JP5518292B2 - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents
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Description
インクジェット方式によるカラーフィルターの製造において、被着色部毎に充填するインク量が均一であることが重要とされている。
このように、被着色部のインク白抜けを低減する手段は未だ十分ではなく、インク白抜けを有効に低減しうるカラーフィルター製造方法の開発が望まれていた。
(a)前記1列に吐出する複数滴のうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、前記被着色部の外周壁の短辺までの距離が、飛翔時のインク粒径の50〜100%の範囲にあること
(b)前記1列に吐出する複数滴のうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、それより内側に着弾するインク滴であって前記両端に着弾するインク滴に最も近いものの中心位置との間の最短距離が、飛翔時のインク粒径の100%〜150%の範囲にあること
(c)被着色部と着色インクとの接触角が5°〜10°であること
1)長辺と短辺からなる外周壁を有する略長方形の被着色部の長手方向に対して垂直にインクジェットヘッドを走査しながら、着色インクを該長手方向に沿って1列に複数滴吐出する吐出工程を含むカラーフィルターの製造方法において、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすことを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
(a)前記1列に吐出する複数滴のうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、前記被着色部の外周壁の短辺までの距離が、飛翔時のインク粒径の50〜100%の範囲にあること。
(b)前記1列に吐出する複数滴のうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、それより内側に着弾するインク滴であって前記両端に着弾するインク滴に最も近いものの中心位置との間の最短距離が、飛翔時のインク粒径の100%〜150%の範囲にあること。
(c)被着色部と着色インクとの接触角が5°〜10°であること
3)前記被着色部に吐出される着色インクの充填量のバラツキが、同一色の被着色部間において5%以下であることを特徴とする、1)又は2)記載のカラーフィルターの製造方法。
本発明における被着色部は、ブラックマトリクス基板上に複数個形成されている。すなわち、本発明のカラーフィルター用基板は、多数の被着色部を持つブラックマトリクス基板に着色インクを着色させることで形成される。
本発明に係る多数の被着色部を持つブラックマトリクス基板は、所定配列の複数の凹状のインク充填用被着色部と、その被着色部の外周を覆うブラックマトリクス(外周壁)を持つ。
一つはフォトリソグラフィー法により加工したCr等の金属膜からなるブラックマトリクスである。この利点は解像度及び遮光率が高く、光学濃度(OD)3.0以上のものが膜厚0.1μm近辺で容易に得られるという点である。問題点としては、金属膜であって可視光の反射率が約40%と高いため、外光の反射による表示画像のコントラストの低下や、周囲の明るい物体がブラックマトリクス面で反射して表示画像に重なるといった点、またCr膜のスパッタ及びフォトリソグラフィー加工と工程が長いので低コスト化が困難である、という点が挙げられる。
本発明の被着色部は、長軸と短軸をもつ略長方形をしており、長方形状又は楕円形状であってもよい。また、長辺及び短辺を有する外周壁(ブラックマトリクス)により外周を覆われている。1個の被着色部のサイズは特に限定されないが、長辺が70〜420μm、短辺が20〜100μm程度のサイズを有する。
本発明の着色インクは、着色剤(顔料、顔料分散剤)と透明樹脂成分(溶剤、樹脂、重合開始剤等)で構成されている。
着色剤としての顔料は、画素(画素部)のR、G、B等や被着色部外周壁の求める色に合わせて、有機着色剤及び無機着色剤の中から任意のものを選んで使用することができる。有機着色剤としては、例えば、染料、有機顔料、天然色素等を用いることができる。また、無機着色剤としては、例えば、無機顔料、体質顔料等を用いることができる。
本発明で用いられる溶剤は、インクジェット装置の印刷適性により選択される。好ましくは沸点が200℃以上、より好ましくは240℃以上のものから選択される。前記溶剤の沸点が200℃以上であることにより、適度な乾燥性及び蒸発性を有するため、ヘッドから吐出した時の直進性、安定性に優れ、更に効率よく乾燥させることができ、着弾したインク滴がインク層形成領域全体の隅々にまで濡れ広がり易くなる。その結果、多様化している基板に対しても、被着色部外周壁の際部分にまで着弾したインクが濡れ広がることが可能になり、画素の色抜けや輝度低下を防止することができる。沸点が200℃未満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場合がある。
かかる溶剤の具体例としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどが挙げられる。
顔料分散剤は、顔料を良好に分散させるためにインク中に必要に応じて配合される。顔料分散剤としては、例えば、カチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性、シリコーン系、フッ素系等の界面活性剤を使用できる。また、界面活性剤の中でも高分子界面活性剤(高分子分散剤)が好ましい。
本発明の着色インクの透明樹脂成分(透明樹脂溶液)に含まれる樹脂としては、光硬化型樹脂組成物、熱硬化型樹脂組成物等が挙げられる。
光硬化型樹脂組成物としては、比較的分子量の高い重合体(高分子量重合体)、光重合性官能基を2つ以上有する多官能モノマー、オリゴマー、光重合性官能基を2つ有する2官能モノマー、光重合性官能基を1つ有する単官能のモノマーや光により活性化する光重合開始剤から構成される。また、比較的低粘度の反応性モノマーを反応性希釈剤として配合することも可能である。その他の添加剤としては、例えば、充填剤、バインダーポリマー以外の高分子化合物、界面活性剤、密着促進剤、凝集防止剤、有機酸、硬化剤などが挙げられる。界面活性剤としては、例えば、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤および両性界面活性剤などが挙げられる。
比較的分子量が高い重合体(高分子量重合体)とは、所謂モノマーやオリゴマーよりも分子量が高いものをいい、重量平均分子量5,000以上を目安にすることができる。前記重合体としては、それ自体は重合反応性のない重合体、及び、それ自体が重合反応性を有する重合体のいずれを用いてもよく、また、2種以上を組み合わせて用いても良い。
前記重合体は、上記透明樹脂成分(溶剤、樹脂、重合開始剤等)中の固形分全量に対して、通常、1〜50重量%の割合で配合する。ここで、配合割合を特定するためのインクの固形分とは、透明樹脂成分中の溶剤を除く全ての成分を含み、液状の重合性モノマー等も固形分に含まれる。
本発明における着色インクは、前記透明樹脂溶液中に、多官能モノマーを配合する。従来から、光硬化性組成物を硬化させて得られる硬化層の膜強度や基板に対する密着性を上げるために、光硬化性組成物中に重合性官能基を2個以上有するモノマー(多官能モノマー)が配合されているが、十分な膜強度や密着性を得るために、通常は3官能以上の多官能モノマーが用いられている。
多官能モノマーの配合割合は、透明樹脂溶液の固形分全量に対して、通常、20〜70重量%の割合で配合する。
光重合開始剤は、比較的高分子量の重合体、多官能モノマー、2官能モノマーや単官能モノマーの反応形式の違い(例えばラジカル重合やカチオン重合など)や、各材料の種類を考慮して適宜選択されるが、着色したインクを硬化させるために、必要に応じて添加する。
その他の添加剤としては、例えば、充填剤、バインダーポリマー以外の高分子化合物、界面活性剤、密着促進剤、凝集防止剤、有機酸、硬化剤などが挙げられる。界面活性剤としては、例えば、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤および両性界面活性剤などが挙げられる。
本発明で用いられる熱硬化型樹脂組成物は、熱重合性のバインダーと2官能乃至3官能のエポキシ基含有モノマーとを少なくとも含有することを特徴とする。熱硬化型樹脂組成物には、必要に応じて着色剤、分散剤、硬化促進剤、或いはその他の添加剤を配合してもよい。また、熱硬化性透明樹脂組成物に、インクジェット方式に適用するための適切な流動性、吐出性を付与するために、上記の各成分を溶剤(希釈剤)に溶解又は分散させてもよい。また、2官能乃至3官能のエポキシ基含有モノマーと共に、4官能以上のエポキシ基含有樹脂を組み合わせて用いてもよい。
上記熱硬化型樹脂組成物には、熱硬化性成分として、2官能乃至3官能のエポキシ基含有モノマーを1種又は2種以上組み合わせて用いる。2官能乃至3官能のエポキシ基含有モノマーは、熱硬化性樹脂のなかでも比較的粘度が低いうえに、乾燥による粘度上昇が少ないので、このような2官能乃至3官能のエポキシ基含有モノマーを熱硬化性成分として用いるインクは、インクジェット方式による吹き付け作業中に、ヘッドの先端での粘度上昇を起こし難く、ヘッドの目詰まりを発生させず、作業中におけるインクの吐出性が安定する。そのため、インクの吐出量や吐出方向が一定に保たれ、インクを基板上に所定のパターン通り正確に、且つ、均一に付着させることができる。
また、熱硬化型樹脂組成物には、上記の2官能乃至3官能のエポキシ基含有モノマーと共に、必要に応じて、単官能のエポキシ基含有モノマー、及び/又は、4官能以上のエポキシ基含有樹脂、及び/又は、エポキシ基含有モノマー以外の熱硬化性成分を配合してもよい。
本発明で用いられる熱硬化型樹脂組成物には、通常、硬化剤が配合される。硬化剤としては、例えば多価カルボン酸無水物または多価カルボン酸が用いられる。
その他の添加剤としては、例えば、充填剤、バインダーポリマー以外の高分子化合物、界面活性剤、密着促進剤、凝集防止剤、有機酸、硬化剤などが挙げられる。界面活性剤としては、例えば、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤および両性界面活性剤などが挙げられる。
本発明では、被着色部に対し、インクジェット方式を用いて着色する。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交換方式があり、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4〜100KHz程度である。
その他、本発明においては、例えば特許公開2007−237599等に記載される公知の一般的な仕様のインクジェットヘッドを用いることができる。
本発明のカラーフィルターの製造方法は、インクジェットヘッドを前記被着色部の長手方向に対し垂直に走査(移動)させながら、着色インクを該被着色部の長手方向に沿って1列に複数滴吐出し、着弾させる工程を含む。
本発明の製造方法は、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすことを特徴とする。
(a)前記1列に吐出する複数滴のインクのうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、前記被着色部の外周壁の短辺までの距離が、飛翔時のインク粒径の50〜100%の範囲にあること。
(b)前記1列に吐出する複数滴のインクのうち、該1列の両端に着弾するインクの中心位置から、それより内側に着弾するインクであって前記両端に着弾するインクに最も近いものの中心位置までの最短距離が、飛翔時のインク粒径の100%〜150%の範囲にあること。
(c)被着色部と着色インクとの接触角が5°〜10°であること
図2では、複数のノズルを有するインクジェットヘッドを被着色部の長手方向と平行に取り付け、1つの被着色部に対して複数のインクジェットヘッドノズルを用いて着色する。
また、上記副走査による微細なノズル位置の移動とともに、複数ノズルのうち吐出するノズルを適宜選択し、これら副走査とノズル選択とを組み合わせることによって、より高精細な印刷を可能にすることもできる。
インクジェットヘッドの同一ノズルから吐出される一滴毎のインク吐出量は5%以下のバラツキを持つため、1つの被着色部にn個のインクを着弾させることで、1/√n倍以下で、異なる被着色部間でのインク量のバラツキを分散させることができる。また、インクジェットのノズル間のインク吐出量は5%以下のバラツキを持つため、1つの被着色部にm個のノズルを用いてインクを着弾させることで、1/√m倍以下で、異なる被着色部間でのインク量のバラツキを分散させることができる。これらにより、全ての被着色部に対してインク量を平均化することができる。
なお、飛翔時のインク粒径は、インクジェットヘッドに加える電圧により調整することができる。
本実施例で使用するブラックマトリクス基板は、次のような方法で製造した。すなわち、被着色部の外周壁の素材としてネガ型樹脂ブラックマトリクス材料(住友化学株式会社製、商品名「XK−L304SF」)を用い、これをガラス基板上に、ポストベーク後の最終的な膜厚が2μmとなるようにスピンコート塗工した。
次いで、パターンマスクを介して露光量200mJ/cm2でパターンニング露光した後、90℃で110秒間のプリベークを行った。その後、0.5%水酸化カリウム水溶液からなる現像液を用いて温度24℃で現像し、被着色部を形成した。さらに、室温から230℃まで1時間で昇温し、同温度で20分間維持するポストベークを行うことで被着色部外周壁を形成した。このようにして、大きさ70μm×230μmの略長方形で、被着色部外周壁の高さ1.6μmを持つ被着色部を縦20個、横20個並べたブラックマトリクス基板を製造した。
被着色部を着色する着色インクを、以下に示す組成(赤色)で調製した。すなわち、以下に示すRed顔料、顔料分散剤、光硬化樹脂及び有機溶剤を下記の割合で混合し、直径0.3mmのジルコニアビーズを500部加え、ペイントシェーカーを用いて4時間分散させた。なお、このインク組成例における「部」とは「重量部」を表す。
顔料分散剤(AVECIA社製:ソルスパース24000):5部
多官能モノマー(1,9−ノナンジオールジアクリレート):10部
2官能モノマー(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート):5部
反応性モノマー(2−エチルへキシルアクリレート):10〜20部
オリゴマー(東亜合成社製:M−8030):5部
光重合開始剤(チバスペシャルケミカルズ社製:イルガキュアー369):0.5部
溶剤(ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート):残部
上記カラーフィルター用基板の形成例で製造された大きさ70μm×230μmの略長方形で、被着色部外周壁の高さ1.6μmを持つ被着色部を縦20個、横20個並べたブラックマトリクス基板に対し、インクジェット方式を用いて着色インクを吐出し、該被着色部を着色した。
被着色部を着色する走査は、インクジェットヘッドノズル間隔が160μmのヘッドを用い、16回の走査回数で行った。この16回の走査をさせる際、1回の走査あたりにインクジェットヘッドもしくは被着色部が移動する距離は10μmとする。本実施例1では、インクジェットヘッドを移動させた。
なお、飛翔時のインク粒径は次の方法で測定した:シャーレ上にインクを1千万滴吐出させ、インクを乾燥させる。吐出前と乾燥後のシャーレの重さの変化と、インクの固形分、比重からインクジェットヘッドノズル1個あたりから吐出した1滴の体積(平均値)を計算する。得られた体積から飛翔時のインク粒径を計算する。
実施例1と同様に、被着色部1個に対し、飛翔時のインク粒径30μmのインク滴を、被着色部の長手方向(長さ;230μm)に1列に着弾するように、10滴吐出させた。
このとき、1列に着弾する10滴のインクのうち、両端に着弾するインクの中心位置と、被着色部の外周壁の短辺までの距離L1を20μm(飛翔時のインク粒径の約67%)とした。また、1列の両端に着弾するインクの中心位置と、それより内側に着弾させる直近のインクの中心位置までの最短距離L2を40μm(飛翔時のインク粒径の約133%)とした。残りの6滴はL3の領域に可能な限り等間隔に着弾させた。この際、インク接触角のバラツキ5°〜10°を持つ被着色部400個に対し、被着色部のインク白抜けは確認できなかった。図8に本実施例における被着色部へのインク滴の着弾の様子を表す模式図を示す。
また、被着色部400個の膜厚を測定しインク充填量を算出した結果、そのバラツキは3%以下であった。
実施例1と同様に、被着色部1個に対し、飛翔時のインク粒径30μmのインク滴を、被着色部の長手方向(長さ;230μm)に1列に着弾するように、10滴吐出させた。飛翔時のインク粒径は30μmであった。
このとき、1列に着弾する10滴のインクのうち、両端に着弾するインクの中心位置と被着色部の外周壁の短辺までの距離L1を30μm(飛翔時のインク粒径の100%)とした。残りの8滴をL2とL3の領域に可能な限り等間隔に着弾させた。その結果、1列の両端に着弾するインクの中心位置と、それより内側に着弾させる直近のインクの中心位置までの最短距離L2は20μm(飛翔時のインク粒径の約67%)であった。
この際、インク接触角のバラツキ5°〜10°を持つ被着色部400個に対し、被着色部のインク白抜け箇所が約20箇所発生した。図9に本比較例における被着色部へのインク滴の着弾の様子を表す模式図を示す。
また、被着色部400個の膜厚を測定しインク充填量を算出した結果、そのバラツキは3%以下であった。
実施例1と同様に、被着色部1個に対し、飛翔時のインク粒径30μmのインク滴を、被着色部の長手方向(長さ;230μm)に1列に着弾するように、10滴吐出させた。
飛翔時のインク粒径は30μmであった。
このとき、1列に着弾する10滴のインクのうち、両端に着弾するインクの中心位置と被着色部の外周壁の短辺までの距離L1を50μm(飛翔時のインク粒径の約167%)とした。また、両端に着弾するインクの中心位置と、それより内側に着弾させる直近のインクの中心位置までの最短距離L2を30μm(飛翔時のインク粒径の約167%)とした。残り6滴は図のL3の領域に可能な限り等間隔に着弾させた。
この際、インク接触角のバラツキ5°〜10°を持つ被着色部400個に対し、被着色部のインク白抜けは約40箇所発生した。図10に本比較例における被着色部へのインク滴の着弾の様子を表す模式図を示す。
また、被着色部400個の膜厚を測定しインク充填量を算出した結果、そのバラツキは3%以下であった。
実施例1と同様に、被着色部1個に対し、飛翔時のインク粒径30μmのインク滴を、被着色部の長手方向(長さ;230μm)に1列に着弾するように、10滴吐出させた。
飛翔時のインク粒径は30μmであった。
このとき、1列に着弾する10滴のインクのうち、両端に着弾するインクの中心位置と、被着色部の外周壁の短辺までの距離L1を20μm(飛翔時のインク粒径の約67%)とした。また、両端に着弾するインクの中心位置と、それより内側に着弾させる直近のインクの中心位置L2までの最短距離を50μm(飛翔時のインク粒径の約167%)とした。残りの6滴はL3の領域に可能な限り等間隔に着弾させた。この際、インク接触角のバラツキ5°〜10°を持つ被着色部400個に対し、被着色部のインク白抜けは約5箇所発生した。図11に本比較例における被着色部へのインク滴の着弾の様子を表す模式図を示す。
また、被着色部400個の膜厚を測定しインク充填量を算出した結果、そのバラツキは3%以下であった。
Claims (5)
- 長辺と短辺からなる外周壁を有する略長方形の被着色部の長手方向に対して垂直にインクジェットヘッドを走査しながら、着色インクを該長手方向に沿って1列に複数滴吐出する吐出工程を含むカラーフィルターの製造方法において、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすことを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
(a)前記1列に吐出する複数滴のうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、前記被着色部の外周壁の短辺までの距離が、飛翔時のインク粒径の50〜100%の範囲にあること
(b)前記1列に吐出する複数滴のうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、それより内側に着弾するインク滴であって前記両端に着弾するインク滴に最も近いものの中心位置との間の最短距離が、飛翔時のインク粒径の100%〜150%の範囲にあること
(c)被着色部と着色インクとの接触角が5°〜10°であること - 前記1列に吐出する複数滴のうち、該1列の両端に着弾するインク滴の中心位置と、それより内側に着弾するインク滴であって前記両端に着弾するインク滴に最も近いものの中心位置との間の最短距離が、飛翔時のインク粒径の120%〜150%の範囲にあることを特徴とする、請求項1記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記被着色部に吐出される着色インクの充填量のバラツキが、同一色の被着色部間において5%以下であることを特徴とする、請求項1又は2記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記吐出工程において、被着色部の長手方向に対する垂直のインクジェットヘッド走査を、複数回行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記吐出工程において、被着色部の長手方向に対して垂直にインクジェットヘッドを走査した後、前記被着色部の長手方向に対して平行にインクジェットヘッドもしくは被着色部を移動し、再度被着色部の長手方向に対して垂直にインクジェットヘッドを走査することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のカラーフィルターの製造方法。
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