JPH1121487A

JPH1121487A - 顔料分散型水性インク及びカラーフィルタ製造方法

Info

Publication number: JPH1121487A
Application number: JP17616797A
Authority: JP
Inventors: Yorisuke Ikuta; 順亮生田; Naohiko Ishimaru; 直彦石丸
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】顔料インクを用いてインクジェット法でカラー
フィルタを製造する際に長時間にわたり安定した吐出す
るためのインクを得る。【解決手段】顔料１〜５重量％、高分子界面活性剤とし
てスチレン−アクリル酸共重合体（分子量１００００）
０．２〜７重量％、アニオン系界面活性剤０．０１〜２
重量％、エタノールアミン０．５〜８重量％、残部とし
て主として有機溶媒と水とを含むインクを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット法
によりカラーフィルタを製造するための顔料分散型水性
インク及びカラーフィルタ製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は近年のパソコンの発達に
伴いカラー表示が増加しており、そのためにカラーフィ
ルタが使用されている。このカラーフィルタについて
は、１００×３００μｍ程度のピッチで８００×６００
×３画素とか、１０２４×７６８×３画素とかの微細な
カラーフィルタを形成する必要がある。このため、現在
は顔料分散法による形成が主流となっている。

【０００３】この顔料分散法は、フォトリソグラフィ技
術を用いる方法であることから、高価なフォトレジスト
を用いたり、レジストの塗布、乾燥、露光、現像、硬化
等の各工程を３回は繰り返すことになる。このため、巨
額の設備投資が必要となり、かつフォトリソ工程のため
に生産性が低く、得られるカラーフィルタの価格が高く
なる問題があった。

【０００４】このため、製造装置が簡便で生産性が良い
カラーフィルタの製造方法として、インクジェット法が
注目されてきている。インクジェット装置は、装置が小
型で簡便であり、騒音が少なく、ランニングコストが安
く、カラー化が容易であるため、オフィスユース及びパ
ーソナルユースの紙用のプリンタとして近年急速に普及
してきている。

【０００５】このプリンタ用としては、最近では特に低
価格のカラー画像出力機としての要望が高く、これに応
えるべき技術手段としては、水溶性染料を用いたインク
を用いてインクジェットプリンタによりカラー画像を得
るのが一般的であった。

【０００６】ところが、カラー画像の場合、複数色のう
ち一色でも耐水性や耐光性が悪いとそれらの影響でカラ
ー画像の品位が極端に劣化する場合があるため、記録液
の着色剤として堅牢性の高い顔料がインクジェット記録
用として使用されることが期待されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし顔料インクをイ
ンクジェット装置で吐出する場合、ノズル近傍のインク
が乾燥する、すなわちインク中の溶媒が揮発することに
より、顔料が凝集、沈降し、ノズルの目づまりが起きる
問題があった。このため、耐久性の低い染料インクに頼
らざるを得ない問題があった。

【０００８】本発明は、これらの問題を解決し、耐候性
が良い顔料インクであり、取扱いのしやすい水性インク
であり、ノズルの目づまりを生じにくく、カラーフィル
タの連続生産に適した顔料分散型水性インク及びカラー
フィルタ製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、インクジェッ
ト法によりカラーフィルタを製造するための顔料分散型
水性インクにおいて、顔料１〜５重量％と、芳香環と親
水性基とを有する分子量５００〜４００００の高分子界
面活性剤０．２〜７重量％と、分子量５００未満のアニ
オン系界面活性剤０．０１〜２重量％と、一般式ＮＲ¹
Ｒ² Ｒ³ で示される有機アミン（なお、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ
³ は夫々独立に水素原子又は炭素数１〜４のヒドロキシ
アルキル基であり、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は同一であっても
異なっていてもよい。Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ の少なくとも１
つは水素原子ではない。）０．５〜８重量％と、溶媒と
して有機溶媒と水とを含むことを特徴とする顔料分散型
水性インクを提供する。

【００１０】また、高分子界面活性剤は、芳香環がベン
ゼン環又はナフタレン環であり、親水性基がカルボキシ
ル基、ポリオキシエチレン基又はヒドロキシル基である
上記の顔料分散型水性インクを提供する。また、アニオ
ン系界面活性剤は、炭素数６以上の有機硫酸塩又は炭素
数６以上の有機スルホン酸塩である上記の顔料分散型水
性インクを提供する。

【００１１】さらに、顔料分散型水性インクを用いて複
数のインクジェットノズルからインクを吐出させてカラ
ーフィルタを製造するカラーフィルタ製造方法におい
て、顔料、芳香環と親水性基とを有する分子量５００〜
４００００の高分子界面活性剤、分子量５００未満のア
ニオン系界面活性剤、一般式ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ³ で示される
有機アミン（なお、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は夫々独立に水素
原子又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基であり、
Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は同一であっても異なっていてもよ
い。Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ の少なくとも１つは水素原子では
ない。）、有機溶媒、及び水と含む顔料分散型水性イン
クを用い、遮光膜の少なくとも上面の撥水性が遮光膜の
設けられていない画素領域の表面の撥水性よりも高い遮
光膜の堰で囲まれた画素領域にインクを吐出することを
特徴とするカラーフィルタ製造方法を提供する。また、
顔料分散型水性インクとして前記の顔料分散型水性イン
クを用いる上記のカラーフィルタ製造方法を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の顔料分散型水性インク
は、有機溶媒と水とに、顔料、芳香環と親水性基とを有
する分子量５００以上４００００以下の高分子界面活性
剤、分子量５００未満のアニオン系界面活性剤、一般式
ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ³ で示される有機アミンを含有させたもの
であり、インクジェット法により均一性良くカラーフィ
ルタを製造できる。

【００１３】本発明では顔料を着色剤として用いる。顔
料としては、有機又は無機の顔料が使用できる。顔料の
種類は所望の色が得られるように選択すればよく、単独
又は混合してインクに対して１〜５重量％とされる。１
重量％未満では色が薄くなりすぎ、インク量が増加し乾
燥ムラが生じやすくなりやすい。５重量％超ではインク
吐出中に目づまりを生じやすくなり、歩留りが低下する
傾向がある。

【００１４】本発明で用いる高分子界面活性剤として
は、芳香環と親水性基とを有する分子量５００〜４００
００の高分子界面活性剤が使用される。使用量はインク
に対して０．２〜７重量％とされる。この範囲内で添加
することにより、顔料の分散性が向上し、均一な着色が
得られやすくなる。

【００１５】具体的にはベンゼン環、ナフタレン環等の
芳香環とカルボキシル基、ヒドロキシル基等の親水性基
を有し分子量が５００〜４００００の高分子界面活性剤
が用いられる。特に、芳香環としてベンゼン環又はナフ
タレン環を有するとともに親水性基としてカルボキシル
基、ポリオキシエチレン基又はヒドロキシル基を有する
化合物が分散性が良いので好ましい。

【００１６】具体例としては、たとえば、スチレン−ア
クリル酸共重合体やスチレン−マレイン酸共重合体では
分子量１５００〜４００００のもの、ナフタレン環にオ
キシエチレン基が複数つながり末端にヒドロキシル基を
有する化合物では分子量５００〜１０００のもの等があ
る。

【００１７】本発明では分子量５００未満のアニオン系
界面活性剤を、インクに対して０．０１〜２重量％用い
る。０．０１重量％未満ではインク吐出時に目づまりを
生じやすくなり、２重量％超ではインクの表面張力が下
がり、インクの飛滴状態が不安定になりやすくなり、生
産歩留りが低下しやすくなる。より好ましくは０．０５
〜０．５重量％とされる。

【００１８】このアニオン系界面活性剤としては高級脂
肪酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、ア
ルキルエステル硫酸塩、アルキルアリールエーテル硫酸
塩、アルキルスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、アルキ
ルアリールスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン
酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル
エーテルリン酸塩、アルキルアリールエーテルリン酸塩
等がある。

【００１９】これらのアニオン系界面活性剤のうち、炭
素数６以上の有機硫酸塩又は炭素数６以上の有機スルホ
ン酸塩を用いると、目づまりを生じにくく安定したイン
クジェットの吐出ができ、製造したカラーフィルタが均
一になりやすい。

【００２０】本発明では、一般式ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ³ で示さ
れる有機アミンを、インクに対して０．５〜８重量％用
いる。０．５重量％未満ではインク吐出時にインク中の
溶媒の揮発による目づまりを生じやすくなり、８重量％
超では顔料の分散安定性が低下する。

【００２１】なお、一般式ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ³ におけるＲ
¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は夫々独立に水素原子又は炭素数１〜４
（好ましくは炭素数２〜４）のヒドロキシアルキル基で
ある。このＲ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は同一であっても異なって
いてもよい。Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³の少なくとも１つは水素
原子ではない。この一般式ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ³ で示される有
機アミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、トリエタノールアミンが好ましい。

【００２２】これらの他に、本発明では吐出して形成し
た着色層の信頼性を高めるためにバインダ成分を添加で
きる。バインダとしては、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、メラミン樹脂等のエマルジョン、ポリビニルアセタ
ール等の水溶性樹脂、２−ヒドロキシエチル（メタ）ア
クリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート等
の水溶性モノマー、水溶性オリゴマー等が挙げられ、こ
れらは基板上にインクを吐出後、熱又は光により硬化さ
せることもできる。

【００２３】本発明では、上記の顔料、芳香環と親水性
基とを有する分子量５００〜４００００の高分子界面活
性剤、分子量５００未満のアニオン系界面活性剤とを含
む固形分成分を１．２１〜１５重量％とするのが好まし
い。１．２１重量％未満では、薄くなり過ぎ色ムラが生
じやすくなり、１５重量％を超えるとインクジェットヘ
ッドからの吐出が不安定になりやすい。

【００２４】固形分成分は、より好ましくは２〜８重量
％とされる。２重量％未満では、色が薄くなるのでイン
ク液滴数を増やす必要があり生産性が低下しやすい。８
重量％を超えるとインクの粘度をインクジェットの最適
値に調整しにくくなる。

【００２５】この固形分成分には、上記のバインダ成分
や、消泡剤、防腐剤等の添加剤等を必要に応じて含めう
る。なお、顔料、芳香環と親水性基とを有する分子量５
００〜４００００の高分子界面活性剤、分子量５００未
満のアニオン系界面活性剤は、この固形分成分を１００
重量％としたときに、少なくとも４０重量％以上、より
好ましくは８０重量％以上含められる。

【００２６】また、非固形成分は、一般式ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ
³ で示される有機アミン、有機溶媒と水とを含む。非固
形成分は、加熱硬化時に揮発して形成されたカラーフィ
ルタにはほとんど残存しないものである。なお、非固形
成分には加熱硬化時に揮発して後に残らない何らかの添
加剤を添加してもよい。

【００２７】溶媒としての水はイオン交換水（脱イオン
水）を使用することが好ましい。またその他、併用しう
る任意の有機溶媒として、以下のような有機溶媒から適
宜選択して使用すればよい。

【００２８】メタノール、エタノール、ｎ−プロパノー
ル、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタ
ノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等のアルカノール類、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド
類、アセトン等のケトン類、ジアセトンアルコール等の
ケトンアルコール類、ポリエチレングリコール、ポリプ
ロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類、
エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレン
グリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリ
コール等のアルキレングリコール類、エチレングリコー
ルモノメチル（又はエチル、ブチル）エーテル、ジエチ
レングリコールモノメチル（又はエチル、ブチル）エー
テル、プロピレングリコールモノメチル（又はエチル、
ブチル）エーテル等のアルキルエーテル類、チオジグリ
コール、グリセリン。

【００２９】これらの多くの水溶性有機溶剤のうちで、
沸点や保湿性等の観点から、エチレングリコール、ジエ
チレングリコール、グリセリンが特に好ましい。本発明
におけるインク中の上記有機溶媒の含有量は、インク全
重量の１〜６０重量％の範囲が好ましく、５〜２０重量
％の範囲がより好ましい。

【００３０】上記のような成分を混合した本発明のイン
クは、インクジェットヘッドから吐出させて用いられ
る。この場合、カラーフィルタの製造では、一般の紙や
布への印刷とは異なり、光や熱に対する耐久性が要求さ
れ、染料インクでは耐久性が不足するので、顔料インク
が用いられる。また、この場合、インクが吐出される媒
体がガラス基板やプラスチック基板であり、これらは通
常インクの水分や溶媒を吸収しない材質である。

【００３１】紙や布に対して印刷する場合と同様に、こ
れらの基板に対してインクを吐出しても、基板にはきれ
いに印刷できない。すなわち、基板が水や溶媒を吸収し
ないので、吐出したインクが基板面に衝突したときに周
辺に飛び散ったり流れ出したりして目的とした着色パタ
ーンが形成できない。

【００３２】このため、基板にあらかじめ着色層を形成
しようとする画素領域の周辺に遮光膜で堰を形成してお
く。このように堰を形成しておくことにより、吐出した
インクがその堰に囲まれた画素領域内にとどまるように
なしうる。この遮光膜の堰は、樹脂による遮光膜のよう
にそれ自体が厚膜の遮光膜であってもよく、クロム等の
薄膜の金属遮光膜と非遮光性の樹脂の厚膜との組合せで
あってもよい。

【００３３】この際に、この遮光膜は、遮光膜の少なく
とも上面の撥水性が遮光膜の設けられていない画素領域
の表面の撥水性よりも高くされる。これにより、インク
が遮光膜上にはみ出しにくくなる。

【００３４】この撥水性は次のような方法で付与されれ
ばよい。遮光膜の材料自体に撥水性を付与しておいても
よい。また、材料自体には撥水性がないか低い遮光膜材
料を用い遮光膜を形成後、遮光膜の表面を撥水処理して
もよい。なお、後者の場合、工程としては、全面を撥水
処理し、画素領域のみの撥水性を低下させる方法も採用
できる。

【００３５】カラーフィルタの製造は、インクジェット
ヘッドを基板に対して相対的に走査して所望の着色パタ
ーンを得るようにすればよい。ノズル数が少なければ、
ＸＹ２方向に走査し、ノズル数が多ければ、ライン単位
で１方向にのみ走査するというような走査方法が使用で
きる。

【００３６】通常はＲＧＢ３色を３回の走査で形成する
が、３色同時に形成できるインクジェットヘッドを用い
れば、１回の走査でも製造できる。また、カラーフィル
タ自体が２色でよければ、２回の走査としてもよい。

【００３７】さらに、必要に応じて、インクの乾燥、硬
化工程を経てカラーフィルタ基板とされる。その上に必
要に応じてＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等の無機膜やアクリル樹
脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の樹脂膜を形成し、
ＩＴＯ等の導電膜を形成して用いられる。

【００３８】このようにして形成された導電膜付きのカ
ラーフィルタ基板と、もう１枚の導電膜付きの基板とを
電極面が相対向するように配置して、その間に液晶を封
入して液晶表示素子とされる。この場合、必要に応じて
電極上にＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等の無機膜やポリイミド、
ポリアミド等の樹脂膜を設けたり、それらの表面をラビ
ングにより水平配向処理したり、アミノシランで垂直配
向処理をする。

【００３９】また、液晶は公知の種々の液晶が使用でき
る。具体的には、ネマチック液晶が代表的な液晶である
が、スメクチック液晶や他の液晶でもよく、液晶中に２
色性色素を混ぜたゲストホスト型液晶としてもよい。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。各
成分の略号は表１に示す。表２に示す組成比（単位：重
量部、なお、ＰＳＭＡ１、ＰＳＭＡ２、ＰＳＡＡについ
ては有効成分と実質的に水からなる媒体成分の合計の重
量部。）で各成分を混合し、レッド顔料分散液Ｒについ
てはボールミルで２０時間分散を行いさらに遠心分離処
理をかけることにより、グリーン顔料分散液Ｇ₁ 及びグ
リーン顔料分散液Ｇ₂ についてはサンドミルで７時間分
散を行いさらにメンブランフィルタで加圧ろ過すること
により、ブルー顔料分散液Ｂについてはサンドミルで５
時間分散を行いさらにメンブランフィルタで加圧ろ過す
ることにより、粗大粒子を除去した。

【００４１】インクの作製は、こうして得た各色分散液
を用いて表３、表４に示す組成比（単位：重量部）で各
成分を加えることによりインクを調製した。得られた例
１〜例１３（うち例１１〜例１３は比較例）のインクを
インクジェットヘッドに適用して次の試験を行った。そ
の結果も表３、表４に示す。

【００４２】試験１：一定の吐出パルス（周波数１ｋＨ
ｚ）を２．５秒周期で断続的に与えてインクを吐出さ
せ、オリフィスから吐出されたインク５滴分の固形分堆
積量を測定した。試験開始時の固形分堆積量に対する試
験開始後２０時間経過したときの固形分堆積量の比率
が、９５％以上である場合に「◎」とし、９０％以上９
５％未満である場合に「○」とし、７０％以上９０％未
満である場合に「△」とし、７０％未満又は液が吐出さ
れていない場合に「×」とした。

【００４３】試験２：一定の吐出パルス（周波数１ｋＨ
ｚ）を２．５秒周期で断続的に与えてインクを吐出さ
せ、インクがオリフィスから吐出されて１ミリ秒後にお
けるインク飛滴とインクジェットヘッドとの間の距離を
ストロボカメラにより求めた。試験開始時の吐出速度
（距離）に対する試験開始後２０時間経過したときの吐
出速度（距離）の比率が、９０％以上である場合に
「○」とし、７０％以上９０％未満である場合に「△」
とし、７０％未満又は液が吐出されていない場合に
「×」とした。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】ガラス基板上に黒色樹脂による厚さ１μｍ
の遮光膜をフォトリソグラフィ法により画素領域周辺に
形成した。この遮光膜は、全面に黒色樹脂を塗布して、
その上面をフッ素系の撥水処理剤で処理してから、フォ
トリソグラフィ法によりパターニングを行い、８００×
６００×３色の画素領域の周辺に形成した。

【００４９】例１、例２、例４のＲＧＢ３色のインクを
用い、インクジェットヘッドにインクを供給しつつ、イ
ンクジェットヘッドをこの遮光膜を形成したガラス基板
に対して直交する２方向に相対的に走査して、これを３
回繰り返してカラーフィルタを形成した。

【００５０】このカラーフィルタ基板の上にアクリル−
エポキシ系の平坦化層を形成し、さらにＩＴＯによる透
明導電膜を形成した。このＩＴＯをストライプ状にパタ
ーニングし、ＳｉＯ₂ −ＴｉＯ₂ の絶縁層を形成し、さ
らにポリイミド層を形成してラビングを行った。

【００５１】もう１枚の基板には、同様にＩＴＯによる
透明導電膜を形成し、このＩＴＯをストライプ状にパタ
ーニングし、ＳｉＯ₂ −ＴｉＯ₂ の絶縁層を形成し、さ
らにポリイミド層を形成してラビングを行った。

【００５２】これら２枚の基板をポリイミド層が相対向
するように間隔を置いて配置し、周辺をシール材でシー
ルして空セルを形成した。この空セル内に、ネマチック
液晶を注入して、位相差板、偏光板を配置してカラーＳ
ＴＮＬＣＤを作成した。

【００５３】

【発明の効果】本発明のインクジェット用のインクを用
いることにより、顔料の分散性が良くなり、ノズル周辺
での溶媒の蒸発等の理由による目づまりを抑制でき、長
時間にわたり安定した吐出が可能になる。これにより、
高い歩留りでカラーフィルタを製造できる。本発明は、
本発明の効果を損しない範囲内で、種々の応用が可能で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクジェット法によりカラーフィルタを
製造するための顔料分散型水性インクにおいて、顔料１
〜５重量％と、芳香環と親水性基とを有する分子量５０
０〜４００００の高分子界面活性剤０．２〜７重量％
と、分子量５００未満のアニオン系界面活性剤０．０１
〜２重量％と、一般式ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ³ で示される有機ア
ミン（なお、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は夫々独立に水素原子又
は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基であり、Ｒ¹ 、
Ｒ² 、Ｒ³ は同一であっても異なっていてもよい。Ｒ
¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ の少なくとも１つは水素原子ではな
い。）０．５〜８重量％と、溶媒として有機溶媒と水と
を含むことを特徴とする顔料分散型水性インク。
【請求項２】高分子界面活性剤は、芳香環がベンゼン環
又はナフタレン環であり、親水性基がカルボキシル基、
ポリオキシエチレン基又はヒドロキシル基である請求項
１記載の顔料分散型水性インク。
【請求項３】アニオン系界面活性剤は、炭素数６以上の
有機硫酸塩又は炭素数６以上の有機スルホン酸塩である
請求項１又は２記載の顔料分散型水性インク。
【請求項４】顔料分散型水性インクを用いて複数のイン
クジェットノズルからインクを吐出させてカラーフィル
タを製造するカラーフィルタ製造方法において、顔料、
芳香環と親水性基とを有する分子量５００〜４００００
の高分子界面活性剤、分子量５００未満のアニオン系界
面活性剤、一般式ＮＲ¹ Ｒ² Ｒ³ で示される有機アミン
（なお、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は夫々独立に水素原子又は炭
素数１〜４のヒドロキシアルキル基であり、Ｒ¹ 、Ｒ
² 、Ｒ³ は同一であっても異なっていてもよい。Ｒ¹ 、
Ｒ² 、Ｒ³ の少なくとも１つは水素原子ではない。）、
有機溶媒、及び水と含む顔料分散型水性インクを用い、
遮光膜の少なくとも上面の撥水性が遮光膜の設けられて
いない画素領域の表面の撥水性よりも高い遮光膜の堰で
囲まれた画素領域にインクを吐出することを特徴とする
カラーフィルタ製造方法。
【請求項５】顔料分散型水性インクとして請求項１、２
又は３記載の顔料分散型水性インクを用いる請求項４記
載のカラーフィルタ製造方法。