JP2002258032A

JP2002258032A - カラーフィルタとその製造方法、該カラーフィルタを用いた液晶素子

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Publication number: JP2002258032A
Application number: JP2001057536A
Authority: JP
Inventors: Akio Kashiwazaki; 昭夫柏崎; Katsuhiro Shirota; 勝浩城田; Yoshihisa Yamashita; 佳久山下; Koichiro Nakazawa; 広一郎中澤; Masafumi Hirose; 雅史広瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェット方式により、高固形分濃度で
保存安定性の良いインクを用い、インクジェット適性を
損なうことなく、耐水性に優れたカラーフィルタを製造
する。【解決手段】水性媒体中に、バインダー成分と着色剤
とを内包するマイクロカプセルを分散させてなる硬化型
インクを用い、透明基板上に該インクを付与後、マイク
ロカプセルを破壊して着色部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビ、パ
ーソナルコンピュータ、パチンコ遊技台等に使用されて
いるカラー液晶ディスプレイに好適に使用されるカラー
フィルタをインクジェット方式により製造する方法、及
び該製造方法により製造されたカラーフィルタ、さらに
は該カラーフィルタを用いて構成される液晶素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットパネルディスプレイとし
て液晶表示装置の研究開発が拡大の一途をたどり、その
市場規模は大きく広がり、さらなる特性の向上と低価格
化が要求されている。中でも、液晶表示装置の構成部材
であるカラーフィルタは、比較的価格が高く、液晶表示
装置の低価格化を妨げる要因となっている。

【０００３】通常、カラーフィルタは、透明基板上にＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色部（着色画素）をそ
れぞれ複数個有し、隣接する着色部間は表示コントラス
トを高めるために遮光層（ブラックマトリクス、ブラッ
クストライプ）が形成されている。上記着色部の形成方
法としては、染色法や、顔料分散法、電着法、印刷法の
他、低コストな形成方法として、インクジェット方式に
よる方法がある。

【０００４】インクジェット方式によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の着色工程を１回で行うことができるため、製造コスト
の削減という点において注目されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】インクジェット方式に
よるカラーフィルタの製造方法においては、透明基板上
に複数の開口部を有する隔壁を形成し、該開口部に、熱
硬化型樹脂やモノマーなどのバインダー成分と着色剤と
を含有する硬化型インクを付与し、該インクを硬化させ
て着色部を形成していた。

【０００６】しかしながら、上記硬化型インクがバイン
ダー成分として水溶性の樹脂を溶解させた樹脂溶解型の
水性インクの場合、得られるカラーフィルタの耐水性等
の信頼性が十分ではなかった。また、インクジェットヘ
ッドのノズル付近での水分の蒸発に伴うインク粘度の上
昇により、インクの異常噴出やノズルの目詰まりを生じ
やすかった。また、非水溶性の樹脂を用いた分散型のイ
ンクの場合、長期間の保存安定性に問題があった。

【０００７】いずれの場合も、インク中の固形分濃度に
対する粘度上昇が大きく、高固形分濃度でのインクの使
用は困難であった。

【０００８】さらに、上記の性能とカラーフィルタを構
成した際の耐水性等の信頼性との両立が困難であった。

【０００９】本発明の課題は、上記問題を解決し、保存
安定性に優れ、ノズルの目詰まりやインクの異常噴出な
どがない高濃度のインクを用いて、インクジェット方式
により耐水性に優れたカラーフィルタを歩留まり良く製
造し、該カラーフィルタを用いてカラー表示特性に優れ
た液晶素子をより安価に提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、透明基
板上に複数の開口部を有する隔壁を形成し、該隔壁の開
口部内に、バインダー成分と着色剤とを内包するマイク
ロカプセルを水性媒体中に分散させてなる硬化型インク
を付与し、該マイクロカプセルを破壊して内包されたバ
インダー成分と着色剤とを開放し、インク全体を硬化さ
せて着色部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。

【００１１】上記本発明のカラーフィルタの製造方法に
おいては、上記マイクロカプセルが上記バインダー成分
と着色剤とを内包する樹脂粒子であること、及び、上記
マイクロカプセルを、加熱、光照射、加圧のいずれかに
より破壊すること、を好ましい態様として含むものであ
る。

【００１２】本発明の第二は、透明基板上に複数の着色
部と隣接する着色部間を隔てる隔壁とを有し、上記本発
明のカラーフィルタの製造方法により製造されたことを
特徴とするカラーフィルタであり、上記隔壁が遮光層で
あること、及び、着色部上に保護膜を有すること、を好
ましい態様として含むものである。

【００１３】本発明の第三は、一対の基板間に液晶を挟
持してなり、一方の基板が上記本発明のカラーフィルタ
を用いて構成されたことを特徴とする液晶素子である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、インクジェット方式に
よるカラーフィルタの製造方法において、インクの粘度
を上昇させるバインダー成分と着色剤とをマイクロカプ
セルに封入して水性媒体中に分散させることで、インク
自体の粘度を低く抑えてノズルの目詰まりや噴出異常を
抑制することができる。また、バインダー成分がマイク
ロカプセルに内包されているため、非水溶性の成分であ
ってもインクの保存安定性が向上する。

【００１５】以下、本発明のカラーフィルタ及びその製
造方法について実施形態を挙げて説明する。

【００１６】次に、図１に本発明のカラーフィルタの製
造方法の好ましい一実施形態の工程を模式的に示す。図
中、１は透明基板、２はブラックマトリクス、３はイン
ク、４は着色部、５は保護膜である。図１の（ａ）〜
（ｃ）はそれぞれ、下記工程（ａ）〜（ｃ）に対応する
断面図である。

【００１７】工程（ａ）透明基板１上に、開口部を有する隔壁を形成する。該隔
壁は通常樹脂で形成され、インクを収納するための部材
であり、本実施形態では該樹脂層を黒色樹脂で形成し、
隣接する着色部４間を遮光する遮光層を兼ねたブラック
マトリクス２とした例を示す。このようなブラックマト
リクス２は、黒色顔料含有レジストを用い、一般的なフ
ォトリソグラフィによりパターニングして形成すること
ができる。また、ブラックマトリクス２には、後述する
インクを吐出した際の混色を防止する上で撥インク性を
付与しておくのが好ましい。ブラックマトリクス２の厚
さは隔壁作用及び遮光作用を考慮すると０．５μｍ以上
が好ましい。また、ブラックマトリクス２の素材として
は、黒色顔料含有レジストの他に、クロム、酸化クロム
等の金属或いは酸化金属膜を用いることができ、上記し
たように０．５μｍ以上の厚みを得るために、その上部
にシリコーンゴム等の層を設けることが好ましい。

【００１８】工程（ｂ）ブラックマトリクス２の開口部を被着色部として、不図
示のインクジェットヘッドより、所定の着色パターンに
沿って、所定の色の硬化型インク３を吐出する。

【００１９】本発明において用いられる硬化型インク３
は、水性媒体中にマイクロカプセルを分散してなり、該
マイクロカプセルには、形成する着色部の色を決定する
着色剤（通常、Ｒ、Ｇ、Ｂ）とバインダー成分とが内包
されている。

【００２０】本発明にかかる硬化型インク３を構成する
水性媒体は、水或いは水溶性有機溶媒、或いはこれらの
混合物であり、水溶性有機溶媒として具体的には、メチ
ルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコ
ール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコー
ル、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアル
コール、イソブチルアルコール、ｎ−ペンタノール等の
炭素数１〜５のアルキルアルコール類；ホルムアミド、
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミ
ド類；アセトン、ジアセトンアルコール等のケトンまた
はケトアルコール類；テトラヒドロフラン、ジオキサン
等のエーテル類；ジエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレン
グリコール、トリプロピレングリコール、ポリエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコール等のオキシエチ
レンまたはオキシプロピレン共重合体；エチレングリコ
ール、プロピレングリコール、トリメチレングリコー
ル、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサント
リオール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含む
アルキレングリコール類；グリセリン；エチレングリコ
ールモノメチル（またはエチル）エーテル、ジエチレン
グリコールモノメチル（またはエチル）エーテル、トリ
エチレングリコールモノメチル（またはエチル）エーテ
ル等の低級アルキルエーテル類；トリエチレングリコー
ルジメチル（またはエチル）エーテル、テトラエチレン
グリコールジメチル（またはエチル）エーテル等の多価
アルコールの低級ジアルキルエーテル類；モノエタノー
ルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン
等のアルカノールアミン類；スルホラン、Ｎ−メチル−
２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチル−
２−イミダゾリジノン等が挙げられる。上記のような水
溶性有機溶剤は、単独で使用しても、２種以上の混合物
として使用してもよい。

【００２１】また、バインダー成分としては、特に限定
されるものではないが、マイクロカプセル破壊後に加
熱、光照射、或いはその両方により硬化する成分が好ま
しく、熱硬化型樹脂組成物や光硬化型樹脂組成物、或い
は、熱や光によって重合するモノマー組成物が挙げられ
る。具体的には、メラミン樹脂、水酸基或いはカルボキ
シル基含有ポリマーとメラミン、水酸基或いはカルボキ
シル基含有ポリマーと多官能エポキシ化合物、水酸基或
いはカルボキシル基含有ポリマーと繊維素反応型化合
物、エポキシ樹脂とレゾール型樹脂、エポキシ樹脂とア
ミン類、エポキシ樹脂とカルボン酸または酸無水物、エ
ポキシ化合物などが挙げられる。また、光硬化型樹脂組
成物として、市販のネガ型レジストが好適に用いられ
る。

【００２２】さらに、上記成分の他に必要に応じて所望
の特性を持たせるために、種々の添加剤を加えても構わ
ない。

【００２３】また、マイクロカプセルに内包される着色
剤としては染料系、顔料系のいずれでも好ましく用いら
れる。

【００２４】本発明においては、上記バインダー成分と
着色剤とをマイクロカプセルに内包させるが、その方法
としては、マイクロカプセルを樹脂粒子としてその中に
内包させることが好ましい。具体的には、公知の界面重
合法、ｉｎ−ｓｉｔｕ重合法、コアセルベーション法、
転相乳化法、酸析法等が挙げられ、マイクロカプセルを
構成する樹脂材料としては、特に限定されるものではな
いが、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が好ましく用い
られる。尚、当該マイクロカプセルは、後工程において
破壊して内包されたバインダー成分と着色剤を開放させ
る必要があるため、加熱、光照射、加圧等により破壊可
能に形成する必要がある。また、アクリル系樹脂或いは
ウレタン系樹脂を用い、２００℃以上の加熱によりマイ
クロカプセルを破壊した場合には、マイクロカプセルを
構成している樹脂も着色部の被膜形成に寄与することに
なり、好ましい。

【００２５】さらに、本発明で用いられる硬化型インク
に含まれるマイクロカプセルの粒径としては、好ましく
は２０〜３００μｍであり、インク中に固形分濃度とし
て１〜１５重量％の範囲で分散させることが好ましい。
また、水性媒体中にはマイクロカプセルの分散性を高め
る上で、種々の添加剤を添加しても良い。

【００２６】本発明において用いられるインクジェット
方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体
を用いたバブルジェット（登録商標）タイプ、或いは、
圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能で
あり、着色面積及び着色パターンは任意に設定すること
ができる。

【００２７】工程（ｃ）硬化型インク３を必要に応じて乾燥させた後、或いは乾
燥前に、インク３中に含まれるマイクロカプセルを加
熱、光照射、加圧等必要な処理を施して破壊し、内包さ
れるバインダー成分と着色剤とを開放する。その後、熱
処理或いは光照射等必要な処理を施してバインダー成分
を硬化させ、着色部４を形成する。尚、マイクロカプセ
ルの構成材料及びバインダー成分の種類によってはマイ
クロカプセルの破壊工程により、バインダー成分の硬化
も同時に行うことができる。

【００２８】さらに、必要に応じて着色部３上に保護膜
５を形成し、本発明のカラーフィルタを得る。保護膜５
は光硬化型、熱硬化型、或いは熱・光併用硬化型の樹脂
組成物層、或いは蒸着、スパッタ等によって形成された
無機膜等を用いることができる。いずれの場合もカラー
フィルタとしての透明性を有し、その後のＩＴＯ形成工
程、配向膜形成工程等に耐えるものであれば使用するこ
とができる。

【００２９】次に、図２に本発明の液晶素子の一実施形
態の断面模式図を示す。本実施形態は、図１の工程によ
り得られた本発明のカラーフィルタを用いて、ＴＦＴ型
カラー液晶素子を構成した例である。図中、７は共通電
極、８、１３は配向膜、１１は対向基板、１２は画素電
極、１４は液晶であり、図１と同じ部材には同じ符号を
付して説明を省略する。

【００３０】カラー液晶素子は、一般的にカラーフィル
タ側の基板１と対向基板１１とを合わせ込み、液晶１４
を封入することにより形成される。液晶素子の一方の基
板１１の内側に、ＴＦＴ（不図示）と画素電極１２がマ
トリクス状に形成されている。また、カラーフィルタ側
の基板１の内側には、画素電極１２に対向する位置に、
Ｒ、Ｇ、Ｂが配列するように、カラーフィルタの着色部
４が形成され、その上に透明な共通電極７が形成され
る。ブラックマトリクス２は、通常カラーフィルタ側に
形成されるが、ＢＭオンアレイタイプの液晶素子等では
対向基板１１側に形成される場合もある。さらに、両基
板の面内には配向膜８、１３が形成されており、液晶分
子を一定方向に配列させている。これらの基板は、スペ
ーサー（不図示）を介して対向配置され、シール材（不
図示）によって貼り合わされ、その間隙に液晶１４が充
填される。

【００３１】上記液晶素子は、透過型の場合には、基板
１１及び画素電極１２を透明素材で形成し、それぞれの
基板の外側に偏光板を接着し、一般的に蛍光灯と散乱板
を組み合わせたバックライトを用い、液晶化合物をバッ
クライトの光の透過率を変化させる光シャッターとして
機能させることにより表示を行う。また、反射型の場合
には、基板１１或いは画素電極１２を反射機能を備えた
素材で形成するか、或いは、基板１１上に反射層を設
け、透明基板１の外側に偏光板を設け、カラーフィルタ
側から入射した光を反射して表示を行う。

【００３２】また、本発明の液晶素子においては、本発
明のカラーフィルタを用いて構成されていれば、他の部
材については従来の技術をそのまま用いることができる
ことは言うまでもない。

【００３３】

【実施例】ガラス基板上に、黒色顔料レジスト（富士ハ
ント社製「ＣＫ−Ｓ１７１Ｂ」）をスピンコート法によ
り塗布し、露光、現像、熱処理により厚さ１．０μｍの
ブラックマトリクスを形成した。次いで、インクジェッ
トプリンタを用いて、各開口部にＲ、Ｇ、Ｂの硬化型イ
ンクを付与した。該インクは、水とジエチレングリコー
ルとの混合物（重量混合比８０：２０）に、転相乳化法
により作製したマイクロカプセルを分散させたものであ
り、着色剤としてＲ、Ｇ、Ｂのいずれかの顔料と、バイ
ンダー成分としてメラミン樹脂を内包し、カプセル自体
はアクリル系樹脂で形成されている。また、マイクロカ
プセルの粒径は５０〜１００μｍ、インク中の固形分濃
度は５重量％であった。

【００３４】上記インク付与後、２２０℃で６０分間の
熱処理により、マイクロカプセルを破壊し、内包された
バインダー成分と着色剤とを開放すると同時に該バイン
ダー成分を硬化させて着色部を形成した。

【００３５】上記着色部上に、さらに、２液型熱硬化型
樹脂材料（日本合成ゴム社製「オプトマーＳＳ６６８
８」）を膜厚が１μｍとなるようにスピンコートし、２
３０℃で６０分間の熱処理を行い、硬化させて保護膜を
形成し、本発明のカラーフィルタを得た。

【００３６】得られたカラーフィルタを光学顕微鏡によ
り観察したところ、全面にわたって混色、色ムラ等の問
題は観察されなかった。また、該カラーフィルタを用い
て、ＩＴＯ膜形成、配向膜形成、液晶材料封入等の一連
の作業を行い、図２に示したようなカラー液晶素子を構
成したところ、良好なカラー画像が得られた。この液晶
素子を用いて、−２０〜６０℃の温度範囲にて１０００
時間の連続駆動を行ったところ、特に問題は発生しなか
った。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高固形分濃度のインクを用いて、インクジェット適性を
損なうことなく、耐水性を有するカラーフィルタを歩留
まり良く製造することができ、該カラーフィルタを用い
て耐水性等信頼性の高いカラー表示の液晶素子をより安
価に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形
態の工程図である。

【図２】本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図で
ある。

【符号の説明】

１透明基板２ブラックマトリクス３硬化型インク４着色部５保護膜７共通電極８、１３配向膜１１対向基板１２画素電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下佳久東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中澤広一郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者広瀬雅史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2C056 FA03 FA04 FB01 2H048 BA57 BA64 BB02 BB24 BB44 2H091 FA02Y FA35Y FB02 FC01 GA03 LA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に複数の開口部を有する隔壁
を形成し、該隔壁の開口部内に、バインダー成分と着色
剤とを内包するマイクロカプセルを水性媒体中に分散さ
せてなる硬化型インクを付与し、該マイクロカプセルを
破壊して内包されたバインダー成分と着色剤とを開放
し、インク全体を硬化させて着色部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。
【請求項２】上記マイクロカプセルが上記バインダー
成分と着色剤とを内包する樹脂粒子である請求項１に記
載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】上記マイクロカプセルを、加熱、光照
射、加圧のいずれかにより破壊する請求項１または２に
記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】透明基板上に複数の着色部と隣接する着
色部間を隔てる隔壁とを有し、請求項１〜３のいずれか
に記載のカラーフィルタの製造方法により製造されたこ
とを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項５】上記隔壁が遮光層である請求項４に記載
のカラーフィルタ。
【請求項６】着色部上に保護膜を有する請求項４また
は５に記載のカラーフィルタ。
【請求項７】一対の基板間に液晶を挟持してなり、一
方の基板が請求項４〜６のいずれかに記載のカラーフィ
ルタを用いて構成されたことを特徴とする液晶素子。