JP2007272213A - パターン形成基板、カラーフィルタ、液晶表示装置及びカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インキが充填される開口部の格子毎の色度バラツキを抑制でき、色ムラのないカラーフィルタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 透明基板上に撥インキ性を有する隔壁パターンを形成する。この隔壁パターンで区画された領域がそれぞれの色（例えばＲＧＢ３原色）のインキを充填する各画素の開口部となる。そして、この隔壁パターンに、同色インキが充填される画素と隣接する箇所にインキ経路を設ける。このインキ経路を通して、充填されたインキが隣接画素に流動し、レベリングを行う。これにより、ノズル毎に吐出バラツキがあったとしても、色度バラツキとはならず、色ムラのないカラーフィルタを製造できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー表示装置等に用いられるパターン形成基板、カラーフィルタ及びカラーフィルタの製造方法、またそれを用いた液晶表示装置に関する。
特に基板上に形成した隔壁パターンで区切られた開口部内に着色インキを充填して作製されるパターン形成基板、カラーフィルタ及びカラーフィルタの製造方法、またそれを用いた液晶表示装置に関する。

近年、カラー液晶ディスプレイ等のカラー表示装置に使用されるカラーフィルタ基板の作製方法として、インキジェット方式が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
これらの提案では、例えば、含フッ素化合物及び／または含ケイ素化合物を含有するブラックマトリックスを、着色工程におけるインキ滲みや混色を防止するための仕切り壁とすることが開示されている。

また、隔壁パターン（仕切り壁）としては、画素毎に区切られた格子状パターンのものや、ストライプ状のものなどさまざまな形状が知られている。
特開平７−３５９１５号公報 特開平７−３５９１７号公報

しかしながら、格子状に形成された隔壁パターンの開口部にインキジェット法でインキを充填する場合には、開口部毎に担当するノズルが決定されるため、ノズル毎の吐出量バラツキによって、開口部毎の着色パターンの色度がバラツクという問題があった。

ストライプ状のものなどさまざまな形状が知られている。しかしストライプ状のものは遮光性が高くなく、コントラストの点で格子状のものより劣る。

そこで本発明は、開口部毎の着色パターンの色度バラツキを抑制でき、色ムラのないカラーフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、第１の発明は、
透明基板上に格子状に形成された隔壁パターン及び前記隔壁パターンにて区画された開口部を有するパターン形成基板であって、隔壁パターンが、隔壁パターンを挟み隣接する２つの開口部を連通する経路を有する、ことを特徴とするパターン形成基板である。
このようにすることで、開口部にインキを充填する際、開口部毎にインキ供給量のバラツキがあっても、充填された開口部毎のインキ量のバラツキを抑制することができる。

また、第２の発明は、上記において、前記隔壁パターンが遮光剤を含むことを有することを特徴とするパターン形成基板である。
このようにすることで、ブラックマトリックス基板として用いることができる。

また、第３の発明は、上記において前記隔壁パターンが撥インキ性材料を含むことを有することを特徴とするパターン形成基板である。
このようにすることで、インキを充填する際、混色を避けたい開口部の着色パターン同士の混色を防ぐことができる。

また、第４の発明は、上記において透明基板上に格子状に形成された隔壁パターン及び前記隔壁パターンにて区画された開口部に着色パターンを有するカラーフィルタであって、
隔壁パターンが、隔壁パターンを挟み隣接する２つの開口部を連通する経路を有する、
ことを特徴とするカラーフィルタである。
このようにすることで、開口部に着色インキを充填する際、開口部毎に多少のインキ供給量のバラツキがあっても、開口部毎着色パターンの色度バラツキを抑制することができる。

また、第５の発明は、上記において、前記連通する経路を有する隔壁パターンにより区画された２つの開口部の着色パターンが、それぞれ同色の着色パターンであることを特徴とするカラーフィルタである。
このようにすることで、隔壁パターンにより区画された同色の着色パターン同士の色度バラツキを抑制することができる。

また、第６の発明は、上記において前記隔壁パターンが遮光剤を含むことを有することを特徴とするカラーフィルタである。
このようにすることで、ブラックマトリックス付カラーフィルタとして用いることができる。

また、第７の発明は、上記において、前記隔壁パターンが撥インキ性材料を含むことを有することを特徴とするカラーフィルタである。
このようにすることで、インキを充填する際、混色を避けたい開口部の着色パターン同士の混色を防ぐことができる。

また、第８の発明は、上記においてカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置である。
このような液晶表示装置とすることで、各着色パターンからなる画素毎の色のバラツキのない、液晶表示装置とすることができる。

また、第９の発明は、透明基板上に格子状に形成された隔壁パターンを形成する工程、記隔壁パターンにて区画された開口部にインキを充填し着色パターンを形成する工程、 を有するカラーフィルタの製造方法であって、前記隔壁パターンが、隔壁パターンを挟み隣接する２つの開口部を連通する経路を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
このようにすることで、開口部に着色インキを充填する際、開口部毎に多少のインキ供給量のバラツキがあっても、開口部毎着色パターンの色度バラツキを抑制することができる。

また、第１０の発明は、上記において、前記連通する経路を有する隔壁パターンをにより区画された２つの開口部の着色パターンが、それぞれ同色の着色パターンであることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
このようにすることで、隔壁パターンにより区画された同色の着色パターンの色度バラツキを抑制することができる。

本発明によれば、隔壁パターンに開口部を連通する経路を形成したことにより、この経路を通して、充填されたインキが隣接開口部に流動し、相互にレベリング作用を生じるため、
隔壁パターンで区画された開口部にインキを充填する際、開口部毎にインキ供給量のバラツキがあっても、充填された開口部毎のインキ量のバラツキを抑制することができる。
また、開口部に着色パターンを形成する場合、充填された開口部毎の着色パターンの色度バラツキを抑制することができ、色ムラとならず、色度が均一なカラーフィルタとすることができる。

図１、３は、本発明の実施の形態によるカラーフィルタの製造方法を示す説明図である。なお、本実施の形態は本発明の一例であり、本発明を限定しないものとする。

図１では、基板２上に隔壁パターン４が形成されてなるパターン形成基板である。
隔壁パターン４には経路５が設けられている。経路５は隔壁パターン４の下部に設けられ、経路５の上部は隔壁パターンでつながっている。隔壁パターン４の高さは同一でもかまわないし、経路５の上部に位置する部分だけ高くなっていてもかまわない。

図２では、基板２上に隔壁パターン４が形成されてなるパターン形成基板である。 隔壁パターン４には経路５が設けられている。経路５は隔壁パターン４の上部に設けられている。経路５は図２（ａ）に示すように隔壁パターン４の高さ方向全域で設けられてもよいし、図２（ｂ）に示すように隔壁パターン４の上部のみに設けられていてもよい。

図１や、図２（ｂ）の形状は遮光性が高いため、白輝点や光漏れによるコントラストの低下の少ないものとすることができる。
また、図２（ｂ）の方は図１に比べ製造しやすいという利点がある。また、図１の形状で隔壁パターン４の高さは同一である場合、次工程で形成される面が平坦であるため、次工程での条件（塗布量等）の管理が容易となる。
また、図２（ａ）の形状は製造が容易にできる。

本発明に用いる基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等が使用できる。しかしこれに限定するものではない。

本発明に用いる隔壁パターンは樹脂系の組成物からなるものがあげられる。
また、隔壁パターンをフォトリソ法で設ける場合、ポジレジスト、ネガレジストを用いてもよい。ポジレジスト、ネガレジストとしては、アミノ基、アミド基地、カルボキシル基、ヒドロキシル基を含有している樹脂が好ましい。具体的には、クレゾール−ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等が挙げられる。

また、隔壁パターンは、遮光剤を有していてもよい。遮光剤を有することによりブラックマトリックス基板として用いることができる。
遮光剤としては公知の材料を用いることができる。例えばカーボンブラックやアニリンブラック、黒鉛、鉄黒、酸化チタン、無機顔料、及び有機顔料を用いることができる。

また、隔壁パターンは、撥インク性を有していてもよい。撥インク性を付与する方法としては、撥インク剤を混ぜるか、パターン形成後に撥インク処理を行うことでできる。

撥インク剤としては、ケイ素やフッ素の原子を含む材料などが挙げられる。

撥インク処理としては、フッ素含有ガスなど撥インク性を示すことのできるガスを用いて、プラズマまたはコロナ処理を行うことにより撥インク処理を行うことでできる。

隔壁パターンの幅は５〜２００μｍが好ましい。また、高さは１．０〜２．５μｍが好ましい。また、遮光剤を入れたブラックマトリックス基板とする場合、幅は５〜２００μｍが好ましい。また、高さは１．０〜２．０μｍが好ましい。

開口部の大きさは２，０００〜１５０，０００μｍ^２が好ましい。

また、経路内の径は１〜２０μｍが好ましい。この範囲であればインキが経路を通じて隣の開口部に移動することができ、レべリング効果を期待できる。
また、隔壁パターンが撥水性である場合、経路内の径は１〜５０μｍが好ましい。この範囲であればインキが経路を通じて隣の開口部に移動することができ、レべリング効果を期待できる。隔壁パターンがインクをはじくため、経路内の径は隔壁パターンが撥水性でない場合に比べ、遮光性に影響を与えない範囲内で広い方が好ましい。

本発明の着色パターンは、公知の着色材料からなるものが挙げられる。
例えば、樹脂バインダーと顔料または染料からなる色素を含む組成物からなるものである。→列挙

次に本発明のカラーフィルタの製造方法の一例について説明する。
カラーフィルタの製造方法は以下のような工程より構成される。
まず、基板上に撥インキ性を有する隔壁パターンを形成する。この隔壁パターンで整区画された領域がそれぞれの色（例えばＲＧＢ３原色）のインキを充填する各画素の開口部となる。なお、また、隔壁パターンは、フォトリソグラフィ法、印刷法、転写法等公知の製法で形成される。

そして、この隔壁パターンに、同色インキが充填される画素と隣接する箇所にインキ経路を設ける。このインキ経路を通して、充填されたインキが隣接画素に流動し、レベリングを行う。これにより、ノズル毎に吐出バラツキがあったとしても、色度バラツキとはならず、色ムラのないカラーフィルタを製造できる。

以下、フォトリソグラフィ法を用いて同色と隣接する隔壁パターンにインキ経路を作製する２つの例を説明するが、本発明はこれらの方法に限定されるものではない。

＜例１＞
図１及び図２は例１の工程を示している。
まず、透明基板２上に、ポジレジスト１を塗布、露光、現像し、インキ経路となる部分をパターニングする（図１（ａ））。次に、ネガレジスト３を塗布、露光、現像し、格子状の隔壁パターンを形成する。
次に、ガラス面（隔壁パターン形成面とは異なる面）から全面露光を行った後に、現像を行うこの時、全面露光されたポジレジスト１が溶解し、隔壁パターン４に穴部分が形成され、その穴がインキ経路５となる。最後に焼成する（図１（ｂ））。

＜例２＞
図２は例２の工程を示している。
まず、透明基板２上に、ネガレジスト３を塗布、露光、現像、焼成し、隔壁パターンを形成する。この時、インキ経路となる部分には、レジストが残らないようパターニングする。つまり、隔壁パターンに切れ目が入り、インキ経路５が形成される。（図２（ａ））。
次に、重ねてネガレジスト３を塗布、露光、現像、焼成し、格子状の隔壁パターン（つまり、インキ経路のないパターン）を形成する（図２（ｂ））。
その結果、隔壁パターン４に段差のついた部分が形成され、その段差がインキ経路５となる。最後に焼成を行う。

また、以上のようにして隔壁パターンを形成した後、この隔壁パターンで区画された開口部にインキを塗布し、カラーフィルタを完成する。
この工程は、例えば隔壁パターンの開口部にインキジェット法により複数の色要素を持つ着色インキを吐出した後、インキを硬化させることにより、着色パターンを形成し、カラーフィルタとする。
この際、着色インキには、着色顔料を含有した熱硬化性もしくは感光性樹脂が用いられる。また、溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性などが要求され、色素、樹脂との関係にて適宜選択される。

また、使用するインキジェット装置としては、インキ吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方式があり、特にピエゾ変換方式が好適である。
また、例えばインキの粒子化周波数は５〜１００ＫＨｚ程度、ノズル径としては５〜８０μｍ程度、ヘッドを３個配置し、１ヘッドにノズルを６０〜５００個組み込んだ装置が好適である。

以上のように作製されたカラーフィルタでは、格子状の隔壁パターンに、同色インキが充填される隣接した開口部を連通するインキ経路を形成したことにより、このインキ経路を通して、充填されたインキが隣接開口部に流動し、相互にレベリング作用を生じることから、ノズル毎に吐出バラツキがあったとしても、色ムラとならず、色度が均一なカラーフィルタを提供できる効果がある。

本発明の実施例によるカラーフィルタの製造工程の例を示す説明図である。 本発明の実施例によるカラーフィルタの製造工程の例を示す説明図である。

符号の説明

１……ポジレジストパターン、２……透明基板、３……ネガレジストパターン、４……
隔壁パターン、５……インキ経路。

Claims (11)

1. 透明基板上に格子状に形成された隔壁パターン及び前記隔壁パターンにて区画された開口部を有するパターン形成基板であって、
   隔壁パターンが、隔壁パターンを挟み隣接する２つの開口部を連通する経路を有する、
   ことを特徴とするパターン形成基板。
2. 前記隔壁パターンを挟み隣接する２つの開口部を連通する経路の幅が、隔壁パターンの幅以下であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成基板。
3. 前記隔壁パターンが遮光剤を含むことを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成基板。
4. 前記隔壁パターンが撥インキ性材料を含むことを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパターン形成基板。
5. 透明基板上に格子状に形成された隔壁パターン及び前記隔壁パターンにて区画された開口部に着色パターンを有するカラーフィルタであって、
   隔壁パターンが、隔壁パターンを挟み隣接する２つの開口部を連通する経路を有する、ことを特徴とするカラーフィルタ。
6. 前記連通する経路を有する隔壁パターンにより区画された２つの開口部の着色パターンが、それぞれ同色の着色パターンであることを特徴とする請求項４記載のカラーフィルタ。
7. 前記隔壁パターンが遮光剤を含むことを有することを特徴とする請求項５、６のいずれかに記載のカラーフィルタ。
8. 前記隔壁パターンが撥インキ性材料を含むことを有することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のカラーフィルタ。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載のカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置。
10. 透明基板上に格子状に形成された隔壁パターンを形成する工程、
    前記隔壁パターンにて区画された開口部にインキを充填し着色パターンを形成する工程、
    を有するカラーフィルタの製造方法であって、
    前記隔壁パターンが、隔壁パターンを挟み隣接する２つの開口部を連通する経路を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
11. 前記連通する経路を有する隔壁パターンにより区画された２つの開口部の着色パターンが、それぞれ同色の着色パターンであることを特徴とする請求項１０記載のカラーフィルタの製造方法。

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