JPH0338601A - 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、カラーフィルターに関する。更に詳しくは、
液晶表示デバイス、色分解デバイス、及びセンサー等に
用いられる光学特性のすぐれたカラーフィルターに関す
る。

従来の技術 染色法によるカラーフィルターの製法は、基体となるガ
ラスやシリコンウェハなどの表面にストライプ状あるい
はモザイク状等（パターンという）の薄膜状の透明なカ
チオン性基を有する合成樹脂の皮膜またはゼラチン、カ
ゼイン、グルー等の蛋白質系天然高分子物質の皮膜を設
けて被着色皮膜とし、これを染料を用いて染色（着色）
することを基本原理としている。カラーフィルターの具
体的な製造プロセスとしては次の３つの方式が知られて
いる。

（１）着色すべき皮膜を基体表面に設けた後、マスフを
介して露光、現像して得られるパターンを染色して着色
層を形成する。次いで非着色性の保護コート皮膜を全面
に設け、この上に上記同様な操作により第２の着色すべ
き皮膜を設ける。以下必要によって着色層を逐次積層形
成させる。

（２）着色すべき皮膜を基体表面に設けた後、マスクを
介して露光、現像して得られるパターンを染色して着色
層を形成した後、タンニン酸などで染料の固着兼防染処
理を施こす。同様な操作により第２の着色すべき皮膜を
設ける。以下必要によって着色層を同一基体表面上に形
成させる。

（３）着色すべき皮膜（被着色皮膜）を基体表面に設け
る。その上にポジレジストの層を設けた後に、マスクを
介して露光、現像してパターン状に露出した被着色皮膜
を染色し、次いでポジレジスト層を剥離して着色部を形
成する。ポジレジスト層を設ける以降の操作を繰返し、
同一被着色皮膜を複数の色に所望のパターン状に染め分
ける。

上記のようなプロセスで製造されるカラーフィルターは
、特殊なものを除き通常原色系３原色であるＲ（赤）、
Ｇ（緑）、Ｂ（青）または補色系３原色であるＹ（黄）
、〜１（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、（Ｍは省略される
こともある）に着色された着色層を有している。カラー
フィルターに要求される最も重要な特性は光学特性であ
り、各着色層の分光特性が最終製品の価値を大きく支配
することになる。

また、カラーフィルターを装着した液晶表示装置を製造
する工程で遭遇する熱処理例えば、透明電極層を設ける
ためのスパンタリング工程に対して、また最終製品とし
て使用時に加えられる光に対して高度の耐性を有し、所
定の光学特性が損われることがあってはならない。また
当然のことながら適用される染料は水に対して良好な溶
解性と溶解度を有し酸性の染色浴中で長期間安定でなく
てはならない。更に、固着処理を必要とする工程を伴う
場合には固着処理効果の優れることが要求されるところ
で、ゼラチン、カゼイン、グルー等の蛋白質系天然高分
子物質はカチオン性基を有しているので、水溶性のアニ
オン性の染料によって染色（着色）される。またこれら
に代えて光硬化型の合成樹脂基材を用いる場合には、樹
脂成分中にカチオン性基を保持せしめることにより、蛋
白質系天然高分子物質と同様に水溶性のアニオン性染料
で染色されるようになる。

発明が解決しようとする課題 所望される色特性（光学特性）と耐光性、耐熱性、固着
性を備えた染料を得るために多くの水溶性のアニオン染
料が検討されてきた。しかしながら、上記の緒特性をす
べて満たす赤色染料は見出されていない。

所望される赤色染料に求められる色特性は、５００　ｎ
ｍ付近での透過光が１０％以下になるように染色した着
色皮膜の５０％透過率を与える波長（λＴ＝５０）が５
９０〜６００ｎｍにあるということである。

課題を解決するための手段 式（１）で表される　２：ｌクロム錯塩染料又はこれら
０混合物　と染色性高分子材料を含有する赤色染色層を
構成することにより前記したような課題が解決されるこ
とを見出した。また式（１）で表される化合物に含金イ
エロー染料又は、非含金イエロー染料を配合しても分光
特性のよい赤色着色層を得ることができた。

（式（１）において、Ｒ１はＮＯ２又はＨを、Ｒ２はＣ
）Ｌ。

又はｓ　０２　Ｎ　ＩＩ　Ｃ２）Ｉｓを、Ｒ３はＳ　０
２　Ｎ　Ｉ−ｈ又はＩ−１をそれぞれ表し、ＸはＩＩ、
　Ｎａ、　Ｌｉ、　Ｋ、　ＮＩ−Ｌ、　モノエタノール
アンモニウム、ジェタノールアンモニウム又はトリエタ
ノールアンモニウムを意味する。）本発明において固着
性が良いということは固着処理中の固着液への染料の溶
出、次色を着色すべき皮膜を形成する際の溶剤への染料
の溶出現像する際の現作液への染料の溶出、次の着色層
を設ける際に染料による汚染がみられないことを意味す
る。

本発明のカラーフィルターを詳細に説明する。

本発明のカラーフィルターで使用される式（１）で示さ
れる合金染料は一般的には次の方法によって製造される
。

まず式（ＩＡ） ｎ。

（式（ＩＡ）においてＲ１＋　Ｒ２は前記と同じ意味を
表す）で示されるアミン類をジアゾ化し次いで式（ＩＢ
） （式（ＩＢ）においてｌ１３は前記と同じ意味を表す）
で示されるピラゾロン類にカップリングして式（ＩＣ）
で示されるモノアゾ染料を得る次いで式（ＩＣ）で示さ
れるモノアゾ染料とクロム化剤（酢酸クロム、クロムサ
リチル酸他）から常法により式（ＩＤ）で示されるクロ
ム錯塩なえ、必要により酸性化処理、イオン交換処理を
施して金属を除いたあと カセイアルカリ、カセイリチウム、カセイカリ、アンモ
ニア、モノエタノールアミン、ジェタノールアミン又は
トリエタノールアミンで処理することによって式（１）
の２：１クロム錯塩染料がえられる。又非対称型の２＝
１クロム錯塩染料は式（ＩＣ）のモノアゾ染料とクロム
化剤により１：１クロム錯塩をえ次いで別種の式（ＩＣ
）のモノアゾ染料を反応せしめることによって得られる
。

本発明のカラーフィルターの一例について図を用Ｌ・て
説明する。第１図（ａ）〜（ｈ）はガラス板（基体）上
に異なる色の着色層を積層させた積層方式によるカラー
フィルターの製法を示す図である。第１図において１は
ガラス板、２はスピンコードして設けた光硬化性樹脂等
の薄膜、２′は２をマスクを介して光硬化させた着色す
べき皮膜、２′は着色層、３は不染性保護膜、４はフォ
トマスク、５は第２の着色層、６は不染性保護膜をそれ
ぞれ示す。

ガラス板１上にセラチン、カゼイン、グルー等の蛋白質
系天然高分子物質と重クロム酸アンモニウム等の重クロ
ム酸塩との混合物またはカチオン性基を有する光硬化性
合成樹脂組成物をスピンコーティング、ローラーコーテ
ィング等の方法によって塗布して、厚さ０．２〜２μの
光硬化性薄膜２を設ける（第１図（ｂ））。

次に該薄膜上に所定のパターンを有するフォトマスク４
を介して紫外光を照射し、露光部を硬化させる。（第１
図（Ｃ）） 次に水等で現像し未露光部を除去し所定のパターンの被
着色層２′を形成しく第１図（ｄ））、第１の色を得る
ための所定の光学特性を有する染料を用いて染色して第
１の着色層２″を形成する（第１図（ｅ））。

次に不染性の保護膜３を全所に設ける（第１図（ｆ））
。

次に保護膜３の上に前述と同様にして着色すべき層を得
るための光硬化性の塗布層を設け、マスクを介して露光
、現像して所定のパターンの着色すべき層を形成させ、
第２の色を得るため所定の光学特性を有する染料を用い
て染色して第２の着色層５を形成する（第１図（ｇｌ）
。

次に不染性の保護膜６を全面に設ける（第１図（ｈ））
。この操作を繰返し、第３の色の着色層、更には第４の
色の着色層を形成することもできる。

固体撮像素子用あるいはカラーセンサー用の直載型色分
解カラーフィルターにおいては、基体となる光検知部等
が設けられているシリコンウェハ上に平坦化層を設け、
その上に前述と同じ操作で着色層を形成することができ
、平坦化層には不染性保護膜と同じものを用いることが
出来る。

本発明においては、原色系のＲ（赤）の着色層を得るた
めの染料として、前記式（１）で示される含金染料又は
それらの混合物を使用することを必須とするものであり
、赤色の着色層の色特性が浸れ、カラーフィルターを組
込んだデバイスの製造工程で印加される熱に対する耐性
及び最終製品に要求される光耐性が良好なため、表示用
カラーフィルターとして色バランスのとれたカラー画像
を得ることができ、また色分解用カラーフィルターとし
て忠実な色再現性を得ることができる。

本発明における着色すべき皮膜としてのゼラチン、カゼ
イン、グルー等の蛋白質系天然高分子物質について説明
する。ゼラチンはコラーゲンを水と煮沸して非可逆的に
水溶性に変えた動物性蛋白質で、動物の骨、皮膚、鍵等
を原料とし、水と煮沸して抽出される。またカゼインは
乳汁の主成分をなす燐蛋白である。これらの天然蛋白質
の水溶液に重クロム酸アンモニウム等の重クロム酸塩を
添加し、スピンコーティング、ロー２−コーティング法
等でガラス等の基材上に均一に塗布した後紫外線を照射
すると塗布層が硬化し、水不溶性の皮膜が形成される。

また、本発明に用いられる被着色材料としてのカチオン
性基を有する合成樹脂の例としては側鎖に光反応可能な
不飽和基と第４級アンモニウム塩基とを有するポリマー
と光重合開始剤及び溶剤より成る樹脂組成物、あるいは
カルコン、ケイ皮酸、アジド、スチルバゾール基、エホ
キシ基等の光架橋基を予めポリマー中に導入したカチオ
ン性基含有ポリマーを水または有機溶媒に溶解させた樹
脂組成物、あるいは含窒素モノマーを必須構成成分の一
つとして重合して得たポリマーに光架橋剤、例えばジア
ゾ化合物、アジドあるいはジアジド化合物を添加し、有
機溶媒で稀釈した樹脂組成物等が挙げられる。

このような光反応性樹脂組成物を基材表面に塗布し紫外
線等の活性光線の照射によって硬化し皮膜を得る。

式（１）で示される合金染料を用いて前記の皮膜を染色
（着色）するには例えば浸漬法又は印捺法が用いられ、
殊に水溶液を用いた浸漬染色法が好都合である。この場
合は通常０．１〜３０ｇより好ましくは１〜１０ｇの式
（１）の合金染料を水１１に溶解した１０〜ｌ　００　
’Ｃの染浴中に前記の皮膜を設けた基材を通常１０秒以
上６０分程度浸漬した後取出し、水洗して乾燥する。こ
うして得られた赤色に着色された皮膜は、カラーフィル
ターとして好ましい光学特性を示す。

不染性保護膜を設ける方法としてはネ〃型のフォトレジ
スト例えばアクリル系あるいはポリビニルアルコール系
ポリマーにジアゾ化合物等の光架橋剤を添加してえた樹
脂組成物あるいはカルコン、ケイ皮酸等の光架橋基を予
めアクリル系又はポリビニルアルコール系ポリマー１ｃ
導入した樹脂組成物等を水または有機溶媒に溶解し、ス
ピンコーティング法によって塗布し紫外線を照射して硬
化される方法などが採用される。

本発明において染色すべき皮膜を設ける基体としてはガ
ラス、プラスチックスシートの化シリコンウェハ等が必
要に応じてシランカノブリング剤等により前処理するか
又は平坦化層を設けた士で使用に供される。

実施例 実施例によって本発明を更に詳細に説明する。

実施例１゜ 光学ガラス上に約０６μｍの厚さになるようにゼラチン
膜を形成する。

つづいてパターンの形成された基板を後記の式（２）の
化合物の１．０％水溶液中に７０℃×１０分間浸漬して
染色し、赤色着色層を設けた。

赤色着色部の分光透過率曲線を測定したところ４５０〜
５５　Ｑ　ｎｍの領域における透過率は２％以下で透過
率５０％を示す波長λＴ５０は、５９０ｎｍであった。

ＵＶ　ｃｕｔ　７４　／Ｌ／ター（ＨＯＹＡ■製１−４
０）を介してスガ試験機製カーボンアークフェードメー
ターに１００時間露光した後の最大吸収波長５　Ｑ　Ｑ
　ｎｍにおける低下率は１％以下で、優れた耐光性を示
した。また２００℃のオーフン中で１時間加熱した後の
最大吸収波長における低下率は１％以下で、優れた耐熱
性を示した。固着性について、各工程における染料の溶
出は見られなかった。λｍａｘは水中での値である。（
以下同様） 式（２）の染料は、４−（Ｎ−エチルスルファモイル）
−２−アミノフェノールをジアゾ化し、１−フェニル−
３−メチル−５−ピラゾロンとカップリングして得られ
るモノアゾ染料を通常の方法でクロム錯塩化し、反応物
を塩析してえられる。

実施例２゜ 光学ガラス上に約０．６μｍの厚さになるようにゼラチ
ン膜を形成する。

つづいてパターンの形成された基板を後記の式（３）の
化合物の１．０％水溶液中に７０℃×１０分間浸漬して
染色し赤色着色層を設けた。

赤色着色部の分光透過率曲線を測定したところ４５０〜
５５０　ｆｌｌ’１１の領域における透過率は２％以下
で透過率５０％を示す波長、２丁−５０は、６００　ｎ
ｍであった。

カーボンアークフェードメータで１００時間の耐光試験
、２００℃で１時間の耐熱試験、固着性も実施例１と同
様良好であった。

式（３）の非対称型の２：１クロム錯塩染料は、４−（
Ｎ−エチルスルファモイル）−２−−ｙ□ノフェノール
なジアゾ化し、１−フェニル−３−メチル−５−ピラゾ
ロンとカップリングして得られるモノアゾ染料と６−二
）ｏ−４−メチル−２−アミノフェノールをジアゾ化し
、１−（３−スルファモイルフェニル）−３−’ｆル５
−ピ２ゾロンとカップリングして得られるモノアゾ染料
を通常の方法でクロム錯塩化し、得られるクロム１：１
型錯塩染料とを通常の方法で反応し反応物を塩析し式（
３）のクロム錯塩染料のナトリウム塩を得る。

実施例３゜ 光学ガラス上にアクリル系アニオン染料可染性　感光性
樹脂（日本化薬製、ＣＦＲ−６３３Ｌ）をスビンコート
シ、膜厚が０．６μｍになるように皮膜を形成する。

つづいてパターンの形成された基板を前記式（２）と式
（３）の化合物の１：１混合物の１．０％水溶液中ＩＣ
７０℃×１０分間浸漬して染色し、赤色着色層な設けた
。

赤色着色層の分光透過率曲線を測定したところ４５０〜
５５　Ｑ　ｎｍの領域における透過率は、２％以下で透
過率５０％を示す波長２丁−５０は、５９　Ｑ　ｎｍで
あった。また耐光性、耐熱性、固着性は前記の実施例１
と同様良好であった。

実施例４゜ 実施例２と同様にゼラチンの皮膜を形成した。

次に、実施例３の混合物にさらに下記式（４）の錯塩染
料を９：ｌの割合で混合し、その１．０％水溶液中に、
７０℃×１０分間浸漬して染色し赤色着色層を設けた。

赤色着色層の分光透過率曲線を測定したところ４４０〜
５５　Ｑ　ｎｍの領域にｉ６ける透過率は２％以下で１
丁−５０は５９５　ｎｍ　　であった。耐光性、耐熱性
、固着性は前記の実施例１同様良好であった。

の非対称型２：１クロム錯塩染料（４）実施例５゜ 実施例３と同様にゼラチンの皮膜を形成した。

次に、式（５）で表される化合物の１．０％水溶液中に
７０℃で１０分間浸漬し、染色して赤色着色４５０〜５
５０　ｎｍの領域における透過率は２％以下で、１丁−
５０は６０ｏｎｍであった。

耐光性、耐熱性、固着性が良好であった。

実施例６ 光学ガラス上にアクリル系感光性樹脂（日本化薬製、Ｃ
Ｉ”Ｒ−６３３）の皮膜を形成する。

つづいてパターンの形成された基板を、実施例４の混合
物に、さらに式（６）で表される化合物を５＝１の割合
で混合した、その１．０％水溶液中に７０℃で１０分間
浸漬して染色し、赤色着色層を設けた。

赤色着色層の分光透過率曲線をｌ１１１１定したところ
４００〜５５０　ｎｍの領域における透過率は、１％以
下でλ丁＝５０は５９５　ｎｍであった。耐光性、耐熱
性、固着性が良好であった。

発明の効果 表示用カラーフィルターとして赤色領域において再現性
が良好で、優れた光学特性と耐久性を示すカラーフィル
ターが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図において（ａ）は基体（ガラス板）を、（ｂ）は
光硬化性薄膜の設けられたガラス板を、（Ｃ）は光硬化
性薄膜にフォトマスクを介して紫外光を照射する工程を
、（ｄ）は被着色層の設けられたガラス板を、（ｅ）は
被着色層を染色、する工程を、（ｆ）は着色層に不染性
の保護膜を設ける工程を、（ｇ）は第２の着色層を設け
る工程を、（ｈ）は第２の不染性の保護膜を設ける工程
をそれぞれ表す。又第１図（ａ）〜（ｈ）において １　ガラス板 ２　光硬化性薄膜 ２　被着色皮膜 ２　第１着色層 ３　不染性保護膜 ４　フォトマスク ５　第２着色層 ６　不染性保護膜 ７　現像タンク ８　　染　　色　　槽 ９　照射ランプ をそれぞれ表す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パターン状に着色された皮膜を基材上に載置したカ
   ラーフィルターにおいて少くとも１つのパターンが下記
   式（１）で示される２：１クロム錯塩染料又は、これら
   の混合物で着色されていることを特徴とするカラーフィ
   ルター▲数式、化学式、表等があります▼（１） （式（１）においてＲ＿１はＮＯ＿２又はＨを、Ｒ＿２
   はＣＨ＿３又はＳＯ＿２ＮＨＣ＿２Ｈ＿５を、Ｒ＿３は
   ＳＯ＿２ＮＨ＿２又はＨをそれぞれ表し、ＸはＨ、Ｎａ
   、Ｌｉ、Ｋ、ＮＨ＿４、モノエタノールアンモニウム、
   ジエタノールアンモニウム又はトリエタノールアンモニ
   ウムを意味する。）