JP2006113604A - Substrate for forming color filter, color filter, and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラーフィルターを形成するための基板、カラーフィルター及びその製造方法に関する。詳しくは、自己組織化膜等の反射膜を利用したパターンを基板上に形成し、インクジェット法等のインク吐出方式を用いてカラーフィルター層を基板上に形成するものである。 The present invention relates to a substrate for forming a color filter, a color filter, and a method for manufacturing the same. Specifically, a pattern using a reflective film such as a self-assembled film is formed on a substrate, and a color filter layer is formed on the substrate using an ink ejection method such as an ink jet method.
基板上に所定の機能を持つ薄膜を備えた微細構造体が知られている。この微細構造体の一つに液晶表示用カラーフィルターがある。このカラーフィルターは、次のような構造を備えている。 A microstructure having a thin film having a predetermined function on a substrate is known. One of the fine structures is a color filter for liquid crystal display. This color filter has the following structure.
透明あるいは透光性基板上に赤、青、黄の各画素に対応するカラーフィルター層を形成しこれらを一つの色表示単位とし、この色表示単位を多数備える。各画素の間には一定の幅を持つブラックマトリクスといわれる遮光性領域パターンが存在して表示コントラストを高めるようにしている。 A color filter layer corresponding to each pixel of red, blue, and yellow is formed on a transparent or translucent substrate, and these are used as one color display unit, and a large number of these color display units are provided. A light-shielding area pattern called a black matrix having a certain width exists between the pixels so as to increase the display contrast.
カラーフィルターを製造するには、基板上にフォトリソグラフィの技術を用いて遮光性領域のパターンを形成し遮光性領域の間の画素（ピクセル）内にカラー層を形成している。ピクセル内に特定色の色材を配置するために、例えば、ピエゾ素子を用いたインクジェット吐出方式、バブルジェット（登録商標）吐出方式などのインク吐出方式を利用することが提案されている。ブラックマトリクスは、仕切り壁（バンク）状のパターンを持って形成されており、この仕切り壁内に囲まれた開口が部に色材が充填されカラー層が形成されている。 In order to manufacture a color filter, a pattern of a light shielding region is formed on a substrate by using a photolithography technique, and a color layer is formed in pixels (pixels) between the light shielding regions. In order to arrange a color material of a specific color in a pixel, for example, it has been proposed to use an ink discharge method such as an ink jet discharge method using a piezo element or a bubble jet (registered trademark) discharge method. The black matrix is formed with a partition wall (bank) pattern, and a color layer is formed by filling a color material into an opening surrounded by the partition wall.
係るカラーフィルターにおいて、画素からのインクの滲みや混色を防止するために従来から様々な解決手段が存在する。例えば、特開平7−35917号公報には、透明基板上の所定位置に、複数色の画素および、該画素の間隙に遮光用ブラックマトリクスが形成されたカラーフィルターにおいて、該遮光用ブラックマトリクスが、含フッ素化合物および／または含ケイ素化合物を含有する黒色樹脂層、あるいは水に対し40°以上の後退接触角をもつ黒色樹脂層であるカラーフィルターが開示されている。 In such a color filter, various solutions have conventionally existed in order to prevent ink bleeding and color mixing from pixels. For example, in JP-A-7-35917, in a color filter in which a plurality of color pixels and a light-shielding black matrix are formed in a gap between the pixels at predetermined positions on a transparent substrate, the light-shielding black matrix is A color filter which is a black resin layer containing a fluorine-containing compound and / or a silicon-containing compound or a black resin layer having a receding contact angle of 40 ° or more with respect to water is disclosed.
また、特開平10−142418号公報には、透明基板上に樹脂のブラックマトリクスパターンを形成する工程と、該ブラックマトリクスパターンの間隙の基板表面の表面エネルギーを増加させる表面改質処理を行う工程と、該ブラックマトリクスパターンの間隙にインクを付与する工程を有するカラーフィルターの製造方法が開示されている。 JP-A-10-142418 discloses a step of forming a black matrix pattern of a resin on a transparent substrate, and a step of performing a surface modification process for increasing the surface energy of the substrate surface in the gap of the black matrix pattern. A method of manufacturing a color filter having a step of applying ink to the gaps of the black matrix pattern is disclosed.
一方、特開平4−195102号公報では、基板上には濡れ易く、仕切り壁には濡れ難いインク材料の選定は困難であることが述べられ、可染媒体層をパターン状に染色して、着色部位を作成する工程で有効に作用する仕切り壁を作成することと各画素形成部位への高速かつ高精度、低コストの染料成分の付与を特徴とした表示品質の高い、低コストの液晶表示用カラーフィルターの製造方法が開示されている。 On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 4-195102, it is stated that it is difficult to select an ink material that is easily wetted on the substrate and difficult to wet the partition wall, and the dyeable medium layer is dyed in a pattern and colored. For high-quality and low-cost liquid crystal displays, characterized by creating partition walls that work effectively in the process of creating parts, and applying high-speed, high-precision, low-cost dye components to each pixel formation part A method for producing a color filter is disclosed.
従来から、カラーフィルターには、次に述べるようにより高い性能が要求されていた。前記バンクは、2〜3ミクロンの高さを持ち、しかもこのバンクは、フォトレジスト材により形成され、該バンクの端面にアスペクト比に基づく傾斜角が有る。したがって、インクがバンク内に吐出されて形成された皮膜の厚さは、液滴とバンクの物性及び表面形状とに影響される。特に、ピクセル間の色調を許容範囲に収めようとすると、20〜30ミクロンのドット内の皮膜厚さを全体的に±5％に管理することが必要となり、より高い精度の確保が要求されている。 Conventionally, color filters have been required to have higher performance as described below. The bank has a height of 2 to 3 microns, and the bank is formed of a photoresist material, and an end face of the bank has an inclination angle based on an aspect ratio. Therefore, the thickness of the film formed by ejecting ink into the bank is affected by the properties of the droplets and the bank and the surface shape. In particular, in order to keep the color tone between pixels within an allowable range, it is necessary to manage the film thickness within a 20-30 micron dot as a whole to ± 5%, and higher accuracy is required. Yes.
この精度を確保するための要因は、バンクと吐出されるインクとの界面張力による液の偏りにあるため、画素のパターンが微細になればなるほどより要求されるレベルが高い。 The factor for ensuring this accuracy is the liquid bias due to the interfacial tension between the bank and the ejected ink, and the required level is higher as the pixel pattern becomes finer.
次に、遮光性ブラックマトリクスの製造及びカラー部の形成に際して、感光性レジスト材を用いたフォトリソグラフィの技術を用いていることから、遮光性ブラックマトリクスのパターンを微細化するには限界がある。また、従来の光リソグラフィによる遮光領域を基板上に形成する方法は、レジスト材の塗布、露光、現像、乾燥と言う具合に多くの工程数を要するばかり、資源・エネルギーを多く消費するプロセスでもあった。 Next, since the photolithographic technique using a photosensitive resist material is used in manufacturing the light-shielding black matrix and forming the color portion, there is a limit to miniaturizing the pattern of the light-shielding black matrix. In addition, the conventional method of forming a light-shielding region on a substrate by photolithography requires a large number of steps such as application of resist material, exposure, development, and drying, and is also a process that consumes a lot of resources and energy. It was.
本発明は、基板上にカラーフィルターのパターンを形成するための基板であって、新規なパターニング技術で処理された、インク吐出方式を適用するための基板を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、このパターニング基板を用いたカラーフィルターを提供することである。本発明の他の目的は、均一な厚さのカラー層を備えたカラーフィルター及びその製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、画素のパターンをより微細化でき、更には、省資源・省エネルギー化の下にカラーフィルターを製造できるカラーフィルターの製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a substrate for forming a color filter pattern on a substrate and applying an ink ejection method processed by a novel patterning technique. Another object of the present invention is to provide a color filter using the patterning substrate. Another object of the present invention is to provide a color filter having a color layer having a uniform thickness and a method for manufacturing the color filter. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a color filter, which can make a pixel pattern finer, and further can manufacture a color filter while saving resources and energy.
本発明者は、特願平11−262663号において、基材と、該基材上にアミノ基あるいはチオール基を有する有機化合物からなる極薄膜パターンと、該極薄膜パターンに基づいた層パターンを有する微細構造体を提案した。本発明は、この有機化合物を含む分子膜を基板に結合させて基板の表面性を改良し、この基板とインクジェット吐出方式を組み合わせて、既述の問題を解決したものである。 The present inventor, in Japanese Patent Application No. 11-262663, has a substrate, an ultrathin film pattern made of an organic compound having an amino group or a thiol group on the substrate, and a layer pattern based on the ultrathin film pattern. A microstructure was proposed. In the present invention, a molecular film containing this organic compound is bonded to a substrate to improve the surface property of the substrate, and this substrate is combined with an ink jet ejection method to solve the above-described problems.
この目的を達成する第１の発明は、カラーフィルターを形成するための基板であって、有機分子膜パターンを有し、該有機分子膜パターンは、カラーフィルターの材料を供給した際に、該パターンに基づいてカラーフィルター層が選択的に形成される機能を有する基板であることを特徴とする。 A first invention for achieving this object is a substrate for forming a color filter, which has an organic molecular film pattern, and the organic molecular film pattern is formed when the color filter material is supplied. And a substrate having a function of selectively forming a color filter layer based on the above.
この発明の第１の形態では、前有機分子膜は自己組織化膜からなる。この発明の他の形態は、遮光層パターンを有し、該遮光層が形成されていない部分に前記カラーフィルター層が選択的に形成される機能を有する。この発明のさらに他の形態では、前記遮光層パターンは、前記カラーフィルター層が選択的に形成される機能を有する有機分子膜パターンにも基づいて形成されている。又、カラーフィルター材料の供給は特に好ましくはインク吐出法によりなされる。 In the first embodiment of the present invention, the pre-organic molecular film is a self-assembled film. Another embodiment of the present invention has a function of having a light shielding layer pattern and selectively forming the color filter layer in a portion where the light shielding layer is not formed. In still another embodiment of the present invention, the light shielding layer pattern is formed based on an organic molecular film pattern having a function of selectively forming the color filter layer. The supply of the color filter material is particularly preferably performed by an ink ejection method.
前記目的を達成するための第２の発明は、基板上に有機分子膜パターンと、該有機分子膜パターンに基づいて形成されたカラーフィルター層パターンを有するカラーフィルターであることを特徴とする。この本発明の一つの形態では、前記遮光層パターンは、前記カラーフィルター層パターンの基礎となった有機分子膜とは異なる有機分子膜パターンに基づいて形成されている。 A second invention for achieving the object is a color filter having an organic molecular film pattern on a substrate and a color filter layer pattern formed based on the organic molecular film pattern. In one embodiment of the present invention, the light shielding layer pattern is formed based on an organic molecular film pattern different from the organic molecular film that is the basis of the color filter layer pattern.
前記目的を達成するための第３の発明は、基板上に有機分子膜パターンを形成する工程と、該有機分子膜パターンに対してカラーフィルターの材料を供給し前記有機分子膜パターンに基づいてカラーフィルター層のパターンを形成する工程とを具備するカラーフィルターの製造方法であることを特徴とする。この発明の一つの形態では、基板上に遮光層パターンを形成した後、該遮光層パターン上に、前記有機分子膜パターンを形成する。他の形態では、前記カラーフィルターの材料の供給をインク吐出法により行う。 According to a third aspect of the invention for achieving the above object, there is provided a step of forming an organic molecular film pattern on a substrate, a color filter material is supplied to the organic molecular film pattern, and a color is generated based on the organic molecular film pattern. And a step of forming a filter layer pattern. In one form of this invention, after forming the light shielding layer pattern on a board | substrate, the said organic molecular film pattern is formed on this light shielding layer pattern. In another embodiment, the color filter material is supplied by an ink discharge method.
さらに、本発明は、基板上に第一の有機分子膜パターンを形成する工程と、該第一の有機分子膜パターンに対して遮光層の材料を供給し、該第一の有機分子膜パターンに基づいて遮光層のパターンを形成する工程と、該遮光層パターンが形成された基板上に第二の有機分子膜パターンを形成する工程と、該第二の有機分子膜パターンに対してカラーフィルターの材料を供給し、該第二の有機分子膜パターンに基づいてカラーフィルター層のパターンを形成する工程と、を具備するカラーフィルターの製造方法であることを特徴とする。 Furthermore, the present invention provides a step of forming a first organic molecular film pattern on a substrate, and supplies a material for a light-shielding layer to the first organic molecular film pattern. A step of forming a light shielding layer pattern based on the step, a step of forming a second organic molecular film pattern on the substrate on which the light shielding layer pattern is formed, and a color filter for the second organic molecular film pattern. And a step of supplying a material and forming a pattern of a color filter layer based on the second organic molecular film pattern.
この発明の一つの形態では、前記第一及び／又は、第二の有機分子膜として、自己組織化膜を用いる。さらに、他の形態では、前記第二の有機分子膜パターンを形成する工程の前に前記第一の有機分子膜を除去する。さらに、他の形態では、前記遮光層の材料及び／又はカラーフィルターの材料の供給をインクジェット法により行う。 In one form of this invention, a self-assembled film is used as the first and / or second organic molecular film. In another embodiment, the first organic molecular film is removed before the step of forming the second organic molecular film pattern. In another embodiment, the material for the light shielding layer and / or the material for the color filter is supplied by an ink jet method.
本発明によれば、基板上の有機分子膜によって基板の撥液性や親液性などの基板の表面性を制御し、かつ、この基板とインク吐出技術を組み合わせることによって、従来技術の欄で述べたように、遮光性領域を仕切壁のようにすることなく遮光性領域の間の画素領域にカラー層を形成することが可能となる。 According to the present invention, the surface properties of the substrate such as the liquid repellency and lyophilicity of the substrate are controlled by the organic molecular film on the substrate, and this substrate is combined with the ink discharge technology, so that As described above, it is possible to form a color layer in the pixel region between the light shielding regions without making the light shielding region like a partition wall.
このことにより、遮光性領域が金属層めっき層であり、かつ金属めっき層の間にカラー層を形成した新規なカラーフィルターを提供することができる。また、本発明によれば、レジストを使用することなく機能性薄膜のパターンを形成できるために、工程の簡素化等の既述の目的を解決することができる。 Accordingly, it is possible to provide a novel color filter in which the light-shielding region is a metal layer plating layer and a color layer is formed between the metal plating layers. Further, according to the present invention, since the pattern of the functional thin film can be formed without using a resist, the above-described objects such as simplification of the process can be solved.
以上説明したように、本発明は、インク吐出方式を用いて基板上に機能性薄膜パターンを形成するための基板において、新規なパターニング技術で処理された、インク吐出方式を適用するための基板を提供することができる。本発明は、このパターニング基板を用いたカラーフィルターを提供することができる。本発明は、均一な厚さを持つカラー層を備えたカラーフィルター及びその製造方法を提供することができる。本発明は、画素やブラックマトリクスのパターンを微細化することができ、更には、省資源・省エネルギー化の下にカラーフィルターを製造できるカラーフィルターの製造方法を提供することができる。 As described above, the present invention is a substrate for forming a functional thin film pattern on a substrate using an ink discharge method, and is a substrate for applying an ink discharge method processed by a novel patterning technique. Can be provided. The present invention can provide a color filter using this patterning substrate. The present invention can provide a color filter including a color layer having a uniform thickness and a method for manufacturing the color filter. The present invention can provide a method for manufacturing a color filter that can reduce the pattern of a pixel or a black matrix, and can manufacture a color filter while saving resources and energy.
本発明において用いられる前記基板としては、カラーフィルター形成用の基板として通常用いられているものを特に制限なく用いることができ、具体的には、透明或いは透光性基板である、石英ガラス基板、ガラス基板・プラスティックフィルム等を用いることができる。カラーフィルターのパターンは、遮光層のベースとなるパターンを構成する。有機分子膜とは、基板上でフォトリソグラフィ等のパターニング技術によって、所定のパターンを形成できるものであることが好ましい。この有機分子膜は基板に結合可能な官能基とその反対側には基板の表面性を改質する（例えば、表面エネルギを制御する）官能基を備えている。 As the substrate used in the present invention, those usually used as a substrate for forming a color filter can be used without particular limitation, specifically, a quartz glass substrate which is a transparent or translucent substrate, A glass substrate, a plastic film, etc. can be used. The pattern of the color filter constitutes a pattern serving as a base of the light shielding layer. The organic molecular film is preferably capable of forming a predetermined pattern on the substrate by a patterning technique such as photolithography. This organic molecular film has a functional group that can be bonded to the substrate and a functional group that modifies the surface property of the substrate (for example, controls the surface energy) on the opposite side.
すなわち、有機分子膜は、基板を含む基材など下地層と結合できる結合部（結合性官能基）と、他端側に親水基（親液基）あるいは疎水基（疎液基）など基板の表面性を改質するための官能基と、これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した炭素鎖を備えており、基板に結合して自己組織化して分子膜、例えば単分子膜を形成するものである。 That is, the organic molecular film has a bonding part (binding functional group) that can be bonded to an underlayer such as a substrate including the substrate, and a hydrophilic group (lyophilic group) or a hydrophobic group (lyophobic group) on the other end side. It has a functional group for modifying the surface property and a carbon straight chain or a partially branched carbon chain connecting these functional groups, and binds to the substrate and self-assembles to form a molecular film such as a monomolecular film. To form.
本発明において基板表面に形成される自己組織化膜とは前記有機分子膜の一例であり、基板など下地層の構成原子と反応可能な結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、該直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を配向して成された膜である。前記自己組織化膜は、一般的なフォトレジスト材等の樹脂膜と異なり、単分子を集積配向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くすることができ、しかも、原子レベルで均一な膜となる。即ち、膜の表面に同じ分子が集積して位置するため、パターン形成された後に膜の表面に均一な撥液性や親液性を付与することができ、微細で選択性を備えたパターンを得る際に特に有用である。例えば、選択性を持った前記化合物として、後述するフルオロアルキルシランを用いた場合には、膜の表面にフルオロアルキル基が位置するように各化合物が配向されて自己組織化膜が形成されるので、膜の表面に均一な撥液性が付与される。 The self-assembled film formed on the substrate surface in the present invention is an example of the organic molecular film, and includes a binding functional group capable of reacting with a constituent atom of an underlayer such as a substrate and other linear molecules, It is a film formed by orienting a compound having extremely high orientation by the interaction of the linear molecules. Unlike a resin film such as a general photoresist material, the self-assembled film is formed by integrating and aligning single molecules, so that the film thickness can be extremely thin and uniform at the atomic level. Become a film. That is, since the same molecules are accumulated and positioned on the surface of the film, it is possible to impart uniform liquid repellency and lyophilicity to the surface of the film after pattern formation. It is particularly useful in obtaining. For example, when a fluoroalkylsilane described later is used as the compound having selectivity, each compound is oriented so that a fluoroalkyl group is located on the surface of the film, so that a self-assembled film is formed. Uniform liquid repellency is imparted to the surface of the film.
自己組織化膜を形成する化合物としては、へプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロテトラビドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロテトラオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン（以下、「ＦＡＳ」という）等を挙げることができる。 Compounds that form a self-assembled film include fluoroalkylsilanes such as heptadecafluorotetrahydrodecyltriethoxysilane, heptadecafluorotetravidrodecyltrichlorosilane, tridecafluorotetraoctyltrichlorosilane, and trifluoropropyltrimethoxysilane ( (Hereinafter referred to as “FAS”).
使用に際しては、一つの化合物を単独で用いるのが好ましいが、２種以上の化合物を組み合わせて使用しても、本発明の所期の目的を損なわなければ制限されない。また、本発明においては、前記化合物として、前記ＦＡＳを用いて有機分子膜パターンを形成することが、基板との密着性及び良好な撥液（インク）性を付与する上で好ましい。ＦＡＳをパターニングすることによって親インク部と撥インク部のパターンを作ることができる。例えば、ＦＡＳが存在する部分が撥インク部とすることができる。すなわち、ＦＡＳ（フルオロアルキルシラン系シランカップリング剤）は、ＲｎＳｉＸ（４ーｎ）（Ｘは加水分解性基）の構造式を持ち、Ｘは、加水分解によりシラノールを形成して、基板（ガラス、シリコン）等の下地のヒドロキシル基と反応してシロキサン結合で基板と結合する。一方、Ｒは（ＣＦ３）（ＣＦ２）−等のフルオロアルキル基を有するため、基板等の下地表面を濡れない（表面エネルギーが低い）表面に改質する。 In use, it is preferable to use one compound alone, but even if two or more compounds are used in combination, there is no limitation as long as the intended purpose of the present invention is not impaired. In the present invention, it is preferable to form an organic molecular film pattern using the FAS as the compound in order to provide adhesion to a substrate and good liquid repellency (ink) properties. By patterning the FAS, a pattern of the parent ink portion and the ink repellent portion can be created. For example, a portion where FAS exists can be an ink repellent portion. That is, FAS (fluoroalkylsilane-based silane coupling agent) has a structural formula of R n SiX (4-n) (X is a hydrolyzable group), and X forms a silanol by hydrolysis to form a substrate. It reacts with the hydroxyl group of the base such as (glass, silicon) and bonds to the substrate with siloxane bond. On the other hand, since R has a fluoroalkyl group such as (CF 3 ) (CF 2 ) —, the base surface of the substrate or the like is modified to a surface that does not wet (surface energy is low).
なお、自己組織化膜は、例えば、”An Introduction to ULTRATHIN ORGANIC FILMS:UlmanACADEMIC PRESSに詳しく開示されている。 The self-assembled film is disclosed in detail in, for example, “An Introduction to ULTRATHIN ORGANIC FILMS: Ulman ACADEMIC PRESS”.
本発明は前途した有機分子膜パターンに基づいて所定の機能を持った機能性薄膜としてのカラーフィルター層を形成する。より好ましくは、遮光層パターンを有機分子膜に基づいて形成する点で最も特徴的である。 In the present invention, a color filter layer is formed as a functional thin film having a predetermined function based on the organic molecular film pattern. More preferably, it is the most characteristic in that the light shielding layer pattern is formed based on the organic molecular film.
以下、本発明をカラーフィルターの製造を例にして、かつ図面を参照して説明する。カラーフィルターの製造方法は、図１〜１１に示すように、基板１１表面に有機分子膜（自己組織化膜）１４を形成する第１有機分子膜形成工程（図１）、有機分子膜１４を所定のパターンで除去して第１段階の基板表面露出部１１ａと第１段階の膜残留部１１ｂとを形成する第１除去工程（図２〜３）、第１段階の基板表面露出部１１ａ上に遮光性材料からなる遮光性ブラックマトリクス１３を形成するブラックマトリクス形成工程（図４、５）、第１段階の膜残留部１１ｂに存在する有機分子膜を除去する第２除去工程（図６，７）、遮光性ブラックマトリクス１３上にも有機分子膜１４が形成されるように、再度、基板基板１１表面側に有機分子膜膜１４’を形成する第２有機分子膜形成工程（図８）、遮光性ブラックマトリクス１３上に形成された膜パターン１４’を残すように、有機分子膜１４’を除去し、第２段階の基板表面露出部１１ａ’と第２段階の膜残留部１１ｂ’とを形成する第３除去工程（図９）、及び第２段階の基板表面露出部１１ａ’に、インクジェット法により、ＲＧＢインクを所定のパターンで選択的に塗工して、カラー部１５を形成するカラー部形成工程（図１０，１１）を行うことにより実施することができる。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings, taking the production of a color filter as an example. As shown in FIGS. 1 to 11, the color filter manufacturing method includes a first organic molecular film forming step (FIG. 1) for forming an organic molecular film (self-assembled film) 14 on the surface of the
そして、図１２に示すように、前記カラー部形成工程の後に、更に所定のオーバーコート層１６を形成するオーバーコート層形成工程及び所定の電極層１７を形成する電極層形成工程を、通常公知の方法に準じて行うことにより、所望のパターンのカラーフィルターが形成された基板を得ることができる。以下、詳述する。
１）前記第１有機分子膜形成工程について
図１に示すように、基板１１表面に前記化合物からなる有機分子膜１４を形成する。有機分子膜は、例えば、前述の自己組織化膜の材料と前記基板とを同一の密閉容器中に入れておき、室温の場合、２〜３日、１００℃で３時間放置して形成することができる。自己組織化膜としては、既述のＦＡＳを用いるのが好ましい。尚、自己組織化膜を形成する場合、膜形成前に基板表面を酸素を含むプラズマ（大気又は空気中）で表面処理し、膜と基板の密着性を高めても良い。
２）前記第１除去工程について
次いで、図２に示すように、フォトマスク２０を介して所定波長の紫外光で基板を露光することにより有機分子膜１４をパターニングする。その結果、図３に示すように、基板表面が露出した露出部分が形成される。すなわち、露出部分からなる前記の第１段階の基板表面露出部１１ａと有機分子膜１４が残存している部分からなる第１段階の段階の膜残留部１１ｂとが基板表面に形成される。例えば基板表面が露出している部分は後述するカラーフィルターの材料となるインクなどの液滴に対して親和性を備えており、有機分子膜が残存しているところは液滴に対して親和性を備えていない。
Then, as shown in FIG. 12, after the collar portion forming step, an overcoat layer forming step for forming a predetermined overcoat layer 16 and an electrode layer forming step for forming a predetermined electrode layer 17 are generally known. By carrying out according to the method, a substrate on which a color filter having a desired pattern is formed can be obtained. Details will be described below.
1) Regarding the First Organic Molecular Film Formation Step As shown in FIG. 1, an organic
2) About the 1st removal process Next, as shown in FIG. 2, the organic
自己組織化膜のパターニングに使用される技術には、既述の紫外線照射による方法の他、電子ビーム照射法、Ｘ線照射法、Scanning Probe Microscope（ＳＰＭ）法等が挙げられる。そのうち紫外線照射による方法が好ましく用いられる。紫外光等の照射により、自己組織化膜を形成している有機分子膜が、蒸散又は分解して選択的に除去される。従って、紫外線照射法では、基板表面露出部と膜残留部とのパターンは、それぞれフォトマスクに形成されたパターンに相当したものになる。 Examples of the technique used for patterning the self-assembled film include an electron beam irradiation method, an X-ray irradiation method, a scanning probe microscope (SPM) method, and the like in addition to the above-described ultraviolet irradiation method. Of these, the method using ultraviolet irradiation is preferably used. By irradiation with ultraviolet light or the like, the organic molecular film forming the self-assembled film is selectively removed by transpiration or decomposition. Therefore, in the ultraviolet irradiation method, the pattern of the substrate surface exposed part and the film residual part corresponds to the pattern formed on the photomask.
紫外光の波長及び照射時間は、自己組織化膜を形成する化合物に即して適宜決定されるものである。ＦＡＳを用いた場合には、波長２５０ｎｍの波長の紫外光が選択される。
３）ブラックマトリクス形成工程について
前述した有機分子膜（自己組織化膜）パターンに基づいて、例えば無電解めっきにより形成された金属薄膜からなる遮光性ブラックマトリクスのパターンを形成する。無電解めっきは、通常、浸漬法により得られる。公知の無電解めっき技術と同様に、めっきを施す前に公知のアクティベーション処理を基板に行うことが好ましい。
The wavelength of ultraviolet light and the irradiation time are appropriately determined according to the compound forming the self-assembled film. When FAS is used, ultraviolet light having a wavelength of 250 nm is selected.
3) Black matrix forming step Based on the organic molecular film (self-assembled film) pattern described above, a light-shielding black matrix pattern made of a metal thin film formed by electroless plating, for example, is formed. Electroless plating is usually obtained by an immersion method. As with known electroless plating techniques, it is preferable to perform a known activation process on the substrate before plating.
図４に示すように、アクティベーション処理により基板上に活性種層（部分）１２を形成し、次いで、この上に無電解めっきを施し、図５に示すように、金属薄膜１３を形成する。基板上にパターン化されて残存した自己組織膜はめっき液に対して親和性を持っていないことにより、自己組織膜が形成されていないところの基板表面露出部１１ａにブラックマトリスクとなるめっき層（１３）が形成される。
As shown in FIG. 4, an active species layer (part) 12 is formed on the substrate by an activation process, and then electroless plating is performed thereon to form a metal
アクティベーション処理において用いられるアクティベーター（活性液）として、パラジウム塩化合物、塩化水素等を含有する混合溶液を使用できる。この活性液に、室温で、pHが５．８になるように水酸化ナトリウム水溶液を加えて調整したものが好ましい。この活性化処理により基板上に活性種としてパラジウム層が形成される。活性液に基板を浸漬する時間は、好適には１〜５分間である。前記無電解めっき液としては、ニッケル塩化合物、次亜リン酸及び水を含むニッケル無電解めっき液、及び水を含む金無電解めっき液等のめっき溶液がある。 As an activator (active solution) used in the activation process, a mixed solution containing a palladium salt compound, hydrogen chloride, or the like can be used. A solution prepared by adding an aqueous sodium hydroxide solution to this active solution so as to have a pH of 5.8 at room temperature is preferable. By this activation treatment, a palladium layer is formed as an active species on the substrate. The time for immersing the substrate in the active liquid is preferably 1 to 5 minutes. Examples of the electroless plating solution include plating solutions such as a nickel salt compound, a nickel electroless plating solution containing hypophosphorous acid and water, and a gold electroless plating solution containing water.
特に、ＦＡＳ等の自己組織化膜のパターンの組み合わせでは、例えば、アクチベータ組成として、パラジウム塩化合物、塩化水素を含有した混合液、（塩化水素４％、パラジウム塩化合物０．２％、残りは水）３０ｍｌに１リットルの水を加え、室温においてｐＨ５．２となるように水酸化ナトリウム水溶液を加えて調整したものを、無電解めっき液としてニッケル塩化合物次亜リン酸ナトリウム（ニッケル塩化合物：３０g/l：リン酸ナトリウム１０g/l）を含む溶液を用いる事が好ましい。 In particular, in a combination of self-assembled film patterns such as FAS, for example, as an activator composition, a mixed solution containing a palladium salt compound and hydrogen chloride (hydrogen chloride 4%, palladium salt compound 0.2%, the rest being water ) A solution prepared by adding 1 liter of water to 30 ml and adding an aqueous sodium hydroxide solution so as to have a pH of 5.2 at room temperature is used as an electroless plating solution as a nickel salt compound sodium hypophosphite (nickel salt compound: 30 g). / l: It is preferable to use a solution containing 10 g / l of sodium phosphate.
無電解めっきを浸漬法で行う場合の浸漬時間は、２〜１０分間であるのが好ましい。無電解めっき層を形成するに際して、インク吐出法の一つであるインクジェット法を利用することができる。すなわち、基板表面露出部１１ａに選択的に無電解めっき液滴を吐出する。
When the electroless plating is performed by an immersion method, the immersion time is preferably 2 to 10 minutes. In forming the electroless plating layer, an ink jet method which is one of ink discharge methods can be used. That is, electroless plating droplets are selectively discharged onto the substrate surface exposed
インクジェット法により無電解めっきで金属薄膜（ブラックマドリスクなる遮光膜）を基板に形成する場合の金属皮膜の厚さは、無電解めっき液滴を吐出するインクジェットプリンタヘッドの吐出ドット数を制御して、所定の厚さに制御することができる。この場合には、所望の金属被膜の厚さに応じて、ロット毎に吐出ドット数を変更したり、一つの基板中で、吐出ドット数を位置に応じて変更することにより金属被膜の厚みを適宜調整することができる。めっき液の吐出を所定回数繰り返することによりめっき層の厚さを増すことができる。めっき層の好適な厚さは、０．１５〜０．２μｍである。 When forming a metal thin film (black madrisk light-shielding film) on a substrate by electroless plating by the inkjet method, the thickness of the metal film is controlled by controlling the number of dots ejected from the inkjet printer head that ejects electroless plating droplets. , Can be controlled to a predetermined thickness. In this case, depending on the thickness of the desired metal coating, the number of ejection dots can be changed for each lot, or the thickness of the metal coating can be changed by changing the number of ejection dots depending on the position in one substrate. It can be adjusted appropriately. The thickness of the plating layer can be increased by repeating the discharge of the plating solution a predetermined number of times. A suitable thickness of the plating layer is 0.15 to 0.2 μm.
インクジェット法における吐出条件は、無電解めっき液滴に用いる金属の析出条件に応じて調整される。例えば、金属としてニッケルを用いる場合には、吐出時の基板温度を、３０〜６０℃とし、湿度を７０％以上に保持するのが好ましく、吐出ドット数を５回程度とし、吐出回数を１回程度とし、１ドットあたりの吐出量を、３０ｐｌ程度とする。 The discharge conditions in the inkjet method are adjusted according to the deposition conditions of the metal used for the electroless plating droplets. For example, when nickel is used as the metal, it is preferable to set the substrate temperature at the time of discharge to 30 to 60 ° C. and to maintain the humidity at 70% or more, to set the number of discharge dots to about five times, and to discharge the number of times once. The discharge amount per dot is about 30 pl.
尚、前述した遮光性ブラックマトリクスの形成は１）乃至３）の工程の要に有機分子膜、特に、自己酸化膜のパターンに基づいて行っているが、通常のフォトリソグラフィによりパターンを形成しても良い。
４）第２除去工程について
この工程は、前記第１除去工程の説明で詳述した手法を用いて、膜残存部１１ｂに存在する自己組織化膜を除去する。図６に示すように、基板１１の表面側全面に紫外線照射を行い、図７に示すように、有機分子膜を全て基板から除去して、基板１１上に所定パターンの遮光性ブラックマトリクス１３のみが形成されている状態にする。紫外線照射により自己組織化膜を基板から除去することは、第１除去工程と同である。
５）第２有機分子膜形成工程について
この工程は、第１自己組織化膜形成工程の説明で詳述した手法を用いて、遮光性ブラックマトリクス上にも自己組織化膜を形成させるために、基板表面の全面に再度有機分子膜（自己組織化膜）１４’を形成する工程である。この工程及び次の工程の目的は、選択的に遮光膜である金属薄膜１３に後述のカラーフィルターの材料を含むインクに対する撥インク性を与えるためである。
６）第３除去工程について
この工程は第１除去工程の説明において説明した内容に即して行われる。図８に示すように、所定のパターンが形成されたフォトマスク２０を介して、遮光性ブラックマトリクス１３が形成されている部分を選択的に除去するために紫外線を照射する。遮光性ブラックマトリクス１３が形成されている部位を除いて自己組織化膜１４’を除去する。図９に示すように、第２段階の基板表面露出部１１ａ’と第２段階の膜残留部１１ｂ’とを形成する。マスクによる露光は基板の裏側から行ってもよい。
７）カラー部形成工程について
図１０に示すように、第２段階の基板表面露出部１１ａ’に、インクジェット法により、ヘッド３０からカラーフィルターの材料であるＲＧＢインクの液滴４０を、この露出部のパターンに即して選択的に吐出・塗工して、図１１に示すように、ブラックマトリクス１３の間の領域にカラー層１５を形成する。
The formation of the light-shielding black matrix described above is performed based on the pattern of the organic molecular film, particularly the self-oxidized film, at the heart of the steps 1) to 3). Also good.
4) About the 2nd removal process This process removes the self-organization film which exists in the film |
5) About the second organic molecular film forming step This step is performed in order to form a self-assembled film on the light-shielding black matrix by using the method detailed in the description of the first self-assembled film forming step. In this step, an organic molecular film (self-assembled film) 14 'is formed again on the entire surface of the substrate. The purpose of this step and the next step is to selectively impart ink repellency to ink containing a color filter material described later on the metal
6) About the 3rd removal process This process is performed according to the contents explained in the explanation of the 1st removal process. As shown in FIG. 8, ultraviolet rays are irradiated through a
7) Color Part Forming Process As shown in FIG. 10,
カラーフィルターの材料としては、例えば主溶剤をブチルカルビトール、アセテートとし、色調を司る顔料、樹脂成分を含有した組成物、又は染料による色材を用いることもできる。 As a material for the color filter, for example, butyl carbitol or acetate as a main solvent, a pigment that controls color tone, a composition containing a resin component, or a coloring material using a dye may be used.
インクジェット法は、省資源・省エネプロセスとして期待が大きいマイクロ液体プロセスであり、公知のインクジェット法を特に制限なく採用できる。ブラックマトリクスの上に選択的に設けられてなる有機分子膜、特に自己酸化膜にインクに対して撥液性を持たせることで、インクジェットからのインク液適はブラックマトリクスの間に選択的に置かれることになる。 The ink-jet method is a micro liquid process that is highly expected as a resource-saving and energy-saving process, and a known ink-jet method can be employed without any particular limitation. By making the organic molecular film that is selectively provided on the black matrix, especially the self-oxidation film, have liquid repellency with respect to the ink, the ink liquid suitability from the ink jet is selectively placed between the black matrix. Will be.
したがって、画素間隙に対応する位置にバンクを形成し、このバンクの間にインク液滴を充填する場合に異なり比較して、カラー層の厚さは一定である、カラー層の厚さを大きくできる、との効果が出る。残存する自己組織化膜は、完全に除去するのが、オーバーコートとの密着性からいって好ましい。 Therefore, the thickness of the color layer can be increased compared to the case where a bank is formed at a position corresponding to the pixel gap and ink droplets are filled between the banks. , And the effect comes out. The remaining self-assembled film is preferably removed completely from the viewpoint of adhesion to the overcoat.
最終的に得られたカラーフィルター１は、図１１，１２に示すように、基板１１上に、活性種層を有する遮光性ブラックマトリクス部１３とカラー部１５とを備え、カラー層のの基板の径方向における厚さがほぼ均一である。符号１６は、オーバーコート層であり、符号１７はＩＴＯ電極層１７とを具備する。
As shown in FIGS. 11 and 12, the finally obtained color filter 1 includes a light-shielding
「ほぼ均一」とは、遮光性ブラックマトリクス部１３とカラー層１５とが、それぞれ、それらの断面形状において凹面形状等となることがなく、部位によって厚みにばらつきが生じることがない状態、具体的には、それぞれ最も厚みの厚い部位と最も厚みの薄い部位との差が、例えば、１μｍ±１０%の範囲内にあることをいう。
“Almost uniform” means a state in which the light-shielding
活性種層を有する遮光性ブラックマトリクス１３の最終的厚さは、１００〜２００μｍとするのが好ましく、カラー部１５の厚さは、１μｍ±１０%とするのが好ましい。
The final thickness of the light-shielding
そして、本発明の製造方法によると、以下のような効果が奏される。有機分子膜、特に好ましくは、自己組織化膜を利用し、しかもインクジェット法によりＲＧＢインクを塗工するので、遮光性ブラックマトリクスとして金属薄膜を用いることができ、従来のカラーフィルターの製造方法のようなバンク厚による遮光性ブラックマトリクスとカラー部に膜厚の不均一性がなく、これらの膜厚の均一なカラーフィルターが特に得られる。このことにより、遮光性ブラックマトリクスの間隙の微細化が、従来に比してパターニングの極限までに可能となる。従来の製造方法に比して、工程数も減少し、省資源・省エネルギー化を達成できる。 And according to the manufacturing method of this invention, the following effects are produced. Since an organic molecular film, particularly preferably a self-assembled film, is used and an RGB ink is applied by an inkjet method, a metal thin film can be used as a light-shielding black matrix, as in a conventional method for producing a color filter. There is no film thickness non-uniformity in the light-shielding black matrix and the color portion due to a large bank thickness, and a color filter having a uniform film thickness can be obtained. As a result, the gap of the light-shielding black matrix can be miniaturized to the limit of patterning as compared with the conventional case. Compared to conventional manufacturing methods, the number of processes is reduced, and resource and energy savings can be achieved.
なお、本発明は、上述の実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 In addition, this invention is not restrict | limited to the above-mentioned embodiment at all, and can be variously changed in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
以下、実施例を参照して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
〔実施例1〕
石英ガラス基板表面に１７２ｎｍの紫外線を５〜１０分間照射して、前処理としてクリーニングを行った。更に、酸素プラズマを３０秒程度照射した。
Example 1
Cleaning was performed as a pretreatment by irradiating the surface of the quartz glass substrate with ultraviolet rays of 172 nm for 5 to 10 minutes. Furthermore, oxygen plasma was irradiated for about 30 seconds.
次いで、石英ガラス基板とＦＡＳの一つであるヘプタデカフルオロテトラヒドロオクチルトリエトキシシランとを、同一の密閉容器に入れて３時間、６０℃で放置することにより、該石英ガラス基板表面にへプタデカフルオロテトラヒドロオクチルトリエトキシシランからなる自己組織化膜を形成して、第１自己組織化膜形成工程を行った。 Next, the quartz glass substrate and heptadecafluorotetrahydrooctyltriethoxysilane, which is one of the FAS, are placed in the same sealed container and left at 60 ° C. for 3 hours, so that the surface of the quartz glass substrate is heptadecadeca. A self-assembled film made of fluorotetrahydrooctyltriethoxysilane was formed, and a first self-assembled film forming step was performed.
更に、所定のパターンを有するフォトマスクを介して、１７２ｎｍの紫外線を照射して、マスクしていない部位の自己組織化膜のみを選択的に除去して、第１段階の基板表面露出部と第１段階の膜残留部とを形成して、第１除去工程を行った。 Further, 172 nm ultraviolet rays are irradiated through a photomask having a predetermined pattern to selectively remove only the self-assembled film at the unmasked portion, and the first-stage substrate surface exposed portion and the first layer are exposed. A one-stage film residue was formed, and a first removal process was performed.
得られた基板の前記の第１段階の基板表面露出部上に、浸漬によりニッケル無電解めっき及び金無電解めっきを施し、表面に金皮膜が位置するように２種の金属皮膜が積層された遮光性ブラックマトリクスを形成して、ブラックマトリクス形成工程を行った。 Nickel electroless plating and gold electroless plating were performed by immersion on the substrate surface exposed portion of the first stage of the obtained substrate, and two kinds of metal films were laminated so that the gold film was located on the surface. A light-shielding black matrix was formed, and a black matrix forming step was performed.
基板の表面側全面に１７２ｎｍの紫外線を照射して、前記の第１段階の膜残留部に存在する自己組織化膜を除去し、第２除去工程を行い、更に前記第１自己組織化膜形成工程と同様にして、基板の表面側全面に自己組織化膜を形成し、第２自己組織化膜形成工程を行った。 The entire surface side of the substrate is irradiated with ultraviolet light of 172 nm to remove the self-assembled film present in the first-stage film residue, perform a second removal step, and further form the first self-assembled film In the same manner as the process, a self-assembled film was formed on the entire surface side of the substrate, and a second self-assembled film forming process was performed.
次に、遮光性ブラックマトリクスと同じパターンで遮光部を有するフォトマスクを介して、１７２ｎｍの紫外線を照射することにより、遮光性ブラックマトリクス上の自己組織化膜を残して、他部分の自己組織化膜を除去し、第２段階の基板表面露出部と第２段階の膜残留部とを形成することにより、第３除去工程を行った。 Next, by irradiating UV light of 172 nm through a photomask having a light-shielding portion in the same pattern as the light-shielding black matrix, the self-organized film on the light-shielding black matrix remains, and other parts are self-organized. The third removal step was performed by removing the film and forming a second stage substrate surface exposed portion and a second stage film remaining portion.
上記のように形成した遮光金属皮膜マトリクスを持った基板のマトリクス間隙（ピクセルサイズ１００μｍ×３００μｍ）にインクジェット法によりＲＧＢインクを吐出・塗工した後、乾燥させて成膜することによりカラー部を形成し、カラー部形成工程を行った。 A color part is formed by discharging and coating RGB ink by an inkjet method into a matrix gap (pixel size 100 μm × 300 μm) of a substrate having a light-shielding metal film matrix formed as described above, and then drying to form a film. Then, the color part forming step was performed.
インクジェット法は、吐出量４０ｐｌ、ドット数１０、吐出回数５とした。また、ＲＧＢインクの組成としては、主溶剤をブチルカルビトールアセテート（７０％）として、更に固形分（顔料及び樹脂の合計１０％）、残りをアルコールとした。色は顔料にて調整した。また、乾燥条件は、２００℃で１０分とした。次いで、基板上に残存する自己組織化膜を紫外線照射で除去した後、表面側全面にアクリル樹脂を塗工して、オーバーコートを形成し、更に、ＩＴＯ電極皮膜を形成して、カラーフィルターを得た。 In the ink jet method, the discharge amount was 40 pl, the number of dots was 10, and the number of discharges was 5. In addition, as the composition of the RGB ink, the main solvent was butyl carbitol acetate (70%), the solid content (total of pigment and resin was 10%), and the rest was alcohol. The color was adjusted with a pigment. The drying conditions were 200 ° C. and 10 minutes. Next, after removing the self-assembled film remaining on the substrate by ultraviolet irradiation, an acrylic resin is applied to the entire surface side to form an overcoat, and further, an ITO electrode film is formed to form a color filter. Obtained.
１…カラーフィルター、１１…基板、１２…活性種層、１３…遮光性ブラックマトリクス、１４…有機分子膜（自己組織化膜）、１５…カラー層、１６…オーバーコート層、１７…ＩＴＯ電極層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Color filter, 11 ... Board | substrate, 12 ... Active seed layer, 13 ... Light-shielding black matrix, 14 ... Organic molecular film (self-organizing film), 15 ... Color layer, 16 ... Overcoat layer, 17 ... ITO electrode layer
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