JP2011102835A - カラーフィルタの修正方法及びカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】透明導電膜に生成したサイズが３０μｍ程度以下のピンホールに透明導電層を形成修復する欠陥修正方法を提供することとした。
【解決手段】ガラス基板１に、少なくとも、ブラックマトリックス２、着色画素３、透明導電膜５を有する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、透明導電膜５上のピンホールに導電性インク９を塗布針８を使って塗布することによりピンホール６に透明導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタの修正方法であって、前記導電性インク９を付着させた塗布針を８、ピンホール６に移動し下降させる際に、塗布針の先端を、ピンホールに接触しないように下降させ、塗布針８に付着した導電性インク９を転写させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に使用するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法に係わり、特には透明導電層の修正技術に関する。

液晶表示装置は、通常、カラーフィルタが形成されて電極を有するカラーフィルタ基板と、薄膜トランジスタや複数の走査電極などを備える電極基板とを対向させて配置し、対抗基板間隙に液晶が狭持された構造である。カラーフィルタ基板には、例えば、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、赤、青、緑の着色画素、オーバーコート層、透明電極等の機能層が、順次形成されている。

近年では、より高品位の液晶表示装置として、更に、柱状スペーサを用いたセル構造とし、且つ、配向制御用突起を設け、配向分割垂直配向型とするものが主流となっている。

ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、オーバーコート層、透明導電膜、突起等を順次に形成していくが、それぞれの機能層を形成し終わった都度、欠陥検査を行い欠陥が検知されると、できるだけ当該部位を修正することで良品とし、資源のムダを省き生産性の向上を図っている。

機能層中に欠陥が発生した場合、一般には欠陥部位周辺をレーザで除去し、修正インキを塗布し、必要に応じて、乾燥処理、硬化処理、成形処理、焼成処理を行う。ブラックマトリックス、着色層への修正インクの塗布については、塗布針方式、ディスペンス方式、インクジェット方式等が提案されており実用に供されている（特許文献１〜３）。

着色層以外の機能層を対象とする修正方法として、オーバーコート層形成後に検知された欠陥については、当該欠陥直下の最下層であるブラックマトリックスから欠陥周辺までをレーザ照射で一括除去し、各機能層に対応する修正インクで再生していく技術が特許文献６に開示されている。透明導電膜上に堆積した異物については、単にレーザ照射で除去する方法（特許文献４）、前述したように下地層を含めて修正する方法等が提案されている（特許文献７）。

特許３３８１９１１号 特開２００６−１４５７８６号公報 特開２００６−０３０２８３号公報 特開２００７−３３３９７２号公報 特開２００８−１８０９０７号公報 特開２００８−１５１８７２号公報 特開２００８−２８１６９７号公報 特開２００７−１９３９９２号公報

従来技術によれば、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電層で構成されるカラーフィルタにおいて、透明導電層を形成した後、該導電層又は着色画素、ブラックマトリックス中に堆積異物や突起等の黒欠陥、ピンホールや脱落部位の白欠陥が検出された場合、
欠陥領域にレーザ光を照射して、ガラス面を露出するように積層部分を除去し、一旦白欠陥を形成する。しかる後、塗布が容易となった白欠陥部位に、修正インクを塗布し、乾燥又は硬化、焼成処理を施すことで欠陥部位を修復している。

ところで、液晶表示装置においては、高精細化の要求に伴い、カラーフィルタも高精細な設計がなされ、画素サイズがより小さくなってきている。したがって、修正の対象となる欠陥も次第に微細化し、できるだけ小さい面積で修復処理を行う必要がある。

ところが、欠陥部分の微細化に対応させて、ディスペンサを用いて修正インクを塗布する場合、ディスペンサの先端を細く小さくし、インクの塗布量を少なくしても、インクの塗布径を３０μｍ以下にするのが難しく、ディスペンサ開口部でインクの目詰まりが発生しやすくなって生産性が低下し、実質上サイズが３０μｍ程度以下の微細欠陥の修復に向かないという問題がある。

また、修正インクの塗布にインクジェットを使用すると、修正インクの粘度範囲（3〜10mPa・s）がインク吐出に向くように制限され、また、インク液滴の着弾精度が１０μｍ程度しかないため、サイズが３０μｍ程度以下の欠陥部位に、所望量のインクを正確に盛り付けるのが難しいという問題があった。

さらに、従来は、ブラックマトリックス、着色画素の形成不良に由来する欠陥、透明導電層の形成不良に由来する欠陥を工程ごとに調べており、検査時間が累積して生産効率が低下するという問題があった。
いずれにしても、透明導電層を含む機能層に３０μｍ程度のピンホールが残ると表示品質が低下するということになる。
そこで本発明は、透明導電膜に生成したサイズが３０μｍ程度以下のピンホールに透明導電層を再形成するための欠陥修正方法を提供することとした。

上記の課題を達成するための請求項１に記載の発明は、ガラス基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を有する液晶表示装置用カラーフィルタに対し、透明導電膜上のピンホールに導電性インクを塗布針を使って塗布することによりピンホールに透明導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタの修正方法としたものである。

請求項２に記載の発明は、前記導電性インクを付着させた塗布針を、塗布針の先端が、ピンホールに接触しないように下降させ、ピンホール底部と塗布針先端との距離を調整することで塗布針に付着した導電性インクの転写量を制御することを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタの修正方法としたものである。

請求項３に記載の発明は、前記ピンホールが、透明導電膜形成時又はブラックマトリックスあるいは着色画素修正時にその原因を有するピンホールであることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のカラーフィルタの修正方法としたものである。

請求項４に記載の発明は、前記導電性インクは、金属酸化物粒子を樹脂および溶剤に分散させた混合溶液であって、粘度は１〜５００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタの修正方法としたものである。

請求項５に記載の発明は、前記導電性インクをピンホールに塗布した後、圧縮空気を導電性インクに吹きつけて、導電性インクを薄く均一な塗膜とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタの修正方法としたものである。

請求項６に記載の発明は、前記透明導電膜の形成後までは、カラーフィルタの全数検査は行わず、透明導電膜形成後に全数検査を行い、ピンホールを検知した際には、該ピンホールを請求項１から請求項５のいずれか１に記載の修正方法で修正することを特徴とするカラーフィルタの修正方法としたものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のカラーフィルタの修正方法で修正したことを特徴とするカラーフィルタとしたものである。

本発明においては、塗布針に盛り付けた修正インクを、該塗布針を下地に非接触の状態で離間距離を調整することで、所望量だけピンホールに移し込むようにしたので、下地に損傷を与えることなく、局所的に透明導電膜の再生修復を行うことができる。その結果、表示品質の優れた液晶表示装置を得ることができる。
透明導電層形後に下地層および透明導電層の欠損部分を修復し良品化することで、カラーフィルタ基板の製造に要する時間が短縮され、生産性と歩留まりの向上が可能となる。

（ａ）〜（ｄ）はカラーフィルタ基板の製造方法を模式的に説明する工程図である。 ピンホールへ塗布針を降下させて修正インクを塗布する様子を模式的に説明する図である。（ａ）透明導電膜のピンホールに対する塗布、（ｂ）レーザ照射で下層まで貫通するピンホールに対する塗布。

［着色材料及び修正用インクの作製］
着色画素作製に用いる着色材料を着色する着色剤には以下のものを使用した。
・黒色用顔料：チタンブラック(三菱マテリアル電子化成製)
・赤色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ-ＣＦ」）およびＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ
１７７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド Ａ２Ｂ」）・緑色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６（東洋インキ製造製「リオノールグリーン ６ＹＫ」）、およびＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Ｙ-５６８８」）
・青色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５（東洋インキ製造製「リオノールブルーＥＳ」）Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット５８９０」）

上記の顔料を用いて下記に記載の、黒色・赤色・緑色・青色の着色材料を作製した。

・黒色着色組成物
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して黒色顔料の分散体を作製した。

黒色顔料：チタンブラック 製品名12S 7wt%
ジシクロペンテニルアクリレート(東洋ケミカルズ製) 10wt%
シクロヘキサノン(住友化学製) 65wt%
トリプロピレングリコールメチルエーテル(ダイセル化学工業製) 15wt%
光開始剤 2wt%
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） 1wt%

・赤色着色材料
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。

赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４ １８重量部
赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７ ２重量部
アクリルワニス（固形分２０％） １０８重量部

その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルターで濾過して赤色着色材料を得た。

上記分散体 １５０重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １３重量部
(新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤 ３重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） １重量部
シクロヘキサノン ２５３重量部

・緑色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で作製した。
緑色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６ １６重量部
黄色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１５０ ８重量部
アクリルワニス（固形分２０％） １０２重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １４重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤 ４重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２重量部
シクロヘキサノン ２５７重量部

・青色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で作製した。
青色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５ ５０重量部
紫色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３ ２重量部
分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」） ６重量部
アクリルワニス（固形分２０％） ２００重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １９重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤 ４重量部
チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２重量部
シクロヘキサノン ２１４重量部

［オーバーコート材料及びその修正用インクの作製］
固形分重量でアルカリ可溶性樹脂Ａ １００重量部、重合性モノマー EO変性ビスフェノールAジアクリレート製品名FA-324A(日立化成工業製) １００重量部、および光重合開始剤Ｉｒｕｇａｃｕｒｅ９０７（チバガイギー社製） １４重量部、に、レジスト中の固形分が３０重量％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により希釈し、感光性樹脂組成物Ａを調整した。

上記の着色材料を用いてガラス基板１上に、順次、ブラックマトリックス２と着色層３を形成した（図1（ａ）、（ｂ）参照）。

［着色画素の形成］
ガラス基板１に、赤色着色材料をスピンコートにより仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布した。９０℃５分間乾燥の後、着色層形成用のストライプ状フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像して、ストライプ形状の赤色の着色層を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。

次に、緑色着色材料も同様にスピンコートにより仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布した。９０℃５分間乾燥した後、前述の赤色着色層と隣接した位置にパターンが形成されるようにフォトマスクを通して露光し現像することで、緑色着色層を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。
さらに、赤色、緑色と全く同様にして、青色着色材料についても仕上り膜厚が１．８μｍで赤色、緑色の着色層と隣接した青色着色層を得た。これで、透明基板上に赤、緑、青３色のストライプ状の着色層を持つカラーフィルタが得られた。その後、２３０℃３０分焼成した。なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。

炭酸ナトリウム １．５重量％
炭酸水素ナトリウム ０．５重量％
陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ） ８．０重量％
水 ９０重量％

［オーバーコート層の形成］
透明層形成用感光性組成物Ａを、カラーフィルタ上に仕上り膜厚が２．５μｍになるようにスピンコートし、９０℃で５分間乾燥した。オーバーコート層形成用のフォトマスクを通して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ^２照射した。尚、フォトマスクと基板との間隔（露光ギャップ）は１００μｍで露光した。その後、カラーフィルタの作製と同様の現像液を用いて、現像した。水洗を施したのち、２３０℃３０分ポストベークしてオーバーコート層４を形成した（図1（ｃ））。
オーバーコート層の形成は必ずしも必須ということではなく、着色画素の上に直接下記の透明導電層を形成する場合もある。

「透明導電層の形成」
透明導電層５の材料としては、導電性および透明性が両立していれば特に制限はないが、一般的なインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと記す。）、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウム亜鉛酸化物を好適に用いることができ、膜厚は１００ｎｍ〜２００ｎｍである。製膜方法としては、材料に応じて、蒸着法、プラズマ支援蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法などを用いることができる。本発明では、オーバーコート層の上にスパッタ法で、１５０ｎｍのＩＴＯ膜を製膜した。このようにしてカラーフィルタ基板を得た（図1（ｄ））。

以下、透明導電層（ＩＴＯ）形成後、ピンホール欠陥６を修正する具体例を図を参照しつつ、実施例として説明する。

ＩＴＯ層を形成した後、欠陥検査装置にて欠陥を検出し、欠陥の座標と形状に関わる情
報を欠陥修正装置へ転送する。欠陥修正装置は、この情報に基づいてカラーフィルタ基板上の欠陥を修復する。修正対象となる欠陥は、ＩＴＯ層のφ３０μｍ程度のピンホール６叉はレーザ照射で強制的にφ３０μｍとしたピンホール７である（図２参照）。ブラックマトリックス２、着色層３、オーバーコート層４の形成に由来する黒欠陥、白欠陥も、ＩＴＯ層形成後にレーザ照射により前記機能層中にφ３０μｍの貫通孔７を形成すれば、ＩＴＯ層のピンホールと同視できるので同じように対応できる。
ピンホール欠陥は、修正がしやすいようにレーザ照射で、その形状を４角形状にする場合もある。

レーザは、ＹＡＧレーザの第３高調波（２４８ｎｍ）を、出力が３００ｍＪ／ｃｍ^２となるように調整して使用した。特に、このタイプに限定されないが、着色画素等が除去されガラス基板が露出されるエネルギーを持つレーザであればよい。

次に、除去された着色層を再形成するための修正インキを塗布針で塗布して、赤外スポットヒータ（インフリッジ工業製ＬＣＢ−５０）で、１２０秒間乾燥処理を施した。この時、修正箇所周辺の温度は２００℃を６０秒間維持した。

また、熱硬化以外に紫外線スポットヒータを使用した塗膜の硬化も可能である。この場合には修正用インクにＵＶ硬化用重合開始剤を２〜５ｗｔ％程度含有させておく必要がある。重合開始剤を添加しておくか否かは、塗布後に紫外線硬化を行うか、熱による乾燥を行うかによって選択する。

着色画素修正用のインク組成は、基本的には、上記記載の着色材料に類似であるが、塗布針からの吐出と、熱硬化方式を採用する場合には熱硬化方式に適合するように調整した。一例として青色画素修正インクは、ポリエチレングリコールジアクリレート樹脂５０ｗｔ％、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ：Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．１顔料２０ｗｔ％、シクロヘキサン２０ｗｔ％、分散安定剤リノレン酸ナトリウム１０ｗｔ％に調整したものを使用した。
組成は前記記載に特に限定されず、樹脂４０〜６０ｗｔ％、顔料１５〜３０ｗｔ％、溶剤０〜３０ｗｔ％、分散安定剤１〜１０ｗｔ％の範囲で適宜設定できる。オーバーコート修正用のインクも同様な調整を行った。

塗布方法は、塗布針方式のほか、マイクロディスペンサによる塗布、インクジェット方式、マイクロマニュピレータ方式のいずれかでよいが、マイクロディスペンサによる塗布では、先端での目詰まり、インクジェットでは修正箇所に対するインク着弾精度の問題があるため、塗布針方式もしくはマイクロマニュピレータの金属プルーブかガラス菅を使ったインク転写方式が好ましい。

塗布針８あるいはガラス管の先端はテーパ状であり、側面から先端にかけて所定量の修正インク９で被覆するように盛り付ける。そして、径が３０μｍ程度のピンホール６の直上に、針先端を斜め上または横方向から、顕微鏡やＣＣＤカメラで観察しながら位置合わせをした後、針先端を被付着物表面に向けて降下させる。

塗布針８は、基部が、径が２５μｍの円柱状で、先端部の長さ１０μｍの部分が円錐状あるいは角錐状にテーパをなしており、先端部は１０μｍ□である。針は先端が被付着物表面に接地しないように降下させ、被付着物（下地）表面に針先から転写される修正インクが所望の値になる位置で止める。この静止位置や先端部に盛り付けられる修正インクの量は、各機能層に対応する修正インクごとに異なる。

次に、オーバーコート修正用のインクを同様に滴下して、乾燥、硬化させて皮膜を形成した。尚、図２（ｂ）は貫通するピンホール７をレーザ照射で形成し、先ず塗布針８で着
色層修正インクを塗布し半硬化させてから、オーバーコート層修正インクを塗布する様子を示している。

最後に、修復された着色層とオーバーコート層の上に、ＩＴＯ修正用の金属酸化物微粒子混合溶液を塗布針を用いて塗布した。金属酸化物微粒子混合溶液は、金属微粒子の固形分が２０ｗｔ％、ポリエチレングリコールジアクリレート樹脂分３０ｗｔ％、シクロヘキサノン溶剤が５０ｗｔ％である。粘度は、１〜５００ｍＰａ・ｓの範囲で設定する必要があるが、本実施例では１０ｍＰ・ｓとした。塗布後、塗液に５００Ｐａの強さで圧縮空気を吹き付けて、塗液を押しひろげるようにピンホール内外を平坦化したところ、膜厚は０．２μｍとなった。

金属微粒子は、ナノ粒子であり、特に径が１０〜５０ｎｍ程度であることが望ましい。また、粒度分布が狭く、かつ分散が安定していることが望ましい。本実施例では、３０ｎｍの単分散粒子を使用してある。粒度分布が制御されると、粒子間の接触抵抗が低減され、分散性がよいと、微粒子の接触面積が増大し、ＩＴＯの低抵抗化が図れる。

１、基板
２、ブラックマトリックス
３、着色層Ｒ、Ｇ，Ｂ
４、オーバーコート層
５、透明導電膜（ＩＴＯ）
６、ピンホール
７、ピンホール（レーザ照射による）
８、ディスペンサ（先端部）
９、修正インク

Claims (7)

1. ガラス基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を有する液晶表示装置用カラーフィルタに対し、透明導電膜上のピンホールに導電性インクを塗布針を使って塗布することによりピンホールに透明導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタの修正方法。
2. 前記導電性インクを付着させた塗布針を、塗布針の先端が、ピンホールに接触しないように下降させ、ピンホール底部と塗布針先端との距離を調整することで塗布針に付着した導電性インクの転写量を制御することを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタの修正方法。
3. 前記ピンホールが、透明導電膜形成時、又はブラックマトリックスあるいは着色画素修正時にその発生原因を有するピンホールであることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のカラーフィルタの修正方法。
4. 前記導電性インクは、金属酸化物粒子を樹脂および溶剤に分散させた混合溶液であって、粘度は１〜５００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタの修正方法。
5. 前記導電性インクをピンホールに塗布した後、圧縮空気を導電性インクに吹きつけて、導電性インクを薄く均一な塗膜とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタの修正方法。
6. 前記透明導電膜の形成後までは、カラーフィルタの全数検査は行わず、透明導電膜形成後に全数検査を行い、ピンホールを検知した際には、該ピンホールを請求項１から請求項５のいずれか１に記載の修正方法で修正することを特徴とするカラーフィルタの修正方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のカラーフィルタの修正方法で修正したことを特徴とするカラーフィルタ。

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