JP2012108291A - カラーフィルタ基板の欠陥修正方法およびカラーフィルタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】修正する際に修正箇所周辺に損傷を与えることなく、局所的に良好な透明導電膜の形成を行うことで、欠陥部分を良品化するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法と、この欠陥修正方法によって修正されたカラーフィルタ基板を提供する。
【解決手段】ガラス基板の一面に、少なくともブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を順次に形成し、前記透明導電膜形成後に検査機で欠陥を検出し、発見された欠陥箇所にレーザー光を照射して、前記ガラス基板面まで除去した白欠陥部を形成し、前記白欠陥部分に前記透明導電膜の下地となる各層を修正するための修正インクを順に塗布して膜形成し、その後修正箇所である透明導電膜欠損箇所にＩＴＯ（酸化インジウムすず）超微粒子分散型インクを塗布して、乾燥する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ガラス基板の一面上に、少なくともブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、柱状スペーサ及び配向制御突起が順次に形成された、液晶表示装置等に用いるカラーフィルタ基板の欠陥修正方法および該欠陥修正方法で修正されたカラーフィルタ基板に関する。

液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造工程において、歩留まりを改善するためにカラーフィルタ基板中の欠陥を修正している。一般に、液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、柱状スペーサおよび配向制御用突起が複数の工程で順次形成されている。カラーフィルタの製造工程において、代表的な不良の一つとして、「異物」が付着する欠陥が挙げられる。この異物には、レジスト材料の硬化片や、装置のベアリング削れ等による金属片、あるいは埃などの多様なバリエーションが存在する。カラーフィルタ製造の中間工程において欠陥が発生した場合、欠陥部をレーザーで除去した後、各構成層に対応した修正インクをそれぞれ塗布して硬化させることにより良品となるカラーフィルタ基板とする欠陥修正方法がある。

着色層の修正に関しては、特許文献１に開示されているように、まず異物近傍の欠陥部をレーザーで除去して微小な白欠陥部とすることが従来より行われてきた。その後、液晶表示装置の高精細化、高品位化への必要性から、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されているように、レーザーにより欠陥部が除去・トリミングされた被修正面（白欠陥部）に、塗布針方式やディスペンス方式あるいはインクジェット方式を用いて、極微量の修正液を塗布して硬化させることにより良品とする修正方法が採用・実用化されている。

着色層以外を対象とした修正方法として、特許文献５には、透明導電膜の上に発生した異物欠陥を、特定波長のレーザ光を用いて照射・除去する方法が開示されている。また、特許文献６には、ＩＴＯ（酸化インジウムすず）からなる下地層の上にある修正対象の樹脂部を、下地層に損傷を与えない強度のレーザー光のパルス照射によって欠陥を修正する方法が開示されている。

更に、透明導電膜の形成後に発見された欠陥について、透明導電膜の欠陥を含めその下層の欠陥をも修正するため、欠陥箇所にレーザー光を照射してベース基板面まで除去した白欠陥部を形成した後、各層の白欠陥部分を修正するための修正インクを順に塗布して膜形成する方法が提案されている。例えば、特許文献７には、透明導電膜の欠陥修正を、ＩＴＯ等の固形の導電性材を溶剤中に分散させた混合溶液を塗布し焼成する方法や、固形の導電性材を分散させたＵＶ硬化型の樹脂を塗布し硬化する方法が提案されている。

ＩＴＯ等の透明導電膜は通常、真空蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法等の物理的手法で形成されるが、これに使用する装置は真空容器をベースとし、また、欠陥箇所以外にも成膜されるため、微小な欠陥の修正には向いていない。そのため、上記したように修正インクを用いた、溶液塗布による導電性膜の形成が適している。しかしながら、上記した特許文献７の方法では、修正箇所の焼成を１００℃〜３００℃程度の範囲で、空気中で行うとしている。しかしながら、修正箇所を２００℃を越える温度で焼成すると、ＲＧＢの着色画素層が熱により分解してしまうという不具合がある。また、上記した特許文献７の方法では、修正された透明導電膜の抵抗値の範囲は１×１０^４〜５×１０^７Ω／□とされ、微小エリアでは液晶駆動に問題がないとされているが、抵抗値が５×１０^５Ω／□を
超えると、液晶配向制御の差が周辺に較べて大きくなり、パネル点灯時に視認されやすく、品質面で劣るという問題点があった。

特開昭６２−１９１８０４号公報 特許第３３８１９１１号明細書 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２００８−２８１６９６号公報

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造工程において、透明導電膜形成後に行う欠陥修正方法について、修正する際に修正箇所周辺に損傷を与えることなく、局所的に良好な透明導電膜の形成を行うことで、欠陥部分を良品化するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法と、この欠陥修正方法によって修正されたカラーフィルタ基板を提供することで、カラーフィルタ基板の製造工程における歩留まりを改善することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、ガラス基板の一面に、少なくともブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を順次に形成し、前記透明導電膜形成後に検査機で欠陥を検出し、発見された欠陥箇所にレーザー光を照射して、前記ガラス基板面まで除去した白欠陥部を形成し、前記白欠陥部分に前記透明導電膜の下地となる各層を修正するための修正インクを順に塗布して膜形成し、その後修正箇所である透明導電膜欠損箇所にＩＴＯ（酸化インジウムすず）超微粒子分散型インクを塗布して、乾燥することを特徴とするカラーフィルタ基板の欠陥修正方法である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記ＩＴＯ超微粒子分散型インクのＩＴＯ超微粒子の一次粒径が５〜１０ｎｍであり、分散粒子の平均粒径が２０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記ＩＴＯ超微粒子分散型インクを乾燥する際、修正箇所の温度を１００〜２３０℃の範囲に保持することを特徴とする請求項１または２に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記ＩＴＯ超微粒子分散型インクを塗布して、乾燥する際、インク粘度は、１〜５００ｍＰａ・ｓで、且つ、５０〜５００Ｐａの強さで圧縮空気を前記修正箇所に吹き付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法である。

次に、本発明の請求項５に係る発明は、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、柱状スペーサおよび配向制御用突起が順次形成された液晶表示装置用カラーフィルタ基板であって、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法によって、欠陥部分が修正されたことを特徴とするカラーフィルタ基板である。

また、本発明の請求項６に係る発明は、欠陥部分が修正された後の修正箇所の透明導電膜の表面抵抗が１×１０^２Ω／□以上５×１０^５Ω／□未満であることを特徴とする請求項５に記載するカラーフィルタ基板である。

本発明のカラーフィルタ基板の欠陥修正方法によれば、ガラス基板の一面に、少なくともブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を順次に形成し、透明導電膜形成後に検査機で欠陥を検出し、発見された欠陥箇所にレーザー光を照射して、ガラス基板面まで除去した白欠陥部を形成し、この白欠陥部分に透明導電膜の下地となる各層を修正するための修正インクを順に塗布して膜形成し、その後修正箇所である透明導電膜欠損箇所にＩＴＯ（酸化インジウムすず）超微粒子分散型インクを塗布して、乾燥することで欠陥を修正する。そのため、各工程毎に検査・修正を行うことなく、着色画素の欠陥、ブラックマトリックスの欠陥、ＩＴＯ等の透明導電膜の欠損（ピンホール）などをまとめて修正でき、良品化する。そのことでカラーフィルタ基板製造工程における歩留まりを中間工程も含めて向上させることができる。

また、本発明に係る、透明導電膜欠損箇所修正用インクはＩＴＯ（酸化インジウムすず）超微粒子分散型インクで有り、そのＩＴＯ超微粒子の一次粒径が５〜１０ｎｍであり、分散粒子の平均粒径が２０〜５０ｎｍであることを特徴とする。そのため、分散粒子がいくつか凝集した場合でも、可視光の波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの１／４以下の十分小さい塊であることで透過率への影響が小さく、高い透明性が得られる。この修正インクによってＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の着色画素の上に重ねられた透明導電膜は透過率が高いため、パネル表示で暗くなるという不具合がなくなる。

また、本発明の欠陥修正方法に係る、ＩＴＯ超微粒子分散型インクの乾燥は、修正箇所の温度を１００〜２３０℃の範囲に保持することを特徴とする。そのため、ＩＴＯ超微粒子分散型インクの乾燥工程で、下地となるＲ、Ｇ、Ｂ、等の着色画素への影響と修正箇所周辺への影響を小さくすることができる。この乾燥温度が２３０℃を超えると、Ｒ、Ｇ、Ｂ、等の着色画素の退色、信頼性低下の不具合が発生し、パネル表示で欠陥となる。

また、本発明の欠陥修正方法においては、ＩＴＯ超微粒子分散型インクを塗布して、乾燥する際、インク粘度は、１〜５００ｍＰａ・ｓで、且つ、５０〜５００Ｐａの強さで圧縮空気を修正箇所に吹き付け、塗布液を押し広げるようにして修正箇所内外を平坦化する。本発明に係る、ＩＴＯ超微粒子分散型インクは濃厚コロイド系で、かなりの高濃度でも粘度は１〜５００ｍＰａ・ｓと小さく凝集・沈降にたいして安定である。この分散膜の導電性は、膜の断面積よりも粒子間の抵抗が影響しており、高い導電性を得るためには導電粒子は連続構造をとる必要があり、バインダー樹脂はできるだけ少なくして、圧縮することで、膜厚は０．５μｍ以下で十分となる。その結果、本発明の欠陥修正方法においては、欠陥部分が修正された後の修正箇所の透明導電膜の表面抵抗は、物理的成膜法に較べて二桁程度劣るが１×１０^２Ω／□以上５×１０^５Ω／□未満となる。なお、前記したように、表面抵抗値が５×１０^５Ω／□を超えると、液晶配向制御の差が周辺に較べて大きくなり、パネル点灯時に視認されやすくなる。

本発明のカラーフィルタ基板の欠陥修正方法の一実施形態を断面で説明する部分拡大概略図である。 本発明に係る、ＩＴＯ超微粒子分散型インクによるＩＴＯ膜とスパッタリグ法によるＩＴＯ膜の透過率を比較したグラフである。

本発明のカラーフィルタ基板の欠陥修正方法を、一実施形態例に基づいて以下に詳細に説明する。

図１は、本発明のカラーフィルタ基板の欠陥修正方法の一実施形態例のフローを断面で説明する部分拡大概略図である。まず、公知の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造工程を通すことで、図１（ａ）に示すように、ガラス基板２０の一面に、ブラックマトリックス２１、この平面視格子状叉はストライプ状のブラックマトリックス２１で区画されたＲ、Ｇ、Ｂの着色層からなる着色画素２２，２３，２４、更にその上にＩＴＯ透明導電膜２５をスパッタリングによる真空成膜により形成し、ＩＴＯ透明導電膜付きカラーフィルタ基板を得る。なおここでは、Ｂの着色層からなる着色画素２４に欠陥部が存在している例で説明する。

まず、欠陥を検出し除去する。
（１）上記したＩＴＯ透明導電膜付きカラーフィルタ基板を、図示しない検査機で検査し、欠陥を検出した場合、欠陥の位置を座標データとして記録し、図示しない修正装置へ転送する。以下、欠陥修正装置における作業となる。対象となる欠陥は、着色層の白欠陥、ブラックマトリックスの白欠陥及び黒欠陥、ＩＴＯ層の欠損（ピンホール）などがある。（２）上記位置データに基づき、欠陥位置へレーザー光照射装置のレーザー光の照射スポットを移動し、図１（ｂ）に示すように、着色画素２４の欠陥部分にレーザー光５０を照射し、昇華・除去して、ガラス基板面を暴露して、白欠陥部３０を形成する。

ここで、レーザー光源は、強度可変のレーザー光源が選定される。昇華時に必要な光強度を確保するためにＹＡＧレーザーを用いることが好ましい。レーザー光の照射条件は、例えば、ＹＡＧレーザー第３高調波、波長２４８ｎｍ、出力が３００ｍＪ／ｃｍ^２となるように調整して使用することができる。レーザーは、特にこのタイプに限定されないが、ＩＴＯ層及び着色画素等が除去されてガラス基板が露出されるエネルギーを持つレーザーであればよい。

次に、透明導電膜の下地となる着色層を修正する。
（３）図１（ｃ）に示すように、白欠陥部３０に、除去された着色層を再形成するための熱硬化性樹脂の修正インク（４４）を塗布針を用いて塗布して、赤外スポットヒータ（例えば、インフリッジ工業社製ＬＣＢ−５０）で、１２０秒間乾燥処理を施す。この時、修正箇所周辺の温度を２００℃で６０秒間維持して硬化させ、着色画素２４を再生する。

着色層修正用インクは塗布針によるインク転写と、熱硬化方式に適合されるように調整する。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５０質量％、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ：Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．１顔料２０質量％、シクロヘキサノン２０質量％、分散安定剤リノレン酸ナトリウム１０質量％に調整したものを使用した。なお、組成は上記に限定されず、樹脂４０〜６０質量％、顔料１５〜３０質量％、溶剤０〜３０質量％、分散安定剤１〜１０質量％の範囲で適宜設定できる。

修正用インクの塗布方法は、塗布針方式の他、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の金属プローブによる塗布のいずれかでも良いが、マイクロディスペンサによる塗布ではディスペンサ先端のインクが目詰まりしたり、インクジェット方式では修正対象箇所にインクが着弾する際の位置精度が不十分であり修正を失敗することがある。そこで、塗布針方式もしくはマイクロマニュピレータの金属プローブもしくはガラス管を使ったインク転写方法が望ましい。

塗布針は、基部が、径が８０μｍの円柱状で、先端部の長さ１００μｍの部分が円錐状または角錐状にテーパーをなしており、先端部は５０μｍ□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。

また、着色層修正用インクを、赤外スポットヒーターによらず、紫外光のスポット照射によって塗膜の硬化を行うＵＶ硬化プロセスを採用した場合は、修正用インクは紫外線硬化開始剤を２〜５質量％含む。重合開始剤添加の有無は、塗布後に紫外線による硬化を行うか、熱による乾燥を行うかによって選択する。

次に、図１（ｄ）に示すように、透明導電膜を修正し再成膜する。
（４）上記で修復された修正箇所の着色層の上に、透明導電膜欠損箇所修正用のＩＴＯ（酸化インジウムすず）超微粒子分散型インク（以下、ＩＴＯインクと略称する）を塗布針を用いて塗布した。このＩＴＯインクは、一次粒径が５〜１０ｎｍで分散粒子の粒径が２０〜５０ｎｍの範囲で、ＩＴＯ超微粒子の固形分が２０質量％、ポリエチレングリコールジアクリレート樹脂３０質量％、シクロヘキサノン溶剤が５０質量％であるものを用いた。粘度は、前述したように１〜５００ｍＰａ・ｓの範囲で設定されるが、本実施例では１０ｍＰａ・ｓであった。塗布後、塗液に５００Ｐａの強さで圧縮空気を吹き付けて、塗液を押し広げるように修正箇所内外を平坦化した。ＩＴＯインクの乾燥は、前記した赤外スポットヒータを用いて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℃で６０秒間維持して硬化させた。再成膜した透明導電膜の膜厚は０．４μｍとなり、その表面抵抗は５×１０^４Ω／□であった。

次に、本発明に係るＩＴＯインキを用いて作成した、透明導電膜とスパッタリグ法で作成した透明導電膜の透過率を比較した。ＩＴＯインキからは膜厚が異なる３種類を作製しし、狙い膜厚１５０ｎｍ（３箇所平均）のスパッタリング法ＩＴＯ膜と可視光領域での透過率を比較した。図２の、透過率グラフに示すように、本発明に係るＩＴＯインキを用いて作成した透明導電膜は、波長３８０〜７８０ｎｍにおいて、透過率９０％以上であった。

次に、ＩＴＯ修正箇所の表面抵抗値が異なる修正カラーフィルタ基板を用いて、カラーフィルタ基板の透明導電膜上に、ネガ型感光性樹脂溶液を用いた公知のフォトリソ法で柱状スペーサおよび配向制御用突起を設け、さらに、これにポリイミドよりなる配向膜を形成した後、エポキシ樹脂をシール材としてＴＦＴ基板とを張り合わせ、液晶として垂直配向用液晶を封入して、液晶表示パネルを得た。得られた液晶表示パネルを点灯してその表示外観を比較した。その結果を、表１に示す。ＩＴＯ修正箇所の表面抵抗が５×１０^４Ω／□の前記した実施形態例で得られた実施例１のカラーフィルタ基板を用いたものと、実施例２のＩＴＯ修正箇所の表面抵抗が１×１０^５Ω／□のものとは良好な表示外観が得られ良品とみなせたが、比較例１のＩＴＯ修正箇所の表面抵抗が５×１０^５Ω／□のものは修正箇所が見えてしまい不良品となった。

以上説明したように、本発明のカラーフィルタ基板の欠陥修正方法を用いることによって、液晶表示パネルとして実用性のある、不良品の良品化が図れるため、歩留まりが向上し、生産性向上への寄与が期待できる。

２０・・・ガラス基板 ２１・・・ブラックマトリックス
２２・・・着色画素（Ｒ） ２３・・・着色画素（Ｇ） ２４・・・着色画素（Ｂ）

２５・・・透明導電膜（ＩＴＯ膜） ３０・・・白欠陥部
４４・・・青色修正インク ４５・・・ＩＴＯ超微粒子分散型インク（ＩＴＯインク）

５０・・・レーザー光

Claims (6)

1. ガラス基板の一面に、少なくともブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を順次に形成し、前記透明導電膜形成後に検査機で欠陥を検出し、発見された欠陥箇所にレーザー光を照射して、前記ガラス基板面まで除去した白欠陥部を形成し、前記白欠陥部分に前記透明導電膜の下地となる各層を修正するための修正インクを順に塗布して膜形成し、その後修正箇所である透明導電膜欠損箇所にＩＴＯ（酸化インジウムすず）超微粒子分散型インクを塗布して、乾燥することを特徴とするカラーフィルタ基板の欠陥修正方法。
2. 前記ＩＴＯ超微粒子分散型インクのＩＴＯ超微粒子の一次粒径が５〜１０ｎｍであり、分散粒子の平均粒径が２０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法。
3. 前記ＩＴＯ超微粒子分散型インクを乾燥する際、修正箇所の温度を１００〜２３０℃の範囲に保持することを特徴とする請求項１または２に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法。
4. 前記ＩＴＯ超微粒子分散型インクを塗布して、乾燥する際、インク粘度は、１〜５００ｍＰａ・ｓで、且つ、５０〜５００Ｐａの強さで圧縮空気を前記修正箇所に吹き付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法。
5. 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、柱状スペーサおよび配向制御用突起が順次形成された液晶表示装置用カラーフィルタ基板であって、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法によって、欠陥部分が修正されたことを特徴とするカラーフィルタ基板。
6. 欠陥部分が修正された後の修正箇所の透明導電膜の表面抵抗が１×１０^２Ω／□以上５×１０^５Ω／□未満であることを特徴とする請求項５に記載するカラーフィルタ基板。

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