JP2839936B2 - カラーフィルター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カラーフィルターに関し、とくにカラー液
晶表示装置に使用されるカラーフィルターに関する。

［従来の技術］ 液晶表示装置は、透明電極を設けたガラス等の透明な
基板を１ないし10μｍ程度の間隔を設けてその間に液晶
物質を封入し、電極間に印加した電圧によって液晶を一
定の方向に配向させて透明部分と不透明部分を形成して
画像を表示している。カラー液晶表示装置はいずれかの
透明電極基板上に光の三原色に対応する赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルターを設けてお
り、透明電極への印加電圧の調整によって液晶の光の透
過を制御してＲ、Ｇ、Ｂの３色のフィルターを透過する
光量を制御して３原色の加色による発色によってカラー
表示を行っている。

カラー液晶表示装置では、透明基板、着色層、保護
膜、透明導電膜という順に積層されている。保護膜は着
色層を保護するとともに、透明導電膜の基材としての役
割を果たしている。そして、透明で、その後のカラーフ
ィルターの製造工程での熱処理温度に耐える材料であれ
ば多くの材料を用いることができるがとくに熱硬化性の
ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂あるいは
光硬化性のアクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが使われ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ カラー液晶表示装置の保護膜として熱硬化性樹脂を使
用した場合には、保護膜がカラーフィルターの全面に形
成されるので、保護膜を所定の領域に限定することが困
難である。

保護膜がカラーフィルター全面に形成されている場合
には、カラーフィルターと対向電極を接着剤によっては
り合わせる際に対向電極との接着を保護膜を介して行う
こととなるために充分な接着強度が得られないことがお
こる。また、カラーフィルターと透明電極とをはり合わ
せた後の表示品質を検査した際にその品質に問題があっ
て不良品と判断された場合、カラーフィルターを再利用
するために液晶のシール剤を剥離し、更にタブを剥離す
る際に、着色層の外周部の全面に保護膜を有するとシー
ル剤あるいはタブと共にカラーフィルターに形成された
透明電極もともに剥離してしまい、カラーフィルターの
再利用ができないという問題もある。

そこで、保護膜を形成する部分を特定の部分に限るた
めに、硬化すべき部分をマスクによって限定することが
容易な光硬化性の樹脂を用いることも行われている。と
ころが、光硬化性樹脂として従来から使用されている感
光性ポリイミド樹脂は、吸湿性が高く、また電極の形成
等の際に使用するアルカリ性の溶液に対する耐食性に欠
けると共に、高価であり実用上好ましくない。また従来
の感光性アクリル樹脂は、耐熱性に乏しく更に保護膜上
に比較的厚い透明導電性膜を形成した際に、カラーフィ
ルター上にクラックやしわが発生するという問題があ
る。

また、カラー液晶表示装置のカラーフィルターとして
利用するためには、着色層のＲ、Ｇ、Ｂの位置に対応す
る部分の液晶を駆動する透明電極を着色層の保護膜上に
設けている。カラーテレビの表示装置のように透明基板
上に形成した薄膜トランジスタ（TFT）の対極として作
用する透明電極を保護膜上に形成するアクティブ方式の
液晶の駆動においては透明電極の平坦性の問題は特に重
要ではないが、パソコンのカラーディスプレーに使用さ
れているSTN方式による液晶の駆動方法の場合には、透
明電極の平坦性が大きな問題となっている。

さらに、保護膜を着色層上に限定する場合にも着色層
の周囲の壁面および壁面と隣接した透明基板上に保護膜
を形成して着色層を保護するが、着色層の周辺部の透明
基板と保護膜との接着強度が大きくない場合には保護層
が透明基板から剥がれたり、透明電極の成膜工程や液晶
表示装置の組立工程において使用する薬剤等が透明基板
と保護層との間を浸透して着色層に悪影響を及ぼすこと
が起こる。

この発明は、上記したような着色層外周部の組立時に
問題となる箇所には保護膜を有しないカラーフィルター
を提供することを第１の目的とし、保護膜上にクラック
やしわ等が発生しない強固な保護膜を形成することを目
的とするものである。

また、同時に凹凸の小さい平坦な透明電極が形成され
るような保護膜を得ることを第２の目的とするものであ
る。

さらに、透明基板と保護膜との接着強度を大きくして
保護膜の周囲からの剥離や透明基板と保護膜との間を薬
剤等が浸透することを防止することを第３の目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記した問題点を解決する手段を研究し
た結果、光重合性アクリレートオリゴマーに一つの分子
内に複数の官能基を有する多官能光重合性アクリレート
モノマーを添加した感光性アクリル樹脂を用いることに
より、樹脂の橋かけ度を高めて剛直で硬度が大きい膜質
とすることができ保護膜上に厚い透明電極を形成しても
クラックやしわが発生しないことを見いだしたものであ
る。

同時にこのような組成の樹脂を保護膜とすると透明基
板上に形成した着色層の隣接するＲ、Ｇ、Ｂ間に凹部が
形成されても、凹部に対応した位置の保護膜の表面の凹
部はきわめて小さくなり、また着色層に形成されたＲ、
Ｇ、Ｂの部分に高さの違いが生じた場合であっても、保
護膜の表面の凹凸がきわめて少ない平坦性の良好な保護
膜が得られることを見いだしたのである。

さらに、保護膜の形成の前に透明電極上にシランカッ
プリング剤を塗布あるいは前記樹脂中にシランカップリ
ング剤を混合することによって保護膜の周辺部分におい
て透明基板と保護膜との強度を大きくすることが可能で
あることを見いだしたものである。

本発明の目的に使用可能な上記の光重合性アクリレー
トオリゴマーとしては、分子量1000〜2000程度のものが
好ましく、ポリエステルアクリレートまたは、フェノー
ルノボラックエポキシアクリレート、ｏ−クレゾールノ
ボラックエポキシアクリレート等のエポキシアクリレー
トあるいは、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテル
アクリレート、オリゴマアクリレート、アルキドアクリ
レート、ポリオールアクリレート、メラミンアクリレー
ト等をあげることができ、多官能光重合性アクリレート
モノマーとしては、1,4−ブタンジオールジアクリレー
ト、ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチ
ルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールト
リアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレ
ート、ペンタエリスリトールアクリレート、ジペンタエ
リスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。

本発明の保護膜の形成方法は透明基板上に設けた着色
層上に、光重合性アクリレートオリゴマー、多官能光重
合性アクリレートモノマーに重合開始剤を添加した感光
性樹脂をスピンナー法、ロール法、スプレイ法、スクリ
ーン印刷法などの任意の塗布方法によって塗布した後に
所定のパターンの描かれたマスクを載置して紫外線を照
射して必要な箇所を硬化し、紫外線未照射部分の未硬化
の感光性樹脂を溶解する溶剤で溶解除去することによっ
て所定の領域のみに、橋かけ度を高めた剛直で硬度が大
きい膜質とした樹脂の保護膜を形成したものである。得
られた保護膜は充分な強度を有しているために保護膜上
に厚い透明電極を形成してもクラックやしわが発生せ
ず、凹凸の少ない平坦性の高い膜である。更に光感光性
を有しているために光マスクを用いることにより所定の
領域にのみ保護膜を形成することを可能としたものであ
る。

［作用］ 本発明のカラーフィルターは、着色膜の表面に形成す
る保護膜として光重合性アクリレートオリゴマーに多官
能光重合性アクリレートモノマーを添加した感光性樹脂
を用いたものであるので、保護膜上に厚い透明電極を形
成しても、クラックやしわが発生せず、同時に凹凸の少
ない平坦性の優れた膜であって透明基板との接着性の優
れた保護膜が得られ、さらにフォトマスク等を配置して
上記樹脂の塗布面に紫外線照射し、紫外線未照射部分の
樹脂を溶解除去することにより、所定の領域にのみ保護
膜が形成されているカラーフィルターが得られる。

［実施例］ 図面を示して本発明のカラーフィルターを説明する
と、第１図に断面を示すように透明基板１に光の三原色
に対応した着色層２を形成している。

透明基板は硼珪酸ガラス等のガラスやポリカーボネー
ト、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂を用いる
ことができる。また着色層は染料、顔料等の色材を印刷
法やフォトリソグラフィー法で形成したものである。

着色層２の表面に保護膜３をスピンコーター、ロール
コーター、スプレイ、印刷などの方法により設けたもの
であるが、とくに保護層として光重合性アクリレートオ
リゴマーに多官能光重合性アクリレートモノマーを添加
した感光性樹脂を用いたものである。

光重合性アクリレートオリゴマーとしては、ポリエス
テルアクリレートまたは、フェノールノボラックエポキ
シアクリレート、ｏ−クレゾールノボラックエポキシア
クリレート等のエポキシアクリレートあるいは、ポリウ
レタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オリ
ゴマアクリレート、アルキドアクリレート、ポリオール
アクリレート、メラミンアクリレート等をあげることが
でき、多官能光重合性アクリレートモノマーとしてはモ
ノマーとしては、1,4ブタンジオールジアクリレート、
ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグ
リコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリア
クリレート、トリメチロールプロパントリアクリレー
ト、ペンタエリスリトールアクリレート、ジペンタエリ
スリトールヘキサアクリレート等があげられる。

また、光重合性アクリレートモノマーあるいはオリゴ
マーにカルボキシル基等の酸性基をもたせるとアルカリ
水溶液によって現像することが可能となるので、有機溶
剤による現像に比べて取り扱いおよび廃液処理が容易で
あり、経済性および安全性の面で好ましい。

さらに光重合性樹脂中に開始剤としてベンゾフェノン
あるいは、イルガキュアー184、イルガキュアー907、イ
ルガキャアー651（いずれもチバガイギー社商品名）、
ダロキュアー（メルク社商品名）などを固形物比１〜３
％程度添加してもよい。

とくに好適な光重合性アクリレートオリゴマーと多官
能性光重合性モノマーの配合比（重量％）は 配合比例１ フェノールノボラックエポキシアクリレート …60％ トリメチロールプロパントリアクリレート …17％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …20％ イルガキュアー184 … 3％ 配合比例２ Ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート…60％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …38％ イルガキュアー184 … 2％ 配合比例３ ポリウレタンアクリレート …50％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …48％ イルガキュアー651 … 2％ 配合比例４ メラミンアクリレート …70％ トリメチロールプロパントリアクリレート …27％ イルガキュアー184 … 2％ 等をあげることができる。

着色層上に光硬化性樹脂の配合物を塗布した後に、第
２図に断面を示すように、所定のパターンを描いたフォ
トマスクを光感光性樹脂層から一定の距離のところに配
置して紫外線を照射して樹脂を硬化させた。紫外線照射
の後に塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラクロロエ
タン、メチルエチルケトン等の有機溶剤、あるいは水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液によ
って現像して着色層外周部の未硬化保護膜を溶解して除
去して第３図に断面を示すように、着色層部２の表面に
のみ光硬化性樹脂の保護膜３を形成したカラーフィルタ
ーを作成することができた。

このようにして作成したカラーフィルターの保護膜上
に透明導電性膜からなる表示用のパターンを形成した電
極を設けた。

着色層の隣接するＲ、Ｇ、Ｂ部分の間に形成される凹
部に対応した部分および着色層の厚みの異なる部分の上
部の保護膜上には下部の凹凸を反映している。第４図
（Ａ）は、着色層を形成したカラーフィルターの断面図
を示すが、着色層のＲ、Ｇ、Ｂの部分の間には空間５が
あり、またＲ、Ｇ、Ｂには高さに段差６が生じている。
このような着色層上に保護膜を形成すると従来の保護膜
の材料では同図（Ｂ）のように下部の凹凸等に応じて表
面の凹凸が大きく平坦性が好ましくない。ところが、本
発明の保護膜では同図（Ｃ）のように下部の凹凸が大き
くても保護膜の表面には大きな凹凸は生ぜずきわめて平
坦性が良好となる。その結果保護膜上に成膜される透明
電極の平坦性も良好となる。

また、本発明の感光性樹脂による保護膜では多官能性
光重合性モノマーが架橋剤として作用する結果、樹脂の
橋かけ度が高まり、膜の硬度がオリゴマーのみの場合、
鉛筆硬度でHB〜2Hのものが4Hないし9Hまで向上した。そ
の結果耐熱性が250℃程度となり、更に保護膜上に0.2〜
0.4μｍ程度の厚い透明導電性膜を形成してもカラーフ
ィルターにクラックやしわは発生しなかった。

さらに、前記樹脂の塗布前に透明基板に塗布あるいは
前記樹脂中に添加するシランカップリング剤には、多く
の市販のシランカップリング剤を使用することが可能で
あるが、とくにγ−（２アミノエチル）アミノプロピル
トリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシ
シラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
等を使用することが好ましい。

実施例１ 赤色、緑色及び青色の顔料を、それぞれ第１表に示し
たような組成割合で感光性樹脂に分散させて、赤色、緑
色及び青色の着色感光性樹脂を作製する。

基板には、厚さ1.1mmのガラス基板（旭硝子（株）製A
L材）を充分に洗浄して用いる。

その上に、赤色感光性樹脂を1.2μｍの膜厚になるよ
うに塗布し、その後温度70℃で30分間オーブン中で乾燥
させ、水銀ランプを用いて露光し、水によるスプレー現
像を１分間行い、赤色画素を形成すべき領域に赤色のレ
リーフ画像を形成し、さらに150℃で30分間、加熱硬化
させた。

同様の工程を繰り返して、緑色画素を形成すべき領域
に緑色のレリーフ画素を形成し、青色画素を形成すべき
領域に青色のレリーフ画素を形成して着色層を形成し
た。

続いて光硬化性アクリレートオリゴマーとして、ｏ−
クレゾールノボラックエポキシアクリレート（分子量15
00〜2000）を50重量部、多官能重合性モノマーとして、
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（日本化薬
（株）製DPHA）を50重量部混合し、さらに重合開始剤と
してイルガキュアー（チバガイギー社（株）製）２重量
部を混合した配合物を、エチルセルソルブアセテート20
0重量部中に溶解させ、その溶液10gを用いてスピンコー
ターで前記着色層上に2.0μｍの厚さに塗布した。フォ
トマスクを配置してプロキシミティーアライナによっ
て、2.0KWの超高圧水銀ランプによって着色層上のみに
紫外線を10秒間照射した。続いて温度25℃の1,1,2,2−
テトラクロロエタンからなる現像液中に１分間浸漬し
て、塗布膜の未硬化部分のみを除去した。

次に、形成された保護膜上にスパッタリング法によ
り、厚さ0.4μｍのITO膜（酸化インジウムと酸化錫の複
合膜）を被覆した。

透明電極層の平坦性を探針式膜厚計によって測定した
ところ、凹凸は0.01μｍ〜0.05μｍと小さいものであ
り、平坦性は良好であった。

また、得られたカラーフィルターは250℃に加熱して
も異状は認められず充分な耐熱性を有していた。

実施例２ 実施例１と同様組成の樹脂から形成した膜、シランカ
ップリング剤としてγ−（２アミノエチル）アミノプロ
ピルトリメトキシシラン（東レ・シリコーン（株）製
SH6020）の0.1〜0.2％溶液をガラス基板に塗布した後に
実施例１の樹脂を塗布して形成した膜、シランカップリ
ング剤を添加した実施例１の樹脂から形成した膜につい
て、塗布膜の接着強度を碁盤目試験（JIS規格）により
評価したところ第２表のようになった。同表での「基板
を処理」および「樹脂に添加」は、シランカップリング
で基板を処理あるいは実施例１の樹脂に添加することを
意味する。

また、本発明の保護膜およびシランカップリング剤に
よる処理による保護膜は、接着強度の面で優れた特性を
有し、透明性あるいは光の透過特性の面では特性の変化
は生じなかった。

比較例１ 多官能光重合性モノマーを添加しないことを除いては
実施例と同様の方法で保護膜を形成した。

得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度のHB〜2Hに相当する
ものであった。

続いて、保護膜上に実施例と同様の方法でITO膜を被
覆したが、0.15μｍのITO膜でしわが発生した。また凹
凸は0.1μｍ〜0.5μｍであり、耐熱温度は220℃であっ
た。

比較例２ 保護膜の材料として熱硬化性アクリレート商品名 JS
S181（日本合成ゴム社製）を用いたこと、及び保護膜の
硬化を180℃で１時間加熱した点以外は実施例と同様の
方法で保護膜を形成した。

得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度のHBないしは4Hに相
当した。

続いて、保護膜上に実施例と同様の方法でITO膜を被
覆したが、0.1μｍのITO膜でしわが発生した。また凹凸
は0.2μｍ〜0.7μｍであり、耐熱温度は200℃であっ
た。

比較例３ 保護膜の材料として熱硬化性エポキシ樹脂、商品名
CZ−003（日産化学製）を用いたこと、及び保護膜の硬
化を180℃で１時間加熱とした点以外は実施例と同様の
方法で保護膜を形成した。

得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度のHBないしは2Hに相
当した。

続いて、保護膜上に実施例と同様の方法でITO膜を被
覆したが、0.1μｍのITO膜でしわが発生した。また凹凸
は0.2μｍ〜0.7μｍであり、耐熱温度は200℃以下であ
った。

比較例４ 保護膜の材料としてシリコーンゴム、商品名TDA1H
（触媒化成社製）を用いたこと、及び保護膜の硬化を18
0℃で１時間加熱とした点以外は実施例と同様の方法で
保護膜を形成した。

得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度の3Hないしは9Hに相
当し、耐熱温度も250℃以上と良好であったが、保護膜
上に実施例と同様の方法でITO膜を被覆すると、0.2μｍ
以上のITO膜でクラックが発生し、また凹凸は0.2μｍ〜
0.7μｍであった。

［発明の効果］ 本発明のカラーフィルターは着色層外周部には保護膜
を有しないので、カラーフィルターと対向電極とをはり
あわせる際に充分な接着強度が得られる。また、カラー
フィルターを再利用するために、シール剤とタブを剥離
する際にシール剤、タブと共に保護膜が剥離することは
ない。

更に、保護膜の樹脂として光重合性アクリレートオリ
ゴマーに多官能光重合性モノマーを添加したものを用い
ているので、樹脂の橋かけ度が高く、剛直で硬い膜質を
得ることができ、保護膜上に厚い透明導電性膜を形成し
てもしわやクラックが発生せず、また凹凸が少なく平坦
性に優れた保護膜が得られるので、成膜した透明導電性
膜はきわめて平坦性に優れており、保護膜の周囲が透明
基板から剥離することはないので品質の優れたカラーフ
ィルターを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラーフィルターに未硬化の樹脂を塗
布した状態を示す断面図、第２図はフォトマスクを配置
して紫外線の露光を説明する断面図、第３図は製作が完
了した本発明のカラーフィルターの断面図、第４図は保
護膜の凹凸を示す図。 透明基板……１、着色層……２、保護膜……３、フォト
マスク……４、空間……５、段差６

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に着色層を形成し、その上面に
   光重合性アクリレートオリゴマーと２官能以上の多官能
   光重合性アクリレートモノマーとの混合系からなる樹脂
   を前記着色層上に塗布し、紫外線硬化させて保護膜とし
   たことを特徴とするカラーフィルター。
2. 【請求項２】前記樹脂において、マスク等を介してカラ
   ーフィルターの所定内領域の樹脂のみ紫外線硬化させ、
   未硬化部の樹脂と相溶性を有する溶液にて前記未硬化樹
   脂を溶解除去し、所定内領域にのみ保護膜を形成した請
   求項１記載のカラーフィルター。
3. 【請求項３】前記光重合性アクリレートオリゴマーある
   いはモノマーに酸無水物を含有し、未硬化部分をアルカ
   リ水溶液にて溶解除去し、カラーフィルターの所定内領
   域にのみ保護膜を形成した請求項２記載のカラーフィル
   ター。
4. 【請求項４】透明基板上にシランカップリング剤を塗布
   の後に前記樹脂を塗布したことを特徴とする請求項１〜
   請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルター。
5. 【請求項５】前記樹脂にシランカップリング剤を添加し
   て塗布したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいず
   れか１項に記載のカラーフィルター。