カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタ
【課題】インクジェット方式を用いてカラーフィルタを製造するに際し、画素形状、及びカラーフィルタ表面の平坦なカラーフィルタの製造方法およびカラーフィルタを提供する。
【解決手段】少なくとも、透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層を形成する工程と、前記遮光層の開口部に、着色インクをインクジェット法により所定の配列となるように吐出した後、溶剤を蒸発させて着色層を形成する乾燥工程と、前記着色層を熱硬化させて形成される加熱工程とからなるカラーフィルタの製造方法において、前記乾燥工程で得られる前記着色層内の膜厚分布を、前記遮光層の膜厚に対して８０〜１１０％の範囲内とし、さらに前記加熱工程における加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を１．０％以下とする。
【解決手段】少なくとも、透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層を形成する工程と、前記遮光層の開口部に、着色インクをインクジェット法により所定の配列となるように吐出した後、溶剤を蒸発させて着色層を形成する乾燥工程と、前記着色層を熱硬化させて形成される加熱工程とからなるカラーフィルタの製造方法において、前記乾燥工程で得られる前記着色層内の膜厚分布を、前記遮光層の膜厚に対して８０〜１１０％の範囲内とし、さらに前記加熱工程における加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を１．０％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー液晶ディスプレーなどに使用されるカラーフィルタに関するものであり、特に、インクジェット法を用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ、薄型カラーテレビの発展に伴い、カラー液晶ディスプレー（以下ＬＣＤと記す）の需要が増加しており、特に、薄型カラーテレビの大型化が著しい。しかしながら、需要の増加に合わせて低価格化の進行も著しく、部材の中でもコスト的に比重の高いカラーフィルタに対するコストダウンの要求が高い。
【０００３】
このようなカラーフィルタにおいては、透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層(ブラックマトリクス、以下ＢＭと略称する）が設けられ、このＢＭの開口部に通常赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の着色層からなる画素を備えている。ＬＣＤは、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画素に対応する電極をＯＮ、ＯＦＦさせることで液晶がシャッターとして作動し、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画素を光が通過してカラー表示が行われる。
【０００４】
従来用いられているカラーフィルタの着色層の製造方法としては、例えば、染色法が挙げられる。この染色法は、まずガラス基板上に、染色される透明な水溶性の高分子材料をフォトリソグラフィー工程により所望の形状にパターニングした後、得られたパターンを染料水溶液に浸漬して透明なパターンを染色する。これを３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの着色層からなる画素を形成する。
【０００５】
また、他の方法としては顔料分散法が挙げられる。この方法は、まず基板上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをパターニングすることにより着色層のパターンを得る。この工程を３回繰り返すことにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層からなる画素を形成する。
【０００６】
さらに、他の方法としては、熱硬化樹脂に顔料を分散させたＲ、Ｇ、Ｂの印刷インクを用いて３回印刷を行って着色層のパターンを得た後、樹脂を加熱硬化させる方法等を挙げることができる。しかしながら、いずれの方法も、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を着色するために、同一の工程を３回繰り返す必要があり、コスト高になるという問題や、同様の工程を繰り返すため歩留まりが低下するという問題がある。
【０００７】
これらの問題点を解決するカラーフィルタの製造方法として、近年、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、前記した染色法および顔料分散法と比べて工程数が少なく低コスト化が可能であるとして検討されている。一方でインクジェット法には、各着色部の画素のにじみ、混色が避けられず、カラーフィルタとしての品質は劣るものになる欠点があった。
【０００８】
インクジェット方式を用いた低コストで、なおかつ高品質なカラーフィルタの製造方法として、例えば、特許文献１には、仕切りパターン（ＢＭ）の臨界表面張力と、間隙の被印刷面（画素部）の臨界表面張力との間の表面張力を有する着色インキを用いることで、均一な光透過性が得られ、インクジェット方式によって着色インクを吐出する際、ガラス基板上の所望する着色部外への着色インクの広がりを防止する技術が開示されている。また、特許文献２、特許文献３には、着色工程における画素のにじみ、混色を防止するための仕切り壁として、含フッ素化合物及び／または含ケイ素化合物を含有するＢＭを用いることが記載されている。
【０００９】
また、特許文献４には、遮光パターン（ＢＭ）上部の撥インク性と、遮光パターン間（すなわち画素部）の撥インク性を水の接触角で、それぞれ、９０−１２０°、３０°以下とすることにより、遮光パターン間（画素部）での着色インクの広がりを良好にし、遮光パターン上部には、着色インクが付着しにくくすることで、画素周辺での色抜けのないカラーフィルタが開示されている。ここでは、遮光パターン間を親インク処理剤により表面処理し、撥インク性をコントロールしている。
【００１０】
更に近年、ハイビジョン対応の大型液晶テレビ等の拡大に伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）などへの高精細の要求が高まっている。しかし、インクジェット方式特有の「平坦化不良」による、着色部内で色むらが生じる不具合や、パネル化した際の基板間に挟まれた液晶分子の配向不良などの不具合が発生しやすい問題がある。
【００１１】
そこで、特許文献５には、表面張力が特定範囲の着色インクを、隔壁で囲まれた領域の容積の３−１０倍の体積付与する技術が開示され、また、特許文献６には、インクジェット方式での、着色インクの物性や付与量、透明基板表面の着色インクの濡れ性を制御して、着色部の膜厚差が０．５μｍ以下、着色部の最薄部とＢＭの厚さとの差を０．５μｍ以下とする技術が開示され、特許文献７には、乾燥、硬化工程における着色インクの収縮時に、着色インクが隔壁に良好に付着することで、画素周縁部の膜厚が隔壁の８０％以上で、画素の平均膜厚が隔壁の８０％未満で、画素の平均膜厚に対する最大・最小膜厚の差が２０％以下とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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７−３５１７号公報
【特許文献４】特開平９−２０３８０３号公報
【特許文献５】特開平１１−２０２１２４号公報
【特許文献６】特開平２０００−８９０２３号公報
【特許文献７】特開平２００２−１４８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記した特許文献１〜７に開示された方法を用いても、インクジェット方式では、着色インクを高濃度にするとノズルが詰まるため、通常、低濃度にしてＢＭの開口部に吐出している。溶媒分の多い着色層は、吐出直後の膜厚がＢＭの膜厚以上になることから、そのまま急激に加熱すると、乾燥が進行してゆく際に同時に着色インクの硬化も進行するため、吐出直後にみられる山形状が維持されてしまう。さらに溶媒が蒸発した後には着色インクの粘度が大幅に上昇しているため、着色インクの流動は起こりえない。したがって、それ以降の加熱工程において形状が変化することはなく、乾燥工程において形成された形状が着色層の形状となり、平坦化の制御が困難な問題があった。
【００１４】
さらに、乾燥工程後に加熱工程を経ると、着色インク内の架橋成分（バインダー成分）が硬化収縮するが、遮光層（ＢＭ）についてはあらかじめ加熱工程を経ている関係上、遮光層と着色層との境界において、膜厚差が大きくなる（カラーフィルタ表面の平坦性悪化）といった問題が生じる。
【００１５】
本発明は、上記した従来技術の問題点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によるカラーフィルタの製造に際し、遮光層（ＢＭ）と着色層からなるカラーフィルタ表面の平坦性と、着色層内の平坦性を改善したカラーフィルタの製造方法を提供することを課題としている。あわせて、着色部内で色むらが生じる不具合や、パネル化した際の基板間に挟まれた液晶分子の配向不良などの不具合が発生しないカラーフィルタ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】
【００１６】
本発明は、透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層を形成する工程と、該遮光層の開口部に、インクジェット法により着色インクを所定の配列となるように吐出する工程と、該着色インクの溶剤を蒸発させて着色層を形成する乾燥工程と、該着色層を熱硬化させる加熱工程とを少なくとも具備するカラーフィルタの製造方法において、
前記乾燥工程で得られる着色層内の膜厚分布を、前記遮光層の膜厚に対して８０〜１１０％の範囲内とし、前記加熱工程での加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を１．０％以下と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。
【００１７】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記着色インクは、顔料及びバインダー樹脂を含有し、該バインダー樹脂の質量平均分子量が、５００〜１００００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。
【００１８】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記バインダー樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂から選ばれる１つ以上の熱硬化性樹脂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。
【００１９】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記着色インクは、顔料対バインダー樹脂の固形分比率が、質量比で１:４〜３:２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。
【００２０】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記着色インクの粘度が、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にあることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法である。
【００２１】
また、本発明は、透明基板上に、少なくとも所定のパターンよりなる遮光層と、インクジェット法により該遮光層の開口部に各色の着色層を所定の配列となるよう形成したカラーフィルタであって、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、予め形成された遮光層（ＢＭ）の開口部にインクジェット方式により着色インクを吐出した後、溶剤を蒸発させる乾燥工程（プレベーク）での乾燥後に得られる膜厚分布を、遮光層（ＢＭ）の膜厚に対して８０〜１１０％となるように着色層の膜厚を減少させている。このような割合で膜厚を減少させた場合、加熱工程（ポストベーク）後においても均一な膜厚の着色層が得られ、色むらが発生することはない。さらに、加熱工程時に加熱炉内の酸素濃度を１．０％以下とすることで、着色層の収縮が殆どなく、遮光層
（ＢＭ）と着色部における膜厚差も抑制でき、カラーフィルタとして平坦性に優れたものとなる。すなわち、色むらのない平坦性にすぐれたカラーフィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラーフィルタの製造方法を、側断面で工程順に示した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る着色層を断面で説明する拡大概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明のカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタを一実施形態に基づいて、図面を参照して以下に説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルタの製造方法を、側断面で工程順に示した概略図である。まず、図１（ａ）に示すように、透明基板１上に遮光層（ＢＭ）４’を形成するために光硬化性の遮光層用塗膜２を設ける。
【００２５】
透明基板１は、カラーフィルタとしての透明性や、機械的強度の特性が満足するものであれば、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフィン、及びポリアクリレート等のプラスチックシート及びプラスチックフィルムなどでも良いが、一般的にはガラス基板を用いる。
【００２６】
遮光層用塗膜２は、光硬化性の感光性着色組成物を用いて透明基板１上に設けられる。感光性着色組成物は、黒色顔料、バインダー樹脂、光開始剤、撥水剤等を溶媒に分散して構成されたものである。
この感光性着色組成物は、例えば、バーコーター、ロールコーター、スピンコーター、ダイコーター、グラビアコーター等の塗布方法を用いて透明基板１上に塗布することが出来る。
【００２７】
感光性着色組成物に含まれる黒色顔料としては、有機黒色顔料、無機黒色顔料の一般的な顔料を用いることが出来る。例えば、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、鉄黒などを単体あるいは混合して用いるものである。
【００２８】
ここで、感光性着色組成物に含まれる撥水剤とは、遮光層（ＢＭ）４’の開口部に感光性着色組成物を充填する時に、感光性着色組成物をはじき、隣接する画素への侵入を防止する役割を有するものである。撥水剤の材料は特には限定されないが、フッ素化合物や、ケイ素化合物が撥水性に優れるために好ましい。
【００２９】
また、撥水剤は過剰に含有させると、遮光層（ＢＭ）４’形成の最終工程であるポストベーク（本硬化、加熱工程）の際に蒸発し、ＢＭ４’の開口部に露出した透明基板表面に薄く付着するので、着色インクを付与する際に透明基板表面と着色インクとの濡れ性が悪くなり、開口部内に着色インクが均一に拡がらず、白抜けや色ムラが発生する。
【００３０】
撥水剤の具体的な例を挙げると、主鎖または側鎖に有機シリコーンやアルキルフルオロ基を有するもので、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。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、所定のパターンが設けられたフォトマスク３を介して光照射を行い、遮光層用塗膜２をパターン状に硬化させ、現像等の処理を行うことにより、図１（ｃ）に示すように、光遮蔽パターン４を透明基板上に得ることができる。なお、図１（ｃ）では、光遮蔽パターン４の厚さはＴ１である。
遮光層用塗膜２への露光手段としては、例えば、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ等のラジカル重合性化合物が反応する波長の光を放出するものを使用することができる。
【００３２】
光遮蔽パターン４の形成後、一般的な洗浄工程（水洗浄、エアー洗浄等）を行った後、任意に加熱（ポストベーク）を行う。これにより、光遮蔽パターン４を十分に熱硬化させ遮光層（ＢＭ）４’とする。また、この加熱によりＢＭ表面から撥インク剤を溶出させ、ＢＭ（隔壁）の撥インク性をより高くすることが出来る。加熱温度は、例えば１２０℃〜２５０℃であり、加熱時間は、３分〜６０分程度である。
【００３３】
その後、図１（ｄ）に示すように、インクジェット法により、複数色の着色インクを遮光層（ＢＭ）４’の開口部に所定の配列となるように吐出し、例えば、赤色着色層５Ｒ、緑色着色層５Ｇ、及び青色着色層５Ｂを形成する。この場合、開口部への着色インクの吐出量は最適化する必要がある。
【００３４】
インクジェットに用いる装置としては、着色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るが、ピエゾ変換方式の装置を用いることが望ましい。また。インクジェット装置の着色インクの粒子化周波数は５〜１００ｋＨｚ程度が望ましい。また、インクジェット装置のノズル径は、５〜８０μｍ程度が望ましい。また、インクジェット装置はヘッドを複数個配置し、１ヘッドにノズルを６０〜５００個程度組み込んだものを用いるのが好ましい。
【００３５】
着色インクに使用する溶剤としては、インクジェット印刷における適性を考慮し、表面張力が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傾向となる。
【００３６】
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であれば好ましく用いることができ、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。
【００３７】
着色インクの顔料としては、耐候性に優れるものを用いることが好ましい。具体的にはＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２０８、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２５４、ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ７、３６、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＯｒａｎｇｅ３６、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３等を使用することができる。さらに所望の色相を得るために２種以上の材料を混合して用いることができる。
【００３８】
着色インクのバインダー樹脂としては、カラーフィルタ製造装置および製造工程の簡略化から、熱硬化性樹脂であることが好ましい。特にカラーフィルタに要求される耐溶剤性
、耐アルカリ性、耐酸性、耐熱性などの物性を満足させるため、熱黄変性の少ない熱硬化性樹脂である、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂からなる群から選ばれる１つ以上のものが使用される。
【００３９】
また、バインダー樹脂の質量平均分子量は、５００〜１００００の範囲内であることが好ましく、さらに５００〜８０００の範囲内であることがより好ましい。バインダー樹脂の質量平均分子量が１００００を超えると、着色層（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）の乾燥工程時に着色インキの流動性が不足し、パターン平坦性が劣ってしまう。また、バインダー樹脂の質量平均分子量が５００未満では、カラーフィルタに要求される耐溶剤性、耐熱性などの物性を満足させることができない。
【００４０】
また、顔料対バインダー樹脂の固形分比率が、質量比で１:４〜３:２であることが好ましい。顔料対バインダー樹脂の固形分比率が１:４未満では顔料濃度が低く、必要な濃度を得るための着色層の厚みが厚く成り、作業性が悪くなり、３:２を超えて顔料を多くすると、着色層（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）の乾燥工程時に着色インキの流動性が不足し、パターン平坦性が劣ってしまう。
【００４１】
着色インクの分散剤は、溶剤への顔料の分散性を向上させるために用いることができる。分散剤として、イオン性、非イオン性界面活性剤などを用いることができる。具体的には、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、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等があり、その他に有機顔料誘導体、ポリエステルなどが上げられる。分散剤は１種類を単独で使用しても良く、また、必要に応じて２種以上を混合して用いることも可能である。
【００４２】
着色インクの粘度としては、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にあることが好ましく、さらにいえば、５〜１５ｍＰａ・ｓの範囲にあるとさらに好ましい。着色インクの粘度が２０ｍＰａ・ｓを超えると、インクジェット吐出時に着色インクが所定の位置に着弾しない不良や、ノズル詰りといった不良を招く傾向がある。一方、着色インクの粘度が１ｍＰａ・ｓ未満である場合、着色インクを吐出する際に、着色インクが飛散するような状況を招く傾向がある。
【００４３】
次に、図１（ｅ）に示すように、赤色着色層５Ｒ、緑色着色層５Ｇ、及び青色着色層５Ｂを形成した後、プレベーク（乾燥工程）として５０〜１５０℃で１〜５分間加熱する。その結果、各着色層中の溶媒の蒸発により、着色層５Ｒ、５Ｇ，５Ｂの体積は減少し、図２に示すような膜厚分布（最小膜厚（Ｔ２）、最大膜厚（Ｔ３））を有する塗膜となる。このように着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの形成後、プレベーク（乾燥工程）により所定の膜厚まで減少させるのは、次のような理由による。
【００４４】
即ち、前述したように、インクジェット方式では、着色インクを高濃度にするとノズルが詰まるため、通常、低濃度にしてＢＭの開口部に吐出しているが、溶媒分の多い着色インクは、吐出直後の膜厚がＢＭの膜厚以上になることから、そのまま急激に加熱すると、乾燥が進行してゆく際に同時に着色インクの硬化も進行するため、吐出直後にみられる凸形状が維持されてしまう。さらに溶媒が蒸発した後には着色インクの粘度が大幅に上昇しているため、着色インクの流動は起こりえない。したがって、それ以降の加熱工程において形状が変化することはなく、乾燥工程において形成された形状が着色層の形状となる。
【００４５】
これに対し、本発明の製造方法では、インクジェット方式により膜厚Ｔ１のＢＭの開口部に着色インクを吐出した後、プレベークによる乾燥工程後に得られる膜厚分布を、膜厚Ｔ１に対して８０〜１１０％となるように着色層の膜厚を減少させている。このような割合で膜厚を減少させた場合、加熱処理（ポストベーク）後においても均一な膜厚の着色層
が得られ、色ムラが発生することはない。
【００４６】
膜厚分布が８０％未満となる場合では、遮光層（ＢＭ）と着色部との膜厚差が大きく、カラーフィルタ表面の凹凸形状により液晶パネル作製工程での工程不良の要因となるため好ましくない。また、１１０％を超えるような膜厚を有する場合、加熱硬化後において画素形状が凸形状になることで膜厚に不均一が生じ、色むらが発生してしまう。
【００４７】
次に、プレベークの後、ＢＭ４’及び着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが設けられた透明基板１を加熱炉に導入し、１５０℃〜２５０℃でポストベーク（熱硬化）する。その際、加熱炉内の雰囲気中の酸素濃度を１．０％以下まで減少させる。その結果、着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは硬化するとともに、その膜厚は図１（ｆ）に示すようにＢＭ４’内に均一な膜が形成される。
【００４８】
このように着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの形成後、加熱工程での加熱炉内の雰囲気中の酸素濃度を１．０％以下にするには、次のような理由による。
【００４９】
着色層内に含まれるバインダー成分は熱硬化性樹脂よりなるため、加熱工程を経ると硬化反応により、硬化収縮を起こす。一般的に加熱温度により、その硬化反応速度や割合は変化するが、カラーフィルタに要求される耐溶剤性、耐アルカリ性、耐酸性、耐熱性などの物性を満足させるためには、一般的には高温での処理が必要となる。その場合、着色層の硬化収縮量は無視できない程変化するため、予め加熱処理が実施されている遮光層（ＢＭ）と着色層との間に膜厚差が生じてしまう。
【００５０】
そこで、加熱工程時の雰囲気中の酸素濃度を低下していくと、硬化反応の際に、硬化収縮が生じる要因である酸化反応により分解される成分が抑制され、かつ、酸素阻害下においては硬化反応が促進され、低温時においても硬化反応が達成されることなどから、加熱工程時の着色層の硬化収縮がほとんど無視できる。
また、加熱炉内の酸素濃度を調整する方法としては、窒素パージによる酸素濃度調整の他に、加熱炉内を減圧することで酸素濃度を調整する方法が挙げられる。
【００５１】
その後、図１（ｇ）に示すように、表面に保護層６を形成して、カラーフィルタが完成する。ここで、保護層６はカラーフィルタ表面の平滑性、耐候性を向上させるために設けるものである。保護層６は、カルボキシル基を有する化合物とエポキシ基を有する化合物を溶媒等に溶解したものをスピンコート法やダイコート法等の適切な塗工方法を用いてコーティングした後、加熱により架橋させて形成することができる。カルボキシル基を有する化合物としては、加熱により、エポキシ基と架橋反応を行うことができるカルボキシル基を有する化合物であればよい。ところで、カルボキシル基とエポキシ基は反応性が高いので、製造工程で問題が生じることがある。このため、前記カルボキシル基がアルキルビニルエーテルによりブロックされた化合物を用いることが望ましい。
【００５２】
カルボキシル基を有する化合物の具体例としては、１−イソプロポキシエチル（メタ）アクリレート、１−エトキシエチル（メタ）アクリレート、１−ｔ−ブトキシエチル（メタ）アクリレート、１−（１−メチルヘキシロキシ）エチル（メタ）アクリレート、１−（１，１−ジメチルプロポキシ）エチル（メタ）アクリレート、１−イソプロプキシエチル（メタ）アクリルアミド、１−エトキシエチル（メタ）アクリルアミド、１−ｔ−ブトキシエチル（メタ）アクリルアミド、１−（１−メチルヘキシロキシ）エチル（メタ）アクリルアミド、１−（１，１−ジメチルプロポキシ）エチル（メタ）アクリルアミド、１，２，４−ベンゼントリカルボン酸−２，４−ビス（プロポキシエチル）−１−（（メタ）アクリロキシエチル）エステル等の単量体もしくは共重合体が一例として挙げられる。
【００５３】
エポキシ基を有する化合物としては、グリシジル（メタ）アクリレート、グリシジルイタコネート、グリシジルフマレート、３，４−エポキシシクロヘキシル（メタ）アクリレート等の単量体、あるいは共重合体などが一例として挙げられる。特にエポキシ基を有する化合物にアクリル樹脂を用いると、透明性、耐候性に優れた保護層を得ることができる。
【実施例】
【００５４】
以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
［ＢＭ用感光性着色組成物の調製］
ポリイミド前駆体（東レ（株）製：「セミコファインＳＰ−５１０」）１０質量部、カーボンブラック７．５質量部、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）１３０質量部、分散剤（ゼネカ社製「ソルスパーズ２００００」）５質量部、開始剤５質量部及び撥インク剤（ポリアルキルシロキサン）０．５質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ックス用の感光性着色組成物を調製した。
【００５５】
［ＢＭの形成］
調製されたＢＭ用感光性着色組成物を、無アルカリガラス（品番１７３７：コーニング（株）製）上にスピンコート法により塗布した後、オーブンで９０℃×２０分プリベークを行った。次いで、所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光し、現像処理を行った後に、オーブンで２３０℃×１時間のポストベークを行い、ブラックマトリックス（ＢＭ）を形成した。形成されたＢＭは、開口幅１７０μｍ×５２０μｍとなるセル状パターンであった。ここで、光遮蔽パターンの厚み（Ｔ１）即ちＢＭ厚みは、２．０μｍとした。
【００５６】
［顔料分散液の作製］
次いで、顔料分散液を作製した。カラーフィルタの製造に用いる着色インクに含まれる着色する顔料には次のものを用いた。赤色（Ｒ）顔料として、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４（「イルガフォーレッドＢ−ＣＦ」：チバ・スペシャルティケミカルズ（株）製）、緑色（Ｇ）顔料として（「リオノールグリーン６ＹＫ」：東洋インキ製造（株）製）、青色（Ｂ）顔料として、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５；６（「ヘリオゲンブルー」：ＢＡＳＦ（株）製）を用い、表１に示す処方で、ビーズミル分散により十分混連錬し、赤色顔料分散液、緑色着色材料及び青色顔料分散液を作製した。表１に、各色の顔料分散液の組成を示す。
【表１】
【００５７】
［着色インクの調製］
このようにして得た顔料分散液に、表２に示す処方で、熱硬化性樹脂及び有機溶剤を加えて良く攪拌し、７種のカラーフィルタ用の着色インク（インクＡ〜Ｇ）を調製した。表２に、インクＡ〜Ｇの材料組成を示す。
【表２】
【００５８】
このようにして調製された７種のカラーフィルタ用の着色インク（インクＡ〜Ｇ）を用いて、先に形成されたブラックマトリックス上頂部の、各着色インク（表面張力３０ｍＮ／ｍ）に対する接触角を測定したところ、４０°であり、前記ブラックマトリックス上頂部が各着色インクに対して、撥インク性が有ることを確認した。
【００５９】
［カラーフィルタの作製］
次いで、カラーフィルタを作製した。ガラス基板上に形成されたブラックマトリクス（ＢＭ）の開口部に、１２ｐｌ、１８０ｄｐｉ（２．５４ｃｍ当たり１８０ドット）ヘッド（
セイコーインスツルメンツ（株）製）を搭載したインクジェット印刷装置を用いて、前記赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各色の着色インクのインクＡを、厚さ２．０μｍ厚みのＢＭ隔壁に囲まれたパターン内に７２０ｐｌ（７．２×１０−１３ｍ３）充填した。その後、ホットプレートにて１００℃×５分乾燥させて、プリベーク後の着色層を形成した。さらに、窒素オーブンを用いて、酸素濃度０．５％雰囲気下において、２３０℃×６０分間ポストベークを行い、パターン状着色層を形成し、実施例１のカラーフィルタを得た。
【００６０】
＜実施例２〜４、比較例１〜２４＞
実施例１と同様にして、表３に示した着色インク、ＢＭ膜厚（Ｔ１）、ポストベーク時の雰囲気中の酸素濃度の組み合わせで、実施例２〜４、および比較例１〜２４のカラーフィルタを得た。
これらのカラーフィルタ試料について、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各色の着色層の形状を観察し、プリベーク後の膜厚、ポストベーク後の膜厚、遮光層と着色層との段差(最大となる段差)即ちＢＭとの段差、および画素形状を評価した。それらの結果を表３に示す。
【表３】
【００６１】
なお、画素形状の評価では、以下の通りとした。
・平坦：画素内の形状が平坦でかつ、画素中の最小膜厚部と最大膜厚部の色差ΔＥａｂ（自乗平均Ｌ＊ａ＊ｂ＊色差）が３以下。
・凸形状：画素内の形状が凸形状でかつ、画素中の最小膜厚部と最大膜厚部の色差ΔＥａｂが５以上。
・凹形状：画素内の形状が凹形状でかつ画素中の最小膜厚部と最大膜厚部の色差ΔＥａｂが５以上。
【００６２】
＜比較結果＞
表３に示した結果から、以下のことが明らかである。即ち、比較例１〜４，６〜９、１４〜１５、２１〜２３のように着色層の膜厚分布が８０％未満となる場合、画素形状が凸形状を有する。または画素形状が平坦であっても遮光層（ＢＭ）と着色層との段差が２０％以上となり、画素内及びカラーフィルタ表面の平坦性に対して、好ましくない。
【００６３】
また、比較例５、１０〜１３、１６〜２０、２４のように着色層の膜厚分布が１１０％以上である場合、画素形状が凸形状を有し、かつ遮光層（ＢＭ）と着色層との段差が２０％以上となり、画素内およびカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６４】
これに対し、実施例１〜４の着色層の膜厚分布が８０％〜１１０％範囲内にあり、かつ、ポストベーク時の酸素濃度が１．０％以下の場合には、いずれも着色層は良好な形状を示しており、かつ遮光層（ＢＭ）と着色層との段差も少なく、良好であった。
【００６５】
また、上記表３に示すように、添加した分子量が大きいインクＤ、Ｆについては、遮光層（ＢＭ）の高さを上げた場合以外はいずれも凸形状となり、画素内、及びカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６６】
また、顔料対樹脂比が３：２以上となるインクＢ、Ｅ、Ｆについても同じく、遮光層（ＢＭ）の高さを上げた場合以外はいずれも凸形状となり、画素内、及びカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６７】
また、熱硬化性樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂以外のものを使用したインクＧについては、熱架橋機構が縮合反応であるため
、ポストベーク時の酸素濃度の影響によらず、画素形状が凸形状を有し、かつ遮光層と着色層との段差が２０％以上となり、画素内およびカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６８】
これに対して、添加した樹脂の分子量が５００〜１００００以内であり、かつ顔料対樹脂比が１：４〜３：２にあり、熱硬化性樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂を使用したインクＡ、Ｃについては画素形状が平坦性を有し、かつ遮光層（ＢＭ）と着色層との段差も少なく、良好であった。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・透明基板
２・・・遮光層用塗膜
３・・・フォトマスク
４・・・光遮蔽パターン
４’・・・遮光層（ＢＭ）
５Ｒ・・・赤色着色層
５Ｇ・・・緑色着色層
５Ｂ・・・青色着色層
６・・・保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー液晶ディスプレーなどに使用されるカラーフィルタに関するものであり、特に、インクジェット法を用いたカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ、薄型カラーテレビの発展に伴い、カラー液晶ディスプレー（以下ＬＣＤと記す）の需要が増加しており、特に、薄型カラーテレビの大型化が著しい。しかしながら、需要の増加に合わせて低価格化の進行も著しく、部材の中でもコスト的に比重の高いカラーフィルタに対するコストダウンの要求が高い。
【０００３】
このようなカラーフィルタにおいては、透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層(ブラックマトリクス、以下ＢＭと略称する）が設けられ、このＢＭの開口部に通常赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の着色層からなる画素を備えている。ＬＣＤは、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画素に対応する電極をＯＮ、ＯＦＦさせることで液晶がシャッターとして作動し、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画素を光が通過してカラー表示が行われる。
【０００４】
従来用いられているカラーフィルタの着色層の製造方法としては、例えば、染色法が挙げられる。この染色法は、まずガラス基板上に、染色される透明な水溶性の高分子材料をフォトリソグラフィー工程により所望の形状にパターニングした後、得られたパターンを染料水溶液に浸漬して透明なパターンを染色する。これを３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの着色層からなる画素を形成する。
【０００５】
また、他の方法としては顔料分散法が挙げられる。この方法は、まず基板上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをパターニングすることにより着色層のパターンを得る。この工程を３回繰り返すことにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層からなる画素を形成する。
【０００６】
さらに、他の方法としては、熱硬化樹脂に顔料を分散させたＲ、Ｇ、Ｂの印刷インクを用いて３回印刷を行って着色層のパターンを得た後、樹脂を加熱硬化させる方法等を挙げることができる。しかしながら、いずれの方法も、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を着色するために、同一の工程を３回繰り返す必要があり、コスト高になるという問題や、同様の工程を繰り返すため歩留まりが低下するという問題がある。
【０００７】
これらの問題点を解決するカラーフィルタの製造方法として、近年、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、前記した染色法および顔料分散法と比べて工程数が少なく低コスト化が可能であるとして検討されている。一方でインクジェット法には、各着色部の画素のにじみ、混色が避けられず、カラーフィルタとしての品質は劣るものになる欠点があった。
【０００８】
インクジェット方式を用いた低コストで、なおかつ高品質なカラーフィルタの製造方法として、例えば、特許文献１には、仕切りパターン（ＢＭ）の臨界表面張力と、間隙の被印刷面（画素部）の臨界表面張力との間の表面張力を有する着色インキを用いることで、均一な光透過性が得られ、インクジェット方式によって着色インクを吐出する際、ガラス基板上の所望する着色部外への着色インクの広がりを防止する技術が開示されている。また、特許文献２、特許文献３には、着色工程における画素のにじみ、混色を防止するための仕切り壁として、含フッ素化合物及び／または含ケイ素化合物を含有するＢＭを用いることが記載されている。
【０００９】
また、特許文献４には、遮光パターン（ＢＭ）上部の撥インク性と、遮光パターン間（すなわち画素部）の撥インク性を水の接触角で、それぞれ、９０−１２０°、３０°以下とすることにより、遮光パターン間（画素部）での着色インクの広がりを良好にし、遮光パターン上部には、着色インクが付着しにくくすることで、画素周辺での色抜けのないカラーフィルタが開示されている。ここでは、遮光パターン間を親インク処理剤により表面処理し、撥インク性をコントロールしている。
【００１０】
更に近年、ハイビジョン対応の大型液晶テレビ等の拡大に伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）などへの高精細の要求が高まっている。しかし、インクジェット方式特有の「平坦化不良」による、着色部内で色むらが生じる不具合や、パネル化した際の基板間に挟まれた液晶分子の配向不良などの不具合が発生しやすい問題がある。
【００１１】
そこで、特許文献５には、表面張力が特定範囲の着色インクを、隔壁で囲まれた領域の容積の３−１０倍の体積付与する技術が開示され、また、特許文献６には、インクジェット方式での、着色インクの物性や付与量、透明基板表面の着色インクの濡れ性を制御して、着色部の膜厚差が０．５μｍ以下、着色部の最薄部とＢＭの厚さとの差を０．５μｍ以下とする技術が開示され、特許文献７には、乾燥、硬化工程における着色インクの収縮時に、着色インクが隔壁に良好に付着することで、画素周縁部の膜厚が隔壁の８０％以上で、画素の平均膜厚が隔壁の８０％未満で、画素の平均膜厚に対する最大・最小膜厚の差が２０％以下とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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７−３５１７号公報
【特許文献４】特開平９−２０３８０３号公報
【特許文献５】特開平１１−２０２１２４号公報
【特許文献６】特開平２０００−８９０２３号公報
【特許文献７】特開平２００２−１４８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記した特許文献１〜７に開示された方法を用いても、インクジェット方式では、着色インクを高濃度にするとノズルが詰まるため、通常、低濃度にしてＢＭの開口部に吐出している。溶媒分の多い着色層は、吐出直後の膜厚がＢＭの膜厚以上になることから、そのまま急激に加熱すると、乾燥が進行してゆく際に同時に着色インクの硬化も進行するため、吐出直後にみられる山形状が維持されてしまう。さらに溶媒が蒸発した後には着色インクの粘度が大幅に上昇しているため、着色インクの流動は起こりえない。したがって、それ以降の加熱工程において形状が変化することはなく、乾燥工程において形成された形状が着色層の形状となり、平坦化の制御が困難な問題があった。
【００１４】
さらに、乾燥工程後に加熱工程を経ると、着色インク内の架橋成分（バインダー成分）が硬化収縮するが、遮光層（ＢＭ）についてはあらかじめ加熱工程を経ている関係上、遮光層と着色層との境界において、膜厚差が大きくなる（カラーフィルタ表面の平坦性悪化）といった問題が生じる。
【００１５】
本発明は、上記した従来技術の問題点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によるカラーフィルタの製造に際し、遮光層（ＢＭ）と着色層からなるカラーフィルタ表面の平坦性と、着色層内の平坦性を改善したカラーフィルタの製造方法を提供することを課題としている。あわせて、着色部内で色むらが生じる不具合や、パネル化した際の基板間に挟まれた液晶分子の配向不良などの不具合が発生しないカラーフィルタ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】
【００１６】
本発明は、透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層を形成する工程と、該遮光層の開口部に、インクジェット法により着色インクを所定の配列となるように吐出する工程と、該着色インクの溶剤を蒸発させて着色層を形成する乾燥工程と、該着色層を熱硬化させる加熱工程とを少なくとも具備するカラーフィルタの製造方法において、
前記乾燥工程で得られる着色層内の膜厚分布を、前記遮光層の膜厚に対して８０〜１１０％の範囲内とし、前記加熱工程での加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を１．０％以下と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。
【００１７】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記着色インクは、顔料及びバインダー樹脂を含有し、該バインダー樹脂の質量平均分子量が、５００〜１００００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。
【００１８】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記バインダー樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂から選ばれる１つ以上の熱硬化性樹脂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。
【００１９】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記着色インクは、顔料対バインダー樹脂の固形分比率が、質量比で１:４〜３:２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。
【００２０】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記着色インクの粘度が、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にあることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法である。
【００２１】
また、本発明は、透明基板上に、少なくとも所定のパターンよりなる遮光層と、インクジェット法により該遮光層の開口部に各色の着色層を所定の配列となるよう形成したカラーフィルタであって、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、予め形成された遮光層（ＢＭ）の開口部にインクジェット方式により着色インクを吐出した後、溶剤を蒸発させる乾燥工程（プレベーク）での乾燥後に得られる膜厚分布を、遮光層（ＢＭ）の膜厚に対して８０〜１１０％となるように着色層の膜厚を減少させている。このような割合で膜厚を減少させた場合、加熱工程（ポストベーク）後においても均一な膜厚の着色層が得られ、色むらが発生することはない。さらに、加熱工程時に加熱炉内の酸素濃度を１．０％以下とすることで、着色層の収縮が殆どなく、遮光層
（ＢＭ）と着色部における膜厚差も抑制でき、カラーフィルタとして平坦性に優れたものとなる。すなわち、色むらのない平坦性にすぐれたカラーフィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラーフィルタの製造方法を、側断面で工程順に示した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る着色層を断面で説明する拡大概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明のカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタを一実施形態に基づいて、図面を参照して以下に説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルタの製造方法を、側断面で工程順に示した概略図である。まず、図１（ａ）に示すように、透明基板１上に遮光層（ＢＭ）４’を形成するために光硬化性の遮光層用塗膜２を設ける。
【００２５】
透明基板１は、カラーフィルタとしての透明性や、機械的強度の特性が満足するものであれば、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフィン、及びポリアクリレート等のプラスチックシート及びプラスチックフィルムなどでも良いが、一般的にはガラス基板を用いる。
【００２６】
遮光層用塗膜２は、光硬化性の感光性着色組成物を用いて透明基板１上に設けられる。感光性着色組成物は、黒色顔料、バインダー樹脂、光開始剤、撥水剤等を溶媒に分散して構成されたものである。
この感光性着色組成物は、例えば、バーコーター、ロールコーター、スピンコーター、ダイコーター、グラビアコーター等の塗布方法を用いて透明基板１上に塗布することが出来る。
【００２７】
感光性着色組成物に含まれる黒色顔料としては、有機黒色顔料、無機黒色顔料の一般的な顔料を用いることが出来る。例えば、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、鉄黒などを単体あるいは混合して用いるものである。
【００２８】
ここで、感光性着色組成物に含まれる撥水剤とは、遮光層（ＢＭ）４’の開口部に感光性着色組成物を充填する時に、感光性着色組成物をはじき、隣接する画素への侵入を防止する役割を有するものである。撥水剤の材料は特には限定されないが、フッ素化合物や、ケイ素化合物が撥水性に優れるために好ましい。
【００２９】
また、撥水剤は過剰に含有させると、遮光層（ＢＭ）４’形成の最終工程であるポストベーク（本硬化、加熱工程）の際に蒸発し、ＢＭ４’の開口部に露出した透明基板表面に薄く付着するので、着色インクを付与する際に透明基板表面と着色インクとの濡れ性が悪くなり、開口部内に着色インクが均一に拡がらず、白抜けや色ムラが発生する。
【００３０】
撥水剤の具体的な例を挙げると、主鎖または側鎖に有機シリコーンやアルキルフルオロ基を有するもので、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。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、所定のパターンが設けられたフォトマスク３を介して光照射を行い、遮光層用塗膜２をパターン状に硬化させ、現像等の処理を行うことにより、図１（ｃ）に示すように、光遮蔽パターン４を透明基板上に得ることができる。なお、図１（ｃ）では、光遮蔽パターン４の厚さはＴ１である。
遮光層用塗膜２への露光手段としては、例えば、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ等のラジカル重合性化合物が反応する波長の光を放出するものを使用することができる。
【００３２】
光遮蔽パターン４の形成後、一般的な洗浄工程（水洗浄、エアー洗浄等）を行った後、任意に加熱（ポストベーク）を行う。これにより、光遮蔽パターン４を十分に熱硬化させ遮光層（ＢＭ）４’とする。また、この加熱によりＢＭ表面から撥インク剤を溶出させ、ＢＭ（隔壁）の撥インク性をより高くすることが出来る。加熱温度は、例えば１２０℃〜２５０℃であり、加熱時間は、３分〜６０分程度である。
【００３３】
その後、図１（ｄ）に示すように、インクジェット法により、複数色の着色インクを遮光層（ＢＭ）４’の開口部に所定の配列となるように吐出し、例えば、赤色着色層５Ｒ、緑色着色層５Ｇ、及び青色着色層５Ｂを形成する。この場合、開口部への着色インクの吐出量は最適化する必要がある。
【００３４】
インクジェットに用いる装置としては、着色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るが、ピエゾ変換方式の装置を用いることが望ましい。また。インクジェット装置の着色インクの粒子化周波数は５〜１００ｋＨｚ程度が望ましい。また、インクジェット装置のノズル径は、５〜８０μｍ程度が望ましい。また、インクジェット装置はヘッドを複数個配置し、１ヘッドにノズルを６０〜５００個程度組み込んだものを用いるのが好ましい。
【００３５】
着色インクに使用する溶剤としては、インクジェット印刷における適性を考慮し、表面張力が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傾向となる。
【００３６】
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であれば好ましく用いることができ、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。
【００３７】
着色インクの顔料としては、耐候性に優れるものを用いることが好ましい。具体的にはＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２０８、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２５４、ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ７、３６、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＯｒａｎｇｅ３６、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３等を使用することができる。さらに所望の色相を得るために２種以上の材料を混合して用いることができる。
【００３８】
着色インクのバインダー樹脂としては、カラーフィルタ製造装置および製造工程の簡略化から、熱硬化性樹脂であることが好ましい。特にカラーフィルタに要求される耐溶剤性
、耐アルカリ性、耐酸性、耐熱性などの物性を満足させるため、熱黄変性の少ない熱硬化性樹脂である、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂からなる群から選ばれる１つ以上のものが使用される。
【００３９】
また、バインダー樹脂の質量平均分子量は、５００〜１００００の範囲内であることが好ましく、さらに５００〜８０００の範囲内であることがより好ましい。バインダー樹脂の質量平均分子量が１００００を超えると、着色層（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）の乾燥工程時に着色インキの流動性が不足し、パターン平坦性が劣ってしまう。また、バインダー樹脂の質量平均分子量が５００未満では、カラーフィルタに要求される耐溶剤性、耐熱性などの物性を満足させることができない。
【００４０】
また、顔料対バインダー樹脂の固形分比率が、質量比で１:４〜３:２であることが好ましい。顔料対バインダー樹脂の固形分比率が１:４未満では顔料濃度が低く、必要な濃度を得るための着色層の厚みが厚く成り、作業性が悪くなり、３:２を超えて顔料を多くすると、着色層（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）の乾燥工程時に着色インキの流動性が不足し、パターン平坦性が劣ってしまう。
【００４１】
着色インクの分散剤は、溶剤への顔料の分散性を向上させるために用いることができる。分散剤として、イオン性、非イオン性界面活性剤などを用いることができる。具体的には、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、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等があり、その他に有機顔料誘導体、ポリエステルなどが上げられる。分散剤は１種類を単独で使用しても良く、また、必要に応じて２種以上を混合して用いることも可能である。
【００４２】
着色インクの粘度としては、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にあることが好ましく、さらにいえば、５〜１５ｍＰａ・ｓの範囲にあるとさらに好ましい。着色インクの粘度が２０ｍＰａ・ｓを超えると、インクジェット吐出時に着色インクが所定の位置に着弾しない不良や、ノズル詰りといった不良を招く傾向がある。一方、着色インクの粘度が１ｍＰａ・ｓ未満である場合、着色インクを吐出する際に、着色インクが飛散するような状況を招く傾向がある。
【００４３】
次に、図１（ｅ）に示すように、赤色着色層５Ｒ、緑色着色層５Ｇ、及び青色着色層５Ｂを形成した後、プレベーク（乾燥工程）として５０〜１５０℃で１〜５分間加熱する。その結果、各着色層中の溶媒の蒸発により、着色層５Ｒ、５Ｇ，５Ｂの体積は減少し、図２に示すような膜厚分布（最小膜厚（Ｔ２）、最大膜厚（Ｔ３））を有する塗膜となる。このように着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの形成後、プレベーク（乾燥工程）により所定の膜厚まで減少させるのは、次のような理由による。
【００４４】
即ち、前述したように、インクジェット方式では、着色インクを高濃度にするとノズルが詰まるため、通常、低濃度にしてＢＭの開口部に吐出しているが、溶媒分の多い着色インクは、吐出直後の膜厚がＢＭの膜厚以上になることから、そのまま急激に加熱すると、乾燥が進行してゆく際に同時に着色インクの硬化も進行するため、吐出直後にみられる凸形状が維持されてしまう。さらに溶媒が蒸発した後には着色インクの粘度が大幅に上昇しているため、着色インクの流動は起こりえない。したがって、それ以降の加熱工程において形状が変化することはなく、乾燥工程において形成された形状が着色層の形状となる。
【００４５】
これに対し、本発明の製造方法では、インクジェット方式により膜厚Ｔ１のＢＭの開口部に着色インクを吐出した後、プレベークによる乾燥工程後に得られる膜厚分布を、膜厚Ｔ１に対して８０〜１１０％となるように着色層の膜厚を減少させている。このような割合で膜厚を減少させた場合、加熱処理（ポストベーク）後においても均一な膜厚の着色層
が得られ、色ムラが発生することはない。
【００４６】
膜厚分布が８０％未満となる場合では、遮光層（ＢＭ）と着色部との膜厚差が大きく、カラーフィルタ表面の凹凸形状により液晶パネル作製工程での工程不良の要因となるため好ましくない。また、１１０％を超えるような膜厚を有する場合、加熱硬化後において画素形状が凸形状になることで膜厚に不均一が生じ、色むらが発生してしまう。
【００４７】
次に、プレベークの後、ＢＭ４’及び着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが設けられた透明基板１を加熱炉に導入し、１５０℃〜２５０℃でポストベーク（熱硬化）する。その際、加熱炉内の雰囲気中の酸素濃度を１．０％以下まで減少させる。その結果、着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは硬化するとともに、その膜厚は図１（ｆ）に示すようにＢＭ４’内に均一な膜が形成される。
【００４８】
このように着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの形成後、加熱工程での加熱炉内の雰囲気中の酸素濃度を１．０％以下にするには、次のような理由による。
【００４９】
着色層内に含まれるバインダー成分は熱硬化性樹脂よりなるため、加熱工程を経ると硬化反応により、硬化収縮を起こす。一般的に加熱温度により、その硬化反応速度や割合は変化するが、カラーフィルタに要求される耐溶剤性、耐アルカリ性、耐酸性、耐熱性などの物性を満足させるためには、一般的には高温での処理が必要となる。その場合、着色層の硬化収縮量は無視できない程変化するため、予め加熱処理が実施されている遮光層（ＢＭ）と着色層との間に膜厚差が生じてしまう。
【００５０】
そこで、加熱工程時の雰囲気中の酸素濃度を低下していくと、硬化反応の際に、硬化収縮が生じる要因である酸化反応により分解される成分が抑制され、かつ、酸素阻害下においては硬化反応が促進され、低温時においても硬化反応が達成されることなどから、加熱工程時の着色層の硬化収縮がほとんど無視できる。
また、加熱炉内の酸素濃度を調整する方法としては、窒素パージによる酸素濃度調整の他に、加熱炉内を減圧することで酸素濃度を調整する方法が挙げられる。
【００５１】
その後、図１（ｇ）に示すように、表面に保護層６を形成して、カラーフィルタが完成する。ここで、保護層６はカラーフィルタ表面の平滑性、耐候性を向上させるために設けるものである。保護層６は、カルボキシル基を有する化合物とエポキシ基を有する化合物を溶媒等に溶解したものをスピンコート法やダイコート法等の適切な塗工方法を用いてコーティングした後、加熱により架橋させて形成することができる。カルボキシル基を有する化合物としては、加熱により、エポキシ基と架橋反応を行うことができるカルボキシル基を有する化合物であればよい。ところで、カルボキシル基とエポキシ基は反応性が高いので、製造工程で問題が生じることがある。このため、前記カルボキシル基がアルキルビニルエーテルによりブロックされた化合物を用いることが望ましい。
【００５２】
カルボキシル基を有する化合物の具体例としては、１−イソプロポキシエチル（メタ）アクリレート、１−エトキシエチル（メタ）アクリレート、１−ｔ−ブトキシエチル（メタ）アクリレート、１−（１−メチルヘキシロキシ）エチル（メタ）アクリレート、１−（１，１−ジメチルプロポキシ）エチル（メタ）アクリレート、１−イソプロプキシエチル（メタ）アクリルアミド、１−エトキシエチル（メタ）アクリルアミド、１−ｔ−ブトキシエチル（メタ）アクリルアミド、１−（１−メチルヘキシロキシ）エチル（メタ）アクリルアミド、１−（１，１−ジメチルプロポキシ）エチル（メタ）アクリルアミド、１，２，４−ベンゼントリカルボン酸−２，４−ビス（プロポキシエチル）−１−（（メタ）アクリロキシエチル）エステル等の単量体もしくは共重合体が一例として挙げられる。
【００５３】
エポキシ基を有する化合物としては、グリシジル（メタ）アクリレート、グリシジルイタコネート、グリシジルフマレート、３，４−エポキシシクロヘキシル（メタ）アクリレート等の単量体、あるいは共重合体などが一例として挙げられる。特にエポキシ基を有する化合物にアクリル樹脂を用いると、透明性、耐候性に優れた保護層を得ることができる。
【実施例】
【００５４】
以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
［ＢＭ用感光性着色組成物の調製］
ポリイミド前駆体（東レ（株）製：「セミコファインＳＰ−５１０」）１０質量部、カーボンブラック７．５質量部、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）１３０質量部、分散剤（ゼネカ社製「ソルスパーズ２００００」）５質量部、開始剤５質量部及び撥インク剤（ポリアルキルシロキサン）０．５質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ックス用の感光性着色組成物を調製した。
【００５５】
［ＢＭの形成］
調製されたＢＭ用感光性着色組成物を、無アルカリガラス（品番１７３７：コーニング（株）製）上にスピンコート法により塗布した後、オーブンで９０℃×２０分プリベークを行った。次いで、所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光し、現像処理を行った後に、オーブンで２３０℃×１時間のポストベークを行い、ブラックマトリックス（ＢＭ）を形成した。形成されたＢＭは、開口幅１７０μｍ×５２０μｍとなるセル状パターンであった。ここで、光遮蔽パターンの厚み（Ｔ１）即ちＢＭ厚みは、２．０μｍとした。
【００５６】
［顔料分散液の作製］
次いで、顔料分散液を作製した。カラーフィルタの製造に用いる着色インクに含まれる着色する顔料には次のものを用いた。赤色（Ｒ）顔料として、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４（「イルガフォーレッドＢ−ＣＦ」：チバ・スペシャルティケミカルズ（株）製）、緑色（Ｇ）顔料として（「リオノールグリーン６ＹＫ」：東洋インキ製造（株）製）、青色（Ｂ）顔料として、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５；６（「ヘリオゲンブルー」：ＢＡＳＦ（株）製）を用い、表１に示す処方で、ビーズミル分散により十分混連錬し、赤色顔料分散液、緑色着色材料及び青色顔料分散液を作製した。表１に、各色の顔料分散液の組成を示す。
【表１】
【００５７】
［着色インクの調製］
このようにして得た顔料分散液に、表２に示す処方で、熱硬化性樹脂及び有機溶剤を加えて良く攪拌し、７種のカラーフィルタ用の着色インク（インクＡ〜Ｇ）を調製した。表２に、インクＡ〜Ｇの材料組成を示す。
【表２】
【００５８】
このようにして調製された７種のカラーフィルタ用の着色インク（インクＡ〜Ｇ）を用いて、先に形成されたブラックマトリックス上頂部の、各着色インク（表面張力３０ｍＮ／ｍ）に対する接触角を測定したところ、４０°であり、前記ブラックマトリックス上頂部が各着色インクに対して、撥インク性が有ることを確認した。
【００５９】
［カラーフィルタの作製］
次いで、カラーフィルタを作製した。ガラス基板上に形成されたブラックマトリクス（ＢＭ）の開口部に、１２ｐｌ、１８０ｄｐｉ（２．５４ｃｍ当たり１８０ドット）ヘッド（
セイコーインスツルメンツ（株）製）を搭載したインクジェット印刷装置を用いて、前記赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各色の着色インクのインクＡを、厚さ２．０μｍ厚みのＢＭ隔壁に囲まれたパターン内に７２０ｐｌ（７．２×１０−１３ｍ３）充填した。その後、ホットプレートにて１００℃×５分乾燥させて、プリベーク後の着色層を形成した。さらに、窒素オーブンを用いて、酸素濃度０．５％雰囲気下において、２３０℃×６０分間ポストベークを行い、パターン状着色層を形成し、実施例１のカラーフィルタを得た。
【００６０】
＜実施例２〜４、比較例１〜２４＞
実施例１と同様にして、表３に示した着色インク、ＢＭ膜厚（Ｔ１）、ポストベーク時の雰囲気中の酸素濃度の組み合わせで、実施例２〜４、および比較例１〜２４のカラーフィルタを得た。
これらのカラーフィルタ試料について、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各色の着色層の形状を観察し、プリベーク後の膜厚、ポストベーク後の膜厚、遮光層と着色層との段差(最大となる段差)即ちＢＭとの段差、および画素形状を評価した。それらの結果を表３に示す。
【表３】
【００６１】
なお、画素形状の評価では、以下の通りとした。
・平坦：画素内の形状が平坦でかつ、画素中の最小膜厚部と最大膜厚部の色差ΔＥａｂ（自乗平均Ｌ＊ａ＊ｂ＊色差）が３以下。
・凸形状：画素内の形状が凸形状でかつ、画素中の最小膜厚部と最大膜厚部の色差ΔＥａｂが５以上。
・凹形状：画素内の形状が凹形状でかつ画素中の最小膜厚部と最大膜厚部の色差ΔＥａｂが５以上。
【００６２】
＜比較結果＞
表３に示した結果から、以下のことが明らかである。即ち、比較例１〜４，６〜９、１４〜１５、２１〜２３のように着色層の膜厚分布が８０％未満となる場合、画素形状が凸形状を有する。または画素形状が平坦であっても遮光層（ＢＭ）と着色層との段差が２０％以上となり、画素内及びカラーフィルタ表面の平坦性に対して、好ましくない。
【００６３】
また、比較例５、１０〜１３、１６〜２０、２４のように着色層の膜厚分布が１１０％以上である場合、画素形状が凸形状を有し、かつ遮光層（ＢＭ）と着色層との段差が２０％以上となり、画素内およびカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６４】
これに対し、実施例１〜４の着色層の膜厚分布が８０％〜１１０％範囲内にあり、かつ、ポストベーク時の酸素濃度が１．０％以下の場合には、いずれも着色層は良好な形状を示しており、かつ遮光層（ＢＭ）と着色層との段差も少なく、良好であった。
【００６５】
また、上記表３に示すように、添加した分子量が大きいインクＤ、Ｆについては、遮光層（ＢＭ）の高さを上げた場合以外はいずれも凸形状となり、画素内、及びカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６６】
また、顔料対樹脂比が３：２以上となるインクＢ、Ｅ、Ｆについても同じく、遮光層（ＢＭ）の高さを上げた場合以外はいずれも凸形状となり、画素内、及びカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６７】
また、熱硬化性樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂以外のものを使用したインクＧについては、熱架橋機構が縮合反応であるため
、ポストベーク時の酸素濃度の影響によらず、画素形状が凸形状を有し、かつ遮光層と着色層との段差が２０％以上となり、画素内およびカラーフィルタ表面の平坦性に対して好ましくない。
【００６８】
これに対して、添加した樹脂の分子量が５００〜１００００以内であり、かつ顔料対樹脂比が１：４〜３：２にあり、熱硬化性樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂を使用したインクＡ、Ｃについては画素形状が平坦性を有し、かつ遮光層（ＢＭ）と着色層との段差も少なく、良好であった。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・透明基板
２・・・遮光層用塗膜
３・・・フォトマスク
４・・・光遮蔽パターン
４’・・・遮光層（ＢＭ）
５Ｒ・・・赤色着色層
５Ｇ・・・緑色着色層
５Ｂ・・・青色着色層
６・・・保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層を形成する工程と、該遮光層の開口部に、インクジェット法により着色インクを所定の配列となるように吐出する工程と、該着色インクの溶剤を蒸発させて着色層を形成する乾燥工程と、該着色層を熱硬化させる加熱工程とを少なくとも具備するカラーフィルタの製造方法において、
前記乾燥工程で得られる着色層内の膜厚分布を、前記遮光層の膜厚に対して８０〜１１０％の範囲内とし、前記加熱工程での加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を１．０％以下と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２】
前記着色インクは、顔料及びバインダー樹脂を含有し、該バインダー樹脂の質量平均分子量が、５００〜１００００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】
前記バインダー樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂から選ばれる１つ以上の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記着色インクは、顔料対バインダー樹脂の固形分比率が、質量比で１:４〜３:２であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記着色インクの粘度が、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にあることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
透明基板上に、少なくとも所定のパターンよりなる遮光層と、インクジェット法により該遮光層の開口部に各色の着色層を所定の配列となるよう形成したカラーフィルタであって、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項１】
透明基板上に所定のパターンよりなる遮光層を形成する工程と、該遮光層の開口部に、インクジェット法により着色インクを所定の配列となるように吐出する工程と、該着色インクの溶剤を蒸発させて着色層を形成する乾燥工程と、該着色層を熱硬化させる加熱工程とを少なくとも具備するカラーフィルタの製造方法において、
前記乾燥工程で得られる着色層内の膜厚分布を、前記遮光層の膜厚に対して８０〜１１０％の範囲内とし、前記加熱工程での加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を１．０％以下と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２】
前記着色インクは、顔料及びバインダー樹脂を含有し、該バインダー樹脂の質量平均分子量が、５００〜１００００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】
前記バインダー樹脂がポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂から選ばれる１つ以上の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記着色インクは、顔料対バインダー樹脂の固形分比率が、質量比で１:４〜３:２であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記着色インクの粘度が、１〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にあることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
透明基板上に、少なくとも所定のパターンよりなる遮光層と、インクジェット法により該遮光層の開口部に各色の着色層を所定の配列となるよう形成したカラーフィルタであって、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載するカラーフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−６４９４４（Ｐ２０１１−６４９４４Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１５４７９（Ｐ２００９−２１５４７９）
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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