(57)【要約】【課題】  混色や色ムラのない着色部を備えた信頼性の高い光学素子をインクジェット方式により簡易なプロセスによって歩留まり良く製造することができるカラーフィルタの製造方法を提供する。【解決手段】  ブラックマトリクスの開口部に第１の着色インクをインクジェット方式で塗布し乾燥させ、上記ブラックマトリクスの高さの略１／２の高さの第１の着色インク層を形成し、第１の着色インク層上同色の第２の着色インクを所定量塗布し乾燥させブラックマトリクスの高さの略１／４の高さの第２の着色インク層を形成する工程を含むカラーフィルタの製造方法を提供する。【選択図】図１
2007322469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラックマトリクスが設けられた光透過性基板上に対し、このブラックマトリクスの開口部にインクジェット方式により着色インクを塗布し、着色部を形成するカラーフィルタの製造方法において、
（ａ）光透過性基板にブラックマトリクスをパターン上に形成する工程と、
（ｂ）前記ブラックマトリクスの開口部に第１の着色インクをインクジェット方式で塗布する工程と、
（ｃ）前記第１の着色インクを乾燥させ、上記ブラックマトリクスの高さの略１／２の高さの第１の着色インク層を形成する工程と、
（ｄ）前記開口部に形成した第１の着色インク層上に、前記（ｃ）工程で使用した第１の着色インクと同色の第２の着色インクを所定量塗布する工程と、
（ｅ）前工程で塗布した第２の着色インクを乾燥させブラックマトリクスの高さの略１／４の高さの第２の着色インク層を形成する工程と、を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
上記ブラックマトリクスの厚みが１．０〜２．５μｍである請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記第１の着色インク及び前記第２の着色インクを乾燥する工程を１８０℃以上のホットプレートを用いて行う請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記第１の着色インク及び前記第２の着色インクを乾燥する工程を２３０℃以上のコンベクションオーブンを用いて行う請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記第１の着色インク及び前記第２の着色インクの総固形分がインク全体の重量に対して１５％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解放射型表示装置、蛍光表示装置、液晶表示装置などに用いられるカラーフィルタに関するものであり、特に、インクジェット方式を利用したカラーフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンモニターや液晶テレビの普及と需要拡大に伴い、カラー表示の液晶ディスプレイの成長は著しい。カラー表示の液晶ディスプレイの構成部材であるカラーフィルタは基板上に赤、緑、青の３色の着色画素がパターンされたものであり、従来、フォトリソ法により製造されている。フォトリソ法では色ごとに露光、現像などの工程を経ることから全体としての生産効率が低いとともに、露光装置、現像装置などの高価な装置を要しており、これによりコストの引き下げが難しいという問題点もある。そのため最近では、３色の画素を単一工程で形成できる印刷方式やインクジェット方式などによる製造方法が注目されている。
【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、ガラス基板上にブラックマトリクスを形成し、インクジェット印刷装置を用いて該ブラックマトリクスの開口部にインクを付与することで着色部を形成する方法がある。しかしながら、上記のようにインクジェット方式によりカラーフィルタを製造する際には、特に「混色」や「平坦性」といったインクジェット方式特有の問題がある。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ク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クを付与する必要がある。仮にインク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、即ち付与するインク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クを保持することができる。よって付与されたインク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、インクをインク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、即ちインク中の固形分濃度を低くせざるを得ない。この場合、着色部を形成するには多量のインク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ク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】
更には、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クを付与することで画素の「平坦性」が悪くなることがある。この「平坦性」の悪化は、ムラの原因となり外観的な品質を低下させるとともに、液晶パネルとした際の液晶の挙動にも悪影響を及ぼす。
【０００６】
特許文献は以下の通りである。
【特許文献１】特開平１１−１９４２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、上記問題を解決するためになされたものであり、インク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」や「色ムラ」といったインクジェット方式特有の問題を解決し、信頼性の高い
カラーフィルタを歩留まり良く提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を考慮してなされたものである。その構成を以下に示す。
【０００９】
請求項１に係る発明は、
光透過性基板上にブラックマトリクスとブラックマトリクスの開口部にインクジェット方式により着色インクを塗布し着色部を形成するカラーフィルタの製造方法において、上記開口部に着色インクを塗布した後に上記着色インクを乾燥させ上記ブラックマトリクスの高さの半分の高さの着色インク層を形成する工程と、上記開口部に形成した着色インク層上に着色インク層を形成するのと同じ着色インクを塗布した後に上記着色インクを乾燥させ上記着色インク層表面からブラックマトリクス表面の高さの半分の高さの着色インク層を形成する工程を経て着色部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に関する。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記ブラックマトリクスの厚みが１．０〜２．５μｍである請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法に関する。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記着色インクの乾燥を１８０℃以上のホットプレートを用いて行う請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法に関する。
【００１２】
請求項４に係る発明は、上記着色インクの乾燥を２３０℃以上のコンベクションオーブンを用いて行う請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法に関する。
【００１３】
請求項５に係る発明は、上記着色インキの総固形分がインク全体の重量に対して１５％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、隔壁で囲まれた領域内にインクを付与する際に、隣接する着色部間の混色を防止し、且つ、該領域内の平坦性の高い着色部を形成することができる。すなわち、混色や色ムラのない着色部を備えた信頼性の高い光学素子をインクジェット方式により簡易なプロセスによって歩留まり良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、ブラックマトリクスの高さの半分の着色部をインクジェット法により形成し乾燥させる工程を複数回行うことにより、極めて平坦性に優れたカラーフィルタを提供するものである。以下、本発明の実施の形態を、図１を例として説明する。
【００１６】
図１は本発明のカラーフィルタの製造方法の一例の工程説明図である。基板１上にブラックマトリクス２を形成したものが図１（ａ）である。ブラックマトリクス２はフォトリソ法、印刷法等で形成するものとする。まず図１（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス２の開口部にＲ、Ｇ、Ｂ各色の着色インク３、４、５をインクジェット印刷装置により充填する。この時の着色インク３、４、５の量は、乾燥時に、隔壁となっているブラックマトリクス２の高さの半分の高さとなるようにする。図１（ｂ）を乾燥したものを図１（ｃ）に示す。乾燥は、ホットプレートまたはコンベクションオーブンを使用して行うものとし、溶剤を完全に除去するものである。Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の着色部６、７、８の高さはブラックマトリクス２の高さの半分である。次に、前記ブラックマトリクスの開口部に形成された着色部の上にＲ、Ｇ、Ｂ各色の着色インク３、４、５をインクジェット印刷装置に
より充填する。これにより、図１（ｄ）に示す状態となる。この時の着色インク３、４、５の量は、乾燥時に、着色部表面からのブラックマトリクス２の高さの半分の高さとなるようにする。図１（ｄ）を乾燥したものが、図１（ｅ）に示すカラーフィルタＡである。乾燥は、ホットプレートまたはコンベクションオーブンを使用して行うものとし、溶剤を完全に除去するものである。Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の着色部９は全て平坦となる。
【００１７】
この場合、１回目を約１／２、２回目をさらに１／２としてるのは、隔壁の約１／２の高さに画素を形成した場合が最も画素の平坦性が高いためです。２度目は、１度目に形成した着色部よりも上に出ているブラックマトリックスの高さ、つまり本来のブラックマトリックスの高さの１／２の高さ、の１／２となる様にするためで、１度目のさらに１／２で１／４となる。
【００１８】
なお、ブラックマトリックスの厚みの好ましい値の理由は、ブラックマトリックスの厚みは着色インク中の顔料の量と画素の膜厚から定める値で、ブラックマトリックス厚みが低すぎると平坦性が悪化し、高すぎると画素とブラックマトリックスとの段差が大きくなりすぎてムラに見えたり、パネルにした際に液晶の挙動に悪影響を及ぼしたりするので、画素膜厚の設定によって適宜選択するのが好ましい。
【００１９】
さらに、ホットプレート乾燥が１８０度以上が好ましい理由、コンベクションオーブン乾燥が２３０度以上が好ましい理由については、ホットプレートおよびコンベクションオーブンのこの温度で十分に溶剤が除去できる温度という意味で好ましい温度を規定した。
【００２０】
なお、ホットプレート乾燥とコンベクションオーブン乾燥で好ましい温度が異なる理由については、ホットプレートはコンタクト方式、オーブンはコンベクション方式であるのが原因で、基板温度はほぼ同じとなる。
【００２１】
加えて、着色インクの総固形分がインク全体の重量に対して１５％以上が好まし理由は、低すぎると液量が多く必要となるので隔壁を乗り越えて他の画素にインクが流出してしまうからであり、色インクの総固形分がインク全体の重量に対して４０％以下が好まし理由は、高すぎると流動性が悪く平坦になるからである。
【００２２】
さらに、乾燥させて平坦に乾燥される理由は、溶剤の揮発と同時に固形分が流動するためで、実際は乾燥前のインクと隔壁の接液点が隔壁の約１／２の位置となっているからである。
【実施例１】
【００２３】
（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Ａの５重量部、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー（（株）ネオス製：ＦＴＸ−７２０Ｃ）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、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）上に約３．６μｍの塗膜に形成した。その後、１００℃２０分間のプリベークを行った後、露光・現像工程を経て、２３０℃６０分のポストベークを行い、ブラックマトリックスを形成した。このブラックマトリクスの高さは約２．０μｍであった。
（カラーインクの調整）
［着色材料作製］
カラーフィルタ作製に用いる着色材料を着色する着色剤には以下のものを使用した。
赤色用顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２５４（チバ・スペシャルティ・ケミ
カルズ社製「イルガーフォーレッド  Ｂ−ＣＦ」）およびＣ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド  Ａ２Ｂ」）緑色用顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６（東洋インキ製造製「リオノールグリーン  ６ＹＫ」）、およびＣ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １５０（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー  Ｙ−５６８８」）青色用顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５（東洋インキ製造製「リオノールブルーＥＳ」）Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｖｉｏｌｅｔ  ２３（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット  ５８９０」）それぞれの顔料を用いて赤色・緑色・青色の着色材料を作製した。
【００２４】
また、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作製した。得られたアクリル共重合樹脂を樹脂濃度が２０％になるようにジエチレングリコールモノメチルエーテルで希釈しアクリルワニスとした。
・赤色着色材料
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
【００２５】
赤色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２５４        １８重量部
赤色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７          ２重量部
アクリルワニス（固形分２０％）              １０８重量部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルターで濾過して赤色着色材料を得た。
【００２６】
上記分散体                                                  １２８重量部
ジエチレングリコールモノメチルエーテル                        ５０重量部
テトラエチレングリコールジメチルエーテル                      ３０重量部
・緑色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で作製した。
【００２７】
緑色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６          １６重量部
黄色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １５０        ８重量部
アクリルワニス（固形分２０％）                              １０２重量部
ジエチレングリコールモノメチルエーテル                        ５０重量部
テトラエチレングリコールジメチルエーテル                      ３０重量部
・青色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で作製した。
【００２８】
青色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５            ５０重量部
紫色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｖｉｏｌｅｔ  ２３          ２重量部
分散剤：ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」                    ６重量部
アクリルワニス（固形分２０％）                              ２００重量部
ジエチレングリコールモノメチルエーテル                      １００重量部
テトラエチレングリコールジメチルエーテル                      ６０重量部
（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、４２０ｐｌ，３００ｄｐｉ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）各々の隔壁に囲まれたパターン内に充填した。この基板を２３０℃のコンベクションオーブンにて３０分加熱した。このときの赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々の膜厚は約１．０μ
ｍであった。その後同基板の赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々の着色部の上に９６ｐｌ，３００ｄｐｉ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、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のカラーインクを赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々の隔壁に囲まれたパターン内に充填した。この基板をコンベクションオーブンにて２３０℃で４０分加熱した。このときの赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々の膜厚は約１．５μｍであった。このようにして得られたカラーフィルタ基板は、混色やはじきも無く、画素内の平坦性に優れ、濃度バラツキの少ないカラーフィルタ基板であった。
【実施例２】
【００２９】
一度目の加熱処理を１８０℃のホットプレートで行った以外は実施例１と同様にカラーフィルタ基板を作製した。この場合に得られたカラーフィルタ基板も、混色やはじきは無く、画素内の平坦性に優れ、濃度バラツキの少ないカラーフィルタ基板であった。
【実施例３】
【００３０】
＜比較例１＞
一度目の加熱処理を９０℃のホットプレートで行った以外は実施例１と同様にカラーフィルタ基板を作成した。すると、画素内の平坦性が悪く反射ムラが発生した。
【実施例４】
【００３１】
＜比較例２＞
一度目の加熱処理を行わなかった以外は実施例１と同様にカラーフィルタ基板を作成した。すると、混色が発生した。また、画素内の平坦性が悪く反射ムラが発生した。
【実施例５】
【００３２】
＜比較例３＞
一度目、二度目ともに２５８ｐｌの着色インクを赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々の隔壁に囲まれたパターン内に充填した以外は実施例１と同様にカラーフィルタ基板を作成した。このときの一度目の焼成後の赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々は中央が凹み、中央の膜厚は約０．５μｍであった。また、二度目の焼成後の赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々は中央が凹み、中央の膜厚は約１．２μｍであった。すると、画素内の平坦性が悪く反射ムラが発生した。また、白抜けも見られた。
【００３３】
【表１】
2007322469.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上記カラーフィルタを用いて、カラー表示特性に優れた液晶素子をより安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の製造方法の一例の工程説明図
【符号の説明】
【００３６】
１…基板
２…ブラックマトリクス
３…赤色着色インク
４…緑色着色インク
５…青色着色インク
６…赤色着色部
７…青色着色部
８…緑色着色部
９…着色部
Ａ…カラーフィルタ
【図１】
2007322469.tif 000004