JP5668439B2 - カラーフィルタ基板の欠陥修正方法及びカラーフィルタ基板 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に使用するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法、特には、その一括修正技術に関する。

液晶表示装置は、通常、カラーフィルタと電極が形成されているカラーフィルタ基板と、薄膜トランジスタや複数の走査電極などを備える電極基板とを対向させて配置し、対抗基板間隙に液晶が狭持された構造である。カラーフィルタ基板には、例えば、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、赤、青、緑色の着色画素、オーバーコート層、透明電極等、複数の機能層が形成されている。近年では、より高品位の液晶表示装置として、透明電極上にフォトスペーサを用いたセル構造とし、且つ、配向制御用突起を設け、配向分割垂直配向型とするものが主流となっている。

ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、オーバーコート層、透明導電層、突起等を順次に形成していくが、それぞれの機能層を形成し終わった都度、欠陥検査を行い欠陥が検知されると、できるだけ当該部位を修正することで良品とし、不良品が見過ごされて引き続き加工されるのを防ぎ資源のムダの排除と生産性の向上を図っている。

透明導電層が形成されるまでの中間工程にて欠陥が確認された場合の欠陥修正技術として、欠陥部位をレーザーで局所的に除去整形した後、修正用インキを塗布して硬化させることにより、良品とするカラーフィルタ基板の修正方法がある。

欠陥部分へ修正用インキを塗布する具体的手段には、塗布針方式、ディスペンス方式、インクジェット方式などがある(特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照)。また、着色画素以外を対象とした修正方法として、透明導電層上に発生した異物欠陥をレーザーで除去する方法が特許文献４に記載されている。

特許文献５には、導電性のある固体を含む修正用インキを透明導電層の欠損部位に塗布して修正する技術が開示されている。透明導電層形成後に、欠陥部位を着色した下地層ごと除去し、最初に対応する着色を呈するインクを塗布し、次に固形の導電性材を溶剤中に分散させた導電性インクを塗布し、逐次的に修正していく技術は特許文献６に開示されている。

特許第３３８１９１１号 特開２００６−１４５７８６号公報 特開２００６−０３０２８３号公報 特開２００７−３３３９７２号公報 特許第４３１３５５０号 特開２００８−２８１６９６号公報

しかしながら、上記の修正方法は、全て下層の着色層を修正した後に上層の透明導電層層へと下層側から逐次的に修正を繰り返すものであって、以下の問題点がある。

修正用インキの塗布、乾燥又は露光のプロセスを機能層の数だけ繰り返す必要がある。その結果、欠陥修正に要する時間が増大することで、時間当たりの欠陥処理数が減少し生産性が低下するという問題がある。

さらに、本来は修正を必要としない欠陥周辺部分の正常部分にも、過剰な熱や光が照射されることで、隣接する着色層の変色や表面状態の変化などの異変が生じ、欠陥修正部位を含むカラーフィルタ基板が液晶ディスプレイに組み込まれたときに、修正部分周辺が表示不良となってしまうという問題がある。修正部分の耐性をカラーフィルタに必要とされている耐性まで高めようとすると、こうしたことが往々にして起こりえる。

一方、実際に欠陥修正がなされた部分自体については、着色インキの硬化のために必要な所定の熱や光が照射されず硬化不足が生じるとか、あるいは修正層間の相性によって、着色修正層と透明導電層修正層の間に十分な密着性が得られないことにより、着色修正層と透明導電層の修正層の界面で剥離が発生するという問題がある。透明導電層が着色修正層から剥離すると、修正部分の導電性が失われるため、カラーフィルタが液晶ディスプレイに組み込まれたときに、修正部分が表示不良となってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、少なくとも、着色層に透明導電層が積層された形態のカラーフィルタ基板において、透明導電層の形成が終えた後に検出された欠陥に対し欠陥修復処理を施しても、所定の着色状態を呈し、透明導電層修正層が下地からの剥離がなく、且つ修復に要する時間が短いカラーフィルタ基板の修正方法を提供することである。

本発明になる請求項１に記載の発明は、少なくとも、着色画素を構成する着色層と透明導電層がこの順に積層されたカラーフィルタ基板の欠陥修正方法であって、透明導電層を形成した後に、
欠陥部位を含む前記着色層と透明導電層の積層部分を一括して除去し、その後、導電性固体を含む当該着色層の色に着色された修正液を塗布し、該修正液を硬化させることを特徴とするカラーフィルタ基板の欠陥修正方法である。

レーザーで形成した開口凹部に導電性を備える着色インキを塗布・滴下してから硬化することで、欠陥部分の修復を一度の工程で行うものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の修正方法で欠陥を修正したことを特徴とするカラーフィルタ基板としたものである。

本発明によれば、欠陥であった部位に対し同時に着色と導電性の付与が行われる結果、欠陥周辺の正常部分への熱及び光の影響も１度に限られので、与えるダメージが少なく、修正に要する時間も短縮される。着色画素自体が導電性を有するものとなっているので、被修正部分の透明導電層が下地から剥離するということが少ない。

従来の積層形式では、透明導電層の代替となる修正用インキは、硬化させたときに透明であることが求められ、修正インキに含有させる「導電性のある固体」は、光屈折の影響を受けない程度(たとえば１０〜５０ｎｍ程度)まで粒子径を小さくする必要があり、小さくした粒子を修正用インキ中で凝固させないための工夫も必要であった。しかし、本発明では、下地の着色画素と同一色に着色された導電性着色インキを修正に用いるだけなので、導電性材料の選択肢が増え、安価な材料で着色した導電性修正用インキを作製することができる。

本発明になるカラーフィルタ基板を使用した液晶表示装置は、着色画素の変質や透明導電層の剥離や浮きが少ないので表示品質が優れるという効果を奏する。

（ａ）〜（ｃ）は欠陥検知から修正までの工程を模式的に説明する正面視の図とＡＡ’における断面視の図である。

本発明は、透明導電層を形成した後に欠陥検査装置により検知された欠陥２を（図１（ａ）〜（ｃ）を参照のこと）、当該欠陥２が着色画素１、１’、１’’の形成工程で発生したものであれ、透明導電層６形成時に発生したものであれ、当該欠陥部位を含む着色画素１’と透明導電層６の積層部分を一括してレーザー照射で除去し開口部７を形成することは従来技術とかわりがない。

もちろん、透明導電層６を形成し更にその上層に、フォトスペーサ、配向制御用突起等が形成された後でも適用できるのは言うまでもない。但し、下地層から最上層まで一括してレーザー除去はできるが、一括して同時に形成するのは、着色画素１、１’、１’’から導電層６までである。その後にフォトスペーサ、配向制御用突起等は必要に応じて順次形成されることになる。

従来技術は、一括してレーザー除去した後の修復工程が、下層の着色画素を復元してから上層の導電層の復元へと段階的に進むのに対し、本発明は、着色画素形成と導電性の付与を同時に遂行するものである。すなわち、下地の着色画素の種類（通常は、赤、緑、青の３種類）と同じ数だけの着色した導電性インクを用意しておいて、レーザー除去により形成された開口部７に、開口部周囲と同じ色の導電性インク８を塗布・滴下するものである（図１（ｃ））。

着色性導電インキ８の塗布は、欠陥修正装置を使用して行うが、インキの塗布方法としては、インクジェット方式、塗布針方式、マイクロディスペンス方式、マニピュレータの金属プローブ方式の中から選択して使用する。しかしながら、マイクロディスペンサによる塗布では、先端での目詰まり、インクジェットでは修正箇所に対するインク着弾精度の問題があるため、塗布針方式もしくはマイクロマニュピレータの金属プルーブかガラス管を使ったインク転写方式が好ましい。

修正用インキは、導電性の固体を１０〜１５重量％程度含有させた着色インキが望ましい。具体的には、ＩＴＯ等の金属酸化物微粒子を分散した溶液を上記の感光性着色組成物に混合して作成した。金属酸化物微粒子溶液は、金属微粒子の固形分が１５重量％、ポリエチレングリコールジアクリレート樹脂分３０重量％、シクロヘキサノン溶剤が５０重量％である。

金属微粒子は、ナノ粒子であり、特に径が１０〜５０ｎｍ程度であることが望ましい。また、粒度分布が狭く、かつ分散が安定していることが望ましい。本実施例では、３０ｎｍの単分散粒子を使用した。粒度分布が制御されると、粒子間の接触抵抗が低減され、分散性がよいと、微粒子の接触面積が増大し低抵抗化が図れる。
また導電性材料は固体に限らず、ＰＰｙ（ポリピロール）ＰＡＮＩ（ポリアニリン）、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等の高分子導電体を使用することも可能である。

レーザー除去された凹状開口部７に修正用インキ８を所定の厚みに塗布した後、該修正用インキを硬化させる。硬化の仕方は、修正用インキの組成により異なるが、ハロゲンス
ポットヒータ、温風ヒータ、ＵＶ照射等適宜選択して使用することができる。

［着色材料及び修正用インクの作製］
着色画素の形成に用いる感光性組成物を着色する着色剤には以下のものを使用した。
・黒色用顔料：チタンブラック（三菱マテリアル電子化成製）
・赤色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ-ＣＦ」）およびＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ
１７７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド Ａ２Ｂ」）・緑色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６（東洋インキ製造製「リオノールグリーン ６ＹＫ」）、およびＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Ｙ-５６８８」）
・青色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５（東洋インキ製造製「リオノールブルーＥＳ」）Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット５８９０」）

上記の顔料を用いて下記の、黒色・赤色・緑色・青色の感光性着色組成物を作製した。

・黒色着色組成物
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルターで濾過して黒色顔料の分散体を作製した。黒色顔料： チタンブラック 製品名１２Ｓ ７重量％
ジシクロペンテニルアクリレート（東洋ケミカルズ製） １０重量％
シクロヘキサノン（住友化学製） ６５重量％
トリプロピレングリコールメチルエーテル（ダイセル化学工業製） １５重量％
光開始剤 ２重量％
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） １重量％

・赤色着色組成物
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルターで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。

赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４ １８重量部
赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７ ２重量部
アクリルワニス（固形分２０％） １０８重量部

その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルターで濾過して赤色着色組成物を得た。

上記分散体 １５０重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １３重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤 ３重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） １重量部
シクロヘキサノン ２５３重量部

・緑色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で作製した。
緑色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６ １６重量部
黄色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１５０ ８重量部
アクリルワニス（固形分２０％） １０２重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １４重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤 ４重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２重量部
シクロヘキサノン ２５７重量部

・青色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で作製した。
青色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５ ５０重量部
紫色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３ ２重量部
分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」） ６重量部
アクリルワニス（固形分２０％） ２００重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １９重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤 ４重量部
チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２重量部
シクロヘキサノン ２１４重量部

［固体導電層を含有する修正用着色インクの作製］
上記の各着色樹脂組成物に、溶剤と導電性固体のインジウム−スズ系酸化物１５重量％を混合して、導電性を有する着色した修正用インキ組成物を得た。

［カラーフィルタ基板の製造］
先ず、先述した感光性着色材料を用いてガラス基板１上に、順次、ブラックマトリックス４と着色画素１、１’、１’’を形成した。

［着色画素の形成］
ガラス基板１に、赤色着色材料をスピンコートにより仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布した。９０℃５分間乾燥の後、着色層形成用のストライプ状フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像して、線幅９０μｍのストライプ形状の赤色着色層を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。

次に、緑色着色材料も同様にスピンコートにより仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布した。９０℃５分間乾燥した後、前述の赤色着色層と隣接した位置にパターンが形成されるようにフォトマスクを通して露光し現像することで、緑色着色層を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。さらに、赤色、緑色と全く同様にして、青色着色材料についても仕上り膜厚が１．８μｍで赤色、緑色の着色層と隣接した青色着色層を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。これで、図１（ａ）に示すように、透明基板５上にストライプ状の赤色着色画素1、緑色着色画素１’、青色着色画素１’’を持つカラーフィルタ基板５が得られた。

なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。

炭酸ナトリウム １．５重量％
炭酸水素ナトリウム ０．５重量％
陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ） ８．０重量％
水 ９０重量％

「透明導電層の形成」
透明導電層６の材料としては、導電性および透明性が両立していれば特に制限はないが、一般的なインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウム亜鉛酸化物を好適に用いることができ、膜厚は１００ｎｍ〜２００ｎｍである。
本実施例では、前記着色画素上にスパッタ法で、１５０ｎｍのＩＴＯ膜を透明導電層６として製膜した。

透明導電層６を形成した後、欠陥検査装置を用いて欠陥の有無を調べた。検知される欠陥にはピンホール、白欠陥、黒欠陥等、大きさや形状は様々であるが、黒欠陥を修正する具体例を説明する。

欠陥検査装置にて検知された欠陥２については、当該欠陥の座標と形状に関わる情報が欠陥修正装置へ転送される。欠陥修正装置は、この情報に基づいてカラーフィルタ基板５上の欠陥を修復する。修正対象となった欠陥２は、緑色着色画素１’形成時に異物３が巻き込まれて突起状になった部分にＩＴＯが積層されてφ３０μｍで凸状に突出したものである。

φ３０μｍ程度の黒欠陥２部分は、レーザー照射により強制的に対角が４０μｍの４画形状に下層の着色画素ごと除去されて、開口部７が形成される（図２（ｂ）参照）。ブラックマトリックス４、着色画素１、１’、１’’、ＩＴＯの形成に由来する黒欠陥、白欠陥、ピンホールもレーザー照射により積層された層を全て除去すれば開口部７が形成される。

レーザーは、ＹＡＧレーザーの第３高調波（３５５ｎｍ）を、出力が３００ｍＪ／ｃｍ^２となるように調整して使用した。特に、このタイプに限定されないが、着色画素等が除去されガラス基板５が露呈する程度のエネルギーを持つレーザーであればよい。

次に、除去された着色層を再形成するための修正用インキ８を塗布針で塗布して、赤外スポットヒータ（インフリッジ工業製ＬＣＢ−５０）で、１２０秒間乾燥処理を施した。この時、修正箇所周辺の温度は２００℃を６０秒間維持した。

また、熱硬化以外に紫外線スポットヒータを使用した塗膜の硬化も可能である。この場合には修正用インクにＵＶ硬化用重合開始剤を２〜５重量％程度含有させておく必要がある。重合開始剤を添加しておくか否かは、塗布後に紫外線硬化を行うか、熱による乾燥を行うかによって選択する。

着色画素修正用のインク組成は、基本的には、上記記載の感光性着色材料に類似であるが、塗布針からの塗布と、熱硬化方式を採用する場合には熱硬化方式に適合するように調整した。一例として青色画素修正用インキは、ポリエチレングリコールジアクリレート樹脂５０重量％、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ：Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．１顔料２０重量％、シクロヘキサン２０重量％、分散安定剤リノレン酸ナトリウム１０重量％に調整したものを使用した。組成は前記記載に特に限定されず、樹脂３０〜５０重量％、顔料１０〜２０重量％、溶剤０〜２０重量％、導電性固体１０〜１５重量％、分散安定剤１〜８重量％の範囲で適宜設定できる。

塗布針あるいはガラス管の先端はテーパ状であり、側面から先端にかけて所定量の修正
用インキで被覆するように盛り付ける。そして、対角が４０μｍの４画形状開口部７の直上に、針先端を斜め上または横方向から、顕微鏡やＣＣＤカメラで観察しながら位置合わせをした後、針先端を開口部表面に向けて降下させる。

塗布針は、基部が、径が２５μｍの円柱状で、先端部の長さ１０μｍの部分が円錐状あるいは角錐状にテーパをなしており、先端部は１０μｍ□である。針は先端が被付着物表面に接地しないように降下させ、被付着物（下地）表面に針先から転写される修正用インキが所望の値になる位置で止める。この静止位置や先端部に盛り付けられる修正用インキ８の量は、開口部７の大きさや着色に違いにより修正用インキごとに異なる。

このようにして修正した修正部分の色調と導電性は正常部分と遜色がなく、当該修正部分が剥離するような現象は観測されなかった。

１、赤色着色画素
１’、緑色着色画素
１’’、青色着色画素
２、（黒）欠陥（異物より面積大）
３、異物
４、ブラックマトリックス
５、ガラス基板
６、透明導電層
７、開口部（レーザー照射による）
８、硬化した修正用インキ又は導電性インキ

Claims (2)

1. 少なくとも、着色画素を構成する着色層と透明導電層がこの順に積層されたカラーフィルタ基板の欠陥修正方法であって、透明導電層を形成した後に、
   欠陥部位を含む前記着色層と透明導電層の積層部分を一括して除去し、その後、導電性固体を含む当該着色層の色に着色された修正液を塗布し、該修正液を硬化させることを特徴とするカラーフィルタ基板の欠陥修正方法。
2. 請求項１に記載の修正方法で欠陥を修正したことを特徴とするカラーフィルタ基板。

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