DE60019692T2

DE60019692T2 - Farbfilter für eine Flüssigkristallanzeige und dazugehöriges Herstellungverfahren

Info

Publication number: DE60019692T2
Application number: DE60019692T
Authority: DE
Inventors: Akio Ohta-Ku Kashiwazaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: US6475683B1; KR20010049934A; DE60019692D1; EP1072927A3; EP1072927A2; TW475067B; EP1072927B1; KR100374272B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Farbfilter mit einem lichtdurchlässigen farbigen Teil, ein Verfahren zur Herstellung des Farbfilters und ein Flüssigkristallpanel unter Einsatz des Farbfilters.
Stand der Technik
Mit der jüngsten Entwicklung von PC's, speziell tragbaren PC's, ist der Bedarf an Flüssigkristalldisplays, insbesondere farbigen Flüssigkristalldisplays, angestiegen. Eine weitere Verbreitung farbiger Flüssigkristalldisplays erfordert eine Verringerung der Kosten der selben, insbesondere derjenigen der Farbfilter, die einen wesentlichen Kostenanteil ausmachen. Obgleich verschiedene Verfahren zur Erfüllung dieser Anforderungen unter Aufrechterhaltung der für die Farbfilter erforderlichen Eigenschaften vorgeschlagen wurden, gibt es derzeit noch ungelöste Probleme. Beispielsweise wurden viele Vorschläge dahingehend gemacht, zur Farbfilterherstellung ein Tintenstrahlsystem mit dem Potential einer wirksamen Kostenverringerung zu nutzen. Wenn das Tintenstrahlsystem zur Farbfilterproduktion benutzt wird, ist es jedoch oft schwierig, sowohl die stabilen Austrageigenschaften der Tinte und die Produkt-Zuverlässigkeit, wie etwa Wasserfestigkeit und Lichtbeständigkeit des Farbfilters, auf hohem Niveau zu gewährleisten. Um mittels des Tintenstrahlverfahrens einen lichtdurchlässigen farbigen Teil herzustellen, wird als Tinte eine Zusammensetzung benutzt, die ein Färbematerial, etwa einen Farbstoff oder ein Pigment, in einem zumeist wässrigen Lösungsmittel nutzt. Wenn ein Farbstoff als Färbematerial genutzt wird, ist die Austragsstabilität der Tinte im Tintenstrahlsystem bis zu einem gewissen Grade befriedigend, aber die Produkt-Zuverlässigkeit des so hergestellten Farbfilters ist generell derjenigen unterlegen, die bei Verwendung eines Pigment-Färbematerials erhalten wird. Wenn andererseits ein Pigment als Färbematerial benutzt wird, ist die Produkt-Zuverlässigkeit des Farbfilters bis zu einem gewissen Grade befriedigend, aber die Austragsstabilität der Tinte im Tintenstrahlsystem ist allgemein derjenigen unterlegen, die bei Nutzung eines Farbstoff-Färbematerials erhalten wird. Desweiteren gibt es das Problem, dass wasser-basierte Tinten vom Pigment-Typ mitunter in der Lagerungs-Stabilität über lange Zeitspannen unterlegen sind. Auf diesem Hintergrund wurden Studien von Tintenstrahlsystemen, unter Einsatz von wasser-basierten Pigment-Tinten unternommen, die sowohl hinsichtlich der Tintenstrahl-Austragsstabilität als auch der Langzeit-Lagerfähigkeit überzeugen können. Dies wird unten detailliert beschrieben.
Es ist am meisten bevorzugt, ein Pigment als Färbematerial zu verwenden, wenn die Produkt-Zuverlässigkeit des Farbfilters betrachtet wird. Wenn ein Pigment, welches üblicherweise für die Farbfilter eingesetzt wird, als Färbematerial in einer wasser-basierten Tintenstrahl-Tinte benutzt wird, ist es erforderlich, das Pigment in dem Medium in einen stabilen Zustand zu dispergieren. Allgemein wird das Pigment in einem wässrigen Medium durch Zugabe eines Dispergierungsmittels dispergiert, um ein homogenes Dispersionssystem zu erzeugen. Es gibt jedoch das Problem, das mitunter der Dispersionszustand auch dann nicht befriedigend ist, wenn ein Dispergierungsmittel benutzt wird, und folglich ist die ein dispergiertes Pigment enthaltende Tinte in ihrer Langzeit-Lagerfähigkeit unterlegen.
Indessen sollte, wenn eine Tinte in einem Tintenstrahlsystem benutzt wird, die Tinte von der Spitze einer winzigen Düse (Öffnung) des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes als stabiles Tröpfchen ausgetragen werden. Es ist daher erforderlich, dass keine Verfestigung der Tinte durch Trocknen an der Öffnung auftritt. Wenn eine ein Dispergierungsmittel enthaltende Tinte, wie oben beschrieben, in dem Tintenstrahlsystem benutzt wird, kann die Dispergierungs-Komponente, wie etwa ein Harz, an der Öffnung ohne Wiederauflösung ankleben, was eine Verstopfung an der Öffnung oder einen Austrag-Ausfall bewirkt. Es gibt auch das Problem bei den wasser-basierten Pigmenttinten, die ein Dispergierungsmittel enthalten, dass sie so viskos sind, dass der Austrag instabil werden kann, wenn der kontinuierliche Austrag und eine Bilderzeugung mit hoher Geschwindigkeit für eine lange Zeit ausgeführt werden, was am hohen Widerstand im Durchgang zur Düsenspitze begründet ist.
Die JP-A-11-80633 beschreibt die Herstellung eines Farbfilters unter Einsatz einer Tinte, die feine farbige Teilchen eines Pigments enthält, die mit einem Schichtbildenden Harz mit Carboxylgruppen bedeckt sind, wobei die Teilchen in einem wässrigen Medium dispergiert sind.
Die EP-A-0756932 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters, wobei das Auftreten einer Farbmischung und farbloser Abschnitte verhindert werden, während die Präzision des Tintenauftreffens beim Aufbringen von Tinte auf ein Substrat verbessert wird. Farbige Tinten können durch Pigmenttinten realisiert werden.
Die EP-A-0842994 beschreibt eine wasser-basierte Pigmenttinte, die ein Färbematerial aufweist, das aus selbst-dispergierendem Carbonschwarz, das durch Anbinden mindestens einer hydrophilen Gruppe direkt oder über eine weitere atomare Gruppe an die Oberfläche des Carbonschwarz erhalten wird, und einem aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel bestehenden wässrigen Medium zusammengesetzt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch herausgefunden, dass die durch ein Tintenstrahlsystem unter Einsatz einer Tinte, die ein Pigment 19, bedeckt mit einem thermisch vernetzenden Harz (wie gezeigt in der JP-A-11-80633) enthält, gebildeten Pixel keine ausreichende Pixel-Transparenz haben, welche eine der wichtigen Eigenschaften von Farbfiltern ist. Der Grund, warum die Pixel keine hinreichende Transparenz haben, wird darin gesehen, dass das Pigment im Pixel lokalisiert ist und eine solche Lokalisierung eine zufällige Reflexion bewirkt. Der Mechanismus für die Lokalisierung wird unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 1C erläutert. Wenn eine Grundplatte 1 einer Wärmebehandlung und/oder Lichtbestrahlung nach Aufbringen der Tinte (1A) unterzogen wird, wird eine Vernetzung zwischen den das Pigment 19 bedeckenden Harzen und ein Verdampfen des wässrigen Mediums auftreten (1B). Folglich neigen Pigmentteilchen dazu, sich anzuziehen und in den Pixeln zu lokalisieren, was eine Reflexion in den Gebieten der Pigment-Lokalisierung bewirkt und die Transparenz verringert. Auf Grundlage dieser Erkenntnis haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung entschieden, eine Pigment-Tinte zu entwickeln, die für ein Tintenstrahlsystem hochgradig wünschenswerte Eigenschaften hat, Pixel mit hoher Transparenz liefern kann und Farbfilter mit den benötigten Eigenschaften ergeben kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Farbfilter und ein Herstellungsverfahren hierfür bereit zu stellen, welche eine sowohl in der Langzeit-Lagerfähigkeit als auch der Austragsstabilität in einem Tintenstrahlsystem ausgezeichnete wasser-basierte Pigment-Tinte nützt, wobei das Tintenstrahlsystem die Produktionskosten effizient reduzieren kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flüssigkristallpanel bereit zu stellen, welches ein Farbfilter mit hoher Qualität, Produkt-Zuverlässigkeit und niedrigen Produktionskosten enthält, wobei das Farbfilter lichtdurchlässige farbige Teile hat, die durch ein Tintenstrahlsystem unter Einsatz einer wasser-basierten Pigment-Tinte gebildet sind.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, einen Farbfilter gemäß Anspruch 12 und ein Flüssigkristallpanel gemäß Anspruch 20 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Farbfilter hoher Qualität mit niedrigen Kosten durch vorteilhaften Einsatz eines Tintenstrahlsystems mit einem Färbematerial vom Pigment-Typ hergestellt werden, welches eine ausgezeichnete Stabilität bei der Langzeit-Lagerung ebenso stabile Austrageigenschaften hat, wenn es in einem Tintenstrahlsystem benutzt wird. Erhältlich ist ein Farbfilter mit einem lichtdurchlässigen farbigen Teil hoher Transparenz, und das Filter hat auch eine hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich Eigenschaften wie Wasserfestigkeit und Lichtbeständigkeit.
Die 2A, 2B und 2C zeigen schematisch den Bildungsvorgang des farbigen Teils des Farbfilters gemäß der Erfindung. Eine Tinte wird auf eine Grundplatte 1 in einem Zustand, in dem ein selbst-dispergierendes Pigment 20 gleichmäßig in der Tinte dispergiert ist, aufgebracht (2A). Eine Wärmebehandlung und/oder eine Lichtbestrahlung bewirken eine Vernetzung der Bindemittelkomponente in der Tinte und eine Verdampfung des Mediums des Mittels (2B). Im Ergebnis verteilt sich das selbst-dispergierende Pigment 20 gleichförmig in der vernetzten Bindemittelkomponente (2C), und die erhaltene Schicht hat eine glatte Oberfläche und bietet eine gute Transparenz.
Es sind bereits selbst-dispergierende Pigmente bekannt gewesen, die durch Anbinden einer hydrophilen Gruppe direkt oder durch eine Koppel-Gruppe an die Oberfläche des Pigments gebildet werden, oder solche Pigmente nutzender Tinten, wie beispielsweise im US-Patent 5,837,045 beschrieben. Es wurde jedoch nichts hinsichtlich der Eigenschaften der Pixel beschrieben, die durch ein Tintenstrahlsystem unter Nutzung einer solchen Tinte bei der Farbfilterherstellung erreicht werden, und es wurde nicht einmal vorgeschlagen, ob eine solche Tinte Pixel mit Eigenschaften liefern kann, die für die Anwendung in einem Farbfilter ausreichend sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A, 1B und 1C stellen einen Produktionsprozess von Pixeln eines Farbfilters gemäß dem Stand der Technik unter Einsatz einer Tinte dar, die Pigmentteilchen enthält, welche mit einem Schichtbildenden Harz bedeckt sind.
Die 2A, 2B und 2C stellen einen Erzeugungsprozess eines farbigen Teils eines Farbfilters unter Einsatz einer Tinte dar, wie sie bei der vorliegenden Erfindung genutzt wird.
Die 3A, 3B, 3C und 3D stellen einen Produktionsprozess eines Farbfilters gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dar.
Die 4A, 4B, 4C, 4D und 4E stellen ein weiteres Produktionsverfahren eines Farbfilters gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dar.
5 stellt ein Beispiel eines Flüssigkristallpanels unter Einsatz eines Farbfilters dar, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
Die 3A bis 3D stellen ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die Grundplatte 1 wird gewöhnlich aus Glas gefertigt. Es kann jedoch jedes andere Material benutzt werden, so lange dieses die für das Flüssigkristall-Farbfilter erforderlichen Eigenschaften, wie Transparenz (Lichtdurchlässigkeit) und mechanische Stabilität, hat. Beispielsweise kann ein transparentes Acrylharz als Grundplatte verwendet werden. Zuerst wird, wie in 3A gezeigt, die schwarze Matrix auf der Grundplatte 1 vorgesehen. Die schwarze Matrix kann durch Verwendung bekannter Verfahren und Materialien bereit gestellt werden. Diese schwarze Matrix dient zur Bildung eines Lichtabschirmungsteiles 8 und wird bevorzugt durch Photolithographie hergestellt, um eine Schicht eines schwarzen Pigment-Harzes so zu strukturieren, dass Öffnungen 2a erzeugt werden, die dem lichtdurchlässigen Teil 7 beliebiger Gestalt entsprechen. Die Resistschicht wird durch Nutzung einer Harzzusammensetzung gebildet, die ein schwarzes Pigment aufweist (schwarzer Pigment-Harz). Bevorzugt ist die Dicke der Resistschicht 0,5 μm oder mehr. Eine solche Dicke ergibt eine ausreichende optische Dichte für einen zuverlässigen Lichtabschirmungseffekt. Sie verhindert auch, dass die durch das Tintenstrahlsystem auf eine Öffnung aufgebrachte Tinte aus der Öffnung überläuft und in die nächste Öffnung läuft, wodurch wirksam ein Mischen von Tinten verschiedener Farben verhindert wird. Die obere Grenze der Dicke der Resistschicht ist nicht speziell beschränkt, so lange sie praktisch realisierbar ist – bevorzugt sind aber beispielsweise etwa 5 μm.
Dann wird die Tinte 4 auf die Öffnung 2a durch ein Tintenstrahlsystem aufgebracht, wie in 3B gezeigt. Das Tintenstrahlsystem kann vom Bubble-Jet-Typ sein, der einen elektrothermischen Wandler als Energieerzeugungselement nutzt, oder von einem Piezo-Jet-Typ, bei dem ein Piezoelement benutzt wird. In diesem Falle können die zu färbende Fläche und das Muster wahlweise bestimmt werden. Als Tinte 4 (wasser-basierte Pigment-Tinte) wird eine Tinte benutzt, die mindestens aus Wasser, einem wässrigen organischen Lösungsmittel und einem Färbematerial besteht, wobei das Färbematerial ein Pigment vom selbst-dispergierenden Typ enthält, das mindestens eine Art hydrophiler Gruppe hat, die an die Oberfläche direkt oder über eine weitere Verbindungsgruppe angebunden ist.
Als Ausgangsstoff für die Präparation eines solchen selbst-dispergierenden Pigments können beliebige anorganische oder organische Pigmente benutzt werden, so lange diese für einen Farbfilter geeignet sind. Organische Pigmente schließen ein: Azo-Pigmente, wie etwa Azo-Pigmente, unlösliche Azo-Pigmente, kondensierte Azo-Pigmente und Chelat-Azo-Pigmente; polyzyklische Pigmente, wie etwa Phthalocyanin-Pigmente, Perylen-Pigmente, Perynon-Pigmente, Anthraquinon-Pigmente, Quinacridon-Pigmente, Dioxazin-Pigmente, Thioindigo-Pigmente, Isoindolinon-Pigmente, und Quinophthalon-Pigmente. Anorganische Pigmente schließen ein: Oxide, wie etwa Titanoxid, rotes Eisenoxid, Chromoxid, schwarzes Eisenoxid; Kadmiumgelb; Chromvermilion, Preussisch Blau, Ultramarin und gelbes Eisenoxid. Im Hinblick auf den Farbton werden bevorzugt organische Pigmente benutzt.
Die als Färbematerial bei der vorliegenden Erfindung verwendeten selbstdispergierenden Pigmente besitzen bevorzugt Ionizität, und diese haben hydrophile Gruppen, die an die Oberfläche angebunden sind. Die an die Oberfläche des anionisch geladenen Pigments angebundene hydrophile Gruppe ist – COOM, worin M Wasserstoff, ein Alkalimetall, Ammonium oder organisches Ammonium ist.
Wenn „M" in den obigen hydrophilen Gruppen ein Alkalimetall repräsentiert, sind Beispiele des Alkalimetalls Lithium, Natrium und Kalium, und Beispiele des organischen Ammoniums sind Mono-, Di- und Trimethylammonium, Mono-, Di- und Triethylammonium und Mono-, Di- und Trimethylammonium.
Ein anionisch geladenes Pigment mit – COONa auf der Oberfläche kann beispielsweise durch Oxidieren eines Pigments mit Natriumchlorid präpariert werden. Natürlich ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt.
Mit kationisch geladenen Pigmenten ist die direkt oder über eine Verbindungsgruppe an die Oberfläche des Pigments gebundene hydrophile Gruppe bevorzugt eine quaternäre Ammoniumgruppe und noch bevorzugter eine der folgenden quaternären Ammoniumgruppen: -NH₃ ⁺, -NR₃ ⁺ (R ist definiert wie oben).
Ein Verfahren zur Herstellung kationisch geladener selbst-dispergierender Pigmente mit hydrophilen Gruppen, wie oben erwähnt, die an die Oberfläche angebunden sind, ist das Anbinden einer N-ethylpyridyl-Gruppe der folgenden Struktur:
an die Oberfläche eines Pigments durch Behandlung des Pigments mit 3-Amino-N-ethylpyridinbromid. Natürlich ist die vorliegende Erfindung auf dieses Verfahren nicht beschränkt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch bevorzugt, eine hydrophile Gruppe wie oben erwähnt, über eine Verbindungsgruppe an die Oberfläche eines Pigments anzubinden. Beispiele solcher Gruppen sind Alkylen-Gruppen mit 1 oder 12 Kohlenstoffatomen, eine unsubstituierte oder mit C₁ – C₅-Alkylgruppen substituierte Phenylengruppe oder eine unsubstituierte oder mit C₁ – C₅-Alkylgruppen substituierte Naphthyl-Gruppe. Spezielle Beispiele der über eine Verbindungsgruppe an die Oberfläche eines Pigments angebundenen hydrophobe Gruppe sind -C₂H ₄COOM, -ph-SO₃M und – C₅H₁₀NH₃ ⁺, worin ein ph eine Phenylgruppe ist und M so definiert ist, wie oben, zusätzlich zu den bereits oben erwähnten hydrophilen Gruppen, hierauf aber nicht beschränkt.
Es kann an die gleiche Oberfläche eines Pigmentteilchens mehr als eine Art hydrophiler Gruppen angebunden sein, so lange diese Gruppen die gleiche Polarität haben.
Das selbst-dispergierende Pigment, das für die wasser-basierte Pigment-Tinte bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist wegen der an die Oberfläche gebundenen hydrophilen Gruppen kationisch oder anionisch geladen. Da die Selbst-Dispergierbarkeit eine Folge ionischer Abstoßung ist und die hydrophile Gruppe auch die hydrophilen Eigenschaften verstärkt, wird das Pigment stabil in einem wässrigen Medium dispergiert, und die Teilchengröße des Pigments und die Viskosität erhöhen sich nicht während langer Lagerung der wasser-basierten Tinte, die ein solches Pigment enthält. Weiterhin können, da das selbstdispergierende Pigment selbst eine hohe Dispergierungsfähigkeit in einem wässrigen Medium der Tinte zeigt, gute Austrageigenschaften erhalten werden, wenn eine solche Tinte in einem Tintenstrahlsystem benutzt wird, und die Nutzung eines herkömmlichen Dispergierungsmittels kann vermieden werden, oder die Menge des Dispergierungsmittels kann wirksam verringert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die Tinte mehrere Arten selbstdispergierender Pigmente enthalten, um den Farbton zu steuern. Die Menge des bei einer erfindungsgemäßen Pigment-Tinte zuzugebenden selbst-dispergierenden Pigments liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,1 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1 und 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Zusätzlich zu dem selbst-dispergierenden Pigment können Farbstoffe beigemischt werden, um den Farbton der Tinte zu steuern. Solche Farbstoffe unterliegen keiner besonderen Beschränkung, so lange sie für ein Tintenstrahlsystem und zur Bildung eines lichtdurchlässigen farbigen Teils eines Farbfilters geeignet sind.
Weiterhin kann die Tinte eine wasserlösliche oder dispergierbare Verbindung, bevorzugt eine wasserlösliche oder wasser-dispergierbare Harzkomponente, als Binder-Komponente enthalten. Als Binder-Komponenten können natürliche Harze, Acrylharze, Polyesterharze, Polyuretanharze, Polyvinylharze, Aminoharze, Epoxyharze, Polyetherharze etc. verwendet werden. Die Binder-Komponente kann in einer Konzentration von 0,1 bis 20 %, bevorzugt von 0,2 – 15 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthalten sein.
Die Nutzung einer härtbaren Harzzusammensetzung als Binder-Komponente kann einen lichtdurchlässigen farbigen Teil ergeben, der eine verbesserte Wasserfestigkeit und Lichtbeständigkeit hat. Solche härtbaren Harzkomponenten sind bevorzugt solche, welche entwickelt durch Wärmebehandlung oder Behandlung durch Lichtbestrahlung härtbar sind, einschließlich Acrylharzen und Melaminharzen, die Carboxyl-Gruppen und Hydroxyl-Gruppen haben, aber hierauf nicht beschränkt.
Das wässrige Medium der wasser-basierten Pigment-Färbematerialien bei der vorliegenden Erfindung besteht hauptsächlich aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel. Es ist bevorzugt, ein wässriges organisches Lösungsmittel zu benutzen, welches das Trocknen der Tinte verhindern kann, wenn diese in einem Tintenstrahlsystem benutzt wird, oder während der Lagerung. Es ist auch bevorzugt, entionisiertes Wasser und nicht normales Wasser zu verwenden, welches verschiedene Ionen enthält.
Spezielle Beispiele des bei der vorliegenden Erfindung benutzten wasserlöslichen organischen Lösungsmittels sind Alkylalkohole mit 1 – 5 Kohlenstoffatomen, etwa Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, Sec-Butylalkohol, Tert-Butylalkohol, Isobutylalkohol und n-Pentanol; Amide, wie etwa Dimethylformamid und Dimethylacetamid; Ketone und Ketonalkohole, wie etwa Aceton und Diacetonalkohol; Ether, wie etwa Tetrahydrofuran und Dioxan; Oxyethylen- oder Oxypropylen-Copolymere, wie etwa Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Polyethylenglykol und Polypropylenglykol; Polyalkylenglykol, wie etwa Polyethylenglykol und Polypropylenglykol; Alkylenglykole, deren Alkylen-Teil 2 bis 6 Kohlenstoffatome hat, wie etwa Ethylenglykol, Propylenglykol, Trimethylenglykol und Triethylenglykol; 1,2,6-Hexantriol; Glycerol; niederer Alkylether, wie etwa Ethylenglykol-monomethyl- (oder monoethyl-)ether, Diethylenglykol-monomethyl-(oder monoethyl-)ether und Triethylenglykol-monomethyl-(oder monoethyl-)ether; niederer Dialkylether mehrwertiger Alkohole, wie etwa Triethylenglykol-dimethyl-(oder diethyl-)ether und Tetraethylenglykol-dimethyl-(oder diethyl-)ether; Alkanolamine, wie etwa Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin; Sulfolan; N-methyl-2-pyrrolidon; 2-Pyrrolidon; und 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon. Die erwähnten wasserlöslichen organischen Lösungsmittel können einzeln oder in Kombinationen verwendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Anteil des erwähnten wasserlöslichen organischen Lösungsmittels in geeigneter Weise in einem Bereich zwischen 10 und 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Komponenten kann die wasser-basierte Pigment-Tinte andere Zusatzstoffe enthalten, wie etwa oberflächenaktive Mittel, Schaumbremser, Konservierungsmittel und antibakterielle Mittel, um als Tinte die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu haben.
Wenn ein Farbfilter ohne Vorsehen einer Tintenaufnahmeschicht produziert wird, ist es von Vorteil, wenn die Tinte an einem Matrix-Abschnitt abgestoßen wird, um ein Mischen der auf die jeweiligen Öffnungen, die durch die Matrix umgeben sind, aufgebrachten Tinten zu verhindern. Zu diesem Zweck hat die Tinte bevorzugt eine hohe Oberflächenspannung. Konkret beträgt die Oberflächenspannung der Tinte als Ganzes bevorzugt 50 mN/m (dyn/cm) oder mehr. Die Dispergierungsfähigkeit eines selbst-dispergierenden Pigments wird durch die Komponenten des Mediums kaum beeinflußt, so lange es ein wässriges Medium ist, so dass das Pigment in einem Medium mit hoher Oberflächenspannung eine ausgezeichnete Dispergierungsfähigkeit zeigen kann. Einer der Wege zur Erhöhung der Oberflächenspannung der Tinte ist die Erhöhung des Anteils der hydrophilen Monomerkomponente im härtbaren Harz. Es ist daher bevorzugt, dass das hydrophile Monomere im härtbaren Harz mit einer Konzentration von 50 % oder mehr, noch bevorzugter von 70 % oder mehr und weiter bevorzugt von 80 % oder mehr, enthalten ist. Als die hydrophile Monomerkomponente können solche eingesetzt werden, welche Carboxyl-Gruppen haben, wie etwa Acrylsäure, Methacrylsäure, Propionsäure; solche, die eine Hydroxy-Gruppe haben, wie etwa Hydroxymethyl-Methacrylat, Hydroxyethyl-Methacrylat, Hydroxymethylacrylat und Hydroxyethyl-Acrylat; und solche, die Amide oder deren Derivate haben, wie etwa Acrylamid, Methacrylamid, N-methylolacrylamid und N-methylolmethacrylamid.
Die auf die Öffnung 2a durch ein Tintenstrahlsystem aufgebrachte Tinte wird dann durch geeignete Behandlung, wie etwa ein Trocknen, in die Form eines Films gebracht, um einen lichtdurchlässigen gefärbten Teil der Grundplatte 1 zu bilden. Wenn eine Harzzusammensetzung, die durch Wärme und/oder Licht härtbar ist, in der Tinte als Binder-Komponente enthalten ist, kann der lichtdurchlässige farbige Teil durch Anwenden einer Wärmebehandlung und/oder Lichtbestrahlung gebildet werden, um die Tinte zu härten und hieraus einen Film zu bilden.
Dann wird, falls erforderlich, auf der Platte eine Schutzschicht ausgebildet, wie in 3D gezeigt. Die Schutzschicht 5 kann durch Aufbringen eines Harzmaterials gebildet werden, welches durch Lichtbestrahlung oder Wärmebehandlung oder beides härtbar ist. Als Schutzschicht kann auch eine anorganische Schicht benutzt werden, die durch Glasfasernabschaltung oder Sputtern gebildet wird. Zur Bildung der Schutzschicht können beliebige Materialien benutzt werden, so lange die gebildete Schutzschicht eine hinreichende Transparenz hat, wie sie für das Farbfilter gefordert ist, und nachfolgenden Prozessschritten, wie einem ITO-Bildungsverfahren und einem Verfahren der orientierten Schichtbildung, widerstehen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Tintenaufnahmeschicht auf einer Grundplatte gebildet, auf die eine ein selbst-dispergierendes Pigment enthaltende Tinte zur Bildung eines Farbfilters aufgebracht wird. Ein Beispiel dieses Verfahrens wird unter Bezugnahme auf die 4A bis 4E erläutert. 4A zeigt eine lichtdurchlässige Grundplatte 1, auf der ein Muster in Form einer schwarzen Matrix ausgebildet wurde. Die schwarze Matrix kann auf die gleiche Weise gebildet werden, wie oben erläutert. Bezugsziffer 7 bezeichnet die lichtdurchlässige Öffnung.
Dann wird eine Tintenaufnahmeschicht 16 ausgebildet, in dem eine eine härtbare Harzzusammensetzung enthaltende Schicht auf der Grundplatte 1 gebildet wird (4B). Die Tintenaufnahmeschicht 16 kann aus herkömmlichen Materialien hergestellt sein.
Die Tintenaufnahmeschicht 16 kann Zusatzstoffe, wie etwa oberflächenaktive Mittel, Farbstoff-Fixierungsmittel (Wasserfestigkeits-Mittel), Schaumbremser, Antioxidantien, Fluoreszenz-Aufheller, UV-Absorber, Dispergierungsmittel, Viskositäts-Steuermittel, ph-Steuermittel, antibakterielle Mittel und Plastifikatoren, aufweisen. Die Zusatzstoffe können beliebig aus bekannten Verbindungen ausgewählt werden, um den jeweiligen Zweck zu erfüllen.
Die Tintenaufnahmeschicht 16 kann durch ein beliebiges Beschichtungsverfahren, wie etwa Schleuderbeschichtung, Walzenbeschichtung, Stangenbeschichtung, Sprühbeschichtung, Eintauchbeschichtung o.ä., gebildet werden. Die Schicht kann, falls erforderlich, vorgebacken werden.
Als nächstes wird die erwähnte Tinte auf einen vorbestimmten Teil der Schutzschicht durch ein Tintenstrahlsystem aufgebracht, um die Pixelformungsbereiche zu färben (4C). Ein Vernetzen kann durch ein geeignetes Verfahren zum Vernetzen der Harzkomponente ausgeführt werden, die in der Tintenaufnahmeschicht eingesetzt wird. Beispielsweise wird ein Erhitzen oder eine Lichtbestrahlung oder beides ausgeführt, um den lichtdurchlässigen gefärbten Teil 18 in der jeweiligen Farbe zu bilden.
Danach kann, falls erforderlich, die Schutzschicht 5 auf der gehärteten Tintenaufnahmeschicht ausgebildet werden, wie oben beschrieben (4E).
Alternativ kann die schwarze Matrix vor Aufbringen der Tinte auf die Tintenaufnahmeschicht 16 gehärtet werden (4C), um das Tintenaufnahmevermögen der schwarzen Matrix zu reduzieren.
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine Ausführungsform eines Displayabschnittes eines Flüssigkristall-Anzeigeelementes zeigt, bei dem das Farbfilter gemäß der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingefügt ist. Diese Ausführungsform ist ein TFT(Dünnschichttransistor)-Farb-Flüssigkristallelement.
Das TFT-Flüssigkristallelement wird durch Miteinander-Verkleben einer Grundplatte 1, die das Farbfilter 9 trägt, und einer Grundplatte 14, die die (nicht gezeigten) Dünnschichttransistoren trägt, mit einer Verklebungs-Verbindung (nicht gezeigt) und Einschließen einer Flüssigkristallschicht 12 in den Spalt zwischen beiden Platten, der 2 bis 5 μm breit ist, ausgebaut. Die TFT und transparenten Pixelelektroden 13 sind auf der Innenoberfläche der einen der Grundplatten in Matrixform vorgesehen, und die lichtdurchlässigen farbigen Teile 3 des Farbfilters 9 sind auf der Innenoberfläche der anderen Grundplatte in Positionen vorgesehen, die denen der Pixelelektroden 13 entsprechen. Eine transparente Gegen-(oder gemeinsame)Elektrode 10 ist übergreifend gebildet, so dass sie den Farbfilter 9 überdeckt. Desweiteren ist ein Orientierungsfilm 11 auf der Innenoberfläche beider Grundplatten ausgebildet. Flüssigkristallmoleküle können durch reibende Behandlung des Orientierungsfilms in eine feste Richtung ausgerichtet werden. Polarisationsplatten 15 sind auf die äußeren Oberflächen beider Glas-Grundplatten aufgebunden. Als Lichtquelle einer Hintergrundbeleuchtung 17 wird eine Kombination aus Fluoreszenzlampe und Streulichtplatte (beide nicht gezeigt) verwendet. Die Flüssigkristallverbindung in der eingeschlossenen Flüssigkristallschicht 12 wirkt als Verschluß zum Ändern der Durchlässigkeit für das Rückseiten-Licht, wodurch eine Anzeige bereit gestellt wird.
Bei dem Flüssigkristall-Anzeigeelement gemäß der vorliegenden Erfindung können beliebige Flüssigkristallverbindungen, wie etwa TN-Flüssigkristalle und ferroelektrische Flüssigkristalle (FLC), in geeigneter Weise benutzt werden.
Die jeweiligen Komponenten können verschiedene Zustände haben, die nicht auf den in 5 dargestellten Aufbau beschränkt sind. Beispielsweise kann die gemeinsame Elektrode in einem Streifenmuster gebildet sein, oder sowohl die schwarze Matrix 2 als auch die Farbfilterkomponenten 9 können auf der TFT-Grundplatte gebildet sein.
Beispiel 1
Eine Glas-Grundplatte wurde mit einem schwarzen Pigment-Resist (Handelsname: CK-S171B, Produkt der FUJI HANTO KK) bedeckt, der aus einem Acrylharz, einem multifunktionalen Acryl-Monomeren und Carbonschwarz besteht. Die Platte wurde dann einer Belichtung, einer Entwicklung und einer Wärmebehandlung ausgesetzt, um eine 1,0 μm dicke schwarze Matrix darauf zu bilden. Die schwarze Matrix hatte Öffnungen von 200 μm × 80 μm. Dann wurde auf eine durch die Matrix begrenzte Öffnung etwa 200 pl (10 Tröpfchen) roter, grüner oder blauer Tinte durch ein Tintenstrahlverfahren mit einer Austragfrequenz von 500 Hz aufgebracht.
Die Zusammensetzung der Tinten ist wie folgt.

Selbst-dispergierendes organisches Pigment 1 5 Gew.-%

Binder-Komponente 3 Gew.-%

(Acrylsäure-Methylmethacrylat-Copolymeres mit Copolymer-Verhältnis 30:70)

Diethylenglykol 20 Gew.-%

Isopropylalkohol 5 Gew.-%

Reines Wasser 67 Gew.-%

– Präparation der selbst-dispergierenden organischen Pigmente –
Die Pigmente wurden wie folgt präpariert:
Zuerst wurde blaues Pigment präpariert. Einer Lösung auf 5,5 g Salzsäure, die in 6 g Wasser aufgelöst war, wurden 1,8 g 4-Aminobenzoesäure hinzugefügt und bei einer Temperatur von 10°C oder darunter gehalten, worauf eine durch Auflösen von 2 g Natriumnitrit in 10 g Wasser präparierte Lösung beigemischt und umgerührt wurden. Dann wurden 20 g von C.I. Pigment Blue 15:6 hinzugegeben und umgerührt, um einen Schlamm zu erhalten. Der Schlamm wurde gefiltert, und die Pigmentteilchen wurden mit Wasser voll gewaschen und dann getrocknet. Die Pigmentteilchen wurden dann in Wasser dispergiert und unter Einsatz einer Reverse-Osmose-Membran entsalzen. Das erhaltene Pigment-Dispergierungsmittel wurde auf eine Pigment-Konzentration von 10 % aufkonzentriert, um eine Dispersion eines anionischen selbst-dispergierenden blauen Pigments zu erhalten, bei dem Carboxyl-Gruppen über Phenyl-Gruppen an die Pigment-Oberfläche angebunden sind, wie durch die nachfolgende Formel dargestellt.
Rote und grüne selbst-dispergierende Pigmente wurden auch auf die gleiche Weise wie oben beschrieben präpariert, unter Verwendung von C.I. Pigment Red 254 bzw. C.I. Pigment Green 7. Die Oberflächenspannung der so erhaltenen Tinten war 42 mN/m (dyn/cm).
Durch Einsatz dieser Tinten wurden Öffnungen in der schwarzen Matrix auf der Grundplatte gefärbt, worauf eine Wärmebehandlung bei 240°C für 30 Minuten der Grundplatte folgte, um die Tinte zu härten. Dann wurde ein warmhärtendes Harzmaterial vom 2-Komponenten-Typ (Handelsname: Optomer SS6688, ein Produkt von JSR) auf die gesamte Oberfläche der Grundplatte durch Schleuderbeschichtung aufgebracht, und die Grundplatte wurde einer Wärmebehandlung bei 230°C für 60 Minuten unterzogen, um das Harz zu härten. Auf diese Weise wurde ein Farbfilter erhalten.
Das hergestellte Farbfilter wurde unter einem optischen Mikroskop beobachtet, wobei keinerlei Probleme wie Ausfluten von Farben oder ungleichmäßige Färbung zu beobachten waren. Unter Verwendung dieses Farbfilters wurden aufeinander folgende Schritte der ITO(Elektroden)-Bildung, Orientierungsschichtbildung, Einschluß von Flüssigkristallmaterial, ausgeführt, um ein Farb-Flüssigkristallelement (Flüssigkristallpanel) herzustellen, wie in den 3A bis 3D gezeigt. Das erhaltene Flüssigkristallelement hat ausgezeichnete Eigenschaften.
Durch Verwendung des Flüssigkristallelementes gemäß diesem Beispiel wurde ein kontinuierlich laufender Betrieb von 1.000 Stunden in einem Temperaturbereich zwischen –20°C und 60°C ausgeführt, und es gab keine Unregelmäßigkeiten. Desweiteren wurde bei einer Betriebsdauer von 1.000 Stunden im Sonnenlicht keine Änderung im Transmissionsvermögen und Farbton beobachtet.
Beispiel 2
Eine Glas-Grundplatte wurde mit einem schwarzen Pigment-Resist (Handelsname: CK-S171B, Produkt der Fuji Hanto KK) beschichtet, der aus einem Acrylharz, einem multifunktionalen Acryl-Monomeren und Carbonschwarz bestand. Die Platte wurde dann einer Belichtung, Entwicklung und Wärmebehandlung unterzogen, um eine schwarze Matrix von 1,0 μm Dicke darauf zu bilden. Die schwarze Matrix umgab Öffnungen von 200 μm × 80 μm. Dann wurden etwa 200 pl (10 Tröpfchen) roter, grüner oder blauer Tinte mittels eines Tintenstrahlverfahrens auf eine Öffnung mit einer Ausragfrequenz von 3 KHz aufgebracht.
Die Zusammensetzung der Tinten war wie folgt:

Selbst-dispergierendes organisches Pigment 1 5 Gew.%

Binder-Komponente 3 Gew.%

(Acrylsäure-Methylmethacrylat-Copolymeres mit Copolymer-Verhältnis 80:20)

Diethylenglykol 20 Gew.-%

Reines Wasser 72 Gew.-%
Die Oberflächenspannung der so erhaltenen Tinten war 53 mN/m (dyn/cm).
Durch Einsatz dieser Tinten wurden Öffnungen in der schwarzen Matrix auf der Grundplatte gefärbt, worauf eine Wärmebehandlung bei 240°C für 30 Minuten der Grundplatte folgte, um die Tinte zu härten. Dann wurde ein warmhärtendes Harzmaterial vom 2-Komponenten-Typ (Handelsname: Optomer SS6688, ein Produkt von JSR) auf die gesamte Oberfläche der Grundplatte durch Schleuderbeschichtung aufgebracht, und die Grundplatte wurde einer Wärmebehandlung bei 230°C für 60 Minuten unterzogen, um das Harz zu härten. Auf diese Weise wurde ein Farbfilter erhalten.
Das hergestellte Farbfilter wurde unter einem optischen Mikroskop beobachtet, wobei keinerlei Probleme wie Ausfluten von Farben oder ungleichmäßige Färbung zu beobachten waren. Unter Verwendung dieses Farbfilters wurden aufeinander folgende Schritte der ITO(Elektroden)-Bildung, Orientierungsschichtbildung, Einschluß von Flüssigkristallmaterial, ausgeführt, um ein Farb-Flüssigkristallelement (Flüssigkristallpanel) herzustellen, wie in den 3A bis 3D gezeigt. Das erhaltene Flüssigkristallelement hat ausgezeichnete Eigenschaften.
Durch Verwendung des Flüssigkristallelementes gemäß diesem Beispiel wurde ein kontinuierlich laufender Betrieb von 1.000 Stunden in einem Temperaturbereich zwischen –20°C und 60°C ausgeführt, und es gab keine Unregelmäßigkeiten.
Desweiteren wurde bei einer Betriebsdauer von 1.000 Stunden im Sonnenlicht keine Änderung im Transmissionsvermögen und Farbton beobachtet.
Es wird auch möglich sein, einen Farbfilter und ein Flüssigkristallpanel unter Einsatz des selben so zuverlässig wie in den Beispielen 1 und 2 zu machen, indem die folgenden selbst-dispergierenden Pigmente benutzt werden, bei denen einer der nachfolgenden hydrophilen Gruppen an die Pigment-Oberfläche angebunden ist: -COONa,
wie oben beschrieben, haben die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung produzierten Farbfilter einen lichtdurchlässigen farbigen Teil mit hoher Transparenz, der frei von einem Farbausbluten oder ungleichmäßiger Färbung ist. Das Filter hat auch ausgeprägte Zuverlässigkeits-Eigenschaften, wie Wasserfestigkeit, zusätzlich zu den erforderlichen Eigenschaften, wie Wärmebeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und Auflösung, und es hat niedrige Produktionskosten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters, umfassend einen Schritt zum Anordnen eines lichtdurchlässigen farbigen Teils auf einer Fläche einer Grundplatte (1) durch Aufbringen einer Tinte (4) auf die Grundplatte mittels eines Tintenstrahlsystems, wobei die Tinte Wasser, ein wässriges organisches Lösungsmittel und ein Färbematerial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Färbematerial ein selbst-dispergierendes Pigment enthält, das eine hydrophile -COOM-Gruppe hat, die direkt oder über eine Verbindungsgruppe an die Oberfläche des Pigments gebunden ist, wobei M Wasserstoff, ein Alkalimetall, Ammonium oder organisches Ammonium repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsgruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, einer substituierten oder unsubstituierten Phenylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten Naphthylgruppe.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt zum Anordnen des lichtdurchlässigen farbigen Teils weiter die folgenden Teilschritte aufweist: (i) selektives Vorsehen eines Lichtabschirmteils (2) auf der Grundplatte und (ii) Aufbringen der Tinte auf eine Öffnung (2A), die von lichtabschirmenden Teilen umgeben ist.
Verfahren nach Anspruch 3, welches weiter aufweist einen Schritt zum Härten der auf die Öffnung aufgebrachten Tinte mittels Wärmebehandlung und/oder Lichtbestrahlung zur Bildung einer gehärteten Tintenschicht in der Öffnung, wobei die Tinte ein Harz enthält, welches durch die Wärmebehandlung und/oder Lichtbestrahlung gehärtet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der lichtabschirmende Teil eine schwarze Matrix bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der lichtabschirmende Teil ein Harz enthält, welches ein schwarzes Pigment enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der lichtabschirmende Teil eine Dicke von 0,5 μm oder mehr hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, welches weiter einen Schritt zum Ausbilden einer Harzschicht (5) über dem lichtdurchlässigen farbigen Teil und der lichtabschirmenden Schicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Harzschicht über dem lichtabschirmenden Teil durch Härten der Harzschicht mittels Wärmebehandlung und/oder Lichtbestrahlung gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Tinte eine wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Verbindung und eine wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Harzkomponente enthält.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Verbindung oder die wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Harzkomponente in einem Bereich zwischen 0,1 und 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthalten ist.
Farbfilter, welches ein selbst-dispergierendes Pigment in einem lichtdurchlässigen farbigen Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtdurchlässige farbige Teil ein selbst-dispergierendes Pigment aufweist, welches eine hydrophile -COOM-Gruppe direkt oder über eine Verbindungsgruppe an die Oberfläche des Pigments gebunden hat, wobei M Wasserstoff, ein Alkalimetall, Ammonium oder organisches Ammonium repräsentiert.
Farbfilter nach Anspruch 12, wobei die Verbindungsgruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, einer substituierten oder unsubstituierten Phenylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten Naphthylgruppe.
Farbfilter nach Anspruch 12 oder 13, wobei der farbige Teil mehrfach und geordnet vorliegt.
Farbfilter nach Anspruch 14, wobei ein lichtabschirmender Teil (2) zwischen den farbigen Teilen vorliegt.
Farbfilter nach Anspruch 15, wobei der lichtabschirmende Teil eine schwarze Matrix bildet.
Farbfilter nach Anspruch 15 oder 16, wobei der lichtabschirmende Teil ein Harz enthält, welches ein schwarzes Pigment enthält.
Farbfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der lichtabschirmende Teil eine Dicke von 0,5 μm oder mehr hat.
Farbfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der lichtabschirmende Teil und die farbigen Teile mit einer Harzschicht (5) bedeckt sind.
Flüssigkristallpaneel, umfassend eine erste Grundplatte, die eine Pixel-Elektrode hat, eine zweite Grundplatte, die eine gemeinsame Elektrode hat, und eine dazwischen eingeschlossene Flüssigkristallzusammensetzungs-Schicht sowie ein Farbfilter, das einen entsprechend der Pixel-Elektrode arrangierten lichtdurchlässigen farbigen Teil hat, wobei das Farbfilter ein Farbfilter nach einem der Ansprüche 12 bis 19 ist.