(57)【要約】【課題】表面に均一な透明保護膜を形成することを可能とするカラーフィルターの製造方法及び液晶表示素子を提供すること。【解決手段】透明基板上に、撥インク性の表層部を有する遮光パターンを形成する工程、前記遮光パターンにより区切られた領域に着色層を形成する工程、及び前記遮光パターンの露出面をプラズマ処理、紫外線照射、及び研磨処理からなる群から選ばれた表面処理を施すことにより、前記遮光パターンの露出面の撥インク性を低下させる工程を具備することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、撥インク性の表層部を有する遮光パターンを形成する工程、
前記遮光パターンにより区切られた領域に着色層を形成する工程、及び
前記遮光パターンの露出面をプラズマ処理、紫外線照射もしくは研磨処理からなる群から選ばれた表面処理を施すことにより、前記遮光パターンの露出面の撥インク性を低下させる工程
を具備することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記着色層の形成をインクジェット法により行うことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記着色層の形成を印刷法により行うことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記遮光パターン及び着色層上に透明保護膜を形成する工程を更に具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルターの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により製造されたカラーフィルターを備え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、液晶表示素子用カラーフィルターの製造方法及び液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルターは、ガラス基板上のブラックマトリックスにより区分された領域に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色微細パターンからなる色画素を設けたものであり、色画素の形成方法として、着色された紫外線硬化性インクを基板上に全面塗布し、フォトリソ法によりカラーフィルターパターンを作成する顔料分散法、着色インクをオフセット印刷法等によりパターン印刷し、着色層を形成する印刷法、インクジェット方式で着色インクを吹きつけて着色層を形成するインクジェット法等がある。
【０００３】
これらの方法のうちインクジェット法により着色層を形成するに際し、着色層形成領域外への色素の拡散を防止するために、色素に対し濡れ性の悪い物質からなる撥インク層からなるブラックマトリックスを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、着色層形成後には、このブラックマトリックス及び着色層上に透明保護膜を設けるのが一般的であるが、ブラックマトリックスの撥水、撥油性のため、透明保護膜を塗布する際にそのコート液を弾いてしまい、均質な透明保護膜を形成しにくいという問題がある。
【０００５】
このため、溶剤による処理によってブラックマトリックス表面の撥水、撥油性を除去する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されているが、この方法では、溶剤による処理により除去され得る撥インク剤を選択しなければならず、撥インク剤の自由度を狭めてしまう。そのため、印刷法やインクジェット法によるカラーフィルターの製造に大きな制約が加えられている。
【特許文献１】特開昭５９−７５２０５号公報
【特許文献２】特開平７−２４８４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされ、表面に均一な透明保護膜を形成することを可能とするカラーフィルターの製造方法及び液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、透明基板上に、撥インク性の表層部を有する遮光パターンを形成する工程、前記遮光パターンにより区切られた領域に着色層を形成する工程、及び前記遮光パターンの露出面をプラズマ処理、紫外線照射もしくは研磨処理からなる群から選ばれた表面処理を施すことにより、前記遮光パターンの露出面の撥インク性を低下させる工程を具備することを特徴とするカラーフィルターの製造方法を提供する。
【０００８】
以上のように構成される本発明の第１の態様に係るカラーフィルターの製造方法において、着色層の形成をインクジェット法により行うことができる。或いは、着色層の形成を印刷法により行うことができる。
【０００９】
以上のように表面処理を施された遮光パターン及び着色層上に、透明保護膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、上述した方法により製造されたカラーフィルターを備えることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、表面処理を施された遮光パターンにプラズマ処理、紫外線照射もしくは研磨処理からなる群から選ばれた表面処理を施すことにより、遮光パターンの露出面の撥インク性を低下させることができ、それによって均質な透明保護膜を良好な密着性で形成することができる。また、上記表面処理は、撥インク剤の種類を問わないので、印刷法やインクジェット方式によるカラーフィルター製造プロセスの自由度を高めることができる。
【００１２】
なお、表面処理に研磨処理を用いた場合は、カラーフィルター基板の突起部を選択的に研削する作用もあるため、インクジェット法や印刷法によってカラーフィルター上に生じる段差を平滑化する効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルターの製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るカラーフィルターの製造方法では、先ず基板１上に、遮光パターンとしてのブラックマトリックス２を形成する（図１（ａ））。その後、ブラックマトリックス２により区分された領域に、印刷法またはインクジェット法により複数色、例えば３色の着色インクを塗布し、着色層３ａ，３ｂ，３ｃを形成する（図１（ｂ））。この場合、ブラックマトリックス２の表面は撥インク性を有するため、着色インクが広がることがなく、画素の滲みや混色が防止される。
【００１５】
次いで、ブラックマトリックス２の露出面をプラズマ処理、紫外線照射もしくは研磨処理からなる群から選ばれた表面処理を施し、ブラックマトリックス２の露出面の撥インク性を低下させる。そして、表面処理を施されたブラックマトリックス２及び着色層３ａ，３ｂ，３ｃ上に、均質な透明保護膜４を形成する（図１（ｃ））。
【００１６】
本発明の一実施形態に係るカラーフィルターの製造方法に用いる基板１としては、一般的には耐熱性の面からガラス基板が用いられる。通常は透明基板を用いるが、反射性の基板や白色に着色したような基板でも適用可能である。基板１は、必要に応じてアルカリ溶出防止用やガスバリア性付与その他の目的の表面処理を施したものでもよい。
【００１７】
ブラックマトリックス２の形成方法としては、例えば、金属クロム膜や、金属クロムと酸化クロムを積層したもの、又はカーボンブラック等の黒色顔料と樹脂からなる黒色層を形成し、この上にフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングによって金属クロム等の層をパターン化する方法がある。また、よりコスト的に有利な方法として黒色顔料を分散したフォトレジストを塗布し、これをフォトリソ法によって所望のパターンにパターン化する方法でもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態に係るカラーフィルターの製造方法において、印刷法またはインクジェット法により着色層３ａ，３ｂ，３ｃを形成する際に、付与したインクが他の画素に流れ込んだり滲んだりすることを防止する必要がある。したがって、ブラックマトリックス２の高さはある程度高いことが好ましいが、カラーフィルターとした場合の全体の平坦性が高いことも要求されるので、着色層の厚さに近い高さが選択される。具体的には、所望の着色層を得るのに必要なインクの堆積量によっても異なるが、通常は０．５〜３μｍ程度とされる。
【００１９】
このブラックマトリックス２の上面にインクが残存すると、平坦性や画素間の着色均一性が損なわれるため、ブラックマトリックス２を撥インク性にしている。なお、ブラックマトリックス２により区分された領域は、インクの拡がりを良くするために親インク性にすることが好ましい。すなわち、ブラックマトリックス２はインクをはじき、基板１は親インク性を高めることが好ましい。
【００２０】
ブラックマトリックス２の表面に撥インク性を付与する方法としては、ブラックマトリックスを形成する材料中に撥インク処理剤を混合し、熱処理等により撥インク処理剤を表面に移行させる方法、ブラックマトリックス形成材料を基板全面にコートした段階で撥インク処理剤をその上面に積層して、ブラックマトリックスと同時にパターン化する方法、及びあらかじめブラックマトリックスを形成した後、全面を撥インク処理剤で処理し、その後ブラックマトリックスにより区分された領域の基板面の撥インク性をフォトリソ法やエッチングなどにより除去する方法、などを用いることができる。従って、ブラックマトリックスが「撥インク性の表層部を有する」とは、単に表層部のみに撥インク処理剤が存在する場合だけでなく、内部に存在する撥インク処理剤が表面に移行した場合も含む。
【００２１】
撥インク処理剤としては、フッ素系、シリコーン系の材料が広く用いられる。特に、フッ素系の材料の例として、含フッ素シランカップリング剤や含フッ素炭素鎖を有するアクリル、エポキシ等モノマー、それらが縮重合したオリゴマーやポリマー等を例示でき、これらは薄膜で充分な撥インク効果を得ることができ、処理による撥インク性除去が容易であるので好ましい。
【００２２】
ブラックマトリックス形成材料のうち、高分子材料としては、アクリル系、ポリイミド系の樹脂が好ましい。また、これをブラックマトリックスとするため黒色の樹脂を添加したり、樹脂に感光性を持たせるために、種々の感光性ポリマーや硬化剤を添加することができる。
【００２３】
本発明の一実施形態では、着色層の形成方法として、印刷法又はインクジェット法を用いる。インクジェット法としては、帯電したインクを連続的に噴射し電場によって制御する方法、圧電素子を用いて間欠的にインクを噴射する方法、インクを加熱し、その発泡を利用して間欠的に噴射する方法等、各種の方法を採用できる。インクジェット方式により、通常はＲＧＢ３色のインクを吹きつけることにより、３色の着色層を形成することができる。
【００２４】
本発明の一実施形態では、着色層の形成後、透明保護膜を形成するため、ブラックマトリックスの撥インク性を表面処理により低下させる。表面処理は、プラズマ処理、紫外線照射もしくは研磨処理である。
【００２５】
プラズマ処理は、処理時間が短く、さらに処理の影響が表層のみにとどまり、着色画素へのダメージが少ない点で優れている。処理の条件は、基板サイズ、電極幅、電極の種類、形状、撥インク処理剤の種類、処理ラインの速度等に応じて適宜選択される。
【００２６】
紫外線照射は、３００ｎｍ以下の波長の紫外線を照射することにより行うことができる。照射条件は、基板サイズ、電極幅、電極の種類、形状、撥インク処理剤の種類、処理ラインの速度等に応じて適宜選択される。
【００２７】
研磨処理は、使用される研磨機の種類を問わず、従来のスピンコート及びダイコート法により製造されたカラーフィルターの研磨に使用される条件と同様の条件で行うことができる。即ち、オスカー型研磨装置の上定盤と下定盤のいずれかにカラーフィルターを固定し、上下定盤を相対的に回転・回動させながらカラーフィルターの表層面を研磨する。研磨に際しては、研磨剤スラリーを研磨面に供給し、比較的低圧の８００〜３０００Ｐａ程度の研磨圧で、１５秒から数分間程度の研磨時間で行うことで充分である。もちろん、この条件に限られることなく、その他の公知の機械的研磨法を、当業者の選択範囲で使用することができる。
【００２８】
以下、研磨の具体的方法について説明する。
【００２９】
図２は、３２０ｍｍ×４００ｍｍ〜４００ｍｍ×５５０ｍｍ程度のサイズのガラス基板上に形成された液晶表示用カラーフィルターのブラックマトリックスをオスカー型研磨機により研磨する状態を示す断面図であり、図３はその平面図である。図２及び図３に示すように、研磨機の回転部分は、円盤状の下定盤１１、下定盤と一体的に固定され下定盤を回転させる回転軸１２、摩擦によって下定盤の回転に追従した回転をする円盤状の上定盤１３、上定盤の回転軸１４で構成されている。
【００３０】
上定盤１３のサイズは、下定盤１１より小さなものであり、上記摩擦によって下定盤の回転に追従した回転をしながら、下定盤１１の上面上を円弧状に揺動（Ｃ）するようになっている。また、上定盤１３の上部からは設定した研磨圧力（Ｄ）をかけられるようになっている。
【００３１】
下定盤１１の上面上には、研磨クロス１５が貼り合わされており、上定盤１３の下面上には、研磨処理中のガラス基板（カラーフィルター）１６が外れてしまうのを防止するために、ガラス基板（カラーフィルター）１６の板厚よりも薄いテンプレート枠１７が設けられている。
【００３２】
研磨方法は、先ず、上定盤１３の下面のテンプレート枠１７内に、カラーフィルターの着色層が下向きになるようにガラス基板（カラーフィルター）１６を貼り付ける。この貼り付けは、ガラス基板（カラーフィルター）１６の裏面、及び上定盤１３の下面を水で濡らし、水の表面張力を利用して上定盤１３の下面に貼り付ける。
【００３３】
次に、研磨液（図示せず）を研磨クロス１５の上方より滴下し、上定盤１３を下ろし、設定した研磨圧力（Ｄ）をかけ、モーター（図示せず）により回転軸１２を駆動させ、下定盤１１を一定方向に回転（Ａ）させる。上定盤１３の回転軸１４には駆動を与えず、上定盤１３には下定盤１１の回転に追従した回転（Ｂ）をさせる。また、上定盤１３に円弧状の揺動（Ｃ）をさせる。
【００３４】
研磨クロス１５としては、ＪＩＳ硬度８５程度の発泡樹脂素材、不織繊維素材などが用いられる。また、研磨液としては、一次粒子径０．１〜１．０μｍのアルミナ、ジルコニア、セリウム、二酸化マンガン、シリコンカーバイト、シリカなどの研磨材を分散させたものが用いられる。研磨材の含有量は１ｗｔ％程度である。
【００３５】
研磨液は、下定盤１１の上面上に貼り合わされた研磨クロス１５上に滴下される。
【００３６】
次に、以上のように表面処理を施されたブラックマトリックス２及び着色層３上に、透明保護膜４を成膜することにより、カラーフィルターが完成する。透明保護膜４としては、アクリル系、エポキシ系ポリイミド系、シリコーン系等が用いられる。それらのモノマー、オリゴマー、ポリマーの単独又は複合物を、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテート、エトキシエチルプロピオネート等の溶媒に溶解した塗布液を用いることができる。
【００３７】
さらに塗布性や膜の改質のために、塗布液にレベリング剤や酸化防止剤等の改質剤を添加してもよい。塗布方法は、スピナー、スプレー、ロールコーター等公知の塗布方法が使用できる。また、塗布後の硬化方法は、熱硬化、光硬化、溶媒の蒸発による硬化等種々の硬化法を使用できる。熱硬化又は光硬化と熱硬化との組み合わせがより好ましい。
【００３８】
以上のようにして製造されたカラーフィルター用いて、図４に示す液晶表示素子を製造した。即ち、透明保護膜４上にＩＴＯ、ＳｎＯ2 等の透明電極５、及びポリイミド、ポリアミド、ＳｉＯ等の配向膜６を形成して、第１の基板を形成した。一方、ガラス基板７上にＩＴＯ等の透明電極８及び配向膜９を形成し、ラビングして第２の基板を形成した。この第１の基板と第２の基板とを電極面が相対向するように配置して、周辺をシールして空セルを形成した。
【００３９】
この空セル内にネマチック液晶１０を注入し、注入口を封止して液晶セルを形成した。この液晶セルの両側に位相差板と偏光板を配置してＦＳＴＮ型の液晶表示素子を製造した。この液晶表示素子を駆動したところ、美しいカラー表示が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラーフィルターの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るカラーフィルターの製造方法における研磨工程を説明する図である。
【図３】図３の平面図である。
【図４】液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，７…基板、２…ブラックマトリックス、３ａ，３ｂ，３ｃ…着色層、４…透明保護膜、５，８…透明電極、６，９…配向膜、１１…下定盤、１２，１４…回転軸、１３…上定盤、１５…研磨クロス、１６…ガラス基板（カラーフィルター）、１７…テンプレート枠。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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