JP2597626B2 - カラーフィルター基板、カラーフィルター基板の製造方法およびカラーフィルター基板を用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、カラーフィルター基板、カラーフィルタ
ー基板の製造方法およびカラーフィルター基板を用いた
液晶表示装置に関する。

（従来の技術） 従来より、ポリシリコン、非晶質シリコン（ａ−Si）
及びテルル等の薄膜トランジスタ（Thin Film Transist
or,TFT）、或いはMIN（Metal−Insulator−Metal）素子
等の非線形素子を用いたアクティブマトリックス形液晶
表示装置は、例えば特開昭56−25714号公報や特開昭56
−25777号公報等に開示され広く知られている。

この種の液晶表示装置につき、例えばTFTを用いた場
合について説明する。

即ち、これは通常、一方の基板上では信号線群と走査
線群からなるマトリックス配線の各交点にTFTが設けら
れた形になっており、そのソース電極或いはドレイン電
極の一方が画素電極に接続されている。また、他方の基
板上では、画素電極に対応する領域に例えば赤（Ｒ），
緑（Ｇ），青（Ｂ）のカラーフィルタを配置し、残りの
格子状の領域をブラックマトリックスとしての遮光膜で
覆うとともに、続いて全面には対向電極が形成されてい
る。そして、これらの２枚の基板の間には液晶が挟持さ
れており、更に２枚の基板の外面にはそれぞれ偏光板が
設けられている。

ここで、遮光膜を有するカラーフィルタの従来の形成
方法について述べる。まず、先立って形成する遮光膜の
材料としては、従来、金属が考えられていた。一般に、
金属からなる遮光膜の製造方法は次の通りである。即
ち、光透過性基板を洗浄した後、スパッタリング装置内
に設置し、例えばクロム金属を0.1〜0.2μｍの厚さに蒸
着させる。続いて、レジストを塗布し、所定のパターン
を有するマスクを用いて露光・現像し、エッチング後に
レジストを剥離して、遮光膜が完成する。次に、光透過
性基板の遮光膜形成面の全面に感光性染色基板を塗布
し、所定のパターンを有するマスクを用いて露光する。
そして、遮光膜の所定の開口部分の染色基材を架橋重合
反応させた後に現像し、更に、赤染色槽に浸して赤染色
を行えば、赤（Ｒ）のカラーフィルターが得られる。以
後、この作業を２回繰り返すことにより、緑（Ｇ）と青
（Ｂ）のカラーフィルターが得られる。

しかしながら、この方法では遮光膜付のカラーフィル
ター基板を得るのに、４回のレジスト塗布、エッチング
及びレジスト剥離等のフォトリソグラフィー工程を必要
とするため、製造上複雑である。また、金属からなる遮
光膜を形成する際に使用するようなスパッタ装置は製造
設備として高価なものであり、安価なカラーフィルター
基板を提供することが困難である。

そこで、カラーフィルターの形成工程を簡略化するた
めに、例えば特開昭59−75205号公報に記載されている
ように、インクジェット法を用いるものが提案されてい
る。インクジェット法は近年、プリンターのカラー印刷
に多く用いられており、３色のパターン配置を同時に行
うことができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、あらかじめブラックマトリックスとし
て金属からなる遮光膜が形成された基板にインクジェッ
ト法によりカラーフィルターを形成することを想定した
場合、遮光膜の開口部にインクが入るが、インクの金属
に対する密着性が悪いため、例えば信頼性試験等を行な
った場合に、カラーフィルターが遮光膜の部分より剥離
することがあった。

この発明は、このような従来の事情に鑑みてなされた
ものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 第１の発明は、「光透過性基板と、 この光透過性基板上に所定の規則性がある開口部を有
するように形成された樹脂からなる黒色の遮光膜と、 この遮光膜を形成するのと同時に形成された前記遮光
膜と同じ材質からなり、且つ画像表示の有効領域外の一
部に配置された位置合わせ部と、 この位置合わせ部を用いてインクノズルと前記開口部
との位置決めをし、この開口部に相当する部分にこのイ
ンクノズルを用いたインクジェット法により形成された
カラーフィルターとを備えたことを特徴とするカラーフ
ィルター基板。」である。

第２の発明は「光透過性基板上に所定の規則性がある
開口部を有する樹脂からなる黒色の遮光膜を形成する工
程と、 この開口部に相当する部分にインクノズルを用いたイ
ンクジェット法によりカラーフィルターを形成する工程
とを備えたカラーフィルター基板の製造方法において、 この遮光膜を形成する工程で同時に、この遮光膜と同
じ材質からなり、且つ画像表示の有効領域外の一部に位
置合わせ部を形成し、 この位置合わせ部を基準に前記インクノズルの位置を
設定してインクを所望の位置の開口部に吐き出してカラ
ーフィルターを形成することを特徴とするカラーフィル
ター基板の製造方法。」である。

第３の発明は、「光透過性基板と、この光透過性基板
上に所定の規則性がある開口部を有するように形成され
た樹脂からなる黒色の遮光膜と、この遮光膜を形成する
のと同時に形成されたこの遮光膜と同じ材質からなり且
つ画像表示の有効領域外の一部に配置された位置合わせ
部と、この位置合わせ部を用いてインクノズルとこの開
口部との位置決めをしこの開口部に相当する部分にこの
インクノズルを用いたインクジェット法により形成され
たカラーフィルターと、 このカラーフィルターの上に形成された電極とを備え
た第１基板と、 この第１基板と対向し、電極を有する第２基板と、 この第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶
層とを有するカラーフィルター基板を用いた液晶表示装
置。」である。

（作用） この発明は、遮光膜を樹脂で形成することによって、
例えばカラーフィルターの材料であるインクと遮光膜と
の密着性を向上させることができる。この結果、カラー
フィルターの形成方法として、信頼性について特に心配
することなく、製造工程を簡略化することが可能なイン
クジェット法を採用することができる。

（実施例） 以下、この発明の詳細を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例を得るための製造工程を
説明するための図である。まず、第１図（ａ）に示すよ
うに、例えばガラスからなる光透過性基板（１）上に、
感光性染色基材（２）をスピンナー或いはロールコータ
ーで塗布する。ここで、感光性染色基材（２）は天然タ
ンパク質（ゼラチン或いはカゼイン）より染色性が優れ
ている合成品が望ましく、JDS−509（日本合成ゴム社
製）或いはR633L1（日本化薬社製）等が適している。ま
た、感光性染色基材（２）の膜厚は0.8〜1.2μｍ程度あ
ればよい。次に、マスクを用いた露光、即ち感光性染色
基材（２）に紫外光を照射し、架橋反応により第１図
（ｂ）に示すように、感光性染色基材（２）の潜像
（３）を形成する。この際、画像表示の有効領域外の一
部に、位置合わせ部（図示せず）も同時に潜像（３）と
して形成される。続いて、感光性染色基材（２）の現像
を行い、第１図（ｃ）に示すように、所定の規則性があ
る開口部（４）を有する樹脂膜（５）と、位置合わせ部
（図示せず）を樹脂膜（５）として形成する。そして、
樹脂膜（５）をポストベーキングした後、染料としてブ
ラック181（日本化薬社製）0.25％及び試薬として酢酸
1.0％を含有する黒色染色槽に浸し、60℃で15分間染色
する。こうして、染色処理を行なって、第１図（ｄ）に
示すように、遮光膜（６）及び位置合わせ部（図示せ
ず）を形成する。この遮光膜（６）は、染料を吸着する
ことにより、樹脂膜（５）のときに比べ膜厚が増大す
る。例えば、光学濃度が２程度の場合は1.5μｍ、光学
濃度が2.5程度の場合は2.0μｍに達する。そして、第２
図は光学濃度が2.5程度になるように染色した遮光膜
（６）の分光透過率を示す図であり、縦軸は透過率
（％）、横軸は波長（nm）を表している。同図からわか
るように、遮光膜（６）は400〜700nmの各波長の光を十
分に遮蔽することができる。

次に、タンニン酸と吐酒石が各々１％含まれた溶液に
50℃で数分間浸積させて固着処理を行った後、第１図
（ｅ）に示すように、表面を平滑化するためのアクリル
系の熱硬化透明樹脂（７）を全面に塗布し、ベーキング
処理を行う。そして、イングジェット法により、第１図
（ｆ）に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）
の染料を所定の開口部（４）に相当する部分に形成し
て、カラーフィルター（８）を得る。更に、カラーフィ
ルター（８）を構成するインクをベーキングにより固定
し、第１図（ｇ）に示すように、透明導電膜形成のため
のオーバーコート層（９）を塗布し固化させることによ
り、所望のカラーフィルター基板が得られる。

第３図は第１図におけるカラーフィルター（８）を形
成する際に用いる装置の一例を示す概略図である。同図
において、光透過性基板（１）はベルトコンベア（図示
せず）で吸着ステージ（10）で搬送され、まず、外形寸
法から機械的に第１次の位置決めが行われ、吸着ステー
ジ（10）に吸着固定される。そして、第１図における遮
光膜（６）と同じ材料からなり且つこれと同時に形成さ
れた位置合わせ部（11）に光が光透過性基板（１）の一
主面側から照射され、光透過性基板（１）の他主面側に
存在する受光手段（12）例えば光センサにより電気信号
として検出される。この電気信号はコントローラー（1
3）に送られ、コントローラー（13）からは、吸着ステ
ージ（10）に位置（Ｘ、Ｙ及び）の微調整信号が返送
され、光透過性基板（１）はミクロンオーダーの精度で
正しい位置に設置される。インクインジェクター（14）
の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各ノズルは、所定
のピッチに配列されており、３色のインクを同時に吐き
出しできるように構成されている。そして、インクイン
ジェクター（14）は、コントローラー（13）及びファン
クションジェネェレーター（15）からの信号に従って、
第１図における所定の規則性がある開口部（４）に、所
定の色調に調合されたインクを吐き出していく。この吐
き出されたインクは、第１図における熱硬化透明樹脂
（７）に吸着されてカラーフィルター（８）が得られ
る。なお、液晶表示装置に用いるカラーフィルター
（８）の画素数は、３〜４吋クラスで10万個程度であ
り、３色同時にインクジェット法でカラーフィルター
（８）を形成するのに要する時間は、30〜40秒で１枚の
カラーフィルター基板が完成する程度である。

この実施例では、遮光膜（６）として樹脂膜（５）を
黒色染料で染色したものを用いているため、カラーフィ
ルター（８）の材料であるインクとアクリル系の熱硬化
透明樹脂（７）及び遮光膜（６）との密着性が従来に比
べ向上し、−30℃から80℃までの温度にわたる熱衝撃を
与える信頼性試験等においても、カラーフィルター
（８）が光透過性基板（１）から剥離することがなくな
った。また、遮光膜（６）の形成に染色技術を用いてい
るため、スパッタリング装置といった高価な設備が不要
になり、コストを抑えることができる。更に、カラーフ
ィルター（８）の形成方法としてインクジェット法を採
用していて、ただ１回のフォトリソグラフィー工程で寸
法精度を維持するため、３回のフォトリソグラフィー工
程を必要とする染色法を用いた場合に比べ、製造工程を
大幅に簡略化することができ量産性に優れている。ま
た、カラーフィルター基板は染色膜（６）と同じ材料か
らなる位置合わせ部（11）を有していて、この位置合わ
せ部（11）を目安に受光手段（12）の働きにより、イン
クインジェクター（14）の位置を設定しているため、３
色のインクをカラーフィルター付基板の所望の位置に的
確に吐き出すことができる。

なお、第４図はこの実施例により得られたカラーフィ
ルター基板（20）を用いてなる液晶表示装置の一例を示
す概略断面図であり、この形成方法について同図を用い
て説明する。即ち、カラーフィルター基板（20）のオー
バーコート層（９）上に透明導電膜からなる共通電極
（21）等を形成するとともに、新たに光透過性基板（2
2）上にマトリックス配線（23）、画素電極（24）及び
スイッチング素子（図示せず）等が形成されてなるアレ
イ基板（25）を用意する。そして、カラーフィルター基
板（20）とアレイ基板（25）を、各々のカラーフィルタ
ー（８）と画素電極（24）、及び遮光膜（６）とマトリ
ックス配線（23）の部分が対向するようにして重ね合わ
せ、この間隙には液晶層（26）を挟持する。更に、カラ
ーフィルター付基板（20）とアレイ基板（24）の外面に
はそれぞれ、偏光板（27），（28）を被着することによ
り、所望の液晶表示装置が得られ、表示を行うときは、
例えばカラーフィルター基板（20）側から照明を施すと
よい。

［発明の効果］ この発明は、遮光膜を樹脂で形成し、且つカラーフィ
ルターの形式方法としてインクジェット法を用いること
により、カラーフィルターが悪条件で遮光膜より剥離す
ることがなくなるため、量産性及び信頼性が高いカラー
フィルター基板，およびカラーフィルター基板を用いた
液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を得るための製造工程を説
明するための断面図、第２図はこの発明における遮光膜
の分光透過率を示した図、第３図はこの発明におけるカ
ラーフィルターを得る際に用いる装置の一例を示す概略
図、第４図はこの発明の一実施例から構成されるの液晶
表示装置の一例を示す断面図である。 （１）……光透過性基板 （４）……開口部 （５）……樹脂膜 （６）……遮光膜 （８）……カラーフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−75205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−235901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−294503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−106407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−185005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−109002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−122781（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過性基板と、 前記光透過系基板上に所定の規則性がある開口部を有す
   るように形成された樹脂からなる黒色の遮光膜と、 前記遮光膜を形成するのと同時に形成された前記遮光膜
   と同じ材質からなり、且つ画像表示の有効領域外の一部
   に配置された位置合わせ部と、 前記位置合わせ部を用いてインクノズルと前記開口部と
   の位置決めをし、前記開口部に相当する部分にこのイン
   クノズルを用いたインクジェット法により形成されたカ
   ラーフィルターとを備えたことを特徴とするカラーフィ
   ルター基板。
2. 【請求項２】光透過性基板上に所定の規則性がある開口
   部を有する樹脂からなる黒色の遮光膜を形成する工程
   と、 前記開口部に相当する部分にインクノズルを用いたイン
   クジェット法によりカラーフィルターを形成する工程と
   を備えたカラーフィルター基板の製造方法において、 前記遮光膜を形成する工程で同時に、前記遮光膜と同じ
   材質からなり、且つ画像表示の有効領域外の一部に位置
   合わせ部を形成し、 前記位置合わせ部を基準に前記インクノズルの位置を設
   定してインクを所望の位置の開口部に吐き出してカラー
   フィルターを形成することを特徴とするカラーフィルタ
   ー基板の製造方法。
3. 【請求項３】光透過性基板と、前記光透過性基板上に所
   定の規則性がある開口部を有するように形成された樹脂
   からなる黒色の遮光膜と、前記遮光膜を形成するのと同
   時に形成された前記遮光膜と同じ材質からなり且つ画像
   表示の有効領域外の一部に配置された位置合わせ部と、
   前記位置合わせ部を用いてインクノズルと前記開口部と
   の位置決めをし前記開口部に相当する部分にこのインク
   ノズルを用いたインクジェット法により形成されたカラ
   ーフィルターと、 前記カラーフィルターの上に形成された電極とを備えた
   第１基板と、 この第１基板と対向し、電極を有する第２基板と、 前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層
   とを有するカラーフィルター基板を用いた液晶表示装
   置。