JPH1152124A

JPH1152124A - カラーフィルタ基板、これを用いた液晶表示装置及びカラーフィルタ基板の製造方法

Info

Publication number: JPH1152124A
Application number: JP15268198A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Nakazawa; 広一郎中澤; Takeshi Miyazaki; 健宮崎; Katsuhiro Shirota; 勝浩城田; Akio Kashiwazaki; 昭夫柏崎; Masafumi Hirose; 雅史広瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェット法によるカラーフィルタ基板
において、隣接するフィルタ間での混色を防止して高精
細化を図る。【解決手段】着色レジストをパターニングして形成し
たカラーフィルタと、インクジェット法により形成した
カラーフィルタとを、基板上に有することを特徴とする
カラーフィルタ基板、このカラーフィルタ基板を用いた
液晶表示装置。更に、基板上に着色レジストでカラーフ
ィルタを形成する工程と、インクジェット法でカラーフ
ィルタを形成する工程とを有することを特徴とするカラ
ーフィルタ基板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置など
に用いられるカラーフィルタ基板、これを用いた液晶表
示装置及びカラーフィルタ基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に液晶表示装置は、パーソナルコン
ピュータ、ワードプロセッサー、自動車ナビゲーション
システム、小型テレビなどに搭載され、近年需要が増大
している。液晶表示装置の市場拡大の中で、カラーフィ
ルタに要求される内容は、高精細化、大型化、高品質化
といった性能の他に低コストという課題が課せられてい
る。

【０００３】液晶表示装置のカラーフィルタ基板は、透
明基板上に赤、青、緑のフィルタを配して構成される。
各フィルタの境界部には、通常表示コントラストを高め
るためにクロム等からなる遮光層が設けられる。現在、
液晶表示装置の輝度を向上させるために、上記遮光層の
画素毎の開口率を高める工夫がなされている。

【０００４】例えば、隣接するフィルタ境界部での遮光
層の幅を限界まで狭めて開口面積を上げる手段がある。
また、カラーフィルタ基板と能動素子アレイ基板との張
り合わせマージンから遮光層は大きめに形成されていた
が、能動素子アレイ基板側に遮光層を設けることで画素
の開口率を上げる手段もある。

【０００５】このように、液晶表示装置の輝度を高める
ために、遮光層の開口率を上げる手段が種々とられてい
るが、遮光層の開口率を上げるとそれに伴って、遮光層
の幅が狭くなる。また、高精細化に際しても同様に遮光
層の幅は狭くなってゆく。

【０００６】一方、カラーフィルタ基板の製造方法とし
ては、低コスト化が可能なインクジェット法による製造
方法が提案されている。この方法は、インクを所定の領
域に付与して各色のフィルタを形成するが、複数色のフ
ィルタを一工程で形成し得ることができる。しかしなが
ら同時に複数色のインクを基板上に付与するため、異な
る色のインク同士が混じり合い、混色を発生する可能性
があり、歩留が低下するという問題を生じる場合があ
る。

【０００７】このようなインクの混色を防止するため
に、特開昭５９−７５２０５号公報では、着色領域以外
の領域へのインクの拡散を防止するために隣接フィルタ
境界部にフォトリソグラフィ法により隔壁部を形成する
方法を提案している。また、該隔壁部に撥油・撥水効果
を持たせた提案としては、特開平４−１２３００７号公
報や特開平４−１５１６０４号公報などがある。これら
は遮光層の上で異なる色のインク同士が混色しないよう
に、遮光層上にシリコーンゴム層を積層して隔壁部とし
ている。この隔壁部により、インクジェット法での着色
工程で発生するインクの混色を防止している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上気したインクジェッ
ト法によるカラーフィルタ基板の製造方法においても、
遮光層の開口率が高くなると、隔壁部の幅を狭くしなけ
ればならず、その混色防止効果も低下する。また、隔壁
部としてシリコーンゴム層を形成する方法では、該シリ
コーンゴム層の成膜工程・露光工程・現像工程、及びイ
ンク付与後に該シリコーンゴム層を除去するための現像
工程といったように、多くの工程が必要になり、コスト
増大を招き、インクジェット法によるコスト削減効果が
生かされてこない。また、シリコーンゴム層が完全に剥
離できない問題も発生している。

【０００９】本発明の目的は、このような問題を解決
し、混色を防止して高精細化の要求に応えたカラーフィ
ルタ基板、これを用いた液晶表示装置及びカラーフィル
タ基板の製造方法提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
基板は、着色レジストをパターニングして形成したカラ
ーフィルタと、インクジェット法により形成したカラー
フィルタとを、基板上に有することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の液晶表示装置は、電極を有
する請求項１記載のカラーフィルタ基板と、前記カラー
フィルタ基板に対向した電極を有する対向基板と、前記
カラーフィルタ基板及び前記対向基板の間に液晶化合物
を充填したことを特徴とする。

【００１２】更に、本発明のカラーフィルタ基板の製造
方法は、基板上に着色レジストでカラーフィルタを形成
する工程と、インクジェット法でカラーフィルタを形成
する工程とを有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に本発明のカラーフィルタ基
板の製造方法の一実施形態の工程を示す断面模式図であ
る。尚、図１の（ａ）〜（ｄ）は下記工程−ａ〜ｄに対
応する断面図である。

【００１４】工程−ａ透明基板１上に遮光性のブラックマトリクス２を形成す
る。透明基板１としては、一般にガラス基板を用いられ
ているが、カラーフィルタ基板としての透明性、機械的
強度などの必要特性を有するものであれば特に限定され
ない。

【００１５】ブラックマトリクス２は、クロムやアルミ
などの金属膜あるいは金属酸化膜、写真乳剤、顔料や染
料などの着色剤を含有した樹脂などで形成される。クロ
ムなどの金属膜を用いたブラックマトリクスは、金属膜
を蒸着などの方法で基板上に形成し、次にフォトレジス
トを使用したフォトリソ法とエッチング工程により金属
膜をパターニングして形成する。一方、顔料等を分散し
た感光性樹脂を用いる方法では、顔料等を分散した感光
性樹脂層を塗布や印刷等の方法で基板上に形成し、パタ
ーン露光及び現像して遮光層が形成される。このような
遮光層においては、高い遮光性を得るために、膜厚１μ
ｍ当りの光学濃度が２．５以上となるように構成するこ
とが好ましい。金属膜を用いたブラックマトリクスの厚
みは０．０５〜０．３０μｍが好ましい。また、樹脂を
用いたブラックマトリクスの厚みは０．５〜５．０μｍ
が好ましい。

【００１６】工程−ｂ次に、着色レジストを用いてブラックマトリクス２上に
隔壁部４と、所定の領域に１色目のカラーフィルタ３を
形成する。着色レジストを用いて隔壁部４とカラーフィ
ルタ３を形成する方法としては、フォトリソグラフィ
法、印刷法、転写法、電着法などが挙げられるが、これ
らに限定されるものではない。それぞれの方式により適
応した材料を選択して実施すれば良い。例えば、フォト
リソグラフィ法であれば、着色レジストに用いられる感
光性樹脂としては、市販の透明度の高い感光性樹脂であ
れば、いずれも用いることが可能である。ただし、エッ
チングの容易さ、顔料の分散性、耐熱性、耐溶剤性等を
鑑みると、アクリル系のモノマーよりなる共重合体が望
ましい。例えばＮ，Ｎ−ジメチロールアクリルアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメトキシメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジ
エトキシメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチロール
メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメトキシメチルメタクリ
ルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエトキシメチルメタクリルアミド
等の単量体と、他のビニル系単量体、たとえば、アクリ
ル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エ
チルなどのアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、
メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル、ヒドロ
キシメチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリ
レート、ヒドロキメチルアクリレート、ヒドロキシエチ
ルアクリレート等の水酸基を含有したビニル系単量体、
その他スチレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド
メタクリルアミド、アクリロニトリル、アリルアミン、
ビニルアミン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等との
共重合体が望ましいが、もちろんこれらに限られるもの
ではない。さらに、光硬化させるために、各種光硬化性
樹脂、光重合開始剤を加えてもよい。

【００１７】着色レジストを用いたカラーフィルタの厚
みは０．５〜３．０μｍが好ましい。

【００１８】尚、隔壁部４の高さは、混色防止効果の点
から基板１より０．８μｍ以上であることが好ましい。

【００１９】また、本発明において着色レジストを用い
て形成するカラーフィルタの色としては、どの色でも構
わないが、ブラックマトリクス２を補助する働きを持た
せるために、最も光学濃度（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）
の高い色が適している。一般的にカラーフィルタは、
赤、緑、青の３色のフィルタから構成されるため、この
３色のうちでは青が最も適している。

【００２０】工程−ｃインクジェット法により、２色目、３色目のフィルタを
形成するために、硬化性インク５、６をそれぞれ所定の
領域に付与する。７はインクジェット記録装置のノズル
である。前記隔壁部４と同時に形成したフィルタ３が青
の場合には、赤及び緑のインクを付与する。カラーフィ
ルタ形成に用いる硬化性インクとしては、染料を含有し
たもの、顔料を含有したもののいずれも用いることがで
きるが、光照射又は加熱処理、或いはその両者によって
硬化し得る成分を含有せしめる。このような硬化し得る
成分としては、様々な樹脂、硬化剤を用いることがで
き、インク中に固着等の問題を起こすものでなければ特
に限定されない。具体的には、アクリル系モノマー、エ
ポキシ系モノマー、メラミン系モノマーなどが好適に用
いられる。特に、アクリル系モノマーが好適である。イ
ンクに含まれるモノマーの例としては、例えば、Ｎ−メ
チロールアクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルアクリル
アミド、Ｎ−エトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−イソ
プロポキシメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタ
クリルアミド、Ｎ−メトキシメチルメタクリルアミド、
Ｎ−エトキシメチルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチ
ロールアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメトキシメチルアク
リルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエトキシメチルアクリルアミ
ド、Ｎ，Ｎ−ジメチロールメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−
ジメトキシメチルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエトキ
シメチルメタクリルアミド等が挙げられが、これらに限
られるものではない。モノマーのインク１００重量部に
対する配合比は０．５〜３０重量部とすることが好まし
い。インク中の染料あるいは顔料の含有量は０．１〜１
５重量％が好ましい。インクの分散媒体、水、水溶性有
機溶剤、あるいはこれらの両方である。

【００２１】工程−ｃで用いるインクジェット法として
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、或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る。

【００２２】工程−ｄ用いた硬化性インクの硬化性に従って、光照射又は加熱
処理、或いはその両者によって上記インクを硬化し、カ
ラーフィルタ８、９を形成する。

【００２３】本発明においては、以上説明したように、
１色目のカラーフィルタが着色レジストを硬化させたも
のであるため、２色目、３色目のフィルタをインクジェ
ットにより形成する際に、混色を生ずる確率が低くな
る。

【００２４】また、図２に示すように、２色目、３色目
のカラーフィルタを形成する際に、インクを付与する領
域の中心線Ｃよりもカラーフィルタ３寄りにインク５、
６を付与することができるため、混色する可能性がほと
んどなくなる。

【００２５】図３に本発明のカラーフィルタを組み込ん
だＴＦＴカラー液晶パネルの断面図を示す。

【００２６】カラー液晶パネルは、カラーフィルタ９と
対向基板１４を合わせ込み、液晶化合物１２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１３がマトリクス
状に形成されている。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カラーフィルタ３、８、９が
設置され、その上に保護層１０及び透明な対向（共通）
電極１１が形成されている。更に両基板の面内には配向
膜１５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。
またそれぞれのガラス基板の外側には偏光板１６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１
７としては、蛍光灯と散乱板（いずれも不図示）の組み
合わせが用いられ、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
り表示を行う。

【００２７】図１（ａ）−（ｄ）では、基板１上にブラ
ックマトリクス２を有するカラーフィルタ基板について
説明したが、本発明のカラーフィルタ基板は、図４のよ
うにブラックマトリクス２を有さないものでもかまわな
い。この場合、図１（ａ）の工程がない以外は、図１に
示した工程と同様にして本発明のカラーフィルタ基板を
製造することができる。

【００２８】ブラックマトリクスを持たないカラーフィ
ルタ基板を用いて液晶パネルを構成する場合、ブラック
マトリクス２は能動素子アレイ基板側に設けられる。即
ち、ブラックマトリクス２を持たないカラーフィルタ基
板は、いわゆるＢＭ（ブラックマトリクス）オンアレイ
タイプの液晶パネルに用いる。

【００２９】図５に、ＢＭオンアレイタイプの液晶パネ
ルの一例を示した。図５と図３とで、同じ部材は同じ符
号で示した。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）表面研磨した無アルカリガラス１．１ｍｍ
厚の基板を洗浄し、乾燥し、次いで厚み０．１５μｍの
クロムを蒸着し、フォトリソグラフィー法でパターニン
グすることにより、カラーフィルタのパターンに対応し
たマトリクスパターンを形成した。次に下記に示す組成
からなる青色の感光性樹脂組成物をスピンナーでブラッ
クマトリクス及びガラス基板上に塗布した後、９０℃で
２０分間ベーク処理をして感光性樹脂層を形成した。

【００３１】青色の感光性樹脂組成物は、次のようにし
て得た。

【００３２】まず（ａ）メタクリル酸２５重量部、
（ｂ）ヒドロキシエチルメタクリレート１０重量部
（ｃ）、メチルメタクリレート１５重量部、（ｃ）ブチ
ルメタクリレート５０重量部をエチルセロソルブ２５０
重量部に溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニ
トリル０．８重量部を加えて７５℃、３時間反応により
アクリル樹脂を得た。そしてアクリル樹脂の樹脂濃度８
重量％になるようにエチルセロソルブで希釈した。次に
この希釈樹脂１００ｇに対し、顔料（ピグメントブルー
１５：３、ピグメントバイオレット２３（９５：５））
１０ｇ、分散剤１ｇを添加して十分混練してワニスを作
成した。このワニス１００ｇに対しトリメチロールプロ
パンアクリレート０．５ｇ、２−（ｐ−メトキシスチリ
ル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリア
ジン０．０４ｇ、２，２′−ビス（２−クロロフェニ
ル）−４，５，４′，５′−テトラフェニル１−２′−
ビイミダゾール０．０３ｇ、イルガキュア９５１０．
０３ｇを加えて良く撹拌し感光性着色組成物とした。

【００３３】次にポリビニルアルコール１０％液を同様
にして塗布して９０℃で２０分間ベーク処理を行なって
乾燥させた。その後、マスク露光して現像処理すること
で膜厚が０．９μｍの隔壁部及び青フィルタを形成し
た。

【００３４】続いて、インクジェット法により赤及び緑
のインク隔壁部と青フィルタの間に付与した。インクの
赤顔料としてピグメントレッド１７７とピグメントイエ
ロー８３の混合物（混合比は重量比で７５：２５）を、
緑顔料としてピグメントグリーン７とピグメントイエロ
ー７の混合物（混合比は重量比で９０：１０）を用い
た。インク中には顔料の他に水、水溶性有機溶剤、さら
に熱硬化成分としてアクリル−シルコングラフトポリマ
ーからなる自己架橋型熱硬化性樹脂を含有させた。熱硬
化成分の含有量は３重量％とした。インク付与後に２３
０℃で１時間の熱処理により各インクを硬化させ、図１
に示したカラーフィルタ基板を作製した。

【００３５】（実施例２）実施例１と同様にして、無ア
ルカリガラス上にマトリクスパターンを形成した。次に
熱可塑性のアクリル系ポリマーであるＬＣ２００１（三
洋化成工業株式会社製）に実施例１で使用した青色顔料
を分散させて、凹版印刷により、膜厚が２．５μｍの隔
壁部及び青色フィルターをガラス基板上に形成した。そ
の後７０℃３０分、２００℃３０分で硬化させた。

【００３６】続いて、実施例１と同様にしてインクジェ
ット法により赤及び緑のフィルタを形成した。

【００３７】（実施例３）赤及び緑のインクを付与する
際に、図２に示すように、インクジェットノズルの位置
をそれぞれインクを付与する領域の中心線Ｃから青フィ
ルタ方向に５μｍずらした以外は実施例１と同様にして
カラーフィルタ基板を形成した。

【００３８】（実施例４）実施例１の青色レジストのか
わりに赤色レジストを用い、青及び緑フィルタをインク
ジェット法により形成する以外は実施例１と同様にして
カラーフィルタ基板を作製した。

【００３９】（実施例５）実施例１の青色レジストのか
わりに緑色レジストを用い、青及び赤フィルタをインク
ジェット法により形成する以外は実施例１と同様にして
カラーフィルタ基板を作製した。

【００４０】（実施例６）実施例１において、ガラス基
板上にブラックマトリクスパターンを形成しない以外
は、実施例１と同様にして図４に示すカラーフィルタ基
板を作製した。

【００４１】以上の実施例によるカラーフィルタ基板の
混色の度合いを検討した結果、混色が非常に少なかっ
た。特に、実施例３についてはほとんど混色が観察され
なかった。

【００４２】また、実施例１と実施例４、５のカラーフ
ィルタ基板を用いて図３のカラー液晶表示装置を、また
実施例６のカラーフィルタ基板を用いて図５のカラー液
晶表示装置を作製したところ、実施例４の基板を組み込
んだ装置では若干赤味を、実施例５は若干緑味を、また
実施例１及び実施例６については若干青味を帯びていた
が、いずれも観察に耐えるレベルであり、特に実施例１
及び実施例６については違和感なく観察することができ
た。

【００４３】尚、実施例１、４、５において、隔壁部と
同時に、着色レジストで形成したカラーフィルタの光学
濃度（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）は、実施例１の青
フィルタが０．９５、実施例４の赤フィルタが０．８
１、実施例５の緑フィルタが０．７４であった。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、隣接するフィルタ間で
混色のないカラーフィルタ基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタ基板を製造する工程の
一例を示す図である。

【図２】インクジェット法で本発明のカラーフィルタ基
板を製造する工程の一例を示す図である。

【図３】本発明のカラーフィルタ基板を用いた液晶表示
装置の一例を示す図である。

【図４】本発明のカラーフィルタ基板の他の例を示す図
である。

【図５】本発明のカラーフィルタ基板を用いた液晶表示
装置の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１基板２ブラックマトリクス３，８，９カラーフィルタ４隔壁部７ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柏崎昭夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者広瀬雅史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】着色レジストをパターニングして形成し
たカラーフィルタと、インクジェット法により形成した
カラーフィルタとを、基板上に有することを特徴とする
カラーフィルタ基板。
【請求項２】前記基板上に、前記カラーフィルタ以外
にブラックマトリクスを有する請求項１記載のカラーフ
ィルタ基板。
【請求項３】前記ブラックマトリクスが、金属又は金
属酸化物で形成された請求項２記載のカラーフィルタ基
板。
【請求項４】前記ブラックマトリクスが、樹脂で形成
された請求項２記載のカラーフィルタ基板。
【請求項５】前記着色レジストが、青色である請求項
１記載のカラーフィルタ基板。
【請求項６】インクジェット法により形成した前記カ
ラーフィルタ同士の間に、隔壁部を有する請求項１記載
のカラーフィルタ基板。
【請求項７】前記隔壁部が、着色レジストで形成され
た請求項６記載のカラーフィルタ基板。
【請求項８】電極を有する請求項１記載のカラーフィ
ルタ基板と、前記カラーフィルタ基板に対向した電極を
有する対向基板と、前記カラーフィルタ基板及び前記対
向基板の間に液晶化合物を充填したことを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項９】前記カラーフィルタ基板にブラックマト
リクスを有する請求項８記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記対向基板にブラックマトリクスを
有する請求項８記載の液晶表示装置。
【請求項１１】基板上に着色レジストでカラーフィル
タを形成する工程と、インクジェット法でカラーフィル
タを形成する工程とを有することを特徴とするカラーフ
ィルタ基板の製造方法。
【請求項１２】フォトリソグラフィ法により前記着色
レジストをカラーフィルタとする請求項１１記載のカラ
ーフィルタ基板の製造方法。
【請求項１３】印刷法により前記着色レジストをカラ
ーフィルタとする請求項１１記載のカラーフィルタ基板
の製造方法。
【請求項１４】転写法により前記着色レジストをカラ
ーフィルタとする請求項１１記載のカラーフィルタ基板
の製造方法。