(57)【要約】【課題】インク滴を画素内に必要かつ十分に収め、混色や白抜けのない画素を形成することができるカラーフィルタの製造方法を提供する。【解決手段】透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、遮光領域の形成された基板を過熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程と、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程とを有する製造方法とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、遮光領域の形成された基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、
硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程であり、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であ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】
透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、遮光領域の形成された基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、第１の加熱工程により硬化した遮光領域に紫外線を照射する工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、
硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程および紫外線を照射する工程であり、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、密着層を塗布する工程と、密着層を塗布された遮光領域をもつ基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、
硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、
硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程であり、
第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、密着層を塗布する工程と、密着層を塗布された遮光領域をもつ基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、第１の加熱工程により硬化した遮光領域に紫外線を照射する工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、
硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程および紫外線を照射する工程であり、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項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、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程は、インクジェットを用いて行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラーテレビ、パーソナルコンピュータ、パチンコ遊戯台等に使用される液晶カラーディスプレパネルやＣＣＤビデオカメラなどのカラー撮像装置を構成するカラーフィルタの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの発達、特に携帯用パーソナルコンピュータの発達に伴い、液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にある。しかしながら、さらなる普及のためにはコストダウンが必要であり、特にコスト的に比重の重いカラーフィルタのコストダウンに対する要求が高まっている。この解決のひとつとしてインクジェットを用いるカラーフィルタの製造方法が提案されている。
【０００３】
カラーフィルタの製造方法には、透明基板の上には遮光層とインク受容層とが設けられるが、インク受容層を、染料インクで染色する方法と、直接、顔料インクをガラス上に塗る方法とが知られている。また、両製造方法はともに、色を打ち分ける際、混色防止のため、フッ素やシリコンによる撥インク層を、遮光層表面もしくは全面に設けることが一般に行われている。
【０００４】
また、混色防止のために、透明基板上に開口部を有する遮光層を形成する工程（Ａ工程）と、上記透明基板上の全面にインク吸収性組成物層を形成する工程（Ｂ工程）と、上記遮光層上の上記インク吸収性組成物層を選択的に硬化する工程（Ｃ工程）と、インクジェット方式により上記遮光層の開口部に位置する上記インク吸収性組成物層にインクを付与して着色して着色部を形成する工程（Ｄ工程）と、上記インク吸収性組成物層を熱プレス処理により硬化させる工程（Ｅ工程）とからなるカラーフィルタの製造方法が特開２０００−１６２４２５号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インクジェットを用いた従来のカラーフィルタの製造方法においては、インク受容層の形成に関しては、工程を簡略する余地があった。また、インク受容層が均一に形成されない場合には、白抜け等の問題が発生していた。さらに、直接、顔料で画素を形成する場合、インクの持つ凝集力や表面張力により、画素表面が、凸状になり、色むらの原因となっていた。また、遮光層に撥インク層を設けた場合、インクジェットによる着弾位置が遮光層上の場合には、インクは、予定外の画素に飛散して、混色の原因になっていた。特に、サテライト（小滴）が発生した場合、一般にこの傾向は大きくなる。また、前記の撥インク層の撥インク性が強い場合、基板に着弾したインク滴が遮光層に衝突し他の面素へ弾かれる場合もあった。
【０００６】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、遮光層の表面をインクが親和性を有するように加工するか、そのような層を形成することで、インク滴を画素内に必要かつ十分に収め、混色や白抜けのない画素を形成することができるカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における第１の発明は、透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、遮光領域の形成された基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程であり、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であることを特徴としている。
【０００８】
また、遮光領域とインクとの接触角を紫外線により制御するために、本発明における第２の発明は、透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、遮光領域の形成された基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、第１の加熱工程により硬化した遮光領域に紫外線を照射する工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程および紫外線を照射する工程であり、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であることを特徴としている。
【０００９】
また、密着層を用いて遮光領域とインクとの接触角をより自由に制御するために、本発明における第３の発明は、透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、密着層を塗布する工程と、密着層を塗布された遮光領域をもつ基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程であり、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であることを特徴としている。
【００１０】
また、密着層と紫外線照射を用いて遮光領域とインクとの接触角をより自由に制御するために、本発明における第４の発明は、透明な基板あるいは光を反射する基板上に遮光層を塗布する工程と、遮光層を加工して遮光領域を形成する工程と、密着層を塗布する工程と、密着層を塗布された遮光領域をもつ基板を加熱して遮光領域を硬化させる第１の加熱工程と、第１の加熱工程により硬化した遮光領域に紫外線を照射する工程と、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程と、インクの付着した基板を加熱する第２の加熱工程とを備え、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分に付着したインクの断面形状が、第１の加熱工程後のインクは基板上で凹の形状を有する条件で行う第１の加熱工程および紫外線を照射する工程であり、第２の加熱工程後のインクは基板上で予め決められた凹凸の許容範囲にある形状を有する条件で行う第２の加熱工程であることを特徴としている。
【００１１】
また、いろいろな色の領域を形成するために、本発明における第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明の構成に加えて、硬化した遮光領域をもつ基板の予め決められた部分にインクを付着させる工程は、インクジェットを用いて行うことを特徴としている。
【００１２】
ここで、本発明で使用する基板が、透明な基板あるいは光を反射する基板であるとは、５０％以上の光が透過する基板を透明な基板とし、また、５０％上の光が反射する基板を、光を反射する基板として、半透明な基板の使用を除外するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のカラーフィルタの製造方法では、まず透明な基板あるいは光を反射する基板上にフォトリソグラフィー方式もしくは、エッチング方式で遮光層を形成する。透明な基板を用いた液晶ディスプレイの場合は、バックライトを用いる方式のディスプレイに使われるが、光を反射する基板の場合は、バックライトを用いない方式のディスプレイに使われる。この遮光層を形成する際、遮光層の硬化状態を、インクによる着色領域の形成を充分行える硬化状態にコントロールすることが必要である。ここで必要な硬化条件は、インクジェットによりインクを打ち込んだ際、遮光層からの揮発成分が着色領域の形成を阻害しないという条件をさす。このためには、遮光層の材料によって予め決められた温度とその保持時間条件で加熱処理を行う。この加熱処理で、十分に遮光層が硬化した場合、その表面に、紫外線照射を行うことでインクの遮光層への親和性を向上させることができる。この紫外線照射の最適条件は、前記の加熱条件にも依存しており、両方の組み合わせを選んで、遮光層形成の最適条件を用いることが望ましい。
【００１４】
通常、インクは、インクジェットの吐出特性上、表面張力を上げる必要がある。従って、もしガラス表面に打たれた場合は、点状になる。また、一般に、インクによる着色領域の形成においては、一画素あたり少なくても２０から３０滴のインク滴が打ち込まれ、これらのインク滴が流動し堆積されることで、着色層になる。
【００１５】
その際、インクが遮光層に親和性を持たない場合、第２の加熱工程である、最終焼成において、インクに凝集力と表画張力が働き、遮光層で囲まれた画素の中央に集まることが起こり、着色層は基板上で凸型の形状になる。これは、上記の様に色むらとなっていた。
【００１６】
一方、インクが遮光層と親和性を持つ場合、インクは、遮光層と密着したまま、最終焼成において、硬化状態に入る。そのため、熱効果により発生するインクの凝集力や表画張力による流動性と遮光層への密着力との問に力の引き合いが生じる。その力関係を調節することで、それぞれの力を打ち消すことが可能であり、良好な表面形状が得られることは明らかである。また、遮光層上に着弾したインク滴も、弾かれることなく遮光層に吸着されるので、混色することはない。たとえもし、遮光層上で混色しても、表示に何ら問題を発生しない。
【００１７】
遮光層は、一般的にアクリルやイミド系の樹脂を用いて形成される。この場合は、上記の様に、加熱処理もしくは紫外線照射により、遮光層の表面状態を制御して、着色層の形状を制御したが、他の材料を用いて遮光層を形成した場合は、これとは異なる処理によってその親和性を制御することが可能である。ここで肝心な点は、それらの処理によって、遮光層あるいは密着層の表面がポーラスになることである。このように、着色層と遮光層との親和性を改善するための処理方法は、上記の加熱処理もしくは紫外線照射に限定されるものではない。また、インクジェットに関しても、熱パルスを用いる方式や、圧電素子を用いる方式などがよく知られているが、その方式を特定の方式に限定する理由はない。しかし、インクに合わせてインクジェット方式を選択することが望ましいことは既に良く知られている。
【００１８】
【実施例】
以下にこの発明の実施例とその結果を示して、本発明の効果を明確にする。
［実施例１］
図１（ａ）〜（ｄ）にそのプロセスを示す。
（ａ）ガラス基板１に、新日鉄化学社製Ｖ２５９ＢＫＩＳをスピンコートし、２．５ミクロンの膜厚の遮光層２を形成した。このＶ２５９ＢＫＩＳは、感光性があり、パターンを焼き付けて現像することにより、遮光領域を形成することができる。
（ｂ）現像後、１７０℃１０分で硬化させ、
（ｃ）インクジェットによるインク３で着色層４を形成した。インクジェット用インクは、遮光層と同様なアクリル材料を用い、着色層を形成した。１７０℃焼成後の、ガラス上の純水の濡れ角（Ｘ）は６４度、遮光層上の純水の濡れ角（Ｙ）は１００度であり（Ｙ／Ｘ＝１．５６）、遮光層の平均面粗さが１．４８ｎｍ、自乗平均面粗さが１．９０ｎｍであった。また、遮光層表面の突起は、０〜８ｎｍであり、突起角度は、３〜５度の緩やかな形状であった。
（ｄ）着色層を形成後、２３０℃３０分で最終焼成し、カラーフィルタを得た。この段階における、それぞれの画素のこの着色層の形状は、図３（ａ）に示す様に、基板上で僅かに凹であった。この図は、走査型プローブ顕微鏡ＳＰＡ−３００（セイコーインスツルメンツ社）のタッピングモ一ドを用いて、得たものである。
【００１９】
［実施例２］
図２（ａ）〜（ｅ）にそのプロセスを示す。
（ａ）実施例１と同様にガラス基板１上に遮光層２を形成し、
（ｂ）現像後、２３０℃３０分で硬化させ、
（ｃ）ＵＶドライプロセッサにかけ、表面を処理した後、
（ｄ）インクジェットによるインク３で着色層４を形成した。
２３０℃焼成後、紫外線により、最適な遮光層を形成したときの、ガラス上の純水の濡れ角は、４４度、遮光層上の純水の濡れ角は、８０度であり（Ｙ／Ｘ＝１．８２）、遮光層の平均面粗さが１．０７ｎｍ、自乗平均面粗さが１．４２ｎｍであった。また、遮光層表面の突起は、３〜１６ｎｍであり、突起角度は、４〜１８度であった。
（ｅ）その後、２３０℃３０分で最終焼成し、カラーフィルタを得た。この段階における、それぞれの画素のこの着色層の形状は、図３（ｂ）に示す様に、基板上で僅かに凸であった。
【００２０】
上記の（ｄ）の工程の前に、さらに、紫外線を当てることにより、遮光層の表面は、より粗くなり、インクとの親和性はより向上する。このとき、ガラス上の純水の濡れ角は３２度、遮光層上の純水の濡れ角は６４度であり（Ｙ／Ｘ＝２．０）、遮光層の平均面粗さが１．６３ｎｍ、自乗平均面粗さが２．２１ｎｍであった。また、遮光層表面の突起は２〜１８ｎｍであり、突起角度は、７〜２７度のやや急峻なものであった。
【００２１】
［比較例１］
実施例２と同様に遮光層を形成し、現像後に加熱せず更にＵＶドライプロセッサをかけず、遮光層の表面をフッ素コーティング（大日本インク製メガファックＦ一１７２．１７３）でスビンナ処理し、インクジェットで、着色層を形成し、その後、２３０℃３０分で最終焼成しカラーフィルタを得た。フッ素コーティング後の、ガラス上の純水の濡れ角は６８度、遮光層上の純水の濡れ角は８６度であり（Ｙ／Ｘ＝１．２６）、遮光層の平均面粗さ、及び自乗平均面粗さは、ほぼ実施例２と同じであった。また、カラーフィルタを得た段階における、それぞれの画素のこの着色層の形状は、図３（ｃ）に示す様に、基板上で大きく凸となり、色むらを生じ、混色した着色層も存在して、実用的なカラーフィルタを得られない状況であった。
【００２２】
［比較例２］
実施例２と同様に遮光層を形成し、現像後に加熱せず更にＵＶドライプロセッサをかけずにインクジェットにより、着色層を形成し、その後、２３０℃３０分で最終焼成しカラーフィルタを得た。この製造方法では、それぞれの画素の着色層は、混色して、実用可能な着色層を形成できない状況であった。
【００２３】
［結果］
実施例１及び２において表面形状が良好なカラーフィルタが得られたが、実施例１の方が、平坦性で実施例２を上回った。一方、比較例１では、表面が凸型になり、色むらが生じた。また、部分的に小さな混色が見られた。また、比較例２では、着色層形成時に混色が発生した。このことから、着色層の形成条件、あるいは焼成条件を選択することにより、良好なカラーフィルタが得られる事が分かる。
【００２４】
ガラス上のインクの濡れ角度と、遮光層上のインクの濡れ角度とは相関があり、上記の実施例１、実施例２と比較例１についての結果を図４に示す。図４における比較例１（Ｙ／Ｘ＝１．２６）の位置は、実施例１（Ｙ／Ｘ＝１．５６）、実施例２（Ｙ／Ｘ＝１．８２）を結ぶ線分の下にあり、実施例１、２の場合に比べて、ガラス上のインクの濡れ角度が大きい。また、以上の値から、上記の実施例においては、Ｙ／Ｘを１．５以上にすることが望ましいことが分かる。
【００２５】
また、上記の実施例１あるいは２では、密着層を用いていないが、密着層としては、インクの濃度に応じて可溶化が異なる界面活性剤を用いることができる。この場合の界面活性剤は、その種類が、陰、陽、両性、非イオン系とあるが、これらの何れかに特に限定されるものではない。
【００２６】
しかし、界面活性剤として、以下のような効果をもつものを選択することが望ましい。つまり、遮光層に、界面活性剤を塗布し、焼成する際に、親水基もしくは、親油基が、一定の配向を持つ様になるが、その後、インクを吐出すると、インクに接触した面は、活性剤がインクに溶け出し着色層を形成する特性をもち、一方、インク可溶濃度に達していない遮光層上においては、インクを弾く特性をもつものを選択する。このような界面活性剤は、使用するインクもしくは、遮光層に含まれる界面活性剤に応じて、適宜選択することが望ましい。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は、カラーフィルタを製造する際の着色層の形成において、インクの付着時は、遮光層とインクが親和性を持つように制御し、その後の熱処理においては、インクの凝集力や表画張力による流動性と遮光層への密着力との問に働く力のそれぞれの引き合いの力を打ち消す様に制御するようにしたので、平坦な着色層を実現し、混色や色むらを防止できるようになる。また、インクジェットを用いて着色層を形成することにより、多色のカラーフィルタを容易に製造することができる様になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のプロセスを示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施例のプロセスを示す模式図である。
【図３】最終焼成後のカラーフィルタ表面の凹凸を測定した結果を示す図である。
【図４】ガラス上のインクの濡れ角度と、遮光層上のインクの濡れ角度との相関を示す図である。
【符号の説明】
１　基板
２　遮光層
３　インク
４　着色層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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