JP2011118036A - 透明導電層付きカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明導電層付きカラーフィルタの製造方法において、平坦性の高い透明導電層付きカラーフィルタを効率よく製造する方法を提供する。
【解決手段】インキ剥離性のフィルム基材４上に具備された受像層３上に少なくとも複数色からなる所望の形状の着色パターン２を形成する工程と、該着色パターンと受像層を予めブラックマトリクスを形成した基板６上に、該ブラックマトリクスと該着色パターンとを位置合せした後に一括に転写する工程と、該基板上に転写された受像層上に透明導電層７を塗布形成する工程と、前記工程にて形成した受像層、着色パターン、透明導電層を硬化・乾燥処理する工程とを含むことを特徴とする透明導電層付きカラーフィルタの製造方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明はガラスやプラスチックなどの可撓性基材上に、複数色からなる着色パターンや透明導電層等を設けた所謂カラーフィルタを製造する方法に関するものである。

現在、液晶ディスプレイはテレビやパソコン、携帯電子機器等に広く用いられている。この液晶ディスプレイにおいては液晶セルのギャップを一定の間隔で保つことが重要な要素である。セルギャップは、液晶層の厚みとなるため、パネルの一部でセルの厚みが数分の１μｍ程度の差異があるだけで、その部分の発色や液晶の応答速度が不均一になり、表示のムラの原因や色再現の不具合がでてしまう。

セルギャップを一定に保つためには、主にスペーサーの高さ精度、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）側基板およびカラーフィルタ基板の平坦性が高度に確保されていることが重要である。

上記の中でカラーフィルタは液晶ディスプレイにおいてカラー表示、コントラストや分光特性の制御等の役割を果たしている。カラーフィルタの製造方法としてはフォトリソグラフィー法、インクジェット法（隔壁法・受像層法）、印刷法等が提案・実施されているが何れの製造方法においても製品の平坦性に課題がある。

現在、カラーフィルタ基板を平坦化するためにカラーフィルタ上にオーバーコート剤を塗布し画素の段差を緩和する方法や、カラーフィルタを形成した後にその表面を研磨する方法がとられているが、研磨法においては、研磨することによりカラーフィルタに傷が付くことや研磨屑が汚染の原因となり品質低下を引き起こすといった問題がある。

また、ロール状の基板上に着色パターンを形成した場合には、枚葉基板上に着色層を形成した場合のように基板を回転させながら研磨することは非常に困難であり、採用できない。

これら課題に対し、例えば特許文献１ではローラーを用いてカラーフィルタ上を加圧しながら転胴させ平坦化する方法がとられているが、この方法ではパターンごとに間隙を有するようなパターンでは加圧によりパターン形状が２次元的に変形してしまうため用いることができない。

また、カラーフィルタ上に透明な半導体回路を形成し、表示装置を製造する方法（特許文献２）においてもカラーフィルタの平坦性が低いと回路の形成不良や断線を招く要因となる。

特開平３−２７８００３号公報 特開２００７−２９９８３３号公報

本発明は、上記のような問題を解決すべく為されたものであって、その課題とするところは、平坦で高品質なカラーフィルタを効率よく製造する方法を提供することである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、透明導電層付きカラーフィルタの製造方法であって、インキ剥離性のフィルム基材上に具備された受像層上に少なくとも複数色からなる所望の形状の着色パターンを形成する工程と、該着色パターンと受像層を予めブラックマトリクスを形成した基板上に、該ブラックマトリクスと該着色パターンとを位置合せした後に一括に転写する工程と、該基板上に転写された受像層上に透明導電層を塗布形成する工程と、前記工程にて形成した受像層、着色パターン、透明導電層を硬化・乾燥処理する工程とを含むことを特徴とする透明導電層付きカラーフィルタの製造方法である。

請求項２に係る発明は、前記受像層を、ダイコーターを用いて塗布形成することを特徴とした請求項１に記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法である。

請求項３に係る発明は、前記受像層を、インクジェット法を用いて塗布形成することを特徴とした請求項１に記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法である。

請求項４に係る発明は、前記受像層の乾燥状態の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法である。

請求項５に係る発明は、前記着色パターン形成工程において、インクジェット法により着色パターンを形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法である。

請求項６に係る発明は、前記透明導電層を塗布形成する工程において、インクジェット法により透明導電層を塗布することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法
請求項７に係る発明は、前記着色パターン形成工程において、複数色からなるパターンを形成する際に、２色目以降は１色目のパターンもしくは１色目パターンを形成する際に同時に形成した位置合わせマークに対して位置合せを行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法である。

請求項１に係る発明によれば、カラーフィルタ製造工程に、インキ剥離性のフィルム基材上に具備された受像層上に少なくとも複数色からなる所望の形状の着色パターンを形成する工程と、該着色パターンと受像層を予めブラックマトリクスを形成した基板上に、該ブラックマトリクスと該着色パターンとを位置合せした後に一括に転写する工程と、該基板上に転写された受像層上に透明導電層を塗布形成する工程と、前記工程にて形成した受像層、着色パターン、透明導電層を硬化・乾燥処理する工程とを含むことで、受像層の表裏を効率よく使用でき、また、受像層がオーバーコートの機能を兼ねることにより平坦な透明導電層付きカラーフィルタを製造することができる。

請求項２に係る発明によれば、ダイコーターを用いて受像層を塗布形成することで受像層を均一に塗布することができ、高精度にカラーフィルタの平坦化が達成できる。

請求項３に係る発明によれば、インクジェット法を用いて受像層を塗布形成することでダイコーターを用いた際と同様に、高精度にカラーフィルタの平坦化を確保できる。

請求項４に係る発明によれば、受像層の乾燥状態の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下
であることでより高精度にカラーフィルタの平坦化を確保できる。

請求項５に係る発明によれば、前記着色パターン形成工程において、インクジェット法を用いることで着色パターンを効率よく形成することができる。

請求項６に係る発明によれば、インクジェット法により透明導電層を塗布することで、所望の部分にのみ塗布することが可能となり、効率よく透明導電層を形成することができる。

請求項７に係る発明によれば、着色パターン形成工程において、複数色からなるパターンを形成する際に、２色目以降は１色目のパターンもしくは１色目パターンを形成する際に同時に形成した位置合わせマークに対して位置合せを行うことで、高い位置精度を有するカラーフィルタを製造することができる。

実施例１に係る透明電極層付きカラーフィルタの製造方法の工程を示す概念断面図であり、（ａ）は、インクジェット法を用いてインキを塗布している状態の概念断面図、（ｂ）は、ブラックマトリクスを形成した基板上に、作製した受像層および着色パターンを形成したインキ剥離性のフィルム基材を、着色パターンとブラックマトリクスの位置合せをした状態を示す概念断面図、（ｃ）は、最終的に得られたカラーフィルタの概念断面図である。

本発明における製造方法は、透明導電層付きカラーフィルタの基板としてガラスやプラスチック基板等の可撓性基板を用いることができる。

インキ剥離性のフィルム基材としては、例えば、プラスチック等の可撓性基材に加工し用いることが可能である。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ナイロン、アラミド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、トリアセチルセルロースなどのロール状もしくは枚葉のフィルム、シートを用いることができる。

上記基材へインキ剥離性を付与するために、シリコーンオイル、シリコーンワニスで代表される離型剤を塗っても良いし、あるいはシリコーンゴムの薄膜層を形成してもよい。また同様の効果を得るために、フッ素系樹脂、フッ素系ゴムを用いることもできる。あるいはフッ素系樹脂微粉末をシリコーンゴムあるいは、普通のゴムに混ぜて剥離性を付与してもよい。これらシリコーン系の塗膜は通常フィルム基材との密着が低いが、熱硬化または紫外線硬化性のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、最表面に設けるシリコーン層に対して、より基材との接着性の高い樹脂層を、アンカーコート層としてあらかじめフィルム基材上に設け、その上層に設けることもできる。具体的なシリコーンとしては、ジメチルポリシロキサンの各種分子量のもの、その他メチルハイドロジエンポリシロキサン、メチルフェニルシリコーンオイル、メチル塩素化フェニルシリコーンオイル、あるいはこれらポリシロキサンと有機化合物との共重合体など、変成したものを用いることができる。シリコーンゴムとしては、二液型のジオルガノポリシロキサンと架橋剤としての三官能性以上のシラン、またはシロキサン及び硬化触媒を組み合わせたもの、あるいは一液型ではジオルガノポリシロキサンとアセトンオキシム、各種メトキシシラン、メチルトリアセトキシシラン等の組み合わせや、その他ゴム硬度を調節するためのポリシロキサン等を適宜用いることができる。

このようにして得られるインキ剥離性のフィルム基材に対するインキ剥離性は、処理面
へ受像層液を滴下した際の接触角が、１０°以上９０°以下となるのが好ましく、より好ましくは２０°以上７０°以下である。この接触角が小さいと後工程でのインキ剥離性が低下して欠陥（再現性不良等）が発生しやすくなり、接触角が大きいと受像層を形成する際にハジキが生じて、均一な受像層を形成することが困難になる。接触角が大きく、ハジキが生じる場合、ぬれ性を調節するためにＵＶ照射等を行って用いることもできる。

本発明に用いるブラックマトリクスは公知の方法で作製することができる。例えば、フォトリソグラフィー法、各種印刷法等から適宜選択して用いることが可能である。また、本発明に用いるブラックマトリクスは完全に硬化・乾燥処理が施されている状態でも良いし、請求項１に記載の受像層、着色パターン、透明導電層を硬化・乾燥処理する工程において同時に硬化・乾燥する材料からなるものであれば硬化・乾燥が完全でない状態でも良い。

本発明における受像層には公知の材料を用いることができるが、透明であること、受像したインクの変色や褪色がないこと、諸耐性があることなどの性能が要求され、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタールなどのビニル樹脂やアクリル共重合体樹脂、ポリエステル、ポリウレタン等の樹脂から１つ以上を適宜選択して用いる。
また、インクの受像性を高めるために、この樹脂に微粒子（フィラー）を含有させることも有効である。フィラーとしては、無機微粒子では微粉末珪酸、有機微粒子ではアクリル樹脂、スチレン樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、シリコーン樹脂、フッソ樹脂などから適宜選択して用いる。また、フィラーの添加量は、受像層１００重量部に対し１〜１０部が好ましい。

上記のような材料を用いて受像層を形成する際には公知の塗工方法を用いることができる。例えば、ディッピング法、ロールコート、グラビアコート、リバースコート、エアナイフコート、コンマコート、ダイコート、スクリーン印刷法、スプレーコート、グラビアオフセット法、インクジェット法等が挙げられる。中でも、ダイコート、インクジェット法は、均一なインキ液膜を形成することができるため好適な形成方法である。

本発明における受像層を形成したインキ剥離性のフィルム基材は予め作製した上で用いても良いし、本発明を実施する際に形成して用いても良い。予め作製して用いる場合、特にロール状に加工されたフィルム状に受像層を連続的に加工する場合には、形成した受像層面を保護することや異物混入の回避、ブロッキング回避のために表面に保護フィルムをラミネートした上で巻き取ることが好ましい。保護フィルムは公知の材料を用いることができるが、前述のようにブロッキングを回避するために適宜選択して用いる。

上記のようにして形成された受像層の乾燥状態の膜厚は０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．１μ以上５μｍ以下である。０．１μｍ未満であると膜厚が薄く平坦化の効果が充分に得られなくなる上にインキ中の溶剤を吸収する性能が著しく低下し、１０μｍを超えると膜厚が厚くなり、塗工膜厚精度が低下するため好ましくない。

上記インキ剥離性のフィルム基材上へ着色パターンを形成する際には公知の方法を用いることができるが、解像精度・精細度の観点からインクジェット法が好適である。インクジェット法としては、サーマル方式、バブル方式、静電アクチュエータ方式、ピエゾ方式等のインクジェットヘッドを用いた公知の方法を用いることができる。

本発明における着色パターンを形成するための着色インクの材料は、着色顔料、樹脂、分散剤、溶媒などで構成するものである。着色剤として使用する顔料の具体例としては、
Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２１５、２１６、２０８、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｂｌｕｅ １５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ７、３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、 Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、 Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ２３等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。さらに、これらは要望の色相を得るために２種類以上を混合して用いても構わない。

着色インクに使用する溶剤種としてはインクジェット印刷における適性の表面張力範囲３５ｍＮ／ｍ以下で、且つ、共沸点が１３０℃以上のものが好ましい。表面張力が３５ｍＮ／ｍを超えるとであるとインクジェット吐出時のドット形状の安定性に著しい悪影響を及ぼし、また、共沸点が１３０℃以下であるとノズル近傍での乾燥性が著しく高くなり、その結果、ノズル詰まり等の不良発生を招くので好ましくない。具体的には、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、２−フェノキシエタノール、ジエチレングリコールジメチルエーテル等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、上記要件を満たす溶剤なら用いることができる。また、必要に応じて２種類以上の溶剤を混合して用いても構わない。

本発明における着色インクの樹脂としては、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等から適宜選択して用いる。

樹脂への色素の分散を向上させるために、分散剤を用いてもよく、分散剤として、非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は１種類を単独で使用してもよく、また、２種類以上を混合して使用してもよい。溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性などが要求され、適宜選択して用いる。

本発明における着色パターン形成工程においては、複数色からなるパターンを形成する場合、所望の着色パターンを形成するために、２色目以降を形成する際に１色目のパターンもしくは１色目のパターンを形成する際に同時に形成した位置合わせ用マークを光学顕微鏡、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）顕微鏡等を用いて画像認識し、基準として２色目以降のパターンを形成することが望ましい。

本発明における透明導電層の塗布形成には公知の方法を用いることができるが、所望の領域にのみ塗布を行えることや、塗布量を細かく調整することが可能であるためインクジェット法が好適である。インクジェット法としては、サーマル方式、バブル方式、静電アクチュエータ方式、ピエゾ方式等のインクジェットヘッドを用いた公知の方法を用いることができる。

本発明に用いる透明導電層を形成する塗布液には公知の材料を用いることができる。例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、カーボンナノチューブ等の
微粒子分散液等や、導電性ポリマー溶液、導電性ポリマー分散体等から適宜選択して用いる。

本発明の実施例を以下に示すがこれらの方法に限定されるものではない。

図１を用いて以下説明する。

インキ剥離性のフィルム基材としては、基材厚約１００μｍのシリコーン系離型ポリエステルフィルム：Ｋ１５７１（東洋紡績（株）製）を３００ｍｍ角に切り出したものを用意した。

受像層としては、シリカ２重量部、アクリルポリマーを１８重量部、トルエン８０重量部として調製した溶液を用いた。

着色インクの作製方法を以下に示す。メタクリル酸２０部、メチルメタクリレート１０部、ブチルメタクリレート５５部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５部を乳酸ブチル３００ｇに溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル０．７５部を加え７０℃にて５時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。得られたアクリル共重合樹脂を樹脂濃度が１０％になるように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希釈しアクリル共重合樹脂の希釈液とした。この希釈液８０．１ｇに対し顔料１９．０ｇ、分散剤０．９ｇを添加して、３本ロールにて混練し、赤色、緑色、青色の各着色ワニスを得た。この各着色ワニスを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顔料濃度が８〜１５％、粘度が１５ｃｐｓになるように調整しＲ，Ｇ，Ｂ着色インクを得た。

透明導電層インキとしては、ＩＴＯ微粒子分散液（住友金属鉱山株式会社製；Ｘ５００シリーズ、平均粒子径；１００〜１４０ｎｍ）を用いた。

上記のような材料を用いて下記のようにして透明導電層付きカラーフィルタを得た。

インキ剥離性のフィルム基材４上にダイコーターを用いて受像層インクを乾燥膜厚が３．０μｍとなるように塗布した後、１００℃で３分間加熱し、仮乾燥を行うことで受像層３を得た。

上記受像層３にインクジェット法を用いてＲ・Ｇ・Ｂの各インキをインクジェットヘッド１によりストライプ状に塗布し、図１（ａ）に示す様に、着色パターン２を得た。初めにＲｅｄ着色パターンを形成し、Ｇｒｅｅｎ・Ｂｌｕｅ着色パターンはＲｅｄパターンのストライプ画像エリア外部にＲｅｄ着色パターンを形成に同時に設けた位置合わせマークを基準に位置合せをして、順次設けた。

次に予めガラス基板６（コーニングジャパン社製，＃１７３７，３００ｍｍ×３００ｍｍ×０．７ｍｍｔ）上にフォトリソグラフィー法を用いてブラックマトリクス５を形成したガラス基板６上に、作製した受像層３および着色パターン２を形成したインキ剥離性のフィルム基材４を、図１（ｂ）に示す様に、着色パターン２とブラックマトリクス５の位置合せをした後に密着させゴムローラーで加圧後、インキ剥離性のフィルム基材４のみを剥離することで転写した。

転写物の受像層面にインクジェット法を用いて透明導電層インキを塗布した後に、基板を１５０℃で３０分間加熱して透明導電層付きカラーフィルタを得た。このようにして得られたカラーフィルタの１０点平均粗さ（Ｒｚ）は０．４μｍであった。

上記受像層形成工程において、アクリルポリマーを１８重量部、トルエン８０重量部として調製した溶液を用い、インクジェット法により乾燥膜厚が２．０μｍとなるようにインキ剥離性のフィルム基材上に塗布し、１００℃で３分間加熱し、仮乾燥を行うことで受像層を得た。その他の肯定においては実施例１と同様にして行い、透明導電層付きカラーフィルタを得た。このようにして得られたカラーフィルタの１０点平均粗さ（Ｒｚ）は０．３μｍであった。

１…インクジェットヘッド
２…着色パターン
３…受像層
４…インキ剥離性のフィルム基材
５…ブラックマトリクス
６…ガラス基板
７…透明導電層

Claims (7)

1. 透明導電層付きカラーフィルタの製造方法であって、インキ剥離性のフィルム基材上に具備された受像層上に少なくとも複数色からなる所望の形状の着色パターンを形成する工程と、該着色パターンと受像層を予めブラックマトリクスを形成した基板上に、該ブラックマトリクスと該着色パターンとを位置合せした後に一括に転写する工程と、該基板上に転写された受像層上に透明導電層を塗布形成する工程と、前記工程にて形成した受像層、着色パターン、透明導電層を硬化・乾燥処理する工程とを含むことを特徴とする透明導電層付きカラーフィルタの製造方法。
2. 前記受像層を、ダイコーターを用いて塗布形成することを特徴とした請求項１に記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法。
3. 前記受像層を、インクジェット法を用いて塗布形成することを特徴とした請求項１に記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法。
4. 前記受像層の乾燥状態の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法。
5. 前記着色パターン形成工程において、インクジェット法により着色パターンを形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法。
6. 前記透明導電層を塗布形成する工程において、インクジェット法により透明導電層を塗布することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法。
7. 前記着色パターン形成工程において、複数色からなるパターンを形成する際に、２色目以降は１色目のパターンもしくは１色目パターンを形成する際に同時に形成した位置合わせマークに対して位置合せを行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の透明導電層付きカラーフィルタの製造方法。

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