JP4078785B2 - カラーフィルター用中間品の作製方法、カラーフィルターの作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルター用中間品の作製方法、カラーフィルターの作製方法に関し、詳しくはカラー液晶ディスプレー、カラービデオカメラ、イメージスキャナー、パーソナルコンピューターなどに使用されている画像表示装置あるいはＣＣＤデバイス等に使用されている画像入力装置（撮像装置を含む）に用いるカラーフィルター用中間品の作製方法、カラーフィルターの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用パーソナルコンピューターの急速な発展に伴い、液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にあり同時に装置のコストダウンも要求され、特にコストの高いカラーフィルターのコストダウン要求が高まっている。即ち製造工程が短く歩留まりが良く、優れた品質のカラーフィルター及びその製造方法が望まれているが、未だに満足できるものは実現できていない。
【０００３】
例えばＬＣＤ用のカラーフィルターは、ブルー（Ｂ）、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）の３色フィルターを適当に配列して作製する。各色のフィルターが各画素を形成し、一つの画素が形成するセルの大きさは（６０μｍ〜１００μｍ）×（１８０μｍ〜３００μｍ）程度であり、各画素セルは表面反射を防ぐため高さ１〜２μｍの黒い隔壁、即ち、ブラックマトリックス（以下、ＢＭとも言う）で囲まれている。
【０００４】
カラーフィルターは単純な構造であるが製造工程が複雑で長いため、収率が低くコストが高くなり低コストで高品位なカラーフィルターが望まれている。
【０００５】
以下、従来の製造法に就いて説明する。
【０００６】
最も多く使われている例えばＬＣＤ用カラーフィルターの第１の製造法は、染色法である。この方法は、支持基板上に可染性の感光性高分子膜を形成し、フォトリソグラフィーによりフィルター形状に合わせてパターニングし出来上がったパターンを染色する。この操作を３回繰り返し保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【０００７】
第２の方法が顔料分散法である。この方法は支持基板上に顔料を分散した感光性樹脂膜を形成し、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。この操作を３回繰り返し、更に、保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【０００８】
第３の方法が電着法である。この方法は支持基板上に電極でフィルターのパターンを形成する。次に、顔料、樹脂及び溶剤を含有する電着塗装液に浸漬し、電極に通電して第一色を電着する。この操作を３回繰り返し、保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【０００９】
第４の方法が印刷法である。この方法は熱硬化性樹脂に顔料を分散してガラス基板上に印刷する。この操作を３回繰り返し、保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【００１０】
これら従来の方法に共通している問題点は、Ｂ、Ｇ、Ｒ３色を着色するため、感光性樹脂のスピンコート、露光、現像や、電着、印刷等の工程を３回繰り返す必要が有り、材料の無駄が多く工程が長いため、汚染の機会が増え、歩留まりが低下し、コストが高くなるという欠点を有していることである。更に、電着法では電極上に色素を析出させるので、電極パターンを電気的につなげる必要があり、フィルターのパターン形状が限定されるため、現状ではＴＦＴ用には適用が困難である。また、印刷法、例えばオフセット印刷は、インクを２回転写するので転写パターンの解像度が悪く、ファインピッチパターンの形成が難しく、フィルター表面に凹凸を生じるので表面を平坦化処理する必要がある。
【００１１】
これらの欠点を解決するため、インクジェット方式を用いたカラーフィルターが提案されている。これは従来法と異なり、Ｂ、Ｇ、Ｒの各色を基板上にノズルから噴射して着色層を形成する方法である。この方法によれば、必要な場所に必要な量のインクを必要な時に付着させることが出来るのでインクが無駄にならない。又、Ｂ、Ｇ、Ｒの着色層を同時に形成するので、製造プロセスが短縮され大幅なコストダウンが可能になる。
【００１２】
しかし、インクジェット方式で支持基板に形成した画素形成部（以下、凹部と呼ぶことがある。）にインクを吐出して着色層を形成する時、支持基板は布や紙と異なりインクを吸収しないので一つの画素（凹部）からインクが溢れ出し、隣りの画素（凹部）のインクと混色し易い。また、使用するインクの物性値、例えば表面張力や粘度等が支持基板の物性値、例えば表面自由エネルギーと適合しないと着色層が弾かれて、フィルター層の膜厚に偏りが生じ色濃度が不均一になったり白抜けが発生し易い。更に、着色層の表面が荒れ易いので液晶層と均一に接触出来なくなる等の問題がある。
【００１３】
インクジェット法は、従来法に比べて遙かに能率が高く材料の無駄が少ないので低コストでカラーフィルターを製造出来るが、上述の様に凹部間でインクが混合しやすく、又凹部内でインク濃度が不均一になったり、特に大きな問題は凹部の一部や凸部と凹部の境界でインクが欠けたり、白抜けが発生し易い欠点を持っている。
【００１４】
このため、凹部と凹部の間でインクが混合しない様に、一つの凹部に吐出したインクがブラックマトリックス部（以下、凸部と呼ぶことがある。）の表面を乗り越えて隣りの凹部に侵入しない様にすることが望ましい。更に、凹部ではインクが均一に広がる様になることが好ましい。
【００１５】
そこで、支持基板の表面を処理して凸部には撥インク性を凹部には親インク性を持たせる処理が行われる。しかし、親インク性の凹部を撥インク性の凸部で取り囲むことになるので、凹部内でインクが均一に広がっても凸部と接触する部分ではインクが弾かれて、凹部の周辺で色濃度が低下したり、白抜けを発生し易いので、表示される色画像のコントラストが低下する問題がある。
【００１６】
この様に、インクジェット法によりカラーフィルターを製造するには、支持基板（ガラス基板）を撥インク領域と親インク領域に正確に細かく分割して処理することが好ましく行われる。例えば、特開平９−２３０１２３号、特開平７−３５９１６号、特開平４−１２３００５号には感光性材料と低エネルギー表面を形成出来る材料、例えば、フッ素樹脂やシリコン樹脂を支持基板全面に重層塗布し、凹部又は凸部に合わせたパターンを通して紫外線を照射し、現像して凹部からフッ素樹脂やシリコン樹脂を取り除き、凸部にはこれらを残して凹部にインクを吐出し、カラーフィルターを形成する方法が記載されている。
【００１７】
この方法は、フォトリソグラフィー技術を使用するので、凹部と凸部にそれぞれに正確に親インク性と撥インク性を持たせることが出来るが、凹部と凸部の境界でインクが弾かれて色素濃度が低下したり、白抜けが出るので、表示される画像のコントラストが低下し易い。また、凹部のガラス面は高い表面自由エネルギーを持つので、インク親和性が高いが、低表面エネルギー材料であるフッ素やシリコンを処理中に吸着し易く、凹部の親インク性が失われ易い。このため、凹部のガラス面をフッ化水素酸やレーザー等でエッチングして、これらの汚染物を取り除く必要がある。更に、凸部にフッ素樹脂やシリコン樹脂があると、保護膜を弾いて塗布出来ないので、取り除かねばならない。このため、プロセスが複雑で工程が多く、極めて煩雑である。
【００１８】
この他、例えば特開平８−２０１６１５号、特開平８−２２７０１２号、特開平８−２３０３１４号等に開示されている方法は、支持基板上に感光性樹脂を塗布し、凸部又は凹部の形に合わせたマスクを通し、紫外線を照射して、光が当たった部分と当たらなかった部分で、インクの吸収性に差が生じることを利用して凹部間でのインクの混合を防ぐ方法である。しかし、光照射の有無ではインク吸収性の差を十分に付けることができず、凹部間のインク混合を十分に防げない。又、インク吸収層を設けるので、解像度の低下や、コスト高の原因となる。この方法もプロセスが複雑で工程が多く極めて煩雑である。
【００１９】
凸部と凹部の境界に於けるインク濃度の低下や白抜けを防ぐため、例えば特開平９−１２７３２７号に記載の方法は凸部の側面の撥インク性を少し低下させている。
【００２０】
また、特開平９−２５８２０８号に記載の方法は凸部を２層構成にして下層の撥インク性を低くしている。これらの方法はフォトポリマーとフッ素化合物を組み合わせて使用するので、煩雑で長い複数のプロセスが必要で経済的な不利益が大きく、資源の浪費にもつながる。
【００２１】
特開平１０−１１５７０３号に記載の方法は、凸部に対するインクの後退接触角を５０°以下にすることで境界での接触角を下げ、インクメニスカスの形を平坦にして色ムラや色抜けを防止している。しかし、後退接触角が５０°以下ではまだ接触角が大きすぎ、メニスカスの形状を十分に平坦化できないので好ましくない。
【００２２】
特開平９−３２９７０６号に記載の方法は凸部の下部を親水性の酸化シリコンで、上部を疎水性のアモルファスシリコンで形成している。これは、プラズマＣＶＤの様な高価な装置が必要であり好ましくない。
【００２３】
この様に、インクジェット法により高精度のカラーフィルターを製造するには、支持基板を処理して凹部に親インク性を、凸部に撥インク性を与え、更に、凹部と凸部の繋ぎ目に極端な濡れ性の変化を与えない技術が極めて重要な課題となってくるのである。
【００２４】
カラーフィルター用支持基板は樹脂にカーボンブラックを混合し、ガラス上に塗布して凸部を形成することが好ましい。凹部は例えばガラス面が好ましく、ガラス面の場合は、高い表面自由エネルギーを持つから、特に親インク処理しなくとも低表面エネルギー材料による汚染を除けばインクの濡れ性は良い。
【００２５】
しかし、凸部は樹脂で形成され、樹脂は通常例えば中程度の表面自由エネルギーを持つから、インク、特に低い表面自由エネルギーを持つ溶剤系インクがその上を乗り越えて移動することを防止出来ない。このため、低い表面自由エネルギーを与えるフッ素やシリコン化合物で凸部を処理して、凸部に撥インク性を与えることが好ましいとされている。
【００２６】
従来の方法は、フォトリソグラフィー技術を使用するので、凸部表面を正確に撥インク処理することが出来るが、凸部と凹部のつなぎ目で起こる極端な濡れ性変化によるインクの弾きを十分に解決出来ていない。更に、フォトリソグラフィー技術は、スピンコート、露光、現像、凹部の汚染除去、表面処理材の除去等の長い工程が必要になり、コストが高くなる欠点を有している。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、長い処理プロセスを必要とすると共に凸部と凹部の繋ぎ目で起こるインクの弾きを十分に防ぎ得ないという従来の方法の問題点を解決する技術を、先に特願平２０００−５１７６３号において提案した。
【００２８】
かかる先提案技術は、極めて簡単な方法で、支持基板の表面を処理して、インクの凸部乗り越えを防止し、凹部にインクを均一に広がらせ、凹部と凸部の間で起こるインクの弾きを防止出来る技術で、インク着色層の色濃度の均一性が良好で、カラー液晶ディスプレイ、カラービデオカメラ、イメージスキャナー、パーソナルコンピューター等の画像表示装置や画像入力装置（撮像装置を含む）用に欠陥の無いカラーフィルター及び生産性の高い安価なカラーフィルターを作製する方法を提供するものである。
【００２９】
かかる先提案技術について更に研究を継続したところ、新たな課題があることが判った。即ち、インクに実質的に溶解する界面活性剤の溶液を室温にてスピンコートして得られた表面処理済みの支持基板にインクを染着した時に、例えば、表面処理後からインク染着作業開始までの時間がかかるにつれて、得られたカラーフィルターにインク弾きの欠陥が見られるようになり、表面処理後からインク染着作業を開始するまでの時間の相違によって品質にバラつきがあることが判った。
【００３０】
研究の結果、表面処理直後にインク染着作業を行えば、インク弾きのない良好なカラーフィルターが得られる可能性があることが判っているが、製造ラインの関係上困難であるし、インク染着作業のみを別の作業場にて行う場合もあり、表面処理直後にインク染着作業を行うことは実際上不可能に近い。
【００３１】
そこで、本発明は、表面処理後からインク染着までの時間に影響されることなく、インク弾きの問題のない高品質のカラーフィルターを得ることのできるカラーフィルター用中間品の作製方法及びカラーフィルターの作製方法を提供することを課題とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
【００３３】
１．ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の加熱処理工程を経ることを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
２．ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の温度、２分間以上６０分間以下の時間の加熱処理工程を経ることを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
３．ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の加熱処理工程を経ることにより、前記ブラックマトリックス部に対するインクの前進接触角が、インク付着直後はインクの付着すべき画素形成部の該支持基板表面に対する前進接触角よりも大であって、時間経過と共に低下し、インク付着後２分以内に該画素部の支持基板に対するインクの前進接触角より１０°大きい値以下の値まで低下するように成すことを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
４．前記界面活性剤としてフッ素系界面活性剤を２種類以上使用することを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
５．前記界面活性剤としてインク中の有機溶剤に実質的に溶解する界面活性剤及びインク中の有機溶剤に実質的に溶解しない界面活性剤を使用することを特徴とする前記１乃至４の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
６．前記実質的に溶解する界面活性剤と前記実質的に溶解しない界面活性剤の使用割合が１０００：１〜１：１の範囲になるように処理することを特徴とする前記１乃至５の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
７．前記実質的に溶解する界面活性剤と前記実質的に溶解しない界面活性剤の使用割合が５００：１〜５：１の範囲になるように処理することを特徴とする前記６に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
８．前記ブラックマトリックス部が樹脂であり、前記画素形成部がガラスであることを特徴とする前記１乃至７の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
９．前記インクは、有機溶剤を含むことを特徴とする前記１乃至８の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
１０．前記界面活性剤で処理する前に、前記カラーフィルター用支持基板を純水洗浄して紫外線オゾン洗浄することを特徴とする前記１乃至９の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
１１．前記１乃至１０の何れか１項に記載の作製方法により作製されたカラーフィルター用中間品の画素形成部にインクを付着させることを特徴とするカラーフィルターの作製方法。
１２．画素形成部にインクを付着する際に、インクジェット方式により着色することを特徴とする前記１１記載のカラーフィルターの作製方法。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
【００４３】
本発明者は、鋭意検討の結果、界面活性剤を使用して表面を改質する処理を施した後に、加熱による安定化を試みたところ、１００℃以上３００℃以下の加熱処理で十分安定化でき、界面活性剤による表面処理後からインク染着までの時間に関係なく、欠陥のないカラーフィルターを作製できることを見出し、本発明に至った。
【００４４】
本発明の理論は定かでないが、例えばインクに実質的に溶解する界面活性剤のインクに対する濡れ性を安定維持させる上で、加熱処理が寄与しているもので、基板表面への界面活性剤の吸着や配向を促していると推定される。
【００４５】
また、インクに実質的に溶解する界面活性剤とインクに実質的に溶解しない界面活性剤を併用した場合は、本発明の加熱処理により両者の競合吸着又は競合配向を加速安定化することができたものと推定される。
【００４６】
本発明における加熱処理工程では、オーブン、ホットプレート、クリーンオーブン、ブロックヒーター、電気温風器等の他、通常の恒温器、恒温槽等の手段を採用できるが、特に限定されない。
【００４７】
加熱温度は１００℃以上３００℃以下の範囲であり、１００℃未満では、加熱の効果が現れず、３００℃を越えるとブラックマトリックス素材の変質等の悪影響を与えることがあり、好ましくない。
【００４８】
加熱時間は、２分間以上６０分間以下の範囲が短時間で安定化する観点から好ましく、より好ましくは２分間以上２０分間以下である。
【００４９】
本発明において、加熱処理に先だって実施されるブラックマトリックス形成後の支持基板の表面改質処理に使用される界面活性剤は、インクに実質的に溶解する界面活性剤を単独で、或いはインクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を併用し、更に併用する場合、同時又は逐次的に使用する。
【００５０】
本発明で活性剤がインクに実質的に溶解しないとは、インク中の不揮発成分を除く全溶媒に対する活性剤の溶解度が０．１％未満のものをいう。またインクに実質的に溶解するとは、インク中の不揮発成分を除く全溶媒に対する活性剤の溶解度が０．１％以上のものをいう。
【００５１】
溶解する（溶解しやすい）活性剤と溶解しない（溶解しにくい）活性剤を併用する場合には、その使用する割合が重要である。好ましい範囲は、（溶解しやすい活性剤）／（溶解しにくい活性剤）＝１０００／１〜１／１である。より好ましくは、５００／１〜５／１であり、この比率が１０００を越えると、例えばインク滴の付着直後に接触角が急低下し、凹部間でインクの混合が起り易く好ましくない。この比率が１未満であると、例えば着滴後、時間が経過しても接触角が低下しにくく、凹部の周辺で色濃度の低下や白抜けが起こり易く好ましくない。
【００５２】
インクに実質的に溶解する界面活性剤とインクに実質的に溶解しない活性剤を併用する場合において、前記加熱処理工程を経ることにより、表面改質状態がカラーフィルターの作製に適合した状態から乖離する場合においては、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤の量比を調整すればよい。具体的にはインクに実質的に溶解する界面活性剤の量を増量するか、あるいはインクに実質的に溶解しない界面活性剤を減量すればよい。
【００５３】
本発明で用いる界面活性剤はフッ素系界面活性剤類、アニオン系、カチオン系及びノニオン系活性剤類、ベタイン系活性剤類及びアルキルエーテル類のいずれのタイプでもよく、又低分子のものでも高分子のものでも、異なる種類のものを併用しても良い。
【００５４】
好ましい界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤である。以下にその具体例の一部を示す。
【００５５】
パーフルオロアルキルカルボン酸及び塩
パーフルオロアルキル燐酸エステル
パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩
パーフルオロアルキルベタイン
パーフルオロアルキルアミンオキシド
パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物
パーフルオロアルキル含有オリゴマー
【００５６】
本発明で、インクに実質的に溶解する界面活性剤とインクに実質的に溶解しない界面活性剤の組合せとして特に好ましいのは、パーフルオロアルキル燐酸エステル型活性剤（インク中の有機溶剤、例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートに対する溶解度が０．１％未満）と、パーフルオロアルキル含有オリゴマー型活性剤（インク中の有機溶剤、例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートに対する溶解度が０．１％以上）の組み合わせである。
【００５７】
本発明の表面改質処理では、凸部と凹部が形成された支持基板に、界面活性剤を、それがインクに対する溶解性が異なる界面活性剤の場合であっても、単にガラス基板に塗布するだけで良く、フォトリソグラフィー技術を使用して凸部と凹部を塗り分ける必要が無いので、感光性樹脂を塗布したりマスク露光や現像と言った面倒な操作が不要となる。
【００５８】
即ち、例えばパーフルオロアルキル基と長鎖の親油基を結合した構造を持つインク中の有機溶剤に溶解し易い活性剤と、パーフルオロアルキル基と親水基を結合した構造を持つインク中の有機溶剤に溶解し難い活性剤を混合するか、それぞれ個別に支持基板上に塗布するだけで良い。
【００５９】
塗布液は、水、アルコール等の溶媒、あるいは必要に応じて種々の溶媒が用いられる。塗布はディップ塗布をはじめとして、回転塗布機等のスピンコート等も好ましく用いられる。
【００６０】
表面改質のメカニズムは必ずしも明らかではないが、本発明者らは次のように考えている。インク中の有機溶剤に溶解し易い界面活性剤は親油性が強いので、凹部の親水性の強いガラス面より凸部の親油性の強い樹脂面に吸着され易い。一方、インク中の有機溶剤に溶解しにくい界面活性剤は、親水性が強いので凸部より凹部のガラス面に吸着され易い。
【００６１】
結果的には活性剤と基板の特性差が発現された形となって、凸部と凹部で特性の異なる活性剤がそれぞれ選択的に吸着される割合が異なり、自発的に表面特性をコントロール出来るのである。これによって従来の面倒なパターニングを行わなくとも凸部は撥インク性が高く、凹部は撥インク性が低くなると考えられる。
【００６２】
また、凸部と凹部の境界では、従来法とは異なり、濡れ性が極端に変化しない特徴もある。考察すると、凸部と凹部の境目では、インクが凸部の側壁で弾かれて濃度低下や白抜けが起こり易いが、経時によりインク中の有機溶剤に溶解し易い活性剤が、凸部側壁からインク中に溶け出して凸部の側壁とインク間の界面張力を低下させるので、凸部と凹部の境で形成されるインクメニスカスの形が、強い凸形から平坦形になり、この部分で色素濃度が低下したり白抜けが生じることは無いと考えられる。
【００６３】
ここでいう経時とは、インク着滴後数分以内に基板に塗布した活性剤がインク中に溶解してインクが濡れ広がれる様５分以内が好ましく、より好ましくは２分以内である。活性剤の溶解に時間がかかると、溶剤が揮発してインク粘度が上昇し、インクが広がりにくくなる傾向がある。
【００６４】
本発明では、インクの凹部（画素形成部の支持基板表面）に対する接触角との関係においてより掘り下げて検討すると、本発明は凸部と凹部を持つカラーフィルター用支持基板の該凸部に対するインクの前進接触角（凸部に対する接触角）が、インク付着直後は凹部に対する前進接触角（凹部に対する接触角）よりも大であって、時間経過と共に低下し、インク付着後２分以内に該画素形成部の支持基板に対するインクの前進接触角（凹部に対する接触角）より１０°大きい値以下の値まで低下するように前記支持基板を表面改質処理することが重要である。かかる特性は本発明の加熱処理工程が付加されても維持されるように適用する界面活性剤の量や量比が調整されればよい。
【００６５】
本発明は、従来得られなかった高品質のカラーフィルター用中間品を得ることが出来、更に、そのようにして得られた中間品の画素形成部にインクを付着させることによって高品質のカラーフィルターを得ることが出来るものであり、凸部と凹部の関係から本発明の思想の範囲で材料を適宜選択すればよい。選択によっては溶媒が有機溶媒であったり、水系溶媒であったり、インクジェットインクが水系であったり油系であったりすることができ、それによって界面活性剤を選択すればよい。これは言うまでもなく、支持基板を有機高分子材料や、ＰＥＴやＴＡＣのフィルムに変えても当然のことである。何れにしろ、本発明の技術思想はインクジェットによるカラーフィルター作製において、画素を形成すべきインクが着滴後から時間の経過により、凸部への濡れ性を制御してインクが広がるよう工夫したところにある。
【００６６】
すなわち、従来技術では凸部を撥インク処理してインク液の接触角を凹部に比べて極めて大きくすることによりインクが付着しにくくすることが推奨されており、インク付着後もその状態を保っているため、凹部周辺（凸部の際）にインクが不足しがちで均一に充填されないことが多かった。
【００６７】
本発明ではこの点が大幅に改良され、インク付着後の時間と共にインクが凸部の特に側壁に濡れ易くなってなじむために、インクの平坦化が進み、白抜けのない均一なインク層が得られる。
【００６８】
このとき、インクの凸部に対する接触角は、凹部に対する接触角より１０°大きい値より小さくなれば良く、インクや使用する界面活性剤の種類によっては、凹部に対する接触角よりも小さくなるような条件をあえて選択することによって更に好結果を与える場合もあることも確認された。このような接触角の逆転が有効であるという事実は予想外の発見であり、従来技術では全く考えられていなかった。
【００６９】
更に、カラーフィルターには、必要に応じて保護層を設けることができる。保護層としては、光や熱などのエネルギー線硬化タイプの樹脂材料、蒸着やスパッタなどによって形成された無機膜などを用いることができ、カラーフィルタとして影響を与えないような透明性を有し、その後のＩＴＯ形成プロセスや配向膜形成プロセスなどに耐えうるものであれば使用可能である。
【００７０】
本発明において、界面活性剤で処理する前、基板を純水洗浄して更に紫外線とオゾンで洗浄することが好ましい。
【００７１】
紫外線は、有機物の化学結合を破壊出来るエネルギーを有している。又、紫外線は、空気中の酸素からオゾンを発生させることが出来る。紫外線は、有機物から水素原子を引き抜き不安定化した有機性汚染物をオゾンで酸化分解するので、極めて有効に汚染物を除去出来る。
【００７２】
使用する紫外線ランプは、オゾンを効率良く発生する２００ｎｍ付近の短波長紫外線を放射できる低圧水銀ランプが好ましい。
【００７３】
本発明の界面活性剤を適用するプロセスは、基板上に凸部（ＢＭ）を形成した後、界面活性剤を塗布する前に、純水による基盤洗浄、乾燥、紫外線オゾン洗浄を施すと更に好結果をもたらすことがある。この純水洗浄後の乾燥には温風を用いても良いが、赤外線乾燥が、乾燥ムラを生じにくく、時間短縮もできて好結果を与える。
【００７４】
また、紫外線オゾン洗浄方法は当業界では一般的に用いられる方法である。これらの前処理により、表面の濡れの均一性を増すことが出来、本発明における界面活性剤適用以降のインク染着の欠陥を軽減する効果をもたらすことがある。
【００７５】
本発明に使用する支持基板には、ブラックマトリックスが樹脂である場合、無アルカリ硝子等のガラス板が好ましいが、これに限定されず、ブラックマトリックスの材質によってはＴＡＣ（トリアセテートセルロースフィルム）、ＰＥＴ、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、アクリル等の樹脂基板も使用することが出来る。フレキシブルな基板を用いる場合は、軽量で曲面である表示装置に適して好ましく用いられ、ガラス基板は寸度安定性が優れ好ましい。
【００７６】
本発明において、ブラックマトリックス、即ち、凸部はその高さが約１μｍ、幅が約１０〜２０μｍと高さが極めて低く幅も狭く、例えばカーボンブラックを含有する樹脂で形成されることが好ましい。樹脂としては、ネガ型もしくはポジ型の公知の感光性樹脂が好ましい。例えば、光架橋系感光性樹脂組成物、光重合系感光性樹脂組成物、ジアゾ化合物を含む感光性組成物、Ｏ−キノンジアジド化合物を含む感光性組成物等が挙げられる。バインダー樹脂は環化ゴム、ポリ（メタ）アクリレート、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、ポリビニル樹脂等の各種ビニル系共重合樹脂、アクリル系共重合樹脂、等が挙げられる。
【００７７】
本発明において、画素形成部にインクを付着する際には、インクジェット方式により着色することが好ましい。
【００７８】
インクに使用する溶剤は、有機溶剤が好ましく、中でもイミダゾリジノン誘導体、多価アルコール誘導体、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のジエチレングリコール誘導体またはエチレングリコール誘導体等の有機溶剤が好ましい。
【００７９】
本発明のカラーフィルターは、上述したカラーフィルターの作製方法により作製されたものである。このようにして作製された本発明のカラーフィルターは、カラー液晶ディスプレイ、カラービデオカメラ、イメージスキャナー、パーソナルコンピューター等の画像表示装置に用いるほか、ＣＣＤデバイス等の画像入力装置（撮像装置を含む）に用いることができ、それら画像表示装置や画像入力装置に適用すると極めて優れた画像を得ることが出来る。また、カラーフィルターに起因する画像欠陥がなく、総合的画像として優れ、また装置としても優れている。
【００８０】
【実施例】
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。
【００８１】
比較例１
厚さ１ｍｍの無アルカリ硝子板に、ネガ型の感光性樹脂（（株）東京応化製「ＯＭＲ８３」）にカーボンブラックを混合して、厚さ１．５μｍに成る様にスピンコートする。
【００８２】
次いで、紫外線パターン露光し、現像して、凸部と凹部を有する支持基板を作り、１００℃で、３０分間硬化させる。
【００８３】
インク（主溶剤：ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート）に実質的に溶解する界面活性剤１（以下、単に、活性剤１ともいう。）と、実質的に溶解しない界面活性剤２（以下、単に、活性剤２ともいう。）をそれぞれ０．１６％、０．０２％になるようにエタノールに溶解した混合溶液を前記支持基板全面にスピンコートする。以上のようにして、カラーフィルター用中間品を得た。
【００８４】
活性剤１は（株）旭硝子製の「サーフロンＳ−３８１」、活性剤２は（株）旭硝子製の「サーフロンＳ−１１２」を使用した。
【００８５】
ここではエタノール溶媒はスピンコートと同時に室温で乾燥するため、上記の中間品を直ちに次の染着プロセスに移し、ピエゾヘッドを有するインクジェットプリンタを使用して８０×２４０μmのセルそれぞれに、Redインク（９．２cp、３２dyne/cm）、Blueインク（８．９cp、３１dyne/cm）、Greenインク（９．１cp、３１dyne/cm）をそれぞれ２０滴（７ピコリットル/滴）の割合で吐出染着して、加熱乾燥後、紫外線硬化させて所定の３色フィルターを形成する。
【００８６】
ここで、実験のための染着面積は比較的小面積とし、活性剤塗布乾燥から染着するまでの室温放置時間を追ってテスト用フィルターを作製し、カラーフィルターの仕上がり状態を目視評価したところ、表１のような結果が得られた。
【００８７】
【表１】
【００８８】
表１より、活性剤塗布直後は欠陥のない３色のカラーフィルターが得られたが、染着までの時間と共にインク弾きが増加していき約１時間で安定領域にはいっていることが確認された。
【００８９】
比較例２
活性剤１として（株）旭硝子製の「ＳＣ−１０１」を０．０５％、活性剤２として（株）旭硝子製の「Ｓ−１１１」を０．００６％の酢酸エチル溶媒混合溶液を用いた以外は、比較例１と同様の操作でカラーフィルター用中間品を作製し、次いで、得られた中間品に同様にインク染着し、活性剤塗布後の放置時間を追って３色フィルターを作製し、同様に評価し、その結果を表２に示す。
【００９０】
【表２】
【００９１】
表２により、活性剤の種類を代えても、時間と共にインク弾きが増加しており、約２時間で安定領域にはいっていることが確認された。
【００９２】
実施例１
比較例１において、活性剤の混合濃度を調整し、活性剤１を０．３％、活性剤２を０．００２％としたエタノール溶液混合物を塗布乾燥後、同様に２００℃、１０分間の加熱処理を実施してカラーフィルター用中間品を得、次いで、得られた中間品にインク染着を行ったところ、インク弾きやセル間の混色もない均一で良好なカラーフィルターが染着までの時間に関係なく安定に作製できることが判った。
【００９３】
また加熱処理の時間を１０分から３０分に代えても状態に変化がないことも確認された。
【００９４】
実施例２
比較例２において、活性剤１を０．０５％、活性剤２を０．００２％の濃度とした酢酸エチル溶液に代えて、２５０℃、５分間の加熱処理を実施してカラーフィルター用中間品を得たところ、その後の染着までの時間経過に関係なく、インク弾きやセル間の混色もない均一で良好なカラーフィルターが安定に作製できることが判った。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によると、加熱処理を実施することにより、その後の染着までの時間経過に関係なく、インク弾きやセル間の混色もない均一で良好なカラーフィルター用中間品の作製方法及びカラーフィルターの作製方法を提供できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルター用中間品の作製方法、カラーフィルターの作製方法に関し、詳しくはカラー液晶ディスプレー、カラービデオカメラ、イメージスキャナー、パーソナルコンピューターなどに使用されている画像表示装置あるいはＣＣＤデバイス等に使用されている画像入力装置（撮像装置を含む）に用いるカラーフィルター用中間品の作製方法、カラーフィルターの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用パーソナルコンピューターの急速な発展に伴い、液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にあり同時に装置のコストダウンも要求され、特にコストの高いカラーフィルターのコストダウン要求が高まっている。即ち製造工程が短く歩留まりが良く、優れた品質のカラーフィルター及びその製造方法が望まれているが、未だに満足できるものは実現できていない。
【０００３】
例えばＬＣＤ用のカラーフィルターは、ブルー（Ｂ）、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）の３色フィルターを適当に配列して作製する。各色のフィルターが各画素を形成し、一つの画素が形成するセルの大きさは（６０μｍ〜１００μｍ）×（１８０μｍ〜３００μｍ）程度であり、各画素セルは表面反射を防ぐため高さ１〜２μｍの黒い隔壁、即ち、ブラックマトリックス（以下、ＢＭとも言う）で囲まれている。
【０００４】
カラーフィルターは単純な構造であるが製造工程が複雑で長いため、収率が低くコストが高くなり低コストで高品位なカラーフィルターが望まれている。
【０００５】
以下、従来の製造法に就いて説明する。
【０００６】
最も多く使われている例えばＬＣＤ用カラーフィルターの第１の製造法は、染色法である。この方法は、支持基板上に可染性の感光性高分子膜を形成し、フォトリソグラフィーによりフィルター形状に合わせてパターニングし出来上がったパターンを染色する。この操作を３回繰り返し保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【０００７】
第２の方法が顔料分散法である。この方法は支持基板上に顔料を分散した感光性樹脂膜を形成し、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。この操作を３回繰り返し、更に、保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【０００８】
第３の方法が電着法である。この方法は支持基板上に電極でフィルターのパターンを形成する。次に、顔料、樹脂及び溶剤を含有する電着塗装液に浸漬し、電極に通電して第一色を電着する。この操作を３回繰り返し、保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【０００９】
第４の方法が印刷法である。この方法は熱硬化性樹脂に顔料を分散してガラス基板上に印刷する。この操作を３回繰り返し、保護層を設けてＢ、Ｇ、Ｒ３色を有するフィルターを形成する。
【００１０】
これら従来の方法に共通している問題点は、Ｂ、Ｇ、Ｒ３色を着色するため、感光性樹脂のスピンコート、露光、現像や、電着、印刷等の工程を３回繰り返す必要が有り、材料の無駄が多く工程が長いため、汚染の機会が増え、歩留まりが低下し、コストが高くなるという欠点を有していることである。更に、電着法では電極上に色素を析出させるので、電極パターンを電気的につなげる必要があり、フィルターのパターン形状が限定されるため、現状ではＴＦＴ用には適用が困難である。また、印刷法、例えばオフセット印刷は、インクを２回転写するので転写パターンの解像度が悪く、ファインピッチパターンの形成が難しく、フィルター表面に凹凸を生じるので表面を平坦化処理する必要がある。
【００１１】
これらの欠点を解決するため、インクジェット方式を用いたカラーフィルターが提案されている。これは従来法と異なり、Ｂ、Ｇ、Ｒの各色を基板上にノズルから噴射して着色層を形成する方法である。この方法によれば、必要な場所に必要な量のインクを必要な時に付着させることが出来るのでインクが無駄にならない。又、Ｂ、Ｇ、Ｒの着色層を同時に形成するので、製造プロセスが短縮され大幅なコストダウンが可能になる。
【００１２】
しかし、インクジェット方式で支持基板に形成した画素形成部（以下、凹部と呼ぶことがある。）にインクを吐出して着色層を形成する時、支持基板は布や紙と異なりインクを吸収しないので一つの画素（凹部）からインクが溢れ出し、隣りの画素（凹部）のインクと混色し易い。また、使用するインクの物性値、例えば表面張力や粘度等が支持基板の物性値、例えば表面自由エネルギーと適合しないと着色層が弾かれて、フィルター層の膜厚に偏りが生じ色濃度が不均一になったり白抜けが発生し易い。更に、着色層の表面が荒れ易いので液晶層と均一に接触出来なくなる等の問題がある。
【００１３】
インクジェット法は、従来法に比べて遙かに能率が高く材料の無駄が少ないので低コストでカラーフィルターを製造出来るが、上述の様に凹部間でインクが混合しやすく、又凹部内でインク濃度が不均一になったり、特に大きな問題は凹部の一部や凸部と凹部の境界でインクが欠けたり、白抜けが発生し易い欠点を持っている。
【００１４】
このため、凹部と凹部の間でインクが混合しない様に、一つの凹部に吐出したインクがブラックマトリックス部（以下、凸部と呼ぶことがある。）の表面を乗り越えて隣りの凹部に侵入しない様にすることが望ましい。更に、凹部ではインクが均一に広がる様になることが好ましい。
【００１５】
そこで、支持基板の表面を処理して凸部には撥インク性を凹部には親インク性を持たせる処理が行われる。しかし、親インク性の凹部を撥インク性の凸部で取り囲むことになるので、凹部内でインクが均一に広がっても凸部と接触する部分ではインクが弾かれて、凹部の周辺で色濃度が低下したり、白抜けを発生し易いので、表示される色画像のコントラストが低下する問題がある。
【００１６】
この様に、インクジェット法によりカラーフィルターを製造するには、支持基板（ガラス基板）を撥インク領域と親インク領域に正確に細かく分割して処理することが好ましく行われる。例えば、特開平９−２３０１２３号、特開平７−３５９１６号、特開平４−１２３００５号には感光性材料と低エネルギー表面を形成出来る材料、例えば、フッ素樹脂やシリコン樹脂を支持基板全面に重層塗布し、凹部又は凸部に合わせたパターンを通して紫外線を照射し、現像して凹部からフッ素樹脂やシリコン樹脂を取り除き、凸部にはこれらを残して凹部にインクを吐出し、カラーフィルターを形成する方法が記載されている。
【００１７】
この方法は、フォトリソグラフィー技術を使用するので、凹部と凸部にそれぞれに正確に親インク性と撥インク性を持たせることが出来るが、凹部と凸部の境界でインクが弾かれて色素濃度が低下したり、白抜けが出るので、表示される画像のコントラストが低下し易い。また、凹部のガラス面は高い表面自由エネルギーを持つので、インク親和性が高いが、低表面エネルギー材料であるフッ素やシリコンを処理中に吸着し易く、凹部の親インク性が失われ易い。このため、凹部のガラス面をフッ化水素酸やレーザー等でエッチングして、これらの汚染物を取り除く必要がある。更に、凸部にフッ素樹脂やシリコン樹脂があると、保護膜を弾いて塗布出来ないので、取り除かねばならない。このため、プロセスが複雑で工程が多く、極めて煩雑である。
【００１８】
この他、例えば特開平８−２０１６１５号、特開平８−２２７０１２号、特開平８−２３０３１４号等に開示されている方法は、支持基板上に感光性樹脂を塗布し、凸部又は凹部の形に合わせたマスクを通し、紫外線を照射して、光が当たった部分と当たらなかった部分で、インクの吸収性に差が生じることを利用して凹部間でのインクの混合を防ぐ方法である。しかし、光照射の有無ではインク吸収性の差を十分に付けることができず、凹部間のインク混合を十分に防げない。又、インク吸収層を設けるので、解像度の低下や、コスト高の原因となる。この方法もプロセスが複雑で工程が多く極めて煩雑である。
【００１９】
凸部と凹部の境界に於けるインク濃度の低下や白抜けを防ぐため、例えば特開平９−１２７３２７号に記載の方法は凸部の側面の撥インク性を少し低下させている。
【００２０】
また、特開平９−２５８２０８号に記載の方法は凸部を２層構成にして下層の撥インク性を低くしている。これらの方法はフォトポリマーとフッ素化合物を組み合わせて使用するので、煩雑で長い複数のプロセスが必要で経済的な不利益が大きく、資源の浪費にもつながる。
【００２１】
特開平１０−１１５７０３号に記載の方法は、凸部に対するインクの後退接触角を５０°以下にすることで境界での接触角を下げ、インクメニスカスの形を平坦にして色ムラや色抜けを防止している。しかし、後退接触角が５０°以下ではまだ接触角が大きすぎ、メニスカスの形状を十分に平坦化できないので好ましくない。
【００２２】
特開平９−３２９７０６号に記載の方法は凸部の下部を親水性の酸化シリコンで、上部を疎水性のアモルファスシリコンで形成している。これは、プラズマＣＶＤの様な高価な装置が必要であり好ましくない。
【００２３】
この様に、インクジェット法により高精度のカラーフィルターを製造するには、支持基板を処理して凹部に親インク性を、凸部に撥インク性を与え、更に、凹部と凸部の繋ぎ目に極端な濡れ性の変化を与えない技術が極めて重要な課題となってくるのである。
【００２４】
カラーフィルター用支持基板は樹脂にカーボンブラックを混合し、ガラス上に塗布して凸部を形成することが好ましい。凹部は例えばガラス面が好ましく、ガラス面の場合は、高い表面自由エネルギーを持つから、特に親インク処理しなくとも低表面エネルギー材料による汚染を除けばインクの濡れ性は良い。
【００２５】
しかし、凸部は樹脂で形成され、樹脂は通常例えば中程度の表面自由エネルギーを持つから、インク、特に低い表面自由エネルギーを持つ溶剤系インクがその上を乗り越えて移動することを防止出来ない。このため、低い表面自由エネルギーを与えるフッ素やシリコン化合物で凸部を処理して、凸部に撥インク性を与えることが好ましいとされている。
【００２６】
従来の方法は、フォトリソグラフィー技術を使用するので、凸部表面を正確に撥インク処理することが出来るが、凸部と凹部のつなぎ目で起こる極端な濡れ性変化によるインクの弾きを十分に解決出来ていない。更に、フォトリソグラフィー技術は、スピンコート、露光、現像、凹部の汚染除去、表面処理材の除去等の長い工程が必要になり、コストが高くなる欠点を有している。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、長い処理プロセスを必要とすると共に凸部と凹部の繋ぎ目で起こるインクの弾きを十分に防ぎ得ないという従来の方法の問題点を解決する技術を、先に特願平２０００−５１７６３号において提案した。
【００２８】
かかる先提案技術は、極めて簡単な方法で、支持基板の表面を処理して、インクの凸部乗り越えを防止し、凹部にインクを均一に広がらせ、凹部と凸部の間で起こるインクの弾きを防止出来る技術で、インク着色層の色濃度の均一性が良好で、カラー液晶ディスプレイ、カラービデオカメラ、イメージスキャナー、パーソナルコンピューター等の画像表示装置や画像入力装置（撮像装置を含む）用に欠陥の無いカラーフィルター及び生産性の高い安価なカラーフィルターを作製する方法を提供するものである。
【００２９】
かかる先提案技術について更に研究を継続したところ、新たな課題があることが判った。即ち、インクに実質的に溶解する界面活性剤の溶液を室温にてスピンコートして得られた表面処理済みの支持基板にインクを染着した時に、例えば、表面処理後からインク染着作業開始までの時間がかかるにつれて、得られたカラーフィルターにインク弾きの欠陥が見られるようになり、表面処理後からインク染着作業を開始するまでの時間の相違によって品質にバラつきがあることが判った。
【００３０】
研究の結果、表面処理直後にインク染着作業を行えば、インク弾きのない良好なカラーフィルターが得られる可能性があることが判っているが、製造ラインの関係上困難であるし、インク染着作業のみを別の作業場にて行う場合もあり、表面処理直後にインク染着作業を行うことは実際上不可能に近い。
【００３１】
そこで、本発明は、表面処理後からインク染着までの時間に影響されることなく、インク弾きの問題のない高品質のカラーフィルターを得ることのできるカラーフィルター用中間品の作製方法及びカラーフィルターの作製方法を提供することを課題とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
【００３３】
１．ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の加熱処理工程を経ることを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
２．ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の温度、２分間以上６０分間以下の時間の加熱処理工程を経ることを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
３．ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の加熱処理工程を経ることにより、前記ブラックマトリックス部に対するインクの前進接触角が、インク付着直後はインクの付着すべき画素形成部の該支持基板表面に対する前進接触角よりも大であって、時間経過と共に低下し、インク付着後２分以内に該画素部の支持基板に対するインクの前進接触角より１０°大きい値以下の値まで低下するように成すことを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
４．前記界面活性剤としてフッ素系界面活性剤を２種類以上使用することを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
５．前記界面活性剤としてインク中の有機溶剤に実質的に溶解する界面活性剤及びインク中の有機溶剤に実質的に溶解しない界面活性剤を使用することを特徴とする前記１乃至４の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
６．前記実質的に溶解する界面活性剤と前記実質的に溶解しない界面活性剤の使用割合が１０００：１〜１：１の範囲になるように処理することを特徴とする前記１乃至５の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
７．前記実質的に溶解する界面活性剤と前記実質的に溶解しない界面活性剤の使用割合が５００：１〜５：１の範囲になるように処理することを特徴とする前記６に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
８．前記ブラックマトリックス部が樹脂であり、前記画素形成部がガラスであることを特徴とする前記１乃至７の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
９．前記インクは、有機溶剤を含むことを特徴とする前記１乃至８の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
１０．前記界面活性剤で処理する前に、前記カラーフィルター用支持基板を純水洗浄して紫外線オゾン洗浄することを特徴とする前記１乃至９の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
１１．前記１乃至１０の何れか１項に記載の作製方法により作製されたカラーフィルター用中間品の画素形成部にインクを付着させることを特徴とするカラーフィルターの作製方法。
１２．画素形成部にインクを付着する際に、インクジェット方式により着色することを特徴とする前記１１記載のカラーフィルターの作製方法。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
【００４３】
本発明者は、鋭意検討の結果、界面活性剤を使用して表面を改質する処理を施した後に、加熱による安定化を試みたところ、１００℃以上３００℃以下の加熱処理で十分安定化でき、界面活性剤による表面処理後からインク染着までの時間に関係なく、欠陥のないカラーフィルターを作製できることを見出し、本発明に至った。
【００４４】
本発明の理論は定かでないが、例えばインクに実質的に溶解する界面活性剤のインクに対する濡れ性を安定維持させる上で、加熱処理が寄与しているもので、基板表面への界面活性剤の吸着や配向を促していると推定される。
【００４５】
また、インクに実質的に溶解する界面活性剤とインクに実質的に溶解しない界面活性剤を併用した場合は、本発明の加熱処理により両者の競合吸着又は競合配向を加速安定化することができたものと推定される。
【００４６】
本発明における加熱処理工程では、オーブン、ホットプレート、クリーンオーブン、ブロックヒーター、電気温風器等の他、通常の恒温器、恒温槽等の手段を採用できるが、特に限定されない。
【００４７】
加熱温度は１００℃以上３００℃以下の範囲であり、１００℃未満では、加熱の効果が現れず、３００℃を越えるとブラックマトリックス素材の変質等の悪影響を与えることがあり、好ましくない。
【００４８】
加熱時間は、２分間以上６０分間以下の範囲が短時間で安定化する観点から好ましく、より好ましくは２分間以上２０分間以下である。
【００４９】
本発明において、加熱処理に先だって実施されるブラックマトリックス形成後の支持基板の表面改質処理に使用される界面活性剤は、インクに実質的に溶解する界面活性剤を単独で、或いはインクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を併用し、更に併用する場合、同時又は逐次的に使用する。
【００５０】
本発明で活性剤がインクに実質的に溶解しないとは、インク中の不揮発成分を除く全溶媒に対する活性剤の溶解度が０．１％未満のものをいう。またインクに実質的に溶解するとは、インク中の不揮発成分を除く全溶媒に対する活性剤の溶解度が０．１％以上のものをいう。
【００５１】
溶解する（溶解しやすい）活性剤と溶解しない（溶解しにくい）活性剤を併用する場合には、その使用する割合が重要である。好ましい範囲は、（溶解しやすい活性剤）／（溶解しにくい活性剤）＝１０００／１〜１／１である。より好ましくは、５００／１〜５／１であり、この比率が１０００を越えると、例えばインク滴の付着直後に接触角が急低下し、凹部間でインクの混合が起り易く好ましくない。この比率が１未満であると、例えば着滴後、時間が経過しても接触角が低下しにくく、凹部の周辺で色濃度の低下や白抜けが起こり易く好ましくない。
【００５２】
インクに実質的に溶解する界面活性剤とインクに実質的に溶解しない活性剤を併用する場合において、前記加熱処理工程を経ることにより、表面改質状態がカラーフィルターの作製に適合した状態から乖離する場合においては、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤の量比を調整すればよい。具体的にはインクに実質的に溶解する界面活性剤の量を増量するか、あるいはインクに実質的に溶解しない界面活性剤を減量すればよい。
【００５３】
本発明で用いる界面活性剤はフッ素系界面活性剤類、アニオン系、カチオン系及びノニオン系活性剤類、ベタイン系活性剤類及びアルキルエーテル類のいずれのタイプでもよく、又低分子のものでも高分子のものでも、異なる種類のものを併用しても良い。
【００５４】
好ましい界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤である。以下にその具体例の一部を示す。
【００５５】
パーフルオロアルキルカルボン酸及び塩
パーフルオロアルキル燐酸エステル
パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩
パーフルオロアルキルベタイン
パーフルオロアルキルアミンオキシド
パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物
パーフルオロアルキル含有オリゴマー
【００５６】
本発明で、インクに実質的に溶解する界面活性剤とインクに実質的に溶解しない界面活性剤の組合せとして特に好ましいのは、パーフルオロアルキル燐酸エステル型活性剤（インク中の有機溶剤、例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートに対する溶解度が０．１％未満）と、パーフルオロアルキル含有オリゴマー型活性剤（インク中の有機溶剤、例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートに対する溶解度が０．１％以上）の組み合わせである。
【００５７】
本発明の表面改質処理では、凸部と凹部が形成された支持基板に、界面活性剤を、それがインクに対する溶解性が異なる界面活性剤の場合であっても、単にガラス基板に塗布するだけで良く、フォトリソグラフィー技術を使用して凸部と凹部を塗り分ける必要が無いので、感光性樹脂を塗布したりマスク露光や現像と言った面倒な操作が不要となる。
【００５８】
即ち、例えばパーフルオロアルキル基と長鎖の親油基を結合した構造を持つインク中の有機溶剤に溶解し易い活性剤と、パーフルオロアルキル基と親水基を結合した構造を持つインク中の有機溶剤に溶解し難い活性剤を混合するか、それぞれ個別に支持基板上に塗布するだけで良い。
【００５９】
塗布液は、水、アルコール等の溶媒、あるいは必要に応じて種々の溶媒が用いられる。塗布はディップ塗布をはじめとして、回転塗布機等のスピンコート等も好ましく用いられる。
【００６０】
表面改質のメカニズムは必ずしも明らかではないが、本発明者らは次のように考えている。インク中の有機溶剤に溶解し易い界面活性剤は親油性が強いので、凹部の親水性の強いガラス面より凸部の親油性の強い樹脂面に吸着され易い。一方、インク中の有機溶剤に溶解しにくい界面活性剤は、親水性が強いので凸部より凹部のガラス面に吸着され易い。
【００６１】
結果的には活性剤と基板の特性差が発現された形となって、凸部と凹部で特性の異なる活性剤がそれぞれ選択的に吸着される割合が異なり、自発的に表面特性をコントロール出来るのである。これによって従来の面倒なパターニングを行わなくとも凸部は撥インク性が高く、凹部は撥インク性が低くなると考えられる。
【００６２】
また、凸部と凹部の境界では、従来法とは異なり、濡れ性が極端に変化しない特徴もある。考察すると、凸部と凹部の境目では、インクが凸部の側壁で弾かれて濃度低下や白抜けが起こり易いが、経時によりインク中の有機溶剤に溶解し易い活性剤が、凸部側壁からインク中に溶け出して凸部の側壁とインク間の界面張力を低下させるので、凸部と凹部の境で形成されるインクメニスカスの形が、強い凸形から平坦形になり、この部分で色素濃度が低下したり白抜けが生じることは無いと考えられる。
【００６３】
ここでいう経時とは、インク着滴後数分以内に基板に塗布した活性剤がインク中に溶解してインクが濡れ広がれる様５分以内が好ましく、より好ましくは２分以内である。活性剤の溶解に時間がかかると、溶剤が揮発してインク粘度が上昇し、インクが広がりにくくなる傾向がある。
【００６４】
本発明では、インクの凹部（画素形成部の支持基板表面）に対する接触角との関係においてより掘り下げて検討すると、本発明は凸部と凹部を持つカラーフィルター用支持基板の該凸部に対するインクの前進接触角（凸部に対する接触角）が、インク付着直後は凹部に対する前進接触角（凹部に対する接触角）よりも大であって、時間経過と共に低下し、インク付着後２分以内に該画素形成部の支持基板に対するインクの前進接触角（凹部に対する接触角）より１０°大きい値以下の値まで低下するように前記支持基板を表面改質処理することが重要である。かかる特性は本発明の加熱処理工程が付加されても維持されるように適用する界面活性剤の量や量比が調整されればよい。
【００６５】
本発明は、従来得られなかった高品質のカラーフィルター用中間品を得ることが出来、更に、そのようにして得られた中間品の画素形成部にインクを付着させることによって高品質のカラーフィルターを得ることが出来るものであり、凸部と凹部の関係から本発明の思想の範囲で材料を適宜選択すればよい。選択によっては溶媒が有機溶媒であったり、水系溶媒であったり、インクジェットインクが水系であったり油系であったりすることができ、それによって界面活性剤を選択すればよい。これは言うまでもなく、支持基板を有機高分子材料や、ＰＥＴやＴＡＣのフィルムに変えても当然のことである。何れにしろ、本発明の技術思想はインクジェットによるカラーフィルター作製において、画素を形成すべきインクが着滴後から時間の経過により、凸部への濡れ性を制御してインクが広がるよう工夫したところにある。
【００６６】
すなわち、従来技術では凸部を撥インク処理してインク液の接触角を凹部に比べて極めて大きくすることによりインクが付着しにくくすることが推奨されており、インク付着後もその状態を保っているため、凹部周辺（凸部の際）にインクが不足しがちで均一に充填されないことが多かった。
【００６７】
本発明ではこの点が大幅に改良され、インク付着後の時間と共にインクが凸部の特に側壁に濡れ易くなってなじむために、インクの平坦化が進み、白抜けのない均一なインク層が得られる。
【００６８】
このとき、インクの凸部に対する接触角は、凹部に対する接触角より１０°大きい値より小さくなれば良く、インクや使用する界面活性剤の種類によっては、凹部に対する接触角よりも小さくなるような条件をあえて選択することによって更に好結果を与える場合もあることも確認された。このような接触角の逆転が有効であるという事実は予想外の発見であり、従来技術では全く考えられていなかった。
【００６９】
更に、カラーフィルターには、必要に応じて保護層を設けることができる。保護層としては、光や熱などのエネルギー線硬化タイプの樹脂材料、蒸着やスパッタなどによって形成された無機膜などを用いることができ、カラーフィルタとして影響を与えないような透明性を有し、その後のＩＴＯ形成プロセスや配向膜形成プロセスなどに耐えうるものであれば使用可能である。
【００７０】
本発明において、界面活性剤で処理する前、基板を純水洗浄して更に紫外線とオゾンで洗浄することが好ましい。
【００７１】
紫外線は、有機物の化学結合を破壊出来るエネルギーを有している。又、紫外線は、空気中の酸素からオゾンを発生させることが出来る。紫外線は、有機物から水素原子を引き抜き不安定化した有機性汚染物をオゾンで酸化分解するので、極めて有効に汚染物を除去出来る。
【００７２】
使用する紫外線ランプは、オゾンを効率良く発生する２００ｎｍ付近の短波長紫外線を放射できる低圧水銀ランプが好ましい。
【００７３】
本発明の界面活性剤を適用するプロセスは、基板上に凸部（ＢＭ）を形成した後、界面活性剤を塗布する前に、純水による基盤洗浄、乾燥、紫外線オゾン洗浄を施すと更に好結果をもたらすことがある。この純水洗浄後の乾燥には温風を用いても良いが、赤外線乾燥が、乾燥ムラを生じにくく、時間短縮もできて好結果を与える。
【００７４】
また、紫外線オゾン洗浄方法は当業界では一般的に用いられる方法である。これらの前処理により、表面の濡れの均一性を増すことが出来、本発明における界面活性剤適用以降のインク染着の欠陥を軽減する効果をもたらすことがある。
【００７５】
本発明に使用する支持基板には、ブラックマトリックスが樹脂である場合、無アルカリ硝子等のガラス板が好ましいが、これに限定されず、ブラックマトリックスの材質によってはＴＡＣ（トリアセテートセルロースフィルム）、ＰＥＴ、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、アクリル等の樹脂基板も使用することが出来る。フレキシブルな基板を用いる場合は、軽量で曲面である表示装置に適して好ましく用いられ、ガラス基板は寸度安定性が優れ好ましい。
【００７６】
本発明において、ブラックマトリックス、即ち、凸部はその高さが約１μｍ、幅が約１０〜２０μｍと高さが極めて低く幅も狭く、例えばカーボンブラックを含有する樹脂で形成されることが好ましい。樹脂としては、ネガ型もしくはポジ型の公知の感光性樹脂が好ましい。例えば、光架橋系感光性樹脂組成物、光重合系感光性樹脂組成物、ジアゾ化合物を含む感光性組成物、Ｏ−キノンジアジド化合物を含む感光性組成物等が挙げられる。バインダー樹脂は環化ゴム、ポリ（メタ）アクリレート、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、ポリビニル樹脂等の各種ビニル系共重合樹脂、アクリル系共重合樹脂、等が挙げられる。
【００７７】
本発明において、画素形成部にインクを付着する際には、インクジェット方式により着色することが好ましい。
【００７８】
インクに使用する溶剤は、有機溶剤が好ましく、中でもイミダゾリジノン誘導体、多価アルコール誘導体、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のジエチレングリコール誘導体またはエチレングリコール誘導体等の有機溶剤が好ましい。
【００７９】
本発明のカラーフィルターは、上述したカラーフィルターの作製方法により作製されたものである。このようにして作製された本発明のカラーフィルターは、カラー液晶ディスプレイ、カラービデオカメラ、イメージスキャナー、パーソナルコンピューター等の画像表示装置に用いるほか、ＣＣＤデバイス等の画像入力装置（撮像装置を含む）に用いることができ、それら画像表示装置や画像入力装置に適用すると極めて優れた画像を得ることが出来る。また、カラーフィルターに起因する画像欠陥がなく、総合的画像として優れ、また装置としても優れている。
【００８０】
【実施例】
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。
【００８１】
比較例１
厚さ１ｍｍの無アルカリ硝子板に、ネガ型の感光性樹脂（（株）東京応化製「ＯＭＲ８３」）にカーボンブラックを混合して、厚さ１．５μｍに成る様にスピンコートする。
【００８２】
次いで、紫外線パターン露光し、現像して、凸部と凹部を有する支持基板を作り、１００℃で、３０分間硬化させる。
【００８３】
インク（主溶剤：ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート）に実質的に溶解する界面活性剤１（以下、単に、活性剤１ともいう。）と、実質的に溶解しない界面活性剤２（以下、単に、活性剤２ともいう。）をそれぞれ０．１６％、０．０２％になるようにエタノールに溶解した混合溶液を前記支持基板全面にスピンコートする。以上のようにして、カラーフィルター用中間品を得た。
【００８４】
活性剤１は（株）旭硝子製の「サーフロンＳ−３８１」、活性剤２は（株）旭硝子製の「サーフロンＳ−１１２」を使用した。
【００８５】
ここではエタノール溶媒はスピンコートと同時に室温で乾燥するため、上記の中間品を直ちに次の染着プロセスに移し、ピエゾヘッドを有するインクジェットプリンタを使用して８０×２４０μmのセルそれぞれに、Redインク（９．２cp、３２dyne/cm）、Blueインク（８．９cp、３１dyne/cm）、Greenインク（９．１cp、３１dyne/cm）をそれぞれ２０滴（７ピコリットル/滴）の割合で吐出染着して、加熱乾燥後、紫外線硬化させて所定の３色フィルターを形成する。
【００８６】
ここで、実験のための染着面積は比較的小面積とし、活性剤塗布乾燥から染着するまでの室温放置時間を追ってテスト用フィルターを作製し、カラーフィルターの仕上がり状態を目視評価したところ、表１のような結果が得られた。
【００８７】
【表１】
表１より、活性剤塗布直後は欠陥のない３色のカラーフィルターが得られたが、染着までの時間と共にインク弾きが増加していき約１時間で安定領域にはいっていることが確認された。
【００８９】
比較例２
活性剤１として（株）旭硝子製の「ＳＣ−１０１」を０．０５％、活性剤２として（株）旭硝子製の「Ｓ−１１１」を０．００６％の酢酸エチル溶媒混合溶液を用いた以外は、比較例１と同様の操作でカラーフィルター用中間品を作製し、次いで、得られた中間品に同様にインク染着し、活性剤塗布後の放置時間を追って３色フィルターを作製し、同様に評価し、その結果を表２に示す。
【００９０】
【表２】
表２により、活性剤の種類を代えても、時間と共にインク弾きが増加しており、約２時間で安定領域にはいっていることが確認された。
【００９２】
実施例１
比較例１において、活性剤の混合濃度を調整し、活性剤１を０．３％、活性剤２を０．００２％としたエタノール溶液混合物を塗布乾燥後、同様に２００℃、１０分間の加熱処理を実施してカラーフィルター用中間品を得、次いで、得られた中間品にインク染着を行ったところ、インク弾きやセル間の混色もない均一で良好なカラーフィルターが染着までの時間に関係なく安定に作製できることが判った。
【００９３】
また加熱処理の時間を１０分から３０分に代えても状態に変化がないことも確認された。
【００９４】
実施例２
比較例２において、活性剤１を０．０５％、活性剤２を０．００２％の濃度とした酢酸エチル溶液に代えて、２５０℃、５分間の加熱処理を実施してカラーフィルター用中間品を得たところ、その後の染着までの時間経過に関係なく、インク弾きやセル間の混色もない均一で良好なカラーフィルターが安定に作製できることが判った。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によると、加熱処理を実施することにより、その後の染着までの時間経過に関係なく、インク弾きやセル間の混色もない均一で良好なカラーフィルター用中間品の作製方法及びカラーフィルターの作製方法を提供できる。
Claims (12)
- ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の加熱処理工程を経ることを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
- ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の温度、２分間以上６０分間以下の時間の加熱処理工程を経ることを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
- ブラックマトリックス部と画素形成部を有するカラーフィルター用支持基板の全面に、インクに実質的に溶解する界面活性剤及びインクに実質的に溶解しない界面活性剤を同時又は逐次的に使用して表面を改質する処理を施し、次いで１００℃以上３００℃以下の加熱処理工程を経ることにより、前記ブラックマトリックス部に対するインクの前進接触角が、インク付着直後はインクの付着すべき画素形成部の該支持基板表面に対する前進接触角よりも大であって、時間経過と共に低下し、インク付着後２分以内に該画素部の支持基板に対するインクの前進接触角より１０°大きい値以下の値まで低下するように成すことを特徴とするカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 前記界面活性剤としてフッ素系界面活性剤を２種類以上使用することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 前記界面活性剤としてインク中の有機溶剤に実質的に溶解する界面活性剤及びインク中の有機溶剤に実質的に溶解しない界面活性剤を使用することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 前記実質的に溶解する界面活性剤と前記実質的に溶解しない界面活性剤の使用割合が１０００：１〜１：１の範囲になるように処理することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 前記実質的に溶解する界面活性剤と前記実質的に溶解しない界面活性剤の使用割合が５００：１〜５：１の範囲になるように処理することを特徴とする請求項６に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 前記ブラックマトリックス部が樹脂であり、前記画素形成部がガラスであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 前記インクは、有機溶剤を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 前記界面活性剤で処理する前に、前記カラーフィルター用支持基板を純水洗浄して紫外線オゾン洗浄することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のカラーフィルター用中間品の作製方法。
- 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の作製方法により作製されたカラーフィルター用中間品の画素形成部にインクを付着させることを特徴とするカラーフィルターの作製方法。
- 画素形成部にインクを付着する際に、インクジェット方式により着色することを特徴とする請求項１１記載のカラーフィルターの作製方法。
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