JPH07306311A

JPH07306311A - カラーフィルター付き基板及びそれを用いた液晶表示素子

Info

Publication number: JPH07306311A
Application number: JP9889294A
Authority: JP
Inventors: Kazuko Tanaka; 和子田中; Kazunari Watanabe; 一成渡辺; Keiichi Kawakami; 圭一川上
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】多孔質膜の強度が十分でかつ滲み等のない、安
価で品位の高いカラーフィルター付き基板を得る。【構成】基板１の上に、必要に応じて遮光層２を設けた
後、着色層３及び封孔層４が設けられる。さらに必要に
応じて保護層５を介して、電極層６が設けられる。ここ
で、透明封孔材もしくはその前駆体が油溶性であること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラーフィルター付き基
板及びそれを用いた液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラーフィルターが液晶表示装置
のカラー表示を可能とするためのデバイスとして注目さ
れている。これは、一般的にはガラス等の透明基板上に
赤、青、緑の三原色の着色層が、ストライプ状などの特
定のパターンで形成されたものである。

【０００３】従来より、この着色層を形成するための方
法として電着法、染色法、顔料分散法等の様々な手法が
用いられてきた。しかし、これらの方法では着色層の形
成のためにフォトリソ工程などが必要で、工程数が多
い。また、複雑なラインや大型の装置が必要であり、歩
留まりが低下しコストが増加する要因となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平３ー
１１６００２号公報には、擬ベーマイトゾルとバインダ
ー樹脂との混合物からなる多孔質層をインクジェットで
染色したカラーフィルターが提案されている。この組成
により形成された染色層は、擬ベーマイトゾルが正に荷
電しやすいことを利用して、酸性染料との間の静電気力
によって染色層に染料を吸着させる。このカラーフィル
ターは、比較的小型の装置で形成でき、また、見込まれ
る製造工程数も少ない。

【０００５】多孔質膜を染色したカラーフィルターにつ
いては従来から提案があるが、そのような提案に比べて
この方式が特に有利なのは、ひとつには、低温形成が可
能な点にある。従来は多孔質膜を形成するために、アル
ミナゾルなどを５００℃程度の高温で焼成する必要があ
った。これに対して、前記公報で提案された方法では、
擬ベーマイトゾルとバインダー樹脂との混合物からなる
多孔質層を用いるので、焼成は原則不要であり、行った
としても低温の焼成で十分である。したがって、焼成時
の基板のそりなどの問題が生じることがないので、液晶
表示素子用のカラーフィルター基板として非常に適した
ものになる。また、基板として、プラスチック性のもの
を用いることが可能になるというメリットも大きい。

【０００６】また、基板のたわみに対する多孔質膜の強
度が高いという利点も有する。従来の多孔質膜の製法で
は、バインダーがないので、基板がたわんだ際に多孔質
膜が欠けてこぼれ落ちるおそれがあった。基板材料とし
て比較的剛性の大きいガラスを用いた場合でも、表示が
大きくなるとたわみ量は非常に大きくなるのでこの欠点
は深刻である。前記公報で提案された方法ではバインダ
ー樹脂によって擬ベーマイトゾルが結合しているので、
基板がたわんだ際に多孔質膜がこぼれ落ちることがほと
んどない。

【０００７】このように、上記のカラーフィルターは液
晶表示用として有望なものであるが、発明者らがこのカ
ラーフィルターを液晶表示素子用のカラーフィルターと
して応用すべく研究を進めるうちに不十分な点があるこ
とが見いだされた。

【０００８】カラーフィルターを液晶表示素子に用いる
場合は、視差を最小限にするため、通常、基板の内面
（液晶層側）にカラーフィルター層を設ける。この際、
多孔質層を着色後、封孔することが好ましい。封孔する
ことにより、ヘイズを減らし、鮮明な液晶表示を得るた
めである。

【０００９】封孔は有機樹脂を塗布することにより行う
ことが一般的であるが、この際、多孔質層の強度が劣化
する場合があることが見いだされた。このような強度低
下が生じるとカラーフィルターの精度を落とし、ひいて
は表示品位の低下をもたらすおそれがある。

【００１０】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、多孔膜中を染色する方式の
カラーフィルターにおいて、カラーパターンの精度が良
く、鮮明なカラー画像が得られるようなカラーフィルタ
ー付き基板を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決すべくなされたものであり、基板上に設けられ、無
機物粒子及び水溶性バインダー樹脂からなる多孔質層を
着色剤によりパターン着色することによってなる着色層
と、多孔質層を封孔する透明封孔材層と、を有するカラ
ーフィルター付き基板であって、透明封孔材もしくはそ
の前駆体が油溶性であることを特徴とするカラーフィル
ター付き基板を提供する。

【００１２】特に、本発明の一つにおいては、さらに封
孔材はポリエポキシド又はシリコーンを主成分とする有
機樹脂であることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の一つにおいては、さらに着
色剤は水溶性染料であることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の一つにおいては、さらに無
機物粒子は擬ベーマイトゾルであることを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、上記のカラーフィルター
付き基板を少なくとも一方の基板として用いたことを特
徴とする液晶表示素子を提供する。

【００１６】本発明のカラーフィルターを使用した液晶
表示パネルの基本構成を示した断面図が図１である。基
板１の上に、必要に応じて遮光層２を設けた後、着色層
３及び封孔層４が設けられる。さらに必要に応じて保護
層５を介して、電極層６が設けられる。

【００１７】本発明では、着色層３は無機物粒子及び水
溶性バインダー樹脂からなる多孔質層を着色剤によりパ
ターン着色したものであり、封孔材もしくはその前駆体
が油溶性であることをひとつの特徴とする。こうして、
封孔処理を行うことによる多孔質膜の強度低下を防ぎ、
結果として、精度の良いカラーフィルター付き基板を得
ることができる。

【００１８】以下に各構成要素について、詳しく説明す
る。

【００１９】基板１の材料としてはガラス、石英、プラ
スチックなどを使用できる。プラスチックの材料として
は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフ
ィド、アクリル、ポリカーボネート、ポリイミド等が挙
げられる。もちろんカラーフィルターとしての特性を妨
げないものであればこれらに限定されない。

【００２０】特に、本発明のカラーフィルター付き基板
を製造する際、高温で焼成する工程が実質的に不要なの
で、プラスチック材料を用いることが可能である。プラ
スチック材料を用いる場合は、表面をハードコートして
用いることが好ましい。また、通常のソーダライムガラ
スを用いるときは、アルカリバリアとしてＳｉＯ₂ 等の
膜をＣＶＤなどの方法であらかじめ形成しておくことが
好ましい。

【００２１】遮光層（ブラックマトリクス）２は、カラ
ーフィルターの各色の色分離を確実にするために設けら
れるものであって、必要な色分離の程度によっては設け
なくともよい。通常は、着色層３の下に設けられるが、
着色層の上に設けてもよい。材料としては、金属クロ
ム、酸化クロム等の無機物の単層、もしくはこれらを組
み合わせて多層化したもの、ゼラチン等の染料受容層を
染料で染色したもの、有機樹脂に顔料を混練したものな
どが使用できる。

【００２２】これらの材料を、所定のパターンで基板に
印刷したり、基板全面に電解メッキ、化学メッキ、蒸
着、スパッタ等の方法により成膜した後、フォトリソグ
ラフィー法でパターニングして所定の形状を被膜形成す
る。パターンとしてはストライプ状やマトリックス状の
ものを用途に応じて適宜採用すればよい。

【００２３】着色層３は、着色剤保持層（多孔質膜）と
着色剤保持層に保持される着色剤とからなる。ここで、
着色剤保持層はシリカ、アルミナ等の無機物粒子、特に
透明性に優れた無機酸化物粒子とバインダー樹脂との混
合物である。インクの保持力を高くする観点からは、凝
ベーマイト粒子すなわち擬ベーマイト構造のアルミナ水
和物とバインダー樹脂との混合物であることが好まし
い。着色剤保持層はインクを吸収するのに十分な空孔を
もっている。これにより、着色後も着色前と同じ平滑さ
を保つことができる。

【００２４】凝ベーマイト粒子は、基板への塗布性を良
好にするために、分散媒中にゾルとして容易に分散する
ことが必要であり、そのような粒径分布をもっているこ
とが望ましい。一方、バインダー樹脂としては、大量の
分散剤やホモジナイザー等の各種撹拌機を必要とする非
水溶性のバインダー樹脂ではなく、水溶性のバインダー
樹脂又はモノマーもしくはオリゴマーを用いることが好
ましい。すなわち、分散媒としては、水を用い、水系塗
布液として使用することが好ましい。

【００２５】擬ベーマイト粒子の原料としては、液晶の
信頼性を高める観点から、ナトリウム等のカチオン性不
純物が少ないものが好ましい。たとえば、アルミニウム
アルコキシドなどが適当である。この場合、反応に使用
するアルコキシドとしては、アルミニウムトリイソプロ
ポキシド、アルミニウムトリｓｅｃブトキシド等を用い
ることができるが、アルミニウムイソプロポキシドを用
いることが特に好ましい。反応性が適当で取り扱いやす
く、また、加水分解時の副生物質が水との共沸混合物と
なるＩＰＡであるため、これの除去が容易だからであ
る。

【００２６】バインダー樹脂としては、上記分散媒に溶
けるものであれば使用できる。たとえば、分散媒に水を
用いた場合は、メラミン樹脂、酢酸ビニル、ポリビニル
アルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセタ
ール、ヒドロキシセルロース系樹脂、でんぷんやその変
性物、ＳＢＲラテックス、ＮＢＲラテックス等の水溶性
樹脂を利用することができる。バインダー樹脂として特
に好ましいものに、ポリビニルアルコールを一部アセタ
ール化したものがある。これによれば、本発明の封孔材
とあいまって、多孔質膜の強度低下をより完全に防ぐこ
とができる。

【００２７】着色剤保持層で保持する着色剤（インク）
としては、吸収性の良い染料が適当である。特に水溶性
の染料、さらには、カチオン性に帯電している擬ベーマ
イトと静電気的な会合をする酸性染料が最も好ましい。
染料構造としては、アゾ系、フタロシアニン系、アント
ラキノン系等、公知の形態のものを適宜使用でき、場合
によっては中心に金属イオンを有する錯体であってもよ
い。アニオン性を与える官能基としては、スルホン酸
基、アミノ基、カルボキシル基等を用いることができ
る。染料中にナトリウム等のカチオンイオンが存在する
と、液晶層中へのカチオンイオンの溶出の恐れがあるた
め、これらのイオンは塩析、イオン交換等の方法で取り
除くことが好ましい。

【００２８】着色剤保持層にインクを吸収させる方法と
しては、ノンインパクトプリンタ、特にインクジェット
プリンタを用いることが非常に好まし。これ以外に公知
の染色法や、スクリーン印刷、オフセット印刷等の各種
印刷法も採用できる。インクジェット印刷法を用いると
きには、特に、インクノズルを３個以上並列に配列し、
三色を同時に形成する方法が量産性の点で最も好まし
い。

【００２９】多孔質層の形成方法は、通常の塗料を塗布
する方法と同様の方法で塗布し乾燥すればよい。たとえ
ば、凝ベーマイトゾルとバインダー樹脂を適当な方法で
混合し、水などを溶媒として塗布液を調製し、ブレード
コート法、エアナイフコート法、バーコート法、スピン
コート法、スプレー法、ロールコート法等の薄膜を形成
する公知の方法を採用ができる。この塗布液には、メタ
ノール等のアルコール系溶剤、アセトン等の無極性溶
剤、Ｎ−メチルピロリドン等の極性溶剤等の水溶性有機
溶媒を適宜添加できる。また、必要に応じてグリセリン
等の水溶性可塑剤や、界面活性剤、分散剤、安定剤、ゲ
ル化剤等を添加できる。

【００３０】本発明における封孔層４を形成する封孔材
としては、油溶性のものを用いる。特に疎水性のものを
用いることが好ましい。具体的にはポリエポキシド又は
シリコーンを主成分とすることが好ましい。ポリエポキ
シドの前駆体としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェ
ノールＦ型、フェノールノボラック型、クレゾールノボ
ラック型、脂環式エポキシ、に代表されるようなモノエ
ポキシ及びこれに各種官能基・ハロゲン化を行ったも
の、及びエポキシ基を官能基として有する各種機能性モ
ノマー・オリゴマー等を単独あるいは数種混合して使用
できる。

【００３１】これらの物質又はこれらの物質を形成する
前駆体を溶媒中に溶解した塗布液を作成し、適当な方法
で染料保持層上に塗布し、必要であれば硬化反応を行
う。この際に使用できる溶媒としては、親油性溶媒を中
心とした溶媒構成のものがある。具体的には、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、１，１，１
−トリクロロエタン、トリクロロエチレン等のハロゲン
系溶剤、Ｒ−２２５、Ｒ−１４１６等のフロン系溶剤、
メタノール、エタノールなどのアルコール系溶剤、シク
ロヘキサン、ヘキサン、デカン等の脂肪族系溶剤、エポ
キシ・アクリル等の官能基を持つ、いわゆる反応性希釈
剤等を単独あるいは任意の混合比で使用でき。多孔質膜
の強度低下を実質的にもたらさないものであればこれに
限定されない。

【００３２】また、必要に応じて光安定剤、消泡剤、酸
化防止剤、レベリング剤、界面活性剤、触媒等を導入す
ることもできる。なお、塗布液は、多孔質膜を破壊せず
に、これに浸透する必要があるため、塗工液の粘度は、
２００ｃＰ以下であることが望ましい。

【００３３】塗布厚みとしては、染料保持層より上部が
あとに述べる保護層を含めて２．０μｍより薄いことが
望ましい。これより、厚いときクラック、うねりが発生
しやすくなり、屈折率等に悪影響を与えるおそれがあ
る。

【００３４】本発明による透明被膜が平滑性、硬度等の
面で不十分であるときには、更にカラーフィルターを保
護し、安定した画面を提供するために、カラーフィルタ
ーの最上部の透明電極及び液晶層との境に保護層を設け
てもよい。

【００３５】この場合、多孔質膜と直接の接触がないた
め、各種有機樹脂及び無機物を用いることができる。た
だし、液晶注入等、後工程における外界からの圧縮を防
ぎ、カラーフィルターを平坦に保つために、比較的高い
硬度が必要である。

【００３６】保護層の形成方法としては、多孔質膜と同
じ方法以外にスパッタ法、ＣＶＤ法を用いることができ
る。

【００３７】加えて着色剤、多孔質膜、封孔層及び保護
層に共通する特性としては、後工程、特にＩＴＯ製膜時
において物性が変化しないこと、すなわち真空下２００
℃程度の高温で実質的に変色しない耐熱性のあることが
好ましい。また、液晶の信頼性を高めるため、ナトリウ
ム等のイオン性不純物が少ないことが好ましい。

【００３８】次いで、保護層の上には電極層が形成され
る。電極層は、アルミニウム、又はクロム等からなる。
また、透過型表示体においては光透過性である必要があ
り、一般に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化錫等を用
いることが好ましいが、これに限られない。また、電極
層は、表示に対応してパターニングされていてもよい
し、共通電極として用いられる場合などにはベタ電極と
されてもよい。電極層の形成方法としては、特にこれに
限るものではないが、層厚を均一にする見地からは、蒸
着法、スパッタ法等が好ましく用いられる。

【００３９】なお、本発明においては、必要に応じて基
板の電極の上もしくは下にＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂ 等の絶縁
膜、ＴＦＴ、ＭＩＭ、薄膜ダイオード等の能動素子、位
相差膜、偏光膜、反射膜、光導電膜等が形成されていて
もよい。

【００４０】さらに、電極付基板上に、液晶表示体の場
合は、必要に応じて配向膜を形成する。これは、ポリイ
ミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機樹脂
膜をラビングしたものであってもよいし、ＳｉＯ等を斜
め蒸着してもよいし、垂直配向剤を塗布して用いる場合
もある。

【００４１】さらに、液晶表示素子を製造する方法につ
いては、通常用いられる方法が採用できる。すなわち、
一対の基板のうちの一方を上記カラーフィルター付き電
極基板とし、他方を適宜パターニングされた電極付基板
とし、上記基板上に必要に応じて液晶配向膜を形成し、
次いで、前記一対の基板を電極面側を相対向させて周辺
部をシールしてその内部に液晶を封入する。これによ
り、鮮明度の高いカラー液晶表示体を得ることができ
る。

【００４２】本発明のカラーフィルター付き基板を用途
の面からみれば、液晶ディスプレイ面、ブラウン管表示
面、撮像管の受光面等が挙げられる。また、特に、厚み
むらのきわめて少ないカラーフィルターが得られること
から、基板間隔精度の要求の厳しい液晶素子用として好
ましいものである。

【００４３】

【実施例】

［実施例１］ガラス基板全面にクロムをスパッタにより
作成し、フォトリソグラフィーによってブラックマスク
上のパターンを形成し、エッチングした。

【００４４】次に、擬ベーマイトゾルの合成を行った。
アルミニウムトリイソプロポキシドを２０４．２５ｇ、
イソプロパノールを７５１ｇ、水を９００ｇを混合し、
２０００ｃｃのガラス製反応器中で２４時間加水分解し
て白色のゾル液を得た。

【００４５】この擬ベーマイトゾル５０重量部と水溶性
バインダとして「エスレックＫ」（商品名：積水化学
製）を混合し、スピンコートにてブラックマスクを作成
した前記の基板に塗布し、１５０℃で３０分間加熱して
固着し、インク受容層を作成した。

【００４６】次に、インクジェット法を用いてＲＧＢス
トライプパターンを形成した。次に、主剤：「エピコー
ト１００１」（商品名：油化シェル製エポキシ）６５重
量部、硬化剤：ＢＦ₃ モノメチルアミン３５重量部、溶
剤：トルエンと１−メトキシ−２−プロパノールの混合
物３０重量部からなる組成の塗布液を作成し、スピンコ
ートにて上記基板に塗布し、１５０℃１時間加熱し、硬
化させて封孔層とした。

【００４７】さらに、「Ｘ−１２−２２０６」（商品
名：信越シリコーン製）を、スピンコートにて上記基板
に塗布し、１５０℃にて硬化させることにより、保護層
とした。

【００４８】印刷した画像は鮮明に維持され、強度不足
の欠点は起こらず、液晶用カラーフィルターとしての色
特性が維持された。

【００４９】［比較例］封孔層と保護層とを以下のよう
に作成するほかは実施例１と同様に行った。

【００５０】主剤として水に無制限に溶解するトリプロ
ピレングリコールジアクリレート（ダイセル製）４７．
５重量部、硬化剤として２−メチル−１−（４−（メチ
ルフェニル）−２−モルホリノプロパン）２．５重量
部、溶媒として水、アセトンそれぞれ２５重量部からな
る混合物、からなる組成の塗布液を作成し、スピンコー
トにて上記基板に塗布し、紫外線照射し、硬化させて封
孔層とした。

【００５１】さらに、「ＲＮ−８１２」（商品名：日産
化学工業製ポリイミドコーティング剤）をスピンコート
にて上記基板に塗布し、紫外線照射し、硬化させること
により、保護層とした。

【００５２】これでは、多孔質膜の強度が不足で、ライ
ンの混色、退色、がおこり、液晶用カラーフィルターの
色特性を満たすことができなかった。

【００５３】［実施例２］本方法で作成したカラーフィ
ルター付き基板を液晶モジュール中に基板として組み込
んだところ、鮮明なカラー画像が得られた。

【００５４】

【発明の効果】本発明による方法によりカラーフィルタ
ーを作成することにより、三色同時形成が可能であり、
比較的小規模な装置を用いて製造できる低コストで、信
頼性の高いカラーフィルターを得ることができる。

【００５５】本発明によれば、多孔質膜に封孔材が容易
に浸透し、かつ多孔質膜の強度低下をおこさないで完全
な封孔が可能であり、ヘイズを防止できる。

【００５６】さらに、本発明のカラーフィルターにおい
て、透明被膜の材料をポリエポキシドもしくはシリコー
ンを主成分とする有機樹脂とすると、インク受容層との
間との接着性が高く耐久性の高いカラーフィルターが得
られる。

【００５７】さらに、カラーフィルターに、別途平坦化
被膜を設ければ、より高いは平滑性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルター付き基板を示す断面
図

【符号の説明】

１：基板２：遮光層３：着色層４：封孔層５：保護層６：電極層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられ、無機物粒子及び水溶性
バインダー樹脂からなる多孔質層を着色剤によりパター
ン着色することによってなる着色層と、多孔質層を封孔する透明封孔材層と、を有するカラーフ
ィルター付き基板であって、透明封孔材もしくはその前駆体が油溶性であることを特
徴とするカラーフィルター付き基板。
【請求項２】封孔材はポリエポキシド又はシリコーンを
主成分とする有機樹脂であることを特徴とする請求項１
記載のカラーフィルター付き基板。
【請求項３】着色剤は水溶性染料であることを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載のカラーフィルター付き基
板。
【請求項４】無機物粒子は擬ベーマイトゾルであること
を特徴とする請求項１〜請求項３いずれか１項記載のカ
ラーフィルター付き基板。
【請求項５】請求項１〜請求項４いずれか１項記載のカ
ラーフィルター付き基板を少なくとも一方の基板として
用いたことを特徴とする液晶表示素子。