JPH06313805A

JPH06313805A - カラーフィルタ及びその製法

Info

Publication number: JPH06313805A
Application number: JP10381693A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kinoshita; 木下暢; Hisao Horiguchi; 堀口尚郎
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】遮光性は、金属クロムスパッタリング膜と同
じ程度の光吸収膜を有し、簡略化できる製造工程で製造
できるカラーフィルタが可能となった。【構成】硫化ビスマス顔料を用いてなる光吸収層を、
カラーフィルタ層間に有する液晶表示用カラーフィルタ
とその光吸収層を、硫化ビスマス顔料粉末で印刷法又は
塗布法により形成した後、フォトリソグラフィ法により
レジストパターンを形成して、次いで、光吸収層を酸で
溶解処理することにより、光吸収層パターンを形成する
カラーフィルタの製法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光吸収層を有する液晶
表示器（ＬＣＤ）用カラーフィルタ及びその製法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示器（ＬＣＤ）用カラーフ
ィルタにおける光吸収材料としては、主にカーボンブラ
ック、チタンブラック等の無機顔料や金属クロムの蒸着
やスパッタ膜、更には、有機系顔料などが用いられてい
る。

【０００３】一般的に、ＬＣＤの光吸収材料や遮光膜を
形成するための遮光材料には、当然に高い光吸収特性
（遮光性）が求められている。また、ＬＣＤなどのカラ
ーフィルタを製造する上で高い絶縁性と耐熱性が求めら
れる。更に、寿命の点から耐光性、安定性が求められて
いる。ここで、高い耐熱性が求められるのは、遮光膜形
成後に、高温処理を要するＩＴＯ成膜工程が入るためで
ある。

【０００４】然し乍ら、金属クロム膜では、その金属導
電性のためクロム膜上に絶縁層をオ−バ−コートする必
要があることから、カラーフィルタの製造工程が繁雑に
なるという問題があり、また、蒸着やスパッタリング法
により成膜するため製造コストが高くなるという問題が
ある。更に、遮光性は良好であるものの金属特有の金属
反射が大きく、画面が鏡のようになって映り込みが生
じ、画面が見づらくなるという問題がある。また、クロ
ムという有害物質の処理を伴うため、製造コストが更に
高くなるという問題がある。

【０００５】また、カーボンブラックやチタンブラック
では、凝集がはげしくピンホ−ルを生じやすいという問
題や、ブリードアウトが起こり易いという問題、金属ク
ロムと同様に導電性があるため、ディスプレイ装置製造
工程が繁雑になるという問題があり、更には、遮光性が
不十分であるという問題がある。また、有機顔料では、
遮光性が十分でなく、ディスプレイのコントラストの低
下を招き、しかも耐熱性に劣るため製造工程、特に加熱
を要するＩＴＯ成膜工程に制限が加えられるという不都
合があり、更には、耐光性に劣るため長時間の使用にあ
たっては、信頼性が不足するという問題がある。

【０００６】このように、従来の材料では、光吸収特
性、絶縁性、耐熱性、耐光性、安定性等のすべての要求
を満足させるものがなく、そのため製造工程が繁雑であ
ったり、加熱工程に制限が加えられたり、コスト高とな
ったり、パネルの寿命の信頼性が不足するということを
容認せざるを得ないことが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、前
記のような技術的事情を鑑みて成されたもので、各性能
にすぐれ、且つ、ＬＣＤの製造にも有利な液晶表示器用
カラーフィルタ及びその製法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために、カラーフィルタ層間に光吸収層
を有する液晶表示用カラーフィルタにおいて、光吸収層
として、硫化ビスマス顔料を用いてなるカラーフィルタ
を提供する。そして、光吸収層を、硫化ビスマス顔料粉
末で印刷法又は塗布法により形成した後、フォトリソグ
ラフィ法によりレジストパターンを形成して、次いで、
光吸収層を酸で溶解処理することにより、光吸収層パタ
ーンを形成することによるカラーフィルタの製造方法を
提供する。

【０００９】

【作用】ＬＣＤ用カラーフィルタを低コストで製造する
に適する方法としては、印刷法或いは塗布法により成膜
することであり、その塗料のフィラーとして、一般的に
耐熱性、耐光性にすぐれているとされている無機材料に
着目し、あらゆる無機顔料を検討した結果、硫化ビスマ
ス(Bi₂S₃)が、可視光吸収特性（遮光性）、耐熱性、耐
光性においてすぐれ、更に導電性においても表面抵抗１
０¹³Ω／□以上の値を有しており、カーボンブラックや
チタンブラック、金属クロムに比べて、７桁以上も電気
絶縁性にすぐれていることを見出した。

【００１０】即ち、本発明の請求項１に記載のカラーフ
ィルタでは、光吸収材料として、硫化ビスマス顔料を用
いたことにより、解決した。そして、請求項２に記載の
製法では、硫化ビスマス顔料を分散した塗料を印刷法又
は塗布法により、光吸収膜を形成させ、次いで、レジス
トを塗布し、フォトリソグラフィ法により光吸収膜上に
レジストパターンを形成し、その後、光吸収膜を酸を用
いて、溶解処理することにより、光吸収層パターンを形
成する。このような製法により、解決した。

【００１１】以下、更に詳細に説明する。本発明の請求
項１に記載のカラーフィルタは、硫化ビスマス顔料を、
フィラーとして、これをエポキシ樹脂、アクリル樹脂、
ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーンレジン等の
熱硬化性樹脂や、紫外線硬化樹脂、ポジ型、ネガ型レジ
スト等の光硬化性樹脂などのバインダーに分散された光
吸収膜を有するカラーフィルタである。

【００１２】ここで本発明に用いられる硫化ビスマス
（Ｂｉ₂Ｓ₃）粉末の合成方法としては、（１）塩化ビスマスを乾燥し、硫化水素中で加熱する。（２）塩化ビスマスの塩酸溶液中に、硫化水素を通じ
る。（３）硝酸ビスマスの中性溶液をチオ硫酸ナトリウムと
ともに加熱する。のいずれの方法をも用いることができるが、（２）、
（３）の方法によれば、微細な粉末を好適に合成するこ
とができる。

【００１３】更に、硫化ビスマス顔料を作製する場合に
は、各種樹脂中への硫化ビスマス粉末の分散安定性を向
上させるため、必要に応じて、界面活性剤やシランカッ
プリング剤、チタンカップリング剤、シリカゾル、アル
ミナゾル、ジルコニアゾル等の添加剤を加えても良い。
また、印刷用塗料の場合には、印刷適正を向上させるた
めに、シリカ超微粉、チタニア超微粉、ジルコニア超微
粉、硫酸バリウム微粉を添加することもできる。

【００１４】ここで、カラーフィルタ用光吸収材料とな
る塗料バインダー（樹脂）として、具体的には、例え
ば、エピコート８２８（油化シェルエポキシ株式会社
製）、ＤＥＮ３３１（ダウケミカル株式会社製）等のビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂を主体としたものが好適
とされる。尚、このようなバインダーに、その耐熱性を
上げるため、例えばＤＥＮ４３１（ダウケミカル株式会
社製）等のフェノールノボラック型エポキシ樹脂を添加
することもできる。

【００１５】また、シリコーンレジンとして具体的に
は、グラスレジン（昭和電工株式会社製）等のラダー型
ポリシリコーンが好適である。また、本発明における請
求項２では、硫化ビスマス(Bi₂S₃)顔料を分散した塗料
をオフセット印刷等の印刷法や、ロールコートやスピン
コート等の塗布法によりガラス板若しくは、プラスチッ
ク板等のパネル部材に塗布し、乾燥硬化させて、光吸収
膜を形成した後、レジストを塗布し、露光し、現像処理
して、所望のレジストパターンを形成する。次に、この
基板を硝酸、塩酸、硫酸、フッ酸等の酸溶液に浸漬し
て、硫化ビスマス(Bi₂S₃)顔料を溶解させることによ
り、基板上に所望のパターンの光吸収層を形成する。

【００１６】ここで、硫化ビスマス(Bi₂S₃)顔料が、溶
解した部分は、バインダーである樹脂層が多孔質状に残
っていて、染料、顔料等の着色樹脂層の保持性が極めて
高くなり、着色部に、はがれ等の欠陥の発生を防止する
ことができる。

【００１７】次に、レジスト塗布し、露光し、現像し
て、レジストパターンを形成した後、ゼラチン、カゼイ
ン、ポリビニルアルコール、ポリイミド、アクリル酸等
の被染色性樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキ
シ樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂に染料、顔料
を溶解し、若しくは、分散した塗料を、ロールコートや
スピンコート等により塗布したり、或いは、昇華性染料
を昇華させて、多孔質状樹脂層に保持させることにより
着色フィルタ層パターンを形成し、着色層を硬化させた
後、レジストを剥離して、ＲＧＢの３原色の着色を繰り
返して、カラーフィルタを製造する。但し、ここで、使
用する染料、顔料について、特に制限はないことは明ら
かである。

【００１８】また、遮光性能を発揮させるべき硫化ビス
マス(Bi₂S₃)の含有量については、例えば、厚１．２μ
ｍのブラックマトリックスを形成する場合、膜中の硫化
ビスマス含有量を、４０〜５０重量％とすれば、Ｏ．
Ｄ．値（optical density)が約３〜３．５の遮光性が得
られる。これは、金属クロムと同じ程度の遮光性能を発
揮することができる。また、厚２μｍのブラックマトリ
ックスを形成する場合には、膜中の硫化ビスマス含有量
を、２０〜３０重量％とすることで、Ｏ．Ｄ．値が約３
の遮光性を達成することができる。

【００１９】また、このようにして得られる光吸収膜の
電気絶縁性については、いずれも表面抵抗が１０¹³Ω／
cm²以上の値を有しており、液晶と同じ程度以上の絶縁
性能を有することができたものである。また、耐熱性に
ついては、３００℃までは、変色、膜のはがれ、絶縁性
低下等の変化が起こらなかった。但し、３５０℃以上の
加熱では徐々に遮光膜が白化したり、剥離したりしてく
るが、カラーフィルタ製造工程における加熱工程は、２
２０〜２８０℃であり、３００℃で十分な耐熱性を有し
ていれば加工上全く問題はない。

【００２０】次に、本発明のカラーフィルタ及びその製
法を具体的に実施例により説明するが、本発明はそれら
によって限定されるものではない。

【００２１】

【実施例】［酸化ビスマスの合成］硝酸ビスマス(Bi(NO₃)₃・5H₂O)・・・・・・・・・・１９４ｇ水酸化ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・・４２ｇを水２０００ｃｃに溶解した。また、チオ硫酸ナトリウ
ム(Na₂S₂O₃・5H₂O)１６４ｇを水１５００ｃｃに溶解し
た。そして、前者の溶液に後者の溶液を加え、撹拌しな
がら、９５℃で２０時間加熱し、更に、通常の方法で、
濾過して、脱塩洗浄し、更に１５０℃で乾燥し、０．１
〜０．５μｍの硫化ビスマス微粒子を得た。

【００２２】ここで、硫化ビスマス(Bi₂S₃)の生成は、
次の式で表わされる反応で得られた。２Bi(NO₃)₃ + ３Na₂S₂O₃ + ３H₂O → Bi₂S₃ + ６NaNO
₃ + ３H₂SO₄ 得られた硫化ビスマス(Bi₂S₃)微粒子は、黒色であり、
また、その残留ナトリウム量は、０．１ｐｐｍ以下であ
った。

【００２３】［光吸収塗料の作製］硫化ビスマス粉末・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２５ｇシリコーンレジン（カンペセラ４０２ＳＣ関西ペイント株式会社製）・・５６ｇ２−ブタノール・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１９ｇノニオン系分散剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・微量上記の成分を混合し、サンドミルで１時間分散処理し
て、光吸収塗料を作製した。

【００２４】［着色パターンの形成］前記の光吸収塗料
をスピンコーターで３０００回転／分で塗布し、２００
℃で１時間焼成して、光吸収膜を作製した。得られた光
吸収膜は、膜厚１．０μｍで、３８０ｎｍ〜７００ｎｍ
の波長での光透過率は、０．０１％であった。これは、
金属クロムスパッタリング膜と同じ程度の遮光性であ
る。また、表面抵抗値は、１０¹³Ω／□以上であり、絶
縁性にも極めてすぐれた光吸収膜が得られた。

【００２５】この光吸収膜上にスピンコーターを用い
て、ポジ型レジスト（東京応化株式会社製；ＯＦＰＲ−
２）を塗布し、露光し、現像し、レジストパターンを形
成した。次に、この試料を、４０％ＨＮＯ₃溶液中に２
０秒浸漬してエッチングし、光吸収層パターンを形成し
た。水で洗浄した後、レジストを剥離して乾燥した後、
レジストを塗布し、露光し、現像し、着色部のレジスト
パターンを形成した。

【００２６】次に、この試料を、コンゴーレッドに３０
秒間浸漬し、赤色に染色して、赤色フィルタパターンを
形成した。以下同様にして、ダイアクリルブリリアント
グリーン２Ｇ−Ｎにより緑色に染色して、緑色フィルタ
パターンを形成し、カヤクリルブルーＧＲＬにより、青
色に染色し、青色フィルタパターンを形成することによ
り、液晶表示器用カラーフィルタを作製した。

【００２７】以上の実施例に示した染色順は、特に限定
するものではない。また、必要に応じて平滑化や不純物
拡散防止のために、カラーフィルタ上にオーバーコート
層を設けても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカラーフ
ィルタ及びその製法により、次のような顕著な技術的効
果が得られた。第１に、光吸収層として硫化ビスマス(B
i₂S₃)顔料を用いるために、遮光性については、金属ク
ロムスパッタリング膜と同じ程度の光吸収膜を得ること
が可能となった。第２に、更に、光吸収層の形成工程で
は、通常の塗布法で成膜することができるために、カラ
ーフィルタ製造工程を大幅に、簡略化することが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示器作製の工程を順次に示
す断面図である。

【符号の説明】

１基板２光吸収膜３レジスト４多孔質樹脂層５レジストパターニング６着色層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラーフィルタ層間に光吸収層を有する
液晶表示用カラーフィルタにおいて、前記光吸収層として、硫化ビスマス顔料を用いてなるこ
とを特徴とする前記カラーフィルタ。
【請求項２】光吸収層を、硫化ビスマス顔料粉末で印
刷法又は塗布法により形成した後、フォトリソグラフィ
法によりレジストパターンを形成して、次いで、光吸収
層を酸で溶解処理することにより、光吸収層パターンを
形成することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィ
ルタの製造方法。