樹脂組成物
本発明の樹脂組成物は、下記の特定の種類の顔料を含むものであり、バインダー樹脂、重合開始剤、および分散剤等とともに、溶媒に分散させたものであることが好ましい。
顔料
本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物に含まれる顔料の合計質量に対して、金属フタロシアニン系の青色顔料を25〜50質量%、好ましくは30〜50質量%含み、イソインドリン系の黄色顔料を30〜60質量%、好ましくは50〜60質量%含むものであり、ジケトピロロピロール系の赤色顔料をさらに1〜15質量%、好ましくは10〜15質量%含むことがよい。また、黒色顔料をさらに1〜20質量%、好ましくは5〜10質量%含んでもよい。なお、樹脂組成物は、ジオキサジン系の紫色顔料を実質的に含まないのがよい。「実質的に含まない」とは、他の顔料の特性にほとんど影響を与えない範囲で含まれてもよく、例えば、含有量が顔料の合計質量に対して、1質量%以下、好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下である。上記範囲程度の割合で顔料を混合することで、光フィルタ部の特定の波長における透過率を望ましい範囲に調節することができ、波長が380nm〜500nmである光についての最大透過率を1%以下、好ましくは0.5%以下に、波長が500nm〜550nmである光についての最大透過率を1.5%以上、好ましくは2%以上に波長が550nm〜630nmである光についての最大透過率を0.5%以下、好ましくは2%以下に、波長が630nm〜750nmである光についての最大透過率を1%以下、好ましくは2%以下に、波長が830nmである光についての透過率を70%以上、好ましくは75%以上に調節できる。
本発明の好ましい態様によれば、具体的な顔料としては、ジケトピロロピロール系の赤色顔料としてピグメントレッド254を、金属フタロシアニン系の青色顔料としてピグメントブルー1、ピグメントブルー15:1、ピグメントブルー15:3、およびピグメントブルー15:6からなる群から選択される少なくとも1種を、イソインドリン系の黄色顔料としてピグメントイエロー139を用いるのがよい。なお、ジオキサジン系の紫色顔料としては、ピグメントバイオレット23が挙げられる。このような顔料を用いることで、光フィルタ部の特定の波長における透過率をより望ましい範囲に調節することができる。
本発明の好ましい態様によれば、樹脂組成物が、顔料を溶媒に分散させてなる分散体の場合、樹脂組成物中の顔料の含有量は、溶媒を除いた樹脂組成物(固形分成分)の合計質量に対して、35質量%以下である。なお、樹脂組成物の固形分成分には、顔料、バインダー樹脂、重合開始剤、および分散剤等が含まれる。樹脂組成物中の顔料の含有量を上記範囲内程度に調整することが、カラーフィルタの光フィルタ部を形成するための製造上の点から好ましい。すなわち上記顔料濃度が35%以下であれば、カラーフィルタの光フィルタ部形成のためのパターニング工程における不具合(パターニング不良)を抑制することができる。
バインダー樹脂
本発明の好ましい態様によれば、上記のバインダー樹脂としては、重合反応により硬化して、膜(層)を形成する樹脂を用いるのがよい。例えば、下記で挙げるモノマーおよびポリマーを単独でまたは併用して用いることができる。好ましい態様では、バインダー樹脂の含有量(モノマーおよびポリマーの合計の含有量)は、溶媒を除いた樹脂組成物(固形分成分)の合計質量に対して、樹脂組成物の全量に対して、20〜60質量%である。
モノマーとしては、例えば、アリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、ブトキシエチレングリコールアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、グリセロールアクリレート、グリシジルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロシプロピルアクリレート、イソボニルアクリレート、イソデキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ステアリルアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,3−プロパンジオールアクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、2,2−ジメチロールプロパンジアクリレート、グリセロールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリオキシプロピルトリメチロールプロパントリアクリレート、ブチレングリコールジアクリレート、1,2,4−ブタントリオールトリアクリレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジアクリレート、ジアリルフマレート、1,10−デカンジオールジメチルアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、および、上記のアクリレート基をメタクリレート基に置換したもの、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、1−ビニル−2−ピロリドン、2−ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェート、テトラヒドロフルフリールアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、3−ブタンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート、フェノール−エチレンオキサイド変性アクリレート、フェノール−プロピレンオキサイド変性アクリレート、N−ビニル−2−ピロリドン、ビスフェノールA−エチレンオキサイド変性ジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレートモノステアレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキサド変性トリアクリレート、イソシアヌール酸エチレンオキサイド変性トリアクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリアクリレート、ペンタエリスリトールペンタアクリレート、ペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート等のアクリレートモノマー、および、これらのアクリレート基をメタクリレート基に置換したもの、ポリウレタン構造を有するオリゴマーにアクリレート基を結合させたウレタンアクリレートオリゴマー、ポリエステル構造を有するオリゴマーにアクリレート基を結合させたポリエステルアクリレートオリゴマー、エポキシ基を有するオリゴマーにアクリレート基を結合させたエポキシアクリレートオリゴマー、ポリウレタン構造を有するオリゴマーにメタクリレート基を結合させたウレタンメタクリレートオリゴマー、ポリエステル構造を有するオリゴマーにメタクリレート基を結合させたポリエステルメタクリレートオリゴマー、エポキシ基を有するオリゴマーにメタクリレート基を結合させたエポキシメタクリレートオリゴマー、アクリレート基を有するポリウレタンアクリレート、アクリレート基を有するポリエステルアクリレート、アクリレート基を有するエポキシアクリレート樹脂、メタクリレート基を有するポリウレタンメタクリレート、メタクリレート基を有するポリエステルメタクリレート、ならびにメタクリレート基を有するエポキシメタクリレート樹脂等が挙げられる。本発明においては、市販のモノマーを用いることもでき、例えば、SR399(サートマー社製)、アロニックスM−400(東亞合成株式会社製)、およびアロニックスM−450(東亞合成株式会社製)が好ましい。
ポリマーとしては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ABS樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルアクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec-ブチルアクリレート、sec-ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−ペンチルアクリレート、n−ペンチルメタクリレート、n−ヘキシルアクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルアクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−デシルアクリレート、n−デシルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、N−ビニル−2−ピロリドン、グリシジル(メタ)アクリレートの1種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の2量体、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、ならびにこれらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等が挙げられる。本発明においては、市販のポリマーを用いることもでき、例えば、アロニックスM−5600(東亞合成株式会社製)、アロニックスM−6200(東亞合成株式会社製)、アロニックスM−7100(東亞合成株式会社製)、およびアロニックスM−9050(東亞合成株式会社製)が好ましい。
分散剤
上記の分散剤としては、例えば、カチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性、シリコーン系、フッ素系等の界面活性剤を使用できるが、これらの中でも高分子界面活性剤( 高分子分散剤)を用いることが好ましい。高分子界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、および3級アミン変性ポリウレタン類などが挙げられる。本発明においては、市販の分散剤を用いることもでき、例えば、ソルスパース3000、5000、9000、12000、13240、13940、17000、20000、24000、26000、および28000等の各種ソルスパース分散剤(ゼネカ株式会社製)、ならびにDisperbyk111(ビックケミー・ジャパン株式会社製)が好ましい。好ましい態様では、分散剤の含有量は、溶媒を除いた樹脂組成物の合計質量に対して、樹脂組成物の全量に対して、5〜40質量%である。
重合開始剤
上記の重合開始剤としては、熱重合開始剤および光重合開始剤等を用いることができ、例えば、ベンジル(ビベンゾイルとも言う)、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、2−n−ブトキシエチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、p−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、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、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)−ブタン−1−オン、1−(4−ドデシルフェニル)−2ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、および1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン等が挙げられる。本発明においては、市販の重合開始剤を用いることもでき、例えば、イルガキュア184、イルガキュア369、イルガキュア651、イルガキュア907(いずれも、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、ダロキュアー(メルク社製)、アデカ1717(旭電化工業株式会社製)等のケトン系化合物、および2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’−テトラフェニル−1,2’ビイミダゾール(黒金化成株式会社製)等のビイミダゾール系化合物が好ましい。好ましい態様では、重合開始剤の含有量は、溶媒を除いた樹脂組成物の合計質量に対して、1〜10質量%である。
溶剤
上記の溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類、α−もしくはβ−テルピネオール等のテルペン類等、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、N−メチル−2−ピロリドン等のケトン類、トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、セロソルブ、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、および3−メトキシブチルアセテート等の酢酸エステル類等が挙げられる。本発明においては、市販の溶剤を用いることもでき、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(ダイセル化学工業株式会社製)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(ダイセル化学工業株式会社製)、および3−メトキシブチルアセテート(ダイセル化学工業株式会社製)が好ましい。樹脂組成物の固形分成分に溶剤を所望の量加えて、混合することで、樹脂組成物の粘度を所望の範囲に調整し、顔料分散性や顔料分散経時安定性を向上させることができる。
カラーフィルタの製造方法
本発明のカラーフィルタの製造方法は特に限定されないが、以下に示される好ましい態様に従い行うことができる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、上記の樹脂組成物を基材上に塗布し、減圧乾燥後、プリベークして、溶剤を除去する。樹脂組成物の塗布には、従来公知の方法を用いることでき、例えばスピンコート法、印刷法、インクジェット法、バーコート法、スプレー法、ダイコート法、ビードコート法、およびスリット&スピンコート法等が挙げられる。続いて、紫外線を露光して、樹脂組成物を硬化させる。さらに、焼成することで、着色部および光フィルタ部を基材上に形成させることができる。 なお、本発明の好ましい態様によれば、基板は光出射側にあるため、光透過性の高い透明基板が用いられる。例えば、ガラス、石英、または各種の樹脂等の光透過性の高い材料からなる透明基板が挙げられる。なお、本発明においては、市販の基板を用いることができ、例えば、コーニング社製1737ガラスが好ましい。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
以下の実施の形態においては、本発明を液晶表示装置(液晶ディスプレイ)に適用した例について説明する。すなわち、以下の実施の形態において、表示装置10は、液晶表示パネル(LCDパネル、液晶表示パネル)からなる表示パネル40を含んで構成されている。
図1に示すように、表示装置10は、表示パネル40と、表示パネル40に接続され表示パネル40の駆動を制御する制御装置20と、液晶表示パネルとしての表示パネル40を背面側(非観察者側)から照明する面光源装置(バックライト)30と、を有している。そして、液晶表示パネルとして形成された表示パネル40が面光源装置30からの面状光を選択的に透過させることにより、映像を表示面12に表示することができるようになっている。
面光源装置30としては、例えば、エッジライト型や直下型等の面光源装置が適宜用いられ得る。
また、図1〜図3に示された表示装置10は、表示面12に映像を表示する表示機能だけでなく、ポインターや入力ペン等の発光装置90から特定波長域の光が照射されていることを検出することができる機能、さらには、発光装置からの特定波長域光が表示面12のどの位置に照射されているかを検出することができる機能を有している。つまり、表示装置10は、文字や図等の情報を映像として出力する出力装置として機能(表示機能)するだけでなく、表示面12上に表示された内容に対応した情報の入力を行う入力手段としても機能(特定波長域光検出機能)する。この際、表示装置10の表示面12は、入力手段の入力面として機能するようになる。
制御装置20は、表示されるべき映像に関する情報を処理する映像情報処理部22と、外部からの情報の読み取りを行う演算部24と、を有している。映像情報処理部22は、表示パネル40に接続され、映像情報に基づいて表示パネル40を駆動する。すなわち、映像情報処理部22は、映像情報に基づいて、各画素の表示状態を制御するように構成された回路(駆動回路)を含んでいる。一方、演算部24は、映像情報処理部22と接続され、読み取った情報を外部からの入力情報として映像情報処理部22へ送信することもできる。この際、映像情報処理部22は、入力情報に基づいた映像情報を作成し、入力情報に対応した映像を表示面12に表示させるようにすることもできる。制御装置20の映像情報処理部22および演算部24については、回路構成も含め、従来の映像表示装置で用いられている映像情報処理部22や、従来のタッチパネル装置で用いられている演算部24と同様に構成することができる。
なお、本実施の形態においては、演算部24が、ポインター等の発光装置90からの特定波長域の光の表示面12への照射を検出するとともに、発光装置90から特定波長域の光が照射されている表示面12上の位置を検出することにより、表示面12を介した外部からの情報の入力を読み取るように構成されている例について、説明する。ただし、後述するように、このような態様は一例に過ぎず、例えば、演算部24が、表示装置10の表示面12への被検出体91の接触または接近を検出するとともに、被検出体91が接触または接近する表示面12上の位置を検出することにより、表示面12を介した外部からの情報の入力を読み取るように構成されていてもよい。
次に、表示パネル40について詳述する。表示パネル40は、映像を表示することができる表示領域DA(図1参照)を含んでいる。表示領域DAは、画素領域A1と、画素領域A1の外側の領域である非画素領域A2と、からなっている。ここで画素領域A1とは、映像を形成する映像光が透過可能であるとともに映像を構成する最小要素となる画素が位置している(占めている)領域のことである。
本実施の形態において、画素領域A1は一つの画素を構成するようになる単位画素部UPを複数有し、各単位画素部UPは三つのサブ画素部SPから構成されている。三つのサブ画素部SPはそれぞれ異なる色を選択的に透過させるようになっている。すなわち、三つのサブ画素部SPから、それぞれ、互いに異なる波長域帯の光が透過する。具体的には、三つのサブ画素部SPは、それぞれ、赤色光、緑色光および青色光を選択的に透過させるようになっており、これにより、表示面12にカラー映像を表示することができる。
図3によく示されているように、液晶表示パネルとしての表示パネル40は、背面側(面光源装置側)に配置された背面側基板(素子基板、アレイ基板とも呼ばれる)70と、背面側基板70に対向して配置されたカラーフィルタ(対向基板とも呼ばれる)50と、背面側基板70およびカラーフィルタ50の間に封入された液晶層45と、を有している。上述したように、表示装置10は表示機能および特定波長域光検出機能(情報読み取り機能)の両方を有しており、これに対応して、表示パネル40は、映像を表示する表示機能を実現するための構成、および、特定波長域光検出機能(情報読み取り機能)を実現するための機能の両方を有している。このような概要の表示パネル40のうち、まず、主に表示機能を実現するための構成について説明し、その後、特定波長域光検出機能(情報読み取り機能)を実現するための構成について説明する。
まず、カラーフィルタ50は、透光性を有した第1の基材51と、基材51上に所定のマトリクスパターンで形成されたブラックマトリクス(BM)58と、を有している。ブラックマトリクス58には、各々がサブ画素部SPを構成するようになる貫通孔が形成されている。そして、本実施の形態において、各サブ画素部SPを構成する貫通孔には、当該サブ画素部SPの表示色に着色された着色部52(52R,52G,52B)が形成されている。この着色部(着色層)52を透過した光が映像を形成する。すなわち、着色部52によって画素領域A1が形成され、表示領域DA内において画素領域以外の領域(例えば、ブラックマトリクス58が形成されている領域)が、非画素領域A2を形成している。
さらに、カラーフィルタ50には、液晶表示パネルの観察者側の基板(対向基板)として有効に機能するため、その他の構成要素が適宜設けられている。例えば、図3に示すように、着色部52上には、保護膜53、透明電極層54および配向膜55が、液晶層45の側に向けてこの順番で形成されている。また、カラーフィルタ50の基材51の液晶層45とは反対の側、つまりカラーフィルタ50の基材51の観察者側には、偏光板56が積層されている。
一方、図2および図3に示すように、背面側基板70は、透光性を有した第2の基材71と、基材71上の画素領域A1にそれぞれ配置された画素電極72と、を有している。また、画素電極72に対する印加を制御するスイッチング素子78(図2参照)が、画素電極72(サブ画素部SP)毎に別個に設けられている。スイッチング素子78は、薄膜トランジスタ(TFT)として形成され得る。このスイッチング素子78は、上述した制御装置20の映像情報処理部22からの制御に基づいて動作する。なお、第2基材71上には、スイッチング素子78の駆動に必要となる、走査線や信号線(データ線)等の種々の回路配線(図示せず)が形成されている。
さらに、背面側基板70には、液晶表示パネルの面光源装置側の基板(素子基板、アレイ基板)として有効に機能するため、その他の構成要素が適宜設けられている。例えば、図3に示すように、画素電極72上には、保護膜73および配向膜75が、液晶層45の側に向けてこの順番で形成されている。また、背面側基板70の基材71の液晶層45とは反対の側、つまり背面側基板70の基材71の面光源装置側には、偏光板76が積層されている。
以上の表示パネル40の構成は、主として液晶表示パネルとしての機能(表示機能)を果たすための構成である。次に、特定波長域光検出機能(情報読み取り機能)を実現するための表示パネル40の構成について説明する。表示装置10が特定波長域光検出機能を実現するため、表示パネル40の背面側基板70は多数の光センサ81,82,83を有しており、カラーフィルタ50は、光センサ81,82,83に対面する位置に、光フィルタ部61、遮光部62および光透過部63のいずれかが形成されている。
光センサ81,82,83は、光を感知可能であり、例えばフォトダイオードから構成され得る。フォトダイオードとしての光センサ81,82,83は、感知した光の光量が多くなるに連れて、大きな電流を出力するようになる。また、光センサ81,82,83の出力は、上述した制御装置20の演算部24へ送られる。演算部24は、光センサ81,82,83の出力電流の変化を監視する。背面側基板70の第2基材71上には、光センサ81,82,83からの出力の検出および当該光センサ81,82,83の表示領域DA内における位置の特定を可能にするため、センシング線等の種々の回路配線(図示せず)が形成されている。
図4には、一例として、アモルファスシリコン光センサおよび単結晶シリコン光センサの感度特性が図示されている。単結晶シリコン光センサは、波長が380nmから1000nmまでの可視光線および赤外線に十分な感度を有している。一方、アモルファスシリコン光センサは、波長が380nmから700nmまでのより狭い範囲の波長域の光(可視光線)に十分な感度を有している。光センサ81,82,83にともなう回路配線等の詳細な構成や作製方法等については、種々の公知文献(例えば、特開2009−151039)に開示されており、ここでは、詳細な説明を省略する。
図2から理解され得るように、光センサ81,82,83は、すべて、背面側基板70の第2基材71上における非画素領域A2に設けられている。そして、上述したように、各光センサ81,82,83は、詳しくは後述するカラーフィルタ50の光フィルタ部61、遮光部62および光透過部63のいずれか一つに対面するようになる。そして、光センサは、対面するカラーフィルタ50の構成に応じて、第1光センサ81、第2光センサ82および第3光センサ83に分類される。また、図2によく示されているように、光センサ81,82,83はサブ画素部SPの数と同数だけ設けられ、一つのサブ画素部SPに対応するようにして、第1〜第3光センサ81,82,83のいずれか一つが設けられている。
本実施の形態において、第1光センサ81、第2光センサ82および第3光センサ83は、アモルファスシリコン光センサからなっている。したがって、第1光センサ81、第2光センサ82および第3光センサ83は、互いに同一の構成を有し、互いに同一の分光感度特性を有している。図4に示すように、アモルファスシリコン光センサからなる第1光センサ81、第2光センサ82および第3光センサ83は、波長が380nmから700nmまでの光に対して十分な感度を有し、とりわけ、500nmから550nmまでの波長域内の光に対して極めて高い感度を有している。
一方、第1光センサ81に対向して配置される光フィルタ部(特定波長透過層)61は、特定波長域の光を選択的に透過させるものである。光フィルタ部61は、カラーフィルタ50が背面側基板70に対向して配置された状態で第1光センサ81に対面するようになる位置を含む第1基材51上の領域に形成されている。
なお、ここでいう「特定波長域の光を選択的に透過」とは、いわゆる「波長選択透過性」のことであり、当然に、特定波長域の光のみが100%の透過率で透過することのみを意味するものではなく、特定波長域外の波長の光が透過してもよいし、特定波長域の光の透過率が100%でなくてもよい。すなわち、「特定波長域の光を選択的に透過」には、光フィルタ部61を透過する特定波長域の光についての透過率が、光フィルタ部61を透過する特定波長域外の波長の光についての透過率よりも高くなっている場合も含まれる。
本実施の形態において、この光フィルタ部61は、特定波長域の可視光線、より具体的には、500nm以上550nm以下の範囲内に波長域がある緑色光を主として透過させ、その他の光を吸収するようになっている。このような光フィルタ部61は、いわゆるカラーフィルタ(カラーフィルタ層)と呼ばれる上述の着色部52と同様の方法、すなわち、所定の波長光を吸収し得る顔料を分散された顔料分散レジスト塗膜を、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることにより、カラーフィルタ50の第1基材51上に形成され得る。すなわち、光フィルタ部61は、顔料を含み、特定波長域の可視光線を主として透過させ、他の波長域の光を主として吸収するようになされている。図2に示すように、光フィルタ部61は、ブラックマトリクス58に全周囲を取り囲まれた非画素領域A2内の領域に形成されている。
500nm以上550nm以下の波長域内の緑色光を選択的に透過させるための有機顔料として、イソインドリン系の黄色顔料および金属フタロシアニン系の青色顔料が組み合わせられて用いられている。この組み合わせにおいて、イソインドリン系の黄色顔料として、ピグメントイエロー139(PY139)を用いることができる。また、金属フタロシアニン系の青色顔料として、銅フタロシアニン系を用いることができ、とりわけ、ピグメントブルー1(PB1)、ピグメントブルー15:1(PB15:1)、ピグメントブルー15:3(PB15:3)およびピグメントブルー15:6(PB15:6)からなる群より選択される一種以上を用いることができる。
図5のグラフには、ピグメントイエロー139(PY139)の分光透過率、および、ピグメントブルー15:6(PB15:6)の分光透過率が示されている。図5に示すように、ピグメントイエロー139は、波長が380nm以上500nm以下の範囲にある光に対して優れた遮光性を示す。さらに、ピグメントブルー15:6は、波長が570nm以上780nm以下の範囲にある光に対して優れた遮光性を示す。
一般的なカラーフィルタ等の表示装置用基板の製造においては、黄色顔料として、ピグメントイエロー150(PY150)およびピグメントイエロー139(PY139)等が用いられてきた。ただし、図6に示すように分光透過率特性を比較すると、ピグメントイエロー139(PY139)を用いた場合には、ピグメントイエロー150(PY150)では効果的に遮光しきれない470nm以上500nm以下の波長域の光および380nm以上400nm以下の波長域の光を十分に遮光することが可能となることがわかる。したがって、ここで説明する光フィルタ部61に含まれる顔料の組み合わせにおいては、他の顔料によって十分に遮光できない波長の光を十分に遮光し得る点において、ピグメントイエロー139(PY139)を用いることが有効である。
また、本実施の形態においては、500nm以上550nm以下の波長域内の緑色光を選択的に透過させるための有機顔料として、ジケトピロロピロール系の赤色顔料および黒色顔料がさらに組み合わされて用いられている。ジケトピロロピロール系の赤色顔料として、ピグメントイエロー254(PR254)を用いることができる。ピグメントレッド254は、530nmの近傍を除く、450nm以上570nm以下の波長域の光に対して優れた遮光性を示す。一方、黒色顔料として、チタンブラックやカーボンブラックを用いることができる。黒色顔料を加えた場合、フィルタ部61をなす樹脂組成物中の顔料濃度を低減することができる。これにより、その他の顔料による、すなわち、黄色顔料、青色顔料および赤色顔料による、所定波長域の遮光を安定して実現することが可能となる。
そして、各顔料の配合割合としては、光フィルタ部61に含まれる顔料の合計質量に対して、イソインドリン系の黄色顔料が30〜60質量%含まれ、金属フタロシアニン系の青色顔料が25質量%〜50質量%含まれるようにすることができる。さらに、ジケトピロロピロール系の赤色顔料が1〜15質量%以下含まれてもよく、黒色顔料が1〜20質量%含まれてもよい。また、ジオキサジン系の紫色顔料を実質的に含まないのがよく、例えば1質量%以下、好ましくは0.1質量%以下である。
本件発明者らが実験を重ねたところ、以上に説明した顔料の組み合わせを採用することにより、光フィルタ部61は、優れた波長選択透過性を呈するようになる。具体的には、本件発明者らが確認したところ、波長が380nm以上500nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率を1%以下とし、さらには、0.5%以下とすることもできた。また、波長が550nm以上630nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率を1%以下とし、さらには、0.5%以下とすることもできた。さらに、波長が630nm以上750nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率を2%以下とし、さらには、1%以下とすることもできた。
すなわち、光フィルタ部61は、500nm以上550nm以下の波長域の光を除くと、750nm以下の可視光域の光を、十分に遮光することができる。とりわけ、一例として図7に太陽光の分光強度分布を示すように、太陽光や照明光等の環境光には、380nm以上750nm以下の波長域内の光が最も多く含まれている。上述してきた顔料の構成を有した光フィルタ部61によれば、500nm以上550nm以下の波長域の光を除くと、環境光の多くを占める380nm以上750nm以下の波長域の光を、極めて効果的に遮光することができる。
次に、第2光センサ82に対向して位置する遮光部62は、波長が380nm以上1000nm以下である光を遮光するものである。この遮光部62は、カラーフィルタ50が背面側基板70に対向して配置された状態で第2光センサ82に対面するようになる位置を含む第1基材51上の領域に形成されている。なお図2に示すように、本実施の形態において、遮光部62はブラックマトリクス58の一部分から構成されている。なお、ここで用いた「遮光」とは、透過率を0%にするものではなく、380nm以上1000nm以下の光についての遮光部62の最大透過率を低くすることも意味する。
遮光部62は、光フィルタ部61と同様に、光を吸収し得る顔料を分散された顔料分散レジスト塗膜を、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることにより、第1基材51上に形成され得る。380nm以上1000nm以下の波長の光を吸収するための顔料として、カーボン系の顔料(カーボン系化合物)、赤色顔料、黄色顔料および紫色顔料よりなる群から選択される一種以上と、チタン系の顔料(チタン系の化合物)と、を少なくとも含む顔料の組み合わせを用いることができる。この組み合わせにおいて、カーボン系の顔料として、カーボンブラックを用いることができる。また、赤色顔料として、ジケトピロロピロール系の顔料、とりわけ、ピグメントレッド254(PR254)を用いることができる。黄色顔料として、イソインドリン系の黄色顔料、とりわけ、ピグメントイエロー139(PY139)を用いることができる。紫色顔料として、ジオキサジン系の紫色顔料、とりわけ、ピグメントバイオレット23(PV23)を用いることができる。チタン系の顔料として、チタンブラックを用いることができる。
本件発明者らが実験を重ねたところ、遮光部61が、カーボン系の顔料(カーボン系化合物)、赤色顔料、黄色顔料および紫色顔料よりなる群から選択される一以上と、チタン系の顔料(チタン系の化合物)と、を含む場合、波長が380nm以上1000nm以下である光の当該遮光部61の最大透過率を、安定して、0.05%を大きく下回るようにすることができた。
図8は、遮光部62(ブラックマトリクス58)に含まれる顔料と、当該遮光部62(ブラックマトリクス58)の分光透過率との関係を調査した結果の一例を示したグラフである。また、図8にその分光透過率を示された各サンプルに含まれる顔料、および、波長が380nm以上1000nm以下の光についての各サンプルの最大透過率を表1に示す。
上述した顔料配合からなるサンプル1および2については、波長が380nm以上1000nm以下である光に対する遮光部の透過率は、0.05%を大きく下回っていた。一方、顔料としてカーボンブラックのみを含有したサンプル3については、可視光のうちの長波長側の光(具体的には、620nm以上の波長の光)について、遮光部の透過率が0.05%を超え、また、赤外線についての遮光部の透過率は非常に上昇した。また、顔料としてチタンブラックのみを含有したサンプル4については、赤外線についての遮光部の透過率を低くすることができたが、可視光についての遮光部の透過率が0.05%を大きく超えた。結果として、380nm以上1000nm以下の波長域での最大透過率は、サンプル1および2では、サンプル3および4と比較して、格段に低くなっている。
なお、上述したように、光フィルタ部61は特定波長域の光を選択的に透過させる。光フィルタ部61に対面するようにして配置された第1光センサ81は、光フィルタ部61を透過する特定波長域の光の光量を監視することを意図されている。そして、本実施の形態では、遮光部62と同一の極めて優れた遮光性を有するブラックマトリクス58が、光フィルタ部61の全周囲を取り囲んでいる。したがって、第1光センサ81に受光される光の殆どは、意図されたように、光フィルタ部61を透過した光となる。すなわち、優れた遮光性を有したブラックマトリクス58によって、光フィルタ部61の全周囲が取り囲まれていることにより、光フィルタ部61の光選択透過性がより有効に機能するようになる。
最後に、第3光センサ83に対向して位置する光透過部63は、ブラックマトリクス58の第3光センサ83に対向する位置に形成された貫通孔からなっている。光透過部63(貫通孔)は、カラーフィルタ50が背面側基板70に対向して配置された状態で第3光センサ83に対面するようになる位置を含む第1基材51上の領域に形成されている。図2に示すように、光透過部63は、ブラックマトリクス58に全周囲を取り囲まれた非画素領域A2内の領域に形成されている。
ところで、各第1光センサ81は、いずれか一つ以上の近接配置された第2光センサ82と対応付けられている。また、各第1光センサ81は、いずれか一つ以上の第3光センサ83とも対応付けられている。とりわけ本実施の形態では、対応付けられる第1光センサ81および第2光センサ82は1対1の関係にあり、同様に、対応付けられる第1光センサ81および第3光センサ83も1対1の関係にある。なお、特定波長域光の検出精度を向上させる観点からは、対応付けられる第1〜第3光センサ81,82,83が、互いに近接配置されたセンサであることが好ましい。具体例として、本実施の形態では、図2に点線で示す小区域LA内に配置された第1〜第3光センサ81,82,83が、互いに対応付けられている。
以上のような構成からなる表示装置10は、高感度かつ高精度の特定波長域光検出機能(情報読み取り機能)を有し、外部からの情報を読み取ることができる。以下、表示装置10が、ポインター等の発光装置90から特定波長域の光が表示面12上に照射されていることを検出することによって、さらには、発光装置90から特定波長域の光が表示面12上のどの位置に照射されているかを検出することによって、外部からの情報を読み取る場合における、表示装置10の特定波長域光検出機能に関する作用について説明する。
図3に示すように、面光源装置30で発光された光は、表示パネル40内に進む。そして、制御装置20の映像情報処理部22からの信号によりスイッチング素子78が駆動され、面光源装置30で発光された光は、透過率を調整されながら、各サブ画素部SPを画成する各着色部52R,52G,52Bを透過する。着色部52R,52G,52Bを透過して表示パネル40から出射する光は、映像光として映像を形成する。
一方、ポインター等の発光装置90から特定波長域の可視光線が発光され、当該特定波長域の可視光線が表示装置10の表示面12に照射されると、当該特定波長域の可視光線は光フィルタ部61を透過して、光フィルタ部61の直下(面光源装置側)に設けられた第1光センサ81に受光される。すなわち、第1光センサ81の受光量は、当該第1光センサ81が対面する表示面12上の位置に、発光装置90から特定波長域の光が照射されることによって、増大する。制御装置20の演算部24は、表示パネル40内に多数設けられた第1光センサ81の出力電流量の変化を監視することにより、発光装置90から特定波長域の光が表示面12上に照射されていることを、特定波長域の光が照射されている表示面12上の位置とともに、検出する。
なお、図3および後に参照する図9においては、可視光を太い矢印で示し、特定波長域の光(本実施の形態では緑色光)を細い矢印で示している。
ところで、ブラックマトリクス等の遮光性を有した層が背面側基板70に形成されていない場合には、図3に示すように、第1光センサ81は、面光源装置30で発光された可視光線をその背面側から受光してしまう。また、表示パネル40内には赤外線および可視光線からなる迷光が生じてしまう。第1光センサ81は、発光装置90からの特定波長域の光の表示面12への照射に関係なく、これらの光を受光して、これらの光に対応した出力電流を発生させる。さらに、光センサ自体の性質に起因して、受光とは無関係に常に、第1光センサ81が微弱電流を出力することもある。結果として、第1光センサ81からの出力電流は発光装置90から照射される光だけに起因するものではなく、このため、第1光センサ81の出力電流のみに基づいて発光装置90からの特定波長域光の照射を検出しようとすると、検出精度の信頼性が低下してしまう。
一方、第1光センサ81は、近接配置された少なくとも一つの第2光センサ82と対応付けられている。第2光センサ82は遮光部62の真下(面光源装置側)に配置されているため、発光装置90で発光され表示面12へ照射される特定波長域の可視光線を、基本的には、受光しない。その一方で、この第2光センサ82は、第1光センサ81の近傍に配置されていることから、当該第1光センサ81と同程度に背面側から光源光を受光し且つ迷光を受光する。さらに、第2光センサ82は、第1光センサ81と同様に構成されているため、第2光センサ82も、第1光センサ81と同程度に微弱電流を出力する傾向がある。したがって、制御装置20の演算部24で発光装置90からの特定波長域光の照射を判定する際、第1光センサ81からの出力電流だけでなく、当該第1光センサに対応付けられた第2光センサ82からの出力電流も考慮することにより、発光装置90から表示面12への特定波長域光の照射をより高精度に判定することができる。一例として、制御装置20の演算部24は、第1光センサ81からの出力電流と第2光センサ82からの出力電流との差分を算出し、得られた差分が閾値を超えた場合に、対象とする第1光センサ81と対面する表示面12上の位置へ、発光装置90から特定波長域の光が照射されていると判断するように構成され得る。あるいは他の例として、制御装置20の演算部24は、第2光センサ82からの出力電流に基づいて都度閾値を設定し、第1光センサ81からの出力電流が設定された閾値を超えた場合に、対象とする第1光センサ81と対面する表示面12上の位置へ、発光装置90から特定波長域の光が照射されていると判断するように、構成され得る。
さらに、表示装置10が配置されている環境の明るさが変化すると、第1光センサ81の受光量も変化する。一例として図7に太陽光の分光強度分布を示すように、太陽光や照明光内には、可視光線、とりわけ、本実施の形態においてフィルタ部61が選択的に透過させる特定波長域の緑色光が多く含まれている。したがって、明るい環境下においては、より多量の緑色光が、光フィルタ部61を介して表示パネル40内に入射し、第1光センサ81に受光されるようになる。また、明るい環境下においては、着色部52を透過して表示パネル40内に可視光が入り込みやすくなり、多量の可視光が迷光として第1光センサ81に受光されるようになる。つまり、発光装置90からの特定波長域の光の照射とは無関係に、第1光センサ81からの出力電流が増加する。
一方、第1光センサ81は、少なくとも一つの第3光センサ83と対応付けられている。第3光センサ83は、ブラックマトリクス58に形成された貫通孔からなる光透過部63の真下(面光源装置側)に配置されている。したがって、環境の明るさの変化に応じて、第3光センサ83の受光量が大きく変化する。このため、制御装置20の演算部24で発光装置90からの特定波長域光の照射を判定する際、第1光センサ81からの出力電流だけでなく、当該第1光センサに対応付けられた第3光センサ83からの出力電流も考慮することにより、発光装置90から表示面12への特定波長域光の照射をより高精度に判定することができる。一例として、制御装置20の演算部24は、第3光センサ83からの出力電流に基づいて都度閾値を設定し、第1光センサ81からの出力電流が設定された閾値を超えた場合に、対象とする第1光センサ81と対面する表示面12上の位置へ、発光装置90から特定波長域の光が照射されていると判断するように構成され得る。あるいは他の例として、制御装置20の演算部24は、第1光センサ81からの出力電流と第3光センサ83からの出力電流との差分を算出し、得られた差分が閾値を超えた場合に、対象とする第1光センサ81と対面する表示面12上の位置へ、発光装置90から特定波長域の光が照射されていると判断するように構成され得る。
加えて、本実施の形態では、500nm以上550nm以下の波長域の光を除けば、波長が380nm以上750nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率が、2%以下と十分低くなっている。とりわけ、500nm以上550nm以下の波長域の光を除くと、太陽光等の環境光の多くを占め且つ映像光のほとんどをなすようになる波長が380nm以上630nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率は1%以下となっている。これにより、環境光に多く含まれる光が、光フィルタ部61によって遮光され、発光装置90で発光されて表示面12へ照射される光から、高い精度で分離されるようになる。また、本件発明者らが確認したところ、波長が380nm以上500nm以下である光および波長が550nm以上630nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率が0.5%以下となっている場合には、表示装置10が一般的に配置されると予想される環境下において、光フィルタ部61を通過する環境光に含まれる波長が380nm以上500nm以下である光および波長が550nm以上630nm以下である光の第1光センサ81での受光が無視し得る程度となった。
以上のように本実施の形態によれば、ポインター等の発光装置90で発光されて第1光センサ81に向かおうとする特定波長光(緑色光)の光量が少量であったとしても、光フィルタ部61によって、当該特定波長光が、その他の光から高効率で分離されるようになる。これにより、発光装置90から表示面12へ照射される特定波長域光の検出に関し、誤作動が生じることが防止され、発光装置90から表示面12へ特定波長域光が照射されていることを精度良く検出し、外部からの情報を高精度に読み取ることができる。
とりわけ、本件発明者らが鋭意研究を重ねたところ、波長が380nm以上500nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率が1%以下となっており、波長が550nm以上630nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率が1%以下となっており、波長が630nm以上750nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率が2%以下となっており、且つ、発光装置90から発光される光の波長域が500nm以上550nm以下の波長域内にある場合、発光装置90で発光された特定波長域の光を、光フィルタ部61によって環境光から極めて高精度に分離することができるとともに、光フィルタ部61に対面する第1光センサ81によって高感度で感知することができることが確認された。すなわち、このような分光透過率の光フィルタ部61によれば、普及している光センサ(フォトセンサ)からなる第1光センサ81からの出力電流に含まれる、環境光中の可視光に起因した成分を、無視し得る程度にまで微弱にすることができ、且つ、500nm以上550nm以下の波長域の光を発光する発光装置90との組み合わせにおいて、発光装置90から照射される特定波長域の光を第1光センサ81によって十分な感度で感知することができた。これにより、上述してきた実施の形態では、面光源装置30からの特定波長域の光の発光量を増大させることに依らず、発光装置90から特定波長域の光を照射されている表示面12上における位置を極めて高精度に特定することが可能となる。
また、発光装置90から発光されて表示面12へ照射される特定波長域の光は、可視光線である。したがって、表示面12から離間した位置から発光装置90を操作する操作者は、発光装置90からの特定波長域の光が表示面12上のどの位置に照射されているかを常に正確に把握することができる。これにより、操作者は、発光装置90を思い通りに正確に操作することができる。さらに、操作者は、発光装置90に電池切れ等の不具合が生じ、発光装置90から特定波長の可視光が発光されていないことを、瞬時に把握することができる。すなわち、発光装置90が赤外線や紫外線等の非可視光線を発光する場合とは異なり、発光装置90の不具合を見落としてしまうことを効果的に防止することができる。このようなことから、本実施の形態によれば、適正な条件下で外部からの情報を表示面12を介して表示装置10へ入力することができ、これにともなって、表示装置10において、高精度に情報の読み取りを行うことができる。
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面においては、上述した実施の形態と同一に構成され得る部分について、上述の実施の形態で用いた符号と同一の符号を用いており、重複する説明を省略する。
上述した実施の形態においては、表示面12から離間した位置にあるポインター等からなる発光装置90で発光された特定波長域の光が表示面12へ照射されることを検出することにより、外部からの情報を読み取るようにした例を示したが、これに限られない。例えば、発光装置90が、発光機能を有した入力ペンとして機能し、入力ペンからなる発光装置90の表示面への接近または接触を検出することによって、外部からの情報を読み取るようにしてもよい。すなわち、表示装置がタッチパネルとして機能するようにしてもよい。このような態様において、入力ペンからなる発光装置の発光力量は、ポインターからなる発光装置の発光出力と比較して少量となる。この点において、さらに、表示装置10の消費電力を低減することが可能となり、省エネルギーに貢献することができる。このような例においても、第1光センサ81は、優れた波長選択透過性を有した光フィルタ部61を透過した特定波長域の光を受光することになるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、上述した実施の形態において、表示装置10とは別途の発光装置90から発光される特定波長域の光の第1光センサ81による受光量を監視することによって、情報の読み取りを行う例を示したが、これに限られない。図9に示すように、面光源装置30で発光され、その後、指等の被検出体91によって反射された特定波長域の光の第1光センサ81による受光量を監視することによって、被検出体91の表示面への接触または接近を検出し、これにより、情報の読み取りを行うようにしてもよい。すなわち、表示装置がタッチパネルとして機能するようにしてもよい。このような例においても、第1光センサ81は、優れた波長選択透過性を有した光フィルタ部61を透過した特定波長域の光を受光することになるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、上述した実施の形態においては、発光装置90から特定波長域の可視光として緑色光のみが発光される例を示したが、これに限られない。例えば、発光装置90から前記緑色光の波長域とは異なる第2の特定波長域の光として、赤外線がさらに発光されるようにしてもよい。また、例えば、図9に示された変形例において、面光源装置30から、可視光だけでなく、第2の特定波長の光として、赤外線がさらに発光されるようにしてもよい。図7に一例として太陽光の分光強度分布が示されているように、太陽光や照明光等には赤外線が含まれているもの、その相対光量は少ない。また、赤外線は、非可視光線であり観察者に視認されないことから、観察者に観察される映像光の色再現性に悪影響を及ぼさない。これらの点から、光フィルタ部61を透過し第1光センサ81によって受光されるシグナル光として、赤外線を用いることは好ましい。なお、赤外線がシグナル光として用いられる場合には、アモルファスシリコン光センサに代えて、赤外線に対しても高感度な結晶性シリコン光センサを、例えば図4に示された感度特性を有する単結晶シリコン光センサを第1〜第3光センサ81,82,83として用いることができる。
また、このような変形例においては、光フィルタ部61が、緑色光とともに、さらに赤外光をも透過し得るようにするため、上述した実施の形態で説明した光フィルタ部61に含まれる顔料の組み合わせから黒色顔料を除くことが好ましい。すなわち、光フィルタ部61において赤外線も透過させて、光フィルタ部61に対面する第1光センサ81で赤外線を高感度で検出し得るようにするためには、光フィルタ部61に含まれる有機顔料として、イソインドリン系の黄色顔料および金属フタロシアニン系の青色顔料が組み合わせを用いることが好ましく、また、ジケトピロロピロール系の赤色顔料がさらに組み合わせて用いられてもよい。この場合、上記配合割合によれば、波長が380nm以上500nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率を1%以下に、さらには0.5%以下に、波長が550nm以上630nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率を1%以下に、さらには0.5%以下に、波長が630nm以上750nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率を2%以下に、さらには1%以下に維持しながら、赤外線波長域の光に対する高い透過率を実現することができる。具体的には、波長が830nmである光についての光フィルタ部61の透過率を70%以上、さらには、75%以上とすることもできた。また、波長が830nm以上880nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率を85%以上とすることもできた。
可視光を吸収する複数の顔料を含む光学素子の透過率は、赤外領域において、波長が長波長側にシフトするにつれて上昇する傾向がある。厳密には、光学素子の透過率は、波長が赤外領域において長波長側に900nm程度までシフトするにつれて上昇し、以降、長波長側においては概ね一定の高い透過率を有するようになる(後に言及する図10参照)。したがって、上述した顔料の組み合わせにより、波長が830nmである光についての光フィルタ部61の透過率が70%以上となっている場合、光フィルタ部61は、830nmより長波長の光に対して70%以上の透過率を呈する傾向を有するようになる。また、波長が830nm以上880nm以下である光についての光フィルタ部61の最大透過率は85%以上となっている。このため、光フィルタ部61は赤外線を極めて高い透過率で透過し、これにより、光フィルタ部61に対面する第1光センサ81は赤外線を多量に受光することができる。
なお、赤外線を発光する発光源が省エネルギーを実現し得る発光ダイオード(LED)からなる場合、赤外域の光を発光する種々の発光ダイオードのうち、製造コストの観点から実際に適用が可能なものであって且つ環境光との分離を十分に可能にし得るものは、830nm以上の赤外線を発光する発光ダイオードであり、典型的には、波長が830nm以上880nm以下の赤外線を発光する発光ダイオードとなる。
したがって、波長が830nmである光についての光フィルタ部61の透過率が70%以上となっている場合、赤外線が、環境光と分離されて、極めて効率的に第1光センサ81によって受光されるようになる。またとりわけ、本件発明者らが確認したところ、波長が830nmである光についての光フィルタ部61の透過率が75%以上となっている場合、あるいは、波長が830nm以上880nm以下の光についての光フィルタ部61の最大透過率が85%以上となっている場合には、光フィルタ部61に対面する第1光センサ81は極めて優れた感度で赤外線を受光することが可能となる。
加えて、光フィルタ部61における緑色光の透過率と、光フィルタ部61における赤外線の透過率と、の差に基づき、第1光センサ81による各光の受光量は大きく異なる。この結果、第1の特定波長域の可視光(緑色光)と第2の特定波長域の赤外光とを区別して検出することができる。この場合、表示装置10によって多様な情報を読み取ること、例えば発光装置の操作者を区別して情報を読み取ることが可能となる。
また、光フィルタ部61における第1特定波長域光と第2特定波長域光との透過率の差によらずとも、各光センサ61,62,63の位置にアモルファスシリコン光センサおよび結晶性シリコン光センサの両方を配置しておくことにより、第1特定波長域光と第2特定波長域光とを区別して検出することが可能となる。或いは、光フィルタ部61に対向して配置された第1光センサ81の一部を、第1の特定波長域の緑色光を検出するために、500nm以上550nm以下の波長域に対して極めて優れた感度を呈するアモルファスシリコン光センサから構成し、光フィルタ部61に対向して配置された第1光センサ81の残りを、第2の特定波長域の赤外線を検出するために、赤外線に対して極めて優れた感度を呈する結晶性シリコン光センサ(単結晶シリコン光センサ)から構成してもよい。さらには、光フィルタ部61の一部に黒色顔料を混入して当該光フィルタ部61に対面する第1光センサ81によって緑色光を検出するようにし、光フィルタ部61の残りに黒色顔料を混入せず当該光フィルタ部61に対面する第1光センサ81によって赤外線を検出するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態において、ブラックマトリクス58および遮光部62の物性値(分光透過率)や、ブラックマトリクス58および遮光部62に含まれる顔料等についての一例を説明したが、ブラックマトリクス58および遮光部62の物性値や、ブラックマトリクス58および遮光部62に含まれる顔料は、上述した例に限られない。
さらに、上述した実施の形態において、一つのサブ画素部SPに対していずれか一つの光センサ81,82,83が設けられる例を示したが、これに限られない。例えば、表示面12上におけるポインター等の発光装置90からの照射位置あるいは被検出体91の接触(接近)位置を特定する際の位置特定精度に応じて、光センサ81,82,83の数を増減させるようにしてもよい。具体的には、表示装置に求められている位置特定精度が高くない場合には、光センサの数量を減らすことができる。また、上述した実施の形態において、一つの第1光センサ81に対して一つの第2光センサ82が対応付けられている例を示したがこれに限られない。一つの第1光センサ81に対し、近接配置された複数の第2光センサ82が対応付けられていてもよいし、あるいは、複数の第1光センサ81に対して、当該複数の第1光センサ81のすべてに対して近傍となる位置に配置された一つの第2光センサ82が対応付けられていてもよい。同様に、一つの第1光センサ81に対応して一つの第3光センサ83が対応付けられている例を示したがこれに限られない。
さらに、上述した実施の形態において、カラーフィルタ50を用いて液晶表示装置(液晶表示パネル)を構成する例を示したが、これに限られない。上述したカラーフィルタ50を用いて、液晶表示装置以外の表示装置、例えばEL表示装置やプラズマディスプレイを構成することもできる。
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
以下に、実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定解釈されるものではない。
実施例1
光フィルタ部形成用の樹脂組成物の調製
まず、下記の成分を混合して、樹脂組成物(固形分成分)を調整した。
光フィルタ部形成用の樹脂組成物(固形分成分)の組成
・顔料(顔料組成は下記のとおり) 33重量部
・分散剤(ゼネカ(株)製、商品名:ソルスパース24000) 7重量部
・モノマー(東亞合成(株)製、商品名:TO1382) 35重量部
・ポリマー(下記) 22重量部
・重合開始剤(チバスペシャリティケミカルズ社製、商品名:イルガギュア907、)
3重量部
なお、上記のモノマーは、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートの二塩基酸無水物とジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとからなり、それらを質量比3:7の割合で含む混合物である。上記のポリマーは、アクリル酸メチル:アクリル酸:2−ヒドロキシエチルメタクリレート=55.0:30.0:15.0(モル比)の共重合体100モル%に対して、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを15.0モル%付加したものであり、重量平均分子量は22000である。上記の重合開始剤の主要成分は、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−オンである。
顔料組成
・ピグメントレッド254 10重量部
・ピグメントブルー15:6 30重量部
・ピグメントイエロー139 45重量部
・黒色顔料 15重量部
続いて、上記で調整した樹脂組成物(固形分成分)に溶剤としてプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートを加え、固形分20%となるように調整して、光フィルタ部形成用の樹脂組成物を得た。
カラーフィルタの作製
以下のようにして、基材と、基材上に形成されたブラックマトリクスと、光フィルタ部と、赤色着色部と、緑色着色部と、青色着色部とを有するカラーフィルタを作製した。
具体的には、まず、上記の光フィルタ部形成用の樹脂組成物を用いて、ガラス基材上に顔料分散レジスト塗膜を形成し、次に、フォトリソグラフィー技術によってこの顔料分散レジスト塗膜をパターニングすることにより、ガラス基材上にブラックマトリクスを形成した。パターニングにおいて、各着色部を形成するための貫通孔と、光フィルタ部を形成するための貫通孔と、がブラックマトリクスに形成されるようにした。その後、ブラックマトリクスの貫通孔内に、各着色部および光フィルタ部を作製し、カラーフィルタを得た。各着色部および光フィルタ部は、ブラックマトリクスと同様に、ガラス基材上に顔料分散レジスト塗膜を形成し、次に、フォトリソグラフィー技術を用いてこの顔料分散レジスト塗膜をパターニングすることにより、作製した。
光フィルタ部、着色部およびブラックマトリクスを作製するための各顔料分散レジスト塗膜は、それぞれ、樹脂組成物をガラス基板上に塗布して形成した。光フィルタ部、着色部およびブラックマトリクスを作製するための各樹脂組成物は、それぞれ、顔料の他、顔料を分散させるための分散剤、製版性や平坦性を向上させるための樹脂、架橋反応を生じさせるためのモノマー、光硬化を開始させるための開始剤、塗布性を向上させるための活性剤、ならびに、顔料分散レジスト塗膜と基材との密着性を向上させるためのカップリング材等を含むようにした。
実施例2
樹脂組成物(固形分成分)の組成および顔料の組成を以下のように変更した以外は、実施例1と同様に光フィルタ部形成用の樹脂組成物を調製し、カラーフィルタを作製した。
光フィルタ部形成用の樹脂組成物(固形分成分)の組成
・顔料(顔料組成は下記のとおり) 42重量部
・分散剤(実施例1と同様) 10重量部
・モノマー(実施例1と同様) 30重量部
・ポリマー(実施例1と同様) 15重量部
・重合開始剤(実施例1と同様) 3重量部
顔料組成
・ピグメントレッド254 15重量部
・ピグメントブルー15:6 40重量部
・ピグメントイエロー139 45重量部
比較例1
樹脂組成物(固形分成分)の組成および顔料の組成を以下のように変更した以外は、実施例1と同様に光フィルタ部形成用の樹脂組成物を調製し、カラーフィルタを作製した。
光フィルタ部形成用の樹脂組成物(固形分成分)の組成
・顔料(顔料組成は下記のとおり) 37重量部
・分散剤(実施例1と同様) 8重量部
・モノマー(実施例1と同様) 30重量部
・ポリマー(実施例1と同様) 22重量部
・重合開始剤(実施例1と同様) 3重量部 顔料組成
・ピグメントレッド254 35重量部
・ピグメントブルー15:6 35重量部
・ピグメントバイオレット23 5重量部
・ピグメントイエロー150 25重量部
分光透過率の測定
実施例1及び2並びに比較例1に係るカラーフィルタの遮光部(ブラックマトリクスの一部分)について、JIS−R−3106に準拠して、分光透過率を測定した。分光透過率の測定には、PERKIN ELMER社製 LAMBDA 19を用いた。実施例1及び2並びに比較例1に係るカラーフィルタについて得られた光フィルタ部の分光透過率を図10および図11に示す。また、実施例1及び2並びに比較例1に係るカラーフィルタの光フィルタ部に関し、380nm〜500nmの波長域での最大透過率、550nm〜630nmの波長域での最大透過率、630nm〜750nmの波長域での最大透過率、530nmの波長での透過率、および、830nmの波長での透過率を測定し、表2に示した。
実施例1および実施例2に係るカラーフィルタについては、波長が380nm以上500nm以下である光に対する光フィルタ部の透過率は、0.5%を下回っていた。比較例1に係るカラーフィルタについては、380nm以上550nm以下の波長域において、光フィルタ部の透過率が1.0%を上回っていた。また、実施例1および実施例2に係るカラーフィルタについては、波長が550nm以上630nm以下である光に対する光フィルタ部の透過率は、0.5%を下回っていた。比較例1に係るカラーフィルタについては、550nm以上630nm以下の波長域において、光フィルタ部の透過率が0.5%を上回っていた。さらに、実施例1および実施例2に係るカラーフィルタについては、波長が630nm以上750nm以下である光に対する光フィルタ部の透過率は、1.0%を下回っていた。比較例1に係るカラーフィルタについては、630nm以上750nm以下の波長域において、光フィルタ部の透過率が1.0%を上回っていた。
波長が530nmである光の光フィルタ部の透過率は、比較例1に係るカラーフィルタにおいて、0%に近い値となった。一方、実施例1および実施例2に係るカラーフィルタの光フィルタ部については、波長が530nmである光の透過率は、各カラーフィルタを組み込んだ表示装置において当該光を検出可能な程度の値となっていた。
実施例2に係るカラーフィルタの光フィルタ部について、波長が830nmである光の透過率は、当該カラーフィルタを組み込んだ表示装置において当該光を検出可能な程度の値となっていた。