JPH10186123A - カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インクジェット方式を用いたカラーフィルタの
製造方法において第１画素においても均一な着色を行
う。 【解決手段】インクジェットヘッド５より所定の着色剤
を吐出させ、基材１上の遮光膜２に設けられた画素に着
色部８を形成する直前に、表示領域４の周辺の周辺領域
３に設けられた遮光膜２上に着色剤を吐出して予備着色
部７を形成することにより、表示領域の画素部分で安定
した吐出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、着色剤を微細な液
滴にして吐出する方式によるカラーフィルタの製造方法
及びカラーフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの発達に
伴いカラー液晶表示装置の需要が増加する傾向にある。
さらなる需要喚起のためにはカラー液晶表示装置のコス
トダウンが重要であり、特にカラーフィルタは液晶表示
装置のカラー表示を可能とするために必要な部材であり
ながらも比較的コスト比重が高いため、カラーフィルタ
のコストダウンに対する要求が高くなっている。

【０００３】カラーフィルタは、一般的にはガラス等の
透明基材上に加法混色の三原色である赤、青、緑の着色
層が長方形等の特定形状で画素を形成し、その三原色の
画素を一組とした画像単位を画像表示に必要な数量及び
形態で配置したものである。

【０００４】従来より、この着色層を形成するための方
法として電着法、染色法、顔料分散法等の様々な手法が
用いられてきた。しかし従来の方法では、着色層の形成
のために材料利用率の少ないスピンコート工程、面倒な
フォトリソグラフィ工程が必要になることや、複雑なラ
インや大型の装置が必要になること、工程数が多いこと
などで、コストダウンに障害となっている。

【０００５】カラーフィルタの生産性を向上させるため
に、原材料利用効率が低いスピンコート工程を、原材料
利用効率の高いインクジェット方式で透明基材上に直接
カラーパターンを形成する工程に置き換えたカラーフィ
ルタの製造方法（特開昭５９−７５２０５）が提案され
ている。

【０００６】このインクジェット方式で着色層を形成す
るには、あらかじめ遮光膜により画素の周辺に枠を形成
しておき、この画素の枠内にインクジェット方式で着色
剤の液滴を吐出する。この際に透明基材とインクジェッ
トノズルとを相対的に移動させて、所定の画素の枠内に
着色剤の液滴を供給する。これにより、所定のカラーフ
ィルタパターンが形成できる。

【０００７】このとき遮光膜に対する着色剤の着弾位置
を厳密に調整し、遮光膜により形づくられる画素に対応
する光透過開口部にのみ順次着色させていく。着弾位置
の調整には特開平８−８６９１３記載のような方法が用
いられる。

【０００８】インクジェット方式の採用により、着色剤
を必要とする部分のみに直接カラーパターンを形成でき
る。これにより、カラーパターン原材料の利用効率が高
くなり、さらに面倒なカラーパターンのフォトリソグラ
フィ工程も不要となり、カラーフィルタの生産性が向上
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一方、カラーフィルタ
は、表示領域全域にわたって均一に色表示をする性能が
求められる。すなわちカラーパターンの膜厚が均一であ
ることが求められる。そのため、インクジェット方式で
吐出ノズルを使用してカラーフィルタを製造する際に
は、その吐出量が一定で、安定して均一膜厚に塗工され
ることに最も注意を払わなければならない。

【００１０】しかし吐出ノズルを用いた場合には、吐出
初めに吐出量が不安定になることが多々発生した。特
に、インクジェット方式によりカラーパターンを形成す
る場合には、画素毎に正確な液量で吐出させる必要があ
る。しかし、吐出初めには液量が一定しにくいために、
吐出第１滴目から第１画素に着色して行くと、第１画素
だけ色差が大きくなることが起きた。

【００１１】そこで、着色開始時の第１画素に対する着
色剤吐出量を一定にして安定吐出させ、表示領域全面に
わたって均一な色表示のできるカラーフィルタの製造方
法が望まれた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、着色剤吐出ノズルよ
り所定の着色剤の液滴を吐出させ、基材上に設けられた
遮光膜により囲まれた領域に所定のカラーパターンを形
成する表示装置用のカラーフィルタの製造方法におい
て、表示装置の表示領域に着色剤の液滴を吐出する前
に、表示領域以外の周辺領域で着色剤の液滴を吐出させ
ることを特徴とするカラーフィルタの製造方法を提供す
る。

【００１３】また、その表示領域以外の周辺領域に遮光
膜が形成され、その遮光膜の上に着色剤の液滴を吐出す
るカラーフィルタの製造方法、及び、それらの表示領域
以外の周辺領域であり着色剤の液滴を吐出させる領域が
撥インク性であるカラーフィルタの製造方法、及び、そ
れらの所定のカラーパターンを形成後、洗浄することに
より表示領域以外の周辺領域に付着した着色剤を除去す
るカラーフィルタの製造方法を提供する。さらに、それ
らの製造方法により製造されたカラーフィルタを提供す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のカラーフィルタの製造方
法においては、表示領域の第１画素に対して吐出前に、
表示領域の周辺領域に着色剤を吐出させる。これによ
り、本来の第１画素に着色剤を吐出する際には、安定な
吐出が可能になり、均一なカラーフィルタが容易に得ら
れる。

【００１５】図１は、本発明のカラーフィルタの製造工
程の途中の状態を示す正面図である。図１において、１
はガラス、プラスチック等の透明な基材、２は遮光膜、
３は周辺領域、４は表示領域、５はインクジェットヘッ
ド、６はインクジェットノズルの位置、７は本来の着色
のための直前に吐出形成された予備着色部、８は表示領
域内での着色部を示す。

【００１６】本発明で用いられる着色剤には、吐出可能
な種々の着色剤が用いられる。この着色剤は、顔料又は
染料に、固着用の樹脂、溶剤、体質顔料等を混入したも
のが使用でき、用いるインクジェットヘッドに適した組
成にする。発色のために用いる顔料又は染料としては、
耐久性からみて顔料を用いたものが好ましい。

【００１７】この着色剤は、光硬化性、熱硬化性を付与
したものも使用できる。特に光硬化性などのパターン形
成が可能な着色剤を用いた場合には、遮光膜上に吐出し
た着色剤は、露光による着色工程が終了後、容易に除去
できる。

【００１８】着色剤に顔料を用いる場合には、着色剤の
隣接画素への流出抑制のために、遮光膜による枠を設け
これに堰の役目をもたすことが好ましい。一方、着色剤
に染料を用いる場合には、基材上に吐出した着色剤の染
料を吸着するための多孔質シリカや多孔質アルミナ等の
被染色層を設けることが好ましい。

【００１９】本発明では、基本的には液滴で吐出するイ
ンクジェット方式で用いるが、連続吐出するものも使用
できる。また、このインクジェットヘッドは、ピエゾ圧
電方式のものが好適であるが、熱により吐出するサーマ
ル方式でも使用できる。

【００２０】遮光膜は、金属や黒色樹脂等で形成された
膜であり、画素の周辺からの光漏れを抑制する目的及び
画素の着色層を区切る目的で設けられる。通常は０．１
〜３μｍ程度の厚みの膜とされ、画素部分を枠で囲んだ
ように形成される。この枠で囲まれた画素部分に着色剤
が吐出されて堆積して着色層となる。顔料を含む着色剤
を用いる場合には、遮光膜の厚みは０．５〜３μｍとさ
れることが好ましい。

【００２１】この遮光膜は、具体的には着色剤の吐出時
の堰の役目も果たすため、感光性黒色樹脂を用いた厚膜
のものが好ましいが、クロム等をスパッタリングしてパ
ターン形成した薄膜のものや、そのような金属遮光膜と
透明樹脂の組合せたものであってもよい。

【００２２】この遮光膜の上面は、吐出された着色剤を
はじくようにされていることが好ましい。これにより、
隣接画素内への着色剤の流入が抑制される。この遮光膜
の上面の撥インク性は上面に着色剤が残存しにくくする
ために、遮光膜上面に対するインク（着色剤）の接触角
が９０°以上とすることが好ましい。さらに、遮光膜の
側面は、吐出された着色剤をはじかないようにされてい
ることが好ましい。これにより、画素内で着色層が均一
に広がり、画素内の色ムラが低減する。

【００２３】この遮光膜は表示領域内では、画素部分を
光透過開口部になるように形成されている。その表示領
域の周辺領域では、表示領域と同様にパターニングされ
ていてもよく、遮光膜が全面に設けられていてもよい。
図１の例では、周辺領域では遮光膜が全面に設けられて
いるところが示されている。

【００２４】本発明では、表示領域以外の領域で、あら
かじめ何回か吐出を行った後、本来の画素で着色剤を吐
出させる。これにより、表示部となる領域においては、
ノズルからの吐出は安定状態にあり、均一な色表示の可
能なカラーフィルタが製造可能となる。

【００２５】この本来の表示領域における着色の前に行
われる予備着色は、表示領域外であればよい。これによ
り、表示領域端の画素においては、その近傍の周辺領域
による吐出により安定吐出が確保され、その安定吐出を
保ったまま連続的に表示部端の画素から着色を始めてい
けるため、より均一な着色が可能となる。また、予備着
色部の液滴着弾跡によって液滴着弾位置ずれ量観測用マ
ークとして用いることもでき位置ずれ防止もできる。

【００２６】特に、図１の例のように表示領域の周辺領
域の遮光膜の形成された領域の上に吐出着色すること
で、吐出量不安定な着色部分が遮光膜によって隠された
状態となり、表示領域内で安定吐出を可能にし、均一な
着色が可能となる。

【００２７】また、周辺領域に遮光膜を設けない光透過
開口部を設けておき、そこに吐出させることもできる。
この場合には、着色状況を目視でテストしやすくなる。
その特定の部分に着弾位置検出用のパターンとして、遮
光膜に囲まれた光透過開口部を形成しておき、そこに対
する着色剤の着弾状況をチェックするようにすれば、位
置ずれの確認が容易になる。

【００２８】また、この周辺領域であって着色剤の液滴
を吐出させる領域を、撥インク性にしておくことが好ま
しい。これにより、所定のカラーパターンを形成後、洗
浄することにより表示領域以外の周辺領域に付着した着
色剤を容易に除去できる。ここでいう撥インク性とは、
遮光膜の上面の撥インク性と同等でよい。具体的には、
その撥インク性は接触角が９０°以上とすることが好ま
しい。

【００２９】これにより、カラーフィルタ上に平坦化や
電極との接着性向上のための有機物や無機物の膜を付
け、さらに透明電極等の電極を付けた際にも、電極表面
での凹凸を低減できる。すなわち、たとえば厚膜の遮光
膜の上に着色剤が重なっても、洗浄で容易に除去できる
ので、部分的に厚くならなく、平坦性が良くなる。

【００３０】この表示領域の周辺領域での予備着色は、
吐出が安定する程度行えばよい。インクジェット方式で
は、一般に数滴程度で安定する。このため、使用するイ
ンクジェットヘッドで試験を行い安定するまでの吐出状
況を確認して用いればよい。具体的には、最低１回、好
ましくは２回以上の吐出を行えばよい。

【００３１】また、表示領域への着色剤の吐出の直前に
予備吐出を行うことが好ましいので、図１の例のよう
に、表示領域の画素の直前の周辺領域に予備吐出するこ
とが好ましい。

【００３２】このように第１画素の直前にも吐出させて
おくことにより、吐出された着色剤の乾燥を全画素同等
に保つことができ、均一性が向上する。直前に予備着色
しておかないと、第１画素のみは前の側に隣接画素がな
く、画素内で乾燥雰囲気が異なることになる。このた
め、第１画素内で着色層の表面が斜めに形成されやすく
なり、画素内色ムラが生じやすくなる。この場合、最終
画素の乾燥ムラを防ぐために、最終画素の後にも余分に
周辺領域に着色剤を吐出させることが好ましい。

【００３３】予備着色で２回以上の吐出を行い、その吐
出状況を確認することにより、インクジェットヘッドの
位置のずれと搬送方向の傾きをチェックできる。特に、
１回目の吐出では、液滴が斜めに飛ぶことがあるので、
位置ずれの確認には２回目以降の吐出の着弾状況を見る
ことの方が好ましい。

【００３４】また、この予備着色の吐出の着弾間隔や液
量を着弾位置でインラインで確認することにより、液量
のモニターも可能になるので、カラーフィルタの着色度
が均一に管理できる。

【００３５】さらに、これらを複合させて、かなり離れ
た領域、たとえば基材を切り捨てるような領域で、第１
回目の予備着色を行い、液量のモニターを行い、さらに
表示領域に隣接する周辺領域で、吐出を安定させるため
の第２回目の吐出を行うというような方法もある。

【００３６】本発明の製造方法により形成されたカラー
フィルタは、その表面に平坦化や保護の目的のために樹
脂の平坦化層を形成し、その上にＩｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂
（ＩＴＯ）や金属の電極を形成する。さらに、平坦化層
と電極との接着性を改善するために、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ
₂ 等の無機物の層を設けることもできる。

【００３７】この電極付きの基板を必要に応じて、電極
をパターニングし、さらに配向膜を形成する。具体的に
は、たとえばポリイミドやポリアミド樹脂をコートし、
それをラビングするとかＳｉＯの斜め蒸着を行うなどす
る。このようにして電極を設けた基板と、もう１枚の基
板とを組合せて周辺をシールし、内部に液晶を封入して
液晶表示素子を製造できる。

【００３８】

【実施例】

「例１」図１に示すような方法で、インクジェットヘッ
ド５を基材１に対して相対的に移動させて、着色剤とし
ての顔料インクの吐出を行った。まず、ガラス製の基材
１の上に、感光性黒色樹脂を用いてフォトリソグラフィ
法により、厚さ１．５μｍの遮光膜２を形成した。この
遮光膜は、表示領域においては、所定の画素パターンに
ＲＧＢ用の開口部（８００×６００×３色）を有し、そ
の周辺領域においては全面ベタに形成した。この遮光膜
の撥インク性は接触角で１００°であった。

【００３９】インクジェットヘッドを通して吐出される
着色剤は、顔料を混入したインクであり、この着色剤を
上記遮光膜にて形成される画素部分の開口部に吐出させ
て、着色層を形成させた。

【００４０】インクジェットヘッドのインクジェットノ
ズルは、圧電素子により電気エネルギーを機械エネルギ
ーに変換し着色剤の吐出を行う構造のもの、すなわちピ
エゾ方式のインクジェットノズルを用いた。このノズル
は２０本所定の間隔で配置され、インクジェットヘッド
として構成されている。

【００４１】このインクジェットヘッドにより基材全面
にストライプパターンを１色毎に着色を行い、ＲＧＢ３
色、すなわち３回繰り返して製造する。この実施例で
は、インクジェットヘッド５はヘッド駆動機構によって
図の上下方向に搬送され、また基材１が搬送機構によっ
て図の横方向に走査するようにされた。この走査搬送
は、これに限られなく、インクジェットヘッド５と基材
１とが相対的に移動させられればよい。

【００４２】本例では、第１画素の直前の周辺領域の遮
光膜上で５回吐出を行い、続いて各画素において５回ず
つ吐出を行うように駆動した。本来は図の上下方向に６
００画素分開口部が並んでいるが、その直前と直後の周
辺領域の遮光膜上にも夫々５回吐出を行い、みかけ上６
０２画素分吐出を行った。

【００４３】２０本のノズルが配置されたインクジェッ
トヘッドは、着色剤を図の上下方向に相対的に移動しな
がら吐出を行い、次いで基材の搬送により図の横方向に
位置をずらして再度吐出を行い、これを繰り返して８０
０本の着色層（８００×６００画素）を形成した。

【００４４】また、この図の横方向への移動時には、予
備着色時に同時に遮光膜上の着色の位置を観測し、横方
向の着弾位置ずれ量を確認すし、横方向の基板送り量を
補正することで、着弾位置ずれにによる隣接画素への混
色を防止できた。

【００４５】さらに、着色剤を他の色の顔料インクに変
えての吐出を行い、ＲＧＢ３色のカラーフィルタを形成
した。このようにして作成された液晶表示素子用カラー
フィルタは、表示領域端の第１画素においても、その他
の画素と色差ｄＥ_*uv で３以内に収まり均一な色表示の
可能なカラーフィルタであった。

【００４６】「例２」光硬化性の樹脂を混入した着色剤
を用い、例１と同様にして吐出を行いカラーフィルタを
製造した。このときには、遮光膜側から光を照射し、着
色層の硬化を行った。

【００４７】このようにして作成された液晶表示素子用
カラーフィルタは、表示領域端の第１画素においても、
その他の画素と色差ｄＥ_*uv で３以内に収まり均一な色
表示の可能なカラーフィルタであった。さらに、このカ
ラーフィルタは例１のカラーフィルタよりも容易に洗浄
により、遮光膜上の着色剤（未硬化）が除去できた。

【００４８】例１と例２のカラーフィルタから遮光膜上
の余分な着色層を除去したものを用い、その表面にアク
リル−エポキシ系の平坦化層を形成し、さらにＩＴＯに
よる透明電極を形成した。このＩＴＯをストライプ状に
パターニングして、ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂ の絶縁層を形成
し、さらにポリイミド層を形成してラビングを行った。

【００４９】もう１枚の基板として、ＩＴＯ付き基板の
ＩＴＯをストライプ状にパターニングして、ＳｉＯ₂ −
ＴｉＯ₂ の絶縁層を形成し、さらにポリイミド層を形成
してラビングを行った。

【００５０】これら２枚の基板を電極面が対向し、スト
ライプ方向が直交するように配置して、周辺をシール
し、内部に液晶を封入した。その両側に位相差板を配置
して、さらに偏光膜を配置して、カラーＳＴＮＬＣＤを
作成した。

【００５１】本発明では、上記例に限られず、たとえば
吐出ノズル形状は、チャンネル状のもののみならず、ス
リット状のものであってもよい。また、インクジェット
ノズルの配置及び形態については、カラーフィルタの着
色ストライプ数に合わせたフルライン型ノズル配置のヘ
ッド構成も使用できる。インクジェットヘッドのノズル
数を多くすることで、着色工程に要する時間が短縮す
る。

【００５２】また、上記例ではインクジェットヘッド５
を図の横方向に走査し、基材１を上下方向に移動するよ
うに説明したが、インクジェットヘッド５を固定して基
板１を２方向に移動する、又は基材１を固定してインク
ジェット５を２方向に移動するようにしてもよい。

【００５３】また、本発明は３色に限られず、２色や単
色のカラーフィルタにも適用できる。さらに、上記例で
は、ＳＴＮ用を示したが、ＴＦＴやＭＩＭ等を用いたも
のにも使用できる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に関わる
カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタによれ
ば、着色剤吐出ノズルの吐出はじめに吐出量が不安定に
なることがあっても、吐出不安定な着色は画像表示には
使用されない表示領域の周辺領域にてなされる。これに
より、表示部となる領域においては、着色剤のノズルか
らの吐出は安定状態にあり、均一な色表示の可能なカラ
ーフィルタが製造可能となる。

【００５５】特に、表示領域の周辺領域の遮光膜の形成
された領域の上に着色することで、吐出量不安定な着色
部分が遮光膜によって隠された状態となりながらも、表
示領域端の画素においては、その近傍の額縁状遮光膜領
域内で安定吐出が確保されその安定吐出を保ったまま連
続的に表示部端の画素から着色を始めていけるため、よ
り均一な着色が可能となる。

【００５６】さらに、インクジェット方式の量産性、着
色剤利用効率の利点を生かしつつ、前述の表示領域の周
辺領域の遮光膜で形成された領域において着色させるこ
とと組み合わせることにより、インクジェット方式にお
ける安定吐出、着色均一性を向上できるのみならず、該
遮光膜上の液滴着弾跡によって液滴着弾位置ずれ量観測
用マークとして用いることができ位置ずれ防止が可能と
なる。本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で、種
々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法を示す正面
図。

【符号の説明】

１：基材 ２：遮光膜 ３：周辺領域 ４：表示領域 ５：インクジェットヘッド ６：インクジェットノズルの位置 ７：着色部 ８：予備着色部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】着色剤吐出ノズルより所定の着色剤の液滴
   を吐出させ、基材上に設けられた遮光膜により囲まれた
   領域に所定のカラーパターンを形成する表示装置用のカ
   ラーフィルタの製造方法において、表示装置の表示領域
   に着色剤の液滴を吐出する前に、表示領域以外の周辺領
   域で着色剤の液滴を吐出させることを特徴とするカラー
   フィルタの製造方法。
2. 【請求項２】表示領域以外の周辺領域に遮光膜が形成さ
   れ、その遮光膜の上に着色剤の液滴を吐出する請求項１
   記載のカラーフィルタの製造方法。
3. 【請求項３】表示領域以外の周辺領域であり着色剤の液
   滴を吐出させる領域が撥インク性である請求項１又は２
   記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 【請求項４】所定のカラーパターンを形成後、洗浄する
   ことにより表示領域以外の周辺領域に付着した着色剤を
   除去する請求項１、２又は３記載のカラーフィルタの製
   造方法。
5. 【請求項５】請求項１、２、３又は４記載の製造方法に
   より製造されたカラーフィルタ。