JPH09189806A - カラーフィルターおよびその製造方法ならびに液晶パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面段差の少ない優れたカラーフィルターお
よびそれを低コストにて製造する方法、さらにはそのカ
ラーフィルターを具備する画像品位の高い液晶パネルを
提供する。 【解決手段】 基板上にインク吸収性の樹脂層を形成
し、その層に選択的硬化領域を形成し、インク付与によ
って所定の着色部位を形成しつつそのインク付与による
膨潤にて樹脂層表面を隆起させ、基板全面に遮光性樹脂
を塗布し、その遮光性樹脂を硬化し、その基板の表面を
研磨等によって所定の深さだけ除去して前記着色部位を
露出させることで互いに遮光部によって隔てられた複数
の画素を形成するという工程でカラーフィルターを製造
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、カラーフィルター
およびその製造方法ならびにそのフィルターを用いた液
晶表示装置に関し、特にインクジェット記録技術を用い
たカラーフィルターならびにその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の携帯型パーソナルコンピュータ、
小型液晶テレビ、薄型液晶カラーテレビなどの発達に伴
い、液晶ディスプレイの需要が増加している。そのなか
でもカラー画像表示用の液晶ディスプレイの成長は著し
い。カラー液晶ディスプレイは、液晶組成物、スイッチ
ング素子、偏光板、配向膜、ガラス基板、カラーフィル
ター等の材料から構成される。

【０００３】カラーフィルターは透明基板上に光透過率
の異なる複数の着色部材（一般的には赤、青、緑）によ
り構成され、各着色部材が画素として機能する。各画素
の間には表示コントラストを高めるために遮光部材が設
けられており、一般にこの遮光部材は黒色であることか
らブラックマトリクスと呼ばれている。またこのブラッ
クマトリクスは、カラーフィルターに対向する基板側に
設けられることもある。

【０００４】通常、ブラックマトリクスは金属クロムの
蒸着膜やスパッタリング膜にエッチング処理を施して形
成される。このほかにも、ガラス等から成る透明基板の
上にそのほぼ全面にわたって、ＩＴＯ等から成る透明な
導電性下地膜を成膜しその上に顔料分散法等により画素
部を形成し、画素間のＩＴＯ膜を利用し電着法によりブ
ラックマトリックスを形成する方法、ガラス等から成る
透明基板の上に黒色の感光性樹脂から成る被膜を形成
し、上記樹脂膜をフォトリソグラフィー法によりパター
ニングし、赤、緑、青のカラーフィルター間の間隙に対
応するブラックマトリクスを形成する方法等が挙げられ
る。

【０００５】画素を構成する着色部材の形成方法につい
ては、顔料を分散した感光性樹脂を用いる方法；染色性
のある樹脂層をフォトリソグラフィーを用いてパターニ
ングし染色することによる方法；基板上に電極をパター
ニングし、電極上に色素を電着させる方法；印刷を用い
る方法がある。さらには、低コストな形成方法としてイ
ンクジェット法を用いる方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のカラーフィルタ
ーの製造方法に比して、インクジェット法を用いたカラ
ーフィルターの製造方法は工程が短く、またコスト的に
有利である。

【０００７】インクジェット法によりカラーフィルター
を形成する際、一般にＲＧＢの３色のインクを吐出する
ことで着色を行ってカラーフィルターを形成する。しか
しながらその際、インク吸収性を有する樹脂層（以下、
インク受容層とする）をインク付与される層として用い
る場合、そのインク受容層が膨潤するという特徴があ
り、着色部と非着色部との間に段差が生じる。

【０００８】こうした表面段差の大きいカラーフィルタ
ーを用いて、例えば液晶パネルを組み上げた場合、著し
く画像品位が低下するという問題があった。具体的に
は、アクティブマトリクス液晶パネルでは，０．３μｍ
以下、特に単純マトリクス液晶パネルでは０．１μｍ以
下の平坦性が求められる。

【０００９】また、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色剤の種類や量によ
って膨潤量も異なるため、こうした色間での段差の違い
も平坦性低下の一因となり、画像品位低下の原因となっ
ていた。

【００１０】こうした問題に対して、着色画素部上に平
坦化層を塗布することによって段差をより小さくする方
法がある。しかしながら、もとの表面段差が大きいと平
坦化層を厚膜化したり多層化する必要があるため、透過
率が低下してしまうという欠点があった。

【００１１】そこで本発明の目的は、これらの問題点を
解決し、表面段差の少ない優れたカラーフィルターおよ
びそれを低コストにて製造する方法、さらにはそのカラ
ーフィルターを具備する画像品位の高い液晶パネルを提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、透光性基板上
にインク吸収性を有する樹脂層を形成し；該樹脂層に選
択的硬化領域を形成し；該樹脂層の前記選択的硬化領域
を除く領域に、インクジェット法によるインク付与によ
って所定のパターンで所定の色の着色部位を形成しつつ
そのインク付与による膨潤にて樹脂層表面を隆起させ；
該基板上に全面にわたり遮光性樹脂を塗布し；該遮光性
樹脂を硬化し；該基板の表面を研磨等の方法で所定の深
さだけ除去して前記着色部位を露出させることで、互い
に遮光部によって隔てられた複数の画素を形成するカラ
ーフィルターの製造方法、その方法によって製造される
カラーフィルター、ならびにそのカラーフィルターを具
備したカラーフィルター基板と、該フィルター基板に対
向する対向基板を有し、両基板間に液晶が封入されてい
る液晶パネルを提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を詳しく説明する。

【００１４】図１は、本発明のカラーフィルターの製造
方法の１例の手順を示す工程図であり、本図において、
１は基板、２は光硬化型インク受容層、３はフォトマス
ク、４はインクジェットヘッド、５は遮光性樹脂（塗
料）、６は研磨フィルム、７は加圧ローラーである。

【００１５】まず透光性基板上に、選択的硬化処理によ
り硬化可能なインク受容層を設ける（図１（ａ））。

【００１６】本発明のカラーフィルターに用いられる透
光性基板としては、一般的なガラス基板のほか、カラー
フィルターとしての透明性、機械的強度等の必要特性を
有するものであればガラス基板に限定されるものではな
く、プラスチックなどの基板を採用することもできる。

【００１７】本発明において用いることができるインク
受容層を構成する材料は、光照射により架橋反応が進行
するものであることが必要であり、少なくとも１種類の
感光性単量体を含む複数種の単量体から得られる共重合
体と光反応開始剤とを含む。

【００１８】そのような感光性単量体の例としては、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−
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等
を挙げることができるが、それらに限るものではない。
その他に上記共重合体を構成し得る単量体の例として
は、アクリル酸、メタクリル酸などのカルボキシル基含
有ビニル系単量体；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、ヒドロキシメチルア
クリレート、ヒドロキシエチルアクリレート等の水酸基
を有したビニル系単量体；イソプロポキシメチルアクリ
ルアミド、アクリルアミド、メタクリルアミドなどのア
ミド類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアク
リル酸エステ；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；スチレン、α−メチルス
チレン用のスチレン系化合物；酢酸ビニル、プロピオン
酸ビニル等のビニルカルボン酸類；アクリロニトリル；
アリルアミン、ビニルアミン等のアミン類などを挙げる
ことができるが、それらに限るものではない。

【００１９】次に、光反応開始剤としては特に限定され
るものではないが、オニウム塩、ハロゲン化トリアジン
化合物が好ましく用いられる。

【００２０】上記組成物中の光重合開始剤の配合量は、
樹脂に対し重量比で０．０１〜２０％が好ましい。

【００２１】次に、インク受容層に選択的な硬化処理を
施し、ブラックマトリクスを設ける領域を選択的に硬化
させる（図１（ｂ））。

【００２２】硬化は、光照射あるいは光照射／熱処理の
併用によって行うことが望ましい。さらには、フォトマ
スクを介して露光を行った後熱処理を施して硬化領域を
形成することがより望ましい。

【００２３】次いで、非硬化領域にインクジェットヘッ
ドを用いてＲ，Ｇ，Ｂの各色のインクを吸収させること
により着色すると同時にインク受容層を膨張させる（図
１（ｃ））。

【００２４】インクジェット法としては、熱エネルギー
による方式あるいは機械エネルギーによる方式等が挙げ
られるが、いずれの方式も適宜採用することができる。

【００２５】使用するインク材料としては、インクジェ
ット法に用いることができるものを適宜採用することが
できる。インクの着色剤としては、各種の染料あるいは
顔料の中からたとえばＲ，Ｇ，Ｂの各画素に要求される
透過スペクトルに適合するものを適宜選択する。また、
用いるインク受容層材料を膨潤させる性質を持つものが
望ましい。

【００２６】その後、インクを乾燥させてから熱処理を
行い、樹脂層を完全硬化させる。

【００２７】次にカラーフィルター基板全面にわたり遮
光性樹脂を塗布する（図１（ｄ））。その際の塗布方法
としては、スピンコート法、ロールコート法、ディップ
コート法などを用いることができる。次いで、遮光性樹
脂を硬化させる。この硬化では、熱硬化あるいは光硬化
等により全面を硬化させても良い。

【００２８】次いで、その基板上の着色部位が遮光性樹
脂膜から露出し、規定の面積を有する画素となるまで、
遮光性樹脂およびインク受容層の着色部位を、表面が十
分平坦になるようなやり方で研磨する（図１（ｅ））。
研磨は、全ての画素上の遮光性樹脂層が完全に除去さ
れ、着色部位の露出部が色とは無関係に等面積となるま
で着色部位の上部も併せて行うことが望ましい。研磨剤
としてバフや研磨フィルムを用いる方法等が挙げられる
が、いかなる方式も適宜採用することができる。

【００２９】そのようにして、表面が非常に平坦なカラ
ーフィルターを得ることができる（図１（ｆ））。

【００３０】さらにカラーフィルター表面を溶剤等から
保護するため、熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂にて
保護層を形成してもよい。

【００３１】図２に、本発明によるカラーフィルターを
組み込んだＴＦＴカラー液晶パネルの１例の断面を示
す。なおその形態はその図に示した例に限定されるもの
ではない。

【００３２】カラー液晶パネルは、一般的にカラーフィ
ルター基板と対向基板を合わせ込み、液晶化合物を封入
することにより形成される。液晶パネルの―方の基板の
内側に、ＴＦＴ（不図示）と透明な画素電極がマトリク
ス状に形成される。また、もう―方の基板の内側には、
画素電極に対向する位置にＲＧＢの色材が配列するよう
カラーフィルターが設置され、その上に透明な対向電極
（共通電極）が一面に形成される。さらに、両基板の面
内には配向膜が形成されており、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
イトとしては蛍光灯（不図示）と散乱板（不図示）の組
合せが一般的に用いられており、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。

【００３３】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明はそれに限定されるものではない。本発
明は本発明の目的が達成される範囲内で構成要素を公知
技術と変更、置換したものをも包含する。

【００３４】（実施例１）表面研磨した無アルカリガラ
ス（２００ｍｍ角、厚さ１．１ｍｍ）上に、下記に示す
アクリル系重合体からなる感光性樹脂組成物を塗布して
樹脂層を形成した。

【００３５】具体的には感光性樹脂組成物をスピンナー
塗布した後、９０℃で２０分間プリベーク処理を行い、
膜厚２μｍの感光性樹脂層を形成した。

【００３６】 感光性樹脂組成物 メチルメタクリレート ５．０重量部 ヒドロキシメチルメタクリレート ３．０重量部 Ｎ−メチロールアクリルアミド ２．０重量部 からなる３元共重合体 トリフェニルスルホニウムトリフラート（ミドリ化学製ＴＰＳ−１０５） ０．３重量部 エチルセルソルブ ８９．７重量部。

【００３７】次いで、ブラックマトリクスが形成される
べき領域に開口部を有するフォトマスクを介して、感光
性樹脂層の一部をパターン露光し、さらに１２０℃のホ
ットプレート上で１分間熱処理を行った。この工程によ
り、樹脂層の部分的な硬化処理がなされた。

【００３８】次いで、ＲＧＢ各色のインクをインクジェ
ットヘッドより吐出させ、未硬化部位にインクを浸潤さ
せて着色するとともに未硬化部位を膨潤させた。インク
ドット形成後、９０℃で２０分間インク乾燥を行った。
引き続き２３０℃で３０分間の熱処理を行って、樹脂組
成物層を硬化させた。

【００３９】その結果、着色部位と非着色部位の膜厚差
は約１．２μｍとなった。

【００４０】次に、黒色塗料ヒタゾルＬＣＤ−ＢＭ（商
品名、日立粉末治金製）をスピンコーターにて膜厚１．
５μｍとなるように塗布し、１００℃で２０分間の乾燥
を行った。

【００４１】次に、研磨条件としてアルミナ粉末を用い
た研磨テープ（＃１０００）を用い、加圧ローラーにて
２ｋｇ／ｃｍ²の圧力にて黒色樹脂表面および着色部位
の研磨を行った。研磨は全ての画素上の黒色樹脂が完全
に除去され、着色部位の露出部が色とは無関係にず等面
積となるまで着色部位の上部も併せて研磨した。このよ
うにして得られたカラーフィルター表面の段差は０．１
５μｍと非常に小さかった。

【００４２】このように、本例で得られたカラーフィル
ターは表面段差が非常に小さく、しかも平坦化膜を使用
する必要がないことから、平坦化膜による透過率低下を
起こすこともない。

【００４３】さらにこのようにして作製されたカラーフ
ィルターを用いてＳＴＮ液晶パネルを作製・駆動したと
ころ、高精細なカラー表示が可能であった。

【００４４】（比較例１）ガラス基板上に、フォトレジ
ストＯＦＰＲ−８００（商品名；東京応化工業製）を膜
厚１μｍとなるように形成し、ブラックマトリクス用の
フォトマスクを介して露光し、現像処理を行った後、９
０℃で２０分間の乾燥を行ってレジストパターンを形成
した。

【００４５】引き続きレジストパターン上に、実施例１
で用いたものと同じ黒色塗料を膜厚１μｍとなるように
塗布し、１００℃で２０分間の乾燥を行った後、水酸化
ナトリウム水溶液中に浸漬してレジストパターンを剥離
することで、ブラックマトリクスを形成した。

【００４６】次いで、実施例１で用いた感光性樹脂組成
物を膜厚１μｍとなるように塗布した後、９０℃で２０
分間プリベーク処理を行った。

【００４７】次いで、ブラックマトリクスの幅よりも狭
い開口部を有するフォトマスクを介してブラックマトリ
クスの形成された部分の樹脂層の一部をパターン露光
し、さらに１２０℃のホットプレート上で１分間熱処理
を行い、樹脂層の部分的な硬化処理を行った。

【００４８】次いで、ＲＧＢ各色のインクをインクジェ
ットヘッドより吐出させ、未硬化部位にインクを浸潤さ
せ着色した後、９０℃で２０分間インク乾燥を行い、引
き続き２３０℃で３０分間の熱処理を行って樹脂組成物
層を硬化させた。この時点での硬化部位と未硬化部位の
膜厚差は約０．９μｍとなった。

【００４９】次に、二液性の熱硬化型樹脂組成物オプト
マーＳＳ−６６８８（商品名；日本合成ゴム社製）を膜
厚２μｍとなるように塗布し、９０℃で３０分間のプリ
ベークを行った後、２００℃で３０分間の熱処理を行っ
て保護層を硬化させた。

【００５０】このようにして作製されたカラーフィルタ
ー表面の凹凸は０．４μｍであり、表面段差が目だっ
た。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のカラーフィ
ルターの製造法においては、インク吸収部の段差を埋め
る工程とブラックマトリクスを形成する工程とを一工程
とすることから工程が短縮され、さらに金属を使用しな
いブラックマトリクスを良好に形成できることから、低
コストにてカラーフィルターを得ることができる。しか
も、研磨工程を採用することにより、非常に優れた平坦
性を得ることができ、インクジェット法によるカラーフ
ィルターを単純マトリクス液晶パネルなどにも十分適用
できるものとすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカラーフィルターの製造方法の１
例の手順を示す工程図である。

【図２】本発明のカラーフィルターを具備する液晶パネ
ルの１例の模式的断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光硬化型インク受容層 ３ フォトマスク ４ インクジェットヘッド ５ 遮光性樹脂または塗料 ６ 研磨フィルム ７ 加圧ローラー

フロントページの続き (72)発明者 塩田 昭教 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性基板上にインク吸収性を有する樹
   脂層を形成し；該樹脂層に選択的硬化領域を形成し；該
   樹脂層の前記選択的硬化領域を除く領域に、インクジェ
   ット法によるインク付与によって所定のパターンで所定
   の色の着色部位を形成しつつそのインク付与による膨潤
   にて樹脂層表面を隆起させ；該基板上に全面にわたり遮
   光性樹脂を塗布し；該遮光性樹脂を硬化し；該基板の表
   面を所定の深さだけ除去して前記着色部位を露出させる
   ことで、互いに遮光部によって隔てられた複数の画素を
   形成するカラーフィルターの製造方法。
2. 【請求項２】 前記の基板上層部除去を、研磨によって
   行う請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の方法によって得
   られるカラーフィルター。
4. 【請求項４】 請求項３記載のカラーフィルターを具備
   したカラーフィルター基板と、該フィルター基板に対向
   する対向基板を有し、両基板間に液晶が封入されている
   液晶パネル。