JP2707746B2 - カラーフィルターおよびその製造方法ならびに液晶装置 - Google Patents

カラーフィルターおよびその製造方法ならびに液晶装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はカラーディスプレイ装置に用いるカラーフィ
ルターの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
水に難溶性もしくは不溶性の色素粒子を電解により荷
電する界面活性剤で取り囲み、ミセルコロイドを形成
し、電解酸化によりミセルを破壊することでアノード電
極上に色素粒子膜を形成する方法によりカラーフィルタ
ーを製造する方法を我々は発明した(特願昭63−17561
0)。しかし、該色素薄膜は色素粒子の堆積膜であるた
め基板上に物理的に吸着されているにすぎず、また、色
素粒子同志も互いに物理吸着しているに過ぎないため、
例えば液晶TVのような液晶パネルのカラーフィルターと
して採用する場合、パネル化のプロセスにおいて、強力
な超音波洗浄を適用すると一部はがれたりあるいは液晶
配向処理に必要なラビングにより一部剥離するというよ
うな膜の密着性に関わる問題が発生した。
そこでこれらの問題の回避策としては、色素薄膜上に
樹脂等をコーティングする方法が容易に推考される。し
かしながら、この場合コーティングする樹脂の厚みが厚
いと色素粒子膜は十分保護され、密着性は向上するもの
の本カラーフィルターの特徴の一つである電解に使用し
た電極がそのまま液晶駆動に使用できるというメリット
が生かされなくなってしまう。すなわち、色素薄膜上に
厚く樹脂膜が形成されると液晶駆動時に色素薄膜による
印加電圧のロスの他に樹脂膜による印加電圧のロスが生
じるため液晶駆動電圧が小さくなり液晶駆動性が低下し
てしまうという問題が生じる。一方、印加電圧を相対的
に大きくすることで液晶駆動電圧の低下をカバーしよう
とすると、液晶駆動用ICの耐圧の問題が生じ適切でなか
った。
従って、色素薄膜上に色素薄膜以外の膜を形成しない
かあるいは、形成しても膜厚は可能な限り薄くし、色素
薄膜以外の膜による電圧ロスを最小限度におさえられる
方法で色素薄膜の密着性を向上させる方法が要求されて
いた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述のように我々の発明したカラーフィルターを液晶
カラーディスプレイに採用する場合、色素薄膜の密着性
が弱いという問題が発生したが、液晶駆動特性を低下さ
せることなく容易に密着性を向上させることが困難であ
った。
そこで本発明はそのような課題を解決するためのもの
でその目的とするところは、本発明の色素薄膜は色素粒
子の堆積構造であるため膜内には空隙が多いことに着目
し、色素薄膜の粒子内の空隙部にポリマー体組織を形成
し、さらに色素薄膜上にもポリマー体組織は形成される
が、液晶駆動性を低下させない程度に極力薄く形成する
ことにより、液晶駆動性を低下させることなく色素薄膜
の密着性を向上させる方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のカラーフィルターは,基板に形成された透明
電極上にミセル水溶液を電解酸化して析出した色素薄膜
を有し,該色素薄膜の少なくとも前記透明電極表面と前
記色素粒子との空隙部および前記色素粒子間の空隙部に
ポリマー体が形成されてなることを特徴とする。
また本発明の第1のカラーフィルターの製造方法は,
ミセル水溶液中に色素粒子を分散,コロイド化した後、
該ミセル水溶液中で電解を行い前記色素粒子を透明電極
上に選択的に析出させて色素薄膜を形成し,以後その操
作を異なる色の色素粒子を含むミセル水溶液中にて繰り
返すことによって複数色の色素薄膜を形成し,その後各
色毎の色素薄膜の前記透明電極表面と前記色素粒子との
空隙部および前記色素粒子間の空隙部にポリマー体を形
成したことを特徴とする。
また本発明の第2のカラーフィルターの製造方法は,
ミセル水溶液中に色素粒子を分散,コロイド化した後、
該ミセル水溶液中で電解を行い前記色素粒子を透明電極
上に選択的に析出させて色素薄膜を形成し,以後その操
作を異なる色の色素粒子を含むミセル水溶液中にて繰り
返すことによって複数色の色素薄膜を形成し,その後各
色毎の色素薄膜の前記透明電極表面と前記色素粒子との
空隙部および前記色素粒子間の空隙部にポリマー体を電
気化学的方法により形成したことを特徴とする。
また本発明の液晶装置は,基板に形成された透明電極
上にミセル水溶液を電解酸化して析出した色素薄膜を有
し,該色素薄膜の前記透明電極表面と前記色素粒子との
空隙部および前記色素粒子間の空隙部にポリマー体が形
成されてなるカラーフィルターを具備することを特徴と
する。第1図に本発明により製造したカラーフィルター
の断面を模式的に示した。
ポリマー体組織の形成法としては、電気化学的方法あ
るいは塗布法により形成する。
電気化学的方法としては電着法あるいは電解重合法を
用い、色素薄膜を形成した透明導電体表面における透明
導電体と色素粒子との空隙部および色素薄膜体の色素粒
子間空隙部および色素薄膜上にポリマー体組織を形成す
る。なお、色素薄膜上にはポリマー体組織は極力薄く形
成するものとし、色素粒子の密着性が確保できる最低限
のレベルが好ましい。色素膜上の形成される膜厚として
は望ましくは色素薄膜の膜厚をほとんど増やさない程度
がよく、上記色素薄膜の1/2以内の膜厚が好ましいと考
える。
塗布法としては、スピンコート法,ディッピング法、
ロールコート法、カーランコート法、フレキソ印刷法、
スクリーン印刷法、スプレー法などがあり特に限定はし
ないが、塗布液はできるだけ希薄な濃度が好ましく、そ
のことによりポリマー前躯体あるいはポリマー分子が透
明導電体表面と色素粒子との空隙部および色素薄膜内の
色素粒子間空隙部に十分に含浸し、さらには色素薄膜上
には極力薄くポリマー体組織が形成されるものとする。
また、ポリマー体組織は十分に重合、硬化を促進する
ため、塗布した後用いるポリマー前躯体あるいはポリマ
ー分子の性質により必要に応じて加熱、紫外線照射等の
処理を行うことが望ましい。
また、ポリマー体組織はカラーフィルターに用いる性
格上光の透過性をあまり低下させないものが望ましい。
〔実 施 例〕
(実施例1) 対角5インチのガラス基板上に透明電極としてITOを
スパッタリングにより形成し、さらにフォトリソ法を用
い幅100μmで本数300本のストライプ状の電極として形
成した。
次に第1表に示す組成の赤、緑、青の色素(有機顔
料)のミセルコロイド水溶液をそれぞれ作成し1色ごと
に電解成膜した。
電解電位は0.4V(vs.S.C.E)とし、電解時間は色素膜
厚が、それぞれ1.0μmとなるように調整した。また、
色素薄膜は青、緑、青の繰り返しのストライプパターン
になるように、電解時に電極を選択的に通電した。成膜
後は180℃で30分焼成した。
以上の操作により、赤、緑、青の3色の繰り返しのス
トライプパターンからなる色素薄膜を形成した。
続いて、この色素薄膜を形成した基板を下記に記述す
る電着可能なポリマー前躯体溶液中に浸漬し、色素薄膜
が形成されている透明電極を電着用電極として再度利用
しポリマー前躯体の電着を行なった。
ポリマー前躯体溶液はアクリル酸とメラミンを7:3の
割合で含み、イソプロピルアルコール、ブチルセロソル
ブを含む水溶液(株式会社シミズ製)であり、アクリル
酸+メラミンが5wt%含まれるように濃度調整したもの
を用いた。
電着は色素薄膜が形成されている透明電極側をアノー
ドとし、白金の対向電極間に+3.5Vを印加に5分行なっ
た。電着後は純水中で30秒間水洗レスピンドライヤーに
より水の振り切り乾燥をした後180℃で30分焼成した。
以上の操作によりアクリル・メラミン重合体が色素膜
中に形成された。また、色素膜上には0.05μmのみ重合
体が形成されたにすぎなかった。
色素膜内にポリマー体が形成されたか否かは、密着性
テストにより確認された。
すなわち、完成したカラーフィルターの透明粘着テー
プのひきはがしによる密着性テストを実施しても色素膜
は全く剥離することはなかった。
また、アルカリ脱脂液(60℃)中に浸漬し、超音波洗
浄を試みたが、従来の色素薄膜単体のものは20秒で一部
ハクリが生じたものの本実施例のものは、全く問題がな
かった。
さらに液晶パネル化プロセスを流動したのが全く問題
はなく、ラビング処理でダメージを受けることもなかっ
た。
最終的にTN型液晶を用いカラー液晶パネルを作成し、
液晶の駆動特性を確認したが、従来の色素薄膜単体の場
合に比べて何ら差異は認められなく良好な結果が得られ
た。
(実施例2) 実施例1と同様に3色の色素薄膜を形成した後この色
素薄膜を形成した基板を電解重合可能なモノマー溶液中
に浸漬し、これをアノードとして電解重合を行なった。
モノマー溶液は、プロピレンカーボネートを溶媒と
し、0.2MのN−メチルピロールを含み、支持電解質とし
て0.2Mの過塩素酸リチウムも含んでいる。
N−メチルピロールの電解重合は白金板を対向電極と
して0.05mA/cm2の定電流重合で1分行なった。
電解重合を行なった後は基板を150℃で10分乾燥し
た。
以上の操作によりポリ−N−メチルピロールが色素膜
内に形成された。また、色素薄膜上には、0.1μmのポ
リピロールが形成されたにすぎなかった。さらにポリ−
N−メチルピロールは通常褐色を呈するが、本実施例で
は、薄厚が薄いため、カラーフィルターとしての光透過
性にはほとんど影響を与えなかった。
結果として、色素薄膜の密着性は実施例1と同様に良
好であった。また、本実施例は液晶駆動性を大幅に向上
させるメリットを生んだ。
すなわち、ポリ−N−メチルピロールは導電性有機物
質であり、そのことにより、色素薄膜による電圧ロスが
低減されたことによるものであった。
(実施例3) 実施例1と同様の電着法を実施例1の色素薄膜を1色
形成し焼成するごとに適用したが、実施例1と同等の良
好な結果が得られた。
(実施例4) 実施例1と同様の電着法を実施例1の色素薄膜を1色
成膜し水洗するのみで焼成することなく適用し、これを
3回繰り返すことで3色のカラーフィルターを作成した
が実施例1と同等の良好な結果が得られた。
(実施例5) 実施例2と同様の電解重合法を実施例1の色素薄膜を
1色形成し焼成するごとに適用したが実施例2と同等の
良好な結果が得られた。
(実施例6) 実施例2と同様の電解重合法を実施例1の色素薄膜を
1色形成し水洗するのみで焼成することなく適用し、こ
れを3回繰り返すことで3色のカラーフィルターを作成
したが実施例2と同等の良好な結果が得られた。
(実施例7) 実施例1と同様に3色の色素薄膜を形成した後この色
素薄膜上にスピンコート法により熱硬化型のポリイミド
前躯体溶液を塗布した。
熱硬化型のポリイミド前躯体溶液はチッソ(株)製PS
I−G7435ZSAを用いた。固形分濃度が2%になるように
エチルカルビトールにより希釈して用いた。
塗布後は30分風乾し200℃で30分間焼成した。
以上の操作によってポリイミド前躯体の含浸作用によ
りポリイミド樹脂が色素薄膜内にも形成され、また色素
薄膜上には0.05μm形成されたにすぎなかった。
結果として、色素薄膜の密着性は実施例1と同様に良
好であった。また、液晶駆動性についても同等であっ
た。
(実施例8) 実施例1と同様に3色の色素薄膜を形成した後この色
素薄膜上にロールコート法により光硬化型のポリイミド
前躯体溶液を塗布した。
光硬化型ポリイミド前躯体溶液は宇部興産製PI−300
を用いた。固形分濃度が2%になるようにN−メチル−
2−ピロリドンにより希釈して用いた 塗布後は30風乾し、100℃で5分プレベーク後UV照射
装置により1J/cm2のエネルギーの紫外線を照射した。さ
らに200℃で5分間のポストベークした。
以上の操作によりポリイミド前躯体の含浸作用により
ポリイミド樹脂が色素薄膜内にも形成されまた色素薄膜
上には0.08μm形成されたにすぎなかった。
結果として、色素薄膜の密着性は実施例1と同様に良
好であった。また、液晶駆動性についても同様に良好で
あった。
さらに実施例7、8については形成したポリイミド膜
が液晶配向膜として使用できる副次的効果を見い出し
た。すなわち、配向膜塗布を工夫すればそのまま密着性
向上処理にも用いることができるというメリットが得ら
れた。
また、実施例7、8のような塗布法においても様々な
材料が適用できるわけであるが、例えば、塗布して焼成
することによりSnO2やZnOのような導電性酸化物膜が形
成できるような有機金属溶液を塗布剤として用いること
により、色素薄膜に導電性を付与すれば液晶駆動性も大
幅に向上できるという大きなメリットも期待できる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明により電解により成膜した色素薄
膜の密着性を液晶駆動性を低下させることなく飛躍的に
向上させることができ、高性能、高信頼性でさらに低コ
ストのカラーフィルターを提供できることとなった。
また、実施例に示したように、カラーフィルターへの
導電性の付与などの大きな副次的効果も得られ、さらに
電解重合による方法は、電子写真感光体の作成法にその
まま適用できる可能性も示唆された。すなわち、色素膜
をキャリア発生層とし、電解重合膜をキャリア移動層に
適用すればよいことになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のカラーフィルターの断面を模式的に示
す図である。 1……色素粒子 2……ポリマー組織体 3……ITO 4……ガラス基板

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板に形成された透明電極上にミセル水溶
    液を電解酸化して析出した色素薄膜を有し,該色素薄膜
    の少なくとも前記透明電極表面と前記色素粒子との空隙
    部および前記色素粒子間の空隙部にポリマー体が形成さ
    れてなることを特徴とするカラーフィルター。
  2. 【請求項2】ミセル水溶液中に色素粒子を分散,コロイ
    ド化した後、該ミセル水溶液中で電解を行い前記色素粒
    子を透明電極上に選択的に析出させて色素薄膜を形成
    し,以後その操作を異なる色の色素粒子を含むミセル水
    溶液中にて繰り返すことによって複数色の色素薄膜を形
    成し, その後各色毎の色素薄膜の前記透明電極表面と前記色素
    粒子との空隙部および前記色素粒子間の空隙部にポリマ
    ー体を形成したことを特徴とするカラーフィルターの製
    造方法。
  3. 【請求項3】ミセル水溶液中に色素粒子を分散,コロイ
    ド化した後、該ミセル水溶液中で電解を行い前記色素粒
    子を透明電極上に選択的に析出させて色素薄膜を形成
    し,以後その操作を異なる色の色素粒子を含むミセル水
    溶液中にて繰り返すことによって複数色の色素薄膜を形
    成し, その後各色毎の色素薄膜の前記透明電極表面と前記色素
    粒子との空隙部および前記色素粒子間の空隙部にポリマ
    ー体を電気化学的方法により形成したことを特徴とする
    カラーフィルターの製造方法。
  4. 【請求項4】基板に形成された透明電極上にミセル水溶
    液を電解酸化して析出した色素薄膜を有し,該色素薄膜
    の前記透明電極表面と前記色素粒子との空隙部および前
    記色素粒子間の空隙部にポリマー体が形成されてなるカ
    ラーフィルターを具備することを特徴とする液晶装置。
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