JP6852474B2 - カラーフィルタ用着色組成物、固体撮像素子用カラーフィルタ及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

カラーフィルタ用着色組成物、固体撮像素子用カラーフィルタ及び固体撮像素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示装置や固体撮像素子に用いられるカラーフィルタ用着色組成物の製造方法に関する。
カラーフィルタは、ガラス等の透明な基板の表面に2種以上の異なる色相の微細な帯(ストライプ)状のフィルタセグメントを平行又は交差して配置したもの、あるいは微細なフィルタセグメントを縦横一定の配列で配置したものからなっている。一般的に赤、緑、および青の3色のフィルタセグメントから形成されることが多く、これら各セグメントは、数ミクロン〜数100ミクロンと微細であり、しかも色相毎に所定の配列で整然と配置されている。
液晶表示装置は、2枚の偏光板に挟まれた液晶層が1枚目の偏光板を通過した光の偏光度合いを制御して、2枚目の偏光板を通過する光量をコントロールすることにより表示を行う表示装置である。2枚の偏光板の間にカラーフィルタを設けることによりカラー表示を可能としている。近年、テレビやスマートフォンなどでは高精細化が進み、フィルタセグメントを形成する際の塗布均一性、感度、現像性、パターン形状など、カラーフィルタに対する要求が高まっている。
一方、固体撮像素子はその受光素子と一対にカラーフィルタを備えカラー化を図っている。デジタルスチルカメラやビデオカメラ、スマートフォンなどに搭載される固体撮像素子も、高画素化、高精細化が進んでおり、液晶表示装置と同様に微細なフィルタセグメントを欠陥なく形成することが求められている。
カラーフィルタを形成するには顔料分散法、染料分散法などがあるが、いずれも原色(赤、青、緑)あるいは補色(シアン、マゼンタ、イエロ−)の感光性着色組成物をスピンコート法により塗膜形成し、リソグラフィによりパターン形成する方式が一般的である。
その内、染料を用いる染色法や染料分散法によって得られたカラーフィルタは粒子が細かく、高精細化に向いており、かつ色均一性の高い特徴はあるが耐熱性や耐光性に劣る問題がある。一方、顔料分散法で得られたカラーフィルタは耐熱性や耐光性など信頼性に優れるが、粒子が染料と比較して大きいため、高精細化するためには顔料粒子を可能な限り細かく樹脂に分散した上でペースト化し、さらにサブミクロンオーダーのろ過精度のフィルタを通して粗大な顔料粒子や異物が混入することを防止している(特許文献1及び2参照)。
ところが、一般に高精度のフィルタほど流量は小さくなるため、生産性の面からろ過に必要なフィルタの数を増やす、もしくは長時間のろ過工程により生産性が悪化することにより、非常に高価な感光性着色組成物となっていた。
また、液晶表示装置や固体撮像素子を搭載したデバイスの小型化に伴い、カラーフィルタの薄膜化ならびに着色成分を高濃度化することが要求されている。この場合、ろ過特性を損なわない流動性の確保や、粗大粒子を残すことなく顔料を微細に分散することがますます困難となる。
特開平11−352319号公報 特開2009−21046号公報
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、液晶表示装置や固体撮像素子に用いられるカラーフィルタ用着色組成物において、粗大な顔料粒子や異物が少なく、着色成分濃度が十分に高い着色組成物の製造方法を提供することである。また、高精細かつ薄膜で欠陥のない固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法、並びにノイズが少なく高感度な撮像特性を有する固体撮像素子を提供することである。
本発明者らが上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねたところ、顔料および樹脂型分散剤と、特定の比率の有機溶剤および水とを混合して得た混合液を、フィルタでろ過してろ液を得た後に濃縮することで、粗大粒子を低減しつつ高濃度な着色組成物を得ることができることを見いだし、本発明に至った。
即ち本発明は、少なくとも顔料、樹脂型分散剤および有機溶剤を含有するカラーフィルタ用着色組成物の製造方法であって、
顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る工程(a)と、
工程(a)の後に、前記混合液をフィルタでろ過してろ液を得る工程(b)と、
工程(b)の後に、前記ろ液を濃縮する工程(c)と、を含み、
工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、80〜99質量%であることを特徴とする、カラーフィルタ用着色組成物の製造方法に関する。
また本発明は、有機溶剤の25℃における蒸気圧が1hPa以上25hPa以下である、上記カラーフィルタ用着色組成物の製造方法に関する。
また本発明は、工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、90〜99質量%である、上記カラーフィルタ用着色組成物の製造方法に関する。
また本発明は、工程(a)において、混合液全量に対する顔料の比率が、4〜12質量%である、上記カラーフィルタ用着色組成物の製造方法に関する。
また本発明は、少なくとも、顔料、樹脂型分散剤および有機溶剤を含有するカラーフィルタ用着色組成物によってフィルタセグメントを形成する固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ用着色組成物が、
顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る工程(a)と、
工程(a)の後に、前記混合液をフィルタでろ過してろ液を得る工程(b)と、
工程(b)の後に、前記ろ液を濃縮する工程(c)と、を含む製造方法で得られ、
工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、80〜99質量%であることを特徴とする、固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法に関する。
さらに本発明は、少なくとも、顔料、樹脂型分散剤および有機溶剤を含有するカラーフィルタ用着色組成物によってフィルタセグメントを形成する固体撮像素子用カラーフィルタを備える、固体撮像素子の製造方法であって、前記カラーフィルタ用着色組成物の製造方法が、
顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る工程(a)と、
工程(a)の後に、前記混合液をフィルタでろ過してろ液を得る工程(b)と、
工程(b)の後に、前記ろ液を濃縮する工程(c)と、を含み、
工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、80〜99質量%であることを特徴とする、固体撮像素子の製造方法に関する。
本発明の製造方法を用いたカラーフィルタ用着色組成物により、これを用いて作製したカラーフィルタにおいて、高精細かつ薄膜で欠陥(異物)のない固体撮像素子用カラーフィルタを提供することができる。さらに、それを用いて固体撮像素子を作成することで、ノイズが少なく高感度な撮像特性を有する固体撮像素子を提供することでできる。
以下、本発明のカラーフィルタ用着色組成物の製造方法について詳細に説明する。「(メタ)アクリレート」、「(メタ)アクリル酸」、又は「(メタ)アクリルアミド」と表記した場合には、特に説明がない限り、それぞれ、「アクリレート及び/又はメタクリレート」、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」、又は「アクリルアミド及び/又はメタクリルアミド」を表すものとする。また、以下に挙げる「C.I.」は、カラーインデックス(C.I.)を意味する。
<カラーフィルタ用着色組成物>
<顔料>
本発明のカラーフィルタ用着色組成物は、有機または無機の顔料を、単独でまたは2種類以上混合して用いることができる。本発明のカラーフィルタ用着色組成物には有機顔料を使用することが好ましく、例えば、アゾ系顔料、アゾ金属錯体系顔料、フタロシアニン系顔料、アゾメチン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、キノフタロン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、ジオキサジン系顔料、トリアリールメタン系顔料、アントラキノン系顔料、ジアンスラキノニル系顔料、アンスラピリミジン系顔料、アンサンスロン系顔料、インダンスロン系顔料、フラバンスロン系顔料、ピランスロン系顔料、スクアリリウム系顔料、ジケトピロロピロール系顔料等が挙げられる。
これらの中でも、赤色顔料としては、ジケトピロロピロール系顔料、アゾ系顔料、アントラキノン系顔料、青色顔料としては、銅フタロシアニン系顔料、緑色顔料としては、ハロゲン化フタロシアニン系顔料、アルミニウムフタロシアニン系顔料、黄色顔料としては、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料が、カラーフィルタ用途に適した色相、透明性を有するため、好適に用いられる。以下に、本発明のカラーフィルタ用着色組成物に使用可能な有機顔料の具体例を、カラーインデックス番号で示す。
赤色フィルタセグメントを形成する赤色着色組成物の場合には、例えばC.I.ピグメントレッド7、9、14、41、48:1、48:2、48:3、48:4、81:1、81:2、81:3、97、122、123、146、149、166、168、176、177、178、179、180、184、185、187、192、200、202、208、210、215、216、217、220、221、223、224、226、227、228、240、242、246、254、255、264、272等の赤色顔料を用いることができる。これらの中でも、顔料がC.I.ピグメントレッド177、または254が好適に用いられる。
また赤色着色組成物には、C.I.ピグメントオレンジ36、38、43、71、73等の橙色顔料および/またはC.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、10、12、13、14、15、16、17、18、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、126、127、128、129、138、139、147、150、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、187、188、193、194、198、199、213、214、218、219、220、221、231等の黄色顔料を併用することができる。
緑色フィルタセグメントを形成する緑色着色組成物の場合には、例えばC.I.ピグメントグリーン7、10、36、37、58、特開2004−333817号公報、特許第4893859号公報等に記載のアルミニウムフタロシアニン顔料等の緑色顔料を用いることができる。
また緑色着色組成物には、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、10、12、13、14、15、16、17、18、20、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、86、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、125、126、127、128、129、137、138、139、147、148、150、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、187、188、193、194、199、213、214、218、219、220、221、231等の黄色顔料を併用することができる。
青色フィルタセグメントを形成する青色着色組成物の場合には、例えば、C.I.ピグメントブルー1、1:2、9、14、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64等の青色顔料を用いることができる。
また青色着色組成物には、C.I.ピグメントバイオレット1、19、23、27、29、30、32、37、40、42、50等の紫色顔料を併用することができる。
また、無機顔料としては、酸化チタン、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら(赤色酸化鉄(III))、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑、アンバー、合成鉄黒等が挙げられる。無機顔料は、彩度と明度のバランスを取りつつ良好な塗布性、感度、現像性等を確保するために、有機顔料と組み合わせて用いられる。
[顔料の微細化]
また、本発明の着色組成物に使用する顔料は、微細化して用いることが好ましい。微細化方法は特に限定されるものではなく、例えば湿式磨砕、乾式磨砕、溶解析出法いずれも使用でき、本発明で例示するように湿式磨砕の1種であるニーダー法によるソルトミリング処理等を行い微細化することができる。顔料のTEM(透過型電子顕微鏡)により求められる平均一次粒子径は5〜90nmの範囲であることが好ましい。5nmよりも小さくなると有機溶剤中への分散が困難になり、90nmよりも大きくなると十分なコントラスト比を得ることができない。このような理由から、より好ましい平均一次粒子径は10〜70nmの範囲である。
また、本発明で使用できる顔料は、窒素吸着法によるBET比表面積において70m2/g以上160m2/g以下が好ましく、より好ましくは80m2/g以上140m2/g未満である。特に好ましくは比表面積が80m2/g以上120m2/g未満である。顔料の比表面積が70m2/gより小さい場合には、カラーフィルタの輝度やコントラスト比が低くなる場合があり、比表面積が160m2/gを超えると、ある程度は塗膜の鮮明性、明度、およびコントラスト比の改善効果は見られるものの、顔料の分散性、分散安定性が低いために、該顔料を使用して顔料分散液を調製すると、顔料粒子の再凝集が起こり、高粘度で不安定な状態となり、流動性や貯蔵安定性が不十分となる共に、カラーフィルタの輝度やコントラスト比の特性が極端に悪化する場合がある。また、分散安定化に必要な樹脂型分散剤が多量に必要となることがあり、樹脂型分散剤は現像液に不溶であるために解像性、現像性が低下しやすくなる、といった問題の起こることがある。
なお、顔料の比表面積の測定は、窒素吸着のBET法による自動蒸気吸着量測定装置(日本ベル社製「BELSORP18」)に従って測定したときの乾燥した顔料の比表面積である。
ソルトミリング処理とは、顔料と水溶性無機塩と水溶性有機溶剤との混合物を、ニーダー、2本ロールミル、3本ロールミル、ボールミル、アトライター、サンドミル、プラネタリー型ミキサー等のバッチ式または連続式混練機を用いて、加熱しながら機械的に混練した後、水洗により水溶性無機塩と水溶性有機溶剤を除去する処理である。水溶性無機塩は、破砕助剤として働くものであり、ソルトミリング時に無機塩の硬度の高さを利用して顔料が破砕される。顔料をソルトミリング処理する際の条件を最適化することにより、一次粒子径が非常に微細であり、また、分布の幅がせまく、シャープな粒度分布をもつ顔料を得ることができる。
水溶性無機塩としては、塩化ナトリウム、塩化バリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム等を用いることができるが、価格の点から塩化ナトリウム(食塩)を用いるのが好ましい。水溶性無機塩は、処理効率と生産効率の両面から、顔料100重量部に対し、50〜2000重量部用いることが好ましく、300〜1000重量部用いることが最も好ましい。
水溶性有機溶剤は、顔料及び水溶性無機塩を湿潤する働きをするものであり、水に溶解(混和)し、かつ用いる無機塩を実質的に溶解しないものであれば特に限定されない。ただし、ソルトミリング時に温度が上昇し、溶剤が蒸発し易い状態になるため、安全性の点から、沸点120℃以上の高沸点溶剤が好ましい。例えば、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−(イソペンチルオキシ)エタノール、2−(ヘキシルオキシ)エタノール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、液状のポリエチレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、液状のポリプロピレングリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、モノアセチン、ジアセチン、トリアセチン、トリプロピオニン、トリブチリン、2−メチルペンタン−2,4−ジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等が用いられる。水溶性有機溶剤は、顔料100重量部に対し、5〜1000重量部用いることが好ましく、50〜500重量部用いることが最も好ましい。
顔料をソルトミリング処理する際には、顔料誘導体を添加してもよい。顔料誘導体は、下記一般式(1)で示される化合物であり、塩基性置換基を有するものと酸性置換基を有するものとがある。
一般式(1) A−B
A : 有機顔料残基
B : 塩基性置換基または酸性置換基
一般式(1)中、Aの有機顔料残基を構成する有機顔料としては、ジケトピロロピロール系顔料、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、銅フタロシアニン、ハロゲン化銅フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン系顔料、アミノアントラキノン、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、チオインジゴ系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、スレン系顔料、金属錯体系顔料等が挙げられる。
一般式(1)中、Bの塩基性置換基としては、下記一般式(2)、一般式(3)、一般式(4)、および一般式(5)で示される置換基が挙げられ、酸性置換基としては、一般式(6)および一般式(7)で示される置換基が挙げられる。
一般式(2)
Figure 0006852474
一般式(3)
Figure 0006852474
一般式(4)
Figure 0006852474
一般式(5)
Figure 0006852474
一般式(6)
Figure 0006852474
一般式(7)
Figure 0006852474
X:−SO−、−CO−、−CHNHCOCH−、−CH−または直接結合を表す。
n:1〜10の整数を表す。
、R:それぞれ独立に、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいフェニル基、またはRとR とで一体となって更なる窒素、酸素または硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環を表す。
:炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいフェニル基を表す。
、R、R、R:それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいフェニル基を表す。
Y:−NR−Z−NR−または直接結合を表す。
、R:それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいフェニル基を表す。
Z:炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキレン基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニレン基、または置換されていてもよいフェニレン基を表す。
R:一般式(8)で示される置換基または一般式(9)で示される置換基を表す。
Q:水酸基、アルコキシル基、一般式(8)で示される置換基または一般式(9)で示される置換基を表す。
一般式(8)
Figure 0006852474
一般式(9)
Figure 0006852474
M:水素原子、カルシウム原子、バリウム原子、ストロンチウム原子、マンガン原子またはアルミニウム原子を表す。
i:Mの価数を表す。
10、R11、R12、R13:それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜36の置換されていてもよいアルキル基、炭素数2〜36の置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいフェニル基またはポリオキシアルキレン基を表す。
一般式(2)〜一般式(5)および一般式(8)、一般式(9)で示される置換基を形成するために使用されるアミン成分としては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、N,N−エチルイソプロピルアミン、N,N−エチルプロピルアミン、N,N−メチルブチルアミン、N,N−メチルイソブチルアミン、N,N−ブチルエチルアミン、N,N−tert−ブチルエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジプロピルアミン、N,N−sec−ブチルプロピルアミン、ジブチルアミン、ジーsec−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、N,N−イソブチル−sec−ブチルアミン、ジアミルアミン、ジイソアミルアミン、ジヘキシルアミン、ジ(2−エチルへキシル)アミン、ジオクチルアミン、N,N−メチルオクタデシルアミン、ジデシルアミン、ジアリルアミン、N,N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、N,N−メチルヘキシルアミン、ジオレイルアミン、ジステアリルアミン、N,N−ジメチルアミノメチルアミン、N,N−ジメチルアミノエチルアミン、N,N−ジメチルアミノアミルアミン、N,N−ジメチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノエチルアミン、N,N−ジエチルアミノプロピルアミン、N,N−ジエチルアミノヘキシルアミン、N,N−ジエチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノペンチルアミン、N,N−ジプロピルアミノブチルアミン、N,N−ジブチルアミノプロピルアミン、N,N−ジブチルアミノエチルアミン、N,N−ジブチルアミノブチルアミン、N,N−ジイソブチルアミノペンチルアミン、N,N−メチルーラウリルアミノプロピルアミン、N,N−エチルーヘキシルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノエチルアミン、N,N−ジオレイルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノブチルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリン酸、イソニペコチン酸、イソニコペチン酸メチル、イソニコペチン酸エチル、2−ピペリジンエタノール、ピロリジン、3−ヒドロキシピロリジン、N−アミノエチルピペリジン、N−アミノエチル−4−ピペコリン、N−アミノエチルモルホリン、N−アミノプロピルピペリジン、N−アミノプロピル−2−ピペコリン、N−アミノプロピル−4−ピペコリン、N−アミノプロピルモルホリン、N−メチルピペラジン、N−ブチルピペラジン、N−メチルホモピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン、1−アミノ−4−メチルピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン等が挙げられる。
式(7)のスルホン酸アミン塩を形成するために使用されるアミン成分は1級、2級、3級、4級のいずれのアミンでもよく、例えば、1級アミンとしては、側鎖を有していてもよいへキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、ノナデシルアミン、エオコシルアミン等のアミン、もしくはそれぞれの炭素数に対応する不飽和アミンが挙げられる。
2級、3級および4級アミンとしては、ジオレイルアミン、ジステアリルアミン、ジメチルオクチルアミン、ジメチルデシルアミン、ジメチルラウリルアミン、ジメチルステアリルアミン、ジラウリルモノメチルアミン、トリオクチルアミン、ジメチルジドデシルアンモニウムクロリド、ジメチルジオレイルアンモニウムクロリド、ジメチルジデシルアンモニウムクロリド、ジメチルジオクチルアンモニウムクロリド、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ジメチルジステアリルアンモニウムクロリド、トリメチルデシルアンモニウムクロリド、トリメチルヘキサデシルアンモニウムクロリド、トリメチルオクタデシルアンモニウムクロリド、ジメチルドデシルテトラデシルアンモニウムクロリド、ジメチルヘキサデシルオクタデシルアンモニウムクロリド等が挙げられる。また、式(7)におけるR10、R11、R12、R13のいずれかがポリオキシアルキレン基を表す場合、その例としてはポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基等が挙げられる。
上記の顔料誘導体の合成方法としては特に限定されないが、例えば、特開平3−26767号公報、WO2011/052617、特開2008−69343号公報、特開2007−314785号公報、特開2009−249413号公報、特開昭56−32549号公報、特開昭58−52360号公報、特開昭63−172772号公報等に記載されている方法で合成することができる。
顔料誘導体の配合量は、顔料100質量部に対し、好ましくは1〜30質量部、より好ましくは5〜25質量部である。また、2種類以上の顔料誘導体を用いることができる。顔料誘導体の量が少ないと十分に顔料を微細化することができない場合があり、過剰に添加すると目的の色相が得られない場合や、耐熱性、耐光性が悪くなる場合がある。
顔料をソルトミリング処理する際には、必要に応じて樹脂を添加してもよい。用いられる樹脂の種類は特に限定されず、天然樹脂、変性天然樹脂、合成樹脂、天然樹脂で変性された合成樹脂等を用いることができる。用いられる樹脂は、室温で固体であり、水不溶性であることが好ましく、かつ上記有機溶剤に一部可溶であることがさらに好ましい。また、後述する樹脂型分散剤を添加してもよい。樹脂の配合量は、顔料100質量部に対し、好ましくは5〜200質量部、より好ましくは5〜50質量部である。
また、ソルトミリング処理で水洗により水溶性無機塩と水溶性有機溶剤を除去した後、通常は加熱乾燥などでさらに水分を除去して微細化された顔料を得るが、本発明のカラーフィルタ用着色組成物では製造過程で水を含むため、含水ケーキの状態の顔料を使用することができる。その場合の含水率としては、顔料100質量部に対し、好ましくは5〜500質量部、より好ましくは100〜400質量部である。
<樹脂型分散剤>
本発明では、顔料の分散安定化効果を付与するために樹脂型分散剤を用いる。樹脂型分散剤は、着色剤に吸着する性質を有する顔料親和性部位と、着色剤担体と相溶性のある部位とを有し、着色剤に吸着して着色剤担体への分散を安定化する働きをするものである。樹脂型分散剤として具体的には、ポリウレタン、ポリアクリレート等のポリカルボン酸エステル、不飽和ポリアミド、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸(部分)アミン塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アルキルアミン塩、ポリシロキサン、長鎖ポリアミノアマイドリン酸塩、水酸基含有ポリカルボン酸エステルや、これらの変性物、ポリ(低級アルキレンイミン)と遊離のカルボキシル基を有するポリエステルとの反応により形成されたアミドやその塩等の油性分散剤、(メタ)アクリル酸−スチレン共重合体、(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の水溶性樹脂や水溶性高分子化合物、ポリエステル系、変性ポリアクリレート系、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加化合物、リン酸エステル系等が用いられる。
また、国際公開第2008/007776号、特開2008−029901号公報、特開2010−185934号公報等に記載の芳香族カルボキシル基を有する樹脂型分散剤を用いることもでき、例えば、水酸基を有する重合体の水酸基と、芳香族トリカルボン酸無水物及び/又は芳香族テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基との反応生成物である樹脂や、水酸基を有する化合物の水酸基と、芳香族トリカルボン酸無水物及び/又は芳香族テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基との反応生成物の存在下に、エチレン性不飽和単量体を重合した重合体である樹脂が挙げられる。
水酸基を有する重合体は、末端に水酸基を有する重合体であることが好ましく、末端に複数の水酸基があることがより好ましい。例えば、片末端に1つの水酸基を有する重合体は、モノアルコール又は1級若しくは2級モノアミンを開始剤として、アルキレンオキサイド、ラクトン、ラクチド、ジカルボン酸無水物及びエポキシドの少なくとも1つの環状化合物を開環重合して得ることができる。また、例えば、より好ましい一例である片末端に2つの水酸基を有する重合体は、分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物の存在下にエチレン性不飽和単量体を重合した重合体として得ることができる。
上記方法で得られた水酸基を有する重合体の水酸基は、芳香族トリカルボン酸無水物及び/又は芳香族テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基と反応してエステル結合を形成し、無水環は開環し、カルボン酸を生じる。
これら樹脂型分散剤は、単独または2種以上を混合して用いることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
市販の樹脂型分散剤としては、以下が挙げられる。
ビックケミー・ジャパン社製のDisperbyk−101、103、107、108、110、111、116、130、140、154、161、162、163、164、165、166、170、171、174、180、181、182、183、184、185、190、2000、2001、2020、2025、2050、2070、2095、2096、2150、2155、またはAnti−Terra−U、203、204、またはBYK−P104、P104S、220S、9076、9077またはLactimon、Lactimon−WSまたはBykumen等。
日本ルーブリゾール社製のSOLSPERSE−3000、9000、13000、13240、13650、13940、16000、17000、18000、20000、21000、24000、26000、27000、28000、31845、32000、32500、32550、33500、32600、34750、35100、36600、38500、41000、41090、53095、55000、76500等。
BASF社製のEFKA−46、47、48、452、4008、4009、4010、4015、4020、4047、4050、4055、4060、4080、4400、4401、4402、4403、4406、4408、4300、4310、4320、4330、4340、450、451、453、4540、4550、4560、4800、5010、5055、5065、5066、5070、7500、7554、1101、120、150、1501、1502、1503、Joncryl586、611、690等。
味の素ファインテクノ社製のアジスパーPA111、PB711、PB821、PB822、PB824、PB880、PB881、PN411等。
樹脂型分散剤の重量平均分子量は50,000以下のものが好ましく、2,000〜30,000程度のものがより好ましい。樹脂型分散剤の重量平均分子量が50,000より大きいと、樹脂間の相互作用が強くなり、着色組成物の粘度が高くなるため、取り扱いが困難となりやすい。また、重量平均分子量が1,000未満だと現像性やガラス等の基板への密着性に問題が起きる場合がある。
ここで重量平均分子量(Mw)は、東ソー株式会社製ゲルパーミエイションクロマトグラフィー「HLC−8120GPC」において、分離カラムを4本直列に繋ぎ、充填剤には順に東ソー株式会社製「TSK−GEL SUPER H5000」、「H4000」、「H3000」、および「H2000」を用い、移動相にテトラヒドロフランを用いて測定したポリスチレン換算分子量である。
また、樹脂型分散剤は、顔料分散性、現像性、及び耐熱性の観点から、顔料吸着基及び現像時のアルカリ可溶基として働くカルボキシル基、顔料担体及び溶剤に対する親和性基として働く脂肪族基及び芳香族基のバランスが、顔料分散性、現像性、さらには耐久性にとって重要であるので、酸価が20〜300mgKOH/gの範囲内が好ましい。さらに好ましくは、酸価が30〜200mgKOH/gの範囲内である。酸価が、20mgKOH/g未満では、現像液に対する溶解性が悪く、微細パターンを形成するのが困難な場合があり、300mgKOH/gを超えると、微細パターンが残らなくなることがある。
樹脂型分散剤は、顔料表面に吸着した顔料誘導体の有する官能基との酸塩基相互作用によって顔料に吸着し、分散安定化効果を発揮すると考えられている。そのため、塩基性官能基を有する顔料誘導体とは酸性官能基を有する樹脂型分散剤を併用することが、酸性官能基を有する顔料誘導体とは塩基性官能基を有する樹脂型分散剤を併用することが、好ましい組み合わせとなる。
樹脂型分散剤の配合量は、顔料100重量部に対し、好ましくは3〜400重量部、より好ましくは3〜200重量部、さらに好ましくは3〜75重量部である。また、樹脂型分散剤として、2種類以上を用いることができ、その場合はそれらの総和が上記の配合量であることが好ましい。樹脂型分散剤の量が少ないと、現像性、成膜性及び諸耐性が不十分となる場合があり、400重量部より多いと着色剤濃度が低く、色特性を発現できない場合がある。
<有機溶剤>
本発明には、顔料を分散させてペースト化し、ガラス基板等の基板上に塗布してフィルタセグメントを形成するために有機溶剤を用いる。着色組成物の塗布性が良好であることに加え、樹脂型分散剤の溶解性、水との親和性、さらには安全性を考慮して選定される。例えば、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、ケトン類、エーテル類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、ニトリル類等が挙げられる。中でも、本発明の顔料の分散性が良好なことから、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のグリコールアセテート類、ベンジルアルコール等の芳香族アルコール類やシクロヘキサノン等のケトン類を用いることが好ましい。これらの有機溶剤を、1種を単独で、若しくは2種以上を混合して用いることができる。
後述する本発明の製造方法には着色成分を濃縮する工程があるが、最終的に得られる着色組成物によってフィルタセグメントを形成する際に欠陥の発生を防止するため、有機溶剤よりも水を優先的に除去する必要がある。そのため、濃縮工程での温度域において、蒸気圧が水よりも小さい有機溶剤を用いることが好ましい。しかしながら、常温付近を除いて、公表されている蒸気圧のデータは少ないことから、25℃における蒸気圧を指標として検討を行ったところ、水の25℃における蒸気圧が約32hPaであるのに対し、1hPa以上25hPa以下の有機溶剤を用いることが好ましい。1hPa未満では、有機溶剤を除去する条件が高温かつ低圧となり、濃縮を行うことが難しい場合があり、25hPaより大きいと、水を除去する際に有機溶剤も多くが蒸発してしまい、過剰な濃縮によって着色組成物が流動性を失い、乾燥固化する場合がある。
<カラーフィルタ用着色組成物の製造方法>
本発明のカラーフィルタ用着色組成物の製造方法は、顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る工程(a)と、前記混合液をフィルタでろ過してろ液を得る工程(b)と、前記ろ液を濃縮する工程(c)という3工程により構成される。
[工程(a)]
工程(a)として、顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る。有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は、80〜99質量%であり、84〜99質量%が好ましく、90〜95質量%であることがより好ましい。有機溶剤の比率が80質量%未満であると、均一で安定な混合液を得るのが難しく、99質量%より多いと本発明の効果が十分に発揮されない。
混合液全量に対する顔料の比率は、4〜12質量%であることが好ましく、6〜12質量%であることがより好ましい。混合液が顔料誘導体を含有している場合は、顔料誘導体も顔料として上記の比率に合算して考える。顔料の比率は、多いほど工程(c)での濃縮に要する負担を軽減することができる反面、工程(b)でフィルタの圧力損失が大きくなり、本発明の要求する精度でのろ過が難しい場合がある。混合液全量に対する顔料の比率が、4〜12質量%の範囲であることで、工程(b)と工程(c)の工程適性のバランスが良好となり好ましい。
工程(a)においてあえて水を添加することが本発明の効果へと繋がるメカニズムについては不明な点が多いが、本発明者らは下記のように推論している。工程(a)においては、特定の比率で有機溶剤と水が混在することにより、樹脂型分散剤と顔料との相互作用(例えば吸着)を促している可能性がある。工程(b)においては、水が存在することで、原料由来の微量不純物や凝集塊などをより分離しやすくしている可能性がある。工程(c)においては、共沸などにより濃縮をスムーズに行うことができる可能性がある。これらによって、粗大な顔料粒子や異物が少なく、着色成分濃度が十分に高い着色組成物を製造することができる。
顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合する装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機が使用できる。例えば、ディスパー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等のミキサー類、ホモジナイザー、ペイントコンディショナー、ボールミル、サンドミル、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、コボールミル等のメディア型分散機、湿式ジェットミル、超音波分散装置(ヒールッシャー社製等)、ニーダー、石臼式ミル、プラネタリーミキサー、フェンシェルミキサー等のメディアレス分散機、ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、2種類以上の装置を組み合わせて使用することもできる。
中でも、分散処理効率、粗大粒子や異物の低減などの観点から、メディア型分散機等を用いることが好ましく、0.01〜0.5mmφの微小メディアを用いることがより好ましい。微小メディアによる小さなエネルギー衝突を繰り返すことで、顔料への適切な樹脂吸着を促し、強凝集体の発生を抑制することが可能となる。また、適切な樹脂吸着が行なわれることで耐熱性が向上し、結晶性異物の発生が抑えられるとともに、強凝集体の抑制は粒度分布をシャープにし、ろ過性を向上させることができるものとなる。
分散効率の良い分散機内のメディア充填率は、好ましくは50〜100重量%、更に好ましくは60〜80重量%である。メディアの材質は、特に限定されるものでなく、一般に用いられているガラス、スチール、ステンレス、陶磁器、ジルコン、ジルコニア等が挙げられる。
また、ソルトミリング処理によって微細化された顔料を、水洗により水溶性無機塩と水溶性有機溶剤を除去した後、含水ケーキの状態で用いる場合においては、ミキサー類による混合が好ましい場合がある。これは、乾燥工程を省略することで凝集や結晶成長を回避することができ、乾燥粉体の顔料を用いるよりも容易に分散安定化できる可能性があるためである。
工程(a)ではさらに別の添加材を加えることができる。例えば、バインダー樹脂、顔料誘導体、光重合性単量体、アミン系化合物、レベリング剤、、経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤、透明基板との密着向上剤等が挙げられる。
[工程(b)]
工程(b)として、工程(a)で得られた混合液をフィルタでろ過してろ液を得る。ろ過に用いるフィルタのポアサイズとしては特に限定されないが、薄膜での欠陥の原因となる粗大異物を効果的にろ取する観点から、ポアサイズ5.0μm以下のフィルタを用いてろ過することが好ましく、ポアサイズ1.5μm以下のフィルタを用いてろ過を行うことがより好ましい。なお、前記ポアサイズは、フィルタメーカーの公称値を参照することができる。また、ろ過経路内にポアサイズの異なるフィルタを接続することもできる。ろ過は、フィルタを経由して別の液槽に移送するパス方式だけでなく、元の液槽に戻す循環方式を採用してもよい。
また、ろ過に用いるフィルタの材質、構造としては特に限定されないが、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどをろ材とし、ろ過精度が段階的に変えられている(ろ過精度勾配を有する)深層濾過型(デプス方式)のフィルタが好ましい。市販のフィルタとしては、例えば、日本ポール株式会社、アドバンテック東洋株式会社、株式会社ロキテクノなどが提供する各種フィルタの中から選択することができる。
本発明におけるろ過の条件としては特に限定されないが、粗大異物の捕集効率の観点から、フィルタ前後の差圧が0.05MPa以下で行うことが好ましい。流量が小さい場合はろ過面積を大きくするために、フィルタのサイズを大きくしたり、並列で複数のフィルタを配置することができる。
[工程(c)]
工程(c)として、工程(b)で得られたろ液を濃縮し、着色成分濃度を高くする。濃縮の方法としては、目的とする濃度となるように有機溶剤を残しながら水はできる限り除去するという選択性の観点から、沸点(蒸気圧)の違いを利用した加熱による留去が好ましい。工程(a)によって分散状態とした顔料の再凝集を避けるため、加熱は80℃以下とすることが好ましく、液槽内を減圧して有機溶剤および水の蒸発を促す、減圧留去によって行うことが更に好ましい。
工程(c)の終了時点において、濃縮液全量に対する有機溶剤の比率は、65〜80質量%であることが好ましく、75〜80質量%であることがより好ましい。濃縮液全量に対する水の比率は0.5質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以下であることがより好ましい。
本発明の製造方法によって得られるカラーフィルタ用着色組成物は、工程(c)の終了後に、有機溶剤を適量追加して着色成分濃度を微調整してもよい。また、フィルタによるろ過を行ってもよい。更に、カラーフィルタの着色画素層を形成するために必要な材料を添加し、混合及び/または分散することにより、カラーフィルタ用感光性着色組成物を製造することができる。添加する材料としては、バインダー樹脂、顔料誘導体、樹脂型分散剤、光重合性単量体、光重合開始剤等が挙げられる。必要に応じて、色相調整用の着色剤(顔料、染料)、顔料が分散した顔料組成物、増感剤、アミン系化合物、レベリング剤、硬化剤、硬化促進剤、経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤、透明基板との密着向上剤等を添加することができる。
<バインダー樹脂>
バインダー樹脂としては、従来公知の熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂等を用いることができる。前述の樹脂型分散剤も使用することができる。単独または2種以上を混合して用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、スチレンーマレイン酸共重合体、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。バインダー樹脂の顔料吸着基及び現像時のアルカリ可溶基として働くカルボキシル基、顔料担体および溶剤に対する親和性基として働く脂肪族基および芳香族基のバランスが、顔料分散性、現像性、さらには耐久性にとって重要であり、酸価20〜300mgKOH/gのバインダー樹脂を用いることが好ましい。バインダー樹脂は、顔料の全重量100重量部に対し、20〜500重量部の量で用いることができる。
<光重合性単量体>
光重合性単量体としては、紫外線や熱などにより硬化して透明樹脂を生成するモノマーもしくはオリゴマーが含まれ、これらを単独で、または2種以上混合して用いることができる。例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、等の各種アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、アクリロニトリル等が挙げられる。光重合性単量体は、顔料の全重量100重量部に対し、5〜400重量部の量で用いることができる。
<光重合開始剤>
光重合開始剤としては、4−フェノキシジクロロアセトフェノン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン等のアセトフェノン系化合物、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、4−フェニルベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、2−クロルチオキサントン、2−メチルチオキサントン、または2,4−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、2,4,6−トリクロロ−s−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、または2,4−トリクロロメチル−(4’−メトキシスチリル)−6−トリアジン等のトリアジン系化合物、1,2−オクタンジオン,1−〔4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)〕、またはO−(アセチル)−N−(1−フェニル−2−オキソ−2−(4’−メトキシ−ナフチル)エチリデン)ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、または2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、9,10−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、あるいは、チタノセン系化合物等が用いられる。これらを単独で、または2種以上混合して用いることができる。これらの光重合開始剤は、顔料の全重量100重量部に対し、3〜150重量部であることがより好ましい。
<色相調整用の着色剤(顔料、染料)>
色相調整用の着色剤(顔料、染料)としては、特に限定されるものではないが、C.I.ピグメントレッド177、178、179、242、254、255、264、269等の赤色顔料、C.I.ピグメントイエロー138、139、150、185等の黄色顔料、C.I.ピグメントオレンジ38、64、71等の橙色顔料、赤色、黄色、橙色を呈する塩基性染料、酸性染料の造塩化合物等が挙げられる。これらは本発明の赤色感光性着色組成物の特性を損なわないために、予め溶剤に分散(染料の場合は溶解)した着色組成物の状態で添加することが好ましい。
<その他の添加剤>
増感剤、アミン系化合物、レベリング剤、硬化剤、硬化促進剤、経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤、透明基板との密着向上剤としては、当該分野で公知の材料を用いることができる。
カラーフィルタ用感光性着色組成物を混合及び/または分散するための装置としては、工程(a)の説明で例示したものと同様のものを使用することができる。
<カラーフィルタの製造方法>
本発明のカラーフィルタは、フォトリソグラフィー法等により製造することができる。少なくとも1つの赤色フィルタセグメント、少なくとも1つの青色フィルタセグメント、および少なくとも1つの緑色フィルタセグメントを具備し、そのうちの少なくとも1つのフィルタセグメントは、本発明のカラーフィルタ用感光性着色組成物を用いて形成される着色画素層からなる。
フォトリソグラフィー法によりフィルタセグメントを形成する場合は、溶剤現像型あるいはアルカリ現像型感光性着色組成物(レジスト材)として調製した感光性着色組成物を、透明基板上に、スプレーコートやスピンコート、スリットコート、ロールコート等の塗布方法により、乾燥膜厚が0.2〜5μmとなるように塗布する。必要により乾燥された膜には、この膜と接触あるいは非接触状態で設けられた所定のパターンを有するマスクを通して紫外線露光を行う。その後、溶剤またはアルカリ現像液に浸漬するかもしくはスプレーなどにより現像液を噴霧して未硬化部を除去して所望のパターンを形成したのち、同様の操作を他色について繰り返してカラーフィルタを製造することができる。さらに、レジスト材の重合を促進するため、必要に応じて加熱を施すこともできる。
現像に際しては、アルカリ現像液として炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等の水溶液が使用され、ジメチルベンジルアミン、トリエタノールアミン等の有機アルカリを用いることもできる。また、現像液には、消泡剤や界面活性剤を添加することもできる。なお、紫外線露光感度を上げるために、上記レジスト材を塗布乾燥後、水溶性あるいはアルカリ水溶性樹脂、例えばポリビニルアルコールや水溶性アクリル樹脂等を塗布乾燥し酸素による重合阻害を防止する膜を形成した後、紫外線露光を行うこともできる。
本発明のカラーフィルタは、上記方法の他に印刷法、電着法、転写法などにより製造することができる。印刷法は、印刷インキとして調製した着色組成物の印刷と乾燥を繰り返すだけでパターン化する方法である。電着法は、基板上に形成した透明導電膜を利用して、コロイド粒子の電気泳動により各色フィルタセグメントを透明導電膜の上に電着形成することでカラーフィルタを製造する方法である。また、転写法は剥離性の転写ベースシートの表面に、あらかじめフィルタセグメントを形成しておき、このフィルタセグメントを所望の基板に転写させる方法である。
基板上にフィルタセグメントを形成する前に、あらかじめブラックマトリクスを形成しておくと、液晶表示パネルのコントラストを一層高めることができる。ブラックマトリクスとしては、クロムやクロム/酸化クロムの多層膜、窒化チタニウムなどの無機膜や、遮光剤を分散した樹脂膜が用いられるが、これらに限定されない。また、前記の透明基板または反射基板上に薄膜トランジスター(TFT)をあらかじめ形成しておき、その後にフィルタセグメントを形成することもできる。TFT基板上にフィルタセグメントを形成することにより、液晶表示パネルの開口率を高め、輝度を向上させることができる。
カラーフィルタ上には、必要に応じてオーバーコート膜や柱状スペーサー、透明導電膜、液晶配向膜などが形成される。カラーフィルタは、シール剤を用いて対向基板と張り合わせ、シール部に設けられた注入口から液晶を注入したのち注入口を封止し、必要に応じて偏光膜や位相差膜を基板の外側に張り合わせることにより、液晶表示パネルが製造される。かかる液晶表示パネルは、ツイステッド・ネマティック(TN)、スーパー・ツイステッド・ネマティック(STN)、イン・プレーン・スイッチング(IPS)、ヴァーティカリー・アライメント(VA)、オプティカリー・コンベンセンド・ベンド(OCB)などのカラーフィルタを使用してカラー化を行う液晶表示モードに使用することができる。
本発明のカラーフィルタは、本発明の製造方法により製造された着色組成物によって形成してなるため、高精細かつ薄膜で欠陥の少ないものが得られる。そのため、固体撮像素子に好適に用いられる。この場合の基板としては、例えばCCD、CMOS等の固体撮像素子が形成された半導体ウエハが挙げられる。
<固体撮像素子の製造方法>
本発明の固体撮像素子は、本発明のカラーフィルタを備えて構成される。例えば、CCD、CMOSなどの固体撮像素子(イメージセンサー)は、シリコン基板上に受光量に応じて電子を発生させる光電子変換部( フォトダイオード)と、その発生した電子を出力する為の読み出しゲート部とで構成されているが、読み出しゲート部に光が当たるとノイズの原因となり正確なデータが出力されない場合があるため、読み出しゲート部の上部には遮光膜層が形成されており、遮光膜層を持たないフォトダイオード部との間で段差が生じている場合がある。このような段差段差を解消し塗設面を平滑にするための平坦化膜を支持体上に塗設した後、本発明の感光性着色組成物を塗布することができる。
本発明の固体撮像素子の構成としては、本発明のカラーフィルタが備えられた構成であり、固体撮像素子として機能する構成であれば特に限定はないが、例えば、以下のような構成が挙げられる。支持体上に、固体撮像素子の受光エリアを構成する複数のフォトダイオード及びポリシリコン等からなる転送電極を有し、前記フォトダイオード及び前記転送電極上にフォトダイオードの受光部のみ開口したタングステン等からなる遮光膜を有し、遮光膜上に遮光膜全面及びフォトダイオード受光部を覆うように形成された窒化シリコン等からなるデバイス保護膜を有し、前記デバイス保護膜上に、本発明のカラーフィルタを有する構成である。更に、前記デバイス保護層上であってカラーフィルタの下( 支持体に近い側) に集光手段( 例えば、マイクロレンズ等。以下同じ) を有する構成や、カラーフィルタ上に集光手段を有する構成等であってもよい。
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。本実施例中、部及び%はそれぞれ質量部及び質量%を表す。
実施例または比較例に用いた原料について示す。
<顔料>
PR254:CINIC社製「Cinilex DPP Red ST」
PR177:CINIC社製「Cinilex Red SR3C」
PG36:トーヨーカラー社製「LIONOL GREEN 6YK」
PG58:DIC社製「FASTOGEN Green A110」
PY138:BASF社製「Paliotol Yellow K 0961 HD」
PY150:LANXESS社製「Yellow Pigment E4GN」
PB15:6:トーヨーカラー社製「LIONOL BLUE ES」
PV23:トーヨーカラー社製「LIONOGEN VIOLET FG−6240」
<樹脂型分散剤>
[RD−1]塩基性樹脂型分散剤「アジスパーPB−821」(味の素ファインテクノ社製)
[RD−2]塩基性樹脂型分散剤「SOLSPERSE−24000GR」(日本ルーブリゾール社製)
[RD−3]塩基性樹脂型分散剤「Disperbyk−2050」(ビックケミー・ジャパン社製)
[RD−4]酸性樹脂型分散剤「Joncryl611」(BASF社製)
[RD−5]酸性樹脂型分散剤「SOLSPERSE−21000」(日本ルーブリゾール社製)
[RD−6]酸性樹脂型分散剤「Disperbyk−111」(ビックケミー・ジャパン社製)
[RD−7]中性樹脂型分散剤「ポリビニルピロリドンK−90」(日本触媒社製)
なお、上記のうちRD−3のみ、溶媒として1−メトキシ−2−プロピルアセテートを48質量%含有しており、その他は有機溶剤を含まない。
[樹脂型分散剤RD−8の合成]
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、3‐メルカプト‐1,2‐プロパンジオール4.0部、メトキシプロピルアセテート24.4部、無水ピロメリット酸6.46部、触媒としてモノブチルスズ(IV)オキシド0.005部を追加し、窒素ガスで置換した後、130℃で2時間、100℃で2時間反応させた。90%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを滴定で確認し、室温まで冷却した。メチルメタクリレート70部、ターシャルブチルアクリレート2.8部、シクロヘキシルアクリレート2.8部、メトキシエチルアクリレート2.8部、n−ブチルメタクリレート2.8部、t−ブチルメタクリレート2.8部、ベンジルメタクリレート2.8部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート7.4部、メトキシプロピルアセテート44部をさらに反応槽に仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を80℃に加熱して、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.3部をメトキシプロピルアセテート24部に溶解したものを20回に分けて30分ごとに加え、80℃のまま10時間反応し、固形分測定により95%が反応したことを確認した。次に、無水コハク酸5.8部、触媒として1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン0.2部を追加し、120℃で2時間、80℃で5時間反応させた。90%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを滴定で確認し、固形分当たりの酸価31mgKOH/g、重量平均分子量(Mw)8,100である、芳香族カルボキシル基を有する樹脂型分散剤RD−8を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20質量%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加して分散剤(RD−8)溶液を得た。
[樹脂型分散剤RD−9の合成]
ガス導入管、温度計、コンデンサーおよび攪拌機を備えた反応槽に、メチルメタクリレート45.0部、エチルアクリレート30.0部、ターシャルブチルアクリレート20部、メタクリル酸5.0部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を80℃に加熱して、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール12部に、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1部を溶解した溶液を添加して、10時間反応させ、固形分測定により95%が反応したことを確認した。次に、ピロメリット酸二無水物19部、メトキシプロピルアセテート231部、触媒として1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン0.40部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを滴定で確認し、固形分当たりの酸価74mgKOH/g、重量平均分子量(Mw)10,100である、芳香族カルボキシル基を有する樹脂型分散剤RD−9を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20質量%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加して分散剤(RD−9)溶液を得た。
[樹脂型分散剤RD−10の合成]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、メタクリル酸10部、メトキシエチルアクリレート5部、メチルメタクリレート65部、ターシャルブチルアクリレート20部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を80℃に加熱して、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール5.7部に、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1部をメトキシプロピルアセテート45.3部に溶解した溶液を添加して、10時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認した。次に、ピロメリット酸二無水物を9部、メトキシプロピルアセテート27部、触媒として1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン0.2部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを滴定で確認し、固形分当たりの酸価104mgKOH/g、重量平均分子量(Mw)9,700である、芳香族カルボキシル基を有する樹脂型分散剤RD−10を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20質量%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加して分散剤(RD−10)溶液を得た。
<バインダー樹脂>
[アクリル樹脂溶液の製造]
反応容器にシクロヘキサノン800部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら100℃に加熱して、同温度で、スチレン80部、メタクリル酸40部、メチルメタクリレート85部、n−ブチルメタクリレート95部、及びアゾビスイソブチロニトリル10部の混合物を1時間かけて滴下して重合反応を行った。滴下後、更に、100℃で3時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル2部をシクロヘキサノン50部で溶解させたものを添加し、更に100℃で1時間反応を続けて、重量平均分子量が約30,000、酸価が87mgKOH/gのアクリル樹脂のシクロヘキサノン溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に、不揮発分が20%になるようにエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加してアクリル樹脂溶液を調製した。
<顔料組成物の製造>
(顔料組成物PR−1の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を90部、顔料誘導体Aを10部、塩化ナトリウム1000部、ジエチレングリコール(以下、DEGと略す)100部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、70℃で8時間混練し、混合物を得た。得られた混合物をそれぞれ水10,000部に投入し、40±5℃に加熱しながらハイスピードミキサーで1時間攪拌してスラリー状とし、濾過後、40±5℃の水10,000部で洗浄し、塩化ナトリウムおよびDEGを除去し、90℃で乾燥して顔料組成物PR−1を得た。
(顔料組成物PR−2の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を90部、顔料誘導体Aを10部、樹脂型分散剤RD−1を50部(固形分)、塩化ナトリウム1000部、DEG100部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、70℃で8時間混練し、混合物を得た。得られた混合物をそれぞれ水10,000部に投入し、40±5℃に加熱しながらハイスピードミキサーで1時間攪拌してスラリー状とし、濾過後、40±5℃の水10,000部で洗浄し、塩化ナトリウムおよびDEGを除去し、含水ケーキの状態の顔料組成物PR−2を得た。含水率は約60%であった。
(顔料組成物PR−3の製造)
樹脂型分散剤RD−8溶液と、RD−8の固形分と同質量のトリアセチン(以下、TAと略す)とを混合し、減圧下でメトキシプロピルアセテート等を除去して50%トリアセチン溶液を調整した。次に、ジケトピロロピロール顔料PR254を90部、顔料誘導体Aを10部、樹脂型分散剤RD−8の50%TA溶液100部、塩化ナトリウム1000部、TA100部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、70℃で8時間混練し、混合物を得た。得られた混合物をそれぞれ水10,000部に投入し、40±5℃に加熱しながらハイスピードミキサーで1時間攪拌してスラリー状とし、濾過後、40±5℃の水10,000部で洗浄し、塩化ナトリウムおよびTAを除去し、含水ケーキの状態の顔料組成物PR−3を得た。含水率は約68%であった。
(顔料組成物PR−4の製造)
表2に示す組成に変更した以外はPR−1と同様に行い、顔料組成物PR−4を得た。
(顔料組成物PY−1の製造)
表2に示す組成に変更した以外はPR−2と同様に行い、顔料組成物PY−1を得た。含水率は約60%であった。
(顔料組成物PY−2の製造)
表2に示す組成に変更した以外はPR−2と同様に行い、顔料組成物PY−2を得た。含水率は約70%であった。
(顔料組成物PB−1の製造)
表2に示す組成に変更した以外はPR−1と同様に行い、顔料組成物PB−1を得た。
(顔料組成物PB−2の製造)
表2に示す組成に変更した以外はPR−3と同様に行い、顔料組成物PB−2を得た。含水率は約52%であった。
表1に、使用した顔料誘導体を示す。
Figure 0006852474
Figure 0006852474
表2中の略称を以下に示す。
DEG:ジエチレングリコール
TA:トリアセチン
<カラーフィルタ用着色組成物の製造>
[実施例1]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−1の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を8部と、樹脂型分散剤RD−1を4部と、メトキシプロピルアセテート83部と、精製水5部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は94.3%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物RP−1を得た。
[実施例2〜29]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−2〜23、GP−1、2、YP−1、2、BP−1、VP−1の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−1と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物RP−2〜23、GP−1、2、YP−1、2、BP−1、VP−1を得た。なお、樹脂型分散剤RD−3,8〜10に関しては、溶媒成分を除いた固形分の組成を表に示してあり、樹脂型分散剤溶液が含有する有機溶剤(MPA)の量と、工程(a)で混合した有機溶剤の量とを合算して表の組成となるように調整した。
[比較例1]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−24の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を14部と、樹脂型分散剤RD−1を7部と、メトキシプロピルアセテート79部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散してカラーフィルタ用着色組成物RP−24を得た。
[比較例2]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−25の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を8部と、樹脂型分散剤RD−6を4部と、メトキシプロピルアセテート88部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。得られた混合液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物RP−25を得た。
[比較例3]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−26の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を14部と、樹脂型分散剤RD−8を7部と、メトキシプロピルアセテート79部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、カラーフィルタ用着色組成物RP−26を得た。
[比較例4]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−27の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を14部と、樹脂型分散剤RD−3を7部と、メトキシプロピルアセテート75部と、精製水4部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散してカラーフィルタ用着色組成物RP−27を得た。
[比較例5]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−28の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を8部と、樹脂型分散剤RD−4を4部と、メトキシプロピルアセテート88部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物RP−28を得た。
[比較例6]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−29の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を8部と、樹脂型分散剤RD−8を4部と、メトキシプロピルアセテート68部と、精製水20部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は77.3%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物RP−29を得た。
[比較例7]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−30の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を8部と、樹脂型分散剤RD−2を4部と、メトキシプロピルアセテート83部と、精製水5部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。得られた混合液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物RP−30を得た。
[比較例8]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−31の製造)
ジケトピロロピロール顔料PR254を14部と、樹脂型分散剤RD−7を7部と、メトキシプロピルアセテート75部と、精製水4部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、カラーフィルタ用着色組成物RP−31を得た。
[比較例9]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−32の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−24と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物RP−32を得た。
[比較例10]
(カラーフィルタ用着色組成物GP−3の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−25と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物GP−3を得た。
[比較例11]
(カラーフィルタ用着色組成物GP−4の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−26と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物GP−4を得た。
[比較例12]
(カラーフィルタ用着色組成物YP−3の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−27と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物YP−3を得た。
[比較例13]
(カラーフィルタ用着色組成物YP−4の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−28と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物YP−4を得た。
[比較例14]
(カラーフィルタ用着色組成物BP−2の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−29と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物BP−2を得た。
[比較例15]
(カラーフィルタ用着色組成物VP−2の製造)
表3に示す組成に変更した以外はRP−30と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物VP−2を得た。
Figure 0006852474
表3中の略称及び25℃での蒸気圧を以下に示す。
MPA:1−メトキシ−2−プロピルアセテート(25℃での蒸気圧:5hPa)
BA:酢酸ブチル(25℃での蒸気圧:15hPa)
MB:3−メトキシ−1−ブタノール(25℃での蒸気圧:3hPa)
MIBK:メチルイソブチルケトン(25℃での蒸気圧:26hPa)
GBL:γ−ブチロラクトン(25℃での蒸気圧:0.6hPa)
[実施例30]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−33の製造)
顔料組成物PR−1を8部と、樹脂型分散剤RD−8を4部と、メトキシプロピルアセテート83部と、精製水5部とを、直径0.5mmのジルコニアビーズ100部と共にペイントコンディショナーで3時間分散して混合液を得た。混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は94.3%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物RP−33を得た。
[実施例31]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−34の製造)
顔料組成物PR−2を30部と、メトキシプロピルアセテート95部とをハイスピードミキサーで1時間攪拌してスラリー状とし、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が12%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、ハイスピードミキサーで1時間攪拌して混合液を得た。カールフィッシャー水分計を用いて水の比率を測定したところ、8%であったので、混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は90.9%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物RP−34を得た。
[実施例32]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−35の製造)
表4に示す組成に変更した以外はRP−34と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物RP−35を得た。途中で測定した混合液における水の比率は7%であったので、混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は92.0%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。
[実施例33]
(カラーフィルタ用着色組成物RP−36の製造)
表4に示す組成に変更した以外はRP−33と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物RP−36を得た。
[実施例34]
(カラーフィルタ用着色組成物YP−5の製造)
顔料組成物PY−1を20部と、樹脂型分散剤RD−2を4部と、メトキシプロピルアセテート94部とをハイスピードミキサーで1時間攪拌してスラリー状とし、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が12%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、ハイスピードミキサーで1時間攪拌して混合液を得た。カールフィッシャー水分計を用いて水の比率を測定したところ、3%であったので、混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は96.6%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。得られた混合液を、ポアサイズ10.0μmのポリプロピレン製フィルタとポアサイズ1.0μmのナイロンフィルタとを直列に接続してろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を、エバポレータを用いて40hPaの減圧下で徐々に加熱し、最終的に70℃で保持し、濃縮液を得た。得られた濃縮液の固形分率を、180℃20分間の加熱減量から算出し、固形分率が21%となるようにメトキシプロピルアセテートを添加して調整し、カラーフィルタ用着色組成物YP−5を得た。
[実施例35]
(カラーフィルタ用着色組成物YP−6の製造)
表4に示す組成に変更した以外はRP−35と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物YP−6を得た。途中で測定した混合液における水の比率は13%であったので、混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は85.2%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。
[実施例36]
(カラーフィルタ用着色組成物BP−3の製造)
表4に示す組成に変更した以外はRP−34と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物BP−3を得た。
[実施例37]
(カラーフィルタ用着色組成物BP−4の製造)
表4に示す組成に変更した以外はRP−35と同様に行い、カラーフィルタ用着色組成物BP−4を得た。途中で測定した混合液における水の比率は9%であったので、混合液において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率は89.8%であり、混合液全量に対する、顔料の比率は8%であった。
Figure 0006852474
<カラーフィルタ用感光性着色組成物の製造>
[実施例38〜74、比較例16〜30]
(カラーフィルタ用感光性着色組成物RR−1〜36、GR−1〜4、YR−1〜6、BR−1〜4、VR−1、2の製造)
表5に示す実施例および比較例で得られたカラーフィルタ用着色組成物を、以下に示すように配合し、均一に攪拌混合した後、1μmのフィルターで濾過して感光性着色組成物を調製した。
表5に示す着色組成物 :50.0部
アクリル樹脂溶液 :10.5部
トリメチロールプロパントリアクリレート : 1.4部
(新中村化学社製「NKエステルATMPT」)
光重合開始剤 : 0.3部
(BASF社製「Irgacure−907」)
増感剤(保土谷化学社製「EAB−F」) : 0.2部
シクロヘキサノン :37.6部
<カラーフィルタ用感光性着色組成物の評価>
得られた感光性着色組成物について、以下の評価を行った。結果を表5に示す。
(初期粘度)、(粘度安定性)
得られた感光性着色組成物について、E型粘度計(東機産業社製「ELD型粘度計」)を用いて、調製後1日後に、25℃における初期粘度を測定した。続いて、40℃の恒温機に1週間保存して経時促進させた後、経時後の粘度を前記粘度測定と同じ方法で測定し、40℃で1週間保存した前後の粘度の変化率を計算し、以下の基準により3段階で評価した。
○:粘度変化率が±10%未満
△:粘度変化率が±10%以上、±25%未満
×:粘度変化率が±25%以上
(水分の確認)
得られた感光性着色組成物の水分量を、カールフィッシャー水分計を用いて測定した。
(粗大粒子、異物、欠陥の確認)
得られた感光性着色組成物を、スピンコ一ターを用いて、100mm×100mm、1.1mm厚のガラス基板に、均一に塗布して塗布膜を形成し、形成された塗布膜を、50mJ/cmの露光量で紫外線により露光した後、23℃の0.2%の炭酸ナトリウム水溶液にて30秒間スプレー現像し、オーブンにて230℃で焼成して評価用塗布基板を得た。スピンコーターの塗布回転数については、前記焼成処理後の塗布膜の厚さが1.0μmとなるように調整した。得られた評価用塗布基板に直径10mmのマーキングを行い、その内部を光学顕微鏡(Nikon社製「ECLIPSE LV100」)を用いて、200倍の視野にて観察し、マーキング部内の粗大粒子、異物、欠陥の数をカウントした。
Figure 0006852474
表5より、本発明の製造方法を用いたカラーフィルタ用着色組成物を使用することで、十分に高い顔料濃度の感光性着色組成物でも粘度安定性を確保できており、塗布した場合は異物の少ない塗布膜が得られている。本発明の製造方法の要件を一部または全部除外した、比較例の着色組成物を用いた場合、顔料濃度が高い状態では不安定であったり、塗布膜の異物量が実施例よりも多い結果となった。
以上の実施例ではガラス基板上に塗布膜を形成したが、フォトダイオード等の受光素子が形成された固体撮像素子用基板に変更することで、ノイズが少なく色再現性に優れた固体撮像素子を作製することができる。

Claims (6)

  1. 少なくとも顔料、樹脂型分散剤および有機溶剤を含有するカラーフィルタ用着色組成物の製造方法であって、
    顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る工程(a)と、
    工程(a)の後に、前記混合液をフィルタでろ過してろ液を得る工程(b)と、
    工程(b)の後に、前記ろ液を濃縮する工程(c)と、を含み、
    工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、80〜99質量%であることを特徴とする、カラーフィルタ用着色組成物の製造方法。
  2. 有機溶剤の25℃における蒸気圧が1hPa以上25hPa以下である、請求項1に記載のカラーフィルタ用着色組成物の製造方法。
  3. 工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、90〜99質量%である、請求項1または2に記載のカラーフィルタ用着色組成物の製造方法。
  4. 工程(a)において、混合液全量に対する顔料の比率が、4〜12質量%である、請求項1〜3いずれか一項に記載のカラーフィルタ用着色組成物の製造方法。
  5. 少なくとも、顔料、樹脂型分散剤および有機溶剤を含有するカラーフィルタ用着色組成物によってフィルタセグメントを形成する固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ用着色組成物が、
    顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る工程(a)と、
    工程(a)の後に、前記混合液をフィルタでろ過してろ液を得る工程(b)と、
    工程(b)の後に、前記ろ液を濃縮する工程(c)と、を含む製造方法で得られ、
    工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、80〜99質量%であることを特徴とする、固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
  6. 少なくとも、顔料、樹脂型分散剤および有機溶剤を含有するカラーフィルタ用着色組成物によってフィルタセグメントを形成する固体撮像素子用カラーフィルタを備える、固体撮像素子の製造方法であって、前記カラーフィルタ用着色組成物の製造方法が、
    顔料、樹脂型分散剤、有機溶剤および水を混合して混合液を得る工程(a)と、
    工程(a)の後に、前記混合液をフィルタでろ過してろ液を得る工程(b)と、
    工程(b)の後に、前記ろ液を濃縮する工程(c)と、を含み、
    工程(a)において、有機溶剤および水の合計に対する有機溶剤の比率が、80〜99質量%であることを特徴とする、固体撮像素子の製造方法。
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