JPH04143727A - 導電性カラーフィルターの形成方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はカラーフィルターを用いたカラー液晶表示装置
に係り、特に電着法による導電性カラフィルタ−の形成
方法に関する。

（従来の技術） 液晶表示装置において、表示される画像のカラー化に対
する要求が強まっている。このカラー液晶表示装置に用
いられるカラーフィルターには、色相の異なる３種の色
に着色された極めて微細な領域（画素）を透明基板上に
設けることが要求される。この微細領域に３色のカラー
フィルターを形成する具体的手段として、印刷法、染色
法、電着法などが知られている。

印刷法では微細なパターンに対応が困難であるばかりで
なく、表面平滑化のため表面研摩の後処理が不可欠であ
る。また、染色法ではフォトリソグラフィにより、微細
パターンが可能であるが、版染色部分の防染処理プロセ
スが必要なため工程的に極めて煩雑であり、さらに染料
の耐光性に問題がある。印刷法、染色法に比して、電着
法は電着条件の制御で混色防止が可能であり、３色に対
応できるので工程上有利である。電着法はまた有機顔料
、無機顔料、染料を問わず利用でき、かつセルフアライ
メント方式により３色のカラーフィルターの形成が可能
である。さらに、均一かつ平滑な薄いフィルター層が形
成でき、透明の大きいカラーフィルターが得られる。

電着法の場合には、透明電極を不連続な微細区域にエツ
チングでパターン化するとともに、この透明電極上の微
細区域のそれぞれに、赤、青、緑のいずれかの一色から
選ばれたカラーフィルターを交互に設ける方式がある。

同方式を第３図により説明する。エツチングによりパタ
ーン化した透明導電膜上に電着する場合を示す。ガラス
基板（１１）の上に透明導電膜のストライプ状パターン
１．２．３．１°、２’　、３°、１”、２’　、３”
・・・を形成する。当該導電膜１．１′、１″　・・・
の斜線を施した部分に選択的に同一の色相（例えば、赤
）を有するカラーフィルターを電着により付与する。す
なわち、Ａで示した位置に導電性バーを接触させて、当
該部分に電着する。同様に２．２′、２”　・・・の電
着には、位置Ｂに導電性バーを接触させ、例えば、緑の
カラーフィルターを電着する。同様に３．３′、３′　
・・・の電着には、位置Ｃに導電性バーを接触させ、例
えば、青のカラーフィルターを電着する。

第２の方式として、導電性膜自体はエツチングせず、ポ
ジ型レジストをマスクとして電着する方式がある。これ
を第４図に示す。ガラス基板（１１）の上に形成した透
明導電膜（１２）、その上にポジ型レジスト（１３）を
所望のパターンを有するマスク（１４）を介して露光、
現像する（第４図（ａ））。次いでパターン１．１’　
、１”　・・・上に同一の色相（例えば、赤）を有する
カラーフィルターを電着する（第４図（ｂ））。同様に
して、当該ポジ型レジストを露光現像してパターン２．
２’　、２”・・・のレジストを除去し、例えば、緑の
カラーフィルターを電着する（第４図（Ｃ））。同様に
パターン３．３′、３°　・・・の導電性膜上に、例え
ば、青のカラーフィルターを電着する（第４図（ｄ））
。

最後に、レジスト全体を溶解除去する（第４図（ｅ））
。

第３の方式として、カラーフィルター上に再び透明導電
膜を形成する方式がある（第５図）。硝子基板（１１）
上に透明導電膜（１２）を形成する。当該導電膜を電極
として、電着によりカラーフィルター（１３）を形成す
る。カラーフィルターの形成方法は第１または第２の方
式による。カラーフィルター上にトップコート層（１４
）を設ける。トップコート層の上に液晶駆動用の透明導
電性膜（１５）を形成する。

ここで電着法について説明する。電着法とは溶媒中に分
散している荷電粒子が電極上に電気泳動し、電気化学反
応により生じた他のイオン種により不溶化し、当該電極
上に析出させることをいう。

積極的に不溶化、析出させ、膜形成させるために通常高
分子材料が用いられる。高分子材料にはカルボキシル基
やアミノ基などの親水基を導入し、この親水基を塩基ま
たは酸により中和し水溶化する。高分子は溶液中で一部
イオン化し、荷電粒子を構成し、種々の粒子をその中に
取り込み一体的な挙動をする。その結果、電荷を持たな
い粒子を取り込み、同一電極上に同時に析出させること
ができる。

電着塗料に用いられる樹脂は実用的観点から、水性樹脂
に限定される。有機溶剤を少量添加すると塗膜の流動性
、リベリング性が改善される。この樹脂粒子の電荷が共
存する他の粒子、たとえば顔料、架橋剤の電荷に比して
通常十分大きい。カルボキシル基の中和された部分が溶
液中でイオンに解離しており、カルボキシルアニオンは
電場により陽極に移動する。陽極では水の電解により生
じた水素イオンと当該カルボキシルアニオンは結合し、
不溶性の酸として析出する。このとき、樹脂に取り囲ま
れているそれ自体電荷を持たないメラミン架橋剤や顔料
粒子も同時に電極上に析出する。膜中には電着溶液中に
多量に存在する水分子も膜中に取り込まれるが、電気透
析現象により膜中から除かれる。その結果膜は電気絶縁
性となる。

従って、未電着部分が存在すると当該部分に優先的に電
流が流れ、電着（析出）が起こり、スロイングパワーに
優れた塗膜の形成がみられることになる。

このように電着膜においては、均一膜の形成と電気絶縁
性との間に極めて密接な関係が存在するホトエツチング
法により画素電極がパターニングされているいないにか
かわらず、１〜２ミクロンの絶縁性カラーフィルターが
存在すると（第３図、第４図）、５〜６ミクロンの液晶
層と直列接続される結果、両画素電極間に印加される電
圧がカラーフィルターと液晶層に分配される。第６図（
ａ）はカラーフィルターを用いた液晶表示装置の一例の
模式断面図である。（１１）、（１Ｂ）はガラス基板、
（１２）、（１５）は液晶駆動用の透明電極、（１４）
はカラーフィルター、（１３）は液晶層である。第６図
（ｂ）はカラーフィルターを用いた液晶表示装置の等価
回路図を示す。Ｃ５゜、Ｒ１゜、Ｃｃｐ、ＲＣＦはそれ
ぞれ液晶層（ＬＣ）、カラーフィルター層（ＣＦ）の容
量、抵抗を示す。このカラーフィルターによる電圧損失
を回避するために、カラーフィルター上に透明電極を形
成する必要が生ずる（第５図）。透明電極膜を２層設け
ることは、コストアップを招くばかりでなく、透過率の
低下をもたらす。

電着用樹脂やカラーフィルターに利用される赤、緑、青
等の顔料は一般に電気絶縁性である。一方、カラーフィ
ルターは色むらのない均一性が要求される。電着法によ
り均一なカラーフィルター膜を形成しようとするとき膜
の電気絶縁性は極めて重要な働きをしている。絶縁性の
膜が形成される結果、膜形成に不完全な箇所があれば電
流が集中的に流れ膜の均一化が自動的に進行するからで
ある。

したがって、カラーフィルターに導電性を付与するため
に、導電性物質をこの電着用塗料中にあら４じめ配合し
ておくことは、電着特性に甚大な影響をもたらし、均一
性電着膜の形成上好ましくない。電着では未電着部分へ
の電流の集中化が起こり、その結果電着膜の均一化、す
なわちスローイング・パワーが確保されるという特徴を
有しているからである。この特性のため、導電性がある
電着膜の形成しようとすると膜の均一性がある程度犠牲
にならざるをえなかった。

液晶表示装置に用いられるカラーフィルターには光学的
および電気的特性の均一性が極めて大切である。この均
一性確保のためには当然膜厚の均一性が大前提となる。

本発明はこのような従来技術における問題点である導電
性電着膜における不均一化を解消し、平滑性を損なうこ
となく、導電性を持たせる手法を提供しようとするもの
である。

カラーフィルターとしての本質的機能を損なうことなく
、画素電極としての機能を併せ持つことを可能とするた
め、水溶性樹脂、架橋剤、顔料、助剤および当該樹脂の
官能基をイオン化するための中和剤などからなる電着塗
料中に非導電性粒子を添加しておき、電着後当該非導電
性粒子を導電性を有する物質に変換することによって、
導電性カラーフィルターとするものである。

非導電性物質としてインジウム、スズ、アンチモン、カ
ドミウム、亜鉛を少なくとも１種類以上含む低級酸化物
を用いる。電着後、高分子樹脂の熱硬化処理工程でこれ
らを酸化することにより導電性物質例えばＩＴＯに変化
する。電着塗料中に添加した非導電性粒子にはイオン化
した樹脂が配位し、顔料と同一の電極上に電着される。

電着塗料中に存在する非導電性粒子、顔料、さらには架
橋剤などが電着膜の形成材料となる。

（作　用） 当該非導電粒子と顔料を含む電着塗膜は絶縁性であり、
未電着部への優先的電着プロセスが進行し、すなわち電
着されていない部分は導電性を有している為この部分に
電着膜（絶縁物）が被着し、電着膜厚の均一性は確保さ
れる。非導電性物質から導電性物質に変換する方法とし
て熱酸化処理を行う。これにより例えば結合酸素数の少
ない低級酸化物が酸化物となり導電性を有する様になる
。熱酸化処理は塗膜形成物質としての樹脂中に含まれる
酸素原子や塗膜中に微量残存する水に含まれる酸素によ
り達成されるものと考えられる。

（実施例） 酸化物で導電性を有する物質としてインジウムを含有す
る酸化錫、錫を含有するインジウム酸化物は透明導電膜
としてよく利用されている。これらの酸化膜は結合酸素
数の少ない低級酸化物は導電性を欠いている。従ってこ
れらの低級酸化物からなる微粉末を電着塗料にあらかじ
め調合しておき、顔料とともに電着膜を形成せしめ、電
着膜の熱硬化処理工程で導電性を有する酸化物に変換さ
せることにより、上記問題点を解決することができた。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

実施例−１ １）画素電極形成工程 ガラス基板上にインジウム−錫酸化物（Ｉｎ０９５％、
Ｓ　ｎ　０２　５％）のターゲットを用いて、膜厚ＩＤ
ＱＯミクロンのＩＴＯ透明導電性薄膜を形成した。これ
をＡ　Ｚ　−１３３０（ヘキスト社製の商品名）を用い
て、レジストパターンを形成した後、塩化鉄溶液を用い
てＩＴＯ画素電極を形成した。

２）電着工程 アクリル樹脂に架橋剤としてメラミン樹脂を配合し、当
該アクリル樹脂の官能基（カルボキシル基）をイオン化
して水溶性とするために中和剤を添加したアクリル樹脂
溶液に顔料、非導電性粒子を配合し、十分分散させ、電
着浴を調製した。

アクリル樹脂には、メラミン樹脂を配合したアロンＳ　
−４０２０（東亜合成（株）製の商品名）を用いた。顔
料として有機顔料、無機顔料のいずれも利用可能である
。例えば、有機顔料としては、フタロシアニン系、キナ
クリドン系、不溶性アゾレキ系、ジオキサン系、アント
ラキノン系等が単独または混合系で利用できる。また、
無機顔料系では、コバルトブルー、コバルトグリーン、
カドミウムレッド、カドミウムイエロー、カドミウムレ
ッドその他が利用できる。助剤としてメチルセロソルブ
、エチルセロソルブ、ｎ−ブチルセロソルブ、イソプロ
ピルアルコール、ｎ−ブタノール、エチレングリコール
、Ｎ−メチル−２ピロリドン、４−ブチルラクトン、水
などから１ないし数種を添加した。なお、中和剤として
アンモニア水、トリエチルアミン、ジメチルエタノール
アミンなどから選択して利用した。

当該非導電粒子としてインジウムおよび／またはスズ低
級酸化物（Ｉｎ２０．Ｉｎｋ、Ｉｎ２０３−ｘ％５ｎｏ
１ＳｎＯ）、亜鉛低級−ｘ 酸化物Ｚ　ｎ　２０あるいはカドミウム低級酸化物Ｃｄ
２Ｏ、Ｃｄ０１−ｘなどを用いた。低級酸化物の形成方
法として、ＩＴＯ微粉末を真空熱処理により低級酸化物
に還元する方法、酸化物形成時の基板温度、スパッタ酸
素圧（ガス圧）、低級酸化物ターゲットによる方法、当
該金属の塩化物、硝酸塩、アルコキシド、有機金属を出
発物質として、熱分解などで製造するときの酸化性雰囲
気を制御する方法、などで製造することができるが、市
販品でも十分である。

ミルベースで十分に分散させたのち、水を徐々に添加し
、電着液を調合した。樹脂量、顔料、非導電性物質、助
剤、調和剤、などの成分濃度は膜の均一性、平滑性、膜
の導電率等に影響を与える。

種々検討した結果、顔料と樹脂成分との重量比を（１，
０５から０．４に非導電性物質と顔料との重量比を０．
１から２．０により、所望のカラーフィルターが得られ
た。塗膜成分全体の濃度は５％以上１５％以下が好結果
を与えた。

電着液を用いて被電着電極上に一定電圧２５Ｖを６０秒
印加して、一定電気量を流し、所定の分光透過率を有す
る電着膜を形成した。クローン収率は７から１２ａ＋ｇ
／Ｃであった。

３）電着膜熱硬化工程／導電性付与工程当該電着膜を１
５０から２２０℃で１０から３０分間焼付け、熱硬化処
理を行った。当該処理工程を経ることにより同時に熱酸
化処理も行われ、低級酸化物の酸化が進行し、導電性か
えられた。

４）カラーフィルターの導電性評価 第１図はカラーフィルターを用いた液晶表示装置におけ
る駆動電圧に対する光透過早特性を示す。特性曲線Ｓは
顔料分散法により形成したカラーフィルターの上に透明
電極を配したもの、すなわち透明画素電極間にはカラー
フィルターハ存在しない時の特性を示す。特性曲線Ａは
発明に基づく導電性カラーフィルターを画素電極上に形
成したときの特性を示す。特性曲線Ｂは導電性を持たな
いカラーフィルターを、電着法により画素電極上に形成
した場合の特性を示す。明状態と暗状態の中間の透過率
となる駆動電圧をそれぞれＶｓ、Ｖａ、Ｖｂとすると（
第１図参照）、Ｖｂ−Ｖｓは約２．０から１０．ＯＶで
あるのに対して、非導電性物質の添加量が１０％以上で
、Ｖａ−Ｖｓは０．２ｖ以下であった（第２図参照）。

［発明の効果］ 電着膜は一般に絶縁性を有しているため、スロイングパ
ワー（つき回り性）のよい膜形成が可能である。導電性
粒子含む電着塗料で電着膜形成しようとすると、均一性
が確保のためには電着セルの構造、電極間隙が微妙に影
響し、その制御が容易でない。インジウム、スズ、カド
ミウムなどの酸化物を組み合わせてなるＩＴＯ，ＣＴＯ
などの酸化膜は透明でかつ導電性を有しているがこれら
の酸化物を任意に組み合わせても酸化数の低い低級酸化
物は透明でなくかつ絶縁性であることが知られている。

電着膜形成後に行われる熱硬化処理工程あるいは配向膜
形成処理工程における熱処理工程でこれらの低級酸化物
を導電性を有する酸化膜に変えることができる。これに
より均一性に優れたカラーフィルターを形成することが
できることがわかった。これらの処理工程は追加的な工
程ではなく、コストアップにはならない。

本発明による導電性カラーフィルターの形成方法は、電
着法のみでなく、印刷法、顔料分散法にも当然利用可能
である。すなわち、印刷法や顔料分散法におけるインク
やレジスト中に非導電性の低級酸化物を添加しておき、
カラーフィルター形成途上あるいは形成後の熱処理工程
で導電性酸化物に変化すればよいからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラーフィルターを用いた液晶表示装
置における駆動電圧に対する光透過特性を示す特性曲線
図、第２図はカラーフィルター中の非導電性物質の含有
率と液晶表示装置における駆動電圧に対する効果の関係
を示す特定曲線図、第３図乃至第５図は従来技術を説明
するための簡略図、第６図（ａ）はカラーフィルターを
用いた液晶表示装置を示す模式断面図、第６図（ｂ）は
カラフィルタ−を用いた液晶表示装置の等価回路を示す
回路図である。 Ｓ・・・カラーフィルターの上に透明電極を配した場合
の特性曲線 Ａ・・・本発明の導電性カラーフィルターを画素電極上
に形成した場合の特性曲線 Ｂ・・・導電性を持たないカラーフィルターを画素電極
上に形成した場合の特性曲線 （１１）、　（１６）・・・ガラス基板（１２）、　（
１５）・・・透明導電膜（１３）・・・ポジ型レジスト （１４）・・・マスク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板上に透明電極を形成する第１の工程と、 この透明電極上に非導電性物質を含む電着塗料を用いカ
   ラーフィルター膜を電着し、この非導電性物質を電着時
   に電着層に取り込む第２の工程と、この非導電性物質を
   導電性物質に変換する第３の工程とを備えたことを特徴
   とする導電性カラーフィルターの形成方法。（２）請求
   項１記載の第２の工程は、前記透明電極上にインジウム
   、錫、アンチモン、カドミウム、亜鉛を少なくとも一種
   以上含む低級酸化物を用いカラーフィルター膜を電着し
   、この低級酸化物を電着時に電着層に取り込む工程であ
   り、請求項１記載の第３の工程は、この低級酸化物を酸
   化することにより導電性物質に変換する工程であること
   を特徴とする導電性カラーフィルターの形成方法。