JP4451187B2 - カラーフィルタ - Google Patents
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以下、各実施態様ごとに詳しく説明する。
まず、本発明のカラーフィルタの第1実施態様について説明する。本発明のカラーフィルタの第1実施態様は、基材と、上記基材上に形成された遮光部と、上記基材および上記遮光部を覆うように形成され、光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、上記光触媒含有層上に形成された複数の着色層と、上記着色層を覆うように形成されたITO層と、上記遮光部が形成された領域上の上記ITO層上に形成された柱状スペーサとを有するものであって、隣接する上記着色層間に間隙を有し、上記柱状スペーサが、上記間隙上に形成されたITO層上に形成されたものである。
以下、本実施態様の各構成ごとに詳しく説明する。
まず、本実施態様に用いられる柱状スペーサについて説明する。本実施態様に用いられる柱状スペーサは光触媒含有層を介して遮光部と積層されたITO層上に形成されるものであり、本実施態様のカラーフィルタが液晶表示装置に用いられる際、カラーフィルタと、対向して配置される対向基板との間隙を所定の距離とすることが可能なものであれば、特に限定されるものではない。例えばこのような柱状スペーサの形状としては、例えば円柱状や角柱状のもの、頂部が切断された円錐状や角錐状のもの等とすることができる。
次に、本実施態様に用いられる光触媒含有層について説明する。本実施態様に用いられる光触媒含有層は、光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有するものであり、また後述する基材および遮光部を覆うように形成され、遮光部およびITO層とそれぞれ接着性が良好なものであれば特に限定されるものではない。通常、このような光触媒含有層中では、光触媒微粒子がオルガノポリシロキサンにより一部または全部被覆されたものの混合物の状態で形成されており、光触媒微粒子が部分的に表面に露出することとなる。
まず、本実施態様に用いられる光触媒について説明する。本実施態様に用いられる光触媒としては、光半導体として知られる例えば二酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、および酸化鉄(Fe2O3)を挙げることができ、これらから選択して1種または2種以上を混合して用いることができる。
次に、本実施態様に用いられるオルガノポリシロキサンについて説明する。本実施態様に用いられるオルガノポリシロキサンは、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により、光触媒含有層表面の濡れ性を変化させることが可能なものであれば、特に限定されるものではなく、特に主骨格が上記の光触媒の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有するものであって、光触媒の作用により分解されるような有機置換基を有するものが好ましい。具体的には、(1)ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサン、(2)撥水牲や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋したオルガノポリシロキサン等を挙げることができる。
YnSiX(4−n)
(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基、クロロアルキル基、イソシアネート基、もしくはエポキシ基、またはこれらを含む有機基であり、Xはアルコキシル基、アセチル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)
で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。なお、ここでXで示されるアルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基であることが好ましい。また、Yで示される有機基全体の炭素数は1〜20の範囲内、中でも5〜10の範囲内であることが好ましい。
CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)3CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)9CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2Si CH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si CH3(OCH3)2;
CF3(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7SO2N(C2H5)C2H4CH2Si(OCH3)3 。
また、本実施態様に用いられる光触媒含有層中には、上記のオルガノポリシロキサンとともに、ジメチルポリシロキサンのような架橋反応をしない安定なオルガノシリコン化合物をバインダに混合してもよい。またさらに、バインダとして、主骨格が上記光触媒の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有する、有機置換基を有しない、もしくは有機置換基を有するポリシロキサンを挙げることができ、具体的にはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を加水分解、重縮合したものを含有させてもよい。
また、本実施態様においては、光触媒含有層がフッ素を含有し、さらにこの光触媒含有層表面のフッ素含有量が、光触媒含有層に対しエネルギーを照射した際に、上記光触媒の作用によりエネルギー照射前に比較して低下するように上記光触媒含有層が形成されていることが好ましい。これにより、エネルギーをパターン照射することにより、後述するように容易にフッ素の含有量の少ない部分からなるパターンを形成することができる。ここで、フッ素は極めて低い表面エネルギーを有するものであり、このためフッ素を多く含有する物質の表面は、臨界表面張力がより小さくなる。したがって、フッ素の含有量の多い部分の表面の臨界表面張力に比較してフッ素の含有量の少ない部分の臨界表面張力は大きくなる。これはすなわち、フッ素含有量の少ない部分はフッ素含有量の多い部分に比較して親液性領域となっていることを意味する。よって、周囲の表面に比較してフッ素含有量の少ない部分からなるパターンを形成することは、撥液性域内に親液性領域のパターンを形成することとなる。
上述したような光触媒含有層の形成方法としては、上記光触媒とオルガノポリシロキサンとを必要に応じて他の添加剤とともに溶剤中に分散して塗布液を調製し、この塗布液を基材上に塗布することにより形成することができる。使用する溶剤としては、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系の有機溶剤が好ましい。塗布はスピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコート等の公知の塗布方法により行うことができる。バインダとして紫外線硬化型の成分を含有している場合、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより、光触媒含有層を形成することができる。この際、光触媒含有層の厚みは、0.05〜10μmの範囲内とされることが好ましい。上記範囲より薄い場合には、光触媒含有層の表面の濡れ性変化や、ITO層との密着性を向上させる等の機能性が低くなることから好ましくなく、また上記範囲より厚い場合には、後述する遮光部と着色層との間の距離が離れるため、カラーフィルタを液晶表示装置に用いた場合、バックライトの光漏れ等の問題が生じる可能性があるため、好ましくないといえる。
次に、上記光触媒含有層にエネルギーを照射して、後述する着色層を形成するパターン状に、濡れ性の変化した濡れ性変化パターンを形成する方法について説明する。本実施態様においては、上述したように光触媒含有層中のオルガノポリシロキサンがエネルギー照射に伴う光触媒の作用によって濡れ性が変化する。したがって、例えば図3に示すように、上記光触媒含有層2にフォトマスク10等を用いてエネルギー11を照射することによって(図3(a))、光触媒含有層2上に濡れ性の変化した濡れ性変化パターン8が形成されるのである(図3(b))。光触媒含有層上に濡れ性変化パターンが形成されていることにより、後述する着色層を形成する着色層形成用塗工液をインクジェット法等によって塗布した際、エネルギーが照射されていない領域にはインクが付着せず、濡れ性が変化した濡れ性変化パターン8上にのみ、高精細に着色層形成用塗工液を付着させることができ、高精細な着色層を形成することができるのである。
次に、本実施態様に用いられる遮光部について説明する。本実施態様に用いられる遮光部は、後述する基材上に形成されるものであり、カラーフィルタとした際に、照射されるエネルギーを遮蔽するものであって、上記光触媒含有層と良好な接着性を有するものであれば、特に限定されるものではない。このような遮光部の形成方法は、必要とするエネルギーに対する遮蔽性等に応じて適宜選択されて用いられる。
次に、本実施態様に用いられるITO層について説明する。本実施態様に用いられるITO層は、上記遮光部上および後述する着色層上に形成されるものであり、隣接する着色層間では、上記光触媒含有層と接着して形成されるものである。
次に、本実施態様に用いられる着色層について説明する。本実施態様に用いられる着色層は、上述した光触媒含有層上に形成されるものであり、かつ隣接する着色層間に間隙を有するように形成されるものである。上記間隙は、通常遮光部上に形成されることとなる。
次に、本実施態様に用いられる基材について説明する。本実施態様に用いられる基材としては、上記遮光部および光触媒含有層を形成可能なものであれば、特に限定されるものではなく従来よりカラーフィルタに用いられているもの等を用いることができる。具体的には石英ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材等を挙げることができる。この中で特にコーニング社製7059ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。本実施態様において、基材は通常透明なものを用いるが、反射性の基板や白色に着色した基板でも用いることは可能である。また、基材は、必要に応じてアルカリ溶出防止用やガスバリア性付与その他の目的の表面処理を施したものを用いてもよい。
次に、本実施態様のカラーフィルタについて説明する。本実施態様のカラーフィルタは、上述した基材、遮光部、光触媒含有層、着色層、ITO層、および柱状スペーサを有するものであれば特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜、他の層等を有していてもよい。
次に、本発明のカラーフィルタの第2実施態様について説明する。本発明のカラーフィルタの第2実施態様は、基材と、上記基材上に形成された遮光部と、上記基材および上記遮光部を覆うように形成され、光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、上記光触媒含有層上に形成された複数の着色層と、上記着色層を覆うように形成されたITO層と、上記遮光部および着色層が形成された領域上のITO層上に柱状スペーサが形成されているものである。
次に、本発明のカラーフィルタの第3実施態様について説明する。本実施態様のカラーフィルタは、基材と、上記基材上に形成された遮光部と、上記基材および上記遮光部を覆うように形成され、光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、上記光触媒含有層上に形成された複数の着色層と、上記着色層を覆うように形成されたITO層と、上記遮光部が形成された領域上の上記ITO層上に形成された柱状スペーサとを有するものであり、着色層および遮光部を覆うように保護層が形成されており、上記ITO層は、保護層上に形成されていることを特徴とするものである。
本実施態様に用いられる保護層は、上記着色層および上記遮光部上に形成された光触媒含有層を覆うように形成されるものであり、この保護層上に上記ITO層が形成されることとなる。本実施態様においては、このような保護層が形成されることにより、着色層等からの不純物の流出を防止し、表面の平滑性を向上させることが可能なものであり、上記光触媒含有層と良好に接着することが可能なものであれば、特に限定されるものではない。
1.遮光部の形成
先ず、厚さ1.1mmのソーダガラス基板上に、下記の組成からなる、遮光材料を塗布した後、100℃で15分間プリベークして遮光材料を乾燥させて成膜した。この際、遮光材料は、スピンコート法により塗布した。スピンコートの条件は、1500rpm/minとした。
・カーボンブラック(黒色顔料) 28.5%
・部分環化ポリイソプレン(ネガ型フォトポリマー) 15.0%
・芳香族ビスアジド(感光剤) 1.5%
・その他添加剤 0.3%
・ポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶剤) 54.7%
次に、上記のようにして形成した遮光材料の薄膜に、フォトマスクを介して紫外線を照射して、300mJ/cm2の露光量で露光した後、現像、リンスして遮光部を形成した。現像には、現像液として、0.1%、NaCO3水溶液を用いた。その後、上記で得られた遮光部を乾燥した後、200℃で10分間ポストベークして膜厚1.2μm線幅30μm、間隔100μmの遮光部が得られた。
イソプロピルアルコール30gとフルオロアルキルシランが主成分であるMF−160E(トーケムプロダクツ(株)製)0.4gとトリメトキシメチルシラン(東芝シリコーン(株)製、TSL8113)3gと、光触媒である酸化チタン水分散体であるST−K01(石原産業(株)製)20gとを混合し、100℃で20分間撹拌した。これをイソプロピルアルコールにより3倍に希釈し光触媒含有層用組成物とした。
上記組成物を上記遮光部が形成されたソーダガラス製の透明基板上にスピンコーターにより塗布し、150℃で10分間の乾燥処理を行うことにより、透明な光触媒含有層(厚み0.2μm)を形成した。
この光触媒含有層にマスクを介して水銀灯(波長365nm)により70mW/cm2の照度で50秒間パターン露光を行い露光部を形成し、非露光部及び露光部との液体との接触角を測定した。非露光部においては、表面張力30mN/mの液体(純正化学株式会社製、エチレングリコールモノエチルエーテル)との接触角を接触角測定器(協和界面科学(株)製CA−Z型)を用いて測定(マイクロシリンジから液滴を滴下して30秒後)した結果、30度であった。また露光部では、表面張力50mN/mの液体(純正化学株式会社製、ぬれ指数標準液No.50)との接触角を同様にして測定した結果、7度であった。このように、露光部が親液性領域となり、露光部と非露光部との濡れ性の相違によるパターン形成が可能なことが確認された。
次に、遮光部が形成された光触媒含有層上にフォトマスクを用いて、線幅110μm、間隔20μm(線幅110μmの内、両サイド5μmは遮光部上に形成)の露光(3と同一露光条件)を行い、着色層用露光部を親液性とした。次に、RGB用各インクジェット装置を用いて、顔料5重量部、溶剤20重量部、アクリル酸/ベンシルアクリレート共重合体70重量部、2官能エポキシ含有モノマー5重量部を含むRGB各色の熱硬化型ポリエポキシアクリレートインクを、親液性とした着色層用露光部に付着させ着色し、150℃、30分加熱処理を行い硬化させた。ここで、赤色、緑色、および青色の各インクについて、溶剤としてはポリエチレングリコールモノメチルエチルアセテート、顔料としては、赤色インクについてはC. I. Pigment Red 177、緑色インクについてはC. I. Pigment Green 36、青色インクについてはC. I. Pigment Blue 15+ C. I. Pigment Violet 23をそれぞれ用いた。
これにより、線幅100μm、遮光部30μmのRGBストライプカラーフィルターが得られた。
得られたカラーフィルターの表面を下向きにセットして、スパッタリング控え室にセットし、予め中真空(1×10−4Torr)に排気した後、圧力を1×10‐6Torrに排気したスパッタリング室に搬送し、基板を210℃に加熱した。その後、スパッタリング室に1.5vol%O2を含むArガスを導入し、放電ガス圧力1.8×10‐4Torrに制御し、サイズ:150×457mm、抵抗率:1.9×10‐4Ω・cmでSnO210wt%を含むITOターゲットを用い、ターゲット表面磁場900Gとしてターゲット電流密度20mA/cm2、放電インピーダンス10Ωでスパッタリングを行い、膜厚170nm、抵抗値20Ω/□のITO層を形成した。
次に、上記ITO層上に、ネガ型の下記組成の透明感光性樹脂材料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にて粘度調整した塗布液をスピンコート法により塗布し乾燥して、厚み5.5μmの透明感光性樹脂層を形成した。
透明感光性樹脂材料の組成
・バインダー樹脂 … 150重量部
ベンジルメタクリレート・メタクリル酸共重合体
(モル比73/27)
・モノマー … 80重量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
・重合開始剤 … 25重量部
チバスペシャリティケミカル(株)製 イルガキュア369
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、柱状スペーサの形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して400mJ/cm2の露光量で露光を行った。
次に、基板を現像液(水酸化カリウム0.05重量%水溶液)に60秒間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク(200℃、30分間)を行った。これにより、露光された着色層が形成されていない箇所の中心から半径5μm(直径10μm)、ITO層上に高さ5.0μmの透明な円柱形状の柱状スペーサが形成された、カラーフィルタを得た。
上記ITO層上に、露光された着色層が形成されていない箇所の中心から半径12μm(直径24μm)の柱状スペーサを形成した以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタを作製した。この際、柱状スペーサは、遮光部上および着色層上に形成されたITO層上にかかるように形成されることとなった。
着色層が形成された基板上に熱硬化性樹脂材料(JSR(株)製オプトマーSS6699G)をスピンコート法により塗布して熱硬化性樹脂層を形成し、この熱硬化性樹脂層に対して、120℃、5分間のプリベーク処理を施して、厚み1.5μmの透明保護層を形成した以外は実施例1と同様の方法でカラーフィルターを得た。
光触媒含有層を形成せず、インクジェットの滴下をコントロールして、遮光部間の100μmに着色層をそれぞれ設けた以外は、実施例1と同様の方法で柱状スペーサを有するカラーフィルターを得た。
実施例1〜3並びに比較例1のカラーフィルターについてカラーフィルターの柱状スペーサの密着性の評価を行った。テープ剥離強度試験機(TPM-200:CNC社製)において、テープ幅20mm、剥離速度300mm/min、剥離強度200gの条件で剥離試験を行った結果、実施例1〜3においては柱状スペーサの剥離が見られず、良好な密着性を示したが比較例1のカラーフィルターにおいては、至る所で、柱状スペーサの剥離、柱状スペーサとITO層の積層体の剥がれ等が見られた。
2…遮光部
3…光触媒含有層
4…着色層
5…ITO層
6…柱状スペーサ
Claims (2)
- 基材と、前記基材上に形成された樹脂製の遮光部と、前記基材および前記遮光部を覆うように形成され、光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、前記光触媒含有層上に形成された複数の着色層と、前記着色層を覆うように形成されたITO層と、前記遮光部が形成された領域上の前記ITO層上に形成された柱状スペーサとを有するカラーフィルタであって、
前記柱状スペーサと基材との間の領域では、前記光触媒含有層が、前記樹脂製の遮光部に接するように形成され、前記ITO層は前記光触媒含有層に接するように形成されている領域を有することを特徴とするカラーフィルタ。 - 基材と、前記基材上に形成された無機材料からなる遮光部と、前記基材および前記遮光部を覆うように形成され、光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、前記光触媒含有層上に形成された複数の着色層と、前記着色層を覆うように形成されたITO層と、前記遮光部が形成された領域上の前記ITO層上に形成された柱状スペーサとを有するカラーフィルタであって、
前記柱状スペーサと基材との間の領域では、前記光触媒含有層が、前記無機材料からなる遮光部に接するように形成され、前記着色層は前記光触媒含有層に接するように形成されている領域を有することを特徴とするカラーフィルタ。
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