JP4791878B2 - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような大画面ディスプレイ装置に使われるカラーフィルタ、及びこれを製造する方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、特に、携帯型パーソナルコンピュータの進歩がなされつつ、ＬＣＤ、特にカラーＬＣＤに対する要求が高まっている。しかし、ＬＣＤの使用をさらに普遍化するためには、高費用の製造コストを節減せねばならず、特に、全体の費用のほとんどを占めるカラーフィルタ製造費用の節減が要求される。

一方、ＬＣＤで高品質の画質を実現するためには、カラーフィルタの製造及び方法が最も重要であり、これを実現するために、従来も、多くの試みと提案がなされている。以下、従来の技術についての内容について述べる。

第一の方法は、顔料分散法（ｐｉｇｍｅｎｔ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）である。該方法は、基板上に顔料分散感光樹脂層を形成し、これを単色パターンにパターン化させる方法である。かかる工程を三回反復することにより、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタ層を得ることができる。

第二の方法は、染色法（ｄｙｅｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）である。該方法は、染色材料である水溶性高分子材料をガラス基板に塗布し、これをフォトリソグラフィ工程（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｐｒｏｃｅｓｓ）により所定形状にパターニングした後、このパターンを染色液に浸漬して着色パターンを得る方法である。かかる工程を三回反復することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を得ることができる。

第三の方法は、電着法（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）である。該方法は、基板上に透明電極をパターニングし、この構造体を顔料、樹脂、電解液などが入っている電着塗装液に浸漬して第１色を電着する。そして、かかる工程を三回反復し、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を形成した後、最後に、前記カラーフィルタ層を焼成する。

第四の方法は、印刷法（ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）である。該方法は、顔料を熱硬化性樹脂に分散させて印刷動作を三回行うことにより、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層をそれぞれ形成し、樹脂は、熱硬化させて着色層を形成することができる。そして、前記の方法は、いずれも一般的に着色層上に保護層を形成する。

前記の方法の共通点は、同一工程を三回反復することにより、三色、すなわちＲ、Ｇ、Ｂの着色層を得るという点である。しかし、これは、カラーフィルタの製造費用を増大させる要因になり、また、工程数が増加するので収率が低下する。そして、電着法では、成形できるパターン形状に制約が伴うために、既存技術では、この電着法を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＬＣＤに適用し難い。また、印刷法では、解像度及び平滑度が低いために、微細ピッチを有したパターンを形成し難い。

かかる短所を改善するために、インクジェットシステムによりカラーフィルタを製作する方法が、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている。該方法は、三色、すなわちＲ、Ｇ、Ｂの着色剤を含有するインクをインクジェットシステムにより透明基板上に噴霧し、各色相のインクを乾燥させて着色画像部を形成する。かかるインクジェットシステムを利用したカラーフィルタの製造方法においては、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素が一度に形成され、製作工程がきわめて単純化でき、また製造費用もかなり節減される。

このようなインクジェットシステムによりカラーフィルタを製作するにあたり、複数個のインク吐出ノズルを具備したインクジェットヘッドをカラーフィルタ基板上に走査しつつ、各画素部を着色させるために、所定色相のインクがインク吐出ノズルから各画素部に吐出される。しかし、その場合、複数個のインク吐出ノズルから吐出されるインクの量は、少しずつ異なるので、もし、１つの画素列が１つのノズルにより着色されるならば、隣接した画素列は、インク吐出量が相異なるノズルにより着色される。従って、画素列間にカラー不均一が発生すると知られている。従って、かかるカラー不均一を減少させるために、走査作動を複数回行い、それぞれの走査作動で異なるノズルを使用することにより、画素列を着色する方法が提案された。しかし、該方法では、それぞれの走査作動で吐出されたインクがそれぞれの画素列のいくつかの部分で重畳され、それぞれの走査作動でインクを分布させる方法が研究されない場合には、カラー不均一を減少させる効果が十分ではなくなるおそれがある。

一方、かかる方法の短所を補完し、容易にカラーフィルタを形成するために、特許文献４では、電極を利用してインクを噴射した後、噴射されたインクを凝集させてカラーフィルタを製造する方法が提案された。しかし、かかる方法では、稠密に配列されたブラックマトリックスの１つの画素を第一電荷で帯電し、残りの周辺の画素を第二電荷で帯電するときに絶縁の問題が発生し、微細に噴霧されたインクが意図していないところに着地されたとき、修正できないという問題が生じうる。

また、インクジェットシステムを利用してカラーフィルタを製造するのに使われるインクは、顔料、分散剤、バインダ、モノマーなどがキャリアに混合されて作られる。しかし、かかるインクを利用してインクジェッティングを行おうとすれば、図１に図示されているように、インク１５が基板１０上のブラックマトリックス１２上にあふれ、はなはだしい場合には、隣接した画素にインクが入り込むブリーディング現象が発生するという問題が発生し得る。

特開昭５９−０７５２０５号公報 特開昭６３−２３５９０１号公報 特開平１−２１７３２０号公報 米国特許第５，０６６，５１２号明細書

そこで、本発明は、このような問題点を解決するために案出されたもので、ワックスビードの添加されたインクジェット用カラーフィルタインクを使用した改善されたカラーフィルタ、及びその製造方法を提供することにその目的がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、インクジェットプリンティング方式で吐出可能であり、ワックスビードが添加されたインクジェット用カラーフィルタインクを製造する第１ステップと、基板の一方の面にＲ、Ｇ、Ｂの画素を構成するブラックマトリックスを形成し、基板の他方の面に各画素に対応する位置に透明電極をそれぞれ形成する第２ステップと、第１ステップで製造されたカラーフィルタインクをインクジェットヘッドに充填させ、インクジェットヘッドからカラーフィルタインクを各画素に吐出させる第３ステップと、インクジェットヘッドと透明電極とにそれぞれ所定電圧を印加して、第３ステップで吐出されたカラーフィルタインクが各画素に正確に注入されるようにする、すなわち、第３ステップで吐出されたカラーフィルタインクに含まれるワックスビードを画素中に位置させる第４ステップとを含むカラーフィルタの製造方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、インクジェットプリンティング方式で吐出可能であり、ワックスビードの添加されたインクジェット用カラーフィルタインクを製造する第１ステップと、基板の一方の面にＲ、Ｇ、Ｂの画素を構成するブラックマトリックスを形成し、基板の他方の面に各画素に対応する位置に透明電極をそれぞれ形成する第２ステップと、第１ステップで製造されたカラーフィルタインクをインクジェットヘッドに充填させ、インクジェットヘッドからカラーフィルタインクを各画素に吐出させる第３ステップと、第３ステップで吐出されたカラーフィルタインクが各画素に正確に注入されるように、インクジェットヘッドと透明電極とにそれぞれ所定電圧を印加する第４ステップと、第２ステップで形成された透明電極を基板から除去する第５ステップとを含むカラーフィルタの製造方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の第３の観点によれば、一方の面には、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素を構成するブラックマトリックスが形成され、他方の（その反対）面には、各画素に対応する位置に透明電極が形成された基板と、ブラックマトリックスによって形成された各画素の内部に充填されるカラーフィルタインクとを具備するカラーフィルタが提供される。

本発明によるカラーフィルタの製造方法によれば、インクジェットヘッドを利用してカラーフィルタを製造する場合に、インクジェットによって吐出されたインクがブラックマトリックス上にあふれ、はなはなだしい場合にはブリーディング現象が発生することを防止することができる。。また、透明基板上に透明電極が形成されている場合には、前記透明電極がＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイでゲート電極として活用できる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２Ａ〜図２Ｇは、本発明の一実施形態によるカラーフィルタの製造方法を説明するための図面である。

本発明の一実施形態によってカラーフィルタを製造するためには、まず、インクジェット用カラーフィルタインクを製造する必要がある。図２Ａは、インクジェット用カラーフィルタインクを製造する工程を段階的に説明するフローチャートである。

図２Ａを参照すれば、まず、顔料、分散剤、ワックス及びモノマーを一定割合で混合して固体ワックスインクを作る（ステップ２１）。ここで、前記分散剤は、顔料をワックスに分散させる役割を果たし、主に、イオン分散剤や高分子分散剤などが使われる。

そして、前記固体ワックスインクに液体帯電法を使用して熱を加え、噴霧器で噴霧させれば、粒子のサイズがほぼ１μｍほどのワックスビードが作られる（ステップ２２）。

このように作られたワックスビードは、固体粒子であり、直接インクジェット用インクとして使われることはなく、このワックスビードに水または有機溶媒のようなキャリアと均一に混合されて初めて、インクジェット用カラーフィルタインクが作られる（ステップ２３）。

一方、前記インクジェット用カラーフィルタインクが一定の電気的性質を有するように、前記カラーフィルタインクを帯電させる工程が追加されることもある（ステップ２４）。これにより、インクジェット用カラーフィルタインクは、一定の極性を有し、後述する透明基板上に形成された透明電極とインクジェットヘッドとの間に電圧が印加されれば、前記インクジェット用カラーフィルタインクは、各画素に正確に充填される。

図２Ｂは、透明基板３１上に、ブラックマトリックス３２及び透明電極３３を形成した状態を図示したものである。

図２Ｂを参照すれば、まず、透明基板３１の上面にＲ、Ｇ、Ｂの画素を構成するブラックマトリックス３２を通常のパターニング法によって形成する。次に、ブラックマトリックス３２の形成が完了した後には、前記透明基板３１の下面に透明電極３３を形成する。ここで、前記透明電極３３は、帯電されたインクジェット用カラーフィルタインクを各画素内部に正確に充填させる役割を果たす。かかる透明電極３３は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなりうる。一方、前記インクジェット用カラーフィルタインクは、各画素ごとに充填されなければならないので、前記透明電極３３は、隣接するブラックマトリックス３２の中間に位置すると同時に、隣接するブラックマトリックス３２間にある透明基板３１の幅及び長さほどに形成されることが望ましい。

図２Ｃは、水または有機溶媒のようなキャリア３４とワックスビード３５とから構成されるインクジェット用カラーフィルタインク３４、３５をインクジェットヘッド３６に充填し、このカラーフィルタインク３４、３５を前記インクジェットヘッド３６から各画素に吐出させた状態を図示したものである。

図２Ｃを参照すれば、透明基板３１の上下面にそれぞれブラックマトリックス３２と透明電極３３とが形成された後には、図２Ａで製造されたインクジェット用カラーフィルタインク３４、３５をインクジェットヘッド３６に注入させ、前記インクジェット用カラーフィルタインク３４、３５をインクジェットヘッド３６のノズル３７を介して前記透明基板３１上のブラックマトリックス３２によって形成された各画素内部に吐出させる。

図２Ｄは、インクジェットヘッド３６から吐出されたカラーフィルタインク３４、３５が各画素内部に正確に注入されるように、前記インクジェットヘッド３６と透明電極３３との間に電圧を印加した状態を図示したものである。

図２Ｄを参照すれば、インクジェットヘッド３６からインクジェット用カラーフィルタインク３４、３５の吐出が完了した後には、インクジェットヘッド３６と透明電極３３との間に所定電圧Ｖを印加し、ワックスビード３５を画素中に位置するように誘導する。インクジェットヘッド３６からインクジェット用カラーフィルタインク３４、３５の吐出が完了した後に、ブラックマトリックス３２間に形成された画素内には、ワックスビード３５とキャリア３４とが一定に配置されずに、互いに混在するようになる。しかし、カラーフィルタの製造に必要なのは、水または有機溶媒のようなキャリア３４ではなく、顔料が混合されたワックスビード３５であるから、前記キャリア３４は、以後の工程で除去せねばならない。このために、インクジェットヘッド３６と透明電極３３との間に所定電圧を印加すれば、図２Ｄに図示されているように、ワックスビード３５が画素中へ位置するようになる。

一方、この過程で、図２Ａで説明した通り、インクジェット用カラーフィルタインク３４、３５が一定の電気的性質を有するように、前記カラーフィルタインク３４、３５を帯電させる工程が行われば、前記インクジェットヘッド３６には、前記カラーフィルタインク３４、３５に帯電された電荷と同じ極性の電圧を印加し、前記透明電極３３には、前記カラーフィルタインク３４、３５に帯電された電荷と反対極性の電圧を印加することが望ましい。その場合、ワックスビード３５は、透明電極３３側に移動して透明電極３３に近く位置し、水または有機溶媒のようなキャリア３４は、透明電極３３から遠く位置するようになる。

図２Ｅは、各画素に充填されたインクジェット用カラーフィルタインク３４、３５内に存在するキャリア３４を除去するために熱処理する工程を図示したものである。

図２Ｅを参照すれば、図２Ｄで、前述のようにワックスビード３５を各画素内に位置させた後には、インクジェット用カラーフィルタインク３４、３５内に存在する水または有機溶媒のようなキャリア３４をベーキング工程を介して蒸発させることにより除去する。

図２Ｆは、熱処理工程によって各画素内部に固体状態で凝固されたワックスビード３５を平坦化させた状態を図示したものである。

図２Ｆを参照すれば、前述したベーキング工程により、前記ワックスビード３５は、溶けた後で固体状態に凝固され、そのように凝固されたワックスビード３５は、ブラックマトリックスの高さと一致するように平坦化工程によって平坦化されうる。

前記のような工程が完了した後、透明基板３１の下面に形成された透明電極３３を除去すれば、図２Ｇに図示されているようなＬＣＤ用カラーフィルタが完成する。

一方、以上では、透明基板３１上に形成された透明電極３３を除去する場合が説明されたが、前記透明電極３３は、除去されずにそのまま使用されても良い。

このように透明電極が除去されていないカラーフィルタを適用したＥＬディスプレイの概略的な断面が図３に図示されている。

図３を参照すれば、透明基板４１の下面には、隣接するブラックマトリックス４２間にカラー表示用インク４５が充填されてＲ、Ｇ、Ｂの画素が形成され、前記透明基板４１の上面には、透明電極４３が形成されている。図３で、参照符号４７及び４８は、それぞれソース及びドレインを表し、参照符号４６及び４９は、それぞれ絶縁層及びシリコン層を表す。そして、参照符号５０は、白色発光層を表す。前記のような構造のＥＬディスプレイで、前記透明電極４３は、前記白色発光層５０を発光させる駆動素子のゲート電極の役割を果たす。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ＬＣＤ関連の技術分野に効果的に適用可能である。

従来のインクジェット方式であり、カラーフィルタを製作する過程で互い隣接した画素間のブラックマトリックス上にカラーフィルタインクがあふれ、はなはだしい場合、隣接した画素に入り込むブリーディング現象を説明する図面である。 インクジェット用カラーフィルタインクを製作する工程を表すフローチャートである。 透明基板上にブラックマトリックス及び透明電極を形成する工程を表す図面である。 インクジェット用カラーフィルタインクをインクジェットヘッドに充填させ、該カラーフィルタインクを各画素に吐出させる工程を表す図面である。 インクジェットヘッドから吐出されたカラーフィルタインクが各画素に正確に注入されるように、インクジェットヘッドと透明電極との間に電圧を印加する工程を表す図面である。 各画素に充填されたインクジェット用カラーフィルタインク内に存在する水または有機溶剤のようなキャリアを除去するための熱処理を行う工程を表す図面である。 熱処理工程後に、各画素に固体状態に凝固されたカラーフィルタインクがブラックマトリックスの高さと一致するように平坦化する工程を表す図面である。 透明基板から透明電極を除去することにより、カラーフィルタが完成した状態を表す図面である。 本発明の一実施形態によって製造されたカラーフィルタの適用例を図示した図面である。

符号の説明

１０ 基板
１２、３２、４２ ブラックマトリックス
１５ インク
３１、４１ 透明基板
３３、４３ 透明電極
３４ キャリア
３５ ワックスビード
３６ インクジェットヘッド
３７ ノズル
４５ カラー表示用インク
４６ 絶縁層
４７ ソース
４８ ドレイン
４９ シリコン層
５０ 白色発光層

Claims (7)

1. インクジェットプリンティング方式で吐出可能であり、顔料が混合されたワックスビードの添加されたインクジェット用カラーフィルタインクを製造する第１ステップと、
   基板の一方の面にＲ、Ｇ及びＢの画素を構成するブラックマトリックスを形成し、前記基板の他方の面に前記各画素に対応する位置に透明電極をそれぞれ形成する第２ステップと、
   前記第１ステップで製造された前記カラーフィルタインクをインクジェットヘッドに充填させ、前記インクジェットヘッドから前記カラーフィルタインクを前記各画素に吐出させる第３ステップと、
   前記インクジェットヘッドと前記透明電極とにそれぞれ所定電圧を印加して、前記第３ステップで吐出された前記カラーフィルタインクに含まれる前記ワックスビードを前記画素中に位置させる第４ステップと、
   を含み、
   前記インクジェットヘッドと前記透明電極とにそれぞれ所定電圧を印加する前記第４ステップの前に、前記ワックスビードの添加された前記カラーフィルタインクを帯電させるステップをさらに含むことを特徴とする、カラーフィルタの製造方法。
2. 前記第１ステップは、
   顔料、分散剤、ワックス及びモノマーを混合して固体ワックスインクを作成するステップと、
   前記固体ワックスインクを前記ワックスビードに成形するステップと、
   前記ワックスビードを水または有機溶剤に均一に混合するステップと、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
3. 前記固体ワックスインクは、液体帯電法により、前記ワックスビードに成形されることを特徴とする、請求項２に記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 前記インクジェットヘッドには、前記カラーフィルタインクに帯電された電荷と同じ極性の電圧が印加され、前記透明電極には、前記カラーフィルタインクに帯電された電荷と反対極性の電圧が印加されることを特徴とする、請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法。
5. 前記透明電極は、前記画素の数と同じ数だけ前記基板上に形成され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製造方法。
6. 前記第４ステップの後に、前記各画素に注入されたカラーフィルタインクに対するベーキング工程及び平坦化工程を行うステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
7. 前記第２ステップで形成された前記透明電極を前記基板から除去する第５ステップ
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のカラーフィルタの製造方法。

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