JP2003084115A

JP2003084115A - カラーフィルタとその製造方法、該カラーフィルタを用いた液晶素子

Info

Publication number: JP2003084115A
Application number: JP2001272849A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Aoyama; 和弘青山; Yasuyuki Nakai; 靖行中居
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】インク吸収能を有するインク受容層にインク
ジェット方式によってインクを付与して着色部を形成す
るカラーフィルタの製造方法において、インク受容層を
効率よく低コストで形成する。【解決手段】インク受容層を構成する樹脂組成物と該
樹脂組成物の良溶媒とで塗布液を形成し、該塗布液にお
ける良溶媒の含有量を８５〜９５重量％として、スリッ
トダイコータで透明基板上に該塗布液を塗布し、インク
受容層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビ、パ
ーソナルコンピュータ、パチンコ遊技台等に使用される
カラー液晶ディスプレイの構成部材であるカラーフィル
タとその製造方法、及び、該カラーフィルタを用いてな
る液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの発達、
特に携帯用パーソナルコンピュータの発達に伴い、液晶
ディスプレイ、とりわけカラー液晶ディスプレイの需要
が増加する傾向にある。しかしながら、さらなる普及の
ためには液晶ディスプレイのコストダウンが必要であ
り、特にコスト的に比重の高いカラーフィルタのコスト
ダウンに対する要求が高まっている。

【０００３】液晶ディスプレイに用いられるカラーフィ
ルタは、一般的にはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３
色の着色部を順次配置して構成される。このようなカラ
ーフィルタの形成方法としては、フォトリソグラフィの
手法を用いて形成した可染媒体を染色する染色法、顔料
分散感光性組成物を用いる顔料分散法、パターニングし
た電極を利用した電着法などがある。しかしながらこれ
らの方法はいずれも、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の着色部を形成す
るために、同一の工程を３回繰り返す必要があり、工程
数が多いために歩留りが低下し、コストが高くなるとい
った問題がある。

【０００４】そこで、この問題を解決する方法として、
インクジェット方式によりインクを付与して着色部を形
成する方法が提案されている（特開昭５９−７５２０５
号等）。この方法では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色部を同
時に形成することができるため、工程の大幅な短縮が可
能であり、低コスト化が期待される。

【０００５】インクジェット方式による着色部の形成方
法としては、具体的には、透明基板上にインク吸収能を
有する樹脂組成物からなるインク受容層を形成し、該イ
ンク受容層にインクを付与して着色する方法が挙げられ
るが、該インク受容層形成に当たって、上記樹脂組成物
を含む塗布液をスピンコート法などにより透明基板上に
塗布して塗布膜を形成する必要がある。しかしながら、
スピンコート法では、透明基板上の所望の領域に選択的
に塗布膜を形成することができず、さらに、基板上に滴
下した塗布液の数％程度が塗布膜として用いられ、残り
の塗布液は基板上から排出されてしまうため、塗布液の
無駄が多いという問題がある。

【０００６】そこで、さらにカラーフィルタの製造コス
トを削減するには、インク受容層の形成に、スピンコー
ト法よりも材料の使用効率の良いスリットダイコータを
使用する方法がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スリッ
トダイコータを用いてインク受容層を形成する場合、塗
布液がヘッド先端に付着して基板上に良好に転移されな
い場合があり、塗布膜端面で塗布液が盛り上がって膜厚
異常が生じたり、ヘッドの移動方向に平行にスジムラが
発生する場合があった。インク受容層における膜厚異常
やスジムラは、色ムラや色抜け、混色等を招き、カラー
フィルタの製造歩留まりを低下させる要因となる。

【０００８】本発明の課題は、塗布液の使用効率が良い
スリットダイコータを用いて、スジムラがなく、膜厚が
均一なインク受容層を形成し、インクジェット方式によ
り該インク受容層を着色して、信頼性の高いカラーフィ
ルタを歩留まり良く提供することにあり、さらに、該カ
ラーフィルタを用いてより安価に液晶素子を構成するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、少なく
とも透明基板上に複数色の着色部を備えたカラーフィル
タの製造方法であって、透明基板上に、インク吸収能を
有する樹脂組成物と該樹脂組成物の良溶媒とからなる塗
布液をスリットダイコータにより塗布してインク受容層
を形成する工程と、上記インク受容層にインクジェット
方式によりインクを付与して着色し、着色部を形成する
工程と、を少なくとも有し、上記塗布液における良溶媒
の含有量が８５〜９５重量％であることを特徴とするカ
ラーフィルタの製造方法である。

【００１０】上記本発明のカラーフィルタの製造方法に
おいては、上記樹脂組成物が樹脂成分としてアクリル系
共重合体を含み、良溶媒がエチルセロソルブであるこ
と、上記樹脂組成物が少なくとも光照射によりインク吸
収能が変化する感光性樹脂組成物であり、透明基板上に
塗布してインク受容層を形成した後、パターン露光して
インク吸収能を有する被着色部と該被着色部よりインク
吸収能の低い非着色部を形成すること、を好ましい態様
として含むものである。

【００１１】本発明の第二は、透明基板上に複数色の着
色部を備え、上記本発明のカラーフィルタの製造方法に
より製造されたことを特徴とするカラーフィルタであ
り、少なくとも隣接する異なる色の着色部間の境界を遮
光する遮光層を有すること、着色部上に保護層を備えた
こと、を好ましい態様として含むものである。

【００１２】さらに本発明の第三は、一対の基板間に液
晶を挟持してなり、一方の基板が上記本発明のカラーフ
ィルタを用いて構成したことを特徴とする液晶素子であ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明においては、インク受容層
を形成するための塗布液を樹脂組成物とその良溶媒とで
構成し、該良溶媒の含有量を８５〜９５重量％としたこ
とにより、塗布膜の膜端面での盛り上がりやスジムラの
発生を抑制したことに特徴を有する。以下に、本発明を
実施形態を挙げて説明する。

【００１４】図１に、本発明のカラーフィルタの製造方
法の一実施形態の工程を示す。図中、１は透明基板、２
はブラックマトリクス、３はインク受容層、４はフォト
マスク、５は非着色部、６は被着色部、７はインクジェ
ットヘッド、８はインク、９は着色部、１０は保護層で
ある。尚、図１の（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、下記工程
（ａ）〜（ｅ）に対応する断面模式図である。

【００１５】工程（ａ）透明基板１上に、必要に応じてブラックマトリクス２を
形成する。透明基板１としては、一般にガラス基板が用
いられるが、カラーフィルタの透明性を損なわず、強度
等必要な特性を備えたものであれば、プラスチック基板
等も用いることができる。

【００１６】また、本発明のカラーフィルタは、少なく
とも異なる色の着色部８間の境界を遮光する遮光層を設
けることによって、色のにじみを防止することが好まし
い。このような遮光層としては、具体的にはブラックマ
トリクス或いはブラックストライプが用いられ、本実施
形態ではブラックマトリクス２を形成した場合を示す。

【００１７】ブラックマトリクス２の膜厚は、通常０．
１〜０．５μｍ程度であり、透明基板１上に金属クロム
膜や金属クロムと酸化クロムの積層膜等をスパッタ或い
は蒸着等により成膜し、フォトリソ工程によりパターニ
ングして得られる。また、ブラックマトリクス２はイン
ク受容層３上に形成しても良く、金属以外にも黒色樹脂
等を用いて形成しても良い。

【００１８】工程（ｂ）透明基板１上に全面に樹脂組成物からなるインク受容層
３を形成する。インク受容層３は、後述する工程におい
て着色して着色部９を形成するための着色媒体であり、
好ましくは、少なくとも光照射によってインク吸収能が
変化する感光性樹脂組成物で形成し、次工程においてパ
ターン露光して混色防止のための非着色部５を形成す
る。

【００１９】感光性樹脂組成物を用いる場合の感光性と
しては、ネガ型、ポジ型のいずれでも良く、具体的に
は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹
脂、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチル
セルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセル
ロースなどのセルロース誘導体或いはその変性物、アミ
ド系樹脂、フェノール系樹脂、ポリスチレン系樹脂など
が必要に応じて光開始剤（架橋剤）と併せて用いられ
る。

【００２０】また、上記光開始剤としては、重クロム酸
塩、ビスアジド化合物、ラジカル系開始剤、カチオン系
開始剤、アニオン系開始剤等が使用可能であり、さらに
は、これらの光開始剤を混合して、或いは他の増感剤と
組み合わせて使用することができる。さらに、オニウム
塩などの光酸発生剤を架橋剤として使用することも可能
である。本実施形態は、光照射によりインク吸収能を消
失（或いは低減）するネガ型の樹脂組成物を用いた例を
示す。

【００２１】本発明においては、上記樹脂組成物を用い
てインク受容層３を形成するに当たり、該樹脂組成物と
その良溶媒とを含む塗布液を、スリットダイコータを用
いて透明基板１上に塗布して塗布膜を形成する。また、
本発明では、かかる塗布液における良溶媒の含有量は８
５〜９５重量％とする。良溶媒の含有量が８５重量％未
満では、スジムラの発生を十分に防止することができ
ず、また、９５重量％を超えると良好な被膜の形成が困
難になる。塗布液に用いる良溶媒としては、樹脂組成物
の種類によって適宜選択されるが、本発明では、樹脂組
成物が樹脂成分としてアクリル系共重合体を含み、良溶
媒としてエチルセロソルブを用いた組み合わせが好まし
く用いられる。

【００２２】上記塗布膜は必要に応じて乾燥処理等が施
されてインク受容層３として用いられる。また、インク
受容層３の厚さは、通常０．３〜３．０μｍ程度であ
る。

【００２３】工程（ｃ）インク受容層３を感光性樹脂組成物で形成した場合に
は、フォトマスク４を用いてパターン露光し、露光部分
のインク吸収能を消失（或いは低減）せしめて非着色部
５を形成する。当該工程において露光されなかった領域
は被着色部６となる。非着色部５はブラックマトリクス
２に重なる位置に形成され、特に、ブラックマトリクス
２の開口部境界における白抜けを防止する観点から、ブ
ラックマトリクス２の幅よりも非着色部５が狭くなるよ
うに形成することが好ましい。さらに、インクジェット
ヘッドの走査方向に対しては同じ色の着色画素（ブラッ
クマトリクス２の開口部内の着色部領域）が配置するた
め、走査方向に沿ってドット状に配置したブラックマト
リクスの開口部行に対して、非着色部５を該開口部行を
挟んで平行なストライプ状に形成することで、走査方向
に平行なストライプ状の被着色部６が形成され、着色時
にインク７を該被着色部６に連続して吐出できるため、
好ましい。

【００２４】また、混色防止効果を高める上で、非着色
部５が撥インク性を発現するような成分をインク受容層
３に付与しておくことも好ましく適用される。また、露
光によりインク受容能が発現（或いは増加）するポジ型
の樹脂組成物を用いた場合には、逆のパターンで露光す
ればよい。

【００２５】工程（ｄ）インクジェットヘッド（図示しない）より、所定の着色
パターンに沿って、所定の色のインク７を被着色部６に
吐出し、着色する。

【００２６】本発明において用いられるインクジェット
方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体
を用いたバブルジェット（登録商標）タイプ、或いは、
圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能で
あり、着色面積及び着色パターンは任意に設定すること
ができる。

【００２７】また、本発明においてインク受容層３の着
色に用いられるインク７は、染料或いは顔料等着色剤を
含有し、吐出時に液状であるものであれば、いずれでも
好ましく用いられる。

【００２８】工程（ｅ）熱処理或いは光照射等必要な処理を施してインク受容層
全体を硬化させ、非着色部５と着色部８からなる着色層
を形成する。

【００２９】さらに、必要に応じて着色層上に保護層９
を形成し、本発明のカラーフィルタを得る。保護層９は
光硬化型、熱硬化型、或いは熱・光併用硬化型の樹脂組
成物層、或いは蒸着、スパッタ等によって形成された無
機膜等を用いることができる。いずれの場合もカラーフ
ィルタとしての透明性を有し、その後のＩＴＯ形成工
程、配向膜形成工程等に耐えるものであれば使用するこ
とができる。

【００３０】次に、図２に本発明の液晶素子の一実施形
態の断面模式図を示す。本実施形態は、図１の工程によ
り得られた本発明のカラーフィルタを用いて、ＴＦＴ型
カラー液晶素子を構成した例である。図中、１０は共通
電極、１１は対向基板、１２は画素電極、１３、１４は
配向膜、１５は液晶であり、図１と同じ部材には同じ符
号を付して説明を省略する。

【００３１】カラー液晶素子は、一般的にカラーフィル
タ側の基板１と対向基板１１とを合わせ込み、液晶１５
を封入することにより形成される。液晶素子の一方の基
板１１の内側に、ＴＦＴ（不図示）と画素電極１２がマ
トリクス状に形成されている。また、カラーフィルタ側
の基板１の内側には、画素電極１２に対向する位置に、
Ｒ、Ｇ、Ｂが配列するように、カラーフィルタの着色部
８が形成され、その上に透明な共通電極１０が形成され
る。ブラックマトリクス２は、通常カラーフィルタ側に
形成されるが、ＢＭオンアレイタイプの液晶素子等では
対向基板１１側に形成される場合もある。さらに、両基
板の面内には配向膜１３、１４が形成されており、液晶
分子を一定方向に配列させている。これらの基板は、ス
ペーサー（不図示）を介して対向配置され、シール材
（不図示）によって貼り合わされ、その間隙に液晶１５
が充填される。

【００３２】上記液晶素子は、透過型の場合には、基板
１１及び画素電極１２を透明素材で形成し、それぞれの
基板の外側に偏光板を接着し、一般的に蛍光灯と散乱板
を組み合わせたバックライトを用い、液晶化合物をバッ
クライトの光の透過率を変化させる光シャッターとして
機能させることにより表示を行う。また、反射型の場合
には、基板１１或いは画素電極１２を反射機能を備えた
素材で形成するか、或いは、基板１１上に反射層を設
け、透明基板１の外側に偏光板を設け、カラーフィルタ
側から入射した光を反射して表示を行う。

【００３３】また、本発明の液晶素子においては、本発
明のカラーフィルタを用いて構成されていれば、他の部
材については従来の技術をそのまま用いることができる
ことは言うまでもない。

【００３４】

【実施例】（実施例１）表面研磨した無アルカリガラス
（２００ｍｍ角、１．１ｍｍ厚）基板上に、ブラックマ
トリクスを形成し、下記に示す組成のアクリル系共重合
体を含む感光性樹脂組成物を１４重量％とエチルセロソ
ルブを８６重量％からなる塗布液を調合した。

【００３５】〔感光性樹脂組成物〕下記３成分からなるアクリル系共重合体２０．０重量部メチルメタクリレート１０．０重量部ヒドロキシエチルメタクリレート６．０重量部Ｎ−メチロールアクリルアミド４．０重量部トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート０．３重量部

【００３６】上記塗布液を、ヘッドスピードを制御しな
がら上記ガラス基板上にスリットダイコータにより塗布
し、５０℃で１０分間プリベークして、膜厚２μｍのイ
ンク受容層を形成した。得られたインク受容層には膜端
面での膜厚変動や、ヘッド進行方向に平行なスジムラの
発生は認められなかった。

【００３７】さらに、上記インク受容層を所望のマスク
を用いてパターン露光し、ホットプレートを用いて１１
０℃で６０秒間の熱処理を施し、被着色部と非着色部と
を形成した。次いで、インクジェット記録装置を用い
て、上記被着色部に所定の着色パターンに従ってＲ、
Ｇ、Ｂのインクを付与し、２３０℃で３０分間のポスト
ベーク処理を施して着色部を形成し、カラーフィルタを
得た。

【００３８】得られたカラーフィルタは、インク受容層
に膜厚異常やスジムラが発生していなかったことから、
これらに起因する色ムラや色抜け、混色等の欠陥は認め
られなかった。

【００３９】（実施例２）インク受容層形成用の塗布液
におけるエチルセロソルブの含有量を９４重量％とした
以外は実施例１と同様にしてカラーフィルタを作製し
た。その結果、実施例１と同様に、インク受容層には膜
厚異常やスジムラがなく、これらに起因する色ムラや色
抜け、混色等の欠陥は認められなかった。

【００４０】（比較例１）塗布液におけるエチルセロソ
ルブの含有量を８０重量％として、実施例１と同様にし
てインク受容層を形成した。その結果、インク受容層の
膜端面から５ｍｍ内側までの膜厚が、インク受容層の中
央部の膜厚よりも約２．５倍厚かった。さらに、スリッ
トダイコータのヘッド進行方向に平行なスジムラの発生
も認められた。このインク受容層に実施例１と同様にし
てインクを付与し、着色部を形成したところ、スジムラ
に起因する色ムラが観察された。

【００４１】（比較例２）塗布液におけるエチルセロソ
ルブの含有量を９７重量％として、実施例１と同様にし
て塗布膜を形成しようとしたが、良好な被膜が形成でき
ず、インク受容層を形成することができなかった。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
膜厚異常やスジムラのない、均一な膜厚のインク受容層
を形成することができるため、これらに起因する色ムラ
や色抜け、混色の発生を防止して、歩留まり良くカラー
フィルタを製造することができる。よって、該カラーフ
ィルタを用いて、カラー表示の液晶素子をより安価に提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形
態の工程図である。

【図２】本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図で
ある。

【符号の説明】

１透明基板２ブラックマトリクス３インク受容層４フォトマスク５非着色部６被着色部７インク８着色部９保護層１０共通電極１１対向基板１２画素電極１３、１４配向膜１５液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C056 EA24 FB01 2H025 AB13 AC01 AD01 AD03 BH00 FA03 2H048 BA11 BA48 BA64 BB01 BB15 BB44 2H091 FA02Y FA35Y FA42Z FB02 GA08 GA13 LA12 LA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも透明基板上に複数色の着色部
を備えたカラーフィルタの製造方法であって、透明基板
上に、インク吸収能を有する樹脂組成物と該樹脂組成物
の良溶媒とからなる塗布液をスリットダイコータにより
塗布してインク受容層を形成する工程と、上記インク受
容層にインクジェット方式によりインクを付与して着色
し、着色部を形成する工程と、を少なくとも有し、上記
塗布液における良溶媒の含有量が８５〜９５重量％であ
ることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】上記樹脂組成物が樹脂成分としてアクリ
ル系共重合体を含み、良溶媒がエチルセロソルブである
請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】上記樹脂組成物が少なくとも光照射によ
りインク吸収能が変化する感光性樹脂組成物であり、透
明基板上に塗布してインク受容層を形成した後、パター
ン露光してインク吸収能を有する被着色部と該被着色部
よりインク吸収能の低い非着色部を形成する請求項２に
記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】透明基板上に複数色の着色部を備え、請
求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方
法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項５】少なくとも隣接する異なる色の着色部間
の境界を遮光する遮光層を有する請求項４に記載のカラ
ーフィルタ。
【請求項６】着色部上に保護層を備えた請求項４また
は５に記載のカラーフィルタ。
【請求項７】一対の基板間に液晶を挟持してなり、一
方の基板が請求項４〜６のいずれかに記載のカラーフィ
ルタを用いて構成したことを特徴とする液晶素子。