JP2007206688A - カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法 - Google Patents

カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】輝度の均一性を向上させることが可能なカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法を提供する。
【解決手段】透明基板100の表面に疎水性有機物からなる遮光層110を形成する段階と、遮光層110をパターニングしてブラックマトリックス111を形成する段階と、ブラックマトリックス111の上面130に遮断層120を形成する段階と、上面130に遮断層120の形成されたブラックマトリックス111を加熱しつつブラックマトリックス111の上部に紫外線を照射する段階とを含む、カラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法が提供される。
【選択図】図5D

Description

本発明は、カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法に係り、より詳細には、輝度の均一性を向上させることができるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法に関する。
従来、TVやコンピュータの情報を表示するために、陰極線管(CRT:Cathode Ray Tube)モニタが主に使われてきたが、最近では、画面サイズが大きくなるにつれて、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)、プラズマディスプレイパネル(PDP:Plasma Display Panel)、有機EL(Elctro Luminescence)、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)及び電界放出ディスプレイ(FED:Field Emission Display)のような平板ディスプレイ装置が使われている。このような平板ディスプレイ装置のうち、消費電力が少なく、コンピュータモニタ、ノート型パーソナルコンピュータなどに主に使われるLCDが脚光を浴びている。
一般的に、LCDは、液晶層によって変調された白色光を通過させ、所望の色相の画像を形成するカラーフィルタを備える。ここで、カラーフィルタは、透明基板上に多数の赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の画素が所定形態に配列された構造を有しており、かかる画素は、ブラックマトリックスによって区画されている。
図1は、従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、充填されたインクが混色される現象を図示した図面であり、図2は、従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、インクが完全に充填されずに光漏れする現象を図示した図面である。
図1を参照して説明すると、ブラックマトリックス11は、透明基板10上に遮光層を所定厚さに塗布した後、遮光層をベーキングし、さらに所定形態にパターニングすることにより形成される。
かかるブラックマトリックス11が、接触角(contact angle)の小さな親水性(hydrophilic property)の物質によって形成されている場合、画素15から周辺の画素16にインク13があふれ、他のインク14との混色が発生する。
このような問題点を解決するためには、ブラックマトリックス11を接触角の大きい疎水性(hydrophobic property)の物質によって形成する必要があり、かかる疎水性を帯びたブラックマトリックス21が図2に図示されている。
図2を参照して説明すると、透明基板20上に形成されたブラックマトリックス21は、接触角の大きい疎水性物質によって形成されているため、画素25から周辺の画素26にインク23があふれて他のインク24と混色されることを防止することは可能であるが、インクが透明基板20上に均一な厚さに塗布されないという問題点がある。
これにより、ブラックマトリックス21の側面付近では、光漏れ現象が発生し、その結果、カラーフィルタの各画素25、26から出てくる光の輝度が不均一になってしまう。
かかる問題点を解決するために、インクを透明基板上に均一に塗布できる方法が図3、図4A及び図4Bに図示されている。図3は、特許文献1に開示されている“Ink−jet printing method and apparatus for manufacturing color filters”を図示した図面であり、図4A及び図4Bは、特許文献2に開示されている“Ink−jet manufacturing process and device for color filters”を図示した図面である。
図3を参照して説明すると、特許文献1に記載の方法は、透明基板30上にブラックマトリックス31を形成し、ブラックマトリックス31によって区画される画素34にインク32を塗布した後、エアノズル33によって空気をインク32に送り出し、インクが画素34に均一に塗布されるようにするものである。
図4A及び図4Bを参照して説明すると、特許文献2に記載の方法は、プリンティングフレーム41により区画された画素43を透明基板40上に形成した後、プリンティングフレーム41上に遮蔽膜42を形成し、プリンティングフレーム41を挟んで電極51及び52を設置する。
さらに、インク60を画素43に塗布した後、電極51及び52に電圧50を印加して電場を形成すると、経時的にインクの接触角が小さくなり、図4Bに図示されたように、インクが均一になる。
米国特許公開2003−0030715号公報 米国特許公開2003−0108804号公報
しかし、上述した特許文献1の方法のように、エアノズルによって空気をインクに送り込み、インクを画素に均一に塗布する方法は、インクが乾燥する前に全ての画素を平坦化させるための空気供給が現実的に容易ではなく、インクの特性により、むしろ平坦化を悪化させることがあるという問題がある。
また、特許文献2の方法のように、画素に電圧をかけてインクを平坦化する方法は、伝導性のあるインクを使用しなければならないという制約があり、実用化には限界がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、インクの混色や光漏れ現象を防止しつつ、輝度(brightness)の均一性を向上させることが可能な、新規かつ改良されたカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、透明基板の表面に疎水性有機物からなる遮光層を形成する段階と、遮光層をパターニングしてブラックマトリックスを形成する段階と、ブラックマトリックスの上面に遮断層を形成する段階と、上面に遮断層が形成されたブラックマトリックスを加熱しつつ、ブラックマトリックスの上部に紫外線を照射する紫外線照射段階と、を含むカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法が提供される。
また、上記紫外線照射段階において、ブラックマトリックスの側面を紫外線に露出させ、空気中の水分を吸着させることにより、ブラックマトリックスの側面の表面エネルギーを増大させるようにしてもよい。
また、上記紫外線照射段階において、ブラックマトリックスを100℃以上の温度で加熱するようにしてもよい。
また、遮断層は、フォトマスクであってもよい。
また、紫外線照射段階の後、ブラックマトリスの上面に形成された遮断層を除去する段階をさらに含むようにしてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、透明基板の表面に疎水性有機物からなる遮光層を形成する段階と、遮光層の上面にフッ素系樹脂からなる遮断層を形成する段階と、遮光層と遮断層とをパターニングし、上面に遮断層が形成されているブラックマトリックスを形成する段階と、上面に遮断層が形成されたブラックマトリックスを加熱しつつ、ブラックマトリックスの上部に紫外線を照射する紫外線照射段階と、を含むカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法が提供される。
また、上記紫外線照射段階において、ブラックマトリックスの側面を紫外線に露出させ、空気中の水分を吸着させることにより、ブラックマトリックスの側面の表面エネルギーを増大させるようにしてもよい。
また、上記紫外線照射段階において、照射された紫外線を遮断層に透過させ、遮断層の表面エネルギーを低く維持させるようにしてもよい。
また、遮断層を形成する物質は、フッ素系単一結合からなる物質であってもよい。
以上説明したように本発明によれば、カラーインクの混色や光漏れ現象を防止することができ、輝度の均一性を向上させることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
まず、図5A〜図5Dを参照して、本発明の一実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法について説明する。ここで、図5A〜図5Dは、本発明の一実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。
まず、図5Aに示すように、透明基板100の表面に疎水性の有機物を所定厚さに塗布した後、これをソフトベーキングすることにより、遮光層110を形成する。ここで、透明基板100としては、一般的にガラス基板が使われるが、プラスチック基板が使われてもよい。疎水性有機物は、スピンコーティング法、ダイコーティング法、またはディップコーティング法により、透明基板100の表面に塗布されてもよい。
次いで、図5Bに示すように、遮光層110を所定形態にパターニングすることにより、ブラックマトリックス111を形成する。ここで、遮光層110が感光性物質からなる場合には、所定パターンが形成されたフォトマスク(図示せず)を利用し、遮光層110を露光現像するようにしてもよい。一方、遮光層110が非感光性物質からなる場合には、遮光層110の表面にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、ここにフォトリソグラフィ工程によってパターニングした後、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして利用し、遮光層110をエッチングするようにしてもよい。
次いで、図5Cに示すように、ブラックマトリックス111の上面130に遮断層120を形成する。遮断層120は、フォトマスクであることが望ましい。これは、上述したように、ブラックマトリックス111の上面130にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、これをフォトリソグラフィ工程によってパターニングした後、ブラックマトリックス111の上面130を除き、残りはエッチングすることにより、遮断層120のフォトマスクが形成される。
次いで、図5Dに示すように、ブラックマトリックス111を加熱しつつ、ブラックマトリックス111の上部から紫外線(UV)を照射する。ここで、ブラックマトリックス111を加熱するのは、ブラックマトリックス111に紫外線を照射するだけでは、ブラックマトリックス111の接触角が所望するほど容易には変化しないためである。従って、ブラックマトリックス111に紫外線を照射しつつ加熱することにより、接触角を容易に変化させることができる。ここで、ブラックマトリックス111の加熱温度は、100℃以上であってもよい。
上述したような過程を経て、ブラックマトリックス111の表面のうち、紫外線に露出されている部分の接触角と、露出されていない部分の接触角とが互いに異なることとなる。すなわち、紫外線に露出されるブラックマトリックス111の側面140は、空気中の水分を吸着して親水化されることにより、親水性を帯びつつ表面エネルギーが増大する。しかし、ブラックマトリックス111の上面は、遮断層120によって紫外線が遮断され、紫外線に露出されていないために、そのまま疎水性を維持することとなる。
表1は、紫外線が照射されたブラックマトリックス111の側面140の表面エネルギーが経時的に変化することを示す実験データと、ブラックマトリックス111の側面140の接触角が水またはインクに対して経時的に変化することを示す実験データとを示したものである。
表1を参照すれば、紫外線の照射されたブラックマトリックス111の側面140の表面エネルギーは、経時的に順次増加するということが分かる。また、紫外線に露出されたブラックマトリックス111の側面140の接触角は、水に対しては順次小さくなることが分かる。一方、インクに対しては、インクの成分によって若干の差はあるが、概して紫外線の照射される前には20°以上であったのが、紫外線が照射されて順次小さくなり、その結果、4°以下にまで小さくなるということが分かる。
従って、紫外線に露出されるブラックマトリックス111の側面140は、表面エネルギーが大きくなって接触角が小さくなり、本来の疎水性である性質が親水性に変化する。しかし、遮断層120によって紫外線の遮断されたブラックマトリックス111の上面は、疎水性を保ったままとなる。
従って、ブラックマトリックス111によって区画される画素内に充填されるカラーインクは、ブラックマトリックス111の上面の疎水性により、隣接する他の画素内に充填されるカラーインクと混色されることが防止される。さらに、ブラックマトリックス111の側面140の親水性により、画素内にインクが均一な厚さに充填され、光漏れ現象を防止することができる。
図6A〜図6Dは、本発明の他の実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。
図6Aを参照して説明すると、透明基板200の表面に疎水性有機物を所定厚さに塗布した後、これをソフトベーキングすることによって遮光層210が形成される。ここで、透明基板200には、一般的にガラス基板が使われるが、プラスチック基板が使われてもよい。疎水性有機物は、スピンコーティング法、ダイコーティング法、またはディップコーティング法により、透明基板200の表面に塗布されてもよい。
図6Bに示すように、遮光層210上に遮断層220を形成する。遮断層220は、フッ素系樹脂からなることが望ましい。遮断層220は、遮光層210の上面と離隔されず、遮光層210の上面に密着するように形成することが望ましい。
フッ素系樹脂は、紫外線に対して90%以上の透過率を有するため、紫外線に露出されてもラジカル生成反応が進行せず、低い表面エネルギー状態をそのまま維持する。すなわち、フッ素系樹脂は、紫外線に露出されても表面エネルギーが変化せず、本来の低い表面エネルギーをそのまま維持する。
図7は、本実施形態において、遮断層に用いられるフッ素系樹脂の分子式の一例を図示した図面である。図7は、旭硝子(株)のCytop(商品名)の分子式を図示したものである。図7に示すように、本実施形態において用いられるフッ素系樹脂は、二重結合はなく単一結合だけで構成されたものであってもよい。フッ素系樹脂に二重結合が存在する場合には、二重結合が切れてラジカル生成反応が起こり、フッ素系樹脂の表面エネルギーが変化してしまうためである。ここで、本発明にかかるブラックマトリックス製造方法の遮断層に用いられる物質は、図7に示す分子式からなる物質に限定されず、二重結合のないフッ素系樹脂であれば、多様な物質を適用することができる。
図6Cに示すように、遮光層210と遮断層220とを所定形態にパターニングすることにより、ブラックマトリックス211と、ブラックマトリックス211上に形成された遮断層220とを形成する。
図6Dに示すように、ブラックマトリックス211を加熱しつつ、ブラックマトリックス211の上面230側から紫外線を照射する。ブラックマトリックス211を加熱するのは、ブラックマトリックス211に紫外線を照射するだけでは、ブラックマトリックス211の接触角が所望するほど容易には変化しないためである。従って、ブラックマトリックス211に紫外線を照射すると共に加熱することにより、接触角を容易に変化させることができる。
上述したような過程を経て、ブラックマトリックス211の表面のうち、紫外線に露出されている部分の接触角と、露出されていない部分の接触角とが互いに異なることとなる。すなわち、紫外線に露出されるブラックマトリックス211の側面240は、空気中の水分を吸着して親水化されることにより、親水性を帯びつつ表面エネルギーが増大する。しかし、ブラックマトリックス211の上面120に形成された遮断層220は、紫外線をほとんど透過させることにより、親水化反応が起きず、低い表面エネルギー状態を維持することとなる。
従って、ブラックマトリックス211の上面は、フッ素系樹脂からなる遮断層220により、カラーインクが画素250から他の画素260にあふれることを防止する。さらに、ブラックマトリックス211の側面240は、紫外線に露出されて親水化されることにより、接触角が大きくなり、カラーインクはブラックマトリックス211で区画される画素250内に均一な厚さで充填されることとなる。
表2は、紫外線が照射されたブラックマトリックス211の側面240の表面エネルギーが経時的に変化することを示す実験データと、ブラックマトリックス211の側面240の接触角が水またはインクに対して経時的に変化することを示す実験データとを表したものである。
表2を参照すると、紫外線が照射されたブラックマトリックス211の側面240の表面エネルギーは、経時的に順次増加するということが分かる。また、紫外線に露出されたブラックマトリックス211の側面240の接触角は、水に対しては順次小さくなることが分かる。また、インクに対しては、インクの成分によって若干の差はあるが、概して紫外線が照射される前には20°以上であったが、紫外線が照射されることにより順次小さくなり、結果的には4°以下にまで小さくなるということが分かる。
また、表3は、紫外線の照射された遮断層220の表面エネルギー及び接触角の経時的な変化を示す実験データを表したものである。紫外線に露出されるブラックマトリックス211の側面240は、表面エネルギーが大きくなって接触角が小さくなり、本来の疎水性の性質が親水性に変化する。
表3を参照すると、紫外線が照射された遮断層220の表面エネルギーは、経時的に特に変化しないということが分かる。また、紫外線が照射された遮断層220の接触角は、水及びインクに対しては、いずれも若干大きくなるということが分かる。従って、カラーインクは、遮断層220を越えて画素250から他の画素260にあふれることはない。
従って、ブラックマトリックス211によって区画される画素内に充填されるカラーインクは、ブラックマトリックス211の上面に形成された遮断層220により、隣接する他の画素内に充填されるカラーインクと混色されることが防止される。また、ブラックマトリックス211の側面240の親水性により、カラーインクが画素内に均一な厚さに充填され、光漏れ現象を防止することができる。
上述したように、本発明によりブラックマトリックス111、211の側面を親水化した結果は、図8〜11に示す写真とプロファイル化したグラフとにより明らかに確認することができる。
図8は、側面を親水性処理していないブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作したカラーフィルタの様子を撮った写真であり、図9は、図8に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。また、図10は、本発明の一実施形態にかかる方法によって側面を親水性処理したブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作したカラーフィルタの様子を撮った写真であり、図11は、図10に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。
図8及び図9を参照すると、疎水性を有するブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たした場合、疎水性によってカラーインクの接触角が大きくなり、このカラーインクに光を照射すると、光漏れ現象が発生するということが分かる。
一方、図10及び図11を参照すると、紫外線を利用してブラックマトリックス111の側面を親水性に変化させた場合、ブラックマトリックス111により区画される画素内に充填されるカラーインクは、均一に充填されうるということが分かる。これは、ブラックマトリックス111の側面の接触角が小さくなるためであり、これにより光漏れ現象を防止することができる。
以上説明したように、本発明によるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法は、フォトマスクまたはフッ素系樹脂を利用してブラックマトリックスの上面の疎水性を維持することによってカラーインクの混色を防止することができる。また、ブラックマトリックスの側面を親水性に変化させることにより、ブラックマトリックスによって区画される領域の内部にカラーインクを均一な厚さに満たすことができ、光漏れ現象を防止することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明のカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法は、例えば、LCD関連の技術分野に効果的に適用可能である。
従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、充填されるインクが混色される現象を示す断面図である。 従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、インクが完全に充填されずに光漏れする現象を示す断面図である。 従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法を示す断面図である。 従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を示す断面図である。 従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を示す断面面である。 本発明の一実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。 同実施形態において遮断層に使われるフッ素系樹脂の分子式の一例を図示した図面である。 側面が親水性処理されていないブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作されたカラーフィルタを撮影した写真である。 図8に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。 本発明にかかるブラックマトリックス製造方法により、側面が親水性処理されたブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作されたカラーフィルタを撮影した写真である。 図10に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。
符号の説明
10、20、30、40、100、200 透明基板
11、21、31、111、211 ブラックマトリックス
13、14、23、24、32、60 インク
15、16、25、26、34、43、150、160、250、260 画素
33 エアノズル
41 プリンティングフレーム
42 遮蔽膜
50 電圧
51、52 電極
110、210 遮光層
120、220 遮断層
130、230 ブラックマトリックスの上面
140、240 ブラックマトリックスの側面

Claims (9)

  1. 透明基板の表面に疎水性有機物からなる遮光層を形成する段階と、
    前記遮光層をパターニングしてブラックマトリックスを形成する段階と、
    前記ブラックマトリックスの上面に遮断層を形成する段階と、
    上面に前記遮断層が形成された前記ブラックマトリックスを加熱しつつ、前記ブラックマトリックスの上部に紫外線を照射する紫外線照射段階と、
    を含むことを特徴とする、カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  2. 前記紫外線照射段階において、前記ブラックマトリックスの側面を紫外線に露出させて空気中の水分を吸着させることにより、前記ブラックマトリックスの側面の表面エネルギーを増大させることを特徴とする、請求項1に記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  3. 前記紫外線照射段階において、前記ブラックマトリックスを100℃以上の温度で加熱することを特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  4. 前記遮断層は、フォトマスクであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  5. 前記紫外線照射段階の後、前記ブラックマトリックスの上面に形成された前記遮断層を除去する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  6. 透明基板の表面に疎水性有機物からなる遮光層を形成する段階と、
    前記遮光層の上面にフッ素系樹脂からなる遮断層を形成する段階と、
    前記遮光層と前記遮断層とをパターニングし、上面に前記遮断層が形成されたブラックマトリックスを形成する段階と、
    上面に前記遮断層が形成された前記ブラックマトリックスを加熱しつつ、前記ブラックマトリックスの上部に紫外線を照射する紫外線照射段階と、
    を含むことを特徴とする、カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  7. 前記紫外線照射段階において、前記ブラックマトリックスの側面を紫外線に露出させて空気中の水分を吸着させることにより、前記ブラックマトリックスの側面の表面エネルギーを増大させることを特徴とする、請求項6に記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  8. 前記紫外線照射段階において、前記照射された紫外線を前記遮断層に透過させ、前記遮断層の表面エネルギーを低く維持させることを特徴とする、請求項6または7のいずれかに記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
  9. 前記遮断層を形成する物質は、フッ素系単一結合からなることを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
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