JP4385641B2

JP4385641B2 - カラーフィルタの製造方法

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Publication number: JP4385641B2
Application number: JP2003131174A
Authority: JP
Inventors: 輝彦甲斐; 真哉菅野; 雄一松本
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004333971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー表示装置等に用いられるカラーフィルタ基板、カラーフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カラー液晶ディスプレイ等のカラー表示装置に使用されるカラーフィルタ基板の簡便な作製方法として、インクジェット方式が提案されている。
【０００３】
インクジェット方式を用いたカラーフィルタ基板の製造方法においては、ガラス基板上の所望する着色領域外へのインクの広がりを防止するため、予めフッ酸系撥水・撥油剤を含有させたブラックマトリックス材料を用い、フォトリソグラフィー法によりパターン形成することによってブラックマトリックスを設け、ブラックマトリックスの開口部である着色領域内のみにインクを定着させることが行われている（特許文献１）。また、色材の固着性を高めるため、ブラックマトリックス及び着色領域下部にインク吸収層（受像層）を設けることも行われている（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３４７６３７号公報
【特許文献２】
特開平１１−３２６６２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記インク吸収層は樹脂（例えば、ポリビニルアルコール）を溶剤（例えば、水）に溶かした溶液を、塗布乾燥させたものであるため、インク吸着層に吸着した染料等の色材が移行してしまう恐れがある。また、インク吸着層の樹脂として未硬化又は半硬化の光硬化性樹脂を用い、色材をインク吸着層に塗布後、硬化させることにより、化学的に若しくは物理的に固着させようとした場合、ブラックマトリクスをフォトリソグラフィ法によるパターン形成の際の紫外線等で硬化してしまうため、困難という問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたものであり、簡便であるというインクジェット法の利点はそのままに、色材の移行の恐れが少ないカラーフィルタ基板、カラーフィルタ及びその製造方法を提供するものである。
【０００７】
本発明において上記目的を達成するために、まず、請求項１においては、インクジェット方式によって透明基板上にインクを配列させるカラーフィルタの製造方法において、
（１）透明基板上に、電子線硬化性樹脂からなるインク吸収層を形成する工程、
（２）該インク吸収層上にフォトリソ法により光硬化性樹脂からなるブラックマトリックスを形成する工程、
（３）インクジェット方式により該ブラックマトリックスの開口部に着色インクを充填し、インク吸収層を着色する工程、
（４）着色されたインク吸収層を電子線照射により硬化させる工程、
を少なくとも含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
また、請求項２においては、前記インク吸収層とインクとの接触角が１５°以下であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板である。
また、請求項３においては、前記ブラックマトリックスが撥インク性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の製造方法である。
また、請求項４においては、前記撥インク性を有するブラックマトリックスが、透明基板からもっとも離れた表面層の撥インク性が透明基板と接する層の撥インク性よりも良く、前記表面層とインクとの接触角が１５°以上であることを特徴とする請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。図１に本発明によるカラーフィルタ基板、カラーフィルタ及びその製造方法の一実施例を図示する。
【０００９】
図１のカラーフィルタ基板では、透明基板１（図１(a)）上にインク吸収層２が形成され（図１(b)）、その上に光硬化性樹脂からなるブラックマトリックス３が形成される（図１(c)）。次いでブラックマトリックス３の開口部にインクジェット法（図１(d)）により赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の着色インクを吐出した後（図１(e)）、電子線を照射することにより（図１(f)）、着色層４を形成してカラーフィルタが完成する（図１(g)）。
【００１０】
本発明の透明基板１は、カラーフィルタが要求する機械特性、光学特性を有すれば特に限定されるものではないが、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等が使用できる。
【００１１】
本発明の未硬化又は半硬化の電子線硬化性樹脂からなるインク吸収層２には、透明であること、受像したインク中の色材の定着性に優れること、電子線で硬化でき、ブラックマトリックス形成時の露光で実質上、完全硬化しないものであること、また変色や褪色がないこと、諸耐性があることなどの性能が要求される。
【００１２】
さらにインク吸収層に要求される性能としては、着色インクとの接触角が１５°以下であることが好ましい。着色インクとの接触角が１５°以上であると濡れ性に乏しく、画素内の白抜け等の欠陥を引き起こす原因となる。
【００１３】
インク吸収層２は、電子線硬化樹脂を主成分とし、溶媒、必要に応じて有機および無機微粒子などで構成されるインク吸収層組成物を塗布、乾燥させて形成する。電子線硬化樹脂は、前記要求特性を満たせば特に制限はないが、脂肪族アクリレート、脂環式アクリレート、芳香族アクリレート、ＯＨ基またはアリル基またはグリシジル基またはカルボキシル基またはクロモ基またはブロモ基等を含有する官能基含有アクリレート、リン型アクリレート、金属型アクリレート等の樹脂モノマーまたはオリゴマーを使用することができる。または、前記アクリレートと同じ骨格のメタクリレートを使用することもできる。または、ピロリドン、酢酸ビニル等の樹脂モノマーまたはオリゴマーを使用することができる。
【００１４】
また、インク吸収性を高めるために、透明性を損なわない範囲内で、この樹脂に微粒子（フィラー）を含有させることも有効である。フィラーとしては、無機微粒子では微粉末珪酸、有機微粒子ではアクリル樹脂、スチレン樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、シリコーン樹脂、フッソ樹脂などであるが、透明性の点からは、アクリル樹脂が好ましい。また、フィラーの添加量は、インク吸収層組成物１００重量％に対し１〜１０重量％が好ましい。
【００１５】
インク吸収層組成物の溶媒は、組成物の塗布性、分散安定性などの点から、適宜選択して使用されるものであり、トルエン、キシレン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジクライム、シクロヘキサノンなどがあげられる。
【００１６】
インク吸収層組成物は、スピンコータ、スリットコータ、マイクログラビアなどコーティング方式により塗布される。インク吸収材料を塗布した後に、塗膜がタックフリーになるよう乾燥させる。
【００１７】
本発明におけるブラックマトリックス３は、黒色遮光材、光開始剤、分散剤、樹脂（モノマーを含む）、溶媒を主成分とする黒色の光硬化性樹脂組成物を用い、フォトリソグラフィ法によってパターニングして形成される。
【００１８】
黒色遮光材としては、黒色顔料、黒色染料、無機材料などであり、有機顔料、カーボンブラック、アニリンブラック、黒鉛、酸化チタン、鉄黒などを混合して用いられるものである。
【００１９】
光開始剤としては、光重合性モノマー、光重合開始剤が用いられる。
【００２０】
光開始剤を黒色の光硬化性樹脂組成物に添加し、かつ、インク吸収層組成物には添加しないことにより、ブラックマトリックス３をフォトリソグラフィ法によってパターニングする際の光源によって、インク吸収層は硬化しない。その為に、インク吸収能を損なうことはない。
【００２１】
分散剤としては、非イオン性界面活性剤では、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤では、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。
【００２２】
溶媒としては、黒色の光硬化性樹脂組成物の塗布性、分散安定性などの点から、適宜選択して使用されるものであり、トルエン、キシレン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジクライム、シクロヘキサノンなどがあげられる。
【００２３】
なお、黒色の光硬化性樹脂組成物中に撥インク剤を添加すると、インクが隣接する画素に流出することを防ぎ、混色を防止することができる。
【００２４】
本発明における撥インク剤には、ケイ素または／およびフッ素の原子を含む材料が好ましい。撥インキ剤の具体的な例としては、主鎖または側鎖に有機シリコーンを有するもので、シロキサン成分を含むシリコーン樹脂やシリコーンゴム、この他にはフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレン等や、これらの共重合体等のフッ素樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
更に、黒色の光硬化性樹脂組成物中に撥インク剤を添加した後に、フォトリソグラフィ法にて、ブラックマトリックスを形成する。フォトリソグラフィ工程のベーク時に撥インク剤がブラックマトリクスの表面部に偏在する。その為、透明基板からもっとも離れたブラックマトリクスの表面部の撥インク性が透明基板と接する層の撥インク性よりも良くなる。ブラックマトリクスの透明基板と接する層とインクの表面張力の差が小さいことから、画素の平坦性がよくなる。
【００２６】
ブラックマトリックス３の形成は、フォトリソグラフィ法によるものである。ブラックマトリックスをフォトリソグラフィ法により形成する際にインク吸収層が硬化しないように、使用する光に反応する光開始剤を含まないように調整する。
【００２７】
以上の工程により製造したカラーフィルタ基板を用いたカラーフィルタの製造方法を説明する。
【００２８】
本発明の着色インク４の材料は、着色顔料、樹脂、分散剤、溶媒などで構成される。着色剤として使用する顔料の具体例としては、ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２１５、２１６、２０８、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ７、３６、ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、ＰｉｇｍｅｎｔＯｒａｎｇｅ３６、ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。さらに、これらは要望の色相を得るために２種類以上を混合して用いても構わない。
【００２９】
着色インク４に使用する溶剤種としては、インクジェット方式における適性の表面張力範囲３５ｍＮ／ｍ以下で、且つ、沸点が１３０℃以上のものが好ましい。表面張力が３５ｍＮ／ｍ以上であるとインクジェット吐出時のドット形状の安定性に著しい悪影響を及ぼし、また、沸点が１３０℃以下であるとノズル近傍での乾燥性が著しく高くなり、その結果、ノズル詰まり等の不良発生を招くので好ましくない。具体的には、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、２−フェノキシエタノール、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、上記要件を満たす溶剤なら用いることができる。また、必要に応じて２種類以上の溶剤を混合して用いても構わない。
【００３０】
本発明の着色インク４の樹脂には、カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂などが用いられ、色素との関係にて適宜選択される。耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましい。
【００３１】
樹脂への色素の分散を向上させるために、分散剤を用いてもよく、分散剤として、非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性などが要求され、色素、樹脂との関係にて適宜選択される。
【００３２】
着色層の形成には、インクジェット法を用いる。使用するインクジェット装置としては、インク吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方式があり、特にピエゾ変換方式が好適である。インクの粒子化周波数は５〜１００ＫＨｚ程度、ノズル径としては５〜８０μｍ程度，ヘッドを３個配置し、１ヘッドにノズルを６０〜５００個組み込んだ装置が好適である。
【００３３】
着色インクをインクジェット法で吐出した後に、電子線を照射し、インク吸収層を電子線で硬化させ、カラーフィルタが完成する。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３５】
＜実施例１＞
（インク吸収層の作製）
インク吸収層組成物には、アクリルポリマー（ダイヤナールBR−８５、三菱レイヨン製）を１０％トルエン溶液に調液した物を使用した。無アルカリガラス（コーニング社製、品番１７３７）上に、インク吸収層組成物をスピンコータによって塗布した後、１００℃で１０分間乾燥し、約２.０μｍの塗膜を形成した。
【００３６】
（ブラックマトリックスの作製）
ポリイミド前駆体（東レ（株）製：「セミコファインSP−５１０」）１０重量部、カーボンブラック７.５重量部、ＮＭＰ１３０重量部、分散剤（銅フタロシアニン誘導体）５重量部、光重合開始剤５重量部及び撥インキ剤（ポリアルキルシロキサン）０.５重量部をビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散し、黒色の光硬化性樹脂組成物を調製した。このブラックマトリックス組成物をスピンコータによって、前記インク吸収層上に約１.０μｍの塗膜に形成した。１００℃で２０分間の加熱硬化によりブラックマトリックスを作製して、カラーフィルタ基板が完成した。なお、インク吸収層の電子線硬化性樹脂は半硬化であった。
【００３７】
（着色インクの調製）
メタクリル酸２０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、ヒドロキシエチルメタクリレート１５部を乳酸ブチル３００ｇに溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル０.７５部を加え７０℃にて５時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。得られたアクリル共重合樹脂を樹脂濃度が１０％になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで希釈しアクリル共重合樹脂の希釈液とした。この希釈液８０.１ｇに対し顔料１９.０ｇ、分散剤０.９ｇを添加して、３本ロールにて混練し、赤色、緑色、青色の各着色ワニスを得た。この各着色ワニスをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで顔料濃度が１２〜１５％、粘度が１５ｃｐｓになるように調整し、Ｒ，Ｇ，Ｂ着色インクを得た。
【００３８】
（カラーフィルタの作製）
前記ブラックマトリックスの開口部に、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の着色インクを使用し、１２ｐｌ，１８０ｄｐｉヘッドを搭載したインクジェット印刷装置により、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層（５）を形成した。
【００３９】
前記カラーフィルタ基板に電子線を２５Mrad照射し、インク吸収層を硬化させ、カラーフィルタ基板を形成した。
【００４０】
このようにして得られたカラーフィルタは、混色も無く、濃度バランスに優れ、画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープであり、かつ、耐性試験を行っても色材の移行が少ないカラーフィルタであった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、透明基板上に電子線硬化性樹脂からなるインク吸収層を形成し、さらに該インク吸収層上に光硬化性樹脂からなるブラックマトリックスが形成されたカラーフィルタ基板のインク吸収層に着色インクを充填することにより、色材の移行が少なく、混色も無く、濃度バランスに優れ、画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープなカラーフィルタを提供することができる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタ基板及びカラーフィルタの製造方法の一例の断面の構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１透明基板
２インク吸収層
３ブラックマトリックス
４着色インク
５インクジェット装置

Claims

インクジェット方式によって透明基板上にインクを配列させるカラーフィルタの製造方法において、
（１）透明基板上に、電子線硬化性樹脂からなるインク吸収層を形成する工程、
（２）該インク吸収層上にフォトリソ法により光硬化性樹脂からなるブラックマトリックスを形成する工程、
（３）インクジェット方式により該ブラックマトリックスの開口部に着色インクを充填し、インク吸収層を着色する工程、
（４）着色されたインク吸収層を電子線照射により硬化させる工程、
を少なくとも含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
前記インク吸収層とインクとの接触角が１５°以下であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
前記ブラックマトリックスが撥インク性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の製造方法。
前記撥インク性を有するブラックマトリックスが、透明基板からもっとも離れた表面層の撥インク性が透明基板と接する層の撥インク性よりも良く、前記表面層とインクとの接触角が１５°以上であることを特徴とする請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法。