JP5262100B2 - Color filter, patterning substrate, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の開口部にインクジェット方式等を用いてインク等を吐出してパターニング基板を作製する場合に関するもので、主に電子・光学部品におけるパターニング基板及びパターニング焼付け露光工程に関する。具体的には、液晶パネル用カラーフィルター、有機EL素子、半導体回路の配線、細胞培養用基板などが挙げられる。 The present invention relates to a case where a patterning substrate is manufactured by ejecting ink or the like into a predetermined opening using an ink jet method or the like, and mainly relates to a patterning substrate and a patterning printing exposure process in an electronic / optical component. Specific examples include color filters for liquid crystal panels, organic EL elements, semiconductor circuit wiring, and cell culture substrates.
例えば、液晶パネル用カラーフィルターは、微細な黒、赤、緑、青等のパターンからなる光学素子である。 For example, a color filter for a liquid crystal panel is an optical element having a fine black, red, green, blue pattern or the like.
その製造方法としてはフォトリソ方式、印刷方式、インクジェット方式等又はそれらを組み合わせた方法があるが、フォトリソ方式を適用している事が現在では一般的である。 As its manufacturing method, there are a photolithographic method, a printing method, an ink jet method and the like, or a combination thereof, but the photolithographic method is generally applied at present.
フォトリソ方式では、まず顔料等を含んだ感光性樹脂組成物の高分子溶液をガラス等の基材上に均一に塗工した後、減圧乾燥装置等の装置を使用し溶剤を除去する。次に露光工程を行い必要な色素パターンを感光させている。前記露光工程とは、所望のパターンが開口部・遮光部として描画されたフォトマスクを介してある波長域の電磁波例えば紫外線等を照射して、前記基材上に所望のパターンを硬化させる工程の事で、パターンの形状を左右する重要な工程の一つである。 In the photolithography method, first, a polymer solution of a photosensitive resin composition containing a pigment or the like is uniformly coated on a substrate such as glass, and then the solvent is removed using an apparatus such as a vacuum drying apparatus. Next, an exposure process is performed to expose the necessary dye pattern. The exposure step is a step of irradiating an electromagnetic wave of a certain wavelength range such as ultraviolet rays through a photomask on which a desired pattern is drawn as an opening / light-shielding portion, and curing the desired pattern on the substrate. This is one of the important processes that influence the shape of the pattern.
更に現像液等を使用して現像工程を行い前記基材上から不要な感光性樹脂組成物を除去している。その後オーブン装置、ホットプレート装置等の焼成装置を使用し、高温（例えば230℃程度）焼成を行い前記感光性樹脂組成物中に残留した溶剤の完全除去及び前記感光性樹脂組成物中の高分子を高温で架橋させ色素パターンの硬化を行う。これにより、カラーフィルターに通常要求されている前記色素パターンのガラス基材への密着強度や耐久性、耐薬品性等の諸特性を与えることが出来、カラーフィルターに必要な色について先の工程を繰り返すことで、結果高品質なカラーフィルターを製造することが出来ていた。 Furthermore, the development process is performed using a developing solution etc., and the unnecessary photosensitive resin composition is removed from the said base material. Then, using a baking apparatus such as an oven apparatus or a hot plate apparatus, baking is performed at a high temperature (for example, about 230 ° C.) to completely remove the solvent remaining in the photosensitive resin composition, and the polymer in the photosensitive resin composition Is cured at a high temperature to cure the dye pattern. As a result, it is possible to give various characteristics such as adhesion strength, durability, chemical resistance, etc. to the glass substrate of the dye pattern, which is usually required for a color filter. As a result, a high quality color filter could be manufactured as a result.
しかしながら、フォトリソ方式では色毎に高価な塗布装置、露光機、現像装置が必要となり、必要な基板サイズの大型化が進むに従ってその設備を導入するコストも膨大になるなどといった問題があった。 However, the photolithographic method requires an expensive coating device, exposure device, and developing device for each color, and there is a problem that the cost of introducing the equipment becomes enormous as the required substrate size increases.
そこで現在は前記フォトリソ方式に代わり、インクジェット方式がカラーフィルターの作製方法として注目されている。 Therefore, at present, an ink jet method is attracting attention as a method for producing a color filter instead of the photolithography method.
インクジェット方式ではカラーフィルターに必要な色数を同時に基板へ描画する事が出来、その際フォトリソ方式では必要不可欠である露光工程及び現像工程が不要であるため、これらの工程の製造ラインを削除することによる初期の設備投資の削減が期待される。 Since the inkjet method can draw the number of colors required for the color filter on the substrate at the same time, and the photolitho method does not require the exposure and development processes that are essential, the production lines for these processes should be deleted. This is expected to reduce initial capital investment.
更にフォトリソ方式では、現像工程で不要な感光性樹脂組成物を剥がし取る必要があり、その分材料にムダが生じていたが、インクジェット方式では製品に必要なインクのみを基板上に撃つためその分フォトリソ方式と比較して材料費の削減が出来る。 Furthermore, in the photolithographic method, it was necessary to peel off the unnecessary photosensitive resin composition in the development process, and waste was generated correspondingly. However, in the ink jet method, only the ink necessary for the product is shot on the substrate. The material cost can be reduced compared to the photolitho method.
またノズル数を増やしたりスキャン数を増やしたりする事で容易にサイズの大型化に対応できるので、世の中の要望にも合致している。 In addition, increasing the number of nozzles and increasing the number of scans can easily cope with an increase in size, which meets the needs of the world.
インクジェット方式でカラーフィルターを作製する場合には、ごく微量のインクを、微小な穴から定められた着色層領域内に正確に吐出する事が求められる。 When producing a color filter by an inkjet method, it is required to accurately eject a very small amount of ink into a colored layer region determined from a minute hole.
そのため、一般的には固形分濃度が低いインクを前記インクジェット用インクとして用いるが、そのインクを単独で基板上に吐出した場合、それが基板上で濡れ広がってしまい「混色」をしてしまうため、そのままでは必要なパターンを形成する事が出来ない。 Therefore, in general, an ink having a low solid content concentration is used as the ink-jet ink. However, when the ink is ejected alone on the substrate, it spreads on the substrate and causes “color mixing”. As it is, a necessary pattern cannot be formed.
そこで、前記「混色」欠陥の発生を防止するためには、ブラックマトリックスの構造を、インクに対して親和性を有する層と非親和性を有する層とをもつ多層積層構造にするといった手法が検討された（特許文献１）。
また、前記「混色」欠陥を防止する別の方法としては、含有される撥インク剤そのものの量を増やし、前記ブラックマトリックス表面に撥インク剤をより多く移行させるといった材料的なアプローチが考えられる。しかし、一般的に撥インク剤を増量する事は、材料費のコストアップにつながってしまいカラーフィルターの生産手法の中で低コストがメリットであるインクジェット手法としては問題となっていた。更に前記「混色」欠陥を排除するため撥インク剤量を増やしすぎてしまった場合、撥液性が過度に高くなってしまうため、今度はブラックマトリックスの開口部中に吐出された前記色インクが必要以上にはじかれる事によって、色インクが部分的に画素から抜けて画素内の一方側へ偏ってしまう「白抜け」呼ばれる欠陥が生じてしまう事があり、問題となっていた。 Further, as another method for preventing the “color mixing” defect, a material approach may be considered in which the amount of the ink repellent agent itself contained is increased and more ink repellent agent is transferred to the black matrix surface. However, in general, increasing the amount of ink repellent agent has led to an increase in material costs, and this has been a problem as an ink jet technique in which low cost is an advantage among color filter production techniques. Furthermore, if the amount of the ink repellent agent is excessively increased in order to eliminate the “color mixing” defect, the liquid repellency becomes excessively high. When the ink is repelled more than necessary, a defect called “white spot” in which the color ink partially escapes from the pixel and is biased toward one side of the pixel may occur.
一方ブラックマトリックスの形状が図３に示すような丸みを持ったかまぼこ状であった場合、ブラックマトリックスが十分な撥液性を具備していても、その形状より前記ブラックマトリックスが堰の役目を十分に果たす事が出来ず「混色」欠陥を生じる場合があった。そのため、ブラックマトリックスの撥液性を過度に上げる事が検討された。しかし、インクジェット装置を用いてブラックマトリックスパターン内に色インクを吐出したところ、色インクパターンの中央部分が盛り上がり且つ外周部の色が極端に薄くなってしまい、品質的に問題となってしまった。 On the other hand, when the shape of the black matrix is round and rounded as shown in FIG. 3, even if the black matrix has sufficient liquid repellency, the shape of the black matrix is sufficient to function as a weir. In some cases, a “mixed color” defect could occur. Therefore, it has been studied to increase the liquid repellency of the black matrix excessively. However, when the color ink is ejected into the black matrix pattern using the ink jet apparatus, the central portion of the color ink pattern rises and the color of the outer peripheral portion becomes extremely thin, which causes a quality problem.
上記より、インクジェット方式を用いて高品質なカラーフィルターを作るために必要な性能、形状を具備するブラックマトリックスを得る事は非常に困難であった。 From the above, it has been very difficult to obtain a black matrix having the performance and shape necessary for producing a high-quality color filter using an inkjet method.
本発明は、ブラックマトリックスを基材にパターニングした基板（「ブラックマトリックス基板」と称する）をフォトリソ方式で作製する場合において、ブラックマトリックスの最良の形状及びその作製方法や、ブラックマトリックスに求められる撥液性の大きさ及びそれを具備させる方法を提案する事を課題とする。 The present invention relates to the best shape of a black matrix, its production method, and the liquid repellency required for a black matrix when a substrate (referred to as a “black matrix substrate”) patterned with a black matrix as a base material is produced by a photolithography method. It is an object to propose a magnitude of sex and a method of providing it.
また、本発明は、前記形状、前記撥液性を有するブラックマトリックスを用いてカラーフィルターを作製することを提案する事を課題とする。ブラックマトリックス以外の、他の色等についてはインクジェット方式を用いて塗工することで、カラーフィルターを作製することができる。もちろん、インクジェット方式以外の方式、例えば印刷方式等により塗工してもよい。 Moreover, this invention makes it a subject to propose producing a color filter using the black matrix which has the said shape and the said liquid repellency. A color filter can be produced by applying other colors other than the black matrix by using an inkjet method. Of course, the coating may be performed by a method other than the inkjet method, for example, a printing method.
請求項１に記載の発明は、パターンが基材の上に作製されているパターニング基板であって、前記パターン表面には、水に対する接触角105度以上の撥液性があり、上部と下部とを有する断面形状をもち、前記上部には前記下部よりも外側へ張り出しているヒサシが存在するパターニング基板を、フォトリソ方式によって形成する場合において、フォトリソの露光工程にて必要となる露光総量を数回に分割して照射する事を特徴とする、パターニング基板の製造方法。The invention according to claim 1 is a patterning substrate in which a pattern is formed on a base material, and the pattern surface has liquid repellency with a contact angle of 105 degrees or more with respect to water, In the case of forming a patterning substrate having a cross-sectional shape having an upper surface and a protrusion extending outward from the lower portion by the photolithography method, the total exposure amount required in the photolithography exposure step is several times. A method of manufacturing a patterning substrate, which is characterized by being divided and irradiated.
請求項２に記載のパターニング基板の製造方法は、前記露光工程において、基板内の場所によって異なる照射回数にて露光を行なう事を特徴とする、請求項１に記載のパターニング基板の製造方法である。 Method for producing a patterned substrate according to claim 2, in the exposure step, and carrying out exposure at different irradiation times depending on the location in the substrate, is a method for producing a patterned substrate according to claim 1 .
請求項３に記載のパターニング基板の製造方法は、撥液性を有する化合物を含む感光性樹脂組成物を基板に塗工した上で、前記露光工程を行うことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパターニング基板の製造方法である。 Method for producing a patterned substrate according to claim 3, a photosensitive resin composition comprising a compound having liquid repellency on which was coated on the substrate, and performing the exposure process, according to claim 1 or It is a manufacturing method of the patterning board | substrate of Claim 2 .
本発明は、直進性に優れ且つ十分な撥液性を具備するブラックマトリックスを提供する事が出来る。更に前記ブラックマトリックスを採用する事によって、「混色」「白抜け」等の欠陥のない、高品質なカラーフィルターを容易に作製する事が出来る。 The present invention can provide a black matrix having excellent straightness and sufficient liquid repellency. Furthermore, by adopting the black matrix, it is possible to easily produce a high-quality color filter free from defects such as “mixed colors” and “white spots”.
以下に、本発明における実施の最良の形態を図１乃至図４に基づいて詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to FIGS.
本発明の基本となるカラーフィルター用ブラックマトリックス基板の各工程に沿って、本発明のパターニング基板及び作製方法ついて説明をする。
（１）塗工工程
まず、平行な定盤上に置かれた基材に、撥液性を付与できる撥インク剤が含有されているブラックマトリックス用の感光性樹脂組成物を塗工ノズルにて均一に塗工する。基材は
通常ガラス等であるが、プロセスによっては透明フィルム材、樹脂材、合繊材等を使うこともできる。前記撥インク剤は、前述の通り、インクジェット方式でブラックマトリックスパターン開口部に吐出された所望の色インクがブラックマトリックスを境として隣接する画素へ侵入してしまう事を防止するためにブラックマトリックス用感光性樹脂組成物に添加する物だが、その目的を達する事が出来るものであればその材質としては特に制限は無い。代表的な物としてはシリコーン系、フッ素系のものがあり、具体的な例としては、シロキサン成分を含むシリコーン樹脂やシリコーンゴム、この他にはフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレン等や、これらの共重合体等のフッ素樹脂等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。塗工ノズルには特にその制限は無く、目的にあった物を適宜選択すれば良い。更に構成についても、１台のみでも複数の同様又は異なったノズルを連続で使用しても良い。
（２）減圧乾燥、プレベーク工程
次に減圧乾燥装置にて減圧乾燥作業を行ない、塗工されたブラックマトリックス用感光性樹脂組成物に含有されている溶剤分をあらかた除去する。この時、減圧乾燥方法に制限は無く、目的にあった方法を適宜選択すれば良く、台数も１台でも複数台の装置を連続で使用しても良い。但し、製品の最終的な乾燥不足を防止するためには１台目の減圧到達圧条件は1500Pａ以下である事が望ましい。更に、ホットプレート装置等を使用しプレベークを行う方が好ましい。この時、使用する装置、方法に何ら制限は無く目的にあった方法を適宜選択すれば良い。
（３）露光工程
露光工程では、開口部・遮光部が描画されたフォトマスクを介して、ある波長域の電磁波例えば紫外線等又は電子線等を前記（１）塗工工程にて塗工された感光性樹脂組成物に照射して、所望のパターンを硬化（焼き付け）させる事を行う。そのため、各工程の中でもブラックマトリックスのパターニング形状を左右する特に重要な工程である。これらの工程で所望のパターンを精度よく露光・現像することによって、高品質なカラーフィルターを作製することが可能となる。前記露光の方法には、大きく分けて、近接露光方式と投影露光方式とがあるが、本発明では使用する装置、方法に何ら制限を設けていない。目的にあった方法を適宜選択すれば良い。
The patterning substrate and the manufacturing method of the present invention will be described along the respective steps of the black matrix substrate for a color filter which is the basis of the present invention.
(1) Coating process First, a photosensitive resin composition for a black matrix containing an ink repellent agent capable of imparting liquid repellency to a substrate placed on a parallel surface plate is applied with a coating nozzle. Apply evenly. The substrate is usually glass or the like, but depending on the process, a transparent film material, a resin material, a synthetic fiber material or the like can be used. As described above, the ink repellent agent is a photosensitive material for black matrix in order to prevent the desired color ink ejected to the black matrix pattern opening by the inkjet method from entering the adjacent pixels with the black matrix as a boundary. There is no particular limitation on the material of the resin composition as long as it can achieve the purpose. Typical examples include silicone-based and fluorine-based ones. Specific examples include silicone resins and silicone rubbers containing a siloxane component, and other examples include vinylidene fluoride, vinyl fluoride, and ethylene trifluoride. And fluororesins such as these copolymers, but are not limited thereto. There is no particular limitation on the coating nozzle, and a suitable one may be selected as appropriate. Further, with respect to the configuration, only one or a plurality of similar or different nozzles may be used in succession.
(2) Vacuum drying and pre-baking step Next, vacuum drying is performed with a vacuum drying device to remove the solvent contained in the coated photosensitive resin composition for black matrix. At this time, there is no restriction | limiting in the vacuum drying method, What is necessary is just to select the method according to the objective suitably, and may use the apparatus of 1 unit | set or several units | sets continuously. However, in order to prevent the final deficiency of the product from drying, it is desirable that the first pressure reduction pressure condition is 1500 Pa or less. Furthermore, it is preferable to perform pre-baking using a hot plate apparatus or the like. At this time, there is no limitation on the apparatus and method to be used, and a method suitable for the purpose may be selected as appropriate.
(3) Exposure process In the exposure process, electromagnetic waves such as ultraviolet rays or electron beams in a certain wavelength range were applied in the (1) coating process through a photomask on which openings and light-shielding parts were drawn. Irradiation to the photosensitive resin composition is performed to cure (bake) a desired pattern. Therefore, it is a particularly important process that influences the patterning shape of the black matrix among the processes. A high-quality color filter can be produced by accurately exposing and developing a desired pattern in these steps. The exposure method is roughly classified into a proximity exposure method and a projection exposure method. However, in the present invention, no limitation is imposed on the apparatus and method used. What is necessary is just to select the method suitable for the objective suitably.
但し本発明では露光工程で必要となる露光総量を数回に分けて照射するよう、プロセス条件を制限している。 However, in the present invention, the process conditions are limited so that the total exposure amount required in the exposure step is irradiated in several times.
通常、フォトリソ方式を用いてブラックマトリックスを作製する場合、タクト等を考慮し露光回数は１回のみである。そして必要となる露光量を数回に分けて照射した場合でもブラックマトリックスの性能および形状はトータルの露光量に由るため、１回露工時と差は生じ無いと思われてきた。 Normally, when a black matrix is produced using a photolithographic method, the number of exposures is only one in consideration of tact and the like. Even when the required exposure dose is divided into several exposures, the performance and shape of the black matrix depend on the total exposure dose, and it has been thought that there is no difference from the time of one exposure.
しかし本発明者の行なった実験では、露光量を数回に分けて同一箇所を露光した場合、ブラックマトリックスの撥液性が１回露光時よりも高くなり「混色」欠陥が生じ難い事が分かった。 However, in the experiment conducted by the present inventor, it was found that the liquid repellency of the black matrix is higher than that at the time of single exposure and the “mixed color” defect is difficult to occur when the same portion is exposed in several times. It was.
一方、「混色」欠陥が発生し難いブラックマトリックスの形状を考えた場合、図１に示すような断面図でみると、上部（１７）と下部（１８）で分ける事が出来、上部（１７）が下部（１８）より外側に張り出している形状である方が良い。この時、ブラックマトリックスの上部（１７）の高さがブラックマトリックス全体の40％以下であった方が好ましい。またブラックマトリックス下部の側面と基材が成す角度（１２）は90度以下である形状（以降 垂直からテーパー形状と呼ぶ）を持ち、更にブラックマトリックス側面の底部と基材が接する点（16）から垂直に上方向に伸ばした線がブラックマトリックスの表面と交差する点（１３）（以降 側頂部と呼ぶ）より横方向に延びるヒサシ状の部分（１１）（以降 ヒサシと呼ぶ）を具備している方が良い。このような形状の場合、ブラックマトリックスのパターニングの中に吐出された色インクは、図３で示したような断面図がかまぼこ形状のブラックマトリックスの場合と比較して、ヒサシが堰の役目をするためインクの濡れ広がりを防ぐ事が出来る。その結果、ブラックマトリックスの撥液性を過度に上げる事無く「混色」欠陥の発生を抑える事が可能であり、インクジェット装置を用いてブラックマトリックスのパターニング上に各色インクを吐出しても、各色パターンの外周部の色が極端に薄くなる事も無く、高品質のカラーフィルターを得る事が出来る。 On the other hand, when considering the shape of a black matrix in which “color mixing” defects are unlikely to occur, the cross section shown in FIG. 1 can be divided into an upper part (17) and a lower part (18), and an upper part (17). It is better to have a shape that protrudes outward from the lower part (18). At this time, the height of the upper portion (17) of the black matrix is preferably 40% or less of the entire black matrix. In addition, the angle (12) between the side of the black matrix bottom and the substrate is 90 degrees or less (hereinafter referred to as a taper shape from the vertical), and the bottom of the side of the black matrix is in contact with the substrate (16). It has a comb-like portion (11) (hereinafter referred to as “hisashi”) extending in a lateral direction from a point (13) (hereinafter referred to as “side apex”) where a line extending vertically upward intersects the surface of the black matrix. Better. In the case of such a shape, the color ink ejected during the patterning of the black matrix has the function of a weir as compared with the case of the black matrix whose cross-sectional view shown in FIG. Therefore, wetting and spreading of ink can be prevented. As a result, it is possible to suppress the occurrence of “color mixing” defects without excessively increasing the liquid repellency of the black matrix. Even if each color ink is ejected onto the black matrix patterning using an inkjet device, each color pattern It is possible to obtain a high quality color filter without causing the color of the outer periphery of the film to become extremely thin.
逆に図４に示すようにブラックマトリックス側面と基材が成す角度（４１）が90度より大きくても、上部と下部を分ける事が出来ないオーバーハングと呼ばれる形状の場合は、ブラックマトリックス全体が堰としてヒサシ同様の役目を果たす事は出来る。しかしこのような形状を実現するには露光量に対して現像時間を長目にとる事が一般的であるが、断面で見て横方向に張り出しているブラックマトリックス端部が現像工程において不連続で欠け易く、その結果直進性が悪化しやすい。更に色インク部の輝度が落ちてしまうと言った不具合が生じる事もあり、このような形状は品質的に問題である。 On the contrary, as shown in FIG. 4, even if the angle (41) formed between the side surface of the black matrix and the base material is larger than 90 degrees, the shape of the overhang that cannot separate the upper part and the lower part is used. It can play the same role as Hisashi as a weir. However, in order to realize such a shape, it is common to take a long development time with respect to the exposure amount. However, the black matrix ends protruding laterally in the cross section are discontinuous in the development process. As a result, the straightness tends to deteriorate. Further, there may be a problem that the brightness of the color ink portion is lowered, and such a shape is a problem in quality.
従って、ブラックマトリックスの理想的な断面形状はヒサシを持った垂直からテーパー形状であると言える。 Therefore, it can be said that the ideal cross-sectional shape of the black matrix is a taper shape from the vertical with a ridge.
しかし、前記ヒサシは図１のヒサシ部の端部（１４）と側頂部（１３）との距離（１５）（以降 ヒサシの長さと呼ぶ）が長ければ長いほど現像工程にてヒサシ部の一部欠落が生じ易くなり、その結果、ブラックマトリックスの直進性が悪化し易くなる。 However, the longer the longer the distance (15) between the end (14) and the side apex (13) of the hook portion in FIG. Missing is likely to occur, and as a result, the straightness of the black matrix tends to deteriorate.
因って、本発明者は実験を行い、ブラックマトリックスの断面形状は、単にヒサシを持つのみならず図２に示すようなヒサシの長さ（２３）が1.5μｍ以下である短いヒサシをもつ、垂直からテーパー形状のブラックマトリックスがより理想的である事を確認した。 Therefore, the present inventor conducted an experiment, and the cross-sectional shape of the black matrix not only has a long bean but also has a short long bean length (23) as shown in FIG. 2 of 1.5 μm or less. It was confirmed that a black matrix with a taper shape from the vertical is more ideal.
しかしこのようなヒサシの長さが1.5μｍ以下で垂直からテーパー形状のブラックマトリックスをプロセス的に実現する事は非常に難しい。例えば前記ヒサシの長さを短くする方法として、現像時間を長めにとるといったプロセス条件が検討されたが、その場合現像工程にてブラックマトリックスに含有された撥インク剤が過剰に現像液中に溶出してしまうといった不具合が発生して必要な撥液性を得られず、その結果「混色」欠陥が生じてしまった。 However, it is very difficult to process a black matrix having a length of 1.5 μm or less with a taper shape from the vertical. For example, as a method for shortening the length of the cypress, process conditions such as taking a longer development time were examined. In that case, the ink repellent contained in the black matrix was excessively eluted in the developer during the development process. As a result, the necessary liquid repellency cannot be obtained, resulting in a “color mixing” defect.
しかし本発明者の行なった実験で、露光総量を数回に分けて照射する事で、ヒサシの長さを短くする事が可能である事も分かった。 However, in experiments conducted by the present inventors, it has been found that the length of the eagles can be shortened by irradiating the total exposure amount in several times.
従って本発明の通り、露光工程で必要な露光量を数回に分けて紫外線等を照射するようプロセス条件を制限する事は、ブラックマトリックスの撥液性とヒサシの長さを同時に且つ適切に制御する事に対して有効な手段であると言える。 Therefore, as in the present invention, limiting the process conditions to irradiate ultraviolet rays and the like by dividing the exposure amount required in the exposure process into several times simultaneously and appropriately controls the liquid repellency of the black matrix and the length of the comb. It can be said that it is an effective means for doing.
更に、基板内の場所によって異なる露光回数にて紫外線等の照射を行なえば、同一基板内でそれぞれの箇所に必要な撥液性を与える事が出来る。 Furthermore, if irradiation with ultraviolet rays or the like is performed at different exposure times depending on the location in the substrate, the required liquid repellency can be imparted to each location in the same substrate.
例えば固形分量等の違いより必要な吐出量が各色インクで異なった場合、必要な吐出量が他の色より多い色インクが吐出されるブラックマトリックスパターン部では、他の箇所より高い撥液性が必要とされる。そのように高い撥液性を要する箇所では、露光総量が他の箇所と同じになり且つ紫外線等の照射回数が他の箇所より多くなるよう設定すれば良い。 For example, if the required discharge amount differs for each color ink due to the difference in solid content, etc., the black matrix pattern portion where the color ink required for the discharge amount is higher than that for other colors has higher liquid repellency than other locations. Needed. In such a place requiring high liquid repellency, the total exposure amount may be set to be the same as that in the other place and the number of times of irradiation with ultraviolet rays or the like may be set to be larger than that in the other place.
このようにして、必要な箇所に最適な撥液性を与える事が出来る。
（４）現像工程
現像工程では、通常のフォトリソ方式と同様に現像作業を行えば良い。その方法、装置に特に制限は無く、目的にあった方法を適宜選択すれば良い。
（５）プレキュア、焼成工程
現像した前記基板を高温で焼成し、ブラックマトリックスが完成する。この際、ブラックマトリックスの角部が熱によるフローでだれてしまい（以降、熱だれと呼ぶ）図３に示したようなカマボコ形状になってしまう事がある。
In this way, optimum liquid repellency can be imparted to the necessary portions.
(4) Development Step In the development step, development work may be performed in the same manner as in a normal photolithography method. The method and apparatus are not particularly limited, and a method suitable for the purpose may be selected as appropriate.
(5) Precure and firing step The developed substrate is fired at a high temperature to complete a black matrix. At this time, the corners of the black matrix may be sagged by the flow due to heat (hereinafter referred to as heat sagging), and may have a kamaboko shape as shown in FIG.
このような形状では前記の通り品質上の問題が生じるので、焼成工程の前に基板表面または裏面に紫外線や電子線等をあてる等のプレキュア作業を行い焼成工程時の温度を200℃以下に下げ、熱だれを防止した方が良い。 Such a shape causes quality problems as described above, so pre-cure work such as applying ultraviolet rays or electron beams to the front or back surface of the substrate before the firing process to lower the temperature during the firing process to 200 ° C or less. It ’s better to prevent drooling.
前記の（１）から（５）の各工程を経て、インクジェット方式を用いて高品質なカラーフィルターを作製する際に必要な、ヒサシの長さが1.5μｍ以下で対水の接触角が105度以上である本発明のブラックマトリックスを作製することができる。 Through the above steps (1) to (5), the length of the scissors is 1.5 μm or less and the contact angle with water is 105 degrees, which is necessary for producing a high-quality color filter using the inkjet method. The black matrix of the present invention as described above can be produced.
その後は、既存のインクジェット装置を用いて、色インクをブラックマトリックスの開口部に吐出し更にプレベーク、焼成工程を経て本発明のカラーフィルターが完成する。 After that, using the existing ink jet device, the color ink is ejected to the opening of the black matrix, and the color filter of the present invention is completed through prebaking and baking processes.
フッ素樹脂を主成分とした撥インク剤を含有したブラックマトリックス用レジストをガラス基板（基材）上に塗布した後、150Ｐａの到達圧で減圧乾燥を加えた。更に120℃にセットされたホットプレートを用いてプレベークを行った。 A black matrix resist containing an ink repellent agent mainly composed of a fluororesin was applied onto a glass substrate (base material), and then dried under reduced pressure at an ultimate pressure of 150 Pa. Further, pre-baking was performed using a hot plate set at 120 ° C.
その後、投影露光機を使用し露光工程を行った。その際、照度は156（ｍＷ/ｃｍ2）、露光回数は同一箇所で２回、露光量は２回の合計で50（ｍＪ/ｃｍ2）に設定した。 Then, the exposure process was performed using the projection exposure machine. At that time, the illuminance was set to 156 (mW / cm 2 ), the number of exposures was twice at the same location, and the exposure amount was set to 50 (mJ / cm 2 ) in total.
次に、無機アルカリの現像液を使用して現像作業を行ない、紫外線ランプを使用してプレキュアを行った後、160℃の焼成作業を行い、ブラックマトリックス基板を完成させた。 Next, development was performed using an inorganic alkali developer, precure was performed using an ultraviolet lamp, and then baking was performed at 160 ° C. to complete a black matrix substrate.
その結果、表１乃至表３に示す通りブラックマトリックスの接触角は108度とインクジェット用ブラックマトリックスとして十分な撥液性を得る事が出来た。またブラックマトリックスのヒサシ部分の長さは1.4μｍ程度であり、直進性も良好であった。更にこのブラックマトリックスパターン部にインクジェット装置を用いて赤、青、緑の各色インクを吐出したところ混色、はじきといった欠陥は発生せず、色インクパターンの外周部が極端に薄い色になる事も無く、その結果高品質なカラーフィルターを得る事が出来た。 As a result, as shown in Tables 1 to 3, the contact angle of the black matrix was 108 degrees, and sufficient liquid repellency was obtained as an inkjet black matrix. Further, the length of the black matrix has about 1.4 μm, and the straightness was good. Furthermore, when red, blue, and green inks are ejected onto the black matrix pattern using an ink jet device, no defects such as color mixing or repelling occur, and the outer periphery of the color ink pattern does not become extremely light. As a result, a high-quality color filter was obtained.
上記実施例１において合計の露光量を30（ｍＪ/ｃｍ2）にする以外は同様にして、ブラックマトリックス基板を作製した。 A black matrix substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the total exposure was 30 (mJ / cm 2 ).
その結果、表１乃至表３に示す通りブラックマトリックスの接触角は105度でありインクジェット用ブラックマトリックスとして十分な撥液性を得る事が出来た。またブラックマトリックスのヒサシ部分の長さは1.4μｍ程度であり、直進性も良好であった。更にこのブラックマトリックスパターン部にインクジェット装置を用いて赤、青、緑の各色インクを吐出したところ混色、はじきといった欠陥は発生せず、色インクパターンの外周部が極端に薄い色になる事も無く、結果高品質なカラーフィルターを得る事が出来た。 As a result, as shown in Tables 1 to 3, the contact angle of the black matrix was 105 degrees, and sufficient liquid repellency as an inkjet black matrix could be obtained. Further, the length of the black matrix has about 1.4 μm, and the straightness was good. Furthermore, when red, blue, and green inks are ejected onto the black matrix pattern using an ink jet device, no defects such as color mixing or repelling occur, and the outer periphery of the color ink pattern does not become extremely light. As a result, we were able to obtain a high-quality color filter.
上記実施例１において合計の露光量を60（ｍＪ/ｃｍ2）にする以外は同様にして、ブラックマトリックス基板を作製した。 A black matrix substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the total exposure was 60 (mJ / cm 2 ).
その結果、表１乃至表３に示す通りブラックマトリックスの接触角は108度でありインクジェット用ブラックマトリックスとして十分な撥液性を得る事が出来た。またブラックマトリックスのヒサシ部分の長さは1.5μｍ程度であり、直進性も良好であった。更にこのブラックマトリックスパターン部にインクジェット装置を用いて赤、青、緑の各色インクを吐出したところ混色、はじきといった欠陥は発生せず、色インクパターンの外周部が極端に薄い色になる事も無く、結果高品質なカラーフィルターを得る事が出来た。 As a result, as shown in Tables 1 to 3, the contact angle of the black matrix was 108 degrees, and sufficient liquid repellency as an inkjet black matrix could be obtained. The length of the black matrix has about 1.5 μm, and the straightness was good. Furthermore, when red, blue, and green inks are ejected onto the black matrix pattern using an ink jet device, no defects such as color mixing or repelling occur, and the outer periphery of the color ink pattern does not become extremely light. As a result, we were able to obtain a high-quality color filter.
上記実施例１、２、３において照度を128（ｍＷ/ｃｍ2）に下げる以外は同様にして、ブラックマトリックス基板を作製した。 A black matrix substrate was produced in the same manner as in Examples 1, 2, and 3 except that the illuminance was reduced to 128 (mW / cm 2 ).
その結果、ブラックマトリックスの接触角は表１乃至表３に示す通りそれぞれ108度、105度、108度となり、インクジェット用ブラックマトリックスとしては十分な撥液性を得る事が出来た。更にブラックマトリックスのヒサシ部分の長さは1.4から1.5μｍ程度であり、直進性も良好であった。更にこのブラックマトリックスパターン部にインクジェット装置を用いて赤、青、緑の各色インクを吐出したところ混色、はじきといった欠陥は発生せず、色インクパターンの外周部が極端に薄い色になる事も無く、結果高品質なカラーフィルターを得る事が出来た。
〔比較例１〕
上記実施例１、２、３において露光回数を１回にする以外は同様にして、ブラックマトリックス基板を作製した。
As a result, the contact angles of the black matrix were 108 degrees, 105 degrees, and 108 degrees, respectively, as shown in Tables 1 to 3, and sufficient liquid repellency was obtained as an inkjet black matrix. Further, the length of the black matrix has about 1.4 to 1.5 μm, and the straightness was also good. Furthermore, when red, blue, and green inks are ejected onto the black matrix pattern using an ink jet device, no defects such as color mixing or repelling occur, and the outer periphery of the color ink pattern does not become extremely light. As a result, we were able to obtain a high-quality color filter.
[Comparative Example 1]
A black matrix substrate was produced in the same manner as in Examples 1, 2, and 3 except that the number of exposures was one.
その結果、ブラックマトリックスのヒサシ部分の長さは表１乃至表３に示す通り1.9μｍとなり、直進性が悪く品質的に問題のあるブラックマトリックスになってしまった。更に露光量30（ｍＪ/ｃｍ2）の場合は、対水の接触角も100度とインクジェット用ブラックマトリックスとしては必要な撥液性を得る事も出来ず、更にこのブラックマトリックスパターン部にインクジェット装置を用いて赤、青、緑の各色インクを吐出したところ「混色」欠陥が発生してしまい、結果高品質なカラーフィルターを得る事が出来なかった。
〔比較例２〕
上記実施例４において露光回数を１回にする以外は同様にして、ブラックマトリックス基板を作製した。
As a result, the length of the clip portion of the black matrix was 1.9 μm as shown in Tables 1 to 3, resulting in a black matrix having poor straightness and a problem in quality. Furthermore, when the exposure amount is 30 (mJ / cm 2 ), the contact angle with water is 100 degrees, and the liquid repellency necessary for an inkjet black matrix cannot be obtained. When red, blue, and green inks were ejected using a “color mixing” defect, a “color mixing” defect occurred, and as a result, a high-quality color filter could not be obtained.
[Comparative Example 2]
A black matrix substrate was prepared in the same manner as in Example 4 except that the number of exposures was one.
その結果、ブラックマトリックスのヒサシ部分の長さは表１乃至表３に示す通り1.8から1.9μｍとなり、直進性が悪く品質的に問題のあるブラックマトリックスになってしまった。 As a result, the length of the clip portion of the black matrix was 1.8 to 1.9 μm as shown in Tables 1 to 3, resulting in a black matrix having poor straightness and a problem in quality.
更に露光量30（ｍＪ/ｃｍ2）の場合は、接触角も102度と撥液性に不安があるインクジェット用ブラックマトリックスになってしまった。更にこのブラックマトリックスパターン部にインクジェット装置を用いて赤、青、緑の各色インクを吐出したところ部分的に「混色」欠陥が発生してしまい、結果高品質なカラーフィルターを得る事が出来なかった。 Further, when the exposure amount was 30 (mJ / cm 2 ), the contact angle was 102 degrees, and the ink jet black matrix was anxious about liquid repellency. Furthermore, when red, blue, and green inks were ejected onto the black matrix pattern using an inkjet device, a “color mixing” defect occurred partially, and as a result, a high-quality color filter could not be obtained. .
表２の上段には、ヒサシの長さを示した。 The upper part of Table 2 shows the length of the horseradish.
表２の下段の「○」「×」はブラックマトリックスの「直進性」の良否判断の結果である。
本願において「直進性」の判断は以下のように行った。
“◯” and “X” in the lower part of Table 2 are the results of the quality judgment of “straightness” of the black matrix.
In the present application, the determination of “straightness” was performed as follows.
基板の上から観察して、ヒサシ部分がほぼ直線形状である場合には「○」と評価した。 When observed from the top of the substrate, when the eaves portion was almost linear, it was evaluated as “◯”.
ヒサシ部分が、直線形状にならず、波状になったり、一部が欠けたりした場合には「×」と評価した。 In the case where the Hisashi portion did not have a linear shape but was wavy or partly chipped, it was evaluated as “x”.
表３における「○」「△」「×」は、混色、ハジキの欠陥発生の有無を示したものである。 In Table 3, “◯”, “Δ”, and “×” indicate the presence or absence of the occurrence of color mixing and repelling defects.
上段は、混色の評価、下段はハジキの評価である。 The upper row is the evaluation of color mixing, and the lower row is the evaluation of repelling.
「×」は、欠陥が多数発生したことを示す。 “X” indicates that many defects occurred.
「△」は、欠陥が部分的に発生したことを示す。 “Δ” indicates that a defect has partially occurred.
「○」は、欠陥が発生しなかったことを示す。 “◯” indicates that no defect occurred.
１：長いヒサシをもつ、テーパー形状のブラックマトリックスのパターニング断面
１０：基材
１１：ブラックマトリックスのパターニング上部にあるヒサシ
１２：ブラックマトリックスのパターニング下部側面と基材が成す角度
１３：側頂部
１４：ヒサシの端部
１５：ヒサシの長さ
１６：ブラックマトリックスのパターニング下部側面と基材との接点
１７：ブラックマトリックスのパターニング上部
１８：ブラックマトリックスのパターニング下部
２：短いヒサシをもつ、テーパー形状のブラックマトリックスのパターニング断面
２０：基材
２１：ブラックマトリックスのパターニング上部にあるヒサシ
２２：ヒサシの端部
２３：ヒサシの長さ
２４：ブラックマトリックスのパターニング下部側面と基材との接点
３：かまぼこ形状のブラックマトリックスのパターニング断面
３０：基材
４：オーバーハング形状のブラックマトリックスのパターニング断面
４０：基材
４１：ブラックマトリックスのパターニング側面下部と基材が成す角度
1: Tapered black matrix patterning section with long eclipse 10: Substrate 11: Hedge at the top of black matrix patterning 12: Angle formed by patterning lower side of black matrix and substrate 13: Side apex 14: Hoshi Edge 15: Hedge length 16: Black matrix patterning Lower side contact with substrate 17: Black matrix patterning upper portion 18: Black matrix patterning lower portion 2: Tapered black matrix with short hoop Patterning section 20: Substrate 21: Black matrix patterning upper portion 22: Hedge end 23: Hedge length 24: Black matrix patterning Lower side surface and contact point of substrate 3: Kamaboko-shaped black Trix patterning section 30: base material 4: overhang of the black matrix pattern section 40: substrate 41: an angle patterning the lower side surface and the base material of the black matrix form
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