(57)【要約】【課題】種々の濃度範囲に対応し、表面平坦性の優れたカラーフィルタの製造方法を提供する。【解決手段】透明基板上にインクジェット法により着色インクを付与してパターン状の着色層を形成するカラーフィルタの製造方法において、該着色インクとして顔料濃度１０〜１５％の第１のインクと顔料濃度１〜５％の第２のインクを使用し、第１のインクで着色した後、第２のインクで着色層の濃度の調整を行う。なお、着色インクの主溶剤が沸点１３０℃以上の水溶性有機溶剤であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にインクジェット法により着色インクを付与してパターン状の着色層を形成するカラーフィルタの製造方法において、該着色インクとして顔料濃度１０〜１５％の第１のインクと顔料濃度１〜５％の第２のインクを使用し、第１のインクで着色した後、第２のインクで着色層の濃度の調整を行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
着色インクの主溶剤が沸点１３０℃以上の水溶性有機溶剤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の製造方法。
【請求項３】
透明基板上にパターン状の着色層を有するカラーフィルタにおいて、該着色層の透明基板側の顔料濃度が、反対側の顔料濃度と比して濃いことを特徴とするカラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）及び液晶表示装置などの表示装置用カラーフィルタ及び表示装置に関するものであり、特にインクジェット法により製造される表示装置用のカラーフィルタ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは、有用な手段となっている。この表示装置に用いるカラーフィルタは、多くの場合、カラーフィルタは画素として形成されて使用されるものである。この表示装置用カラーフィルタの画素を形成する方法として、これまで実用されてきた方法としては、フォトリソグラフィ法、印刷法などがあげられる。
【０００３】
これらの画素を形成する方法に対し、プリンタで実用されてきたインクジェット法による画素形成方法を、表示装置用カラーフィルタの製造に適用する技術が提案されている。しかし、表示装置用カラーフィルタをインクジェット法により形成する方法においては、インクジェットによるインク粒子の飛散や、インクのにじみが発生し易いので、カラーフィルタの画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープな表示装置用カラーフィルタを得ることは困難なことである。
【０００４】
近年、このインク粒子の飛散や、インクのにじみを防ぐため、基板上に受像層処理を施す技術、また、ブラックマトリクスに撥インキ性を付与し、画素内に選択的にインクを付与する技術、さらには双方を融合した技術が多数提案されている（特許文献１参照）。しかし、カラーフィルタはその用途によって要求される画素濃度にもバリエーションがあり、前述の技術では、その濃度をコントロールするには及ばない。また、インクジェット法により形成されるカラーフィルタには画素内での表面平坦性が乏しく、これが画素内での濃度ムラとなるため、この表面平坦性の制御が重要な課題として挙げられる。
【０００５】
インクジェット法によるオンデマンド印刷の利点を最大限に生かし、品質の優れたカラーフィルタを生産するには上記濃度コントロール、表面平坦性の制御は必要不可欠である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２１６２７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、表示装置用カラーフィルタをインクジェット法により形成する方法において、種々の濃度範囲に対応し、表面平坦性の優れたカラーフィルタの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、透明基板上にインクジェット法により着色インクを付与してパターン状の着色層を形成するカラーフィルタの製造方法において、該着色インクとして顔料濃度１０〜１５％の第１のインクと顔料濃度１〜５％の第２のインクを使用し、第１のインクで着色した後、第２のインクで着色層の濃度の調整を行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
請求項２に記載の発明は、着色インクの主溶剤が沸点１３０℃以上の水溶性有機溶剤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の製造方法である。
請求項３に記載の発明は、透明基板上にパターン状の着色層を有するカラーフィルタにおいて、該着色層の透明基板側の顔料濃度が、反対側の顔料濃度と比して濃いことを特徴とするカラーフィルタである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による表示装置用カラーフィルタを、その実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
インクジェット法によるカラーフィルタの製造方法としては、例えば、透明基板上に形成されたパターン状遮光層の開口部にインクジェット法により着色インクを付与する方法や、透明基板上に形成されたパターン状遮光層上全面に受像層塗布したものの開口部位にインクジェット法により着色インクを付与する方法があるが特に限定されるものではない。
【００１１】
図１，２は、本発明による表示装置用カラーフィルタの実施例を示す平面図である。図１に示すように、表示装置用カラーフィルタ（１）は、透明基板（２）の上にパターン状遮光層（３）が形成され、このパターン状遮光層の開口部にインクジェット法で顔料濃度が１０〜１５％の着色インクおよび１〜５％の着色インクで赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層（５）が形成されている。また、図２に示すように、表示装置用カラーフィルタ（１）は、透明基板（２）の上にパターン状遮光層（３）が形成され、さらにその上に受像層（４）が設けられる。そしてパターン状遮光層の開口部に相当する位置にインクジェット法で顔料濃度が１０〜１５％の着色インクおよび１〜５％の着色インクで赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層（５）が形成されている。このようにして第１の着色インクの顔料濃度を１０〜１５％とすることで隣接画素部と干渉することのない少ない吐出ドット数で濃度に優れた画素を形成でき、さらに顔料濃度が１〜５％の第２の着色インクを用いることで微妙な濃度バランスの調整、および画素塗膜表面の平滑化が可能である。このように着色インクを濃淡２種使用することで濃度バランスに優れ、且つ画素塗膜表面の平滑性にも優れた表示装置用カラーフィルタを製造することができる。
【００１２】
図１において、本発明に用いる透明基板（２）は、十分な強度、平坦性、耐熱性、光透過性などを有するものが好ましい。例えば、通常カラーフィルタ基板として用いられている透明な無アルカリガラス、或いはソーダガラスなどがあげられる。
【００１３】
本発明におけるパターン状遮光層（３）の材料としては、黒色遮光材、分散剤、樹脂、溶媒を主成分とする黒色樹脂組成物であり、例えば、光重合性モノマー、光重合開始剤などを混合し感光性をもたせた黒色樹脂組成物が好ましいものである。
【００１４】
本発明におけるパターン状遮光層（３）の黒色遮光材としては、黒色顔料、黒色染料、無機材料などであり、有機顔料、カーボンブラック、アニリンブラック、黒鉛、酸化チタン、鉄黒などを混合して用いられるものである。
【００１５】
また、本発明におけるパターン状遮光層（３）の分散剤としては、非イオン性界面活性剤では、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では、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。
【００１６】
本発明におけるパターン状遮光層（３）の溶媒としては、黒色樹脂組成物の塗布性、分散安定性などの点から、適宜選択して使用されるものであり、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あげられる。
【００１７】
本発明における受像層（４）の材料は、樹脂を主成分とし、溶媒、必要に応じて有機および無機微粒子などで構成するものである。
【００１８】
本発明における受像層（４）の材料としては、透明であること、受像したインク中の色材の定着性に優れること、また変色や褪色がないこと、諸耐性があることなどの性能が要求され、その代表例としては、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステルなどのアクリル系樹脂が挙げられるが、前記要求性能が満たされるものであれば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニル樹脂等の材料種が用いられる。
【００１９】
また、インクの受像性を高めるために、透明性を損なわない範囲内で、この樹脂に微粒子（フィラー）を含有させることも有効である。フィラーとしては、無機微粒子では微粉末珪酸、有機微粒子ではアクリル樹脂、スチレン樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、シリコーン樹脂、フッソ樹脂などであるが、透明性の点からは、アクリル樹脂が好ましい。また、フィラーの添加量は、受像層１００重量％に対し１〜１０％が好ましいものである。
【００２０】
本発明における受像層（４）材料の溶媒は、受像層組成物の塗布性、分散安定性などの点から、適宜選択して使用されるものであり、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あげられる。
【００２１】
本発明における着色インクの材料は、着色顔料、樹脂、分散剤、溶媒などで構成するものである。
【００２２】
着色剤として使用する顔料の具体例としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ９、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、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ７、３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｏｒａｎｇｅ３６、  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｖｉｏｌｅｔ２３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。さらに、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。
【００２３】
着色インクに使用する溶剤種としてはインクジェット印刷における適性の表面張力範囲３５ｍＮ／ｍ以下で、且つ、沸点が１３０℃以上のものが好ましい。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。具体的には、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く、上記要件を満たす溶剤なら用いることができる。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。
【００２４】
本発明における着色インクの樹脂としては、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、色素との関係にて適宜選択されるものである。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ものである。
【００２５】
樹脂への色素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。溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性などが要求され、色素、樹脂との関係にて適宜選択されるものである。
【００２６】
本発明における着色インク中の顔料濃度としては、まず第１の着色インクは隣接画素部と干渉することのない少ない吐出ドット数で濃度に優れた画素を形成し得ることを目的とし、その顔料濃度は１０〜１５％が好ましい。顔料濃度が１０％以下であると少吐出ドット数での画素濃度が足りず、１５％以上であると着色インクの粘度が著しく上昇し、インクジェット吐出が不可能となる。また、第２の着色インクは画素濃度の微妙な濃度バランスの調整を目的とし、その顔料濃度は１〜５％が好ましい。顔料濃度が１％以下であると濃度が足りず、５％以上である濃度が高すぎ、微妙なバランス調整は不可能である。
【００２７】
また、本発明により形成されるカラーフィルターは画素形成後、その耐性向上を目的として、熱、光、電子線等のエネルギーによる硬化処理が可能である。
【００２８】
本発明における表示装置用カラーフィルタ（１）の透明基板（２）上のパターン状遮光層（３）の形成は、フォトリソグラフィ法によるものである。受像層（４）の形成は、スピンコータ、ロールコータなどによるものであり、また、パターン状遮光層（３）、および受像層（４）上の開口部へのパターン状着色層（５）の形成は、インクジェット法によるものである。
【００２９】
すなわち、図１，２に示す実施例において、インクジェット法で形成される赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層の濃度を着色インクの濃度を２種使用することでカラーバランスに優れた表示装置用カラーフィルタとなる。
【００３０】
使用するインクジェット装置としては、インクの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６個配置し１ヘッドにノズルを１〜３０個組み込んだ装置が好適である。また、必要に応じパターン状着色層（５）の形成後に加熱などの硬化を行ってもよい。
【００３１】
本発明に係るカラーフィルタの製造方法によれば、透明基板上にパターン状の着色層を有するカラーフィルタにおいて、顔料濃度１０〜１５％の第１のインクと顔料濃度１〜５％の第２のインクを使用し、第１のインクで着色した後、第２のインクで着色層の濃度の調整を行うことで、濃度バランス及び画素塗膜表面の平滑性に優れ、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を得ることができる。
【００３２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３３】
＜実施例１＞
（パターン状遮光層の作製）
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、及び、分散剤（銅フタロシアニン誘導体）５重量部をビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散し黒色樹脂組成物を調製した。  この黒色樹脂組成物をスピンコータによって、無アルカリガラス（コーニング社製、品番７０５９）上に約１．０μｍの塗膜に形成した。１００℃で２０分間の加熱硬化により黒色樹脂組成物の遮光層を形成した。次に、ポジ型フォトレジスト（ヘキスト社製：ＡＺ１３５０）をスピンコータによって塗布し、１００℃で２０分間の加熱硬化した。続いて、マスクを介して１０ｍＪ／ｃｍ２のＵＶ光露光を行い、ヘキスト社製：ＡＺ現像液を用いてポジ型フォトレジストの現像、及び黒色樹脂組成物の遮光層のエッチングを同時に行った。次に、１３０℃で２０分間の加熱硬化の後、ポジ型フォトレジストを５％苛性ソーダ水溶液で剥離し、２５０℃で６０分間の加熱硬化を行い、パターン状遮光層を得た。
【００３４】
（着色インクの調製）
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％、粘度が１５ｃｐｓになるように調整しＲ，Ｇ，Ｂ着色インクを得た。さらに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３％、粘度が６ｃｐｓになるように調整しＲ，Ｇ，Ｂ着色インクを得た。
【００３５】
（カラーフィルタの作製）
前記受像層を塗布したガラス基板の受像層上に、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の着色インクを使用し、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、パターン状遮光層の開口部にインクジェット法で顔料濃度１２％の着色インキで着色後、顔料濃度３％の着色インキで赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層（５）を得た。このようにして得られた表示装置用カラーフィルタは、濃度バランスに優れ、カラーフィルタの画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープな表示装置用カラーフィルタであった。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例１におけるパターン状遮光層の上に下記処方の受像層を設けた以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００３７】
（受像層の作製）
受像層用塗工液は、アクリルポリマー（ダイヤナールＢＲ−８５、三菱レイヨン製）を１０％トルエン溶液として調製した。そして前記マトリックス状遮光層を設けたガラス基板上に、受像層用塗工液をロールコータによって、約２．０μｍの塗膜に形成した。塗膜の加熱硬化は１００℃で２０分間行った。
【００３８】
＜比較例１＞
実施例１で顔料濃度３％の着色インクを用いなかった以外は実施例１同様の方法で行った。
【００３９】
＜比較例２＞
実施例２で顔料濃度３％の着色インクを用いなかった以外は実施例１同様の方法で行った。
【００４０】
上記実施例１，２、比較例１，２で述べたカラーフィルタの特性を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2004177867.tif 000003
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、少なくとも、透明基板と、この透明基板の上に形成されたパターン状遮光層の開口部にインクジェット法により着色インクを付与して形成するカラーフィルタ、もしくは透明基板の上に形成されたパターン状遮光層上全面に受像層塗布したものの開口部位にインクジェット法により着色インクを付与して形成するカラーフィルタにおいて、該着色インクとして顔料濃度１０〜１５％の第１のインクと顔料濃度１〜５％の第２のインクを使用し、第１のインクで着色した後、第２のインクで画素濃度の調整を行うことで濃度バランス、且つ画素塗膜表面の平滑性に優れ、カラーフィルタの画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープな表示装置用カラーフィルタが得られる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…カラーフィルタ
２…透明基板
３…パターン状遮光層
４…受像層
５…パターン状着色層
【図１】
2004177867.tif 000004
【図２】
2004177867.tif 000005