JP4270211B2 - 表示装置用カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）及び液晶表示装置などの表示装置用カラーフィルタ及び表示装置に関するものであり、特にインクジェット法により製造される表示装置用カラーフィルタ、及びその製造方法に関するものである。

表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは、有用な手段となっている。
この表示装置に用いるカラーフィルタは、多くの場合、カラーフィルタは画素として形成されて使用されるものである。この表示装置用カラーフィルタの画素を形成する方法として、これまで実用されてきた方法としては、フォトリソグラフィイ法、印刷法などがあげられる。

これらの画素を形成する方法に対し、プリンタで実用されてきたインクジェット法による画素形成方法を、表示装置用カラーフィルタの製造に適用する技術が提案されている。
表示装置用カラーフィルタをインクジェット法により形成する方法においては、インクジェットによるインク粒子の飛散や、インクのにじみが発生し易いので、カラーフィルタの画素形状を鮮明なものにするために、予め、マトリックス状遮光層を画素の境界に設ける方法がとられている。

しかし、マトリックス状遮光層を、例えば、フォトリソグラフィー法により形成する際には、カラーフィルタの画素部に相当する部分の遮光層の材料が、パターニング工程での処理液によって完全には取り除かれず残渣として残り、ガラス基板面の親水性を損なうことがある。
特に、マトリックス状遮光層にインクに対しヌレ性の悪い、撥インク性を付与する際には、マトリックス状遮光層の材料として撥インク性物貭を用いるために、僅かな残渣でもインクのガラス基板面への親和性を損ないやすい。

このように、カラーフィルタの画素部に相当する部分のガラス基板面が十分にインクの親和性を有していないと、ガラス基板上のマトリックス状遮光層の間でインクが均一に着色せず、例えば、画素に着色ムラが生じたり、画素周辺部で着色が不十分になったりする。
そして、このようなカラーフィルタを表示装置に用いた場合、色ムラが生じたり、光の漏れによるコントラストの低下が生じたりして、表示品質が悪化したものとなる。

本発明の課題は、透明基板上に、予めマトリックス状遮光層を画素の境界に設けて、表示装置用カラーフィルタをインクジェット法により形成する方法において、ノズルから噴射したインクが画素部に均一に着色し、着色ムラが生ぜず、また、画素周辺部で着色が十分である表示装置用カラーフィルタを提供すること、及びこの表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供すること、及びこの表示装置用カラーフィルタを用いた表示品質のよい表示装置を提供することにある。

請求項１に記載された発明は、
透明基板上にマトリックス状遮光層を形成する工程と、
前記透明基板およびマトリックス状遮光層の上に感光性樹脂からなる受像層を形成する工程と、前記受像層を透明基板の裏面から露光する工程と、前記マトリックス遮光層上の受像層を現像除去する工程と、前記マトリックス遮光層間の受像層上にインクジェット法によりパターン状着色層を形成する工程と、を有することを特徴とした表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、前記マトリックス状遮光層が、撥インク性物質を含み、前記マトリックス状遮光層及びパターン状着色層の上にオーバーコート層を形成する工程を有し、前記受像層はアルカリ可溶性の親水性アクリル樹脂からなることを特徴とする表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

本発明は、透明基板と、この透明基板上に形成されたマトリックス状遮光層と、この透明基板上のマトリックス状遮光層の間に形成された受像層と、この受像層の上にインクジェット法により形成されたパターン状着色層を具備する表示装置用カラーフィルタにおいて、受像層が透明な感光性樹脂を用いて形成されているので、ノズルから噴射したインクが画素部に均一に着色し、着色ムラが生ぜず、また、画素周辺部で着色が十分である表示装置用カラーフィルタが得られる。
また、本発明は、上記発明による、インクが画素部に均一に着色し、着色ムラが生ぜず、また、画素周辺部で着色が十分である表示装置用カラーフィルタを製造する方法となる。
また、本発明は、上記発明による表示装置用カラーフィルタを備えた表示装置であるので、表示品質のよい表示装置が得られる。

以下に本発明による表示装置用カラーフィルタを、その一実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す平面図である。
また、図２は、図1に示す本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例のＡ−Ａ断面図である。
図１及び図２に示すように、表示装置用カラーフィルタ（１）は、透明基板（２）の上にマトリックス状遮光層（５）が形成され、この透明基板（２）の上のマトリックス状遮光層（５）の間には、受像層（３）が形成され、更に、この受像層の上には、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層（４）が形成されている。

図３は、本発明による表示装置用カラーフィルタの他の実施例を示す断面図である。
図３に示すように、表示装置用カラーフィルタ（１）は、透明基板（２）の上にマトリックス状遮光層（５）が形成され、この透明基板（２）の上のマトリックス状遮光層（５）の間には、受像層（３）が形成され、更に、この受像層の上には、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層（４）が形成され、パターン状着色層（４）が形成された透明基板の全面にオーバーコート層（６）が形成されている。

図１、及び図２において、本発明に用いる透明基板（２）は、十分な強度、平坦性、耐熱性、光透過性などを有するものが好ましい。例えば、通常カラーフィルタ基板として用いられている透明な無アルカリガラス、或いはソーダガラスなどがあげられる。

本発明におけるマトリックス状遮光層は、インクジェット法によりパターン状着色層を形成する際に、ノズルから噴射したインクが他の画素領域に飛散したりすることを防止する役割を果たすものである。従って、このマトリックス状遮光層の厚みはある程度厚い方が好ましいが、カラーフィルタとした際に表面の平坦性が要求されるので、パターン状着色層の厚みに近いものがよい。
具体的には、厚さは、０．１μｍ〜２μｍ程度とされる。また、このマトリックス状遮光層の形成は、例えば、フォトリソグラフィー法により形成されるものである。

本発明における受像層（３）は、パターン状着色層（４）をインクジェット法により形成する際に、ノズルから噴射したインクを画素部に均一に着色させ、着色ムラの発生を防ぎ、また、画素周辺部での着色が十分であるものにするために設けられるものである。

本発明における受像層の材料としては、透明であること、受像したインクの変色や退色がないこと、諸耐性があることなどの性能が要求され、本発明において、感光性樹脂としては、（メタ）アクリル系の高分子樹脂が一般的であり、それを構成する単位モノマーは化学式（１）で示されるものが好適である。

受像層の材料として感光性樹脂を用いることにより、フォトマスクを使用せずに透明基板の裏面側から露光をおこない受像層のパターンを形成させることが出来るものとなる。

また、本発明においては、図３に示すように、必要に応じカラーフィルタ層の上にオーバーコート層（６）を形成してもよい。
これはカラーフィルタ層の外観面での平坦性、耐性面での耐湿性、耐薬品性などの性能を補うため、また、カラーフィルタ層からの溶出物を阻止するバリア性を確保するために用いられるものである。用いる材料としては、熱硬化型でマレイミドを含むアクリル系共重合体、エポキシ樹脂組成物などの透明樹脂が好適である。

また、本発明においては、受像層の材料としての感光性樹脂に、親水性アクリル樹脂を用いることを特徴とするものである。
親水性アクリル樹脂を用いることにより、ノズルから噴射したインク粒子がマトリックス状遮光層（５）の間の受像層（３）上に均一に着色せず、マトリックス状遮光層（５）にまで広がりパターン状着色層（４）に着色ムラや点状の欠落が生じるのを防ぐものである。
この親水性アクリル樹脂の親水性の程度によって着色ムラや点状の欠落に強弱が現れる。

感光性の親水性アクリル樹脂組成物の成分としては、ＵＶ硬化型オリゴマー、反応性モノマー、光重合開始剤などであり、親水性アクリル樹脂としては、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、ビニルブチラール、ポリビニルアセテートなどの共重合体を用いることができる。
また、光重合開始剤としては、例えば、第一工業製薬社製 ＢＤＫ、チバガイギー社製 ダロキュア１１７３を用いることができる。

溶媒としては、親水性アクリル樹脂の相溶性、塗布性の点から、例えば、ブチルセルソルブ、ジエチレングリコールジメチルエーテル、イソプロピルアルコールなどの中から適宜選択して用いることができる。

本発明における受像層の形成は、マトリックス状遮光層を形成した透明基板上に、上記感光性樹脂組成物を用いて、例えば、スピンコート法にて塗膜を形成後、透明基板の裏面側から露光をおこなうものである。
この裏面側から露光後、現像・焼成させることでマトリックス状遮光層の間に受像層を設けることができる。

この透明基板の裏面側から露光をおこなうことにより、受像層をパターンとして形成するためのフォトマスクが必要なくなり、フォトマスクとマトリックス状遮光層とのアライメントも必要なくなり、費用及び工数が削減されたものとなる。

また、本発明における感光性樹脂は、アルカリ可溶性樹脂であることを特徴とするものである。これはマトリックス状遮光層が形成された基板上の全面に塗布された感光性樹脂組成物が、透明基板の裏面側からの露光によりマトリックス状遮光層上に未露光のまま残留したものとなるので、この部分の樹脂を除去しやすくするものである。
この部分の樹脂を除去することによって、カラーフィルタ表面の凹凸を減少させるものである。

本発明における着色インクの材料としては、色素と樹脂と溶媒を主成分としたものである。色素としては染料や顔料などが用いられる。
樹脂としては、カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂などが用いられ、色素との関係にて適宜選択されるものである。
耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましいものである。

樹脂への色素の分散を向上させるために、分散剤を用いてもよく、分散剤として、非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。
分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性などが要求され、色素、樹脂との関係にて適宜選択されるものである。

使用するインクジェット装置としては、インクの吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方式があり、特にピエゾ変換方式が好適である。
インクの粒子化周波数は５〜１００ＫＨｚ程度、ノズル径としては５〜８０μｍ程度，ヘッドを３個配置し１ヘッドにノズルを１〜３０個組み込んだ装置が好適である。また、必要に応じパターン状着色層（４）の形成後に加熱などの硬化を行ってもよい。

以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
＜実施例１＞
（マトリックス状遮光層の作製）
無アルカリガラス（コーニング社製、品番７０５９）上に、黒色に着色されたフォトレジスト（新日鉄化学社製 Ｖ−２５９ＢＫ）をスピンコータによって、約１．５μｍの塗膜に形成した。
次に、マスクを介して１００ｍＪ／ｃｍ2のＵＶ光露光を行い、指定現像液を用いて現像後、２３０℃で６０分間の加熱硬化し、厚さ約１．５μｍのマトリックス状遮光層を得た。

（受像層の作製）
ＵＶ硬化型親水性アクリル樹脂（日立化成社製 ヒタロイド）を、マトリックス状遮光層を形成したガラス基板上にスピンコータによって、約０．５μｍの塗膜に形成した。
次に、４０℃で２０分間の加熱硬化し、ガラス基板の裏面側から１２０ｍＪ／ｃｍ2のＵＶ光露光を行い、５％ＮａＯＨ水溶液にて現像後、１２０℃で１０分間の乾燥をし、ガラス基板の表面のマトリックス状遮光層の間に受像層を形成した。

（着色インクの調製）
メタクリル酸２０部、メチルメタクリレート１０部、ブチルメタクリレート５５部、ヒドロキシエチレンメタクリレート１５部をエチルセロソルブ３００ｇに溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル０．７５部を加え７０℃にて５時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。
得られたアクリル共重合樹脂を樹脂濃度が１０％になるようにエタノールで希釈しアクリル共重合樹脂の希釈液とした。

この希釈液９０．１ｇに対し顔料９．０ｇ、分散剤０．９ｇを添加して、３本ロールにて混練し、赤色、緑色、青色の各着色ワニスを得た。この各着色ワニス１００ｇに対し、トリメチロールプロパンアクリレート５．４ｇ、メラミン樹脂（三和ケミカル製、品番ＭＳ−２１）１．８ｇを加え、エタノールで粘度が３ｃｐｓに調整し着色インクを得た。

（着色層の作製）
この着色インクを用い、インクジェット法によりマトリックス状遮光層の間の受像層上に、各色のパターン状着色層を形成し、２００℃にて１時間の加熱硬化後、線幅約１００μｍのパターン状着色層を得た。
このようにして得られたパターン状着色層からなる表示装置用カラーフィルタは、ノズルから噴射したインクが画素部に均一に着色し、着色ムラが生ぜず、また、画素周辺部で着色が十分である表示装置用カラーフィルタであった。
また、このようにして得られた表示装置用カラーフィルタを用いた表示装置の表示品質は良好なものであった。

＜比較例１＞
（受像層の作製）
マトリックス状遮光層を形成していない無アルカリガラス（コーニング社製、品番７０５９）上に、受像層として、ＵＶ硬化型親水性アクリル樹脂（日立化成社製 ヒタロイド）をスピンコータによって、約０．５μｍの塗膜に形成した。４０℃で２０分間の加熱硬化し、ガラス基板の表面側から１２０ｍＪ／ｃｍ2のＵＶ光露光を行い、受像層を形成した。

（マトリックス状遮光層の作製）
次に、黒色に着色されたフォトレジスト（新日鉄化学社製 Ｖ−２５９ＢＫ）をスピンコータによって、約１．５μｍの塗膜に形成した。
マスクを介して１００ｍＪ／ｃｍ2のＵＶ光露光を行い、指定現像液を用いて現像後、２３０℃で６０分間の加熱硬化し厚さ約１．５μｍのマトリックス状遮光層を受像層上に得た。

（着色層の作製）
実施例１と同一の着色インク、着色法にてカラーフィルタを作製した。
得られたパターン状着色層からなる表示装置用カラーフィルタは、各画素内にて、ハジキによる着色ムラが生じた。また、受像層の接触角は約８０度であり、ヌレ性は悪いものであった。
また、このようにして得られた表示装置用カラーフィルタを用いた表示装置の表示品質は色ムラの多いものであった。

本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す平面図である。 図１に示す本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例のＡ−Ａ断面図である。 本発明による表示装置用カラーフィルタの他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１…カラーフィルタ
２…透明基板
３…受像層
４…パターン状着色層
５…マトリックス状遮光層
６…オーバーコート層
Ｒ…赤色パターン状着色層
Ｇ…緑色パターン状着色層
Ｂ…青色パターン状着色層

Claims (1)

1. 透明基板上にマトリックス状遮光層を形成する工程と、
   前記透明基板およびマトリックス状遮光層の上に感光性樹脂からなる受像層を形成する工程と、
   前記受像層を透明基板の裏面から露光する工程と、
   前記マトリックス遮光層上の受像層を現像除去する工程と、
   前記マトリックス遮光層間の受像層上にインクジェット法によりパターン状着色層を形成する工程と、
   を有することを特徴とした表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、
   前記マトリックス状遮光層が、撥インク性物質を含み、前記マトリックス状遮光層及びパターン状着色層の上にオーバーコート層を形成する工程を有し、前記受像層はアルカリ可溶性の親水性アクリル樹脂からなることを特徴とする表示装置用カラーフィルタの製造方法。

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