JP2013164457A - 遮光層形成用樹脂組成物、遮光層形成用樹脂組成物から構成される遮光層を備えたカラーフィルタおよびカラーフィルタを備えた表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カラーフィルタ10は、基板11と、所定の間隙を空けて第1方向に沿って並ぶよう基板11上に設けられた複数の着色層20,30,40と、各着色層20,30,40間の間隙に設けられたBM層50と、を備えている。BM層50を構成する遮光層形成用樹脂組成物は、黒色組成物および分散剤を含む黒色組成物分散体と、熱硬化性を有するバインダーとを有している。ここで、黒色組成物の含有比率は、遮光層形成用樹脂組成物の固形分100重量部当り30〜75重量部の範囲内となっている。また、バインダーの含有比率は、遮光層形成用樹脂組成物の固形分100重量部当り25〜70重量部の範囲内となっている。
【選択図】図4
Description
図1に示すように、表示装置60は、カラーフィルタ10と、カラーフィルタ10に対向するよう配置され、カラーフィルタ10へ向けて光を出射する表示部18と、を備えている。
次に図2を参照して、カラーフィルタ10について詳細に説明する。図2は、カラーフィルタ10を図1の矢印II方向から見た場合を示す平面図である。なお説明の都合上、図2およびそれ以降の図において、カラーフィルタ10のオーバーコート膜12は省略されている。
はじめに、カラーフィルタ10の基板11について説明する。基板11としては、各着色層20,30,40およびBM層50を適切に支持することができ、かつ透明性を有する様々な材料が用いられ、例えばガラスやポリマーなどが用いられる。
次に、カラーフィルタ10の各着色層20,30,40について説明する。各着色層20,30,40の具体的なパターンは特には限定されないが、本実施の形態においては、各着色層20,30,40がストライプ状に形成されている形態について説明する。この場合、図2に示すように、各着色層20,30,40は、所定の間隙s1を空けてx方向に沿って並ぶよう基板11に設けられている。図2に示すように、各着色層20,30,40間の間隙s1は、x方向に直交するy方向に延びている。
次に、各着色層20,30,40を構成する第1着色層用材料(以下、第1材料)、第2着色層用材料(以下、第2材料)、第3着色層用材料(以下、第3材料)について説明する。各第1〜第3材料は、各色の顔料や染料および分散剤を含む顔料分散体、光開始剤、ポリマーやモノマーを含むバインダー成分、および界面活性剤などを含んでいる。このうち光開始剤は、光を照射されることによりラジカル成分を発生するものである。またバインダー成分には、光開始剤によって発生されたラジカルにより重合反応を起こして硬化する成分と、その後の現像により未露光部が溶解可能となる成分とが少なくとも含まれている。
次に、カラーフィルタ10のBM層50について説明する。BM層50は、表示部18からの光を遮蔽するよう構成されたものである。本実施の形態において、BM層50は、図2に示すように、一の着色層とその他の着色層との間の間隙s1に設けられている。具体的には、BM層50は、第1着色層20と第2着色層30との間の間隙s1、第2着色層30と第3着色層40との間の間隙s1、および第3着色層40と第1着色層20との間の間隙s1に設けられている。後述するように、BM層50は、はじめに各着色層20,30,40間の間隙s1に、固形分としての遮光層形成用樹脂組成物と溶剤とを混合することにより得られる遮光層用塗工液(以下、BM塗工液と表記する)を塗布し、その後にBM塗工液を硬化させることによって形成される層である。
次に、BM層50を構成する遮光層形成用樹脂組成物について説明する。遮光層形成用樹脂組成物は、黒色組成物、黒色組成物を均一に分散させるための分散剤、および、熱硬化性を有するバインダーなどを含んでいる。このうち黒色組成物および分散剤により、黒色組成物分散体が構成されている。なお本実施の形態において、「黒色組成物」とは、BM層50を黒色に着色するために用いられる様々な成分、例えば黒色の顔料や黒色の染料などを含む概念となっている。
黒色組成物としては、BM層50に所望の遮光性を付与することができるもののであれば特に限定されるものではない。このような黒色組成物として、例えば、直径3〜500nm程度の炭素の微粒子、いわゆるカーボンブラックや、金属酸化物や金属窒化物または金属炭化物の微粒子などの黒色顔料を挙げることができる。金属酸化物または金属窒化物としては、例えば、酸化チタン、酸窒化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭化チタンなどを挙げることができる。また赤色顔料、緑色顔料、青色顔料、黄色顔料、シアン色顔料やマゼンタ色顔料などの着色顔料をなどの着色顔料を複数混合して黒色としたものを用いてもよい。さらに黒色染料や赤色染料、緑色染料、青色染料を単体若しくは混合して黒色としたものを用いてもよい。
分散剤としては、上記黒色組成物を均一に分散することができるものであれば良く、公知の分散剤を使用することができる。例えば、変性ポリウレタン、変性ポリアクリレート、変性ポリエステル、変性ポリアミド等の高分子分散剤、リン酸エステル、アルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等の界面活性剤や顔料誘導体を挙げることができる。本発明においては、これらの中でも、高分子分散剤が好ましく用いられる。具体的な商品名としては、Ciba EFKA−4046、Ciba EFKA−4047、Ciba EFKA−4300、Ciba EFKA−4330、Ciba EFKA−4340(以上、チバスペシャルティケミカルズ社製)、Disperbyk111、Disperbyk161、Disperbyk165、Disperbyk182、Disperbyk2000、Disperbyk2001(以上、ビックケミー社製)、SOLSPERSE24000、SOLSPERSE27000、SOLSPERSE28000(以上、ルーブリゾール社製)、アジスパーPB821、アジスパーPB822(味の素ファインテクノ(株)製)等を挙げることができる。
熱硬化性を有するバインダーとしては、加熱されることにより重合反応を起こして硬化する成分を含むものであれば良く、公知の熱硬化性のバインダーを用いることができる。例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ヒドロキシエチルセルロース樹脂、カルボキシメチルセルロース樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂等を挙げることができる。
次に、本実施の形態によるBM層50において実現される光学濃度について説明する。上述のように本実施の形態においては、遮光層形成用樹脂組成物中の黒色組成物の含有比率が従来の遮光層形成用樹脂組成物に比べて大きくなっている。この結果、本実施の形態によれば、BM層50の光学濃度(Optical Density)を、従来のBM層の光学濃度に比べて高くすることができる。例えば、乾燥膜厚1.0μmのBM層50における光学濃度を2.5〜4.5の範囲内にすることができる。これによって、従来と同等の厚みからなるBM層50によって、従来よりも高い光学濃度を実現することができる。若しくは、従来よりも小さい厚みからなるBM層50によって、従来と同等の光学濃度を実現することができる。なお「乾燥膜厚」とは、BM層50が、固形分である遮光層形成用樹脂組成物からなる場合の、BM層50の厚みのことである。すなわち、BM層50は、後述するように遮光層形成用樹脂組成物と溶媒とを混合することにより得られるBM塗工液を基板11上に塗布し、その後、BM塗工液から溶媒を除去することにより形成されるが、「乾燥膜厚」とは、溶媒が除去された後のBM層50の厚みのことである。
なお光学濃度をDとし、BM層50における透過率をTとするとき、光学濃度Dは以下の関係式により算出される。
次に、各着色層20,30,40およびBM層50の寸法に基づいて、カラーフィルタ10における開口率について説明する。なお、以下に説明する例においては、各着色層20,30,40の形状が互いに等しくなっている場合について説明する。しかしながら、これに限られることはなく、カラーフィルタ10に求められる特性などに応じて各着色層20,30,40の形状が各々異なっていてもよい。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、図4乃至図6を参照して、カラーフィルタ10の製造方法について説明する。
以下、各着色層形成工程およびBM層形成工程について詳細に説明する。はじめに図5(a)〜(c)を参照して、第1着色層形成工程について詳細に説明する。
まず、図5(a)に示すように、上述の第1材料と溶剤とを混合することにより得られる第1着色層用塗工液(以下、第1塗工液)21を基板11上に塗布する。第1塗工液21を基板11上に塗布する方法が特に限られることはなく、スピンコート法、インクジェット法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法などを適宜用いることができる。その後、第1塗工液21中の溶剤を除去することにより、基板11上に第1材料22が得られる。
次に、図5(b)に示すように、開口部26および遮光部27を有する第1露光マスク25を介して、第1材料22に対して露光光を照射する。この場合、第1露光マスク25の開口部26は、第1着色層20のパターンに対応するよう、上述のピッチp1でx方向に沿って並ぶよう配置されている。露光処理の結果、第1材料22のうち露光光が照射された部分が硬化する。なお、露光光として用いられる光が特に限られることはなく、第1材料22の感光特性に応じて様々な光が適宜用いられ得る。
その後、現像処理を実施し、これによって、第1材料22のうち露光光が照射されなかった部分を現像液中に溶解させる。これによって、図5(c)に示すように、所定のピッチp1でx方向に沿って並ぶ複数の第1着色層20が基板11に形成される。
図5(d)〜(f)に示す第2着色層形成工程は、塗工液として、上述の第2材料と溶剤とを混合することにより得られる第2着色層用塗工液(第1塗工液)31が用いられる点、および、第1着色層20と第2着色層30との間に所定の間隙s1が形成されるよう第2露光マスク35の開口部36が配置されている点が異なるのみであり、その他の点は、上述の図5(a)〜(c)に示す第1着色層形成工程と略同一である。従って、第2着色層形成工程に関する詳細な説明は省略する。
また図5(g)〜(i)に示す第3着色層形成工程は、塗工液として、上述の第3材料と溶剤とを混合することにより得られる第3着色層用塗工液(第3塗工液)41が用いられる点、および、第2着色層30と第3着色層40との間に所定の間隙s1が形成されるよう第3露光マスク45の開口部46が配置されている点が異なるのみであり、その他の点は、上述の図5(a)〜(c)に示す第1着色層形成工程と略同一である。従って、第3着色層形成工程に関する詳細な説明は省略する。
次に図6(a)〜(e)を参照して、BM層形成工程について詳細に説明する。
はじめに、基板11上に残っている残渣62を取り除くための処理を実施する。ここでは、酸素を含むガスを導入ガスとして用いた酸素プラズマLoを発生させ、この酸素プラズマLoを、図6(b)に示すように各着色層20,30,40間の間隙において基板11上に照射する。これによって、基板11上に残っている残渣62がCO2やH2Oに分解されて除去される。
次に、各着色層20,30,40の露出側の表面20b,30b,40bを撥液化するための撥液処理を実施する。ここでは、フッ素もしくはフッ素化合物を含むガスを導入ガスとして用いたフッ化プラズマLfを発生させ、このフッ化プラズマLfを、図6(c)に示すように基板11上の各着色層20,30,40の表面20b,30b,40bに照射する。これによって、各着色層20,30,40の表面20b,30b,40bにフッ素基を導入することができる。具体的には、各着色層20,30,40を構成する第1〜第3材料の分子の一部をフッ素基に置換することができる。このことにより、各着色層20,30,40の表面20b,30b,40bを撥液化することができる。
次に、図6(d)に示すように、各着色層20,30,40間の間隙にBM塗工液51を塗布する。BM塗工液51としては、上述の遮光層形成用樹脂組成物と適切な溶剤とを混合することにより得られる塗工液が用いられる。
次にBM塗工液51に対して焼成処理を施す。これによって、図6(e)に示すように、各着色層20,30,40間の間隙にBM層50が形成される。
上述の製造方法により得られたカラーフィルタ10の特徴について説明する。
はじめに、BM層50の遮光性について説明する。上述のように、BM層50は、フォトリソグラフィー法によるパターニングを実施することなく形成される。従って、BM層50を構成する遮光層形成用樹脂組成物に、光が照射されることによりラジカルを発生させる光開始剤や、現像によって溶解する成分などが含まれる必要がない。このため本実施の形態によれば、従来の遮光層形成用樹脂組成物に比べて、光開始剤や現像により溶解する成分を不要とした分だけ遮光層形成用樹脂組成物中の黒色組成物の含有比率を大きくすることができる。これによって、遮光層形成用樹脂組成物自体の遮光性を、従来の遮光層形成用樹脂組成物に比べて向上させることができる。加えて、光開始剤を不要とすることにより、遮光層形成用樹脂組成物のコストを低減することができる。
次に、各着色層20,30,40におけるフッ素濃度について説明する。上述のように、各着色層20,30,40の露出側の表面20b,30b,40bにはフッ化プラズマ処理が施されている。このため、各着色層20,30,40において、露出側の表面20b,30b,40bにおけるフッ素濃度は、露出側の表面20b,30b,40bよりも内側にある部分、すなわち基板11側にある部分におけるフッ素濃度よりも高くなっている。このようなフッ素濃度の差は、例えば上述のX線光電子分光分析装置を用いて各着色層20,30,40におけるフッ素濃度を測定することにより確認され得る。
次に、本実施の形態によるカラーフィルタの製造方法の効果について説明する。
はじめに、BM層50の幅に関する効果について説明する。上述のように、BM層50は、既に形成されている各着色層20,30,40間の間隙に形成される。この場合、BM層50の幅は、各着色層20,30,40間の間隙の寸法によって定められることになる。このため、各着色層20,30,40間の間隙を精度良く定めることにより、所望の幅を有するBM層50を形成することができる。
次に、カラーフィルタ10の製造工程が簡略になるという効果について説明する。上述のように、本実施の形態によれば、BM層50は、各着色層20,30,40間の間隙にBM塗工液51を塗布し、その後、BM塗工液51を乾燥させることにより形成される。すなわち、露光処理および現像処理を実施することなくBM層50を形成することができる。このため、BM層50を形成するための露光機および現像機を準備する必要がなく、このことにより、カラーフィルタ10の製造設備のコストを低減することができる。また、露光のための露光マスクを不要にすることができる。このことにより、製造コストを低減することができ、また、BM層50のパターンの変更に柔軟に対応することが可能となる。
次に、図7および図8を参照して、本実施の形態の効果を比較の形態と比較して説明する。
次に、上述の比較の形態により得られるBM層150について説明する。なおBM層150用の材料は、フォトリソグラフィー法によるパターニングを可能とするため、光開始剤を含んでいる。図8は、比較の形態において、基板11上に形成されるBM層150を示す開縦断面図である。
これに対して本実施の形態によれば、比較の形態に比べて、光開始剤を不要とした分だけ遮光層形成用樹脂組成物中の黒色組成物の含有比率を大きくすることができる。これによって、比較の形態に比べて、遮光層形成用樹脂組成物自体の遮光性を向上させることができる。
これに対して本実施の形態によれば、上述のように、遮光層形成用樹脂組成物自体の遮光性が高くなっている。このため、従来よりも小さい厚みh1(図3参照)からなるBM層50によって、従来と同等の遮光性や光学濃度を実現することができる。
なお本実施の形態において、各着色層20,30,40間の間隙にBM塗工液51が塗布される前に、フッ化プラズマ処理により各着色層20,30,40の表面が撥液化される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、BM塗工液51の塗布方法に応じて、各着色層20,30,40の表面の撥液化が適宜省略されてもよい。例えば、各着色層20,30,40間の間隙の幅よりも小さな直径で液滴を吐出することができるノズルを有するインクジェットヘッドが用いられる場合、各着色層20,30,40の表面を撥液化することなく、各着色層20,30,40間の間隙に精度良くBM塗工液51を塗布することができる。
11 基板
12 オーバーコート膜
13 フォトスペーサー
15 TFT基板
17 液晶
18 表示部
20 第1着色層
20b 露出側の表面
21 第1着色層用塗工液(第1塗工液)
22 第1着色層用材料(第1材料)
25 第1着色層用露光マスク(第1露光マスク)
26 開口部
27 遮光部
30 第2着色層
30b 露出側の表面
31 第2着色層用塗工液(第2塗工液)
32 第2着色層用材料(第2材料)
35 第2着色層用露光マスク(第2露光マスク)
36 開口部
37 遮光部
40 第3着色層
40b 露出側の表面
41 第3着色層用塗工液(第3塗工液)
42 第3着色層用材料(第3材料)
45 第3着色層用露光マスク(第3露光マスク)
46 開口部
47 遮光部
50 遮光層(BM層)
51 遮光層用塗工液(BM塗工液)
60 表示装置
62 残渣
Claims (6)
- 基板を準備する工程と、
前記基板上に、所定の間隙を空けて所定の位置に複数の着色層を形成する着色層形成工程と、
各着色層の表面を撥液化する撥液処理工程と、
各着色層間の前記間隙に遮蔽層形成用樹脂組成物を含む塗工液を塗布する塗布工程と、
前記塗工液を乾燥させ、これによって各着色層間に遮光層を形成する工程と、を備えるカラーフィルタの製造方法に使用される遮蔽層形成用樹脂組成物であって、
前記遮蔽層形成用樹脂組成物は、黒色組成物および分散剤を含む黒色組成物分散体と、熱硬化性を有するバインダーとを有し、
前記黒色顔料の含有比率は、遮蔽層形成用樹脂組成物の固形分100重量部当り30〜75重量部の範囲内となっており、
前記バインダーの含有比率は、遮蔽層形成用樹脂組成物の固形分100重量部当り25〜70重量部の範囲内となっていることを特徴とする遮光層形成用樹脂組成物。 - 前記黒色組成物は、カーボンブラック、チタンブラック、赤色顔料、緑色顔料、青色顔料、黄色顔料、シアン色顔料またはマゼンタ色顔料の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の遮光層形成用樹脂組成物。
- 前記遮光層形成用樹脂組成物は、乾燥後における前記遮光層形成用樹脂組成物の光学濃度が膜厚1.0μmあたり2.5〜4.5の範囲内になるよう設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の遮光層形成用樹脂組成物。
- 前記塗布工程は、インクジェット法を用いて前記塗工液を塗布する工程を含み、
前記塗工液は、その粘度が5〜25mPa・sの範囲内になるよう設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の遮光層形成用樹脂組成物。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の前記遮光層形成用樹脂組成物から構成される遮光層を備えたことを特徴とするカラーフィルタ。
- カラーフィルタと、
前記カラーフィルタに対向するよう配置され、前記カラーフィルタへ向けて光を出射する表示部と、を備え、
前記カラーフィルタは、請求項5に記載のカラーフィルタからなることを特徴とする表示装置。
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