JPH04143725A - 導電性カラーフィルターの形成方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はカラーフィルターを用いたカラー液晶表示装置
瞬停り、特に電着法による導電性カラーフィルターの形
成方法に関する （従来の技術） 液晶表示装置において、表示される画像のカラー化に対
する要求が強まっている。このカラー液晶表示装置に用
いられるカラーフィルターには、色相の異なる３種の色
に着色された極めて微細な領域（画素）を透明基板上に
設けることが要求される。この微細領域に３色のカラー
フィルターを形成する具体的手段として、染色法、印刷
法、電着法などが知られている。

このうち、電着法は有機顔料、無機顔料、染料を問わず
利用でき、且つセルフアライメント方式によりパターン
化された画素電極上に３色のカラフィルタ−の形成が可
能である。更に、電着法では他の手法に比較して、均−
且つ平滑な、透明性の大きいカラーフィルターが得られ
る。これに対し、印刷法は工程的には最も簡便であるが
、微細なパターンには対応が困難であるばかりでなく、
表面平滑化のための表面研摩の後処理が不可欠であり、
また、染色法ではフォトリソグラフィにより、微細パタ
ーンが可能であるが、版染色部分の防染処理プロセスが
必要なため工程的に極めて煩雑であり、染料の耐光性、
耐熱性にも問題がある。

印刷法、染色法に比して、電着法は電着条件の制御で混
色防止が可能であり、３色に対応できるので工程上有利
である。

電着法の場合には、透明電極を不連続な微細区域にエツ
チングでパターン化するとともに、この透明電極上の微
細区域のそれぞれに、赤、青、緑のいずれかの一色から
選ばれたカラーフィルターを交互に設ける方式がある。

同方式を第２図により説明し、特に、エツチングにより
パターン化した透明導電膜上に電着する場合を示す。第
３図において、ガラス基板１上に透明導電膜のストライ
ブ状パターン２，３，４．２″、３°、４′２”　３″
　４”、・・・を形成する。当該導電膜２゜２゛２”　
・・・の斜線を施した部分に選択的に同一の色相（例え
ば、赤）を有するカラーフィルターを電着により付与す
る。即ち、Ａで示した位置に導電性バーを接触させて、
当該部分に電着する。

同様に３．３’　、３“、・・・の電着には、位置Ｂに
導電性バーを接触させ、例えば、緑のカラーフィルター
を電着する。同様に４．４’　、４”、・・・の電着に
は、位置Ｃに導電性バーを接触させ、例えば、青のカラ
ーフィルターを電着する。

第２の方式として、導電性膜自体はエツチングせず、ポ
ジ型レジストをマスクとして電着する方式があり、同方
式を第３図に示す。まず、第３図（ａ）に示すように、
ガラス基板１０上に透明導電膜１１を形成し、その上に
ポジ型レジスト１２を所望のパターンを有するマスクを
介して露光、現像することにより形成する。次に、第３
図（ｂ）に示すように、透明導電膜１１上に電着法によ
り、同一の色相（例えば、赤）を有するカラーフィルタ
ー１３．１３’、１３″、・・・を形成した後、ポジ型
レジスト１２を除去する。以下同様の手順により、第３
図（ｃ）に示すように、例えば緑のカラーフィルター１
４．１４°、１４”、・・・と青のカラーフィルターを
電着する。同様にパターン４゜４°、４”、・・・の導
電性膜上に、例えば青のカラーフィルター１５１５′、
１５’、・・・を順次形成する。

第３の方式として、カラーフィルター上に再び透明導電
膜を形成する方式があり、同方式を第４図に示す。第４
図において、ガラス基板２０上に透明導電膜２１を形成
し、この透明導電膜２１を電極として、電着によりカラ
ーフィルター２２を形成する。ここで、カラーフィルタ
ー２２の形成方法は第１または第２の方式による。そし
て、カラーフィルター２２上にトップコート層２３を設
ける。更に、トップコート層２３上に液晶駆動用の透明
導電性膜２４を形成する。

電着法とは溶媒中に分散している荷電粒子が電極上に電
気泳動し、電気化学反応により生じた他のイオン種によ
り不溶化し、当該電極上に析出させることをいう。積極
的に不溶化、析出させ、膜形成させるために通常、高分
子材料が用いられる。

高分子材料にはカルボキシル基やアミノ基などの親水基
を導入し、この親水基を塩基または酸により中和し水溶
化する。高分子は溶液中で一部イオン化し、荷電粒子を
構成し、種々の粒子をその中に取り込み一体的な挙動を
する。その結果、電荷を持たない粒子を取り込み、同一
電極上に同時に析出させることができる。

電着塗料に用いられる樹脂は実用的観点から、水性樹脂
に限定される。有機溶剤を少量添加すると塗膜の流動性
、リベリング性が改善される。この樹脂粒子の電荷が共
存する他の粒子、例えば顔料、架橋剤の電荷に比して通
常十分大きい。カルボキシル基の中和された部分が溶液
中でイオンに解離しており、カルボキシルアニオンは電
場により陽極に移動する。陽極では水の電解により生じ
た水素イオンと当該カルボキシルアニオンは結合し、不
溶性の酸として析出する。このとき、樹脂に取り囲まれ
ているそれ自体電荷を持たないメラミン架橋剤や顔料粒
子も同時に電極上に析出する。

膜中には電着溶液中に多量に存在する水分子も膜中に取
り込まれるが、電気透析現象により膜中から除かれる結
果、膜は電気絶縁性となる。従って、未電着部分が存在
すると当該部分に優先的に電流か流れ、電着（析出）が
起こり、スローイングパワーに優れた塗膜の形成がみら
れることになる。

このように電着膜においては、均一膜の形成と電気絶縁
性との間に極めて密接な関係が存在するものと考えられ
る。

（発明が解決しようとする課題） 電着用樹脂やカラーフィルターに利用される赤、緑、青
などの顔料は一般に電気絶縁性である。

膜形成要素が電気絶縁性であるので、カラーフィルター
膜自体も導電性を欠いている。

フォトエツチング法により画素電極がパターニングされ
ているいないにかかわらず、第２図と第３図において１
〜２ミクロンの絶縁性カラーフィルターが存在すると、
５〜６ミクロンの液晶層と直列接続される結果、両画素
電極間に印加される電圧がカラーフィルターと液晶層に
分配される。

第５図はカラーフィルターを用いた液晶表示装置の一例
の模式断面図である。第５図において、ガラス基板４０
．４１上にはそれぞれ透明電極４２及びカラーフィルタ
ー層４３、透明電極４４が形成され、ガラス基板４０．
４１間には液晶層４５が挟持されている。第６図はカラ
ーフィルターを用いた液晶表示装置の等価回路図である
。第６図において、ＣＬＣ，ＲＬＣ，ＣＣＦ％ＲＣＦは
それぞれ液晶層（ＬＣ）　、カラーフィルター層（ＣＰ
）の容量、抵抗を示す。このカラーフィルターによる電
圧損失を回避するために、第４図に示すように、カラー
フィルター上に透明電極を形成する必要が生ずる。しか
しながら、透明電極膜を２層設けることは、コストアッ
プを招くばかりでなく、透過率の低下をもたらす。

これを解決するために、透明電極上のカラーフィルター
に導電性を付与することが不可欠となる。

一方、カラーフィルターとしては色むらのない均一性、
高透過率などが要求される。電着膜に導電性を付与すれ
ば、液晶駆動用電極としての機能が前面に出て来ること
になる。均一性は光学的、色彩的な面のみならず、電気
的特性面でも確保されなければならない。また、電圧印
加時に電気化学反応によるイオンの溶出があってはなら
ない。即ち、電気化学的安定性も確保されなければなら
ない。

電着膜に導電性を付与することだけに限定すれば導電性
物質をこの電着用塗料中にあらかじめ配合しておくこと
が考えられる。しかしながら、カラーフィルターの膜厚
は１乃至２ミクロンであり、導電性を確保するだけ透明
導電性粒子の添加すると、膜の透過率減少をもたらす。

本発明はカラーフィルターとしての本質的機能を損なう
ことなく、画素電極としての機能を安定的に果たすため
の導電性電着膜の形成方法を提供しようとするものであ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、カラーフィルターとしての本質的機能を損な
うことなく、画素電極としての機能を併せ持つことを可
能とするため、電着膜を構成する粒子表面に予め薄い導
電性皮膜を形成したことを特徴としている。透明導電性
薄膜の形成材料として、インジウム、スズ、アンチモン
、カドミウム及び亜鉛化合物から選ばれた単独もしくは
２種類以上を組み合わせてなる化合物を熱分解もしくは
化学反応により、当該酸化物を表面に析出させた粉末を
添加した電着溶液を用いる。当該酸化物を含むカラーフ
ィルター膜を電極上に形成することにより、高分子樹脂
中に埋没することなく効果的に導電性を付与することが
できる。単に透明導電性微粒子を添加するよりも、透明
導電性物質が少なくて済む。

電着膜形成後、高分子樹脂の熱硬化工程や導電性付与工
程で導電性を持つに至るような薄膜を形成しておくこと
も、同様な効果が得られる。非導電性物質から導電性物
質に変換する方法として、酸化処理、還元処理、ドーピ
ング、その他の化学反応が利用できる。

透明導電性薄膜の形成方法としては、物理的方法と化学
的方法がある。物理的方法としては真空蒸着法、スパッ
タリング法、イオンプレーテング法などある。化学的方
法としては溶液塗布法、ＣＶＤ、アルコキシド法、有機
金属を用いる方法などがある。溶液塗布法は錫、インジ
ウム、アンチモンなどの塩化物を塩酸或いはアルコール
に溶解した溶液を４００　’Ｃ以上に加熱した被塗布物
に吹き付けて熱分解させ、アンチモン／酸化錫、錫／イ
ンジウム酸化物等を形成する方法である。ＣＶＤ法とし
ては、上記塩化物を高温の水蒸気と反応させる方法があ
る。これらはいずれも塩化物を用いるため、装置の腐食
のため取扱に難がある。アルコキシド法はアンチモンや
錫アルコラードを溶解した酢酸エチル溶液を用い、当該
アルコラード薄膜を付着させた後、熱分解させて導電性
薄膜を得る方法である。

なお、絶縁性粒子である被塗布物としては例えば顔料が
あげられる。無機顔料としてミロリプル、酸化鉄、コバ
ルト紫、マンガン紫、群青、紺青、コバルトブルー、ビ
リジアン、エメラルドグリーン、コバルトグリーン及び
これらの混合物が用いられる。有機顔料としては、アゾ
レーキ系、不溶性アゾ系、結合アゾ系、フタロシアニン
系Ａ１キナクリドン系、ジオキサジン系、イソインドリ
ノン系、アントラキノン系、ペリノン系、チオインジゴ
系、ペリレン系或いはこれらの顔料の混合物が用いられ
る。化学的手法による導電性薄膜の形成には４ＤＯ’Ｃ
以上の高温を必要とし、これに耐えうる顔料は限られて
いる。そこで、耐熱性が不足する顔料の場合には、透明
な微粒子、例えばエアロジル粒子を用いることによりこ
の問題を解決することができた。

（作　用） 導電性酸化物を表面に析出させた粉末を添加した電着溶
液を用いる。当該複合酸化物を含むカラーフィルター膜
を電極上に形成することにより、高分子樹脂中に埋没す
ることなく、導電性バスの形成に大きな効果を示した。

即ち、サブミクロンの微粒子が数個積層された状態にお
いて、当該粒子表面に制御されて導電層が存在すること
により、導電性が確保されたものと考えられる。当該導
電性は導電性有無が問題であって、電流は無視できる。

このため導電性薄膜の膜厚は数百オングストロームでよ
く、少ない添加量で効果的に導電性を付与することがで
きる。この結果、単に透明導電性微粒子を添加するより
も、透過率を減する割合が少なくて済む。

導電性酸化物に比較して透過率の大きい、耐熱性の高い
微粒子を選択することにより、顔料に対する過度の耐熱
性も必要としない。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。

実施例−１ １）画素電極形成工程 例えばガラスからなる基板上に、インジウム−錫酸化物
（Ｉｎ２０３９５％、５ｎ０２５％）のターゲットを用
いて、膜厚１０００オングストロームのＩＴＯ透明導電
性薄膜を形成した。そして、この薄膜上にＡ　Ｚ−１３
３０（ヘキスト社）を用いて、レジストパターンを形成
した後、塩化鉄溶液によりエツチングして電極を形成し
た。

２）絶縁性籾粒子への透明導電性付与工程インジウム、
スズ、アンチモン、カドミウム及び亜鉛の化合物から選
ばれた少なくとも１種類の材料として例えば塩化第二錫
−塩化アンチモン（３−５％）、塩化インジウム−塩化
錫（３−５％）などを塩酸水溶液に溶解した。この溶液
で処理した絶縁性粒子例えばエアロジルを５００℃で熱
分解処理を行い、エアロジル表面に導電性皮膜を形成し
た。

ＳｎＣ１４＋０２　→５ｎ０２　＋Ｃｌ２ＳｂＣ１３＋
０２→５ｂ０３＋Ｃｌ２ （また、塩化第二錫と三塩化アンチモンを、メタノール
と水を５対１容量比の混合溶媒に溶解させ、この溶液で
処理した被塗布物であるエアロジルをとりだし、５００
°Ｃで熱分解処理を行い、アンチモンをドープした酸化
銘を粒子表面に形成してもよい。） ２）電着工程 水溶性アクリル樹脂に水溶性メラミン樹脂からなる溶液
中に顔料、導電性物質を付与したエアロジル粒子（粉末
）を配合し、十分分散させる。助剤としてメチルセロソ
ルブ、水を添加した後、トリメチルアミンにより中和処
理をおこない、電着液を調合した。通常の手法に従い、
基板の電極上にカラーフィルターを電着により形成した
。

３）電着膜熱硬化工程 このカラーフィルターを１５０〜２２０℃で、１０〜３
０分間焼付け、熱硬化処理を行った。

４）カラーフィルターの導電性評価 第１図はカラーフィルターを用いた液晶表示装置におけ
る駆動電圧に対する光透過率特性を示しており、縦軸は
光透過率、横軸は駆動電圧を表している。第１図におい
て、（Ｓ）は顔料分散法により形成したカラーフィルタ
ーの上に透明電極を配したもの、即ち透明画素電極間に
はカラーフィルターは存在しないときの特性、（Ａ）は
本発明に基づく導電性カラーフィルターを画素電極上に
形成したときの特性、（Ｂ）は導電性処理しない場合の
カラーフィルターを電着法により画素電極上に形成した
場合の特性を示す。

明状態と暗状態の中間の透過率となる駆動電圧をそれぞ
れＶｓ　、Ｖａ　、Ｖｂとすると、ｖｂＶｓは約２．０
〜１０．ＯＶであるのに対して、非導電性物質の添加量
が５％以上で、ｖａ−Ｖｓは０．２Ｖ以下であった。

実施例−２ 絶縁性粒子表面に導電性酸化物を付与する化学的方法と
して、溶液塗布法（実施例−１）の他にＣＶＤ法、アル
コキシド法及び有機金属を用いる公知の方法等について
も検討した。

１、（溶液塗布法）硝酸インジウム−硝酸銀の熱分解に
よる方法 硝酸インジウムのアセチルアセトン溶液と錫を硝酸−ア
セチルアセトン溶液中に溶解した溶液との混合物の熱分
解。

２、　　（ＣＶＤ法）塩化第二錫−塩化アンチモン、塩
化インジウム−塩化錫ガスと水蒸気を反応ＳｎＣ１４＋
２Ｈ２０→５ｎ０４　＋４ＨＣ１（反応温度６００℃） ２　Ｉ　ｎＣ１３＋３Ｈ２０−１ｎ２０３　＋６ＨＣ１
（反応温度５００℃） ３、　（アルコキシド法）金属アルコラードの熱分解 Ｓｎ、Ｓｂアルコラードを溶解した酢酸エチル溶液に浸
漬し、大気中で１５分間乾燥し、さらに１２０〜１５０
℃で１５分間予備加熱して乾燥した。

アルコラードの薄膜を付着した後、５０℃で３０分間加
熱分解する ４、（有機金属の熱分解）グラハート（ジメチル塩化第
二錫（ＣＨ３）２ＳｎＣ１２）に塩化アンチモン（Ｓｂ
Ｃ１３）を混合したものを１５０℃に、この蒸気を５５
０℃に加熱した基板に吹き付は熱分解 （ＣＨ３）２５ｎＣ１２−３ｎ＋２ＣＨ３ＣＩＳ　ｎ　
＋０２　→Ｓ　ｎ　０２ ５、　（有機金属の熱分解）カプリル酸銀とジイソアミ
ロキシエトキシアンチモンによる方法カプリル酸銀（Ｃ
７Ｈ１５ＣＯＯ）２　Ｓｎとジイソアミロキシエトキシ
アンチモンＣ２Ｈ３（Ｃ５Ｈ１ｌ）２Ｓｂ）をｎ−ブタ
ノールに加え１５％溶液とした。

当該溶液で被処理粒子であるフタロシアニングリーンを
処理したのち、これを引き上げ４００℃で錫−アンチモ
ン化合物を熱分解により導電性酸化物に変換した。当該
顔料粒子を粉砕処理し、電着塗料に供した。

実施例−３ 導電性酸化物として、ＩＴＯ（Ｉｎ２０３にＳｎ○２を
ドープ）　、ＡＴＯ（Ｓｎ０２に５ｂ２０５をドープ）
　、ＦＴＯ（Ｓｎ０２にＦをドープ）、ＩＺＯ（ＺｎＯ
にＩｎ２０３）、１０（Ｉ　ｎ２０３　）　、２０　（
ＺｎＯ）及びＴｏ（Ｓｎ０２）のうちのいずれかの酸化
物を実施例−２及び公知の方法により、絶縁性粒子例え
ば酸化チタン亜鉛華、鉛白、硫化鉛などの表面に析出さ
せたときにも、実施例−１の場合と同様の効果を得た。

［発明の効果］ 導電性微粒子を電着浴中に添加して場合に比べ、導電性
酸化物を表面に析出させた絶縁性粒子を添加した電着浴
の場合には透過率を落とすことなく導電性を確保するこ
とができる。これは電着膜の場合には、全体の体積の２
／３を占める高分子樹脂中に埋没することなく、導電性
パスが形成されるためと考えられる。すなわち、当該粒
子表面に制御された導電層が存在することにより、導電
性が確保されたものと考えられる。当該導電性は導電性
有無が問題であって、電流は無視できる。

このため導電性薄膜の膜厚は数百オングストロームでよ
く、少ない添加量で効果的に導電性を付与することがで
きる。

導電性酸化物の化学的製法として、無電解鍍金性以外は
いずれも４００℃以上の高温を必要とする。

従って、これらの素原料を直接電着したのち、熱分解そ
の他により、導電性酸化物に変換することはできない。

しかし、あらかじめ耐熱性のある透明度の高い粒子に導
電性物質を付与しておくことによりこの難点を回避する
ことができた。ＩＴＯに比較して透過率の大きい、耐熱
性の高い微粒子を選択することにより、透過率の低下を
避けることもできた。

【図面の簡単な説明】

第１図はカラーフィルターを用いた液晶表示装置におけ
る駆動電圧に対する光透過率特性を示す図、第２図乃至
第４図は電着法により形成したカラーフィルターの方式
を示す図、第５図はカラーフィルターを用いた液晶表示
装置の一例を示す模式断面図、 第６図はカラーフィルターを用いた 液晶表示装置の一例を示す等価回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　絶縁性粒子の表面をインジウム、スズ、アンチモン、
   カドミウム及び亜鉛の化合物から選ばれた少なくとも１
   種類の材料で処理して粉末を得る工程と、この粉末を電
   着液に添加する工程と、この電着液を用いて基板の電極
   上にカラーフィルターを形成する工程とを備えたことを
   特徴とする導電性カラーフィルターの形成方法。