JP2003064236A

JP2003064236A - 着色樹脂組成物とこれを用いたカラーフィルタとその製造方法、該カラーフィルタを用いた液晶素子

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Publication number: JP2003064236A
Application number: JP2001257162A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nishiguchi; 憲治西口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】保存安定性に優れ、硬化後には良好な耐水
性、耐アルカリ性を示す着色樹脂組成物を構成し、該組
成物をインクとして用いたインクジェット方式によりよ
り安価にカラーフィルタを製造する。【解決手段】イソシアネート基をブロック化したメタ
クリロイルオキシエチルイソシアネートと他のビニル系
単量体とを共重合してなる水溶性ビニル系樹脂と架橋剤
と着色材と水とからなる組成物を調製し、該組成物を透
明基板上にインクジェット方式に付与した後、加熱処理
を施すことにより、上記イソシアネート基のブロックを
はずして架橋させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビ、パ
ーソナルコンピュータ、パチンコ遊戯台等に使用されて
いるカラー液晶ディスプレイの構成部材であるカラーフ
ィルタと該カラーフィルタを用いてなる液晶素子、イン
クジェット方式によるカラーフィルタの製造方法に関
し、さらには、該製造に適した着色樹脂組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラーフィルタの製造方法として
は、基板上にゼラチン、カゼイン、グリュー或いはポリ
ビニルアルコール等の親水性高分子からなる媒染層を設
け、該媒染層を着色して着色部を形成する染色法や、透
明樹脂中に着色材を分散してなる着色樹脂を用いてフォ
トリソグラフィにより着色部を形成する顔料分散法等が
知られている。

【０００３】上記染色法は各色毎に防染処理を行うとい
った複雑な工程を有し、生産性、歩留り等の点で欠点を
持ちコスト的に不利な方法であった。また、顔料分散法
では各色高価な着色樹脂をスピンコート法により基板上
に塗布する際の利用効率の低さからコスト的に不利な方
法であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対し、従来、簡
便な工程で且つ着色材料の利用効率を高め、デバイスサ
イドからの低コストで作製できるカラーフィルタの要求
に答えるべく、インクジェット方式によるカラーフィル
タの製造方法が特開昭５９−７５２０５号公報、特開昭
６３−２３５９０１号公報、或いは特開平１−２１７３
２０号公報等に示されている。

【０００５】上記インクジェット方式によるカラーフィ
ルタの製造方法は、透明基板上にインクを付与し、該イ
ンクを硬化させて着色部を形成する方法であるが、ここ
で用いられるインクは、一般に水溶性材料を基本として
構成される着色樹脂組成物である。その結果、該着色樹
脂組成物、水に対する溶解性が高く、かかる着色樹脂組
成物を用いて形成された着色部は、耐水性及び耐アルカ
リ性を十分満足できるものではなかった。

【０００６】着色樹脂組成物からなる着色部の耐水性及
び耐アルカリ性を向上させるには、該着色樹脂組成物中
に架橋剤を添加して樹脂成分を架橋させると良いが、架
橋剤の添加によって、室温保存時にも樹脂成分と架橋剤
との間で架橋反応が進行し、着色樹脂組成物の保存安定
性が著しく低下し、着色樹脂組成物の吐出性を悪化させ
てしまっていた。

【０００７】本発明の課題は、上記問題点に鑑み、簡便
な工程で着色部を形成できるインクジェット方式による
カラーフィルタの製造方法において、保存安定性が良
く、且つ、硬化後には良好な耐水性や耐アルカリ性を示
す着色樹脂組成物を提供し、色特性及び信頼性に優れた
カラーフィルタを提供し、該カラーフィルタを用いてカ
ラー表示特性に優れた液晶素子をより安価に提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、少なく
とも水溶性ビニル系樹脂と架橋剤と着色材と水とを含有
する着色樹脂組成物であって、上記水溶性ビニル系樹脂
が、少なくとも下記一般式（Ｉ）で示されるブロックイ
ソシアネート基含有ビニル系単量体と、他のビニル系単
量体とからなる共重合体であることを特徴とする着色樹
脂組成物である。

【０００９】

【化３】

【００１０】上記式中、Ｒ¹は、ＨまたはＣＨ₃を示し、
Ｒ²はイソシアネート基をブロック可能な任意の官能基
である。

【００１１】上記本発明の第一の着色樹脂組成物におい
ては、前記架橋剤が、ヒドロキシル基含有水溶性樹脂ま
たはアミノ基含有水溶性樹脂、或いは、ポリアミン化合
物またはポリオール化合物であること、前記水溶性ビニ
ル系樹脂を構成する他のビニル系単量体がカルボキシル
基含有ビニル系単量体を含むこと、を好ましい態様とし
て含む。

【００１２】本発明の第二は、少なくとも水溶性ビニル
系樹脂と着色材と水とを含有する着色樹脂組成物であっ
て、上記水溶性ビニル系樹脂が、少なくとも下記一般式
（Ｉ）で示されるブロックイソシアネート基含有ビニル
系単量体と、架橋剤を含む他のビニル系単量体とからな
る共重合体であることを特徴とする着色樹脂組成物。

【００１３】

【化４】

【００１４】上記式中、Ｒ¹は、ＨまたはＣＨ₃を示し、
Ｒ²はイソシアネート基をブロック可能な任意の官能基
である。

【００１５】上記本発明第二の着色樹脂組成物において
は、前記架橋剤が、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体
またはアミノ基含有ビニル系単量体であること、前記水
溶性ビニル系樹脂を構成する架橋剤以外の他のビニル系
単量体がカルボキシル基含有ビニル系単量体を含むこ
と、を好ましい態様として含む。

【００１６】さらに本発明の第三は、透明基板上に、上
記本発明第一或いは第二の着色樹脂組成物を熱硬化させ
てなる複数色の着色部を有することを特徴とするカラー
フィルタであり、第四は、透明基板上に、複数の開口部
を有する隔壁層を形成し、該隔壁層の開口部に、上記本
発明第一或いは第二の着色樹脂組成物をインクとしてイ
ンクジェット方式により付与し、該インクを熱硬化させ
て着色部を形成することを特徴とするカラーフィルタの
製造方法であり、第五は、一対の基板間に液晶を挟持し
てなり、一方の基板が上記本発明第三のカラーフィルタ
を用いて構成されたことを特徴とする液晶素子である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の着色樹脂組成物の特徴
は、下記一般式（Ｉ）で示されるブロックイソシアネー
ト基含有ビニル系単量体と他のビニル系単量体からなる
水溶性ビニル系樹脂と架橋剤とを含むことにある。本発
明の着色樹脂組成物において、かかる架橋剤は、上記水
溶性ビニル系樹脂とは別成分として組成物中に含まれて
いても、また、該水溶性ビニル系樹脂中にモノマー成分
として含まれていても良い。以下、便宜上、前者の場合
を着色樹脂組成物Ａ、後者の場合を着色樹脂組成物Ｂと
する。

【００１８】

【化５】

【００１９】上記式中、Ｒ¹は、ＨまたはＣＨ₃を示し、
Ｒ²はイソシアネート基をブロック可能な任意の官能基
である。

【００２０】本発明にかかるブロックイソシアネート含
有ビニル系単量体は、ビニル系樹脂中に共重合しても、
室温下の水溶液中でブロックが外れることがなく、且
つ、１００℃から２００℃程度の熱処理でブロックが外
れ、架橋反応が可能になる。

【００２１】本発明に用いられる水溶性ビニル系樹脂と
しては、水溶性のビニル樹脂、アクリル樹脂、メタクリ
ル樹脂及びその誘導体などの高分子化合物であり、少な
くとも前記式(Ｉ)で示されるブロックイソシアネート基
含有ビニル系単量体と他のビニル系単量体とを共重合す
ることにより得られる。

【００２２】本発明に用いられる水溶性ビニル系樹脂を
構成する、前記式(Ｉ)で示されるブロックイソシアネー
ト基含有ビニル系単量体としては、(メタ)アクリロイル
オキシエチルイソシアネートに対して、フェノール基、
イミダゾール基、ピラゾール基、オキシム基、ラクタム
基、アルコール基などを有するブロック化剤を用いてイ
ソシアネート基をブロックした化合物が挙げられる。当
該ブロック化剤としては、上記水溶性ビニル系樹脂が水
溶液中において安定で、１００℃から２００℃程度でイ
ソシアネート基のブロックが外れるものであればいずれ
でもよく、フェノール基を含有するサリチル酸メチル、
イミダゾール基を含有するイミダゾール、ピラゾール基
を含有する３，５−ジメチルピラゾール、オキシム基を
含有するメチルエチルケトンオキシム、ラクタム基を含
有するε−カプロラクタム、アルコール基を含有するエ
チルヘキサノールなどが挙げられるが、この限りではな
い。

【００２３】本発明にかかるブロックイソシアネート基
含有ビニル系単量体は、着色樹脂組成物Ａ、Ｂのいずれ
においても、水溶性ビニル系樹脂中に５重量％以上３０
重量％以下で含まれていることが望ましい。含有量が５
重量％未満の場合は、着色樹脂組成物を加熱硬化してな
る着色部の耐水性が十分確保できず、３０重量％を超え
る場合は、水溶性ビニル系樹脂の水に対する溶解度が著
しく低下し、好ましくない。

【００２４】また、本発明に用いられる水溶性ビニル系
樹脂を構成する他のビニル系単量体としては、カルボキ
シル基含有ビニル系単量体を用いることが好ましく、具
体的には、アクリル酸、メタクリル酸のほか、マレイン
酸、フマル酸、イタコン酸及びこれらの無水物が挙げら
れる。これらカルボキシル基を有するビニル系単量体は
水溶性残基を有し、加熱により架橋反応を起こすので、
水溶性ビニル系樹脂を熱硬化性樹脂とするのに好適に用
いることができる。カルボキシル基含有ビニル系単量体
の水溶性ビニル系樹脂中に占める割合は、好ましくは２
０重量％以上５０重量％以下である。当該単量体が２０
重量％未満であると、着色樹脂組成物が加熱により十分
架橋されず、形成された着色部の耐水性が十分に確保さ
れない。また、５０重量％を超えると、アルカリ溶液に
より加水分解されやすく、着色部の耐アルカリ性が不十
分となる。

【００２５】また、水溶性ビニル系樹脂の水に対する溶
解性を高めるため、水溶性ビニル系樹脂中に含まれるカ
ルボキシル基の全てまたは一部を溶液中でアルカリ性を
示す化合物で中和してもよい。溶液中でアルカリ性を示
す化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物やアンモニア、
また、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の４級
アンモニウム化合物、さらには、２−アミノ−２−メチ
ル−１−プロパノール、２−ジメチルアミノエタノール
などのアミン化合物が挙げられる。特にアンモニアを用
いると、着色樹脂組成物を加熱することにより形成され
る着色部の耐水性をさらに向上させることができる。

【００２６】さらに水溶性ビニル系樹脂にモノマー成分
として含まれる他のビニル系単量体としては、ビニル基
を有していればいずれでもよく、例えば、アクリロニト
リル、アリルアミン、ビニルアミン、酢酸ビニル、プロ
ピオン酸ビニル等のビニル系単量体や、（メタ）アクリ
ル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アク
リル酸ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、グリシ
ジル（メタ）アクリレート、（メタ）ラウリルアクリレ
ート、（メタ）ステアリルアクリレート、シクロヘキシ
ル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリルアク
リレートなどの単官能（メタ）アクリレートや、ジメチ
ルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノ
エチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレング
リコール（メタ）アクリレート、モルホリン（メタ）ア
クリレートなどの水溶性の（メタ）アクリル酸エステ
ル、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリル
アミド、Ｎ−（３−（ジメチルアミノ）プロピル）（メ
タ）アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等の
（メタ）アクリルアミド化合物や、エチレングリコール
ジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ
（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ
（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメタノール
ジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ
（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ
（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロ
キシペンタ（メタ）アクリレート等の多官能（メタ）ア
クリレートや、（メタ）アクリレートオリゴマーやウレ
タンアクリレートオリゴマー等のオリゴマーが挙げられ
る。

【００２７】水溶性ビニル系樹脂は以下のようにして作
製する。上記式(Ｉ)で示されるブロックイソシアネート
基含有ビニル系単量体とその他のビニル系単量体（着色
樹脂組成物Ｂの場合は後述する架橋剤も含む）を２−プ
ロパノール、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミ
ドなどの溶解可能な溶剤中に溶解し、α，α’−アゾビ
スイソブチロニトリルなどのラジカル発生剤を加えて、
攪拌しながら加熱して重合する。重合後の溶液にヘキサ
ンやトルエンなど、重合した水溶性ビニル系樹脂の溶解
性の低い溶媒を加えて水溶性ビニル系樹脂を沈殿させ、
沈殿物を真空乾燥等により乾燥して余分な溶剤分を取り
除くことで、所望の樹脂を得ることができる。

【００２８】この時、重合する水溶性ビニル系樹脂の分
子量はポリスチレン換算の重量平均分子量で１０００か
ら３００００程度がよい。分子量が１０００未満である
と着色樹脂組成物を加熱しても良好な被膜を形成するこ
とができず、３００００を超えるとインクジェットヘッ
ドからの吐出性が悪くなるため、好ましくない。

【００２９】また、本発明において用いられる架橋剤と
しては、イソシアネート基と架橋反応が可能な架橋剤で
あればいずれでもよい。ここで、架橋剤としては、上記
水溶性ビニル系樹脂とは別に組成物中に添加する場合
（着色樹脂組成物Ａ）と、上記水溶性ビニル系樹脂を構
成する他のビニル系単量体として添加される場合（着色
樹脂組成物Ｂ）とに分けられる。

【００３０】本発明において、水溶性ビニル系樹脂とは
別に組成物中に含有される架橋剤としては、イソシアネ
ート基と架橋反応可能なヒドロキシル基やアミノ基を有
する化合物であり、ヒドロキシル基含有水溶性樹脂また
はアミノ基含有水溶性樹脂、或いは、ヒドロキシル基や
アミノ基を複数持つ低分子のポリオール化合物やポリア
ミン化合物が挙げられる。

【００３１】上記ヒドロキシル基やアミノ基を含有する
水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、セルロー
ス及びその誘導体、ポリリジンなどのポリペプチドなど
が挙げられる。さらに、上記ヒドロキシル基やアミノ基
を複数持つ低分子のポリオール化合物やポリアミン化合
物としては、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、
１，２，６−ヘキサントリオール、ヘキシレングリコー
ル、ジエチレングリコールやキシリレンジアミン、エチ
レンジアミン、ヘキシレンジアミン、４，４’−ジアミ
ノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニル
メタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，
４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、１，５−ジア
ミノナフタレン、１，２−ジアミノシクロヘキサン等が
挙げられる。

【００３２】また、本発明において前記した水溶性ビニ
ル系樹脂中にモノマー成分として添加される架橋剤とし
ては、ヒドロキシル基やアミノ基を含有するビニル系単
量体が挙げられ、具体的には、２−ヒドロキシエチル
(メタ)アクリレート、２−ヒドロキシプロピル(メタ)ア
クリレートや、Ｎ−ビニルアミンなどが挙げられる。

【００３３】上記架橋剤は、いずれの構成においても、
着色樹脂組成物中に含まれるブロックイソシアネート基
の量により適宜調製することが可能である。

【００３４】尚、本発明において、組成物中における水
溶性ビニル系樹脂の好ましい含有量は、着色樹脂組成物
Ａを構成する場合は５〜２０重量％であり、着色樹脂組
成物Ｂの場合には、５〜３０重量％である。

【００３５】また、本発明において着色樹脂組成物中に
含まれる着色材としては、染料、顔料のいずれもが用い
られる。染料としては、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１１
８、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド２５４、Ｃ．Ｉ．アシッド
グリーン２５、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー１１３、Ｃ．
Ｉ．アシッドブルー１８５、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー７
など、顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７
７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５、Ｃ．Ｉ．ピグメント
レッド１２、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６、Ｃ．
Ｉ．ピグメントブルー２０９、Ｃ．Ｉ．ピグメントブル
ー１６等が挙げられるがもちろんこれらに限られるもの
ではない。これらの染料、顔料は組成物中に約０．１〜
３０重量％を占める割合で使用されるのが好ましい。

【００３６】着色樹脂組成物の調製は、上記水溶性ビニ
ル系樹脂と着色材、さらに着色組成物Ａの場合には架橋
剤を公知の方法で水に溶解することで行われる。水とし
ては種々のイオンを含有する一般的な水ではなく、イオ
ン交換水(脱イオン水)を使用するのが好ましい。

【００３７】また、必要に応じて水溶性溶剤を用いるこ
とができる。水溶性溶剤は水に溶解するものであればい
ずれでもよく、例えば、メチルアルコール、エチルアル
コール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコ
ール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコー
ル、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等の炭素数１〜４のア
ルキルアルコール類；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、ジアセトンアル
コール等のケトンまたはケトアルコール類；テトラヒド
ロフラン、ジオキサン等のエーテル類；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、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコー
ル、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等の
アルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレング
リコール類；グリセリン；エチレングリコールモノメチ
ルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、
エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレング
リコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモ
ノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエ
ーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、
トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチ
レングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコール
の低級アルキルエーテル類；Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン、２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾ
リン等が挙げられる。これらの多くの水溶性有機溶剤の
中でもジエチレングリコールなどの多価アルコール、ト
リエチレングリコールモノメチルエーテル等の低級アル
キルエーテルが好ましい。

【００３８】さらに、本発明の着色樹脂組成物には、エ
タノール或いはイソプロピルアルコール、または多価ア
ルコールの低級アルキルエーテル類を添加することによ
って、バブルジェット（登録商標）タイプの場合にイン
クジェットヘッド内の薄膜抵抗体上でのインクの発泡を
より安定に行い、インクジェットヘッドからの着色樹脂
組成物の吐出の安定性を得ることができる。

【００３９】また、本発明にかかる着色樹脂組成物に
は、上記成分のほかに必要に応じて所望の物性値を持つ
溶液とするために、界面活性剤、消泡剤、防腐剤等を添加
することができる。

【００４０】例えば、界面活性剤としては着色樹脂組成
物に対して保存安定性等の悪影響を及ぼさないものであ
ればいずれでも用いることができ、例えば、脂肪酸塩
類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸
エステル塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類等の陰イ
オン界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル
類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ポリオキ
シエチレンソルビタンアルキルエステル類、アセチレン
アルコール、アセチレングリコール等の非イオン性界面
活性剤があり、これらの１種または２種以上を適宜選択
して使用できる。

【００４１】上記した本発明の着色樹脂組成物は、透明
基板上に付与して熱硬化させることにより、良好なカラ
ーフィルタの着色部を形成することができる。特に、か
かる着色樹脂組成物は、保存安定性が良好な水溶性であ
り、インクジェットヘッドからの吐出性にも優れている
ことから、インクジェット方式によるカラーフィルタの
製造に好ましく適用される。

【００４２】以下に、本発明の着色樹脂組成物を用い
た、本発明のカラーフィルタの製造方法について説明す
る。本発明のカラーフィルタの製造方法は、透明基板上
に複数の開口部を有する隔壁層を形成し、該隔壁層の開
口部に、本発明の着色樹脂組成物をインクとしてインク
ジェット方式により付与し、該インクを熱硬化させて着
色部を形成する。

【００４３】図１に本発明のカラーフィルタの製造方法
の好ましい一実施形態の工程を模式的に示す。図中、１
は透明基板、２はブラックマトリクス、３はインク、４
は着色部、５は保護層である。尚、図の（ａ）〜（ｃ）
はそれぞれ、下記工程（ａ）〜（ｃ）に対応する断面図
である。

【００４４】工程（ａ）透明基板１上に、開口部を有する隔壁層を形成する。透
明基板１としては、一般にガラスが用いられるが、カラ
ーフィルタの透明性を損なわず、強度等必要な特性を備
えたものであれば、プラスチック等も用いることができ
る。また、隔壁層は、インクを収納するための隔壁とし
て作用する部材であり、本実施形態では該隔壁層を黒色
樹脂で形成し、隣接する着色部４間を遮光する遮光層を
兼ねたブラックマトリクス２とした例を示す。このよう
なブラックマトリクス２は、黒色顔料含有レジストを用
い、一般的なフォトリソグラフィによりパターニングし
て形成することができる。また、ブラックマトリクス２
には、後述するインクを吐出した際の混色を防止する上
で撥インク性を付与しておくのが好ましい。ブラックマ
トリクス２の厚さは隔壁作用及び遮光作用を考慮すると
０．５μｍ以上が好ましい。また、ブラックマトリクス
２の素材としては、黒色顔料含有レジストの他に、クロ
ム、酸化クロム等の金属或いは酸化金属膜を用いること
ができ、上記したように０．５μｍ以上の厚みを得るた
めに、その上部にシリコーンゴム等の層を設けることが
好ましい。

【００４５】工程（ｂ）ブラックマトリクス２の開口部を被着色部として、イン
クジェットヘッド（不図示）より、所定の着色パターン
に沿って、所定の色のインク３を吐出する。ここで用い
られるインク３は、前記した本発明の着色樹脂組成物で
ある。

【００４６】また、本発明において用いられるインクジ
ェット方式としては、エネルギー発生素子として電気熱
変換体を用いたバブルジェット（登録商標）タイプ、或
いは、圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用
可能であり、着色面積及び着色パターンは任意に設定す
ることができる。

【００４７】工程（ｃ）熱処理を施してインク３を硬化させ、着色部４を形成す
る。本発明においては、インクに含まれる水溶性ビニル
系樹脂中のイソシアネート基のブロックをはずし、耐熱
性、耐溶剤性を十分に発現させて後工程における熱処理
や、溶剤に耐えるカラーフィルタとするために１５０℃
以上の温度で熱処理することが望ましい。

【００４８】さらに、必要に応じて着色部４上に保護層
５を形成し、本発明のカラーフィルタを得る。保護層５
としては、光照射または熱処理、或いはこれらの両方に
より硬化可能な樹脂材料或いは蒸着、スパッタ法によっ
て形成された無機膜等を用いることができ、カラーフィ
ルタとした場合の透明性を有し、その後の透明電極形成
プロセス、配向膜形成プロセスなどに耐えうるものであ
ればいずれでもよい。上記保護層５の樹脂材料として
は、例えば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系な
どの樹脂が好適に用いられるがこの限りでない。また、
これら樹脂材料の塗布法としてはスピンコート、ロール
コート、バーコート、スプレーコート、ディップコート
等の方法を好適に用いることができるがこれらに限られ
るものではない。

【００４９】また、本発明のカラーフィルタは、着色部
４上或いは保護層５上にさらに透明導電膜を成膜した状
態で提供される場合もある。このような透明導電膜の材
料としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜
鉛、酸化チタンなどの金属酸化物を好適に用いることが
できる。また形成法としてはスパッタ法や蒸着法など公
知の成膜方法を用いることができる。

【００５０】次に、図２に本発明の液晶素子の一実施形
態の断面模式図を示す。本実施形態は、図１の工程によ
り得られた本発明のカラーフィルタを用いて、ＴＦＴ型
カラー液晶素子を構成した例である。図中、１０は共通
電極、１１は対向基板、１２は画素電極、１３、１４は
配向膜、１５は液晶であり、図１と同じ部材には同じ符
号を付して説明を省略する。

【００５１】カラー液晶素子は、一般的にカラーフィル
タ側の基板１と対向基板１１とを合わせ込み、液晶１５
を封入することにより形成される。液晶素子の一方の基
板１１の内側に、ＴＦＴ（不図示）と画素電極１２がマ
トリクス状に形成されている。また、カラーフィルタ側
の基板１の内側には、画素電極１２に対向する位置に、
Ｒ、Ｇ、Ｂが配列するように、カラーフィルタの着色部
４が形成され、その上に透明な共通電極１０が形成され
る。ブラックマトリクス２は、通常カラーフィルタ側に
形成されるが、ＢＭオンアレイタイプの液晶素子等では
対向基板１１側に形成される場合もある。さらに、両基
板の面内には配向膜１３、１４が形成されており、液晶
分子を一定方向に配列させている。これらの基板は、ス
ペーサー（不図示）を介して対向配置され、シール材
（不図示）によって貼り合わされ、その間隙に液晶１５
が充填される。

【００５２】上記液晶素子は、透過型の場合には、基板
１１及び画素電極１２を透明素材で形成し、それぞれの
基板の外側に偏光板を接着し、一般的に蛍光灯と散乱板
を組み合わせたバックライトを用い、液晶化合物をバッ
クライトの光の透過率を変化させる光シャッターとして
機能させることにより表示を行う。また、反射型の場合
には、基板１１或いは画素電極１２を反射機能を備えた
素材で形成するか、或いは、基板１１上に反射層を設
け、透明基板１の外側に偏光板を設け、カラーフィルタ
側から入射した光を反射して表示を行う。

【００５３】また、本発明の液晶素子においては、本発
明のカラーフィルタを用いて構成されていれば、他の部
材については従来の技術をそのまま用いることができる
ことは言うまでもない。

【００５４】

【実施例】（実施例１）〔水溶性ビニル系樹脂〕下記に示す組成で水溶性ビニル系樹脂を重合した。・２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート１５重量部（メチルエチルケトンオキシムでブロック化）・メタクリル酸４０重量部・２−ヒドロキシエチルアクリレート（架橋剤）４５重量部

【００５５】上記組成に従って各ビニル系単量体をジメ
チルホルムアミド中に溶解し、α、α’−アゾビスイソ
ブチロニトリルを３重量部加えて反応液とした。この反
応液を還流下で６０℃、１時間加熱した。加熱後、反応
液にヘキサンを加えて、白色の沈殿物を得た。その沈殿
物を真空乾燥して溶剤を取り除き、粉状の樹脂を得た。
この粉状樹脂の赤外分光スペクトルを測定したところ、
ブロックイソシアネート基含有ビニル系単量体、メタク
リル酸、２−ヒドロキシエチルアクリレートの３元共重
合体であることが確認された。また、この樹脂の分子量
をゲルろ過クロマトグラフィ（ＧＰＣ）により測定した
ところ、この樹脂の重量平均分子量はポリスチレン換算
で３５００であった。

【００５６】〔着色樹脂組成物〕上記水溶性ビニル系樹
脂と着色材とを水に溶解し、着色樹脂組成物を得た。本
例の着色樹脂組成物の組成は下記に示す通りである。・水溶性ビニル系樹脂１０重量部・染料１０重量部Ｒ：Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド２４０Ｇ：Ｃ．Ｉ．アシッドグリーン１２Ｂ：Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２７３・１重量％アンモニア水８０重量部

【００５７】上記着色樹脂組成物をガラス基板上に、イ
ンクジェットプリンタを用いて１０分間吐出したが、各
色とも３６ノズル中でノズル詰まりがなく、吐出性は極
めて良好であった。また、該着色樹脂組成物を４０℃で
１ヶ月間保存した後の分子量をＧＰＣで測定したが、重
量平均分子量はポリスチレン換算で３５００で、合成直
後と変化がなかった。また、上記着色樹脂組成物を吐出
させたガラス基板を２３０℃で３０分間加熱して着色部
を形成し、基板ごと純水及び５％水酸化ナトリウム水溶
液に３０分間浸漬し、耐水性と耐アルカリ性を評価し
た。耐水性、耐アルカリ性の評価は、浸漬前後での着色
部の分光透過率を測定し、ＣＩＥが定めた表色系のＬ^*
ａ^*ｂ^*表色系の色差ΔＥ^*ａｂで評価した。このときΔ
Ｅ^*ａｂ値が小さいほど、浸漬前後での透過率変化が小
さいことを表し、耐水性、耐アルカリ性が高いことを示
している。結果は、下記表１の通りである。

【００５８】

【表１】

【００５９】以上より、本例の着色樹脂組成物は、４０
℃での長期保存試験前後での分子量変化がないことか
ら、保存安定性が極めて高く、また、耐水性、耐アルカ
リ性試験後の色差が極めて小さいことから、耐水性、耐
アルカリ性の極めて優れた着色部が形成されていること
がわかった。

【００６０】（実施例２〜５）以下の実施例では、ブロ
ックイソシアネート含有ビニル系単量体のブロック化剤
を実施例１と異ならせた場合について評価を行った。こ
こではブロック化剤のみを異ならせ、それ以外の構成に
ついては実施例１と同様とした。各実施例で用いたブロ
ック化剤と各試験結果は、下記表２に示す通りである。

【００６１】

【表２】

【００６２】上記表２中、保存安定性が「◎」は実施例
１と同様の保存試験後の分子量変化が５％以内、「○」
は分子量変化が１０％以内であることを示す。また、耐
水性、耐アルカリ性については、「◎」は実施例１と同
様の試験においてΔＥ^*ａｂが３未満、「○」はΔＥ^*ａ
ｂが３以上１０未満であることを示す。

【００６３】以上の結果から、実施例２〜５のいずれの
着色樹脂組成物も保存安定性に優れ、熱処理により形成
される着色部が耐水性、耐アルカリ性に優れていること
がわかった。

【００６４】（実施例６）本実施例では、以下のような
組成の水溶性ビニル系樹脂と架橋剤としてポリビニルア
ルコールを含有する着色樹脂組成物を調製した。

【００６５】〔水溶性ビニル系樹脂〕・２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート１５重量部（メチルエチルケトンオキシムでブロック化）・メタクリル酸メチル４０重量部・モルホリンアクリレート４５重量部

【００６６】〔着色樹脂組成物〕上記水溶性ビニル系樹
脂と架橋する成分としてポリビニルアルコール(和光純
薬製、重合度：約５００)を用いた。下記に着色樹脂組
成物の組成を示す。・水溶性ビニル系樹脂５重量部・ポリビニルアルコール（架橋剤）５重量部・染料（実施例１と同じ）１０重量部・水８０重量部

【００６７】下記表３に、本例の着色樹脂組成物の保存
安定性試験と、２３０℃、３０分間の熱処理で形成した
着色部の耐水性、耐アルカリ性試験の結果を示す。尚、
評価は実施例２〜５と同様に行った。

【００６８】

【表３】

【００６９】上記のように、架橋剤を水溶性ビニル系樹
脂とは別成分として着色樹脂組成物に添加しても、着色
樹脂組成物の保存安定性に優れ、熱処理により形成され
る着色部の耐水性、耐アルカリ性にも優れていることが
わかった。

【００７０】（実施例７〜８）本実施例では、実施例６
とは別の架橋剤を添加した場合について述べる。尚、水
溶性ビニル系樹脂は実施例６で用いた樹脂を用い、下記
に示す組成で着色樹脂組成物を調製した。

【００７１】〔着色樹脂組成物〕・水溶性ビニル系樹脂９重量部・架橋剤（表４）１重量部・染料（実施例１と同じ）１０重量部・水８０重量部

【００７２】下記表４に、本例の着色樹脂組成物の保存
安定性試験と、２３０℃、３０分間の熱処理で形成した
着色部の耐水性、耐アルカリ性試験の結果を示す。尚、
評価は実施例２〜５と同様に行った。

【００７３】

【表４】

【００７４】上記のように、水溶性ビニル系樹脂とは別
成分の架橋剤としてポリオール、ポリアミン化合物を添
加しても、着色樹脂組成物は保存安定性に優れ、熱処理
により形成される着色部の耐水性、耐アルカリ性にも優
れていることがわかった。

【００７５】（実施例９）本実施例では、実施例１の着
色樹脂組成物をインクとして用い、カラーフィルタを作
製した。工程を以下に述べる。

【００７６】ガラス基板（コーニング社製「１７３
７」）上に黒色レジスト(富士フィルムオーリン社製
「ＣＫ−Ｓ１７１Ｘ」)をスピンコート法で塗布し、フ
ォトリソグラフィによりブラックマトリクスを形成し
た。このブラックマトリクスの開口部は７０μｍ×２２
０μｍで膜厚は２μｍとした。

【００７７】上記開口部にインクジェット記録装置を用
い、実施例１の各色の着色樹脂組成物をインクとして付
与した。この時の着色パターンは、インクの付与方向
（開口部の長辺に平行な方向）に同色の着色部が配置
し、当該方向とは直交する方向にＲ、Ｇ、Ｂが順次配置
するストライプパターンである。着色樹脂組成物の吐出
後、１００℃、１０分間と２００℃、１時間の熱処理を
行って、該着色樹脂組成物を硬化させ、着色部を形成し
た。続いて、該着色部上に二液型の熱硬化性樹脂（ＪＳ
Ｒ社製「ＳＳ−６５００」）をスピンコート法で塗布
後、２３０℃、１時間の熱処理を行って硬化させ、膜厚
１μｍの保護層を形成した。さらに、該保護層上に、酸
化インジウムと酸化スズの混合物をスパッタリング法に
より成膜し、厚さ１００ｎｍの透明導電膜を形成し、カ
ラーフィルタを得た。

【００７８】得られたカラーフィルタは、極めて色特性
に優れたものであった。また、このカラーフィルタにつ
いて、実施例１と同様に耐水性、及び耐アルカリ性試験
を行った。結果は、下記表５の通りである。

【００７９】

【表５】

【００８０】以上のように、本発明によれば、耐水性、
耐アルカリ性とも極めて優れたカラーフィルタが作製で
きた。

【００８１】（比較例１）本比較例では、ブロック化さ
れていない２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネ
ートを水溶性ビニル系樹脂のモノマー成分として用いた
以外は実施例１と同様にして着色樹脂組成物を調製し
た。下記表６に、当該着色樹脂組成物の保存安定性試験
と、着色樹脂組成物を２３０℃３０分間の熱処理して作
製した着色部の耐水性、耐アルカリ性試験の結果を示
す。尚、評価は実施例２〜５と同様に行った。また、保
存安定性試験において、「×」は試験前後で分子量変化
が２倍以上、耐水性、耐アルカリ性の評価において、
「△」はΔＥ^*ａｂが１０以上５０以下であることをそ
れぞれ示している。

【００８２】

【表６】

【００８３】上記のように、水溶性ビニル系樹脂に含ま
れるイソシアネート基がブロック化されていない場合に
架橋剤を含んでいると、着色樹脂組成物の保存安定性が
極めて悪く、耐水性、耐アルカリ性の点でも十分な効果
が現れないことがわかった。

【００８４】（比較例２）本比較例では、実施例６で用
いた架橋剤を含まない水溶性ビニル系樹脂を用い、架橋
剤を用いずに下記の組成の着色樹脂組成物を調製した。

【００８５】〔着色樹脂組成物〕・水溶性ビニル系樹脂１０重量部・染料（実施例１と同じ）１０重量部・水８０重量部

【００８６】下記表７に、本例の着色樹脂組成物の保存
安定性試験と、２３０℃、３０分間の熱処理で形成した
着色部の耐水性、耐アルカリ性試験の結果を示す。尚、
評価は実施例２〜５と同様に行った。尚、耐水性、耐ア
ルカリ性の評価において、「×」はΔＥ^*ａｂが５０以
上のものを表している。

【００８７】

【表７】

【００８８】上記のように、水溶性ビニル系樹脂にブロ
ック化イソシアネート基を含んでいても、架橋剤を含ん
でいないために耐水性、耐アルカリ性の点で十分な効果
が現れないことがわかった。

【００８９】

【発明の効果】本発明の着色樹脂組成物は、架橋剤を含
有しながらも長期にわたり保存安定性が高く、水溶性樹
脂を用いながらも熱処理により形成される着色部は耐水
性、耐アルカリ性に優れており、よって、本発明の着色
樹脂組成物によりカラーフィルタを作製すると、耐水
性、耐アルカリ性に優れた特性を有したカラーフィルタ
を得ることができる。

【００９０】また、本発明の着色樹脂組成物は上記した
ように保存安定性が良く、インクジェットヘッドからの
吐出性にも優れるため、インクジェット方式により、生
産性高く製造することが可能になる。

【００９１】よって、本発明によれば、耐水性、耐アル
カリ性に優れたカラーフィルタを、短い工程で効率よく
着色樹脂組成物を用いて製造することができ、該カラー
フィルタを用いて、信頼性の高いカラー表示特性に優れ
た液晶素子をより安価に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形
態の工程図である。

【図２】本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図で
ある。

【符号の説明】

１透明基板２ブラックマトリクス３インク４着色部５保護層１０共通電極１１対向基板１２画素電極１３、１４配向膜１５液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 5/20 １０１Ｇ０２Ｂ 5/20 １０１ 5/22 5/22 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５０５Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５０５Ｇ０３Ｆ 7/038 Ｇ０３Ｆ 7/038 Ｆターム(参考） 2H025 AB13 CB41 CC17 FA00 2H048 BA02 BA57 BA64 BB02 BB32 BB42 CA04 CA14 CA19 CA26 2H091 FA02Y FA35Y FB02 GA01 LA30 4J002 BG041 BH021 CH002 CM012 DE027 FD096 FD142 GH01 HA01 4J100 AJ02Q AJ09Q AL08P BA03P BA34P BA35P BC43P BC73P CA03 DA28 DA36 EA01 JA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも水溶性ビニル系樹脂と架橋剤
と着色材と水とを含有する着色樹脂組成物であって、上
記水溶性ビニル系樹脂が、少なくとも下記一般式（Ｉ）
で示されるブロックイソシアネート基含有ビニル系単量
体と、他のビニル系単量体とからなる共重合体であるこ
とを特徴とする着色樹脂組成物。【化１】〔上記式中、Ｒ¹は、ＨまたはＣＨ₃を示し、Ｒ²はイソ
シアネート基をブロック可能な任意の官能基である。〕
【請求項２】前記架橋剤が、ヒドロキシル基含有水溶
性樹脂またはアミノ基含有水溶性樹脂である請求項１記
載の着色樹脂組成物。
【請求項３】前記架橋剤が、ポリアミン化合物または
ポリオール化合物である請求項１記載の着色樹脂組成
物。
【請求項４】前記水溶性ビニル系樹脂を構成する他の
ビニル系単量体がカルボキシル基含有ビニル系単量体を
含む請求項１乃至３のいずれかに記載の着色樹脂組成
物。
【請求項５】少なくとも水溶性ビニル系樹脂と着色材
と水とを含有する着色樹脂組成物であって、上記水溶性
ビニル系樹脂が、少なくとも下記一般式（Ｉ）で示され
るブロックイソシアネート基含有ビニル系単量体と、架
橋剤を含む他のビニル系単量体とからなる共重合体であ
ることを特徴とする着色樹脂組成物。【化２】〔上記式中、Ｒ¹は、ＨまたはＣＨ₃を示し、Ｒ²はイソ
シアネート基をブロック可能な任意の官能基である。〕
【請求項６】前記架橋剤が、ヒドロキシル基含有ビニ
ル系単量体またはアミノ基含有ビニル系単量体である請
求項５記載の着色樹脂組成物。
【請求項７】前記水溶性ビニル系樹脂を構成する架橋
剤以外の他のビニル系単量体がカルボキシル基含有ビニ
ル系単量体を含む請求項５または６に記載の着色樹脂組
成物。
【請求項８】透明基板上に、請求項１乃至７のいずれ
かに記載の着色樹脂組成物を熱硬化させてなる複数色の
着色部を有することを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項９】透明基板上に、複数の開口部を有する隔
壁層を形成し、該隔壁層の開口部に、請求項１〜７のい
ずれかに記載の着色樹脂組成物をインクとしてインクジ
ェット方式により付与し、該インクを熱硬化させて着色
部を形成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１０】一対の基板間に液晶を挟持してなり、
一方の基板が請求項８に記載のカラーフィルタを用いて
構成されたことを特徴とする液晶素子。