(57)【要約】【課題】撥インク性を有するブラックマトリックス２の開口部にカラーインクを充填して着色層３が形成されたカラーフィルタ基板において、混色の無い色特性に優れたカラーフィルタ基板及び製造方法を提供する。【解決手段】ブラックマトリックス２は黒色顔料、光硬化性樹脂、光開始剤、撥インク剤、微粒子を主成分とする黒色インクを用いて形成されたブラックマトリックスであり、微粒子の粒子径は５００ｎｍ以下である。微粒子の含有量が、黒色インクの全固形分１００重量％に対し１０重量％以上６０重量％以下であること。撥インク剤がフッ素含有化合物であること。【選択図】図１
2006163233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に撥インク性を有するブラックマトリックス、該ブラックマトリックスの開口部にカラーインクを充填した着色層が順次に形成されたカラーフィルタ基板であって、該ブラックマトリックスは黒色顔料、光硬化性樹脂、光開始剤、撥インク剤、微粒子を主成分とする黒色インクを用いて形成されたブラックマトリックスであり、該微粒子の粒子径は５００ｎｍ以下であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記微粒子の含有量が、黒色インクの全固形分１００重量％に対し１０重量％以上６０重量％以下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基板。
【請求項３】
前記撥インク剤が、フッ素含有化合物であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のカラーフィルタ基板。
【請求項４】
前記撥インク性を有するブラックマトリックスの表層部の撥インク性が、下層部の撥インク性よりも良く、且つ表層部とカラーインクとの接触角が３０°以上であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のカラーフィルタ基板。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板において、前記カラーインクの充填をインクジェット方式で行うことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー表示装置などに用いられるカラーフィルタ基板、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラー液晶ディスプレイの普及に伴い、カラーフィルタの低コスト化への要求が高まってきている。現状、カラーフィルタ製造の主流となっているフォトリソグラフィー方式では、ブラックマトリックスだけではなく着色層の形成工程においても大量の顔料等の材料を現像時に廃棄することとなる。さらに、製造に必要な工程数も多いことにより、低コスト化には限界がある。一方、インクジェット方式はＲ、Ｇ、Ｂの各着色層の形成を一度に行うことができ、顔料等の材料の無駄もほとんど発生せず、大幅なコストダウンが期待できる。
【０００３】
インクジェット方式を用いたカラーフィルタ基板の製造方法としては、例えば、特許文献１、２、３等に記載されている方法が提案されている。
特許文献１には、硝子基板上の所望する着色層領域外へのインクの広がりを防止するため、予め、ブラックマトリックスにフッ酸系撥水・撥油剤を含有させてパターンを形成することによって、着色層領域内のみにインクを定着させることが記載されている。
また、特許文献２、特許文献３には、含フッ素化合物及び／または含ケイ素化合物を含有する黒色樹脂層を、着色層の形成におけるインクにじみ、混色を防止するための仕切り壁とすることが記載されている。
【０００４】
しかしながら、これらの方法においては、撥水・撥油剤の添加量を少なくするとインキ溢れが生じ、結果として混色してしまうことがあった。また逆に、添加量を多くすると、ブラックマトリックス近辺での色抜け（白抜け）及び色ムラが生じることがあった。この為、最適添加量のコントロールが非常に困難であるという欠点を有していた。またインク溢れを防止する為に、ブラックマトリックスの膜厚はかなり厚くする必要があり、コスト的にも問題があった。
【特許文献１】特開平６−３４７６３７号公報
【特許文献２】特開平７−３５９１５号公報
【特許文献３】特開平７−３５９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の通り、従来の技術では製造上及びコスト上の欠点を有していた。本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、撥インク性を有するブラックマトリックスが形成され、ブラックマトリックスの開口部にカラーインクを充填して着色層が形成されたカラーフィルタ基板において、特に、混色の無い色特性に優れたカラーフィルタ基板を提供することを課題とするものである。また、上記カラーフィルタ基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、透明基板上に撥インク性を有するブラックマトリックス、該ブラックマトリックスの開口部にカラーインクを充填した着色層が順次に形成されたカラーフィルタ基板
であって、該ブラックマトリックスは黒色顔料、光硬化性樹脂、光開始剤、撥インク剤、微粒子を主成分とする黒色インクを用いて形成されたブラックマトリックスであり、該微粒子の粒子径は５００ｎｍ以下であることを特徴とするカラーフィルタ基板である。
【０００７】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ基板において、前記微粒子の含有量が、黒色インクの全固形分１００重量％に対し１０重量％以上６０重量％以下であることを特徴とするカラーフィルタ基板である。
【０００８】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ基板において、前記撥インク剤が、フッ素含有化合物であることを特徴とするカラーフィルタ基板である。
【０００９】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ基板において、前記撥インク性を有するブラックマトリックスの表層部の撥インク性が、下層部の撥インク性よりも良く、且つ表層部とカラーインクとの接触角が３０°以上であることを特徴とするカラーフィルタ基板である。
【００１０】
また、本発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板において、前記カラーインクの充填をインクジェット方式で行うことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、透明基板上に撥インク性を有するブラックマトリックス、ブラックマトリックスの開口部にカラーインクを充填した着色層が形成されたカラーフィルタ基板において、ブラックマトリックスは黒色顔料、光硬化性樹脂、光開始剤、撥インク剤、微粒子を主成分とする黒色インクを用いて形成されたブラックマトリックスであり、微粒子の粒子径は５００ｎｍ以下であるので、ブラックマトリックスには微小な細孔が形成され、カラーインク充填時にカラーインクの溶媒を一部吸収することができる。従って、撥インク効果とともにブラックマトリックスへのカラーインク溶媒の吸収の効果もあり、混色の少ないパターニング精度の良いカラーフィルタ基板を得る事が出来る。
【００１２】
また、本発明は、微粒子の含有量が、黒色インクの全固形分１００重量％に対し１０重量％以上６０重量％以下であるので、カラーインクの溶媒の吸収が十分に出来、膜面が脆くならない。
また、撥インク剤がフッ素含有化合物であるので、ブリードアウトによる開口部への撥インク剤の流出を起因とするカラー層の白抜けが発生しない。
また、ブラックマトリックスの表層部の撥インク性が、下層部の撥インク性よりも良く、表層部とカラーインクとの接触角が３０°以上であるので、着色層の画素平坦性が向上する。
【００１３】
また、本発明は、カラーインクの充填をインクジェット方式で行うので、パターニング精度の良く色特性に優れるカラーフィルタ基板を廉価に提供することができるカラーフィルタ基板の製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明によるカラーフィルタ基板の一実施例の断面図である。図１に示すカラーフィルタ基板は、透明基板１上にブラックマトリックス２を形成し、次に、ブラックマトリックス２の開口部に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーインクにより着色層３を形成し、更に、本発明における保護層４を設けたものである。この際、インクジェット方式によりＲ、Ｇ、Ｂを形成することにより、安価かつ簡易に着色層を形成することが
できる。また、保護層４を設けることにより、平滑性と各種耐性に優れたカラーフィルタ基板を得ることが出来る。
【００１５】
本発明における透明基板１には、硝子基板、石英基板、プラスチック基板等が使用できる。中でも硝子基板を用いた場合、透明性に優れるだけでなく、強度、耐熱性、耐候性に優れるカラーフィルタ基板を得ることができる。
【００１６】
本発明におけるブラックマトリックス２は黒色顔料、光硬化性樹脂、光開始剤、撥インク剤、微粒子、溶剤等からなる黒色インキを透明基板上に塗布し、フォトリソグラフィー法により形成させることが望ましい。これにより遮光性の優れるカラーフィルタ基板を得ることができる。また、撥インク剤の添加により隣接する異なる色の画素へのカラーインクの流出を防ぐことができ、混色を防止することができる。また、微粒子を添加することにより、ブラックマトリックスには細孔が形成され溶剤の吸収が可能となる。このために、多量のカラーインクを充填させても混色を防ぐことが出来る。
【００１７】
本発明における光硬化性樹脂は特に限定されないが、光開始剤との組合せにより、フォトリソグラフィー法にて容易に硬化される樹脂を選定する。例えば、脂肪族アクリレート、脂環式アクリレート、芳香族アクリレート、ＯＨ基またはアリル基またはグリシジル基またはカルボキシル基またはクロモ基またはブロモ基等を含有する官能基含有アクリレート、リン型アクリレート、金属型アクリレート等の樹脂モノマーまたはオリゴマーを用いることができる。または、前記アクリレートと同じ骨格のメタクリレートを使用することもできる。さらに、ピロリドン、酢酸ビニル等のモノマーまたはオリゴマーを用いることができる。
【００１８】
また、光開始剤は特に限定されず、アゾイソブチロニトリル等の一般的な光開始剤を用いることができる。
また、黒色顔料は、有機黒色顔料、無機黒色顔料の一般的な顔料を用いることができる。
【００１９】
本発明における撥インク剤は、カラーインクを充填する際にブラックマトリックスを境として隣接する画素への侵入を防止するために添加する。撥インク剤としてはシリコーン系、フッ素系のものが代表的に用いられる。撥インク剤の具体的な例としては、シロキサン成分を含むシリコーン樹脂やシリコーンゴム、この他にはフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレン等や、これらの共重合体等のフッ素樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
撥インキ剤を用いることにより、製造工程における加熱時にブリードアウトする場合がある。撥インク剤のブリードアウトにより、開口部の透明基板上に撥インク剤が付着し、カラーインクの充填時に色抜け等が発生してしまう。ブリードアウトを防止するために、撥インキ剤としては特にフッ素含有化合物を用いることが好ましい。例えば、主鎖あるいは側鎖にフルオロアルキル基を有するフッ素系樹脂等である。さらに低分子量のものより、オリゴマータイプのものを用いることにより、より効果的に防ぐことが出来る。
【００２１】
本発明における微粒子としては、無機微粒子、有機微粒子、有機無機複合微粒子ともに用いることが出来る。粒子径は５００ｎｍ以下を用いる。ここで粒子径とは、１次、または２次の粒子径である。
粒子径が５００ｎｍを超えると、微粒子間の細孔の大きさが大きくなり、カラーインクの色素として顔料を用いた場合、カラーインクの顔料がブラックマトリックス中に侵入してしまい、カラーインクをより多量に充填させなければならない。
【００２２】
尚、粒子径の下限値は５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上である。粒子径が下限
値以下であると、微粒子間の細孔が小さくなり、カラーインクの溶媒が吸収しにくくなり好ましくない。
【００２３】
前記微粒子の含有量が、黒色インクの全固形分１００重量％に対して１０重量％未満であるとブラックマトリックスには細孔が形成されないためにカラーインクの溶媒の吸収が十分に出来なくなる。また、６０重量％を超えると、膜面が脆くなるために好ましくない。全固形分の１０重量％以上６０重量％以下が好ましい。微粒子の種類、粒子径によって最適な含有量は異なるが、さらに好ましくは４０重量％以上５０重量％以下である。
【００２４】
また、ブラックマトリックス間へカラーインクを注入した際に、隣接するカラーパターンへの混色を減少させるためには、ブラックマトリックスの表面部に対して、カラーインクの接触角が３０°以上であるようにすることが好ましい。接触角が３５°以上であると、着色層の平坦性が向上するために好ましい。さらに好ましくは４０°以上である。４０°以上である場合、カラーインクを一度に高速で充填させた場合でも隣接画素への混色の発生が非常に少ない。
接触角が３０°より低い場合、隣接するカラーパターンへの混色が起こりやすくなり、歩留り減少の原因となる（図２参照）。
【００２５】
ブラックマトリックス表層部の撥インク性を下部の撥インク性よりも良くする方法は特に限定されない。例えば、撥インク剤の溶解性が異なる良溶媒と貧溶媒を用意し、その際、貧溶媒の沸点を良溶媒のそれよりも高いものを選択する。この２種類の溶媒を混合し、ブラックマトリックス組成物の溶媒とする。
このブラックマトリックス組成物を用いてのブラックマトリックスを形成する際、塗膜を一定の条件で乾燥させた場合、沸点の低い良溶媒から蒸発するため、蒸発に伴い撥インク剤が表面或いは上面に偏在することになる。
【００２６】
上記のようにして、ブラックマトリックス表層部の撥インク性を下部の撥インク性よりも良くすることができる。ブラックマトリックス表層部に対するカラーインクの接触角が３０°以上であるようには、上記良溶媒と貧溶媒の混合によって実現できる。
【００２７】
着色層３に用いるカラーインクの材料は、着色剤、樹脂、分散剤、溶媒などで構成される。着色剤としては顔料、染料ともに用いることができるが、耐候性に優れる点から顔料を用いることが好ましい。ここで着色剤として使用する顔料の具体例を挙げると、ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２１５、２１６、２０８、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ７、３６、ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、ＰｉｇｍｅｎｔＯｒａｎｇｅ３６、ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３、などであるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
更に、これらは、要望の色相を得るために２種類以上を混合して用いても構わない。また樹脂の例としてはカゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂などが用いられ、着色剤との関係にて適宜選択される。耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましい。
【００２９】
樹脂への着色剤の分散を向上させるために、分散剤を用いてもよく、分散剤として、非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また
、イオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。
【００３０】
本発明における着色層３の形成には、インクジェット方式が最適である。使用するインクジェット装置としては、インク吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方式があり、特にピエゾ変換方式が好適である。インクの粒子化周波数は５〜１００ｋＨｚ程度、ノズル径としては５〜８０μｍ程度，ヘッドを３個配置し、１ヘッドにノズルを６０〜５００個組み込んだ装置が好適である。また必要に応じて乾燥やＵＶ硬化を行うこともできる。
【００３１】
インクジェット方式で着色層３を形成する際のカラーインクは、インクジェット方式における適性の表面張力範囲３５ｍＮ／ｍ以下で、且つ、沸点が１３０℃以上に調整することが好ましい。表面張力が３５ｍＮ／ｍ以上であるとインクジェット吐出時のドット形状の安定性に著しい悪影響を及ぼし、また、沸点が１３０℃以下であるとノズル近傍での乾燥性が著しく高くなり、その結果、ノズル詰まり等の不良発生を招くので好ましくない。
【００３２】
表面張力、沸点は、溶媒にて調整可能であり、用いられる溶媒の具体的な例としては、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、２−フェノキシエタノール、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、必要に応じて２種類以上の溶剤を混合して用いても構わないが、溶解性も考慮し適宜選択される。
【００３３】
また、本発明のカラーフィルタ基板には、必要に応じ最上層に保護層４を設けることができる。保護層は透明な樹脂膜で形成されることが望ましい。これにより表面の平滑性、耐候性が向上する。
【実施例１】
【００３４】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
（ブラックマトリックスの作成）
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、開始剤トリアジン５重量部、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー０．１重量部をビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散させた。
【００３５】
さらに別途、微粒子として乾式シリカ（日本アエロジル社製：２次粒子径３００ｎｍ）を溶剤に分散させ、これを上記分散物の固形分１００重量％に対し、シリカ固形分が２０重量％となるように加え、ビーズミル分散機にて２次間分散させ、ブラックマトリックス組成物を調製した。このブラックマトリックス組成物をスピンコータによって、無アルカリガラス基板（コーニング社製、品番１７１３）上に約１．５μｍの塗膜に形成した。１００℃で２０分間の加熱硬化によりブラックマトリックスを形成した。
【００３６】
（カラーインクの調製）
メタクリル酸２０部、メチルメタクリレート１０部、ブチルメタクリレート５５部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５部を乳酸ブチル３００ｇに溶解し、窒素雰囲気下でアゾ
ビスイソブチルニトリル０．７５部を加え７０℃にて５時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。得られたアクリル共重合樹脂を樹脂濃度が１０％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で希釈しアクリル共重合樹脂の希釈液とした。この希釈液８０．１ｇに対し顔料１９．０ｇ、分散剤０．９ｇを添加して、３本ロールにて混練し、赤色、緑色、青色の各着色ワニスを得た。この各着色ワニスをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで顔料濃度が１２〜１５％、粘度が１５ｃｐｓになるように調整しＲ、Ｇ、Ｂのカラーインクを得た。
【００３７】
（カラーフィルタ基板の作製）
前記ガラス基板上のブラックマトリックスの開口部に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーインクを使用し、１２ｐｌ、１８０ｄｐｉヘッド（セイコーインスツルメンツ社製）を搭載したインクジェット印刷装置により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色層３を形成した。
【００３８】
このようにして得られたカラーフィルタ基板は、混色も無く、濃度バランスに優れ、画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープなカラーフィルタ基板であった。
【実施例２】
【００３９】
（ブラックマトリックスの作成）
微粒子としてコロイダルシリカ（日産化学（株）製：粒子径４０ｎｍ）を用いたほかは、実施例１と同様に作成を行った。
（カラーインクの調製）
実施例１と同様に調製を行った。
（カラーフィルタ基板の作製）
前記ガラス基板上のブラックマトリックスの開口部に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーインクを使用し、１２ｐｌ、１８０ｄｐｉヘッド（セイコーインスツルメンツ社製）を搭載したインクジェット印刷装置により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色層３を形成した。
このようにして得られたカラーフィルタ基板は、混色も無く、濃度バランスに優れ、カラーフィルタ基板の画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープなカラーフィルタ基板であった。
【実施例３】
【００４０】
＜比較例１＞
（ブラックマトリックスの作成）
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、開始剤トリアジン５重量部をビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散させ、ブラックマトリックス組成物を調整した。このブラックマトリックス組成物をスピンコータによって、無アルカリガラス基板（コーニング社製：品番１７３７）上に約１．５μｍの塗膜に形成した。１００℃で２０分間の加熱硬化によりブラックマトリックスを形成した。
【００４１】
（カラーインクの調製）
実施例１と同様に調製を行った。
（カラーフィルタ基板の作製）
前記ガラス基板上のブラックマトリックスの開口部に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーインクを使用し、１２ｐｌ、１８０ｄｐｉヘッド（セイコーインスツルメンツ社製）を搭載したインクジェット印刷装置により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色層３を形成した。
このようにして得られたカラーフィルタ基板は、一部混色が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明で得られたカラーフィルタ基板の活用例としては、液晶ディスプレイや電子ペーパー、あるいは白色ＥＬ向けのカラーフィルタ基板として用いることができる。本発明でのカラーフィルタ基板の製造は安価に、かつ簡易に行うことができ、小ロットにも対応可能なカラーフィルタ基板となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のカラーフィルタ基板の一実施例の断面図である。
【図２】カラーインクの接触角の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・透明基板
２・・・ブラックマトリックス
３・・・着色層
４・・・保護層
【図１】
2006163233.tif 000003
【図２】
2006163233.tif 000004