JP2548394B2 - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

カラーフィルターの製造方法

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JP2548394B2 JP21712489A JP21712489A JP2548394B2 JP 2548394 B2 JP2548394 B2 JP 2548394B2 JP 21712489 A JP21712489 A JP 21712489A JP 21712489 A JP21712489 A JP 21712489A JP 2548394 B2 JP2548394 B2 JP 2548394B2
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    • C03C2217/00Coatings on glass
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示装置等受光型表示装置に必要なカラ
ーフィルターの製造方法に関し、更に詳しくは赤
(R)、緑(G)、青(B)の着色層が有機着色剤を含
有する二酸化ケイ素被膜から成る化学的・機械的耐久性
にすぐれたカラーフィルターの製造方法の提供に関す
る。
〔従来の技術〕
情報・通信分野の目ざましい発展に伴い、表示装置の
果たす役割はますます重要なものとなって来た。これに
伴い、表示装置の軽量・薄型化・大面積化・カラー化・
高精細化など表示技術に対する要望も高度化しつつあ
る。中でも、近年目ざましい技術的進展が見られる液晶
表示装置に対する期待はますます大きくなりつつある。
とりわけ、液晶を用いたカラー表示、例えばカラーテレ
ビの実現への期待は高く、このため様々なカラー化技術
が提案されて来た。
今日、液晶装置におけるカラー表示は赤(R)、緑
(G)、青(B)の色をもった微細な着色層をRGBRGB…
…と交互に並べた、いわゆるカラーフィルターを用いた
ものが殆どである。この場合、ある表示点でR,G,Bのど
の色を選択するかはR,G,Bの微小面積に対応して動作す
る液晶のシャッター機能を利用し行う。
ところで、このようなカラーフィルターの作製方法と
しては現在のところ、幾つかの方法が試みられている。
一つはR,G,Bの色を有するインキをオフセット印刷法
あるいはスクリーン印刷法により直接ガラス表面に色別
に、すなわち3回に分けて塗布する方法である。この方
法は工程が簡単との特徴はあるものの、パターン精度の
点で問題が少ない。更には、R,G,Bのインクが重なった
部分はインク厚味が厚くなり、インキ表面に大きな凹凸
が出来やすい。このため、凹凸をならすためのレベリン
グ操作を必要とし、通常、R,G,B塗布後の表面に例えば
ポリイミド樹脂などを塗布し表面を平滑化する必要があ
る。更に印刷インキが通常セルソルブなどの有機溶剤に
有機色素・顔料等の着色剤を混入させたものから成って
いるほか、レベリング剤を有機材料から成っているた
め、その後、真空下でその表面に透明電極、例えば、酸
化インジウム一酸化スズ(ITO)膜を形成する時、有機
材料からガスが放出され減圧に手間取るほか、良質のIT
O膜が得られにくいとの問題がある。このため、レベリ
ング剤表面にスパッタリング法などにより薄い二酸化ケ
イ素膜を形成した後ITO膜形成に移るという方法がとら
れる。
二つ目の方法はフォトポリマーを利用する方法で、有
機着色剤を含有するフォトポリマーとフォトレジスト法
を用い塗布する。例えば、フォトレジスト法によりR部
以外をマスキングし、R部のみに赤色着色剤を含むフォ
トポリマーを塗布し、しかる後に光硬化させ赤色フィル
ターを形成する。その後、マスキング剤を除去し、次い
でRと同様な操作をG,Bについて繰返すことでカラーフ
ィルターを作製する。
この方法はフォトレジスト法といった細かい操作を繰
返すため工程数も多く面倒な問題があるが高精度のパタ
ーンが得られるとの特徴がある。このフォトレジストを
用いる方法においてもR,G,Bの着色剤の表面が幾分凹凸
となり、その後にレベリング工程を必要とする。更に
は、フォトポリマー、レベリング剤が共に有機材料であ
ることから、先の印刷法と同様にレベリング後、二酸化
ケイ素膜の形成が必要である。
三つ目の方法は、透明基板上に予めR,G,Bに対応する
ようにパターニングされたITO膜を形成し、その基板を
有機顔料を分散させた水溶液中に浸漬し、該溶液中で対
抗電極例えばグラファイト電極と基板表面のR部の間に
直流電圧を印加することで、溶液中でコロイド電荷を有
していた赤色有機顔料をR部表面にのみに積層させる。
次いで緑色顔料を分散させた水溶液中で、対抗電極とG
部ITO膜の間に直流電圧を印加することで、G部ITO膜表
面に緑色顔料を積層させる。B部も同様の操作を繰返
す。この方法においてもレベリング・二酸化ケイ素膜形
成といった後工程を必要とする。
このように、現在試みられている方法は、R,G,B毎に
塗布工程を必要とするほか、塗布後の膜厚ムラ修正のた
めのレベリング工程、有機着色剤・レベリング剤など有
機材料を主体とするため真空下でのガス放出抑制のため
の二酸化ケイ素膜形成工程等を必要とし、このような工
程数の多さ・複雑さはコスト面で極めて大きな問題とな
っており、一刻も早い改善が望まれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者らは、かかるカラーフィルターの問題点に鑑
み、鋭意研究の結果、R,GBフィルター部に有機着色剤を
含有する二酸化ケイ素被膜を用いることにより、従来必
要とされていた真空下でのガス放出抑制のための二酸化
ケイ素膜形成工程を削除できることを見出した。更に、
有機着色剤を含有する二酸化ケイ素膜の形成手段を選べ
ば、レベリング工程をも削除できることも見出した。
〔問題点を解決する手段〕
本発明は、有機染料・顔料などの有機着色剤を含む二
酸化ケイ素被膜で透明基板表面を被覆することで実現さ
れる。このような方法としては、金属アルコキシド加水
分解溶液中に有機着色剤を添加した溶液と基板を接触さ
せる、いわゆるゾル・ゲル法があげられる。
例えば、この製造方法に関する文献としては「J.Non
−Cryst.Solids,74(1985)395」があり、二酸化ケイ素
薄膜中に有機蛍光色素を導入している。また、「セラミ
ックス、21,No.2(1986)111」では、ゾル・ゲル法によ
って有機分子を非晶質石英にドープしている。
しかしながら、ゾル・ゲル法では、被膜を基材を固着
させるために最終工程で加熱する必要があり、有機物が
分解するような高い温度で加熱処理することはできない
ので、生成した膜はどうしても多孔質となる問題があっ
た。また、低い温度での加熱によっても分解してしまう
ような有機物は膜中に導入することができなかった。さ
らに、低い温度でしか加熱できないことは、ゾル・ゲル
法固有の問題をいっそう大きなものにし、膜中には未分
解の原料や溶媒等の不純物が残存していた。その他の問
題としては、出発原料として高価な金属アルコキシドを
用いるため、膜の製造コストが高くなることである。ま
た、コーティング方法としてはディップコート等が用い
られ、この方法では、複雑な形状を持った基材には適用
できなかった。
本願発明の方法では、二酸化ケイ素を過飽和に含む珪
弗化水素酸の水溶液に染料・顔料などの有機着色剤を添
加して成る処理液と透明基板を接触させることで、該基
板表面に有機着色剤を含有する二酸化ケイ素被膜を形成
させることを利用するものである。この場合、二酸化ケ
イ素を過飽和に含む珪弗化水素酸の水溶液は、珪弗化水
素酸の水溶液に二酸化ケイ素を飽和した溶液にホウ酸・
アンモニア水・金属ハライドあるいは水素よりもイオン
化傾向の大きい金属を添加することによって得られる。
あるいは低温の珪弗化水素酸の水溶液に二酸化ケイ素を
添加した後、該溶液の温度を上昇させること(温度差
法)によっても得られる。有機着色剤の添加は、水溶性
のものであれば、直接処理液に添加することができ、水
に不溶のものであってもアルコールなど水溶性有機溶媒
中に溶解させた後、処理液に添加することもできる。ま
た、添加の仕方は、珪弗化水素酸の二酸化ケイ素飽和溶
液に有機着色剤を加えてもよく、二酸化ケイ素を過飽和
に含む状態とした後の溶液に添加してもよい。条件的に
は珪弗化水素酸の濃度は1.0モル/以上、望ましくは
1.5〜3.0モル/が使われる。また、透明基板を接触さ
せる時の処理液の温度は15〜60℃、望ましくは25〜40℃
であり、温度差法では通常10℃以下の温度で二酸化ケイ
素を飽和させ、20℃以上好ましくは40〜60℃の温度で処
理液と透明基板を接触させる。接触の方法は、一般的に
は処理液の中に透明基板を浸漬する方法がとられる。
有機着色剤としては、染料・顔料などがあげられ、例
えば、ダイアセリトン フアスト レッドR[DIACELLI
TON FAST RED R](三菱化成)、ブルー5P R−006[B
LUE 5PR−006](東京化成)、ローダミン 6G[RHODAM
INE 6G]、フルオレセイン[FLUORESCEIN]、マラカイ
トグリーン[MALACHITEGREEN](保土谷化学)、クマリ
ン6[COUMARIN 6]、スルホローダミン B[SULFO−R
HODAMINE B]、ローダミン 123、ローダミン110、ロー
ダミン116、ローダミン 19、カヤシル イエローGG[K
AYACYL YELLOW GG](日本化薬)、レッド21P S−011
[RED 21P S−011](東京化成)、アクリジン レッド
[ACRDIN RED]、カヤシルローダミン FB[KAYACYL RH
ODAMINE FB](日本化薬)、レッド 3P T−016[RED
3P T−016](東京 化成)、ビクトリア ブルー B
H[VICTORIA BLUE BH](保土谷化学)、アリザリン
アストール[ALIZARINE ASTOL](東京化成)、メチル
バイオレット ピュアー SP[METHYL VIOLET PURE S
P](保土谷化学)、グリーン 10P P−005[GREEN 1
0P P−005](東京化成)、などがあげられる。
一方、透明基板としては、ガラスの他透明な無機結晶
性基板でもよく、プラスチックなどの有機素材でもよ
い。また、本発明の方法では二酸化ケイ素膜が積層過程
を経て形成されるため、基板の面形状に関係なく均一な
厚味の層が得られるとの特徴から、透明基板は平板状に
限らず凹面・凸面のものでもよい。更には、ポリカーボ
ネート樹脂・アクリル樹脂など、有機材料から成る基板
でもよい。この場合、密着力のよい着色層を形成するた
めには、有機透明基板の表面をシランカップリング剤か
ら成る有機ケイ素化合物、それらの加水分解物およびコ
ロイダルシリカ等から成る群より選ばれた少なくとも1
種のケイ素化合物で被覆した後、処理液中に浸漬・分散
させ有機着色剤含有二酸化ケイ素被膜を形成することが
望ましい。
〔実施例、1〕 厚味1.1mm×巾25mm×長さ50mmのガラスを超音波洗滌
機にて洗滌後、乾燥し、その表面にフォトレジスト法で
100ミクロン間隔(マスクなし部)で200ミクロン巾のス
トライプ状のマスキングを施し、同種のマスキングのな
いガラスとともに二酸化ケイ素を飽和に含む珪弗化水素
酸水溶液に有機色素ダイアセリトン ファストレッド R
を混入して成る処理液中に浸漬し、赤色の着色層を形
成した。この場合、着色操作は第1図の装置を用い行な
った。
この場合、2の外槽に満たしてある水はヒータ
ーにより35℃に維持した。
この外槽中に500ccの内槽を設け、この中にシリカ
ゲルを飽和に含む2.5モル/の珪弗化水素酸の水溶液2
50ccに0.5モル/のホウ酸水溶液15ccを添加した処理
液を入れ、34℃に維持している。更に、処理液に着色
剤を添加するため、ダイアセリトン ファスト レッド
R を水に室温にて分散させ5重量%の添加液とし、
珪弗化水素酸水溶液100cc当り1ccを添加し、着色操作を
行なった。
得られた着色ガラスのうち、マスキングのないガラス
について膜厚・膜中色素分布、耐溶剤性及び光学スペク
トルの評価を行なった。その結果、接触針式膜厚測定機
による膜厚は2.5ミクロン(両面で)であり、X線光電
子分光法(ESCA)、二次イオン質量分析法(SIMS)、赤
外線分光法(IR)などによる分析では色素は膜中に均一
に取込まれていることが確認された。
更に、二酸化ケイ素成膜後の着色ガラスを99.5%アル
コール溶液の中に24時間浸漬したが、色素の溶出はみら
れなかった。尚、得られたマスキングなしガラスの光学
スペクトルを第2図に示す。
一方、200ミクロン巾でストライプ状にマスキングし
たガラスサンプルは、着色操作の後、有機溶剤によりマ
スキング剤を溶解除去した。次いで洗滌・乾燥後、緑色
の着色操作に入った。この場合、ガラス表面に形成され
ている100ミクロン巾の赤色ストライプに相隣るように1
00ミクロン巾の非マスキング部ストライプができるよ
う、200ミクロン巾のマスキングストライプを形成し
た。方法はフォトレジスト法によった。
その後、マスキングなしのガラスとともに、有機染料
マラカイト グリーンを含む処理液中に浸漬し、赤色着
色と同様に緑色の着色操作を行なった。得られた着色ガ
ラスは赤色着色時と同様の評価を行ない、膜厚3.4ミク
ロン(両面で)、膜中での色素分布・耐アルコール性に
ついては赤色着色層と同様、全く問題はなかった。尚、
得られたスペクトルを第3図に示す。
更に、マスキングありのガラスはマスキング剤を除去
後、残る100ミクロン巾の着色層未形成の部分(ストラ
イプ状)に青色着色になるようマスキング・着色操作を
行なった。この場合、着色剤としてはブルー 5P R−006
を用いた。また、各種評価のためのマスキングなしのガ
ラスについての操作も赤色・緑色着色時と同様に行なっ
た。
得られた青色着色ガラスの光学スペクトルを第4図に
示す。また、この時の膜厚は両面で3.0ミクロンであ
り、その他膜中での色素分布・耐アルコール性は赤色・
緑色着色層と同様、全く問題なかった。
このようにして得られた赤・緑・青の100ミクロン巾
のストライプが形成されているガラスは赤色・緑色着色
部の上に形成されているマスキング剤を除去後、洗浄・
乾燥し、光学顕微鏡にて観察した処、100ミクロン巾で
R・G・Bの着色層がストライプ状に形成されているこ
とが確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例において使用した二酸化ケイ素被膜製
造装置である。 第2図〜第4図は、赤色ガラス、緑色ガラス、青色ガラ
スの透過スペクトルである。 1……外槽、2……水、 3……電熱ヒーター、4……内槽、 5……処理液、6……透明基板、 7……撹拌器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−126603(JP,A) 特開 平3−80203(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板の表面に、有機着色剤を含有する
    二酸化ケイ素被膜からなる赤、緑、青の着色層が交互に
    設けられたカラーフィルターを製造する方法において、
    前記有機着色剤を含有しかつ二酸化ケイ素が過飽和状態
    となった珪弗化水素酸水溶液からなる処理液と前記透明
    基板を接触させることにより、前記有機着色剤含有二酸
    化ケイ素被膜を形成させることを特徴とするカラーフィ
    ルターを製造する方法。
  2. 【請求項2】前記有機着色剤が染料または顔料である特
    許請求の範囲第1項記載のカラーフィルターを製造する
    方法。
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