JP2008089896A - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】着色層形成用層形成工程が、遮光部を撥液化する撥液化処理工程と、インクジェット法によって硬化型樹脂を含有する着色層形成用塗工液を滴下することにより、撥液化された上記遮光部の開口部内に上記着色層形成用塗工液を充填する塗布工程と、開口部内に充填された着色層形成用塗工液を仮硬化する仮硬化処理工程とにより、上記開口部内に単色の着色層形成用層を形成する単色層形成工程を複数回繰り返すことによって、上記複数色の着色層形成用層を形成するものである。
【選択図】図1
Description
このような状況において、液晶ディスプレイを構成する部材についてはより低コストで高品質なものを高生産性で製造することが望まれており、特に液晶ディスプレイをカラー表示化させる機能を有するカラーフィルターは、従来高コストであったことからこのような要望が高まっている。
このようなことから、従来のインクジェット法では、輝度特性および色度特性に優れたカラーフィルターを製造することが困難であるという問題点が懸念されていた。
また本発明によれば、上記着色層形成用層形成工程が複数色の着色層形成用層を同時に形成するのではなく、上記単色層形成工程を複数回繰り返すことによって、複数色の着色層形成用層を形成するものであることにより、形成される着色層形成用層が凸形状となることを防止することができる。したがって、本発明によれば、インクジェット法により色度特性および輝度特性に優れたカラーフィルターを製造することができる。
このようなことから、本発明によればインクジェット法によって着色層に混色が少なく、色度特性および輝度特性に優れたカラーフィルターを製造することができる。
また、上記着色層形成用層形成工程おける2回目以降の単色層形成工程においては、上記撥液化処理工程によって既に形成されている着色層形成用層にもフッ素を導入して撥液性を向上させることができるため、複数色が混合された着色層形成用層が形成されることをさらに防止することができるからである。
なお、3回目以降の単色層形成工程は、通常、上記第2回目の単色層形成工程と同様の方法によって着色層形成用層を形成するものになる。
ここで、上記着色層形成用層は、上記着色層形成用塗工液が仮硬化されてなるものであるが、上記硬化処理工程において上記着色層形成用層に含まれる硬化型樹脂が硬化されることによって着色層となるものである。
しかしながら、本発明によれば上記単色層形成工程を複数回繰り返すことによって複数色の着色層形成用層を形成することにより、単色ずつ滴下された着色層形成用塗工液2’が乾燥する際に溶媒が乾燥する方向に異方性が生じることを防止し、開口部端への溶質フローが生じるため、形成される着色層形成用層2が凸形状となることを防止できると考えられる(図3(c),(d))。
以下、本発明のカラーフィルターの製造方法に用いられる各工程について詳細に説明する。
まず、本発明における着色層形成用層形成工程について説明する。本工程は、基材と、上記基材上に形成され、複数の開口部を備える遮光部とを有するカラーフィルター用基板を用い、上記開口部内に硬化型樹脂を含有する着色層形成用塗工液が仮硬化されてなる複数色の着色層形成用層を形成する工程である。そして、本発明における着色層形成用層形成工程は、少なくとも上記遮光部を撥液化する撥液化処理工程と、インクジェット法によって硬化型樹脂を含有する着色層形成用塗工液を滴下することにより、撥液化された上記遮光部の開口部内に上記着色層形成用塗工液を充填する塗布工程と、上記開口部内に充填された着色層形成用塗工液を仮硬化する仮硬化処理工程とにより、上記開口部内に単色の着色層形成用層を形成する単色層形成工程を複数回繰り返すことによって、上記複数色の着色層形成用層を形成することを特徴とするものである。
ここで、本工程によって形成された着色層形成用層は、後述する硬化処理工程において上記硬化型樹脂が硬化されることより着色層となるものである。
以下、このような着色層形成用層形成工程について詳細に説明する。
まず、上記単色層形成工程について説明する。本発明における単色層形成工程は、撥液化処理工程と、塗布工程と、仮硬化処理工程とにより、後述するカラーフィルター用基板が有する遮光部の開口部内に、着色層形成用塗工液が仮硬化されてなる単色の着色層形成用層を形成するものである。本発明のカラーフィルターの製造方法は、このような単色層形成工程を繰り返し、単色ずつ上記着色層形成用層を形成することによって、着色層に混色がなく、色度特性および輝度特性に優れたカラーフィルターを製造することができるのである。
以下、このような単色層形成工程に用いられる撥液化処理工程、塗布工程、および、仮硬化工程について順に説明する。
まず、上記撥液化処理工程について説明する。本工程は少なくとも後述するカラーフィルター用基板が有する遮光部の撥液性を向上させる工程である。ここで、上記「撥液性」とは、後述する着色層形成用塗工液に対する撥液性を意味するものである。
すなわち、本発明における着色層形成用層形成工程は、上記単色層形成工程を複数回繰り返すことによって複数色の着色層形成用層を形成するものであるため、2回目以降の単色層形成工程においては、撥液化処理工程において撥液性を向上させる遮光部の開口部内に、1回目の単色層形成工程によって形成された着色層形成用層が存在していることになる。このような場合においては、上記遮光部のみならず1回目の単色層形成工程で形成された着色層形成用層についても撥液性を向上することにより、2回目の単色層形成工程において上記開口部内に着色層形成用塗工液を滴下した際に、上記着色層形成用塗工液が既に形成されている着色層形成用層に付着することを防止することができるため、遮光部のみを撥液化した場合と比較して、形成される着色層形成用層に混色が生じることをより効果的に防止できる。このため、本工程が、上記遮光部および上記着色層形成用の撥液性を向上するものであることにより、本発明により製造されるカラーフィルターの着色層に混色が生じることをより効果的に抑制することができるからである。
次に、上記塗布工程について説明する。本工程は、インクジェット法によって硬化型樹脂を含有する着色層形成用塗工液を滴下することにより、撥液化された上記遮光部の開口部内に上記着色層形成用塗工液を充填する工程である。本工程においては、上記撥液化処理工程において撥液性が向上された遮光部の開口部内に、着色層形成用塗工液を滴下するため、滴下された着色層形成用塗工液が遮光部を超えて濡れ拡がることなく、着色層形成用塗工液を上記開口部内に充填することができる。
ここで、上記エポキシ基としては、オキシラン環構造を有する構造であればよく、例えば、グリシジル基、オキシエチレン基、エポキシシクロヘキシル基等を示すことができる。
ここで、式(3)において、R2は、炭素数1〜12の炭化水素基であり、直鎖脂肪族、脂環式、芳香族いずれの炭化水素基であってもよく、さらに付加的な構造、例えば二重結合、炭化水素基の側鎖、スピロ環の側鎖、環内架橋炭化水素基等を含んでいてもよい。
重合体中の式(2)で表される構成単位は、下記式(4)で表されるモノマーから誘導
される。
次に、上記仮硬化処理工程について説明する。本工程は、上記塗布工程により、上記開口部内に充填された着色層形成用塗工液を仮硬化することにより、上記着色層形成用塗工液を着色層形成用層とする工程である。本発明は、単色層形成工程がこのような仮硬化処理工程を有することにより、単色層形成工程を複数回繰り返す間に、既に形成された着色層形成用層が変形することを防止できるため、着色層の変形に起因する色ムラの少ないカラーフィルターを製造することができる。
次に、本工程に用いられるカラーフィルター用基板について説明する。本工程に用いられるカラーフィルター用基板は基材と、上記基材上に形成され、開口部を備える遮光部とを有するものである。
まず、上記遮光部について説明する。上記遮光部は後述する基材上に形成され、開口部を有するものである。
上記基材としては、上記遮光部および着色層を形成できる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ーに用いられているものを用いることができる。このような基材としては、例えば、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無機基材、および、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樹脂基材等を挙げることができる。なかでも本工程においては無機基材を用いることが好ましい。上記基材として無機材料を用いることにより、上述した撥液化処理工程においてフッ素化合物を導入ガスとしたプラズマ照射をする方法により、上記遮光部等を撥液化することが可能になるからである。
さらに、本工程においては上記無機材料のなかでもガラス基材を用いることが好ましく、上記ガラス基材のなかでも無アルカリタイプのガラス基材を用いることが好ましい。上記無アルカリタイプのガラス基材は寸度安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、かつ、ガラス中にアルカリ成分を含まないことから、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルターに好適に用いることができるからである。
本発明における着色層形成用層形成工程は、上記単色層形成工程を複数回繰り返すことにより、上記カラーフィルター用基板上に複数色の着色層形成用層を形成する工程である。上記着色層形成用層形成工程において上記単色層形成工程を繰り返す回数は、上記カラーフィルター用基板上に所定の色の着色層形成用層を形成できる範囲内であれば特に限定されるものではないが、通常、上記カラーフィルター用基板上に形成される着色層形成用層の色の数と同数とされる。したがって、上記カラーフィルター用基板上にR、G、Bの3色の着色層形成用層を形成する場合は、上記着色層形成用層形成工程において上記単色層形成工程を3回繰り返すことになる。
次に、本発明における硬化処理工程について説明する。本工程は、上記着色層形成用層形成工程により上記カラーフィルター用基板上に形成された着色層形成用層中に含有される上記硬化型樹脂を硬化させる工程である。本工程において上記硬化型樹脂を硬化させることにより、上記着色層形成用層を着色層とすることができる。
本発明のカラーフィルターの製造方法は、上記着色層形成用層形成工程および硬化処理工程以外に、通常、カラーフィルターの製造に用いられる他の工程を有していてもよい。このような他の工程としては、例えば、上記着色層形成用層形成工程前に上記カラーフィルター用基板の遮光部が形成された面にプラズマを照射することにより、カラーフィルター用基板の表面に付着した有機残渣をドライエッチングにより除去するプラズマ前処理工程、上記着色層形成工程により形成される着色層上にオーバーコート層を形成するオーバーコート層形成工程、上記着色層上にITO、IZO等の透明電極を形成する透明電極形成工程、対向基板とのセルギャップを均一にするためのスペーサー材を所定の位置に形成するスペーサー形成工程、および、液晶の配向を制御するための構造物を形成する配向制御構造物形成工程等を挙げることができる。
本実施例においては、着色層形成用層形成工程において単色層形成工程を3回繰り返すことにより、R、G、Bの3色の着色層形成用層を形成した後、これらを硬化処理することによってカラーフィルターを製造した。
カラーフィルター用ガラス基材として用いられている厚み0.7mm、横370mm、縦470mmのCorning社製EAGLE2000を用意し、このガラス基材上にフォトリソグラフィー法にて樹脂製の遮光部を形成することにより、カラーフィルター用基板を得た。このとき、上記遮光部は開口部が150μm×490μm、遮光部分の線幅が20μmとなるように形成し、線状遮光部が170μmピッチ、連結遮光部が510μmピッチで、縦480画素、横1320画素ずつ配置されるものとした。また、遮光部の膜厚は平均1.5μmとした。
a.R着色層形成用層の形成(R単色層形成工程)
(撥液化処理工程)
次に、上記基材の遮光部が形成された面にCF4およびN2の混合ガス(混合比率=1:1)を導入ガスとして以下の条件にてプラズマ照射を行うことによって上記遮光部を撥液化した。このとき、上記遮光部上の濡れ性は、後述するR着色層形成用塗工液との接触角が60°となり、上記基材上の濡れ性は、後述するR着色層形成用塗工液との接触角が10°となった。
・導入ガス : CF4 、N2 …13L/min.
・電極−基板間距離 : 2mm
・電源出力 : 200V − 5A
次に、インクジェット方式により撥液化された遮光部の開口部内に以下の組成を有するR着色層形成用塗工液を塗布した。
(顔料)
・C.I.ピグメントレッド254 : 6.88重量部
・C.I.ピグメントレッド177 : 0.62重量部
(顔料分散剤)
・Disperbyk161(ビックケミー・ジャパン社製) : 2.25重量部
・n−フェニルマレイミド/ベンジルメタクリレート共重合体 : 2.25重量部
(バインダー)
・バインダー性エポキシ化合物(GMA/MMA系共重合体) : 3.00重量部
・多官能エポキシ樹脂(エピコート151S70 ジャパンエポキシレジン社製):
2.00重量部
・ネオペンチルグリコールグリシジルエーテル : 1.00重量部
・トリメリット酸 : 2.00重量部
(溶剤)
・ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート : 80.00重量部
次に、上記R着色層形成用塗工液が塗布された基材をホットプレート上において80℃で10分加熱することにより上記R着色層形成用塗工液を仮硬化することにより、R着色層形成用層を形成した。なお、仮硬化処理後のR着色層形成用層の硬度は6.8N/mm2であった。
上記R着色層形成用塗工液に代えて、以下の組成を有するG着色層形成用塗工液を用いたこと以外は、上記R単色層形成工程と同様の方法により、G着色層形成用層を形成した。なお、仮硬化処理後のG着色層形成用層の硬度は5.5N/mm2であった。
(顔料)
・C.I.ピグメントグリーン36 : 1.93重量部
・C.I.ピグメントグリーン7 : 1.37重量部
・C.I.ピグメントイエロー138 : 2.46重量部
・C.I.ピグメントイエロー150 : 1.24重量部
(顔料分散剤)
・Disperbyk161(ビックケミー・ジャパン社製) : 2.10重量部
・n−フェニルマレイミド/ベンジルメタクリレート共重合体 : 2.10重量部
(バインダー)
・バインダー性エポキシ化合物(GMA/MMA系共重合体) : 3.30重量部
・多官能エポキシ樹脂(エピコート151S70 ジャパンエポキシレジン社製): 2.20重量部
・ネオペンチルグリコールグリシジルエーテル : 1.10重量部
・トリメリット酸 : 2.20重量部
(溶剤)
・ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート: 80.00重量部
上記R着色層形成用塗工液に代えて、以下の組成を有するB着色層形成用塗工液を用いたこと以外は、上記R単色層形成工程と同様の方法によりB着色層形成用層を形成した。なお、仮硬化処理後のB着色層形成用層の硬度は8.7N/mm2であった。
(顔料)
・C.I.ピグメントブルー15:6 : 4.68重量部
・C.I.ピグメントブルー23 : 0.32重量部
(顔料分散剤)
・Disperbyk161(ビックケミー・ジャパン社製) : 1.5重量部
・n−フェニルマレイミド/ベンジルメタクリレート共重合体 : 1.5重量部
(バインダー)
・バインダー性エポキシ化合物(GMA/MMA系共重合体) : 4.50重量部
・多官能エポキシ樹脂(エピコート151S70 ジャパンエポキシレジン社製): 3.00重量部
・ネオペンチルグリコールグリシジルエーテル : 1.50重量部
・トリメリット酸 : 3.00重量部
(溶剤)
・ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート : 80.00重量部
上記赤(R)、緑(G)、および、青(B)の着色層形成用層が形成された基材をクリーンオーブン内で240℃,30分加熱することにより上記各色の着色層形成用層中に含まれる硬化型樹脂を硬化させ、カラーフィルターを製造した。
仮硬化処理工程におけるホットプレート上での加熱条件を150℃で10分としたこと以外は、実施例1と同様の方法によりカラーフィルターを製造した。
なお、このとき上記仮硬化処理工程における仮硬化処理後のR、G、B着色層形成用層の硬度は、それぞれ109.2N/mm2、98.9N/mm2、103.4N/mm2であった。
仮硬化処理工程におけるホットプレート上での加熱条件を200℃で10分としたこと以外は、実施例1と同様の方法によりカラーフィルターを製造した。
なお、このとき上記仮硬化処理工程における仮硬化処理後のR、G、B着色層形成用層の硬度は、それぞれ200.9N/mm2、191.5N/mm2、219.1N/mm2であった。
上記着色層形成用層形成工程において、赤(R)、緑(G)、および、青(B)の着色層形成用塗工液を同時に塗布したこと以外は、実施例1と同様の方法によりカラーフィルターを製造した。
上記実施例および比較例において作製したカラーフィルターについて、着色層の形状を評価した。評価は、マイクロマップ社製三次元非接触表面形状計測システム(マイクロマップ)にて断面形状を計測することにより行った。
その結果、上記実施例で作製したカラーフィルターにおいては、有効画素内の最端部まで均一な着色層が混色なく形成されていた。一方、上記比較例で作製したカラーフィルターは、有効画素内の最端部に形成された着色層の断面形状に、画素領域外へ向かって最大膜厚の偏りが認められた。また、実施例において作製したカラーフィルターと比較して、着色層の画素内最大膜厚が高く、凸形状となってしまっていた。
1a … 基材
1b … 遮光部
2,2a,2b,2c … 着色層形成用層
2’,2a’,2b’ … 着色層形成用塗工液
3 … 着色層
10 … カラーフィルター
20,20’ … インクジェットヘッド
Claims (4)
- 基材と、前記基材上に形成され、複数の開口部を備える遮光部とを有するカラーフィルター用基板を用い、前記開口部内に硬化型樹脂を含有する着色層形成用塗工液が仮硬化されてなる複数色の着色層形成用層を形成する着色層形成用層形成工程と、前記硬化型樹脂を硬化させる硬化処理工程と、を有するカラーフィルターの製造方法であって、
前記着色層形成用層形成工程が、前記遮光部を撥液化する撥液化処理工程と、インクジェット法によって硬化型樹脂を含有する着色層形成用塗工液を滴下することにより、撥液化された前記遮光部の開口部内に前記着色層形成用塗工液を充填する塗布工程と、前記開口部内に充填された着色層形成用塗工液を仮硬化する仮硬化処理工程とにより、前記開口部内に単色の着色層形成用層を形成する単色層形成工程を複数回繰り返すことによって、複数色の着色層形成用層を形成するものであることを特徴とする、カラーフィルターの製造方法。 - 前記着色層形成用層の硬度が3N/mm2〜250N/mm2の範囲内であることを特徴とする、請求項1に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記基材が無機材料からなるものであり、かつ、前記遮光部が樹脂および遮光性材料から構成されるものであり、さらに、前記撥液化処理工程がフッ素化合物を導入ガスとしたプラズマ照射により前記遮光部を撥液化するものであることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記硬化型樹脂が、熱硬化型樹脂であることを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載のカラーフィルターの製造方法。
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