JP4281930B2 - Manufacturing method of color filter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラスチックフィルム上に色パターンを含むカラーフィルタ層を備えるカラーフィルタを製造する方法、特に、転写を利用したカラーフィルタの製造技術に関する。
【0002】
【発明の背景】
カラー液晶表示装置に用いるカラーフィルタは、一般に、透明なガラス基板の上に、たとえば原色系の赤(R)、緑(G)、青(B)や、補色系の黄(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)などの複数の色の色パターンを含むカラーフィルタ層を備える。カラーフィルタのそうした基本的な構成は、透過タイプあるいは反射タイプのいずれのタイプのカラーフィルタであれ、また、印刷法、フォトリソグラフィ法、電着法、転写法などいずれの製法によるものであっても同様である。
【0003】
カラーフィルタの基材あるいは基板としてのガラスは、表面平滑性、光透過性、表示に要するその他の特性の面ですぐれている。しかし、ガラスは厚みを薄くすると、割れやすいなどという難点も併せもつ。したがって、耐衝撃性や小型軽量化を重視する携帯用の機器に対する表示に用いる場合などには、ガラス基板を用いたカラーフィルタの欠点が目立つようになる。
【0004】
発明者らは、そうしたガラス基板に起因する問題を解消するために、プラスチックフィルムを基板としたカラーフィルタに着目し開発を企てた。プラスチックフィルムは薄く、しかも、耐衝撃性に優れているからである。しかし、そうした利点がある反面、プラスチックフィルムはガラスに比べて耐熱性や耐薬品性、さらには温度湿度による伸縮の点で劣り、カラーフィルタの製造プロセスに制約を受けるという問題がある。
そこで、先願である特願平10−225320号(出願日:平成10年7月24日)は、プラスチックフィルムに起因する制約を配慮し、転写法を利用したカラーフィルタの製造技術を提案した。すなわち、色パターンを含むカラーフィルタ層を、プラスチックフィルムに比べて熱伸縮性の小さい基板(たとえばガラス等)上に形成する第1工程と、その第1工程の後、そのガラス等の基板上のカラーフィルタ層を接着剤層を介してプラスチックフィルム上に転写する第2工程とを備える技術である。そうした技術によれば、複数の色の色パターンを含み、相互に位置合わせが必要な処理を、ガラス等の基板に対する第1工程に集中させることによって、カラーフィルタ層の製造工程において使用する薬品や加熱処理等の制限を緩和することができ、しかも、プラスチックフィルムの熱伸縮性に起因する悪影響(パターン精度および位置合わせ精度を低下させるという問題)を回避することができる。また、第2工程において、カラーフィルタ層の複数の色パターンをプラスチックフィルム上に同時に転写させるため、第1工程による高い精度をそのままプラスチックフィルム側に移すことができる。
【0005】
【発明の解決すべき課題】
しかし、その後さらに検討したところ、ガラス等の基板上のカラーフィルタ層を接着剤層を介してプラスチックフィルム側に転写するとき、その転写時点と転写を終えた時点(たとえば、カラーフィルタを含む機器の使用時点)との温度差が新たな問題を生じるおそれがあることが判明した。温度差は、プラスチックフィルムの伸縮を生じ、特に、転写時点の温度は転写後の温度に比べて高いので、プラスチックフィルムは縮み、その縮みに応じてプラスチックフィルム上の色パターンが引っ張られてパターン自体に寸法変動を生じる。
この発明は、転写処理を特定化させることにより、転写時点の温度をカラーフィルタを含む機器のその後の使用時の温度にできるだけ近付けるようにすることを目的とする。
また、この発明は、転写によって得るカラーフィルタ層の表面をできるだけ平滑にすることを他の目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明では、転写のための接着剤層を光硬化型の接着剤で構成することにより、転写時に光照射を含む硬化処理を行い、さらに、その硬化処理に伴う接着剤層の温度変化を所定範囲に抑えることにより、色パターンの転写前後の寸法変化を抑制するようにする。ここで、転写用の光硬化型の接着剤としては、紫外域から可視域まで、たとえば200nm〜700nmの範囲にわたって光硬化する各種のものを利用することができる。こうした接着剤としては、本来の接着性のほか、透明性にすぐれていることは勿論のこと、さらに、無溶剤の状態で液状であることが要求される。後者は、接着剤層を各種の塗布手段によって平滑に形成する点からの要求であるが、そのためにどうしても接着剤の中にはモノマー成分が多く含まれる。光硬化型の接着剤としては、ラジカル重合型とカチオン重合型とがあり、ラジカル重合型では、光重合開始剤が光を吸収してラジカル種を生成してモノマーに付加し、連鎖重合が進行してポリマーとなり高分子化し、また、カチオン重合型では、光重合開始剤が光を吸収してカチオンを発生し、このカチオンが触媒となりモノマーが重合してポリマーとなり高分子化する。ラジカル重合型のものは、ラジカルの寿命が短く、どうしても未反応モノマー成分が残留する傾向があり、モノマー成分が外部に溶出して接着性に影響を与える等、信頼性の点で劣るおそれがある。それに対し、カチオン重合型の接着剤は、光照射後も重合が進行するため、未反応物が残らず、良好な信頼性を得ることができる。したがって、接着剤としては、カチオン重合型のものが最適である。
【0007】
また、光照射による硬化は、熱硬化などの他の硬化方法に比べて、硬化処理時の温度上昇は小さいが、この種のカラーフィルタのパターンにとっては、さらに、温度上昇を抑制する対策が必要である。硬化処理に伴う接着剤層の温度上昇を抑える手段として、紫外線等の光照射のための光学系の熱の発生を抑える方法、あるいは、接着剤層の側を冷却する方法の少なくともいずれかの方法を適用することができる。また、転写時の光照射を、色パターンに温度上昇による寸法変化が起こらない程度に接着剤層を仮硬化させる仮硬化のための第1の光照射と、その第1の光照射の後で第1の光照射時の照射強度よりも大きな照射強度で行う本硬化のための第2の光照射との二段にわたって行う方法も有効である。
通常、転写時の接着剤層の温度変化は、次の関係式を満たす範囲にすべきである。
ΔL×ΔT < 5×10-4
ここで、ΔLは、ガラス等の基板の温度線膨脹係数L1とプラスチックフィルムの温度線膨脹係数L2との差であり、また、ΔTは、転写時の硬化処理に伴う接着剤層の温度上昇である。
たとえば、ソーダライムガラスの線膨張係数は10×10-6であり、ポリカーボネートの線膨張係数は5×10-5であり、カラーフィルタを含む機器の使用温度を室温の23℃とすると、接着剤層の硬化処理温度を10.5℃から35.5℃の範囲にすべきである。
【0008】
【実施例】
以下、添付の図面に示す実施例を参照しながら、この発明の内容をさらに具体的に説明する。
まず、図1に示すように、洗浄したガラス基板10を用意する。ガラス基板10の厚さは0.7〜1.1mm程度であり、全体として剛性をもっている。このガラス基板10は、その表面に転写すべきカラーフィルタ層30を支持する基板であるため、良好な表面平滑性、たとえば暗室下5000Luxの明るさの反射光で目視により観察した時にキズや突起等が見えない程度の表面平滑性(基板表面の外観規格)をもっていることが望ましい。
【0009】
そうしたガラス基板10の一面全体に、図2に示すように、保護層と剥離層とを兼ねた剥離層兼保護層20を形成する。剥離層兼保護層20の特性としては、色パターンなどの形成時の環境に耐える素材であり、安定してガラス基板10に密着し、しかも、転写時には、適度の剥離性と形状保持性を示し、さらに、透明電極の成膜に耐え、かつ、液晶に溶け出さないことが要求される。また、透明性にすぐれていることも大事である。好適な素材はポリイミドであり、スピンコートやロールコートなどを利用して塗布形成することができる。その厚さは、たとえば1〜5μmであり、実験によると、その上に形成するカラーフィルタ層30に比べて4倍以上の厚さにするのが好ましい。剥離層兼保護層20は、転写を容易にするだけでなく、カラーフィルタ層30の表面を平滑化する機能をもち、厚さが大きくなるほど平滑化の上で有利である。
【0010】
次いで、図3に示すように、剥離層兼保護層20の上にイエロー、マゼンタ、シアンの色パターン30Y,30M,30Cを含むカラーフィルタ層30をフォトリソグラフィ法によって形成する。色パターン30Y,30M,30Cの材料として、染料あるいは顔料などの着色剤をポリイミド樹脂溶液に溶解あるいは分散させた公知の塗布材料を用いることができる(たとえば、特開平10−170716号)。各色パターンはストライプ形状であり、その幅は50〜200μmであり、隣り合う色パターンの間の距離は5〜20μmである。また、カラーフィルタ層30は、反射型のものであり、その厚さがたとえば0.5μmほどであり、他の層に比べて非常に薄い。
【0011】
さらに、図4に示すように、カラーフィルタ層30の上を全体的に覆うように、接着剤層40を塗布によって形成する。接着剤層40としては、紫外線硬化型であり、カチオン重合型のもの、たとえば、エポキシ系の紫外線硬化型接着剤(旭電化工業株式会社製のUV硬化樹脂KR500)を用いる。塗布の厚さは、5〜20μm程度であり、充分な接着強度を得ることができ、透過率を失わない薄さをもつ値に設定する。
【0012】
この後、図5に示すように、接着剤層40の側に、ポリエーテルスルホン基板からなるプラスチックフィルム50を配置し、カラーフィルタ層30などをガラス基板10側からプラスチックフィルム50側に転写する。この転写処理に際しては、プラスチックフィルム50側から紫外線を照射するが、併せて、照射に伴う接着剤層40の側(硬化対象物)の温度上昇を積極的に抑え、できるだけ常温に近い温度にする。この温度コントロールの手法として、a.冷却風を硬化対象物に送風する方法、b.紫外線照射の光源と硬化対象物との間に、熱線遮蔽用の光学カットフィルタを挿入する方法、c.紫外線照射の光源と硬化対象物との間に、遮蔽用光学フィルタとして、紫外線硬化型の接着剤の感光波長域(365nm)を透過し、その他の波長域に吸収帯をもつもの、たとえば転写対象のプラスチックフィルム50やカラーフィルタ層30を形成したガラス基板10と同一材質のものなどを挿入する方法、などを組み合わせて適用することができる。
【0013】
この点、こうした温度コントロールをしないで紫外線照射および転写を行ったとき、紫外線照射による硬化前のパターン寸法が100.000mmであり、硬化後に転写した後のパターン寸法は99.866mmであり、転写前後におけるパターン寸法の変化率は、1.3×10-3であった。それに対し、アルミニュームプレートの上に硬化対象物を載せ、紫外線照射の光源と硬化対象物との間に3mmの厚さの石英基板を配置し、紫外線照射による硬化を行ったとき、硬化前のパターン寸法が100.000mmであり、硬化後に転写した後のパターン寸法は99.973mmであり、転写前後におけるパターン寸法の変化率は、2.7×10-4となった。また、アルミニュームプレートの上に硬化対象物を載せ、紫外線照射の光源と硬化対象物との間に、転写対象と同一のポリエーテルスルホン基板を配置し、紫外線照射による硬化を行ったとき、硬化前のパターン寸法が100.000mmであり、硬化後に転写した後のパターン寸法は99.987mmであり、転写前後におけるパターン寸法の変化率は、1.3×10-4となった。なお、こうした転写処理は、常温の環境下で行い、しかも、転写前後における温度変化を前記した所定範囲に抑えるようにした。また、転写後のカラーフィルタ層30の表面は0.1μm以下の良好な平滑性をもっていた。
【0014】
また、別の手法として、紫外線照射を仮硬化と本硬化との二段にわたって行う方法を適用することができる。仮硬化では、温度上昇による寸法変化が起こらない程度に比較的低いエネルギーでの照射を行い、その後の本硬化において、より高いエネルギーも照射によって硬化を完全に行う。仮硬化においては、必要波長のみを選択的に反射するコールドミラーを利用するなど間接光のみで照射を行うなど、硬化に必要な波長の光量を犠牲にしても必要波長以外の光量を極力抑えることによって、硬化対象物の温度上昇を有効に抑える。たとえば、照射量が7mW/cm2×4分間の仮硬化を行った後で、1000mJ/cm2の本硬化の照射を行う。この点、紫外線照射のための電源回路を電気的にコントロールすることによって、温度上昇を抑えた状態での仮硬化、そして、樹脂を完全硬化させるための本硬化と、仮硬化と本硬化とを継続して行うこともできる。勿論、硬化に必要な照射量が小さい接着剤の場合には、二段ではなく、一回の照射によって硬化処理を行うこともできる。
【0015】
なお、プラスチックフィルム50としては、前記したポリエーテルスルホンのほか、ポリエステル、ポリカーボネート、塩化ビニール、ナイロン、ポリアリレート、アクリル、ポリイミド等を適用することができる。また、プラスチックフィルム50は、シート(枚葉)、ロールのいずれの形態でも用いることができ、好ましい厚さは0.1mm〜1mmの範囲である。したがって、ここでいうプラスチックフィルムは、いわゆるフィルムやシートを含むシート状の部材を包含する概念である。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱伸縮性の小さいガラス基板を示す断面図である。
【図2】ガラス基板上に剥離層兼保護層を形成した状態を示す断面図である。
【図3】剥離層兼保護層の上にカラーフィルタ層を形成した状態を示す断面図である。
【図4】カラーフィルタ層の上に接着剤層を塗布した状態を示す断面図である。
【図5】転写の際の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
10 ガラス基板
20 剥離層兼保護層
30 カラーフィルタ層
40 接着剤層
50 プラスチックフィルム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a color filter having a color filter layer including a color pattern on a plastic film, and more particularly to a technology for manufacturing a color filter using transfer.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In general, a color filter used in a color liquid crystal display device is formed on a transparent glass substrate on, for example, primary colors red (R), green (G), blue (B), complementary colors yellow (Y), magenta ( M) and a color filter layer including a plurality of color patterns such as cyan (C). Such a basic structure of the color filter may be either a transmission type or a reflection type color filter, and may be produced by any method such as a printing method, a photolithography method, an electrodeposition method, or a transfer method. It is the same.
[0003]
Glass as a color filter substrate or substrate is excellent in terms of surface smoothness, light transmission, and other characteristics required for display. However, when glass is made thinner, it also has the disadvantage of being easily broken. Therefore, when used for display on portable devices that place importance on impact resistance and reduction in size and weight, the disadvantages of color filters using a glass substrate become conspicuous.
[0004]
In order to solve the problems caused by such a glass substrate, the inventors have attempted to develop a color filter using a plastic film as a substrate. This is because the plastic film is thin and has excellent impact resistance. However, while having such an advantage, the plastic film is inferior in heat resistance and chemical resistance, and in terms of expansion and contraction due to temperature and humidity, as compared with glass, and there is a problem that the manufacturing process of the color filter is restricted.
Therefore, Japanese Patent Application No. 10-225320 (application date: July 24, 1998), which is a prior application, proposed a color filter manufacturing technique using a transfer method in consideration of restrictions caused by a plastic film. . That is, a first step of forming a color filter layer including a color pattern on a substrate (for example, glass or the like) that is less heat stretchable than a plastic film, and after the first step, on the substrate of glass or the like And a second step of transferring the color filter layer onto the plastic film via the adhesive layer. According to such a technique, the chemicals used in the manufacturing process of the color filter layer are concentrated by concentrating the processing including the color patterns of a plurality of colors and requiring alignment with each other on the first process for the substrate such as glass. Restrictions such as heat treatment can be relaxed, and adverse effects due to the thermal stretchability of the plastic film (problems of reducing pattern accuracy and alignment accuracy) can be avoided. In the second step, the plurality of color patterns of the color filter layer are simultaneously transferred onto the plastic film, so that the high accuracy of the first step can be transferred to the plastic film side as it is.
[0005]
Problems to be Solved by the Invention
However, after further examination, when the color filter layer on the substrate such as glass is transferred to the plastic film side via the adhesive layer, the transfer time and the transfer end time (for example, the device including the color filter) It has been found that the temperature difference from the point of use may cause new problems. The temperature difference causes expansion and contraction of the plastic film, especially because the temperature at the time of transfer is higher than the temperature after transfer, the plastic film shrinks, and the color pattern on the plastic film is pulled according to the shrinkage, and the pattern itself Cause dimensional variation.
An object of the present invention is to make the temperature at the time of transfer as close as possible to the temperature at which the device including the color filter is used by specifying the transfer process.
Another object of the present invention is to make the surface of the color filter layer obtained by transfer as smooth as possible.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the adhesive layer for transfer is composed of a photo-curing type adhesive, so that a curing process including light irradiation is performed during the transfer, and the temperature change of the adhesive layer accompanying the curing process is predetermined. By limiting to the range, the dimensional change before and after the transfer of the color pattern is suppressed. Here, as the photo-curing adhesive for transfer, various types of materials that are photo-cured from the ultraviolet region to the visible region, for example, in the range of 200 nm to 700 nm can be used. Such an adhesive is required to be liquid in a solvent-free state as well as having excellent transparency in addition to the original adhesiveness. The latter is a requirement from the point that the adhesive layer is formed smoothly by various application means. For this reason, the adhesive always contains many monomer components. There are two types of photo-curing adhesives: radical polymerization and cationic polymerization. In radical polymerization, the photopolymerization initiator absorbs light, generates radical species, adds to the monomer, and chain polymerization proceeds. In the cationic polymerization type, the photopolymerization initiator absorbs light to generate a cation, and the cation serves as a catalyst to polymerize the monomer to become a polymer to be polymerized. The radical polymerization type has a short radical life, and there is a tendency that unreacted monomer components are inevitably left, and there is a possibility that the monomer components may be inferior in terms of reliability. . On the other hand, since the polymerization of the cationic polymerization type adhesive proceeds even after light irradiation, no unreacted substance remains and good reliability can be obtained. Therefore, a cationic polymerization type adhesive is optimal as the adhesive.
[0007]
In addition, curing by light irradiation has a small temperature rise during the curing process compared to other curing methods such as thermal curing, but for this type of color filter pattern, further measures to suppress the temperature rise are necessary. It is. As a means for suppressing the temperature rise of the adhesive layer accompanying the curing treatment, at least one of a method for suppressing heat generation of an optical system for light irradiation such as ultraviolet rays, or a method for cooling the side of the adhesive layer Can be applied. In addition, the light irradiation at the time of transfer is performed after the first light irradiation for temporary curing in which the adhesive layer is temporarily cured to such an extent that a dimensional change due to temperature rise does not occur in the color pattern and after the first light irradiation. It is also effective to carry out the method in two steps with the second light irradiation for the main curing performed with an irradiation intensity larger than the irradiation intensity at the time of the first light irradiation.
Usually, the temperature change of the adhesive layer at the time of transfer should be in a range satisfying the following relational expression.
ΔL × ΔT <5 × 10- 4
Here, ΔL is the difference between the temperature linear expansion coefficient L1 of the substrate such as glass and the temperature linear expansion coefficient L2 of the plastic film, and ΔT is the temperature rise of the adhesive layer accompanying the curing process during transfer. is there.
For example, the linear expansion coefficient of soda lime glass is 10 × 10- 6, the linear expansion coefficient of polycarbonate is 5 × 10- 5, when the operating temperature of the device including a color filter and 23 ° C. room temperature, the adhesive The curing temperature of the layer should be in the range of 10.5 ° C to 35.5 ° C.
[0008]
【Example】
Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings.
First, as shown in FIG. 1, a cleaned
[0009]
As shown in FIG. 2, a release layer /
[0010]
Next, as shown in FIG. 3, a
[0011]
Further, as shown in FIG. 4, an
[0012]
Thereafter, as shown in FIG. 5, a
[0013]
In this regard, when ultraviolet irradiation and transfer are performed without such temperature control, the pattern dimension before curing by ultraviolet irradiation is 100.000 mm, and the pattern dimension after transfer after curing is 99.866 mm. The pattern dimension change rate at 1.3 was 1.3 × 10 −3 . On the other hand, when an object to be cured is placed on an aluminum plate, a quartz substrate having a thickness of 3 mm is placed between the light source for ultraviolet irradiation and the object to be cured, and curing by ultraviolet irradiation is performed, pattern dimension is 100.000Mm, pattern size after transferring after curing is 99.973Mm, the rate of change of pattern size before and after the transfer became 2.7 × 10- 4. In addition, when the object to be cured is placed on an aluminum plate, the same polyethersulfone substrate as the object to be transferred is placed between the UV irradiation light source and the object to be cured, and curing is performed by UV irradiation. previous pattern dimension is 100.000Mm, pattern size after transferring after curing is 99.987Mm, the rate of change of pattern size before and after the transfer became 1.3 × 10- 4. Such a transfer process was performed in an environment at room temperature, and the temperature change before and after the transfer was suppressed to the predetermined range. Further, the surface of the
[0014]
Further, as another method, a method in which ultraviolet irradiation is performed in two stages of temporary curing and main curing can be applied. In the pre-curing, irradiation is performed with relatively low energy to such an extent that a dimensional change due to temperature rise does not occur, and in the subsequent main curing, curing is also performed completely by irradiation with higher energy. In pre-curing, use a cold mirror that selectively reflects only the required wavelength, such as irradiating with only indirect light. This effectively suppresses the temperature rise of the object to be cured. For example, after performing temporary curing at an irradiation amount of 7 mW / cm 2 × 4 minutes, irradiation of main curing at 1000 mJ / cm 2 is performed. In this regard, by electrically controlling the power supply circuit for ultraviolet irradiation, temporary curing in a state in which the temperature rise is suppressed, and main curing for completely curing the resin, and temporary curing and main curing are performed. It can be done continuously. Of course, in the case of an adhesive that requires a small amount of irradiation for curing, the curing treatment can be performed by one irradiation instead of two steps.
[0015]
As the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a glass substrate with low thermal stretchability.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where a release layer / protective layer is formed on a glass substrate.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a color filter layer is formed on a release layer / protective layer.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which an adhesive layer is applied on a color filter layer.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state during transfer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ΔL×ΔT < 5×10-4
ここで、ΔLは、前記基板の温度線膨脹係数L1と前記プラスチックフィ ルムの温度線膨脹係数L2との差であり、また、ΔTは、前記転写時の硬化 処理に伴う前記接着剤層の温度上昇である。The method for producing a color filter according to claim 1, wherein the temperature change of the adhesive layer during the transfer is in a range satisfying the following relational expression.
ΔL × ΔT <5 × 10 −4
Here, ΔL is a difference between the temperature linear expansion coefficient L1 of the substrate and the temperature linear expansion coefficient L2 of the plastic film, and ΔT is the temperature of the adhesive layer accompanying the curing process during the transfer. It is a rise.
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