JPH10282321A

JPH10282321A - カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタ

Info

Publication number: JPH10282321A
Application number: JP9107197A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nonaka; 寧野中; Naohiko Ishimaru; 直彦石丸
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-10-23

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
製造方法において画素間の帯状の色ムラを低減する。【解決手段】表示装置の表示領域に着色剤の液滴を吐出
するとともに、複数の着色剤を吐出するノズル５Ｂ〜５
Ｄの端部に無着色剤を吐出させるノズル５Ａを配置し、
カラーフィルタが未形成側の画素１Ａ側で無着色剤を吐
出させる。

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、同一表面形状、同一膜厚に塗
工されることに最も注意を払わなければならない。

【００１０】このようなインクジェットヘッドを用いた
カラーフィルタ製造装置では、生産性の点から、複数本
の着色剤吐出用のノズルを有するインクジェットヘッド
を用い、全ノズルとも着色剤を吐出させ、基材の端から
ノズル数に応じたパターン数で順次カラーパターンを形
成していく。この際、ノズル配置の間隔をカラーフィル
タの画素間隔と厳密に一致させ、各ノズルの吐出液量も
厳密に合わせ込んでいるにも関わらず、同時間内に吐出
するノズルの本数と一致した幅の周期で見える帯状のム
ラがカラーフィルタパターン形成後に発生した。

【００１１】これは、複数本のノズルを一まとまりとし
て駆動するとき、一定時間内に隣の画素に着色剤が着弾
する場合の着色剤の乾燥時間と、一定時間内に隣の画素
に着色剤が着弾しない場合の着色剤の乾燥時間とが異な
り、乾燥後の形状が両者で異なってしまうことが原因と
考えられた。

【００１２】この微妙な形状差が原因となって、さらに
１まとまりのノズル群に対応した幅の周期で見えてしま
うような帯状の色ムラの場合は、なだらかに変化するム
ラと比較して目立って認識される傾向がある。これは１
画素単位での比較では色ムラが少なくても、画素内の色
の分布に差があり、それが長い長さにわたって続きかつ
周期的に発生しているとムラとして認識されやすいため
である。

【００１３】なお、ここでいう隣接画素とは厳密な意味
の隣接画素とは限らなく、通常の場合３色の画素で２個
おきに配置される同色の画素を意味する。すなわち、後
述する図１の画素の例では同じ色の画素１Ａ、１Ｂ、１
Ｃ、１Ｄは２個おきに並んでおり、ここでいう隣接画素
は画素１Ｂに対しては画素１Ａ、１Ｃを意味している。
もちろん３色を同時に吐出させる構造の場合には、厳密
な意味の隣接画素、すなわち画素１Ｂに対しての画素３
Ａ、２Ｂを意味してもよい。

【００１４】そこで、複数本のノズルより吐出され基材
に着弾した着色剤が、その隣の画素に着弾した着色剤が
ある場合も、ない場合も、ほぼ同一に乾燥させ、帯状の
ムラの発生させずにかつ時間効率よく製造できるカラー
フィルタの製造方法が望まれた。

【００１５】

【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、着色剤を吐出する複
数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて所定
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とともに、複
数の着色剤を吐出するノズルの少なくとも端部に無着色
剤を吐出させるノズルを配置し、カラーフィルタが未形
成側の端部側で無着色剤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。

【００１６】また、その無着色剤は着色剤よりも乾燥が
速い組成とされるカラーフィルタの製造方法、及び、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。

【００１７】

【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、カラーフィルタを未形成の側の画素にも
無着色剤を吐出して、着色剤が着弾した画素の乾燥雰囲
気をほぼ全体に渡り均一に維持する。これにより、着弾
した着色剤がほぼ同一に乾燥させられ、帯状のムラの発
生しにくくなる。

【００１８】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
Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、２Ａ、２Ｂ、３Ａは画素を示し
ており、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは同一の色（第１色）
の画素、２Ａ、２Ｂは同一の色（第２色）の画素、３Ａ
は第３色の画素を意味している。４はインクジェットヘ
ッド、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄはノズルを意味してい
る。

【００１９】この図においては、ガラス、プラスチック
等の透明な基材は、省略して示しているが、上記の各画
素を形成する下地になっている。その基材の上に通常
は、遮光膜が形成されて、遮光膜に囲まれた領域が画素
にされている。

【００２０】遮光膜は厚さ０．１〜３μｍ程度とされれ
ばよい。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。この場合、遮光膜
は堰の役目も果たすので、０．２〜２μｍ程度の凸部を
形成する。これは黒色の顔料入りの樹脂材料や低融点ガ
ラス等により最初から厚膜で形成されてもよいし、金属
等の薄膜の遮光膜と樹脂材料や低融点ガラス等との厚膜
とを組合せたものであってもよい。

【００２１】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多孔質膜を画素部分に設け、
被染色層として用いることが好ましい。

【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。

【００２４】本発明では、このインクジェットヘッド４
のノズル５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの内、ノズル５Ｂ、５
Ｃ、５Ｄの３本が着色剤を吐出してカラーフィルタを形
成する。図１の上から下に向かってインクジェットヘッ
ド４が移動して、順次着色剤を吐出する。そして、１列
吐出が終了したら、図の左の方に移動して再度吐出を行
う。このような吐出を行う際に、端部のノズル５Ｂのカ
ラーフィルタが未形成の側の隣接画素である画素１Ａに
対応するノズル５Ａから無着色剤を吐出させる。

【００２５】これにより、着色剤を吐出するノズルのど
のノズルで見ても、隣の画素に着弾した液滴があること
になり、着色剤が着弾した各画素がほぼ同等の雰囲気に
なり、ノズル位置による乾燥ばらつきが大幅に低減す
る。これにより、均一な画素表面形状及び画素内色表示
となり、全体表示で帯状の色ムラのない均一な色表示を
するカラーフィルタが得られる。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】本発明で用いられる無着色剤は、一度無着
色剤が着弾したところにも、後から着色剤を着弾乾燥さ
せてその他の画素と膜厚及び色を一致させるため、固形
分を含まないものが好ましい。また、無着色剤は次工程
でその画素に着色剤が着弾させられる前にほぼ乾燥して
いることが好ましい。このため、無着色剤は着色剤より
も乾燥が速くなるように乾燥が速い組成にされるか、着
弾するインク量を減らすようにされる。この組成やイン
ク量は、インクジェットヘッドの移動速度と着色剤の乾
燥速度等を考慮して実験的に決めればよい。

【００２９】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。

【００３０】図１のインクジェットヘッド４ではノズル
は４個しか示していない。すなわち、着色剤を吐出する
ノズルが３個（５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ）、無着色剤を吐出す
るノズルが１個（５Ａ）とされている。しかし、これは
分かりやすくするためにノズルの個数を少なくして示し
てある。最小の個数は、着色剤を吐出するノズル２個、
無着色剤を吐出するノズル１個の３ノズルである。通常
は着色剤を吐出するノズルが、数十〜数百並んで配置し
たものを用いればよい。

【００３１】無着色剤を吐出するノズルはインクジェッ
トヘッドの移動していく方向（カラーフィルタが未形成
の側）に１個設けて吐出すればよいが、必要に応じて２
個以上設けてもよいし、着色剤を吐出するヘッドの両端
に設けてもよい。

【００３２】たとえば、最初の吐出開始の列では、両側
にカラーフィルタが存在していないし、着色剤の乾燥が
速い場合には、次列を印刷していく際には隣接画素が乾
燥してしまっている場合もある。また、極端な例として
は、カラーフィルタの全幅を一度の走査で着色剤を吐出
することもある。このような場合には、両端の画素で乾
燥が速くなるので、両端のノズルから無着色剤を吐出さ
せるようにすることが好ましい。

【００３３】また、上記の例では、ノズル５Ｂ、５Ｃ、
５Ｄの３本から着色剤を吐出して画素１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ
に着色剤を堆積させ、ノズル５Ａから無着色剤を吐出し
て画素１Ａに無着色剤を堆積させた。これも必要に応じ
て、画素１Ａの代わりに画素２Ａ、３Ａ等に無着色剤を
堆積させることも可能である。

【００３４】いずれにしても、本発明では端部のノズル
１Ｂのカラーフィルタが未形成の側の隣接画素である画
素１Ａ等に対応するノズル５Ａから無着色剤を吐出させ
る。これにより画素１Ｂも両側を着弾したインクで囲ま
れるので、乾燥雰囲気がほぼ同じになり、インクの乾燥
速度が速くなりすぎなく、色ムラを生じにくい。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】

【実施例】図１に示すような方法で、インクジェットヘ
ッド４を基材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
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１．０μｍの遮光膜を形成した。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ＲＧ
Ｂ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。

【００３８】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とした。この着色剤の
組成及び隣接画素に吐出させる無着色剤の組成を表１に
示す。

【００３９】インクジェットヘッドのノズルは、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ノズ
ルを用いた。このノズルは２２本が所定の間隔で配置さ
れ、その内両端の２本が無着色剤を吐出するノズルとし
た。

【００４０】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と基材とが相
対的に移動させられればよい。

【００４１】吐出開始の最初の列では、２２本のノズル
が配置されたインクジェットヘッドの両端のノズルから
無着色剤を吐出させた。すなわち、右端から２０ストラ
イプ分の位置には２番から２１番までのノズルから着色
剤が吐出された。右端から２１ストライプの位置には１
番のノズルから無着色剤が吐出され、右端の外側の遮光
膜の上には右端の２２番のノズルから無着色剤が吐出さ
れるようにした。

【００４２】その後は、インクジェットヘッドを基材に
対して図の横方向にずらす。このとき、ノズル２０本分
に相当する量を移動させ、無着色剤を着弾させた１スト
ライプ分の位置には、すぐその後のインクジェットヘッ
ド走査で２１番のノズル（一番右側のノズル）から吐出
した着色剤が着弾するようにした。無着色剤は１番のノ
ズルのみから吐出するようにし、２２番のノズルからは
吐出しないようにした。

【００４３】すなわち、２列目では右端から２１ストラ
イプの位置から４０ストライプの位置まで２番から２１
番までのノズルから着色剤が吐出され、４１ストライプ
の位置に１番のノズルから無着色剤が吐出された。２２
番のノズルからは吐出されないようにした。最終列で
は、１番のノズルから遮光膜上に無着色剤が吐出され
た。

【００４４】これらを繰り返して８００本の着色層（８
００×６００画素）を形成した。無着色剤を吐出してい
るので、２番のノズルからの着色剤の着弾部の乾燥は、
そのほかの３番から２１番までのノズルに対応する着弾
位置での乾燥とほぼ同じ状態となり乾燥後の形状差も発
生しなかった。

【００４５】しかしながらも、１番のノズルに対応する
無着色剤の着弾部は、着色剤の着弾部の着色剤の乾燥時
間と比べて早く、ヘッド往復走査で２１番のノズルにて
重ね着弾させるときにも、着色剤をあふれさせることな
く開口部に保持させることができ、全体の製造時間遅延
に対する影響はなかった。

【００４６】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、画素単位での比較で隣接画素色差ｄ
Ｅ_*uv で３以内に収まっていたのはもちろん、各画素の
画素内でも帯状の乾燥ムラに基づく着色材の形状に偏り
が発生しにくく、均一な色表示の可能なカラーフィルタ
であった。

【００４７】上記のように着色されたＣＦパターンの表
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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。その際、無着色液の着弾は表示
領域とならない遮光額縁領域のみとなり、周辺の画素表
面形状安定化に寄与する。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。

【００５１】また、上記例ではインクジェットヘッドを
図の上下方向に走査し、基材を横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を固定して基材を２
方向に移動する、又は基材を固定してインクジェットを
２方向に移動するようにしてもよい。

【００５２】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。

【００５３】

【表１】

【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、複数本のノズルを一まとまりとして駆動するとき、
組成を調整した無着色剤を所定の位置に着弾させること
により、従来発生していた着色インクの乾燥時間の差に
よる帯状のムラなどが発生せず、均一な色表示の可能な
カラーフィルタを生産性よく製造できる。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】

１Ａ〜１Ｄ：画素２Ａ、２Ｂ：画素３Ａ：画素４：インクジェットヘッド５Ａ〜５Ｄ：ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】着色剤を吐出する複数のノズルを有するイ
ンクジェットヘッドを用いて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とともに、複数の着色剤を吐出する
ノズルの少なくとも端部に無着色剤を吐出させるノズル
を配置し、カラーフィルタが未形成側の端部側で無着色
剤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。
【請求項２】無着色剤は着色剤よりも乾燥が速い組成と
される請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】請求項１または２記載の製造方法により製
造されたカラーフィルタ。