JPH0821912A - 液晶カラーフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮光性に優れかつ非常に薄い遮光層を有し、
安価に製造できる液晶カラーフィルターとその製造方法
を提供する。 【構成】 有機金属塩または有機金属化合物からなるイ
ンキを、凹版オフセット印刷法を用いて透明基板１上に
印刷し、これを焼成することによって遮光層２を形成す
る。さらに、この基板上に着色層３を形成して液晶カラ
ーフィルターを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶カラーディスプレー
に用いる液晶カラーフィルターおよびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】フラ
ットパネルディスプレーの代表である液晶ディスプレー
（ＬＣＤ）は軽量、薄型、省電力などの特徴を有してお
り、従来のブラウン管（ＣＲＴ）などに代わる表示デバ
イスとしてパーソナルコンピュータ、テレビ、電子式卓
上計算器、時計などの多くの分野で用いられている。

【０００３】液晶ディスプレーのカラー表示は、通常、
カラーフィルターを用いることによって実現している。
このカラーフィルターは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）のパターン状に形成された透明な着色層と、各着
色層の間の光を遮断する遮光層とを透明基板上に配置し
て構成されている。遮光層は液晶ディスプレーのコント
ラストを向上させ、良好な画質を得るのに役立つ。

【０００４】かかる遮光層には、クロム膜や酸化クロム
膜を用いる場合と、樹脂にカーボンブラックを分散させ
たものを用いる場合とがある。前者は、遮光性が大きい
反面、クロム膜や酸化クロム膜を基板上に蒸着する工程
と、感光性樹脂などのレジストを塗布しフォトリソグラ
フィーによってパターン化する工程とを含むため、非常
にコストがかかるという問題がある。

【０００５】一方、後者は、カーボンブラックを分散さ
せた樹脂をスピナーで塗布し、フォトリソグラフィーで
パターン化して遮光層を得るため、前記クロム膜の製造
に比べて安価であるが、カーボンブラックを樹脂中に分
散させているため、遮光性が充分でない。従って、カー
ボンブラックを遮光層に用いるには、膜の厚さが１〜２
μｍにもなり、これはクロム膜の厚さの１０〜２０倍で
ある。

【０００６】このように遮光層が厚くなった場合は、図
２に示すように、透明基板１上に遮光層４を設け、さら
に着色層３′Ｒ，３′Ｇ，３′Ｂを設けたとき、着色層
３′Ｒ，３′Ｇ，３′Ｂの表面の平坦性が悪くなり、光
拡散現象による光透過の劣化や色むらなどが起こる原因
になる。また、より安価な方法として、印刷法により遮
光層を形成する方法が提案されているが、カーボンブラ
ックをインキ樹脂中に分散させたインキを用いるため、
前記と同様に遮光性および平坦性の問題がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、前述の課題を解
決し、薄膜で高い遮光性を有する遮光層を有し、しかも
安価に製造できる液晶カラーフィルターおよびその製造
方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、前記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結
果、透明基板と、この透明基板上にパターン状に形成さ
れた複数の着色層と、各着色層の境界部に設けた遮光層
とからなる液晶カラーフィルターにおいて、前記遮光層
を有機金属塩または有機金属化合物の焼成物で構成する
ときは、層厚が充分に薄く、かつ高い遮光性を有する遮
光層を安価に形成でき、その結果平坦性にすぐれ、コン
トラストも良好な液晶カラーフィルターを安価に製造で
きるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至
った。

【０００９】すなわち、有機金属塩または有機金属化合
物を溶媒に溶解させたペースト状物を使用し、これを透
明基板上に形成した塗膜を焼成することにより、厚さが
約１／２０〜１／１００に減少するので、きわめて簡単
に薄膜を得ることができる。また、この薄膜は、前記ク
ロム膜と同様に実質的に金属元素のみからなるので、高
密度で高遮光性の遮光層として最適である。塗膜の形成
方法はとくに限定されず、例えばスピナーによる塗布と
フォトリソグラフィーによるパターン化とによる方法な
どがあげられるが、次に述べる印刷法を用いるのがコス
トをより一層削減するうえで好ましい。

【００１０】本発明の液晶カラーフィルターの製造方法
は、遮光層を境界にして、透明基板上に複数の着色層を
設けるものであって、有機金属塩または有機金属化合物
のペーストを凹版オフセット印刷法によって前記透明基
板上に印刷し、さらに焼成して前記遮光層を形成するこ
とを特徴とする。前記有機金属塩または有機金属化合物
のペーストは、カーボンブラックのような粒状物を含有
しておらず、溶媒に均一に溶解しているために、その印
刷性が良好である。

【００１１】本発明において、とくに凹版オフセット印
刷法を採用した理由は以下のとおりである。種々の印刷
法において、線幅が１００μｍ以下の微細パターンを再
現できる印刷法としてスクリーン印刷、水無しオフセッ
ト印刷および凹版オフセット印刷が提案されている。と
ころが、遮光層では線幅が約１０〜４０μｍもの超微細
印刷が要求される。そのため、スクリーン印刷ではこの
ような微細なメッシュが作成できず、パターンの直線性
も著しく劣る。また、水無しオフセット印刷は印刷され
たパターンのエッジが良好でなく、また連続印刷時にお
いて膜厚のばらつきが大きいため、遮光層のような超微
細印刷に適していない。これに対して、凹版オフセット
印刷法は、超微細パターンを忠実に再現できるので、遮
光層を安価にかつ簡単に作成する印刷法として最適であ
る。

【００１２】図１は本発明の液晶カラーフィルターの一
例を示す断面図であり、有機金属塩または有機金属化合
物の焼成物からなる遮光層２が透明基板１の表面に形成
されており、さらに透明基板１の表面に複数の着色層３
Ｒ，３Ｇ，３Ｂが形成されている。これらの着色層３
Ｒ，３Ｇ，３Ｂはそれぞれ赤色層、緑色層および青色層
を示すが、必ずしもこれらのみに限定されるものではな
い。

【００１３】本発明における透明基板１としては、例え
ばノンアルカリガラス（コーニング社製の＃７０５９な
ど）、ソーダライムガラス、低アルカリガラスなどが使
用される。前記複数の着色層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、いず
れも赤色、緑色または青色の着色剤を混合した樹脂ワニ
スからなる透明の着色層である。各着色層３Ｒ，３Ｇ，
３Ｂは種々の方法により形成することができるが、印刷
法、とくに凹版オフセット印刷により形成するのが好ま
しく、これにより安価で精度のよい着色層が得られる。
前記ワニスとしては、例えばエポキシ樹脂系ワニス、ポ
リエルテル樹脂系ワニス、メラミン樹脂系ワニス、アク
リル樹脂系ワニスまたはこれらの混合系などがあげられ
る。

【００１４】着色層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、通常、厚さ１
〜３μｍ程度である。また、着色層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの
パターンの線幅は液晶ディスプレーの画面の大きさによ
って異なり、例えば１０インチ画面の場合では７０〜１
３０μｍ程度であるのが適当であり、一般には７０〜２
００μｍ程度でよい。本発明における遮光層２は、有機
金属塩または有機金属化合物の焼成物を主体とする。

【００１５】有機金属塩としては、例えば有機酸の金属
塩、一般式（１）または（２）：

【００１６】

【化１】Ｍ−Ｏ−Ｒ ・・・（１） Ｍ−Ｓ−Ｒ ・・・（２） （式中、Ｍは金属原子、Ｒは有機基を示す。）で表され
る有機金属塩などが挙げられる。

【００１７】有機金属塩または有機金属化合物に用いら
れる金属元素としては、例えば金、銀、白金、パラジウ
ム、イリジウム、ルテニウム、アルミニウム、バリウ
ム、ビスマス、鉄、マンガン、モリブテン、ニッケル、
スズ、チタン、タングステン、バナジウム、亜鉛、ジル
コニウム、ケイ素などがあげられる。なお、金属は１種
のみに限定されるものではなく、２種以上の金属元素を
有してもよい。また、ペースト中の金属元素の濃度は、
通常、ペースト総量に対して１０〜２７重量％程度であ
る。

【００１８】有機金属塩または有機金属化合物は有機溶
剤に均一に溶解させてペースト状に調製し、透明基板１
上に印刷される。有機金属塩または有機金属化合物を溶
解させる有機溶媒としては、例えばブチルセロソルブ、
ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、
テルピネオールなどが使用される。前記有機金属塩また
は有機金属化合物のペーストとしては、透明基板１の熱
変形が小さい温度範囲で焼成できるものが好ましく、例
えばエヌ・イーケムキャット（株）製のＥ−３５０１
〔金１０重量％（ペースト総量に対する金属の割合、以
下同じ）〕、Ｅ−３１００（白金１０重量％）、Ｅ−３
６１０（銀２８．３重量％）や、ノリタケカンパニーリ
ミッテッド（株）製のＤ−２４２（金含有）、Ｄ−２４
３（金含有）、Ｄ−７１（金、白金およびパラジウム含
有）などが使用される。これらの市販のペーストはその
まま使用してもよく、あるいは前述の有機溶媒を用いて
印刷に適した適度な粘度に調整してもよい。ペーストの
粘度は、約１００〜１００００Ｐ、好ましくは約１００
０〜５０００Ｐの範囲である。

【００１９】有機金属塩または有機金属化合物ペースト
の印刷厚さは、焼成後の膜厚や遮光性を考慮して決定さ
れ、とくに限定されるものではないが、通常、約１〜５
μｍの厚さであるのが適当である。一方、焼成後の膜厚
は、０．０１〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２
μｍの範囲であるのが好ましい。厚さが前記範囲を下回
る場合は遮光性が不十分であり、逆に前記範囲を超える
場合は、得られるカラーフィルターは平坦性が劣るよう
になる。焼成して得られる遮光層は、約１０〜４０μｍ
の線幅を有する。

【００２０】本発明における遮光層２は光学濃度（ＯＤ
値）で３．０以上の遮光性を有し、この値が大きいほど
良好である。光学濃度（ＯＤ値）は、光の透過率をｘ
（％）とすると、次式：

【００２１】

【数１】ＯＤ値 ＝ ｌｏｇ（ １／ｘ ） で表され、本発明における光学濃度の測定は、温度が２
３℃±１℃、測定アパーチャー径が遮光層の線幅以内
（直径２０〜１０μｍ程度）の条件で行ない、４００〜
７００ｎｍの波長域における最低光学濃度を示した。

【００２２】次に、本発明のカラーフィルターの製造方
法をより詳細に説明する。遮光層を形成するための凹版
オフセット印刷に用いる凹版は、例えば、ソーダライム
ガラス、ノンアルカリガラス、石英、低アルカリガラ
ス、低膨張ガラス、ステンレス、銅などの基板の表面に
遮光層のパターンに対応した凹部を形成したものであ
る。前記基板のうち、ソーダライムガラスなどの軟質ガ
ラスを用いるのが、微細なパターンを高精度で再現する
うえでとくに好ましい。また、前記凹部は、深さが０〜
１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍであるのが適当であ
る。

【００２３】この凹版を使用して凹版オフセット印刷法
によって、透明基板１上に有機金属塩または有機金属化
合物のペーストを印刷する。ついで、透明基板１が熱変
形しない温度、通常、４００〜７５０℃、好ましくは５
００〜６５０℃で５〜３０分間、好ましくは１５〜２０
分間焼成して薄膜化し、遮光層２を形成する。さらに、
この透明基板１上に、赤色、緑色および青色の着色層３
Ｒ，３Ｇ，３Ｂをそれぞれ任意な手段で形成する。好ま
しくは着色層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは凹版オフセット印刷に
よって形成される。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の液晶カラーフィルターの実施
例を示す。 実施例１ 透明基板として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）用ガラス
（コーニング社製の＃７０５９、厚さ１．１ｍｍ）を用
い、その基板上に、エヌ・イーケムキャット（株）製の
Ｅ−３５０１のペーストを凹版オフセット印刷法によっ
て印刷した。印刷用凹版は凹部の深さが８μｍのものを
用い、形成したパターンは線幅２０μｍ、厚さ２．０μ
ｍであった。印刷後、６００℃で２０分間焼成し、厚さ
が０．１μｍである遮光層を形成した。この遮光層の光
学濃度（ＯＤ）値は３．０（測定装置：オリンパス
（株）製の顕微分光計ＯＰＳ−ＳＰ１００、以下同じ）
であり、そのパターン形状は良好であった。

【００２５】ついで、遮光層を形成した透明基板上に、
凹版オフセット印刷法にて赤色、緑色および青色の各透
明インキを順次印刷し、線幅１００μｍ、厚さ１．５μ
ｍの着色層を形成させた。各透明インキはそれぞれ所定
の着色剤をポリエステル系ワニスに混合して調製したも
のである。着色層を印刷した後、フッ素樹脂コーティン
グを施した金属ロールを用いて着色層表面をプレスして
平坦化処理を行い、硬化させて図１に示すような液晶カ
ラーフィルターを得た。平坦化処理後の表面形状は、遮
光層の部分に突起などがなく、良好であった。 実施例２ 実施例１と同じ透明基板上に、ノリタケカンパニーリミ
テッド（株）製のＤ−２４２のペーストを凹版オフセッ
ト印刷法によって印刷した。印刷用凹版は凹部の深さが
１３μｍのものを用い、形成したパターンは線幅２０μ
ｍ、厚さ３．０μｍであった。印刷後、実施例１と同様
にして６００℃で２０分間焼成し、厚さが０．２μｍの
遮光層を形成した。この時のＯＤ値は３．５であり、そ
のパターン形状は良好であった。次いで、この基板上
に、実施例１と同様にして着色層を形成し、平坦化処理
を行ってから硬化させ、カラーフィルターを得た。平坦
化処理後の表面形状は、遮光層の部分に突起などがな
く、良好であった。 比較例１ 実施例１と同じ透明基板上に、カーボンブラックの感光
性顔料分散樹脂（富士ハント（株）の製カラーモザイク
ＣＫ２０００）をスピンコーターで厚さ２μｍに塗布
し、フォトリソグラフィー法により線幅２０μｍの遮光
層を形成した。この時のＯＤ値は２．０であり、パター
ン形状は極めて良好であった。次いで、この基板上に、
実施例１と同様にして着色層を形成し、平坦化処理後に
硬化させた。平坦化処理後の表面形状は、遮光層の部分
がやや凸状になり、あまり良好ではなかった。 比較例２ 実施例１と同じ透明基板上にクロム膜を蒸着し、さらに
感光性レジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によ
り厚さ０．１μｍ、線幅２０μｍの遮光層のパターンを
形成した。この時のＯＤ値は３．５で、パターンの形状
は極めて良好であった。次いで、この基板上に、実施例
１と同様にして着色層を形成し、平坦化処理を行ってか
ら硬化させた。平坦化処理後のカラーフィルター基板表
面の形状は、遮光層の部分に突起などがなく、極めて良
好であった。 比較例３ 実施例１と同じ透明基板上に、カーボンブラックを分散
したポリエステル樹脂を水無しオフセット印刷によって
印刷し、線幅２０μｍ、厚さ１．５μｍの遮光層を形成
した。この時のＯＤ値は１．７で、パターンの形状は悪
く、波状になっていた。次いで、水無しオフセット印刷
法を用い、実施例１と同様の着色層を印刷し、平坦化処
理を行ってから硬化させた。平坦化処理後のカラーフィ
ルター基板表面の形状は、遮光層の部分がやや凸状にな
り、あまり良好ではなかった。 比較例４ 実施例１と同じ透明基板上に、カーボンブラックを分散
したポリエステル樹脂を凹版オフセット印刷によって印
刷し、線幅２０μｍ、厚さ２．０μｍの遮光層を形成し
た。この時のＯＤ値は２．０で、パターンの形状は良好
であった。次いで、実施例１と同様にして着色層を形成
し、平坦化処理を行ってから硬化させた。平坦化処理後
のカラーフィルター基板表面の形状は、遮光層の部分が
やや凸状になり、あまり良好ではなかった。

【００２６】以上の実施例および比較例において、本発
明の遮光層が形成された実施例１および２は、遮光層が
薄く、かつ遮光性も良好であって、着色層の表面の平坦
性も良好であった。比較例２は最も一般的な遮光層の製
造方法であって、形成された遮光層の光学濃度および形
状は優れているが、製造にコストがかかる。

【００２７】一方、遮光層にカーボンブラックを用いた
比較例１、３および４は、遮光層を厚くしても光学濃度
が低く、遮光性に劣る。さらに、着色層の表面の平坦性
が良好でなかった。さらに、遮光層を形成するための印
刷法として一般的な水無しオフセット印刷を用いた比較
例３の場合は、パターンの形状も劣っていた。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、遮光層が、有機金属塩
または有機金属化合物の焼成物からなるので、薄膜であ
っても高い遮光性を有することができる。そのため、か
かる遮光層を有する本発明のカラーフィルターは、平坦
性にすぐれ、コントラストが鮮明で良好な画質を有する
という効果がある。

【００２９】また、有機金属塩または有機金属化合物の
ペーストを凹版オフセット印刷法によって透明基板上に
印刷し、さらに焼成して遮光層を形成するときは、超微
細な遮光層を高精度で、しかも簡単に製造できるため、
液晶カラーフィルターの製造におけるコストの削減を図
れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶カラーフィルターの一例を示す断
面図である。

【図２】従来の液晶カラーフィルターの断面図である。

【符号の簡単な説明】

１─透明基板 ２─遮光層 ３Ｒ─着色層 ３Ｇ─着色層 ３Ｂ─着色層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年３月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】

【数１】ＯＤ値 ＝ ｌｏｇ（ １００／ｘ ） で表され、本発明における光学濃度の測定は、温度が２
３℃±１℃、測定アパーチャー径が遮光層の線幅以内
（直径２０〜１０μｍ程度）の条件で行ない、４００〜
７００ｎｍの波長域における最低光学濃度を示した。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板と、この透明基板上にパターン状
   に形成された複数の着色層と、各着色層の境界部に設け
   た遮光層とからなる液晶カラーフィルターにおいて、前
   記遮光層が有機金属塩または有機金属化合物の焼成物か
   らなることを特徴とする液晶カラーフィルター。
2. 【請求項２】焼成物である前記遮光層の厚さが０．０１
   〜０．５μｍである請求項１記載の液晶カラーフィルタ
   ー。
3. 【請求項３】透明基板上に遮光層を形成し、ついでこの
   遮光層を境界にして、透明基板上に複数の着色層を設け
   る液晶カラーフィルターの製造方法において、有機金属
   塩または有機金属化合物のペーストを凹版オフセット印
   刷法によって前記透明基板上に印刷し、さらに焼成して
   前記遮光層を形成することを特徴とする液晶カラーフィ
   ルターの製造方法。