JP2010511906A - カラーフィルタの製造方法およびそれにより製造されたカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、基板上に遮光部と画素部を形成するステップ、およびレーザアブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）を利用して、前記画素部を親インク性に改質するステップを含むカラーフィルタの製造方法に関する。本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、レーザアブレーションを利用し、画素部に塗布されるインクが固まることなく均一に充填されるようにし、画素部だけを選択的に表面改質することができる。したがって、前記製造方法により製造されたカラーフィルタは混色がなくきれいな画素を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はカラーフィルタの製造方法およびそれにより製造されたカラーフィルタに関する。具体的には、本発明は、レーザアブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）を利用し、画素部に塗布されたインクが固まることなく均一に充填されることのできるカラーフィルタの製造方法およびそれにより製造されたカラーフィルタに関する。

本出願は２００６年１２月０６日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２００６−０１２３０７６号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。

一般的に、液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）のカラーフィルタはフォトリソグラフィ工程により製造されてきたが、これは、材料の消費が多く、工程が複雑である。そのため、最近ではインクジェット印刷により従来の工程を代替しようとする技術が提案されている。

インクジェット印刷技術は必要な部分に材料を吐出して材料の浪費がなく、マスクが必要ない直接噴射方式であるために工程が単純である。インクジェット印刷技術を利用してカラーフィルタを製作する方法は、先ず、既存のフォトリソグラフィ工程により樹脂成分のブラックマトリクス（Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ：ＢＭ）である遮光部パターンを製作するステップ、および前記遮光部パターンを隔壁にして、ＢＭの間の画素部にＲ、Ｇ、Ｂインクをインクジェット印刷により塗布するステップを含み、これは、図１に示した通りである。

インクジェット印刷技術を利用してカラーフィルタを製作する方法において、遮光部パターンは各画素部に吐出されたインク間の混色を防止する隔壁の役割を果たすものである。よって、遮光部パターンは、インクとの接触角が大きく、隔壁上にオーバーフローしないように撥インク性を示すことが有利である。その反面、画素部は吐出されたインクが画素部表面において均一に広がって未充填が発生することなく色抜けがあってはいけないため、親インク性を維持することが有利である。

しかし、基板全面をコーティングする従来のフォトリソグラフィ工程により遮光部パターンを製作すれば、撥インク性を示す遮光部の物質が画素部上に吸入される。このため、画素部に塗布されるインクの拡散性が良くならないため、画素部の内部には未充填されたインクが発生する。これは図３に示した通りである。

これを解決するために、従来のフォトリソグラフィ工程により遮光膜を製作した後、画素部を親インク性に維持するために前記遮光膜および画素部に対して別途の表面処理を施す方法が開示されている。

例えば、日本特許公開公報第１９９７−２０３８０３号（特許文献１）には、凹部を親インク処理剤により表面処理し、凸部を撥インク処理剤により表面処理する方法が開示されている。しかし、この方法は、親インク処理および撥インク処理を２回にかけて別途に行わなければならないという問題点がある。また、表面処理を施す過程において、画素部だけでなく遮光部も共に影響を受けるため、画素部だけを選択的に改質する別途の工程が必要となる。

また、大韓民国特許公開公報第２０００−００４７９５８号（特許文献２）には、湿潤性を変化させることができる湿潤性可変層を有するカラーフィルタおよびカラーフィルタの製造方法が開示されている。しかし、この方法は、遮光部である隔壁層と開口部であるインク層の他に、湿潤性可変層という別途の層が構成されるために厚さが厚くなり、パターンの製造工程が追加されるなどの製造工程が複雑になる短所がある。

一方、フォトリソグラフィ過程により遮光部パターンを製作すれば、遮光部の撥インク性成分により画素部が撥インク化されるため、フォトリソグラフィ過程ではないレーザ光を利用して遮光部をパターンする方法も開示されている。

例えば、日本特許公開公報第１９９４−１１８２１７号（特許文献３）には、遮光部を構成する遮光層と撥水性を有する撥インク層を積層した後、レーザ光を照射して所定位置の遮光層と撥インク層を除去し、開口部にインクを入れて画素を形成する方法が開示されている。

また、日本特許公開公報第１９９６−２９２３１３号（特許文献４）には、遮光部が形成された面の反対面にレーザ光を照射して除去された積層物が再び基板に付着されることを減少させる方法が開示されている。しかし、この方法は除去物が比較的に大きい粒状で除去されるといっても、依然として開口部側には除去された材料が完全に剥がれることができずに再び遮光部側に吸着し、裏面から照射されるレーザ光を受けることができないため、きれいなパターンを得ることが難しい。これは、図５の写真のように、異質物が遮光部側に吸着し、きれいではない遮光部を確認することができる。また、遮光層と撥水層の二層であるために追加工程が必要となる。

しかし、このようなパターン方法は、異質物を全部レーザ光によって除去しなければならないため、フォトリソグラフィ過程に比べて多くのエネルギーが必要となる。また、除去された物質が再び基板に付着されるために高品質の製品を得ることが難しい。

一方、日本特許公開公報第２００２−２４３９２７号（特許文献５）には、遮光層にレーザートリミングを使い、黒色膜を除去し、ブラックマトリクスを形成する方法が開示されている。しかし、この方法も、該当物質を除去するのに多くのエネルギーが必要となり、レーザ光により除去された物質を再び吸入する装置を別途に構成しなければならないために複雑である。

特開１９９７−２０３８０３号公報 大韓民国特許公開公報第２０００−００４７９５８号公報 特開１９９４−１１８２１７号公報 特開１９９６−２９２３１３号公報 特開２００２−２４３９２７号公報

そこで、本発明は、前記従来技術の問題点を解決するために、インクジェット工程に沿ってカラーフィルタを製作する過程において、画素部の表面に選択的にレーザアブレーションを実施することにより、画素部表面の性質を親インク性に改質してインクの拡散性が改善され、インクの均一性を高めるカラーフィルタの製造方法およびそれにより製造されたカラーフィルタを提供することを目的とする。

本発明は、ａ）基板上に遮光部と画素部を形成するステップ、およびｂ）レーザアブレーションを利用して、前記画素部を親インク性に改質するステップを含むカラーフィルタの製造方法を提供する。

また、本発明は前記カラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフィルタを提供する。

また、本発明は前記カラーフィルタを含むディスプレイ装置を提供する。

本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、カラーフィルタの画素部に別途の親インク性を維持するようにする追加工程または複雑な表面処理工程を含むことがなくても画素部を親インク性に改質することができ、工程が単純で、費用節減に寄与することができる。したがって、画素部にインクを充填する時、混色と色抜け、未充填、染みがなく、表面が均一なカラーフィルタを製造することができる。

インクジェット方法を利用してカラーフィルタを製造する工程を示す図である。 基板上にブラックマトリクスからなる遮光部および画素部が形成された基板の断面図である。 画素部の内部にインクが未充填された写真である。 本発明に係るカラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフィルタの画素部の内部にインクが均一に充填された写真である。 従来技術により製造されたカラーフィルタであり、レーザ光によって除去された画素部の物質が遮光部に吸着した写真である。

以下、本発明についてより詳細に説明する。

本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、ａ）基板上に遮光部と画素部を形成するステップ、およびｂ）レーザアブレーションを利用して、前記画素部を親インク性に改質するステップを含むことを特徴とする。

本発明において、前記遮光部パターンはフォトリソグラフィ方法によって形成されてもよい。前記フォトリソグラフィ方法により隔壁の役割をする遮光部パターンを製作すれば、低エネルギーによっても画素部領域に位置した異質物が除去され、全体的にきれいな遮光部パターンを得ることができる。

具体的には、前記フォトリソグラフィ方法は、基板上に遮光部材料を塗布し、プリベーク、ＵＶ露光、現像、ポストベークというステップを含む。すなわち、基板上に遮光部材料を塗布するステップと；前記遮光部材料をプリベークするステップ；およびプリベークされた遮光部材料を選択的にＵＶ露光および現像するステップを含む。その次に、ポストベークするステップをさらに含むが、この時、各ステップの条件は当技術分野で知られた材料と条件を利用して行うことができる。

基板上に樹脂成分のブラックマトリクスで隔壁を構成する遮光部をフォトリソグラフィ工程により製作し、遮光部によりパターン化された画素部の幅の大きさは通常用いるＬＣＤのサイズ程度であれば好ましいが、５０μｍ〜３００μｍで製作されることがより好ましい。

また、本発明において、前記 遮光部パターンはインクジェット印刷で隔壁の役割をするブラックマトリクスである遮光部パターンとカラーフィルタインクが吐出される画素部を製作することができる。

本発明において、前記基板としてはガラス基板、プラスチック基板などを用いることができるが、ガラス基板が好ましい。

本発明において、前記遮光部パターンは隔壁の役割をするものであって、画素部に吐出されたインクが隣接したインクと混色しないようにするために撥インク化されることが有利であるため、撥インク性材料を用いることが好ましい。

前記遮光部は、固形分５〜４５重量％、溶剤５０〜９０重量％、および開始剤０．５〜５重量％を含む遮光部組成物により形成することが好ましい。また、前記固形分は撥インク性材料をさらに含むことが好ましい。前記撥インク性材料としてはシリコン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、これらの混合物などを含むが、これらは前記固形分１００重量部を基準に０．０１〜０．３重量部含まれることが好ましい。

また、前記固形分は、着色剤としてカーボンブラック、有機顔料混合型遮光性着色剤、およびカーボンブラックと有機顔料混合型遮光性着色剤を混合したハイブリッド型着色剤のうちから選択された一つを固形分１００重量部を基準に２０〜５０重量部、バインダーポリマー成分２０〜５０重量部、架橋剤２０〜４０重量部をさらに含む。

その反面、画素部は吐出されたインクが未充填部分のなく均一に広がらなければならないため親インク性を示すことが有利である。

そこで、前記画素部を親インク性に改質するため、本発明に係るレーザアブレーションを画素部のみ選択的に照射するか、画素部と遮光部を含む基板の全面に照射することができる。また、基板の正面、すなわち遮光部が形成された面、または背面、すなわち遮光部パターンが形成されない面を照射することにより画素部を親インク性に改質することができる。

この時、基板の正面を照射する場合は、画素部だけを選択的に照射することができ、画素部と遮光部パターンを含む基板全面を照射することもできる。具体的には、遮光部パターンを除いて画素部だけを選択的にレーザアブレーションを実施して画素部の吸着物質を除去することにより、画素部を親インク性に改質することができる。また、遮光部パターンを含む基板全面を照射しても画素部の吸着物質と共に遮光部パターンの一部の上部だけが除去されるだけであるため、遮光部に影響を与えることなく画素部を親インク性に改質することができ、一度に広い領域を照射できるためにレーザアブレーションする工程時間を短縮することができる。

基板の背面を照射する場合は、遮光部とガラスの接着部分も共に照射され、レーザの強度に応じて接着力が落ちる可能性があるため、レーザの強度を調節する必要がある。

本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、基板上に遮光部パターンを先に製造して画素部を形成した後、前記レーザアブレーションを実施して画素部を親インク化に改質することを特徴とする。従来のように基板に遮光部材料を塗布した後、遮光部パターンを形成することなく、レーザアブレーションだけを実施して部分的に遮光部材料を除去して画素部を形成する方法によりカラーフィルタを製造すれば、高いエネルギーが必要となるだけでなく、除去物が再び基板に付着され画素部を親インク性に完全に改質させることができず、きれいな画素部を得ることができない。

具体的には、本発明に用いられるレーザアブレーションのためのレーザ光は、３５５ｎｍ〜２４８ｎｍ波長のＮＤ：ＹＡＧ、ＫｒＦエキシマ、Ｈｅ−Ｃｄなどのレーザであり、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、５０％〜１００％パワー、０．０１ｍ／ｓｅｃ〜１０ｍ／ｓｅｃでスキャンして、画素部に残っていた撥インク性の吸着物質を除去することができる。この時、レーザのスキャン幅は１０〜１００μｍが好ましいが、必要によっては変更することができる。

本発明は、従来の公開特許とは異なり、既に画素部から遮光層の物質がフォトリソグラフィ過程により除去されている状態で、画素部内の吸着物質だけを除去するカラーフィルタの製造方法であるため、最小のエネルギーでも製造可能であり、画素部は遮光部材料に影響がなく、レーザ光の照射方向に関係なく残余物が全くない。よって、別途の残余物吸引装置が必要なく、レーザ光の強さとスキャン幅を適切に調節してインクの拡散性を調節することもできる。このような過程により、遮光部パターンは撥インク性を維持し、画素部は親インク性に改質される。

前記のような条件でレーザアブレーションを実施した後、親インク化された画素部にインクジェット方法によりインクを吐出する。インクジェットによるインク吐出は、上記のように、レーザアブレーションにより親インクに改質された画素部に２種以上のインクを同時にまたは連続して吐出する方式でなされる。インクジェット方法は、必要な部分に対して選択的に吐出することができる直接パターン方式であるため、遮光部パターンを除いた画素部だけに吐出することが可能である。

前記レーザアブレーションが実施された画素部は親インク性であるため、画素部に吐出されたインクは画素部内部によく広がるため、未充填部分がなく、均一なインク膜として形成されることができる。一方、撥インク性である遮光部パターンは画素部に吐出されたインクが遮光部パターンにオーバーフローすることを防止して遮光部パターンよりさらに凸状にすることができるために段差調節が容易である。また、前記遮光部パターンにより、隣接したインクとの混色を防止してきれいな画素部を形成することができる。

この時、用いられるインクは光硬化と熱硬化インクが全て可能である。最後に、後処理工程を同時に進行してカラーフィルタを製造することができる。前記後処理工程は吐出されたインクを硬化するステップを含む。一般的な方法によりカラーフィルタを製造する時には複数のインクを吐出するが、この時、隣接したインクとの混色を防止するために各インクを吐出するごとに硬化工程を別に進行するために工程が多くなる。

しかし、本発明の場合、各インクを吐出するごとに硬化して進行することもできるが、遮光部が混色を防止しているために複数のインクを全部吐出した後、最後に全体インクに対して硬化することができるために工程が簡単である。この時、硬化工程は、光硬化インクの場合には熱処理とＵＶ照射工程ステップを含み、熱硬化インクの場合には熱処理過程を１段階または２段階を経る。熱処理は、通常、５０〜２５０℃で１０秒〜２００分、ＵＶ照射は８０〜２００ｍＶ／ｃｍ²の強さで５秒〜５００秒間行われる。

本発明は前記カラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフィルタを提供する。

このように製造されたカラーフィルタは混色と色抜け、未充填、染みがなく、表面が均一である。

また、本発明は前記カラーフィルタを含むディスプレイ装置を提供する。

以下、本発明の実施例により、本発明についてより詳細に説明する。但し、本発明の実施例は色々な形態に変形することができ、本発明の範囲が下記にて詳述する実施例によって限定されると解釈してはいけない。本発明の実施例は当業界で平均的知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

＜実施例１＞
ガラス基板上に樹脂成分のブラックマトリクスで隔壁を構成する遮光部をフォトリソグラフィ工程により製作した。遮光部によりパターン化された画素部は約２００μｍ×６００μｍの大きさを有するようにした。次に、３５５ｎｍ波長のＮＤ：ＹＡＧレーザで、４０ｋＨｚ、６０％パワー、０．１ｍ／ｓｅｃで基板正面からスキャンして、画素部に残っていた撥インク性の吸着物質を除去した。この時、レーザのスキャン幅は２０〜３０μｍにした。レーザアブレーション後、親インク化した画素部にインクジェット過程によりインクを吐出した。未充填されることなく塗布されていることを図４の写真によって確認することができる。

＜比較例１＞
レーザアブレーション過程を行わないことを除いては実施例１と同様に実施した。未充填されて塗布されることを図３の写真によって確認することができる。

＜比較例２＞
ガラス基板上にフォトリソグラフィ方法により遮光部をパターン化することなく、ガラス基板上に撥インク性材料を塗布し硬化した後、別途の除去物吸引装置を用いることなく、画素部領域の材料をレーザアブレーションだけで除去して遮光部と画素部を区分した。この場合、きれいなパターンが形成されないことを図５によって確認することができる。

本発明において、各カラーフィルタの写真は倍率５０ｘにした白黒ＣＣＤカメラを利用して撮影した。

Claims (15)

1. （ａ）基板上に遮光部と画素部を形成するステップ、および（ｂ）レーザアブレーションを利用して、前記画素部を親インク性に改質するステップを含むカラーフィルタの製造方法。
2. 前記（ｂ）ステップは基板の正面または背面にレーザを照射することを含む、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
3. 前記（ａ）ステップは、
   （ａ１）基板上に遮光部材料を塗布するステップと；
   （ａ２）前記遮光部材料をプリベークするステップ；および
   （ａ３）プリベークされた遮光部材料を選択的に露光および現像するステップ
   を含む、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 前記（ａ）ステップは、（ａ４）ポストベークするステップをさらに含む、請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法。
5. 前記基板の材料はガラスまたはプラスチックを含む、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
6. 前記遮光部は、固形分５〜４５重量％、溶剤５０〜９０重量％、および開始剤０．５〜５重量％を含む組成物から形成される、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
7. 前記組成物は撥インク性材料を含む、請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法。
8. 前記撥インク性材料は、シリコン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤またはこれらの混合物を、固形分１００重量部を基準に０．０１〜０．３重量部含む、請求項７に記載のカラーフィルタの製造方法。
9. 前記固形分は、着色剤としてカーボンブラック着色剤、有機顔料混合型遮光性着色剤、およびカーボンブラックと有機顔料混合型遮光性着色剤を混合したハイブリッド型着色剤のうちから選択された一つを固形分１００重量部を基準に２０〜５０重量部；バインダーポリマー成分２０〜５０重量部；および架橋剤２０〜４０重量部含む、請求項８に記載のカラーフィルタの製造方法。
10. 前記（ｂ）ステップはレーザアブレーションを利用して画素部だけが照射されることを含む、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
11. 前記（ｂ）ステップはレーザアブレーションを利用して画素部を含む基板全体が照射されることを含む、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
12. 前記カラーフィルタの製造方法は、２種以上のインクを同時にまたは連続して充填するステップをさらに含む、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
13. 前記インクを充填するステップはインクジェット方法により行われる、請求項１２に記載のカラーフィルタの製造方法。
14. 請求項１のカラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフィルタ。
15. 請求項１４のカラーフィルタを含むディスプレイ装置。

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