JP4138130B2 - カラーフィルターの製造方法および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
カラーフィルターの製造方法および液晶表示装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルターの製造方法、特にインクジェット印刷に用いられている微小液滴吐出法を応用したカラーフィルターの製造方法に関する。本発明で製造されるカラーフィルターは、カラー液晶表示装置等の分野で使用される。また、本発明は液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピューターの進歩、とりわけ携帯用パーソナルコンピューターの進歩に伴い液晶カラーディスプレイの需要が急増している。これに対応し、適正価格で美しいディスプレイを供給する手段の確立が急務となっている。また近年、環境の保護が叫ばれ、環境負荷を低減するプロセスへの転換、改善も急務となっている。
【０００３】
従来カラーフィルターの製造方法としては、遮光材としてクロムの薄膜をフォトレジストパターニング工程によりブラックマトリックスとして得た後、このブラックマトリックスの間隙に赤、緑、青の光感光性樹脂をスピンコート法等により一色毎に、やはりフォトレジスト法により画素を形成、赤，緑，青が隣り合って配置されたカラーマトリックスを構成する方法を基本としていた。この製造方法では、赤，緑，青の一色毎フォトレジスト工程を繰り返さなければならず、また、各色の感光性レジストの材料ロス、ひいては環境負荷の高い高コストのカラーフィルターとの指摘を免れることは出来なかった。
【０００４】
そこで、特開昭５９−７５２０５では透明基板上インクに対してヌレ性の良くない材料でインク塗布間隙の仕切りをマトリックス状に形成した後、インクジェット法を応用した非感光色材を塗布するプロセスを提案、フォトレジスト工程の煩雑さ改善と、材料ロスの低減を図る提案をおこなっている。以来、インクジェット法による非感光色材の塗布プロセスによるカラーフィルターの製造方法が多数提案されている。
【０００５】
しかしその後の提案を見ると、おおかたは遮光材料として黒色感光性樹脂組成物により色材を塗布すべき間隙をマトリックス状に仕切る、というプロセスを中心としたもので、このブラックマトリックス材表面に撥水性を与えて色材を塗布すべきブラックマトリックス間隙の透明基板表面の水に対する接触角の差を設けて、色材の塗布工程での仕切り壁オーバーフローによって起こる混色を防止し、目的を達成しようとしている。特開平４−１９５１０２、特開平７−３５９１５、 特開平７−３５９１７、特開平１０−１４２４１８はいずれも樹脂ブラックマトリックス材料の選択とマトリックス間隙透明基板表面の表面処理とにより、マトリックス間隙透明基板表面との接触角の差を確保することにこだわったプロセス構成であり、これらには以下に述べるような欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
感光性黒色樹脂組成物を遮光材として用いブラックマトリックスを形成する場合、光透過性と樹脂硬化度との兼ね合いが常に付きまとい、実際上マトリックス仕切り壁の厚さのバラツキも避けられないので、膜厚の厚いところでは光の不透過による未硬化部分の残留、薄いところでは半透明となり、厚い未硬化部分では膜強度の不良、薄いところではカラーフィルターとしての光抜けの発生を来すことは明らかである。
【０００７】
近年カラーフィルターは益々高精度化し、数１０μｍ角という微細な赤，緑，青の画素を色材の密着性良く、色調バラツキも最小限とする必要があるが従来技術にあるように、画素を区画し仕切る樹脂バンクの接触角を大き目に取ることは樹脂成分の周辺部へに飛散により画素の密着不良の原因となる。この密着不良を防止する目的でＵＶ照射、プラズマエッチング、レーザーアブレーションといったドライエッチングプロセスを組み合わせる方法は、インクを付与すべき間隙部分のみを選択的に処理することがパターンが微細であればあるほど困難であり、結局バンク部分も同時に処理することとなり形成当初は高かった目的の接触角を著しく低下させるだけである。すなわち、益々微細化する画素の色材が付着する透明基板表面部と、これを区画する黒色樹脂バンクの接触角の差をことさら大きくとろうとすることは技術的難度の高い割合に効果は小さい。
【０００８】
さらに微細な画素中色調バラツキを極力抑制するため、色材の付着厚さを均一に形成することはカラーフィルター品質を決定付ける重要なプロセスとなるが、従来技術にはこれらが解明されていない。
【０００９】
さらには、このような微細な画素の赤，緑，青隣接配置をインク混色なく、しかも同時に形成する手法については、従来技術にはなんら解明されていないのである。
【００１０】
本発明は、このような従来技術にひそむ技術的困難を抜本的に解決するためになされたものであり、インクジェットにより遮光材マトリックス間隙に色材であるインクを効率的に付与し、しかも、インク膜厚を均一かつ高密着性のものとすることで、画素欠陥や色調ムラのないコントラストの高いカラーフィルターの製造方法、およびこれを組み込んだ液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明基板上に遮光層である金属薄膜のマトリックスパターンを形成する工程と、この金属薄膜遮光層上に樹脂によるマトリックスバンクを形成する工程と、該マトリックスパタ−ンの間隙にインクを直接塗布する工程を有することを特徴とするカラーフィルターの製造方法に関する。
【００１２】
また、本発明は透明基板上に遮光層である金属薄膜のマトリックスパターンを形成する工程と、この金属薄膜遮光層上に樹脂によるマトリックスバンクを金属薄膜のマトリックスパターンにほぼ重なるように形成する工程と、上記パターニングされた全面をドライエッチング処理する工程と、該マトリックス間隙にインクを付与する工程、上面を平滑化するためのオーバーコート塗布工程、さらに薄膜電極を形成する工程を経てカラーフィルター基板を形成する工程、該カラーフィルター基板に対向させて画素電極を有する対向基板を配置する工程、カラーフィルター基板と対向基板の間隙に液晶組成物を封入する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法に関する。
【００１３】
前記製造方法は、透明基板上金属薄膜遮光層マトリックスパターンの形成工程が金属薄膜層をフォトレジストエッチング法でパターニングする工程を含む。
【００１４】
前記製造方法は、インクを付与する間隙を仕切るバンクが、上記透明基板上金属薄膜マトリックスパターンに重ねあわせて感光性樹脂組成物をフォトレジスト法によりパターニングする工程であることを含む。
【００１５】
前記製造方法は、前記樹脂バンク表面とこのバンクによって仕切られた透明基板間隙表面の水にたいする接触角の差１５°以上を得る工程が、樹脂表面と基板間隙の全面同時ドライエッチングする工程であることを含む。
【００１６】
前記製造方法は、前記樹脂マトリックスパターン間隙にインクを付与する工程がインクジェットプリンティングヘッドにより６ピコリットル〜３０ピコリットルの微小インク滴を、制御しつつ付与する工程であることを含む。
【００１７】
前記製造方法は、インクが１５０〜３００℃の高沸点溶剤を含み、乾燥の条件を自然雰囲気中セッティング、４０〜１００℃のプレベーク、１６０〜２４０℃の最終ベークと適切に設定することで、塗布乾燥後基板間隙表面上のインク層膜をレベリングし膜厚が均一となるよう成分調整した熱硬化性インクであることを含む。
【００１８】
カラーフィルターの製造において、透明基板上に遮光層マトリックスパターンを形成、そのマトリックスパターンの間隙に必要色度の赤、緑、青の色材、インクを相互に混色することのないよう付与することによってハイコントラストの優れたカラーフィルターを得ることが出来る。この際、インクの混色を防止するために上記マトリックスパターン間隙を区画する樹脂マトリックスパターンを、遮光層マトリックスパターンに重なるように形成する。インクを付与する前に、この二重層からなるマトリックスパターンを形成、表面を活性化しインク付着の条件を整えることがカラーフィルターの製造の基本の技術の一つである。
【００１９】
本発明では、上記の二重層からなるマトリックスパターンの第一層遮光層として金属薄膜を適用、０．１〜０．５μｍの厚さに形成、フォトレジストエッチング法によりマトリックスパターンを得ている。この薄膜金属は、蒸着、スパッタリング、化学蒸着等の手法で得ることが出来る。第二層としては感光性組成物を適用、第一層に重なるパターンを１．５〜５μｍの層厚形成 、やはりフォトレジスト法を応用してパターニングする。第二層に適用する感光性組成物は、黒色であることを要せず一般的に入手可能な感光性組成物を幅広く用いることが出来る。上記二層がパターニングされた基板間隙表面は、パターニング加工途上さまざまな汚染要因にさらされ水に対する接触角が上昇、後のインク付与、均一膜成膜に障害となる。そのためパターニングの後、インク付与の準備工程として全面をドライエッチングする作業を行う。この際、パターン間隙部の水に対する接触角が、当初の透明基板の値に回復する条件を得れば良く、間隙部のみを選択的にエッチングすることは全く必要がない。得られた知見によれば、ＵＶ照射、プラズマ照射、レーザー照射等のドライエッチング法によって、間隙部表面と第二層の材料樹脂表面の水に対する接触角の差１５°以上を得ることが出来る。
【００２０】
また本発明では、上記マトリックスパターン間隙表面にインクを付与する工程に着目し、６〜３０ピコリットルの微小のインク滴を滴数を制御しつつ、５０μｍ角の微細な画素区画に正確に付与する技術を確立した。マトリックスパターンの間隙区画内に付与されたインク皮膜の膜厚均一性を確保するためには、インクの成分として高沸点溶剤を加えることでインクのレベリング性を改良することが出来、溶剤としては沸点１５０〜３００℃のものに著効があった。インク皮膜の膜厚均一性を確保するために上記高沸点溶剤の添加と合わせて用いる手段は、インク付与後の乾燥条件の制御であり、自然雰囲気中のセッティング、中温域である４０〜１００℃でのプレベーク、１６０〜２４０℃での最終ベークの３ステップで乾燥硬化させるのが適切であった。
【００２１】
また、本発明にはマトリックスパターン間隙に付与され加熱硬化されたインク皮膜色調のバラツキを一定範囲内におさえることを含んでいる。色調バラツキを考慮しなければならない領域は、同一画素内、同一チップ内、同一基板内であり本発明によればいずれの領域内でもバラツキの指標である色差が３以下に抑制することが出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明によるカラーフィルターの製造工程は、図１に示す通りである。初工程は（ａ）であり、透明基板１上に遮光性薄膜金属層を形成する材料として、クロム、ニッケル、アルミニウムのいずれも電子デバイス加工プロセスでしばしば用いられる金属を用い、その薄膜を透明基板上ドライめっき法で付着させて遮光層２を得た。厚さ０．１μｍ 以上であれば十分遮光性が得られ、得られた金属皮膜の密着性、脆性等を考慮すれば厚さ０．５μｍが限度である。金属はいかなる金属であってもよく、薄膜形成が簡便でありフォトレジストエッチングを含む全工程の効率を配慮して幅広く選択できる。薄膜金属層は、次にフォトレジストエッチング法（ｂ）〜（ｃ）によって透明基板上画素部となるパターン区画間隙部分の該薄膜金属層を除去し、必要なマトリックスパターン形状を得る。
【００２３】
上記金属薄膜遮光層を第一層とすれば、これに重ねて第二層のマトリックスパターンを区画する樹脂バンク層（ｅ）中５を、厚さ１．５〜５μｍの範囲で形成する。第２層の役割は、インクを付与すべきマトリックスパターン間隙をバンクとして仕切り、隣接するインク相互の混色を防止することにある。樹脂としては感光性樹脂組成物を用い、やはりフォトレジスト法によりマトリックスパターンのインクを付与すべきマトリックスパターン間隙部分の樹脂を除去する。マトリックスパターンは、第一層のパターンと第二層のパターンが重なり合わなければならない。重ね合わせ精度は、平均的に第一層のパターン幅マイナス第二層のパターン幅がプラス５μｍであり、第一層のパターン幅が第二層のパターン幅より大きい。この第二層のバンク高さは画素中に形成するインク皮膜の膜厚との関係で決定する。第二層の感光性樹脂組成物としては、水に対する接触角の特に大きい、撥水性に優れたもの、あるいは黒色と限定される物ではなく幅広く選択できる。当発明事例では、ウレタン系あるいはアクリル系光硬化型の感光性樹脂組成物によって目的を達成することが出来た。
【００２４】
インクを付与する前の表面調整は、上記パターニング済み基板表面をドライエッチングしておこなう。ＵＶ照射、大気圧プラズマ照射のいずれによっても初期のドライエッチング効果を得ることが可能であるが、大気圧プラズマエッチング法は工程をライン化するのに適している。
【００２５】
本発明では、次にインクを付与する方法として、インクジェットプリンティング方式で用いられているプリンティングヘッドによるインクジェット法を応用する。５０μｍ角といった微細な面積に精度よくインク皮膜を形成する方法としては、吐出するインク滴を微細化し、しかも吐出インク滴数を制御出来るインクジェットプリンティング法が最適であり、効果的である。
【００２６】
上記微細化したインク滴を精度良く目標とする位置（ｈ）中６、すなわちマトリックスパターン間隙に付与するには、まず第一にインク滴のサイズをターゲットであるマトリックスパターン間隙のサイズにあわせて制御することが必要である。インク滴サイズは、５０μｍ角の画素サイズにたいしては６〜３０ピコリットルに制御することで良好な結果を得た。スループットを考慮すれば、好ましくは１２〜２０ピコリットルで良好な結果を得た。また、インクジェットプリンティングヘッドよりインク滴を飛翔させ、ターゲットに正確に到達付着させるには、さらにインク滴が飛翔途中分裂することなく、しかも真っ直ぐ飛翔するよう条件を整えなければなければならない。これらの制御技術の必要であることも論を待たない。
【００２７】
本発明では、付与するインクの皮膜が付着、乾燥、硬化の後に図１（ｉ）に示すように、厚さ均一となるよう乾燥途上のレベリング性を改善する手段を提供する。ひとつの手段は、付与するインクに高沸点溶剤を加えてインクの乾燥速度を減速させる方法である。高沸点溶剤としては、ブチルカルビトールアセテート、メトキシブチルアセテート、エトキシエチルプロピオネート、メトキシ−２−プロピルアセテートを選択した。沸点１５０〜３００℃の溶剤であれば、顔料の分散性あるいは染料の溶解性等考慮しつつ幅広く選択可能である。いまひとつの手段は、付与されたインクの乾燥速度を制御する方法である。インクは付与後、低沸点溶剤分から蒸発が進行しレベリングしつつ粘度上昇を起こし、顔料あるいは染料を含む樹脂分が熱によって架橋し硬化する。乾燥条件として、インクの特性に応じ自然雰囲気中セッティングあるいは４０〜１００℃のプレベークと１５０〜３００℃の最終ベークを組み合わせて適用する。インク付与直後の画素断面形状である図３（ａ）１７は、乾燥途上１８を経て平坦な皮膜１９となる。インクは、それぞれ固有の粘度、表面張力、流動特性を持ち、乾燥後の均一皮膜厚さを得るにはインク固有の特性に応じて上記乾燥条件の範囲、および組み合わせを適用しなければならない。乾燥硬化条件がインク特性とマッチングしない場合は、図３（ｂ）２０、あるいは同（ｃ）２１に示すように付与したインクの皮膜厚さが不均一となり画素色調バラツキの原因となる。
【００２８】
画素色材皮膜の形成の後、平滑表面をえるためのオーバーコート、図１（ｊ）中７を形成、さらにその表面に薄膜共通電極を形成してカラーフィルターを完成する。
【００２９】
図２に、本発明による上記カラーフィルターを組み込んだＴＦＴカラー液晶表示装置の断面を示す。なお、その形態は本例に限定されるものではない。
【００３０】
カラー液晶表示装置は、一般的にカラーフィルター基板９と対向基板１４を組み合わせ、液晶組成物１２を封入することにより構成される。液晶表示装置の一方の基板１４の内側に、ＴＦＴ(不図示)と薄膜画素電極１３がマトリックス状に形成される。また、もう一方の基板として、画素電極に対向する位置に赤、緑、青の画素色材が配列するようにカラーフィルター９が設置される。両基板の面内には配向膜１１が形成されており、これをラビング処理することにより液晶分子を一定方向に配列させることが出来る。また、それぞれの基板の外側には偏光板１５が接着されており、液晶組成物１２はこの基板の間隙に重点される。また、バックライトとしては蛍光灯（不図示）と散乱板の組み合わせが一般的に用いられており、液晶組成物をバックライト光の透過立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。
【００３１】
【実施例】
以下実施例により、本発明をさｒに詳細に説明する。
【００３２】
［実施例１］
厚さ０．７ｍｍ、たて３８ｃｍ横３０ｃｍの無アルカリガラス透明基板表面を、熱濃厚硫酸に過酸化水素水を１％添加した洗浄液で洗浄、純水でリンスの後エア乾燥を行って清浄表面をえる。この表面に、スパッタ法によりクロム皮膜を皮膜厚さ平均０．２μｍ形成、遮光皮膜層を得た。この表面に、フォトレジストＯＦＰＲ−８００（東京応化製）をスピンコートした。基板はホットプレート上８０℃で５分間乾燥し、フォトレジスト皮膜を形成した。この基板表面に、所要のマトリックスパターン形状を描画したマスクフィルムを密着し、ＵＶ露光をおこなった。次にこれを、水酸化カリュウム８％のアルカリ現像液に浸漬して未露光の画素部分のフォトレジストを除去した。続いて、露出した画素部クロム皮膜を塩酸を主成分とするエッチング液でエッチング除去した。このようにしてマトリックスパターン第一層、クロム薄膜遮光層（ブラックマトリックス略称ＢＭ）を得た。
【００３３】
この基板上に、第二層としてポジタイプ透明アクリル系感光性樹脂組成物をやはりスピンコート法で塗布した。１００℃で２０分間プレベークした後、クロムマトリックスパターンのパターニングに使用したマスクの補正版を用いてＵＶ露光を行った。未露光部分である画素部分の樹脂を、やはりアルカリ性の現像液で現像、純水でリンスの後スピン乾燥した。最終乾燥としてのアフターベークを２００℃で３０分間行い、樹脂部を十分硬化させた。この樹脂層皮膜の厚さは、平均３．５μｍであった。
【００３４】
得られた二重層マトリックスパターンの、画素となる間隙部のインク濡れ性改善のためドライエッチング、大気圧プラズマ処理を行った。ヘリュウムに酸素を２０％加えた混合ガスに高圧を印加、プラズマ雰囲気を大気圧内エッチングスポットに形成、基板をこのスポット下を通過させてエッチングし、バンク樹脂部とともに画素部の活性化処理を行った。処理の直後、対比テストプレートでの水に対する接触角は樹脂皮膜上平均５０°に対しガラス基板上平均３０°であった。
【００３５】
この基板上パターン間隙画素部分に、インクジェットプリンティングヘッドから色材であるインクを高精度の制御しつつ吐出、塗布した。インクジェットプリンティングヘッドには、ピエゾ圧電効果応用の精密ヘッドを使用し、インク滴は２０ピコリットルの微小滴を画素毎３〜８滴各色を選択的に飛ばした。ヘッドよりターゲットである画素ブランクへの飛翔速度、飛行曲がり、サテライトと称される分裂迷走滴発生防止のためには、インクの物性はもとよりヘッドのピエゾ素子を駆動する電圧と、その波形が重要であり、あらかじめ条件設定された波形をプログラムしてインク滴を赤、緑、青の３色を同時に吐出し塗布した。
【００３６】
インクとしては、ポリウレタン樹脂オリゴマーに無機顔料を分散させた後、低沸点溶剤としてシクロヘキサノン、酢酸ブチルを、また高沸点溶剤としてブチルカルビトールアセテートを加え、さらに非イオン系界面活性剤０．０１％を分散剤として添加し、粘度６〜８センチポアズとしたものを用いた。
【００３７】
塗布後の乾燥は、自然雰囲気中３時間放置しインク皮膜層のセッティングを行った後、８０℃のホットプレート上４０分加熱し、最後にオーブン中２００℃で３０分加熱してインク皮膜の硬化処理を行った。この条件によって画素中のインク皮膜厚さバラツキを１０％以下に抑制することが出来、結果としてインク色調の色差を３以下に抑制できた。
【００３８】
上記基板に、透明アクリル樹脂塗料をオーバーコートとしてスピンコートして平滑面をえた。さらにこの上面にＩＴＯ電極膜を所要パターンに形成して、カラーフィルターとした。得られたカラーフィルターは、熱サイクル耐久試験、紫外線照射試験、加湿試験等の耐久試験に合格し、液晶表示装置要素基板として十分用い得ることを確認した。
【００３９】
［実施例２］
厚さ０．７ｍｍ、たて３８ｃｍ横３０ｃｍの無アルカリガラス透明基板表面を、熱濃厚硫酸に過酸化水素水を１％添加した洗浄液で洗浄、純水でリンスの後エア乾燥を行って清浄表面をえる。この表面に、スパッタ法によりアルミニウム皮膜を皮膜厚さ平均０．５μｍ形成、遮光皮膜層を得た。この表面に、フォトレジストＯＦＰＲ−８００（東京応化製）をスピンコートした。基板はホットプレート上８０℃で５分間乾燥し、フォトレジスト皮膜を形成した。この基板表面に、所要のマトリックスパターン形状を描画したマスクフィルムを密着し、ＵＶ露光をおこなった。次にこれを、水酸化カリュウム８％のアルカリ現像液に浸漬して未露光の画素部分のフォトレジストとアルミニウム皮膜とを同時に除去した。アルミニウムはアルカリ溶解性なので、酸によるエッチング工程を省略することが出来工程合理化となった。
【００４０】
この基板上に、第二層としてポジタイプ透明アクリル系感光性樹脂組成物をやはりスピンコート法で塗布した。１００℃で２０分間プレベークした後、アルミニウムマトリックスパターンのパターニングに使用したマスクの補正版を用いてＵＶ露光を行った。未露光部分である画素部分の樹脂を、やはりアルカリ性の現像液で現像、純水でリンスの後スピン乾燥した。最終乾燥としてのアフターベークを２００℃で３０分間行い、樹脂部を十分硬化させた。形成された樹脂層は、平均４μｍの厚さであった。
【００４１】
得られた二重層マトリックスパターンの、画素となる間隙部のインク濡れ性改善のためドライエッチング、２７０ｎｍ波長のＵＶ照射処理を行った。照射処理の直後、対比テストプレートでの水に対する接触角は樹脂皮膜上平均５５°に対しガラス基板上平均３５°であった。
【００４２】
この基板上パターン間隙画素部分に、インクジェットプリンティングヘッドから色材であるインクを高精度の制御しつつ吐出、塗布した。インクジェットプリンティングヘッドには、ピエゾ圧電効果応用の精密ヘッドを使用し、インク滴は１２ピコリットルの微小滴を画素毎３〜８滴とし、赤、緑、青各色を逐次的に飛ばし塗布した。ヘッドよりターゲットである画素ブランクへの飛翔速度、飛行曲がり、サテライトと称される分裂迷走滴発生防止のためには、インクの物性はもとよりヘッドのピエゾ素子を駆動する電圧と、その波形が重要であり、あらかじめ条件設定された波形をプログラムしてインク滴を吐出し塗布した。
【００４３】
インクとしては、ポリアクリル樹脂オリゴマーに無機顔料を分散させた後、低沸点溶剤としてシクロヘキサノン、酢酸ブチルを、また高沸点溶剤としてブチルカルビトールアセテートを加え、さらに非イオン系界面活性剤０．０５％を分散剤として添加し、粘度６〜８センチポアズとしたものを用いた。
【００４４】
インク吐出、塗布後の乾燥条件は、各色インクの物性にあわせて赤、緑、青の各インク付与後逐次設定して乾燥硬化を行った。赤、および青インクは流動特性がニュートニアンであり、それぞれ自然雰囲気中セッティング２時間、９０℃のホットプレート上２０分、最後に１８０℃のオーブン中４５分の乾燥硬化を実施した。緑のインクは、流動特性が非ニュートニアンでありチキソトロピー性が強いのでセッティング時間を５時間と長めに取り、最終ベークは２００℃オーブン中３０分の乾燥を実施した。この条件によれば画素中のインク皮膜厚さバラツキを５％以下に抑制することが出来、結果としてインク色調の色差を２以下に抑制できた。
【００４５】
上記基板に、透明アクリル樹脂塗料をオーバーコートとしてスピンコートして平滑面をえた。さらにこの上面にＩＴＯ電極膜を所要パターンに形成して、カラーフィルターとした。得られたカラーフィルターは、熱サイクル耐久試験、紫外線照射試験、加湿試験等の耐久試験に合格し、液晶表示装置要素基板として十分用い得ることを確認した。
【００４６】
［実施例３］
実施例１と同様のガラス透明基板材に、同様の表面処理を行った後、この表面にニッケルのスパッタ処理で薄膜ニッケル層を０．３μｍの厚さに形成し金属遮光層を得た。この表面に、フォトレジストＯＦＰＲ−８００（東京応化製）をスピンコートした。基板はホットプレート上８０℃で５分間乾燥し、フォトレジスト皮膜を形成した。この基板表面に、所要のマトリックスパターン形状を描画したマスクフィルムを密着し、ＵＶ露光をおこなった。次にこれを、水酸化カリュウム８％のアルカリ現像液に浸漬して未露光の画素部分のフォトレジストを除去した。続いて、露出した画素部ニッケル皮膜を塩酸を主成分とするエッチング液でエッチング除去した。このようにしてマトリックスパターン第一層、ニッケル薄膜遮光層（ブラックマトリックス略称ＢＭ）を得た。
【００４７】
この基板上に、第二層としてネガタイプ透明アクリル系感光性樹脂組成物をやはりスピンコート法で塗布した。１４０℃で１０分間プレベークした後、ニッケルマトリックスパターンのパターニングに使用したマスクの陰陽逆補正版を用いてＵＶ露光を行った。露光部分である画素部分の樹脂を、やはりアルカリ性の現像液で現像、純水でリンスの後エア乾燥した。最終乾燥としてのアフターベークを２００℃で２０分間行い、樹脂部を十分硬化させた。この樹脂層皮膜の厚さは、平均３μｍであった。
【００４８】
得られた二重層マトリックスパターンの、画素となる間隙部のインク濡れ性改善のためドライエッチングとして、レーザー光のアッシング処理を行った。照射処理の直後、対比テストプレートでの水に対する接触角は樹脂皮膜上平均５５°に対しガラス基板上平均３０°であった。
【００４９】
この基板上パターン間隙画素部分に、インクジェットプリンティングヘッドから色材であるインクを高精度の制御しつつ吐出、塗布した。インクジェットプリンティングヘッドには、ピエゾ圧電効果応用の精密ヘッドを使用し、インク滴は１０ピコリットルの微小滴を画素毎６〜１２滴を選択的に飛ばした。ヘッドよりターゲットである画素ブランクへの飛翔速度、飛行曲がり、サテライトと称される分裂迷走滴発生防止のためには、インクの物性はもとよりヘッドのピエゾ素子を駆動する電圧と、その波形が重要であり、あらかじめ条件設定された波形をプログラムしてインク滴を赤、緑、青の３色を同時に吐出し塗布した。
【００５０】
インクとしては、ポリアクリル樹脂オリゴマーに有機顔料を分散させた後、低沸点溶剤としてブチルアルコール、また高沸点溶剤としてグリセリン、エチレングリコールを加え、さらに非イオン系界面活性剤０．０１％を分散剤として添加し、粘度４〜６センチポアズとしたものを用いた。
【００５１】
塗布後の乾燥は、自然雰囲気中３時間放置しインク皮膜層のセッティングを行った後、８０℃のホットプレート上４０分加熱し、最後にオーブン中２００℃で３０分加熱してインク皮膜の硬化処理を行った。この条件によって画素中のインク皮膜厚さバラツキを１０％以下に抑制することが出来、結果としてインク色調の色差を３以下に抑制できた。
【００５２】
上記基板に、透明アクリル樹脂塗料をオーバーコートとしてスピンコートして平滑面をえた。さらにこの上面にＩＴＯ電極膜を所要パターンに形成して、カラーフィルターとした。得られたカラーフィルターは、熱サイクル耐久試験、紫外線照射試験、加湿試験等の耐久試験に合格し、液晶表示装置要素基板として十分用い得ることを確認した。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、精密制御プリンティングヘッドによって微細なマトリックスパターン間隙に精密にインクを、しかも高効率で付与することが出来る。インクの物性の制御と、インク付与後の該物性とマッチした乾燥条件の選択で、インク皮膜厚さの均一性を得て、色調ムラを実用上の色差３以下とすることが出来る。この基板にオーバーコートを施し、薄膜電極を形成カラーフィルターとして完成、このカラーフィルターを用いることにより、コントラスト等の色特性に優れた液晶表示装置を得ることが、容易にしかも省エネルギープロセスで出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルターの製造工程を示す図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明のインク付与後乾燥時のインク断面形状を示す図である。
【符号の説明】
１． 透明基板
２． 薄膜金属層
３． マスク
４． 感光性樹脂組成物１
５． 感光性樹脂組成物２
６． インク
７． オーバーコート樹脂
９． カラーフィルター
１０．共通電極
１１．配向膜
１２．液晶組成物
１３．画素電極
１４．ガラス基板
１５．偏向板
１６．バックライト光
１７．付与直後画素インク断面
１８．プレベーク後画素インク断面
１９．適正乾燥条件時の最終インク断面
２０．中凹となった不適正乾燥条件時の最終インク断面
２１．中凸となった不適正乾燥条件時の最終インク断面
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルターの製造方法、特にインクジェット印刷に用いられている微小液滴吐出法を応用したカラーフィルターの製造方法に関する。本発明で製造されるカラーフィルターは、カラー液晶表示装置等の分野で使用される。また、本発明は液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピューターの進歩、とりわけ携帯用パーソナルコンピューターの進歩に伴い液晶カラーディスプレイの需要が急増している。これに対応し、適正価格で美しいディスプレイを供給する手段の確立が急務となっている。また近年、環境の保護が叫ばれ、環境負荷を低減するプロセスへの転換、改善も急務となっている。
【０００３】
従来カラーフィルターの製造方法としては、遮光材としてクロムの薄膜をフォトレジストパターニング工程によりブラックマトリックスとして得た後、このブラックマトリックスの間隙に赤、緑、青の光感光性樹脂をスピンコート法等により一色毎に、やはりフォトレジスト法により画素を形成、赤，緑，青が隣り合って配置されたカラーマトリックスを構成する方法を基本としていた。この製造方法では、赤，緑，青の一色毎フォトレジスト工程を繰り返さなければならず、また、各色の感光性レジストの材料ロス、ひいては環境負荷の高い高コストのカラーフィルターとの指摘を免れることは出来なかった。
【０００４】
そこで、特開昭５９−７５２０５では透明基板上インクに対してヌレ性の良くない材料でインク塗布間隙の仕切りをマトリックス状に形成した後、インクジェット法を応用した非感光色材を塗布するプロセスを提案、フォトレジスト工程の煩雑さ改善と、材料ロスの低減を図る提案をおこなっている。以来、インクジェット法による非感光色材の塗布プロセスによるカラーフィルターの製造方法が多数提案されている。
【０００５】
しかしその後の提案を見ると、おおかたは遮光材料として黒色感光性樹脂組成物により色材を塗布すべき間隙をマトリックス状に仕切る、というプロセスを中心としたもので、このブラックマトリックス材表面に撥水性を与えて色材を塗布すべきブラックマトリックス間隙の透明基板表面の水に対する接触角の差を設けて、色材の塗布工程での仕切り壁オーバーフローによって起こる混色を防止し、目的を達成しようとしている。特開平４−１９５１０２、特開平７−３５９１５、 特開平７−３５９１７、特開平１０−１４２４１８はいずれも樹脂ブラックマトリックス材料の選択とマトリックス間隙透明基板表面の表面処理とにより、マトリックス間隙透明基板表面との接触角の差を確保することにこだわったプロセス構成であり、これらには以下に述べるような欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
感光性黒色樹脂組成物を遮光材として用いブラックマトリックスを形成する場合、光透過性と樹脂硬化度との兼ね合いが常に付きまとい、実際上マトリックス仕切り壁の厚さのバラツキも避けられないので、膜厚の厚いところでは光の不透過による未硬化部分の残留、薄いところでは半透明となり、厚い未硬化部分では膜強度の不良、薄いところではカラーフィルターとしての光抜けの発生を来すことは明らかである。
【０００７】
近年カラーフィルターは益々高精度化し、数１０μｍ角という微細な赤，緑，青の画素を色材の密着性良く、色調バラツキも最小限とする必要があるが従来技術にあるように、画素を区画し仕切る樹脂バンクの接触角を大き目に取ることは樹脂成分の周辺部へに飛散により画素の密着不良の原因となる。この密着不良を防止する目的でＵＶ照射、プラズマエッチング、レーザーアブレーションといったドライエッチングプロセスを組み合わせる方法は、インクを付与すべき間隙部分のみを選択的に処理することがパターンが微細であればあるほど困難であり、結局バンク部分も同時に処理することとなり形成当初は高かった目的の接触角を著しく低下させるだけである。すなわち、益々微細化する画素の色材が付着する透明基板表面部と、これを区画する黒色樹脂バンクの接触角の差をことさら大きくとろうとすることは技術的難度の高い割合に効果は小さい。
【０００８】
さらに微細な画素中色調バラツキを極力抑制するため、色材の付着厚さを均一に形成することはカラーフィルター品質を決定付ける重要なプロセスとなるが、従来技術にはこれらが解明されていない。
【０００９】
さらには、このような微細な画素の赤，緑，青隣接配置をインク混色なく、しかも同時に形成する手法については、従来技術にはなんら解明されていないのである。
【００１０】
本発明は、このような従来技術にひそむ技術的困難を抜本的に解決するためになされたものであり、インクジェットにより遮光材マトリックス間隙に色材であるインクを効率的に付与し、しかも、インク膜厚を均一かつ高密着性のものとすることで、画素欠陥や色調ムラのないコントラストの高いカラーフィルターの製造方法、およびこれを組み込んだ液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明基板上に遮光層である金属薄膜のマトリックスパターンを形成する工程と、この金属薄膜遮光層上に樹脂によるマトリックスバンクを形成する工程と、該マトリックスパタ−ンの間隙にインクを直接塗布する工程を有することを特徴とするカラーフィルターの製造方法に関する。
【００１２】
また、本発明は透明基板上に遮光層である金属薄膜のマトリックスパターンを形成する工程と、この金属薄膜遮光層上に樹脂によるマトリックスバンクを金属薄膜のマトリックスパターンにほぼ重なるように形成する工程と、上記パターニングされた全面をドライエッチング処理する工程と、該マトリックス間隙にインクを付与する工程、上面を平滑化するためのオーバーコート塗布工程、さらに薄膜電極を形成する工程を経てカラーフィルター基板を形成する工程、該カラーフィルター基板に対向させて画素電極を有する対向基板を配置する工程、カラーフィルター基板と対向基板の間隙に液晶組成物を封入する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法に関する。
【００１３】
前記製造方法は、透明基板上金属薄膜遮光層マトリックスパターンの形成工程が金属薄膜層をフォトレジストエッチング法でパターニングする工程を含む。
【００１４】
前記製造方法は、インクを付与する間隙を仕切るバンクが、上記透明基板上金属薄膜マトリックスパターンに重ねあわせて感光性樹脂組成物をフォトレジスト法によりパターニングする工程であることを含む。
【００１５】
前記製造方法は、前記樹脂バンク表面とこのバンクによって仕切られた透明基板間隙表面の水にたいする接触角の差１５°以上を得る工程が、樹脂表面と基板間隙の全面同時ドライエッチングする工程であることを含む。
【００１６】
前記製造方法は、前記樹脂マトリックスパターン間隙にインクを付与する工程がインクジェットプリンティングヘッドにより６ピコリットル〜３０ピコリットルの微小インク滴を、制御しつつ付与する工程であることを含む。
【００１７】
前記製造方法は、インクが１５０〜３００℃の高沸点溶剤を含み、乾燥の条件を自然雰囲気中セッティング、４０〜１００℃のプレベーク、１６０〜２４０℃の最終ベークと適切に設定することで、塗布乾燥後基板間隙表面上のインク層膜をレベリングし膜厚が均一となるよう成分調整した熱硬化性インクであることを含む。
【００１８】
カラーフィルターの製造において、透明基板上に遮光層マトリックスパターンを形成、そのマトリックスパターンの間隙に必要色度の赤、緑、青の色材、インクを相互に混色することのないよう付与することによってハイコントラストの優れたカラーフィルターを得ることが出来る。この際、インクの混色を防止するために上記マトリックスパターン間隙を区画する樹脂マトリックスパターンを、遮光層マトリックスパターンに重なるように形成する。インクを付与する前に、この二重層からなるマトリックスパターンを形成、表面を活性化しインク付着の条件を整えることがカラーフィルターの製造の基本の技術の一つである。
【００１９】
本発明では、上記の二重層からなるマトリックスパターンの第一層遮光層として金属薄膜を適用、０．１〜０．５μｍの厚さに形成、フォトレジストエッチング法によりマトリックスパターンを得ている。この薄膜金属は、蒸着、スパッタリング、化学蒸着等の手法で得ることが出来る。第二層としては感光性組成物を適用、第一層に重なるパターンを１．５〜５μｍの層厚形成 、やはりフォトレジスト法を応用してパターニングする。第二層に適用する感光性組成物は、黒色であることを要せず一般的に入手可能な感光性組成物を幅広く用いることが出来る。上記二層がパターニングされた基板間隙表面は、パターニング加工途上さまざまな汚染要因にさらされ水に対する接触角が上昇、後のインク付与、均一膜成膜に障害となる。そのためパターニングの後、インク付与の準備工程として全面をドライエッチングする作業を行う。この際、パターン間隙部の水に対する接触角が、当初の透明基板の値に回復する条件を得れば良く、間隙部のみを選択的にエッチングすることは全く必要がない。得られた知見によれば、ＵＶ照射、プラズマ照射、レーザー照射等のドライエッチング法によって、間隙部表面と第二層の材料樹脂表面の水に対する接触角の差１５°以上を得ることが出来る。
【００２０】
また本発明では、上記マトリックスパターン間隙表面にインクを付与する工程に着目し、６〜３０ピコリットルの微小のインク滴を滴数を制御しつつ、５０μｍ角の微細な画素区画に正確に付与する技術を確立した。マトリックスパターンの間隙区画内に付与されたインク皮膜の膜厚均一性を確保するためには、インクの成分として高沸点溶剤を加えることでインクのレベリング性を改良することが出来、溶剤としては沸点１５０〜３００℃のものに著効があった。インク皮膜の膜厚均一性を確保するために上記高沸点溶剤の添加と合わせて用いる手段は、インク付与後の乾燥条件の制御であり、自然雰囲気中のセッティング、中温域である４０〜１００℃でのプレベーク、１６０〜２４０℃での最終ベークの３ステップで乾燥硬化させるのが適切であった。
【００２１】
また、本発明にはマトリックスパターン間隙に付与され加熱硬化されたインク皮膜色調のバラツキを一定範囲内におさえることを含んでいる。色調バラツキを考慮しなければならない領域は、同一画素内、同一チップ内、同一基板内であり本発明によればいずれの領域内でもバラツキの指標である色差が３以下に抑制することが出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明によるカラーフィルターの製造工程は、図１に示す通りである。初工程は（ａ）であり、透明基板１上に遮光性薄膜金属層を形成する材料として、クロム、ニッケル、アルミニウムのいずれも電子デバイス加工プロセスでしばしば用いられる金属を用い、その薄膜を透明基板上ドライめっき法で付着させて遮光層２を得た。厚さ０．１μｍ 以上であれば十分遮光性が得られ、得られた金属皮膜の密着性、脆性等を考慮すれば厚さ０．５μｍが限度である。金属はいかなる金属であってもよく、薄膜形成が簡便でありフォトレジストエッチングを含む全工程の効率を配慮して幅広く選択できる。薄膜金属層は、次にフォトレジストエッチング法（ｂ）〜（ｃ）によって透明基板上画素部となるパターン区画間隙部分の該薄膜金属層を除去し、必要なマトリックスパターン形状を得る。
【００２３】
上記金属薄膜遮光層を第一層とすれば、これに重ねて第二層のマトリックスパターンを区画する樹脂バンク層（ｅ）中５を、厚さ１．５〜５μｍの範囲で形成する。第２層の役割は、インクを付与すべきマトリックスパターン間隙をバンクとして仕切り、隣接するインク相互の混色を防止することにある。樹脂としては感光性樹脂組成物を用い、やはりフォトレジスト法によりマトリックスパターンのインクを付与すべきマトリックスパターン間隙部分の樹脂を除去する。マトリックスパターンは、第一層のパターンと第二層のパターンが重なり合わなければならない。重ね合わせ精度は、平均的に第一層のパターン幅マイナス第二層のパターン幅がプラス５μｍであり、第一層のパターン幅が第二層のパターン幅より大きい。この第二層のバンク高さは画素中に形成するインク皮膜の膜厚との関係で決定する。第二層の感光性樹脂組成物としては、水に対する接触角の特に大きい、撥水性に優れたもの、あるいは黒色と限定される物ではなく幅広く選択できる。当発明事例では、ウレタン系あるいはアクリル系光硬化型の感光性樹脂組成物によって目的を達成することが出来た。
【００２４】
インクを付与する前の表面調整は、上記パターニング済み基板表面をドライエッチングしておこなう。ＵＶ照射、大気圧プラズマ照射のいずれによっても初期のドライエッチング効果を得ることが可能であるが、大気圧プラズマエッチング法は工程をライン化するのに適している。
【００２５】
本発明では、次にインクを付与する方法として、インクジェットプリンティング方式で用いられているプリンティングヘッドによるインクジェット法を応用する。５０μｍ角といった微細な面積に精度よくインク皮膜を形成する方法としては、吐出するインク滴を微細化し、しかも吐出インク滴数を制御出来るインクジェットプリンティング法が最適であり、効果的である。
【００２６】
上記微細化したインク滴を精度良く目標とする位置（ｈ）中６、すなわちマトリックスパターン間隙に付与するには、まず第一にインク滴のサイズをターゲットであるマトリックスパターン間隙のサイズにあわせて制御することが必要である。インク滴サイズは、５０μｍ角の画素サイズにたいしては６〜３０ピコリットルに制御することで良好な結果を得た。スループットを考慮すれば、好ましくは１２〜２０ピコリットルで良好な結果を得た。また、インクジェットプリンティングヘッドよりインク滴を飛翔させ、ターゲットに正確に到達付着させるには、さらにインク滴が飛翔途中分裂することなく、しかも真っ直ぐ飛翔するよう条件を整えなければなければならない。これらの制御技術の必要であることも論を待たない。
【００２７】
本発明では、付与するインクの皮膜が付着、乾燥、硬化の後に図１（ｉ）に示すように、厚さ均一となるよう乾燥途上のレベリング性を改善する手段を提供する。ひとつの手段は、付与するインクに高沸点溶剤を加えてインクの乾燥速度を減速させる方法である。高沸点溶剤としては、ブチルカルビトールアセテート、メトキシブチルアセテート、エトキシエチルプロピオネート、メトキシ−２−プロピルアセテートを選択した。沸点１５０〜３００℃の溶剤であれば、顔料の分散性あるいは染料の溶解性等考慮しつつ幅広く選択可能である。いまひとつの手段は、付与されたインクの乾燥速度を制御する方法である。インクは付与後、低沸点溶剤分から蒸発が進行しレベリングしつつ粘度上昇を起こし、顔料あるいは染料を含む樹脂分が熱によって架橋し硬化する。乾燥条件として、インクの特性に応じ自然雰囲気中セッティングあるいは４０〜１００℃のプレベークと１５０〜３００℃の最終ベークを組み合わせて適用する。インク付与直後の画素断面形状である図３（ａ）１７は、乾燥途上１８を経て平坦な皮膜１９となる。インクは、それぞれ固有の粘度、表面張力、流動特性を持ち、乾燥後の均一皮膜厚さを得るにはインク固有の特性に応じて上記乾燥条件の範囲、および組み合わせを適用しなければならない。乾燥硬化条件がインク特性とマッチングしない場合は、図３（ｂ）２０、あるいは同（ｃ）２１に示すように付与したインクの皮膜厚さが不均一となり画素色調バラツキの原因となる。
【００２８】
画素色材皮膜の形成の後、平滑表面をえるためのオーバーコート、図１（ｊ）中７を形成、さらにその表面に薄膜共通電極を形成してカラーフィルターを完成する。
【００２９】
図２に、本発明による上記カラーフィルターを組み込んだＴＦＴカラー液晶表示装置の断面を示す。なお、その形態は本例に限定されるものではない。
【００３０】
カラー液晶表示装置は、一般的にカラーフィルター基板９と対向基板１４を組み合わせ、液晶組成物１２を封入することにより構成される。液晶表示装置の一方の基板１４の内側に、ＴＦＴ(不図示)と薄膜画素電極１３がマトリックス状に形成される。また、もう一方の基板として、画素電極に対向する位置に赤、緑、青の画素色材が配列するようにカラーフィルター９が設置される。両基板の面内には配向膜１１が形成されており、これをラビング処理することにより液晶分子を一定方向に配列させることが出来る。また、それぞれの基板の外側には偏光板１５が接着されており、液晶組成物１２はこの基板の間隙に重点される。また、バックライトとしては蛍光灯（不図示）と散乱板の組み合わせが一般的に用いられており、液晶組成物をバックライト光の透過立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。
【００３１】
【実施例】
以下実施例により、本発明をさｒに詳細に説明する。
【００３２】
［実施例１］
厚さ０．７ｍｍ、たて３８ｃｍ横３０ｃｍの無アルカリガラス透明基板表面を、熱濃厚硫酸に過酸化水素水を１％添加した洗浄液で洗浄、純水でリンスの後エア乾燥を行って清浄表面をえる。この表面に、スパッタ法によりクロム皮膜を皮膜厚さ平均０．２μｍ形成、遮光皮膜層を得た。この表面に、フォトレジストＯＦＰＲ−８００（東京応化製）をスピンコートした。基板はホットプレート上８０℃で５分間乾燥し、フォトレジスト皮膜を形成した。この基板表面に、所要のマトリックスパターン形状を描画したマスクフィルムを密着し、ＵＶ露光をおこなった。次にこれを、水酸化カリュウム８％のアルカリ現像液に浸漬して未露光の画素部分のフォトレジストを除去した。続いて、露出した画素部クロム皮膜を塩酸を主成分とするエッチング液でエッチング除去した。このようにしてマトリックスパターン第一層、クロム薄膜遮光層（ブラックマトリックス略称ＢＭ）を得た。
【００３３】
この基板上に、第二層としてポジタイプ透明アクリル系感光性樹脂組成物をやはりスピンコート法で塗布した。１００℃で２０分間プレベークした後、クロムマトリックスパターンのパターニングに使用したマスクの補正版を用いてＵＶ露光を行った。未露光部分である画素部分の樹脂を、やはりアルカリ性の現像液で現像、純水でリンスの後スピン乾燥した。最終乾燥としてのアフターベークを２００℃で３０分間行い、樹脂部を十分硬化させた。この樹脂層皮膜の厚さは、平均３．５μｍであった。
【００３４】
得られた二重層マトリックスパターンの、画素となる間隙部のインク濡れ性改善のためドライエッチング、大気圧プラズマ処理を行った。ヘリュウムに酸素を２０％加えた混合ガスに高圧を印加、プラズマ雰囲気を大気圧内エッチングスポットに形成、基板をこのスポット下を通過させてエッチングし、バンク樹脂部とともに画素部の活性化処理を行った。処理の直後、対比テストプレートでの水に対する接触角は樹脂皮膜上平均５０°に対しガラス基板上平均３０°であった。
【００３５】
この基板上パターン間隙画素部分に、インクジェットプリンティングヘッドから色材であるインクを高精度の制御しつつ吐出、塗布した。インクジェットプリンティングヘッドには、ピエゾ圧電効果応用の精密ヘッドを使用し、インク滴は２０ピコリットルの微小滴を画素毎３〜８滴各色を選択的に飛ばした。ヘッドよりターゲットである画素ブランクへの飛翔速度、飛行曲がり、サテライトと称される分裂迷走滴発生防止のためには、インクの物性はもとよりヘッドのピエゾ素子を駆動する電圧と、その波形が重要であり、あらかじめ条件設定された波形をプログラムしてインク滴を赤、緑、青の３色を同時に吐出し塗布した。
【００３６】
インクとしては、ポリウレタン樹脂オリゴマーに無機顔料を分散させた後、低沸点溶剤としてシクロヘキサノン、酢酸ブチルを、また高沸点溶剤としてブチルカルビトールアセテートを加え、さらに非イオン系界面活性剤０．０１％を分散剤として添加し、粘度６〜８センチポアズとしたものを用いた。
【００３７】
塗布後の乾燥は、自然雰囲気中３時間放置しインク皮膜層のセッティングを行った後、８０℃のホットプレート上４０分加熱し、最後にオーブン中２００℃で３０分加熱してインク皮膜の硬化処理を行った。この条件によって画素中のインク皮膜厚さバラツキを１０％以下に抑制することが出来、結果としてインク色調の色差を３以下に抑制できた。
【００３８】
上記基板に、透明アクリル樹脂塗料をオーバーコートとしてスピンコートして平滑面をえた。さらにこの上面にＩＴＯ電極膜を所要パターンに形成して、カラーフィルターとした。得られたカラーフィルターは、熱サイクル耐久試験、紫外線照射試験、加湿試験等の耐久試験に合格し、液晶表示装置要素基板として十分用い得ることを確認した。
【００３９】
［実施例２］
厚さ０．７ｍｍ、たて３８ｃｍ横３０ｃｍの無アルカリガラス透明基板表面を、熱濃厚硫酸に過酸化水素水を１％添加した洗浄液で洗浄、純水でリンスの後エア乾燥を行って清浄表面をえる。この表面に、スパッタ法によりアルミニウム皮膜を皮膜厚さ平均０．５μｍ形成、遮光皮膜層を得た。この表面に、フォトレジストＯＦＰＲ−８００（東京応化製）をスピンコートした。基板はホットプレート上８０℃で５分間乾燥し、フォトレジスト皮膜を形成した。この基板表面に、所要のマトリックスパターン形状を描画したマスクフィルムを密着し、ＵＶ露光をおこなった。次にこれを、水酸化カリュウム８％のアルカリ現像液に浸漬して未露光の画素部分のフォトレジストとアルミニウム皮膜とを同時に除去した。アルミニウムはアルカリ溶解性なので、酸によるエッチング工程を省略することが出来工程合理化となった。
【００４０】
この基板上に、第二層としてポジタイプ透明アクリル系感光性樹脂組成物をやはりスピンコート法で塗布した。１００℃で２０分間プレベークした後、アルミニウムマトリックスパターンのパターニングに使用したマスクの補正版を用いてＵＶ露光を行った。未露光部分である画素部分の樹脂を、やはりアルカリ性の現像液で現像、純水でリンスの後スピン乾燥した。最終乾燥としてのアフターベークを２００℃で３０分間行い、樹脂部を十分硬化させた。形成された樹脂層は、平均４μｍの厚さであった。
【００４１】
得られた二重層マトリックスパターンの、画素となる間隙部のインク濡れ性改善のためドライエッチング、２７０ｎｍ波長のＵＶ照射処理を行った。照射処理の直後、対比テストプレートでの水に対する接触角は樹脂皮膜上平均５５°に対しガラス基板上平均３５°であった。
【００４２】
この基板上パターン間隙画素部分に、インクジェットプリンティングヘッドから色材であるインクを高精度の制御しつつ吐出、塗布した。インクジェットプリンティングヘッドには、ピエゾ圧電効果応用の精密ヘッドを使用し、インク滴は１２ピコリットルの微小滴を画素毎３〜８滴とし、赤、緑、青各色を逐次的に飛ばし塗布した。ヘッドよりターゲットである画素ブランクへの飛翔速度、飛行曲がり、サテライトと称される分裂迷走滴発生防止のためには、インクの物性はもとよりヘッドのピエゾ素子を駆動する電圧と、その波形が重要であり、あらかじめ条件設定された波形をプログラムしてインク滴を吐出し塗布した。
【００４３】
インクとしては、ポリアクリル樹脂オリゴマーに無機顔料を分散させた後、低沸点溶剤としてシクロヘキサノン、酢酸ブチルを、また高沸点溶剤としてブチルカルビトールアセテートを加え、さらに非イオン系界面活性剤０．０５％を分散剤として添加し、粘度６〜８センチポアズとしたものを用いた。
【００４４】
インク吐出、塗布後の乾燥条件は、各色インクの物性にあわせて赤、緑、青の各インク付与後逐次設定して乾燥硬化を行った。赤、および青インクは流動特性がニュートニアンであり、それぞれ自然雰囲気中セッティング２時間、９０℃のホットプレート上２０分、最後に１８０℃のオーブン中４５分の乾燥硬化を実施した。緑のインクは、流動特性が非ニュートニアンでありチキソトロピー性が強いのでセッティング時間を５時間と長めに取り、最終ベークは２００℃オーブン中３０分の乾燥を実施した。この条件によれば画素中のインク皮膜厚さバラツキを５％以下に抑制することが出来、結果としてインク色調の色差を２以下に抑制できた。
【００４５】
上記基板に、透明アクリル樹脂塗料をオーバーコートとしてスピンコートして平滑面をえた。さらにこの上面にＩＴＯ電極膜を所要パターンに形成して、カラーフィルターとした。得られたカラーフィルターは、熱サイクル耐久試験、紫外線照射試験、加湿試験等の耐久試験に合格し、液晶表示装置要素基板として十分用い得ることを確認した。
【００４６】
［実施例３］
実施例１と同様のガラス透明基板材に、同様の表面処理を行った後、この表面にニッケルのスパッタ処理で薄膜ニッケル層を０．３μｍの厚さに形成し金属遮光層を得た。この表面に、フォトレジストＯＦＰＲ−８００（東京応化製）をスピンコートした。基板はホットプレート上８０℃で５分間乾燥し、フォトレジスト皮膜を形成した。この基板表面に、所要のマトリックスパターン形状を描画したマスクフィルムを密着し、ＵＶ露光をおこなった。次にこれを、水酸化カリュウム８％のアルカリ現像液に浸漬して未露光の画素部分のフォトレジストを除去した。続いて、露出した画素部ニッケル皮膜を塩酸を主成分とするエッチング液でエッチング除去した。このようにしてマトリックスパターン第一層、ニッケル薄膜遮光層（ブラックマトリックス略称ＢＭ）を得た。
【００４７】
この基板上に、第二層としてネガタイプ透明アクリル系感光性樹脂組成物をやはりスピンコート法で塗布した。１４０℃で１０分間プレベークした後、ニッケルマトリックスパターンのパターニングに使用したマスクの陰陽逆補正版を用いてＵＶ露光を行った。露光部分である画素部分の樹脂を、やはりアルカリ性の現像液で現像、純水でリンスの後エア乾燥した。最終乾燥としてのアフターベークを２００℃で２０分間行い、樹脂部を十分硬化させた。この樹脂層皮膜の厚さは、平均３μｍであった。
【００４８】
得られた二重層マトリックスパターンの、画素となる間隙部のインク濡れ性改善のためドライエッチングとして、レーザー光のアッシング処理を行った。照射処理の直後、対比テストプレートでの水に対する接触角は樹脂皮膜上平均５５°に対しガラス基板上平均３０°であった。
【００４９】
この基板上パターン間隙画素部分に、インクジェットプリンティングヘッドから色材であるインクを高精度の制御しつつ吐出、塗布した。インクジェットプリンティングヘッドには、ピエゾ圧電効果応用の精密ヘッドを使用し、インク滴は１０ピコリットルの微小滴を画素毎６〜１２滴を選択的に飛ばした。ヘッドよりターゲットである画素ブランクへの飛翔速度、飛行曲がり、サテライトと称される分裂迷走滴発生防止のためには、インクの物性はもとよりヘッドのピエゾ素子を駆動する電圧と、その波形が重要であり、あらかじめ条件設定された波形をプログラムしてインク滴を赤、緑、青の３色を同時に吐出し塗布した。
【００５０】
インクとしては、ポリアクリル樹脂オリゴマーに有機顔料を分散させた後、低沸点溶剤としてブチルアルコール、また高沸点溶剤としてグリセリン、エチレングリコールを加え、さらに非イオン系界面活性剤０．０１％を分散剤として添加し、粘度４〜６センチポアズとしたものを用いた。
【００５１】
塗布後の乾燥は、自然雰囲気中３時間放置しインク皮膜層のセッティングを行った後、８０℃のホットプレート上４０分加熱し、最後にオーブン中２００℃で３０分加熱してインク皮膜の硬化処理を行った。この条件によって画素中のインク皮膜厚さバラツキを１０％以下に抑制することが出来、結果としてインク色調の色差を３以下に抑制できた。
【００５２】
上記基板に、透明アクリル樹脂塗料をオーバーコートとしてスピンコートして平滑面をえた。さらにこの上面にＩＴＯ電極膜を所要パターンに形成して、カラーフィルターとした。得られたカラーフィルターは、熱サイクル耐久試験、紫外線照射試験、加湿試験等の耐久試験に合格し、液晶表示装置要素基板として十分用い得ることを確認した。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、精密制御プリンティングヘッドによって微細なマトリックスパターン間隙に精密にインクを、しかも高効率で付与することが出来る。インクの物性の制御と、インク付与後の該物性とマッチした乾燥条件の選択で、インク皮膜厚さの均一性を得て、色調ムラを実用上の色差３以下とすることが出来る。この基板にオーバーコートを施し、薄膜電極を形成カラーフィルターとして完成、このカラーフィルターを用いることにより、コントラスト等の色特性に優れた液晶表示装置を得ることが、容易にしかも省エネルギープロセスで出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルターの製造工程を示す図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明のインク付与後乾燥時のインク断面形状を示す図である。
【符号の説明】
１． 透明基板
２． 薄膜金属層
３． マスク
４． 感光性樹脂組成物１
５． 感光性樹脂組成物２
６． インク
７． オーバーコート樹脂
９． カラーフィルター
１０．共通電極
１１．配向膜
１２．液晶組成物
１３．画素電極
１４．ガラス基板
１５．偏向板
１６．バックライト光
１７．付与直後画素インク断面
１８．プレベーク後画素インク断面
１９．適正乾燥条件時の最終インク断面
２０．中凹となった不適正乾燥条件時の最終インク断面
２１．中凸となった不適正乾燥条件時の最終インク断面
Claims (11)
- 基板上に金属薄膜遮光層を形成する工程と、
前記金属薄膜遮光層を形成した後に、前記金属薄膜遮光層上に樹脂バンクを形成する工程と、
前記樹脂バンクを形成する工程とは別の工程で、前記樹脂バンクで区画された領域にインクジェット法によりインクを塗布する工程と、
前記塗布されたインクを乾燥させる工程と、を有し、
前記インクを乾燥させる工程は、自然雰囲気中での第１ステップと、プレベークとなる第２ステップと、最終ベークとなる第３ステップと、を有することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。 - 前記金属薄膜遮光層の形成工程が、０．１μｍ〜０．５μｍの厚さの金属薄膜をフォトレジスト工程によりパターニングする工程であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記樹脂バンクの形成工程が、感光性樹脂組成物をフォトレジスト工程により前記金属薄膜遮光層にほぼ重なるようパターニングする工程であることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記樹脂バンクの高さを、１．５μｍ〜５μｍとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記樹脂バンクと前記インクを塗布する基板表面上との水に対する接触角の差が、１５°以上となることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記樹脂バンク表面と前記インクを塗布する基板表面を、前記インクを付与する前にドライエッチングすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記インクを付与する工程がインクジェットプリンティングヘッドを用いて行うことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記インクを付与する工程が、６ピコリットル〜３０ピコリットルのインク滴を前記インクジェットプリンティングヘッドから制御しつつ吐出することを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記インクが１５０〜３００℃の高沸点溶剤等を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のカラーフィルターの製造方法。
- 前記インクが、乾燥の後同一画素内、同一チップ内、同一基板内での色調バラツキが色差３以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のカラーフィルターの製造方法。
- カラーフィルターを備えた液晶表示装置の製造方法であって、
前記カラーフィルターの製造に、請求項１乃至１ 0のいずれか１項に記載のカラーフィルターの製造方法を用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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