JPH0259966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は、カラーフイルターを応用した多色
表示装置の製造方法に関し、特に、電着によつて
形成される高分子層によつて製造されたカラーフ
イルターを有する多色表示装置の製造方法に関す
る。 従来技術 第１図に、カラーフイルターを応用した多色表
示装置の一例を示した。第１図において、１は透
明基板、２は任意の図形または文字をパターニン
グされた透明導電膜より成る表示極、３は表示極
２表面に密着して形成されたカラーフイルター、
４は透明な対向電極、５は透明な対向基板であ
る。２枚の基板１，５で挾まれた空間に、液晶ま
たはエレクトロクロミツク材料等の、電圧印加に
よつて開閉する光学シヤツターとして機能する物
質を満たし、カラーフイルター３，３′，３″を相
異なる色調に形成しておけば、表示極２，２′，
２″と対向電極４の間に選択的に電圧を印加する
ことにより、多色の表示が可能である。 カラーフイルターを用いる表示の多色化は、方
法が簡便であり、自由な色調が得られ易く、様々
な表示材料、方式と組み合せて用いることが可能
と考えられるから、実用的効果が極めて大きい。 しかし、カラーフイルターを用いる多色の表示
装置を製造しようとする場合には、表示極のパタ
ーンと、表示極表面に形成されるカラーフイルタ
ーのパターンとが、ズレを生じないように製造し
なければならない。特に、３原色の微細パターン
を用いるカラーグラフイツク表示を実現しようと
する場合には、表示極とカラーフイルターとのパ
ターンの一致は、製造上の困難が大きい重要な問
題である。また多色にするための色変えも、工程
を複雑化する要因であり、特に着色を染料による
染色によつて実現しようとすると、すでに着色さ
れた部分が次の染色工程によつて二度染めされな
いように、防染という工程が間に入り、さらに複
雑化する。さらに防染技術自体も、染料によつて
個々に検討されなければならない困難な問題であ
る。 一般的に、カラーフイルターを作成する方法と
しては、スクリーン印刷やフオトリングラフイー
等の手段を利用するものが考えられている。スク
リーン印刷では防染の必要はないが、パターンの
微細化には限度があり、多色化が進むほど印刷位
置の精度は悪くなり、表示パターンとのずれが生
じる。フオトリングラフイーでは微細パターンは
可能であるが、色変えの度にフオトリングラフイ
ー工程を通す必要があり、染色の際に２度染めが
されないような防染法が必要となり、工程が極め
て複雑になり、簡便な多色化手段という利点は失
なわれてくる。 発明の目的 そこで本発明は、簡便な方法で、表示パターン
が微細になつてもパターンずれが生じず、色変え
が特殊な防染をほどこさなくても可能であり、且
つ、膜厚、染色度が均一であり、さらに堅牢なカ
ラーフイルターを用いた多色表示装置の製造方法
を提案することを目的とし、そのために基板上
の、表示部と電極端子部間の導電層上に絶縁膜を
形成し、該導電層を電極として高分子と水に難溶
もしくは不溶の染料を分散させた溶液から表示部
の導電層上に着色層を電着により形成した。 発明の構成 以下、本発明の重要点である高分子の電着によ
る着色層の形成方法について述べる。高分子を電
極上に電着させる手段の１つとして、単量体を電
極上で電気化学的に重合させる方法がある。この
方法の一例として、鉄板上で種々のビニル化合物
を電気化学的に重合させ、高分子皮膜を得たとい
う報告がある（金属表面技術Vol.19，No.121968）。
また最近では、ピロール、チオフエン等を電気化
学的に重合させ、ポリピロール、ポリチエニレン
等の導電性高分子を電極上に作成した研究も盛ん
に行なわれている。しかし、このような、直接単
量体を電気化学的に重合させる手段は、効率がま
だ良くない、得られた膜がすでに着色しており、
着色の任意性に欠ける等、本発明に用いるには問
題点を有している。電極上に高分子を電着させる
もう１つの方法として、高分子溶液より電極上に
高分子を不溶化、析出させる方法がある。この一
例としては、高分子水溶液に顔料を分散させ、金
属を浸漬し電極として用い、該金属上に着色層を
電着させる電着塗装と呼ばれる方法が工業的に知
られており、自動車ボデイのプレコーテイング等
に用いられている。この方法の原理は、高分子に
親水性基、例えばカルボキシル基を導入し、その
カルボキシル基を無機アルカリ、有機アミン等で
中和、水溶化したものを用いる。そして水溶化し
た高分子の水溶液に電極を浸漬し、電圧を印加す
ると、水溶液中で解離しているカルボキシルアニ
オンが陽極に向つて電気泳動し、電極上で水の電
気分解により生じたプロトンと反応することによ
つて高分子が不溶化析出してくる。すなわち、陽
極上では次式に示す反応が起こり、高分子の析出
が見られることになる。 また、親水性基に塩基性基（例えばポリアミ
ン）を用い、酸により中和、水溶化すれば、逆に
陰極上で高分子の析出が見られることになる。 電着された高分子が電気絶縁性の場合、電極が
高分子で被覆されるとともに電流が減少し、それ
以上の被覆を妨げるため膜厚の増大は期待できな
いと考えられるが、実際は水の電気分解による発
生酸素の気泡のため初期の完全被覆は避けられ、
絶縁層となるまでにある程度の膜厚が得られるこ
ととなる。通常、電着塗装では100〜200Vの電圧
印加で10〜20μｍの膜厚を得ているが、本発明に
よるカラーフイルターでは着色層は薄い方がよ
く、2μｍ以下が望ましい。そのため後の実施例
で述べるように、樹脂濃度、電圧、溶媒組成を最
適に設定する必要がある。また得られる高分子膜
は、電気浸透の効果により水分含量が少なく、塗
布法等で作製した膜よりも密着性の良い均一な膜
となる。 アニオン電着用の高分子としては、天然乾性油
とマレイン酸の付加物、カルボキシル基を導入し
たアルキド樹脂、エポキシ樹脂とマレイン酸の付
加物、カルボキシル基を導入したポリブタジエン
樹脂、アクリル酸またはメタクリル酸とそのエス
テルとの共重合体等が用いられ、電着皮膜の特性
により、他の高分子または官能基を持つ有機化合
物を高分子骨格中に導入する場合もある。本発明
のように、カラーフイルターを通した光を見る場
合、着色層に透明性が要求され、それにはアクリ
ル系もしくはポリエステル系の高分子が適してい
る。また、高分子中のカルボキシル基、水酸基等
の親水性官能基の量は重要であり、親水性基が多
すぎると、電着層の不溶化が十分でなく不均一な
膜となり、少なすぎると、中和時の水溶性が不充
分となる。高分子の溶媒としては水が主成分であ
るが、イソプロパノール、ｎ−ブチルアルコー
ル、ｔ−ブチルアルコール、メチルセロソルブ、
エチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブ
チルセロソルブ、ジエチレングリコールメチルエ
ーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、
ジアセトンアルコール等の親水性溶媒が高分子の
重合用溶媒として含まれる。含まれる親水性溶媒
の種類、量はやはり膜厚や電着層の均一性に大き
く影響する。 着色する方法は、電着塗装では顔料が用いら
れ、帯電した顔料が高分子とともに電気泳動し、
膜中に取り込まれるが、本発明のように透明性の
あるカラーフイルターの場合は顔料の隠ぺい力は
必要なく、また膜厚が薄くなつた場合、着色度に
欠ける。そこで本発明では、染料を高分子ととも
に電着させる方法を考案した。染料を高分子とと
もに電着させるには、染料分子が帯電し電気泳動
することが必要であるが、水溶性染料の場合、解
離した染料イオンが支持塩を加えた効果をもたら
し、電流の増大、膜厚の増大、膜の不均一化とな
つて表われる。水に難溶もしくは不溶の染料は、
通常水中で凝集してしまうが、電着高分子は疎水
性基と親水性基がある一種のセツケンとみなすこ
とができ、有機染料分子に対してある程度、分散
作用を示し、適当な分散媒と組み合わせる事によ
り微粒子化でき、高分子と一緒に電着できる事を
見い出した。この場合、染料と高分子の電着速度
を同程度にする必要があるが、溶液組成により制
御することが可能である。 上記方法によつて得た着色電着膜の膜厚分布の
一例を第３図に示す。またこのときの電着方法を
第２図に示す。第２図の如く、導電層７を有する
基板６の電極端子部をａ、他端をｃ、メニスカス
部をｂとしたときの膜厚分布は、第３図の如くメ
ニスカス部ｂを除けば、極めて均一となつた。し
かし、メニスカス部ｂは、他に比べて1.5〜２倍
の膜厚となり、しかもバラツキが大きい。この原
因の主たるところは、メニスカス部での電着液の
対流が不充分なことにある。そこで種々の撹拌方
法について検討したが、いずれも充分な解決とは
なり得なかつた。しかも、このメニスカス部の膜
厚のバラツキは、同時に着色濃度のバラツキでも
あり、色ムラとして視認されることにより、外観
上の品質を極めて低下させる。さらには、たとえ
ば電着によつて作製したカラーフイルターを液晶
表示装置に用いた場合には、液晶層厚が10μｍ程
度であるため、メニスカス部の膜厚ムラが液晶層
厚の厚みムラにつながり、液晶層での厚みムラに
よる干渉によつて色ムラが生じる。 そこで、第４図の如くメニスカス部ｂに絶縁膜
１３を形成して電着を行なつた。その場合の着色
電着膜の膜厚分布を第５図に示す。すなわち、絶
縁膜上では反応が起らないため電着が行なわれ
ず、第４図の如くｂ部では絶縁膜のみの厚みが計
測され、ｅ部にのみ均一な着色電着膜が得られ
た。従つて、第４図の如く表示電極端子部ｄと表
示電極ｅ間の導電層上に絶縁膜１３を形成し、絶
縁膜部がメニスカス部に当たるように電着浴に浸
漬し、電着を行なうことにより、表示部にのみ、
多色表示装置用に適した均一なカラーフイルター
を得ることができる。 実施例 以下、カラーフイルターを用いた多色表示装置
の製造方法について、実施例をもとに具体的に説
明する。 （実施例 １） 第６図ａは、本発明によるカラーフイルターの
製造方法を応用した多色表示装置の応用例であ
る。 以下、第６図ａのような多色表示装置の製造方
法について具体的に述べる。なお、第６図ｂ，ｃ
はそれぞれ第６図ａの表示装置をＢ方向、Ｃ方向
から見た時の模式断面図を示す。 パターニング工程 ６は透明材料よりなる表示基板で、該表示基板
上にスプレーコート法により酸化スズ透明導電膜
が形成される。該透明電膜をエツチングによりス
トライプ状にパターニングし、表示電極７を得
る。 絶縁膜形成工程 表示電極部と表示電極端子部をマスクし、
CVD法により絶縁膜１３（SiO₂）を形成する。 電着工程 次に下記組成の塗料（エスビアED−3000神東
塗料製） エスビアED−3000 〔水溶性ポリエステル樹脂 水溶性メラミン樹脂〕 70wt％ 〔ブチルセロソルブ エチルセロソルブ ｎ−ブタノール〕 30wt％ を用い、以下の組成の電着浴を作る。

【表】 使用する油溶性染料は、親水性溶媒可溶型のも
のに限定され、耐光性が非常にすぐれている金属
錯塩構造のものが望ましい。例えば次式のような
分子構造を持つものがある。（製品名ではAizen
Spilon，Oleosol Fast等） のCr錯塩 カラーインデツクス番号Solvent Red8 浴の作成手順は、エスビアED−3000を水に溶
解させる。次に染料をメチルセロソルブに溶解さ
せる。このとき、染料重量比ｘは、メチルセロソ
ルブに対する染料の溶解度を超えない範囲で任意
に選ばれる。染料を溶解させたメチルセロソルブ
を前記水溶液に加え、染料を均一に分散させる。
このときメチルセロソルブは分散媒として働いて
いるが、添加量が多くなつたり、セロソルブのア
ルキル基の炭素数が増えると、膜厚の増大、膜の
不均一化をもたらす。 以上のように作製した電着浴中に、表示電極７
が形成された表示基板６を絶縁膜１３がメニスカ
ス部に当たるように浸漬する。ストライプ状にパ
ターニングされた表示電極７の中で同一色に着色
したい電極を選択し、選択された電極を陽極とし
て10Vの電圧を３分間印加する。このとき電流
は、通電直後大きな電流が流れるが、しだいに減
少し、ほとんど０に近づく。通電後、表示基板６
を引き上げ充分に水洗し、電圧が印加されていな
い部分に付着した溶液を洗い流す。水洗後、乾燥
させると、電圧を印加した電極には透明性のよい
着色層が形成されている。 硬化工程 次に、電着により形成した着色層中のポリエス
テル樹脂とメラミン樹脂を焼付けにより縮合反応
を行なわせ硬化させる。焼付けは空気中、175℃
で30分行なえば、着色層は完全に硬化する。この
ときの着色層の膜厚は1.5μｍであつた。 硬化した着色層は完全な絶縁層となつており、
再び電着浴中に浸漬、通電しても再電着や二度染
めは起らないので、二度目以降の着色層の形成に
ついては、再び他の同一色にする表示電極を選択
し、異なつた色調の染料を分散させた電着浴中で
電着、硬化という工程を繰り返すことにより実現
される。 本実施例では、赤、青、緑の順の200μｍ幅の
ストライプ状カラーフイルター８を、パターニン
グ工程→赤電極の電着工程→硬化工程→青電極の
電着工程→硬化工程→緑電極の電着工程→硬化工
程、という方法で製造し、非常に簡便に行なわれ
た。得られたカラーフイルターは色ずれは見られ
ず、且つ均一で、酸、アルカリ、各種有機溶剤、
熱水等に犯されにくい性質を有していた。また、
使用した金属錯塩染料は、着色層中で極めて安定
で、カーボンアーク試験360時間を経た後も、初
期光吸収率の95％以上の値を示し、すぐれた耐光
性を有していた。 このような方法で、カラーフイルター８は表示
電極７上に形成され、表示基板６は透明な対向電
極９がストライプ状に形成された透明な対向基板
１０とスペーサー１１を介して表示電極７と対向
電極９のストライブが直角に交叉するように一体
化され、セルを構成する。該セル中に、表示材料
１２としてTN−FEM液晶を充填し、多色液晶
表示装置を作製した。この場合、表示電極７と対
向電極９の間に電圧を印加し、セルを透過軸が平
行な偏光子と検光子で挾み、表示基板６もしくは
対向基板１０の方向から見ると透明性のあるカラ
ーフイルター８の色が表示され、電圧印加を打ち
切ると黒色になる。対向基板１０の方向から光を
照射すると、セルの透明性が良いため、カラーフ
イルター８の色がより効果的に表示される。また
絶縁膜１３により、メニスカスにあたる導電層へ
の色ムラ、膜厚のバラツキの大きい電着膜形成を
防ぐことが可能となつたため、外観上全く問題の
ないセルが得られた。このように、本実施例の多
色表示装置の製造方法は、簡便な製造方法にもか
かわらず、表示品位を損う事なく、微細なパター
ンのカラーフイルターが得られ、しかも信頼性の
高いマトリクス駆動のカラーグラフイツク表示装
置を提供するのに適したものであることが明らか
になつた。 （実施例 ２） 実施例１における表示材料１２を、黒の二色性
色素を用いたネガタイプゲストホスト液晶、表示
基板６を白色材料（白色セラミツク）として、以
下、実施例１と同様に多色液晶表示装置を作成し
た。この場合、表示電極７と対向電極９の間に電
圧を印加し、偏向板を介し透明な対向基板１０の
方向から見ると、カラーフイルター８の色が明る
く表示され、電圧印加を打ち切ると液晶中の二色
性色素の色である黒となる。本実施例において
も、実施例１と同様の効果が得られた。 （実施例 ３） 実施例１における表示材料１２をDSM液晶と
し、表示基板６中にマスク蒸着法によりアルミニ
ウムをパターニングして表示電極７とした。そし
て実施例１と同様に多色液晶表示装置を作成し
た。この場合、表示電極７と対向電極９の間に電
圧を印加し、透明な対向基板１０の方向から見る
と、DSM液晶が光散乱状態となり、乳白色の中
にカラーフイルター８の色が表示される。電圧印
加を打ち切ると、光散乱状態が消滅するため、暗
色状態となる。なおDSM液晶の光散乱状態を効
率良く発生させるには、ある程度のイオン電流を
流す必要があり、カラーフイルター８の高抵抗性
はその妨げとなる。そのためカラーフイルター８
上にパターンを表示電極７と一致させた透明電極
を設け、該透明電極を電圧印加用電極とすること
により、駆動電圧を低減でき、実施例１と同様の
効果が得られた。 （実施例 ４） 実施例１における電着浴を下記組成の塗料（パ
ワーマイト3000−10日本ペイント製） パワーマイト 3000−10 〔水溶性アクリル樹脂 水溶性メラミン樹脂〕 60wt％ 〔ブチルセロソルブ イソプロピルアルコール〕 40wt％ を用い、以下の組成の電着浴を作る。

【表】 使用する分散染料は、通常、市販品にはアニオ
ン系の分散剤が含まれている場合が多く、この分
散剤が浴中でイオンとなり、電流値を増大させる
原因となるため、分散剤の含まれていないものが
望ましい。浴の調整法は、分散染料をｘ＜1.5の
範囲でエチレングリコールに均一に分散させ、パ
ワーマイト3000−10を水に溶解させた溶液に添加
する。 以下、実施例１と同様に、多色液晶表示装置を
作成したところ、実施例１と同様の効果が得られ
た。しかし、カラーフイルターの耐光性は、金属
錯塩型油溶染料のようにすぐれた特性を持つもの
は限られた染料であることが明らかになつた。 （実施例 ５） 実施例１における絶縁膜１３に、ポリイミドを
用いて電着を行つたところ、SiO₂の場合と全く
同様の効果が得られた。また、無機絶縁膜として
Al₂O₃，Ta₂O₃，ZrO₂等においても、また有機絶
縁膜としてウレタン系ポリマー、アクリル系ポリ
マー等、絶縁膜であれば、メニスカス部への膜厚
のバラツキの大きい電着を防止または抑制でき、
充分な効果が得られることが判つた。 発明の効果 以上、実施例で具体的に述べたように、本発明
による多色表示装置の製造方法は簡便であり、多
色化のための色を分離させるための防染等の特別
な手段を用いずにカラーフイルターを製造するこ
とができる。また、そのカラーフイルターは堅牢
で、パターンずれのない均一なものであり、液晶
等の表示材料と組み合わせても、高い表示品位と
信頼性を実現できるものである。又、着色層の厚
みを均一にすることができ、色ムラを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はカラーフイルターを応用した多色表示
装置の一例の模式断面図、第２，３，４，５図は
本発明を説明するためのもので、第２図は電着方
法を示す見取図、第４図は本発明に用いる表示基
板の断面図、第３図および第５図はそれぞれ第２
図に示した表示基板、第４図に示した表示基板上
に電着により形成した着色層の膜厚分布を示す。
また、第６図ａは本発明の製造方法による多色表
示装置の一例を示し、第６図ｂ，ｃはそれぞれ第
６図ａの表示装置を、Ｂ方向、Ｃ方向から見た時
の膜式断面図を示す。 １，６…表示基板、２，７…表示電極、３，８
…カラーフイルター（着色層）、４，９…対向電
極、５，１０…対向基板、１２…表示材料、１３
…絶縁膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ カラーフイルターを応用した多色表示装置に
   おいて、前記カラーフイルターを、基板上に互い
   に絶縁されて配置された複数の導電層を形成し、
   次に、それらの表示部と電極端子部間の導電層上
   に絶縁膜を形成し、次に、電着性高分子と水に難
   溶もしくは不溶の染料を分散させた溶液に上記絶
   縁膜がメニスカス部に当るように基板を浸漬して
   該導電層上に電着により選択的に着色層を形成
   し、以後、その操作を異なる色の染料で繰り返す
   ことによつて製造することを特徴とする多色表示
   装置の製造方法。