JPH0943414A

JPH0943414A - カラーフィルターの製造方法

Info

Publication number: JPH0943414A
Application number: JP7194484A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamazaki; 雄治山▲崎▼; Sadaichi Tonomura; 貞一外村; Tetsuo Sugawa; 哲夫須川; Masaaki Kunimatsu; 正昭国松
Original assignee: Dai Nippon Toryo KK
Current assignee: Dai Nippon Toryo KK
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程が多く、製造方法が複雑である。【解決手段】透明基板１表面上に、二以上の色（黒色
除く）の着色剤を、インクジェットプリンターにて順次
パターン状に、かつ形成される各色着色層が相互に接触
しないように印刷し硬化させて、二以上の色からなる着
色層３を形成する工程と、次いで、前記着色層３を形成
した基板表面上に、紫外線硬化型黒色着色剤を塗装し、
基板の背面から紫外線を照射することにより前記着色層
３間に塗装された紫外線硬化型黒色着色剤を硬化させ、
しかる後前記着色層３上に塗装された未硬化の紫外線硬
化型黒色着色剤を除去し、前記着色層３間に黒色層４を
形成する工程、とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルター
の製造方法に係わり、特に液晶などの表示素子を多色化
するために用いられるカラーフィルターに好適なカラー
フィルターの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラーフィルターの代表的な製造方法と
して分散法、染色法、電着法等が従来から知られてい
る。

【０００３】しかしながらこれらの従来方法は、いずれ
も製造工程が多く、工程が複雑であるといった問題点が
あった。

【０００４】例えば、分散法においては、透明感光性樹
脂液に着色顔料を分散させた着色剤を塗布後、露光・現
像又はフォトレジストを介して露光・現像して所定パタ
ーンの第１色目のカラーフィルター層を形成し、次いで
同様の繰り返しで第２色目、第３色目のカラーフィルタ
ー層を形成する必要がある。

【０００５】染色法においては、被染色層をスピンコー
ト法等により形成し、所定パターンのマスクを介して露
光・現像し、染料で染色し、所定パターンの第１色目の
カラーフィルター層を形成し、次に防汚層を形成した
後、同様の繰り返しで第２色目、第３色目のカラーフィ
ルター層を形成する必要がある。

【０００６】電着法においては、フォトレジストを塗布
後、露光・現像して、着色剤を電着塗装により塗着し、
所定パターンの第１色目のカラーフィルター層を形成
し、次いで同様の繰り返しで第２色目、第３色目のカラ
ーフィルター層を形成する必要があった。また別法の電
着法においては、電着塗装される部分を予め透明電極に
よるパターンを作成しておき、三原色のカラーフィルタ
ーを製造する場合、順次それぞれに対応する電極に通電
し、三回の電着操作と硬化操作を行う必要があり、かつ
三原色に対応する透明電極を要するため、電極の形状に
制限を受け、またその電極の形成が複雑であるといった
問題点もあった。

【０００７】また最近では、コンピューター制御等によ
り、任意の予め入力されたパターン情報に基づき着色剤
を吐出出来、印刷時に騒音の発生がほとんどないノンイ
ンパクト印刷法であって、かつ高速印刷が可能なインク
ジェット方式も注目されるようになってきている。

【０００８】インクジェット方式によるカラーフィルタ
ーの製造方法としては、例えば特開平５−１９１１４号
等において知られている。特開平５−１９１１４号の方
法は、基板上にフォトレジストを塗布し、マスクによっ
て第１色目を形成する部分を露光・現像し、レジストを
除去した部分にインクジェットプリンターにより第１色
目の着色剤を吐出し、第１色目のカラーフィルター層を
形成し、次いで同様の繰り返しで第２色目、第３色目の
カラーフィルター層を形成する方法であるが、この方法
も製造工程が多く、前述のインクジェット方式の特徴が
十分生かされていない問題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の分散法，染色法，電着法，インクジェット方式等
によるカラーフィルターの製造方法は、製造工程が多
く、複雑であるといった問題点があった。本発明はかか
る問題点を解消した、製造工程が少なく、かつ前述のイ
ンクジェット方式の特徴を生かした、簡単な方法による
カラーフィルターの製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明のカラーフィルターの製造方法は、（第１工程）透
明基板表面上に、二以上の色（但し、黒色除く）の着色
剤を、インクジェットプリンターにて順次パターン状
に、かつ形成される各色着色層が相互に接触しないよう
に印刷し、硬化させて、二以上の色からなる着色層を形
成する工程と、（第２工程）着色層を形成した基板表面
上に、紫外線硬化型黒色着色剤を塗装し、該紫外線硬化
型黒色着色剤を塗装した基板の背面から紫外線を照射す
ることにより前記着色層間に塗装されている前記紫外線
硬化型黒色着色剤を硬化させ、しかる後、前記着色層上
に塗装されている未硬化の前記紫外線硬化型黒色着色剤
を除去し、前記着色層間に黒色層を形成する工程、とか
らなる製造方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。な
お、以下の説明では三原色のカラーフィルターを製造す
る場合について説明するが、本発明は２色又は４色以上
のカラーフィルターの製造に適用できることは勿論であ
る。

【００１２】本発明において使用する基板は、通常多色
表示装置に用いられている如何なる透明基板を用いても
よいが、透明なガラス基板、プラスチック基板が好適で
ある。なお、これら基板は、後述する黒色層を電着塗
装により形成する場合には、基板表面が導電性を有する
ことが必要であり、例えば、基板表面に酸化インジウ
ム、酸化スズ、酸化アンチモン等の透明導電性材料をス
パッタリング法、真空蒸着法、スプレー法、ＣＶＤ法、
塗装法等の手段により被覆し、通常２０〜３００ｎｍの
透明導電層を形成させた基板を用いることができる。な
お、透明な基板自身に導電性を有するものを用いれば、
かかる透明導電層を表面に形成する必要がないことは勿
論である。一方、黒色層を電着塗装等の電気的手段によ
り形成しない場合は、必ずしも基板表面が導電性である
必要はない。

【００１３】本発明においてインクジェットプリンター
で三原色からなる着色層を形成させるために使用する着
色剤は、樹脂、着色顔料もしくは染料及び溶剤を主成分
とした、従来から通常使用されているインクジェットプ
リンター用着色剤が特に制限なく使用可能である。

【００１４】前記樹脂としては、アクリル樹脂系、シリ
コーン樹脂系、アクリルシリコーン樹脂系、ビニル樹脂
系、フッ素樹脂系等の各種樹脂が代表的なものとして挙
げられる。

【００１５】前記着色顔料もしくは染料としては、三原
色からなる着色層を形成させるため、従来から公知の各
種赤色顔料もしくは染料、緑色顔料もしくは染料、青色
顔料もしくは染料を使用するが、これら顔料、染料は通
常塗料やインクに使用されているものが特に制限なく使
用可能である。

【００１６】溶剤としては、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素系溶剤、メチルアルコール、エチルアルコ
ール等のアルコール系溶剤、メチルエチルケトン、シク
ロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸メチル、酢酸エチ
ル等のエステル系溶剤などの有機溶剤や水が特に制限な
く使用可能であるが、特に本発明においては各色の着色
層が相互に接触しないようにするため吐出された着色剤
が基板に到達した時、大きく広がらないよう比蒸発速度
（酢酸正ブチルを１００とした重量法による）が、１５
０以上、好ましくは２００〜６５０の溶剤を主成分とす
るものが望ましい。

【００１７】なお、吐出された着色剤が大きく広がらな
いようにする別手段として、Ｓｉ原子含有の樹脂や添加
剤を配合することによっても可能である。

【００１８】着色剤は、従来から広く利用されている常
乾型着色剤が適当であるが、その他特公平６−２１２５
６号、特開平６２−６４８７４号等に記載されているよ
うな紫外線硬化型着色剤や特開昭６−１１６５２３号等
に記載されているような熱硬化型着色剤でも使用可能で
ある。なお、当然ではあるが吐出した後硬化させるため
には、紫外硬化型着色剤の場合は紫外線照射が必要であ
り、また熱硬化型着色剤の場合は加熱が必要である。

【００１９】なお、着色剤は、通常粘度１〜２０ＣＰＳ
（２０℃）、表面張力２０〜６０ダイン、比重０．８〜
３のものが適当である。

【００２０】本発明において、ブラックマトリックスと
なる黒色層を形成させるために使用する紫外線硬化型黒
色着色剤は、光重合性不飽和結合を有するプレポリマー
及び／又は光重合性不飽和結合を有するモノマー、光重
合開始剤さらに必要に応じ溶剤、改質樹脂、体質顔料、
添加剤等を配合したものからなる従来から通常使用され
ている各種紫外線硬化型塗料に黒色顔料もしくは染料を
含有せしめたものである。前記プレポリマーとして
は、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレー
ト、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレ
ート、アルキドアクリレート等が代表的なものとして挙
げられる。

【００２１】また前記モノマーとしては、２−エチルヘ
キシル（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、ジプロピレングリコールモノ
（メタ）アクリレート、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−
ビニルピロリドン、トリエチレングリコールジ（メタ）
アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）ア
クリレート等が代表的なものとして挙げられる。

【００２２】前記光重合開始剤としては、アシルフォス
フィンオキサイド化合物、ベンゾイン化合物、ベンゾイ
ンエーテル化合物、アセトフェノン化合物等が代表的な
ものとして挙げられる。

【００２３】前記黒色顔料もしくは染料としては、カー
ボンブラック；チタンの酸化物又は酸窒化物；Ｃ．Ｉ．
ＤｉｒｅｃｔＢｌａｃｋ１９，３２；Ｃ．Ｉ．Ａｃ
ｉｄＢｌａｃｋ１，２４，３１，５２；Ｃ．Ｉ．Ｍｏ
ｒｄａｎｔＢｌａｃｋ３，５；Ｃ．Ｉ．Ｓｕｌｐｈｕ
ｒＢｌａｃｋ１，２，５，１０；Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐ
ｅｒｓｅＢｌａｃｋ１，３等が代表的なものとして
挙げられる。

【００２４】また、紫外線硬化型黒色着色剤として、特
開平３−１３７１７６号、特開平４−１５３２７５号、
特開平４−１９８３７０号、特開平４−２０４７０１号
等に記載のアニオン性もしくはカチオン性紫外線硬化型
電着塗料に前述の黒色顔料もしくは染料を含有せしめた
ものも使用可能である。

【００２５】

【実施例】以下本発明の好適な実施例について図面を参
照して説明する。

【００２６】図１は、カラーフィルターの製造方法の一
例を示す工程図であり、（Ａ）〜（Ｄ）は断面図であ
る。

【００２７】まず、図１（Ａ），（Ｂ）に示す工程（第
１工程）において、基板１の全面に必要に応じ導電層２
を形成させた透明基板を用意し、その表面に、インクジ
ェットプリンターにて赤色着色剤（以下「Ｒ」とい
う）、緑色着色剤（以下「Ｇ」という）及び青色着色剤
（以下「Ｂ」という）を、形成される各色着色層が相互
に接触しないよう印刷し、硬化させ、三原色からなる着
色層３を形成する。着色層３は、Ｒ層、Ｂ層及びＧ層が
図２に示す如きストライプ状に分布したものや、図３に
示す如きマトリックス状に分布したものが適当である
が、これら分布に限定されるものではない。なお、各色
の着色層３の巾もしくは直径は３０〜６００μｍ、各色
の着色層３間の巾（すなわち黒色層４の巾）は、５〜４
００μｍ程度が適当であるが、この長さもこれらに限定
されるものではない。

【００２８】インクジェットプリンターとしては従来か
ら公知のプリンターが適用出来、例えば荷電制御方式、
インクオンディマンド方式、サーマルヘッドにより着色
剤を吐出させる方式等が代表的なものとして挙げられ
る。

【００２９】インクジェットプリンターによる印刷方法
は、着色剤を吐出させるための、好適には口径２０〜１
００μｍのノズルを下方（基板方向）に設け、かつＲ，
Ｇ及びＢがそれぞれ送り込まれる少なくとも３個以上の
プリンターヘッドを１個づつ、もしくは全て同時に移動
させながら着色剤を吐出させ、固定した透明基板表面に
印刷する方法；前記プリンターヘッドを固定させ、透明
基板を移動させながら着色剤を吐出させ印刷する方法；
あるいはこれらの方法を組合せた、プリンターヘッドと
透明基板を同時に移動させながら着色剤を吐出させ印刷
する方法のいずれも可能である。また着色剤の吐出は、
プリンターヘッドを１個づつ稼働させることにより１色
づつ吐出（例えばＲ吐出→Ｇ吐出→Ｂ吐出）させる方法
でも、あるいは並べて配置した３個以上のプリンターヘ
ッドを同時に稼働させることにより、３色を同時に吐出
させる方法であってもよい。

【００３０】以上説明した方法は、各色毎にプリンター
ヘッドを設けた例であるが、１つのプリンターヘッドで
各色共用することも可能である。

【００３１】なお、着色剤の吐出は、印刷すべき三原色
のパターンをインプットした記憶部のパターンデーター
に基づき、制御部より制御信号を発し、吐出させる、公
知のコンピューター制御法により行なうのが適当であ
る。

【００３２】このようにして所定の個所に三原色からな
る着色剤を印刷し、自然乾燥、場合により紫外線照射、
加熱し、硬化させ着色層３を形成させる。着色層３の膜
厚は０．５〜１０μｍが適当であるが、この厚さに限定
されるものではない。

【００３３】次いで図１（Ｃ）に示す工程（第２工程の
前半）において、前述の紫外線硬化型黒色着色剤を電着
塗装、スプレー塗装、浸漬塗装、スピンコート塗装、ロ
ールコート塗装等の手段により着色層３を形成した基板
表面に塗装する。

【００３４】次いで基板の背面（着色層を形成していな
い側）より、入力約８０〜２００Ｗ／ｃｍの約３６５〜
４１７ｎｍにピークを有する紫外線ランプより紫外線を
約５〜６０秒間照射する。

【００３５】紫外線照射により着色層３間に塗装された
黒色着色剤は、硬化し、一方着色層３上に形成された黒
色着色剤は、紫外線が着色層３により遮断されるため硬
化せず、未硬化の状態のままである。

【００３６】次いで図１（Ｄ）に示す工程（第２工程の
後半）において、着色層３の上に塗装された未硬化状態
の黒色着色剤を薬剤にて除去する。

【００３７】薬剤としては、カ性ソーダ、炭酸ナトリウ
ム等のアルカリ性水溶液やエステル系、ケトン系、アル
コール系、炭化水素系等の各種有機溶剤が代表的なもの
として挙げられるが、着色層３及び硬化した黒色層４を
短時間で溶解させず、かつ未硬化の黒色着色剤を溶解さ
せるものであれば、特に制限なく、各種薬剤が使用可能
である。

【００３８】未硬化の黒色着色剤の除去方法としては、
基板を薬剤中に浸漬し、さらに必要に応じ、超音波処理
を併用して除去する方法、基板表面に薬剤をシャワー状
に流し除去する方法等が代表的な方法として挙げられ
る。

【００３９】未硬化の黒色着色剤を除去した後、さらに
必要に応じポストベークしたり、また研磨処理し、着色
層３と黒色層４の層の厚みを揃え、カラーフィルターを
製造する。

【００４０】次にさらに具体的な実施例につき説明す
る。＜赤色着色剤＞注１）ソルベントレッド８３の１７．５（重量部）ソルベントイエロー８９２．５アクリルウレタンオリゴマー１５．５２−エチルヘキシルメタクリレート２０．６トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド０．８アリールケトン５．１４−ジメチルアミノイソアミルベンゾエート０．４硝酸リチウム１．０メチルエチルケトン３１．６メチルアルコール１５．０注１）粘度２．８ＣＰＳ（２０℃）、表面張力２５．０ダイン、比重０．９５＜緑色着色剤＞注２）ソルベントイエロー８９５．８（重量部）ソルベントブルー１１７４．２アクリルウレタンオリゴマー１５．５２−エチルヘキシルメタクリレート２０．６トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド０．８アリールケトン５．１４−ジメチルアミノイソアミルベンゾエート０．４硝酸リチウム１．０メチルエチルケトン３１．６メチルアルコール１５．０注２）粘度２．７ＣＰＳ（２０℃）、表面張力２４．０ダイン、比重０．９５＜青色着色剤＞注３）ソルベントブルー１１７１０．０（重量部）アクリルウレタンオリゴマー１５．５２−エチルヘキシルメタクリレート２０．６トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド０．８アリールケトン５．１４−ジメチルアミノイソアミルベンゾエート０．４硝酸リチウム１．０メチルエチルケトン３１．６メチルアルコール１５．０注３）粘度２．７ＣＰＳ（２０℃）、表面張力２４．６ダイン、比重０．９５＜黒色着色剤＞アクリルウレタンオリゴマー４０．０（重量部）ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３０．０カーボンブラック１０．０炭酸カルシウム１７．０トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド３．０（実施例１）ステージＸ軸（前後方向）及びステージＹ
軸（左右方向）にエアー駆動で水平往復移動可能な往復
台上に、透明ガラス基板を固定させ、また、往復台上方
にジェットプリンター（Ｒ用プリンターヘッド、Ｇ用プ
リンターヘッド及びＢ用プリンターヘッドをステージＸ
軸方向に配列させ、かつ各プリンターヘッドの下方には
口径６０μｍのノズルを有する）を、基板とノズル先端
との距離が６ｃｍになるよう固定配置させた。

【００４１】なお、ジェットプリンターには図２のパタ
ーンを記憶したパターンデータの記憶部、記憶部からイ
ンプットされたパターンデータに基づき、着色剤の吐出
を制御する信号を発する制御部を付設しており、一方別
途基板の位置を感知するセンサーが設けられており、セ
ンサーにより基板の位置を検知し、その検知信号は制御
部に送信されるシステムになっている。

【００４２】まず、ステージＸ軸ハンドルとステージＹ
軸ハンドル操作によりＲ用プリンターヘッドのノズルの
直下に基板の端が来るように位置合せした後、往復台を
前方向に移動させると同時に前記赤色着色剤をジェット
プリンターのノズルより連続的に吐出させた。

【００４３】基板が他端に来た時、往復台は自動的にス
トップし、次いでステージＹ軸ハンドル操作により右側
に所定距離往復台を移動させ、次いで往復台を後方向に
移動させると同時に前記緑色着色剤をジェットプリンタ
ーのノズルより連続的に吐出させた。基板が他端に来た
時、往復台は自動的にストップし、次いでステージＹ軸
ハンドル操作により右側に所定距離往復台を移動させ、
次いで往復台を前方向に移動させると同時に前記青色着
色剤をジェットプリンターのノズルより連続的に吐出さ
せた。

【００４４】以下同様の繰り返しで、着色層巾３００μ
ｍ、各着色層間距離９０μｍの三原色からなる着色層を
形成させた。次いで三原色からなる着色層を紫外線照射
（ランプ：１２０Ｗ／ｃｍ高圧水銀ランプ、ランプと基
板距離：１００ｍｍ、パス積算光量：１１３０ｍＪ／ｃ
ｍ²／１パス×２パス）し、硬化させた。次いで前記黒
色着色剤を全面にスプレー塗装し、基板背面１２０ｍｍ
の位置より、同様にして紫外線照射した。次いで基板を
メチルエチルケトン中に浸漬し、２０秒間超音波洗浄
し、着色層上の未硬化の黒色着色剤を除去し、乾燥させ
た。次いで全面研磨処理して仕上げた。

【００４５】得られたカラーフィルターは、図２に示す
如き、膜厚約２μｍの三原色からなる着色層と各着色層
間に黒色層が形成され、少ない工程でカラーフィルター
が製造出来ることが判明した。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した本発明のカラーフィルター
の製造方法は、従来の製造方法に比較し、製造工程が少
なく、簡単で短時間で製造出来る等の特徴をもってい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの製造工程を示す工
程図である。

【図２】カラーフィルターの三原色からなる着色層と黒
色層の分布を示す平面図である。

【図３】カラーフィルターの三原色からなる着色層と黒
色層の他の分布を示す平面図である。

【符号の説明】

１透明基板２透明導電層３三原色からなる着色層４黒色層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板表面上に、二以上の色（但し、
黒色除く）の着色剤を、インクジェットプリンターにて
順次パターン状に、かつ形成される各色着色層が相互に
接触しないように印刷し、硬化させて、二以上の色から
なる着色層を形成する工程と、次いで、前記着色層を形
成した基板表面上に、紫外線硬化型黒色着色剤を塗装
し、該紫外線硬化型黒色着色剤を塗装した基板の背面か
ら紫外線を照射することにより前記着色層間に塗装され
た紫外線硬化型黒色着色剤を硬化させ、しかる後前記着
色層上に塗装された未硬化の紫外線硬化型黒色着色剤を
除去し、前記着色層間に黒色層を形成する工程、とから
なるカラーフィルターの製造方法。