JPH1039293A - 液晶用カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接画素間での混色のない、平坦性に優れた
信頼性の高い液晶用カラーフィルターを安価に製造する
こと。 【解決手段】インクジェット方式を用いてインクの吐出
により基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィル
ターの製造方法であって、水性インク吸収性を有し、光
照射または光照射と熱処理により光照射部分のインク吸
収性が低下する組成物中に、光照射により発色する材料
を分散する工程を含むカラーフィルターの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビ、パ
ーソナルコンピューター、パチンコ遊戯台等に使用され
ているカラー液晶ディスプレイのカラーフィルターの製
造方法に関し、特にインクジェット記録技術を利用した
液晶用カラーフィルターの製造方法に関する。また、本
発明は、インクジェット記録技術を利用して製造された
液晶カラーフィルター及び該カラーフィルターを具備す
る液晶パネルに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピューターの発
達、特に携帯用パーソナルコンピューターの発達に伴
い、液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイの
需要が増加する傾向にある。しかしながら、更なる普及
のためにはコストダウンが必要であり、特にコスト的に
比重の重いカラーフィルターのコストダウンに対する要
求が高まっている。

【０００３】従来から、カラーフィルターの要求特性を
満足しつつ上記の要求に応えるべく種々の方法が試みら
れているが、いまだすべての要求特性を満足する方法は
確立されていない。以下にそれぞれの方法を説明する。

【０００４】最も多く用いられている第一の方法が染色
法である。染色法は、まずガラス基板上に染色用の材料
である水溶性の高分子材料を形成し、これをフォトリソ
グラフィ工程により所望の形状にパターニングした後、
得られたパターンを染色浴に浸漬して着色されたパター
ンを得る。これを３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂの
カラーフィルター層を形成する。

【０００５】第二の方法は顔料分散法であり、近年染色
法に取って変わりつつある。この方法は、まず基板上に
顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをパターニ
ングすることにより単色のパターンを得る。更にこの工
程を３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィル
ター層を形成する。

【０００６】第三の方法としては電着法がある。この方
法は、まず基板上に透明電極をパターニングし、顔料、
樹脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬して第一の色
を電着する。この工程を３回繰り返してＲ、Ｇ、Ｂのカ
ラーフィルター層を形成し、最後に焼成するものであ
る。

【０００７】第四の方法としては、熱硬化型の樹脂に顔
料を分散させ、印刷を３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、
Ｂを塗り分けた後、樹脂を熱硬化させることにより着色
層を形成するものである。また、いずれの方法において
も着色層上に保護層を形成するのが一般的である。

【０００８】これらの方法に共通している点は、Ｒ、
Ｇ、Ｂの３色を着色するために同一の工程を３回繰り返
す必要があり、コスト高になることである。また、工程
が多いほど歩留りが低下するという問題を有している。
更に、電着法においては、形成可能なパターン形状が限
定されるため、現状の技術ではＴＦＴ用には適用困難で
ある。また、印刷法は、解像性が悪いためファインピッ
チのパターン形成には不向きである。

【０００９】これらの欠点を補うべく、インクジェット
を用いたカラーフィルターの製造方法として、特開昭５
９−７５２０５、特開昭６３−２３５９０１、特開平１
−２１７３０２等の提案があるが、いまだ不十分であ
る。特開昭５９−７５２０５には詳細に説明がなされて
いない。特開平１−２１７３０２は、ブラックマトリク
ス部をあらかじめ作った後、別にインク吸収性が低下す
る部分を作るため、工程が長くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
法の有する耐熱性、耐溶剤性、解像性等の必要特性を満
足し、かつインクジェット適性をも満足し、更に工程の
短縮された安価なカラーフィルターの製造方法及び該方
法により製造された信頼性の高いカラーフィルターを提
供するものである。特に、インクジェットを用いてイン
クの吐出により着色剤の配列を行なう際の隣接画素間で
の混色を防止し、且つ平坦性に優れた信頼性の高い液晶
用カラーフィルターの製造方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的は、次に示す
手段により達成することができる。

【００１２】即ち本発明は、インクジェット方式を用い
てインクの吐出により基板上に着色剤を配列させる液晶
用カラーフィルターの製造方法であって、 １）水性インク吸収性を有し、光照射または光照射と熱
処理によりインク吸収性が低下する組成物中に光照射に
より黒または（赤、緑、青）または（シアン、マゼン
タ、イエロー）の各色に発色する材料を分散する工程、 ２）光透過性基板上に、該組成物層を形成する工程と、 ３）該組成物層にフォトマスクを介して光照射を行な
い、所望のパターン形状に黒色を配列し、且つ光照射部
分を硬化してインク吸収性を低下させる工程と、 ４）インクジェット方式を用いて、基板上に形成された
該組成物のうち光未照射の着色部分にインクを吐出させ
て着色用部分を着色する工程と、 ５）着色された該組成物層を熱処理により硬化させる工
程とを有する液晶用カラーフィルターの製造方法であ
る。

【００１３】また本発明は上記方法において、光照射に
より発色する材料として発色剤および顕色剤を含んだ感
光性マイクロカプセルを使用することを特徴とする液晶
用カラーフィルターの製造方法である。

【００１４】また本発明は、上記方法により製造された
液晶用カラーフィルター及び同カラーフィルターと対向
する基板を有し、両基板間に液晶化合物を封入してなる
構造を有する液晶パネルである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。第１図は、本発明における液晶カラーフ
ィルターの製造方法を示したものである。本発明におい
てエネルギー付与手段、特に光照射により発色する材料
とは特定の波長に反応して幾何構造、双極子モーメン
ト、電荷状態等を変化させることにより変色するもの、
または発色剤及び顕色剤を含んだ感光性マイクロカプセ
ル等が挙げられる。

【００１６】また、発する色は黒が最適であるが必要に
応じて赤、緑、青の各色またはシアン、マゼンタ、イエ
ローの各色を混色させることにより黒色を形成してもよ
い。次に、本発明のインク吸収性組成物とは（Ａ）重合
体、特にビニル系単量体の（共）重合体及び（Ｂ）酸発
生剤との２種の化合物を少なくとも含み、インク吸収性
に優れ、透光性を有する連続被膜を形成することので
き、充分な親水性を有し、光照射または光照射と熱処理
によりインク吸収性が低下する組成物である。光照射手
段としてはＵＶ、ＤｅｅｐＵＶ照射等が挙げられるが、
ＥＢ（電子ビーム）、Ｘ線照射等該組成物のインク吸収
性を低下させ且つ組成物中に分散させた材料を黒色に発
色させることが可能であればエネルギー付与手段は光照
射に特に限定されるものではない。

【００１７】上記の（Ａ）ビニル系単量体の共重合体は
通常レジスト材料として用いられている公知の（共）重
合体が使用でき、例えばＮ−メチロールアクリルアミ
ド、ヒドロキシアクリレート類、ビニル基を有するポリ
オール化合物、アクリル酸、ポリビニルフェノール等の
親水性単量体やメチルメタクリレート等アクリレート類
等の単量体の共重合体のほか、ノボラック樹脂、ポリカ
ーボネート等の重合体が使用できる。勿論上記の混合物
も使用できる。

【００１８】（Ｂ）酸発生剤は公知の酸発生剤が使用で
き、露光により分解し、ルイス酸またはブレンステッド
酸を発生するジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホ
ニウム塩などのオニウム塩あるいは有機ハロゲン化物、
ニトロベンジルエステル、多価フェノールのスルホン酸
エステル等が使用できる。

【００１９】酸発生剤の使用量は酸発生剤の量子収率に
もよるが感光性樹脂の１０〜１重量％程度が一般的であ
る。

【００２０】図１〜図２は本発明の液晶用カラーフィル
ターの製造工程を示す模式図である。

【００２１】図１（ａ）は水性インク吸収性を有し、光
照射または光照射と熱処理によりインク吸収性が低下す
る組成物を示す図であり、図１（ｂ）は該組成物中に光
照射により発色する材料を添加、分散させた状態を示す
図である。

【００２２】まず始めに光照射により発色する材料の分
散してある組成物を光透過性基板上に全面塗布し、必要
に応じてプリベークを行なった後、光照射または光照射
と熱処理により光照射部分のインク吸収性が低下する組
成物層２を形成する（図１（ｃ））。塗布の方法はスピ
ンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコー
ト、ディップコート等を用いることができ、特に限定さ
れるものではない。

【００２３】また、熱処理はオーブン、ホットプレート
等の手段が挙げられ温度条件は５０℃〜１８０℃１０秒
〜２０分行なえば良い。

【００２４】本発明においては、基板として一般にガラ
ス基板が用いられるが、ポリエチレンテレフタレートや
ポリカーボネート等のプラスチックも使用可能であり、
液晶用カラーフィルターとしての透過率、強度などの必
要特性を有するものであれば材料は特に限定されるもの
ではない。

【００２５】次いで、ブラックマトリクス部の形成及び
その部分のインク吸収性を低下させる。ブラックマトリ
クス部に対応する所望のパターン形状を有するフォトマ
スクを介して露光を行なう（図１（ｄ））。

【００２６】光照射部分は組成物中に分散させた感光性
材料が発色して黒色部を形成する。（図２（ｅ））該感
光性材料が幾何構造、双極子モーメント、電荷状態の変
化等に伴って材料自体が変色するものである場合は透明
の組成物中での黒色材の分散により黒色部が形成され、
該感光性材料がマイクロカプセル化された染料の場合は
組成物層を黒く染めることにより黒色部を形成する。

【００２７】特定の波長により材料自体が変色するもの
としては代表的なものとして銀塩感光材料が挙げられ
る。また、いずれの場合も光照射部分は組成物層が光反
応を起こして、インク吸収性が低下している。

【００２８】次いで、インクジェット記録装置ヘッド５
を用いて未露光部分であり、従ってインク吸収性が低下
していない着色用部分をＲ、Ｇ、Ｂの各色で順次着色し
（図２（ｆ））、その後必要に応じてインクの乾燥を行
なう。

【００２９】着色に用いるインクとしては染料系、顔料
系共に用いることが可能であり、また液状インク、ソリ
ッドインク共に使用可能である。更に、インクジェット
としてはエネルギー発生素子として電気熱変換体を用い
たバブルジェットタイプ、あるいは圧電素子を用いたピ
エゾジェットタイプ等が使用可能であり、着色面積及び
着色パターンは任意に設定することができる。

【００３０】次いで、熱処理を行なって着色された組成
物を硬化させ（図２（ｇ））、必要に応じて保護層６を
形成（図２（ｈ））する。熱処理はオーブン、ホットプ
レート等の手段が挙げられ、１００〜３００℃、１０〜
２４０分行なえば良い。

【００３１】保護層６としては、熱硬化タイプの樹脂材
料、蒸着、スパッタ等によって形成された無機膜等を用
いることができ、カラーフィルターとした場合の透明性
を有し、その後のＩＴＯ形成プロセス、配向膜形成プロ
セス等に耐えうるものであれば使用可能である。

【００３２】また、光硬化タイプまたは光熱併用タイプ
の樹脂材料については組成物層中に分散された光照射に
より発色する材料に影響を与えない波長であれば使用可
能である。

【００３３】保護層と組成物層中の発色材料が同じ波長
で反応してしまうと保護層を硬化させると同時に画素部
の発色材料も反応して黒色になってしまう。このため保
護層と発色材料の感度領域（波長）は異なっている必要
がある。

【００３４】図３に、本発明によるカラーフィルターを
組み込んだＴＦＴカラー液晶パネルの断面図を示す。な
お、その形態は本例に限定されるものではない。カラー
液晶パネルは、一般的にカラーフィルター基板と対向基
板を合わせ込み、液晶化合物を封入することにより形成
される。液晶パネルの一方の基板の内側に、ＴＦＴ（不
図示）と透明な画素電極がマトリクス状に形成される。

【００３５】また、もう一方の基板の内側には、画素電
極に対向する位置にＲ、Ｇ、Ｂの色材が配列するようカ
ラーフィルターが設置され、その上に透明な対向電極が
一面に形成される。さらに、両基板の面内には配向膜が
形成されており、これをラビング処理することにより液
晶分子を一定方向に配列させることができる。

【００３６】また、それぞれのガラス基板の外側には偏
光板が接着されており、液晶化合物は、これらのガラス
基板の間隙（２〜５μｍ程度）に充填される。また、バ
ックライトとしては蛍光灯（不図示）と散乱板（不図
示）の組合せが一般的に用いられており、液晶化合物を
バックライト光の透過率を変化させる光シャッターとし
て機能させることにより表示を行なう。

【００３７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３８】実施例１ （１） Ｎ−メチロールアクリルアミドとメタクリル酸
メチルとヒドロキシエチルメタクリレートの３元共重合
体（モノマー組成比 ２０：３０：５０）１０重量部 （２） トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチル
スルホネート（ミドリ化学製 ＴＰＳ−１０５：酸発生
剤）０．２重量部 からなる水性インク吸収性を有し光照射または光照射と
熱処理により光照射部分のインク吸収性が低下する組成
物を調整した。

【００３９】次いで、発色剤（クリスタルバイオレッド
ラクトン、等）及びオイル（アルキルナフタレン、等）
を含んだ感光性のマイクロカプセル（ロドプシン脂質メ
ソブラン）及び顕色剤（油溶性フェノール樹脂等）を含
んだ感光性のマイクロカプセルを該組成物に添加し、分
散させた。その後、該組成物を光透過性基板（コーニン
グ社製：７０５９）にスピンコーターを用いて全面塗布
し、６０℃で１０分間のプリベークを行なって、光照射
または光照射と熱処理により光照射部分のインク吸収性
が低下する組成物層を形成した。この時の、組成物層の
膜厚は２μｍであった。

【００４０】次いで、該組成物層に所望のパターン形状
を有するフォトマスクを介して露光を行ない、光照射部
分のマイクロカプセルを透過性にし、発色剤と顕色剤を
反応させＲ、Ｇ、Ｂの各色を発色させることにより黒色
部分（ブラックマトリクス）のパターン形成を行った。
また、同時に光照射部分の組成物層のインク吸収性を低
下させた。

【００４１】次いで、インクジェット記録装置を用いて
インクの吐出によりＲ、Ｇ、Ｂの各色を黒色部（遮光性
部位）以外に配列着色させた後、９０℃で５分間のイン
ク乾燥を行なった。引き続き２３０℃、１時間の熱処理
によりこの着色済み組成物層を硬化させて、本発明によ
る液晶用カラーフィルターを作成した。

【００４２】このようにして作成された液晶用カラーフ
ィルターを光学顕微鏡により観察したところ、隣接画素
間での混色は観察されなかった。また、表面粗さ測定機
によりフィルター面内の平坦性を測定したところ、段差
は±３％以内であった。

【００４３】実施例２ 実施例１において組成物層の（１）のＮ−メチロールア
クリルアミドとメタクリル酸メチルとヒドロキシエチル
メタクリレートの３元共重合体をＮ−メトキシメチルア
クリルアミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体（モ
ノマー組成比 ５０：５０）に変えたほかは全く同様に
して本発明による液晶用カラーフィルターを作成した。

【００４４】このようにして作成された液晶用カラーフ
ィルターを光学顕微鏡により観察したところ、隣接画素
間での混色は観察されなかった。また、表面粗さ測定機
によりフィルター面内の平坦性を測定したところ、段差
は±３％以内であった。

【００４５】実施例３ 実施例１と同一の組成物を調整後、該組成物中にハロゲ
ン化銀及びカプラーとしてピバロイルアセトアニライド
（イエロー）、３−アニリノ−５−ピラゾロン（マゼン
タ）、ナフトール系カプラー（シアン）を添加、分散さ
せた。

【００４６】その後、実施例１と同様に該組成物を光透
過性基板に塗布し、プリベークを行なった。次いで、フ
ォトマスクを介して、それぞれの反応に適した露光を行
なって黒色部分を形成し、同時に光照射部分のインク吸
収性を低下させた。次いで、実施例１と同様にインクジ
ェット記録装置を用いて画素部への着色の及びインクの
乾燥を行なった後、熱処理により組成物層を硬化させて
本発明による液晶用カラーフィルターを作成した。

【００４７】このようにして作成された液晶用カラーフ
ィルターを光学顕微鏡により観察したところ、隣接画素
間での混色は観察されなかった。また、表面粗さ測定機
によりフィルター面内の平坦性を測定したところ、段差
は±３％以内であった。

【００４８】比較例１ 実施例１に記載の（１）、（２）からなる組成物を１μ
ｍ厚の樹脂ブラックマトリクスの形成された光透過性基
板上に、スピンコートし、６０℃で１０分間のプリベー
クを行なって組成物層を形成した。この時の組成物層の
膜厚は１〜２μｍであった。次いで、ブラックマトリク
スの幅よりも狭い開口部を有するフォトマスクを介して
露光を行ない、光照射部分の組成物層のインク吸収性を
低下させた。

【００４９】次いで、インクジェット記録装置を用いて
インクの吐出によりＲ、Ｇ、Ｂの各色を黒色部（遮光性
部位）以外に配列着色させた後、９０℃で５分間のイン
ク乾燥を行なった。引き続き２３０℃、１時間の熱処理
によりこの着色済み組成物層を硬化させて、液晶用カラ
ーフィルターを作成した。

【００５０】このようにして作成された液晶用カラーフ
ィルターを表面粗さ測定機により面内の平坦性を測定し
たところ、ブラックマトリクス上と画素上とでは±１０
数％の段差が生じてしまった。

【００５１】

【発明の効果】本発明による液晶カラーフィルターの製
造方法を採用することにより、隣接画素間での混色のな
い、平坦性に優れた信頼性の高い液晶用カラーフィルタ
ーを安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶用カラーフィルターの製造方
法の工程を示す模式図である。

【図２】本発明による液晶用カラーフィルターの製造方
法の工程を示す模式図の続きである。

【図３】液晶パネルの断面図である。

【符号の説明】

１ 組成物 ２ 組成物層 ３ 光透過性基板 ４ フォトマスク ５ インクジェットヘッド ６ 保護層 ７ バックライト光 ８ 画素電極 ９ 偏光板 １０ ガラス基板 １１ 配向膜 １２ 液晶化合物 １３ 共通電極 １４ ブラックマトリックス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェット方式を用いてインクの吐
   出により基板上に着色剤を配列させる液晶用カラーフィ
   ルターの製造方法であって、 １）水性インク吸収性を有し、光照射または光照射と熱
   処理により光照射部分のインク吸収性が低下する組成物
   中に、光照射により発色する材料を分散する工程と、 ２）光透過性基板上に、該感光性樹脂層を形成する工程
   と、 ３）該感光性樹脂層にフォトマスクを介して光照射を行
   ない、所望のパターン形状に黒色を配列し、且つ光照射
   部分のインク吸収性を低下させる工程と、 ４）インクジェット方式を用いて、基板上に形成された
   該組成物のうち光未照射の着色用部分にインクを吐出さ
   せて着色用部分を着色する工程と、 ５）着色された該組成物層を熱処理により硬化させる工
   程とを有する液晶用カラーフィルターの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、光照射
   により発色する材料として発色剤および顕色剤を含んだ
   感光性マイクロカプセルを使用することを特徴とする液
   晶用カラーフィルターの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法により製
   造された液晶用カラーフィルター。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法により製造された
   カラーフィルターと対向する基板を有し、両基板間に液
   晶化合物を封入してなる構造を有する液晶パネル。