JP2006267821A - カラーフィルタの製造方法、カラーフィルタおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット方式による低コストのカラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】基板上にブラックマトリックス及び複数色の着色画素を有するカラーフィルタの製造方法において、当該基板上に表面エネルギーが３０ｍＪ／ｍ²から４５ｍＪ／ｍ²であるブラックマトリックスを形成する工程、当該基板上に設けられたブラックマトリックス間に、ブラックマトリックスの表面エネルギーよりも１０から２０ｍＪ／ｍ²大きい表面張力を有する複数色の着色インクをインクジェット法により充填する工程、を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法等を提供する
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶カラーテレビ等の液晶表示装置で使用されるカラーフィルタの製造方法、カラーフィルタおよび液晶表示装置に関する。

カラー液晶表示装置や、撮像素子の分光に用いられるカラーフィルタは透光性基板の上に複数色（例えばレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ））の着色画素と、着色画素を区切る遮光性皮膜（ブラックマトリックス）を具備している。カラーフィルタ製造工程では、着色材として顔料を分散させた感光性樹組成物を用いたフォトリソグラフイーによる方法が多く行われている。この方法について、ブラックマトリックスとＲＧＢの画素を具備する一般的なカラーフィルタを例に説明する。

まず、基板上にブラックマトリックスを形成する。これは可視光を透過しない遮光性の材料で設けられ、クロム等金属材料や無機材料も用いることができるが、近年では感光性樹脂に遮光性粒子を分散した樹脂ブラックマトリックスが多く用いられている。この製造方法は、遮光性感光性樹脂組成物（ブラックレジスト）をガラス等の基板にコートしてブラックマトリックスのパターンのマスクを介して露光し、アルカリ等の現像液で現像を行い、最後に例えば２３０℃でポストベークを行う。

このようにして樹脂ブラックマトリックスを設けた基板上にレッドの感光性樹脂組成物（カラーレジスト）を所定膜厚にコートし、レッドの画素パターンのマスクを介して露光し樹脂ブラックマトリックスの形成の場合と同様にアルカリ現像、ポストベークをされ、レッドの画素が形成される。次いで、グリーンの画素、ブルーの画素も同様に形成され、樹胎ブラックマトリックスと複数色の着色画素を具備するカラーフィルタを得ることができるが、この様にカラーフィルタの製造は非常に工程が多い。

樹脂ブラックマトリックス基板の製造における問題としてはブラックマトリックスの断面形状の不良に起因するカラーレジストコート時の気泡の発生の問題やアルカリ現像時におけるブラックマトリックスレジスト膜の剥がれ、残渣の問題がある。また、カラーレジストのパターニングにおいては複数色の各画素のアライメント不良、画素の断面形状がオーバーハングになりＩＴＯ膜の導通不良による画素欠陥の発生や色残り、残渣等の問題がある。

そのほかフォトリソ法では露光時カラーレジストの昇華物がマスクに付着するマスク汚れも多々問題となる。フォトリソ法においては各工程での歩留まりがあまりよくないため全工程での歩留まりが悪く、カラーフィルタの製造コストが高くなる要因となっている。

また、カラーフィルタの製造コストは歩留まりだけの要因でなく使用しているガラス基材やブラックほかレッド、グリーン、ブルーの各カラーレジストの材料が高いことも要因となっている。パネルメーカー等の得意先やカラーフィルタ業界では安価なカラーフィルタの開発が望まれており、現在、印刷法やインクジェット法による製造方法の検討が盛んに行われている。

インクジェット法は、微細なインクノズルから対象物の特定の領域に対して選択的にインクを吐出して対象物の特定区画を着色する方法である。カラーフィルタの製造において用いられる場合には、対象物であるカラーフィルタ基板にインク受容体を設けてインクを固定する方法と、微小な堰を設けてインクのはみ出しを防ぐ方法とに大別される。後者の
場合、基板上に設けられたブラックマトリックスがこの堰き止める役割をする。ブラックマトリックスが区切る特定の領域内に必要な色の顔料を含有するインクを吐出・充填し、このインクを硬化して着色画素とすることでカラーフィルタが製造されることになる。

フォトリソグラフイーではカラーレジストを基板全面に塗布しなければならないのでレジストの無駄が多く、また必要とする色の数だけ塗布・露光・現像・ポストベークの工程を繰り返さなければならなかったが、インクジェット法ではインクの無駄がなく、ノズルの増設を必要とするものの、複数色を一度に充填でき、かつ硬化工程も一度で済む。

特許文献は以下の通り。
特許第３４７０３５２号公報 特許第３４３０５６４号公報

インクジェット法によるカラーフィルタの製造では複数色の各カラーインクが混じりあうことなく印刷されなければならない。ブラックマトリックスにより各画素は仕切られているが印字されたインクがブラックマトリックスの隔壁を乗り越えてしまいインクが混ざってしまう問題がある。

特許文献１や２では撥インク性のブラックマトリックスが開示されている。フッ素系またはシリコーン系化合物等によりブラックマトリックスの表面エネルギーを小さくすることにより印字された複数色の各インクがブラックマトリックスを乗り越え混色することを防止した発明でありフッ素系またはシリコーン系化合物等の微粉末粒子や化合物をカーボンブラックのインクに混ぜるかもしくはブラックマトリックスの隔壁上面に積層して撥インク性を付与するというものである。

フッ素系またはシリコーン系高分子化合物の微粉末粒子を混ぜる場合、ブラックマトリックスの高さは一般に１〜３μｍの範囲であるので、均一な撥インク性を発現するためには少なくとも粒径は０．２μｍ以下でなければならなく、このような高分子化合物の微粉末粒子は材料として非常に高価であり逆にコストアップとなってしまう。また、このような高分子の微小粒子は凝集しやすく均一な分散をさせることが難しい。以上から高分子化合物の微小粒子による検討はコスト的にも技術的にも難しいことがいえる。

また、低分子量のフッ素系化合物またはシリコーン系化合物等を添加する方法ではブラックマトリックスの撥インク性は向上するが低分子量のフッ素系化合物やシリコーン系化合物の添加は一般に樹脂等との相溶性が悪いのでブリードやブルームを起こし、各画素の印字箇所に付着し着色インクをはじき、白抜けを発生させたり、オーバーコート層の接着不良等の原因となっていた。

また、液晶パネルに組み立てた後不純物として液晶に溶解して表示むらの原因となっていた。これらの低表面エネルギーの材料は数パーセント添加しないと撥インク性が顕著に現れない。添加量を増やすと撥インク性は向上するが白抜け、接着性等の問題をおこすためこれらの低表面エネルギー化合物の洗浄、除去が必要であり工程数の増加、コストのアップとなっていた。

本発明は印字精度の良いインクジェット方式を用いてブラックマトリックスが形成された基板に複数色の各画素を形成する製造方法を提供するものであり、ブラックマトリックスにフッ素系化合物やシリコーン系化合物等の低表面エネルギー化合物を添加したり、低
表面エネルギー層の形成をすることなくインクジェット法により複数色の各画素を混色なく形成するものである。

即ち、インクジェット法により印字するＲＧＢ等の複数色の着色インクの表面張力をブラックマトリックスの表面エネルギーの値より１０〜２０ｍＪ／ｍ²大きな値に調整することにより低表面エネルギー層が形成されていなくても印字されたインクが混色することなく各画素を形成することができる。

印字される着色インクの表面張力は使用される溶剤およびそれらの構成比率により調整ができる。二種類以上の溶剤を使用し例えば表面張力７２．７ｍＮ／ｍの水及び表面張力２７．４ｍＮ／ｍのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの組成にすると、水のみによるインクは表面張力が高く例えば６０ｍＮ／ｍであり、水とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとの１／１の混合溶剤を使用するとインクの表面張力は４３ｍＮ／ｍになる。

ガラス基板に形成されたブラックマトリックスの表面エネルギーはカーボン顔料の種類、分散剤、界面活性剤等の分散助剤等の添加により変わるが、一般に４０ｍＪ／ｍ²くらいである。水とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの混合溶剤を使用することにより着色インクの表面張力は６０ｍＮ／ｍ〜５０ｍＮ／ｍに調整ができる。ブラックマトリックスとインクの表面張力の差が１０ｍＮ／ｍ以上であると撥インク性は顕著に発現する。インクジェットによる着色インクの印字性はインクの撥インク性を調整することにより隣り合う画素のインクが混色することがないように印字することができる。

本発明によるインクジェット法によるカラーフィルタの製造方法は既存のブラックマトリックスに表面処理等の加工を行うことなく画素インクの表面張力を樹脂ブラックマトリックスの表面エネルギーの値より１０ｍＪ／ｍ²以上大きく２０×１００ｍＪ／ｍ²以下に調整することによりＲＧＢのインクが混色することなくカラーフィルタを製造することができる。

インクの表面張力は２種以上より構成される溶剤の組成比を変えることにより行うことができるため低表面エネルギー化合物を必要とせず撥インク層を形成する方法に比べコストダウンが図れる。

また、本発明は溶剤系によりインクの表面張力を調整するため界面活性剤の添加により撥インク性をコントロールする方法に比べ、界面活性剤の使用量を最少量にすることが可能であるのでコストダウンが図れまた着色インク中の界面活性剤の添加量が少ない為液晶層へ移行する懸念がなく信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。

さらに、本発明によるインクの表面張力の調整方法は界面活性剤を最少量の使用で行うことができる為、撥インク性の樹脂ブラックマトリックスにおけるような低表面エネルギー化合物のブルームやブリードがなく画素部の白抜け、オーバーコート剤の密着不良、該低表面エネルギー化合物の液晶層への移行による表示欠陥のない優れたカラーフィルタを安いコストで提供することができる。

本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明はまずブラックマトリックスを形成した基板（以下、樹脂ブラックマトリックス基板と呼ぶ場合がある）に印刷精度の良いインクジェット法により安価で高精細なカラーフィルタを製造する方法を提供するものである。

本発明のカラーフィルタに用いることのできる基板としては、透光性が良好な板状あるいはフィルム状の平滑性に優れた基板が好ましく、ガラス、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アクリル樹脂等が挙げられる。

本発明で使用されるインクジェット用インクとしては常温乾燥タイプ、加熱乾燥タイプ、紫外線硬化タイプが挙げられる。これらのインクは共通する成分として樹脂（ビヒクル）、色材および溶剤を含んでいる。

樹脂組成としてはフェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、グアナミン樹脂、塩化ビニル樹脂、ブチラール樹脂、スチレンブタジエン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、酢酸ビニル系エマルジョン、スチレンブタジエン系エマルジョン、アクリル系エマルジョン、水性アルキド樹脂、水性メラミン樹脂、水性尿素樹脂、水性アクリル樹脂、水性フェノール樹脂、水性エポキシ樹脂、水性ウレタン樹脂があげられる。以上は合成樹脂であるが天然の水溶性樹脂としてはカゼイン、ゼラチン、フィッシュグリュー、でんぷん、にかわ等が挙げられる。また、これらは単独でも用いられるが、これらが混合しても用いることができる。

インク用の色材としては染料、顔料より選ぶことができる。染料は耐光性、耐熱性で難があるが顔料と組み合わせて使用される場合がある。ＲＧＢのカラーフィルタ用染料としては赤色染料の例では、以下のようなカラーインデックス名（Ｃ．Ｉ．Ｎａｍｅ）が付されているものを挙げることができる。

カラーインデックス名（Ｃ．Ｉ．Ｎａｍｅ）でDirect Red２、Direct Red81、Acid Red１、Acid Red52、Acid Red14、Acid Red27、Acid Red87、Acid Red88、Basic Red１、Mordant Red３、Azoic Red21、Vat Red23、Disperse Red１、Disperse Red11、Disperse Red15、Reactive Red12が挙げられる。緑色染料の例としては、カラーインデックス名（Ｃ．Ｉ．Ｎａｍｅ）でDirect Green24、Acid Green19、Basic Green４、Azoic Green１、Vat Green１、Disperse Green１を挙げることができる。青色染料の例としては、カラーインデックス名（Ｃ．Ｉ．Ｎａｍｅ）でDirect Blue8、Direct Blue84、Direct Blue86、 Acid Blue９、Acid Blue23、Acid Blue47、Acid Blue74、Basic Blue１、Basic Blue9、Vat Blue１、Vat Blue４、Disperse Blue１、Disperse Blue３、Disperse Blue14、Solvent Blue11、Reactive Blue2、Reactive Blue4、Reactive Blue7を挙げることができる。

黒色染料の例としては、カラーインデックス名（Ｃ．Ｉ．Ｎａｍｅ）でAcid Black１、Acid Black2、Acid Black48、Mordant Black１、Disperse Black１、Reactive Black5を挙げることができる。また、これらの赤、緑、青、黒の染料以外の黄色染料、橙色染料、紫色染料も使用でき、これらを組み合わせて使用も可能である。

また、顔料としては以下のようなものが使用される。有機顔料としては、例えばカラーインデックス（Ｃ．Ｉ．）においてピグメントPigmentに分類されている化合物、具体的には、下記のようなカラーインデックス名（Ｃ．Ｉ．Ｎａｍｅ）が付されているものを挙げることができる。

Pigment Yellow１、Pigment Yellow2、Pigment Yellow3、Pigment Yellow5、Pigment Yellow12、Pigment Yellow13、Pigment Yellow14、Pigment Yellow15、Pigment Yellow17、Pigment Yellow24、Pigment Yellow83、Pigment Yellow108、Pigment Yellow109、Pigment Yellow110、Pigment Yellow123、Pigment Yellow151、Pigment Orange１、Pigment Orange5、Pigment Orange13、Pigment Orange16、Pigment Orange17、Pigment Orange24、Pigment Orange40、Pigment Orange42、Pigment Orange43、Pigment Red1、Pigment Red
２、Pigment Red３、Pigment Red４、Pigment Red５、Pigment Red７、Pigment Red９、Pigment Red12、Pigment Red22、Pigment Red23、Pigment Red37、Pigment Red38、Pigment Red48、Pigment Red49、Pigment Red50:1、Pigment Red51、Pigment Red53:1、Pigment
Red57:1、Pigment Red58:4、Pigment Red60:1、Pigment Red63:1、Pigment Red63:2、Pigment Red81、Pigment Red83、Pigment Red88、Pigment Red112、Pigment Red122、Pigment Red144、Pigment Red168、Pigment Red177、Pigment Red180、Pigment Red190、Pigment Red192、Pigment Violet１、Pigment Violet3、Pigment Violet19、Pigment Violet23、Pigment Violet 31、Pigment Violet 36、Pigment Blue１、Pigment Blue２、Pigment Blue15,15:3、Pigment Blue15、Pigment Blue16、Pigment Blue 17:1、Pigment Blue 18、Pigment Blue 60、Pigment Blue 64、Pigment Green２、Pigment Green７、Pigment Green８、Pigment Green 10、Pigment Green36、Pigment Black１、Pigment Black７、Pigment Black 10、Pigment Black 11、Pigment Black 12。

また、無機顔料としては、例えば酸化チタン、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら（赤色酸化鉄（ＩＩＩ））、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑、アンバー、黒色顔料ではチタンブラック、合成鉄黒、カーボンブラック等を挙げることができる。カーボンブラックの品種としてはＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ等のファーネスブラック、ＦＴ、ＭＴ等のサーマルブラック、アセチレンブラック等を挙げることが出来る。これらのカーボンブラックは単独でまたは２種以上を混合して使用することが出来る。

樹脂ブラックマトリックスの形成には従来のフォトレジストのパターニングにより形成する方法や印刷インクをオフセット印刷によパターン状に形成する方法などがある。該パターニングされた樹脂ブラックマトリックス基板は２３０℃で２０分間ポストベークしてからＲＧＢの画素が印字される。

樹脂ブラックマトリックス基板のポストベーク後の膜厚は１〜６μｍに形成される。ポストベーク後のブラックマトリックス基板の表面エネルギーはブラックのフォトレジストや印刷インクの組成によるが一般に２０ｍＮ／ｍ〜４５ｍＮ／ｍとなる。樹脂ブラックマトリックス基板に要求されるＯＤ値／μｍは３〜４であるためフォトレジストや印刷インクのカーボンブラックの配合量は全固形分の３０〜６０重量％であり、分散剤、分散助剤等がインク中に高添加された配合組成となっている。該インクでは分散剤、分散助剤である界面活性剤、ワックス等が高添加されており、該インクより形成された樹脂ブラックマトリックスの表面エネルギーはそれらの配合剤の組成により変わる。

ポリエチレン系ワックスや脂肪酸エステル類、フッ素系の界面活性剤を使用した配合系では樹脂ブラックマトリックス基板の表面エネルギーは３０ｍＮ／ｍ〜３５ｍＮ／ｍと小さくなり、エポキシ系分散剤等を使用する配合系では３５ｍＮ／ｍ〜４５ｍＮ／ｍと大きくなる。インクのはじき性はインクの表面張力とブラックマトリックス層の表面エネルギー値との差により決まる。インクのはじきは前記差が１０ｍＮ／ｍ以上となると顕著なはじきが発現する。インクの粘度によってもはじき性は変わり粘度が高いとはじきが小さく、粘度が低いほどはじき性がよい。インクの粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である場合がはじき性がもっとも良好である。

インクの溶剤としては水のほか次のような水溶性有機溶剤を上げることができる。具体例としては、エタノール、メタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの炭素数１から４のアルキルアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−プロピ
ルエーテル、エチレングリコールモノ−ｉｓｏ−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｉｓｏ−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、１−メチル−１−メトキシブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｉｓｏ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−ｉｓｏ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテルなどのグリコールエーテル類、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルスルホキシド、ソルビット、ソルビタン、アセチン、ジアセチン、トリアセチン、スルホランなどが挙げられる。

例えば数平均分子量１５００００〜２０００００のアクリル系エマルジョン樹脂に３０重量％の赤の顔料を分散させたインクをインクジェット法により印字する場合該インクの溶剤を水単独とするとインクの表面張力は６５ｍＮ／ｍであり、溶剤組成を水とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとの混合溶剤としその組成比率（重量）を１０／９０、２０／８０、３０／７０、４０／６０としてレッドのインク液を調製しその表面張力を測定すると６０ｍＮ／ｍ、５５ｍＮ／ｍ、５０ｍＮ／ｍ、４５ｍＮ／ｍと変わった。

該溶剤組成よりなるレッドのインクをＲＧＢの各印字ヘッドが３００ノズルであるインクジェット装置により表面エネルギー３８ｍＪ／ｍ²の樹脂ブラックマトリックス基板に印字した。溶剤組成が４０／６０である表面張力４５ｍＮ／ｍのインクを印字するとブラックマトリックスを乗り越えて混色する現象はなかったがブラックマトリックス上のインクのはじきが遅くブラックマトリックス上のインクを完全にはじくまで時間を要した。

次に溶剤組成比３０／７０である表面張力５０ｍＮ／ｍのインクを印字するとブラックマトリックス上のインクのはじきはかなり速くなった。インクが他の色の画素に流れる混色の現象もなかった。

更に溶剤組成比２０／８０である表面張力５５ｍＮ／ｍのインクを印字した。ブラックマトリックス上に残るインクはなくはじきが速くきれいに印字がされた。溶剤組成１０／９０である表面張力６０ｍＮ／ｍのインク、溶剤組成水単独の表面張力６５ｍＮ／ｍのインクをそれぞれインクジェットで印字した。

各インクのはじきは速く他の色の画素にインクが流れる混色の現象もなく問題はないが表面張力６０ｍＮ／ｍのインクと表面張力６５ｍＮ／ｍのインクを使用すると画素の印字面の平坦性が若干悪い結果であった。これは一例であるが着色インクの表面張力の値とブラックマトリックスの表面エネルギー値との差は１０ｍＮ／ｍ以上ないとはじきが遅く十分に時間を置かないとブラックマトリックス上にインクが残る。

インクの表面張力の調整用有機溶剤としては前記溶剤が一般によく使用されるが、そのほかＮ−メチル−２−ピロリドン（表面張力（２５℃）４１．０ｍＮ／ｍ）やジエチレングリコールジメチルエーテル（表面張力（２５℃）２９．５ｍＮ／ｍ）等が使用される。

該インクの表面張力とブラックマトリックスの表面エネルギー値の差は１０ｍＮ／ｍ〜２０ｍＮ／ｍの範囲であるとはじきのよい混色のない平坦な画素が得られる。該表面張力
とブラックマトリックスの表面エネルギー値との差が２１ｍＮ／ｍ以上あるとはじき、混色の問題はないが印字された画素の平坦性が悪くなる傾向がある。

以上の例は水溶性のアクリルエマルジョン樹脂における例であるが溶剤系の樹脂においても表面張力調整用溶剤を酢酸エチル等のケトン系溶剤、セロソルブ系溶剤、シクロヘキサノン等にすることによりはじきの速い混色のない画素を形成することができる。本発明は溶剤系によりインクの表面張力を調整するため界面活性剤の添加により撥インク性をコントロールする方法に比べ界面活性剤の使用量を最少量にすることが可能であるのでコストダウンが図れまた着色インク中の界面活性剤の添加量が少ない為液晶層へ移行する懸念がなく信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。

カラーフィルタのＲＧＢの画素配列には、ストライプ配列の他トライアングル配列、モザイク配列があるが何れの配列であっても同じように製造することが出来る。本発明によるカラーフィルタの製造方法ではフッ素系化合物またはシリコン系化合物等よりなる撥インク層や該低表面エネルギー化合物を樹脂ブラックマトリックス材料に混ぜることにより樹脂ブラックマトリックスの表面エネルギーを下げることを必要としない。

ＲＧＢの着色インクの表面張力を樹脂ブラックマトリックス基板の表面エネルギーより１０ｍＮ／ｍ〜２０ｍＮ／ｍ大きくすることにより印字されたインクがブラックマトリックスではじかれ、他の色の画素のインクと混色するのを防止することができる。樹脂ブラックマトリックス基板の画素部のガラス表面はＲＧＢの着色インクの濡れ性、塗布性、付着性を向上させるためコロナ処理、プラズマ処理、ＣＶＤ等の表面処理を行うこともできる。

本発明では顔料は、分散剤、分散助剤とともに使用することができる。このような分散剤としては、具体的に、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挙げることができる。前記界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、３級アミン変性ポリウレタン類等を挙げることができる。

顔料の分散剤としては一般にβ−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリカルボン酸形高分子活性剤、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、ラウリルアルコール硫酸エステルソーダ塩等が用いられる。これらの分散剤は組み合わせて使用することが出来る。その添加量は着色インキ固形分１００重量部当り２０重量部以下が好ましくより好ましくは０．０５〜１０重量部の範囲である。

基板との接着性、顔料と樹脂との接着性を向上させるために着色インキに接着助剤を使用することもできる。使用される接着助剤としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤があり、シラン系カップリング剤ではγ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジクロロシラン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジエトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニル・トリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アミノ官能性シラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ‐フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ―β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−（ポリエチレンアミノ）プロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ′−ビニルベンジル−Ｎ−トリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン塩、メタクリレート・塩化クロム複合体等が挙げられる。

チタネート系カップリング剤ではイソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチルーアミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルフォスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネートが挙げられる。

アルミニウム系カップリング剤としてはアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートがある。

これらの接着助剤は、単独でも２種以上の組み合わせでも使用することができる。その添加量は、着色インキ固形分１００重量部当たり２０重量部以下が好ましく、より好ましくは０．０５〜１０重量部の範囲である。

本発明のカラーフィルタの製造方法ではＲＧＢの着色インクは被塗布面への濡れ性、レべリング性、塗布むらをなくすため界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤やシリコン系界面活性剤がある。フッ素系界面活性剤ではアニオン性、カチオン性、両性、ノニオン性があり、アニオン性ではパーフルオロアルキルカルボン酸塩であるサーフロンＳ−１１１（旭硝子品）やＳ−１１３（同）、ユニダインＤＳ−１０１（ダイキン工業品）、メガファックＦ１２０（大日本インキ品）がある。

そのほかパーフルオロアルキルリン酸塩エステルであるサーフロンＳ−１１２（旭硝子品）、メガファックＦ１９１（大日本インキ品）がある。さらに、パーフルオロアルキルスルホン酸塩ではメガファックＦ１１０（大日本インキ品）、Ｆ１１３（同）がある。

カチオン系ではパーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩であるサーフロンＳ−１２１（旭硝子品）やメガファックＦ１５０（大日本インキ化学品）がある。両性ではパーフルオロアルキルベタインであるサーフロンＳ−１３１（旭硝子品）がある。

ノニオン系ではパーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物であるサーフロンＳ−１４５（旭硝子品）、メガファックＦ１４２Ｄ（大日本インキ品）、Ｆ１４４Ｄ（同）、ユニダインＤＳ４０１（ダイキン工業品）がある。そのほかパーフルオロアルキル基親油性基或いは親水性基含有オリゴマー品がある。

シリコーン系界面活性剤ではポリエーテル変性シリコーンオイルであるＫＦ３５１（信越化学品）、ＫＦ３５２（同）、ＫＦ３５４（同）、ＫＦ６１５（同）があり、東芝シリコーン品ではシリコーンとポリオキシアルキレン共重合体であるＹＦ３８４２、ＴＳＦ４４４５、ＴＳＦ４４５２、ポリジメチルシロキサン・ポリエチレンオキシド共重合体であるＴＦＡ４２００がある。東レシリコーン（株）品にはシリコーン・ポリエーテル共重合体であるＳＨ３７４６，ＳＨ３７４８，ＳＨ３７４９等がある。

これらの界面活性剤の使用量は、水溶性樹脂或いは着色インキ固形分１００重量部に対して、好ましくは５重量部以下、より好ましくは０．０１〜２重量部の範囲である。

ガラス基板にアクリル樹脂系のブラックインクをポストベーク後の膜厚で２．０μｍになるようオフセット印刷法で印字し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パターンはブラックマトリックス線幅１５μｍで画素部の大きさは縦２２０μｍ、横８０μｍのストライプ形状である。樹脂ブラックマトリックスの表面エネルギーは４３ｍＪ／ｍ²であった。インクジェットの印字の仕様はノズル径２０μｍ、１画素の印字個所は８ポイント（個所）印字する。インクジェットのＲＧＢの各着色インクのノズル数は１５００個で印字ヘッドに配列されている。ガラス基板の濡れ指数は室温で３５ｍＮ／ｍであるためコロナ処理を行ないガラス基板の濡れ指数を５５ｍＮ／ｍとした。レッド顔料としてPigmentRed177、グリーン顔料としてPigmentGreen36、ブルー顔料としてPigmentBlue15を選定し数平均分子量１５００００〜２０００００のアクリル系エマルジョン樹脂をビヒクルとしてレッド、グリーン、ブルーの着色インクを調製した。各インクの顔料濃度は固形分比３０重量％とし固形分は６０重量％となるように調製した。インクの表面張力の調整用溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドン（表面張力（２５℃）４１．０ｍＮ／ｍ）を使用して水とＮ−メチル−２−ピロリドンの重量組成比が表１から３に示す割合となるようにし、各インキの粘度は５０ｍＰａ・ｓに調製した。

各色インクによる印字性は表１〜３のような結果となった。ＲＧＢの各インクの印字におけるレベリング性のよい条件にてＲＧＢの画素アレイを形成した。低表面エネルギー化合物による白抜けはなく印字されたＲＧＢの各画素の高さの差は０．３μｍ以下で平坦性のよいカラーフィルタを形成することができた。

（比較例１）
実施例１で使用したブラックインクに東レシリコーンＳＨ３７４６と大日本インキメガファックＦ１１０をブラックインク固形分比０．２重量％、０．５重量％、０．８重量％添加してブラックインクを調製した。該ブラックインクにて実施例１と同様の手順でブラックマトリックス基板を作成した。次に実施例１のＲＧＢのインクの調製と同様の方法にてアクリルエマルジョン樹脂をビヒクルとして表面張力がＲ色で４５ｍＮ／ｍ、Ｇ色で４７ｍＮ／ｍ、Ｂ色で４３ｍＮ／ｍのインクを調製した。該ＲＧＢの水溶性インクをインクジェット法により樹脂ブラックマトリックス基板に印字しインクの印字性、レベリング性等を評価しその結果を表４にしめす。何れのテストでも混色の問題はないが低表面エネルギー化合物のブリードによる白抜けが若干あった。

（比較例２）
高分子量のシリコーン樹脂と高分子量のフッ素樹脂を平均粒径０．２〜０．５μｍに機械で破砕し比較例１と同様に２重量部、５重量部、８重量部の該樹脂をブラックインクに加え樹脂ブラックマトリックス基板を形成した。比較例１で調製したＲで表面張力４５ｍＮ／ｍ、Ｇで表面張力４７ｍＮ／ｍ、Ｂで表面張力４３ｍＮ／ｍのインクをインクジェットにて樹脂ブラックマトリックス基板に印字しレベリング性、印字性等を評価しその結果を表５に示す。何れのテストでも白抜けはなかったが粉砕してインクに加えた高分子樹脂の粒径が不均一で不揃いであるため樹脂ブラックマトリックスのはじき性にむらがあり混色が若干あった。

表は以下の通りであるが、ここで。各表の評価項目は以下の基準によった。

＜インクのレベリング性＞
◎：一つの画素内における高低差が０．３μｍ以下。
○：一つの画素内における高低差が０．３μｍより大きく０．５μｍ以下。
△：一つの画素内における高低差が０．５μｍより大きく０．７μｍ以下。
×：一つの画素内における高低差が０．７μｍより大きい。

＜画素部の白抜け＞
あり：基板上の画素部に印字された着色インクがはじかれて基板が白く見える画素がある。
なし：全ての画素において、所定の画素部がインクで覆われ、基板が見えない。

＜混色＞
あり：所定の色とは異なる色のインクが混入している画素部がある。
なし：全ての画素において混色が観察されない。

インクジェット法により製造される本発明によるカラーフィルタの断面図である。

符号の説明

１ … インクジェット法により印字されたレッドの画素
２ … インクジェット法により印字されたグリーンの画素
３ … インクジェット法により印字されたブルーの画素
４ … 樹脂ブラックマトリックス
５ … 基板

Claims (6)

1. 基板上にブラックマトリックス及び複数色の着色画素を有するカラーフィルタの製造方法において、
   当該基板上に表面エネルギーが３０ｍＪ／ｍ²から４５ｍＪ／ｍ²であるブラックマトリックスを形成する工程、
   当該基板上に設けられたブラックマトリックス間に、ブラックマトリックスの表面エネルギーよりも１０から２０ｍＪ／ｍ²大きい表面張力を有する複数色の着色インクをインクジェット法により充填する工程、
   を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 前記複数色の着色インクは複数の溶剤を含むことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
3. 前記複数色の着色インクの粘度は５０ｍＰａ・Ｓ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 前記複数色の着色インクは水溶性であることを特徴とする請求項１乃至３何れか記載のカラーフィルタの製造方法。
5. 基板上に表面エネルギーが３０ｍＪ／ｍ²から４５ｍＪ／ｍ²であるブラックマトリックス及びブラックマトリックスの表面エネルギーよりも１０から２０ｍＪ／ｍ²大きい表面張力を有する複数色の着色インクにより形成された複数色の着色画素を有するカラーフィルタ。
6. 対向する一組の基板とそれに扶持される液晶層を備えた液晶パネルを用いた液晶表示装置において、当該一組の基板の一方は請求項５記載のカラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置。

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