JPH02208602A - カラーフィルターおよびその製造方法 - 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、液晶カラー表示装置に用いるカラーフィルタ
ーに関する。液晶セル内にカラーフィルターを設けるこ
とにより表示素子をカラー化することができる。更に詳
しくは、ＴＮ（ツィステッド・ネマチック）型液晶表示
、ＯＨ（ゲスト・ホスト）型液晶表示、ＳＴＮ　（スー
パー・ツイストテッド・ネマチック）液晶表示およびＦ
ＬＣ（強誘電性液晶）表示装置に敵する色分解用カラー
フィルターおよびその製造方法に関する。

スチレン系樹脂は耐熱性、透明性および耐薬品性が優れ
てる。一方顔料は、染料に比較して耐熱性、耐光性に優
れている。従って、スチレン系樹脂に顔料を高度に分散
することにより、耐熱性、耐光性および透明性に優れた
液晶表示用カラーフィルターを作成することができた。

この特性の優れたカラーフィルターを提供することを目
的とする。

〈従来の技術〉 従来、カラーフィルターは、染色可能な有機天然物（ゼ
ラチン、カゼイン等）を精製して、低分子（１万〜５万
）に分解したものを用いている。

この有機物は、水に可溶であるため、水溶液をコーティ
ング、パターニンク染色およびベーキングを各着色ごと
にくり返してカラーフィルターを作成していた。しかし
ながら被染色体が天然物であるため耐熱性に弱いことと
、染料を用いるため耐光性にも弱いと言う難点があった
。また一方、耐熱性、耐光性を向上させるために顔料の
使用について、種々検討されているが顔料の分散性に問
題があり均一性が良く透明度の高い、実用的なカラーフ
ィルターを作製することは難しかった。またカラーフィ
ルターに液晶を動作させるための透明電極の蒸着と液晶
を配向させるためのポリイミド系樹脂のコーテイング後
の焼成が必要であり、耐熱性の面でも問題があった。

また一方、耐光性は野外及び車載用に使用する場合に直
接太陽光を受ける可能性があり、高い耐光性が望まれて
いた。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来技術で述べたごとくゼラチン、カゼインを用いる染
色タイプのカラーフィルターは耐熱性、耐光性に若干の
問題があった。又顔料を使用して耐光性を向上させるこ
とは検討されているが、顔料の分散性に問題があり、透
明性と均一性に難点があった。

しかしながら、顔料の分散剤として顔料の誘導耐を用い
ることにより、均一性と透明性の良いカラーフィルター
を作成することが可能となった。

また、カラーフィルターを構成する各色の着色層をパタ
ーン化することを考えると、部分露光・現像プロセスに
より所望形状の着色層が得られることが望ましい。

く課題を解決する手段〉 次に本発明であるカラーフィルターについて図を参照し
ながら説明する。第１図はカラーフィルターを使用した
液晶表示装置の１例を示す、光源（１）として螢光燈等
を発した白色光は、偏光板（２）、透明基板（３）を通
して、画素電極（４）と配向Ｗ４（５）を通り、液晶（
６）に進み、さらに配向膜（８）、透明電極（９）を通
りカラーフィルター０（Ｄで三原色に分解される。

さらに透明基板ＯＩ）を通り偏光板０２１を通り視感に
より色として認識される。この様な表示素子において、
液晶（６）は、配向膜（５）および（８）と封止材（７
）に、接して封入され、画素電極（４）と透明電極（１
０の間に印加さ、た電気信号により配向の方向を変える
。

この時、偏光板（２）と０２１の作用により光シヤツタ
ーとして作用し、カラーフィルターを通った光は情報化
される。カラーフィルター〇［Ｄの各色の大きさは、Ｈ
素ｉｔ　ｉ　（４）と同一であり、大型デイスプレィの
場合は数ミリメートル角、バンプー型デイスプレィの場
合は数十ミクロンないし数百ミクロンメートル角であり
、カラーフィルターＯＩは、微細加工の可能な素材から
構成されなければならない。

次に本発明のカラーフィルターの構成について以下説明
する。第１図に示す欅に透明基板ＧＯとしては、ガラス
基板、透明樹脂板、透明樹脂フィルム等が通用できる。

カラーフィルター０（Ｄは、通常該透明基板００上に位
置し、更に該カラーフィルター０ω上に透明電極（９）
が設けられるのが一般的である。しがし場合によっては
、透明基板００上に透明電極を設け、その上にカラーフ
ィルターが位置することもある。

カラーフィルター０（Ｄは第１図で示したように、例え
ば赤色フィルター層（Ｒ）、緑色フィルター層（Ｇ）、
青色フィルター層（Ｂ）からなる。また場合によっては
、黒色もしくは、不透明の遮光層または、無着色層が（
Ｒ）　、（Ｇ）　、（Ｂ）の間に介在して設けれること
もある。赤色フィルター層（Ｒ）はスチレン系樹脂、赤
色顔料、分散剤を主成分として構成される。以下同様に
緑色フィルター層ＣＧ）青色フィルター層（Ｂ）　　も
スチレン樹脂・顔料・分散剤から成る。スチレン系樹脂
の役割は透明基板（１１）上に各色顔料を固定せしめ、
又必要に応じて任意の形状でパターン化を可能ならしめ
、更に、カラーフィルターＯＩ上に、透明電極（９）を
形成する場合の基材となる。各色の顔料は、白色光を分
解する役割を担うため、透明性、耐光性・耐熱性が秀れ
ていなければならない、該顔料の一次粒子径は０．３　
μｍ以下好ましくは、０．１　μｍ以下であって可視光
の波長に対して十分小さくする。さらに言えば透明性の
秀れた顔料として有機顔料が望ましい０分散剤としては
、顔料の凝集を防ぎ、スチレン系樹脂中に該顔料を均一
に分散させるために添加される。従って該分散剤も又耐
熱性を有し、カラーフィルターａＯ１の緒特性を阻害し
てはならない。

この目的に合致する分散剤として、顔料または染料の有
機色素誘導体が極めて有効であることが判明した０分散
剤としては、勿論、該顔料の誘導体に限定する必要はな
く、陽イオン活性剤、陰イオン活性剤、非イオン活性剤
等も適用できる。

スチレン系樹脂に対する顔料の重量比は、通常０．２５
ないし３の範囲が好ましい、顔料の比率を下げるとフィ
ルターとしての特性は向上するが、所定の光学濃度を得
るためには、膜厚を大きくする必要があり、微細加工が
困難になる。ａ料の比率を上げると、顔料の分散性およ
び塗布性が著しく劣化する。＃１料に対する分散剤の重
量比は０．０１ないし０．２が好ましいが、かならずし
もこの値に限定する必要はない、上記配合によるカラー
フィルターの膜厚は０．７５μｍないし３．０μｍであ
った。

この様にして作成されたカラーフィルターの代表的分光
特性を第２図に示した。

本発明に用いるスチレン系樹脂としては、市販品又は合
成するとこにより入手できる。いずれにしても、スチレ
ン系樹脂の一例としては、モノマー成分が、 であり、その組成比が（ａ）２０〜８０重量部、（ｂ）
８０〜２０重量部からなるスチレン系樹脂を用いること
が、あげられる、また、合成する場合にスチレンに添加
することのできるモノマーとしては、無水マレイン酸、
アクリル酸メタクリル酸、２−ヒドロキシエチルメタク
リレート、２−ヒドロキシアクリレート、シクロヘキシ
ルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、の他
に一般式： ％式％） で表わせるアクリレート類等がある。

樹脂を溶解させる溶剤としては、メチルセロソルブ、エ
チルセロソルブ、シクロヘキサノン、キシレン等がある
が保存性からエチルセロソルブが好ましい。

本発明に用いることができる色素としては、染料や顔料
が有るが、耐熱性・耐光性の面から顔料が望ましい、ｆ
ｉ料としては、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、酸化チ
タン、黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青、酸化クロム、カ
ーボンブラックなどのｍ機［＋、ベンチジンイエローＧ
１ベンチジンイエローＧＲ，リソールファーストオレン
ジ３ＧＬ。

パルカンファーストオレンジＧＣ，ビグメントスカーレ
ット３Ｂ、チオインジゴマルーン、フタロシアニンブル
ー　フタロシアニングリーン、インダンスレンブル−、
グリーンゴールド、マカライトグリーンレーキなどであ
る。具体的にカラーインデックス（Ｃ，Ｉ、）ナンバー
で示す。

Ｃ９！、黄色顔料　２０．２４．８６．９３．１０９．
１１０１１７．１２５．１３７．１３８．１４７１４８
．１５３．１５４．１６６．１６８Ｃ，１，オレンヂ顔
料３６．４３．５Ｌ　５５．５９．６１Ｃ３【、赤色顔
料　９．９７．１２２．１２３．１４９．１６ｇ、１７
？　、１８０．１９２．２１５２１６、又は２１７．２
２０　、２２３．２２４．２２６．２２７．２２８．２
４０ｃ、ｒ、バイオレット顔料！９．２３．２９．３０
．３７．４０．５０ Ｃ１【、青色顔料　　　　１５．１５：６．２２．６０
．６４ｃ、ｒ、緑色顔料　　　　７．３６、 Ｃ，１，ブランラン顔料　２３．２５．２６Ｃ，１，黒
色顔料　　　　７ 本発明に係わる分散剤は有機色素の誘導体であり、母体
となる有機色素としてはアゾ系、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
錯塩系などである。これらの有機色素に置換基を有し、
色素の分散に有効な誘導体が用いられる。置換基として
は、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、カルボン
アミド基、スルホンアミド基、あるいは下記−般式で示
されるいずれかの置換基である。これらの置換基から選
ばれる少なくとも１種の置換基を有する誘導体が用いら
れる。

一般式 ％式％ （ｘ：酸素またはイオウ原子、Ａニアリール基） （Ｘ：アルキレン基、Ｒｒ　　　Ｒｍ：水素原子または
アルキル基、あるいはＲ１とＲ８とで少なくとも窒素原
子を含む複素環） （Ｒ６：水素原子、アルキル基またはアリール基、Ｒｏ
：アルキル基またはアリール基あるいはＲとＲとで少な
くとも窒素原子を含む複素環） −ＣＨ，ＮＨ−ぐ＝〉 （Ｒ８：水素原子またはアルキル基、 Ａ：アルキレン基、Ｒ寞　：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、Ｒ１：水素原子、シ
クロアルキル基あるいはＲ１とて少な（とも窒素原子を
含む複素環） なお、色素と、分散剤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。

本発明の組成物において、組成割合は、特に限定はない
が、通常スチレン系樹脂が組成物に対し１０〜５０重量
％程度であり、色素の割合はスチレン系樹脂の種類や色
素の種類によって異なるが、スチレン系樹脂に対し、１
〜３０重量％程度であり、また、分散剤は色素の種類な
とによって異なるが、色素に対し０．１〜３０重量％程
度である。さらに色素の含有率の高いカラーコンセント
レイトとしても、本発明の着色組成物を使用することも
できる。なお、必要に応じて添加剤を配合することもで
きる。

本発明に基づき着色組成物などを作るには、スチレン系
樹脂、溶剤、色素、分散剤をロールミル、ボールミル、
サンドミル、アトライター、その他の分散、混合装置に
よって分散、混合する。またスチレン系樹脂、色素、分
散剤をロールミルなどで予め分散させ、次に溶剤あるい
はスチレン系樹脂および溶剤のフェスで希釈することに
より作ることもできる。また、色素および分散剤を混合
し、次にフェス等と混合、分散させることもできる。

なお、混合、分散の順序はこれだけに限るものではなく
、適宜行うことができる。

また、本発明の着色組成物に光硬化の性質をもたせるに
は、重合法により光硬化させると良い。

重合法により光硬化させる場合、加えられるモツマー及
び光重合開始剤を種々用いることができる。モノマーと
しては２官能、３官能モノマー多官能モノマーがあり、
２官能モノマーとして、１．６−ヘキサンジオールジア
クリレート、エチレングリコ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、トリエチレングリ
エールジアクリレート、ビス（アクリロキシエトキシ）
ビスフェノールＡ、３−メチルベンタンジオールジアク
リレート等があり、３官能モノマーとして、トリメチル
ロールプロバトンアクリレート、ペンクエリスリトール
トリアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イ
ソシアネート等があり、これらのモノマーは、昭和高分
子■、東亜合成化学工業■、セラニーズケミカル■等の
市販品がある。

また光重合開始剤としては、アセトフェノン、ベンゾフ
ェノン、ベンジルジメチルケタール、ベンゾイルパーオ
キサイド、２−クロロチオキサンソン等があり、大東化
学工業所■、新日曹化工■、チバガイギー、大阪有機化
学工業■等かつ市販品がある。又基板と組成物との接着
性と向上させるために市販の各種プライマーを組成物に
添加するか、または、あらかじめ基板上にコートして乾
燥させた後組成物をコートしても良い。

本発明になるカラーフィルターの製造方法は■該スチレ
ン系樹脂に顔料及び分散剤を添加して、三本ロール等の
攪拌機で十分混線し各包着色組成物を作る工程、■この
組成物に重合開始剤およびアクリルモノマーを加える工
程、■該着色組成物を透明基板に塗布後パターン化、又
はパターン状に塗布して加熱縮合し、スチレン系樹脂、
顔料及び分散剤から成る着色フィルター層を形成し、必
要に応じて更に上記工程を繰り返して２色以上の色相の
組合せになるカラーフィルターを形成する工程から成る
。ここでスチレン系樹脂は顔料の分散媒であり、分散剤
はスチレン系樹中に顔料を均一に分散させるための補助
剤である。該顔料及び分散剤をスチレン系樹脂に添加し
三本ロール等で十分混練して各包着色フェスを製造する
０次に第（２）上に該着色フェス例えば赤色フェスをス
ピンナー　ロールコータ−等で塗布する０次に２３０°
Ｃ以下の温度で溶剤を除き該着色フェスの乾燥皮膜即ち
着色塗布膜０３を形成する。（第３図（Ａ）参照）次に
超高圧水銀環等を用いて、マスク露光し、現像して着色
層フィルター層のレリーフパターンを形成する。この操
作をさらに２回繰り返して、ＲｌＧ、Ｂ（赤、緑、青）
を形成したのが第３図（Ａ）〜（Ｃ）である、第４図は
、各着色層Ｑ５１の間にすきまをもうけて、その間に黒
の着色組成物を用いて、コート後、バック露光して現像
、焼成し、各着色層パターン０ωの間に黒色ストライプ
または格子のパターン状の遮光膜Ｑ６１を付けたもので
ある。

〈実施例〉 市販のスチレン系樹脂（ＳＭＡレジン２０００　）を１
０重量％になる様にエチルセロソルブに溶解した。

この希釈樹脂９０．１ｇに対し顔料９．０ｇ、分散剤０
．９ｇを添加して３本ロールで十分混練して、赤、緑、
青色のフェスを作成した。以下、顔料および分散剤を示
す。

（赤色フィルタ用） ■顔料 リオトゲンレッドＣＤ（東洋インキ製造■製Ｃ０■、ピ
クセメントレッド１６８　）　６．７５ｇ　とりオノー
ゲンオレンジＲ（東洋インキ製造■製Ｃ，Ｉ、ピグメン
トオレンジ３６）　２．２５ｇとの混合物０分散剤 下記構造式の化合物 （緑色フィルター用） ■顔料 リオノールグリーン２ＹＳ　（東洋インキ製造■製Ｃ１
■、ヒゲメントゲリーン３６）　６．７５ｇ　とりオノ
ーゲン３Ｇ　（東洋インキ製造■製Ｃ０！、　　ピグメ
ントイエロー１５４）２．２５ｇ　との混合物０分散剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 ＣｕＰＣ−５ＯｇＮ（Ｃ＋Ｊｘｔ）ｚｌｇ（青色フィル
ター用） ■顔料 リオノールブルーＥＳ　（東洋インキ製造■製Ｃ１■、
ピグメントブルー１５：６）　７．２ｇとりオノーゲン
バイオレットＲＬ（東洋インキ製造■製Ｃ，Ｉ。

ピグメントバイオレット２３）　１．８ｇとの混合物０
分散剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 各着色フェス１００ｇに対しトリメチロールプロパント
リアクリレート（七ツマ−）　４．０ｇ、ベンジルジメ
チルケクール０．８を加えて、良（攪拌して着色組成物
とした。

次にガラス基板上に、Ｔ−グリシドキシプロビルメチル
ジェトキシシランをスピンコードして良く乾燥させた。

青色組成物をスピンコード（１２００ｒ＋　９＋■４０
秒）した、７０℃で２０分間プリベークした後、ポリビ
ニルアルコール（５％溶液）をコートして、７０°Ｃ２
０分間乾燥した０画素サイズ３０μｍｘ１００　ａｍの
マスクを用いて露光（１５００ｍＪ／　ｃｄ）　　シた
。２．５％炭酸ナトリウム溶液で現像して、良く水洗し
た。基板に顔料が付着しているので柔らかいスポンジで
、手こすりして顔料を除去した。さらに、水洗して、ス
ピン乾燥後２３０℃で１時間パークしてパターンを定着
させた。緑、赤色についても各組成物を用いて同様に行
い、各色を定着させカラーフィルターを完成した。この
カラーフィルターの上に５％メラミン・エポキシ樹脂（
東洋インキ■製）をコートして、２３０℃、１２０分べ
一りしてオーバーコートとした。

〈発明の効果〉 従来、アクリル系樹脂と顔料とでは、分散性が良く透明
度高い組成物を得ることは、できなかった、しかしなが
ら顔料の誘導体を分散剤として用いることにより、透明
度が良い組成物を得ることができた９本発明によれば、
顔料とアクリル樹脂を用いることにより、耐熱性、耐光
性に優れた高精細なカラーフィルターを作成することが
できる。

このカラーフィルターを液晶表示装置に用いることによ
り、明るく優れた色特性する。また液晶表示装置の作成
工程中に必要な熱処理にも十分耐えるなど、本発明は実
用上極めて優れている。

さらに言えば、本発明に用いる着色組成物は、光硬化性
であるので、部分露光に続く現像プロセスにより、未硬
化部を除去することで、容易にパターン化した着色層を
造ることができる。

また、本発明のカラーフィルターの上にオーバーコート
層を設ければ、フィルター表面を平坦化でき、科学的耐
久性も付与できるので、カラーフィルターの上に液晶駆
動用の透明電極や配向膜を上乗せすることが、容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、−船釣な液晶表示装置の一例を示す断面図、
第２図は、実施例で作成した本発明のカラーフィルター
の分光透過率を示すグラフ図であり、第３図（Ａ）〜（
Ｃ）　　は、本発明のカラーフィルターの製造方法の一
実施例を示す説明図であり、第４図は、第３図のカラー
フィルターにパターン状の遮光膜を設けたカラーフィル
ターの例を示す説明図である。 】、・・・光源　　　　２．．１２．・・・偏光板１．
１１．・・・透明基板　　４．・・・画素電極５１、＆
・・・配向膜　　　６．・・・液晶７、・・・封止材　
　　　　９．・・・透明電極１０、・・・カラーフィル
ター 特　　許　　出　　願　　人 凸版印刷株式会社 代表者　鈴木和夫 （％）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、スチレン系樹脂、有機色素、分散剤お
   よび溶剤を主成分とする光硬化性の着色組成物をコーテ
   ィングして、任意の色数で所望のパターン形状に各色別
   に設けることを特徴とするカラーフィルター。
2. （２）スチレン系樹脂のモノマー成分が、 ｛スチレン……………（ａ） 無水マレイン酸……（ｂ）｝ であり、その組成比が（ａ）２０〜８０重量部、（ｂ）
   ８０〜２０重量部からなるスチレン系樹脂を用いること
   を特徴とする請求項（１）記載のカラーフィルター。
3. （３）分散剤が有機色素の誘導体である請求項（１）記
   載のカラーフィルター。
4. （４）カラーフィルターにオーバーコート層をもうけた
   ことを特徴とする請求項（１）記載のカラーフィルター
   。
5. （５）基板上に、スチレン樹脂、有機色素、分散剤およ
   び溶剤を主成分とする光硬化性の着色組成物を各色別に
   、コーティングし、部分露光・現像プロセスにより所望
   のパターン状に各色毎に繰り返し施し、加熱焼成して着
   色層としてなることを特徴とするカラーフィルターの製
   造方法。
6. （６）分散剤が有機色素誘導体であることを特徴とする
   請求項（５）記載のカラーフィルターの製造方法。