JPH043841B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はカラー液晶表示装置の液晶セル内に設
けると好適なカラーフイルターに係わり、更に詳
細にはＴ・Ｎ（ツイステツド・ネマチツク）型液
晶、あるいはＧ・Ｈ（ゲスト・ホスト）型液晶を
もちいたフルカラー液晶表示装置に適する色分解
用カラーフイルター及びその製造方法に関する。 カラー液晶表示装置は陰極線管（CRT）カラ
ー表示装置に比較して、薄型軽量であり、色再現
性も遜色のないまでに改良され、かつ、幾つかの
パネルを配列することにより大型デイスプレー装
置としても利用できるため、各種デイスプレーへ
の展開が可能であり、既に実用の段階に至つてい
る。色再現性の優れたフルカラー液晶表示装置と
しては、カラーフイルター方式、即ち、液晶セル
の内部又は外部にカラーフイルターを設け、液晶
を光学的シヤツターとして利用した方式がある。
ここで使用されるカラーフイルターは、特にセル
内部に設けられる場合、透明性、耐光性、耐熱
性、耐薬品性の極めて秀れた特性が要求される。
例えば、液晶セル製造プロセス中、洗浄工程から
耐薬品性が、配向膜形成工程、透明導電膜形成工
程、シール材接着工程等から200℃ないし300℃の
耐熱性が求められる。しかし、現在実用化してい
る染料染着型のポリペプチドをフイルター層に用
いる有機フイルターでは、耐熱性として200℃が
限界であり、また耐薬品性も劣り、上記目的のフ
イルターとして実用化するには問題がある。また
無機干渉フイルターは透明性、耐久性とも満足で
きるが液晶セルのような大面積（例えば数十平方
センチメートルないし数百平方センチメートル）
のものでは、均一な薄膜形成技術及びパターン化
技術に難点があり、又視角差による分光透過率の
変動等があつて実用に至つていない。 本発明は以上の状況にかんがみ、高品位、低コ
ストのカラーフイルターを開発すべく鋭意研究を
重ねた結果、実現したものであり、透明性、耐光
性、耐薬品性の極めて秀れたカラーフイルター及
びその製造方法を提供するものである。 次に本発明になるカラーフイルターについて図
を参照しながら説明する。第１図は、カラーフイ
ルターを使用した液晶表示装置の一例を示す。光
源１として螢光燈等を発した白色光は偏光子２、
透明基板３を通してカラーフイルター４で三原色
に分解される。液晶７は封止材９、配向膜６及び
配向膜８に接して封入され、透明基板１１に支持
された画素電極１０及び、カラーフイルター４に
支持された透明電極５間に印加された電気信号に
応じて、偏光子２液晶７及び検光子１２の作用に
より光学的シヤツターとして動作し、三原色光は
情報化される。カラーフイルター４の各色の大き
さは画素電極１０と同一であり、大型デイスプレ
ーの場合は数ミリメートル角、ハンデイー型デイ
スプレーの場合は数十ミクロンないし数百ミクロ
ン角であり、カラーフイルター４は微細加工の可
能な素材から構成されなければならない。 本発明になるカラーフイルターの構成について
以下説明する。第１図に示すように透明基板３と
して例えばガラス基板、透明樹脂板、透明樹脂フ
イルム等が適用でき、カラーフイルター４は通常
該透明基板３上に位置し、更に該カラーフイルタ
ー４上に透明電極５が設けられる。又場合によつ
ては該透明基板３上に透明電極５が位置し、更に
その上にカラーフイルター４が設けられることも
ある。カラーフイルター４は第１図で示されたよ
うに例えば赤色フイルター層Ｒ、緑色フイルター
層Ｇ、青色フイルター層Ｂから成る。場合によつ
ては黒色もしくは不透明の遮光層や無着色層が、
上記Ｒ，Ｇ，Ｂの間に介在して設けられることも
ある。赤色フイルター層Ｒはポリイミド樹脂、赤
色顔料、分散助剤を主成分として構成される。以
下同様に緑色フイルター層Ｇ、青色フイルター層
Ｂもポリイミド樹脂・顔料・分散助剤より成る。
ポリイミド樹脂の役割は透明基板３上に各色顔料
を固定せしめ、又必要に応じ任意形状のパターン
化を可能ならしめ、更に、カラーフイルター４上
に透明電極５を形成する場合の基材となる。各色
の顔料は、白色光を色分解する役割を担い、透明
性・耐光性・耐熱性が秀れていなければならな
い。該顔料の一次粒子径は0.3μ以下、好ましくは
0.1μ以下であつて可視光の波長に対して十分小さ
くする。さらに言えば透明性の秀れた顔料として
有機顔料が望ましい。分散助剤は、顔料の凝集を
防ぎ、ポリイミド樹脂中に該顔料を均一に分散さ
せるために添加される。当然該分散助剤も又耐熱
性を有し、カラーフイルター４の諸特性を阻害し
てはならない。この目的に合致する分散助剤とし
て、顔料または染料である有機色素の誘導体が極
めて有効であることが判明した。例えば顔料に対
し該分散助剤を10重量％添加したときの透過率の
効果を第２図に示す。第２図Ａは1.1mm厚のガラ
ス基板の分光透過率、Ｂは該ガラス基板上に設け
られたポリイミド樹脂皮膜（2.0μ厚）の分光透過
率、Ｃは分散助剤を添加しない場合の赤色フイル
ター層の分光透過率、Ｄは分散助剤を添加した場
合の赤色フイルター層の分光透過率率であつて
Ｃ，Ｄとも上記ガラス基板上に設けられている。
明らかに該誘導体である分散助剤を添加した場合
は600nm以上の分光透過率が高く、又ポリイミド
樹脂皮膜の透過率に近ずく。分散助剤としては、
勿論、該顔料の誘導体に限定する必要はなく、陽
イオン活性剤、陰イオン活性剤、非イオン活性剤
等も適用できる。 ポリイミド樹脂に対する顔料の重量比は、通常
0.25ないし３の範囲が好ましい。顔料の比率を下
げるとフイルターとしての特性は向上するが、所
定の光学濃度を得るためには、膜厚を大きくする
必要があり、微細加工が困難になる。顔料の比率
を上げると、顔料の分散性および後述の塗布性が
著しく劣化する。顔料に対する分散助剤の重量比
は0.01ないし0.2が好ましいが、かならずしもこ
の値に限定する必要はない。上記配合によるカラ
ーフイルターの膜厚は0.75μないし3.0μであつた。 次に本発明に使用可能な顔料として、透明性が
高くしかも耐熱性・耐光性および耐薬品性の優れ
た材料を下記に挙げる。材料はいずれもカラーイ
ンデイスク（C.I.）ナンバーにて示す。 C.I.黄色顔料20、24、86、93、109、110、117、
125、137、138、147、148、153、154、
166、168 C.I.オレンヂ顔料 36、43、51、55、59、61 C.I.赤色顔料９、97、122、123、149、168、177、
180、192、215、216、又は217、220、
223、224、226、227、228、240 C.I.バイオレツト顔料19、23、29、30、37、40、
50 C.I.青色顔料 15、15 ６、22、60、64 C.I.緑色顔料 ７、36、 C.I.ブラウン顔料 23、25、26 C.I.黒色顔料 ７ 次に本発明に使用可能な分散助剤として、例え
ば陽イオン活性剤、陰イオン活性剤、非イオン活
性剤等の界面活性剤もしくは有機色素誘導体が挙
げられる。好ましくは有機色素誘導体がよい。有
機色素誘導体とは有機顔料又は染料の誘導体であ
り、たとえばアゾ系、フタロシアニン系、キナク
リドン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリ
ノン系、チオインジゴ系、ジオキサジン系、イソ
インドリノン系、キノフタロン系、トリフエニル
メタン系、金属錯塩系の有機色素化合物に置換基
を有する化合物である。置換基とは、水酸基、カ
ルボキシル基、スルホン酸基、カルボンアミド基
等や下記一般式によつてなされる置換基である。 −CH₂−Ｘ−Ａ（Ｘ；酸素又はイオウ原子、Ａ；
アリール基）

【式】 （Ｘ；アルキレン基、R₁、R₂；水素原子、ア
ルキル基またはR₁とR₂とで少なくとも窒素原子
を含む複素環）

【式】 （R₁；水素原子、アルキル基またはアリール
基、R₂；アルキル基またはアリール基、あるい
はR₁とR₂とで少なくとも窒素原子を含む複素環）

【式】 （R₁；水素原子、アルキル基 Ａ；アルキレン基 R₂；アルキル基、アルコキシアルキル基ま
たはシクロアルキル基 R₃；水素原子、アルキル基またはシクロア
ルキル基あるいはR₂とR₃とで少なくとも
窒素原子を含む複素環 なお、有機顔料と、前記誘導体の母体有機色素
とは通常色相の関係から同一のものが組合せられ
るが、必ずしも一致している必要はない。 第３図は本発明になるカラーフイルターの分光
透過率を実線で示す。同じく破線は耐光性を示す
分光透過率であつて、キセノンランプ43000ルツ
クス260時間の曝露後の結果であり、優れた耐光
性を有することがわかる。本発明になるカラーフ
イルターを60℃３％NaOH溶液に30分浸漬後、
外観上及び分光特性のいずれも変化しなかつた。 尚本発明になるカラーフイルターは、撮像管用
カラーストライプフイルターとして、又固体撮像
素子用のカラーフイルターとしても十分使用でき
るものである。 次に本発明になるカラーフイルターの製造方法
について図を参照しながら説明する。ポリイミド
樹脂は、一般に、ポリイミド前駆体の縮合反応又
は附加反応によつて得られる。現在、商品化され
ているポリイミド前駆体は主として縮合反応タイ
プであつて、例えばテトラカルボン酸２無水物、
ビフエニルテトラカルボン酸２無水物等と芳香族
ジアミンを溶媒中で重合させ、ポリアミド酸性溶
液即ちポリイミド前駆体を製造する。 本発明になるカラーフイルターの製造方法は(1)
該ポリイミド前駆体に顔料及び分散助剤を添加し
て、三本ロール等の撹拌機で十分混練し各色着色
ワニスを作る工程、(2)該着色ワニスを透明基板に
塗布後パターン化、又はパターン状に塗布して加
熱縮合し、ポリイミド樹脂、顔料及び分散助剤か
ら成る着色フイルター層を形成し、必要に応じて
更に上記工程を繰り返して２色以上の色相の組合
せになるカラーフイルターを形成する工程から成
る。ここでポリイミド前駆体は顔料の分散媒であ
り、分散助剤はポリイミド前駆体中に顔料を均一
に分散させるための助剤である。該顔料及び分散
助剤をポリイミド前駆体に添加し三本ロール等で
十分混練して各色着色ワニスを製造する。次に透
明基板３上に該着色ワニス例えば赤色ワニスをス
ピンナー、ロールコーター等で塗布する。次に
250℃以下の範囲で溶剤を除き該着色ワニスの乾
燥皮膜即ち着色フイルター層１３を形成する。 さらにこの上にホトレジスト１４を塗布し乾燥
する。ホトレジストとしてはポジ型及びネガ型の
いずれでもよい。（第４図Ａ参照）。次に超高圧水
銀燈等をもちいて、マスク露光し、更に現像して
ホトレジスト１４のレリーフ像を形成し、次に該
レリーフ像をマスクにしてアルカリ溶液、あるい
はヒドラジンヒドラート溶液等で該着色フイルタ
ー層１３をエツチングする。エツチング方法とし
ては、ウエツトエツチング以外にドライエツチン
グも適用できる。（第４図Ｂ参照）。次にホトレジ
スト１４を剥膜し250℃ないし300℃で加熱してポ
リイミド前駆体を完全にイミド化する。以上の工
程を繰り返し、他の色相（例えば緑色、青色）の
着色フイルター層を順次繰り返し形成して、カラ
ーフイルター４を形成することができる。（第４
図Ｃ参照） 感光性ポリイミド前駆体をもちいて上記同様に
着色ワニスを製造することができる。この場合の
作業は全て安全光下で行う。感光性着色ワニス例
えば赤色ワニスを透明基板上に塗布後、プリベー
フしてから所定のパターンを露光し現像する。有
機顔料が分散している着色ワニス皮膜は、感能光
の透過率を極端に低下させるので露光量としては
顔料の添加されていない場合に対して数倍ないし
数十倍を必要とする。露光終了後現像して該着色
ワニス皮膜のレリーフパターンを形成し、200℃
ないし300℃に加熱して感光性ポリイミド前駆体
をイミド化する。以降緑色ワニス、青色ワニスに
ついて同様の工程をくり返して第４図Ｃに示すカ
ラーフイルターを製造する。 本発明に供されるポリイミド前駆体の一例を述
べると、デユポン社製“パイラリン”“PIシリー
ズ”、東レ株式会社製“セミコフアイン”“SPシ
リーズ”および“ホトニース”、日立化成株式会
社製“PIQシリーズ”および“PIXシリーズ”、
信越化学株式会社製“KJR−651”、東芝ケミカ
ル株式会社製“TVE5051”等が挙げられる。ポ
リイミド前駆体は400nmから450nmにかけて光吸
収するものが多いが、青色フイルター用ポリイミ
ド前駆体としては、“PI−2545”、“PI−2566”
（デユポン社製）、“SP−910”（東レ株式会社製）
等が良好であつた。 またカラーフイルターの製造方法として、ホト
レジスト等を使用せずに、平版オフセツト、凹板
オフセツト、凸版オフセツト、更にスクリーン印
刷等の印刷手段により透明基板３上に直接パタン
状に施し、しかる後200〜300℃で加熱焼成してカ
ラーフイルターとすることもできる。 なお、カラーフイルターの構造として第５図に
示すように、各色の着色フイルター層の間に黒色
の遮光層１５を介在させることもある。この場
合、遮光層１５としてカーボンブラツクのような
黒色顔料を含む着色組成物を先言したようなエツ
チング手段や印刷手段により形成すると良い。遮
光層１５も着色フイルター層１３と同様に耐熱性
を要求されるから、ポリイミドの如き耐熱性樹脂
層の中に黒色顔料を分散させたものを用いると良
い。その他、金属もしくは金属化合物のような黒
色を呈する物質や遮光物質を蒸着等の手段で形成
することもあげられる。 以下に実施例に基いて本発明を詳述する。 実施例 １ 東レ株式会社製“セミコフアインSP−910”
90.1ｇに対し顔料及び分散剤をそれぞれ各9.0ｇ、
0.9ｇ添加して二本ロールで十分混練して赤・
緑・青色ワニスを作つた。以下に顔料及び分散剤
を示す。 （赤色フイルタ用） 顔料 リオトゲンレツドGD（東洋インキ製造(株)製C.
I.ピグメントレツド168）6.75ｇとリオノーゲン
オレンジＲ（東洋インキ製造(株)製C.I.ピグメン
トオレンジ36）2.25ｇとの混合物 分散助剤 下記構造式の化合物 （緑色フイルター用） 顔料 リオノールグリーン2YS（東洋インキ製造(株)
製C.I.ピグメントグリーン36）6.75ｇとリオノ
ーゲンエロー3G（東洋インキ製造(株)製C.I.ピグ
メントエロー154）2.25ｇとの混合物 分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 CuPC−〔SO₂N（C₁₈H₃₇）₂〕₂ （青色フイルター用） 顔料 リオノールブルーES（東洋インキ製造(株)製C.
I.ピグメントブルー15：６）7.2ｇとリオノーゲ
ンバイオレツトRL（東洋インキ製造(株)C.I.ピグ
メントバイオレツト23）1.8ｇとの混合物 分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 次に、赤色ワニス10ｇに対しＮ−メチル−２ピ
ロリドン（以下NMPと記す）を２ｇ添加して、
十分撹拌し1.1mm厚ガラス基板上にスピンナ
1250rpm60秒間の回転塗布し、60℃15分間の乾燥
後130℃60分間プリベーフして赤色皮膜を形成し
た。次に該赤色皮膜上にポジ型ホトレジスト東京
応化製“OFPR−”25cpを2000rpmでスピンナ
ーコートレ、80℃30分間のプリベーフ後超高圧水
銀燈でパターン露光しノンメタル現像液で現像
し、更に該ノンメタル現像液で“OFPR−”の
現像部に露出している該赤色皮膜をエツチング除
去した。 その後キシレン及び酢酸Ｎブチルの１対２混合
溶液で“OFPR−”を剥膜し、230℃30分間加
熱焼成して赤色フイルターを形成した。次に緑色
ワニス10ｇに対しNMPを４ｇ添加し混合・撹拌
して、該赤色フイルター上に1500rpm60秒間回転
塗布し、以下赤色ワニスの場合と同様な処理をし
て、赤色フイルターに接して緑色フイルターを形
成した。 次に、青色ワニス10ｇに対しNMP2.5ｇを添加
し混合撹拌後上記赤色及び緑色フイルター上に
1500rpm60秒間回転塗布した。以降赤色ワニスと
同様に処理して、青色フイルターを形成した。以
上の全工程終了後250℃で30分間更に300℃30分間
の加熱焼成してカラーフイルターを製造した。 実施例 ２ 東レ株式会社製感光性ポリイミドコーテイング
剤“ホトニース透明タイプ”90.1ｇに対し実施例
１に示す青色顔料及び分散剤をそれぞれ9.0ｇ及
び0.9ｇ添加し暗所に於て二本ロールで十分混練
し、感光性青色ワニスを製造した。実施例１に示
す赤色フイルター及び緑色フイルターの形成され
たガラス基板上に、該感光性青色ワニス10ｇに対
しNMP3ｇを添加して混合撹拌した溶液を滴下
後2000rpm60秒間の回転塗布後、80℃60分間、乾
燥した。次にガラス基板の裏面より赤色フイルタ
ー及び緑色フイルターをマスクにして該感光性青
色ワニスの乾燥皮膜を露光した。このときの露光
条件は5mw／cm²の超音圧水銀燈で80秒間であつ
た。露光後専用現像剤“DV−140”を用い未露
光部分をスプレー現像し、イソプロピルアルコー
ルでリンス後スピンドライヤーで乾燥した。その
後150℃15分間200℃30分間、300℃20分間の加熱
焼成して赤・緑・青色からなるカラーフイルター
を製造した。 実施例 ３ 東レ株式会社製“セミコフアインSP−780”
120ｇに対し赤色顔料９ｇ及び分散剤0.9ｇ、日立
化成株式会社製“PIQ”120ｇに対し緑色顔料９
ｇ及び分散剤0.9ｇ、デユポン社製“パイラリ
ン・PI−2566”100ｇに対し青色顔料９ｇ及び分
散剤0.9ｇ、を混練して、各色着色ワニスを作つ
た。ここでもちいた各色顔料及び分散剤は実施例
１に示す。1.1mm厚ガラス基板にデユポン社製カ
ツプリング剤“VM−651”の0.05％溶液を
3000rpmで20秒間回転塗布し、引き続いて青色ワ
ニス10ｇに対し３ｇのNMPを添加混合した溶液
を1200rpmで60秒間回転塗布し60℃15分の乾燥後
更に200℃で30分間加熱した。その後該青色ワニ
スの乾燥皮膜上にITO膜を400Aスパツタ形成し、
更に該ITO膜上にネガレジスト“JSR−CBR−
M901”（日本合成ゴム株式会社製）を2000rpmで
スピンコートし80℃30分間のプリベーク後パター
ン露光し現像した。次に“JSR−CBR−M901”
の現像部に露出しているITO膜を1.5％塩酸溶液
でエツチングし、更にヒドラジンヒドラート溶液
で青色ワニス皮膜をエツチングした。緑色ワニス
10ｇに対しNMP2ｇを添加して混合撹拌し上記
青色ワニス皮膜上に1500rpm60秒間のスピンコー
トをした。以降青色ワニスと同様の処理をして、
青色ワニス皮膜に接して緑色ワニス皮膜を形成し
た。更に赤色ワニス10ｇに対しNMP4ｇを添加
し混合撹拌した後青色ワニス皮膜及び緑色ワニス
皮膜の形成された基板上に1000rpmで60秒間のス
ピンナーコートをした。以降青色ワニスと同様の
処理をほどこし、三色カラーフイルターを形成
し、“JSRストリツパーS300”（日本合成ゴム株式
会社製）をもちいてネガレジストを剥膜して、
300℃30分の焼成後全面に再度ITO膜を形成し、
カラーフイルターとITO一体型のカラーフイルタ
ーを形成した。 以上実施例１、２、３のいずれも着色ワニスは
1μポアサイズのテフロン製フイルターでロ過し
た。 本発明になるカラーフイルター及びその製造方
法は従来からある染料染着型カラーフイルターに
比較して耐熱性・耐光性・耐薬品性が秀れ工業生
産上の貢献ははかりしれないと考える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カラーフイルター方式によるフルカ
ラー液晶表示装置の一例を示す断面図であり、第
２図は、分散助剤の効果を示すカラーフイルター
の分光透過率グラフ図であり、第３図は、本発明
のカラーフイルターの耐光性を示す分光透過率グ
ラフ図であり、第４図は、本発明になるカラーフ
イルターの製造方法の一例を工程順に示す説明図
であり、第５図は、本発明の他の実施例を示す説
明図である。 １……光源、２……偏光子、３，１１……透明
基板、４……カラーフイルター、５……透明電
極、６，８……配向膜、７……液晶、９……封止
材、１０……画素電極、１２……検光子、１３…
…着色フイルター層、１４……ホトレジスト、１
５……遮光層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基体上に、ポリイミド樹脂、有機顔料および
   該有機顔料の誘導体である分散助剤を主成分とす
   る着色フイルター層を、任意の色数で所望のパタ
   ーン状に各色別に設けたことを特徴とするカラー
   フイルター。 ２ 遮光層が、着色フイルター層の間に介在する
   特許請求の範囲第１項記載のカラーフイルター。 ３ 基体上に、ポリイミド前駆体、有機顔料およ
   び該有機顔料の誘導体である分散助剤を主成分と
   する着色組成物を各色別に順次所望のパターン状
   に繰り返し施し、200〜300℃の温度にて加熱焼成
   して着色フイルター層としてなることを特徴とす
   るカラーフイルターの製造方法。 ４ 遮光層を、着色フイルター層の間に介在させ
   る特許請求の範囲第３項記載のカラーフイルター
   の製造方法。