JPH11281810A

JPH11281810A - カラーフィルタの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JPH11281810A
Application number: JP8105598A
Authority: JP
Inventors: Makoto Akahira; 誠赤平; Hiromitsu Yamaguchi; 裕充山口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェットによるカラーフィルタの製造
方法において、基板に発生した静電気によるインクの着
弾位置ずれ及びインクジェットヘッドの故障を防止す
る。【解決手段】少なくとも、インクジェットヘッド４３
による基板４２へのインクの付与に先立って、イオナイ
ザー４４より基板に向ってイオン風４５を吹き付け、基
板４２に発生している静電気を中和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー表示の液晶
素子などに用いられるカラーフィルタの製造方法及び製
造装置に関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用パーソナルコンピュータの
急速な発達に伴い、液晶ディスプレイ、特にカラー表示
の液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にある。同時
に、装置のコストダウンも要求されるようになり、特に
比較的コスト比率の高いカラーフィルタのコストダウン
に対する要求が高まっている。しかしながら、カラーフ
ィルタの要求特性を満足し、コストダウンも図る技術に
ついては、未だ不十分である。以下に、従来のカラーフ
ィルタの製造方法について説明する。

【０００３】第１の方法は、顔料分散法であり、近年最
も多く使われている。この方法は、先ず基板上に顔料を
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。さらにこの工程を
３回繰り返すことにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）のカラーフィルタ層を得る。

【０００４】第２の方法は、染色法である。この方法
は、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、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て、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のカラーフィルタ層を得る。

【０００５】第３の方法として、電着法がある。この方
法は、先ず、基板上に透明電極をパターニングする。次
に、顔料、樹脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬
し、第１の色を電着する。この工程を３回繰り返して、
Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層を形成し、最後に焼成する。

【０００６】第４の方法として、熱硬化性樹脂に顔料を
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。

【０００７】従来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、工程数
が多いほど歩留が低下するという問題を有している。さ
らに、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を用いたアクテ
ィブマトリクス方式の液晶素子には適用困難である。ま
た、印刷法は、解像性が悪いために、ファインピッチの
パターンの形成には不向きである。

【０００８】これらの欠点を補うべく、インクジェット
方式を用いたカラーフィルタ基板の製造方法として、特
開昭５９−７５２０５号公報、特開昭６３−２３５９０
１号公報、特開平１−２１７３２０号公報、特開平４−
１２３００５号公報等に記載された提案がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カラー
フィルタを形成する基板は、非常に帯電し易く、ほんの
数十ｍｍ搬送するだけで帯電する。基板が帯電すると、
図９に示すように、帯電領域３１によりインクジェット
ヘッド２７から吐出されたインク滴２８の吐出方向が曲
げられ、混色の原因となる。インク滴は、時にサテライ
トと呼ばれる非常に小さいインク滴２８ａを伴う場合が
あり、このサテライトは帯電領域３１により吐出方向が
大きく変化する。

【００１０】特開平９−１６６７０５号公報には、基板
上のブラックマトリクスを接地して帯電した電荷を除去
する提案がなされている。しかし、ガラス等の絶縁体の
基板に対しては、ブラックマトリクスを設置しても基板
に帯電している電荷をほとんど除去することができない
という問題があった。また、ブラックマトリクスを導電
性のない樹脂で形成した場合や、ブラックマトリクス上
にインク受容層を設ける場合には、この発明を利用する
ことができないという問題があった。従って、特開平９
−１６６７０５号公報に記載された提案では基板に帯電
した電荷は除去できない、というのが実状である。

【００１１】また、インクジェット方式においてインク
滴を吐出するインクジェットヘッドは静電気に弱く、帯
電した基板がインクジェットヘッドに近づくとインクジ
ェットヘッドに静電気が流れてヘッドを破壊する場合も
あった。

【００１２】本発明の目的は、カラーフィルタを形成す
る基板上に帯電している静電気を十分に除去し、インク
ジェットから吐出されるインクの着弾位置のずれを防止
し、安定して信頼性の高いカラーフィルタを製造し得る
製造方法を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、インクジェットヘッ
ドが静電気で破壊されることがないカラーフィルタの製
造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、インクジェッ
トにより基板上にインクを付与してカラーフィルタを形
成するカラーフィルタの製造方法であって、少なくとも
インク付与前に、基板に向ってイオン風を付与すること
を特徴とするカラーフィルタの製造方法を提供するもの
である。

【００１５】また本発明は、基板を搭載するステージ
と、該基板上の所望の位置にインクを付与するインクジ
ェットヘッドと、該基板にイオン風を付与する手段と、
を有することを特徴とするカラーフィルタの製造装置を
提供するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の製造方法の一実施
形態の工程図である。

【００１７】本実施形態においては、ブラックマトリク
ス形成工程１１において、先ず基板上にブラックマトリ
クスを形成する。その後、搬送装置１５ａにより基板を
移動する。次に、インク受容層形成工程１２に搬送され
た基板上にスピンナー等を利用し、インク受容層を塗布
形成する。さらに、搬送装置１５ｂにより基板を移動
し、イオン風付与工程１３を経て、インクジェットによ
る着色工程１４に至る。

【００１８】図２は、上記実施形態の工程をさらに具体
的に示す断面模式図である。以下、各工程を説明する。

【００１９】ブラックマトリクス形成工程１１におい
て、基板２１上に例えばクロム等黒色金属などを用いて
ブラックマトリクス２２を形成する（図２（ａ））。基
板２１としては、一般的にガラス基板が用いられるが、
カラーフィルタとして必要な特性を有するものであれば
特に限定されない。

【００２０】次にインク受容層形成工程１２において、
基板２１上に光照射、または光照射と加熱によりインク
吸収性の低下する特性を有する樹脂組成物を塗布し、イ
ンク受容層２３を形成する（図２（ｂ））。樹脂組成物
の塗布には、スピンコート、ロールコート、ディップコ
ート等の塗布方法を用いることができる。また、必要に
応じてプリベーク等を行っても良い。

【００２１】その後、フォトマスク２４を用いてブラッ
クマトリクス２２上のインク受容層２３にパターン露光
を行うことにより、インク受容層２３の一部のインク吸
収性を低下させて非着色部２５を形成する（図２
（ｃ））。尚、２６はインク吸収性がそのまま維持され
た未露光部である。

【００２２】本発明においては、着色工程１４で基板に
インクを付与する前に、イオン風付与工程１３を設けて
基板に向かってイオン風を付与し、基板に帯電した電荷
を電気的に中和するものである。イオン風付与工程１３
については後に詳しく説明する。

【００２３】イオン風を用いることによって、基板がガ
ラス等の絶縁体であっても、またブラックマトリクスや
インク受容層が絶縁体であっても、帯電した電荷を中和
することができる。その結果、次の着色工程１４でイン
クジェット方法によってインクを付与しても、インクの
吐出方向が曲げられることなく、効率よく安定してカラ
ーフィルタを製造することができる。また、インクジェ
ットヘッドが静電気で破損することもなくなる。イオン
風を発生させるものとしては、イオン送風機或いはイオ
ナイザーが好ましく用いられる。

【００２４】尚、本発明においてイオン風とは、放電針
先端でコロナ放電により生じたイオンに、空気やＮ_２を
吹き付けてイオンの流れとしたものである。

【００２５】電荷の中和を施さないと、着色工程に至る
までに基板の電位は５〜３０ｋＶ程度になる。これをイ
オン風付与工程で０Ｖにするのが好ましいが、実際には
１ｋＶ以下にすることによって混色を防ぐことができ
る。

【００２６】本発明においては、基板のインクを付与す
る側（表面）にイオン風を付与するものであるが、図１
に示した搬送手段１５ａ，１５ｂに導電ローラーを用
い、導電ローラーを接地することにより、基板の裏面か
らも除電するようにしても良い。

【００２７】イオン風のように非接触の除電は、基板に
対して傷の発生やごみの付着がなく好ましいものであ
る。

【００２８】イオン風付与による電荷の中和は、インク
滴の吐出方向及びインクジェットヘッドに支障がない限
り、インク付与前及びインク付与中の両方に行っても良
い。

【００２９】着色工程１４では、インクジェットヘッド
２７を用いて、例えばＲ、Ｇ、Ｂの各インク２８を所望
のパターンに従ってインク受容層の未露光部２６に付与
し、該未露光部を着色する（図２（ｄ））。インク２８
としては、一般に用いられている染料系の他に、インク
ジェットヘッドより吐出が可能なものであれば顔料系で
も用いることができる。また、インクジェット方式とし
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や、圧電素子を用いたピエゾジェ
ットタイプが使用できる。着色はＲ、Ｇ、Ｂ同時に行っ
ても、別々に行っても構わない。

【００３０】最後に、加熱処理を行って着色された未露
光部を完全に硬化させ、着色部２９を形成して非着色部
２５と着色部２９からなるカラーフィルタ層を得る（図
２（ｅ））。本発明によれば、図３に示すようにインク
２８の吐出方向が曲げられることがなく、ブラックマト
リクス内の所定位置に着弾する。

【００３１】また、必要に応じて保護層３０を形成する
（図２（ｆ））。保護層３０としては、熱硬化型、光硬
化型の樹脂の他、無機化合物なども用いることができ
る。

【００３２】上記説明では、インク受容層を形成し、こ
れをインクで着色する形態について述べたが、インク受
容層を形成せず、ブラックマトリクスの開口部に直接樹
脂を含むインクを吐出して硬化させるようにしても良
い。

【００３３】図１０は、本発明の製造方法においてイン
クを直接硬化させる実施形態の工程を示す断面模式図で
ある。以下に各工程を説明する。

【００３４】基板１０１上に、隔壁を兼ねたブラックマ
トリクス１０２を形成する（図１０（ａ））。当該ブラ
ックマトリクス１０２は、例えば黒色顔料含有レジスト
などを用い、一般的なフォトリソグラフィによって形成
することができる。好ましくは、ブラックマトリクス１
０２には撥インク性を付与してブラックマトリクス上に
のったインクが速やかに開口部内に収容されるようにし
ておく。

【００３５】インク受容層を形成しない場合、基板は図
１のブラックマトリクス形成工程１１から、次にイオン
風付与工程１３に搬送され電荷の中和が行なわれる。

【００３６】次に、着色工程でインクジェットヘッド１
０３を用いて、例えばＲ、Ｇ、Ｂの各色のインク１０４
をブラックマトリクス１０２の開口部を埋めるように付
与する（図１０（ｂ））。本実施形態で用いられるイン
クは、それ自体が硬化してカラーフィルタとなるもので
あり、少なくとも着色剤及びエネルギー付与により硬化
する樹脂を含有する樹脂組成物からなる。上記着色剤と
しては、染料及び顔料のいずれも用いることができ、硬
化のためのエネルギーとしては、光照射、加熱、或いは
その両方を用いるものが好ましい。このようなエネルギ
ー付与により硬化する樹脂としては、公知の熱硬化型樹
脂や光硬化型樹脂、例えば市販のネガ型レジストなどが
好適に用いられる。また、本発明に用いられるインク中
には、所望の特性を持たせるために、界面活性剤や種々
の溶媒、消泡剤、防腐剤等を添加することができる。

【００３７】ブラックマトリクスの全ての開口部にイン
クを付与した後（図１０（ｃ））、必要なエネルギーを
付与してインク１０４を硬化させ、カラーフィルタ層１
０５を得る。さらに、必要に応じて保護層１０６を形成
する。保護層としては、先に説明した図２の保護層３０
と同じものが用いられる。

【００３８】図４は、本発明の製造装置の一実施形態の
模式図である。本実施形態においては、不図示の架台上
に載置され、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹステー
ジ４１と、不図示の支持部材により架台上に固定され、
且つＸＹステージ４１の上方に位置するインクジェット
ヘッド４３を備えている。ＸＹステージ４１上には、カ
ラーフィルタを形成する基板４２を固定する。４４は基
板４２に発生している静電気を電気的に中和するイオン
風４５を発生させるイオナイザー（イオン風発生器）で
ある。

【００３９】上記装置においては、ＸＹステージ４１を
適宜移動させることによって、イオナイザー４４による
静電気中和、及び、インクジェットヘッド４３によるイ
ンクの付与を行う。

【００４０】図５は、図４の装置を用いたイオン風付与
工程及び着色工程を水平方向から見た図である。先ず、
ＸＹステージ４１をインクジェットヘッド４３の下方か
ら完全に退避させる（図５（ａ））。次に基板４２をＸ
Ｙステージ４１上にセットする（図５（ｂ））。その状
態で、基板４２上に発生している静電気を、イオナイザ
ー４４からイオン風４５を吹き付けて中和する（図５
（ｃ））。さらに、ＸＹステージ４１をインクジェット
ヘッド４３の下方に移動させ、基板４２上の所望の位置
にインクジェットヘッド４３よりインク４６を付与して
着色を行う（図５（ｄ））。

【００４１】図６は、本発明の製造装置の他の実施形態
の模式図である。本実施形態は、ＸＹステージ４１上
に、カラーフィルタを形成する基板４２を支える昇降可
能な基板支持ピン４７を設けた点において図４の装置と
異なるが、当該構成以外は図４の装置と同じである。本
実施形態の装置においても、ＸＹステージ４１を適宜移
動させることによって、イオナイザー４４による静電気
中和、及び、インクジェットヘッド４３によるインクの
付与を行う。

【００４２】図７は、図６の装置を用いたイオン風付与
工程及び着色工程を水平方向から見た図である。先ず、
ＸＹステージ４１をインクジェットヘッド４３の下方か
ら完全に退避させる（図７（ａ））。次に基板４２をチ
ャック上の基板支持ピン４７にセットする（図７
（ｂ））。その状態で、基板４２上に発生している静電
気を、イオナイザー４４からイオン風４５を吹き付けて
中和する（図７（ｃ））。その後、基板支持ピン４７を
下降し、ＸＹステージ４１をインクジェットヘッド４３
の下方に移動させ、基板４２上の所望の位置にインクジ
ェットヘッド４３よりインク４６を付与して着色を行う
（図７（ｄ））。

【００４３】上記図４〜図７の実施形態においては、い
ずれもインクジェットヘッドを固定し、基板側を移動さ
せて着色する装置構成としたが、逆に基板側を固定し、
インクジェットヘッドを移動させて着色するような装置
構成としても構わない。

【００４４】また、上記実施形態においては、ＸＹステ
ージ上でイオン風付与工程を行う構成としたが、別の場
所でイオン風付与を行い、イオン風付与後に再度帯電し
ない程度のロボット搬送等によりＸＹステージ上に基板
を載置して着色しても構わない。

【００４５】さらに、図４、図６の装置において、イン
クジェットヘッド４３の静電気による破損を防止するた
めに、図８に示すようにインクジェットヘッド４３に避
雷針４８を付設しても良い。

【００４６】

【実施例】（実施例１）ブラックマトリクスパターンの
形成されたガラス基板上に、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１０重量部と、トリフェニルスル
ホニウムトリフラート０．４重量部からなる樹脂組成物
をスピンコートで膜厚１．０μｍとなるように塗布し、
６０℃で１０分間のプリベークを行ってインク受容層を
形成した。上記樹脂組成物は水性インク吸収性を有し、
光照射または熱処理によりインク吸収性が低下し且つイ
ンクに対し撥水性を示す。

【００４７】上記ブラックマトリクスよりも細いパター
ン形状のフォトマスクを介して、上記インク受容層を高
圧水銀等にて露光した。露光終了後、ホットプレートで
１１０℃、９０秒加熱してインクを吸収しない非着色部
を形成した。

【００４８】次に、図４に示した装置において、インク
ジェットヘッド下方より十分退避させた位置で、上記基
板をステージ上にセットし、イオン送風機（ヒューグル
エレクトロニクス（株）製「ＭＯＤＥＬ−２０／２０
Ａ」）によりイオン風を吹き付けて静電気を中和した。

【００４９】さらに、ステージをインクジェットヘッド
下方へ走査して、該インクジェットヘッドより、水と有
機溶剤、染料よりなるＲ、Ｇ、Ｂの染料インクを所望の
パターンに基板上に付与して上記インク受容層の未露光
部を着色した。

【００５０】その後、９０℃で３０分間のインク乾燥を
行い、さらに、２００℃で６０分間の熱処理によりイン
ク受容層全体を硬化させてカラーフィルタ層を得た。

【００５１】本実施例によれば、インクジェットヘッド
の故障や、インクの着弾位置のずれによるカラーフィル
タの不良品発生頻度が低減した。

【００５２】（実施例２）ガラス基板上に、黒色顔料レ
ジスト（富士ハント社製「ＣＫ−Ｓ１７１Ｂ」）をスピ
ンコート法により塗布し、露光、現像、熱処理により厚
さ１．０μｍのブラックマトリクスを形成した。

【００５３】上記ブラックマトリクスを形成した基板
を、図４の装置のＸＹステージに載置して、実施例１と
同様にしてイオン風付与を行った。

【００５４】次に、基板をインクジェットヘッドの下方
まで移動させ、ブラックマトリクスの開口部に、インク
ジェットヘッドより下記組成の熱硬化型のインクを付与
した。

【００５５】（熱硬化型のインクの組成）染料５重量部以下の組成からなるアクリル系共重合体５重量部Ｎ−メチロールアクリルアミド２０重量部Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート１０重量部メタクリル酸メチル２５重量部２−ヒドロキシエチルメタクリレート４０重量部アクリル酸５重量部エチレングリコールモノエチルエーテル１５重量部エチレングリコール２０重量部イソプロピルアルコール２重量部イオン交換水５３重量部

【００５６】但し、染料はＲ：Ｃ．Ｉ．アシッドレッド
１１８、Ｇ：Ｃ．Ｉ．アシッドグリーン２５、Ｂ：Ｃ．
Ｉ．アシッドブルー１１３をそれぞれ用いた。

【００５７】上記熱硬化型のインクを付与した後、２３
０℃で３０分間の熱処理により該インクを硬化させ、カ
ラーフィルタを形成した。

【００５８】本実施例においても、インクジェットヘッ
ドの故障や、インクの着弾位置のずれによる不良品発生
頻度が低減した。

【００５９】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、イン
クジェットによるカラーフィルタの製造において、基板
に発生した静電気が着色工程前に予め中和されるため、
該静電気によるインクの着弾位置のずれによる隣接画素
との混色や着色部の白抜け、色むらなどが防止され、信
頼性の高いカラーフィルタを、歩留良く安定して提供す
ることが可能となる。

【００６０】また、静電気によるインクジェットヘッド
の破壊も防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法の一実施形態の工程図であ
る。

【図２】図１の工程をさらに具体的に示す断面模式図で
ある。

【図３】本発明にかかるインクジェットによるインクの
付与工程の一例を示す図である。

【図４】本発明の製造装置の一実施形態の模式図であ
る。

【図５】図４の装置を用いた基板のイオン風付与工程及
び着色工程を示す図である。

【図６】本発明の製造装置の他の実施形態の模式図であ
る。

【図７】図６の装置を用いた基板のイオン風付与工程及
び着色工程を示す図である。

【図８】本発明の製造装置のインクジェットヘッドの他
の実施形態を示す図である。

【図９】基板の帯電によるインク滴の着弾位置のずれの
説明図である。

【図１０】本発明の製造方法の他の実施形態の工程を示
す断面模式図である。

【符号の説明】

１１ブラックマトリクス形成工程１２インク受容層形成工程１３イオン風付与工程１４インクジェットによる着色工程１５ａ，１５ｂ搬送装置２１基板２２ブラックマトリクス２３インク受容層２４フォトマスク２５非着色部２６未露光部２７インクジェットヘッド２８、２８ａ、インク２９着色部３０保護層３１帯電領域４１ＸＹステージ４２カラーフィルタ基板４３インクジェットヘッド４４イオナイザー４５イオン風４６インク４７支持ピン４８避雷針

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクジェットにより基板上にインクを
付与してカラーフィルタを形成するカラーフィルタの製
造方法であって、少なくともインク付与前に、基板に向
ってイオン風を付与す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】基板上にインク受容層を形成し、該イン
ク受容層にインクジェットヘッドよりインクを付与して
着色し、カラーフィルタとする請求項１記載のカラーフ
ィルタの製造方法。
【請求項３】基板上にブラックマトリクスを形成し、
該ブラックマトリクスの開口部にインクジェットヘッド
よりインクを付与して硬化させ、カラーフィルタとする
請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】基板を搭載するステージと、該基板上の
所望の位置にインクを付与するインクジェットヘッド
と、該基板にイオン風を付与する手段と、を有すること
を特徴とするカラーフィルタの製造装置。