JPH0713010A - 液晶表示用カラーフィルターの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、製法が簡単な電着法において、安
定でかつ、色の自由度の大きいカラーフィルターの製法
を提供する物である。 【構成】 染料または顔料によって着色された、不飽和
酸又は、不飽和グリコール等をモノマーの一成分として
含まれ、かつ、２０〜１０００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイ
オン性基を含有するポリエステルをベースポリマーとし
て、該ベースポリマーと反応する基を少なくとも一つは
有するモノマーと、そのモノマーを重合させる光開始剤
及び、該開始剤を増感する増感剤を、該ベースポリマー
中に含む微小粒子径水分散体を電着液として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関する
ものでり、特に、液晶表示装置のカラーフィルターの製
造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年コンピュータのダウンサイジング
や、ハイビジョンの登場等によって各種ディスプレーの
研究が盛んである。そのような状況の中、液晶表示装置
はフラットパネルディスプレーの最有力候補として注目
されている。液晶表示装置の中心的部品としてＴＦＴア
レイとカラーフィルターアレイがあり、カラー表示を行
う表示装置ではカラーフィルターが極めて重要な部品で
ある。従来カラーフィルターの材料としては、様々なも
のが提案されており、以下にその例を示す。

【０００３】（ａ）ゼラチン染色型 これは天然物質であるゼラチンに重クロム酸アンモンを
添加し感光性を付与し、フォトリソグラフィーを使って
パターンニングした後、該ゼラチンを染色しカラーフィ
ルターを得るものである。最も古典的なフィルターで、
ゼラチンは耐熱性がよい等の特徴がある。

【０００４】（ｂ）顔料分散型 予め顔料によって着色された感光性のポリマーをフォト
リソグラフィーでパターンニングするか、感光性を持た
ない着色ポリマーを基板上に製膜した後フォトレジスト
を更に塗布してパターンニングを施すものである。最近
よく使われる材料であり、初めからポリマーに色が付い
ているために染色などの工程を省略できる。

【０００５】（ｃ）印刷型 顔料等からなるインクをオフセット印刷法を用いてガラ
ス基板上に転写して形成する物である。高速に製作でき
る可能性を有しておりコストを下げる可能性がある。

【０００６】（ｄ）電着型 顔料と分散され帯電した樹脂を含む溶液に、透明導電膜
の付いたガラス基板を浸漬し、電圧を印加、樹脂と顔料
を透明導電膜上に堆積させるものである。大面積を簡単
に製作できる特徴がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の各カラーフィル
ターにはそれぞれ次に示すような欠点がある。（ａ）に
付いてはゼラチンを毎回染色しなければならず、工程が
複雑である。（ｂ）顔料が分散されているため感度が低
くなる。また、現像時に膜が膨潤し、顔料の分散が乱れ
て透明性が低下してしまう。（ｃ）では、高速に製膜で
きる可能性があるが、パターンが細かくなると剥離が発
生してしまい生産速度を上げることができず、メリット
が生かせる状態ではない。（ｄ）では、一般に顔料が使
われており、透明性を得る為には、高度な分散制御が必
要となる。また、染料等が選ばれることはなく、色の自
由度が小さい。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、製法が簡単な
電着法において、安定でかつ、色の自由度の大きいカラ
ーフィルターを提供する物である。即ち本発明は、カラ
ーフィルターを製作する電着法に使用する電着液とし
て、染料または顔料によって着色された、不飽和酸又
は、不飽和グリコール等をモノマーの一成分として含ま
れ、かつ、２０〜１０００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイオン
性基を含有するポリエステルをベースポリマーとして、
該ベースポリマーと反応する基を少なくとも一つは有す
るモノマーと、そのモノマーを重合させる光開始剤及
び、該開始剤を増感する増感剤を、該ベースポリマー中
に含む微小粒子の水分散体である電着液を用いて製作す
る液晶表示用カラーフィルターの製造法である。

【０００９】本発明は、電着法でカラーフィルターを製
作する際に用いる着色材料に、ポリエステル樹脂を用い
ている。該樹脂は極めて染色性がよくまた顔料分散性に
も優れている。更に、該樹脂は、イオン性基を持ってい
るため、容易に水分散体を製作することができ、また、
マイナス帯電しているためアニオン電着にも適してい
る。基板上に電着された樹脂は、加熱して基板に固着し
ても良い。また必要に応じて、その上にフィルターの保
護や平坦化の目的のために樹脂による保護膜を形成して
も良い。更に、導電性が不足した場合は、ＩＴＯを製膜
しても良い。

【００１０】本発明は、ポリマー鎖中に未反応基を用
い、また、その未反応基と反応するモノマー及び光開始
剤を含んでいるため、電着によって製作された皮膜はフ
ォトリソグラフィー法を用いて直接パターンニングする
ことが可能である。また、本発明の分散体は親水基を有
しているため、フォトリソグラフィー時の現像処理は水
を利用することができる。これによってガラス基板上の
ＩＴＯがパターンニングされていなくても任意の場所に
フィルターを形成できる。更に、従来電着法では困難で
あったモザイク状のカラーフィルターの製作も容易にで
きる。

【００１１】本発明ポリエステル着色粒子に用いられる
ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸類と多価アルコ−
ル類からなる。ポリエステル樹脂に用いられる多価カル
ボン酸類としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル
酸、オルソフタル酸、１，５−ナフタルレンジカルボン
酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、ジフェン酸、ス
ルホテレフタル酸、５−スルホイソフタル酸、４−スル
ホフタル酸、４−スルホナフタレン−２，７ジカルボン
酸、５〔４−スルホフェノキシ〕イソフタル酸、スルホ
テレフタル酸、およびまたはそれらの金属塩、アンモニ
ウム塩などの芳香族ジカルボン酸、ｐ−オキシ安息香
酸、ｐ−（ヒドロキシエトキシ）安息香酸などの芳香族
オキシカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン
酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジカ
ルボン酸、フマ−ル酸、マレイン酸、イタコン酸、ヘキ
サヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、等の不飽和
脂肪族、および、脂環族ジカルボン酸等を、また多価カ
ルボン酸としては他にトリメリット酸、トリメシン酸、
ピロメリット酸等の三価以上の多価カルボン酸等を例示
できる。

【００１２】ポリエステル樹脂に用いられる多価アルコ
−ル類としては脂肪族多価アルコ−ル類、脂環族多価ア
ルコ−ル類、芳香族多価アルコ−ル類等を例示できる。
脂肪族多価アルコ−ル類としては、エチレングリコ−
ル、プロピレングリコ−ル、１，３−プロパンジオ−
ル、２，３−ブタンジオ−ル、１，４−ブタンジオ−
ル、１，５−ペンタンジオ−ル、１，６−ヘキサンジオ
−ル、ネオペンチルグリコ−ル、ジエチレングリコ−
ル、ジプロピレングリコ−ル、２，２，４−トリメチル
−１，３−ペンタンジオ−ル、ポリエチレングリコ−
ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリテトラメチレング
リコ−ル等の脂肪族ジオ−ル類、トリメチロ−ルエタ
ン、トリメチロ−ルプロパン、グリセリン、ペンタエル
スリト−ル等のトリオ−ルおよびテトラオ−ル類等を例
示できる。

【００１３】脂環族多価アルコ−ル類としては１，４−
シクロヘキサンジオ−ル、１，４−シクロヘキサンジメ
タノ−ル、スピログリコ−ル、水素化ビスフェノ−ル
Ａ、水素化ビスフェノ−ルＡのエチレンオキサイド付加
物およびプロピレンオキサイド付加物、トリシクロデカ
ンジオ−ル、トリシクロデカンジメタノ−ル等を例示で
きる。芳香族多価アルコ−ル類としてはパラキシレング
リコ−ル、メタキシレングリコ−ル、オルトキシレング
リコ−ル、１，４−フェニレングリコ−ル、１，４−フ
ェニレングリコ−ルのエチレンオキサイド付加物、ビス
フェノ−ルＡ、ビスフェノ−ルＡのエチレンオキサイド
付加物およびプロピレンオキサイド付加物等を例示でき
る。

【００１４】さらにポリエステルポリオ−ルとして、ε
−カプロラクトン等のラクトン類を開環重合して得られ
る、ラクトン系ポリエステルポリオ−ル類等を例示する
ことができる。これらの他、ポリエステル高分子末端の
極性基を封鎖する目的にて単官能単量体がポリエステル
に導入される場合がある。単官能単量体としては、安息
香酸、クロロ安息香酸、ブロモ安息香酸、パラヒドロキ
シ安息香酸、スルホ安息香酸モノアンモニウム塩、スル
ホ安息香酸モノナトリウム塩、シクロヘキシルアミノカ
ルボニル安息香酸、n-ドデシルアミノカルボニル安息香
酸、タ−シャルブチル安息香酸、ナフタレンカルボン
酸、４−メチル安息香酸、３メチル安息香酸、サリチル
酸、チオサリチル酸、フェニル酢酸、酢酸、プロピオン
酸、酪酸、イソ酪酸、オクタンカルボン酸、ラウリル
酸、ステアリル酸、およびこれらの低級アルキルエステ
ル、等のモノカルボン酸類、あるいは脂肪族アルコ−
ル、芳香族アルコ−ル、脂環族アルコ−ル等のモノアル
コ−ルを用いることができる。

【００１５】本発明においてはこれらのうち不飽和単量
体を必須成分とし、他の成分はポリエステル樹脂のガラ
ス転移温度、モノマ−との相溶性、等により適宜選択さ
れる。

【００１６】ポリエステルに導入されるイオン性基とし
ては、スルホン酸アルカリ金属塩基あるいはスルホン酸
アンモニウム塩基を有するモノあるいはジカルボン酸等
を好ましく用いることができるほか、例えばカルボン酸
アルカリ金属塩基あるいはカルボン酸アンモニウム塩基
を有する単量体、硫酸基、リン酸基、ホスホン酸基、ホ
スフィン酸基もしくはそれらのアンモニウム塩、金属塩
等のアニオン性基、または第１級ないし第３級アミン基
等のカチオン性基単量体などをもちいることができる。

【００１７】カルボン酸アルカリ金属塩基あるいはカル
ボン酸アンモニウム塩基を導入する場合には、ポリエス
テルの重合末期にトリメリット酸等の多価カルボン酸を
系内に導入することにより高分子末端にカルボキシル基
を付加し、さらにこれをアンモニア、水酸化ナトリウム
等にて中和することによりカルボン酸塩の基に交換する
方法を用いることができる。また、スルホン酸アルカリ
金属塩基あるいはスルホン酸アンモニウム塩基を有する
モノあるいはジカルボン酸を含有することによりこれら
のイオン性基をポリエステル樹脂に導入することができ
る。塩としてはアンモニウム系イオン、Ｌｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｆｅ等の塩があげられ、特に好
ましいものはＫ塩またはＮａ塩である。本発明では５−
ナトリウムスルホイソフタル酸、あるいはメタナトリウ
ムスルホ安息香酸を用いることが好ましい。

【００１８】本発明におけるポリエステル樹脂の不飽和
成分とイオン性基含有成分以外のより具体的な例とし
て、以下に示されるものがある。 a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する多価カルボン
酸類、と、 b)エチレングリコ−ル０〜９０mol%、プロピレングリコ
−ル１００〜１０mol%とから得られるポリエステル樹
脂、または a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する多価カルボン
酸類、と、 b)２，３−ブタンジオ−ル５〜８０mol%、エチレングリ
コ−ル２０〜９５mol%とから得られるポリエステル樹
脂、または a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する多価カルボン
酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜９５mol%、 c)トリシクロデカン骨格を有するモノあるいは多価アル
コ−ル類５〜３０mol%とから得られるポリエステル樹
脂、または a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する多価カルボン
酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜９５mol%、 c)ヒドロキシメチルトリシクロデカン５〜３０mol%とか
ら得られるポリエステル樹脂、または

【００１９】a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する
多価カルボン酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜９５mol%、 c)トリシクロデカンジメタノ−ル５〜３０mol%とから得
られるポリエステル樹脂、または a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する多価カルボン
酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜９５mol%、 c)シクロヘキサン骨格を有するモノあるいは多価アルコ
−ル類５〜３０mol%とから得られるポリエステル樹脂、
または a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する多価カルボン
酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜９５mol%、 c)シクロヘキサンジオ−ル５〜３０mol%とから得られる
ポリエステル樹脂、または a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する多価カルボン
酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜９５mol%、 c)水添ビフェノ−ル５〜３０mol%とから得られるポリエ
ステル樹脂、または

【００２０】a)芳香族系単量体を８０mol%以上含有する
多価カルボン酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜９５mol%、 c)水添ビスフェノ−ルＡ５〜３０mol%とから得られるポ
リエステル樹脂、または a)ナフタレン骨格を有するモノあるいは二価以上のカル
ボン酸１〜２０mol%を含む芳香族系単量体を８０mol%以
上含有する多価カルボン酸類、と、 b)Ｃ2 〜Ｃ4 の脂肪族系グリコ−ル類７０〜１００mol
%、 c)脂環族系単量体０〜３０mol%を含有する多価アルコ−
ル類、とから得られるポリエステル樹脂等を例示するこ
とができる。さらに、ここに示される、「a)芳香族系単
量体」はテレフタル酸あるいはイソフタル酸であること
が好ましい。テレフタル酸とイソフタル酸の比率は、テ
レフタル酸含有率／イソフタル酸含有率＝９０〜４０／
１０〜６０［mol%］が好ましく、さらに、テレフタル酸
含有率／イソフタル酸含有率＝８０〜５０／２０〜５０
［mol%］、またさらにテレフタル酸含有率／イソフタル
酸含有率＝８５〜６０／１５〜４０［mol%］が好まし
い。

【００２１】イオン性基含有単量体をポリエステル樹脂
に導入し、ポリエステル樹脂にイオン性基を与えた場
合、ポリエステル樹脂が水分散性を発現する。イオン性
基含有単量体としては前述したスルホン酸アルカリ金属
塩基あるいはスルホン酸アンモニウム塩基を有するモノ
あるいはジカルボン酸等を好ましく用いることができる
ほか、例えばカルボン酸アルカリ金属塩基あるいはカル
ボン酸アンモニウム塩基を有する単量体、硫酸基、リン
酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基もしくはそれらの
アンモニウム塩、金属塩等のアニオン性基、または第１
級ないし第３級アミン基等のカチオン性基単量体などを
もちいることができる。カルボン酸アルカリ金属塩基あ
るいはカルボン酸アンモニウム塩基を導入する場合に
は、ポリエステルの重合末期にトリメリット酸等の多価
カルボン酸を系内に導入することにより高分子末端にカ
ルボキシル基を付加し、さらにこれをアンモニア、水酸
化ナトリウム等にて中和することによりカルボン酸塩の
基に交換する方法を用いることができる。

【００２２】なおこれらカルボン酸アルカリ金属塩基あ
るいはカルボン酸アンモニウム塩基は前述の「酸価」に
は含めない（酸価とはカルボキシル基価であり、カルボ
ン酸塩は含めない） これらイオン性基の含有量は、スルホン酸基およびまた
はその塩の基をふくめ、該ポリエステル樹脂に対し、１
０〜１０００ｍ当量／１０００ｇ、好ましくは２０〜５
００ｍ当量／１０００ｇ、なお好ましくは５０〜２００
ｍ当量／１０００ｇ、である。イオン性基の含有量が所
定の量より少ない場合には十分なる水分散性が得られな
い。

【００２３】染料としては「常温にて水に不溶の染料」
を用いることが好ましい。これらは一般に分散染料、あ
るいは油溶性染料に分類されるものである。より具体的
には、 ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｙｅｌｌｏｗ １９８ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｙｅｌｌｏｗ ４２ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ ６０ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ ８７ ・Ｃ．Ｉ．Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｒｅｄ ８８ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｒｅｄ ２０６ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ ５６ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ ８１ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ １４９ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ １９７ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ ２１１ ・Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ ２１４ ・Ｃ．Ｉ．Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ ２５ ・Ｃ．Ｉ．Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ ３５ ・Ｃ．Ｉ．Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ ５５ ・Ｃ．Ｉ．Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ ７０ から選択される染料の組み合わせが好ましい。これらは
特に耐光堅牢度、昇華堅牢度、色相、彩度に優れるもの
であり、赤、緑、青の三原色として好ましいものであ
る。他に色相の微調整のために公知の染顔料を併用して
もよい。

【００２４】染料をポリエステル樹脂に含有させる方法
としては高温分散染色法を用いることができる。染料原
体を樹脂に直接練り込む方法は、加熱による染料のダメ
−ジを考慮したばあいに好ましい方法ではない。本発明
のポリエステル樹脂はイオン性基の作用により水中にて
良好なる安定分散性を示すため、粒子状を保持したまま
高濃度な染色が可能である。

【００２５】

【実施例１】ベースポリマーとして組成が下記の表１で
示されたイオン性基含有不飽和ポリエステル樹脂を製作
して用い、モノマーは、ジビニルベンゼンであり、光開
始剤は、Irgacur651を用いた。各々の材料の組成比を後
記の表２に示す。表２に示す材料と染料 Ｃ．Ｉ．Ｓｏ
ｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ ２５ のコンクケ−キを２ブタ
ノンとテトラヒドロフランの混合溶媒に８０℃にて溶解
した後、８０℃の水を添加し粒子径約０．１５μｍのポ
リエステル樹脂の水系ミクロ分散体を得た。さらに得ら
れた水系ミクロ分散体を蒸留用フラスコに入れ、留分温
度が１００℃に達するまで蒸留し、冷却後に水を加え固
形分濃度を３０％とした。更に染料を変えて赤、緑の水
系ミクロ分散体を得た。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】 次にＩＴＯの付いたガラス基板を図１に示すような装置
を用いて電着を行った。電着液は、先に製作したエマル
ジョン溶液を水で希釈し５％の固形分濃度とし、ＩＴＯ
を陽極にして５Ｖを印加し、約１分間電着を行った。そ
の後、水洗いを行い、１００℃で１時間乾燥後、フォト
マスクを用いて任意の場所を水銀灯で露光し、更に水洗
いを行って不要部分を洗い流した。以上の処理を電着液
を変えて３回繰り返し、カラーフィルターは完成する。
このようにして製作したカラーフィルターは極めて透明
性の良好な物が得られた。また同様に、染料ではなく、
顔料を用いた水系ミクロ分散体も製作でき れを用い
た、カラーフィルターの形成できた。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、製法が簡単な電着法におい
て、安定でかつ、色の自由度の大きいカラーフィルター
を製作できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターを作成するための電
着方法を示す概略図。

【符号の説明】 １．着色されたポリエステル粒子 ２．ＩＴＯ付きガラス ３．対電極 ４．電源 ５．電着槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラーフィルターを製作する電着法に使
   用する電着液として、染料または顔料によって着色され
   た、不飽和酸又は、不飽和グリコール等をモノマーの一
   成分として含まれ、かつ、２０〜１０００ｅｑ／ｔｏｎ
   の範囲でイオン性基を含有するポリエステルをベースポ
   リマーとして、該ベースポリマーと反応する基を少なく
   とも一つは有するモノマーと、そのモノマーを重合させ
   る光開始剤及び、該開始剤を増感する増感剤を、該ベー
   スポリマー中に含む微小粒子の水分散体である電着液を
   用いることを特徴とする液晶表示用カラーフィルターの
   製造法。