JP3551643B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置の製造方法に係り、特に、液晶表示装置のカラーフィルタを形成するための着色レジスト塗布工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置のカラーフィルタを形成する場合には、図４に示すように、基板１００の表面上に複数の着色層、例えばレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の３色の着色層１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを所定の配列パターン（モザイク型、トライアングル型、ストライプ型等）で画素毎に配列するように形成している。ここで、各着色層の間の領域は、黒色の物質を堆積し、或いは上記着色層を複数積層して形成したブラックマトリクス層１０１ＢＭで遮光される。着色層１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ及びブラックマトリクス層１０１ＢＭの上に透明樹脂からなる保護膜１０２を被覆し、着色層を保護する。
【０００３】
次に、保護膜１０２の表面上における、上記着色層１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂに対応させた位置にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる透明電極１０３が形成される。これらの透明電極は、それぞれの領域内の液晶層に対し、図示しないもう一方の基板内面上に形成された対向電極とともに電界を印加するものであり、独立に制御可能に構成された各画素領域の画素電極を構成する。
【０００４】
上記のようなカラーフィルタの構造は上ＩＴＯ方式、或いはＩＯＣ（ＩＴＯ ｏｎ Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ） 方式と呼ばれる。このＩＯＣ方式によるカラーフィルタの製造方法においては、対角１０インチを越すような大型の液晶表示体を低コストで製造することは困難である。これは、最上層に形成する透明電極のパターン化に問題があるからである。
【０００５】
ＩＴＯからなる透明電極は一般的に塩酸と硝酸と純水との混合液を用いて液温約４０〜６０℃でエッチングされた後、水酸化カリウム或いは有機系アルカリ液等の剥離液を用いて液温約４０〜６０℃でレジストの剥離が行われ、パターニングされる。このため、着色層の上に形成された保護膜には十分な耐酸性並びに耐アルカリ性が要求される。さらに、前記保護膜を構成する材料には、透明度が全波長領域に対して９５％以上であること、並びに、耐熱性が２３０℃以上であることが要求される。保護膜に高い耐熱性が要求される理由は、ディスプレイが大型化するに従って透明電極の比抵抗を下げる必要があり、そのためには透明電極の成膜温度を約２３０℃以上の高温にする必要があるからである。このように、保護膜を形成する材料としては、耐酸性、耐アルカリ性、透明性及び耐熱性等の点で高い特性が要求されるので、これらの条件を備えた有機系材料を選択することはきわめて困難である。
【０００６】
また、ＩＯＣ方式のカラーフィルタにおいては、有機系高分子からなる保護膜の上に無機系のＩＴＯを被着することから、両者の熱膨張係数に相違があるために、ＩＴＯに電気的な断線等を発生させる危険性が高く、この点から歩留まりが低下するという問題点がある。
【０００７】
上記のようなＩＯＣ方式の問題点を解決するために、図５に示すような構造のカラーフィルタが提案されている。この方法は、基板１００の上にＩＴＯからなる透明電極１０３を形成し、これらの透明電極の上に着色層１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ及びブラックマトリクス層１０１ＢＭを形成して、最後に保護膜１０２で被覆するものである。この方法は下ＩＴＯ方式或いはＣＯＩ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ ｏｎ ＩＴＯ） 方式と呼ばれている。このＣＯＩ方式のカラーフィルタにおいては、カラーフィルタの製造前にＩＴＯからなる透明電極を形成しているために、上述のＩＴＯのパターニングにおける問題を考慮する必要がないとともに、保護膜とＩＴＯとの熱膨張係数の相違が問題にならないというメリットがある。
【０００８】
しかしながら、このＣＯＩ方式のカラーフィルタにおいては、透明電極と液晶層との間にカラーフィルタが介在するため、着色層が誘電体として作用する。このため、カラーフィルタの電気容量が液晶層の電気容量に対して無視できなくなり、液晶層に印加される駆動電圧の一部がカラーフィルタにかかることとなる。その結果、液晶層への実効電圧が低下してコントラストの悪化を招いたり、素子の閾値電圧の上昇やその立ち上がりの急峻さを損なうという問題点がある。
【０００９】
この問題点を低減するため、カラーフィルタをなるべく薄く形成して、容量分割による液晶層への印加電圧の低下を抑制する必要がある。カラーフィルタの着色層を形成する方法は、通常、着色レジストを基板上に塗布し、所定パターンのマスクによって露光し、必要部分のみを残して除去するといったフォトリソグラフィ技術による層形成工程を着色層の色数分繰り返すものである。この場合、着色層の厚さは、塗布時の厚さによって決定される。着色レジストの塗布はスピンコート法によって行われる場合もあるが、円形基板以外では隅部の厚さ制御が困難であり、インライン処理ができないという欠点があり、なにより、上述のように着色層の厚さを薄くしたい場合、スピンコート法では着色層を薄く成膜することは困難であるために好ましくない。
【００１０】
着色レジストを薄く形成できる可能性のある方法としてロールコータ法がある。この方法は、着色レジスト液をローラの周面に付着させた状態で基板面に転写するものである。この方法では、装置構成及び成膜条件に配慮することによって比較的薄い塗膜を均一に塗布することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の液晶表示装置の製造方法において、カラーフィルタの着色層を形成するためにロールコータ法を用いる場合、図３に示すコーティングローラ２１のローラ面２１ａに塗液である着色レジストを付着させ、この着色レジストをガラス基板３０に転写すると、ローラ面２１ａと着色レジストとの濡れ性が悪いことにより、着色レジストにハジキやスジが見られる場合がある。このハジキやスジは、ローラ面２１ａにおける着色レジストの付着量のばらつきを生じさせ、ガラス基板３０の表面３０ａに転写された着色レジスト層の膜厚のばらつきを発生させる。
【００１２】
また、着色レジストがローラ面２１ａに対しては支障無く付着していても、ガラス基板３０の表面３０ａに転写された後に、表面３０ａに対して着色レジストにハジキやスジが見られる場合があり、このような場合には、当該ハジキやスジの発生した部位の着色層に欠陥や厚さの大きなばらつきが発生し、液晶表示装置に色のばらつきや表示欠陥が生ずるという問題点がある。
【００１３】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、液晶表示装置の製造方法において、カラーフィルタを構成する着色層を形成するための着色レジストの塗布工程において、着色層を薄く形成することが可能であるとともに、ローラ面やガラス面に対するハジキやスジを抑制し、均一かつ欠陥のない着色層を形成する技術を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、コーティングローラに界面活性剤を含まない有機溶剤顔料分散カラーレジストからなる着色レジストを付着させて基板に着色層を形成する液晶表示装置の製造方法であって、前記コーティングローラに隣接して配置されたドクターローラにより、前記コーティングローラに付着した前記着色レジストの厚さを減じ、前記コーティングローラにより前記着色レジストを前記基板に付着させ、前記ドクターローラに付着した前記着色レジストをドクタースキージローラにより除去し、前記コーティングローラに対して前記ドクターローラとは反対側に配置されたスキージローラにより、前記コーティングローラに付着した前記着色レジストを除去する、ことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。この製造方法においては、図１に示すように、液晶表示装置を構成する２枚のガラス基板のうちの一方の基板１０の表面上に、ＩＴＯからなる透明電極１１を形成し、この透明電極１１の上に、それぞれ、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、及びブルー（Ｂ）の３色の着色層１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを形成し、各着色層の間にブラックマトリクス層１２ＢＭを形成する。そして、これらを透明な樹脂被膜からなる保護膜１３で被覆する。
【００２２】
着色層１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、それぞれ、対応する色調の顔料を含む着色レジストを基板１０上に塗布し、この着色レジストを所定形状のマスクを介して露光し、その後現像して所定の形状にパターニングを行うことによって形成される。３色の着色層を形成する場合には、上記の工程を、各色毎に３回繰り返して形成する。
【００２３】
次に、本実施形態において使用した着色レジストの塗布のためのロールコータ装置について図２を参照して説明する。このロールコータ装置２０は、回転可能に軸支されたコーティングローラ２１と、このコーティングローラ２１に隣接して配置されたドクターローラ２２と、ドクターローラ２２のローラ面に押し付けられるように配置されたドクタースキージローラ２３と、コーティングローラ２１のローラ面に対してドクターローラ２２とは反対側から押し付けられたスキージローラ２４とを備えている。
【００２４】
コーティングローラ２１はステンレス等の金属ローラが用いられ、好ましくはそのローラ面をハードクロムメッキ等により処理した硬度の高いものが使用される。ローラ面は基本的には平滑面がよいが、着色レジストの乗りを良くするために細い溝を形成し、その表面に、例えば銅メッキ処理を施したものでもよい。
【００２５】
本実施形態においては、ハードクロムメッキを施した鏡面のローラ面を備えた外径５０ｍｍのローラを用いた。スキージローラ２４は、コーティングローラ２１に対する長時間の接触にも耐えうるもので、しかもコーティングローラ２１のローラ面に損傷を与えない材質の表面を備えている必要があり、好ましくはステンレスローラの表面をシリコンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム等で被覆したものが使用される。
【００２６】
ドクターローラ２２はコーティングローラと同材質で構成でき、ドクタースキージローラ２３は上記スキージローラ２４と同材質で構成できる。コーティングローラ２１とドクターローラ２２とは、ローラ面の間隔ｄ１を調整可能に構成され、また、コーティングローラ２１に対するスキージローラ２４の押圧力、ドクターローラ２２に対するドクタースキージローラ２３の押圧力をそれぞれ調節できるように構成されている。
【００２７】
これらの各ローラの上方には、ガラス基板３０がガイドローラ３１，３２によって所定速度で搬送されるように構成された搬送機構が設けられており、ガラス基板３０の下側の表面３０ａとコーティングローラ２１のローラ面２１ａとの間隔ｄ２を調節できるように構成されている。
【００２８】
上記各ローラの下方には、着色レジストを溜めるレジスト槽２５が配置されており、このレジスト槽２５には、上記ドクターローラ２２、ドクタースキージローラ２３及びスキージローラ２４によって回収された着色レジストを排出するための図示しない回収室が設けられている。
【００２９】
レジスト槽２５は可動フレーム２６に支持されており、この可動フレーム２６は図示しない駆動機構により上下に移動可能に構成されている。レジスト槽２５の内部には着色レジストが収容され、その液面はコーティングローラ２１のローラ面の最下部が着色レジスト内に浸漬されるように制御されている。
【００３０】
このロールコータ装置２０においては、コーティングローラ２１が図示のように反時計回りに回転するとともに、ドクターローラ２２も反時計回りに回転し、これらのコーティングローラ２１とドクターローラ２２のローラ面にスキージローラ２４とドクタースキージローラ２３が押し付けられる。一方、図示しない搬送機構によりガラス基板３０は図示右側に一定速度で移送される。
【００３１】
コーティングローラ２１においては、レジスト槽２５内の着色レジストにローラ面２１ａが浸漬されていることによって、ローラ面２１ａに所定厚さの着色レジストが付着される。この付着された着色レジストは、ドクターローラ２２のローラ面によって間隔ｄ１に応じた厚さが残るように一部除去される。ドクターローラ２２のローラ面に付着した着色レジストは、一部がドクターローラ２２の回転とともにローラ面から離反するが、残りはドクタースキージローラ２３によってほぼ完全に除去される。
【００３２】
次に、ドクターローラ２２によって厚さの減じられたコーティングローラ２１のローラ面２１ａ上の着色レジストは、ガラス基板３０の下側の表面３０ａに接触することによってその少なくとも一部がガラス基板３０の表面３０ａ上に転写される。このガラス基板３０への転写後には、コーティングローラ２１のローラ面２１ａにはわずかな量の着色レジストが残っているが、スキージローラ２４によってほぼ完全に除去される。
【００３３】
本実施形態においては、上記間隔ｄ１を１５０μｍ、間隔ｄ２を１０μｍとし、コーティングローラの回転数はガラス基板３０に塗布する膜厚によって、周速が５〜１０ｍｍ／ｓｅｃの範囲内になるように調節した。また、ドクターローラ２２の回転数は周速５ｍｍ／ｓｅｃになるように調節した。なお、ガラス基板３０の移送速度は１９．３ｍｍ／ｓｅｃである。
【００３４】
本実施形態においては、着色レジストとして、有機溶剤分散型カラーレジストを用いる。この有機溶剤分散型カラーレジストは、一般に有機溶剤に溶かした透明感光性樹脂に顔料などの着色材を均一に分散させたものであり、これにさらに重合開始剤や界面活性剤等を添加したものである。
【００３５】
本実施形態において使用した有機溶剤分散型カラーレジストの概略組成を以下に記載する。以下の３色の着色レジストにおいては、いずれも常温の粘度が７センチポアズになるように調整されている。
【００３６】

上記着色レジストにおいては、従来、一般には界面活性剤（フッ素系）としてフルオロ脂肪基（パーフルオロアルケニル基、ペルフルオロアルキル基、ペルフルオロヘキル基等）を分子内に有する界面活性剤が添加されている。界面活性剤の量は、樹脂、顔料、溶媒等の材質によって適宜調整されているが、例えば１ｗｔ％以下である。この界面活性剤は、着色レジストの広がりを円滑にする（レジストの拡張性を確保する）とともに、各種表面への濡れ性を向上させるための成分であり、特にスピンコーティング法によってレジスト塗布を行う場合に必要とされる成分である。上記着色レジストと同組成の標準品においては、トロイキッド（商標名）という界面活性剤を１ｗｔ％以下の量添加している。
【００３７】
しかしながら、この界面活性剤を含む着色レジストを使用すると、逆に、上述のように転写したガラス基板３０の表面において着色レジストのハジキやスジが発生し、この発生部位においては形成されたカラーフィルタの着色層の均一性に劣ることが判明した。また、この原因について発明者らが検討している過程にて、コーティングローラ２１に付着させた状態においては、コーティングローラ２１が連続回転し、着色レジストが連続的に供給されているために認識されることはなかったが、コーティングローラの回転を停止してしばらく放置すると、そのローラ面においても着色レジストのハジキやスジが発生していることが判明した。特にローラ面に付着させる着色レジストの厚さを薄くして、ガラス基板３０に薄いレジスト層を形成しようとすると、ローラ面においてもハジキやスジが見られ易くなり、コーティングローラ２１の回転を止めるとすぐにハジキやスジが発生するようになる。この場合にはガラス基板３０に形成された着色層の厚さのばらつきも大きく、形成不良も発生した。
【００３８】
このことによって、上記着色層の不均一性や欠陥の発生の原因は、ガラス基板３０の表面に対する着色レジストの濡れ性と、コーティングローラ２１のローラ面に対する着色レジストの濡れ性によるものであると考え、本願発明者らは着色レジストの組成について鋭意考察及び試験を行った。その結果、着色レジストから上記界面活性剤を除去し、界面活性剤を無添加として調製したものを使用することによって、意外なことにローラ面やガラス面に対する濡れ性が向上することが判明した。
【００３９】
界面活性剤を無添加とした結果、この着色レジストにおいては、コーティングローラ２１のローラ面と、ガラス基板３０の表面の双方に対して良好な濡れ性を示し、いずれに対してもハジキやスジの発生は見られなかった。また、ガラス基板３０に形成された着色層について検査を行った結果、厚さの均一性も従来よりも大幅に優れていた。さらに、コーティングローラ２１のローラ面に付着させる着色レジストの厚さを従来よりも薄くしてもハジキやスジ等が見られなくなった。例えば、本実施形態では、着色層の厚さを０．４〜１．０μｍときわめて薄くしても特に支障は生じなかった。その結果、従来よりも均一な着色層を薄く形成することが可能になるとともに、製品の不良や表示のばらつきも低減されるようになった。
【００４０】
本発明は、従来から使用されていた着色レジストから界面活性剤を除去することによって、コーティングローラのローラ面と基板面の双方に対する濡れ性が改善され、着色層の均一化及び薄膜化を可能にすることができるものであるため、上記実施形態におけるロールコータ装置の種類や液晶層の種類等に限定されることなく、広くカラーフィルタを有する液晶表示装置に適用できるものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば以下の効果を奏する。
【００４２】
着色レジスト液を界面活性剤を含まない有機溶剤顔料分散型カラーレジストとすることによって、基板上に均一かつ欠陥のない着色層を薄く形成することが可能である。
【００４３】
また、基板上に均一かつ欠陥のない着色層を薄く形成できることから、ＣＯＩ方式であっても液晶層に印加される駆動電圧にもたらされるカラーフィルタの影響を抑えることができる。
【００４４】
着色層の形成に界面活性剤を含まない有機溶剤顔料分散型カラーレジストを用いることにより、基板やローラ面に対する着色レジストの濡れ性が改善され、着色レジストの厚さのばらつきや形成不良等の発生を抑制することができ、均一な着色層を形成することができる。
また、上記ローラ面を平滑な金属面とすることによって、さらにローラ面に対する着色レジストの濡れ性は良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態によって形成されたカラーフィルタの構造を示す概略縦断面図である。
【図２】同実施形態において使用したロールコータ装置の構造を示す概略構成断面図である。
【図３】コーティングローラ及びガラス基板の平面構成を示す説明図である。
【図４】従来のカラーフィルタの構造を示す概略断面図である。
【図５】従来の別のカラーフィルタの構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ 着色層
２１ コーティングローラ
２１ａ ローラ面
３０ ガラス基板
３０ａ 表面

Claims (1)

1. コーティングローラに界面活性剤を含まない有機溶剤顔料分散カラーレジストからなる着色レジストを付着させて基板に着色層を形成する液晶表示装置の製造方法であって、
   前記コーティングローラに隣接して配置されたドクターローラにより、前記コーティングローラに付着した前記着色レジストの厚さを減じ、
   前記コーティングローラにより前記着色レジストを前記基板に付着させ、
   前記ドクターローラに付着した前記着色レジストをドクタースキージローラにより除去し、
   前記コーティングローラに対して前記ドクターローラとは反対側に配置されたスキージローラにより、前記コーティングローラに付着した前記着色レジストを除去する、
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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