JPS60237403A - カラ−フィルタ−およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカラー液晶表示装置の液晶セル内に設けると好
適なカラーフィルターに係わり、更に詳細にはＴ、Ｎ（
ツィステッド・ネマチック）型液晶、あるいはＧ、Ｈ（
ゲスト・ホスト）型液晶をもちいたフルカラー液晶表示
装置に適する色分解用カラーフィルター及びキの製造方
法に関する。

カラー液晶表示装置は陰極線管（ＣＲＴ）カラー表示装
置に比較して、薄型軽量であり、色再現性も遜色のない
までに改良され、かつ、幾つかのパネルを配列すること
により大型ディスプレー装置としても利用できるため、
各種ディスプレーへの展開が可能であり、既に実用の段
階に至っている。色再現性の優れたフルカラー液晶表示
装置としては、カラーフィルタ一方式、即ち、液晶セル
の内部又は外部にカラーフィルターを設け、液晶を光学
的シャッターとして利用した方式がある。

ここで使用されるカラーフィルターは、特にセル内部に
設けられる場合、透明性、耐光性、耐熱性、耐薬品性の
極めて秀れた特性が要求される。例えば、液晶セル製造
プロセス中、洗浄工程から耐薬品性が、配向膜形成工程
、透明導電膜形成工程、シール材接着工程等から２００
℃ないし３００　’Ｃの耐熱性がめられる。しかし、現
在実用化している染料染着型のポリペプチドをフィルタ
ー層に用いる有機フィルターでは、耐熱性として２００
℃が限界であり、また耐薬品性も劣り、上記目的のフィ
ルターとして実用化するには問題がある。また無機干渉
フィルターは透明性、耐久性とも満足できるが液晶セル
のような大面積（例えば数十平方センチメートルないし
数百平方センチメートル）のものでは、均一な薄膜形成
技術及びパターン化技術に難点があり、又視角差による
分光透過率の変動等があって実用に至っていない。

本発明は以上の状況にかんがみ、高品位、低コストのカ
ラーフィルターを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、実
現したものであり、透明性、耐光性、耐薬品性の極めて
秀れたカラーフィルター及びその製造方法を提供するも
のである。

次に本発明にな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
た液晶表示装置の一例を示す。光源（１）として螢光燈
等を発した白色光は偏光子（２）、透明基板（３）を通
してカラーフィルター（４）で三原色に分解される。液
晶（７）は封止材（９）、配向膜（６）及び配向膜（８
）に接して封入され、透明基板（１１）に支持された画
素電極（ｌＯ）及び゛、カラーフィルター（４）に支持
された透明電極（５）間に印加された電気信号に応じて
、偏光子（２）液晶（７）及び検光子（１２）の作用に
より光学的シャッターとして動作し、三原色光は情報化
される。カラーフィルター（４）の各色の大きさは画素
電極（１０）と同一であり、大型ディスプレーの場合は
数ミリメートル角、ノ・ンディー型ディスプレーの場合
は数十ミクロンないし数百ミクロン角であり、カラーフ
ィルター（４）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。

本発明になるカラーフィルターの構成について以下説明
する。第１図に示すように透明基板（３）として例えば
ガラス基板、透明樹脂板、透明樹脂フィルム等が適用で
き、カラーフィルター（４）は通常該透明基板（３）上
に位置し、更に該カラーフィルター（４）上に透明電極
（５）が設けられる。又場合によっては該透明基板（３
）上に透明電極（５）が位置し、更にその上にカラーフ
ィルター（４）が設けられることもある。カラーフィル
ター（４）は第１図で示されたように例えば赤色フィル
ター層四、緑色フィルター層９）、青色フィルター層（
Ｉ３）から成る。場合によっては黒色もしくは不透明の
遮光層や無着色層が、上記（印、ρ）、（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（ロ）
はポリイミド樹脂、赤色顔料、分散助剤を主成分として
構成される。以下同様に緑色フィルター層Ｏ）、青色フ
ィルター層（１３）もポリイミド樹脂・顔料・分散助剤
より成る。

ポリイミド樹脂の役割は透明基板（３）上に各色顔料を
固定せしめ、又必要に応じ任意形状のノくターン化を可
能ならしめ、更に、カラーフィルター（４）上に透明電
極（５）を形成する場合の基材となる。各色の顔料は、
白色光を色分解する役割を担い、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０．３μ以下、好ましくは０１μ
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。分散助剤は、顔料の凝集を防ぎ、ポリイミド樹脂中
に該顔料を均一に分散させるために添加される。当然該
分散助剤も又耐熱性を有し、カラーフィルター（４）の
緒特性を阻害してはならない。この目的に合致する分散
助剤として、顔料または染料である有機色素の誘導体が
極めて有効であることが判明した。例えば顔料に対し該
分散助剤を１０重量％添加したときの透過率の効果を第
２図に示す。第２図（Ａｌはｌ、１ｍｍ　厚のガラス基
板の分光透過率、（Ｂ）は該ガラス基板上に設けられた
ポリイミド樹脂皮膜（２０μ厚）の分光透過率、（Ｃ）
は分散助剤を添加しない場合の赤色フィルター層の分光
透過率、（Ｄ）は分散助剤を添加した場合の赤色フィル
ター層の分光透過率であって（Ｑ（Ｄ）とも上記ガラス
基板上に設けられている。明らかに該誘導体である分散
助剤を添加した場合は６００ｎｍ以上の分光透過率が高
く、又ポリイミド樹脂皮膜の透過率に近ず（。分散助剤
としては、勿論、該顔料の誘導体に限定する必要はな（
、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。

ポリイミド樹脂に対する顔料の重量比は、通常０２５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
後述の塗布性が著しく劣化する。顔料に対する分散助剤
の重量比は００１ないし０２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０．７５μないし３０μであった。

次に本発明に使用可能な顔料として、透明性が高くしか
も耐熱性・耐光性および耐薬品性の優れた材料を下記に
挙げる。材、料はいずれもカラーインディクス（Ｃ，Ｉ
。）ナンバーにて示す。

Ｃ，Ｉ。黄色顔料　２０．２４．８６．９３．１０９．
１１０．１１７．１２５．１３７．１３８．１４７．１
４８．１５３．１５４．１６６．１６８ Ｃ−１゜オレンヂ顔料３６．４３．５１．５５．５９．
６１Ｃ，Ｉ。赤色顔料　９．９７．１２２．１２３．１
４９．１６８．１７７．１８０．１９２．２１５．２１
６、又は２１７．２２０．２２３．２２４．２２６．２
２７．２２８．２４０Ｃ，１，バイオレット顔料１９．
２３．２９．３０．３７．４代５０Ｃ０■、青色顔料　
１５．１５’　６．２２．６０．６４Ｃ，１，緑色顔料
　７．３６、 Ｃ，１，ブラウン顔料２３．２５．２６Ｃ，Ｉ。黒色顔
料　７ 活性剤等の界面活性剤もしくは有機色素誘導体が挙げら
れる。好ましくは有機色素誘導体がよい。

有機色素誘導体とは有機顔料又は染料の誘導体であり、
たとえばアゾ系、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、金属錯塩系の有機色
素化合物に置換基を有する化合物である。置換基とは、
水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、カルボンアミ
ド基等や下記一般式によってなされる置換基である。

−ＣＨ２−Ｘ−Ａ　（ｘ；酸素又はイオウ原子、Ａ；ア
リール基） Ｒ１とＲ２とで少なくとも窒素 原子を含む複素環） はアリール基、Ｒ２：アルキル基 またはアリール基、あるいはＲ１ とＲ２とで少なくとも窒素原子 を含む複素環） なお、有機顔料と、前記誘導体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。

第３図は本発明になるカラーフィルターの分光透過率を
実線で示す。同じ（破線は耐光性を示す分光透過率であ
って、キセノンランプ４３０００ルックス２６０時間の
１露後の結果であり、優れた耐光性を有することがわか
る。本発明になるカラーフィルターを６０℃３％ＮａＯ
Ｈ溶液に３０分浸漬後、外観上及び分光特性のいずれも
変化しなかった。

尚本発明になるカラーフィルターは、撮像Ｗ用カラース
トライプフィルターとして、又固体撮像素子用のカラー
フィルターとしても十分使用できるものである。

次に本発明になるカラーフィルターの製造方法について
図を参照しながら説明する。ポリイミド樹脂は、一般に
、ポリイミド前駆体の縮合反応又は附加反応によって得
られる。現在、商品化されているポリイミド前駆体は主
として縮合反応タイプであって、例えばテトラカルボン
酸２無水物、ビフェニルテトラカルボン酸２無水物等と
芳香族ジアミンを溶媒中で重合させ、ポリアミド酸性溶
液即ちポリイミド前駆体を製造する。

本発明になるカラーフィルターの製造方法は（１）該ポ
リイミド前駆体に顔料及び分散助剤を添加して、三本ロ
ール等の攪拌機で十分混練し各包着色ワニスを作る工程
、（２）該着色ワニス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、ポリイミド樹脂
、顔料及び分散助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。

ここでポリイミド前駆体は顔料の分散媒であり、分散助
剤はポリイミド前駆体中に顔料を均一に分散させるため
の助剤である。該顔料及び分散助剤をポリイミド前駆体
に添加し三本ロール等で十分混練して各包着色ワニスを
製造する。次に透明基板（３）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−等で塗布する
。次に２５０°Ｃ以下の範囲で溶剤を除き該着色ワニス
の乾燥皮膜即ち着色フィルター層（１３）を形成する。

さらにこの上にホトレジスト（１４）を塗布し乾燥する
。ホトレジストとしてはポジ型及びネガ型のいずれでも
よい。（第４図（５）参照〕。次に超高圧水銀燈等をも
ちいて、マスク露光し、更に現像してホトレジスト（１
４）のレリーフ像を形成し、次に該レリーフ像をマスク
にしてアルカリ溶液、あるいはヒドラジンヒトラード溶
液等で該着色フィルター層（１３）　ヲエノチングする
。エツチング方法としては、ウェットエツチング以外に
ドライエツチングも適用できる。（第４図（Ｂｌ参照）
。次にホトレジスト（１４）をイ１１膜し２５０℃ない
し３００　’Ｃで加熱してポリイミド前駆体を完全にイ
ミド化する。

以上の工程を繰り返し、他の色相（例えば緑色、青色）
の着色フィルター層を順次繰り返し形成して、カラーフ
ィルター（４）を形成することができる。

（第４図（Ｃ１参照） 感光性ポリイミド前駆体をもちいて上記同様に着色ワニ
スを製造することができる。この場合の作業は全て安全
光下で行う。感光性着色ワニス例えば赤色ワニスを透明
基板上に塗布後、プリベーンしてから所定のパターンを
露光し現像する。有機顔料が分散している着色ワニス皮
膜は、感能光の透過率を極端に低下させるので露光量と
しては顔料の添加されて℃・ない場合に対して数倍ない
し数十倍を必要とする。露光終了後現像して該着色ワニ
ス皮膜のレリーフパターンを形成シ、２００℃ないし３
００°Ｃに加熱して感光性ポリイミド前駆体をイミド化
する。以降緑色ワニス、青色ワニスについて同様の工程
をくり返して第４図（Ｃ）に示すカラーフィルターを製
造する。

本発明に供されるポリイミド前駆体の一例を述べると、
デーポン社製！／ノくイラリンｔｔ　ｕ　ｐ　Ｉシリー
ズ〃、東し株式会社製′〃セミコファイン／／　／／　
ＳＰシリーズ〃および〃ホトレジスト、日立化成株式会
社製ｌ／ＰＩＱシリーズ〃および／１ＰＩＸシリーズ〃
、信越化学株式会社製１ｌＫＪＲ−６５１／／、東芝ケ
ミカル株式会社製１ｌＴＶＥ５０５１１１等が挙げられ
る。ポリイミド前駆体は４０００″ｍ　から４５０１１
１Ｔ＋にかげて光吸収するものが多いが、青色フィルタ
ー用ポリイミド前駆体としては、ｌ／ＰＩ−２５４５〃
、／／　Ｐ　Ｉ−２５６６／／　（デュポン社製）、ｔ
ｔ　Ｓ　Ｐ　−９１０”　（東し株式会社製）等が良好
であった。

またカラーフィルターの製造方法として、ホトレジスト
等を使用せずに、平版オフセット、凹版オフセット、凸
版オフセント、更にスクリーン印刷等の印刷手段により
透明基板（３）上に直接バタン状に施し、しかる後２０
０〜３００℃で加熱焼成してカラーフィルターとするこ
ともできる。

なお、カラーフィルターの構造として第５図に示すよう
に、各色の着色フィルター層の間に黒色の遮光層（１５
）を介在させることもある。この場合、遮光層（１５）
としてカーボンブラックのような黒色顔料を含む着色組
成物を失言したようなエツチング手段や印刷手段により
形成すると良（・。遮光層（１５）も着色フィルター層
（工３）と同様に耐熱性を要求されるから、ポリイミド
の如き耐熱性樹脂層の中に黒色顔料を分散させたものを
用いると良い。

その他、金属もしくは金属化合物のような黒色を呈する
物質や遮光物質を蒸着等の手段で形成することもあげら
れる。

以下に実施例に基いて本発明を詳述する。

〔実施例１〕 東し株式会社製４ミコファインＳ　Ｐ−９１０”　９０
．１ｇに対し顔料及び分散剤をそれぞれ各９．ＯｇＳＯ
，９ｇ添加して二本ロールで十分混練して赤・緑・青色
ワニスを作った。以下に顔料及び分散剤を示す。

（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
。ピグメントレッド１６８）６．７５ｇとりオノーゲン
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 ■分散助剤 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（絹製Ｃ，
■、ピグメントグリーン３６）６．７５ｇとりオノーゲ
ンエロ−３Ｇ（東洋インキ製造＠）製Ｃ６Ｉ、ピグメン
トエロー１５４）２．２５ｇとの混合物 ■分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 ＣｕＰＣ＋５Ｏ２Ｎ（０１８Ｈ３７）２．〕２（青色フ
ィルター用） ■顔料 リオノールプルーＥＳ（東洋インキ製造（陳製Ｃ，ｉ、
ピグメントブルー１５：６）７．２ｇとりオノーゲンバ
イオレットＲＬ（東洋インキ製造＠）Ｃ，１，ピグメン
トバイオレット２３　）１．８　ｇとの混合物 ■分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 ｃｕｐｃ　−ｆｓ０２ＮＨ（ＣＨ２）、　ＨＮ−Ｑ　）
２次へ赤色ワニス１０ｇに対しＮ−メチル−２ピロリド
ン（以下ＮＭＰと記−１）を２ｇ添加して、十分攪拌Ｌ
　ｌ、　ｌ　ｍｍ厚ガラス基板上にスピンナ１２５０ｒ
ｐｍ６０秒間の回転塗布し、６０℃１５分間の乾燥後１
３０℃６０分間グリベーフして赤色皮膜を形成した。次
に該赤色皮膜上にポジ型ホトレジスト東京応化製　”Ｏ
Ｆ、ＰＲ−ｎ　２５ｃｐを２０００ｒｌ）ｍでスピンナ
ーコートレ、８０℃３０分間のプリペーフ後超高圧水銀
燈でパターン露光しノンメタル現像液で現像し、更に該
ノンメタル現像液で　０ＦＰＲ−ｎの現像部に露出して
いる該赤色皮膜をエツチング除去した。

その後キシレン及び酢酸Ｎブチルの１対２混合溶液で　
０ＦＰＲ−ｎ”を剥膜し、２３０℃３０分間加熱焼成し
て赤色フィルターを形成した。次に緑色ワニス１０ｇＫ
対しＮＭＰを４ｇ添加し混合・攪拌して、該赤色フィル
ター上に１５０Ｏｒｐｍ６０秒間回転塗布し、以下赤色
ワニスの場合と同様な処理をして、赤色フィルターに接
して緑色フィルターを形成した。

次に、青色ワニス１０ｇに対しＮＭＰ２，５ｇを添加し
混合攪拌後上記赤色及び緑色フィルター上に１５００ｒ
ｐ、ｍ６０秒間回転塗布した。以降赤色ワニスと同様に
処理して、青色フィルターを形成した。以上の全工程終
了後２５０　”Ｃで３０分間更に３００℃３０分間の加
熱焼成してカラーフィルターを製造した。

〔実施例２〕 東し株式会社製感光性ポリイミドコーティング剤　”ホ
トニース透明タイプ’９０．１ｇに対し実施例１に示す
青色顔料及び分散剤をそれぞれ９．０ｇ及び０．９ｇ添
加し暗所に於て二本ロールで十分混練し、感光性青色フ
ェノを製造した。実施例（１）に示す赤色フィルター及
び緑色フィルターの形成されたガラス基板上に、該感光
性青色フェノ１０ｇに対しＮＭＰ３ｇを添加して混合攪
拌した溶液を滴下後２０００ｒｐｍ　６０秒間の回転塗
布後、８０℃６０分間、乾燥した。次にガラス基板の裏
面より赤色フィルター及び緑色フィルターをマスクにし
て該感光性青色フェノの乾燥皮膜を露光した。このとき
の露光条件は５　ｍ　Ｍ　／Ｃｄの超音圧水銀燈で８０
秒間であった。露光後専用現像剤　’ＤＶ−１４０”を
用い未露光部分をスプレー現像し、イソプロピルアルコ
ールでリンス後スピンドライヤーで乾燥した。その後１
５０℃１５分間２００　℃３０分間、３００℃２０分間
の加熱焼成して赤・緑・青色からなるカラーフィルター
を製造した。

〔実施例３〕 東し株式会社製　７セミコフアイン゛５Ｐ−７８０”１
２０ｇに対し赤色顔料９ｇ及び分散剤０．９ｇ、日立化
成株式会社製　ＰＩＱ　１２０ｇに対し緑色顔料９ｇ及
び分散剤０．９ｇ、デーボン社製　′バイラリン・ＰＩ
−２５６６１００ｇに対し青色顔料９ｇ及び分散剤０．
９ｇ、を混練′して、各包着色ワニスを作った。ここで
もちいた各色顔料及び分散剤は実施例１に示す。１．１
　ｍｍ厚ガラス基板にデュポン社製カップリング剤”Ｖ
Ｍ−６５１’のｏ、０５％溶液を３００Ｏｒｐｍで２０
秒間回転塗布し、引き続いて青色フェノ１０ｇに対し３
ｇのＮＭＰを添加混合した溶液を１２０Ｏｒｐｍで６０
秒間回転塗布し６゜”ＣＩ　５分の乾燥後更に２００℃
で３０分間加熱した。その後該青色ワニスの乾燥皮膜上
にＩＴＯ膜を４０ＯＡスパッタ形成し、更に該ＩＴＯ膜
上にネガレジスト　ＪＳＦＬ−ＣＢＲ−Ｍ９０１’（日
本合成ゴム株式会社製）を２００Ｏｒｐｍ　でスピンコ
ードし８０℃３０分間のプリベーク後パターン露光し現
像した。次に　Ｊ　Ｓ　Ｒ−ＣＢ　Ｒ−Ｍ９０１　の現
像部に露出しているＩＴＯ膜を１．５％塩酸溶液でエツ
チングし、更にヒドラ２ンヒドラート溶液で青色フェノ
皮膜をエツチングした。緑色フェノ１０ｇに対しＮＭＰ
２ｇを添加して混合攪拌し上記青色フェノ皮膜上に１５
０Ｏｒｌ）ｍ　６０秒間のスピンコードをした。以降青
色フェノと同様の処理をして、青色フェノ皮膜に接して
緑色フェノ皮膜を形成した。更に赤色フェノ１０ｇに対
しＮＭＰ４ｇを添加し混合攪拌した後前色ワニス皮膜及
び緑色フェノ皮膜の形成された基板上に１００　Ｏｒ　
ｐｍ　で６０秒間のスピンナーコートをした。以降青色
フェノと同様の処理をほどこし、三色カラーフィルター
を形成し、ＪＳＲストリッパー　５３００　（日本合成
ゴム株式会社製）をもちいてネガレジストを剥膜して、
３００℃３０分の焼成後金面に再度ＩＴＯ膜を形成し、
カラーフィルターとＩＴＯ一体型のカラーフィルターを
形成した。

以上実施例（１）、（２）、（３）のいずれも着色フェ
ノは１ｐポアサイズのテフロン製フィルターで口過した
。

本発明になるカラーフィルター及びその製造方法は従来
からある染料染着型カラーフィルターに比較して耐熱性
・耐光性・耐薬品性が秀れ工業生産上の貢献ははかりし
れないと考える。

今

【図面の簡単な説明】

第１図は、カラーフィルタ一方式によるフルカラー液晶
表示装置の一例を示す断面図であり、第２図は、分散助
剤の効果を示すカラーフィルターの分光透過率グラフ図
であり、第３図は、本発明のカラーフィルターの耐光性
を示す分光透過率グラフ図であり、第４図は、本発明に
なるカラーフィルターの製造方法の一例を工程順に示す
説明図であり、゛第５図は、本発明の他の実施例を示す
説明図である。 （１）　・・・光源　（２）　・・・偏光子（３１（ｎ
）・・・透明基板　（４）　・−力ラーフィルター（５
）　・・・透明電極　（６１（８）・・・配向膜（７）
　・・・液晶　（９）　・・・封止材（１０）・・・画
素電極　（１２）・・・検光子（１３）・着色フィルタ
ー層　（１４）・・・ホトレジスト（１５）・・・遮光
層 特許出願人 凸版印刷株式会社 代表者鈴木和夫 （外１名） 。。。。。ｏ　ｃｙ’−” 巳毀蓼入（ｍ箱） 第３図 １Ｌ（呻）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１基体上に、ポリイミド樹脂、有機顧料および分散
   助剤を主成分とする着色フィルター層を、任意の色数で
   所望のパターン状に各色別に設けたことを特徴とするカ
   ラーフィルター０ （２）分散助剤が有機色素の誘導体である特許請求の範
   囲第１項記載のカラーフィルター。 （３）遮光層が、看１フィルター層の間に介在する特許
   請求の範囲第１項記載のカラーフィルター。 （４）基体上に、ポリイミド前駆体、有機顔料および分
   散助剤を主成分とする着色組成物を各色別に順次所望の
   パターン状に繰返し施し、２００〜３００℃の温度にて
   加熱焼成して着色フィルター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。 （５）分散助剤が有機色素の誘導体である特許請求の範
   囲第４項記載のカラーフィルターの製造方法。 （６）遮光層を１色　フィルター層の間に介在させる特
   許請求の範囲第４項記載のカラーフィルターの製造方法
   。