JP2010008534A

JP2010008534A - オーバーコート層の製造方法及びカラーフィルタ基板

Info

Publication number: JP2010008534A
Application number: JP2008165453A
Authority: JP
Inventors: Kan Yoshida; 完吉田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】着色層上に紫外線硬化性樹脂組成物から成るオーバーコート層が設けられたカラーフィルタ基板において、着色層とオーバーコート層との密着力が強く、剥離が起こりにくいオーバーコート層の形成方法及び該オーバーコート層を備えたカラーフィルタ基板を提供すること。
【解決手段】少なくとも、基板上に形成された着色層上に紫外線硬化性透明樹脂組成物をオーバーコート層として塗布する工程、及び波長３５０ｎｍ以下の紫外線をカットするUVカットフィルターを介して該オーバーコート層を紫外線露光する露光工程、とを有することを特徴とするオーバーコート層の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタを保護するためのオーバーコート層の製造方法及びカラーフィルタ基板に関する。

近年、パーソナルコンピュータの発達、特に携帯用パーソナルコンピュータの発達に伴い、液晶ディスプレイ、とりわけカラー液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にあり、現在まで、様々なカラーフィルタが考案されている。

一般的に、液晶表示素子用のカラーフィルタ基板は、ブラックマトリクスを設けたガラス基板上に赤・青・緑の３原色からなる着色層を形成した後、該着色層上にオーバーコート層を形成し、さらにその上に液晶表示素子の電極となる透明導電膜を積層して提供される。

上記オーバーコート層は、熱硬化性または光硬化性樹脂組成物を用いて形成されている。これらオーバーコート層には下地カラーレジスト層との密着性が高いこと、平滑で強靭であること、透明性を有すること、耐熱性および耐光性が高く、長期間にわたって黄変、白化等の変質を起こさないこと、耐水性、耐溶剤性、耐酸性および耐アルカリ性に優れていることが求められる。

近年、液晶表示装置として高い信頼性を確保するため、カラーフィルタ部分だけにオーバーコート層をパターン形成し、液晶パネル外周部のオーバーコート層を除去する要求が高まっている。オーバーコート層が存在すると２枚のガラス基板を接着するための接着性が低下するからである。それゆえ、現像可能でかつ、光硬化性のオーバーコート材料に対する期待が大きい。現像可能で、かつ、光の波長３１０〜３７０nm領域に吸収極大をもつオーバーコート層材料は、例えば特許文献１に開示されている。ところが、一般的に光硬化性オーバーコート材料は、熱硬化性オーバーコート材料に比べ、着色層との界面の密着力が弱く、オーバーコート層が剥離しやすいという問題があった。
特開２００８−５２２５１号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、着色層上に紫外線硬化性樹脂組成物から成るオーバーコート層が設けられたカラーフィルタ基板において、着色層とオーバーコート層との密着力が強く、剥離が起こりにくいオーバーコート層の形成方法及びそのようなオーバーコート層を備えたカラーフィルタ基板を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、請求項１に記載の発明は、少なくとも、基板上に形成された着色層上に紫外線硬化性透明樹脂組成物をオーバーコート層として塗布する工程、及び波長３５０ｎｍ以下の紫外線をカットするUVカットフィルターを介して該オーバーコート層を紫外線露光する露光工程、とを有することを特徴とするオーバーコート層の製造方法である。

波長が３５０ｎｍ以下の紫外線を照射しないと、紫外線硬化性透明樹脂の硬化反応が穏やかに樹脂層全体で均一に進行するため、樹脂硬化物が均一となり歪が蓄積することがない。

請求項２に記載の発明は、前記紫外線硬化性透明樹脂組成物がアクリルモノマを含有することを特徴とする請求項１に記載のオーバーコート層の製造方法である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の製造方法により製造されたオーバーコート層を備えたことを特徴とするカラーフィルタ基板である。

本発明によれば、３５０ｎｍより波長の短い紫外線をカットするという極めて簡便な手段により、下地の着色層と密着性の高いオーバーコート層を形成できる。この結果、オーバーコート層にシワ、クラック、浮き剥がれ等が生じにくくなるため、後加工時に耐薬品性・耐久性のある信頼性の高いカラーフィルタ基板とすることができる。

以下に、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
本発明が係わるカラーフィルタ用基板としては、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどの透明基板が用いられる。通常、この基板上にカラーフィルタ形成に先立って、コントラスト向上の目的で、クロムなどから成る無機系ブラックマトリックスや黒色顔料が分散された樹脂などからなる有機系ブラックマトリックスなどが形成される。

次にカラーレジスト材料を用いて複数回のフォトリソグラフィーの手法にて、複数の着色層を形成する。着色層としては染色膜、顔料分散膜などがあるが、耐熱性、耐光性などの点から顔料分散膜が好適に用いられる。

フォトリソグラフィー法により作製された着色層上に、アルカリ可溶性などの現像性を付与した紫外線硬化性の透明樹脂層を塗布した後、紫外線を照射することにより紫外線硬化性透明樹脂層を硬化させ、オーバーコート層を形成する。

本発明の眼目は、波長３５０ｎｍ以下をカットした紫外線にて紫外線硬化性透明樹脂層を露光することで、着色層との密着性が良好なオーバーコート層を製造することができる。

３５０ｎｍ以下の短波長紫外線をカットせずに紫外線硬化性樹脂を硬化させた場合は、波長３５０ｎｍ以上の紫外線のみで硬化させた場合に比べ、単位時間あたりに照射されるエネルギーが大きいため、より短時間で硬化が進み、下地基材との間に歪みが発生しやすいと考えられる。

さらに、オーバーコート層を構成する樹脂組成物の短波長領域における光の透過率は小さいため、紫外線照射により硬化が進行する過程において、短波長紫外線は紫外線硬化性樹脂層内部に侵入しにくく表面に近い部分ほど硬化が進むため、短波長紫外線を照射しない場合と比較してオーバーコート層内部の硬化に偏りが生じ、より歪み（ストレス）が発生しやすいと考えられる。

そこで、波長３５０ｎｍ以下の紫外線をフィルターなどで除き、ｇ線(波長４３６ｎｍ)、ｉ線(波長３６５ｎｍ)のみを露光に使用することにより、硬化がオーバーコート層全体で徐々に進行するようにすると、オーバーコート層に蓄積される歪みが小さくなり、オーバーコート層のストレスがを少なくなる結果、着色層との密着性低下を抑止することが可能となる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

＜密着評価例１＞
ガラス基板上にアクリル樹脂と顔料を混錬して成る赤色顔料分散レジストを、スピンコートにより仕上がり膜厚が２．２μｍになるように塗布した。減圧乾燥後、高圧水銀灯を光源とする光を１００mＪ/cm²照射し、アルカリ現像液にて４５秒間現像処理を行い、その後２３０℃６０分焼成した。

続けて、アクリルモノマを含有する紫外線硬化性透明樹脂から構成されるオーバーコート材料（ＪＳＲ社製商品名ＮＮ９０１）を上述の赤色層上に仕上がり膜厚が１．５μｍになるようにスピンコートし、減圧乾燥後、９０℃９０秒加熱した。その後、高圧水銀灯を光源とする光を２００mＪ/cm²照射した。このとき、高圧水銀灯とオーバーコート層の間にＵＶ３５ガラスフィルター（東芝ガラス製）を設置し、オーバーコート層には波長３５０ｎｍ以下の紫外線が照射されないようにした。

その後、アルカリ現像液にて３０秒間現像処理を行った後、２３０℃４０分焼成した。

上記のようにして得られた赤色層/オーバーコート層積層体について、クロスカットピール試験法によりオーバーコート層の密着性評価を行った。評価はオーバーコート層表面に、クロスカットガイド（コーテック社製 CCJ-1）とカッターナイフを用いて、下地赤色層に達する1辺1mmの碁盤目状切り傷（１００格子）を形成し、当該碁盤目切り傷上に粘着テープ（ニチバン社製商品名：セロテープ（登録商標）No.405）を貼り、瞬間的にテープを剥離した後のマス目の剥がれた状況を観察することにより行った。このような評価を行ったところ、上記赤色層/オーバーコート層積層体において、マス目の剥離は発生しなかった。また、試験箇所を顕微鏡にて観察したところ、図１に示すように、カッター切り口での微小な剥がれも発生しておらず、オーバーコート層は良好な密着性を有していた。

＜密着評価例２＞
ガラス基板上にアクリル樹脂と顔料を混錬して成る緑色顔料分散レジストをスピンコートにより仕上がり膜厚が２．２μｍになるように塗布した。減圧乾燥後、高圧水銀灯を光源とする光を１００mＪ/cm²照射し、アルカリ現像液にて４５秒間現像処理を行い、その後２３０℃４０分焼成した。

続けて、＜密着評価例１＞と同じように、アクリルモノマを含有する紫外線硬化性透明樹脂から構成されるオーバーコート材料を上述の緑色層上に塗布後、乾燥、硬化、現像、焼成させた。

上記のようにして得られた緑色層/オーバーコート層積層体について、密着評価例１と同様にクロスカットピール試験法によりオーバーコート層の密着性評価を行ったところ、マス目の剥離は発生しなかった。また、試験箇所を顕微鏡にて観察したところ、図１に示すように、カッター切り口での微小な剥がれも発生しておらず、オーバーコート層は良好な密着性を有していた。

＜密着評価例３＞
ガラス基板上にアクリル樹脂と顔料を混錬して成る青色顔料分散レジストをスピンコートにより仕上がり膜厚が２．２μｍになるように塗布した。減圧乾燥後、高圧水銀灯を光源とする光を１００mＪ/cm²照射し、アルカリ現像液にて４５秒間現像処理を行い、その後２３０℃２０分焼成した。

続けて、＜密着評価例１＞、＜密着評価例２＞と同じように、アクリルモノマを含有する紫外線硬化性透明樹脂から構成されるオーバーコート材料を上述の青色層上に塗布後、乾燥、硬化、現像、焼成させた。

上記のようにして得られた青色層/オーバーコート層積層体について、密着評価例１と同様のクロスカットピール試験法によりオーバーコート層の密着性評価を行ったところ、マス目の剥離は発生しなかった。また、試験箇所を顕微鏡にて観察したところ、図１に示すように、カッター切り口での微小な剥がれも発生しておらず、オーバーコート層は良好な密着性を有していた。

＜実施例＞
＜密着評価例１＞〜＜密着評価例３＞で用いたものと同じ各色顔料分散レジストを用いてカラーフィルタを作成した。

まず、ガラス基板上に赤色顔料分散レジストをスピンコートにより仕上がり膜厚が２．２μｍとなるように塗布した。減圧乾燥の後、着色層形成用のドット状フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を１００mＪ/cm²照射し、アルカリ現像液にて４５秒間現像して、ドット形状の赤色画素を得た。その後、２３０℃２０分焼成した。

次ぎに、緑色顔料分散レジストも同様にスピンコートにより仕上がり膜厚が２．２μｍになるように塗布した。減圧乾燥後、前述の赤色画素と隣接した位置にパターンが形成されるようにフォトマスクを通して露光、現像することで、緑色画素を得た。その後２３０℃４０分焼成した。さらに、赤色、緑色と同様にして、青色顔料分散レジストについても仕上がり膜厚が２．２μｍで赤色、緑色画素と隣接した青色画素を得た。その後、２３０℃２０分焼成した。このようにして、ガラス基板上に赤、緑、青３色のドット状の着色画素で構成される着色層が得られた。

続けて、アクリルモノマを含有する紫外線硬化性透明樹脂から構成されるオーバーコート材料を上述の赤色層上に仕上がり膜厚が１．５μｍになるようにスピンコートし、減圧乾燥後、９０℃９０秒加熱した。その後、表示部以外に塗布されたオーバーコート層を除くために、フォトマスクを通して高圧水銀灯を光源とする光を２００mＪ/cm²照射した。このとき、高圧水銀灯とフォトマスクの間にUV35ガラスフィルター（東芝ガラス製）を介し、オーバーコート層には波長３５０ｎｍ以下の紫外線が照射されないようにした。

上記のようにして得られたオーバーコート付きカラーフィルタについて、実施例１と同様のクロスカットピール試験法により、赤、緑、青3色がパタニングされた表示部上のオーバーコート層の密着性評価を行ったところ、マス目の剥離は発生しなかった。また、試験箇所を顕微鏡にて観察したところ、図２に示すように、カッター切り口での微小な剥がれも発生しておらず、オーバーコート層は良好な密着性を有していた。

＜比較評価例１＞
ガラス基板上に実施例１と同じ組成から成る赤色顔料分散レジストを形成した後、実施例１と同様にしてオーバーコート材料を塗布、乾燥後、ＵＶ３５ガラスフィルターを用いずに、高圧水銀灯の光を直接オーバーコート層表面に照射した。このとき、密着評価例１と等しい光量の紫外線がオーバーコート層に照射されるように、照射量は１００mＪ/cm²とした。その後、密着評価例１と同様に現像、焼成処理を行った。

上記のようにして得られた赤色層/オーバーコート層積層体について、実施例１と同様
のクロスカットピール試験法によりオーバーコート層の密着性評価を行ったところ、マス目の剥離は発生しなかったが、試験箇所を顕微鏡にて観察したところ、図３に示すように、カッター切り口部分でオーバーコート層の剥離が発生していた。

＜比較評価例２＞
ガラス基板上に実施例２と同じ組成から成る緑色顔料分散レジストを形成した後、実施例２と同様にしてオーバーコート材料を塗布、乾燥後、ＵＶ３５ガラスフィルターを用いずに、高圧水銀灯の光を直接オーバーコート層表面に照射した。このとき、密着評価例２と等しい光量の紫外線がオーバーコート層に照射されるように、照射量は１００mＪ/cm²とした。その後、密着評価例２と同様に現像、焼成処理を行った。

上記のようにして得られた緑色層/オーバーコート層積層体について、実施例１と同様のクロスカットピール試験法によりオーバーコート層の密着性評価を行ったところ、マス目の剥離は発生しなかったが、試験箇所を顕微鏡にて観察したところ、図３に示すように、カッター切り口部分でオーバーコート層の剥離が発生していた。

＜比較評価例３＞
ガラス基板上に実施例３と同じ組成から成る青色顔料分散レジストを形成した後、実施例３と同様にしてオーバーコート材料を塗布、乾燥後、ＵＶ３５ガラスフィルターを用いずに、高圧水銀灯の光を直接オーバーコート層表面に照射した。このとき、密着評価例３と等しい光量の紫外線がオーバーコート層に照射されるように、照射量は１００mＪ/cm²とした。その後、密着評価例３と同様に現像、焼成処理を行った。

上記のようにして得られた青色層/オーバーコート層積層体について、実施例１と同様のクロスカットピール試験法によりオーバーコート層の密着性評価を行ったところ、テープ剥離をした箇所全体でオーバーコート層が剥離した。

＜比較例＞
ガラス基板上に実施例と同じ組成から成る赤、緑、青３色のト゛ット状の着色画素で構成される着色層を形成した後、実施例と同様にしてオーバーコート材料を塗布、乾燥後、ＵＶ３５ガラスフィルターを用いずに、高圧水銀灯の光をフォトマスクのみを介してオーバーコート層表面に照射した。このとき、実施例と等しい光量の紫外線がオーバーコート層に照射されるように、照射量は１００mＪ/cm²とした。その後、実施例と同様に現像、焼成処理を行った。

上記のようにして得られたオーバーコート付きカラーフィルタについて、実施例と同様のクロスカットピール試験法により、赤、緑、青3色がパタニングされた表示部上のオーバーコート層の密着性評価を行ったところ、マス目の剥離は発生しなかったが、図４に示すように、カッター切り口に接している部分の画素上でのオーバーコート層の剥離が発生した。

密着評価例、実施例、及び比較評価例、比較例の結果を表１にまとめて示す。表１より、オーバーコート露光の際、波長３５０ｎｍ以下の光を照射しないと、オーバーコート層の密着性が向上していることは明らかである。

密着評価例１〜３に係るオーバーコート層密着性評価後の評価箇所拡大模式図。実施例に係るオーバーコート層密着性評価後の評価箇所拡大模式図。比較評価例１〜３に係るオーバーコート層密着性評価後の評価箇所拡大模式図。比較例に係るオーバーコート層密着性評価後の評価箇所拡大模式図。

符号の説明

１・・・カッター切り傷
２・・・着色層/オーバーコート層積層体のオーバーコート表面
３・・・オーバーコート層が剥離し、着色層の一部が露出した部分
４・・・着色層（画素）/オーバーコート層積層体のオーバーコート表面
５・・・オーバーコート層が剥離し、着色層（画素）の一部が露出した部分

Claims

少なくとも、基板上に形成された着色層上に紫外線硬化性透明樹脂組成物をオーバーコート層として塗布する工程、及び波長３５０ｎｍ以下の紫外線をカットするUVカットフィルターを介して該オーバーコート層を紫外線露光する露光工程、とを有することを特徴とするオーバーコート層の製造方法。
前記紫外線硬化性透明樹脂組成物がアクリルモノマを含有することを特徴とする請求項１に記載のオーバーコート層の製造方法。
請求項１又は請求項２に記載の製造方法により製造されたオーバーコート層を備えたことを特徴とするカラーフィルタ基板。