JPH052106A - カラーフイルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 染色によって形成した着色画素の耐光性と顔
料分散によって形成した着色画素の分光特性を改良す
る。 【構成】 カラーフィルターの着色画素を、染料の染色
によって形成した着色画素（１４、１５）と顔料の分散
によって形成した互いに異なる色相の着色画素（１６）
とを積層することによって、染色によって形成した着色
画素の耐光性を改善するとともに、任意の分光特性が得
られる染色による着色画素との組み合わせにより、顔料
の分散による着色画素の固有の分光特性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルターに関
するものであり、とくにカラー液晶ディスプレイに使用
されるカラー表示用のフィルターあるいはＣＣＤ等の撮
像素子用の色分解フィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラーフィルターは、液晶ディス
プレイ、ビデオカメラ用のビューファインダー、ＣＣＤ
等の撮像素子の色分解フィルター、カラーイメジーセン
サー、カラーコピー用のラインセンサ等に用いられ、各
種のカラーフィルターを用いた工業製品の開発が進めら
れている。

【０００３】これらのカラーフィルターの着色画素の形
成は、染色法、顔料分散法、電着法、蒸着法、印刷法等
の方法によって行われている。なかでも、染色層と顔料
分散法が中心である。

【０００４】染色法によるカラーフィルターの着色画素
の形成は、フォトリソグラフィー技術と染色技術により
形成される。染色法ではゼラチン、カゼイン、ポリビニ
ルアルコール等の水溶性のポリマーにクロム酸塩、ある
いは重クロム酸塩等の感光性のある架橋剤を混合したコ
ロイドを感光材料として、スピンコート等の方法によっ
て所定の膜厚に形成した後にプリベークを行ない、得ら
れた感光膜上にマスクアライナー等の露光装置を用いて
露光を行い、水によるスプレー現像等によって未露光部
を溶出して得られた被染色パターンを酸性染料あるいは
反応性染料を用いて染色する。次に防染層としてアクリ
ル、ウレタン、エポキシ等の樹脂の中間層を形成する。
またこの様な中間層を用いずにタンニン酸等の化学反応
により防染を行う方法もある。この一連の工程を、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色について同様にく
り返すことによりカラーフィルターを形成する。

【０００５】染色法によるカラーフィルターの特徴は他
法によるカラーフィルターに比べ以下の様に例挙でき
る。すなわち、 （１）フォトリソグラフィー法により製版されるので、
微細な着色画素（２μｍ以下）の形成が可能である点。

【０００６】（２）染料の種類が豊富であり、かつ複数
の染料を組み合わせることにより、種々の分光特性が得
られる、すなわち分光特性に対する自由度が大きい点が
ある。一方、顔料分散法によるカラーフィルターの着色
画素の形成方法は、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルア
ルコールなどの水溶性ポリマーに重クロム酸塩などを混
合した透明感光性樹脂のコロイドに着色剤として有機顔
料、無機顔料を分散した感光体液をスピンコート等の方
法によって塗布し、染色法カラーフィルターと同様、フ
ォトリソグラフィー技術により形成される。

【０００７】顔料分散法によって製造されたカラーフィ
ルターの特徴は、他法によるカラーフィルターに比べ以
下の様に列挙できる。すなわち、 （１）染色法の着色画素と同様にフォトリソグラフィー
法により製版されるので、微細な着色画素（１０μｍ程
度まで）の形成が可能である。

【０００８】（２）適切な顔料を選択することにより、
光に対する堅牢性すなわち、耐光性、耐熱、耐薬品性、
耐水性等の物性につき、染料に比し優れている。

【０００９】（３）染色法によるカラーフィルターの様
に、染色工程や防染工程などが必要でないので工程が簡
略化される点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】染色法で形成されたカ
ラーフィルターの着色画素は豊富な染料から目的のもの
を選択することによって所定の分光特性のカラーフィル
ターを容易に得ることができるが、染料を用いているの
で、光にさらされることによって色が変化するなどの耐
光性、耐水性、耐熱性、耐薬品性等の耐久性の点で、カ
ラーフィルターとして必要な物性を満たし得る染料は少
ない。また、着色画素の基体となる有機物質層に染料を
含有する溶液を吸着させた場合には、有機物の基体が膨
潤し、さらには後の工程での加熱あるいは冷却による温
度変化によって、クラック等が生じて光の透過特性や外
観が不良になるなどの問題がある。また、染色法によっ
て高濃度の着色画素を形成しようとすると、染料を多量
に吸着させるか、染色基体を厚膜にする手段があるが、
これらの方法では基体の応力が大きくなってクラック等
が発生し易くなる。このために、染色法では高濃度な着
色画素を得ることは困難であった。

【００１１】また、顔料分散法で着色画素を形成する場
合には、顔料を保持するバインダー樹脂に対する顔料の
分散性と透明性を満足しつつ、所望の分光特性を有する
顔料は極めて少なく、とくに青あるいは緑の着色画素
は、フタロシアニン系顔料等に限定されている。また、
顔料の粒子の光の反射作用により、着色画素の彩度が低
く、充分な濃度の着色画素を得ようとすると明るさが低
下してしまうという問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は以上のような問
題点を解決するために、カラーフィルターの着色画素
を、染色法で形成した着色画素と、染色法で形成した着
色画素の色相と異なる色相の顔料分散法で形成した着色
画素とを積層することによって形成したもので、とくに
染色法で得られる着色画素と顔料分散法で得られる着色
画素を異なる色相の着色画素とし、染色層および顔料分
散法の両者の有している欠点を補うとともに、更に分光
特性に優れたカラーフィルターを得るものである。

【００１３】図１に本発明のカラーフィルターの例を断
面図により示す。石英ガラスなどの基板１１に顔料を分
散して着色した画素１２、１３を形成し、その上に染色
した画素１４、１５を形成し、さらに表面保護層１６を
形成したものである。この様な構造をとるカラーフィル
ターはとりわけ貼り合わせ型のカラーフィルターに適す
る。つまり、光について言及すれば、先に耐光性の優れ
た顔料を分散させた着色画素が配置され、その着色画素
を通過した光が染料で着色された画素を通過することに
なるので、光が大幅に減衰されており、着色画素全体と
しての耐光性は染料単独で着色された画素に比し大幅に
向上する。とりわけ、色の分光特性が満足されても耐久
性が低いためカラーフィルター用として使用できなかっ
た染料を使用する際には好適である。

【００１４】また、図２は、色補正用の顔料を分散した
着色層を形成したフィルターの断面図を示すが、石英ガ
ラスなどの基板２１には、黄色顔料を分散した着色層２
２を形成し、その上部には青色に染色した着色層２３、
赤色に染色した着色層２４、緑色に染色された着色層２
５が形成されている。そして、これらの着色層上には表
面保護層２６が設けられている。そして、顔料を分散し
た着色層は、青、赤、緑の染料の３つのフィルターの画
素に共通の色調を補正するための色補正としての作用を
はたしている。

【００１５】また、これらの場合カラーフィルターの分
光特性は染料層の分光特性により決まるため、その選択
の自由度は多くとることができる。

【００１６】本発明のカラーフィルターの製造方法は、
基板上に顔料を分散させた着色画素を形成し染色液に浸
漬させて染色基質を染色し、着色画素を形成する。この
方法では最後に染色するために分光特性の微妙な調整が
行い易い。

【００１７】本発明の着色画素の色相は、染色による着
色画素と顔料の分散による着色画素とが互いに異なる色
相を有しており、ＣＤＤの各色毎の感度の補正に使用す
ることができるが、カラー液晶表示装置のカラーフィル
ターに使用した場合には、色補正を行うことができる。

【００１８】例えば、液晶用のバックライトには、通常
蛍光灯、エレクトロルミネッセンス素子を使用している
が、これらの光源の色温度とカラーフィルターとが合致
しない場合には、着色画素として、Ｙ（黄）の着色画素
を形成することによって光源の色温度を下げることがで
き、カラーフィルターの表示色を正しいものとすること
が可能となる。

【００１９】また、液晶セルのギャプの影響によって透
過光のうちの特定波長の光が減衰するために、着色光の
ようになることがあるが、このような場合にも着色画素
の色を選定することによって色の補正をすることが可能
となる。

【００２０】あるいは、液晶自身が着色しているので透
過光が特定の色となることが生じるが同様に着色画素の
分光特性を利用して色補正を行うことができる。

【００２１】カラー液晶表示装置に本発明のカラーフィ
ルターを適用した１実施例を図３に示す。

【００２２】カラー液晶表示装置３１には、本発明のカ
ラーフィルター３２が設けられており、ガラス基板３３
上に顔料を分散した着色画素３４を有し、顔料を分散し
た着色画素上には、顔料とは異なる色相の染料で着色し
た着色画素３５を設けている。染料で着色した着色画素
は、カラー表示が可能となるように、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の３色の着色画素から構成されてい
る。着色画素上には保護膜を形成し、更に液晶の動作用
の透明電極３６が設けられている。カラーフィルターに
対向してＴＦＴ素子あるいは透明電極膜３７などが形成
された対向基板３８が設けられており、カラーフィルタ
ーと対向基板はシール材３９によって接合されて、内部
には液晶４０が封入されている。

【００２３】カラー液晶表示装置３１には蛍光灯等の光
源４１が設けられており、偏向板４２、カラーフィルタ
ーおよび所定の画像のパターンが形成された液晶を透過
して、偏向板４３を介して表示される。

【００２４】なお、本発明における「色相」とは例え
ば、原色タイプのカラーフィルターにおいては各色の
赤、青、緑の色を意味し、また無彩度ではあるが黒を含
むものとする。補色タイプのカラーフィルターにおいて
はマゼンタ、黄、シアン、緑、または黄色、シアン、緑
の色を指す。また無彩度であるが黒を含むものとする本
発明における「異なる色相」とは顔料を分散した着色画
素と染料で着色した画素がお互いに同じ色相でないこと
を意味している。

【００２５】

【作用】本発明によれば、染料を吸着した着色画素と顔
料を分散させた着色画素を積層したので、それぞれの着
色画素の有する特性を発揮するので、任意の分光特性の
ものが容易に得られ、染料の彩度に優れた特性と、入射
する光に対する耐光性をはじめとする耐久性に優れた顔
料の特性を合わせ持つ着色画素が得られる。しかも、積
層した両者の着色画素の色相を異なるものとしたので、
各色毎の出力の補正や色補正を行うことができる。

【００２６】

【実施例】本発明のカラーフィルターを固体撮像素子用
のＣＣＤ等のカラーフィルターに使用する場合の第１の
実施例について説明すると、カラーフィルターは図４
（Ａ）に示すように、石英ガラス等の基板５１の表面に
形成される。この基板を充分洗浄した後、スピンコーテ
ィングにより表１に示す黄色の顔料を分散した感光性材
料の塗布層５２を形成する。

【００２７】

【表１】

【００２８】次いで、図４（Ｂ）に示すように所定のパ
ターンを有するフォトマスクを介して紫外線５３によっ
て露光する。

【００２９】図４（Ｃ）に示すように、未露光部を水で
スプレー現像して所定の着色画素５４を形成する。

【００３０】次に、図４（Ｄ）のように表１に示す青色
の顔料を分散した感光性材料の塗布層５５を形成し、所
定のフォトマスクを介して紫外線によって露光して（図
４（Ｅ））、水によるスプレー現像により着色画素５６
を形成する（図４（Ｆ））。顔料を分散した着色画素上
には、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール等の
水溶性高分子に重クロム酸アンモニウム等のような光に
より水溶性高分子を架橋する作用を有する物質を混合し
た感光性材料の塗布膜を形成する。塗布膜を所定のパタ
ーンを形成したフォトマスクを介して露光し、水による
スプレー現像によって未露光部を溶解して第１色目の着
色画素を形成する染色基質パターン６１を前記の黄色の
顔料を分散した着色画素５４上に形成する（図５
（Ａ））。

【００３１】染色基質パターンを形成した基板を表２に
示す赤色の染色液に浸漬して、赤色の着色画素６２を形
成する（図５（Ｂ））。

【００３２】

【表２】

【００３３】ついで、タンニン酸および酒石酸アンチモ
ニルカリウム等の防染剤によって処理して、第１色目と
同様にして表２に示す組成の染色液により染色して第２
色目（青色）の着色画素６３および第３色目（緑色）の
着色画素６４を前記の青色の顔料を分散した着色画素５
６上に形成する（図５（Ｃ））。

【００３４】このようにして着色画素を積層した後に、
アクリル樹脂等の透明な合成樹脂の塗布層からなる保護
膜を形成した後に、カラーフィルターをＣＣＤと正確に
位置合わせをして貼り合わせた。このカラーフィルター
付きＣＣＤに対して、ハロゲンランプから３０００ルッ
クスの光を、５００時間照射したところ、色信号出力に
変化は認められなかった。

【００３５】これに対して染色による着色画素のみを形
成したカラーフィルターを貼り合わせたＣＣＤを同じ条
件で光照射したところ、青色で１５％、緑色で５％、赤
色では−４％の色信号出力の変化が認められた。ＣＣＤ
単体では、この程度の光照射では信号出力に変化は認め
られず、色信号出力の変化はカラーフィルターの分光特
性が光照射により変化したことに起因するものである。
このように本発明のカラーフィルターにより耐候性が改
善されることが明らかになった。

【００３６】本実施例のカラーフィルターは、ＣＣＤ等
の固体撮像素子とは別体に、基板上に着色画素を形成し
て、これをＣＣＤに貼り合わせたが、ＣＣＤ等の固体撮
像素子上にカラーフィルターを直接形成しても良い。こ
の場合には、固体撮像素子上に、順に染色により形成し
た着色画素、次いで顔料を分散した着色画素を積層する
ようにすれば良い。

【００３７】また、色相を補正する目的に応じて、顔料
を分散した着色画素は、染色により形成した着色画素に
一対一に対応させても、複数個に一つあるいは一つに複
数個を対応させるようにしても良い。

【００３８】次いで、本発明のカラーフィルターの第２
の実施例として、カラー液晶表示装置に適用した場合に
ついて説明する。

【００３９】縦３００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ１．５
ｍｍの石英ガラス基板上に表３に示す組成の顔料を分散
した感光性樹脂を１．５μｍの膜厚にて塗布した後、２
ｋＷの超高圧水銀灯の紫外線光により露光し硬化させ
た。この上に、所望のフォトマスクを使用して第１の実
施例と同様の染色液の組成により赤色、青色、緑色の着
色画素を形成した。

【００４０】

【表３】

【００４１】このように形成したカラーフィルター上に
保護膜を形成した後、透明電極を形成してカラーフィル
ターを構成した。

【００４２】得られたカラー液晶セルは色温度５５００
Ｋの蛍光灯をバックライトに使用した場合に黄色の顔料
を分散した着色画素によりバックライトの色温度が３３
００Ｋに変換され、青みを抑えたカラー液晶表示装置が
得られる。この色温度補正は黄色着色画素の色温度を変
化させることにより任意にその値を選択できる。

【００４３】また、ＪＩＳ規格 Ｂ７７５３に規定され
る耐候性試験機を用いて、本実施例のカラーフィルター
と染色のみで着色したカラーフィルターについて促進耐
候性試験を実施した前後の各色の着色画素の色差△Ｅ
（ＪＩＳ Ｚ８７３０に規定されるＬ^* ｕ^* ｖ^* 表色系
による色差の差）の測定結果を表４に示す。

【００４４】

【表４】

【００４５】表４に示すように本発明のカラーフィルタ
ーは色補正と同時に耐候性の向上を図ることができた。

【００４６】

【本発明の効果】本発明は、カラーフィルターの着色画
素を、染色法で形成した着色画素と顔料分散法で形成し
た互いに異なる色相の着色画素とを積層することによっ
て形成したもので、染色法の着色画素が有している耐光
性、耐熱性、耐薬品性、耐水性等の問題点を顔料分散法
による着色画素を形成することによって解決し、また顔
料分散法で得られた着色画素の分光特性は染色法による
着色画素と組み合わせることによって任意の分光特性の
カラーフィルターを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの１実施例を示す断
面図。

【図２】共通の色補正層を顔料で形成したカラーフィル
ターの１実施例を示す断面図。

【図３】カラー液晶表示装置の１実施例を示す断面図。

【図４】本発明のカラーフィルターの製造工程を示す断
面図。

【図５】本発明のカラーフィルターの製造工程を示す断
面図。

【符号の説明】

１１…基板、１２、１３…顔料を分散した画素、１４、
１５…染色した画素、１６…表面保護層、２１…基板、
２２…顔料を分散した着色層、２３…青色に染色した着
色層、２４…赤色に染色した着色層、２５…緑色に染色
された着色層、２６…表面保護層、３１…カラー液晶表
示装置、３２…カラーフィルター、３３…ガラス基板、
３４…着色画素、３５…染料で着色した着色画素、３７
…透明電極膜、３８…対向基板、３９…シール材、４０
…液晶、４１…光源、４２…偏向板、４３…偏向板、５
１…基板、５２…感光性材料の塗布層、５３…紫外線、
５４…着色画素、５５…感光性材料の塗布層、５６…着
色画素、６１…染色基質パターン、６２…第１色目の着
色画素、６３…第２色目の着色画素、６４…第３色目の
着色画素

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に規則的に着色画素を形成したカラ
   ーフィルターにおいて、着色画素は染色によって形成し
   た着色画素と該染料と異なる色相を有する顔料を分散さ
   せた着色画素とを積層したものであることを特徴とする
   カラーフィルター。
2. 【請求項２】積層した着色画素が、光が入射する側には
   顔料を分散した着色画素を設けたものであることを特徴
   とする請求項１記載のカラーフィルター。