JPH11248928A

JPH11248928A - カラーフィルターの製造方法

Info

Publication number: JPH11248928A
Application number: JP5337898A
Authority: JP
Inventors: Makiko Kimura; 牧子木村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】高精細、高品位のカラーフィルターパターン
を容易に形成できるようにし、インクジェット法により
カラーフィルターインキを注入することにより、遜色の
ないカラーフィルターを品質良く、簡単に製造する。【解決手段】透明基板上に、少なくともエキシマレー
ザー光を用いて所望のブラックマトリックスパターンを
形成する工程を有するカラーフィルターの製造方法にお
いて、ワークに所望形状の光像を投影するエキシマレー
ザーの投影光学系が、テレセントリック光学系を含んだ
光学系であることを特徴とする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、表示品質の高い低
コストな液晶用カラーフィルターで、インクジェット記
録技術を利用して製造したカラーフィルターの製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示用として使用するカラーフィル
ターは、透明基板上と、その表面に形成された原色（通
常赤、緑、及び青の３原色）の画素を一組の絵素とする
多数の絵素とを基本に構成されている。そして、各画素
との間には、表示コントラストを高めるために、所定の
幅を持つ遮光領域すなわちブラックマトリックスパター
ンが設けられている。

【０００３】レーザー光を用いてブラックマトリックス
パターンを形成するのは、主として、その加工精度が高
い点に着目してのことである。

【０００４】特開平６−１１８２２２公報には、高精
細、高品質のカラーフィルタパターンを形成する方法が
提供されている。上記カラーフィルター製造方法として
は、透明基板上にカーボンブラックインキを基板全面に
塗布しブラック層を形成し、その後エキシマレーザを照
射してブラックマトリックスパターンを形成し、その上
に凹版オフセット印刷法によってＲ、Ｇ、Ｂパターンを
形成するものである。凹版オフセット印刷法において
は、カラーフィルターインキを凹版の凹版部に充填する
工程、凹版の凹版部のカラーフィルターインキをシリコ
ーン樹脂を主体とする弾性体にて表面被覆したブランケ
ットに転写する工程、前記ブランケット上に転写された
パターンをブラックマトリックスパターンの形成された
基板上に転写する転写工程よりなるものである。

【０００５】また、特開平６−１１８２１７公報には、
インクジェット法を用いた液晶表示用カラーフィルター
の製造方法が提案されており、基板上に可視光を遮光す
る遮光層と、インクの混色防止の撥水層を積層し、この
積層体にレーザーを照射することで開口部を形成し、こ
の開口部にインクジェット法によりインクを入れて画素
を形成したカラーフィルターを製造するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例２例では、ブラックマトリックスパターンを形成す
るのにエキシマレーザーを使用するというだけのもの
で、エキシマレーザーの照射に関しての具体的説明がな
されていない。したがって、一般的な光学系を使用した
エキシマレーザーで加工した場合、レーザー光の焦点の
ばらつき、レーザー加工角度のばらつきにより、加工精
度にばらつきが生じ、場所によってブラックマトリック
ス部（開口部）の面積が異なったり、ブラックマトリッ
クス断面の加工角度が異なるという問題が発生する。こ
の傾向は大画面化になるにしたがってより顕著に現れて
くる。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決するものであ
り、高精細、高品位のカラーフィルターパターンを容易
に形成できるようにし、インクジェット法によりカラー
フィルターインキを注入することにより、遜色のないカ
ラーフィルターを品質良く、簡単に製造する製造方法を
提供することを目的とする。

【０００８】また、現在においてカラーフィルターの大
きさは、１０インチのものが主流となっている。また、
１画素の大きさは１００μｍ前後のものが使用されてお
り、ブラックマトリックスの幅は２０μｍ前後である。
液晶画像の高密度化にともないこれらの寸法はますます
高精細化、大画面化になる可能性がある。本発明は、特
に大画面化カラーフィルターの製造に対して効果を発揮
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の手段は、透明基板上に、少なくともエ
キシマレーザー光を用いて所望のブラックマトリックス
パターンを形成する工程を有するカラーフィルターの製
造方法において、ワークに所望形状の光像を投影する投
影光学系が、テレセントリック光学系を含んだ光学系に
より加工されることを特徴とするものである。

【００１０】また第２の手段は、ワークに入射する均一
光を得るために、フライアイレンズ、及びフィールドレ
ンズを用いたケラー照明を行うと共に上記フライアイレ
ンズにあったビーム整形を行う光学系を含んでいること
を特徴とするものである。

【００１１】本発明は、上記した手段によって、ブラッ
クマトリックスパターン、高精細カラーフィルターパタ
ーンを透明基板上に容易に精度良く形成でき、従来法と
比較して大幅な工程削減と製造コストの低減が図られる
ことになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の第１実施例を図面
を参照しながら説明する。図１は本発明のカラーフィル
ターの製造に用いたエキシマレーザーの概略構成図であ
る。図２は、ビーム整形用光学系の詳細図、図３は、光
学系の一部を拡大した詳細図である。

【００１３】図において、符号１は、エキシマレーザー
であり、その射出光軸ａと直行して、水平方向に移動で
きるワークステーション２が装置フレーム３上に設けら
れている。上記ワークステーション２上には、その加工
面Ｗを光軸ａと直行するようにしてワークＷが装着され
ている。上記ワークＷは、本実施例では４５０ｎｍを超
えないレーザー光を透過する基板にインクジェット法に
よりブラック層が形成された基板である。

【００１４】上記ａ上に配置される光学系４は、ビーム
整形用光学系５及びケラー照明用のフライアイレンズ６
及びフィールドレンズ７で構成されている。なお、この
実施例におけるビーム整形用光学系５は、楕円形の透過
光を有するマスク５ａ、アナモフィックビームエクスバ
ンダーを構成する凹面シリンドリカルレンズ５ｂ及び凸
面シリンドリカルレンズ５ｃ、並びに凸レンズ５ｄ、及
び凹レンズ５ｅから構成されている。そして、上記アナ
モフィックビームエクスバンダーによって、エキシマレ
ーザー１からのほぼ長方形断面の光ビームは円形断面の
それに調整される。そして、上記凸レンズ５ｄおよび凹
レンズ５ｅによって次段のケラー照明に適合する光束系
に調整する。（すなわち、フライアイレンズ６の外接円
の大きさに合致させる。）

【００１５】上記フライアイレンズ６の前段には、プリ
ズム８ａ及び８ｂが配置されていて、レーザー光をプリ
ズム８ａ、８ｂ間の間隔を通る平行光束Ｌ１と、各プリ
ズム８ａ、８ｂを介して分割された平行光束Ｌ２、Ｌ３
とに分ける。これらの各光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は上記フ
ライアイレンズ６の各領域６₁６₂６₃に入力され、フィ
ールドレンズ７に対する２次光源となる。

【００１６】上記フィールドレンズ７は、光軸ａ上にお
いて次段に配置されるマスク９を介して投影光学系（投
影レンズ）１０のレンズ入射瞳に結像するようにレーザ
ー光を導く。このようにして、上記光学系４によって上
記マスク９に形成された複数の微細開口部９ａに対して
均等なレーザー光の照射を達成するのである。この場
合、上記投影光学系１０のレンズは入射瞳の位置を上記
フライアイレンズ６で結像される２次光源の像と共役な
位置にすると同時に、加工側の焦点位置になるように設
定される。そして、この投影光学系１０からのレーザー
光は加工面Ｗに対してテレセントリックに結像され、こ
れによって、ワークＷに光軸ａに平行に加工を行う。

【００１７】上記光軸ａに対するワークＷの向きを調整
するために、上記ワークステーション２は適宜な調整手
段を具備するとよい。また、ステーション２へのワーク
Ｗの自動供給を可能にするとよい。

【００１８】上記ワークステーション２上でワークＷの
加工位置の測定には、照明光学系１１及び１２ならびに
測定系１３が用意されている。例えば、上記測定系１３
は、テレビカメラ１３ａをセンサーとして使用し、これ
を鏡筒１３ｂ、オートフォーカシング手段１３ｃを介し
て対物レンズ１３ｄに対向させた上下１対の測定器及び
光軸ａ上に配置される２面のミラー１３ｅより構成され
ており、上記照明光学系１１は、上記測定器に組み込ま
れている。上記ミラー１３ｅは、上記測定器の光軸に対
して一定の角度になるように反射２面をセットしてお
り、上記測定器と共に、ワークの加工部の上下端に光軸
が当たるように配置されている。また、照明光学系１２
は、ワークｗと投影光学系１０との間に配置されてお
り、光軸ａと直交する方向から光源１２ａより光を照射
し、測定時にのみ光軸ａに進出するミラー１２ｂによっ
て、光を上記光軸ａ上に乗せ、ワークＷに向けて照射さ
せるものである。

【００１９】次に実際にこのようなエキシマレーザーを
用いたカラーフィルター製造方法に関して例示する。

【００２０】（実施例１）図４は本発明のカラーフィル
ターの製造方法の各工程で製造中のカラーフィルターを
示す図である。透明基板４６上にブラック層４１が形成
されている。（図４（ａ））ブラック層４１はインクジ
ェット法によりブラックマトリックスパターンを印字す
る。その後マスクを介してエキシマレーザーを照射し、
ブラックマトリックスパターン４２が形成される。（図
４（ｂ））次いでインクジェット記録ヘッドによって、
開口部にカラーフィルター用インク４３、４４、４５を
注入し、カラーフィルターが形成される。（図４
（ｃ））使用するインキによってはインキ固定化のため
に、ＵＶ照射、ＥＢ照射、あるいは熱キュアをおこな
う。

【００２１】以下、各工程に関して、詳細に説明してい
く。図４（ａ）において、透明基板４６は通常ガラス基
板を使用するが、レーザー光、特に４５０ｎｍを超えな
いレーザー光を透過するものであれば液晶用からフィル
ターとして使用可能な材料であればこれに限らない。透
明基板４６上のブラックマトリックス層は、印刷、もし
くはインクジェット法により形成する。パターン形成幅
は、所望の幅よりも若干大きめに設定する。インクジェ
ット記録法においては、ヘッドの吐出量もしくは印字パ
ターンによって調整する。また、ブラックインク層４１
の膜厚は０．３〜３μｍである。また、ここで使用する
ブラックインク層の材料は、カーボンブラックインクに
限らず、光を反射し、レーザー光を吸収する材料であれ
ばこれに限定されない。

【００２２】図４（ｂ）において、レーザー照射は、メ
タルマスクを介して、マスクイメージ法にて行われてい
るが、マスクイメージ法でも、コンタクトマスク法でも
構わない。また、レーザーの照射は、透明基板４６側か
ら照射されているが、ブラックインク層側からの照射で
も構わない。ただし、ブラックインキ層除去物の発生量
を抑える、基板上のゴミの除去が容易であるなどの点か
ら、透明基板側からの照射の方がより高品質なブラック
マトリックスパターンが形成できる。また、ここで使用
するレーザーは、エキシマレーザーを使用する。エキシ
マレーザーは、レーザー光の持つ光エネルギーが、直接
被加工物の化学結合を切断する『アブレーション』によ
って被加工物を加工するため、加工断面形状が非常にシ
ャープで正確に加工することが可能である。エキシマレ
ーザーとしては波長が２４８ｎｍのＫｒＦレーザー、３
０８ｎｍのＸｅＣｌレーザーが望ましい。また、レーザ
ー照射側の基板面にゴミが付着していた場合それがマス
クとなりブラックインク層が加工されず残る場合がある
ので、レーザー加工前にごみ付着防止としてＮ²ブロー
等行うと良い。また、レーザー照射により、ブラックイ
ンク層の除去物が発生するが、ブラックインキ層側にヘ
リウムガスを吹きつけながらレーザー加工すると良い。
また、インク注入前にブラックインク層の除去物をブラ
ックインク層側から取り除くために、粘着テープによっ
て取り除いても良い。

【００２３】図４（ｂ）は、上記方法により形成された
ブラックマトリックスパターン図である。ここで精度は
所望形状±２μｍ以内で、精度良くパターン形成がなさ
れている。また、断面形状は９０度であった。

【００２４】図４（ｃ）において、開口部にインクジェ
ットヘッドによってカラーフィルターインキ４３、４
４、４５を注入する。インクジェット法は、ここでは、
電気熱変換素子によるバブルジェット記録法を用いてい
るが、これに限定されない。また、本発明においては、
インクジェットヘッドに関しては、複数の吐出口を備
え、同時に複数色のパターンを描画するヘッドを用いて
いるが、各色毎のヘッドを用い、各色毎にスキャンする
ことによって複数色のパターンを描画しても良い。ま
た、使用するインクは少なくとも顔料、樹脂、溶媒から
構成されているインクを使用している。

【００２５】使用するインクに含まれる樹脂によって
は、インクの固定化処理を行う。固定化処理としては、
ＵＶ、ＥＢ、あるいは熱硬化ポリイミドの場合は、熱キ
ュアを行う。

【００２６】また、図には示していないが、必要に応じ
て、保護膜を形成しても良い。

【００２７】（実施例２）図５に他の実施例を示す。こ
の実施例においては、ブラックマトリックスパターン
が、２層からなるものである。透明基板５６の上にブラ
ックマトリックスパターン５０が形成されている。材料
としては、Ｃｒを用いたが、可視光、レーザー光を反射
するものであれば、これに限らない。次に、印刷法もし
くはインクジェット法によってカーボンブラック樹脂５
１をブラックマトリックスパターンを覆うよう形成す
る。（図５（ａ））

【００２８】次に、透明基板５６側よりエキシマレーザ
ーを照射し、Ｃｒで形成されたブラックマトリックスパ
ターンからはみ出している部分のブラック樹脂を除去す
る。（図５（ｂ））図５（ｃ）にＡ−Ａ断面図を示す。
本実施例においては、遮光の機能はブラックマトリック
スパターン５０が果たすため、ブラックインク５２は反
射防止、撥インク機能を持つ樹脂を用いることが可能で
あり、色としては黒に限定されない。

【００２９】図５（ｄ）は、インクジェットヘッドによ
ってカラーフィルター用インク４３、４４、４５を注入
した図である。ブラックインク層５２は、撥インク機能
を持つ樹脂であれば、混色することもなくカラーフィル
ターを形成することができる。

【００３０】図６は本発明により形成されたカラーフィ
ルターの断面図である。透明基板５６上に形成されたブ
ラックマトリックスパターン４２は、その断面形状は９
０度にレーザー加工されており、所望の加工寸法に加工
されている。また、開口部に注入されたカラーインク４
３、４４も開口部に確実に注入されており、色むらの発
生もない。

【００３１】

【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、テレセントリック光学系を含んだ投影光学系を持つ
エキシマレーザーでブラックマトリックスパターンを形
成することにより、加工精度、加工形状の優れたブラッ
クマトリックスパターンを形成することが可能になる。

【００３２】また、本発明は、透明基板上にインクジェ
ット法によるブラックマトリックスパターンの形成、テ
レセントリック光学系を含むエキシマレーザー照射によ
るブラックマトリックスパターンの形成、さらに、イン
クジェット法による開口部へのＲ、Ｇ、Ｂ形成、以上の
組み合わせによって、工程の簡略化、設備の削減により
大幅なコストダウンが図れるだけではなく、高品質、高
精細なカラーフィルターのパターンを形成することがで
きる。さらには、フォトリソを使用しない低反射樹脂ブ
ラックマトリックスパターンや、混色防止用ブラックマ
トリックスパターンが、容易にしかも、精度よく形成す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエキシマレーザー加工装置の概略
構成図である。

【図２】ビーム整形用光学系の詳細図である。

【図３】光学系の一部を拡大して示した図である。

【図４】本発明によるカラーフィルターを形成する各工
程での概略図である。

【図５】本発明による他の実施例のカラーフィルターを
形成する各工程での概略図である。

【図６】本発明により形成されたカラーフィルターの断
面図である。

【符号の説明】

１エキシマレーザー２ワークステーション４光学系５ビーム整形用光学系６フライアイレンズ７フィールドレンズ９マスク１０投影光学系１１、１２照明光学系１３測定系１４画像処理系１５制御系１６移動手段４６、５６透明基板４１、４２、５１、５２ブラックインク層５０ブラックマトリックス４３、４４、４５カラーインク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、少なくともエキシマレー
ザー光を用いて所望のブラックマトリックスパターンを
形成する工程を有するカラーフィルターの製造方法にお
いて、ワークに所望形状の光像を投影するエキシマレー
ザーの投影光学系が、テレセントリック光学系を含んだ
光学系であることを特徴とするカラーフィルターの製造
方法。
【請求項２】ワークに入射する均一光を得るために、
フライアイレンズ、及びフィールドレンズを用いたケラ
ー照明を行うと共に上記フライアイレンズにあったビー
ム整形を行う光学系を含んでいることを特徴とする請求
項１記載のカラーフィルターの製造方法。