JPH05224008A - カラ−フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 この発明は透明基板と該基板上に形成された
着色層とを備えたカラ−フィルタにおいて、該着色層が
顔料とシリカ系被膜成分を含むインキをインクジェット
方式または印刷方式で着色して形成したカラ−フィルタ
である。 【効果】 本発明は耐熱性、耐薬品性、機械強度に富
み、しかも均一で鮮明、高画質なカラ−フィルタを効率
良く容易に提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラ−液晶表示装置等に
用いられるカラ−フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子をカラ−化する手段として
はカラ−フィルタを液晶素子に貼り合わせる方法が一般
的である。その場合、カラ−フィルタとしては通常、透
明基板上の全面に着色層として厚さ 1〜 2μｍ、大きさ
70〜150 μｍ角の赤、青、緑の微細パタ−ンが形成され
たものが用いられている。カラ−フィルタの形成方法と
しては従来から、フォトリソグラフィ法でパタ−ニング
する顔料または染料分散法あるいは染色法と呼ばれる方
式が多く用いられてきた。即ち、前者は光反応性のポリ
マ−またはモノマ−に顔料または染料を分散したものを
透明基板上に全面塗布し、決められたパタ−ンに従って
光照射した後、不要部分を溶解除去する工程を赤、青、
緑の３工程繰り返すことによってカラ−フィルタを形成
する方法である。また、後者は透明な光硬化性ポリマ−
またはモノマ−を透明基板上に全面塗布し、前者と同様
に光パタ−ン化した後、染料溶液の中に浸して染色する
工程を赤、青、緑の３工程繰り返すことによってカラ−
フィルタを形成する方法である。

【０００３】上記のいずれの方法においても、その工程
が煩雑で工程数が多いことが難点である。それに対し
て、上記以外のカラ−フィルタ形成法の中には製造に要
する工程数が少なく、効率良くカラ−フィルタを製造で
きる方法がある。例えば、インクジェット方式にてイン
キを噴出することによって着色する方法またはインキを
転写法で供給するいわゆる印刷方式がこれに相当する。
これらの方法では位置の制御はインクジェットのヘッド
または印刷版の方で行うことが出来るため、着色層を光
パタ−ンニングする工程がなく、着色層を形成する材料
が感光性を有する必要がないため、従来の方法に比べて
耐熱性、耐薬品性の向上を目指した材料選択の範囲が拡
がる。

【０００４】インクジェット方式の場合透明な基板上に
インクジェット装置を用いてインキを噴射し赤、青、緑
の画素をそれぞれ所定の位置に描画することにより着色
層を形成する。その場合、着色層は大きく別けて２種類
の形成方法がある。その一つは、予め基板上に透明な被
染色層を一層設け、その上に染料を主成分とする赤、
青、緑色のインキをインクジェット装置で噴射し被染色
層の所定の位置を染色する方式である。この方式は、透
明な被染色層を染料インキで染め付けるため、透明度の
高いカラ−フィルタが得られるが、その反面、高い耐熱
性、耐薬品性が得られにくい。

【０００５】印刷方式では、赤、青、緑それぞれ一色ず
つ各画素に相当する印刷版上の所定の位置にインキを付
着させ、それを基板上に転写する。以上の作業を３色分
繰り返して着色層を形成するのであるが、この場合も被
染色層を有する透明基板を染料インキで染色する方法と
比較して被膜形成成分と顔料との混合物からなるインキ
を用いた方が耐溶剤性および耐熱性に対して有利であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の諸欠点に鑑み創案されたもので、その目的とすると
ころはインクジェット方式または印刷方式で形成された
着色層を備えた、耐熱性、耐光性および耐薬品性の極め
て高いカラ−フィルタを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
透明基板と該基板上に形成された着色層とを備えたカラ
−フィルタにおいて、該着色層が顔料とシリカ系被膜成
分を含むインキから形成されてなることを特徴とするカ
ラ−フィルタにより達成される。

【０００８】即ち、本発明はガラスまたはポリマ−など
からなる透明な基板上の赤、青、緑のそれぞれの画素に
ついて所定の位置に顔料とシリカ系被膜成分とから主と
してなる微細画素パタ−ンを形成することにより達成さ
れる。画素パタ−ンの形成方法としては、顔料とシリカ
系被膜成分とを含むインキをインクジェット方式で各画
素の所定位置に噴射するか、または印刷方式によって所
定位置に転写することにより実現できる。

【０００９】ここで用いるシリカ系被膜成分は、半導
体、液晶表示素子などの不純物の拡散防止、絶縁、表面
の平坦化など、さらにシリコン、ガラス、セラミック、
金属などの固体表面の保護などを目的として開発されて
きた塗布液から得ることができる。かかる塗布液につい
ては、すでに多くの技術開示があり、透明、耐熱、耐薬
品性、絶縁性の優れ、かつ比較的厚膜にしてもクラック
を生じないなどの特徴を備えた材料が開発されている。
これらの塗布液に無機あるいは有機系の顔料を分散して
着色画素を形成すれば、従来得られなかった優れた透明
性、耐熱性、耐薬品性、耐光性のカラ−フィルタを作る
ことができる。微細画素の形成法にフォトリソグラフィ
の方法を適用することは困難であり、本発明で提案する
インクジェット法や印刷法がその実現のために最適であ
る。

【００１０】シリカ系被膜形成用塗布液は、次のような
方法で作製されるがこれに限定されるものではない。

【００１１】特公昭63-46095号公報で開示された方法で
は、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラ
ン、およびジメチルジメトキシシランの三者混合物をN,
N-ジメチルホルムアミドとメタノ−ルに溶解しリン酸を
触媒として加水分解、縮合を行って得たシラノ−ルオリ
ゴマ液を用いる。このシラノ−ルオリゴマ液をスピンコ
−トした後、乾燥・焼成すると無色透明、クラックなし
のシリカ膜が得られる。より一般的には、Ｒp Ｓｉ（Ｏ
Ｒ′）m （ＯＲ")n で表されるアルコキシシラン類を適
当な溶媒中で加水分解・縮合して得られる溶液である。
（ただし、Ｒは水素、アルキル基、アルケニル基、およ
びアリ−ル基の群から選ばれた少なくとも１種であり、
Ｒ′はアルキル基、アルコキシアルキル基およびアリ−
ル基の群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｒ" は水
素、アルキル基、アルコキシアルキル基、およびアリ−
ル基の群から選ばれた少なくとも１種である。また、p
は１または２、m は１〜３の整数、n は０〜２の整数、
p+m+n=4 である）。

【００１２】Ｒは具体的には水素、メチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基、ビニル基、フェニル基、ト
リル基、ビフェニル基、ナフチル基などがあげられる。
一般式に示すＯＲ' は、メトキシ基、エトキシ基、プロ
ポキシ基、ブトキシ基、2-メトキシエトキシ基、2-エト
キシエトキシ基、2-プロポキシエトキシ基、2-ブトキシ
エトキシ基、1-メチル-2- メトキシエトキシ基、1-メチ
ル-2- ブトキシエトキシ基、フェノキシ基などがあげら
れる。m が 2以上の場合、１種に限らず、２種以上のも
のを組合わせてもよい。ＯＲ" は、ＯＲ' の具体例とし
てあげたものの他に、ヒドロキシ基を付け加えることが
できる。

【００１３】これらに限定されるものではないが、具体
例として、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシ
シラン、ジメチルジメトキシラン、テトラエトキシシラ
ン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシ
ラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルトリプロキシ
シラン、メチルトリブトキシシラン、メチル（2-メトキ
シエトキシ）シラン、ジメチルジプロポキシシラン、フ
ェニルトリス（2-メトキシエトキシ）シランなどをあげ
ることができる。これらのアルコキシシランは、単独で
用いてもよいが、２種以上混合して用いることもでき
る。

【００１４】これらのシラン誘導体の溶剤には、メタノ
−ル、エタノ−ル、プロパノ−ルなどのアルコ−ル類、
エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、ポリエチ
レングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、エチレングリ
コ−ルモノエチルエ−テルなどのアルキレングリコ−ル
類、テトラヒドロフラン、ジエチルエ−テルなどのエ−
テル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブ
チルケトンなどのケトン類、N-メチル-2- ピロリドン、
ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのア
ミド類などで、これらは単独または混合して用いられ
る。

【００１５】加水分解反応のため添加する水の量につい
ては、特に制限はないが、アルコキシシランの0.5 〜5.
0 倍モル量の範囲で選択するのが好ましい。反応を促進
するための触媒には、塩酸、リン酸、リン酸エステル、
硫酸、ベンゼンスルフォン酸、p-トルエンスフォン酸、
メチルスルフォン酸、ホウ酸、酢酸、シュウ酸などの酸
のほかアルミニウムや亜鉛の酸化物、固体酸などを用い
ることができる。

【００１６】塗布液はスピンコ−タあるいはロ−ルコ−
タなどで成膜できるが、本発明の目的では、微細な画素
を形成させる必要があり、塗布液の粘度やその他の性状
を調整して、インクジェットによる噴射に適したもの、
あるいは印刷に適性なインキに調整して用いることがで
きる。膜になった後、50〜150 ℃で 5〜30min.の様な条
件で乾燥する。次いで、熱処理で縮合反応を促進して架
橋構造をもった強固な膜にする。この熱処理条件は、膜
に含まれる成分の特性や膜の使用目的に応じて変更され
るが、100 〜500 ℃の範囲で選択することができる。処
理時間は、高温にするほど短くすることができるが、余
りに急速な処理は避けなければならない。本発明の目的
では、被膜成分が顔料を必須成分として含むため、それ
が有機顔料の場合には、顔料の分解や化学的変化が起こ
らない範囲に制限される。また、得られるカラ−フィル
タがその使用される工程で受ける熱履歴の上限が明らか
な場合には、それと同等な温度で処理するのが適当であ
る。架橋後の膜の硬度、緻密度は熱処理条件も影響する
が、用いるシラン化合物のアルコキシ基の数でコントロ
−ルすることができる。

【００１７】シリカ系被膜形成用塗布液に分散する顔料
の種類は特に制限されず基本的にはあらゆる有機、無機
の顔料が使用できる。ただし、耐熱性、耐光性、および
耐溶剤性の優れたカラ−フィルタを得るためには、これ
らの特性が高く堅牢な顔料を用いる必要がある。分散さ
せる顔料の量に特に制限はないが、なるべく多量に分散
させた方が着色層の膜厚を薄くすることができる。全固
形分に対する顔料の割合は60〜20重量％の範囲が好まし
い。

【００１８】光学的用途を目的としたカラ−フィルタで
あるため顔料は、微分散させることが肝要である。その
ためには、可視光の吸収係数が大きく、かつ平均一次粒
子径が可視光に対して十分小さい顔料を選択することと
共にそれぞれの顔料に適した顔料分散剤（顔料の誘導
体）や界面活性剤などの選択が重要な因子となる。ま
た、分散に用いる装置の選択も重要である。これらにつ
いては、既に多くの知見が公表されているので活用する
ことができる。

【００１９】カラ−フィルタとして用いるには、三原色
のそれぞれの色調、三色のバランスが問題になる。カラ
−フィルタ用の顔料としては、例えば特開昭62-54774号
公報に記載されている多くの顔料が候補としてあげられ
るが、赤色顔料としてPR 177,178 、青色顔料ではPB 1
5,16、緑色顔料ではPG 36 （いずれもカラーインデック
スピグメントナンバー）がよく用いられる有機顔料であ
る。印刷インキの場合には、印刷適性の向上のため体質
顔料を加えることもある。また、粘度調節のため低温分
解性のポリマ、たとえばＰＭＭＡ、ポリアセタ−ル、ヒ
ドロキシセルロ−スなどのを添加することもできる。さ
らに、形成される被膜のガラス性を得るために比較的低
温でガラス化するガラス形成材料、例えば、５酸化リ
ン、トリエチルフォスファイト、アルミニウムアルコキ
シド、ボロントリエトキシド、酢酸亜鉛、酢酸チタニウ
ムなどを加えることもできる。

【００２０】カラ−フィルタの画素は、赤、青、緑の三
原色で構成されるが、鮮明な見映えを得るため、さらに
ＴＦＴ駆動方式では遮光部位の形成が必要であり、いわ
ゆるブラックマトリクスを各画素間に作製する。一般的
には金属クロムの蒸着により形成されるがブラック顔料
を用いたインキで形成することも可能であり、カ−ボン
などを用いた黒色インクも噴射や印刷の対象になる。

【００２１】インクジェット法で着色する場合、インキ
粘度が低い方がインキの液滴を安定に形成することがで
き望ましい。市販されているシリカ系被膜形成用塗布液
の粘度は、高いもので7-8cp 、低いものでは0.8cp であ
り、インクジェットによる噴射に適した粘度への調整は
十分可能である。

【００２２】本発明によるカラ−フィルタは、例えば次
のようにして作成できる。まず顔料および場合により分
散剤、界面活性剤を加え、先に記述したようにして作製
したシリカ系被膜形成用塗布液に分散してインクジェッ
ト用インキを赤、青、緑の３色分作成する。この場合、
顔料の分散にはホモジナイザ−、サンドグラインダ−等
の分散機を使用する。ガラスまたは樹脂からなる透明基
板を用意し、よく洗浄する。次に、上記のインキをイン
クジェット装置を用いて基板上の所定の部位に所定の着
色インキを供給し基板を着色する。上記基板を加熱乾燥
(50-150 ℃) し、さらに高温(100-500℃) で加熱して縮
合反応を促進して架橋をすすめ膜化する。上記の操作に
よりカラ−フィルタの着色層が得られる。上記の方法で
は洗浄処理のみを施した透明基板上に着色したが、各画
素を精度良く形成するために画素と画素の間にシリコ−
ンゴム層の仕切り壁を設けた基板を用いるとシリコ−ン
ゴムのインキ反発性により基板に付着したインキが隣接
した画素の領域まで拡がることを防ぐことができるので
より精度の高い、鮮明なカラ−フィルタを得ることがで
きる。

【００２３】ほぼ同様の手順で印刷方式にて着色層を形
成することが出来る。赤、青、緑の各色に対し、所定の
位置に画素パタ−ンが形成された印刷版（例えば、東レ
（株）水なし平版）を用意する。印刷用に適正化したイ
ンキを赤、青、緑、各色調製する。平台平版印刷機を用
いて印刷版にインキを供給し、それを透明基板に転写す
る。転写後の後処理はインクジェット法の場合と同様で
ある。印刷方式の場合にもインクジェット方式と同様、
画素間にシリコ−ンゴム層によるインキ反発仕切り壁を
設けることは有効である。シリコ−ンゴム層によるイン
キ反発仕切り壁は、着色画素の形成後除去することがで
きる。

【００２４】透明基板と各画素との接着性を向上させる
ために、予めガラス基板上にカップリング剤、例えばア
ミノシラン系カップリング剤を極薄く塗布しておくこと
は有効である。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されない。

【００２６】実施例１ テトラメトキシシラン 17g, メチルトリメトキシシラン
25g, ジメチルジメトキシシラン 5g をN,N-ジメチルホ
ルムアミド 40g, メタノ−ル 5g に溶解し、リン酸 0.5
g を溶解した水 20gを添加して、加水分解・縮合を行い
シラノ−ルオリゴマ液を作製した。

【００２７】ホモジナイザを用いた顔料分散法で、この
オリゴマ液中に赤色顔料PB177 を5g分散した。分散助剤
として ICI社の"Solsperse"22000と17000 を1:1 に混合
したものを顔料の2%添加して使用した。

【００２８】画素と画素の間にインキ反発性のシリコ−
ンゴム仕切り壁が形成された透明基板を用意した。その
形成方法は、画素間の遮光用のクロム膜がパタ−ニング
された透明なガラス基板上の全面にポジ型感光樹脂膜お
よびポリシロキサンの架橋薄膜を形成し、クロム膜パタ
−ンをマスクとして透明基板を通して超高圧水銀灯露光
し、画素部分、即ちクロム膜パタ−ンの無い部分のみ感
光させた。10% ヘキサンを含むエタノ−ル液で現像する
ことにより画素と画素の間にシリコ−ンゴムからなるイ
ンキ反発性仕切り壁を有する透明基板を得た。

【００２９】次にインクジェット装置を用いて当該基板
上の所定の画素位置に作製したインキを噴射してカラ−
フィルタパタ−ンを描画した。その後、100 ℃で30min.
乾燥した後、250 ℃,30min. 熱処理して着色シリカ被膜
を得た。

【００３０】青インキは、顔料にPB 15:3 とPV 23 とを
用いた。また、緑インキは、顔料にPB 36 とPY 83 を混
合して用いた。これらのインキで同様に描画して三原色
を配置したカラ−フィルタを得た。

【００３１】実施例２ メチルトリエトキシシラン 44.5g, フェニルトリエトキ
シシラン 12.0gをN-メチルピロリドン 10.9gに溶解し、
リン酸 1.0g を水 16.2gに溶かした液を加えて50℃で数
時間反応してシリカ系被膜用塗布液を得る。これに、実
施例１と同様にして有機顔料を分散してインクジェット
噴射用のインキを作製し、インクジェット法で画素の描
画を行い、乾燥(150℃,30min.)・熱処理(250℃,30min.)
してカラ−フィルタを得た。

【００３２】実施例３ 実施例２で得たシリカ系被膜用塗布液に着色用の有機顔
料20g を分散し、粘度調節のためヒドロキシセルロ−ス
5gを加えて印刷用インキを作製した。東レ水なし平版ポ
ジ型を指示書に従って製版して印刷版を得た。これらの
インキ、版材を用い紅羊社製の平台オフセット印刷機で
ガラス基板に印刷した。印刷後、150 ℃で20min.乾燥
し、さらに200 ℃,1hr. 熱処理した。これを３色のイン
キで繰り返してカラ−フィルタを得た。

【００３３】

【発明の効果】本発明に記載された構成を用いることに
より、従来のものと比較して耐熱性、耐溶媒性、機械強
度、表面光沢に富みしかも、均一で鮮明、高画質なカラ
−フィルタを効率良く容易に提供することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と該基板上に形成された着色層
   とを備えたカラ−フィルタにおいて、該着色層が顔料と
   シリカ系被膜成分を含むインキから形成されてなること
   を特徴とするカラ−フィルタ。
2. 【請求項２】 着色層がインキを基板上にインクジェッ
   ト方式で噴射するかまたは印刷方式で転写して形成され
   てなる請求項１記載のカラ−フィルタ。