JP2006208927A - ブラックマトリックスの修正方法、ブラックマトリックス、およびカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】撥インク性材料を含有させてブラックマトリックスを修正する方法においては、修正部全体が着色インクに対して撥性を持ってしまい、修正層側面で着色インクがはじかれ、修正層近傍の画素の平滑性が著しく悪くなり、色ムラ及び色抜け（白抜け）等が生じ易いという特性上の不具合があった。
【解決手段】欠陥部分を被覆する単層あるいは複数層からなる修正層を形成する工程と、少なくとも修正層の透明基板から最も離れた側の前記着色インクに対する撥性が透明基板と接する側の撥性よりも良くする工程を含む修正方法であり、着色インクに対するはじきが無く、かつ混色を防止するための撥性を有する修正層を確実に形成できる。最も離れた側の修正層の着色インクに対する接触角は１５°以上かつ５０°以下とすることが望ましい。また欠陥部分が異物を含む場合はあらかじめレーザ光により異物を除去し、修正層を形成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、カラー画像表示装置等に用いられるカラーフィルタ基板のブラックマトリックスに生じた、ピンホール欠陥あるいは異物欠陥の修正方法、およびそのブラックマトリックス、さらにそのブラックマトリックスが形成された基板を用いたカラーフィルタに関する。

近年、カラー液晶ディスプレイ等のカラー表示装置に使用されるカラーフィルタ基板の作製方法として、インクジェット方式が提案されている。

インクジェット方式を用いたカラーフィルタ基板の製造方法としては、例えば、特許文献１、特許文献２等に記載されている方法が挙げられる。特許文献１、特許文献２には、フッ素化合物及び／またはケイ素化合物を含有するブラックマトリックスを、着色工程におけるインクにじみ、混色を防止するための仕切り壁とすることが記載されている。

前記ブラックマトリックスはフォトリソ法で形成されるが、基板の大型化に伴うブラックマトリックス面内のゴミやレジカスなどの異物のよって、全く無欠陥のブラックマトリックスを製造することが困難になってきている。ブラックマトリックスは着色インクの仕切り壁として利用している為、ブラックマトリックスに欠陥があった場合、着色工程において着色インクがにじみ、混色が発生するという問題があった。
また、大型基板使用などの材料コスト上昇を考慮すると、ブラックマトリックスに発生したピンホール欠陥や異物欠陥を修正して、混色による不良を防いで良品化し、全体的な製造コストを低減させることが重要になってきている。

ブラックマトリックスの欠陥を修正する方法として、例えば、特許文献３等に記載されている方法が挙げられる。特許文献３には、修正用着色材料を修正用針先に付けた後に、修正部に塗布して乾燥させて修正する方法が記載されている。しかしながら、着色インクに対して撥性を有する材料、すなわち撥インク性材料を含有させてブラックマトリックスを修正する方法においては、修正部全体が着色インクに対して撥性を持ってしまい、修正層側面で着色インクがはじかれ、修正層近傍の画素の平滑性が著しく悪くなり、色ムラ及び色抜け（白抜け）等が生じ易いという特性上の不具合があった。

特開平７−３５９１５号公報 特開平７−３５９１７号公報 特開平８−１８２９４９号公報

本発明は上記のような課題を解決するためなされたもので、混色の要因となるブラックマトリックスの欠陥を修正し、かつ、カラーフィルタ基板としての要求特性に優れ、特に平滑性が良く色特性に優れたブラックマトリックスが得られるブラックマトリックスの修正方法、およびその様なブラックマトリックス、そして特性の優れたカラーフィルタを提供する。

請求項１に記載された発明は、透明基板上に形成したブラックマトリックスの開口部にインクジェット方式により着色インクを吐出し着色層を形成したカラーフィルタの、前記ブラックマトリックスの修正方法であって、前記ブラックマトリックスの欠陥部分に修正用着色材料を含む単層あるいは複数層からなる修正層を形成する工程と、前記修正層の透明基板から最も離れた側の前記着色インクに対する撥性を透明基板と接する側よりも良くする工程を含むことを特徴とするブラックマトリックスの修正方法である。これにより着色インクに対するはじきが無く、かつ混色を防止するための撥性を有する修正層を確実に形成できる。さらに複数層とすれば、高さ寸法の大きい修正層となり、ブラックマトリックス開口部相互での着色インクの流れ込みがより確実に防止される。

請求項２に記載された発明は、前記修正層を形成する工程と、前記透明基板から最も離れた側の前記着色インクに対する撥性を透明基板と接する側よりも良くする工程を同時に行うことを特徴とする請求項１に記載のブラックマトリックスの修正方法である。これにより撥性を有する修正層を１工程で形成できる。

請求項３に記載された発明は、修正層形成の前に、欠陥部分にレーザ光を照射することにより、欠陥部分にある異物を含むパターンの一部を除去する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のブラックマトリックスの修正方法である。レーザ光で異物除去を行えば、異物欠陥を修正し、着色インクに対して撥性を有する修正層を確実に形成でき、ブラックマトリックス開口部相互での着色インクの流れ込みが防止できる。

請求項４に記載された発明は、修正層形成後、修正部を熱硬化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブラックマトリックスの修正方法である。次工程での修正部の膨潤や剥離を防止することが出来る。

請求項５に記載された発明は、前記修正用着色材料に光硬化剤が混合され、修正層形成後、修正部を光硬化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブラックマトリックスの修正方法である。次工程での修正部の膨潤や剥離を防止することが出来る。

請求項６に記載された発明は、請求項１から５のいずれかの修正方法により修正されたブラックマトリックスであって、前記修正層の透明基板からもっとも離れた側の前記着色インクに対する撥性が透明基板と接する側の撥性よりも良く、前記修正層の透明基板からもっとも離れた側の前記着色インクに対する接触角が１５°以上かつ５０°以下であることを特徴とするブラックマトリックスである。欠陥部分を被覆した修正層の透明基板からもっとも離れた側の着色インクに対する接触角が１５°以上かつ５０°以下であれば、インクジェット法で供給された着色インクが、隣のブラックマトリックス開口部に流れ込むこと無く、混色が確実に防ぐことができる。さらに、欠陥部分を被覆した修正層の透明基板からもっとも離れた側の着色インクに対する撥性が透明基板と接する側の撥性よりも良ければ、画素が平坦化され、色ムラの無いカラーフィルタを得ることができる。

請求項７に記載された発明は、前記ブラックマトリックスの、少なくとも透明基板からもっとも離れた側が、前記着色インクに対して撥性を有していることを特徴とする請求項６に記載のブラックマトリックスである。これにより修正部だけでなく全体的に着色インクの混色のおそれがなく、画素の平坦性に優れたカラーフィルタが得られる。

請求項８に記載された発明は、前記修正層の少なくとも１層には、黒色遮光材が含まれていることを特徴とする請求項６または７に記載のブラックマトリックスである。修正層が遮光層となり、光漏れによるコントラストの低下を防ぐことができる。

請求項９に記載された発明は、請求項６から８のいずれかに記載のブラックマトリックスが形成された透明基板を用いたカラーフィルタである。混色のなく、画素の平坦性に優れたカラーフィルタが得られる。

本発明のブラックマトリックスの修正方法によれば、着色インクに対して撥性を有する修正層を形成できるため、ブラックマトリックス開口部相互での着色インクの流れ込みがより確実に防止されて、混色の起きないブラックマトリックスが得られ、同時に着色インクのはじきが無いため画素が平坦化されて色ムラが無く、光漏れによるコントラストの低下も無いカラーフィルタが得られる。

以下に、本発明のブラックマトリックスの修正方法とそれによって得られるブラックマトリックスをその実施形態に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は，カラーフィルタ１の基本構造を示す断面図である。ガラスなどの透明基板２上に、ブラックマトリックス３が形成され、そのブラックマトリックス３の開口部には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の着色層４が形成されている。
インクジェット方式で着色層を形成するカラーフィルタの場合には、着色インクに対して撥性を持たせる材料としてフッ素化合物及び／またはケイ素化合物を含有するブラックマトリックスを、着色工程におけるインクにじみ、混色を防止するための仕切り壁とする場合が多い。

ブラックマトリックスには様々な欠陥が存在する。図２に、ブラックマトリックス３の欠陥の典型的な例を示した。図２にはピンホール欠陥５、図３には異物欠陥６をそれぞれ示している。ブラックマトリックス３に欠陥があった場合、欠陥箇所でインクにじみ、混色が発生してしまう。

ここでは例として顔料分散法で形成されたブラックマトリックスの修正方法について説明する。図４から図１０に、修正方法の説明図を示した。他方式によって形成されたブラックマトリックスの場合も同様の修正方法が適用できる。

ブラックマトリックス３の修正は、ブラックマトリックス製造ラインに付随する光学的な検査機を用いて、ブラックマトリックスのピンホール、及び異物を検出し、欠陥種類、位置、大きさで分類、ＮＧ規格となる欠陥位置情報を記録した後、レーザリペア機構１０及び、修正用着色材料塗布機構７を使用して実施する。

図４、図５にピンホール欠陥５の修正方法の説明図を示した。ブラックマトリックス３のピンホール欠陥５は、前記光学的な検査機から位置情報を修正機構に取得、図５に示すように修正用着色材料塗布装置７をピンホール欠陥５に移動させ、修正用着色材料を塗布して、ピンホール欠陥５及び欠陥周辺部を被覆して修正を行う。この時修正部９は、ブラックマトリックスと同等の諸特性を要求され、少なくとも、修正部の透明基板２からもっとも離れた側（以下では最表面と記す場合もある）は着色インクに対して、撥性がある必要がある。

そのため修正用着色材料は、塗布装置からの塗布適性を有するように、着色用材料、樹脂、分散剤、溶媒などから構成されると共に、撥性を発現させる為に、撥インク性材料を添加することも可能である。

修正層の透明基板からもっとも離れた側の着色インクに対する撥性が透明基板と接する側の撥性よりも良くする方法は特に限定されない。例としては、修正層が１層の場合には、撥インク性材料の溶解性が異なる良溶媒と貧溶媒を用意し、貧溶媒の沸点を良溶媒のそれよりも高いものを選択する。この２種類の溶媒を混合し、修正用着色材料の溶媒とする。

この修正用着色材料を用いて修正部を形成し、その後塗膜を適当な条件で乾燥させると、沸点の低い良溶媒から蒸発するように出来る為、蒸発に伴い撥インク性材料が表面あるいは上面に偏在することとなる。このようにして修正部の最表面の撥性が透明基板と接する側の撥性よりも大きくすることができる。

また着色材料の光学濃度が低く、修正部の規格濃度、膜厚が不足する場合には、図６に示すように着色材料の塗布回数を増加させて複数層の修正層で修正を行うことも可能である。その場合、修正用着色材料は、塗布装置からの塗布適性を有するように、着色用材料、樹脂、分散剤、溶媒などから構成し、撥性を発現させる為には撥インク性材料を添加するが、修正層を形成する工程で修正部最表面以外の修正用着色材料には撥インク性材料を添加せずに修正層９２、９３を設け、最表面のみ撥インク性材料を添加した修正層９１を設けても良い。このようにすると、最表面以外は着色インクに対する濡れ性が良くて着色インクのはじきが発生せず、また修正層を形成する工程と着色インクに対する撥性を透明基板と接する側よりも良くする工程が同時に行うことが出来、効率的である。またこの方法と前記の良溶媒／貧溶媒を用いる方法を組み合わせて行っても良い。

修正用着色材料の着色材料としては、黒色顔料、黒色染料、無機材料などであり、有機顔料、カーボンブラック、アニリンブラック、黒鉛、酸化チタン、鉄黒などを混合して用いられるものである。

修正用着色材料の樹脂には、カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂などが適宜選択される。耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましい。

修正用着色材料の分散剤としては、非イオン性界面活性剤では、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤では、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。

修正用着色材料の溶媒としては、修正用着色材料の塗布性、分散安定性などの点から、適宜選択して使用されるものであり、トルエン、キシレン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジクライム、シクロヘキサノンなどがあげられる。

修正用着色材料に撥インク性材料を添加する場合には、修正用着色材料に含まれる樹脂と親和性が少なく、着色インクとの接触角が１５°以上かつ５０°以下であることが好ましい。接触角が１５°以下では混色が発生しやすく、５０°以上では画素の平坦性が悪くなってしまう。撥インク性材料の具体的な例としては、主鎖または側鎖に有機シリコーンを有するもので、シロキサン成分を含むシリコーン樹脂やシリコーンゴム、この他にはフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレン等や、これらの共重合体等のフッ素樹脂などを挙げることができるが、接触角が上記の範囲のものであれば良く、これらに限定されるものではない。

修正用塗布装置は従来の針方式、ディスペンサ方式、インクジェット方式などを好適に選択することができるがこれらに限られるものではない。修正用塗布装置は１台で修正用着色材料を入れ替えて使用してもよいが、撥インク性材料のコンタミネーションを防ぐ為に、撥インク性材料添加の有無でそれぞれ設置するとさらに好適である。例えば図５に示すように修正用塗布装置８を撥インク性材料無し用とし、修正用塗布装置７を撥インク性材料有り用として、矢印の方向に移動させて切り替えて使用するようにすると良い。

また修正部９は、次工程処理前後に、例えば着色層形成工程前後に、修正部を局所的に、若しくはブラックマトリックス全体に熱処理を施して、修正部を熱硬化させておく事が、次工程での修正部の膨潤や剥離防止の上から望ましい。必要に応じて光硬化剤を混合した修正用着色材料を使用し、光硬化を併用する事も可能である。

図７から図１０に異物欠陥６の修正方法の説明図を示した。
ブラックマトリックス３の異物欠陥６の場合は、欠陥位置情報を修正機構に取得した後、図８のようにレーザ光１１によるレーザリペア機構１０によって、異物欠陥を除去する。図９は除去後の図であり、除去後、図１０に示すように前記のピンホール欠陥の修正と同様に修正用着色材料塗布装置７、８を異物欠陥除去部１２に移動させ、修正用着色材料を塗布して、異物欠陥除去部１２を被覆して修正を行う。

この時、着色材料の光学濃度が低く、修正部の規格濃度、膜厚が不足する場合には、ピンホール欠陥の修正と同様に、着色材料の塗布を複数回行い修正を行うことも可能である。その際、撥インク性材料のコンタミネーションを防ぐ為に、ピンホール欠陥の修正と同様に修正用塗布装置を２台設け、図１０に示すように修正用塗布装置８を撥インク性材料無し用とし、修正用塗布装置７を撥インク性材料有り用として、矢印の方向に移動させて切り替えて使用するようにするとさらに好適である。

レーザリペア機構１０のレーザ光１１としては、Ｈｅ−ＣｄレーザやＹＡＧレーザの３倍以上の高調波レーザなどが使用できる。

＜実施例１＞
（修正用着色材料の調製）
ポリイミド前駆体１０重量部、カーボンブラック７．５重量部、ＮＭＰ１３０重量部、分散剤（銅フタロシアニン誘導体）５重量部をビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散し、修正用着色材料を調製した。
前記着色材料に撥インク性材料（ポリアルキルシロキサン）０．５重量部を添加して、前記同様に、ビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散し、撥インク性材料添加修正用着色材料を調製した。

（ブラックマトリックスの修正）
顔料分散方式で作製された撥インク性ブラックマトリックスを使用して、修正を行った。
製造ラインの光学検査装置で位置情報を取得したブラックマトリックスのピンホール欠陥を、針方式により、修正用着色材料で被覆し、修正層を形成した。修正層は、針方式により、修正用着色材料を３回塗布し、最後に撥インク性材料添加修正用着色材料を１回塗布し、４層とした。４層の修正層の最表面層は着色インクに対して撥性を有し、着色インクに対する修正層最表面の接触角は４０°であった。

（カラーフィルタ基板の作製）
前記ブラックマトリックスの開口部に、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の着色インクを使用し、１２ｐｌ、１８０ｄｐｉヘッドを搭載したインクジェット装置により、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）各々のパターン状着色層を形成した。
着色インクを吐出した後、先ずホットプレートで９０℃１分加熱して溶剤を蒸発させた。次にオーブンで２３０℃１時間加熱してインクを硬化させることにより、着色層を形成した。このようにして得られたカラーフィルタ基板は、混色の無いカラーフィルタ基板であった。

＜比較例１＞
撥インク性材料を添加しない修正用着色材料のみを使用する以外は同様の方法で、ブラックマトリックスの修正をおこなった。修正されたブラックマトリックス基板上に実施例１と同様にインクジェット法でカラーフィルタ基板を作製した。
このようにして得られたカラーフィルタ基板は、修正部で混色が発生し、品質の悪いカラーフィルタ基板であった。

本発明はカラー液晶ディスプレイ等のカラー表示装置に使用されるカラーフィルタ基板に形成されるブラックマトリクスの修正に有効に適用できる。

カラーフィルタの基本構造を示す断面図。 カラーフィルタのピンホール欠陥を示す説明図。 カラーフィルタの異物欠陥を示す説明図。 カラーフィルタのピンホール欠陥部を示す説明図。 本発明のカラーフィルタの修正方法を示す説明図。 本発明の修正方法による修正部を示す説明図。 カラーフィルタの異物欠陥部を示す説明図。 本発明のカラーフィルタの修正方法を示す説明図。 本発明のカラーフィルタの修正方法を示す説明図。 本発明のカラーフィルタの修正方法を示す説明図。

符号の説明

１ カラーフィルタ
２ 透明基板
３ ブラックマトリックス
４ 着色層
５ ピンホール欠陥
６ 異物欠陥
７ 修正用塗工装置
８ 修正用塗工装置
９ 修正部
１０ レーザリペア装置
１１ レーザ光
１２ 異物除去部

Claims (9)

1. 透明基板上に形成したブラックマトリックスの開口部にインクジェット方式により着色インクを吐出し着色層を形成したカラーフィルタの、前記ブラックマトリックスの修正方法であって、前記ブラックマトリックスの欠陥部分に修正用着色材料を含む単層あるいは複数層からなる修正層を形成する工程と、前記修正層の透明基板から最も離れた側の前記着色インクに対する撥性を透明基板と接する側よりも良くする工程を含むことを特徴とするブラックマトリックスの修正方法。
2. 前記修正層を形成する工程と、前記透明基板から最も離れた側の前記着色インクに対する撥性を透明基板と接する側よりも良くする工程を同時に行うことを特徴とする請求項１に記載のブラックマトリックスの修正方法。
3. 修正層を形成する工程の前に、欠陥部分にレーザ光を照射することにより、欠陥部分にある異物を含むパターンの一部を除去する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のブラックマトリックスの修正方法。
4. 修正層形成後、修正部を熱硬化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブラックマトリックスの修正方法。
5. 前記修正用着色材料に光硬化剤が混合され、修正層形成後、修正部を光硬化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブラックマトリックスの修正方法。
6. 請求項１から５のいずれかの修正方法により修正されたブラックマトリックスであって、前記修正層の透明基板からもっとも離れた側の前記着色インクに対する撥性が透明基板と接する側の撥性よりも良く、前記修正層の透明基板からもっとも離れた側の前記着色インクに対する接触角が１５°以上かつ５０°以下であることを特徴とするブラックマトリックス。
7. 前記ブラックマトリックスの、少なくとも透明基板からもっとも離れた側が、前記着色インクに対して撥性を有していることを特徴とする請求項６に記載のブラックマトリックス。
8. 前記修正層の少なくとも１層には、黒色遮光材が含まれていることを特徴とする請求項６または７に記載のブラックマトリックス。
9. 請求項６から８のいずれかに記載のブラックマトリックスが形成された透明基板を用いたカラーフィルタ。

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