JP2003035814A - 表示装置用カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】着色液滴の画素内での流動性を十分に良好なも
のとし、着地した着色液滴が着地位置に留まらず画素内
に広がって、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インクジェット法により提供するこ
と。 【解決手段】ブラックマトリックスパターン２ａが樹脂
で構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３ａが加熱された
基板１上に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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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Ｃ
Ｆ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ｍＰ
ａ．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、着色液滴の画素内での流動性が不
十分な場合は着色液滴が着地した直後の形状を留める傾
向がある。一般に複数の着色液滴を同一画素内に射出す
る場合は各着色液滴の画素内での着地位置に応じた凹凸
が生じ、画素内の着色層が最終的に平坦にならない。イ
ンクの流動性を改善するためにインク材料に活性剤等を
添加することは従来より試みられてきたが、効果が不十
分であると共に、製造工程途中の性質を制御する目的の
組成物質は極力少なくすることが高い信頼性を有するＣ
Ｆを得る上で望ましいため、インクの流動性を改善する
ための他の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、インクジェット法に
より着色層を画素内に形成する際に、インクの流動性を
改善するためにインク材料に活性剤等を添加することな
く、着色液滴の画素内での流動性を十分に良好なものと
し、着地した着色液滴が着地位置に留まらず画素内に広
がって、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で構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
層が加熱された基板上に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】

【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、ガラス基板等の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有
する樹脂を材料としたＢＭパターンを形成した後、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む際に、同時に基板を
加熱して着地した液滴が画素内を均一に埋めることを助
け、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。

【００１４】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。

【００１５】インクジェット法により、図１（イ）の状
態を作るにあたり、画素内に均一に特定の色のインクが
充填されることを確実に行うために、基板の表面は加熱
される。一般に液体の粘度ηは単一化合物の場合、温度
Ｔとの間に以下のような関係がある。 η＝Ａｅｘｐ（Ｅ／ＲＴ） ここでＡ：定数、Ｒ：気体定数、Ｅ：流動の活性化エネ
ルギー インクは顔料、樹脂、モノマー、溶剤等の多元系から成
り単純ではないため、個々のケースに応じて粘度特性を
実験的に求めなければならないが、分解等の化学的な変
化を生じない温度領域では、温度の上昇に連れて粘度は
低下していく。本発明のＣＦはインクのこの性質を基板
上でのインクの埋込配列時に利用したものである。

【００１６】従来よりインクジェット法による各種の印
刷応用において、供給されるインクをあらかじめ一定の
温度に加熱制御して、粘度等のインク特性の制御を行う
ことは一般に行われてきた。これはインクジェットヘッ
ドからのインクの安定吐出を実現するのに有効である
が、ヘッドの特性からして可能な温度範囲には制約があ
る。本発明は、インクが基板表面に到達した後の粘度の
制御をヘッド条件とは無関係に行えることに特徴があ
り、インクの流動性と充填時の画素内断面形状、ひいて
は最終の熱硬化処理後の画素内断面形状を最適にする目
的で条件を決めることができる。加熱制御は一般的に５
０℃〜１５０℃の温度範囲内で行われる。

【００１７】基板を加熱する方法としては、基板を載せ
るステージにヒーターを埋め込み加熱制御する方法が一
般的であるが、赤外線ヒーター等の外部の加熱手段によ
って、基板の表面側からインク着地面を直接加熱しても
良い。この方法の場合はインクジェット法により射出さ
れる着色液滴の着地位置と着地のタイミングに合わせ
て、着色層の均一性に最適でかつエネルギー効率の良い
加熱を行うことが可能になる。

【００１８】基板の加熱を着色層の形成時に行うこと
は、基板の熱膨張による伸びのために絶対位置精度の安
定性を損なう恐れがあるが、以下の理由により克服でき
る。第１にはフォトリソプロセスで先に形成されたＢＭ
パターンの位置精度によって規制されること、第２には
前述した基板表面からの局部的移動加熱によって基板全
体としての温度上昇は最低限に抑制されるため、基板全
体の伸びは大きくないこと、第３には温度上昇分の伸び
に対して、ヘッドの配置による補正を加えることが可能
であることが挙げられる。

【００１９】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。

【００２０】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Ｕ
Ｖ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。

【００２１】なお、基板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、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、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ことは言うまで
もない。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、ブラックマトリックスパター
ンが樹脂で構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加熱さ
れた基板上に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、着色液滴の画素内での流動
性を十分に良好なものとし、着地した着色液滴が着地位
置に留まらず画素内に広がって、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。

【符号の説明】

１…基板 ２ａ…熱硬化処理前のＢＭパターン 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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で構成さ
   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加熱された基板上にイン
   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。
2. 【請求項２】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請求項１記載の表
   示装置用カラーフィルタ。
3. 【請求項３】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
   とする請求項１又は請求項２記載の表示装置用カラーフ
   ィルタ。