(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基板上に分光特性の異なる複数の着色部材と、油性の遮光部材と、を選択的に配して構成するカラーフィルタの製造方法であって、
前記基板上に硬化処理により硬化可能な樹脂層を配する工程、
前記樹脂層に選択的な硬化処理を施し、前記樹脂層に選択的に硬化領域を形成する工程、
前記硬化領域上に前記遮光部材を配する工程及び、前記樹脂層の非硬化領域に前記着色部材を配する工程とを有し、前記遮光部材を配する工程の前に、あらかじめ前記樹脂層の非硬化領域に水を塗付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】
前記硬化処理が光照射を伴なって施される請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記着色部材がインク材料を用いたものである請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記インク材料が水性のものである請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記着色部材を配する工程がインクジェット法を用いてなされる請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記遮光部材がインク材料を用いたものである請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項７】
前記インク材料の色が黒色である請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】
前記遮光部材が転写方法を用いて配される請求項７に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項９】
前記インク材料の粘度が１００〜１０００ポイズの範囲にある請求項８に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１０】
前記遮光部材がスピンナー塗布法若しくはディッピング法を用いて配される請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１１】
前記インク材料の粘度が５〜１０００センチポイズの範囲にある請求項１０に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１２】
前記遮光部材を配する工程の前に、あらかじめ前記樹脂層の非硬化領域に水を塗布する請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１３】
前記遮光部材を配する工程の前に、前記樹脂層の非硬化領域に前記着色部材を配する工程を行なう請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の製造方法で製造したカラーフィルタを配した第１の基板と、画素電極を配した第２の基板と、の間に液晶材料を配して構成したことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カラーフィルタ、該カラーフィルタの製造方法及び該カラーフィルタを具備した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイパネルとして液晶表示装置の研究開発は拡大の一途をたどり液晶表示装置の市場規模は大きく広がっている。
【０００３】
液晶表示装置を構成する構成材料を大別すると、偏光板、ガラス基板、配向膜、液晶材料、スペーサ、カラーフィルタ等に分けられるが、この中でもカラーフィルタは、比較的価格が高いことから、妥当な価格の液晶表示装置の供給を可能とするためのキーポイントとなるといわれている。
【０００４】
液晶表示装置用のカラーフィルタは、透明基板上に分光特性の異なる複数の着色部材、一般的には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色部材を配して構成され、各着色部材が画素として機能する。
【０００５】
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。
【０００６】
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。画素を構成する着色部材の形成方法については、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した可染媒体を染色する方法、顔料分散感光性組成物を用いる方法、パターニングした電極を利用した電着法の他、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェット法を用いたカラーフィルタの製造方法については、従来のカラーフィルタの製造方法に比して、製造コストの削減が図れるものの、十分満足のゆくところまでは未だ低コスト化が図られていないのが実状である。
【０００８】
例えば、特開平４−１２３００６号公報には、ブラックマトリクスが形成された光透過性基板上に、感光性樹脂層及びシリコーンゴム層を積層した後、フォトリソグラフィ法を用いてブラックマトリクスが形成された領域以外の感光性樹脂層及びシリコーンゴム層を除去し、該除去した領域にインクジェット法を用いて着色部材を配するカラーフィルタの製造方法が開示されている。
【０００９】
特開平５−２３２３１３号公報には、以下の内容のカラーフィルタの製造方法が開示されている。即ち、まず、光透過性基板上に、感光性樹脂層及びシリコーンゴム層を積層した後、フォトリソグラフィ法を用いて感光性樹脂層及びシリコーンゴム層を選択的に除去し、該除去領域に遮光部材を塗布する。次いで、更にシリコーンゴム層を塗布した後、遮光部材が設けられた領域以外に設けられた感光性樹脂及びシリコーンゴム層を除去し、該除去領域にインクジェット法を用いて着色部材を配するというカラーフィルタの製造方法である。
【００１０】
上述した公開公報に開示されたカラーフィルタの製造方法については、解決すべき課題として具体的に、以下の２点が挙げられる。
【００１１】
即ち、（ｉ）フォトリソグラフィを用いたプロセスであり、露光後の現像工程が必要不可欠となり、工程が煩雑である。現時点における液晶表示装置の価格を考慮すると、製造設備及び製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を図る必要がある。（ｉｉ）シリコーンゴム層を積層しているため、その上に保護膜等を塗布できず、保護膜等を塗布する場合には、シリコーンゴム層の剥離が必要となる。この剥離工程は、比較的時間を要するものであり、低価格化を図る為には改善する必要がある。一方、保護膜を塗布しない場合には、カラーフィルタの耐久性及び安定性について不安が生ずる場合がある。
【００１２】
本発明は、上述した解決すべき技術的課題を解決し、工程数が少なく、製造コストの削減を図ったカラーフィルタの製造方法を提供することにある。本発明の別の目的は、混色、色ムラ、色抜けのないカラーフィルタを提供することにある。更に別の目的は、優れた画像を安定して表示できる液晶表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上述した課題を解決するため鋭意検討を行なってなされたものであり、下述する構成のものである。
【００１４】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、透光性を有する基板上に分光特性の異なる複数の着色部材と、油性の遮光部材と、を選択的に配して構成するカラーフィルタの製造方法であって、前記基板上に硬化処理により硬化可能な樹脂層を配する工程、前記樹脂層に選択的な硬化処理を施し、前記樹脂層に選択的に硬化領域を形成する工程、前記硬化領域上に前記遮光部材を配する工程及び、前記樹脂層の非硬化領域に前記着色部材を配する工程とを有し、前記遮光部材を配する工程の前に、あらかじめ前記樹脂層の非硬化領域に水を塗付することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の液晶表示装置は、本発明の製造方法で製造したカラーフィルタを配した第１の基板と、画素電極を配した第２の基板と、の間に液晶材料を配して構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明のカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタの具備する液晶表示装置によれば、上述した技術的課題が解決され、上述の目的が達成される。
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。図１は、本発明のカラーフィルタの１例を示す模式図である。図１において、１は透光性を有する基板、２は樹脂層、４は分光特性の異なる複数の着色部材、５は遮光部材である。６は保護膜であり、これは必要に応じて設けられるものである。カラーフィルタ上には例えば電極を構成するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜を形成してカラーフィルタ基板として用いることもでき、この際、保護膜上に透明導電膜を設けても良いし、保護膜を設けずに透明導電膜を設けても良い。
【００１８】
図２及び図３を用いて本発明のカラーフィルタの製造方法の１例を説明する。
本発明のカラーフィルタの製造方法の特徴の１つは、樹脂への露光後の現像工程が不要で製造プロセスが簡単なものとなり、カラーフィルタの製造コストが削減できること及び歩留りが向上することである。
【００１９】
まず、透光性基板１上に硬化処理により硬化可能な樹脂層２を配する（図２（Ａ））。樹脂層２に選択的な硬化処理を施し、遮光部材を設ける領域４を選択的に硬化させる（図２（Ｂ））。図２（Ｂ）に示した例では、フォトマスク７を介して光の照射を行ない露光により硬化領域４を形成している。この場合、露光後、露光領域を加熱（ＰＥＢ）して硬化を促進させるのが望ましい。
【００２０】
次いで、硬化領域４に遮光部材５を配する（図２（Ｃ））。非硬化領域３に分光特性の異なる複数の着色部材９（例えば、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー））を配する（図２（Ｄ））。図２（Ｄ）に示した例ではインクジェット記録装置８を用いて着色領域を形成している。この場合、着色部材が樹脂層の非硬化領域中に一部浸透し、一部は非硬化領域表面上に留まる。本明細書においては、樹脂層の非硬化領域中に浸透した着色部材及び非硬化領域表面上に存在する着色部材を含めて非硬化領域上の着色部材という。
【００２１】
このような工程によりカラーフィルタを製造すると、樹脂への露光後の現像工程を経ないことから製造コストの削減が図れる。図３を用いて、図２に示したプロセスに付加可能な工程について説明する。図３のＢ２に示した工程は、図２のＢの工程の後に行なうことができる工程であり、ここでは樹脂層の未硬化領域３に水分を付与して含水未硬化領域３１を形成している。
【００２２】
遮光部材５として油性のインク材料を用いる場合、含水未硬化領域３１と油性のインク材料とのなじみが悪くなり、遮光部材５の付着（よごれ）が抑制されるため未硬化領域への水分付与は有用である。また、水分付与の代わりに、未硬化領域３に水性インクを用いた着色材を先に配した後に遮光部材の油性インク材料を転写しても同様の効果が得られる。
【００２３】
図３のＤ２に示した工程は、図２のＤに示した工程の後に行なうことができる工程である。この工程は、樹脂層の非硬化領域上に着色部材９を配した後、非硬化領域を硬化させるものであり、ここでは光照射による例を示してある。
【００２４】
本発明において用いられる透光性基板としては、一般的なガラス基板の他、液晶用カラーフィルタとしての透明性、機械的強度等の必要特性を有するものであればプラスチックなどの基板をも採用することができる。
【００２５】
本発明において用いることができる樹脂層を構成する材料は、選択的な硬化処理が可能なものを採用し得る。硬化処理は、通常光照射により行なうことができるが、加熱により行なうこともできる。具体的な感光性樹脂としては、例えばアクリル系樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、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などのセルロース誘導体あるいはその変性物、等を挙げることができる。
【００２６】
これらの樹脂に光あるいは光と熱を供給して架橋反応を進行させるための光開始剤としては、重クロム酸塩、ビスアジド化合物、ラジカル系開始剤、カチオン系開始剤、アニオン系開始剤等が使用可能である。又これらの光開始剤を混合して、あるいは他の増感剤と組み合わせて使用することもできる。更にオニウム塩などの光酸発生剤を架橋剤と併用することも可能である。
【００２７】
感光性樹脂は、架橋反応が進行した領域（硬化領域）は水性の着色インクに対して、ぬれ性が悪く、インク吸収性が低下し、未反応の領域（非硬化領域）はぬれ性に優れ、インク吸収性があるものを採用するのが好ましい。
【００２８】
遮光部材を構成する材料としては、光の入射を防ぐことができる材料の中から適宜選択することができるが、形成工程の簡便性を考慮するとインク材料を採用するのが望ましく、インクの色は黒色のものが良い。インク材料については、前述のように付着（よごれ）の点を考慮すると油性のものを採用するのが望ましい。
【００２９】
油性インク材料の塗布方法としては、ロールコート塗布、スピナー塗布、ディップコートなどを採用することができる。
【００３０】
油性インク材料の塗布工程に際しては、予め樹脂層の未露光部に水を塗布または吸着させておくことにより、エツジの切れの良いより鮮明な遮光部材のパターンを形成できる。
【００３１】
具体的な油性インク材料は、通常の印刷インク材料を用いることができる。黒色インクを用いる場合、黒色着色物としては、カーボンブラックや、チタンブラック、鉄黒などの無機、有機の顔料が使用できる。転写方法を用いて遮光部材を形成する場合、印刷インクの中でも平版用インクが好適に用いられる。
【００３２】
この場合インクの粘度は、比較的高粘度のものが良く、１００〜１０００ポイズ（ｐｏｉｓｅ）の範囲のものを採用するのが好ましい。
【００３３】
スピンナー塗布法やディッピング法を用いて遮光部材を形成するためには、比較的低粘度、具体的には５〜１０００センチポイズ（ｃｐｏｉｓｅ）の範囲のものを採用するのが好ましい。
【００３４】
インク材料の固化に際しては、酸化重合、ゲル化蒸発乾燥、熱重合、ＵＶ重合の各タイプの方式を用いることができる。なかでも光または熱重合性のビニル基（例えば、アクリロイル基、メタアクリロイル基）を含むオリゴマーに光もしくは熱重合開始剤を混合したものをビヒクルとして用いたものを採用するのが作業性を考慮すると望ましい。
【００３５】
黒色油性インクには、画素を構成する着色部材を設ける際の混色を防止するために撥水性物質、例えば、シリコン化合物やフッ素化合物を添加するのが望ましい。
【００３６】
本発明においては、画素を構成する着色部材の形成には、インクジェット法を用いるのが望ましい。
【００３７】
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。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なかから、例えばＲ、Ｇ、Ｂの各画素に要求される透過スペクトルにあったものが適宜選択される。
【００３８】
画素部を構成する着色部材として用いられる着色インクとしては、常温で液体のものに限らず、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化するもの、もしくは液体であるもの、あるいは使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを採用することができる。遮光部材として油性インク材料を用いた場合、該油性インク材料とは相容性のない水性インク材料を画素部を構成する着色部材として用いるのが好ましい。この場合インク溶媒に水、アルコール、グリセロール等を用いることで着色インクを水性にすることができる。
【００３９】
次に、本発明のカラーフィルタを具備した液晶表示装置について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の液晶表示装置の１例を示す模式図である。図４において、１００は本発明のカラーフィルタであり、該カラーフィルタ上に保護膜４５、共通電極４６、配向膜４７を積層して第１の基板が構成されている。５１は透明基板であり、該基板上に画素電極５０、配向膜４９を配して第２の基板が構成されている。両基板の間には液晶材料４８が封入されている。４１、５２は偏光板、５３はバックライト光である。
【００４０】
図４に示した液晶表示装置においては、カラーフィルタ１００に液晶材料４８を介して対向する基板上に画素電極５０がマトリクス状に形成されている。カラーフィルタを構成する着色部材は、画素電極１０に対向する位置に例えばＲＧＢの色のものが配されている。
【００４１】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ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。
【００４２】
（実施例１）
表面研磨した無アルカリガラス（２００ｍｍ角／厚み１．１ｍｍ）上に下記に示す組成のアクリル系共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。
【００４３】
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施し、膜厚２μｍの感光性樹脂層を形成した。
【００４４】
【数１】
0003576627.tif 000002
【００４５】
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、熱処理を行なった。この工程により樹脂層の部分的な硬化処理がなされた。
【００４６】
部分硬化した感光性樹脂上に水をスピンコートした後、ＵＶ硬化性の油性黒色インク「ダイキュア  ＲＴ−７」（大日本インキ（株）製）をロール転写し、厚さ１．５μｍのブラックマトリクスのパターンを形成した。
【００４７】
次いで、表１に示す組成に調製したＲ、Ｇ、Ｂ各色の着色インクをインクジェットヘッドより噴射させブラックマトリクスの開口部に配した。
【００４８】
【表１】
0003576627.tif 000003
【００４９】
インクドット形成後、９０℃の温度で２０分間プリベークしたのち全面露光を行ない、引きつづき２３０℃で３０分間本ベークを行なった。
【００５０】
このようにしてＲ、Ｇ、Ｂのパターンが形成された被染色層上に透明保護膜として、熱硬化型樹脂（三洋化成（株）製ハイコートＬＣ２００１）をスピンナーを用いて乾燥膜厚が０．５μｍとなるように塗布し、１２０℃で３０分間のプリベーク、次に２００℃で３０分間の本ベークにより保護層を形成した。
【００５１】
このようにして形成したカラーフィルタを用いて液晶表示装置を作製した。
【００５２】
まず、カラーフィルタの画素を構成するＲ、Ｇ、Ｂパターンに対応して、ガラス基板上に薄膜トランジスタと画素電極を形成した後、ポリイミド配向膜を設けた所謂アクティブマトリクス基板を作製した。次いで、カラーフィルタ上に透明導電膜としてＩＴＯと、ポリイミド配向膜とを形成して対向基板を作製した。
【００５３】
アクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤を介して貼りあわせ、両基板の隙間にＴＮ（ツイストネマチック）液晶を封入した。この後、液晶を封入した基板の両側に偏光板を配すると共に、アクティブマトリクス基板側に冷陰極型平面蛍光ランプを配して液晶表示装置を構成した。
【００５４】
このようにして構成した液晶表示装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号を入力して画像表示を行なったところ、優れた画像を安定して表示できた。
【００５５】
長時間画像表示を行なったが、混色、色ムラ、色抜け等の障害は観察されなかった。
【００５６】
（参考例１）
黒色油性インクとして、５重量部の染料Ｃ．Ｉ．ソルベントブラック３をトルエン９５重量部に溶解した黒色油性インクを用いた以外実施例１と同様にしてブラックマトリクスを形成した。Ｒ、Ｇ、Ｂ、の着色部材の形成は、２００℃の温度で３０分間本ベークを行なった以外実施例１と同様にして行ない、保護膜を設けずにカラーフィルタを作製した。このようにして得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号を入力して画像表示を行なったところ、優れた画像を安定して表示できた。
【００５７】
長時間画像表示を行なったが、混色、色ムラ、色抜け等の障害は観察されなかった。
【００５８】
（実施例２）
実施例１と同様のガラス基板上にアクリル酸、メチルメタアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、Ｎ−メチロールアクリルアミドからなる４元アクリル共重合体を含む下記の感光性樹脂組成物をスピンナーで塗布した後、９０℃で２０分間プリベーク処理し、膜厚２μｍの感光性樹脂層を形成した。
【００５９】
【数２】
0003576627.tif 000004
【００６０】
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、熱処理を行なった。この工程により樹脂層の部分的な硬化処理がなされた。
【００６１】
次いで、表１に示す組成に調製したＲ、Ｇ、Ｂ各色の着色インクをインクジェットヘッドより噴射させ樹脂の未硬化領域上にインクドットを配した。
【００６２】
インクドットが乾燥する前（水分がある間）にブラックマトリクス形成用の黒インクとして、「ダイキュアＲＴ−７」（大日本インク（株）製）に５重量％のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、粒子径約１μｍ）を分散させたものを用いて、これを基板上にロール転写し、厚さ１．５μｍのブラックマトリクスパターンを形成し、カラーフィルタを作製した。
【００６３】
実施例１と同様にして液晶表示装置を作製し、実施例１と同様に画像表示を行なった。得られた液晶表示装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号を入力して画像表示を行なったところ、優れた画像を安定して表示できた。
【００６４】
長時間画像表示を行なったが、混色、色ムラ、色抜け等の障害は観察されなかった。
【００６５】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、少ない工程でカラーフィルタが製造できるため、製造コストの削減及び歩留りの向上を図ることができる。本発明のカラーフィルタは、混色、色ムラ、色抜けのないものとなり、このカラーフィルタを具備した液晶表示装置は、優れた画像を安定して表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの１例を示す模式図である。
【図２】本発明のカラーフィルタの製造方法に適用可能な工程を示す模式図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの製造方法に適用可能な工程を示す模式図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の１例を示す模式図である。
【図１】
0003576627.tif 000005
【図２】
0003576627.tif 000006
【図３】
0003576627.tif 000007
【図４】
0003576627.tif 000008