JP2762511B2

JP2762511B2 - カラーフィルターおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2762511B2
Application number: JP2015689A
Authority: JP
Inventors: 豊明沢田; 久夫星; 瑞仁谷; 誠坂川; 猛雄杉浦
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JPH02199403A

Description

【発明の詳細な説明】＜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
ことにより好適なカラーフィルターにすることができ、
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
・ツイステッド・ネマチック）液晶表示およびFLC（強
誘導性液晶）表示装置に適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。

＜発明の目的＞アクリル系樹脂は耐熱性、透明性および耐薬品性が優
れており、また一方顔料は染料に比較して耐熱性、耐光
性に優れてするのでアクリル樹脂に顔料を高度に分散す
ることにより、耐熱性、耐光性および透明度の良い液晶
表示用の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、カゼイン等）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、染色およひ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成す
ることは難しかった。また耐熱性については、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
および焼成が必要であるためである。

また一方、耐光性は野外及び車載用に使用する場合に
直接太陽光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＞従来技術で述べたごとくゼラチン、カゼインを用いる
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、
透明性と均一性を良くすることが難しかった。しかしな
がら、顔料の分散剤として顔料の誘導体を用いることに
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。

＜課題を解決するための手段＞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）を通り視覚によ
り色として認識される。この様な素子において、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
に印加された電気信号に応じ配向を変える。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）はアクリル系樹脂、赤色顔料、
分散剤を主成分とし構成される。以下同様に、緑色フィ
ルター層（Ｇ）、青色フィルター層（Ｂ）もアクリル系
樹脂・顔料・分散剤から成る。アクリル系樹脂の役割は
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、顔料の凝集を防ぎ、
アクリル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。

アクリル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、顔料の分散剤および
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な分光特性を第
２図に示した。

本発明に用いるアクリル樹脂を構成するモノマーは、では、 R¹がＨの場合は（アクリル酸）であり、R¹がCH₃の場合は、（メタクリル酸）である。

では、 R²がＨの場合は（シクロヘキシルアクリレート）であり、 R²がCH₃の場合、（シクロヘキシルメタクリレート）である。

では、 R³がＨの場合、ｎ＝０で、（メチルアクリレート）、ｎ＝１で（プロピルアクリレート）、ｎ＝３で（ブチルアクリレート）、ｎ＝４で（ペンチルアクリレート）を表し、R³がCH₃の場合それ
ぞれメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プ
ロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチ
ルメタクリレートを表わす。これらモノマーの配合比
は、（ａ）５〜30重量部、（ｂ）15〜35重量部、（ｃ）
35〜80重量部であり、これらモノマーの共重合体のアク
リル樹脂を用いる。

また、アクリル樹脂を合成する場合に少量添加するこ
とにより、樹脂の特性を若干変えることのできるモノマ
ーとしてジメチルアミノメタクリレート、ベンジルアク
リレート、グリシジルメタクリレート、アクリロニトリ
ル、ビニルアセテート等がある。樹脂を溶解させる溶剤
としては、メチルセロソルブ、エチルセルソルブ、シク
ロヘキサノン、キシレン等が良く、またこれらの溶剤の
混合物でも良いが、特に溶解性、コーティング性からエ
チルセロソルブ、シクロヘキサノンが望ましい。

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、亜鉛華、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
ーボンブラック、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、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が、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,
147,148,153,154,166,168 C.I.オレンジ顔料 36,43,51,55,59,61 C.I.赤色顔料 9,97,122,123,149,168,177,180,192,21
5,216,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、チオインジコ系、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、R₂とで少なくとも窒素原子を含む複素
環）（R₁：水素原子、アルキル素またはアリール基、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R₃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、通常アクリル樹脂が組成物に対し、10〜50重量％
程度であり、色素の割合はアクリル樹脂の種類や色素の
種類によって異なるが、アクリル樹脂に対し、１〜30重
量％程度であり、また、分散剤は色素の種類などによっ
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作るには、アクリル樹
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。またアクリル樹脂、色素、分散剤
をロールミルなどで予め分散させ、次に溶剤あるいはア
クリル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。

本発明の着色組成物を重合法として用いる場合、加え
られるモノマー及び重合開始剤を種々用いることができ
るが、モノマーとしては、二官能、３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
アクリレリート、エチレングルコールジアクリレリー
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、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
リメチロールプロパ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
ロロチオキサントン等があり、大東化学工業所（株）、
新日曹化工（株）、チバガイギー、大阪有機合成化学工
業（株）等から市販品がある。又基板を組成物との接着
性を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（１）該
アクリル樹脂に顔料及び分散剤を添加して、三本ロール
等の攪拌機で十分混練し各色着色組成物を作る工程、
（２）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、（３）該着色組成物を透明基板に塗布後
パターン化、またはパターン状に塗布して加熱縮合し、
アクリル樹脂、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。ここでアクリル樹脂は顔料の分散媒で
あり、分散剤はアクリル樹脂中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アクリル樹
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。次に透明基板（11）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230℃以下の温度で溶剤を除き該着色ワニスの
乾燥皮膜即ち着色フィルター層（13）を形成する。

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回くり返して、Ｒ、Ｇ、Ｂ（赤、
緑、青）を形成したのが第３図である。第４図は、各着
色パターンの間にすき間を設けて、その間に黒の着色組
成物を用いてコート後、バック露光後現像、焼成し、各
着色パターン（15）の間に黒色ストライプまたは、格子
のパターン状遮光膜（16）を付けたものである。

以下に本発明の実施例について述べる。なお配合比は
全て重量比である。

＜実施例＞アクリル樹脂（メタクリル酸20部、シクロヘキシルア
クリレート25部、メチルメタクリレート55部をエチルセ
ロソルブ300部に溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソ
ブチロニトリル0.75部を加えて70℃、５時間反応より得
られたアクリル樹脂）を樹脂濃度10％になる様にエチル
セロソルブで希釈した。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
グメントレッド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学物（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.ピグメントグリーン36）6.75gとリオノーゲンエロー3
G（東洋インキ製造（株）製C.I.ピグメントエロー154）
2.25g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.ピ
グメントブルー15:6）7.2gとリオノーゲンバイオレット
HR（東洋インキ製造（株）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樹脂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
0.8gを加えて、良く攪拌して、着色組成物とした。

まず、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、良くスピン乾燥さ
せた。青色組成物をスピンコート（1100γ.p.m、40秒
間）し乾燥させた。70℃で20プリベーク後、ポリビニル
アルコール５％溶液をコートした。70℃、20乾燥後、画
素サイズ30μｍ×100μｍのマスクを用いて露光（1,500
mj/cm²）した。2.5％炭酸ナトリウム溶液で現像後良く
水洗した。基板に顔料が付着しているので、柔らかいス
ポンジでこすり顔料を除去した。さらに水洗後、スピン
乾燥後230℃で１時間ベ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、230℃で120分
ベークしてオーバーコートを付けた。

＜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。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うるなど、
本発明は実用上極めて優れている。

【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で
あり、第２図は、本発明の実施例で作成したカラーフィ
ルターの分光特性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
実施例を工程順に示す説明図であり、第４図は、遮光膜
を設けた本発明のカラーフィルターの一実施例を示す説
明図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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森内正明 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 5/20 - 5/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、アクリル系樹脂、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樹脂組成
物をコーティング、露光・現像により任意の色数で所望
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
ーフィルターであって、上記アクリル樹脂のモノマーの
一般式が、（ただしR¹、R²、R³はＨまたはCH₃でｍは０〜４の整
数）であり、その組成比は（ａ）５〜30重量部、（ｂ）
15〜35重量部、（ｃ）35〜80重量部である共重合体のア
クリル樹脂を用いることを特徴とするカラーフィルタ
ー。
【請求項２】分散剤が有機色素誘導体である請求項
（１）記載のカラーフィルター。
【請求項３】カラーフィルターの上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４】基板上に、アクリル系樹脂、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
各色別に、コーティング、露光・現像により所望のパタ
ーン状に繰返し施し、加熱焼成して着色層としてなるカ
ラーフィルターの製造方法であって、上記アクリル樹脂
のモノマーの一般式が、（ただしR¹、R²、R³はＨまたはCH₃、ｍは０〜４の整
数）であり、その組成比が（ａ）５〜30重量部、（ｂ）
15〜35重量部（ｃ）35〜80重量部である共重合体のアク
リル樹脂を用い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５】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（４）記載のカラーフィルターの製造方
法。