JP3248734B2 - カラーフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示装置等
に使用されるカラーフィルターに関し、とくに保護膜の
密着強度の大きなカラーフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、透明電極を設けたガラ
ス等の透明な基板を１ないし１０μｍ程度のギャップを
設けてその間に液晶物質を封入し、電極間に印加した電
圧によって液晶を一定の方向に配向させることによって
形成される透明部分と不透明部分によって画像を表示し
ている。カラー液晶表示装置はいずれかの透明電極基板
上に光の三原色に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の三色のカラーフィルターを設けており、液晶の
シャッター作用によって３原色を加色して所望の色を表
示している。

【０００３】カラー液晶表示装置用のカラーフィルター
は、透明基板、着色層、保護膜、透明導電膜という順に
積層されており、ＲＧＢの三原色の位置に対向する電極
あるいは薄膜トランジスタを形成した透明基板とを１な
いし１０μｍの間隔を保持し液晶物質を封入して液晶表
示装置を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】カラーフィルターは図
３に断面図を示すようにガラス３１などの透明基板上に
顔料分散法、染色法、電着法、印刷法等によってＲ、
Ｇ、Ｂの三原色を所定の形状とした着色層３２を形成
し、着色層上には着色層を保護する目的で保護膜３３を
形成し、更に保護膜の上には、液晶を駆動するための透
明電極３４が形成されている。

【０００５】カラー液晶表示装置には、液晶の駆動方法
によって単純マトリックス方式とアクティブマトリック
ス方式があるが、最近ではパーソナルコンピュータなど
の表示装置用には画質に優れ、それぞれの画素を確実に
制御することが可能であり、また動作速度も速いアクテ
ィブマトリックス方式の採用が進められている。

【０００６】アクティブマトリックス方式の液晶表示装
置では各画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子をガ
ラス基板上に形成し、各素子のスイッチング作用によっ
て各画素の液晶のシャッター作用を制御している。これ
らの素子の対極には一様な透明電極が形成されている。

【０００７】透明電極には、酸化錫、酸化インジウムお
よびＩＴＯと称するこれらの複合酸化物が使用されてい
る。透明電極の成膜方法には、蒸着、イオンプレーティ
ング、スパッタリング等の各種の方法があるが、カラー
フィルターの透明電極の基体となる保護膜は合成樹脂で
形成されているので保護膜の耐熱性の面から比較的低温
での成膜が可能な方法が求められている。このためにカ
ラーフィルター用の透明電極の製造にはスパッタリング
が広く用いられている。

【０００８】保護膜上にスパッタリングによって形成さ
れた透明導電膜に発生する応力は厚みの増大とともに大
きくなるが、電気抵抗が低い膜厚が大きな透明導電膜を
形成すると保護膜と透明基板、着色層、ブラックマトリ
ックス層との密着性が小さいと保護膜あるいは透明電極
膜にしわあるいはひび割れが生じ、液晶表示装置の品質
にも悪影響を及ぼすことが起こる。したがって、保護膜
と透明基板、着色層、ブラックマトリックス層との間の
密着性を大きくすることが求められる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した問
題点を解決する手段を検討した結果、保護膜を形成する
透明基板、着色層、ブラックマトリックス層上にシラン
カップリング剤からなる層を形成し、この上に保護膜を
形成することにより、保護膜と透明基板、着色層、ブラ
ックマトリックス層との密着性を高めたカラーフィルタ
ーを提供できることを見いだしたものである。

【００１０】本発明のカラーフィルターにおいて保護膜
としては各種の樹脂を使用することができるが、感光性
脂を利用すればカラーフィルターの所望の箇所に保護膜
を形成することが容易であるので紫外線硬化性樹脂を利
用することが好ましい。紫外線硬化樹脂としては光重合
性アクリレートオリゴマーと多官能光重合性アクリレー
トモノマーからなるものを用いることができる。光重合
性アクリレートオリゴマーとしては、分子量１０００〜
２０００程度のものが好ましく、分子量１０００〜２０
００程度のものが好ましく、ポリエステルアクリレート
または、フェノールノボラックエポキシアクリレート、
ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエ
ポキシアクリレートあるいは、ポリウレタンアクリレー
ト、ポリエーテルアクリレート、オリゴマアクリレー
ト、アルキドアクリレート、ポリオールアクリレート、
メラミンアクリレート等をあげることができ、多官能光
重合性アクリレートモノマーとしては、１，４ブタンジ
オールジアクリレート、ジ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、ペン
タエリスリトールトリアクリレート、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アクリ
レート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等
が挙げられる。

【００１１】さらに、上記のような光重合性アクリレー
トオリゴマーに多官能光重合性アクリレートモノマーを
添加した光重合性の樹脂に比べて光重合性アクリレート
オリゴマーとエポキシ樹脂との混合物に一つの分子内に
複数の官能基を有する多官能光重合性アクリレートモノ
マーを添加した感光性アクリル樹脂を用いることによ
り、樹脂の橋かけ度を高めて剛直で硬度が大きい膜質と
することができ保護膜上に厚い透明電極を形成してもク
ラックやしわが発生しないだけでなく着色層の隣接する
Ｒ、Ｇ、Ｂ間に形成される凹部およびＲ、Ｇ、Ｂの部分
に高さの違いが生じていても、保護膜の表面の凹凸がき
わめて少ない平坦性の良好な保護膜が得られる。

【００１２】このような目的で使用可能な光重合性アク
リレートオリゴマーとしては、分子量１０００〜２００
０程度のものが好ましく、ポリエステルアクリレートま
たは、フェノールノボラックエポキシアクリレート、ｏ
−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエポ
キシアクリレートあるいは、ポリウレタンアクリレー
ト、ポリエーテルアクリレート、オリゴマアクリレー
ト、アルキドアクリレート、ポリオールアクリレート、
メラミンアクリレート等をあげることができる。

【００１３】エポキシ樹脂としては以下の化学構造式１
および２で示すフェノールノボラック型のエポキシ樹脂
あるいはクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂をあげ
ることができる。

【００１４】

【化１】

【００１５】また、多官能光重合性アクリレートモノマ
ーとしては、１，４ブタンジオールジアクリレート、ジ
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、ペンタエリスリトールトリアク
リレート、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アクリレート、ジペンタエリスリ
トールヘキサアクリレート等が挙げられる。

【００１６】保護膜の形成方法は、透明基板上に形成し
たブラックマトリックス層、着色層および保護膜を形成
しようとする透明基板面に、シランカップリング剤溶液
を塗布した後に、光重合性アクリレートオリゴマー、フ
ェノールノボラック型のエポキシ樹脂、多官能光重合性
アクリレートモノマーに重合開始剤、エポキシ硬化剤を
添加した感光性樹脂をスピンナー法、ロール法、スプレ
イ法、スクリーン印刷法などの任意の塗布方法によって
塗布した後に所定の電気的接続部のパターンが描かれた
マスクを載置して紫外線を照射して必要な箇所を硬化
し、紫外線が照射されなかった部分の未硬化の感光性樹
脂を溶剤で溶解除去することによって所定の領域のみに
橋かけ度を高めた剛直で硬度が大きい膜質とした樹脂の
保護膜を形成することができる。

【００１７】シランカップリング剤としては、ＫＢＥ９
０３、ＫＢＭ３０３、ＫＢＭ６０３、ＫＢＰ４１、ＫＢ
Ｐ４３（いずれも信越化学工業（株）製）、ＶＭ−６５
１（デュポン社製）、ＴＳＬ８３３１、ＴＳＬ８３５
０、ＴＳＬ８３４０（東芝シリコーン（株）製）を用い
ることができる。また、シランカップリング剤の塗布量
は、０．０１％ないし０．５％の溶液を１ｍ² 当たりウ
エットな状態で０．５ｍｌないし５ｍｌとすることが適
当であり、シランカップリング剤の塗布は、シランカッ
プリング剤を滴下した後にスピンナーによって５００〜
２０００回転／分として一様な塗布層を形成することが
できる。

【００１８】

【作用】透明基板上に形成したブラックマトリックス
層、着色層および保護膜を形成しようとする透明基板面
にシランカップリング剤の塗布層を形成した後に保護膜
の組成物を塗布して硬化処理をしたことによって、透明
基板、着色層、ブラックマトリックス層と保護膜との密
着性を高めることができ、その結果保護膜上に形成する
ＩＴＯ膜からなる透明電極も特性の良好なものを得るこ
とができる。以下に本発明の実施例を示し、更に詳細に
説明する。

【００１９】

【実施例】本発明のカラーフィルターを図面を参照して
説明する。図１は、本発明のカラーフィルターの部分断
面図である。カラーフィルター１はガラス基板２上に金
属クロムなどからなるブラックマトリックス３が形成さ
れており、ブラックマトリックスを境界にしてＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色からなる着色層４
が形成されており、着色層を形成した後に保護膜を形成
しようとするブラックマトリックス層、着色層を含む透
明基板上にシランカップリング剤層５を形成している。
そして、シランカップリング剤層５の上には、着色層を
保護する透明な合成樹脂からなる保護膜６が形成されて
いる。保護膜上にはＩＴＯ膜７が設けられている。

【００２０】また、着色層と保護膜の組成物との密着性
の向上に大きな効果を発揮するシランカップリング剤に
は、Ｎ−Ｂ（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメ
トキシシランやその他アミノシラン系のプライマー、例
えばＫＢＰ４０、４１（信越化学工業（株）製）などを
用いることができる。

【００２１】保護膜の組成物としては多くのものを用い
ることが可能であり、光重合性アクリレートオリゴマー
に多官能光重合性アクリレートモノマーを添加した感光
性樹脂は、硬化後の特性に優れているので好ましい。

【００２２】光重合性アクリレートオリゴマーとして
は、ポリエステルアクリレートまたは、フェノールノボ
ラックエポキシアクリレート、ｏ−クレゾールノボラッ
クエポキシアクリレート等のエポキシアクリレートある
いは、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリ
レート、オリゴマアクリレート、アルキドアクリレー
ト、ポリオールアクリレート、メラミンアクリレート等
をあげることができ、多官能光重合性アクリレートモノ
マーとしてはモノマーとしては、１，４ブタンジオール
ジアクリレート、ジ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、ペンタエ
リスリトールトリアクリレート、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アクリレー
ト、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等があ
げられる。

【００２３】さらに光重合性樹脂中に開始剤としてベン
ゾフェノンあるいは、イルガキュアー１８４、イルガキ
ュアー９０７、イルガキャアー６５１（いずれもチバガ
イギー社商品名）、ダロキュアー（メルク社商品名）な
どを固形分比１〜３％程度添加してもよい。

【００２４】とくに好適な光重合性アクリレートオリゴ
マーと多官能性光重合性モノマーの配合比（重量％）は 配合比例１ フェノールノボラックエポキシアクリレート …６０％ トリメチロールプロパントリアクリレート …１７％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …２０％ イルガキュアー１８４ … ３％ 配合比例２ Ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート…６０％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …３８％ イルガキュアー１８４ … ２％ 配合比例３ ポリウレタンアクリレート …５０％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …４８％ イルガキュアー６５１ … ２％ 配合比例４ メラミンアクリレート …７０％ トリメチロールプロパントリアクリレート …２７％ イルガキュアー１８４ … ３％ 等をあげることができる。

【００２５】さらに、光重合性アクリレートオリゴマー
と多官能性光重合性モノマーにエポキシ樹脂を含有する
組成物の配合比（重量％）は、 配合比例５ フェノールノボラックエポキシアクリレート …４０％ フェノールノボラック型エポキシ樹脂 …１８％ トリメチロールプロパントリアクリレート …１７％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …２０％ イルガキュアー１８４ … ３％ ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） … ２％ 配合比例６ Ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート…４０％ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 …１８％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …３８％ イルガキュアー１８４ … ２％ ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） … ２％ 配合比例７ ポリウレタンアクリレート …３５％ フェノールノボラック型エポキシ樹脂 …１３％ ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …４８％ ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） … ２％ イルガキュアー６５１ … ２％ 配合比例８ メラミンアクリレート …４９％ フェノールノボラック型エポキシ樹脂 …２０％ トリメチロールプロパントリアクリレート …２７％ ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） … ２％ イルガキュアー１８４ … ２％ 等をあげることができる。

【００２６】実施例１ 赤色、緑色及び青色の顔料を、それぞれ下記に示したよ
うな組成割合で感光性樹脂に分散させて、赤色、緑色及
び青色の着色感光性樹脂を作製する。

【００２７】 （１）赤色感光性樹脂 ピラゾロンレッド（赤色顔料） …１０ ポリビニルアルコール／５％スチルバ ゾリウムキノリウム（感光性樹脂） … ５ 水 …８５ （２）緑色感光性樹脂 リオノールグリーン ２Ｙ−３０１（緑色顔料） … ９ ポリビニルアルコール／５％スチルバ ゾリウムキノリウム（感光性樹脂） … ５ 水 …８６ （３）青色感光性樹脂 ファストゲンブルー（青色顔料） … ３ ポリビニルアルコール／５％スチルバ ゾリウムキノリウム（感光性樹脂） … ５ 水 …９２ 基板には、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（旭硝子（株）
製ＡＬ材）を充分に洗浄して用い、ガラス基板には金属
クロムからなる厚み１００ｎｍ、開口率５０％、各画素
の大きさ２０μｍ×４０μｍのブラックマトリックスを
スパッタリングによって形成した。

【００２８】その上に、赤色感光性樹脂を１．２μｍの
膜厚になるように塗布し、その後温度７０℃で３０分間
オ−ブン中で乾燥させ、水銀ランプを用いて露光し、水
によるスプレー現像を１分間行い、赤色画素を形成すべ
き領域に赤色のレリーフ画像を形成し、さらに１５０℃
で３０分間、加熱硬化させた。

【００２９】同様の工程を繰り返して、緑色画素を形成
すべき領域に緑色のレリーフ画素を形成し、青色画素を
形成すべき領域に青色のレリーフ画素を形成して着色層
を形成した。

【００３０】次いで、シランカップリング剤としてＫＢ
Ｅ９０３（信越化学工業（株）製）の０．０５重量％の
トルエン溶液を５ｇ／ｍ² の塗布量となるように塗布し
た後に乾燥をして溶媒を除去してシランカップリング剤
の塗布膜を形成した。続いて光硬化性アクリレートオリ
ゴマーとして、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアク
リレート（分子量１５００〜２０００）を５０重量部、
多官能重合性モノマーとして、ジペンタエリスリトール
ヘキサアクリレート（日本化薬（株）製ＤＰＨＡ）を５
０重量部混合し、さらに重合開始剤としてイルガキュア
ー（チバガイギー社製）２重量部を混合した配合物を、
エチルセロソルブアセテート２００重量部中に溶解さ
せ、その溶液１０ｇを用いてスピンコーターで前記着色
層上に２．０μｍの厚さに塗布した。

【００３１】所定のフォトマスクを配置したプロキシミ
ティーアライナーによって、２．０ｋＷの超高圧水銀ラ
ンプによって紫外線を１０秒間照射した。 続いて温度
２５℃の１，１，２，２−テトラクロロエタンからなる
現像液中に１分間浸漬して、塗布膜の未硬化部分のみを
除去した。

【００３２】次に、保護膜を形成した基板の保護膜の密
着強度は図２に示す方法によって測定した。（Ａ）ない
し（Ｄ）は平面図を示し、（Ｅ）は断面図を示す。まず
厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート製のフィル
ム２１に縦０．５ｍｍ、横５ｍｍの開口部２２を設けて
フィルターに使用するガラス基板と同一の大きさのガラ
ス面２３に開口部の中央が端部から５ｍｍとなるように
貼り合わせた（Ａ）。次にエポキシ樹脂系接着剤アラル
ダイト（チバガイギー社製）を開口部に塗り付け、スク
リーン印刷用のスキージ２４によって開口部にポリエチ
レンテレフタレートのフィルムの厚さに相当する一様な
厚さの塗布膜２５を形成し（Ｂ）、ポリエチレンテレフ
タレートのフィルムを取り除いてエポキシ樹脂をプリベ
ークした後に密着力を測定すべき保護膜２６を形成した
カラーフィルター２７と両者の重ね合わせ部分が１０ｍ
ｍとなるようにして重ね合わせてクリップによって接着
面を固定した（Ｃ）。次いで、エポキシ樹脂の塗布部分
の面積が圧縮される結果、接着部分２８の面積が増加す
るので接着部分を実体顕微鏡で写真撮影し、面積測定機
によって接着部の面積を測定した（Ｄ）。次いで、測定
すべきカラーフィルター２７を補強用ガラス２９と接合
して接合部が破断するまでカラーフィルターの端部３０
を引張り、破断する場合の強度を記録した（Ｅ）。

【００３３】本実施例における保護膜の密着強度は１７
ｋｇ／ｃｍ² であった。また、保護膜の表面にはひび割
れやしわなどは生成せず強度の大きな保護膜を得ること
ができた。

【００３４】比較例１ 着色層上にシランカップリング剤の塗布層を形成しなか
った点を除いては実施例１と同様の方法によって保護膜
を形成し、実施例１と同様に保護膜の密着強度を測定し
たところ３．７ｋｇ／ｃｍ² であった。

【００３５】

【発明の効果】透明基板上に形成したブラックマトリッ
クス層、着色層および保護膜を形成しようとする透明基
板面にシランカップリング剤の層を形成した後に保護膜
用の組成物を塗布し、保護膜を硬化したので透明基板、
着色層、ブラックマトリックス層と保護膜との密着性が
良好であり、保護膜上にＩＴＯ膜からなる透明導電膜を
成膜した場合には透明導電膜にはひびやしわが生じるこ
となく品質の優れた透明導電膜を形成することがで質的
な電気抵抗を減少させるものであり、膜厚の薄いＩＴＯ
膜を形成した場合できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの一部の断面図を示
す。

【図２】密着強度の測定方法を示す図である。

【図３】従来のカラーフィルターの一部の断面図を示
す。

【符号の説明】

１…カラーフィルター、２…ガラス基板、３…ブラック
マトリックス、４…着色層、５…シランカップリング剤
層、６…保護膜、７…ＩＴＯ膜、２１…フィルム、２２
…開口部、２３…ガラス面、２４…スキージ、２５…塗
布膜、２６…保護膜、２７…カラーフィルター、２８…
接着部分、２９…補強用ガラス、３０…カラーフィルタ
ーの端部、３１…ガラス基板、３２…着色層、３３…保
護膜、３４…透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 成太郎 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−216307（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−237002（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に着色層および保護膜を形成
   したカラーフィルターにおいて、透明基板上に形成した
   合成樹脂組成物からなる着色層と保護膜の間にアミノ系
   シランカップリング剤の層を設けるとともに、保護膜が
   光重合性アクリレートオリゴマーに多官能光重合性アク
   リレートモノマーを添加した感光性樹脂であることを特
   徴とするカラーフィルター。
2. 【請求項２】 透明基板上に着色層および保護膜を形成
   したカラーフィルターの製造方法において、透明基板上
   に合成樹脂組成物からなる着色層を形成した後に、アミ
   ノ系シランカップリング剤の溶液を塗布し、次いで光重
   合性アクリレートオリゴマーに多官能光重合性アクリレ
   ートモノマーを添加した透明な感光性樹脂からなる保護
   膜を形成することを特徴とするカラーフィルターの製造
   方法。