(57)【要約】      （修正有）【課題】ブラックマトリクスの開口部内に平坦な着色層を形成する。【解決手段】樹脂膜１１の側面には撥液層１２を配置せず、上部表面に配置し、ブラックマトリクス１３を構成させる。ブラックマトリクス１３の側面の撥液性が上部表面の撥液性よりも弱くなり、ブラックマトリクス１３の開口部１４間の隔壁の機能を損なわずに、平坦な着色層１５を得ることができる。撥液層１２は、樹脂膜１１をパターニングする前に配置しておいてもよいし、パターニング後、１Ｐａよりも低圧のプラズマによる表面処理で、パターニングした樹脂膜１１の表面に形成してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、前記透明基板上に配置され、開口部を有するブラックマトリクスとを有し、前記開口部内にカラーフィルタ用インクが配置されるカラーフィルタ用基板の製造方法であって、
前記透明基板上に樹脂液を塗布して樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜が形成された前記透明基板を真空槽内に配置し、化学構造中にフッ素原子を含む処理ガスを前記真空槽内に導入し、前記処理ガスのプラズマを発生させ、前記樹脂膜の表面にフッ素を含有する撥液層を形成し、
前記樹脂膜を前記撥液層と共にパターニングして前記樹脂膜に開口部を形成し、
パターニングされた前記樹脂膜と前記撥液層とで開口部を有するブラックマトリクスを構成させるカラーフィルタ用基板の製造方法。
【請求項２】
透明基板と、前記透明基板上に配置され、開口部を有するブラックマトリクスとを有し、前記開口部内にカラーフィルタ用インクが配置されるカラーフィルタ用基板の製造方法であって、
前記透明基板上に樹脂液を塗布して樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜をパターニングし、
前記透明基板と前記パターニングされた前記樹脂膜を真空槽内に配置し、化学構造中にフッ素原子を含む処理ガスを前記真空槽内に導入し、前記処理ガスの圧力を１．０Ｐａ以下にしながら前記処理ガスのプラズマを発生させ、前記樹脂膜の表面にフッ素を含有する撥液層を形成し、
パターニングされた前記樹脂膜と前記撥液層とで開口部を有するブラックマトリクスを構成させるカラーフィルタ用基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のカラーフィルタ用基板の製造方法によって製造したカラーフィルタ用基板の前記開口部内に、カラーフィルタ用インクの液滴を着弾させた後、加熱し、溶剤を蒸発させて前記着色層を形成するカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶ディスプレイなどに使用するカラーフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューターの発達、特に携帯用パーソナルコンピューターの発達に伴い、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。
【０００３】
従来より液晶表示素子用のカラーフィルタは各種の製造方法が提案されている。カラーフィルタの要求特性を満足しつつコストダウンの要求に応えるべく種々の方法が試みられているが、いまだ満足する方法は確立されていない。
【０００４】
以下にそれぞれの方法を説明する。第一の方法が染色法である。染色法は、まずガラス基板上に染色用の材料である、水溶性の高分子材料を形成し、これをフォトリソグラフィー工程により所望の形状にパターニングした後、得られたパターンを染色液に浸漬して着色されたパターンを得る。これを３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を形成する。
【０００５】
第二の方法は顔料分散法であり、近年最も盛んに行われている。この方法は、まず基板上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをパターニングすることにより単色のパターンを得る。さらにこの工程を３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を形成する。第三の方法としては電着法がある。この方法は、まず基板上に透明電極をパターニングし、顔料、樹脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬して第一の色を電着する。この工程を３回繰り返してＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を形成し、最後に焼成するものである。
【０００６】
第四の方法としては、熱硬化型の樹脂に顔料を分散させ、印刷を３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂを塗り分けた後、樹脂を熱硬化させることにより着色層を形成するものである。また、いずれの方法においても着色層上に保護層を形成するのが一般的である。
【０００７】
これらの方法に共通している点は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を着色するために同一の工程を３回繰り返す必要があり、コスト高になることである。また、工程が多いほど歩留りが低下するという問題を有している。さらに、電着法においては、形成可能なパターン形状が限定されるため、現状の技術ではＴＦＴ用には適用困難である。
【０００８】
また、印刷法は、解像性が悪いためファインピッチのパターン形成には不向きである。
これらの問題を解決した合理的なカラーフィルタの製造方法として、インクジェット方式で着色インクを吹きつけして着色層を形成することが提案されている。インクジェット方式で着色を行う場合、スループットを向上させるためには、その液滴径を大きくする必要があり、おおよそ十数μｍから数十μｍのインク径が必要となる。
【０００９】
一方、カラーフィルタの画素は近年の高精細化の方向性から短辺数十μｍ、長辺数百μｍ程度である。このことから、ガラス基板にあらかじめ画素を規定する区画を設け、この中ヘインクジェット方式でインクを吹きつけ区画内にインクを拡げることで均一な画素を得ることができる。
【００１０】
前記提案には、ガラス基板に対し濡れ性の良いインクを用いる場合には、インクに対して濡れ性の悪い物質であらかじめ境界となる凸部を形成しておく方法が記載されている。
また、ガラスに対して濡れ性の悪いインクを使う場合には、インクとの濡れ性の良い材料であらかじめガラスにパターンを形成しておきインクが定着するのを助ける方法が提案されている。
【００１１】
これらの方法では、境界部をまたは、インク定着部を別途設ける必要があり、プロセス数の増加につながり、強いては、歩留まり低下、コストアップとなる可能性が高い。
さらにインクに対してセル部(ブラックマトリクスの開口部内)は濡れやすく、ブラックマトリクス上では濡れにくいという組み合わせを用いることが提案されている。
【００１２】
この方法では、インク打ち込み量を十分得ようとする場合、撥液性の高い（表面エネルギーの小さい）材料を選択する必要がある。このような材料は一般に基板との密着性が得られず、良好なパターニングを行うことが困難となる。また、基板との密着性を改善しようとする場合、基板の表面改質、中間層の形成等、やはり、プロセス数の増加につながりしいては歩留まり低下、コストアップとなる可能性が高い。
【特許文献１】特開昭５９−７５２０５号公報
【特許文献２】特開平６−３４７６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のようにインクジェット法によりカラーフィルタを形成する場合、隔壁となる凸部の撥液性が重要となるが、側壁部の撥液性も高いため、カラーフィルタの着色層のプロファイルも凸型になりやすく、エッジ部からの光漏れや平坦化するためにオーバーコートが必要になるなどプロセス数の増加など多くの問題が生じてくる。
【００１４】
従来の技術では隔壁の側壁部も撥液処理がなされるためインクジェット法により塗布されたインクが側壁部ではじかれながら乾燥収縮するため、得られる着色層が凸形状になってしまう。
本発明は、ブラックマトリクスの開口部内に平坦な着色層を形成できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の発明者等は、課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、ブラックマトリクスの側面の、カラーフィルタ用インクに対する撥液性を、ブラックマトリクスの上部表面の撥液性よりも弱くすることにより、プロファイルが平坦化できることを突き止めた。
【００１６】
本発明は、上記知見に基づいて創作されたものであり、透明基板と、前記透明基板上に配置され、開口部を有するブラックマトリクスとを有し、前記開口部内にカラーフィルタ用インクが配置されるカラーフィルタ用基板の製造方法であって、前記透明基板上に樹脂液を塗布して樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜が形成された前記透明基板を真空槽内に配置し、化学構造中にフッ素原子を含む処理ガスを前記真空槽内に導入し、前記処理ガスのプラズマを発生させ、前記樹脂膜の表面にフッ素を含有する撥液層を形成し、前記樹脂膜を前記撥液層と共にパターニングして前記樹脂膜に開口部を形成し、パターニングされた前記樹脂膜と前記撥液層とで開口部を有するブラックマトリクスを構成させるカラーフィルタ用基板の製造方法である。
また、本発明は、透明基板と、前記透明基板上に配置され、開口部を有するブラックマトリクスとを有し、前記開口部内にカラーフィルタ用インクが配置されるカラーフィルタ用基板の製造方法であって、前記透明基板上に樹脂液を塗布して樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜をパターニングし、前記透明基板と前記パターニングされた前記樹脂膜を真空槽内に配置し、化学構造中にフッ素原子を含む処理ガスを前記真空槽内に導入し、前記処理ガスの圧力を１．０Ｐａ以下にしながら前記処理ガスのプラズマを発生させ、前記樹脂膜の表面にフッ素を含有する撥液層を形成し、パターニングされた前記樹脂膜と前記撥液層とで開口部を有するブラックマトリクスを構成させるカラーフィルタ用基板の製造方法である。
また、本発明は、上記いずれかのカラーフィルタ用基板の製造方法によって製造したカラーフィルタ用基板の前記開口部内に、カラーフィルタ用インクの液滴を着弾させた後、加熱し、溶剤を蒸発させて着色層を形成するカラーフィルタの製造方法である。
【００１７】
一般に、撥液性の大小は接触角で評価することができるが、本発明は、上記構成により、カラーフィルタ用インクとブラックマトリクスの側面の接触角を、カラーフィルタ用インクとブラックマトリクスの上部表面の接触角よりも小さくすることで、液状のカラーフィルタ用インクを平坦にしており、溶剤の蒸発によって、平坦な着色層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
ブラックマトリクスの上端表面よりも側壁の撥液性が弱いので、ブラックマトリクスの開口部間の隔壁の機能を損なわずに、平坦な着色層を得ることができる。
カラーフィルタ用インクのブラックマトリクスの表面に対する接触角は、カラーフィルタ用インクのブラックマトリクスの開口部内に露出する側面に対する接触角よりも大きくなり、開口部内に配置されたインクの盛り上がりが抑制される。
【００１９】
特に、フッ素ガスプラズマの処理によって形成される撥液層は原料液の塗布と焼成によって形成される撥液層よりも膜厚が薄いので、開口部の上端で、撥液層の側面による撥水が緩和され、インクの盛り上がりが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明方法を説明する。
図１の符号１０は、ガラス（コーニング社製１７３７）から成る透明基板であり、該透明基板１０の表面には、樹脂液の塗布及び乾燥によってブラックマトリックス用の樹脂膜１１が形成されている。樹脂膜１１はアクリル系樹脂であり、黒色である。
【００２１】
＜実施例１＞
先ず、樹脂膜１１の表面が露出した状態の透明基板１０をリアクティブイオンエッチング装置（アルバック（株）製ＲＭＢ−４５０）内に搬入し、チャンバー内を真空排気した後、ＣＦ4ガスを導入し、高周波電圧を印加してＣＦ4ガスのプラズマを生成すると、図２(ａ)に示すように、プラズマに曝された樹脂膜１１の表面に、フッ素を含有する非常に薄い撥液層１２が形成される。
【００２２】
パターニングのためのクロムマスクを撥液層１２上に配置し、クロムマスク上から露光光(ここでは紫外線)を照射すると、露光光はクロムマスクの透明部分を透過し、樹脂膜１１に照射される。
樹脂膜１１は光溶解性であり、樹脂膜１１のうち、露光光が照射された部分が現像液に対して可溶性になり、現像によって可溶性の部分が除去されると、可溶性の樹脂膜１１上に位置する撥液層１２の部分も一緒に除去され、撥液層１２と樹脂膜１１は同形状にパターニングされる。
【００２３】
ここでは、透明基板１０上の樹脂膜１１と撥液層１２の積層膜は、平面形状が格子状にパターニングされている。
次いで、クリーンオーブン中に搬入し、２３０℃で３０分間加熱して焼成した後、洗浄すると、同図(ｂ)に示すように、焼成によって光溶解性が解消された樹脂膜１１と、その表面の撥液層１２によって構成されたブラックマトリクス１３が得られる。
樹脂膜１１の表面は撥液層１２によって覆われているが、側面は覆われておらず、樹脂膜１１が露出されている。
【００２４】
なお、露光工程では、３６５ｎｍに発光強度ピークを持つ３ｋＷ低圧水銀灯を光源に用いた。光量は２００ｍＪ／ｃｍ2となるよう照射時間を調整した。樹脂膜１１の現像液は、０．０５ｗｔ％炭酸ナトリウム水溶液であり、現像時の温度は２６℃であった。
得られたブラックマトリクス１３の膜厚は２μｍであり、ほぼ樹脂膜１１の厚みに等しい。
【００２５】
ブラックマトリクス１３の平面形状を図５に示す。図２(ｂ)は、図５のＡ−Ａ線切断断面図である。ブラックマトリクス１３の格子の目の部分は、８０μｍ×３００μｍの長方形の開口部１４が配置されている。開口部１４の底面には、透明基板１０の表面が露出されている。
【００２６】
開口部１４内には樹脂膜１１表面が露出しており、ブラックマトリクス１３の表面では撥液性が高く、側面では撥液性は低い
ブラックマトリクス１３上と、測定用の開口の底面の透明基板１０上に純水を滴下して、接触角を測定したところ、ブラックマトリクス１３上では９５度と大きく、透明基板１０上では１０度と小さかった。
【００２７】
図６は接触角の定義を説明するための図面であり、同図符号θは透明基板１０上の純水２３の接触角であり、純水２３の端部の接線２４と、透明基板１０表面との成す角度である。
【００２８】
次に、カラーフィルタ用インク(ブルーインク)を調製した。
メチルメタクリレート５０重量部とヒドロキシエチルメタクリレート３０重量部、Ｎ−メチロールアクリルアミドを４重量部、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ  ｂｌｕｅ  １９９を４重量部、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３０重量部を混合し、カラーフィルタ用インクを得た。
Ｎ−メチロールアクリルアミドは架橋性モノマーであり、熱硬化性分である。
【００２９】
得られたカラーフィルタ用インクをインクジェット装置（Ｌｉｔｒｅｘ社製１４０Ｐ）を用いて、ブラックマトリックス１３が形成された透明基板１０の開口部１４上に滴下し、クリーンオーブン内に搬入し、９０℃で５分間プリベークを行った後２３０℃で３０分間ポストベーク処理を行ない、図２(ｃ)に示すように、溶剤が除去されたカラーフィルタ用インクから成る着色層１５を得た。この着色層１５は光透過率が高く、液晶表示装置のバックライトの光が透過する際に、透過光は着色層１５内に含有される着色物質の色に着色される。
【００３０】
開口部１４内の着色層１５の形状を接触式段差計（Ｖｅｃｃｏ社製Ｄｅｋｔａｋ３０３０）を用い、接触式段差計の触針を着色層１５の幅方向(図５で示すと、矢印２５の方向)に移動させ、プロファイルを計測した。得られたプロファイルの最大値と最小値の差を下記表１の実施例１の欄に示す。
【表１】
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【００３１】
＜実施例２＞
次に、上記と同じ透明基板（コーニング社製１７３７）１０上の樹脂膜１１の表面には撥液層を形成せず、樹脂膜１１の表面を露出させた状態でクロムマスクを配置して露光・現像及び洗浄によってパターニングし、平面形状が格子状の樹脂膜１１を得た。露光、現像条件は上記実施例１と同じである。この状態を図３(ａ)に示す。
【００３２】
次に、クリーンオーブン中に搬入し、２３０℃で３０分間加熱し、樹脂膜１１を焼成した後、搬出し、洗浄した。
次に、その状態の透明基板１０をリアクティブイオンエッチング装置（アルバック（株）製ＲＭＢ−４５０）内に搬入し、チャンバー内を真空排気した後、ＣＦ4ガスを導入し、高周波電圧を印加してプラズマを生成し、パターニングされた樹脂膜１１と、開口部１８底面に露出する透明基板１０表面の表面処理を行なった。ＣＦ4ガスの流量は１００ｓｃｃｍ、チャンバー内圧力は１Ｐａになるように自動圧力調整器で調整した。高周波電圧の周波数は１３・５６ＭＨｚ、投入電力密度は１Ｗ／ｃｍ2にした。
【００３３】
パターニングした樹脂膜１１の厚みは２μｍであり、８０μｍ×３００μｍの長方形の開口部１８が形成されている。
樹脂膜１１は平面形状が格子状にパターニングされており、格子の目の部分には、開口部１８が配置されている。
【００３４】
処理圧力が１Ｐａの場合、樹脂膜１１の表面には撥液層１６が形成されるが、開口部１８内に露出するパターニングされた樹脂膜１１の側面は、撥液層１６によって覆われておらず、樹脂膜１１が露出されている。
【００３５】
従って、この例でも、パターニングされた樹脂膜１１と、樹脂膜１１の表面に配置された撥液層１６から成るブラックマトリクス１７が形成される。ブラックマトリクス１７の側面には、樹脂膜１１表面が露出しており、この実施例でも表面では撥液性が高く、側面では撥液性は低い。
【００３６】
表面処理後、純水を滴下し、接触角を測定したところ、ブラックマトリックス上では１００度であり、開口部１８底面の透明基板１０上では７度であった。
また、実施例１と同様に、カラーフィルタ用インクを滴下、乾燥した後、着色層のプロファイルを測定した。測定結果を上記表１の実施例２の欄に示す。
【００３７】
＜比較例１＞
実施例２の、圧力を１Ｐａから５０Ｐａに変更した他は、同じ条件で、ＣＦ4ガスによる表面処理を行なった。
処理圧力が５０Ｐａの場合は、図４(ａ)に示すように、ブラックマトリクス２２の樹脂膜１１は、表面の他、開口部１９内に露出する部分にも撥液層２１が形成されているが、純水を滴下し、接触角を測定したところ、ブラックマトリックス２２上では１０１度であり、透明基板１０上では８度であり、上記実施例１、２と大差はない。
【００３８】
しかし、実施例１と同様に、カラーフィルタ用インクを滴下し、乾燥し、同図(ｂ)に示すように着色層２０を形成してプロファイルを測定したところ、開口部１９内に露出する樹脂膜１１の側面も撥液するため、開口部１９内の着色層２０は、カラーフィルタとして使用できない程、最大膜厚と最小膜厚の差が大きくなった。測定結果は、上記表１の比較例１の欄に示す。
【００３９】
＜比較例２＞
比較例１と同じ条件で形成及びパターニングされた樹脂膜１１を、リアクティブイオンエッチング装置によるＣＦ4ガスの処理を行なわず、クリーンオーブン中での２３０℃、３０分間の加熱と洗浄により、樹脂膜１１だけでブラックマトリクスを構成させた。
【００４０】
純水を滴下し、接触角を測定したところ、ブラックマトリックス上(樹脂膜１１の表面上)では３５度であり、開口部底面の透明基板１０上では３０度であり、ブラックマトリクス上での接触角が小さい。
【００４１】
実施例１と同様に、カラーフィルタ用インクを滴下すると、開口部間の隔壁であるブラックマトリクスの表面に撥液性がないため、カラーフィルタ用インクがブラックマトリクスを乗り越え、隣接する開口部に流入してしまい、正常なカラーフィルタを形成できなかった。
【００４２】
なお、上記実施例ではカラーフィルタ用インクの溶剤はプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートであったが、本発明ではそれに限定されるものではなく、他の溶剤であってもよい。溶剤には有機溶剤の他、水も含まれる。
【００４３】
また、上記実施例ではＣＦ4ガスを処理ガスに用い、処理ガスのプラズマによって樹脂膜１１の表面処理をしたが、処理ガスはＣＦ4ガスに限定されるものではなく、ＮＦ3ガス、ＳＦ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、ＣＨＦ3ガス等、化学構造中にフッ素原子を含むガスを広く用いることができる。
【００４４】
また、処理液は、化学構造中にフッ素原子を含み、ブラックマトリクスを構成する樹脂膜１１の表面と化学結合する液体であればよく、例えば、(Ｃ2Ｈ5)3ＳｉＣ3Ｆ7や(ＣＨ3)3ＳｉＣ3Ｆ7ような、化学構造中にフッ素原子を含んだシランカップリング剤を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に用いることができる透明基板の例
【図２】(ａ)〜(ｃ)：本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための図
【図３】(ａ)、(ｂ)：本発明のカラーフィルタの製造方法の他の例を説明するための図
【図４】(ａ)、(ｂ)：比較例であるカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための図
【図５】樹脂膜の平面形状を説明するための図
【図６】接触角を説明するための図
【符号の説明】
【００４６】
１０……透明基板
１１……樹脂膜
１２、１６……撥液層
１３、１７、２２……ブラックマトリクス
１４、１８、１９……開口部
【図１】
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【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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