JP3941261B2 - Image recording method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光照射を利用して簡便にしかも高解像度の画像を形成しうる単色及び多色の画像記録方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
オフィス用画像記録技術には、液体の画像形成材料を用いているものも多数存在する。例えば、銀塩技術・インクジェット技術・電子写真技術などである。
なかでも、絶縁性液体中に色材を分散させ電気2重層を発生させた電着液を用いた特許(特開平7−181750号、特公平7−54407号)、導電性基板の上に絶縁性パターンを設け印刷版とした電着印刷技術を用いた特許[微細パターンの形成方法(特開平4−9902)]、[電着オフセット印刷方法および印刷版(特開平6−293125)]など、画像形成材料の電着を利用した特許が出願されている。
また、類似した従来技術の1つとして電解現像法があり、これらは、例えば電子写真学会研究討論会予稿集 P32 (1971)や電子写真学会研究討論会予稿集 P24 (1964.11)に示されている。電解現像法は、10V以上の電圧の印加と同時露光により酸化亜鉛に還元を起こさせ、それにより生成した電子が溶解している染料前駆体に移動して還元し、還元された亜鉛膜表面に発色・析出し画像形成を行うものであり、特定の金属酸化物の還元を利用した画像形成方法であり、発色色相が限定される。
【0003】
オフィスで用いる印字技術に要求される特性として、600DPI以上/多値階調のカラー高画質、普通紙印字可能、印刷並みの画像堅牢性、印字記録物および印字機械の安全性の高さ、廃棄物が殆どない、ランニングコストが低い などが要求されている。それに対して、これら従来技術では、それらを完全に満足出来る技術は完成されていない。
高画質(1000DPIレベルの解像度/良好なカラー再現/多値階調)を達成する場合、画像構造は色彩の再現域と画像のシャープ性の関係から画像厚みが2ミクロン以下、より好ましくは1ミクロン以下の厚みであることが好ましくなる。それにより画像構造を与える要素である画像形成材料の平均形状径がサブミクロン以下のサイズで有る必要になる。しかしながら、画像形成材料の平均形状径が5ミクロン以下では流動性に問題がでてくるため粉体系画像形成材料は実用上、使用が困難なものとなる。一方、液体系画像形成材料はこの点でかなり有効なものになると考えられる。また、数ミクロンオーダー画像の画像形成工程においては、画像形成材料粒子の微小域での精度の高い画素形状の制御が技術的に難しく、電着材に微小な最小粒子である分子オーダーの染料水溶液を利用することは精度の高い色材制御方法の見地からも非常に有効な方法の1つと考えられる。
【0004】
また、特にこの技術の応用範囲としてカラーフィルターの製造方法があり、現在、カラーフィルターの製造方法としては、(1)染色法、(2)顔料分散法、(3)印刷法、(4)インクジェット法(5)電着法などが知られている。
(1)染色法は、ガラス基板上に染色させるための水溶性高分子を形成し、これをフォトリソグラフィの工程を経て所望の形状にパターンニングした後、染色液に浸すことで着色されたパターンを得て、これを3回繰り返しR.G.B.のカラーフィルター層を得る方法である。得られたフィルターは透過率も高く色相も豊富で、技術の完成度も高いため、現在カラー固体撮像素子(CCD)に多用されていたが、染料を使用するため耐光性に劣り、製造工程の数も多いことから、液晶表示素子(LCD)用としては、近年、顔料分散法に取って代わられている。
(2)顔料分散法は、近年最も主流のカラーフィルターの製造方法である。まず、ガラス基板上に顔料を分散した樹脂層を形成し、これをフォトリソグラフィー工程を経てパターニングする。これを3回繰り返しR.G.B.のカラーフィルター層を得る。この製造法は、技術の完成度は高いが工程数が多くコストが高いのが欠点である。
(3)印刷法は熱硬化型の樹脂に顔料を分散させ、印刷を3回繰り返すことでR.G.B.を塗り分け、その後で熱を加えて樹脂を硬化させることでカラーフィルター層を得る。この方法は、R.G.B.層の形成に際しては、フォトリソグラフィーが必要としないが、解像度や膜厚の均一性の点に問題がある。
【0005】
(4)インクジェット法は基体上に水溶性高分子のインク受容層を形成し、この上に親水化・疎水化処理を施した後、親水化された部分にインクジェット法でインクを吹きつけR.G.B.層を塗り分けカラーフィルター層を得る方法である。この方法も、R.G.B.層の形成に際しては、フォトリソグラフィーを必要としないが、解像度の点で劣る。また、隣接するフィルター層に吹き付け時にインクの小滴が飛散して混色する確率が高く位置精度の点でも劣る。
(5)電着法は、水溶性高分子に顔料を分散させた電解溶液中で、予めパターニングした透明電極上に70V程度の高電圧を印加し、電着膜を形成することで電着塗装を行い、これを3回繰り返しR.G.B.のカラーフィルター層を得る。この方法は、予め、透明電極をフォトリソグラフィーによりパターニングして、これを電着用の電極として使用する必要があり、パターンの形状が限定されるため、TFT液晶用には使えないという欠点がある。
【0006】
また、カラーフィルターはカラーフィルター層だけで使用することは殆どなく、各カラーフィルター画素間をブラックマトリックスで覆ったものを用いることが一般的である。通常、ブラックマトリックスの形成にはフォトリソグラフィーが使われており、コストアップの大きな要因の一つである。従って、R.G.B.層とブラックマトリックスを含めて考えると、高解像度で、制御性が高く、さらにフォトリソグラフィー工程を必要とせず、工程数が少ない、カラーフィルターの製造方法は見いだされていないのが現状である。例えば、液晶カラーディスプレイ装置等において、カラーフィルターがコストの大きな部分を占めることは周知であるが、これもカラーフィルターの製造において、歩留りが上がらずコストが高いことが大きな要因である。
【0007】
本発明者らは、これらの問題点を鑑みて、先にガラス透明基板上に透明電極と光電荷発生層を設け、その上に各色の電着膜を形成して画像形成やカラーフィルターの製造を行う方法を提案したが、本発明ではさらに、光電荷発生層を繰り返し使用しうる、コスト的にも改良された画像記録方法を提案するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高解像度で光起電力を応用した制御性の高い画像記録方法であって、画像形成層を表面即ち、電着液面方向から露光しうる構成を実現し、光電荷発生材料、導電性層材、支持基板等の構成材料の選択の自由度が高い画像形成方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、電着液面方向からの露光に対して、電着液面における光のランダムな散乱や乱反射の影響を防止し、照射光の光エネルギー効率や解像度の向上を実現しうる画像記録方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、フォトリソグラフィーを使用せず、工程数の少ない、簡易なカラーフィルターの製造方法に、これらの画像記録方法を応用することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明者らは電着技術そのものを原理的なところから改めて見直した。そして、前述した水への溶解度が大きく変化する分子について、その物性などを詳しく検討した。この分子の溶解度変化による溶解或いは析出、沈殿の相変化は、分子を電気化学的に直接酸化還元するか、または分子が溶けている水溶液のpHを変化させることで行える。これら電気化学的に相変化する材料を以下、適宜、電着材料と称する。
本発明の画像記録方法は、基板上に導電膜を形成し、その上部に光起電力機能を有する有機半導体膜又は無機半導体膜を形成した基板を準備し、該基板上に、所定の間隔をおいて電着液層の厚みの均一性と電着液層表面の平滑度を保持する手段(以下において「液厚均一性保持手段」と略称する。)を配置するとともに、色材とpHの変化により化学的に溶解或いは析出・沈降する電着材料と液状媒体とを含有する電着液を導入することにより、基板上に該電着液層を形成せしめ、該電着液層を通して基板上に配置された光起電力機能を有する有機半導体膜又は無機半導体膜に光照射を行い、照射光による起電力が発生した部分に選択的に電着材料を含む電着膜を析出させて画像を形成する工程を含むことを特徴とする。
【0010】
ここで、画像形成のための照射光の主波長域は、前記電着液の主吸収波長域及び前記液厚均一性保持手段の主吸収波長域のいずれとも異なる光学スペクトル特性を有することが好ましい。
また、本発明の画像記録方法では、前記の如く電着膜を析出させて形成した画像を、画像保持材に転写する工程により、所望の画像保持材に画像記録を行うこともできる。
【0011】
この方法によれば、電着材料を水系液体中に溶解、分散した電着液側から光を照射し、その光起電力により基板上に電着材料を含む電着膜が生成される。この際、液厚均一性保持手段を配置することにより、電着液の液面の乱れや電着液層の厚みの不均一による光散乱や光起電力のばらつきを効果的に防止し、高解像度を達成することができる。
本発明に用いられる電着材料が無色あるいは淡色高分子材料である場合には、この高分子中に顔料等の色材を分散させて、色材を含んだ状態で高分子が析出して顔料と高分子が混合された有色の電着膜が形成される。電着材料自体が有色物質である場合には、そのまま着色電着膜が形成されるが、その場合は特に色材を添加する必要はなく、本発明において、「色材とpHの変化により化学的に溶解或いは析出・沈降する電着材料」とは、それ自体が色材となる染料からなる電着材料をも包含するものとする。これらの電着膜は、逆電圧を印加するか、溶解度の高いpH(アニオン性電着材料ではpH10〜13、カチオン性電着材料ではpH1〜4)の水溶液に浸すことで、水溶液中に再溶出させることができる。
なお、本発明において、「電着液」とは電着材料(染料、顔料、高分子化合物等)の全てもしくは一部が水系媒体に溶解もしくは分散した水溶液もしくは水系分散液を総称するものである。
【0012】
電着液による単色の画像を記録する場合、前記光照射による起電力が発生した部分に選択的に電着材料を含む電着膜を析出させて画像を形成する画像形成領域における電着液の実効厚みは50μm〜7mmの範囲にあることが好ましい。
また、本発明の画像記録方法においては、前記色材の色調を変えて、複数の単色の画像を形成する工程を繰り返すことにより、多色の画像を形成することができるが、この多色の画像記録を行う場合には、光照射による起電力が発生した部分に選択的に電着材料を含む電着膜を析出させて多色の画像を形成する画像形成領域における電着液の実効厚みは0.1mm〜15mmの範囲にあることが好ましい。
また、多色画像に背景色部を形成する場合、例えば、具体的には、多色のカラーフィルターにブラックマトリックスを形成する場合には、前記電着膜を前記電着材料として、背景色を形成しうる色材を含有し、前記した方法により、多色の画像を形成した後、基板全面に光を照射しながら通電して、多色の画像を構成する複数色の電着膜の未形成部分に電着膜による背景色部を形成することができる。
【0013】
本発明に用いられる液厚均一性保持手段における光照射による画像形成領域は、照射光の主波長域に対して、50 %以上の透過性を有する材料により構成され、且つ、液厚均一性保持手段が電着液を保持又は流動しうる開口部を有することが好ましい態様である。
ここで、液厚均一性保持手段の開口部が液厚均一性保持のためのドクターブレードを備えること、前記液厚均一性保持手段と前記基体の間において、電着液が流動しうること、前記液厚均一性保持手段の電着液と接する部分の表面粗さRaが10μm以下であることが好ましい。
【0014】
電着材料については、基板上に形成された半導体薄膜がn型半導体、n型半導体とp型半導体を順に積層したpn接合、またはn型半導体、i型半導体、p型半導体を順に積層したpin接合を持つ半導体からなる場合、前記電着材料として分子内にカルボキシル基を持つ化合物を用いることが、また、基体上に形成された半導体薄膜がp型半導体、p型半導体とn型半導体を順に積層したpn接合、またはp型半導体、i型半導体、n型半導体を順に積層したpin接合を持つ半導体からなる場合には、前記電着材料として分子内にアミノ基またはイミノ基を持つ化合物を用いることが好ましい。
このような電着材料は、分子内に疎水基と親水基を併せ持ち、該高分子を構成するモノマ−単位の疎水基数が親水基と疎水基の総数の割合の40%から80%の範囲であり、親水基部分の50%以上がpHの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化できる特性を有し、且つ、酸価が30〜600である共重合体と、微粒子色材とを含有することを特徴とする。
また、この電着材料は、分子内にpHを変化させることにより析出・沈降する単位と、色材単位とを併せ持つ化合物を含有するものであってもよい。
【0015】
前記電着膜形成には、ある一定以上の閾値電圧が必要であり、電流が流れれば必ず電着膜が形成されるわけではない。従って、バイアス電圧を印加しておけば、外部から入力される電圧レベルは小さくても画像を形成することがである。そこで、電着される基板に透明な半導体層を形成し、この入力信号に光を使用すれば所望する位置に任意の電着膜を形成することができる。以下、このようにして形成した電着膜を光電着膜と呼ぶ。
ここで、半導体層への光照射による起電力と、透明電極に印加するバイアス電圧の総和により電着材料が電着膜を形成すればよいのであるが、バイアス電圧の印加は光起電力に応じて任意に調整すればよく、例えば、半導体の光起電力が電着膜を形成するに十分であれば透明電極に印加するバイアス電圧は省略することもできる。
【0016】
本発明者らがここで提案する画像記録方法の概要は有機あるいは無機の半導体を基板として利用し、光を照射することで水溶液中の色材を含む(或いは兼ねる)電着材料を半導体基板上に色素電着膜の形で析出させることで画像を形成するため、従来電着法による画像記録方法で汎用のパーターニングされた透明導電膜が不要であり、フォトリソグラフィの工程なしに任意の画像パターンを形成できる。
【0017】
本発明に係る多色の画像は、電極上に半導体薄膜を形成し、電極にバイアス電圧を加えながら、電着材料を含む電着液層を介して、光を照射して光起電力を発生させることによって、基板近傍のpHを変化させて、高分子または色素分子のpHによる溶解度の違いを利用した電着膜を光照射部に選択的に薄膜を形成し、この工程を複数回繰り返すことにより形成できる。例えば、色材を赤色(R)、緑色(G)、青色(B)として3回繰り返すことでフルカラーのカラー画像記録が達成される。
【0018】
本発明の画像記録方法によれば、半導体薄膜と電着溶液とのショトキー接合、あるいは半導体薄膜自身の、pn接合あるいはpin接合を利用することで高解像度の光電着膜を形成しうる。また、電着液側から光照射するため、基材や半導体が必ずしも透明でなくてもよいため、材料の選択の幅が広がるという利点を有する。
【0019】
さらに、本発明のカラー画像記録方法を応用すれば、多色画像を形成した後、背景色形成材料を含む電着液中で、電圧を印加することによって(この時、光はあっても無くてもよい)、すでに形成された多色画像層の電気抵抗が高いために、印加電圧の調整により、画像の未形成部分のみに選択的に電着材料を含む背景色部が形成されることになり、多色画像に背景色部が簡便に形成できる。これを応用すれば、例えば、この画像記録方法を応用して作成したカラーフィルターに同様の原理でブラックマトリックスが容易に形成できる。
なお、ブラックマトリックス等の背景色部は電着により形成する方法に限るわけではなく、紫外線硬化樹脂を使って形成することもできる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
まず、アルカリ性あるいは酸性等のpHの変化や電気化学的な変化により溶解度が変化し、溶解、或いは析出、沈殿する分子(電着材料)が必要である。電着材料は色素自身であるか、あるいは透明な高分子がアルカリ性あるいは酸性で析出する性質を持ち、色材をこの高分子とともに分散させて使用してもよい。色材を高分子に分散させて使用する場合には、染料だけではなく、顔料も使用できる。高い耐光性が要求される部位に用いる画像記録の場合には、水性高分子に顔料を分散させたものを利用するほうが望ましい。
【0021】
このような電気化学的な条件の変化により溶解或いは析出、沈殿の相変化を起こす特性をもつ化合物としては、例えば、色素材料としては、pH4以上では還元状態をとり水に溶解するが、pH4未満の領域では酸化されて中性状態となり析出、沈殿するフルオレセイン系の色素であるローズベンガルやエオシン、また、構造変化を伴わなくても溶液の水素イオン濃度(pH)によって溶解度が大きく変化するカルボキシル基をもった色素材料(具体的には、耐水性改良インックジェット染料が挙げられ、これはpH6以上では水に溶けるがそれ以下では沈殿する)等が挙げられる。また、高分子材料としては、pHが6以上では水に溶けるが、それ以下では沈殿するカルボキシル基を持った高分子の一種である特定の水溶性アクリル樹脂等が挙げられる。また、そのほかにも、キノンイミン染料の一つであるオキサジン系の塩基性染料Cathilon Pure Blue
5GH(C.I.Basic Blue 3)やチアジン系の塩基性染料メチレンブルー(C.I.Basic Blue 9)はpHが10以下では酸化状態を取り発色しているがそれ以上になると還元されて不溶化し析出する。これらの色素を純水中に溶解し、溶液中に電極を浸し電圧を印加すると、陰極側の電極上にこれらの色素分子からなる電着膜が生成される。これらの色素電着膜は、逆電圧を印加するかpH8以下の水溶液に浸すことで、元に戻って水溶液中に再溶出する。
【0022】
これら電気化学的に相変化する材料を以下、適宜、電着材料と称する。電着材料を純水中に溶解し、溶液中に電極を浸して電圧を印加すると、陽極側の電極上にこれらの電着材料からなる電着膜が生成される。電着材料が有色物質である場合には、そのまま着色電着膜が形成され、無色あるいは淡色高分子材料である場合には、この高分子中に顔料を分散させて、溶液中に電極を浸し電圧を印加すると、陽極側の電極上に顔料及び高分子が析出して顔料と高分子が混合された電着膜が形成される。これらの電着膜は、逆電圧を印加するか、溶解度の高いpH(アニオン性電着材料ではpH10〜13、カチオン性電着材料ではpH1〜4)の水溶液に浸すことで、水溶液中に再溶出させることができる。
前記電着膜形成には、ある一定以上の閾値電圧が必要であり、電流が流れれば必ず電着膜が形成されるわけではない。従って、バイアス電圧を印加しておけば、外部から入力される電圧レベルは小さくても画像を形成することがである。そこで、電着される基板に半導体を用いて、この入力信号に光を使用すれば所望する位置に任意の電着膜を形成することができる。以下、このようにして形成した電着膜を光電着膜と呼ぶ。
【0023】
このような光電着膜を形成しうる化合物の一例として、酸性染料で色素自身が電着形成能力がある、ゼネカ社製のPro Jet Farst Yellow2を例にとって説明する。この染料は、純水(pH6〜8)に容易に溶解し、アニオンとして水溶液中に存在しているがpHが6以下になると不溶化して析出する性質を持つ。このPro Jet farst Yellow2の水溶液中に白金電極を浸し通電すると、陽極付近では水溶液中のOH- イオンが消費されてO2 になり、水素イオンが増えてpHが低下する。これは、陽極付近でホール(p)とOH- イオンとが結び付く次のような反応が起こるためである。
2OH- +2p+ → 1/2(O2 )+H2
この反応が起こるには、一定の電圧が必要であり、反応の進行に伴って水溶液中の水素イオン濃度が増えてpHが低下するのである。従って、ある一定以上の電圧を印加すると、電極の陽極側ではPro Jet farst Yellow2の溶解度が低下して不溶化し薄膜が形成されるのである。
【0024】
本発明はこの一定の閾値電圧を得るのに半導体に光を照射して生じる光起電力を利用するものである。このような、光起電力を利用する試みは今までいろいろな検討がなされてきた。たとえば、A.Fujishima, K.HondaNature Vol.238,p37,(1972)ではn型半導体のTiO2 に光を照射して水の電気分解を行った。また、フォトエレクトロクロミズムの研究に関連して、Si基板上に光を照射してピロールを電気化学重合し、ドーピング・脱ドーピングで画像形成を行った例がH. YoneyamaらによりJ. Electrochem.Soc.,p2414,(1985)に報告されている。また、本発明者らも、導電性高分子のドーピング・脱ドーピングに色素を用い、光で画像形成する方法を特許として先に出願した。
【0025】
一方、導電性高分子を用いることなく色素のみで電着膜を形成することも可能であるが、電着膜形成に必要な電圧は、導電性高分子を用いる場合に比較して大きくなる。一方、光起電力はSiでたかだか0.6Vであり、画像形成するには光起電力だけでは不十分である。従って、バイアス電圧を印加してかさ上げするなどの方法が考えられるが、それでも一定の電圧(使用する半導体のバンドギャップに依存した電圧)以上になると、光起電力の形成に必要な半導体と溶液の間のショトキーバリアーが壊れてしまうという問題があり、印加できるバイアス電圧には限界がある。このため、光起電力を用いて物質の酸化還元を利用する水溶液中での画像形成は、1.0V以下で酸化還元するポリピロールなどの導電性高分子の光重合反応を使うものなどに限られていた。
ところが、本発明者らは上記の分子のpHによる溶解度の違いを画像形成に利用するため、低い電圧で有色高分子層の形成が可能であり、種々の半導体を用いた光起電力による電着膜により着色画像形成が可能となるのである。
【0026】
このような電着材料のうち、無色、或いは淡色の高分子化合物としては、具体的には、イオン解離する親水基を有するモノマー単位と、水系電着液に対する不溶化を促進させる疎水基を有する最小モノマー単位とを含む共重合体により構成され、該共重合体高分子のモノマー単位の疎水基数が親水基と疎水基の総数の割合が40%から80%の範囲に構成され、より好ましくは55%から70%の範囲に構成されたものが特に電着析出効率が高く、低い電着電位で膜形成できる電着特性を示し、電着液の液性も安定しているため、好ましい。かつこの電着材料のモノマ−単位の親水基部分の30%以上、より好ましくは65%以上がpHのの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化できるモノマ−単位の親水基部分を含有した電着材料で構成されたものであることが好ましい。
電着材料のモノマ−単位の疎水基数が親水基と疎水基の総数の割合よりも40%未満のものは、電着時に形成された電着膜の耐水性や膜強度が不足し、電着材料のモノマ−単位の疎水基数が親水基と疎水基の総数の割合が80%以上の場合には水系液体への溶解性が不十分となり、電着液が濁ったり、電着材料の沈殿物が生じたり、電着液の粘度が上昇したりするため、好ましくない。なお、この親水基と疎水基の数は、例えば、ビニル系重合体等の場合、高分子重合反応時のモノマーの仕込み比を基準として算出することができる。
【0027】
電着材料の構造内の疎水基は、色材として併用する有機顔料に対し親和性が強く、顔料に対する吸着能力があり、良好な顔料分散機能を付与させる。また、電圧の印加によるpHの変化により電着材料の親水基部分の親水性脱離に対して、瞬時に画像析出させる印字の機能も付与させている。特に、電着材料のモノマー単位の疎水基数が親水基と疎水基の総数の割合が40%から80%の範囲のものは、強固な膜を形成させる電着電位を低減させる効果が大きく、それにより光入力による光起電力を用いた低電位な印字プロセスを完成させるのには不可欠の条件となっている。
【0028】
陽電極に析出するタイプの電着材料としては、酸価が30〜300である共重合体を用いることが、析出性および形成された電着膜の保持性の観点から好ましく、さらに、酸価が90〜195である共重合体を用いることでより良好な電着特性がえられる。電着材料の酸価が30未満では、水性媒体への溶解性が不十分であり、電着液の固形分濃度を適性値まで上げることが困難となり、300を超えると形成された電着膜の耐水性に劣ったり、電着効率が低下する虞があり、いずれも好ましくない。
【0029】
特に、イオン解離する親水基がカルボキシル基又はアミノ基であるものが、電着現象において画像の析出効率が良く、堅牢性の高い電着膜作成の特性を示している。この2つの基は、pH の変化により親水基から疎水基に可逆的に変化する効率が高く、これらの特性が得られる。
【0030】
また電着材料は、熱可塑性樹脂成分を含有した構成であり、調整を行った水系液体に対して十分な溶解性を示さなければならない。そして電着材料が溶解した電着液のpH値の変化に対して電着材料の溶解状態から上澄みを発生して沈殿を生じる液性変化がpH範囲領域1以内で生じることが必要とされる。
より好ましい特性を得るには、pH範囲が0.5以内であることが必要とされる。この範囲の特性により、通電による急峻なpH変化に対しても瞬時に画像の析出を可能とし、また析出する画像の凝集力を高め、電着液への再溶解速度を低減させる機能の付与を可能にしている。それにより、画像の耐水性も得ている。電着液のpH値の変化に対して溶解状態から沈殿を生じる液性変化のpH範囲領域が1より大きい場合は、十分な画像構造を得るための印字速度の低下や画像の耐水性の欠如など印字特性に問題を残してしまう。
【0031】
この電着材料に使われる親水基を含むモノマ−単位としては、メタクリル酸、アクリル酸、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリルアミド、無水マレイン酸、無水トリメリト酸、無水フタル酸、ヘミメリット酸、コハク酸、アジピン酸、プロピオル酸、プロピオン酸、フマル酸、イタコン酸、などおよびこれらの誘導体が用いられる。特に、メタクリル酸、アクリル酸はこの電着現象に対して作用/効果が大きく、pH変化による電着効率が高くまた親水化効率も高く、有用な親水性モノマ−構造単位である。
【0032】
この電着材料に使われる疎水基を含むモノマ−単位としては、アルキル基、スチレン基、α−メチルスチレン基、α−エチルスチレン基、メタクリル酸メチル基、メタクリル酸エチル基、メタクリル酸ブチル基、アクリロニトル基、酢酸ビニル基、アクリル酸メチル基、アクリル酸エチル基、アクリル酸ブチル基、メタクリル酸ラウリル基、などおよびこれらの誘導体が用いられる。特にスチレン基、α−メチル−スチレン基は疎水化効率が高く、電着効率が良好であり、製造の重合時の制御性も高く有用な電着材の疎水性モノマー構造単位である。
【0033】
これらの親水基と疎水基を含む分子を前記の比率で共重合した高分子物質であり、各親水基及び疎水基の種類は1種に限定されるものではない。そして、電着した膜性や膜の接着強度の面から平均分子量が6,000から25,000のものが良好な電着膜を得られる。より好ましい膜性や膜の接着強度の面からは、平均分子量が9,000から20,000のものが良好な電着膜を得られる。平均分子量が6,000より低いと膜が不均一で耐水性が低い。そのため、堅牢性の高い電着膜が得られず膜性が低くクラックが多発したり粉末化したりする。一方、平均分子量が25,000より高いと、水系液体への溶解性が不十分となり、電着液の固形分濃度を適正値まで上げることが出来なくなったり、液体が濁ったり沈殿物が生じたり、液粘度が上昇したりし問題を生じる。また、これら材料の熱特性としては、ガラス転移点が80度C より低く、流動開始点が200℃より低く、分解点は100℃より高い特性の材料を用いることで熱を用いた転写プロセスの制御余裕度が広くなり、電着膜の良好な転移特性が得られる。
顔料との組合せでは、 電着性のある透明な高分子材料、 例えば水溶性アクリル樹脂と組合せ、 水溶液中で分散させて使用すれば、 同じように顔料が電着膜として得られるのである。
【0034】
次に溶液の導電率とpHについて述べる。導電率は我々の実験によると電着スピードいいかえれば、電着量に関連しており、導電率が高くなればなるほど一定時間に付着する電着膜の膜厚が厚くなり約100mS/cm2 で飽和する。(図1参照)従って、色素イオンだけでは導電率が足りない場合には電着特性に影響を与えない酸性又はアルカリ性物質、例えば、Na+ イオンやCl- イオンを加えてやることで電着スピードをコントロールすることができ、例えば、5V以下の電圧の印加によっても電着膜の形成を可能にすることもできる。
また、水溶液のpHも当然ながら電着膜の形成に影響する。例えば、電着膜形成前には色素分子の溶解度が飽和するような条件で電着膜形成を行えば膜形成後には再溶解しにくい。ところが、未飽和状態の溶液のpHで電着膜の形成を行うと、電着膜が形成されても、通電をやめた途端に膜が再溶解し始める。従って、溶解度が飽和するような溶液のpHで電着膜の形成を行うほうが望ましい。
【0035】
次に、本発明の画像記録方法に用いる基板について述べる。本発明においては、画像の記録に電着材料側かわ照射した光による光起電力を用いることから、基体は従来の電着法と異なり、必ずしも透明であることを要しない。従って、基板はその上部に設ける半導体の基体として好適に使用しうる基板で、表面が平滑であればいずれも使用できる。なかでも、ガラス基体、アルニウム等の金属基体、導電性セラミック基体等が好ましい。基板上には、まず、導電層を形成するが、この導電層は公知のものを任意に使用することができ、例えば、汎用のITO膜、Au膜、Pt膜、Al膜、Cr膜等を形成すればよい。
【0036】
この導電層上に有機もしくは無機の半導体層を形成する。この半導体層としては、光履歴効果の殆どない光起電力半導体が好ましく、基本的には光照射により起電力を発生し強い光履歴効果のない半導体薄膜であれば全て使用できる。具体的には、 光起電力半導体材料として、Si、GaN、 a−C、 BN、 SiC、Zn、Se,TiO2 、GaAs系化合物、Cu、 Zn P2 フタロシアニン顔料系系材料、ペリレン系顔料系材料、アゾ顔料系材料、各種有機光導電性材料などを使用することができ、半導体層も単層でも、複数層でもよく、前記半導体材料の混合物等も使用可能である。
【0037】
この半導体層としては、とくに、酸化チタンが好適である。この酸化チタンは吸収が400nm以下の領域にあり、透明であり、基板としてそのまま使用することが可能である。また、近年、酸化チタンはゾル・ゲル法、スッパタリング法、電子ビーム蒸着法などいろいろな手法でn型半導体として特性の良いものが得られている。
ここで好適な透明半導体であるTiO2 について述べる。TiO2 は透明な酸化物半導体で紫外線を照射すると光起電力が発生する。従って、基板の裏から紫外線を当てれば透明な基板上に光電着膜を形成することができる。TiO2 の製膜方法についてはいくつかの方法が知られている。例えば、熱酸化膜法、スパッタリング法、エレクトロンビーム法(EB法)、ゾル・ゲル法などが有名である。われわれは、EB法とゾル・ゲル法でTiO2 の製膜を行った。ところが、通常の製膜法では効率が悪く電着に必要な光電流が流れない。そこで、光電流の変換効率を高めるために還元処理を行った。還元処理は、通常は水素ガス中で550度程度で加熱するのが普通である。例えば、Y.HamasakiらはJ.Electrochem. Soc. Vol.141, No3.p660,1994では水素ガス中で約550度で1時間程度で加熱している。ところが、我々は約360度で10分間という低温かつ短時間の処理で十分な効果を得た。これは、3%の水素混合窒素ガスを用いて1分間に1リットルの流量を流しながら加熱することで達成できたのである。
【0038】
これらの半導体層はその表面に保護層を設けてもよい。また、半導体層の厚みは0.05μmから1.9μmの範囲が良好な特性が得られる使用範囲である。層厚が0.05μm未満では得られる光電力が弱すぎて良好な像形成に問題がでる虞があり、1.9μmのを超えると光による発生電荷が層内にトラップされて、光履歴現象が大きくなり過ぎ像形成に問題を生じる。また、これらの半導体膜は、光による電力発生効率を考慮し、電着法での着膜に必要な電力を容易に得るために、半導体層の構成は、半導体単体より構成され、樹脂等の絶縁性材料の混合や含有は避けなければならない。さらに、この半導体層への樹脂等の絶縁性材料の混合や含有は大きな光履歴現象を発生させる要因ともなる。
半導体には、n型半導体とp型半導体があるが、本発明ではいずれの半導体も使用可能である。さらに、pn接合やpin接合を利用した積層構造にすれば、光電流が良く流れ確実に起電力が得られてコントラストが良くなりより望ましくなる。
【0039】
次に、半導体と電着膜形成能力のある材料との組合せであるが、これは使用する半導体の極性によって決まる。光起電力の形成には太陽電池として良く知られているように、半導体と接触した界面に生じたショトキーバリアやpnあるいはpin接合を利用する。一例として、図2の模式図によりn型半導体を例にとって説明する。図2(A)の模式図はショトキー接合の場合を示し、(B)の模式図はPIN接合の場合を示す。n型半導体と溶液との間にショトキーバリアーがある時に、半導体側を負にした場合には電流が流れる順方向であるが、逆に半導体側を正にした時には電流が流れない。ところが、半導体側を正にして電流が流れない状態でも、光を照射するとエレクトロン・ホールペアが発生し、ホールが溶液側に移動して電流が流れる。この場合、半導体電極を正にするのであるから電着される材料は負イオンでなければならない。従って、n型半導体とアニオン性分子の組合せとなり、逆にp型半導体ではカチオンが電着されることになる。
【0040】
一般に、半導体の光起電力は比較的大きなSiでもせいぜい0.6Vしか得られない。ところが、0.6Vで電着が可能な材料は限られている。そこで、足りない電圧はバイアス電圧を印加して補う必要がある。印加できるバイアス電圧の上限は、ショトキーバリアーが維持される限界までである。ショトキーバリアーが壊れると、光が当たってない領域も電流が流れて、半導体基板の全領域に電着膜が形成され画像形成ができなくなる。例えば、2.0Vで電着される材料であれば1.5Vのバイアス電圧を印加して光を照射すると、半導体の光起電力0.6Vを足して2.1Vとなり電着に必要な閾値電圧を越えて、光が照射された領域のみ光電着膜が形成される。
ここで用いる機構は、単に光照射により導電度が増加して、バイアスの印加電圧により通電電流が増加する外部光電流効果機構とは異なる光起電力機構である。
【0041】
この電着膜を形成しうる物質(電着材料)を選択する目安として電着材料のpHの変化に伴う溶解特性を図3のグラフに示す。図3は、各種の材料の溶解特性と溶液のpHとの関係を示すグラフである。材料の中にはグラフA(実線で示す)のように、あるpH値を境に急激に析出がおこるもの、グラフB(破線で示す)の材料のようにpH値に係わらず溶解性が良好なもの、グラフC(一点破線で示す)の材料のようにpH値に係わらず不溶なものがあり、これらの特性は材料と用いる溶媒(分散媒)との関係でも変化する。本発明においてはグラフAに示すような、あるpH値を境に急激に析出がおこるものが好ましく、また、このグラフAが所謂ヒステリシス曲線を示すように、pH値の変化に対して、再溶解が急激に行われず、析出状態で一定期間保持されるものが、形成された画像の安定性の観点からは理想的である。従って、このような特性を有する電着材料と溶媒との組み合わせを選択することが好ましい。
【0042】
電着材料として、2種類のイオンを混合して用いることもできる。2種類のイオンを併用した場合について考えてみる。一般に、塩基性溶液と酸性溶液を混合すると中和して錯体など別の析出物を生じて沈殿する。このため、2種類の色素を混合して混合色を出す場合には無極性の顔料を使うか、同極性の材料を分散させるのが一般的である。ところが、ある種の染料同士では、錯体が形成されずイオンが共存した状態を取る。この場合には、塩基性溶液と酸性溶液を混合しても析出物を抑えることができ、異なる極性のイオン同士の組み合わせでも使用することができる。我々は、この性質を利用して2種類の色素イオンを混合した場合について考察した。
【0043】
まず第一に極性が同じ2種類のイオン、例えばアニオン性で電着膜形成能力があるローズベンガル(赤色)と同じアニオン性ではあるが電着膜形成能力がないブリリアントブルー(青色)を混合した混合溶液中で、電気化学的に酸化させると電極には混合液の色と同じ紫色の電着膜が形成される。これは、電着膜形成能力があるローズベンガルにブリリアントブルーのイオンが取り込まれて製膜されるからである。このように、極性が同じ2種類のイオンを混合する場合には、いずれか1種類のイオンに電着膜形成能力があればよい。
【0044】
次に極性が異なる2種類のイオン、例えばアニオン性で電着膜形成能力があるPro Jet Farst Yellow2(黄色)とカチオン性で電着膜形成能力があるCathilon Pure Blue 5GH(青色)を混合した混合溶液中で、電気化学的に酸化させると電極には混合液の色と同じ緑色の電着膜が形成される。逆に電気化学的に還元させると電極にはCathilonPure Blue 5GH単体の青色の電着膜が形成される。このようなイオン性化合物の特性について説明するに、例えば、図4のグラフに示すように一方の化合物がグラフA(実線で示す)のように、中性領域では溶媒中に溶解しており、ある低pH値において急激に析出がおき、他方の化合物はグラフB(破線で示す)の材料のようにある中性領域では溶媒中に溶解し、高pH値において急激に析出がおきる特性を有する場合、中性領域では高い溶解性を保持し、特定pH値において、溶解、析出の相変化を生じるため、併用が可能となる。このような特性を有する場合、アニオン性の色素溶液とカチオン性の色素溶液の混合液中で電気化学反応をさせると印加する電圧の極性を変化させるだけで、同一の電極上に異なった色素の電着膜を形成できるのである。
【0045】
次に顔料を色材として用いる場合には、電着性のある透明あるいは淡色の高分子材料、例えば水溶性アクリル樹脂や水溶性スチレン樹脂と組合せ、水溶液中に分散させて使用すればよく、同じように電着材料が電着膜を形成するとき、顔料を含む有色電着膜が得られるのである。
【0046】
本発明の画像記録方法について、図5を参照して説明する。まず、前述のような基板12上に導電膜14を形成し(図5(A))、その上部に半導体薄膜16を形成した基板18(図5(B))を準備する。
次に、図6に示す如き装置を用いて、前記の如き構成の基板18上に色材とpHの変化により化学的に溶解或いは析出・沈降する電着材料とを含有する電着液からなる電着液層22を設け、少なくとも画像パターンに従って電流または電界を供与できる手段24を導電膜14に接続した基板18を半導体薄膜(電極)16が電着液層22に接触するように配置する。このとき、基板18上に、所定の間隔をおいて配置された液厚均一性保持手段26により電着液層22の層厚が均一になされるとともに、液面は平滑に保たれる。また、本態様では、液厚均一性保持手段26表面に形成された透明電極層が対向電極40として機能し、前記TiO2 電極16を作用電極として利用する。
【0047】
該基板18の電着液層22上に所定のマスクパターン28を配置して露光光源27により所定の光学系29を介して光照射を行うと、光照射による起電力が発生した部分に選択的に電着材料と色材とを含む有色電着膜30が析出し、これが単色の画像を記録する着色電着膜層となる。この有色電着膜が形成された基板18より電着液22を除去することにより、着色層30を固定化する。なお、ここではマスクパターン28を配置して起電力を発生させる部分を決定したが、マスクパターン28を用いず、直接レーザー光により書き込みを行うことにより、所定の部分に光照射による起電力を発生させることもできる。
【0048】
このとき色材の色調を、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)に変えてこの工程(単色の画像を記録する工程)を繰り返すことにより、電着液層22とマスクパターン28とを変えて同様の工程を行うのみで、多色の画像を簡易に形成することができる(図5(C))。さらに、後述するようにブラックマトリックス等の背景色部層32を形成し基板18上に背景色を有する多色画像を得る(図5(D))。かくして得られた多色画像は好適な支持体40と加熱、加圧条件下で密着させて転写し(図5(E))、所望の支持体40上に転写した記録画像を形成することもできる(図5(F))。
【0049】
飽和カロメル電極電位は20℃、25℃、30℃においてそれぞれ0.2444V、0.2412V、0.23878Vであり、ほぼ接地電位=0Vに等しい。画像を形成するに当たっては、飽和カロメル電極を使用せず、容器(電解液)をアース接続して使用することもできるが、ワーク電極(析出側電極)の電位を明確にするため、前記のように電解液を飽和カロメル電極に接続し電解液表面の電位を飽和カロメル電極の標準電位に設定してもよい。
【0050】
本発明の画像記録方法に用いられる液厚均一性保持手段26は、基板上に形成する電着液層22の層の厚みの均一性と液層表面の平滑度を保持する目的で設けられる。図7(A)は液厚均一性保持手段26の一態様を示す平面図であり、(B)はドクターブレード36が形成された液厚均一性保持手段26の一態様を示す概略な側面断面図であり、図8(A)はギャップ形成部34が形成された液厚均一性保持手段26の一態様を示す概略な正面断面図であり、(B)はその概略な側面断面図である。電着液を導入するための開口部には、液面を平滑になすためのドクターブレード36或いは液面規制のための透明なシート状の透明露光部38を平滑にするためのギャップ形成部34が配置されており、所定のギャップ形成部34により液面との距離をおいて電着液層22全体が透明なシート状の透明露光部38で被覆されている。このギャップ形成部34の両端にはギャップ形成部34を電着液層22表面に対して安定に保持するための保持部34aが形成されている。
端部のギャップをより精度高く保持するという観点から、ドクターブレード36が配置されることが好ましく、さらに、液面の平滑性の観点から、ドクターブレード36は電着液と接する部分の表面粗さRaが10μm以下であることをが好ましい。また、透明露光部38、即ち、光照射による画像形成領域は、照射光の主波長域に対して、50 %以上の透過性を有する材料により構成されていることが好ましい。この電着液層22を形成する電着液は保持された静止状態の液層であってもよく、流動しつつ一定の厚みの液層を形成するものであってもよい。
【0051】
次に、光電着膜作製用の露光装置について述べる。本発明においては、基板表面の電着液層側からマスクパターンを介して露光する必要があるため、露光光源は電着液の吸収が少ない波長でなければならない。すると、400nm以下或いは、700nm以上の紫外線光領域や赤外線光領域の光源で露光する必要があり、通常は水銀灯や水銀キセノンランプ、He−CdレーザーやN2 レーザー、エキシマレーザー、半導体レーザーなどが好適に使われる。
【0052】
次に、ブラックマトリックス等の背景色部の形成方法について述べる。ブラックマトリックスの形成は従来知られてた一般的な方法はフォトリソグラフィを用いてカラーフィルター層と同様にして形成する方法や紫外線硬化樹脂を用いてカラーフィルター層の無い部分にのみブラックマトリックスを形成する方法などがあるが、遮へいを完全に行うためにはいろいろな工夫が必要であり、カラーフィルターのコストアップの大きな要因である。ところが、我々の光電着法を用いてカラーフィルター層を形成した場合には、光電着膜の未形成領域には半導体が露出しており、この部分にブラックマトリックス用の電着膜を容易に形成できる。さらに、一般に形成された電着膜は有機薄膜であって絶縁性が高いので、形成されたカラーフィルター層の上部に、さらなる光電着膜を積層して形成するのはむしろ困難である。従って、光電着法を用いてカラーフィルター層を形成した後、ブラックマトリックス用の電解溶液中で電圧を印加すれば(この時光はあっても無くてもよいため、特に露光は必要としない)、カラーフィルター層の未形成領域をブラックマトリックスの電着膜がきれいに埋めるように形成される。このように、光電着膜を利用すると、簡単にしかも低コストでブラックマトリックスを形成できる。なお、同様の作用により、紫外線硬化樹脂を用いた場合でもカラーフィルター層の未形成領域にきれいに電着膜が形成されるため、電着膜を形成する代わりに紫外線硬化樹脂を用いても良い。ただし、導電性の高い電着材料を用いてカラーフィルター層を形成した場合には、さらに電着膜を積層することも可能であり、異なる機能のカラーフィルター層を形成する場合には、有用であるが、ブラックマトリックスを先に述べた方法により形成する場合には、印加電圧等の条件に留意する必要がある。
【0053】
このようにして、形成されたカラーフィルター層およびブラックマトリックスの上部には、平滑性と耐久性向上のため、保護層を設けることができる。保護層は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂材料を用いて定法により形成することができる。
【0054】
前記の如き画像記録方法は、電着液を透して光起電力発生層に光画像信号を照射するために、このときの光照射効率(光起電力発生層での表面照射エネルギー/光源発光エネルギー)の低下を最小限にする工夫が必要となって来る。光照射効率としては、30%以上、好ましくは50%の効率であることが、必要である。
【0055】
特にカラー画像を形成するための電着液は、画像の光反射・光吸収に関する特性が可視光域の要件で決まるために、形成画像の影響の少ない不可視域の光画像信号入力を用いて行うか、その大きな光吸収の特性域以外の波長域での光画像信号入力を用いて行う必要がある。
また、光照射効率を常に高い状態で保つために、電着液の実効厚みは50μmから7mmの厚み範囲に設定することが好ましく、さらに好ましくは100μmから3mmの範囲が良い。多色画像を形成する場合には、電着液の実効厚みが0.1mm〜15mmの範囲にあることが好ましい態様である。
【0056】
電着液面が直接空気面に出ていると表面に微少な波が生じたり液の搬送うねりを生じたりして、光学的な散乱や不要屈折を生じて光画像の歪みが生じるおそれがあるため、それを改善するために、液厚均一性保持機構を設定して、画像露光を行う電着液表面を透光性のある材料で被覆し、それにより液面の平滑性と液厚みを精度高く制御して、この機構による液面安定を設定して、前記液表面における光学的ロスや歪みを抑制させる。露光部即ち画像記録領域を被覆する液厚均一性保持機構は、露光光主波長域の透過率が30%以上好ましくは50%以上である材料で形成されることが好ましい。また、この画像記録領域を被覆する部材は、厚みが0.1mmから15mmの範囲であることが好ましく、さらに、0.2mmから3mmの範囲が適切である。この液厚均一性保持手段を採用することにより、光照射効率を高いレベルに保つことが可能となるのみならず、光の散乱を抑制して画像のシャープ性が高く、解像力の高い画像形成を実現化する。
また、電着液側からの露光が可能となったため、基板を構成する材料の自由度が広がるという利点を有する。
【実施例】
【0057】
以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
(実施例1)
厚さ5mmのガラス基板12にITOの透明導電膜14をスパッタリングで0.9μm製膜し、さらに0.5μmのTiO2 16を製膜する。つぎに、TiO2 16の光電流特性を上げるために還元処理を行う。還元処理は、3%の水素ガスが混合された純窒素ガス中で410度で10分間アニールすることで行った。これを、図6に示した装置を用いて電気化学で一般的な三極式の配置において、電着材料としてのスチレンーアクリル酸ランダム共重合体(分子量14,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比73%、酸価90、ガラス転移温度33℃、流動開始点82℃、分解点251℃)と色材としてのアゾ系マゼンタ超微粒子顔料を固形分比率で5対5に分散させた顔料を含む水溶液22中で、飽和カロメル電極に対しTiO2 電極16をワーク電極として利用し、ワーク電極を1.6Vのバイアス電位にして、電着液層22(厚み0.2mm)で厚み1.0mmの石英ガラス板を液厚制御部材として配置し、その部材を液表面に密着させて端部に液厚み制御ギャップを設定し、その部材表面側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をフォトマスク28を介して4秒間光を照射したところ、TiO2 16表面に光が照射された領域だけマゼンタの厚み2μmの画像パターンが形成された。この画像パターンを乾燥して、製膜を確実に行った。
【0058】
次に、前記と同じ高分子材料であるスチレン−アクリル酸共重合体とアゾ系イエロー超微粒子顔料を固形分比率で5対5に分散させた顔料を含む電着液(厚み0.2mm)を用いて飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.6Vにしてマゼンタ色の電着と同様の液厚制御部材を配置して、電着液の表面側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をフォトマスクを介して4秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけイエローの厚み1.7μmの画像パターンが形成された。
同様に、スチレンーアクリル酸共重合体とフタロシアニン系シアン超微粒子顔料を固形分比率で5対5に分散させた顔料を含む電着液(厚み0.2mm)を用いて飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして電着液面の表面側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をフォトマスクを介して4秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけシアンの厚み1.7μmの画像パターンが形成されて、カラー画像層が形成された。
【0059】
各カラー画像層が固定化された後、純水で洗浄し、スチレン−アクリル酸共重合体(分子量12,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比73%、酸価120)とカーボンブラック粉末(平均粒子径80nm)を固形分比率で1対4に分散させた顔料を含む水溶液中で飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を2.0Vにして電着液厚み0.2mmで液面の表面側から同様にTiO2 表面にブラック色のマスクを用いて投影露光された領域のみ2秒間露光したところ、カラー画像層の上にカーボンブラックを含む薄膜が形成され、黒色画像部を形成できた。
黒色画像部が固定化された後、純水で洗浄し、普通紙を画像形成面に載せて、200g/cm2 の加圧状態で190℃のオーブンないに10分間配置して転写を行い、その後、普通紙を基板より剥離したところ、普通紙上に作成した多色画像が転写され、普通紙上に1250dpiで256階調の高精度カラー画像記録が達成された。
【0060】
(実施例2)
本発明の画像記録方法を応用したカラーフィルターの作製例である。
厚さ2mmのガラス基板にITOの透明導電膜をスパッタリングで0.8μm製膜し、さらに0.5μmのTiO2 を製膜する。つぎに、TiO2 の光電流特性を上げるために還元処理を行う。還元処理は、4%の水素ガスが混合された純窒素ガス中で370度で20分間アニールすることを行った。これを、実施例1と同様に電気化学で一般的な三極式の配置において、スチレン−アクリル酸共重合体(分子量16,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比79%、酸価110、ガラス転移温度41℃、流動開始点75℃、分解点274℃)とアゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で7対3に分散させた顔料を含む水溶液中で、飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.9Vにして、電着液層22(厚み0.1mm)で厚み0.4mmの石英ガラス板でできており、端部開口部にドクターブレード(液切れブレード)を設けたU字型の透明液厚制御部材を配置し、その部材表面側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をレッド用フォトマスクを介して5秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけレッドの画像パターンが形成された。
【0061】
次に、前記と同様のスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で8対2に分散させた顔料を含む電着液で飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.9Vにして電着液厚み0.1μmでレッド画像記録の場合と同様に液面の表側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をグリーン用フォトマスクを介して5秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけグリーンの画像パターンが形成された。
同様に、前記と同様のスチレンーアクリル酸共重合体とフタロシアニンブルー系超微粒子顔料を固形分比率で8対2に分散させた顔料を含む水溶液中で飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.9Vにして電着液厚み0.1μmでレッド画像記録の場合と同様に液面の表側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をブルー用フォトマスクを介して5秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけブルーの画像パターンが形成されて、カラー画像層が形成された。
【0062】
次に、形成されたカラー画像層を純水で洗浄した後、前記と同様のスチレン−アクリル酸共重合体とカーボンブラック粉末(平均粒子径95nm)を固形分比率で5対5に分散させた顔料を含む水溶液中で飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を2.6Vにして4秒間電圧を印加したところ、カラー画像層の未形成領域だけカーボンブラックを含む薄膜が形成され、ブラックマトリックスとなった。水で洗浄した後、無アルカリガラス板上のフィルターパターン部を洗浄し、その上部に保護層をコーティングしてUXGS仕様のカラーフィルターを得た。
本実施例においては、光照射を用いず電圧を印加したが、光照射を行った実施例1と同様の良好な背景色部(ブラックマトリックス)が形成された。
【0063】
(実施例3)
本発明の画像記録方法を応用したカラーフィルターの作製例である。
厚さ3mmのアルミナ基板に金の導電膜をスパッタリングで0.3μm製膜し、その薄膜上にゾル・ゲル法により0.6μm厚でTiO2 を製膜した。製膜は基板上にスピンコート法でTiO2 のアルコキシド溶液(日本曹達製、アトロンNTi−092)を回転速度1700回転、30秒間で製膜したあと、約500度で1時間加熱処理しTiO2 の膜を形成した。還元処理は、3%の水素ガスが混合された純窒素ガス中で350度で10分間アニールすることを行った。これを、図6に示したように実施例1と同様な電気化学で一般的な三極式の配置において、スチレン−アクリル酸共重合体(分子量16,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比65%、酸価105、ガラス転移温度15℃、流動開始点65℃、分解点210℃)とアゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で8対2に分散させた顔料を含む電着液を用いて、飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして、電着液厚みを0.08mmで、厚み0.4mmの石英ガラス板でできており、端部開口部にドクターブレード(液切れブレード)を設けたU字型の透明液厚制御部材を配置し、その透明な部材表面側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をフォトマスクを介して2秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけレッドのフィルターパターンが形成された。
【0064】
次に、前記と同じスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で8対2に分散させた顔料を含む水溶液中で飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして電着液厚みを0.07mmで、厚み0.2mmの石英ガラス板でできており、端部開口部にドクターブレード(液切れブレード)を設けたU字型の透明液厚制御部材を配置し、その透明な部材表面側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をフォトマスクを介して2秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけグリーンのフィルターパターンが形成された。同様に、同じスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニンブルー系超微粒子顔料を固形分比率で8対2に分散させた顔料を含む水溶液中で飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして電着液厚みを0.07mmで、厚み0.3mmの石英ガラス板でできており、端部開口部にドクターブレード(液切れブレード)を設けたU字型の透明液厚制御部材を配置し、その透明な部材表面側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長365nmの光強度50mW/cm2 )をフォトマスクを介して2秒間光を照射したところ、TiO2 表面に光が照射された領域だけブルーのフィルターパターンが形成されて、カラーフィルター層が形成された。
【0065】
次に、形成されたカラーフィルター層を純水で洗浄した後、同様のスチレン−アクリル酸共重合体とカーボンブラック粉末(平均粒子径80nm)を固形分比率で7対3に分散させた顔料を含む水溶液中で飽和カロメル電極に対しTiO2 電極を作用電極として利用し、作用電極を2.6Vにして、3秒間電着電位を印加したところ、カラーフィルター層の未形成領域だけカーボンブラックを含む共重合体薄膜が形成され、ブラックマトリックスとなった。その後、フィルター層とブラックマトリックスを透明ガラス基板上に転写し、カラーフィルター原板を作成した。それを洗浄した後、その上部に保護層をコーティングしてカラーフィルターを得た。
本実施例では、透明でない基体と導電膜を使用したが、電着液側からの露光により透明基板、透明導電膜を使用した場合と同様に、良好なカラーフィルターが得られた。また、TiO2 を製膜する際に、ゾル・ゲル法も、前記スパッタリング法で製膜した場合と同様に好適に使用することができた。
【0066】
(実施例4)
5mmのガラス基板にITOの透明導電膜をスパッタリングで0.2μm製膜し、ITO薄膜上にシランガスのグロー放電着膜法により
a−Si膜を製膜する過程において、着膜後半にさらにジボランガスを導入しながら着膜させてn型a−Si膜をを積層し、0.8μm厚の光起電力層を製膜した。その後、約500℃で1時間加熱処理を行ってSi膜の結晶化度を上昇させ、その後、さらに2種のドーピング処理によりPN接合型poly−Si膜を製膜した。これを、図6に示したように電気化学で一般的な三極式の配置において、実施例1と同様のスチレン−アクリル酸共重合体とアゾ系マゼンタ色超微粒子顔料を固形分比率で7対3に分散させて電着液を得て、飽和カロメル電極に対しSi電極を作用電極として利用し、作用電極を1.8Vにして厚み0.09mmの電着液層で、厚み0.5mmの石英ガラス板でできており、端部開口部にドクターブレード(液切れブレード)を設けたU字型の透明液厚制御部材を配置し、その透明な部材表面側からHe−Neレーザー光源を利用してマゼンタ画像形成に対応した信号のレーザー光を照射し、Siの表面の光照射された領域だけマゼンタの画像パターンが形成された。この画像パターンを乾燥して、製膜を確実に行った。
【0067】
次に、前記と同じ高分子材料であるスチレン−アクリル酸共重合体とアゾ系イエロー超微粒子顔料を固形分比率で7対3で分散させた顔料を含む電着液を用いて飽和カロメル電極に対しSi電極を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして厚み0.08mmの電着液層で、厚み0.5mmの石英ガラス板でできており、端部開口部にドクターブレード(液切れブレード)を設けたU字型の透明液厚制御部材を配置し、その透明な部材表面側からHe−Neレーザー光源を利用してイエロー画像形成に対応した信号のレーザー光を照射し、Siの表面の光照射された領域だけイエローの画像パターンが形成された。
同様に、スチレンーアクリル酸共重合体とフタロシアニン系シアン超微粒子顔料を固形分比率で7対3に分散させた顔料を含む電着液を用いて飽和カロメル電極に対しSi電極を作用電極として利用し、作用電極を1.7Vにして厚み0.09mmの電着液層で、厚み0.5mmの石英ガラス板でできており、端部開口部にドクターブレード(液切れブレード)を設けたU字型の透明液厚制御部材を配置し、その透明な部材表面側からHe−Neレーザー光源を利用してシアン画像形成に対応した信号のレーザー光を照射し、Siの表面の光照射された領域だけシアンの画像パターンが形成されて、カラー画像層が形成された。
【0068】
形成されたカラー画像層を純水で洗浄した後、カーボンブラック粉末(平均粒子径80nm)を分散させた前記高分子樹脂溶液に接触させ、基板に電着電位2.5Vを3秒間印加したところ、カラー画像層の未形成領域だけカーボンブラックを含む共重合体薄膜が形成され、背景色となる黒色画像部が形成された。
黒色画像部が固定化された後、純水で洗浄し、0.3mm厚の透明フィルムを画像形成面に載せて、2枚の基材をローラー表面温度170℃に加熱し、450g/cmの線加圧状態で二本のロール間を線速度12mm/secで通過させて加熱加圧処理を行い、その後、基板より透明フィルムを剥離したところ、透明フィルム上に作成した多色画像が転写された。その後、洗浄してその上部に、保護層をコーティングして液晶用カラーフィルターを得た。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、高解像度で光起電力を応用した制御性の高い画像記録方法であって、画像形成層を表面即ち、電着液面方向から露光しうる構成を実現し、光電荷発生材料、導電性層材、支持基板等の構成材料の選択の自由度が高い画像形成方法を提供することができる。さらに、電着液面方向からの露光に対して、電着液面における光のランダムな散乱や乱反射の影響を防止し、照射光の光エネルギー効率や解像度の向上を実現しうる。
また、本発明は、フォトリソグラフィーを使用せず、工程数の少ない、簡易なカラーフィルターの製造方法に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 導電率を変化させた時の電着材料の電着量の変化を示すグラフである。
【図2】 (A)はショトキー接合、(B)はPIN接合の場合の半導体のエネルギーバンドを示す模式図である。
【図3】 電着材料のpHの変化に伴う溶解特性を示すグラフである。
【図4】 異なる極性を示し、かつ、併用可能な2つの電着材料のpHの変化に伴う溶解特性を示すグラフである。
【図5】 (A)〜(F)カラー画像の記録プロセスを示す概略断面図である。
【図6】 本発明の画像記録方法に用いた装置の概略構成図である。
【図7】 (A)は本発明の画像記録方法に用いたドクターブレードを備える液厚均一性保持手段の態様を示す平面図であり、(B)はその概略的な側面断面図である。
【図8】 (A)は本発明の画像記録方法に用いたギャップ形成部を備える液厚均一性保持手段の態様を示す概略的な正面断面図であり、(B)はその概略的な側面断面図である。
【符号の説明】
12 基板
14 導電膜
16 半導体薄膜
18 基板
22 電着液層
26 液厚均一性保持手段
34 ギャップ形成部(液厚均一性保持手段)
36 ドクターブレード(液厚均一性保持手段)
38 透明露光部(液厚均一性保持手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a monochromatic and multicolor image recording method that can form a high-resolution image easily using light irradiation.
[0002]
[Prior art]
Many office image recording techniques use liquid image forming materials. For example, silver salt technology, ink jet technology, and electrophotographic technology.
Among them, patents (Japanese Patent Laid-Open No. 7-181750, Japanese Patent Publication No. 7-54407) using an electrodeposition liquid in which a color material is dispersed in an insulating liquid to generate an electric double layer are insulated on a conductive substrate. Patents using an electrodeposition printing technique in which an adhesive pattern is provided as a printing plate [Method for forming a fine pattern (JP-A-4-9902)], [Electrodeposition offset printing method and printing plate (JP-A-6-293125)], etc. Patents utilizing electrodeposition of image forming materials have been filed.
Moreover, there is an electrolytic developing method as one of the similar conventional techniques, and these are shown in, for example, the Electrophotographic Society Research Conference Proceedings P32 (1971) and the Electrophotographic Society Research Conference Proceedings P24 (196.11). ing. The electrolytic development method causes reduction in zinc oxide by applying a voltage of 10 V or more and simultaneous exposure, and the generated electrons move to the dissolved dye precursor to be reduced, and the reduced zinc film surface is reduced. This is a method of forming an image by color development / precipitation, and is an image formation method utilizing reduction of a specific metal oxide, and the color hue is limited.
[0003]
The characteristics required for printing technology used in offices are 600DPI or higher / multi-level gradation color high image quality, plain paper printing, image robustness comparable to printing, high safety of printed matter and printing machines, disposal There is a demand for almost no objects and low running costs. On the other hand, in these conventional techniques, a technique that can completely satisfy them is not completed.
In order to achieve high image quality (1000 DPI level resolution / good color reproduction / multi-value gradation), the image structure has an image thickness of 2 microns or less, more preferably 1 micron due to the relationship between the color reproduction range and the sharpness of the image. The following thickness is preferred. As a result, the average shape diameter of the image forming material, which is an element that gives the image structure, needs to be a size of submicron or less. However, if the average shape diameter of the image forming material is 5 microns or less, there will be a problem with fluidity, so that the powder-based image forming material is practically difficult to use. On the other hand, liquid image forming materials are considered to be quite effective in this respect. In addition, in the image forming process of several micron order images, it is technically difficult to control the pixel shape with high accuracy in the micro area of the image forming material particles, and the molecular order dye aqueous solution that is the smallest minute particle in the electrodeposition material. The use of is considered to be one of the very effective methods from the viewpoint of a highly accurate color material control method.
[0004]
In particular, there is a color filter manufacturing method as an application range of this technology. Currently, color filter manufacturing methods include (1) dyeing method, (2) pigment dispersion method, (3) printing method, and (4) ink jet. The method (5) electrodeposition method is known.
(1) A dyeing method is a pattern in which a water-soluble polymer for dyeing is formed on a glass substrate, patterned into a desired shape through a photolithography process, and then immersed in a dyeing solution. This was repeated three times and R.P. G. B. This is a method for obtaining a color filter layer. The obtained filter has a high transmittance and abundant hue, and has a high degree of perfection in technology, so it has been widely used in color solid-state imaging devices (CCDs) at present, but it is inferior in light resistance due to the use of dyes. Due to the large number, the pigment dispersion method has recently been replaced for liquid crystal display elements (LCD).
(2) The pigment dispersion method is the most mainstream color filter manufacturing method in recent years. First, a resin layer in which a pigment is dispersed is formed on a glass substrate, and this is patterned through a photolithography process. This is repeated three times. G. B. The color filter layer is obtained. This manufacturing method has a high degree of completeness of the technology, but has a drawback that the number of steps is large and the cost is high.
(3) In the printing method, a pigment is dispersed in a thermosetting resin, and printing is repeated three times. G. B. And then applying heat to cure the resin, thereby obtaining a color filter layer. This method is described in R.A. G. B. Photolithography is not required for forming the layer, but there is a problem in terms of resolution and film thickness uniformity.
[0005]
(4) In the ink jet method, a water-soluble polymer ink-receiving layer is formed on a substrate, subjected to hydrophilization / hydrophobization treatment, and then ink is sprayed onto the hydrophilized portion by the ink jet method. G. B. This is a method for obtaining a color filter layer by coating the layers separately. This method is also described in R.A. G. B. The layer formation does not require photolithography, but is inferior in terms of resolution. In addition, there is a high probability that ink droplets are scattered and mixed when sprayed on adjacent filter layers, and the positional accuracy is poor.
(5) The electrodeposition method is an electrodeposition coating in which an electrodeposition film is formed by applying a high voltage of about 70 V on a previously patterned transparent electrode in an electrolytic solution in which a pigment is dispersed in a water-soluble polymer. Was repeated three times and R.M. G. B. The color filter layer is obtained. This method has a drawback that it is necessary to pattern a transparent electrode in advance by photolithography and use it as an electrode for electrodeposition, and since the shape of the pattern is limited, it cannot be used for a TFT liquid crystal.
[0006]
In addition, the color filter is rarely used only in the color filter layer, and it is general to use a color filter pixel covered with a black matrix. Usually, photolithography is used to form the black matrix, which is one of the major causes of cost increase. Therefore, R.I. G. B. Considering the layer and the black matrix, there is currently no method for producing a color filter that has high resolution, high controllability, does not require a photolithography process, and has a small number of processes. For example, it is well known that a color filter occupies a large part of cost in a liquid crystal color display device or the like, but this is also due to the high yield and high cost in the manufacture of color filters.
[0007]
In view of these problems, the inventors previously provided a transparent electrode and a photocharge generation layer on a glass transparent substrate, and then formed an electrodeposition film of each color on the transparent electrode to produce an image or a color filter. However, the present invention further proposes an image recording method that can use the photocharge generation layer repeatedly and that is improved in cost.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is an image recording method with high resolution and high controllability applying photovoltaic power, realizing a configuration in which an image forming layer can be exposed from the surface, that is, the electrodeposition liquid surface direction, and generating photocharges An object of the present invention is to provide an image forming method having a high degree of freedom in selecting constituent materials such as materials, conductive layer materials, and support substrates.
A further object of the present invention is to prevent the influence of random scattering and irregular reflection of light on the electrodeposition liquid surface with respect to exposure from the electrodeposition liquid surface direction, and to improve the light energy efficiency and resolution of irradiated light. Another object is to provide an image recording method.
Another object of the present invention is to apply these image recording methods to a simple color filter manufacturing method that does not use photolithography and has a small number of steps.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have reviewed the electrodeposition technique itself from the fundamental point of view. And the physical property etc. were examined in detail about the molecule | numerator in which the solubility to water mentioned above changes a lot. The phase change of the dissolution, precipitation, or precipitation due to the change in the solubility of the molecule can be carried out by directly oxidizing or reducing the molecule electrochemically or changing the pH of the aqueous solution in which the molecule is dissolved. Hereinafter, these electrochemically phase-change materials are appropriately referred to as electrodeposition materials.
In the image recording method of the present invention, a conductive film is formed on a substrate, and a substrate on which an organic semiconductor film or an inorganic semiconductor film having a photovoltaic function is formed is prepared, and a predetermined interval is provided on the substrate. Leave Maintains uniformity of electrodeposition layer thickness and smoothness of electrodeposition layer surface means (Hereafter, abbreviated as “liquid thickness uniformity holding means”.) And an electrodeposition solution containing a liquid material and a color material and an electrodeposition material that is chemically dissolved or deposited / precipitated by a change in pH. Electrodeposition liquid layer To form Electrodeposition liquid layer The organic semiconductor film or the inorganic semiconductor film having a photovoltaic function disposed on the substrate is irradiated with light, and an electrodeposition film containing an electrodeposition material is selectively deposited on the portion where the electromotive force is generated by the irradiation light. And forming an image.
[0010]
Here, the main wavelength range of the irradiation light for image formation is the main absorption wavelength range of the electrodeposition liquid and the above Liquid thickness uniformity holding means It is preferable to have an optical spectral characteristic different from any of the main absorption wavelength regions.
In the image recording method of the present invention, it is also possible to record an image on a desired image holding material by transferring the image formed by depositing the electrodeposition film as described above to the image holding material.
[0011]
According to this method, light is irradiated from the electrodeposition liquid side in which the electrodeposition material is dissolved and dispersed in an aqueous liquid, and an electrodeposition film containing the electrodeposition material is generated on the substrate by the photovoltaic force. On this occasion, Maintaining uniform liquid thickness By disposing the means, it is possible to effectively prevent light scattering and variations in photovoltaic force due to disturbance of the liquid surface of the electrodeposition liquid and uneven thickness of the electrodeposition liquid layer, and high resolution can be achieved.
When the electrodeposition material used in the present invention is a colorless or light-colored polymer material, a coloring material such as a pigment is dispersed in the polymer, and the polymer is precipitated in a state containing the coloring material. A colored electrodeposition film in which the polymer and the polymer are mixed is formed. In the case where the electrodeposition material itself is a colored substance, a colored electrodeposition film is formed as it is. In that case, it is not necessary to add a color material in particular. The term “electrodepositing material that dissolves, precipitates, or settles” also includes an electrodeposition material made of a dye that itself becomes a coloring material. These electrodeposition films can be re-applied in an aqueous solution by applying a reverse voltage or immersing them in an aqueous solution having a high solubility (pH 10 to 13 for anionic electrodeposition materials and pH 1 to 4 for cationic electrodeposition materials). Can be eluted.
In the present invention, the “electrodeposition liquid” is a generic term for an aqueous solution or an aqueous dispersion in which all or part of an electrodeposition material (dye, pigment, polymer compound, etc.) is dissolved or dispersed in an aqueous medium. .
[0012]
When recording a monochromatic image using an electrodeposition solution, an electrodeposition solution containing an electrodeposition material is selectively deposited on the portion where the electromotive force is generated by the light irradiation, and the electrodeposition solution in an image forming region where an image is formed is formed. The effective thickness is preferably in the range of 50 μm to 7 mm.
In the image recording method of the present invention, a multicolor image can be formed by repeating the step of forming a plurality of single color images by changing the color tone of the color material. When performing image recording, the effective thickness of the electrodeposition liquid in the image forming area where a multicolor image is formed by selectively depositing an electrodeposition film containing an electrodeposition material on the portion where electromotive force is generated by light irradiation. Is preferably in the range of 0.1 mm to 15 mm.
When forming a background color portion in a multicolor image, for example, specifically, when forming a black matrix in a multicolor color filter, the background color is set using the electrodeposition film as the electrodeposition material. After forming a multicolor image by the above-described method and containing a colorable material that can be formed, it is energized while irradiating light on the entire surface of the substrate, and an electrodeposition film of a plurality of colors constituting the multicolor image is not yet formed. A background color portion by an electrodeposition film can be formed in the formation portion.
[0013]
Used in the present invention Maintaining uniform liquid thickness The image forming region by light irradiation in the means is composed of a material having a transmittance of 50% or more with respect to the main wavelength region of the irradiation light, and Maintaining uniform liquid thickness In a preferred embodiment, the means has an opening capable of holding or flowing the electrodeposition liquid.
here, Maintaining uniform liquid thickness The opening of the means is liquid thickness Uniformity retention Comprising a doctor blade for said, Maintaining uniform liquid thickness The electrodeposition liquid can flow between the means and the substrate; Maintaining uniform liquid thickness The surface roughness Ra of the part in contact with the electrodeposition liquid of the means is preferably 10 μm or less.
[0014]
As for the electrodeposition material, a semiconductor thin film formed on a substrate is an n-type semiconductor, a pn junction in which an n-type semiconductor and a p-type semiconductor are sequentially stacked, or a pin in which an n-type semiconductor, an i-type semiconductor, and a p-type semiconductor are sequentially stacked. In the case of a semiconductor having a junction, a compound having a carboxyl group in the molecule is used as the electrodeposition material, and the semiconductor thin film formed on the substrate is a p-type semiconductor, a p-type semiconductor and an n-type semiconductor in this order. In the case of a stacked pn junction or a semiconductor having a pin junction in which a p-type semiconductor, an i-type semiconductor, and an n-type semiconductor are sequentially stacked, a compound having an amino group or an imino group in the molecule is used as the electrodeposition material. It is preferable.
Such an electrodeposition material has both a hydrophobic group and a hydrophilic group in the molecule, and the number of hydrophobic groups of the monomer units constituting the polymer is in the range of 40% to 80% of the ratio of the total number of hydrophilic groups and hydrophobic groups. A copolymer having a property that 50% or more of the hydrophilic group portion can be reversibly changed from a hydrophilic group to a hydrophobic group by a change in pH, and an acid value of 30 to 600; It is characterized by containing.
Moreover, this electrodeposition material may contain a compound having both a unit that precipitates and settles by changing pH in the molecule and a colorant unit.
[0015]
The electrodeposition film formation requires a certain threshold voltage or higher, and the electrodeposition film is not necessarily formed when a current flows. Therefore, if a bias voltage is applied, an image can be formed even if the voltage level inputted from the outside is small. Therefore, an arbitrary electrodeposition film can be formed at a desired position by forming a transparent semiconductor layer on the substrate to be electrodeposited and using light for this input signal. Hereinafter, the electrodeposited film thus formed is referred to as a photo-deposited film.
Here, the electrodeposition material may form an electrodeposition film by the sum of the electromotive force due to light irradiation to the semiconductor layer and the bias voltage applied to the transparent electrode, but the bias voltage application depends on the photoelectromotive force. For example, the bias voltage applied to the transparent electrode can be omitted if the photovoltaic power of the semiconductor is sufficient to form the electrodeposition film.
[0016]
The outline of the image recording method proposed by the present inventors is that an organic or inorganic semiconductor is used as a substrate, and an electrodeposition material containing (or also serving as) a coloring material in an aqueous solution is irradiated on the semiconductor substrate by irradiating light. Since an image is formed by being deposited in the form of a dye electrodeposition film, a general-purpose patterned transparent conductive film is unnecessary in the conventional image recording method using the electrodeposition method, and any image can be obtained without a photolithography process. A pattern can be formed.
[0017]
The multicolor image according to the present invention includes an electrodeposition material while forming a semiconductor thin film on the electrode and applying a bias voltage to the electrode. Electrodeposition liquid layer By changing the pH in the vicinity of the substrate by irradiating light and generating photovoltaic power, the electrodeposition film using the difference in solubility depending on the pH of the polymer or dye molecule is selected as the light irradiation part It can be formed by forming a thin film and repeating this step a plurality of times. For example, full-color color image recording is achieved by repeating the coloring material three times as red (R), green (G), and blue (B).
[0018]
According to the image recording method of the present invention, a high-resolution photodeposition film can be formed by using a Schottky junction between a semiconductor thin film and an electrodeposition solution, or a pn junction or a pin junction of the semiconductor thin film itself. Moreover, since light irradiation is performed from the electrodeposition liquid side, the substrate and the semiconductor do not necessarily have to be transparent, so that there is an advantage that the range of selection of materials is widened.
[0019]
Furthermore, if the color image recording method of the present invention is applied, after forming a multicolor image, a voltage is applied in an electrodeposition liquid containing a background color forming material (at this time, there is no light). However, since the electrical resistance of the already formed multicolor image layer is high, the background color portion including the electrodeposition material is selectively formed only in the unformed portion of the image by adjusting the applied voltage. Thus, a background color portion can be easily formed in a multicolor image. If this is applied, for example, a black matrix can be easily formed on a color filter created by applying this image recording method on the same principle.
The background color portion such as a black matrix is not limited to the method of forming by electrodeposition, but can also be formed using an ultraviolet curable resin.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
First, a molecule (electrodeposition material) that changes its solubility due to a change in pH such as alkaline or acidic, or an electrochemical change, and dissolves, precipitates, or precipitates is required. The electrodeposition material may be a dye itself, or may have a property that a transparent polymer is precipitated in an alkaline or acidic manner, and a coloring material may be dispersed together with the polymer. When the coloring material is dispersed in a polymer, not only a dye but also a pigment can be used. In the case of image recording to be used in a site that requires high light resistance, it is desirable to use an aqueous polymer in which a pigment is dispersed.
[0021]
As a compound having such a property that causes a phase change of dissolution, precipitation, or precipitation due to a change in electrochemical conditions, for example, as a dye material, it is in a reduced state at pH 4 or more and dissolves in water, but is less than pH 4 In this region, rose bengal and eosin, which are fluorescein pigments that are oxidized to neutral state and precipitate, and carboxyl groups whose solubility varies greatly depending on the hydrogen ion concentration (pH) of the solution without structural change. And the like (specifically, water-resistant improved ink jet dyes, which are soluble in water at pH 6 or higher but precipitate at lower temperatures). Examples of the polymer material include a specific water-soluble acrylic resin that is a kind of polymer having a carboxyl group that is soluble in water at a pH of 6 or higher but precipitates at a pH lower than that. In addition, oxazine-based basic dye Cathilon Pure Blue, which is one of quinoneimine dyes.
5GH (CI Basic Blue 3) and thiazine-based basic dye methylene blue (CI Basic Blue 9) take an oxidized state when the pH is 10 or less, and develop a color. And precipitate. When these dyes are dissolved in pure water, an electrode is immersed in the solution and a voltage is applied, an electrodeposited film composed of these dye molecules is formed on the electrode on the cathode side. These dye electrodeposition films are restored to their original state and re-eluted into the aqueous solution by applying a reverse voltage or immersing them in an aqueous solution of pH 8 or lower.
[0022]
Hereinafter, these electrochemically phase-change materials are appropriately referred to as electrodeposition materials. When an electrodeposition material is dissolved in pure water, an electrode is immersed in the solution and a voltage is applied, an electrodeposition film made of these electrodeposition materials is produced on the electrode on the anode side. When the electrodeposition material is a colored substance, a colored electrodeposition film is formed as it is. When the electrodeposition material is a colorless or light-colored polymer material, a pigment is dispersed in the polymer and the electrode is immersed in the solution. When a voltage is applied, a pigment and a polymer are deposited on the anode-side electrode, and an electrodeposition film in which the pigment and the polymer are mixed is formed. These electrodeposition films can be re-applied in an aqueous solution by applying a reverse voltage or immersing them in an aqueous solution having a high solubility (pH 10 to 13 for anionic electrodeposition materials and pH 1 to 4 for cationic electrodeposition materials). Can be eluted.
The electrodeposition film formation requires a certain threshold voltage or higher, and the electrodeposition film is not necessarily formed when a current flows. Therefore, if a bias voltage is applied, an image can be formed even if the voltage level inputted from the outside is small. Therefore, if a semiconductor is used for the substrate to be electrodeposited and light is used for this input signal, an arbitrary electrodeposition film can be formed at a desired position. Hereinafter, the electrodeposited film thus formed is referred to as a photo-deposited film.
[0023]
As an example of a compound capable of forming such a photo-deposited film, an explanation will be given by taking, as an example, Pro Jet First Yellow 2 manufactured by Zeneca Co., Ltd., which is an acid dye and the dye itself has an electrodeposition-forming ability. This dye is easily dissolved in pure water (pH 6 to 8), and exists in an aqueous solution as an anion, but has a property of being insolubilized and precipitated when the pH is 6 or less. When the platinum electrode is immersed in the aqueous solution of Pro Jet first Yellow 2 and energized, the OH in the aqueous solution is near the anode. - Ion is consumed and O 2 The hydrogen ions increase and the pH decreases. This is because the hole (p) and OH are near the anode. - This is because the following reaction occurs in association with ions.
2OH - + 2p + → 1/2 (O 2 ) + H 2 O
In order for this reaction to occur, a certain voltage is required, and as the reaction proceeds, the hydrogen ion concentration in the aqueous solution increases and the pH decreases. Therefore, when a voltage higher than a certain level is applied, the solubility of Pro Jet first Yellow 2 is lowered on the anode side of the electrode, so that it becomes insoluble and a thin film is formed.
[0024]
The present invention utilizes the photovoltaic force generated by irradiating a semiconductor with light to obtain this constant threshold voltage. Various attempts have been made to use such photovoltaic power. For example, A.I. Fujishima, K .; Honda Nature Vol. 238, p37, (1972), n-type semiconductor TiO 2 The water was electrolyzed with water. In addition, in connection with research on photoelectrochromism, an example in which light is irradiated onto a Si substrate, pyrrole is electrochemically polymerized, and image formation is performed by doping and dedoping is described in H.C. By Yoneyama et al. Electrochem. Soc. , P2414, (1985). The present inventors also filed a patent application for a method of forming an image with light using a dye for doping and dedoping of a conductive polymer.
[0025]
On the other hand, it is possible to form an electrodeposition film only with a dye without using a conductive polymer, but the voltage required for forming the electrodeposition film is larger than when a conductive polymer is used. On the other hand, the photovoltaic power is 0.6 V at most, and the photovoltaic power alone is not sufficient for image formation. Therefore, a method such as raising the bias voltage by applying a bias voltage can be considered. However, if the voltage is still higher than a certain voltage (voltage depending on the band gap of the semiconductor to be used), the semiconductor and the solution required for forming the photovoltaic power There is a problem that the Schottky barrier between them is broken, and there is a limit to the bias voltage that can be applied. For this reason, image formation in an aqueous solution using the redox of a substance using photovoltaic power is limited to one using a photopolymerization reaction of a conductive polymer such as polypyrrole that is oxidized and reduced at 1.0 V or less. It was.
However, since the present inventors use the difference in solubility of molecules according to pH for image formation, it is possible to form a colored polymer layer at a low voltage. Electrodeposition by photovoltaic using various semiconductors. A colored image can be formed by the film.
[0026]
Among such electrodeposition materials, colorless or light-colored polymer compounds specifically include a monomer unit having a hydrophilic group capable of ion dissociation and a minimum having a hydrophobic group that promotes insolubilization in an aqueous electrodeposition solution. The number of hydrophobic groups in the monomer unit of the copolymer polymer is comprised in the range of 40% to 80% of the total number of hydrophilic groups and hydrophobic groups, more preferably 55%. To 70% is particularly preferable because it has a high electrodeposition deposition efficiency, shows electrodeposition characteristics that can form a film at a low electrodeposition potential, and the liquidity of the electrodeposition liquid is also stable. In addition, 30% or more, more preferably 65% or more, of the monomer unit hydrophilic group part of this electrodeposition material contains a monomer unit hydrophilic group part that can be reversibly changed from a hydrophilic group to a hydrophobic group by a change in pH. It is preferable that the electrodeposition material is constituted.
If the number of hydrophobic groups in the monomer unit of the electrodeposition material is less than 40% of the ratio of the total number of hydrophilic groups and hydrophobic groups, the electrodeposition film formed at the time of electrodeposition has insufficient water resistance and film strength. When the ratio of the number of hydrophobic groups in the monomer unit of the material is more than 80% of the total number of hydrophilic groups and hydrophobic groups, the solubility in aqueous liquids becomes insufficient, the electrodeposition liquid becomes cloudy, or the electrodeposition material precipitates Is generated, and the viscosity of the electrodeposition liquid is increased. The number of hydrophilic groups and hydrophobic groups can be calculated based on, for example, the charging ratio of monomers at the time of polymer polymerization reaction in the case of vinyl polymers and the like.
[0027]
The hydrophobic group in the structure of the electrodeposition material has a strong affinity for the organic pigment used in combination as a coloring material, has an adsorption ability for the pigment, and imparts a good pigment dispersion function. Further, a printing function for instantly depositing an image is imparted to the hydrophilic detachment of the hydrophilic group portion of the electrodeposition material due to a change in pH due to application of voltage. In particular, when the number of hydrophobic groups in the monomer unit of the electrodeposition material is in the range of 40% to 80% of the total number of hydrophilic groups and hydrophobic groups, the effect of reducing the electrodeposition potential for forming a strong film is great. Therefore, it is an indispensable condition for completing a low-potential printing process using photovoltaic power generated by light input.
[0028]
As a type of electrodeposition material that deposits on the positive electrode, it is preferable to use a copolymer having an acid value of 30 to 300 from the viewpoints of precipitation and retention of the formed electrodeposition film. Better electrodeposition characteristics can be obtained by using a copolymer having a 90-195. If the acid value of the electrodeposition material is less than 30, the solubility in an aqueous medium is insufficient, and it is difficult to increase the solid content concentration of the electrodeposition solution to an appropriate value. Inferior in water resistance and electrodeposition efficiency may be lowered, both of which are not preferred.
[0029]
In particular, those in which the ion-dissociating hydrophilic group is a carboxyl group or an amino group exhibits good image deposition efficiency and high fastness in electrodeposition in the electrodeposition phenomenon. These two groups have high efficiency in reversibly changing from a hydrophilic group to a hydrophobic group due to a change in pH, and these characteristics can be obtained.
[0030]
Further, the electrodeposition material has a structure containing a thermoplastic resin component, and must exhibit sufficient solubility in the adjusted aqueous liquid. Further, it is required that a liquid property change that generates a supernatant from the dissolved state of the electrodeposition material to cause precipitation in the pH range region 1 with respect to a change in the pH value of the electrodeposition solution in which the electrodeposition material is dissolved. .
In order to obtain more preferable characteristics, the pH range is required to be within 0.5. Due to the characteristics within this range, it is possible to instantly deposit an image even when there is a sharp pH change due to energization, and to add a function to increase the cohesive force of the deposited image and reduce the re-dissolution rate in the electrodeposition solution. It is possible. Thereby, the water resistance of the image is also obtained. When the pH range of the liquid property change that causes precipitation from the dissolved state with respect to the change in pH value of the electrodeposition solution is greater than 1, the print speed is decreased to obtain a sufficient image structure and the image is not water resistant. This leaves problems with the printing characteristics.
[0031]
Monomer units containing hydrophilic groups used in this electrodeposition material include methacrylic acid, acrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, maleic anhydride, trimellitic anhydride, phthalic anhydride, hemimerlic acid, succinic acid, adipine Acid, propiolic acid, propionic acid, fumaric acid, itaconic acid, etc. and their derivatives are used. In particular, methacrylic acid and acrylic acid are useful hydrophilic monomer structural units having a large effect / effect on the electrodeposition phenomenon, high electrodeposition efficiency due to pH change, and high hydrophilization efficiency.
[0032]
Monomer units containing hydrophobic groups used in this electrodeposition material include alkyl groups, styrene groups, α-methylstyrene groups, α-ethylstyrene groups, methyl methacrylate groups, ethyl methacrylate groups, butyl methacrylate groups, Examples include acrylonitrile group, vinyl acetate group, methyl acrylate group, ethyl acrylate group, butyl acrylate group, lauryl methacrylate group, and derivatives thereof. In particular, styrene groups and α-methyl-styrene groups are hydrophobic monomer structural units of electrodeposition materials that have high hydrophobizing efficiency, good electrodeposition efficiency, and high controllability during production polymerization.
[0033]
These are high-molecular substances obtained by copolymerizing molecules containing a hydrophilic group and a hydrophobic group at the above ratio, and the type of each hydrophilic group and hydrophobic group is not limited to one. From the viewpoint of electrodeposited film properties and adhesion strength of the film, an electrodeposited film having an average molecular weight of 6,000 to 25,000 can be obtained. From the viewpoint of more preferable film properties and adhesive strength of the film, an electrodeposition film having an average molecular weight of 9,000 to 20,000 can be obtained. When the average molecular weight is lower than 6,000, the film is not uniform and the water resistance is low. For this reason, a highly robust electrodeposition film cannot be obtained, and the film property is low, and cracks frequently occur or powdered. On the other hand, if the average molecular weight is higher than 25,000, the solubility in the aqueous liquid becomes insufficient, and the solid content concentration of the electrodeposition liquid cannot be increased to an appropriate value, or the liquid becomes cloudy or precipitates are formed. The liquid viscosity increases, causing problems. The thermal characteristics of these materials are as follows: a transfer process using heat by using a material having a glass transition point lower than 80 ° C., a flow starting point lower than 200 ° C., and a decomposition point higher than 100 ° C. The control margin is widened, and good transfer characteristics of the electrodeposition film can be obtained.
In combination with a pigment, a transparent polymer material with electrodeposition, for example, a water-soluble acrylic resin, combined with a water-soluble acrylic resin and dispersed in an aqueous solution can be used to obtain a pigment as an electrodeposition film.
[0034]
Next, the conductivity and pH of the solution will be described. According to our experiment, the conductivity is related to the amount of electrodeposition, in other words, the higher the conductivity, the thicker the electrodeposition film deposited in a certain time, the more about 100 mS / cm. 2 Saturates at. (See FIG. 1) Accordingly, when the conductivity is insufficient with only the dye ions, an acidic or alkaline substance that does not affect the electrodeposition characteristics, such as Na + Ion and Cl - By adding ions, the electrodeposition speed can be controlled. For example, an electrodeposition film can be formed by applying a voltage of 5 V or less.
In addition, the pH of the aqueous solution naturally affects the formation of the electrodeposition film. For example, if the electrodeposition film is formed under the condition that the solubility of the dye molecule is saturated before the electrodeposition film is formed, it is difficult to redissolve after the film formation. However, when the electrodeposition film is formed at the pH of the unsaturated solution, the film begins to redissolve as soon as the current supply is stopped even if the electrodeposition film is formed. Therefore, it is desirable to form the electrodeposition film at a pH of the solution that saturates the solubility.
[0035]
Next, the substrate used in the image recording method of the present invention will be described. In the present invention, since the photoelectromotive force by light irradiated on the electrodeposition material side is used for image recording, the substrate is not necessarily transparent unlike the conventional electrodeposition method. Accordingly, the substrate is a substrate that can be suitably used as a semiconductor substrate provided on the substrate, and any substrate can be used as long as the surface is smooth. Of these, glass substrates, metal substrates such as aluminium, and conductive ceramic substrates are preferable. First, a conductive layer is formed on the substrate. Any known conductive layer can be used, for example, a general-purpose ITO film, Au film, Pt film, Al film, Cr film, etc. What is necessary is just to form.
[0036]
An organic or inorganic semiconductor layer is formed on the conductive layer. As the semiconductor layer, a photovoltaic semiconductor having almost no light history effect is preferable. Basically, any semiconductor thin film that generates an electromotive force by light irradiation and does not have a strong light history effect can be used. Specifically, as photovoltaic semiconductor materials, Si, GaN, a-C, BN, SiC, Zn, Se, TiO 2 , GaAs compounds, Cu, Zn P 2 Phthalocyanine pigment-based materials, perylene pigment-based materials, azo pigment-based materials, various organic photoconductive materials, and the like can be used. The semiconductor layer may be a single layer or a plurality of layers, and a mixture of the semiconductor materials may be used. It can be used.
[0037]
As this semiconductor layer, titanium oxide is particularly suitable. This titanium oxide has an absorption in the region of 400 nm or less, is transparent, and can be used as it is as a substrate. In recent years, titanium oxide having good characteristics as an n-type semiconductor has been obtained by various methods such as a sol-gel method, a sputtering method, and an electron beam evaporation method.
TiO which is a suitable transparent semiconductor here 2 Is described. TiO 2 Is a transparent oxide semiconductor that generates a photovoltaic force when irradiated with ultraviolet rays. Therefore, if an ultraviolet ray is applied from the back of the substrate, a photo-deposited film can be formed on the transparent substrate. TiO 2 There are several known methods for forming the film. For example, a thermal oxide film method, a sputtering method, an electron beam method (EB method), a sol-gel method, and the like are well known. We use EB method and sol-gel method for TiO 2 The film was formed. However, the ordinary film forming method is inefficient and the photocurrent necessary for electrodeposition does not flow. Therefore, reduction treatment was performed to increase the conversion efficiency of photocurrent. The reduction treatment is usually performed in hydrogen gas at about 550 degrees. For example, Y. Hamasaki et al. Electrochem. Soc. Vol. 141, No3. In p660 and 1994, heating is performed in hydrogen gas at about 550 degrees for about 1 hour. However, we have obtained a sufficient effect with a low temperature and short time treatment of about 360 ° C. for 10 minutes. This was achieved by heating with a flow rate of 1 liter per minute using 3% hydrogen mixed nitrogen gas.
[0038]
These semiconductor layers may be provided with a protective layer on the surface. The thickness of the semiconductor layer is in the range of 0.05 μm to 1.9 μm, which is a usable range where good characteristics can be obtained. If the layer thickness is less than 0.05 μm, the obtained optical power is too weak, which may cause a problem in good image formation. If the layer thickness exceeds 1.9 μm, the charge generated by light is trapped in the layer, and the photohistory phenomenon Becomes too large and causes problems in image formation. In addition, in consideration of the power generation efficiency by light, these semiconductor films are composed of a single semiconductor, such as a resin, in order to easily obtain the power necessary for film deposition by the electrodeposition method. Mixing and inclusion of insulating materials must be avoided. Furthermore, the mixing and inclusion of an insulating material such as a resin in the semiconductor layer also causes a large light history phenomenon.
The semiconductor includes an n-type semiconductor and a p-type semiconductor, but any semiconductor can be used in the present invention. Furthermore, if a laminated structure using a pn junction or a pin junction is used, it is more desirable because a photocurrent flows well and an electromotive force can be obtained with certainty and the contrast is improved.
[0039]
Next, a combination of a semiconductor and a material capable of forming an electrodeposition film is determined by the polarity of the semiconductor used. As is well known as a solar cell, the photovoltaic power is formed using a Schottky barrier, a pn or pin junction generated at the interface in contact with the semiconductor. As an example, an n-type semiconductor will be described with reference to the schematic diagram of FIG. The schematic diagram of FIG. 2A shows the case of the Schottky junction, and the schematic diagram of FIG. 2B shows the case of the PIN junction. When there is a Schottky barrier between the n-type semiconductor and the solution, if the semiconductor side is negative, the current flows in the forward direction, but conversely, when the semiconductor side is positive, no current flows. However, even when the semiconductor side is positive and no current flows, electron-hole pairs are generated when light is irradiated, and the holes move to the solution side and current flows. In this case, since the semiconductor electrode is made positive, the electrodeposited material must be negative ions. Therefore, it becomes a combination of an n-type semiconductor and an anionic molecule, and conversely, cations are electrodeposited in a p-type semiconductor.
[0040]
In general, the photovoltaic power of a semiconductor can be obtained at most 0.6V even with relatively large Si. However, materials that can be electrodeposited at 0.6 V are limited. Therefore, it is necessary to compensate for the insufficient voltage by applying a bias voltage. The upper limit of the bias voltage that can be applied is up to the limit at which the Schottky barrier is maintained. When the Schottky barrier is broken, a current also flows in a region where no light is applied, and an electrodeposition film is formed on the entire region of the semiconductor substrate, so that image formation cannot be performed. For example, in the case of a material that is electrodeposited at 2.0 V, when a bias voltage of 1.5 V is applied and light is applied, the threshold value necessary for electrodeposition is obtained by adding 0.6 V of the semiconductor photovoltaic power to 2.1 V. A photo-deposited film is formed only in the region where the voltage is exceeded and the light is irradiated.
The mechanism used here is a photovoltaic mechanism that is different from an external photocurrent effect mechanism in which the conductivity is simply increased by light irradiation and the energization current is increased by the applied voltage of the bias.
[0041]
As a guideline for selecting a substance (electrodeposition material) capable of forming this electrodeposition film, the dissolution characteristics accompanying the change in pH of the electrodeposition material are shown in the graph of FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the solubility characteristics of various materials and the pH of the solution. Some materials, such as graph A (shown by a solid line), suddenly precipitate at a certain pH value, and the solubility is good regardless of the pH value, as in the material of graph B (shown by a broken line). Some materials, such as the material of graph C (indicated by a dashed line), are insoluble regardless of the pH value, and these characteristics also change depending on the relationship between the material and the solvent (dispersion medium) used. In the present invention, as shown in graph A, it is preferable that precipitation occurs abruptly at a certain pH value. Also, as this graph A shows a so-called hysteresis curve, re-dissolution with respect to the change in pH value. It is ideal from the viewpoint of the stability of the formed image that the image is not abruptly performed and is kept in a deposited state for a certain period of time. Therefore, it is preferable to select a combination of an electrodeposition material having such characteristics and a solvent.
[0042]
As the electrodeposition material, two kinds of ions can be mixed and used. Consider the case where two types of ions are used in combination. In general, when a basic solution and an acidic solution are mixed, they are neutralized to form another precipitate such as a complex and precipitate. For this reason, when two types of dyes are mixed to produce a mixed color, a nonpolar pigment is generally used or a material having the same polarity is dispersed. However, with certain types of dyes, a complex is not formed but ions coexist. In this case, even if a basic solution and an acidic solution are mixed, precipitates can be suppressed, and a combination of ions having different polarities can also be used. We considered the case where two kinds of dye ions were mixed using this property.
[0043]
First of all, two kinds of ions having the same polarity, for example, an anionic and rose bengal (red) that has the ability to form an electrodeposited film are mixed with the same anionic but brilliant blue (blue) that has no ability to form an electrodeposited film. When electrochemically oxidized in the mixed solution, a purple electrodeposition film having the same color as the mixed solution is formed on the electrode. This is because brilliant blue ions are taken into Rose Bengal, which has the ability to form an electrodeposition film, to form a film. Thus, when two types of ions having the same polarity are mixed, it is sufficient that any one type of ions has an electrodeposition film forming ability.
[0044]
Next, a mixture of two types of ions with different polarities, such as Pro Jet First Yellow 2 (yellow), which is anionic and capable of forming an electrodeposited film, and Catiron Pure Blue 5GH (blue), which is cationic and capable of forming an electrodeposited film When electrochemically oxidized in the solution, a green electrodeposition film having the same color as the mixed solution is formed on the electrode. Conversely, when electrochemically reduced, a blue electrodeposited film of Cathilon Pure Blue 5GH alone is formed on the electrode. To explain the characteristics of such an ionic compound, for example, as shown in the graph of FIG. 4, one compound is dissolved in the solvent in the neutral region as shown in the graph A (shown by a solid line). Precipitation occurs abruptly at a certain low pH value, and the other compound has a characteristic that it dissolves in a solvent in a neutral region like the material of graph B (shown by a broken line), and abrupt precipitation occurs at a high pH value. In this case, high solubility is maintained in the neutral region, and phase change of dissolution and precipitation occurs at a specific pH value. In such a case, when an electrochemical reaction is performed in a mixed solution of an anionic dye solution and a cationic dye solution, only the polarity of the applied voltage is changed, so that different dyes can be formed on the same electrode. An electrodeposition film can be formed.
[0045]
Next, when using a pigment as a coloring material, it may be used in combination with an electrodepositable transparent or light-colored polymer material such as a water-soluble acrylic resin or a water-soluble styrene resin and dispersed in an aqueous solution. Thus, when the electrodeposition material forms an electrodeposition film, a colored electrodeposition film containing a pigment is obtained.
[0046]
The image recording method of the present invention will be described with reference to FIG. First, the conductive film 14 is formed on the substrate 12 as described above (FIG. 5A), and the substrate 18 (FIG. 5B) on which the semiconductor thin film 16 is formed is prepared.
Next, using an apparatus as shown in FIG. 6, an electrodeposition solution containing a coloring material and an electrodeposition material that is chemically dissolved, precipitated, or settled by a change in pH on the substrate 18 having the above-described configuration. An electrodeposition liquid layer 22 is provided, and a substrate 18 in which means 24 capable of supplying an electric current or an electric field according to an image pattern is connected to the conductive film 14 is disposed so that the semiconductor thin film (electrode) 16 is in contact with the electrodeposition liquid layer 22. At this time, they are arranged on the substrate 18 at a predetermined interval. Maintaining uniform liquid thickness The thickness of the electrodeposition liquid layer 22 is made uniform by the means 26, and the liquid level is kept smooth. In this aspect, Maintaining uniform liquid thickness The transparent electrode layer formed on the surface of the means 26 functions as the counter electrode 40, and the TiO 2 Electrode 16 is used as a working electrode.
[0047]
When a predetermined mask pattern 28 is disposed on the electrodeposition liquid layer 22 of the substrate 18 and light irradiation is performed through the predetermined optical system 29 by the exposure light source 27, the portion where electromotive force is generated by the light irradiation is selectively selected. Then, a colored electrodeposition film 30 containing an electrodeposition material and a color material is deposited, and this becomes a colored electrodeposition film layer for recording a monochrome image. The colored layer 30 is fixed by removing the electrodeposition liquid 22 from the substrate 18 on which the colored electrodeposition film is formed. Here, the portion where the mask pattern 28 is arranged and the electromotive force is generated is determined. However, the electromotive force generated by light irradiation is generated in a predetermined portion by writing directly with the laser beam without using the mask pattern 28. It can also be made.
[0048]
At this time, by changing the color tone of the color material to, for example, red (R), green (G), and blue (B) and repeating this step (step of recording a monochromatic image), the electrodeposition liquid layer 22 and the mask A multicolor image can be easily formed only by performing the same process by changing the pattern 28 (FIG. 5C). Further, as described later, a background color portion layer 32 such as a black matrix is formed to obtain a multicolor image having a background color on the substrate 18 (FIG. 5D). The multicolor image thus obtained can be transferred in close contact with a suitable support 40 under heating and pressure conditions (FIG. 5E) to form a recorded image transferred onto the desired support 40. (FIG. 5F).
[0049]
The saturated calomel electrode potentials are 0.2444 V, 0.2412 V, and 0.23878 V at 20 ° C., 25 ° C., and 30 ° C., respectively, and are substantially equal to the ground potential = 0V. In forming an image, the saturated calomel electrode is not used, and the container (electrolytic solution) can be connected to the ground. However, in order to clarify the potential of the work electrode (deposition side electrode), as described above. Alternatively, the electrolytic solution may be connected to a saturated calomel electrode, and the potential on the surface of the electrolytic solution may be set to the standard potential of the saturated calomel electrode.
[0050]
Used in the image recording method of the present invention Maintaining uniform liquid thickness The means 26 is provided for the purpose of maintaining the uniformity of the thickness of the electrodeposition liquid layer 22 formed on the substrate and the smoothness of the liquid layer surface. FIG. 7 (A) Maintaining uniform liquid thickness It is a top view which shows the one aspect | mode of the means 26, (B) is the doctor blade 36 formed Maintaining uniform liquid thickness FIG. 8 is a schematic side cross-sectional view showing an embodiment of the means 26, and FIG. 8A shows a gap forming portion 34 formed therein. Maintaining uniform liquid thickness FIG. 5 is a schematic front cross-sectional view showing one embodiment of the means 26, and FIG. In the opening for introducing the electrodeposition liquid, a doctor blade 36 for smoothing the liquid level or a gap forming part 34 for smoothing the transparent sheet-like transparent exposure part 38 for regulating the liquid level. The electrodeposition liquid layer 22 is entirely covered with a transparent sheet-like transparent exposure part 38 at a distance from the liquid surface by a predetermined gap forming part 34. At both ends of the gap forming portion 34, holding portions 34a for stably holding the gap forming portion 34 against the surface of the electrodeposition liquid layer 22 are formed.
The doctor blade 36 is preferably disposed from the viewpoint of maintaining the gap at the end portion with higher accuracy. Further, from the viewpoint of the smoothness of the liquid surface, the doctor blade 36 has a surface roughness at a portion in contact with the electrodeposition liquid. Ra is preferably 10 μm or less. Further, it is preferable that the transparent exposure portion 38, that is, the image forming region by light irradiation is made of a material having a transparency of 50% or more with respect to the main wavelength region of the irradiation light. The electrodeposition liquid for forming the electrodeposition liquid layer 22 may be a held liquid layer in a stationary state, or may form a liquid layer with a constant thickness while flowing.
[0051]
Next, an exposure apparatus for producing a photo-deposited film will be described. In the present invention, since it is necessary to perform exposure from the electrodeposition liquid layer side of the substrate surface through a mask pattern, the exposure light source must have a wavelength with little absorption of the electrodeposition liquid. Then, it is necessary to perform exposure with a light source of an ultraviolet light region or an infrared light region of 400 nm or less or 700 nm or more. Usually, a mercury lamp, a mercury xenon lamp, a He—Cd laser, N 2 Lasers, excimer lasers, semiconductor lasers and the like are preferably used.
[0052]
Next, a method for forming a background color portion such as a black matrix will be described. For the formation of the black matrix, a conventionally known general method is a method in which the black filter is formed in the same manner as the color filter layer using photolithography, or a black matrix is formed only in a portion without the color filter layer using an ultraviolet curable resin. Although there are methods, various measures are necessary to completely shield the screen, which is a major factor in increasing the cost of the color filter. However, when the color filter layer is formed using our photo-deposition method, the semiconductor is exposed in the unformed region of the photo-deposition film, and an electrodeposition film for the black matrix is easily formed in this area. it can. Furthermore, since the generally formed electrodeposition film is an organic thin film and has high insulation, it is rather difficult to form a further photodeposition film on the formed color filter layer. Therefore, after forming the color filter layer using the photo-deposition method, if voltage is applied in the electrolytic solution for the black matrix (there is no need for exposure because there is no need for light at this time) A black matrix electrodeposition film is formed so as to completely fill the unformed region of the color filter layer. As described above, by using the photo-deposited film, a black matrix can be formed easily and at low cost. In addition, even when an ultraviolet curable resin is used due to the same action, the electrodeposition film is formed cleanly in the unformed region of the color filter layer. Therefore, an ultraviolet curable resin may be used instead of forming the electrodeposition film. However, when a color filter layer is formed using a highly conductive electrodeposition material, it is possible to further stack an electrodeposition film, which is useful when forming color filter layers with different functions. However, when the black matrix is formed by the method described above, it is necessary to pay attention to conditions such as applied voltage.
[0053]
Thus, a protective layer can be provided on the color filter layer and the black matrix thus formed to improve smoothness and durability. The protective layer can be formed by a conventional method using a resin material such as an acrylic resin, a polyimide resin, or a polyester resin.
[0054]
Since the image recording method as described above irradiates the photovoltaic generation layer with the optical image signal through the electrodeposition liquid, the light irradiation efficiency at this time (surface irradiation energy / light source emission in the photovoltaic generation layer) It is necessary to devise a method to minimize the decrease in energy. The light irradiation efficiency is required to be 30% or more, preferably 50%.
[0055]
In particular, the electrodeposition liquid for forming a color image is performed by using an optical image signal input in an invisible region that is less influenced by the formed image because the characteristics relating to light reflection and light absorption of the image are determined by the requirements of the visible light region. Alternatively, it is necessary to use an optical image signal input in a wavelength region other than the large light absorption characteristic region.
In order to keep the light irradiation efficiency constantly high, the effective thickness of the electrodeposition liquid is preferably set in a thickness range of 50 μm to 7 mm, and more preferably in a range of 100 μm to 3 mm. In the case of forming a multicolor image, the effective thickness of the electrodeposition liquid is preferably in the range of 0.1 mm to 15 mm.
[0056]
If the electrodeposition liquid surface is directly exposed to the air surface, a minute wave may be generated on the surface or the liquid may be swelled, causing optical scattering and unnecessary refraction, which may cause distortion of the optical image. Because to improve it, Maintaining uniform liquid thickness Set the mechanism and cover the surface of the electrodeposition liquid for image exposure with a translucent material, thereby controlling the smoothness and thickness of the liquid surface with high precision, and setting the liquid level stability by this mechanism Then, optical loss and distortion on the liquid surface are suppressed. Cover the exposed area, that is, the image recording area Maintaining uniform liquid thickness The mechanism is preferably formed of a material having a transmittance in the exposure light principal wavelength region of 30% or more, preferably 50% or more. The member covering the image recording region preferably has a thickness in the range of 0.1 mm to 15 mm, and more preferably in the range of 0.2 mm to 3 mm. this Maintaining uniform liquid thickness By adopting the means, it becomes possible not only to keep the light irradiation efficiency at a high level, but also to realize image formation with high image sharpness and high resolving power by suppressing light scattering.
Further, since exposure from the electrodeposition liquid side is possible, there is an advantage that the degree of freedom of the material constituting the substrate is widened.
【Example】
[0057]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
A transparent conductive film 14 made of ITO is formed on a glass substrate 12 having a thickness of 5 mm by sputtering to a thickness of 0.9 μm, and further 0.5 μm of TiO 2 is formed. 2 16 is formed. Next, TiO 2 In order to improve the 16 photocurrent characteristics, reduction treatment is performed. The reduction treatment was performed by annealing at 410 degrees for 10 minutes in pure nitrogen gas mixed with 3% hydrogen gas. In a tripolar arrangement which is common in electrochemical using the apparatus shown in FIG. 6, this is a styrene-acrylic acid random copolymer (molecular weight 14,000, hydrophobic group / (hydrophilic group) as an electrodeposition material. + Hydrophobic group) molar ratio of 73%, acid value of 90, glass transition temperature of 33 ° C., flow start point of 82 ° C., decomposition point of 251 ° C.) and azo-based magenta ultrafine pigment as a coloring material in a solid content ratio of 5 to 5 TiO 2 with respect to the saturated calomel electrode in the aqueous solution 22 containing the pigment dispersed in 2 Using the electrode 16 as a work electrode, setting the work electrode to a bias potential of 1.6 V, a quartz glass plate having a thickness of 1.0 mm with an electrodeposition liquid layer 22 (thickness 0.2 mm) is disposed as a liquid thickness control member, The member is brought into close contact with the liquid surface, a liquid thickness control gap is set at the end, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity of wavelength 365 nm, 50 mW / cm from the surface of the member) 2 ) Is irradiated with light through the photomask 28 for 4 seconds. 2 An image pattern having a magenta thickness of 2 μm was formed only in the area irradiated with light on 16 surfaces. This image pattern was dried to reliably form a film.
[0058]
Next, an electrodeposition solution (thickness: 0.2 mm) containing a pigment in which a styrene-acrylic acid copolymer and an azo yellow ultrafine particle pigment, which are the same polymer materials as described above, are dispersed in a solid content ratio of 5 to 5 is used. Used for saturated calomel electrode with TiO 2 The electrode is used as a working electrode, the working electrode is set to 1.6 V, a liquid thickness control member similar to magenta electrodeposition is disposed, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, wavelength 365 nm) is disposed from the surface side of the electrodeposition liquid. Light intensity of 50mW / cm 2 ) When irradiated with light through a photomask for 4 seconds, TiO 2 A yellow image pattern having a thickness of 1.7 μm was formed only in the region irradiated with light on the surface.
Similarly, TiO 2 is applied to a saturated calomel electrode using an electrodeposition solution (thickness 0.2 mm) containing a pigment in which a styrene-acrylic acid copolymer and a phthalocyanine-based cyan ultrafine pigment pigment are dispersed in a solid content ratio of 5 to 5. 2 The electrode was used as a working electrode, the working electrode was set to 1.7 V, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity at wavelength 365 nm, 50 mW / cm from the surface of the electrodeposition liquid surface) 2 ) When irradiated with light through a photomask for 4 seconds, TiO 2 A cyan image pattern having a thickness of 1.7 μm was formed only in the region irradiated with light on the surface, and a color image layer was formed.
[0059]
After each color image layer was fixed, it was washed with pure water, and a styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 12,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio 73%, acid value 120). And carbon black powder (average particle diameter of 80 nm) in a water solution containing a pigment having a solid content ratio of 1: 4 with respect to a saturated calomel electrode with TiO 2 The electrode is used as the working electrode, the working electrode is set to 2.0 V, and the electrodeposition liquid thickness is 0.2 mm. 2 When only the area exposed and projected using the black mask on the surface was exposed for 2 seconds, a thin film containing carbon black was formed on the color image layer, and a black image portion could be formed.
After the black image portion is fixed, it is washed with pure water, and a plain paper is placed on the image forming surface. 2 When placed in an oven at 190 ° C. for 10 minutes in a pressurized state and transferred, the plain paper is peeled off from the substrate, and the multicolor image created on the plain paper is transferred to the 256th floor at 1250 dpi on the plain paper. High-precision color image recording was achieved.
[0060]
(Example 2)
It is a production example of a color filter to which the image recording method of the present invention is applied.
A transparent conductive film made of ITO is formed on a glass substrate having a thickness of 2 mm by sputtering to a thickness of 0.8 μm, and further 0.5 μm of TiO 2 is formed. 2 Is formed. Next, TiO 2 Reduction treatment is performed to improve the photocurrent characteristics. The reduction treatment was performed by annealing at 370 ° C. for 20 minutes in pure nitrogen gas mixed with 4% hydrogen gas. In the same tripolar arrangement as in Example 1, the styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 16,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio 79% Acid value 110, glass transition temperature 41 ° C., flow start point 75 ° C., decomposition point 274 ° C.) and an aqueous solution containing a pigment in which an azo red ultrafine particle pigment is dispersed in a solid content ratio of 7 to 3 in saturated aqueous solution TiO to electrode 2 The electrode is used as a working electrode, the working electrode is set to 1.9 V, the electrodeposition liquid layer 22 (thickness 0.1 mm) is made of a quartz glass plate having a thickness of 0.4 mm, and a doctor blade ( A U-shaped transparent liquid thickness control member provided with a liquid breakage blade is disposed, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity of wavelength 365 nm, 50 mW / cm from the surface of the member) 2 ) When irradiated with light through a photomask for red for 5 seconds, TiO 2 A red image pattern was formed only in the region irradiated with light on the surface.
[0061]
Next, the same styrene-acrylic acid copolymer as described above and a phthalocyanine green ultrafine pigment pigment were dispersed in a solid content ratio of 8 to 2 with an electrodeposition solution containing TiO 2 with respect to a saturated calomel electrode. 2 The electrode is used as a working electrode, the working electrode is set to 1.9 V, the electrodeposition liquid thickness is 0.1 μm, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity at a wavelength of 365 nm) is used from the front side of the liquid surface as in the case of red image recording. 50 mW / cm 2 ) When irradiated with light through a green photomask for 5 seconds, TiO 2 A green image pattern was formed only in the region irradiated with light on the surface.
Similarly, a TiO 2 is saturated with respect to a saturated calomel electrode in an aqueous solution containing a pigment in which a styrene-acrylic acid copolymer similar to that described above and a phthalocyanine blue ultrafine pigment pigment are dispersed at a solid content ratio of 8 to 2. 2 The electrode is used as a working electrode, the working electrode is set to 1.9 V, the electrodeposition liquid thickness is 0.1 μm, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity at a wavelength of 365 nm) is used from the front side of the liquid surface as in the case of red image recording. 50 mW / cm 2 ) Is irradiated with light through a blue photomask for 5 seconds. 2 A blue image pattern was formed only in the region irradiated with light on the surface, and a color image layer was formed.
[0062]
Next, after the formed color image layer was washed with pure water, the same styrene-acrylic acid copolymer and carbon black powder (average particle size 95 nm) as described above were dispersed at a solid content ratio of 5 to 5. TiO for saturated calomel electrode in aqueous solution containing pigment 2 When the electrode was used as the working electrode and the voltage was applied for 4 seconds with the working electrode at 2.6 V, a thin film containing carbon black was formed only in the unformed region of the color image layer, and a black matrix was formed. After washing with water, the filter pattern part on the alkali-free glass plate was washed, and a protective layer was coated on the filter pattern part to obtain a UXGS specification color filter.
In this example, a voltage was applied without using light irradiation, but a good background color portion (black matrix) similar to Example 1 where light irradiation was performed was formed.
[0063]
(Example 3)
It is a production example of a color filter to which the image recording method of the present invention is applied.
A gold conductive film is formed on a 3 mm thick alumina substrate by sputtering, and TiO / TiO2 is formed on the thin film by a sol-gel method to a thickness of 0.6 μm. 2 Was formed. The film is formed on the substrate by spin coating TiO 2 A alkoxide solution (manufactured by Nippon Soda Co., Ltd., Atron NTi-092) was formed at a rotational speed of 1700 rpm for 30 seconds, and then heat-treated at about 500 ° C. for 1 hour. 2 A film was formed. The reduction treatment was performed by annealing at 350 degrees for 10 minutes in pure nitrogen gas mixed with 3% hydrogen gas. As shown in FIG. 6, in a general tripolar arrangement similar to that of Example 1, the styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 16,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) was used. A pigment having a solid content ratio of 8: 2 and a azo-based red ultrafine particle pigment having a molar ratio of 65%, an acid value of 105, a glass transition temperature of 15 ° C., a flow starting point of 65 ° C., and a decomposition point of 210 ° C. TiO 2 with respect to a saturated calomel electrode using an electrodeposition solution containing 2 The electrode is used as a working electrode, the working electrode is 1.7 V, the electrodeposition liquid thickness is 0.08 mm, and it is made of a quartz glass plate with a thickness of 0.4 mm. A U-shaped transparent liquid thickness control member provided with a blade) is arranged, and a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity at wavelength 365 nm, 50 mW / cm) from the transparent member surface side. 2 ) When irradiated with light through a photomask for 2 seconds, TiO 2 A red filter pattern was formed only in the region irradiated with light on the surface.
[0064]
Next, in the aqueous solution containing the pigment obtained by dispersing the same styrene-acrylic acid copolymer and the phthalocyanine green ultrafine pigment as described above at a solid content ratio of 8 to 2, the saturated calomel electrode is subjected to TiO 2. 2 The electrode is used as a working electrode, the working electrode is 1.7 V, the electrodeposition liquid thickness is 0.07 mm, and the quartz glass plate is 0.2 mm thick. A U-shaped transparent liquid thickness control member provided with a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity of wavelength 365 nm, 50 mW / cm) from the surface side of the transparent member. 2 ) When irradiated with light through a photomask for 2 seconds, TiO 2 A green filter pattern was formed only in the region irradiated with light on the surface. Similarly, TiO 2 is saturated with respect to a saturated calomel electrode in an aqueous solution containing a pigment in which the same styrene-acrylic acid copolymer and a phthalocyanine blue ultrafine pigment pigment are dispersed at a solid content ratio of 8 to 2. 2 The electrode is used as a working electrode, the working electrode is 1.7 V, the electrodeposition liquid thickness is 0.07 mm, and the quartz glass plate is 0.3 mm thick. A U-shaped transparent liquid thickness control member provided with a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, light intensity of wavelength 365 nm, 50 mW / cm) from the surface side of the transparent member. 2 ) When irradiated with light through a photomask for 2 seconds, TiO 2 A blue filter pattern was formed only in the region irradiated with light on the surface, and a color filter layer was formed.
[0065]
Next, after the formed color filter layer is washed with pure water, a pigment in which the same styrene-acrylic acid copolymer and carbon black powder (average particle diameter of 80 nm) are dispersed in a solid content ratio of 7 to 3 is prepared. TiO for saturated calomel electrode in aqueous solution containing 2 When the electrode was used as a working electrode, the working electrode was 2.6 V, and an electrodeposition potential was applied for 3 seconds, a copolymer thin film containing carbon black was formed only in the unformed region of the color filter layer. became. Thereafter, the filter layer and the black matrix were transferred onto a transparent glass substrate to prepare a color filter original plate. After washing it, a protective layer was coated on top of it to obtain a color filter.
In this example, a non-transparent substrate and a conductive film were used, but a good color filter was obtained by the exposure from the electrodeposition liquid side as in the case of using a transparent substrate and a transparent conductive film. TiO 2 When the film was formed, the sol-gel method could be suitably used similarly to the case where the film was formed by the sputtering method.
[0066]
Example 4
A transparent conductive film made of ITO is formed on a 5 mm glass substrate by sputtering, and a silane gas glow discharge deposition method is formed on the ITO thin film by sputtering.
In the process of forming the a-Si film, an n-type a-Si film was deposited by introducing a diborane gas into the latter half of the film to form a photovoltaic layer having a thickness of 0.8 μm. Thereafter, heat treatment was performed at about 500 ° C. for 1 hour to increase the crystallinity of the Si film, and then a PN junction type poly-Si film was formed by two further doping treatments. As shown in FIG. 6, in a general tripolar arrangement as shown in FIG. 6, a styrene-acrylic acid copolymer similar to that in Example 1 and an azo-based magenta color ultrafine pigment in a solid content ratio of 7 are used. An electrodeposition liquid was obtained by dispersing the electrode in a pair 3 and using a Si electrode as a working electrode with respect to a saturated calomel electrode, the working electrode was set to 1.8 V, and an electrodeposition liquid layer having a thickness of 0.09 mm and a thickness of 0.5 mm. A U-shaped transparent liquid thickness control member is provided with a doctor blade (liquid cutting blade) at the end opening, and a He-Ne laser light source is provided from the transparent member surface side. The laser beam of the signal corresponding to the magenta image formation was used to form a magenta image pattern only in the light irradiated region on the Si surface. This image pattern was dried to reliably form a film.
[0067]
Next, a saturated calomel electrode is formed using an electrodeposition liquid containing a pigment in which a styrene-acrylic acid copolymer and an azo yellow ultrafine particle pigment, which are the same polymer materials as described above, are dispersed at a solid content ratio of 7: 3. On the other hand, a Si electrode is used as a working electrode, the working electrode is 1.7 V, an electrodeposition liquid layer having a thickness of 0.08 mm, a quartz glass plate having a thickness of 0.5 mm, and a doctor blade ( A U-shaped transparent liquid thickness control member provided with a (liquid breakage blade) is arranged, and a laser beam of a signal corresponding to yellow image formation is irradiated from the transparent member surface side using a He-Ne laser light source, A yellow image pattern was formed only in the region irradiated with light on the surface of Si.
Similarly, Si electrode is used as working electrode for saturated calomel electrode using electrodeposition liquid containing pigment in which styrene-acrylic acid copolymer and phthalocyanine cyan ultrafine pigment pigment are dispersed at a solid content ratio of 7 to 3. The working electrode is 1.7 V, an electrodeposition liquid layer having a thickness of 0.09 mm, a quartz glass plate having a thickness of 0.5 mm, and a doctor blade (liquid cutting blade) provided at the end opening. A transparent liquid thickness control member having a letter shape was placed, and a laser beam of a signal corresponding to cyan image formation was irradiated from the transparent member surface side using a He-Ne laser light source, and the surface of Si was irradiated with light. A cyan image pattern was formed only in the area, and a color image layer was formed.
[0068]
The formed color image layer was washed with pure water, and then contacted with the polymer resin solution in which carbon black powder (average particle diameter of 80 nm) was dispersed, and an electrodeposition potential of 2.5 V was applied to the substrate for 3 seconds. A copolymer thin film containing carbon black was formed only in the unformed region of the color image layer, and a black image portion as a background color was formed.
After the black image portion was fixed, it was washed with pure water, a 0.3 mm thick transparent film was placed on the image forming surface, the two substrates were heated to a roller surface temperature of 170 ° C., and 450 g / cm In the state of linear pressure, the two rolls are passed at a linear velocity of 12 mm / sec to perform heat and pressure treatment, and then the transparent film is peeled off from the substrate. As a result, the multicolor image created on the transparent film is transferred. It was. Then, it washed and coated the protective layer on the upper part, and obtained the color filter for liquid crystals.
[0069]
【The invention's effect】
According to the present invention, an image recording method with high resolution and high controllability applying photovoltaic power, which realizes a configuration in which the image forming layer can be exposed from the surface, that is, the electrodeposition liquid surface direction, and photocharge generation It is possible to provide an image forming method with a high degree of freedom in selecting constituent materials such as materials, conductive layer materials, and support substrates. Furthermore, it is possible to prevent the influence of random scattering and irregular reflection of light on the electrodeposition liquid surface with respect to the exposure from the electrodeposition liquid surface direction, and to improve the light energy efficiency and resolution of irradiation light.
Further, the present invention can be applied to a simple method for producing a color filter that does not use photolithography and has a small number of steps.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing changes in the amount of electrodeposition of an electrodeposition material when the conductivity is changed.
2A is a schematic diagram showing an energy band of a semiconductor in the case of a Schottky junction, and FIG. 2B is a PIN junction.
FIG. 3 is a graph showing dissolution characteristics associated with a change in pH of an electrodeposition material.
FIG. 4 is a graph showing the dissolution characteristics of two electrodeposition materials that exhibit different polarities and that can be used in combination with changes in pH.
5A to 5F are schematic cross-sectional views showing a color image recording process.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an apparatus used in the image recording method of the present invention.
FIG. 7A includes a doctor blade used in the image recording method of the present invention. Maintaining uniform liquid thickness It is a top view which shows the aspect of a means, (B) is the schematic sectional side view.
FIG. 8A includes a gap forming unit used in the image recording method of the present invention. Maintaining uniform liquid thickness It is the schematic front sectional drawing which shows the aspect of a means, (B) is the schematic side sectional drawing.
[Explanation of symbols]
12 Substrate
14 Conductive film
16 Semiconductor thin film
18 Substrate
22 Electrodeposition liquid layer
26 Maintaining uniform liquid thickness means
34 Gap forming part ( Maintaining uniform liquid thickness means)
36 Doctor blade ( Maintaining uniform liquid thickness means)
38 Transparent exposure area ( Maintaining uniform liquid thickness means)

Claims (13)

基板上に導電膜を形成し、その上部に光起電力機能を有する有機半導体膜又は無機半導体膜を形成した基板を準備し、
該基板上に、所定の間隔をおいて電着液層の厚みの均一性と電着液層表面の平滑度を保持する手段を配置するとともに、色材とpHの変化により化学的に溶解或いは析出・沈降する電着材料と液状媒体とを含有する電着液を導入することにより、基板上に該電着液層を形成せしめ、
電着液層を通して基板上に配置された光起電力機能を有する有機半導体膜又は無機半導体膜に光照射を行い、照射光による起電力が発生した部分に選択的に電着材料を含む電着膜を析出させて画像を形成する工程を含むことを特徴とする画像記録方法。
A conductive film is formed on a substrate, and a substrate on which an organic semiconductor film or an inorganic semiconductor film having a photovoltaic function is formed is prepared.
On the substrate, a means for maintaining the uniformity of the thickness of the electrodeposition liquid layer and the smoothness of the surface of the electrodeposition liquid layer is disposed at a predetermined interval, and chemically dissolved or dissolved by changes in the colorant and pH. by introducing the electrodeposition solution containing the electrodeposition material and a liquid medium for precipitation and sedimentation, allowed forming the electrostatic Chakuekiso on a substrate,
Performs light irradiation to the organic semiconductor film or an inorganic semiconductor film having a photovoltaic function disposed on the substrate through the conductive Chakuekiso, electrostatic optionally include electrodeposition material in a portion electromotive force due to the irradiation light is generated An image recording method comprising a step of depositing a film to form an image.
前記照射光の主波長域が、前記電着液の主吸収波長域及び前記電着液層の厚みの均一性と電着液層表面の平滑度を保持する手段の主吸収波長域のいずれとも異なる光学スペクトル特性を有することを特徴とする請求項1に記載の画像記録方法。The main wavelength region of the irradiation light is any of the main absorption wavelength region of the electrodeposition liquid and the main absorption wavelength region of the means for maintaining the uniformity of the thickness of the electrodeposition liquid layer and the smoothness of the surface of the electrodeposition liquid layer. The image recording method according to claim 1, wherein the image recording method has different optical spectral characteristics. 前記電着膜を析出させて形成した画像を、画像保持材に転写する工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像記録方法。  3. The image recording method according to claim 1, further comprising a step of transferring an image formed by depositing the electrodeposition film onto an image holding material. 前記光照射による起電力が発生した部分に選択的に電着材料を含む電着膜を析出させて画像を形成する画像形成領域における電着液の実効厚みが50μm〜7mmの範囲にあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像記録方法。  The effective thickness of the electrodeposition liquid in the image forming region for forming an image by selectively depositing an electrodeposition film containing an electrodeposition material on the portion where the electromotive force is generated by the light irradiation is in the range of 50 μm to 7 mm. The image recording method according to claim 1, wherein the image recording method is a recording medium. 前記色材の色調を変えて、複数の単色の画像を形成する工程を繰り返すことにより、多色の画像を形成することを特徴とする請求項1記載の画像記録方法。  2. The image recording method according to claim 1, wherein a multicolor image is formed by repeating the step of forming a plurality of single color images by changing the color tone of the color material. 前記光照射による起電力が発生した部分に選択的に電着材料を含む電着膜を析出させて多色の画像を形成する画像形成領域における電着液の実効厚みが0.1mm〜15mmの範囲にあることを特徴とする請求項5に記載の画像記録方法。  The effective thickness of the electrodeposition liquid in an image forming region for forming a multicolor image by selectively depositing an electrodeposition film containing an electrodeposition material on a portion where an electromotive force is generated by the light irradiation is 0.1 mm to 15 mm. The image recording method according to claim 5, wherein the image recording method is in a range. 前記電着膜を前記電着材料として、背景色を形成しうる色材を含有し、請求項5又は6に記載の方法により、多色の画像を形成した後、基板全面に光を照射しながら通電して、多色の画像を構成する複数色の電着膜の未形成部分に電着膜による背景色部を形成することを特徴とする画像記録方法。  Using the electrodeposition film as the electrodeposition material, a colorant capable of forming a background color is contained, and after the multicolor image is formed by the method according to claim 5 or 6, the entire surface of the substrate is irradiated with light. An image recording method comprising: forming a background color portion by an electrodeposition film on an unformed portion of a plurality of color electrodeposition films constituting a multicolor image. 前記電着液層の厚みの均一性と電着液層表面の平滑度を保持する手段と前記基体の間において、電着液が流動していることを特徴とする請求項に記載の画像記録方法。2. The image according to claim 1 , wherein the electrodeposition liquid is flowing between the substrate and the means for maintaining the uniformity of the thickness of the electrodeposition liquid layer and the smoothness of the surface of the electrodeposition liquid layer. Recording method. 前記電着液層の厚みの均一性と電着液層表面の平滑度を保持する手段の電着液と接する部分の表面粗さRaが10μm以下であることを特徴とする請求項8に記載の画像記録方法。9. The surface roughness Ra of the portion in contact with the electrodeposition liquid of the means for maintaining the uniformity of the thickness of the electrodeposition liquid layer and the smoothness of the surface of the electrodeposition liquid layer is 10 μm or less. Image recording method. 前記基板上に形成された半導体薄膜がn型半導体、n型半導体とp型半導体を順に積層したpn接合、またはn型半導体、i型半導体、p型半導体を順に積層したpin接合を持つ半導体からなり、前記電着材料として分子内にカルボキシル基を持つ化合物を用いることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像記録方法。The semiconductor thin film formed on the substrate is an n-type semiconductor, a pn junction in which an n-type semiconductor and a p-type semiconductor are sequentially stacked, or a semiconductor having a pin junction in which an n-type semiconductor, an i-type semiconductor, and a p-type semiconductor are sequentially stacked. The image recording method according to any one of claims 1 to 9 , wherein a compound having a carboxyl group in the molecule is used as the electrodeposition material. 前記基体上に形成された半導体薄膜がp型半導体、p型半導体とn型半導体を順に積層したpn接合、またはp型半導体、i型半導体、n型半導体を順に積層したpin接合を持つ半導体からなり、前記電着材料として分子内にアミノ基またはイミノ基を持つ化合物を用いることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像記録方法。The semiconductor thin film formed on the substrate is a p-type semiconductor, a pn junction in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are sequentially stacked, or a semiconductor having a pin junction in which a p-type semiconductor, an i-type semiconductor, and an n-type semiconductor are sequentially stacked. becomes, the image recording method according to any one of claims 1 to 9, characterized by using a compound having an amino group or imino group in the molecule as the electrodeposition material. 前記電着材料が、分子内に疎水基と親水基を併せ持ち、該高分子を構成するモノマ−単位の疎水基数が親水基と疎水基の総数の割合の40%から80%の範囲であり、親水基部分の50%以上がpHの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化できる特性を有し、且つ、酸価が30〜600である共重合体と、微粒子色材とを含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像記録方法。The electrodeposition material has both a hydrophobic group and a hydrophilic group in the molecule, and the number of hydrophobic groups of monomer units constituting the polymer is in the range of 40% to 80% of the ratio of the total number of hydrophilic groups and hydrophobic groups, 50% or more of the hydrophilic group portion has a property that it can reversibly change from a hydrophilic group to a hydrophobic group by a change in pH, and contains a copolymer having an acid value of 30 to 600 and a fine particle colorant the image recording method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that. 前記電着材料が、分子内にpHを変化させることにより析出・沈降する単位と、色材単位とを併せ持つ化合物を含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像記録方法。The electrodeposition material, and units of precipitation and precipitation by changing the pH in the molecule, according to any one of claims 1 to 9, characterized by containing a compound having both a color material units Image recording method.
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