JPH04151104A - カラーフィルターの着色層の変色防止方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カラーフィルターに関し、とくにカラー液晶
表示装置等に使用される顔料を含む感光性樹脂から形成
した着色層を有するカラーフィルターの着色層の変色防
止方法に関する。

［従来の技術］ 各種の装置において小型の表示装置としてＣＲＴに代わ
って利用されている液晶表示装置は、透明電極層を設け
たガラス等の透明な基板を１ないし１０−μｍ程度のギ
ャップを設けてその間に液晶物質を封入し、電極間に印
加した電圧によって液晶を一定の方向に配向させて透明
部分と不透明部分を形成して画像を表示している。カラ
ー液晶表示装置はいずれかの透明電極基板上に光の三原
色に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカ
ラーフィルターを設けている。

カラー液晶表示装置用のカラーフィルターは、透明基板
、着色層、保護層、透明導電膜という順に積層されてお
り、ＲＧＢの三原色の位置に対向する電極あるいは薄膜
トランジスタを形成した透明基板とを数〜数十μｍの間
隔を保持し液晶物質を封入して液晶表示装置を形成して
いる。

液晶表示装置によるカラー表示の方法には各種の方法が
あるが、現在では透明電極基板上に光の三原色に対応す
る赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィル
ターを設け、液晶によりフィルターのＲ，Ｇ、　　Ｂの
各色の光の透過量を制御するカラーフィルターを使用す
る方法が中心となっている。

このような目的で使用されるカラーフィルターは、透過
光を液晶によるシャッター効果で制御するために、透明
電極基板上に光の三原色に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）
、青（Ｂ）の三色の着色層、着色層の保護層、液晶の駆
動用の透明電極層が形成されている。カラーフィルター
は着色層のＲＧＢの三原色の位置に対向する電極あるい
は薄膜トランジスタを形成した透明基板との間に液晶物
質を封入して液晶表示装置を形成している。

［発明が解決しようとする課題］ カラーフィルターはガラスなどの透明基板上に顔料分散
法、染色法、電着法、印刷法等によってＲ，Ｇ、　　Ｂ
の三原色を所定の形状とした着色層を形成し、着色層上
には着色層を保護する目的で保護層を形成している。

カラーフィルターの製造には各種の方法が採−用されて
いるが、液晶表示装置に使用するカラーフィルターは、
撮像管に使用されるようなカラーフィルターとは異なり
、外部からの光や表示のために背後から照射される光に
よって着色層の劣化を受けるので、発色の安定性の面か
らは顔料からなる着色層を形成したカラーフィルターが
注目を受けている。

カラーフィルター１に着色層を形成する方法を第２図を
示して説明すると、赤色層を形成する場合には、ピラゾ
ロンレッド等の顔料を感光性樹脂に混合した組成物を使
用しているが、塗布工程（Ａ）において、ガラス等の透
明基板２にあらかじめブラックマトリックス３を設けた
透明基板を十分に洗浄し、赤色の顔料を含んだ感光性樹
脂の組成物４を所定の膜厚となるようにスピンコーター
ロールコータ−等を用いて塗布する。

次に、プレベーク工程で、顔料を含む感光性樹脂の組成
物の層を、オーブン中でプレベークする。

プレベークした感光性樹脂の組成物の層に所定の画素の
パターンを形成するために、露光工程（Ｂ）においてフ
ォトマスク５を介して超高圧水銀ランプを用いて露光す
る。

次いで、現像工程（Ｃ’）において露光した感光性樹脂
を現像するが、使用した感光性樹脂がポリビニルアルコ
ール系の水溶性の樹脂である場合には水によるスプレー
現像でよい。このようにして赤色のレリーフ画像６を形
成し、さらに現像に使用した溶剤あるいは水を除去する
ために感光性樹脂を加熱処理する。

カラーフィルターの着色層は、Ｒ，Ｇ、　　Ｂの三色の
画素を形成しており、このため緑色　青色の画素を設け
る必要があるので、同様の工程を繰り返して、緑色画素
を形成すべき領域に緑色のレリーフ画像を形成し、青色
画素を形成すべき領域に青色のレリーフ画像を形成して
着色層を形成している。

カラーフィルターの着色層上には、着色層を保護するた
めの透明保護層を形成しているが、透明保護層には、熱
硬化性のウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂
等の材料が使用されている。

次いで、前記の着色層を最終的に硬化させるため、およ
び透明保護層に使用した熱硬化性樹脂を硬化させるため
に、　１５０℃ないし２００℃の温度に加熱する処理が
行われる。

ところが、このようにして製造した着色層を有するカラ
ーフィルターは、加熱する硬化処理によって着色層が黄
色に着色し、カラーフィルターの分光特性が悪化するこ
とがあった。

［課題を解決するための手段コ 着色層の黄変について鋭意検討したところ、感光性樹脂
層の硬化処理をはじめとする加熱によって４００ｎｍな
いし６００ｎｍに吸収を持つように黄色く変色すること
が明かとなった。

顔料を含む感光性樹脂の塗布層の硬化処理は各色毎に行
っているので、はじめに塗布した感光性樹脂は着色層の
硬化工程において合計３回の加熱処理を受けることとな
り、透明保護層を熱硬化性樹脂で製造した場合にはこれ
に加えて透明保護層の硬化工程において同様の熱処理を
受けることとなる。

そして、このような加熱処理時の黄変は酸素による酸化
が主要な原因と考えられるので、酸化を防止するために
、感光性樹脂の塗布層を加熱処理する前に、酸素を遮断
する無機質の層を着色層上あるいは透明保護層上に形成
することによって、酸素の存在によって引き起こされる
黄変の防止を実現したものである。

酸素を遮断するために有効な無機質の酸素を阻止する膜
は酸化ケイ素、酸化チタン等の層が好ましい。

［作用］ 本発明のカラーフィルターの着色層の変色防止方法は、
顔料を含有した感光性樹脂を基板上に塗布して形成した
着色層上あるいは着色層上に形成した透明保護層上に無
機質の酸素を阻止する作用を果たす層を形成したもので
、各層を加熱して硬化処理する時に、酸素が着色層に接
触するのを阻止することにより、着色層の黄変を防止し
、分光特性の劣化を防止することが可能となる。

以下に本発明の実施例を示し、更に詳細に説明する。

［実施例コ カラーフィルターの着色層の形成は、赤色　緑色及び青
色の顔料を、感光性樹脂に分散した組成物をあらかじめ
ブラックマトリックスを形成したバリウム・ボロシリケ
イトガラス、硼珪酸ガラス、あるいはソーダライムガラ
ス等の基板にスピンコーター、ロールコータ−等を用い
て塗布する。

着色層には、フタロシアニンブルー、ファストゲンブル
ー、ジオキサジンバイオレット、　リオノールグリーン
、フタロシアニングリーン、モノアゾイエロー、　ピラ
ゾロンレッド、アントラキノンレッド、モノアゾレッド
、ジアゾレッド等の顔料を使用することができる。

また、感光性樹脂としては、ポリビニルアルコール／重
クロム酸塩、ポリビニルアルコール／ジアゾ樹脂、ポリ
ビニルアルコール／スチルバゾリウム、ゼラチン／重ク
ロム酸塩、カゼイン／重クロム酸塩、感光性アクリル樹
脂等を使用することができるが、ポリビニルアルコール
系の水溶性樹脂を使用する場合には、露光の後に水によ
る現像が可能となるので製造工程を簡素化できる。

顔料を分散した感光性樹脂の組成物を塗布した、オーブ
ン中でプレベークする。

プレベークした感光性樹脂の組成物の層に所定の画素の
パターンを形成するために、露光工程においてフォトマ
スクを介して超高圧水銀ランプ等からの紫外光を用いて
露光する。

次いで、現像工程において露光した感光性樹脂を温純水
、アルカリ水溶液等を用いて現像して、感光性樹脂の組
成物の不要な部分を除去するが、使用した感光性樹脂が
ポリビニルアルコール系の水溶性の樹脂である場合には
水によるスプレー現像で良い。

各色のレリーフ画像を形成する毎に、溶剤や水等を除去
するために１００℃程度の低い温度で熱処理を行う。三
色の着色層を形成した後に、酸素を阻止する無機質層を
形成し、さらに透明保護層を形成するか、または着色層
上に透明保護層を形成し、次いで無機質層を形成した後
に、　２００℃程度の熱処理を行って硬化させる。

第１図（Ａ）に本発明の方法で製造した着色層上に無機
質の層を形成したカラーフィルターの断面図を示し、第
１図（Ｂ）には透明保護層上に無機質の層を形成したカ
ラーフィルターの断面図をを示す。

第１図（Ａ）のカラーフィルター１には、透明基板２上
にはブラックマトリックス３で区画された着色層７が形
成されており、着色層は赤色画素７Ｒ１緑色画素７Ｇ、
青色画素７Ｂが設けられており、着色層７上に無機質層
８、透明保護層９および透明電極膜１０が形成されてお
り、周縁部１１において無機質層は透明基板２と強固に
結合している。また、第１図（Ｂ）のカラーフィルター
１では、透明基板２上にはブラックマトリックス３で区
画された着色層７が形成されており、着色層は赤色画素
７Ｒ１緑色画素７Ｇ、青色画素７Ｂが設けられており、
着色層上には透明保護層９を形成し、透明保護層上に無
機質層８を形成している。

また、本発明のカラーフィルターの製造において無機質
層を形成する装置を第３図に示すが、スパッタリング装
置１２内には、二酸化ケイ素からなるターゲット１３、
　ターゲットに対向して基板ホルダー１４が設けられて
おり、基板ホルダーには無機質層を形成するカラーフィ
ルター１が取り付けられており、ターゲットと基板ホル
ダーには高周波電源１５から高周波電流を印加する。

スパッタリングは装置内を十分に減圧に真空排気した後
に、アルゴンを所定の圧力となるように供給し、規定の
膜厚の無機質層が得られるまで放電を行う。

ついで、無機質層上に透明保護層を形成するが、透明保
護層を熱硬化性のウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイ
ミド樹脂等の熱硬化性樹脂で形成する場合であっても、
無機質層の形成後に加熱処理を行うので、着色層の黄変
等の問題は生じない。

透明保護層の上には液晶を駆動するための所定のパター
ンを形成した透明電極層を設けることによってカラーフ
ィルターが得られる。

また、樹脂の硬化処理のために行う加熱処理の際には、
通常の熱板あるいはオーブン等の空気を雰囲気とした加
熱処理装置において処理することが可能であるが、酸素
を含まない雰囲気中において加熱処理することによって
１着色層のより確実な変色を防止することが可能である
。

実施例１ 赤色、緑色及び青色の顔料を、それぞれ第１表に示した
ような組成割合で感光性樹脂に分散させて、赤色、緑色
及び青色の着色感光性樹脂を作製する。

第 表 （単位。

重量％） 大きさ３ ０　０　ｍ　ｍ　Ｘ ５　０　ｍ　ｍ。

厚さ１゜ 　ｍ ｍの透明基板コーニング７０９５材を充分に洗浄し、そ
の上に、赤色感光性樹脂を１２μｍの膜厚になるように
塗布し、その後温度７０℃で３０分間オーブン中で乾燥
させ、水銀ランプを用いて露光し、水によるスプレー現
像を１分間行い、赤色画素を形成すべき領域に赤色のレ
リーフ画像を形成した。その後、熱処理を１００℃にて
３０分行った。

赤色感光性樹脂と同様にして、緑色感光性樹脂および青
色感光性樹脂を塗布して、緑色および青色のレリーフ画
像を形成した。

次に、得られたレリーフ画像を形成した透明基板を高周
波スパッタリング装置において、反応室内を１０−６ｔ
ｏｒｒまで減圧した後に、装置内のアルゴン分圧を３　
Ｘ　１０−３ｔｏｒｒとし、二酸化ケイ素をターゲット
として、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１．５ＫＷで１
分ないし３分間スパッタリングを行い、厚さ１００Ａな
いし５００Ａの無機質層を得た。

続いて、熱硬化性樹脂として、オプトマーＳＳ７２６５
　（日本合成ゴム（株）製）、オプトマー５Ｓ８２６５
　（日本合成ゴム（株）製）を使用して、１．０μｍの
膜厚になるように塗布した後、２００℃で１時間加熱処
理して透明保護層を得た。

透明保護層上には、低温マグネトロンスパッタリングに
よって酸化インジウムと酸化錫からなるＩＴＯ膜を形成
し、カラーフィルターを製造した。

得られたカラーフィルターの分光特性は、第４図に破線
で示したとおりであり、製造工程での黄変による影響は
みられなかった。

実施例２ 実施例１と同様の方法でレリーフ画像からなる着色層を
形成した後に、着色層上にオプトマー５Ｓ７２６５　（
日本合成ゴム（株）製）、オプトマー５Ｓ８２６５　（
日本合成ゴム（株）製）を使用して、　１．　０μｍの
膜厚になるように塗布した後１２０℃、　１時間の熱処
理を行い透明保護層を形成の後に、実施例１と同様の方
法で無機質の層として酸化ケイ素の層を形成した後に樹
脂の加熱硬化処理を行い、続いてＩＴＯ膜からなる透明
導電性膜を形成し、エツチングによって所定のパターン
を形成してカラーフィルターを製造した。　　得られた
カラーフィルターの分光特性は実施例１と同様であり、
製造工程での黄変による影響はみられなかった。

比較例 酸化ケイ素からなる無機質層を設けない点を除いて実施
例と同様の条件でカラーフィルターを製造したところ、
得られたカラーフィルターの分光特性は、第４図に実線
で示したように透過率の低下が４００ｎｍないし６００
ｎｍで見られ　黄変による分光特性の劣化が認められた
。

［発明の効果］ 本発明の顔料を含有した感光性樹脂からなる着色層を有
するカラーフィルターの着色層の変色防止方法は、着色
層または透明保護層上に無機質の層を設けたもので、そ
の後のカラーフィルターの製造工程あるいは液晶表示装
置の組立工程での熱硬化性樹脂等の加熱処理時に生じる
着色層の黄変を防止したカラーフィルターが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のカラーフィルターの断面図を示し、
第２図は、カラーフィルターの着色層の形成方法を示す
断面図であり、第３図は、本発明のカラーフィルターの
製造において無機質層を形成する装置を示す図、第４図
は、本発明の実施例と比較例のカラーフィルターの分光
特性を示す図である。 １・・・カラーフィルター、　２・・・透明基板、　３
・・・ブラックマトリックス、４・・・感光性樹脂の組
成物、　５・・・フォトマス九　６・・・レリーフ画像
、　７・・・着色層、７（Ｒ）・・・赤色画素、７（Ｇ
）・・・緑色画素、７（Ｂ）・・・青色画素、８・・・
無機質層、９・・・透明保護層、１０・・・透明電極Ｒ
１１・・・周縁仏　１２・・・スパッタリング装置、　
１３・・・ターゲット、　１４・・・基板ホルダー、　
１５・・・高周波電源 出　　願　　人　　大日本印刷株式会社代理人　弁理士
　　米澤　　明（外７名）７（Ｒ）　７（Ｇ）　７（Ｂ
）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）顔料を含有した感光性樹脂からなる組成物で形成
   した着色層を有するカラーフィルターの製造方法におい
   て、無機質の層を形成することを特徴とするカラーフィ
   ルターの着色層の変色防止方法。
2. （２）無機質の層を着色層と透明保護層の間に設けるこ
   とを特徴とする請求項１記載のカラーフィルターの着色
   層の変色防止方法。
3. （３）無機質の層を透明保護層と透明電極層の間に設け
   ることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルターの
   着色層の変色防止方法。
4. （４）無機質の層が酸化ケイ素であることを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれかに記載のカラーフィルター
   の着色層の変色防止方法。