(57)【要約】【課題】ロール・ツー・ロール方式によってカラーフィルターを製造する際に、カラーフィルターを構成する着色画素表面とロールとが接触して擦れても、該着色画素が損傷しない表面強度を有するカラーフィルターを提供することである。【解決手段】柔軟に曲げることが出来る透明基材上にブラックマトリックスと着色画素とがパターニングされたカラーフィルター基材において、前記ブラックマトリックスは２層以上の多層構成であって、最下層のブラックマトリックスの顔料含有率は最上層のブラックマトリックスの顔料含有率よりも高いことを特徴とするカラーフィルター基材である。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の透明基材上にブラックマトリックスと着色画素とがパターニングされたカラーフィルターにおいて、前記ブラックマトリックスは２層以上の多層構成であって、最下層のブラックマトリックスの顔料含有率は最上層のブラックマトリックスの顔料含有率より高いことを特徴とするカラーフィルター。
【請求項２】
前記最上層のブラックマトリックスの固形分中の顔料含有率が５０重量％未満であって、下層のブラックマトリックスの固形分中の顔料含有率が５０重量％以上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。
【請求項３】
前記最上層のブラックマトリックは硬化剤を含有し、下層のブラックマトリックスの固形分中の顔料含有率が５０重量％以上であることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のカラーフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラックマトリックスを備えるカラーフィルターに係わり、特にはブラックマトリックスの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルター基板は、所定の大きさにカットされた（以下、枚葉と呼ぶ）板状のガラス基板上に、微細な黒、赤、緑、青等のパターンからなる着色画素を形成した、液晶パネル等カラーディスプレイに使用する部材である。
【０００３】
カラーフィルターの一般的な製造方法としては、フォトリソグラフィ技術を用いた方法（以下、フォトリソ法という）、印刷法等が挙げられる。
フォトリソ法は、まず枚葉の基板上に感光性のレジストを塗布する塗布工程、露光装置、フォトマスク等を使用し前記基板に露光を行う露光工程、露光された前記基板に現像液を噴霧することにより、不要なパターン部分のレジストを除去する現像工程、前記基板をオーブンやホットプレート等の装置によって加熱する焼成工程等からなる。最後に加熱することによって耐光性、耐溶剤性、耐熱性、密着強度等、製品が必要とする物性が発現する。
ブラックマトリックスの黒色、赤，緑，青等の各色について、同様の工程が繰り返されることによって複数の着色画素を具備するカラーフィルター基板が完成する。
【０００４】
また、フォトリソ法に替えて印刷法によりカラーフィルターを製造する技術も開示されている。中でも、反転印刷法は高精細な画素を持つカラーフィルターを効率的に生産出来る技術として注目されている。
【０００５】
反転印刷法では、まず一様な厚みの各色（ブラックマトリックス、赤，緑，青等）インキの皮膜を、表面にシリコーン層やフッソ層等のインキ転写層を具備した専用のブランケット上に形成する。次に、各色のインキ皮膜が形成されたブランケットと、画線部が凹部であり非画線部が凸部である各色専用の除去版とを圧着させる（版転写工程）。
圧着により不要なインキは、ブランケットより除去版の凸部（非画線部）の方へ転写させられる。一方、必要なインキは除去版の凹部（画線部）に対応するブランケット上に残置する。
【０００６】
次いで、各色のブランケットを、一枚の板状の基板に、逐次位置合わせをして圧着することにより、各色のインキを所望の位置に、ブランケットから基板上へ転写させる（基板転写工程）。
【０００７】
最後に前記基板をオーブンやホットプレート等の装置に搬送した後、加熱することによって耐光性、耐溶剤性、耐熱性、密着強度等の製品が必要とされる物性を備えた着色画素のパターンが一枚の板状の基板上に形成され、カラーフィルター基板として完成する（特許文献１）。
【０００８】
フォトリソ法では、高価な設備である露光装置が必要であるが、反転印刷法では、フォトリソ法には無い版転写工程、基板転写工程用の装置が必要となる。後者の装置は露光装置よりも一般的に安価であるので、反転印刷法は、フォトリソ法に比較して初期の設備投資の削減が期待出来る。
【０００９】
しかし、反転印刷法を用いた場合においても、基板転写工程を終えた枚葉状の基板を焼
成工程に搬送する必要がある。そのため、基板をオーブンやホットプレート等の装置に搬送して出し入れするコンベヤや、ロボットなどの付帯装置及びそのためのスペースが必要とされ、装置導入時の初期設備費用も当初想定されるよりも高額となるという問題があった。
【００１０】
そこで、設備費用の削減やスペースの確保を容易にするため、ロール・ツー・ロール方式によるカラーフィルターの生産が検討されている。
ロール・ツー・ロール方式とは、ロール化できる可撓性のある基板上に、前記のフォトリソ法又は反転印刷法を用いて、連続的にパターンを施した後、再びロール状に巻き取る方式である。
この方式では各工程の装置を、可撓性のある被転写基板により互いに連結することが出来るため、搬送用の装置やスペースを、枚葉装置ほどは必要としない。そのため、ロール・ツー・ロール方式によってカラーフィルターを生産することは、従来の枚葉状のカラーフィルターを生産する場合と比較して、各工程間の搬送用の装置や保守維持のための手間も省ける可能性があり、連続生産による生産性向上も期待されている。
【００１１】
ところで、枚葉のカラーフィルターを生産する場合は、工程中、カラーフィルター表面に物体が接する箇所が無いよう装置設計がされていることが普通であるので、画素表面の硬度が低くてもカラーフィルターに品質上の不具合は生じなかった。
しかし、ロール・ツー・ロール方式のカラーフィルター製造装置にはターンロール、異物除去用のクリーニングロール、ニップロールなどといった被印刷基材表面部分に触れざるをえないロールが必要となる。したがって、従来の反転印刷法を単にロール・ツー・ロール方式化するだけでは、カラーフィルター表面と前記ロールとの間の擦れによる画素剥がれが生じることがあった。特に、ブラックマトリックス部分は、他の着色画素部分と比較し顔料成分が多いため脆性であり、耐摩擦性に劣るので、擦れによる画素剥がれといった欠陥の発生を生じやすく、大きな問題となっていた。
そのため、各ロールとブラックマトリックス表面との間で擦れが生じても、ブラックマトリックスが剥がれ落ちることの無いようにすることは、ロール・ツー・ロール方式によってカラーフィルターを製造するためには、解決すべき最優先の課題となっていた。
【００１２】
そこで、ブラックマトリックス製造用のインキに硬化剤を添加し、ブラックマトリックス全体を強固に硬く固める方法が考えられた。しかし、その場合は硬化したブラックマトリックスが工程中の基材の曲げに耐え切れず、割れが生じてしまうという問題が生じ好ましくなかった。
【００１３】
また、ブラックマトリックスが具備された基板全面に、紫外線硬化型樹脂等を使用してオーバーコート層を施すことにより、ブラックマトリックスの表層部分の硬度を向上させる方法も考えられた。しかし、前記オーバーコート層は、基材ほどの柔軟性を有してはいないため、前記仕様で造られた基板は工程中の曲げに耐え切れず、結果オーバーコート層の一部に割れが生じてしまい、問題の解決策には至らなかった。更には基板全面をオーバーコートする手法は、その分コストも高くなってしまうため、好ましくなかった。
【００１４】
更に、ブラックマトリックスの直上にのみ前記オーバーコート層を設ける方法も考えられた。しかし、その場合は、オーバーコートの厚さ分だけブラックマトリックを薄くする必要が生じ、ブラックマトリックスが本来果たすべき遮蔽性が損なわれてしまうため、好ましくなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−５６４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで本発明の課題は、ロール・ツー・ロール方式によってカラーフィルターを製造する際に、カラーフィルターを構成する着色画素表面とロールとが接触して擦れても、該着色画素が損傷しないような表面強度を有するカラーフィルターを提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、
可撓性の透明基材上にブラックマトリックスと着色画素とがパターニングされたカラーフィルターにおいて、前記ブラックマトリックスは２層以上の多層構成であって、最下層のブラックマトリックスの顔料含有率は最上層のブラックマトリックスの顔料含有率より高いことを特徴とするカラーフィルターとしたものである。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、
前記最上層のブラックマトリックスの固形分中の顔料含有率が５０重量％未満であって、下層のブラックマトリックスの固形分中の顔料含有率が５０重量％以上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としたものである。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、
前記最上層のブラックマトリックは硬化剤を含有し、下層のブラックマトリックスの固形分中の顔料含有率が５０重量％以上であることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のカラーフィルターとしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、基材上のブラックマトリックスを複層化することで、カラーフィルターのブラックマトリックス表層部分には擦れにも十分耐え得る硬度を、また下層部分には高い隠蔽性を付与することが出来る。そのため、ターンロールやクリーニングロール、ニップロール等によって擦れが生じた場合であっても、カラーフィルターを構成している着色画素が剥がれることがない、十分な遮光性を有する高品質なカラーフィルターを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明になるカラーフィルターの構成を説明する断面視の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態の一例を、図１を参照しながら詳細に説明するが、以下に示す例は一例であって、特にこれに限定されるものではない。
【００２３】
基材１は、耐熱性に優れ、透明で柔軟性を有するロール状の基材である。この基材はガラスの代替品であるため、高い透明性、寸法安定性、耐熱性が求められる。具体的には全線透過率が８５％以上、線膨張率が７０ｐｐｍ/℃以下、耐熱温度が１６０℃以上であることが好ましい。更に、全線透過率が９０％以上、線膨張率が２０ｐｐｍ/℃以下、耐熱温度が２００℃以上であれば、より好ましい。
材質については前記条件を満たせば特に制限は無い。例えば、ポリエチレンナフタレート樹脂やポリカーボネート樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリイミド樹脂、ガラス繊維等の単体又はそれらの複合体、積層体等が挙げられ、それらの中から、目的とする用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２４】
カラーフィルターを構成する着色画素を形成するために用いるインキの主成分は、主に
着色部材又は黒色の遮光性部材、バインダー樹脂、溶剤、助剤等からなる。着色部材には、特に制限は無いが、有機顔料、無機顔料、染料等又はそれらの２種以上の混合物等があり、目的とする用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２５】
黒色の遮光部材は、黒色着色画素であるブラックマトリックスに遮光性を付与し、カラーフィルターのコントラストを向上させるものである。遮光部材としては、黒色顔料、黒色染料、カーボンブラック、アニリンブラック、黒鉛、鉄黒、酸化チタン、無機顔料、及び有機顔料を用いることができる。これらの黒色遮光部材は単独で用いても、２種類以上混合してもよい。
【００２６】
インキのバインダー樹脂についても、特に制限は無い。例えば、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリビニル系樹脂、アルキド系樹脂、石油系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、繊維素誘導体、ゴム系樹脂等の各種合成樹脂類、又はそれらの２種以上の混合物、共重合体等があり、目的とする用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２７】
インキには各種助剤を添加しても良い。助剤としては、例えば消泡剤、分散剤、レベリング剤、チキソトロピック剤、色別れ防止剤、沈降防止剤、可塑剤、艶消剤等又はそれらの２種以上の混合物があり、目的とする用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２８】
着色部材、遮蔽部材及びバインダー及び助剤等を溶解及び分散させる溶剤に特に制限は無い。例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の石油系有機溶剤や、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸−２−メトキシエチル、酢酸−２−エトキシエチル、酢酸イソプロピル、エチレングリコールアセテート等のエステル系有機溶剤、メチルアルコール、エチルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール系有機溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系有機溶剤、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系有機溶剤、ジクロロメタン、四塩化炭素、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の塩素系有機溶剤等の各種有機溶剤等や、水等の無機溶剤、又はそれらの２種以上の混合溶剤があり、目的とする用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２９】
本発明のカラーフィルターが具備するブラックマトリックスは、異なった特性のインキ層が２層以上重なって形成されているブラックマトリックスである。
【００３０】
以下、それぞれの層について説明する。
【００３１】
ブラックマトリックス下層部のインキは、隠蔽力があるインキ組成にする。具体的には、当該ブラックマトリックス部の固形分中の顔料含有率は好ましくは５０重量％以上、更に好ましくは６０重量％以上とする。顔料含有率が５０重量％未満の場合は、所望の隠蔽性を確保するためにブラックマトリックスの膜厚を極端に厚くする必要があるため、好ましくない。
【００３２】
ブラックマトリックス最上層部のインキは耐摩耗性を優先した組成にする。
具体的には、固形分中の顔料含有率が好ましくは５０重量％未満、更に好ましくは４５重量％以下の物を選択する。顔料含有率が５０重量％以上の場合は、耐摩耗性に問題が生じるので好ましくない。
更に粒径が比較的大きい例えば平均粒径で４０ｎｍ程のカーボン等を選択するのが望ましい。
【００３３】
最上層部のブラックマトリックスには、添加剤としてメラミン系、イソシアネート系等の熱硬化型或いは紫外線硬化型の硬化剤又は電子線硬化型の樹脂等を添加しても良い。この場合はブラックマトリックス表面の耐摩耗性に問題が無いため、遮光性部材の顔料含有率を制限する必要は無く、固形分中の顔料含有率が５０重量％以上であっても良い。
また、添加剤に熱硬化型の硬化剤を選択した場合は、安価でランニングコストが低いオーブンやホットプレートを使用することでブラックマトリックスに必要な表面硬度が与えることが出来るため、特に好ましい。その場合、硬化剤の種類については特に制限は無く、用途に合った物を選択すれば良い。例えば、イソシアネートを選択した場合では、黄変しやすいＴＤＩ（トリレンジイソシアネート）など芳香族イソシアネート系は避け、耐候性に優れたＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）系ポリイソシアネートを選択したほうが良い。また、この場合イソシアネート型に特に制限は無く、ビウレット型でも良いが、イソシアヌレート型は耐候性に優れているので特に好ましい。また、ブロックイソシアネートを選択した場合は、インキは高熱をかけた場合のみ硬化反応をするようになり、ポットライフが伸びるため、更に好ましい。
【００３４】
ブラックマトリックスのインキ層の厚みについては、特に制限は無く適宜選択すれば良い。しかし、比率として最上層部のブラックマトリックスの厚みは程よくあれば良いのに対し、逆に下層部の隠蔽性は、カラーフィルターの品質を大きく左右する。そのため下層部は表面層部よりも出来るだけ厚く設定した方が良い。そのため、ブラックマトリックス最上層部と下層部の厚みの比は、1対1から1対５の範囲であることが好ましい。
【００３５】
ブラックマトリックスの製造方法については、反転印刷法やグラビア印刷、スクリーン印刷などの各種印刷法の他にフォトリソ法、インクジェット法など様々な手法が挙げられ、目的とする用途に応じて適宜選択すればよい。
【００３６】
例えば、フォトリソ法を用いる場合には最初に、隠蔽性に優れたレジストを用いて各色画素の予定膜厚よりも若干薄膜で、基板上にコーティングを行い、連続して表面硬化の効果を付与したレジストを使用し、先にコーティングしたブラックマトリックスの直上に、薄膜のブラックマトリックスの層を、重ねてコーティングをし、他の色の画素と同じ高さになるようにする。以降は通常のフォトリソ法と同様に現像、焼成及び赤、青、緑色の各色のコート、露光、現像及び焼成を連続で行うことによってカラーフィルターが完成する。
【００３７】
また、反転印刷法を用いた場合の一例では最初に、隠蔽性に優れたインキを用いて反転印刷を行い各色画素よりも若干薄膜であるブラックマトリックス下層部を形成する。次に、ロールを巻き取る前に一括又は連続して表面硬化の効果を付与したインキを使用し、先に印刷したブラックマトリックスの直上に、薄膜のブラックマトリックスの層を、反転印刷法を用いて重ねて印刷をし、他の色の画素と同じ高さになるようにする。以降は通常の反転印刷法を用いて赤、青、緑色の各色画素の印刷及びプレベーク、ベーク等の焼成工程を連続で行うことによってカラーフィルターが完成する。
【００３８】
以上に述べた基材やインキ等の材料及び製造方法を用いることにより、擦れに強い高品質なロール状のカラーフィルターを得ることが出来る。
【実施例１】
【００３９】
まず、全線透過率が８９％、線膨張率が６０ｐｐｍ/℃、耐熱温度が１８０℃であり、柔軟に曲げることが出来るロール状のポリエーテルサルホン樹脂が使用されたフィルムを出発基材１とした。
【００４０】
次に、バインダー樹脂にエポキシ樹脂、アクリル樹脂、レゾール樹脂等を主に使用し、遮蔽性部材には平均粒径が２０ｎｍであるカーボンを使用しており、固形分中の顔料含有率が６０重量％であり、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、シクロヘキサノン等を成分とし、助剤として分散剤、レベリング剤を含んだ黒色インキを使用して、反転印刷法を用いて基板１上に０．８μの厚みでブラックマトリックスを印刷し、ブラックマトリックス下層部２１を形成した。
【００４１】
その直後に、先のブラックマトリックス下層部の直上に固形分中の顔料含有率が４５重量％と低い以外は前記黒色インキと同様なインキを、反転印刷法を用いて、０．６μほどの厚みで重ねて印刷をしてブラックマトリックス上層部２２を形成し、ブラックマトリックスを２層化させた。
【００４２】
その後、２００℃にて１５分間プレベークを実施した。
【００４３】
以降は、通常の反転印刷法を用いる場合と同様に赤、青、緑色の各色の画素を厚み１．４μｍになるよう印刷を行い、更にプレベーク、ベーク等の焼成工程を行い、巻き取り部で巻き取り、ロール状のカラーフィルターが完成した。
赤、青、緑色の各色の印刷工程中や巻取り部では、粘着ロールや搬送用ロール、ニップロール、ターンロール等、カラーフィルター表面と各ロールとが接する箇所があり擦れが生じたが、インキ剥がれは生じなかった。また、カラーフィルター表面の硬度を鉛筆硬度試験にて確認したが、その硬度はＨＢ以上であった。カラーフィルターを湾曲させたが、画素が割れることも無かった。ブラックマトリックスのパターン形状も問題が無く、形状、線幅、膜厚の面内バラツキも無かった。結果、高品質なロール状のカラーフィルターを得ることが出来た。
【実施例２】
【００４４】
実施例１のブラックマトリックス下層部に使用したインキに、ビウレット型でＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）系ポリイソシアネートである硬化剤を５％添加して、そのインキを使用してブラックマトリックス上層部を形成する以外は実施例１と同じ方法で、カラーフィルターを作製した。出来上がったカラーフィルターは実施例１と同様に湾曲させても割れることも無く、また擦れによるインキ剥がれも生じなかった。鉛筆硬度試験もＦ以上の結果であった。また、ブラックマトリックスのパターン形状、隠蔽性に問題は無く、線幅、膜厚の面内バラツキも無く、ムラも生じていなかった。カラーフィルターとしての品質も良好であった。
【００４５】
＜比較例１＞
実施例１のブラックマトリックスの下層部に使用したインキで単層のブラックマトリックスを作製し、実施例１と同じ手順でカラーフィルターを作製した。出来上がったブラックマトリックスのパターン形状、隠蔽性に問題は無く、線幅、膜厚の面内バラツキも無かった。しかし、工程中に粘着ロールや搬送用ロール、ニップロール、ターンロール等と印刷面との擦れによって、インキ剥がれが面内の一部のブラックマトリックス画素に生じてしまった。また、ブラックマトリックスの表面硬度を鉛筆硬度試験にて確認したが、結果はＨＢ未満であった。従って、高品質なロール状のカラーフィルターを得ることは出来なかった。
【００４６】
＜比較例２＞
実施例１のブラックマトリックスの上層部に使用したインキをブラックマトリックス用に使用し、更にブラックマトリックスを複層化しないこと以外は実施例１と同じ方法でカラーフィルターを作製した。出来上がったカラーフィルターは、湾曲させても割れることも無く、また擦れによるインキ剥がれも生じなかった。ブラックマトリックスの表面硬度
を鉛筆硬度試験にて確認したが、結果はＦであった。しかし、ブラックマトリックスの隠蔽性は不足してしまった。
更に、顕微鏡でブラックマトリックスを確認したところパターンの形状が悪く、本来のブラックマトリックスの直角部分の形状の再現出来ず、丸くなってしまっており、更にその程度が面内で大きくばらついていた。更にブラックマトリックスの線幅及び膜厚も面内でばらついており、それが原因でカラーフィルターに目視で認知できるムラが生じてしまった。従って、高品質なロール状のカラーフィルターを得ることは出来なかった。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・基板
２・・・インキ層
２1・・・ブラックマトリックス下層部と色画素
２２・・・ブラックマトリックス上層部
【図１】
2010197667.tif 000003