JPH09132740A

JPH09132740A - インクジェット用インク及びカラーフィルタ付き基板

Info

Publication number: JPH09132740A
Application number: JP28876095A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Tanuma; 敏弘田沼; Takafumi Hasegawa; 隆文長谷川; Yasushi Nonaka; 寧野中; Yumiko Aoki; 由美子青木
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェット方式でカラーフィルタを製造す
るための顔料インクであって、画素内、画素間の色ムラ
が少なく、かつ平坦性の良い着色層が得られるインクを
得る。【解決手段】インク中の顔料が着色顔料と体質顔料とか
らなり、樹脂と顔料との重量比が１：１０〜４：１であ
り、着色顔料と体質顔料との重量比が１：４〜４：１で
あり、樹脂と顔料とが水又は水系溶剤中に固形分で１〜
２０重量％含有されるようにしたインク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット法で
のカラーフィルタの製造に適した水性顔料インク及びそ
れを用いて製造したカラーフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式では、インクと
して各種の水溶性染料が使用されているが、これらの水
溶性染料は耐候性、耐光性に劣るため記録画像の劣化が
問題になることが多い。そこで、水分散顔料インクの使
用が提案されている（例えば特開平６−１００８１０、
特開平６−１０７９９１、特開平５−９４２１）。

【０００３】一方、液晶表示素子はカラーフィルタを用
いてカラー表示化されるようになってきている。このカ
ラーフィルタは顔料分散法や電着法が採用されている
が、近年生産性を上げることが要求されてきている。こ
のため、フォトリソ工程が少なくて済むインクジェット
方式が提案されている（例えば特開昭５９−７５２０
５、特開昭６１−２４５１０６）。

【０００４】しかし、液晶表示素子に用いられるカラー
フィルタは、電極形成、配向膜形成、シール硬化等の液
晶表示素子の製造工程において、２００℃を超える高温
にさらされたり、紫外線による照射を受けたりする。ま
た、完成した液晶表示素子を組み込んだ装置は太陽光の
直射等により紫外線を受けることもある。このため、カ
ラーフィルタには染料を用いたインクは適していない。
すなわち、紙への印刷の場合と同様、耐候性に優れた顔
料インクを使うことが好ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の紙用のイ
ンクジェット用水性顔料インクをそのままカラーフィル
タの製造に適用した場合、画素内及び画素間の色ムラが
できやすい、色材層の厚さをカラーフィルタ用色特性を
満足させたまま充分厚くできない、塗工後に顔料層の密
着性が充分に得られない等の問題があった。

【０００６】本発明の目的は、耐候性、耐熱性に優れた
水性顔料インクを用いインクジェット法でカラーフィル
タを製造する際に、カラーフィルタの色材層を必要な任
意の厚さにコントロールでき、しかも基板への充分な密
着性を持ったカラーフィルタ製造用インクを提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂と水分散
性を有する顔料とを有するインクジェット用のインクに
おいて、樹脂が水溶性樹脂及び水分散性樹脂の少なくと
も一方からなり、顔料が着色顔料と体質顔料とからな
り、樹脂と顔料との重量比が１：１０〜４：１であり、
着色顔料と体質顔料との重量比が１：４〜４：１であ
り、樹脂と顔料とが水又は水系溶剤中に固形分で１〜２
０重量％含有されるようにしたことを特徴とするカラー
フィルタ製造用のインクジェット用インクを提供する。

【０００８】また、樹脂と顔料との重量比が１：１０〜
３：１であり、着色顔料と体質顔料との重量比が１：３
〜２：１であり、樹脂と顔料とが水又は水系溶剤中に固
形分で３〜１５重量％含有されるようにしたことを特徴
とする上記インクジェット用インク、及び、それらの体
質顔料としてコロイダルシリカ、炭酸カルシウム、アル
ミナ、硫酸バリウムの少なくとも１種を用いることを特
徴とする上記インクジェット用インク、及び、さらに表
面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ以上かつ２５℃での蒸気圧が
１ｍｍＨｇ以下の水溶性有機溶剤を０．５〜２０重量％
含有することを特徴とする上記インクジェット用インク
を提供する。

【０００９】さらには、基板上に遮光性の仕切り枠を形
成し、その仕切り枠内にインクジェット法でＲＧＢ３色
のインクを吹き付けして形成したカラーフィルタ付き基
板において、吹き付けするインクが樹脂と水分散性を有
する顔料とを有するインクジェット用のインクにおい
て、樹脂が水溶性樹脂及び水分散性樹脂の少なくとも一
方からなり、顔料が着色顔料と体質顔料とからなり、樹
脂と顔料との重量比が１：１０〜４：１であり、着色顔
料と体質顔料との重量比が１：４〜４：１であり、樹脂
と顔料とが水又は水系溶剤中に固形分で１〜２０重量％
含有されたインクであり、基板上の仕切り枠内にインク
が吹き付けられ、乾燥されたことを特徴とするカラーフ
ィルタ付き基板、及び、そのカラーフィルタの上に樹脂
層を形成し、さらにその上に電極を形成したことを特徴
とする上記カラーフィルタ付き基板を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、耐候性、耐熱性に優れ
た水性顔料インクを用いインクジェット法でカラーフィ
ルタを製造するものである。その際に、インク中の顔料
と樹脂の比率及び顔料中の着色顔料と体質顔料との比率
及びインク中の固形分の量を特定する。これにより、カ
ラーフィルタの色材層を必要な任意の厚さにコントロー
ルできるので、色バランスが良くなるとともに表面の平
滑度が高くなり、かつ基板への密着性の高いカラーフィ
ルタが得られる。以下に本発明の内容を詳細に述べる。

【００１１】本発明に使用する顔料としては、着色顔料
と体質顔料がある。この着色顔料としては、水又は水系
溶剤に分散可能なものであれば、着色している公知の無
機又は有機の顔料が使用できる。例えば、アゾレーキ、
不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等の
アゾ顔料や、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノ
ン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオ
キサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔
料、キノフタロン顔料等の多環式顔料や、塩基性染料型
レーキ、酸性染料型レーキやニトロ顔料、ニトロソ顔
料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料等の有機顔料、酸
化チタン、酸化鉄系、カーボンブラック系等の無機顔料
が挙げられる。

【００１２】また、カラーインデックスに記載されてい
ない顔料であっても水性媒体に分散可能ならいずれも使
用できる。また、通常はＲＧＢの３色準備されるため、
所望の色バランスとなるように複数の着色顔料及び後述
する体質顔料を混ぜて用いられる。なお、有機顔料を用
いる場合には、後の電極形成工程、液晶製造工程等で要
求される耐熱性を備えている材料を用いる。

【００１３】これらの着色顔料は構造により異なるが、
粒径が比較的小さいものが好ましく、最大粒径が５００
ｎｍ以下、好ましくは最大粒径が２００ｎｍ以下のもの
が用いられる。

【００１４】もう１つの顔料である体質顔料は、着色顔
料と併用して、カラーフィルタとして所望の厚みで所望
の色を発色するように用いられる。これにより、カラー
フィルタ製造時に隣接画素と混色を生じないように設け
られる遮光性の仕切り枠の高さとほぼ同じ高さにできる
ので表面が平滑になりやすくなり、かつＲＧＢ３色の色
バランスも容易に取ることができる。

【００１５】具体的には、コロイダルシリカ、炭酸カル
シウム、アルミナ、硫酸バリウム、バライト粉、水酸化
アルミニウム、カオリンクレー、ネフェリンサイナイト
等の従来用いられているものが使用できる。材質的に
は、コロイダルシリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、硫
酸バリウムの使用が好ましい。

【００１６】体質顔料の粒径としては、最大粒径が３０
０ｎｍ以下、好ましくは最大粒径が１００ｎｍ以下のも
のが用いられる。本発明はインクジェット方式で使用さ
れ、ノズルが詰まると生産性が低下するので、最大粒径
が１００ｎｍ以下とされることが好ましい。特に、コロ
イダルシリカは、粒径が小さくでき、水分散性も良いの
で好ましい。

【００１７】この顔料中の着色顔料と体質顔料との重量
比は１：４〜４：１とされる。これは、樹脂との量比に
もよるが、所望の比較的厚い膜厚で所望の色調を出すた
めである。この体質顔料の比率が少なすぎると、所望の
色を出すために必要な膜厚が薄くなりすぎ、カラーフィ
ルタの色ムラを生じたり、その表面の凹凸が多くなる。
この着色顔料と体質顔料との重量比は、１：３〜２：１
にすることがより好ましい。

【００１８】染料タイプのインクジェットによる吹き付
けの場合には、吹き付けられる層に多孔質の層を形成し
ておき、そこに染料を吸着させることでその問題が解決
される。しかし、顔料タイプのインクジェットによる吹
き付けの場合には、顔料は多孔質層内に浸み込んでいか
ないので、表面に顔料が堆積する。このため、多孔質層
を形成してもほとんど意味がなく、顔料が周囲に飛び散
らなく、かつある程度堆積するようにしないと均一な色
が得られにくい。このため、ある程度の厚みが必要にな
る。

【００１９】本発明で用いられる樹脂は、水エマルジョ
ンを形成する水分散性樹脂又は水溶性樹脂又は両者の混
合物が使用できる。水分散性樹脂としては、酢酸ビニル
系、アクリル酸系、アクリル酸エステル系、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。なかでもアクリル酸系、アクリル酸エス
テル系、酢酸ビニル系のエマルジョンが好ましく用いら
れる。この場合、エマルジョン粒子径としては最大粒子
径が３００ｎｍ以下のものが用いられ、好ましくは最大
粒子径１００ｎｍ以下のものが用いられる。

【００２０】水溶性樹脂としては、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が用いられ
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。

【００２１】この樹脂と顔料との重量比は１：１０〜
４：１とされる。樹脂量が少なすぎると、硬化後にカラ
ーフィルタ表面に亀裂が入りやすくなる。逆に、多すぎ
ると耐熱性が低下する傾向がある。これは後での液晶表
示素子製造工程での加熱温度によっては、劣化という問
題を生じることがある。特に、樹脂と顔料との重量比を
１：１０〜３：１とすることが好ましい。

【００２２】本発明では、上記した樹脂と顔料とが、水
又は水系溶剤中に固形分で１〜２０重量％含有される。
１重量％未満では、水の量が多くなりすぎ、乾燥に時間
がかかりすぎるようになる。２０重量％超では、インク
ジェットでの吹き付け時にノズルが詰まる現象を生じや
すくなる。特に、固形分で３〜１５重量％とされること
が実用的にみて好適である。

【００２３】本発明では、インク組成に水溶性有機溶剤
を添加することが好ましい。特に、この水溶性有機溶剤
は、その表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ以上かつ２５℃で
の蒸気圧が１ｍｍＨｇ以下のものが好ましい。このよう
な物性の水溶性有機溶剤を用いることにより、インクジ
ェット方式で吹き付けした場合に、画素内での色ムラを
生じにくく、平坦性も良いカラーフィルタが容易に得ら
れる。

【００２４】この水溶性有機溶剤としては、グリセリ
ン、エチレングリコール、ジエチレングリコール等の高
沸点低揮発性の多価アルコール類、さらにはトリエチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレング
リコール等の多価アルコール類、又はそれらのモノエー
テル化物、ジエーテル化物、エステル化物、例えばエチ
レングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコー
ルモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチル
エーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、
プロピレングリコールモノメチルエーテル、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等、その他Ｎ−メチル−２−ピロリ
ドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、エチルホル
ムアミド、ジメチルホルムアミド、ホルムアミド、メチ
ルホルムアミド等の含窒素有機溶剤、ジメチルスルホキ
シド、メチルスルホキシド等の含硫黄有機溶剤等の水溶
性有機溶剤等がある。

【００２５】好ましくは、プロピレングリコール、ジエ
チレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリ
コールモノメチルエーテル、ジメチルスルホキシド、Ｎ
−メチル−２−ピロリドン、ジエチレングリコールジエ
チルエーテル、エチレングリコールが用いられる。ま
た、これらの有機溶剤同士、これらの有機溶剤と比較的
低粘度、低表面張力のエチレングリコールモノブチルエ
ーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エ
チレングリコールモノメチルエーテル等の有機溶剤を組
み合わせて用いてもよい。これらの水溶性有機溶剤の含
有量としてはインク組成中の０．５〜２０重量％、好ま
しくは１〜１０重量％が用いられる。

【００２６】また、本発明のインクには、この他、必要
に応じて低級アルコール（上記の水溶性有機溶剤には含
めない）、界面活性剤、ｐＨ調整剤、紫外線吸収剤等が
含まれていてもよい。

【００２７】このようにして混合したインク組成物をイ
ンクジェット方式で吹き付けしてカラーフィルタを形成
する。この際に、あらかじめ基板上に仕切り壁となるよ
うな凸部を形成し、その凸部により区切られた凹部にイ
ンクジェット方式によってインクを吹き付けて凹部にイ
ンクを堆積させて着色層を形成することが好ましい。顔
料系のインクを使用すると、基板表面に顔料が吸着され
ないので、仕切り壁がないと、吹き付けたインクが周囲
の画素に流れ出したり、飛散して色純度が低下する。こ
のため、仕切り壁として基板上に凸部を形成することが
好ましい。

【００２８】この凸部は、基板上に線状や格子状に形成
されればよい。この凸部の形状は、それにより区切られ
た凹部が画素に対応するようにされればよい。例えば、
ストライプ状のカラーフィルタを形成する場合には、線
状に形成されるし、四角の画素に対応させるためには格
子状に形成される。この凸部は、液晶表示素子等ではブ
ラックマスクを兼用させることが有利である。具体的に
は、黒色の材料や金属遮光層等で凸部を形成すればよ
い。

【００２９】この凸部は、インクジェット法によって着
色する際に、吹き付けたインクが他の画素に流れ込んだ
り滲んだりすることを防止する役割を果たす。したがっ
て、この凸部の高さはある程度高いことが好ましいが、
カラーフィルタとした場合の全体の平坦性が高いことも
要求されるので、着色層の厚さに近い高さが選択され
る。通常は０．１〜２μｍ程度とされればよい。また、
この幅は、通常は画素間の幅よりもやや広くして、後工
程で位置ずれ等を生じてそれが表示に影響しないように
される。

【００３０】このようにして吹き付けられたインクは、
乾燥、１５０〜３００℃での焼成を行う。これにより、
樹脂が溶解又は硬化し、基板との密着性も高まり、顔料
が均一になりカラーフィルタとしての色特性を満たし、
任意の厚さの色材層を形成できる。

【００３１】さらに、このカラーフィルタ上に樹脂等の
絶縁膜を形成して平坦化し又は電極との接着性の向上を
図り、その上に電極を形成する。このようにして形成し
たカラーフィルタ基板ともう１枚の電極付き基板とを組
合せて液晶表示素子を形成すればよい。

【００３２】

【実施例】以下に、本発明の実施例及び比較例のカラー
フィルタ製造用インクの具体的な組成を挙げて説明す
る。ガラス基板上に、樹脂によるブッラクマスクを１．
５μｍ厚み（例１９と例２０のみ１μｍ厚み）で形成
し、そのブッラクマスクで囲まれた領域にインクジェッ
ト方式で下記の表１、表２、表３に示すインクを用いて
吹き付けを行い、カラーフィルタを形成した。

【００３３】吹き付け後、基板を２００℃、３０分加熱
して、画素及び画素間の色ムラ、表面の平坦性を顕微鏡
で、密着性を触診で評価した。以下に評価結果を示す。
色ムラなしとは色差３未満、表面の平坦性良好とは±
０．１μｍ以内、密着性ありとは鉛筆硬度でＨ以上の硬
度を示す。

【００３４】着色顔料としては、ＢはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍ
ｅｎｔ「ｂｌｕｅ１５：３」、ＧはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍ
ｅｎｔ「ｇｒｅｅｎ７」、ＲはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎ
ｔ「ｒｅｄ１４９」を表す。体質顔料としては、Ｓは
触媒化成社製コロイダルシリカ「Ｓ−２０Ｌ」、Ｃは白
石工業社製炭酸カルシウムを表す。水分散性樹脂として
は、Ｈは東亜合成化学社製アクリルエマルジョン「ＨＤ
−５」、Ｌは日本ゼオン社製ラッテクス「ＬＸ３０３」
を表す。

【００３５】水溶性樹脂は、Ａは、２−ヒドロキシエチ
ルアクリレートを表す。水溶性有機溶剤は、ＰＧはプロ
ピレングリコール、ＤＧＭＥはジエチレングリコールモ
ノエチルエーテル、ＥＧＭＢはエチレングリコールモノ
ブチルエーテル、ＸはＰＧ／ＤＧＭＥ＝４／１の混合溶
剤、ＹはＰＧ／ＥＧＭＢ＝４／１の混合溶剤を表す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】例１のインク組成で着色顔料のみ上記の
Ｒ、Ｇ、Ｂとした３色のインクを用い、ＲＧＢ３色のカ
ラーフィルタを形成し、樹脂で表面コートした後にＩＴ
Ｏによる透明電極を形成した。この基板とＩＴＯ付きの
別の基板によりＦＳＴＮ型の液晶表示素子を製造した。
この液晶表示素子は、美しいカラー表示が可能なもので
あった。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明のインクを用いれ
ば、生産性の良いインクジェット方式でカラーフィルタ
の製造が容易にできる。特に、顔料を用いているので、
カラーフィルタとしての耐久性が高く、加熱や紫外線に
よる劣化を生じにくい。また、顔料を用いているにもか
かわらず、隣接画素への色のにじみが生じにくく、画素
内でも均一に顔料が堆積しやすいので色ムラを生じにく
い。

【００４１】また、体質顔料を用いているので、着色層
をかなり厚くでき、ブラックマスクで兼用可能な仕切り
壁を高くできる。このため、インク吹き付け時に吹き付
けたインクが隣接画素へ飛散しにくくできる。にもかか
わらず、カラーフィルタの表面の平坦性を良くすること
ができる。さらには、基板への着色層の密着性が高いの
で、剥離を生じにくい等の利点を有する。

【００４２】本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で、種々の応用が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木由美子神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂と水分散性を有する顔料とを有するイ
ンクジェット用のインクにおいて、樹脂が水溶性樹脂及
び水分散性樹脂の少なくとも一方からなり、顔料が着色
顔料と体質顔料とからなり、樹脂と顔料との重量比が
１：１０〜４：１であり、着色顔料と体質顔料との重量
比が１：４〜４：１であり、樹脂と顔料とが水又は水系
溶剤中に固形分で１〜２０重量％含有されるようにした
ことを特徴とするカラーフィルタ製造用のインクジェッ
ト用インク。
【請求項２】樹脂と顔料との重量比が１：１０〜３：１
であり、着色顔料と体質顔料との重量比が１：３〜２：
１であり、樹脂と顔料とが水又は水系溶剤中に固形分で
３〜１５重量％含有されるようにしたことを特徴とする
請求項１のインクジェット用インク。
【請求項３】体質顔料としてコロイダルシリカ、炭酸カ
ルシウム、アルミナ、硫酸バリウムの少なくとも１種を
用いることを特徴とする請求項１又は２のインクジェッ
ト用インク。
【請求項４】表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ以上かつ２５
℃での蒸気圧が１ｍｍＨｇ以下の水溶性有機溶剤を０．
５〜２０重量％含有することを特徴とする請求項１、２
又は３のインクジェット用インク。
【請求項５】基板上に遮光性の仕切り枠を形成し、その
仕切り枠内にインクジェット法でＲＧＢ３色のインクを
吹き付けして形成したカラーフィルタ付き基板におい
て、吹き付けするインクが樹脂と水分散性を有する顔料
とを有するインクジェット用のインクにおいて、樹脂が
水溶性樹脂及び水分散性樹脂の少なくとも一方からな
り、顔料が着色顔料と体質顔料とからなり、樹脂と顔料
との重量比が１：１０〜４：１であり、着色顔料と体質
顔料との重量比が１：４〜４：１であり、樹脂と顔料と
が水又は水系溶剤中に固形分で１〜２０重量％含有され
たインクであり、基板上の仕切り枠内にインクが吹き付
けられ、乾燥されたことを特徴とするカラーフィルタ付
き基板。
【請求項６】カラーフィルタの上に樹脂層を形成し、さ
らにその上に電極を形成したことを特徴とする請求項５
のカラーフィルタ付き基板。