JPH0335648B2 - - 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カラ
ー表示装置およびその製造方法に関し、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カラー表示装置およ
びそ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ソグラフイー
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。フオトリソ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ソグラフイ
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。 また、どちらの方法においても得られるカラー
フイルターは絶縁層であり、実際の表示装置では
表示電極と表示材料の間に絶縁体が挾まれた形と
なり、カラーフイルターによる電圧降下分だけ駆
動電圧のロスを生じ、低電圧駆動の障害となつて
いた。 〔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、堅牢なカラーフイルターを用いた低電圧駆動
に適したカラー表示装置およびその製造方法を提
案することを目的とし、そのために基板上の導電
性薄膜を電極とし、高分子と色素と導電性粒子を
含む溶液から着色層を電着により形成する方法に
よつてカラーフイルターを製造したものである。 この方法によれば導電性薄膜を、マスクを利用
した蒸着、スパツタリング、もしくはエツチング
等により所望のパターニングをほどこすことによ
り、高分子と色素と導電性粒子が電圧を印加した
導電部分に選択的に電着し、パターン位置のずれ
のない導電性の着色層を形成することが可能であ
る。またこの操作を繰り返すことにより、多色化
も容易に可能である。この方法に用いられる基板
は、表面が絶縁性であれば、基板との密着性の良
い導電性薄膜層を選ぶことにより、その材質、形
状については制限はない。 また得られた導電性着色層は、電圧印加した際
の電圧降下が少なく、低電圧駆動に適した多色表
示装置が得られる。 〔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.12、
1968）。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。 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。 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、プチルセロソル
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大部分の顔料の持つ隠
ぺい力は必要なく、また透明性のある顔料の種類
が非常に限定され、自由な色調が得難い。 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。 電着した着色層に導電性を付与するための導電
性粒子は電着塗装に用いられる顔料と同様に、溶
液中では高分子が吸着した帯電粒子として分散さ
れており、電圧印加により電気泳動し着色層中に
取り込まれる。導電性粒子の粒子径や量は、着色
層の電気抵抗及び透明性に大きく影響する。 実施例 以下、カラーフイルターを用いたカラー表示装
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 以下、第２図をもとに本発明のカラー表示装置
の製造方法について具体的に述べる。 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。該透明導電膜をエツチング
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。 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 ｎ−ブタノール 30wt％ を用い、以下の組成の電着浴を作る。

【表】

【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 Red ８ 浴の作製手順はエスビアED−3000に酸化ス
ズ粉及び銀粉を加え、顔料分散機で分散させペ
ーストを得る。そのペーストに水を加え、撹拌
により充分、混合した溶液を作る。 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染料の分散媒として
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20Vの電圧を３分間印加す
る。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。硬化した着色層は、再び電着浴中に浸漬し
ても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１
０とスペーサー１１を介して表示電極７と対向電
極９のストライプ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１
２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。 しかも、カラーフイルター層に付与された導電
性のため本実施例のカラー表示装置の電気光学特
性における電圧−透過率特性は、用いた液晶材料
自身の電圧−透過率特性にほぼ等しいものであつ
た。 このように本実施例のカラー表示装置の製造方
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低電圧マトリク
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と同様にカラー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％ プチルセロソルブ 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】

【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、まずパワーマイト3000−10に酸
化インジウム粉とニツケル粉を添加し、顔料分散
機で分散してペーストを作る。そのペーストに水
を加え、撹拌混合して溶液にする。次に分散染料
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、溶液に添加混合する。 以下、実施例１と同様に、カラー液晶表示装置
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における電着浴を下記の組成にした。

〔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。しかもカラーフイルタ
ーに導電性が付与されているため、駆動電圧のロ
スが少なく低電圧駆動のカラー表示装置を得るこ
とができる。

【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。第２図は本発明の製造方法による多
色表示装置の一例。 １，６……表示基板、２，７……表示電極、
３，８……カラーフイルター、４，９……対向電
極、５，１０……対向基板、１２……表示材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カラーフイルターを表示電極上に設けたカラ
   ー表示装置において、このカラーフイルターが少
   なくとも高分子層から成るとともに導電性を有す
   ることを特徴とするカラー表示装置。 ２ 前記カラーフイルターが導電性粒子を有して
   いる特許請求の範囲第１項記載のカラー表示装
   置。 ３ 前記導電性粒子が、酸化スズ、酸化インジウ
   ム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウ
   ム、金、銀、ニツケルのうちいずれか一つ以上を
   主成分とする特許請求の範囲第２項記載のカラー
   表示装置。 ４ カラーフイルターを表示電極上に設けたカラ
   ー表示装置の製造方法において、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
   に電着性高分子と色素と導電性粒子を含む電着浴
   からの電着により前記導電層上に選択的に導電性
   着色層を形成し、以後その操作を異なる色の色素
   で繰り返すことによつて前記カラーフイルターを
   製造することを特徴とするカラー表示装置の製造
   方法。 ５ 前記導電性粒子が、酸化スズ、酸化インジウ
   ム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウ
   ム、金、銀、ニツケルのうちいずれか一つ以上を
   主成分とする特許請求の範囲第４項記載のカラー
   表示装置の製造方法。 ６ 前記導電層は、酸化スズ、酸化インジウム、
   または酸化アンチモンを主成分とする透明導電層
   であり、この透明導電層上に選択的に電着された
   導電性着色層の形成は、基本的にアニオン電着性
   高分子を含む溶液中から陽極電解によつて電解析
   出させた高分子層から成る着色層の形成である特
   許請求の範囲第４項記載のカラー表示装置の製造
   方法。 ７ 前記アニオン電着性高分子は、カルボキシル
   基を有するアクリル樹脂、もしくはカルボキシル
   基を有するポリエステル樹脂をアルカリで中和し
   水溶性にしたもの、またはそれらに水溶性メラミ
   ン樹脂を混合したものである特許請求の範囲第６
   項記載のカラー表示装置の製造方法。 ８ 前記色素が水に難溶もしくは不溶の染料であ
   る特許請求の範囲第４項記載のカラー表示装置の
   製造方法。 ９ 前記染料が、分散染料または油溶性染料であ
   る特許請求の範囲第８項記載のカラー表示装置の
   製造方法。 １０ 前記油溶性染料が金属錯塩構造をとり、親
   水性溶媒に可溶なものである特許請求の範囲第９
   項記載のカラー表示装置の製造方法。