、可視光に対して透明な基板であれば特に限定されるものではない。透明基板としては、一般的なカラーフィルタに用いられる透明基板と同様のものとすることができる。
具体的には、石英ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材等が挙げられる。
本発明においては、図2に例示するように、カラーフィルタ1表面を平坦化するために、着色層4上にオーバーコート層5が形成されていてもよい。
オーバーコート層に用いられる材料としては、透明性を有し、着色層上に形成可能なものであれば特に限定されるものではなく、一般的なカラーフィルタに用いられるオーバーコート層と同様のものとすることができる。
オーバーコート層の形成方法としては、カラーフィルタの表面を平坦化することができる方法であれば特に限定されず、一般的な方法と同様とすることができる。
本発明においては、透明基板上に画素を区画する遮光部が形成されていてもよい。
遮光部としては、一般的なカラーフィルタに用いられる遮光部と同様とすることができる。
本発明のカラーフィルタは、例えば、液晶表示装置、有機EL表示装置、プラズマディスプレイ等に用いられる。中でも、液晶表示装置に好適に用いられる。
次に、本発明の液晶表示装置について説明する。
本発明の液晶表示装置は、透明基板と、上記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタを備える液晶表示装置であって、各色の上記着色層は、上記式(1)で表される実測斜方輝度および理論斜方輝度の差ΔYが略同一であることを特徴とするものである。
また、本発明の液晶表示装置は、大型ディスプレイや携帯情報端末等に用いることができる。
次に、本発明の着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法について説明する。
本発明の着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法は、透明基板上に複数色の着色層を形成するための複数色の着色層用樹脂組成物の処方を決定する着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法であって、透明基板上に調整用着色層用樹脂組成物を用いて調整用着色層を形成する調整用着色層形成工程と、上記調整用着色層について上記式(1)で表される実測斜方輝度および理論斜方輝度の差ΔYを測定する測定工程と、上記測定工程により得られたΔYに基づいて、各色の着色層についてΔYが略同一となるように、各色の着色層用樹脂組成物の処方を決定する処方決定工程とを有することを特徴とするものである。
以下、本発明の着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法における各工程について説明する。
本発明における調整用着色層形成工程は、透明基板上に調整用着色層用樹脂組成物を用いて調整用着色層を形成する工程である。
なお、顔料、バインダー樹脂、添加剤等については、上記「A.カラーフィルタ」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
また、溶剤としては、一般的なカラーフィルタの着色層を形成する際に用いられるものと同様とすることができる。
本発明における測定工程は、上記調整用着色層について上記式(1)で表される実測斜方輝度および理論斜方輝度の差ΔYを測定する工程である。
なお、ΔYの測定方法については、上記「A.カラーフィルタ」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
本発明における処方決定工程は、上記測定工程により得られたΔYに基づいて、各色の着色層についてΔYが略同一となるように、各色の着色層用樹脂組成物の処方を決定する工程である。
ここで、斜め方向から観察したときに漏れ光が生じるのは、着色層における着色剤の分散性、特に顔料の分散性が関係しているものと思料される。着色剤の分散性が変わると、上記式(1)におけるColor-Y(Cross)が変わり、ΔYも変わる。よって、ΔYを調整するために、着色層における着色剤の分散性を制御することが好ましい。すなわち、所望のΔYを得るために、着色層における着色剤の分散性に寄与し得る着色層用樹脂組成物の組成や調製方法を適宜選択することが好ましい。
次に、本発明のカラーフィルタの製造方法について説明する。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、上述の着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法により決定された処方に基づいて、複数色の着色層用樹脂組成物を調製する調製工程と、各色の上記着色層用樹脂組成物を用いて、透明基板上に複数色の着色層を形成する着色層形成工程とを有することを特徴とするものである。
本発明における調製工程は、上述の着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法により決定された処方に基づいて、複数色の着色層用樹脂組成物を調製する工程である。
具体的には、上述したような、顔料、バインダー樹脂、分散剤、溶剤等の着色層用樹脂組成物に含まれる各成分を均一に溶解・分散させることができる方法であればよく、着色層用樹脂組成物の調製に一般的に用いられる溶解・分散方法を用いることができる。
本発明における着色層形成工程は、各色の上記着色層用樹脂組成物を用いて、透明基板上に複数色の着色層を形成する工程である。
着色層用樹脂組成物としては、例えば、赤色、緑色および青色の3色の着色層用樹脂組成物が用いられる。
なお、透明基板および着色層の形成方法については、上記「A.カラーフィルタ」に記載したので、ここでの説明は省略する。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、調製工程および着色層形成工程以外に、他の部材を形成する工程を有することができる。例えば、複数色の着色層上にオーバーコート層を形成するオーバーコート層形成工程や、透明基板上に画素を画定する遮光部を形成する遮光部形成工程などが挙げられる。
なお、オーバーコート層および遮光部については、上記「A.カラーフィルタ」に記載したので、ここでの説明は省略する。
[実施例1]
(硬化性樹脂組成物の調製)
重合槽中にメタクリル酸メチル(MMA)を63重量部、アクリル酸(AA)を12重量部、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル(HEMA)を6重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)を88重量部仕込み、攪拌し溶解させた後、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)を7重量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下、85℃で2時間攪拌し、さらに100℃で1時間反応させた。得られた溶液に、さらにメタクリル酸グリシジル(GMA)を7重量部、トリエチルアミンを0.4重量部、及びハイドロキノンを0.2重量部添加し、100℃で5時間攪拌し、共重合樹脂溶液(固形分50%)を得た。
次に下記の材料を室温で攪拌、混合して硬化性樹脂組成物とした。
<硬化性樹脂組成物の組成>
・上記共重合樹脂溶液(固形分50%):16重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(サートマー社 SR399):24重量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社 エピコート180S70):4重量部
・2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルフォリノプロパン-1-オン:4重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:52重量部
まず、下記分量の成分を混合し、サンドミルにて十分に分散し、黒色顔料分散液を調製した。
<黒色顔料分散液の組成>
・黒色顔料:23重量部
・高分子分散材(ビックケミー・ジャパン(株) Disperbyk111):2重量部
・溶剤(ジエチレングリコールジメチルエーテル):75重量部
次に、下記分量の成分を十分混合して、遮光層用組成物を得た。
<遮光層用組成物の組成>
・上記黒色顔料分散液:61重量部
・上記硬化性樹脂組成物:20重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:30重量部
そして、厚み1.1mmのガラス基板(旭硝子(株) AN材)上に上記遮光層用組成物をスピンコーターで塗布し、100℃で3分間乾燥させ、膜厚約1μmの遮光層を形成した。当該遮光層を、超高圧水銀ランプで遮光パターンに露光した後、0.05wt%水酸化カリウム水溶液で現像し、その後、基板を180℃の雰囲気下に30分間放置することにより加熱処理を施して遮光部を形成すべき領域にブラックマトリクスを形成した。
上記のようにしてブラックマトリクスを形成した基板上に、下記組成の赤色硬化性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布(塗布厚み1.5μm)し、その後、70℃のオーブン中で3分間乾燥した。次いで、赤色硬化性樹脂組成物の塗布膜から100μmの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティアライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いて着色層の形成領域に相当する領域のみに紫外線を10秒間照射した。次いで、0.05wt%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、赤色硬化性樹脂組成物の塗布膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板を180℃の雰囲気下に30分間放置することにより、加熱処理を施して赤色画素を形成すべき領域に赤色のレリーフパターンを形成した。
さらに、下記組成の青色硬化性樹脂組成物を用いて、赤色のレリーフパターン形成と同様の工程で、青色画素を形成すべき領域に青色のレリーフパターンを形成し、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色からなる着色層を形成した。
・C.I.ピグメントレッド177(Chromofine Red 6605、大日精化工業製):10重量部
・BYK161(ビックケミー製):3重量部
・上記硬化性樹脂組成物:5重量部
・酢酸-3-メトキシブチル:82重量部
<緑色硬化性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントグリーン36(Fastogen Green 2YK):10重量部
・BYK161(ビックケミー製):3重量部
・上記硬化性樹脂組成物:5重量部
・酢酸-3-メトキシブチル:82重量部
<青色硬化性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントブルー15:6(Chromofine Blue5201A、大日精化工業製):10重量部
・BYK161(ビックケミー製):3重量部
・上記硬化性樹脂組成物:5重量部
・酢酸-3-メトキシブチル:82重量部
上記のようにして着色層を形成した基板上に、上記硬化性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布、乾燥し、乾燥塗膜2μmの塗布膜を形成した。硬化性樹脂組成物の塗布膜から100μmの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティアライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いてオーバーコート層の形成領域に相当する領域のみに紫外線を10秒間照射した。次いで、0.05wt%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、硬化性樹脂組成物の塗布膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板を200℃の雰囲気中に30分間放置することにより加熱処理を施してオーバーコート層を形成した。
上記のようにして着色層およびオーバーコート層を形成した基板上に、上記硬化性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布、乾燥し塗布膜を形成した。硬化性樹脂組成物の塗布膜から100μmの距離にフォトマスクを配置して、プロキシミティアライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いてスペーサの形成領域のみに紫外線を10秒間照射した。次いで、0.05wt%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、硬化性樹脂組成物の塗布膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板を200℃の雰囲気中に30分間放置することにより加熱処理を施して、上端部面積が100μm2で3.8μmの固定スペーサを形成した。
以上により、カラーフィルタを作製した。
上記のようにして得られたカラーフィルタの膜形成表面に、基板温度200℃でアルゴンと酸素を放電ガスとし、DCマグネトロンスパッタリング法によってITOをターゲットとして透明電極膜を形成した。その後、さらに透明電極膜上にポリイミドよりなる配向膜を形成した。次いで、TFTを形成したガラス基板上にTN液晶を必要量滴下し、上記カラーフィルタを重ね合わせ、UV硬化性樹脂をシール材として用い、常温で0.3kgf/cm2の圧力をかけながら400mJ/cm2の照射量で露光することにより接合して、セル組みし、液晶表示装置を得た。
赤色硬化性樹脂組成物におけるRedの着色剤を下記のとおり変更した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
・C.I.ピグメントレッド177(Chromofine Red 6605、大日精化工業製):5重量部
・C.I.ピグメントレッド254(Irgaphor Red BT-CF、Ciba製):5重量部
緑色硬化性樹脂組成物におけるGreenの着色剤を下記のとおり変更した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
・C.I.ピグメントグリーン58(DIC製):9重量部
・C.I.ピグメントイエロー150(Byplast Yellow E-4GN、ランクセス製):1重量部
青色硬化性樹脂組成物におけるBlueの着色剤を下記のとおり変更した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
・C.I.ピグメントブルー15:6(Chromofine Blue5201A、大日精化工業製):9重量部
・C.I.ピグメントバイオレット23(PV Fast Violet RL、クラリアント製):1重量部
下記組成の黄色硬化性樹脂組成物を用いて、赤色のレリーフパターン形成と同様の工程で、黄色画素を形成すべき領域に黄色のレリーフパターンを形成し、赤(R)、緑(G)、青(B)、黄(Y)の4色からなる着色層を形成した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
<黄色硬化性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントイエロー150(Byplast Yellow E-4GN、ランクセス製):10重量部
・BYK161(ビックケミー製):3重量部
・上記硬化性樹脂組成物:5重量部
・酢酸-3-メトキシブチル:82重量部
赤色硬化性樹脂組成物におけるRedの着色剤を下記のとおり変更した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
・C.I.ピグメントレッド254(Irgaphor Red BT-CF、Ciba製):10重量部
黄色硬化性樹脂組成物におけるYellowの着色剤をPY139(Graphtol Yellow H2R、クラリアント製)に変更した以外は、実施例5と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
斜方表示特性について、黒表示時の正面(0°)と斜方(45°)の色ズレが認識不可の場合を○とし、認識可能な場合を×をした。結果を表1に示す。
2 … 透明基板
3 … 遮光部
4 … 着色層
4R … 赤色着色層
4G … 緑色着色層
4B … 青色着色層
5 … オーバーコート層
Claims (3)
- 透明基板上に複数色の着色層を形成するための複数色の着色層用樹脂組成物の処方を決定する着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法であって、
透明基板上に調整用着色層用樹脂組成物を用いて調整用着色層を形成する調整用着色層形成工程と、
前記調整用着色層について下記式(1)で表される実測斜方輝度および理論斜方輝度の差ΔYを測定する測定工程と、
前記測定工程により得られたΔYに基づいて、各色の着色層についてΔYが略同一となるように、各色の着色層用樹脂組成物の処方を決定する処方決定工程と
を有することを特徴とする着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法。
- 各色の前記着色層用樹脂組成物に含有される顔料の種類を変えることで、前記実測斜方輝度および理論斜方輝度の差ΔYを制御することを特徴とする請求項1に記載の着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法。
- 請求項1または請求項2に記載の着色層用樹脂組成物セットの処方決定方法により決定された処方に基づいて、複数色の着色層用樹脂組成物を調製する調製工程と、
各色の前記着色層用樹脂組成物を用いて、透明基板上に複数色の着色層を形成する着色層形成工程と
を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
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