説明

カラーフィルター用青色着色剤組成物およびそれを用いたカラーフィルター基板。

【課題】本発明の青色着色剤組成物は、カラーフィルター基板の青色画素において、高透過率と高コントラスト比、パターン加工性を両立させようとするものである。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は以下の構成からなる。少なくとも、着色剤、バインダー樹脂、高分子分散剤および溶剤を含有するカラーフィルター用青色着色剤組成物であって、前記着色剤が顔料およびローダミン系染料を含み、前記青色着色剤組成物中において、前記ローダミン系染料が粒子状態で存在することを特徴とするカラーフィルター用青色着色剤組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カラー液晶表示装置等に使用する青色着色剤組成物およびカラーフィルター基板に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置は軽量、薄型、低消費電力等の特性を活かし、テレビ、ノートパソコン、携帯情報端末、スマートフォン、デジタルカメラ等様々な用途で使用されている。
近年、スマートフォンには、高コントラスト比で、高透過率で、ホワイトバランスに優れ、バッテリーが長持ちするスマートフォンが切望されている。これを達成するため、カラーフィルター基板には、青色画素のコントラスト比向上と透過率向上が強く要求されている。
【0003】
カラーフィルター基板の青色画素の透過率向上を目的として、着色剤として青色顔料および染料を用いる技術がある。例えば、特許文献1では、着色剤としてC.I.ピグメントブルー15:6およびローダミン系の有機溶媒可溶性染料を組み合わせることによって、青色画素の透過率を向上させている。
【0004】
さらに、特許文献2では、着色剤として青色顔料C.I.ピグメントブルー15:6および染料の4級アンモニウム塩化合物(ローダミン系)を用いることによって、透過率、耐熱性、耐溶剤性、耐光性等を向上させている。この方法では、C.I.アシッドレッド289等の紫色染料を水酸化ナトリウムに分子状態で溶解させた後、ジラウリルジメチルアンモニウムクロライドと反応させることでローダミン系染料の4級アンモニウム塩化合物を製造している。
【0005】
一方、特許文献3では、着色剤として青色顔料C.I.ピグメントブルー15:6およびC.I.ピグメントレッド81(ローダミン系顔料)を用い、有機EL光源と組み合わせることによって、カラーフィルターの青色画素の透過率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2010−32999号公報
【特許文献2】特許第4497260号公報
【特許文献3】特開2010−26334号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来の一般的なカラーフィルター基板は、青色画素の透過率が低いという課題があった。そして、特許文献1では青色画素中で有機溶媒可溶性染料が分子状態で存在するため、青色画素の耐熱性、耐光性、パターン加工性が不良となることが懸念される。
【0008】
また、特許文献2では、青色画素のコントラスト比が不充分であり、分子状態である紫色染料を造塩するための4級アンモニウム化合物が青色画素中に過剰に存在するために、青色画素のパターン加工性が不良となることが懸念される。
【0009】
ここで、特許文献3では染料ではなく安定な顔料を用いているが、そもそも顔料であるC.I.ピグメントレッド81をナノ分散安定化することが困難であるため、液晶表示用カラーフィルター基板に適用しようとするとコントラスト比の低下が懸念される。
【0010】
本発明の青色着色剤組成物は、カラーフィルター基板の青色画素において、高透過率と高コントラスト比、パターン加工性を両立させようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成からなる。
少なくとも、着色剤、バインダー樹脂、高分子分散剤および溶剤を含有するカラーフィルター用青色着色剤組成物であって、前記着色剤が顔料およびローダミン系染料を含み、前記青色着色剤組成物中において、前記ローダミン系染料が粒子状態で存在することを特徴とするカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【発明の効果】
【0012】
本発明の青色着色剤組成物は、青色着色剤組成物中において顔料およびローダミン系染料が粒子状態で存在するため、カラーフィルター基板の青色画素は、高透過率と高コントラスト比を両立できる。本発明のカラーフィルター基板は、上記の青色着色剤組成物により青色画素が形成されるため、ホワイトバランスに優れ、高透過率、高コントラスト比となる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明のカラーフィルター用青色着色剤組成物は、少なくとも樹脂、溶剤、顔料を含有し、着色剤として顔料およびローダミン系染料を含有し、かつ、青色着色剤組成物中において、ローダミン系染料が粒子状態で存在することを特徴とする。これによって、本発明のカラーフィルター基板の青色画素は、高透過率と高コントラスト比が両立される。なお、青色着色剤組成物中において、顔料が粒子状態で存在することは自明である。
【0014】
一般的な染料を用いたカラーフィルター基板では、染料が組成物中で溶解しているため、プリベイク時の乾燥凝集によるコントラスト比および透過率の低下、露光時の紫外線による染料分子の酸化による透過率低下、ポストベイク時の染料分子の分解、昇華等による透過率低下などが懸念される。
【0015】
一方、本発明では、青色着色剤組成物中において、ローダミン系染料が粒子状態で存在し、塗布、乾燥、露光、現像、ポストベイク後においても、ローダミン系染料が粒子状態で安定に保たれるため、青色画素の高透過率と高コントラスト比が両立される。
【0016】
本発明の青色着色剤組成物に使用される顔料としては、青色顔料の例として、C.I.ピグメントブルー(PB)15(以下、C.I.を省略する場合がある。)、PB15:1、PB15:2、PB15:3、PB15:4、PB15:5、PB15:6、PB16等が挙げられ、紫色顔料の例としては、C.I.ピグメントバイオレット(PV)19(以下、C.I.を省略する場合がある。)、PV23、PV37等が挙げられる。青色画素の高透過率と高コントラスト比を両立させるためには、特にC.I.PB15:6を使用することが好ましい。
【0017】
本発明で使用されるローダミン染料の例としては、C.I.アシッドレッド(AR)52(以下、C.I.を省略する場合がある。)、AR87、AR91、AR92、AR94、AR289等が挙げられる。
【0018】
青色画素の高透過率と高コントラスト比を両立させるためには、特にC.I.AR289を使用することが好ましい。
【0019】
本発明で使用されるローダミン系染料としては、エステル系溶媒であるプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PMA)に不溶性であることが好ましい。すなわち、PMAは、安全性、塗布性、乾燥性、顔料の分散安定性に優れるため、顔料を用いたカラーフィルター用青色着色剤組成物に標準的に使用されている溶剤である。本発明で使用されるローダミン系染料がPMAに不溶であれば、上記特性を損なうことなく、顔料およびローダミン系染料をPMA中で粒子状態で安定に存在させることができ、高コントラスト、高透過率を両立しやすい。
【0020】
PMA不溶性は、例えば以下のような方法で判断することができる。5gのローダミン系染料と95gのPMAとを混合攪拌し、5重量%のローダミン系染料PMA混合液を作製する。混合中で、PMA不溶分は底に沈降し、PMA溶解分は混合液中に残存するため、底のPMA不溶性分をろ過により除去する。ろ過後のローダミン染料PMA溶液を1gサンプリングし、PMAを乾燥させた後のローダミン系染料の重量測定を行い、ローダミン染料系濃度を測定する。ローダミン染料PMA溶液のローダミン系染料濃度が、0.5重量%以下であれば、本発明ではPMA不溶性と判断する。
【0021】
本発明で使用されるローダミン系染料は含有するイオン性不純物を精製により取り除いておくことが好ましい。特に青色画素の高透過率と高コントラスト比を両立させるためには、ローダミン系染料に含まれるNa、Cl、SO2−のイオン性不純物合計を20000ppm以下にすることが好ましく、10000ppm以下がより好ましい。ローダミン系染料に含まれるNa、Cl、SO2−のイオン性不純物合計を20000ppm以下にすることで、PMA中でイオン性不純物により分散安定化が阻害されることなくローダミン系染料を粒子状で分散安定化でき、高コントラスト比を達成することができる。
【0022】
ローダミン系染料の精製の方法は特に限定されないが、再沈殿法、再結晶法、逆浸透膜法やイオン交換樹脂(陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂)によるイオン交換などの方法によりNa、Cl、SO2−のイオン性不純物を取り除くことができる。
【0023】
青色画素の透過率を向上させるためには、400〜700nmの透過スペクトルにおいて、400〜500nmの透過率を選択的に向上させることが必須であるが、本発明では例えばC.I.PB15:6とC.I.AR289とを組み合わせることによって、これを達成できる。
【0024】
本発明において、着色剤としてC.I.PB15:6およびC.I.AR289を使用する場合、その重量混合比は、C.I.PB15:6:C.I.AR289=95:5〜50:50が好ましく、90:10〜60:40がさらに好ましい。C.I.PB15:6が95重量%より多いと、青色画素の透過スペクトルにおいて、500〜600nmの透過率カットが不充分で所定の色度が得られない場合がある。一方、C.I.PB15:6が50重量%より少ないと、青色画素の透過スペクトルにおいて、600〜700nmの透過率カットが不充分で所定の色度が得られない場合がある。
【0025】
本発明の青色着色剤組成物におけるローダミン系染料が青色着色剤組成物中で粒子状態か分子状態かは、例えば以下のような方法で判断することができる。粒子状態のローダミン系染料は、粒径10〜500nmであり、分子状態のローダミン系染料は、分子径1nm程度であるため、孔径2〜8nm程度の透析チューブを使用することで、粒子状態と分子状態のローダミン系染料を分離することができる。具体的には、100gの青色着色剤組成物を透析チューブ内に注入した後、透析チューブの端と端を結ぶ。この100gの青色着色剤組成物を含む透析チューブを、300gのPMA中に投入する。浸透圧の関係で、分子状態のローダミン系染料のみが、透析チューブの外側に流出する。よって、透析チューブ外側のPMAが着色しているかどうかを目視で観察することで、分子状態かどうかを判断できる。また、透析チューブ外のPMAをサンプリングし、可視光領域の吸光度を測定することによって、粒子状態かどうかを判断することができる。
【0026】
また、本発明のカラーフィルター基板中でローダミン系染料が粒子状態か分子状態かは、例えば、カラーフィルター基板の青色画素FIB−TEM分析およびEDX元素分析により、以下のようにして判断することができる。本発明のカラーフィルター基板青色画素には、顔料粒子およびローダミン系染料粒子が混在するため、これらの粒子100個について分析を行う。顔料およびローダミン系染料の粒子径は、10〜500nmであるため、FIB−TEMの測定径は1〜10nmとする。FIB−TEM観察後、観察部をEDXにより元素分析する。上記粒子100個のEDX分析結果と、ローダミン系染料自体のEDX分析結果を比較し、分析結果が一致する粒子が1〜100個であれば、カラーフィルター中でローダミン系染料が粒子状態と判定することができる。
【0027】
一方、本発明の青色着色剤組成物中にローダミン系染料が含まれているかどうかは、例えば、レーザーラマン分光法により判断することができる。すなわち、青色着色剤組成物の塗布、溶媒乾燥、露光、現像、ポストベイクを行い、青色画素を作製する。この青色画素のレーザーラマン分光スペクトルとローダミン系染料自体のレーザーラマン分光スペクトルを比較することで、青色着色剤組成物中にローダミン系染料が含まれているかどうかを判断できる。同様に、カラーフィルター基板のレーザーラマン分光スペクトルとローダミン系染料自体のレーザーラマン分光スペクトルを比較することで、ローダミン系染料が含まれているかどうかを判断できる。
【0028】
青色着色剤組成物中における顔料およびローダミン系染料の平均粒子径は、30〜200nmであることが好ましく、30〜100nmであることがより好ましい。平均粒子径が200nmより大きい場合、青色画素の粗大粒子の散乱により透過率とコントラスト比が低下する傾向がある。一方、平均粒子径が30nmより小さいと、未露光部におけるバインダー樹脂のアルカリ溶解性が低下し、パターン加工性が低下する場合がある。
【0029】
サンドミル、ボールミルなどの分散機を用いて、ジルコニアビーズにより剪断応力を印加することで、顔料およびローダミン系染料の粉体粒子に剪断応力を印加することによって、顔料およびローダミン系染料の平均粒子径を上記の範囲とすることができる。
【0030】
ただし、従来知られているような一般的は顔料の分散条件では、ローダミン系染料粒子を上記の粒径とすることは困難である。すなわち、顔料粉体は30nm程度に造粒された1次粒子が集合し、数μmの粉体粒子が形成されている。顔料粉体は、一次粒子同士の凝集力が小さいために、比較的弱い剪断応力で、短時間の分散で、一次粒子の凝集をほぐし、平均粒子径を30〜200nmとすることができる。
【0031】
一方、染料粉体は1nm程度の分子が集合し、数μmの粗大粒子が形成されている。染料粉体は、分子同士の凝集力が強いため、弱い剪断応力では、平均粒子径を200nmより小さくすることが困難である。また、染料には一次粒子が存在しないため、剪断応力を強くしたり、分散時間を長くしたりすると、平均粒子径が30nmより小さくなることも懸念される。
【0032】
本発明では、ローダミン系染料および青色顔料の平均粒子径を30〜200nmとするために、それぞれ別々の分散条件で分散することが好ましい。
【0033】
ローダミン系染料の分散条件としては、ビーズ径0.3〜2.0μmのジルコニアビーズを用いて、強い剪断応力で分散時間を3〜10時間/kgとすることが好ましい。
【0034】
顔料の分散条件としては、ビーズ粒径0.1〜2.0μmのジルコニアビーズを用いて、分散時間を1〜10時間/kgとすることが好ましい。
【0035】
本発明では、別々に作製したローダミン系染料分散液と顔料分散液とを混合後、さらに追加分散することが好ましい。これによって、ローダミン系染料および青色顔料の平均粒径を30〜100nmの範囲にすることができ、かつ、透過率とコントラスト比をより向上することができる。
【0036】
混合分散液の分散条件としては、ビーズ径0.01〜0.2μmのジルコニアビーズを用いて、弱い剪断応力で分散時間を0.1〜3時間/kgとすることが好ましい。
【0037】
本発明の青色着色剤組成物中のローダミン系染料粒子の分散安定性は、青色着色剤組成物の粘度の経時変化によって評価することができる。青色着色剤組成物中のローダミン系染料の分散安定性は、経時期間が長期間で、青色着色剤組成物の粘度の経時による増粘が小さいほど、すなわち粘度の経時変化率が小さいほどローダミン系染料は粒子状で組成物中に分散安定化されており好ましい。逆に分散安定化されていないと粘度の経時変化率は大きくなる。具体的には、経時1ヶ月で評価する場合、青色着色剤組成物の作製直後の粘度と、青色着色剤組成物を冷蔵5℃で1ヶ月保存した後の粘度の経時変化率を測定することによって評価することができる。本発明の青色着色剤組成物の冷蔵5℃保管の経時1ヶ月の粘度経時変化率は、10%以下が好ましく、7%以下がより好ましい。経時粘度変化率が上記以上であると、経時により青色着色剤組成物のコントラスト比が大きく低下する場合がある。
【0038】
本発明で使用される分散剤は、親溶媒性を有するAブロックおよび窒素原子を含む官能基を有するBブロックからなるブロック共重合体であり、そのアミン価が100mgKOH/g以上140mgKOH/g以下(有効固形分換算)であることが好ましい。
【0039】
中でも、(メタ)アクリル系ブロック共重合体が好ましく、以下、(メタ)アクリル系ブロック共重合体である場合を例に前記分散剤について説明する。
【0040】
Bブロックは、窒素原子を含む官能基を有し、該官能基としては1〜3級アミノ基が好ましい。1〜3級アミノ基の含有比率は、窒素原子含有官能基全体の20モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましい。100モル%であることがさらに好ましい。1〜3級アミノ基としては、好ましくは−NR(ただし、R及びRは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい環状または鎖状のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいアラルキル基を示す。)で表わされ、これを含む部分構造(繰返し単位)として例えば下記式(ii)で表されるものが好ましい。
【0041】
【化1】

【0042】
(上記一般式(ii)中、RおよびRは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい環状または鎖状のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいアラルキル基を示し、Rは炭素数1以上のアルキレン基、Rは水素原子またはメチル基を示す。)
中でも、RおよびRはメチル基が好ましく、Rはメチレン基、エチレン基が好ましく、Rは水素原子もしくはメチル基であるのが好ましい。このような部分構造としては下記式(iii)で表されるジメチルアミノエチルアクリレートやジメチルアミノエチルメタアクリレート由来の構造などが、特に好ましい。
【0043】
【化2】

【0044】
(式中、Rは前述と同義である。)
上記のようにアミノ基を含有する部分構造は、1つのBブロック中に2種以上含有されていてもよい。その場合、2種以上のアミノ基含有部分構造は、該Bブロック中においてランダム共重合またはブロック共重合のいずれの共重合構造で含有されていてもよい。またアミノ基を含有しない部分構造が、Bブロック中に一部含まれていてもよく、そのような部分構造の例としては、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー由来の部分構造等が挙げられる。アミノ基を含まない部分構造の、Bブロック中の含有量は、好ましくは0〜50重量%、より好ましくは0〜20重量%であるが、アミノ基非含有部分構造はBブロック中に含まれないことが最も好ましい。
【0045】
一方、分散剤のブロック共重合体を構成する、親溶媒性のAブロックは、上述したアミノ基等の窒素原子含有官能基を有さず、上述したBブロックを構成するモノマーと共重合しうるモノマーから成るものであれば、特に制限は無い。
【0046】
親溶媒性のAブロックとしては、例えば、スチレン、α−メチルスチレンなどのスチレン系モノマー;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、グリシジル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、エチルアクリル酸グリシジル、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸エステル系モノマー;(メタ)アクリル酸クロライドなどの(メタ)アクリル酸塩系モノマー;酢酸ビニル系モノマー;アリルグリシジルエーテル、クロトン酸グリシジルエーテルなどのグリシジルエーテル系モノマーなどのコモノマーを共重合させたポリマー構造が挙げられる。
【0047】
中でも、Aブロックとしては、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートなどのポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートを共重合成分として含む(すなわち、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の部分構造を含む)ものが好ましく、特に下記式(i)で表される部分構造を有するAブロックが好ましい。
【0048】
【化3】

【0049】
(上記一般式(i)中、nは1〜5の整数を表し、R1は水素原子またはメチル基を表す。)
上記式(i)で表される部分構造は、Aブロック中に5〜40モル%含まれていることが、特に好ましい。
【0050】
詳細の作用機構は不明であるが、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の部分構造、特に上記式(i)にて表される部分構造を有することにより、水素結合性を高めることが可能であり、分散溶媒との親和性が向上し、分散系の安定性が増すものと考えられる。
【0051】
本発明で用いる(メタ)アクリル系分散剤は、このようなAブロックとBブロックとからなる、ABブロックまたはABAブロック共重合型高分子化合物であることが好ましい。中でもABブロック共重合体が好ましい。このようなブロック共重合体は、例えば、特開昭60−89452号公報、特開平9−62002号公報などに記載の公知の方法を採用することができる。
【0052】
本発明に用いられるABブロック共重合体およびABAブロック共重合体の、固形分1g中のアミン価は、好ましくは100〜140mgKOH/gであり、より好ましくは110〜130mgKOH/gである。
【0053】
アミン価が低すぎると、顔料およびローダミン系染料粒子表面への吸着力が不十分となり、十分な分散安定性を得ることができない場合がある。一方、アミン価が高すぎると逆にAブロックの分子量が不十分になるため、分散安定性が悪くなる場合がある。
【0054】
なお、分散剤のアミン価(有効固形分換算)は、分散剤試料中の溶剤を除いた固形分1gあたりの塩基量と当量のKOHの重量で表し、次の方法により測定する。100mLのビーカーに分散剤試料の0.5〜1.5gを精秤し、50mLの酢酸で溶解する。pH電極を備えた自動滴定装置を使って、この溶液を0.1mol/L HClO酢酸溶液にて中和滴定する。滴定pH曲線の変曲点を滴定終点とし次式によりアミン価を求める。
【0055】
アミン価[mgKOH/g]=(561×V)/(W×S)
(ただし、W:分散剤試料秤取量[g]、V:滴定終点での滴定量[mL]、S:分散剤試料の固形分濃度[wt%]を表す。)
また、このブロック共重合体の酸価は、該酸価の元となる酸性基の有無および種類にもよるが、一般に低い方が好ましく、通常50mgKOH/g以下、好ましくは40以下、より好ましくは30以下である。
【0056】
本発明においては、上述のものと同様の構造を有する市販の(メタ)アクリル系ブロック共重合体を適用することもできる。例えば下記に示す“BYK6919”(ビックケミージャパン(株)製)が挙げられる。
【0057】
<“BYK6919”(ビックケミージャパン(株)製)>
メタクリル酸系ABブロック共重合体。アミン価は121mgKOH/g、酸価は1mgKOH/g以下。Bブロックに含まれる窒素原子含有官能基を有する繰り返し単位のうち、約100モル%が下記式(iv)で表される構造であり、また下記式(v)で表される繰り返し単位の、Aブロックにおける割合は11モル%である。
【0058】
【化4】

【0059】
本発明の青色着色剤組成物は、親溶媒性を有するAブロックおよび窒素原子を含む官能基を有するBブロックからなるABブロック共重合体またはABAブロック共重合体であり、そのアミン価が100mgKOH/g(有効固形分換算)以上である分散剤を用いることが好ましい。分散剤としてこのようなブロック共重合体を用いることにより、顔料およびローダミン染料粒子表面への強固な高分子吸着と、高い溶媒親和性を同時に満たすことができるため、高い分散安定性を発現することができる。また、アミン価を高めることで特に酸性処理された顔料およびローダミン系染料粒子表面への吸着力が増すため、一層分散安定性が向上する。
【0060】
特に、Bブロックにおける窒素原子を含む官能基成分のうち少なくとも20モル%以上が1〜3級アミノ基であることが好ましい。これより少ないと、たとえアミン価として100mgKOH/g以上だったとしても十分な吸着力を得ることができず、高い分散安定性が得られない場合もある。
【0061】
なお、顔料の平均一次粒径やローダミン系染料の平均粒子径が小さいときには、比表面積が増大することで単位面積当たりの分散剤吸着量が少なくなる。このような場合に、上述したABブロック共重合体またはABAブロック共重合体からなる分散剤は、他の構造の分散剤と比べて効果の差が非常に顕著に現れるため、特に好ましい。
【0062】
本発明の顔料または染料分散液および着色剤組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、上述したブロック共重合体からなる分散剤以外の分散剤を併用してもよい。このような分散剤としては、例えば、市販品の“ソルスパース”(アビシア社製)、“EFKA”(エフカ社製)、”アジスパー”(味の素ファインテクノ社製)、“BYK”(ビックケミー社製)等を好ましく用いることができる。
【0063】
本発明において高分子分散剤の添加量としては、好ましくは着色剤100質量%に対して30〜200質量%が好ましい。高分子分散剤の添加量が30質量部より少ないと、着色剤粒子の分散安定性が不良で、着色剤が凝集し、透過率とコントラスト比が低下する傾向がある。一方、200質量部より多いと未露光部の樹脂成分のアルカリ可溶性が低下し、パターン加工性が不良となる場合がある。
【0064】
本発明の青色着色剤組成物に使用される樹脂としては、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系等が挙げられ、カラーフィルター基板の製造コストを安くできるため感光性アクリル系樹脂が好ましい。アクリル系樹脂には、感光性を持たせるため少なくともバインダーポリマー、多官能モノマー、光重合開始剤を含有させることが一般的である。
【0065】
なお、本発明において、樹脂としてアクリル系樹脂を用いた場合、バインダーポリマー、アクリルモノマー、および高分子分散剤を樹脂成分とし、顔料およびローダミン系染料を着色剤成分とする。
【0066】
バインダーポリマーの例としては、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の共重合体等が挙げられる。不飽和カルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、あるいは酸無水物等が挙げられる。
【0067】
多官能モノマーの例としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリアクリルホルマール、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0068】
光重合開始剤の例としては、ベンゾフェノン、N,N’−テトラエチル−4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4−メトキシ−4’−ジメチルアミノベンゾフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、2−クロロチオキサントン等が挙げられる。
【0069】
本発明の青色着色剤組成物中の、着色剤成分と樹脂成分の質量混合比は、通常10:90〜60:40であり、好ましくは20:80〜50:50である。着色成分の量が10質量%より少ないとカラーフィルターの色純度が低下しやすく、顔料成分が60質量%より多いとカラーフィルターの信頼性が低下しやすい。
【0070】
本発明の青色着色剤組成物に使用される溶剤としては、ローダミン系染料を溶解させないことが必要であり、エステル系、エーテル系、ケトン系の溶剤が挙げられる。
【0071】
本発明の青色着色剤組成物に使用される溶剤としては、特に限定されるものではないが、エステル系、エーテル系、ケトン系の溶剤が好ましい。
【0072】
エステル系溶媒の例としては、PMA、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、アセト酢酸エチル、メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネート、メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート等が挙げられる。
【0073】
エーテル系溶媒の例としては、メチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエチルエーテル等が挙げられ、ケトン系溶媒の例としては、脂肪族アルコール類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等が挙げられる。
【0074】
これらの単独、あるいは2種類以上の混合溶剤も好ましく用いることができるが、顔料およびローダミン系染料を安定な粒子状態とするためには、溶媒中のPMA含有量を30〜100重量%とすることが好ましい。
【0075】
本発明の青色着色剤組成物には、界面活性剤、密着性改良剤、硬化促進剤などを添加することもできる。
【0076】
本発明の青色着色剤組成物において、塗工性、乾燥性などの観点から、顔料と樹脂をあわせた固形分濃度は、好ましくは5〜20質量%の範囲で使用することが望ましい。
【0077】
つぎに、本発明の青色着色剤組成物を用いたカラーフィルター基板について説明する。
本発明のカラーフィルター基板は、上記の青色着色剤組成物を用いて青色画素を形成させることが必要である。
【0078】
まず、青色着色剤組成物を基板上に塗布する方法としては、スピンコーター、バーコーター、ブレードコーター、ロールコーター、ダイコーター、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法などで基板に塗布する方法、基板を溶液中に浸漬する方法、溶液を基板に噴霧するなどの種々の方法を用いることができる。基板としては通常、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどの透明基板が用いられる。青色着色剤組成物を前記のような方法で透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、青色着色剤組成物の塗膜を形成する。
【0079】
次に、青色着色剤組成物が感光性の場合、該感光性着色組成物の塗膜上にマスクを設置し、超高圧水銀灯、ケミカル灯、高圧水銀灯等を用いて、紫外線等により選択的に露光を行う。
【0080】
その後、アルカリ性現像液で現像を行う。アルカリ性現像液に用いるアルカリ性物質としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の1級アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン等の2級アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の3級アミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の有機アルカリ類等が挙げられる。
【0081】
その後、得られた塗膜パターンを加熱処理することによって画素がパターンニングされたカラーフィルター基板となる。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、150〜350℃、好ましくは180〜250℃の温度のもとで、0.5〜5時間、連続的または段階的に行われる。この加熱工程により、青色着色剤組成物中の樹脂成分の硬化が進む。
上記のようなパターンニング工程を赤緑青の各画素について順次行うと、液晶表示装置用カラーフィルターが作製できる。各色のパターンニング順序は限定されない。
【0082】
本発明のカラーフィルター基板の青色画素の透過率は、例えばC光源XYZ表示系における色度(x、y)とYを用いて評価することができる。通常、カラーフィルターの画素は、色純度が高くなるほど透過率は低下するため、色度(x、y)一定でのYを大きくすることが望まれる。本発明では、青色画素の色度(x、y)=(0.143,0.080)における、Yから青色画素の評価を行った。
【0083】
カラーフィルター基板の青色画素のコントラスト比も同様に、青色画素の色度(x、y)=(0.143,0.080)における、コントラスト比から青色画素の評価を行った。
【0084】
本発明のカラーフィルター基板の青色画素の膜厚は、1.2〜2.3μmであることが望まれる。膜厚が1.0μmより薄いと光の吸収が小さくなりカラーフィルターの色純度が低くなりやすい。一方、膜厚が2.5μmより厚いと、カラーフィルターの平坦性低下、パターン加工性低下、信頼性低下等の様々な問題が生じ易くなる。
【実施例】
【0085】
以下、好ましい実施態様を用いて本発明を更に詳しく説明する。
【0086】
実施例中の青色着色剤組成物およびカラーフィルター基板の評価を以下の方法で行った。
【0087】
<評価方法>
(青色着色組成物のローダミン系染料の状態評価)
孔径5nmの透析チューブ(富士理科工業株式会社製、(商品名)ヴィスキングチューブ)中に、100gの青色着色剤組成物を投入し
透析チューブの端と端を結んだ。次に、300gのPMAを投入したビーカー中に、100gの青色着色剤組成物入りの透析チューブを投入後、24時間放置した。
【0088】
通常、粒子状態のローダミン系染料は粒径30〜200nmであり、分子状態のローダミン系染料は分子径1nm程度であるため、分子状態のローダミン系染料のみ透析チューブを通過し、外側のPMAに移動する。よって、透析チューブの外側のPMAを目視観察し、着色が見られた場合はローダミン系染料が分子状態と判断した。
【0089】
引き続き、透析チューブの外側PMA溶液のサンプリングを行い、紫外可視分光光度計((株)島津製作所製MultiSpec−1500)を用いて、測定光路長1cmで波長400〜700nmにおける吸収スペクトルの測定を行った。波長400〜700nmにおける最大吸光度が0.10以上の場合を溶解状態(分子状態)と判断し、0.10より小さい場合を粒子状態と判断した。
【0090】
(顔料およびローダミン系染料の平均粒子径測定)
顔料分散液、青色着色剤組成物中における、青色顔料とローダミン系染料とをあわせた濃度が0.1重量%となるようにPMAを用いて希釈した。この希釈液を、動的光散乱式粒径分布測定装置((株)堀場製作所製LB−500)を用いて、25℃における体積基準の粒子の算術平均径を算出した。
【0091】
(ローダミン系染料のPMA不溶性評価)
5gのローダミン系染料と95gのPMAとを混合し5重量%のローダミン系染料PMA混合液を作製した。PMA不溶分をろ紙(アドバンティック製、(商品名)No.3)を用いて、吸引ろ過により除去した。PMA不溶分を除去したローダミン系染料PMA溶液を1gサンプリングし、200℃で30分加熱処理を行った。PMA乾燥後のローダミン系染料の重量測定を行い、ローダミン系染料PMA溶液のローダミン系染料濃度を算出した。ローダミン系染料濃度が、0.5重量%以下であれば、PMA不溶性と判断した。
【0092】
(ローダミン系染料のイオン性不純物測定)
ローダミン系染料に含まれるイオン性不純物の測定はイオンクロマトグラフィによって行った。ローダミン系染料0.05gに超純水100mlを加えて30分間振とうし、目的成分を抽出した。抽出液を固相抽出用カートリッジ(GL サイエンス製GL-Pak PLS-3)および陽イオン交換カートリッジ(Dionex 製OnGuardIIH)に通じた液について、イオンクロマトグラフ分析法によってアニオン成分の定性分析を行い、ローダミン系染料からの抽出量を求めた。抽出液を固相抽出用カートリッジ(GL サイエンス製GL-Pak PLS-3)に通じた液について、イオンクロマトグラフ分析法によってカチオン成分の定性分析を行い、ローダミン系染料からの抽出量を求めた。また、ローダミン系染料を用いずに同様の操作を行い、空試験溶液(ブランク溶液)とした。以下にNa、Cl、SO2−各イオンに関する測定条件を示す。
【0093】
・Naの測定条件 装置:Dionex製 DX-120、溶離液:メタンスルホン酸、分離カラム:IonPac CS16 検出器:電気伝導度計
・Clの測定条件 装置:Dionex製 DX-500 溶離液:Na2CO3 分離カラム:IonPac AS23
検出器 :電気伝導度計
SO2−の測定条件 装置:Dionex製 DX-300 溶離液:Na2CO3/NaHCO3 分離カラム:IonPac AS12A 検出器:電気伝導度計
(青色着色剤組成物中の粒子状ローダミン系染料の分散安定性評価)
青色着色剤組成物中の粒子状ローダミン系染料の分散安定性は青色着色剤組成物の粘度の経時変化率によって評価した。粘度測定には円錐平板型粘度計(東機産業(株)製RE100L)を用い、25.0℃で測定を行った。分散安定性は、着色剤組成物作製直後の粘度と、冷蔵5℃で1ヶ月保存した青色着色剤組成物の粘度の経時変化率で以下のように評価した。
【0094】
◎ : 3%未満
○ : 3%以上〜7%未満
△ : 7%以上〜10%未満
× : 10%以上
(青色画素の色度)
青色着色剤組成物をガラス基板上に塗布後、プリベイク、露光、現像、ポストベイクを行い、青色画素を作製した。青色画素のC光源XYZ表色系における色度座標(x、y)は、大塚電子(株)製、顕微分光光度計“MCPD−2000”を用いて測定した。
【0095】
(青色画素の透過率の評価方法)
C光源XYZ表色系におけるYを、大塚電子(株)製、顕微分光光度計“MCPD−2000”を用いて測定した。
なお、(x、y)=(0.143、0.080)におけるYが高いほど青色画素の透過率が高いと判定した。
【0096】
(青色画素のコントラスト比)
青色画素を、膜面が全測定面積に入るように偏光子と検光子の間に置き、偏光子と検光子が平行の時の光線透過率(I1)と、偏光子と検光子が直行したときの光線透過率(I2)の比(I1/I2)を測定することによりコントラスト比を算出した。偏光子と検光子には日東電工(株)製偏光フィルム”NPF−G1220DUN”を使用した。光源として熱陰極管を用いたバックライトユニットである明拓システム製”FL8A−EX/70”を使用し、色彩輝度計としてトプコン(株)製”BM−5A”を使用した。
なお、(x、y)=(0.143、0.080)におけるコントラスト比が高いほど、青色画素のコントラスト比が高いと判断した。
【0097】
(青色画素のパターン加工)
青色着色剤組成物のプリベイク後の基板に、5、10、20、30、40、50μmのライン&スペースパターンを持つフォトマスクを介して、露光量が100および200mj/cmなるように、露光時間を調整し、紫外線露光を行った。
次に、露光後基板を23℃の0.2質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液中で60秒間シャワー現像した後、純水で洗浄した。
【0098】
(青色画素の欠け評価)
青色画素のパターン加工後の基板について、50μmパターンの顕微鏡観察を行い、以下の基準で判定を行った。
○ : 露光量100および200mj/cmのどちらも欠け無し
△ : 露光量100および200mj/cmのどちらかに欠け有り
× : 露光量100および200mj/cmのどちらも欠け有り
(青色画素の細線パターン)
パターン加工後の基板について、5、10、20、30、40、50μmのパターンの顕微鏡観察を行い、露光量100および200mj/cmのどちらも欠けが発生しない最小パターンを細線パターンと判定した。最小パターンが小さいほど、画素を高精細にできるため、好ましいといえる。
【0099】
(青色画素の残渣)
パターン加工後の基板について、50μmパターンの横の未露光部の顕微鏡観察を行い、以下の基準で判定を行った。
○ : 露光量100および200mj/cmのどちらも残渣無し
△ : 露光量100および200mj/cmのどちらかに残渣有り
× : 露光量100および200mj/cmのどちらも残渣有り
(青色画素の抜け時間)
露光後基板を60秒間シャワー現像しながら、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液中に未露光部の青色画素が溶解する状態を目視観測し、その時間を測定した。
抜け時間が短いほど、製造時間が短縮できるため好ましいといえる。
【0100】
(カラーフィルター基板の色再現範囲)
青色画素、赤色画素、緑色画素が形成されたカラーフィルター基板を作製した。
青緑赤色画素のC光源XYZ表色系における色度座標(x、y)を、大塚電子(株)製、顕微分光光度計“MCPD−2000”を用いて測定した。
赤緑青色画素の色度座標(x、y)を結んでなる3角形の面積と、NTSC規格色度座標(x、y)を結んでなる3角形の面積とを計算し、その面積比からカラーフィルター基板の色再現範囲を算出した。
【0101】
(カラーフィルター基板の透過率)
赤緑青色画素の(x、y、Y)の加法混色により、ホワイトの(x、y、Y)を算出した。
通常、ホワイトが黄色みでホワイト色度(x、y)が大きいほど、ホワイト(Y)が大きくなる傾向があるため、ホワイト(x、y)=(0.325、0.331)一定におけるホワイト(Y)が高いほどカラーフィルター基板の透過率が高いと判定した。
また、色再現範囲が小さいほどホワイト(Y)が大きくなる傾向があるため、色再現範囲71%で一定におけるホワイト(Y)が高いほどカラーフィルター基板の透過率が高いと判定した。
【0102】
(カラーフィルター基板のコントラスト比測定)
青色画素と同様にして、赤緑青色画素が形成されたカラーフィルター基板のコントラスト比を測定した。
【0103】
ホワイト(x、y)=(0.325、0.331)一定、色再現範囲71%におけるコントラスト比が高いほど、カラーフィルター基板のコントラスト比が高いと判定した。
【0104】
参考例1
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6顔料分散液の作製)
100gの顔料PB15:6(東洋インキ社製“リオノール”ブルー、(商品名)7602)、67gの高分子分散剤(ビックミージャパン(株)製、(商品名)BYK6919、60質量%溶液)、67gのバインダーポリマー(ダイセル化学製、“サイクロマー”、(商品名)ACA250、45質量%溶液)、および766gのPMA、を混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーを循環式ビーズミル分散機(ウイリー・エ・バッコーフェン社製“ダイノーミル”KDL−A)とチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、周速10m/sで4時間の分散処理を行い、顔料分散液を作製した。顔料分散液中のPB15:6の平均粒子径は、45nmであった。
【0105】
参考例2
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6顔料分散液の作製)
分散時間を1時間としたこと以外は、参考例1と同様にして、顔料分散液を作製した。顔料分散液中のPB15:6の平均粒子径は、321nmであった。
【0106】
参考例3
(青色着色剤組成物を作製するためのPV23顔料分散液の作製)
50gの顔料PV23(クラリアントジャパン社製、“ホスタパーム”バイオレット、(商品名)RL−COF02)、42gのBYK6919、56gのACA250、852gのPMAを混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーをダイノーミルとチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、周速10m/sで4時間の分散処理を行い、顔料分散液を作製した。顔料分散液中のPV23の平均粒子径は、68nmであった。
【0107】
参考例4
(赤色着色剤組成物を作製するためのPR254/PR177顔料分散液の作製)
95gのPR254(チバ・スペシャルティケミカルズ(株)製、 “イルガポア”レッド、(商品名)BK−CF)、5gのPR177(大日精化製、“クロモファイン”レッド、(商品名) 6125EC)、67gのBYK6919、67gのACA250、および766gのPMAを混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーをダイノーミルとチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、周速10m/sで3時間の分散処理を行い、顔料分散液を作製した。
【0108】
参考例5
(赤色着色剤組成物を作製するためのPR254/PR177/PY150顔料分散液の作製)
15gのPR254、61gのPR177、24gのPY150(ランクセス(株)製、(商品名)E4GNGT)、67gのBYK6919、67gのACA250、および766gのPMAを混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーをダイノーミルとチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、周速10m/sで3時間の分散処理を行い、顔料分散液を作製した。
【0109】
参考例6
(緑色着色剤組成物を作製するためのPG58/PY150顔料分散液の作製)
60gのPG58(DIC(株)製、“ファーストゲングリーン”、(商品名)A110)、40gのPY150、67gのBYK6919、67gのACA250、および766gのPMAを混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーをダイノーミルとチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、周速10m/sで5時間の分散処理を行い、顔料分散液を作製した。
【0110】
参考例7
(緑色着色剤組成物を作製するためのPG36/PY150顔料分散液の作製)
45gのPG36(DIC(株)製、“ファーストゲングリーン”、(商品名)2YK−CF)、55gのPY150、67gのBYK6919、67gのACA250、および766gのPMAを混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーをダイノーミルとチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、周速10m/sで5時間の分散処理を行い、顔料分散液を作製した。
【0111】
参考例8
(青色着色剤組成物を作製するためのAR289染料溶液の作製)
50gのAR289(東京化成(株)製)、950gのN−メチルピロリドンを混合し、AR289をN−メチルピロリドンに溶解させた。
【0112】
つぎに、5gのAR289および95gのNMPを混合し、上記の方法によりNMPに溶解しているローダミン系染料濃度を評価したところ、5重量%であった。よって、AR289はNMPに溶解することが確認された。
【0113】
参考例9
(青色着色剤組成物を作製するためのAR289染料分散液の作製)
50gのAR289、125gのBYK6919、333gのACA250、および492gのPMAを混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーをダイノーミルとチューブでつなぎ、メディアとして直径0.5mmのジルコニアビーズを使用して、周速14m/sで8時間の分散処理を行い、染料分散液を作製した。染料分散液中のAR289の平均粒子径は、385nmであった。
【0114】
つぎに、5gのAR289および95gのAR289を混合し、上記の方法で、PMAに溶解しているローダミン系染料濃度を測定したところ0%であった。よって、AR289はPMAに不溶性であることが確認された。
【0115】
参考例10
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
参考例2で得られたPB15:6分散液582gと、参考例9で得られたAR289分散液292gを混合し、混合分散液を作製した。顔料分散液中のPB15:6およびAR289の平均粒子径は、353nmであった。
【0116】
参考例11
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
参考例2で得られたPB15:6分散液582gと、参考例9で得られたAR289分散液292gを混合後、ビーカーを循環式ビーズミル分散機(寿工業株式会社社製“ウルトラアペックスミル”)とチューブでつなぎ、メディアとして直径0.03mmのジルコニアビーズを使用して、周速7m/sで10分間の分散処理を行い、混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6およびAR289の平均粒子径は、173nmであった。
【0117】
参考例12
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
分散時間を20分間としたこと以外は、参考例11と同様にして混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6およびAR289の平均粒子径は、84nmであった。
【0118】
参考例13
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
分散時間を40分間としたこと以外は、参考例11と同様にして混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6およびAR289の平均粒子径は、68nmであった。
【0119】
参考例14
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
分散時間を1時間としたこと以外は、参考例11と同様にして混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6およびAR289の平均粒子径は、46nmであった。
【0120】
参考例15
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
分散時間を1時間20分間としたこと以外は、参考例11と同様にして混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6およびAR289の平均粒子径は、33nmであった。
【0121】
参考例16
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
分散時間を2時間としたこと以外は、参考例11と同様にして混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6およびAR289の平均粒子径は、28nmであった。
【0122】
参考例17
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR52との混合分散液の作製)
着色剤として、AR52(東京化成(株)製)を使用したこと以外は、参考例9と同様にして染料分散液を作製した。その後、参考例10と同様にして、参考例2で得られたPB15:6分散液と、参考例17で得られたAR52分散液を混合し、混合分散液を得た。
【0123】
参考例18
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR92との混合分散液の作製)
着色剤として、AR92(東京化成(株)製)を使用したこと以外は、参考例9と同様にして染料分散液を作製した。その後、参考例10と同様にして、参考例2で得られたPB15:6分散液と参考例18で得られたAR92分散液を混合し、混合分散液を得た。
【0124】
参考例19
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とPV23との混合分散液の作製)
参考例1で得られたPB15:6分散液121gと、参考例3で得られたPV23分散液161gを混合し、混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6およびPV23の平均粒子径は、57nmであった。
【0125】
参考例20
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6分散液、AR289溶液の混合液作製)
参考例2で得られたPB15:6分散液582gと、参考例8で得られたAR289溶液292gを混合し、混合液を作製した。
【0126】
比較例1
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例19で得られた28.24gのPB15:6とPV23との混合分散液、5.77gのサイクロマーACA250、7.14gのカヤラッドDPHA、0.70gのイルガキュア907、0.35gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および57.76gのPMAを添加し、青色着色剤組成物を作製した。
【0127】
青色着色剤組成物における質量混合比は、PB15:6:PV23=60:40であり、顔料成分:樹脂成分=15:85であった。
【0128】
ガラス基板上に、この青色顔料組成物をスピナーにより塗布し、その後熱風オーブン中90℃で10分加熱処理することによりプリベイクを行った。次に、フォトマスクを介して露光した後、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液中を用いて、60秒間シャワー現像したのち、純水で洗浄した。得られたパターンニング基板を熱風オーブン中220℃で30分保持することにより、アクリル系樹脂の硬化を行った。以上により青色画素を作製した。
【0129】
比較例2
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例20で得られた29.1gのPB15:6分散液とAR289溶液の混合液、5.98gのサイクロマーACA250、6.96gのカヤラッドDPHA、0.68gのイルガキュア907、0.34gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および56.89gのN−メチルピロリドンを添加し、青色着色剤組成物を作製した。
【0130】
青色着色剤組成物における質量混合比は、PB15:6:AR289=80:20であり、顔料成分:樹脂成分=18:82であった。
【0131】
この青色着色剤組成物中のローダミン系染料の状態を上記の方法により評価したところ、透析チューブの外側のPMAは赤紫色に染まっており、染料は分子状態であった。また、チューブ外側のPMA溶液の最大吸光度は、0.26であり、染料は分子状態であった。
つぎに、比較例1と同様にして、青色画素を作製した。
【0132】
実施例1
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例10で得られたPB15:6とAR289との混合分散液29.1g、2.41gのサイクロマーACA250、6.65gのカヤラッドDPHA、0.65gのイルガキュア907、0.33gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および60.71gのPMAを添加し、青色着色剤組成物を作製した。 青色着色剤組成物における質量混合比は、PB15:6:AR289=80:20であり、顔料成分:樹脂成分=18:82であった。
【0133】
この青色着色剤組成物中のローダミン系染料の状態を上記の方法により評価したところ、透析チューブの外側のPMAは透明であり、染料は粒子状態であった。また、透析チューブ外側のPMA溶液の最大吸光度は、0.01であり、染料は粒子状態であった。
【0134】
つぎに、比較例1と同様にして、青色画素を作製した。
【0135】
実施例2
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例11で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0136】
実施例3
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例12で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0137】
実施例4
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例13で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0138】
実施例5
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例14で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0139】
実施例6
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例15で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。
【0140】
青色着色剤組成物の分散安定性の評価は粘度経時変化が8%で△であった。
実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0141】
実施例7
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例16で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0142】
表1に比較例1〜2、実施例1〜7で得られた青色着色剤組成物および青色画素の各種評価結果を示す。
【0143】
【表1】

【0144】
表1に示したとおり、比較例1は、着色剤としてローダミン系染料を含んでないため、青色画素の透過率が低い結果となった。
【0145】
また、比較例2は、ローダミン系染料をN−メチルピロリドンに溶解させたため、青色着色剤組成物中でローダミン系染料が粒子状態でないため、透過率およびコントラスト比が低い結果となった。
【0146】
一方、実施例1〜7は、着色剤として、顔料PB15:6およびローダミン系染料AR289を含んでおり、AR289が粒子状態であるため、高透過率、高コントラスト比を両立できた。
【0147】
実施例1〜7は、青色着色剤組成物中のPB15:6およびAR289の平均粒子径を変化させた結果である。平均粒子径が、30〜200nm範囲にある実施例2〜6が、透過率、コントラスト比、パターン加工性が良好であり、平均粒子径が30〜100nmの範囲にある実施例3〜6が透過率とコントラスト比が特に良好であった。
【0148】
実施例8
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例17で得られたPB15:6とAR52との混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01でありローダミン系染料は粒子状態であった。
【0149】
実施例9
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例18で得られたPB15:6とAR92との混合分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。実施例1と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01でありローダミン系染料は粒子状態であった。
表2に実施例8、9で得られた青色着色剤組成物および青色画素の各種評価結果を示す。
【0150】
【表2】

【0151】
実施例8および実施例9は、顔料およびローダミン系染料を含有し、ローダミン系染料が粒子状態であるため、青色画素は高透過率となった。
【0152】
実施例10
(カラーフィルター基板の作製)
・赤色着色剤組成物の作製
参考例4で得られた38.63gの赤色顔料分散液、3.02gのサイクロマーACA250、5.35gのカヤラッドDPHA、0.79gのイルガキュア907、0.39gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および51.78gのPMAを添加し、赤色着色剤組成物を作製した。
【0153】
赤色着色剤組成物における質量混合比は、PR254:PR177=95:5であり、顔料成分:樹脂成分=29:71であった。
【0154】
・緑色着色剤組成物の作製
参考例6で得られた47.91gの緑色顔料分散液、1.22gのサイクロマーACA250、4.22gのカヤラッドDPHA、1.03gのイルガキュア907、0.52gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および45.06gのPMAを添加し、緑色着色剤組成物を作製した。
【0155】
緑色着色剤組成物における質量混合比は、PG58:PY150=60:40であり、顔料成分:樹脂成分=37:63であった。
【0156】
実施例10で得られた赤色着色剤組成物、実施例10で得られた緑色着色剤組成物、実施例6で得られた青色着色剤組成物を使用して、実施例1と同様の方法で赤緑青色画素を作製し、カラーフィルター基板を作製した。
【0157】
比較例3
(カラーフィルター基板の作製)
・赤色着色剤組成物の作製
参考例5で得られた30.04gの赤色顔料分散液、3.00gのサイクロマーACA250、5.42gのカヤラッドDPHA、0.80gのイルガキュア907、0.40gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および60.30gのPMAを添加し、赤色着色剤組成物を作製した。
【0158】
赤色着色剤組成物における質量混合比は、PR254:PR177:PY150=15:61:24であり、顔料成分:樹脂成分=28:72であった。
【0159】
・緑色着色剤組成物の作製
参考例7で得られた49.36gの緑色顔料分散液、1.00gのサイクロマーACA250、4.11gのカヤラッドDPHA、1.01gのイルガキュア907、0.50gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および43.98gのPMAを添加し、緑色着色剤組成物を作製した。
【0160】
緑色着色剤組成物における質量混合比は、PG36:PY150=45:55であり、顔料成分:樹脂成分=38:62であった。
比較例3で得られた赤色着色剤組成物、比較例3で得られた緑色着色剤組成物、比較例1で得られた青色着色剤組成物を使用して、実施例10と同様にして、カラーフィルター基板を作製した。
【0161】
表3に実施例10、比較例3で得られたカラーフィルター基板の各種評価結果を示す。
【0162】
【表3】

【0163】
比較例3のカラーフィルター基板と比較して、実施例10のカラーフィルター基板は、高透過率で高コントラスト比となった。
【0164】
参考例21
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6顔料分散液の作製)
100gの顔料PB15:6(東洋インキ社製“リオノール”ブルー、(商品名)7602)、100gの分散剤(ビックケミージャパン(株)製、(商品名)BYK2000、40質量%溶液)、67gのバインダーポリマー(ダイセル化学製、“サイクロマー”、(商品名)ACA250、45質量%溶液)、および733gのPMA、を混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーを循環式ビーズミル分散機(ウイリー・エ・バッコーフェン社製“ダイノーミル”KDL−A)とチューブでつなぎ、メディアとして直径0.3mmのジルコニアビーズを使用して、周速10m/sで1時間の分散処理を行い、顔料分散液を作製した。顔料分散液中のPB15:6の平均粒子径は、316nmであった。なお、BYK2000(ビックケミージャパン(株)製)は以下の特徴を持つ分散剤である。
【0165】
<“BYK2000”(ビックケミージャパン(株)製)>
親溶媒性を有するAブロックと、窒素原子含有官能基を有するBブロックからなるメタクリル系ABブロック共重合体。窒素原子含有官能基(吸着基)が主に下記式(vi)であり、アミン価が約10mgKOH/g、主鎖がメタクリル酸であるブロック共重合体。
【0166】
【化5】

【0167】
参考例22
(AR289染料の精製)
AR289染料(東京化成(株)製)を超純水100gに溶解しなくなるまで溶解させ、ろ過をして未溶解染料を取り除き、飽和水溶液を作製した。染料飽和水溶液をエタノール1000gにゆっくり滴下していった。つづいて染料飽和水溶液とエタノールの混合溶液をろ過し、沈殿物を回収して乾燥させAR289精製物を得た。この作業を回収したAR289精製物に繰り返し行い、精製度合いの異なるAR289精製物、染料1、染料2、染料3を得た。染料1、染料2、染料3それぞれのNa、Cl、SO2−のイオン性不純物の合計は30000ppm、20000ppm、10000ppmであった。また、未精製のAR289染料のNa、Cl、SO2−のイオン性不純物の合計は150000ppmであった。結果の詳細を表4に示す。なお、検出下限値未満のものは0ppmとし、括弧内に検出下限値を示す。
【0168】
【表4】

【0169】
参考例23
(青色着色剤組成物を作製するためのAR289染料分散液の作製)
AR289を染料1とした以外は参考例9と同様にして染料分散液を作製した。染料分散液中の染料1の平均粒子径は、385nmであった。つぎに、5gの染料1よび95gのPMAを混合し、上記の方法で、PMAに溶解しているローダミン系染料濃度を測定したところ0%であった。よって、染料1はPMAに不溶性であることが確認された。
【0170】
参考例24
(青色着色剤組成物を作製するためのAR289染料分散液の作製)
染料1を染料2とした以外は参考例23と同様にして染料分散液を作製した。染料分散液中の染料2の平均粒子径は、379nmであった。つぎに、5gの染料2よび95gのPMAを混合し、上記の方法で、PMAに溶解しているローダミン系染料濃度を測定したところ0%であった。よって、染料2はPMAに不溶性であることが確認された。
【0171】
参考例25
(青色着色剤組成物を作製するためのAR289染料分散液の作製)
染料1を染料3とした以外は参考例23と同様にして染料分散液を作製した。染料分散液中の染料3の平均粒子径は、375nmであった。つぎに、5gの染料3よび95gのPMAを混合し、上記の方法で、PMAに溶解しているローダミン系染料濃度を測定したところ0%であった。よって、染料3はPMAに不溶性であることが確認された。
【0172】
参考例26
(青色着色剤組成物を作製するためのAR289染料分散液の作製)
50gの染料3、188gのBYK2000、333gのACA250、および429gのPMAを混合してスラリーを作製した。スラリーを入れたビーカーをダイノーミルとチューブでつなぎ、メディアとして直径0.5mmのジルコニアビーズを使用して、周速14m/sで8時間の分散処理を行い、染料分散液を作製した。染料分散液中の染料3の平均粒子径は、408nmであった。
【0173】
参考例27
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
参考例2で得られたPB15:6分散液582gと、参考例23で得られたAR289分散液292gを混合後、ビーカーを循環式ビーズミル分散機(寿工業株式会社社製“ウルトラアペックスミル”)とチューブでつなぎ、メディアとして直径0.03mmのジルコニアビーズを使用して、周速7m/sで80分間の分散処理を行い、混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6および染料1の平均粒子径は、38nmであった。
【0174】
参考例28
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
AR289分散液を参考例24で得られたAR289分散液としたこと以外は参考例27と同様にして混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6および染料2の平均粒子径は、37nmであった。
【0175】
参考例29
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
AR289分散液を参考例25で得られたAR289分散液としたこと以外は参考例27と同様にして混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6および染料3の平均粒子径は、37nmであった。
【0176】
参考例30
(青色着色剤組成物を作製するためのPB15:6とAR289との混合分散液の作製)
参考例21で得られたPB15:6分散液582gと、参考例26で得られたAR289分散液292gを混合後、ビーカーを循環式ビーズミル分散機(寿工業株式会社社製“ウルトラアペックスミル”)とチューブでつなぎ、メディアとして直径0.03mmのジルコニアビーズを使用して、周速7m/sで80分間の分散処理を行い、混合分散液を作製した。混合分散液中のPB15:6および染料1の平均粒子径は、40nmであった。
【0177】
実施例11
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例27で得られたPB15:6とAR289との混合分散液29.1g、2.41gのサイクロマーACA250、6.65gのカヤラッドDPHA、0.65gのイルガキュア907、0.33gのカヤキュアDETX−S、0.04gのBYK333、および60.71gのPMAを添加し、青色着色剤組成物を作製した。青色着色剤組成物における質量混合比は、PB15:6:AR289=80:20であり、顔料成分:樹脂成分=18:82であった。
【0178】
青色着色剤組成物の分散安定性の評価は粘度経時変化が4%で○であった。
【0179】
この青色着色剤組成物中のローダミン系染料の状態を上記の方法により評価したところ、透析チューブの外側のPMAは透明であり、染料は粒子状態であった。また、透析チューブ外側のPMA溶液の最大吸光度は、0.01であり、染料は粒子状態であった。
【0180】
つぎに、実施例1と同様にして、青色画素を作製した。青色画素の欠けや残渣は○で、パターン加工性は良好であった。
【0181】
実施例12
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例28で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例11と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。
【0182】
青色着色剤組成物の分散安定性の評価は粘度経時変化が1%で◎であった。
【0183】
青色画素の欠けや残渣は○で、パターン加工性は良好であった。
【0184】
実施例11と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0185】
実施例13
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例29で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例11と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。
【0186】
青色着色剤組成物の分散安定性の評価は粘度経時変化が1%で◎であった。
【0187】
青色画素の欠けや残渣は○で、パターン加工性は良好であった。
【0188】
実施例11と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0189】
実施例14
(青色着色剤組成物および青色画素の作製)
参考例30で得られた混合分散液を用いたこと以外は、実施例11と同様にして、青色着色剤組成物および青色画素を作製した。
【0190】
青色着色剤組成物の分散安定性の評価は粘度経時変化が11%で×であった。
【0191】
青色画素の欠けや残渣は○で、パターン加工性は良好であった。
【0192】
実施例11と同様にして、ローダミン系染料の状態を評価したところ、最大吸光度は0.01であり、ローダミン系染料は粒子状態であった。
【0193】
表5に実施例6および11〜14で得られた青色着色剤組成物および青色画素の各種評価結果を示す。
【0194】
【表5】

【0195】
表5に示したとおり、実施例12および13はAR289が粒子状態でより分散安定化されているため、より高コントラスト比となった。
【産業上の利用可能性】
【0196】
本発明のカラーフィルター基板は、液晶ディスプレイ等に好適に使用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも、着色剤、バインダー樹脂、高分子分散剤および溶剤を含有するカラーフィルター用青色着色剤組成物であって、前記着色剤が顔料およびローダミン系染料を含み、前記青色着色剤組成物中において前記ローダミン系染料が粒子状態で存在することを特徴とするカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【請求項2】
前記青色着色剤組成物中における前記顔料および前記ローダミン系染料の平均粒子径が30〜200nmである請求項1記載のカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【請求項3】
前記ローダミン系染料が、C.I.アシッドレッド52、C.I.アシッドレッド87、C.I.アシッドレッド91、C.I.アシッドレッド92、C.I.アシッドレッド94、C.I.アシッドレッド289から選択されるいずれかである請求項1または2記載のカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【請求項4】
前記ローダミン系染料が、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに不溶性である請求項1〜3のいずれかに記載の用青色着色剤組成物。
【請求項5】
前記分散剤が、親溶媒性を有するAブロックおよび窒素原子を含む官能基を有するBブロックからなるアミン価が100mgKOH/g以上140mgKOH/g以下(有効固形分換算)の(メタ)アクリル系ブロック共重合体を含有し、且つ該(メタ)アクリル系ブロック共重合体において、親溶媒性を有するAブロックが下記一般式(i)で表わされる繰り返し単位をAブロック中に5〜40モル%含有し、窒素原子を含む官能基を有するBブロックが下記一般式(ii)で表わされる繰り返し単位からなる請求項1〜4のいずれかに記載のカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【化1】

(上記一般式(i)中、nは1〜5の整数を表し、Rは水素原子またはメチル基を表す。)
【化2】

(上記一般式(ii)中、RおよびRは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい環状または鎖状のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいアラルキル基を示し、Rは炭素数1以上のアルキレン基、Rは水素原子またはメチル基を示す。)
【請求項6】
前記(メタ)アクリル系ブロック共重合体が、ABブロックまたはABAブロック共重合体である請求項5に記載のカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【請求項7】
前記(メタ)アクリル系ブロック共重合体において、一般式(ii)で表される繰り返し単位が、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート由来である請求項5または6に記載のカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【請求項8】
前記ローダミン系染料中に含まれるNa、Cl、SO2−のイオン性不純物合計が20000ppm以下である請求項1〜7のいずれかに記載のカラーフィルター用青色着色剤組成物。
【請求項9】
透明基板上に、赤色画素、緑色画素、青色画素が形成されたカラーフィルター基板であって、青色画素が請求項1〜8のいずれかに記載のカラーフィルター用青色着色剤組成物により形成されていることを特徴とするカラーフィルター基板。

【公開番号】特開2013−61619(P2013−61619A)
【公開日】平成25年4月4日(2013.4.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−46243(P2012−46243)
【出願日】平成24年3月2日(2012.3.2)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】