JP4682475B2 - 表示装置用カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー液晶ディスプレイ等の表示装置用カラーフィルタ、特にインクジェット方式を用いて製造された表示装置用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置用カラーフィルタ（以下ＣＦと称す）の製造方法として、従来より顔料分散法、染色法、印刷法、電着法等各種の方法が実現されており、とりわけ顔料分散法は高品質のＣＦの大量生産方法として最も多用されている。
顔料分散法は遮光性のブラックマトリックスパターン（以下ＢＭパターンと称す）をクロム等の金属または金属と金属酸化物の積層薄膜をフォトエッチングプロセスによってパターン形成した後、その開口部に赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の色選択を必要に応じて行うための各色パターンをフォトリソプロセスによってパターン形成するものが最も一般的である。
【０００３】
近年、カラー液晶ディスプレイ等の平面表示装置の需要が増加しており、更なる普及を目指してコスト削減が強く望まれている。特に、主要部品となるＣＦについては新たな構造、工程による低コストの製造方法が求められている。
低コストのＣＦとして提案されている一つの方法は、遮光性のＢＭパターンを感光性の樹脂材料で形成することにより、クロム等の金属または金属と金属酸化物の積層薄膜を不要とするものである。
【０００４】
しかしながら、工程の主要な部分を占める赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の着色層の形成において、色材塗布、露光、現像、熱硬化の一連の工程を各色毎に繰り返すことは低コスト化の大きな障害になっていた。
しかも設備とその設置スペース、水、色材等の資源の消費においても近年の基板サイズの大型化に伴ってますます大きな負担が加わるようになった。
【０００５】
これらの問題を解決する低コストのＣＦの製造方法として、特開昭５９−７５２０５号公報には着色層をインクジェット法で形成することが提案されている。
インクジェット法で着色層を形成する場合の着色液滴径は数十μｍ程度であり、ＣＦの画素との関係は、着色液滴径の数十μｍ程度に対しＣＦの一画素の大きさは短辺数十μｍ、長辺数百μｍ程度である。
【０００６】
このため、あらかじめ、基板上に遮光性のＢＭパターンをインクジェット法で飛来する着色液滴の堰の役割を果たす凸部として形成しておき、画素の区画内に特定の色の着色液滴を広げることにより、均一な着色層が形成された画素を得ることができる。
【０００７】
このインクジェット法では、インクジェット法で使用されるインクの性質は適用するインクジェットヘッドの種類により異なるが、一般に粘度は数十ｍＰａ．ｓ以下であり、それに伴って、固形分比や着色顔料成分比の制約も発生する。
一方、ＣＦとして要求される特性である膜厚と色特性（分光透過率特性）を満足させるためには、熱硬化処理前の着色層の厚さを着色液滴の堰の役割を兼ねたＢＭパターンの厚さより厚くすることも必要になる。
このため着色液滴が画素内の基板表面には濡れやすいが、堰の役割を兼ねたＢＭパターン表面には濡れにくいようにすることによって、熱硬化処理前に堰を越えることなく高く盛り上げる工夫をしてみた。
【０００８】
しかし、ＢＭパターン表面を着色液滴が濡れにくくするには、ＢＭパターン表面のみを選択的に撥インク性をもたせるための特別な処理が必要となる。
これは、ＣＦの製造工程を複雑にする結果になり、ＢＭパターンの堰構造の中にインクジェット法で各色の着色液滴を射出して画素を形成するという本来の短縮工程の良さが失われることになる。このため、製造工程を複雑にすることなくＢＭパターン表面のみを着色液滴が濡れにくくする方法が望まれていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記要望を適えるためになされたものであり、形成されたＢＭパターン表面のみを選択的に撥インク性をもたせるために、ＢＭパターン表面に特別な処理を行うことなく、即ち、ＣＦの製造工程を複雑にすることなく、ＢＭパターン表面を着色液滴が濡れにくくし、画素内に均一に平坦な着色層が形成された表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に画素を分割する遮光性のブラックマトリックスパターンが形成され、次いで各画素内に複数色の着色層が形成された表示装置用カラーフィルタにおいて、ブラックマトリックスパターンが樹脂を材料とし転写プロセスにより形成されたブラックマトリックスパターンであって、各画素内に形成された複数色の着色層がインクジェット法により形成され、複数色の着色層の形成後にブラックマトリックスパターン及び複数色の着色層が一括して熱硬化処理されたことを特徴とする表示装置用カラーフィルタである。
【００１１】
また、本発明は、上記発明による表示装置用カラーフィルタにおいて、前記複数色の着色層の熱硬化処理後の高さが、ブラックマトリックスパターンの熱硬化処理後の高さとほぼ同一であることを特徴とする表示装置用カラーフィルタである。
【００１２】
また、本発明は、上記発明による表示装置用カラーフィルタにおいて、前記複数色の着色層の形成に使用されるインクが、色素として顔料を用い、主としてＵＶ光又は電子線（ＥＢ）により硬化されるインクであることを特徴とする表示装置用カラーフィルタである。
【００１３】
また、本発明は、上記発明による表示装置用カラーフィルタにおいて、前記転写プロセスがレーザー描画タイプの熱転写方式であることを特徴とする表示装置用カラーフィルタである。
【００１４】
また、本発明は、上記発明による表示装置用カラーフィルタにおいて、前記転写プロセスに用いる転写用媒体として、転写フィルムに塗布される遮光材層の下にあらかじめ撥インク材層を塗布形成した転写用媒体を用いることを特徴とする表示装置用カラーフィルタである。
【００１５】
また、本発明は、上記発明による表示装置用カラーフィルタにおいて、前記基板がフレキシブルなフィルムであることを特徴とする表示装置用カラーフィルタである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による表示装置用カラーフィルタを、その一実施形態に基づいて説明する。
本発明による表示装置用カラーフィルタは、あらかじめ、基板上に画素を分割する区画部としての遮光性と、画素内で着色液滴の堰としての機能を兼ね備えるＢＭパターンを樹脂を材料とする転写プロセスにより形成し、各画素内に赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）等の着色液滴を選択的にインクジェット法で射出埋め込み、全ての画素を各着色液滴で塗り分けた後に、基板全体を熱硬化処理することにより製造される。
【００１７】
図１（イ）、（ロ）は、本発明によるＣＦの熱硬化処理前と熱硬化処理後を模式的に示す断面図である。（イ）は、樹脂を材料としたＢＭパターンを堰として各画素内に赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）等の着色液滴を選択的にインクジェット法で射出埋め込んだ直後の状態（熱硬化処理前）を示す。
（ロ）は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）等の全着色層の形成後に熱硬化処理を施して、ＢＭパターン、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）等の各着色層の高さをほぼ同じに揃えた状態を示す。
ここで、（イ）から（ロ）への膜厚変化は第一次近似で、各色インクの固形分比に比例する膜厚まで減少する。従って、熱硬化処理前の状態（イ）におけるＢＭパターンを含めた各色の膜厚は減少分を見込んだ膜厚を形成する必要がある。
ＢＭパターン（２ａ）は、遮光層（２ａ’）と撥インク層（２ａ’’）とで構成されている。
【００１８】
インクジェット法により、図１（イ）の状態を作るにあたり、熱硬化処理前の着色層の厚さを着色液滴の堰の役割を兼ねたＢＭパターン（２ａ）の厚さより厚くすることも必要になる。このため着色液滴が画素内の基板表面には濡れやすいが、堰の役割を兼ねたＢＭパターン（２ａ）表面には濡れにくいようにすることによって、熱硬化処理前に堰を越えることなく高く盛り上げることができる。
本発明におけるＣＦのＢＭパターン（２ａ）は、遮光層（２ａ’）と撥インク層（２ａ’’）とで構成され、撥インク層（２ａ’’）を上層としてあるので、着色液滴がＢＭパターン（２ａ）上に這い上がること無く、従って隣り合う異なる色の着色層同士が混じり合うことが無くなる。
【００１９】
図２は、図１に示す撥インク層（２ａ’’）を上層として有するＢＭパターン（２ａ）を基板（１）上に形成する手段として用いる、レーザー描画タイプの熱転写方式の転写用媒体の説明図である。
図２（イ）は、撥インク層を必要としない一般的な場合の転写用媒体の断面構造を模式的に表したものである。この転写用媒体を用いて基板上にレーザー描画熱転写する場合、基板上に遮光材層（４０）の面で密着された転写用媒体の支持体フィルム（１０）の側から描画のためのレーザー光を選択的に照射し、光／熱吸収層（２０）の加熱された領域の局部的な温度上昇により、分解等の物質変化の作用で剥離層（３０）を介して遮光材層（４０）の該当領域のみを基板側に転写する。
【００２０】
図２（ロ）は、撥インク層（２ａ’’）を設ける場合の転写用媒体の断面構造を模式的に表したものである。剥離層（３０）と遮光材層（４０）との間に撥インク層（４１）をあらかじめ形成した転写用媒体を用意しておき、上記と同様の手段でレーザー描画熱転写すると、選択照射された領域の遮光材層（４０）と撥インク材層（４１）とが同時に基板側に転写し、図１（イ）の遮光層（２ａ’）と撥インク層（２ａ’’）を形成する。
【００２１】
撥インク層（２ａ’’）を構成する材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂やシリコンゴム等を含むものがあるが、各色の着色層の構成材料により最適化すれば良い。
【００２２】
インクジェット法で使用されるインクのタイプは種々あるが、着色物質としては顔料を用いる方がＣＦの形成に適している。その理由は、第１に最終製品として顔料の方が染料より耐熱性に優れていることである。第２に色特性の面で近年の材料開発の成果により、顔料が染料に劣らなくなったこと、むしろインクジェット法では現行の顔料分散法とは異なり露光／現像特性を要求されないため、材料選択の自由度が増すことが挙げられる。第３に染料を受容層に染み込ませる場合とは異なり、顔料を用いたインクを直接ＢＭパターンの堰構造内部に満たす方式の方が製造工程が短縮される。
【００２３】
さらに、インクはＵＶ光による硬化タイプであることが望ましい。これは図１を用いて説明したとおり、最終的に加熱硬化処理を施して信頼性の高いＣＦを得る場合に膜厚の減少割合が小さいことが求められるためである。即ち、膜厚減少が大きいタイプでは堰を形成するＢＭパターンに対して相対的に厚くインクを盛る必要が生じ、安定な生産を損なう恐れがある。
また、他の理由からもＵＶ硬化タイプのインクが望ましい。即ち、各着色層は専用のヘッドからインクを射出するが、生産性からも品質保証面からも各色はできるだけ時間を空けないで形成したい。しかるに堰を形成するＢＭパターンからある程度の高さに盛り上がる色層が硬化不充分な状態で接近して存在することは、撥インク性であっても品質トラブルの原因になる。ＵＶ硬化性を有するインクであれば、短時間のＵＶ光照射により乾燥硬化がある程度進み、他の色との接近を恐れる必要が無くなる。
尚、上記と同様の理由により、電子線（ＥＢ）硬化タイプのインクを用いることも容易に考えられる。
【００２４】
さらに、ＣＦの基板としては、透明性と剛性を兼ね備えたガラス基板を用いることが多いが、平面表示装置の求められる特性により、金属等の非透明性基板であっても、またプラスチック等の柔軟な基板であっても適用できる。特に、基板がフレキシブルなフィルム状のものであれば、製造工程の全体にわたって、ロールフィルムの巻き取り方式を適用できる。転写プロセスを前提とする本発明においては特にフィルム状の形態を適用することが生産性を高める上で最適となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、ブラックマトリックスパターンが樹脂を材料とし転写プロセスにより形成されたブラックマトリックスパターンであって、各画素内に形成された複数色の着色層がインクジェット法により形成され、複数色の着色層の形成後にブラックマトリックスパターン及び複数色の着色層が一括して熱硬化処理された表示装置用カラーフィルタであるので、ＢＭパターン表面に特別な処理を行うことなく、ＢＭパターン表面を着色液滴が濡れにくくし、画素内に均一に平坦な着色層が形成された表示装置用カラーフィルタとなる。
これにより、インクジェット法が本来持っている種々の利点、即ち、フォトマスクが不要、工程短縮されるドライプロセスであること、設備の設置スペースも大幅に削減されること、色材や水の資源節約が実現するばかりでなく、熱処理を各色一括で行うことによる更なる工程短縮と省エネルギーが達成される。しかも、高品質のＣＦが得られ、また、ＵＶ又はＥＢ硬化タイプの顔料インクを使うことにより、色特性が良好で連続して色形成できる生産性の高いＣＦとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は、ＢＭパターンを堰として着色液滴をインクジェット法で射出埋め込んだ直後の状態（熱硬化処理前）を模式的に示す断面図である。
（ロ）は、全着色層の形成後に熱硬化処理を施して、ＢＭパターン及び各着色層の高さをほぼ同じに揃えた状態を模式的に示す断面図である。
【図２】（イ）は、撥インク層を必要としない一般的な場合の転写用媒体の断面構造を模式的に表したものである。
（ロ）は、撥インク層を設ける場合の転写用媒体の断面構造を模式的に表したものである。
【符号の説明】
１…基板
２ａ…熱硬化処理前のＢＭパターン
２ａ’…遮光層
２ａ’’…撥インク層
２ｂ…熱硬化処理後のＢＭパターン
３ａ…熱硬化処理前の着色層
３ｂ…熱硬化処理後の着色層
１０…支持体フィルム
２０…光／熱吸収層
３０…剥離層
４０…遮光材層
４１…撥インク層

Claims (4)

1. 基板上に画素を分割する遮光性のブラックマトリックスパターンを形成し、次いで各画素内に複数色の着色層を形成する表示装置用カラーフィルタの製造方法において、
   ブラックマトリックスパターンの形成工程が、樹脂を材料とし転写プロセスによりブラックマトリックスパターンを形成する工程であり、
   複数色の前記着色層を形成する工程が、色素として顔料を用い、主としてＵＶ光又は電子線（ＥＢ）により硬化されるインクを使用して、インクジェット法により、ブラックマトリックスパターンの厚さより厚く印刷した後、ブラックマトリックスパターン及び複数色の着色層を一括して熱硬化処理して、前記複数色の着色層の熱硬化処理後の高さをブラックマトリックスパターンの熱硬化処理後の高さとほぼ同一とする工程であることを特徴とする、
   表示装置用カラーフィルタの製造方法。
2. 前記転写プロセスがレーザー描画タイプの熱転写方式であることを特徴とする請求項１記載の表示装置用カラーフィルタの製造方法。
3. 前記転写プロセスに用いる転写用媒体として、転写フィルムに塗布される遮光材層の下にあらかじめ撥インク材層を塗布形成した転写用媒体を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置用カラーフィルタの製造方法。
4. 前記基板がフレキシブルなフィルムであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の表示装置用カラーフィルタの製造方法。

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