JPH09311215A

JPH09311215A - 反射型カラーフィルタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09311215A
Application number: JP12851396A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Nakamura; 一彦中村
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも短い工程で作製でき、生産効率に
優れた反射型カラーフィルタの製造方法、及び反射型カ
ラーフィルタを提供すること。【解決手段】（１）基板上に少なくとも３色の着色層
を多層に積層する工程、及び（２）着色層側から、下層
の着色画素を形成すべき領域にレーザー光を照射して、
多層の着色層のうちの上層の被照射部分を蒸散させ、そ
れによって、下層の着色層を露出させて着色画素とする
工程を含むことを特徴とする反射型カラーフィルタの製
造方法。基板上に少なくとも３色の着色層が多層に積層
され、該多層の着色層のうちの下層の着色画素を形成す
べき領域の部分の上層が削除されて、下層の着色層が表
面に露出し、それによって、段差のある各着色画素が形
成されていることを特徴とする反射型カラーフィルタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶ディス
プレイに用いられる反射型カラーフィルタ及びその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶ディスプレイには、透明基板
上に３色の画素を形成したカラーフィルタが用いられて
いる。３色としては、一般に、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑
（Ｇ）の３原色が使用されている。所望により、ブラッ
クマトリクスや色相の異なる第４色目以上の画素を形成
してもよい。従来、カラーフィルタの製造方法として、
透明基板上に、第１の色相の顔料を分散させた感光性樹
脂組成物の塗膜を形成し、該塗膜上からマスクパターン
を介して露光し、次いで、現像することにより、第１の
パターン状の透明着色画素を形成し、更に、その上に同
様の工程を繰り返すことにより、第２、第３の色相のパ
ターン状の透明着色画素を形成する方法が提案されてい
る（特開平６−６７０１０号公報）。また、粒径１μｍ
以上の顔料粒子が全顔料粒子の１０重量％以下の粒径分
布を有する顔料が分散された感光性樹脂組成物を用いた
カラーフィルタ（特開昭６０−１２９７０７号公報）、
あるいは粒径１μｍ以上の顔料粒子が全粒子の１０重量
％以下であり、粒径０．０１〜０．７μｍの粒子が全粒
子の３０重量％以上である粒径分布を有する顔料を分散
させた感光性樹脂組成物を用いたカラーフィルタ（特公
平４−３７９８７号公報）が提案されている。

【０００３】これらの着色感光性樹脂組成物を用いるカ
ラーフィルタの製造方法では、露光後に、水または有機
溶媒等の現像液を用いて現像することにより、現像液に
溶解する非露光部または露光部を除去し、着色画素を得
ている。ところが、このような製造方法では、現像工程
を必要とするため、現像液の廃液処理を行わなければな
らない。また、着色画素中に現像液からの未溶解物、ダ
スト等の混入があり、画素欠陥の原因となる。また、着
色感光性樹脂組成物を用いた方法では、一色毎に着色レ
ジスト液の塗布、露光、現像を繰り返し、３色では、こ
れを三回繰り返す工程となり、一枚のカラーフィルタを
作製するのに多くの工程数を要するので、生産効率が低
く、歩留まりの低下要因となっている。

【０００４】一方、最近では、携帯機器用ディスプレイ
のカラー化へのニーズが強まり、反射型液晶ディスプレ
イが機器に組み込まれている。従来、ポリマー分散型液
晶を用いた反射型液晶ディスプレイとしては、例えば、
図３に示す構造のものが知られている。すなわち、反射
電極１６が設けられたガラス基板１７と、透明電極１
５、及び着色画素１４（Ｒ、Ｇ、Ｂの３色）が設けられ
たガラス基板１３（カラーフィルタ）とを対向して張り
合わせ、その間にポリマー分散型液晶１２を注入した構
造の反射型液晶ディスプレイが知られている。反射電極
１６により反射された光線は、矢印で示すように、カラ
ーフィルタを透過して、カラー液晶表示を行う。このよ
うな構造の反射型液晶ディスプレイでは、カラーフィル
タとして、従来の透過型液晶ディスプレイのカラーフィ
ルタが利用されているが、透過型カラーフィルタは、上
記のような理由でコストが高く、製品全体の価格を押し
上げる要因になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、従来よりも短い工程で作製でき、生産効率に優
れた反射型カラーフィルタの製造方法、及び反射型カラ
ーフィルタを提供することを目的とするものである。本
発明者らは、前記目的を達成するために研究を行った結
果、少なくとも３色の着色層を多層に積層した基板に、
該着色層側からレーザー光を照射して、被照射部分の上
層の着色層を蒸散させて除去することにより、下層を露
出させて下層の着色画素を形成することにより、カラー
フィルタを製造することができ、そして、得られたカラ
ーフィルタが反射型液晶ディスプレイのカラーフィルタ
として優れた性能を発揮することを見いだし、その知見
に基づいて本発明を完成するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、（１）
基板上に少なくとも３色の着色層を多層に積層する工
程、及び（２）着色層側から、下層の着色画素を形成す
べき領域にレーザー光を照射して、多層の着色層のうち
の上層の被照射部分を蒸散させ、それによって、下層の
着色層を露出させて着色画素とする工程を含むことを特
徴とする反射型カラーフィルタの製造方法が提供され
る。また、本発明によれば、基板上に少なくとも３色の
着色層が多層に積層され、該多層の着色層のうちの下層
の着色画素を形成すべき領域の部分の上層が削除され
て、下層の着色層が表面に露出し、それによって、段差
のある各着色画素が形成されていることを特徴とする反
射型カラーフィルタが提供される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図１及び２を参照しなが
ら、本発明の反射型カラーフィルタの製造方法について
説明する。（１）着色層の積層工程基板上に着色液を塗布して、塗膜（着色層）を形成す
る。これを所望回数繰り返すことにより、少なくとも３
色の着色層が多層に積層された基板を作成する。図１
（ａ）に示すように、基板１に第１色目の着色塗膜２を
形成する。基板は、通常、透明であり、ガラスやプラス
チック板、フィルム等が使用できる。ここで言う、第１
色目とは、カラーフィルタに必要な３原色の１つで、以
降第２色目、第３色目は、各々残りの色である。通常
は、３原色として赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が用いられ
る。

【０００８】着色塗膜の形成方法としては、着色液（着
色組成物）をスピンコート、ロールコート、ディッピン
グなどの塗布方法により基板上に塗布し、着色塗膜を形
成する方法が採用される。塗布後、塗膜を乾燥させ、硬
化させる。通常、塗膜をベークし、塗膜を乾燥させる。
その方法の一例として、ホットプレートに置くか、また
はオーブン中に入れる方法等が挙げられる。このようし
て得られた塗膜２の上に、図１（ｂ）に示すように、第
２色目の塗膜３を前記と同様にして形成する。これを繰
り返し、図１（ｃ）に示すように、第３色目の塗膜４を
形成する。

【０００９】本発明で使用する着色組成物は、着色剤と
して顔料および／または染料、樹脂成分として分散剤、
硬化性樹脂等を含むものであり、硬化性樹脂は、常温硬
化型樹脂またはベークにより硬化する熱硬化型樹脂が好
ましい。着色組成物は、着色画素として用いた場合、充
分な色特性を持っているものであり、通常、顔料を、分
散剤を用いて適当な溶媒に分散させたものである。ここ
でいう分散剤とは、顔料を微細化し、安定に分散させる
ものである。

【００１０】ここで用いられる顔料としては、有機顔料
では、例えば、アゾレーキ系、不溶性アゾ系、縮合アゾ
系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ジオキサジン
系、イソインドリノン系、アントラキノン系、ペリノン
系、チオインジコ系、ペリレン系、カーボンがあり、無
機顔料としては、例えば、鉄黒、酸化チタン、ミロリブ
ルー、酸化鉄、コバルト紫、マンガン紫、群青、紺青、
コバルトブルー、セルリアンブルー、ビリジアンおよび
これらの混合物がある。また、顔料表面を表面処理し、
顔料の分散性を向上させた修飾顔料も使用することがで
きる。

【００１１】分散剤としては、界面活性剤が良く使用さ
れる。界面活性剤には、イオン性界面活性剤、ノニオン
性界面活性剤があり、イオン性界面活性剤としては、カ
チオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面
活性剤がある。カチオン性界面活性剤の例として、脂肪
族アミン類、第４アンモニウム塩類、アルキルビリジウ
ム塩類等がある。アニオン性界面活性剤の例として、脂
肪酸塩類、硫酸エステル類、スルホン酸塩類、燐酸エス
テル類等がある。両性界面活性剤の例として、アミノ酸
塩類等がある。ノニオン性界面活性剤の例として、ポリ
オキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレ
ンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレンア
ルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、ポ
リオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類等があ
る。

【００１２】また、分散剤として、界面活性剤以外に、
市販されている顔料分散用の樹脂も使用することができ
る。この例として、水溶性の樹脂として、ブチラール樹
脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、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
ドロキシプロピルメタクリレート、ポリアクリルアミド
等がある。これらの共重合体も用いられる。溶剤系の樹
脂としては、アルキド樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹
脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
ウレタン樹脂、イソシアネート、マレイン樹脂等があ
る。

【００１３】更に、分散剤として、界面活性剤と顔料分
散用の樹脂の併用も可能である。そして、上記界面活性
剤、顔料分散用の樹脂のどちらか一方で分散を行い、残
りの一方を顔料を分散した後、添加することも可能であ
る。着色組成物に用いられる溶媒としては、通常の塗料
に用いられている溶媒が使用でき、具体例としては、
水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコー
ル、ブタノール、トルエン、キシレン、メチルエチルケ
トン、ジグライム、乳酸エステル、エチルセロソルブ、
エチルセロソルブアセテート、酢酸エステル等が挙げら
れる。

【００１４】着色組成物には、塗膜の耐久性を向上させ
るために、各種のバインダー樹脂を使用することも可能
である。バインダー樹脂としては、上記顔料分散用の樹
脂として挙げた樹脂も用いることができる。着色組成物
を硬化させるために、硬化剤が添加されることがある。
硬化剤としては、光硬化剤または熱硬化剤が用いられる
が、光架橋剤の例としては、ジアゾ化合物、アジド化合
物等が好ましく用いられる。上記組成物から適当なもの
を選択し、通常の分散機により、顔料を溶媒中に分散す
る。溶媒中には分散剤が予め溶解してある。分散機に
は、サンドミル、ボールミル、ホモジナイザー等が使用
される。このようにして得られた着色組成物を基板に塗
布し、多層の着色層を形成する。

【００１５】（２）着色画素の形成工程次いで、着色層側から、下層の着色画素を形成すべき領
域にレーザー光を照射して、多層の着色層のうちの上層
の被照射部分を蒸散（アブレーション）させ、それによ
って、下層の着色層を露出させて着色画素とする。すな
わち、多層の着色層の第２層及び第３層の着色層を表面
に露出させて、それぞれの色の着色画素を形成する。上
層（第１層）の色の着色画素は、その部分を蒸散させず
に残すことによって形成される。

【００１６】図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示すように、
第２層の着色層の着色画素６が形成される領域の部分に
レーザー光５を照射し、レーザー光が照射された部分が
蒸散することにより、第２色目着色画素６を形成する。
同様に、図１（ｆ）に示すように、着色画素７が形成さ
れる領域の部分にレーザー光を照射し、レーザー光が照
射された部分が蒸散することにより、第３色目の着色画
素７を形成する。残りの部分が着色画素８となる。画素
の大きさは、縦３００μｍ×横１００μｍ程度の大きさ
であり、マトリックス状、ストライプ状、トライアング
ル状にパターニングされる。

【００１７】パターニングの方法としては、以下のよう
な方法がある。基板をＸＹステージに載せ、レーザービームを照射し
ながら縦方向（例えばＹ方向）にステージを移動させ、
アブレーションを行い画素を形成する。次の画素形成に
は、横方向（Ｘ方向）にステージ移動した後、同様に、
レーザービームを照射しながら縦方向にステージを移動
させて、アブレーションを行い画素を形成する。フォトマスクを用いてレーザービームをパターン状に
照射する。この場合ステージは、各パターンが形成され
た後、パターンの大きさだけ縦または横方向に移動し、
パターン形成を繰り返す。ここで照射するレーザー光と
しては、レーザー光が塗膜に照射されて、蒸散を起こす
ように、充分短い波長でなければならない。従って、レ
ーザー光源としては、波長が紫外線領域にあるエキシマ
レーザーが好適である。ＣＯ₂、ＹＡＧレーザーのよう
に波長が赤外光であっても、非線形光学材料を用い、第
２、第３高調波により、その波長を得ることも可能であ
る。

【００１８】着色層を蒸散させるには、レーザー光が充
分なエネルギー密度を持っていなければならない。レー
ザー光のエネルギー密度は、通常、０．２〜３Ｊ／ｃｍ
²であり、０．５〜２Ｊ／ｃｍ²が特に好適である。レー
ザー光のエネルギー密度が大きすぎると、塗膜だけでな
く、下にある基板まで蒸散してしまう。また、小さすぎ
ると塗膜が蒸散を起こさない。そして、レーザー光は、
第２色目以降の画素の形成のために、レーザー光の出力
を制御することが必要である。出力を制御するには、レ
ーザー光がパルス光であることが望ましい。なぜなら
ば、パルス光のショット数により、塗膜の深さ方向の加
工制御が可能となるからである。レーザー光がパルスで
ない場合は、レーザー光の照射時間またはエネルギー密
度を変えることにより、出力を制御することが可能であ
る。レーザー光のエネルギー密度は、レーザー光自体の
出力を変えるよりも、むしろレンズ等によりレーザー光
を絞るか、あるいはマスクによりレーザー光をカットす
る等の光学系により出力を変えるのが簡便で好ましい。

【００１９】本発明の製造方法によれば、（１）はじめ
に基板上に多層膜を形成した後、一回のパターニング工
程で３色の画素のパターニングができるので、短い工程
でカラーフィルタを完成させることができる、（２）完
成までの工程が短いので歩留まりが向上する、（３）反
射型カラーフィルタでは、着色層の表面が現れれば、着
色画素としての機能を果たすので、着色層の膜厚精度
は、あまり要求されないので、基板内で膜厚分布があっ
たり、蒸散の際のショット数が多少変動しても、所望の
光学特性を持った着色画素を形成することができる、
（４）使用する樹脂材料が一般的な樹脂なので低コスト
である、（５）従来の透過型カラーフィルタでは、顔料
を用いる場合、光透過性を持たせるために、顔料粒子が
光の波長程度に細かいことが要求され、顔料の選択範囲
が狭くなる上、非常に高度な微分散および分級が行われ
るため、材料コストが高くなるが、反射型カラーフィル
タの場合、色調が合えば、一般的な顔料が使用でき、顔
料粒子はある程度大きくてもよく、分級などの工程を経
なくても使用することができる、（６）光開始剤を用い
ないので発色が鮮やかである等の作用効果を達成するこ
とができる。

【００２０】本発明の製造方法によれば、基板上に少な
くとも３色の着色層が多層に積層され、該多層の着色層
のうちの下層の着色画素を形成すべき領域の部分の上層
が削除されて、下層の着色層が表面に露出し、それによ
って、段差のある各着色画素が形成されている反射型カ
ラーフィルタが得られる。図２には、本発明のカラーフ
ィルタを配置した反射型液晶ディスプレイの構造の一例
が示されている。反射型カラーフィルタ上に透明電極９
を形成し、透明電極１１が形成された対向基板１０を張
り合せ、その間にポリマー分散型液晶１２を注入し、液
晶ディスプレイ（液晶セル）を作製することができる。

【００２１】

【実施例】以下に、実施例を挙げて、本発明についてよ
り具体的に説明する。

【００２２】［実施例１］＜着色液の作製＞最初にＲＧＢの着色液を作製する。こ
こでＲＧＢとは、カラーフィルタの画素における３原色
で、Ｒ、Ｇ、Ｂで各々赤、緑、青である。ＲＧＢの着色
液を作製するために、赤、緑、青、の３色に加えて、色
補正用として、黄色、紫の２色の着色材を用いる。着色
剤としては顔料を使用する。顔料の分散剤は、下記の組
成で配合した。ポリビニルアルコール（ゴーセノールＫＰ０８、日本
合成化学工業（株）製）：３％ノニオン系界面活性剤（ノイゲンＥＡ１７０、第一工
業製薬（株）製）：３％ここで、各色における顔料及び
濃度は、次のとおりであった。赤：Ｐｉｇ．Ｒｅｄ１４４Ｃｒｏｍｏｐｈｔａｌ
Ｒｅｄｔｙｐｅｌ１６％緑：Ｐｉｇ．Ｇｒｅｅｎ７フタロシアニングリー
ン１３％青：Ｐｉｇ．Ｂｌｕｅ１５フタロシアニンブルー
１５％黄：Ｐｉｇ．Ｙｅｌｌｏｗ１２ジスアゾイエロー
１３％紫：Ｐｉｇ．Ｖｉｏｌｅｔ２３ジオキサジンバイ
オレット１５％溶媒は水を使用した。これをサンドミルにより分散し
た。分散後の顔料液は、以下の組成比で混合し、ＲＧＢ
の着色液を得た。Ｒ＝赤：黄（８０：２０）Ｇ＝緑：黄（６０：４０）Ｂ＝青：紫（７５：２５）さらに、熱硬化性を付与するために、次の組成の樹脂を
重合した。

【００２３】＜熱硬化性樹脂の作製＞まず、以下の組成
からなるモノマー水溶液を調整した。１０％酢酸水２００重量部２−ヒドロキシエチルメタクリレート８０重量部ジメチルアクリルアミド１０重量部ジメチルアミノプロピルメクリルアミド５重量部アクリル酸５重量部重合開始剤（和光純薬社製Ｖ−５０１）４，４′−アゾビス（４−シアノペンタノイック）アシド１重量部１０％酢酸水２００重量部が入ったフラスコに窒素ガス
を通し、内温を８５℃に維持するとともに、よく撹拌し
ながら上記モノマー水溶液を４時間かけて滴下した。滴
下終了後、８５℃でさらに４時間撹拌しながら共重合さ
せて、透明無色の熱硬化性樹脂を調製した。上記ポリマ
ー樹脂水溶液５ｇに、記の各色着色液を１０ｇ混合し、
熱硬化性の各色着色液を得た

【００２４】＜カラーフィルタの着色画素製造方法＞１
０ｃｍ角の無アルカリガラス基板に、第１色目として赤
の着色液をスピンコーターにより塗布した。乾燥後の膜
厚が１．２μｍとなる様にスピンコート時の回転数を調
整した。本発明例では７００ｒｐｍと設定した。塗布
後、７０℃のホットプレートの上に３分間置き、乾燥さ
せ、さらにオーブンで１５０℃３０分のベークを行い、
熱硬化させた。この処理により、塗膜上に着色液を塗布
しても、両方の色が混じり合うことはなくなる。次に、
緑の塗膜（厚さ１．２μｍ）を同様の手順で赤の塗膜の
上に形成した。さらに、同様にして青の塗膜（厚さ１．
２μｍ）を緑の塗膜の上に形成した。

【００２５】得られた多層の着色塗膜を、ＫｒＦのレー
ザー（Ｌ５８３７：浜松ホトニクス（株））により、ア
ブレーションを行い着色画素を形成した。はじめに、最
上層の青のアブレーションを行い、二層目の緑が表面に
現れるようにすることで、緑の画素の形成を行った。こ
のときレーザー光のスポットサイズをレンズ系により３
００×６００μｍに縮小し、ＸＹステージにより基板を
移動させながらレーザー光を照射することにより、幅３
００μｍの緑のストライプ状画素を形成した。ステージ
の移動速度は１ｃｍ／ｓｅｃであり、レーザーのエネル
ギー密度は１Ｊ／ｃｍ²、ショットの周波数は５０Ｈｚ
で、同一箇所にレーザー光が照射される回数は３回であ
った。一回のレーザー照射で０．４０μｍの深さ方向の
エッチングができたことになるが、周波数を増やし、同
一箇所に４〜５回の照射でも緑の画素を得ることができ
た。これは反射型カラーフィルタの場合、ある程度以上
の厚さの膜が最上層に残っていれば、その着色層の色に
より、着色画素として発色が可能だからである。次に、
赤の着色画素を同様にして形成した。この場合は、青と
緑の層をエッチングすることになるので、レーザーのエ
ネルギー密度は１Ｊ／ｃｍ²、ショットの周波数は１０
０Ｈｚで、同一箇所にレーザー光が照射される回数は６
回であった。以上のエッチングにより青の画素も同時に
形成される。このようにして赤・青・緑の三色の反射型
カラーフィルタが得られた。

【００２６】以上が本発明の代表的な実施例であるが、
着色画素以外にブラックマトリックスを形成する場合
も、本発明の範囲内で作製することができる。例えば、
基板上に赤、緑、青、黒の順に着色層を形成し、はじめ
に黒の着色層をアブレーションすることにより、青の画
素を形成し、次に黒と青の着色層のアブレーションによ
り緑の画素を形成し、さらに黒と青と緑の層をアブレー
ションすることにより赤の画素を形成することができ
る。アブレーションされなかった部分がブラックマトリ
ックスとして形成されることになる。以上により作製さ
れた反射型カラーフィルタ上に透明電極を形成し、対向
基板を張り合せ、ポリマー分散型液晶を注入し、液晶デ
ィスプレイを作製した。図２に、その液晶ディスプレイ
の概略図を示す。なお、本発明では、ポリマー分散型液
晶ディスプレイを例示しているが、ＴＮ、ＳＴＮ等の各
種表示モードであってももちろん適用できるものであ
る。

【００２７】

【発明の効果】従来の作製法では着色画素毎に膜形成と
パターニングを繰り返しており、作製工程が非常に長
く、コストアップ要因になっていた。これに対して、本
発明の方法によれば、作製プロセスが非常に短くなり、
大幅なカラーフィルタのコスト低減が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型カラーフィルタの製造工程を示
すフロー図である。

【図２】本発明の反射型カラーフィルタを用いた反射型
液晶セルの断面構造を示す図である。

【図３】反射型カラー液晶セルの断面構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１：基板２：着色層１３：着色層２４：着色層３５：レーザー光６：下層の着色画素を形成すべき領域７：下層の着色画素を形成すべき領域８：上層の着色画素を形成すべき領域９：透明電極１０：基板１１：透明電極１２：ポリマー分散型液晶１３：基板１４：着色画素の層１５：透明電極１６：反射電極１７：基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）基板上に少なくとも３色の着色層
を多層に積層する工程、及び（２）着色層側から、下層
の着色画素を形成すべき領域にレーザー光を照射して、
多層の着色層のうちの上層の被照射部分を蒸散させ、そ
れによって、下層の着色層を露出させて着色画素とする
工程を含むことを特徴とする反射型カラーフィルタの製
造方法。
【請求項２】基板上に少なくとも３色の着色層が多層
に積層され、該多層の着色層のうちの下層の着色画素を
形成すべき領域の部分の上層が削除されて、下層の着色
層が表面に露出し、それによって、段差のある各着色画
素が形成されていることを特徴とする反射型カラーフィ
ルタ。