JP2009227930A - カラーフィルター作製用インキ組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ素系添加剤を含むインキ組成物を用いて、凸版反転印刷法により作製したカラーフィルターを液晶表示装置として組み立てる際、エポキシ系接着剤によるカラーフィルターと対向ガラスとの接着において、十分な接着強度が得られるインキ組成物を提供する。
【解決手段】カラーフィルター作製用インキ組成物は、ブランケット２表面に形成された均一なインキ塗膜３を凸版４にて画像化し、これを被印刷基材５に転写する凸版反転印刷法によりカラーフィルターのブラックマトリックス膜を作製するためのインキ組成物であって、顔料、樹脂および表面エネルギー調整剤を含み、前記表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、インキ組成物の固形分に対して１．０質量％未満としたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＴＦＴ型カラー液晶表示装置のカラーフィルターを凸版反転印刷法により作製する際に好適に使用できるカラーフィルター作製用インキ組成物、および、このカラーフィルター作製用インキ組成物を用い、凸版反転印刷法によって得られたカラーフィルターに関するものである。

現在、ＴＦＴ型カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルターを製造する方法としては、カラーフィルターの画像として高い平坦性や解像度が得られるフォトレジスト法が主力である。
しかし、このフォトレジスト法では、色毎に塗布、露光、現像などの長工程を経るため、莫大な設備投資を要し、昨今要求される低製造コスト化並びに大面積化には不適であった。
このような欠点を解消する方法として、本出願人は、凸版反転印刷法と称する新しい製造方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。

この凸版反転印刷法について説明する。
この凸版反転印刷法では、まず。図１（ａ）に示すように、まずインキ塗布装置１によりブランケット２の表面に均一な厚みのインキ塗膜３を形成する。
次いで、図１（ｂ）に示すように、表面に均一なインキ塗膜３が形成されたブランケット２の表面を、凸版４に押圧、接触させ、凸版４の凸部の表面に、ブランケット２の表面上のインキ塗膜３の一部を付着、転移させる。これにより、ブランケット２の表面に残ったインキ塗膜３には、印刷パターン（画像）が形成される。
次いで、図１（ｃ）に示すように、この状態のブランケット２をガラス板、プラスチックシートなどからなる被印刷基材５の表面に押圧して、ブランケット２上に残ったインキ塗膜３を転写し、この被印刷基材５上に転写されたインキ塗膜３を乾燥することにより、所定のパターンを形成する。

この凸版反転印刷法は、４色同時入色が可能で、色毎の乾燥が不要であるなどの短工程によって製造が行え、低製造コスト化および低設備コスト化を実現できるとともに、その得られる品質もフォトレジスト方法と同などになりつつある。
また、本出願人は、凸版反転印刷法に最低なインキ組成物として、特許文献２において、顔料、樹脂、表面エネルギー調整剤、速乾性有機溶剤、遅乾性有機溶剤を含有するインキ組成物を提案している。

ところで、凸版反転印刷法では、ブランケット表面に均一なインキ塗膜を形成する必要がある。そこで、一定量以上のフッ素系添加剤（表面エネルギー調整剤）をイン組成物に添加することにより、その表面エネルギーを低くすることができるので、均一なインキ塗膜を形成することができる。

インキ組成物を用いて作製したカラーフィルターを、液晶表示装置として組み立てる場合、カラーフィルターのインキ塗膜上にエポキシ系接着剤を塗布して、このエポキシ系接着剤により、対向ガラスを接着しなければならない。
しかしながら、インキ組成物におけるフッ素系添加剤の含有量が多くなると、カラーフィルターと対向ガラスとの間で十分な接着強度が得られないという問題があった。このように十分な接着強度が得られないと、液晶表示装置が封止されないため、その耐久性は低くなる。
特開２００１−５６４０５号公報 特開２００５−１２８３４６号公報

よって、本発明における課題は、フッ素系添加剤を含むインキ組成物を用いて、凸版反転印刷法により作製したカラーフィルターを液晶表示装置として組み立てる際、エポキシ系接着剤によるカラーフィルターと対向ガラスとの接着において、十分な接着強度が得られるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１の発明は、ブランケット表面に形成された均一なインキ塗膜を凸版にて画像化し、これを被印刷基材に転写する凸版反転印刷法によりカラーフィルターのブラックマトリックス膜を作製するためのインキ組成物であって、顔料、樹脂および表面エネルギー調整剤を含み、前記表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、インキ組成物の固形分に対して１．０質量％未満としたカラーフィルター作製用インキ組成物である。

請求項２にかかる発明は、前記表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、０．０３質量％以上とした請求項１に記載のカラーフィルター作製用インキ組成物である。
請求項３にかかる発明は、前記表面エネルギー調整剤は、フッ素系界面活性剤である請求項１または２に記載のカラーフィルター作製用インキ組成物である。

請求項４にかかる発明は、前記顔料対前記樹脂の固形分質量の比率（顔料／樹脂）が、３．０以下である請求項１ないし３のいずれかに記載のカラーフィルター作製用インキ組成物である。
請求項５にかかる発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のカラーフィルター作製用インキ組成物を用い、凸版反転印刷法によって得られたカラーフィルターである。

本発明のカラーフィルター作製用インキ組成物によれば、表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、インキ組成物の固形分に対して１．０質量％未満としたので、このインキ組成物を用いて作製したカラーフィルターを液晶表示装置として組み立てる際、エポキシ系接着剤によるカラーフィルターと対向ガラスとの接着において、十分な接着強度が得られる。したがって、得られた液晶表示装置は耐久性に優れる。

本発明のカラーフィルターによれば、本発明のカラーフィルター作製用インキ組成物を用いているので、このカラーフィルターを液晶表示装置として組み立てれば、耐久性に優れる液晶表示装置が得られる。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明のカラーフィルター作製用インキ組成物は、顔料、樹脂、表面エネルギー調整剤を必須成分として含み、表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、インキ組成物の固形分に対して１．０質量％未満としたものである。
表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、インキ組成物の固形分に対して１．０質量％未満とすることにより、このインキ組成物を用いて作製したカラーフィルターとエポキシ系接着剤との接着力が向上するので、このインキ組成物を用いて作製したカラーフィルターを液晶表示装置として組み立てる際、エポキシ系接着剤によるカラーフィルターと対向ガラスとの接着において、十分な接着強度が得られる。したがって、得られた液晶表示装置は耐久性に優れる。一方、表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度が、インキ組成物の固形分に対して１．０質量％を超えると、このインキ組成物を用いて作製したカラーフィルターとエポキシ系接着剤との接着力が低下するので、このインキ組成物を用いて作製したカラーフィルターを液晶表示装置として組み立てる際、エポキシ系接着剤によるカラーフィルターと対向ガラスとの接着において、十分な接着強度が得られない。したがって、得られた液晶表示装置は耐久性に劣る。

表面エネルギー調整剤は、ブランケット表面にインキ組成物が均一に良好に塗布できるように、インキ組成物の表面エネルギーを、ブランケット表面における表面エネルギーよりも小さくするために添加されるものでもある。
表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度は、０．０３〜５．０質量％とし、０．０３質量％以上とすることが好ましく、０．０９質量％以上とすることがより好ましく、０．１５質量％することが更に好ましい。これにより、ブランケットへのインキ塗工時に、塗工された塗膜の平滑性が向上し、より均一な塗膜が得られる。
表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度が０．０３質量％未満では、ブランケット上でのインキはじきが発生したり、インキ塗膜が均一にならずムラやスジが生じたりして好ましくない。一方、表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度が５．０質量％を超えると、被印刷基材上へ転写後、インキ塗膜中の表面エネルギー調整剤が被印刷基材とインキ塗膜との密着性を阻害する不具合が生じてこれも好ましくない。

従って、エポキシ系接着剤によるカラーフィルターと対向ガラスとの接着において、十分な接着強度を得ることと、ブランケット表面にインキ組成物が均一に良好に塗布できることを両立するためには、表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、０．０９％以上かつ、固形分に対する濃度を１．０％未満にすることが好ましい。
この表面エネルギー調整剤としては、フッ素系界面活性剤が好ましい。本発明のカラーフィルター作製用インキ組成物にあっては、このフッ素系界面活性剤の１種または２種以上が用いられる。
この表面エネルギー調整剤の具体的なものとしては、メガファックＦ−４７０、メガファックＦ−４７２、メガファックＦ−４８４、メガファックＴＦ−１１５９、メガファックＴＦ−１３０３（以上、商品名 大日本インキ化学工業（株）製）などが挙げられる。

顔料としては、カラーフィルター用顔料として用いることができる公知のものが挙げられるが、カラーフィルターのブラックマトリックスを形成するために用いられる墨顔料としては、カーボンブラック、チタンブラックなどが挙げられる。
通常、フォトレジスト法では、ブラックマトリックスに必要とされる光遮蔽度（墨の光学濃度で代用：以下、「ＯＤ値」と言う。）をより高いレベルで達成しようとすると、露光工程で充分に光が浸透せず、露光不足、現像不良を発生しやすい。ところが、凸版反転印刷法では露光工程などを経ないため、前述のようなフォトレジスト法における問題も発生しない。よって、高いＯＤ値のブラックマトリックスが得られる。

また、本発明のカラーフィルター作製用インキ組成物でも、カラーフィルターに一般的に用いられるカーボンブラックを使用できるが、チタンブラックあるいはチタンブラックとカーボンブラックを併用することが好ましい。このようにすれば、チタンブラックの顔料特性から良好な顔料分散が得られ、かつ低粘度であるため、インキ組成物中の含有量を高くできることから、ＴＦＴ型液晶表示装置用カラーフィルターに要求されるＯＤ値を薄膜で実現できる。

さらに、顔料の分散性が高いほど、顔料の特性が発揮されやすいため、必要に応じて顔料への表面処理や、分散時に顔料分散剤や界面活性剤などの助剤を加えることができる。したがって、これらの顔料は、単体以外に、顔料を予め分散剤、有機溶剤に分散させた顔料分散体であっても良い。
例えば、顔料分散体としてチタンブラック分散液ＢＴ−１ＣＡ（商品名、三菱マテリアル（株）製、顔料含有率２５質量％、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＡｃ）含有率７２．５質量％）などを適用することができる。

顔料の結着剤として機能する樹脂としては、カラーフィルターに要求される耐熱性、耐熱水性、耐アルカリ性、耐酸性などの物性を満足させるため、熱黄変性の少ない熱硬化性樹脂であって、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂からなる群から選ばれる１つ以上のものが使用される。これらの樹脂の中でも、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂あるいはエポキシ系樹脂のいずれか１つ以上と、メラミン系樹脂あるいはベンゾグアナミン系樹脂のいずれか１つ以上とを組み合わせたものが好ましい。さらに、ポリエステル系樹脂とメラミン系樹脂およびベンゾグアナミン系樹脂の組み合わせ、およびポリエステル系樹脂、およびエポキシ系樹脂を組み合わせたものがより好ましい。

この樹脂としては、熱硬化システムを利用する場合、カラーフィルターの製造に用いられる一般的な熱硬化性樹脂が使用できるが、他の硬化システムを利用する場合は、それぞれに最適な樹脂を選択できる。例えば、ラジカル型紫外線硬化型樹脂やカチオン型紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂なども使用できる。

この樹脂の代表的なものを以下に例示する。
ポリエステル系樹脂としては、「２５Ｘ１８９２：大日本インキ化学工業（株）製」などが挙げられる。
アクリル樹脂としては、「アクリディックＡ−３４５：大日本インキ化学工業（株）製」などが挙げられる。
エポキシ系樹脂としては、「エピクロンＰ−４１５：大日本インキ化学工業（株）製」、「エピクロン８３０：同」、「エピクロン８４０：同」、「エピクロン８６０：同」、「エピクロン１０５０：同」、「エピクロン３０５０：同」、「エピクロン４０５０：同」、「エピクロンＨＰ７２００Ｌ：同」、「エピクロンＨＰ７２００：同」、「エピクロンＮ７４０：同」、「エピクロン６０４：同」、「エピコート８３４ニス（固形分：８０質量％）：同」、「エピコート８２８：ジャパンエポキシレジン（株）製」、「エピコート８３４：同」、「エピコート１００１：同」「エピコート１００４：同」などが挙げられる。

メラミン系樹脂としては、「メランＸ８１：日立化成工業（株）製」、「サイメル２０２：三井サイテック（株）製」、「サイメル２５４：同」、「サイメル３７０：同」、「サイメル３２７：同」、「サイメル３２５：同」、「スーパーベッカミンＬ−１０５−６０：大日本インキ化学工業（株）製」、「スーパーベッカミンＪ−８２０−６０：同」、「ユーバン２０ＳＢ：三井化学（株）製」、「ユーバン２０ＳＥ：同」、「ユーバン２１Ｒ：同」、「ユーバン１２２：同」、「ユーバン２２５：同」などが挙げられる。
ベンゾグアナミン系樹脂としては、「スーパーベッカミン１３−５３５：大日本インキ化学工業（株）製」、「マイコート１０５：三井サイテック（株）製」、「マイコート１０６：同」、「マイコート１１２８：同」などが挙げられる。

エポキシメラミン系樹脂としては、「ＴＣＭ−０１メジューム：大日本インキ化学工業（株）製」などが挙げられる。
ポリエステルメラミン系樹脂としては、「９９Ｘ０２０７：大日本インキ化学工業（株）製」などが挙げられる。
また、顔料を予め分散剤、有機溶剤などに分散させた顔料分散体に含まれる分散剤も樹脂として機能する場合がある。顔料分散剤としては、「アジスパーＰＢ−７１１：味の素ファインテクノ（株）製」、「アジスパーＰＢ−８２１：同」、「ＢＹＫ−２０００：ビックケミージャパン（株）製」、「ＢＹＫ−２００１：同」などが挙げられる。

さらに、このカラーフィルター用インキ組成物中の樹脂の配合量は、２〜１５質量％、好ましくは３〜１０質量％とされるが、これと同時に顔料と樹脂との配合容積比が、固形分比率で、顔料：樹脂で２：５〜１：１、好ましくは、１：２〜２：３とする。この樹脂のインキ組成物中の含有量が１質量％未満では、黒色インク膜が脆くなる。一方、１０質量％を超えると、転写画像の鮮鋭度が低下する。

さらに、このインキ組成物中の顔料と樹脂との配合質量比は、固形分質量比率（顔料／樹脂）で５．０以下が好ましく、４．０以下がより好ましく、１．０〜３．０がさらに好ましい。この配合比率は、ブランケット表面のインキ塗膜に凸版により画像が形成された時点も同じである。
この固形分質量比率（顔料／樹脂）の算出には、顔料分散体に含まれる分散剤を樹脂に含める。

配合する樹脂によっても異なるが、顔料に対して必要以上の樹脂が存在すると、その樹脂のタック性やインキ塗膜の粘弾性が大きいことにより、凸版による画像形成時に、画線がビリついたりするなどシャープな画像が得られず好ましくない。一方、顔料に対して樹脂が不足すると、被印刷基材への転写時に、ブランケット表面からインキ塗膜が完全に転写しないなどの不具合が生じて好ましくない。

本発明のカラーフィルターは、上述のインキ組成物を用い、凸版反転印刷法によって、被印刷基材上に、少なくともブラックマトリックス膜が形成されたものである。

以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。

（実験例１）
表１に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
顔料分散体として、チタンブラック分散液ＢＴ−１ＣＡ（商品名、三菱マテリアル（株）製、顔料含有率２５質量％、ＰＧＭＡｃ含有率７２．５質量％）を用いた。
エポキシ系樹脂Ａとして、エピコート８３４ニス（固形分：８０質量％、大日本インキ化学工業社製）を用いた。
エポキシ系樹脂Ｂとして、エピクロン１０５０−７５Ｘ（固形分：７５質量％、大日本インキ化学工業社製）を用いた。
溶剤として、酢酸イソプロピルを用いた。
この実験例のインキ組成物をダイコータによりブランケットに塗布し、反転印刷により塗板を作成し、シール強度を測定した。
シール強度測定方法は、ガラス基板上に、反転印刷法により作成したインキ塗板にシール剤を塗布し、ガラスキャピラリーを立て、さらに焼成し、その後、動摩擦力計にてＳＰＥＥＤ：１０ｍｍ／ｓｅｃ、ＬＯＡＤ ＣＥＬＬ：１００Ｎの条件下、ガラスキャピラリーを引き倒す方式により測定を行った。なお、リファランスはガラス板にシール剤のみ塗布した場合の強度である。
また、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。塗工性は反転印刷物をナトリウムランプの反射を用いて目視により判断した。
結果を表１に示す。

（実験例２）
実験例１と同様にして、表１に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
表面エネルギー調整剤として、メガファックＴＦ−１３０３（大日本インキ化学工業社製）を用いた。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表１に示す。
また、実験例１と同様にして、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。結果を表１に示す。

（実験例３）
実験例１と同様にして、表１に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
実験例２と同様にして、表１に示す組成比により、表面エネルギー調整剤を用いた。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表１に示す。
また、実験例１と同様にして、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。結果を表１に示す。

（実験例４）
実験例１と同様にして、表１に示す組成比により、インキ組成物を調整した。
実験例２と同様にして、表１に示す組成比により、表面エネルギー調整剤を用いた。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表１に示す。
また、実験例１と同様にして、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。結果を表１に示す。

（実験例５）
実験例１と同様にして、表１に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
実験例２と同様にして、表１に示す組成比により、表面エネルギー調整剤を用いた。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表１に示す。
また、実験例１と同様にして、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。結果を表１に示す。

（実験例６）
表２に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
顔料分散体として、チタンブラック分散液ＢＴ−１ＣＡ（商品名、三菱マテリアル（株）製、顔料含有率２５質量％、ＰＧＭＡｃ含有率７２．５質量％）を用いた。
エポキシ系樹脂Ａとして、エピコート８３４ニス（固形分：８０質量％、大日本インキ化学工業社製）を用いた。
エポキシ系樹脂Ｃとして、エピコート１００１Ｘ７５（固形分：７５質量％、大日本インキ化学工業社製）を用いた。
表面エネルギー調整剤として、メガファックＴＰ−１３０３（大日本インキ化学工業社製）を用いた。
溶剤として、酢酸イソプロピル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いた。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表２に示す。
また、実験例１と同様にして、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。結果を表２に示す。

（実験例７）
実験例６と同様にして、表２に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表２に示す。
また、実験例１と同様にして、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。結果を表２に示す。

（実験例８）
実験例６と同様にして、表２に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表２に示す。
また、実験例１と同様にして、この例のインキ組成物の塗工性を評価した。結果を表２に示す。

（実験例９）
表３に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
顔料分散体として、チタンブラック分散液ＢＴ−１ＣＡ（商品名、三菱マテリアル（株）製、顔料含有率２５質量％、ＰＧＭＡｃ含有率７２．５質量％）を用いた。
エポキシ系樹脂Ａとして、エピコート８３４ニス（固形分：８０質量％、大日本インキ化学工業社製）を用いた。
エポキシ系樹脂Ｃとして、エピコート１００１Ｘ７５（固形分：７５質量％、大日本インキ化学工業社製）を用いた。
表面エネルギー調整剤として、メガファックＴＰ−１３０３（大日本インキ化学工業社製）を用いた。
溶剤として、酢酸イソプロピルを用いた。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表３に示す。

（実験例１０）
実験例９と同様にして、表３に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表３に示す。

（実験例１１）
実験例９と同様にして、表３に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表３に示す。

（実験例１２）
実験例９と同様にして、表３に示す組成比により、インキ組成物を調製した。
実験例１と同様にして、この例のインキ組成物のシール強度を測定した。結果を表３に示す。

表１〜３の結果から、インキ組成物の固形分に対する添加剤（エネルギー調整剤）の量が１．０質量％未満であれば、シール強度はリファレンスに対する相対強度で７６〜１０２の範囲になることが確認された。
また、インキ組成物中の添加剤（エネルギー調整剤）の量が０．０３以上であれば、塗工性に優れることが確認された。

本発明のカラーフィルター作製用インキ組成物は、カラーフィルターと対向ガラスとの接着において、十分な接着強度が得られるため、液晶表示装置に用いられるカラーフィルターに有用に用いられる。

本発明における凸版反転印刷法の一例を模式的に示す概略構成図である。

Claims (5)

1. ブランケット表面に形成された均一なインキ塗膜を凸版にて画像化し、これを被印刷基材に転写する凸版反転印刷法によりカラーフィルターのブラックマトリックス膜を作製するためのインキ組成物であって、
   顔料、樹脂および表面エネルギー調整剤を含み、
   前記表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、インキ組成物の固形分に対して１．０質量％未満としたことを特徴とするカラーフィルター作製用インキ組成物。
2. 前記表面エネルギー調整剤のインキ組成物中の濃度を、０．０３質量％以上と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ー作製用インキ組成物。
3. 前記表面エネルギー調整剤は、フッ素系界面活性剤であることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルター作製用インキ組成物。
4. 前記顔料対前記樹脂の固形分質量の比率（顔料／樹脂）が、３．０以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカラーフィルター作製用インキ組成物。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のカラーフィルター作製用インキ組成物を用い、凸版反転印刷法によって得られたことを特徴とするカラーフィルター。
   

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