TWI546573B - 彩色濾光片之製造方法、顯示元件及彩色濾光片 - Google Patents

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Description

彩色濾光片之製造方法、顯示元件及彩色濾光片
本發明係關於彩色濾光片之製造方法、顯示元件及彩色濾光片。
彩色濾光片係使可見光中的特定波長區的光穿透而生成經著色之穿透光。使用液晶之液晶顯示元件其本身無法發色，但藉由使用彩色濾光片，可以作為彩色液晶顯示元件的功能。又，彩色濾光片也可利用於使用白色發光層之有機EL(Electro Luminescence)元件或電子紙等彩色顯示。再者，若利用彩色濾光片，可以進行CCD影像感測器、CMOS影像感測器等固體成像元件的彩色攝影。
一般而言，彩色濾光片係藉由玻璃等透明基板、及含有紅、綠及藍色顏料或染料的微小的著色圖案構成。著色圖案係設置於透明基板上，採取格子狀等規則形狀排列。
以彩色濾光片之製造方法而言，已知有如下者。例如，在透明基板上或形成有所望圖案之遮光層的透明基板上，塗布著色感放射線性組成物作為對適當的照射線感應的著色組成物。接著，將塗膜乾燥後，隔著遮罩對乾燥塗膜照射放射線(以下稱為「曝光」)，並施以顯影處理。藉此，而獲得著色圖案之方法(例如：參照專利文獻1或2)。又，也已知有使用著色熱硬化性樹脂組成物，利用噴墨方式獲得各色圖案之方法等(例如：參照專利文獻3)。
近年來，對於顯示元件之高畫質化及高亮度化的要求日益增高。所以，對於彩色濾光片也要求能有此等性能提高的特性。具體而言，係要求CIE表色系中的明亮度的刺激值(Y)高的彩色濾光片。
對於如此的要求，例如：有人提出使用如聚鹵素化鋅酞花青之新的顏料(參照專利文獻4)，或使用染料(參照專利文獻5)等作為著色劑。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1　日本特開平2-144502
專利文獻2　日本特開平3-53201
專利文獻3　日本特開2000-310706
專利文獻4　日本特開2007-284589
專利文獻5　日本特開2010-32999
然而，在顏料分散型之著色組成物的情形下，藉由改善顏料或組成而使彩色濾光片之Y值提高而提高亮度之方法，於技術上有極限。
另一方面，使用含染料之著色組成物而形成之著色圖案，比起使用含顏料之著色組成物形成之著色圖案，會有耐熱性或耐溶劑性顯著較差的問題。因此，當使用含染料之著色組成物量產彩色濾光片時，除了亮度的提升以外，也需要耐熱性及耐溶劑性提升之此等性能的進一步提升。
本發明係有鑑於以上問題而生。亦即，本發明之目的在於提供對高亮度化有用之彩色濾光片之製造方法、與顯示特性優異之顯示元件、與對高亮度化有用之彩色濾光片。
本發明之第1形態係關於一種彩色濾光片之製造方法，其特徵為具有於基板上形成著色圖案之步驟及於著色圖案之表面形成凹凸之步驟。
本發明之第1形態中，凹凸係利用蝕刻法、奈米壓模法或研磨法形成為較佳。
本發明之第1形態中，於著色圖案表面形成凹凸之步驟，可為在著色圖案上形成光阻圖案，並對於從光阻圖案露出之著色圖案實施蝕刻處理而形成凹凸之步驟。
本發明之第1形態中，凹凸宜設定為凸部高度為10nm以上，凸部之底邊寬度為10nm以上。
本發明之第1形態中，著色圖案包含紅色著色圖案及綠色著色圖案之中的至少一個，且可在紅色著色圖案及綠色著色圖案之中的至少一個的表面形成凹凸。
本發明之第1形態係進一步具有於形成有凹凸之著色圖案之上形成保護膜之步驟為較佳。
本發明之第2形態係關於一種顯示元件，其特徵為具有依照本發明之第1形態製造之彩色濾光片。
本發明之第3形態係一種於基板上具有多色的著色圖案之彩色濾光片，其特徵為在多色的著色圖案之中的至少一色之著色圖案的表面形成有凹凸，且該凹凸之凸部之高度為10nm以上，凸部之底邊的寬度為10nm以上。
依照本發明之第1形態，可提供對高亮度化有用之彩色濾光片之製造方法。
依照本發明之第2形態，可提供顯示特性優異之顯示元件。
依照本發明之第3形態，可提供對高亮度化有用之彩色濾光片。
 [實施發明之形態]
本發明人努力鑽研，結果發現藉由在構成彩色濾光片的各色著色圖案的表面形成凹凸，可以解決上述課題，並完成本發明。
以下針對本實施形態詳細說明。
＜彩色濾光片之製造方法＞
本案發明人發現藉由在著色圖案表面形成凹凸，可以提高穿透著色圖案之光之取出效率。因此，本實施形態之彩色濾光片之製造方法之特徵為至少包含下列(1)及(2)之步驟。
(1)於基板上形成著色圖案之步驟
(2)在著色圖案之表面形成凹凸之步驟
以下針對(1)及(2)之各步驟列舉具體例詳細說明。
(1)於基板上形成著色圖案之步驟
首先準備基板。以基板而言，可使用例如：硼矽酸玻璃、鋁硼矽酸玻璃、無鹼玻璃、石英玻璃、合成石英玻璃、鹼石灰玻璃、純剛玉等透明玻璃基板。又，也可使用聚甲基丙烯酸甲酯等壓克力、聚醯胺、聚縮醛、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對萘二甲酸乙二酯、三乙醯基纖維素、間規聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、氟樹脂、聚醚腈、聚碳酸酯、變性聚苯醚、聚環己烯、聚降莰烯系樹脂、聚碸、聚醚碸、聚芳香酯、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺或熱塑性聚醯亞胺等透明樹脂薄膜。尤其是無鹼玻璃為熱膨脹率小的素材，從在尺寸安定性及高溫加熱處理中的特性優異之觀點，可較佳地使用。
又，於該等基板，視需要，除了利用矽烷偶合劑等之藥品處理或電漿處理以外，也可先實施以離子電鍍法、濺鍍法、氣相反應法或真空蒸鍍法等進行二氧化矽膜成膜等適當前處理。
其次，於基板上形成遮光層(黑色矩陣)，以區隔形成像素的部分。例如，將利用濺鍍或蒸鍍成膜之鉻等金屬薄膜利用光蝕刻法加工為所望圖案。或者，將含有黑色著色劑之著色組成物塗布於基板上，以光蝕刻法加工為所望圖案亦可。包含金屬薄膜之遮光層之膜厚，通常定為0.1μm~0.2μm係較佳。另一方面，使用黑色著色組成物形成之遮光膜之膜厚為約1μm係較佳。
又，有時不需要遮光層，則此情形可以省略遮光層形成之步驟。
其次在上述基板上，塗布例如含有紅色著色劑之負型的感放射線性的著色感放射線性組成物。其次進行預烘烤使溶劑蒸發，而形成塗膜。之後隔著光罩將塗膜曝光後，以鹼顯影液顯影，而將塗膜之未曝光部溶解除去。之後較佳為進行後烘烤，形成紅色著色圖案以既定排列配置成的像素陣列。
其次在形成有紅色著色圖案的基板上，塗布含有綠色著色劑之負型的感放射線性的著色感放射線性組成物，與上述同樣進行，形成綠色著色圖案以既定排列配置成的像素陣列。
再者，於形成有紅色與綠色之各著色圖案的基板上，塗布含有藍色著色劑之負型感放射線性的著色感放射線性組成物，與上述同樣進行，形成藍色著色圖案以既定排列配置成的像素陣列。
如以上方式，獲得紅色、綠色及藍色三原色之像素陣列配置在基板上而成的彩色濾光片。惟，本實施形態中，將各色著色圖案形成在基板上之順序不限於上述例。各色形成順序可以適當改變。
將著色感放射線性組成物塗布於基板時，可以適當選擇噴塗法、輥塗法、旋轉塗布法(旋塗法)、縫模塗布法或桿塗法等。從能獲得均勻膜厚之塗膜之觀點，採用旋塗法或縫模塗布法為較佳。
預烘烤通常組合減壓乾燥與加熱乾燥進行。減壓乾燥通常進行至到達50Pa~200Pa。又，加熱乾燥之條件，通常使用熱板於70℃~110℃之溫度下進行約1分鐘~10分鐘。又，塗布的塗膜的厚度，就乾燥後之膜厚而言，通常為0.6μm~8.0μm，較佳為1.2μm~5.0μm。
以曝光所使用之放射線之光源而言，可列舉例如：氙燈、鹵素燈、鎢燈、高壓水銀燈、超高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、中壓水銀燈、低壓水銀燈等燈光源，或氬離子雷射、YAG雷射、XeCl準分子雷射、氮雷射等雷射光源等。一般而言，發射之波長為190nm~450nm之範圍較佳。又，放射線之曝光量一般而言以10J/m2~10,000J/m2為較佳。
以鹼顯影液而言，較佳可使用例如：碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化四甲銨、膽鹼、1,8-二氮雜雙環-[5.4.0]-7-十一烯、1,5-二氮雜雙環-[4.3.0]-5-壬烯等的水溶液。鹼顯影液中，可適量添加例如：甲醇、乙醇等水溶性有機溶劑或界面活性劑等。又，鹼顯影處理後通常會進行水洗。
以顯影處理法而言，可適用例如：噴淋顯影法、噴塗顯影法、浸漬(dip)顯影法、浸置(puddle)顯影法等。顯影條件例如：可定為在常溫下進行5~300秒。
後烘烤之條件，於使用溫風加熱爐時，例如可於180℃~280℃下進行約20分鐘~40分鐘。
以如上方式形成之著色圖案之膜厚通常為0.5μm~5.0μm，較佳為1.0μm~3.0μm。
又，以在基板上形成著色圖案之其他例而言，可列舉揭示於日本特開平7-318723及日本特開2000-310706等之利用噴墨方式獲得各色像素之方法。
在該方法中，首先在基板表面上形成兼具遮光功能的間隔。其次，在此間隔內從噴墨裝置吐出例如含有紅色著色劑之著色熱硬化性組成物，之後進行預烘烤使溶劑蒸發。其次，將該塗膜視需要曝光後，藉由後烘烤使其硬化，而形成紅色之像素圖案。
其次在形成有紅色著色圖案之基板上，從噴墨裝置吐出含有綠色著色劑之著色熱硬化性組成物，與上述同樣地進行，而形成綠色之像素圖案。
再者，於形成有紅色與綠色之各著色圖案的基板上，從噴墨裝置吐出含有藍色著色劑之著色熱硬化性組成物，與上述同樣地進行，而形成藍色之像素圖案。
如以上方式，可獲得紅色、綠色及藍色三原色之著色圖案配置於基板上而成的彩色濾光片。惟，本實施形態中，各色著色圖案之形成順序不限於上述例。各色之形成順序可以適當改變。
又，上述間隔不僅有遮光功能，也發揮不讓吐出到區隔內之各色著色組成物混色的功能。所以，比起上述第一例所使用之遮光層(黑色矩陣)，其膜厚較厚。間隔通常使用黑色組成物形成。
形成彩色濾光片時所使用之基板或放射線之光源、及預烘烤或後烘烤之方法或條件，與上述第一例相同。以噴墨方式形成之著色圖案之膜厚，與間隔之高度為相同程度。
又，本實施形態中，構成彩色濾光片之著色圖案不限於紅色、綠色及藍色，也可為以黃色、洋紅(magenta)色及青色(cyan)作為三原色之著色圖案。又，除了對應於三原色之像素的著色圖案，也可以形成第4或第5著色圖案。例如如日本特表2005-523465等所揭示，除了對應於紅色、綠色及藍色之三原色之像素之著色圖案，也可以配置用於擴展表色範圍之第4像素(黃色像素)或第5像素(青色像素)。
著色圖案通常使用感放射線性或熱硬化性之著色組成物形成。形成著色圖案之步驟所使用之著色組成物，至少含有著色劑、黏結劑樹脂及交聯劑。又，視需要也可在著色組成物中含有用於賦予感放射線性的光聚合起始劑。著色組成物通常係摻合溶劑作為液狀組成物使用。以下說明各成分。
著色劑只要具有著色性即不特別限定，可以因應彩色濾光片之用途適當選擇色彩或材質。具體而言，可以將顏料、染料及天然色素中任一者作為著色劑使用。彩色濾光片，由於要求高色純度、亮度及對比度等，宜使用顏料、染料或該等之混合物。
顏料可使用有機顏料及無機顏料任一者。
以有機顏料而言，可列舉例如於彩色索引(C.I.；The Society of Dyers and Colourists公司發行)分類為顏料(pigment)之化合物。較佳係可列舉命名為如下述彩色索引(C.I.)者。
C.I.顏料黃83、C.I.顏料黃138、C.I.顏料黃139、C.I.顏料黃150、C.I.顏料黃180、C.I.顏料黃211；C.I.顏料橙38；C.I.顏料紅166、C.I.顏料紅177、C.I.顏料紅224、C.I.顏料紅242、C.I.顏料紅254；C.I.顏料紫23；C.I.顏料藍1、C.I.顏料藍15：6、C.I.顏料藍80；C.I.顏料綠7、C.I.顏料綠36、C.I.顏料綠58；C.I.顏料棕23、C.I.顏料棕25；C.I.顏料黑1、C.I.顏料黑7。
以無機顏料而言，可列舉例如：氧化鈦、硫酸鋇、碳酸鈣、鋅華、硫酸鉛、黃色鉛、鋅黃、鐵丹(紅色氧化鐵(III))、鎘紅、群青、並魯士藍、氧化鉻綠、鈷綠、棕土、鈦黑、合成鐵墨、碳黑等。
本實施形態中，有機顏料宜利用所謂的鹽巴研磨將一次粒子微細化而使用。以鹽巴研磨的方法而言，例如可採用日本特開平8-179111所揭示之方法。
染料可從各種油溶性染料、直接染料、酸性染料及金屬錯合物染料等之中適當選擇使用。可列舉例如命名為如下述彩色索引(C.I.)者。
C.I.溶劑黃4、C.I.溶劑黃14、C.I.溶劑黃15、C.I.溶劑黃24、C.I.溶劑黃82、C.I.溶劑黃88、C.I.溶劑黃94、C.I.溶劑黃98、C.I.溶劑黃162、C.I.溶劑黃179；C.I.溶劑紅45、C.I.溶劑紅49；C.I.溶劑橙2、C.I.溶劑橙7、C.I.溶劑橙11、C.I.溶劑橙15、C.I.溶劑橙26、C.I.溶劑橙56；C.I.溶劑藍35、C.I.溶劑藍37、C.I.溶劑藍59、C.I.溶劑藍67；C.I.酸性黃17、C.I.酸性黃29、C.I.酸性黃40、C.I.酸性黃76；C.I.酸性紅91、C.I.酸性紅92、C.I.酸性紅97、C.I.酸性紅114、C.I.酸性紅138、C.I.酸性紅151；C.I.酸性橙51、C.I.酸性橙63；C.I.酸性藍80、C.I.酸性藍83、C.I.酸性藍90；C.I.酸性綠9、C.I.酸性綠16、C.I.酸性綠25、C.I.酸性綠27。
本實施形態中，著色劑可單獨使用或混合2種以上使用。
著色組成物所使用之黏結劑樹脂不特別限定，但較佳為含有具酸性官能基之聚合物。以酸性官能基而言，可列舉例如：羧基、酚性羥基、醯亞胺酸基、磺基、亞磺基(sulfino group)或次磺基(sulfeno group)等。該等之中，使用羧基較佳。
以具羧基之聚合物而言，可列舉例如：日本特開平5-19467、日本特開平6-230212、日本特開平7-140654、日本特開平7-207211、日本特開平8-259876、日本特開平9-325494、日本特開平10-31308、日本特開平10-300922、日本特開平11-140144、日本特開平11-174224、日本特開平11-231523、日本特開平11-258415、日本特開2000-56118、日本特開2002-296778、日本特開2004-101728及日本特開2008-181095等所揭示之聚合物。
本實施形態中，黏結劑樹脂可以單獨使用，或混合2種以上使用。
著色組成物所使用之交聯劑，只要是具有2個以上可聚合之基之化合物即不特別限定。以可聚合之基而言，可列舉例如：乙烯性不飽和基、環氧乙基、環氧丙烷基或N-烷氧基甲基胺基等。
本實施形態中，以交聯劑而言，較佳為使用具2個以上(甲基)丙烯醯基之化合物、或具2個以上之N-烷氧基甲基胺基之化合物。
以特佳之交聯劑而言，可列舉例如三羥甲丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸季戊四酯、五丙烯酸二季戊四酯、六丙烯酸二季戊四酯、三丙烯酸季戊四酯與琥珀酸酐反應而獲得之化合物、五丙烯酸二季戊四酯與琥珀酸酐反應而獲得之化合物、日本特開平11-44955之段落[0015]~段落[0018]所記載之經己內酯改質的多官能(甲基)丙烯酸酯、N,N,N’,N’,N”,N”-六(烷氧基甲基)三聚氰胺或N,N,N’,N’-四(烷氧基甲基)苯并胍胺(benzoguanamine)等。
本實施形態中，交聯劑可以單獨使用，或混合2種以上使用。
著色組成物所使用之光聚合起始劑，係可利用可見光線、紫外線、遠紫外線、電子束或X射線等放射線之曝光而產生能開始上述交聯劑之硬化反應的活性物質的化合物。
以較佳的光聚合起始劑而言，可列舉例如：噻吨酮系化合物、苯乙酮系化合物、雙咪唑系化合物、三系化合物、O-醯基肟系化合物、鎓鹽系化合物、苯偶姻系化合物、二苯基酮系化合物、α-二酮系化合物、多核醌系化合物、重氮系化合物、或醯亞胺磺酸酯系化合物等。
本實施形態中，光聚合起始劑可與周知之增感劑或氫予體併用。又，光聚合起始劑可以單獨使用或將2種以上混合使用。
著色組成物所使用之溶劑，較佳為將構成著色組成物之各成分分散或溶解，且不會與該等成分反應，且具適度揮發性者。
本實施形態中，以較佳溶劑而言，可列舉例如：丙二醇單甲基醚、乙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇甲基乙基醚、環己酮、2-庚酮、3-庚酮、1,3-丁二醇二乙酸酯、1,6-己二醇二乙酸酯、乳酸乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲基-3-甲氧基丁基丙酸酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、甲酸正戊酯、乙酸異戊酯、丙酸正丁酯、丁酸乙酯、丁酸異丙酯、丁酸正丁酯或丙酮酸乙酯等。
本實施形態中，溶劑可單獨使用或混合2種以上使用。
本實施形態之著色組成物，視需要可以進一步含有其他成分。例如以該其他成分而言，可列舉丙烯酸系共聚合物、聚胺基甲酸酯、聚酯、聚乙亞胺及聚烯丙胺等顏料分散劑；氟系界面活性劑及矽系界面活性劑等界面活性劑；乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基參(2-甲氧基乙氧基)矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷及3-巰基丙基三甲氧基矽烷等密合促進劑等。
(2)於著色圖案之表面形成凹凸之步驟
於依照上述步驟形成著色圖案之表面形成凹凸之方法，並不特別限定，可列舉例如：蝕刻法、奈米壓模法或使用氧化鈰粒子等之研磨法等。
以蝕刻法而言，可使用乾式蝕刻及濕式蝕刻之任一方法。乾式蝕刻係利用反應性氣體(蝕刻氣體)或離子、自由基而蝕刻材料之方法。相對於此，濕式蝕刻係利用液體而進行材料之蝕刻之方法。
考慮製造成本時，較佳為以酸或鹼進行之濕式蝕刻。另一方面，考慮凹凸形成之再現性時，適於微細加工之乾式蝕刻為較佳。
乾式蝕刻有將材料暴露於反應氣體中之方法(反應性氣體蝕刻)或利用電漿將氣體離子化、自由基化而蝕刻之反應性離子蝕刻等。
以利用反應性離子蝕刻之乾式蝕刻裝置而言，可列舉各種方式者。任一方式中，裝置構成均大致相同。亦即，在保持所需真空壓之腔室內，對於蝕刻氣體提供電磁波等，將氣體電漿化。又，同時對於腔室內載置著試樣基板的陰極施加高頻電壓。藉此，電漿中之離子物質或自由基物質會往試樣方向加速並碰撞，同時發生離子濺鍍與蝕刻氣體之化學反應，而進行試樣之微細加工。
本實施形態中，以上述步驟形成著色圖案後，可以對於著色圖案直接進行蝕刻處理。又，也可利用光蝕刻技術，在著色圖案上形成成為遮罩的光阻圖案後，對於從此露出之著色圖案部分實施蝕刻處理。依照該方法，可從多色的著色圖案之中選擇所望色之著色圖案而設置凹凸，更能於所望部位設置所望程度之凹凸。
又，奈米壓模法係將預先以電子束蝕刻技術等形成有數十~數百nm之凹凸圖案的原版壓印到形成有著色圖案之基板，將原版的凹凸轉印到著色圖案。更具體而言，可參考美國專利5772905號說明書、S. Y. Chou et al,Appl. Phys. Lett. 76,3114(1995)等。利用奈米壓模法也能從多色之著色圖案之中選擇所望色之著色圖案而設置凹凸，更可於所望部位設置所望程度的凹凸。
如上述，藉由在使用著色組成物形成有著色圖案之表面形成凹凸，可提高穿透著色圖案之光的取出效率。該效果於紅色著色圖案與綠色著色圖案尤為顯著。因此，也可選擇紅色及綠色著色圖案之中至少一個，在其表面賦予凹凸。
在著色圖案之表面所形成之凹凸之尺寸，可調整為所望值，但較佳為凸部之高度為10nm以上，凸部之底邊的寬度為10nm以上。本實施形態中，凸部之高度為50nm以上更佳，50nm~200nm之範圍又更佳，80nm~200nm之範圍為特佳。另一方面，凸部之寬度為20nm以上較佳，20nm~200nm之範圍更佳。又，著色圖案之表面所形成之凹凸之尺寸，係對於SEM照片進行影像解析而測定者。又，當目的為提高彩色濾光片之Y值時，宜在欲形成凹凸之著色圖案之總像素面積之中的30%以上的表面形成凹凸。於此情形下，形成有凹凸之區域，在彩色濾光片全體，及在任意一像素內，均較佳為不偏於一部分而是均勻分散於全體而構成。
以如此方式形成有凹凸之著色圖案上，進一步設置保護膜，可提高顯示元件之顯示特性。以保護膜而言，可列舉例如：由硬化性組成物形成之有機膜或有機無機混成膜、或SiNx膜及SiOx膜等無機膜。本實施形態中，使用硬化性組成物形成保護膜為較佳。
以使用硬化性樹脂組成物形成保護膜之方法而言，例如可採用日本特開平4-53879或日本特開平6-192389等所揭示之方法。依照該方法，首先，將硬化性樹脂組成物塗布於形成有著色圖案之基板表面，以預烘烤去除溶劑成為塗膜。將該塗膜視需要進行曝光、顯影，成為所望圖案後，利用後烘烤形成保護膜。
形成保護膜時所使用之放射線之光源，及預烘烤或後烘烤之方法或條件，與上述(1)在基板上使用著色組成物形成著色圖案之步驟中的形成著色圖案之方法相同。如此，形成之保護膜之膜厚通常為0.1μm~8.0μm，較佳為0.1μm~6.0μm。
以保護膜形成所使用之硬化性樹脂組成物而言，可列舉例如：日本特開平3-188153或日本特開平4-53879等所揭示之熱硬化性樹脂組成物、日本特開平6-192389或日本特開平8-183819等所揭示之感放射線性樹脂組成物、日本特開2006-195420或日本特開2008-208342等所揭示之含聚有機矽氧烷之硬化性組成物等。
依照本實施形態之彩色濾光片之製造方法，可獲得CIE表色系中之明亮度之刺激值(Y)高的彩色濾光片。因此，藉由使用本實施形態之彩色濾光片，可成為亮度高之顯示元件。本實施形態之彩色濾光片，適宜作為例如：彩色液晶顯示元件用彩色濾光片、固體成像元件之色分解用彩色濾光片、有機EL顯示元件用彩色濾光片、電子紙用彩色濾光片等各種彩色濾光片。
＜彩色濾光片＞
本實施形態之彩色濾光片，係依照上述本實施形態之彩色濾光片之製造方法所製造之彩色濾光片。
具體而言，本實施形態之彩色濾光片中具有將含有上述顏料或染料等之紅色、綠色及藍色三原色之著色圖案以既定排列配置成的像素陣列，而將該像素陣列配置於基板上而構成。又，構成彩色濾光片之著色圖案也可為將黃色、洋紅色及青色當做三原色之著色圖案。又，如上述，除了對應紅色、綠色及藍色三原色之像素的著色圖案以外，為了擴展表色範圍也可配置第4像素(黃色像素)或第5像素(青色像素)而形成第4及第5著色圖案。
又，本實施形態之彩色濾光片，宜在基板上具有遮光層(黑色矩陣)以區隔形成像素之部分。又，也可不具遮光層。
本實施形態之彩色濾光片，在著色圖案之表面設置藉由上述蝕刻法、奈米壓模法或研磨法等所形成之微細凹凸。凹凸之尺寸可調整成所望之值，但較佳為凸部之高度為10nm以上，凸部之底邊之寬度為10nm以上。再者，凸部之高度為50nm以上較佳，50nm~200nm之範圍更佳，80nm~200nm之範圍特佳。另一方面，凸部之寬度為20nm以上較佳，20nm~200nm之範圍更佳。
又，當為了提高彩色濾光片之Y值時，較佳為在欲形成凹凸之著色圖案之總像素面積中有30%以上的表面形成凹凸。於此情形，如上述，於著色圖案之表面形成有凹凸之區域，在彩色濾光片全體，及在任意一像素內，均較佳為不偏於一部分區域而以均勻分散於全體之方式構成。
本實施形態之彩色濾光片，較佳為在形成有凹凸之著色圖案上具有保護膜。藉由具有保護膜，可提高顯示元件之製造步驟中之彩色濾光片之耐處理性。以保護膜而言，如上述，可列舉由硬化性組成物形成之有機膜或有機無機混成膜、或SiNx膜及SiOx膜等無機膜。本實施形態中，使用硬化性組成物形成保護膜較佳。
本實施形態之彩色濾光片藉由具有上述構成，而成為在CIE表色系之明亮度之刺激值(Y)高者。因此，該彩色濾光片作為例如將彩色液晶顯示元件用彩色濾光片、固體成像元件之色分解用彩色濾光片、有機EL顯示元件用彩色濾光片及電子紙用彩色濾光片作為開始之各種彩色濾光片係有用。
＜顯示元件＞
本實施形態之顯示元件具有上述本實施形態之彩色濾光片。以顯示元件之具體例而言，可列舉彩色液晶顯示元件、有機EL顯示元件或電子紙等。
本實施形態之彩色液晶顯示元件可採以下構造。
彩色液晶顯示元件，例如可為配置有薄膜電晶體(Thin Film Transistor：TFT)的驅動用基板與設有本實施形態之彩色濾光片之另一基板隔著液晶層而相對向之構造。或者，彩色液晶顯示元件也可為在配置有薄膜電晶體(TFT)之驅動用基板之表面上形成有本實施形態之彩色濾光片之基板與形成有ITO(Indium Tin Oxide：摻雜錫之氧化銦)電極之基板隔著液晶層而相對向之構造。後者之構造能使開口率格外提高，有能獲得明亮且高精細之液晶顯示元件之優點。
第1圖係本實施形態之具有彩色濾光片之彩色液晶顯示元件之示意剖面圖。
第1圖所示之液晶顯示元件1，係本實施形態之彩色液晶顯示元件之一例，為利用TFT驅動之TN(扭轉向列(Twisted Nematic))型液晶模式之顯示元件。該彩色液晶顯示元件具有上述驅動用基板與形成有彩色濾光片之基板隔著TN液晶之層而相對向之構造。亦即，如第1圖所示，在透明基板2相接於液晶13之側，TFT(未圖示)與透明像素電極3係以格子狀配設，並構成驅動用基板。又，於透明基板5相接於液晶13之側，於相對向於像素電極3之位置，配置著具有紅色、綠色及藍色之著色圖案6與黑色矩陣7與設置於著色圖案6之上之保護膜8的彩色濾光片10。在此，著色圖案6之表面設有上述微細凹凸。再者，彩色濾光片10之上，設有透明的共通電極11。
基板2與基板5分別設有配向膜12。藉由將配向膜12進行磨擦(rubbing)處理，可達成在兩基板2、5之間所夾持之液晶13之均勻配向。
基板2與基板5中，在相接於液晶13之側與相反之側，分別設置有偏光板14。基板2與基板5之間隔，通常為2μm~10μm，該等藉由設置於周邊部之密封材16而彼此固定。
第1圖中，符號17為從背光單元(未圖示)朝液晶13照射的背光。以背光單元而言係例如可使用將冷陰極螢光管(CCFL：Cold Cathode Fluorescent Lamp)等螢光管與散射板組合成的構造。又，也可使用以白色LED作為光源之背光單元。以白色LED而言，可列舉例如：將紅色LED、綠色LED與藍色LED組合並混色而獲得白色光之白色LED；將藍色LED、紅色LED與綠色螢光體組合並混色而獲得白色光之白色LED；將藍色LED、紅色發光螢光體與綠色發光螢光體組合並混色而獲得白色光之白色LED；將藍色LED與YAG系螢光體混色而獲得白色光之白色LED、將藍色LED、橙色發光螢光體與綠色發光螢光體組合並混色而獲得白色光之白色LED；將紫外線LED、紅色發光螢光體、綠色發光螢光體與藍色發光螢光體組合並混色而獲得白色光之白色LED等。
本實施形態之彩色液晶顯示元件，除了上述TN型以外，也可為STN(超扭轉向列(Super Twisted Nematic))型、IPS(面內切換(In-Planes Switching))型、VA(垂直排列(Vertical Alignment))型或OCB(光學補償雙折射(Optically Compensated Birefringence))型等液晶模式。
本實施形態之具彩色濾光片之有機EL顯示元件，可採適當構造，可列舉例如日本特開平11-307242所揭示之構造。
本實施形態之具彩色濾光片之電子紙，可採適當構造，可列舉例如日本特開2007-41169所揭示之構造。
以上針對本實施形態說明，但本發明不限於上述實施形態，在不脫離要旨之範圍可以有各種變形並實施。
[實施例]
以下舉實施例更具體說明本發明。惟，本發明不限於下列實施例。
[著色劑分散液之製備] 製備例1
使用2.3質量份之C.I.顏料紅254、11.4質量份之C.I.顏料紅177、1.3質量份之C.I.顏料黃150作為著色劑；使用BYK(註冊商標)-21324(BYK公司製)8質量份(固體成分濃度=40質量%)作為分散劑；使用丙二醇單甲基醚乙酸酯/丙二醇單乙基醚=90/10(質量比)混合溶劑作為溶劑，使其固體成分濃度成為20%，利用珠磨機進行12小時混合、分散，製備成顏料分散液(M-1)。
製備例2
使用9.7質量份之C.I.顏料綠58、5.3質量份之C.I.顏料黃150作為著色劑；使用BYK(註冊商標)-21324(BYK公司製)8質量份(固體成分濃度=40質量%)作為分散劑；使用丙二醇單甲基醚乙酸酯/丙二醇單乙基醚=90/10(質量比)混合溶劑作為溶劑，使其固體成分濃度成為20%，利用珠磨機進行12小時混合、分散，製備成顏料分散液(M-2)。
製備例3
使用9.3質量份之C.I.顏料藍15：6、5.7質量份之C.I.顏料紫作為著色劑；使用BYK(註冊商標)-21324(BYK公司製)8質量份(固體成分濃度=40質量%)作為分散劑；使用丙二醇單甲基醚乙酸酯/丙二醇單乙基醚=90/10(質量比)混合溶劑作為溶劑，使其固體成分濃度成為20%，利用珠磨機進行12小時混合、分散，製備成顏料分散液(M-3)。
[黏結劑樹脂之合成] 合成例1
於配備冷卻管、攪拌機之燒瓶中，添加2,2’-偶氮雙異丁腈2質量份及丙二醇單甲基醚乙酸酯200質量份，接著，添加甲基丙烯酸15質量份、N-苯基馬來醯亞胺20質量份、甲基丙烯酸苄酯55質量份、苯乙烯10質量份，及作為分子量調節劑之2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯(日油股份有限公司製，商品名：NOFMER(註冊商標)MSD)3質量份，並進行氮取代。之後緩慢攪拌，使反應溶液之溫度升高至80℃，保持該溫度5小時並進行聚合，藉此獲得樹脂溶液(固體成分濃度=33質量%)。獲得之樹脂為Mw=16,000、Mn=7,000。該樹脂溶液命名為「黏結劑樹脂溶液(P1)」。
[著色感放射線性組成物之製備] 製備例4
將顏料分散液(M-1)100質量份、作為黏結劑樹脂之黏結劑樹脂溶液(P1)30質量份(固體成分濃度=33質量%)、作為交聯劑之六丙烯酸二季戊四酯15質量份、作為光聚合起始劑之2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-啉基苯基)丁-1-酮4質量份與4,4’-雙(二乙基胺基)二苯基酮1質量份、作為氟系界面活性劑之0.1質量份之DIC股份有限公司製Megafac(註冊商標)F-554、及作為溶劑之丙二醇單甲基醚乙酸酯混合，製備成固體成分濃度22%之紅色感放射線性組成物(CR-1)。
製備例5
將製備例4中之顏料分散液(M-1)換成使用顏料分散液(M-2)，除此以外與製備例4同樣進行，製備成綠色感放射線性組成物(CR-2)。
製備例6
將製備例4中之顏料分散液(M-1)換成使用顏料分散液(M-3)，除此以外與製備例4同樣進行，製備成藍色感放射線性組成物(CR-3)。
以下敘述使用本實施例之紅色感放射線性組成物(CR-1)、綠色感放射線性組成物(CR-2)及藍色感放射線性組成物(CR-3)之著色圖案之形成，及對該著色圖案之凹凸形成之實施例。又，以下將著色圖案稱為著色硬化膜。
實施例1 ＜紅色硬化膜之形成及凹凸之形成＞
使用旋塗機將紅色感放射線性組成物(CR-1)塗布在鈉玻璃基板上後，於80℃之無塵烘箱內進行10分鐘預烘烤，而形成塗膜。
其次，將形成有塗膜之基板冷卻至室溫後，使用高壓水銀燈，隔著光罩對於塗膜將含有365nm、405nm及436nm之各波長之放射線以400J/m2的曝光量進行曝光。之後，在顯影壓力1kgf/cm2(噴嘴徑1mm)下對該等基板噴吐包含23℃之0.04質量%氫氧化鉀水溶液之顯影液，藉此進行1分鐘的噴淋顯影。之後，將該等基板以超純水洗滌並風乾之後，再於230℃之無塵烘箱內進行30分鐘後烘烤，藉此在基板上形成紅色的硬化膜。
對於獲得之硬化膜，使用神港精機公司製電漿蝕刻裝置EXAM進行乾式蝕刻處理，在硬化膜表面全體形成凹凸。此時RF功率為400W。表1顯示乾式蝕刻處理條件。
實施例2及實施例3 ＜紅色硬化膜之形成及凹凸之形成＞
與實施例1同樣進行，而形成紅色硬化膜，同時將乾式蝕刻處理時間換成表1所示時間，除此以外與實施例1同樣進行，而形成凹凸。
比較例1 ＜紅色硬化膜之形成＞
與實施例1同樣進行，形成紅色硬化膜。但是，未進行於實施例1所實施之利用乾式蝕刻處理來形成凹凸。
實施例4 ＜綠色硬化膜之形成及凹凸之形成＞
使用旋塗機將綠色感放射線性組成物(CR-2)塗布於鈉玻璃基板上後，於80℃之無塵烘箱內進行10分鐘預烘烤，而形成塗膜。
其次，將形成有塗膜之基板冷卻至室溫後，使用高壓水銀燈，隔著光罩對於塗膜將含365nm、405nm及436nm之各波長之放射線以400J/m2之曝光量進行曝光。之後，在顯影壓力1kgf/cm2(噴嘴徑1mm)下對該等基板噴吐包含23℃之0.04質量%氫氧化鉀水溶液之顯影液，藉此進行1分鐘之噴淋顯影。之後，將該等基板以超純水洗滌並風乾之後，再於230℃之無塵烘箱內進行30分鐘後烘烤，藉此在基板上形成綠色之硬化膜。
對於獲得之硬化膜，使用神港精機公司製電漿蝕刻裝置EXAM進行乾式蝕刻處理，在硬化膜表面全體形成凹凸。此時，RF功率為400W。表1顯示乾式蝕刻處理條件。
實施例5及實施例6 ＜綠色硬化膜之形成及凹凸之形成＞
與實施例4同樣進行而形成綠色硬化膜，同時將乾式蝕刻處理時間換成表1所示時間，除此以外與實施例4同樣進行而形成凹凸。
比較例2 ＜綠色硬化膜之形成＞
與實施例4同樣進行而形成綠色硬化膜。但是，未進行於實施例4實施之以乾式蝕刻處理來形成凹凸。
實施例7 ＜藍色硬化膜之形成及凹凸之形成＞
使用旋塗機將藍色感放射線性組成物(CR-3)塗布於鈉玻璃基板上後，於80℃之無塵烘箱內進行10分鐘預烘烤，而形成塗膜。
其次，將形成有塗膜之基板冷卻至室溫後，使用高壓水銀燈，隔著光罩對於塗膜將含365nm、405nm及436nm之各波長的放射線以400J/m2之曝光量進行曝光。之後，在顯影壓力1kgf/cm2(噴嘴徑1mm)下對該等基板噴吐包含23℃之0.04質量%氫氧化鉀水溶液之顯影液，藉此進行1分鐘噴淋顯影。之後，將該等基板以超純水洗滌並風乾後，再於230℃之無塵烘箱內進行30分鐘後烘烤，藉此在基板上形成藍色之硬化膜。
對於獲得之硬化膜，使用神港精機公司製電漿蝕刻裝置EXAM，進行乾式蝕刻處理，在硬化膜的表面全體形成凹凸。此時，RF功率為400W。表1顯示乾式蝕刻處理條件。
實施例8 ＜藍色硬化膜之形成及凹凸之形成＞
與實施例7同樣進行而形成藍色硬化膜，同時，將乾式蝕刻處理時間換成表1所示時間，除此以外與實施例7同樣進行，而形成凹凸。
比較例3 ＜藍色硬化膜之形成＞
與實施例7同樣進行而形成藍色硬化膜。但是，未進行於實施例7實施之利用乾式蝕刻處理來形成凹凸。
上述各實施例及各比較例中的乾式蝕刻處理條件如表1所示。
實施例9 ＜SEM像評價＞
針對於實施例1~實施例8及比較例1~比較例3獲得之形成有凹凸之各色硬化膜，各以40000倍的倍率拍攝SEM照片，並評價於各硬化膜之表面所形成之凹凸狀態。
第2圖係實施例1~實施例3及比較例1所獲得之紅色硬化膜之表面SEM照片。
第3圖係實施例1~實施例3及比較例1所獲得之紅色硬化膜之剖面SEM照片。
第4圖係實施例4~實施例6及比較例2所獲得之綠色硬化膜之表面SEM照片。
第5圖係實施例4~實施例6及比較例2所獲得之綠色硬化膜之剖面SEM照片。
第6圖係實施例7、實施例8及比較例3所獲得之藍色硬化膜之表面SEM照片。
第7圖係實施例7、實施例8及比較例3所獲得之藍色硬化膜之剖面SEM照片。
從針對第2圖~第7圖所示之各色硬化膜之SEM照片評價之結果，可知關於各色硬化膜之表面所形成之凹凸之尺寸，高度為80nm~200nm、寬度為20nm~200nm之範圍。並且，亦可知乾式蝕刻處理時間愈加長，於各色硬化膜形成之凹凸之尺寸會有愈大的傾向。
實施例10 ＜色度特性之評價＞
針對實施例1~實施例8及比較例1~比較例3獲得之形成有凹凸之各色硬化膜，使用色彩分析儀(大塚電子股份有限公司製MCPD(註冊商標)2000)，於C光源、2度視野，測定CIE表色系中之色度座標值(x,y)及刺激值(Y)。評價結果如表2所示。
實施例1~實施例8獲得之形成有凹凸之各色硬化膜，相對於對應之比較例獲得之硬化膜，均顯示較高的Y值。尤其，實施例1~實施例6獲得之形成有凹凸之紅色硬化膜及綠色硬化膜中，其效果大。
實施例11 ＜彩色濾光片之製造與評價＞
將紅色感放射線性組成物(CR-1)使用狹縫與旋塗機塗布在形成有黑色矩陣之玻璃基板上後，以90℃之熱板進行3分鐘預烘烤，而形成塗膜。
其次，將形成有塗膜之基板冷卻至室溫後，使用高壓水銀燈，隔著條紋狀光罩，對於塗膜將含365nm、405nm及436nm之各波長的放射線以1,000J/m2之曝光量進行曝光。之後，在顯影壓力1kgf/cm2(噴嘴徑1mm)下對獲得之基板噴吐包含23℃之0.04質量%氫氧化鉀水溶液之顯影液而進行噴淋顯影後，以超純水洗滌，再於230℃之無塵烘箱內進行20分鐘後烘烤。藉此，在基板上形成與上述實施例1顯示同等色度座標值(x,y)之紅色之條紋狀著色圖案。
其次，以同樣方法，使用綠色感放射線性組成物(CR-2)，在紅色條紋狀著色圖案的旁邊形成與上述實施例4顯示同等色度座標值(x,y)之綠色之條紋狀著色圖案。
其次，以同樣方法，使用藍色感放射線性組成物(CR-3)，在綠色的條紋狀著色圖案的旁邊形成與上述實施例7顯示同等色度座標值(x,y)之藍色之條紋狀著色圖案，藉此製作包含紅色、綠色及藍色之條紋狀著色圖案之彩色濾光片。
各色著色圖案形成之後，使用神港精機公司製電漿蝕刻裝置EXAM(RF功率：400W/氣體種類(流量)：氧氣(20ml/分)+氬氣(5ml/分))，進行40秒乾式蝕刻處理。
針對獲得之彩色濾光片，測定當以冷陰極螢光管作為背光源時之於白顯示之刺激值(Y)。其結果，於白顯示之刺激值(Y)比起後述之比較例4，提高0.6點。
比較例4 ＜彩色濾光片之製造與評價＞
與實施例10同樣進行，而製作包含紅色、綠色及藍色之條紋狀著色圖案之彩色濾光片。但是，未進行於實施例10進行之利用乾式蝕刻處理來形成凹凸。針對得到之彩色濾光片，測定當以冷陰極螢光管當做背光源時之於白顯示之刺激值(Y)，並與實施例10獲得之彩色濾光片之Y值進行比較。
實施例12 ＜彩色濾光片對於液晶顯示元件之應用＞
使用實施例11獲得之包含紅色、綠色及藍色之條紋狀著色圖案之彩色濾光片，將包含後述組成之熱硬化性樹脂組成物使用狹縫及旋塗機塗布在著色圖案之上。以80℃之熱板進行2分鐘預烘烤而形成塗膜，再於230℃之無塵烘箱內進行60分鐘後烘烤，藉此形成膜厚1.5μm之保護膜。
其次，使用該彩色濾光片製作液晶顯示元件。液晶顯示元件具有與上述第1圖所示彩色液晶顯示元件同樣的構造。獲得之彩色液晶顯示元件顯示優異的電特性與顯示特性。
其次，針對作為彩色濾光片之保護膜使用之熱硬化性樹脂組成物予以說明。
熱硬化性樹脂組成物，含有甲基丙烯酸環氧丙酯/苯乙烯/甲基丙烯酸第三丁酯/甲基丙烯酸二環戊酯=40/10/30/20(質量比)共聚物(數量平均分子量Mn=6,000、分子量分布(Mw/Mn)=2.0)100質量份、酚醛清漆型環氧樹脂(Japan Epoxy Resin股份有限公司製，商品名「Epicoat152」)40質量份、γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷20質量份、界面活性劑FTX-218(Neos股份有限公司製)0.2質量份。使用二乙二醇甲基乙基醚作為溶劑。熱硬化性樹脂組成物之固體成分濃度為15質量%。
1．．．液晶顯示元件
2、5．．．基板
3．．．像素電極
6．．．著色圖案
7．．．黑色矩陣
8．．．保護膜
10．．．彩色濾光片
11．．．共通電極
12．．．配向膜
13．．．液晶
14．．．偏光板
16．．．密封材
17．．．背光
第1圖係具備本實施形態之彩色濾光片之彩色液晶顯示元件之示意剖面圖。
第2圖係實施例1~實施例3及比較例1所獲得之紅色硬化膜之表面SEM照片。
第3圖係實施例1~實施例3及比較例1所獲得之紅色硬化膜之剖面SEM照片。
第4圖係實施例4~實施例6及比較例2所獲得之綠色硬化膜之表面SEM照片。
第5圖係實施例4~實施例6及比較例2所獲得之綠色硬化膜之剖面SEM照片。
第6圖係實施例7、實施例8及比較例3所獲得之藍色硬化膜之表面SEM照片。
第7圖係實施例7、實施例8及比較例3所獲得之藍色硬化膜之剖面SEM照片。
1．．．液晶顯示元件
2、5．．．基板
3．．．像素電極
6．．．著色圖案
7．．．黑色矩陣
8．．．保護膜
10．．．彩色濾光片
11．．．共通電極
12．．．配向膜
13．．．液晶
14．．．偏光板
16．．．密封材
17．．．背光

Claims (11)

  1. 一種彩色濾光片之製造方法，其特徵為具有在基板上形成著色圖案之步驟、及在該著色圖案之表面形成凹凸之步驟，以在該著色圖案之表面形成凹凸之步驟於該著色圖案之表面所形成之凹凸的凸部之底邊之寬度為20~200nm之範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項之彩色濾光片之製造方法，其中以在該著色圖案之表面形成凹凸之步驟於該著色圖案之表面所形成之凹凸的凸部之高度為50~200nm之範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項之彩色濾光片之製造方法，其中以在該著色圖案之表面形成凹凸之步驟於該著色圖案之表面所形成之凹凸的凸部之高度為80~200nm之範圍。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之彩色濾光片之製造方法，其中該凹凸係藉由蝕刻法、奈米壓模法或研磨法形成。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之彩色濾光片之製造方法，其中於該著色圖案之表面形成凹凸之步驟，係在該著色圖案之上形成光阻圖案，並對於從該光阻圖案露出之該著色圖案施以蝕刻處理而形成該凹凸之步驟。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之彩色濾光片之製造方法，其中該著色圖案含有紅色之著色圖案及綠 色之著色圖案之中的至少一個，且在該紅色之著色圖案及該綠色之著色圖案之中的至少一個的表面形成該凹凸。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之彩色濾光片之製造方法，其中進一步具有在形成有凹凸之該著色圖案之上形成保護膜之步驟。
  8. 一種顯示元件，其特徵為具有依照如申請專利範圍第1至7項中任一項之彩色濾光片之製造方法製造之彩色濾光片。
  9. 一種彩色濾光片，其係在基板上具有多色之著色圖案，其特徵為在該多色之著色圖案之中的至少一色之該著色圖案之表面形成有凹凸，且該凹凸之凸部之高度為10nm以上，凸部之底邊之寬度為20~200nm之範圍。
  10. 如申請專利範圍第9項之彩色濾光片，其中該凹凸之凸部之高度為50~200nm之範圍。
  11. 如申請專利範圍第9項之彩色濾光片，其中該凹凸之凸部之高度為80~200nm之範圍。
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