JPH02199403A - 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内に設けるこ
とにより好適なカラーフィルターにすることができ、更
に詳しくはＴＮ　（ツィステッド・ネマチック）型液晶
表示、ＧＨ（ゲスト・ホスト）型液晶表示、ＳＴＮ　（
スーパー・ツィステッド・ネマチック）液晶表示および
ＦＬＣ（強誘導性液晶）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
に優れてするのでアクリル樹脂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表
示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。この有機物は、水に可
溶であるため、水溶液をコーティング、パターニング、
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、耐熱性
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は、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ためである。

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〉 従来技術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が、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、顔料の分散剤として顔料の誘導体を用いることによ
り、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。

〈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。光源（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００を通り偏光板０りを通り視覚により
色として認識される。この様な素子において、液晶（６
）は、配向膜（５）および（８）と封止材（７）に接し
て封入され、画素電極（４）と透明電極ＯＤの間に印加
された電気信号に応じ配向を変える。この時、偏光板（
２）と０２１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００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００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Ｏｍは、通常該透明基板０１）上に位
置し、更に該カラーフィルター００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、透明基板ＯＤ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００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。赤色フィルター層（Ｒ）　　はアクリル系樹脂
、赤色顔料、分散剤を主成分とし構成される。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ＯＤ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を可能ならし
め、更に、カラーフィルター〇ω上に、透明電極（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　μｍ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顔料が望ましい。

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０ＩＩｌ
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。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。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。顔料の比率を上げると、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を構成するモノマーは、 Ｃｌ　ｔ　＝　ＣＣ０ＯＨ−−−（ａ）では、Ｒ１がＨ
の場合は　ｃｏ、　＝　ｃ　−ｃｏｏｎ　（アクリル酸
）Ｃ■。

であり、Ｒ１がｃｎｓの場合は、ＣＨｚ　＝ＣＣ００Ｈ
（メタクリル酸）である。

（シクロヘキシルアクリレート）であり、（シクロヘキ
シルメタクリレート）である。

畜 ＣＴｏ　＝　ＣＣ０Ｏ−（ＣＨｔ）−，１ＣＨ３−（Ｃ
）では、Ｒ３がＨの場合、ｎ＝ｏで、 ＣＨｚ　＝ＣＣｏｏ　　ＣＨｓ（メチルアクリレート）
　　ｎ＝１でＣＨｚ　＝ｃ−ｃｏｏ　−Ｃｕｔ　−ＣＨ
２（プロピルアクリレート） ｎ＝３でＣＨｚ　＝　ＣＣＯＯＣｕｔ　　ＣＨｓＣＩＩ
　−Ｃｌ５（ブチルアクリレート）　　ｎ＝４で量 ＣＨｚ−ＣＣｏｏ　　Ｃｕｔ　　ＣＨｚＣＨｚ　　ＣＨ
ｓ　　ＣＨｓ（ペンチルアクリレート）を表し、Ｒ３が
Ｃ■、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を表わす。

これらモノマーの配合比は、（ａ）５〜３０重量部、（
ロ）１５〜３５重量部、（Ｃ）３５〜８０重量部であり
、これらモツマー〇共重合体のアクリル樹脂を用いる。

また、アクリル樹脂を合成する場合に少量添加すること
により、樹脂の特性を若干変えることのできるモノマー
としてジメチルアミノメタクリレート、ベンジルアクリ
レート、グリシジルメタクリレート、アクリロニトリル
、ビニルアセテート等がある。樹脂を溶解させる溶剤と
しては、メチルセロソルブ、エチルセルソルブ、シクロ
ヘキサノン、キシレン等が良く、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、シクロヘキサノンが望ましい。

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、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０
１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、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。

Ｃ，１，黄色顔料　２０，２４，８６，９３，１０９，
１１０，１１７゜１２５．１３７，１３８，１４７，１
４８，１５３゜１５４、１６６、１６８ Ｃ，１，オレンジ顔料３６，４３，５１，５５，５９．
６１Ｃ，Ｉ、赤色顔料　９，９７，１２２，１２３，１
４９，１６８，１７７゜１８０．１９２，２１５，２１
６．又は２１７゜２２０．２２３２２４，２２６，２２
７，２２８，２４０ｃ、ｒ、バイオレット顔料１９，２
３，２９，３０，３７，４０，５０Ｃ，１，青色顔料　
１５，１５：５，２２，６０．６４Ｃ，１，緑色顔料　
７，３６ ｃ、ｒ、ブラウン顔料２３，２５．２６Ｃ，Ｉ、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。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） （Ｘ：アルキレン基、Ｒ＋　　Ｒｚ：水素原子またはア
ルキル基、あるいはＲ＋　　Ｒｚ　とで少なくとも窒素
原子を含む複素環） （Ｒｏ：水素原子、アルキル基またはアリール基、Ｒ２
：アルキル基またはアリール基、あるいはＲ，とＲ２と
で少なくとも窒素原子を含む複素環） （Ｒ１：水素原子またはアルキル基、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、Ｒ３：水素原子シクロアルキル基、ある
いはＲ２とＲ３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、通常色相の
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、１〜３
０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。さらに色素の含有率の高いカラーコンセントドレ
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。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。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、三官能、３官能モノマーがあり
、２官能モノマーとして、１゜６−ヘキサンシオールジ
アクリレリート、エチレングルコールジアクリレリート
、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−メチルベンタンジオー
ルジアクリレート等があり、３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）イソシアネート等があり、これらのモノマーは、昭
和高分子■、東亜台成化学工業■、セラニーズケミカル
■等の市販品がある。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■、新日曹化工■、チバ
ガイギー、大阪有機合成化学工業■等から市販品がある
。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。

本発明にな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添加して、三本ロール等
の攪拌機で十分混練し各包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
程から成る。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
添加し三本ロール等で十分混練して各包着色ワニスを製
造する。次に透明基板００上に該着色ワニス例えば赤色
ワニスをスピンナロールコータ−等で塗布する。次に２
３０℃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０■を形成する。

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）を形成したのが第３図である。第４図は、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
成物を用いてコー以下に本発明の実施例について述べる
。なお配合比は全て重量比である。

〈実施例〉 アクリル樹脂（メタクリル酸２０部、シクロへキシルア
クリレート２５部、メチルメタクリレート５５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。

（赤色フィルタ用） ■顔料 リオトゲンレッドＧＤ　（東洋インキ製造■製Ｃ，Ｉ。

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との混合物 ０分散剤 下記構造式の化合物 （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■製Ｃ４
■、ピグメントグリーン３６）６．７５ｇとりオノーゲ
ンエロ−３Ｇ　（東洋インキ製造■製Ｃ，１，ピグメン
トエロー１５４）２．２５ｇ　との混合物 ■分散剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 ＣｕＰＣ［５ＯＪ（Ｃ＋５Ｈｓｔ）ｚｌｚ（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■製Ｃ，Ｉ。

ピグメントブルー１５：６）７．２　ｇとりオノーゲン
バイオレットＨＲ（東洋インキ製造■Ｃ，１，ピグメン
トバイオレット２３Ｎ、８ｇとの混合物 ■分散剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 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）　４．０ｇベンジルジメチル
ケクール０．８ｇを加えて、良く攪拌して、着色組成物
とした。

まず、基板上に、Ｔ−グリシドキシプロピルメチルジェ
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（１１００ｒ　、ｐ、ｎ
＋、　４０秒間）し乾燥させた。７０°Ｃで２０プリベ
ータ後、ポリビニルアルコール５％溶液をコートした。

７０’Ｃｌ２Ｏ乾燥後、画素サイズ３０μｍ×１００μ
ｍのマスクを用いて露光（１、５００ｍｊ　／　ｃｔｌ
　）した。２．５％炭酸ナトリウム溶液で現像後良く水
洗した。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
。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。

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°Ｃで１２０
分ベータしてオーバーコートを付けた。

〈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、透明度が良い組成物を得ることができた。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、
液晶表示装置の作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、本発明の実施例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の
一実施例を工程順に示す説明図であり、第４図は、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。 特　　許　　出　　願　　人 凸版印刷株式会社 代 表 者 鈴 木 和 夫 （％） （？Ｌ７７Ｌ） 第３図（ａ） 第３回出。 第３図（Ｃ） 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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る
   ことを特徴とする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の一般式が、 ▲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） （ただしＲ＾１、Ｒ＾２、Ｒ＾３はＨまたはＣＨ＿３で
   ｎは０〜４の整数）であり、その組成比は（ａ）５〜３
   ０重量部、（ｂ）１５〜３５重量部、（ｃ）３５〜８０
   重量部である共重合体のアクリル樹脂を用いることを特
   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もう
   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光硬化性の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、上記アクリル樹脂のモノマ
   ーの一般式が、▲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） （ただしＲ＾１、Ｒ＾２、Ｒ＾３はＨまたはＣＨ＿３、
   ｎは０〜４の整数）であり、その組成比が（ａ）５〜３
   ０重量部、（ｂ）１５〜３５重量部（ｃ）３５〜８０重
   量部である共重合体のアクリル樹脂を用いることを特徴
   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。