JP3832518B2 - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネル等に用いられるカラーフィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
液晶表示パネル等のカラーフィルタを製造する方法として、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法などがある。
【０００３】
染色法は、染色用材料である水溶性高分子材料に感光剤を添加して感光し、これをリソグラフィ工程でパターニングしたのち、染色液に浸漬し着色パターンを得る方法である。
【０００４】
例えば、まず、ガラス基板の上にブラックマトリクス（以下、ＢＭという）を形成する。そして、水溶性高分子材料に感光剤を添加して光が当たれば溶媒に溶解しにくくなるようにした染色用材料を、ＢＭの形成された基板に塗布する。次に、マスクを通して染色用材料の一部のみを露光し現像することで、第一のカラー領域にのみ染色用材料が残るようパターニングする。そして、この染色用材料を染色液に浸漬して染色し、固着させることで第一の着色層が形成される。この工程を３回繰り返すことで３色のカラーフィルタが形成される。
【０００５】
この染色法で製造されたカラーフィルタは、透過率が高くて色が鮮やかな反面、耐光性、耐熱性及び吸湿性において劣るという特性がある。
【０００６】
次に、顔料分散法は、顔料を分散した感光性樹脂を基板に塗布し、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、という工程を繰り返す方法である。上記染色法が、染色用材料をパターニングしてから染色する方法であったのに対して、顔料分散法は、予め着色された感光性樹脂を基板に塗布するものである。そして、顔料分散法にて製造されたカラーフィルタは、耐性が高いものの透過率が多少低いという特性を持っている。
【０００７】
さらに、上記感光性樹脂は、少なくとも塗布された７０％以上が除去・廃棄され材料の利用効率で大きな課題を有する。
【０００８】
印刷法は、熱硬化性樹脂に顔料を分散させた塗料を繰り返し印刷によって３色を塗り分け、樹脂を熱硬化させて着色層を形成する方法である。この印刷法は、工程が簡易であるものの、平坦性に劣るものである。
【０００９】
電着法は、パターニングされた透明電極を基板に設けておき、これを顔料・樹脂・電解液等の入った電着塗装液に浸漬して第一色を電着させる。そして、この工程を３回繰り返し最後に焼成する方法である。この電着法は、平坦性に優れているのでストライプパターンのカラー配列であれば有効であるが、モザイクパターンのようなカラー配列を形成することは困難である。
【００１０】
以上の製造方法のうち、印刷法は精度の点で欠点があり、電着法はパターンが限定されるという欠点があったので、従来、染色法及び顔料分散法が主として用いられてきた。しかし、染色法及び顔料分散法は、第１色、第２色、第３色の領域を形成する際に毎回リソグラフィの工程が必要であり、カラーフィルタの量産性向上の大きな妨げとなっていた。
【００１１】
そこで、特開平７−１４６４０６号公報には、ＢＭの形成されたガラス基板にインク受容層を形成し、インクジェット方式によってこのインク受容層を染色することによりカラーフィルタの量産性を向上させる方法が開示されている。
【００１２】
しかしこの方法では、同一画素内においてもその着色濃度にバラつきを生じ、各画素に対応する一つのフィルタ領域内においても、その中央部と周囲部とでは透過率に差が出てカラー濃度にムラができてしまう。そこで、このような問題点を回避するために着色領域を画素領域よりも大きくし、不要な領域を予め基板に形成されたＢＭで隠すことにより透過率のバラつきを防いでいる。つまり、ＢＭがこのようなバラつきを押さえるための重要な要素となっている。
【００１３】
なお、ＢＭのこのような必要性は上述のようなインクジェット方式に限らず、従来の染色法又は顔料分散法においても同様である。
【００１４】
しかし、ＢＭは、スパッタ等によって基板全面にＣｒ薄膜を膜付けし、不要な部分をエッチングして形成するため、その形成に非常に多くの工数が必要となる。
【００１５】
あるいは、スパッタの代わりに、特開平１−２１７３０２号公報に開示されるように、感光性材料でＢＭを形成する方法もあるが、これにおいてもＢＭは必要不可欠な要素である。
【００１６】
また、近年、液晶表示パネルの開口率を上げるために、ＢＭをアレイ基板に設ける技術が提案されており、ＢＭを必要としないカラーフィルタの製造方法が期待されている。
【００１７】
本発明は、上述したような課題を解決するものであり、その目的は、ＢＭを必要としないほど透過率、色バラつきのないカラーフィルタを、簡単な工程で製造するためのカラーフィルタの製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、所定配列の複数のインク充填用凹部を有する原盤を製造する第１工程と、それぞれのインク充填用凹部に、予め設定された色のインクを充填してインク層を形成する第２工程と、前記インクの充填された原盤上に樹脂を塗布し、光透過性を有する樹脂層を形成する第３工程と、前記インク層及び樹脂層を、固化後に一体的に前記原盤から剥離する第４工程と、を含む。
【００１９】
本発明は、要するに、原盤を型としてインク層及び樹脂層を形成し、これらを一体的に固めてカラーフィルタとする方法である。そして、インクを充填して形成されるインク層は均一の厚みで、シャープなエッジを有するようになる。したがって、カラー濃度にむらのないカラーフィルタを得ることができる。
【００２０】
また、原盤は、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため、経済的である。また、第１工程は、二枚目以降のカラーフィルタの製造工程において省略でき、工程数の減少、及びコスト削減を図ることができる。
【００２１】
第１工程として、具体的には例えば次の工程がある。
【００２２】
（１）基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部の形成領域に光が透過するマスクを介して前記レジストを露光、現像し、エッチングによって前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００２３】
この工程において、ポジ型のレジストは、露光された部分が現像液により選択的に除去される物質である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部の形成領域に光を当てると、この領域のレジストは溶けやすくなる。そして、現像するとインク充填用凹部に相当する領域のレジストのみが除去される。こうして、インク充填用凹部の形成領域以外の領域においてレジストで基板を覆い、この基板の表面に対してエッチングを行うと、インク充填用凹部を形成することができる。なお、エッチングとしては、ウェットエッチング、ドライエッチング等があるが、制御性の点からいうと反応性イオンエッチングが優れる。
【００２４】
こうして、エッチングによって形成されるインク充填用凹部は、エッチング条件を変えることにより、その形状及び面粗さを高精度かつ自由にコントロールすることが可能である。そして、このインク充填用凹部に充填されて形成されるインク層は、インク充填用凹部の形状を忠実に転写するためバラつきのない均一な層となる。
【００２５】
（２）基板の表面にネガ型のレジスト材料を塗布し、マスクを介して露光、現像すると、インク充填用凹部に相当する領域のレジスト材料が除去される。そして、これをエッチングすることにより前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００２６】
この工程において、ネガ型のレジストは、露光された部分が現像液に溶けにくくなる合成樹脂である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部の形成領域以外の領域に光を当てると、インク充填用凹部の形成領域以外の領域においてレジストは溶けにくくなる。つまり、インク充填用凹部の形成領域では、レジストは溶けやすいままである。
【００２７】
そして、現像するとインク充填用凹部の形成領域以外の領域ではレジストが残り、インク充填用凹部の形成領域ではレジストが除去される。こうして、インク充填用凹部の形成領域以外の領域においてレジストで基板を覆い、この基板の表面に対してエッチングを行うと、インク充填用凹部を形成することができる。
【００２８】
（３）基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部の形成領域をレーザ光によって直接露光し、現像し、エッチングによって前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００２９】
この工程によれば、上記（１）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００３０】
（４）基板の表面にネガ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部を除く領域をレーザ光によって直接露光し、現像し、エッチングによって前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００３１】
この工程によれば、上記（２）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００３２】
（５）基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域においてマスクを介して前記レジストを露光、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００３３】
この工程において、ポジ型のレジストは、露光された部分が現像液に溶けやすくなる合成樹脂である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部に対応する領域以外の領域を露光すると、インク充填用凹部に対応する領域においてはレジストは溶けにくく、インク充填用凹部に対応する領域以外の領域においてレジストは溶けやすくなる。
【００３４】
そして、現像するとインク充填用凹部に対応する領域以外のレジストが除去され、インク充填用凹部に対応する領域ではレジストが残る。こうして残ったレジストは、凸型となる。
【００３５】
したがって、基板及びレジストを型として、これらの表面に金属層を形成すれば、レジストが凸型となって、インク充填用凹部を有する原盤を製造することができる。
【００３６】
このインク充填用凹部は、リソグラフィによってパターン化されたレジストを凸型とし、この凸型から金属製原盤が形成される。金属製原盤は剥離性に優れ、転写不良を押さえることができる。
【００３７】
（６）基板の表面にネガ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域において光マスクを介して前記レジストを露光、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００３８】
この工程において、ネガ型のレジストは、露光された部分が現像液に溶けにくくなる合成樹脂である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部に対応する領域に光を当てると、インク充填用凹部に対応する領域においてはレジストは溶けにくく、インク充填用凹部に対応する領域以外の領域においてレジストは溶けやすいままとなる。
【００３９】
そして、現像するとインク充填用凹部に対応する領域以外のレジストが除去され、インク充填用凹部に対応する領域ではレジストが残る。こうして残ったレジストは、凸型となる。
【００４０】
したがって、基板及びレジストを型として、これらの表面に金属層を形成すれば、レジストが凸型となって、インク充填用凹部を有する原盤を製造することができる。
【００４１】
このインク充填用凹部は、リソグラフィによってパターン化されたレジストを凸型とし、この凸型から金属製原盤が形成される。金属製原盤は剥離性に優れ、転写不良を押さえることができる。
【００４２】
（７）前記第１工程は、基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域を除いてレーザ光により露光、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００４３】
この工程によれば、上記（５）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００４４】
（８）基板の表面にネガ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域をレーザ光により直接露光し、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００４５】
また、前記基板自体をエッチングしてインク充填用凹部を形成するときには、シリコンウエーハを基板とすることが好ましい。シリコンウエーハをエッチングする技術は、半導体デバイスの製造技術として用いられており、高精度の加工が可能である。
【００４６】
この工程によれば、上記（６）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００４７】
本発明は、前記第１工程後、前記第２工程前に、前記インク充填用凹部に低撥水性のインク受容層を形成することが好ましい。
【００４８】
例えば、水性インクを使用した場合、シリコンウエーハのような表面撥水性の原盤を用いると、インクの表面エネルギーより原盤の表面エネルギーが小さいので、インクはウエーハ表面で濡れを引き起こしにくい。したがって、インクジェット装置のインク吐出駆動部により飛行エネルギーを与えられたインク滴は、着弾時に原盤上に定着せず輪転し、近隣に存在するインク滴同士は凝集して所望のパターニングがしにくい。また、同様の原因により、着弾時にインク滴が原盤にぶつかったショックで飛散し、周囲のインクと混じり合い、混色する場合がある。
【００４９】
そこで、インク充填用凹部に低撥水性のインク受容層を形成することで、パターニングを容易にして、周囲のインクとの混じり合いを防止することができる。
【００５０】
上記インク受容層は、例えば、セラミックス、セルロース、又は親水性樹脂で形成することが好ましい。
【００５１】
次に、第２工程では、前記インクをインクジェット方式によって充填することが好ましい。
【００５２】
インクジェット方式によれば、インクの充填を高速化できるとともに、インクを無駄にすることがない。
【００５３】
また、第２工程では、前記インク充填用凹部に、インクとの密着性の低い材質からなる離型層を形成してから前記インクを充填することが好ましい。こうすることで、原盤からの型抜きを良好に行うことができる。離型層として、例えば、ニッケルやクロムの薄膜などが挙げられる。
【００５４】
あるいは、前記第２工程で充填されるインクに、離型剤を添加しておいてもよい。
【００５５】
さらに、第２工程では、前記インク充填用凹部に充填された前記インクを熱処理して溶剤を蒸発させて顔料を残す工程を含むことが好ましい。こうして、インクの溶剤を飛ばしてから、第３工程で樹脂層を形成することで、インク層の転写不良を防止することができる。
【００５６】
また、第２工程で充填される前記インクは、放射線硬化型のものであることが好ましい。
【００５７】
あるいは、第３工程で塗布される前記樹脂は、放射線あるいは熱硬化性のものであることが好ましい。
【００５８】
特に、インク及び樹脂のいずれもが放射線あるいは熱硬化性のものである場合には、インクが固化する前に樹脂を塗布し、両者同時に放射線を当てて同時に固化させることができる。
【００５９】
また、第３工程で、樹脂層の上に光透過性の補強板を載せる工程を含むようにすれば、カラーフィルタの強度を向上させることができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の第１の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【００６１】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１０の上にレジスト１２を塗布する。
【００６２】
基板１０は、表面をエッチングして原盤とするためのもので、ここではシリコンウエーハが用いられる。シリコンウエーハをエッチングする技術は、半導体デバイスの製造技術において確立されており、高精度なエッチングが可能である。なお、基板１０は、エッチングが可能な材料であれば、シリコンウエーハに限らずガラス基板であってもよい。
【００６３】
レジスト１２は、いわゆるポジ型のもので、露光された部分が現像液により選択的に除去される物質である。
【００６４】
次に、図２（ｂ）に示すように、マスク１４をレジスト１２の上に配置し、マスク１４を介してレジスト１２の所定領域のみを放射線１６によって露光する。
【００６５】
マスク１４は、図２（ｅ）に示すインク充填用凹部２０の形成領域のみに放射線が透過するよう形成されたものである。また、インク充填用凹部２０は、製造しようとするカラーフィルタの各色の形状又は配列に応じて形成されるもので、例えば、１０型のＶＧＡ仕様の液晶表示パネルでは、約１００μｍピッチで、６４０×４８０×３（色）で９０万画素、つまり約９０万個のインク充填用凹部２０が形成される。
【００６６】
そして、露光した後これを現像液で現像すると、図２（ｃ）に示すように、インク充填用凹部２０の領域のレジストのみが選択的に除去され、レジスト１２が残る。
【００６７】
こうしてレジスト１２がパターン化されると、図２（ｄ）に示すように、エッチングを行う。
【００６８】
例えば、エッチングとして反応性イオンエッチングを用いる場合を例に説明すると、電極間に基板１０を配置して、フッ素ラジカル等の活性種１８を基板１０の表面に引き寄せることにより基板１０をエッチングする。反応性イオンエッチングによれば、ガス種、流量、ガス圧、バイアス電圧等のエッチング条件変更することにより、インク充填用凹部にテーパーを付けたり、面を粗したり、矩形に形成したりと、所望の形状にエッチングすることができる。
【００６９】
次に、エッチングが完了すると、レジスト１２を除去して、インク充填用凹部２０を有する基板１０を原盤２２とする。
【００７０】
この原盤２２は、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため経済的である。また、原盤２２の製造工程は、二枚目以降のカラーフィルタの製造工程において省略でき、工程数の減少、及びコスト削減を図ることができる。
【００７１】
こうして、原盤２２が得られた後の工程を図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す。図１（ａ）において、原盤２２のインク充填用凹部２０に対向させてインクジェット方式によりインクを吐出するヘッド２４を配置してある。
【００７２】
ヘッド２４は、例えばインクジェットプリンタ用に実用化されたもので、インク充填用凹部２０のピッチに対応させてインクを吐出できるようになっている。
【００７３】
例えば、このヘッド２４を、駆動周波数５ｋＨｚ（１秒間に５０００回の吐出）でインクを吐出する吐出口を５個、２列に配列し、一つのインク充填用凹部２０にインクを３滴ずつ吐出するとすれば、約９０万画素の１０型ＶＧＡ仕様のカラーフィルタ用の基板のインク充填用凹部２０にインクを充填するのに要する時間は、
９０万×３滴／（５０００回×５個×２列）＝約５４秒
となる。ここで、ヘッド２４がインク充填用凹部２０、２０間を移動する時間を考慮しても、２〜３分程度で基板にインクを充填することができる。
【００７４】
なお、顔料分散法等によれば、フォトリソグラフィによる１色毎の形成時間が１０分程度かかる為、１枚約３０分の時間が必要となる。これと比較すると、本実施の形態では、インクの充填に２〜３分、その後の樹脂塗布から剥離までの工程で１〜２分程度の時間で形成可能であり、従来と比べて短時間でカラーフィルタが形成できる。
【００７５】
図１（ａ）では、ヘッド２４によって、例えば赤インクＲ、緑インクＧ、青インクＢをインク充填用凹部２０に吐出して、インク層２６を形成する様子を示してある。これらのインクは、色材を含有する放射線硬化性のものでよい。
【００７６】
なお、材質によっては、原盤２２とインク層２６及び樹脂層２８との密着性が高くなる場合があり、インク層２６及び樹脂層２８を、固化後に一体的に原盤２２から剥離する際に、部分的にインク層２６や樹脂層２８が欠落することが考えられる。
【００７７】
そこで、各インクを吐出する前に、原盤２２におけるインク充填用凹部２０を有する表面に離型剤を塗布又はインクに予め添加しておき、その後の工程で各インク層２６及び樹脂層２８が離型しやすいようにすることが好ましい。
【００７８】
そして、全てのインク充填用凹部２０にインクを充填する。そして、インクに溶剤を含むものは、熱処理を行ってインクの溶剤をとばす。この熱処理は、１００〜２００℃で、ホットプレートを用いた場合は２〜５分、ベイク炉で行う場合は２０〜３０分程度行うことが好ましい。また、インク層２６は、溶剤を飛ばすと収縮するが、収縮後の厚みで必要なカラー濃度が確保できるだけの量を充填しておくことが必要である。
【００７９】
次に、図１（ｂ）に示すように、インク層２６の上に樹脂層２８を形成し、さらにその上にガラス板２９を載せる。
【００８０】
例えば、放射線硬化型のポリマからなる樹脂を、インク層２６の上から原盤２２に塗布して樹脂層２８を形成する。そして、この樹脂層２８の上に、補強のためのガラス板２９を載せて放射線を当て、ガラス板２９に接着するように樹脂層２８を固まらせたものである。なお、用途によっては、ガラス板２９の代わりにフィルム基板を用いることもできる。
【００８１】
なお、樹脂層２８及びインク層２６に同時に放射線を当てて、両者を同時に固まらせてもよい。
【００８２】
こうして、インク層２６、樹脂層２８及びガラス板２９が一体化すると、これらを原盤２２から剥離して、図１（ｃ）に示すカラーフィルタの完成品を得ることができる。
【００８３】
このカラーフィルタによれば、従来のようなＢＭを持たないにもかからわず、インク充填用凹部２０が正確にインク層２６に写し取られる構成のため、均一な厚みで、隣接画素と混色のない高コントラストのカラーフィルタが得られる。
【００８４】
さらに、必用に応じてインク層２６上にオーバーコート層を成形し、透明電極及び配向膜を付けて、アレイに装着することになる。
【００８５】
上記実施態様では、ポジ型のレジスト１２を用いたが、ネガ型のレジストを用いてもよく、この場合には、上記マスク１４とはパターンが反転したマスクが用いられる。あるいは、マスクを使用せずに、レーザによって直接基板１０上に形成されたレジストを露光してもよい。
【００８６】
（第２の実施形態）
次に、図３（ａ）〜図３（ｅ）は、本発明の第２の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【００８７】
まず、図３（ａ）に示すように、基板３０にレジスト３２を塗布し、マスク３４をレジスト３２の上に配置し、マスク３４を介してレジスト３２の所定領域のみを露光する。
【００８８】
ここで、レジスト３２は、図２（ａ）〜図２（ｅ）のものと同一であるため説明を省略する。また、マスク３４は、図２（ａ）〜図２（ｅ）のマスク１４と、パターンが反転している点でのみ相違する。
【００８９】
つまり、マスク３４は、図３（ｅ）に示すインク充填用凹部に相当する領域のレジストを選択的に除去するためのものである。このインク充填用凹部４２は、図２（ｅ）のインク充填用凹部２０と同一形状のものである。
【００９０】
こうして、露光を行い現像すると、図３（ｂ）に示すように、インク充填用凹部４２を形成するための凸型として、一部のレジスト３２が残る。
【００９１】
そして次に、図３（ｃ）に示すように、凸型としてのレジスト３２の上に金属層３８を形成する。例えば、レジスト３２の表面にスパッタリング等によってニッケルの膜を形成して表面導体化して、電気メッキ法によりさらにニッケルを電着させることで、金属層３８を形成し、これを原盤４４とする。
【００９２】
さらに、この金属層３８だけでは強度が弱い場合には、樹脂等によって補強層４０を形成して固め（図３（ｄ））、これらを基板３０及びレジスト３２から剥離することで原盤４４とすることも可能である（図３（ｅ））。この原盤４４は、図２（ｅ）の原盤２２と同一形状のものである。
【００９３】
こうして、原盤２２が得られると、引き続いて図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す工程を行うことで、カラーフィルタを得ることができる。
【００９４】
この実施態様においても、ネガ型のレジストを用い、あるいは、マスクを使用せずにレーザによって直接基板３０上に形成されたレジストを露光してもよい。
【００９５】
（第３の実施形態）
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
【００９６】
まず、上述した第１の実施形態と同様にして、基板１０をエッチングしてインク充填用凹部２０を有する原盤２２を製造する。そして、図４（ａ）に示すように、この原盤２２の上に離型性を向上させる材質の離型層２５を形成する。
【００９７】
離型層２５としては、金属が好適である。離型層２５の形成方法として、例えば、制御性が良くかつ経済的なスパッタ法を用いることができる。ただし、スパッタ法に限定されるものではなく、その他に、真空蒸着法、ＣＶＤ法等を用いてもよい。なお、金属層の厚みは、数十〜数千Åほどで良い。
【００９８】
金属材料としては、ニッケル、クロムが好ましい。これらは、容易かつ経済的に原盤２２上に薄膜を形成できるものである。しかも、顔料や染料インク等のインク材料との密着性が低い。特に、透過性が優れ樹脂層として好適なアクリレート系の樹脂との密着性が低い。
【００９９】
そして、図４（ｂ）に示すように、ヘッド２４によってインクＲ，Ｇ，Ｂを吐出して、インク層２６を形成する。
【０１００】
このカラーフィルタ製造方法によれば、離型層２５が形成されているので、固化後のインク層２６及び樹脂層２８（図１（ｂ）参照）を、欠落や転写不良がなく、原盤２２から一体的に剥離することができる。そして、均一な厚みで、隣接画素と混色の無い高コントラストのカラーフィルタを高い良品率で得られる。また、剥離される際に原盤２２にかかる応力を小さくすることができるため、原盤２２の耐久性が著しく向上させることができて経済的である。さらには、原盤２２、インク層２６及び樹脂層２８の材質の制約がかなり少なくなり、材料選定の際の選択幅が広がるという効果が期待できる。
【０１０１】
なお、本発明に係る実施形態においては、図５に示すように、原盤５０に形成されたインク充填用凹部５２に、インク受容層５４を形成することが好ましい。こうすることで、インク５６の濡れ性を向上させることができる。なお、インク受容層５４は、カラーフィルタの完成品から剥離されてよく、あるいはカラーフィルタと一体化して原盤５０から剥離されるようにしてもよい。
【０１０２】
【実施例】
次に、インク受容層の有無に関する実験結果を説明する。
【０１０３】
（実施例１）
４インチのシリコンウエーハ基板をフォトリソグラフィーの工程を経て、インク充填用凹部（幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、深さ１μｍ、間隔２１０μｍ）のパターンを数本形成し、これを原盤とした。この原盤に、アルミナコーティング剤ＧＡ−８（西村硝子工業社製）をディッピングにて塗布し、基板にインク受容層を形成した。インクジェットプリント装置により、線幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、間隔２１０μｍの直線を各色２０本ずつ描画するように設定し、印字を行った。インクは、水性の顔料インクを使用し、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色を用いた。比較例として、アルミナコートをしないシリコンウエーハ基板を用意し、同様の印字を行った。印字後、５分間放置し、ホットプレートにて１２０℃にて１０分間加熱してインクの溶媒を蒸発させ、顔料を凝集、固着させた。各々の印字結果を目視にて観察し、パターニングの善し悪しを評価した。結果を次の表に掲げる。
【０１０４】
【表１】
印字結果は、直線性および連続性の２項目について目視評価した。直線性とは、印字された線が曲がらずに印字されているかの評価である。また、連続性とは、印字された直線が印字に切れ目のない連続したものであるかどうかの評価である。コーティングありの基板では、印字結果が良好であった。他方、コーティング無しの基板では、基板表面の水濡れ性が悪く、インク滴が基板表面を転がり、隣接するインク滴同士が凝集するため、印字された直線は歪曲し、印字は途切れ途切れの不連続な線分になった。したがって、セラミックスコートにより、水性インクとのマッチングがとれた結果、印字品質の良い印字が可能となった。
【０１０５】
（実施例２）
４インチのシリコンウエーハ基板をフォトリソグラフィーの工程を経て、対角２．５インチのカラーフィルタ用のインク充填用凹部（縦８０μｍ、縦２４０μｍ、深さ１０μｍ、これらのパターン間隔は１０μｍ）のパターンを形成し、これを原盤とした。この原盤に、ヒドロキシプロピルセルロース（日本曹達製、ＨＰＣ−Ｌ）の水溶液をスピンコートにて塗布し、原盤にインク受容層を形成した。インクジェットプリント装置により、各々の画素にインクが入るように設定し、印字を行った。インクは、水性の顔料インクでレッド、グリーン、ブルーの３色を用いた。比較例として、インク受容層の無いシリコンウエーハ原盤を用意し、同様の印字を行った。印字後、５分間放置し、ホットプレートにて１２０℃にて１０分間加熱し、インクの溶媒を蒸発させ、顔料を凝集、固着させた。各々の印字結果を光学顕微鏡にて観察し、印字の善し悪しを評価した。結果を次の表に掲げる。
【０１０６】
【表２】
コーティングありの原盤は、隣接画素へのインクの飛散や滲みはなく、印字結果は良好であった。他方コーティング無しの基板では、インク滴が基板表面を輪転・飛散し、隣接するインク滴同士が凝集するため混色や滲みを起こし、印字されたカラーフィルタのパターンは、精細性に欠けるものとなった。したがって、セルロース誘導体のコーティングにより、水性インクとのマッチングがとれた結果、印字品質の良い印字が可能となった。
【０１０７】
（実施例３）
アクリル樹脂基板をプラズマエッチングの工程を経て、インク充填用凹部（幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、深さ５μｍ、間隔２１０μｍ）のパターンを数本形成し、これを原盤とした。この原盤に、ポリビニルアルコール（クラレ製、ＰＶＡ１１７）をインクジェットプリント装置により塗布した。インクジェットプリント装置により、線幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、間隔２１０μｍの直線を２０本描画するように設定し、印字を行った。インクは、水性の顔料インクでブラックを用いた。比較例として、コーティングをしないアクリル樹脂原盤を用意し、同様の印字を行った。印字後、１日放置し、インクの溶媒を蒸発させ、顔料を凝集、固着させた。各々の印字結果を目視にて観察し、パターニングの善し悪しを評価した。結果を次の表に掲げる。
【０１０８】
【表３】
コーティングありの原盤は、印字結果は良好であった。他方、コーティング無しの原盤では、インク滴が基板表面を転がり、隣接するインク滴同士が凝集するため、印字された直線は歪曲し、印字は途切れ途切れの不連続な線分になった。したがって、樹脂コートにより、基板は親水化され、水性インクとのマッチングがとれた結果、印字品質の良い印字が可能となった。
【０１０９】
なお、インク受容層を形成する材料は従来公知のものを使用することができる。耐熱性等を考慮すると、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、イミド系樹脂が好適であり、更に水性インクと吸収性を考慮すると、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体が望ましい。その形成方法としては、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等の方法を用いることができる。表面グラフト重合法により高分子鎖を導入してもよい。また、インク受容層をインクジェット法により塗布・形成する方法は、材料の損失が無く、非常に有効な塗布方法と言える。さらにセラミックス層を形成する方法として、ゾルゲル法、電着法およびスパッタ法による従来公知の薄膜形成技術が応用できる。
【０１１０】
（その他の実験データ）
図１（ｂ）に示す原盤２２から、インク層２６、樹脂層２８及びガラス板２９を剥離して、図１（ｃ）に示すカラーフィルタの完成品を得るときに、インク層２６がある程度堅牢な膜を作らないと剥離されないことが実験で判明した。インク層２６が堅牢な膜を作るには、所定の温度が必要である。
【０１１１】
例えば、エマルジョンタイプのインクの最低造膜温度は６０〜８０℃である。アクリル樹脂タイプのインクは、６０〜１００℃で硬化する。なお、加熱温度の最高値は、色材の耐熱性によって決定される。色材として顔料が使用されるときには３００℃、染料が使用されるときには１２０〜２００℃が加熱温度の最高値である。
【０１１２】
ただし、加熱方法によって温度及び時間が異なる。例えば、ホットプレート上では、１１０℃で１０〜１２０分間の加熱が必要である。あるいは、オーブン内では１２０℃で１０〜１２０分間、真空乾燥機では１００℃で１０〜１２０分間の加熱が必要である。
【０１１３】
次に、インクについて、インクジェット方式にて充填するときには、ヘッドを保護するために、粘度が１０ｃｐｓ以下で、表面張力が３０ｄｙｎｅ前後で、水系のものが望ましい。具体的には、熱硬化タイプ、放射線硬化タイプのインクが上げられる。
【０１１４】
熱硬化タイプのものとして、顔料インク及び染料インクがあり、これらの組成を次表に示す。
【０１１５】
１）顔料インク（エマルジョンタイプ）：耐熱性３００℃
【表４】
２）染料インク（アクリル樹脂タイプ）：耐熱性１２０℃〜２００℃
【表５】
放射線硬化タイプの顔料インクの組成を次表に示す。
【０１１６】
【表６】
次に、色材の具体例を次表に示す。
【０１１７】
１）顔料
【表７】
なお、この他にも、紫色系、黄色系、シアニン系およびマゼンタ系の顔料等を併用することも可能である。
【０１１８】
２）染料
【表８】
次に、離型剤の具体例を挙げると、４級アンモニウムクロライド化合物、アルキル酸性リン酸エステル化合物、又は撥水性フッ素化合物などがある。これらの離型剤を０．０１〜０．２％溶かしたイソプロピルアルコール溶液を、スピンコートまたはディップコートにより塗布して使用したところ、剥離を容易に行うことができた。あるいは、これらの離型剤は、インクに０．０１〜０．２％添加しても同様であった。または、金／チオールの薄膜を原盤に形成しても同様である。
【０１１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施形態における原盤が得られた後の工程を示す図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の第１の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、本発明の第２の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る工程を示す図である。
【図５】インク充填用凹部にインク受容層を形成した原盤の断面を示す図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ レジスト
１４ マスク
１６ 放射線
１８ 活性元素
２０ インク充填用凹部
２２ 原盤
２６ インク層
２８ 樹脂層
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネル等に用いられるカラーフィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
液晶表示パネル等のカラーフィルタを製造する方法として、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法などがある。
【０００３】
染色法は、染色用材料である水溶性高分子材料に感光剤を添加して感光し、これをリソグラフィ工程でパターニングしたのち、染色液に浸漬し着色パターンを得る方法である。
【０００４】
例えば、まず、ガラス基板の上にブラックマトリクス（以下、ＢＭという）を形成する。そして、水溶性高分子材料に感光剤を添加して光が当たれば溶媒に溶解しにくくなるようにした染色用材料を、ＢＭの形成された基板に塗布する。次に、マスクを通して染色用材料の一部のみを露光し現像することで、第一のカラー領域にのみ染色用材料が残るようパターニングする。そして、この染色用材料を染色液に浸漬して染色し、固着させることで第一の着色層が形成される。この工程を３回繰り返すことで３色のカラーフィルタが形成される。
【０００５】
この染色法で製造されたカラーフィルタは、透過率が高くて色が鮮やかな反面、耐光性、耐熱性及び吸湿性において劣るという特性がある。
【０００６】
次に、顔料分散法は、顔料を分散した感光性樹脂を基板に塗布し、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、という工程を繰り返す方法である。上記染色法が、染色用材料をパターニングしてから染色する方法であったのに対して、顔料分散法は、予め着色された感光性樹脂を基板に塗布するものである。そして、顔料分散法にて製造されたカラーフィルタは、耐性が高いものの透過率が多少低いという特性を持っている。
【０００７】
さらに、上記感光性樹脂は、少なくとも塗布された７０％以上が除去・廃棄され材料の利用効率で大きな課題を有する。
【０００８】
印刷法は、熱硬化性樹脂に顔料を分散させた塗料を繰り返し印刷によって３色を塗り分け、樹脂を熱硬化させて着色層を形成する方法である。この印刷法は、工程が簡易であるものの、平坦性に劣るものである。
【０００９】
電着法は、パターニングされた透明電極を基板に設けておき、これを顔料・樹脂・電解液等の入った電着塗装液に浸漬して第一色を電着させる。そして、この工程を３回繰り返し最後に焼成する方法である。この電着法は、平坦性に優れているのでストライプパターンのカラー配列であれば有効であるが、モザイクパターンのようなカラー配列を形成することは困難である。
【００１０】
以上の製造方法のうち、印刷法は精度の点で欠点があり、電着法はパターンが限定されるという欠点があったので、従来、染色法及び顔料分散法が主として用いられてきた。しかし、染色法及び顔料分散法は、第１色、第２色、第３色の領域を形成する際に毎回リソグラフィの工程が必要であり、カラーフィルタの量産性向上の大きな妨げとなっていた。
【００１１】
そこで、特開平７−１４６４０６号公報には、ＢＭの形成されたガラス基板にインク受容層を形成し、インクジェット方式によってこのインク受容層を染色することによりカラーフィルタの量産性を向上させる方法が開示されている。
【００１２】
しかしこの方法では、同一画素内においてもその着色濃度にバラつきを生じ、各画素に対応する一つのフィルタ領域内においても、その中央部と周囲部とでは透過率に差が出てカラー濃度にムラができてしまう。そこで、このような問題点を回避するために着色領域を画素領域よりも大きくし、不要な領域を予め基板に形成されたＢＭで隠すことにより透過率のバラつきを防いでいる。つまり、ＢＭがこのようなバラつきを押さえるための重要な要素となっている。
【００１３】
なお、ＢＭのこのような必要性は上述のようなインクジェット方式に限らず、従来の染色法又は顔料分散法においても同様である。
【００１４】
しかし、ＢＭは、スパッタ等によって基板全面にＣｒ薄膜を膜付けし、不要な部分をエッチングして形成するため、その形成に非常に多くの工数が必要となる。
【００１５】
あるいは、スパッタの代わりに、特開平１−２１７３０２号公報に開示されるように、感光性材料でＢＭを形成する方法もあるが、これにおいてもＢＭは必要不可欠な要素である。
【００１６】
また、近年、液晶表示パネルの開口率を上げるために、ＢＭをアレイ基板に設ける技術が提案されており、ＢＭを必要としないカラーフィルタの製造方法が期待されている。
【００１７】
本発明は、上述したような課題を解決するものであり、その目的は、ＢＭを必要としないほど透過率、色バラつきのないカラーフィルタを、簡単な工程で製造するためのカラーフィルタの製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、所定配列の複数のインク充填用凹部を有する原盤を製造する第１工程と、それぞれのインク充填用凹部に、予め設定された色のインクを充填してインク層を形成する第２工程と、前記インクの充填された原盤上に樹脂を塗布し、光透過性を有する樹脂層を形成する第３工程と、前記インク層及び樹脂層を、固化後に一体的に前記原盤から剥離する第４工程と、を含む。
【００１９】
本発明は、要するに、原盤を型としてインク層及び樹脂層を形成し、これらを一体的に固めてカラーフィルタとする方法である。そして、インクを充填して形成されるインク層は均一の厚みで、シャープなエッジを有するようになる。したがって、カラー濃度にむらのないカラーフィルタを得ることができる。
【００２０】
また、原盤は、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため、経済的である。また、第１工程は、二枚目以降のカラーフィルタの製造工程において省略でき、工程数の減少、及びコスト削減を図ることができる。
【００２１】
第１工程として、具体的には例えば次の工程がある。
【００２２】
（１）基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部の形成領域に光が透過するマスクを介して前記レジストを露光、現像し、エッチングによって前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００２３】
この工程において、ポジ型のレジストは、露光された部分が現像液により選択的に除去される物質である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部の形成領域に光を当てると、この領域のレジストは溶けやすくなる。そして、現像するとインク充填用凹部に相当する領域のレジストのみが除去される。こうして、インク充填用凹部の形成領域以外の領域においてレジストで基板を覆い、この基板の表面に対してエッチングを行うと、インク充填用凹部を形成することができる。なお、エッチングとしては、ウェットエッチング、ドライエッチング等があるが、制御性の点からいうと反応性イオンエッチングが優れる。
【００２４】
こうして、エッチングによって形成されるインク充填用凹部は、エッチング条件を変えることにより、その形状及び面粗さを高精度かつ自由にコントロールすることが可能である。そして、このインク充填用凹部に充填されて形成されるインク層は、インク充填用凹部の形状を忠実に転写するためバラつきのない均一な層となる。
【００２５】
（２）基板の表面にネガ型のレジスト材料を塗布し、マスクを介して露光、現像すると、インク充填用凹部に相当する領域のレジスト材料が除去される。そして、これをエッチングすることにより前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００２６】
この工程において、ネガ型のレジストは、露光された部分が現像液に溶けにくくなる合成樹脂である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部の形成領域以外の領域に光を当てると、インク充填用凹部の形成領域以外の領域においてレジストは溶けにくくなる。つまり、インク充填用凹部の形成領域では、レジストは溶けやすいままである。
【００２７】
そして、現像するとインク充填用凹部の形成領域以外の領域ではレジストが残り、インク充填用凹部の形成領域ではレジストが除去される。こうして、インク充填用凹部の形成領域以外の領域においてレジストで基板を覆い、この基板の表面に対してエッチングを行うと、インク充填用凹部を形成することができる。
【００２８】
（３）基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部の形成領域をレーザ光によって直接露光し、現像し、エッチングによって前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００２９】
この工程によれば、上記（１）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００３０】
（４）基板の表面にネガ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部を除く領域をレーザ光によって直接露光し、現像し、エッチングによって前記基板に前記インク充填用凹部を形成して原盤を製造する工程。
【００３１】
この工程によれば、上記（２）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００３２】
（５）基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域においてマスクを介して前記レジストを露光、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００３３】
この工程において、ポジ型のレジストは、露光された部分が現像液に溶けやすくなる合成樹脂である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部に対応する領域以外の領域を露光すると、インク充填用凹部に対応する領域においてはレジストは溶けにくく、インク充填用凹部に対応する領域以外の領域においてレジストは溶けやすくなる。
【００３４】
そして、現像するとインク充填用凹部に対応する領域以外のレジストが除去され、インク充填用凹部に対応する領域ではレジストが残る。こうして残ったレジストは、凸型となる。
【００３５】
したがって、基板及びレジストを型として、これらの表面に金属層を形成すれば、レジストが凸型となって、インク充填用凹部を有する原盤を製造することができる。
【００３６】
このインク充填用凹部は、リソグラフィによってパターン化されたレジストを凸型とし、この凸型から金属製原盤が形成される。金属製原盤は剥離性に優れ、転写不良を押さえることができる。
【００３７】
（６）基板の表面にネガ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域において光マスクを介して前記レジストを露光、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００３８】
この工程において、ネガ型のレジストは、露光された部分が現像液に溶けにくくなる合成樹脂である。したがって、マスクを介してインク充填用凹部に対応する領域に光を当てると、インク充填用凹部に対応する領域においてはレジストは溶けにくく、インク充填用凹部に対応する領域以外の領域においてレジストは溶けやすいままとなる。
【００３９】
そして、現像するとインク充填用凹部に対応する領域以外のレジストが除去され、インク充填用凹部に対応する領域ではレジストが残る。こうして残ったレジストは、凸型となる。
【００４０】
したがって、基板及びレジストを型として、これらの表面に金属層を形成すれば、レジストが凸型となって、インク充填用凹部を有する原盤を製造することができる。
【００４１】
このインク充填用凹部は、リソグラフィによってパターン化されたレジストを凸型とし、この凸型から金属製原盤が形成される。金属製原盤は剥離性に優れ、転写不良を押さえることができる。
【００４２】
（７）前記第１工程は、基板の表面にポジ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域を除いてレーザ光により露光、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００４３】
この工程によれば、上記（５）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００４４】
（８）基板の表面にネガ型のレジストを塗布し、前記インク充填用凹部に対応する領域をレーザ光により直接露光し、現像した後、前記基板及びレジストの表面を導体化して電気メッキ方法により金属を電着させて金属層を形成し、この金属層を前記基板及びレジストから剥離して原盤とする工程。
【００４５】
また、前記基板自体をエッチングしてインク充填用凹部を形成するときには、シリコンウエーハを基板とすることが好ましい。シリコンウエーハをエッチングする技術は、半導体デバイスの製造技術として用いられており、高精度の加工が可能である。
【００４６】
この工程によれば、上記（６）の工程と比較して、マスクが不要となる。
【００４７】
本発明は、前記第１工程後、前記第２工程前に、前記インク充填用凹部に低撥水性のインク受容層を形成することが好ましい。
【００４８】
例えば、水性インクを使用した場合、シリコンウエーハのような表面撥水性の原盤を用いると、インクの表面エネルギーより原盤の表面エネルギーが小さいので、インクはウエーハ表面で濡れを引き起こしにくい。したがって、インクジェット装置のインク吐出駆動部により飛行エネルギーを与えられたインク滴は、着弾時に原盤上に定着せず輪転し、近隣に存在するインク滴同士は凝集して所望のパターニングがしにくい。また、同様の原因により、着弾時にインク滴が原盤にぶつかったショックで飛散し、周囲のインクと混じり合い、混色する場合がある。
【００４９】
そこで、インク充填用凹部に低撥水性のインク受容層を形成することで、パターニングを容易にして、周囲のインクとの混じり合いを防止することができる。
【００５０】
上記インク受容層は、例えば、セラミックス、セルロース、又は親水性樹脂で形成することが好ましい。
【００５１】
次に、第２工程では、前記インクをインクジェット方式によって充填することが好ましい。
【００５２】
インクジェット方式によれば、インクの充填を高速化できるとともに、インクを無駄にすることがない。
【００５３】
また、第２工程では、前記インク充填用凹部に、インクとの密着性の低い材質からなる離型層を形成してから前記インクを充填することが好ましい。こうすることで、原盤からの型抜きを良好に行うことができる。離型層として、例えば、ニッケルやクロムの薄膜などが挙げられる。
【００５４】
あるいは、前記第２工程で充填されるインクに、離型剤を添加しておいてもよい。
【００５５】
さらに、第２工程では、前記インク充填用凹部に充填された前記インクを熱処理して溶剤を蒸発させて顔料を残す工程を含むことが好ましい。こうして、インクの溶剤を飛ばしてから、第３工程で樹脂層を形成することで、インク層の転写不良を防止することができる。
【００５６】
また、第２工程で充填される前記インクは、放射線硬化型のものであることが好ましい。
【００５７】
あるいは、第３工程で塗布される前記樹脂は、放射線あるいは熱硬化性のものであることが好ましい。
【００５８】
特に、インク及び樹脂のいずれもが放射線あるいは熱硬化性のものである場合には、インクが固化する前に樹脂を塗布し、両者同時に放射線を当てて同時に固化させることができる。
【００５９】
また、第３工程で、樹脂層の上に光透過性の補強板を載せる工程を含むようにすれば、カラーフィルタの強度を向上させることができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の第１の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【００６１】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１０の上にレジスト１２を塗布する。
【００６２】
基板１０は、表面をエッチングして原盤とするためのもので、ここではシリコンウエーハが用いられる。シリコンウエーハをエッチングする技術は、半導体デバイスの製造技術において確立されており、高精度なエッチングが可能である。なお、基板１０は、エッチングが可能な材料であれば、シリコンウエーハに限らずガラス基板であってもよい。
【００６３】
レジスト１２は、いわゆるポジ型のもので、露光された部分が現像液により選択的に除去される物質である。
【００６４】
次に、図２（ｂ）に示すように、マスク１４をレジスト１２の上に配置し、マスク１４を介してレジスト１２の所定領域のみを放射線１６によって露光する。
【００６５】
マスク１４は、図２（ｅ）に示すインク充填用凹部２０の形成領域のみに放射線が透過するよう形成されたものである。また、インク充填用凹部２０は、製造しようとするカラーフィルタの各色の形状又は配列に応じて形成されるもので、例えば、１０型のＶＧＡ仕様の液晶表示パネルでは、約１００μｍピッチで、６４０×４８０×３（色）で９０万画素、つまり約９０万個のインク充填用凹部２０が形成される。
【００６６】
そして、露光した後これを現像液で現像すると、図２（ｃ）に示すように、インク充填用凹部２０の領域のレジストのみが選択的に除去され、レジスト１２が残る。
【００６７】
こうしてレジスト１２がパターン化されると、図２（ｄ）に示すように、エッチングを行う。
【００６８】
例えば、エッチングとして反応性イオンエッチングを用いる場合を例に説明すると、電極間に基板１０を配置して、フッ素ラジカル等の活性種１８を基板１０の表面に引き寄せることにより基板１０をエッチングする。反応性イオンエッチングによれば、ガス種、流量、ガス圧、バイアス電圧等のエッチング条件変更することにより、インク充填用凹部にテーパーを付けたり、面を粗したり、矩形に形成したりと、所望の形状にエッチングすることができる。
【００６９】
次に、エッチングが完了すると、レジスト１２を除去して、インク充填用凹部２０を有する基板１０を原盤２２とする。
【００７０】
この原盤２２は、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため経済的である。また、原盤２２の製造工程は、二枚目以降のカラーフィルタの製造工程において省略でき、工程数の減少、及びコスト削減を図ることができる。
【００７１】
こうして、原盤２２が得られた後の工程を図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す。図１（ａ）において、原盤２２のインク充填用凹部２０に対向させてインクジェット方式によりインクを吐出するヘッド２４を配置してある。
【００７２】
ヘッド２４は、例えばインクジェットプリンタ用に実用化されたもので、インク充填用凹部２０のピッチに対応させてインクを吐出できるようになっている。
【００７３】
例えば、このヘッド２４を、駆動周波数５ｋＨｚ（１秒間に５０００回の吐出）でインクを吐出する吐出口を５個、２列に配列し、一つのインク充填用凹部２０にインクを３滴ずつ吐出するとすれば、約９０万画素の１０型ＶＧＡ仕様のカラーフィルタ用の基板のインク充填用凹部２０にインクを充填するのに要する時間は、
９０万×３滴／（５０００回×５個×２列）＝約５４秒
となる。ここで、ヘッド２４がインク充填用凹部２０、２０間を移動する時間を考慮しても、２〜３分程度で基板にインクを充填することができる。
【００７４】
なお、顔料分散法等によれば、フォトリソグラフィによる１色毎の形成時間が１０分程度かかる為、１枚約３０分の時間が必要となる。これと比較すると、本実施の形態では、インクの充填に２〜３分、その後の樹脂塗布から剥離までの工程で１〜２分程度の時間で形成可能であり、従来と比べて短時間でカラーフィルタが形成できる。
【００７５】
図１（ａ）では、ヘッド２４によって、例えば赤インクＲ、緑インクＧ、青インクＢをインク充填用凹部２０に吐出して、インク層２６を形成する様子を示してある。これらのインクは、色材を含有する放射線硬化性のものでよい。
【００７６】
なお、材質によっては、原盤２２とインク層２６及び樹脂層２８との密着性が高くなる場合があり、インク層２６及び樹脂層２８を、固化後に一体的に原盤２２から剥離する際に、部分的にインク層２６や樹脂層２８が欠落することが考えられる。
【００７７】
そこで、各インクを吐出する前に、原盤２２におけるインク充填用凹部２０を有する表面に離型剤を塗布又はインクに予め添加しておき、その後の工程で各インク層２６及び樹脂層２８が離型しやすいようにすることが好ましい。
【００７８】
そして、全てのインク充填用凹部２０にインクを充填する。そして、インクに溶剤を含むものは、熱処理を行ってインクの溶剤をとばす。この熱処理は、１００〜２００℃で、ホットプレートを用いた場合は２〜５分、ベイク炉で行う場合は２０〜３０分程度行うことが好ましい。また、インク層２６は、溶剤を飛ばすと収縮するが、収縮後の厚みで必要なカラー濃度が確保できるだけの量を充填しておくことが必要である。
【００７９】
次に、図１（ｂ）に示すように、インク層２６の上に樹脂層２８を形成し、さらにその上にガラス板２９を載せる。
【００８０】
例えば、放射線硬化型のポリマからなる樹脂を、インク層２６の上から原盤２２に塗布して樹脂層２８を形成する。そして、この樹脂層２８の上に、補強のためのガラス板２９を載せて放射線を当て、ガラス板２９に接着するように樹脂層２８を固まらせたものである。なお、用途によっては、ガラス板２９の代わりにフィルム基板を用いることもできる。
【００８１】
なお、樹脂層２８及びインク層２６に同時に放射線を当てて、両者を同時に固まらせてもよい。
【００８２】
こうして、インク層２６、樹脂層２８及びガラス板２９が一体化すると、これらを原盤２２から剥離して、図１（ｃ）に示すカラーフィルタの完成品を得ることができる。
【００８３】
このカラーフィルタによれば、従来のようなＢＭを持たないにもかからわず、インク充填用凹部２０が正確にインク層２６に写し取られる構成のため、均一な厚みで、隣接画素と混色のない高コントラストのカラーフィルタが得られる。
【００８４】
さらに、必用に応じてインク層２６上にオーバーコート層を成形し、透明電極及び配向膜を付けて、アレイに装着することになる。
【００８５】
上記実施態様では、ポジ型のレジスト１２を用いたが、ネガ型のレジストを用いてもよく、この場合には、上記マスク１４とはパターンが反転したマスクが用いられる。あるいは、マスクを使用せずに、レーザによって直接基板１０上に形成されたレジストを露光してもよい。
【００８６】
（第２の実施形態）
次に、図３（ａ）〜図３（ｅ）は、本発明の第２の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【００８７】
まず、図３（ａ）に示すように、基板３０にレジスト３２を塗布し、マスク３４をレジスト３２の上に配置し、マスク３４を介してレジスト３２の所定領域のみを露光する。
【００８８】
ここで、レジスト３２は、図２（ａ）〜図２（ｅ）のものと同一であるため説明を省略する。また、マスク３４は、図２（ａ）〜図２（ｅ）のマスク１４と、パターンが反転している点でのみ相違する。
【００８９】
つまり、マスク３４は、図３（ｅ）に示すインク充填用凹部に相当する領域のレジストを選択的に除去するためのものである。このインク充填用凹部４２は、図２（ｅ）のインク充填用凹部２０と同一形状のものである。
【００９０】
こうして、露光を行い現像すると、図３（ｂ）に示すように、インク充填用凹部４２を形成するための凸型として、一部のレジスト３２が残る。
【００９１】
そして次に、図３（ｃ）に示すように、凸型としてのレジスト３２の上に金属層３８を形成する。例えば、レジスト３２の表面にスパッタリング等によってニッケルの膜を形成して表面導体化して、電気メッキ法によりさらにニッケルを電着させることで、金属層３８を形成し、これを原盤４４とする。
【００９２】
さらに、この金属層３８だけでは強度が弱い場合には、樹脂等によって補強層４０を形成して固め（図３（ｄ））、これらを基板３０及びレジスト３２から剥離することで原盤４４とすることも可能である（図３（ｅ））。この原盤４４は、図２（ｅ）の原盤２２と同一形状のものである。
【００９３】
こうして、原盤２２が得られると、引き続いて図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す工程を行うことで、カラーフィルタを得ることができる。
【００９４】
この実施態様においても、ネガ型のレジストを用い、あるいは、マスクを使用せずにレーザによって直接基板３０上に形成されたレジストを露光してもよい。
【００９５】
（第３の実施形態）
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
【００９６】
まず、上述した第１の実施形態と同様にして、基板１０をエッチングしてインク充填用凹部２０を有する原盤２２を製造する。そして、図４（ａ）に示すように、この原盤２２の上に離型性を向上させる材質の離型層２５を形成する。
【００９７】
離型層２５としては、金属が好適である。離型層２５の形成方法として、例えば、制御性が良くかつ経済的なスパッタ法を用いることができる。ただし、スパッタ法に限定されるものではなく、その他に、真空蒸着法、ＣＶＤ法等を用いてもよい。なお、金属層の厚みは、数十〜数千Åほどで良い。
【００９８】
金属材料としては、ニッケル、クロムが好ましい。これらは、容易かつ経済的に原盤２２上に薄膜を形成できるものである。しかも、顔料や染料インク等のインク材料との密着性が低い。特に、透過性が優れ樹脂層として好適なアクリレート系の樹脂との密着性が低い。
【００９９】
そして、図４（ｂ）に示すように、ヘッド２４によってインクＲ，Ｇ，Ｂを吐出して、インク層２６を形成する。
【０１００】
このカラーフィルタ製造方法によれば、離型層２５が形成されているので、固化後のインク層２６及び樹脂層２８（図１（ｂ）参照）を、欠落や転写不良がなく、原盤２２から一体的に剥離することができる。そして、均一な厚みで、隣接画素と混色の無い高コントラストのカラーフィルタを高い良品率で得られる。また、剥離される際に原盤２２にかかる応力を小さくすることができるため、原盤２２の耐久性が著しく向上させることができて経済的である。さらには、原盤２２、インク層２６及び樹脂層２８の材質の制約がかなり少なくなり、材料選定の際の選択幅が広がるという効果が期待できる。
【０１０１】
なお、本発明に係る実施形態においては、図５に示すように、原盤５０に形成されたインク充填用凹部５２に、インク受容層５４を形成することが好ましい。こうすることで、インク５６の濡れ性を向上させることができる。なお、インク受容層５４は、カラーフィルタの完成品から剥離されてよく、あるいはカラーフィルタと一体化して原盤５０から剥離されるようにしてもよい。
【０１０２】
【実施例】
次に、インク受容層の有無に関する実験結果を説明する。
【０１０３】
（実施例１）
４インチのシリコンウエーハ基板をフォトリソグラフィーの工程を経て、インク充填用凹部（幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、深さ１μｍ、間隔２１０μｍ）のパターンを数本形成し、これを原盤とした。この原盤に、アルミナコーティング剤ＧＡ−８（西村硝子工業社製）をディッピングにて塗布し、基板にインク受容層を形成した。インクジェットプリント装置により、線幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、間隔２１０μｍの直線を各色２０本ずつ描画するように設定し、印字を行った。インクは、水性の顔料インクを使用し、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色を用いた。比較例として、アルミナコートをしないシリコンウエーハ基板を用意し、同様の印字を行った。印字後、５分間放置し、ホットプレートにて１２０℃にて１０分間加熱してインクの溶媒を蒸発させ、顔料を凝集、固着させた。各々の印字結果を目視にて観察し、パターニングの善し悪しを評価した。結果を次の表に掲げる。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
（実施例２）
４インチのシリコンウエーハ基板をフォトリソグラフィーの工程を経て、対角２．５インチのカラーフィルタ用のインク充填用凹部（縦８０μｍ、縦２４０μｍ、深さ１０μｍ、これらのパターン間隔は１０μｍ）のパターンを形成し、これを原盤とした。この原盤に、ヒドロキシプロピルセルロース（日本曹達製、ＨＰＣ−Ｌ）の水溶液をスピンコートにて塗布し、原盤にインク受容層を形成した。インクジェットプリント装置により、各々の画素にインクが入るように設定し、印字を行った。インクは、水性の顔料インクでレッド、グリーン、ブルーの３色を用いた。比較例として、インク受容層の無いシリコンウエーハ原盤を用意し、同様の印字を行った。印字後、５分間放置し、ホットプレートにて１２０℃にて１０分間加熱し、インクの溶媒を蒸発させ、顔料を凝集、固着させた。各々の印字結果を光学顕微鏡にて観察し、印字の善し悪しを評価した。結果を次の表に掲げる。
【０１０６】
【表２】
【０１０７】
（実施例３）
アクリル樹脂基板をプラズマエッチングの工程を経て、インク充填用凹部（幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、深さ５μｍ、間隔２１０μｍ）のパターンを数本形成し、これを原盤とした。この原盤に、ポリビニルアルコール（クラレ製、ＰＶＡ１１７）をインクジェットプリント装置により塗布した。インクジェットプリント装置により、線幅７０μｍ、長さ２０ｍｍ、間隔２１０μｍの直線を２０本描画するように設定し、印字を行った。インクは、水性の顔料インクでブラックを用いた。比較例として、コーティングをしないアクリル樹脂原盤を用意し、同様の印字を行った。印字後、１日放置し、インクの溶媒を蒸発させ、顔料を凝集、固着させた。各々の印字結果を目視にて観察し、パターニングの善し悪しを評価した。結果を次の表に掲げる。
【０１０８】
【表３】
【０１０９】
なお、インク受容層を形成する材料は従来公知のものを使用することができる。耐熱性等を考慮すると、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、イミド系樹脂が好適であり、更に水性インクと吸収性を考慮すると、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体が望ましい。その形成方法としては、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等の方法を用いることができる。表面グラフト重合法により高分子鎖を導入してもよい。また、インク受容層をインクジェット法により塗布・形成する方法は、材料の損失が無く、非常に有効な塗布方法と言える。さらにセラミックス層を形成する方法として、ゾルゲル法、電着法およびスパッタ法による従来公知の薄膜形成技術が応用できる。
【０１１０】
（その他の実験データ）
図１（ｂ）に示す原盤２２から、インク層２６、樹脂層２８及びガラス板２９を剥離して、図１（ｃ）に示すカラーフィルタの完成品を得るときに、インク層２６がある程度堅牢な膜を作らないと剥離されないことが実験で判明した。インク層２６が堅牢な膜を作るには、所定の温度が必要である。
【０１１１】
例えば、エマルジョンタイプのインクの最低造膜温度は６０〜８０℃である。アクリル樹脂タイプのインクは、６０〜１００℃で硬化する。なお、加熱温度の最高値は、色材の耐熱性によって決定される。色材として顔料が使用されるときには３００℃、染料が使用されるときには１２０〜２００℃が加熱温度の最高値である。
【０１１２】
ただし、加熱方法によって温度及び時間が異なる。例えば、ホットプレート上では、１１０℃で１０〜１２０分間の加熱が必要である。あるいは、オーブン内では１２０℃で１０〜１２０分間、真空乾燥機では１００℃で１０〜１２０分間の加熱が必要である。
【０１１３】
次に、インクについて、インクジェット方式にて充填するときには、ヘッドを保護するために、粘度が１０ｃｐｓ以下で、表面張力が３０ｄｙｎｅ前後で、水系のものが望ましい。具体的には、熱硬化タイプ、放射線硬化タイプのインクが上げられる。
【０１１４】
熱硬化タイプのものとして、顔料インク及び染料インクがあり、これらの組成を次表に示す。
【０１１５】
１）顔料インク（エマルジョンタイプ）：耐熱性３００℃
【表４】
【表５】
【０１１６】
【表６】
【０１１７】
１）顔料
【表７】
【０１１８】
２）染料
【表８】
【０１１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施形態における原盤が得られた後の工程を示す図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の第１の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、本発明の第２の実施形態における原盤を製造する工程を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る工程を示す図である。
【図５】インク充填用凹部にインク受容層を形成した原盤の断面を示す図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ レジスト
１４ マスク
１６ 放射線
１８ 活性元素
２０ インク充填用凹部
２２ 原盤
２６ インク層
２８ 樹脂層
Claims (15)
- 基板の表面にレジストを塗布し、インク充填用凹部の形成領域に所定のパターンが形成されたマスクを介して前記レジストを露光、現像し、反応性イオンエッチングによって前記基板に前記インク充填用凹部を形成して、所定配列の複数の前記インク充填用凹部を有する原盤を製造する第１工程と、
それぞれのインク充填用凹部に、予め設定された色のインクを充填してインク層を形成する第２工程と、
前記インクの充填された原盤上に樹脂を塗布し、光透過性を有する樹脂層を形成する第３工程と、
前記インク層及び樹脂層を、固化後に一体的に前記原盤から剥離する第４工程と、
を含むカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記レジストは、ポジ型のレジストであるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記レジストは、ネガ型のレジストであるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記基板は、シリコンウエーハであるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項４のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第１工程後、前記第２工程前に、前記インク充填用凹部に低撥水性のインク受容層を形成するカラーフィルタの製造方法。 - 請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記インク受容層は、セラミックスにより形成されるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記インク受容層は、セルロース誘導体であるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記インク受容層は、親水性樹脂であるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項８のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第２工程で、前記インクをインクジェット方式によって充填するカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項９のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第２工程で、前記インク充填用凹部を有する前記原盤表面に、前記インクとの密着性の低い材質からなる離型層を形成してから前記インクを充填するカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項９のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第２工程で充填されるインクは、離型剤が添加されているカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項１１のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第２工程で、前記インク充填用凹部に充填された前記インクを熱処理して溶剤を蒸発させて色材を残す工程を含むカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項１１のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第２工程で充填される前記インクは、感光剤を含有して感光化され、放射線硬化性のものであるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項１３のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第３工程で滴下される前記樹脂は、感光剤を含有して感光化され、放射線硬化性のものであるカラーフィルタの製造方法。 - 請求項１から請求項１４のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記第３工程で、樹脂層の上に光透過性を有する補強板を載せる工程を含むカラーフィルタの製造方法。
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