(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドの目詰まりを起こすことなく基板の遮光領域上に所望のスペーサを形成することのできる、液晶表示素子用スペーサの形成方法を提供する。【解決手段】インクジェット法によって吐出するスペーサ形成用樹脂インクの体積はインク液滴が遮光領域からはみ出る程度に大きく設定する。そして、樹脂インクの乾燥工程によりインク液滴の体積を大きく収縮させることによって遮光領域内に収まる程度の微小インク液滴を形成する。また、遮光領域内の一部に接触角が周囲よりも小さくなる領域を設けて乾燥工程においてインク液滴の移動を抑制する。そして、乾燥条件を制御することによってスペーサ高さを調整して、所望とするスペーサを形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に形成された遮光領域の一部に硬化性樹脂組成物および溶媒を含むスペーサ形成用樹脂インクをインクジェット法により吐出する吐出工程と、吐出された樹脂インクを乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の樹脂インクを硬化させてスペーサを形成する硬化工程とを備え、
樹脂インクは、吐出工程において液滴が遮光領域からはみ出る大きさで吐出され、硬化工程においてその液滴が遮光領域内に収まる大きさに収縮されることを特徴とする液晶表示素子用スペーサの形成方法。
【請求項２】
吐出工程において吐出される樹脂インクの体積は、形成されるスペーサの体積の少なくとも１０倍である請求項１に記載のスペーサの形成方法。
【請求項３】
吐出工程の前に、吐出される樹脂インクが付着する領域を含む所定領域に、樹脂インクに対して撥液性を示すインクを塗布する工程をさらに備えた請求項１または２に記載のスペーサの形成方法。
【請求項４】
吐出工程の前に、吐出される樹脂インクが遮光領域内で付着する領域であって樹脂インクの接触角が周囲よりも小さくなる特定領域を形成する工程をさらに備えた請求項１〜３のいずれかに記載のスペーサの形成方法。
【請求項５】
特定領域の面積は、形成されるスペーサの底面積よりも小さく設定される請求項４に記載のスペーサの形成方法。
【請求項６】
特定領域は、少なくともその一部が遮光領域内の縁部寄り箇所に形成される請求項４または５に記載のスペーサの形成方法。
【請求項７】
乾燥工程は、樹脂インクを加熱処理することからなり、その加熱処理時の加熱温度および加熱時間の少なくとも一方によって、形成されるスペーサの体積を制御する工程である請求項１〜６のいずれかに記載のスペーサの形成方法。
【請求項８】
対向する一対の透明基板の間に液晶層が挟持され、一方の基板上に請求項１〜７のいずれか１つに記載のスペーサの形成方法でスペーサが形成され、一対の基板の間隙が同スペーサにより保持されていることを特徴とする液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子用スペーサの形成方法およびこの方法で形成されたスペーサを備えた液晶表示素子に関し、さらに詳しくは、液晶表示素子の構成部材であるスペーサの、インクジェット法を利用した形成方法、およびこの方法で形成されたスペーサを備えた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示素子は、パーソナルコンピュータ、テレビ、電子手帳、携帯電話など、さまざまな電子機器に幅広く用いられている。
一般的に液晶表示素子は、透明ガラス基板などからなる２枚の絶縁性基板を対向状に貼り合わせて形成される間隙に、液晶組成物からなる液晶層を挟持し、前記絶縁性基板の周縁部どうしを貼り合わせるシール部材によって液晶層を封止するように構成される。
通常、前記２枚の絶縁性基板の一方にはＴＦＴ(Thin Film Transistor)などの液晶駆動素子が形成され、対向するもう一方の基板にはカラーフィルタが形成される。
【０００３】
２枚の絶縁性基板によって形成される間隙（以下、「セルギャップ」と呼ぶ）、すなわち液晶層の厚みにむらがあると液晶表示むらの発生するおそれがあるので、セルギャップを液晶層全体にわたって精度良く均一に保持する必要がある。
２〜５μｍ程度である狭いセルギャップを均一に保持するために、例えば直径がほぼ均一のプラスチックビーズを噴霧によって基板上に分散させ、これらのプラスチックビーズをセルギャップ保持のためのいわゆるスペーサとして用いる方法がある。
【０００４】
しかしながら、スペーサとなるプラスチックビーズはシール部材中でランダムに分散し、その分散を制御することが困難であるため、局所的にスペーサ分布の濃淡が発生する。特に、光源からの光を透過して表示に使用される領域（以下、「透光領域」と呼ぶ）に多数のスペーサが凝集すれば、光漏れなどに起因する液晶表示むらが生じ、表示品位が低下するという問題がある。
【０００５】
これに対して、ブラックマトリクスが存在する領域のように、光を透過させない領域（以下、「遮光領域」と呼ぶ）にのみ選択的にスペーサを形成する方法も提案されている。遮光領域にスペーサを配置することができればスペーサに起因した液晶表示むらを抑制できるので、表示品位の良い液晶表示素子を提供することができる。
【０００６】
上記のように遮光領域に選択的にスペーサを形成する方法としては、フォトリソグラフィを用いてフォトレジストからなるスペーサを遮光領域に形成する方法が挙げられる。  また、硬化性樹脂組成物をインクジェット法によって選択的に遮光領域に吐出し、吐出した前記樹脂組成物を硬化させてスペーサを形成する方法も提案されている（特許文献１および特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−８３５２５号公報
【特許文献２】特開２００１−８３３１４号公報  インクジェット法は、所望領域にスペーサを形成するためのマスクを必要としないので、フォトリソグラフィ法に比べて安価にスペーサを形成することができると期待される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、インクジェット法を用いて硬化性樹脂組成物を吐出してスペーサを形成する技術を実用化する場合には、次のような問題が発生する。
前記インクジェット法においては、一度に吐出するインク液滴の体積は、通常、概ね１ピコリットル（ｐｌ）以上であり、安定した吐出動作を確保するには、４〜５ｐｌ以上を必要とする。その理由は、インクジェット法における吐出用ノズル部の先端のノズル径に関わり、インク液滴の吐出体積を減少させるためにはノズル径を小さくする必要があるが、ノズル径を小さくしすぎると、ノズル部付近でインクの目詰まりが生じやすくなるからである。
【０００８】
これに対して、遮光領域に選択的にスペーサを形成するためのインク液滴の吐出体積は、１ｐｌ以下であることが望ましいとされている。
例えば、通常、遮光領域としてのブラックマトリクスは幅が２５μｍ程度であるが、ここに高さ３．５μｍのスペーサを形成する場合を考える。底面が円形で直径２５μｍのインク液滴を高さ３．５μｍで形成することができたとすると（インク液滴の表面は球面で近似できると仮定）、その体積は０．８８ｐｌとなる。このことから、形成されるスペーサの体積は、インクジェット法で安定的に動作して実用的に吐出することのできるインク液滴体積よりも小さいことが分かる。
【０００９】
さらに、インクジェット法においては、吐出されたインク液滴が基板へ付着する着弾の位置が所望位置から若干ずれることが多い。その理由としては、ノズル部の形状やノズル部表面における改質処理の不均一性などのインクジェットヘッドに係る因子や、吐出されたインク液滴が飛翔中に風などの影響を受ける外乱因子などによるものが考えられる。そこで、着弾位置のずれは、通常、±５μｍ程度を見積もっておく必要がある。
【００１０】
着弾位置の精度をさらに向上させるには、風などの外乱因子を徹底的に排除する装置構成を採用するとともに、作製したインクジェットヘッドの中から着弾位置精度の良いヘッドを選別して使用せざるを得ない。このため、インクジェット装置の製造コストが上昇するという新たな問題が発生する。
【００１１】
そこで、着弾位置の精度を±５μｍとして遮光領域内にインク液滴を吐出することを考えれば、スペーサの円形底面の直径を１５μｍ程度以下にすべきであることが分かる。上記と同様の計算を行えば、このときのスペーサ体積は０．３３ｐｌとして算出される。スペーサ高さや、遮光領域（ブラックマトリクス領域など）の面積、着弾位置精度などによって多少の増減はあるが、スペーサの体積としては概ね０．４〜０．５ｐｌ以下程度であることが要求されることが多く、極めて小さい体積のスペーサを形成すべきことが分かる。
【００１２】
すなわち、インクジェット法において硬化性樹脂組成物を液滴として吐出する場合に、形成されるスペーサの体積に応じてインク液滴吐出体積をより小さくすれば、インクジェットヘッドの目詰まりが生じるという問題があり、一方、インクジェットヘッドから安定的に吐出できるようにインク液滴吐出体積をより大きくすれば、形成されたスペーサは遮光領域からはみ出し、光漏れなどの原因となる、という問題がある。
【００１３】
従って、インクジェット法における着弾位置の精度も考慮すれば、インクジェットヘッドの目詰まりを起こすことなく遮光領域内に所望のスペーサを形成することは極めて大きい課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる課題に対して、本発明者は、インクジェット法において硬化性樹脂組成物および溶媒を含むスペーサ形成用樹脂インクの液滴が基板に着弾した時点では樹脂インクは遮光領域から透光領域へはみ出していても良く、硬化した時点で硬化済みの樹脂インクがスペーサとして遮光領域内に配置されれば良いこと、また、樹脂インクの乾燥工程において溶媒および樹脂組成物のうちの少なくとも溶媒を蒸発させることで樹脂インクの体積を制御性良く減少させることができること、を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明の１つの観点によれば、透明基板上に形成された遮光領域の一部に硬化性樹脂組成物および溶媒を含むスペーサ形成用樹脂インクをインクジェット法により吐出する吐出工程と、吐出された樹脂インクを乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の樹脂インクを硬化させてスペーサを形成する硬化工程とを備え、樹脂インクは、吐出工程において液滴が遮光領域からはみ出る大きさで吐出され、硬化工程においてその液滴が遮光領域内に収まる大きさに収縮されることを特徴とする液晶表示素子用スペーサの形成方法が提供される。
【００１６】
ここで、用いられる硬化性樹脂組成物としては、例えば熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂が挙げられる。また、溶媒としては、例えばカルビトール、ブチルカルビトール、メチルカルビトール、カルビトールアセタート、ブチルカルビトールアセタートなどが挙げられる。
【００１７】
本発明の別の観点によれば、対向する一対の透明基板の間に液晶層が挟持され、一方の基板上に請求項１〜７のいずれか１つに記載のスペーサの形成方法でスペーサが形成され、一対の基板の間隙が同スペーサにより保持されていることを特徴とする液晶表示素子が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の１つの観点によれば、吐出される樹脂インクの液滴量が比較的多くても良いので、不吐出などの動作不良の発生確率を低減して所望体積のスペーサを形成することが可能となる。さらに、乾燥工程において溶媒や樹脂組成物自体を蒸発させることにより、乾燥工程後に残留する樹脂インクの体積を減少させることができるので、所望とする微小体積のスペーサを形成することが可能となる。
本発明の別の観点によれば、所望体積のスペーサを備えた信頼性の高い液晶表示素子を得ることができる。
【００１９】
本発明において、吐出する樹脂インクの体積（吐出量）は形成されるスペーサの体積の少なくとも１０倍であるのが好ましい。
その理由は、上記のように、スペーサの体積は概ね１ｐｌ以下、着弾位置精度も考慮すれば０．５ｐｌ以下程度の微小なものであるが、インクジェッット法により吐出する樹脂インクの体積を樹脂インクの乾燥・硬化後に形成されるスペーサの体積の１０倍以上にすれば、インクジェットヘッドの目詰まりなどの問題発生を抑制して安定的にスペーサを形成することができることが実験により判明したからである。
【００２０】
本発明においては、吐出工程の前に、吐出される樹脂インクが付着する領域を含む所定領域に、樹脂インクに対して撥液性を示すインク（例えば、フッ化アルキル樹脂を有機溶媒で希釈したインク）を塗布する工程を備えているのが好ましい。
このようにすれば、吐出された樹脂インクの液滴の接触角を周囲よりも大きくすることができるので、特段の処理を行わない場合に比べてインク液滴の底面積を小さくすることが可能となる。この結果、所定の高さを維持しつつ、インク液滴の底面積を小さくして、体積の小さいスペーサを形成することが可能となる。
【００２１】
また、一般にスペーサの高さは０．１μｍ以下程度の誤差しか許容されない。基板表面の樹脂インクに対する濡れ性が不均一であれば、インク液滴の形状が変化し、その結果、硬化したインク液滴の高さが所望高さからずれるおそれがある。
本形成方法によれば、吐出工程の前に樹脂インクに対して撥液性を示すインクを基板へ塗布するので、それまでの工程の履歴に関わらず基板の表面を均一にする効果があり、スペーサの高さのばらつきを低減することができる。
【００２２】
また、本発明においては、吐出工程の前に、吐出される樹脂インクが遮光領域内で付着する領域であって樹脂インクの接触角が周囲よりも小さくなる特定領域を形成する工程を備えているのが好ましい。このような特定領域を形成する方法としては例えば、ＩＴＯ電極が形成されたカラーフィルタ基板に前記フッ化アルキル樹脂を塗布し、レーザーカッターによるレーザーカット処理で、特定領域にすべき領域の該フッ化アルキル樹脂を除去する方法がある。
【００２３】
本発明では、溶媒などを蒸発させて微小体積のスペーサを形成する場合には、乾燥工程において底面形状が円形の樹脂インクが必ずしも同心円状には収縮せず、中心位置が乾燥工程の前後で移動することが多い。そこで、遮光領域内に樹脂インクの接触角が周囲よりも小さくなる特定領域をあらかじめ設けておく。
これにより、この特定領域では吐出された樹脂インクと基板面との界面エネルギーが高くなるため、特定領域上に樹脂インクが濡れれば、特定領域以外の領域で樹脂インクが濡れるときよりも低いエネルギー状態を実現することができる。従って、樹脂インクが乾燥する過程において、インク液滴は、特定領域上に存在するような作用を受けつつ乾燥することとなり、遮光領域内の特定領域上にいわばピン止めされて、乾燥されることとなる。
【００２４】
また、本発明においては、遮光領域内に形成する前記特定領域の面積は、硬化工程後に形成されるスペーサの底面積よりも小さく設定されるのが好ましい。なぜなら、接触角のより小さくなる特定領域がスペーサの底面積よりも大きければ、高さのより高いスペーサを形成することが難しくなるためである。
【００２５】
Cassieの接触角の式に基づけば、インク液滴の底面における接触角の小さい領域の割合が増加するに従って、インク液滴が形成する接触角は低下するので、樹脂インクの乾燥工程において樹脂インクの移動を抑制する作用が認められる程度に接触角が小さい領域の面積を制限することが望ましい。
【００２６】
本発明においては、遮光領域内に形成する特定領域は、少なくともその一部が遮光領域内の縁部寄り箇所に形成されるのが好ましい。
インク液滴の乾燥工程を仔細に検討すれば、インク液滴の底面の中央部に接触角のより小さい領域が存在する状態では前記ピン止め効果は発現しないことが分かる。本状態においては、インク液滴の底面積が小さくなる際にいずれの方向に向けて面積の縮小が行われても、依然として前記特定領域をインク液滴の底面が含んだままであるからである。
一方、インク液滴の底面外周部に接するように前記特定領域が存在する状態であれば、特定領域を含んだままインク液滴の底面積が減少することとなるので、前記ピン止め効果が発現することとなる。
【００２７】
そして、特定領域を遮光領域の中央部よりも縁部寄り箇所に形成することで、インク液滴の外周部が遮光領域の前記縁部からさらに前記中央部へ向けて移動することを抑制できる。その結果、インク液滴の中心部を遮光領域のより中央部付近に止めておくことが可能となる。例えば、遮光領域が帯状に存在するときには、その両縁部寄り箇所に１箇所ずつもしくはそれ以上の個数の特定領域を形成しておけば、より望ましいと言える。
【００２８】
本発明においては、乾燥工程は、樹脂インクを加熱処理することからなり、その加熱処理時の加熱温度および加熱時間の少なくとも一方によって、形成されるスペーサの体積を制御する工程であるのが好ましい。
【００２９】
本発明に基づき、硬化性樹脂組成物および溶媒を含むスペーサ形成用樹脂インクを乾燥させて硬化させる場合には、形成されるスペーサの体積は、溶媒と、硬化を目的とした樹脂成分との混合比率によってのみ決定されるのではなく、加熱処理時における加熱温度や加熱時間によって体積が変化する。
また、本来スペーサが果たすべき役割は、所望の高さを維持するためのものであるが、本発明のようにインクジェット法によってスペーサ形成用樹脂インクを吐出して硬化させる場合は基板と樹脂インクとの濡れ性など、表面性に関わって形状が変化するため、体積を所定量に制御しても、所望高さを有するスペーサを必ずしも形成できない場合がある。
【００３０】
本発明によれば、樹脂インクにおける溶媒含有比率などを変更することなく、乾燥処理時の加熱温度および／または加熱時間を変更することによって所望高さを有するスペーサを形成することができるので、インクジェット法に適したスペーサ形成用樹脂インク組成の選定や、選定した樹脂インクに対して最適な吐出条件を逐次割り出す必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。しかしながら、かかる実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内におけるすべての変更を含むものである。
【００３２】
〔実施の形態１〕
以下、図１〜図４を用いて、カラーフィルタが形成されたガラス基板（以下、「カラーフィルタ基板１」）上に実施の形態１に基づいてスペーサを形成する工程を説明する。
図１は、カラーフィルタ基板１を上方から見たときの平面図を拡大して示している。カラーフィルタ基板１上には透明電極や配向膜などが形成されていることがあるが、図１ではこれらを省略している。
【００３３】
それぞれの絵素領域２はマトリクスパターン形状に配置され、その間隙に遮光領域であるブラックマトリクス領域３が形成されている。図１に記したＲ,Ｇ,Ｂはそれぞれの絵素が赤色、緑色、青色であることを示している。
絵素領域２は、液晶表示素子が目的とする表示性能に合わせてサイズやピッチが設定されるが、そのピッチは５０〜５００μｍ程度である。
【００３４】
ブラックマトリクス領域３は、その線幅が概ね２０〜３０μｍ程度に設定されており、本実施の形態ではインクジェット法によってスペーサ形成用樹脂インクを吐出して、ブラックマトリクス領域３上にスペーサを形成する。
【００３５】
インクジェットのインク吐出方式は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電体を用い、該圧電体の歪みによりインク室の体積を変化させ、力学的な作用によってインクをノズルから吐出させるピエゾ方式が挙げられる。また、ノズル内に配置したヒータを通電加熱することによって、瞬間的に気泡を発生させ、その圧力によってインクを吐出させる熱変換方式であっても良い。微小量のインクを吐出することができるものであればよく、特にその方式は限定されない。
インク吐出のための駆動周波数も特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚに指定すれば、良好にインク液滴を吐出することが可能である。
【００３６】
インク液滴吐出量については、すでに説明したとおり、ノズル径を狭めるなどして１ｐｌ程度に設定すると、不吐出となるおそれが高まるため、４〜５ｐｌ程度以上にすることが望ましい。ただし、吐出量が極端に大きくなると、乾燥工程に要する時間が長くなる。また、乾燥工程においてインク液滴の中心位置が移動する程度も増大するため、遮光領域にスペーサを形成することが難しくなる。以上から、インク液滴吐出量は１００ｐｌ以下程度にすることが良く、より望ましくは１０ｐｌ以下程度にすると良い。
【００３７】
また、ノズル先端面からカラーフィルタ基板１までの距離は、５００μｍ程度に設定することが望ましい。この距離がより長くなれば、インク液滴の着弾位置の精度が低下する傾向にある。また、より短くなれば、ノズル先端とカラーフィルタ基板１とが接触するおそれが高くなる。
【００３８】
さらに、インク液滴の吐出速度は、ノズルからインクが吐出された時点で５〜１０ｍ／ｓｅｃになるように設定すればよい。この吐出速度をより遅くすれば、空気抵抗の影響が強くなり着弾精度が低下する傾向がある。また、吐出速度をより速くすれば、インク液滴が基板１に着弾した際に跳ね返りが生じ、所望の領域外にインクが飛散するという問題が発生するおそれがある。
【００３９】
以上のように、駆動周波数、ノズル先端からＴＦＴ基板までの距離、インク液滴吐出速度は、概ね前記条件に設定すれば好適なインク吐出が可能となるが、前記条件は特に本発明を限定するものではなく、所望の条件を考慮して適宜、設定することができる。
かかる条件を適宜、設定して、図２に示すように、カラーフィルタ基板１上へインクジェットヘッド４から、スペーサ形成を目的とした溶媒を含んだスペーサ形成用樹脂インクを吐出する。
【００４０】
吐出される樹脂インクが４ｐｌ以上であることや、インクジェット法における樹脂インクの着弾位置の精度が上記のとおり±５μｍ程度であることを勘案すれば、スペーサを形成するために吐出したすべてのインク液滴を、基板１上へ吐出された直後からブラックマトリクス領域３内に収めることは困難である。
実際には、図２に示すように、吐出されたインク液滴５は２０〜３０μｍ幅のブラックマトリクス領域３からはみ出て形成される。
【００４１】
次に、乾燥工程によってインク液滴５を乾燥させる。すなわち、溶媒や樹脂組成分を蒸発させてインク液滴５の体積を減少させる。本工程においては、主に溶媒を蒸発させればよいが、乾燥条件によっては硬化させることを目的として樹脂組成分を蒸発させることも可能である。つまり、乾燥後の体積を乾燥条件によって制御することが可能である。
また、溶媒の含有比率を高めておけば、比較的容易にインク液滴５の体積を減少させることができ、図３に示すように、ブラックマトリクス領域３内にインク液滴５を収めることが可能となる。
【００４２】
そして、前記乾燥工程の後に樹脂組成分を硬化させる処理を行えば、遮光領域であるブラックマトリクス領域３上にスペーサを形成することができる。
【００４３】
図４は、カラーフィルタ基板１のブラックマトリクス領域３を拡大して上方から見たときの、インク液滴５とブラックマトリクス領域３との関係を示している。図４（ａ）は、インクジェットヘッド４から樹脂インクを吐出してインク液滴５が形成された直後の状態を示している。ここでは、インク液滴５の体積が比較的大きく、ブラックマトリクス領域３から絵素領域２へインク液滴５がはみ出している状態を示している。そして、乾燥工程によって、インク液滴５の体積が図４（ｂ）のように収縮して減少し、インク液滴５の底面がブラックマトリクス領域３内に収まることとなる。次に、インク液滴５の樹脂組成分を硬化させる処理を行うことで、所望のスペーサを形成することができる。
【００４４】
ここで使用するスペーサ形成用樹脂インクは、乾燥工程において蒸発させることを主目的とする溶媒と、硬化処理によって硬化してスペーサを形成することを主目的とする硬化性樹脂組成物とを含む。
【００４５】
溶媒は、特に限定されないが、インクジェット法においては、インクジェットヘッド４のノズル面において溶媒が蒸発すると不吐出（目詰まり）の原因となり、また、溶媒と硬化性樹脂組成物との組成が変動する問題も発生するため、インクジェットヘッド４が動作する温度（例えば室温）での蒸気圧が低い有機溶媒を選定することが望ましい。このような溶媒としては例えば、カルビトール、ブチルカルビトール、メチルカルビトール、カルビトールアセタート、ブチルカルビトールアセタートなどが挙げられる。
硬化性樹脂組成物は、特に限定されることはなく、例えば熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂が挙げられる。
【００４６】
なお、溶媒と硬化性樹脂組成物とを含んだスペーサ形成用樹脂インクは、インクジェット法によって吐出できることが必要であり、粘度を例えば２〜５０センチポアズ（ｃＰ）、望ましくは５〜３０ｃＰ程度に調整すべきである。粘度が高すぎれば、インクジェットヘッド４からスペーサ形成用インクを吐出することができなくなる。これに対して、粘度が低すぎれば、スペーサ形成用インクがしぶきとなって微小な飛沫が多く噴出されてしまうため、意図するようなインク液滴５を形成することが困難になる。
【００４７】
以上に示したとおり、本実施の形態に基づけば、インクジェット法において安定動作が可能となる程度のインク吐出量、具体的には４〜５ｐｌ以上のインク吐出量で樹脂インクを吐出し、遮光領域であるブラックマトリクス領域３からインク液滴５の底面が実質的にはみ出して形成しながらも、溶媒を、あるいは溶媒と硬化性樹脂組成物とを蒸発させることによって微小体積を有するインク液滴５を形成させ、ブラックマトリクス領域３に硬化後のインク液滴５の底面を収めることが可能になる。
【００４８】
なお、本実施の形態ではカラーフィルタ基板１に形成された遮光領域であるブラックマトリクス領域３上にインク液滴５を形成してスペーサを形成した例を示したが、スペーサ形成位置はブラックマトリクス領域３に限定されることはない。例えば、液晶駆動素子を形成した基板側における、前記液晶駆動素子などを電気的に接続するための配線領域もまた遮光領域となるので、液晶駆動素子を形成した基板の配線領域上にスペーサを形成しても良い。
【００４９】
ところで、樹脂インクを吐出する工程の前に、樹脂インクが吐出される領域を含む所定領域における樹脂インクの接触角を周囲よりも大きくするために、樹脂インクに対して撥液性を示すインクを基板に塗布しておけば、吐出後におけるインク液滴５の底面積が減少し、ブラックマトリクス領域３内にインク液滴５を収めることが容易になる。
【００５０】
また、一般に、基板表面の濡れ性は有機汚染などの原因によって経時的に変化することがある。本発明のように、インク液滴５を硬化させてスペーサを形成する場合、基板表面の濡れ性はインク液滴５の接触角に関わり、その結果、スペーサの高さは濡れ性に影響される。従って、良品のスペーサを形成し、高品位の液晶表示素子を生産する上では、基板におけるスペーサを形成すべき全領域で表面の濡れ性を一定に設定する必要がある。
【００５１】
上記のように、樹脂インクをインクジェットヘッド４によって吐出する工程の前に樹脂インクが吐出される領域を含む広範囲な所定領域に表面処理を行うことは、表面の濡れ性を一定に維持する効果も有している。
【００５２】
なお、前記の撥液性を示すインクを基板に塗布する方法は、インクジェット法を用いれば良いが、場合によってはスピンコート法を用いても良い。
【００５３】
撥液性を示すインクとしては、フッ素系樹脂、例えばフッ化アルキル樹脂を微量に（例えば１〜５％程度）含む有機溶媒を用いれば良い。そして、塗布後に有機溶媒を揮発させれば、フッ化アルキル樹脂が薄膜形状となって残留することとなる。その結果、スペーサ形成用樹脂インクが形成するインク液滴の底面積を小さくすることが可能になる。
なお、薄膜形状となって残留するフッ化アルキル樹脂層の厚みは、０．０５μｍでも十分な撥液性を示すので、フッ化アルキル樹脂を十分に希釈しておくことが望ましい。フッ化アルキル樹脂層の厚みが極度に厚くなれば、その厚みの誤差はスペーサ高さの誤差として無視できなくなる。
【００５４】
ここで、溶媒を含有した樹脂インクの体積が十分に減少することを実験結果によって説明する。
【００５５】
スペーサ形成用樹脂インクは、硬化性樹脂組成物としての紫外線硬化性インク（大日本インク社製、型名：ＳＤ−２４０７）と溶媒としてのブチルカルビトールアセタートとを等量混合させた樹脂インクを用い、この樹脂インクをピエゾ方式のインクジェットヘッド４を用いてガラス基板上に吐出して、サンプルを作製した。
なお、用いたインクジェットヘッド４からの一回吐出量はおよそ５ｐｌである。これは、３，００００滴のインクを吐出した際のインク液滴の質量を電子天秤で計測し、樹脂インクの密度から３０，０００滴の液滴体積に換算して、１滴当りの吐出量を算出した吐出量である。
【００５６】
このサンプルについて基板１を加熱してインク液滴５を乾燥させた。このとき、乾燥条件を種々変化させて乾燥させ、その後、３６５ｎｍに波長ピークを持つ紫外線ランプ（照度２００ｍＷ/ｃｍ2）を１２０秒間照射して、インク液滴５を硬化させた。そして、硬化処理が終了したインク液滴５の形状をレーザー顕微鏡によって観察し、その体積を算出した。
表１に、乾燥時における基板１の加熱温度と乾燥時間と、硬化終了後のインク液滴５の体積とを示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１に示すとおり、５ｐｌの樹脂インクを吐出したにも関わらず、乾燥工程および硬化工程を経て硬化したインク液滴５のサイズは０．５ｐｌ以下になり、吐出量に対して０．１倍以下の微小インク液滴５すなわちスペーサを形成することができる。
また、溶媒（ブチルカルビトールアセタート）の混合量が同一の樹脂インクであっても、加熱温度や加熱時間によって硬化後のインク液滴５の体積は変化している。従って、インク液滴５の体積を、乾燥時の加熱温度や加熱時間によって制御することは可能であると判断することができる。
【００５９】
このように、乾燥時の加熱温度や加熱時間によってインク液滴５の体積を制御できることは、スペーサ高さの調整が可能になることを意味する。樹脂インク中の溶媒と硬化性樹脂組成物との混合比を調整することによってもスペーサ高さの調整は可能である。しかし、液晶表示素子の生産工程においてスペーサ高さが所望領域から若干ずれることが判明した場合に、上記のように樹脂インクの組成を調整するためには、インクジェットヘッドに供給する樹脂インクを交換し、樹脂インクが正常にインクジェット４で吐出できることを確認するかあるいは最適な吐出条件を求める、といった煩雑な対応手順が必要となる。
【００６０】
上記のように乾燥条件を変更することは、樹脂インクを交換するのに比べて簡易な対応方法であり、液晶表示素子の生産工程において有効な制御法であると言える。
すなわち、スペーサを形成する工程の後に、スペーサ高さ（あるいはスペーサ体積）をモニターする工程を加え、スペーサ高さが許容範囲内から外れた場合に、その結果をフィードバックして、スペーサ形成工程におけるインク液滴５の乾燥条件を変更して調整し、スペーサ高さを許容範囲内に戻すことも可能である。
【００６１】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は、遮光領域であるブラックマトリクス領域３内に接触角が周囲より小さくなる特定領域６を形成する点で実施の形態１とは異なっている。スペーサを形成するカラーフィルタ基板１、インクジェットヘッド４、スペーサ形成用樹脂インクの種類については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。そして、スペーサを形成する手順についてのみ、図５および図６を用いて以下に説明する。
【００６２】
図５（ａ）は、ブラックマトリクス領域３の一部に樹脂インクの接触角が周囲より小さくなる特定領域６をあらかじめ形成したカラーフィルタ基板１を示している。
このカラーフィルタ基板１に、インクジェット法によってスペーサ形成用樹脂インクを吐出する。吐出量が比較的多いため、形成されるインク液滴５はブラックマトリクスからはみ出た状態となる（図５（ｂ）にインク液滴５の底面外周部７を点線で示している）。
【００６３】
次いで、インク液滴５を乾燥させることでインク液滴５の体積が減少（インク液滴５の底面積が減少）する状況を図５（ｃ）に示す。ここでは、インク液滴５の中心位置が、吐出時点よりも図面右下方向へ移動する例を示しており、図中の矢印はインク液滴５の底面外周部７が移動する方向を示している。
【００６４】
意図的に形成した特定領域６以外の領域は全域で均一な表面性を示していると仮定すると、乾燥工程によりインク液滴５の中心がいずれの特定方向に移動しても、樹脂インクと基板１との間の界面エネルギーに差異は存在しないので、インク液滴５はその特定方向へ容易に移動することができる。
【００６５】
しかし、図５（ｄ）のように、乾燥が進行してインク液滴５の底面の外周部７が接触角のより小さくなる特定領域６に接すると、その後は特定領域６上にインク液滴５を残しながら体積を減少させるような作用が働く。これにより、インク液滴５の中心は、図５（ｄ）のように図面左上方向へ、すなわち図５（ｃ）においてインク液滴５の中心が移動した方向とは逆方向へ、いわば特定領域６にインク液滴５がピン止めされるように、移動することとなる。
その結果、図５（ｅ）に示すように、インク液滴５の中心がブラックマトリクス領域３からはみ出るような移動を抑え、インク液滴５をブラックマトリクス領域３内に収めておくことが可能になる。
【００６６】
なお、特定領域６は、図５（ａ）では帯状のブラックマトリクス領域３の幅中央付近に１つ形成したが、図６（ａ）のようにブラックマトリクス領域３の各縁部寄り箇所に１つずつ形成しても良い。
【００６７】
図６（ａ）のようにした場合、樹脂インクが吐出されてインク液滴５が形成された直後では、図５（ｂ）と同様にインク液滴５の底面外周部７がブラックマトリクス領域３の外にはみ出している（図６（ｂ））。しかしながら、インク液滴５の底面外周部７が絵素領域２からブラックマトリクス領域３内へと移動すれば（図６（ｃ））、たちどころに上記のようなピン止めの効果が現れる。そして、図６（ｄ）に示すように、接触角がより小さくなる２つの特定領域６によってインク液滴５がブラックマトリクス領域３の外へ移動するのを抑止して乾燥工程を終了させることができる。
【００６８】
すなわち、図６（ａ）〜（ｄ）のようにすれば、ブラックマトリクス３上にインク液滴５の底面を配置することができることに加えて、ブラックマトリクス領域３の幅に近い底面幅を有するインク液滴５を形成することができるので、インク液滴５の体積減少量を比較的低くすることができる。
【００６９】
なお、接触角が周囲より小さくなる特定領域６の形成方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
【００７０】
まず、カラーフィルタ基板１の表面は、吐出されるスペーサ形成用樹脂インクの接触角が比較的小さく（例えば接触角が２０°以下程度に）なるものとする。例えば、カラーフィルタ基板１の表面は、透明電極であるＩＴＯ薄膜が形成された状態では接触角が十分に小さい。
【００７１】
このカラーフィルタ基板１に、インクジェット法によって、フッ素系樹脂（フッ化アルキル樹脂など）を有機溶媒で希釈したインクを塗布する。その後、有機溶媒を揮発させることによって、薄膜状に残留したフッ素系樹脂層が塗布領域に形成されるともに、該領域の表面が撥液化する。次いで、レーザーカッターによるレーザーカット処理で、特定領域６にすべき領域のフッ素系樹脂を除去する。
【００７２】
以上の処理により形成された特定領域６は、前記フッ素系樹脂が有機溶媒で希釈されたインクを塗布する前の基板１表面の状態に戻るので、また、レーザーカット処理によってフッ素系樹脂が除去されなかった周囲の領域では撥液性を示しているので、周囲に対して接触角がより小さくなっている。
【００７３】
例えば、ブチルカルビトールアセタートと紫外線硬化性インク（大日本インク社製、型名ＳＤ−２４０７）とを等量ずつ混合して形成したスペーサ形成用樹脂インクを表面にＩＴＯ薄膜が形成されている基板１の表面に滴下した場合には、インク液滴５が形成する接触角は２°であった。これに対し、フッ化アルキル樹脂層を３０ｎｍの厚さで残留させた基板１の表面に前記樹脂インクを滴下した場合には、インク液滴５の接触角は７０°であった。
【００７４】
従って、ＩＴＯ電極が形成されたカラーフィルタ基板１に、前記フッ化アルキル樹脂を塗布し、レーザーカッターによるレーザーカット処理で特定領域の該フッ化アルキル樹脂を除去すれば、接触角が十分に小さい領域を形成できることが分かる。
【００７５】
なお、上記の説明から明らかなように、“接触角が周囲よりも小さくなる特定領域”とは、該領域のみにインク液滴５を形成したときの接触角が該領域以外の領域の接触角よりも小さくなる領域という意味である。
【００７６】
また、接触角が周囲よりも小さくなる特定領域６の面積が大きいほど、前記ピン止め効果は大きくなる。しかしながら、インク液滴５の底面領域に特定領域６の面積が増えるに従い、インク液滴６の接触角が小さくなる。
そこで、特定領域６の面積は、インク液滴５が移動しない程度にピン止め効果が現れる面積に止めておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１において、スペーサを形成するカラーフィルタ基板の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、カラーフィルタ基板上にスペーサを形成するための樹脂インクをインクジェット法によって塗布することを説明するための図である。
【図３】図２で吐出した樹脂インクに基づくインク液滴を乾燥させることにより、インク液滴の体積が減少し、インク液滴の底面がブラックマトリクス領域内に収められることを説明する図である。
【図４】図２および図３の状態をカラーフィルタ基板の上方から見た平面図であって、インク液滴の底面とブラックマトリクス領域との関係を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態２において、遮光領域であるブラックマトリクス領域内に、接触角が周囲よりも小さくなる領域を配置した構成と、該構成において、インク液滴を乾燥する工程において接触角が周囲よりも小さくなる領域がインク液滴の移動を抑制することを説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、ブラックマトリクスの縁部付近に接触角が周囲よりも小さくなる領域を形成する構成を示す図であって、さらに、該構成では比較的大きな体積を有するインク液滴であってもブラックマトリクス上にインク液滴を収められることを説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１   カラーフィルタ基板
２   絵素領域
３   ブラックマトリクス領域
４   インクジェットヘッド
５   インク液滴
６   接触角が周囲より小さくなる領域
７   インク液滴の底面外周部
【図１】
2006243502.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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