JP2007093840A - Transparent substrate with black matrix, color filter and manufacturing method of them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラー表示装置等に用いられるカラーフィルタに関し、特に、カラーフィルタのブラックマトリクス付き透明基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a color filter used for a color display device and the like, and more particularly to a method for manufacturing a transparent substrate with a black matrix of a color filter.
カラー液晶ディスプレイ等のカラー表示装置に使用されるカラーフィルタの作製方法として、インクジェット方式が提案されている。 As a method for manufacturing a color filter used in a color display device such as a color liquid crystal display, an inkjet method has been proposed.
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は、例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3等に記載されている方法が挙げられる。 Examples of a method for manufacturing a color filter using an inkjet method include methods described in Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, and the like.
特許文献1には、ガラス基板上の所望する着色領域外への着色インクの広がりを防止するため、予め遮光パターン(ブラックマトリクス)にフッ素系撥水・撥油剤を含有させてパターン形成することによって、着色領域内のみに着色インクを定着させることが記載されている。また、特許文献2、特許文献3には、含フッ素化合物及び/または含ケイ素化合物を含有するブラックマトリクスを、着色工程におけるインクにじみ、混色を防止するための仕切り壁とすることが記載されている。
なお、本明細書において、ブラックマトリクスという用語を、遮光パターンという意味で使っている。すなわち、ブラックマトリクスという用語を、格子形状に限定して用いておらず、ストライプ形状やミアンダ形状も含めて使用している。
In Patent Document 1, in order to prevent spreading of colored ink outside a desired colored region on a glass substrate, a pattern is formed by previously containing a fluorine-based water / oil repellent in a light shielding pattern (black matrix). In addition, it is described that colored ink is fixed only in a colored region. Patent Documents 2 and 3 describe that a black matrix containing a fluorine-containing compound and / or a silicon-containing compound is used as a partition wall for bleeding in ink in a coloring process and preventing color mixing. .
In this specification, the term black matrix is used to mean a light shielding pattern. That is, the term black matrix is not limited to the lattice shape, but includes the stripe shape and the meander shape.
しかしながら、これらの方法では、ブラックマトリクス面と着色インク面との表面エネルギーの違いによって、パターン断面形状が凸形状、あるいは凹形状になりやすく、画素平滑化することは非常に困難となる。特に、カラーフィルタの場合、画素膜厚により分光特性が変化し、画素膜厚が不均一になると、色ムラ及色抜け(白抜け)が発生し、表示品質が劣化するという問題点があった。 However, in these methods, the pattern cross-sectional shape tends to be a convex shape or a concave shape due to the difference in surface energy between the black matrix surface and the colored ink surface, and pixel smoothing is very difficult. In particular, in the case of a color filter, when the spectral characteristics change depending on the pixel film thickness, and the pixel film thickness becomes non-uniform, there is a problem that color unevenness and color loss (white loss) occur and display quality deteriorates. .
またブラックマトリクス面の表面エネルギーを減少させて画素膜厚を均一化するために、ブラックマトリクスへの含撥インク剤量を減少させても、ブラックマトリクス上頂部の撥インク性が充分に保たれず、インクの溢れによる混色が生じるという問題点があった。
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタの製造方法において、画素の平滑性に優れ、且つ色ムラ及び色抜け(白抜け)やインクの溢れによる混色を防止するために、ブラックマトリクス面において所望の撥インク性を得るための有効な制御方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of these problems. In the method for manufacturing a color filter, the present invention is excellent in pixel smoothness, and prevents color unevenness, color loss (missing white), and color mixing due to ink overflow. Another object of the present invention is to provide an effective control method for obtaining desired ink repellency on the black matrix surface.
請求項1に記載の発明は、
透明基板上に撥インク剤を含有したブラックマトリクスを製造する方法において、
前記ブラックマトリクスの熱硬化時に、該透明基板のブラックマトリクス形成面側を加熱し、かつ、該透明基板のブラックマトリクス非形成面側を冷却して熱硬化を行うことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板の製造方法である。
The invention described in claim 1
In a method for producing a black matrix containing an ink repellent agent on a transparent substrate,
A transparent with black matrix, wherein the black matrix forming surface side of the transparent substrate is heated and the black matrix non-forming surface side of the transparent substrate is cooled when the black matrix is thermally cured. A method for manufacturing a substrate.
請求項2に記載の発明は、
前記ブラックマトリクス形成面側の加熱温度が150℃以上230℃以下であることを特徴とする請求項1に記載のブラックマトリクス付き透明基板の製造方法である。
The invention described in claim 2
2. The method for producing a transparent substrate with a black matrix according to claim 1, wherein a heating temperature on the black matrix forming surface side is 150 ° C. or higher and 230 ° C. or lower.
請求項3に記載の発明は、
前記ブラックマトリクス非形成面側の冷却温度が−20℃以上40℃以下であることを特徴とする請求項1に記載のブラックマトリクス付き透明基板の製造方法である。
The invention according to claim 3
2. The method for producing a transparent substrate with a black matrix according to claim 1, wherein the cooling temperature on the black matrix non-forming surface side is −20 ° C. or more and 40 ° C. or less.
請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3のいずれかのブラックマトリクス付き透明基板の製造方法で製造されたことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板である。
The invention according to claim 4
A transparent substrate with a black matrix produced by the method for producing a transparent substrate with a black matrix according to claim 1.
請求項5に記載の発明は、
前記ブラックマトリクスの上頂部の撥インク性が、前記ブラックマトリクスの下部の撥インク性より大きいことを特徴とする請求項4に記載のブラックマトリクス付き透明基板である。
The invention described in claim 5
5. The transparent substrate with a black matrix according to claim 4, wherein the ink repellency at the top of the black matrix is greater than the ink repellency at the bottom of the black matrix.
請求項6に記載の発明は、
前記ブラックマトリクスの上頂部に対する、40mN/m以下の表面張力の着色インクの接触角が30°以上60°以下であることを特徴とする請求項4あるいは5に記載のブラックマトリクス付き透明基板である。
The invention described in claim 6
6. The transparent substrate with a black matrix according to claim 4, wherein the contact angle of the colored ink having a surface tension of 40 mN / m or less with respect to the top of the black matrix is 30 ° or more and 60 ° or less. .
請求項7に記載の発明は、
請求項4〜6のいずれかに記載のブラックマトリクス付き透明基板のブラックマトリクスの開口部に、インクジェット法により着色インクを吐出し、着色パターン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。
The invention described in claim 7
A method for producing a color filter, wherein a colored pattern is formed by ejecting colored ink to an opening of a black matrix of a transparent substrate with a black matrix according to any one of claims 4 to 6 by an inkjet method. .
請求項8に記載の発明は、
請求項4〜6のいずれかに記載のブラックマトリクス付き透明基板のブラックマトリクスの開口部に着色パターンが設けられていることを特徴とするカラーフィルタである。
The invention according to claim 8 provides:
A color filter, wherein a colored pattern is provided in an opening of a black matrix of the transparent substrate with a black matrix according to any one of claims 4 to 6.
本発明のブラックマトリクス付き透明基板及びそれを用いたカラーフィルタは、ブラックマトリクスが1層で遮光機能と撥インク性機能の両方の機能を有する。さらに、本発明の製造方法を用いると、ブラックマトリクスの上頂部の撥インク性が、ブラックマトリクスの上頂部以外の部分の撥インク性よりも大きくすることが可能である。そのため、ブラックマトリクスパターン間に着色パターンを設けた際の、インクの溢れによる混色や白抜け及び色ムラ等の不具合がなく、カラーフィルタとしての要求特性に優れ、色特性に優れたカラーフィルタを提供できる。 The transparent substrate with a black matrix and the color filter using the same according to the present invention have both a light shielding function and an ink repellency function with a single black matrix. Furthermore, when the production method of the present invention is used, the ink repellency at the top of the black matrix can be made larger than the ink repellency of the portion other than the top of the black matrix. Therefore, there are no problems such as color mixing due to overflow of ink, white spots and color unevenness when a colored pattern is provided between black matrix patterns, providing excellent color filter characteristics and excellent color characteristics. it can.
本発明の実施の形態を、図面を用いて説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。図1に本発明によるカラーフィルタの製造方法の一実施例を図示した。図1のカラーフィルタでは、透明基板1上にブラックマトリクス2が形成される。ブラックマトリクス2の上頂部23の撥インク性はブラックマトリクス2の下部24の撥インク性よりも大きい。さらにブラックマトリクス2間の開口部にインクジェット法により赤色(R),緑色(G),青色(B)の着色インク7を吐出した後、先ず溶剤を蒸発させ、次にインクを硬化させることにより、着色パターン7(7R,7G,7B)を形成する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 shows an embodiment of a color filter manufacturing method according to the present invention. In the color filter of FIG. 1, a black matrix 2 is formed on a transparent substrate 1. The ink repellency of the upper top portion 23 of the black matrix 2 is larger than the ink repellency of the lower portion 24 of the black matrix 2. Furthermore, after discharging the red (R), green (G), and blue (B) colored inks 7 to the openings between the black matrices 2 by the ink jet method, the solvent is first evaporated and then the ink is cured, A colored pattern 7 (7R, 7G, 7B) is formed.
本発明の透明基板1には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等が使用できる。 As the transparent substrate 1 of the present invention, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, or the like can be used.
本発明におけるブラックマトリクス2の材料には、黒色遮光材、光開始剤、分散剤、樹脂、溶媒、撥インク剤を主成分とする黒色樹脂組成物が用いられる。
本発明におけるブラックマトリクス2の材料の黒色遮光材としては、黒色顔料、黒色染料、無機材料などであり、有機顔料、カーボンブラック、アニリンブラック、黒鉛、酸化チタン、鉄黒などを混合して用いられるものである。
As the material of the black matrix 2 in the present invention, a black resin composition mainly composed of a black light shielding material, a photoinitiator, a dispersant, a resin, a solvent, and an ink repellent agent is used.
Examples of the black light shielding material of the black matrix 2 in the present invention include black pigments, black dyes, inorganic materials, etc., and organic pigments, carbon black, aniline black, graphite, titanium oxide, iron black and the like are used in combination. Is.
本発明におけるブラックマトリクス2の材料の樹脂には、カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、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適宜選択される。耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましい。また、フォトリソ法を採用するので、感光性樹脂を使用する。 Casein, gelatin, polyvinyl alcohol, carboxymethyl acetal, polyimide resin, acrylic resin, epoxy resin, melanin resin, and the like are appropriately selected as the resin of the black matrix 2 material in the present invention. An acrylic resin is preferred when heat resistance and light resistance are required. In addition, since a photolithography method is employed, a photosensitive resin is used.
本発明におけるブラックマトリクス2の材料の分散剤としては、非イオン性界面活性剤では、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤では、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。 Examples of the dispersant for the material of the black matrix 2 in the present invention include nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkyl ether, and ionic surfactants such as sodium alkylbenzene sulfonate and poly fatty acid salts. In addition, fatty acid salt alkyl phosphates, tetraalkylammonium salts, and the like, organic pigment derivatives, polyesters, and the like. One type of dispersant may be used alone, or two or more types of dispersants may be mixed and used.
本発明におけるブラックマトリクス2の材料の溶媒としては、黒色樹脂組成物の塗布性、分散安定性などの点から、適宜選択して使用されるものであり、トルエン、キシレン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジクライム、シクロヘキサノンなどがあげられる。 The solvent for the material of the black matrix 2 in the present invention is appropriately selected and used from the viewpoints of the coating property and dispersion stability of the black resin composition, and includes toluene, xylene, ethyl cellosolve, ethyl cellosolve acetate. , Diclime, cyclohexanone and the like.
本発明における撥インク剤には、ブラックマトリクス2の材料に含まれる樹脂と親和性の少ないケイ素または/およびフッ素の原子を含む材料が好ましい。撥インク剤の具体的な例としては、主鎖または側鎖に有機シリコーンを有するもので、シロキサン成分を含むシリコーン樹脂やシリコーンゴム、この他にはフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレン等や、これらの共重合体等のフッ素樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 The ink repellent agent in the present invention is preferably a material containing silicon or / and fluorine atoms having a low affinity with the resin contained in the black matrix 2 material. Specific examples of the ink repellent agent include those having an organic silicone in the main chain or side chain, and a silicone resin or silicone rubber containing a siloxane component, in addition to vinylidene fluoride, vinyl fluoride, ethylene trifluoride. And fluororesins such as these copolymers, but are not limited thereto.
ブラックマトリクス2の形成は、フォトリソグラフィ法によるものである。具体的な工程としては、先ずブラックマトリクス2の材料を透明基板1上に均一の膜厚で塗布し、所定温度で加熱(プリベーク)する(図1(a)〜(b))。この塗膜に対して、遮光マスク3を介してパターンを露光する(図1(c))。次に、現像すると、ブラックマトリクス2のパターンが形成され、最後に熱硬化(ポストベーク)することによってブラックマトリクス2が形成される。 The black matrix 2 is formed by photolithography. As a specific process, first, the material of the black matrix 2 is applied on the transparent substrate 1 with a uniform film thickness, and is heated (prebaked) at a predetermined temperature (FIGS. 1A to 1B). A pattern is exposed with respect to this coating film through the light shielding mask 3 (FIG.1 (c)). Next, when developed, a pattern of the black matrix 2 is formed, and finally, the black matrix 2 is formed by thermosetting (post-baking).
ブラックマトリクス2間へ着色インクを注入した際に、隣接する着色パターン7への混色を減少させ、かつ着色パターン7の白抜け及び色ムラを減少させる為には、前記熱硬化(ポストベーク)の工程において、透明基板1のブラックマトリクス非形成面側を冷却しながらブラックマトリクス形成面側の加熱を行う。 When the colored ink is injected between the black matrixes 2, in order to reduce the color mixture in the adjacent colored pattern 7 and to reduce the white spots and color unevenness of the colored pattern 7, the above-described thermosetting (post-bake) is performed. In the process, the black matrix formation surface side is heated while cooling the black matrix non-formation surface side of the transparent substrate 1.
すなわち、ブラックマトリクス形成面側を加熱した際、ブラックマトリクス2に含まれる撥インク剤以外の成分と親和性の少ない撥インク剤が相分離を起こし、撥インク剤はブラックマトリクス上頂部23に偏在する。一方で、温度の低いブラックマトリクスの下部24では、撥インク剤がブラックマトリクス2に含まれる撥インク剤以外の成分から相分離を起こしにくいので、撥インク性が低くなる。よって、ブラックマトリクス2間へ着色インクを注入した際の隣接する着色パターン7への混色が、ブラックマトリクス上頂部23の高い撥インク性によって防がれ、さらに、ブラックマトリクスの下部24の低い撥インク性により、着色パターン7の白抜け及び色ムラを防ぐことが可能となる。 That is, when the black matrix forming surface side is heated, an ink repellent agent having a low affinity with components other than the ink repellent agent contained in the black matrix 2 causes phase separation, and the ink repellent agent is unevenly distributed on the top portion 23 of the black matrix. . On the other hand, since the ink repellent agent hardly causes phase separation from components other than the ink repellent agent contained in the black matrix 2 in the lower portion 24 of the low temperature black matrix, the ink repellency is lowered. Therefore, the mixed color of the adjacent colored pattern 7 when the colored ink is injected between the black matrixes 2 is prevented by the high ink repellency of the black matrix top 23, and the low ink repellency of the lower part 24 of the black matrix is further reduced. Depending on the property, it is possible to prevent white spots and color unevenness of the colored pattern 7.
ブラックマトリクス形成面側の加熱方法としては、4で示したホットプレート、オーブン、IRヒーターなどが適宜選択されて用いられるが、ブラックマトリクス2の厚さ方向に効果的に温度勾配をかけ、ブラックマトリクス形成面の表面温度に均一性を持たせる場合には、ホットプレートを用いることが特に好ましい。加熱方式は、接触式、非接触式のどちらも使用してよいが、高温加熱を行う場合には接触式加熱を行うことが好ましい。 As a heating method on the black matrix forming surface side, a hot plate, an oven, an IR heater or the like shown in 4 is appropriately selected and used. However, the black matrix is effectively applied with a temperature gradient in the thickness direction of the black matrix 2. When making the surface temperature of the formation surface uniform, it is particularly preferable to use a hot plate. Either a contact type or a non-contact type may be used as the heating method, but it is preferable to perform contact type heating when performing high-temperature heating.
ブラックマトリクス形成面側の加熱温度は、150℃以上230℃以下であることが好ましい。加熱温度が150℃未満の場合は、ブラックマトリクス2が熱硬化しなくなり、また、前記加熱温度が230℃より高い場合はブラックマトリクス2が分解してしまうため、ブラックマトリクス2の成形ができなくなる。 The heating temperature on the black matrix forming surface side is preferably 150 ° C. or higher and 230 ° C. or lower. When the heating temperature is less than 150 ° C., the black matrix 2 is not thermally cured, and when the heating temperature is higher than 230 ° C., the black matrix 2 is decomposed, so that the black matrix 2 cannot be molded.
透明基板のブラックマトリクス非形成面側の冷却方法としては、5で示したクールプレート、ペルチェなどが適宜選択されて用いられる。とくに0℃以下の低温冷却を行う場合は、ペルチェが用いられる。冷却方式としては、接触式、非接触式のどちらも使用してよい。 As a cooling method for the black matrix non-formation surface side of the transparent substrate, a cool plate, a Peltier or the like shown in 5 is appropriately selected and used. In particular, when performing low-temperature cooling at 0 ° C. or lower, Peltier is used. As the cooling method, either a contact type or a non-contact type may be used.
透明基板のブラックマトリクス非形成面側の冷却温度は、−20℃以上40℃以下に設定することが好ましい。冷却温度が40℃より高い場合はブラックマトリクス2の上頂部と温度差が生じないため、ブラックマトリクスの上頂部23のみに撥インク性が生じない。冷却温度が−20℃より低い場合は、ブラックマトリクス2の下部が熱硬化しなくなり、ブラックマトリクス2の成形ができなくなるという理由から好ましくない。 The cooling temperature on the black matrix non-forming surface side of the transparent substrate is preferably set to −20 ° C. or more and 40 ° C. or less. When the cooling temperature is higher than 40 ° C., there is no temperature difference from the top of the black matrix 2, so that ink repellency does not occur only at the top of the black matrix 23. When the cooling temperature is lower than −20 ° C., the lower part of the black matrix 2 is not thermally cured, which is not preferable because the black matrix 2 cannot be formed.
ブラックマトリクス2の上頂部23に対して、表面張力が40mN/m以下の着色インクの接触角をAとすると、30°≦A≦60°であるようにすることが好ましい。A<30°の場合、隣接する着色パターン7への混色が起こりやすくなり、歩留まりの減少の原因となる。A>60°の場合、着色パターン7が凸状になり、着色パターン7の白抜けあるいは色ムラが発生する。なお、着色インクの接触角は、ブラックマトリクスへの撥インク剤の添加量により調整することができる。 When the contact angle of the colored ink having a surface tension of 40 mN / m or less is A with respect to the upper top portion 23 of the black matrix 2, it is preferable that 30 ° ≦ A ≦ 60 °. In the case of A <30 °, color mixture to the adjacent colored pattern 7 is likely to occur, which causes a decrease in yield. When A> 60 °, the colored pattern 7 has a convex shape, and white spots or color unevenness of the colored pattern 7 occurs. The contact angle of the colored ink can be adjusted by adding the ink repellent agent to the black matrix.
本発明の着色インクの材料は、着色顔料、樹脂、分散剤、溶媒などで構成される。
着色剤として使用する顔料の具体例としては、PigmentRed9、19、38、43、97、122、123、144、149、166、168、177、179、180、192、215、216、208、216、217、220、223、224、226、227、228、240、PigmentBlue 15、15:6、16、22、29、60、64、Pigment Green7、36、Pigment Red 20、24、86、81、83、93、108、109、110、117、125、137、138、139、147、148、153、154、166、168、185、Pigment Orange36、 Pigment Violet23などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。さらに、これらは要望の色相を得るために2種類以上を混合して用いても構わない。
The material of the colored ink of the present invention includes a color pigment, a resin, a dispersant, a solvent, and the like.
Specific examples of the pigment used as the colorant include Pigment Red 9, 19, 38, 43, 97, 122, 123, 144, 149, 166, 168, 177, 179, 180, 192, 215, 216, 208, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 240, Pigment Blue 15, 15: 6, 16, 22, 29, 60, 64, Pigment Green 7, 36, Pigment Red 20, 24, 86, 81, 83, 93, 108, 109, 110, 117, 125, 137, 138, 139, 147, 148, 153, 154, 166, 168, 185, Pigment Orange 36, Pigment Violet 23, and the like. Not a thing Yes. Further, these may be used in combination of two or more in order to obtain the desired hue.
着色インクに使用する溶剤種としてはインクジェット方式における適性の表面張力範囲40mN/m以下で、且つ、沸点が130℃以上のものが好ましい。表面張力が40mN/m以上であるとインクジェット吐出時のドット形状の安定性に著しい悪影響を及ぼし、また、沸点が130℃以下であるとノズル近傍での乾燥性が著しく高くなり、その結果、ノズル詰まり等の不良発生を招くので好ましくない。具体的には、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−エトキシエチルアセテート、2−ブトキシエチルアセテート、2−メトキシエチルアセテート、2−エトキシエチルエーテル、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エチルアセテート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセテート、2−フェノキシエタノール、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、上記要件を満たす溶剤なら用いることができる。また、必要に応じて2種類以上の溶剤を混合して用いても構わない。 As the solvent species used for the colored ink, those having an appropriate surface tension range of 40 mN / m or less in an ink jet system and a boiling point of 130 ° C. or more are preferable. When the surface tension is 40 mN / m or more, the dot shape stability at the time of ink jet ejection is significantly adversely affected. When the boiling point is 130 ° C. or less, the drying property in the vicinity of the nozzle is remarkably increased. This is not preferable because it causes clogging and other defects. Specifically, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoxyethyl acetate, 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl ether, 2- (2-ethoxy Ethoxy) ethanol, 2- (2-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acetate, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, 2-phenoxyethanol, diethylene glycol dimethyl ether, etc. The solvent is not limited to these, and any solvent that satisfies the above requirements can be used. Moreover, you may mix and use 2 or more types of solvents as needed.
本発明の着色インクの樹脂には、カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、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、色素との関係にて適宜選択される。耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましい。 Casein, gelatin, polyvinyl alcohol, carboxymethyl acetal, polyimide resin, acrylic resin, epoxy resin, melanin resin, and the like are used as the resin of the colored ink of the present invention, and are appropriately selected in relation to the pigment. An acrylic resin is preferred when heat resistance and light resistance are required.
樹脂への色素の分散を向上させるために、分散剤を用いてもよく、分散剤として、非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性などが要求され、色素、樹脂との関係にて適宜選択される。 In order to improve the dispersion of the dye in the resin, a dispersant may be used. As the dispersant, as the nonionic surfactant, for example, polyoxyethylene alkyl ether, etc., and as the ionic surfactant Examples thereof include sodium alkylbenzene sulfonate, poly fatty acid salt, fatty acid salt alkyl phosphate, tetraalkyl ammonium salt, and other organic pigment derivatives and polyester. One type of dispersant may be used alone, or two or more types of dispersants may be mixed and used. The solvent is required to have stability over time, drying property, etc. in addition to solubility, and is appropriately selected in relation to the dye and the resin.
着色パターン7の形成には、インクジェット法を用いる。使用するインクジェット装置としては、インク吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方式があり、特にピエゾ変換方式が好適である。インクの粒子化周波数は5〜100kHz程度、ノズル径としては5〜80μm程度、ヘッドを3個配置し、1ヘッドにノズルを60〜500個組み込んだ装置が好適である。 An ink jet method is used to form the colored pattern 7. As the ink jet device to be used, there are a piezo conversion method and a heat conversion method depending on the ink discharge method, and the piezo conversion method is particularly preferable. A device in which the ink particleization frequency is about 5 to 100 kHz, the nozzle diameter is about 5 to 80 μm, three heads are arranged, and 60 to 500 nozzles are incorporated in one head is suitable.
インク吐出後、溶剤を蒸発させた。次いでインク中の樹脂を硬化させ、カラーフィルタとする。 After ink discharge, the solvent was evaporated. Next, the resin in the ink is cured to form a color filter.
なお、本発明において、ブラックマトリックスを単なる隔壁とし、着色インクの代わりにELディスプレイの発光材料を用いれば、ELディスプレイの製造を行うことも出来る。 In the present invention, if a black matrix is used as a simple partition and a light emitting material for an EL display is used instead of the colored ink, the EL display can be manufactured.
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
まず、ブラックマトリクス2を作成した。
(撥インク性ブラックマトリクスの作製)
アクリル前駆体10重量部、カーボンブラック7.5重量部、NMP130重量部、分散剤(銅フタロシアニン誘導体)5重量部、開始剤5重量部及び撥インク剤(ポリアルキルシロキサン)0.5重量部をビーズミル分散機で冷却しながら3時間分散しブラックマトリクス組成物を調製した。
Examples of the present invention will be specifically described below.
First, the black matrix 2 was created.
(Preparation of ink repellent black matrix)
10 parts by weight of an acrylic precursor, 7.5 parts by weight of carbon black, 130 parts by weight of NMP, 5 parts by weight of a dispersant (copper phthalocyanine derivative), 5 parts by weight of an initiator and 0.5 parts by weight of an ink repellent (polyalkylsiloxane) While cooling with a bead mill disperser, the mixture was dispersed for 3 hours to prepare a black matrix composition.
ブラックマトリクス組成物を無アルカリガラス(コーニング社製、品番1737)上にスピンコート法により塗布した後、ホットプレート上で90℃2分プリベークを行った。次いで、露光・現像を行った後に、ブラックマトリクス形成面側に200℃のホットプレートを接触させ、透明基板のブラックマトリクス非形成面側に20℃のクールプレートを接触させた状態で15分熱硬化を行い、ブラックマトリクスを形成した。ブラックマトリクスの膜厚は2.0μmであった。 The black matrix composition was applied onto alkali-free glass (Corning, product number 1737) by spin coating, and then prebaked at 90 ° C. for 2 minutes on a hot plate. Next, after exposure and development, a 200 ° C. hot plate is brought into contact with the black matrix forming surface, and a 20 ° C. cool plate is brought into contact with the black matrix non-forming surface of the transparent substrate for 15 minutes. To form a black matrix. The film thickness of the black matrix was 2.0 μm.
前記ブラックマトリクスの上頂部の着色インク(表面張力30mN/m)に対する接触角を測定したところ、48°であり、前記ブラックマトリクスの上頂部が着色インクに対して、撥インク性が有ることを確認した。また前記ブラックマトリクス開口部のガラス表面の着色インクに対する表面張力を測定したところ、着色インクが濡れ、着色インクに対して、親インク性であることを確認した。 The contact angle of the top of the black matrix with the colored ink (surface tension 30 mN / m) was measured and found to be 48 °, confirming that the top of the black matrix had ink repellency with respect to the colored ink. did. Further, when the surface tension of the black matrix opening with respect to the colored ink on the glass surface was measured, it was confirmed that the colored ink was wet and was ink-philic to the colored ink.
(着色インクの調製)
メタクリル酸20重量部(60g)、メチルメタクリレート10重量部(30g)、ブチルメタクリレート55重量部(165g)、ヒドロキシエチルメタクリレート15重量部(45g)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重量部(2.25g)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を添加して、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12〜15%、粘度が15cpsになるように調整しR,G,B着色インクを得た。
(Preparation of colored ink)
20 parts by weight (60 g) of methacrylic acid, 10 parts by weight (30 g) of methyl methacrylate, 55 parts by weight of butyl methacrylate (165 g) and 15 parts by weight of hydroxyethyl methacrylate (45 g) are dissolved in 300 g of butyl lactate, and azobis under nitrogen atmosphere. An acrylic copolymer resin was obtained by adding 0.75 parts by weight (2.25 g) of isobutylnitrile and reacting at 70 ° C. for 5 hours. The obtained acrylic copolymer resin was diluted with propylene glycol monomethyl ether acetate so that the resin concentration would be 10% to obtain a diluted solution of the acrylic copolymer resin. 19.0 g of pigment and 0.9 g of dispersant were added to 80.1 g of this diluted solution, and kneaded with three rolls to obtain red, green and blue colored varnishes. Each colored varnish was adjusted with propylene glycol monomethyl ether acetate so that the pigment concentration was 12 to 15% and the viscosity was 15 cps to obtain R, G and B colored inks.
(カラーフィルタの作製)
前記ブラックマトリクスの開口部に、前記R,G,B各色の着色インクを使用し、12pl,180dpi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)各々の着色パターン7(7R,7G,7B)を形成した。
(Production of color filter)
Each of the R, G, and B colored inks is used for the opening of the black matrix, and each of red (R), green (G), and blue (B) is printed by an inkjet printing apparatus equipped with a 12 pl and 180 dpi head. A colored pattern 7 (7R, 7G, 7B) was formed.
着色インクを吐出した後、先ずホットプレートで150℃1分加熱して溶剤を蒸発させた。次にオーブンで230℃1時間加熱してインクを硬化させることにより、着色パターン7(7R,7G,7B)を形成した。 After the colored ink was discharged, the solvent was first evaporated by heating at 150 ° C. for 1 minute on a hot plate. Next, the colored pattern 7 (7R, 7G, 7B) was formed by heating the ink at 230 ° C. for 1 hour to cure the ink.
このようにして得られたカラーフィルタは、平滑性が良く、色ムラの少ない良好なカラーフィルタであった。 The color filter thus obtained was a good color filter with good smoothness and little color unevenness.
<比較例1>
透明基板の冷却温度を80℃にした以外は、実施例1と同様の方法でブラックマトリクスを作製したところ、ブラックマトリクスの上頂部だけでなく、ブラックマトリクス下部にも撥インク性が生じたため、実施例1と同様の方法でカラーフィルタを作製すると、ブラックマトリクス開口部において、着色インクのはじきが発生し、色抜け(白抜け)の多いカラーフィルタとなった。
<Comparative Example 1>
A black matrix was prepared in the same manner as in Example 1 except that the cooling temperature of the transparent substrate was set to 80 ° C. The ink repellency occurred not only at the top of the black matrix but also at the bottom of the black matrix. When a color filter was produced in the same manner as in Example 1, the color ink was repelled at the black matrix opening, resulting in a color filter with many color loss (white spots).
<比較例2>
透明基板の冷却温度を−50℃にした以外は、実施例1と同様の方法でブラックマトリクスを作成したところ、ブラックマトリクス下部の熱硬化が不十分で、ブラックマトリクスの成型ができなくなった。
<Comparative example 2>
A black matrix was prepared by the same method as in Example 1 except that the cooling temperature of the transparent substrate was set to −50 ° C. As a result, the black matrix could not be molded due to insufficient thermosetting at the bottom of the black matrix.
<比較例3>
ブラックマトリクス形成面側の加熱温度を130℃にした以外は、実施例1と同様の方法でブラックマトリクスを作製したところ、ブラックマトリクスの熱硬化が不十分でブラックマトリクスの成型ができなくなった。
<Comparative Example 3>
A black matrix was produced by the same method as in Example 1 except that the heating temperature on the black matrix forming surface side was set to 130 ° C., but the black matrix was not sufficiently cured and the black matrix could not be molded.
<比較例4>
ブラックマトリクス形成面側の加熱温度を270℃にした以外は、実施例1と同様の方法でブラックマトリクスを作製したところ、ブラックマトリクスが融解してしまい、ブラックマトリクスの成型ができなかった。
<Comparative example 4>
A black matrix was produced by the same method as in Example 1 except that the heating temperature on the black matrix forming surface side was set to 270 ° C. As a result, the black matrix melted and the black matrix could not be molded.
1・・・透明基板
2・・・ブラックマトリクス
3・・・遮光マスク
4・・・加熱材
5・・・冷却材
6・・・インクジェット装置
7・・・着色パターン
7R・・・着色パターン(赤)
7G・・・着色パターン(緑)
7B・・・着色パターン(青)
21・・・透明基板上に塗布されたブラックマトリクス材料の塗膜
22・・・ブラックマトリクス材料のパターン
23・・・ブラックマトリクスの上頂部
24・・・ブラックマトリクスの下部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transparent substrate 2 ... Black matrix 3 ... Shading mask 4 ... Heating material 5 ... Cooling material 6 ... Inkjet apparatus 7 ... Coloring pattern 7R ... Coloring pattern (red )
7G ... Coloring pattern (green)
7B Coloring pattern (blue)
21 ... Black matrix material coating 22 applied on transparent substrate 22 ... Black matrix material pattern 23 ... Black matrix top 24 ... Black matrix bottom
Claims (8)
前記ブラックマトリクスの熱硬化時に、該透明基板のブラックマトリクス形成面側を加熱し、かつ、該透明基板のブラックマトリクス非形成面側を冷却して熱硬化を行うことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板の製造方法。 In a method for producing a black matrix containing an ink repellent agent on a transparent substrate,
A transparent with black matrix, wherein the black matrix forming surface side of the transparent substrate is heated and the black matrix non-forming surface side of the transparent substrate is cooled when the black matrix is thermally cured. A method for manufacturing a substrate.
Priority Applications (1)
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JP2005281330A JP2007093840A (en) | 2005-09-28 | 2005-09-28 | Transparent substrate with black matrix, color filter and manufacturing method of them |
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