JP5363257B2 - カラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置に係り、特に、フォトリソグラフィなどにより隔壁（ブラックマトリクス）を形成した基板に対して、インクジェットにより顔料や染料などの色素を含むインクを吐出してカラーフィルタを形成する技術に関する。

近年、テレビ、パソコン、携帯電話などの液晶ディスプレイにカラー表示を可能とさせるために、カラーフィルタが広く用いられている。表示装置用カラーフィルタは、ガラス等の基板上に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のドット状画像をそれぞれマトリクス状に配置し、その境界を隔壁（ブラックマトリクス）で区分して構成されている。

このようなカラーフィルタを形成する方法として、ブラックマトリクスを形成した基板にインクジェットを用いてカラーインクを吐出し、光を照射してインクを硬化、定着する工程を有する方法がある。

このとき、記録媒体である基板上に着弾したカラーインクの各ドットに応じて光照射するため、光照射装置による記録媒体上での光照射面積を記録ヘッドによるインク吐出に対応するように調整することを可能とすることを目的として、光源を半導体レーザまたはＬＥＤとし、絞りやレンズ系などを組み合わせた光学系を構成として有するインクジェット記録装置が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００６−２２４３３７号公報

しかしながら、基板上にインクジェットによりカラーインクを吐出した後、レーザを照射してインクを硬化するとき、カラーフィルタの基板に対して垂直にレーザ光を入射することが考えられるが、このような角度で入射すると、ブラックマトリクスのエッジでの反射を引き起こしやすく、ブラックマトリクス枠の近辺での硬化が妨げられるという問題がある。

このように、レーザを照射して各画素のカラーインクを硬化するとき、ブラックマトリクスの近辺がうまく硬化できないという問題に対して、上記特許文献１には、半導体レーザを照射してカラーフィルタの各画素のカラーインクを硬化する際、各画素のカラーインクに対してどのような角度で照射するのか記述がない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、カラーフィルタ基板上にインクジェットによりインクを吐出した後、レーザを照射してインクを硬化するとき、隔壁（ブラックマトリクス）のエッジ近辺のインクを十分に硬化することのできるカラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に光硬化性モノマーと溶媒を含むインクをインクジェット法で打滴する工程と、前記開口部の内側に打滴された前記インクの溶媒を乾燥させる工程と、レーザまたはＬＥＤ光源を含む照射系により、前記開口部の内側の前記乾燥したインクに対して斜め方向から光を照射して前記乾燥したインクを光硬化する工程と、前記開口部の内側に打滴された前記インクを熱硬化する工程と、を備え、前記照射系は、前記光源と前記開口部との間、又は前記開口部からみて前記光源とは反対側に焦点を設けた斜め光を前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とするカラーフィルタ製造方法を提供する。

これにより、隔壁（ブラックマトリクス）のエッジ近辺のインクを十分に硬化することができる。

また、請求項２に示すように、前記照射系は、レーザ光源と、レンズ系と、を有することを特徴とする。

また、請求項３に示すように、前記レンズ系は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散させる凹レンズと、前記拡散されたレーザ光を前記焦点に集光させる凸レンズと、を有することを特徴とする。

また、請求項４に示すように、前記照射系は、前記焦点が前記開口部の真上に位置し、前記焦点を通過したレーザ光が前記開口部の内側の幅に広がるように前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とする。

また、請求項５に示すように、前記照射系を１基もしくはそれ以上用意し、線状のレーザ光を２つ以上の方向から走査することを特徴とする。

これにより、カラーフィルタ基板上を効率的に走査することができる。

また、請求項６に示すように、前記照射系により前記基板を、間欠的に照射し、または連続的に照射することを特徴とする。

これにより、走査方法を適宜選択することができる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に光硬化性モノマーと溶媒を含むインクをインクジェット法で打滴する手段と、前記開口部の内側に打滴された前記インクの溶媒を乾燥させる手段と、レーザまたはＬＥＤ光源を含む照射系により、前記開口部の内側の前記乾燥したインクに対して斜め方向から光を照射して前記乾燥したインクを光硬化する手段と、前記開口部の内側に打滴された前記インクを熱硬化する手段と、を備え、前記照射系は、前記光源と前記開口部との間、又は前記開口部からみて前記光源とは反対側に焦点を設けた斜め光を前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とするカラーフィルタ製造装置を提供する。

これにより、隔壁（ブラックマトリクス）のエッジ近辺のインクを十分に硬化することができる。

また、請求項８に示すように、前記照射系は、レーザ光源と、レンズ系と、を有することを特徴とする。

また、請求項９に示すように、前記レンズ系は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散させる凹レンズと、前記拡散されたレーザ光を前記焦点に集光させる凸レンズと、を有することを特徴とする。

また、請求項１０に示すように、前記照射系は、前記焦点が前記開口部の真上に位置し、前記焦点を通過したレーザ光が前記開口部の内側の幅に広がるように前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とする。

また、請求項１１に示すように、前記照射系を１基もしくはそれ以上用意し、線状のレーザ光を２つ以上の方向から走査することを特徴とする。

これにより、カラーフィルタ基板上を効率的に走査することができる。

また、請求項１２に示すように、前記照射系は、前記基板を、間欠的に照射し、または連続的に照射することを特徴とする。

これにより、走査方法を適宜選択することができる。

以上説明したように、本発明によれば、隔壁（ブラックマトリクス）のエッジ近辺のインクを十分に硬化することができる。

本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ製造装置の全体構成図である。 カラーフィルタ基板を示す説明図であり、（ａ）は隔壁によって形成された画素エリアを示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｃ）は画素エリアにカラーインクを付与してカラーフィルタを形成した状態を示す拡大図である。 画素形成部を示す概略構成図である。 ヘッド移動機構を示す斜視図である。 画素形成部のシステム構成を示す要部ブロック図である。 ランプ光源と反射鏡を組み合わせた通常の照射系の例を示す説明図である。 縦軸に光強度、横軸に照射中心からの距離をとって示す照射光の強度分布を示す線図である。 レーザとレンズ系とを組み合わせた照射系の一例を示す説明図である。 カラーフィルタ基板上を線状のレーザによって走査する例を示す説明図である。 カラーフィルタ基板上を線状のレーザによって走査する他の例を示す説明図である。 レーザとレンズ系とを組み合わせた２つの照射系により２つの方向から照射する例を示す説明図である。 カラーフィルタ基板上を線状のレーザによって走査する他の例を示す説明図である。 レーザとレンズ系とを組み合わせて焦点を作った照射系の例を示す説明図である。 焦点を作った照射系によりカラーフィルタ基板上を走査する例を示す説明図である。 レーザとレンズ系とを組み合わせて焦点を作った照射系を２基備えて２つの方向から照射する例を示す説明図である。 本発明に係るカラーフィルタ製造方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るカラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ製造方法を実行するカラーフィルタ製造装置の全体構成図である。

図１に示すように、この本実施形態のカラーフィルタ製造装置１０は、隔壁形成部１１、撥液処理部１２、画素形成部１３から構成される。

また、図２にカラーフィルタ基板を示す。図２（ａ）は、カラーフィルタ基板２０上にブラックマトリクス（隔壁）２２によって区切られた画素エリア２４が形成された様子を示す拡大平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図２（ｃ）は、ブラックマトリクス２２の開口部である画素エリア２４にＲＧＢのカラーインクを付与して、カラーフィルタ２６を形成した様子を示す拡大平面図である。

カラーフィルタ製造装置１０の隔壁形成部（ブラックマトリクス形成部）１１は、カラーフィルタ基板２０上に、遮光性を有するブラックマトリクス２２を形成するものである。ここでは、カラーフィルタ基板２０として透明なガラス基板を用いた例で説明するが、カラーフィルタ基板２０の素材は、ガラス基板に限定されるものではなく、他の素材の基板、例えばフレキシブルなプラスチック基板などを用いてもよい。

このブラックマトリクス２２は、例えば、フォトレジストプロセスにより形成する。このとき、クロム薄膜によりブラックマトリクス２２を形成してもよい。ブラックマトリクス２２を形成する材質や工程は特に限定されない。公知のカラーフィルタ用ブラックマトリクスと同様の素材を用い、同様の公知の方法（例えば、特開２００６−１７９８０号公報、特開２００７−１９３０９０号公等報参照）により形成すればよい。

撥液処理部１２は、画素エリア２４に付与したインクがブラックマトリクス２２を越えて溢れることによる隣接画素間での混色を防止するために、ブラックマトリクス２２に撥インク処理を施す。この撥インク処理は、公知の撥インク処理方法（例えば、特開２００２−６２４２０号公等報参照）を適用することができる。なお、撥インク性を備えた材質を用いてブラックマトリクス２２を形成することにより、撥液処理部１２を省略することも可能である。

フォトレジストプロセスでブラックマトリクス２２を形成するとき、ブラックマトリクス２２の元になる溶液に界面活性剤を混入して、ブラックマトリクス２２形成後に、ブラックマトリクス２２のトップ面は撥液性、側壁面を親液性にしてもよい。この場合、ガラス基板の表面は元の状態のまま親液性がある。

なお、ブラックマトリクス２２に撥液性を持たせるためフッ素プラズマ処理をしてもよい。これはカラーフィルタのブラックマトリクス形成後の後処理として一般的な工程である。

画素形成部１３は、光重合開始剤が入ったカラーインクをインクジェットにより吐出して、ブラックマトリクス２２で形成された各画素エリア２４にカラーインクを充填する。すなわち、画素エリア２４に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色インクをインクジェット方式で吐出して付与する。その後、カラーインクに含まれる溶媒をある程度蒸発させ、乾燥を進め、溶媒がたくさん残っているような液状態のまま次のプロセスには進まないようにする。

カラーインクの充填後から熱硬化処理までの間にて、充填したカラーインクの中に残っている溶媒の割合は、溶媒の沸点や経過時間などに関係する。例えば、１６０℃程度の沸点を持つシクロヘキサノンでは、充填して数分以内に乾燥が進み、溶媒はほとんどなくなる。このように低沸点の溶媒では、強制的な乾燥を行っても、行わなくてもよい。一方、２００℃以上の沸点を持つＮＭＰなどでは、数時間経過しても溶媒の大部分は残っている。このように２００℃以上の沸点を持つ溶媒では、１００℃〜１３０℃で数分程度の若干の加熱をすることにより乾燥を促進する。なお、加熱にはホットプレートや炉などを使用することができる。ただし、通常は、プリベークにおいてはモノマーの重合はほとんど進んでいない。

このようにして、図２（ｃ）に示すように、画素エリア２４に各色インクが付与されたカラーフィルタ２６が形成される。なお、画素形成部１３の詳細については後述する。

なお、カラーフィルタ基板２０の各部への搬送は、図示しない搬送手段により自動的に行ってもよいし、作業者が行ってもよい。

ここで、画素形成部１３の詳細について説明する。図３は、画素形成部１３の構成図である。同図に示すように、画素形成部１３は、カラーフィルタ基板２０が載置されるプラテン３２、カラーフィルタ基板２０に向けてインクを吐出する印字部５１、インク内に含まれる有機溶剤を除去する予備処理部３４、活性エネルギー線を照射してインクを硬化させる照射硬化部３６、加熱処理を行ってインクを硬化させる加熱硬化部３８とを含み構成されている。

プラテン３２は、カラーフィルタ基板２０の幅よりも広い幅寸法を有しており、その基板保持面には多数の吸引穴（図４参照、符号３３）が形成されている。プラテン３２下面には吸着チャンバー４２が設けられており、この吸着チャンバー４２をファン４４で吸引して負圧にすることによって、プラテン３２上のカラーフィルタ基板２０が吸着時保持される。なお、吸引吸着方式に代えて、静電吸着方式を採用してもよい。プラテン３２は、図示しない搬送機構によって図３に矢印で示すように図の左から右へ搬送される。

印字部５１の各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、ピエゾ方式、静電アクチュエータ方式、サーマル方式、静電吸引方式等の一般的なインクジェット方式が利用できる。インクの自由度、ヘッド寿命等を考えるとピエゾ方式が特に望ましい。

各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、カラーフィルタ基板２０の搬送方向（図３に矢印で示す方向、副走査方向）に沿って上流側から赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順に配置されており、後述するヘッド移動機構６０（図４参照）により、カラーフィルタ基板２０の幅方向（副走査方向に垂直な方向、主走査方向）に往復移動可能に構成されている。各印字ヘッド５０は、カラーフィルタ基板２０の幅方向に走査させて幅方向に対するインク吐出を行い（これを主走査という）、一回の幅方向のインク吐出が終わるとカラーフィルタ基板２０を搬送方向に所定量だけ移動させて（これを副走査という）、次の吐出領域のカラーフィルタ基板２０の幅方向に対するインク吐出を行う。この動作を繰り返してカラーフィルタ基板２０の各画素エリア２４に各色のインクを付与することができる。

インク貯蔵部５４は、各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂへ供給されるインクを貯蔵する。例えば、インク貯蔵部５４は、各インク（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をそれぞれ貯蔵する複数のインクタンクからなる。

次に、ヘッド移動機構６０は、各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂについてそれぞれ同様の構成で備えられているので、ここでは代表して印字ヘッド５０Ｒのヘッド移動機構６０について説明する。

図４に、ヘッド移動機構６０を斜視図で示す。ヘッド移動機構６０は、ヘッド５０Ｒを主走査方向に走査移動させるものであり、ドライブスクリュ６２、ガイドレール６３、駆動支持部６４、支持部６５、キャリッジ６６とから構成されている。

ガイドレール６３は、ヘッド５０Ｒの移動をガイドするためのものであり、キャリッジ６６に形成された貫通孔に挿通され、カラーフィルタ基板２０の搬送方向と直交するように配置されている。

ドライブスクリュ６２は、ガイドレール６３と所定の間隔を有するように、ガイドレール６３と平行に配置されている。ドライブスクリュ６２は、キャリッジ６６に形成された雌ネジ部とカ咬み合う雄ネジ部を有するボールネジ等から構成され、回転することによりキャリッジ６６を移動させる。

また、ドライブスクリュ６２及びガイドレール６３は、使用可能な最大のカラーフィルタ基板２０の画像形成領域の全幅を、キャリッジ６６が移動可能な長さとして構成されている。

駆動支持部６４及び支持部６５は、ドライブスクリュ６２を正逆回転可能な状態で支持するとともに、ガイドレール６３を移動しないように支持するためのものである。駆動支持部６４は、ドライブスクリュ６２及びガイドレール６３の一端に配置されており、図示しないモータ等の駆動源によりドライブスクリュ６２を駆動する。また、支持部６５は、駆動支持部６４とは反対側の端部に配置されており、これらは、画素形成部１３の図示を省略した筐体に支持されている。

キャリッジ６６は、ドライブスクリュ６２及びガイドレール６３によって移動可能に支持されており、駆動支持部６４によりドライブスクリュ６２が正逆回転されることで、ガイドレール６３に案内されつつ、主走査方向（Ｘ方向）に往復移動する。

ヘッド５０Ｒは、キャリッジ６６の下面に取り付けられ、キャリッジ６６の移動に伴って移動する。

なお、ヘッド移動機構６０の構成については、この例に限定されるものではなく、その他の公知の移動機構を用いることができる。

図３に戻り、プラテン３２により形成される搬送路上において印字部５１の下流側には、予備処理部３４、照射硬化部３６、及び加熱硬化部３８が設けられている。

予備処理部３４は、遠赤外線ヒータ、ニクロム線ヒータ等を含んで構成され、カラーフィルタ基板２０上に吐出されたインク内に含まれる有機溶剤を乾燥させて除去する。

照射硬化部３６は、ＵＶレーザ光を照射してカラーインクを硬化する光照射プロセスを行うものであり、活性エネルギー線を発する照射エネルギー源を含んで構成される。照射硬化部３６は、予備処理部３４で有機溶剤が除去されたカラーフィルタ基板２０上のインクに活性エネルギー線を照射して硬化させる。照射エネルギー源や照射時間は、インクの特性に応じて適宜設定すればよい。照射硬化部３６については、詳しく後述する。

また、加熱硬化部３８は、赤外線ヒータ等を含んで構成される。加熱硬化部３８は、照射硬化部３６で硬化されたインクに、さらに加熱処理を行って熱による硬化処理を施す。この加熱温度及び加熱時間については、インクの組成や画素の厚み等の特性に応じて適宜設定すればよい。

図５は、画素形成部１３のシステム構成を示す要部ブロック図である。図５に示すように、画素形成部１３は、通信インターフェース１０４、システムコントローラ１０６、プリント制御部１０８、画像メモリ１１０、画像バッファメモリ１１２、予備処理部３４、照射硬化部３６、加熱硬化部３８、ヘッドドライバ１２０等を備えている。

通信インターフェース１０４にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。

システムコントローラ１０６は、ＣＰＵ（演算部）と画像処理用ＩＣ（ＤＳＰ）、メモリコントローラから構成してもよいし、これらの機能をワンタッチ化したＩＣ（プロセッサ）で構成してもよい。

ホストコンピュータ１０２から送出されたカラーフィルタデータは通信インターフェース１０４を介して画素形成部１３に取り込まれ、一旦画像メモリ１１０に記憶される。取り込まれたカラーフィルタデータは展開され、プラテン３２の図示しない搬送機構を制御する搬送系制御信号が生成される。搬送系制御信号はシステムコントローラ１０６から図示しない搬送機構及び予備処理制御部１１４、照射制御部１１６、加熱制御部１１８へ加えられる。なお、画像メモリ１１０にはＲＡＭが適用されるが、半導体素子だけでなくハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。

プリント制御部１０８は、画像メモリ１１０から送られたカラーフィルタデータに対して各種の画像処理や補正処理を施し、ヘッドドライバ１２０へ出力する。プリント制御部１０８には、カラーフィルタデータを処理する際にデータやパラメータなどを一時的に格納するための画像バッファメモリ１１２が備えられている。なお、画像バッファメモリ１１２は、画像メモリ１１０と兼用することも可能である。また、プリント制御部１０８に用いられるプロセッサに内蔵されているメモリを用いてもよい。

ヘッドドライバ１２０は、プリント制御部１０８から送られたカラーフィルタデータに基づいて、各色ヘッドのアクチュエータ（図示省略）を駆動する。ヘッドドライバ１２０には、ヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

予備処理制御部１１４は、システムコントローラ１０６の指令に従い、予備処理部３４における処理温度、処理時間等を制御する。同様に、照射制御部１１６及び加熱制御部１１８は、照射硬化部３６及び加熱硬化部３８を制御する。

次に、画素形成部１３の照射硬化部３６について詳しく説明する。

前述したように、照射硬化部３６は、ＵＶレーザ光を照射する光照射プロセスを行うものである。

カラーフィルタ基板２０の画素エリア２４にインクジェットによりカラーインクを充填するプロセスの場合、フォトリソグラフィのようにパターンを形成する必要はないが、光硬化と熱硬化を併用することにより、以下の２点で効果がある。

まず、第一に材料の酸化性を高め、耐薬品性、耐熱性、耐光性、耐候性を高める効果がある。特に、後プロセスによる薬品の浸透浸入は、カラーフィルタの表面側から起こるため、表面の硬化の度合を高めることは、耐薬品性の向上に非常に有効である。また特に、染料を用いたカラーインクは顔料のものより耐薬品性で劣る可能性があり、光硬化と熱硬化を併用することは効果的である。

また第二に、熱硬化よりも短時間で硬化するＵＶ光を照射することで色材が分離するのを防ぐという効果がある。色材の分離は、熱だけで硬化した場合に起こる可能性があり、例えば、３０分程度要する熱だけでの硬化を行うと、ＲＧＢ各色を構成する２種類の色材（例えば、グリーンの場合は、シアンとイエロー）とモノマーの相溶性が不十分などの理由により加熱より分離することがある。

ここで相溶性とは、２種類または多種類の物質が相互に親和性を有し、溶液または混和物を形成する性質をいう。

今の場合、プリベークまでで溶媒は略蒸発しているため、モノマーに染料２種類が混合している状態であるが、室温にて均一に混ざっていても、溶媒がなくなった状態でのハードベーク程度の高温（もしくはハードベークに向かう途中の温度）に晒されると、モノマー、２種類の色材のそれぞれの流動性が増し、さらに相溶性が不十分であると、色材の分離が起こる可能性がある。

分離した場合は、構成要素のそれぞれの色で島をつくって、全体で見ると斑模様になったりして、カラーフィルタの光学特性の低下につながる。特に、高温に加熱した場合の色材の分離は、分散剤により溶媒に分散している顔料インクよりも、溶媒に溶解している染料インクで起こる可能性がある。

以上のことから、熱による重合をする前に、短時間で硬化し、相分離が起こりにくい効果を有するＵＶ照射を行う。ＵＶ照射による光硬化は、熱による硬化に比べて桁違いに硬化は早い。

一般的に、モノマーを光硬化させるには光重合開始剤を入れて、水銀キセノンランプ、メタルハライドなどのランプの照射により硬化させる。

通常に良く見られるＵＶ光の照射系は、光源を装置の上部に固定し、上から下に向けて常に照射しつつ、基板を一定方向に動くベルトなどに載せて走査することにより、照射硬化する。

比較のために、この通常のＵＶ光の照射系について説明する。通常は、ＵＶ光源の上部に、楕円反射鏡を使用することがほとんどである。

図６に、ランプ光源と反射鏡を組み合わせた照射系の例を示す。

図６に示す例では、ランプ光源２１０の上部に反射鏡２１２が配置されており、ランプ光源２１０から出た光は反射鏡２１２で反射され、カラーフィルタ基板２２０上に形成されたブラックマトリクス２２２内の画素エリア２２４に塗布されたカラーインクに対して照射されるようになっている。

ランプ光源２１０による照射の場合は、縦軸に光強度、横軸に照射中心からの距離をとって強度分布を示すと、図７のグラフＲが示すように、ランプのもともとの大きさと、光が放射状に照射されることにより、数１０ｃｍ程度のブロードな分布の釣鐘状の曲線となる。

ここで、ランプの集積密度や光源の強さなどの制約などから、光硬化の十分な効果を得るには、カラーフィルタ基板２２０の各画素エリア２２４に対して、十数秒〜数１０秒のＵＶ光の照射が必要となる。前述したように、２種類の色材の相分離を防止するためには、短時間の照射でモノマーを反応させて高分子のマトリクスを形成するようにすることが好ましい。

上記問題を解決するための手段として、光学系の設計が容易で、自由度があり、さらに高精度で、微小領域に光を集中させやすいレーザ光による短時間照射が考えられる。

以下、本発明のポイントである凹レンズや凸レンズなどのレンズ系とレーザとを組み合わせた光学系により、カラーインクに対し短時間照射を行い、硬化させる方法について説明する。

図８に、レーザとレンズ系とを組み合わせた照射系を示す。

図８に示すように、この照射系１３０は、レーザ光源１３２と、凹レンズ１３４ａ及び凸レンズ１３４ｂを含むレンズ系１３４とから構成される。レーザ光源１３２から照射された光はレンズ系１３４を介して、カラーフィルタ基板２０上のブラックマトリクス２２によって形成された画素エリア２４内のカラーインクに対して照射される。

ここで、レーザ光源１３２の強度分布は、図７のグラフＬで示すように、ランプ光源を用いた場合と比較すると、非常に狭い分布曲線となる。単純にレーザ光のみの構成では、点スポットとして照射させるだけであり、カラーフィルタ基板２０全面を照射することは現実的ではない。そこで、このようにレンズなどの光学機器を使用することにより、ある一定の幅を持った線状の照射形状にすることや、矩形などの面状の照射形状とすることが可能となる。レンズ系１３４の組み合わせにより、１μｍ程度から数ｃｍ程度の線状の照射形状を持ったレーザを作ることができる。

なお、上記レンズ系１３４の他に、反射鏡、凹面反射鏡、プリズムなどの光学系や絞りやシャッターなどの機械系を用いてもよい。また、レーザ光源１３２のオンオフなどを併用することにより、より短時間でカラーフィルタ基板２０の一つの画素エリア２４に対して照射することが可能である。

前述したように、単純にレーザ系をある一定の面積を持った範囲に描画する場合、カラーフィルタ基板表面に対して垂直方向に入射することとすると、カラーフィルタの各画素に対して無駄なく入射するため、エネルギー効率は良いが、ブラックマトリクスのエッジ付近で、少しでも角度が外れるとブラックマトリクスのエッジによる反射で、ブラックマトリクス付近のカラーインクに光が届かなくなり硬化しなくなるという問題がある。

そこで、本発明においては、例えば、図８に示すように、カラーフィルタ基板２０に対して、レンズ系１３４を用いて、ある特定の角度を持った光をブラックマトリクス２２近辺に入射するようにする。具体的には、ブラックマトリクス２２近辺に対して、２°〜４５°の斜め光を照射するようにする。

さらに、レーザ光源１３２として半導体レーザなどを使用すると、オンオフなどのコントロールも容易であり、好ましい。また、レーザ光の使用により波長が揃っているため、焦点位置に容易に集光できるため、高精度にコントロールすることが可能となる。

なお、光源としてレーザ光でなく、ＬＥＤ光源を使用するようにしてもよい。ただし、この場合、ランプ光源よりずっと程度は低いが複数の波長が混ざっていたり、放射状に照射されることとなる。

図８に示すように、斜めから照射することにより、ブラックマトリクス２２の近辺にも照射され、ブラックマトリクスのエッジ近辺のカラーインクを十分に硬化することができる。

また、このとき図９に示すように、カラーフィルタ基板２０上にブラックマトリクス２２によって形成された画素エリア２４に対して、斜線で示された線状のレーザ照射範囲を矢印Ａのように、照射系１３０とカラーフィルタ基板２０を相対的に走査して、照射することが考えられる。

さらにこのとき、基板を照射系で照射する方法として、基板を間欠的に照射する方法と、基板を連続的に照射する方法があるが、そのどちらの方法でもよい。

例えば、基板を間欠的に照射するためには、基板に対して照射系を間欠的に走査して、走査が停止しているときに光源をオンするようにする方法や、基板に対して照射系を連続的に走査して、光源をオンオフする方法が考えられる。また、基板を照射系で連続的に照射するためには、基板に対して照射系を連続的に走査して、光源をオンし続ける方法が考えられる。

しかし、このように一方向からのみ走査して照射した場合には、矩形状のカラーフィルタの場合には、その一辺にしか斜めから照射されない。そこで、照射系１３０とカラーフィルタ基板２０を相対的に走査する際、図１０に示すように、カラーフィルタ基板２０の上下方向から走査し、さらに左右方向も含めた４方向から照射することが好ましい。

ただし、このように４方向から走査すると、それだけプロセスが多くなり時間も掛ってしまう。そこで、これに対しては、同時に２以上の方向から照射されるように、レーザ光源及びレンズ系からなる照射系を２基以上用意して一度に走査するようにしてもよい。例えば、図１１に示す例では、カラーフィルタ基板２０に対し、異なる２つの方向から斜めの平行光で照射する２基の照射系１３０ａ及び１３０ｂを備えている。

また、カラーフィルタ基板２０の各画素エリア２４の一辺の方向に沿うことなく、線状のレーザをカラーフィルタ基板２０に対して回転させるようにして走査してもよい。

例えば、図１２に示すように、カラーフィルタ基板２０に対して斜めの方向から線状のレーザを走査すると、レーザ走査方向に対向する２辺（２２ａ、２２ｂ）が同時に斜めに照射される。その後カラーフィルタ基板２０を１８０°回転して、先に照射した２辺に対向する２辺（２２ｃ、２２ｄ）を照射するようにすれば、２回の走査でブラックマトリクス２２のすべての近辺を照射することができる。

また、別の構成として、図１３に示すように、カラーフィルタ基板２０の上空に焦点Ｆが位置するように、レーザ光源１３２と凹レンズ１３４ｃ、凸レンズ１３４ｄ及び凸レンズ１３４ｅによって照射系１３０ｃを構成し、画素列の幅（画素エリア２４の幅Ｂ）だけ広がるようにコントロールした光を必要な時間だけ照射して走査するようにしてもよい。

このとき、走査するのは、照射系１３０ｃでもカラーフィルタ基板２０でもどちらでもよい。また、焦点Ｆの位置は、図１３のようにカラーフィルタ基板２０の上空でなく、カラーフィルタ基板２０の下側に位置するようにしてもよい。この場合にも、同様にレーザ光が斜めに入射される。

なお、この場合、一つのレーザ光源とレンズ系により、一つの画素列のどちらのブラックマトリクス２２の近辺に対しても斜めに照射が行われ、図１３に示す態様が最も好ましい。

また、上記のように一つのレーザ光源と一つのレンズ系で一つの画素列を照射するのが難しい場合には、図１４に示すように、一つのレーザ光源と一つのレンズ系からなる照射系１３０ｄにより、複数の画素列に対して照射するようにする。

またこのとき、図１４の矢印Ｄで示すように、焦点Ｆとブラックマトリクス２２の位置をずらして照射することにより、ブラックマトリクス２２近辺に垂直方向から入射しないように、位置をずらして照射し、一度は必ず斜めから入射するようにして、ブラックマトリクス２２のエッジに対して、ある特定の角度以上でレーザ光を照射するようにする。

また、図１５に示すように、このような照射系を２基用意し（１３０ｅ、１３０ｆ）、これをカラーフィルタ基板２０に対して相対的に走査しながら、同時に斜めに照射するようにしてもよい。

このように焦点Ｆを作って斜めに照射する場合、走査するのはカラーフィルタ基板２０でも、照射系１３０ｅ、１３０ｆでもどちらでもよい。また、走査方法も、間欠的に走査してもよいし、連続的に走査してもよい。さらに、複数回走査方向を変えて照射してもよい。

またさらに、前の例と同様に、カラーフィルタ基板２０の各画素エリア２４の一辺の方向に沿うことなく、線状のレーザ光をカラーフィルタ基板２０に対して回転させるようにして走査してもよい。

なお、斜めに照射するプロセスを含んでいれば、垂直に入射する光学系で組み合わせてもよい。このとき、垂直に入射した後、斜めに照射するようにする。あるいは、この順番を逆にしてもよい。

レンズ系には、凹レンズもしくは凸レンズが平面方向に複数連結したような、シリンドリカルレンズやフライアイレンズを用いてもよい。これにより、広範囲を効率的に照射することが可能となる。なお、レーザ光源も一つだけでなく複数用意してもよい。

また、インクジェットによる描画及び乾燥（プリベーク）後の、カラーフィルタ基板２０上の画素エリア２４に形成されるカラーインクの膜厚を、ＵＶレーザ光の波長の整数倍の厚み、あるいはＵＶレーザ光の波長の整数倍＋半波長の厚みとすることが好ましい。これにより、ブラックマトリクス２２内におけるカラーインク下部でガラス面との界面とカラーインク上部で、空気と接する表面において、多重反射がおこり、効率良く光硬化が進行するからである。

以上説明したように、カラーインクを光硬化した後、ハードベークする。具体的には、例えば、窒素置換オーブン、大気オーブンあるいはホットプレート等を用いて、２２０℃〜２３０℃で、３０分程度の条件で硬化させる。このとき、表面側と内側の硬化程度の差が少ないので、シワにならずに硬化することができる。

その後、熱硬化してカラーフィルタが形成される。

以下、本発明に係るカラーフィルタ製造方法について説明する。

図１６は、カラーフィルタ製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。

まず、図１６のステップＳ１００の隔壁形成工程において、隔壁形成部１１により、カラーフィルタ基板２０上に隔壁２２を形成する。隔壁２２は、遮光性を有し、ブラックマトリクスの機能を持つものである。カラーフィルタ基板２０上に、この隔壁２２の開口部にインクを付与するための画素エリア２４が形成される（図２参照）。

次に、ステップＳ１１０の撥液処理工程において、撥液処理部１２により、隔壁２２に撥インク処理を施す。これは前述したように、画素エリア２４に付与したインクが隔壁２２を越えて溢れることにより隣接画素間での混色を防止するために行われるものである。

次に、ステップＳ１２０のＲＧＢインクのＩＪ（インクジェット）打滴工程において、画素形成部１３によりインクジェット法によって隔壁２２内の画素エリア２４にＲＧＢインクを打滴する（図３参照）。すなわち、画素形成部１３の印字部５１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色インクをインクジェット方式で吐出して画素エリア２４に付与する。

インクは、色材、溶媒、重合性モノマー、重合開始剤及び界面活性剤を含んで構成される。色材としては、顔料、染料を使用することができる。溶媒としては、各成分の溶解性や沸点、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。

次に、ステップＳ１３０の乾燥工程において、画素形成部１３の印字部５１の下流にある予備処理部３４（乾燥処理部）により、各画素エリア２４内に吐出されたインクに含まれる有機溶剤を乾燥して除去する。乾燥処理（プリベーク）は、ホットプレート、オーブン、真空乾燥装置等で行われる。ホットプレート、オーブンを利用したときの加熱温度及び加熱時間については、インクの組成や画素の厚み等の特性に応じて適宜設定すればよいが、例えば、８０℃〜１５０℃、２分〜２０分の範囲で良好な特性が得られる。

次に、ステップＳ１４０の半硬化工程において、有機溶剤を乾燥除去させたＲＧＢインクに対して、さらにエネルギーを与えて半硬化させる。

半硬化は、照射硬化部３６におけるＵＶレーザ光の光照射により、上でいろいろ説明したような方法で、カラーフィルタ基板２０に対して斜め方向から入射するようにして行われる。

ＵＶ硬化は、ＲＧＢインクの色材の吸収特性から容易に半硬化（表面のみ硬化）が可能である。また、ＵＶ光源としては、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハイパワーメタルハライドランプ等を利用することができる。

次に、ステップＳ１５０の熱硬化工程において、熱硬化処理によりＲＧＢインクを熱硬化する。

このように、ＲＧＢインクを熱硬化させた後、液晶表示方式に応じて、この上に、透明電極（ＩＴＯ）、柱状スペーサ（ＰＳ）、ＭＶＡ方式用リブ、さらなる平坦化のための全面均一オーバーコート（ＯＣ）等を適宜形成することにより、カラーフィルタとして完成する。

以上説明したように、本実施形態においては、カラーインクを光硬化する際、レーザ光源及びレンズ系の構成でカラーフィルタ基板に対して斜め方向から入射するようにしたため、隔壁（ブラックマトリクス）近辺のカラーインクを十分に硬化することができる。

以上、本発明のカラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…カラーフィルタ製造装置、１１…隔壁形成部、１２…撥液処理部、１３…画素形成部、２０…カラーフィルタ基板、２２…隔壁（ブラックマトリクス）、２４…画素エリア、２６…カラーフィルタ、３２…プラテン、３４…予備処理部（乾燥処理部）、３６…照射硬化部、３８…加熱硬化部、５０（５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ）…印字ヘッド、５１…印字部、１３０…照射系、１３２…レーザ光源、１３４…レンズ系

Claims (12)

1. 基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に光硬化性モノマーと溶媒を含むインクをインクジェット法で打滴する工程と、
   前記開口部の内側に打滴された前記インクの溶媒を乾燥させる工程と、
   レーザまたはＬＥＤ光源を含む照射系により、前記開口部の内側の前記乾燥したインクに対して光を照射して前記乾燥したインクを光硬化する工程と、
   前記開口部の内側に打滴された前記インクを熱硬化する工程と、
   を備え、
   前記照射系は、前記光源と前記開口部との間、又は前記開口部からみて前記光源とは反対側に焦点を設けた斜め光を前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とするカラーフィルタ製造方法。
2. 前記照射系は、レーザ光源と、レンズ系と、を有することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ製造方法。
3. 前記レンズ系は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散させる凹レンズと、前記拡散されたレーザ光を前記焦点に集光させる凸レンズと、を有することを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ製造方法。
4. 前記照射系は、前記焦点が前記開口部の真上に位置し、前記焦点を通過したレーザ光が前記開口部の内側の幅に広がるように前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とする請求項２又は３に記載のカラーフィルタ製造方法。
5. 前記照射系を１基もしくはそれ以上用意し、線状のレーザ光を２つ以上の方向から走査することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のカラーフィルタ製造方法。
6. 前記照射系により前記基板を、間欠的に照射し、または連続的に照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルタ製造方法。
7. 基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に光硬化性モノマーと溶媒を含むインクをインクジェット法で打滴する手段と、
   前記開口部の内側に打滴された前記インクの溶媒を乾燥させる手段と、
   レーザまたはＬＥＤ光源を含む照射系により、前記開口部の内側の前記乾燥したインクに対して光を照射して前記乾燥したインクを光硬化する手段と、
   前記開口部の内側に打滴された前記インクを熱硬化する手段と、
   を備え、
   前記照射系は、前記光源と前記開口部との間、又は前記開口部からみて前記光源とは反対側に焦点を設けた斜め光を前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
8. 前記照射系は、レーザ光源と、レンズ系と、を有することを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルタ製造装置。
9. 前記レンズ系は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散させる凹レンズと、前記拡散されたレーザ光を前記焦点に集光させる凸レンズと、を有することを特徴とする請求項８に記載のカラーフィルタ製造装置。
10. 前記照射系は、前記焦点が前記開口部の真上に位置し、前記焦点を通過したレーザ光が前記開口部の内側の幅に広がるように前記隔壁内のインクに対して入射することを特徴とする請求項８又は９に記載のカラーフィルタ製造装置。
11. 前記照射系を１基もしくはそれ以上用意し、線状のレーザ光を２つ以上の方向から走査することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。
12. 前記照射系は、前記基板を、間欠的に照射し、または連続的に照射することを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。

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