JPH07198928A - カラーフィルター、電子工業用カラーペースト、その製造方法、顔料分散液およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）
の３色の画素またはブラックマトリクス用のＢＫ（黒）
を加えた４色の画素を具備する有機顔料分散型カラーフ
ィルターにおいて、３色または４色の画素に含有される
ナトリウム量またはナトリウムとカリウムの合計量を低
レベルに抑えたことを特徴とするカラーフィルター。 【効果】本発明により、オーバーコート膜を形成するこ
となしに、液晶中へのナトリウムイオンおよびカリウム
イオンの混入を防ぐことができ、信頼性の高い液晶表示
素子を実現できる、カラーフィルターを低コストで提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子工業用のカラーペ
ーストおよび、それを用いた液晶ディスプレイや撮像素
子に用いられるカラーフィルターに関するものであり、
さらに詳しくは、有機顔料を樹脂中に分散して形成され
たカラーフィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイをカラー化するため
に、透明基板上にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ
（ブルー）の３色の画素を、ライン状またはモザイク状
に配置したカラーフィルターが用いられている。カラー
フィルターには、染色法、顔料分散法、電着法、印刷法
などの多くの製造方法が提案されているが、耐光性、耐
熱性に優れ、高精細化が可能な顔料分散法によるカラー
フィルターが、現在、主流になりつつある。特に、耐熱
性樹脂であるポリイミド中に顔料を分散して形成された
カラーフィルター（例えば特開昭６０−１８４２０２号
公報、特開昭６０−１８４２０３号公報、特開昭６１−
１８０２０３号公報を参照）は、２５０℃以上の耐熱性
を有する。

【０００３】カラーフィルターでは、透明基板に画素が
高強度で接着していることが望ましく、そのためには樹
脂中に分散されている顔料の量は、できるだけ少ないこ
とが望ましい。一方、光学濃度の点からは、顔料の量が
多いことが望まれる。この二律背反した要求を満たすた
め、無機顔料に比べて少量でも光学濃度を高くすること
ができる有機顔料が、通常、樹脂：顔料＝５：５〜８：
２（重量比）の範囲でカラーフィルターには用いられて
いる。しかし、通常の有機顔料の製造過程では、ナトリ
ウムおよびカリウムをはじめとするアルカリ金属塩ある
いは化合物の混入・添加は避けがたく、一般に市販され
ている有機顔料には、多量のナトリウムおよびカリウム
の原子および／またはイオン（以下、簡単のため「ナト
リウム」、「カリウム」と略記する）が存在している。
例えば、クロモフタルレッド（ピグメントレッド１７
７）などの赤色有機顔料では、合成反応の過程でナトリ
ウム化合物を使用しており、顔料中に多量のナトリウム
（５００〜１２００ｐｐｍ）が存在する。

【０００４】フルカラー表示が可能なカラー液晶ディス
プレイとしては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）方式のも
のがあるが、この方式では液晶セルの電圧保持率が高い
ことが特に要求される。ナトリウムイオンまたはカリウ
ムイオンが液晶中に存在すると、これらの移動度が他の
アルカリ金属イオンと比べて大きいため電圧保持率は低
下する。また、これらのイオン、特にナトリウムイオン
およびカリウムイオンがトランジスターに侵入すると、
トランジスターの電気特性が変化し、動作不良が起こ
る。すなわち、カラーフィルターからナトリウムイオン
やカリウムイオンなどが液晶中へ溶出すれば、液晶ディ
スプレイの信頼性を大きく損なうことになる。

【０００５】現在、カラーフィルターでは、表面の平坦
化と画素の保護のためにオーバーコート膜を形成してい
るが、このオーバーコート膜によってカラーフィルター
からのナトリウムイオンおよびカリウムイオンなどの液
晶への溶出が防止（パッシベーション）されていると思
われる。しかし、形成したオーバーコート膜で完全にナ
トリウムイオンおよびカリウムイオンなどの液晶中への
溶出を防げる保証はない。また、カラーフィルターを低
コストで製造するためには、高い歩留まりで形成するの
が困難なオーバーコート膜を省略することが望ましい
が、この場合、画素は薄いＩＴＯ膜（透明導電膜）と液
晶配向膜を介して液晶と近接して存在することとなり、
液晶のアルカリイオン汚染の危険が増大する。

【０００６】以上カラーフィルターを例に述べてきたよ
うに、電子工業界では半導体素子に近接あるいは密着さ
せて用いることのできる低アルカリ金属イオン濃度の着
色塗料の提供が望まれている。

【０００７】

【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、電子工業界で半導体素子や液晶に近接あるい
は密着させて使用してもアルカリ金属イオン汚染の心配
のないカラーペーストおよびそれを用いて製造されたカ
ラーフィルターを提供することにあり、さらに詳しく
は、カラーフィルター膜上のオーバーコート膜形成を省
略したとしても、液晶中へのナトリウムイオンおよびカ
リウムイオンなどのアルカリ金属イオンの混入がなく、
信頼性の高い液晶ディスプレイを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
以下の構成をとることにより達成される。

【０００９】（１） Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、
Ｂ（ブルー）の３色の画素を具備し、ブラックマトリク
スを有しないまたは金属からなるブラックマトリクスを
有するカラーフィルターにおいて、

【数５】 であることを特徴とするカラーフィルター。

【００１０】（ただし、［Ｎａ］^R 、［Ｎａ］^G 、［Ｎ
ａ］^B は、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素中のナトリウ
ム原子とナトリウムイオンの合計含有量（単位ｐｐ
ｍ）、Ｖ^R、Ｖ^G 、Ｖ^B は、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各
画素の体積を表す。） （２） Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）
の３色の画素を具備し、黒色（ＢＫ）顔料樹脂分散型の
ブラックマトリクスを有するカラーフィルターにおい
て、

【数６】 であることを特徴とするカラーフィルター。

【００１１】（ただし、［Ｎａ］^R 、［Ｎａ］^G 、［Ｎ
ａ］^B 、［Ｎａ］^BKは、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素
中、およびＢＫで形成されたブラックマトリクス中のナ
トリウム原子とナトリウムイオンの合計含有量（単位ｐ
ｐｍ）、Ｖ^R 、Ｖ^G 、Ｖ^B 、Ｖ^BKは、それぞれ、Ｒ、
Ｇ、Ｂの各画素およびブラックマトリクスの体積を表
す。）

【００１２】液晶セルでは、カラーフィルターと液晶層
との厚みの比は、通常１：６程度であり、ブラックマト
リクスを有しないまたは金属からなるブラックマトリク
スを有するカラーフィルターの基板の着色被膜による被
覆率は通常は７０％程度であるから、カラーフィルター
のＲ、Ｇ、Ｂ画素中のナトリウムイオンとカリウムイオ
ンが全て液晶中に溶出した場合でも、カラーフィルター
のＲ、Ｇ、Ｂ画素中に含有されるナトリウム原子とナト
リウムイオンの合計量（以下、「ナトリウム量」とい
う、カリウムについても同様）またはナトリウムとカリ
ウムの合計量の体積平均値が３０ｐｐｍ以下であれば、
液晶中のナトリウム量またはナトリウムとカリウムの合
計量は４ｐｐｍ以下に抑えることができる。また、ブラ
ックマトリクスが黒色顔料樹脂分散型である、ＢＫ含有
カラーフィルターの場合には、カラーフィルターの基板
の着色被膜による被覆率は１００％であり、この場合は
カラーフィルターのＲ、Ｇ、Ｂ画素およびＢＫ中に含有
されるナトリウム量またはナトリウムとカリウムの合計
量の体積平均値が２０ｐｐｍ以下であれば、液晶中のナ
トリウム量またはナトリウムとカリウムの合計量は４ｐ
ｐｍ以下に抑えることができる。液晶中のナトリウムイ
オン濃度がまたはナトリウムとカリウムの合計イオン濃
度が５ｐｐｍ以下であれば、ナトリウムイオンおよびカ
リウムイオン由来の電圧保持率の低下は、実用上問題の
ないレベルとなる。もちろん、液晶中に溶出するナトリ
ウムイオンおよびカリウムイオンは少ないほど電圧保持
率の低下は小さい。したがって、好ましくはカラーフィ
ルターの３色（ブラックマトリクスを樹脂で構成する場
合は４色）の画素に含有されるナトリウム量またはナト
リウムとカリウムの合計量の体積平均値は１０ｐｐｍ以
下、より好ましくは５ｐｐｍ以下である。一方、後述す
るような方法により、ナトリウムおよびカリウムの量を
極限まで減少させるには、多大の労力と時間を消費し、
カラーフィルターの３色の画素に含有されるナトリウム
量またはナトリウムとカリウムの合計量の体積平均値を
０．００１ｐｐｍ未満にするのは製造コストの点から好
ましくない。したがって、カラーフィルターの３色の画
素に含有されるナトリウム量またはナトリウムとカリウ
ムの合計量の体積平均値は０．００１ｐｐｍ以上、好ま
しくは０．０１ｐｐｍ以上、より好ましくは０．１ｐｐ
ｍ以上である。

【００１３】３色または４色の画素に含有されるナトリ
ウム量またはナトリウムとカリウムの合計量の体積平均
値を３０ｐｐｍ以下にするには、一般に残留ナトリウム
量の多い赤色有機顔料を用いた、Ｒ（レッド）の画素中
に含有されるナトリウム量またはナトリウムとカリウム
の合計量を、８０ｐｐｍ以下にすることが望まれる。こ
のような場合、例えば、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）
の画素中、あるいはＲ、Ｇ、Ｂ画素およびＢＫブラック
マトリクス中に含有されるナトリウム量またはナトリウ
ムとカリウムの合計量がそれぞれ５ｐｐｍ以下、あるい
は３ｐｐｍ以下であれば、３色または４色の画素に含有
されるナトリウム量またはナトリウムとカリウムの合計
量の体積平均値は３０ｐｐｍ以下となる。しかし、他の
画素中に含有されるナトリウムおよびカリウムの許容量
を引き上げるために、Ｒ（レッド）の画素中に含有され
るナトリウム量またはナトリウムとカリウムの合計量
は、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは３０ｐ
ｐｍ以下に抑えることが望まれる。また、ナトリウムお
よびカリウム除去のコストの点から、Ｒ（レッド）の画
素中に含有されるナトリウム量またはナトリウムとカリ
ウムの合計量は、０．００１ｐｐｍ以上、好ましくは
０．０１ｐｐｍ以上、より好ましくは０．１ｐｐｍ以上
である。

【００１４】有機顔料分散型カラーフィルターは、水ま
たは有機溶剤に樹脂を溶解した溶液中に有機顔料が分散
されたカラーぺーストを、透明基板上に塗布し、溶剤を
蒸発させることによって作製される。したがって、たと
えば、Ｒ（レッド）の画素中に含有されるナトリウム量
またはナトリウムとカリウムの合計量を８０ｐｐｍ以下
にするには、赤色有機顔料分散カラーペーストの不揮発
分中のナトリウム含有量またはナトリウムとカリウムの
合計含有量を、８０ｐｐｍ以下にしなければならず、好
ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは３０ｐｐｍ以
下に抑えることが望まれる。また、ナトリウムおよびカ
リウム除去のコストの点から、赤色有機顔料分散カラー
ペーストの不揮発分中のナトリウム量またはナトリウム
とカリウムの合計量は、０．００１ｐｐｍ以上、好まし
くは０．０１ｐｐｍ以上、より好ましくは０．１ｐｐｍ
以上である。Ｒ（レッド）以外の画素中に含有されるナ
トリウム量またはナトリウムとカリウムの合計量を３０
ｐｐｍ以下にするために、Ｒ（レッド）以外のカラーペ
ーストにおいても、不揮発分中のナトリウム含有量また
はナトリウムとカリウムの合計含有量を３０ｐｐｍ以下
にしなければならず、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より
好ましくは５ｐｐｍ以下である。また、赤色と同様のコ
ストの点から、０．００１ｐｐｍ以上、好ましくは０．
０１ｐｐｍ以上、より好ましくは０．１ｐｐｍ以上であ
る。

【００１５】カラーペーストは、分散機を用いて樹脂溶
液中に直接顔料を分散させる方法や、分散機を用いて水
または有機溶媒中に顔料を分散して顔料分散液を作製
し、その後樹脂または樹脂溶液などの樹脂成分と混合す
る方法などにより製造される。通常、樹脂：顔料＝５：
５〜８：２（重量比）の範囲においてカラーペーストは
製造されるので、顔料分散液をあらかじめ作製する場
合、たとえば、Ｒ（レッド）の画素中に含有されるナト
リウム量またはナトリウムとカリウムの合計量を８０ｐ
ｐｍ以下にするには、赤色有機顔料分散液の不揮発分中
のナトリウム含有量またはナトリウムとカリウムの合計
含有量を、１６０ｐｐｍ以下にしなければならず、好ま
しくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは６０ｐｐｍ以
下に抑えることが望まれる。また、ナトリウムおよびカ
リウム除去のコストの点から、赤色有機顔料分散カラー
ペーストの不揮発分中のナトリウム量またはナトリウム
とカリウムの合計量は、０．００２ｐｐｍ以上、好まし
くは０．０２ｐｐｍ以上、より好ましくは０．２ｐｐｍ
以上である。Ｒ（レッド）以外の画素中に含有されるナ
トリウム量またはナトリウムとカリウムの合計量を３０
ｐｐｍ以下にするために、Ｒ（レッド）以外の顔料分散
液においても、不揮発分中のナトリウム含有量またはナ
トリウムとカリウムの合計含有量を６０ｐｐｍ以下にし
なければならず、好ましくは２０ｐｐｍ以下、より好ま
しくは１０ｐｐｍ以下である。また、赤色と同様のコス
トの点から、０．００２ｐｐｍ以上、好ましくは０．０
２ｐｐｍ以上、より好ましくは０．２ｐｐｍ以上であ
る。

【００１６】なお、一般に市販されている有機顔料中に
存在するナトリウムおよびカリウムの量を測定したとこ
ろ、表１に示すような結果が得られた。これらの顔料を
樹脂中に分散して形成したカラーフィルターの画素中の
ナトリウムおよびカリウム含有量について分析した結果
を表２に示す。なお、表２に示されている樹脂と顔料お
よび顔料と顔料の比は重量比である。表２からわかるよ
うに一般に市販されている有機顔料をそのまま用いて形
成したカラーフィルター中のナトリウムおよびカリウム
含有量は、電圧保持率の低下やＴＦＴの動作不良を引き
起こす懸念のある高濃度のレベルにある。

【００１７】

【表１】

【表２】 本発明は以上に述べてきたことを実現するため下記の方
法を採用する。

【００１８】低ナトリウム濃度、低カリウム濃度のカラ
ーペースト、または、顔料分散液を得る方法のひとつと
して、イオン交換法を用いる。スルホン酸やカルボン酸
などの陽イオン交換基をもつイオン交換樹脂を用いるこ
とにより、カラーペーストまたは顔料分散液中のナトリ
ウムおよびカリウムを交換し、その量を低減することが
できる。たとえば、粒状のイオン交換樹脂をカラムに充
填し、そのカラムにカラーペーストまたは顔料分散液を
流し、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンをプロト
ンそのほかの陽イオンと交換させることにより、ナトリ
ウムおよびカリウムの量を減らせる。また、カラーペー
ストまたは顔料分散液と粒状のイオン交換樹脂を混合、
攪拌し、その後、濾過などによりイオン交換樹脂を取り
除くという方法もある。このほか、イオン交換樹脂膜を
使用する方法など、イオン交換には様々な方法がある
が、本発明ではそれらの個別の方法には限定されず、イ
オン交換法全体を使用しうる。なお、イオン交換樹脂の
代表的な例として、スチレンとジビニルベンゼンを共重
合しベンゼン核にスルホン酸を導入したもの、ジビニル
ベンゼンとメタクリル酸、またはアクリル酸を共重合さ
せたもの、セルロースを処理してスルホエチル基を導入
したものなどがあるが、本発明は特にこれらに限定され
ず、種々のイオン交換樹脂が使用可能である。

【００１９】また、イオン交換法に比べて効率が悪い
が、純水による有機顔料の洗浄を繰り返し行うという方
法もある。たとえば、純水と有機顔料を混合し攪拌後、
静置して有機顔料を沈殿させる。うわずみ液を除去後、
また純水を加えて攪拌後、静置して有機顔料を沈殿、う
わずみ液を除去する。これを何回か繰り返し、その後乾
燥することにより、有機顔料中の水溶性の残留ナトリウ
ムを低減することができる。また、ソックスレーのよう
な連続抽出器を用いる方法や、透析という方法も使用可
能である。

【００２０】また、顔料由来のナトリウムイオンおよび
カリウムイオンを取り除くだけではなく、顔料分散液あ
るいはカラーペーストの製造の過程で、ナトリウムイオ
ンおよびカリウムイオンの混入を防ぐことも重要であ
る。たとえば、カラーペースト、または、顔料分散液を
作製するさいに、分散機としてマイクロビーズを使用す
るミルを用いる場合、ナトリウムおよびカリウムイオン
が溶出するガラスビーズ（通常Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの形で
ナトリウム、カリウムが含まれている）のかわりに、ア
ルミナ、ジルコニアなどのセラミックビーズを使うこと
により、ナトリウムおよびカリウムの混入を防止するこ
とができる。

【００２１】通常、有機顔料は、本来の発色成分として
の顔料成分と、顔料粒子表面の酸性処理、塩基性処理さ
れた成分と、さらには表面処理剤、代表的にはロジン処
理剤を含有する顔料粒子と、これに加えて合成経路由来
のナトリウム、カリウム塩、積極的に添加された沈降性
バリウム（硫酸バリウム）、炭酸カルシウムなどの体質
顔料を含有する。本発明では、イオン交換法により合成
経路由来のナトリウム、カリウム塩や沈降性バリウムな
どの体質顔料のイオン成分（アルカリ金属イオン）を交
換するばかりでなく、表面処理剤などの化学構造式中に
ナトリウムまたはカリウムが含まれていても交換可能な
ものである。本発明で用いる顔料は、耐熱性、耐光性の
優れたものが好ましい。なお、Ｒ（レッド）の画素には
赤色顔料、Ｇ（グリーン）の画素には緑色顔料、Ｒ（ブ
ルー）の画素には青色顔料を用いることは、もちろんの
ことであるが、色調を調整するため、黄色顔料や紫色顔
料などを、それぞれの画素の構成成分として加えること
ができる。

【００２２】本発明のカラーフィルターおよびカラーペ
ーストでは、有機顔料を分散保持する樹脂については、
一般にカラーフィルターに使用される樹脂であれば特に
限定されず、どのようなものも使用が可能である。たと
えば、アミドイミド樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹
脂、ポリビニルアルコールなどを用いることができる。
しかし、耐熱性の観点から、ポリイミド樹脂を用いるこ
とが好ましい。そして、ポリイミドは通常、ポリイミド
前駆体であるポリアミック酸を加熱することにより得ら
れるが、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属が存
在すると、ポリアミック酸のカルボキシル基と塩を形成
し、これによってイミド化反応が阻害される。この点か
ら、本発明はポリイミドを用いたカラーフィルターの製
造に使用するカラーペーストなどに特に有効であるとい
える。

【００２３】本発明におけるポリイミド前駆体とは、一
般式（１）で表される構造単位を主成分とするポリマ
で、加熱あるいは適当な触媒により、イミド環や、その
他の環状構造を有するポリマ（ポリイミド、ポリアミド
イミド）となり得るものである。

【００２４】

【化１】 上記一般式（１）中、Ｒ¹ は少なくとも２個の炭素原子
を有する３価または４価の有機基である。耐熱性の面か
ら、Ｒ¹ は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環
を含有し、かつ、炭素数６〜３０の３価または４価の基
が好ましい。Ｒ¹ の例として、フェニル基、ビフェニル
基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフ
ェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、ジフェニル
プロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオ
ロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基など
が挙げられるが、これらに限定されない。

【００２５】上記一般式（１）中、Ｒ² は少なくとも２
個の炭素原子を有する２価の有機基である。耐熱性の面
から、Ｒ² は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素
環を含有し、かつ炭素数６〜３０の２価の基が好まし
い。Ｒ² の例として、フェニル基、ビフェニル基、ター
フェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエ
ーテル基、ジフェニルスルホン基、ジフェニルプロパン
基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパ
ン基、ジフェニルメタン基、ジシクロヘキシルメタン基
などが挙げられるが、これらに限定されない。

【００２６】一般式（１）で表される構造単位を主成分
とするポリマは、Ｒ¹ 、Ｒ² がこれらのうち各々１種か
ら構成されていても良いし、各々２種以上から構成され
る共重合体であつてもよい。さらに、基板との接着性を
向上させるために、耐熱性を低下させない範囲でジアミ
ン成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミ
ノプロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合し
てもよい。また、アミン末端の封止剤として無水マレイ
ン酸などの酸無水物をポリイミド前駆体の重合終了後に
末端濃度に応じて加え、反応させたものでも良い。

【００２７】ｎは１または２である。

【００２８】一般式（１）で表される構造単位を主成分
とするポリマの組合せの例として、加熱後にポリイミド
となるポリイミド前駆体（ｎ＝２）については、ピロメ
リット酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニルエー
テル、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニルエーテ
ル、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物と４，４´−ジアミノジフェニルエーテル、
３，３´，４，４´−ビフェニルトリフルフォロプロパ
ンテトラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフ
ェニルエーテル、３，３´，４，４´−ビフェニルスル
ホンテトラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジ
フェニルエーテル、ピロメリット酸二無水物と３，３´
（または４，４´）−ジアミノジフェニルスルホン、
３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
二無水物と３，３´（または４，４´）−ジアミノジフ
ェニルスルホン、３，３´，４，４´−ビフェニルテト
ラカルボン酸二無水物と３，３´（または４，４´）−
ジアミノジフェニルスルホン、ピロメリット酸二無水物
と４，４´−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３
´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物と４，４´−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３
´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と
４，４´−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３´，
４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と
パラフェニレンジアミン、３，３´，４，４´−ビフェ
ニルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミ
ン、３，３´，４，４´−ジフェニルエーテルテトラカ
ルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、３，３
´，４，４´−ビフェニルトリフルオロプロパンテトラ
カルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、２，
３，５，−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
と４，４´−ジアミノジフェニルエーテル、３，３´，
４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物および
３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
二無水物と４，４´−ジアミノジシクロヘキシルメタ
ン、ピロメリット酸二無水物および３，３´，４，４´
−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と３，３´
（または４，４´）−ジアミノジフェニルエーテル、ピ
ロメリット酸二無水物および３，３´，４，４´−ビフ
ェニルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジア
ミン、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニルエーテ
ルおよびビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシ
ロキサン、ピロメリット酸二無水物と４，４´−ジアミ
ノジフェニルエーテルおよびビス（３−アミノプロピ
ル）テトラメチルジシロキサン、３，３´，４，４´−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と４，４´−ジア
ミノジフェニルメタン、および３，３´（または４，４
´）−ジアミノジフェニルスルホンおよびビス（３−ア
ミノプロピル）テトラメチルジシロキサン、などから合
成されたポリアミック酸が挙げられるが、これらに限定
されない。これらのポリアミック酸は公知の方法すなわ
ち、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組
み合わせ、溶媒中で反応させることにより合成される。

【００２９】加熱後にポリアミドイミドとなるポリイミ
ド前駆体（ｎ＝１）の場合は、上記のモノマと類似の構
造をもつトリカルボン酸誘導体とジアミン、あるいは、
テトラカルボン酸二無水物とジカルボン酸誘導体（例え
ばテレフタル酸クロリド）とジアミン、トリメリット酸
無水物とジイソシアネート（例えばジフェニルメタンジ
イソシアネート）とから得ることができる。加熱後にポ
リアミドイミドとなるポリイミド前駆体の合成は上記に
限定されるものではなく、本発明ではいずれも有効に用
いることができる。

【００３０】本発明では、顔料の分散を良好にするため
に、分散安定化剤を用いることができる。

【００３１】次に、有機顔料を分散保持する樹脂として
ポリイミドを用いた場合の、本発明のカラーフィルター
の製造方法の一例を挙げる。イオン交換法によりナトリ
ウムおよびカリウムなどのアルカリ金属成分濃度が低減
されたカラーペースト（有機顔料、ポリアミック酸、有
機溶剤からなる）を、無アルカリガラス基板（場合によ
りブラックマトリクスが形成されている）上に塗布す
る。塗布には、スピン塗布、スプレー塗布、ロールコー
ティング塗布、バーコーティング塗布、ディップ塗布な
どの方法が用いられる。そして、乾燥して基板上にポリ
イミド前駆体の着色被膜を形成する。乾燥は、オーブ
ン、ホットプレートなどを使用し、５０〜１８０℃の範
囲で３時間〜１分行うのが好ましい。この上にポジ型フ
ォトレジストを塗布し、フォトレジスト被膜を形成す
る。続いて該フォトレジスト被膜上にマスクを置き、露
光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォ
トレジスト用有機アルカリ現像液により、フォトレジス
ト被膜とポリイミド前駆体の着色被膜のエッチングを同
時に行う。エッチング後、不要となったフォトレジスト
被膜を剥離する。その後、熱処理を行い、ポリイミドの
着色被膜を得る。熱処理は通常、最高温度２００〜４０
０℃、好ましくは２５０〜３５０℃まで、段階的または
連続的に昇温して５時間〜５分行う。

【００３２】この工程をＲ（レッド）、Ｇ（グリー
ン）、Ｂ（ブルー）の３色の画素について繰り返し行う
と、カラーフィルターが得られる。

【００３３】本発明にかかる低アルカリ金属濃度のカラ
ーペーストおよび顔料分散液は、上記のカラーフィルタ
ー用途に限られず、電子工業用途全般に好ましく用いら
れる。電子工業用途としては、例えば、各種カラーイメ
ージセンサーやＣＣＤ（電荷結合素子）などの撮像素子
に用いられる半導体素子あるいは回路上にカラーフィル
ターを直接形成するなどがある。この場合、撮像に必要
なマイクロレンズの機能を兼ねたカラーフィルター、す
なわち、カラーフィルターレンズとでも言うべき部品は
上記の半導体素子や回路上に直接形成することが構造上
望まれるので、本発明のカラーペーストは特にその特徴
を発揮できる。

【００３４】

【実施例】以下に本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３５】実施例１ チバガイギー社製赤色有機顔料クロモフタルレッドＡ３
Ｂについて残留ナトリウム量を調べた。顔料を５５０℃
で加熱して炭化させたのち、塩酸で処理し、希硝酸に溶
解した。得られた溶液についてＩＣＰ発光分光分析装置
を用いてナトリウムの分析を行った。そして、ナトリウ
ム含有量は９００ｐｐｍ、カリウム含有量は１０ｐｐｍ
という結果を得た。

【００３６】顔料７０ｇとγ−ブチロラクトン９３０ｇ
を混合し、ジルコニアセラミックビーズを用いてミル分
散を行い、その後、セラミックビーズを分離して顔料分
散液を得た。顔料分散液２００ｇに対し、陽イオン交換
樹脂（オルガノ社製アンバーリスト１５）５ｇを加え、
４８時間攪拌した後、ろ過によりイオン交換樹脂を除去
した。顔料分散液の一部を加熱乾燥し、不揮発分中のナ
トリウム含有量およびカリウム含有量をＩＣＰ発光分光
分析装置を用いて測定したところ、ナトリウム含有量は
１６ｐｐｍ、カリウム含有量は１ｐｐｍ以下で測定不能
であった。原子吸光法によりカリウム含有量を測定した
ところ、０．２ｐｐｍであった。

【００３７】酸二無水物成分として３，３´，４，４´
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（１モル当
量）、ジアミン成分として３，３´−ジアミノジフェニ
ルスルホン（０．４７５モル当量）、４、４´−ジアミ
ノジフェニルメタン（０．４７５モル当量）、およびビ
ス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン
（０．０５モル当量）からなるポリアミック酸のγ−ブ
チロラクトン溶液（ポリマー濃度７重量％）５０ｇと、
前記の赤色有機顔料分散液（顔料濃度７重量％）５０ｇ
を混合して、カラーペーストを作製した。カラーペース
トの一部を加熱乾燥し、不揮発分中のナトリウムおよび
カリウム含有量をＩＣＰ発光分光分析装置を用いて測定
したところ、ナトリウム含有量は８ｐｐｍ、カリウム含
有量は１ｐｐｍ以下であった。

【００３８】カラーペーストを方形の無アルカリガラス
基板上にスピン塗布し、９０℃で１０分、１２５℃で２
０分、オーブンで加熱乾燥してポリイミド前駆体の着色
被膜を形成した。この上にポジ型フォトレジスト（東京
応化製ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、８０℃で２０分乾
燥した。紫外線露光機を用い、クロム製のフォトマスク
を介して５０ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍの紫外線強度）
露光した。なお、フォトマスクは、無アルカリガラスの
周辺部分に紫外線が照射されるようになっているものを
使用した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイドの２．３８％の水溶液からなる現像液に浸漬
し、フォトレジストの現像、ポリイミド前駆体の着色被
膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要とな
ったフォトレジスト層をエチルセロソルブアセテ−トで
剥離した。さらにポリイミド前駆体の着色被膜を２８０
℃で３０分熱処理し、ポリイミドの着色被膜に転換し
た。ここで、着色被膜の膜厚は１μｍであった。

【００３９】カラーフィルター上にスパッタリングによ
りＩＴＯ膜（膜厚０．１μｍ）を形成し、その後、配向
膜形成用ポリアミック酸溶液（東レ製ＬＰ−７２Ａ）を
スピン塗布し、９０℃で１０分、１２５℃で２０分、２
５０℃で３０分熱処理してポリイミド配向膜（膜厚０．
０８μｍ）を形成した。無アルカリガラス基板上に同様
にＩＴＯ膜、ポリイミド配向膜を形成したものを、スペ
ーサーを介してギャップ６μｍになるようにカラーフィ
ルターにかぶせ、液晶の注入口を残して周辺をエポキシ
樹脂（三井東圧化学製ＥＳ−４５００）で封止し、セル
を作製した。液晶（メルク社製ＺＬＩ−４７９２）を注
入口から真空吸引により注入し、その後、注入口を紫外
線硬化樹脂で封止した。１００℃で２時間熱処理後、電
圧保持率測定装置を用いて電圧保持率を測定したとこ
ろ、９５％と実用上問題のない数値であった。

【００４０】比較例１ 実施例１で顔料分散液のイオン交換を行わずにカラーペ
ーストを作製した。カラーペーストの一部を加熱乾燥
し、不揮発分中のナトリウム含有量およびカリウム含有
量を測定したところ、それぞれ、４５０ｐｐｍ、５ｐｐ
ｍであった。このカラーペーストを用い、実施例１と同
様にしてカラーフィルターを作製し、その後液晶セルを
組み立てた。１００℃で２時間熱処理後、電圧保持率を
測定したところ、７５％であった。

【００４１】実施例２ カラムに陽イオン交換樹脂（オルガノ社製アンバーリス
ト１５）を樹脂充填層の長さが１ｍになるように充填し
た。このカラムに比較例１のカラーペーストを加圧によ
り、０．５ｍ／ｈの速度で流した。カラムを通したカラ
ーペーストの一部を加熱乾燥し、不揮発分中のナトリウ
ム、およびカリウム含有量をＩＣＰ発光分光分析装置を
用いて測定したところ、ナトリウム含有量は２０ｐｐ
ｍ、カリウム含有量は１ｐｐｍ以下であった。

【００４２】このカラーペーストを用い、実施例１と同
様にしてカラーフィルターを作製し、その後液晶セルを
組み立てた。１００℃で２時間熱処理後、電圧保持率を
測定したところ、９５％と実用上問題のない数値であっ
た。

【００４３】実施例３ 東洋インキ製青色有機顔料シアニンブルーＥＳＰを実施
例１と同様にして分析したところ、ナトリウム含有量が
１８０ｐｐｍ、カリウム含有量が２０ｐｐｍであった。

【００４４】顔料７０ｇとγ−ブチロラクトン９３０ｇ
を混合し、ジルコニアセラミックビーズを用いてミル分
散を行い、その後、セラミックビーズを分離して顔料分
散液を得た。顔料分散液２００ｇに対し、陽イオン交換
樹脂（オルガノ社製アンバーリスト１５）４ｇを加え、
３０時間攪拌した後、ろ過によりイオン交換樹脂を除去
した。顔料分散液の一部を加熱乾燥し、不揮発分中のナ
トリウム含有量およびカリウム含有量をＩＣＰ発光分光
分析装置を用いて測定したところ、ナトリウム含有量は
６ｐｐｍ、カリウム含有量は１ｐｐｍ以下で測定不能で
あった。

【００４５】実施例１で用いたポリアミック酸のγ−ブ
チロラクトン溶液（ポリマー濃度７重量％）７０ｇと、
前記の青色有機顔料分散液（顔料濃度７重量％）３０ｇ
を混合して、カラーペーストを作製した。カラーペース
トの一部を加熱乾燥し、不揮発分中のナトリウムおよび
カリウム含有量をＩＣＰ発光分光分析装置を用いて測定
したところ、ナトリウム含有量は２ｐｐｍ、カリウム含
有量は１ｐｐｍ以下であった。

【００４６】このカラーペーストを用い、実施例１と同
様にしてカラーフィルターを作製し、その後液晶セルを
組み立てた。１００℃で２時間熱処理後、電圧保持率を
測定したところ、９５％と実用上問題のない数値であっ
た。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、上述したように、Ｒ（レッ
ド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の３色の画素また
はブラックマトリクス用のＢＫ（黒）を加えた４色の画
素を具備するカラーフィルターにおいて、３色または４
色の画素に含有されるナトリウム量またはナトリウムと
カリウムの合計量を低レベルに抑えることにより、オー
バーコート膜を形成しなくとも、液晶へのナトリウムイ
オンおよびカリウムイオンの溶出を防ぐことができ、ま
た、製造コストを低く抑えることができる。これによ
り、電圧保持率を実用上問題のないレベルに維持し、信
頼性の高い液晶表示素子を提供できる。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブ
   ルー）の３色の画素を具備し、ブラックマトリクスを有
   しないまたは金属からなるブラックマトリクスを有する
   カラーフィルターにおいて、 【数１】 であることを特徴とするカラーフィルター。（ただし、
   ［Ｎａ］^R 、［Ｎａ］^G 、［Ｎａ］^B は、それぞれ、
   Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素中のナトリウム原子とナトリウムイ
   オンの合計含有量（単位ｐｐｍ）、Ｖ^R、Ｖ^G 、Ｖ
   ^B は、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素の体積を表す。）
2. 【請求項２】 【数２】 であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ
   ー。（ただし、［Ｎａ］^R 、［Ｎａ］^G 、［Ｎａ］
   ^B は、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素中のナトリウム原
   子とナトリウムイオンの合計含有量（単位ｐｐｍ）、
   ［Ｋ］^R 、［Ｋ］^G 、［Ｋ］^B は、それぞれ、Ｒ、Ｇ、
   Ｂの各画素中のカリウム原子とカリウムイオンの合計含
   有量（単位ｐｐｍ）、Ｖ^R 、Ｖ^G 、Ｖ^B は、それぞれ、
   Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素の体積を表す。）
3. 【請求項３】 Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブ
   ルー）の３色の画素を具備し、黒色（ＢＫ）顔料樹脂分
   散型のブラックマトリクスを有するカラーフィルターに
   おいて、 【数３】 であることを特徴とするカラーフィルター。（ただし、
   ［Ｎａ］^R 、［Ｎａ］^G 、［Ｎａ］^B 、［Ｎａ］^BKは、
   それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素中、およびＢＫで形成さ
   れるブラックマトリクス中のナトリウム原子とナトリウ
   ムイオンの合計含有量（単位ｐｐｍ）、Ｖ^R 、Ｖ^G 、Ｖ
   ^B 、Ｖ^BKは、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＢＫの各画素およ
   びブラックマトリクスの体積を表す。）
4. 【請求項４】 【数４】 であることを特徴とする請求項３記載のカラーフィルタ
   ー。（ただし、［Ｎａ］^R 、［Ｎａ］^G 、［Ｎａ］^B 、
   ［Ｎａ］^BKは、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素中、およ
   びＢＫで形成されるブラックマトリクス中のナトリウム
   原子とナトリウムイオンの合計含有量（単位ｐｐｍ）、
   ［Ｋ］^R 、［Ｋ］^G 、［Ｋ］^B 、［Ｋ］^BKは、それぞ
   れ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素中、およびＢＫで形成されるブ
   ラックマトリクス中のカリウム原子とカリウムイオンの
   合計含有量（単位ｐｐｍ）、Ｖ^R 、Ｖ^G 、Ｖ^B 、Ｖ
   ^BKは、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＢＫの各画素およびブラ
   ックマトリクスの体積を表す。）
5. 【請求項５】 Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブ
   ルー）の３色の画素を具備するカラーフィルターにおい
   て、Ｒ（赤）の画素中にナトリウム原子とナトリウムイ
   オンを合計で０．００１〜８０ｐｐｍ含有することを特
   徴とするカラーフィルター。
6. 【請求項６】 Ｒ（レッド）の画素中にナトリウム原
   子、ナトリウムイオン、カリウム原子、カリウムイオン
   を合計で０．００１〜８０ｐｐｍ含有することを特徴と
   する請求項３記載のカラーフィルター。
7. 【請求項７】 少なくとも１つの画素において、画素中
   に有機顔料が分散されていることを特徴とする請求項１
   〜６のいずれかに記載のカラーフィルター。
8. 【請求項８】 少なくとも１つの画素において、画素中
   にポリイミドまたはポリアミドイミドを含有することを
   特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカラーフィ
   ルター。
9. 【請求項９】 少なくとも樹脂成分、着色成分および溶
   剤を含有するカラーフィルター製造用カラーペーストに
   おいて、不揮発分中にナトリウム原子とナトリウムイオ
   ンを合計で０．００１〜３０ｐｐｍ含有することを特徴
   とする電子工業用カラーペースト。
10. 【請求項１０】 不揮発分中にナトリウム原子、ナトリ
    ウムイオン、カリウム原子、カリウムイオンを合計で
    ０．００１〜３０ｐｐｍ含有することを特徴とする請求
    項９記載の電子工業用カラーペースト。
11. 【請求項１１】 少なくとも樹脂成分、赤色着色成分お
    よび溶剤を含有するカラーフィルター製造用カラーペー
    ストにおいて、不揮発分中にナトリウム原子とナトリウ
    ムイオンを合計で０．００１〜８０ｐｐｍ含有すること
    を特徴とする電子工業用カラーペースト。
12. 【請求項１２】 不揮発分中にナトリウム原子、ナトリ
    ウムイオン、カリウム原子、カリウムイオンを合計で
    ０．００１〜８０ｐｐｍ含有することを特徴とする請求
    項１１記載の電子工業用カラーペースト。
13. 【請求項１３】 着色成分が有機顔料であり、該有機顔
    料が分散されていることを特徴とする請求項９〜１２の
    いずれかに記載の電子工業用カラーペースト。
14. 【請求項１４】 樹脂成分がポリイミド前駆体であるこ
    とを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の電子
    工業用カラーペースト。
15. 【請求項１５】 少なくとも樹脂成分、着色成分、溶
    剤、ナトリウムおよび／またはカリウムの原子および／
    またはイオンを含有するカラーペーストからイオン交換
    法により含有ナトリウムおよび／またはカリウムの原子
    および／またはイオンの全部または一部を除去すること
    を特徴とする電子工業用カラーペーストの製造方法。
16. 【請求項１６】 イオン交換樹脂を用いたイオン交換法
    により、含有ナトリウムおよび／またはカリウムの原子
    および／またはイオンの全部または一部を除去すること
    を特徴とする請求項１５記載の電子工業用カラーペース
    トの製造方法。
17. 【請求項１７】 少なくとも樹脂成分、着色成分および
    溶剤を混合した後、セラミックビーズを用いて着色成分
    を溶剤に分散せしめることを特徴とする請求項１５記載
    の電子工業用カラーペーストの製造方法。
18. 【請求項１８】 少なくとも顔料および溶剤を含有する
    顔料分散液において、不揮発分中にナトリウム原子とナ
    トリウムイオンを合計で０．００２〜６０ｐｐｍ含有す
    ることを特徴とする顔料分散液。
19. 【請求項１９】 不揮発分中にナトリウム原子、ナトリ
    ウムイオン、カリウム原子、カリウムイオンを合計で
    ０．００２〜６０ｐｐｍ含有することを特徴とする請求
    項１８記載の顔料分散液。
20. 【請求項２０】 少なくとも赤色顔料および溶剤を含有
    する顔料分散液において、不揮発分中にナトリウム原子
    とナトリウムイオンを合計で０．００２〜１６０ｐｐｍ
    含有することを特徴とする顔料分散液。
21. 【請求項２１】 不揮発分中にナトリウム原子、ナトリ
    ウムイオン、カリウム原子、カリウムイオンを合計で
    ０．００２〜１６０ｐｐｍ含有することを特徴とする請
    求項２０記載の顔料分散液。
22. 【請求項２２】 顔料が有機顔料であることを特徴とす
    る請求項１８または２０記載の顔料分散液。
23. 【請求項２３】 少なくとも顔料、溶剤、ナトリウムお
    よび／またはカリウムの原子および／またはイオンを含
    有する顔料分散液からイオン交換法により含有ナトリウ
    ムおよび／またはカリウムの原子および／またはイオン
    を除去することを特徴とする顔料分散液の製造方法。
24. 【請求項２４】 イオン交換樹脂を用いたイオン交換法
    により、含有ナトリウムおよび／またはカリウムの原子
    および／またはイオンの全部または一部を除去すること
    を特徴とする請求項２３記載の顔料分散液の製造方法。
25. 【請求項２５】 少なくとも顔料および溶剤を混合した
    後、セラミックビーズを用いて顔料を溶剤に分散せしめ
    ることを特徴とする請求項２３記載の顔料分散液の製造
    方法。
26. 【請求項２６】 少なくとも顔料、溶剤、ナトリウムお
    よび／またはカリウムの原子および／またはイオンを含
    有する顔料分散液からイオン交換法により含有ナトリウ
    ムおよび／またはカリウムの原子および／またはイオン
    を除去して顔料分散液を製造し、該顔料分散液に樹脂成
    分を加えて製造することを特徴とする請求項９記載の電
    子工業用カラーペーストの製造方法。