JP2007094308A - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】持の基板上に開口部を持つ仕切部材を形成し、インキ吐出印刷装置により着色インキを吐出し、開口部に着色インキ皮膜を形成するインキ吐出印刷方式を用いたカラーフィルタの製造方法において、予め仕切部材を形成することにより、着色領域外への着色インキの広がりを押さえる、着色インキの画素の膜厚平坦性が良好となり、色ムラが生じないカラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】仕切部材の高さ（ａμｍ）と、着色インキ皮膜の厚み（ｂμｍ）とした際、撥インキ性を有する成分を含むインキを用いて、仕切部材を撥インキ性が発現するように形成し、仕切部材の高さを、１．０μｍ≦ａ≦３．０μｍを満たす皮膜厚に形成後、固形分の重量の割合が１５〜３０％である着色インキを用い、表面張力が２５〜３５ｍＮ／ｍとなる着色インキ皮膜を１．８０ｂ≦ａ≦２．２０ｂとなる皮膜厚で開口部に着色インキ皮膜を形成するカラーフィルタの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、インキ吐出印刷方式を利用して基板の開口部に向けてインキを付与することにより、電解放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）及び液晶表示装置などの表示装置用のカラーフィルタやＥＬ表示素子等を含む表示装置用パネルに用いるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。

近年、インキ吐出印刷方式は主としてコストダウンを目的として、一般的な印刷用途に留まらず、カラーフィルタを代表とする各種産業に応用されている。以下、代表的な方式によるカラーフィルタの製造に関して説明する。

従来、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は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色をカラーフィルタ構成の色とし、これらの三色の着色層とブラックマトリクスの黒との薄膜層を透明基板（例えばガラス基板）上に設けることで構成されている。そして、このカラーフィルタを形成するに際して、着色層はフォトリソグラフィを用いた染色法や顔料分散法、又は印刷法によって形成することが提案されている。

しかしながら、これらの製造方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を着色形成するために同一工程を３回繰り返して着色層を形成する必要がある。したがって工程数が多くなり、歩留まりの低下、コスト高等の問題点がある。

そこで近年では、主としてコストダウンを目的として、インキ吐出印刷方式を利用したカラーフィルタの製造方法等が検討されている。以下、本発明の代表的な用途であるインキ吐出印刷方式によるカラーフィルタの製造に関して説明する。

インキ吐出印刷方式を用いたカラーフィルタの製造方法としては、主にブラックマトリクスを設けて、該開口部に着色インキを付与する方法と、又はインキ受容層を設けた後、該インキ受容層を着色インキにより着色する方法とに大別される。前者の仕切部材の隔壁を設ける方法としては、例えば、特許文献１〜３に記載されている方法が挙げられる。また、従来の方法では、ブラックマトリクスの上に新たに撥インキ層を設ける工程追加、あるいはブラックマトリクス表面にプラズマ処理工程を追加する等の撥インキ化処理が施されている場合もある。

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キの広がりを防止するため、予めブラックマトリクスに撥インキ成分としてフッ素系撥水・撥油剤を含有させてパターン形成することによって、ブラックマトリクスの開口部、すなわち着色領域内のみに着色インキ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、撥インキ成分として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が、本来の遮光性皮膜と着色層の形成工程における着色インキにじみ、混色を防止するための仕切り壁とする機能を兼ね備えたことを記載されている。なお、ブラックマトリクスは、以下仕切部材と記す。

上述したインキ吐出印刷方式を用いたカラーフィルタの製造方法では、予め仕切部材を形成することにより、着色領域外への着色インキの広がりを押さえることができるものの、該仕切部材の撥インキ機能のために、形成した着色インキの画素の膜厚平坦性が著しく
悪くなり、色ムラが生じやすいという不具合があった。

以下に公知文献を記す。
特開平６−３４７６３７号公報 特開平７−３５９１５号公報 特開平７−３５９１７号公報

本発明の課題は、上述したインキ吐出印刷方式を用いたカラーフィルタの製造方法において、予め仕切部材を形成することにより、着色領域外への着色インキの広がりを押さえることができ、且つ形成した着色インキの画素の膜厚平坦性が良好となり、色ムラが生じないカラーフィルタの製造方法を提供することであり、着色インキの画素の膜厚平坦性に優れたカラーフィルタを提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係る発明は、基板と、この支持の基板上に開口部を形成するように設けられた仕切部材と、この仕切部材の開口部に設けられた着色インキ皮膜からなるカラーフィルタにおいて、
前記仕切部材の高さをａ（μｍ）とし、着色インキ皮膜の厚みをｂ（μｍ）とした際、
１．８０ｂ≦ａ≦２．２０ｂ
を満たす仕切部材の高さ及び着色インキ皮膜の厚みに形成したことを特徴とするカラーフィルタである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記仕切部材高さａが、
１．０μｍ≦ａ≦３．０μｍ
を満たす仕切部材の高さに形成したことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記仕切部材が、黒色顔料を分散した樹脂材料からなるブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１、又は２に記載のカラーフィルタである。

本発明の請求項４に係る発明は、前記仕切部材が、撥インキ性を有する成分を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカラーフィルタである。

本発明の請求項５に係る発明は、前記撥インキを有する成分が、フッ素を含む成分であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカラーフィルタである。

本発明の請求項６に係る発明は、前記撥インキを有する成分がケイ素を含む成分であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカラーフィルタである。

本発明の請求項７に係る発明は、基板と、この支持の基板上に開口部を持つた仕切部材を形成し、インキ吐出印刷装置により着色インキを吐出し、前記仕切部材の開口部に着色インキ皮膜を形成するカラーフィルタの製造方法において、
前記仕切部材の高さをａ（μｍ）とし、着色インキ皮膜の厚みをｂ（μｍ）とした際、
１．８０ｂ≦ａ≦２．２０ｂ
となる皮膜厚からなる着色インキ皮膜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。

本発明の請求項８に係る発明は、前記仕切部材インキが、撥インキ性を有する成分を含むインキを用いて、仕切部材を形成する際、仕切部材の表面に撥インキ性が発現するように形成することを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルタの製造方法である。

本発明の請求項９に係る発明は、前記着色インキの表面張力が、２５〜３５ｍＮ／ｍで有る着色インキを用いて着色インキ皮膜を形成することを特徴とする請求項７、又は８に記載のカラーフィルタの製造方法である。

本発明の請求項１０に係る発明は、前記着色インキの全重量に対する該着色インキに含まれる固形分の重量の割合が、１５〜３０％である着色インキを用いて着色インキ皮膜を形成することを特徴とする請求項７乃至９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る。

本発明によれば、仕切部材の高さをａ（μｍ）、開口部に形成したカラーフィルタ画素の厚みをｂ（μｍ）とする時、前記仕切部材の高さａが１．８０ｂ≦ａ≦２．２０ｂを満たした場合、最も膜厚平坦性の高い画素を得ることができる。ａ＜１．８０ｂの場合、画素は中央部が厚く周辺部が薄いものとなり、一方ａ＞２．２０ｂの場合、画素は周辺部が厚く中央部が薄いものとなりいずれも色ムラを生じてしまう。

また、本発明によれば、従来の樹脂材料からなるブラックマトリクスを仕切部材とすることで、新たに仕切部材を形成する必要が無く工程減、コストダウンに有利である。

また、本発明によれば、仕切部材上面が撥インキ性を有することで、着色領域外へのインキの流出を防止することが可能である。

また、本発明によれば、仕切部材に撥インキ性を持たせる手段として、仕切部材を構成する樹脂材料に撥インキ成分を混入することで、仕切部材層の上に新たに撥インキ層を設ける工程、あるいはプラズマ処理工程等の撥インキ化処理が不要になり、工程減、コストダウンに有利である。

また、本発明によれば、前記撥インキ成分をフッ素あるいはケイ素を含む成分とすることで、付与された液体の流出を防止する上で十分な撥インキ性を得ることができるものである。

また、本発明によれば、前記仕切部材上面の撥インキ性の発現強度が開口部内に付与したインキが着色領域外に漏れ出ない限界程度の発現強度に最適化するため、前記仕切部材の高さａ及び着色インキ皮膜厚ｂが、１．８０ｂ≦ａ≦２．２０ｂを満たした場合、開口部内に形成された着色インキ皮膜の画素の膜厚平坦性が最も良好となり、画素の面内膜厚が均一となり、カラーフィルタの品質が向上する。

本発明のカラーフィルタ及びその製造方法を一実施形態に基づいて以下説明する。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明において定義する表示装置用パネルとは、表示に用いられる表示部を有するものである。より具体的には、表示装置用パネルとは、着色部を備えるカラーフィルタあるいは
自己発光する材料により形成された発光部を備えるＥＬ表示素子等を含むものであり、表示装置に使用されるパネルのことである。カラーフィルタであれば着色部が上記表示部に相当し、ＥＬ表示素子であれば発光部が上記表示部に相当する。

図１は、本発明によるカラーフィルタの製造方法の一実施例を説明する工程の側断面図である。図１（ａ）は、透明基板１上に仕切部材２が形成された状態を示したものである。まず、透明基板１上に開口部を有する仕切部材２をフォトリソグラフィ法により選択的に形成する。これにより、透明基板上には、仕切部材２と、透明基板面が露出した開口部とを形成する。

透明基板１としては、一般にガラス基板が用いられるが、液晶表示装置等、最終的な用途に必要な特性、例えば透明性、機械的強度を満足し、以降装置実装までの後工程に耐えるものであればガラス基板に限定されるものではなく、例えばＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ等のプラスチック基板なども用いることができる。

本発明における仕切部材２は、インキの流出を防止する仕切り材としても利用することから、その高さａは、ａ＝２ｂを満たすように設計されるのが望ましい。ａ＝２ｂを満たすとき、最も膜厚平坦性の高い画素が得られる。また、仕切部材２は仕切部材として、ある一定以上の高さを有している必要がある為、樹脂（光重合性モノマー、光重合開始剤を含む）、黒色遮光材、分散剤、溶媒等を主成分とする黒色の感光性樹脂組成物を用い、フォトリソグラフィ法によりパターニングして形成することが望ましい。しかしながら、仕切部材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、例えば印刷法、転写法等によっても形成することが可能である。

仕切部材２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。

また、仕切部材２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挙げられる。

また、仕切部材２には、着色領域外にインキが流出するのを防ぐ為に、撥インキ成分を添加して撥インキ性を付与することが望ましい。添加する撥インキ成分としては、フッ素および／またはケイ素を含む材料が望ましい。具体的な例としては、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、また、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、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。

次いで、図１（ｂ）に示すように着色インキをインキ吐出印刷方式により開口部に付与する。インキ吐出印刷方式を用いた装置としては、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、ある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る。

本発明における着色インキの材料としては、色素と樹脂と溶媒を主成分としたものである。色素としては染料や顔料などが用いられる。樹脂としては、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、色素との関係にて適宜選択されるものである。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。

着色インキに使用する溶剤種としては、インキ吐出印刷方式における適性を考慮し、表面張力範囲３５ｍＮ／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３５ｍＮ／ｍ以上であるとインキ吐出印刷装置の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℃以下であるとインキ吐出ノズル近傍での乾燥性が著しく高くなり、その結果、ノズル詰まり等の印刷不良が発生するので好ましくない。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。

また、樹脂への色素の分散を向上させる為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挙げられる。分散剤は、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良い。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ものである。

次いで、図１（ｃ）に示すように、着色インキ皮膜３ａを形成した後、図１（ｄ）では、その耐性向上を目的として、熱、光、電子線等のエネルギーによる硬化処理をして、着色インキの画素３を形成する。

また、図１（ｅ）に示すように、必要に応じて、カラーフィルタ表面を溶剤等から保護する為と仕切部材と画素の平坦化の為に保護層４を形成しても良い。保護層としては、熱硬化タイプ、光硬化タイプ、光・熱併用タイプ等の樹脂膜、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、カラーフィルタとしての透明性を有し、その後のＩＴＯ形成プロセス、配向膜形成プロセス等に耐えるものであれば使用可能である。

以下に本発明の実施例を具体的に説明する。

最初に仕切部材を形成した。無アルカリガラス（コーニング（株）製・＃１７３７）上にカーボンブラックを含有した仕切部材用のレジスト材（新日鉄化学（株）製・ネガ型レジストインキＶ−２５９／ＢＫ７３９Ｐ）に感光性シリコン化合物（例えばジメチルポリシラン）を１０％添加したものを膜厚２．０μｍ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仕切部材を形成した。

次いで、着色インキを調製した。メタクリル酸２０部（６０ｇ）と、メチルメタクリレート１０部（３０ｇ）と、ブチルメタクリレート５５部（１６５ｇ）と、ヒドロキシエチルメタクリレート１５部（４５ｇ）とを乳酸ブチル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（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５〜８％、粘度が１５ｃｐｓになるように調整し、Ｒ、Ｇ、Ｂ着色インキを得た。

次いで、カラーフィルタを作製した。インキ吐出印刷装置により、仕切部材の開口部に着色インキを付与した。付与した着色インキは、乾燥後の画素膜厚が１．０μｍになるように最適化した。次いで、１８０℃で３０分乾燥させ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の画素を形成した。

実施例１のカラーフィルタを光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、隣接画素間での混色は観察されなかった。また、画素の断面形状を測定したところ、従来のよりも画素の中央部と周辺部での膜厚差小さく、すなわち膜厚平坦性が良好であり、最大膜厚差は０．１μｍ以下であり、その膜厚差による色差も１以下の色ムラの少ないカラーフィルタを作製することができた。

実施例１と同様な製造方法でＲＧＢ各画素を形成した後、２３０℃で３０分間の熱処理を行い着色インキを完全に硬化させ画素を形成した。その後、上記カラーフィルタ上にＵＶ硬化型樹脂を膜厚が２μｍとなるように塗布し保護層を形成した。

実施例２のカラーフィルタを光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、隣接画素間での混色は観察されなかった。また、画素の断面形状を測定したところ、従来のよりも画素の中央部と周辺部での膜厚差が小さく、最大膜厚差は０．１μｍ以下であり、色差も１以下であった。仕切部材と画素との段差も保護層により緩和され、最大膜厚差が０．１μｍのカラーフィルター全体として膜厚平坦性の高いカラーフィルタを作製することができた。

〈比較例１〉
仕切部材の高さを１．５μｍに形成した以外は、実施例１と同様の製造方法により、カラーフィルタを作製した。

比較例１のカラーフィルタを光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、隣接画素間での混色は観察されなかった。しかし、画素の断面形状は中央部が厚く、周辺部が薄い凸形状であり、その膜厚差が０．５μｍ以上であった。色差を測定したところ１０以上であり、色ムラの大きいカラーフィルタであった。

〈比較例２〉
仕切部材の高さを３．０μｍに形成した以外は、実施例１と同様の製造方法により、カラーフィルタを作製した。

比較例２のカラーフィルタを光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、隣接画素間での混色は観察されなかった。しかし、画素の断面形状は周辺が厚く、中央部が薄い凸形状で膜厚差が０．５μｍ以上であった。色差を測定したところ１０以上であり、色ムラの大きいカラーフィルタであった。

本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施例の側断面図である。 本発明の製造方法により作製したカラーフィルタの側断面図である。

符号の説明

１…透明基板
２…仕切部材
３ａ…着色インキ皮膜
３…（着色インキの）画素
４…保護層
５…インキ吐出印刷装置

Claims (10)

1. 基板と、この支持の基板上に開口部を形成するように設けられた仕切部材と、この仕切部材の開口部に設けられた着色インキ皮膜からなるカラーフィルタにおいて、
   前記仕切部材の高さをａ（μｍ）とし、着色インキ皮膜の厚みをｂ（μｍ）とした際、
   １．８０ｂ≦ａ≦２．２０ｂ
   を満たす仕切部材の高さ及び着色インキ皮膜の厚みに形成したことを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記仕切部材高さａが、
   １．０μｍ≦ａ≦３．０μｍ
   を満たす仕切部材の高さに形成したことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記仕切部材が、黒色顔料を分散した樹脂材料からなるブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１、又は２に記載のカラーフィルタ。
4. 前記仕切部材が、撥インキ性を有する成分を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
5. 前記撥インキを有する成分が、フッ素を含む成分であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
6. 前記撥インキを有する成分がケイ素を含む成分であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
7. 基板と、この支持の基板上に開口部を持つた仕切部材を形成し、インキ吐出印刷装置により着色インキを吐出し、前記仕切部材の開口部に着色インキ皮膜を形成するカラーフィルタの製造方法において、
   前記仕切部材の高さをａ（μｍ）とし、着色インキ皮膜の厚みをｂ（μｍ）とした際、
   １．８０ｂ≦ａ≦２．２０ｂ
   となる皮膜厚からなる着色インキ皮膜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。
8. 前記仕切部材インキが、撥インキ性を有する成分を含むインキを用いて、仕切部材を形成する際、仕切部材の表面に撥インキ性が発現するように形成することを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルタの製造方法。
9. 前記着色インキの表面張力が、２５〜３５ｍＮ／ｍである着色インキを用いて着色インキ皮膜を形成することを特徴とする請求項７、又は８に記載のカラーフィルタの製造方法。
10. 前記着色インキの全重量に対する該着色インキに含まれる固形分の重量の割合が、１５〜３０％である着色インキを用いて着色インキ皮膜を形成することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のカラーフィルタの製造方法。

Images