JPH05224007A - カラ−フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 この発明は、メラミン樹脂と着色剤とからな
るインキを用いて、透明基板上の各画素所定位置にイン
クジェット方式または印刷方式で着色層を形成したこと
を特徴とするカラ−フィルタである。 【効果】 本発明は耐熱性、耐薬品性、機械強度に富
み、しかも均一で鮮明、高画質なカラ−フィルタを効率
良く容易に提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラ−液晶表示装置等に
用いられるカラ−フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子をカラ−化する手段として
はカラ−フィルタを液晶素子に貼り合わせる方法が一般
的である。その場合、カラ−フィルタとしては通常、透
明基板上の全面に着色層として厚さ１〜２μｍ、大きさ
７０〜１５０μｍ角の赤、青、緑の微細パタ−ンが形成
されたものが用いられている。従来、カラ−フィルタの
形成方法としては、光パタ−ニングによる顔料または染
料分散法および染色法と呼ばれる方式が多く用いられて
きた。即ち、前者は光硬化性のポリマ−またはモノマ−
に単色の顔料または染料を分散したものを透明基板上に
全面塗布し、決められたパタ−ンに従って光照射した
後、不要部分を溶解洗浄する工程を赤、青、緑の３工程
繰り返すことによってカラ−フィルタを形成する方法で
ある。また、後者の方法は透明な光硬化性ポリマ−また
はモノマ−を透明基板上に全面塗布し、前者と同様に光
パタ−ン化した後、単色の染料インキの中に浸して染色
する工程を赤、青、緑の３工程繰り返すことによってカ
ラ−フィルタを形成する方法である。

【０００３】上記のいずれの方法においても、その工程
が煩雑で工程数が多いことが難点である。それに対し
て、上記以外のカラ−フィルタ形成法の中には製造に要
する工程数が少なく、効率良くカラ−フィルタを製造で
きる方法がある。例えば、インクジェット装置を用いて
インキを噴出することによって着色するインクジェット
方式、および印刷機を用いてインキを転写するいわゆる
印刷方式がこれに相当する。これらの方法では位置の制
御はインクジェットのヘッドまたは印刷版の方で行うこ
とが出来るため、着色層を光パタ−ンニングする工程が
なく、着色層を形成する材料が感光性を有する必要がな
い。従って、従来の方法に比べてより耐熱性、耐薬品性
の高い材料を選択できる範囲が拡がる。

【０００４】より詳しく説明すると、インクジェット方
式のカラ−フィルタ形成方法としては、予め基板上に透
明な被染色層を一層設け、その上に染料を主成分とする
赤、青、緑色のインキをインクジェット装置で噴射し、
赤、青、緑の各画素に対応する被染色層の所定の位置を
染色する方式が知られている（特開昭５９−７５２０５
号、同６１−２４５１０６号、同６３−２９４５０３
号、同１−２１７３０２号、同０２−１７３７０３号、
特開０２−１７３７０４号公報など）。この方式は、透
明な被染色層を染料インキで染め付けるため、散乱の少
ない透明度の高いカラ−フィルタが得られるが、その反
面、被染色を形成した後に染料インキを用いて染め付け
るため染料の熱による昇華およに溶剤による溶出が起こ
りやすく、高い耐熱性、耐薬品性が得られにくい。

【０００５】それに対して、より高い耐熱性および耐薬
品性を有する着色層を実現する方法として、透明な基板
上の赤、青、緑色各画素の所定の位置に樹脂と顔料およ
びまたは染料の混合物から主としてなるインキをインク
ジェット装置で噴射して着色層を形成する方法が考えら
れる。しかし、上記方式で耐熱性および耐溶剤性の高い
カラ−フィルタの着色層を形成するに適したインキは今
だ実現されておらず、またこの方法で形成された耐熱性
および耐溶剤性の高いカラ−フィルタも実現されていな
い。

【０００６】以上のことは印刷方式の場合にもそのまま
当てはまることである。印刷方式では、赤、青、緑３色
同時に着色することはないが、一色ずつ各画素に相当す
る印刷版上の所定の位置にインキを付着させ、それを基
板上に転写する。以上の作業を３色分繰り返して着色層
を形成するのであるが、この場合も被染色層を有する透
明基板を染料インキで染色する方法と比較して樹脂と顔
料または染料の混合物からなるインキを用いた方が耐溶
剤性および耐熱性に対して有利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の諸欠点に鑑み創案されたもので、その目的とすると
ころはインクジェット方式や印刷方式で着色する場合に
も極めて優れた耐熱性、耐光性および耐薬品性を有する
着色層を備えたカラ−フィルタを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
基板と該基板上に形成された着色層とを備えたカラ−フ
ィルタにおいて、該着色層が下式（１）で表される構造
単位を含む化合物と顔料および／または染料の混合物を
含むインキから主としてなることを特徴とするカラ−フ
ィルタにより達成される。

【０００９】

【化２】 即ち、本発明はガラスまたはポリマ−などからなる透明
な基板上の赤、青、緑のそれぞれの画素に対応する所定
の位置に、下記式（１）

【化３】 で表される構造単位を含む化合物と顔料および／または
染料の混合物から主としてなるインキを、好ましくはイ
ンクジェット方式で噴射するか、または印刷方式で転写
して微細画素パタ−ンを形成することにより達成され
る。

【００１０】式（１）で表される構造単位はＮ末端とし
て−ＮＨ２、−ＮＨ（ＲＯＨ）、−Ｎ（Ｒ０Ｈ）２、−
ＮＨ（ＲＯＲ´）、−Ｎ（ＲＯＲ´）２、（ここで、
Ｒ、Ｒ´は鎖状または環状アルキル基）等アルコ−ルま
たはエ−テルを付加したものが使用できる。この場合、
加熱により末端のアルコ−ルまたはエ−テルが他のＯＨ
基との間で縮合反応を起こし架橋するため、画素パタ−
ン描画後に熱架橋することで緻密に架橋された膜を得る
ことができる。式（１）に表される構造単位は１分子中
に最大３個の架橋点を有するため、高度に架橋された膜
は非常に高い耐熱性と耐薬品性を有する。式（１）記載
の構造単位が速やかに、また効率的に熱架橋するために
は硬化促進剤を加えることが好ましい。硬化促進剤とし
ては酸または塩を少量添加することが有効であり、酸と
しては酢酸、塩酸、硝酸などが好ましいが、これらに限
らず広く一般の無機および有機酸はいずれも有効であ
る。塩としては上記の酸のアミン塩、アンモニウム塩が
好ましいが一般に強酸の塩であれば有効である。硬化促
進剤としてはこれらの酸または塩類を式（１）記載の構
造成分に対して０．１〜２０重量％、より好ましくは１
〜５重量％添加することが望ましい。

【００１１】式（１）記載の構造単位を含む化合物の他
に該構造と親和性の高いポリマ−成分を混合して用いて
も良い。しかし後述の様に、インクジェット方式にて着
色層を形成する場合には使用するインキの粘度を低くす
ることが好ましい。その意味ではポリマ−成分を多量に
添加することは好ましくなく、添加するポリマ−の全固
形分に対する割合としては３０重量％以下が望ましい。
より好ましくは１０〜０．５重量％の範囲が望ましい。
一方、印刷方式の場合は後述の様にやや高粘度のインキ
が好ましいため、ポリマ−成分の割合を多くすることが
可能であり、５〜４０重量％の範囲が好ましい。混合す
るポリマ−としては、式（１）記載の構造と相互に架橋
させる場合にはＯＨ基を有するポリマ−が好ましく、架
橋を式（１）記載の構造のみで行う場合には単に式
（１）記載の構造と親和性の高いポリマ−を選択すれば
良い。ＯＨ基を有するポリマ−としてはポリヒドロキシ
エチルメタクリレ−ト、ポリビニルアルコ−ル、ヒドロ
キシセルロ−ス、カルボキシメチルセルロ−ス等が適し
ている。また、ＯＨ基を持たないポリマ−としてはポリ
ビニルピロリドン、ポリエチレンオキシドおよびポリア
クリル酸等が適している。しかしながら、上記のポリマ
−は一例であり、これらに限定されるものではない。

【００１２】式（１）で表される構造単位を含む化合物
中に分散する顔料または染料の種類は特に制限されず公
知の顔料および染料が適宜使用できる。例えば有機、無
機の顔料、酸性染料、直接染料、分散染料、反応性染料
などが使用できる。ただし、耐熱性、耐光性、および耐
溶剤性の優れたカラ−フィルタを得るためには、これら
の特性が高く堅牢な顔料および染料を用いることが好ま
しい。マトリクス中に分散させる顔料および染料の量に
特に制限はないが、なるべく多量に分散させた方が着色
層の膜厚を薄くすることができる。また、あまりマトリ
クス樹脂成分が少ないと着色層の耐溶剤性および機械強
度が低下する。これらの点を考え合わせ、全固形分に対
する顔料および／または染料の割合は６０〜２０重量％
の範囲が好ましい。また、式（１）記載の構造を有する
化合物がアルコ−ル末端を有する場合には親水性の非常
に高い分子になる。従って、マトリクス樹脂との親和性
の点から考えると、分子内にＯＨ基を有するなど比較的
親水性の高い顔料、または酸性染料等水溶性の染料もし
くは親水性の染料がより適している。しかし、顔料およ
び染料自身が式（１）記載の構造と親和性が良くなくて
も、界面活性剤を少量添加することでマトリクス樹脂中
に微分散することが出来る。添加する界面活性剤の量と
してはなるべく少ない方が望ましく、分散される顔料の
構造によって適正量を選択するのがよい。通常は全固形
分に対して３０〜１重量％の範囲で選択される。顔料と
しては赤色顔料ではカラーインデックスピグメントナン
バ−（以下単にＰと略す）ＰＲ１７７、１７８、青色顔
料ではＰＢ１５、１６、緑色顔料ではＰＧ３６などが適
しているがこれらに限定されない。また界面活性剤とし
ては特に制限されないが、高分子カルボン酸型界面活性
剤としては“デモ−ル”Ｐ，ＥＰ，ＬＰ，ＳＰ（花王
（株））、“アデカコ−ル”（旭電化（株））、また、
非イオン性活性剤としては“ニュ−コ−ル”７１０、７
１４（日本乳化剤（株））等が適している。

【００１３】式（１）記載の構造単位を含む化合物と顔
料および／または染料を主成分としてインキを構成する
ためには液状の組成物を加えて粘度を調節することが好
ましい。式（１）記載の構造は末端がアルコ−ル化され
ている場合は水との親和性が非常に強い。従って、粘度
調節のための液体成分としては水を加えるのが望まし
い。また、末端がエ−テル化されている場合には、水の
他にアルコ−ル成分を添加することが望ましい。しか
も、エ−テル化の割合が増すに従ってアルコ−ル成分の
量は増加することがより望ましい。インクジェット方式
で着色層を形成する場合は、インキの粘度は低い方がイ
ンキの液滴を安定に形成することができるため好まし
く、３センチポイズ以下の範囲で選択するのがよい。こ
のような低粘度のインキを構成するためにはマトリクス
用成分としてポリマ−成分は不向きであるが、式（１）
記載の構造単位を含む化合物は基本的にはモノマ−であ
り、この点でも非常に好ましい。以上の点から全インキ
成分に対する液体成分の割合としては９０〜６０重量％
の範囲が好ましい。一方、印刷方式の場合はやや高粘度
のインキが好ましく１０〜１０００センチポイズの範囲
が望ましい。従って、全インキ成分に対する液体成分の
割合は１０〜６０重量％の範囲が好ましい。

【００１４】本発明によるカラ−フィルタは、例えば次
のようにして作成できる。まず顔料を界面活性剤、メラ
ミン樹脂および水またはアルコ−ルを主成分とするイン
キ溶媒中に分散しインクジェット用インキを赤、青、緑
色の３色分作成する。この場合、顔料の分散にはホモジ
ナイザ−、サンドグラインダ−等の分散機を使用すると
良い。また、ガラスまたは樹脂からなる透明基板を用意
し、よく洗浄する。次に、上記のインキをインクジェッ
ト装置を用いて所定の部位に所定の着色インキを供給し
基板を着色する。上記基板を５０〜１００℃、より好ま
しくは８０〜１００℃の範囲で５〜３０分間加熱し、溶
媒を乾燥した後１００〜１８０℃、より好ましくは１３
０〜１８０℃の範囲で２〜１５分加熱してメラミン樹脂
を架橋する。上記の操作によりカラ−フィルタの着色層
が得られる。上記の方法では洗浄処理のみを施した透明
基板上に着色したが、各画素を精度良く形成するために
画素と画素の間にシリコ−ンの柵を設けた基板を用いる
とシリコ−ンのインキ反発性により基板に付着したイン
キが隣接した画素の領域まで拡がることを防ぐことがで
きる。

【００１５】ほぼ同様の手順で印刷方式にて着色層を形
成することが出来る。赤、青、緑の各色に対し、所定の
位置に画素パタ−ンが形成された印刷版を用意する。さ
らに、印刷用インキとして上記インクジェット方式と同
様に、顔料を界面活性剤、メラミン樹脂、水またはアル
コ−ルを主成分としたインキを赤、青、緑、各色用意す
る。次に平台平版印刷機を用いて印刷版にインキを供給
し、それを透明基板に転写する。転写後はインクジェッ
ト方式の場合と同様６０〜１００℃で５〜３０分乾燥し
た後、１００〜１８０℃で３〜１５分加熱してメラミン
樹脂を架橋する。赤、青、緑、３色について上記の操作
を行うことにより着色層を形成することができる。印刷
方式の場合にもインクジェット方式と同様、画素間にシ
リコ−ンによるインキ反発柵を設けることは有効であ
る。

【００１６】透明基板と各画素との接着性を向上させる
ために、予めガラス基板上にカップリング剤、例えばア
ミノシラン系カップリング剤を極薄く塗布しておくこと
は非常に有効である。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されない。

【００１８】実施例１ 赤、青、緑、各色のインキを下記の要領で調合した。ま
ず、赤色顔料としてＰＲ１７７を５重量部、界面活性剤
“ニュ−コ−ル”７１０Ｆ（日本乳化剤（株））５重量
部、水７９重量部にガラスビ−ズを加えてホモジナイザ
−を用いて１０時間攪拌し、顔料分散液を作製した。上
記分散液８９重量部にメラミン樹脂（ＳＵＭＩＴＥＸ
ＲＥＳＩＮ Ｍ３（住友化学（株））１０重量部、硬化
剤（ＡＣＸ（住友化学（株））１重量部を混合しカラ−
フィルタ作製用赤色インキを得た。青インキ（顔料とし
てＰＢ１５を使用）および緑色インキ（顔料としてＰＧ
３６を使用）についても同様の方法でインキを調製し
た。

【００１９】次に、画素と画素の間にインキ反発柵が形
成された透明基板を用意した。その形成方法としては、
まず画素間に遮光用のＣｒ薄膜がパタ−ニングされた透
明なガラス基板上の全面にポジ型感光樹脂膜およびポリ
シロキサンの架橋薄膜を形成した。次に上記透明基板を
超高圧水銀灯を用いて裏から露光し、画素部分、即ちブ
ラックマトリクスの無い部分のみ感光させた。上記基板
を１０％ヘキサンを含むエタノ−ル現像液で現像するこ
とにより画素と画素の間にシリコ−ンゴムからなるイン
キ反発柵を有する透明基板を得た。

【００２０】次にインクジェット装置を用いて当該基板
上の赤、青、緑、所定の画素位置に上記のインキを噴射
することによりカラ−フィルタパタ−ンを描画した。そ
の後、１００℃１０分乾燥および１５０℃１５分加熱し
てメラミン樹脂を架橋してカラ−フィルタを得た。

【００２１】上記カラ−フィルタは空気中で２５０℃１
時間加熱しても変色せず、また、有機溶媒、酸、アルカ
リにも十分な耐性を有していた。

【００２２】実施例２ 下記の染料５重量部を蒸留水８４重量部に溶解したもの
にメラミン樹脂（ＳＵＭＩＴＥＸ ＲＥＳＩＮ Ｍ３；
住友化学（株））１０重量部、硬化剤（ＡＣＸ；住友化
学（株））１重量部を混合し、赤、青、緑各色のインキ
を調製した。

【００２３】（染料） 赤；レッド２４Ｐ （日本化薬（株）） 緑；グリ−ン１０Ｐ（ 〃 ） 青；ブル−５Ｐ （ 〃 ） 上記のインキをインクジェット装置を用いて透明なガラ
ス基板上の所定の画素位置に噴射し、赤、青、緑の画素
パタ−ンを描画した。その後、１００℃１０分乾燥した
後、１５０℃１５分加熱してメラミン樹脂を架橋し、カ
ラ−フィルタを得た。

【００２４】上記のカラ−フィルタは２３０℃１時間加
熱しても変色せず、また有機溶媒、酸およびアルカリに
対する耐性も十分であった。さらに上記実施例では染料
を用いているため非常に透明度およびコントラスト比の
高いカラ−フィルタが実現できた。

【００２５】実施例３ 実施例１で用いた顔料を２０重量部、界面活性剤（“デ
モ−ル”ＥＰ；花王（株））を５重量部、蒸留水３４重
量部にガラスビ−ズを加えてサンドグラインダ−で２０
時間攪拌し、顔料分散液を調製した。上記分散液にメラ
ミン樹脂（ＳＵＭＩＴＥＸ ＲＥＳＩＮ Ｍ３；住友化
学（株））３０重量部、硬化剤（ＡＣＸ；住友化学
（株））１重量部およびポリヒドロキシエチルメタクリ
レ−トを１０重量部加え攪拌してカラ−フィルタ用イン
キを得た。

【００２６】水なし平版を用いて平台平版印刷機で上記
のインキを１色ずつ透明基板上に直接印刷した。一色印
刷後に１００℃３分乾燥、１５０℃１５分加熱してメラ
ミン樹脂を架橋した。上記手順を３色分繰り返しカラ−
フィルタを得た。上記カラ−フィルタは実施例１で得ら
れたものと同等の高い耐熱性および耐薬品性有してい
た。

【００２７】実施例４ 実施例２で用いた染料２０重量部を３４重量部の蒸留水
に溶解した。上記溶液にメラミン樹脂（ＳＵＭＩＴＥＸ
ＲＥＳＩＮ Ｍ３；住友化学（株））４０重量部、硬
化剤（ＡＣＸ；住友化学（株））１重量部を混合、攪拌
し、赤、青、緑、各色のカラ−フィルタ用インキを得
た。

【００２８】上記インキを水無し平版を用いて平台平版
印刷機により実施例１記載のインキ反発柵付き透明基板
上に印刷した。印刷および乾燥、硬化の手順は実施例３
と同様に行った。その結果、実施例２と同様の高い耐熱
性および耐薬品性を備えた非常に透明度およびコントラ
スト比の高いカラ−フィルタが得られた。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上述のごとく構成したので、従
来のものと比較して耐熱性、耐溶媒性、機械強度、表面
光沢に富みしかも、均一で鮮明、高画質なカラ−フィル
タを効率良く容易に提供することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と該基板上に形成された着色層
   とを備えたカラ−フィルタにおいて、該着色層が下式
   （１）で表される構造単位を含む化合物と顔料および／
   または染料の混合物を含むインキから主としてなること
   を特徴とするカラ−フィルタ。 【化１】
2. 【請求項２】 インキが基板上にインクジェット方式で
   噴射するか、または印刷方式で転写されてなる請求項１
   記載のカラ−フィルタ。