JPH04143726A - 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
に係り、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、印刷法、染色
法、電着法などが知られている。

このうち、印刷法では微細なパターンに対応が困難であ
るばかりでなく、表面平滑化のための表面研摩の後処理
が不可欠である。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
、さらに染料の耐光性、耐熱性に問題がある。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。

電着法はまた有機顔料、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３色のカラーフ
ィルターの形成が可能である。

更に、均−且つ平滑な薄いフィルター層が形成でき、透
明性の大きいカラーフィルターが得られる。

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３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
プ状パターン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４図に示す。まず、第４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４
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４図（Ｃ）に示すように、例えば緑のカラーフィルタ
ー１４，１４°、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１５．
１５’、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５図に示す。第５
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が流れ、電着（析出）か
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。

（発明が解決しようとする課題） 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３図と第４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６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６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７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７図において、ＣＬＣ，ＲＬＣＳＣＣＰＳＲＣＰ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５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。

電着用樹脂やカラーフィルターに利用される赤、緑、青
等の顔料は一般に電気絶縁性である。一方、カラーフィ
ルターは色むらのない均一性が要求される。電着法によ
り均一なカラーフィルター膜を形成しようとするとき、
膜の電気絶縁性は極めて重要な働きをしている。絶縁性
の膜が形成される結果、膜形成に不完全な箇所があれば
電流が集中的に流れ、膜の均一化が自動的に進行するか
らである。従って、カラーフィルターに導電性を付与す
るために、導電性物質をこの電着用塗料中にあらかじめ
配合しておくことは、電着特性に甚大な影響をもたらし
、均一性電着膜の形成上好ましくない。電着では未電着
部分への電流の集中化が起こり、その結果、電着膜の均
一化、即ちスローイングパワー（つき回り性）が確保さ
れるという特徴を有しているからである。この特性のた
め、導電性のある電着膜を形成しようとすると、膜の均
一性がある程度犠牲にならざるを得なかった。

液晶表示装置に用いられるカラーフィルターには光学的
及び電気的特性の均一性が極めて大切である。この均一
性確保のためには、当然膜厚の均一性が大前提となる。

本発明はこのような従来技術における欠点である導電性
電着膜における不均一化を解消し、平滑性を損なうこと
なく、導電性を持たせる手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） 電着塗料は水溶性樹脂、架橋剤、顔料、助剤及び当該樹
脂の官能基をイオン化するための中和剤などからなる。

アニオン電着の場合には、電着電極が陽極となる。その
結果、電極が電気化学的に溶出し、樹脂のカルボキシル
アニオンと溶出イオンとが結合し、金属石鹸を形成し、
樹脂の不溶化が起こることが知られている。電着の進行
と共に、水の電解により陽極近傍の水素イオン濃度が増
大することによっても樹脂の不溶化、析出が起こること
が知られている。液晶用画素電極として通常使用されて
いるＩＴＯ膜は化学量論組成に近い。このような膜の場
合には、ｐＨ−電位図からも明らかなように、電極の溶
出はほとんど起こらない。従って、正常なＩＴＯ膜に対
する電着は、後者が支配的と考えられる。

ＩＴＯ電極の溶出について種々検討した結果、電着液中
に電解質イオンを添加することによっても促進されるこ
とがわかった。しかし、この場合には電極の溶出が局所
的に発生し、電着膜の均一化に逆行することが明らかに
なった。しかし、ＩＴｏ膜の化学組成を低酸化数にシフ
トさせることにより、比較的多量の溶出が起こり、電着
膜の不均一化はみられなかった。溶出イオンと樹脂イオ
ンとの結合物は絶縁性であり、電着膜それ自体としては
絶縁物であり、電着特性への悪影響は見られなかった。

電着塗料中の当該金属イオンを、電着後酸化物に変換す
る（熱分解或いは熱酸化）ことにより、導電性を有する
物質に変換するカラーフィルターとするものである。

（作　用） 溶出イオンはＩｎ（３＋）、Ｉｎ０Ｈ（２＋）、Ｉｎ（
３＋）、　　Ｓ　ｎ　（２＋）、　　Ｓ　ｎ　（４＋）
と考えられる。当該イオンはカルボキシルアニオンと金
属石鹸塩を構成しているものと考えられ、これが熱処理
工程を経ることにより、Ｉ　ｎ２０３．５ｎ０２などの
酸化物に変化し、或いは金属石鹸が熱分解し、塗膜中の
酸素、水と反応し、酸化物に変化し導電性を有する物質
に変化したためと考えられる。

（実施例） 酸化物で導電性を有する物質としてインジウムを含有す
る酸化錫、錫を含有するインジウム酸化物は透明導電膜
としてよく利用されている。これらの酸化膜は結合酸素
数の少ない低級酸化物で、導電性が化学的に不安定であ
り、これらの低級酸化物からなる膜は容易に電気化学的
溶出が生じ、電着膜に取り込まれという知見に基づいて
いる。

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 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図である。まず
、例えばガラスからなる基板５０上にインジウム−銀酸
化物（Ｉｎ２０３９５％、５ｎ０２５％）のターゲット
を用いて、膜厚２０００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ＡＺ−１
３３０（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第１図（ａ
）に示すように、インジウム、スズ、アンチモン、カド
ミウム及び亜鉛のうち少なくとも２種類を含有する酸化
物からなる透明電極５１を形成した。

２）電極の還元処理工程 真空中で２５０℃、２０分間熱処理を行い、透明電極５
１の表面層に約１０００オングストローム還元処理を行
った。この結果、第１図（ｂ）に示すように、ＩＴＯの
表面還元層として、インジウム、スズ等の低級酸化物５
２（Ｉｎ２０、Ｉｎｋ。

Ｉ　ｎ２０３−ｘＳＳｎＯ，５ｎ０２−ｘ）を得た。

３）電着工程 アクリル樹脂アロンＳ　−４０９０（東亜合成（株））
に架橋剤としてメラミン樹脂二カラツクＭＸ４５（三相
ケミカル（株））を配合し、当該アクリル樹脂の官能基
（カルボキシル基）をイオン化して水溶性とするために
中和剤を添加した。当該アクリル樹脂溶液に顔料を配合
し、十分分散させた。無機顔料としてミロリブルー、酸
化鉄、コバルト紫、マンガン紫、群青、紺青、コバルト
プル、ピリジアン、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、結合アブ系、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を
用いた。助剤としては、メチルセロソルブ、エチルセロ
ソルブ、ｎ−ブチルセロソルブ、イソプロピルアルコー
ル、ｎ−ブタノール、エチレングリコール、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン、４−ブチルラクトン、水などから１
乃至数種を添加した。

ミルベースで十分に分散させたのち、水を徐々に添加し
、電着液を調合した。なお中和剤としてアンモニア水、
トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミンなどから
選択して利用した。

樹脂量、顔料、助剤、及び中和剤などの成分濃度は膜の
均一性、平滑性及び膜の導電率などに影響を与える。種
々検討した結果、顔料と樹脂成分との重量比を０．０５
〜０．４の場合に、所望のカラフィルタ−が得られた。

塗膜成分全体の塗膜形成物質濃度は、５〜１５％の場合
が好結果を与えた。

電着液を用いて透明電極５１上に定電圧を印加し、一定
電気量を流して第１図（ｃ）に示すように、所定の分光
透過率を有するカラーフィルター５３を形成した。この
際のクーロン収率は６〜９ｍ　ｇ　／　Ｃであった。

４）電着膜熱硬化工程／導電性付与工程低級酸化物５２
と樹脂中のカルボキシルアニオンとの結合したカラーフ
ィルター５３を１５０〜２２０℃で１０〜３０分間焼付
け、熱硬化処理を行った。この処理工程を経ることによ
り、熱酸化と同時に金属石鹸の熱分解処理も行われ酸化
物が生成した。カラーフィルター５３中の金属酸化物濃
度は約９〜１２％であった。

５）カラーフィルターの導電性評価 第２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早特性を示しており、縦軸は
光透過率、横軸は駆動電圧を表している。第２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）は電着時における透明導電
膜性の溶出が無視できる電極を用いた場合の特性を示す
。導電性が大きいＩＴＯ膜の場合には、電着時に電極の
溶出が事実上無視できる。このようなＩＴＯ膜を用いて
、第１図（Ｃ）の場合と同様に、電着カラーフィルター
を形成した。

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　ＳＶｂとすると、ｖｂＶｓは約２．０
〜１０．ＯＶであるのに対して、本発明の実施例では、
Ｖａ−Ｖｓは０．４Ｖ以下になった。

実施例−２ 実施例−１において、正規のＩＴＯ画素電極を形成した
後、第１図（ｂ）の場合と同様に、低級酸化物からなる
溶出用電極層を当該電極の表面上に付与した。溶出用電
極材料として、次の物質からなるスパッタ用ターゲット
を用い、低酸素分圧下で膜形成を行った。膜厚はいずれ
も５００〜１０００オングストロームとした。スパッタ
用ターゲットとして用いた物質は、ＩＴＯ（Ｉｎ２０３
に５ｎ０２をドープ）　、ＡＴＯ（Ｓｎ０２に５ｂ２ｏ
５をドープ）　、ＦＴＯ（Ｓｎ０２にＦをドープ）　、
１２０　（ＺｎＯにＩｎ２Ｏ３をドープ）、ＩＯ（Ｉｎ
２０３　）　、ＺＯ（ＺｎＯ）　、ＴＯ（Ｓｎ０２）及
びＣＴＯ（ＣｄＯにＩｎ２Ｏ３をドープ）である。

実施例−２において、電着膜であるカラーフィルターを
形成した後、導電性について検討し、実施例−１の場合
と同様の効果があることを確認した。

［発明の効果］ 溶出イオンはＩ　ｎ（３＋）、　　Ｉ　ｎｏｎ（２＋）
、　　Ｉ　ｎ（３＋）、　　Ｓ　ｎ　（２＋）、　　Ｓ
　ｎ　（４＋）と考えられる。これが熱処理工程を経る
ことにより、Ｉｎ２Ｏ３゜５ｎ０２などの酸化物に変化
し、導電性が生じたものと考えられる。金属石鹸が熱分
解し、塗膜中の酸素、水と反応し、酸化物に変化し導電
性を有する物質に変化したためと考えられる。

透明導電体膜の化学的形成法として、溶液塗布法、ＣＶ
Ｄ、アルコキシド法、有機金属を用いる方法等がある。

これらはいずれも４００℃以上の高温を要し、高分子樹
脂を用いた電着法には適用できない。しかし、電極溶出
により電着膜に取り込まれた当該溶出イオンはカルボキ
シルアニオンと金属石鹸塩を構成しているものと考えら
れるが、その結合は弱く、低温で導電性をもつ膜変換す
ることがわかった。

電着膜は一般に絶縁性を有しているため、スロイングバ
ワーのよい膜形成が可能である。従って導電性粒子含む
電着塗料で電着膜形成しようとすると、均一性が確保で
きない。インジウム、スズ、アンチモン、カドミウムな
どの酸化物を組み合わせてなるＩＴＯＳＣＴＯなどの酸
化膜は透明で且つ導電性を有しているが、これらの酸化
物を任意に組み合わせても酸化数の低い低級酸化物は透
明でなく且つ絶縁性であることが知られている。電着膜
形成後に行われる熱硬化処理工程或いは配向膜形成処理
工程における熱処理工程で、これらの低級酸化物を導電
性を有する酸化膜に変えることにより、均一性に優れた
カラーフィルターを形成することができることがわかっ
た。なお、これらの処理工程は追加的な工程ではなく、
コストアップにはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２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
対する光透過早特性を示す図、第３図乃至第５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
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
示す模式断面図、第７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。 ５０・・・基板、　　　　　５１・・・透明電極５２・
・・低級酸化物。 ５３・・・カラーフィルター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上にインジウム、スズ、アンチモン、カドミウム
   及び亜鉛のうち少なくとも２種類を含有する酸化物から
   なる透明電極を形成する工程と、この透明電極の表面層
   或いは表面上に低級酸化物を形成する工程と、この低級
   酸化物上に電着法により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。