JPH02199404A

JPH02199404A - カラーフィルターおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH02199404A
Application number: JP1020157A
Authority: JP
Inventors: Mizuhito Tani; 瑞仁谷; Hisao Hoshi; 久夫星; Makoto Sakakawa; 誠坂川; Toyoaki Sawada; 沢田　豊明; Takeo Sugiura; 杉浦　猛雄
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1990-08-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH0812290B2

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をすることができ、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（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
ルターを作製していた。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製することは難
しかった。またカラーフィルターに液晶を動作させるた
めの透明電極の薄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り耐熱性
についても問題があった。

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かしかった。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製す
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００）で三原色に分解される。

さらに透明基板（１１）を通り偏光板θ″ＩＪを通り視
惑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（１１
）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（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Ｏ１Ｄは、通常該透明基板００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（１０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０
１１Ｄ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ＣＢ）　　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００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０ｍ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、０．３μｍ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０（Ｉｌ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、がならずしも
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。

本発明に用いることのできるアクリル樹脂を構成させる
ためのアクリル系モノマーとしては、−般式、ＣＨｇ　　＝ＣＨＣＯＯＲｚ（Ｒ＋＝ＨまたはＣＨ３Ｒｔ＝アルキル、分枝アルキル
、あるいは、フェニル、シクロヘキシル基を示す）アク
リレート、メタクリレートがあるが、本発明に主に使用
できる千ツマ−の具体的な例としては、ＣＨ，＝　Ｃ−Ｃｏｏ■・・・・・・・・・（ａ）ＣＨ
ｇ　＝　ＣＣＯＯ（ＣＬ）　ｎ　　ＣＨｓ　”・・・’
　”’　（Ｅ））ＣＨ８夏ＣＨｚ　　’＝　ＣＣｏｏ　　　　（ＣＨｚ）鵬−Ｃ１
，・・・・・・・・・（Ｃ）（ただしＲ＝ＨまたはＣＨ
，ｎ、ｍ−０〜６の整数）である。しかしながら、上記
の化合物以外に例えば、ＣＨｔ　　＝　ＣＣ０ＮＨｚ　　、ＣＬ　　＝　ＣＣ０
ＮＨｚ　　、等を用いることもできる。これらの中から
必要に応じ選ばれる数種類のモノマーより合成される樹
脂を用いることができる。

モノマー（ａ）（ロ）（Ｃ）の適当な組成比は、（ａ）
５〜３０重量部、（ｂ）２０〜４０重量部、（Ｃ）　４
０〜６０重量部をあげることができる。

樹脂を合成する時に用いる溶剤としては、メチルセロソ
ルブ、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、キシレン
等がある。またこれらの溶剤の混金物でも良いが、特に
溶解性、コヘティ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、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Ｇ１
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−グリーンゴールド、
マカライトガ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，１，”）ナンバーで示す。

Ｃ０Ｉ、黄色顔料　２０，２４，８６，９３，１０９，
１１０．１１７１２５、１３７．１３８．１４７．１４
８．１５３゜１５４１６６．１６８Ｃ，Ｔ、オレンジ顔料３６，４３，５１，５５，５９．
６１Ｃ，Ｉ、赤色顔料　９，９７．１２２．１２３．１
４９．１６８．１７７１８０１９２．２１５，２１６．
又は２１７゜２２０．２２３，２２４，２２６，２２７
，２２８，２４０ｃ、ｒ、バイオレット顔料１９，２３
，２９，３０，３７，４０，５０Ｃ０１，青色顔料　１
５．１５：６．２２，６０．６４Ｃ，１，緑色顔料　７
，３６Ｃ０Ｉ、ブラウン顔料２３，２５．２６Ｃ９Ｉ、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）るいはＲとＲとで少なくとも窒素原子を含む複素環）（Ｘ：アルキレン基、Ｒ＋　　　Ｒ２：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）（Ｒ５：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（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、Ｒ１
：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、二官能、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■、東亜合成■、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■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ブ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、またはパターン条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。次に透明幕板曲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２３
０℃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側を形成する。

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を述べる。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、ブチルアクリレー
ト３０部、ブチルメタクリレート５０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９０．１　ｇ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１６８）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 ■分散剤下記構造式の化合物 −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［５ＯｚＮ（Ｃ＋ａＨｚｙ）ｚ］ｚ（青色フィ
ルター用） ■顔料リオノールブルーＢＳ　（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０分散剤下記の銅フタロシアニン誘導体（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Ｃ２
■、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、γ−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、ｍ、
　４０秒間）し乾燥させた。７０℃で２０分間ブリベー
タ後、ポリビニルアルコール５％溶液をコートした。７
０″Ｃｌ２Ｏ乾燥後、画素サイズ３０μｍＸ１００　μ
ｍのマスクを用いて露光（１，５００ａ＋ｊ／Ｃ４）シ
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、軟らかいスポンジで
こすり顔料を除去した。さらに水洗後、スピン乾燥後２
３０°Ｃで１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を示す。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（％）（八ｍ）手続補正書（睦）

Claims

【特許請求の範囲】

（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が、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）（ただしＲ＝ＨまたはＣＨ＿３、ｎ、ｍ＝０〜６の整数
）であり、その組成比が（ａ）５〜３０重量部、（ｂ）
２０〜４０重量部、（ｃ）４０〜６０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）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）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）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を各色別に、
コーティング、露光により・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
ノマーが、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）（ただしＲ＝ＨまたはＣＨ＿３、ｎ、ｍ＝０〜６の整数
）であり、その組成比が（ａ）５〜３０重量部、（ｂ）
２０〜４０重量部、（ｃ）４０〜６０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。
（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。