JP3610105B2 - 液晶用カラーフィルタ用インク、液晶用カラーフィルタの製造方法、及び液晶用カラーフィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェット方式を用いて基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法に好適に用いられる液晶カラーフィルタ用インク、該インクを用いる液晶用カラーフィルタの製造方法、及び該方法により製造された液晶用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年パーソナルコンピューターの発達、特に携帯用のパーソナルコンピューターの発達にともない液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にある。しかしながら更なる普及のためにはコストダウンが必要であり、特にコスト的に比重の高いカラーフィルタのコストダウンに対する要求が高まっている。
【０００３】
従来から、カラーフィルタの要求特性を満足しつつ上記要求に応えるべく種々の製造方法が試みられているが、いまだ全ての要求性能を満足する方法は確立されていないのが現状である。
【０００４】
以下に従来の製造方法を説明する。
【０００５】
もっとも多く用いられている第１の方法が染色法である。染色法はガラス基板上に染色用の材料である水溶性の高分子材料に感光剤を添加して感光化し、これをフォトリソグラフィー工程により所望の形状にパターニングした後、得られたパターンを染色浴に浸漬し着色パターンを得る。これを３回繰り返してＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ層を形成する。
【０００６】
次に多く用いられている第２の方法は顔料分散法であり近年染色法に取って変わりつつある。この方法は、まず基板上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをパターニングすることにより単色のパターンを得る。さらにこの工程を３回繰り返すことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のカラーフィルタ層を形成する。
【０００７】
第３の方法として電着法がある。この方法はまず基板上に透明電極をパターニングする。次に顔料、樹脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬し、第１の色を電着する。この工程を３回繰り返してＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ層を形成し、最後に焼成する。
【０００８】
第４の方法として、熱硬化性樹脂に顔料を分散させた塗料を用いて、繰り返し印刷により３色Ｒ，Ｇ，Ｂを塗り分ける。その後着色層である樹脂を加熱硬化させ着色層を形成する印刷法がある。又各方法とも着色層の上に保護層を形成するのが一般的である。
【０００９】
これらの方法に共通していることはＲ，Ｇ，Ｂを形成するために同一工程を３回繰り返すことであり、これは必然的にコスト高となる。又工程が多ければ多いほど歩留りが低下するという問題も有している。
【００１０】
その上、第３の電着による方法による場合は、パターン形成が限定されるために、現状の技術ではＴＦＴカラーには適用できない。第４の方法においては解像性、平滑性が悪い等の問題が生じる場合があり、ファインピッチのパターンが形成できない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を改良するためにインクジェット方式を用いてカラーフィルタを製造する方法が種々提案されている。その例として特開昭５９−７５２０５、特開昭６３−２３５９０１、特開平１−２１７３０２、特開平４−１２３００５などがあるが、これらは問題を十分解決しているとは言えず、いまだ不十分である。
【００１２】
本発明の目的は、従来法の有する耐熱性、耐溶剤性、解像性等の必要特性を満足し、かつ、インクジェット適性をも満足し、さらに工程の短縮された安価なカラーフィルタを提供できる製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用インク及び該インクを用いるカラーフィルタの製造方法及び該方法により製造された信頼性の高いカラーフィルタを提供するものである。特に、インク着色層を用いる方法においては、従来から用いられているインク着色層では、耐熱性、及び耐溶剤性が低いために、ＩＴＯ形成工程、配向膜形成工程においてプロセス的な制約を受けることから、信頼性の高い液晶用カラーフィルタが製造困難となる。このような点から、基板上に直接印字可能な、あるいは耐熱性、耐溶剤性等の耐プロセス性を満たしておりインク受容能がそれほど高くない組成物上に印字可能な構成が望まれるものである。
【００１３】
このような点からは、特開平５−２２４００７に記載されているように、インク中にメラミン系の化合物を含有させているものがあるが、インクジェットヘッドによる吐出性に難点がある。
【００１４】
本発明の目的は、従来法の有する耐熱性、耐溶剤性、解像性等の必要特性を満足し、かつ、インクジェット適性をも満足し、さらに工程の短縮された安価なカラーフィルタを提供できる製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用インク及び該インクを用いるカラーフィルタの製造方法及び該方法により製造された信頼性の高いカラーフィルタを提供するものである。
【００１５】
本発明は前記課題を解決するために、インクジェット方式を用いて基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用のインクであって、該インクが、以下の構造単位（Ｉ）からなる単量体と他のビニル系単量体との共重合体を０．１〜１０重量％含む硬化可能なインクであって、共重合体中の（Ｉ）の化合物の含有量が１０〜８５重量％であることを特徴とする液晶カラーフィルタ用インク。
【００１６】
【化２】
但しＲ１ ＨまたはＣＨ３
Ｒ２ ＨまたはＣ１ 〜Ｃ５ のアルキル基
を提案するものである。
【００１７】
また本発明はインクジェット方式を用いてインクの吐出により基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法において、前記の液晶カラーフィルタ用インクを用いることを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法及びインクジェット方式を用いてインクの吐出により基板上に着色剤を配列させる製造方法において、まず基板上に直接、あるいは基板上に設けられた組成物上に、インクジェット方式を用いて前記のインクの吐出により着色剤を配列させた後、光照射、もしくは加熱を行なって着弾されたインクを硬化させることを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法である。
【００１８】
そして前記インクが、熱処理により硬化可能なインクであること、前記硬化可能なインクが光照射により硬化可能なインクであること、前記硬化したインク上に硬化可能な樹脂組成物層を形成すること、更には硬化可能な樹脂組成物層が光照射により硬化可能な樹脂組成物層であること、前記硬化可能な樹脂組成物層が熱処理により硬化可能な樹脂組成部層であることを含む。
【００１９】
また本発明は上記方法により製造された液晶用カラーフィルタである。
【００２０】
以下本発明を更に詳細に説明する。
【００２１】
本発明のインクはインクジェット方式を用いて基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用インクであって、インクジェット方式を用いてＲ，Ｇ，Ｂ（レッド、グリーン、ブラック）等の各色に着色した着色パターンを基板上に形成させるものである。本発明のインクは着色に用いる硬化可能なインクであって、前記の構造単位（Ｉ）からなる単量体の単独及び／又は他のビニル単量体との共重合体を少なくとも含んでいればよい。
【００２２】
インク中の上記単量体と他のビニル系単量体との共重合体は０．１〜１０重量％である。
【００２３】
この範囲の量より多ければインクジェットヘッドによる吐出性能の低下の問題が生じることがあり、この範囲の量より少なければ本発明による効果、即ち耐熱性、耐溶剤性等の性能が十分に発揮されない。
【００２４】
前記（Ｉ）で表される構造単位からなる単量体としては、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロポキシメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルメタクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられるが、これらに限られるものではない。これらの単量体は、単独、あるいは、他のビニル系単量体と共重合される。他のビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル、ヒドロキシメチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート等の水酸基を含有したビニル系単量体、その他スチレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、アリルアミン、ビニルアミン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等を挙げることができるが、もちろんこれらに限られるものではない。
【００２５】
共重合体中の前記式（Ｉ）の化合物の含有量は１０〜８５重量％である。前記（Ｉ）式の化合物の含有量が５％未満の場合は光照射していないインク吸収性が低下していない部分のインク吸収性が元々小さいため、インク中の色材分が十分に染着乃至吸着せず、後工程の色材分の染み出しの際、支障をきたしたり画素内での白抜けが起り易く好ましくない。
【００２６】
また前記（Ｉ）式の化合物が９５ｗｔ％を越えると光照射または光照射と熱処理により光照射部分のインク吸収性の低下の度合いが小さく、隣接画素間における混色が多発し好ましくない。
【００２７】
さらに、光硬化させる場合には、各種樹脂を、光開始剤を加えてもよい。
【００２８】
また、色材としては、染料系、顔料系いずれも用いることができる。またさらに、他の成分として、様々な市販の樹脂、添加剤を加えてもよく、インク中に固着等の問題を起こすものでなければとくに限られない。具体的には、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等が好適に用いられる。インクは上記各成分を水または公知の溶剤で混合溶解または分散させて常法により調整すればよい。
【００２９】
次に本発明の製造方法を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は本発明における液晶用カラーフィルタの製造方法を示したものであり、本発明の液晶用カラーフィルタの構成の１例が示されている。
【００３１】
本発明においては、基板として一般にガラス基板が用いられるが、液晶用カラーフィルタとしての透明性、機械的強度等の必要特性を有するものであればガラス基板に限定されるものではない。
【００３２】
図１（ａ）は、ガラス基板１上にブラックマトリクス２が形成された図を示したものである。尚、本発明による場合、図１（ｂ）に示したようにブラックマトリクス２上にさらに樹脂組成物層３、図１（ｃ）に示したようにガラス基板１上に樹脂組成物層３をコーティングし、その上にブラックマトリクス２が形成されているものであってもよい。本発明によれば、樹脂組成物層３はなくともよいが、着弾したインクの広がりを所望の径に調整する意味で存在させるのが好ましい。
【００３３】
また、この樹脂組成物層３に必要とされる特性については、ＯＨＰフィルム等程のインク受容性は要求されないが、耐熱性等の耐プロセス性は必要である。このような樹脂組成物層３としてはインクをはじく、いわゆる撥水性、撥油性がそれほど高くないもの、また、耐熱性等の耐プロセス性に優れているものであればよい。即ち、アクリル系、エポキシ系、イミド系などが好適に用いられるがこれらに限られるものではない。また、これらの樹脂組成物は熱、光硬化タイプのものを用いて印字後に硬化させてもよい。この樹脂組成物層３は、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等の方法により塗布されるがこれらに限られるものではない。もちろん、このような樹脂組成物層３は存在しなくともよく、図１（ａ）におけるブラックマトリクスパターンの中で、図１（ｄ）に示してあるように、インクがちょうど埋まり、いわゆるキャスティングのような形でＲ，Ｇ，Ｂパターンが形成されてもよい。また、ブラックマトリクス２上で各色インクが重ならない範囲で印字されていてもよい。もちろん図１（ｅ）のように、インクの受容層としての樹脂組成物を塗布し、その上に印字を行なってもよい。
【００３４】
前記のＲ，Ｇ，Ｂの各色のマトリックスパターンの着色には前述の液晶カラーフィルタ用インクが好適に用いられる。色材としては染料系、顔料系のいずれも用いることができる。さらに、インクジェットとしては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバルブジェットタイプ、あるいは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能であり、着色面積および着色パターンは任意に設定することができる。また、本例におけるブラックマトリクス形成方法としては、基板上に直接設ける場合は、スパッタもしくは蒸着により金属薄膜を形成し、フォトリソ工程によりパターニング、また、樹脂組成物上に設ける場合は、一般的なフォトリソ工程によるパターニングすることが挙げられるが、これらに限られるものではない。次いで、図１（ｆ）に示すように光照射、熱処理あるいは光照射と熱処理の両方を行なって印字部を硬化させる。この時、インク受容層としての樹脂組成物が硬化タイプのものであれば、同時に硬化させることが可能である。続いて図１（ｇ）に示したように、必要に応じて保護膜を形成する。保護層５としては、光照射または熱処理、あるいはこれらの両方により硬化可能な樹脂材料あるいは蒸着またはスパッタによって形成された無機膜等を用いることができ、カラーフィルタとした場合の透明性を有し、その後のＩＴＯ形成プロセス、配向膜形成プロセス等に耐えうるものであれば使用可能である。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
ブラックマトリクスの形成されたガラス基板上にアクリル−シリコングラフトポリマーからなる自己架橋熱硬化型樹脂組成物（東亜合成化学社製商品名サイマック４５０）を膜厚２ミクロンになるようにスピンコートし、風乾した。次いで、インクジェットプリンターによりＲ，Ｇ，Ｂのマトリクスパターンを着色した。インクとしては、Ｒ，Ｇ，Ｂ染料、水溶性有機溶剤および水、さらに、Ｎ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体（共重合比５０：５０）からなるものを用いた。このインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。このインクで着色した後、２００度、１時間の熱処理により印字部および樹脂組成物を硬化させた。さらにその上に、２液型の熱硬化型樹脂材料（日本合成ゴム社製商品名オプトマーＳＳ６６８８）を膜厚１ミクロンとなるようにスピンコートし、２３０度、３０分の熱処理を行なって硬化させることにより液晶用カラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００３６】
下表に用いたインクの組成を示した。
【００３７】
【表１】
染料 ５ ｇ
有機溶剤（Ｎ−メチルぴロリドン） ２０ ｇ
水 ７３ ｇ
共重合体 ２ ｇ
なお、Ｒ染料はＣ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔｒｅｄ２４０、Ｇ染料はＣ．Ｉ．ＡｃｉｄＧｒｅｅｎ１２、Ｂ染料はＣ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｌｕｅ２７３を用いた。
（実施例２）
実施例１において、インクとして、Ｒ，Ｇ，Ｂ染料、水、水溶性有機溶剤、さらに、Ｎ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルとヒドロキシエチルメタクリレートの３元共重合体（共重合比３０：２０：５０）からなるものを用いた。このインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。そして印字後に２００度、３０分間の熱処理により印字部ならびに樹脂組成物を硬化させたほかは実施例１と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００３８】
Ｒ，Ｇ，Ｂの各インクの組成を下表に示した。
【００３９】
【表２】
染料 ４ ｇ
共重合体 ４ ｇ
水 ８５ ｇ
有機溶剤（イソプロピルアルコール） ７ ｇ
なお、Ｒ染料、Ｇ染料、Ｂ染料は実施例１と同じものを用いた。
（実施例３）
実施例２のインクを用い、インク受容層としての樹脂組成物を塗布せず、インクを硝子基板上に直接印字したほかは実施例２と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
（実施例４）
ブラックマトリクスの形成されたガラス基板上にポリビニルピロリドンおよびビスアジド化合物からなる光硬化型樹脂組成物（東京応化工業ＮＯＮＣＲＯＮ）を膜厚２ミクロンになるようにスピンコートし、９０度、２０分間のプロベークを行なって光硬化可能な樹脂組成物層を形成した。次いで、インクジェットプリンターによりＲ，Ｇ，Ｂのマトリクスパターンを着色した。インクとしては、Ｒ，Ｇ，Ｂ染料、水溶性有機溶剤および水、さらに、Ｎ−メチロールアクリルアミドとスチレンとヒドロキシエチルアクリレートの３元共重合体（共重合比３０：４０：４０）、及び光開始剤として、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチルスルホネートからなるものを用いた。このインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。そして、このインクで着色した後、ＵＶ照射（ｄｅｅｐＵＶ１００ｍＪ／ｃｍ２ ）による全面露光、および、２００度、１時間の熱処理により印字部および樹脂組成物を硬化させた。さらにその上に２液型の熱硬化型樹脂材料を膜厚１ミクロンとなるようにスピンコートし、２３０度、３０分の熱処理を行なって硬化させることにより液晶用カラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００４０】
Ｒ，Ｇ，Ｂの各インクの組成を下表に示した。
【００４１】
【表３】
染料 ６ ｇ
共重合体 ２ ｇ
水 ７７ ｇ
有機溶剤（イソプロピルアルコール） ５ ｇ
有機溶剤（エチレングリコール） １０ ｇ
なお、Ｒ染料、Ｇ染料、Ｂ染料は実施例１と同じものを用いた。
（実施例５）
実施例４において、インク中のＲ，Ｇ，Ｂ染料をＲ，Ｇ，Ｂ顔料に変えたほかは実施例４と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。そしてこのインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
（実施例６）
実施例４のインクを用い、インク受容層としての樹脂組成物を塗布せず、インクを硝子基板上に直接印字したほかは実施例４と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００４２】
以上、実施例１〜６で作成されたカラーフィルタに混色、色ムラ等は観察されず、ＩＴＯ形成、配向膜の形成、液晶材料の封入等の一連の作業を行ない、カラー液晶駆動装置を作成した。このようにして作成されたカラー液晶駆動装置を用いて−２０度〜６０度の温度範囲にて連続１０００時間の駆動を行なったところ、障害は発生しなかった。さらに、ＯＨＰ上に設置し、連続１００００時間の投射駆動を行なったところ、透過率および色調の変化は確認されなった。
（比較例１）
実施例１においてインクとしてＮ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体を含まないインクを用い、ほかは全く実施例１と同様にしてカラーフィルタを作成した。
（比較例２）
実施例４においてインクとしてＮ−メチロールアクリルアミドとスチレンとヒドロキシエチルアクリレートの３元共重合体、及び光開始剤として、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチルスルホネートを含まないインクを用い、ほかは全く実施例４と同様にしてカラーフィルタを作成した。
【００４３】
以上、比較例１，２で作成されたカラーフィルタに混色、色ムラ等は観察されず、ＩＴＯ形成、配向膜の形成、液晶材料の封入等の一連の作業を行ない、カラー液晶駆動装置を作成した。このようにして作成されたカラー液晶駆動装置を用いて−２０度〜６０度の温度範囲にて連続１０００時間の駆動を行なったところ、５０度以上の高温にて障害が発生した。さらに、ＯＨＰ上に設置し、連続１００００時間の投射駆動を行なったところ、透過率の低下および色調の変化が確認された。
（比較例３）
実施例１においてインクとしてＮ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体のかわりにメラミン樹脂（住友化学製スミテックスレジンＭ−３）を含むインクを用い、ほかは全く実施例１と同様にしてカラーフィルタを作成した。
【００４４】
比較例３においては、インクの吐出性が非常に悪く、インクドット径が不安定なため、混色、白抜けが多量に発生した。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の液晶カラーフィルタ用インクを用いて液晶用カラーフィルタを製造することにより混色、色ムラのない液晶用カラーフィルタが得られると共に耐熱性、耐溶剤性、解像性等の必要特性を満足すると共にインクジェット適性をも満足し、安価で信頼性の高い液晶用カラーフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ブラックマトリクス
３ 樹脂組成物層
４ インク
５ 保護層
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェット方式を用いて基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法に好適に用いられる液晶カラーフィルタ用インク、該インクを用いる液晶用カラーフィルタの製造方法、及び該方法により製造された液晶用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年パーソナルコンピューターの発達、特に携帯用のパーソナルコンピューターの発達にともない液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にある。しかしながら更なる普及のためにはコストダウンが必要であり、特にコスト的に比重の高いカラーフィルタのコストダウンに対する要求が高まっている。
【０００３】
従来から、カラーフィルタの要求特性を満足しつつ上記要求に応えるべく種々の製造方法が試みられているが、いまだ全ての要求性能を満足する方法は確立されていないのが現状である。
【０００４】
以下に従来の製造方法を説明する。
【０００５】
もっとも多く用いられている第１の方法が染色法である。染色法はガラス基板上に染色用の材料である水溶性の高分子材料に感光剤を添加して感光化し、これをフォトリソグラフィー工程により所望の形状にパターニングした後、得られたパターンを染色浴に浸漬し着色パターンを得る。これを３回繰り返してＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ層を形成する。
【０００６】
次に多く用いられている第２の方法は顔料分散法であり近年染色法に取って変わりつつある。この方法は、まず基板上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをパターニングすることにより単色のパターンを得る。さらにこの工程を３回繰り返すことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のカラーフィルタ層を形成する。
【０００７】
第３の方法として電着法がある。この方法はまず基板上に透明電極をパターニングする。次に顔料、樹脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬し、第１の色を電着する。この工程を３回繰り返してＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ層を形成し、最後に焼成する。
【０００８】
第４の方法として、熱硬化性樹脂に顔料を分散させた塗料を用いて、繰り返し印刷により３色Ｒ，Ｇ，Ｂを塗り分ける。その後着色層である樹脂を加熱硬化させ着色層を形成する印刷法がある。又各方法とも着色層の上に保護層を形成するのが一般的である。
【０００９】
これらの方法に共通していることはＲ，Ｇ，Ｂを形成するために同一工程を３回繰り返すことであり、これは必然的にコスト高となる。又工程が多ければ多いほど歩留りが低下するという問題も有している。
【００１０】
その上、第３の電着による方法による場合は、パターン形成が限定されるために、現状の技術ではＴＦＴカラーには適用できない。第４の方法においては解像性、平滑性が悪い等の問題が生じる場合があり、ファインピッチのパターンが形成できない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を改良するためにインクジェット方式を用いてカラーフィルタを製造する方法が種々提案されている。その例として特開昭５９−７５２０５、特開昭６３−２３５９０１、特開平１−２１７３０２、特開平４−１２３００５などがあるが、これらは問題を十分解決しているとは言えず、いまだ不十分である。
【００１２】
本発明の目的は、従来法の有する耐熱性、耐溶剤性、解像性等の必要特性を満足し、かつ、インクジェット適性をも満足し、さらに工程の短縮された安価なカラーフィルタを提供できる製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用インク及び該インクを用いるカラーフィルタの製造方法及び該方法により製造された信頼性の高いカラーフィルタを提供するものである。特に、インク着色層を用いる方法においては、従来から用いられているインク着色層では、耐熱性、及び耐溶剤性が低いために、ＩＴＯ形成工程、配向膜形成工程においてプロセス的な制約を受けることから、信頼性の高い液晶用カラーフィルタが製造困難となる。このような点から、基板上に直接印字可能な、あるいは耐熱性、耐溶剤性等の耐プロセス性を満たしておりインク受容能がそれほど高くない組成物上に印字可能な構成が望まれるものである。
【００１３】
このような点からは、特開平５−２２４００７に記載されているように、インク中にメラミン系の化合物を含有させているものがあるが、インクジェットヘッドによる吐出性に難点がある。
【００１４】
本発明の目的は、従来法の有する耐熱性、耐溶剤性、解像性等の必要特性を満足し、かつ、インクジェット適性をも満足し、さらに工程の短縮された安価なカラーフィルタを提供できる製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用インク及び該インクを用いるカラーフィルタの製造方法及び該方法により製造された信頼性の高いカラーフィルタを提供するものである。
【００１５】
本発明は前記課題を解決するために、インクジェット方式を用いて基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用のインクであって、該インクが、以下の構造単位（Ｉ）からなる単量体と他のビニル系単量体との共重合体を０．１〜１０重量％含む硬化可能なインクであって、共重合体中の（Ｉ）の化合物の含有量が１０〜８５重量％であることを特徴とする液晶カラーフィルタ用インク。
【００１６】
【化２】
Ｒ２ ＨまたはＣ１ 〜Ｃ５ のアルキル基
を提案するものである。
【００１７】
また本発明はインクジェット方式を用いてインクの吐出により基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法において、前記の液晶カラーフィルタ用インクを用いることを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法及びインクジェット方式を用いてインクの吐出により基板上に着色剤を配列させる製造方法において、まず基板上に直接、あるいは基板上に設けられた組成物上に、インクジェット方式を用いて前記のインクの吐出により着色剤を配列させた後、光照射、もしくは加熱を行なって着弾されたインクを硬化させることを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法である。
【００１８】
そして前記インクが、熱処理により硬化可能なインクであること、前記硬化可能なインクが光照射により硬化可能なインクであること、前記硬化したインク上に硬化可能な樹脂組成物層を形成すること、更には硬化可能な樹脂組成物層が光照射により硬化可能な樹脂組成物層であること、前記硬化可能な樹脂組成物層が熱処理により硬化可能な樹脂組成部層であることを含む。
【００１９】
また本発明は上記方法により製造された液晶用カラーフィルタである。
【００２０】
以下本発明を更に詳細に説明する。
【００２１】
本発明のインクはインクジェット方式を用いて基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用インクであって、インクジェット方式を用いてＲ，Ｇ，Ｂ（レッド、グリーン、ブラック）等の各色に着色した着色パターンを基板上に形成させるものである。本発明のインクは着色に用いる硬化可能なインクであって、前記の構造単位（Ｉ）からなる単量体の単独及び／又は他のビニル単量体との共重合体を少なくとも含んでいればよい。
【００２２】
インク中の上記単量体と他のビニル系単量体との共重合体は０．１〜１０重量％である。
【００２３】
この範囲の量より多ければインクジェットヘッドによる吐出性能の低下の問題が生じることがあり、この範囲の量より少なければ本発明による効果、即ち耐熱性、耐溶剤性等の性能が十分に発揮されない。
【００２４】
前記（Ｉ）で表される構造単位からなる単量体としては、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロポキシメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルメタクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられるが、これらに限られるものではない。これらの単量体は、単独、あるいは、他のビニル系単量体と共重合される。他のビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル、ヒドロキシメチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート等の水酸基を含有したビニル系単量体、その他スチレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、アリルアミン、ビニルアミン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等を挙げることができるが、もちろんこれらに限られるものではない。
【００２５】
共重合体中の前記式（Ｉ）の化合物の含有量は１０〜８５重量％である。前記（Ｉ）式の化合物の含有量が５％未満の場合は光照射していないインク吸収性が低下していない部分のインク吸収性が元々小さいため、インク中の色材分が十分に染着乃至吸着せず、後工程の色材分の染み出しの際、支障をきたしたり画素内での白抜けが起り易く好ましくない。
【００２６】
また前記（Ｉ）式の化合物が９５ｗｔ％を越えると光照射または光照射と熱処理により光照射部分のインク吸収性の低下の度合いが小さく、隣接画素間における混色が多発し好ましくない。
【００２７】
さらに、光硬化させる場合には、各種樹脂を、光開始剤を加えてもよい。
【００２８】
また、色材としては、染料系、顔料系いずれも用いることができる。またさらに、他の成分として、様々な市販の樹脂、添加剤を加えてもよく、インク中に固着等の問題を起こすものでなければとくに限られない。具体的には、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等が好適に用いられる。インクは上記各成分を水または公知の溶剤で混合溶解または分散させて常法により調整すればよい。
【００２９】
次に本発明の製造方法を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は本発明における液晶用カラーフィルタの製造方法を示したものであり、本発明の液晶用カラーフィルタの構成の１例が示されている。
【００３１】
本発明においては、基板として一般にガラス基板が用いられるが、液晶用カラーフィルタとしての透明性、機械的強度等の必要特性を有するものであればガラス基板に限定されるものではない。
【００３２】
図１（ａ）は、ガラス基板１上にブラックマトリクス２が形成された図を示したものである。尚、本発明による場合、図１（ｂ）に示したようにブラックマトリクス２上にさらに樹脂組成物層３、図１（ｃ）に示したようにガラス基板１上に樹脂組成物層３をコーティングし、その上にブラックマトリクス２が形成されているものであってもよい。本発明によれば、樹脂組成物層３はなくともよいが、着弾したインクの広がりを所望の径に調整する意味で存在させるのが好ましい。
【００３３】
また、この樹脂組成物層３に必要とされる特性については、ＯＨＰフィルム等程のインク受容性は要求されないが、耐熱性等の耐プロセス性は必要である。このような樹脂組成物層３としてはインクをはじく、いわゆる撥水性、撥油性がそれほど高くないもの、また、耐熱性等の耐プロセス性に優れているものであればよい。即ち、アクリル系、エポキシ系、イミド系などが好適に用いられるがこれらに限られるものではない。また、これらの樹脂組成物は熱、光硬化タイプのものを用いて印字後に硬化させてもよい。この樹脂組成物層３は、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等の方法により塗布されるがこれらに限られるものではない。もちろん、このような樹脂組成物層３は存在しなくともよく、図１（ａ）におけるブラックマトリクスパターンの中で、図１（ｄ）に示してあるように、インクがちょうど埋まり、いわゆるキャスティングのような形でＲ，Ｇ，Ｂパターンが形成されてもよい。また、ブラックマトリクス２上で各色インクが重ならない範囲で印字されていてもよい。もちろん図１（ｅ）のように、インクの受容層としての樹脂組成物を塗布し、その上に印字を行なってもよい。
【００３４】
前記のＲ，Ｇ，Ｂの各色のマトリックスパターンの着色には前述の液晶カラーフィルタ用インクが好適に用いられる。色材としては染料系、顔料系のいずれも用いることができる。さらに、インクジェットとしては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバルブジェットタイプ、あるいは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能であり、着色面積および着色パターンは任意に設定することができる。また、本例におけるブラックマトリクス形成方法としては、基板上に直接設ける場合は、スパッタもしくは蒸着により金属薄膜を形成し、フォトリソ工程によりパターニング、また、樹脂組成物上に設ける場合は、一般的なフォトリソ工程によるパターニングすることが挙げられるが、これらに限られるものではない。次いで、図１（ｆ）に示すように光照射、熱処理あるいは光照射と熱処理の両方を行なって印字部を硬化させる。この時、インク受容層としての樹脂組成物が硬化タイプのものであれば、同時に硬化させることが可能である。続いて図１（ｇ）に示したように、必要に応じて保護膜を形成する。保護層５としては、光照射または熱処理、あるいはこれらの両方により硬化可能な樹脂材料あるいは蒸着またはスパッタによって形成された無機膜等を用いることができ、カラーフィルタとした場合の透明性を有し、その後のＩＴＯ形成プロセス、配向膜形成プロセス等に耐えうるものであれば使用可能である。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
ブラックマトリクスの形成されたガラス基板上にアクリル−シリコングラフトポリマーからなる自己架橋熱硬化型樹脂組成物（東亜合成化学社製商品名サイマック４５０）を膜厚２ミクロンになるようにスピンコートし、風乾した。次いで、インクジェットプリンターによりＲ，Ｇ，Ｂのマトリクスパターンを着色した。インクとしては、Ｒ，Ｇ，Ｂ染料、水溶性有機溶剤および水、さらに、Ｎ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体（共重合比５０：５０）からなるものを用いた。このインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。このインクで着色した後、２００度、１時間の熱処理により印字部および樹脂組成物を硬化させた。さらにその上に、２液型の熱硬化型樹脂材料（日本合成ゴム社製商品名オプトマーＳＳ６６８８）を膜厚１ミクロンとなるようにスピンコートし、２３０度、３０分の熱処理を行なって硬化させることにより液晶用カラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００３６】
下表に用いたインクの組成を示した。
【００３７】
【表１】
染料 ５ ｇ
有機溶剤（Ｎ−メチルぴロリドン） ２０ ｇ
水 ７３ ｇ
共重合体 ２ ｇ
なお、Ｒ染料はＣ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔｒｅｄ２４０、Ｇ染料はＣ．Ｉ．ＡｃｉｄＧｒｅｅｎ１２、Ｂ染料はＣ．Ｉ．ＤｉｒｅｃｔＢｌｕｅ２７３を用いた。
（実施例２）
実施例１において、インクとして、Ｒ，Ｇ，Ｂ染料、水、水溶性有機溶剤、さらに、Ｎ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルとヒドロキシエチルメタクリレートの３元共重合体（共重合比３０：２０：５０）からなるものを用いた。このインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。そして印字後に２００度、３０分間の熱処理により印字部ならびに樹脂組成物を硬化させたほかは実施例１と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００３８】
Ｒ，Ｇ，Ｂの各インクの組成を下表に示した。
【００３９】
【表２】
染料 ４ ｇ
共重合体 ４ ｇ
水 ８５ ｇ
有機溶剤（イソプロピルアルコール） ７ ｇ
なお、Ｒ染料、Ｇ染料、Ｂ染料は実施例１と同じものを用いた。
（実施例３）
実施例２のインクを用い、インク受容層としての樹脂組成物を塗布せず、インクを硝子基板上に直接印字したほかは実施例２と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
（実施例４）
ブラックマトリクスの形成されたガラス基板上にポリビニルピロリドンおよびビスアジド化合物からなる光硬化型樹脂組成物（東京応化工業ＮＯＮＣＲＯＮ）を膜厚２ミクロンになるようにスピンコートし、９０度、２０分間のプロベークを行なって光硬化可能な樹脂組成物層を形成した。次いで、インクジェットプリンターによりＲ，Ｇ，Ｂのマトリクスパターンを着色した。インクとしては、Ｒ，Ｇ，Ｂ染料、水溶性有機溶剤および水、さらに、Ｎ−メチロールアクリルアミドとスチレンとヒドロキシエチルアクリレートの３元共重合体（共重合比３０：４０：４０）、及び光開始剤として、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチルスルホネートからなるものを用いた。このインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。そして、このインクで着色した後、ＵＶ照射（ｄｅｅｐＵＶ１００ｍＪ／ｃｍ２ ）による全面露光、および、２００度、１時間の熱処理により印字部および樹脂組成物を硬化させた。さらにその上に２液型の熱硬化型樹脂材料を膜厚１ミクロンとなるようにスピンコートし、２３０度、３０分の熱処理を行なって硬化させることにより液晶用カラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００４０】
Ｒ，Ｇ，Ｂの各インクの組成を下表に示した。
【００４１】
【表３】
染料 ６ ｇ
共重合体 ２ ｇ
水 ７７ ｇ
有機溶剤（イソプロピルアルコール） ５ ｇ
有機溶剤（エチレングリコール） １０ ｇ
なお、Ｒ染料、Ｇ染料、Ｂ染料は実施例１と同じものを用いた。
（実施例５）
実施例４において、インク中のＲ，Ｇ，Ｂ染料をＲ，Ｇ，Ｂ顔料に変えたほかは実施例４と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。そしてこのインクを用いた場合、インクジェットによる吐出性は良好であった。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
（実施例６）
実施例４のインクを用い、インク受容層としての樹脂組成物を塗布せず、インクを硝子基板上に直接印字したほかは実施例４と全く同様にしてカラーフィルタを作成した。このように作成した液晶用カラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色、色ムラ等の問題は観察されなかった。
【００４２】
以上、実施例１〜６で作成されたカラーフィルタに混色、色ムラ等は観察されず、ＩＴＯ形成、配向膜の形成、液晶材料の封入等の一連の作業を行ない、カラー液晶駆動装置を作成した。このようにして作成されたカラー液晶駆動装置を用いて−２０度〜６０度の温度範囲にて連続１０００時間の駆動を行なったところ、障害は発生しなかった。さらに、ＯＨＰ上に設置し、連続１００００時間の投射駆動を行なったところ、透過率および色調の変化は確認されなった。
（比較例１）
実施例１においてインクとしてＮ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体を含まないインクを用い、ほかは全く実施例１と同様にしてカラーフィルタを作成した。
（比較例２）
実施例４においてインクとしてＮ−メチロールアクリルアミドとスチレンとヒドロキシエチルアクリレートの３元共重合体、及び光開始剤として、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチルスルホネートを含まないインクを用い、ほかは全く実施例４と同様にしてカラーフィルタを作成した。
【００４３】
以上、比較例１，２で作成されたカラーフィルタに混色、色ムラ等は観察されず、ＩＴＯ形成、配向膜の形成、液晶材料の封入等の一連の作業を行ない、カラー液晶駆動装置を作成した。このようにして作成されたカラー液晶駆動装置を用いて−２０度〜６０度の温度範囲にて連続１０００時間の駆動を行なったところ、５０度以上の高温にて障害が発生した。さらに、ＯＨＰ上に設置し、連続１００００時間の投射駆動を行なったところ、透過率の低下および色調の変化が確認された。
（比較例３）
実施例１においてインクとしてＮ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体のかわりにメラミン樹脂（住友化学製スミテックスレジンＭ−３）を含むインクを用い、ほかは全く実施例１と同様にしてカラーフィルタを作成した。
【００４４】
比較例３においては、インクの吐出性が非常に悪く、インクドット径が不安定なため、混色、白抜けが多量に発生した。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の液晶カラーフィルタ用インクを用いて液晶用カラーフィルタを製造することにより混色、色ムラのない液晶用カラーフィルタが得られると共に耐熱性、耐溶剤性、解像性等の必要特性を満足すると共にインクジェット適性をも満足し、安価で信頼性の高い液晶用カラーフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ブラックマトリクス
３ 樹脂組成物層
４ インク
５ 保護層
Claims (9)
- インクジェット方式を用いて基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法に用いられる液晶カラーフィルタ用インクであって、該インクが、以下の構造単位（Ｉ）からなる単量体と他のビニル系単量体との共重合体を０．１〜１０重量％含む硬化可能なインクであって、共重合体中の（Ｉ）の化合物の含有量が１０〜８５重量％であることを特徴とする液晶カラーフィルタ用インク。
Ｒ2 ＨまたはＣ1 〜Ｃ5 のアルキル基）。 - インクジェット方式を用いてインクの吐出により基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法において、該インクとして請求項１に記載の液晶カラーフィルタ用インクを用いることを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法。
- インクジェット方式を用いてインクの吐出により基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィルタの製造方法において、まず、基板上に直接、あるいは基板上に設けられた組成物上に、インクジェット方式を用いて請求項１記載のインクの吐出により着色剤を配列させた後、光照射、もしくは加熱を行なって着弾されたインクを硬化させることを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法。
- 前記インクが、熱処理により硬化可能なインクである請求項２に記載の液晶用カラーフィルタの製造方法。
- 硬化可能なインクが、光照射により硬化可能なインクである請求項２に記載の液晶用カラーフィルタの製造方法。
- 硬化したインク上に、硬化可能な樹脂組成物層を形成する請求項２乃至４のいずれか１項に記載の液晶用カラーフィルタの製造方法。
- 硬化可能な樹脂組成物層が、光照射により硬化可能な樹脂組成物層である請求項６に記載の液晶用カラーフィルタの製造方法。
- 硬化可能な樹脂組成物層が、熱処理により硬化可能な樹脂組成物層である請求項６に記載の液晶用カラーフィルタの製造方法。
- 請求項２乃至８のいずれか１項に記載の方法により製造された液晶用カラーフィルタ。
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