JPH0380204A - カラーフィルターの製造方法 - 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〕 本発明は液晶表示装置等受光型表示装置に必要なカラー
フィルターに関し、更に詳しくは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）の着色層が有機着色剤を含有する二酸化ケイ素
被膜から成る化学的・機械的耐久性にすぐれたカラーフ
ィルターの提供に関する。

〔従来の技術〕

情報・通信分野の目ざましい発展に伴い、表示装置の果
たす役割はますます重要なものとなって来た。これに伴
い、表示装置の軽量・薄型化・大面積化・カラー化・高
精細化など表示技術に対する要望も高度化しつつある。

中でも、近年目ざましい技術的進展が見られる液晶表示
装置に対する期待はますます大きくなりつつある。とり
わけ、液晶を用いたカラー表示、例えばカラーテレビの
実現への期待は高く、このため様々なカラー化技術が提
案されて来た。

今日、液晶装置におけるカラー表示は赤（Ｒ）、緑（Ｇ
）、青（Ｂ）の色をもった微細な着色層をＲＧＢＲＧＢ
　・・・・・・と交互に並べた、いわゆるカラーフィル
ターを用いたものが殆どである。この場合、ある表示点
でＲ，Ｇ、Ｂのどの色を選択するかはＲ，Ｇ、Ｂの微小
面積に対応して動作する液晶のシャッター機能を利用し
行う。

ところで、このようなカラーフィルターの作製方法とし
ては現在のところ、幾つかの方法が試みられている。

一つはＲ，Ｇ、Ｂの色を有するインキをオフセット印刷
法あるいはスクリーン印刷法により直接ガラス表面に色
別に、すなわち３回に分けて塗布する方法である。　こ
の方法は工程が簡単との特徴はあるものの、パターン精
度の点で問題が少ない、更には、Ｒ，Ｇ、Ｂのインクが
重なった部分はインク厚味が厚くなり、インキ表面に大
きな凹凸が出来やすい、このため、凹凸をならすための
レベリング操作を必要とし、通常、Ｒ，Ｇ、Ｂ塗布後の
表面に例えばポリイシド樹脂などを塗布し表面を平滑化
する必要がある。更に印刷インキが、通常セルソルブな
どの有機溶剤に有機色素・顔料等の着色剤を混入させた
ものから戒っているほか、レベリング剤も有機材料から
戒っているため、その後、真空下でその表面に透明電極
、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）膜を形
成する時、有機材料からガスが放出され減圧に手間取る
ほか、良質のＩＴＯ膜が得られにくいとの問題がある。

このため、レベリング剤表面にスパッタリング法などに
より薄い二酸化ケイ素膜を形威した後ＩＴＯ膜形成に移
るという方法がとられる。

二つ目の方法はフォトポリマーを利用する方法で、有機
着色剤を含有するフォトポリマーをフォトレジスト法を
用い塗布する０例えば、フォトレジスト法によりＲ部以
外をマスキングし、Ｒ部のみに赤色着色剤を含むフォト
ポリマーを塗布し、しかる後に光硬化させ赤色フィルタ
ーを形成する。

その後、マスキング剤を除去し、次いでＲと同様な操作
をＧ、Ｂについて繰返すことでカラーフィルターを作製
する。

この方法はフォトレジスト法といった細かい操作を繰返
すため工程数も多く面倒な問題があるが高精度のパター
ンが得られるとの特徴がある。

このフォトレジストを用いる方法においてもＲ２Ｏ，Ｂ
の着色剤の表面が幾分凹凸となり、その後にレベリング
工程を必要とする。更には、フォトポリマー、レベリン
グ剤が共に有機材料であることから、先の印刷法と同様
にレベリング後、二酸化ケイ素膜の形成が必要である。

三つ目の方法は、透明基板上に予めＲ，Ｇ、Ｂに対応す
るようにバターニングされたＩＴＯＭを形威し、その基
板を有機顔料を１分散させた水溶液中に浸漬し、該溶液
中で対抗電極例えばグラファイト電極と基板表面のＲ部
の間に直流電圧を印加することで、溶液中でコロイド電
荷を有していた赤色有機顔料をＲ部表面にのみに積層さ
せる。

次いで緑色顔料を分散させた水溶液中で、対抗電極とＧ
部ＩＴＯ膜の間に直流電圧を印加することで、Ｇ部ＩＴ
Ｏ膜表面に緑色顔料を積層させる。

Ｂ部も同様の操作を繰返す、この方法においてもレベリ
ング・二酸化ケイ素膜形成といった後工程を必要とする
。

このように、現在試みられている方法は、Ｒ２Ｏ，Ｂ毎
に塗布工程を必要とするほか、塗布後の膜厚ムラ修正の
ためのレベリング工程、有機着色剤・レベリング剤など
有機材料を主体とするため真空下でのガス放出抑制のた
めの二酸化ケイ素膜形成工程等を必要とし、このような
工程数の多さ・複雑さはコスト面で極めて大きな問題と
なっており、−刻も早い改善が望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、かかるカラーフィルターの問題点に鑑み
、鋭意研究の結果、Ｒ，Ｇ、Ｂフィルター部に有機着色
剤を含有する二酸化ケイ素被膜を用いることにより、従
来必要とされていた真空下でのガス放出抑制のための二
酸化ケイ素膜形成工程を削除できることを見出した。更
に、有機着色剤を含有する二酸化ケイ素膜の形成手段を
選べば、レベリング工程をも削除できることも見出した
。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、有機染料・顔料などの有機着色剤を含む二酸
化ケイ素被膜で透明基板表面を被覆することで実現され
る。このような方法としては、金属アルコキシドの加水
分解溶液中に有機着色剤を添加した溶液と基板を接触さ
せる、いわゆるゾル・ゲル法があげられる。

例えば、この製造方法に関する文献としては「Ｊ、Ｎｏ
ｎ−Ｃｒｙｓｔ、　５ｏｌｉｄｓ、　７４（１９８５）
　３９５Ｊ　　があり、二酸化ケイ素薄膜中に有機蛍光
色素を導入している。また、「セラミックス、２１．　
Ｎｏ、２（１９８６）　１１１」では、ゾル・ゲル法に
よって有機分子を非晶質石英にドープしている。

しかしながら、ゾル・ゲル法では、被膜を基材に固着さ
せるために最終工程で加熱する必要があり、有機物が分
解するような高い温度で加熱処理することはできないの
で、生成した膜はどうしても多孔質となる問題があった
。また、低い温度での加熱によっても分解してしまうよ
うな有機物は膜中に導入することができなかった。さら
に、低い温度でしか加熱できないことは、ゾル・ゲル法
固有の問題をいっそう大きなものにし、膜中には未分解
の原料や溶媒等の不純物が残存していた。

その他の問題としては、出発原料として高価な金属アル
コキシドを用いるため、膜の製造コストが高くなること
である。また、コーティング方法としてはデイツプコー
ト等が用いられ、この方法では、複雑な形状を持った基
材には適用できなかった。

本願発明の方法では、二酸化ケイ素を過飽和に含む珪弗
化水素酸の水溶液に染料・顔料などの有機着色剤を添加
して成る処理液と透明基板を接触させることで、該基板
表面に有機着色剤を含有する二酸化ケイ素被膜を形成さ
せることを利用するものである。この場合、二酸化ケイ
素を過飽和に含む珪弗化水素酸の水溶液は、珪弗化水素
酸の水溶液に二酸化ケイ素を飽和した溶液にホウ酸・ア
ンモニア水・金属ハライドあるいは水素よりもイオン化
傾向の大きい金属を添加することによって得られる。あ
るいは低温の珪弗化水素酸の水溶液に二酸化ケイ素を添
加した後、該溶液の温度を上昇させること（温度差法）
によっても得られる。

有機着色剤の添加は、水溶性のものであれば、直接処理
液に添加することができ、水に不溶のものであってもア
ルコールなど水溶性有機溶媒中に溶解させた後、処理液
に添加することもできる。

また、添加の仕方は、珪弗化水素酸の二酸化ケイ素飽和
溶液に有機着色剤を加えてもよく、二酸化ケイ素を過飽
和に含む状態とした後の溶液に添加してもよい、　条件
的には珪弗化水素酸の濃度は１．０モル／旦以上、望ま
しくは１．５〜３．０モル／ｌ　　が使われる。また、
透明基板を接触させる時の処理液の温度は１５〜６０℃
、望ましくは２５〜４０℃であり、温度差法では通常１
０℃以下の温度で二酸化ケイ素を飽和させ、２０℃以上
好ましくは４０〜６０℃の温度で処理液と透明基板を接
触させる。接触の方法は、一般的には処理液の中に透明
基板を浸漬する方法がとられる。

有機着色剤としては、染料・顔料などがあげられ、例え
ば、ダイアセリトンファスト　レッドＲ［ＤＩＡＣＥＬ
ＬＩＴＯＮ　ＦＡＳＴ　ＲＥＤ　Ｒ］（三菱化成）、ブ
ルー５Ｐ　　Ｒ−００６［ＢＬＵＥ　５ＰＲ−００６１
（東京化成）、ロー４　ミ′／６Ｇ　ｒＲＨＯＤＡＭＩ
ＮＥ　６Ｇ］、フルオレセイン［ＦＬＵＯＲＥＳＣＥＩ
Ｎ］、マラカイトグリーン［ＭＡＬＡＣ）ＩＩＴＥＧＲ
ＥＥＮコ（保土谷化学）、クマリン６［ＣＯυＭＡＲＩ
Ｎ　Ｓ］。

スルホローダジンＢ　［ＳＵＬＦＯ−ＲＨＯＤＡＭＩＮ
Ｅ　Ｂ］、ローダミン　１２３、ローダくン１１０１０
−ダミン１１６、ローダミン　１９、カヤシルイエロー
ＧＧ　［ＫＡＹＡＣＹＬ　ＹＥＬＬＯＷ　ＧＧコ（日本
化薬）、Ｌ／’／ド２１　Ｐ　　Ｓ　−０１１［ＲＥＤ
　２１Ｐ　Ｓ−０１１］（東京化成）、アクリジン　レ
ッド［ＡＣＲＤＩＮ　ＲＥＤ］、カヤシルローダジンＦ
　Ｂ　［ＫＡＹＡＣＹＬ　ＲＨＯＤＡＭＩＮＥ　ＦＢ］
　（日本化薬）、レッド３　Ｐ　　Ｔ−０１６［ＲＥＤ
　　３Ｐ　Ｔ−０１６］（東京化成）、ヒクトリアブル
−ＢＨ［ＶＩＣＴＯＲＩＡＢＬＵＥ　Ｂ［（］　（保土
谷化学）、アリザリンアストール［ＡＬＩＺＡＲＩＮＥ
　ＡＳＴＯＬ］　（東京化成）、メチルバイオＬｉ　ッ
トヒ：ｙ−７−Ｓ　Ｐ　［ＭＥＴＨＹＬ　ＶＩＯＬＥＴ
　ＰＵＲＥ　ＳＰ］（保土谷化学）、グリーン　ＩＯＰ
　　Ｐ−００５［ＧＲＥＥＮ　ＩＯＰ　Ｐ−００５］　
（東京化成）、などがあげられる。

一方、透明基板としては、ガラスの他透明な無機結晶性
基板でもよく、プラスチックなどの有機素材でもよい、
また、本発明の方法では二酸化ケイ素膜が積層過程を経
て形成されるため、基板の面形状に関係なく均一な厚味
の層が得られるとの特徴から、透明基板は平板状に限ら
ず凹面・凸面のものでもよい。更には、ポリカーボネー
ト樹脂・アクリル樹脂など、有機材料から戒る基板でも
よい、この場合、密着力のよい着色層を形成するために
は、有機透明基板の表面をシランカップリング剤から成
る有機ケイ素化合物、それらの加水分解物およびコロイ
ダルシリカ等から成る群より選ばれた少なくとも１種の
ケイ素化合物で被覆した後、処理液中に浸漬・分散させ
有機着色剤含有二酸化ケイ素被膜を形成することが望ま
しい。

〔実施例、１〕 厚味１．１ｍｍＸ巾２５ｍｍＸ長さ５０ｍｍのガラスを
超音波洗滌機にて洗滌後、乾燥し、その表面にフォトレ
ジスト法で１００ミクロン間隔（マスクなし部）で２０
０ｆｉクロン巾のストライブ状のマスキングを施し、同
種のマスキングのないガラスとともに二酸化ケイ素を飽
和に含む珪弗化水素酸水溶液に有機色素ダイアセリトン
ファストレッドＲを混入して戒る処理液中に浸漬し、赤
色の着色層を形成した。この場合、着色操作は第１図の
装置を用い行なった。

この場合、２ｇ、の外槽■に満たしである水■はヒータ
ー■により３５℃に維持した。

この外槽中に５００ｃｃの内槽■を設け、この中にシリ
カゲルを飽和に含む２．５モル／Ｑ　　の珪弗化水素酸
の水溶液２５０ｃｃに０．５モル／２のホウ酸水溶液１
５ｃｃを添加した処理液■を入れ、３４℃に維持してい
る。更に、処理液に着色剤を添加するため、ダイアセリ
トンファスト　レッドＲを水に室温にて分散させ５重量
％の添加液とし、珪弗化水素酸水溶液１００ｃｃ当りｌ
ｃｃを添加し、着色操作を行なった。

得られた着色ガラスのうち、マスキングのないガラスに
ついて膜厚・膜中色素分布、耐溶剤性及び光学スペクト
ルの評価を行なった。その結果、接触針式膜厚測定機に
よる膜厚は２．５　ミクロン（両面で）であり、Ｘ線光
電子分光法（ＥＳＣＡ）、二次イオン質量分析法（ＳＩ
ＭＳ）、赤外線分光法（Ｉ　Ｒ）などによる分析では色
素は膜中に均一に取込まれていることが確認された。

更に、二酸化ケイ素戒膜後の着色ガラスを９９．５％ア
ルコール溶液の中に２４時間浸漬したが、色素の溶出は
みられなかった。尚、得られたマスキングなしガラスの
光学スペクトルを第２図に示す。

一方、２００ジクロン巾でストライブ状にマスキングし
たガラスサンプルは、着色操作の後、有機溶剤によりマ
スキング剤を溶解除去した。

次いで洗滌・乾燥後、緑色の着色操作に入った。

この場合、ガラス表面に形成されている１００：Ｓクロ
ン巾の赤色ストライブに相隣るように１００ミクロン巾
の非マスキング部ストライブができるよう、２００ｆｉ
クロン巾のマスキングストライブを形成した。方法はフ
ォトレジスト法によった。

その後、マスキングなしのガラスとともに、有機染料マ
ラカイト　グリーンを含む処理液中に浸漬し、赤色着色
と同様に緑色の着色操作を行なつき一渇られさ碧負五ラ
スは無色着色時ン闇旙の評価を行ない、膜厚３．４　ミ
クロン（両面で）、膜中での色素分布・耐アルコール性
については赤色着色層と同様、全く問題はなかった。尚
、得られたスペクトルを第３図に示す。

更に、マスキングありのガラスはマスキング剤を除去後
、残る１００ジクロン巾の着色層末形成の部分（ストラ
イブ状）に青色着色になるようマスキング・着色操作を
行なった。この場合、着色剤としてはブルー５Ｐ　Ｒ−
００６を用いた。

また、各種評価のためのマスキングなしのガラスについ
ての操作も赤色・緑色着色時と同様に行なった。

得られた青色着色ガラスの光学スペクトルを第４図に示
す、また、この時の膜厚は両面で３．０ミクロンであり
、その低膜中での色素分布・耐アルコール性は赤色・緑
色着色層と同様、全く問題なかった。

このようにして得られた赤・緑・青の１００くクロン巾
のストライブが形成されているガラスは盪缶、謁ａＩ善
苗煎の←ｒ椛慮六カ、τいスママ占１ノグ剤を除去後、
洗浄・乾燥し、光学顕＠鏡にて蜆察した処、１００ミク
ロン巾でＲ−Ｇ−Ｂの着色層がストライブ状に形成され
ていることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例において使用した二酸化ケイ素被膜製
造装置である。 第２図〜第４図は、赤色ガラス、緑色ガラス、青色ガラ
スの透過スペクトルである。 １−−−−−・外槽、　　　　　　２・・・・・・水、
３・・・・・・電熱ヒーター　　　４　−＝・内槽、５
・−処理液、　　　　　８　・・・・・透明基板、７−
−・−・攪拌器 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板の表面に、有機着色剤を含有する二酸化
   ケイ素被膜から成る赤、緑、青の着色層が交互に設けら
   れていることを特徴とするカラーフィルター。
2. （２）有機着色剤が染料・顔料であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のカラーフィルター。
3. （３）有機着色剤を含有する二酸化ケイ素被膜が二酸化
   ケイ素の過飽和状態となつた珪弗化水素酸水溶液に染料
   ・顔料など有機着色剤を添加して成る処理液と、透明基
   板を接触させることで該基板表面に形成されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項、第２項に記載のカラー
   フィルター。