(57)【要約】【課題】インキジェット方式を利用した簡易なプロセスでカラーフィルタを安価に製造するに際して、「混色」、「白抜け」、「色ムラ」といった特有の問題を解決し、信頼性の高い光学素子を歩留まり良く提供する。【解決手段】少なくとも光透過性基板１上にブラックマトリクス２を有し、ブラックマトリクスの開口部に、インキジェット法により着色部４、５を形成したカラーフィルタにおいて、上記ブラックマトリクス上にブラックマトリクスよりも幅の狭い隔壁３を有する。なお、ブラックマトリクスの線幅ｘとブラックマトリクス上の隔壁の幅ｙとの関係が、０．２ｘ≦ｙ≦０．８ｘを満たすこと、隔壁が撥インキ性を有することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光透過性基板上にブラックマトリクスを有するカラーフィルタ基板において、上記ブラックマトリクス上にブラックマトリクスよりも幅の狭い隔壁を有することを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
上記ブラックマトリクスの線幅ｘとブラックマトリクス上の隔壁の幅ｙとの関係が、０．２ｘ≦ｙ≦０．８ｘを満たす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】
上記隔壁が撥インキ性を有することを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載のカラーフィルタ基板。
【請求項４】
請求項１〜３記載のカラーフィルタ基板のブラックマトリクスの開口部に、インキジェット法により形成した着色部を有する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のカラーフィルタ基板及びカラーフィルタに関し、特にインキジェット方式を利用した製造方法に用いられるカラーフィルタ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、主としてコストダウンを目的として、インキジェット方式を利用したカラーフィルタの製造方法が検討されている。しかしながら、インキジェット方式によりカラーフィルタを作成する際には、特に「混色」、「白抜け」、「色ムラ」といったインキジェット方式特有の問題がある。
【０００３】
ブラックマトリクスを隔壁として、該ブラックマトリクスの開口部にインキを付与して着色部を形成するカラーフィルタの製造方法においては、ブラックマトリクス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キを付与する必要がある。仮にインキ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、即ち付与するインキの体積が比較的少ない場合においては、ブラックマトリクスが十分に隔壁として機能し、該ブラックマトリクスの開口部内にインキを保持することができる。よって付与されたインキがブラックマトリクスを乗り越えて、隣接する異なる色の着色部にまで到達することはない。
【０００４】
しかしながら、インキをインキジェットヘッドノズルより安定して吐出させるためには、粘度を低くする必要があり、即ちインキ中の固形分濃度を低くせざるを得ない。この場合、画素を形成するには多量のインキを付与する必要がある。この時、隔壁となるブラックマトリクスを越えてインキ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。
【０００５】
そこで、カラーフィルタ間における混色防止方法として、ブラックマトリクス上にブラックマトリクスとほぼ同じ大きさの撥インキ性の大きなシリコーンゴムパターンを形成し、インキジェット法あるいは印刷法における混色を防止するという方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、シリコーンゴムのパターンを形成する方法としては、感光性樹脂層上にシリコーンゴム層を形成した後にフォトリソグラフィによってシリコーンゴム層あるいはシリコーンゴム層と感光性樹脂層を除去するため、２回の塗布工程が必要であり、製造工程が増えてしまう。
【０００７】
そこで、より簡便な方法で表面が撥インキ性（場合により撥水性又は撥油性）を有するブラックマトリクスを得る方法として、ブラックマトリクス形成用の部材上に、シリコーン微粒子を含有する光透過性の感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層をフォトリソ工程によりパターニングした後、パターニングされた該感光性樹脂層をマスクとしてブラックマトリクス形成用部材を加工する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
しかしながら、該提案は、感光性樹脂中に微粒子状態でシリコーンを含有するため、シリコーン微粒子が現像残さとなり、これがブラックマトリクス形成用部材に転写されてブラックマトリクスの欠陥が発生するシリコーン微粒子の添加量を多くすると解像性が低下するため、微細パターンの形成には不向きであるシリコーン微粒子の添加量が限定されるため、高い撥インキ性を得ることが困難である等の問題がある。
【０００９】
また近年、ＴＦＴ型液晶素子用のカラーフィルタにおいては、ＴＦＴを外光から保護する目的で、或いは、開口率を大きくして明るい表示を得る目的で、ブラックマトリクスの開口部形状が複雑になってきている。そのため、複数のコーナー部を有することになり、該コーナー部に対してインキが十分に拡散しないという問題が発生する。また、ブラックマトリクスを形成する際には、一般的にレジストを用いたフォトリソグラフィ工程が使用されている。該レジストに含まれる種々の成分により透明基板の表面に汚染物が付着して、インキの拡散の妨げとなる場合もある。
【００１０】
これが「白抜け」と呼ばれる問題である。該白抜けは色ムラやコントラストの低下といった表示不良の原因となる。
【００１１】
また、透明基板の表面に比べて、ブラックマトリクスの側面の撥インキ性が極端に高い場合、ブラックマトリクスの側面でインキがはじかれてしまうため、領域内でインキが十分に拡散せず、その結果インキとブラックマトリクスが接する部分で色が薄くなるという問題が発生する場合もある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−１２３００５号公報
【特許文献２】
特開平７−３５９１６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、カラーフィルタをインキジェット方式を利用して簡易なプロセスで安価に製造するに際して、上記問題を解決し、信頼性の高い光学素子を歩留まり良く提供することにある。具体的には、隔壁で囲まれた領域内にインキを付与する際に、隣接する画素間での混色を防止し、且つ、該領域内で白抜け、色ムラのない画素を形成することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくとも光透過性基板上にブラックマトリクスを有するカラーフィルタ基板において、上記ブラックマトリクス上にブラックマトリクスよりも幅の狭い隔壁を有することを特徴とするカラーフィルタ基板である。
請求項２に記載の発明は、上記ブラックマトリクスの線幅ｘとブラックマトリクス上の隔壁の幅ｙとの関係が、０．２ｘ≦ｙ≦０．８ｘを満たすことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ基板である。
請求項３に記載の発明は、上記隔壁が撥インキ性を有することを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載のカラーフィルタ基板である。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３記載のカラーフィルタ基板のブラックマトリクスの開口部に、インキジェット法により形成した着色部を有することを特徴とするカラーフィルタである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係わるカラーフィルタ基板及びカラーフィルタの断面図である。
【００１６】
図１に示すようにカラーフィルタ基板は、光透過性基板上にブラックマトリクス（マトリクス状の遮光層）が形成され、ブラックマトリクス上に、ブラックマトリクスの幅よりも幅の狭い隔壁が形成され、上記ブラックマトリクスと隔壁の間の開口部には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状着色層が形成されている。なお、ブラックマトリクスの平面形状は、ストライプ型、デルタ型等、特に限定されるものではない。
【００１７】
本発明に用いる光透過性基板（図１中１）としては、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、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ等のプラスチック基板なども用いることができる。
【００１８】
また本発明におけるブラックマトリクス（図１中２）の上部に位置する隔壁（図１中３）は、ブラックマトリクスの幅よりも狭い幅で形成することが特徴である。インキジェット方式により、隔壁で囲まれた部分に形成した画素は、インキ表面がかまぼこ状に盛り上がり、結果、その濃度のバラツキが問題とされる。しかし隔壁をブラックマトリクスの幅よりも狭く形成することにより、光を透過した際に、インキ表面のかまぼこ状の端部（図１中５）に通るはずだった光はブラックマトリクスにより遮断される為、インキが平坦な部分（図１中４）にしか光が透過せず、濃度のバラツキがほとんどないカラーフィルタが得られるものとなる。この時、特に隔壁の幅ｙがブラックマトリクスの幅ｘに対して、０．２ｘ≦ｙ≦０．８ｘを満たすことが望ましい。ｙの値がこの数値以外の時は、隣接画素との混色や色ムラ等の問題を引き起こす可能性がある。
【００１９】
本発明におけるブラックマトリクス（図１中２）の材料は、樹脂、遮光材、分散剤、溶媒などを主成分として構成する黒色樹脂組成物である。この黒色樹脂組成物を構成する材料としての遮光材にはカーボンブラックを用いることが好ましい。カーボンブラックを用いることで遮光性が非常に良いブラックマトリクスを得ることができる。
【００２０】
本発明における黒色樹脂組成物には、光重合性モノマー、光重合開始剤などを含有することができる。これにより、黒色樹脂組成物に感光性を付与することができ、ブラックマトリクスを形成する際にパターニングの為のレジストが不要となる。
【００２１】
また、本発明におけるブラックマトリクス（図１中２）の材料として、例えば、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａなどの金属を用いることも可能である。
【００２２】
本発明における隔壁（図１中３）の材料は、光重合性モノマー、光重合開始剤などを含有した、感光性樹脂組成物が好ましい。
【００２３】
また、隔壁材料に感光性シリコン化合物等を添加して撥インキ性を高めておくことが好ましい。
【００２４】
さらに、インキの混色を完全に防止するためには、隔壁自身の撥インキ性を高めるだけでなく、隔壁の厚みを増加させることも有効である。そのため、隔壁の厚みとしては、１μｍ以上あった方が望ましい。
【００２５】
本発明における着色インキの材料としては、色素と樹脂と溶媒を主成分としたものである。色素としては染料や顔料などが用いられる。樹脂としては、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、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。
【００２６】
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。
【００２７】
図２に本発明からなるカラーフィルタ基板及びカラーフィルタの製造工程を示す。
【００２８】
図２（ａ）は、光透過性基板１に遮光部であるブラックマトリクス２が形成された図を示したものである。まず、ブラックマトリクス２の形成された基板１上に、撥インキ剤を添加した感光性樹脂を塗布し、プリベークを行って、感光性樹脂層６を形成する（図２（ｂ））。次いでブラックマトリクス２の幅よりも幅の狭いフォトマスク７を介して露光を行い（図２（ｃ））、現像処理を行ってブラックマトリクス上に撥インキ性を示す隔壁パターンを形成する（図２（ｄ））。次いで、インキジェットヘッド８を用いてＲ、Ｇ、Ｂの各色を着色部９を形成し（図２（ｅ））、必要に応じてインキ乾燥を行う。
【００２９】
【実施例】
（ブラックマトリクスの形成）
光透過性基板であるガラス基板（コーニング社製、品番７０５９）上にカーボンブラックを含有する黒色レジスト（新日鐵化学製「Ｖ−２５９ＢＫレジスト」）をスピンコータによって、約１．０μｍの塗膜に形成した。所定の露光、現像、ベーク処理を行って、線幅２０μｍ（＝ｘ）、１００μｍ×１００μｍの正方形の開口部を有するブラックマトリクスパターンを作製した。
【００３０】
（隔壁の形成）
次いで、ブラックマトリクスパターンを形成したガラス基板上にアクリル樹脂が主成分の感光性樹脂に撥インキ性を出す為にシリコン系の添加剤を添加したものをスピンコータによって、約１．０μｍの塗膜に形成した。ブラックマトリクスよりも幅の狭い線幅１０μｍ（＝ｙ）のフォトマスクを介して、パターン露光し、現像、ベーク処理を行うことによって、ブラックマトリクス上にそれよりも幅の狭い隔壁が形成された基板を得た。
【００３１】
（着色インキの調製）
赤インキについては、アクリル樹脂（メタクリル酸２０重量部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５重量部、メチルメタクリレート１０重量部、ブチルメタクリレート５５重量部を、エチルセロソルブ３００重量部に溶解し、窒素雰囲気下で、アゾビスニトリル０．７５重量部を加えて、７０℃、５時間反応させ得られたアクリル樹脂）を、樹脂濃度２０重量％になるようにエチルセロソルブで希釈した。この希釈樹脂９０．１ｇと、赤色顔料クロモフタルレッドＡ２Ｂ（Ｃ，Ｉ，Ｐｉｇ  Ｒｅｄ１７７  ６５３００：チバガイキー社製）６．９５ｇ、黄色顔料パリオトールイエローＬ１８２０（Ｃ，Ｉ，Ｐｉｇ  Ｙｅｌｌｏｗ  １３９：ＢＡＳＦ社製）２．０５ｇと分散剤０．９ｇを添加して、ビーズミル分散機で冷却しなから３時間分散した。溶剤としてエチルセロソルブを用い、粘度が５ｃｐ以下になるように希釈し、よく攪拌して赤インキを調製した。
【００３２】
緑インキについては、アクリル樹脂（メタクリル酸２０重量部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５重量部、メチルメタクリレート１０重量部、ブチルメタクリレート５５重量部を、エチルセロソルブ３００重量部に溶解し、窒素雰囲気下で、アゾビスニトリル０．７５重量部を加えて、７０℃、５時間反応させ得られたアクリル樹脂）を、樹脂濃度２０重量％になるようにエチルセロソルブで希釈した。この希釈樹脂９０．１ｇと、緑色顔料リオノールグリーン２ＹＳ（Ｃ，Ｉ，Ｐｉｇ  Ｇｒｅｅｎ  ３６：東洋インキ製造社製）７．５５ｇ、黄色顔料パリオトールイエローＬ１８２０（Ｃ，Ｉ，Ｐｉｇ  Ｙｅｌｌｏｗ  １３９：ＢＡＳＦ社製）１．４５ｇと分散剤０．９ｇを添加して、ビーズミル分散機で冷却しなから３時間分散した。溶剤としてエチルセロソルプで粘度が５ｃｐ以下になるように希釈し、よく攪拌して緑インキを調製した。
【００３３】
青インキについては、アクリル樹脂（メタクリル酸２０重量部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５重量部、メチルメタクリレート１０重量部、ブチルメタクリレート５５重量部を、エチルセロソルブ３００重量部に溶解し、窒素雰囲気下で、アゾビスニトリル０．７５重量部を加えて、７０℃、５時間反応させ得られたアクリル樹脂）を、樹脂濃度２０重量％になるようにエチルセロソルブで希釈した。この希釈樹脂９１ｇと、青色顔料ヘリオゲンブルーＬ６７００Ｆ（ＢＡＳＦ社製）０．８ｇ、紫色顔料リオノゲンバイオレットＲＬ（東洋インキ製造社製）０．１ｇと分散剤０．９ｇを添加して、ビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散した。溶剤としてエチルセロソルブで粘度が５ｃｐ以下になるように希釈し、よく攪拌して青インキを調製した。
【００３４】
次いでピエゾ方式、ノズル解像度１８０ｄｐｉのヘッドを搭載したインキジェット記録装置を用いて、ガラス基板上のマトリクス状隔壁の開口部に上記に示す方法で調製したＲ、Ｇ、Ｂの顔料分散インキを付与した。次いで、２３０℃で１時間の熱処理を行って該インキを硬化し、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色部からなるカラーフィルタを形成した。
【００３５】
このようにして作成されたカラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、混色は確認されなかった。また、各画素とも有効領域内では平坦であり、色差が３以下と良好で、信頼性の高いカラーフィルタが作製できた。
【００３６】
（比較例）
実施例と同様にしてガラス基板上にブラックマトリクス用レジストを塗布した。続いてその上から撥インキ性添加剤を加えた感光性樹脂を塗布し、フォトマスクを介して露光、その後、現像、ベーク処理を行い、ブラックマトリクス上にブラックマトリクスと同じ幅の隔壁が形成された基板を作成した。次いで、実施例１と同様のインキを開口部に対して付与し着色部を形成、カラーフィルタを作成した。
【００３７】
このようにして作成されたカラーフィルタを光学顕微鏡により観察したところ、各画素において混色は見られなかったが、各画素が平坦にならず、濃度のバラツキが目立ち、色差は１０以上あった。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わるカラーフィルタ基板及びカラーフィルタによれば、インキジェット方式により簡易なプロセスによって着色部を設けることにより、画素間で混色や色抜けのない、また有効画素領域内で濃度ムラのないカラーフィルタを歩留まり良く提供することができる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の断面図である。
【図２】本発明に係わるカラーフィルタ基板及びカラーフィルタの製造方法の一実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１  光透過性基板
２  ブラックマトリクス
３  隔壁
４  光が透過する着色部
５  ブラックマトリクスにより光が透過しない着色部
６  感光性樹脂層
７  フォトマスク
８  インキジェットヘッド
９  着色部
ｘ    ブラックマトリクスの幅
ｙ    隔壁の幅
【図１】
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【図２】
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