JPH02181704A - カラーフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈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てき、更に詳しく
は、ＴＮ（ツィステッド・ネマチック）型液晶表示、Ｇ
１１（ゲスト・ホスト）型液高表示、ＳＴＮ　（スーパ
ー・ツィステッド・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用カラーフィ
ルターおよびその製造方法に関する。

〈発明の目的〉 アクリル系樹脂は耐熱性、透明性および耐薬品性が優れ
ており、また一方顔料は染料に比較して耐熱性、耐光性
に優れているので、アクリル系脂肪に顔料を高度に分散
することにより、耐熱性、耐光性および透明度の良い液
晶用のカラーフィルターを作成することができた。この
特性の優れたカラーフィルターを提供することを目的と
する。

〈従来の技術〉 従来、カラーフィルターは、染色可能な有機天然物（ゼ
ラチン、カゼイン等）を精製して、低分子（１万〜５万
）に分解したものを用いている。

このを機動は、水に可溶であるため、水溶液をコーチイ
ン、バターニング、染色およびベーキングを各着色ごと
にくり返してカラーフィルターを作成していた。しかし
ながら被染色体が天然物であるため耐熱性に弱いことと
、染料を用いるため耐光性にも弱いと言う難点があった
。また一方、耐熱耐光性を向上させるために、顔料の使
用について、種々、検討されているが顔料の分散性に問
題があり均一性が良く透明度の高い、実用的なカラーフ
ィルターを作成することは難しかった。また耐熱性につ
いてカラーフィルターに液晶を動作させるための透明電
極の蒸着と液晶を配向させるためのポリイミド系樹脂の
コーティングおよび焼成が必要である。

また一方、耐光性は野外及び車載用に使用する場合に直
接太陽光を受ける可能性があり、高い耐光性が望まれて
いた。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来技（ネｉで述べたごとくゼラチン・カゼインを用い
る染色タイプのカラーフィルターは耐熱性、耐光性に若
干の問題があった。又、顔料を使用して耐光性を向上さ
せることは検討されている力へ顔料の分散性に問題があ
り、透明性と均一性を良くすることが難しかった。しか
しながら、均一性と透明性の良いカラーフィルターを作
成することが可能となった。

く課題を解決するための手段〉 次に本発明であるカラーフィルターについて図を参照し
ながら説明する。第１図は、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Ｊ　（１）として螢光
燈等を発した白色光は、偏光板（２）透明基板（３）を
通して、画素電極（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００で三原色に分解される。

さらに透明基板（ＩＩ）を通り偏光板ｒｍを通り視感に
より色として認識される。この様な素子において、液晶
（６）は、配向ａ（５）および（８）と封止材（７）に
接して封入さされ、画素電極（４）と透明電極０１）の
間に印加された電気信号に配向を変える。この時、偏光
板（２）とＯＺの作用により光シヤツターとして作用し
、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００の各色の大きさは、画素電極（４）と同
一であり、大型デイスプレィの場合は、数ミリメートル
角、バンプー型デイスプレィ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０
０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。

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。第１図に示す様に透明基板（１０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
。

カラーフィルター００１は、通常該透明基板（Ｉｌｌ上
に位置し、更に該カラーフィルター００１上に透明電極
（９）が設けられるのが一般的である。しかし場合によ
っては、透明基［０１）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。

カラーフィルター（ｍｌは第１図で示したように、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。赤色フィルターＮ（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７１　（Ｂ）
　　もアクリル系樹脂・Ｉ！ＪＩ＃４・分散剤から成る
。アクリル系樹脂の役割は透明基Ｆｉ（ＩＩ）上に各色
顔料を固定せしめ、又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ａΦ上に
、透明型１　（９）を形成する場合の基材となる。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・耐熱性が秀れていなければならない、該顔料の
一次粒子径は、０．３　μｍ以下好ましくは０．１　μ
ｍ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秀れた顔料として有機Ｒ料が望ま
しい。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
って該分散剤も又耐熱性を有し、カラーフィルター〇〇
の緒特性を阻害してはならない。

この目的に合致する分散剤して、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６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なし３の範囲が好ましい。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４度を得るためには、膜厚を大きくする必要かあり
、＠線加工が困難になる。１ｌｌｉ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。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３．０　μｍ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第２図に示した。

本発明に用いるアクリル樹脂のモノマーは、Ｒ７ Ｃ１１−Ｃ−Ｃ００（Ｃ１ｈ）、１ＣＩｌ＋　−−（ａ
）では、Ｒ９がＨの場合、ｎ−０で： ＣＬ　−Ｃ−Ｃｏｏ　　Ｃｌ１ｓ　　（メチルアクリレ
ート）口調１で： ｎ冨２で： Ｒ３がＣＨ３の場合、 ＣＨ。

ｎ−３で： ＣＨｔ　　”ＣＣｏｏ　　　　Ｃｆ１ｘ　　　　ＣＬ　
　　　ＣＬ　　　　ＣＨ寞　−Ｃ１１３（ペンチルアク
リレート） を表し、Ｒ１が−Ｃ１（３の場合、それぞれメチルメタ
クリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリ
レート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレー
ト、プロピルメタアクリレート、ブチルメタクリレート
、ペンチルメタクリレートを表わす。

ＣＨｉ　−Ｃ−ＣＯＯ−ＣＨｔ　　Ｃｕｔ　−ＯＨ・・
・・・・ｂ）では、Ｒ８がＨの場合、 ＣＨｉ　−Ｃ−Ｃ０Ｎ（Ｃ１ｌｉ）　ｚ　−−（ｃｌは
、Ｎ、Ｎジメチルアクリルアニドであり、これに代えて
用いることのできる七ツマ−として：ＣＬ　　電Ｃ−Ｃ
ＯＯＣＨｚ　　ＣＬ　　　　Ｎ　　（ＣＩＩｓＬ（ジメ
チルアミノエチルメタクリレート）がある。

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、特性を変えることのできるモノマーと
して、ベンジルアクリレート、フ二二ルアクリレート、
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。

アクリル樹脂は、上記した（ａ）　（ｂ）　（Ｃ１を共
重合することにより得られる。これら（ａ）　（ｂ）　
（Ｃ）のモノマーの望ましい配合比は、（ａ）１０〜３
０ｆ！１部、（ｂ）２０〜４０重量部（Ｃ）　１５〜６
０重量部である。

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、コーテイング性からエチ
ルセロソルブが望ましい。

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。

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、ペンから、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、パルカンファース
トオレンジＧＣ，ビグメントスカーレット３Ｂ、チオイ
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−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，ｌ）ナンバーで示す。

Ｃ０Ｉ、黄色顔料　　２０．２４．８６．９３．１０９
．１１０，１１７．１２５．１３７．１３８，１４７，
１４８，１５３．１５４．１６６．１６８ Ｃ１Ｉ、オレンジ顔料　３６．４３．５１．５５．５９
．６１Ｃ，１，赤色顔料　　９．９’！、１２２．１２
３．１４９，１６８．１７７．１８０．１９２，２１５
，２１６．又は２１７．２２０．２２３，２２４，２２
６，２２７，２２８゜Ｃ８！、バイオレット顔料　１９
．２３．２９．３０．３７．４０、ｃ、ｒ、青色顔料　
　１５．１５：６．２２．６０．６４Ｃ，１，緑色顔料
　　７．３６ Ｃ０Ｉ、ブラウン顔料　２３．２５．２６Ｃ１１，黒色
顔料　　７ 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、チオインジゴ系、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。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、あるいは下記−般式で示
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。

一般式： ％式％ （ｘ：酸素またはイオウ原子、Ａニアリール基） またはアルキル基、あるいはＲ１とＲ１とで少なくとも
窒素原子を含む複素Ｎ） （Ｒ，：水素原子、アルキル基またはアリール基、 Ｒよ　：アルキル基またはアリール基、あるいはＲ，と
Ｒ８とで少なくとも窒素原子を含む複素環） （Ｘ：アルキレン基、Ｒ９ Ｒ１：水素原子 （Ｒ１：水素原子、アルキル基、 Ａ　：アルキレン基、 Ｒ２：アルキル基、アルコキシアルキル基またはシクロ
アルキル基、 Ｒ１；水素原子、シクロアルキル基 あるいはＲ２とＲコとで少なくとも 窒素原子を含む複素環） 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。

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、１０〜５０！Ｉ
ｔ％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０．１〜３０重量％程度
である。さらに色素の分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。

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　その田の分散、混合装置によ
って分散、混合する。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フェ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
にフェス等と混合、分散させることもできる。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。

本発明の着色組成物を光硬化性とするには光架橋剤を添
加する。加えられる光架橋剤としては、ｉＣ４＋４’−
１）ｉａｚｉｄｏ　　５ｔｙｌｂｅｎｅ−２＋２’−ｄ
：５ｕｌｆｏｎｉｃ　　ａｃｉｄ等であるが溶解性の面
から４＋４’−Ｄｊａｚｉｄｏ　５ｔｙｌｂｅｎｅ−２
，２°−ｄ：５ｕｌｆｏｎｉｃ　ａｃｉｄが望ましい。

架橋剤としては各種ジアゾ化合物も使用可能であり、例
えばジアゾジフェニルアミンとホルムアルデヒドの縮合
物が使用できる。

本発明であるカラーフィルターの製造方法は、（１）該
アクリル樹脂に顔料及び分散剤を加えて、３本ロール等
の攪拌機で十分混練し各着色組成物を作る工程、（２）
該着色組成物を透明基板に塗布し、パターン化、又はパ
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わ
せになるカラーフィルターを形成する工程から成る。こ
こでアクリル樹脂は顔料分散媒であり、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三本ロール
等で十分混練して各包着色フェスを製造する。次に透明
基板（２）上に、該着色フェス例工ば赤色フェスをスピ
ンナー　ロールコータ−等で塗布する。次に１２０’Ｃ
以下の温度で溶剤を除き該着色フェスの乾燥皮膜即ち着
色フィルター層α口を形成する。

次に超高圧水ｍ燈を用いて、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）を形成したのが第３図である。第４図は、各着色
パターンの間にすき間をもうけて、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
着色パターンの間に黒色ストライプまたは、格子のパタ
ーン状遮光膜Ｑ４）を付けたものである。

以下に実施例を示す。なお、実施例中、配合比は総て重
量比である。

〈実施例１〉 アクリル樹脂、（ヒドロキュチルメタクリレート３０部
、ジメチルアクリアミド５０部、メチルメタクリレート
２０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°Ｃ，５時間反応により得られたアクリル樹脂）を
樹脂濃度ｌＯ％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に対し闘料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
色のフェスを作成した。以下、顔料および分散剤を示す
。

（赤色フィルタ用） ■顔料 リオトゲンレッドＧＯ（東洋インキ製造■製Ｃ８！。

ピグメントレッド１６Ｂ）６．７５ｇ　とりオノーゲン
オレンジＲ（東洋インキ製造■製Ｃ，１，ピグメントオ
レンジ３６）、２．２５ｇ部との混合物 ■分散助剤 下記構造式の化合物 ＣｕＰＣ［５ＯｚＮ（Ｃ＋ｓＨ３？）＊］ｚ（青色フィ
ルタ用） ■顔料 リオノーブルーＥＳ　（東洋インキ製造＠ｃ、１．ピグ
メントブルー１５：６７．２Ｇとりオノーゲンバイオレ
ットＲＬ　（東洋インキ製造■製Ｃ，１，ピグメントバ
イオレット２３）　１．８ｇとの混合物 ■分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 （緑色フィルタ用） ■顔料 リオノールグリーン２ＹＳ（東洋インキ製造■製Ｃ６！
、ピグメントグリーン３６６、７５ｇ　とりオノーゲン
エロ−３０（東洋インキ製造■製Ｃ，！、ピグメントエ
ロー１５４）２．２５ｇ　との混合物 ■分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 次に各着色樹脂ＬＯＯｇに対し４．４°−ジアジドスチ
ルベン−２，２°−ジスルホン酸、１．２ｇを加えて良
く攪拌して着色樹脂組成物とした。まず、基板上に２−
グリシドキシプロビルメタルジェトキシシランをスピン
コードして、良くスピン乾燥させた。

青色組成物をスピンコード（１３００ｒｐｍ　、　５０
秒間）して乾燥させ、６０°Ｃ２０分間プリベータ後、
画素サイズ３０μｍ　Ｘ　ＬＯＱ　μｍのマスクを用い
て露光（３０００ａｊ　／　ｄ　）　シた。水とイソプ
ロピルアルコールの混合にて現像した。

次に１７０　’Ｃ１時間ベータしてパターンを定着させ
た。緑、赤色についても露光量をそれぞれ５００ｍｊ／
　ｃｄ　、　７００＋ａｊ　／　ｃ４とする以外は、同
様ニしてカラーフィルターを完成した。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
■製）をコートし、２３０°Ｃｌ２Ｏ分ベータしてオー
バーコートを設けた。

〈発明の効果〉 従来、アクリル系樹脂と顔料とでは、分散性が良く透明
度高い組成物を得ることは、できなかった、しかしなが
ら顔料の誘導体を分散剤として用いることにより、透明
度が高い組成物を得ることができた０本発明によれば顔
料とアクリル樹脂を用いることにより、耐熱性、耐光性
に優れた高精細なカラーフィルターを作成することがで
きる。

このカラーフィルターを液晶表示装置に用いることによ
り、明るく優れた色特性す、また液晶表示装置の速成工
程中に必要な熱処理にも十分耐えうるなど、本発明は実
用上極めて優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、−船釣な液晶表示装置の一例を示す断面図で
あり、 第２図は、実施例１で作成したカラーフィルターの分光
特性を示すグラフ図であり、 第３図（Ａ）〜（Ｃ）　　は、本発明のカラーフィルタ
ーの製造方法を工程順に示す説明図であり、第４図は、
パターン状の遮光膜を設けた本発明のカラーフィルター
の一実施例を示す説明図である。 （１）・・・光源 （２）　０２）・・・偏光板 （３）　０１１・・・透明基板 （４）・・・画素電極 （５）　（８）・・・配向膜 （６）・・・液晶 （７）・・・封止材 （９）・・・透明電極 ０ω・・・カラーフィルター 第３Ｕｇ１（ａ） 第３図化。 第３図（Ｃ） 第４図 手続補正書 （自発） １゜ 事件の表示 昭和６４年特許願第１０ １８号 ２゜ 発明の名称 カラーフィルターおよびその製造方法 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体上に、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、上記アクリル樹脂がモノマ
   ーの一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼……（ａ） ▲数式、化学式、表等があります▼……（ｂ） ▲数式、化学式、表等があります▼……（ｃ） （Ｒ＿１、Ｒ＿２はそれぞれＨまたはＣＨ＿３、ｍは０
   〜４の整数、ｎは１または２）であり、その組成比は（
   ａ）１０〜３０重量部、（ｂ）２０〜４０重量部、（ｃ
   ）１５〜６０重量部から共重合したアクリル樹脂である
   ことを特徴とするカラーフィルター。
2. （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. （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. （４）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組成物を各色別に、コーティ
   ング、露光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ことを特徴とするカラーフ
   ィルターの製造方法。
5. （５）分散剤が、有機色素の誘導体であることを特徴と
   する請求項（４）記載のカラーフィルターの製造方法。