JP2003121630A

JP2003121630A - 電気光学装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003121630A
Application number: JP2001315871A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kiguchi; 浩史木口; Satoru Kataue; 悟片上; Yoshiaki Yamada; 善昭山田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】画素間の膜厚ムラに起因する品質不良を防止
する。【解決手段】吐出された色材により複数の画素部１３
が形成された基板を備える。各画素部１３における色材
の膜厚が全画素部の平均膜厚に対して±１．４％以内で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルタ、
エレクトロルミネセンス素子マトリクス等の電気光学装
置に関し、特に、各画素が形成される位置にそれぞれイ
ンク滴を吐出して製造される基板を有する電気光学装置
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラーフィルタ等の電気光学装置部品の
製造方法としては、インクジェット法を応用した方法が
提案されている。この方法では、透明基板上に画素部に
対応するパターンでマトリクス状に仕切りを形成した
後、インクジェット法を用いてインクジェットヘッドか
らＲ、Ｇ、Ｂの各色素を含有する着色液（以下インク滴
という）を仕切り内に吐出している。そして、インク滴
吐出時には基板上の仕切りより上方に盛り上がる程度に
インク滴を付与し、これを所定温度でベークし乾燥及び
硬化させると体積が減り、仕切り内で平坦化させて着色
層を形成する。

【０００３】この方法によればＲ、Ｇ、Ｂの各着色層の
形成を一度に行なうことができ、更に着色液の使用量に
も無駄が生じないため大幅な生産性の向上、コストダウ
ン等の効果を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の電気光学装置およびその製造方法には、
以下のような問題が存在する。各色毎に画素部は、所定
のパターンで複数配列されているが、基板上で画素部が
配置される領域の大きさはインクジェットヘッドの大き
さに比較して広範囲に亘っている。そのため、通常で
は、基板とインクジェットヘッドとを所定の方向（走査
方向）に相対移動させてインク滴を吐出させた後、イン
クジェットヘッドを走査方向と直交する方向にステップ
移動させて改行した後、再度、基板とインクジェットヘ
ッドとを走査方向に相対移動させてインク滴を吐出させ
るという動作を繰り返している。

【０００５】ところが、改行前と改行後とでは、インク
滴の吐出に時間差があり、インクの乾燥状態が異なるた
め、この改行部分の画素間には改行ムラと称される色ム
ラが生じ、濃度ムラの原因となり、例えば液晶表示デバ
イスとしては品質不良となってしまう。特に、膜厚ムラ
のある画素が改行部分で直線状に並んだ場合は、膜厚ム
ラのある画素が分散した場合に比べて改行ムラが視認さ
れやすく、品質不良となる可能性が高いという問題があ
った。

【０００６】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、画素間の膜厚ムラに起因する品質不良が防
止可能な電気光学装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、以下の構成を採用している。本発明の電
気光学装置は、吐出された色材により複数の画素部が形
成された基板を備えた電気光学装置であって、各画素部
における色材の膜厚が全画素部の平均膜厚に対して±
１．４％以内であることを特徴としている。

【０００８】通常、膜厚ムラのある画素部が分散してい
る場合に濃度ムラ（色ムラ）を視認できる色調の色差
は、ΔＥ＜３程度であり、この色差は基板上に画素部と
して形成された色材の膜厚に換算すると平均膜厚に対し
て±５％以内に相当する。ところが、膜厚ムラがある画
素部が直線状に並んだ場合は膜厚ムラが±５％以下であ
っても視認されてしまう。そこで、本発明では膜厚ムラ
を平均膜厚に対して±１．４％以内とすることで、改行
ムラが視認されることを防止できた。

【０００９】この膜厚ムラは平均膜厚に対して±１．２
５％以内とすることがより好ましい。これにより、本発
明では、より確実に改行ムラが視認されることを防止で
きる。

【００１０】また、本発明の電気光学装置の製造方法
は、基板上に吐出した色材により複数の画素部を形成す
る電気光学装置の製造方法であって、各画素部における
色材の膜厚を全画素部の平均膜厚に対して±１．４％以
内に形成したことを特徴としている。

【００１１】膜厚ムラがある画素部が直線状に並んだ場
合は膜厚ムラが±５％以下であっても視認されてしま
う。従って、本発明では、膜厚ムラを平均膜厚に対して
±１．４％以内とすることで、改行ムラが視認されるこ
とを防止できた。

【００１２】この膜厚ムラは平均膜厚に対して±１．２
５％以内とすることがより好ましい。これにより、本発
明では、より確実に改行ムラが視認されることを防止で
きた。

【００１３】また、本発明では、平均膜厚に対して各画
素部で形成する色材の設定膜厚を±ａ％（ａ＞０）以内
とし、基板を移動させながら色材を吐出した際に、一回
当たりの基板移動で生じる平均膜厚に対する各画素部の
色材の膜厚を±ｂ％（ｂ＞０）以内としたときに、ａ≧
ｂ／ｎ（ｎは１以上の整数）を満足するｎ回の基板移動
により各画素部を形成する手順も採用可能である。

【００１４】これにより、本発明では、一回の基板移動
で色材を吐出して画素部を形成した際の膜厚が、目標と
なる設定膜厚（例えば平均膜厚に対して±１．４％以内
や±１．２５％以内）よりも分布（ムラ）が大きい場合
でも、複数回の基板移動で色材を吐出することでムラが
形成される画素部が分散される。その結果、平均膜厚に
対する各画素部の色材の膜厚が基板移動回数に応じて平
均化される。従って、ａ≧ｂ／ｎを満足する回数以上、
基板移動させて色材を吐出することで、視認されない程
度に膜厚ムラを抑えることが可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電気光学装置およ
びその製造方法の実施の形態を、図１ないし図４を参照
して説明する。ここでは、例えば電気光学装置の部品と
してカラーフィルタを製造する場合の例を用いて説明す
る。

【００１６】図１は、この実施形態でカラーフィルタを
製造する際に用いられるカラーフィルタ基板の平面形状
を示す平面図である。図２は、図１の符号Ａで示す円内
の拡大図である。

【００１７】図１に示されるように、カラーフィルタ基
板（基板）１２は、１枚のカラーフィルタとなるパネル
チップ１１が、平面上に複数並べられた状態となってい
る。この実施形態では、１枚のカラーフィルタ基板１２
は、約１００枚のパネルチップ１１から構成されてい
る。カラーフィルタの製造時には、これら複数のパネル
チップ１１に対してまとめてインクの吐出及び乾燥の処
理を行い、その後、パネルチップ単位に切り離してカラ
ーフィルタとする。

【００１８】図２に示されるように、パネルチップ１１
は、マトリクス状に並んだ複数の画素部１３を備え、画
素部と画素部の境目は、仕切り（ブラックマトリック
ス）１４によって区切られている。カラーフィルタの製
造の際には、上記画素部１３の１つ１つに、赤、緑、青
のいずれかのインク（色材）を数滴ずつ吐出する。図２
の例では赤、緑、青の配置をいわゆるデルタ型とした
が、３色が均等に配置されていれば、ストライプ型、モ
ザイク型など、その他の配置でも構わない。

【００１９】図３は、図２のＢ−Ｂ線視断面図である。
カラーフィルタ基板を構成するパネルチップ１１は、透
光層１５と、遮光層である仕切り１４とを備えている。
仕切り１４が形成されていない（除去された）部分は、
上記画素部１３を形成する。この画素部１３に各色の液
状インクを吐出し、乾燥および固化させることにより、
カラーフィルタとなる。

【００２０】以下、本実施形態の製造方法によるカラー
フィルタの製造工程について、更に詳細に説明する。

【００２１】例えば、膜厚０．７ｍｍ、たて３８ｃｍ、
横３０ｃｍの無アルカリガラスからなる透明基板の表面
を、熱濃硫酸に過酸化水素水を１重量％添加した洗浄液
で洗浄し、純水でリンスした後、エア乾燥を行って清浄
表面を得る。この表面に、スパッタ法によりクロム膜を
平均０．２μｍの膜厚で形成し、金属層を得た。この金
属層の表面に、フォトレジストをスピンコートした。基
板はホットプレート上で、８０℃で５分間乾燥し、フォ
トレジスト層を形成した。

【００２２】この基板表面に、所要のマトリクスパター
ン形状を描画したマスクフィルムを密着させ、紫外線で
露光をおこなった。次に、これを、水酸化カリウムを８
重量％の割合で含むアルカリ現像液に浸漬して、未露光
の部分のフォトレジストを除去し、レジスト層をパター
ニングした。続いて、露出した金属層を、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
して所定のマトリクスパターンを有する遮光層（ブラッ
クマトリクス）を得た。

【００２３】この基板上に、さらにネガ型の透明アクリ
ル系の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、所定のマ
トリクスパターン形状を描画したマスクフィルムを用い
て紫外線露光を行った。未露光部分の樹脂を、やはりア
ルカリ性の現像液で現像し、純水でリンスした後スピン
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、バンク層を形
成した。

【００２４】得られた遮光層およびバンク層で区画され
た着色層形成領域のインク濡れ性を改善するため、ドラ
イエッチング、すなわち大気圧プラズマ処理を行った。
ヘリウムに酸素を２０％加えた混合ガスに高電圧を印加
し、プラズマ雰囲気を大気圧内でエッチングスポットに
形成し、基板を、このエッチングスポット下を通過させ
てエッチングし、バンク層とともに着色層形成領域（ガ
ラス基板の露出面）の活性化処理を行った。

【００２５】この着色層形成領域に、インクジェットヘ
ッドから色材であるインクを高精度で制御しつつ吐出
し、インクを塗布した。インクジェットプリンティング
ヘッドには、ピエゾ圧電効果を応用した精密ヘッドを使
用し、微小インク滴を着色形成領域毎に、例えば１０
滴、選択的に飛ばした。ヘッドよりターゲットである着
色層形成領域への飛翔速度、飛行曲がり、サテライトと
称される***迷走滴の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
の波形が重要である。従って、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
を塗布して所定の配色パターンの着色層を形成した。

【００２６】ここで、インクジェットヘッドと基板１２
とは、走査方向として、例えばＸ方向に相対移動し、相
対移動中に所定の画素部１３に対して、ノズルから規定
の着色インクが吐出される（以下、基板１２が移動する
ものとして説明する）。通常、画素部１３が配列される
Ｙ方向の領域の大きさは、ノズルが配置される領域の大
きさよりも広範囲に亘っている。そのため、図２の例で
は、基板１２をＸ方向に移動させながら領域Ｒ１の画素
部１３にインクを吐出し、次いで基板１２をＹ方向にス
テップ移動させて、画素形成部を改行した後、再度Ｘ方
向に移動させながら領域Ｒ２の画素部１３にインクを吐
出する（なお、基板一回の移動で形成される画素部の数
を、ここでは便宜上二列としている）。

【００２７】インクの組成例としては、熱硬化性アクリ
ル樹脂を２０重量％、有機顔料を１０重量％、ジエチレ
ングリコールブチルエーテル誘導体等の溶剤を７０重量
％としたものを用いた。

【００２８】塗布後の乾燥は、自然雰囲気中で３時間放
置してインク層のセッティングを行った後、例えば８０
℃のホットプレート上で４０分間加熱（プレベーク）
し、最後にオーブン中で２００℃で３０分間加熱（ポス
トベーク）してインク層の硬化処理を行って、着色層を
得た。この乾燥により、図４に示すように、吐出直後厚
さＴ１であった画素部１３におけるインクは、加熱によ
り溶剤が蒸発し体積が減ることで、厚さがＴ２（プレベ
ーク）、Ｔ３（ポストベーク）と減少し、最終的にイン
クの固形分のみが残留して膜化する。

【００２９】ここで、インクは、複数のノズルを有する
インクジェットヘッドと基板とを相対移動させながら、
所定のノズルから特定の画素部１３に吐出されるが、ノ
ズル間にインク吐出量の差がある等の理由により、複数
の画素部１３の間には膜厚（図４中、Ｔ３）の差、いわ
ゆる膜厚ムラが生じ、この膜厚ムラに起因して濃度ムラ
（色ムラ）が発生する場合がある。この色ムラは、画素
部１３を一つ独立して見れば、色調の色差ΔＥが３未満
であれば視認されず、この場合の色差ΔＥ＜３は、各画
素部１３の膜厚に換算すると、全画素部１３の平均膜厚
に対して±５％以内に相当する（以下、全画素部１３の
平均膜厚に対する膜厚の差を単に膜厚ムラと称する）。

【００３０】そこで、上述した駆動電圧及び波形等の吐
出条件でインクを吐出し、膜厚ムラを±５％以内に抑制
した状態で画素部１３を形成したところ、一つの画素部
単独では色ムラが視認されなかった。

【００３１】ところが、領域Ｒ１、Ｒ２にある画素部１
３は、インク滴の吐出に時間差がありインクの乾燥状態
が異なるため、領域Ｒ１、Ｒ２間には改行ムラと呼ばれ
る色ムラが視認された。

【００３２】そのため、本実施の形態では、基板移動一
回で画素部１３を形成するのではなく、基板移動一回当
たりに吐出するインク量を減らし、複数回の基板移動に
より各画素部１３に所定インク量を吐出する。このと
き、例えば、二回の基板移動（以下、ｎ回の基板移動を
ｎパスと称する；ｎは１以上の整数）で画素部１３を形
成する場合には、領域Ｒ１→Ｒ２→Ｒ２→Ｒ１とインク
吐出を行ったり、領域Ｒ１、Ｒ２に跨る画素部二列の領
域Ｒ３と、領域Ｒ３から外れた画素部一列の領域Ｒ４、
Ｒ５を設定し、領域Ｒ４→Ｒ３→Ｒ５→Ｒ２→Ｒ１の順
序でインク吐出を行う。これにより、乾燥条件の差に起
因する色ムラの発生を抑制することが可能になる。

【００３３】また、同時に、各画素部１３に対してイン
クを吐出するノズルも一回目の吐出と二回目の吐出とで
異ならせる。このようにすることで、ノズル間のインク
吐出量の差に起因する膜厚ムラの影響を抑えることが可
能になる。このように、パス数に対応してムラが生じる
原因が分散されるため、１パスで画素部１３を形成する
場合に生じる膜厚ムラを±ｂ％以内（ｂ＞０）とし、ｎ
パスで画素部１３を形成する場合には、膜厚ムラはｂ／
ｎとみなすことができる。

【００３４】そして、本実施の形態では、まず、上記色
差ΔＥ＜３に相当する膜厚ムラ±５％以内の場合（ｂ＝
５）にパス数を変えてカラーフィルタ基板を製造した。
この場合、３パス（ｎ＝３；膜厚ムラ±１．６７％以
内）では色ムラが視認され、４パス（ｎ＝４；膜厚ムラ
±１．２５％以内）では色ムラが視認されなかった。

【００３５】また、インク吐出条件を変えて、１パス時
の膜厚ムラ±７％以内の場合（ｂ＝７）にパス数を変え
てカラーフィルタ基板を製造した。この場合、４パス
（ｎ＝４；膜厚ムラ±１．７５％以内）では色ムラが視
認され、５パス（ｎ＝５；膜厚ムラ±１．４０％以内）
では色ムラが視認されなかった。

【００３６】さらに、インク吐出条件を変えて、１パス
時の膜厚ムラ±１０％以内の場合（ｂ＝１０）にパス数
を変えてカラーフィルタ基板を製造した。この場合、７
パス（ｎ＝７；膜厚ムラ±１．４３％以内）では色ムラ
が視認され、８パス（ｎ＝８；膜厚ムラ±１．２５％以
内）では色ムラが視認されなかった。

【００３７】従って、膜厚ムラを±１．４％以内とする
ことで、カラーフィルタ基板に色ムラが生じることを防
止できた。換言すると、各画素部１３で形成すべき設定
膜厚ムラを±ａ％以内（ａ＞０）とすると、ａ≧ｂ／ｎ
を満足するｎ回のパスで画素部１３を形成することで、
色ムラが視認されないカラーフィルタ基板を製造するこ
とができる。ただし、色差ΔＥ＜３に相当する膜厚ムラ
±５％以内及びパス数の削減によるスループット向上を
考慮すると、４パスにより画素部１３を形成して膜厚ム
ラを±１．２５％以内とすることが好ましい。

【００３８】そして、このように製造されたカラーフィ
ルタ基板に透明アクリル樹脂塗料をスピンコートして平
滑面を有するオーバーコート層を得た。さらに、この上
面にＩＴＯからなる電極層を所要パターンで形成して、
カラーフィルタとした。得られたカラーフィルタは、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、液晶表示装置などの要素基板として十分
用い得ることを確認した。

【００３９】以上説明したように、本実施の形態では、
各画素部の膜厚を全画素部の平均膜厚に対して±１．４
％以内とすることで、基板上で改行部分が存在しても色
ムラが視認されず、品質不良の発生を未然に回避するこ
とが可能になる。特に、本実施の形態では、各画素部の
膜厚を全画素部の平均膜厚に対して±１．２５％以内と
することで、画素部単独で色ムラが視認されない色調の
色差ΔＥ＜３の条件下でインク吐出を行う場合に、少な
いパス数で画素部を形成することができ、スループット
向上に寄与できる。

【００４０】また、インクジェット工程中でのインク乾
燥条件の制御は、マイクロ領域のドットに関して極めて
困難であるが、本実施の形態では設定膜厚に応じて基板
移動回数（パス数）を調整するという簡単な手順で色ム
ラの視認を防止でき、各種制御機器の設置を省略するこ
とが可能になる。

【００４１】なお、上記実施の形態において、複数回の
基板移動で画素部１３を形成するものとして説明した
が、１パスでインク吐出量等を高精度に制御できる場合
はこれに限定されるものではない。

【００４２】また、上記実施の形態では、電気光学装置
の部品としてカラーフィルタを例にとって説明したが、
これに限らず、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装
置に用いられるＥＬ素子マトリクス、ＭＬＡ（マイクロ
レンズアレイ）など、インク等の色材を塗布して乾燥さ
せる工程を備えた種々の電気光学装置に、本発明を適用
することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、基板
上で改行部分が存在しても色ムラが視認されず、品質不
良の発生を未然に回避することが可能になるとともに、
スループット向上に寄与するという効果が得られる。ま
た、本発明では、簡単な手順で色ムラの視認を防止で
き、各種制御機器の設置を省略することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラーフィルタを製造する際に用いられる
カラーフィルタ基板の平面図である。

【図２】図１中、符号Ａで示す円内の拡大図であ
る。

【図３】図２におけるＢ−Ｂ線視断面図である。

【図４】基板上に吐出されたインクの膜厚が乾燥に
より変化する図である。

【符号の説明】

１２カラーフィルタ基板（基板）１３画素部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田善昭長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 BA11 BA45 BA48 BA64 BB02 BB24 BB28 2H091 FA02Y FA35Y FB03 FB04 FB12 FC12 LA30 5C094 AA03 AA08 AA55 CA24 ED03 5G435 AA01 AA04 CC12 GG12 KK05 KK07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出された色材により複数の画素部が
形成された基板を備えた電気光学装置であって、各画素部における前記色材の膜厚が全画素部の平均膜厚
に対して±１．４％以内であることを特徴とする電気光
学装置。
【請求項２】請求項１記載の電気光学装置におい
て、各画素部における前記色材の膜厚が全画素部の平均膜厚
に対して±１．２５％以内であることを特徴とする電気
光学装置。
【請求項３】基板上に吐出した色材により複数の画
素部を形成する電気光学装置の製造方法であって、各画素部における前記色材の膜厚を全画素部の平均膜厚
に対して±１．４％以内に形成したことを特徴とする電
気光学装置の製造方法。
【請求項４】請求項３記載の電気光学装置の製造方
法において、各画素部における前記色材の膜厚を全画素部の平均膜厚
に対して±１．２５％以内に形成したことを特徴とする
電気光学装置の製造方法。
【請求項５】請求項３または４記載の電気光学装置
の製造方法において、前記平均膜厚に対して各画素部で形成する前記色材の設
定膜厚を±ａ％（ａ＞０）以内とし、前記基板を移動させながら前記色材を吐出した際に、一
回当たりの基板移動で生じる前記平均膜厚に対する各画
素部の前記色材の膜厚を±ｂ％（ｂ＞０）以内としたと
きに、ａ≧ｂ／ｎ（ｎは１以上の整数）を満足するｎ回の基板移動により各画素部を形成するこ
とを特徴とする電気光学装置の製造方法。