JP2006258873A - カラーフィルターの修正方法およびカラーフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、ピンホール等色ヌケ部、異物混入、付着と言ったカラーフィルターの欠陥を、容易、且つ、良好に修復し、製造コスト削減が可能なカラーフィルター修正方法およびカラーフィルターを提供することを課題とする。
【解決手段】
透明基板上に、遮光層及び、各色の着色層を、所定パターンで配列して構成されたカラーフィルターの遮光層、若しくは着色層に発生したピンホール欠陥や異物欠陥を修正する修正方法において、修正箇所に予め下塗り層（バインダー層）を形成した後に、遮光層及び各色の着色層に対応する着色材料を塗布して、ピンホール欠陥や異物欠陥を修正するカラーフィルターの修正方法およびこの修正方法によて修正されたカラーフィルターを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラーテレビ、パーソナルコンピュータに使用されるカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の構造部材であるカラーフィルター（ＣＦ）の製造工程に於いて、ピンホール欠陥及び、異物欠陥部分の修正に好適なカラーフィルターの修正方法および修正されたカラーフィルターに関する。

従来、パーソナルコンピュータや、薄型カラーテレビの発達に伴い、カラーＬＣＤの需要が増加しており、特に、後者は大型化が進展している。しかしながら、基板の大型化に対して、ＬＣＤやカラーフィルター工程で高い歩留りを維持することは困難であり、加えて、部材の中でもコスト比重が高いＣＦは、カラーＬＣＤの普及に向け、一層のコストダウンが要求されている。

カラーフィルターは、透明基板上に、カラー表示に不可欠な、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色の着色層と、カラーＬＣＤの表示コントラスト向上目的で設けられる金属皮膜やＢｋ（黒）の遮光層を、所定のパターンに配列したものであり、多くの製造方法が知られている。以下に幾つかの方法を説明する。

カラーフィルターの製造方法として染色法、顔料分散法、電着法、印刷法などが挙げられる。染色法は、透明基板上に染色性高分子材料を塗布し、所定形状にフォトリソ法でパターニングした後、染色液に浸漬して着色する工程をＲ、Ｇ、Ｂ各色で繰り返し、着色層を形成する方法である。顔料分散法は、透明基板上に顔料を分散した感光性樹脂材料を、スピンコータなどで塗布後、フォトリソ法でパターニングする工程を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色で繰り返し、着色層を形成する方法である。電着法は、透明基板上に透明電極パターンを形成した後、顔料、樹脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬して電着する工程を各色で繰り返し、着色層を得る方法である。印刷法は、顔料が分散された熱硬化型インキを、パターニングされた印刷板に転移させた後、透明基板上に、直接印刷若しくは、オフセット印刷によってパターン形成する工程を各色で繰り返して、着色層を形成する方法である。必要に応じて、これらの方法による着色層形成前に、透明基板上にＣｒ等の金属膜や黒色（Ｂｋ）顔料からなる遮光層パターンが形成される。

前記の方法によって、カラーフィルターの製造は可能であるが、現状は、良好な色特性や、位置精度、コストなどから、顔料分散法が良く用いられている。但し、どの製造方法であっても、基板の大型化に伴うカラーフィルター面内のゴミや異物の増加によって、全くの無欠陥でカラーフィルターを製造することが困難になるため、大型基板使用などの材料コスト上昇と合わせて考慮すると、将来に渡るコスト低減が難しい状況になりつつある。

そこで、カラーファイルターに発生したピンホール欠陥や異物欠陥を修正して良品化し、全体的な製造コストを低減させることが、製造歩留まりの向上と共に、重要となってくる。

カラーフィルターの遮光層や着色層にピンホール等の色ヌケが発生した場合は、適切な色濃度を有するインキを修正用針先につけた後、修正部に塗布して乾燥させて修正する方法や（特許文献１参照）、修正用インキの供給にディスペンサ方式を採用して修正する方法が知られている。また、適切な色の感光性着色フィルムを必要部位に熱転写した後、露光／現像／乾燥させて修正する方法（特許文献２参照）などが知られている。
また、インクジェットヘッドから、着色インキをピンホール等色ヌケ部に吐出し、修正する方法が提案されている。（特許文献３、４参照）。

また、遮光層や着色層中や上に、埋め込まれたり、付着した異物を除去する方法として、レーザ光照射で異物を除去し、再度着色する方法が提案されている（特許文献５参照）。

これらのカラーフィルターの欠陥を修正するにあたって、修正部の塗布量や色度を周辺部と同一にするのに修正用インキを何度も塗布する為に時間がかかったり、修正部の塗布状態が均一でない為に、周辺部と馴染みが悪く、良好な修正部ができないケースは、再度修正を行う必要あり、熟練が必要で手間がかかるという問題がある。
通常、カラーフィルターの遮光層や着色層にピンホール等の色ヌケや異物欠陥が発生した場合に、修正前に欠陥部は紫外〜赤外レーザ光照射で適当な大きさに取り除く作業が行なわれる。以下レーザリペアと称する。レーザ照射の大きさは３０μｍから１００μｍで、形状は正方形、長方形、平行四辺形などがある。欠陥部の形状や大きさを画一的にすることで、塗布する修正インキ量の定量化や修正手順の作業標準化ができる利点がある。

一方、レーザーの照射によって、遮光層や着色層が取り除かれ、透明基板の表面が現れることにより、修正部の表面が改質され、表面張力が上がり修正用インキの濡れ性が劣るようになる。

修正用インキの塗布領域は、欠陥部全体を覆う必要があり、レーザで穴あけをした領域より一回り大きくする必要があるが、前記濡れ性の違いから、中心部は塗布量が不足なのに、周辺部は多いという塗布量に差が生じる結果、塗布面の不良や色ムラの不具合が発生する。

上記の様に、修正用インキを均一に効率よく修正部に塗布することが難しいという問題がある。

特許文献は以下の通りである。
特開平０８−１８２９４９号公報 特開平０５−２１０００９号公報 特開平１１−２７１７５２号公報 特開２００３−６６２１８号公報 特開平０５−７２５２８号公報

本発明は、ピンホール等色ヌケ部、異物混入、付着と言ったカラーフィルターの欠陥を、容易、且つ、良好に修復し、製造コスト削減が可能なカラーフィルター修正方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、
透明基板上に、遮光層及び、各色の着色層を、所定パターンで配列して構成されたカラーフィルターの遮光層及び若しくは各色の着色層に発生したピンホール欠陥を、被覆する修正方法において、修正箇所に予め下塗り層（バインダー層）を形成した後に、遮光層及び若しくは各色の着色層に対応する着色材料を塗布して、ピンホール欠陥を修正することを特徴とするカラーフィルターの修正方法である。

請求項２に記載の発明は、
透明基板上に、遮光層及び、各色の着色層を、所定パターンで配列して構成されたカラーフィルターの遮光層及び若しくは各色の着色層に発生した異物欠陥を、紫外から赤外の中から選択されるレーザ光照射で除去した後、被覆する修正方法において、修正箇所に予め下塗り層（バインダー層）を形成した後に、遮光層及び若しくは各色の着色層に対応する着色材料を塗布して、欠陥を修正することを特徴とするカラーフィルターの修正方法である。

請求項３に記載の発明は、
前記下塗り層（バインダー層）は、遮光層及び若しくは各色の着色層に発生した欠陥部が紫外から赤外の中から選択されるレーザ光照射で取り除かれた後に、透明基板上を被覆することを特徴とする請求項１又は２記載のカラーフィルターの修正方法である。

請求項４に記載の発明は、
透明基板上に、遮光層及び、各色の着色層を、所定パターンで配列して構成されたカラーフィルターにおいて、遮光層及び若しくは各色の着色層のピンホール欠陥が、下塗り層（バインダー層）と、遮光層及び若しくは各色の着色層に対応する着色材料によってピンホール欠陥が修正されていることを特徴とするカラーフィルターである。

本発明によれば、修正箇所の予め下塗り層（バインダー層）を形成することによって、修正部と周辺部の色差が少なく、修正部が目立たないカラーフィルターの欠陥修正が可能となる。

また、本発明によれば、カラーフィルター基板大型化による欠陥増加に対しても、高い修正能力を持って対応出来るため、最終歩留まりが良好で、コスト削減が可能なカラーフィルタ修正方法を提供することができる。

以下に、本発明によるカラーフィルターの修正方法およびカラーフィルターを、その実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、カラーフィルター１の基本構造を示す縦断面図である。ガラスなどの透明基板１０の表面上に、金属膜あるいは黒色顔料（カーボン等）を用いた遮光層１１が形成され、その格子間には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青（Ｂ）顔料、若しくは、同色の染料を含有する着色層１２が形成されている。この着色層１２の表面上には、必要に応じて透明樹脂からなる保護膜が被覆され、その上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる透明電極１４が形成される。ＩＴＯのパターン形状による液晶配向が必要な場合には、フォトリソ法やレーザ光加工によって、透明電極１４にパターニングを施す。

また、最近は、ＬＣＤの性能向上要求に伴い、透明電極１４上に、液晶配向を制御するＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）層１５や、カラーフィルター基板とＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板間距離を、適正な値に規制するためのＰＳ（Ｐｈｏｔｏ Ｓｐａｃｅｒ）層１６を、別途、ＩＴＯ上設ける事がある。

図２は、カラーフィルターでストライプ配列とした平面図である。モザイク配列や、デルタ配列にする場合もある。

カラーフィルターの修正方法、ここでは顔料分散法で形成されたカラーフィルターの修
正について説明する。他方式によって形成されたカラーフィルターの場合も、修正方法の差は特に無い。

＜遮光層の修正＞
遮光層１１の修正は、遮光層製造ラインに付随する光学的な検査機（図示せず）を用いて、遮光層内外の異物と、遮光層内のピンホールを検出し、欠陥種類、位置、大きさで分類、ＮＧ（不良判定）規格となる欠陥位置情報を記録した後、レーザリペア機構及び、リペア修正機構を使用して実施する。光学的な検査機による欠陥の検出は、遮光層１１が形成されている上面から検査光を照射し、反射光及び透過光をＣＣＤカメラで受光し、カラーフィルター全体を走査しながら、ＣＣＤカメラからの信号強度を、パターン毎に比較解析することで実施する。

図３、及び図５に遮光層１１の修正の様子を示した。遮光層１１の外に有るＮＧ規格の異物欠陥３３は、遮光層用レジストに内在する異物や、製造装置による発塵、異物の付着などに起因するもので、前記光学的な検査機から欠如位置情報を修正機構２に取得し、レーザリペア機構２１を必要位置に移動させた後、紫外〜赤外レーザ光によって異物欠陥を除去して、良品とされる。

次に、遮光層１１内に有るＮＧ規格の異物欠陥３２の場合は、前記と同様に欠陥位置情報を修正機構２に取得、紫外〜赤外レーザ光によるレーザリペア機構２１によって、異物欠陥を除去する。その後リペア修正機構３によって修正する。まず下塗り層（バインダー層）用の溶液を、塗布することで下塗り層１３を形成した後に、黒色顔料若しくは染料を含有する黒色の着色材を塗布することで、遮光層の修正部３４を得る。ここでリペア修正機構は、針方式、ディスペンス方式、熱転写方式、インクジェット方式等のどの方式であっても構わない。

遮光層内のピンホール欠陥３１は、前記光学的な検査機から位置情報を修正機構２に取得、レーザリペア機構２２の紫外レーザ光によって、ピンホール欠陥部を修正し易い大きさに調整後、リペア修正機構を必要位置に移動させた後、下塗り層（バインダー層）用の溶液を、塗布することで下塗り層１３を形成した後に、黒色顔料若しくは染料を含有する黒色の着色材を塗布することで、遮光層の修正部３４を得る。ここでリペア修正機構の方式に制約はない。また、最初に行うレーザリペア機構２２によるピンホールの大きさの修正は、必要に応じて行えばよく、省略することもできる。

＜着色層の修正＞
着色層１２の修正は、前記遮光層と同様に、ＲＧＢ各色の着色層製造ラインに付随する光学的な検査機（図示せず）を用いて、着色層内の異物４２とピンホール４１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、レーザリペア機構及び、リペア修正機構によって実施する。通常は、ＲＧＢ各色の着色層、場合によっては、反射表示用ＲＧＢを含めた各色の着色層が形成された後、透明電極１４が形成される前に、修正が行われる。

図４及び図５に、着色層１２の修正の様子を示した。着色層１２にあるＮＧ規格の異物欠陥４２は、着色層レジストに内在する異物や、製造装置による発塵、各工程で付着するレジストカスや異物などに起因するものである。前記光学的な検査機から欠陥位置情報を修正機構２に取得し、レーザリペア機構２２の紫外レーザ光によって、異物欠陥部は異物が取り除かれ、修正し易い大きさに調整後、リペア修正機構を必要位置に移動させた後、まず、下塗り層（バインダー層）用の溶液を塗布することで下塗り層１３を形成した後に、ＲＧＢ各色顔料若しくは染料を含有するＲＧＢの各色着色材のうち、必要な色を塗布することで、修正部（着色部）４３を得る。ここでリペア修正機構の方式に制約はない。

着色層内のピンホール欠陥４１は、前記光学的な検査機から位置情報を得、レーザリペア機構２２の紫外レーザ光によって、ピンホール欠陥部を修正し易い大きさに調整後、リペア修正機構を必要位置に移動させた後、まず下塗り層（バインダー層）用の溶液を塗布することで下塗り層１３を形成した後に、ＲＧＢ各色顔料若しくは染料を含有するＲＧＢの各色着色材のうち、必要な色を塗布することで、修正部（着色部）４３を得る。
ここでリペア修正機構の方式に制約はない。また、最初に行うレーザリペア機構２２によるピンホールの大きさの修正は、必要に応じて行えばよく、省略することもできる。

着色層の修正に使用する着色材は、着色層と同じ顔料や染料であることが、修正部と周囲の温度差、色差を抑える上で望ましいが、周囲との色差が△Ｅａｂ＜５であれば、判別が困難となるので、修正時に被覆量の調整を行えば、着色材に使用する顔料や染料は、着色材に使用する顔料や染料は、着色層と異なっても差し支えない。

また、修正後のカラーフィルターは、次工程処理、例えば、遮光層の修正後の着色層形成工程や、着色層形成後の透明電極形成工程前に、修正部を局所的に、若しくはカラーフィルター全体に熱処理を施して、修正部を熱硬化させておくことが、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着色材を使用し、光硬化を併用することも可能である。

下塗り層（バインダー層）は、遮光層及び、若しくは各色の着色層に発生した欠陥部が紫外〜赤外レーザ光照射で取り除かれた後に、透明基板上を被覆する為に用いられる為のものであるが、このような樹脂としては、表面張力の値が透明基板上よりも下塗り層が塗布された状態の方が低下し、濡れ性が良くなるもので、有機溶剤、アルカリ水溶液、水に溶解可溶なものであればよく、特に限定されるものではない。好ましくは、その後に塗布する各色の着色層に対応する着色材料に色の影響が少ない透明樹脂を用いる方がよい。但し、遮光層を修正する場合は、黒色顔料からなる修正用インキが用いられる為、着色に制限はない。

下塗り層（バインダー層）用の樹脂の具体例としては、ポリエステル樹脂、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂などの単体または、それらの混合物などがある。

遮光層や各色着色層と接着性が良好な方がより好ましいことから、２液硬化型ウレタン系接着剤やエポキシ系接着材のような硬化型の接着剤も使用できる。

以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
＜実施例１＞
［着色材の調整］
メタクリル酸２０部、メチルメタクリレート１０部、ブチルメタクリレート５５部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５部を、乳酸ブチル３００ｇに溶解し、
窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル０．７５部を加えて７０℃にて５時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。アクリル共重合樹脂を樹脂濃度が１０％になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで希釈し、アクリル共重合樹脂液の希釈液とした。希釈液８０．１ｇに対し、ＲＧＢ用顔料及びカーボンブラック各１９．０ｇ、分散剤０．９ｇを添加し、３本ロールにて混練し、黒色、Ｒ、Ｇ、Ｂの各着色ワニスを得た。各色の着色ワニスに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加して顔料濃度が１２〜１５％、粘度が５０ｍＰａ・ｓとなるよう調整し、黒色、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の着色材を製作した。

［下塗り液（バインダー液）の調整］ 前記着色材と同様の手順でアクリル共重合樹脂の希釈液を製造し、粘度が５０ｍＰａ・ｓとなるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの添加量を調整した。

［カラーフィルターの修正］ 前記着色材と同等の顔料を使用し、顔料分散方式で製造されたカラーフィルター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データを取得した遮光層、又は、Ｒ，Ｇ，Ｂ．の着色層の異物欠陥に、第３高調波ＹＡＧレーザ光（３５５ｎｍ、２ｍＪ／パルス、ＨＯＹＡ製）を照射して、異物欠陥を除去して、５０μｍ角のピンホールを形成した。

針状塗布部、ディスペンサー方式、熱転写方式、インクジェット方式等のリペア修正機構により、下塗り液（バインダー液）の塗布後、該当する各色の修正用インキを塗布した。
修正後のカラーフィルターは、オーブンによる２００℃１５分の乾燥で、各色着色材の熱硬化を行った後、ＩＴＯ工程以降の後工程を実施し、修正部と周囲との色差が５以下であり、目視では修正部を認識し得ず、修正部周辺の平坦性が良好なカラーフィルターを得ることができた。

なお、実施例において、カラーＬＣＤ用カラーフィルターで説明したが、これに限定されるものではなく、色を分離して表示させる用途であれば、どのようなカラーフィルターで実施してもよい。例えば、ＣＣＤ用カラーフィルターや投影装置用カラーフィルターに本発明を適用しても良い。

以上説明したように、本発明によれば、修正箇所の予め下塗り層（バインダー層）を形成することによって、修正部と周辺部の色差が少なく、修正部が目立たないカラーフィルターの欠陥修正が可能となる。

また、本発明によれば、カラーフィルター基板大型化による欠陥増加に対しても、高い修正能力を持って対応出来るため、最終歩留まりが良好で、コスト削減が可能なカラーフィルタ修正方法を提供することができる。

カラーフィルターの基本構造を示す縦断面図である。 図１に示したカラーフィルターの平面図である カラーフィルターの遮光層での欠陥状態と修正状態を示した説明図である。 カラーフィルターの着色層での欠陥状態と修正状態を示した説明図である。 カラーフィルターの修正装置の概略図である。

符号の説明

１…カラーフィルター
２…修正装置
３…リペア修正機構
１０…ガラス基板
１１…遮光層
１２…着色層
１３…下塗り層（バインダー層）
１４…透明電極
１５…ＭＶＡ層
１６…ＰＳ層
２０…移動ステージ
２１…レーザリペア機構（紫外〜赤外レーザ）
２２…レーザリペア機構（紫外レーザ）
２３…修正用インキ塗布部（下塗り層形成用）
２４…修正用インキ塗布部（遮光層修正用）
２５…修正用インキ塗布部（ＲＧＢ着色層修正用）
３１…ピンホール欠陥（遮光層内）
３２…異物欠陥（遮光層内）
３３…異物欠陥（遮光層外）
３４…修正部（遮光層内）
４１…ピンホール欠陥（着色層内）
４２…異物欠陥（着色層内）
４３…修正部（着色層内）

Claims (4)

1. 透明基板上に、遮光層及び、各色の着色層を、所定パターンで配列して構成されたカラーフィルターの遮光層及び若しくは各色の着色層に発生したピンホール欠陥を、被覆する修正方法において、修正箇所に予め下塗り層（バインダー層）を形成した後に、遮光層及び若しくは各色の着色層に対応する着色材料を塗布して、ピンホール欠陥を修正することを特徴とするカラーフィルターの修正方法。
2. 透明基板上に、遮光層及び、各色の着色層を、所定パターンで配列して構成されたカラーフィルターの遮光層及び若しくは各色の着色層に発生した異物欠陥を、紫外から赤外の中から選択されるレーザ光照射で除去した後、被覆する修正方法において、修正箇所に予め下塗り層（バインダー層）を形成した後に、遮光層及び若しくは各色の着色層に対応する着色材料を塗布して、欠陥を修正することを特徴とするカラーフィルターの修正方法。
3. 前記下塗り層（バインダー層）は、遮光層及び若しくは各色の着色層に発生した欠陥部が紫外から赤外の中から選択されるレーザ光照射で取り除かれた後に、透明基板上を被覆することを特徴とする請求項１又は２記載のカラーフィルターの修正方法。
4. 透明基板上に、遮光層及び、各色の着色層を、所定パターンで配列して構成されたカラーフィルターにおいて、遮光層及び若しくは各色の着色層のピンホール欠陥が、下塗り層（バインダー層）と、遮光層及び若しくは各色の着色層に対応する着色材料によってピンホール欠陥が修正されていることを特徴とするカラーフィルター。

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