JPH0611831A - 着色硬化性組成物およびカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カラーフィルタおよびこれの製造に用いる着色
硬化性組成物を提供する。 【構成】カルボキシル基等の酸性基とアクリロイル基ま
たはメタクリロイル基等のエチレン性不飽和基を側鎖ま
たは／および末端に有する硬化性樹脂、並びに顔料とを
配合してなる着色硬化性組成物。該着色重合組成物を用
いてなるカラーフィルタ。 【効果】テレビ、ビデオモニター、コンピュータ等にお
けるカラー表示装置や、カラーカメラ用撮像装置等に好
適な、アルカリ水溶液現像ができ、耐光性や耐熱性が高
く、高精細なカラーフィルタが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビ、ビデオモニタ
ー、コンピュータ等におけるカラー表示装置や、カラー
カメラ用撮像装置等に用いられているカラーフィルタお
よびこの材料である着色硬化性組成物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】カラーフィルタは、現在染色法や顔料分
散法で製造されている。染色法は、ゼラチンやアミン変
性ポリビニルアルコール等の感光性樹脂のレジストパタ
ーンを、可視光線に透明なガラス基板や樹脂基板上また
は撮像素子上に設け、該パターンを染料を溶かした水溶
液中に浸して染色する方法で、一方、顔料分散法は、顔
料を分散させたアクリル系やポリビニルアルコール系の
樹脂を上記基板に塗布し、露光・現像を行う方法であ
る。

【０００３】染色法により得られるカラーフィルタは、
解像性が高く分光調整が容易であるが、耐光性、耐熱
性、耐湿性等の信頼性に問題がある。一方顔料分散法で
は、顔料自体は耐光性や耐熱性が高いが、ベース樹脂
が、光や熱により変色または着色し易いためにカラーフ
ィルタの色再現性が劣るという欠点を有している。

【０００４】これに対して、特開昭６０−２３７４０３
では、感光性ポリイミド前駆体に顔料を分散させたレジ
ストをカラーフィルタとして用いることが開示されてい
る。しかしポリイミド樹脂自身が可視光を吸収するた
め、厚さが１μｍ以上になると可視光領域での吸収が顕
著となり、３原色のコントラストが低下し、陰極線管と
同等の色再現性が困難になる。また現像に有機溶剤を使
用しないとならず、健康障害や環境汚染の問題があり、
取扱いが困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来品は
いずれも満足できるものではなく、解像度が高く、分光
調整が容易であり、かつ耐光性および耐熱性に優れ、更
に製造の容易なカラーフィルタが強く求められていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく、鋭意検討した結果、アクリルまたはメタ
クリル（以下「（メタ）アクリル」と称する。）系のよ
うな耐光性および耐熱性の良い樹脂からなる主鎖に、カ
ルボキシル基等の酸性基並びにアクリロイル基またはメ
タクリロイル基等のエチレン性不飽和基を側鎖または／
および末端に導入した硬化性樹脂に顔料を分散してなる
着色硬化性組成物を作成し、該組成物を使用してカラー
フィルタを得、本発明を完成するに至った。

【０００７】本発明で用いられる硬化性樹脂の主鎖の部
分は種々の樹脂が使用でき、例えば、（メタ）アクリル
系、ウレタン系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリエ
ーテル系、アルキド系、ポリ塩化ビニル系、ポリビニル
アルコール系、シリコーン系およびフッ素系の樹脂が挙
げられるが、耐光性および耐熱性の良いことからアクリ
ル系の樹脂が好ましい。

【０００８】本発明で用いられる硬化性樹脂は、次の製
法により得られる。カルボキシル基やスルホン酸基等の
酸性基を側鎖または／および末端に存在させる方法とし
ては、例えば（メタ）アクリル酸のようなカルボキシル
基を有する単量体を単独重合する方法、或いは（メタ）
アクリル酸並びに（メタ）アクリル酸エステルや他の単
量体、例えば（メタ）アクリルニトリル、（メタ）アク
リルアミド、スチレン、酢酸ビニル等と共重合する方法
が挙げられる。

【０００９】アクリロイル基またはメタクリロイル基等
のエチレン性不飽和基を、側鎖または／および末端の構
成成分として組み込む方法としては、次の二つの方法が
挙げられる。その一つは、側鎖または／および末端に存
在させたカルボキシル基等とグリシジル（メタ）アクリ
レート等のグリシジル基を有する単量体とを反応させる
方法である。もう一つは、（メタ）アクリル酸や（メ
タ）アクリル酸エステルのような単量体以外に、グリシ
ジル（メタ）アクリレート等のグリシジル基を有する単
量体も共重合させて、側鎖または／および末端としてグ
リシジル基を導入し、該グリシジル基とカルボキシル基
を有する単量体とを反応させる方法である。しかし樹脂
の安定性の面から前者の方が好ましい。

【００１０】カラーフィルタの画素に使用できる着色硬
化性組成物は、前記硬化性樹脂と赤、緑、青等の顔料、
および所望により光重合開始剤を配合して得られる。一
方カラーフィルタのブラックマトリックスに使用できる
着色硬化性組成物は、前記硬化性樹脂に黒の顔料、およ
び所望により光重合開始剤を配合して得られる。画素用
の着色硬化性組成物には、耐熱性が高く光透過性に優れ
た平滑な膜が形成できることが求められ、一方ブラック
マトリックス用では、耐熱性が高く光遮蔽性に優れた平
滑な膜が形成できることが求められる。

【００１１】上記条件を満足するカラーフィルタ用途に
好ましい硬化性樹脂は、前記硬化性樹脂のうち特に酸価
（該樹脂１ｋｇを中和するのに必要な水酸化カリウムの
量）が２０〜３００ｇの範囲のものであり、不飽和当量
が０．３〜５．０モル／ｋｇの範囲のものであり、また
は数平均分子量が１０，０００〜１００，０００の範囲
のものである。

【００１２】酸価が２０ｇ未満では、樹脂のアルカリ可
溶性が不足し、３００ｇを超えると、耐久性のある硬化
膜が形成し難く、いずれも好ましくない。不飽和当量が
０．３モル／ｋｇ未満では、硬化膜の耐久性が低く、
５．０モル／ｋｇを超えると、微細なパターンが形成し
難く、いずれも好ましくない。また数平均分子量が１
０，０００未満では、硬化膜の耐久性が低く、１００，
０００を超えると、微細なパターンを有する平滑な硬化
膜が得られ難くいずれも好ましくない。

【００１３】本発明の着色硬化性組成物は、熱或いは紫
外線または電子線等の活性エネルギー線により硬化可能
であるが、紫外線等の低パワーの活性エネルギー線の照
射によって硬化させる方法が、工程が簡略でコスト的に
有利で好ましい。該組成物に紫外線硬化性能を持たせる
ためには、光重合開始剤を配合する必要がある。また該
組成物には、架橋促進を目的として、ジエチレングリコ
ールジアクリレート、トリメチロールプロパンジアクリ
レート、トリメチロールプロパントリアクリレート等の
多官能性オリゴマーを配合させることが好ましい。

【００１４】赤の顔料としては、アントラキノン系顔料
またはペリレン系顔料の単独、或いはジスアゾ系黄色顔
料またはイソインドリン系黄色顔料との混合系が一般的
である。緑の顔料としては、ハロゲン化フタロシニン系
顔料の単独、或いはジスアゾ系黄色顔料またはイソイン
ドリン系黄色顔料との混合系が一般的である。青の顔料
としては、フタロシアニン系顔料の単独またはジオキサ
ジン系紫色顔料との混合系が一般的である。

【００１５】顔料の分散性や分散安定性を向上させるた
めに、予め上記顔料を各種の樹脂に微分散させ、該樹脂
で被覆されていたり、顔料とこれら樹脂との間に化学結
合を形成されている、いわゆる加工顔料の形で他の成分
と混合させることが望ましい。この場合、樹脂として、
本発明で用いる硬化性樹脂を使って得た加工顔料を用い
ると、分散性の向上が著しく、更に好ましい方法であ
る。

【００１６】顔料の平均粒径としては、可視光の波長
（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）やカラーフィルタの膜厚
（約７００ｎｍ〜２０００ｎｍ）、またばらつきを考慮
すると、７００ｎｍ以下であることが好ましく、更に好
ましくは３５０ｎｍ以下である。また顔料の使用量は、
硬化性樹脂１００重量部（以下単に部と略す）当たり２
０〜４５部の範囲とすることが好ましい。２０部未満で
は、カラーフィルタとした場合に、他の色の光の遮蔽力
が悪くなり、４５部を超えると、液状またはペースト状
のレジストを形成し難くなりいずれも好ましくない。

【００１７】光重合開始剤としては、一般に使用されて
いるベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンジ
ル、ジフェニルスルフィド、エチオン、チオニン、ジア
セチル、ミヒラーケトンまたはアントラキノン等が使用
でき、これらの使用量は硬化性樹脂１００部あたり０．
１〜１０部の範囲が好ましい。０．１部未満では、開始
剤としての効果が不充分で、１０部を超える量の溶解は
困難でいずれも好ましくない。

【００１８】常法に従って上記各成分および必要に応じ
て溶剤を加え、これを三本ロール、ミルまたは超音波等
を用いて混合すればカラーフィルタ用レジストを得るこ
とができる。かくして得たカラーフィルタ用レジスト
を、常法のスピンコーター、ロールコーターまたはスク
リーン印刷機を用いて基板上に塗布し、必要により乾
燥、露光、現像、乾燥工程を繰り返すことにより所望の
カラーフィルタを得ることができる。

【００１９】

【作用】本発明の着色重合性組成物に用いる硬化性樹脂
は、もともと耐光性および耐熱性の良い主鎖に、アクリ
ロイル基またはメタクリロイル基等のエチレン性不飽和
基を側鎖または／および末端に導入しているので、該不
飽和基を重合させて樹脂の架橋度を向上させることによ
り、より高分子量の樹脂とすることができ、結果として
耐光性および耐熱性を向上させることができる。

【００２０】また、耐光性および耐熱性の良い主鎖に、
カルボキシル基やスルホン酸基等の酸性基を側鎖または
／および末端に導入しているので、アルカリ性水溶液で
未重合部を選択的に溶出させて現像することができる。
更に、主鎖の基本骨格構成や、側鎖または／および末端
の官能基の種類や量、該重合の度合いを制御することが
容易であるため、リソグラフィー時の感度を制御でき
る。以上のことから該硬化性樹脂を用いることにより、
水溶液現像ができ、耐光性や耐熱性が高く、高精細なカ
ラーフィルタを製造することが可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例によって更に具体的に
説明する。 実施例１ メチルメタクリレート４５部、イソブチルアクリレート
２０部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５部、アク
リル酸２０部およびアゾビスイソブチロニトリル２部か
らなる混合液を、窒素雰囲気下で、温度８０℃に保持し
たイソプロピルアルコール１００部に５時間かけて滴下
した。その後１時間熟成し、更にアゾビスイソブチロニ
トリル０．５部とイソプロピルアルコール１０部を加え
２時間熟成し、高酸価アクリル樹脂溶液を合成した。

【００２２】該高酸価アクリル樹脂溶液に空気を吹き込
みながら、グリシジルメタクリレート２０部、触媒とし
てジメチルベンジルアミン０．７部およびフェノチアジ
ン０．１５部を加えて、温度８０℃で１２時間反応させ
て硬化性樹脂溶液を得た。該樹脂溶液の固形分は５０重
量％、該樹脂の酸価（該樹脂１ｋｇを中和するのに必要
な水酸化カリウムの量）は７４ｇであり、該硬化性樹脂
の重量平均分子量は３８，０００で、不飽和当量は１モ
ル／ｋｇであった。

【００２３】該硬化性樹脂溶液６６．７部に、多官能性
オリゴマーとしてオリゴエステルアクリレート（商品名
「アロニックス Ｍ−３０８」；東亞合成化学工業
（株）製）３３．３部、光開始剤としてα−アミノアセ
トフェノン（商品名「イルガキュアー９０７」チバガイ
ギー社製）５部および溶剤としてエチルセロソルブアセ
テート３６０部を加えて充分に混合しながら、赤、緑、
青および黒の顔料を上記硬化性樹脂でコートした加工顔
料（加工顔料中の顔料の割合は、８２〜８７重量％）を
２５部〜３０部添加し、充分分散させて、カラーフィル
タ用レジストを調製した。

【００２４】該カラーフィルタ用レジストをガラス基板
上にスピンコートし、温度１１０℃で５分間加熱乾燥し
て、厚みが約０．７〜１．５μｍの粘着性のない平滑な
カラーフィルタを得た。該カラーフィルタ上にマスクパ
ターンフィルムを真空装置によって密着させ、５ｋＷの
超高圧水銀灯を用いて、照射線量５０ｍＪ／ｃｍ² で露
光を行った。続いて１％炭酸ナトリウム水溶液で現像し
て、線部対空間部が２５μｍ対２５μｍの精細度を有す
るカラーフィルタを得た。これらスピンコートないし露
光現像を繰り返すことによって、赤、緑、青の各画素お
よびブラックマトリックスからなるカラーフィルタを得
た。

【００２５】該カラーフィルタの光吸収スペクトルを測
定した後、温度２５０℃で１時間の加熱を行い再度光吸
収スペクトルを測定した結果、該加熱による光透過度の
変化は何れの色においても３％以内であり、良好な耐熱
性を示した。以上のように本発明品は、アルカリ水溶液
現像ができ、耐光性や耐熱性が高く、高精細なカラーフ
ィルタであることがわかった。

【００２６】比較例１ 実施例１と同様にして作製した高酸価アクリル樹脂溶液
６６．７部に、オリゴエステルアクリレート（商品名
「アロニックス Ｍ−３０８」；東亞合成化学工業
（株）製）３３．３部、光開始剤としてα−アミノアセ
トフェノン（商品名「イルガキュアー９０７」；チバガ
イギー社製）５部および溶剤としてエチルセロソルブア
セテート３６０部を加えて充分に混合しながら、実施例
１で使用した加工顔料を２５部〜３０部添加し充分分散
させて、カラーフィルタ用レジストを調製した。

【００２７】該カラーフィルタ用レジストをガラス基板
上にスピンコートし、温度１１０℃で５分間加熱乾燥し
て、厚みが約０．７〜１．５μｍの粘着性のあるカラー
フィルタを得た。該カラーフィルタ上にマスクパターン
フィルムを真空装置によって密着させ、５ｋＷの超高圧
水銀灯を用いて、照射線量５０ｍＪ／ｃｍ² で露光を行
った。続いて１％炭酸ナトリウム水溶液で現像して、線
部対空間部が１２５μｍ対１２５μｍの精細度で、表面
荒れを有するカラーフィルタを得た。

【００２８】このパターンの端部は、パターンの中央部
に比べて極端に薄くなっており、いわゆる膜減りを生じ
ていた。これらスピンコートないし露光現像を繰り返す
ことによって、赤、緑、青の各画素、およびブラックマ
トリックスからなるカラーフィルタを得た。しかし、ア
クリル酸樹脂の架橋密度が高くならないので、耐薬品性
が低く表面荒れが著しく発生しており、カラーフィルタ
として使用できないものであった。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、アルカリ水溶液現像が
でき、耐光性や耐熱性が高く、高精細なカラーフィルタ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるカラーフィルタの断面の概念的
構成図である。

【図２】本発明のカラーフィルタの分光特性図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ カラーフィルタ ３ ブラックマトリックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 修太 愛知県名古屋市港区船見町１番地の１ 東 亞合成化学工業株式会社名古屋総合研究所 内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸性基および不飽和基を側鎖または／お
   よび末端に有する硬化性樹脂、並びに顔料からなる着色
   硬化性組成物。
2. 【請求項２】 顔料が、酸性基および不飽和基を側鎖に
   有する硬化性樹脂で予めコーティングされていることを
   特徴とする請求項１記載の着色硬化性組成物。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の着色硬化性組成
   物層を、基板上に形成させてなるカラーフィルタ。