JP2022052245A - カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトリソ法が持つ高い品質を低下させることなく、製造にかかる工程数を低減させることにより、製造コストの削減を可能にするカラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板を提供すること。【解決手段】少なくとも赤色、青色および緑色の３色からなる着色層とオーバーコート層を有するカラーフィルタ基板において、透明基板上にブラックマトリクスが形成されており、赤色、青色の２色のうちから選ばれる１色を第１色とし、残る１色を第２色として、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に、前記第１色および第２色の着色画素がそれぞれ充填され、第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層が、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に充填され、かつ、カラーフィルタ基板全体に形成されているカラーフィルタ基板。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の平面型カラー表示装置に用いるカラーフィルタ基板に関する。

従来の３色カラーフィルタ基板の製造工程は、透明基板上にブラックマトリクスを形成した後、着色画素形成工程として必要な、第１色の着色レジストを塗布する工程、フォトマスクを介して必要な部分のみを不溶性にする露光工程、可溶性部分を現像液により溶解除去する現像工程、形成された第１色の着色画素を次工程の湿式工程で溶解あるいは膨潤することから防ぐための焼成工程からなる着色画素形成工程を、第２色、第３色と３色分繰り返すことが必要であった。

その後オーバーコート層を塗布する工程、熱硬化型オーバーコート層の場合には、乾燥、加熱焼成工程を経てカラーフィルタ基板を得る。またカラーフィルタの周辺部分のオーバーコート層を除去するための光硬化型オーバーコート層を用いる場合には、塗布後、フォトマスクを介して露光する工程、非露光部を現像剤で除去する工程、乾燥工程、加熱焼成工程を経てカラーフィルタ基板を得る。

すなわち工程の多いフォトリソグラフィ工程を、ブラックマトリクス、３色の着色画素形成と、少なくとも４回繰り返すことになり、さらにオーバーコート層も光硬化の場合には５回繰り返すことになるため、製造ラインが長くなること、製造リードタイムが長いこと、また収率は、各工程の収率の掛け算になるため工程数が多いほど低くなり、製造コストは上がってしまっていた。

この問題を解決する技術として、例えば特許文献１には、インクジェット法によりパターニングを行うことにより、ブラックマトリクスの矩形開口部に赤色、緑色、青色3色の着色画素を充填するカラーフィルタ基板の製造方法が開示されている。この方法によるとノズルから着色インクが要求される領域のみに直接飛翔、着弾し供給されるため、フォトリソ法に比較して、露光工程、現像工程を削減することができる。

しかしながら、この技術においてはインクジェットのもつ着色剤粒子の着弾位置精度、および乾燥速度が温度、風量、湿度など外的条件の影響を受けやすいなどから、フォトリソ法に比較し、ムラやバラツキ、欠陥数が大きく品質が低いという問題があった。

特許第４３１０９７０号公報

上記の事情に鑑み、本発明は、フォトリソグラフィ法が持つ高い品質を低下させることなく、製造にかかる工程数を低減させることにより、製造コストの削減を可能にするカラーフィルタ基板の製造方法およびカラーフィルタ基板を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、
少なくとも赤色、青色および緑色の３色からなる着色層とオーバーコート層を有するカ
ラーフィルタ基板において、透明基板上にブラックマトリクスが形成されており、赤色、青色の２色のうちから選ばれる１色を第１色とし、残る１色を第２色として、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に、前記第１色および第２色の着色画素がそれぞれ充填され、第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層が、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に充填され、かつ、カラーフィルタ基板全体に形成されている、ことを特徴とするカラーフィルタ基板である。

また、請求項２に記載の発明は、
少なくとも赤色、青色および緑色の３色からなる着色層とオーバーコート層を有するカラーフィルタ基板の製造方法であって、
透明基板上に、表示部とする領域にブラックマトリクスを形成する工程と、赤色、青色の２色のうちから選ばれる１色を第１色とし、残る１色を第２色として、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に前記第１色および第２色の着色画素をそれぞれ充填してカラーフィルタ基板層を形成する工程と、
前記第３色の緑色成分として含有するオーバーコート層を、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に充填すると同時にカラーフィルタ基板全体に形成する工程とを少なくとも備える、ことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。

また、請求項３に記載の発明は、
前記第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層は、光硬化または熱硬化により形成されることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルタ基板の製造方法である。

請求項４に記載の発明は、
前記緑色成分を含有するオーバーコート層の、前記第１色と前記第２色の着色画素上の膜厚が、前記緑色画素の位置の膜厚以下であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のカラーフィルタ基板の製造方法である。

本発明によれば、３色のうち１色の着色レジストを塗布する工程、すなわちフォトマスクを介した露光工程、現像工程、焼成工程を省略することができるため、工程の削減ができ、製造ラインの縮小と、製造リードタイムの短縮、全体の収率が向上することから、製造コストが低減できる。

また第３の色の着色成分を含有するオーバーコート層の、第１と第２の色の着色画素上の膜厚が第３の色の位置での膜厚以下であることにより、第３の色の画素の色純度と、第１と第２の色の画素の明度を両立することができる。

本発明のカラーフィルタ基板の構成を示す概略断面図。 従来のカラーフィルタ基板の構成を示す概略断面図。 従来の熱硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板の製造工程を示す説明図。 本発明の熱硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板の製造工程を示す説明図。 従来の光硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板の製造工程を示す説明図。 本発明の光硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板の製造工程を示す説明図。

図１に示すように、本発明のカラーフィルタ基板は、ガラス基板とブラックマトリクスと２色の着色画素および着色剤を含むオーバーコート層から構成されている。図２は従来のカラーフィルタ基板で、本発明との違いは３色の着色画素と透明なオーバーコート層であり、３色目の着色画素の形成が省かれていることが特徴である。

図３に従来の熱硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板の製造工程を示す。まずブラックマトリクス基板を形成する（ａ）。黒色レジストを塗布する工程、フォトマスクを介して、露光する工程、非露光部を現像液で溶解除去する工程、乾燥・加熱・焼成する工程を経て、ガラス基板１上に黒色２を有するブラックマトリクス基板を得る。ただ、ブラックマトリクスは黒化処理した金属薄層をフォトリソグラフィ法で形成したものでもよい。

次に、第１色の着色画素を形成する。まず第１色の着色レジスト３を塗布する（ｂ）。次にガラス基板５１上に遮光層５６を持つフォトマスク５を介して、露光を行う（ｃ）。露光部分は現像剤に対して不溶性となり、非露光部は可溶性のままである。

現像剤に接触させることにより、可溶性部分が溶解除去されることにより、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に第１色の着色材料が充填されることになる。洗浄により溶解した着色レジストと余分な現像剤を除去し、乾燥により水分を除去する。また焼成により、着色画素は硬化し、次工程で、第２色の着色レジストに接触したときの、溶解、膨潤、色移り等の不良を防ぐことができる。このようにしてブラックマトリクスの矩形開口部に第１色の着色画素３が充填される（ｄ）。

第２色の着色画素を、第１色の着色画素の形成と同様の方法で、（ｂ）（ｃ）（ｄ）をそれぞれの着色レジストを用いて繰り返すことにより形成する（（ｅ）～（ｇ）、（ｈ）～（ｊ））。

最後に、透明な熱硬化型のオーバーコート層９を塗布し、乾燥し、焼成することにより従来の熱硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板を形成する。

図４には本発明の熱硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板の製造工程を示す。ブラックマトリクスの形成（ａ）から第２色の着色画素の現像・焼成（ｇ）までの工程は共通で、緑色成分を含有し、かつ熱硬化性があるオーバーコート層をカラーフィルタ基板全体に塗布、乾燥、焼成することによりカラーフィルタ基板を形成する。従来の製造方法に比較し、第３色の塗布（ｈ）露光（ｉ）現像・焼成（ｊ）を省略することができる。カラーフィルタ基板製造の中心部分となる着色画素の製造ラインの１／３をなくすことができ、面積とラインコストの削減になる。また製造条件の決定のための事前のテストで重要なリードタイムも短縮することができる。

また、塗布時に起こるレジストのフィッシュアイと言われるはじきが原因の不良、乾燥時の乾燥ムラ、あらゆる工程で発生しうる異物の混入など、不良の発生は、工程数が多くなればなるほど多くなり、全体での収率は、各工程での収率の掛け算になり、着色画素形成時の工程数が１／３削減することができれば、全体の収率は向上することになる。製造ラインの縮小、リードタイムの短縮、収率の向上から、製造コストの低減が可能となる。

本発明のカラーフィルタ基板の製造方法によると、第１色と第２色着色画素上に、第３色が積層される構造になる。概略図的な理解では、赤フィルタは赤領域６００ｎｍ～７００ｎｍのみ透過し、青領域４００ｎｍ～５００ｎｍと緑領域５００～６００ｎｍは遮光し、同様に緑フィルタは緑領域のみ透過し青領域と赤領域は遮光、青フィルタは、青領域のみ透過し緑領域と赤領域は遮光すると考える。

もしそうであれば、第１色と第３色の積層領域および第２色と第３色の積層領域では、光はすべて遮光されてしまうことになる。しかし現実には、各色の透過スペクトルは理想的な矩形ではなく、他の色領域に伸びている。特に緑の色材のスペクトルは、赤領域にも青領域にも伸びており好ましく、青フィルタ、赤フィルタの透過率の低下の影響が小さい。

さらに、２色が形成された後、第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層を塗布すると、スピンコートやスリットコートなど一般的な塗布方法を用いると、表面張力により、すでに高さを持っている第１色および第２色の着色画素に乗り上げた分の厚みは、緑色画素の本来の位置の厚みより、自動的に小さくなる。この場合、第１色、第２色の透過率低下を小さくするために、緑色成分を含有するオーバーコート層の、前記第１色と前記第２色の着色画素上の膜厚が、前記緑色画素の位置の膜厚以下であることが好ましい。

液晶パネルにおいて、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の間に液晶を注入し周囲を接着剤で封止する構造をとる。この際、長期的な使用で液晶層に水分等の侵入を防ぐために、周囲の接着すべき部分のオーバーコート層を除去することがある。次にこの目的で使用される光硬化型オーバーコートを備えるカラーフィルタ基板の製造工程を示す。

図５は、従来の光硬化型オーバーコートを備えるカラーフィルタ基板の製造工程である。図３の（ａ）から（ｊ）までは共通である。透明で光硬化性のオーバーコート剤１２をカラーフィルタ基板全体に塗布する（ｍ）。フォトマスク５、６を介して、露光４を行い、露光部を非溶解性に非露光部は現像液に対して溶解性のままにしておく（ｎ）。次に現像剤に接触させることで非露光部を溶解除去し、水洗で溶解レジストおよび現像剤を除去し、乾燥、焼成によりオーバーコート層として機能する物性を与える（ｏ）。

図６は、本発明の光硬化型オーバーコートを備えるカラーフィルタ基板の製造工程である。図５と比較すると、（ａ）から（ｇ）までは共通である。次に、緑色剤を含有し、光硬化性を有するオーバーコート剤をカラーフィルタ基板全体に塗布する（ｐ）。フォトマスク５、６を介して、露光４を行い、露光部を非溶解性に非露光部は現像液に対して溶解性のままにしておく（ｑ）。

次に現像剤に接触させることで非露光部を溶解除去し、水洗で溶解レジストおよび現像剤を除去し、乾燥、焼成により緑色画素と同時にオーバーコート層を形成する（ｒ）。図５と図６を比較すると、着色画素１色分の製造に相当する工程が省略できることがわかる。熱硬化型オーバーコート層を備えるカラーフィルタ基板と同様に、製造ラインの縮小、リードタイムの短縮、収率の向上から、製造コストの低減が可能となる。

オーバーコート層は、平滑性を付与し、液晶パネルを形成したときのセルギャップを均一にし、表示品質を上げると同時に、カラーフィルタに含有する成分の液晶への混入を防止する機能があり、架橋密度を上げバリア性を上げることが好ましく、緑色成分を含有するオーバーコート層は、光硬化または熱硬化により形成されることが好ましい。

また緑色成分が、第１色および第２色の着色画素の上にオーバーコート層として積層されることから、第１色および第２色単独よりも明度の低下が多少は起こってしまうが、赤、緑、青のうち、緑の透過スペクトルが他の２色の領域に広がっており、積層による明度低下の影響が最も小さいため、第３色は緑色であることが好ましい。

また緑色成分が、第１色および第２色の着色画素の上にオーバーコート層として積層されることから、第１色および第２色単独よりも明度の低下が多少は起こってしまう。第１
色および第２色の着色画素の上の緑色成分量は極力少なく、緑色画素の位置では、所定の着色成分量が必要となるため、緑色成分を含有するオーバーコート層の、第１色と第２色の着色画素上の膜厚が、緑色画素の位置の膜厚以下であることが好ましい。

本発明のカラーフィルタ基板は、図１に示す断面図のように、平滑性が高く、緑色画素形成が省略されているが、実質３色の塗分けができており、かつオーバーコート層としての機能を有する形態となっている。赤、緑、青のうち、緑の透過スペクトルが他の赤色、青色２色の領域に広がっており、積層による明度低下の影響が最も小さいため、第３色が緑色であることが好ましい。

１・・・ガラス基板
２・・・ブラックマトリクス
３・・・第１色着色画素レジスト
４・・・露光用光線
５・・・フォトマスク基板
６・・・フォトマスク遮光層
７・・・第２色着色画素レジスト
８・・・第３色着色画素レジスト
９・・・透明熱硬化性オーバーコート剤
１０・・・第３色着色成分含有熱硬化性オーバーコート剤
１１・・・透明光硬化性オーバーコート剤
１２・・・第３色着色成分含有光硬化性オーバーコート剤

Claims (4)

1. 少なくとも赤色、青色および緑色の３色からなる着色層とオーバーコート層を有するカラーフィルタ基板において、
   透明基板上にブラックマトリクスが形成されており、赤色、青色の２色のうちから選ばれる１色を第１色とし、残る１色を第２色として、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に、前記第１色および第２色の着色画素がそれぞれ充填され、
   第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層が、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に充填され、かつ、カラーフィルタ基板全体に形成されている、ことを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 少なくとも赤色、青色および緑色の３色からなる着色層とオーバーコート層を有するカラーフィルタ基板の製造方法であって、透明基板上に、表示部とする領域にブラックマトリクスを形成する工程と、
   赤色、青色の２色のうちから選ばれる１色を第１色とし、残る１色を第２色として、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に前記第１色および第２色の着色画素をそれぞれ充填してカラーフィルタ基板層を形成する工程と、第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層を、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に充填すると同時にカラーフィルタ基板全体に形成する工程とを少なくとも備えることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
3. 前記第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層は、光硬化または熱硬化により形成されることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
4. 前記第３色の緑色成分を含有するオーバーコート層の、前記第１色と前記第２色の着色画素上の膜厚が、前記緑色画素の位置の膜厚以下であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。

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