【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、カラービデオカメラ、イメージスキャナー、パーソナルコンピュータ、ＥＬディスプレイ等に使用されているカラーフィルタ及びカラーフィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、薄型テレビなどのデジタル電子機器、家庭電子機器が急速に普及するのに伴い、カラー画像を表示するためのフラットパネルディスプレイの需要が急速に伸びている。また、同じ理由でカラー画像を入力するためのカラー撮像素子も同様である。これらのディスプレイや撮像素子には大量のカラーフィルタが使われており、その数量の伸びと同時に、パーツとしては比較的コストが高いため大幅なコストダウンへの要求も高まっている。
例えば、ＬＣＤ用のカラーフィルタは、ブルー（Ｂ）、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）の３色フィルタを適当に配列して作製する。各色のフィルタが各画素を形成し、一つの画素が形成するセルの大きさは、一般的には、（６０μｍ〜１００μｍ）×（１８０μｍ〜３００μｍ）程度であり、各画素セルは表面反射を防ぐため高さ１〜２μｍの黒い隔壁で構成されているブラックマトリクスで囲まれている。
これらのカラーフィルタは単純な構造ではあるが、優れたカラーフィルタを得るための製造工程は複雑であり、長い工程が必要になるため、収率が低く、コストが高くなってしまうという問題があり、低コストで高品位なカラーフィルタが得られる製造方法の開発が望まれている。
【０００３】
従来、ＬＣＤ用カラーフィルタの製造に最も多く使われている第１の方法は染色法である。
この染色法は、ガラス基板上に可染性の感光性高分子膜を形成し、フォトリソグラフィーによりフィルタ形状に合わせてパターニングし、パターンを染色することにより行われている。
この操作は３回繰り返され、次いで、保護層を設け、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３色を有するフィルタが形成される。
第２の方法は顔料分散法である。この顔料分散法はガラス基板上に顔料を分散した感光性樹脂膜を形成し、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。
この操作を３回繰り返し、更に、保護層を設け、Ｂ、Ｇ、Ｒ、３色を有するフィルタを形成する。
第３の方法は電着法である。この電着法はガラス基板上に電極でフィルタのパターンを形成し、次に、顔料、樹脂及び溶剤を含有する電着塗装液に浸漬し電極に通電して第一色を電着する。この操作を３回繰り返し、更に、保護層を設け、Ｂ、Ｇ、Ｒ、３色を有するフィルタを形成する。
第４の方法は印刷法である。この印刷法は熱硬化性樹脂に顔料を分散してガラス基板上に第一色を印刷する。この操作を３回繰り返し保護層を設け、Ｂ、Ｇ、Ｒ、３色を有するフィルタを形成する。
【０００４】
これら従来の方法に共通している問題点は、Ｂ、Ｇ、Ｒ、３色を分けて着色するため、感光性樹脂のスピンコート、露光、現像や、電着、印刷等の工程を３回繰り返す必要があり、材料の無駄が多く、また、長い工程を要するため、汚染の機会が増え、歩留まりが低下し、コストが高くなるという欠点を有していた。
更に、電着法では電極上に色素を析出させるので電極パターンを電気的につなげる必要があり、フィルタのパターン形状が限定されるため、現状ではＴＦＴ用のカラーフィルタに適用することは困難である。
また、例えば、印刷法において、オフセット印刷を用いた場合、一色のインクにつき２回の転写操作をするので転写パターンの解像度が悪く、ファインピッチパターンの形成は難しい。更に、フィルタ表面に凹凸を生じるので表面を平坦化処理する必要がある。
これらの欠点を解決するために、インクジェット方式を用いてカラーフィルタを製造することが提案されている。
これらインクジェット方式を用いる方法は、従来の方法と異なりＲ、Ｇ、Ｂ各色のインクを基板上にノズルから噴射して着色層を形成する方法である。この方法によれば、必要な場所に必要な量のインクを必要なときに付着させることができるのでインクが無駄になることはない。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層を同時に形成できるので、製造プロセスが短縮され大幅なコストダウンが可能になる。
【０００５】
図１はインクジェット方式によってカラーフィルタを製造する概念図を示す。図１において、ＢＨは青色剤インク用インクジェットヘッド、ＧＨは緑色剤インク用インクジェットヘッド、ＲＨは赤色剤インク用インクジェットヘッド、ＢＩは青色剤インク、ＧＩは緑色剤インク、ＲＩは赤色剤インク、ＢＭはブラックマトリクスを示す。
ブラックマトリクスＢＭは、基板上に遮光性を持たせるためのカーボンブラック等の黒色顔料を混合した樹脂を塗布し、凸部を格子状に形成して構成されている。青色剤インク用インクジェットヘッドＢＨ、緑色剤インク用インクジェットヘッドＧＨ、赤色剤インク用インクジェットヘッドＲＨから吐出された青色剤インクＢＩの液滴、緑色剤インクＧＩの液滴、赤色剤インクＲＩの液滴は、ブラックマトリクスＢＭの遮光性を有する凸部で囲まれた画素部に堆積し、次いで自重により平準化する。その後、乾燥されて青色剤インク層、緑色剤インク層、赤色剤インク層となる。
インクジェット方式によって液滴を吐出させるのに適する色剤インクは、一般的にいえば、顔料分散法や印刷法に使うインクに比べて、粘度が低く表面張力が比較的高い物性を有することが必要であり、概ね、粘度が１０ｃｐ以下、表面張力が２.５×１０-4Ｎ／ｃｍから７×１０-4Ｎ／ｃｍ程度である。特に、粘度の制約から、色剤インクの顔料または染料及びバインダなど固形分の総量には限界があり、インク全量に対して高々３０％程度に抑えなければならない。残りの７０％は水、有機溶剤などの揮発により除去できる溶媒成分である。
このため、吐出した色剤インクを乾操した後にインク層の厚さをブラックマトリクスの隔壁と略同じ厚さ（高さ）にするためには、吐出直後のウェット状態のインクをブラックマトリクス凸部の厚さの３から５倍程度の高さに盛り上げなければならないことになる。（一般的には、ブラックマトリクスの厚さは１から２μｍとされるのでウェット状態のインクの厚さは３から１０μｍとなる。）
このような状態を作りだすためには、ブラックマトリクスを徹底して撥油性もしくは撥水性にしなければならないことがよく理解できる。
【０００６】
図２は、このときの色剤インクの挙動を説明する説明図であって、画素部に堆積した青色剤インクＢＩ、緑色剤インクＧＩ、赤色剤インクＲＩは、インクの表面張力とブラックマトリクスの発油力とにより、図２に示されるように、画素部の中央の高さがカラーフィルタ基板ＢＳ上に設けられたブラックマトリクスＢＭに接する部分にくらべて高くなる。これを乾燥して青色剤インク層Ｂ、緑色剤インク層Ｇ、赤色剤インク層Ｒとすると、画素周辺部のインク層は薄くなり、白ヌケとなる。このようなカラーフィルタを用いて画像を形成したときにはコントラストの低いいわゆる「ねむたい絵」ができあがることになる。
更に、基板がガラス基板である場合、インクジェット方式で画素部（凹部）にインクを吐出して着色層を形成するとき、ガラス基板は布や紙と異なりインクを吸収しないので一つの画素部（凹部）からインクが溢れ出し隣りの画素部（凹部）のインクと混色し易いという問題があった。
また、使用するインクの物性値、例えば、表面張力や粘度等がガラス基板の物性値、例えば、表面自由エネルギーと適合しないとインクが弾かれてフィルタ層の膜厚に偏りが生じ色濃度が不均一になったり白抜けが発生し易く、更に、着色層の表面が荒れ易いので液晶層と均一に接触できなくなる等の問題を有している。
上述のように、インクジェット方式によれば、従来法に比べて能率が遥かに高く、材料の無駄が少ないので低コストでカラーフィルタを製造できるが、凹部間でインクが混合し易くまた凹部内でインク濃度が不均一になったり凹部の一部や凸部と凹部の境界でインクが欠けたり白抜けが発生し易い欠点を持っていた。
このため、凹部と凹部の間でインクが混合しないように、形成されたブラックマトリクス（隔壁部）（凸部）の表面に撥インク性を持たせ、インクが凸部を乗り越えて隣りの凹部に侵入しないようにする技術が必要になる。
更に、凹部では、インクが均一に広がるように親インク性を持たせることが必要となる。
【０００７】
上記の問題点を解決するために、ガラス基板の表面を処理して凸部には撥インク性を凹部には親インク性を持たせる処理が行われる。しかし、この処理を行っても、親インク性の凹部が撥インク性の凸部で取り囲まれているので、単に、凹部内でインクが均一に広がっても凸部と接触する部分ではインクが弾かれて、凹部の周辺で色濃度が低下し、白抜けが発生し易く画像のコントラストを低下させてしまう。
以上説明したとおり、インクジェット方式によりカラーフィルタを製造するには、ガラス基板を撥インク領域と親インク領域に正確に細かく分割して処理する必要が有る。
これらの技術に関しては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に、感光性材料と低エネルギー表面を形成できる材料、例えば、フッ素樹脂やシリコーン樹脂をガラス基板の全面に重層塗布し凹部または凸部に合わせたパターンを通して紫外線を照射し、現像して凹部からフツ素樹脂やシリコーン樹脂を取り除き、凸部にはこれらを残し、インクを吐出してカラーフィルタを形成する方法が開示されている。
上記の方法は、フォトリソグラフィー技術を使用するので凹部と凸部に正確に親インク性と撥インク性を持たせることができるが、凹部と凸部の境界でインクが弾かれて色素濃度が低下しコントラストが低下したり白抜けが出易かった。
また、凹部のガラス面が高い表面自由エネルギーを持つのでインク親和性が高いが、処理中に、低表面エネルギー材料であるフッ素樹脂やシリコーン樹脂を吸着して凹部の親インク性を低下させ易い。
従って、凹部のガラス面をフッ化水素酸やレーザー等でエッチングして、これらの汚染物を取り除く必要がある。
更に、凸部にフッ素樹脂やシリコーン樹脂が存在するので、保護膜を塗布形成するとき塗布液を弾いて塗布できないので、凸部のフッ素樹脂やシリコーン樹脂を取り除かねばならず、このため、プロセスが複雑でコスト高となっている。
【０００８】
この他、例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６等には、ガラス基板上に樹脂を塗布し、凸部または凹部の形に合わせたマスクを通し紫外線を照射して、光が当たった部分と当たらなかった部分で、インクの吸収性に差を生じせしめ、この差を利用して凹部間でのインクの混合を防ぐ方法が開示されている。しかし、光照射の有無ではインク吸収性の差を十分に付けることができず凹部間のインク混合を十分に防げない。また、インク吸収層を設けるので、解像度の低下や、コスト高の原因となってしまう。更に、凸部と凹部の境界におけるインク濃度の低下や白抜けを防ぐため、例えば、特許文献７に記載の方法では、凸部の側面の撥インク性を少し低下させている。
また、特許文献８には、凸部を２層構成にして下層の撥インク性を低くすることが開示されている。
しかし、これらの方法では、フォトポリマーとフッ素化合物を使用するという面倒で長いプロセスを必要としコスト高となってしまう。
【０００９】
また、特許文献９には、凸部に対するインクの後退接触角を５０°以下にすることで、境界でのインクメニスカスの形を平坦にして色ムラや色抜けを防止することが記載されている。しかし、後退接触角が５０°という程度ではまだ接触角が大きすぎ、メニスカスの形状を十分に平坦化できないのみならず、より小さい接触角にするとメニスカスはより平坦にはなるものの、それは即ち凸部に対するインクの濡れが非常によくなることを意味し、隣接画素との混色が防げなくなるという問題を生ずる。
また、特許文献１０には、凸部の下部を親水性の酸化シリコーンで、上部を疎水性のアモルファスシリコンで形成することが記載されている。しかし、この方法を実施するにはプラズマＣＶＤのような高価な装置が必要である。
このように、インクジェット方式を用いて高精度のカラーフィルタを製造するには、ガラス基板を処理して凹部に親インク性を凸部に撥インク性を与え、更に、凹部と凸部の繋ぎ目でインクの濡れ性が極端に変わらないようにする必要がある。
【００１０】
一般に、カラーフィルタ用ガラス基板は、カーボンブラックを混合した樹脂をガラス上に塗布して凸部が形成されている。
凹部はガラス面なので、高い表面自由エネルギーを持つから特に親インク処理しなくとも汚染を除けばインクの濡れ性はよい。
しかし、凸部は樹脂なので中程度の表面自由エネルギーを持っており、インク、特に、低い表面自由エネルギーを持つ溶剤系インクはその上を乗り越えて移動してしまい、これを防止することはできない。このため、低い表面自由エネルギーを与えることができるフッ素化合物やシリコーン化合物で凸部を処理して凸部に撥インク性を与える必要がある。
フォトリソグラフィー技術を使用する場合には、凸部表面を正確に撥インク処理することができるが、凸部と凹部のつなぎ目で起こる極端な濡れ性変化によるインクの弾きを十分に解決できていない。
更に、フォトリソグラフィー技術は、スピンコート、露光、現像、凹部の汚染除去、表面処理材の除去等の長いプロセスが必要になり、コストが高くなる欠点を有している。
【００１１】
更に、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３には、色剤インクに比較的溶けやすい界面活性剤をブラックマトリクス付き基板表面に全面塗布することで隣接画素間の混色を生じにくくすると共に界面活性剤のインクへの溶解プロセスを利用することによりインクの平坦化を促して高品質のカラーフィルタを得る技術が提案されている。これらの技術により、前出の従来技術に比べ画素内の均一性及び平坦性の良好なカラーフィルタを得ることができる。しかし、近年、市場要求が色再現域の拡大という方向に変化してきており、このためには１画素内に吐出するインク量を増してカラーフィルタの色濃度を上げる必要があり、更に、画素間の混色が増加してしまうという問題が生じている。
そこで、鋭意研究を重ねた結果、本発明者等は既設のブラックマトリクス上に重畳して付加層を設けその高さを嵩上げすることにより上記の問題点が解決できることを見いだした。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２３０１２３号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平７−３５９１６号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開平４−１２３００５号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献４】
特開平８−２０１６１５号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開平８−２２７０１２号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献６】
特開平８−２３０３１４号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開平９−１２７３２７号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献８】
特開平９−２５８２０８号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献９】
特開平１０−１１５７０３号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献１０】
特開平９−３２９７０６号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献１１】
特開２００１−２５６１８号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献１２】
特開２００１−２４９２１２号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【特許文献１３】
特開２００１−２７２５１９号公報（全般、特に特許請求の範囲）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明はインクジェット方式による上記問題点を解決するものであり、本発明の第１の目的は、各セル間でインクの混合がなく、各セル内でインク濃度にムラのない精度の高いカラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタを提供することにある。第２の目的は、生産性が向上した安価なカラーフィルタの製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は以下の構成により達成される。
（１）基板面上に、各画素を互いに隔離するブラックマトリクスと画素形成部を形成し、次いで、該ブラックマトリクス上に重畳する付加層を設け、しかる後に、各画素形成部にそれぞれに対応する色の色剤インクを付着させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
（２）画素形成部への色剤インクの付着を、インクジェット方式を用いて行うことを特徴とする上記（１）に記載のカラーフィルタの製造方法。
（３）ブラックマトリクス上に重畳する付加層を、フォトレジストで形成することを特徴とする上記（１）または（２）に記載のカラーフィルタの製造方法。
（４）フォトレジストが、ボジ型フォトレジストであることを特徴とする上記（３）に記載のカラーフィルタの製造方法。
（５）ブラックマトリクス上に重畳する付加層を、ブラックマトリクスの形成された基板の表面全面にポジ型フォトレジストを塗布した後に、基板の裏面側からエネルギー線を照射し、次いで、画素形成部のレジスト層を溶解除去することにより形成することを特徴とする上記（４）に記載のカラーフィルタの製造方法。
（６）画素形成部へ色剤インクを付着した後、乾燥及び／または硬化し、次いで、表面から突出した付加層を除去することを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法。
（７）画素形成部へ色剤インクを付着した後、表面側よリエネルギー線を照射し、色剤インクを硬化させて乾燥すると共に付加層を可溶化させ、しかる後に、付加層を溶解除去することを特徴とする上記（５）に記載のカラーフィルタの製造方法。
（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法により得られたカラーフィルタ。
（９）上記（８）に記載のカラーフィルタを用いた表示装置。
【００１５】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明においては、各画素を互いに隔離するブラックマトリクスの上に重畳する付加層が設けられる。
本発明におけるブラックマトリクスは如何なる方法によって形成してもよく、従来行われている方法を用いて形成することができ、例えば、クロム等の金属を蒸着した後、フォトエッチングによりパターンを形成する方法、あるいは、カーボンブラック等の遮光性の材料を混合した樹脂を塗布して、同様にフォトエッチングにより遮光性の隔壁を形成する方法などにより形成される。
ブラックマトリクスにおいて、一つの画素が形成するセルの大きさはカラーフィルタがどのように使用されるかによって異なるが、例えば、ブルー（Ｂ）、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）の３色フィルタを適当に配列してなるＬＣＤ用のカラーフィルタにおいては、（６０μｍ〜１００μｍ）×（１８０μｍ〜３００μｍ）程度とされる。
ブラックマトリクスの遮光性の隔壁は表面反射を防ぎ、画像を鮮明にする。隔壁の高さは、画素に形成される乾燥色剤インク層の厚さによって異なるが、一般的には２μｍ以下とされる。隔壁の高さを大きくしすぎると、色剤インクの着色、乾操後に着色層表面より突出した部分が残り、表示パネルの製作プロセスによっては後工程の障害となることもある。
ブラックマトリクスは、具体的には、基板上に、カーボンブラック等の遮光性の材料を混合したフォトレジストを塗布乾燥し、フォトマスクを用いて露光し、ネガ型フォトレジストとポジ型フォトレジストとでは処理の方法が異なるが、不要部分を除去する処理をすることによって形成することができる。
フォトレジストにカーボンブラックを練り込んだものはＵＶ透過性が低いために厚い硬化膜を形成することができない。
【００１６】
本発明においては、ブラックマトリクスの隔壁上に重畳する付加層が設けられるが、重畳する付加層に用いる素材は特に制限なく何を用いてもよい。また、重畳する付加層は、ブラックマトリクスと異なり遮光性である必要はなく、透明でも着色していてもよい。
本発明においては、重畳する付加層を形成した後に、各画素形成部にそれぞれに対応する色の色剤インクが付着させられる。
本発明において、色剤インクを付着させる手段には特に制限はないが、色剤インクの液滴を吐出して行うインクジェット方式を用いることが好ましい。各画素形成部を色剤インクで着色した後には、乾操ないしは硬化させる。また、着色した後、突出した重畳する付加層のレジスト部分は、必要に応じて研磨などの物理的手段などを用いて除去することができる。
重畳する付加層に用いる素材としては重畳する付加層の形成の容易性からフォトレジストを用いることが望ましい。
重畳する付加層を形成するフォトレジストとしてネガ型フォトレジストを用いる場合は、ブラックマトリクス付き基板上にフォトレジストを所望の厚みで全面塗布した後、樹脂ブラックマトリクスまたは金属蒸着膜ブラックマトリクスの作製に用いたマスクを用いて基板表面からパターンニングし、重畳する付加層を形成する。
また、フォトレジストとしてボジ型フォトレジストを用いた場合には、ネガ型フォトレジストの場合と同様に、ブラックマトリクス付き基板上にフォトレジストを所望の厚みで全面塗布した後、既に基板面上に形成されているブラックマトリクスをフォトマスクとして基板の裏面よりＵＶ光を全面照射することでパターンニングすることができる。このように既に基板面上に形成されているブラックマトリクス自体をフォトマスクとして用いることができるので、ボジ型フォトレジストを用いることは特に好ましい。
【００１７】
更に、重畳する付加層の形成にポジ型フォトレジストを用いると、ボジ型フォトレジストはＵＶ光を照射することによリアルカリ可溶性となるため、図５に示されるように、青色剤インクＢＩ、緑色剤インクＧＩ、赤色剤インクＲＩを乾燥させ、青色剤インク層Ｂ、緑色剤インク層Ｇ、赤色剤インク層Ｒとした後に、基板表面よりＵＶ光を全面照射すればフォトレジストはアルカリ可溶性となり、上記により形成した突出した重畳する付加層であるポジ型フォトレジスト層ＰＲを容易に除去でき、色剤インクの着色、乾操後に着色層表面より突出した部分が残ることによりもたらされる障害を排除することができる。なお、図５において、ＢＳはカラーフィルタ基板、ＢＭはブラックマトリクスを示す。
更に、このとき、色剤インクがネガ型のフォトレジストをバインダとしている場合には、上記のＵＶ照射で着色層の硬化も同時にすることができる。
重畳する付加層は、ブラックマトリクスの隔壁の高さと重畳する付加層の高さの和が、画素内に投入する色剤インクによってもたらされる高さの７０％以上になるように設けることが好ましい。
ブラックマトリクスの隔壁の高さと重畳する付加層の高さの和が画素内に投入する色剤インクによってもたらされる高さの７０％以上あると、画素形成部に吐出された色剤インクの表面が図２に示すようにはならず、カラーフィルタ基板ＢＳ上に設けられたブラックマトリクスＢＭ上に重畳する付加層ＮＲにより図３に示すようになり、青色剤インクＢＩ、緑色剤インクＧＩ、赤色剤インクＲＩを乾燥したとき、青色剤インク層Ｂ、緑色剤インク層Ｇ、赤色剤インク層Ｒの画素周辺部が薄くならず、白ヌケが防止され、このようなカラーフィルタを用いて画像を形成したときには優れたコントラストを得ることができる。
本発明においては、基板表面やブラックマトリクス及びブラックマトリクスに重畳する付加層の表面を処理して撥油性や撥水性を付与させることもできるが、通常のカラーフィルタの製造プロセスにおいてブラックマトリクスを形成した基板に施される単なる洗浄を行ったままで色剤インクで着色しても前述の従来技術においてもたらされる欠点を生じることはない。
更に本発明において、通常の洗浄にＵＶオゾン洗浄を付加するなどして表面エネルギーを更に上げ、色剤インクの濡れ性を上げることで、図４に示すように、青色剤インクＢＩ、緑色剤インクＧＩ、赤色剤インクＲＩがブラックマトリクスＢＭに重畳する付加層ＮＲに接する部分が盛り上がり、乾燥して青色剤インク層Ｂ、緑色剤インク層Ｇ、赤色剤インク層Ｒとしたときに、画素周辺部分（ブラックマトリクスＢＭの際）の色濃度を若干高くすることができ、いわゆるエッジ効果が得られるため、画像コントラストの高い良好なカラーフィルタを得ることもできる。なお、図４において、ＢＳはカラーフィルタ基板を示す。
【００１８】
本発明のカラーフィルタにおいて、用いる基板に特に制限はなく、得られたカラーフィルタの使用目的に応じていずれの基板も用いることができる。例えば、いわゆるフラットパネルディスプレイに用いるカラーフィルタであれば、硝子板、プラスチック板、フレキシブルなプラスチックフィルムなどを用いることができる。
本発明において、画素形成部にそれぞれに対応する色の色剤インクを付着させるにはインクジェット方式を用いることが好ましい。
インクジェット方式とは、例えば、図１に示されるように色剤インクの液滴を吐出して色剤インクを付着させる方式である。
本発明において用いるインクジェット方式は特に限定されず、例えば、コンティニュアスインクジェット法、熱エネルギー変換方式のインクジェット法、ピエゾ方式のインクジェット法などいずれでも利用しうる。
色剤インクとして有機溶剤系の色剤インクを用いる場合には、その適性から、ピエゾ方式のインクジェットが好ましい。
また、着色に用いる色剤インクは、概ね前述のような物性値を持ち、色相、耐熱性、耐薬品性、耐久性などがカラーフィルタの使用目的に適合するものであれば、どのようなものでも用いうる。
これら色剤インクとしては、水系のインク、有機溶剤系のインクでもよく、また、分散系のインクでもよい。また、色剤としては染料、顔料のいずれでも用いることができるが、経年変化に対する耐性が大きいので、色剤に顔料を用いた顔料系のインクが好ましい。また、バインダとしては種々の樹脂を用いることができるが、紫外線のような活性光線の照射で硬化する樹脂、例えば、フォトレジストを用いることが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例１
―比較の基板１―
厚さ０．７ｍｍの無アルカリ硝子板に、カーボンブラックを混合したネガ型の感光性樹脂（東京応化株式会社、ＯＭＲ８３）を乾操膜厚が１．８μｍになるようにスピンコートした。常法によリフォトマスクを用いてパターン露光、現像して８０μｍ×２４０μｍの微細格子構造を持つブラックマトリクス付き基板（比較の基板１）を作製した。ブラックマトリクスの線幅は１０μｍとした。
―本発明の基板１―
比較の基板１のブラックマトリクス側に、カーボンブラックを混合しないネガ型の感光性樹脂（東京応化株式会社、ＯＭＲ８３）をブラックマトリクスの上の乾操膜厚が７．２μｍとなるようにスピンコートし、比較の基板１の作製に用いたフォトマスクを利用してパターン露光、現像して高さの総計が９．０μｍとなるように重畳層を具備したブラックマトリクス基板（本発明の基板１）を作製した。
【００２０】
―本発明の基板２―
比較の基板１のブラックマトリクス側に、以下の組成のポジ型レジストをブラックマトリクスの上の乾燥膜厚が７．２μｍとなるようにスピンコートした。
ポジ型レジストの組成：
▲１▼ピロガロール・アセトン樹脂（Ｍｗ＝５０００）のオルトナフトキノンジアジドスルホン酸エステル（縮合率３０％） ４重量比
▲２▼パラクレゾール・メタクレゾールノボラック樹脂（Ｍｗ＝２００００）１６重量比
▲３▼プロピレングリコールモノメチルエ−テル ８０重量比
次いで、基板に設けられたブラックマトリクスをフォトマスクとして、基板の裏側からＵＶ露光し、現像して重畳層を具備したブラックマトリクス基板（本発明の基板２）を作製した。（高さの総計９．０μｍ）
―比較の基板２―
比較の基板１のブラックマトリクス側に、特開２００１−２３５６１８号公報の実施例２で用いられている（株）旭硝子社製（現、セイミケミカル牡）界面活性剤Ｓ−３８１、Ｓ−１１２のエタノール溶液（濃度はそれぞれ０．３０％，０．０２％）をスピンコートし、表面を撥水（油）加工し、ブラックマトリクス付き基板（比較の基板２）を作製した。
【００２１】
上記で作製した比較の基板１及び２並びに本発明の基板１及び２を用い、インクジェット法により着色を施した。ここで用いた条件は以下の通りである。
ピエゾ方式のインクジェットヘッドを具備した平面プリンタ
上記条件で、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の順に各色の色剤インクを隣接する画素内に吐出し着色した。このとき１画素当たりの色剤インク液滴数を必要な色濃度を得るために２４滴とした。乾燥前のインク層の高さは８．９μｍであった。乾燥した後、その着色状態を拡大投影機及び顕微鏡を用いて画素内着色層の膜厚分布及び欠陥画素数を評価した。なお、着色層の乾燥膜厚は約１．８μｍであり、重畳層形成前のブラックマトリクス層と概ね同じ高さになっていた。
得られた画素内着色層の膜厚分布及び欠陥画素数の評価の結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
この評価結果から、近時の市場要求に耐えうる画素濃度を付与するのに必要な色剤インクをインクジェット法を用いて吐出し、着色するためには、従来のブラックマトリクスのままでは全く不可能であることがわかる。また、良好な結果が得られるとされる特開２００１−２３５６１８号公報に記載の方法によって表面を撥水（油）加工しても１画素内に吐出する色剤インク量が多い場合には画素間混色が発生して充分なカラーフィルタが得られないことがわかった。他方、本発明による方法では、混色が皆無であった他、画素内の均一性も十分であり、充分満足な結果が得られることがわかった。
【００２３】
実施例２（本発明）
本発明の基板２に前記と同様の条件で色剤インクを吐出着色し、色剤インクの溶剤を乾燥した。次いで、基板表面からＵＶ光を全面照射し画素内の色剤インク層を硬化させるとともに、ブラックマトリクス上にボジ型レジストで形成された重畳層を可溶化した。次いで、下記の組成のアルカリ溶液で洗浄し除去し、カラーフィルタを得た。
―アルカリ溶液の組成―
ＫＯＨ（苛性カリ） ４重量比
アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ ２重量比
水 ９４重量比
上記により、色剤インクを乾操した後に突出する重畳層は極めて簡単な操作でかつ容易に除去でき、表面がほぼ平面状態のカラーフィルタが得られることがわかった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、各セル間でインクの混合がなく、各セル内でインク濃度にムラのない精度の高いカラーフィルタを生産性よく安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット方式によってカラーフィルタを製造する概念図である。
【図２】従来技術によるインクジェット方式によってカラーフィルタを製造するときの色剤インクの挙動を説明する説明図である。
【図３】本発明よるカラーフィルタの製造方法を説明する説明図である。
【図４】本発明よるカラーフィルタの製造方法の他の例を説明する説明図である。
【図５】本発明よるカラーフィルタの製造方法のさらに他の例を説明する説明図である。
【符号の説明】
Ｂ：青色剤インク層
Ｇ：緑色剤インク層
Ｒ：赤色剤インク層
ＢＩ：青色剤インク
ＧＩ：緑色剤インク
ＲＩ：赤色剤インク
ＢＨ：青色剤インク用インクジェットヘッド
ＧＨ：緑色剤インク用インクジェットヘッド
ＲＨ：赤色剤インク用インクジェットヘッド
ＢＳ：カラーフィルタ基板
ＢＭ：ブラックマトリクス
ＮＲ：重畳する付加層
ＰＲ：ポジ型レジスト層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter used in a color liquid crystal display, a plasma display, a color video camera, an image scanner, a personal computer, an EL display, and the like, and a method of manufacturing the color filter.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the rapid spread of digital electronic devices such as personal computers, mobile phones, video cameras, digital cameras, and thin televisions, and home electronic devices, the demand for flat panel displays for displaying color images has rapidly increased. ing. Further, the same applies to a color image sensor for inputting a color image for the same reason. A large amount of color filters are used in these displays and imaging devices, and at the same time, the demand for drastic cost reductions is increasing because the number of color filters is increasing and the parts are relatively expensive.
For example, a color filter for an LCD is manufactured by appropriately arranging three color filters of blue (B), green (G), and red (R). A filter of each color forms each pixel, and the size of a cell formed by one pixel is generally about (60 μm to 100 μm) × (180 μm to 300 μm), and each pixel cell prevents surface reflection. Therefore, it is surrounded by a black matrix composed of black partition walls having a height of 1 to 2 μm.
Although these color filters have a simple structure, the manufacturing process for obtaining an excellent color filter is complicated and requires a long process, so that there is a problem that the yield is low and the cost is high. It is desired to develop a manufacturing method capable of obtaining a low-cost, high-quality color filter.
[0003]
Conventionally, the first method most frequently used in the production of color filters for LCDs is a dyeing method.
This dyeing method is performed by forming a dyeable photosensitive polymer film on a glass substrate, patterning it according to a filter shape by photolithography, and dyeing the pattern.
This operation is repeated three times, and then a protective layer is provided to form a filter having three colors of blue (B), green (G), and red (R).
The second method is a pigment dispersion method. In the pigment dispersion method, a photosensitive resin film in which a pigment is dispersed is formed on a glass substrate, and a monochromatic pattern is obtained by patterning the photosensitive resin film.
This operation is repeated three times, and a protective layer is further provided to form a filter having three colors of B, G, and R.
The third method is an electrodeposition method. In this electrodeposition method, a filter pattern is formed on a glass substrate with electrodes, and then the electrode is immersed in an electrodeposition coating solution containing a pigment, a resin, and a solvent, and electricity is supplied to the electrodes to electrodeposit a first color. This operation is repeated three times, and a protective layer is further provided to form a filter having three colors of B, G, and R.
The fourth method is a printing method. In this printing method, a first color is printed on a glass substrate by dispersing a pigment in a thermosetting resin. This operation is repeated three times to provide a protective layer to form a filter having three colors of B, G, R.
[0004]
The problem common to these conventional methods is that, in order to separate and color B, G, and R, three steps such as spin coating, exposure, and development of a photosensitive resin, electrodeposition, and printing are performed three times. It has to be repeated, wastes a lot of material, and requires a long process, so that there are disadvantages that the chance of contamination increases, the yield decreases, and the cost increases.
Furthermore, in the electrodeposition method, a dye is deposited on an electrode, so that it is necessary to electrically connect electrode patterns, and since the pattern shape of the filter is limited, it is difficult to apply the present invention to a color filter for a TFT at present. .
Further, for example, when offset printing is used in the printing method, the transfer operation is performed twice for one color ink, so that the resolution of the transfer pattern is poor, and it is difficult to form a fine pitch pattern. Further, the surface of the filter becomes uneven, so that the surface needs to be flattened.
In order to solve these drawbacks, it has been proposed to manufacture a color filter using an inkjet method.
Unlike the conventional method, these methods using the inkjet method are methods in which R, G, and B inks are jetted from a nozzle onto a substrate to form a colored layer. According to this method, a necessary amount of ink can be attached to a required place at a required time, so that the ink is not wasted. In addition, since the R, G, and B colored layers can be simultaneously formed, the manufacturing process can be shortened and the cost can be significantly reduced.
[0005]
FIG. 1 is a conceptual diagram of manufacturing a color filter by an ink jet method. In FIG. 1, BH is an inkjet head for a blue agent ink, GH is an inkjet head for a green agent ink, RH is an inkjet head for a red agent ink, BI is a blue agent ink, GI is a green agent ink, RI is a red agent ink, and BM. Indicates a black matrix.
The black matrix BM is configured by applying a resin mixed with a black pigment such as carbon black for providing light-shielding properties on a substrate, and forming convex portions in a lattice shape. Drops of blue agent ink BI, droplets of green agent ink GI, and droplets of red agent ink RI ejected from the blue agent ink inkjet head BH, the green agent ink inkjet head GH, and the red agent ink inkjet head RH. Is deposited on the pixel portion of the black matrix BM surrounded by the light-blocking convex portions, and then leveled by its own weight. Thereafter, the ink is dried to form a blue ink layer, a green ink layer, and a red ink layer.
Generally speaking, colorant inks suitable for ejecting liquid droplets by the inkjet method need to have physical properties with low viscosity and relatively high surface tension compared to inks used in pigment dispersion method and printing method. In general, the viscosity is 10 cp or less, and the surface tension is 2.5 × 10 -Four 7 × 10 from N / cm -Four It is about N / cm. In particular, due to viscosity restrictions, there is a limit to the total amount of solids such as pigments or dyes and binders in the colorant ink, and it must be suppressed to at most about 30% of the total amount of the ink. The remaining 70% is a solvent component that can be removed by volatilization such as water and an organic solvent.
Therefore, in order to make the thickness of the ink layer substantially the same as the thickness (height) of the partition of the black matrix after drying the discharged colorant ink, the ink in the wet state immediately after the discharge is formed by the black matrix convex portion. Must be raised to a height of about 3 to 5 times the thickness of the sheet. (Generally, the thickness of the black matrix is 1 to 2 μm, and the thickness of the ink in the wet state is 3 to 10 μm.)
It can be well understood that in order to create such a state, the black matrix must be made thoroughly oil-repellent or water-repellent.
[0006]
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the behavior of the color material ink at this time. The blue material ink BI, the green material ink GI, and the red material ink RI deposited on the pixel portion are based on the surface tension of the ink and the black matrix. Due to the lubricating force, as shown in FIG. 2, the height at the center of the pixel portion is higher than the portion in contact with the black matrix BM provided on the color filter substrate BS. When this is dried to form a blue ink layer B, a green ink layer G, and a red ink layer R, the ink layer around the pixel becomes thin and white. When an image is formed using such a color filter, a so-called “neutral picture” with low contrast is completed.
Further, when the substrate is a glass substrate, when a colored layer is formed by discharging ink to the pixel portion (concave portion) by the ink jet method, the glass substrate does not absorb ink unlike cloth or paper, so that one pixel portion (concave portion) is used. ), There is a problem that the ink easily overflows and mixes with the ink in the adjacent pixel portion (concave portion).
If the physical properties of the ink used, for example, surface tension and viscosity, do not match the physical properties of the glass substrate, for example, the surface free energy, the ink is repelled and the film thickness of the filter layer is biased, resulting in inconsistent color density. There is a problem that uniformity or white spots easily occur, and furthermore, the surface of the colored layer is easily roughened, so that it cannot be uniformly contacted with the liquid crystal layer.
As described above, according to the ink jet method, the efficiency is much higher than the conventional method, and the color filter can be manufactured at low cost because there is little waste of material. This has the disadvantage that the ink density becomes non-uniform, ink is chipped at a part of the concave part or at the boundary between the convex part and the concave part, and white spots are easily generated.
For this reason, the surface of the formed black matrix (partition portion) (convex portion) is provided with ink repellency so that the ink does not mix between the concave portions, and the ink passes over the convex portion and reaches the adjacent concave portion. Technology to prevent intrusion is needed.
Further, in the concave portion, it is necessary to have ink affinity so that the ink spreads uniformly.
[0007]
In order to solve the above problems, a process is performed in which the surface of the glass substrate is treated so that the convex portions have ink repellency and the concave portions have ink affinity. However, even if this process is performed, the ink-repellent concave portion is surrounded by the ink-repellent convex portion. Therefore, even if the ink spreads uniformly in the concave portion, the ink is simply repelled at the portion in contact with the convex portion. As a result, the color density is reduced around the concave portion, white spots are easily generated, and the image contrast is reduced.
As described above, in order to manufacture a color filter by an inkjet method, it is necessary to accurately and finely divide a glass substrate into an ink-repellent area and an ink-philic area.
Regarding these technologies, for example, Patent Documents 1, 2, and 3 disclose a photosensitive material and a material capable of forming a low-energy surface, such as a fluororesin or a silicone resin, overlaid on the entire surface of a glass substrate by a multilayer coating. Or a method of irradiating ultraviolet rays through a pattern matched with the convex portion, developing and removing the fluororesin or silicone resin from the concave portion, leaving these in the convex portion, and discharging ink to form a color filter is disclosed. I have.
The above method uses photolithography technology, so that the concave and convex portions can be provided with accurate ink affinity and ink repellency, but the ink is repelled at the boundary between the concave and convex portions, and the pigment concentration is reduced. The contrast was lowered and white spots were likely to appear.
Further, since the glass surface of the concave portion has a high surface free energy, the affinity for ink is high. However, during the treatment, a low surface energy material such as a fluororesin or a silicone resin is adsorbed and the ink affinity of the concave portion is easily reduced.
Therefore, it is necessary to etch these contaminants by etching the glass surface of the concave portion with hydrofluoric acid, a laser, or the like.
Furthermore, since the fluorine resin or the silicone resin is present in the convex portion, the coating liquid cannot be applied by flipping the protective film when forming the protective film, so that the fluorine resin or the silicone resin in the convex portion must be removed. It is complicated and expensive.
[0008]
In addition, for example, in Patent Document 4, Patent Document 5, Patent Document 6, and the like, a resin is applied to a glass substrate, and ultraviolet light is irradiated through a mask conforming to the shape of the convex portion or the concave portion, and light is applied. A method is disclosed in which a difference is caused in the ink absorbency between a portion that has not hit and a portion that has not hit, and the difference is used to prevent mixing of ink between the concave portions. However, the presence or absence of light irradiation cannot make a sufficient difference in ink absorptivity, so that ink mixing between the concave portions cannot be sufficiently prevented. Further, the provision of the ink absorbing layer causes a reduction in resolution and an increase in cost. Furthermore, in order to prevent a drop in ink density and white spots at the boundary between the convex portion and the concave portion, for example, in the method described in Patent Document 7, the ink repellency on the side surface of the convex portion is slightly reduced.
Patent Document 8 discloses that the convex portion has a two-layer structure to lower the ink repellency of the lower layer.
However, these methods require a cumbersome and long process of using a photopolymer and a fluorine compound, resulting in high cost.
[0009]
Further, Patent Document 9 describes that by setting the receding contact angle of the ink to the convex portion to 50 ° or less, the shape of the ink meniscus at the boundary is flattened to prevent color unevenness and color omission. . However, when the receding contact angle is about 50 °, the contact angle is still too large, and not only can the shape of the meniscus not be sufficiently flattened. Means that the ink becomes very wet, and it is impossible to prevent color mixing with adjacent pixels.
Patent Literature 10 describes that the lower part of the protrusion is formed of hydrophilic silicon oxide and the upper part is formed of hydrophobic amorphous silicon. However, this method requires expensive equipment such as plasma CVD.
As described above, in order to manufacture a high-precision color filter using the ink jet method, a glass substrate is treated to impart ink affinity to concave portions and ink repellency to convex portions, and further, a joint between the concave portions and the convex portions. It is necessary to prevent the ink wettability from changing extremely.
[0010]
In general, the glass substrate for a color filter has a projection formed by applying a resin mixed with carbon black on glass.
Since the concave portion has a glass surface, it has a high surface free energy, so that the ink has good wettability even if it is not contaminated, even if it is not particularly treated with the ink.
However, since the convex portion is a resin, it has a medium surface free energy, and ink, especially a solvent-based ink having a low surface free energy, moves over it and cannot be prevented. For this reason, it is necessary to treat the projections with a fluorine compound or a silicone compound that can give a low surface free energy, thereby giving the projections ink repellency.
When the photolithography technique is used, the surface of the convex portion can be accurately subjected to the ink repellent treatment, but the repelling of the ink due to the extreme change in wettability occurring at the joint between the convex portion and the concave portion has not been sufficiently solved.
Further, the photolithography technique has a drawback that a long process such as spin coating, exposure, development, removal of contaminants in a concave portion, removal of a surface treatment material, and the like is required, resulting in an increase in cost.
[0011]
Further, Patent Documents 11, 12, and 13 disclose that a surfactant which is relatively soluble in a colorant ink is applied to the entire surface of a substrate with a black matrix, so that color mixing between adjacent pixels is hardly generated and an interface is formed. There has been proposed a technique for obtaining a high-quality color filter by using an activator dissolution process in ink to promote flattening of the ink. According to these techniques, it is possible to obtain a color filter having better uniformity and flatness in pixels as compared with the above-described conventional technique. However, in recent years, the market demand has been changing in the direction of expanding the color reproduction range, and for this purpose, it is necessary to increase the color density of the color filter by increasing the amount of ink ejected in one pixel. However, there is a problem that the color mixture increases.
Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by providing an additional layer on the existing black matrix to increase the height thereof.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-9-230123 (general, especially claims)
[Patent Document 2]
JP-A-7-35916 (general, especially claims)
[Patent Document 3]
JP-A-4-123005 (general, especially claims)
[Patent Document 4]
JP-A-8-201615 (general, especially claims)
[Patent Document 5]
JP-A-8-227012 (general, especially claims)
[Patent Document 6]
JP-A-8-230314 (general, especially claims)
[Patent Document 7]
JP-A-9-127327 (general, especially claims)
[Patent Document 8]
JP-A-9-258208 (general, especially claims)
[Patent Document 9]
JP-A-10-115703 (general, especially claims)
[Patent Document 10]
JP-A-9-329706 (general, especially claims)
[Patent Document 11]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-25618 (General, especially Claims)
[Patent Document 12]
JP 2001-249212 A (General, especially Claims)
[Patent Document 13]
JP 2001-272519 A (General, in particular, Claims)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned problems caused by the ink jet method, and a first object of the present invention is to provide a high-precision method in which ink is not mixed between cells and ink density is not uneven in each cell. An object of the present invention is to provide a color filter manufacturing method and a color filter. A second object is to provide a method for manufacturing an inexpensive color filter with improved productivity.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) On a substrate surface, a black matrix and a pixel forming portion for isolating each pixel from each other are formed, and then an additional layer overlapping the black matrix is provided. A method of manufacturing a color filter, comprising attaching a color ink of a color.
(2) The method for producing a color filter as described in (1) above, wherein the attachment of the colorant ink to the pixel forming portion is performed using an inkjet method.
(3) The method for producing a color filter as described in (1) or (2) above, wherein the additional layer superimposed on the black matrix is formed of a photoresist.
(4) The method for producing a color filter according to the above (3), wherein the photoresist is a bodied photoresist.
(5) After applying a positive photoresist on the entire surface of the substrate on which the black matrix is formed, an additional layer to be superimposed on the black matrix is irradiated with energy rays from the back side of the substrate, The method for producing a color filter according to the above (4), wherein the color filter is formed by dissolving and removing the resist layer.
(6) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein the colorant ink is applied to the pixel forming portion, dried and / or cured, and then the additional layer protruding from the surface is removed. A method for producing the color filter according to the above.
(7) After adhering the colorant ink to the pixel forming portion, the surface side is irradiated with a re-energy ray to cure and dry the colorant ink and solubilize the additional layer, and then dissolve and remove the additional layer. (5) The method for producing a color filter according to the above (5).
(8) A color filter obtained by the method for producing a color filter according to any one of (1) to (7).
(9) A display device using the color filter according to (8).
[0015]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the present invention, an additional layer is provided so as to overlap on a black matrix that isolates each pixel from each other.
The black matrix in the present invention may be formed by any method, can be formed by using a conventionally performed method, for example, after depositing a metal such as chromium, a method of forming a pattern by photo etching, Alternatively, it is formed by applying a resin mixed with a light-shielding material such as carbon black, and similarly forming a light-shielding partition by photoetching.
In a black matrix, the size of a cell formed by one pixel differs depending on how a color filter is used. For example, a three-color filter of blue (B), green (G), and red (R) is used. In an appropriately arranged color filter for LCD, it is about (60 μm to 100 μm) × (180 μm to 300 μm).
The light-shielding partition walls of the black matrix prevent surface reflection and sharpen the image. The height of the partition wall varies depending on the thickness of the dry colorant ink layer formed on the pixel, but is generally 2 μm or less. If the height of the partition walls is too large, a portion protruding from the surface of the colored layer remains after coloring and drying of the colorant ink, which may hinder the subsequent steps depending on the manufacturing process of the display panel.
Specifically, the black matrix is formed by applying a photoresist mixed with a light-shielding material such as carbon black on a substrate, drying the photoresist, exposing the photoresist using a photomask, and separating the negative photoresist and the positive photoresist from each other. Although the processing method is different, it can be formed by performing processing for removing unnecessary portions.
A photoresist obtained by kneading carbon black into a photoresist cannot form a thick cured film because of low UV transmittance.
[0016]
In the present invention, an additional layer that overlaps on the partition wall of the black matrix is provided, but any material may be used for the additional layer without any particular limitation. Further, unlike the black matrix, the additional layer to be superimposed does not need to be light-blocking, and may be transparent or colored.
In the present invention, after the additional layers to be overlapped are formed, the coloring material inks of the colors corresponding to the respective pixel forming portions are attached.
In the present invention, the means for adhering the colorant ink is not particularly limited, but it is preferable to use an ink jet system in which droplets of the colorant ink are ejected. After each pixel forming portion is colored with a colorant ink, it is dried or cured. After coloring, the protruding resist portion of the overlapping additional layer can be removed by a physical means such as polishing if necessary.
As a material used for the overlapping additional layer, it is desirable to use a photoresist from the viewpoint of ease of forming the overlapping additional layer.
When a negative photoresist is used as the photoresist for forming the additional layer to be superimposed, the photoresist is applied on the entire surface of the substrate with the black matrix to a desired thickness, and then used for producing a resin black matrix or a metal deposition black matrix. Patterning is performed from the substrate surface using the mask, and an additional layer to be overlapped is formed.
In addition, in the case of using a bodied photoresist as a photoresist, as in the case of a negative photoresist, a photoresist is applied over the entire surface of a substrate with a black matrix to a desired thickness, and is already formed on the substrate surface. Patterning can be performed by irradiating the entire surface with UV light from the back surface of the substrate using the black matrix as a photomask. As described above, the black matrix itself already formed on the substrate surface can be used as a photomask, and therefore, it is particularly preferable to use a bodied photoresist.
[0017]
Furthermore, if a positive photoresist is used to form the additional layer to be superimposed, the body photoresist becomes alkali-soluble by irradiating UV light, so that as shown in FIG. After drying the agent ink GI and the red agent ink RI to form a blue agent ink layer B, a green agent ink layer G, and a red agent ink layer R, if the entire surface is irradiated with UV light from the substrate surface, the photoresist becomes alkali-soluble, The positive photoresist layer PR, which is a protruding overlapping additional layer formed as described above, can be easily removed, and obstruction caused by remaining of a portion protruding from the surface of the coloring layer after coloring and drying of the colorant ink is eliminated. be able to. In FIG. 5, BS indicates a color filter substrate, and BM indicates a black matrix.
Further, at this time, when the colorant ink uses a negative photoresist as a binder, the above-mentioned UV irradiation can simultaneously cure the colored layer.
The overlapping additional layer is preferably provided such that the sum of the height of the partition of the black matrix and the height of the overlapping additional layer is 70% or more of the height provided by the colorant ink injected into the pixel.
When the sum of the height of the black matrix partition wall and the height of the additional layer overlapping with the black matrix is 70% or more of the height provided by the colorant ink injected into the pixel, the surface of the colorant ink ejected to the pixel forming portion is reduced. It is not shown in FIG. 2 but shown in FIG. 3 by the additional layer NR superimposed on the black matrix BM provided on the color filter substrate BS, and the blue agent ink BI, the green agent ink GI, and the red agent When the ink RI is dried, the peripheral portions of the pixels of the blue material ink layer B, the green material ink layer G, and the red material ink layer R do not become thin, and the white drop is prevented, and an image is formed using such a color filter. When this is done, excellent contrast can be obtained.
In the present invention, oil repellency and water repellency can be imparted by treating the surface of the substrate and the surface of the black matrix and the additional layer superimposed on the black matrix, but the black matrix is formed in a normal color filter manufacturing process. Coloring with a colorant ink while the substrate is simply cleaned does not cause the above-mentioned disadvantages of the prior art.
Further, in the present invention, the surface energy is further increased by adding UV ozone cleaning to the normal cleaning, and the wettability of the colorant ink is increased, thereby, as shown in FIG. GI, the portion in contact with the additional layer NR where the red ink RI overlaps the black matrix BM rises, and is dried to form the blue ink layer B, the green ink layer G, and the red ink layer R. Since the color density (in the case of the black matrix BM) can be slightly increased and a so-called edge effect can be obtained, a good color filter having high image contrast can be obtained. In FIG. 4, BS indicates a color filter substrate.
[0018]
In the color filter of the present invention, the substrate to be used is not particularly limited, and any substrate can be used according to the intended use of the obtained color filter. For example, as long as it is a color filter used for a so-called flat panel display, a glass plate, a plastic plate, a flexible plastic film, or the like can be used.
In the present invention, it is preferable to use an ink-jet method in order to adhere colorant inks of the corresponding colors to the pixel forming portions.
The ink-jet method is, for example, a method in which droplets of a coloring material ink are ejected to attach the coloring material ink as shown in FIG.
The ink jet method used in the present invention is not particularly limited, and for example, any of a continuous ink jet method, a heat energy conversion ink jet method, and a piezo ink jet method can be used.
When an organic solvent-based colorant ink is used as the colorant ink, a piezo-type inkjet is preferred from the viewpoint of its suitability.
Further, the coloring agent ink used for coloring has substantially the above-described physical property values, and any material having a hue, heat resistance, chemical resistance, durability, etc. that is suitable for the purpose of the color filter is used. But it can be used.
These colorant inks may be water-based inks, organic solvent-based inks, or dispersion-based inks. As the colorant, any of a dye and a pigment can be used, but a pigment-based ink using a pigment as the colorant is preferable because of its high resistance to aging. Further, various resins can be used as the binder, but it is preferable to use a resin that is cured by irradiation with actinic rays such as ultraviolet rays, for example, a photoresist.
[0019]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
-Comparative board 1-
A 0.7 mm thick non-alkali glass plate was spin-coated with a negative photosensitive resin (OMR83, Tokyo Ohka Co., Ltd.) mixed with carbon black so that the dry film thickness was 1.8 μm. A substrate with a black matrix (comparative substrate 1) having a fine lattice structure of 80 μm × 240 μm was prepared by pattern exposure and development using a rephotomask in a conventional manner. The line width of the black matrix was 10 μm.
-Substrate 1 of the present invention-
On the black matrix side of the comparative substrate 1, a negative photosensitive resin (OMR83, Tokyo Ohka Co., Ltd.) not mixed with carbon black was spin-coated so that the dry film thickness on the black matrix was 7.2 μm. A black matrix substrate (substrate 1 of the present invention) provided with a superimposed layer so that the total height is 9.0 μm by pattern exposure and development using the photomask used for manufacturing the comparative substrate 1 Produced.
[0020]
-Substrate 2 of the present invention-
A positive resist having the following composition was spin-coated on the black matrix side of the comparative substrate 1 so that the dry film thickness on the black matrix was 7.2 μm.
Composition of positive resist:
(1) Orthonaphthoquinonediazidesulfonic acid ester of pyrogallol / acetone resin (Mw = 5000) (condensation ratio 30%) 4 weight ratio
(2) para-cresol / meta-cresol novolak resin (Mw = 20,000) 16 weight ratio
(3) Propylene glycol monomethyl ether 80 weight ratio
Next, using the black matrix provided on the substrate as a photomask, UV exposure was performed from the back side of the substrate, followed by development to produce a black matrix substrate provided with a superposed layer (substrate 2 of the present invention). (Total height: 9.0 μm)
-Comparative board 2-
On the black matrix side of the comparative substrate 1, the surfactants S-381 and S-112 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. (currently Seimi Chemical Co.) used in Example 2 of JP-A-2001-235618 were used. An ethanol solution (concentrations of 0.30% and 0.02%, respectively) was spin-coated, and the surface was treated for water repellency (oil) to prepare a substrate with a black matrix (Comparative substrate 2).
[0021]
Using the comparative substrates 1 and 2 prepared above and the substrates 1 and 2 of the present invention, coloring was performed by an ink-jet method. The conditions used here are as follows.
Flatbed printer with piezo-type inkjet head
Under the above conditions, the color material inks of the respective colors were ejected into adjacent pixels and colored in the order of blue (B), green (G), and red (R). At this time, the number of colorant ink droplets per pixel was set to 24 in order to obtain a required color density. The height of the ink layer before drying was 8.9 μm. After drying, the colored state was evaluated using a magnifying projector and a microscope for the thickness distribution of the colored layer in the pixel and the number of defective pixels. The dry thickness of the colored layer was about 1.8 μm, which was almost the same height as the black matrix layer before forming the superposed layer.
Table 1 shows the results of the evaluation of the thickness distribution of the obtained colored layers in the pixels and the number of defective pixels.
[0022]
[Table 1]
From this evaluation result, it is impossible to discharge and color the colorant ink necessary to give the pixel density that can withstand recent market demands using the inkjet method with a conventional black matrix at all It can be seen that it is. Further, even if the surface is subjected to water-repellent (oil) processing by the method described in JP-A-2001-235618, which is considered to obtain good results, if the amount of colorant ink ejected in one pixel is large, the pixel It has been found that color mixing occurs and a sufficient color filter cannot be obtained. On the other hand, in the method according to the present invention, it was found that there was no color mixing, the uniformity within the pixel was sufficient, and a sufficiently satisfactory result was obtained.
[0023]
Example 2 (the present invention)
The coloring material ink was discharged and colored on the substrate 2 of the present invention under the same conditions as described above, and the solvent of the coloring material ink was dried. Next, the entire surface was irradiated with UV light from the surface of the substrate to cure the colorant ink layer in the pixel, and solubilized the superposed layer formed on the black matrix with the boss-type resist. Next, it was washed and removed with an alkaline solution having the following composition to obtain a color filter.
-Composition of alkaline solution-
KOH (caustic potash) 4 weight ratio
Alkylbenzenesulfonic acid sodium 2 weight ratio
Water 94 weight ratio
From the above, it was found that the superposed layer protruding after the colorant ink was dried can be easily and easily removed, and a color filter having a substantially flat surface can be obtained.
[0024]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there is no mixing of ink between each cell, and a highly accurate color filter without unevenness in ink density in each cell can be manufactured with good productivity at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of manufacturing a color filter by an inkjet method.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the behavior of a coloring material ink when a color filter is manufactured by an inkjet method according to the related art.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a method for manufacturing a color filter according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view illustrating another example of the method for manufacturing a color filter according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view illustrating still another example of the method for manufacturing a color filter according to the present invention.
[Explanation of symbols]
B: Blue agent ink layer
G: Green ink layer
R: red ink layer
BI: Blue agent ink
GI: green ink
RI: red ink
BH: Inkjet head for blue ink
GH: inkjet head for green ink
RH: inkjet head for red ink
BS: Color filter substrate
BM: Black matrix
NR: Overlapping additional layer
PR: Positive resist layer