JP2809775B2

JP2809775B2 - カラーフィルタ、液晶表示デバイスおよび色分解デバイス

Info

Publication number: JP2809775B2
Application number: JP32970489A
Authority: JP
Inventors: 信一真田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JPH03192203A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はカラーフィルタに関し、特に液晶表示デバイ
ス、色分解デバイス、各種センサなどに好適なカラーフ
ィルタに係る。

（従来の技術）カラーフィルタは、赤色、緑色及び青色のフィルタ部
を配列した構成のものである。かかる各色のフィルタ部
は、例えばガラス板や固体撮影素子を設けたシリコンウ
ェハなどの基板上にゼラチン、カゼイン、グルー等の天
然蛋白質、又はカチオン性基を有する合成樹脂などの皮
膜をストライプ状やモザイク状に被染色層として設け、
該被染色層を各色に染色することにより形成される。

前記カラーフィルタに要求される最も重要な特性は光
学特性、つまり各色フィルタ部の分光特性である。これ
は前記カラーフィルタを組込んだ最終製品の光学性能に
大きく影響を及ぼすからである。また、前記最終製品は
熱及び光を受ける使用環境下において良好な耐性を有す
ることが要求される。

このようなことから、前記カラーフィルタの染色に用
いられる染料としては上述した要求に対応可能なものが
望まれる。更に、かかる染料は安定して良好な染色がで
きるように染色性に優れ、しかも染色液状態にしたとき
に長期間に亘って会合・分解などが生じず、優れた安定
性を有することが望まれる。

従来のカラーフィルタは上述した要求を十分に満足す
ることができないという問題がある。例えば特開昭63−
155004号に記載のカラーフィルタは、赤色フィルタ部が
分光特性・耐熱性・耐光性に不十分であること、該赤色
フィルタ部の染色に用いている赤色染料CI Acid Red 11
4が、染色性に劣るために被染色層の膜厚を１μｍ以上
にしなければならないこと、更に前記赤色染料は染色液
状態で短期間に会合して染色できなくなり、染色液安定
性にも劣ることなどの問題がある。また、同カラーフィ
ルタの緑色フィルタ部も分光特性・耐熱性・耐光性に不
十分であり、該緑色フィルタ部の染色に用いている染色
染料CI Acid Green 16が染色性に劣るという問題があ
る。

（発明が解決しようとする課題）本発明は従来の課題を解決するためになされたもの
で、赤色フィルタ部もしくは緑色フィルタ部或いは双方
のフィルタ部の分光特性、耐熱性、耐光性が改善された
カラーフィルタを提供しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、基板上の被染色層をそれぞれ染色して、赤
色、緑色及び青色のフィルタ部を配列したカラーフィル
タにおいて、前記赤色フィルタ部の被染色層を、下記一般式（ただし、式（Ｉ）中のＸは水素原子、アルカリ金属イ
オン、有機アミン類イオン、又はアンモニウムイオンを
示す）で表わされる赤色染料もしくは該赤色染料と黄色
の色相を示す染料との混合物を用いて染色するか、又は前記緑色フィルタ部の被染色層を、下記一般式（ただし、式（II）中のＸは水素原子、アルカリ金属イ
オン、有機アミン類イオン、又はアンモニウムイオンを
示す）で表わされる緑色染料もしくは該緑色染料と黄色
の色相を示す染料との混合物を用いて染色するか、或いは前記赤色フィルタ部の被染色層及び前記緑色フ
ィルタ部の被染色層の双方を、前記各染料をそれぞれ用
いて染色する構成としたことを特徴とするカラーフィル
タである。

また、本発明は、上記のカラーフィルタを具備したこ
とを特徴とする液晶表示デバイスおよび色分解デバイス
である。

次に赤色、緑色及び青色のフィルタ部を配列したカラ
ーフィルタの代表的な製造方法を（ａ）〜（ｃ）に詳述
する。

（ａ）まず、前記一般式（Ｉ），（II）の染料又は該染
料を含む混合物を、酢酸等の染色助剤、更に必要に応じ
て殺菌剤、界面活性剤などと共に、水１に0.1〜30g、
より好ましくは１〜10gとなる割合で溶解することによ
り赤色，緑色の染色液をそれぞれ調製する。なお、前記
青色フィルタ部用染料としては、例えばCI Acid Blueシ
リーズの22,83,90,110,119,213などの青色染料が使用さ
れ、この染料を用いて前述した赤色の染色液と同様な方
法により青色の染色液を調製する。

次いで、基板上にゼラチン、カゼイン、グルーなどか
らなる第１の被染色パターンを形成した後、該基板を前
述した３種の染色液のうち１つの染色液（第１の染色
液）に浸漬して染色を行なう。この染色工程及び以下の
染色工程では、10〜100℃、より好ましくは40〜70℃の
温度に保持し、基板の浸漬時間を10秒間〜60分間、より
好ましくは１分間〜30分間とする。つづいて前記基板を
第１の染色液から取出し、水洗、乾燥して第１のフィル
タ部を形成する。

次いで、全面に第１の非着色性保護膜を被覆した後、
前記第１のフィルタ部と異なる前記保護膜の領域上に第
２の被染色パターンを形成した後、前記３種の染色液の
うちの他の染色液（第２の染色液）に浸漬して染色を行
なって第２のフィルタ部を形成する。つづいて、全面に
第２の非着色性保護膜を被覆した後、前記第1,第２のフ
ィルタ部と異なる前記保護膜の領域上に第３の被染色パ
ターンを形成する。ひきつづき、前記基板を前記３種の
染色液のうちの残りの染色液（第３の染色液）に浸漬し
て染色を行なって第３のフィルタ部を形成することによ
り、赤色、緑色及び青色のフィルタ部を配列したカラー
フィルタを製造する。

（ｂ）まず、基板上にゼラチン、カゼイン、グルーなど
からなる第１の被染色パターンを形成し、該被染色パタ
ーンを第１の染色液を用いて染色した後、タンニン酸、
吐酒石などを用いて固着・防染処理を施して第１のフィ
ルタ部を形成する。つづいて、前記第１のフィルタ部と
異なる前記基板の領域上に第２の被染色層パターンを形
成し、該被染色パターンを第２の染色液を用いて染色し
た後、同様な方法により固着、防染処理を施して第２の
フィルタ部を形成する。次いで、前記第１及び第２のフ
ィルタ部と異なる前記基板の領域上に第３の被染色層パ
ターンを形成し、該被染色パターンを第３の染色液を用
いて染色した後、同様な方法により固着・防染処理を施
して第３のフィルタ部を形成することにより、赤色、緑
色及び青色のフィルタ部を配列したカラーフィルタを製
造する。

（ｃ）まず、基板上にゼラチン、カゼイン、グルーなど
からなる被染色層を設ける。つづいて、前記被染色層上
の第１のフィルタ形成予定部以外の領域をレジストパタ
ーで被覆し、該レジストパターンをマスクとして露出し
た被染色層部分を第１の染色液を用いて染色して第１の
フィルタ部を形成した後、レジストパターンを除去す
る。ひきつづき、前記被染色層上の第２のフィルタ形成
予定部以外の領域をレジストパターンで被覆し、該レジ
ストパターンをマスクとして露出した被染色層部分を第
２の染色液を用いて染色して第２のフィルタ部を形成し
た後、レジストパターンを除去する。次いで、前記被染
色層上の第３のフィルタ形成予定部以外の領域をレジス
トパターンで被覆し、該レジストパターンをマスクとし
て露出した被染色層部分を第３の染色液を用いて染色し
て第３のフィルタ部を形成した後、レジストパターンを
除去することにより、赤色、緑色及び青色のフィルタ部
を配列したカラーフィルタを製造する。

（作用）本発明によれば、基板上の被染色層をそれぞれ染色し
て、赤色、緑色及び青色のフィルタ部を配列したカラー
フィルタにおいて、赤色フィルタ部の被染色層を前記一
般式（Ｉ）で表わされる赤色染料又は該赤色染料と黄色
の色相を示す染料との混合物を用いて染色することによ
り、波長600〜700nmの光の透過率が十分に高く、かつ波
長400〜500nmの光の透過率が十分に低い極めて分光特性
の優れた赤色フィルタ部を得ることができる。また、前
記赤色フィルタ部は熱や光の影響下においても十分に良
好な分光特性が維持され、優れた耐熱性・耐光性を有す
る。更に、前記赤色染料は染色性に優れ、しかも染色液
状態でも会合・分解し難く、優れた安定性を有する。

また、基板上の被染色層をそれぞれ染色して、赤色、
緑色及び青色のフィルタ部を配列したカラーフィルタに
おいて、緑色フィルタ部の被染色層を前記一般式（II）
で表わされる緑色染料又は該緑色染料と黄色の色相を示
す染料との混合物を用いて染色することにより、波長49
0〜590nmの光の透過率が十分に高く、かつ波長400〜460
nm,610〜700nmの光の透過率が十分に低い極めて分光特
性の優れた緑色フィルタ部を得ることができる。また、
前記緑色フィルタ部は熱や光の影響下においても十分に
良好な分光特性が維持され、優れた耐熱性・耐光性を有
する。更に、前記緑色染料は染色性に優れ、しかも染色
液状態でも会合・分解し難く、優れた安定性を有する。

（実施例）以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１まず、FCR−500（富士薬品工業製商品名、ゼラチン水
溶液）４部に対して重クロム酸アンモニウムの８％水溶
液１部を混合し、これを脱泡して感光液を調製した。こ
の感光液を石英ガラス基板上に膜厚１μｍでスピンコー
トし、80℃で10分間プリベークした後、所定のパターン
を有するマスクを通して紫外線を選択的に照射した。つ
づいて30℃の温水で現像した後、120℃で10分間ポスト
ベークして石英ガラス基板上に膜厚0.9μｍのゼラチン
からなる被染色パターンを形成した。

次いで、下記構造式で表わされる赤色染料CI Acid Rod 151（アンモニウム
塩型）の0.5重量％溶液を酢酸でPH4.0にして染色液を調
製した後、前記ゼラチンパターンが形成された石英ガラ
ス基板をこの染色液（温度60℃）中に２分間浸漬し、更
に水洗・乾燥して赤色フィルタを作製した。

実施例２赤色染料CI Acid Red 151（アンモニウム塩型）を0.4
重量％溶解し、黄色染料CI Acid Yellow 42（アンモニ
ウム塩型）を0.1重量％溶解した混合型染色液を用いた
以外、実施例１と同様な方法により赤色フィルタを作製
した。

実施例３下記構造式で表わされる赤色染料（ナトリウム塩型）を溶解して調
製した染色液を用いた以外は、実施例１と同様な方法に
より赤色フィルタを作製した。

実施例４下記構造式で表わされる赤色染料（有機アミン類型）を溶解して調
製した染色液を用いた以外は、実施例１と同様な方法に
より赤色フィルタを作製した。

比較例１赤色染料CI Acid Red 114（アンモニウム塩型）を0.4
重量％溶解し、黄色染料CI Acid Yellow 42（アンモニ
ウム塩型）を0.1重量％溶解した混合型染色液を用いた
以外、実施例１と同様な方法により赤色フィルタを作製
した。

このようにして得られた実施例１〜４及び比較例１の
赤色フィルタについて、分光特性、耐熱性、及び耐光性
を調べ、更に染色に用いた染料の安定性を調べた。な
お、前記耐熱性については赤色フィルタを200℃をオー
ブン中で１時間加熱することにより調べ、前記耐光性に
ついては赤色フィルタを1000ルックスの可視光下に1000
時間曝すことにより調べた。

実施例1,2及び比較例１の赤色フィルタの分光特性を
第１図に示す。第１図より明らかなように実施例1,2の
赤色フィルタは、比較例１の赤色フィルタと比べて波長
600〜700nmの光の透過率が高く、波長400〜550nmの光の
透過率は低く、分光特性が良好であるのがわかる。ま
た、実施例3,4の赤色フィルタの分光特性も実施例１の
赤色フィルタと同様に良好であった。

実施例１の赤色フィルタの加熱前後の分光特性を第２
図に示し、比較例１の赤色フィルタの加熱前後の分光特
性を第３図に示す。第２図及び第３図より明らかなよう
に実施例１の赤色フィルタは、比較例１の赤色フィルタ
に比べて加熱前後の分光特性の変化が小さく、耐熱性が
良好であるのがわかる。また、実施例２〜４の赤色フィ
ルタの耐熱性も実施例１の赤色フィルタと同様に良好で
あった。また、耐光性については、実施例１〜４の赤色
フィルタは上述した条件の可視光下に曝されても分光特
性の変化が小さく、良好であった。

一方、染料の安定性については、染色液を室温で保存
したところ、比較例１の染色液は２週間程度でゲル状の
析出物を生じて染色不可能となったのに対し、実施例１
〜４の染色液は３カ月経過後でも染料の会合・沈殿など
は起こらず、良好であった。更に、染料の染色性につい
ても、実施例１〜４の赤色フィルタは被染色層が0.9μ
ｍと比較的薄いにもかかわらず、上述したように良好な
分光特性が得られる程度に染色されており、良好である
のがわかる。

実施例５下記構造式で表わされる緑色染料CI Acid Green 15（アンモニウム
塩型）を0.4重量％溶解し、黄色染料CI Acid Yellow 42
（アンモニウム塩型）を0.6重量％溶解した混合型染色
液を用いた以外、実施例１と同様な方法により緑色フィ
ルタを作製した。

比較例２緑色染料CI Acid Green 16（アンモニウム塩型）を0.
4重量％溶解し、黄色染料CI Acid Yellow 42（アンモニ
ウム塩型）を0.6重量％溶解した混合型染色液を用いた
以外、実施例１と同様な方法により緑色フィルタを作製
した。

このようにして得られた実施例５及び比較例２の緑色
フィルタについて、実施例１と同様にして分光特性、耐
熱性、耐光性、及び染料の安定性を調べた。

実施例５及び比較例２の緑色フィルタの分光特性を第
４図に示す。第４図より明らかなように実施例５の緑色
フィルタは、比較例２の緑色フィルタと比べて波長490
〜590nmの光の透過率が高く、波長400〜460nm,610〜700
nmの光の透過率は低く、分光特性が良好であるのがわか
る。

次いで、実施例５の緑色フィルタの加熱前後の分光特
性を第５図に示し、比較例２の緑色フィルタの加熱前後
の分光特性を第６図に示す。第５図及び第６図より明ら
かなように実施例５の緑色フィルタは、比較例２の緑色
フィルタに比べて加熱前後の分光特性の変化が小さく、
耐熱性が良好であるのがわかる。

また、実施例５の緑色フィルタは耐光性についても実
施例１と同様に良好であった。更に、実施例５の緑色フ
ィルタの染色に用いた染料も染色液での安定性が実施例
１と同様に良好であった。

［発明の効果］以上詳述した如く、本発明によれば赤色フィルタ部も
しくは緑色フィルタ部或いは双方のフィルタ部の分光特
性、耐熱性、耐光性が改善されたカラーフィルタを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例1,2及び比較例１の赤色フィルタの分光
特性に示す特性図、第２図は実施例１の赤色フィルタの
加熱前後の分光特性を示す特性図、第３図は比較例１の
赤色フィルタの加熱前後の分光特性を示す特性図、第４
図は実施例５及び比較例２の緑色フィルタの分光特性を
示す特性図、第５図は実施例５の緑色フィルタの加熱前
後の分光特性を示す特性図、第６図は比較例２の緑色フ
ィルタの加熱前後の分光特性を示す特性図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０２Ｂ 5/22 Ｇ０２Ｂ 5/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の被染色層をそれぞれ染色して、赤
色、緑色及び青色のフィルタ部を配列したカラーフィル
タにおいて、前記赤色フィルタ部の被染色層を、下記一般式（ただし、式（Ｉ）中のＸは水素原子、アルカリ金属イ
オン、有機アミン類イオン、又はアンモニウムイオンを
示す）で表される赤色染料もしくは該赤色染料と黄色の
色相を示す染料との混合物を用いて染色するか、又は前記緑色フィルタ部の被染色層を、下記一般式（ただし、式（II）中のＸは水素原子、アルカリ金属イ
オン、有機アミン類イオン、又はアンモニウムイオンを
示す）で表される緑色染料もしくは該緑色染料と黄色の
色相を示す染料との混合物を用いて染色するか、或いは前記赤色フィルタ部の被染色層及び前記緑色フィ
ルタ部の被染色層の双方を、前記各染料をそれぞれ用い
て染色する構成としたことを特徴とするカラーフィル
タ。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のカラーフィル
タを具備したことを特徴とする液晶表示デバイス。
【請求項３】特許請求の範囲第１項記載のカラーフィル
タを具備したことを特徴とする色分解デバイス。