JP2007095630A - インキ吐出印刷物 - Google Patents

Abstract

【課題】
インキ吐出方式により支持基板を隔壁により多数の領域に区分けされた、前記多数の領域にインキ皮膜を設けるにあたって、混色と白抜け不良の両方を改善したインキ吐出印刷物を提供することである。
【解決手段】
支持基板上と、この支持基板を多数の領域に区分けする隔壁と、前記多数の領域にインキ吐出装置を用いて吐出形成されたインキ皮膜を有するインキ吐出印刷物において、
前記隔壁が、前記支持基板の法線方向の断面が、工字型形状とすることにより解決した。
【選択図】図４

Description

本発明は、支持基板上に隔壁及びこの隔壁間の領域にインキ皮膜を形成したインキ吐出印刷物に関する。
この印刷物のインキ皮膜として、カラーフィルターの着色層、色変換フィルターの色変換層、ＥＬ素子の発光媒体層、回路基板の回路パターン、薄膜トランジスターの配線パターン、マイクロレンズのレンズパターン、バイオチップの流路パターン等を挙げることができる。

インキ皮膜を形成した印刷物の具体的なものとして、カラー表示用フィルターがあり、このカラー表示装置用カラーフィルターは様々なものがあるが、ここではカラー液晶、ディスプレイ用カラーフィルターを、印刷物の代表例として説明する。
カラー液晶ディスプレイは、時計・カメラ等の小面積のものから、コンピューター端末表示装置・テレビ画像表示装置などの大面積のものまで広くしようされており、近年では大面積の用途を中心としてカラー表示化が急速に進んでいる。
カラーフィルターは、液晶ディスプレイのカラー表示化には必要不可欠で、カラー液晶ディスプレイの性能を決める重要な部品であり、高精細な画像を表示するために様々な形に細かくパターンニングされたものが用いられている。

従来、液晶表示装置用カラーフィルターの製造には、フォトレジスト材を用いたフォトリソ法が採用されている。このフォトリソ法の一般的な手法として、基板上に、フォトレジストをスピンコートし、基板上に均一な厚さのフォトレジスト層を形成し、所定の形状に露光、現像する方法である。
しかし、このスピンコートを用い、前記フォトレジストをコートすると、多くのフォトレジストは使用せず、この時点で捨てることとなり、このフォトレジスト材の経済的な使用が図れないという問題があった。
また、色毎に露光・現像などの工程を経て画像を形成することから、全体としての作業効率が低いとともに、露光装置、現像装置などの高価な光学機器を必要で、簡単に、しかも価格の安定した製品を供給するのが困難であった。

そのため、近年、カラーフィルターの着色層をインキジェット法で形成することが提案されている。
このインクジェット法によりカラーフィルターを形成する際、一般にRGBの３色のインキを吐出することで着色を行ってカラーフィルターを形成する。インキジェット法で着色層を形成する場合の着色液滴径は、数十μm程度であり、カラーフィルター画素大きさは、一画素の大きさが、短辺数十μｍ、長辺数百μｍ程度である。

このため、あらかじめ基板上に遮光性のBMパターンを、インキジェット法で飛来する着色液滴の堰の役割を果たす凸部として形成しておき、画素の区画内に特定の色の着色液滴を広げることにより、均一な着色層が形成された画素を得ることが出来る。

上記このインキジェット法での問題の一つとして、「混色」「白抜け」といった問題がある。以下、これらの問題をインキジェット法におけるカラーフィルターの製造を例に挙げて説明する。

「混色」とは、隣接する異なる色の画素（着色部）間においてインキが混ざり合い、異なる色の着色インキが混合してしまうことにより発生する不良である（図２参照）。
また、「白抜け」とは、付与されたインキが隔壁によって囲まれた領域内に十分且つ均一に広がることができないことに起因して発生する不良である（図３参照）。
これら不良はカラーフィルターにおいて、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。

前記ブラックマトリックスを隔壁として、該ブラックマトリックスの開口部領域にインキを付与して着色部を形成するカラーフィルターの製造方法においては、ブラックマトリックスの開口部領域の容積に対して、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（図１参照）。
ここで、前記インキ中に含まれる着色剤や効果成分等の固形分濃度が高い場合、すなわ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、ブラックマトリックスが十分に隔壁として機能し、該ブラックマトリックスの開口部領域内にインキを保持することができるため、付与されたインキがブラックマトリックスを乗り越えて、隣接する異なる色の着色部にまで到達することはない。
しかしながら、インキ中の固形分濃度が低い場合、すなわち多量のインキを付与する必要がある場合には、隔壁となるブラックマトリックスを超えて、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。特にインキジェットヘッドのノズルより安定して吐出可能なインキの粘度には限界があるため混色を回避するための技術が必要である。

そのため、撥水、撥油性をブラックマトリックスに付与させることにより隔壁の高さをはるかに超える量のインキを付与した場合においても、隔壁の表面層が、撥インキ性を示すためにインキがはじかれ、隔壁を越えて隣接する着色部にまで及ぶことがなく、有効に混色を防止することができる。

しかしながら、隔壁を兼ねたブラックマトリックスは、上面が撥インキ性を有する場合には、付与されたインキがブラックマトリックスの開口部中に保持され、隣接する着色部にまで達することはない。しかしながら、ブラックマトリックスの上面の撥インキ性が低い場合には、付与されたインキがブラックマトリックス上にまで濡れ広がり、隣接する開口部に付与されたインキと混じり合ってしまうおそれがある。

また、逆に撥インキ性が強い場合には、隔壁間をインキが十分且つ均一に広がることができず、白抜けが発生してしまうため、混色と白抜けの両方の問題を十分に解決したものとは言えなかった。
上記問題を解決する手段として、ブラックマトリックスの形状を逆テーパー構造にする方法が提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１の記載されている隔壁を用いることにより、上記由来の混色・白抜けは防止できるが、支持基板と隔壁の接触面積が非常に小さくなり、特に複雑なパターンにおいては、隔壁が、支持基板との密着性を十分に保持できず、隔壁の決壊等の欠陥が発生し、この隔壁層の欠陥によって混色等の不良が発生してしまうという２次的な問題が発生するおそれがある。
特開２００２−６２４２２号公報

本発明は以上の事情に鑑みて創作されたものであり、その課題とするところは、インキ吐出方式により支持基板を隔壁により多数の領域に区分けされた、前記多数の領域にインキ皮膜を設けるにあたって、混色と白抜け不良の両方を改善したインキ吐出印刷物を提供することである。

請求項１に記載の発明は、支持基板上と、この支持基板を多数の領域に区分けする隔壁と、前記多数の領域にインキ吐出装置を用いて吐出形成されたインキ皮膜を有するインキ吐出印刷物において、
前記隔壁が、前記支持基板の法線方向の断面が、工字型形状であることを特徴とするインキ吐出印刷物である。

請求項２に記載の発明は、前記隔壁が、撥インキ性を有することを特徴とする請求項１記載のインキ吐出印刷物である。

請求項３記載の発明は、前記隔壁が、上面の撥インキ性より側面の撥インキ性が小さいことを特徴とする請求項２記載のインキ吐出印刷物である。

請求項４記載の発明は、前記隔壁が、黒色遮光材を含む遮光層であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインキ吐出印刷物である。

請求項５記載の発明は、前記支持基板が透明基板で、前記インキ皮膜が有機発光材料を含有するインキ形成された着色層であり、かつ複数色の着色層備えたカラーフィルターであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインキ吐出印刷物である。

請求項６記載の発明は、前記支持基板が透明基板で、前記インキ皮膜が有機発光材料を含有するインキ形成された有機発光層であり、かつ複数色の有機発光層備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインキ吐出印刷物である。

本発明によると、インキ吐出方式によって隔壁間の区分けされた領域にインキ皮膜を形成する際に、隔壁の形状を工字型形状にし、撥インキ性を持たせることで混色不良・白抜け不良を防ぐことができた。

特に、隔壁上面に比較して、側面の撥インキ性を小さくすることにより、インキ吐出方式によりインキ皮膜を形成しても、インキ皮膜の混色不良・白抜け不良のない印刷物を得ることができた。

以下、本発明におけるインキ皮膜を有するインキ吐出印刷物について説明する。
まず、図４に示すように、本発明の印刷物は、支持基板1上に、該支持基板１を多数の領域に区分けする隔壁２を設けてある。
この隔壁２は、撥インキ性を有しており、かつ、前記支持基板１の法線方向の断面が工字型形状、すなわち、該隔壁側面に凹部を有している。
そして支持基板１に接する下面３及び、該隔壁２の支持基板１の逆側である隔壁２の上面４の両方が、支持基板面１に対して隔壁２側の角部５が、鋭角になるように形成されている。
そして、前記隔壁２で囲まれた領域に、インキ吐出する方式によりインキ皮膜６を形成することでインキ吐出印刷物が得られる。

上記隔壁２は、図５に示すように、隔壁２の断面の工字型構造について、図中の角部５のそれぞれ角部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの角度は、９０℃以下であれば良く、また、角部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの角度は、必ずしも同じ角度である必要はない。
なお、角部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、先端が鋭角に突出して形状でなく、丸みを帯びた形状でもよい。
さらに、上記角部５の角度は、インキの種類、ブラックマトリックスのパターン形状、撥インク性の強弱等により自由に変えてよい。

さらに、隔壁２は、図中の上辺Ｅ、下辺Ｆの長さは同等である必要は無く、下辺Ｆの長さは支持基板1と隔壁２との密着力、インキの種類、ブラックマトリックスのパターン形状、撥インキ性の強弱等により自由に変えて良い。

本発明においては隔壁２の断面が、側部に凹部７を有する工字型形状であることから、隔壁２内の領域に、インキ吐出装置から吐出されたインキは、隔壁２を越えるよりも、工字型隔壁の凹部７に流れる方が安定であることから、隔壁２から外部にインキが流出せずに、隔壁２内の領域にそれぞれインキ皮膜６が形成されることで混色の発生が抑えられる。

この際、隔壁２として、例えば、隔壁が遮光性材料を含むブラックマトリックスで、樹脂にフッ素化合物等の撥インキ剤を練り込んだ場合においては、隔壁２全体が撥インキ性を有しているため、撥インキ性が強い場合には白抜けが発生しやすくなることが想定されるが、上記のような工字型構造の隔壁であれば、隔壁２近辺の撥インキ性により、隔壁２とインキ皮膜６の間に隙間が発生したとしてもインキは、支持基板１に沿って濡れ広がることが可能であるので、白抜けの発生を抑制することが可能となる。

また、特に隔壁２を支持基板１上に、多数区分けするように設けた後、撥インク性を出現させるために、例えば、前記隔壁２をフッ素化合物等によりプラズマ処理する場合、フッ素化処理の際に、面積の広い隔壁上面４が、プラズマに対して隔壁の側面の影となり、隔壁上面４に比べて隔壁側面の処理程度が低く、結果として、該隔壁側面の撥インキ性が低くすることができる。
これにより、従来の順テーパー形状、あるいは従来の正方形、長方形の隔壁に比べて、白抜けの発生が抑えられる。また隔壁２上面は十分な撥インキ性が発現されるため、混色も同時に防止される。

上記隔壁の上面４に撥インキ性付与に関する問題の解決は、逆テーパー構造の隔壁でも可能であるが、逆テーパー構造の隔壁では、支持基板1と隔壁２の接触面積が非常に小さくなり、特に複雑なパターンにおいては、支持基板1との密着性を保持できず、隔壁２の決壊等の欠陥が発生し、この隔壁層２の欠陥によって混色等の不良が発生してしまう。
しかし、本発明は、隔壁２を、側部に凹部を有する工字型形状にすることによって、支持基板１と隔壁２の接触面積は通常と同等であるため、複雑なパターンにおいても支持基板1との密着性を保持することが可能である。
このように、前記構成とすることで、隔壁２の決壊等の欠陥等を抑制でき、隔壁層２欠陥によって発生する、混色等の不良も回避することが可能となった。

ここで、本発明の具体的な材料、方法について具体的に説明する。
本発明の支持基板１は、具体的には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等の材料、また、プラスチックフィルム等の柔軟性を有する材料も支持基板として用いることができる。

本発明の隔壁２は、支持基板の表面を多数の領域に区分けすると共に、この多数の領域のそれぞれに吐出されたインキの混色を防止するものである。この混色を防止するために隔壁の臨界表面張力は、２４〜３０ｍＮ／ｍの範囲とすることが好ましい。
前記隔壁２を構成する材料は、撥インキ剤を含有する場合、樹脂組成物、樹脂バインダーに撥インキ剤を含有した成分からなる。
前記樹脂バインダーは、隔壁を前記支持基板に固定すると共に、隔壁に耐インキ性を付与するもので、アミノ基、アミド基、カルボシル基、ヒドロキシル基を含有している樹脂が好ましい。
具体的には、クレゾール−ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂が挙げられ、前記樹脂単独、あるいは２種以上混合して使用してもよい。

次に、撥インキ剤は、隔壁にインキに対する撥インキ性を付与するもので、含フッ素化合物あるいは含ケイ素化合物が挙げられる。この撥インキ剤は、樹脂組成物に対して、０．０１〜１０重量％の範囲で混合するのが好ましい。
また、遮光性を付与するため、隔壁に黒色遮光性材料を含有させることができる。このように遮光性の隔壁は、表示画像のコントラストを向上させることができる。
この黒色遮光性材料としては、黒色顔料、黒色染料、カーボンブラック、アニリンブラック、黒鉛等を用いることができる。
そして、インキは、前記材料を溶媒に希釈したもので、樹脂組成物全重量に対して、５０〜９７重量％の範囲に調整して使用される。

前記隔壁を形成する方法として、印刷法、フォトフィソグラフィー法が代表として挙げられる。
まず、印刷法で隔壁を形成するには、支持基板上に印刷装置を用いて、所定の隔壁材料を所定パターン形状の隔壁を形成後、加熱硬化して形成する。この時、臨界表面張力が２４〜３０ｍＮ／ｍの範囲となるように材料を選定する。
また、フォトフィソグラフィー法で隔壁を形成するには、支持基板上に感光性樹脂組成物を均一に塗布し樹脂層を設け、次に、所定のパターンが形成されたマスクを介して、前記樹脂層を露光、現像することで、所定のパターン形状の隔壁を形成する。また、さらに、加熱処理を施してもよい。
この時、臨界表面張力が２４〜３０ｍＮ／ｍの範囲となるように材料を選定する。

このようにして形成された隔壁によって区分された領域に、インキ吐出によりインキ皮膜を形成することについて説明する。
インキ吐出装置として、吐出方法の相違によりにより、ピエゾ方式と熱交換方式があるが、特に、ピエゾ方式が好適である。インキの粒子化周波数は５〜１００ＫＨｚの範囲、ノズル径は５〜８０μｍの範囲とし、１ヘッドに多数のノズルを組み込み、このヘッドを多数配置した装置を用いる。

液晶表示装置のカラーフィルターの例を説明する。
インキ皮膜が、カラーフィルターの着色層である場合、この着色層を構成するインキ材料は、着色顔料、樹脂、分散剤、溶媒などからなる。
着色顔料の具体例としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１７７、１７９、１８０、１９２、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ７、３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、Ｐｉｇｍｅｎｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ２３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、要望する色相をえるため、２種以上混合して使用してもよい。

また、前記着色層を形成にインキに使用する溶媒は、インキ吐出における適性の表面張力範囲である４０ｍＮ／ｍ以下で、沸点が１３０℃以上のものが好ましい。表面張力範囲が４０ｍＮ／ｍ以上であると、インキ吐出時のドット形状の安定性に悪影響を及ぼし、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。

また、インキに使用する樹脂は、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、メラミン樹脂等が使用され、目的に応じて適宜選択される。
また、分散剤は、樹脂への色素の分散性を向上させるために用いるもので、具体的には、各種界面活性剤が使用される。

有機ＥＬ素子の例を説明する。
インキ皮膜が、有機ＥＬ素子を形成する有機発光媒体層である場合は、この有機発光媒体送を形成する、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の、少なくとも１つをインキ吐出により形成する。これら各層の厚みは任意であるが、好ましくは１０〜１００ｎｍの範囲で、有機発光媒体層の総膜厚としては８０〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。

正孔注入層、正孔輸送層に用いる正孔注入性材料、正孔輸送性材料は、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール、ポリ（３，４―エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸との混合物やＰＰＶ誘導体、ＰＡＦ誘導体等の有機材料が用いられ、これら正孔輸送材料は、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、水等の単独または混合溶媒に溶解または分散させて正孔輸送塗布液として用いられる。

有機発光層１０３ｃに用いる蛍光体としては、一般に有機蛍光材料として用いられているものであれば良く、クマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、Ｎ，Ｎ’―ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、Ｎ，Ｎ’―ジアリール置換ピロロピロール系等の蛍光性色素を、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等の高分子中に溶解させたものや、ＰＰＶ系やＰＡＦ系等の高分子蛍光体を用いることができる。
これら高分子材料からなる発光層は、前記高分子材料を、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルアニソール、ジメチルアニソール、安息香酸エチル、安息香酸メチル、メシチレン、テトラリン、アミルベンゼン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、水等の単独または混合溶媒に溶解または分散させて有機発光塗布液とし用いられる。

正孔ブロック層、電子輸送層に用いる正孔ブロック材料、電子輸送材料としては、一般に電子輸送材料として用いられているものである、トリアゾール系、オキサゾール系、オキサジアゾール系、シロール系、ボロン系等を、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等の高分子中に溶解させトルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、水等の単独または混合溶媒に溶解または分散させて電子輸送塗布液とし用いる。

そして、電子注入層に用いる電子注入材料としては、前述の電子輸送層に用いられる材料と同様な材料を用いることができる。

インキ吐出による印刷物の良好な状態を示す説明図。 インキ吐出による印刷物において発生する混色状態を示す説明図。 インキ吐出による印刷物において発生する白抜けの状態を示す説明図。 本発明の印刷物の一例を示す断面説明図。 本発明にかかる隔壁の断面説明図

符号の説明

１・・・支持基板
２・・・隔壁
３・・・隔壁の下面
４・・・隔壁の上面
５・・・隔壁側の角度
６・・・インキ皮膜
７・・・隔壁の凹部

Claims (6)

1. 支持基板上と、この支持基板を多数の領域に区分けする隔壁と、前記多数の領域にインキ吐出装置を用いて吐出形成されたインキ皮膜を有するインキ吐出印刷物において、
   前記隔壁が、前記支持基板の法線方向の断面が、工字型形状であることを特徴とするインキ吐出印刷物。
2. 前記隔壁が、撥インキ性を有することを特徴とする請求項１記載のインキ吐出印刷物。
3. 前記隔壁が、上面の撥インキ性より側面の撥インキ性が小さいことを特徴とする請求項２記載のインキ吐出印刷物。
4. 前記隔壁が、黒色遮光材を含む遮光層であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインキ吐出印刷物。
5. 前記支持基板が透明基板で、前記インキ皮膜が有機発光材料を含有するインキ形成された着色層であり、かつ複数色の着色層備えたカラーフィルターであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインキ吐出印刷物。
6. 前記支持基板が透明基板で、前記インキ皮膜が有機発光材料を含有するインキ形成された有機発光層であり、かつ複数色の有機発光層備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインキ吐出印刷物。