(57)【要約】【課題】平坦性に優れ、色ムラ、混色のない着色部を備えた信頼性の高い光学素子をインクジェット方式により簡易なプロセスによって歩留まり良くカラーフィルタを製造する方法を提供する。【解決手段】光透過性基板上にブラックマトリクスで囲まれた開口部にインクジェット方式によりインクを付与し、着色部を形成するカラーフィルタの製造方法において、少なくとも（１）第１の前記開口部にインクを付与する付与工程と、前記インクを硬化させる加熱工程（２）第２の前記開口部にインクを付与する付与工程と、前記インクを硬化させる加熱工程を含み、前記（１）でインクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ１と（２）でインクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ２がＴ１≦Ｔ２であること。【選択図】図１
2010211132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性基板上にブラックマトリクスで囲まれた開口部にインクジェット方式によりインクを付与し、着色部を形成するカラーフィルタの製造方法において、少なくとも
（１）第１の、前記開口部にインクを付与する付与工程と、前記インクを硬化させる加熱工程
（２）第２の、前記開口部にインクを付与する付与工程と、前記インクを硬化させる加熱工程
を含み、前記（１）でインクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ１と前記（２）でインクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ２がＴ１≦Ｔ２であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記インクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ１とＴ２は１００℃〜２５０℃で、加熱時間は５ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記着色材料に含まれるバインダー樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂からなる群から選ばれる１つ以上の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
上記インクが有機溶剤に顔料をインク全体の重量に対して少なくとも５％以上の濃度で分散させたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタ（以下ＣＦ）の製造方法およびそれによるカラーフィルタに係り、特にインクジェット（以下ＩＪ）方式を用いたＣＦの製造方法及びそのＣＦに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＦの基板サイズは年々大型化が進んでいる。従来では、フォトリソグラフィー工程を繰り返す顔料分散法等が用いられてきたが、ＣＦのコストダウン化を図るために、近年は工程数が少なく、ＣＦの各着色部を同時に形成することが可能なＩＪ塗工装置を用いた方法が検討されている。
【０００３】
ＩＪ塗工装置を用いたＣＦの製造方法としては、隔壁で区切られた開口部に、ＩＪヘッドノズルからＣＦの各色に対応する着色インク（以下インク）を付与し、各着色部を形成する方法が一般的である。
【０００４】
ブラックマトリクス（以下ＢＭ）を隔壁として、該ＢＭの開口部にインクを付与して着色部を形成するＣＦの製造方法においては、ＢＭの開口部の容積に対して、数倍〜数十倍の体積を有するインクを付与する必要がある。仮にインク中に含まれる着色剤や硬化成分等の固形分濃度が高い場合、即ち付与するインクの体積が比較的少ない場合においては、ＢＭが十分に隔壁として機能し、該ＢＭの開口部内にインクを保持することができる。よって付与されたインクがＢＭを乗り越えて、隣接する異なる色の着色部にまで到達することはない。
【０００５】
しかしながら、インクをＩＪヘッドノズルより安定して付与させるためには、粘度を低くする必要があり、即ちインクの固形分濃度を低くせざるを得ない。この場合、着色部を形成するには多量のインクを付与する必要がある。この時、隔壁となるＢＭを越えてインクがあふれてしまうため、隣接する着色部間で混色が発生してしまう。その為に、ＢＭに撥インク性を持たせ、混色発生を防止する方法が開示されている。（特許文献１）
しかしながら、ＢＭに撥インク性を持たせることは混色防止には効果があるが、着色部自体の形状が凸型や凹型になり、着色部の平坦性を得られないという問題があった。このような場合には、着色部内での色濃度にバラツキが生じたりコントラストが低下するため、画像の表示品質が著しく劣るという問題が発生する。
【０００６】
また、着色部の乾燥状態を制御することで、平坦性を得る方法が開示されている（特許文献２，３，４）。特許文献２は、インクが乾燥する前に露光することで、着色部の平坦性が得られることが記載されている。特許文献３では、インクの粘度が高いほど高温で乾燥する方法が記載されている。さらに、特許文献４では、乾燥条件を着色の形状に合わせて調節する方法が記載されている。しかしながら、上記特許文献２，３の方法では十分な平坦性が得られず、また特許文献４の方法は、実際の製造を考えた場合には非現実的である。  
【０００７】
また、特許文献５には、着色部の端が最高部の８０％以上の膜厚を有するＣＦが開示されているが、平坦性を得る手段が何ら開示されていない。  
【０００８】
さらに、特許文献６では、インクがＢＭの開口部からあふれ、他の着色と混色するのを防ぐために、インクの付与及び乾燥を多数回繰り返す方法が開示されている。しかし、昨今ではフォトリソ同等の平坦性への要求が高まり、目標達成にはさらなる詳細な工程条件
の設定が必要とされている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】昭和５９年５９−７５２０５号
【特許文献２】特開平１１−１４２６４１号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２６１３号公報
【特許文献４】特開２００３−２６６００３号公報
【特許文献５】特開２００２−１５６５２０号公報
【特許文献６】特開２００４−３２５７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような事情のもとになされ、ＩＪ方式を用いてＣＦを製造するに際し、着色部内の平坦性を改善したＣＦの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、請求項１の発明は、
光透過性基板上にブラックマトリクスで囲まれた開口部にインクジェット方式によりインクを付与し、着色部を形成するカラーフィルタの製造方法において、少なくとも
（１）第１の、前記開口部にインクを付与する付与工程と、前記インクを硬化させる加熱工程
（２）第２の、前記開口部にインクを付与する付与工程と、前記インクを硬化させる加熱工程
を含み、前記（１）でインクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ１と前記（２）でインクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ２がＴ１≦Ｔ２であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法としたものである。
【００１２】
本発明の請求項２の発明は、
前記インクを硬化させる加熱工程の温度Ｔ１とＴ２は１００℃〜２５０℃で、加熱時間は５ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法としたものである。
【００１３】
本発明の請求項３の発明は、
前記着色材料に含まれるバインダー樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂からなる群から選ばれる１つ以上の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法としたものである。
【００１４】
本発明の請求項４の発明は、
上記インクが有機溶剤に顔料をインク全体の重量に対して少なくとも５％以上の濃度で分散させたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法としたものである。
【００１５】
本発明の請求項５の発明は、
請求項１〜４いずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタとしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１によれば、前記開口部にインクを付与する工程を２回行うこととなり、インク
が隔壁によって囲まれた領域内に十分且つ均一に拡散することができる。これにより、着色部内平坦性に優れたＣＦをＩＪ方式により簡易なプロセスによって歩留まり良く製造することができる。
【００１７】
請求項２によれば、２回目のインクの塗れ広がりが良好になりインクが隔壁によって囲まれた領域内に十分且つ均一に拡散することができる。これにより、着色部内平坦性に優れたＣＦをＩＪ方式により簡易なプロセスによって歩留まり良く製造することができる。
【００１８】
請求項３によれば、加熱工程で着色材料を硬化させることができ、着色部内平坦性に優れ、色ムラのない着色部を備えた信頼性の高いＣＦをＩＪ方式により簡易なプロセスによって歩留まり良く製造することができる。
【００１９】
請求項４によれば、前記濃度範囲であれば開口部にインクを付与する量が過大となることがなく、インクが隣接する着色へ侵入しづらくなり、混色、色ムラのないＣＦを製造することができる。
【００２０】
請求項５によれば、平坦性に優れ、色ムラ、混色のない着色部を備えた信頼性の高いＣＦを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の製造方法の一実施形態を、基板の断面で示した部分説明図である。
【図２】本発明の製造方法の一実施形態を、基板の断面で示した他の部分説明図である。
【図３】本発明の製造方法の一実施形態にかかる、２回付与後の着色部を基板の断面で示した部分説明図である。
【図４】本発明の製造方法の比較例に係る、塗れ広がり不良の着色部を示した説明図で、（ａ）は着色部の上面図、（ｂ）は着色部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態を、図面を参照にして説明する。
【００２３】
［工程（ａ）］
光透過性基板１を用意する（図１（ａ））。本発明においては、光透過性基板として一般にガラス基板が用いられるが、液晶表示装置等最終的な用途に必要な特性、例えば透明性、機械的強度等を満足し、後工程に耐えるものであればガラス基板に限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、等のプラスチック基板なども用いることができる。
【００２４】
［工程（ｂ）］
光透過性基板１上にＢＭ３を形成するための遮光性樹脂組成物層２を形成する（図１（ｂ））。該遮光性樹脂組成物層２は、最終的にＢＭ３として使用されるものであり、十分な遮光性を有する必要がある。したがって、上記樹脂組成物中に、遮光剤を分散せしめた黒色樹脂組成物を用いる。該遮光剤としては、カーボンブラックを用いることが望ましく、該カーボンブラックとしては、チャネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラックと呼ばれているコンタクト法で製造されたもの、ガスファーネストブラック、オイルファーネストブラックと呼ばれているファーネスト法で製造されたもの、サーマルブラック、アセチレンブラックと呼ばれているサーマル法で製造されたものなどを用いることができるが、特に、チャネルブラック、ガスファーネストブラック、オイルファーネストブラックが好ましい。さらに必要に応じてＲ、Ｇ、Ｂの顔料の混合物などを加えても良い。また、一般に市販されている黒色レジストを用いることもできる。必要に応じて高抵抗化した遮光層を用いても良い。さらにＢＭ３は遮光性、インク付与時にインクが隣接着色部へ漏れ出さない為の隔壁としても作用する為、少なくとも０．５５〜２．０μｍ程度の厚みを持ったものが良い。また、より鮮明な画像を得る為には開口率６０％以上が必要である。
【００２５】
また、遮光性樹脂組成物層２の材料としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミドイミドを含むポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニル系樹脂などの感光性の樹脂材料を用いることができるが、２５０℃以上の耐熱性を有することが好ましく、その点から、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。
【００２６】
遮光性樹脂組成物層２は、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート、ダイコート、或いは印刷法等の方法により形成することができる。
【００２７】
［工程（ｃ）］
フォトマスクを用いて遮光性樹脂組成物層２をパターン露光、現像処理を行ってパターニングし、ＢＭ３を形成する（図１（ｃ））。
【００２８】
［工程（ｄ）］
ＩＪ塗工装置を用いて、ＩＪヘッド５より、ＢＭ３の開口部４にＲ、Ｇ、Ｂの各色のインク６ａ〜６ｃを下塗りする（  下塗り層という）（図１（ｄ））。下塗りとは、開口部全面にインク６ａ〜６ｃが濡れ広がった状態であり、全液量の３０％程度のインク量を付与することを指す。
【００２９】
本発明においてＣＦの形成に用いるインクとしては、染料系、顔料系共に用いることが可能である。また、熱処理により硬化し、インクの着色剤として使用される染料あるいは顔料を固定化する成分、即ち架橋可能なモノマー或いはポリマー等の成分を含有する硬化型インクであることが好ましい。インクの主成分としては水、有機溶剤共に用いることが可能であるが、揮発性、溶解性、また付与性、分散安定性等から有機溶剤であるほうが好ましい。溶剤としては、トルエン、キシレン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジクライム、シクロヘキサノンなどが用いられるが、付与性、分散安定性、等から選択され、単一または複数の溶剤組成の溶剤を適宜選択する。また、インクの着色剤として顔料を用いる場合、所定の濃度達成の為には顔料の割合がインク全体の重量に対して少なくとも５％以上であることが好ましい。
【００３０】
さらに、ＩＪ方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたタイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能であり、着色面積及び着色パターンは任意に設定することができる。
【００３１】
［工程（ｅ）］
上記下塗りしたＲ、Ｇ、Ｂの各色のインク６ａ〜６ｃを加熱処理し、インク６ａ〜６ｃ中の溶剤成分を除去して硬化させることにより下塗り層７ａ〜７ｃを形成する（図１（ｅ））。
加熱処理は２段階で行い、１段階目は加熱温度は５０℃〜１５０℃、加熱時間は３０ｓｅｃ〜６００ｓｅｃの範囲で、２段階目は加熱温度Ｔ１は１００℃〜２５０℃、加熱時間は５ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの範囲である必要がある。
【００３２】
［工程（ｆ）］
再び、ＩＪヘッド５を用いてＢＭ３の開口部４、すなわち下塗り層７ａ〜７ｃの上から、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のインクを全体の液量の７０％程度を８ａ〜８ｃ付与する（図２（ｆ））。
【００３３】
［工程（ｇ）］
加熱処理し、インク８ａ〜８ｃ中の溶剤成分を除去して硬化させることにより、着色部（着色）９ａ〜９ｃを形成する（図２（ｇ））。加熱処理は２段階で行い、１段階目は加熱温度は５０℃〜１５０℃で、加熱時間は３０ｓｅｃ〜６００ｓｅｃの範囲で、２段階目は加熱温度Ｔ２は１００℃〜２５０℃で、加熱時間は５ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの範囲である必要がある。
【００３４】
上記のように、下塗り層の上にさらに、下塗り層を形成したインクと同じインクを重ね塗りすることによって、インクが隔壁によって囲まれた領域内（開口部４）に十分且つ均一に拡散することができる。すなわち、平坦性に優れた、色ムラ、混色のないカラーフィルタを得ることができる。
【実施例１】
【００３５】
最初にＢＭの作製を説明する。ポリイミド前駆体（東レ（株）製：セミコファインＳＰ−５１０）１０重量部、カーボンブラック７．５重量部、ＮＭＰ１３０重量部、分散剤（銅フタロシアニン誘導体）５重量部、開始剤５重量部及び撥インク剤（ポリアルキルシロキサン）０．５重量部をビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散しＢＭ組成物を調製した。調製されたＢＭ組成物を無アルカリガラス（品番１７３７：コーニング社製）上にスピンコート法により付与した後、オーブンで９０℃２０分プリベークを行った。
【００３６】
次いで、パターンの露光と、現像を行った後に、オーブンで２３０℃１時間ポストベークを行い、ＢＭを形成した。ＢＭの膜厚は２．３μｍであった。
【００３７】
赤インクについては、アクリル樹脂を、分散剤として赤色顔料Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｒｅｄ  ２５４（イルガフォーレッドＢ−ＣＦ：チバ・スペシャルティケミカルズ（株）製）分散時に添加し、赤色顔料ペーストを調製した。得られた赤色顔料ペーストを、カルビトールアセテートと、メラミン樹脂、および熱硬化性樹脂中に分散させ、インク組成物を調製した。
【００３８】
緑インクについては、アクリル樹脂を、分散剤として緑色顔料Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｇｒｅｅｎ  ３６（リオノールグリーン  ６ＹＫ：東洋インク製造（株）製）分散時に添加し、緑色顔料ペーストを調製した。得られた緑色顔料ペーストを、カルビトールアセテートと、メラミン樹脂、および熱硬化性樹脂中に分散させ、インク組成物を調製した。
【００３９】
青インクについては、アクリル樹脂を、分散剤として青色顔料Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｂｌｕｅ  １５；６（ヘリオゲンブルー：ＢＡＳＦ（株）製）分散時に添加し、青色顔料ペーストを調製した。得られた緑色顔料ペーストを、カルビトールアセテートと、メラミン樹脂、および熱硬化性樹脂中に分散させ、インク組成物を調製した。
【００４０】
次いでピエゾ方式、ノズル解像度１８０ｄｐｉのヘッドを搭載したＩＪ塗工装置を用いて、ガラス基板上のＢＭの開口部に上記に示す方法で調製したＲ、Ｇ、Ｂの顔料分散インクを付与した。この時、付与したインク量は全液量の３０％程度とした。インク付与後、１段階目に１００℃で５ｍｉｎ、２段階目にＴ１＝１８０℃、２０ｍｉｎで熱処理を行い、上記インクを硬化させ、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色部からなる下塗り層を形成した。
【００４１】
次いで、上記ＩＪ塗工装置を用いて、上記Ｒ、Ｇ、Ｂの各インクをＢＭの開口部（下塗り層）上に重ね塗りした。付与したインクは残りの７０％程度とした。インク付与後、１段階目に１００℃で５ｍｉｎ、２段階目にＴ２＝２００℃、２０ｍｉｎで熱処理を行い、該インクを硬化し、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色部からなるＣＦを形成した。
【００４２】
比較例として実施例１と同様にして、１回目の熱処理の温度Ｔ１を変化させＣＦを得た。１回目の熱処理の時間２０ｍｉｎ、２回目の温度Ｔ２＝２００℃、２０ｍｉｎは固定とした。これらのＣＦについて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の着色部の形状を観察し、着色内段差、濡れ性を評価した。それらの結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2010211132.tif 000003
なお、着色部内段差の評価では、以下の通りとし、平坦性の程度を調べた。着色部内段差とは任意の着色部の最も厚い膜厚と最も薄い膜厚の値の差Δｔ＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎとする（図３）。
○：平坦性良好      段差  ０  ≦  Δｔ  ＜  ０．３
△：平坦性概ね良好  段差  ０．３  ≦  Δｔ  ＜  ０．５
×：平坦性不良      段差  ０．５  ≦  Δｔ
また、濡れ性は１回目のインクの付与および硬化後に２回目のインクを付与する際のインクの濡れ広がり具合を評価し、結果は以下の通り表した。
○：良好
×：不良（下塗り層が重ね塗り層で全て覆われていない着色が存在する状態、図４）
上記の結果から、Ｔ１≦Ｔ２の条件では濡れ性、平坦性共に良好な結果となったが、Ｔ１＞Ｔ２では濡れ性が悪く、たとえ塗れ広がったとしても平坦性が悪い結果であった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によると、隔壁で囲まれた領域内にインクを付与する際に、隣接する着色部間での混色を防止し、且つ、該領域内でインクを十分に拡散させて平坦性に優れた着色部を形成することができる。すなわち、平坦性に優れ、色ムラ、混色のない着色部を備えた信頼性の高い光学素子をＩＪ方式により簡易なプロセスによって歩留まり良く製造することができる。よって、上記ＣＦを用いて、カラー表示特性に優れた液晶素子をより安価に提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…光透過性基板
２…遮光性樹脂組成物層
３…ＢＭ
４…開口部
５…ＩＪヘッド
６ａ〜６ｃ…インク
７ａ〜７ｃ…下塗り層
８ａ〜８ｃ…インク
９ａ〜９ｃ…着色部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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