JPH0570122B2 - - Google Patents

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イルターに関するもの
で、ツイステツド・ネマチツク（TN）型液晶、
あるいはゲスト・ホスト（GH）型液晶をもちい
たカラー液晶表示装置の色分解用カラーフイルタ
ーに関するものである。 （発明の技術的背景とその問題点） 従来の家庭用としてすでに満足な性能と価格を
持つとさえいわれながら、さらに高性能化が進ん
でいるCRT（陰極線管）に対して、パネル形デイ
スプレイは多くの方式で要求を満たす努力が成さ
れ、およそ２割の市場を占めるまでに成長した。
パネル形デイスプレイには、LED（発光ダイオー
ド）、液晶、蛍光表示、EL（電場発光）、プラズマ
表示などがあり、平板形の薄い構造と座標がデイ
ジタルに固定される特徴を発揮して、CRTの浸
透していない用途に向けられている。 このパネル形デイスプレイの中で、液晶パネル
はTN形液晶において、低電圧、低消費電力の大
きな長所が強い視角依存性による見にくさをカバ
ーして電卓、腕時計、ゲームなどに主流を成して
いる。行列表示でも実効電圧依存性、視野角、温
度特性などで制約される行数が年毎に改善され、
１／６４時分割駆動の128行パネルが実用化された。
GH形液晶は、表示色が容易に選択でき、視野角
も広く、セル間隔や温度の依存性も少なく、色素
の２色性や寿命の改良など実用化が進んでいる。 このような液晶表示装置において、特にフルカ
ラー化で色再現性の優れた方法がカラーフイルタ
ー方式である。カラーフイルターは液晶セルの内
部又は外部に設けられ、液晶を光学的シヤツター
として利用し、フルカラー表示パネルを実現す
る。 カラーフイルター液晶セルに設けられる場合、
透明性、耐光性、耐熱性、耐薬品性の面で秀れた
特性を必要とする。つまり液晶セル製造プロセス
上、洗浄工程から耐薬品性が要求され、配向膜形
成工程、透明導電膜形成工程、液晶封入用シール
材形成工程等から耐熱性が要求される。しかるに
現在カラー液晶表示に使用され、実現化している
染料染着型のポリペプチドをフイルター層の材料
に用いる有機フイルターでは、耐熱性として200
℃程度が限界となり、又耐薬性も劣り、カラー液
晶表示装置のカラーフイルターとしては問題が多
い。 （発明の目的） 本発明は上記の染料染着型有機フイルターの弱
点を補う為、種々の検討を実施し、実現したもの
で、透明性、耐光性、耐熱性、耐薬品性において
特に秀れた、したがつて液晶表示装置に用いると
好適なカラーフイルターが提供される。 （発明の概要） すなわち本発明は、基体上にポリイミド樹脂と
有機顔料を主体とする着色層を有し、かつ着色層
の各色相毎に保護層を介在させたカラーフイルタ
ーであつて、前記着色層が基体上にポリイミド前
駆体、有機顔料、ならびに有機色素の誘導体から
なる分散助剤を主成分とする着色組成物をコーテ
イングして形成されたものであり、かつアルカリ
溶液でパターニングすることにより設けられたも
のであり、加えて前記保護層が200〜300℃で熱硬
化したアクリル系樹脂からなることを特徴とする
カラーフイルターである。 （発明の詳述） 以下に本発明のカラーフイルターについて、図
を追つて説明する。第１図にカラーフイルターを
使用したカラー液晶表示装置の一例を示す。光源
から出た白色光１が偏光板２、透明基板３を通り
透明画素電極４、配向膜５、液晶６、配向膜７、
透明共通電極８を介して着色層９を通り、３原色
に分解される。画素電極４と共通電極８に印加さ
れた電気信号に応答して、液晶６が配向し、偏光
板１１の作用により光学的シヤツターとして動作
し、電気信号が３原色光として情報化される。着
色層９の各色の大きさは画素電極４と同一であ
り、種々のタイプの液晶表示装置により数ミリメ
ートルから数十ミクロン、数百ミクロンのオーダ
ーであり、印刷法やフオトリソグラフイーの可能
な素材が必要となる。本発明のカラーフイルター
の構成をさらに詳細に説明する。第２図に示した
ように各着色層は、一層毎に保護層１５，１６，
１７で保護されるように構成されている。着色層
はカラー液晶表示装置の場合、赤色層１２、緑色
層１３、青色層１４の３色からなる。各着色層は
ポリイミド樹脂、顔料、分散助剤から構成され
る。この着色層は、白色光を色分解する役割を持
ち、又透明性、耐光性、耐熱性、耐薬品性が必要
とされる。主成分となるポリイミド樹脂は、耐熱
性、透明性、耐薬性がありパターニングが可能で
顔料が分散可能でなければならない。ポリイミド
は単独では上記の特性を持つているが、顔料分散
はなかなか困難で、顔料の凝集を防ぎ、均一に分
散を行う為に分散助剤を添加する必要がある。ま
た該分散助剤も耐熱性を有しなければならない。
この目的に合致する分散助剤として顔料または染
料である有機色素の誘導体が極めて有効である。
しかし、このような組成のポリイミド樹脂をコー
テイングしても、保護層１５，１６，１７が存在
しない場合、該ポリイミド樹脂が耐溶剤性がな
く、ポジレジストコート時、又ポジレジストハク
膜時に、着色層、ポリイミド樹脂にき裂が生じ、
透明性が、失なわれる。又着色層が１色パターニ
ングされた後に、数色をパターニングする時、つ
まり、２色目のポリイミド樹脂のコーテイング時
に、２色目ポリイミド樹脂の溶剤により１色目の
着色層がき裂を生じ透明性を失なう。数色をパタ
ーニングした後に、配向膜をコーテイングする時
にも同様に着色層にき裂を生じさせる。又ポリイ
ミド樹脂はアルカリ溶液に弱い為、アルカリ溶液
による洗浄においても着色層がおかされる。この
ような、耐溶剤性、耐アルカリ性向上の為に保護
層１５，１６，１７が必要となる。この保護層１
５，１６，１７は、コーテイング時にポリイミド
樹脂にき裂を生じさせない組成が必要であり、又
透明性、耐熱性、耐薬品性、耐光性が必要とな
る。透明性のあるポリイミド樹脂を保護層として
使用すると、ポリイミド樹脂溶液としてコーテイ
ングする時に、着色層のポリイミド樹脂を浸しき
裂が生じる。保護層として樹脂をコーテイングす
る場合、ポリイミド樹脂を侵さない溶媒が必要
で、芳香族炭化水素、ヘキサン系の溶媒例えばキ
シレン、シクロヘキサノン等が有効である。該溶
媒に可溶で、透明性があり、耐熱性、耐薬品性、
耐光性がある樹脂としてアクリル系樹脂が有効で
ある。又積層時にパターニングが可能であること
が有利であり、紫外線、紫外線に感光性のあるア
クリル系樹脂が有効である。以上のような要求を
満たすと考えられる樹脂は例えばグリシジルメタ
ンアクリレートとグリシジルメタアクリレートの
ケイ皮酸エステルの共重合体、グリシジルメタア
クリレートとエチルアクリレートの共重合体、又
耐熱性向上の樹脂としてグリシジルメタアクリレ
ートとスチレン、グリシジルメタアクリレートと
メタクリル酸クロリド等の共重合体がある。これ
らのアクリル系樹脂は、少なくとも300℃まで耐
熱性があり、アルカリ、酸、溶剤に対する耐薬品
性を有するものであり、しかも、200〜300℃程度
の低温で熱硬化すれば熱硬化中にフイルター層の
有機顔料が退色するということもない。さらに、
波長400〜700nmの可視領域で透明性に優れ光吸
収が少ないという特徴がある。また、これらアク
リル系樹脂に紫外線に感光して重合硬化する性質
を与える感光基をもたせれば、写真的手法により
部分的に硬化させ現像によりパターン化ができる
ので都合が良い。 該アルカリ系樹脂を保護層として介在させて、
はじめて数色の着色層を透明基板上に設けること
が可能となる。 着色層に用いれらるポリイミド樹脂についてさ
らに詳細に説明する。本発明になる着色層に用い
られるポリイミド樹脂は、一般にポリイミド前駆
体の縮合反応又は附加反応によつて得られる。現
在、商品化されているポリイミド前駆体は主とし
て縮合反応タイプであつて、例えばテトラカルボ
ン酸２無水物、ビフエニルテトラカルボン酸２無
水物等と芳香族ジアミンを溶媒中で重合させ、ポ
リアミン酸性溶液、即ちポリイミド前駆体を製造
する。該ポリイミド樹脂のパターニングはAZ−
1350（米国シツプレー社製商品名）、OFPR（東京
応化工業(株)製商品名）等のホトレジストを使用し
て、ホトレジストの現像液でホトレジストとポリ
イミド樹脂を共にエツチングすることで行なわれ
る。この方法は基板にコーテイングされたポリイ
ミド前駆体を100℃〜150℃で加熱し半硬化させ、
該ポリイミド前駆体上にホトレジストをコーテイ
ングする。該ホトレジストを露光し、アルカリ溶
液で現像を行う。現像後、露出したポリイミド前
駆体は、半硬化である為アルカリ溶液に可溶なの
で、該ホトレジストがマスクとなり、アルカリ溶
液でエツチングされ、パターニングされる。該ア
ルカリ溶液はホトレジストAZ1350ではテトラメ
チルアンモニウムハイドロオキサイド等の強アル
カリ溶液が使用され、ホトレジストOFPRでは、
炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ
溶液が使用される。この他のエツチングの方法と
して、ポリイミド前駆体がほぼイミド化が達した
状態に加熱した後にネガ形のコートレジストを使
用してヒドラジンヒドラートとエチレンジアミン
の混合液でエツチングする方法がある。又酸素プ
ラズマ、酸素スパツタ等を使用し、蒸着により
Mo、Cr等の金属膜を積層し、該金属膜をマスク
として、該ポリイミド膜をドライエツチングする
方法もある。 本発明のポリイミド前駆体の組成についてさら
に詳細に説明する。ポリイミド樹脂は各色の着色
層を設ける為に、ポリイミド前駆体、顔料、分散
助剤からなる。ポリイミド樹脂の役割は、基板上
に各色の顔料を固定せしめ、又必要に応じ任意形
状のパターン化を可能とし、更に着色層に透明導
電膜を形成することを可能とさせることである。
各色の顔料は、白色光を色分解する役割を持ち、
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0.3ミクロン以下、
好ましくは0.1ミクロン以下であつて、可視光の
波長に対して十分に小さい。フイルター層には透
明性の秀れた顔料として有機顔料が望ましい。分
散助剤は、顔料の凝集を防ぎ、ポリイミド樹脂中
に該顔料を均一に分散させる為に添加される。又
該分散助剤も耐熱性を必要とする。この目的に合
致する分散助剤として顔料または染料である有機
色素の誘導体が極めて有効であることが判明し
た。 ポリイミド樹脂１に対する顔料の重量比は、通
常３ないし0.05の範囲が望ましい。顔料の比率を
下げるとフイ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為には、膜厚を厚くする必
要があり、微細加工が難かしくなる。顔料の比率
を上げると、顔料の分散性およびコーテイング特
性が著しく劣化する。したがつてポリイミド樹脂
に対する顔料の重量比は0.5ないし３の範囲が好
ましい。顔料に対する分散助剤の重量比は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。 次に本発明に使用可能な顔料として、透明性が
高くしかも耐熱性、耐光性および耐薬品性の優れ
た材料を下記に示す。材料はいずれもカラーイン
デツクス（C.I.）ナンバーにて示す。 C.I.ピグメントイエロー20、24、86、93、109、
110、117、125、137、138、148、153、154、
166、168 C.I.ピグメントオレンジ36、43、51、55、59、
61 C.I.ピグメントレツド９、97、122、123、149、
168、177、180、192、215、216、220、223、
224、226、227、228、240 C.I.ピグメントバイオレツト19、23、29、30、
37、40、50 C.I.ピグメントブルー15、15：６、22、60、64 C.I.ピグメントグリーン ７、36 C.I.ピグメントブラウン 23、25、26 C.I.ピグメントブラツク ７ 次に本発明に用いる分散助剤は、有機色素誘導
体である。有機色素誘導体とは有機ピグメントあ
るいは染料の誘導体であり、たとえば、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、ペリノン系、チオインジゴ系、ジオキサ
ジン系、イソインドリノン系、キノフタロン系、
トリフエニルメタン系、金属錯塩系の有機色素化
合物に置換基を有する化合物である。置換基と
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、スルホンアミド基等下記一般式
によつてなされる置換基である。

【表】 〓とで少なくとも窒素
原子を含む複素環
尚、有機顔料と、誘導体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。 なお、カラーフイルターの構造として第３図に
示すように、各色の着色フイルター層の間に黒色
の遮光層１９を介在させることもある。この場
合、遮光層１９としてカーボンブラツクのような
黒色顔料を含む着色組成物を先言したようなエツ
チング手段や印刷手段により形成すると良い。遮
光層１９も着色層と同様に耐熱性を要求されるか
ら、ポリイミドの如き耐熱性樹脂層の中に黒色顔
料を分散させたものを用いると良い。その他、金
属もしくは金属化合物のような黒色を呈する物質
や遮光物質を蒸着等の手段で形成することもあげ
られる。 第１図の共通電極８と画素電極４、両者に電圧
を印加すると、両電極間に電界が加わり液晶６が
配向し、偏光板と作用して白色光１のシヤツター
の役割をはたす。 薄膜トランジスタを用いれば各画素の赤、緑、
青の着色層９と対応してスイツチング素子をして
働きそれぞれの光の透過量を制御する。ちようど
カラーCRTと同じように、３原色混合により任
意の色を出す。着色層上の共通電極８は、該基板
の上に直接設け、電極の上に着色層を積層するこ
とも可能で、その場合には保護層もパターニング
することが必要となる。 尚、本発明になるカラーフイルターは、撮像管
用カラーストライプフイルターとして、又固体撮
像素子用のカラーフイルターとしても十分使用で
きるものである。 以下に実施例にもとずき、本発明になるカラー
フイルターについて述べる。 （実施例 １） ポリイミド前駆体の東レ株式会社製セミコフア
インSP−910、90.1gに対し顔料及び分散剤をそ
れぞれ9.0g、0.9g添加して３本ロールで十分混練
して、赤、緑、青色ワニスを作成した。以下に顔
料及び分散剤を示す。 （赤色フイルタ用） 顔料 リオトゲンレツドGD（東洋インキ製造(株)製C.I.
ピグメントレツド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 分散助剤 下記構造式の化合物

【化】 （緑色フイルター用） 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3G（東洋インキ製造(株)製C.I.ピグメントイ
エロー154）2.25gとの混合物 分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体 CuPC〔−SO₂N（C₁₈H₃₇）₂〕₂ （青色フイルター用） 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
イオレツトRL（東洋インキ製造(株)C.I.ピグメント
バイオレツト23）1.8gとの混合物 分散助剤 下記の銅フタロシアニン誘導体

【化】 次に、赤色ワニス10gに対してＮ−メチル−２
ピロリドン（以下ではNMPと記す）を2g添加し
て、十分に撹拌し、ガラス基板上にスピンナー
1500rpm60秒間で回転コーテイングし、60℃15分
間の乾燥後、130℃60分間プリベークして赤色皮
膜を形成した。次に該赤色皮膜上にポジ型ホトレ
ジスト東京応化製“OFPR”25cpを2000rpmで
スピナー塗布し、60℃60分間のプリベーク後、超
高圧水銀燈でパターン露光し、アルカリ現像液で
現像し、さらに該現像液で赤色皮膜をエツチング
し赤色皮膜をパターニングし、その後キシレン及
び酢酸Ｎブチルの１：２の比の混合溶液で
“OFPR−”ホトレジスト未露光部を剥膜し、
250℃30分間加熱焼成して赤色着色層を形成した。
その後アクリル系樹脂塗布液の富士薬品“FVR、
Ｇ−10”を1000rmpでスピンナー塗布し、60℃20
分間乾燥後、250℃30分間ベークして中間保護膜
とした。次に緑色ワニス10gに対しNMPを4g添
加し混合、撹拌して、該FVR中間保護膜上に
2000rpm60秒間回転塗布し、以下赤色ワニスと同
様に処理を行い、赤色に重ならない様にパターニ
ングし、緑色着色層を形成した。次に青色ワニス
10gに対し、NMP2.5gを添加し混合撹拌後、緑色
着色上に塗布、焼成されたFVR中間保護膜上に
塗布し、赤色ワニスと同様に処理して青色着色層
を形成し、さらに赤色層と同様にFVRを塗布し、
250℃30分間で硬化した。この３色の着色層およ
び保護層FVRを形成した上に、スパツタリング
でITO膜を形成し300℃、１時間ベーキングを行
い、カラーフイルターを製造した。 （実施例 ２） ポリイミド前駆体の日立化成株式会社製
“PIQ”120gに対して顔料及び分散剤をそれぞれ
9.0g、0.9g添加して３本ロールで、赤、緑、青色
ワニスを作成した。実施例１に示す顔料及び分散
剤と同じものを用いた。ガラス基板上に、スパツ
タリングによつてITO膜を形成し300℃１時間ベ
ーキングを行つた。その後青色ワニス10gに対し
て3gのNMPを添加した溶液を1800rpmで60秒間
で回転塗布し、60℃15分間乾燥し120℃で30分間
加熱した。該青色皮膜上にITO膜を600Åスパツ
タ形成し、120℃で20分間加熱し、更に該ITO膜
上に“OFPR”25cpを、2000rpmでスピンコー
トし60℃60分間のプリベーク後パターン露光し、
アルカリ現像した。該現像により露出したITO膜
は、OFPRをマスクとして、1.5％塩酸溶液で
エツチングし、さらに、前出のアルカリ現像液で
最下層、青色皮膜をエツチングした。この後、
OFPR膜を全面露光しアルカリ現像液で剥膜し、
露出したITO膜を全面で1.5％塩酸溶液でエツチ
ングし、パターニングされた青色皮膜のみを残し
た。その後、該青色着色層を250℃30分間焼成し、
青色着色層上にアクリル樹脂塗布液の富士薬品製
“FVR、Ｇ−10”を1000rpmで回転塗布し、70℃
30分間乾燥した。その後に超高圧水銀燈でパター
ン露光し、溶剤現像し、端部出しを行つた。該
FVR膜を、60℃20分間乾燥した後、250℃30分間
加熱し硬化させた。次に緑色ワニス10gに対し
て、NMP2gを添加して混合撹拌し該FVR膜上に
1500rpm60秒間で回転塗布した。以降は青色ワニ
スと同様の処理を行い緑色着色層と、FVR層を
パターニングした。更に赤色ワニス10gに対し
NMP4gを添加し、混合撹拌し、該緑色着色層上
のFVR層に1000rpm60秒間で回転塗布し再度前
出、青色、緑色着色層と同様の処理を行い、同様
にFVR膜をパターニングして最下層ITO膜の端
子出しを行ない、カラーフイルターを製造した。 （発明の効果） 本発明は以上のようなカラーフイルターであ
り、本発明によれば、化学的耐性とくに耐薬品性
に劣るポリイミド樹脂を主体とする着色層を、各
色相毎に耐熱性の保護層にて被覆介在させたもの
であり、したがつてフイルター層の作成手順にお
ける溶剤による洗浄工程や配向膜形成工程、透明
導電膜形成工程および液晶封入シール材形成工程
等に対して要求される耐薬品性や耐熱性を満足す
るものである。得られたカラーフイルターはポリ
イミド樹脂と有機顔料を主体とするものであり、
およそ200〜300℃程度の高温にも退色現象や分解
反応が生じないものであり、前記したアクリル系
樹脂の耐熱性保護膜とあいまつて、液晶表示装置
をはじめとして一層広い用途に適用できるカラー
フイルターとなつているものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フルカラー液晶表示装置の一例を示
す模式断面図であり、第２図は本発明のカラーフ
イルターの一実施例を示す断面図であり、第３図
は本発明のカラーフイルターの他の実施例を示す
断面図である。 １……白色光、２……偏光板、３……透明基
板、４……画素電極、５……配向膜、６……液
晶、７……配向膜、８……共通電極、９……着色
層、１０……透明基板、１１……偏光板、１２，
１３，１４……着色層、１５，１６，１７……保
護層、１８……基体、１９……遮光層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基体上のポリイミド樹脂と有機顔料を主体と
   する着色層を有し、かつ着色層の各色相毎に保護
   層を介在させたカラーフイルターであつて、 前記着色層が基体上にポリイミド前駆体、有機
   顔料、ならびに有機色素の誘導体からなる分散助
   剤を主成分とする着色組成物をコーテイングして
   形成されたものであり、かつアルカリ溶液でパタ
   ーニングすることにより設けられたものであり、
   加えて前記保護層が200〜300℃で熱硬化したアク
   リル系樹脂からなることを特徴とするカラーフイ
   ルター。 ２ 前記保護層をなすアクリル系樹脂が、紫外線
   硬化樹脂であることを特徴とする請求項１記載の
   カラーフイルター。 ３ 基体上にポリイミド樹脂と有機顔料を主体と
   する着色層を有し、かつ着色層の各色相毎に保護
   層を介在させたカラーフイルターの製造方法であ
   つて、 (a) 基体上にポリイミド前駆体、有機顔料、なら
   びに有機色素の誘導体からなる分散助剤を主成
   分とする着色組成物をコーテイングし加熱して
   半硬化する工程、 (b) その上にホトレジストをコーテイングする工
   程、 (c) ホトレジストに露光する工程、 (d) アルカリ溶液で現像を行うことにより前記工
   程(a)(b)で設けられた膜のパターニングを行い、
   着色層を設ける工程、 (e) 200〜300℃で熱硬化するアクリル系樹脂塗布
   液を塗布し、熱硬化させ保護層を着色層上に設
   ける工程、 少なくとも上記工程(a)〜(e)を必要色数繰り返す
   ことを特徴とするカラーフイルターの製造方法。