JPH0812291B2

JPH0812291B2 - カラーフィルターおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0812291B2
Application number: JP2947289A
Authority: JP
Inventors: 瑞仁谷; 誠坂川; 博毅円道; 豊明沢田; 猛雄杉浦
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH02208602A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、液晶カラー表示装置に用いるカラーフィル
ターに関する。液晶セル内にカラーフィルターを設ける
ことにより表示素子をカラー化することができる。更に
詳しくは、TN（ツイステッド・ネマチック）型液晶表
示、GH（ゲスト・ホスト）型液晶表示、STN（スーパー
・ツイストテッド・ネマチック）液晶表示およびFLC
（強誘電性液晶）表示装置に敵する色分解用カラーフィ
ルターおよびその製造方法に関する。

スチレン系樹脂は耐熱性、透明性および耐薬品性が優
れてる。一方顔料は、染料に比較して耐熱性、耐光性に
優れている。従って、スチレン系樹脂に顔料を高度に分
散することにより、耐熱性、耐光性および透明性に優れ
た液晶表示用カラーフィルターを作成することができ
た。この特性の優れたカラーフィルターを提供すること
を目的とする。

＜従来の技術＞従来、カラーフィルターは、染色可能な有機天然物
（ゼラチン、ガゼイン等）を精製して、低分子（１万〜
５万）に分解したものを用いている。この有機物は、水
に可溶であるため、水溶液をコーティング、パターニン
グ染色およびベーキングを各着色ごとにくり返してカラ
ーフィルターを作成していた。しかしながら被染色体が
天然物であるため耐熱性に弱いことと、染料を用いるた
め耐光性にも弱いと言う難点があった。また一方、耐熱
性、耐光性を向上させるために顔料の使用について、種
々検討されているが顔料の分散性に問題があり均一性が
良く透明度の高い、実用的なカラーフィルターを作製す
ることは難しかった。またカラーフィルターに液晶を動
作させるための透明電極の蒸着と液晶を配向させるため
のポリイミド系樹脂のコーティング後の焼成が必要であ
り、耐熱性の面でも問題があった。

また一方、耐光性は野外及び車載用に使用する場合に
直接太陽を受ける可能性があり、高い耐光性が望まれて
いた。

＜発明が解決しようとする課題＞従来技術で述べたことくゼラチン、ガゼインを用いる
染色タイプのカラーフィルターは耐熱性、耐光性に若干
の問題があった。又顔料を使用して耐光性を向上させる
ことは検討されているが、顔料の分散性に問題があり、
透明性と均一性に難点があった。

しかしながら、顔料の分散剤として顔料の誘導耐を用
いることにより、均一性と透明性の良いカラーフィルタ
ーを作成することが可能となった。

また、カラーフィルターを構成する各色の着色層をパ
ターン化することを考えると、部分露光・現像プロセス
により所望形状の着色層が得られることが望ましい。

＜課題を解決する手段＞次に本発明であるカラーフィルターについて図を参照
しながら説明する。第１図はカラーフィルターを使用し
た液晶表示装置の１例を示す。光源（１）として螢光燈
等を発した白色光は、偏光板（２）、透明基板（３）を
通して、画素電極（４）と配向膜（５）を通り、液晶
（６）に進み、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）を通り偏光板（12）を通り視感によ
り色として認識される。この様な表示素子において、液
晶（６）は、配向膜（５）および（８）と封止材（７）
に、接して封入され、画素電極（４）と透明電極（11）
の間に印加さ．た電気信号により配向の方向を変える。
この時、偏光板（２）と（12）の作用により光シャッタ
ーとして作用し、カラーフィルターを通った光は情報化
される。カラーフィルター（10）の各色の大きさは、画
素電極（４）と同一であり、大型ディスプレイの場合は
数ミリメートル角、ハンデー型ディスプレイの場合は数
十ミクロンないし数百ミクロンメートル角であり、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。

次に本発明のカラーフィルターの構成について以下説
明する。第１図に示す様に透明基板（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。

カラーフィルター（10）は、通常該透明基板（11）上
に位置し、更に該カラーフィルター（10）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）上に透明電極を設け、その上に
カラーフィルターが位置することもある。

カラーフィルター（10）は第１図で示したように、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。赤色フィルター層（Ｒ）はスチレン系樹
脂、赤色顔料、分散剤を主成分として構成される。以下
同様に緑色フィルター層（Ｇ）、青色フィルター層
（Ｂ）もスチレン樹脂・顔料・分散剤から成る。スチレ
ン系樹脂の役割は透明基板（11）上に各色顔料を固定せ
しめ、又必要に応じて任意の形状でパターン化を可能な
らしめ、更に、カラーフィルター（10）上に、透明電極
（９）を形成する場合の基材となる。各色の顔料は、白
色光を分解する役割を担うため、透明性、耐光性・耐熱
性が秀れていなければならない。該顔料の一次粒子径は
0.3μｍ以下好ましくは、0.1μｍ以下であって可視光の
波長に対して十分小さくする。さらに言えば透明性の秀
れた顔料として有機顔料が望ましい。分散剤としては、
顔料と凝集を防ぎ、スチレン系樹脂中に該顔料を均一に
分散させるために添加される。従って該分散剤も又耐熱
性を有し、カラーフィルター（10）の諸特性を阻害して
はならない。この目的に合致する分散剤として、顔料ま
たは染料の有機色素誘導体が極めて有効であることが判
明した。分散剤としては、勿論、該顔料の誘導体に限定
する必要はなく、陽イオン活性剤、陰イオン活性剤、非
イオン活性剤等も適用できる。

スチレン系樹脂に対する顔料の重量比は、通常0.25な
いし３の範囲が好ましい。顔料の比率を下げるとフィル
ターとしての特性は向上するが、所定の光学濃度を得る
ためには、膜厚を大きくする必要があり、微細加工が困
難になる。顔料の比率を上げると、顔料の分散性および
塗布性が著しく劣化する。顔料に対する分散剤の重量比
は0.01ないし0.2が好ましいが、かならずしもこの値に
限定する必要はない。上記配合によるカラーフィルター
の膜厚は0.75μｍないし3.0μｍであった。この様にし
て作成されたカラーフィルターの代表的分光特性を第２
図に示した。

本発明に用いるスチレン系樹脂としては、市販品又は
合成するとこにより入手できる。いずれにしても、スチ
レン系樹脂の一例としては、モノマー成分が、であり、その組成比が（ａ）20〜80重量部、（ｂ）80〜
20重量部からなるスチレン系樹脂を用いることが、あげ
られる。また、合成する場合にスチレンに添加すること
のできるモノマーとしては、無水マレイン酸、アクリル
酸メタクリル酸、２−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト、２−ヒドロキシアクリレート、シクロヘキシルアク
リレート、シクロヘキシルメタクリレート、の他に一般
式： CH₂＝CH・COOCH₂ _nCH₃（ｎ＝０〜４）で表わせるアクリレート類等がある。

樹脂を溶解させる溶剤としては、メチルセロソルブ、
エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、キシレン等があ
るが保存性からエチルセロソルブが好ましい。

本発明に用いることができる色素としては、染料や顔
料が有るが、耐熱性・耐光性の面から顔料が望ましい。
顔料としては、硫酸バリウム、亜鉛筆、硫酸鉛、酸化チ
タン、黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青、酸化クロム、カ
ーボンブラフクなどの無機顔料、ベンチジンイエロー
Ｇ、ベンチジンイエローGR、リソールファーストオレン
ジ3GL、バルカンファーストオレンジGC、ピグメントス
カーレット3B、チオインジゴマルーン、フタロシアニン
ブルー、フタロシアニングリーン、インダンスレンブル
ー、グリーンゴールド、マカライトグリーンレーキなど
である。具体的にカラーインデックス（C,I,）ナンバー
で示す。

C.I.黄色顔料 20、24、86、93、109、110、117、125、137、138、14
7、148、153、154、166、168 C.I.オレンヂ顔料 36、43、51、55、59、61 C.I.赤色顔料９、97、122、123、149、168、177、180、192、215、21
6、又は217、220、223、224、226、227、228、240 C.I.バイオレット顔料 19、23、29、30、37、40、50 C.I.青色顔料 15、15:6、22、60、64 C.I.緑色顔料７、36、 C.I.ブランウン顔料 23、25、26 C.I.黒色顔料７本発明に係わる分散剤は有機色素の誘導体であり、母
体となる有機色素としてはアゾ系、フタロシアニン系、
キナクリドン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリ
ノン系、チオインジゴ系、ジオキサジン系、イソインド
リノン系、キノフタロン系、トリフェニルメタン系、金
属錯塩系などである。これらの有機色素に置換基を有
し、色素の分散に有効な誘導体が用いられる。置換基と
しては、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、カル
ボンアミド基、スルホンアミド基、あるいは下記一般式
で示されるいずれかの置換基である。これらの置換基か
ら選ばれる少なくとも１種の置換基を有する誘導体が用
いられる。

一般式 −CH₂−Ｘ−Ａ（X:酸素またはイオウ原子、A:アリール基）（X:アルキレン基、R₁、R₂:水素原子またはアルキル
基、あるいはR₁とR₂とで少なくとも窒素原子を含む複素
環）（R₁:水素原子、アルキル基またはアリール基、R₂:アル
キル基またはアリール基あるいはＲとＲとで少なくとも
窒素原子を含む複素環）（R₁:水素原子またはアルキル基、A:アルキレン基、R₂:
アルキル基、アルコキシアルキル基またはシクロアルキ
ル基、R₃:水素原子、シクロアルキル基あるいはR₂とで
少なくとも窒素原子を含む複素環）なお、色素と、分散剤の母体有機色素とは、通常色相
の関係から同一のものが組合せられるが、必ずしも一致
している必要はない。

本発明の組成物において、組成割合は、特に限定はな
いが、通常スチレン系樹脂が組成物に対し10〜50重量％
程度であり、色素の割合はスチレン系樹脂の種類や色素
の種類によって異なるが、スチレン系樹脂に対し、１〜
30重量％程度であり、また、分散剤は色素の種類なとに
よって異なるが、色素に対し0.1〜30重量％程度であ
る。さらに色素の含有率の高いカラーコンセントレイト
としても、本発明の着色組成物を使用することもでき
る。なお、必要に応じて添加剤を配合することもでき
る。

本発明に基づき着色組成物などを作るには、スチレン
系樹脂、溶剤、色素、分散剤をロールミル、ボールミ
ル、サンドミル、アトライター、その他の分散、混合装
置によって分散、混合する。またスチレン系樹脂、色
素、分散剤をロールミルなどで予め分散させ、次に溶剤
あるいはスチレン系樹脂および溶剤のワニスで希釈する
ことにより作ることもできる。また、色素および分散剤
を混合し、次にワニス等と混合、分散させることもでき
る。なお、混合、分散の順序はこれだけに限るものでは
なく、適宜行うことができる。

また、本発明の着色組成物に光硬化の性質をもたせる
には、重合法により光硬化させると良い。

重合法により光硬化させる場合、加えられるモノマー
及び光重合開始剤を種々用いることができる。モノマー
としては２官能、３官能モノマー、多官能モノマーがあ
り、２官能モノマーとして、1.6−ヘキサンジオールジ
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
リエールジアクリレート、ビス（アクリロキシエトキ
シ）ビスフェノールA,3−メチルペンタンジオールジア
クリレート等があり、３官能モノマーとして、トリメチ
ルロールプロパトンアクリレート、ペンタエリスリトー
ルアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソ
シアネート等があり、これらのモノマーは、昭和高分子
（株）、東亜合成化学工業（株）、セラニーズケミカル
（株）等の市販品がある。また光重合開始剤としては、
アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケ
タール、ベンゾイルパーオキサイド、２−クロロチオキ
サンソン等があり、大東化学工業所（株）、新日曹化工
（株）、チバガイギー、大阪有機化学工業（株）等かつ
市販品がある。又基板と組成物との接着性と向上させる
ために市販の各種プライマーを組成物に添加するか、ま
たは、あらかじめ基板上にコートして乾燥させた後組成
物をコートしても良い。

本発明になるカラーフィルターの製造方法は該スチ
レン系樹脂に顔料及び分散剤を添加して、三本ロール等
の撹拌機で十分混練し各色着色組成物を作る工程、こ
の組成物に重合開始剤およびアクリルモノマーを加える
工程、該着色組成物を透明基板に塗布後パターン化、
又はパターン状に塗布して加熱縮合し、スチレン系樹
脂、顔料及び分散剤から成る着色フィルター層を形成
し、必要に応じて更に上記工程を繰り返して２色以上の
色相の組合せになるカラーフィルターを形成する工程か
ら成る。ここでスチレン系樹脂は顔料の分散媒であり、
分散剤はスチレン系樹脂に顔料を均一に分散させるため
の補助剤である。該顔料及び分散剤をスチレン系樹脂に
添加し三本ロール等で十分混練して各色着色ワニスを製
造する。次に第（２）上に該着色ワニス例えば赤色ワニ
スをスピンナー、ロールコーター等で塗布する。次に23
0℃以下の温度で溶剤を除き該着色ワニスの乾燥皮膜即
ち着色塗布膜（13）を形成する。（第３図（Ａ）参照）
次に超高圧水銀燈等を用いて、マスク露光し、現像して
着色層フィルター層のレリーフパターンを形成する。こ
の操作をさらに２回繰り返して、R,G,B（赤、緑、青）
を形成したのが第３図（Ａ）〜（Ｃ）である。第４図
は、各着色層（15）の間にすきまをもうけて、その間に
黒の着色組成物を用いて、コート後、バック露光して現
像、焼成し、各着色層パターン（15）の間に黒色ストラ
イプまたは格子のパターン状の遮光膜（16）を付けたも
のである。

＜実施例＞市販のスチレン系樹脂（SMAレジン2000）を10重量％
になる様にエチルセロソルブに溶解した。この希釈樹脂
90.1gに対し顔料9.0g、分散剤0.9gを添加して３本ロー
ルで十分混練して、赤、緑、青色のワニスを作成した。
以下、顔料および分散剤を示す。

（赤色フィルタ用）顔料リオトゲンレッドGD（東洋インキ製造（株）製C.I.ピ
クセメントレッド168）6.75gとリオノーゲンオレンジＲ
（東洋インキ製造（株）製C.I.ピグメントオレンジ36）
2.25gとの混合物分散剤下記構造式の化合物（緑色フィルター用）顔料リオノールグリーン2YS（東洋インキ製造（株）製C.
I.ヒグメントグリーン36）6.75gとリオノーゲン3G（東
洋インキ製造（株）製C.I.ピグメントイエロー154）2.2
5gとの混合物分散剤下記の銅フタロシアニン誘導体 CuPC−SO₂N（C₁₈H₃₇）_２］_２（青色フィルター用）顔料リオノールブルーES（東洋インキ製造（株）製C.I.ヒ
グメントブルー15:6）7.2gとリオノーゲンバイオレット
RL（東洋インキ製造（株）製C.I.ピグメントバイオレッ
ト23）1.8gとの混合物分散剤下記の銅フタロシアニン誘導体各着色ワニス100gに対しトリメチロールプロパントリ
アクリレート（モノマー）4.0g、ベンジルジメチルケタ
ール0.8を加えて、良く撹拌して着色組成物とした。

次にガラス基板上に、γ−グリシドキシプロピルメチ
ルジエトキシシランをスピンコートして良く乾燥させ
た。青色組成物をスピンコート（1200r,p,m40秒）し
た。70℃で20分間プリベークした後、ポリビニルアルコ
ール（５％溶液）をコートして、70℃20分間乾燥した。
画素サイズ30μmx100μｍのマスクを用いて露光（1500m
J/cm²）した。2.5％炭酸ナトリウム溶液で現像して、良
く水洗した。基板に顔料が付着しているので柔らかいス
ポンジで、手こすりして顔料を除去した。さらに、水洗
して、スピン乾燥後230℃で１時間バークしてパターン
を定着させた。緑、赤色についても各組成物を用いて同
様に行い、各色を定着させカラーフィルターを完成し
た。このカラーフィルターの上に５％メラミン・エポキ
シ樹脂（東洋インキ（株）製）をコートして、230℃、1
20分ベークしてオーバーコートとした。

＜発明の効果＞従来、アクリル系樹脂と顔料とでは、分散性が良く透
明度高い組成物を得ることは、できなかった。しかしな
がら顔料の誘導体を分散剤として用いることにより、透
明度が良い組成物を得ることができた。本発明によれ
ば、顔料とアクリル樹脂を用いることにより、耐熱性、
耐光性に優れた高精細なカラーフィルターを作成するこ
とができる。このカラーフィルターを液晶表示装置に用
いることにより、明るく優れた色特性する。また液晶表
示装置の作成工程中に必要な熱処理にも十分耐えるな
ど、本発明は実用上極めて優れている。

さらに言えば、本発明に用いる着色組成物は、光硬化
性であるので、部分露光に続く現像プロセスにより、未
硬化部を除去することで、容易にパターン化した着色層
を造ることができる。

また、本発明のカラーフィルターの上にオーバーコー
ト層を設ければ、フィルター表面を平坦化でき、科学的
耐久性も付与できるので、カラーフィルターの上に液晶
駆動用の透明電極や配向膜を上乗せすることが、容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的な液晶表示装置の一例を示す断面図、
第２図は、実施例で作成した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であり、第３図（Ａ）〜
（Ｃ）は、本発明のカラーフィルターの製造方法の一実
施例を示す説明図であり、第４図は、第３図のカラーフ
ィルターにパターン状の遮光膜を設けたカラーフィルタ
ーの例を示す説明図である。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)発明者杉浦猛雄東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内審査官小橋立昌

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、スチレン系樹脂、有機色素、分
散剤および溶剤を主成分とする光硬化性の着色組成物を
コーティングして、任意の色数で所望のパターン形状に
各色別に設けることを特徴とするカラーフィルター。
【請求項２】スチレン系樹脂のモノマー成分が、であり、その組成比が（ａ）20〜80重量部、（ｂ）80〜
20重量部からなるスチレン系樹脂を用いることを特徴と
する請求項（１）記載のカラーフィルター。
【請求項３】分散剤が有機色素の誘導体である請求項
（１）記載のカラーフィルター。
【請求項４】カラーフィルターにオーバーコート層をも
うけたことを特徴とする請求項（１）記載のカラーフィ
ルター。
【請求項５】基板上に、スチレン樹脂、有機色素、分散
剤および溶剤を主成分とする光硬化性の着色組成物を各
色別に、コーティングし、部分露光・現像プロセスによ
り所望のパターン状に各色毎に繰り返し施し、加熱焼成
して着色層としてなることを特徴とするカラーフィルタ
ーの製造方法。
【請求項６】分散剤が有機色素誘導体であることを特徴
とする請求項（５）記載のカラーフィルターの製造方
法。