JPH0812292B2

JPH0812292B2 - 耐熱性カラーフィルターおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0812292B2
Application number: JP18862589A
Authority: JP
Inventors: 豊明沢田; 瑞仁谷; 誠坂川; 正次米澤; 猛雄杉浦
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: TW207008B; JPH0353201A

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等に内設する
と好適なカラーフィルターとすることができ、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（強誘電性
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。

〈従来の技術〉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
グ染色および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
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。

また一方、耐向性は野外及び車載用に使用する場合に
直接太陽光受ける可能性があり、高い耐光性が望まれて
いた。

〈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
性に優れているので、アクリル系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。

〈発明が解決しようとする課題〉すなわち本発明は、基板上に、アクリル樹脂、有機色
素、分散剤および溶剤を主成分とする着色樹脂組成物を
コーティングして、任意の色数で所望のパターン形状に
各色別に設けたカラーフィルターであって、上記アクリ
ル樹脂のモノマーが、一般式：（R₁、R₂はそれぞれＨまたはCH₃、R₃は炭素数１〜５の
アルキル基を示す）であり、少なくとも（ａ）及び
（ｂ）を含み、しかも（ｃ）は１種又はそれ以上を含む
樹脂であり、その組成比が（ａ）10〜25重量部、（ｂ）
10〜30重量部、（ｃ）40〜80重量部、であるモノマー組
成からなることを特徴とするカラーフィルター。

従来技術で述べたことくゼラチン・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、透明度と均一性を良くすることが難しかった。しか
しながら、均一性と透明度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〉すなわち本発明は、基板上に、アクリル樹脂、有機色
素、分散剤および溶剤を主成分とする着色樹脂組成物を
コーティングして、任意の色数で所望のパターン形状に
各色別に設けたカラーフィルターであって、上記アクリ
ル樹脂のモノマーが、一般式：（R₁、R₂はそれぞれＨまたはCH₃、R₃は炭素数１〜５の
アルキル基を示す）であり、少なくとも（ａ）及び
（ｂ）を含み、しかも（ｃ）は１種又はそれ以上を含む
樹脂であり、その組成比が（ａ）10〜25重量部、（ｂ）
10〜30重量部、（ｃ）40〜80重量部、であるモノマー組
成からなることを特徴とするカラーフィルターである。

さら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、画像電極（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）を通り視感によ
り色として認識される。この様な表示装置において、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、携帯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て構成される。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、また必要に応じて任意の形状でパターン化を可
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
・耐熱性が優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
性の優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。従って該分散剤もま
た耐熱性を有し、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
を挙げると、顔料の分散性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のモノマーは、では、R₁＝Ｈの場合メタクリル酸、R₁＝CH₃の場合メタ
クリル酸を示す。

はヒドロキシルエチルメタクリレートを示し、ではR₂がＨの場合、メチル、エチル、プロピル、イソプ
ロピル、ブチル、イソブチル、アミル、イソアミルの各
アクリレートでありR₂がCH₃の場合は各メタクリレート
を示す。

またこれらの組成のアクリル樹脂を合成する時に、少
量添加することに、特性を変えることのできるモノマー
として、ベンジルアクリレート、フェニルアクリレー
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、Ｎ−ビニルピロリドン、テトラヒドロ
フルフリルメタクリレート等があり、これらのものを加
えても良い。

アクリル樹脂は、上記した（ａ）（ｂ）（ｃ）を共重
合することにより得られる。これら（ａ）（ｂ）（ｃ）
のモノマーの望ましい配合比は、（ａ）10〜25重量部、
（ｂ）10〜30重量部（ｃ）40〜80重量部である。

次に、樹脂を溶解させる溶剤としては、メチルセロソ
ルブエチルセロソルブ、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、チオクンジゴマルーン、フタロシアニン
ブルー、フタロシアニングリーン、インダンスレンブル
ー、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、14
7、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、215、21
6、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、アルキル基またはアリール基、 R₂:アルキル基またはアリール基、あるいはR₁、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を作るには、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、２官能、多官能モノマーがあ
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、多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、ジペンタエリスリトールヘキサ
アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレ
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）、日本化薬（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
等の撹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、ヒドロキシエチル
メタクリレート15部、メチルメタクリレート10部、ブチ
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（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）製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）7.0g、４、４′−ジエチルアミ
ノベンゾフェノン1.5gを加えて、良く撹拌して、着色組
成物とした。

まず、基板上に、τ−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（1100r.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（30mj/
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。

実施例１で作成したカラーフィルターの特性は、・耐熱性 260℃１時間以上・耐光性 240時間以上（キセノンランプ50,000ルク
ス）・平滑性 ±0.1mm以下であり、液晶用カラーフィルターとしての特性を示し
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を示す。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小橋立昌

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、アクリル樹脂、有機色素、分散
剤および溶剤を主成分とする着色樹脂組成物をコーティ
ングして、任意の色数で所望のパターン形状に各色別に
設けたカラーフィルターであって、上記アクリル樹脂の
モノマーが、一般式：（R₁、R₂はそれぞれＨまたはCH₃、R₃は炭素数１〜５の
アルキル基を示す）であり、少なくとも（ａ）及び
（ｂ）を含み、しかも（ｃ）は１種又はそれ以上を含む
樹脂であり、その組成比が（ａ）10〜25重量部、（ｂ）
10〜30重量部、（ｃ）40〜80重量部、であるモノマー組
成からなることを特徴とするカラーフィルター。
【請求項２】分散剤が有機色素の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
を設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、アクリル樹脂、有機色素、分散
剤、光重合性モノマー、感光剤及び溶剤を主成分とする
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り返し施し、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が、一般式：（R₁、R₂はそれぞれＨまたはCH₃、R₃は炭素数１〜５の
アルキル基を示す）であり、少なくとも（ａ）及び
（ｂ）を含み、しかも（ｃ）は１種又はそれ以上を含む
樹脂であり、その組成比が（ａ）10〜25重量部、（ｂ）
10〜30重量部、（ｃ）40〜80重量部、であるモノマー組
成からな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】分散剤が有機色素の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。