JPH05313012A

JPH05313012A - カラーフィルターの製造方法

Info

Publication number: JPH05313012A
Application number: JP14813592A
Authority: JP
Inventors: Rinjiro Ichikawa; 林次郎市川; Kenji Hashimoto; 堅治橋本
Original assignee: Fujimori Kogyo Co Ltd
Current assignee: Zacros Corp
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】平坦性の極めてすぐれたカラーフィルターを
工業上有利に製造する方法を提供することを目的とす
る。【構成】ガラス基板などの基板(1) 上の赤、緑、青の
カラー画素からなる着色層(2) と、平滑な二軸延伸ポリ
エチレンテレフタレートフィルムなどの平滑面を有する
平滑化鋳型材(4) との間隙に、熱硬化型または活性エネ
ルギー線硬化型樹脂の組成物の樹脂液(a) を供給して該
樹脂液(a) が両者間に層状に挟持されるようにする。つ
いでその挟持層(b) を硬化させて硬化層(3) となす。硬
化層(3) の表面粗度は 0.3μm （つまり±0.15μm ）以
下となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示ディス
プレイ等の目的に使用されるカラーフィルター、殊に表
面平坦性の極めてすぐれたカラーフィルターを製造する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示ディスプレイ（ＬＣＤ）に使用
されるカラーフィルターは、ガラス基板上にブラックマ
トリックス層、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色
層、オーバーコート層（保護層）、さらには透明電極を
設けた構成を有する。

【０００３】ブラックマトリックス層は、ＬＣＤに光漏
れによるコントラストの低下防止、ＴＦＴ素子の光リー
ク電流を抑える遮光層としての役割を果たす。

【０００４】着色層は、カラーフィルターの最も重要な
光学特性を決定する。Ｒ、Ｇ、Ｂのパターン配置は、モ
ザイク型、トライアングル型、ストライプ型、４画素配
置型などがある。

【０００５】オーバーコート層は、着色層を保護し、汚
染から保護し、平坦性を付与するための層である。平坦
性の付与は、オーバーコート層形成後にその表面を研磨
することによりなされる。

【０００６】着色層の形成方法としては、印刷の原理を
応用した印刷法、フォトリソグラフィーを使用する染色
法や顔料分散法、電気化学的に色素を付着する電着法な
どがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】カラーＬＣＤにはＴＦ
Ｔ方式とＳＴＮ方式とがあり、平坦性の要求はＳＴＮ方
式の方がむしろ厳しい。要求される平坦性は、実用レベ
ルでたとえば±0.2 μm程度（印刷法の場合は平坦化が
難しいので±0.5 μm 程度）であるが、カラーＬＣＤメ
ーカー側は±0.05μm あるいはそれ以下を希望してい
る。

【０００８】着色層上にオーバーコート層を設けること
によりある程度の平坦化はなされるが、それでは平坦性
が不足するため、先にも述べたように、通常はオーバー
コート層形成後にその表面を研磨することにより平坦性
を上げることがなされている。

【０００９】しかしながら、樹脂層であるオーバーコー
ト層を研磨する作業は極めて難しいため、著しい歩留ま
りの低下、コストアップを招き、さらにはそのように研
磨を行っても平坦性はある限度以上には上がらないとい
う問題があった。

【００１０】オーバーオート層の平坦性が劣ると、その
上に形成するＩＴＯなどの透明電極の平坦性も劣るよう
になり、液晶を封入する２枚の基板間の間隙がわずか５
〜６μm 程度にすぎないカラーＬＣＤにあっては、画面
のカラー表示品質が非常に悪くなる。

【００１１】もし研磨によらずにオーバーコート層表面
の平滑性を極限にまで高めることができ、その結果相対
向する２枚の基板間の間隙を正確に均一に保つことがで
きれば、画面のカラー表示品質は顕著に向上し、コスト
低減も図ることができる。

【００１２】本発明は、このような背景下において、平
坦性の極めてすぐれたカラーフィルターを工業上有利に
製造する方法を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
ーの製造方法は、基板(1) 上の着色層(2) と平滑面を有
する平滑化鋳型材(4) との間隙に熱硬化型または活性エ
ネルギー線硬化型樹脂の組成物の樹脂液(a) を供給して
該樹脂液(a) が両者間に層状に挟持されるようにし、つ
いでその挟持層(b) を硬化させて硬化層(3) となすこと
を特徴とするものである。

【００１４】以下本発明を詳細に説明する。

【００１５】基板(1) としては、液晶セル用の通常のガ
ラス基板のほか、プラスチックス基板、イメージセンサ
ー表面、ディスプレイ表面などが用いられる。プラスチ
ックス基板の場合は、基材層（ポリカーボネート、ポリ
メチルメタクリレート、ポリエーテルスルホン、ポリス
ルホン、ポリアリレート、アモルファスポリオレフィ
ン、ポリパラバン酸系樹脂、ポリアミドなど）、耐透気
性樹脂層（エチレン−ビニルアルコール共重合体層、ポ
リビニルアルコール層など）または架橋性樹脂硬化物層
（フェノキシエーテル型架橋性樹脂など）、あるいはこ
れらの層を適宜組み合わせて積層した層（耐透気性樹脂
層／基材層、耐透気性樹脂層／基材層／耐透気性樹脂層
／架橋性樹脂硬化物層、架橋性樹脂硬化物層／耐透気性
樹脂層／基材層／耐透気性樹脂層／架橋性樹脂硬化物層
など）が好適である。

【００１６】基板(1) 上への着色層(2) の形成、すなわ
ちＲ、Ｇ、Ｂの画素の形成は、印刷法、フォトリソグラ
フィーを使用する染色法や顔料分散法、電気化学的に色
素を付着する電着法などによりなされる。

【００１７】Ｒ、Ｇ、Ｂの画素のパターン配置は、モザ
イク型、トライアングル型、ストライプ型、４画素配置
型などとすることができる。

【００１８】印刷法、染色法、顔料分散法の場合の膜厚
および解像性はたとえば次の如くであるが、さらに改善
されつつある。

【００１９】本発明においては、基板(1) 上の着色層
(2) と平滑面を有する平滑化鋳型材(4) との間隙に熱硬
化型または活性エネルギー線硬化型樹脂の組成物の樹脂
液(a)を供給して該樹脂液(a) が両者間に層状に挟持さ
れるようにし、ついでその挟持層(b) を硬化させて硬化
層(3) となす。

【００２０】ここで熱硬化型の樹脂液(a) としては、フ
ェノキシエーテル型架橋性樹脂、エポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂、アクリルエポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノ
ール樹脂、ウレタン樹脂などがあげられ、特に好ましい
ものは下記の化１で示されるフェノキシエーテル型重合
体である。

【００２１】

【化１】

【００２２】（式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁶ は、それぞれ水素、炭
素数１〜３の低級アルキル基またはＢｒ、Ｒ⁷ は炭素数
２〜４の低級アルキレン基、ｍは０〜３の整数、ｎは２
０〜３００の整数をそれぞれ意味する。）

【００２３】活性エネルギー線硬化型の樹脂液(a) とし
ては、光重合性を有するプレポリマーまたは／およびモ
ノマーに、必要に他の単官能または多官能モノマー、各
種ポリマー、光重合開始剤、増感剤を配合した樹脂組成
物が用いられる。

【００２４】ここで光重合性プレポリマーとしては、ポ
リエステルアクリレート、ポリエステルウレタンアクリ
レート、エポキシアクリレート、ポリオールアクリレー
トなどが例示され、光重合性モノマーとしては、単官能
アクリレート、２官能アクリレート、３官能以上のアク
リレートなどが例示される。これらの中では、硬化後の
物性が良好なエポキシアクリレートが特に有用であるの
で、これを少なくとも一部用いることが望ましい。

【００２５】光重合性を有するプレポリマーまたはモノ
マーとしては、上記のほか、ホスファゼン系樹脂も好適
に用いられる。

【００２６】活性エネルギー線硬化型樹脂が紫外線硬化
型樹脂であるときは、通常光開始剤や増感剤を少量併用
するが、樹脂の種類によってはこれらを配合しないで紫
外線照射しても硬化する場合がある。光開始剤としては
アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーケト
ン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベン
ジルケタール類、チオキサントン類をはじめとする種々
の光硬化剤が用いられ、増感剤としてはアミン類、ジエ
チルアミノエチルメタクリレートをはじめとする種々の
増感剤が用いられる。

【００２７】活性エネルギー線硬化型樹脂には、そのほ
か、ポリイソシアネート化合物を配合して改質を図った
り、少量の溶剤などを配合することもできる。ここでポ
リイソシアネート化合物としては、トリレンジイソシア
ネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニル
メタンジイソシアネートまたはその変性物、イソホロン
ジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、リジン
ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ナフ
タレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソ
シアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネートをはじめ
とする各種のポリイソシアネートあるいはこれらのポリ
イソシアネートのアダクトやプレポリマーがあげられ、
殊に、ヘキサメチレンジイソシアネートをはじめとする
比較的長鎖の脂肪族ポリイソシアネートの誘導体が好ま
しい。ポリイソシアネート化合物を配合するときの配合
量は、活性エネルギー線硬化型の樹脂液に対し２〜３０
重量％程度を占めるようにすることが望ましい。

【００２８】平坦性の良い硬化層(3) を得る具体的な方
法の一つは、基板(1) 上の着色層(2) 表面と平滑フィル
ムからなる平滑化鋳型材(4) との間隙に熱硬化型または
活性エネルギー線硬化型樹脂組成物の樹脂液(a) を供給
して該樹脂液(a) が両者間に層状に挟持されるように
し、ついで加熱または活性エネルギー線（紫外線や電子
線）の照射により上記の挟持層(b) を硬化させて硬化層
(3) となす方法である。加熱条件や照射条件（積算光量
や線量）は、硬化層(3) の厚さなどを考慮して最適範囲
に設定し、平滑化鋳型材(4) の円滑剥離や硬化層(3) の
耐溶剤性を確保するようにする。平滑化鋳型材(4) は爾
後の任意の段階で剥離除去する。

【００２９】上記における平滑化鋳型材(4) としては、
二軸延伸ポリエチレンテレフタレートシート、二軸延伸
ポリブチレンテレフタレートシート、二軸延伸ポリエチ
レンナフタレートシート等の二軸延伸ポリエステルフィ
ルムや、二軸延伸ポリプロピレンフィルムなどが用いら
れ、コストおよび平滑性を加味すると二軸延伸ポリエチ
レンテレフタレートフィルムが特に重要である。この場
合、その表面がコロナ放電や火炎処理されていると、爾
後の工程での平滑化鋳型材(4) の剥離が困難となるの
で、そのような処理を施さないものを用いるように留意
する。

【００３０】これらの平滑フィルムは、その表面粗度が
0.15μm 以下、好ましくは 0.1μm以下、さらには0.05
μm 以下であることが要求され、表面粗度が0.15μm よ
りも大きくなると所期の平坦性が得られなくなる。上記
の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムのうち
填料を配合しないものは、二軸延伸により表面平滑性が
顕著に向上するので、平滑性を極限にまで上げることが
できる。

【００３１】平坦性の良い硬化層(3) を得る第２の方法
は、基板(1) 上の着色層(2) または平滑フィルムからな
る平滑化鋳型材(4) の一方に樹脂液(a) を流延してお
き、該流延層に平滑化鋳型材(4) または着色層(2) 付き
基板(1) の着色層(2) 側を被覆させながらロールの間隙
により挟持層(b) の厚さを制御しつつ、挟持層(b) を硬
化させて硬化層(3) となす方法である。

【００３２】平坦性の良い硬化層(3) を得る第３の方法
は、基板(1) 上の着色層(2) 上に樹脂液(a) を流延して
おき、該流延層に平滑化鋳型材(4) としての平滑加工し
たガラスを押し当てながら挟持層(b) の厚さを制御しつ
つ、挟持層(b) を硬化させて硬化層(3) となす方法であ
る。この方法においては、使用したガラスを反復使用す
る。

【００３３】上記の各方法により形成される硬化層(3)
の自由面の表面粗度は、平滑化鋳型材(4) の表面平滑性
の程度などに応じ、 0.3μm （つまり±0.15μm ）以
下、好ましくは 0.2μm 以下、さらに好ましくは 0.1μ
m 以下となる。一般に、溶融押出フィルムの表面粗度は
１００μm 厚のフィルムで２〜３μm またはそれ以上、
流延製膜フィルムの表面粗度は１００μm 厚のフィルム
で 0.5〜１μm であるから、硬化層(3) の自由面の表面
粗度は極めて小さいものである。また硬化層(3)の耐熱
性、耐溶剤性、透明電極形成性もすぐれたものとなる。

【００３４】硬化層(3) の厚さは適宜に設定できるが、
余りに厚くなると色相ずれを生じたり視角が狭くなった
りするので、１〜２０μm 、殊に２〜１０μm とするこ
とが多い。

【００３５】硬化層(3) の上からは、通常はさらに透明
電極(5) を形成させる。透明電極(5) の形成は、真空蒸
着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、金
属溶射法、金属メッキ法、化学蒸着法、スプレー法など
が採用され、特にスパッタリング法が重要である。透明
電極の材質としては、主としてＳn 、Ｉn 、Ｔi 、Ｐb
、Ｔb 等の金属またはそれらの酸化物が用いられ、電
極の層厚は、少なくとも１００オングストローム、さら
には２００オングストローム以上とするのが通常であ
る。

【００３６】このようにして得られるカラーフィルター
は、液晶表示ディスプレイ、カラーイメージセンサーを
はじめとする種々の用途の色分解用のカラーフィルター
として有用である。

【００３７】

【作用】本発明の方法により製造されるカラーフィルタ
ーにあっては、基板(1) 上の着色層(2) 表面に硬化層
(3) が設けられ、かつその硬化層(3) の表面の平坦性が
極めてすぐれているので、このカラーフィルターを用い
て作製したＬＣＤは画面のカラー表示品質が顕著に向上
している。

【００３８】

【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。以下「部」とあるのは重量部である。

【００３９】実施例１図１は本発明のカラーフィルターの製造工程の一例を示
した説明図である。

【００４０】基板(1) の一例としてのガラス板上に、通
常の印刷法に従って、ブラックマトリックス層(BM)を形
成させてから、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラー画素を順次印刷し、
着色層(2) を形成させた。

【００４１】別途、平滑化鋳型材(4) として、厚さ５０
μm 、表面粗度0.01μm 以下のコロナ放電処理していな
い二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（帝人
株式会社製Ｏタイプ）を準備した。

【００４２】新日鉄化学株式会社製のエポキシアクリル
樹脂「Ｖ−２５５０Ｐ」１００部に、ポリイソシアネー
ト化合物の一例である下記の化２で示される日本ポリウ
レタン工業株式会社製の「コロネート２０９４」（粘度
10000cp/25℃）４部を加え、さらにベンゾフェノン２部
を加えて混合することにより、活性エネルギー線硬化型
樹脂組成物の樹脂液(a) を調製した。

【００４３】

【化２】

【００４４】この樹脂液(a) を上記の平滑化鋳型材(4)
の表面に流延した後、その流延面に上記の着色層(2) 付
き基板(1) の着色層(2) 側を重ね合わせ、紫外線照射装
置にて下記の条件で紫外線照射を行った。

【００４５】紫外線照射条件紫外線照射装置ウシオ電機株式会社製ＵＶＣ−２５３
／１ＭＮＬＣ３−ＡＡ０８ランプ高圧水銀ランプ１２０Ｗ／cm 照射距離２００mm コンベア速度３m/min

【００４６】紫外線照射により挟持層(b) は硬化して、
活性エネルギー線硬化型樹脂硬化層(3) となった。これ
により、平滑化鋳型材(4) ／活性エネルギー線硬化型樹
脂硬化層(3) ／着色層(2) ／基板(1) の層構成を有する
積層体が得られた。ついで平滑化鋳型材(4) を剥離除去
したが、剥離除去性は円滑であった。

【００４７】このようにして得られたカラーフィルター
の硬化層(3) の厚さは５μm 、表面の鉛筆硬度は４Ｈ、
自由面の表面平滑度は光の干渉を利用した非接触式表面
粗さ計による測定で0.05μm （つまり± 0.025μm ）以
下、表面の耐溶剤性（ジメチルアセトアミド、４４±１
℃、５分間）は良好、硬化層(3) と着色層(2) との間の
密着性も良好であった。

【００４８】次に、上記で得たカラーフィルターの硬化
層(3) 面に、スパッタリング法により厚さ８００オング
ストロームのＩＴＯ層からなる透明電極(5) を直接形成
させた。

【００４９】以下このカラーフィルターよりなる基板と
電極付きの対向基板との間に液晶を封入して液晶セルと
なし、さらに液晶セルの両側から偏光板を積層して、カ
ラーＬＣＤを組み当てた。このカラーＬＣＤの性能は、
従来の印刷法によるカラーフィルターを用いたカラーＬ
ＣＤに比し、格段にすぐれていた。

【００５０】実施例２基板(1) の一例としてのガラス板上にフォトリソグラフ
ィーを利用した染色法によりＲ、Ｇ、Ｂのカラー画素か
らなる着色層(2) を形成させたものを準備した。

【００５１】着色層(2) 付き基板(1) として上記のもの
を用いたほかは実施例１を繰り返し、平滑化鋳型材(4)
／活性エネルギー線硬化型樹脂硬化層(3) ／着色層(2)
／基板(1) の層構成を有する積層体を得た。ついで平滑
化鋳型材(4) を剥離除去したが、剥離除去性は円滑であ
った。

【００５２】このようにして得られたカラーフィルター
の硬化層(3) の厚さは４μm 、表面の鉛筆硬度は４Ｈ、
自由面の表面平滑度は光の干渉を利用した非接触式表面
粗さ計による測定で0.05μm （つまり± 0.025μm ）以
下、表面の耐溶剤性（ジメチルアセトアミド、４４±１
℃、５分間）は良好、硬化層(3) と着色層(2) との間の
密着性も良好であった。

【００５３】実施例３活性エネルギー線硬化型樹脂組成物の樹脂液(a) に代え
て、フェノキシエーテル（東都化成株式会社製）４０
部、メチルエチルケトン４０部、セロソルブアセテート
２０部、トリレンジイソシアネートとトリメチロールプ
ロパンとのアダクト体の７５％溶液（日本ポリウレタン
工業株式会社製「コロネートＬ」）４０部よりなる組成
の熱硬化型の樹脂液(a) を用い、８０℃で４分間乾燥
し、さらに１３０℃で２０分間加熱してフェノキシエー
テル系の架橋性樹脂硬化層(3) を形成させたほかは実施
例１を繰り返した。

【００５４】このようにして得られたカラーフィルター
の硬化層(3) の厚さは４μm 、表面の鉛筆硬度は３Ｈ、
自由面の表面平滑度は光の干渉を利用した非接触式表面
粗さ計による測定で0.05μm （つまり± 0.025μm ）以
下、表面の耐溶剤性（ジメチルアセトアミド、４４±１
℃、５分間）は良好、硬化層(3) と着色層(2) との間の
密着性も良好であった。

【００５５】

【発明の効果】本発明のカラーフィルター基板にあって
は、基板(1) 上の着色層(2) 上に設けた硬化層(3) が極
限にまで平坦性されているので、このカラーフィルター
を用いて作製したカラーＬＣＤは画面のカラー表示品質
が顕著に向上している。

【００５６】そして、このようにすぐれた性能が得られ
るにもかかわらず、その製造工程がシンプルであるとい
う工業上の有利さを有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの製造工程の一例を
示した説明図である。

【符号の説明】

(1) …基板、 (2) …着色層、 (R) …赤の画素、(G）…緑の画素、(B) …青の画素、(B
M)…ブラックマトリックス層、 (3) …硬化層、 (4) …平滑化鋳型材、 (5) …透明電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板(1) 上の着色層(2) と平滑面を有する
平滑化鋳型材(4) との間隙に熱硬化型または活性エネル
ギー線硬化型樹脂の組成物の樹脂液(a) を供給して該樹
脂液(a) が両者間に層状に挟持されるようにし、ついで
その挟持層(b) を硬化させて硬化層(3) となすことを特
徴とするカラーフィルターの製造方法。
【請求項２】硬化層(3) の表面粗度が 0.3μm （つまり
±0.15μm ）以下である請求項１記載のカラーフィルタ
ーの製造方法。