(57)【要約】【課題】カラーフィルタの製造方法において、画素の平滑性に優れ、且つ色ムラ及び色抜け（白抜け）やインクの溢れによる混色を防止するために、ブラックマトリクス面において所望の撥インク性を得るための有効な制御方法を提供すること。【解決手段】透明基板上に撥インク剤を含有したブラックマトリクスを製造する方法において、前記ブラックマトリクスの熱硬化時に、該透明基板のブラックマトリクス形成面側を加熱し、かつ、該透明基板のブラックマトリクス非形成面側を冷却して熱硬化を行うことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に撥インク剤を含有したブラックマトリクスを製造する方法において、
前記ブラックマトリクスの熱硬化時に、該透明基板のブラックマトリクス形成面側を加熱し、かつ、該透明基板のブラックマトリクス非形成面側を冷却して熱硬化を行うことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板の製造方法。
【請求項２】
前記ブラックマトリクス形成面側の加熱温度が１５０℃以上２３０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のブラックマトリクス付き透明基板の製造方法。
【請求項３】
前記ブラックマトリクス非形成面側の冷却温度が−２０℃以上４０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のブラックマトリクス付き透明基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかのブラックマトリクス付き透明基板の製造方法で製造されたことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板。
【請求項５】
前記ブラックマトリクスの上頂部の撥インク性が、前記ブラックマトリクスの下部の撥インク性より大きいことを特徴とする請求項４に記載のブラックマトリクス付き透明基板。
【請求項６】
前記ブラックマトリクスの上頂部に対する、４０ｍＮ／ｍ以下の表面張力の着色インクの接触角が３０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項４あるいは５に記載のブラックマトリクス付き透明基板。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載のブラックマトリクス付き透明基板のブラックマトリクスの開口部に、インクジェット法により着色インクを吐出し、着色パターンを形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれかに記載のブラックマトリクス付き透明基板のブラックマトリクスの開口部に着色パターンが設けられている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、カラー表示装置等に用いられるカラーフィルタに関し、特に、カラーフィルタのブラックマトリクス付き透明基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶ディスプレイ等のカラー表示装置に使用されるカラーフィルタの作製方法として、インクジェット方式が提案されている。
【０００３】
インクジェット方式を用いたカラーフィルタの製造方法としては、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３等に記載されている方法が挙げられる。
【０００４】
特許文献１には、ガラス基板上の所望する着色領域外への着色インクの広がりを防止するため、予め遮光パターン（ブラックマトリクス）にフッ素系撥水・撥油剤を含有させてパターン形成することによって、着色領域内のみに着色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ブラックマトリクスを、着色工程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。
なお、本明細書において、ブラックマトリクスという用語を、遮光パターンという意味で使っている。すなわち、ブラックマトリクスという用語を、格子形状に限定して用いておらず、ストライプ形状やミアンダ形状も含めて使用している。
【０００５】
しかしながら、これらの方法では、ブラックマトリクス面と着色インク面との表面エネルギーの違いによって、パターン断面形状が凸形状、あるいは凹形状になりやすく、画素平滑化することは非常に困難となる。特に、カラーフィルタの場合、画素膜厚により分光特性が変化し、画素膜厚が不均一になると、色ムラ及色抜け（白抜け）が発生し、表示品質が劣化するという問題点があった。
【０００６】
またブラックマトリクス面の表面エネルギーを減少させて画素膜厚を均一化するために、ブラックマトリクスへの含撥インク剤量を減少させても、ブラックマトリクス上頂部の撥インク性が充分に保たれず、インクの溢れによる混色が生じるという問題点があった。
【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】
【０００７】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタの製造方法において、画素の平滑性に優れ、且つ色ムラ及び色抜け（白抜け）やインクの溢れによる混色を防止するために、ブラックマトリクス面において所望の撥インク性を得るための有効な制御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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、
透明基板上に撥インク剤を含有したブラックマトリクスを製造する方法において、
前記ブラックマトリクスの熱硬化時に、該透明基板のブラックマトリクス形成面側を加熱し、かつ、該透明基板のブラックマトリクス非形成面側を冷却して熱硬化を行うことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板の製造方法である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、
前記ブラックマトリクス形成面側の加熱温度が１５０℃以上２３０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のブラックマトリクス付き透明基板の製造方法である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、
前記ブラックマトリクス非形成面側の冷却温度が−２０℃以上４０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のブラックマトリクス付き透明基板の製造方法である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれかのブラックマトリクス付き透明基板の製造方法で製造されたことを特徴とするブラックマトリクス付き透明基板である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、
前記ブラックマトリクスの上頂部の撥インク性が、前記ブラックマトリクスの下部の撥インク性より大きいことを特徴とする請求項４に記載のブラックマトリクス付き透明基板である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、
前記ブラックマトリクスの上頂部に対する、４０ｍＮ／ｍ以下の表面張力の着色インクの接触角が３０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項４あるいは５に記載のブラックマトリクス付き透明基板である。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、
請求項４〜６のいずれかに記載のブラックマトリクス付き透明基板のブラックマトリクスの開口部に、インクジェット法により着色インクを吐出し、着色パターンを形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、
請求項４〜６のいずれかに記載のブラックマトリクス付き透明基板のブラックマトリクスの開口部に着色パターンが設けられていることを特徴とするカラーフィルタである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のブラックマトリクス付き透明基板及びそれを用いたカラーフィルタは、ブラックマトリクスが１層で遮光機能と撥インク性機能の両方の機能を有する。さらに、本発明の製造方法を用いると、ブラックマトリクスの上頂部の撥インク性が、ブラックマトリクスの上頂部以外の部分の撥インク性よりも大きくすることが可能である。そのため、ブラックマトリクスパターン間に着色パターンを設けた際の、インクの溢れによる混色や白抜け及び色ムラ等の不具合がなく、カラーフィルタとしての要求特性に優れ、色特性に優れたカラーフィルタを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を、図面を用いて説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。図１に本発明によるカラーフィルタの製造方法の一実施例を図示した。図１のカラーフィルタでは、透明基板１上にブラックマトリクス２が形成される。ブラックマトリクス２の上頂部２３の撥インク性はブラックマトリクス２の下部２４の撥インク性よりも大きい。さらにブラックマトリクス２間の開口部にインクジェット法により赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の着色インク７を吐出した後、先ず溶剤を蒸発させ、次にインクを硬化させることにより、着色パターン７（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）を形成する。
【００１８】
本発明の透明基板１には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等が使用できる。
【００１９】
本発明におけるブラックマトリクス２の材料には、黒色遮光材、光開始剤、分散剤、樹脂、溶媒、撥インク剤を主成分とする黒色樹脂組成物が用いられる。
本発明におけるブラックマトリクス２の材料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。
【００２０】
本発明におけるブラックマトリクス２の材料の樹脂には、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。また、フォトリソ法を採用するので、感光性樹脂を使用する。
【００２１】
本発明におけるブラックマトリクス２の材料の分散剤としては、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。
【００２２】
本発明におけるブラックマトリクス２の材料の溶媒としては、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。
【００２３】
本発明における撥インク剤には、ブラックマトリクス２の材料に含まれる樹脂と親和性の少ないケイ素または/およびフッ素の原子を含む材料が好ましい。撥インク剤の具体的な例としては、主鎖または側鎖に有機シリコーンを有するもので、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。
【００２４】
ブラックマトリクス２の形成は、フォトリソグラフィ法によるものである。具体的な工程としては、先ずブラックマトリクス２の材料を透明基板１上に均一の膜厚で塗布し、所定温度で加熱（プリベーク）する（図１（ａ）〜（ｂ））。この塗膜に対して、遮光マスク３を介してパターンを露光する（図１（ｃ））。次に、現像すると、ブラックマトリクス２のパターンが形成され、最後に熱硬化（ポストベーク）することによってブラックマトリクス２が形成される。
【００２５】
ブラックマトリクス２間へ着色インクを注入した際に、隣接する着色パターン７への混色を減少させ、かつ着色パターン７の白抜け及び色ムラを減少させる為には、前記熱硬化（ポストベーク）の工程において、透明基板１のブラックマトリクス非形成面側を冷却しながらブラックマトリクス形成面側の加熱を行う。
【００２６】
すなわち、ブラックマトリクス形成面側を加熱した際、ブラックマトリクス２に含まれる撥インク剤以外の成分と親和性の少ない撥インク剤が相分離を起こし、撥インク剤はブラックマトリクス上頂部２３に偏在する。一方で、温度の低いブラックマトリクスの下部２４では、撥インク剤がブラックマトリクス２に含まれる撥インク剤以外の成分から相分離を起こしにくいので、撥インク性が低くなる。よって、ブラックマトリクス２間へ着色インクを注入した際の隣接する着色パターン７への混色が、ブラックマトリクス上頂部２３の高い撥インク性によって防がれ、さらに、ブラックマトリクスの下部２４の低い撥インク性により、着色パターン７の白抜け及び色ムラを防ぐことが可能となる。
【００２７】
ブラックマトリクス形成面側の加熱方法としては、４で示したホットプレート、オーブン、ＩＲヒーターなどが適宜選択されて用いられるが、ブラックマトリクス２の厚さ方向に効果的に温度勾配をかけ、ブラックマトリクス形成面の表面温度に均一性を持たせる場合には、ホットプレートを用いることが特に好ましい。加熱方式は、接触式、非接触式のどちらも使用してよいが、高温加熱を行う場合には接触式加熱を行うことが好ましい。
【００２８】
ブラックマトリクス形成面側の加熱温度は、１５０℃以上２３０℃以下であることが好ましい。加熱温度が１５０℃未満の場合は、ブラックマトリクス２が熱硬化しなくなり、また、前記加熱温度が２３０℃より高い場合はブラックマトリクス２が分解してしまうため、ブラックマトリクス２の成形ができなくなる。
【００２９】
透明基板のブラックマトリクス非形成面側の冷却方法としては、５で示したクールプレート、ペルチェなどが適宜選択されて用いられる。とくに０℃以下の低温冷却を行う場合は、ペルチェが用いられる。冷却方式としては、接触式、非接触式のどちらも使用してよい。
【００３０】
透明基板のブラックマトリクス非形成面側の冷却温度は、−２０℃以上４０℃以下に設定することが好ましい。冷却温度が４０℃より高い場合はブラックマトリクス２の上頂部と温度差が生じないため、ブラックマトリクスの上頂部２３のみに撥インク性が生じない。冷却温度が−２０℃より低い場合は、ブラックマトリクス２の下部が熱硬化しなくなり、ブラックマトリクス２の成形ができなくなるという理由から好ましくない。
【００３１】
ブラックマトリクス２の上頂部２３に対して、表面張力が４０ｍＮ／ｍ以下の着色インクの接触角をＡとすると、３０°≦Ａ≦６０°であるようにすることが好ましい。Ａ＜３０°の場合、隣接する着色パターン７への混色が起こりやすくなり、歩留まりの減少の原因となる。Ａ＞６０°の場合、着色パターン７が凸状になり、着色パターン７の白抜けあるいは色ムラが発生する。なお、着色インクの接触角は、ブラックマトリクスへの撥インク剤の添加量により調整することができる。
【００３２】
本発明の着色インクの材料は、着色顔料、樹脂、分散剤、溶媒などで構成される。
着色剤として使用する顔料の具体例としては、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、ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ 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。
【００３３】
着色インクに使用する溶剤種としてはインクジェット方式における適性の表面張力範囲４０ｍＮ／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４０ｍＮ／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。
【００３４】
本発明の着色インクの樹脂には、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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
着色パターン７の形成には、インクジェット法を用いる。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。
【００３７】
インク吐出後、溶剤を蒸発させた。次いでインク中の樹脂を硬化させ、カラーフィルタとする。
【００３８】
なお、本発明において、ブラックマトリックスを単なる隔壁とし、着色インクの代わりにＥＬディスプレイの発光材料を用いれば、ＥＬディスプレイの製造を行うことも出来る。
【実施例１】
【００３９】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
まず、ブラックマトリクス２を作成した。
（撥インク性ブラックマトリクスの作製）
アクリル前駆体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時間分散しブラックマトリクス組成物を調製した。
【００４０】
ブラックマトリクス組成物を無アルカリガラス（コーニング社製、品番１７３７）上にスピンコート法により塗布した後、ホットプレート上で９０℃２分プリベークを行った。次いで、露光・現像を行った後に、ブラックマトリクス形成面側に２００℃のホットプレートを接触させ、透明基板のブラックマトリクス非形成面側に２０℃のクールプレートを接触させた状態で１５分熱硬化を行い、ブラックマトリクスを形成した。ブラックマトリクスの膜厚は２．０μmであった。
【００４１】
前記ブラックマトリクスの上頂部の着色インク（表面張力３０ｍＮ／ｍ）に対する接触角を測定したところ、４８°であり、前記ブラックマトリクスの上頂部が着色インクに対して、撥インク性が有ることを確認した。また前記ブラックマトリクス開口部のガラス表面の着色インクに対する表面張力を測定したところ、着色インクが濡れ、着色インクに対して、親インク性であることを確認した。
【００４２】
（着色インクの調製）
メタクリル酸２０重量部（６０ｇ）、メチルメタクリレート１０重量部（３０ｇ）、ブチルメタクリレート５５重量部（１６５ｇ）、ヒドロキシエチルメタクリレート１５重量部（４５ｇ）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重量部（２．２５ｇ）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着色インクを得た。
【００４３】
（カラーフィルタの作製）
前記ブラックマトリクスの開口部に、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の着色インクを使用し、１２ｐｌ，１８０ｄｐｉヘッド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）各々の着色パターン７（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）を形成した。
【００４４】
着色インクを吐出した後、先ずホットプレートで１５０℃１分加熱して溶剤を蒸発させた。次にオーブンで２３０℃１時間加熱してインクを硬化させることにより、着色パターン７（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）を形成した。
【００４５】
このようにして得られたカラーフィルタは、平滑性が良く、色ムラの少ない良好なカラーフィルタであった。
【００４６】
＜比較例１＞
透明基板の冷却温度を８０℃にした以外は、実施例１と同様の方法でブラックマトリクスを作製したところ、ブラックマトリクスの上頂部だけでなく、ブラックマトリクス下部にも撥インク性が生じたため、実施例1と同様の方法でカラーフィルタを作製すると、ブラックマトリクス開口部において、着色インクのはじきが発生し、色抜け（白抜け）の多いカラーフィルタとなった。
【００４７】
＜比較例２＞
透明基板の冷却温度を−５０℃にした以外は、実施例１と同様の方法でブラックマトリクスを作成したところ、ブラックマトリクス下部の熱硬化が不十分で、ブラックマトリクスの成型ができなくなった。
【００４８】
＜比較例３＞
ブラックマトリクス形成面側の加熱温度を１３０℃にした以外は、実施例１と同様の方法でブラックマトリクスを作製したところ、ブラックマトリクスの熱硬化が不十分でブラックマトリクスの成型ができなくなった。
【００４９】
＜比較例４＞
ブラックマトリクス形成面側の加熱温度を２７０℃にした以外は、実施例１と同様の方法でブラックマトリクスを作製したところ、ブラックマトリクスが融解してしまい、ブラックマトリクスの成型ができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・透明基板
２・・・ブラックマトリクス
３・・・遮光マスク
４・・・加熱材
５・・・冷却材
６・・・インクジェット装置
７・・・着色パターン
７Ｒ・・・着色パターン（赤）
７Ｇ・・・着色パターン（緑）
７Ｂ・・・着色パターン（青）
２１・・・透明基板上に塗布されたブラックマトリクス材料の塗膜
２２・・・ブラックマトリクス材料のパターン
２３・・・ブラックマトリクスの上頂部
２４・・・ブラックマトリクスの下部
【図１】
2007093840.tif 000003