JP2007188086A - カラーフィルター隔壁、その製造方法、及びカラーフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、カラーフィルターを提供する。
【解決手段】本発明に係るカラーフィルター隔壁は、ポリシロキサン及びその誘導体を含み、該ポリシロキサン及びその誘導体は、少なくとも一つの下記の式によって表示される繰り返し単位を備え、

その中、Ｒ_１、Ｒ_２は、別々にアルキル又はフェニルを表わす。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルター隔壁、該隔壁の製造方法及び該隔壁を使うカラーフィルターに係わり、特にインクと適当な接触角を形成する隔壁に関するものである。

液晶表示装置は、非自発光型の表示装置であり、表示効果のカラー化を実現するために、カラーフィルターを提供する必要がある。該カラーフィルターは、白光を赤光、緑光、青光に分けることができ、且つ薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ,ＴＦＴ）層と液晶などの部品と共に、異なる色の画像の表示を実現できる。カラーフィルターは、主に、ブラックマトリックスと着色層とを含む。該着色層は、交替して配列された赤、緑、青の三色の顔色層からなる。

現在、カラーフィルターを製造する従来方法は、顔料分散法（ＰｉｇｍｅｎｔＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）である。該顔料分散法は、基板にカラーフォトレジストを回転塗布（Ｓｐｉｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）方式で塗布し、露光と現像をした後、顔色層を形成する。該カラーフォトレジストは、カラー顔料などの着色剤を均一的に分散したフォトレジストであり、光の照射でフォトレジストの性質が変化を生じる特性と、熱硬化の特性とを持つ。しかしながら、この方法は、赤、緑、青の三色の顔色層を着色するために、同一の工程を３回繰り返す必要があり、高コストになるという問題や、工程を繰り返すため歩留まりが低下するという問題がある。また、このカラーフィルターを製造する方法は、回転塗布方式でフォトレジストを塗布し、フォトレジストが透明の基板から外れやすく、フォトレジストを浪費するという問題がある。

わりに新しいカラーフィルターの製造方法は、インクジェット法である。前記インクジェット法は、主に以下のステップを備え、インクジェット装置によって、ブラックマトリックスにより限定される透明基板上の画素内にインクを吐出する。前記インクジェット法を使うと、特定の時間内に一定の量のインクを予定される位置に印加するので、インクを浪費しない。しかも、Ｒ、Ｇ、Ｂ色層を同時に形成するから、製造プロセスを大幅に簡略化し、コストを大幅に下げることができる。

図７を参照すると、インクジェット法を使ってカラーフィルターを製作する時、Ｒ、Ｇ、Ｂ色層のインク１４０が互いに色混合しないように、隣接する画素１００の間により厚い隔壁１３０が設けてあり、その中、前記隔壁１３０は、ブラックマトリックス材料の底層１３２の上に更に高分子材料の頂層１３４を一層設ける二層構造であって、前記インク１４０が隣接する画素内に溢れないように隔離するために用いられる。しかし、前記インク１４０と該従来の隔壁材料との接触角θが非常に小さく、塗布してから蒸発する過程中、透明基板１１０の上の顔料の分布が均一でない状況をもたらし、従って、カラーフィルターの品質に影響するという課題がある。

本発明の第一目的は、前記課題を解決し、インクと適当な接触角を形成するカラーフィルター隔壁を提供することである。

本発明の第二目的は、前記隔壁の製造方法を提供することである。

本発明の第三目的は、前記隔壁を用いるカラーフィルターを提供することである。

前記第一目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルター隔壁は、ポリシロキサン及びその誘導体を含み、該ポリシロキサン及びその誘導体は、Ｒ_１、Ｒ_２が別々にアルキル又はフェニルを表わす際、少なくとも一つの下式によって表示される繰り返し単位を備える。

前記第二目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルター隔壁の製造方法は、透明基板を提供する工程と、前記基板に第一フォトレジスト層を形成し、前記第一フォトレジスト層がポリシロキサン及びその誘導体を含み、前記ポリシロキサン及びその誘導体は、Ｒ_１、Ｒ_２が別々にアルキル又はフェニルを表わす際、少なくとも一つの下式によって表示される繰り返し単位を備える工程と、前記第一フォトレジスト層と光源との間にフォトマスクを設けて、前記第一フォトレジストに露光を行う工程と、前記第一フォトレジスト層を現像することにより、第一隔壁を製造し得る工程とを備える。

前記第三目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルターは、一つの基板と、複数の画素とを備え、画素ごとがそれぞれ一つの隔壁によって限定されており、前記隔壁は、ポリシロキサン及びその誘導体を含み、該ポリシロキサン及びその誘導体は、Ｒ_１、Ｒ_２が別々にアルキル又はフェニルを表わす際、少なくとも一つの下式によって表示される繰り返し単位を備え、隔壁ごとは、インクを収容する空間を限定することに用いられ、前記少なくとも一つの空間内に一つのカラーインクを有する。

従来技術と比べて、本発明に係るカラーフィルター隔壁は、上述の通式によって表示されるポリシロキサン及びその誘導体を利用して製作するため、前記カラーフィルター隔壁とインクとの間の接触角を非常に大きくすることができ、同時にインクが蒸発する時の移動効果を下げて、従って顔料が基板上にさらに均一に分布し、カラーフィルターの品質を高めた。

次に、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳しく説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）を参照すると、本発明の第一実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法は、以下の工程を備え、これらの工程は、別々に図１（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明される。

図１（ａ）に示す工程は、透明基板３１０を提供し、且つ前記基板３１０の上にネガ型フォトレジスト層３００を形成する。前記基板３１０は、ガラス基板が採用され、前記フォトレジスト層３００は、塗付方法又は他の堆積方法を採用して基板３１０の上に形成することができる。前記フォトレジスト層３００の材料は、以下の（式１）によって表示されるポリシロキサンを備える。

ここで、ｎは１より大きい整数であって、Ｒ_１、Ｒ_２は、別々にアルキル基又はフェニル基を表わし、Ｒ_３、Ｒ_４は、別々にＣ、Ｈ、Ｏ又はＮを含む有機官能基を表わす。一般的に、Ｒ_３、Ｒ_４は、別々に、例えば、ＲＮＨ_２、ＲＮＨＲ、ＲＯＨ、ＲＣＯＯＨ、ＲＯＲ、ＲＣＯＯＲ、ＮＨ_２、ＮＨＲ、ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＯＲ及びＣＯＯＲの群から選択することができ、その中、Ｒはアルキル基を示す。

図１（ｂ）に示す工程は、前記フォトレジスト層３００と光源３７０との間に、予定パターンを有するフォトマスク３６０を設け、前記フォトレジスト層３００に露光を行って、フォトマスク３６０に遮られなかったフォトレジスト層３００が露光されるが、前記フォトマスク３６０に遮られたフォトレジスト層３００は、光の照射を免れる。ここで、前記光源は紫外光を採用することができる。

図１（ｃ）に示す工程は、現像方式を利用して、前記フォトレジスト層３００の露光しなかった部分を除去し、且つ前記フォトレジスト層３００を固化することにより、複数の隔壁３３０を製造し得て、隣接する隔壁３３０の間に、空間３３２を形成する。もし前記フォトレジスト層３００がカーボンブラック又は他のブラック顔料を含めば、前記隔壁３３０をブラックマトリックスとして用いる。

周知のとおり、前記隔壁３３０は、またポジ型フォトレジスト及び対応するフォトマスクを使って製作することができる。又は、先ず基板３１０の上にブラックマトリクス（図７参照する）を形成してから、該ブラックマトリックスの上に、前記隔壁３３０を形成することができる。前記フォトレジスト材料３００の中に、またアクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂及びポリビニルアルコールの中の一種又は多種を含むことができる。

図２（ａ）〜（ｆ）を参照すると、本発明の第二実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法は、以下の工程を備え、これらの工程は、別々に図１（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明される。

図２（ａ）に示す工程は、透明基板４１０を提供し、該基板４１０がガラス基板であることができる。前記基板４１０上に第一フォトレジスト層４００を形成し、該フォトレジスト層４００は、塗付方法又は他の堆積装置を採用して基板４１０上に形成することができる。前記第一フォトレジスト層４００は、ネガ型フォトレジストであって、その材料は、上述の式によって表示されるポリシロキサン・フォトレジスト材料、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂及びポリビニルアルコールの中の一種または多種の混合であることができる。

図２（ｂ）に示す工程は、前記第一フォトレジスト層４００と光源４７０との間に、予定パターンを有するフォトマスク４６０を設け、前記フォトレジスト層４００に露光を行って、フォトマスク４６０に遮られなかった第一フォトレジスト層４００が露光され、前記フォトマスク４６０に遮られた第一フォトレジスト層４００は、光の照射を免れることができる。ここで、前記光源は紫外光を採用することができる。

図２（ｃ）に示す工程は、現像方式を利用して、前記第一フォトレジスト層４００の露光しなかった部分を除去し、且つ前記第一フォトレジスト層４００を固化することにより、下方の隔壁４３０を製造し得る。

図２（ｄ）に示す工程は、前記基板４１０及び下方の隔壁４３０の上に、上述の式１によって表示されるポリシロキサン・フォトレジスト材料を塗付し、第二フォトレジスト層４０２を形成する。

図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示す工程は、前記第二フォトレジスト４０２に露光し、且つ現象方式を利用して、必要としないフォトレジスト部分を除去することにより、上方の隔壁４３２を形成し、前記隔壁４３０、４３２の間にインクを収容する空間４３４を形成する。

図３（ａ）〜（ｄ）を参照すると、本発明の第三実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法は、以下の工程を備え、これらの工程は、別々に図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明される。

図３（ａ）に示す工程は、透明基板５１０を提供し、該基板５１０がガラス基板であることができる。前記基板５１０上に第一フォトレジスト層５００を形成し、該フォトレジスト層５００は、塗付方法又は他の堆積方法を採用して基板５１０の上に形成することができる。前記第一フォトレジスト層５００は、ネガ型フォトレジストであって、その材料は、上述の式１によって表示されるポリシロキサン・フォトレジスト材料、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂及びポリビニルアルコールの中の一種または多種の混合であることができる。

図３（ｂ）に示す工程は、前記第一フォトレジスト層５００と光源５７０との間に、予定パターンを有するフォトマスク５６０を設け、前記フォトレジスト層５００に露光を行って、フォトマスク５６０に遮られなかった第一フォトレジスト層５００が露光されるが、前記フォトマスク５６０に遮られた第一フォトレジスト層５００は、光の照射を免れることができる。ここで、前記光源は紫外光を採用することができる。

図３（ｃ）に示す工程は、現像方式を利用して、前記第一フォトレジスト層５００の露光しなかった部分を除去し、且つ前記第一フォトレジスト層５００を固化することにより、下方の隔壁５３０を製造し得る。

図３（ｄ）が説明する工程は、前記基板５１０及び隔壁５３０の上に、上述の式１によって表示されるポリシロキサン・フォトレジスト材料を塗付することにより、第二フォトレジスト層５３２を形成し、紫外光で該第二フォトレジスト層５３２を固化させ、これにより、隔壁５３０及びその上の第二フォトレジスト５３２で限定するインクを収容する空間５３４を形成する。

図４（ａ）〜（ｄ）を参照すると、本発明の第四実施形態のカラーフィルターの製造方法は、以下の工程を備え、これらの工程は、別々に図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明される。

図４（ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）〜（ｃ）と同じ方法で隔壁を製造する方法を説明した。カラーフィルター隔壁を示す図である図４（ｄ）に示す工程は、熱式のインクジェット装置又は圧電式のインクジェット装置を利用し、インク３４０を収容空間３３２に吐出する。前記隔壁３３０が上述の式１によって表示されるポリシロキサンを含むため、インク３４０と前記隔壁３３０との間の接触角θは、４０度より大きく又は等しくなる。それから、前記インク３４０を固化させ、厚さが均一な顔色層を形成することができる。

図２と図５を参照すると、本発明の第五実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法は、図２（ａ）〜（ｆ）に示す第二実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法によって、下方の隔壁４３０及び上方の隔壁４３２を形成する工程と、熱式のインクジェット装置または圧電式のインクジェット装置を利用し、インク４４０を収容空間４３４に吐出する工程とを備える。前記隔壁４３０、４３２が上述の式１によって表示されるポリシロキサンを含むため、インク４４０と前記隔壁４３０、４３２との間の接触角θは、４０度より大きく又は等しくなる。それから、前記インク４４０を固化させ、厚さが均一な顔色層を形成することができる。

図３と図６を参照すると、本発明の第六実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法は、図３（ａ）〜（ｄ）に示す第三実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法によって、隔壁５３０及びフォトレジスト５３２を形成する工程と、熱式のインクジェット装置または圧電式のインクジェット装置を利用し、インク５４０を収容空間５３４に吐出する工程とを備える。前記第二フォトレジスト５３２が上述の式１によって表示されるポリシーロキサンを含むため、インク５４０と前記第二フォトレジスト５３２との間の接触角θは、４０度より大きく又は等しくなる。それから、前記インク５４０を固化させ、厚さが均一な顔色層を形成することができる。

上述の式１によって表示されるポリシロキサンの誘導体も本発明の隔壁の材料として用いることができる。前記誘導体は、異なる繰り返し単位から形成されるコポリマーであって、その中、少なくとも一つの繰り返し単位は、以下の（式２）によって表示されるポリシロキサン構造である。

（２）

（ａ）〜（ｃ）は本発明の第一実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法を示すフロー・チャートである。 （ａ）〜（ｆ）は本発明の第二実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法を示すフロー・チャートである。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第三実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法を示すフロー・チャートである。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第四実施形態のカラーフィルター隔壁の製造方法を示すフロー・チャートである。 本発明の第五実施形態のカラーフィルターの画素ユニットの構造を示す断面図である。 本発明の第六実施形態のカラーフィルターの画素ユニットの構造を示す断面図である。 従来のカラーフィルターの画素ユニットの構造を示す断面図である。

符号の説明

３００、４００、４０２、５００、５３２ フォトレジスト層
３１０、４１０、５１０ 透明基板
３３０、４３０、４３２、５３０ 隔壁
３３２、４３４、５３４ 空間
３４０、４４０、５４０ インク
３６０、４６０、５６０ フォトマスク
３７０、４７０、５７０ 光源

Claims (25)

1. カラーフィルタ隔壁であって、ポリシロキサン及びその誘導体を含み、該ポリシロキサン及びその誘導体は、Ｒ_１、Ｒ_２が別々にアルキル又はフェニルを表わす際、少なくとも一つの下式によって表示される繰り返し単位を備えることを特徴とするカラーフィルター隔壁。
   

   
2. 前記ポリシロキサンは、Ｒ_３、Ｒ_４が別々にＣ、Ｈ、Ｏ又はＮを含む有機官能基を表わし、ｎは１より大きい整数である際、下式によって表示されることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ隔壁。
   

   
3. 前記Ｒ_３、Ｒ_４は、別々にＲＮＨ_２、ＲＮＨＲ、ＲＯＨ、ＲＣＯＯＨ、ＲＯＲ、ＲＣＯＯＲ、ＮＨ_２、ＮＨＲ、ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＯＲ及びＣＯＯＲの中の一つを示し、Ｒはアルキル基であることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ隔壁。
4. 前記ポリシロキサンの誘導体は、異なる繰り返し単位によって形成されるコポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルター隔壁。
5. 前記隔壁は、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂及びポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも一つの材料をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルタ隔壁。
6. 前記隔壁は、底層と頂層を備える二層構造であって、前記ポリシロキサンまたはその誘導体は、前記頂層の中に含まれることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルター隔壁。
7. 前記隔壁は、底層とその表面に形成するフォトレジスト層を備え、前記ポリシロキサン及びその誘導体は、前記フォトレジスト層に含まれることを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルター隔壁。
8. カラーフィルター隔壁の製造方法であって、以下の工程を備え、
   透明基板を提供する工程と、
   前記基板に第一フォトレジスト層を形成し、前記第一フォトレジスト層がポリシロキサン及びその誘導体を含み、前記ポリシロキサン及びその誘導体は、Ｒ_１、Ｒ_２が別々にアルキル又はフェニルを表わす際、少なくとも一つの下式によって表示される繰り返し単位を備える工程と、
   前記第一フォトレジスト層と光源との間にフォトマスクを設けて、前記第一フォトレジストに露光を行う工程と、
   前記第一フォトレジスト層を現像することにより、第一隔壁を製造し得る工程と、
   を備えることを特徴とするカラーフィルター隔壁の製造方法。
   

   
9. カラーフィルター隔壁の製造方法は、
   透明基板を提供する工程と、
   前記基板に第一フォトレジスト層を形成する工程と、
   前記第一フォトレジスト層と光源との間にフォトマスクを設け、前記第一フォトレジストに露光現像し、前記隔壁を製造し得る工程と、
   前記隔壁の上に第二フォトレジスト層を形成し、前記第二フォトレジスト層がポリシロキサン及びその誘導体を含み、前記ポリシロキサン及びその誘導体は、Ｒ_１、Ｒ_２が別々にアルキル又はフェニルを表わす際、少なくとも一つの下式によって表示される繰り返し単位を備える工程と、
   前記第二フォトレジスト層を固化する工程と、
   を備えることを特徴とするカラーフィルター隔壁の製造方法。
   

   
10. 前記ポリシロキサンは、Ｒ_３、Ｒ_４が別々にＣ、Ｈ、Ｏ又はＮを含む有機官能基を表わし、且つｎは１より大きい整数である際、下式によって表示されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の製造方法。
    

    
11. 前記Ｒ_３、Ｒ_４は、別々にＲＮＨ_２、ＲＮＨＲ、ＲＯＨ、ＲＣＯＯＨ、ＲＯＲ、ＲＣＯＯＲ、ＮＨ_２、ＮＨＲ、ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＯＲ及びＣＯＯＲの中の一つを示し、Ｒはアルキル基であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の製造方法。
12. 前記ポリシロキサンの誘導体は、異なる繰り返し単位によって形成されるコポリマーを備えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の製造方法。
13. 前記第一フォトレジストは、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂及びポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも一つの材料をさらに含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の製造方法。
14. 前記基板上にブラックマトリックスを有し、前記隔壁は該ブラックマトリックスの上に形成されることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
15. 前記基板と前記第一隔壁との間に第二隔壁を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
16. 前記第二隔壁は、前記基板の上に第二フォトレジストを形成し、前記第二フォトレジストと光源との間にフォトマスクを設け、該第二フォトレジストに露光現像して製造し得ることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
17. 前記第二フォトレジストは、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリシロキサン又はポリシロキサンの誘導体からなる群から選択される少なくとも一つの材料をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。
18. 前記第一フォトレジスト層は、更にカーボンブラック又は他のブラック顔料を含むことを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
19. カラーフィルターであって、一つの基板と、複数の画素とを備え、画素ごとがそれぞれ一つの隔壁によって限定されており、前記隔壁は、ポリシロキサン及びその誘導体を含み、該ポリシロキサン又はその誘導体は、Ｒ_１、Ｒ_２が別々にアルキル又はフェニルを表わす際、少なくとも一つの下式によって表示される繰り返し単位を備え、隔壁ごとは、インクを収容する空間を限定することに用いられ、前記少なくとも一つの空間内に一つのカラーインクを有することを特徴とするカラーフィルター。
    

    
20. 前記ポリシロキサンは、Ｒ_３、Ｒ_４が別々にＣ、Ｈ、Ｏ又はＮを含む有機官能基を表わし、且つｎが１より大きい整数である際、下式によって表示されることを特徴とする請求項１９に記載のカラーフィルター。
    

    
21. 前記Ｒ_３、Ｒ_４は、別々にＲＮＨ_２、ＲＮＨＲ、ＲＯＨ、ＲＣＯＯＨ、ＲＯＲ、ＲＣＯＯＲ、ＮＨ_２、ＮＨＲ、ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＯＲ及びＣＯＯＲの中の一つを示し、Ｒはアルキル基であることを特徴とする請求項１９に記載のカラーフィルタ。
22. 前記ポリシロキサンの誘導体は、異なる繰り返し単位によって形成されるコポリマーであることを特徴とする請求項１９に記載のカラーフィルター。
23. 前記隔壁は、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂及びポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも一つの材料をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のカラーフィルタ。
24. 前記隔壁は、底層と頂層を備える二層構造であって、前記ポリシロキサンまたはその誘導体は、前記頂層の中に含まれることを特徴とする請求項１９に記載のカラーフィルター。
25. 前記隔壁は、底層とその表面に形成するフォトレジスト層を備え、前記ポリシロキサン及びその誘導体は、前記フォトレジスト層に含まれることを特徴とするカラーフィルター。

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