JPH10246811A

JPH10246811A - カラーフィルタの遮光層用インキ組成物

Info

Publication number: JPH10246811A
Application number: JP4890797A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Kondo; 康彦近藤; Masanori Yoshida; 正典吉田; Takehiko Matsuyama; 武彦松山
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】カラーフィルタ（とくに液晶カラーフィル
タ）用に適した、カーボンブラックの分散性が良く、か
つ粘度が低い遮光層用のインキ組成物を提供することで
ある。【解決手段】スチレンと（メタ）アクリル酸エステル
との共重合体を表面にグラフトさせたカーボンブラック
を熱硬化性樹脂１００重量部に対して２０〜１００重量
部含有することを特徴とする、カラーフィルタの遮光層
用インキ組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カーボンブラックの分
散が良く、かつ粘度が低い遮光層用インキ組成物に関
し、とくにカラーフィルタ（とくに液晶カラーフィル
タ）用の遮光層用インキ組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレー（ＬＣＤ）は液晶カラ
ーフィルタを用いることにより、表示のカラー化を実現
し、パーソナルコンピューター、電子式卓上計算器、テ
レビ等の多くの分野で利用されている。前記液晶カラー
フィルタは、通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）
のカラーフィルタ層およびブラックマトリックスと呼ば
れる遮光層のパターンを透明基板上に形成したものであ
る。このうち、遮光層は液晶ディスプレーのコントラス
トを向上させるために設けられており、十分な遮光性を
有することが要求されている。

【０００３】かかる遮光性の評価は、遮光層の光透過率
をｘ％としたときに次式：ｌｏｇ（１００／ｘ）で求められる光学濃度（ＯＤ値）を用いることにより行
われるが、液晶の駆動方式がノーマリーブラックのスー
パーツイストネマティック（ＳＴＮ）型液晶における遮
光層では２．５以上、ノーマリーホワイトの薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）型液晶における遮光層では３．０以上
の光学濃度を有することが要求される。

【０００４】このような、高い光学濃度を実現するため
に、従来よりクロムや酸化クロム等の薄膜が液晶カラー
フィルタの遮光層に用いられている。しかし、上記薄膜
からなる遮光層は、通常、透明基材の表面全体に、真空
蒸着法等の気相成長法によって、クロムや酸化クロム等
の薄膜を形成した後、この薄膜を、フォトリソグラフィ
ー技術によってパターン化して製造されるため、工程数
が多くかつ多大な設備費を要するという問題がある。ま
た有害なクロムを用いるので、上記工程で発生するクロ
ム廃液の処理も問題となる。さらに上記工程によって処
理できる面積には限りがあるため、カラーフィルタの大
面積化が困難である。

【０００５】最近、液晶カラーフィルタを安全かつ安価
に製造するために、カーボンブラックを樹脂中に分散し
た印刷インキを用いて、従来公知の精密印刷法にて、透
明基材の表面に、遮光層を印刷することが提案されてい
る。すなわち、特開昭６３−２５３３０１号公報には、
透明基板上に、カーボンブラック粉末を含有したインキ
を印刷してブラックマトリクスを形成する液晶カラーフ
ィルタの製造法が開示されている。

【０００６】

【解決しようとする課題】樹脂型の遮光層で上述した高
い遮光性（光学濃度）を実現するためには、インキ中の
カーボンブラックの含有量を多くするといった方法が考
えられる。例えば、樹脂としてポリエステル−メラミン
樹脂、カーボンブラックとしてチャンネル法カーボンブ
ラックを使用して遮光層を形成する場合には、膜厚１．
３μｍでＯＤ値２．３を得るには、ポリエステル−メラ
ミン樹脂１００重量部に対してチャンネル法カーボンブ
ラック２０重量部、ＯＤ値３．０を得るにはチャンネル
法カーボンブラック３０重量部、ＯＤ値４．０を得るに
はチャンネル法カーボンブラック８０重量部以上を添加
する必要がある。

【０００７】しかし、カーボンブラックの含有量を多く
した場合、インキ中で分散が非常に悪くなり、添加量を
増やしてもなかなかＯＤ値が向上しないといった問題が
起きる。また、上記インキを用いて硬化塗膜を作製した
場合には、その硬化塗膜の平坦性が著しく損なわれるた
め、液晶パネルに組み込んだ場合に点灯不良個所が多数
発生するといった問題も起こる。

【０００８】しかも、インキの粘度が高くなるため、多
量の溶剤を用いて粘度を下げる必要が生じ、印刷形状が
劣化してしまう問題が起こる。さらに、分散不良からイ
ンキ中にゲル分が非常に多くなり、インキを濾過する際
に目詰まりを起こしてしまうといった問題もある。ま
た、樹脂型の遮光層で上述した高い遮光性（光学濃度）
を実現するための他の方法として、遮光層を厚くするこ
とが考えられる。

【０００９】しかし、遮光層を厚くすれば、遮光性は向
上するものの液晶カラーフィルタの表面の平坦性が失わ
れ、特に前記ＳＴＮ型液晶の場合は、液晶ディスプレー
の透明電極と接するインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）
からなる膜が断線するという問題が起こってしまう。本
発明の目的は、十分な光学濃度を有する遮光層を作製す
るために、インキ中のカーボンブラックの分散が良く、
かつ粘度の低いカラーフィルタ遮光層用インキ組成物を
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、スチレンとアクリ
ル酸エステルまたはメタクリル酸エステル（以下、単に
（メタ）アクリル酸エステルという）との共重合体を表
面にグラフトさせたカーボンブラックを熱硬化性樹脂１
００重量部に対して２０〜１００重量部含有することを
特徴とする、カラーフィルタの遮光層用インキ組成物を
使用すると、カーボンブラックの分散が非常に良いイン
キが作製でき、しかもそのインキの粘度の上昇を抑える
ことが可能となるので、光学濃度が高く充分な遮光性を
有する遮光層を印刷法で簡単に作製できるという新たな
事実を見出し、本発明を完成するに至った。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカラーフィルタの
遮光層用インキ組成物について詳細に説明する。上記遮
光層用インキ組成物は、熱硬化性樹脂中に、スチレンと
（メタ）アクリル酸エステルとの共重合体を表面にグラ
フトさせたカーボンブラックを所定量配合したものであ
る。

【００１２】スチレンと（メタ）アクリル酸エステルと
の共重合体を表面にグラフトさせたカーボンブラック
は、カーボンブラックの表面を酸化させることにより、
カーボンブラックの表面にカルボキシル基、水酸基また
はアルデヒド基などの官能基を形成させ、その官能基
と、末端にエポキシ基またはイソシアネート基を有する
スチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体とを反
応させることにより作製できる。

【００１３】カーボンブラックに対するスチレンと（メ
タ）アクリル酸エステルとの共重合体のグラフトの割合
は、カーボンブラック１００重量部に対して少なくとも
３０〜４００重量部、好ましくは５０〜２００重量部で
ある。共重合体におけるスチレンに対する（メタ）アク
リル酸エステルの配合比は、重量比で少なくとも１０
０：５０〜４００、好ましくは１００：７０〜２５０で
ある。

【００１４】前記（メタ）アクリル酸エステルとして
は、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル
酸メチルまたはメタクリル酸エチルがあげられる。本発
明のカラーフィルタの遮光層用インキ組成物に使用す
る、グラフトしたカーボンブラックの平均粒子径は、５
〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜５０ｎｍであるのがよ
い。

【００１５】また、前記グラフトしたカーボンブラック
の比表面積は、５０〜５００ｍ²／ｇ、好ましくは１０
０〜３００ｍ²／ｇであるのがよい。前記グラフトした
カーボンブラックとしては、例えば下記に示す日本触媒
（株）の商品名「カーボンブラックグラフトポリマー」
などが挙げられる。＜溶剤分散タイプ＞＜カーボンブラック／共重合体（重量比）＞ＣＸ−ＧＬＴ−２０１／２ＣＸ−ＧＬＴ−２１１／２ＣＸ−ＧＬＴ−５０１／２＜水分散タイプ＞ＣＸ−ＣＢＷ−６０１／１グラフトしたカーボンブラックの添加量は、熱硬化性樹
脂１００重量部に対して２０〜１００重量部を添加する
のが好ましい。

【００１６】添加量が２０重量部よりも少ないと硬化後
の塗膜の光学濃度（ＯＤ値）が２．０以下となり、十分
な遮光性を得ることができない。添加量が１００重量部
よりも大きければ、インキの印刷形状が悪くなり、ライ
ンの直線性がでず、また樹脂分も少ないため、硬化塗膜
の機械的な強度が劣化して塗膜が傷つきやすくなる。な
お、後述する鉛筆硬度での硬度の目安としては、３Ｈ以
上であれば傷つくことは少ない。

【００１７】本発明のカラーフィルタの遮光層のインキ
組成物は、上記熱硬化性樹脂、上記グラフトしたカーボ
ンブラックおよび溶剤の各所定量を混合し、カーボンブ
ラックをよく分散させるために３本ロール、アニューラ
ー型のビーズミル等を使用して混練を行うが、カーボン
ブラックの分散をさらに向上させるために３本ロールに
よるベース練りの前にあらかじめプラネタリーミキサー
などで十分に混合しておくのが好ましい。また、カーボ
ンブラックの粉体自体をボールミル等で微粉末化するよ
うにしてもよい。

【００１８】前記熱硬化性樹脂としては、例えばフェノ
ール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ウレタン樹脂、アクリ
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル−メラミン樹
脂、メラミン−エポキシ樹脂があげられ、その中でも、
印刷適性が優れているとともに、カラーフィルタの製造
工程における熱処理に耐え得るもの、具体的には２５０
°Ｃで１時間の加熱処理に耐え得るものが好ましい。

【００１９】かかる樹脂としては、例えばポリエステル
−メラミン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂およびメ
ラミン−エポキシ樹脂があげられ、これらの群より選ば
れる少なくとも１種または２種以上を混合して使用され
る。さらに、樹脂の硬化速度を調整することを目的とし
て、前記樹脂中に酸触媒等を適宜配合してもよい。

【００２０】酸触媒としては、例えばパラトルエンスル
ホン酸、ショウ酸、マロン酸、コハク酸、トリメリト酸
などがあげられる。上記溶剤としては、例えばｎ−ブチ
ルアルコール、シクロヘキシルアルコール、２−メチル
シクロヘキシルアルコール、オクチルアルコール、オレ
イルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコー
ル、トリデシルアルコール（トリデカノール）、ステア
リルアルコール、セリルアルコールなどのアルコール；
メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソル
ブ、ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブ
チルエーテル）、セロソルブアセテート、ブチルセロソ
ルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカル
ビトールアセテートなどのアルキルエーテル；トルエ
ン、キシレン、テトラリン等の芳香族炭化水素；シクロ
ヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、イソホロン、ジ
アセトンアルコール等のケトンなどが挙げられるが、こ
れらに限定されるものではなく、印刷適性（インキ転移
性など）や作業性などを考慮して適宜選択すればよい。

【００２１】また、高級アルコールを使用する場合は、
インキの乾燥性や流動性を考慮して、これよりも乾燥速
度が速いブチルカルビトール、ブチルセロソルブ、エチ
ルカルビトール、ブチルセロソルブアセテート、ブチル
カルビトールアセテート、テルピネオール等を併用して
もよい。溶剤の添加量は使用する熱硬化性樹脂などの成
分の溶解性または分散性、得られるインキの粘度、作業
性、印刷適性などを考慮して適宜決定すればよく、通
常、インキ総量に対して５〜８０重量％、好ましくは１
５〜５０重量％程度である。

【００２２】本発明のカラーフィルタの遮光層のインキ
組成物には、上記共重合体をグラフトしたカーボンブラ
ックが再凝集するのを防止するために界面活性剤などを
添加してもよい。界面活性剤としては、例えばカルボン
酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩などのアニオン系
界面活性剤；第１級ないし第３級アミン塩などのカチオ
ン系界面活性剤；エーテル系（ポリオキシエチレンアル
キルエーテルなど）、エステル系（グリセリンエステル
など）、エーテルエステル系（グリセリンエステルのポ
リオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリ
オキシエチレンエーテルなど）等のノニオン系界面活性
剤が例示される。

【００２３】このうち、分散性の点でアニオン系または
カチオン系の界面活性剤が優れているが、アルカリ金属
（カリウム、ナトリウムなど）は液晶の寿命を著しく劣
化させるため、ノニオン系の界面活性剤を使用するのが
好ましい。また、樹脂とカーボンブラックのぬれ性を向
上させるために、グラフトしたカーボンブラックの表面
をシラン系カップリング剤やチタン系カップリング剤な
どで前処理してもよい。

【００２４】次に、本発明のカラーフィルタの遮光層の
インキ組成物を用いて形成する液晶カラーフィルタの遮
光層について説明する。前記遮光層は、従来公知の印刷
法により、前記インキ組成物を透明基板上に印刷した
後、通常１８０〜２５０℃の温度で加熱することによっ
て形成される。かかる印刷法としては、例えばスクリー
ン印刷法、水無しオフセット印刷法、凹版オフセット印
刷法等があげられるが、液晶カラーフィルタにおける遮
光層の製造方法として、凹版オフセット印刷法を用いる
のが好ましい。すなわち、凹版オフセット印刷法では、
一回の印刷で得られるインキの膜が厚いため、ラインの
形状が優れており、ラインの解像度も高いことから１０
〜４０μｍ程度の線幅のパターンであっても精密に再現
することが可能である。従って、超微細パターンを忠実
に再現することができるので、遮光層を形成するための
印刷法として最適である。

【００２５】凹版オフセット印刷に用いられる凹版は、
基板の表面に遮光層のパターンに対応した凹部を形成し
たものである。前記基板としては、例えばソーダライム
ガラス、ノンアルカリガラス、石英、低アルカリガラ
ス、低膨張ガラス等のガラス板のほか、フッ素樹脂、ポ
リカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥ
Ｓ）、ポリエステル、ポリメタクリル樹脂等の樹脂板、
ステンレス、銅、低膨張合金アンバー等の金属板が使用
可能である。なかでも、微細なパターンを高精度で再現
するうえで、ソーダライムガラスなどの軟質ガラスを用
いるのが、特に好ましい。

【００２６】前記凹部の深さはインキの膜厚に大きく影
響しており、通常２〜８μｍ、好ましくは３〜６μｍで
ある。凹部の深さが２μｍよりも小さい場合は硬化時の
インキの塗膜が薄くなり、十分な遮光性が得られない。
また、凹部の深さが８μｍよりも大きい場合はインキの
塗膜が厚くなり、得られるカラーフィルタの表面の平坦
性が悪くなるために好ましくない。

【００２７】凹版オフセット印刷に用いられるオフセッ
トブランケットとしては、前述した通り凹版から受理し
たインキを１００％ガラス基板に転送する必要があり、
表面ゴ材料としてはシリコーンゴムからなるものであれ
ばよい。前記シリコーンゴムブランケットとしては、例
えばミラブルシリコンゴム、室温硬化型（ＲＴＶ）シリ
コンゴム、電子線硬化型シリコーンゴム等の種々のタイ
プが使用可能である。上記表面ゴム層の表面は平坦であ
るほど好ましい。具体的には、表面粗さ（十点平均粗
さ）が０．５μｍ以下であるのが好ましく、より好まし
くは、０．３μｍ以下である。

【００２８】また、表面ゴム層の硬度はＪＩＳ−Ａで２
０〜８０度であり、好ましくは４０〜６０度である。ゴ
ムの支持体としては平坦なものであればよく、例えばポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルス
ルホン（ＰＥＳ）、ポリエステル、ポリカーボネート
（ＰＣ）等のプラスチックフィルム、アルミニウムまた
はステンレス等の金属板等が使用可能である。また、ゴ
ムの支持体と表面ゴムとの間には多孔質のスポンジ層を
設けてもよい。

【００２９】透明基板としては、例えばノンアルカリガ
ラス、ソーダライムガラス、低アルカリガラス等のガラ
ス基板や、ポリエーテル、ポリサルホン、ポリアリレー
ト等のフィルムが使用可能である。上述した遮光層を用
いて液晶カラーフィルタを製造する場合には、透明基板
上に遮光層を形成した後、この遮光層を境界にして透明
基板上に複数の透明着色層を形成させればよい。

【００３０】

【実施例】以下、実施例および比較例を示して本発明を
詳細に説明する。実施例１ポリエステル−メラミン樹脂１００重量部に対し、ＣＸ
−ＣＢＷ−６０（日本触媒（株）製のグラフトしたカー
ボンブラック）８０重量部および溶剤（酢酸ブチルカル
ビトール）５０重量部を配合し、粘度８００Ｐの遮光層
用インキを作製した。

【００３１】ついで、凹版の凹部（ソーダライムガラス
の表面に、深さ５μｍ、線幅５０μｍのストライプパタ
ーンからなる）に、上記遮光層用インキをドクターナイ
フにより充填した後、通常の平台オフセット印刷機を用
いて、上記凹版に充填されたブラックマトリックス層用
のインキを、表面ゴム層が硬度５０度（ＪＩＳ−Ａ）の
シリコーンゴムからなるブランケットに転移し、さら
に、ソーダライムガラス製の透明基板上に転移させた
後、２００°Ｃで１００分間加熱して、透明基板上に厚
さ２μｍの遮光層を作製した。実施例２ＣＸ−ＣＢＷ−６０の代わりにＣＸ−ＧＬＴ−２０（日
本触媒（株）製のグラフトしたカーボンブラック）を同
量で使用した以外は、実施例１と同様にして遮光層を作
製した。比較例１ＣＸ−ＣＢＷ−６０の代わりにＦＷ−２００（デグッサ
社製のチャンネル法カーボンブラック）を３０重量部、
溶剤を３０重量部使用した以外は、実施例１と同様にし
て遮光層を作製した。比較例２ＦＷ−２００を８０重量部、溶剤を８０重量部使用した
以外は、比較例１と同様にして遮光層を作製した。比較例３ＦＷ−２００を１２０重量部、溶剤を１２０重量部使用
した以外は、比較例１と同様にして遮光層を作製した。比較例４ＦＷ−２００を１０重量部、溶剤を２０重量部使用した
以外は、比較例１と同様にして遮光層を作製した。比較例５ＣＸ−ＣＢＷ−６０を１０重量部、溶剤を１０重量部使
用した以外は、実施例１と同様にして遮光層を作製し
た。比較例６ＣＸ−ＣＢＷ−６０を１２０重量部、溶剤を８０重量部
使用した以外は、実施例１と同様にして遮光層を作製し
た。

【００３２】各実施例および比較例で得られたインキお
よび遮光層について、以下の評価を行った。（インキの分散性）分散性の評価は、１００倍の光学顕
微鏡にてインキの目視観察を行い、下記の基準で評価し
た。

【００３３】 ◎：顔料の粒子が全く確認できなかった。 ○：１〜５μｍ位の粒子は視野内に１〜９個確認できる
が、５μｍ以上の粒子は確認できなかった。 △：１〜５μｍ位の粒子は視野内に１０〜５０個確認で
きるが、５μｍ以上の粒子は確認できなかった。

【００３４】×：１〜５μｍ位の粒子は視野内に５０個
より多く、かつ５〜５０μｍの粒子は１０個未満確認で
きた。 ××：１〜５μｍ位の粒子は視野内に５０個より多く、
かつ５〜５０μｍの粒子は１０個以上確認できた。（インキのゲル分の観察）分散不良から生じるインキ中
のゲル分の量を観察して、下記の基準で評価した。

【００３５】 ◎：非常に少ない。 ○：少ない。 △：比較的少ない ×：非常に多い。また、上記ゲル分を濾過できる最小のメッシュのサイズ
（μｍ）を記録した。（遮光層の印刷形状）遮光層の印刷形状を透過型顕微鏡
で観察して、下記の基準で観察した。

【００３６】 ◎：印刷形状が極めて良好であった。 ○：印刷形状が良好であった。 △：印刷形状がやや劣っており、エッジが丸まったり、
遮光層の表面にピンホールが発生するといった問題が生
じた。 ×：印刷形状が極めて劣っており、ピンホールが多数発
生した。（遮光層の光学濃度）遮光層の光学濃度（ＯＤ値）をオ
リンパス（株）製の顕微分光計「ＯＰＳ−ＳＰ−１０
０」で測定し（測定波長５５０ｎｍ）、式：ＯＤ値＝ｌｏｇ（１／ｘ）によって光学濃度（ＯＤ値）を求めた。（遮光層の鉛筆硬度）遮光層の硬度（鉛筆硬度）を、Ｊ
ＩＳＫ５４００の「鉛筆引っかき値」に記載の方法
（試験機法）に従って求めた。遮光層の鉛筆硬度は３Ｈ
以上であればよい。

【００３７】以上の結果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかなように、カーボンブラッ
クの表面をグラフト処理したカーボンブラックを用いて
作製した実施例１〜２のインキおよび遮光層は、表面を
グラフト処理していないカーボンブラックを用いて作製
した比較例１〜４のものに比べて、ゲル分が少なく、分
散性の向上が認められ、十分な光学濃度を示すことが分
かった。

【００４０】比較例５〜６のインキおよび遮光層は、実
施例１および２と同じく、カーボンブラックの表面をグ
ラフト処理したカーボンブラックを用いて作製したもの
であるが、そのカーボンブラックの添加量が不適当なた
めに、分散性、印刷形状および光学濃度（ＯＤ値）のす
べてを兼ね備えることができなかった。

【００４１】

【発明の効果】本発明の遮光層用インキ組成物は、イン
キ中のカーボンブラックの分散が非常に良く、しかもイ
ンキの粘度も低いため、高い光学濃度で充分な遮光性を
有する遮光層を印刷により容易に形成することができる
という効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スチレンとアクリル酸エステルまたはメタ
クリル酸エステルとの共重合体を表面にグラフトさせた
カーボンブラックを熱硬化性樹脂１００重量部に対して
２０〜１００重量部含有することを特徴とする、カラー
フィルタの遮光層用インキ組成物。
【請求項２】前記アクリル酸エステルがアクリル酸メチ
ルまたはアクリル酸エチルであり、前記メタクリル酸エ
ステルがメタクリル酸メチルまたはメタクリル酸エチル
である請求項１記載のカラーフィルタの遮光層用インキ
組成物。
【請求項３】前記熱硬化性樹脂がポリエステル−メラミ
ン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂およびメラミン−
エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種で
ある請求項１記載のカラーフィルタの遮光層用インキ組
成物。