JP2000275429A - Manufacture of filter - Google Patents

Manufacture of filter

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JP2000275429A
JP2000275429A JP11084794A JP8479499A JP2000275429A JP 2000275429 A JP2000275429 A JP 2000275429A JP 11084794 A JP11084794 A JP 11084794A JP 8479499 A JP8479499 A JP 8479499A JP 2000275429 A JP2000275429 A JP 2000275429A
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JP
Japan
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light
film
electrodeposition
filter
black matrix
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Pending
Application number
JP11084794A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Akutsu
英一 圷
Shigemi Otsu
茂実 大津
Takashi Shimizu
敬司 清水
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a filter having a filter portion with high resolution and translucency and a black matrix portion being excellent in uniformity and light blocking property, etc., and having a good film quality with reflection of little unwanted light. SOLUTION: This manufacturing method includes the process of forming a filter portion by positioning a light-transmitting substrate comprising a light-transmitting base with a light-transmitting conductive film and a light-transmitting semiconductor thin film formed on predetermined portions thereof, in such a manner that the light- transmitting substrate makes contact with an aqueous electrodeposition solution containing a photoelectrodeposition material containing a coloring material which can be electrochemically deposited as an electrodeposition film, then causing a predetermined area of the light-transmitting substrate to conduct current, and depositing an electrodeposition film electrochemically by use of the photoelectrodeposition material containing the coloring material, and the process of forming a black matrix portion by supplying a current to the light-transmitting substrate and causing a black electrodeposition film containing 75 wt.% or more carbon black pigment having a functional group such as a carboxy group on its surface to be deposited on each electrode portion formed in the part of the light-transmitting iubstrate on which the electrodeposition film is not formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CCD カメラや液晶
表示素子などの各種表示素子やカラーセンサーに使用さ
れるカラーフィルター等のフィルターの製造方法に関す
る。詳しくは、フォトリソ工程を使わずに良好なブラッ
クマトリックスを簡便にしかも高解像度で形成しうるフ
ィルターの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a filter such as a color filter used for various display devices such as a CCD camera and a liquid crystal display device and a color sensor. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a filter capable of easily forming a good black matrix at a high resolution without using a photolithography process.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、 フィルターの製造方法としては、
(1)染色法、(2)顔料分散法、(3)印刷法、
(4)インクジェット法、(5)電着法などが知られて
いる。これらのうち、(1)染色法及び(2)顔料分散
法はいずれも技術の完成度は高く、カラー固体撮像素子
(CCD) に多用されているが、フォトリソグラフィの工程
を経てパターニングする必要があり、工程数が多くコス
トが高いという問題がある。
2. Description of the Related Art At present, a method of manufacturing a filter includes:
(1) dyeing method, (2) pigment dispersion method, (3) printing method,
(4) Ink jet method, (5) electrodeposition method and the like are known. Of these, (1) the dyeing method and (2) the pigment dispersion method are both highly technically complete, and color solid-state imaging devices
Although it is often used for (CCD), it needs to be patterned through a photolithography process, and has a problem that the number of processes is large and the cost is high.

【0003】これに対して、(3)印刷法、(4)イン
クジェット法はいずれもフォトリソグラフィ工程を必要
としないが、(3)印刷法は顔料を分散させた熱硬化型
の樹脂を印刷し、硬化させる方法であり、解像度や膜厚
の均一性の点で劣る。(4)インクジェット法は特定の
インク受容層を形成し、親水化・ 疎水化処理を施した
後、親水化された部分にインクを吹きつけてカラーフィ
ルター層を得る方法であり、解像度の点、さらに、隣接
するフィルター層に混色する確率が高く、位置精度の点
でも問題がある。
On the other hand, (3) the printing method and (4) the ink-jet method do not require a photolithography step, but (3) the printing method involves printing a thermosetting resin in which a pigment is dispersed. Curing method, which is inferior in resolution and uniformity of film thickness. (4) The ink jet method is a method of forming a specific ink receiving layer, performing a hydrophilic / hydrophobic treatment, and then spraying ink on the hydrophilic portion to obtain a color filter layer. Furthermore, there is a high probability that color mixing will occur in the adjacent filter layers, and there is also a problem in terms of positional accuracy.

【0004】(5)電着法は、水溶性高分子に顔料を分
散させた電解溶液中で、予めパターニングした透明電極
上に70V 程度の高電圧を印加し、電着膜を形成すること
で電着塗装を行い、これを3 回繰り返しR.G.B.のカラー
フィルター層を得る。この方法は、予め、透明電極をフ
ォトリソグラフィーによりパターニングする必要があ
り、これを電着用の電極として使用するため、パターン
の形状が限定されTFT 液晶用には使えないという欠点が
ある。
(5) In the electrodeposition method, a high voltage of about 70 V is applied to a transparent electrode which has been patterned in advance in an electrolytic solution in which a pigment is dispersed in a water-soluble polymer to form an electrodeposition film. Electrodeposition is performed, and this is repeated three times to obtain an RGB color filter layer. In this method, it is necessary to pattern a transparent electrode in advance by photolithography, and since this is used as an electrode for electrodeposition, the shape of the pattern is limited and the method cannot be used for TFT liquid crystal.

【0005】また、一般にカラーフィルターはカラーフ
ィルター層だけでは使えず、各カラーフィルター画素間
をブラックマトリックスで覆う必要がある。通常、ブラ
ックマトリックスの形成にはフォトリソグラフィーが使
われており、コストアップの大きな要因の一つである。
従って、R.G.B.層とブラックマトリックスを含めて考え
ると、高解像度で、制御性も高く、さらにフォトリソグ
ラフィーを使用しなくてすみ工程数も少ない、カラーフ
ィルターの製造方法は知られていないのが現状であり、
カラーフィルターの製造において、歩留りが上がらずコ
ストが高い原因となっている。さらに、このブラックマ
トリックスがフィルターの特性に大きく寄与しており、
光透過を遮断しうる均質なブラックマトリックスの形成
が望まれている。
In general, a color filter cannot be used only with a color filter layer, and it is necessary to cover each color filter pixel with a black matrix. Normally, photolithography is used to form a black matrix, which is one of the major factors for cost increase.
Therefore, considering the RGB layer and the black matrix, there is currently no known color filter manufacturing method with high resolution, high controllability, no need for photolithography, and a small number of steps. Yes,
In the production of color filters, the yield is not increased, which is a cause of high cost. Furthermore, this black matrix greatly contributes to the characteristics of the filter,
It is desired to form a uniform black matrix capable of blocking light transmission.

【0006】また、カラー画像のドキュメントは、CPU
の発達と共に高画質化と社会への普及が拡大し、高解像
度の再現技術及び印字プロセスの高信頼の要求が高まっ
ている。そのため、光による画像入力でパターン形成プ
ロセスの簡略化された技術の要求が強い。
A document of a color image is stored in a CPU.
With the development of the image quality, the spread of the image quality and the spread to the society are expanding, and the demand for the high resolution reproduction technology and the high reliability of the printing process are increasing. Therefore, there is a strong demand for a technique for simplifying a pattern forming process by image input using light.

【0007】以上の従来技術に対して、予めパターニン
グされた透明導電膜が不要であり、フォトリソグラフィ
の工程なしに任意の画像パターンを形成できる画像形成
方法として、本発明者らは有機あるいは無機の半導体を
基板として利用し、パターン光を照射して水溶液中の色
素分子を半導体基板上に色素電着膜の形で析出させるこ
とで画像を形成し、それをカラーフィルターの製造に適
用する方法を見いだし、先に、特願平9−135410
号、同10−113176号、同10−335330号
等を出願した。ここに記載の方法によれば、従来電着法
によるカラーフィルターの形成法で必要であったフォト
リソグラフィの工程なしに。微細で複雑な画素配置であ
っても対応でき、ブラックマトリックスの形成が容易
で、低コストでカラーフィルターが製造できる。また、
同様に、トランジスター等を用いた液晶表示回路の画素
電極を用いて、同様な電気化学的方法によりカラーフィ
ルターを形成する方法として、特願平11−84190
号を出願した。
In contrast to the above prior art, the present inventors have proposed an organic or inorganic organic or inorganic image forming method which does not require a transparent conductive film which has been patterned in advance and which can form an arbitrary image pattern without a photolithography step. A method of using a semiconductor as a substrate, irradiating pattern light and depositing dye molecules in an aqueous solution in the form of a dye electrodeposition film on a semiconductor substrate to form an image and applying it to the production of a color filter. I found it, first, Japanese Patent Application No. Hei 9-135410.
Nos. 10-11176 and 10-335330. According to the method described here, there is no need for a photolithography step conventionally required in a method of forming a color filter by an electrodeposition method. Even a fine and complicated pixel arrangement can be handled, a black matrix can be easily formed, and a color filter can be manufactured at low cost. Also,
Similarly, a method of forming a color filter by a similar electrochemical method using a pixel electrode of a liquid crystal display circuit using a transistor or the like is disclosed in Japanese Patent Application No. 11-84190.
No. filed.

【0008】本発明者らが提案した光電着法あるいは画
素電極の駆動によってブラックマトリックス電着膜を形
成する場合、電着液に光を吸収するカーボンブラック等
の黒色顔料と電着材料高分子化合物が含まれているが、
電着液が水系であり、カーボンブラックと電着材料との
親和性の問題から、大量の顔料を電着膜中に含有させる
のが困難であり、十分な遮光性を得るためにはブラック
マトリックス層を厚くする必要があり、カラーフィルタ
ーの薄型化の要請からは問題があった。
When a black matrix electrodeposition film is formed by the photoelectrodeposition method or the driving of the pixel electrode proposed by the present inventors, a black pigment such as carbon black which absorbs light in an electrodeposition solution and a polymer material for an electrodeposition material Is included,
Since the electrodeposition solution is aqueous, it is difficult to contain a large amount of pigment in the electrodeposition film due to the problem of affinity between carbon black and the electrodeposition material. It is necessary to make the layer thicker, and there has been a problem from the demand for thinner color filters.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、 フォ
トリソグラフィーを使用することなく、高解像度で制御
性、透光性が高いフィルター部と、均一性、遮光性等に
優れ、不要光反射が少ない膜質の良好なブラックマトリ
ックス部を有する優れたフィルターを製造しうる、少な
い工程数で、低コストのフィルターの製造技術を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a filter section having high resolution, high controllability and high light transmission without using photolithography, and excellent uniformity and light shielding properties, and unnecessary light reflection. An object of the present invention is to provide a low-cost, low-cost filter manufacturing technique capable of manufacturing an excellent filter having a good black matrix portion having a small film quality and a small number of steps.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、 本発明者らは、電着技術及び光電効果の原理から
見直し、またブラックマトリックスを形成するのに適す
る黒色顔料であるカーボンブラックと電着材料である水
溶性高分子との相互作用に着目して検討した結果、特定
の表面性状を有するカーボンブラックを用いることで、
水性の電着液に安定に分散でき、光遮断特性に優れ、不
要な光反射が少ないブラックマトリックスを形成しうる
ことを見いだし、本発明を完成した。
In order to achieve the above object, the present inventors reviewed the electrodeposition technique and the principle of the photoelectric effect, and also examined carbon black, which is a black pigment suitable for forming a black matrix. As a result of examining the interaction with the water-soluble polymer which is an electrodeposition material, by using carbon black having a specific surface property,
The present inventors have found that a black matrix which can be stably dispersed in an aqueous electrodeposition solution, has excellent light blocking properties, and has little unnecessary light reflection can be formed, and the present invention has been completed.

【0011】即ち、本発明のフィルターの製造方法は、
光透過性基体上に光透過性導電膜及び光透過性半導体薄
膜を所定の部分に形成してなる光透過性基板を、電気化
学的に電着膜を析出しうる色材を含む光電着材料を含有
する水系電着液に接するように配置して、該光透過性基
板の所定領域に通電を発生させ、該色材を含む光電着材
料を用いて、電気化学的に電着膜を析出させてフィルタ
ー部を形成する工程と、 その後、光透過性基板に電流
供給して、電着膜の未形成部分に形成される電極部分に
対し、色材として表面に官能基を有するカーボンブラッ
ク顔料を75重量%以上含む黒色電着膜を析出させてブ
ラックマトリックス部を形成する工程と、を有すること
を特徴とする。
That is, the method for producing a filter of the present invention comprises:
A light-transmitting substrate formed by forming a light-transmitting conductive film and a light-transmitting semiconductor thin film on predetermined portions on a light-transmitting substrate, and a photo-deposition material containing a colorant capable of electrochemically depositing an electrodeposition film. Is disposed so as to be in contact with an aqueous electrodeposition solution containing, and an electric current is generated in a predetermined area of the light-transmitting substrate, and an electrodeposition film is electrochemically deposited using a photoelectrode material containing the coloring material. Forming a filter portion by applying a current to the light-transmitting substrate, and then applying a carbon black pigment having a functional group on the surface as a coloring material to an electrode portion formed on an unformed portion of the electrodeposition film. And forming a black matrix portion by depositing a black electrodeposition film containing at least 75% by weight of

【0012】また、本発明の請求項2に係るフィルター
の製造方法は、光透過性基体上に光透過性導電膜及び光
起電力機能を有する半導体薄膜(以下、適宜、光半導体
薄膜と称する)を順次形成してなる光透過性基板を、電
気化学的に電着膜を析出しうる色材を含む光電着材料を
含有する水系電着液に接するように配置する工程と、該
光透過性基板に像様露光して光照射部だけに水系電着液
中で通電を発生させ、該色材を含む光電着材料を用い
て、該光照射部に選択的に電着膜を析出させてフィルタ
ー部を形成する工程と、その後、光透過性基板に電流供
給して、電着膜の未形成部分に形成される電極部分に対
し、色材として表面に官能基を有するカーボンブラック
顔料を75重量%以上含む黒色電着膜を析出させてブラ
ックマトリックス部を形成する工程と、を有することを
特徴とする。ここで、光透過性とは、露光を行う所定の
光の波長に対して殆ど吸収を示さない特性を指し、以
下、本明細書で「透明」と表記する場合も同様の特性を
示すものとする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a filter manufacturing method, wherein a light-transmitting conductive film and a semiconductor thin film having a photovoltaic function are formed on a light-transmitting substrate (hereinafter referred to as an optical semiconductor thin film as appropriate). Arranging a light-transmissive substrate formed successively in contact with an aqueous electrodeposition solution containing a photo-deposition material containing a colorant capable of electrochemically depositing an electrodeposition film; and The substrate is imagewise exposed to generate an electric current in the aqueous electrodeposition liquid only in the light-irradiated portion, and the electrodeposited film is selectively deposited on the light-irradiated portion by using a photo-deposition material containing the coloring material. A step of forming a filter portion, and thereafter, a current is supplied to the light-transmitting substrate, and a carbon black pigment having a functional group on the surface as a coloring material is applied to the electrode portion formed on the unformed portion of the electrodeposition film. Black electrodeposition film containing more than 5% by weight Forming, characterized by having a. Here, the light transmittance refers to a property that shows little absorption at a predetermined wavelength of light to be exposed, and hereinafter, a property that shows the same property when described as “transparent” in the present specification. I do.

【0013】本発明においては、ブラックマトリックス
部を形成する電着材料の着色材として、表面に官能基、
好ましくはカルボキシル基等の電着性高分子が有するの
と同様の挙動を示す官能基を有するカーボンブラック顔
料を用いているため、光電着材料を構成する樹脂との親
和性が良好で、且つ、容易に水系電着液に均一分散する
ため、電着液中に多量の顔料を安定に保持することがで
き、且つ、通電時には、電着材料と同様の挙動を示して
電着材料と同時に凝集、析出しうるため、電着膜中に多
量に取りこまれ、均一で欠陥がなく、遮光性の高いブラ
ックマトリックス部を形成することができる。
In the present invention, as a coloring material of the electrodeposition material forming the black matrix portion, a functional group,
Preferably, since a carbon black pigment having a functional group exhibiting the same behavior as that of an electrodepositable polymer such as a carboxyl group is used, the affinity with the resin constituting the photoelectric deposition material is good, and Easily and uniformly dispersed in the aqueous electrodeposition solution, a large amount of pigment can be stably retained in the electrodeposition solution, and when energized, it behaves similarly to the electrodeposition material and coagulates simultaneously with the electrodeposition material. , Can be deposited in a large amount in the electrodeposition film, and can form a uniform, defect-free black matrix part having high light-shielding properties.

【0014】ここで、前記ブラックマトリックス部を形
成する工程が、前記光透過性基板に全面バイアス電圧を
印加することにより、電着膜の未形成部分に酸性カーボ
ンブラック顔料を含む黒色電着膜を析出させてブラック
マトリックス部を形成する工程であることが好ましい。
バイアス電圧は電着膜の未形成部分に電極部分を形成さ
せるため、前記半導体のショットキーバリアを超える電
圧であることが好ましい。
Here, in the step of forming the black matrix portion, a black electrodeposition film containing an acidic carbon black pigment is formed in an unformed portion of the electrodeposition film by applying a bias voltage to the entire surface of the light transmitting substrate. The step of forming a black matrix portion by precipitation is preferred.
The bias voltage is preferably a voltage exceeding the Schottky barrier of the semiconductor in order to form an electrode portion on a portion where the electrodeposition film is not formed.

【0015】ここで用いる前記官能基を有するカーボン
ブラック顔料の平均粒子径が5.0nmから0.7μm
の範囲に有ることが好ましく、表面に官能基を有するカ
ーボンブラック顔料の官能基がカルボキシル基を含むこ
とが好ましい態様である。形成されるブラックマトリッ
クス部の厚みは、0.2μmから3μmの範囲にあるこ
とが好ましい。
The carbon black pigment having a functional group used herein has an average particle diameter of 5.0 nm to 0.7 μm.
It is a preferred embodiment that the functional group of the carbon black pigment having a functional group on the surface contains a carboxyl group. The thickness of the black matrix portion to be formed is preferably in the range of 0.2 μm to 3 μm.

【0016】本発明に用いられる前記光起電力機能を有
する半導体薄膜としては、酸化チタン、炭化珪素、酸化
鉛、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化錫、酸化モリブデン
からなる群より選択される1種以上の材料を含有する化
合物光半導体、又は、金属フタロシアニン顔料、ぺリレ
ン顔料、アゾ顔料、ポリビニルカルバゾ−ルからなる群
より選択される1種以上の材料を含有する有機光半導体
からなるものが好ましい。
The semiconductor thin film having a photovoltaic function used in the present invention is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, silicon carbide, lead oxide, zinc oxide, nickel oxide, tin oxide and molybdenum oxide. Or a compound optical semiconductor containing at least one material selected from the group consisting of metal phthalocyanine pigments, perylene pigments, azo pigments, and polyvinyl carbazole is preferred. .

【0017】本発明のフィルターの製造方法において
は、前記ブラックマトリックス部を形成する工程により
ブラックマトリックス部を形成した後、さらに、金属メ
ッキ法により金属薄膜を前記ブラックマトリックス部上
に積層することができる。この金属薄膜を形成するため
の金属メッキ材料は、Ni,Cr,Cu,Au,Ag,
Mo,Sn,Zn,Coより選択された金属及びその混
合体又は合金から選択されることが好ましい。
In the method for producing a filter according to the present invention, after the black matrix portion is formed by the step of forming the black matrix portion, a metal thin film can be further laminated on the black matrix portion by a metal plating method. . Metal plating materials for forming this metal thin film include Ni, Cr, Cu, Au, Ag,
It is preferable to select from a metal selected from Mo, Sn, Zn, and Co and a mixture or alloy thereof.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】ここで、本発明のフィルターにお
いて、フィルター部或いはブラックマトリックス部の形
成に適用される光電着法について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, a description will be given of a photoelectrodeposition method applied to the formation of a filter portion or a black matrix portion in the filter of the present invention.

【0019】本発明者らが注目する電着材料は、水溶性
高分子を構成要素とするもので、電着膜を形成した後、
酸化状態、中性状態、及び還元状態などの変化により水
への溶解度が大きく変化する物質を用いる。これら電着
膜の析出或いは溶解という状態間の変化は、 高分子を電
気化学的に直接酸化還元するか、 または高分子が溶けて
いる水溶液のpHを変化させることで行える。
The electrodeposition material of which the present inventors are interested is composed of a water-soluble polymer as a constituent element.
A substance whose solubility in water greatly changes due to a change in an oxidation state, a neutral state, a reduction state, or the like is used. The change between the state of deposition and dissolution of the electrodeposited film can be achieved by electrochemically directly redoxing the polymer or by changing the pH of the aqueous solution in which the polymer is dissolved.

【0020】例えば、 水溶性アクリル樹脂の中にはpH7
以上ではイオン解離して水に溶けるが、 それ以下のpH
値ではイオン解離出来ないために樹脂成分が沈殿する。
また、 一般にカルボキシル基の親水基をもった高分子材
料は、 構造変化を伴わなくても溶液の水素イオン濃度(p
H)によって溶解度が大きく異なる。 例えば、 アニオン性
水系高分子分散材の一部には、pH8以上では水に溶ける
がpH 5以下では沈殿するものがある。 これらの材料を
弱アルカリ性の水に溶解し、 溶液中に電極を浸し電圧を
印加すると、 陽極側の電極上にこれらの高分子材料から
なる電着膜が生成される。 この高分子中に着色材、例え
ば、顔料を分散させて、 溶液中に電極を浸し電圧を印加
すると、 陽極側の電極上に顔料及び高分子が析出して顔
料と高分子が混合された電着膜が形成される。 これらの
電着膜は、 逆電圧を印加するかpH10〜12の水溶液に浸す
ことで、 再度イオン解離を生じて電解液中に再溶出し、
膜の減少が示される。このような作用を利用して、所望
の領域に光半導体を利用して光射して起電力を発生さ
せ、電着膜を形成させるものである。
For example, some water-soluble acrylic resins have a pH of 7
Above, the ions dissociate and dissolve in water, but below pH
The resin component precipitates because the ion dissociation cannot be performed at the value.
In general, a polymer material having a carboxyl hydrophilic group has a hydrogen ion concentration (p
The solubility differs greatly depending on H). For example, some anionic aqueous polymer dispersants dissolve in water at pH 8 or higher, but precipitate at pH 5 or lower. When these materials are dissolved in weakly alkaline water, and the electrodes are immersed in the solution and a voltage is applied, an electrodeposited film made of these polymer materials is formed on the electrodes on the anode side. When a coloring material, for example, a pigment is dispersed in the polymer, and the electrode is immersed in the solution and a voltage is applied, the pigment and the polymer precipitate on the electrode on the anode side, and the pigment and the polymer are mixed. A deposited film is formed. By applying a reverse voltage or immersing the electrodeposited film in an aqueous solution of pH 10 to 12, these electrodeposited films cause ion dissociation again and elute again in the electrolyte.
A decrease in membrane is indicated. By utilizing such an action, light is emitted to a desired region using an optical semiconductor to generate an electromotive force, thereby forming an electrodeposition film.

【0021】電着膜は、前述のように、条件によっては
再溶出のおそれもあるため、強固な膜を形成するため、
本発明者らは種々の改良を行い、先に述べたような特許
出願を行った。例えば、電着膜に残留する電着液等によ
り電着膜のpH 値が溶出し易い方向になると膜自体の強
度低下を招くことがあり、この電着膜をより強固な膜に
するため電着膜の内容物全体においても十分に硬い膜に
なる領域のpH 値にして膜自体の堅牢性を得るため、電
着後の電着膜事体のpH 値を調整する処理を行う方法等
を提案したものである。
As described above, the electrodeposition film may be re-eluted depending on the conditions, so that a strong film is formed.
The present inventors have made various improvements and filed a patent application as described above. For example, if the pH value of the electrodeposited film tends to elute due to the electrodeposition liquid or the like remaining on the electrodeposited film, the strength of the film itself may be reduced. In order to make the electrodeposited film stronger, In order to obtain the robustness of the film itself by setting the pH value in a region where the entire contents of the film becomes a sufficiently hard film, a method of adjusting the pH value of the electrodeposited film body after electrodeposition, etc. It is a proposal.

【0022】また、 前記電着膜の作成にはある一定以上
の電着現象の発生する閾値電圧が必要であり、電流が流
れれば必ず電着膜が形成されるわけではない。 従って、
光起電力等を用いた電着現象では、起電力電圧が電着電
位の閥値を超えるときはそのままで良いが、光起電力が
電着電位の閥値を超えないときはバイアス電圧を印加し
て光起電力が発生した時に閥値以上の電位を与えるよう
にしなくては光照射部に対応する電着現象は発生しな
い。ここで外部から入力されるバイアス電圧の電圧レベ
ルは、光起電力材料(即ち、ここで用いられる半導体薄
膜)のショットキバリア電圧を超えない小さい値で、且
つ、バイアス電圧のみの印加では画像を形成することが
できないレベルの電位に調整する必要がある。これによ
り、電着される基板に光起電力機能を有する半導体薄膜
を用いて、 この入力信号に光を使用すれば光信号により
光照射部のみに光起電力を発生し、その領域のみに電着
に必要な電圧が得られ、所望する位置に任意の電着膜を
形成することができるものである。 以下、 このようにし
て形成した電着膜を適宜、光電着膜と呼ぶ。
Further, the formation of the electrodeposited film requires a threshold voltage at which an electrodeposition phenomenon occurs at a certain level or more, and if a current flows, the electrodeposited film is not necessarily formed. Therefore,
In the electrodeposition phenomenon using photoelectromotive force, if the electromotive voltage does not exceed the threshold value of the electrodeposition potential, it may be left as it is, but if the photovoltaic voltage does not exceed the threshold value of the electrodeposition potential, the bias voltage is applied. If the photovoltaic power is generated and a potential higher than the threshold value is applied, the electrodeposition phenomenon corresponding to the light irradiation portion does not occur. Here, the voltage level of the bias voltage input from the outside is a small value that does not exceed the Schottky barrier voltage of the photovoltaic material (that is, the semiconductor thin film used here), and an image is formed by applying only the bias voltage. It is necessary to adjust the potential to a level that cannot be performed. Thus, if a semiconductor thin film having a photovoltaic function is used for the substrate to be electrodeposited and light is used for this input signal, photovoltaic power is generated only in the light-irradiated portion by the optical signal, and only the area is charged. The voltage required for deposition is obtained, and an arbitrary electrodeposition film can be formed at a desired position. Hereinafter, the electrodeposited film formed in this manner is appropriately referred to as a photoelectrodeposited film.

【0023】従来公知の電着技術は、 電着膜形成に必要
となる電圧が約50V 以上と高く、このような高い電圧
を印加すると、 半導体と電解液とのショトキーバリアを
壊してしまい全面に電着膜が形成されることになり、本
発明の如く光起電力等を用いた部分だけの電着現象を用
いた、所望の領域のみの画像形成はできない。 また、実
用的にはカラーフィルターの作成可能な光起電力型光半
導体は皆無であった。このため、光起電力を用いた成膜
はできず、従来の電着塗装技術を利用したカラーフィル
ターの製造方法は透明電極のパターンニングを行うフォ
トリソ方法を用いることが必須であった。
Conventionally known electrodeposition techniques require a voltage required for forming an electrodeposition film as high as about 50 V or more. When such a high voltage is applied, the Schottky barrier between the semiconductor and the electrolyte is broken and the entire surface is damaged. As a result, it is impossible to form an image only in a desired area using an electrodeposition phenomenon of only a portion using photovoltaic power as in the present invention. Further, practically, there is no photovoltaic optical semiconductor capable of forming a color filter. For this reason, film formation using photoelectromotive force cannot be performed, and it has been essential to use a photolithography method for patterning a transparent electrode in a method of manufacturing a color filter using a conventional electrodeposition coating technique.

【0024】本発明者らが提案する光電着膜及びその関
連技術は、 上記知見に基づくものであり、 その画像形成
方法の概要は有機あるいは無機の半導体を基板として利
用し、 光を照射することで水溶液中の電着性材料を半導
体基板上に膜の形で析出させることで画像を形成するた
め、 従来電着法によるカラーフィルターの形成法では、
必要であったパーターニング透明導電膜が不要であり、
フォトリソグラフィの工程なしに画像光照射だけで任意
の画像パターンを形成できる。また、同様の材料を用い
て、トランジスタ回路に設けられた画素電極を起電力と
して用いて、画素電極ごとにカラーフィルターを形成す
るトランジスター一体型のカラーフィルターの製造方法
にもこの技術が応用できることから、以下、光電着膜を
単に電着膜と称する。
The photoelectric deposition film proposed by the present inventors and the related technology are based on the above findings, and the outline of the image forming method is to irradiate light using an organic or inorganic semiconductor as a substrate. In order to form an image by depositing an electrodepositable material in an aqueous solution in the form of a film on a semiconductor substrate by using a conventional method of forming a color filter by an electrodeposition method,
The necessary patterning transparent conductive film is unnecessary,
An arbitrary image pattern can be formed only by image light irradiation without a photolithography process. In addition, this technology can be applied to a method for manufacturing a transistor-integrated color filter in which a color filter is formed for each pixel electrode using the same material and a pixel electrode provided in a transistor circuit as an electromotive force. Hereinafter, the photoelectric deposition film is simply referred to as an electrodeposition film.

【0025】本発明の目的であるフィルターの製造方法
は、 光選択性透明電極上に光半導体薄膜を形成し、 フィ
ルター形成材料である高分子光電着材料と所定の色材と
を含む電着溶液中で、 その透明電極にバイアス電圧を加
えておき、 さらに光を照射して光起電力を発生させる
か、或いはトランジスタ回路の所定の画素電極を作動さ
せることによって、 基板近傍の電着液のpHを変化させ
て、 高分子材料のpHによる溶解度の違いを利用して、光
照射部又は電極作動部に選択的に電着膜を形成し、好ま
しくは、電着液が析出するpH 値よりさらに析出し易い
pH 値(即ち、再溶出しにくいpH 値)に調整した水溶
液で洗浄処理を行い、不要な付着電着液を除去してフィ
ルター部を形成する。単色のフィルターの場合は1回、
また、カラーフィルターの場合には、これを、R.G.B.の
各色の3 回繰り返すことでフィルター部を形成する。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a filter, comprising: forming an optical semiconductor thin film on a photoselective transparent electrode; and an electrodeposition solution containing a polymer photoelectrode material as a filter forming material and a predetermined colorant. By applying a bias voltage to the transparent electrode and irradiating it with light to generate a photoelectromotive force, or by activating a predetermined pixel electrode of the transistor circuit, the pH of the electrodeposition liquid near the substrate is increased. Is used to selectively form an electrodeposition film on the light irradiation section or the electrode operation section by utilizing the difference in solubility of the polymer material due to the pH. A washing treatment is performed with an aqueous solution adjusted to a pH value at which precipitation is easy (that is, a pH value at which re-elution is difficult), and unnecessary adhered electrodeposition liquid is removed to form a filter portion. Once for a single color filter,
In the case of a color filter, this is repeated three times for each color of RGB to form a filter portion.

【0026】その後、ブラックマトリックス層をその上
に形成させてフィルターの製造が完了する。また、逆に
最初にブラックマトリックス層を設けてからフィルター
層を形成することもできる。完成した電着膜(フィルタ
ーとブラックマトリックス)を別のフィルター基材に転
写して所望の基材上にフィルターを形成することもでき
る。転写工程を設けることにより、基体上に光を吸収す
る光半導体薄膜のない、高透光性で高精度なカラーフィ
ルターが実現可能となる。
Thereafter, a black matrix layer is formed thereon to complete the manufacture of the filter. Conversely, the filter layer can be formed after the black matrix layer is first provided. The completed electrodeposition film (the filter and the black matrix) can be transferred to another filter substrate to form a filter on a desired substrate. By providing the transfer step, a highly transparent and highly accurate color filter without an optical semiconductor thin film that absorbs light on the substrate can be realized.

【0027】高解像度の光電着膜の形成は、 使用する光
導電体薄膜と電着溶液とのショトキー接合、 あるいは光
半導体薄膜自身の pn 接合あるいはpin 接合を利用する
ことで電着に必要な光起電力がえられる。 そして、前記
のようにフィルター層やブラックマトリックス層を転写
する場合は、その光導電体薄膜を有する光電着基板を、
繰り返し使用することもできる。その場合は形成された
電着膜を、別の所望のフィルター基材上に熱や圧力を用
いて転写を行うことにより、簡素化された工程で精度の
高いカラーフィルターが実現可能となる。
The formation of a high-resolution photo-electrodeposition film is performed by using a Schottky junction between the photoconductor thin film to be used and the electrodeposition solution, or a pn junction or a pin junction of the photo-semiconductor thin film itself to obtain a light necessary for electrodeposition. An electromotive force is obtained. And, when transferring the filter layer or the black matrix layer as described above, a photo-deposited substrate having the photoconductor thin film,
It can be used repeatedly. In this case, the formed electrodeposition film is transferred onto another desired filter substrate by using heat or pressure, whereby a highly accurate color filter can be realized in a simplified process.

【0028】ここで、本発明の要部であるブラックマト
リックス層について詳細に説明する。ブラックマトリッ
クス層の機能としては、遮光性と光反射防止性の両方の
特性を必要とされる。そしてその厚みが薄膜でなければ
ブラックマトリックス層の微細パターン化が難しくな
る。即ち、薄層であって層のマトリックス材料自体は光
の透過性が高く、且つ、層全体としては、入射した光を
反射でなく吸収により遮光を行える2つの機能を両立す
る薄膜を形成させることによりより秀でた特性を示す。
Here, the black matrix layer which is a main part of the present invention will be described in detail. The function of the black matrix layer is required to have both light-shielding properties and light-reflecting properties. If the thickness is not thin, it becomes difficult to form a fine pattern of the black matrix layer. That is, a thin layer is formed that is a thin layer, and the matrix material itself of the layer has a high light transmittance, and as a whole the layer has both functions of being able to shield incident light by absorption rather than reflection. Indicates more excellent characteristics.

【0029】本発明のブラックマトリックス層には、黒
色度が高く安定した粒径のカーボンブラック粒子を用
い、その粒子が表面への官能基の導入により電着特性を
付与する、具体的には、カーボンブラック表面にカルボ
キシル基を有する分子を結合または吸着させたり、微量
の電着性材料を吸着させたりすることにより、これらの
カーボンブラック粒子に官能基を導入して電着材料との
親和性を向上させ、好ましくは顔料自体に電着能力を与
え、そして電着により電着用電極層表面に電着現象によ
る薄膜形成を行なうものである。
For the black matrix layer of the present invention, carbon black particles having a high degree of blackness and a stable particle diameter are used, and the particles impart electrodeposition properties by introducing a functional group to the surface. By bonding or adsorbing a molecule having a carboxyl group on the surface of carbon black, or adsorbing a small amount of electrodepositable material, a functional group is introduced into these carbon black particles to increase the affinity with the electrodeposited material. And preferably imparts electrodeposition ability to the pigment itself, and forms a thin film on the electrode layer surface by electrodeposition by electrodeposition.

【0030】本発明に用いる如き官能基を導入したカー
ボンブラック顔料は、電着材料を分散した電着液との親
和性が良好なため、形成される膜の黒色度と導電性を維
持するのに必要な、カーボンブラック顔料の高含有率を
達成することができ、本発明においては、形成された黒
色電着膜(乾燥後のカーボンブラック層)中のカーボン
ブラック顔料は、重量成分率で75%から100%の範
囲が良好である。より好ましくは85%から95%の範
囲が特によい。75%未満では遮光性が低下する傾向が
あり好ましくない。このように、カーボンブラック顔料
の含有率を高くし得ることにより、反射性及び光透過性
が低くく、作成工程数が少なく、さらに、導電性に優れ
た、膜厚が薄いブラックマトリックス層を形成できる。
そして、このブラックマトリックス層は、導電性に優れ
ているため、次にメッキ及び電着工程を行なう積層型の
層構造が可能になり、該カーボンブラック層の上に金属
メッキ法で金属薄膜を積層させることが容易にできると
共に、このような金属薄膜を形成すると遮光性が一層向
上する。
The carbon black pigment having a functional group introduced therein, as used in the present invention, has a good affinity for an electrodeposition solution in which an electrodeposition material is dispersed, so that the blackness and conductivity of the formed film can be maintained. In the present invention, the carbon black pigment in the formed black electrodeposition film (the dried carbon black layer) has a weight component ratio of 75%. % Is in the range of 100%. More preferably, the range is 85% to 95%. If it is less than 75%, the light-shielding property tends to decrease, which is not preferable. Thus, by being able to increase the content of the carbon black pigment, the reflectivity and light transmittance are low, the number of preparation steps is small, and further, a thin black matrix layer having excellent conductivity is formed. it can.
Since the black matrix layer has excellent conductivity, a laminated layer structure in which plating and electrodeposition processes are performed next becomes possible, and a metal thin film is laminated on the carbon black layer by a metal plating method. This can be easily performed, and when such a metal thin film is formed, the light shielding property is further improved.

【0031】カーボンブラック顔料の表面に結合する官
能基としては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、
アミノ基、フェノール基、キノン基、水酸基、アンモニ
ア基及びその誘導体基などが挙げられ、これらは1種で
あっても2種以上であってもよい。このような官能基を
有するカーボンブラックは、一例として、以下のような
模式図で示される反応式にしたがって、製造することが
できる。
The functional group binding to the surface of the carbon black pigment includes, for example, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group,
Examples thereof include an amino group, a phenol group, a quinone group, a hydroxyl group, an ammonia group and a derivative group thereof, and these may be used alone or in combination of two or more. The carbon black having such a functional group can be produced, for example, according to a reaction formula shown in the following schematic diagram.

【0032】[0032]

【化1】 Embedded image

【0033】式中、R−Xは導入しようとする官能基、
所望により導入される連結基を表す。この反応について
は、大嶋明博(キャボット・スペシャリティ・ケミカル
ズ・インク)らの「黒色顔料の表面改質:−高機能カー
ボンブラック開発への新アプローチ−」に詳細に記載さ
れており、ここではスルホン酸基、カルボン酸基、4級
アミンを導入した例が示されているが、他の官能基も同
様にして導入することができる。表面にカルボン酸基を
有するカーボンブラックは、例えば、CAB−O−JE
T 300(キャボット社製)等の市販品としても入手
可能である。これらブラックマトリックス層のなかのカ
ーボンブラック粒子の平均粒子径は5.0nmから0.
7μmの範囲に有る材料であるものが良く、より好まし
くは10nmから300nmの範囲である。平均粒子径
が5.0nm未満であると均一な粒子形状のカーボンブ
ラック粒子を得るのに過大なコストと巨大な装置を要
し、0.7μmを超えると光学散乱が生じて透光性が得
難くなり、いずれも好ましくない。
In the formula, RX is a functional group to be introduced,
Represents a linking group which is optionally introduced. This reaction is described in detail in Akihiro Oshima (Cabot Specialty Chemicals, Inc.) et al., “Surface Modification of Black Pigment: A New Approach to the Development of Highly Functional Carbon Black”. Although an example in which a group, a carboxylic acid group, and a quaternary amine are introduced is shown, other functional groups can be introduced in the same manner. Carbon black having a carboxylic acid group on the surface is, for example, CAB-O-JE
It is also available as a commercial product such as T300 (manufactured by Cabot). The average particle diameter of the carbon black particles in these black matrix layers is from 5.0 nm to 0.5 nm.
A material having a range of 7 μm is preferable, and a range of 10 nm to 300 nm is more preferable. If the average particle diameter is less than 5.0 nm, excessive cost and a huge apparatus are required to obtain carbon black particles having a uniform particle shape. If the average particle diameter exceeds 0.7 μm, optical scattering occurs and light transmission is obtained. All of which are not preferred.

【0034】本発明に係る、 簡便で、且つ、光吸収性、
遮光性の高い均一なブラックマトリックスの形成は、 フ
ィルター層を形成した後、 ブラックマトリックス形成材
料として前記表面に官能基を有するカーボンブラック顔
料と電着材料とを分散、溶解してなる電着液中で、 電圧
を印加することによって(この時、 光はあっても無くて
もよい)、カラーフィルター層の未形成部分のみに、 前
記特定の官能基を有するカーボンブラック顔料を分散し
た電着材料高分子を析出させてなる黒色薄膜を形成し、
その電着膜をブラックマトリックス層とするものであ
る。
According to the present invention, a simple and light-absorbing material
The formation of a uniform black matrix having a high light-shielding property is achieved by forming a filter layer and then dispersing and dissolving a carbon black pigment having a functional group on the surface and an electrodeposition material as a black matrix forming material in an electrodeposition solution. By applying a voltage (with or without light at this time), the electrodeposition material height in which the carbon black pigment having the specific functional group is dispersed only in the portion where the color filter layer is not formed is formed. Form a black thin film by precipitating molecules,
The electrodeposition film is used as a black matrix layer.

【0035】これらの条件を満たす官能基を有するカー
ボンブラック顔料を用いることにより得られたブラック
マトリックス層は、単層であっても遮光性が高く0.5
μm以下の厚みでもブラックマトリックスとして十分な
遮光性を有し、そのために、従来用いていた樹脂にカー
ボンブラックを分散した電着膜タイプに比べてブラック
マトリックス層の厚み画は3分1以下にできるため、フ
ィルター表面の段差を減らすことができ、黒色粒子の密
度の高い膜形成であるために、そのブラックマトリック
ス層は外部の光が進入してくる部分において外部光を吸
収する機能を有する層になり、フィルター層形成の信頼
性を高めるばかりか、フィルターとしての漏れ光を低減
し、パターン幅10ミクロン以下のブラックマトリックス層
パターンの高解像度カラーフィルターの製造を可能にす
る。また、製造工程においても、本発明者らが先に提案
した電着法などをそのまま適用できるため、膜形成が容
易で、得られた黒色電着膜の信頼性が高く、ブラックマ
トリックス層が薄いので、高解像度のカラーフィルター
製造が可能となった。
The black matrix layer obtained by using a carbon black pigment having a functional group which satisfies these conditions has a high light-shielding property even if it is a single layer, and has a high light-shielding property.
Even with a thickness of μm or less, it has sufficient light-shielding properties as a black matrix, so that the thickness of the black matrix layer can be reduced to 1/3 or less as compared with the conventionally used electrodeposition film type in which carbon black is dispersed in a resin. Therefore, it is possible to reduce the level difference on the filter surface, and to form a film having a high density of black particles, the black matrix layer is a layer having a function of absorbing external light in a portion where external light enters. This not only enhances the reliability of the formation of the filter layer, but also reduces the leakage light of the filter and enables the production of a high-resolution color filter having a black matrix layer pattern having a pattern width of 10 μm or less. Also, in the manufacturing process, since the electrodeposition method and the like proposed by the present inventors can be applied as they are, film formation is easy, the reliability of the obtained black electrodeposition film is high, and the black matrix layer is thin. Therefore, high-resolution color filters can be manufactured.

【0036】図1は、従来の官能基を有さないカーボン
ブラックを用いた黒色電着膜、本発明の官能基を有する
カーボンブラック(カルボキシル基導入品)を用いた黒
色電着膜、該本発明の黒色電着膜にニッケルメッキ層を
積層したもの及びニッケルメッキ層について、膜厚と透
過光学濃度との関係を示すグラフである。図1中、本発
明のカルボキシル基導入カーボンブラックを用いた黒色
電着膜を二点破線(a)、本発明の黒色電着膜にニッケ
ルメッキ層を積層したものを△と実線(b)、従来の官
能基を有さないカーボンブラックを用いた黒色電着膜を
○と破線(c)、ニッケルメッキ層を一点破線(d)の
グラフでそれぞれ表示した。本発明の方法により得られ
る黒色電着膜は、従来品に比較してカーボンブラック顔
料の含有割合が多いため、膜の厚さを薄くすることがで
きるのが確認された。金属メッキ膜は薄くて遮光性に優
れるが、膜自体が金属光沢を有するため、単独で用いる
には不適当である。
FIG. 1 shows a conventional black electrodeposition film using carbon black having no functional group, a black electrodeposition film using carbon black having a functional group (carboxyl group-introduced product) of the present invention, 4 is a graph showing the relationship between the film thickness and the transmission optical density of a black electrodeposition film of the invention in which a nickel plating layer is laminated and a nickel plating layer. In FIG. 1, the black electrodeposited film using the carboxyl group-introduced carbon black of the present invention is shown by a two-dot broken line (a), and the black electrodeposited film of the present invention laminated with a nickel plating layer is represented by a solid line (b). A black electrodeposition film using carbon black having no conventional functional group is indicated by a circle and a dashed line (c), and a nickel plating layer is indicated by a dashed line (d). Since the black electrodeposition film obtained by the method of the present invention has a higher content ratio of the carbon black pigment than the conventional product, it was confirmed that the film thickness could be reduced. Although the metal plating film is thin and has excellent light-shielding properties, the film itself has a metallic luster and is therefore unsuitable for use alone.

【0037】図2(A)は本発明の製造方法により得ら
れたブラックマトリックス及び周囲に設けられたフィル
ター層を模式的に示す概略断面図であり、図2(B)は
従来のカーボンブラックを含有するブラックマトリック
ス及び周囲に設けられたフィルター層を模式的に示す概
略断面図である。ここでは、透明基体12上に透明導電
膜14と半導体薄膜16を形成した基板18に形成され
た着色膜(フィルター部)30と本発明によるブラック
マトリックス層32を表示する(図2(A))。図2
(B)では、ブラックマトリックス層に従来の黒色電着
膜34を表示する。これらを比較するに、本発明の方法
により得られたブラックマトリックスは、層を薄くして
も従来品と同等の効果が得られるため、フィルターの解
像度の観点からも好ましいことがわかる。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view schematically showing a black matrix obtained by the production method of the present invention and a filter layer provided around the black matrix. FIG. 2B shows a conventional carbon black. It is a schematic sectional drawing which shows typically the black matrix contained and the filter layer provided around. Here, a colored film (filter portion) 30 formed on a substrate 18 having a transparent conductive film 14 and a semiconductor thin film 16 formed on a transparent substrate 12 and a black matrix layer 32 according to the present invention are displayed (FIG. 2A). . FIG.
In (B), a conventional black electrodeposition film 34 is displayed on the black matrix layer. By comparing these, it can be seen that the black matrix obtained by the method of the present invention has the same effect as the conventional product even if the layer is made thinner, and is therefore preferable from the viewpoint of the resolution of the filter.

【0038】本発明の技術についてその他の材料などを
具体的にあげて、以下に詳細に説明する。フィルター形
成用の電着液は、アルカリ性あるいは酸性で溶解度・分
散性が低下し析出する物質(光電着材料)が必要であ
る。 析出する物質は高分子材料であり、アルカリ性ある
いは酸性で析出する性質を持つものを用いる。この高分
子材料が透明な場合は、色材をこの高分子に分散させて
使用してもよく、高分子材料自体が有色の場合には、そ
のまま使用することもできる。色材を高分子に分散させ
て使用する場合には、 色材としては染料だけではなく、
顔料も使用できる。 カラーフィルターとして利用する場
合には、 高い耐光性を要求されることから、 水性高分子
に顔料を分散させたものを光電着材料として利用するこ
とが望ましい。
The technique of the present invention will be described in detail below with specific examples of other materials. The electrodeposition liquid for forming a filter requires a substance (photoelectrodeposition material) that is reduced in solubility and dispersibility due to alkalinity or acidity and precipitates. The substance to be deposited is a polymer material, and a substance having a property of being precipitated in an alkaline or acidic state is used. When the polymer material is transparent, a coloring material may be dispersed in the polymer and used. When the polymer material itself is colored, it can be used as it is. When using color materials dispersed in polymers, not only dyes but also color materials
Pigments can also be used. When used as a color filter, high light resistance is required, and therefore, it is desirable to use an aqueous polymer in which a pigment is dispersed as a photo-deposition material.

【0039】この光電着材料を選択する目安として色素
のpHの変化に伴う溶解特性を図3のグラフに示す。図
3は、各種の材料の溶解特性と溶液のpHとの関係を示
すグラフである。材料の中にはグラフA(実線で示す)
のように、あるpH値を境に急激に析出がおこるもの、
グラフB(破線で示す)の材料のようにpH値に係わら
ず溶解性が良好なもの、グラフC(一点破線で示す)の
材料のようにpH値に係わらず不溶なものがあり、これ
らの特性は材料と用いる溶媒、分散媒との関係でも変化
する。
FIG. 3 is a graph showing the dissolution characteristics of the dye as a function of pH, as a guide for selecting the photo-deposition material. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the dissolution characteristics of various materials and the pH of the solution. Graph A (shown by solid line) in some materials
Such as a sudden precipitation at a certain pH value,
Some materials have good solubility irrespective of the pH value, such as the material in graph B (shown by a broken line), and some are insoluble regardless of the pH value, such as the material in graph C (shown by a dashed line). The characteristics also change depending on the relationship between the material, the solvent used, and the dispersion medium.

【0040】また、極性が異なる2種類のイオン、例え
ばアニオン性で電着膜形成能力があるPro Jet
Farst Yellow2(黄色)とカチオン性で電
着膜形成能力があるCathilon Pure Bl
ue 5GH(青色)を混合した混合溶液中で、電気化
学的に酸化させると電極には混合液の色と同じ緑色の電
着膜が形成される。逆に電気化学的に還元させると電極
にはCathilonPure Blue 5GH単体
の青色の電着膜が形成される。このようなイオン性化合
物の特性について説明するに、例えば、図4のグラフに
示すように一方の化合物がグラフA(実線で示す)のよ
うに、中性領域では溶媒中に溶解しており、ある低pH
値において急激に析出がおき、他方の化合物はグラフB
(破線で示す)の材料のようにある中性領域では溶媒中
に溶解し、高pH値において急激に析出がおきる特性を
有する場合、中性領域では高い溶解性を保持し、特定p
H値において、溶解、析出の相変化を生じるため、併用
が可能となる。このような特性を有する場合、アニオン
性の色素溶液とカチオン性の色素溶液の混合液中で電気
化学反応をさせると印加する電圧の極性を変化させるだ
けで、同一の電極上に異なった色素の電着膜を形成でき
るのである。
Further, two types of ions having different polarities, for example, Pro Jet which is anionic and has an electrodeposition film forming ability.
First Yellow 2 (yellow) and Cathilon Pure Bl, which are cationic and capable of forming an electrodeposited film
When the electrode is electrochemically oxidized in a mixed solution containing ue 5GH (blue), a green electrodeposited film having the same color as the mixed solution is formed on the electrode. Conversely, when electrochemical reduction is performed, a blue electrodeposited film of CatilonPure Blue 5GH alone is formed on the electrode. To explain the characteristics of such an ionic compound, for example, as shown in a graph of FIG. 4, one compound is dissolved in a solvent in a neutral region as shown in a graph A (shown by a solid line); Some low pH
Precipitation occurred sharply in the values, and the other compound
In the case of a material having a characteristic that it dissolves in a solvent in a certain neutral region such as a material (shown by a broken line) and rapidly precipitates at a high pH value, it maintains high solubility in a neutral region and has a specific p.
At the H value, a phase change of dissolution and precipitation occurs, so that it can be used in combination. In the case of having such characteristics, when an electrochemical reaction is performed in a mixed solution of an anionic dye solution and a cationic dye solution, only the polarity of the applied voltage is changed, and different dyes are applied on the same electrode. An electrodeposition film can be formed.

【0041】光電着高分子材料の一例として、 カルボン
酸基を有する水溶性アクリル樹脂が電着形成能力を有す
るものとして挙げられる。この材料は、 弱アルカリ性水
(pH8〜9) に容易に溶解し、 アニオンとして水溶液中
に存在するがpHが7以下になると不溶化して析出する性
質を持つ。 この水溶液中に白金電極を浸し通電すると、
陽極付近では水溶液中のOH -イオンが消費されてO2にな
り、 水素イオンが増えてpHが低下する。 これは、 陽極付
近でホール(P )とOH− イオンとが結び付く次のよう
な反応が起こるためである。 2OH- +2p+ →1/2(O2)+H2
As an example of the photo-deposited polymer material, a water-soluble acrylic resin having a carboxylic acid group can be cited as having a capability of forming electrodeposition. This material is weakly alkaline water
(pH 8 to 9), and has the property of being present as an anion in an aqueous solution, but insolubilizing and precipitating when the pH becomes 7 or less. When a platinum electrode is immersed in this aqueous solution and energized,
In the vicinity of the anode, OH-ions in the aqueous solution are consumed to become O 2 , and the hydrogen ions increase to lower the pH. This is because the following reaction occurs in which the hole (P) and OH- ions are connected near the anode. 2OH - + 2p + → 1/ 2 (O 2) + H 2 O

【0042】この反応が起こるには、 一定の電圧印加に
よる水のイオン解離が必要であり、反応の進行に伴って
水溶液中の水素イオン濃度が増えてpHが低下するのであ
る。従って、 ある一定以上の電圧を印加すると、 電極の
陽極側では水溶性アクリル樹脂の溶解度が低下して不溶
化し電極上に薄膜が形成されるのである。本発明はこの
一定の電着電圧の閾値電圧を得るのに半導体に光を照射
して生じる光起電力を利用するものである。 このよう
な、 光起電力を利用する試みは今までいろいろな検討が
なされてきた。 たとえば、A. Fujishima, K. Honda Natu
re Vol.238, p37, (1972)ではn 型半導体のTiO2に光を
照射して水の電気分解を行った。また、 フォトエレクト
ロクロミズムの研究に関連して、Si基板上に光を照射し
てピロールを電解重合し、 ドーピング・ 脱ドーピングで
画像形成を行った例がH. Yoneyama らによりJ. Electro
chem. Soc., p2414, (1985) に報告されている。 また、
それ以外にも導電性高分子のドーピング・ 脱ドーピング
に色素を用い、 光で画像形成する方法の提案もある。
In order for this reaction to take place, it is necessary to dissociate ions of water by applying a constant voltage, and as the reaction proceeds, the concentration of hydrogen ions in the aqueous solution increases and the pH decreases. Therefore, when a voltage exceeding a certain level is applied, the solubility of the water-soluble acrylic resin on the anode side of the electrode decreases, and the resin becomes insoluble and a thin film is formed on the electrode. The present invention utilizes the photoelectromotive force generated by irradiating a semiconductor with light to obtain a constant threshold voltage of the electrodeposition voltage. Various attempts have been made so far to use photovoltaic power. For example, A. Fujishima, K. Honda Natu
In re Vol.238, p37, (1972), TiO 2 , an n-type semiconductor, was irradiated with light to electrolyze water. In connection with the research on photoelectrochromism, H. Yoneyama et al. Reported that J. Electrochem.
chem. Soc., p2414, (1985). Also,
In addition, there is a proposal for a method of forming an image with light using a dye for doping and undoping of a conductive polymer.

【0043】しかし、 本発明は導電性高分子がなくても
電着膜を形成することは可能である。 ところが、 電着膜
形成に必要な電圧は、 導電性高分子がある場合に比較し
て大きくなる。 一方、 光起電力は効率の高い結晶Siでも
0.6Vであり、 画像形成するには光起電力だけでは不十分
である。 従って、 バイアス電圧を印加してかさ上げする
などの方法も考えられるが、 それでも一定の電圧(使用
する半導体のバンドギャップに依存した電圧)以上にな
ると、 光起電力の形成に必要な半導体と溶液の間のショ
トキーバリアーが壊れてしまい光画像に忠実に再現した
画像の電着現象は生じず問題となった。印加できるバイ
アス電圧には限界があり、このため、 光起電力を用いた
水溶液中での画像形成は、1.0V以下で酸化還元するポリ
ピロールなどの導電性高分子の光重合反応を使うものな
どに限られていた。 例えば、 大日本印刷の特許「 カラー
フィルター製造方法及びカラーフィルター製造用の電着
基板」(特開平5-119209) や、「カラーフィルター製造方
法」(特開平5-157905) では、電着電圧は20V から100V
と高くなっており電着物質は高分子の酸化還元反応を利
用している。 このように、 一般的に電着塗装として良く
知られている電着性高分子材料は、 電着に必要な電圧が
20V以上で、効率を考慮すると実用的には主に100V
から300V である。 従って、 画像形成には電子写真用
のZnO2などの外部光電効果特性を利用するなどしていた
が水系で実用的な材料ではなかった。
However, according to the present invention, it is possible to form an electrodeposition film without a conductive polymer. However, the voltage required for forming an electrodeposited film is higher than when a conductive polymer is present. On the other hand, photovoltaic power is
It is 0.6V, and photovoltaic power alone is not enough to form an image. Therefore, a method such as raising the voltage by applying a bias voltage is also conceivable. However, when the voltage exceeds a certain level (a voltage depending on the band gap of the semiconductor to be used), the semiconductor and the solution necessary for forming the photovoltaic power are formed. The Schottky barrier during the breakage was broken, and the electrodeposition phenomenon of the image faithfully reproduced to the optical image did not occur, which became a problem. There is a limit to the bias voltage that can be applied.For this reason, image formation in an aqueous solution using a photovoltaic force uses a photopolymerization reaction of a conductive polymer such as polypyrrole that is redox-reduced at 1.0 V or less. Was limited. For example, in the patent of Dai Nippon Printing `` Color filter production method and electrodeposited substrate for color filter production '' (JP-A-5-119209) and `` Color filter production method '' (JP-A 5-157905), the electrodeposition voltage is 20V to 100V
The electrodeposition material utilizes a redox reaction of a polymer. As described above, the electrodepositable polymer material generally well known as electrodeposition coating requires a voltage of 20 V or more for electrodeposition, and practically mainly 100 V in consideration of efficiency.
To 300V. Therefore, external photoelectric effect characteristics such as ZnO 2 for electrophotography were used for image formation, but they were not water-based and practical materials.

【0044】ところが、 本発明の材料系はpHによる溶解
度/分散性の変化を原理にしているために、 低い電圧で
薄膜形成が可能であり、 種々の半導体で光起電力による
電着膜の画像形成ができる。 とくに、 酸化チタンは可視
域で透明であり背面からの露光が可能となり、光照射効
率も良好であり、カラーフィルター作製用の基材として
は大変に有効である事が示された。 また、 近年、 酸化チ
タンはゾル・ ゲル法、スッパタリング法、 電子ビーム蒸
着法などいろいろな手法でn 型半導体として特性の良い
ものが得られるようになった。
However, since the material system of the present invention is based on the principle of solubility / dispersibility change depending on pH, it is possible to form a thin film at a low voltage. Can be formed. In particular, it was shown that titanium oxide is transparent in the visible region, enables exposure from the back, has good light irradiation efficiency, and is very effective as a base material for producing color filters. In recent years, titanium oxide with good characteristics has been obtained as an n-type semiconductor by various methods such as a sol-gel method, a sputtering method, and an electron beam evaporation method.

【0045】本発明に利用できる非光メモリー性(光履
歴効果の殆ど無い)光起電力半導体としては、 基本的に
は光照射により起電力を発生し、強い光履歴効果のない
半導体薄膜であれば全て使用できる。 具体的には、 光起
電力半導体材料としてSi、 GaN、 a−C、 BN、SiC、ZnSe、
TiO2、GaAs系化合物、CuS 、Zn3P2、フタロシアニン顔料
系材料、ペリレン顔料系材料、アゾ顔料系材料、各種有
機光導電性材料などが単層または複数層であり、ただし
その基本材料は純度の高い物質または単結晶系を必要と
されるが、混合系物質などででも使用可能である。 そし
て、表面に保護層が存在する場合も有り、これら半導体
の層厚みは0.05μmから3μmの範囲が良好な特性
が得られる使用範囲である。0.05μm未満では得ら
れる光電力が弱すぎて像形成に問題を生じる。また、3
μm以上の厚みの範囲では光による発生電荷が層内にト
ラップされ光履歴現象が大きくなり過ぎ像形成に問題を
生じる。また、これらの半導体膜は、光による電力発生
効率を考慮し、電着法での着膜に必要な電力を容易にえ
るために、半導体層の構成は、半導体単体より構成さ
れ、樹脂等の絶縁性材料の混合や含有は避けなければな
らない。そして、半導体層への樹脂等の絶縁性材料の混
合や含有は大きな光履歴現象をも発生させる要因とな
る。半導体には、n型半導体とp 型半導体があるが、 本発
明ではいずれの半導体も使用可能である。 さらに、pn接
合やpin 接合を利用した積層構造にすれば、 光電流がよ
り多く流れ確実に起電力が得られてコントラストが良く
なりより望ましくなる。
The photovoltaic semiconductor which can be used in the present invention as a non-optical memory (having almost no light hysteresis effect) is basically a semiconductor thin film which generates electromotive force by light irradiation and has no strong light hysteresis effect. All can be used. Specifically, as photovoltaic semiconductor materials, Si, GaN, aC, BN, SiC, ZnSe,
TiO 2 , GaAs-based compound, CuS, Zn 3 P 2 , phthalocyanine pigment-based material, perylene pigment-based material, azo pigment-based material, various organic photoconductive materials, etc. are single layer or multiple layers, but the basic material is Although a high-purity substance or a single-crystal system is required, a mixed substance or the like can be used. In some cases, a protective layer is present on the surface, and the thickness of these semiconductor layers is in the range of 0.05 μm to 3 μm, which is a use range in which good characteristics can be obtained. If the thickness is less than 0.05 μm, the obtained optical power is too weak, which causes a problem in image formation. Also, 3
When the thickness is in the range of μm or more, charges generated by light are trapped in the layer, and the light hysteresis phenomenon becomes too large to cause a problem in image formation. In addition, in order to easily obtain the electric power required for the film deposition by the electrodeposition method in consideration of the power generation efficiency by light, these semiconductor films are formed of a single semiconductor, and made of resin or the like. Mixing or inclusion of insulating materials must be avoided. Mixing or inclusion of an insulating material such as a resin in the semiconductor layer also causes a large light hysteresis phenomenon. The semiconductor includes an n-type semiconductor and a p-type semiconductor, and any semiconductor can be used in the present invention. Furthermore, if a stacked structure using a pn junction or a pin junction is used, more photocurrent flows and an electromotive force can be obtained with certainty, and the contrast is improved, which is more desirable.

【0046】次に、半導体と電着膜形成能力のある材料
との組合せであるが、これは使用する半導体の極性によ
って決まる。光起電力の形成には太陽電池として良く知
られているように、半導体と接触した界面に生じたショ
トキーバリアやpnあるいはpin接合を利用する。一
例として、図5の模式図によりn型半導体を例にとって
説明する。図5(A)の模式図はショトキー接合の場合
を示し、(B)の模式図はPIN接合の場合を示す。n
型半導体と溶液との間にショトキーバリアーがある時
に、半導体側を負にした場合には電流が流れる順方向で
あるが、逆に半導体側を正にした時には電流が流れな
い。ところが、半導体側を正にして電流が流れない状態
でも、光を照射するとエレクトロン・ホールペアが発生
し、ホールが溶液側に移動して電流が流れる。この場
合、半導体電極を正にするのであるから電着される材料
は負イオンでなければならない。従って、n型半導体と
アニオン性分子の組合せとなり、逆にp型半導体ではカ
チオンが電着されることになる。
Next, a combination of a semiconductor and a material capable of forming an electrodeposition film is determined by the polarity of the semiconductor used. A photovoltaic voltage is formed by using a Schottky barrier or a pn or pin junction generated at an interface in contact with a semiconductor, as is well known as a solar cell. As an example, an n-type semiconductor will be described with reference to the schematic diagram of FIG. The schematic diagram of FIG. 5A shows the case of the Schottky junction, and the schematic diagram of FIG. 5B shows the case of the PIN junction. n
When there is a Schottky barrier between the mold semiconductor and the solution, the current flows in the forward direction when the semiconductor side is negative, but does not flow when the semiconductor side is positive. However, even when the semiconductor side is positive and no current flows, when the light is irradiated, an electron-hole pair is generated, the holes move to the solution side, and the current flows. In this case, since the semiconductor electrode is made positive, the material to be electrodeposited must be negative ions. Accordingly, a combination of an n-type semiconductor and an anionic molecule is formed, and conversely, a cation is electrodeposited in a p-type semiconductor.

【0047】一般に、 半導体の光起電力は比較的電位の
大きなSiでも0.6Vしか得られない。ところが、0.6Vで電着
が可能な材料は限られている。 そこで、 足りない電圧は
バイアス電圧を印加して補う必要がある。 印加できるバ
イアス電圧の上限は、 ショトキーバリアーが維持される
限界までである。 ショトキーバリアーが壊れると、光が
当たってない領域も電流が流れて、 半導体基板の全領域
に電着膜が形成され画像形成ができなくなる。 例えば、
2.0Vで電着される材料であれば1.5Vのバイアス電圧を印
加して光を照射すると、 半導体の光起電力0.6Vを足して
2.1Vとなり電着に必要な閾値電圧を越え、 光が照射され
た領域のみ光電着膜が形成される。ここで用いている機
構は、単に光により導電度が増加して、バイアスの印加
電圧により通電電流が増加する外部光電流効果機構とは
異なる光起電力機構である。
In general, the photovoltaic power of a semiconductor is only 0.6 V even with Si having a relatively high potential. However, materials that can be electrodeposited at 0.6V are limited. Therefore, it is necessary to compensate for the insufficient voltage by applying a bias voltage. The upper limit of the bias voltage that can be applied is up to the limit at which the Schottky barrier is maintained. When the Schottky barrier is broken, a current flows also in an area not exposed to light, and an electrodeposition film is formed on the entire area of the semiconductor substrate, so that an image cannot be formed. For example,
If the material is electrodeposited at 2.0V, applying a 1.5V bias voltage and irradiating light will add 0.6V to the photovoltaic power of the semiconductor.
The voltage is 2.1 V, which exceeds the threshold voltage required for electrodeposition, and a photo-deposited film is formed only in the area irradiated with light. The mechanism used here is a photovoltaic mechanism different from the external photocurrent effect mechanism in which the conductivity is simply increased by light and the conduction current is increased by the applied voltage of the bias.

【0048】フィルター用電着材料の構造としては、イ
オン解離する親水基と水に不溶化を促進させる疎水基を
有する分子を最小モノマー単位にした共重合体により構
成され、好ましくはランダム重合の高分子材料が良い。
その重合された電着材料のモノマー単位の疎水基数が親
水基と疎水基の総数の割合が40%から80%の範囲に
構成されたものであり、より好ましくは55%から70
%の範囲に構成されたものが特に電着析出効率が高く、
低い電着電位で膜形成できる電着特性を示し、電着液の
液性も安定していた。かつこの電着材料のモノマー単位
の親水基部分の50%以上、より好ましくは75%以上
がpHの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化で
きるモノマー単位の親水基部分を含有した電着材料で構
成されたものである。
The structure of the electrodeposition material for a filter is constituted by a copolymer having a minimum monomer unit of a molecule having a hydrophilic group capable of dissociating ions and a hydrophobic group promoting insolubilization in water, and is preferably a polymer obtained by random polymerization. Good material.
The number of hydrophobic groups in the monomer units of the polymerized electrodeposition material is such that the ratio of the total number of hydrophilic groups to hydrophobic groups is in the range of 40% to 80%, and more preferably 55% to 70%.
% Is particularly high in electrodeposition deposition efficiency,
The electrodeposition characteristics showed that a film could be formed at a low electrodeposition potential, and the liquid properties of the electrodeposition solution were stable. Electrodeposition of the electrodeposition material containing a hydrophilic group portion of a monomer unit capable of reversibly changing from a hydrophilic group to a hydrophobic group by a change in pH at least 50%, more preferably at least 75%, of the hydrophilic group portion of the monomer unit. It is composed of materials.

【0049】この電着材料のモノマー単位の疎水基数が
親水基と疎水基の総数の割合が40%未満のものは、電
着時に形成された電着膜の耐水性や膜強度が不足し問題
となった。そして電着材料のモノマー単位の疎水基数が
親水基と疎水基の総数の割合が80%以上の場合は、水
系液体への溶解性が不十分となり、電着液が濁ったり、
電着材料の沈殿物が生じたり、電着液の粘度が不安定に
なり問題となった。
If the ratio of the total number of the hydrophilic groups to the hydrophobic groups in the monomer units of the electrodeposited material is less than 40%, the electrodeposition film formed at the time of electrodeposition is insufficient in water resistance and film strength. It became. When the number of hydrophobic groups in the monomer unit of the electrodeposition material is 80% or more of the total number of the hydrophilic groups and the hydrophobic groups, the solubility in the aqueous liquid becomes insufficient, and the electrodeposition liquid becomes cloudy.
The electrodeposition material precipitates and the viscosity of the electrodeposition liquid becomes unstable, which causes problems.

【0050】フィルター用電着材料の構造内の疎水基
は、色材として用いる有機顔料に対し親和性が強く吸着
能力があり良好な顔料分散機能を付与させる。その上電
圧の印加による通電現象により電着材料の親水基部分の
親水性脱離に対して、瞬時に画像析出させる印字の機能
も付与させている。特に、電着材料のモノマー単位の疎
水基数が親水基と疎水基の総数の割合が40%から80
%の範囲のものは、強固な膜を形成させる電着電位を低
減させる効果が大きく、それにより光入力による光起電
力を用いた低電位な印字プロセスを完成させるのには不
可欠の条件となっている。陽電極に画像析出するタイプ
のこの電着材料の酸価は、60から300の範囲で良好
な電着特性が得られる。特に90から195の範囲でよ
り良好な電着特性を得られる。電着材料の酸価が60以
下では、水系液体への溶解性が不十分となり、電着液の
固形分濃度を適正値まで上げることが出来なくなった
り、液体が濁ったり沈殿物が生じたり、液粘度が上昇し
たりし問題が生じる。また、電着材料の酸価が300以
上では、形成された膜の耐水性が低かったり、通電電気
量に対する電着効率が低かったりする。
The hydrophobic group in the structure of the electrodeposition material for a filter has a strong affinity for an organic pigment used as a coloring material, has an adsorptive ability, and imparts a good pigment dispersing function. In addition, a printing function for instantaneously depositing an image is imparted to the hydrophilic detachment of the hydrophilic group portion of the electrodeposited material due to the energization phenomenon caused by the application of a voltage. In particular, when the number of hydrophobic groups in the monomer unit of the electrodeposition material is from 40% to 80% of the total number of hydrophilic groups and hydrophobic groups,
%, The effect of reducing the electrodeposition potential for forming a strong film is great, and thus becomes an indispensable condition for completing a low-potential printing process using photoelectromotive force by light input. ing. Good electrodeposition characteristics can be obtained when the acid value of this electrodeposition material of the type which deposits an image on the positive electrode is in the range of 60 to 300. Particularly in the range of 90 to 195, better electrodeposition properties can be obtained. If the acid value of the electrodeposition material is 60 or less, the solubility in the aqueous liquid becomes insufficient, the solid content concentration of the electrodeposition liquid cannot be increased to an appropriate value, or the liquid becomes cloudy or precipitates are generated, Problems arise such as an increase in liquid viscosity. When the acid value of the electrodeposition material is 300 or more, the formed film has low water resistance and the electrodeposition efficiency with respect to the amount of electricity supplied is low.

【0051】特に、イオン解離する親水基がカルボキシ
ル基又はアミノ基であるものが、電着現象において画像
の析出効率が良く、堅牢性の高い電着膜作成の特性を示
している。この2つの基は、pHの変化により親水基か
ら疎水基に可逆的に変化する効率が高く、これらの特性
が得られる。またフィルター用電着材料は、熱可塑性樹
脂成分を含有した構成であり、調整を行った水系液体に
対して十分な溶解性を示さなければならない。そして電
着材料が溶解した電着液のpH値の変化に対して電着材
料の溶解状態/分散状態から上澄みを発生して沈殿を生
じる液性変化がpH範囲領域2以内で生じることが必要
とされる。より好ましい特性を得るには、pH範囲が1
以内であることが必要とされる。この範囲の特性によ
り、通電による急峻なpH変化に対しても瞬時に画像の
析出を可能とし、また析出する画像の凝集力を高め、電
着液への再溶解速度を低減させる機能の付与を可能にし
ている。それにより、透光性が高く、画像の耐水性もあ
るフィルター層を得る事ができる。電着液のpH値の変
化に対して溶解状態から沈殿を生じる液性変化のpH範
囲領域が2より大きい場合は、十分な画像構造を得るた
めの印字速度の低下や析出画像の耐水性の欠如など印字
特性に問題を残してしまう。
In particular, those in which the hydrophilic group capable of ion dissociation is a carboxyl group or an amino group show characteristics of forming an electrodeposition film having high image deposition efficiency and high robustness in an electrodeposition phenomenon. These two groups have high efficiency of reversibly changing from a hydrophilic group to a hydrophobic group due to a change in pH, and these characteristics are obtained. Further, the electrodeposition material for a filter has a structure containing a thermoplastic resin component, and must exhibit sufficient solubility in the adjusted aqueous liquid. It is necessary that a change in the pH of the electrodeposition material in which the electrodeposition material is dissolved changes from a solution state / dispersion state of the electrodeposition material to a supernatant, and a liquid property change causing precipitation occurs within the pH range region 2. It is said. To obtain more favorable properties, the pH range is 1
It is required that With the characteristics in this range, it is possible to instantaneously deposit an image even when the pH changes sharply due to energization, and to increase the cohesive force of the deposited image and reduce the rate of re-dissolution in the electrodeposition solution. Making it possible. This makes it possible to obtain a filter layer having high translucency and water resistance of an image. If the pH range of the liquid property change that causes precipitation from the dissolved state with respect to the change in the pH value of the electrodeposition liquid is larger than 2, the printing speed decreases to obtain a sufficient image structure, and the water resistance of the deposited image decreases. Problems such as lack of print characteristics remain.

【0052】この電着材料に使われる親水基を含むモノ
マー単位としては、メタクリル酸、アクリル酸、メタク
リル酸ヒドロキシエチル、アクリルアミド、無水マレイ
ン酸、無水トリメリト酸、無水フタル酸、ヘミメリット
酸、コハク酸、アジピン酸、プロピオル酸、プロピオン
酸、フマル酸、イタコン酸、などおよびこれらの誘導体
用いられる。特に、メタクリル酸、アクリル酸はこの電
着現象に対して作用/効果が大きく、pH変化による電
着効率が高くまた親水化効率も高く有用な親水性モノマ
ー構造単位となっている。
The monomer unit containing a hydrophilic group used in the electrodeposition material includes methacrylic acid, acrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, maleic anhydride, trimellitic anhydride, phthalic anhydride, hemi-mellitic acid, succinic acid , Adipic acid, propiolic acid, propionic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like and derivatives thereof. In particular, methacrylic acid and acrylic acid have a large effect / effect on the electrodeposition phenomenon, and are useful hydrophilic monomer structural units having high electrodeposition efficiency due to pH change and high hydrophilicity efficiency.

【0053】この電着材料に使われる疎水基を含むモノ
マー単位としては、アルキル基、スチレン基、α−メチ
ルスチレン基、α−エチルスチレン基、メタクリル酸メ
チル基、メタクリル酸ブチル基、アクリロニトリル基、
酢酸ビニル基、アクリル酸エチル基、アクリル酸ブチル
基、メタクリル酸ラウリル基、などおよびこれらの誘導
体が用いられる。特に、スチレン基、α−メチル−スチ
レン基は疎水化効率が高いために、電着析出効率が高
く、そして製造の重合時の制御性も高く有用な電着材の
疎水性モノマー構造単位となっている。
The monomer units containing a hydrophobic group used in the electrodeposition material include an alkyl group, a styrene group, an α-methylstyrene group, an α-ethylstyrene group, a methyl methacrylate group, a butyl methacrylate group, an acrylonitrile group,
A vinyl acetate group, an ethyl acrylate group, a butyl acrylate group, a lauryl methacrylate group, and the like, and derivatives thereof are used. In particular, styrene groups and α-methyl-styrene groups have high hydrophobizing efficiencies, so they have high electrodeposition deposition efficiency, and have high controllability during polymerization in production and are useful hydrophobic monomer structural units for electrodeposition materials. ing.

【0054】これらの親水基と疎水基を含む分子を前記
の比率で共重合した高分子物質であり、各親水基及び疎
水基の種類は1種に限定されるものではない。そして、
電着した膜性や膜の接着強度の面から平均分子量が6,
000から25,000のものが良好な電着膜を得られ
る。より好ましい膜性や膜の接着強度の面からは、平均
分子量が9,000から20,000のものが良好な電
着膜を得られる。平均分子量が6,000より低いと膜
が不均一で耐水性が低い。そのため堅牢性の高い電着膜
が得られず膜性が低く粉末化したりし易い。平均分子量
が25,000より高いと、水系液体への溶解性が不十
分となり、電着液の固形分濃度を適正値まで上げること
が出来なくなったり、液体が濁ったり沈殿物が生じた
り、液粘度が上昇したりし問題を生じる。また、これら
材料の熱特性としては、ガラス転移点が100℃より低
く、流動開始点が180℃より低く、分解点は150℃
より高い特性の材料を用いることで熱を用いた転写プロ
セスの制御余裕度が広くなり、透光性の高く電着膜の良
好な転移特性が得られる。顔料との組合せでは、 電着性
のある透明な高分子材料、 例えば水溶性アクリル樹脂と
組合せ、 水溶液中で分散させて使用すれば、 同じように
顔料が混合した電着膜が得られるのである。
It is a polymer substance obtained by copolymerizing these molecules containing a hydrophilic group and a hydrophobic group in the above-mentioned ratio, and the type of each hydrophilic group and hydrophobic group is not limited to one. And
From the viewpoint of the properties of the electrodeposited film and the adhesive strength of the film, the average molecular weight is 6,
2,000 to 25,000 give a good electrodeposited film. From the viewpoints of more preferable film properties and adhesive strength of the film, those having an average molecular weight of 9,000 to 20,000 can provide a good electrodeposited film. If the average molecular weight is lower than 6,000, the film is uneven and the water resistance is low. Therefore, an electrodeposited film having high robustness cannot be obtained, and the film property is low and the powder is easily formed. If the average molecular weight is higher than 25,000, the solubility in the aqueous liquid becomes insufficient, the solid content concentration of the electrodeposition liquid cannot be increased to an appropriate value, the liquid becomes cloudy or a precipitate is formed, A problem such as an increase in viscosity occurs. The thermal properties of these materials include a glass transition point lower than 100 ° C., a flow start point lower than 180 ° C., and a decomposition point of 150 ° C.
By using a material having higher characteristics, the control margin of the transfer process using heat is widened, and high translucency and good transition characteristics of the electrodeposited film can be obtained. When used in combination with a pigment, a transparent polymer material with an electrodeposition property, such as a water-soluble acrylic resin, can be used by dispersing it in an aqueous solution. .

【0055】次にこのフィルター用電着溶液の導電率と
pHについて述べる。 導電率は実験によると電着スピード
にいいかえられ、 電着量に関連して抵抗率が低くなれば
なるほど一定時間に付着する電着膜の膜厚が厚くなり、
導電率は我々の実験によると電着スピードいいかえれ
ば、電着量に関連しており、導電率が高くなればなるほ
ど一定時間に付着する電着膜の膜厚が厚くなり約100
mS/cm2(図6参照)、言い換えれば体積抵抗値が
約10Ω・cmで電着量の飽和傾向にある。 電着液の低効率
を1Ω・cmから105Ω・cmの範囲にコントロール
し電着を行い、 この範囲では、良好な電着現象を行え
る。105Ω・cm以上の範囲では、十分な電流が得ら
れないために電着量が少量しかえられず、また1Ω・c
m以下の範囲では電着量の制御性が悪くなる。従って色
素イオンだけでは導電率が足りない場合には電着特性に
影響を与えない酸性又はアルカリ性物質、例えば、Na
+イオン、Cl-イオン、SO4 -イオン等を加えてやるこ
とで電着スピードをコントロールすることができる。
Next, the conductivity of the electrodeposition solution for a filter was
The pH is described. According to the experiment, the conductivity can be translated into the electrodeposition speed, and the lower the resistivity in relation to the amount of electrodeposition, the thicker the electrodeposition film deposited in a certain period of time,
According to our experiments, the conductivity is related to the electrodeposition speed, in other words, the amount of electrodeposition. As the conductivity increases, the film thickness of the electrodeposition film deposited for a certain period of time increases, and
mS / cm 2 (see FIG. 6), in other words, the volume resistivity is about 10 Ω · cm, and the electrodeposition amount tends to be saturated. Electrodeposition is performed by controlling the low efficiency of the electrodeposition liquid to a range of 1 Ω · cm to 10 5 Ω · cm, and in this range, a good electrodeposition phenomenon can be performed. In the range of 10 5 Ω · cm or more, a sufficient current cannot be obtained, so that only a small amount of electrodeposition is obtained.
In the range of m or less, the controllability of the amount of electrodeposition deteriorates. Therefore, when the conductivity of the dye ion alone is insufficient, an acidic or alkaline substance that does not affect the electrodeposition properties, such as Na
The electrodeposition speed can be controlled by adding + ions, Cl - ions, SO 4 - ions, or the like.

【0056】また、 水溶液のpHも当然ながら電着膜の形
成に影響する。 例えば、 電着膜形成前には色素分子の溶
解度が飽和するような条件で電着膜形成を行えば膜形成
後には再溶解しにくい。 ところが、 未飽和状態の溶液の
pHで電着膜の形成を行うと、電着膜が形成されても、 通
電をやめた途端に膜が再溶解し始める。 従って、 溶解度
が飽和するような溶液のpHで電着膜の形成を行うほうが
望ましい。
The pH of the aqueous solution naturally affects the formation of the electrodeposited film. For example, if the electrodeposited film is formed under the condition that the solubility of the dye molecule is saturated before the electrodeposited film is formed, it is difficult to dissolve again after the film is formed. However, for unsaturated solutions,
When the electrodeposited film is formed at pH, even if the electrodeposited film is formed, the film starts to be redissolved as soon as the power supply is stopped. Therefore, it is desirable to form the electrodeposited film at a pH of the solution at which the solubility is saturated.

【0057】次に、電着後の電着基板上の不要電着液の
除去についてであるが、電着直後は電着基板上の各所に
不要な電着液が付着している。その不要な電着液を完全
に除去するための有効な手段として、液体洗浄が挙げら
れ、特に、透明で安全性の高い不活性な液体での洗浄が
有効である。しかし、電着膜形成後、直ちに洗浄すると
析出した直後の電着膜は物理的にも化学的にも強度が不
足しており、洗浄により所望されない電着膜の欠損を生
じるおそれがある。そのために、電着膜をその膜の固形
化が促進される特性を有する洗浄液体で洗浄し、不要な
電着液を除去することが有効な方法になる。その効果を
有する液体として、pH 値が電着液の析出開始pH 値よ
り析出し易い値(再溶解しにくい値)のpHの水系液体が
挙げられる、このような液体で洗浄すると電着膜自体は
この液体に接触する事で固形化が促進され、不要な電着
液の色材成分は凝集して付着性を失い、容易に洗い落す
ことが可能となる。この現象を用いた洗浄液はこの後の
処理工程には大変有効な手段となる。これにより、電着
膜内部のpH 値も電着時より低下して電着膜が安定なp
H 値条件となるため、より堅牢性も増し解像性も高く、
高画質な画像形成となる。この洗浄液の洗浄と膜の硬質
化の効果をより高めるためには、pH 値が電着液の析出
開始点pH 値よりpH 値として2以上析出し易い値に設
定する事が好ましい。
Next, regarding the removal of the unnecessary electrodeposition liquid on the electrodeposited substrate after the electrodeposition, immediately after the electrodeposition, the unnecessary electrodeposition liquid adheres to various places on the electrodeposited substrate. As an effective means for completely removing the unnecessary electrodeposition liquid, there is a liquid cleaning, and in particular, cleaning with a transparent and highly safe inert liquid is effective. However, immediately after the formation of the electrodeposited film, if the electrodeposited film is washed, the electrodeposited film immediately after the deposition has insufficient physical and chemical strength, and there is a possibility that the electrodeposited film may be undesirably lost due to the washing. For this purpose, an effective method is to wash the electrodeposition film with a cleaning liquid having a property of promoting solidification of the film, and to remove unnecessary electrodeposition liquid. An example of a liquid having such an effect is an aqueous liquid having a pH value at which the pH value is more easily precipitated than the starting pH value of the electrodeposition solution (a value that is difficult to redissolve). The solidification is promoted by contact with the liquid, the unnecessary coloring material components of the electrodeposition liquid aggregate and lose their adhesiveness, and can be easily washed off. The cleaning liquid using this phenomenon is a very effective means for the subsequent processing steps. As a result, the pH value inside the electrodeposited film is also lower than at the time of electrodeposition, and the electrodeposited film has a stable pH value.
Because of the H value condition, the robustness is increased and the resolution is high,
High quality image formation is achieved. In order to further enhance the effect of the cleaning of the cleaning solution and the hardening of the film, it is preferable that the pH value is set to a value that is 2 or more than the pH value at the starting point of the deposition of the electrodeposition solution so as to facilitate the deposition.

【0058】次に、 可視域で透明な半導体であるTiO2
ついて述べる。TiO2は可視域で透明な酸化物半導体で紫
外線を照射すると光起電力が発生する。 従って、 基板の
裏から紫外線を当てれば透明な基板上に光電着膜を形成
することができる。TiO2 の製膜方法についてはいくつか
の方法が知られている。 例えば、 熱酸化膜法、 スパッタ
リング法、 エレクトロンビーム法(EB 法)、ゾル・ゲル法
などが有名である。EB法とゾル・ゲル法によるTiO2製膜
を行ったところ、 通常の製膜法では光起電力変換効率が
悪く電着に必要な十分な光起電力が得られない。 そこ
で、 光電流の変換効率を高めるために還元処理を行っ
た。 還元処理は、 通常は水素ガス中で550 ℃程度で加熱
するのが普通である。 例えば、Y.HamasakiらはJ. Electr
ochem. Soc.Vol.141, No3.p660,1994 では水素ガス中で
約550 ℃で1 時間程度で加熱している。 ところが、 我々
は約360 ℃で10分間という低温かつ短時間の処理で十分
な効果を得た。 これは、3%の水素混合窒素ガスを用い
て1 L/min.の流量を流しながら加熱処理すること
で達成できた。
Next, TiO 2 which is a transparent semiconductor in the visible region will be described. TiO 2 is a transparent oxide semiconductor in the visible region, and generates photovoltaic energy when irradiated with ultraviolet light. Therefore, a photo-deposition film can be formed on a transparent substrate by applying ultraviolet rays from the back of the substrate. Several methods are known for forming a TiO 2 film. For example, a thermal oxide film method, a sputtering method, an electron beam method (EB method), and a sol-gel method are well known. When a TiO 2 film was formed by the EB method and the sol-gel method, the photovoltaic power conversion efficiency was poor with the usual film forming method, and a sufficient photovoltaic power required for electrodeposition could not be obtained. Therefore, a reduction treatment was performed to increase the conversion efficiency of the photocurrent. In the reduction treatment, it is usual to heat at about 550 ° C. in hydrogen gas. For example, Y. Hamasaki et al. J. Electr
In ochem. Soc. Vol. 141, No. 3 p. 660, 1994, heating is performed in hydrogen gas at about 550 ° C for about 1 hour. However, we obtained a sufficient effect at a low temperature and a short time of about 360 ° C for 10 minutes. This is performed at 1 L / min. Using 3% hydrogen mixed nitrogen gas. This was achieved by performing the heat treatment while flowing the above flow rate.

【0059】次に、 光電着膜作製用の露光装置について
述べる。本発明においては、フィルターやブラックマト
リックス用電着膜を形成するための透明基板の背面から
露光して、光半導体に起電力を発生させる必要があるた
め、 透明な光に感度がある波長の光で露光しなければな
らない。 このため、露光光源としては、波長400nm 以下
の光源を用いる必要があり、 通常は水銀灯や水銀キセノ
ンランプ、He-CdレーザーやN2レーザー、 エキシマレーザ
ーなどが使われる。所望の領域を像様に露光することを
考慮すれば、露光領域の制御が容易なレーザー露光など
が好ましい。
Next, an exposure apparatus for producing a photoelectrically deposited film will be described. In the present invention, since it is necessary to generate an electromotive force in the optical semiconductor by exposing from the back surface of a transparent substrate for forming a filter and an electrodeposition film for a black matrix, light having a wavelength sensitive to transparent light is required. Must be exposed. For this reason, it is necessary to use a light source having a wavelength of 400 nm or less as an exposure light source. Usually, a mercury lamp, a mercury xenon lamp, a He-Cd laser, an N 2 laser, an excimer laser, and the like are used. In consideration of imagewise exposure of a desired region, laser exposure or the like in which the exposure region can be easily controlled is preferable.

【0060】図7は後述する実施例1に用いる本発明の
画像記録装置を示す概略図である。画像記録装置は、電
着液1を満たした電着液浴内に、裏面から画像信号を入
力できるワ−ク電極の付いた透明基板3が、裏面がその
液浴の外部に出るように配置され、対向電極5、塩橋を
利用した制御電極6も同浴1内に設置されている。この
透明基板3は、4mm厚の板ガラス基板にITOの透明
導電層を与えその上に2層の酸化チタン薄膜光半導体層
の積層構造により作られ、ITO導電層をワ−ク電極と
し、光半導体層の表面は段差が無く平滑になしてある。
各電極をポテンショスタット電源4に結線し、透明基板
3の裏面の光画像入力部に、例えば、画像投影装置など
により画像入力しながらポテンショスタット電源4よ
り、ワ−ク電極と対向電極5の間に電圧を印加し、電着
液中の光電着材料を透明基板3の表面に析出させて画像
を形成するものである。ここで記録された画像は、所望
により普通紙やプラスチックフィルムのような被転写体
に転写、定着させることもできる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an image recording apparatus of the present invention used in the first embodiment described later. In the image recording apparatus, a transparent substrate 3 provided with a work electrode capable of inputting an image signal from the back surface is placed in an electrodeposition solution bath filled with the electrodeposition solution 1 such that the back surface comes out of the bath. A counter electrode 5 and a control electrode 6 using a salt bridge are also provided in the bath 1. The transparent substrate 3 is made of a laminated structure of a two-layer titanium oxide thin film optical semiconductor layer on a 4 mm-thick plate glass substrate provided with an ITO transparent conductive layer, and the ITO conductive layer is used as a work electrode. The surface of the layer is smooth without any steps.
Each of the electrodes is connected to a potentiostat power supply 4, and an image is input to the optical image input section on the rear surface of the transparent substrate 3 by, for example, an image projection device. Of the electrodeposition liquid to deposit an electrodeposition material in the electrodeposition liquid on the surface of the transparent substrate 3 to form an image. The image recorded here can be transferred and fixed to a transfer target such as plain paper or a plastic film, if desired.

【0061】本発明のカラーフィルターの製造方法につ
いて、図8を参照して説明する。まず、前述のような透
明基体12上に透明導電膜14を形成し(図8
(A))、その上部に半導体薄膜16を形成した基板1
8(図8(B))を準備する。次に、図7に示す如き電
気化学で一般的な三極式の配置の装置を用いて、液体を
保持し得る容器20内に色材とpHの変化により化学的
に溶解或いは析出・沈降する電着材料とを含有する電着
液22を満たして、さらに、容器20内に少なくとも画
像パターンに従って電流または電界を供与できる手段2
4を透明導電膜14に接続した該基板18を半導体薄膜
(電極)16が該水系液体22に浸漬されるよう固定す
るとともに、電極対の他方である対向電極26を同様に
容器20内に配置する。一方、飽和カロメル電極25
を、基準液体界面として飽和塩化カリウム水溶液を満た
した容器23に配置し、前記電着材料を含む容器22と
の間に塩橋27を設けた。ここで、飽和カロメル電極2
5に対して、TiO2電極16を作用電極として利用す
る。
The method for manufacturing the color filter of the present invention will be described with reference to FIG. First, a transparent conductive film 14 is formed on the transparent substrate 12 as described above.
(A)), a substrate 1 having a semiconductor thin film 16 formed thereon.
8 (FIG. 8B) is prepared. Next, using a device having a three-electrode arrangement commonly used in electrochemistry as shown in FIG. 7, the material is chemically dissolved or precipitated / sedimented in a container 20 capable of holding a liquid by a change in colorant and pH. Means 2 capable of filling an electrodeposition liquid 22 containing an electrodeposition material and further providing a current or an electric field in the container 20 according to at least an image pattern.
4 is connected to the transparent conductive film 14, the substrate 18 is fixed so that the semiconductor thin film (electrode) 16 is immersed in the aqueous liquid 22, and the counter electrode 26, which is the other of the electrode pair, is similarly arranged in the container 20. I do. On the other hand, the saturated calomel electrode 25
Was placed in a container 23 filled with a saturated aqueous solution of potassium chloride as a reference liquid interface, and a salt bridge 27 was provided between the container and the container 22 containing the electrodeposited material. Here, the saturated calomel electrode 2
5, a TiO 2 electrode 16 is used as a working electrode.

【0062】該基板18の透明基板12上に所定のマス
クパターン28を配置して光照射を行うと、光照射によ
る起電力が発生した部分に選択的に電着材料と色材とを
含む有色電着膜30が析出し、これが単色のカラーフィ
ルターの着色層となる。この有色電着膜が形成された基
板18を水系液体22から取り出して溶媒を除去するこ
とにより、着色層30を固定化する。なお、ここではマ
スクパターン28を配置して起電力を発生させる部分を
決定したが、マスクパターン28を用いず、直接レーザ
ー光により書き込みを行うことにより、所定の部分に光
照射による起電力を発生させることもできる。
When a predetermined mask pattern 28 is arranged on the transparent substrate 12 of the substrate 18 and light irradiation is performed, a colored material containing an electrodeposition material and a coloring material selectively at a portion where an electromotive force is generated by the light irradiation. The electrodeposition film 30 is deposited, and this becomes a coloring layer of a monochromatic color filter. The coloring layer 30 is fixed by removing the substrate 18 on which the colored electrodeposition film is formed from the aqueous liquid 22 and removing the solvent. Here, the portion where the electromotive force is generated is determined by arranging the mask pattern 28. However, writing is performed directly by laser light without using the mask pattern 28, so that the electromotive force is generated by irradiation of light on a predetermined portion. It can also be done.

【0063】このとき色材の色調を、例えば、赤
(R)、緑(G)、青(B)に変えてこの工程(単色の
カラーフィルターを形成する工程)を繰り返すことによ
り、水系液体22とマスクパターン28とを変えて同様
の工程を行うのみで、多色のカラーフィルターを簡易に
形成することができる(図8(C))。さらに、前記の
如くブラックマトリックス層32を形成する(図8
(D))。その後、さらに所望により好適な別のフィル
ター基板に密着させ、加熱、加圧により、フィルター層
及びブラックマトリックス層を別のフィルター基板上に
転写し、透明基板を剥離して、別の任意のフィルター基
板上にカラーフィルターを形成することもできる。
At this time, the color tone of the color material is changed to, for example, red (R), green (G), and blue (B), and this step (the step of forming a monochromatic color filter) is repeated, whereby the aqueous liquid 22 is formed. The multi-color filter can be easily formed only by performing the same process while changing the mask pattern 28 (FIG. 8C). Further, the black matrix layer 32 is formed as described above (FIG. 8).
(D)). Thereafter, the filter layer and the black matrix layer are transferred to another filter substrate by heating and pressurizing, and the transparent substrate is peeled off. A color filter can be formed thereon.

【0064】本発明においては、ブラックマトリックス
の形成は従来知られた一般的なフォトリソグラフィを用
いて、フィルター層と同様の原理で形成する方法、フィ
ルター層を形成した後、先に述べたようにフィルター層
(絶縁樹脂層を形成する)の未形成領域のみに、全面露
光により形成する方法、同様の全面露光の手段を用いて
フィルター層の未形成領域のみに紫外線硬化樹脂を用い
て形成する方法などがある。特に本発明の方法では、光
電着法を用いてカラーフィルター層を形成するが、その
場合、光電着膜の未形成領域には半導体が露出してお
り、この部分にブラックマトリックス用の電着膜を容易
に形成できる。また、一般に電着膜は絶縁性が高くカラ
ーフィルター層の上部に積層して光電着膜を形成するの
は難しい。従って、光電着法を用いてカラーフィルター層
を形成した後、ブラックマトリックス用のカーボンブラ
ック分散液中で電圧を印加又は光照射又はその両方をす
れば、この時光と電界の両者があっても無くてもカラー
フィルター層の無い領域を均一で薄膜のカーボンブラッ
ク膜が埋めてくれる。このように、ブラックマトリックス
層に光電着膜形成方法を利用すると、一工程で簡単にし
かも薄膜で高性能なカラーフィルターを形成できる。こ
こで形成されるブラックマトリックス層には特定のカー
ボンブラック粒子を分散した電着液による電着方法を用
いたために、カーボンブラック粒子のリッチな膜の着膜
を可能としている。この方法をもちいると、フィルター
着膜構造の欠陥部など電流の発生しているパターン部分
の所にだけ薄膜を制御して着膜が可能になる。
In the present invention, the black matrix is formed by the same principle as that of the filter layer using the conventionally known general photolithography. After the filter layer is formed, the black matrix is formed as described above. A method in which the entire surface is formed only in the region where the filter layer (forming the insulating resin layer) is not formed, and a method in which the ultraviolet curable resin is used only in the region where the filter layer is not formed using the same whole surface exposure means. and so on. In particular, in the method of the present invention, a color filter layer is formed by using a photoelectric deposition method. In this case, a semiconductor is exposed in a region where the photoelectric deposition film is not formed, and an electrodeposition film for a black matrix is formed in this portion. Can be easily formed. In general, the electrodeposition film has a high insulating property, and it is difficult to form a photoelectrodeposition film by stacking it on the color filter layer. Therefore, after forming a color filter layer using the photoelectrodeposition method, if a voltage is applied or light irradiation or both are performed in a carbon black dispersion liquid for a black matrix, both light and an electric field are not present at this time. Even though there is no color filter layer, a uniform and thin carbon black film fills the area. As described above, when the method for forming a photo-deposited film is used for the black matrix layer, a thin-film, high-performance color filter can be easily formed in one step. The black matrix layer formed here employs an electrodeposition method using an electrodeposition solution in which specific carbon black particles are dispersed, so that a film rich in carbon black particles can be deposited. By using this method, it is possible to deposit a film by controlling a thin film only at a pattern portion where a current is generated, such as a defective portion of a filter deposition structure.

【0065】本発明に係る酸性カーボンブラック顔料を
含有するブラックマトリックスは、一層でも均一で高い
光吸収性、遮光性を発現するが、一層の遮光性の向上を
図るため、金属薄膜との二層構造を有する構成に適用す
ることもできる。即ち、金属薄膜を積層すると遮光性は
更に富んで、従来の樹脂分散顔料層だけのタイプの膜に
比べて3分に1以下の厚みでも十分な遮光性と非反射性
を有する薄膜構造が可能になり、着膜端部のテーパー部
分の幅が小さく抑えられるため、フィルター部の微少幅
の構造の寸法信頼性が高くなるばかりか、フィルター部
のエッジ部分での漏れ光の減少などフィルターの光学性
能も向上させる。金属薄膜を形成する場合には、金属メ
ッキ法によることが好ましいが、用いる金属材料として
は、両性金属系は使用し難く、そして金属自体の堅牢性
が高いメッキ金属が使用し易い。例えば、使用し易いマ
トリックス金属材料としてはNi,Cr,Cu,Au,
Ag,Mo,Sn,Zn,Co、Ti、Ta、Pb、R
rより選択された金属又は複数種金属の合金、複数種金
属混合体である場合も可能である。
The black matrix containing the acidic carbon black pigment according to the present invention exhibits uniform and high light absorption and light-shielding properties even in one layer. It can be applied to a configuration having a structure. That is, when a metal thin film is laminated, the light-shielding property is further enhanced, and a thin-film structure having sufficient light-shielding property and non-reflection property is possible even with a thickness of 1/3 or less as compared with a conventional type of a film having only a resin dispersed pigment layer. The width of the tapered portion at the film deposition end is kept small, which not only increases the dimensional reliability of the small width structure of the filter, but also reduces the leakage light at the edge of the filter. It also improves performance. When a metal thin film is formed, it is preferable to use a metal plating method. However, as a metal material to be used, it is difficult to use an amphoteric metal material, and it is easy to use a plating metal having high robustness itself. For example, matrix metal materials that are easy to use include Ni, Cr, Cu, Au,
Ag, Mo, Sn, Zn, Co, Ti, Ta, Pb, R
It is also possible to use a metal selected from r, an alloy of multiple metals, or a mixture of multiple metals.

【0066】以上述べたように、 ブラックマトリックス
層に電着膜形成方法として特定な物性の官能基を有する
カーボンブラック顔料分散電着法を利用すると、 簡単に
しかも薄膜で高性能なカラーフィルターを形成できる。
As described above, when a carbon black pigment-dispersed electrodeposition method having a functional group with specific physical properties is used as a method for forming an electrodeposition film on a black matrix layer, a thin, high-performance color filter can be easily formed. it can.

【0067】[0067]

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明
するが、本発明はこの実施例に制限されるものではな
い。
EXAMPLES The present invention will be described below in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0068】(実施例1)0.8mm厚みの石英ガラス基
板にITO の透明導電層をスパッタリング法で0.23μ
m 製膜し、 さらに0.4μm のTiO2を製膜した。 つぎ
に、TiO2の光電流特性を上げるために水素と窒素の混合
気体中で還元処理を行った。 その処理は、 4%の水素ガ
スが混合された純窒素ガス中で440℃で40分間アニ
ールすることで行って透明基板を得た。
Example 1 A transparent conductive layer of ITO was formed on a quartz glass substrate having a thickness of 0.8 mm by sputtering to a thickness of 0.23 μm.
m, and 0.4 μm of TiO 2 was further formed. Next, in order to improve the photocurrent characteristics of TiO 2 , a reduction treatment was performed in a mixed gas of hydrogen and nitrogen. The treatment was performed by annealing at 440 ° C. for 40 minutes in pure nitrogen gas mixed with 4% hydrogen gas to obtain a transparent substrate.

【0069】(フィルター部の形成)この透明基板を用
いて、図7に示す如き画像記録装置を用いて画像記録を
行った。画像記録装置は、図57示す通り、裏面から画
像信号を入力できるワ−ク電極の付いた像保持部材3を
下記電着液1を入れた電着液浴2に裏面がその液浴の外
部に出るように置き、そして対向電極5、塩橋を利用し
た制御電極6を浴内に設置した。電気化学分野で一般的
な三極式の配置において、 電着性高分子材料(スチレン
−アクリル酸ランダム共重合体−分子量19000、 疎
水基/(親水基+ 疎水基)のモル比73%、酸価90、
ガラス転移点45℃,流動開始点90℃、分解点247
℃ 析出開始点pH 5.8)とアゾ系赤色超微粒子顔料
を固形分比率で5対5に分散させた顔料を含む水系電着
液中で、 飽和カロメル電極に対しTiO2電極をワーク電極
として利用し、 ワーク電極に1.7 Vのバイアス電位を与
えて基板の裏側から水銀キセノンランプ( 山下電装製、
波長365nm の光強度50mW/cm2) によりマスクパターン画
像のフォトマスクを用いて2.5秒間前記光を照射した
ところ、TiO2表面に透過光が照射されたその領域だけレ
ッドのマスクフィルターパターンが形成された。
(Formation of Filter Section) Using this transparent substrate, an image was recorded using an image recording apparatus as shown in FIG. In the image recording apparatus, as shown in FIG. 57, an image holding member 3 provided with a work electrode capable of inputting an image signal from the back side is placed on an electrodeposition solution bath 2 containing the following electrodeposition solution 1, and the back surface is outside the bath. And the control electrode 6 using a salt bridge was placed in the bath. In a general triode configuration in the electrochemical field, an electrodepositable polymer material (styrene-acrylic acid random copolymer-molecular weight 19000), a molar ratio of hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) 73%, acid Value 90,
Glass transition point 45 ° C, flow start point 90 ° C, decomposition point 247
In a water-based electrodeposition solution containing a pigment at which a precipitation start point pH 5.8) and an azo red ultrafine particle pigment are dispersed at a solid content ratio of 5: 5, a TiO 2 electrode is used as a work electrode with respect to a saturated calomel electrode. A 1.7 V bias potential was applied to the work electrode, and a mercury xenon lamp (Yamashita Denso,
When the light was irradiated for 2.5 seconds using a photomask of a mask pattern image at a light intensity of 50 mW / cm 2 at a wavelength of 365 nm, the red mask filter pattern was applied only to the area where the transmitted light was irradiated on the TiO 2 surface. Been formed.

【0070】次に、 同様にして、前記高分子材であるス
チレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニングリーン
系超微粒子顔料を固形分比率で5対5に分散させた顔料
を含む電着液中で飽和カロメル電極に対しTiO2電極を作
用電極として利用し、 作用電極を1.8 Vにして基板の裏
側から水銀キセノンランプ( 山下電装製、 波長365nmの
光強度50mW/cm2) をフォトマスクを介して4秒間透過光
を照射したところ、TiO 2表面に光が照射された領域だけ
グリーンのマスクフィルターパターンが形成された。 そ
の後pH 値4.2のpH 調整液体で十分にカスケイド洗
浄を行った。同様に、 前記高分子材であるスチレン−ア
クリル酸共重合体とフタロシアニンブルー系超微粒子顔
料を固形分比率で5対5に分散させた顔料を含む水溶液
中で飽和カロメル電極に対しTiO2電極を作用電極として
利用し、 作用電極を1.9V にして基板の裏側から同様
に、TiO2表面に透過光が照射された領域だけブルーのマ
スクフィルターパターンが形成されて、 カラーフィルタ
ー層が形成された。
Next, in the same manner, the polymer material
Tylene-acrylic acid copolymer and phthalocyanine green
Pigments in which an ultrafine pigment is dispersed at a solid content ratio of 5: 5
TiO for saturated calomel electrode in electrodeposition solution containingTwoMake electrodes
The working electrode is set to 1.8 V and the back of the substrate
Mercury xenon lamp (Yamashita Denso, 365nm wavelength)
Light intensity 50mW / cmTwo) Through a photomask for 4 seconds
Irradiated with TiO TwoOnly the area where light was irradiated on the surface
A green mask filter pattern was formed. So
After washing cascade thoroughly with pH adjusted liquid with pH value of 4.2
Purified. Similarly, the polymer material styrene-a
Crylic acid copolymer and phthalocyanine blue-based ultrafine particles
Aqueous solution containing pigment in which the pigment is dispersed at a solid content ratio of 5: 5
TiO for saturated calomel electrode inTwoElectrode as working electrode
Utilize and set the working electrode to 1.9V.
And TiOTwoOnly the area of the surface where the transmitted light is
Screen filter pattern is formed, color filter
A layer was formed.

【0071】(ブラックマトリックス部の形成)前記と
同様の高分子材であるスチレン−アクリル酸共重合体
0.8重量%とカルボキシル基を表面に有するカーボン
ブラック粒子(キャボット社製:CAB−O−JET
300、平均粒子径:13nm)8重量%と、残部は純
水からなる混合液中で、超音波分散により分散させた分
散液中に、前記フィルターを形成した基板全体を浸漬
し、その後基板にマイナスの電圧のバイアス電圧5.0
Vを2秒間印加し、それにより着色フィルター膜以外の
導電性部分に黒色電着膜を着膜を実施させ、0.6μm
厚のカーボンブラック粒子含有電着材料薄膜によるブラ
ックマトリックスを形成できた。得られたブラックマト
リックス膜の光学透過濃度は2.9であった。次に、そ
の上部に、保護層をコーティングしてカラーフィルター
とした。作成したカラーフィルターのフィルター部とブ
ラックマトリックス部の境界の光学特性を評価したとこ
ろ、境界のエッジ部のズレは4.6μm以内の高精度が
実現できた。
(Formation of Black Matrix Part) Carbon black particles having a styrene-acrylic acid copolymer (0.8% by weight) and a carboxyl group on the surface (CAB-O- JET
300, average particle diameter: 13 nm) 8% by weight, and the remainder is immersed in a dispersion liquid obtained by ultrasonic dispersion in a mixed liquid composed of pure water, and the entire substrate on which the filter is formed is immersed in the dispersion liquid. A negative bias voltage of 5.0
V was applied for 2 seconds, thereby depositing a black electrodeposition film on the conductive portion other than the colored filter film,
A black matrix was formed with a thick carbon black particle-containing electrodeposition material thin film. The optical transmission density of the obtained black matrix film was 2.9. Next, a protective layer was coated thereon to form a color filter. When the optical characteristics of the boundary between the filter portion and the black matrix portion of the prepared color filter were evaluated, the deviation of the edge portion of the boundary could be realized with high accuracy within 4.6 μm.

【0072】(比較例1)前記ブラックマトリックスの
形成時に使用した官能基を有するカーボンブラック顔料
を通常のカーボンブラック(pH値:8.5、平均粒子
径:41nm、吸油量(DPB):60 cc / 100g)の
超微粒子顔料に変えた他は、実施例1と同様にしてカラ
ーフィルターを作成した。作成したカラーフィルターの
ブラックマトリックス部表面を光学顕微鏡で観察したと
ころ、電着膜乾燥時に発生したと思われるクラックが部
分的に観察された。また、フィルター部とブラックマト
リックス部の境界の光学特性を実施例1と同様にして評
価したところ、境界のエッジ部のズレは12μmと実用
上は問題ないレベルの精度のカラーフィルターが実現で
きたが、精度は実施例1よりは若干低かった。
(Comparative Example 1) The carbon black pigment having a functional group used in the formation of the black matrix was replaced with ordinary carbon black (pH value: 8.5, average particle diameter: 41 nm, oil absorption (DPB): 60 cc). / 100 g) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment was changed to the ultrafine pigment. When the surface of the black matrix portion of the prepared color filter was observed with an optical microscope, cracks considered to have occurred during drying of the electrodeposited film were partially observed. Further, when the optical characteristics of the boundary between the filter portion and the black matrix portion were evaluated in the same manner as in Example 1, the deviation of the boundary edge portion was 12 μm, and a color filter with a level of accuracy that was not problematic in practice could be realized. The accuracy was slightly lower than that of Example 1.

【0073】(実施例2)7mm厚さの無アルカリガラス
基板(7095)にスパッタリング法で0.3μm厚み
のITOの透明導電膜を製膜し、さらにその上に0.4μm
厚みのTiO2をスパッタリング法で膜を形成した。つぎに、
TiO2の光電流特性を上げるために還元処理として5%の
水素ガスが混合された純窒素ガス中で450℃で25分
間アニールすることを行った。
Example 2 A transparent conductive film of ITO having a thickness of 0.3 μm was formed on a non-alkali glass substrate (7095) having a thickness of 7 mm by a sputtering method, and 0.4 μm was further formed thereon.
A film of TiO 2 having a thickness was formed by a sputtering method. Next,
In order to improve the photocurrent characteristics of TiO 2 , annealing was performed at 450 ° C. for 25 minutes in pure nitrogen gas mixed with 5% hydrogen gas as a reduction treatment.

【0074】(ブラックマトリックス部の形成)その
後、図7に示す如き電気化学で一般的に用いる三極式の
配置において、pH値4.5のpH調整液体で十分にカス
ケイド洗浄を行った。次に、平均粒径23nmのアクリ
ル酸基吸着したカーボンブラック黒色顔料粒子の分散液
を段階的に少量づつメッキ液中に12重量%の割合で混
合分散し、強制攪拌を行いながらメッキ液中に前記電着
基板全体を浸漬させ、光によるネガポジの反転画像パタ
ーンを照射しながら、その基板裏面より全体に逆性の電
圧2.6Vの電圧印加を行い、光の当たらない部分にブ
ラックマトリックスのパターン膜を形成した。その時の
通電/露光時間は3.5秒間であった。その時形成した
メッキ膜厚は0.61μm厚のカーボンブラック顔料粒
子膜であった。これにより黒色の薄層の均一なパターン
化したブラックマトリックス層を形成できた。 その時の
ブラックマトリックス膜の光学透過濃度は3.3であっ
た。
(Formation of Black Matrix Section) Thereafter, in a three-electrode type arrangement generally used in electrochemistry as shown in FIG. 7, cascade cleaning was sufficiently performed with a pH adjusting liquid having a pH value of 4.5. Next, a dispersion liquid of carbon black black pigment particles having an acryl group adsorbed with an average particle diameter of 23 nm is mixed and dispersed stepwise little by little in a plating solution at a ratio of 12% by weight, and the mixture is added to the plating solution while forcibly stirring. While immersing the entire electrodeposited substrate and irradiating a negative-positive reverse image pattern with light, a reverse voltage of 2.6 V is applied to the entire back surface of the substrate, and a black matrix pattern is applied to a portion not exposed to light. A film was formed. The energization / exposure time at that time was 3.5 seconds. The plating film thickness formed at that time was a carbon black pigment particle film having a thickness of 0.61 μm. Thereby, a black matrix layer having a black thin layer and a uniform pattern could be formed. At that time, the optical transmission density of the black matrix film was 3.3.

【0075】(フィルター部の形成)次に、電気化学で
一般的に用いる三極式の配置において、スチレン−アク
リル酸共重合体(分子量14,000、疎水基/(親水基+疎
水基)のモル比73%、酸価96、ガラス転移点47℃、
流動開始点92℃、分解点248℃、析出開始点 pH
5.9)とアゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で6対4
に分散させた顔料を含む水溶液中で、飽和カロメル電極
に対しTiO2電極を作用電極として利用し、作用電極を1.
7 Vにして基板の裏側から水銀キセノンランプ(山下電
装製、波長365nmの光強度50mW/cm2)をレッド色用フォト
マスクを介して6秒間光を照射したところ、TiO2表面に
光が照射された領域だけレッドのマスクフィルターパタ
ーンが形成された。その後に、pH値4.3のpH調整液
体で洗浄した。
(Formation of Filter Section) Next, in a tripolar arrangement generally used in electrochemistry, a styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 14,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group)) was used. Molar ratio 73%, acid value 96, glass transition point 47 ° C,
Flow start point 92 ° C, decomposition point 248 ° C, precipitation start point pH
5.9) and azo red ultrafine particle pigment in a solid content ratio of 6: 4
In the aqueous solution containing the pigment dispersed in, the TiO 2 electrode is used as the working electrode with respect to the saturated calomel electrode, and the working electrode is set to 1.
A 7 V mercury xenon lamp (Yamashita Denso, light intensity of 365 nm, 50 mW / cm 2 ) was irradiated from the back side of the substrate through a red photomask for 6 seconds, and the TiO 2 surface was irradiated with light. A red mask filter pattern was formed only in the region where the masking was performed. Thereafter, the substrate was washed with a pH adjusting liquid having a pH value of 4.3.

【0076】そして次に、前記と同様の電着性高分子材
料とフタロシアニングリーン系超微粒子顔料を固形分比
率で6対4に分散させた顔料を含む水溶液中で飽和カロ
メル電極に対しTiO2電極を作用電極として利用し、作用
電極を1.7 Vにして基板の裏側から水銀キセノンランプ
(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2)をグリーン色
用のフォトマスクを介して9秒間光を照射したところ、T
iO2表面に光が照射された領域だけグリーンのマスクフ
ィルターパターンが形成されて、その後に、pH値4.
3のpH調整液体で洗浄した。同様に、前記と同様の電着
性高分子材料とフタロシアニンブルー系超微粒子顔料を
固形分比率で6対4に分散させた顔料を含む水溶液中で
飽和カロメル電極に対しTiO2電極を作用電極として利用
し、作用電極を1.8 Vにして基板の裏側から水銀キセノ
ンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2)をブ
ルー色のフォトマスクをとうして9秒間光を照射したと
ころ、TiO2表面に光が照射された領域だけブルーのマス
クフィルターパターンが形成されて、カラーフィルター
層が形成された。次にpH値4.6のpH調整液体で洗浄
した。その上部に、保護層をコーティングしてカラーフ
ィルターを作成した。得られたブラックマトリックス膜
の光学透過濃度は3.1であった。作成したカラーフィ
ルターのフィルター部とブラックマトリックス部の境界
の光学特性を評価したところ、境界に漏れ光は見られ
ず、また、エッジ部のズレは4μm以内の高精度が実現
できた。
Then, a saturated calomel electrode and a TiO 2 electrode were placed in an aqueous solution containing the same electrodepositable polymer material and phthalocyanine green-based ultrafine particle pigment as described above in a solid content ratio of 6: 4. Is used as a working electrode, the working electrode is set to 1.7 V and the mercury xenon lamp is
(Yamashita Denso, light intensity of 365 nm wavelength, 50 mW / cm 2 ) was irradiated for 9 seconds through a green photomask.
A green mask filter pattern is formed only in the region where the light is irradiated on the surface of the iO 2 , and thereafter, a pH value of 4.
Washed with pH adjusted liquid of 3. Similarly, in an aqueous solution containing a pigment in which the same electrodepositable polymer material and phthalocyanine blue-based ultrafine particle pigment are dispersed at a solid content ratio of 6: 4, a saturated calomel electrode and a TiO 2 electrode are used as working electrodes. Using a working electrode of 1.8 V, a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity of 365 nm, light intensity 50 mW / cm 2 ) was irradiated from the back side of the substrate for 9 seconds through a blue photomask. However, a blue mask filter pattern was formed only in the region where light was irradiated on the TiO2 surface, and a color filter layer was formed. Next, it was washed with a pH adjusting liquid having a pH value of 4.6. A color filter was formed by coating a protective layer thereon. The optical transmission density of the obtained black matrix film was 3.1. When the optical characteristics of the boundary between the filter portion and the black matrix portion of the prepared color filter were evaluated, no leakage light was observed at the boundary, and the deviation of the edge portion could be realized with high accuracy within 4 μm.

【0077】(実施例3)1.2mm厚のパイレックスガラス
基板にITOの透明導電膜をスパッタリングで0.3μm厚
に製膜し、ITO薄膜上にゾル・ゲル法により0.2μm厚の
TiO2層を製膜した。製膜はITO基板上にスピンコート法で
TiO2のアルコキシドを回転速度1400回転させ、TiO2
層を製膜した。そのあと、約480℃で1時間加熱処理しTiO
2膜が形成された。その後還元処理として、実施例1と同様
に4%の水素ガスが混合された純窒素ガス中で360度で
20分間アニールすることを行った。
Example 3 A transparent conductive film of ITO was formed to a thickness of 0.3 μm on a 1.2 mm thick Pyrex glass substrate by sputtering, and a 0.2 μm thick film was formed on the ITO thin film by a sol-gel method.
A TiO 2 layer was formed. Film formation by spin coating on ITO substrate
The alkoxide of TiO 2 is rotated 1400 times, and TiO 2
The layers were formed. After that, heat treatment at about 480 ° C for 1 hour
Two films were formed. Thereafter, as in the case of Example 1, annealing was performed at 360 ° C. for 20 minutes in pure nitrogen gas mixed with 4% hydrogen gas as in Example 1.

【0078】(フィルター部の形成)電気化学で一般的
な三極式の配置において、電着性高分子材料―スチレン
−アクリル酸共重合体(分子量14,000、疎水基/(親水基+
疎水基)のモル比69%、酸価100、ガラス転移点35
℃,流動開始点85℃、分解点240℃ 析出開始点p
H5.8)とアゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で8
対2に分散させた顔料を含む水溶液中で、飽和カロメル
電極に対しTiO2電極を作用電極として利用し、作用電極
を1.7Vのバイアス電圧を印加しながら基板の裏側から水
銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/
cm2)を用いてフォトマスクを介してパターン画像を7秒
間光を照射したところ、TiO2表面に光が照射された領域
だけレッド色部のマスクフィルターパターンが形成され
た。 その後そのパターン像をpH値4.0のpH調整水溶
液で浸水洗浄した。
(Formation of Filter Part) In a three-electrode arrangement generally used in electrochemical, an electrodepositable polymer material-styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 14,000, hydrophobic group / (hydrophilic group +
(Hydrophobic group) molar ratio 69%, acid value 100, glass transition point 35
℃, flow start point 85 ° C, decomposition point 240 ° C, precipitation start point p
H5.8) and an azo red ultrafine particle pigment in a solid content ratio of 8
A mercury xenon lamp (Yamashita Denso Co., Ltd.) was used from the back side of the substrate while using a TiO 2 electrode as a working electrode against a saturated calomel electrode in an aqueous solution containing the pigment dispersed in a ratio of 2, while applying a bias voltage of 1.7 V to the working electrode. Light intensity at a wavelength of 365 nm 50 mW /
When a pattern image was irradiated with light through a photomask for 7 seconds using a photomask (cm 2 ), a mask filter pattern of a red color portion was formed only in the region where the light was irradiated on the TiO 2 surface. Thereafter, the pattern image was immersed and washed with a pH adjusted aqueous solution having a pH value of 4.0.

【0079】次に、前記電着性高分子材料とフタロシア
ニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で8対2に分
散させた水分散液中で飽和カロメル電極に対しTiO2電極
を作用電極として利用し、作用電極を1.8Vにして基板の
裏側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの
光強度50mW/cm2)をグリーン色部のフォトマスクを介し
て8秒間光を照射したところ、TiO2表面に光が照射され
た領域だけグリーンのマスクフィルターパターンが形成
された。 その後pH値4.6のpH調整液体で洗浄した。
次に、同様に、前記電着性高分子材料とフタロシアニン
ブルー系超微粒子顔料を固形分比率で8対2に分散させ
た顔料を含む水溶液中で飽和カロメル電極に対しTiO2
極を作用電極として利用し、作用電極を1.9Vにして基板
の裏側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nm
の光強度50mW/cm2)をブルー色部のフォトマスクをとう
して7秒間光を照射したところ、TiO2表面の光が照射さ
れた領域だけブルーのマスクフィルターパターンが形成
されて、カラーフィルター層が形成された。
Next, a TiO 2 electrode was used as a working electrode with respect to a saturated calomel electrode in an aqueous dispersion in which the electrodepositable polymer material and the phthalocyanine green-based ultrafine particle pigment were dispersed at a solid content ratio of 8: 2. Then, the working electrode was set to 1.8 V, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity of 365 nm, light intensity 50 mW / cm 2 ) was irradiated from the back side of the substrate for 8 seconds through a green color photomask, A green mask filter pattern was formed only on the region where the light was irradiated on the TiO 2 surface. Thereafter, the plate was washed with a pH adjusted liquid having a pH value of 4.6.
Next, in the same manner, in an aqueous solution containing a pigment obtained by dispersing the electrodepositable polymer material and the phthalocyanine blue-based ultrafine particle pigment in a solid content ratio of 8 to 2, a TiO 2 electrode was used as a working electrode with respect to a saturated calomel electrode. Using a working electrode of 1.9 V, a mercury xenon lamp (Yamashita Denso, 365 nm wavelength)
The light intensity of 50 mW / cm 2 ) was irradiated for 7 seconds through the photomask of the blue part, and a blue mask filter pattern was formed only in the area of the TiO 2 surface where the light was irradiated. A layer was formed.

【0080】(ブラックマトリックス部の形成)そして
次に平均粒子径33nmのカルボン酸基とスルホン酸基
を表面に有する酸性カーボンブラック黒色顔料粒子を液
全体の重量の17重量%と電着性高分子材料:スチレン
−アクリル酸共重合体(分子量14,000、疎水基/(親水基+
疎水基)のモル比69%、酸価100、ガラス転移点35
℃,流動開始点85℃、分解点240℃ 析出開始点p
H5.8)を重量の0.2重量%を混合し、プロペラ攪拌
による混合分散している上記の溶液中に基板全体を浸漬
させ、その後基板にバイアス電圧2.8Vを全面に光照
射しながら2.1秒間印加しながら電着材料を析出させ、
それにより着色フィルター膜以外の導電性部分に黒色顔
料による着膜を実施させた。その膜は、0.56μm厚
のカーボンブラック粒子入り黒色電着膜であり、この薄
膜によりブラックマトリックスを形成できた。
(Formation of Black Matrix Part) Then, 17% by weight of the total liquid of acidic carbon black black pigment particles having a carboxylic acid group and a sulfonic acid group on the surface with an average particle diameter of 33 nm were added to the electrodepositable polymer. Material: Styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 14,000, hydrophobic group / (hydrophilic group +
(Hydrophobic group) molar ratio 69%, acid value 100, glass transition point 35
℃, flow start point 85 ° C, decomposition point 240 ° C, precipitation start point p
H5.8) was immersed in the above solution mixed and dispersed by propeller agitation at 0.2% by weight, and then the substrate was illuminated with a bias voltage of 2.8 V over the entire surface for 2.1 seconds while irradiating the substrate with light. Precipitate electrodeposited material while applying
As a result, a conductive film other than the colored filter film was coated with a black pigment. The film was a black electrodeposition film containing carbon black particles having a thickness of 0.56 μm, and a black matrix could be formed by this thin film.

【0081】ここで得られたカラーフィルターは、フィ
ルター層とブラックマトリックス層との境界部分におい
ても光学的に境界部が明確に示され、漏れ光が確認され
ず良好な性能を確認できた。その後pH値5.1のpH調
整液体で洗浄し加熱乾燥し、カラーフィルターを完成さ
せた。完成したカラーフィルターを純水中に20日間浸漬
し、膜質を観察したが、変化が確認できず、このカラー
フィルターが十分な堅牢性を示すものであることを実証
した。
In the color filter obtained here, the boundary portion between the filter layer and the black matrix layer was clearly optically shown at the boundary portion, and good performance was confirmed without any leakage light. Thereafter, it was washed with a pH-adjusting liquid having a pH value of 5.1 and dried by heating to complete a color filter. The completed color filter was immersed in pure water for 20 days, and the film quality was observed. However, no change was confirmed, demonstrating that the color filter exhibited sufficient robustness.

【0082】(実施例4)厚さ1mmの石英ガラス基板にI
TOの透明導電膜をスパッタリングで0.4μm厚に製膜
し、ITO薄膜上にゾル・ゲル法により0.5μm厚のTiO2
を製膜した。製膜はITO基板上にスピンコート法でTiO2
のアルコキシドを回転速度1400回転させ、TiO2層を
製膜した。そのあと、約500℃で1時間加熱処理しTiO2
が形成された。その後還元処理として、実施例1と同様に
4%の水素ガスが混合された純窒素ガス中でレーザー光
線により表面の加熱処理を行い、TiO2膜の結晶化度を上
昇させ、光起電力膜を得た。
(Example 4) A quartz glass substrate having a thickness of 1 mm
A transparent conductive film of TO was formed to a thickness of 0.4 μm by sputtering, and a 0.5 μm thick TiO 2 layer was formed on the ITO thin film by a sol-gel method. TiO 2 is formed on the ITO substrate by spin coating.
Was rotated at a rotation speed of 1400 to form a TiO 2 layer. Thereafter, heat treatment was performed at about 500 ° C. for 1 hour to form a TiO 2 film. Then, as a reduction treatment, the surface of the TiO 2 film is heated by a laser beam in pure nitrogen gas mixed with 4% hydrogen gas in the same manner as in Example 1 to increase the crystallinity of the TiO 2 film. Obtained.

【0083】(フィルター部の形成)次に、電気化学で
一般的な三極式の配置において、実施例1と同様の電着
性高分子材料とアゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で
7対3に弱アルカリ性水溶液中に分散させ、水系顔料分
散液を得て、飽和カロメル電極に対しTiO2層電極を作用
電極として利用し、作用電極を1.7Vにして基板の裏側か
ら紫外線の光源を用いてレッドフィルター画素に対応し
た信号の光を照射しTiO2層の表面の光が照射された領域
だけレッド色のフィルターパターンが形成された。 その
後、該パターン像をpH値5.0のpH調整水溶液で浸水
洗浄した。
(Formation of Filter Portion) Next, in a three-electrode arrangement generally used in electrochemistry, the same electrodepositable polymer material and the azo red ultrafine particle pigment as in Example 1 were used in a solid content ratio of 7%. Disperse in a weak alkaline aqueous solution to a ratio of 3 to obtain an aqueous pigment dispersion, use a TiO 2 layer electrode as a working electrode with respect to a saturated calomel electrode, set the working electrode to 1.7 V, and use an ultraviolet light source from the back side of the substrate. The light of the signal corresponding to the red filter pixel was used to form a red filter pattern only in the region of the surface of the TiO 2 layer where the light was irradiated. Thereafter, the pattern image was washed by immersion in a pH adjusted aqueous solution having a pH value of 5.0.

【0084】次に、前記電着性高分子材料とフタロシア
ニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で7対3に分
散させた水系顔料分散液中で飽和カロメル電極に対しTi
O2電極を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして
基板の裏側から先ほどと同様にUV光を石英基板側から照
射し、その部分のTiO2層表面の光が照射された領域だけ
グリーンのフィルターパターンが形成された。 その後そ
のパターン像をpH値4.0のpH調整水溶液で浸水洗浄
した。同様に、前記電着性高分子材料とフタロシアニン
ブルー系超微粒子顔料を固形分比率で7対3に分散させ
た水系顔料分散液中で飽和カロメル電極に対しTiO2電極
を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして基板の
裏側から前記同様にUV光を照射したところ、TiO2層表面
の光が照射された領域だけブルーのフィルターパターン
が形成されて、カラーフィルター層が形成された。次に、
その後そのパターン像をpH値4.2のpH調整水溶液で
浸水洗浄した。
Next, in a water-based pigment dispersion in which the electrodepositable polymer material and the phthalocyanine green-based ultrafine particle pigment were dispersed at a solid content ratio of 7: 3, a Ti was applied to a saturated calomel electrode.
The O2 electrode is used as the working electrode, the working electrode is set to 1.7 V, UV light is irradiated from the back side of the substrate to the quartz substrate side in the same way as before, and only that part of the TiO 2 layer surface that is irradiated with light is green. A filter pattern was formed. Thereafter, the pattern image was immersed and washed with a pH adjusted aqueous solution having a pH value of 4.0. Similarly, a TiO 2 electrode is used as a working electrode for a saturated calomel electrode in an aqueous pigment dispersion in which the electrodepositable polymer material and the phthalocyanine blue-based ultrafine particle pigment are dispersed at a solid content ratio of 7: 3, When the working electrode was set to 1.7 V and UV light was irradiated from the back side of the substrate in the same manner as described above, a blue filter pattern was formed only in the light-irradiated region on the surface of the TiO 2 layer, and a color filter layer was formed. next,
Thereafter, the pattern image was immersed and washed with a pH adjusted aqueous solution having a pH value of 4.2.

【0085】(ブラックマトリックス部の形成)平均粒
子径93nmのフタロシアニン顔料を全液に対する重量
%で0.8重量%、平均粒子径32nmのカルボン酸基
を表面に有するカーボンブラック顔料を全液に対する重
量%で9重量%、電着性高分子材料:スチレン−アクリ
ル酸共重合体(分子量14,000、疎水基/(親水基+疎水
基)のモル比69%、酸価 100、ガラス転移点35
℃,流動開始点85℃、分解点240℃ 析出開始点p
H5.8)を重量の0.8重量%とその他は純水を混合
し、プロペラ攪拌による混合分散しながら上記の溶液中
に基板全体を浸漬させ、その後基板にバイアス電圧2.
8Vを全面に光照射しながら2.3秒間印加しながら着膜
を行い、つぎに液温40℃のニッケルメッキ液中に前記
基板をメッキ液に浸漬させて設置し、基板にバイアス電
圧4.2Vを13秒間印加したところ、フィルター電着
部以外のカーボンブラック粒子含有黒色電着膜上にメッ
キ金属薄膜が積層された2層構造のブラックマトリック
ス層が形成され、そのブラックマトリックス複合膜は0.
38μm厚みであった。この膜の光学透過濃度は、3.
7であった。この方法によれば、カラーフィルター層未
形成の領域だけ電着膜とメッキ薄膜の複合膜が形成さ
れ、ブラックマトリックス層を形成できた。 その後で上
部にポリイミドの保護層をコーティングしてカラーフィ
ルターを完成させた。
(Formation of Black Matrix Part) A phthalocyanine pigment having an average particle diameter of 93 nm was 0.8% by weight relative to the total liquid, and a carbon black pigment having an average particle diameter of 32 nm and having a carboxylic acid group on the surface was a weight based on the total liquid. % By weight, electrodepositable polymer material: styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 14,000, molar ratio of hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) 69%, acid value 100, glass transition point 35)
℃, flow start point 85 ° C, decomposition point 240 ° C, precipitation start point p
H5.8) was mixed with 0.8% by weight of the weight and pure water for the others, and the entire substrate was immersed in the above solution while being mixed and dispersed by stirring with a propeller.
8 V is applied to the entire surface while light is applied for 2.3 seconds to form a film. Then, the substrate is immersed in a plating solution at a temperature of 40 ° C. in a nickel plating solution, and the substrate is immersed in the plating solution. When 2 V was applied for 13 seconds, a black matrix layer having a two-layer structure in which a plated metal thin film was laminated on the carbon black particle-containing black electrodeposition film other than the electrodeposited portion of the filter was formed.
The thickness was 38 μm. The optical transmission density of this film is 3.
It was 7. According to this method, the composite film of the electrodeposition film and the plating thin film was formed only in the region where the color filter layer was not formed, and the black matrix layer could be formed. Thereafter, a color filter was completed by coating a polyimide protective layer on the top.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、 フォトリソ
グラフィーを使用することなく、高解像度で制御性、透
光性が高いフィルター部と、均一性、遮光性等に優れ、
不要光反射が少ない膜質の良好なブラックマトリックス
部を有する優れたフィルターを、少ない工程数と、低コ
ストで製造することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, without using photolithography, a filter section having high resolution, high controllability and high translucency, and excellent uniformity and light shielding properties are obtained.
An excellent filter having a black matrix portion having a good film quality with little unnecessary light reflection can be manufactured with a small number of steps and at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 官能基を有さないカーボンブラックを用いた
黒色電着膜、本発明の官能基を有するカーボンブラック
を用いた黒色電着膜、本発明の黒色電着膜にニッケルメ
ッキ層を積層したもの及びニッケルメッキ層について
の、膜厚と透過光学濃度との関係を示すグラフである。
FIG. 1 shows a black electrodeposition film using carbon black having no functional group, a black electrodeposition film using carbon black having a functional group of the present invention, and a nickel plating layer laminated on the black electrodeposition film of the present invention. 4 is a graph showing the relationship between the film thickness and the transmission optical density of the sample and the nickel plating layer.

【図2】 (A)本発明の製造方法により得られたブラ
ックマトリックスとフィルター層を模式的に示す概略断
面図であり、(B)は従来のカーボンブラックを含有す
るブラックマトリックス及びフィルター層を模式的に示
す概略断面図である。
2A is a schematic cross-sectional view schematically showing a black matrix and a filter layer obtained by the production method of the present invention, and FIG. 2B is a schematic view showing a conventional black matrix and a filter layer containing carbon black. FIG.

【図3】 水系色材液のpH変化と色材の溶解特性との
関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a pH change of an aqueous colorant liquid and a dissolution characteristic of the colorant.

【図4】 異なる極性を示し、かつ、併用可能な2つの
電着材料のpHの変化に伴う溶解特性を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing dissolution characteristics of two electrodeposited materials having different polarities and which can be used in combination with a change in pH.

【図5】 (A)はショトキー接合、(B)はPIN接
合の場合の半導体のエネルギーバンドを示す模式図であ
る。
5A is a schematic diagram showing a semiconductor energy band in the case of a Schottky junction, and FIG. 5B is a schematic diagram showing an energy band of a semiconductor in the case of a PIN junction.

【図6】 導電率を変化させた時の電着材料の電着量の
変化を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a change in the amount of electrodeposition of the electrodeposition material when the conductivity is changed.

【図7】 実施例1の画像記録に用いた画像記録装置を
示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an image recording apparatus used for image recording according to the first embodiment.

【図8】 (A)〜(D)カラーフィルターの製造プロ
セスを示す概略断面図である。
FIGS. 8A to 8D are schematic cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a color filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電着液浴 3 光透過性基板 4 ポテンショスタット電源 5 対向(カウンター)電極 6 制御電極 12 透明基体 14 透明導電膜14 16 半導体薄膜 18 光透過性基板(透明基板) 30 有色電着膜(カラーフィルター層) 32 黒色電着膜(ブラックマトリックス層) Reference Signs List 1 electrodeposition liquid bath 3 light-transmitting substrate 4 potentiostat power supply 5 counter (counter) electrode 6 control electrode 12 transparent substrate 14 transparent conductive film 14 16 semiconductor thin film 18 light-transmitting substrate (transparent substrate) 30 colored electrodeposition film (color) (Filter layer) 32 Black electrodeposition film (Black matrix layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 敬司 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 Fターム(参考) 2H042 AA06 AA08 AA26 AA29 2H048 BA62 BB02 BB14 BB42 BB46 2H091 FA02Y FA35Y FB08 FB12 FC01 FC06 FC10 GA03 GA12 GA13 LA12  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Keiji Shimizu 430 Sakai, Nakagawa-cho, Ashigara-gun, Kanagawa Green Tech Nakai F-term in Fuji Xerox Co., Ltd. 2H042 AA06 AA08 AA26 AA29 2H048 BA62 BB02 BB14 BB42 BB46 2H091 FA02Y FA35Y FB08 FB12 FB12 FC01 FC06 FC10 GA03 GA12 GA13 LA12

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光透過性基体上に光透過性導電膜及び光
透過性半導体薄膜を所定の部分に形成してなる光透過性
基板を、電気化学的に電着膜を析出しうる色材を含む光
電着材料を含有する水系電着液に接するように配置し
て、該光透過性基板の所定領域に通電を発生させ、該色
材を含む光電着材料を用いて、電気化学的に電着膜を析
出させてフィルター部を形成する工程と、 その後、光透過性基板に電流供給して、電着膜の未形成
部分に形成される電極部分に対し、色材として、表面に
官能基を有するカーボンブラック顔料を75重量%以上
含む黒色電着膜を析出させてブラックマトリックス部を
形成する工程と、 を有することを特徴とするフィルターの製造方法。
1. A color material capable of electrochemically depositing an electrodeposited film on a light-transmitting substrate having a light-transmitting conductive film and a light-transmitting semiconductor thin film formed on predetermined portions on a light-transmitting substrate. Is disposed so as to be in contact with an aqueous electrodeposition solution containing a photo-deposition material containing, a current is generated in a predetermined area of the light-transmitting substrate, and the photo-deposition material including the coloring material is electrochemically used. A process of depositing an electrodeposited film to form a filter portion, and then supplying a current to the light-transmitting substrate, and applying a colorant to the electrode portion formed on the unformed portion of the electrodeposited film as a functional material on the surface. Depositing a black electrodeposited film containing at least 75% by weight of a carbon black pigment having a group to form a black matrix portion, and a method for producing a filter.
【請求項2】 光透過性基体上に光透過性導電膜及び光
起電力機能を有する半導体薄膜を順次形成してなる光透
過性基板を、電気化学的に電着膜を析出しうる色材を含
む光電着材料を含有する水系電着液に接するように配置
して、該光透過性基板の所定領域を露光して光照射部だ
けに水系電着液中で通電を発生させ、該色材を含む光電
着材料を用いて、該光照射部に選択的に電着膜を析出さ
せてフィルター部を形成する工程と、 その後、光透過性基板に電流供給して、電着膜の未形成
部分に形成される電極部分に対し、色材として、表面に
官能基を有するカーボンブラック顔料を75重量%以上
含む黒色電着膜を析出させてブラックマトリックス部を
形成する工程と、 を有することを特徴とするフィルターの製造方法。
2. A coloring material capable of electrochemically depositing an electrodeposited film on a light-transmitting substrate formed by sequentially forming a light-transmitting conductive film and a semiconductor thin film having a photovoltaic function on a light-transmitting substrate. Is disposed so as to be in contact with an aqueous electrodeposition solution containing a photo-deposition material containing, and a predetermined region of the light-transmissive substrate is exposed to light so that only the light-irradiated portion is energized in the aqueous electrodeposition solution to form the color. Forming a filter portion by selectively depositing an electrodeposited film on the light-irradiated portion using a photo-deposited material containing a material; Forming a black matrix portion by depositing a black electrodeposition film containing at least 75% by weight of a carbon black pigment having a functional group on the surface as a coloring material for the electrode portion formed on the formation portion. A method for producing a filter, comprising:
【請求項3】 前記ブラックマトリックス部を形成する
工程が、前記光透過性基板に全面バイアス電圧を印加す
ることにより、電着膜の未形成部分に表面に官能基を有
するカーボンブラック顔料を75重量%以上含む黒色電
着膜を析出させてブラックマトリックス部を形成する工
程であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
のフィルターの製造方法。
3. The step of forming the black matrix portion comprises applying 75% by weight of a carbon black pigment having a functional group on a surface of an unformed portion of the electrodeposition film by applying a bias voltage to the entire surface of the light transmitting substrate. The method for producing a filter according to claim 1 or 2, wherein a black matrix portion is formed by depositing a black electrodeposition film containing at least 10% by weight of the black electrodeposition film.
【請求項4】 前記表面に官能基を有するカーボンブラ
ック顔料の平均粒子径が5.0nmから0.7μmの範
囲に有ることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいず
れか1項に記載のフィルターの製造方法。
4. The carbon black pigment having a functional group on the surface thereof has an average particle size in a range of 5.0 nm to 0.7 μm. Manufacturing method of filter.
【請求項5】 前記表面に官能基を有するカーボンブラ
ック顔料の官能基がカルボキシル基を含むことを特徴と
する請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のフィ
ルターの製造方法。
5. The method for producing a filter according to claim 1, wherein the functional group of the carbon black pigment having a functional group on the surface includes a carboxyl group.
【請求項6】 前記ブラックマトリックス部を形成する
工程により得られるブラックマトリックス部の厚みが、
0.2μmから3μmの範囲にあることを特徴とする請
求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のフィルター
の製造方法。
6. The thickness of the black matrix portion obtained by the step of forming the black matrix portion is as follows:
The method for producing a filter according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness is in a range of 0.2 µm to 3 µm.
【請求項7】 前記光起電力機能を有する半導体薄膜
が、酸化チタン、炭化珪素、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化ニ
ッケル、酸化錫、酸化モリブデンからなる群より選択さ
れる1種以上の材料を含有する化合物光半導体、又は、
金属フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、アゾ顔料、ポ
リビニルカルバゾ−ルからなる群より選択される1種以
上の材料を含有する有機光半導体、からなることを特徴
とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のフ
ィルターの製造方法。
7. The semiconductor thin film having a photovoltaic function contains at least one material selected from the group consisting of titanium oxide, silicon carbide, lead oxide, zinc oxide, nickel oxide, tin oxide, and molybdenum oxide. Compound optical semiconductor, or
6. An organic optical semiconductor comprising at least one material selected from the group consisting of metal phthalocyanine pigments, perylene pigments, azo pigments, and polyvinyl carbazole. A method for producing a filter according to any one of the preceding claims.
【請求項8】 前記ブラックマトリックス部を形成する
工程によりブラックマトリックス部を形成した後、金属
メッキ法により金属薄膜を前記ブラックマトリックス部
上に積層することを特徴とする請求項2乃至請求項7の
いずれか1項に記載のフィルターの製造方法。
8. The method according to claim 2, wherein after forming the black matrix portion by the step of forming the black matrix portion, a metal thin film is laminated on the black matrix portion by a metal plating method. A method for producing a filter according to any one of the preceding claims.
【請求項9】 前記ブラックマトリックス部上に積層す
る金属薄膜を形成するための金属メッキ材料が、Ni,
Cr,Cu,Au,Ag,Mo,Sn,Zn,Coより
選択された金属及びその混合体又は合金から選択される
ことを特徴とする請求項8に記載のフィルターの製造方
法。
9. A metal plating material for forming a metal thin film to be laminated on the black matrix portion is Ni,
9. The method according to claim 8, wherein the filter is selected from a metal selected from Cr, Cu, Au, Ag, Mo, Sn, Zn, and Co and a mixture or alloy thereof.
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