JP2007206699A - カラーフィルタ用のインキ、これを用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ用のインキの親水性を高めることにより、カラーフィルタが基板上に均一に形成され、結果として、色の均一度及び信頼性を高めることのできるカラーフィルタ用のインキ、これを用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタを提供する。
【解決手段】高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含み、高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含むことを特徴とするカラーフィルタ用のインキを提供する。さらに、前記高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含むことを特徴とするカラーフィルタ用のインキの硬化物を含むことを特徴とするカラーフィルタを提供する。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明はカラーフィルタ用のインキ、これを用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタに係り、さらに詳しくは、カラーフィルタの均一度を高めることのできるカラーフィルタ用のインキ、これを用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタに関する。

液晶表示装置（Liquid Crystal Display Device；ＬＣＤ）は、従来の表示装置であるＣＲＴ（Cathode Ray Tube）と比べて小型・軽量化及び大画面化ができるという長所を有することから、開発が盛んになされてきている。特に、液晶表示素子は、フラット表示装置としての役割が十分に果たせる程度に開発されて、携帯電話、個人携帯端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、ビデオ付きカメラの液晶として用いられるだけではなく、デスクトップ型パソコンのモニターと大型表示装置へも採用されており、その使用範囲が急速に広がってきている。

液晶表示装置は、画素電極とスイッチング素子を有する基板と、カラーを発色するカラー層と、Ｒ、Ｇ、Ｂセル同士を区画して遮光の役割を果たすブラックマトリックス（ＢＭ：black matrix）及び液晶セルに電圧を加えるための共通透明電極（ＩＴＯ：indium
tin oxide）を有する基板と、を用意し、画素電極と共通電極を対向させた状態でこれらの両基板を配置し、両基板の間に液晶物質を注入した後、両電極の間に電界を印加し、それにより液晶分子をの向きを変えることにより、光の透過率を異ならせて画像を表示する装置である。

この種の液晶表示装置のカラーの発色方式は、バックライトから発せられた白色光を液晶セルに通過させて透過率を調節した後、互いに隣設して配置されている赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタを通過した光を加法混色するといった方法を取っている。

現在、カラーフィルタの製造に最も汎用されている方法は、顔料分散法である。顔料分散法は、ブラックマトリックス（ＢＭ）パターンが形成された基板の上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをフォトリソグラフィ工程により露光及び現像して単色のパターンを形成するという工程を３回繰り返し行うことにより、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーフィルタを形成する方法である。

かかる顔料分散法は、それぞれのカラーを発色するカラーフィルタを形成することを余儀なくされるために工程が煩雑であり、しかも、長時間かかるという不都合がある。さらに、基板の全面に特定色の感光性樹脂層を塗布した後、ほとんどの大部分を除去するために材料の無駄遣いが目立つという不都合がある。

このような問題点を解消し、且つ、簡単な製造工程により安価なカラーフィルタを製造するために、カラーフィルタをインクジェットプリント法により製造する方法が注目を集めている。インクジェットプリント法は、有機ＢＭパターンにより形成されたピクセル開口部に所望の噴射量だけのカラーインキを塗布してカラーフィルタを形成する方法である。このとき、カラーインキは、ピクセル開口部にのみ塗布される必要があるため、カラーインキ間を区切る隔壁としての役割を果たす有機ＢＭは、カラーインキに対して高い反発力を有するように形成される。

このため、かかる有機ＢＭパターンの形成された基板の上にカラーインキを塗布すると、有機ＢＭのカラーインキに対する反発力が高いことから、隣り合うピクセル間のカラーインキが混色することを防いでピクセル間の均一度を高めるとともに、カラーインキが隣のピクセルを越えないことから、塗布位置による所定の誤差範囲を確保することができて工程マージンを改善することができる。

しかしながら、従来のカラーフィルタ用のインキの場合、前述のように、ＢＭの表面に対する反発特性が高いと共に、ピクセル開口部のガラス基板の表面とＢＭの壁面に対する高い反発特性を示す。これにより、インクジェットプリント法によりカラーインキをピクセル開口部に塗布するとき、図１Ａに示すように、ガラス基板の表面への反発特性が発現してしまい、ピクセル開口部のガラス基板の全面に塗布できず、一部の未塗布領域が生じることが分かる。また、図１Ｂに示すように、ＢＭ２の壁面へのぬれ性が悪いため、ガラス基板１の上にカラーインキ３が湾曲の激しい形状に塗布されて、凹凸な表面を形成してしまう。カラーフィルタのかかる凹凸の増大は、光漏れ（ピクセルとブラックマトリックスの接合点の周りからもれる光）及び残像などの不良の原因となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カラーフィルタ用のインキの親水性を高めることにより、カラーフィルタが基板上に均一に形成され、結果として、色の均一度及び信頼性を高めることのできるカラーフィルタ用のインキ、これを用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタを提供するところにある。

上述の如き目的を達成するために、本発明の一側面によれば、高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含み、高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含むことを特徴とするカラーフィルタ用のインキが提供される。

高分子結合剤は、２−ヒドロキシエチルアクリレート若しくは２−ヒドロキシエチルメタアクリレートを含んでもよい。

高分子結合剤は、下記１で表わされる主ポリマーを含んでもよい。
（式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）(式１)

高分子結合剤は、下記２で表わされる主ポリマーを含んでもよい。
（式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）(式２)

高分子結合剤は、１５０００〜２００００の重量平均分子量を有する。

架橋性のモノマーは、１分子中にエポキシ基を２以上有する多官能のエポキシ樹脂を含んでもよい。

前記架橋性のモノマーは、メラミン誘導体をさらに含んでもよい。

前記架橋性のモノマーは、１.４−ブタンジオールジアクリレート、１、３−ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート若しくはメタクリレートをさらに含んでもよい。

溶媒は、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコール２−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールt-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル若しくはトリプロピレングリコールプロピルエーテルを含んでもよい。

溶媒の沸点は、２３０〜２５０℃である。

顔料は顔料分散液として与えられ、顔料分散液の固形分は顔料及び分散剤成分であり、顔料分散剤に対して１５〜２０重量％を含んでもよい。

高分子結合剤は５〜１５重量％、前記架橋性のモノマーは２〜８重量％、前記顔料分散液は４０〜５０重量％、前記重合開始剤は０．５〜１重量％であり、残部は溶媒である。

カラーフィルタ用のインキは、ブラックマトリックスの壁面とガラス基板へのぬれ性を十分に確保するために、親水性基を含んでもよい。

本発明の他の側面によれば、高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含み、前記高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含むことを特徴とするカラーフィルタ用のインキの硬化物（ｃｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ）を含むことを特徴とするカラーフィルタが提供される。

本発明のさらなる他の側面によれば、基板表面の上にブラックマトリックスパターンを形成し、ブラックマトリックスパターンの間にカラーフィルタ用のインキを吹き付けてカラーフィルタを形成すること、を含み、カラーフィルタ用のインキは、高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含み、高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法が提供される。

本発明のさらなる他の側面によれば、カラーフィルタの製造方法に従い製造されたものであることを特徴とするカラーフィルタが提供される。

本発明のさらなる他の側面によれば、壁面を有する、パターニングされた有機ブラックマトリックスと、カラーフィルタ用のインキの硬化物と、を含み、硬化物はパターニングされた有機ブラックマトリックス内に配置されて壁面と接触し、パターニングされたブラックマトリックスとカラーフィルタ用のインキの硬化物は基板の表面の上に配置され、硬化物は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含む高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含むことを特徴とするカラーフィルタが提供される。

本発明は、インクジェットプリント法を用いたカラーフィルタの製造に際して多くの親水性基を含むカラーフィルタ用のインキを用いることにより、ＢＭの壁面及びガラス基板へのぬれ性を改善してピクセル内部のカラーフィルタに凹凸ができることを防ぎ、しかも、カラーフィルタの表面を均一にできる。これにより、色の均一度及び色純度を高めることができ、しかも、信頼性を高めることができるという長所がある。

以下、添付図面に基づき、本発明によるカラーフィルタ用のインキについて詳述する。

本発明によるカラーフィルタ用のインキは、高分子結合剤と、架橋性のモノマーと、溶媒と、顔料と、重合開始剤と、を含み、カラーフィルタ用のインキの親水性を高めるべく、親水性基を含有する高分子結合剤を含むことを特徴とする。

高分子結合剤は、顔料分散の安定化及びカラーフィルタの耐熱性、耐光性、耐薬品性などの信頼性を高めるためのものであり、親水性基を含有することを特徴とする。特に、高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレート単量体を含んでもよい。

ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートは、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、前記（メタ）アクリレートのカプロラクトン若しくは酸化アルキレン添加物、グリセリンモノ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリシジルメタクリレート−アクリル酸添加物、トリメチロールプロパン、モノ（メタ）アクリレート、トリメチロールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトール（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート若しくはトリメチロールプロパン−酸化アルキレン添加物−ジ（メタ）アクリレートを含む。ここで、（メタ）アクリレートは、アクリレート若しくはメタアクリレートのうちいずれか一種を含むものである。

本発明の高分子結合剤は、２−ヒドロキシエチルアクリレート若しくは２−ヒドロキシエチルメタアクリレート単量体を含むことが好ましい。
また、高分子結合剤は、ヒドロキシ基の他に、別の官能基を有する（メタ）アクリレート単量体をさらに含んでもよい。例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート若しくはグリシジル（メタ）アクリレートをさらに含んでもよい。この（メタ）アクリレートは、単体で用いても、若しくは２種以上組み合わせて用いてもよい。

このため、本発明は、下記式１で表わされる主ポリマーを含む高分子結合剤を提供する。
（式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）（式１）

また、本発明は、下記式２で表わされる主ポリマーを含む高分子結合剤を提供する。
（式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）（式２）

このような構造の高分子結合剤には親水性基であるヒドロキシ基を含めて親水性を高めることにより、塗布面との接触特性を改善することができ、特に、カラーインキの塗布時におけるガラス基板へのぬれ性を高めることができる。

この種のヒドロキシ基を含む単量体は、高分子結合剤に対する単量体比（ｍｏｎｏｍｅｒ ｒａｔｉｏ）において１０〜５０％含まれることが好ましい。ヒドロキシ基を含む単量体比が１０％未満である場合にはぬれ性を改善し難いという難点があり、５０％を超える場合には保存の安定性に劣るという問題点がある。

高分子結合剤の重量平均分子量の範囲は５０００〜５００００であり、好ましくは、１５０００〜２００００である。分子量が５０００未満である場合には、カラーフィルタの強度若しくは硬さが低下する恐れがあり、分子量が５００００を超える場合には粘度が高過ぎてインクジェットノズルからの吐出性若しくは吐出の直進性が悪くなるという問題点がある。

本発明による高分子結合剤は、カラーフィルタ用のインキに５〜１５重量％含まれることが好ましい。高分子樹脂の含量が５重量％未満である場合には、粘度が低過ぎてカラーフィルタを所望の厚さに形成することが困難であり、しかも、カラーフィルタの耐熱性若しくは表面の硬さが低下するという問題点があり、１５重量％を超える場合には、粘度が高過ぎてカラーフィルタの優れた平坦度を得が難いという問題点がある。

架橋性のモノマーは、カラーフィルタ用のインキの塗布後、カラーフィルタの形成のために十分な硬さを与えるためのものであり、１分子中にエポキシ基を２以上有する多官能のエポキシ樹脂を含む。

前式２に示すように、高分子結合剤の主ポリマー中にもエポキシ基を取り込むことができるが、主ポリマーの分子内に取り込み可能なエポキシ基には限界がある。すなわち、十分な硬さを得る上では不足する感があるため、多官能のエポキシ樹脂を含む架橋性のモノマーを含むことが好ましい。これにより、インキ組成物中のエポキシ基が補足されてエポキシの反応点の濃度が高くなり、しかも、架橋密度が高くなる。

多官能のエポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、３官能型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリオキサル型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂若しくは複素環型エポキシ樹脂などを含む。

架橋性のモノマーは、熱により硬化可能なメラミン誘導体をさらに含んでもよい。例えば、ヘキサメトキシメラミン、ヘキサブトキシル化メラミン、縮合ヘキサメトキシメラミンなどを含んでもよい。

また、架橋性のモノマーは、１.４−ブタンジオールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート若しくはメタクリレートをさらに含んでもよい。

本発明による架橋性のモノマーは、カラーフィルタ用のインキに２〜８重量％含まれることが好ましい。架橋性のモノマーの含量が２重量％未満である場合には十分に高い架橋密度が得られ難く、各種の耐性が低下するという問題点があり、８重量％を超える場合には、カラーフィルタの特性が不安定であり、しかも、密着性が低下するという問題点がある。

溶媒は、高分子結合剤及び架橋性のモノマーを塗膜（ｃｏａｔｉｎｇ）可能な溶液状にするためのものであり、通常の溶媒を用いても、親水性基であるヒドロキシ基を含有する溶媒を用いてもよい。

通常の溶媒は、分散及び塗膜安定性のために用いられるｎ−ブチルアセテート、イソブチルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールｎ−ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、３−メトキシプロピオン酸エチル、３−エトキシプロピオン酸メチル、３−エトキシプロピオン酸エチルなどを含んでもよい。

さらに、親水性基を含有する溶媒は、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコール２−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールt-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル若しくはトリプロピレングリコールプロピルエーテルを含んでもよい。これは単体で用いても、若しくは２種以上組み合わせて用いてもよい。

この親水性基を含有する溶媒は、顔料を安定的に分散させ、且つ、親水性基であるヒドロキシ基を含んで親水性を高めることにより、塗布面との接触特性を改善させることができ、特に、カラーインキの塗布時におけるガラス基板へのぬれ性をさらに高めることができる。

溶媒はインクジェットヘッドからのインキ吐出性を高めると共に、適切な乾燥性及び蒸発性を発現するために、２３０〜２５０℃の沸点を有することが好ましい。かかる溶媒を含む場合に、インクジェットヘッドからのインキの吐出時に急速に乾燥しないためにインキの粘度が急激に上がらず、しかも、吐出の直進性や安定性に悪影響を及ぼさない。さらに、ガラス基板の上に塗布されてからは、溶媒が急激に揮発するのではなく、適度な速度をもって揮発するため、ガラス基板の上に均一に広がる。相対的に溶媒が低沸点である場合には、インキの塗布時における急激な粘度の上昇によりガラス基板の上に均一に広がらず、これに対し、相対的に溶媒が高沸点である場合には、乾燥工程後に溶媒が残留してしまう恐れがある。

顔料は、画素部の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーを発色させるためのものであり、公知のアゾ系、アントラキノン系、インジゴ系、フタロシアニン系などの顔料を含む。カラーインデックス（Ｃ．Ｉ．：The Society of Dyers and Colourists社発行）においてピグメント（顔料）として分類されている化合物を含んでもよい。例えば、黄色顔料としては、Ｃ．Ｉ．２０、Ｃ．Ｉ．２４、Ｃ．Ｉ．８３、Ｃ．Ｉ．８６、Ｃ．Ｉ．９３、Ｃ．Ｉ．１０９、Ｃ．Ｉ．１１０、Ｃ．Ｉ．１１７、Ｃ．Ｉ．１２５、Ｃ．Ｉ．１３７、Ｃ．Ｉ．１３８、Ｃ．Ｉ．１３９、Ｃ．Ｉ．１４７、Ｃ．Ｉ．１４８、Ｃ．Ｉ．１５３、Ｃ．Ｉ．１５４、Ｃ．Ｉ．１６６、Ｃ．Ｉ．１６８などを含み、赤色顔料としては、Ｃ．Ｉ．９、Ｃ．Ｉ．９７、Ｃ．Ｉ．１２２、Ｃ．Ｉ．１２３、Ｃ．Ｉ．１４９、Ｃ．Ｉ．１６８、Ｃ．Ｉ．１７７、Ｃ．Ｉ．１８０、Ｃ．Ｉ．１９２、Ｃ．Ｉ．２１５、Ｃ．Ｉ．２１６、Ｃ．Ｉ．２１７、Ｃ．Ｉ．２２０、Ｃ．Ｉ．２２３、Ｃ．Ｉ．２２４、Ｃ．Ｉ．２２６、Ｃ．Ｉ．２２７、Ｃ．Ｉ．２２８、Ｃ．Ｉ．２４０、Ｃ．Ｉ．２５４などを含み、翡色顔料としては、Ｃ．Ｉ．１９、Ｃ．Ｉ．２３、Ｃ．Ｉ．２９、Ｃ．Ｉ．３０、Ｃ．Ｉ．３７、Ｃ．Ｉ．４０、Ｃ．Ｉ．５０などを含み、青色顔料としては、Ｃ．Ｉ．１５、Ｃ．Ｉ．２２、Ｃ．Ｉ．６０、Ｃ．Ｉ．６４などを含み、緑色顔料としては、Ｃ．Ｉ．７、Ｃ．Ｉ．３６などを含んでもよい。

本発明による顔料は、分散安定性のために、分散剤及び溶媒と混合されて顔料分散液状に形成される。かかる顔料分散液の固形分は顔料及び分散剤成分であって、顔料分散剤に対して１５〜２０重量％含まれる。このとき、顔料は１０〜１９重量％、分散剤は１〜１０重量％であってもよい。

顔料分散液は、カラーフィルタ用のインキに４０〜５０重量％含まれることが好ましい。顔料分散液の含量が４０重量％未満である場合には、呈色性が悪くて所望のカラー、色濃度及び輝度を有する透過光を得ることが困難になるという問題点があり、５０重量％を超える場合には、カラーフィルタの物性が低下するという問題点がある。

重合開始剤は、公知の光重合開始剤もしくは熱重合開始剤を含み、これらの光重合開始剤もしくは熱重合開始剤は、光若しくは熱により分解若しくは結合を引き起こし、重合を開始するラジカル、アニオン、カチオンなどの活性種を生じさせる。

光重合開始剤は、非イミダゾール系の化合物、ベンゾイン系の化合物、アセトフェノン系の化合物、ベンゾフェノン系の化合物、α−ジケトン系の化合物、多核キノン系の化合物、キサントン系の化合物、ジアゾ系の化合物、トリアジン系の化合物などを含む。具体例として、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテルなどのベンゾインとこのアルキルエーテル類；アセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、１，１−ジクロロアセトフェノンなどのアセトフェノン類；２−メチルアントラキノン、２−アミルアントラキノン、２−ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノンなどのアントラキノン類；２，４−ジメチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２−クロロチオキサントンなどのチオキサントン類；アセトフェノンジメチルケタル、ベンジルジメチルケタルなどのケタル類；ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類；２（２’−フリルエチリデン）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２［２’（５’−メチルフリル）エチリデン］−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジンなどのトリアジン類；２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，４’，５，５’−テトラフェニルビスイミダゾール；などを含んでもよい。

熱重合開始剤は、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、ｔ−ブチルカテコール、ピロガロール若しくはフェノチアジンなどを含む。具体例としては、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス−（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス−（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、１，１’−アゾビス−１−シクロヘキシルニトリルなどのアゾ化合物ベンゾイルペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシド、１，１’−ビス−（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサンなどの有機過酸化物などを含んでもよい。

これは単体で用いても、若しくは、２種以上組み合わせて用いてもよい。

本発明による重合開始剤は、カラーフィルタ用のインキに０．５〜１重量％含まれることが好ましい。重合開始剤の含量が０．５重量％未満である場合には、十分に高い架橋密度を得ることが困難であり、各種の耐性が低下するという問題点があり、１重量％を超える場合には、カラーフィルタの特性が不安定であり、密着性に劣るだけではなく、長期に亘っての保存安定性が低下するという問題点がある。

このように、本発明によるカラーフィルタ用のインキは、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレート単量体を含む高分子結合剤と、架橋性のモノマーと、溶媒と、顔料と、重合開始剤と、を含む。さらに、所望の目的に応じて、着色剤、染料、擦痕防止剤、可塑剤、接着促進剤、湿潤剤、界面活性剤などの添加剤をさらに含んでもよい。

本発明によるカラーフィルタ用のインキは、高分子結合剤の極性を調節してＢＭの壁面若しくはガラス基板上の接触特性を改善することができる。すなわち、多くの親水性基を含有させてＢＭの壁面若しくはガラス基板へのぬれ性を高めることができるので、塗布されたカラーインキをピクセル内部のガラス基板の上に均一に拡散させると共に、カラーフィルタに凹凸ができることを防ぐことができる。さらに、ヒドロキシ基を含む相対的に高沸点の溶媒を用いることにより、インキ吐出性を高めて適切な乾燥性及び蒸発性を持たせ、結果として、塗布されたカラーインキが均一に広がると共に、平坦化した表面が得られる。このため、カラーフィルタの平坦化を通じて色の均一度を高めると共に、色の混入を防いで信頼性を高めることができる。

以下、本発明によるカラーフィルタ用のインキの製造方法について説明する。

先ず、本発明によるカラーフィルタ用のインキに顔料を混合するために、通常の顔料の分散性及び分散安定性の良い溶媒を用意し、ここに分散剤と共に顔料を入れて十分に攪拌することで、顔料分散液を得る。このとき、顔料及び分散剤よりなる固形分は、顔料分散液の全量に対して１５〜２０質量％含まれてもよい。

このようにして得られた顔料分散液と、高分子結合剤、架橋性のモノマー、重合開始剤を溶媒に入れ、十分に掻き混ぜる。このとき、高分子結合剤は５〜１５重量％であり、架橋性のモノマーは２〜８重量％であり、顔料分散液は４０〜５０重量％であり、重合開始剤は０．５〜１重量％であり、残部は溶媒である。

顔料分散液に含まれる溶媒を除く残りの溶媒は予め混合することなく、顔料分散液、高分子結合剤、架橋性のモノマー、顔料分散液、重合開始剤を先に混合して高濃度の組成物をそのまま保存した後、使用直前に溶媒を混合して最終的な濃度に希釈してカラーフィルタ用のインキを得てもよい。

以下、本発明を実施例を挙げて一層詳述する。以下に比較例を挙げる。グリシジルメタアクリレート（ＧＭＡ）、ベンジルメタアクリレート（ＢＺＭＡ）、シクロヘキシルメタアクリレートを４０：３０：３０の単量体比で含む高分子結合剤と、モノマーと、顔料と、熱重合開始剤と、をプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）／エチルβ−エトキシプロピオネート（ＥＥＰ）溶媒に溶解させた後、均一に混合してカラーフィルタ用のインキを得る。モノマーとしては、エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社製）、すなわち、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用し、顔料としては、赤色顔料であるＣ．Ｉ．２５４を使用し、熱重合開始剤としては、２−シクロヘキサノニルメチルスルホニウム塩を使用した。得られたカラーインキの粘度は１０ｃＰであり、固形分の濃度は１８％であった。

この比較例において、高分子結合剤は１０重量％であり、架橋性のモノマーは４重量％であり、前記顔料分散液は４０重量％であり、前記重合開始剤は０．５重量％であり、残部、すなわち、４５．５重量％は溶媒である。そして、ＰＧＭＥＡ：ＥＥＰの重量比は３：７である。
［実施例］
ベンジルメタアクリレート（ＢＺＭＡ）、メチルアクリレート（ＭＡ）、２ヒドロキシエチルメタアクリレート（ＨＥＭＡ）を５２：３２：１６の単量比で含む高分子結合剤と、モノマーと、顔料と、熱重合開始剤と、をトリプロピレングリコールメチルエーテル溶媒に溶解させた後、均一に混合してカラーフィルター用のインキを得る。前記モノマーとしては、エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社製）、すなわち、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用し、前記顔料としては赤色顔料であるＣ．Ｉ．２５４を使用し、前記熱重合開始剤としては、２−シクロヘキサノニルメチルスルホン酸塩を使用した。得られたカラーインキの粘度は１０．４ｃＰであり、固形分の濃度は１８．６％であった。

この実施例において、前記高分子結合剤は１２重量％であり、前記架橋性のモノマーは４重量％であり、前記顔料分散液は４０重量％であり、前記重合開始剤は０．５重量％であり、残部、すなわち、４３．５重量％は溶媒である。

比較例及び実施例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキは、モノマー、顔料、熱重合開始剤を同量及び同物質にして製造されたものであり、単に高分子樹脂及び溶媒だけを変化させている。

比較例及び実施例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキを、有機ＢＭパターンの形成されたガラス基板の上に、インクジェットノズルから１滴だけ滴下し、その接触特性を調べてみた。

図２Ａ及び図２Ｂは、比較例及び実施例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキを有機ＢＭパターンのピクセル内部に滴下した場合を比較して示す概略平面図であり、図３Ａ及び図３Ｂは、比較例及び実施例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキを有機ＢＭパターンのピクセル内部に滴下した場合を比較して示す概略断面図である。

図２Ａ及び図３Ａから明らかなように、比較例のカラーフィルタ用のインキ３０はガラス基板１０の上に均一に広がらず、インキ３０の塗布もれの領域が一部生じていた。さらに、噴射された個所でそのまま硬化されてしまい、不均一な表面を形成していた。これは、ガラス基板へのぬれ性が悪く、且つ、相対的に低沸点の溶媒を用いているため、ガラス基板１０の上に塗布された後、前記溶媒が急激に揮発してインキ３０が素早く硬化するためである。

これに対し、図２Ｂ及び図３Ｂから明らかなように、実施例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキ４０は、ガラス基板１０上の全面に均一に広がってＢＭ２０の壁面へまで至っており、しかも、ガラス基板１０及びＢＭ２０の壁面へのぬれ性にも優れていた。さらに、平坦化した表面が得られることから、カラーフィルターの均一度を高めることができるという長所がある。これは、相対的に高沸点の溶媒を用いることにより、ガラス基板１０の上に塗布された後、溶媒が急激に揮発することなく、適度な速度にて揮発して均一に広がった後、硬化したためである。加えて、多くの親水性基を含有する高分子結合剤を用いることにより、ガラス基板１０及びＢＭ２０の壁面へのぬれ性が改善されたためである。

このように、本発明によるカラーフィルタ用のインキは、高分子結合剤の極性を調節することで、ＢＭの壁面若しくはガラス基板上の接触特性を改善することができる。すなわち、多くの親水性基を含有してＢＭの壁面若しくはガラス基板へのぬれ性を高めることができるので、塗布されたカラーインキがピクセル内部のガラス基板の上に均一に広がり、しかも、カラーフィルタに凹凸ができることを防ぐことができる。さらに、ヒドロキシ基を含む相対的に高沸点の溶媒を用いることにより、インキ吐出性を高めて適切な乾燥性及び蒸発性を持たせ、結果として、塗布されたカラーインキが均一に広がり、平坦化した表面が得られる。このため、カラーフィルタの平坦化を通じて色の均一度を高め、色の混入を防いで信頼性を高めることができる。

以下、本発明によるカラーフィルタの製造方法について説明する。

図４は、本発明によるカラーフィルタの製造方法の工程のフローチャートである。

図４を参照すると、基板の上にブラックマトリックス（ＢＭ）パターンを形成（Ｓ１０）した後、前記パターンの間に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ用のインキをインクジェット方式により噴射（Ｓ２０）する。次いで、これを乾燥させて硬化（Ｓ３０）させた後、その上面にオーバーコート層を形成（Ｓ４０）し、その後、共通電極を形成（Ｓ５０）してカラーフィルタを作成する。

図５Ａから図５Ｅは、本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。

先ず、図５Ａに示すように、基板１００の上に有機物質を蒸着し、マスクを用いてパターニングしてブラックマトリックスパターン１１０を形成する。ブラックマトリックスパターン１１０は、平面上においてカラーフィルタの各カラー層をピクセル単位に区切る格子状構造に形成してもよい。

このとき、ブラックマトリックスパターン１１０は、吸光率に優れている必要がある。ブラックマトリックスパターン１１０は、クロム（Ｃｒ）金属が環境規制を受けるため、不透明な有機物質から形成することが好ましいが、この実施例においては、不透明な樹脂を用いて形成する。

ブラックマトリックスパターン１１０は、そのパターンの間にカラーインキが吹き付けられるため、それぞれの色のカラーインキの混入を防ぐべく、目標とするカラーフィルタよりも厚く（ｔｈｉｃｋ）形成することが好ましい。

ブラックマトリックスパターン１１０は、赤色、緑色、青色をそれぞれ発色するカラーフィルタ色相層の各境界に位置して、画素電極により調節されない領域の光を遮断して、全体としての液晶表示装置のコントラストを高める。

次いで、ブラックマトリックスパターン１１０の間にインクジェットプリント法によりカラーフィルタ１２０を形成する。図５Ｂを参照すると、インクジェットヘッド１３０を用い、ブラックマトリックスパターン１１０により別々に囲まれるピクセル領域に上述のカラーフィルタ用のインキを吹き付ける。本発明によるカラーフィルタ用のインキは、多くの親水性基を含有しているため、ＢＭ１１０の壁面若しくはガラス基板１００へのぬれ性に優れており、結果として、凹凸を形成することなく、均一に広がって塗布される。このとき、インキが隣の領域を越えないように適量を吹き付ける。

先ず、赤色のカラーインキを吹き付けた後、乾燥及び硬化させて赤色カラーフィルタ１２０ａを形成する。赤色カラーフィルタ１２０ａが形成されたピクセルの隣のピクセル領域に緑色のカラーインキを吹き付けた後、乾燥及び硬化させて緑色カラーフィルタ１２０ｂを形成し、引き続き、青色カラーフィルタ１２０ｃを形成する。

カラーフィルタ１２０の形成過程は上述に限定されるものではなく、インキの吹付け手順及び位置は工程の便宜に応じて種々に変更可能である。例えば、それぞれの色のカラーフィルタ用のインキを吹き付ける多数のインクジェットヘッドを用いて３種のインキを一括して吹き付けた後、乾燥及び硬化させて赤色、緑色及び青色カラーフィルタ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを形成してもよい。この場合、工程時間が短縮できるというメリットがある。

それぞれの色を発色するカラーフィルタは種々の個所に形成可能であり、格子状のブラックマトリックスの間に、縦向きに同色のカラーフィルタが形成されてもよく、対角線向きに同色のカラーフィルタが形成されてもよい。さらに、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、図示のごとく、それぞれの色のカラーフィルタが同寸法の間隔をあけて形成されてもよく、カラーフィルタの特性に応じて異なる厚さに形成されてもよく、しかも、これらが重なり合っていてもよい。

図５Ｃを参照すると、このようにして得られたそれぞれの色を発色するカラーフィルタ１２０は、ブラックマトリックスパターン１１０を境界に離れて形成される。本発明は、親水性基を含むカラーフィルタ用のインキを用いることにより、ピクセル内部のカラーフィルタに凹凸ができることを防ぎ、しかも、カラーフィルタの均一度が高くなる。このため、カラーフィルタの平坦化を通じて色の均一度を高め、しかも、色の混入を防いで信頼性を高めることができる。

図５Ｄを参照すると、前記ブラックマトリックスパターン１１０及びカラーフィルタ１２０の上面全体にオーバーコート層１４０を形成する。オーバーコート層は、カラーフィルタ１２０から液晶セルへの有機物質の溶出防止と共通電極の形成時における良好なステップカバレッジの確保を図るためのものであり、アクリル樹脂などから形成される。

図５Ｅを参照すると、オーバーコート層１４０の上面全体に透明電極１５０を形成する。

透明電極１５０としては、インジウム錫酸化物（indium tin oxide：ＩＴＯ）若しくはインジウム亜鉛酸化物（indium zinc oxide：ＩＺＯ）を用いることが好ましい。

このように、本発明によれば、インクジェットプリント法を用いたカラーフィルタの製造に際して多くの親水性基を含有するカラーフィルタ用のインキを用いることにより、ＢＭの壁面及びガラス基板へのぬれ性を改善することができ、その結果、ピクセル内部のカラーフィルタに凹凸ができることを防ぎ、しかも、カラーフィルタの表面が均一になる。これにより、色の均一度及び色純度を高めることができ、しかも、信頼性を高めることができるというメリットがある。

以上、本発明の好ましい実施形態によるカラーフィルタ用のインキ、これを用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタについて説明した。しかし、これらは単なる例示に過ぎず、本発明の技術的範囲はそれらには限定されない。実際、当業者であれば、特許請求の範囲において請求されている本発明の要旨を逸脱することなく、種々の変更が可能であろう。よって、それらの変更も当然に、本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。

従来のカラーフィルター用のインキを有機ＢＭパターンの形成された基板の上に塗布した場合を示す写真及び断面図。 Ａ及びＢは、従来のカラーフィルタ用のインキを有機ＢＭパターンの形成された基板の上に塗布した場合を示す写真及び断面図。 比較例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキを有機ＢＭパターンのピクセル内部に滴下した場合を示す概略平面図。 実施例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキを有機ＢＭパターンのピクセル内部に滴下した場合を示す概略平面図。 比較例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキを有機ＢＭパターンのピクセル内部に滴下した場合を示す概略断面図。 比較例及び実施例に従い製造されたカラーフィルタ用のインキを有機ＢＭパターンのピクセル内部に滴下した場合を示す概略断面図。 本発明によるカラーフィルタの製造方法のフローチャート図。 本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図。 本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図。 本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図。 本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図。 本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図。

符号の説明

１０、１００：基板 ２０、１１０：ＢＭパターン
３０、４０：カラーインキ １３０：インクジェットノズル
１４０：オーバーコート層 １５０：透明電極

Claims (23)

1. カラーフィルタ用のインキにおいて、
   高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含み、
   前記高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含むことを特徴とするカラーフィルタ用のインキ。
2. 前記高分子結合剤は、２−ヒドロキシエチルアクリレート若しくは２−ヒドロキシエチルメタアクリレートを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
3. 前記高分子結合剤は、下記式１で表わされる主ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
   （式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）（式１）
4. 前記高分子結合剤は、下記式２で表わされる主ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
   （式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）(式２)
5. 前記高分子結合剤は、１５０００〜２００００の重量平均分子量を有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用のインキ。
6. 前記架橋性のモノマーは、１分子中にエポキシ基を２以上有する多官能のエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
7. 前記架橋性のモノマーは、メラミン誘導体をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のカラーフィルタ用のインキ。
8. 前記架橋性のモノマーは１.４−ブタンジオールジアクリレート、１．３−ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート若しくはメタクリレートをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のカラーフィルタ用のインキ。
9. 前記溶媒は、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコール２−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールt-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル若しくはトリプロピレングリコールプロピルエーテルを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
10. 前記溶媒の沸点は、２３０〜２５０℃であることを特徴とする請求項９に記載のカラーフィルタ用のインキ。
11. 前記顔料は顔料分散液として与えられ、前記顔料分散液の固形分は顔料及び分散剤成分であり、前記顔料分散剤に対して１５〜２０重量％を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
12. 前記高分子結合剤は５〜１５重量％、前記架橋性のモノマーは２〜８重量％、前記顔料分散液は４０〜５０重量％、前記重合開始剤は０．５〜１重量％であり、残部は溶媒であることを特徴とする請求項１１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
13. 前記カラーフィルタ用のインキは、ブラックマトリックスの壁面とガラス基板を十分にぬれ性を確保するために、親水性基を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキ。
14. 請求項１に記載のカラーフィルタ用のインキの硬化物を含むことを特徴とするカラーフィルタ。
15. 基板表面の上にブラックマトリックスパターンを形成し、
    前記ブラックマトリックスパターンの間にカラーフィルタ用のインキを吹き付けてカラーフィルタを形成すること、を含み、
    前記カラーフィルタ用のインキは、
    高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含み、
    前記高分子結合剤は、ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
16. 前記カラーフィルタ用のインキは前記基板の上に均一に拡散されて、ヒドロキシ基のない高分子結合剤を用いたカラーフィルターピクセルと比べて低い凹凸を有することを特徴とする請求項１５に記載のカラーフィルタの製造方法。
17. 前記ブラックマトリックスパターンは、不透明な有機物質から形成されることを特徴とする請求項１５に記載のカラーフィルタの製造方法。
18. 前記ブラックマトリックスパターン及びカラーフィルタの上面にオーバーコート層を形成し、
    前記オーバーコート層の上面に透明電極を形成すること、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタの製造方法。
19. 前記高分子結合剤は、２−ヒドロキシエチルアクリレート若しくは２−ヒドロキシエチルメタアクリレートを含むことを特徴とする請求項１５に記載のカラーフィルタの製造方法。
20. 前記高分子結合剤は、下記式１で表わされる主ポリマーを含むことを特徴とする請求項１５に記載のカラーフィルタの製造方法。
    （式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）（式１）
21. 前記高分子結合剤は、下記式２で表わされる主ポリマーを含むことを特徴とする請求項１５に記載のカラーフィルタの製造方法。
    （式中、Ｒは水素若しくはメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、ニトロ基若しくはアルコキシ基であり、ｍは０を超えて１００００以下の整数であり、ｎ及びｏは０〜１００００の整数である。）(式２)
22. 請求項１５に記載のカラーフィルタの製造方法に従い製造されたものであることを特徴とするカラーフィルタ。
23. 壁面を有する、パターニングされた有機ブラックマトリックスと、
    カラーフィルタ用のインキの硬化物と、を含み、
    前記硬化物は、前記パターニングされた有機ブラックマトリックス内に配置されて前記壁面と接触し、前記パターニングされたブラックマトリックスと前記カラーフィルタ用のインキの硬化物は基板の表面の上に配置され、
    前記硬化物は、
    ヒドロキシ基を含むアクリレート若しくはメタアクリレートを含む高分子結合剤、架橋性のモノマー、溶媒、顔料及び重合開始剤を含むことを特徴とするカラーフィルタ。