JP2000147237A - 感光性着色組成物及びそれを用いたカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶表示装置用の耐熱性、透明性（透過率）の
あるカラーフィルタであり、製造工程は複雑でなく、水
現像を可能にして環境への悪影響を及ぼさないカラーフ
ィルタ用の感光性着色組成物を提供すること。また、こ
の感光性着色組成物を用いたカラーフィルタを提供する
こと。 【解決手段】樹脂、光酸発生剤、架橋剤、色素、分散
剤、溶媒として水またはアルコールを主成分とする感光
性着色組成物であって、樹脂が化学式（１）で表される
単量体と、二重結合のある（メタ）アクリロイル基を有
する単量体の共重合体であること。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶ディス
プレイやカラービデオカメラ等に使用されるカラーフィ
ルタを製造する際に用いる感光性着色組成物、及びそれ
を用いたカラーフィルタに関する。すなわち、ＴＮ（ツ
イステッド・ネマチック）型液晶表示、ＧＨ（ゲスト・
ホスト）型液晶表示、及びＦＬＣ（強誘電液晶）型液晶
表示などのカラー液晶表示装置の液晶セル内に設けるこ
とにより、好適なカラー表示をすることができるカラー
フィルタ製造用の感光性着色組成物、及びそれを用いた
カラーフィルタに関する。また、ビデオカメラ、デジタ
ルカメラ、ＦＡＸ、スキャナー、コピーに用いられる固
体撮像素子に使用されるカラーフィルタを製造する際に
用いる感光性着色組成物、及びそれを用いたカラーフィ
ルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラーフィルタの製造に用いられ
る感光性樹脂組成物には、以下のものが知られている。 （１）ゼラチン、カゼイン、グリューなどの天然タンパ
ク質系樹脂に感光剤として重クロム酸塩を配合してなる
感光性樹脂組成物。 （２）Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミ
ドなどの窒素含有単量体と水酸基含有単量体との共重合
体である合成系樹脂に感光剤を添加してなる感光性樹脂
組成物。（特開昭５８−１９９３４２号公報） （３）アクリル系樹脂、光開始剤、光重合性モノマーか
らなる感光性樹脂組成物。（特開平６−２０１９１３号
公報） （４）Ｎ−ビニルアセトアミド、光架橋剤、溶媒に水ま
たはアルコールからなる感光性樹脂組成物。

【０００３】しかし、（１）の上記感光性樹脂組成物は
天然樹脂であるため、安定性が悪く、膜厚、分光特性な
どが変動しやすく暗反応が生じやすい。また、染色工程
がはいるため工程が複雑である。（２）の上記感光性樹
脂組成物は合成樹脂であるため、安定性は良好である
が、耐熱性が低く、工程に染色工程がはいるため工程が
複雑である。（３）の上記感光性樹脂組成物は膜厚、分
光特性、耐熱性は良好であるが、水現像が不可能であり
環境に悪影響を及ぼす。（４）の上記感光性樹脂組成物
は、低残膜率であり、耐熱性は光架橋剤量が少量であれ
ば問題はないが、高感度化するために光架橋剤量を大量
に用いると問題となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に着目してなされたもので、その課題とするところ
は、カラーフィルタの耐熱性、透明性（透過率）は十分
にあり、カラーフィルタの製造工程は複雑でなく、ま
た、水現像を可能にして環境への悪影響を及ぼさないカ
ラーフィルタ用の感光性着色組成物を提供することであ
る。また、この感光性着色組成物を用いたカラーフィル
タを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明における第一の発
明は、樹脂、光開始剤、色素、溶媒として水またはアル
コールを主成分とする感光性着色組成物であって、樹脂
が化学式（１）で表される単量体と、二重結合のある
（メタ）アクリロイル基を有する単量体の共重合体であ
ることを特徴とする感光性着色組成物である。

【０００６】

【化３】

【０００７】また、本発明は、上記発明の感光性着色組
成物において、前記共重合体が、化学式（１）で表され
る単量体がモル比で５０％〜９０％、二重結合のある
（メタ）アクリロイル基を有する単量体がモル比で１０
〜４０％含有する共重合体であることを特徴とする感光
性着色組成物である。

【０００８】

【化４】

【０００９】また、本発明は、上記発明の感光性着色組
成物において、前記共重合体の分子量が、１×１０³ 〜
５００×１０³ であることを特徴とする感光性着色組成
物である。また、本発明は、上記発明の感光性着色組成
物において、前記光開始剤が、２−（２’−トリメチル
アンモニウムエチルアミノ）−４，６−ビス（トリクロ
ロメチル）−Ｓ−トリアジンであることを特徴とする感
光性着色組成物である。

【００１０】また、本発明における第二の発明は、上記
発明の感光性着色組成物を用いたことを特徴とするカラ
ーフィルタである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を一実施の形態に基づいて
以下に説明する。本発明における樹脂は、化学式（１）
で表される単量体と、二重結合のある（メタ）アクリロ
イル基を有する単量体の共重合体である。前記化学式
（１）で表される単量体はモル比で５０％〜９０％含有
していることが望ましい。５０％未満では水現像が出来
なくなり、９０％以上であると低感度になる。

【００１２】本発明における二重結合のある（メタ）ア
クリロイル基を有する単量体としては、（メタ）アクリ
ル酸にグリシジルメタクリレートまたはジオールとジカ
ルボン酸の付加したもの、ジイソシアネートとジオール
のウレタン化したものに２−ヒドロキシエチル（メタ）
アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリ
レート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、
４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレートを付加した
もの、ジオールにメタクリル酸を付加したもの等が挙げ
られる。この単量体は共重合体において、モル比で１０
から３０％含有していることが望ましい。１０％未満で
は感度が不足し、３０％以上であると水現像が出来なく
なる。

【００１３】本発明における単量体と共重合可能な単量
体としては、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレー
ト、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２
−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、４−ヒドロ
キシブチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチ
ル（メタ）アクリレートのε−カプロラクトン付加物、
ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポ
リプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、２
−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレートの２塩基酸無
水物およびエチレンオキサイド付加物、（メタ）アクリ
ル酸のフェニルグリシジルエーテル付加物、グリシジル
（メタ）アクリレートのモノカルボン酸付加物、アリル
アルコール、アリロキシエタノール、アクリル酸、メタ
クリル酸、クロトン酸、ビニル安息香酸または（メタ）
アクリル酸のカプロラクトン付加物、ヒドロキシアルキ
ル（メタ）アクリレートに無水フタル酸等の酸無水物を
付加させたもの、メチル（メタ）アクリレート、エチル
（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、
シクロヘキシル（メタ）アクリレート等の脂肪族（メ
タ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、フ
ェノキシエチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メ
タ）アクリレート等の芳香族含有（メタ）アクリレー
ト、メトキシエチル（メタ）アクリレート等の官能性
（メタ）アクリレート、スチレンおよびスチレン誘導
体、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等
のＮ置換マレイミド等が挙げられる。これら単量体は１
種類でも、それ以上でも構わない。

【００１４】上記共重合体分子量は、好ましくは１×１
０³ 〜５００×１０³ であり、さらに好ましくは１０×
１０³ 〜２００×１０³ である。分子量が１×１０³ 以
下では、感度が不足し、５００×１０³ 以上では現像性
が低下する。

【００１５】本発明による感光性着色組成物において
は、熱によって着色しやすい光架橋剤を用いず、光開始
剤を用いることにより、熱による着色を起こさず高感度
化が可能となるものである。本発明における光開始剤と
しては、トリアジン系化合物である２−（２’−トリメ
チルアンモニウムエチルアミノ）−４，６−ビス（トリ
クロロメチル）−Ｓ−トリアジンなどが挙げられる。

【００１６】上記光開始剤は樹脂に対して２〜５０ｗｔ
％、好ましくは５〜３０ｗｔ％の量で用いられる。な
お、光開始剤は樹脂に対して２ｗｔ％未満であると感度
が低下し、５０ｗｔ％を越えるとパターンが膨潤する。

【００１７】本発明に係わる色素として、染料や顔料を
用いることができる。染料としては、例えばカラーイン
デックス記載の直接染料、酸性染料、塩基性染料、媒染
染料、酸性媒染染料、可溶性建染染料などを使用するこ
とが出来る。カラーフィルタの分光調整のために、２点
以上混ぜ合わせても良い。

【００１８】顔料としては、一般にハンザ系、ジスアゾ
系、トルイジン系、リソール赤系、ナフトールＡＳ系、
グリーンゴールド、ポリ縮合アゾ系、アントラピリミジ
ン、アントアントロン、ペリレン、トランスペリノン、
チオインジコ系、キナクリドン、イソインドリノン、け
い光顔料、ジオキサジン、インダントレンブルー、イソ
ビオラントロン、フタロシアニン緑青、フタロシアニン
青、フタロシアニン緑などが一般的に用いられる。体質
顔料としては、硫酸バリウム、亜鉛筆、硫酸鉛、酸化チ
タン、黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青、酸化クロム、カ
ーボンブラックなどの無機顔料なども用いられる。これ
らのうち、一種のみ使用しても良く、複数種を合わせて
使用しても良い。カラーフィルタの分光調整のために
は、通常、任意の顔料を２〜３種混ぜ合わせて調整す
る。

【００１９】各色の顔料は、白色光を分解する役割を担
うため、透明性、耐光性、耐熱性が優れていなければな
らない。顔料の一次粒子径は０．３μｍ以下、好ましく
は０．１μｍ以下であって可視光の波長に対して十分小
さくする。

【００２０】分散剤としては、Ｓ２００００またはＳ２
７０００（ゼネカ製 商品名）が挙げられる。

【００２１】溶媒として、水またはアルコールなどであ
り、アルコールとしては、メタノール、エタノール、ｎ
−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブチルア
ルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｉｓｏ−ブタノ
ール、ｔｅｒｔ−ブタノール、１−ペンタノール、２−
ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブ
タノール、ｉｓｏ−アミルアルコール、ｔｅｒｔ−アミ
ルアルコール、ｎｅｏ−アミルアルコール、１−ヘキサ
ノール、２−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−
２−ペンタノール、２−エチル−１−ブタノール、１，
２，３−ヘプタノールなどが挙げられる。これら溶媒は
単独または２、３種類混合して使用しても構わない。

【００２２】本発明による感光性着色組成物において
は、光架橋剤を用いていないため熱による着色はなく、
カラーフィルタの耐熱性、透明性（透過率）が改善さ
れ、また、着色した感光性組成物であるのでカラーフィ
ルタの製造工程は複雑でなく、また、本発明による樹脂
は水に可溶なことから有機溶媒を使用せずに水現像が可
能となり、環境への悪影響を及ぼさないカラーフィルタ
用の感光性着色組成物となる。

【００２３】

【実施例】以下に本発明における感光性着色組成物、及
びその感光性着色組成物を用いたカラーフィルタの実施
例を説明する。 ＜実施例１＞ （感光性着色組成物の調製）前記化学式（１）で示され
る単量体をモル比で９０％と、ジイソシアネートとジオ
ールのウレタン化したものを２−ヒドロキシエチル（メ
タ）アクリレートに付加したものをモル比で１０％を共
重合した樹脂を樹脂濃度１５％になるように水で希釈し
た。この樹脂の重量平均分子量はウベロデータによる比
粘度測定のポリビニルピロリドン換算で１５０×１０³
であった。

【００２４】この樹脂１０ｇに対して、青色染料Ｃ．
Ｉ．Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ４０を１．３５ｇ、２−（２’
−トリメチルアンモニウムエチルアミノ）−４，６−ビ
ス（トリクロロメチル）−Ｓ−トリアジンを０．１５８
ｇ、水を２１．２７ｇ加えて良く撹拌し感光性着色組成
物とした。

【００２５】（カラーフィルタの作製）まず、基板上に
青色の感光性着色組成物をスピンコート（１０００ｒ．
ｐ．ｍで５秒間）し乾燥させた。７０℃で３０分間クリ
ーンオーブンでプリベーク後、画素サイズ３０μｍ×１
００μｍのマスクを用いて露光した。露光量は１００ｍ
Ｊ／ｃｍ² であった。水で現像後よく乾燥した。感度お
よび耐熱性テストを行った結果を表１に示す。耐熱性テ
ストはプリベーク後の塗膜に対して加熱後の塗膜がどれ
だけ色変化を起こしたかで判断した。

【００２６】＜実施例２＞前記化学式（１）で示される
単量体をモル比で６０％と、ジイソシアネートとジオー
ルのウレタン化したものを２−ヒドロキシエチル（メ
タ）アクリレートに付加したものをモル比で３０％と、
メチルメタクリレートをモル比１０％とを共重合した樹
脂を樹脂濃度１５％になるように水で希釈した。この樹
脂の重量平均分子量はウベロデータによる比粘度測定の
ポリビニルピロリドン換算で１５０×１０³ であった。

【００２７】この樹脂１０ｇに対して、青色染料Ｃ．
Ｉ．Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ４０を１．３５ｇ、２−（２’
−トリメチルアンモニウムエチルアミノ）−４，６−ビ
ス（トリクロロメチル）−Ｓ−トリアジンを０．１５８
ｇ、水を２１．２７ｇ加えて良く撹拌し感光性着色組成
物とした。実施例１と同様な方法にてカラーフィルタを
作製し、同様なテストを行った。その結果を表１に示
す。

【００２８】＜比較例１＞前記化学式（１）で示される
単量体のポリマーを樹脂濃度１５％になるように水で希
釈した。この樹脂の重量平均分子量はウベロデータによ
る比粘度測定のポリビニルピロリドン換算で２００×１
０³ であった。

【００２９】この樹脂１０ｇに対して、青色染料Ｃ．
Ｉ．Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ４０を１．３５ｇ、４，４’−
ジアジドスチルベン−２，２−ジスルホン酸ナトリウム
を０．０８６ｇ、水を１７．９２ｇ加えて良く撹拌し感
光性着色組成物とした。実施例１と同様な方法にてカラ
ーフィルタを作製し、同様なテストを行った。その結果
を表１に示す。

【００３０】＜比較例２＞前記化学式（１）で示される
モノマーをモル比で５０％、２−ヒドロキシエチルメタ
クリレート１５％、メチルメタクリレート３５％で共重
合した樹脂を樹脂濃度１５％になるように水で希釈し
た。この樹脂の重量平均分子量はウベロデータによる比
粘度測定のポリビニルピロリドン換算で１５０×１０³
であった。

【００３１】この樹脂１０ｇに対して、青色染料Ｃ．
Ｉ．Ａｃｉｄ Ｂｌｕｅ４０を１．３５ｇ、４，４’−
ジアジドスチルベン−２，２−ジスルホン酸ナトリウム
を０．０８６ｇ、水を１７．９２ｇ加えて良く撹拌し感
光性着色組成物とした。実施例１と同様な方法にてカラ
ーフィルタを作製し、同様なテストを行った。その結果
を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示すように、実施例１及び２におい
て、感度、耐熱性（色変化量の少ない）の良好なカラー
フィルタが得られた。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、樹脂、光酸発生剤、架橋剤、
色素、分散剤、溶媒として水またはアルコールを主成分
とする感光性着色組成物であって、樹脂が前記化学式
（１）で表される単量体と、二重結合のある（メタ）ア
クリロイル基を有する単量体の共重合体であるので、本
発明による感光性着色組成物を用いたカラーフィルタの
耐熱性、透明性（透過率）は十分にあり、カラーフィル
タの製造工程は複雑でなく、また、水現像を可能にして
環境への悪影響を及ぼさないカラーフィルタ用の感光性
着色組成物となる。

【００３５】また、本発明は、前記共重合体が、化学式
（１）で表される単量体がモル比で５０％〜９０％、二
重結合のある（メタ）アクリロイル基を有する単量体が
モル比で１０〜４０％含有する共重合体であるので、本
発明による感光性着色組成物を用いたカラーフィルタの
耐熱性、透明性（透過率）は十分にあり、カラーフィル
タの製造工程は複雑でなく、また、水現像を可能にして
環境への悪影響を及ぼさないカラーフィルタ用の感光性
着色組成物となる。

【００３６】また、本発明は、前記共重合体の分子量
が、１×１０³ 〜５００×１０³ であるので、本発明に
よる感光性着色組成物を用いたカラーフィルタの耐熱
性、透明性（透過率）は十分にあり、カラーフィルタの
製造工程は複雑でなく、また、水現像を可能にして環境
への悪影響を及ぼさないカラーフィルタ用の感光性着色
組成物となる。

【００３７】また、本発明は、前記光開始剤が、２−
（２’−トリメチルアンモニウムエチルアミノ）−４，
６−ビス（トリクロロメチル）−Ｓ−トリアジンである
ので、本発明による感光性着色組成物を用いたカラーフ
ィルタの耐熱性、透明性（透過率）は十分にあり、カラ
ーフィルタの製造工程は複雑でなく、また、水現像を可
能にして環境への悪影響を及ぼさないカラーフィルタ用
の感光性着色組成物となる。

【００３８】また、本発明は、上記発明の感光性着色組
成物を用いたカラーフィルタであるので、得られたカラ
ーフィルタの耐熱性、透明性（透過率）は十分なものと
なる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂、光開始剤、色素、溶媒として水また
   はアルコールを主成分とする感光性着色組成物であっ
   て、樹脂が化学式（１）で表される単量体と、二重結合
   のある（メタ）アクリロイル基を有する単量体の共重合
   体であることを特徴とする感光性着色組成物。 【化１】
2. 【請求項２】前記共重合体が、化学式（１）で表される
   単量体がモル比で５０％〜９０％、二重結合のある（メ
   タ）アクリロイル基を有する単量体がモル比で１０〜４
   ０％含有する共重合体であることを特徴とする請求項１
   記載の感光性着色組成物。 【化２】
3. 【請求項３】前記共重合体の分子量が、１×１０³ 〜５
   ００×１０³ であることを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の感光性着色組成物。
4. 【請求項４】前記光開始剤が、２−（２’−トリメチル
   アンモニウムエチルアミノ）−４，６−ビス（トリクロ
   ロメチル）−Ｓ−トリアジンであることを特徴とする請
   求項１、請求項２または請求項３記載の感光性着色組成
   物。
5. 【請求項５】請求項１乃至４記載の感光性着色組成物を
   用いたことを特徴とするカラーフィルタ。