JP2013080148A - カラーフィルタの修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】黄色画素の色相の変化や透過率の変化を伴うことなしに黄色画素に生じた欠陥を修正する方法を提供することを目的とした。
【解決手段】少なくとも、赤色、緑色、青色、黄色の４色の着色画素を備えるカラーフィルタ３の修正方法であって、黄色画素の欠陥部分をレーザー照射９で枠状に除去し、該枠状部位を緑色の修正インキ６で埋設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、前記黄色画素に占める緑色修正インク部の面積が８５％以下であることを特徴とするカラーフィルタの修正方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に使用するカラーフィルタの欠陥修正方法に係わり、特には、赤、緑、青、黄の4色からなるカラーフィルタの黄色画素の欠陥修正技術に関する。

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、より高品位で広い色再現域が可能な液晶表示装置として、赤、青、緑の着色画素に加えてさらに黄色画素を設ける技術が開示されている（特許文献１）。

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枠状に除去し、枠内に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、焼成処理を行っている。修正インクのレーザーカット枠への塗布については、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が、ディスペンサもしくは塗布針方式が位置精度、塗布量の制御という点で優れ主流となっている（特許文献２）。

一般に色欠陥修正装置は、ブラックマトリックス（ＢＭ）に生じた欠陥についてはＢＭ修正インクを使用して修正し、赤色画素に生じた欠陥については赤色修正インクを使用して修正し、緑色画素に生じた欠陥については緑赤色修正インクを使用して修正し、青色画素に生じた欠陥については青色修正インクを使用して修正してきた。

特開２００１−２０９０４７号公報 特開２００８−１０７５３９号公報

しかしながら、色欠陥修正装置は、従来からの液晶表示装置用カラーフィルタに対応して、ＢＭ、赤、青、緑画素を修正するための修正インク吐出部と貯蔵用タンクしか備えていないのが普通である。黄色画素を備えるカラーフィルタの黄色画素に生じた欠陥を黄色修正インクを用いて修正するには従来装置に機能追加するか更新するかが必要であるが、いずれも多大な設備投資を要し、また全てのカラーフィルタが黄色画素を備えるわけではないことを考慮すると実質的にはいずれも困難である。
そこで本発明は、黄色画素の色相や透過率に大きな変化を加えずに黄色画素に生じた欠陥を従来の色欠陥修正装置で修正する方法を提供することを目的とした。

上記の課題を達成するための請求項１に記載の発明は、少なくとも、赤色、緑色、青色、黄色の４色の着色画素を備えるカラーフィルタの修正方法であって、黄色画素の欠陥部分をレーザー照射で除去し、除去した部位を緑色の修正インキで埋設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。

また、請求項２に記載の発明は、前記黄色画素に占める緑色修正インク部の面積が８５％以下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の修正方法としたものである。

本発明によれば、黄色画素で発生した欠陥を緑色画素修正インクで修正できる。色欠陥修正装置への設備投資が不要となりカラーフィルタのコスト増を抑制できる。
また、色再現性を損なわずに黄色画素に生じた欠陥を修正できたことで０．１４％の不良率低減が達成できた。

（ａ）〜（ｇ）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。 黄色画素の欠陥の有り様（ａ）と欠陥部位修正後の有り様（ｂ）を説明する上面視と断面視の図である。 ＲＧＢＹ画素の輝度を比較した図である。

以下、本発明の概要を実施例に基づき図面を使って説明する。

［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」）。
・黄色用顔料：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Ｙ５６８８」）、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １３８（ＢＡＳＦ社製「ＰＡＬＩＯＴＯＬ ＹＥＬＬＯＷ Ｋ０９６１ＨＤ」）、及びＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６（東洋インキ製造製「リオノールグリーン ６ＹＫ）
上記の顔料を用いて下記に記載の、黒色・赤色・緑色・青色・黄色の着色材料を作製した。

・黒色着色組成物
ＢＭは、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
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緑色着色材料を得た。
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 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
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青色着色材料を得た。
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 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

・黄色着色材料
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。
Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０５０重量部
（バイエル社製「ファンチョンファーストイエローＹ５６８８」）
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
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黄色着色材料を得た。
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。

先ず、上記ＢＭ用着色材料を用いて、定法のフォトリソ法により、ガラス基板１上にブラックマトリックス２を形成した（図１（ａ），（ｂ））。本発明で使用するガラス基板1としては、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂基板が用いられる。透明性、強度、耐熱性、耐候性において優れた２００ｃｍ×１５０ｃｍサイズで厚み０．７ｍｍのガラス基板を用いた。

［着色画素の形成］
ガラス基板１に、赤色着色材料をスリットコート法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、黄色着色材料についても仕上り膜厚が１．８μｍとなるように青色着色層、黄色着色層を得た。これで、透明基板上に赤（R)、緑（G)、青（B)、黄（Y)、４色のストライプ状の着色層３を持つカラーフィルタが得られた（図１（ｃ））。その後、２３０℃３０分焼成した。

なお、現像には以下の組成からなるアルカリ現像液を使用した。
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％

赤、青、緑、黄色の画素からなるカラーフィルタを形成した後、図示しない色欠陥検査装置にて各画素上の欠陥の有無を検査した。検知された欠陥の座標と形状に関わる情報は欠陥修正装置へ転送される。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、着色画素上のφ３０μｍ程度の黒欠陥及びピンホール欠陥である。

黄色画素上で検出された黒欠陥４は、上面視では図２（ａ）のように見える。断面視では黄色画素３に異物４が食い込んでいる。欠陥部分にレーザ光９を照射して欠陥部分がその内側に含まれる領域でガラス基板１から上を概ね枠状に焼き切る（図１（ｄ））。除去された凹部分はガラス基板１を底とする開口部５となる（図１（ｄ））。

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、着色画素層が除去されガラス基板１が露呈するエネルギーを持つレーザであればよい。

次に、黄色画素内部の枠状凹部５を緑色修正インキ６を塗布針で塗布し埋設し、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（図１（ｅ））。この時、修正箇所周辺の温度は２００℃を６０秒間維持した。上面視の外観は図２（ｂ）に示すようになる。黄色と緑色で色相等が違うので図２（ｂ）に示すように開口部を完全に埋設する必要は無く適宜厚みを調整する。

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。

黄色画素修正用のインク組成は、基本的には、上記記載の緑色着色材料に同じとすることができるが、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若干調整した。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％、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｎｎ ３６：１６ｗｔ％、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０：４ｗｔ％、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。

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態様であった。

塗布針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で被覆するように盛り付ける。そして、黄色画素に形成した枠状の開口部の直上に、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、針先端を被付着体（下地ガラス基板）表面に向けて降下させる。

塗布針は、基部径が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。針は先端が被付着体表面に接地しないように降下させ、被付着体表面に針先から転写される修正インク量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、各着色層に対応する修正インクごとに異なる。同じ手順で赤、青、緑色画素の欠陥も修正される。

［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７を形成した（図１（ｆ））。オーバーコート層７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８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。本実施例では、オーバーコート層７の上にスパッタ法で、１５０ｎｍのＩＴＯ膜８を製膜した（図１（ｇ））。このようにしてカラーフィルタ基板を得た。

黄色画素を緑色の備え付けの修正インキで修正するのは、図４で示すように緑色インクが黄色画素と輝度の差が少ないことがあげられる。輝度差は、赤の修正インクとも大きな違いがないが、表１に示すように色相を比較すると赤に比べると緑が有利である。輝度差、色相の点から黄色画素の修正には、青、赤インクより緑インクが有利である。
実際、０．１４％程度不良率の低減が達成できた。また緑インキで修正可能な最大面積は、６×１０^４μｍ^２であった。

１、基板
２、ブラックマトリックス
３、着色画素Ｒ、Ｇ，Ｂ，Ｙ
４、異物（黒欠陥）
５、枠状凹部（開口部）
６、埋設物（緑色修正インク）
７、オーバーコート層
８、ＩＴＯ透明電極層
９、レーザ光
１０、埋設物

Claims (2)

1. 少なくとも、赤色、緑色、青色、黄色の４色の着色画素を備えるカラーフィルタの修正方法であって、黄色画素の欠陥部分をレーザー照射で除去し、除去した部位を緑色の修正インキで埋設することを特徴とするカラーフィルタの修正方法。
2. 前記黄色画素に占める緑色修正インク部の面積が８５％以下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の修正方法。