JP2871276B2 - カラーフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー液晶表示装置の液
晶セル等に内設すると好適なカラーフィルターとするこ
とができ、更に詳しくは、ＴＮ（ツイストテッド・ネマ
チック）型液晶表示、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッド
・ネマチック）液晶表示およびＦＬＣ（強誘電性液晶）
表示装置に適する色分解に用いるカラーフィルターおよ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に最も近い技術としては、特開平
３−５３２０１を挙げることができる。技術内容は、基
板上に、アクリル樹脂、有機色素、分散剤および溶剤を
主成分とする着色樹脂組成物をコーティングして、任意
の色数で所望のパターン形状に各色別に設けたカラーフ
ィルターであって、上記アクリル樹脂のモノマーが、一
般式

【０００３】

【化４】

【０００４】

【化５】

【０００５】

【化６】

【０００６】であり、少なくとも（化４）及び（化５）
を含み、しかも（化６）は一種又はそれ以上を含む樹脂
であり、その組成比が（化４）１０〜２５重量部、（化
５）１０〜３０重量部、（化６）４０〜８０重量部、で
あるモノマー組成からなることを特徴とするカラーフィ
ルターであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記カラーフィルター
は、例えば赤色のカラーフィルターを基準とした場合の
膜硬度が６０以下であった。

【０００８】この結果、カラーフィルター形成後で疵が
発生し易くなっていた。

【０００９】また、液晶のビーズ等のスペーサーが、そ
の部分だけカラーフィルターに沈みこみ、またはへこみ
が発生する。これにより、液晶表示素子のギャップがス
ペーサーよりも狭くなってしまい、液晶封入幅が狭くな
り、表示品質が低下してしまう。

【００１０】また、上記カラーフィルターの耐熱温度
は、２５０度程度であった。

【００１１】また、このカラーフィルター形成後、配向
膜を形成するが、ここではポリイミド等の焼成温度の高
い樹脂が用いられる。しかし、カラーフィルターの耐熱
温度以上の温度とするとカラーフィルターの品質が劣化
してしまうために、配向膜の品質とカラーフィルターの
品質を両立させる事は困難であった。

【００１２】すなわち本発明は、以上の問題点に鑑み、
疵が発生しないカラーフィルターが望まれていた。ま
た、液晶の表示品質の向上が望まれていた。また、配向
膜の品質とカラーフィルターの品質を両立させる事が望
まれていた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、上記
課題を解決するため、基板上に、アクリル樹脂、有機色
素、分散剤および溶剤を主成分とする着色樹脂組成物を
コーティングして、任意の色数で所望のパターン形状に
各色別に設けたカラーフィルターであって、上記アクリ
ル樹脂モノマーが、（化１）（化２）（化３）であり、
少なくとも（化１）及び（化２）を含み、しかも（化
３）は１種又はそれ以上を含む樹脂であり、その組成比
が（化１）１５〜３０重量部、（化２）１０〜３０重量
部、（化３）４０〜８０重量部、であるモノマー組成か
らなることを特徴とするカラーフィルター、

【００１４】ならびに、基板上に、アクリル樹脂、有機
色素、分散剤、光重合性モノマー、感光剤及び溶剤を主
成分とする着色組成物を各色別に、コーティング、露
光、現像により所望のパターン状に繰り返し施し、加熱
焼成して着色層としてなるカラーフィルターの製造方法
であって、上記アクリル樹脂モノマーが、一般式（化
１）（化２）（化３）であり、少なくとも（化１）及び
（化２）を含み、しかも（化３）は１種又はそれ以上を
含む樹脂であり、その組成比が（化１）１５〜３０重量
部、（化２）１０〜３０重量部、（化３）４０〜８０重
量部、であるモノマー組成からなることを特徴とするカ
ラーフィルターの製造方法を提供するものである。

【００１５】図１は、カラーフィルターを使用した液晶
表示装置の１例を示す。光源１として蛍光燈等を発した
白色光は、偏光板２透明基板３を通して、画像電極４と
配向膜５を通り液晶６に進み、さらに配向膜８、透明電
極９を通りカラーフィルター１０で三原色に分解され
る。

【００１６】さらに透明基板１１を通り偏光板１２を通
り視感により色として認識される。

【００１７】この様な表示装置において、液晶６は、配
向膜５、８と封止剤７に接して封入され、画素電極４と
透明電極１１の間に印加された電気信号によって配向を
変える。

【００１８】この時、偏光板２、１２の作用により光シ
ャッターとして作用し、カラーフィルターを通った光は
情報化される。カラーフィルター１０の各色の大きさ
は、画素電極４と同一であり、大型ディスプレイの場合
は、数ミリメートル角、携帯型ディスプレイの場合は、
数十ミクロンないし数百ミクロンメートル角であり、カ
ラーフィルター１０は、微細加工の可能な素材から構成
されなければならない。

【００１９】次に本発明のカラーフィルターの構成につ
いて以下説明する。図１に示す様に透明基板１１として
は、ガラス基板、透明樹脂板、透明樹脂フィルム等が適
用できる。

【００２０】カラーフィルター１０は、通常該透明基板
１１上に位置し、更に該カラーフィルター１０上に透明
電極９が設けられているのが一般的である。しかし場合
によっては、透明基板１１上に透明電極を設け、その上
にカラーフィルターが位置することもある。

【００２１】カラーフィルター１０は、図１で示したよ
うに、例えば赤色フィルター層Ｒ、緑色フィルター層
Ｇ、青色フィルター層Ｂからなる。また場合によって
は、黒色もしくは、不透明の遮光層または、無着色層が
Ｒ、Ｇ、Ｂの間に介在して設けられることもある。

【００２２】赤色フィルター層Ｒはアクリル系樹脂、赤
色顔料、分散剤を主成分として構成される。以下同様に
緑色フィルター層Ｇ、青色フィルター層Ｂもアクリル系
樹脂・顔料・分散剤から成る。アクリル系樹脂の役割は
透明基板１１上に各色顔料を固定せしめ、また必要に応
じて任意の形状でパターン化を可能ならしめ、更に、カ
ラーフィルター１０上に、透明電極９を形成する場合の
基材となる。

【００２３】各色の顔料は、白色光を分解する役割を担
うため、透明性・耐光性・耐熱性が優れていなければな
らない。該顔料の一次粒子径は、０．３μｍ以下好まし
くは０．１μｍ以下であって可視光の波長に対して十分
小さくする。さらに言えば透明性の優れた顔料として有
機顔料が望ましい。

【００２４】分散剤としては、顔料の凝集を防ぎアクリ
ル系樹脂中に該顔料を均一に分散させるために添加され
る。従って該分散剤もまた耐熱性を有し、カラーフィル
ター１０の諸特性を阻害してはならない。この目的に合
致する分散剤として、顔料または染料の有機色素誘導体
が極めて有効であることが判明した。

【００２５】分散剤としては、勿論、該顔料の誘導体に
限定する必要はなく、陽イオン活性剤、陰イオン活性
剤、非イオン活性剤等も適用できる。アクリル系樹脂に
対する顔料の重量比は、通常０．２５ないし３の範囲が
好ましい。

【００２６】顔料の比率を下げるとフィルターとしての
特性は向上するが、所定の光学濃度を得るためには、膜
厚を大きくする必要があり、微細加工が困難になる。顔
料の比率を挙げると、顔料の分散性および塗布性が著し
く劣化する。

【００２７】顔料に対する分散剤の重量比は０．０１な
いし０．２が好ましいが、かならずしもこの値に限定す
る必要はない。上記配合によるカラーフィルターの膜厚
は０．７５μｍないし３．０μｍであった。この様にし
て作成されたカラーフィルターの代表的な分光特性を図
２に示した。

【００２８】本発明に用いるアクリル樹脂のモノマー
は、（化１）では、Ｒ₁ がＨの場合メタクリル酸、Ｒ₁
がＣＨ₃ の場合メタクリル酸を示す。（化２）では、Ｒ
₁ がＨの場合ヒドロキシルエチルメタクリレートを示
し、Ｒ₁ がＣＨ₃ の場合ヒドロキシエチルメタクリレー
トを示す。（化３）ではＲ₂ がＨの場合、シクロヘキシ
ルアクリレートであり、Ｒ₂ がＣＨ₃ の場合はシクロヘ
キシルメタクリレートを示す。

【００２９】またこれらの組成のアクリル樹脂を合成す
る時に、少量添加することに、特性を変えるのことので
きるモノマーとして、ベンジルアクリレート、フェニル
アクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリロニ
トリル、ビニルアセテート、Ｎ−ビニルピロリドン、テ
トラヒドロフルフリルメタクリレート等があり、これら
のものを加えても良い。

【００３０】アクリル樹脂は、上記した（化１）（化
２）（化３）を共重合することにより得られる。これら
（化１）（化２）（化３）のモノマーの望ましい配合比
は、（化１）１５〜３０重量部、（化２）１０〜３０重
量部、（化３）４０〜８０重量部である。

【００３１】次に、樹脂を溶解させる溶剤としては、メ
チルセロソルブエチルセロソルブ、等が良く、またこれ
らの溶剤の混合物でも良いが、特に溶解性、コーティン
グ性からエチルセロソルブが望ましい。

【００３２】本発明に用いることができる色素として
は、染料や顔料が有るが、耐熱性、耐光性の面から顔料
が望ましい。

【００３３】顔料としては、硫酸バリウム、亜鉛華、硫
酸鉛、酸化チタン、黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青、酸
化クロム、カーボンブラックなどの無機顔料、ベンチジ
ンイエローＧ、ベンチジンイエローＧＲ、リソールファ
ーストオレンジ３ＧＬ、バルカンファーストオレンジＧ
Ｃ、ピグメントスカーレット３Ｂ、チオクンジゴマルー
ン、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、
インダンスレンブルー、グリーンゴールド、マカライト
グリーンレーキなどであるが、具体的にカラーインデッ
クス（Ｃ．Ｉ．）ナンバーで示す。

【００３４】Ｃ．Ｉ．黄色顔料 20、24、86、109
、110 、117 、125 、137 、138 、147 、148 、153
、154 、166 、168 Ｃ．Ｉ．オレンジ顔料 36、43、51、55、59、61 Ｃ．Ｉ．赤色顔料 9 、97、122 、123 、149 、16
8 、177 、180 、192、215 、216 、又は217 、220 、2
23 、224 、226 、227 、228 、240 Ｃ．Ｉ．バイオレット顔料 19 、23、29、30、37、40、
50 Ｃ．Ｉ．青色顔料 15、15：6 、22、60、64 Ｃ．Ｉ．ブラウン顔料 23、25、26、 Ｃ．Ｉ．黒色顔料 7

【００３５】本発明に係わる分散剤は有機色素の誘導体
であり、母体となる有機色素としてはアゾ系、フタロシ
アニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ペリレ
ン系、ペリノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、
イソインドリノン系、キノフタロン系、トリフェニルメ
タン系、金属錯塩系などである。

【００３６】これらの有機色素に置換基を有し、色素の
分散に有効な誘導体が用いられる。置換基としては、水
酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、カルボンアミド
基、スルホンアミド基、あるいは

【００３７】一般式 −ＣＨ₂ −Ｘ−Ａ （但し、Ｘは酸素またはイオウ原子、Ａはアリール基を
示す）

【００３８】

【化７】

【００３９】

【化８】

【００４０】

【化９】

【００４１】

【化１０】

【００４２】

【化１１】

【００４３】で示されるいずれかの置換基である。これ
らの置換基から選ばれる少なくとも１種の置換基を有す
る誘導体が用いられる。

【００４４】なお、色素と、分散剤の母体有機色素と
は、通常相の関係から同一のものが組合せられるが、必
ずしも一致している必要はない。

【００４５】本発明の組成物において、組成割合は、特
に限定はないが、通常アクリル樹脂が組成物に対し、１
０〜５０重量％程度であり、色素の割合はアクリル樹脂
の種類や色素の種類によって異なるが、アクリル樹脂に
対し、１〜３０重量％程度であり、また、分散剤は色素
の種類などによって異なるが、色素に対し１〜１０重量
％程度である。

【００４６】さらに色素の含有率の高いカラーコンセン
トレイトとしても、本発明の着色組成物を使用すること
もできる。なお、必要に応じて添加剤を配合することも
できる。

【００４７】本発明に基づき着色組成物などを作るに
は、アクリル樹脂、溶剤、色素、分散剤をロールミル、
ボールミル、サンドミル、アトライター、その他の分
散、混合装置によって分散、混合する。

【００４８】またアクリル樹脂、色素、分散剤をロール
ミルなどで予め分散させ、次に溶剤あるいはアクリル樹
脂および溶剤のワニスで希釈することにより作ることも
できる。また、色素および分散剤を混合し、次にワニス
等と混合、分散させることもできる。

【００４９】なお、混合、分散の順序はこれだけに限る
ものではなく、適宜行うことができる。

【００５０】本発明の着色組成物を重合法として用いる
場合、加えられるモノマー及び重合開始剤を種々用いる
ことができるが、モノマーとしては、２官能、多官能モ
ノマーがあり、２官能モノマーとして、１．６−ヘキサ
ンジオールジアクリレリート、エチレングルコールジア
クリレート、ネオペンチルグリコール、ジアクリレー
ト、トリエチレングリコールジアクリレート、ビス（ア
クリロキシエトキシ）ビスフェノールＡ、３−メチルペ
ンタンジオールジアクリレート等があり、多官能モノマ
ーとして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トリアクリレート、トリス（２−ヒ
ドロキシエチル）イソシアネート、ジペンタエリスリト
ールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペン
タアクリレート等があり、これらのモノマーは、昭和高
分子（株）、東亜合成化学工業（株）、セラニーズケミ
カル（株）、日本化薬（株）等の市販品がある。

【００５１】また光重合開始剤としては、アセトフェノ
ン、ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケタール、ベン
ゾイルパーオキサイド、２−クロロチオキサントン等が
あり、大東化学工業所（株）、新日曹化工（株）、チバ
ガイギー、大阪有機合成化学工業（株）等から市販品が
ある。

【００５２】又基板を組成物との接着性を向上させるた
めに市販の各種プライマーを組成物に添加するか、また
は、あらかじめ基板上にコートして乾燥させた後組成物
をコートしても良い。

【００５３】本発明になるカラーフィルターの製造方法
は以下（１）（２）（３）の工程からなる。

【００５４】（１）アクリル樹脂に顔料及び分散剤を添
加して、三本ロール等の攪拌機で十分混練し各色着色組
成物を作る工程。 （２）この組成物に重合開始剤およびアクリルモノマー
を加える工程。 （３）該着色組成物を透明基板に塗布後パターン化、ま
たはパターン状に塗布して加熱縮合し、アクリル樹脂、
顔料及び分散剤から成る着色フィルター層を形成し、必
要に応じて更に上記工程を繰り返して２色以上の色相の
組合せになるカラーフィルターを形成する工程。

【００５５】ここでアクリル樹脂は顔料の分散媒であ
り、分散剤はアクリル樹脂中に顔料を均一に分散させる
ための補助剤である。該顔料及び分散剤をアクリル樹脂
に添加し３本ロール等で十分混練して各色着色ワニスを
製造する。

【００５６】次に透明基板１１上に該着色ワニス例えば
赤色ワニスをスピンナー、ロールコーター等で塗布す
る。次に２３０℃以下の温度で溶剤を除き該着色ワニス
の乾燥皮膜即ち着色フィルター層１３を形成する。

【００５７】次に超高圧水銀燈等を用いて、マスク露光
し、現像して、着色フィルター層のレリーフパターンを
形成する。この操作を、さらに２回くり返して、Ｒ、
Ｇ、Ｂ（赤、緑、青）を形成したのが図３である。

【００５８】図４は、各着色パターンの間にすき間を設
けて、その間に黒の着色組成物を用いてコート後、バッ
ク露光後現像、焼成し、各着色パターン１５の間に黒色
ストライプまたは、格子のパターン状遮光膜１６を付け
たものである。

【００５９】

【作用】上記カラーフィルターは、例えば赤色のカラー
フィルターを基準とした場合の膜硬度が７２以上となる
ので、カラーフィルター形成後で疵が発生しにくくなっ
た。

【００６０】また、液晶のビーズ等のスペーサーがあっ
ても、カラーフィルターの厚みに変化が起こらず、液晶
表示素子のギャップが一定となり、表示品質が向上す
る。

【００６１】また、上記カラーフィルターの耐熱温度
は、一時間加熱で２７０度となったため、配向膜の焼成
温度を十分上げる事ができ、配向膜の品質とカラーフィ
ルターの品質を両立できるようになった。

【００６２】

【実施例】アクリル樹脂（アクリル酸２５部、ヒドロキ
シエチルメタクリレート１５部、シクロヘキシルメタク
リレート６０部をエチルセロソルブ３００部に溶解し、
窒素雰囲気下でアゾビスイソブチロニトリル０．７５部
を加えて７０℃、５時間反応より得られたアクリル樹
脂）を樹脂濃度１０％になる様にエチルセロソルブで希
釈した。この希釈樹脂９０．１ｇに対し顔料９．０ｇ、
分散剤０．９ｇを添加して、３本ロールで十分混練して
赤、緑、青色のワニスを作成した。以下、顔料および分
散剤を示す。

【００６３】（赤色フィルター用） 顔料 リオトゲンレッドＧＤ（東洋インキ製造（株）製Ｃ．
Ｉ．ピグメントレッド１６８）６．７５ｇとリオノーゲ
ンオレンジＲ（東洋インキ製造（株）製Ｃ．Ｉ．ピグメ
ントオレンジ３６）２．２５ｇとの混合物

【００６４】分散剤

【００６５】

【化１２】

【００６６】（緑色フィルター用） 顔料 リオノールグリーン２ＹＳ（東洋インキ製造（株）製
Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６）６．７５ｇとリオノ
ーゲンエロー３Ｇ（東洋インキ製造（株）製Ｃ．Ｉ．ピ
グメントエロー１５４）２．２５ｇとの混合物

【００６７】分散剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 ＣｕＰＣ〔ＳＯ₂ Ｎ（Ｃ₁₈Ｈ₃₇）₂ 〕₂

【００６８】（青色フィルター用） 顔料 リオノールブルーＥＳ（東洋インキ製造（株）製Ｃ．
Ｉ．ピグメントブルー１５：６）７．２ｇとリオノーゲ
ンバイオレットＨＲ（東洋インキ製造（株）製Ｃ．Ｉ．
ピグメントバイオレット２３）１．８ｇとの混合物

【００６９】分散剤

【００７０】

【化１３】

【００７１】各着色樹脂１００ｇに対しトリメチロール
プロパントリアクリレート（モノマー）７．０ｇ、４．
４’−ジエチルアミノベンゾフェノン１．５ｇを加え
て、良く攪拌して、着色組成物とした。

【００７２】まず、基板上に、γ−グリシドキシプロピ
ルメチルジエトキシシランをスピンコートして、良くス
ピン乾燥させた。

【００７３】青色組成物をスピンコート（１１００ｒ．
ｐ．ｍ、４０秒間）し乾燥させた。７０℃で２０プリベ
ーク後、ポリビニルアルコール５％溶液をコートした。

【００７４】７０℃、２０乾燥後、画素サイズ３０μｍ
×１００μｍのマスクを用いて露光（３０ｍＪ／ｃｍ
² ）した。２．５％炭酸ナトリウム溶液で現像後、良く
水洗いした。

【００７５】基板に顔料が付着しているので、柔らかい
スポンジでこすり顔料を除去した。さらに水洗後、スピ
ン乾燥後２３０℃で１時間ベークしてパターンを定着さ
せた。

【００７６】緑、赤色についても各組成物を用いて、同
様に定着させカラーフィルターを完成した。

【００７７】このカラーフィルターの上に５％メラミン
・エポキシ樹脂（東洋インキ（株）製）をコートし、２
３０℃で１２０分ベークしてオーバーコートを付けた。

【００７８】実施例１で作成したカラーフィルターの特
性は、耐熱性が２７０℃１時間以上で、耐光性が２４０
時間以上（キセノンランプ５００００ルクス）で、平滑
性が±０．１ｍｍ以下である液晶用カラーフィルターと
しての特性を示した。

【００７９】

【発明の効果】カラーフィルター形成後に疵が発生しに
くくなった。また、液晶のビーズ等のスペーサーがあっ
ても、カラーフィルターの厚みに変化が起こらず、液晶
表示素子のギャップが一定となり、表示品質が向上し
た。

【００８０】また、配向膜の品質とカラーフィルターの
品質を両立できるようになった。

【００８１】

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な液晶表示装置の一例を示す断面図。

【図２】本発明の実施例のカラーフィルターの分光特性
を示すグラフ。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のカラーフィルター
の製造方法の一実施例を工程順に示す断面図。

【図４】遮光膜を設けた本発明のカラーフィルターの一
実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 光源 ２、１２ 偏光板 ３ 透明基板 ４ 画像電極 ５、８ 配向膜 ６ 液晶 ７ 封止材 ９、１１ 透明電極 １０ カラーフィルター

フロントページの続き (72)発明者 澤田 豊明 東京都台東区台東一丁目５番１号 凸版 印刷株式会社内 審査官 瀬川 勝久 (56)参考文献 特開 平２−199403（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 5/20 101 G02F 1/1335 505 G03F 7/033

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、アクリル樹脂、有機色素、分散
   剤および溶剤を主成分とする着色樹脂組成物をコーティ
   ングして、任意の色数で所望のパターン形状に各色別に
   設けたカラーフィルターであって、上記アクリル樹脂の
   モノマーが、一般式：（化１）（化２）（化３） 【化１】 【化２】 【化３】 であり、少なくとも（化１）及び（化２）を含み、しか
   も（化３）は一種又はそれ以上を含む樹脂であり、その
   組成比が（化１）１５〜３０重量部、（化２）１０〜３
   ０重量部、（化３）４０〜８０重量部、であるモノマー
   組成からなることを特徴とするカラーフィルター。
2. 【請求項２】分散剤が有機色素の誘導体である請求項１
   記載のカラーフィルター。
3. 【請求項３】カラーフィルターの上にオーバーコート層
   を設けたことを特徴とする請求項１記載のカラーフィル
   ター。
4. 【請求項４】基板上に、アクリル樹脂、有機色素、分散
   剤、光重合性モノマー、感光剤及び溶剤を主成分とする
   着色組成物を各色別に、コーティング、露光、現像によ
   り所望のパターン状に繰り返し施し、加熱焼成して着色
   層としてなるカラーフィルターの製造方法であって、上
   記アクリル樹脂モノマーが、一般式（化１）（化２）
   （化３）であり、少なくとも（化１）及び（化２）を含
   み、しかも（化３）は１種又はそれ以上を含む樹脂であ
   り、その組成比が（化１）１５〜３０重量部、（化２）
   １０〜３０重量部、（化３）４０〜８０重量部、である
   モノマー組成からなることを特徴とするカラーフィルタ
   ーの製造方法。