JPH08110405A - カラーフィルター用プラスチック積層シート及びプラスチック基板カラーフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 光学的に透明なポリマーからなる第１層と、
該層よりガラス転移温度の低い光学的に透明なポリマー
からなる第２層とを積層してなるカラーフィルター用プ
ラスチック積層シート。 【効果】 耐衝撃性、剛性を備えるとともに、優れた耐
熱性、光学的特性及び表面平滑性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的特性と表面平滑
性に優れ、かつ耐熱性と適度な剛性を有するカラーフィ
ルター用プラスチック積層シート及び該積層シートを基
板として用いたカラーフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロニクス技術の急速な進歩にと
もない、液晶表示素子に代表される光エレクトロニクス
素子が注目されており、素子を透明導電層を有するガラ
ス基板上に形成することにより各種用途に供されてい
る。しかし、ガラスの機械的強度、特に脆性に課題があ
り、素子の耐久性を低下させるため、強化ガラス等の特
殊な処理をした基板の利用や、素子を衝撃から保護する
ために、金属フレームや表面保護用のプラスチックシー
トを用いる等の対策が実施されている。一方、可搬型機
器に組み込んだ場合、ガラスの大きな比重のため機器の
重量が大きくなり、そのためガラス基板の薄厚化が指向
され０．４mm厚程度の基板が利用可能となった。しか
し、この場合も、ガラスの脆性のためプロセス中での割
れによる歩留り低下や、素子の耐衝撃性が低下するとい
う課題を有している。

【０００３】以上のように、基板の強靱化・軽量化が強
く望まれており、軽量性、耐衝撃性の点からプラスチッ
ク基板を用いた表示素子が強く要望されている。一方、
液晶表示素子の場合、０．１mm厚程度のプラスチック基
板を用いた小型のモノクロ表示素子は既に知られてお
り、ページャーや携帯電話機用の表示体として実用化さ
れている。これら表示素子は、ガラスと異なり基板が薄
くフレキシブルであるため、大面積の表示体を得ること
が難しいという欠点を有する他、既存ガラスプロセスと
全く異なるプロセスとなるため、新規な技術開発が必要
になるという欠点を有する。従って、０．３mm以上の程
度の厚みを有し、ガラスに近い剛性を有するプラスチッ
ク基板を用いた表示体の開発が検討されている。

【０００４】この様な表示体をカラー化する場合、カラ
ーフィルター用の基板としても、ガラスと同程度の品質
要求を満たしている必要がある。すなわち、カラーフィ
ルターを形成させる際に必要とされるプロセス温度は、
一般に１８０℃以上であり、モノクロ表示素子を得るた
めの必要プロセス温度を上回る耐熱性が要求される。ま
た、液晶素子への応用を考える場合には、好ましくは５
０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下という低リタ
ーデーションが基板に要求される。更に、得られたカラ
ーフィルターの表面平滑性が数１０ｎｍ以下と、高度な
平滑性が要求されるため、用いる基板の表面も極めて平
滑である必要がある。

【０００５】しかし、プラスチックをシート化する際、
分子は配向を受け易く、特に、耐熱性の高い材料を用い
溶融押出法にて低リターデーションのシートを得ること
は非常に困難である。例えば、ガラス転移温度が１５０
℃であるポリカーボネートの様な比較的耐熱性の低い材
料では、液晶表示素子に利用可能な５０ｎｍ以下のリタ
ーデーションを有するシートを得ることも可能ではある
が、ポリアリレート等のガラス転移温度が１８０℃以上
の材料では、厚みが０．３mm以上を有する低リターデー
ションのシートは得られていない。また、溶融押出法に
より厚膜化した場合、光学的等方性が損なわれる他、成
形時のダイラインによる表面平滑性や外観が悪く、カラ
ーフィルター用基板として用いることは困難である。

【０００６】低リターデーションで表面平滑性の良いプ
ラスチック基板材料を得る代表的な方法としては、溶剤
キャスティング法が知られているが、剛性を持たせるた
めにフィルムを厚膜化する場合、発泡等の欠陥が生じ易
い他、生産性が大幅に低下するので、工業的実施は難し
く、２００μｍ程度が限界である。

【０００７】そのため、ポリメチルメタクリレートや変
性オレフィンの様な本質的に低複屈折材料であるプラス
チックや、特開平６−１９４５０１号にみられるような
架橋アクリルやエポキシの如き硬化型プラスチックをシ
ート状に成形して利用することが検討されているが、前
者はガラスプロセスで必要とされる耐熱性が無く、後者
は生産性が悪く量産実用性に欠ける等の課題を有してい
る。また、前記耐熱光学フィルムを積層しシート化する
ことも可能であるが、耐熱性と信頼性に優れた接着剤が
無いことや、加熱積層する場合は高い処理温度が必要と
なり、樹脂の変性・着色等、特性の劣化が起こる。従っ
て、ガラスプロセスと互換性を保つことのできる剛性
と、従来のカラーフィルター形成プロセスに耐える程度
の耐熱性を持ち、耐衝撃性に優れ、かつ、透明・低リタ
ーデーション等の光学的特性を満足する工業的に利用可
能な材料は未だ見いだされていないのが実情である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
実情に鑑み、カラーフィルター形成に供することのでき
る耐熱性に優れるとともに、剛性及び光学的特性におい
ても満足し得る、低リターデーションのプラスチック積
層シートを提供するのである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、高耐熱性を受け持
つ層と室温における物理的性質を受け持つ層の積層構造
にすることにより、剛性、光学的特性及び耐熱性を合わ
せ持つ光学プラスチック積層シートが得られることを見
出し本発明に到った。すなわち、本発明の第１は、光学
的に透明なポリマーからなる第１層と、該層よりガラス
転移温度の低い光学的に透明なポリマーからなる第２層
とを積層してなるカラーフィルター用プラスチック積層
シートを、本発明の第２は、該プラスチック積層シート
を基板として用いたカラーフィルターを、それぞれ内容
とする。

【００１０】本発明は、高ガラス転移温度を有する耐熱
性の高い材料からなる第１層と、該第１層よりも低ガラ
ス転移温度を有する材料からなる第２層とからなる積層
構造を有するプラスチック積層シートを特徴とするもの
である。本発明において光学的に透明なポリマーとは、
光線透過率が８０％以上でヘイズ（ｈａｚｅ）値が５％
以下のものを云う。かかる光学的特性を有するポリマー
としては、例えば、ポリアリレートやポリカーボネート
等、熱可塑性のエンジニアリングプラスチックと呼ばれ
るものや、エポキシ樹脂・架橋アクリル等の架橋型プラ
スチック等、耐熱性の高い樹脂が用いられる。主鎖に芳
香族基を有するポリアリレートやポリカーボネートは、
耐熱性・透明性に優れ、フィルム又はシートを得るのに
適しており、好ましい材料である。該ポリマーの詳細
は、特開昭５７−７３０２１号、特開平１−１３５８３
号、特開平２−８８６３４号、特開平２−２３７２０号
等に記載されており、そのガラス転移温度は１８０℃以
上、好ましくは２００℃以上である。

【００１１】第１層は、該層よりも低ガラス転移温度を
有する第２層の片面もしくは両面に積層化され、第２層
の高温加熱時の熱変形を防止する役割を果たしている。
第１層の厚みは、積層シートの厚みや、要求される耐熱
形状安定性により決定されるが、通常、積層シートの２
０〜８０％である。該積層シートを単に液晶表示装置用
基板として用いる場合、シートは低リタデーションであ
ることが必要であり、液晶表示装置の種類にもよるが、
一般に５０ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは２０ｎ
ｍ以下である。第１層は、単層又は２層以上の複数層か
らなる。

【００１２】第２層を構成するポリマーとしては、一般
には低複屈折性を有し、厚膜化が容易なポリマーから構
成され、耐熱性は第１層より低いものを用いる。加熱融
着法等により、積層プロセスにて第２層がガラス転移温
度以上に加熱される場合、低複屈折性を有しない材料を
用いることも可能であり、第２層に要求される光学的な
初期特性は大幅に緩和される。第２層を構成するポリマ
ーのガラス転移温度は、要求される耐熱性の程度に依存
するが、一般には１００℃以上であればよく、好ましく
は１４０℃以上、より好ましくは１８０℃以上であり、
第１層を構成するポリマーのガラス転位温度よりも２０
℃以上低いことが好ましく、更に４０℃以上低いことが
一層好ましい。本発明の積層プラスチックシートの耐熱
性は、前記した如く、第１層の耐熱性からの寄与が大き
い。第２層も単層又は２層以上の複数層からなる。

【００１３】第２層を構成するポリマーは、第１層との
親和性に優れたポリマーが好ましく、最適ポリマー材料
を選択する必要がある。第２層は、常温でのシートの剛
性を出すための役割を果たしている。また、熱的変形に
対しては第１層により守られているため、ガラス転移温
度以上の高温加熱時においても、その片面あるいは両面
に存在する高ガラス転移温度を有する第１層の保護を受
け、加圧等の応力に対しても流動すること無く形態を保
持する。第２層の厚みは、第１層厚みの場合と同様に、
積層シートに要求される特性により決定されるが、積層
シート全体の厚みの８０〜２０％である。

【００１４】本発明のプラスチック積層シートは、各層
を構成するプラスチックを溶融共押出法により成形する
ことができる。また、各層を単独にて溶剤キャスティン
グ法や溶融押出法により必要とする厚みにフィルム化し
た後ラミネートすることにより、表面平滑性の優れた高
品位の積層シートを容易に得ることができ、より好まし
い方法である。この時、第１層は、積層シートの表面を
形成するため、表面平滑性に優れた溶剤キャスティング
法により得られたフィルムであることが特に好ましい。
接着剤を用いてラミネートすることも可能であるが、積
層シートの耐熱性を損なわないように接着剤を選択する
必要がある。接着剤の変色など高温時の好ましくない変
化を防ぐために、接着剤を用いず、直接各層を加熱融す
ることが好ましい。この場合は、第１層と第２層の親和
性を考慮して材料選択を行う必要がある。

【００１５】このように、後ラミネート法により積層シ
ートを得る場合、高耐熱層（第１層）は光学的特性や表
面平滑性の点から溶剤キャスティング法により成膜した
フィルムを用い、比較的低ガラス転移温度を有する材料
は溶融押出法でフィルムを生産性高く得ることが容易で
あるという特徴を利用し、第２層は溶融押出フィルムを
用い、積層シートのコストを低減することが可能であ
る。この様な構成とすることにより、表面の平均粗さ
（Ｒａ）が３０ｎｍ以下という極めて平滑な表面を有す
るシートを得ることができる。

【００１６】また、加熱ラミネート法によれば、一般的
に、第２層はラミネート時にガラス転移温度以上に加熱
されるため、熱アニールの効果を受けることになり、単
一フィルムで有していた複屈折性は熱アニールにより低
下改善され、その結果、得られた積層シートは、単一フ
ィルムのリターデーションの総和より小さくなるという
特徴を有する。好適な加熱ラミネートの方法の一つは、
加熱ロールあるいはベルトによる加熱・加圧ラミネート
法である。必要とする加熱温度はラミネートする材料に
より異なるが、第２層を構成する材料のガラス転移温度
より高く、第１層を構成する材料のガラス転移温度より
低い温度が好適である。熱ラミネートは、比較的低温に
て予備圧着した後、ラミネート温度に加熱し本圧着する
等、加熱を複数の段階に分けて実施することも可能であ
る。熱ラミネート時の気泡巻き込みを防止するため、真
空ラミネート方式も好適に使用可能である。

【００１７】上記の如き構造の本発明のプラスチック積
層シートは、剛性等においてプロセスでのガラスとの共
用又は互換性を保つため、厚みは０．２〜１ｍｍが好適
であり、０．３〜０．７ｍｍが特に好ましい。また、光
学的特性については、全光線透過率は８０％以上が好ま
しく、リターデーションは、７０ｎｍ以下が好ましく、
より好ましくは５０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ
以下である。

【００１８】第１層としてポリアリレートやポリカーボ
ネート系ポリマーを用いた場合、第２層の好適なポリマ
ーとしては、比較的低ガラス転移温度を有するポリエス
テル、ポリアリレート又はポリカーボネート等である。
ビスフェノールＡとテレフタル酸から成るポリカーボネ
ートはエンジニアリングプラスチックとして広く利用さ
れており、また、ガラス転移温度が約１５０℃と適度な
値を有すると共に、第１層と高い親和性を有しており、
特性・コストの点から第２層材料として特に好ましい。

【００１９】本発明のプラスチック積層シートは、耐熱
性、剛性と極めて平坦な表面性を有しているため、研磨
したガラスと同等の特性を有しており、ガラスと同様の
カラーフィルター（ＣＦ）形成プロセスに供することが
できる。ＣＦとの密着性を向上させる目的で、各種表面
処理を積層シート表面に行うこともできる。この時、ガ
ラス基板と比較し、プラスチック積層シートは表面が化
学的に活性であるため各種改質手段を適用できるという
特徴を有する。ＣＦ形成方法によっては、ＣＦ形成過程
においてプラスチック積層シートの第１層とレジスト用
有機溶剤が直接接触する場合がある。第１層に用いる材
質によっては、表面を犯される可能性があるため、予
め、積層シートの第１層表面上に耐溶剤性のある別の層
を形成させておくことも可能である。耐溶剤性の層は、
基板の優れた表面性を悪化させるものであってはなら
ず、シリカ等の無機系薄膜や、ＣＦ用オーバーコート剤
を薄く形成させることが好ましい。プラスチック積層シ
ート上に形成されたカラーフィルターは、その上に、平
坦化やカラーフィルター層の保護のために公知のオーバ
ーコート層を形成させた上でＩＴＯ等の透明導電層を設
け、表示体用の導電基板として用いられる。

【００２０】本発明のプラスチック積層シートは、耐熱
性と光学特性及び表面平滑性の点からガラスと共用又は
互換可能であり、カラーフィルター用基板として有用で
ある。更に、ガラスと異なり耐衝撃性に優れ、かつ軽量
であるため、大面積化が要求される液晶表示素子用のカ
ラーフィルター用基板材料として特に有用である。

【００２１】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 第１層の材料として、溶剤キャスティング法により製膜
され、ガラス転移温度が２１５℃、リターデーションが
１０ｎｍである７５μｍ厚のＡ４版サイズの透明ポリア
リレートフィルム（エルメック Ｆ−１１００：鐘淵化
学工業株式会社の登録商標）を用い、第２層の材料とし
て、溶剤キャスティング法により製膜され、ガラス転移
温度が１５０℃、リターデーションが１３ｎｍである１
２０μｍ厚の主鎖にビスフェノールＡ−テレフタル酸か
らなる透明ポリカーボネートフィルムを用い、ポリカー
ボネートフィルムをポリアリレートフィルム２枚で挟
み、真空ラミネート機で１４５℃にて仮圧着した。その
後ガラス板で挟み２００℃に加熱・本圧着し、強固に融
着した２７０μｍ厚の積層シートを得た。得られた積層
シートのＴＭＡ分析による軟化温度は２４５℃であり、
ポリアリレート単独のフィルムとほぼ同程度の軟化温度
を示した。一方、ポリカーボネートの軟化温度は１８０
℃であった。また、作成した積層シートは２００℃で２
０Kg／cm² で加圧しても、その形態を保持し、リターデ
ーションは２０ｎｍと優れた耐熱性と光学的等方性を有
していた。また、表面粗さは、平均で２８ｎｍであっ
た。

【００２３】実施例２ １，１−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−３，３，
５−トリメチルシクロヘキサンとビスフェノールＡをフ
ェノール成分として含有する耐熱ポリカーボネート（ガ
ラス転移温度：２０６℃、Ａｐｅｃ ＨＴ ＫＵＩ−９
３７１：バイエル株式会社の登録商標）を用い、溶剤キ
ャスティング法により、リターデーションが８ｎｍであ
る７５μｍ厚のポリカーボネートフィルムを得た。該フ
ィルムを第１層として用いた他は、実施例１と同様にし
て、強固に融着した２７０μｍの積層シートを得た。得
られた積層シートのＴＭＡ分析による軟化温度は２３０
℃であり、第１層のポリカーボネート単独のフィルムと
ほぼ同程度の軟化温度を示した。作成した積層シートは
１９０℃で２０Kg／cm² で加圧しても、その形態を保持
し、リターデーションは１９ｎｍと、優れた耐熱性と光
学的等方性を有していた。また、表面粗さは、平均で１
５ｎｍであった。

【００２４】実施例３ 第２層の材料として溶融押出法により成形された、１５
０ｎｍのリターデーションを有する４００μｍ厚のポリ
カーボネートシート（ガラス転移温度：１５０℃）を用
い、実施例１と同様にポリアリレートフィルム２枚との
加熱融着を行い、５３０μｍ厚の積層シートを得た。こ
の複層シートの軟化温度は２４５℃で２００℃、２０Kg
／cm² で加圧した後のリターデーションは１９ｎｍであ
った。表面粗さは実施例１と同様、平均で２８ｎｍであ
った。

【００２５】実施例１で得られた積層シートを用い、Ｒ
Ｆ真空スパッタリング法にて、ＳｉＯ_X 層を５００Åを
形成させバリヤー層を有する耐熱透明基板を作成した。
得られた透明耐熱基板は、酸素透過性が１．２cc／m²／
day 以下であり、Ｎ−メチルピロリドンに室温にて５分
浸漬しても表面は変化せず、良好な耐溶剤性を示した。

【００２６】

【発明の効果】叙上の通り、本発明によれば、耐衝撃
性、剛性を備えるとともに、光学的特性及び表面平滑性
に優れたカラーフィルター用プラスチック積層シートが
提供される。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的に透明なポリマーからなる第１層
   と、該層よりガラス転移温度の低い光学的に透明なポリ
   マーからなる第２層とを積層してなるカラーフィルター
   用プラスチック積層シート。
2. 【請求項２】 第１層を第２層の両面に配置してなる請
   求項１記載のプラスチック積層シート。
3. 【請求項３】 第１層と第２層が直接積層してなる請求
   項１又は２記載のプラスチック積層シート。
4. 【請求項４】 第１層が、主鎖に芳香族基を有する光学
   的に透明な耐熱ポリアリレートまたはポリカーボネート
   からなる請求項１〜３記載のプラスチック積層シート。
5. 【請求項５】 第２層がポリカーボネートからなる請求
   項１〜４記載のプラスチック積層シート。
6. 【請求項６】 請求項１〜５記載のプラスチック積層シ
   ートを基板としたカラーフィルター。