(57)【要約】【課題】インクジェット方式で着色インクを付与することによるカラーフィルタの製造方法において、ブラックマトリクスの撥インク性により、着色インクで形成した着色部の平坦性が悪くなり、色ムラが生じやすい問題を解決するカラーフィルタの製造方法を提供する。【解決手段】透明基板上に複数の開口部を有する樹脂製の隔壁層を形成し、該開口部にインクジェット方式により硬化型着色インクを付与し、前記硬化型着色インクを乾燥硬化処理により硬化させ着色部を形成するカラーフィルタの製造方法であって、前記硬化型着色インクが顔料と熱硬化型樹脂と溶媒を含有する熱硬化型着色インクであり、前記乾燥硬化処理が、前記熱硬化型着色インクの架橋反応による粘度上昇速度より大きい速度で粘度を下降させる昇温速度で、前記熱硬化型着色インクの温度を上昇させる加熱処理により乾燥硬化させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に複数の開口部を有する樹脂製の隔壁層を形成し、該開口部にインクジェット方式により硬化型着色インクを付与し、前記硬化型着色インクを乾燥硬化処理により硬化させ着色部を形成するカラーフィルタの製造方法であって、前記硬化型着色インクが顔料と熱硬化型樹脂と溶媒を含有する熱硬化型着色インクであり、前記乾燥硬化処理が、前記熱硬化型着色インクの架橋反応による粘度上昇速度より大きい速度で粘度を下降させる昇温速度で、前記熱硬化型着色インクの温度を上昇させる加熱処理により乾燥硬化させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記乾燥硬化処理による前記熱硬化型着色インクの昇温速度が２０℃／分以上で１００℃／分未満であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記乾燥硬化処理がホットプレートを用いて前記熱硬化型着色インクを加熱し昇温することを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記乾燥硬化処理がキュア炉を用いて前記熱硬化型着色インクを加熱し昇温することを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記乾燥硬化処理が透明基板を置くステージを加熱することで前記熱硬化型着色インクを加熱し昇温することを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記熱硬化型着色インクに含有される熱硬化型樹脂の平均分子量が５００〜３０００であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項７】
前記樹脂製の隔壁層が黒色の感光性樹脂材料からなるブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】
前記ブラックマトリクスを構成する樹脂材料に撥インク成分を混入させることで撥インク性を持たせることを特徴とする請求項７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、液晶表示装置用のカラーフィルタをインクジェット方式を利用して製造するカラーフィルタの製造方法に関するものである。
【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は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色をカラーフィルタ構成色とし、これらの三色とブラックマトリクスの黒との着色部を透明基板（例えばガラス基板）上に設けることで構成されている。そして、このカラーフィルタを形成するに際して、着色部をフォトリソグラフィを用いた染色法や顔料分散法、印刷法によって形成することが提案されている。
【０００３】
しかしながら、これらの製造方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を着色するために同一工程を３回繰り返す必要がある。したがって工程数が多くなり、歩留まりの低下、コスト高等の問題点がある。
【０００４】
一方、カラー液晶ディスプレイの需要は増加傾向にあるが、それに伴い液晶ディスプレイの価格は下落傾向にある。従って、液晶ディスプレイにおいてはコストダウンが必須であるが、特にコストの比重の高いカラーフィルタのコストダウンに対する要求が高まっている。そこで近年では、主としてコストダウンを目的として、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が検討されている。
【０００５】
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、主に仕切り部材（隔壁）を設けて仕切られた開口部に着色インクを付与する方法と、インク受容層を設けて該インク受容層を着色インクにより着色する方法とに大別される。前者の隔壁を設ける方法としては例えば、特許文献１から特許文献３に記載されている方法が挙げられる。
【０００６】
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、予めブラックマトリクスに撥インク成分としてフッ素系撥水・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。
【０００７】
また、特許文献２、特許文献３には、撥インク成分として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、着色部の形成工程における着色インクのにじみ、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。
【０００８】
以下に、文献リストを示す。
【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】
【０００９】
上述した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では、着色部の領域外への着色インクの広がりを押さえることができるものの、該ブラックマトリクスの撥インク機能のために、形成した着色部の平坦性が著しく悪くなり、色ムラが生じやすいという不具合があった。本発明は、上記事情に鑑み、着色部の平坦性を向上させることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題に対して鋭意研究を重ねた結果、透明基板上に複数の開口部を有する樹脂製の隔壁層を形成し、該開口部にインクジェット方式により硬化型着色インクを付与し、前記硬化型着色インクを乾燥硬化処理により硬化させ着色部を形成するカラーフィルタの製造方法であって、前記硬化型着色インクが顔料と熱硬化型樹脂と溶媒を含有する熱硬化型着色インクであり、前記乾燥硬化処理が、前記熱硬化型着色インクの架橋反応による粘度上昇速度より大きい速度で粘度を下降させる昇温速度で、前記熱硬化型着色インクの温度を上昇させる加熱処理により乾燥硬化させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法を見出した。
【００１１】
また、本発明は、上記発明の乾燥硬化処理による前記熱硬化型着色インクの昇温速度が２０℃／分以上で１００℃／分未満であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１２】
また、本発明は、上記発明の乾燥硬化処理がホットプレートを用いて前記熱硬化型着色インクを加熱し昇温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。
【００１３】
また、本発明は、上記発明の乾燥硬化処理がキュア炉を用いて前記熱硬化型着色インクを加熱し昇温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。
【００１４】
また、本発明は、上記発明の乾燥硬化処理が透明基板を置くステージを加熱することで前記熱硬化型着色インクを加熱し昇温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】
また、本発明は、上記発明の熱硬化型着色インクに含有される熱硬化型樹脂の平均分子量が５００〜３０００であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１６】
また、本発明は、上記発明の樹脂製の隔壁層が黒色の感光性樹脂材料からなるブラックマトリクスであることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１７】
また、本発明は、前記ブラックマトリクスを構成する樹脂材料に撥インク成分を混入させることで撥インク性を持たせることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記熱硬化型の着色インク３の乾燥硬化過程において、加熱による粘度降下が架橋反応による粘度上昇より大きい昇温速度で温度を上昇させながら乾燥硬化を行うことによって、昇温速度が遅い時に比べ、動的粘度の下がり幅が大きくなり、従って熱硬化型の着色インク３が硬化する前に平滑化が十分に行われることにより、形成した着色部４の平坦性を著しく向上させるものである。一方、従来のように昇温速度が遅い場合は、動的粘度の下がり幅が小さいまま架橋による熱硬化型の着色インク３の硬化が進行してしまう為形成した着色部４は十分に平滑化されず、着色部４の平坦性が悪いため色ムラを生じる。
【００１９】
上記乾燥硬化処理での加熱による熱硬化型の着色インク３の昇温速度は、その着色インク３に含有される熱硬化型樹脂の種類によって、最適な速度が決定されるものであるが、一般的に昇温速度が２０℃／分以上で１００℃／分未満であれば、上記平坦性向上の効果が十分に期待される。
【００２０】
また、本発明によれば、樹脂材料からなるブラックマトリクス２を隔壁層とすることで
、新たに隔壁層を形成する必要がなく、工程減、コストダウンに有利である。
【００２１】
また、本発明によれば、ブラックマトリクス２の上面が撥インク性を有することで、着色領域外へのインクの流出を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明によるカラーフィルタの製造方法の実施の形態を説明する工程図である。図１（ａ）は透明基板１上にブラックマトリクス２が形成された状態を示したものである。まず、透明基板１上に隔壁としてのブラックマトリクス２を選択的に形成する。これにより、ブラックマトリクス２の開口部に後述の着色インク３を付与する凹部が形成される。
【００２３】
ここで透明基板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、例えば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。
【００２４】
ここで、本発明におけるブラックマトリクス２は着色インク３の流出を防止する隔壁としても利用することから、ある一定以上の高さを有している必要があり、その高さは、１．５μｍ以上が好ましい。また、ブラックマトリクス２は、樹脂（光重合性モノマー、光重合開始剤を含む）、黒色遮光材、分散剤、溶媒等を主成分とする黒色の感光性樹脂組成物を用い、フォトリソグラフィ法によりパターニングして形成することが好ましい。しかしながら形成方法としては、フォトリソグラフィ法に限定されるものではなく、例えば印刷法、転写法等によっても形成することが可能である。
【００２５】
ブラックマトリクス２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。
【００２６】
また、ブラックマトリクス２の溶媒としては、黒色の感光性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挙げられる。
【００２７】
また、隔壁となるブラックマトリクス２には、着色領域外に着色インク３が流出するのを防ぐ為に、撥インク成分を添加して撥インク性を付与することが好ましい。添加する撥インク成分としては、フッ素または／およびケイ素を含む材料が望ましい。具体的な例としては、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、また、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、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。
【００２８】
次いで、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように着色インク３をインクジェット法により開口部に付与する。インクジェット方式を用いた装置としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いインク内に気泡を形成してインクの液滴を射出するタイプ、あるいは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能である。
【００２９】
本発明における着色インク３は、少なくとも顔料、熱硬化型樹脂、溶媒を含む熱硬化型の着色インク３である。顔料としては、有機顔料、無機顔料、またはアセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネストブラック等のカーボンブラックを用いることができ
、顔料は２種以上を混合して用いても良い。
【００３０】
有機顔料としては、ジケトピロロピロール系顔料、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、銅フタロシアニン、ハロゲン化銅フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン系顔料、アミノアントラキノン、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、チオインジゴ系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、スレン系顔料、金属錯体系顔料等が挙げられる。
【００３１】
無機顔料としては、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、鉛白、炭酸カルシウム、沈降性硫酸バリウム、ホワイトカーボン、アルミナホワイト、カオリンクレー、タルク、ベントナイト、黒色酸化鉄、カドミウムレッド、べんがら、モリブデンレッド、モリブデートオレンジ、クロムバーミリオン、黄鉛、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、チタンコバルトグリーン、コバルトグリーン、コバルトクロムグリーン、ビクトリアグリーン、群青、紺青、コバルトブルー、セルリアンブルー、コバルトシリカブルー、コバルト亜鉛シリカブルー、マンガンバイオレット、コバルトバイオレット等が挙げられる。
【００３２】
また、熱硬化型樹脂としては、公知の樹脂と架橋剤の組み合わせが使用でき、具体的には、メラミン樹脂、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーとメラミン、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーと多官能エポキシ化合物、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーと繊維素反応型化合物、エポキシ樹脂とレゾール型樹脂、エポキシ樹脂とアミン類、エポキシ樹脂とカルボン酸または酸無水物、エポキシ化合物などが挙げられるが、これに限定されるものではない。それらの熱硬化型樹脂の望ましい平均分子量は５００〜３０００である。平均分子量が３０００以下が望ましい理由は、それより高分子量になると、着色インク３の粘度が高くなり加熱昇温度による粘度降下によっても十分な流動性が得られないため、着色部の平坦性を悪くするからである。
【００３３】
着色インク３に使用する溶媒としてはインクジェット印刷における適性を考慮し、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媒なら用いることができる。また、必要に応じて２種類以上の溶媒を混合して用いても構わない。
【００３４】
また、樹脂への色素の分散を向上させる為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挙げられる。分散剤は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良い。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。
【００３５】
次いで図１（ｄ）に示すように、開口部に付与した熱硬化型の着色インク３を加熱し昇温する乾燥硬化処理にて硬化させ着色部３を形成する。加熱手段としては、ホットプレート、キュア炉、ステージの表面温度をあげる等が挙げられる。熱硬化型の着色インク３の好ましい加熱昇温手段としては、インクジェット装置上において透明基板１をのせるステージの温度上昇を着色工程と同時に行うことがタクト的には好ましい。それ以外の乾燥硬化手段として、着色工程途中の透明基板１をインクジェット装置から取り出し、キュア炉やホットプレートにて乾燥硬化処理を行うことも可能である。
【００３６】
また、図１（ｅ）に示すように、必要に応じて、カラーフィルタ表面を溶剤等から保護する為とブラックマトリクス２と着色部４の領域の表面の平坦化の為に保護層５を形成しても良い。保護層５としては、熱硬化型、光硬化型、光・熱併用型等の樹脂膜、蒸着、スパッタ等によって形成された無機膜等を用いることができ、カラーフィルタとしての透明性を有し、その後のＩＴＯ形成プロセス、配向膜形成プロセス等に耐えるものであれば使用可能である。
【実施例１】
【００３７】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
（ブラックマトリクスの形成）
無アルカリガラス（コーニング社製「＃１７３７」）上に黒色遮光材としてカーボンブラックを含有したレジスト材（新日鉄化学社製ブラックマトリクス用ネガ型レジストインキ「Ｖ−２５９  ＢＫ７３９Ｐ」）に感光性樹脂組成物として感光性シリコン化合物（ジメチルポリシラン）を１０％添加したものを膜厚２．０mｍとなるようにスピンコートし、プリベークを行った。その後、露光、現像、ポストベーク処理を行ってブラックマトリクスを形成した。
【００３８】
以下に、カラーフルターの製造方法を説明する。
（カラーフィルタの作製）
インクジェット印刷装置により、上記ブラックマトリクスの開口部に熱硬化型の着色インク３を適量付与し、熱硬化型の着色インク３の乾燥硬化処理において、その加熱速度を変えて、硬化して得られる着色部５の平坦性を調べた。その結果、上記乾燥硬化処理で熱硬化型の着色インク３を加熱しその温度を上昇させる昇温速度は、その着色インク３に含有される熱硬化型樹脂の種類によって、最適な速度が決定されるものであるが、一般的に透明基板１の温度を、室温２５℃からの昇温速度が２０℃／分以上で１００℃／分未満で、着色インク３に含有される熱硬化樹脂の硬化温度に達するまで透明基板１の温度を昇温し、その温度で３０分間維持し着色インク３を硬化させることで、着色部５の平坦性が改善される効果が得られる知見を得た。昇温速度を２０℃／分以上とする理由は、加熱昇温による着色インク３の粘度降下速度を架橋反応による粘度上昇速度より速くするためである。また、昇温速度を１００℃／分未満とする理由は、急速な温度上昇により着色インク３の溶剤が突沸する問題を発生させないためである。その熱硬化型の着色インク３を、昇温速度を２０℃／分で加熱することで乾燥硬化させ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色部５を形成した。
【００３９】
上記のようにして作製したカラーフィルタを光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、隣接着色部４間での混色は観察されなかった。また、着色部４の断面形状を測定したところ、従来よりも着色部４の中央部と周辺部での膜厚差が小さく、最大膜厚差は０．１μｍ以下であり平坦性が良く、色差も１以下の色ムラの少ない良い品質のカラーフィルタを作製することができた。この効果を生じる理由は、加熱による着色インク３の粘度降下速度が架橋反応による粘度上昇速度より速いため、着色インク３の硬化とともに、その表面を平滑化する機構が働くためと考える。
【実施例２】
【００４０】
実施例２では、実施例１と同様にして、透明基板１のブラックマトリクス２の開口部に着色インク３を適量付与した。実施例２では、特に、透明基板１をキュア炉にて加熱し、透明基板１の温度を室温２５℃から昇温速度３０℃／分で温度を上昇させ約５分間で１８０℃に達させ、次にその温度を３０分間維持し着色インク３を乾燥硬化させ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色部４を形成した。
【００４１】
上記のようにして作製されたカラーフィルタを光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、隣接着色部４間での混色は観察されなかった。また、着色部４の断面形状を測定したところ、従来よりも着色部４の中央部と周辺部での膜厚差が小さく、最大膜厚差は０．１μｍ以下であり、色差も１以下の色ムラの少ないカラーフィルタを作製することができた。
【実施例３】
【００４２】
実施例３では、実施例１と同様にして、透明基板１のブラックマトリクス２の開口部に着色インク３を適量付与した。実施例３では、特に、透明基板１をキュア炉にて加熱し、透明基板１の温度を室温２５℃から昇温速度９０℃／分で温度を上昇させ約２分間で１８０℃に達させ、次にその温度を３０分間維持し着色インク３を乾燥硬化させ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色部４を形成した。
【００４３】
上記のようにして作製されたカラーフィルタを観察したところ、隣接着色部４間での混色は観察されなかった。また、着色部４の中央部と周辺部での膜厚差が小さく、色ムラの少ないカラーフィルタを作製することができた。
【００４４】
以下に、比較例１を説明する。
（比較例１）
実施例１と同様にして、ブラックマトリクスの開口部に着色インク３を適量付与した。透明基板１をホットプレートにて加熱し、透明基板１の温度を室温２５℃から昇温速度４℃／分で約４０分で１８０℃に達させ、その後にその温度を３０分間維持し着色インク３を乾燥硬化させ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色部４を形成した。
【００４５】
上記のようにして作製されたカラーフィルタを光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、隣接着色部４間での混色は観察されなかったが、着色部４の断面形状を測定したところ、着色部４の中央部と周辺部での膜厚差が０．５μｍ以上あり、色差も５以上であり、色ムラの大きいカラーフィルタであった。
【００４６】
以下に、比較例２を説明する。
（比較例２）
実施例１と同様にして、ブラックマトリクスの開口部に着色インク３を適量付与した。透明基板１をホットプレートにて加熱し、透明基板１の温度を室温２５℃から昇温速度１００℃／分で約１分３０秒で１８０℃まで温度を上昇させ、その後にその温度を３０分間維持し着色インク３を乾燥硬化させ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々のパターン状の着色部４を形成した。
【００４７】
上記のようにして作製されたカラーフィルタを観察したところ、着色インク３の溶剤が突沸し、着色インク３が隣の着色部４にまで流れ出してしまい、隣接着色部４間で混色してしまった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるカラーフィルタの製造方法の一実施例を説明する工程図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…透明基板
２…ブラックマトリクス
３…着色インク
４…着色部
５…保護層
【図１】
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