JPH07234313A

JPH07234313A - 感光性着色組成物、およびカラーフィルターとその製造方法

Info

Publication number: JPH07234313A
Application number: JP2788294A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ito; 慎次伊藤; Toru Sugimura; 徹杉村; Makoto Sakakawa; 誠坂川; Mizuhito Tani; 瑞仁谷; Yoshio Tanosaki; 芳夫田野崎
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】カラーフィルターの製造において、現像後、所
望パターン以外の着色層を除去するため、ブラシ洗浄等
の処理を行っても、パターンを傷つけることやパターン
が欠けることがないようにする。【構成】カラーフィルター用の感光性着色組成物とし
て、アクリル系樹脂、顔料、分散剤、光重合性モノマ
ー、光重合開始剤、および溶剤を主成分とし、顔料の一
部に、体質顔料を含有したものを用いる。【効果】各色パターンの膜硬度が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示装置の
液晶セル内に設けるカラーフィルターの作製に有用な感
光性着色組成物に関する。また、この感光性着色組成物
を用いたカラーフィルターおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】詳しくは、ＴＮ（ツイステッド・ネマティ
ック）型液晶、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマ
ティック）型液晶、ＧＨ（ゲストホスト）型液晶、ある
いはＦＬＣ（強誘電性液晶）等を用いたフルカラー液晶
表示装置への適用に好適であり、または、固体撮像素子
を用いたカラービデオカメラやイメージスキャナー等の
色分解用カラーフィルターの作製に有用な感光性着色組
成物、また、この感光性着色組成物を用いたカラーフィ
ルターおよびその製造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】顔料を用いたカラーフィルターの製造方
法としては、以下に例示する方法等が公知である。

【０００４】（Ａ）顔料を、例えばアクリル樹脂中に分
散剤などを用いて分散し（以下、この状態で着色組成物
と言う）、ガラス基板にこの着色組成物をコートして乾
燥後、その上に、感光性レジスト材料（一例として、Ａ
Ｚ（ヘキスト製：商品名）などのポジレジスト）をコー
トして乾燥し、次いでマスクを用いて露光後、現像して
レジストのパターンを形成し、レジストのない部分をエ
ッチングにより除去して、着色物のパターンを得る。そ
の後、不要となったレジストを剥離してパターンを完成
させる方法。（特開昭６０−２３７４０３号公報参照）

【０００５】（Ｂ）上記と同様の着色組成物中に、感光
剤・光重合開始剤・光重合性モノマーを添加して感光化
し、これを基板上にコートし、乾燥後、この上にＰＶＡ
等からなる酸素遮断膜を形成し、露光・現像を行い、着
色パターンを得る方法。（特開平２−１４４５０２号公
報参照）

【０００６】尚、上記（Ｂ）の方法において、酸素遮断
膜を形成するのは次のような理由による。すなわち、光
重合開始剤を着色組成物に添加するこの方法では、光重
合反応が連鎖的に進むため、着色組成物を露光する際の
感度が高くなる。しかし、この（Ｂ）の方法の着色組成
物は酸素によって光重合反応が阻害されるため、酸素雰
囲気下ではパターニングがし難く、光重合反応を進行さ
せるためにはかなり多くの露光量が必要となる。そこ
で、このような酸素の影響を着色組成物が受けないよう
にするため、着色組成物上に酸素遮断膜を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

（Ａ）の方法では、着色組成物自体に感光性がないた
め、着色組成物上に別個に感光性レジストをコートし、
それをパターニングしなければ、エッチングによる着色
組成物層のパターニングは行なえない。また、パターニ
ング後には、不要となった感光性レジストを剥離する必
要があるため、製造工程が長くなり、収率が低下すると
いう製造上の不利益がある。

【０００８】（Ｂ）の方法では、現像後に、光硬化物で
ある着色パターン以外にも、着色樹脂層が基板上に残る
という地汚れの問題がある。

【０００９】そのため、パターン形成後の工程で、ブラ
シ洗浄などにより、前記パターン以外の着色樹脂層を取
る必要があるが、光硬化後であっても着色組成物が軟ら
かいため、ブラシの接触によりパターン表面を傷つけた
り、パターンが欠けるなど、収率の低下の原因となって
いた。

【００１０】そこで、本発明は、（Ｂ）の方法におい
て、ブラシ洗浄でも傷がつかない（すなわち、膜の硬い
光硬化物であることを意味する）着色層からなるカラー
フィルターの作製を可能とすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、アクリル系樹脂、顔料、分散剤、光重合
性モノマー、光重合開始剤、および溶剤を主成分とする
感光性着色組成物であって、顔料の一部に、体質顔料を
含有する感光性着色組成物を用いる。

【００１２】また、本発明は、基板上に、前記した感光
性着色組成物の光硬化物である所定の色数分の着色層
が、パターン状に形成されてなるカラーフィルターを提
供する。

【００１３】カラーフィルターについて図面を参照しな
がら説明する。図１は、カラーフィルターを使用した液
晶表示装置の一例を示す断面説明図である。

【００１４】蛍光燈等の光源（１）から発した白色光
は、偏光板（２）、透明基板（３）を通って、画素電極
（４）と配向膜（５）を通り、液晶（６）に至る。さら
に、配向膜（８）、透明電極（９）を通り、カラーフィ
ルター（１０）で三原色に分解される。さらに、透明基
板（１１）、偏光板（１２）を通った後、観察者に達
し、視感により色として認識される。

【００１５】この様な表示装置において、液晶（６）
は、配向膜（５）および（８）と封止剤（７）に接して
封入され、画素電極（４）と透明電極（９）の間に印加
された電気信号により配向を変える。この時、液晶
（６）は、偏光板（２）と（１２）の作用により光シャ
ッターとして機能し、カラーフィルター（１０）を通っ
た光は情報化される。

【００１６】カラーフィルター（１０）の個々の各色パ
ターンの大きさは、画素電極（４）と同一であり、大型
ディスプレイの場合は、数ｍｍ角、携帯型ディスプレイ
の場合は、数十μｍ〜数百μｍ角であり、カラーフィル
ター（１０）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。

【００１７】次に、本発明のカラーフィルターの構成に
ついて、以下に説明する。

【００１８】図１に示す様な、透明基板（１１）として
は、ガラス基板、透明樹脂板、透明樹脂フィルム等が適
用できる。

【００１９】カラーフィルター（１０）は、通常、透明
基板（１１）上に位置し、更に、カラーフィルター（１
０）上に透明電極（９）が設けられるのが一般的であ
る。しかし、場合によっては、透明基板（１１）上に、
透明電極（９）を設け、その上に、カラーフィルタが位
置することもある。

【００２０】カラーフィルター（１０）は、図１で示し
たように、例えば、赤色フィルター層（Ｒ）、緑色フィ
ルター層（Ｇ）、青色フィルター層（Ｂ）からなる。ま
た、場合によっては、黒色もしくは不透明の遮光層、ま
たは、無着色層が、（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）の間に介在
して設けられることもある。

【００２１】赤色フィルター層（Ｒ）は、アクリル系樹
脂、赤色顔料、分散剤を主成分として構成される。同様
に緑色フィルター層（Ｇ）、青色フィルター層（Ｂ）も
アクリル系樹脂、顔料、分散剤からなる。

【００２２】本発明に用いるアクリル系樹脂は、アクリ
ル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタ
クリレートなどのアルキルアクリレートまたはアルキル
メタクリレート、環状のアクリレートまたはメタクリレ
ート、ヒドロキシエチルアクリレートまたは、メタクリ
レートなどの内から３〜５種類程度のモノマーを用い
て、分子量５０００〜１０００００程度に合成した樹脂
を用いる。

【００２３】本発明に用いる顔料としては、赤（Ｒｅ
ｄ）としてＣ．Ｉ．Ｎｏ．９、９７、１２２、１２３、
１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２１５など
を使用することができ、緑（Ｇｒｅｅｎ）としては、
Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．７、３６などを使用することができ、青
（Ｂｌｕｅ）としては、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．１５、２２、６
０、６４が一般的に用いられる。

【００２４】分散剤としては、界面活性剤、顔料の中間
体、染料の中間体、ソルスパースなどの広範囲のものが
使用される。分散の際の組成の割合は特に限定されるも
のではないが、分散用アクリル樹脂に対する顔料の添加
量は５０〜１５０重量部程度であり、分散剤は顔料の１
〜１０重量部程度である。また、カラーフィルターの分
光調整の為に、任意の顔料を２〜３点混ぜ合わせて調整
する。

【００２５】光重合性モノマーとしては、２官能、３官
能、多官能モノマーがあり、２官能モノマーとして、
１，６−ヘキサジオールジアクリレート、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、トリエチレングリコールジアクリレートなど
があり、３官能モノマーとして、トリメチロールプロパ
トントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアク
リレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアネ
ートなどがあり、多官能モノマーとして、ジトリメチロ
ールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリト
ールペンタおよびヘキサアクリレートなどがあり、この
ような光重合性モノマーの市販品としては、例えば、昭
和高分子（株）、東亜合成（株）、日本化薬（株）など
の製品がある。

【００２６】光重合性モノマーの添加量は、特に限定さ
れるものではないが、通常、顔料分散用アクリル樹脂１
００重量部に対して２０〜１５０重量部程度とする。

【００２７】溶剤は、当該顔料分散用樹脂のモノマー組
成、光重合性モノマーの種類、光重合開始剤の種類等に
応じて適宜選択する。通常は、トルエン、キシレン、エ
チルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジクラ
イム、シクロヘキサノン等から選ばれる一種または複数
種を使用する。

【００２８】また、本発明において用いる体質顔料とし
ては、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸石炭粉、シリ
カ粉、塩基性炭酸マグネシウム、アルミナホワイト、グ
ロスホワイト、サタン白等が例示され、適宜選択され
る。

【００２９】また、カラーフィルターの製造にあたって
は、前記した感光性着色組成物を用いて、以下の工程を
備える。

【００３０】（１）基板上に、ある色の感光性着色組成
物を塗布する工程。（２）塗布された前記組成物を乾燥後、この上にＰＶＡ
等からなる酸素遮断膜を形成する工程。（３）前記組成物をパターン露光し、露光部分の感光性
着色組成物を光硬化させる工程。（４）パターン露光した感光性着色組成物を現像し、光
硬化させなかった前記組成物を、酸素遮断膜と共に基板
上より除去する工程。（５）パターン状に残された着色層に、加熱焼成処理を
施す工程。（６）上記した（１）〜（５）の工程を、所定の色数分
だけ繰り返し施す工程。

【００３１】

【作用】体質顔料を添加した感光性着色組成物を用いる
ことにより、光硬化物である着色パターンの膜硬度が高
くなる。

【００３２】このことにより、カラーフィルターの製造
において、現像後、所定パターン以外の着色樹脂層を除
去するために、ブラシ洗浄等の機械的処理を施しても、
前記パターンを傷つけるや、パターンが欠けることがな
くなり、カラーフィルターの生産性が向上することとな
る。

【００３３】

【実施例】

（Ａ）感光性着色組成物の調製アクリル樹脂（メタクリル酸２０部、ヒドロキシエチル
メタクリレート１５部、メチルメタクリレート１０部、
ブチルメタクリレート５５部を、エチルセロソルブ３０
０部に溶解し、窒素雰囲気下で、アゾビスニトリル０．
７５部を加えて、７０℃・５時間の反応により得られた
アクリル樹脂）を、樹脂濃度１０％になるようにエチル
セロソルブで希釈した。

【００３４】この希釈樹脂８０．０ｇに対し、顔料（以
下に詳述する）１４．０ｇ、光重合性モノマー（ペンタ
エリスリトールトリアクリレート）５．１ｇ、分散剤
０．９ｇを添加して、三本ロールで十分混練し、赤、
緑、青の各色の着色組成物を作製した。

【００３５】また、上記アクリル樹脂６０ｇに対し、樹
脂濃度２０％になるようにエチルセロソルブで希釈し、
この希釈樹脂６０ｇ、体質顔料２０ｇ、シクロヘキサノ
ン２０ｇを混合したものを、三本ロールで十分混練して
透明な体質顔料樹脂を作製した。

【００３６】赤の前記組成物８９．５７ｇに対し、４，
４’−ジエチルアミノベンゾフェノン０．６４ｇ、体質
顔料（硫酸バリウム）樹脂９．５２ｇを加え、よく撹拌
して、感光性着色組成物を作製した。

【００３７】緑の前記組成物８１．４４ｇに対し、４，
４’−ジエチルアミノベンゾフェノン０．６４ｇ、体質
顔料（硫酸バリウム）樹脂１７．６５ｇを加え、よく撹
拌して、感光性着色樹脂組成物を作製した。

【００３８】青の前記組成物７２．５６ｇに対し、４，
４’−ジエチルアミノベンゾフェノン０．６６ｇ、体質
顔料（硫酸バリウム）樹脂２６．５１ｇを加え、よく撹
拌して、感光性着色組成物を作製した。

【００３９】以下に、赤、緑、青の着色組成物を作製す
るのに用いた顔料、および、分散剤を示す。

【００４０】（赤色フィルター用）顔料東洋インキ製造（株）製リオトゲンレッドＧＤ（Ｃ．
Ｉ．ピグメントレッド１６８）６．７５ｇと、東洋イン
キ製造（株）製リオノーゲンオレンジＲ（Ｃ．Ｉ．ピグ
メントオレンジ３６）２．２５ｇとの混合物。

【００４１】分散剤下記の構造式の化合物

【００４２】

【化１】

【００４３】（緑色フィルタ用）顔料東洋インキ製造（株）製リオノールグリーン２ＹＳ
（Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６）６．７５ｇと、東
洋インキ製造（株）製リオノーゲンエロー３Ｇ（Ｃ．
Ｉ．ピグメントイエロー１５４）２．２５ｇとの混合
物。

【００４４】分散剤下記の銅フタロシアニン誘導体ＣｕＰＣ［ＳＯ₂Ｎ（Ｃ₁₈Ｈ₃₇）₂］₂

【００４５】（青色フィルタ用）顔料東洋インキ製造（株）製リオノールブルーＥＳ（Ｃ．
Ｉ．ピグメントブルー１５：６）７．２ｇと、東洋イ
ンキ製造（株）製リオノーゲンバイオレットＨＲ（Ｃ．
Ｉ．ピグメントバイオレット２３）１．８ｇとの混合
物。

【００４６】分散剤下記の銅フタロシアニン誘導体

【００４７】

【化２】

【００４８】（Ｂ）カラーフィルターの作製上記（Ａ）で調製した赤・緑・青の感光性着色組成物を
使用してカラーフィルターを作製した。

【００４９】ガラス基板上に、赤色の感光性着色組成物
をスピンコートし、７０℃で２０分間加熱し乾燥させ
た。

【００５０】次に、前記赤色の塗膜上に、ポリビニール
アルコール５％水溶液をスピンコートし、７０℃で２０
分間加熱し乾燥させ、酸素遮断膜を形成した。

【００５１】その後、超高圧水銀灯を用いて、画素サイ
ズ１００μｍ×１００μｍのマスクを介して露光した。
続いて、１％炭酸ナトリウム水溶液を用いて現像し、赤
色のパターンを得た。

【００５２】現像後、ガラス基板に付着していた前記パ
ターン以外の着色組成物を、柔らかいスポンジでこすっ
て除去し、さらに水洗し、乾燥後、２３０℃で１時間焼
成して、感光性着色組成物の硬化物からなる着色層のパ
ターンを定着させた。

【００５３】緑、青についても同様の工程でパターンを
形成し、３色のカラーフィルターを得た。これら、各色
の着色層のパターンの厚さは、全て１．２μｍであっ
た。

【００５４】図２に、本実施例にて得られたカラーフィ
ルターの各色の分光透過率を示す。

【００５５】また、本実施例にて得られたカラーフィル
ターの膜硬度を、島津ダイナミック超微少硬度計（ＤＵ
Ｈ−２００（株）島津製作所製）を用いて測定した。本
測定は、押し込み測定で、測定サンプルに、負荷する荷
重と侵入量から換算され、数値が大きいほど、膜が硬い
ことを示す。その結果、赤が１１１、緑が１０５、青が
１０４であった。

【００５６】また、作製したカラーフィルターの膜面を
顕微鏡で観察したところ、スポンジでこすった跡などな
く、また、パターンの欠けなどもなかった。

【００５７】＜比較例＞実施例と同様に、赤、緑、青の
各色の着色組成物を作製した。

【００５８】各着色組成物１００ｇに対して、４，４’
−ジエチルアミノベンゾフェノンを、赤の着色樹脂に
は、０．７８ｇ、緑の着色樹脂には、０．７７ｇ、青の
着色樹脂には、０．８３ｇ加え、よく撹拌し、感光性着
色組成物を作製した。

【００５９】この赤、緑、青の感光性着色組成物を用
い、実施例と同様にカラーフィルターを作製した。作製
されたカラーフィルターの膜硬度値は、赤が８６、緑が
８３、青が８３であった。

【００６０】実施例に示したカラーフィルターの方が、
比較例と比べて、１．３倍程度硬度が高くなっている。
下記の表に硬度測定結果を示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】表１から、実施例のカラーフィルターは、
各色パターンの膜硬度が高いことがわかる。

【００６３】

【発明の効果】本発明の感光性着色組成物では、体質顔
料が添加されているため、光硬化させた際、高い膜硬度
を呈することとなり、カラーフィルターを作製した場
合、各色パターンの膜硬度が高くなる。

【００６４】このことにより、カラーフィルターの製造
において、現像後、所望パターン以外の着色層を除去す
るため、ブラシ洗浄等の処理を行っても、パターンを傷
つけることやパターンが欠けることがなくなり、製品の
歩留りが低下するという製造上の不利益が回避される。

【００６５】

【図面の簡単な説明】

【図１】カラーフィルターを使用した液晶表示装置の一
例を示す断面説明図。

【図２】本発明のカラーフィルターの分光透過率を示す
グラフ図。

【符号の説明】

（１） …光源（２）（１２）…偏光板（３）（１１）…透明基板（４） …画素電極（５）（８） …配向膜（６） …液晶（７） …封止材（９） …透明電極（１０） …カラーフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷瑞仁東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者田野崎芳夫東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクリル系樹脂、顔料、分散剤、光重合性
モノマー、光重合開始剤、および溶剤を主成分とする感
光性着色組成物であって、顔料の一部に、体質顔料を含
有することを特徴とする感光性着色組成物。
【請求項２】基板上に、請求項１に記載の感光性着色組
成物の光硬化物である所定の色数分の着色層が、パター
ン状に形成されてなるカラーフィルター。
【請求項３】請求項１に記載の感光性着色組成物を用い
た、少なくとも以下の工程からなるカラーフィルターの
製造方法。（１）基板上に、ある色の感光性着色組成物を塗布する
工程。（２）塗布された前記組成物を乾燥後、この上にＰＶＡ
等からなる酸素遮断膜を形成する工程。（３）前記組成物をパターン露光し、露光部分の感光性
着色組成物を光硬化させる工程。（４）パターン露光した感光性着色組成物を現像し、光
硬化させなかった前記組成物を、酸素遮断膜と共に基板
上より除去する工程。（５）パターン状に残された着色層に、加熱焼成処理を
施す工程。（６）上記した（１）〜（５）の工程を、所定の色数分
だけ繰り返し施す工程。