JPH0954210A - カラーフィルタの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレキソ印刷法によって形成したパターンを
平坦化して高性能なカラーフィルタを低コストで形成す
る。 【解決手段】 ガラス基板Ｇの表面にフレキソ印刷法に
よって赤，緑，青のカラー画素１１，１２，１３を順次
形成する。これらの三色のカラー画素の形成面にさらに
黒色の感光性インクによりブラックマトリックス部１４
を形成してプリベークを行う。次にフォトリソグラフィ
ー技術を用いて背面露光により、各カラー画素及びブラ
ックマトリックス部のガラス基板との密着面から所望の
厚さまでを露光可能な紫外線を照射して変質させる。次
に露光したガラス基板を現像液に浸して露光されてない
部分すなわちガラス基板への密着面から所定の厚さ以上
の部分を除去して、カラー画素やブラックマトリックス
部を平坦化する。カラー画素に欠陥部１３ｃがあったと
してもブラックマトリックス部がこれを埋めて白抜けを
防止可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、カラー液晶表示装置等に
用いるカラーフィルタの形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カラー液晶表示装置や密着型イ
メージセンサ等に必須のカラーフィルタは、透明板面に
赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のパターンを格子状に形
成したものが用いられている。カラーフィルタの形成方
法としては、以下の如き手段が提案されている。

【０００３】その第１例としては、基板上に着色素子を
設け、その上に中間保護膜で被覆し、さらにその上に感
光性被膜を設け、これを背面から露光して樹脂層パター
ンを形成し、さらにその上を染料で染色して最終着色素
子を形成するプロセスを、Ｒ，Ｇ，Ｂごとに繰返すこと
によって、形成するいわゆる染色法がある（特開昭５８
−４１０７号）。

【０００４】また、その第２例としては、透明基板の裏
面に複数の色パターン群を含む複数のパターン群を有す
るカラーフィルタを製造する際に、１つのパターン群を
除く他のパターン群を形成した後に、それらのパターン
群をマスクとして透明基板の裏面側から全面露光するこ
とによって１つのパターン群についてのパターンニング
を行う方法がある。この方法において、このパターンニ
ング手段として、着色のための染料を含む溶液を用い、
スピンナーによる回転塗布を用いて色パターンの層を形
成し、その層をフォトリソグラフィ技術によってパター
ンニングし、他のパターン群を各色ごとに順次着色する
とき、前段の色パターンの耐溶剤性を増し、前段の色パ
ターン上に保護膜を形成することなく次のパターンニン
グを行う方法が提案されている（特開昭６２−９３０１
号）。

【０００５】上記した第１及び第２の手段は、パターン
が均一で平坦性に秀れており、カラー液晶表示装置等の
最終結果として良好なものが得られている。しかしなが
ら、上記各手段では、いずれもカラーフィルタ形成のた
めのプロセスが複雑であり、生産性が低くかつそのため
の設備も高価となることから、カラーフィルタのコスト
が高くつくことが問題となっていた。

【０００６】これに対し最近では、印刷法と呼ばれる生
産性が高いカラーフィルタの形成方法が注目されて来
た。印刷法の中で代表的なフレキソ印刷法の概要は、図
３（ａ）に示すように、転写ローラ３１上にフレキソ版
と呼ばれるゴム製のフレキソ印刷版３２を装着し、転写
ローラがガラス基板等の被印刷基板３３上を転がること
によって、フレキソ印刷版３２に付着しているインクを
被印刷基板３３上に転写して印刷するものである。フレ
キソ印刷版３２へのインクの供給は、インク容器３４か
らチューブ３４ａを介してディスペンサー３５に送ら
れ、ここで一旦ドクターローラ３６に付着される。ドク
ターローラ３６の外周面に付着したインクは、さらにア
ニロックスローラ３７に移り、これからさらにフレキソ
印刷版３２に転写される。

【０００７】フレキソ印刷法における印刷版３２の表面
は、図３（ｂ）に示すように、微小な突起３２ａが形成
してあり、アニロックスローラ３７によって塗布された
インクは、突起間に形成された谷部３２ｂに滞留した状
態となっている。このインクは、転写ローラ３１が被印
刷基板３３上にフレキソ版３２を押し付けた状態で転が
ると、押圧された突起は、それぞれ弾性変形して、谷部
に滞留していたインクを押し出して、突起の先端部から
被印刷基板３３上にパターンを形成する。フレキソ法に
よって形成されるパターンの形状は、フレキソ版３２の
印刷パターンに対応する部分が平坦に形成され、周囲の
部分は、盛り上がったものになっている（図１参照）。
このようにパターンの膜厚分布が不均一になっている
と、これを使用する表示装置等の最終結果に悪影響を及
ぼす原因となっている。とくにカラー液晶表示装置の場
合、ガラス基板の背面側に配向処理を施しているが、カ
ラーフィルタのパターンの膜厚が不均一であると、この
配向処理が困難になる問題がある。

【０００８】上記した従来技術の問題点の対応策として
は、カラーフィルタのパターンの膜厚を均一化するため
に、フレキソ印刷装置に被印刷基板ステージに所定の恒
温に温度制御する機構を設け、この温度下に印刷するこ
とによって膜厚の均一性を得る方法が提案されている
（特開平４−３７１９０２号）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】フレキソ印刷法による
カラーフィルタの形成方法は、上記した第１及び第２の
手段におけるコスト高の問題を解決する手段として提案
されたもので、その面ではコストダウンの目的を達成し
ているものといえる。しかしながら、上述したようにパ
ターン面の不均一性の問題があるためなお品質上の問題
が残されている。上記した従来技術のように、温度制御
による均一化の提案もあるが、この場合には、恒温にす
るための設備が高価であり、かつ、パターンの不均一性
も完全には除去できない問題がある。

【００１０】そこで本発明の目的は、フレキソ印刷法に
よって形成されるパターンの不均一性を容易かつ確実に
除去することによって、高品質のカラーフィルタを低コ
ストで形成可能にすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のカラーフィルタの形成方法は、印刷パタ
ーン形状に対応したフレキソ版を用いて透明基板にパタ
ーン印刷するフレキソ印刷装置によって透明基板上面に
感光性インクによる例えば赤、緑、青等の三色のカラー
画素を順次形成し、透明基板の背面からの光エネルギー
の照射によりカラー画素の該基板から所望の厚さまで露
光可能な露光量で露光し、露光したカラー画素を現像す
ることによって露光した部分以外の部分を除去するよう
にしたところに特徴がある。

【００１２】上記手段は、カラー画素を形成した後に、
これらのカラー画素の周囲を覆うように黒色の感光性イ
ンクを塗布することによってブラックマトリックス部を
形成し、透明基板の背面からの光エネルギーの照射によ
り各色のカラー画素及びブラックマトリックス部の該基
板から所望の厚さまで露光可能な露光量で露光し、この
ように露光されたカラー画素及びブラックマトリックス
部を現像することによって露光した部分以外の部分を除
去することが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について、カ
ラー液晶表示装置に用いるガラス基板にカラーフィルタ
を形成する場合を例として図面を参照して説明する。

【００１４】（実施例１）まず、ガラス基板Ｇの表面に
パターン形状に対応したフレキソ版を用いて、赤，緑，
青の三色のカラー画素の印刷を行う。図１に示すよう
に、カラー画素の印刷は、フレキソ印刷機を用いて、１
色目（例えば赤（Ｒ）），２色目（例えば緑（Ｇ）），
３色目（例えば青（Ｂ））の順に順次格子状に形成して
ゆく。

【００１５】フレキソ印刷機はＵＮストライプコーター
（商標・ナカン（株）製）を使用し、フレキソ版はブチ
ルゴム系の「Ｋ−１１」（旭化成工業（株）製）を採用
した。

【００１６】また、印刷インクは顔料分散型の感光性着
色溶液であるカラーモザイク（富士ハント（株））を用
いた。このインクには、印刷機のローラ上に転写される
間の乾燥を防ぐために、体積比で２０％のエチルカルビ
トールを添加してある。なお、フレキソ印刷機，フレキ
ソ版及び印刷インクは、いずれも従来技術で採用してい
るものと同様のものである。

【００１７】図１にの順に示すように、ガラス基
板Ｇ上へのカラー画素の印刷は、１色目印刷から順次２
色目，３色目と繰り返して行われる。各色の印刷後に、
次の印刷において、印刷されたインクがフレキソ版に転
写するのを防止するために、ホットプレート上で７０°
Ｃの温度で１分間程度のベーク処理を行う。印刷された
カラー画素１は、フレキソ版の形状に対応して外形が長
方形をしており、周囲の部分が盛り上って突部１ａを形
成している。カラー画素１の突部１ａに囲まれた内側は
薄膜状の平坦部１ｂとなっている。一般に突部１ａの高
さは平坦部１ｂの厚さよりも２〜３倍大きくなっている
ので、パターン面は凹凸の激しいものになっている。同
様にして２色目及び３色目のカラー画素２，３の印刷を
続いて行う。

【００１８】３色目のフレキソ印刷が終り、ガラス基板
１の全面がカラー画素１，２，３によって覆われたら、
次に９０°Ｃの温度で２０分間のプリベークを行い、カ
ラー画素を次工程の処理に支障を生じさせない程度のか
たさを有するものとする。

【００１９】次にフォトリソグラフィー技術を用いて露
光・現像を行う（）。まず、ガラス基板Ｇの背面側か
ら超高圧水銀灯を露光光源とする紫外線による背面露光
を行う。露光量は、カラー画素の平坦部の厚さをどれ位
にするかによって異なるが、４００〜８００mJ／cm²程
度である。この露光により、カラー画素１〜３のガラス
基板Ｇとの密着面から所定の厚さまでが、次の処理であ
る現像によって溶解されにくい材質に変質する。したが
って、カラー画素の突部１ａ，２ａ，３ａは、露光され
ていないため、現像によって溶解され易い性質を維持し
ていることになる。

【００２０】次に、図１に示してあるように、露光し
たガラス基板を現像液に浸して現像し、露光されてない
部分を除去してカラー画素の上面を平坦にする。現像液
は、カラーモザイク専用のアルカリ現像液「ＣＤ」を純
水で１０倍に希釈して使用した。この現像液の温度が１
５°Ｃ程度の場合の現像時間は、ほぼ５分間である。こ
の後、洗浄して現像液及び溶解物質を除去し、さらに２
００°Ｃの温度で６０分間ポストベークを行って、カラ
ー画素を完全に固化させる。

【００２１】本実施例では、カラー画素の突部が除去さ
れているためフレキソ印刷による凹凸がなくなり、表面
粗さも±０．１μｍ程度となり、品質の優れたカラーフ
ィルタとすることができる。なお、フォトリソグラフィ
技術を施す際にもフォトマスクとの合わせ作業もなく短
時間で形成できるので生産性に優れた方法である。

【００２２】（実施例２）図２に示すように、ガラス基
板Ｇの表面にフレキソ印刷機によって、赤，緑，青の三
色カラー画素１１．１２．１３を順次形成（〜）す
るまでのプロセスは実施例１と同様である。

【００２３】本実施例では、上記の三色のカラー画素を
形成した後、さらにカラー画素の形成面に黒色の感光性
インクによる印刷をフレキソ印刷工程によって行う
（）。この工程によって、カラー画素の形成面の全面
にブラックマトリックス部１４が形成されている。黒色
の感光性インクは、三色のカラー画素１１〜１３の隙間
を埋め尽し、さらに、突部１１ａ，１２ａ，１３ａ及び
平坦部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを覆っている。黒色の感
光性インクは、他の三色のインクと同系統のインクを用
いている。その他の露光及び現像は実施例１と同様に行
う。

【００２４】また、印刷の際にごみ等の存在によってカ
ラー画素に欠陥が生じているような場合、例えば、図２
の青のカラー画素１３の１つに欠除部１３ｃが存在す
る場合、この欠除部にもブラックマトリックス用の黒色
インクが充填され欠陥が修復されるため（）、白抜け
の発生が防止可能となる効果がある。最後にフォトリソ
グラフィ技術によって露光した部分以外の部分を除去す
ることによって表面を平坦化する（）。

【００２５】本実施例では、ブラックマトリックス部１
４の形成と欠陥の修復とにより性能の高いカラーフィル
タを低コストで形成可能となる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、フレキソ印刷法を採用
しているので、透明基板へのカラー画素の形成が容易で
あり、しかも背面露光及び現像によって表示パターンの
凹凸の原因となる部分が除去されるので、表示パターン
が高精度に平坦化され、高品質のカラーフィルタが得ら
れる。

【００２７】また、赤，緑，青の三色のカラー画素を形
成した後に、黒色の感光性インクからなるブラックスト
リックス部を形成する処理を加えてから、背面露光及び
現像することにより、カラー画素に欠陥があるような場
合にも、黒色インクがその欠陥部を補充するので白抜け
がなくなり、高品質のカラーフィルタが得られる。

【００２８】なお本発明は、処理の面倒なフォトリソグ
ラフィ技術を１回しか使用せず、しかも、フォトマスク
と表示パターンとの合せ作業も必要としないので、きわ
めて生産性を高いものとしており、カラーフィルタのコ
スト低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の説明図である。

【図２】実施例２の説明図である。

【図３】フレキソ印刷法の説明図である。

【符号の説明】

Ｇ 透明基板 １，２，３ カラー画素 １１，１２，１３ カラー画素 １４ ブラックマトリックス部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印刷パターン形状に対応したフレキソ版
   を用いて透明基板にパターン印刷するフレキソ印刷装置
   によって上記透明基板上面に感光性インクによるカラー
   画素を順次形成し、 上記透明基板の背面からの光エネルギーの照射により上
   記カラー画素の該基板から所望の厚さまで露光可能な露
   光量で露光し、 上記露光した上記カラー画素を現像することによって上
   記露光した部分以外の部分を除去することを特徴とする
   カラーフィルタの形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記カラー画素を形
   成した後に、上記カラー画素の周囲を覆うように黒色の
   感光性インクを塗布することによってブラックマトリッ
   クス部を形成し、 上記透明基板の背面からの光エネルギーの照射により上
   記カラー画素及び上記ブラックマトリックス部の該基板
   から所望の厚さまで露光可能な露光量で露光し、 上記露光した上記カラー画素及び上記ブラックマトリッ
   クス部を現像することによって上記露光した部分以外の
   部分を除去することを特徴とするカラーフィルタの形成
   方法。