JP4784244B2 - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

カラーフィルタの着色パターンなどを形成するパターン形成方法に関する。

カラーフィルタの着色パターン形成方法には従来から色々な方法が提案されている。ブラックマトリックスが形成されている基板上に感光性着色レジストを全面塗布し、フォトマスクを介してパターン露光し、非露光部を現像により除去する方法によるパターン形成方法（フォトリソ法：特許文献１参照）がある。また、撥インキ性のブラックマトリックスの間にインクジェット方式により、着色インクを充填し、その着色インクを硬化することによるパターン形成方法（インクジェット法：特許文献２参照）がある。
特開平９−３２３４７２号公報 特開２００１−８０７９４１号公報

しかしながら、フォトリソ法では、露光の際の位置精度を完璧にすることは難しい。すなわち、隔壁と着色パターンの境目がぴったり合い、隙間が無いように形成することは難しく、隔壁の上に着色パターンが一部載った形状になる。この形状であると、高精細な仕様（隔壁幅が短くなる。隔壁ピッチが短くなる。）になると、着色パターンが隣の領域まではみ出してしまい、混色の原因となる可能性がある。
また、インクジェット法では、高精細な仕様になると、隔壁間に適量のインクを適当な位置に充填するのに高レベルの制御が必要になる。また、隔壁全体が撥インキ性であると、隔壁間の着色パターンが山型になり、色むらが生じる。
本発明は、上記のような混色の問題が生じずに、高レベルのインクの充填の位置制御が不要で色むらの少ないパターン形成方法を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、
上部のみが撥インキ性であるブラックマトリックスで区画された複数のパターン領域を有する基板の略全面に１種類の着色感光性インキを均一の厚さで塗布し、前記ブラックマトリックス上の前記感光性インキが前記パターン領域に落ちることにより前記パターン領域に前記感光性インキが充填された後、前記感光性インキの所要部をパターン露光し、該露光の後に露光部あるいは非露光部のいずれかの前記感光性インキを現像により除去するカラーフィルタの製造方法であって、前記ブラックマトリックスを２段構成とし、上段のブラックマトリックスに撥インキ剤を含ませ、下段のブラックマトリックスに撥インキ剤を含ませず、前記下段のブラックマトリックスを加熱することにより山型にし、その上に、前記上段のブラックマトリックスを形成することによって、前記上段のブラックマトリックスを山型にし、前記感光性インキの塗布を複数回行い、前記感光性インキの塗布にダイコーターを用い、前記感光性インキの塗布の最中、または、塗布の後であって、前記感光性インキの乾燥前に、前記基板に超音波振動を加え、前記隔壁上の前記感光性インキを前記パターン領域に落とし、前記パターン露光の際に用いるフォトマスクの光透過部の各領域が、前記パターン領域より大きく、かつ、前記パターン領域と周辺の前記ブラックマトリックスを合わせた領域より小さく、該フォトマスクを介して、前記パターン領域と前記周辺のブラックマトリックスを合わせた領域を露光することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

請求項１の発明によれば、白抜け・混色や隔壁への乗り上げなく、容易に隔壁間にパターン形成することが可能である。

請求項２の発明によれば、塗布時に隔壁上に乗っている感光性インキが容易に隔壁間のパターン形成領域に充填することが可能である。

請求項３の発明によれば、均一の膜厚で感光性インキを塗布することが出来るので、最終的に隔壁間のパターン領域に充填される感光性インキの量が一定となる。従って、複数の隔壁間にある複数のパターンの膜厚が、すべて、ほぼ同一とすることが可能となる。

請求項４の発明によれば、隔壁上に乗っている感光性インキを隔壁間のパターン領域に落とすことを促進することが可能である。

請求項５の発明によれば、感光性インキが隔壁間にほぼ充填され、隔壁上には感光性インキがほぼないので、少なくとも隔壁間のパターン領域を露光すればよい。すなわち、隔壁上の感光性インキの露光については、考慮する必要がない。よって、ラフなフォトマスクでラフなアライメントで感光性インキの露光が可能となる。

請求項６の発明によれば、白抜け・混色や隔壁の着色パターンの乗り上げのない３色の着色パターンからなるカラーフィルタの形成方法を提供することが可能である。また、隔壁として用いるブラックマトリックスの厚さを厚くすることが出来る。これまでは、着色パターンがブラックマトリックス上に乗り上げるので、ブラックマトリックスの厚さはできるだけ薄くする必要があった。一方、遮光性を確保するためにブラックマトリックス材の遮光成分（通常は、カーボン。）の含有率を限界まで高くしていた。そのため、感光性、現像適正、強度等に問題が生じやすかった。ブラックマトリックスを厚さ制限が緩和されるので、必要な特性をうることが容易になった。

請求項７の発明によれば、白抜け・混色や隔壁の着色パターンの乗り上げのない３色の着色パターンからなるカラーフィルタを提供することが可能である。

以下、カラーフィルタの着色パターンを形成する方法を例として図１を用いて説明する。
本発明において、基板とは、ガラスやプラスチックなどの基板である。
また、撥インキ性の隔壁とは、撥インキ剤を有する隔壁である。カラーフィルタの場合、感光性ブラック樹脂に撥インキ剤を混ぜたものを基板上に塗布し、フォトリソ法を用いることにより形成することができる。撥インキ剤としては、フッ素樹脂系のモノマー、オリゴマー、ポリマーを使用することができる。隔壁の上部のみを撥インキ性とするには、隔壁を２段構成とし、上段の隔壁に撥インキ剤を含ませ、下段の隔壁に撥インキ剤を含ませなければ良い。
隔壁の上部を山型にするには、隔壁の上部をやすりで削ればよい。また、バフ研磨、サンドブラスト、液体ホーニング等で削る方法もある。山型の具体的な形状としては、横断面が半円状であってもいいし、三角状であってもいい。
また、隔壁の上部を山型にするのに、隔壁を加熱させることにより変形（熱ダレ）させてもよい。この場合、下段の隔壁を熱ダレさせて形成し、その上部に撥インキ性の隔壁を通常の方法により形成すれば、自然と、隔壁の上部が山型になる。

撥インキ性隔壁を有する基板上に感光性の着色インキを均一の膜厚で塗布する方法としては、図１ a）、ｂ）に示すように、ダイコーターを用いればよい。本発明の場合、感光性の着色インキを塗布した後に、着色インキが隔壁間に最終的に充填されるように、ダイコーターから吐出されるインキの量をコントロールする。隔壁の上部は撥インキ性なので、隔壁の高さより盛り上がるようにしてインキを充填することができる。しかしながら、撥インキ力を超えて、隔壁の上部までインキが乗りあがるようにはしないようにインク量を調整する。また、隔壁がインキにより完全に埋もれてしまわないようにする。

隔壁の上部に感光性インキが若干残ってしまう場合には、基板を振動させて隔壁上の感光性インキを隔壁間のパターン領域に落とせばいい。基板を振動させるには超音波振動する定盤上に基板を載せて、基板を振動させればよい。

感光性インキは公知のインクジェット用感光硬化型のインキを用いることができる。また、公知のダイコート用感光硬化型のインキを用いても良い。

カラーフィルタの場合、感光性インキの着色固形成分は、通常２０％程度である。感光性インキの溶剤蒸発後に、所定の膜厚となるようにするためには、隔壁間に山盛りとなるように充填する。この場合、隔壁上の感光性インキが、隔壁間のパターン領域に落ちない場合がある。その場合、数回に分けて感光性インキの充填を少しづつ行う。その場合、隔壁上の感光性インキが、隔壁間のパターン領域に落ちやすくなる。

上記の着色インキの塗布は、例えば、赤について最初に行う。
赤の着色インキの塗布が終わったら、赤、緑、青のパターン領域のうち、赤のパターン領域のみをパターン露光する。露光においては、図１ ｃ）に示すようにフォトマスクを介してパターン露光する。この場合、フォトマスクの光透過部と赤のパターン領域を向かい合うように対向させる。光透過部の大きさは、パターン領域の大きさより若干大きくてよい。但し、混色を防ぐため、パターン領域と周辺の隔壁を合わせた領域より小さい必要がある。赤の感光性インキは撥インキ性の隔壁の上部には無いから、赤のパターン領域にある赤の感光性インキをすべて露光してよい。そのため、フォトマスクと基板とのアライメントは、高精度のものでなくて良く、ラフなアライメントでよい。現像することにより、図１ ｄ）のように、赤のパターン領域のみに赤パターンが形成される。

緑、青についても同様の工程を行うことにより、図１ ｅ）のように赤、緑、青の3色の着色パターンが撥インキ性隔壁間に形成される。

本実施形態については、カラーフィルタについて説明したが、感光性インキとしてＥＬ などの自発光性材料を用いて、ＥＬディスプレイを作成することもできる。

カラーフィルタ用の基板としてコーニング社のイーグル２０００（厚さ０．７ｍｍ）を使用し、感光硬化型のブラックマトリックス材を使用し、フォトリソ法を使用してブラックマトリックスパターン（幅１０μｍ）を形成した。このブラックマトリックスパターンの高さは１．９μｍとした。

次に、このブラックマトリックスを加熱処理して硬化し、熱ダレを発生させ、ブラックマトリックスパターンの横断面形状を半円状とした。

さらに、撥インキ剤としてフッ素樹脂系のものを前記ブラックマトリックス材に０．５ｗｔ％添加し、上記ブラックマトリックスパターンが形成されている基板に乾燥厚さ０．１μｍになるように、ダイコーターで塗布した。溶剤乾燥後、アライメント露光して、上記のブラックマトリックスパターンの上に重なる形で厚さ０．１μｍの撥インク剤入りのブラックマトリックス層を形成した。この撥インク剤入りのブラックマトリックス層は、下地のブラックマトリックスパターンの上にほぼ均一の厚さで形成された。結果として、２層からなるブラックマトリックスの横断面の形状は半円状となった。

次に、カラーフィルタ用の赤色レジストを、ダイコータを使用して、乾燥厚さが所定の色濃度になるように調整して塗布し、溶剤を揮発させた。そして、赤色パターン形成用のフォトマスクを使用し、ブラックマトリックスのアライメントマークを使用して、アライメント露光した。この際、フォトマスク上の赤色用パターンのサイズは、画素部の設計サイズ（＝ブラックマトリックス隔壁間の設計幅）にブラックマトリックスの幅を合算したサイズとした。露光機としては、アライメント精度±４μｍ（ブラックマトリックス幅の０．８倍）のものを使用した。

未硬化の赤色レジストを、所定のアルカリ性現像液を使用して除去し、水洗・乾燥した。

次に、同様にして、緑色、青色の着色パターンについても形成し、カラーフィルタを形成した。

本発明のパターン形成方法の工程説明図。

Claims (1)

1. 上部のみが撥インキ性であるブラックマトリックスで区画された複数のパターン領域を有する基板の略全面に１種類の着色感光性インキを均一の厚さで塗布し、前記ブラックマトリックス上の前記感光性インキが前記パターン領域に落ちることにより前記パターン領域に前記感光性インキが充填された後、前記感光性インキの所要部をパターン露光し、該露光の後に露光部あるいは非露光部のいずれかの前記感光性インキを現像により除去するカラーフィルタの製造方法であって、
   前記ブラックマトリックスを２段構成とし、上段のブラックマトリックスに撥インキ剤を含ませ、下段のブラックマトリックスに撥インキ剤を含ませず、
   前記下段のブラックマトリックスを加熱することにより山型にし、その上に、前記上段のブラックマトリックスを形成することによって、前記上段のブラックマトリックスを山型にし、
   前記感光性インキの塗布を複数回行い、
   前記感光性インキの塗布にダイコーターを用い、
   前記感光性インキの塗布の最中、または、塗布の後であって、前記感光性インキの乾燥前に、前記基板に超音波振動を加え、前記隔壁上の前記感光性インキを前記パターン領域に落とし、
   前記パターン露光の際に用いるフォトマスクの光透過部の各領域が、前記パターン領域より大きく、かつ、前記パターン領域と周辺の前記ブラックマトリックスを合わせた領域より小さく、該フォトマスクを介して、前記パターン領域と前記周辺のブラックマトリックスを合わせた領域を露光する
   ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。