JPH02161402A - カラーフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はカラー液晶表示装置の液晶セル等に内設すると
好適なカラーフィルターに関するものである。詳しくは
、ガラス等の基板上に凹版または凹版オフセット印刷方
式により着色皮膜を形成したカラーフィルターに関する
。

〈従来の技術〉 液晶を用いたフルカラー表示装置はすでに実用化されて
おり、薄型軽量、低電圧駆動、低消費電力という特徴が
あり、また幾つかのパネルを配列した大型デイスプレー
も実用化されている。これ等の装置は基本的には液晶セ
ルの内部あるいは外部に設けられたレッド、グリーン、
ブルーの３色のパターン化されたフィルタ層に対応して
液晶を光学的フィルターとして駆動させてフルカラーを
再現する方式である。

フィルタ層のパターン化は多くの方法が提案されている
が、大別してフォトリゾグラフィーを利用したものと印
刷によるものとに分けられる。

前者はたとえば周知の方法でパターン化したレジスト膜
を利用して染色、抜染、蒸着あるいはエンチング法等に
よりカラーパターンを形成する方法であり、一方後者は
文字通り印刷により直接カラーパターンを形成する方法
である。フォトリソグラフィー法は印刷法に比べ寸法精
度が高（、微細パターンを形成できるという利点がある
が、印刷法に比べ少なくともレジスト膜の塗工、露光、
エンチング、レジスト膜の剥離の各工程を余分に繰り返
さなければならない。これに対して印刷法は印刷と乾燥
を繰り返すだけでパターン化ができるため、低コストで
、しかも量産性に優れている。

さらに印刷技術の発展により高い寸法精度および平滑度
を有する微細パターンの印刷が可能となっており、耐性
のあるカラーフィルターの開発が急務となっている。

〈発明が解決しようとする課題〉 液晶を用いたフルカラー表示において、カラーフィルタ
ーが液晶セル内に設けられる場合、耐熱性、耐光性、耐
薬品性、透明性、基板への接着性の面で秀れた特性を必
要とする。つまり液晶セル製造プロセス上、洗浄工程か
ら耐薬品性が要求され、配向膜形成工程、透明導電膜形
成工程等から耐熱性が要求される。特に透明導電膜の形
成については、通常液晶セルをそれぞれ独立に制御する
回路としてはマトリックス型のｙ４膜トランジスターや
非線形素子等の薄膜素子を用いた場合カラーフィルター
上に対向共通電極を設ける事でフルカラー表示が可能で
あり、透明導電膜形成時には常温で膜付けが可能である
。しかし、このような方法で作られた液晶セルは非常に
コストが高く、セルとしての歩留まりも良い、一方駆動
素子を用いない方法としてＸ−Ｙ単純マクリクス方式が
あり、液晶を挟む２枚の基板すなわち信号側電極基板と
走査側電極基板をそれぞれＸとＹととで画素電極を形成
して表示するものである。前者はゼラチンを用いた染色
法でも保護層を設けることで十分対応可能であるカー後
者の方式に対してカラーフィルター層の上に透明画素電
極を設けることは、従来の染料染着型のフィルター層の
材料に用いる有機フィルターでは耐熱性が不十分でシワ
、クラック等を発生ずる。一方耐熱性の点でメラミン樹
脂は優れているがガラス基板に対して密着性が劣り、エ
ポキシ樹脂は密着力には優れるが耐熱性が劣るという問
題がある。

〈発明の目的〉 本発明は上記の耐熱性及びガラス基板への密着性の点で
種々の検討を施し、実現したもので、低コストな印刷法
を用いたカラーフィルターが形成でき、透明画素ｔＦ）
ｉがフィルターの上に保護層なしで、直接形成すること
が可能なカラーフィルターを提供するものである。

〈課題を解決するための手段〉 すなわち、本発明は、基体上に、２００〜３００″Ｃの
熱雰囲気で透明性を失わず硬化発熱ピーク温度が２００
°Ｃ以上である溶剤可溶型の熱硬化性メラミン樹脂単独
あるいはメラミン樹脂とエポキシ樹脂の混合物のいずれ
かと色素と分散助剤とカップリング剤とを有する着色層
を所定色数所望パターン状に印刷形成してなることを特
徴とするカラーフィルターである。

本発明のカラーフィルターは、着色層を凹版もしくは凹
版オフセット印刷法により形成されるものであり、色素
として耐光性、耐熱性に優れかつ樹脂中での分散性の良
い有機顔料を用いるのが好ましく、カップリング剤とし
てはメラミン樹脂及びエポキシ樹脂に親和性を持つ有機
官能機と無機材料に親和性を持つ加水分解基を一分子中
に有し、着色のないものが好ましい。

〈発明の詳述〉 第１図にカラーフィルターを使用したカラー液晶表示装
置の一例を示すが、図において、光源から出た白色光（
１）が偏光板（２）透明基板（３）を通り透明画素電極
（４）配向膜（５）、液晶（６）配向膜（７）透明画素
電極（８）を介して着色層（９）を通り三原色に分解さ
れる。

画素電極（４）と（８）に印加された電気信号に応答し
て、液晶（６）が配向し、偏光板θ１）の作用により光
学的シャッターとして動作し、電気信号が三原色として
情報化される。この時、着色層（９）としてゼラチンを
染料にて染色したものを用いていたため、着色皮膜の耐
熱性の点で劣るので、透明画素電極（８）を着色層（９
）の下に形成しなければならなかった。その結果、液晶
（６）と透明画素電極（８）の間には着色層（９）が介
在するため、電圧ＯＮ・ＯＦＦに対する液晶の応答時間
が遅くなり、液晶パネルの視野角もせまくなり、視差に
よる色ずれも起きやすかった。

従って、カラー液晶表示装置の性能としては悪いものと
なる０本発明は、着色層（９）上に直接透明画素電極を
形成したとしてもカラーフィルターにクラック、シワ、
色の濁り等が発生しない、耐熱性と皮膜強度を有する０
種々のバインダ樹脂について詳細に比較検討した結果、
熱硬化剤の樹脂としてエポキシ樹脂、メラミン樹脂、フ
ェノール横腹、ポリエステル樹脂等が挙げられるが、そ
れぞれ長所、短所がある。各々の樹脂を単独に用いた場
合の特徴を以下に述べる。エポキシ樹脂単独を用いた場
合、着色層の１￥みが０．５μ〜３μというｇ！膜では
、硬化剤に酸無水物（ヘキサヒドロ無水フタル酸、テト
ラヒドロ無水フタル酸）を投入しても薄膜のため硬化剤
が昇華してしまい十分な架橋密度が得られない。またア
ミン系硬化剤を用いるとインキのポットライフが短（ま
た硬化物を着色させるため透過率に影響を及ぼす、メラ
ミン樹脂単独を用いた場合、アミノ基が６官能で複雑な
三次元の網状構造をもつ高分子であるため耐熱性が比較
的高い。熱可塑性樹脂の大部分が１００〜１５０’Ｃで
溶融するのに対しメラミン樹脂は２００〜３００’Ｃと
高いが、ガラス基板に対して密着性が悪い弱点がある。

そこで、両者を混合する事によりエポキシ樹脂でガラス
基板に対する密着性をメラミン樹脂で耐熱性及び皮膜強
度を有する着色層が形成でき、その上に直接透明導電画
素電極の形成が可能となった。

さらにカップリング剤を内添することにより密着性の向
上が示され、メラミン樹脂単独でもカップリング剤を内
添することにより密着性の向上が示され、メラミン樹脂
単独でもカップリング剤の内添により十分な密着性が得
られる。カップリング剤の内部量はインキ重量に対して
０．５重゛量パーセントから２゜０重量パーセントが好
ましい。０．５車計パーセント以下では密着性向」二の
効果にバラツキが生じ、２．０重量パーセント以上では
インキの増粘及びゲル化の原因となり易い。

以下、本発明に使用可能なカップリング剤の代表例を示
す。

■Ｔ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン（東芝
シリコーン■製） ■Ｔ−アミノプロピルトリエトキシシラン（東芝シリコ
ーン■製） ■Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリ
メトキシシラン（東芝シリコーン０萄製）メラミン樹脂
とエポキシ樹脂をブレンドした時の架橋反応はエポキシ
環とアミノ基の開環反応である。ただし顔料を分散する
時に、バインダー樹脂としてメラミン樹脂とエポキシ樹
脂をブレンドした形で投入すると分散中に一部架橋反応
が進行してインキの貯蔵安定性を著しく頃ない、きわめ
て短時間でゲル化する。従って、顔料を分散するときは
メラミン樹脂とエポキシ樹脂に対して別々にインキ化し
、その後に所望の比率でもって２種のインキを混合する
ものである。また、カップリング剤の添加は、ゲル化の
防止等の理由からインキ化後最終段階で行なう。本発明
に使用可能な２つの樹脂は着色が少なくアルコール性水
酸基を有する溶剤に可溶であれば問題ないが、メラミン
に対する可溶性の点で、エポキシ樹脂のエポキシ当量は
ｔｏｏｏ以下である事が好ましい。

また、メラミン樹脂とエポキシ樹脂の配合比率はメラミ
ン樹脂に対してエポキシ樹脂が３００車計パーセント以
下範囲で混合することにより要求特性を満足する。逆に
エポキシ樹脂の配合比が３０重量パーセントより増加す
るにつれて耐熱性は劣化してくる。

以下、本発明に使用可能なエポキシ樹脂とメラミン樹脂
の代表例を商品名にて示す。

■ビスフェノール型エポキシ樹脂 エピコート　　　８１５．８１９，８２７．８２８，８
３２．８３４．１００１．１Ｏ０４，１００７ （油化シェルエポキシ■製） ■メラミン樹脂 ニーパン　　　　２０ＳＥ−６０，２０Ｈ３，１２０サ
イメル　　　　３５０．３２７　　（三井東圧化学■製
）■ベンゾグアナミン樹脂（メラミン樹脂の一１ｌ）サ
イミル　　　　１１２３．１１２５（三井東圧化学■製
）など 本発明に使用可能な色素はバインダー樹脂同様、耐熱性
、耐薬品性、耐溶剤性、耐液晶性、耐光性が要求される
ため顔料が望ましい、さらに適正なスペクトルおよび透
明性が必要とされるため該顔料は可視光の吸収係数が大
きく、かつ平均−次粒子径が可視光に対して十分小さい
ものを選択する必要があるため、有機顔料が望ましい、
該顔料の一次粒子径は透明性の点から０．３μ以下、好
ましくは０．１μ以下が望まれるため、サンドミル、ニ
ーダ−あるいは２本ロール等により既知の方法で顔料の
一次粒子径を小さくして透明性および吸収係数を向上さ
せることも有効である。

下記に本発明に使用可能な顔料として諸耐性の優れた材
料をカラーインデックス（Ｃ，１，）ナンバーにて示す
。

Ｃ，１，黄色顔料　　２４．８６．９３．９４，１０８
，１０９．１１０゜１１７．１２５，１３７．１３８．
１４７，１５３．１５４、１６６、１６８ Ｃ，！、オレンジ顔料　３６．４３．５１．５５．５９
．６１Ｃ９Ｉ、赤色顔料　　９７，１２２，１２３，１
４９．１６８．１７７．１７８．１８０．１８？、１９
０．１９２．２０９゜２１５．２１６ｔｈｕ２１７．２
２０．２２３．２２４．２２６．２２７．２２８．２４
０Ｃ，１，バイオレット顔料　１９．２３．２９．３０
．３７．４０、Ｃ，１，青色顔料　　１５．１５：１．
１５：３．１５：４．１５：６．２２．６０．６４ Ｃ，ｌ、緑色顔料　　７．３６ Ｃ，Ｉ、　ブラウン顔料　２３．２５．２６Ｃ，１，黒
色顔料　　７ 本発明に使用可能な溶剤は前記エポキシ樹脂及びメラミ
ン樹脂を溶解し、かつ印刷適性に溶剤の蒸発速度が大き
な影響を与える。これは凹版の画線部に付与されたイン
キを凹版から転写体へ転移する工程と転写体上のインキ
を凹版から転写体へ転移する工程と転写体上のインキを
基板へ転写する工程を有するオフセット印刷法によりパ
ターン形成するため、再現性及び繰り返しによる形状の
崩れを防ぐため、本発明に使用し得る溶剤は少なくとも
アルコール性水酸基を１個以上有し、かつ沸点が１２０
°Ｃ〜２６０°Ｃの脂肪族アルコール、好ましくは多価
アルコール誘導体のうちから選ばれる１種または２種以
上の混合溶剤が上記要求を満たずことを見出した。

以下に本発明に使用可能な溶剤名を示す。

エチレングリコール、 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、エチレングリコールイソプ
ロピルエーテル、エチレングリコールモツプナルエーテ
ル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレ
ングリコールモノアセテート、 メトキシメトキシエタノール、 ジエチレングリコール、 ジエチレングリコール七ツメチルエーテル、ジエチレン
グリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール
モツプチルエーテル、ジエチレングリコールモノアセテ
ート、トリエチレングリコールモノメチルニーデル、ト
リ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、 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、プロピレングリコール
−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールイソプ
ロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエー
テル、プロピレングリコールモノアセテート、■−ブト
キシエトキシプロバノール、 これ等の溶剤のうち低沸点のものは高沸点のものと、高
沸点のものは低沸点のものと組み合せて乾燥速度を調整
する。また溶剤組成により流動特性が多少異なってくる
ため、溶剤選択は印刷速度や他の組成物の内容により最
終的に決定される。

本発明によるカラーフィルター用インキはこれまで述べ
た樹脂、顔料、溶剤を混練するだけで原則的に製造可能
である。しかし、同一樹脂を用いた場合、顔料が異なる
とインキの流動性が異なるし、さらに最適なスペクトル
を与える各色の顔料含有率が異なるため結果として各色
のインキ正常に大きな違いを生じる。この場合、分散助
剤の添加が有効である。分散助剤は顔料の分散性を向上
させ、かつ顔料の再凝集を防止する効果があるため、チ
キソトロピー性の低下インキ粘度の低下、透過の向上お
よび塗膜の平滑性の向上などの効果がある。

次に本発明に使用可能な分散助剤として、例えば陽イオ
ン活性剤、陰イオン活性剤、非イオン活性剤等の界面活
性剤もしくは有機色素誘導体が挙げられる。好ましくは
有機色素誘導体がよい、有機色素誘導体とは有８１１１
顔ネ−１または染料の誘導体であり、たとえばアブ系、
フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系
、ペリレン系、ペリノン系、チオインジゴ系、ジオキサ
ジン系、イソインドリノン系、キノフタロン系、トリフ
ェニルメタン系、金属錯塩系の有機色素化合物に１換基
を１〜４個有する化合物である。置（＾基とは、水酸基
、カルボキシル基、スルホン酸基、カルボルアミド基等
や下記一般式によってなされる置換基である。

−ＣＨ，−Ｘ−Ａ （ｘ：酸素またはイオウ原子、Ａ；アリール基） （ｘ：アルキレン基、ＲＩ　　Ｒｔ　：水素原子、アル
キル基またはＲ１とＲ８とで少な くとも窒素原子を含む複素環） （Ｒ１：アルキル基またはアリール基、Ｒ２：アルキル
基またはアリール基、あるいはＲ１とＲ８とで少なくと
も窒素 原子を含む複素環） （Ｒ ：水素原子、アルキル基、 ：アルキレン基、 ：アルキル基、アルコキシアルキル基 またはシクロアルキル基、 Ｒ３：アルキル基またはシクロアルキル基あるいはＲｔ
　とＲ１とで少なくとも 窒素原子を含む複素環） なお、有機顔料と、前記誘導体の母体有機色素とは通常
色相の関係から同一のものが組合せられるが、必ずしも
一致している必要はない。

なお、カラーフィルターの構造として第２図に示すよう
に、各色の着色フィルター層０７ＪＯ■０４１の間に黒
色の遮光層０９としてカーボンブラックのような黒色顔
料あるいはシアン、マゼンダ、イエロー各顔料の混色顔
料を含む着色組成組によりパターンを形成するとよい、
遮光層０５１も着色フィルタ層０２）　０３）　０４１
と同様に耐熱性を要求されるからメラミンの如き耐熱性
樹脂中に上記のような顔料を分散させたものを用いると
良い、カラーフィルター用インキの製造は基本的には通
常の印刷インキの製造方法とはほとんど変わりがない、
当該インキは２００°Ｃ〜２３０°Ｃ２〜３１￥間加熱
するだけで実用上十分な機械密度と基板に対する密着性
が得られ定着する。以下に本発明になるカラーフィルタ
ー用インキについて述べる。

（インキ例） メラミン樹脂として三井東圧化学＠製すイミル３５０（
商品名）とエポキシ樹脂として油化シェルエポキシ製エ
ピコート８２８を各々ジエチレングリコールモノエチル
エーテルとエチレングリ：Ｊ−ルモノブチルエールを２
：ｌで混合した溶剤を各々の樹脂に対して２０％溶解し
たワニスを′！Ｂ潰した。

次に上記の各々のワニスに顔料および必要に応し分散助
剤、体質顔料および溶剤を加えて３本ロールで充分練肉
し、赤色、緑色、・青色のインキをそれぞれ製造した。

双方の樹脂の比率としてはメラミンのインキに対してエ
ポキシのインキを２０重に％投入し最終の・インキとし
、これに対して１．０重量％のシランカップリング剤（
東芝シリコーンＱ勾製）Ｔ−グリシドキシプロピルトリ
メトギンシラン）を加えた。

各色について下記のような組成で練肉を行なった。（比
率は全て重量％である） ここで体質顔料はアエロジルＲ−９７２（日本アエロジ
ル■：二酸化ケイ素微粉末）を用いた。また各色の顔料
および分散助剤の組成を以下に示す。

（赤色フィルタ用） ■顔料 リオノーゲンレッドＧＯ（東洋インキ製造■製Ｃ９１、
ピグメントレッド１６８）７０部とりオノーゲンオレン
ジＲ（東洋インキ製造■製Ｃ，１，ピグメントオレンジ
３６）３０部との混合物 ■分散助剤 下記構造式の化合物 （緑色フィルタ用） ■顔料 リオノールグリーン２ＹＳ　（東洋インキ製造■製Ｃ１
！、ピグメントグリーン３６）７５部とりオノーゲンエ
ロー３Ｇ　（東洋インキ製造０聯製Ｃ３！、ピグメント
エロー１５４）２５部との混合物 ■分散助剤 下記の低塩素化銅フタロシアニン誘導体Ｃ！４ ＣｕＰＣＡ［ＳＯｚＮ（ＣｍＨｖ）ｇｉｎｎ　　＝１．
７ （青色フィルタ用） ■顔ネ４ リオノーブルーＥＳ　Ｃ東洋インキ製造＠ｃ、１．ピグ
メントブルー１５：６）８０部とりオノーゲンバイオレ
ットＲＬ　（東洋インキ製造■製Ｃ，１，ビグメントバ
イオレント２３）２０部との混合物 ■分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 ｎ　　＝２．０ （カラーフィルターの製造） 第３図は本発明のインキを用いて凹版オフセット印刷法
で基材に印刷する状態を示した斜視図である。凹版（２
００μ中、版深１０μｍ）Ｏ″ｒ）上に実施例１で作成
したインキ（１９１を塗布し、ドクター０８）で余分の
インキ０９をかきとった後、ブランケットＱΦ上に凹版
面上にインキを転移させ、ブランケットＱＯをガラス基
板Ｑυの所まで移動させブランケットＱＩ上のインキを
ガラス基板Ｑυ上に転写させる。この操作を各色線り返
すことによりパターン形成した。

その結果、下記の特性を持つカラーフィルターを作成し
た。

０分光特性・・・第４図（実線）に示す。

■耐熱性・・・・・・２３０°Ｃ２２時間の加熱処理で
第４図（−点鎖線）に示すように分光透 過率変化が５％以内である。

■透明画素電極の膜付は適性・・・カラーフィルター上
に保護層なしで透明導電膜を高温 スパッタリングして１０Ω／口〜１５Ω／口の透明導電
層を膜付けしてもク ラック、シワ等の発生なし。

■耐薬品性、耐溶剤性・・・浸漬あるいは超音波洗浄に
よる結果を第１表に示す。

超音波槽に１分間デイツプした。

引き上げ直後の外観　◎−色変化・シワ・クランク無し セロテープ剥Ｎｏ→剥離なし 〈発明の効果〉 本発明によるカラーフィルター用インキからなるカラー
フィルターは着色層の耐熱性が高いので加熱処理しても
フィルターの分光特性が悪化せず、また機械的強度が向
上されるため従来低抵抗な透明導電層を設けるのに保護
層を必要としていたが直付けが可能となる。また、印刷
が可能なためフォトリソグラフィー法と比較すると工程
が短くなって低コストなカラーフィルターを供給するこ
とができる。

さらに、第３図に示すような印刷法で形成できるため大
型カラーフィルターの作製が容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカラー液晶表示装置の一例を示す模式断面図、
第２図は本発明のカラーフィルターの一実施例を示す断
面図であり、第３図は本発明のインキを用いてカラーフ
ィルター作成する印刷の概要を示す説明図、第４図は本
発明のインキにより得られたカラーフィルターの分光特
性を示すグラフ図である。 （１）・・・光源　　　　０２）側０４・・・着色フィ
ルター層＋２１　（Ｉ＋１・・・偏光板　　０ω・・・
遮光層（３）θ０）・・・透明基板　０ω・・・透明基
板（４１（８）・・・透明画素７ｉ極　　０り・・・版
（５）　（７）・・・配向膜　　　　　０印・・・ドク
ター（６）・・・液晶　　　　　　　Ｑ９１・・・イン
キ（９）・・・カラーフィルター　Ｑ＠・・・プランケ
・ノａｎ・・・透明基板 特　　許　　出　　願　　人 凸版印刷株式会社 第１図 ジ良　長丸 （１つ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基体上に、溶剤可溶型の熱硬化性樹脂および色素
   と分散助剤とカップリング剤を有する着色剤を、所定色
   数、所望パターン状に印刷形成してなることを特徴とす
   るカラーフィルター。 （２）上記熱硬化性樹脂が、メラミン樹脂単独あるいは
   エポキシ樹脂とメラミン樹脂の混合物より成ることを特
   徴とする請求項１記載のカラーフィルター。 （３）上記カップリング剤が、一分子中に有機材料と親
   和性を持つ有機官能基と無機材料と親和性を持つ加水分
   解基を有することを特徴とする請求項１記載のカラーフ
   ィルター。（４）色素が有機顔料である請求項１記載の
   カラーフィルター。 （５）着色層の上に透明導電膜を直接膜付けする請求項
   １記載のカラーフィルター。 （６）着色層が凹版もしくは凹版オフセット印刷法によ
   り印刷形成されたものである請求項１記載のカラーフィ
   ルター。