JP4935966B2 - カラーフィルター用インク組成物、及びこれを用いて製造されたカラーフィルター基板、並びにこれを用いたカラーフィルター基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルター用インク組成物及びこれを用いて製造されたカラーフィルター基板、並びにカラーフィルター用印刷インクを用いたカラーフィルター基板の製造方法に関する。より詳細には、インク噴射ノズル表面及びブラックマトリックス表面でインクの広がり現象を防止することができるカラーフィルター用インク組成物、及び耐熱性及び耐化学性に優れたカラーフィルター基板、及びその製造方法に関する。

今日のような情報化社会において、電子ディスプレイ装置の役割は漸次重要になり、各種電子ディスプレイ装置が多様な産業分野に広範囲に用いられている。このような電子ディスプレイ分野は発展を続け、多様化される情報化社会の要求に適した新たな機能の電子ディスプレイ装置として持続的に開発されている。

一般に、電子ディスプレイ装置とは、多様な情報を視覚を介して人に伝達する装置をいう。即ち、各種電子機器から出力される電気情報信号を人の視覚で認識可能な光情報信号に変換する電子装置とも定義することができ、人と電子機器を連結する架橋的な役割を担当する装置と定義することもできる。

このような電子ディスプレイ装置は、光情報信号が発光現象により表示される場合には、発光型表示装置と呼ばれ、反射、散乱、干渉現象等によって光変調として表示される場合には、受光型表示装置と呼ばれる。能動型表示装置とも呼ばれる発光型表示装置としては、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びエレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）等を挙げることができる。又、受動型表示装置である受光型表示装置としては、液晶表示装置（ＬＣＤ）、電気化学表示装置（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；ＥＣＤ）、及び電気泳動表示装置（ＥＰＩＤ）等を挙げることができる。

テレビやコンピュータ用モニター等のような画像表示装置に用いられる最も長い歴史を有するディスプレイ装置である陰極線管（ＣＲＴ）は、表示品質及び経済性等の面で最も高い占有率を占めているが、重量が重く、容積が大きく、消費電力が高い等のような多くの短所を有している。

しかし、半導体技術の急速な発展によって、各種電子装置の低電圧化及び低電力化と共に、電子機器の小型化及び軽量化によって新たな環境に適合する電子ディスプレイ装置が必要になった。即ち、薄くて軽く、低い駆動電圧及び低い消費電力の特性を有する平板パネル型ディスプレイ装置に対する要求が急激に増大している。

現在開発されている多様な平板ディスプレイ装置のうち、液晶表示装置は、他のディスプレイ装置と比較して、薄くて軽く、消費電力が低く、駆動電圧が低いと同時に、陰極線管に近い画像表示が可能なので、多様な電子装置に広範囲に用いられている。又、液晶表示装置は製造が容易なので、その適用範囲は更に拡張している。

このような液晶表示装置は、カラー化のために、Ｒ（ｒｅｄ）、Ｇ（ｇｒｅｅｎ）、及びＢ（ｂｌｕｅ）の三原色からなるカラーフィルターを必要とする。

最近では、カラーフィルターを製造するために、従来のフォトリソグラフィ方式を代替するための多様な工程方式が使用されているが、代表的なものがインクジェット印刷方式である。インクジェット印刷方式では、ガラス基板上にブラックマトリックス等の遮光層を形成して、露光、及び現像工程等を経て、画素空間を形成して、画素空間にインクを注入する方式である。インクジェット印刷方式は、カラーフィルターを製造する際とに、別のコーティング、露光、現像等の工程が不必要なので、工程に必要な材料を節減することができ、工程の単純化を可能にする。

インクジェット方式において、カラーフィルターが均一で優れたカラー特性を有するためには、ピクセル間カラー層が均一に形成されていなければならない。又、吐出されたインクがブラックマトリックス表面と隣接ピクセル開口部に飛んで汚染することを最小限に防止しなければならない。又、インク噴射時、インクジェット噴射ノズルの表面とカラーインク間の相互作用は、噴射性能を大きく左右する要素である。インクジェットヘッドの表面に対するカラーインクの濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）が大きければ、噴射直進性が低下し、濡れ性が大きすぎると、インクが噴射されないという問題点が発生する。

本発明は、カラーフィルター用インク噴射時のインクノズルの直進噴射性を向上させ、カラーフィルター基板の製造時のインクの広がり現象を防止することができるカラーフィルター用インク組成物を提供することを目的とする。

本発明は、前記カラーフィルター用インク組成物を用いて製造され、高い耐熱性及び高い耐化学性を有するカラーフィルター基板を提供することを目的とする。

本発明は、前記カラーフィルター用インク組成物を用いて、前記カラーフィルター基板を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の一特徴によるカラーフィルター用インク組成物は、顔料分散体３０〜７０重量部、熱硬化性樹脂５〜２０重量部、熱重合開始剤０．０１〜０．５重量部、エポキシ系モノマー０．５〜５重量部、及び溶剤１０〜５０重量部を含む。熱硬化性樹脂は、側鎖にヒドロキシ基を有する。エポキシ系モノマーは、フルオロ基を含む。

本発明の一特徴によるカラーフィルター基板は、基板、遮光層、及び色画素層を含む。
遮光層は、基板上に形成され、基板への光の透過を遮断して画素空間を形成する。色画素層は、画素空間内に形成され、光に応答して固有の色を発現する。
又、色画素層は、 顔料分散体３０〜７０重量部と、側鎖にヒドロキシ基を有する熱硬化性樹脂５〜２０重量部と、熱重合開始剤０．０１〜０．５重量部と、フルオロ基を有するエポキシ系モノマー０．５〜５重量部と、溶剤１０〜５０重量部と、を含むカラーフィルター用インク組成物を用いて形成され、架橋結合体を含む。
架橋結合体は、側鎖にヒドロキシ基を有する熱硬化性樹脂とフルオロ基を有するエポキシ系モノマーが架橋反応して形成されたものである。

本発明の一特徴によるカラーフィルター基板の製造方法は、基板上への光の透過を遮断して画素空間を区画する遮光層を形成する段階、画素空間内に、カラーフィルター用インク組成物を注入する段階、酸発生段階、及び架橋反応段階を含む。インク組成物は、顔料分散体３０〜７０重量部、側鎖にヒドロキシ基を有する熱硬化性樹脂５〜２０重量部、熱重合開始剤０．０１〜０．５重量部、フルオロ基を有するエポキシ系モノマー０．５〜５重量部、溶剤１０〜５０重量部、及び添加剤０．０１〜１重量部を含む。酸発生段階では、インク組成物が加熱されて、インク組成物内の熱重合開始剤から酸が発生する。架橋反応段階では、インク組成物が加熱されて、熱硬化性樹脂とエポキシ系モノマーが架橋反応され架橋結合体を形成する。

本発明の一特徴によるインク組成物は、カラーフィルター基板の製造時、インク注入のために移動するインクノズルの直進噴射性を向上させ、画素空間内に注入されたインクが隣接画素に染みることを防止する。

以下、本発明を詳細に説明する。

カラーフィルター用インク組成物
本発明の一特徴によるカラーフィルター用インク組成物は、顔料分散体、熱硬化性樹脂、熱開始剤、エポキシ系モノマー、及び溶剤を含む。

本発明で用いることができる顔料分散体は、顔料、溶剤、及び分散剤等が混合されて形成される。本発明で用いることができる顔料としては、一般インクジェット方式のカラーフィルター製造に用いられるインクを挙げることができる。顔料分散体が３０重量部未満である場合には、所望する分光特性を得ることができず、７０重量部を超過する場合には、インクの基板に対する密着力を低下させ、所望する硬化特性を得ることができない。従って、組成物中の顔料分散体の含量は３０〜７０重量部であり、好ましくは４０〜６０重量部である。顔料分散体の重量部値は、他の構成成分の重量部を決定することにおいて、基準となる任意の重量範囲である。但し、他の構成成分の重量比と比較して、全体組成物内の含量比率として意味がある。顔料分散体を除いた他の構成成分の重量部範囲は、顔料分散体の重量部に対する相対的な重量部値である。従って、組成物内の全ての構成成分は、各成分の重量部範囲だけの相対的な含量を有する。

本発明で用いることができる熱硬化性樹脂は、側鎖にヒドロキシ基を有する共重合体を含む。共重合体としては、グリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、及びメチルメタクリレート等からなるアクリル系共重合体として、側鎖にヒドロキシ基を有する共重合体を挙げることができる。又、下記化学式Ｉ〜ＩＩで表示されるアクリル系共重合体を用いることもできる。

化学式Ｉ及びＩＩにおいて、Ｒは水素又はメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、ハロゲン基、ニトロ基、又はアルコキシ基であり、ｍ、ｎ、ｏはそれぞれ０〜１００００の整数である。

化学式Ｉ及びＩＩで表示される共重合体は、単独又は二つ以上を混合して用いることができる。

熱硬化性樹脂の含量が顔料分散体の重量部に対して５重量部未満である場合、塗膜形成後の膜強度、耐熱性、耐化学性が低下して、インクの基板に対する密着力が劣化し、２０重量部を超過する場合、インクの粘度増加及び流動性低下によってインクノズルからインクを均一に噴射することが難しく、これによってインク噴射の直進性が顕著に低下する虞がある。従って、熱硬化性樹脂の含量は、組成物全体重量部に対して５〜２０重量部であり、好ましくは１０〜１５重量部である。

好ましい一実施例としては、熱硬化性樹脂は、グリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートを３０：３０：３０：１０の重量比として、ランダム共重合された分子量約１５０００の共重合体を含む。

熱開始剤としては、（２−シクロヘキサノニル）シクロヘキシルメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、（２−シクロヘキサノニル）ジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、Ｓ−（２−ナフタレンカルボニルメチル）テトラヒドロチオフェニウムｐ−トルエンスルホネート、ジ−（４−ｔ−ブチルベンゼン）ヨードニウムヘキサフルオロフォスフォレート、ジ−（４−ｔ−ブチルベンゼン）ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、及びジ−（４−ｔ−ブチルベンゼン）ヨードニウムノナフルオロブタンスルホネート等が用いられることができる。熱開始剤は単独又は二つ以上を組合わせて使用することができる。

熱開始剤は、約１４０℃以上の温度で酸を発生させる。熱開始剤の含量が顔料分散体の重量部に対して０．０１重量部未満である場合には、酸発生が困難なので熱硬化性樹脂とエポキシ系モノマーとの架橋反応が進行しにくく、０．５重量部を超過しても反応効果面では同じなので、０．５重量部を超過する必要はない。従って、熱開始剤の含量は、全体組成物の重量部に対して０．０１〜０．５重量部であり、好ましく０．１〜０．３重量部である。

エポキシ系モノマーとしては、下記化学式ＩＩＩ〜ＶＩで表示される化合物を単独で又は二つ以上が混合された形態で使用することができる。

化学式ＩＩＩ〜ＶＩにおいて、ｎは１〜２０の整数である。

エポキシ系モノマーは、約２００℃以上の温度及び酸雰囲気下でエポキシ基の開環反応を生じさせる。

エポキシ系モノマーの含量が顔料分散体の重量部に対して０．５重量部未満である場合には、インクのパターン形成後、硬化度及び残膜率が低下して、カラーフィルター層を得ることができない。反面、エポキシ系モノマーの含量が５重量部を超過する場合には、インクの粘度増加及び流動性低下を招来する虞がある。従って、エポキシ系モノマーの含量は、総組成物の重量比に対して０．５〜５重量部であり、好ましくは１〜３重量部である。

エポキシ系モノマーはフルオロを含有しているため、接触角が非常に大きいので、インク組成物の噴射時、インクがインク噴射ノズルと容易に分離され、インクが噴射ノズルに濡れて後続噴射に影響を及ぼすことを防止することができる。また、画素空間内に注入された後にも隣接画素空間にインクが染みることを防止することができる。

本発明において用いることができる溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、シクロヘキサノン、ジプロピレングリコールエーテルアセテート等を挙げることができる。溶剤は、単独又は二つ以上の組合わせで使用することができる。溶剤の含量が顔料分散体の重量部に対して１０重量部未満である場合には、均一なインク噴射が困難で、５０重量部を超過する場合には、色画素層の形成後に残膜率低下によって高い色純度を有するカラーフィルター基板を製造することが困難である。従って、溶剤は、全体組成物内に１０〜５０重量部が含まれ、好ましくは２０〜４０重量部が含まれる。

本発明のカラーフィルター用インク組成物は、インク組成物の性能向上のための添加剤を更に含むことができる。本発明において用いることができる添加剤としては、インクジェット方式のカラーフィルター基板の製造時、性能向上のために一般的に用いられる添加剤を使用することができる。添加剤としては、インクの消泡性向上のための消泡剤、又は色画素層の形成後に表面の平滑性向上のための表面平滑剤等がある。添加剤は、１種を単独で使用することもでき、２種以上の添加剤を組合わせて使用することもできる。添加剤は、組成物の総重量部に対して０．０１〜１重量部が含まれると、有効な効果を発揮することができる。

カラーフィルター基板
図１は本発明の一実施例によるカラーフィルター基板を説明するための図であり、図２は図１のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の実施例によるカラーフィルター基板１００は、基板１０１、ブラックマトリックス（遮光層）１０３、色画素層１０６、保護膜１０８、及び共通電極層１０９を有する。

遮光層１０３は有機高分子からなり、光が照射された部分が現像液に溶けるポジ型フォトレジストで形成され、基板１０１上に一定の高さと幅を有することにより、画素空間を形成することになる。遮光層１０３は一定の高さを有するので、隣接した画素領域に形成される色画素層１０６の混色及び染みを防止する。

図面上では格子形状のブラックマトリックス１０３を図示したが、当業者には勿論、多様な形態、例えば蜂の巣形状やストライプ形状等を有するように具現化することも可能であることが自明である。

色画素層１０６は、ブラックマトリックス１０３により定義される画素空間（色画素層が形成される以前の空いている空間）内に形成され、光に応答して固有の色を発現する。色画素層１０６は、Ｒ色画素１０６Ｒ、Ｇ色画素１０６Ｇ、及びＢ色画素１０６Ｂを有する。

保護膜１０８は、色画素層１０６上に形成され、光照射等のような熱処理から色画素層１０６を保護し、又、色画素層１０６の平坦化を図る。

共通電極層１０９は保護膜１０８上に形成され、透明性及び導電性を有する物質、例えば、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）及び酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等からなる電極層に外部から電源電圧が印加される。

色画素層１０６は、本発明によるインク組成物が画素空間内に注入された後に熱硬化されて形成され、画素空間内に注入される過程で隣接した画素領域の色画素であるカラーインク間の混合及び拡散を防止することができる。

画素空間に注入されるインク組成物は、顔料分散体３０〜７０重量部、熱硬化性樹脂５〜２０重量部、熱開始剤０．０１〜０．５重量部、エポキシ系モノマー０．５〜５重量部、溶剤１０〜５０重量部、及び添加剤０．０１〜１重量部を含む。熱硬化性樹脂は側鎖にヒドロキシ基を有する。エポキシ系モノマーは、フルオロ基を含む。前述したカラーフィルター用インク組成物に対する説明で十分に説明したので、具体的な説明は省略する。

色画素層１０６は、熱硬化性樹脂とエポキシ系モノマーが架橋反応された架橋結合体を含む。熱硬化性樹脂としては、側鎖にヒドロキシ基を有する共重合体が用いられる。共重合体としては、グリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、及びメチルメタクリレート等からなるアクリル系共重合体として側鎖にヒドロキシ基を有する共重合体を用いることができる。又、下記化学式Ｉ及びＩＩで表示されるアクリル系共重合体を用いることもできる。

化学式Ｉ及びＩＩにおいて、Ｒは水素又はメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、ハロゲン基、ニトロ基、又はアルコキシ基であり、ｍ、ｎ、ｏはそれぞれ０〜１００００の整数である。

エポキシ系モノマーとしては、下記化学式ＩＩＩ〜ＶＩで表示される化合物を用いることができる。

化学式ＩＩＩ〜ＶＩにおいて、ｎは１〜２０の整数である。

架橋結合体は、複数の熱硬化性樹脂及び複数のエポキシ系モノマーで形成することができ、許容可能な多様な組合わせが可能である。又、１種の硬化樹脂体に複数のエポキシ系モノマーが架橋反応により結合されたものでもよい。

下記化合式ＶＩＩ及びＶＩＩＩは架橋結合体の例である。

化学式ＶＩＩにおいて、Ｘ及びＹはそれぞれ１０００〜１００００以下の整数である。

化学式ＶＩＩＩにおいて、Ｒは水素又はメチル基であり、ｍ、ｌ、ｏはそれぞれ０〜１００００の整数である。ｍ、ｌ、ｏは同時に０ではない。ｎは、１〜２０の整数である。

架橋結合体は上述のように架橋結合を形成するので、カラーフィルター基板１００の色画素層１０６は高耐熱性及び高耐化学性を有することになる。

カラーフィルター基板の製造方法
図３乃至図５は、本発明の一実施例によるブラックマトリックスパターンの形成方法を示す概略的な断面図である。図６は、本発明の一実施例による色画素層を形成する段階を概念的に示す断面図である。

図３乃至図５を参照すると、ブラックマトリックスパターンの形成方法は、ブラックマトリックス組成物層形成段階（Ｉ）（図３）、露光段階（ＩＩ）（図４）、及び現像段階（ＩＩＩ）（図５）で構成される。

図３を参照すると、洗浄されたガラス基板１０１上に充分に厚い厚さを有するようにポジ型フォトレジスト層１０３を塗布する。ここで、ポジ型フォトレジスト層１０２は、後に隔壁用ブラックマトリックス１０３として用いられる。ポジ型フォトレジスト層１０２の厚さは、一般的な色画素層の厚さの４倍以上の厚さを有することが好ましい。例えば、色画素層の厚さが１μｍで形成される場合、ポジ型フォトレジスト層１０２の厚さは４μｍで形成される。

図４を参照すると、充分な厚さで塗布されたポジ型フォトレジスト層１０２を用いて、ブラックマトリックスを形成するために、ブラックマトリックスパターンと一致するフォトマスク２０２をポジ型フォトレジスト１０２層上に位置させ、フォトリソグラフィ工程を行う。ここで、フォトリソグラフィ工程は、フォトレジスト塗布、フォトレジストパターニング、露光、及び現像段階を含む。

これにより、図５に示すように、ガラス基板１０１上には隔壁形態のブラックマトリックス１０３及び隣接するブラックマトリックス１０３により定義される画素空間１０４が形成される。

図６を参照して、インクジェット方式で色画素層１０６を形成する過程を説明する。

色画素層１０６を形成するために、インクジェットヘッド３０２のノズル３０４を通じてインク組成物３０６が画素空間１０４に注入され、インク組成物層１１０を形成する（Ａ段階）。インク組成物は、顔料分散体３０〜７０重量部、熱硬化性樹脂５〜２０重量部、熱開始剤０．０１〜０．５重量部、エポキシ系モノマー０．５〜５重量部、及び溶剤１０〜５０重量部を含む。熱硬化性樹脂は、側鎖にヒドロキシ基を有する。エポキシ系モノマーは、フルオロ基を含む。前述したカラーフィルター用インク組成物に対する説明で充分に説明したので、具体的な説明は省略する。

インク組成物層１０５を１４０〜１５０℃で加熱する。インク組成物が約１４０℃以上の温度で加熱されると、インク組成物内にある熱開始剤が酸を発生させることになる（Ｂ段階）。

インク組成物を更に加熱して、２００〜２１０℃まで昇温させる。酸発生段階（Ｂ段階）で発生された酸によりインク組成物内部は酸雰囲気になり、前記温度条件で熱硬化性樹脂のヒドロキシとエポキシ系モノマーとの間に熱架橋反応が発生される。具体的には、エポキシ系モノマーが開環反応をし、開環されたエポキシ系モノマーのエポキシとヒドロキシ基間の結合反応が行われる（Ｃ段階）。下記反応式Ｉは架橋反応の一例を示す。

反応式Ｉにおいて、ｎは１〜２０の整数である。

上述のようなメカニズムで、熱硬化性樹脂の側鎖にあるヒドロキシ基と少なくとも一種のエポキシ系モノマーと架橋反応が行われる。

上述のようにインク組成物層が硬化されると、架橋結合体からなる色画素層１０６が形成される。

色画素層１０６は、上述の架橋反応により高耐熱性及び高耐化学性を有する。

架橋結合体は、一例として下記化学式ＶＩＩＩのような構造を有する。

化学式ＶＩＩＩにおいて、Ｒは水素又はメチル基であり、ｍ、ｌ、ｏはそれぞれ０〜１００００の整数である。ｍ、ｌ、ｏは同時に０ではない。ｎは１〜２０の整数である。

以下、本発明を下記実施例を通じてより詳細に説明する。

カラーフィルター用インク組成物の製造
実施例１
顔料分散体としてＣＩ２５４（ＲＥＤ）３６４ｇ、熱硬化性樹脂としてグリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートをそれぞれ３０：３０：３０：１０の重量比で共重合させた共重合樹脂（分子量１５０００）１００ｇ、熱開始剤として（２−シクロヘキサノニル）２−メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート１ｇ、架橋性モノマーとして下記化学式ＩＶで表示されるエポキシ系モノマー３０ｇ、溶剤としてジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＤＰＭＡ）３００ｇ、及び添加剤として消泡剤及び表面平滑剤をそれぞれ２．５ｇずつ反応容器に投入して、４０ｒｐｍで３時間攪拌してカラーフィルター用インク組成物８００ｇを製造した。

実施例２
顔料分散体としてＣＩ２５４（ＲＥＤ）３６４ｇ、熱硬化性樹脂として下記化学式Ｉで表示される共重合樹脂１００ｇ、熱開始剤として（２−シクロヘキサノニル）２−メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート１ｇ、架橋性モノマーとして下記化学式ＩＶで表示されるエポキシ系モノマー３０ｇ、溶剤としてジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＤＰＭＡ）３００ｇ、及び添加剤として消泡剤及び表面平滑剤をそれぞれ２．５ｇずつ反応容器に投入して、４０ｒｐｍで３時間攪拌してカラーフィルター用インク組成物８００ｇを製造した。

比較例１
顔料分散体としてＣＩ２５４（ＲＥＤ）３６４ｇ、熱硬化性樹脂としてグリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートをそれぞれ３０：３０：３０：１０の重量比で共重合させた共重合樹脂（分子量１５０００）１００ｇ、熱開始剤として（２−シクロヘキサノニル）２−メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート１ｇ、溶剤としてジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＤＰＭＡ）３３０ｇ、及び添加剤として消泡剤及び表面平滑剤それぞれ２．５ｇずつ反応容器に投入して、４０ｒｐｍで３時間攪拌してカラーフィルター用インク組成物８００ｇを製造した。

カラーフィルター基板の製造
実施例３
実施例１で製造されたインク組成物を予め準備したブラックマトリックスパターン上の画素空間にインク噴射ノズルを通じて滴定した。注入されたインク組成物を１４０℃まで加熱して１５分間維持させた。更に２００℃まで加熱して、３０分間インク組成物を硬化させて、色画素層を形成することによりカラーフィルター基板を製造した。

実施例４
実施例２で製造されたインク組成物を予め準備したブラックマトリックスパターン上の画素空間にインク噴射ノズルを通じて滴定した。注入されたインク組成物を１４０℃まで加熱して１５分間維持させた。更に２００℃まで加熱して、３０分間インク組成物を硬化させて、色画素層を形成することによりカラーフィルター基板を製造した。

比較例２
比較例１で製造されたインク組成物を予め準備したブラックマトリックスパターン上の画素空間にインク噴射ノズルを通じて滴定した。注入されたインク組成物を１４０℃まで加熱して１５分間維持させた。更に２００℃まで加熱して、３０分間インク組成物を硬化させて、色画素層を形成することによりカラーフィルター基板を製造した。

実験例１（接触角測定）
実施例１及び２と比較例１で製造されたインク組成物を有機高分子からなるブラックマトリックス上に滴定して、ブラックマトリックス上での接触角を測定した。測定された接触角は表１に示した。

表１からわかるように、本発明によるインク組成物の接触角が非常に大きく示し、反面、フルオロを含まないインク組成物の場合（比較例１）には、低い接触角を示した。従って、実施例１及び２のインク組成物は、ブラックマトリックス上でよく広がらないことがわかる。

実験例２（インク噴射ノズルでのインク濡れ性評価）
実施例２のインク組成物及び比較例１のインク組成物を滴定する前に噴射ノズル上での塗れ程度を観察した。

図７及び図８は、インク滴定前のインク噴射ノズル表面でのインクの濡れ程度を示すインク噴射ノズルの垂直断面図である。

図７及び８に示すように、比較例１のインク組成物は、インク噴射ノズル５０表面で広く広がる（Ａ）が、実施例２のインク組成物はインク噴射ノズル５０表面で広がり現象が最小化された（Ｂ）。

実験例３（有機ブラックマトリックス基板上でのインク広がり性観察）
実施例２のインク組成物及び比較例１のインク組成物をそれぞれブラックマトリックス（ＢＭ）表面とガラス基板（Ｇｌａｓｓ）表面に同じ噴射量だけ滴下して、各表面でのカラーインク（Ｉｎｋ）の広がり性を観察した。

図９は、ブラックマトリックスパターンの部分平面図及びインク組成物を前記ブラックマトリックスパターンに滴定することを示す概念図である。図１０は、ブラックマトリックスパターン上のブラックマトリックス及びガラス基板表面でのインクの広がり程度を比較するための表である。

図１０において（Ａ）は比較例１を示し、（Ｂ）は実施例１を示す。

図１０からわかるように、実施例１のインク組成物がＢＭ表面で比較例１と比較して、広がり性が顕著に低い。

実験例４（噴射直進性テスト）
実施例２及び比較例１で製造されたインク組成物を、インクノズルを移動しながらそれぞれカラーフィルターの画素空間に順次に滴定して、噴射直進性を観察した。

図１１は、比較例１及び実施例２のインク組成物を噴射して、噴射直進性を観察した写真である。

図１１において、Ａは比較例１で製造されたインク組成物の噴射直進性を示す写真であって、噴射直進性が不良であった。Ｂは、実施例２で製造されたインク組成物の噴射直進性を示す写真であって、噴射直進性が良好であった。

実験例５（カラーフィルターの耐熱性及び耐化学性テスト）
実施例４及び比較例２で製造されたカラーフィルター基板の色画素層に対する耐熱性及び耐化学性を評価した。

１．耐熱性評価
２３０℃で１時間放置した後、色特性及び収縮程度を評価した。

実施例４で製造したカラーフィルター基板の場合、色特性の変化及びフィルムの収縮現象が発見されなかったが、比較例２で製造されたカラーフィルター基板の場合、色特性の変化及びフィルムの変形が観察された。

２．耐化学性の評価
（１）イソプロピルアルコールを用いて１０分間常温で超音波（８００Ｗ、４０ＫＨｚ）処理した後、色画素層の溶解によるフィルムロス（ｆｉｌｍ ｌｏｓｓ）の可否を評価した。

実施例４で製造したカラーフィルター基板の場合にはフィルムロスが全然なかったが、比較例２で製造されたカラーフィルター基板の場合にはフィルムロスが存在した。

（２）テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ；ＴＭＡＨ）２．３８％水溶液を用いて、１０分間４０℃で超音波（８００Ｗ、４０ＫＨｚ）処理した後、色画素層の溶解によるフィルムロスの可否を評価した。

実施例４で製造したカラーフィルター基板の場合、フィルムロスが全然なかったが、比較例２で製造されたカラーフィルター基板の場合にはフィルムロスを示した。

本発明によるインク組成物は、インク滴定時、噴射ノズル上に容易に濡れないので、噴射直進性が向上され、インクがカラーフィルター基板の画素空間に正確に滴下することができる。これにより、カラー特性の安定性を確保することができる。

また、本発明のインク組成物は、有機ブラックマトリックス上でよく広がらないので、隣接画素間のインク染みが殆どなくて、色の重畳によるカラー特性の低下を防止することができる。

また、本発明のインク組成物を用いてカラーフィルター基板の色画素層を形成すると、色画素層の耐熱性及び耐化学性が非常に優れ、カラーフィルター基板の耐久性を顕著に向上させることができる。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

図１は、本発明の一実施例によるカラーフィルター基板の斜視図である。 図２は、図１のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。 図３は、本発明の一実施例によるブラックマトリックスパターンの形成方法を示す概略的な断面図である。 図４は、本発明の一実施例によるブラックマトリックスパターンの形成方法を示す概略的な断面図である。 図５は、本発明の一実施例によるブラックマトリックスパターンの形成方法を示す概略的な断面図である。 図６は、本発明の一実施例による色画素層を形成する段階を示す概略的な断面図である。 図７は、インク滴定前のインク噴射ノズル表面でのインクの濡れ程度を示すインク噴射ノズルの垂直断面図である。 図８は、インク滴定前のインク噴射ノズル表面でのインクの濡れ程度を示すインク噴射ノズルの垂直断面図である。 図９は、ブラックマトリックスパターンの部分平面図及びインク組成物をブラックマトリックスパターンに滴下することを示す概念図である。 図１０は、ブラックマトリックスパターン上のブラックマトリックス及びガラス基板表面でのインクの広がり程度を比較した写真を含む表である。 図１１は、比較例１及び実施例２のインク組成物を噴射して、噴射直進性を観察した写真である。

符号の説明

１００ カラーフィルター基板
１０１ 基板
１０３ ブラックマトリックス
１０６ 色画素層
１０８ 保護膜
１０９ 共通電極

Claims (17)

1. 顔料分散体３０〜７０重量部と、
   側鎖にヒドロキシ基を有する熱硬化性樹脂５〜２０重量部と、
   熱重合開始剤０．０１〜０．５重量部と、
   フルオロ基を有するエポキシ系モノマー０．５〜５重量部と、
   溶剤１０〜５０重量部と、を含む、ことを特徴とするカラーフィルター用インク組成物。
2. 前記インク組成物は、添加剤０．０１〜１重量部を更に含むことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター用インク組成物。
3. 前記熱硬化性樹脂は、アクリル系共重合体であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター用インク組成物。
4. 前記熱硬化性樹脂は、下記化学式
   

   

   （化学式Ｉ及びＩＩにおいて、Ｒは水素又はメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、ハロゲン基、ニトロ基、又はアルコキシ基であり、ｍ、ｎ、ｏはそれぞれ０〜１００００の整数であり、同時に０ではない。）
   で表示される共重合体のうち、少なくとも一つの共重合体を含むことを特徴とする請求項３記載のカラーフィルター用インク組成物。
5. 前記熱硬化性樹脂は、グリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、及びメタクリレートをそれぞれ単量体としてランダムに共重合された共重合体を含むことを特徴とする請求項３記載のカラーフィルター用インク組成物。
6. 前記熱重合開始剤は、（２−シクロヘキサノニル）シクロヘキシルメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、（２−シクロヘキサノニル）ジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、Ｓ−（２−ナフタレンカルボニルメチル）テトラヒドロチオフェニウムｐ−トルエンスルホネート、ジ−（４−ｔ−ブチルベンゼン）ヨードニウムヘキサフルオロフォスフォレート、及びジ−（４−ｔ−ブチルベンゼン）ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネートからなる群から選択された少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター用インク組成物。
7. 前記フルオロ基を有するエポキシ系モノマーは、下記化学式
   

   

   （化学式ＩＩＩ〜ＶＩにおいて、ｎは１〜２０の整数である。）
   で表示される化合物のうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター用インク組成物。
8. 前記溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、シクロヘキサノン、ジプロピレングリコールエーテルアセテートからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター用インク組成物。
9. 前記添加剤は、消泡剤及び表面平滑剤のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター用インク組成物。
10. 基板と、
    前記基板上に形成され、前記基板への光の透過を遮断して、画素空間を形成する遮光層と、
    前記画素空間内に形成され、前記光に応答して固有の色を発現する色画素層と、を含むカラーフィルター基板であって、
    前記色画素層は、
    顔料分散体３０〜７０重量部と、
    側鎖にヒドロキシ基を有する熱硬化性樹脂５〜２０重量部と、
    熱重合開始剤０．０１〜０．５重量部と、
    フルオロ基を有するエポキシ系モノマー０．５〜５重量部と、
    溶剤１０〜５０重量部と、を含むカラーフィルター用インク組成物を用いて形成され、
    側鎖にヒドロキシ基を有する熱硬化性樹脂とフルオロ基を有するエポキシ系モノマーが架橋反応して形成された架橋結合体を含む、ことを特徴とするカラーフィルター基板。
11. 前記熱硬化性樹脂は、アクリル系共重合樹脂であることを特徴とする請求項１０記載のカラーフィルター基板。
12. 前記架橋結合体は、下記化学式Ｉ及びＩＩ
    

    

    （化学式Ｉ及びＩＩにおいて、Ｒは水素又はメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、ハロゲン基、ニトロ基、又はアルコキシ基であり、ｍ、ｎ、ｏはそれぞれ０〜１００００の整数であり、同時に０でははい。）
    で表示される共重合体のうち、少なくとも一つの共重合体のヒドロキシ基と下記化学式ＩＩＩ〜ＶＩ
    

    

    （化学式ＩＩＩ〜ＶＩにおいて、ｎは、１〜２０の整数である。）
    で表示される化合物のうち、少なくとも一つの化合物のエポキシ基が架橋反応して形成されることを特徴とする請求項１０記載のカラーフィルター基板。
13. 基板上への光の透過を遮断して、画素空間を区画する遮光層を形成する段階と、
    前記画素空間内に、顔料分散体３０〜７０重量部、側鎖にヒドロキシ基を有する熱硬化性樹脂５〜２０重量部、熱重合開始剤０．０１〜０．５重量部、フルオロ基を有するエポキシ系モノマー０．５〜５重量部、及び溶剤１０〜５０重量部を含むカラーフィルター用インク組成物を注入する段階と、
    前記インク組成物を加熱して、前記熱重合開始剤が酸を発生する酸発生段階と、
    前記インク組成物を加熱して、前記熱硬化性樹脂と前記エポキシ系モノマーを架橋反応させる架橋反応段階と、を含む、ことを特徴とするカラーフィルター基板の製造方法。
14. 前記熱硬化性樹脂は、下記化学式
    

    

    （化学式Ｉ及びＩＩにおいて、Ｒは水素又はメチル基であり、Ｘは水素、アルキル基、ハロゲン基、ニトロ基、又はアルコキシ基であり、ｍ、ｎ、ｏはそれぞれ０〜１００００の整数であり、同時に０ではない。）
    で表わされる共重合体のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１３記載のカラーフィルター基板の製造方法。
15. 前記エポキシ系モノマーは、下記化学式
    

    

    （化学式ＩＩＩ〜ＶＩにおいて、ｎは１〜２０の整数である。）
    で表わされる化合物のうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項１３記載のカラーフィルター基板の製造方法。
16. 前記酸発生段階は、１４０〜１５０℃の温度条件下で行われることを特徴とする請求項１３記載のカラーフィルター基板の製造方法。
17. 前記架橋反応段階は、２００〜２１０℃の温度条件下で行われることを特徴とする請求項１３記載のカラーフィルター基板の製造方法。
    

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