JPH05142411A - カラーフイルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明着色層が薄膜で色分解能力に優れしかも
高精度にパターニングされているカラーフィルターを提
供すること。 【構成】 ガラス基板１上に、顔料が分散された透明樹
脂により構成され各色別にパターン状に設けられた赤、
緑、青の分光特性を有する透明着色層２１〜２３と、こ
の透明着色層を保護すると共に平坦化させる平坦化剤層
３及び透明電極４とを備えるカラーフィルターであっ
て、上記透明樹脂層が、有機顔料と、分子量１０００〜
４０００のバインダー樹脂及びその光架橋剤から成る感
光性樹脂とを主成分とし、かつ、上記有機顔料の重量を
Ｐ、感光性樹脂の重量をＶとした場合にその重量比（Ｐ
／Ｖ）が３／２より大きくなるよう設定された膜厚０．
５μｍ以下の薄膜により構成されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明基板上に透明着色
層と平坦化剤層並びに透明電極を備え、例えば液晶ディ
スプレー等に適用されるカラーフィルターに係り、特
に、上記透明着色層が薄膜で色分解能力に優れしかも高
精度にパターニングされているカラーフィルターの改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレー等に適用されるカラー
フィルターは特定色調の光のみを透過させてカラー表示
をするための透明着色層を有する外に、通常、液晶ディ
スプレーを駆動させるための透明電極を備えている。例
えば、図４に示すカラーフィルターａは、その片面に偏
光板ｅ１が接着されたガラス基板ａ１と、このガラス基
板ａ１の他面側に各色別にパターン状に設けられ赤、
緑、青の分光特性を有する透明着色層ａ２と、この透明
着色層ａ２上に積層された透明電極ａ３とでその主要部
が構成されている。そして、例えば、液晶セルｂ２、透
明電極ｂ３、ガラス基板ｂ１及び偏光板ｅ２等から成る
液晶ディスプレイに組込まれて適用されるものである。
すなわち、二枚の透明電極ａ３及びｂ３間に電界をかけ
て液晶セルｂ２の液晶を選択的に配向させ、この配向に
伴って上記偏光板ｅ２を透過した光の偏光面を選択的に
回転させる。液晶セルｂ２を透過した光は偏光面の回転
の有無に応じて偏光板ｅ１を透過し又は偏光板ｅ１によ
り遮断され、この選択的な透過と遮断により画像が表示
される。他方、透明着色層ａ２は液晶セルｂ２を透過し
た光のうち特定色調の光のみを透過させて着色し、上記
表示画像のカラー化を可能にする。

【０００３】ところで、上記透明電極ａ３が液晶の制御
に使用されるためこの透明電極ａ３が平坦に形成されて
いないと液晶に印加される電界が不均一となり、その結
果、液晶の配向が乱れて表示される画像品質が劣化する
弊害がある。

【０００４】そこで、図４に示すカラーフィルターにお
いては、上記透明着色層ａ２の段差に伴う透明電極ａ３
の非平坦化を防止するため、スピンコーター又はロール
コーターにより透明樹脂を塗布して平坦化剤層ｃを形成
しこの平坦化剤層ｃ上に透明電極ａ３を形成する方法が
採られている。

【０００５】しかしながら、スピンコーターやロールコ
ーターにより透明樹脂を塗布して透明着色層ａ２の段差
分を解消するにしても一定の限界があり、この段差が大
きいと平坦な透明電極ａ３を形成することが困難とな
る。

【０００６】一方、図５に示すように、ガラス基板ａ１
上に透明電極ａ３を形成した後に透明着色層ａ２を積層
した構造のカラーフィルターａも知られている。

【０００７】そして、このカラーフィルターａによれ
ば、透明電極ａ３が平坦なガラス基板ａ１上に形成され
ているためこれを完全に平坦状態で成膜することができ
ると共に、透明電極ａ３を形成した後に透明着色層ａ２
を積層していることから図４に示したカラーフィルター
と異なり上記透明電極の成膜に伴う加熱により透明着色
層が変色する恐れもない利点を有している。

【０００８】しかしながら、このカラーフィルターａに
おいては透明電極ａ３と液晶セルｂ２間に透明着色層ａ
２が存在する構造のため、この透明着色層ａ２の膜厚が
大きいと二枚の透明電極ａ３、ｂ３間距離が離れ過ぎて
しまい、液晶セルｂ２に均一な電界を印加し精度良く液
晶を制御して表示画像の品質を向上させることが不可能
となる。

【０００９】このように、図４及び図５に示されたいず
れのカラーフィルターの場合においても、液晶の制御や
表示品質を良好にする観点から透明着色層ａ２の膜厚に
ついては薄い方が望ましいといえる。

【００１０】そして、このような透明着色層としては、
従来、特定の粒径分布の着色顔料を感光性樹脂に固形分
比で１／１０〜２／１の割合で分散したもの（特開昭６
０−１２９７０７号公報、特開昭６０−１２９７３８号
公報参照）、あるいは着色顔料の重量をＰ、感光性樹脂
の重量をＶとした場合、１／３≦Ｐ／Ｖ≦３／２の範囲
で着色顔料を感光性樹脂中に分散させたもの（特開昭６
３−１８２６２７号公報参照）等が提案されており、ま
たその膜厚については０．１μｍ（特開昭６０−１２９
７０７号公報、特開昭６０−１２９７３８号公報参照）
あるいは０．５μｍ（特開昭６３−１８２６２７号公報
参照）が限界とされていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特定色調の
光のみを透過させる分光特性に優れしかも膜厚が小さい
透明着色層を得るためには、通常、着色顔料の感光性樹
脂に対する比率を大きくしなければならない。

【００１２】しかし、上記特開昭６０−１２９７０７号
公報、特開昭６０−１２９７３８号公報あるいは特開昭
６３−１８２６２７号公報のいずれの場合も、着色顔料
の比率の増大と透明着色層の薄膜化に伴い光硬化の際の
着色顔料の光吸収が大きくなり、感光性樹脂の硬化不良
が生じたり感光性樹脂成分が相対的に少ないことから現
像時に透明着色層のエッジ部分をきれいにパターニング
できなくなる欠点がった。

【００１３】従って、上述した各公報には透明着色層の
膜厚限界として０．１〜０．５μｍなる値が記載されて
いるものの、事実上その膜厚が０．５μｍ以下の透明着
色層を形成することは困難なため、従来におけるカラー
フィルターにおいてはその液晶制御精度と表示画像の品
質の点で十分でない問題点があった。

【００１４】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、上記透明着色層
が薄膜で色分解能力に優れしかも高精度にパターニング
されているカラーフィルターを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、透明基板上に、顔料が分散された透明樹脂に
より構成され各色別にパターン状に設けられた赤、緑、
青の分光特性を有する透明着色層と、この透明着色層を
保護すると共に平坦化させる平坦化剤層及び透明電極、
とを備えるカラーフィルターを前提とし、上記透明樹脂
層が、有機顔料と、分子量１０００〜４０００のバイン
ダー樹脂及びその光架橋剤から成る感光性樹脂とを主成
分とし、かつ、上記有機顔料の重量をＰ、感光性樹脂の
重量をＶとした場合にその重量比（Ｐ／Ｖ）が３／２よ
り大きくなるよう設定された膜厚０．５μｍ以下の薄膜
により構成されていることを特徴とするものである。

【００１６】このような技術的手段において、分子量１
０００〜４０００のバインダー樹脂とこの光架橋剤から
成る感光性樹脂とは、有機顔料の配合割合が高く設定さ
れているにも拘らず光硬化の際の硬化不良が起こらずし
かも現像時において透明着色層のエッジ部分がきれいに
パターニングされる樹脂材料で、この分子量１０００〜
４０００のバインダー樹脂として、例えば、アクリル
酸、メタクリル酸、２−ヒドロキシエチルアクリレー
ト、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロ
キシプロピルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルメ
タクリレート、ジメチルアミノピロピルアクリレート、
ジメチルアミノピロピルメタクリレート、ポリエチレン
グリコール、ポリビニルアルコール、アクリルアミド、
メトキシメチルアクリルアミド、アミノ基または第４級
アンモニウム基を有するアクリル共重合体等から選択さ
れた２種類以上の樹脂を重合しその分子量を１０００〜
４０００に調整したものが適用でき、また、このバイン
ダー樹脂の光架橋剤として、ジアゾ樹脂、あるいは多官
能アジド等が適用できる。

【００１７】そして、感光性樹脂が分子量１０００〜４
０００のバインダー樹脂とその光架橋剤から構成されて
いるため、有機顔料の配合割合が高く設定されている透
明着色層であっても上述したように光硬化の際の硬化不
良や現像の際のパターニング不良が生じることなく精度
よく所定膜厚のパターニングが可能となる。従って、有
機顔料の重量をＰ、感光性樹脂の重量をＶとした場合、
Ｐ／Ｖ＞３／２となる重量比でこの感光性樹脂と有機顔
料を含有するとき、０．５μｍ以下の膜厚を有してしか
も優れた分光特性を有する透明着色層を精度良く形成す
ることが可能となる。このため、ガラス基板と透明着色
層の間（図４に示されたカラーフィルター参照）又は透
明着色層上（図５に示されたカラーフィルター参照）の
いずれに透明電極を有する構造のものであっても、この
透明電極を使用し電界を精度良く印加して液晶を配向ム
ラを生じることなく制御し、表示画像の品質の向上を図
ることができる。

【００１８】尚、上記感光性樹脂内に配合される有機顔
料としては、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔
料、ジオキサジン系顔料、アゾレーキ系顔料、不溶性ア
ゾ系顔料、縮合アゾ系顔料、ペリレン系顔料、イソイン
ドリノン系顔料、アントラキノン系顔料、チオインジコ
系顔料等が適用できる。この有機顔料は、水、ポリビニ
ルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレン
グリコールアルキルエーテル等と共にボールミル、サン
ドミル等で混練して分散しておき、上記感光性樹脂に混
合して適用される。

【００１９】また、この技術的手段に適用できる透明基
板としては、従来と同様に例えばガラス基板が適用でき
る。そして、図４に示すカラーフィルターを得るために
はガラス基板を透明基板として透明着色層を形成し、平
坦化剤層を介してＩＴＯ等の透明電極を設ければよい。
また図５に示すカラーフィルターを得るためには、透明
基板としてＩＴＯ等の透明電極を備えたガラス基板を透
明基板として透明着色層を形成し平坦化剤層を設ければ
よい。いずれの場合も平坦化剤層には多官能アクリレー
ト、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、光
硬化性エポキシ樹脂、アミン硬化性エポキシ樹脂、ポリ
イミド、マレイミド等の樹脂が適用でき、スピンコータ
ーやロールコーターにより透明着色層により生じた段差
を解消する程度に０．５〜５．０μｍの厚みに設ければ
よい。

【００２０】

【作用】この様な技術的手段によれば、透明樹脂層が、
有機顔料と、分子量１０００〜４０００のバインダー樹
脂及びその光架橋剤から成る感光性樹脂とを主成分と
し、かつ、上記有機顔料の重量をＰ、感光性樹脂の重量
をＶとした場合にその重量比（Ｐ／Ｖ）が３／２より大
きくなるよう設定された膜厚０．５μｍ以下の薄膜によ
り構成されている。

【００２１】そして、分子量１０００〜４０００のバイ
ンダー樹脂とその光架橋剤から成る感光性樹脂を適用し
ているため、有機顔料の重量をＰ、感光性樹脂の重量を
Ｖとした場合にその重量比（Ｐ／Ｖ）を３／２より大き
くなるよう設定しかつその膜厚も０．５μｍ以下に設定
しても、光硬化の際の硬化不良や現像の際のパターニン
グ不良が生じることがない。

【００２２】従って、透明着色層の膜厚が０．５μｍ以
下でその段差分が極めて小さくなるため、この上に透明
電極を積層する構造のカラーフィルターにおいては上記
透明電極を平坦に形成することが可能となり、また、透
明電極上に透明着色層を形成する構造のカラーフィルタ
ーにおいては電極間が離れ過ぎないように調整すること
が可能となる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００２４】まず、バインダー樹脂として、２−ヒドロ
キシエチルメタクリル酸、ジエチルアミノピロピルメタ
クリルアミド、メタクリルアミド、メトキシメチルアク
リルアミドを重合して分子量２０００の樹脂バインダー
を作成した。

【００２５】このバインダー樹脂に対しこの光架橋剤と
してジアゾ樹脂を１０重量％混合して感光性樹脂とし
た。

【００２６】一方、赤色有機顔料としてパーマネントレ
ッド、緑色有機顔料として塩素化シアニングリーン、青
色有機顔料として不安定化シアニンブルーとジオキサジ
ンバイオレットの混合物を適用し、各顔料をボールミ
ル、サンドミルを使用してそれぞれ水、ポリビニルアル
コール、ポリエチレングリコールモノオレインエーテル
中に分散させ、顔料液を作成した。顔料液中の顔料の平
均粒径は０．０２μｍであった。

【００２７】この顔料液中の固形分と感光性樹脂の固形
分の重量比が７：３となる割合で混合し、赤、緑、青の
各色の着色感光性樹脂液を作成した。

【００２８】次に、透明基板として各画素間にクロム薄
膜から成る遮光層を備えたガラス基板を使用し、まず１
色目をスピンコーターで厚さ０．３μｍに塗布し、画素
に対応した所定の位置に透光部を持つフォトマスクを通
して露光し、かつ、２％酢酸溶液で現像しパターニング
して１色目の透明着色層を形成した。

【００２９】その後、順次２色目、３色目をパターニン
グして透明着色層を備えたカラーフィルターを作成し
た。

【００３０】得られたカラーフィルターの分光特性を図
２に示す。この図から分かるように３色とも良好な分光
特性を示しており、またパターン形状も良好であった。

【００３１】次に、この透明着色層上に、スピンコータ
ーを使用して０．８μｍの厚さに多官能アクリレートを
塗布して平坦化剤層を形成した後、この平坦化剤層上に
透明電極としてＩＴＯを一様に成膜した。

【００３２】この断面形状を図１に示す。図中、１はガ
ラス基板、２１、２２、２３は各色の透明着色層、３は
平坦化剤層、４は透明電極を示す。

【００３３】図から分かるようにこの平坦化剤層３の形
成により透明着色層２１〜２３に基づく段差がほとんど
解消し平坦な透明電極４が成膜されていることが分か
る。

【００３４】［比較例］顔料液中の固形分と感光性樹脂
の固形分の重量比が３：７となる割合で混合した以外は
実施例と同様に着色感光性樹脂を作成し、かつ、この感
光性樹脂を使用して厚さ１．２μｍの各色の透明着色層
を形成した以外は実施例と同様にしてカラーフィルター
を求めた。この断面図を図３に示す。

【００３５】この図から明らかなように透明着色層２１
〜２３に基づく段差は平坦化剤層３によって解消せず、
従って、平坦状の透明電極４が形成されていないことが
確認できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、透明着色層の膜厚が
０．５μｍ以下でその段差分が極めて小さくなるため、
この上に透明電極を積層する構造のカラーフィルターに
おいては上記透明電極を平坦に形成することが可能とな
り、また、透明電極上に透明着色層を形成する構造のカ
ラーフィルターにおいては電極間が離れ過ぎないように
調整することが可能となる。

【００３７】従って、液晶を精度良く制御して表示画像
の品質向上が図れる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るカラーフィルターの断面形状を示
す説明図。

【図２】実施例に係るカラーフィルターの分光特性を示
すグラフ図。

【図３】比較例に係るカラーフィルターの断面形状を示
す説明図。

【図４】従来のカラーフィルターとその使用方法を示す
説明図。

【図５】従来のカラーフィルターとその使用方法を示す
説明図。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２１ 透明着色層 ２２ 透明着色層 ２３ 透明着色層 ３ 平坦化剤層 ４ 透明電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に、 顔料が分散された透明樹脂により構成され各色別にパタ
   ーン状に設けられた赤、緑、青の分光特性を有する透明
   着色層と、 この透明着色層を保護すると共に平坦化させる平坦化剤
   層及び透明電極、とを備えるカラーフィルターにおい
   て、 上記透明樹脂層が、有機顔料と、分子量１０００〜４０
   ００のバインダー樹脂及びその光架橋剤から成る感光性
   樹脂とを主成分とし、 かつ、上記有機顔料の重量をＰ、感光性樹脂の重量をＶ
   とした場合にその重量比（Ｐ／Ｖ）が３／２より大きく
   なるよう設定された膜厚０．５μｍ以下の薄膜により構
   成されていることを特徴とするカラーフィルター。