JP4512429B2 - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタの製造方法に関するものである。

液晶ディスプレイ又はプラズマディスプレイなどの平面ディスプレイ、電子回路の製造など、精密なパターンを形成することが要求される製品の製造方法では、フォトレジストなどの感光性樹脂を用いるフォトリソグラフィー法が採用されている。

フォトリソグラフィー法は、基板上への膜形成、フォトレジストの塗布、露光、現像、上記形成膜のエッチング、フォトレジストの除去の工程を有するものである。

液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタとは、基板上に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の三原色の着色パターンが並設されているフィルタをいう。具体的には、例えば、透明基板上に基板の一部を露出させるブラックマトリックスが形成され、その透明基板の露出部にＲＧＢの着色パターン層が形成されたもの、さらにそれらの上に必要に応じてオーバーコート層が設けられたもの、さらに、次いでその上に透明電極が形成されているもの、及びそれらの構成を基本としてさらに付加的な層を有するものをいう。

着色パターンの形成方法の具体例としては顔料分散法があり、これはフォトレジストに顔料を分散させ、着色数分フォトリソグラフィー法を繰り返し行うことによって、着色パターンを形成する工程を有する。顔料分散法はパターニング精度が良好であるため工業上利用価値が高いが、工程数が多く、高価なフォトレジストを大量に用いるため、製造工程に非常に多くのコストがかかる。

これに対して、コストダウンを図るために、印刷法やインクジェット法を用いて着色パターンを直接基板に形成することが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、このような方法では、着色パターンが露出部内に十分に広がらない場合や、着色パターンがブラックマトリックスを越えて、隣の露出部へはみ出したりする場合がある。したがって、基板の露出部表面をブラックマトリックスの表面よりも親水化する必要がある。そこで、基板上に遮光性を有するブラックマトリックスを形成した後、基板のブラックマトリックスを形成した面全体にシリコーン系又はフッ素系の低表面エネルギーの界面活性剤や樹脂層を塗布して撥水・撥油化を行う第１工程、ブラックマトリックスの開口露出部に紫外線を照射して基板の露出部分に付着した上記界面活性剤や上記樹脂層を取り除く第２工程を有する事前処理を行う方法がある（特許文献２参照）。また、基板にブラックマトリックスを形成した面側の基板の露出部分を酸素ガスプラズマ処理で親水化し、次いで同一面のブラックマトリックス上部をフッ素系ガスプラズマ処理で撥水・撥油化する方法もある（特許文献３参照）。さらに、ブラックマトリックスの構成材料に、フッ素化合物やケイ素化合物を含有させることにより撥水・撥油化したカラーフィルタも提案されている（特許文献４参照）。
特開昭５９−７５２０５号公報 特開昭６３−６６５０１号公報 国際公開ＷＯ９９／４８３３９号パンフレット 特開平０７−３５９１５号公報

しかしながら、特許文献２に開示された方法では、露出部表面をブラックマトリックスの表面よりも親水化するための処理のために、撥水・撥油処理剤及び親水処理剤が必要であり、それぞれを塗布する工程を含むため煩わしさがある。また、特許文献３に開示された方法では、プラズマ処理を行うために、高価な真空機器を必要とされる。さらに、特許文献２〜４に開示された方法では、フッ素系化合物又はフッ素系ガスが用いられるが、このようなフッ素含有物は高価であるため、カラーフィルタの製造コストを増大させる。特に、特許文献２においては、フッ素系の表面処理剤が用いられる場合、更に残存する表面処理剤を分解除去する操作が必要であり、作業に手間や費用を要する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストでなおかつ簡易に基板の露出部表面をブラックマトリックスの表面よりも親水化するカラーフィルタを得ることのできるカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるカラーフィルタの製造方法は、透明な基板の一方の面上に、上記基板の一部を露出させると共に光を遮る遮光層を形成する工程と、上記遮光層及び上記基板の露出された部分に下記一般式（１）で表される光分解性化合物を含む表面処理剤を塗布する工程と、上記基板の他方の面から光を照射して上記基板の露出された部分に塗布された表面処理剤を光反応させる工程と、上記基板の露出された部分にインクを充填する工程と、を含むことを特徴とする。

上記一般式（１）中、Ｒ^１はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５の炭化水素基又は水素原子であって、Ｒ^１が複数のときは、Ｒ^１が同一でも異なっていてもよい。Ｘは−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＲ^３、−ＯＲ^３、−ＮＣＯ又は−ＮＨ_２からなる群から選択されるいずれかであって、Ｘが複数のときは、Ｘが同一でも異なっていてもよい。Ｒ^３はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５の炭化水素基又は水素原子、ｎは０〜２のいずれかの整数、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群から選択されるいずれかの元素、Ｒ^２はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５の２価の炭化水素基、Ｙは−ＣＯＯ−又は−Ｏ−のいずれかの連結基、Ｚは下記一般式（２）又は一般式（３）の置換基である。

上式一般式（２）、一般式（３）中、Ｒ^４はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５のアルキル基又は水素原子であって、互いに同一でも異なってもよい。

このような光分解性化合物を含む表面処理剤を遮光層及び基板の露出された部分に塗布した場合、上記表面処理剤に含まれる光分解性化合物中のＸは、加水分解反応によって水酸基に置換され、この水酸基と遮光層側表面の水酸基等との脱水縮合反応によって透明基板と光分解性化合物とが結合し、Ｒ^４が透明基板と離れた側に配置される。これによって、遮光層及び基板の露出された部分では、Ｒ^４が露出した状態となる。すなわち、この状態での遮光層及び基板の露出された部分は疎水性となる。次に、基板の他方の面から露光を行うと、基板の露出された部分に光が照射され、その部分での光分解性化合物が光分解反応を起こし、Ｙ−Ｚ間の結合が切れる。これによって、Ｚの部分が解離して除去されるとともに、Ｙの部分がカルボン酸又は水酸基となるため、基板の露出された部分ではカルボン酸又は水酸基が並んだ状態になる。カルボン酸又は水酸基は親水基であるため、この状態での基板の露出された部分は親水性となる。一方、遮光層の光分解性化合物には光が照射されず、Ｒ^４が露出した状態のまま維持される。このようにして、上記表面処理剤を用いることにより、基板の露出された部分では、遮光層の表面よりも表面エネルギーが高くなるため、インクとの親和性が大きくなる。一方、遮光層では、基板の露出された部分の表面よりも表面エネルギーが低くなるため、インクとの親和性が小さくなる。その結果、基板の露出された部分にインクを滴下すると、インクは基板の露出された部分内に十分に広がる一方、そのインクの広がりは遮光層で遮断されやすくなるため、遮光層を越えて隣の露出された部分へはみ出し難く、光漏れ、色ムラ、段差等の生じ難い、鮮明なカラーフィルタを得ることができる。

また、このようなカラーフィルタの製造方法では、プラズマ処理等に用いられるような、特に高価な装置を必要とせずにインクのパターン形成を行うことができる。また、使用する表面処理剤も１種類であるため、極めて経済的である。さらに、上記表面処理剤はフッ素原子を有しない化合物を主成分とするため、フッ素系化合物の表面処理剤に比べて比較的廉価である。この場合、残存するフッ素系化合物を分解除去する煩雑な工程を省くことができるため、製造上に際しても、低コストで実施することができる。

ここで、上記表面処理剤は、ＭがＳｉ、Ｚが一般式（２）である光分解性化合物を含むことが好ましい。ＭがＳｉであると、基材表面と光分解性化合物との間に安定な結合が形成される。また、Ｚが一般式（２）であると、表面処理剤の光分解脱離の反応性が向上する。このような構造の光分解性化合物を含む表面処理剤を用いることによって、より高品質のカラーフィルタを作製することができる。

また、本発明においては、遮光層における露出された部分の形状は楕円形又は多角形であり、遮光層において、露出された部分は複数周期的に形成され、露出された部分の最狭部の幅は１００μｍ以上であることが好ましい。ここで、「露出された部分の最狭部の幅」とは、例えば、楕円形においては短軸の長さ、多角形においては頂点間及び頂点−辺間の距離のうちの最も短いものをいう。また、上記楕円形は円形を含むものである。大型の液晶テレビやプラズマディスプレイ等に用いられる、このようにサブピクセルのサイズの比較的大きなカラーフィルタを製造する場合、本発明によれば、基板の露出された部分に滴下されたインクが基板の露出された部分内に十分に広がるので、より高品質のカラーフィルタを製造することができる。

また、本発明においては、上記インクが水性インクであることが好ましい。このようなインクは親水基と結合しやすく、露光後での基板の露出された部分に対して高い親和性を示すため、より高品質のカラーフィルタを製造することができる。

また、上記インクの２３℃での表面張力が２０〜４０ｍＮ／ｍであることが好ましい。ここで、２３℃での表面張力が２０ｍＮ／ｍ未満であるとインクの極性が低くなりすぎ、遮光層を越えて隣の露出された部分へはみ出しやすくなる傾向にあり、４０ｍＮ／ｍを超えるとインクの極性が高くなりすぎ、インクが基板の露出された部分内で十分に広がり難くなる傾向にある。このようなインクの表面張力は、例えば、プレート法表面張力計を用いて測定することができる。

本発明は、低コストでなおかつ簡易に基板の露出部表面をブラックマトリックスの表面よりも親水化するカラーフィルタを得ることのできるカラーフィルタの製造方法を提供することができる。

以下、本発明のカラーフィルタの製造方法の好適な一実施例について、図１〜５を参照しながら説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

はじめに、透明なガラス基板１上にフォトリソグラフィー法等を用いて遮光性のブラックマトリックス２を形成する（図１（ａ））。ガラス基板１の露出部１０の形状は特に限定されないが、例えば、楕円形又は多角形とすることができる。より具体的には、露出部１０の形状としては、例えば、図２に示すような矩形（露出部１０ａ）、図３に示すような楕円形（露出部１０ｂ）、図４に示すような菱形（露出部１０ｃ）又は五角形（露出部１０ｄ）が挙げられる。また、ブラックマトリックス２において、露出部１０は複数形成され、その配置例としては、図２又は図３に示すように、同じ形状の露出部１０が周期的に形成されたもの、図４に示すように、異なる形状の露出部１０が交互に周期的に形成されたものが挙げられる。ここで、露出部１０の形状の最狭部の幅は１００μｍ以上であると好ましく、１２０μｍ以上であるとより好ましい。露出部１０の形状の最狭部の幅は、例えば、楕円形においては短軸の長さをいい、具体的には図３の露出部１０ｂの最狭部の幅１１ｂが挙げられる。また、露出部１０の形状の最狭部の幅は、多角形においては頂点間及び頂点−辺間の距離のうちの最も短いものをいい、具体的には図２の露出部１０ａの最狭部の幅１１ａ、図４の露出部１０ｃの最狭部の幅１１ｃ、又は露出部１０ｄの最狭部の幅１１ｄが挙げられる。

次に、ガラス基板１をアルコールやエーテルなどの溶液に浸漬した後、ブラックマトリックス２を形成した面上に以下の一般式（１）の光分解性化合物を含む表面処理剤３を全面塗布する（図１（ｂ））。

上記一般式（１）中のＲ^１は置換基を有してもよい炭素数１〜１５の炭化水素基又は水素原子であって、Ｒ^１が複数のときは、Ｒ^１が同一でも異なっていてもよい。ｎは０〜２のいずれかの整数である。

Ｒ^１の炭化水素基としては、例えばアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などの有機基が挙げられる。具体的には、アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などの炭素数１〜１５の炭化水素基が挙げられる。アリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。アラルキル基としては、例えばベンジル基、フェニルエチル基などの炭素数７〜１５の炭化水素基が挙げられる。アルケニル基としては、例えばビニル基、アリル基などの炭素数２〜１０の炭化水素基が挙げられる。

また、上記のアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基はさらに置換基を有していてもよく、かかる置換基としては例えば水酸基、炭素数１〜１５のアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などが挙げられる。

Ｘは−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＲ^３、−ＮＣＯ又は−ＮＨ_２からなる群から選択されるいずれかであって、Ｘが複数のときは、Ｘが同一でも異なっていてもよい。また、Ｒ^３は置換基を有してもよい炭素数１〜１５の炭化水素基又は水素原子である。具体的にはＲ^１と同様のものが挙げられる。

ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群から選択される元素である。中でも、とりわけＳｉが光照射前の安定性、及び、基材表面と表面処理剤との結合安定性が良好であるため好適である。

Ｒ^２は置換基を有してもよい炭素数１〜１５の２価の炭化水素基である。Ｒ^２としては、例えば炭素数１〜１５のアルキレン基が挙げられる。かかるアルキレン基としては、例えばメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基が挙げられる。

また、上記アルキレン基には以下の置換基が導入されていてもよい。すなわち、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、アシルオキシ基などが挙げられる。また、上記置換基として水酸基又は−Ｃｌ、−Ｂｒなどのハロゲン原子を有していてもよい。

具体的には、アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基などの炭素数１〜１０の置換基が挙げられる。水酸基で置換されている場合のアルキル基としては、例えばヒドロキシルエチル基、ヒドロキシルプロピル基などの炭素数１〜１０の置換基が挙げられる。アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基などの炭素数１〜１０の置換基が挙げられる。アリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基などの炭素数６〜１５の置換基が挙げられる。アラルキル基としては、例えばベンジル基、フェニルエチル基などの炭素数７〜１５の置換基が挙げられる。アルケニル基としては、例えばビニル基、アリル基などの炭素数２〜１０の置換基が挙げられる。アシルオキシ基としては、例えばアセチルオキシ基、ベンゾイルオキシ基などの炭素数２〜１０の置換基が挙げられる。

Ｙは−Ｏ−、−ＣＯＯ−からなる群から選択される置換基である。−ＣＯＯ−では、炭素原子がＲ^２側に結合している。

Ｚは下記一般式（２）又は一般式（３）の置換基である。

上記一般式（２）、一般式（３）中のＲ^４は置換基を有してもよい炭素数１〜１５のアルキル基又は水素原子であって、互いに同一でも異なってもよい。Ｒ^４のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられる。また、上記アルキル基には、水酸基、アミノ基、アルコキシ基等の置換基が導入されていてもよい。

表面処理剤３は、上記の構成を有する光分解性化合物を、一般溶剤のＮＭＰ（Ｎ−メチル−ピロリドン）溶液やＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）溶液に溶解させたものである。

表面処理剤３をブラックマトリックス２を形成した面上に塗布すると、表面処理剤３に含まれる光分解性化合物中のＸは加水分解反応によって水酸基に置換される。この水酸基とブラックマトリックス２を形成した面の水酸基との脱水縮合反応によってガラス基板１と光分解性化合物とが結合し、Ｒ^４を有する側（図５（ａ）ではベンゼン環側）がガラス基板１と離れた側に配置される。このようにして、ブラックマトリックス２上及びガラス基板１の露出部１０上に表面処理剤３、具体的にはその光分解性化合物が付着する。これにより、ブラックマトリックス２の表面及び露出部１０表面が疎水性となる。

その後、背面側全体に露光を行う（図１（ｃ））。露光に際しては、例えば超高圧水銀ランプ等を用いた場合、ガラスで吸収や反射のロスがあること見込み、直接露光より多めの５００〜４０００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線照射を行うことが好ましい。このとき、ブラックマトリックス２上の表面処理剤３は、ブラックマトリックス２によって遮光されて光が照射されず、光分解反応は起こらない。一方、ガラス基板１の露出部１０に直接塗布された表面処理剤３は、光照射によって光分解反応をして親水性の表面処理剤１３となる。これにより、基板の露出部１０は親水性となる。

具体的には、ガラス基板１の露出部１０では、表面処理剤３中の光分解性化合物が光分解反応を起こし、Ｙ−Ｚ間の結合（図５（ａ）では、o−ニトロベンジル−酸素結合）が切れる。これによって、Ｚの部分が解離して除去されるとともに、Ｙの部分がカルボン酸又は水酸基となるため、露出部１０ではカルボン酸又は水酸基が並んだ状態になる。カルボン酸又は水酸基は親水基であるため、この状態での露出部１０での表面は親水性となる。すなわち、露出部１０は親水性の表面処理剤１３によって、ブラックマトリックス２の表面に比べて表面エネルギーが高くなり、インクとの親和性が高い状態となる。一方、ブラックマトリックス２上では、表面処理剤３中の光分解性化合物に光が照射されないため、Ｒ^４を有する構造が維持される（図５（ｂ）参照。）。このため、ブラックマトリックス２の表面は、露出部１０に比べて表面エネルギーが低くなり、インクとの親和性が低い状態となる。

続いて、露出部１０に、インクジェット法等により透明のインク４を充填する（図１（ｄ））。このとき、露出部１０表面ではインク４に対する親和性が高くなっており、露出部１０にインクを滴下すると、インクは露出部１０内に十分に広がることとなる。一方、ブラックマトリックス２の表面ではインク４に対する親和性が低いため、露出部１０内に広がったインク４は、ブラックマトリックス２を越えて隣の露出部１０へはみ出し難くなる。したがって、光漏れ、色ムラ、段差等が生じ難くなる。

このようなインク４は、上記作用を満たすものであれば特に限定されないが、主として溶媒、着色剤と、これらの溶媒中での安定性を保証するための分散剤、インクの膜を安定に形成する透明樹脂、消泡剤や殺菌剤などその他の添加物から構成される。

かかる溶媒としては水や有機溶媒が用いられるが、インクジェットを用いた微細パターンの形成では、低粘度であることや、乾燥速度が適度に遅いことに加えて、着色剤である染料の溶解性、顔料の分散性、及び、バインダーである透明樹脂の溶解性・安定性に優れることが要求される。このため、水や各種アルコール類が適宜配合されて使用される。特に、水を主溶媒とする水系インクは環境への負荷が少なく、適切な表面張力と低粘度を兼ね備えた点から、基板表面の表面張力の差でパターンの形状を規定する方式に用いるインクジェット用インクの溶媒として好適に使用することができる。

また、着色剤としては染料や顔料を用いることができるが、耐環境性、耐熱性に優れる顔料が特に好適である。また、顔料としては有機および無機顔料を用いることができ、具体的には、カラーインデックス（Ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｄｙｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｌｏｕｒｉｓｔｓ出版）でピグメント（Ｐｉｇｍｅｎｔ）に分類されている化合物が挙げられる。具体的には、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１４、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１６、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー２０、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー２４、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー３１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー５３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー８３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー８６、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９４、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１０９、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１１０、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２５、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２８、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３７、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３８、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１４７、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１４８、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５０、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５４、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１６６、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１７３、C.I.ピグメントイエロー１９４、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー２１４などの黄色顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ１３、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ３１、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ３８、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ４０、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ４２、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ４３、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ５１、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ５５、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ５９、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ６１、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ６４、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ６５、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ７１、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ７３などのオレンジ色顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド９、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド９７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１０５、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２３、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１４４、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１４９、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１６６、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１６８、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７６、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１８０、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１９２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２０９、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２１５、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２１６、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２２４、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２４２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４、Ｃ．Ｉ．ピグメンレッド２６４、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２６５などの赤色顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：４、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー６０などの青色顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１９、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２９、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット３２、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット３８などの紫色顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン７、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３７などの緑色顔料、Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１、Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック７などの黒色顔料などが挙げられる。好ましい顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３８、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５０、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２０９、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６が挙げられる。これらの有機顔料および無機顔料は、それぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。これらの有機顔料および無機顔料のうち、有機顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基または塩基性基が導入された顔料誘導体などを用いた表面処理、高分子化合物などによる顔料表面へのグラフト処理、硫酸微粒化法などによる微粒化処理、あるいは不純物を除去するための有機溶剤や水などによる洗浄処理が施されていてもよい。

また、透明樹脂としては、着色剤を分散することができ、着色組成物層に、他成分とともに平坦な膜を形成する機能を付与するバインダーポリマーが使用される。かかるバインダーポリマーとしては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどの芳香族ビニル化合物、メチル（メタ）アクリレートやエチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレートなどの不飽和カルボン酸エステル化合物、アミノエチルアクリレートなどの不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル化合物、グリシジル（メタ）アクリレートなどの不飽和カルボン酸グリシジルエステル化合物、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル化合物、（メタ）アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物、３−メチル−３−（メタ）アクリロキシメチルオキセタン、３−エチル−３−（メタ）アクリロキシメチルオキセタン、３−メチル−３−（メタ）アクリロキシエチルオキセタン、３−メチル−３−（メタ）アクリロキシエチルオキセタンのような不飽和カルボン酸オキセタンエステル化合物、メラミンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられる。さらにこれらの樹脂の単量体を２種以上組み合わせた共重合体を使用することもできる。

また、水系インクを用いる場合、分散剤となる分散性樹脂として、マレイン酸樹脂、スチレンアクリル酸樹脂、スチレンマレイン酸樹脂、スチレンメタクリル酸樹脂、アクリル酸エステルアクリル樹脂、メタクリル酸エステルアクリル樹脂等の水溶性樹脂を用いることも可能である。なかでも、スチレンメタクリル酸樹脂、アクリル酸エステルアクリル樹脂、メタクリル酸エステルアクリル樹脂が好ましい。

また同様に、水系インクを用いる場合、分散剤となる分散性樹脂として、アクリル酸系、アクリル酸エステル系、酢酸ビニル系、ベオバ系、塩化ビニル系、メタクリル酸系、塩化ビニリデン系、又は、各種のモノマーを共重合したもの等のエマルジョンが用いられる。これらの樹脂のエマルジョンを用いる場合、エマルジョン粒子径は最大粒子径が１００ｎｍ以下とすることが好ましい。

その他の添加物として、インク４は、さらに、必要に応じて界面活性剤、レベリング剤、ｐＨ調整剤、低級アルコール、紫外線吸収剤等が含まれていてもよい。

また、インク４としては、２３℃での表面張力が２０〜４０ｍＮ／ｍ（２０〜４０ｄｙｎ／ｃｍ）であることが好ましい。これにより、インク４を充填する際、光漏れ、色ムラ、段差等が発生するのをより防止することができる。インク４の２３℃での表面張力が２０ｍＮ／ｍ未満であるとインクの極性が低くなりすぎ、露出部１０上においてインク４が必要以上に流動性を有するため、ブラックマトリックス２を越えて隣の露出部１０へはみ出しやすくなる傾向にある。一方、４０ｍＮ／ｍを超えるとインクの極性が高くなりすぎ、露出部１０上においてインク滴が大きく盛り上がった状態でも安定化するため、インク４が露出部１０内で十分に広がり難くなる傾向にある。インク４の表面張力は、水やアルコールなどの極性溶媒や界面活性剤の配合量を調節しながら上記範囲内におさめることができる。

また、インク４としては、粘度が２０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。ここで、粘度が２０ｍＰａ・ｓを超えると、インクジェットノズルからのインクの吐出抵抗が大きくなり、ノズルからの安定した吐出が困難となる傾向にある。また、吐出されたインク滴の球形化が遅くなるため、サテライトや混色が生じやすくなる傾向にある。なお、インク４の粘度の下限値においては特に制限がなく、一般的に使用される範囲内であれば問題なく使用することができる。

続いて、ガラス基板１を加熱することにより、充填した透明インク層の溶媒を除去するとともに、樹脂を硬化し、固化インク１５とする（図１（ｅ））。さらにガラス基板１のブラックマトリックス２を有する面からＵＶ照射し、ブラックマトリックス２の表面に残存する表面処理剤３を分解し親水化した後、ブラックマトリックス２及び固化インク１５を有する面上に透明な樹脂性の保護膜５を全面塗布する（図１（ｆ））。以上の工程を行うことにより、カラーフィルタ１００を得る。

本実施形態のカラーフィルタの製造方法によれば、プラズマ処理等の特殊な環境を必要としないため、簡易に、かつ低コストでカラーフィルタを製造することが可能である。また、表面処理剤３の光分解性化合物がフッ素系化合物でないため、このような表面処理剤３を比較的廉価に入手することができ、残存するフッ素系化合物を分解除去する煩雑な工程が不要である。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

（合成実施例１）
光分解性化合物の形態の１つである下記一般式（４）の５−（トリクロロシリル）ペンタン酸−２−ニトロ−ベンジルの合成例を説明する。

等モルの２−ニトロ−ベンジルアルコールと４−ペンテン酸クロリドを、無水ＴＨＦに溶解し、ジメチルアミノピペリジンの共存下、室温で反応させた。得られた反応物をエバポレータで濃縮し、濃縮物を希塩酸で溶解した後、ＣＨ_２Ｃｌ_２で抽出した。さらに、抽出相を硫酸マグネシウム乾燥した後、シリカゲルカラムで精製し、４−ペンテン酸−２−ニトロ−ベンジルを合成した。

乾燥窒素気流下、得られた４−ペンテン酸−２−ニトロ−ベンジルと、大過剰のトリクロロシランとを混合させた。これに、微量の塩化白金（ＩＶ）酸六水和物（Ｈ_２ＰｔＣｌ_６・６Ｈ_２Ｏ）を添加した後、乾燥窒素気流下、室温で２時間反応させた。反応後、減圧乾燥でトリクロロシランを留去し、目的物を得た。

（合成実施例２）
光分解性化合物の形態の１つである下記一般式（５）の４−（トリクロロシリル）ペンチル−２−ニトロ−ベンジルエーテルの合成例を説明する。

十分乾燥した反応容器に、乾燥窒素気流下、水素化ナトリウムを仕込み、氷浴中で４−ペンテン−１−オールを滴下し、ついで大過剰の４−ペンテン−１−オールに溶解した２−ニトロ−ベンジルブロマイドを滴下し、室温で２４時間反応させた。反応物をエバポレータで濃縮し、２倍量の塩酸で洗浄後、トルエンで抽出した。抽出物を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、シリカゲルカラムで精製し、３−ペンテニル−２−ニトロ−ベンジルエーテルを合成した。

乾燥窒素気流下、得られた３−ペンテニル−２−ニトロ−ベンジルエーテルと、大過剰のトリクロロシランとを混合し、微量の塩化白金（ＩＶ）酸六水和物（Ｈ_２ＰｔＣｌ_６・６Ｈ_２Ｏ）を触媒として添加後、乾燥窒素流通下、室温にて２時間反応させた。反応終了後、減圧蒸留でトリクロロシランを留去し、目的物を得た。

（合成実施例３）
光分解性化合物の形態の１つである下記一般式（６）の５−（トリクロロシリル）ペンタン酸−１−［２−ニトロフェニル］エチルの合成例を説明する。

等モルの１−［２−ニトロフェニル］エタノールと、４−ペンテン酸クロリドを、無水ＴＨＦに溶解し、窒素気流下、ジメチルアミノピペリジンの共存下、室温で反応させた。得られた反応物をエバポレータで濃縮したのち、塩化メチレンで反応物を抽出した。抽出相を硫酸マグネシウムを用いて乾燥したのち、シリカゲルカラムで精製し、４−ペンテン酸−１−［２−ニトロフェニル］エチルを合成した。

乾燥窒素気流下、得られた４−ペンテン酸−１−［２−ニトロフェニル］エチルと、大過剰のトリクロロシランとを混合し、これに微量の塩化白金（ＩＶ）酸六水和物（Ｈ_２ＰｔＣｌ_６・６Ｈ_２Ｏ）を添加したのち、乾燥窒素気流下、室温で２時間反応させた。反応後、減圧乾燥で過剰のトリクロロシランを留去し、目的物を得た。

（カラーフィルタの製造）
洗浄したガラス基板（コーニング１７３７）に、黒色感光性樹脂（新日鐵化学製 ＢＫ−１６５）を塗布し、フォトマスクを用いて露光し、現像、ベークすることで、ブラックマトリックス（膜厚２.２μｍ、ＯＤ値＝４、画素形状１５０×４５０μｍ、露出部１３０×４２０μｍ）を形成した。

作成したブラックマトリックス付基板上に、下記一般式（４）の５−（トリクロロシリル）ペンタン酸−２−ニトロ−ベンジルの０.５％ＰＧＭＥＡ溶液を塗布し、２０分間の静置後、スピン乾燥を行った。

上記の処理を行なったのち、基板のブラックマトリックスを形成していない面から、高圧水銀ランプを用いて２０００ｍＪ／ｃｍ^２（i線）の照射を行い、ブラックマトリックスが形成されていない面の表面処理剤を光分解し、親水化した。

そして、親水化パターンを形成した基板に対し、赤色、緑色、青色の顔料分散透明着色インク（粘度８〜１０ｍＰａ・ｓ、表面張力３０〜４０ｍＮ／ｍ（２３℃））を、インクジェット印刷機を用いて露出部に充填した。なお、顔料分散透明着色インクにおいては、顔料（ピグメントレッド２５４、ピグメントグリーン３６又はピグメントブルー１５）１００重量部に対して、バインダー（メタアクリル樹脂）５０重量部、分散剤１０重量部以下、架橋性モノマー（多官能アクリレート）５０重量部、光重合開始剤５重量部、沸点１３０〜１６０℃の溶媒４００重量部、及び、沸点１８０℃以上の溶媒１３００重量部の分量で調合したものを使用した。インク滴の体積は平均３０ｐＬとし、隣接画素や隔壁上への着弾を防止するため、着弾位置をブラックマトリックスから３０μｍ以上離れた露出部中心付近に設定した。

インクを焼き付けた後、該基板のブラックマトリックスを有する面から、高圧水銀ランプを用いて１０００ｍＪ／ｃｍ^２（ｉ線）の照射を行うことにより、ブラックマトリックスの表面に残存する表面処理剤を分解した。かかる工程の後、保護膜としてジェイエスアール株式会社製透明保護膜ＳＳ５８０８を１．５μｍの膜厚で塗布、２２０℃で４０分間熱処理し実施例１のカラーフィルタを製造した。また、一般式（４）の光分解性化合物の代わりに一般式（５）又は一般式（６）の光分解性化合物を用いて、それぞれ実施例２、実施例３のカラーフィルタを製造した。

（比較例）
ブラックマトリックス付基板上に何も塗布せず、又、光照射等も行わずに、直接、赤色、緑色、青色の水性透明インクをインクジェット印刷機を用いて露出部に充填した以外は実施例１のカラーフィルタの製造方法と同様にして、比較例のカラーフィルタを製造した。

赤色、緑色、青色の水性透明インクをインクジェット印刷機を用いて露出部に充填した際、実施例１，２，３では、充填されたインクは隣の露出部へ漏れることなく、各露出部内において均一に広がった。しかし、比較例では、露出部のブラックマトリックス側までインクが十分に浸透せず光漏れの状態となった。

カラーフィルタの製造方法図である。 露出部の配列形態の第一例を示す図である。 露出部の配列形態の第二例を示す図である。 露出部の配列形態の第三例を示す図である。 カラーフィルタの製造方法に用いる表面処理剤に含まれる光分解性化合物の光分解反応例を示す図である。

符号の説明

１…ガラス基板、２…ブラックマトリックス（遮光層）、３…表面処理剤、４…インク（赤、緑、又は青）、５…保護膜、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…露出部（露出された部分）、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…最狭部の幅。

Claims (5)

1. 透明な基板の一方の面上に、前記基板の一部を露出させると共に光を遮る遮光層を形成する工程と、
   前記遮光層及び前記基板の露出された部分に下記一般式（１）で表される光分解性化合物を含む表面処理剤を塗布する工程と、
   前記基板の他方の面から光を照射して前記基板の露出された部分に塗布された表面処理剤を光反応させる工程と、
   前記基板の露出された部分にインクを充填する工程と、
   を含むカラーフィルタの製造方法。
   

   

   ［上記一般式（１）中、Ｒ^１はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５の炭化水素基又は水素原子であって、Ｒ^１が複数のときは、Ｒ^１が同一でも異なっていてもよい。Ｘは−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＲ^３、−ＯＲ^３、−ＮＣＯ又は−ＮＨ_２からなる群から選択されるいずれかであって、Ｘが複数のときは、Ｘが同一でも異なっていてもよい。Ｒ^３はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５の炭化水素基又は水素原子、ｎは０〜２のいずれかの整数、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群から選択されるいずれかの元素、Ｒ^２はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５の２価の炭化水素基、Ｙは−ＣＯＯ−又は−Ｏ−のいずれかの連結基、Ｚは下記一般式（２）又は一般式（３）の置換基である。
   

   

   

   上式一般式（２）、一般式（３）中、Ｒ^４はフッ素を含まない置換基を有してもよい炭素数１〜１５のアルキル基又は水素原子であって、互いに同一でも異なってもよい。］
2. ＭがＳｉ、Ｚが一般式（２）である請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
3. 前記遮光層における前記露出された部分の形状は楕円形又は多角形であり、
   前記遮光層において、前記露出された部分は複数周期的に形成され、
   前記露出された部分の最狭部の幅は１００μｍ以上である請求項１又は２に記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 前記インクが水性インクである請求項１〜３のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法。
5. 前記インクの２３℃での表面張力が２０〜４０ｍＮ／ｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法。

Images