JP5103746B2 - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置、固体撮像素子などに用いられるカラーフィルタに関するものであり、特に、カラーフィルタの製造に好適なインキ組成物、それを用いたカラーフィルタ、並びにカラーフィルタ製造方法に関する。

従来、例えばカラーフィルタの色パターンは染色法や、フォトレジスト中に顔料を分散させた、いわゆる顔料分散法によるものが中心であった。染色法、顔料分散法とも画素の再現性良く高精度にカラーフィルタが製造できるものの、何れも塗布露光現像工程を伴うフォトリソグラフィのプロセスが多く、また樹脂として感光性樹脂を用いるためコスト高となっていた。特に顔料分散法は顔料を分散させたフォトレジストが高価で、さらなるコスト高の要因となっていた。

このため、カラーフィルタの製造方法としてコスト及び生産性の点から近年インクジェット方式によるものが注目されてきた。インクジェット方式を用いたカラーフィルタの製造方法としては特許文献１、特許文献２、特許文献３等に記載の方法が挙げられる。特許文献１には、ガラス基板上の所望する着色領域外への着色インクの広がりを防止するため、予めブラックマトリックス（遮光パターン）にフッ素系撥水・撥油剤を含有させてパターン形成し、着色領域内のみに着色インクを定着させるインクジェット方式が記載されている。また、特許文献２、特許文献３には、着色工程におけるインクにじみ、混色を防止するための仕切り壁として含フッ素化合物及び／または含ケイ素化合物を含有するブラックマトリックスを用い、着色領域内のみに着色インキを定着させるインクジェット方式が記載されている。

しかしながらブラックマトリックスを仕切り壁とし、その中にのみ着色インキを定着させるインクジェット方式においては、インキ塗布面端部の着色パターンの断面形状不良が大きな問題であった。すなわち、インキ塗布面端部の着色パターンの断面形状が平坦でなく、塗布面の外側に傾いた形状となるため、例えば液晶ディスプレイに用いる場合、液晶パネルの外周部において液晶パネル化後の液晶駆動時に応答ムラやコントラスト低下など表示品質に悪影響を及ぼしていた。
特開平６−３４７６３７号公報 特開平７−３５９１５号公報 特開平７−３５９１７号公報

本発明はインクジェット方式においてインキ塗布面端部の着色パターンの断面形状が塗布面の外側に傾いた形状や逆テーパー形状ではなく平坦な形状となるカラーフィルタ用インキ組成物を提供することを課題とするものである。
また、上記カラーフィルタ用インキ組成物を用いたカラーフィルタ、並びにカラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、透明基板上にインクジェット方式にて色パターンを形成するカラーフィルタの製造方法において用いられるインキ組成物であって、着色顔料、熱硬化性樹脂、溶剤、およびシリコン系界面活性剤を含有することを特徴とするカラーフィルタ用インキ組成物である。

また、本発明は、上記発明によるシリコン系界面活性剤が、分子量１×１０^３〜１×１０^４のシリコン系界面活性剤であることを特徴とするカラーフィルタ用インキ組成物である。

また、本発明は、上記発明によるシリコン系界面活性剤が、下記化学式（１）で表されるシリコン系界面活性剤であることを特徴とするカラーフィルタ用インキ組成物である。

また、本発明は、上記発明による溶媒が、常圧における沸点が１８０℃以上の高沸点溶剤であるカラーフィルタ用インキ組成物である。

また、本発明は、上記発明によるシリコン系界面活性剤のインキ組成物中の濃度を０．０１％以上０．１％以下であることを特徴とするカラーフィルタ用インキ組成物である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用インキ組成物を用いインクジェット方式にて透明基板上に色パターンを形成したことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ作製用インキ組成物を用いインクジェット方式にて透明基板上に色パターンを形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明は、着色顔料、熱硬化性樹脂、希釈する溶剤、およびシリコン系界面活性剤を含有するインクジェット方式にてカラーフィルタの製造方法において用いられるインキ組成物であって、例えば下記化学式（１）で示されるような、且つ分子量１×１０^３〜１×１０^４のシリコン系界面活性剤をインキ組成物中の濃度を０．０１％以上０．１％以下で用いるので、インクジェット方式で着色パターンを形成しても、インキ塗布面端部の着色パターンの断面形状が塗布面の外側に傾いた形状ではなく平坦な形状となる、つまりは液晶ディスプレイに用いる場合、液晶パネルの外周部において液晶パネル化後の液晶駆動時に応答ムラやコントラスト低下など表示品質に悪影響を及ぼさないカラーフィルタ用インキ組成物となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタ用インキ組成物を用いインクジェット方式にて透明基板上に着色パターンを形成したカラーフィルタであるので、液晶ディスプレイに用いる場合、液晶パネルの外周部において液晶パネル化後の液晶駆動時に応答ムラやコントラスト低下など表示品質に悪影響を及ぼさないカラーフィルタとなる。
また上記カラーフィルタ用インキ組成物を用いインクジェット方式にて透明基板上に着色パターンを形成するカラーフィルタの製造方法であるので、液晶ディスプレイに用いる場合、液晶パネルの外周部において液晶パネル化後の液晶駆動時に応答ムラやコントラスト低下など表示品質に悪影響を及ぼさないカラーフィルタの製造方法となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明者らは上記問題点を解決するため、鋭意研究した結果、着色顔料、熱硬化性樹脂、希釈する溶剤、およびシリコン系界面活性剤を含有するインクジェット方式にてカラーフィルタの製造方法において用いられるインキ組成物であって、例えば下記化学式（１）で示されるような、且つ分子量１×１０^３〜１×１０^４のシリコン系界面活性剤をインキ組成物中の濃度を０．０１％以上０．１％以下で用いることにより、インキ塗布面端部の着色パターンの断面形状が塗布面の外側に傾いた形状ではなく平坦な形状となる事実を見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、第１の発明は、インクジェット方式にてカラーフィルタの製造方法において用いられるインキ組成物で、着色顔料、熱硬化性樹脂、溶剤、およびシリコン系界面活性剤を含有する熱硬化性着色組成物を前提としている。

界面活性剤としては、且つ分子量１×１０^３〜１×１０^４のものが良い。添加する界面活性剤の量は１％希釈溶液で熱硬化性着色組成物全重量の１％〜１０％が良い。このとき希釈する溶剤は、界面活性剤の溶解性、熱硬化性着色組成物を構成する熱硬化性樹脂、および溶剤により異なり、特に限定されない。

また、着色顔料としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ９、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、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ７、３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、 Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、 Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ２３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。

熱硬化性樹脂としては、熱硬化後の色パターンが液晶パネル化プロセスと十分にマッチングするものであれば特に制限されないが、使用できる樹脂として、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミ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メラミン樹脂が好ましい。

溶剤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４０ｍＮ／ｍ以下で、且つ、沸点が１８０℃以上の高沸点溶剤が好ましい。溶剤が係る条件を満たさないと、表面張力が４０ｍＮ／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す。また、係る溶剤の沸点が１８０℃以下であると下記化学式（１）で示され、且つ分子量１×１０^３〜１×１０^４のシリコン系界面活性剤をインキ組成物中の濃度を０．０１％以上０．１％以下で用いる場合に相溶性が悪く、本発明の効果が発現しなくなるため好ましくない。
具体的には、２−ブトキシエチルアセテート、２−（２−メトキシエトキシ）エタノール、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、１−（２−メトキシプロポキシ）２−プロパノール、１−（２−エトキシプロポキシ）２−プロパノー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。

本発明は透明基板上にフッ素系撥水・撥油剤を含有させた遮光パターンを形成し、遮光パターン間の開口部にのみインクジェット方式により赤色、緑色、青色の着色インクを吐出した後、先ず溶剤を蒸発させ、次にインクを熱硬化させることにより、着色パターンを形成する。

本発明の透明基板には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等が使用できる。
本発明における遮光パターンの材料には、黒色遮光材、光開始剤、分散剤、樹脂、溶媒、撥インク剤を主成分とする黒色樹脂組成物が用いられる。
本発明における遮光パターンの材料の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。
本発明における遮光パターンの材料の樹脂には、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、メラミン樹脂などが適宜選択される。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。また、フォトリソ法を採用するので、感光性樹脂を使用する。
本発明における遮光パターンの材料の分散剤としては、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。
本発明における遮光パターンの材料の溶媒としては、黒色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。
本発明における撥インク剤には、遮光パターンの材料に含まれる樹脂と親和性の少ないケイ素または／およびフッ素の原子を含む材料が好ましい。撥インク剤の具体的な例としては、主鎖または側鎖に有機シリコンを有するもので、シロキサン成分を含むシリコ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。
また遮光パターンの形成は、フォトリソグラフィ法によるものである。

本発明に用い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。
インク吐出後、溶剤を蒸発させた。次いでインク中の樹脂を硬化させ、カラーフィルタとする。

以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
遮光パターンとしてブラックマトリックスを作成した。
（撥インク性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、開始剤５重量部及び撥インク剤（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時間分散しブラックマトリックス組成物を調製した。
ブラックマトリックス組成物を無アルカリガラス（コーニング社製、品番１７３７）上にスピンコート法により塗布した後、オーブンで９０℃２０分プリベークを行った。次いで、露光・現像を行った後に、オーブンで２３０℃１時間ポストベークを行い、ブラックマトリックスを形成した。ブラックマトリックスの膜厚は２．０μｍであった。

（着色インクの調製）
実施例および比較例は、表１に示すような比率で、かつ用いる溶剤と界面活性剤は表２に示す組み合わせで、各組成物を混合し、着色インクを得た。界面活性剤Ａは化学式（１）、界面活性剤Ｂは化学式（２）である。

（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、前記着色インクを使用し、１２ｐｌ，１８０ｄｐ
ｉヘッドを搭載したインクジェット印刷装置により、着色インクを吐出した後、先ずオー
ブンで９０℃２０分加熱して溶剤を蒸発させた。次にオーブンで２３０℃１時間加熱して
、インクを硬化させることにより、着色パターンを形成した後、インキ塗布面端部から２
ｍｍの範囲の形状を膜厚計により観察した。

その結果、実施例１においては、図１に示すように、インキ塗布面端部の着色パターンの断面形状が塗布面の外側に大きく傾いた形状でなく、インキ塗布面端部の膜厚は均一な結果となった。

実施例１におけるインキ塗布面端部の着色パターンの形状。 他の例におけるインキ塗布面端部の着色パターンの形状。

符号の説明

Ｒ…着色パターン
ＢＭ…遮光パターン

Claims (3)

1. 透明基板上にインクジェット方式にて色パターンを形成するカラーフィルタの製造方法において用いられるインキ組成物であって、着色顔料、熱硬化性樹脂、溶剤、およびシリコン系界面活性剤を含有するカラーフィルタ用インキ組成物であって、
   前記シリコン系界面活性剤が、分子量１×１０ ^３ 〜１×１０ ^４ のシリコン系界面活性剤であり、
   前記シリコン系界面活性剤が、下記化学式（１）で表されるシリコン系界面活性剤であることを特徴とするカラーフィルタ用インキ組成物
   を用いインクジェット方式にて透明基板上に着色パターンを形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
   

   
2. 前記溶媒が、常圧における沸点が１８０℃以上の高沸点溶剤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。
3. 前記シリコン系界面活性剤のインキ組成物中の濃度を０．０１％以上０．１％以下であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法。

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