JPH10213704A

JPH10213704A - 保護膜用組成物、それを用いたカラーフィルタ基板、及び液晶表示素子

Info

Publication number: JPH10213704A
Application number: JP1562197A
Authority: JP
Inventors: Hide Nakamura; 秀中村; Yorisuke Ikuta; 順亮生田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1998-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】カラーフィルタ基板の保護膜として、平坦性及
び硬度に優れ、かつ耐熱性、耐薬品性に優れた膜を得
る。【解決手段】カラーフィルタ層３上に設ける保護膜４用
の組成物として、一般式（１）で表される化合物（ただ
し、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ はアクリロイルオキシアルキル基
又はヒドロキシアルキル基を表す。）と、スチレン及び
／又はジビニルベンゼンと、さらにエポキシ樹脂とを含
有する組成物を用いる。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保護膜用組成物、
それを用いたカラーフィルタ基板とその製造方法及び液
晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】１８０〜３６０°のねじれ角の液晶を用
いたＳＴＮ型液晶セルと位相差板又は干渉セルとを組み
合わせたカラーＳＴＮ型液晶表示装置において、高速応
答化、高コントラスト化が進んでいる。これには、カラ
ーフィルタの性能向上が不可避である。特に、カラーＳ
ＴＮ表示の品位や信頼性を維持するうえで、カラーフィ
ルタの保護膜として平坦かつ硬い膜の重要性が増してい
る。

【０００３】カラーフィルタの構造としては、ガラス基
板上にレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の
画素のカラーフィルタ層及びＲ、Ｇ、Ｂ画素間にブラッ
クマトリックスを形成し、さらにその上にＩｎ₂ Ｏ₃ −
ＳｎＯ₂ （ＩＴＯ）、ＳｎＯ₂ 等の透明導電層を形成す
ることが知られている。

【０００４】このＲ、Ｇ、Ｂ画素と透明導電層の間には
保護膜を設けることが行われている。この保護膜は、カ
ラーフィルタ層表面の凹凸がＬＣＤの表示特性を損なわ
ない程度に平滑である平坦性が必要である。さらに、後
工程の透明導電層形成工程や配向処理工程及びパネル組
立工程に伴う熱処理、薬品処理や加圧処理に耐え、カラ
ーフィルタ画素の保護膜としての性能が必要がある。こ
の保護膜の材料にはこれまでアクリル系樹脂やエポキシ
系樹脂等が用いられてきた。

【０００５】アクリル系樹脂としては、ポリエステルア
クリレート等がこれまで用いられており、Ｒ、Ｇ、Ｂ画
素パターンの平坦性に優れるが、耐熱性、耐薬品性、硬
度において必ずしも満足な特性が得られていない。特に
耐熱性、硬度については、パネル組立工程における熱処
理等により平坦性が悪化したり、基板を所定の間隔に保
持できず、表示品位が悪化する問題を生じやすかった。

【０００６】また、エポキシ系樹脂としては、ノボラッ
ク型エポキシ樹脂等がこれまで用いられており、ガラス
基板との接着性や耐薬品性は優れるが、平坦性、耐熱
性、透明性については不足しがちであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このため、保護膜の膜
厚の均一性が良く、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素着色層の平坦
化能、耐熱性、耐薬品性、硬度に優れ、また電極や基板
との密着性が良く、さらに基板と保護膜との接着強度を
大きくして、保護膜の周囲からの剥離や基板と保護膜と
の間に薬剤等が浸透しにくい保護膜が望まれていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、一般式（１）で表され
る化合物（ただし、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は夫々独立にアク
リロイルオキシアルキル基又はヒドロキシアルキル基を
表す。）を含有することを特徴とする保護膜用組成物を
提供する。

【０００９】

【化２】

【００１０】また、一般式（１）で表される化合物と、
スチレン及び／又はジビニルベンゼンとを含有すること
を特徴とする保護膜用組成物、及び、さらにエポキシ樹
脂を含有する保護膜用組成物を提供する。

【００１１】さらには、基板上に形成したカラーフィル
タ上に上記の保護膜用組成物を塗布して硬化させてなる
ことを特徴とするカラーフィルタ基板、及び、基板上に
形成したカラーフィルタ上に上記の保護膜用組成物を塗
布後、光照射して硬化を行い、その後熱処理を行って硬
化を完了させることを特徴とするカラーフィルタ基板の
製造方法、及び、液晶表示素子を構成する少なくとも一
方の基板として上記ののカラーフィルタ基板を用いてな
ることを特徴とする液晶表示素子を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明における一般式（１）で表
される化合物（以下、化合物１という）は、その硬化物
のガラス転移点（Ｔ_g ）が高く、後工程において加熱さ
れたときの変形がほとんど見られない。多官能であるた
め硬化物の硬度にも優れ、透明性や耐光性にも優れる特
徴がある。また、モノマーであるため、組成物の粘度を
低くでき、組成物塗布時の平坦性をより向上できる。化
合物１を用いた保護膜は優れた平坦性と高い硬度を有す
る。

【００１３】この化合物１において、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³
はアクリロイルオキシアルキル基（−Ｃ_n Ｈ_2n−Ｏ−Ｃ
（＝Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ₂ ）又はヒドロキシアルキル基
（−Ｃ_n Ｈ_2n−ＯＨ）を表す。ここでｎは粘性等を考慮
して適当に決めればよいが、通常は１〜５程度とする。
特に、Ｒ¹ 、Ｒ² がアクリロイルオキシアルキル基であ
り、Ｒ³ がアクリロイルオキシアルキル基又はヒドロキ
シアルキル基である化合物が好ましい。

【００１４】本発明では、この化合物１をジビニルベン
ゼン及び／又はスチレンと共重合させることにより、架
橋密度を上げることができ、優れた耐熱性、硬度を得る
ことができる。このジビニルベンゼン及び／又はスチレ
ンの配合量は合量で、化合物１の１００重量部に対し５
〜５０重量部、特に５〜２０重量部、が好ましい。

【００１５】本発明では、基板との接着性、耐薬品性の
観点から、化合物１にさらにエポキシ樹脂を加えること
が好ましい。エポキシ樹脂としては特に脂環式エポキシ
樹脂が好ましい。脂環式エポキシ樹脂とは、構造中に脂
環部分を含むことを特徴とするエポキシ樹脂であり、特
に、脂環部分の炭素数は４〜８程度であることが好まし
い。また、一般的に入手が容易であることから、シクロ
ヘキサン環を含む脂環式エポキシ樹脂が好ましい。

【００１６】脂環式エポキシ樹脂は、接着性のよいエポ
キシ樹脂中でも芳香族エポキシ樹脂と比較して、共役系
がないために透明性、耐候性、耐熱性がよいという特徴
がある。また、Ｎａ⁺ やＣｌ^- 等のイオン性不純物が少
ないため、このカラーフィルタ付き基板を用いて液晶表
示素子を製造すると表示ムラの発生を少なくできる。

【００１７】さらに、脂環式エポキシ樹脂中でも一般式
（２）で表される化合物に基づく構造を持つ脂環式エポ
キシ樹脂は硬化物のＴ_g が高く、耐候性、透明性、電気
特性が良好であるので好ましい。

【００１８】

【化３】

【００１９】一般式（２）で表される化合物において、
Ｒはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノー
ル等の１価アルコールからヒドロキシ基を除いた残基、
又は、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール
等の多価アルコールから１個のヒドロキシ基を除いた残
基、を表す。通常はこのｎは１０〜２０程度とされるこ
とが好ましい。

【００２０】ＲＯＨが多価アルコールの場合には、他の
ヒドロキシ基部分も同様な構造とされている化合物でも
よい。なお、ＲＯＨが多価アルコールで、複数のエポキ
シ構造が別の鎖として繋がっている場合には、そのｎの
合計が１０〜２０程度とされることが好ましい。

【００２１】このような樹脂は、例えば「ＥＨＰＥ−３
１５０」、「ＥＨＰＥ−１１５０」（商品名、ダイセル
化学工業製）として入手できる。

【００２２】このような脂環式エポキシ樹脂の配合量
は、化合物１の１００重量部に対し５〜５００重量部が
好ましい。５重量部以上とすることにより、耐薬品性及
びガラス基板との接着性が向上する。また、５００重量
部超では耐熱性及び平坦化能が低下する。このような脂
環式エポキシ樹脂の配合量を多くすると、耐薬品性、特
に耐アルカリ性は向上するが耐熱性が低下してくるた
め、より好ましくは２０〜５０重量部程度とされる。

【００２３】本発明のカラーフィルタ用保護膜組成物中
には、さらに他のラジカル重合性化合物や光重合開始剤
を加えうる。ラジカル重合性化合物としては、アクリル
系樹脂モノマー、オリゴマー、その他の光硬化性のビニ
ル系樹脂モノマー、オリゴマー等がある。溶剤の一部に
このラジカル重合性化合物を用いることもできる。光重
合開始剤としてはラジカル重合開始剤を使用できる。

【００２４】光重合開始剤としては、２−ヒドロキシ−
２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、クロロ
アセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、１−ヒド
ロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１
−（４−メチルチオフェニル）−２−モルホリノ−プロ
パン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−
１−（モルホリノフェニル）−ブタン−１−オン、ベン
ゾインエーテル、ベンジルジメチルケタール、ベンゾフ
ェノン、メチル−ｏ−ベンゾイルベンゾエート、チオキ
サンソン、グリオキシエステル等が例示できる。光重合
開始剤には、例えばベンゾフェノンに対する４，４−ビ
ス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン等のような適当な
増感剤を加えてもよい。

【００２５】光重合開始剤の配合量は、化合物１の１０
０重量部に対し１〜２０重量部が好ましい。少なすぎる
と硬化の速度が遅くなりやすく、多すぎると耐熱性や光
に対する安定性が悪くなりやすい。より好ましくは１〜
５重量部である。

【００２６】本発明のカラーフィルタ用保護膜組成物中
には、このエポキシ樹脂を硬化させるエポキシ硬化剤を
さらに加えうる。エポキシ硬化剤としてはポリアミン系
硬化剤、酸無水物系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、潜在
型硬化触媒、イミダゾール系硬化触媒等がある。本発明
では、得られた硬化物の耐熱性、耐薬品性等を考慮する
と、酸無水物系硬化剤が好ましい。

【００２７】酸無水物系硬化剤としては、無水マレイン
酸、無水トリメリット酸等が挙げられる。これらの酸無
水物系硬化剤はエポキシ樹脂と硬化剤との組み合わせに
よってそれぞれ適当な量があり、通常はエポキシ当量に
相当する量を加えると最も硬化物の耐熱性が良くなる。

【００２８】本発明の保護膜組成物は、カラーフィルタ
基板のカラーフィルタ保護膜に好適に使用できる。カラ
ーフィルタ基板は、基板上に着色膜と必要に応じて遮光
膜とが形成されている。このため、通常は着色膜の端部
で凹凸ができる。この着色膜の上に、本発明の保護膜組
成物が塗布される。

【００２９】図１は本発明の保護膜を形成したカラーフ
ィルタ基板の正面図である。図１において、１は基板、
２は遮光膜、３はカラーフィルタ層、４は保護膜を示
す。このカラーフィルタ基板は、ガラス、プラスチック
等の基板上に、所望のパターンのカラーフィルタ層が形
成されたものであり、必要に応じて遮光膜が設けられ
る。また、ガラスからのアルカリ溶出防止層を設けた
り、プラスチック基板のガスバリヤ性向上用の層を設け
たり、電着法でカラーフィルタ層を形成する場合には透
明導電膜を設けたりしてもよい。

【００３０】通常は、基板の上に金属遮光膜や黒色樹脂
の遮光膜を形成し、その画素に相当する開口部に着色剤
を付与する。この着色剤の付与は、種々のカラーフィル
タ形成法で設ければよく、顔料分散法、電着法、印刷
法、インクジェット法等公知の方法が使用される。

【００３１】この保護膜組成物をカラーフィルタ基板上
にコーティングするに際しては、塗布性を向上するた
め、通常、溶剤に希釈した溶液として用いる。溶剤とし
ては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトンのケトン類、エチレングリコール、エチ
レングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレ
ングリコールジメチルエーテルアセテート、ジエチレン
グリコールモノメチルエーテルアセテート、ポリエチレ
ングリコールモノエチルエーテルアセテート等の多価ア
ルコール又はエーテル類等の有機溶剤を使用できる。

【００３２】これらの溶剤は単独で用いても２種以上混
合してもよい。有機溶剤溶液中の固形分濃度は、塗布方
法にも依存するが、通常は２０〜８０重量％とされれば
よい。この濃度は、塗布方法に応じて最適な濃度を実験
的に定めればよい。

【００３３】本発明の保護膜組成物には、必要に応じて
さらにレベリング剤、カップリング剤、アクリル基を有
する反応性希釈剤、光安定剤、消泡剤、界面活性剤、酸
化防止剤等を加えて使用してもよい。

【００３４】保護膜組成物溶液をカラーフィルタ基板上
に塗布するに際しては、通常スピンコートが使用され
る。また必要に応じてディップコート、ロールコート、
スクリーン印刷コート、スプレーコート、その他の方法
で塗布してもよい。

【００３５】このようにして保護膜をカラーフィルタ上
に形成する。この上に透明導電膜を形成する。この場
合、必要に応じて、保護膜と透明導電膜との間にＳｉＯ
₂ やＴｉＯ₂ の無機酸化物膜を形成してもよい。この透
明導電膜を必要に応じてパターニングし、ポリイミド等
の配向膜を形成する。

【００３６】こうして形成した電極付き基板と、もう１
枚の電極付き基板とを電極面側が相対向するように配置
して周辺をシールし、内部に液晶を封入してカラー液晶
表示素子を形成する。

【００３７】このカラーフィルタ基板は、上記のような
液晶表示素子に好適であるが、他の表示素子に用いた
り、センサーやカメラ類に使用したりすることもでき
る。

【００３８】

【実施例】透明ガラス基板上に、マグネトロンスパッタ
リング法でクロム膜を１００ｎｍの厚みに成膜した。こ
の上にフォトマスクを用い、感光性レジストでパターン
を形成した後、クロム膜をエッチングして遮光膜パター
ンを形成した。次に、赤色、緑色、青色の着色剤を用い
て顔料分散法でカラーフィルタパターンを遮光膜パター
ンの開口部に順次形成してカラーフィルタ基板を作成し
た。

【００３９】このカラーフィルタ基板を用いて、その上
に表１及び表２に示す各種保護膜用組成物（数値の単位
は重量％）を用いて、スピンコートにて、硬化後の保護
膜の膜厚が約２．５μｍになるように全面に塗布した。
その後、高圧水銀灯を用いて紫外光を照射して、２３０
℃で１時間加熱して完全に硬化させた。

【００４０】こうして製造された保護膜付きカラーフィ
ルタ基板の特性を評価した。耐熱性は、２３０℃−１時
間処理による減膜率（％）及び２６０℃−１時間処理に
よる減膜率（％）を、耐ＮａＯＨ性は、４％ＮａＯＨ
（２５℃）に１時間浸漬した場合の減膜率（％）を、そ
れぞれ示す。平坦性はＲＧＢ画素間の段差が＜０．０５
μｍのものを○、０．０５〜０．１μｍを△、＞０．１
μｍを×とした。その結果をそれぞれ表３及び表４に示
す。

【００４１】例１０と例１１はエポキシ樹脂の比較例で
あり、平坦性、硬度ともに悪い。例１３と例１４は化合
物１以外のアクリレートの比較例であり、エポキシ樹脂
の比較例よりも平坦性と硬度は改善されているが、耐熱
性と耐薬品性が低い。これに対して、本発明の化合物１
を用いた例１２は、耐熱性と耐薬品性では例１３よりや
や劣るが、平坦性と硬度では優れる。

【００４２】なお、平坦性、硬度、耐熱性及び耐薬品性
を総合的にみれば、例１〜例９が好ましく、特に化合物
１とスチレン及び／又はジビニルベンゼンとを含有する
例１〜例５は平坦性、硬度、耐熱性が比較例よりも優れ
る。

【００４３】例６〜例９は、化合物１とスチレン及び／
又はジビニルベンゼンとエポキシ樹脂とを含有する例で
ある。これらは、耐薬品性が高い。例６は耐熱性は例１
〜例５よりやや劣るが、硬度、耐薬品性が高い。

【００４４】例８と例９は平坦性、硬度が低下している
が、例１０、例１１よりは平坦性、硬度ともに良く、耐
熱性と耐薬品性も同等以上である。また、例８と例９
は、例１３、例１４と比べ、平坦性、硬度は同等以上
で、耐薬品性がきわめて良い。

【００４５】実施例と比較例の比較により明らかなよう
に、本発明のカラーフィルタの保護膜は、平坦性が非常
に優れ、より高性能な表示にも対応できる平坦度を実現
している。

【００４６】これは主に化合物１の光硬化による平坦性
の保持と考えられる。さらに、化合物１をジビニルベン
ゼンと共重合させることにより、耐熱性、膜硬度が優
れ、後工程であるパネル組立工程での加圧処理などによ
る変形が少なく、表示均一性に優れる。

【００４７】なお、表中の化合物の表記は以下の通りで
ある。「Ｍ３１５」：東亞合成化学社製「アロニックスＭ−３
１５」、化合物１においてＲ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ がいずれも
アクリロイルオキシエチル基（−Ｃ₂ Ｈ₄ −Ｏ−Ｃ（＝
Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ₂ ）であるもの。「Ｍ２１５」：東亞合成化学社製「アロニックスＭ−２
１５」、化合物１においてＲ¹ 、Ｒ² がともにアクリロ
イルオキシエチル基（−Ｃ₂ Ｈ₄ −Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ
Ｈ＝ＣＨ₂ ）であり、Ｒ³ がヒドロキシエチル基（−Ｃ
₂ Ｈ₄ −ＯＨ）であるもの。「Ｍ８０３０」：東亞合成化学社製「アロニックスＭ−
８０３０」、化合物１でないポリアクリレート。「Ｍ９０３０」：東亞合成化学社製「アロニックスＭ−
９０３０」、化合物１でないポリアクリレート。

【００４８】「エポキシ」：ダイセル化学工業社製「Ｅ
ＨＰＥ−３１５０」、脂環式エポキシ樹脂。「酸無水物」：エルフ・アトケム社製「ＳＭＡ−１００
０Ａ」、酸無水物。「エポキシ硬化触媒」：油化シェルエポキシ社製「ＢＭ
Ｉ−１２」。「光重合開始剤」：チバガイギー社製「イルガキュア９
０７」。「カップリング剤」：信越化学工業社製「ＫＢＭ−４０
３」。「レベリング剤」：信越化学工業社製シリコーン系レベ
リング剤。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】

【発明の効果】本発明の化合物１を含む保護膜用組成物
を硬化させて形成した保護膜は、平坦性がきわめて優
れ、硬度も高い。さらに、化合物１にジビニルベンゼン
及び／又はスチレンを併用することにより、耐熱性に優
れた保護膜が得られる。さらに、これにエポキシ樹脂を
併用することにより、耐薬品性も向上させうる。

【００５４】本発明による保護膜は、透明導電膜の形
成、パターニング及び配向膜形成等の熱や薬品にさらさ
れるカラーフィルタ付き基板に最適であり、ハードコー
ト剤として広く応用できる。

【００５５】本発明のカラーフィルタ付き電極基板を用
いることにより、カラーフィルタの保護膜として平坦性
が高いので、面内の色差が少なくコントラストや色再現
性などが良好であって、かつ信頼性もきわめて高い高品
位のフルカラー液晶表示素子が得られる。本発明は、本
発明の効果を損しない範囲内で、種々の応用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の保護膜を形成したカラーフィルタ基板
の正面図。

【符号の説明】

１：基板２：遮光膜３：カラーフィルタ層４：保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式（１）で表される化合物（ただし、
Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は夫々独立にアクリロイルオキシアル
キル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）を含有する
ことを特徴とする保護膜用組成物。【化１】
【請求項２】一般式（１）で表される化合物と、スチレ
ン及び／又はジビニルベンゼンとを含有することを特徴
とする保護膜用組成物。
【請求項３】さらにエポキシ樹脂を含有することを特徴
とする請求項１又は２の保護膜用組成物。
【請求項４】基板上に形成したカラーフィルタ上に請求
項１、２又は３の保護膜用組成物を塗布して硬化させて
なることを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項５】基板上に形成したカラーフィルタ上に請求
項１、２又は３の保護膜用組成物を塗布後、光照射して
硬化を行い、その後熱処理を行って硬化を完了させるこ
とを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項６】液晶表示素子を構成する少なくとも一方の
基板として請求項４のカラーフィルタ基板を用いてなる
ことを特徴とする液晶表示素子。