JP5111870B2

JP5111870B2 - カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法

Info

Publication number: JP5111870B2
Application number: JP2007010784A
Authority: JP
Inventors: 聖雄金; 祐▲シク▼ 金; 泰運車; 紀徳 ▲ベ▼; 晟鎭金; 承柱辛; 錫淳白
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-02-04
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: US20070184363A1; JP2007206688A

Description

本発明は、カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法に係り、より詳細には、輝度の均一性を向上させることができるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法に関する。

従来、ＴＶやコンピュータの情報を表示するために、陰極線管（ＣＲＴ：ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）モニタが主に使われてきたが、最近では、画面サイズが大きくなるにつれて、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）、有機ＥＬ（ＥｌｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）及び電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）のような平板ディスプレイ装置が使われている。このような平板ディスプレイ装置のうち、消費電力が少なく、コンピュータモニタ、ノート型パーソナルコンピュータなどに主に使われるＬＣＤが脚光を浴びている。

一般的に、ＬＣＤは、液晶層によって変調された白色光を通過させ、所望の色相の画像を形成するカラーフィルタを備える。ここで、カラーフィルタは、透明基板上に多数の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の画素が所定形態に配列された構造を有しており、かかる画素は、ブラックマトリックスによって区画されている。

図１は、従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、充填されたインクが混色される現象を図示した図面であり、図２は、従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、インクが完全に充填されずに光漏れする現象を図示した図面である。

図１を参照して説明すると、ブラックマトリックス１１は、透明基板１０上に遮光層を所定厚さに塗布した後、遮光層をベーキングし、さらに所定形態にパターニングすることにより形成される。

かかるブラックマトリックス１１が、接触角（ｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅ）の小さな親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ）の物質によって形成されている場合、画素１５から周辺の画素１６にインク１３があふれ、他のインク１４との混色が発生する。

このような問題点を解決するためには、ブラックマトリックス１１を接触角の大きい疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ）の物質によって形成する必要があり、かかる疎水性を帯びたブラックマトリックス２１が図２に図示されている。

図２を参照して説明すると、透明基板２０上に形成されたブラックマトリックス２１は、接触角の大きい疎水性物質によって形成されているため、画素２５から周辺の画素２６にインク２３があふれて他のインク２４と混色されることを防止することは可能であるが、インクが透明基板２０上に均一な厚さに塗布されないという問題点がある。

これにより、ブラックマトリックス２１の側面付近では、光漏れ現象が発生し、その結果、カラーフィルタの各画素２５、２６から出てくる光の輝度が不均一になってしまう。

かかる問題点を解決するために、インクを透明基板上に均一に塗布できる方法が図３、図４Ａ及び図４Ｂに図示されている。図３は、特許文献１に開示されている“Ｉｎｋ−ｊｅｔｐｒｉｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｃｏｌｏｒｆｉｌｔｅｒｓ”を図示した図面であり、図４Ａ及び図４Ｂは、特許文献２に開示されている“Ｉｎｋ−ｊｅｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｄｅｖｉｃｅｆｏｒｃｏｌｏｒｆｉｌｔｅｒｓ”を図示した図面である。

図３を参照して説明すると、特許文献１に記載の方法は、透明基板３０上にブラックマトリックス３１を形成し、ブラックマトリックス３１によって区画される画素３４にインク３２を塗布した後、エアノズル３３によって空気をインク３２に送り出し、インクが画素３４に均一に塗布されるようにするものである。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明すると、特許文献２に記載の方法は、プリンティングフレーム４１により区画された画素４３を透明基板４０上に形成した後、プリンティングフレーム４１上に遮蔽膜４２を形成し、プリンティングフレーム４１を挟んで電極５１及び５２を設置する。

さらに、インク６０を画素４３に塗布した後、電極５１及び５２に電圧５０を印加して電場を形成すると、経時的にインクの接触角が小さくなり、図４Ｂに図示されたように、インクが均一になる。

米国特許公開２００３−００３０７１５号公報米国特許公開２００３−０１０８８０４号公報

しかし、上述した特許文献１の方法のように、エアノズルによって空気をインクに送り込み、インクを画素に均一に塗布する方法は、インクが乾燥する前に全ての画素を平坦化させるための空気供給が現実的に容易ではなく、インクの特性により、むしろ平坦化を悪化させることがあるという問題がある。

また、特許文献２の方法のように、画素に電圧をかけてインクを平坦化する方法は、伝導性のあるインクを使用しなければならないという制約があり、実用化には限界がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、インクの混色や光漏れ現象を防止しつつ、輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）の均一性を向上させることが可能な、新規かつ改良されたカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、透明基板の表面に疎水性有機物からなる遮光層を形成する段階と、遮光層をパターニングしてブラックマトリックスを形成する段階と、ブラックマトリックスの上面に遮断層を形成する段階と、上面に遮断層が形成されたブラックマトリックスを加熱しつつ、ブラックマトリックスの上部に紫外線を照射する紫外線照射段階と、を含むカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法が提供される。

また、上記紫外線照射段階において、ブラックマトリックスの側面を紫外線に露出させ、空気中の水分を吸着させることにより、ブラックマトリックスの側面の表面エネルギーを増大させるようにしてもよい。

また、上記紫外線照射段階において、ブラックマトリックスを１００℃以上の温度で加熱するようにしてもよい。

また、遮断層は、フォトマスクであってもよい。

また、紫外線照射段階の後、ブラックマトリスの上面に形成された遮断層を除去する段階をさらに含むようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、透明基板の表面に疎水性有機物からなる遮光層を形成する段階と、遮光層の上面にフッ素系樹脂からなる遮断層を形成する段階と、遮光層と遮断層とをパターニングし、上面に遮断層が形成されているブラックマトリックスを形成する段階と、上面に遮断層が形成されたブラックマトリックスを加熱しつつ、ブラックマトリックスの上部に紫外線を照射する紫外線照射段階と、を含むカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法が提供される。

また、上記紫外線照射段階において、照射された紫外線を遮断層に透過させ、遮断層の表面エネルギーを低く維持させるようにしてもよい。

また、遮断層を形成する物質は、フッ素系単一結合からなる物質であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、カラーインクの混色や光漏れ現象を防止することができ、輝度の均一性を向上させることができる。

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。

まず、図５Ａ〜図５Ｄを参照して、本発明の一実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法について説明する。ここで、図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の一実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。

まず、図５Ａに示すように、透明基板１００の表面に疎水性の有機物を所定厚さに塗布した後、これをソフトベーキングすることにより、遮光層１１０を形成する。ここで、透明基板１００としては、一般的にガラス基板が使われるが、プラスチック基板が使われてもよい。疎水性有機物は、スピンコーティング法、ダイコーティング法、またはディップコーティング法により、透明基板１００の表面に塗布されてもよい。

次いで、図５Ｂに示すように、遮光層１１０を所定形態にパターニングすることにより、ブラックマトリックス１１１を形成する。ここで、遮光層１１０が感光性物質からなる場合には、所定パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を利用し、遮光層１１０を露光現像するようにしてもよい。一方、遮光層１１０が非感光性物質からなる場合には、遮光層１１０の表面にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、ここにフォトリソグラフィ工程によってパターニングした後、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして利用し、遮光層１１０をエッチングするようにしてもよい。

次いで、図５Ｃに示すように、ブラックマトリックス１１１の上面１３０に遮断層１２０を形成する。遮断層１２０は、フォトマスクであることが望ましい。これは、上述したように、ブラックマトリックス１１１の上面１３０にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、これをフォトリソグラフィ工程によってパターニングした後、ブラックマトリックス１１１の上面１３０を除き、残りはエッチングすることにより、遮断層１２０のフォトマスクが形成される。

次いで、図５Ｄに示すように、ブラックマトリックス１１１を加熱しつつ、ブラックマトリックス１１１の上部から紫外線（ＵＶ）を照射する。ここで、ブラックマトリックス１１１を加熱するのは、ブラックマトリックス１１１に紫外線を照射するだけでは、ブラックマトリックス１１１の接触角が所望するほど容易には変化しないためである。従って、ブラックマトリックス１１１に紫外線を照射しつつ加熱することにより、接触角を容易に変化させることができる。ここで、ブラックマトリックス１１１の加熱温度は、１００℃以上であってもよい。

上述したような過程を経て、ブラックマトリックス１１１の表面のうち、紫外線に露出されている部分の接触角と、露出されていない部分の接触角とが互いに異なることとなる。すなわち、紫外線に露出されるブラックマトリックス１１１の側面１４０は、空気中の水分を吸着して親水化されることにより、親水性を帯びつつ表面エネルギーが増大する。しかし、ブラックマトリックス１１１の上面は、遮断層１２０によって紫外線が遮断され、紫外線に露出されていないために、そのまま疎水性を維持することとなる。

表１は、紫外線が照射されたブラックマトリックス１１１の側面１４０の表面エネルギーが経時的に変化することを示す実験データと、ブラックマトリックス１１１の側面１４０の接触角が水またはインクに対して経時的に変化することを示す実験データとを示したものである。

表１を参照すれば、紫外線の照射されたブラックマトリックス１１１の側面１４０の表面エネルギーは、経時的に順次増加するということが分かる。また、紫外線に露出されたブラックマトリックス１１１の側面１４０の接触角は、水に対しては順次小さくなることが分かる。一方、インクに対しては、インクの成分によって若干の差はあるが、概して紫外線の照射される前には２０°以上であったのが、紫外線が照射されて順次小さくなり、その結果、４°以下にまで小さくなるということが分かる。

従って、紫外線に露出されるブラックマトリックス１１１の側面１４０は、表面エネルギーが大きくなって接触角が小さくなり、本来の疎水性である性質が親水性に変化する。しかし、遮断層１２０によって紫外線の遮断されたブラックマトリックス１１１の上面は、疎水性を保ったままとなる。

従って、ブラックマトリックス１１１によって区画される画素内に充填されるカラーインクは、ブラックマトリックス１１１の上面の疎水性により、隣接する他の画素内に充填されるカラーインクと混色されることが防止される。さらに、ブラックマトリックス１１１の側面１４０の親水性により、画素内にインクが均一な厚さに充填され、光漏れ現象を防止することができる。

図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の他の実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。

図６Ａを参照して説明すると、透明基板２００の表面に疎水性有機物を所定厚さに塗布した後、これをソフトベーキングすることによって遮光層２１０が形成される。ここで、透明基板２００には、一般的にガラス基板が使われるが、プラスチック基板が使われてもよい。疎水性有機物は、スピンコーティング法、ダイコーティング法、またはディップコーティング法により、透明基板２００の表面に塗布されてもよい。

図６Ｂに示すように、遮光層２１０上に遮断層２２０を形成する。遮断層２２０は、フッ素系樹脂からなることが望ましい。遮断層２２０は、遮光層２１０の上面と離隔されず、遮光層２１０の上面に密着するように形成することが望ましい。

フッ素系樹脂は、紫外線に対して９０％以上の透過率を有するため、紫外線に露出されてもラジカル生成反応が進行せず、低い表面エネルギー状態をそのまま維持する。すなわち、フッ素系樹脂は、紫外線に露出されても表面エネルギーが変化せず、本来の低い表面エネルギーをそのまま維持する。

図７は、本実施形態において、遮断層に用いられるフッ素系樹脂の分子式の一例を図示した図面である。図７は、旭硝子（株）のＣｙｔｏｐ（商品名）の分子式を図示したものである。図７に示すように、本実施形態において用いられるフッ素系樹脂は、二重結合はなく単一結合だけで構成されたものであってもよい。フッ素系樹脂に二重結合が存在する場合には、二重結合が切れてラジカル生成反応が起こり、フッ素系樹脂の表面エネルギーが変化してしまうためである。ここで、本発明にかかるブラックマトリックス製造方法の遮断層に用いられる物質は、図７に示す分子式からなる物質に限定されず、二重結合のないフッ素系樹脂であれば、多様な物質を適用することができる。

図６Ｃに示すように、遮光層２１０と遮断層２２０とを所定形態にパターニングすることにより、ブラックマトリックス２１１と、ブラックマトリックス２１１上に形成された遮断層２２０とを形成する。

図６Ｄに示すように、ブラックマトリックス２１１を加熱しつつ、ブラックマトリックス２１１の上面２３０側から紫外線を照射する。ブラックマトリックス２１１を加熱するのは、ブラックマトリックス２１１に紫外線を照射するだけでは、ブラックマトリックス２１１の接触角が所望するほど容易には変化しないためである。従って、ブラックマトリックス２１１に紫外線を照射すると共に加熱することにより、接触角を容易に変化させることができる。

上述したような過程を経て、ブラックマトリックス２１１の表面のうち、紫外線に露出されている部分の接触角と、露出されていない部分の接触角とが互いに異なることとなる。すなわち、紫外線に露出されるブラックマトリックス２１１の側面２４０は、空気中の水分を吸着して親水化されることにより、親水性を帯びつつ表面エネルギーが増大する。しかし、ブラックマトリックス２１１の上面１２０に形成された遮断層２２０は、紫外線をほとんど透過させることにより、親水化反応が起きず、低い表面エネルギー状態を維持することとなる。

従って、ブラックマトリックス２１１の上面は、フッ素系樹脂からなる遮断層２２０により、カラーインクが画素２５０から他の画素２６０にあふれることを防止する。さらに、ブラックマトリックス２１１の側面２４０は、紫外線に露出されて親水化されることにより、接触角が大きくなり、カラーインクはブラックマトリックス２１１で区画される画素２５０内に均一な厚さで充填されることとなる。

表２は、紫外線が照射されたブラックマトリックス２１１の側面２４０の表面エネルギーが経時的に変化することを示す実験データと、ブラックマトリックス２１１の側面２４０の接触角が水またはインクに対して経時的に変化することを示す実験データとを表したものである。

表２を参照すると、紫外線が照射されたブラックマトリックス２１１の側面２４０の表面エネルギーは、経時的に順次増加するということが分かる。また、紫外線に露出されたブラックマトリックス２１１の側面２４０の接触角は、水に対しては順次小さくなることが分かる。また、インクに対しては、インクの成分によって若干の差はあるが、概して紫外線が照射される前には２０°以上であったが、紫外線が照射されることにより順次小さくなり、結果的には４°以下にまで小さくなるということが分かる。

また、表３は、紫外線の照射された遮断層２２０の表面エネルギー及び接触角の経時的な変化を示す実験データを表したものである。紫外線に露出されるブラックマトリックス２１１の側面２４０は、表面エネルギーが大きくなって接触角が小さくなり、本来の疎水性の性質が親水性に変化する。

表３を参照すると、紫外線が照射された遮断層２２０の表面エネルギーは、経時的に特に変化しないということが分かる。また、紫外線が照射された遮断層２２０の接触角は、水及びインクに対しては、いずれも若干大きくなるということが分かる。従って、カラーインクは、遮断層２２０を越えて画素２５０から他の画素２６０にあふれることはない。

従って、ブラックマトリックス２１１によって区画される画素内に充填されるカラーインクは、ブラックマトリックス２１１の上面に形成された遮断層２２０により、隣接する他の画素内に充填されるカラーインクと混色されることが防止される。また、ブラックマトリックス２１１の側面２４０の親水性により、カラーインクが画素内に均一な厚さに充填され、光漏れ現象を防止することができる。

上述したように、本発明によりブラックマトリックス１１１、２１１の側面を親水化した結果は、図８〜１１に示す写真とプロファイル化したグラフとにより明らかに確認することができる。

図８は、側面を親水性処理していないブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作したカラーフィルタの様子を撮った写真であり、図９は、図８に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。また、図１０は、本発明の一実施形態にかかる方法によって側面を親水性処理したブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作したカラーフィルタの様子を撮った写真であり、図１１は、図１０に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。

図８及び図９を参照すると、疎水性を有するブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たした場合、疎水性によってカラーインクの接触角が大きくなり、このカラーインクに光を照射すると、光漏れ現象が発生するということが分かる。

一方、図１０及び図１１を参照すると、紫外線を利用してブラックマトリックス１１１の側面を親水性に変化させた場合、ブラックマトリックス１１１により区画される画素内に充填されるカラーインクは、均一に充填されうるということが分かる。これは、ブラックマトリックス１１１の側面の接触角が小さくなるためであり、これにより光漏れ現象を防止することができる。

以上説明したように、本発明によるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法は、フォトマスクまたはフッ素系樹脂を利用してブラックマトリックスの上面の疎水性を維持することによってカラーインクの混色を防止することができる。また、ブラックマトリックスの側面を親水性に変化させることにより、ブラックマトリックスによって区画される領域の内部にカラーインクを均一な厚さに満たすことができ、光漏れ現象を防止することができる。

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、本発明は係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。

本発明のカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法は、例えば、ＬＣＤ関連の技術分野に効果的に適用可能である。

従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、充填されるインクが混色される現象を示す断面図である。従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスにおいて、インクが完全に充填されずに光漏れする現象を示す断面図である。従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法を示す断面図である。従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を示す断面図である。従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を示す断面面である。本発明の一実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。本発明の他の実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。同実施形態にかかるカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法を説明するための図面である。同実施形態において遮断層に使われるフッ素系樹脂の分子式の一例を図示した図面である。側面が親水性処理されていないブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作されたカラーフィルタを撮影した写真である。図８に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。本発明にかかるブラックマトリックス製造方法により、側面が親水性処理されたブラックマトリックスにより区画される画素内にカラーインクを満たして製作されたカラーフィルタを撮影した写真である。図１０に示すカラーフィルタの断面をプロファイルしたグラフである。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、１００、２００透明基板
１１、２１、３１、１１１、２１１ブラックマトリックス
１３、１４、２３、２４、３２、６０インク
１５、１６、２５、２６、３４、４３、１５０、１６０、２５０、２６０画素
３３エアノズル
４１プリンティングフレーム
４２遮蔽膜
５０電圧
５１、５２電極
１１０、２１０遮光層
１２０、２２０遮断層
１３０、２３０ブラックマトリックスの上面
１４０、２４０ブラックマトリックスの側面

Claims

透明基板の表面に紫外線照射と加熱とによって親液性を有する疎水性有機物からなる遮光層を形成する段階と、
前記遮光層の上面にフッ素系樹脂からなる、水分を遮断する遮断層を形成する段階と、
前記遮光層と前記遮断層とをパターニングし、上面に前記遮断層が形成されたブラックマトリックスを形成する段階と、
上面に前記遮断層が形成された前記ブラックマトリックスを加熱しつつ、前記ブラックマトリックスの上部に紫外線を照射する紫外線照射段階と、
を含み、
前記遮断層を形成する物質は、フッ素系単一結合からなることを特徴とする、カラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
前記紫外線照射段階において、前記ブラックマトリックスの側面を紫外線に露出させて空気中の水分を吸着させることにより、前記ブラックマトリックスの側面の表面エネルギーを増大させることを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。
前記紫外線照射段階において、前記照射された紫外線を前記遮断層に透過させ、前記遮断層の表面エネルギーを低く維持させることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックス製造方法。