JPH0451203A

JPH0451203A - カラーフィルター

Info

Publication number: JPH0451203A
Application number: JP2161592A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Iida; 満飯田; Seitaro Tsutsumi; 成太郎堤
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1992-02-19
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JP2933992B2

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
表示装置に使用されるカラーフィルターに関する。

［従来の技術］液晶表示装置は、透明電極を設けたガラス等の透明な基
板を１ないし１０μｍ程度の間隔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おり、透明電極への印加電
圧の調整によって液晶の光の透過を制御してＲ，Ｇ、　
　Ｈの３色のフィルターを透過する光量を制御して３原
色の加色による発色によってカラー表示を行っている。

カラー液晶表示装置では、透明基板、着色層、保護膜　
透明導電膜という順に積層されている。

保護膜は着色層を保護するとともに、透明導電膜の基材
としての役割を果たしている。そして、透明で、その後
のカラーフィルターの製造工程での熱処理温度に耐える
材料であれば多くの材料を用いることができるがとくに
熱硬化性のウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹
脂あるいは光硬化性のアクリル樹脂、ポリイミド樹脂な
どが使われている。

［発明が解決しようとする課題］カラー液晶表示装置の保護膜として熱硬化性樹脂を使用
した場合には、保護膜がカラーフィルターの全面に形成
されるので、保護膜を所定の領域に限定することが困難
である。

保護膜がカラーフィルター全面に形成されている場合に
は、カラーフィルターと対向電極を接着剤によってはり
合わせる際に対向電極との接着を保護膜を介して行うこ
ととなるために充分な接着強度が得られないことがおこ
る。また、カラーフィルターと透明電極とをはり合わせ
た後の表示品質を検査した際にその品質に問題があって
不良品と判断された場合、カラーフィルターを再利用す
るために液晶のシール剤を剥離し、更にタブを剥離する
際に、着色層の外周部に保護膜を有するとシール剤ある
いはタブと共にカラーフィルターに形成された透明電極
もともに剥離してしまい、カラーフィルターの再利用が
できないという問題もある。

そこで、保護膜を形成する部分を特定の部分に限るため
に、硬化すべき部分をマスクによって限定することが容
易な光硬化性の樹脂を用いることも行われている。とこ
ろが、光硬化性樹脂として従来から使用されている感光
性ポリイミド樹脂は、吸湿性が高く、また電極の形成等
の際に使用するアルカリ性の溶液に対する耐食性に欠け
ると共に、高価であり実用上好ましくない。また従来の
感光性アクリル樹脂は、耐熱性に乏しく更に保護膜上に
比較的厚い透明導電性膜を形成した際に、カラーフィル
ター上にクラックやしわが発生するという問題がある。

また、カラー液晶表示装置のカラーフィルターとして利
用するためには、着色層のＲ，Ｇ、　　Ｂの位置に対応
する部分の液晶を駆動する透明電極を着色層の保護膜上
に設けている。カラーテレビの表示装置のように透明基
板上に形成した薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）の対極とし
て作用する透明電極を保護膜上に形成するアクティブ方
式の液晶の駆動においては透明電極の平坦性の問題は特
に重要ではないが、パソコンのカラーデイスプレーに使
用されているＳＴＮ方式による液晶の駆動方法の場合に
は、透明電極の平坦性が大きな問題となっている。

さらに、保護膜を着色層上に限定する場合にも着色層の
周囲の壁面および壁面と隣接した透明基板上に保護膜を
形成して着色層を保護する際に、着色層の周辺部の透明
基板と保護膜との接着強度が大きくない場合には保護層
が透明基板から剥がれたり、透明電極の成膜工程や液晶
表示装置の組立工程において使用する薬剤等が透明基板
と保護層との間を浸透して着色層に悪影響を及ぼすこと
が起こる。

この発明は、上記したような着色層外周部等の問題とな
る部分には保護層を有しないカラーフィルターを提供す
ることを第１の目的とし、保護膜上にクラックやしわ等
が発生せず、しかも耐熱性、耐水性の大きい強固な保護
膜を形成することを目的とするものである。

また、同時に凹凸の小さい平坦な透明電極が形成される
ような保護膜を得ることを第２の目的とするものである
。

さらに、透明基板と保護膜との接着強度を大きくして保
護膜の周囲からの剥離や透明基板と保護膜との間を薬剤
等が浸透することを防止することを第３の目的とするも
のである。

［課題を解決するための手段］本発明者らは上記した問題点を解決する手段を研究した
結果・　光重合性アクリレートオリゴマーとエポキシ樹
脂との混合物に一つの分子内に複数の官能基を有する多
官能光重合性アクリレートモノマーを添加した感光性ア
クリル樹脂を用いることにより、樹脂の橋かけ度を高め
て剛直で硬度が大きい膜質とすることができ保護膜上に
厚い透明電極を形成してもクランクやしわが発生しない
ことを見いだしたものである。同時にこのような組成の
樹脂を保護膜とすると透明基板上に形成した着色層の隣
接するＲ、　　Ｇ、　　Ｂ間に形成される凹部およびＲ
，Ｇ、　　Ｂの部分に高さの違いが生じていても、保護
膜の表面の凹凸がきわめて少ない平坦性の良好な保護膜
が得られることを見いだしたのである。

本発明の目的に使用可能な上記の光重合性アクリレート
オリゴマーとしては、分子量１０００〜２０００程度の
ものが好ましく、ポリエステルアクリレートまたは、フ
ェノールノボラックエポキシアクリレート、　０−クレ
ゾールノボランクエポキシアクリレート等のエポキシア
クリレートあるいは、ポリウレタンアクリレート、ポリ
エーテルアクリレート、オリゴマアクリレート、　アル
キドアクリレート、ポリオールアクリレート　メラミン
、アクリレート等をあげることができる。

エポキシ樹脂としては以下に構造式を示すフェノールノ
ボラック型のエポキシ樹脂あるいはクレゾールノボラッ
ク型のエポキシ樹脂をあげることができる。

また、多官能光重合性アクリレートモノマーとしては、
　１．４ブタンジオールジアクリレート、ジエチレング
リコールジアクリレート　ネオペンチルグリコールジア
クリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、
　トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエ
リスリトールアクリレート、ジペンタエリスリトールへ
キサアクリレート等が挙げられる。

本発明の保護膜の形成方法は透明基板上に設けた着色層
上に、光重合性アクリレートオリゴマーフェノールノボ
ラック型のエポキシ樹脂、多官能光重合性アクリレート
モノマーに重合開始斉Ｌ　エポキシ硬化剤を添加した感
光性樹脂をスピンナー法、　ロール法、スプレィ法、ス
クリーン印刷法などの任意の塗布方法によって塗布した
後に所定のパターンの描かれたマスクを載置して紫外線
を照射して必要な箇所を硬化し、紫外線未照射部分の未
硬化の感光性樹脂を溶解する溶剤で溶解除去することに
よって所定の領域のみに、橋かけ度を高めた剛直で硬度
が大きい膜質とした樹脂の保護膜を形成したものである
。得られた保護膜は充分な強度を有しているために保護
膜上に厚い透明電極を形成してもクランクやしわが発生
せず、凹凸の少ない平坦性の高い膜である。更に光感光
性を有しているために光マスクを用いることにより所定
の領域にのみ保護膜を形成することを可能としたもので
ある。

［作用］本発明のカラーフィルターは、着色膜の表面に形成する
保護膜として光重合性アクリレートオリゴマーとエポキ
シ樹脂との混合物に多官能光重合性アクリレートモノマ
ーを添加した感光性樹脂を用いたものであるので、保護
股上に厚い透明電極を形成しても、クランクやしわが発
生せず耐熱性に優ね　同時に凹凸の少ない平坦性の優れ
た膜が得られる。さらにフォトマスク等を配置して上記
樹脂の塗布面に紫外線照射し、紫外線未照射部分の樹脂
を溶解除去することにより、所定の領域にのみ保護膜が
形成されているカラーフィルターが得られる。

［実施例コ図面を示して本発明のカラーフィルターを説明すると、
第１図に断面を示すように透明基板１に光の三原色に対
応した着色層２を形成している。

透明基板は硼珪酸ガラス等のガラスやポリカーボネート
、ポリエチンレンテレフタレート等の合成樹脂を用いる
ことができる。また着色層は染料、顔料等の色材を印刷
法やフォトリソグラフィー法で形成したものである。

着色層２の表面に保護膜３をスピンコーターロールコー
タ−、スプレィ、印刷などの方法により設けたものであ
るが、とくに保護層として光重合性アクリレートオリゴ
マーとエポキシ樹脂との混合物に多官能光重合性アクリ
レートモノマーを添加した感光性樹脂を用いたものであ
る。

光重合性アクリレートオリゴマーとしては、ポリエステ
ルアクリレートまたは、　フェノールノボラックエポキ
シアクリレート、　０−クレゾールノボラックエポキシ
アクリレート等のエポキシアクリレートあるいは、ポリ
ウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オ
リゴマアクリレート　アルキドアクリレート、ポリオー
ルアクリレート、メラミンアクリレート等をあげること
ができる。

フェノールノボラック型エポキシ樹脂また、多官能光重合性アクリレートモノマーとしてはモ
ノマーとしては、　１，４ブタンジオールジアクリレー
ト、ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチ
ルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールト
リアクリレート　トリメチロールプロパントリアクリレ
ート、ペンタエリスリトールアクリレート、ジペンタエ
リスリトールヘキサアクリレート等があげられる。

また、光重合性アクリレートモノマーあるいはオリゴマ
ーにカルボキシル基等の酸性基をもたせるとアルカリ水
溶液によって現像することが可能となるので、有機溶剤
による現像に化べて取り扱いおよび廃液処理が容易であ
り、経済性および安全性の面で好ましい。

さらに光重合性樹脂中に開始剤としてベンゾフェノンあ
るいは、イルガキュアー１８４、イルガキュアー９０７
、イルガキャア−６５１（いずれもチバガイギー社商品
名）、ダロキュア−（メルク社商品名）などを固形分比
１〜３％程度添加してもよい。

さらに、エポキシ硬化剤としてアリールジアゾニウム塩
の様な光カチオン触媒を添加するが、アミン類のエポキ
シ硬化剤は黄変性の問題があるので好ましくない。とく
に好適な光重合性アクリレートオリゴマーと多官能性光
重合性モノマーの配合比（重量％）は配合比例１フェノールノボラックエポキシアクリレート・・４０％フェノールノボラック型エポキシ樹脂・・　１８％トリメチロールプロパントリアクリレート・・１７％ジペンタエリスリトールへキサアクリレート・・・２０
％イルガキュアー１８４　　　　　　　　　・・　３％Ｕ
ＶＥ１０１４　（ＧＥ社製）　　　　　・　　２％配合
比例２０−クレゾールノボランクエポキシアクリレート・・・
３８％タレゾールノボラック型エポキシ樹脂・・・　１８％ジペンタエリスリトールへキサアクリレート・・３８％イルガキュアー１８４　　　　　　　　・・　２％ＵＶ
Ｅ１０１４　（ＧＥ社製）　　　　　　−２％配合比例
３ポリウレタンアクリレート　　　　　　　・・・３５％
フェノールノボラック型エポキシ樹脂・・・　１３％ジペンタエリスリトールへキサアクリレート・・・４８
％ＵＶＥ１０１４　（ＧＥ社製）イルガキュアー６５１配合比例４メラミンアクリレートフェノールノボラック型エポキシ樹脂２％２％・・・４９％・・・２０％トリメチロールプロパントリアクリレート・・２７％ＵＶＥ　１０１４　（ＧＥ社製）　　　　　　−２％イ
ルガキュアー１８４　　　　　　　　・・・　２％等を
あげることができる。

着色層上に光硬化性樹脂の配合物を塗布した後に、第２
図に断面を示すように、所定のパターンを描いたフォト
マスクを光感光性樹脂層から一定の距離のところに配置
して紫外線を照射して樹脂層を硬化させた。紫外線照射
の後に塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラクロロエ
タン、　メチルエチルケトン等の有機溶剤、あるいは水
酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に
よって現像して着色層外周部の未硬化保護膜を溶解して
除去して第３図に断面を示すように、着色層部２の表面
にのみ光硬化性樹脂の保護膜３を形成したカラーフィル
ターを作成することができた。

このようにして作成したカラーフィルターの保護膜上に
透明導電性膜からなる表示用のパターンを形成した電極
を設けた。

着色層の隣接するＲ、　　Ｇ、　　Ｂ部分の間に形成さ
れる凹部に対応した部分および着色層の厚みの異なる部
分の上部の保護膜上には下部の凹凸を反映している。第
４図（Ａ）は、着色層を形成したカラーフィルターの断
面図を示すが、着色層のＲｌＧ、　　Ｂの部分の間には
空間５があり、またＲ、　　Ｇ、Ｂには高さに段差６が
生じている。このような着色層上に保護膜を形成すると
従来の保護膜の材料では同図（Ｂ）のように下部の凹凸
等に応じて表面の凹凸が大きく平坦性が好ましくはない
。ところが、本発明の保護膜では同図（Ｃ）のように下
部の凹凸が大きくても保護膜の表面には大きな凹凸は生
ぜずきわめて平坦性が良好となる。その結果保護膜上に
成膜される透明電極の平坦性も良好となる。

また、本発明の感光性樹脂による保護膜では多官能性光
重合性子ツマ−が架橋剤として作用する結果　樹脂の橋
かけ度が高まり、膜の硬度がオリゴマーのみの場合、鉛
筆硬度でＨＢ〜２Ｈのものが４Ｈないし９Ｈまで向上し
、さらにエポキシ樹脂の添加により、耐熱性、耐水性、
およびガラス等の透明基板との接着性が改善された。そ
の結果耐熱性が２５０℃程度となり、更に保護膜上に０
２〜０４μｍ程度の厚い透明導電性膜を形成してもカラ
ーフィルターにクラックやしわは発生しなかった。

さらに、前記樹脂配合物の塗布前にシランカップリング
剤を透明基板に塗布あるいは前記樹脂配合物中に添加す
る場合には、多くの市販のシランカップリング剤を使用
することにより接着強度を大きくすることが可能である
が、　とくにγ−（２アミノエチル）アミノプロピルト
リメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、　γ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン
等を使用することが好ましい。

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。

［以下余白］第　　１表（単位二　重量％）基板には、厚さ１１ｍｍのガラス基板（旭硝子■ 製ＡＬ材）を充分に洗浄して用いる。

その上に、赤色感光性樹脂を１．２μｍの膜厚になるよ
うに塗布し、その後温度７０℃で３０分間オープン中で
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、さらに１５０℃で３０分間、
加熱硬化させた。

同様の工程を繰り返して、緑色画素を形成すべき領域に
緑色のレリーフ画素を形成し、青色画素を形成すべき領
域に青色のレリーフ画素を形成して着色層を形成した。

続いて光硬化性アクリレートオリゴマーとして、０−ク
レゾールノボラックエポキシアクリレート（分子量１５
００〜２０００）を３５５重量部クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂を１５重量阻多官能重合性モノマーとし
て、ジペンタエリスリトールへキサアクリレート　（日
本化薬■製ＤＰＨＡ）を５００重量部混し、さらに重合
開始剤としてイルガキュアー（チバガイギー社■製）２
重量鰍　エポキシ硬化剤としてＵＶＥ１０１４（ゼネラ
ルエレクトリック社製）を２重量部混合した配合物を、
エチルセルソルブアセテート２００重量部中に溶解させ
、その溶液１０ｇを用いてスピンコーターで前記着色層
上に２．０μｍの厚さに塗布した。塗布膜からフォトマ
スクを１００μｍの距離に配置してプロキシミテイーア
ライナによって、２、ＯＫＷの超高圧水銀ランプによっ
て着色層上のみに紫外線を１０秒間照射した。続いて温
度２５℃の１．１．２２−テトラクロロエタンからなる
現像液中に１分間浸漬して、塗布膜の未硬化部分のみを
除去した。

得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度の７Ｈに相当するもの
であった。

次に、形成された保護膜上にスパッタリング法により、
厚さ０．４μｍのＩＴＯ膜（酸化インジウムと酸化錫の
複合膜）を被覆した。

透明電極層の平坦性を探針式膜厚計によって測定したと
ころ、凹凸は０．０１μｍ〜０．０５μｍと小さいもの
であり、平坦性は良好であった。

また、得られたカラーフィルターは２５０℃で１時間加
熱しても異状は認められず充分な耐熱性を有していた。

実施例２（ａ）Ｏ−タレゾールノボラックエポキシアクリレート
（分子量１５００〜２０００）　を５０１１Ｃ量阻ジペ
ンタエリスリトールへキサアクリレート　（日本化薬■
製ＤＰＨＡ）を５００重量部混し、更に重合開始剤とし
てイルガキュアー（チバガイギー社■製）２重量部を混
合した樹脂から形成した肱（ｂ）実施例１の樹脂により
形成した風（Ｃ）シランカップリング剤としてγ−（２
アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン（東
し・シリコーン■製　５Ｈ６０２０）０．１％溶液をガ
ラス基板に塗布した後、乾燥させ続いて実施例１の樹脂
を塗布して形成した鼠（ｄ）シランカップリング剤を添加した実施例１の樹脂
を塗布して形成した膜、について塗布膜の接着強度を基盤目試験（ＪＩＳ規格）
により評価したところ第２表のようになりへ　各塗布膜
の基盤目試験は、透明基板（コーニング社製７０５９材
）上に１．０ないし１．５μｍの厚みに樹脂を塗布して
乾燥した後、　２．ＯＫＷの超高圧水銀ランプによって
１０秒間露光して塗布膜を硬化させ、更に塗布膜を基板
ごと沸騰水中に６０分間浸漬した後に行っ旭第２表比較例１保護膜の材料として熱硬化性アクリレート商品名　ＪＳ
３１８１　（日本合成ゴム社製）を用いたこと、及び保
護膜の硬化を１８０℃で１時間加熱した点以外は実施例
と同様の方法で保護膜を形成した。

得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度のＨＢないしは４Ｈに
相当した続いて、保護膜上に実施例と同様の方法でＩＴＯ膜を被
覆したが、　０．１μｍのＩＴＯ膜でしわが発生した。

また凹凸は０．２μｍ〜０．７μｍであり、耐熱温度は
２００℃であつ九比較例２保護膜の材料として熱硬化性エポキシ樹脂、商品名　Ｃ
Ｚ−００３（日照化学製）を用いたこと、及び保護膜の
硬化を１８０℃で１時間加熱とした点以外は実施例と同
様の方法で保護膜を形成した。

得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度のＨＢないしは２Ｈに
相当し旭続いて、保護膜上に実施例と同様の方法でＩＴＯ膜を被
覆したが、０．１μｍのＩＴＯ膜でしわが発生した。ま
た凹凸は０．２μｍ〜０７μｍであり、耐熱温度は２０
０℃以下であった。

比較例３保護膜の材料としてシリコーン樹脂、商品名ＴＤＡＩＨ
（触媒化成社製）を用いたこと、及び保護膜の硬化を１
８０℃で１時間加熱とした点以外は実施例と同様の方法
で保護膜を形成した得られた保護膜の硬度は鉛筆硬度の
３Ｈないしは９Ｈに相当し、耐熱温度も２５０℃以上と
良好であったが、保護膜上に実施例と同様の方法でＩＴ
Ｏ膜を被覆すると、０２μｍ以上のＩＴＯ膜でクランク
が発生し、また凹凸は０２μｍ〜０７μｍであった。

［発明の効果コ本発明のカラーフィルターは着色層外周部には保護膜を
有しないので、カラーフィルターと対向電極とをはりあ
わせる際に充分な接着強度が得られる。また、カラーフ
ィルターを再利用するために、シール剤とタブを剥離す
る際にシール斉Ｌ　タブと共に保護膜が剥離することは
ない・更に、保護膜の樹脂として光重合性アクリレート
オリゴマーとエポキシ樹脂との混合物に多官能光重合性
モノマーを添加したものを用いているので、樹脂の橋か
け度が高く、剛直で硬い膜質を得ることができ、保護膜
上に厚い透明導電性膜を形成してもしわやクランクが発
生せず、耐熱性に優れており、また凹凸が少なく平坦性
に優れた保護膜が得られるので、成膜した透明導電性膜
はきわめて平坦性に優れており、品質の優れたカラーフ
ィルターを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラーフィルターに未硬化の樹脂を塗
布した状態を示す断面図、第２図はフォトマスクを配置
して紫外線の露光を説明する断面図、第３図は製作が完
了した本発明のカラーフィルターの断面図、第４図は保
護膜の凹凸を示す艮透明基板・・１、着色層・・２、保
護膜・・・３、フォトマスク・・・４、空間・・・５、
段差・・６出　　願　　人　　大日本印刷株式会社代理
人　弁理士　　米　澤　　明（外７名）第１図第図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基板上に着色層を形成し、その上面に光重合
性アクリレートオリゴマーとエポキシ樹脂との混合物と
、２官能以上の多官能光重合性アクリレートモノマーと
の混合系からなる樹脂配合物を前記着色層上に塗布し、
紫外線硬化させて保護膜としたことを特徴とするカラー
フィルター。
（２）前記樹脂配合物において、マスク等を介してカラ
ーフィルターの所定内領域の樹脂配合物のみ紫外線硬化
させ、未硬化部の樹脂配合物と相溶性を有する溶液にて
前記未硬化樹脂配合物を溶解除去し、所定内領域にのみ
保護膜を形成した請求項１記載のカラーフィルター。
（３）前記光重合性アクリレートオリゴマーあるいはモ
ノマーに酸無水物を含有し、未硬化部分がアルカリ水溶
液にて溶解除去し、カラーフィルターの所定内領域にの
み保護膜を形成した請求項２記載のカラーフィルター。
（４）前記光重合性アクリレートオリゴマーあるいはモ
ノマーに酸無水物を含有し、未硬化部分がアルカリ水溶
液にて溶解除去し、カラーフィルターの所定内領域にの
み保護膜を形成した請求項１ないし請求項２のいずれか
に記載のカラーフィルター。
（５）透明基板上にシランカップリング剤を塗布の後に
前記樹脂配合物を塗布したことを特徴とする請求項１な
いし請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルター
。
（６）前記樹脂配合物にシランカップリング剤を添加し
て塗布したことを特徴とする請求項１ないし請求項４の
いずれか１項に記載のカラーフィルター。