JP2006337804A - カラーフィルタおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明は、基材と、前記基材上に形成された遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、前記基材および前記遮光部を覆うように形成された光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、前記遮光部の開口部の前記光触媒含有層上に形成された着色層とを有するカラーフィルタであって、
前記遮光部は、前記遮光部の中心部に対してテーパー状に膜厚が減少している両側部の薄膜領域の幅が、それぞれ遮光部線幅の20%〜40%の範囲内であり、前記光触媒含有層の膜厚が0.01μm〜0.5μmの範囲内であることを特徴とするカラーフィルタを提供する。
【選択図】 図1
Description
まず、本発明のカラーフィルタについて説明する。本発明のカラーフィルタは、基材と、上記基材上に形成された遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、上記基材および上記遮光部を覆うように形成された光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、上記遮光部の開口部の上記光触媒含有層上に形成された着色層とを有するカラーフィルタであって、上記遮光部は、上記遮光部の中心部に対してテーパー状に膜厚が減少している両側部の薄膜領域の幅が、それぞれ遮光部線幅の20%〜40%の範囲内であり、上記光触媒含有層の膜厚が0.01μm〜0.5μmの範囲内であることを特徴とするものである。
以下、本発明のカラーフィルタの各構成ごとに詳しく説明する。
まず、本発明のカラーフィルタに用いられる遮光部について説明する。本発明のカラーフィルタに用いられる遮光部は、後述する基材上に形成され、遮光材料および樹脂を含有するものであり、遮光部の中心部に対してテーパー状に膜厚が減少している両側部の薄膜領域の幅が、それぞれ遮光部線幅に対して所定の範囲内とされているものである。
次に、本発明のカラーフィルタに用いられる光触媒含有層について説明する。本発明のカラーフィルタに用いられる光触媒含有層は、上記遮光部を少なくとも光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する層であり、かつ所定の膜厚を有するものであれば、特に限定されるものではない。通常、光触媒含有層中においては、光触媒微粒子がオルガノポリシロキサンにより一部または全部被覆されたものの混合物の状態で形成されており、光触媒微粒子が部分的に表面に露出することとなる。
まず、本発明に用いられる光触媒について説明する。本発明に用いられる光触媒としては、光半導体として知られる例えば二酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、および酸化鉄(Fe2O3)を挙げることができ、これらから選択して1種または2種以上を混合して用いることができる。
次に、本発明に用いられるオルガノポリシロキサンについて説明する。本発明に用いられるオルガノポリシロキサンは、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により、光触媒含有層表面の濡れ性を変化させることが可能なものであれば、特に限定されるものではなく、特に主骨格が上記の光触媒の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有するものであって、光触媒の作用により分解されるような有機置換基を有するものが好ましい。具体的には、(1)ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサン、(2)撥水牲や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋したオルガノポリシロキサン等を挙げることができる。
YnSiX(4−n)
(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基、クロロアルキル基、イソシアネート基、もしくはエポキシ基、またはこれらを含む有機基であり、Xはアルコキシル基、アセチル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)
で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。なお、ここでXで示されるアルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基であることが好ましい。また、Yで示される有機基全体の炭素数は1〜20の範囲内、中でも5〜10の範囲内であることが好ましい。
CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
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CF3(CF2)3(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
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CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7SO2N(C2H5)C2H4CH2Si(OCH3)3 。
また、本発明に用いられる光触媒含有層中には、上記のオルガノポリシロキサンとともに、ジメチルポリシロキサンのような架橋反応をしない安定なオルガノシリコン化合物をバインダに混合してもよい。またさらに、バインダとして、主骨格が上記光触媒の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有する、有機置換基を有しない、もしくは有機置換基を有するポリシロキサンを挙げることができ、具体的にはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を加水分解、重縮合したものを含有させてもよい。
また、本発明においては、光触媒含有層がフッ素を含有し、さらにこの光触媒含有層表面のフッ素含有量が、光触媒含有層に対しエネルギーを照射した際に、上記光触媒の作用によりエネルギー照射前に比較して低下するように上記光触媒含有層が形成されていることが好ましい。これにより、エネルギーをパターン照射することにより、後述するように容易にフッ素の含有量の少ない部分からなるパターンを形成することができる。ここで、フッ素は極めて低い表面エネルギーを有するものであり、このためフッ素を多く含有する物質の表面は、臨界表面張力がより小さくなる。したがって、フッ素の含有量の多い部分の表面の臨界表面張力に比較してフッ素の含有量の少ない部分の臨界表面張力は大きくなる。これはすなわち、フッ素含有量の少ない部分はフッ素含有量の多い部分に比較して親液性領域となっていることを意味する。よって、周囲の表面に比較してフッ素含有量の少ない部分からなるパターンを形成することは、撥液性域内に親液性領域のパターンを形成することとなる。
上述したような光触媒含有層の形成方法としては、上記光触媒とオルガノポリシロキサンとを必要に応じて他の添加剤とともに溶剤中に分散して光触媒含有層形成用塗工液を調製し、この光触媒含有層形成用塗工液を基材上に塗布することにより形成することができる。使用する溶剤としては、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系の有機溶剤が好ましい。塗布はスピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコート等の公知の塗布方法により行うことができる。バインダとして紫外線硬化型の成分を含有している場合、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより、光触媒含有層を形成することができる。
次に、上記光触媒含有層にエネルギーを照射して、後述する着色層を形成するパターン状に、濡れ性の変化した濡れ性変化パターンを形成する方法について説明する。本発明においては、上述したように光触媒含有層中のオルガノポリシロキサンがエネルギー照射に伴う光触媒の作用によって濡れ性が変化する。したがって、例えば図2に示すように、上記光触媒含有層3にフォトマスク5等を用いてエネルギー6を照射することによって(図2(a))、光触媒含有層3上に濡れ性の変化した濡れ性変化パターン7が形成されるのである(図2(b))。光触媒含有層上に濡れ性変化パターンが形成されていることにより、後述する着色層を形成する着色層形成用塗工液をインクジェット法等によって塗布した際、エネルギーが照射されていない領域にはインクが付着せず、濡れ性が変化した濡れ性変化パターン7上にのみ、高精細に着色層形成用塗工液を付着させることができ、高精細な着色層を形成することができるのである。
次に、本発明のカラーフィルタに用いられる着色層について説明する。本発明のカラーフィルタに用いられる着色層は、上述した光触媒含有層上に形成されるものであり、光触媒含有層上でエネルギーが照射されて親液性領域がパターン状に形成された濡れ性変化パターンに沿って形成されたものである。
本発明において、この着色層を着色する方法としても特に限定されるものではなく、例えば、公知の塗料をスプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコート等の公知の方法で塗布する塗布方式や、真空薄膜形式等を挙げることができるが、本発明においては、インクジェット方式により着色されることが好ましい。これにより、上記濡れ性変化パターン上に高精細に着色層を形成することができるからである。
次に、本発明に用いられる透明基材について説明する。本発明に用いられる透明基材としては、上記遮光部および光触媒含有層を形成可能なものであれば、特に限定されるものではなく従来よりカラーフィルタに用いられているもの等を用いることができる。具体的には石英ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材等を挙げることができる。
本発明のカラーフィルタは、基材、遮光部、光触媒含有層、および着色層を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば上記部材の他に透明電極層であるITO膜や、オーバーコート層等、通常カラーフィルタに形成される他の部材を有するものであってもよい。これらについても、通常のカラーフィルタと同様であるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明のカラーフィルタの製造方法について説明する。本発明のカラーフィルタの製造方法においては、基材と、上記基材上に形成された遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、上記基材および上記遮光部を覆うように形成された光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、上記遮光部の開口部の上記光触媒含有層上に形成された着色層とを有するカラーフィルタの製造方法であって、上記遮光部を、上記遮光部の中心部に対してテーパー状に膜厚が減少している両側部の薄膜領域の幅が、それぞれ遮光部線幅の20%〜40%の範囲内となるように形成する遮光部形成工程と、少なくとも光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有し、固形分濃度0.1%〜10%の範囲内の光触媒含有層形成用組成物を1μm〜100μmの範囲内の膜厚で塗布し、乾燥させることにより光触媒含有層を形成する光触媒含有層形成工程とを有することを特徴とするものである。
以下、本発明のカラーフィルタの製造方法における各工程ごとに説明する。
まず、本発明のカラーフィルタの製造方法における遮光部形成工程について説明する。本発明のカラーフィルタの製造方法における遮光部形成工程は、基材上に所定の形状を有する遮光部を形成する工程であり、具体的には、上記遮光部の中心部に対してテーパー状に膜厚が減少している両側部の薄膜領域の幅が、それぞれ遮光部線幅の20%〜40%の範囲内、中でも25%〜35%の範囲内、特に28%〜32%の範囲内となるように形成する工程である。
次に、本発明における光触媒含有層形成工程について説明する。本発明における光触媒含有層形成工程は、上述した遮光部および基材を覆うように光触媒含有層を形成する工程であり、少なくとも光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有し、所定の固形分濃度を有する光触媒含有層形成用組成物を所定の範囲内の膜厚で塗布し、乾燥させることにより光触媒含有層を形成する工程である。本工程においては、上記固形分濃度の光触媒含有層形成用組成物を上記膜厚で塗布することにより、目的とする膜厚で光触媒含有層を形成することができ、また例えば上記遮光部の側面にも均一な膜厚でムラや欠け等なく、光触媒含有層を形成することができるのである。
本発明のカラーフィルタの製造方法においては、上述した遮光部形成工程および光触媒含有層形成工程の他に、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により、上記光触媒含有層の表面の濡れ性を変化させる濡れ性変化パターンを形成するエネルギー照射工程や、この光触媒含有層表面の濡れ性が変化した濡れ性変化パターン上に着色層を形成する着色層形成工程等を有していてもよい。
1.遮光部の形成
下記組成の混合物を90℃に過熱して溶解させ、12000rpmで遠心分離を行った。その後、1μmのグラスフィルタでろ過した。得られた溶液に架橋剤として重クロム酸アンモニウムを1重量%添加して遮光部形成用塗工液とした。
・カーボンブラック(三菱化学(株)製 #950) …4重量部
・ポリビニルアルコール(日本合成化学(株)製ゴーセノールAH−26)
…0.7重量部
・イオン交換水 …95.3重量部
得られた遮光部形成用塗工液を用いて、以下の如く遮光部のパターン(レジストパターン)を形成し、評価を行った。まず、上記遮光部形成用塗工液をスピンコーターにてソーダガラス製の透明な基材上に塗布し、ホットプレートにて80℃で1分間乾燥させた。乾燥後のレジストの膜厚を触針式膜厚計(αーステップ、テンコール社製)で測定したところ1μmであった。続いて、上記レジストを遮光部のパターン状に階調マスク(中心濃度2.0、(幅10μm)サイドは10ステップで最端濃度0.1)を通して水銀ランプで像露光した。続いて温度25℃、濃度0.05%の水酸化カリウム及び0.1%のノニオン系界面活性剤(エマルゲンA−60 花王社製)を含有する現像液に浸漬現像し、遮光パターンを得た。その後、60℃、30分間の加熱処理を施して遮光部を形成し、カラーフィルタ形成用基板とした。上記遮光部は、遮光部幅20μm、開口部幅80μmのライン&スペースのパターンとなるように形成された。
光触媒無機コーティング剤であるST−K03(石原産業(株)製)を、イソプロパノールで10倍に希釈して光触媒含有層用組成物とした。この際、固形分濃度は0.1%であり、塗布膜厚は100μmであった。上記テーパー状の遮光部が形成されたガラス基板上に、上記光触媒含有層用組成物をスピンコータにより塗布し、150℃で10分間の乾燥処理を行い、透明な光触媒含有層(膜厚0.15μm)を形成した。次に、裏面から超高圧水銀ランプ(照度30mW/cm2、365nm)を用いて露光した。これにより、開口部、および遮光部の両端部(最端から5μmまでの範囲内)上に形成された光触媒含有層が親液性とされた。
開口部に対して、ピエゾ駆動式インクジェット装置にて赤色の熱硬化型インク(粘度:5cp)を吐出したところ、上記熱硬化型インクが、開口部および遮光部の両端部上に良好に濡れ広がった。なお、上記粘度は、粘度測定器 VIBROVISCOMETER CJV5000(A&D社製)を用いて温度20℃で測定した際の値である。その後、加熱処理を行い、赤色の着色層とした。上記着色層は、上記開口部に均一に濡れ広がり、白抜け等は生じなかった。続いて同様に、青色および緑色の着色層を形成し、カラーフィルタとした。青色および緑色の着色層についても赤色と同様、白抜けは生じていなかった。
遮光部形成の際、階調マスクを用いず、通常のフォトマスクを用いて露光を行った以外は、実施例と同様にカラーフィルタの形成を行った。この際、遮光部に区画された開口部で、着色層用の熱硬化型インクが均一にぬれ広がらず、遮光部の端部において白抜けが生じた。
2…遮光部
3…光触媒含有層
4…着色層
Claims (2)
- 基材と、前記基材上に形成された遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、前記基材および前記遮光部を覆うように形成された光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、前記遮光部の開口部の前記光触媒含有層上に形成された着色層とを有するカラーフィルタであって、
前記遮光部は、前記遮光部の中心部に対してテーパー状に膜厚が減少している両側部の薄膜領域の幅が、それぞれ遮光部線幅の20%〜40%の範囲内であり、前記光触媒含有層の膜厚が0.01μm〜0.5μmの範囲内であることを特徴とするカラーフィルタ。 - 基材と、前記基材上に形成された遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、前記基材および前記遮光部を覆うように形成された光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有する光触媒含有層と、前記遮光部の開口部の前記光触媒含有層上に形成された着色層とを有するカラーフィルタの製造方法であって、
前記遮光部を、前記遮光部の中心部に対してテーパー状に膜厚が減少している両側部の薄膜領域の幅が、それぞれ遮光部線幅の20%〜40%の範囲内となるように形成する遮光部形成工程と、
少なくとも光触媒およびオルガノポリシロキサンを含有し、固形分濃度0.1%〜10%の範囲内の光触媒含有層形成用組成物を1μm〜100μmの範囲内の膜厚で塗布し、乾燥させることにより光触媒含有層を形成する光触媒含有層形成工程と
を有す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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