JPH1195024A - カラーフィルタ付き基板の製造方法及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インクジェット方式で隣接画素にインクが流れ
出さなく着色層が均一となるカラーフィルタ付き基板を
製造する。 【解決手段】光分解型樹脂層３と撥インク剤層４とを、
遮光膜２上に形成し、基板の遮光膜が形成されている面
と反対側の面から露光５を行って、遮光膜２の上面にの
み撥インク剤層４を形成させた後、インクジェット方式
によってインクを吹き付けして着色層を形成し、その後
遮光膜側の面から露光を行い撥インク剤層４を除去す
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、基板上に遮光膜を
形成し、その遮光膜に囲まれた凹部をインクジェット方
式で着色することによるカラーフィルタ付き基板の製造
方法及びそれを用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンの発達に伴い液晶表示装
置の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画素とかの微細なパターンで
形成する必要がある。このカラーフィルタの製造方法と
しては、現在では高精度のパターニングが可能なフォト
リソ工程を利用した顔料分散法が主流となっている。

【０００３】この顔料分散法は、フォトリソ技術を用い
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
程を色毎に３回は繰り返すことになる。このため、大規
模な設備が必要になり、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
という問題があった。

【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、特開昭５９−７５２
０５には、インクジェット方式で着色インクを吹き付け
ることにより着色層を形成する方法が提案されている。
インクジェット方式で着色を行う場合、その液滴径が数
十μｍであり、一方、カラーフィルタの画素は概ね短辺
数十μｍ、長辺数百μｍ程度である。

【０００５】このことから、ガラス基板にあらかじめ画
素を規格する区画を設け、この中にインクジェット方式
でインクを吹き付け区画内にインクを広げることで均一
な画素を得ることができる。さらに前記提案には、ガラ
ス基板に対し濡れ性の良いインクを用いる場合には、イ
ンクに対して濡れの悪い物質であらかじめ境界となる凸
部を印刷しておくことが示されている。

【０００６】また、特開平６−３４７６３７では、イン
クに対して開口部は濡れやすく、凸部を構成する遮光膜
は濡れにくい組み合わせを用いることが提案されてい
る。前記方法の場合、凸部の撥インク性及び凹部の親イ
ンク性の制御が非常に重要である。その制御が不充分で
あると、たとえば、撥インク性の高い遮光膜を形成する
際には同時に親インク性であるべき開口部（凹部）を撥
インク剤が汚染してしまい、インクジェット方式により
着色層を形成しても画素周辺部のインクがはじかれ色ぬ
けしてしまうという問題点が生じることがある。

【０００７】そこで凸部を撥インク性に凹部を親インク
性に正確に制御する方法として、たとえば、凸部である
遮光膜を形成後、撥インク剤を塗布し、エッチング処理
により凹部の親インク性を高める方法が提案されてい
る。またその他の方法としては、例えば樹脂遮光膜材料
を基板上に全面塗布し、続いて撥インク剤を全面に塗布
した後、露光・現像して、遮光膜上のみ撥インク性を付
与する方法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法で
は、開口部のコーナー部分の親インク性を充分に高める
ことができにくく、コーナー部で色ぬけが生じやすいと
いう問題があった。さらにエッチング処理剤としてフッ
酸等の強酸、水酸化ナトリウム等の強アルカリを用いる
必要があった。

【０００９】また、後者の方法では、撥インク性を比較
的正確に制御することができるものの、熱により撥イン
ク剤が開口部にまで流動し汚染することがあるため、樹
脂遮光膜をハードベークすることができず、インクジェ
ット方式により着色インクを開口部に吐出した場合、イ
ンク中の溶媒により樹脂遮光膜が膨潤するという問題を
生じることがあった。

【００１０】このため、遮光膜の膨潤や変形を生じにく
く、インクジェット方式で吹き付けを行っても隣接画素
にインクが流れ出さなく、凹部のコーナーにおいてもイ
ンクのはじきがなく、着色層が均一となるカラーフィル
タ付き基板の製造方法が望まれていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決すべくなされたものであり、光透過性の基板上に遮
光膜を形成し、その遮光膜により区切られた凹部にイン
クジェット方式によってインクを吹き付けて凹部にイン
クを堆積させて着色層を形成するカラーフィルタ付き基
板の製造方法において、(A) 基板上に遮光膜を特定パタ
ーンで形成する工程、(B) 光分解型樹脂と撥インク剤と
をこの順に、少なくとも遮光膜上には塗布し、基板の遮
光膜が形成されている面と反対側の面から光を照射して
現像を行うことにより、遮光膜の上面にのみ撥インク剤
層を形成させる工程、(C) インクジェット方式によって
インクを吹き付けして着色層を形成する工程、(D) 遮光
膜側の面から光を照射し、現像することにより、遮光膜
上の撥インク剤層を除去する工程、を順に含むことを特
徴とするカラーフィルタ付き基板の製造方法を提供す
る。

【００１２】また、その製造方法により形成されたカラ
ーフィルタ付き基板を用いた液晶表示素子を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、インクジェット方式
でインクを吹き付けする前に、光透過性基板上に撥イン
ク剤を上面に有する遮光膜を形成し、その遮光膜により
区切られた凹部にインクジェット方式によってインクの
吹き付けて凹部にインクを堆積させて着色層を形成す
る。

【００１４】この際に、まず基板上に遮光膜を特定パタ
ーンで形成する。次いで、光分解型樹脂と撥インク剤と
をこの順に、少なくとも遮光膜上には塗布し、基板の遮
光膜が形成されている面と反対側の面から光を照射して
現像を行うことにより、遮光膜の上面にのみ撥インク剤
層を形成させる。これにより、充分硬化させられた遮光
膜の上面に撥インク剤層を形成することができる。

【００１５】次いで、インクジェット方式によって、そ
の遮光膜により区切られた凹部にインクを吹き付けして
着色層を形成する。その後、遮光膜側の面から光を照射
し、現像することにより、遮光膜上の撥インク剤層を除
去する。

【００１６】図１〜図３は本発明の製造方法を工程を追
って示した断面図である。図２の（Ａ）は基板上に遮光
膜を特定パターンで形成する工程を示している。図１の
（Ｂ１）は光分解型樹脂を遮光膜上に塗布する工程、
（Ｂ２）はその上に撥インク剤を塗布する工程、（Ｂ
３）は基板の遮光膜が形成されている面と反対側の面か
ら光を照射する工程、（Ｂ４）は現像を行って遮光膜上
にのみ撥インク剤層を残存させる工程を示している。

【００１７】図３の（Ｃ）はインクジェット方式によっ
てインクを吹き付けして着色層を形成する工程、（Ｄ
１）は遮光膜側の面から光を照射する工程、（Ｄ２）は
現像を行って遮光膜上に残存していた撥インク剤層を除
去する工程を示している。

【００１８】各図において、１は基板、２は遮光膜、３
は光分解型樹脂層、４は撥インク剤層、５は基板の遮光
膜と反対側からの露光、６はインクジェット方式により
形成された着色層、７は遮光膜側からの露光を示してい
る。

【００１９】本発明では、先ず最初に図１の（Ａ）に示
されるように、光透過性の基板上１に画素領域を開口部
としてパターン化された遮光膜２を形成する。この光透
過性の基板としては、露光に用いる光が透過すればよ
く、特に限定されるものではないが、ガラス、プラスチ
ックのシートまたはフィルム等が好ましく用いられる。
また、この遮光膜は、最初から特定のパターンで形成さ
れてもよいし、全面に形成しておいてからフォトリソ工
程等でパターニングしてもよい。

【００２０】本発明では、インクジェット方式で着色層
を形成するので、この遮光膜はある程度の厚みを有する
ことが好ましい。すなわち、遮光膜が凸部となって堰と
して働き、その堰に囲まれた凹部に、インクジェット方
式でインクが吹き付けられて着色層が形成される。この
ように堰が形成されていて本発明のように堰の上が撥イ
ンク性にされていると、吹き付けられたインクが隣接の
画素に流れ込みにくく美しいカラーフィルタが形成でき
る。

【００２１】この遮光膜の厚みは、形成する着色層とほ
ぼ同じ程度の厚みとすることが好ましく、大旨０．３〜
３μｍ程度にされればよい。また、この遮光膜は、この
ような厚膜なので、樹脂にカーボンブラック等の黒色顔
料を混入した厚膜の遮光膜が好ましく使用される。この
ような樹脂系の遮光膜は、着色層を形成するインクによ
り膨潤されることがあるので、遮光膜形成直後に加熱し
て硬化させておくことが好ましい。膨潤の問題がなけれ
ば、着色層の硬化のための加熱工程で兼用することも可
能である。

【００２２】また、クロム、ニッケル等の遮光性金属膜
やそれらに酸化クロムのような反射防止膜を積層したよ
うな薄膜の遮光膜を使用し、これに厚みをかせぐために
樹脂を積層するような構成の遮光膜も使用できる。

【００２３】遮光膜は基板上に線状や格子状に形成され
るが、それにより区切られた凹部が画素に対応するよう
にされればよい。例えば、ストライプ状のカラーフィル
タを形成する場合には線状に形成され、四角の画素に対
応させるためには格子状に形成される。これは、画素の
形状により適宜定められるので、扇状、三角形状、六価
形状、円弧状等種々の形状も考えられる。

【００２４】さらにストライプ状のパターンの場合に
は、長手方向には凸部が形成されなくてもよいが、画素
の周囲を完全に凸部で囲むこともある。特にモザイク状
のカラーフィルタの場合には、画素の周囲は遮光膜の凸
部で囲まれる。

【００２５】次に図１の（Ｂ１）に示すように、光分解
型樹脂を塗布する。この光分解型樹脂は通常基板全面に
塗布すればよいが、遮光膜部分に選択的に塗布してもよ
い。本発明では、少なくとも遮光膜のある部分にはこの
光分解型樹脂を塗布して、光分解型樹脂層３を形成す
る。この光分解型樹脂としては、通常のポジ型フォトレ
ジストとして使用されているものが好適に使用できる。

【００２６】この光分解型樹脂の塗布方法としては、ス
ピンコート、スプレーコート、ロールコート、ダイコー
ト、ディップコート、スクリーン印刷等の方法を挙げる
ことができる。光分解型樹脂としては、具体的にはたと
えば、クレゾールノボラック樹脂にナフトキノンジアジ
ド化合物を配合したもの等が挙げられる。

【００２７】次に図１の（Ｂ２）に示すように、撥イン
ク剤を塗布する。この撥インク剤も通常基板全面に塗布
すればよいが、遮光膜部分に選択的に塗布してもよい。
この撥インク剤の塗布方法としては、スピンコート、ス
プレーコート、ロールコート、ダイコート、ディップコ
ート、転写印刷等の方法を挙げることができる。本発明
では、少なくとも遮光膜のある部分にはこの撥インク剤
を塗布して、撥インク剤層４を形成する。これらの層
は、必要に応じて夫々またはまとめて加熱する等して乾
燥させる。

【００２８】この撥インク剤としては、画素を形成する
ための着色インクに対して２０°以上の後退接触角をも
つものであれば何でもよく、界面エネルギーの低い、ケ
イ素、フッ素などの原子を含んだ化合物を挙げることが
できる。

【００２９】その後図１の（Ｂ３）に示すように、基板
の遮光膜が形成された面と反対側の面から露光５を行
う。この露光は光分解型樹脂を分解することができる光
を照射すればよい。通常は紫外線を照射する。このため
の光源としては、高圧水銀灯、カーボンアーク灯、キセ
ノンランプ等がある。

【００３０】図１の（Ｂ４）は、露光後に現像を行った
状態を示している。この現像は現像液に浸漬、リンス、
超音波洗浄、乾燥を順に行う等の公知の方法によって行
うことができる。現像液としては、たとえばアルカリ現
像可能な樹脂に対しては、炭酸ナトリウム、水酸化カリ
ウム等の無機アルカリやエタノールアミン等の有機アル
カリの水溶液等が好ましく使用される。

【００３１】（Ｂ３）の工程で遮光膜が露光マスクとし
て機能し、遮光膜の無い部分に付着していた光分解型樹
脂が露光により分解される。このため、現像を行うと、
この光分解型樹脂が分解した部分では、分解した光分解
型樹脂と一緒にその上に積層されていた撥インク剤も除
去される。

【００３２】その結果、遮光膜２上にのみ光分解型樹脂
層３と撥インク剤層４が残存した基板が形成される。こ
れにより、インクジェット方式でインクを吹き付けした
際にインクが堆積する凹部には、撥インク剤が残ってい
なく、均一な着色層が得られる。

【００３３】次いで、図３の（Ｃ）の着色層形成工程を
行う。この着色層形成工程では、インクジェット方式に
よりインクを吹き付けして着色層６を形成する。上面に
撥インク剤層４を設けた遮光膜２に囲まれた凹部に、イ
ンクを吹き付けする。インクは乾燥時に遮光膜２とほぼ
同じ膜厚になるようにされることが多いので、吹き付け
直後の溶媒を含んでいる状態では、凹部の周辺の遮光膜
の凸部よりも盛り上がっている傾向がある。

【００３４】この場合においても、遮光膜２の上面に撥
インク剤層４があるので、表面張力により隣接画素にイ
ンクが流れにくくなる。この着色層は、必要に応じて加
熱する等して乾燥または硬化される。また、カラーフィ
ルタは通常ＲＧＢ（赤、緑、青）３色形成されるが、用
途によっては２色でもよいし、ＣＭＹ（シアン、マゼン
ダ、イエロー）でもよい。

【００３５】インクジェット方式としては、帯電したイ
ンクを連続的に噴射し電場によって制御する方法、圧電
素子を用いて完結的にインクを噴射する方法、インクを
加熱しその発泡を利用して間欠的に噴射する方法等、各
種の方法を採用できる。

【００３６】また着色層を形成するためのインクとして
は、後の現像工程に耐えることができるようにするた
め、熱または光で硬化するバインダー成分が含まれるこ
とが好ましい。このようなバインダー成分としては、例
えばアクリレート誘導体やメタクリレート誘導体を挙げ
ることができる。

【００３７】次いで、図３の（Ｄ１）に示すように、遮
光膜２が形成された側の面から露光７を行う。この露光
は光分解型樹脂を分解することができる光を照射すれば
よい。通常は紫外線を照射する。

【００３８】図３の（Ｄ２）は、露光後に現像を行った
状態を示している。これにより遮光膜のある部分に付着
していた光分解型樹脂が露光により分解される。このた
め、現像を行うと、この遮光膜２上に残っていた光分解
型樹脂が分解され、分解した光分解型樹脂と一緒にその
上に積層されていた撥インク剤も除去される。

【００３９】この後、さらに必要に応じて、加熱硬化工
程を経て、所望のカラーフィルタ付き基板を製造する。

【００４０】さらに必要に応じてこの上に平坦化、絶
縁、電極との接着性向上等の目的で樹脂や無機物のコー
ト層を形成する。その上にＩＴＯ（インジウムスズ酸化
物）や酸化スズ、その他の電極を形成する。

【００４１】このような電極及びカラーフィルタ付き基
板と他の電極付き基板との間に液晶層を挟持して液晶表
示素子を形成することができる。もちろん、電極上に無
機物や有機物のオーバーコート層を形成したり、画素電
極にＴＦＴ等の能動素子を配置したり、液晶表示素子の
外側に偏光膜や位相差板を配置したりしてもよい。

【００４２】

【実施例】

例１（実施例） 光透過性のガラス基板上に、黒色に着色されたフォトレ
ジスト（東京応化社製「４１６Ｓ」）をスピンコート法
により目標膜厚１．５μｍとなるように塗布し、１１０
℃で１０分間加熱処理した。この基板にフォトマスクを
介して１００ｍＪ露光し、指定現像液に３０秒浸漬し、
冷水で洗浄後、２３０℃で１時間焼成を行い、高さ１．
５μｍ、幅２５μｍの遮光膜を有する基板を得た。

【００４３】この基板の表面全体にポジ型レジストをス
ピンコート法により塗布し、続いてフッ素系界面活性剤
（東芝シリコーン社製「ＴＳＬ−８２３３」）をパーフ
ルオロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）で０．２５重
量％に希釈した液をスピンコート法により塗布した後、
８０℃で５分間仮乾燥した。

【００４４】その後、遮光膜が形成された面と反対側の
面から高圧水銀ランプにより１００ｍＪ背面露光し、指
定現像液に３０秒浸漬し、冷水で洗浄して、遮光膜上に
のみ撥インク剤層が形成された基板を得た。

【００４５】この基板の開口部（遮光膜に囲まれた凹
部）に対し、インクジェット法でＲＧＢ３色の水系顔料
インクを用いて吹き付けを行い、１２０℃で５分間仮乾
燥した。次に、遮光膜が形成された面側から高圧水銀ラ
ンプにより３００ｍＪ表面露光し、指定現像液に３０秒
浸漬し、冷水で洗浄した後、２３０℃で１時間焼成を行
い、格子状のＲＧＢのカラーフィルタを得た。この結果
を表１に示す。

【００４６】例２（比較例） 比較例として、例１と同様の方法で、遮光膜を基板上に
形成した。その後、フッ素系界面活性剤（東芝シリコー
ン社製「ＴＳＬ−８２３３」）をパーフルオロ（２−ブ
チルテトラヒドロフラン）で０．２５重量％に希釈した
液をスピンコート法により塗布した後、８０℃で５分間
仮乾燥した。

【００４７】この基板を１６バッファードフッ酸（ＨＦ
５０％水溶液とＮＨ₄ Ｆの４０％水溶液の１：６混合
液）を１％に希釈した処理液で、６０秒間エッチング処
理し、水洗し風乾した。このようにして得られた基板の
開口部に対して、インクジェット法で水系顔料インクを
用いて吹き付けを行い、２３０℃で１時間焼成を行い、
格子状のＲＧＢのカラーフィルタを得た。この結果を表
１に示す。

【００４８】なお、表１の結果において、「○」はいず
れもそれらの欠点がないもの（良品）を、「×」はその
ような欠点を生じたもの（不良品）を示す。例１（実施
例）では、隣接画素部へのインク流出、画素周辺部での
色抜け、画素内での色むらという欠陥は生じなかった。
一方、例２（比較例）のものは、画素コーナー部へのイ
ンクの広がりが悪く、色抜けが目立つものがあった。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】本発明は、光分解型樹脂と撥インク剤と
を用いて２回の露光を行うことにより、インクジェット
時に遮光膜上にのみ撥インク剤を配置でき、インクジェ
ット後には光分解型樹脂と撥インク剤とを容易に除去で
きる。これにより、インクジェット方式を用いても、隣
接画素部へのインク流出、画素周辺部での色抜け、画素
内での色むらという欠陥を生じにくい。

【００５１】このため、生産性の良いインクジェット方
式により、均一性に優れたカラーフィルタ付き基板を容
易に製造することができる。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造工程を示す断面図。

【図２】本発明の製造工程を示す断面図。

【図３】本発明の製造工程を示す断面図。

【符号の説明】

１：基板 ２：遮光膜 ３：光分解型樹脂層 ４：撥インク剤層 ５：露光 ６：着色層 ７：露光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過性の基板上に遮光膜を形成し、その
   遮光膜により区切られた凹部にインクジェット方式によ
   ってインクを吹き付けて凹部にインクを堆積させて着色
   層を形成するカラーフィルタ付き基板の製造方法におい
   て、(A) 基板上に遮光膜を特定パターンで形成する工
   程、(B) 光分解型樹脂と撥インク剤とをこの順に、少な
   くとも遮光膜上には塗布し、基板の遮光膜が形成されて
   いる面と反対側の面から光を照射して現像を行うことに
   より、遮光膜の上面にのみ撥インク剤層を形成させる工
   程、(C) インクジェット方式によってインクを吹き付け
   して着色層を形成する工程、(D) 遮光膜側の面から光を
   照射し、現像することにより、遮光膜上の撥インク剤層
   を除去する工程、を順に含むことを特徴とするカラーフ
   ィルタ付き基板の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の製造方法により形成された
   カラーフィルタ付き基板を用いた液晶表示素子。