JP2005345667A - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ブラックマトリクス2と着色部とを有するカラーフィルタで、着色部が濃度の異なる二層からなること。ブラックマトリクスが着色インクに対して撥インク性を有すこと。下層の着色層は周縁の膜厚が中央の膜厚よりも厚く、上層の着色層は中央の膜厚が周縁の膜厚よりも厚いこと。下層の着色層は中央の膜厚が周縁の膜厚よりも厚く、上層の着色層は周縁の膜厚が中央の膜厚よりも厚いこと。
【選択図】図1
Description
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、ガラス基板上にブラックマトリクスを形成し、インクジェット印刷装置を用いて該ブラックマトリクスの開口部にインクを付与して、着色部を形成する方法が提案されている。さらに、この方法において、インクが所定の開口部に良好に充填されて隣接する着色部間でインクが混じり合う混色が発生しないように、ブラックマトリクスの構成材料として、インクに濡れにくく、インクをはじきやすいものが検討されている。
しかしながら、上記の方法は隔壁を多層化するものであり、フォトリソグラフィ工程を複数回実施する必要があることから、プロセスの複雑化、コストアップ、ひいては歩留まり低下を招くという問題がある。
また、撥水剤を用いていない場合であっても、ブラックマトリクス材料中の低分子の有機物が蒸発し、同様にガラス基板表面に付着する。いずれの場合も、ガラス基板表面が撥インク性を示すことになり、ブラックマトリクスの開口部にインクを付与した際にガラス基板表面とインクとの濡れ性が悪くなり、開口部内にインクが均一に拡がらず、白抜けや色ムラを発生する恐れがある。
の製造方法となる。
図1は、本発明によるカラーフィルタの製造方法の一例を説明する工程図である。図1(a)は、透明基板1にブラックマトリクス2が形成された状態を示したものである。まず、ブラックマトリクス2の開口部にインクジェット印刷装置10を用い下層の着色層3を形成し、インクを乾燥、硬化させる(図1(b)。次いで、この下層の着色層が形成された開口部に対して、インクジェット印刷装置10を用い赤色(R)、(G)、(B)の着色インクを吐出し、上層の着色層4を形成し、インクを乾燥、硬化させてカラーフィルタを得る(図1(c)、(d))。
また、ブラックマトリクス2の形成方法としては、フォトリソグラフィ法に限定されるものではなく、例えば、熱転写法、印刷法等によっても形成することが可能である。
しかし、上記のように、一般に撥インク性を付与した隔壁を用いてインクジェット方式によりカラーフィルタを製造する場合、「平坦性不良」が大きな改善課題となっている。これは、隔壁の撥インク性により各画素間の混色は防げるものの、隔壁側面でもインクがは
じかれてしまい、断面において画素の形状は、中央部が高く盛り上がった凸形状になってしまうからである(図2)。すなわち、形成された画素は膜厚が不均一なものとなり、この結果、画素内での色ムラが生じてしまう。
この場合、濃度が薄い着色層6が下層で、濃度が濃い着色層7が上層であった場合(図3(a)、図4(a))、あるいは、その逆であった場合(図3(b)、図4(b))、そのどちらの場合においても濃度均一な画素を得ることが可能である。
一方、図4のように下層を凸形状にする為には、ブラックマトリクス側面に対して、濡れにくい着色層形成材料を用いれば良い。このようにブラックマトリクス側面に対する濡れ性が違う材料を使い分けることにより、図3、図4のような相反する形状の層を積層することができる。
着色層単独では、膜厚差によって色ムラが生じてしまうが、下層に無色透明の樹脂層を形成し、上層を下層の上面の断面形状に追従した二層構造にすることによって図5(a)、(b)のように着色層の膜厚を均一にすることが可能である。
すなわち、上層の着色層の膜厚は均一なものとなり、色ムラのない画素を得ることができる。
本発明における無色透明な樹脂層を構成する樹脂としては、着色インクの材料と同様にカゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、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、メラニン樹脂などが用いられる。またこれらの樹脂は主に熱および光エネルギーにより硬化させる。
無アルカリガラス(コーニング社製「#1737)上に、カーボンブラックを含有したレジスト材(新日鉄化学社製ブラックマトリクス用ネガ型レジストインキ「V−259 BK739P」)に感光性シリコン化合物(ジメチルポリシラン)を10%添加したものを膜厚1.5μmとなるようにスピンコートし、プリベークをおこなった。その後、露光、現像、ポストベーク処理をおこなってブラックマトリクスを形成した。
(着色インク1の調製)
メタクリル酸20部、メチルメタクリレート10部、ブチルメタクリレート55部、ヒドロキシエチルメタクリレート15部を乳酸ブチル300gに溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル0.75部を加え70℃にて5時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。
得られたアクリル共重合樹脂を樹脂濃度が10%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで希釈しアクリル共重合樹脂の希釈液とした。この希釈液80.1gに対し、顔料19.0g、分散剤0.9g添加して、3本ロールにて混練し、赤色、緑色、青色の各着色ワニスを得た。
この各着色ワニス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で顔料濃度が5〜8%、粘度が15cpsになるように調整し、R、G、B着色インクを得た。
(着色インク2の調製)
着色インク1の調製と同様にして各着色ワニスを得た。この各着色ワニス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で顔料濃度が8〜10%、粘度が15cpsになるように調整し、さらにこれに表面調整剤を少量添加し、着色インク1よりも表面張力の低いR、G、B着色インクを得た。
(カラーフィルタの作製)
12pl、180dpiヘッドを搭載したインクジェット印刷装置により、上記ブラックマトリクスの開口部に上記着色インク1を適量付与し、180℃で30分乾燥させ、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)各々のパターン状着色層(下層)を形成した。
次いで、上記下層を形成したブラックマトリクスの開口部に、12pl、180dpiヘッドを搭載したインクジェット印刷装置により上記着色インク2を適量付与し積層させ、180℃で30分乾燥し、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)各々のパターン状着色層を形成した。
(透明樹脂溶液の調製、透明樹脂層の形成)
メタクリル酸20部、メチルメタクリレート10部、ブチルメタクリレート55部、ヒドロキシエチルメタクリレート15部を乳酸ブチル300gに溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル0.75部を加え70℃にて5時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。
得られたアクリル共重合樹脂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で希釈し、粘度が15cpsのアクリル共重合樹脂の希釈液とした。12pl、80dpiヘッドを搭載したインクジェット印刷装置により、上記アクリル共重合樹脂希釈液を、上記ブラックマトリクスの開口部に、開口部全体を覆うまで付与した。200℃で30分乾燥させ、ブラックマトリクス開口部に凸形状の透明樹脂層を得た。
(カラーフィルタの作製)
上記、凸形状の透明樹脂層が形成されたブラックマトリクス開口部に対して、上記R、G、B各色の着色インク1を使用し、12pl、80dpiヘッドを搭載したインクジェット印刷装置により、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)各々のパターン状着色層を形成した。
このようにして作製されたカラーフィルタを観察したところ、混色は確認されなかったが、画素の断面形状が凸形状すなわち画素の中央部と端部で膜厚に差があるため、色ムラが大きく、色差がΔEab10以上であった。
このようにして作製されたカラーフィルタを観察したところ、混色は確認されなかったが、インクの表面自由エネルギーの調整をおこなわなかった為、着色インキ1、2共に同形状のまま積層され、その結果、濃度は均一化されず、色差がΔEab10以上であった。
2・・・ブラックマトリクス
3・・・下層の着色層
4・・・上層の着色層
5・・・着色層
6・・・濃度が薄い着色層
7・・・濃度が濃い着色層
8・・・無色透明な樹脂層
10・・・インクジェット印刷装置
Claims (8)
- 少なくとも光透過性基板上に樹脂を用いたブラックマトリクスと着色部とを有するカラーフィルタにおいて、着色部が濃度の異なる二層からなることを特徴とするカラーフィルタ。
- 前記ブラックマトリクスが着色インクに対して撥インク性を示すことを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタ。
- 前記濃度の異なる二層からなる着色部において、下層の着色層は周縁の膜厚が中央の膜厚よりも厚く、上層の着色層は中央の膜厚が周縁の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカラーフィルタ。
- 前記濃度の異なる二層からなる着色部において、下層の着色層は中央の膜厚が周縁の膜厚よりも厚く、上層の着色層は周縁の膜厚が中央の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカラーフィルタ。
- 前記濃度の異なる二層からなる着色部において、下層の着色層は無色透明な樹脂層であり、中央の膜厚が周縁の膜厚よりも厚く、上層の着色層の下面の断面形状は、無色透明な樹脂層の上面の断面形状に追従した断面形状を有し、上層の着色層は画素内にて同一の厚さを有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカラーフィルタ。
- 前記濃度の異なる二層からなる着色部において、下層の着色層は無色透明な樹脂層であり、周縁の膜厚が中央の膜厚よりも厚く、上層の着色層の下面の断面形状は、無色透明な樹脂層の上面の断面形状に追従した断面形状を有し、上層の着色層は画素内にて同一の厚さを有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカラーフィルタ。
- 前記濃度の異なる二層が、同じ樹脂よりなることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のカラーフィルタ。
- 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のカラーフィルタの製造方法であって、下層の着色層をインクジェット方式により形成し乾燥させた後、上層の着色層をインクジェット方式により形成し乾燥させ、二層からなる着色部を得ることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
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