JP2007114458A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光層で囲まれた画素領域内にインクを付与する際に、隣接する着色画素間での混色を防止し、且つ画素領域内での白抜け、色ムラのない着色画素を形成するインクジェット方式によるカラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】透明基板１上に複数の遮光層３と、該複数の遮光層間に複数の着色画素５を有するカラーフィルタの製造にて、透明基板上に塗布された感光性遮光膜２面と透明基板面の両面からエネルギーを照射し遮光層を形成する。遮光層の上部線幅と下部線幅の比の値が１以上（（Ｔ１／Ｂ１）≧１）である。遮光層が撥インク性を有すること。
【選択図】図２

Description

本発明は、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、及び液晶表示装置などの表示装置用のカラーフィルタに関し、特にインクジェット方式を利用したカラーフィルタの製造方法に関する。

近年、主としてコストダウンを目的として、インクジェット方式を利用したカラーフィルタが検討されている。

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、ガラス基板上に遮光層を形成し、インクジェット記録装置を用いて該遮光層の開口部にインクを付与して着色画素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、隣接する着色画素間でインクが混じり合う混色が発生しないように、遮光層の構成材料として、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。

例えば、着色画素間における混色防止方法として、遮光層上に遮光層とほぼ同じ大きさの撥インク性の大きなシリコーンゴムパターンを形成し、インクジェット法あるいは印刷法における混色を防止するという方法がある（特許文献１参照）。
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、その他の方法として、インクに対して２０°以上の接触角を有する材料を用いて遮光層を形成し、その開口部にインクを付与する方法が提案されている（特許文献２参照）。また遮光層材料として、水に対して４０°以上の接触角を有する材料が提案されている（特許文献３参照）。
さらに、基板、インク、遮光層の各材料の臨界表面張力を、基板面＞インク＞ブラックマトリクス面とし、ブラックマトリクス面＜３５ｄｙｎｅ／ｃｍ、基板面≧３５ｄｙｎｅ／ｃｍ、インクは両者から５ｄｙｎｅ／ｃｍ以上の差を有するように設定することが提案されている（特許文献４参照）。これらの例では、いずれも遮光層の材料として、撥インク性を持たせるために、フッ素化合物やケイ素化合物といった撥水剤を含ませる方法である。

しかしながら、上記の方法のように、遮光層に撥水剤であるフッ素化合物やケイ素化合物を含有させると、遮光層形成工程の最終工程であるポストベーク（本硬化）の際に、遮光層材料中の撥水剤が蒸発し、遮光層間の開口部に露出したガラス基板表面に薄く付着する。また、撥水剤を用いていない場合であっても、遮光層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ようになり、遮光層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付着性が悪くなり、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。
特開平４−１２３００５号公報 特開平７−３５９１７号公報 特開平７−３５９１５号公報 特開平６−３４７６３７号公報

本発明は、インクジェット方式を利用して簡易なプロセスで安価に製造するカラーフィルタにおいて、遮光層で囲まれた画素領域内にインクを付与する際に、隣接する着色画素間での混色を防止し、且つ画素領域内での白抜け、色ムラのない着色画素を形成するカラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、透明基板上に複数の遮光層と、該複数の遮光層間に複数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、該透明基板上に塗布された感光性遮光膜面と透明基板面の両面からエネルギーを照射して遮光層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。

また、本発明は、請求項１記載のカラーフィルタの製造方法において、遮光層の上部線幅（Ｔ１）と下部線幅（Ｂ１）の比の値（Ｔ１／Ｂ１）が１以上（（Ｔ１／Ｂ１）≧１）であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記遮光層が、撥インク性を有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。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記遮光層にカーボン顔料を用いることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記遮光層の厚さが１μｍにて光学濃度（ＯＤ値）が２．０以上であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記遮光層間の開口部にインクジェット法により、着色インクを塗布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。

本発明によれば、遮光層の上部線幅（Ｔ１）と下部線幅（Ｂ１）の割合をＴ１／Ｂ１≧１にし、透明基板面からもパターン露光することで遮光層下の撥水剤が露光紫外線により分解することで、遮光層を形成する最終工程であるポストベーク（本硬化）の際に、遮光層中の撥水剤が蒸発し、遮光層間の開口部に露出したガラス基板表面に薄く付着することが低減する。この後、カラーフィルタ着色層用のインクを開口部に充填したとき、開口部内にインクが均一に広がり、白抜けがなく、色目均一性に優れた着色画素を有するカラーフィルタの製造方法となる。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明する工程図である。図２（ａ）は、透明基板１に感光性遮光膜２が塗布されている状態を示したものである。遮光層３を形成する場合、先ず、図２（ｂ）に示すように、感光性遮光膜面、及び透明基板面の両方からマスクパターン寸法の異なるマスクを介して露光する。

次に、現像することで線幅差のある遮光層３を形成する（図２（ｃ））。この際、透明基板１面から露光することで遮光層３間の開口部を洗浄することもできる。次に、遮光層３間の開口部に対して、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４を吐出し（図２（ｄ））、インク乾燥、硬化を経て着色画素５を形成し、カラーフィルタを得る（図２（ｅ））。

本発明に用いる透明基板１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、機械的強度等を満足し、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、たとえば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。透明基板上にプラーマー処理を施した基材を用いることができる。

本発明における感光性遮光膜２は樹脂（光重合性モノマー、光重合開始剤含む）、黒色遮光材、分散剤、溶媒等を主成分とする。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。

また、本発明における感光性遮光膜２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よい。

また、本発明における感光性遮光膜２の溶媒としては、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、感光性遮光膜２には撥インク成分を添加して撥インク性を高めておくことが望ましい。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。
撥インク成分の含有率は、遮光層の固形分１００重量部に対して、０．０１〜１０．０重量部が適当である。

遮光層３に撥インク性を付与することにより、隔壁となる遮光層を超えてインクがあふれてしまうことを防止し、隣接する着色画素間での混色を防止することができる。

図１は、請求項２に係わる発明によって製造されたカラーフィルタを説明する断面図である。図１に示すように、このカラーフィルタの遮光層３は、上部線幅（Ｔ１）と下部線幅（Ｂ１）の比の値（Ｔ１／Ｂ１）が１以上（（Ｔ１／Ｂ１）≧１）となっている。

一般に遮光層３に撥インク性を付与する場合、側壁の撥インク性や開口部の汚染によりインクが十分に拡散しなかったり（白抜け）、乾燥後の膜厚が領域内で均一にならず、色ムラを引き起こしてしまうことがある。しかし、請求項２に係わる発明による遮光層３は、上部線幅と下部線幅に線幅差を設けているため、遮光層３の開口部に対して、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４を多く塗布することで白抜けがなく、膜均一性の良好なカラーフィルタを製造することができる。更に、撥水剤が蒸発し開口部の表面に付着した撥水剤成分の残存を少なくすることができる。

この遮光層３の上部線幅（Ｔ１）と下部線幅（Ｂ１）の比の値が１以下の場合（（Ｔ１／Ｂ１）≦１）、着色インクが隔壁（遮光層）を乗り越えやすくなり、着色インクの混色が起こりやすくなる。更に、感光性遮光膜２の塗布面と透明基板１面の両方からエネルギー照射されない場合は、遮光層３の開口部が洗浄されない為、着色インク４が膜均一よく塗布できない。上記比の値は１以上が好ましく、更に望ましくは３以下、１以上である。

遮光層３の光学濃度（ＯＤ値）は、遮光層の厚さが１μｍにて２．０以上であることが望ましい。

本発明における着色インク４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。

着色インク４に使用する溶剤種としては、インクジェット印刷における適性の表面張力の範囲である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。

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、その他に用いる有機顔料の誘導体、ポリエステルなどがあげられる。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。

また、本発明により形成されるカラーフィルタは画素形成後、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が可能である。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、実施例中の含有率は全て重量部である。

＜実施例１＞
（遮光層の形成）
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、新日鉄化学（株）製：遮光膜用ネガ型レジストインク「Ｖ−２５９ＢＫＩＳ−４９３Ｘ」
に感光性シリコン化合物としてジメチルポリシランを１０％添加したものを膜厚２．３μｍとなるようにスピンコートし、プリベークを行い感光性遮光膜を設けた。
その後、透明基板１面からの露光を１５μｍ線幅マスクを用いて１５０ｍＪ／ｃｍ² 露光し、更に感光性遮光膜２面からの露光を２５μｍ線幅マスクを用いて５０ｍＪ／ｃｍ² 露光した。その後、現像、ポストベーク処理を行った。上部線幅Ｔ１＝２５．６μｍ、下部線幅Ｂ１＝１５μｍ（Ｔ１／Ｂ１＝１．７）の遮光膜を形成した。この遮光膜の光学濃度（ＯＤ値）は厚さ１μｍにて３．０であった。

（着色インクの調製）
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１９．９ｇ、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。

（カラーフィルタの作製）
前記、遮光膜３の線幅差を設けたガラス基板の該遮光膜間の開口部に対して、上記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）各々の着色画素を形成した。

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。また、各画素とも領域内に均一にインクが濡れ広がり、膜厚も均一で色差がΔＥab２以下と良好で信頼性の高いカラーフィルタが作製できた。
尚、本発明でのΔＥabは、標準Ｃ光源でのＬab色度座標における色度（Ｌ−１０ａ−１０ｂ−１０）と、Ｔｐ＋１０℃で熱硬化させた時の着色画素の標準Ｃ光源でのＬab色度座標における色度（Ｌ−１０ａ−１０ｂ−１０）の色差（ΔＥ＝（（Ｌ＋１０−Ｌ−１０）２＋（ａ＋１０−ａ−１０）２＋（ｂ＋１０−ｂ−１０）２）０．５）を指している。

＜実施例２＞
（感光性遮光膜の調合）
・カルド樹脂 Ｖ２５９（新日鉄化学製） １００部
・Ｍ４０２（東亜合成製） １３．２８部
・Ｉｒｇ３６９（チバスペシャリティーケミカル製） ６．００部
・Ｉｒｇ８１９（チバスペシャリティーケミカル製） ２．００部
・シクロヘキサノン ３００部
・ジメチルポリシラン ６５部
・ＴＰＢＫ−１００１（御国色素製） ２１４部
上記の配合でよく攪拌し、感光性遮光膜を得た。この感光性遮光膜を膜厚１．８μｍ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、感光性遮光膜２面から露光を２０μｍ線幅マスクを用いて２００ｍＪ／ｃｍ² 露光し、更にガラス基板面から露光を８μｍ線幅マスクを用いて８０ｍＪ／ｃｍ² 露光した。その後、現像、ポストベーク処理を行った。上部線幅Ｔ１＝２１．２、下部線幅Ｂ１＝１０μｍ（Ｔ１／Ｂ１＝２．１２）の遮光膜を形成した。この遮光膜の光学濃度（ＯＤ値）は厚さ１μｍにて２．３であった。

着色インク４の調合、及びカラーフィルタの作製は実施例１同様に行った。

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。また、各画素とも領域内に均一にインクが濡れ広がり、膜厚も均一で色差がΔＥab３以下と良好で信頼性の高いカラーフィルタが作製できた。

＜比較例１＞
（遮光層の形成）
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、新日鉄化学（株）製；遮光膜用ネガ型レジストインク「Ｖ−２５９ＢＫＩＳ−４９３Ｘ」に感光性シリコン化合物としてジメチルポリシランを１０％添加したものを膜厚２．３μｍとなるようにスピンコートし、プリベークを行い感光性遮光膜を設けた。
その後、感光性遮光膜２面から露光を８．０μｍ線幅マスクを用いて５０ｍＪ／ｃｍ² 露光し、更にガラス基板面から露光を２０μｍ線幅マスクを用いて２００ｍＪ／ｃｍ² 露光した。その後、現像、ポストベーク処理を行った。上部線幅Ｔ１＝８．２μｍ、下部線幅Ｂ１＝２２．４μｍ（Ｔ１／Ｂ１＝０．３４）の遮光膜を形成した。この遮光膜の光学濃度（ＯＤ値）は厚さ１μｍにて３．０であった。

着色インクの調合、及びカラーフィルタの作製は実施例１同様に行った。

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、混色が確認できた。しかし、白抜けはなし。着色画素の膜厚がバラツキ、色差がΔＥab１０以上となった。

＜比較例２＞
感光性遮光膜の調合は、実施例２同様に行った。

実施例２同様に調合した感光性遮光膜を膜厚１．８μｍ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、感光性遮光膜２面から露光を２０μｍ線幅マスクを用いて２００ｍＪ／ｃｍ² 露光した。その後、現像、ポストベーク処理を行った。上部線幅Ｔ１＝２１．２、下部線幅Ｂ１＝１８μｍ（Ｔ１／Ｂ１＝１．１７）の遮光膜を形成した。

着色インクの調合、及びカラーフィルタの作製は実施例２同様に行った。

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、混色が確認できた。更に、白抜けを確認した。着色画素の膜厚がバラツキ、色差がΔＥab３以下となった。

着色画素内の膜均一性の評価は、膜厚ムラが０．２μｍ以内を○、０．２μｍ以上を×と評価した。

上記の実施例、比較例の結果を表１を示す。

請求項２に係わる発明によって製造されたカラーフィルタを説明する断面図である。 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。

符号の説明

１・・・透明基板
２・・・感光性遮光膜
３・・・遮光層
４・・・着色インク
５・・・着色画素

Claims (6)

1. 透明基板上に複数の遮光層と、該複数の遮光層間に複数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、該透明基板上に塗布された感光性遮光膜面と透明基板面の両面からエネルギーを照射して遮光層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。
2. 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法において、遮光層の上部線幅（Ｔ１）と下部線幅（Ｂ１）の比の値（Ｔ１／Ｂ１）が１以上（（Ｔ１／Ｂ１）≧１）であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
3. 前記遮光層が、撥インク性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 前記遮光層にカーボン顔料を用いることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のカラーフィルタの製造方法。
5. 前記遮光層の厚さが１μｍにて光学濃度（ＯＤ値）が２．０以上であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載のカラーフィルタの製造方法。
6. 前記遮光層間の開口部にインクジェット法により、着色インクを塗布することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のカラーフィルタの製造方法。

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