(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に複数の着色画素を有するカラーフィルタの製造方法であって、
前記透明基板上の表示領域及び前記表示領域を取り囲む非表示領域に遮光層を形成する遮光層の形成工程と、
前記表示領域の遮光層に複数の開口部を設ける開口部の形成工程と、
前記複数の開口部及び前記非表示領域の遮光層上部に硬化型インクを付与して硬化させることで前記開口部に前記複数の着色画素を形成し、前記非表示領域の遮光層上部に識別マークを形成する、着色画素及び識別マークの形成工程と、を有し、
前記表示領域及び非表示領域に形成された遮光層は前記着色画素及び識別マークの形成工程の前に撥インク化処理が施されており、
前記硬化型インクはインクジェット方式で付与され、
前記識別マークは、前記硬化型インクが前記非表示領域の遮光層上部の撥インク化処理が施された部分に直接付与された後、硬化されることにより形成される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】
本発明は、カラーテレビ、パーソナルコンピュータ、パチンコ遊技台等に使用されているカラー液晶ディスプレイの構成部材であるカラーフィルタとその製造方法に関し、さらには該カラーフィルタを用いた液晶素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カラー液晶ディスプレイの構成に用いられるカラーフィルタは、透明基板上に光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に着色された画素が配列して構成されている。さらに、表示コントラストを高めるために、通常各着色画素の周囲には所望の幅のブラックマトリクス（遮光層）が設けられている。
【０００３】
従来、カラーフィルタの製造工程においては、１枚の基板上に複数枚（例えば４枚）分を形成し、加工途中または加工終了後に個々に切断加工することによって、１枚あたりの生産性の向上を図っていた。
【０００４】
また、カラーフィルタの製造工程は、透明基板（通常ガラス基板）上へのブラックマトリクスの形成、３原色の各色の着色工程、保護層の塗布、さらには液晶素子における電極となるＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）膜の成膜工程をこの順に含んでおり、これらの工程途中において発生する不良品の検査を行い、不良品については基板を加工前に戻し、再生加工を行って生産性を高めている。
【０００５】
一方、カラーフィルタには収率を高めるためと顧客からの苦情に対してカラーフィルタ毎の詳細な調査を行うために、カラーフィルタ毎に識別マークを設けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、識別マークはレーザー等により不可逆的に遮光層に加工形成していたために、不良品については着色画素のみならず遮光層まで除去して再生する必要があり、これがコストアップの大きな要因となっていた。
【０００７】
本発明の課題は、不良品発生時に遮光層を除去する必要がなく、安価に再生が可能なカラーフィルタ及びその製造方法を提供することにあり、当該製造方法によりカラーフィルタの生産効率を向上してトータルなカラーフィルタコストを削減し、より安価にカラー液晶素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明基板上に複数の着色画素を有するカラーフィルタの製造方法であって、
前記透明基板上の表示領域及び前記表示領域を取り囲む非表示領域に遮光層を形成する遮光層の形成工程と、
前記表示領域の遮光層に複数の開口部を設ける開口部の形成工程と、
前記複数の開口部及び前記非表示領域の遮光層上部に硬化型インクを付与して硬化させることで前記開口部に前記複数の着色画素を形成し、前記非表示領域の遮光層上部に識別マークを形成する、着色画素及び識別マークの形成工程と、を有し、
前記表示領域及び非表示領域に形成された遮光層は前記着色画素及び識別マークの形成工程の前に撥インク化処理が施されており、
前記硬化型インクはインクジェット方式で付与され、
前記識別マークは、前記硬化型インクが前記非表示領域の遮光層上部の撥インク化処理が施された部分に直接付与された後、硬化されることにより形成されることを特徴とするカラーフィルタの製造方法を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のカラーフィルタの特徴は、従来遮光層を加工して形成していた識別マークを、着色画素の形成工程において、着色画素と同時に作り込むことにある。これにより、識別マークの形成工程が不要となり、また、不良品の再生時には着色画素の除去と同時に除去されるため、遮光層を再度用いることができ、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００１４】
図１は、本発明のカラーフィルタの一実施形態の端部の平面模式図であり、図中の１は遮光層であるブラックマトリクス、２は着色画素、３は識別マークである。識別マーク３はカラーフィルタの表示領域（液晶素子を構成した際に表示に関わる領域）を取り囲む非表示領域に形成される。識別マーク３の形状としては、カラーフィルタを用いた液晶素子の設計を容易にするために、その占有スペースが最も小さくなる直線状に配列したドット状、或いは、不連続線状などが好ましいが、スペース上の制約がなければ、文字やバーコード、２次元コードなどを使用することもできる。
【００１５】
本発明のカラーフィルタの製造方法としては特に限定されず、従来の染色法や顔料分散法、電着法を用いることができるが、カラーフィルタ毎に異なる識別マークに容易に対応できることと、３色の着色画素及び識別マークを１回の着色工程で形成できることから、インクジェット方式が好ましく用いられる。
【００１６】
インクジェット方式を用いて本発明のカラーフィルタを製造する方法としては、二つの方法に大別される。第一は、透明基板上に複数の開口部を有する遮光層を形成し、該透明基板上に全面にインク受容層を形成し、上記遮光層の開口部及び非表示領域内の遮光層上に対応するインク受容層にインクジェット方式によりインクを付与して着色し、着色画素及び識別マークを形成する方法であり、第二は、透明基板上に開口部を有する遮光層を形成し、該遮光層の開口部及び被表示領域内の遮光層上に、硬化型インクを付与して硬化させ、着色画素及び識別マークを形成する方法である。以下にそれぞれ詳細に説明する。
【００１７】
先ず上記第１の方法について説明する。上記第１の方法において、好ましくは、インク受容層を感光性樹脂組成物で形成し、パターン露光してインク受容能を有する被着色部と該被着色部よりもインク受容能の低い非着色部を形成し、被着色部にインクを付与する。当該方法を例に挙げて説明する。
【００１８】
図２は、上記本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形態の工程図である。図中、１１は透明基板、１２は表示領域のブラックマトリクス、１３はインク受容層、１４はフォトマスク、１５は非着色部、１６は被着色部、１７はインクジェットヘッド、１８はインク、１９は着色部、２０は識別マーク、２１は保護層である。また、図中の（ａ）〜（ｄ）は以下の工程（ａ）〜（ｄ）に対応する断面模式図である。
【００１９】
工程（ａ）
透明基板１１上に、遮光層として格子状のブラックマトリクス１２を形成する。透明基板１１としては、一般にガラスが用いられるが、カラーフィルタの透明性を損なわず、強度等必要な特性を備えたものであれば、プラスチック等も用いることができる。また、ブラックマトリクス１２はブラックストライプでも良く、その膜厚は、通常０．１〜０．５μｍ程度であり、透明基板１１上にクロム等金属をスパッタ或いは蒸着等により成膜し、フォトリソ工程によりパターニングして得られる。また、ブラックマトリクス１２は金属以外にも黒色樹脂等を用いて形成しても良い。
【００２０】
次いで、透明基板１１上に全面に樹脂組成物からなるインク受容層１３を形成する。インク受容層１３は、後述する工程において着色して着色部１９を形成するための着色媒体であり、好ましくは、光照射或いは光照射と熱処理によってインク受容能が変化する感光性樹脂組成物で形成し、次工程においてパターン露光して混色防止のための非着色部１５を形成する。感光性としては、ネガ型、ポジ型のいずれでも良く、具体的には、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体或いはその変性物、アミド系樹脂、フェノール系樹脂、ポリスチレン系樹脂などが必要に応じて光開始剤（架橋剤）と併せて用いられる。光開始剤としては、重クロム酸塩、ビスアジド化合物、ラジカル系開始剤、カチオン系開始剤、アニオン系開始剤等が使用可能であり、さらには、これらの光開始剤を混合して、或いは他の増感剤と組み合わせて使用することができる。さらに、オニウム塩などの光酸発生剤を架橋剤として使用することも可能である。本実施形態は、光照射によりインク受容能を消失（或いは低減）する、ネガ型の樹脂組成物を用いた例を示す。
【００２１】
上記感光性樹脂組成物は、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等の方法により透明基板１１上に塗布し、必要に応じてプリベークしてインク受容層１３とする。インク受容層１３の厚さは、通常０．３〜３．０μｍ程度である。
【００２２】
工程（ｂ）
フォトマスク１４を用いて、インク受容層１３をパターン露光し、露光部分のインク受容能を消失（或いは低減）せしめて非着色部１５を形成する。非着色部１５はブラックマトリクス１２に重なる位置に形成され、特に、ブラックマトリクス１２の開口部境界における白抜けを防止する観点から、ブラックマトリクス１２の幅よりも非着色部１５が狭くなるように形成することが好ましい。また、混色防止効果を高める上で、非着色部１５が撥インク性を発現するような成分をインク受容層１３に付与しておくことも好ましく適用される。
【００２３】
当該工程において露光されなかった領域は被着色部１６となる。また、露光によりインク受容能が発現（或いは増加）するポジ型の樹脂組成物を用いた場合には、逆のパターンで露光すればよい。尚、非着色領域のブラックマトリクス（１２紙面左端）については、少なくとも識別マークを形成する部分に被着色部１６を形成しておく。
【００２４】
工程（ｃ）
インクジェットヘッド１７より、所定の着色パターンに沿って、所定の色のインク１８を被着色部１６に吐出し、着色する。同時に、非着色領域のブラックマトリクス１２上にインク１８を付与して識別マークを描画する。
【００２５】
本発明において用いられるインクジェット方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェットタイプ、或いは、圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能であり、着色面積及び着色パターンは任意に設定することができる。
【００２６】
また、本発明においてインク受容層１３の着色に用いられるインク１８は、染料或いは顔料等着色剤を含有し、吐出時に液状であるものであれば、いずれでも好ましく用いられる。
【００２７】
工程（ｄ）
熱処理或いは光照射等必要な処理を施してインク受容層全体を硬化させ、非着色部１５と着色部１９からなる着色層を形成する。同時に、非表示領域には識別マーク２０が形成される。着色画素は、着色部１９のブラックマトリクス１２の開口部で規定される領域に相当する。
【００２８】
さらに、必要に応じて着色層上に保護層２１を形成し、本発明のカラーフィルタを得る。保護層２１は光硬化型、熱硬化型、或いは熱・光併用硬化型の樹脂組成物層、或いは蒸着、スパッタ等によって形成された無機膜等を用いることができる。いずれの場合もカラーフィルタとしての透明性を有し、その後のＩＴＯ形成工程、配向膜形成工程等に耐えるものであれば使用することができる。
【００２９】
次に、図３に前記本発明のカラーフィルタの製造方法の第二の方法の実施形態の工程を模式的に示す。図中、２２はブラックマトリクス、２８はインク、２９は着色部、３０は識別マークで、図２と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。図３の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、下記工程（ａ）〜（ｃ）に対応する断面図である。
【００３０】
工程（ａ）
透明基板１１上に、遮光層としてブラックマトリクス２２を形成する。遮光層はブラックストライプでも良い。このようなブラックマトリクス２２は、黒色顔料含有レジストを用い、一般的なフォトリソグラフィによりパターニングして形成することができる。また、ブラックマトリクス２２には、後述するインクを吐出した際の混色を防止する上で撥インク性を付与しておくのが好ましい。ブラックマトリクス２２の厚さは隔壁作用及び遮光作用を考慮すると０．５μｍ以上が好ましい。また、ブラックマトリクス２２の素材としては、黒色顔料含有レジストの他に、クロム、酸化クロム等の金属或いは酸化金属膜を用いることができ、上記したように０．５μｍ以上の厚みを得るために、その上部にシリコーンゴム等の層を設けることが好ましい。
【００３１】
工程（ｂ）
ブラックマトリクス２２の開口部を被着色部として、インクジェットヘッド１７より、所定の着色パターンに沿って、所定の色の硬化型インク２８を吐出する。同時に、非着色領域のブラックマトリクス２２上にも識別マークを硬化型インク２８で描画する。
【００３２】
本発明において用いられる硬化型インク２８は、硬化型着色樹脂組成物であり、少なくとも染料或いは顔料等着色剤と、熱処理或いは光照射等エネルギー付与により硬化する樹脂を含有している。例えば熱硬化型の樹脂組成物としては、公知の樹脂と架橋剤の組み合わせが使用でき、具体的には、メラミン樹脂、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーとメラミン、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーと多官能エポキシ化合物、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーと繊維素反応型化合物、エポキシ樹脂とレゾール型樹脂、エポキシ樹脂とアミン類、エポキシ樹脂とカルボン酸または酸無水物、エポキシ化合物などが挙げられる。また、光硬化型樹脂組成物としては、市販のネガ型レジストが好適に用いられる。
【００３３】
また、上記インクには、種々の溶媒を用いることができる。特に、インクジェット方式に用いる場合の吐出性の面から、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒が好ましく用いられる。
【００３４】
さらに、上記成分の他に必要に応じて所望の特性を持たせるために、界面活性剤、消泡剤、防腐剤等を用いることができ、さらに、市販の水溶性染料などを添加することもできる。
【００３５】
また、上記した光或いは熱硬化型樹脂のうち、水或いは水溶性有機溶剤に溶解しないものでも安定に吐出可能なものであれば、水や水溶性有機溶剤以外の溶媒を用いてもかまわない。また、特に光により重合するタイプの硬化性化合物を用いる場合には、染料をモノマーに溶解した無溶剤タイプとすることもできる。
【００３６】
工程（ｃ）
熱処理或いは光照射等必要な処理を施してインク２８を硬化させ、着色部２９及び識別マーク３０を形成する。本実施形態では着色部２９が着色画素に相当する。
【００３７】
さらに、必要に応じて着色部２９上に保護層２１を形成し、本発明のカラーフィルタを得る。
【００３８】
本発明のカラーフィルタに形成された識別マークの識別方法は、入射強度が十分な光を照射し、反射光により識別する。具体的には、カラーフィルタの良否判定を行う検査工程が自動の場合には、当該マークの識別用にカメラ或いはスキャナーを別途設け、位置合わせ工程において該マークを読みとる。当該識別マークはバーコードと同様のデジタルデータであるため、画像処理して二値化することにより判別する。また、検査工程が自動でない場合には、別途マークの読み取り機を用いればよい。
【００３９】
次に、図４、図５に本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図を示す。図４は図２の工程により得られたカラーフィルタを用いて、図５は図３の工程により得られたカラーフィルタを用いて、それぞれＴＦＴ型カラー液晶素子を構成した例である。図中、３１は対向基板、３２は共通電極、３３，３８は配向膜、３７は共通電極、３４は液晶であり、図２、図３と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
カラー液晶素子は、一般的にカラーフィルタ側の基板１１と対向基板３１とを合わせ込み、液晶３４を封入することにより形成される。液晶素子の一方の基板３１の内側に、ＴＦＴ（不図示）と画素電極３７がマトリクス状に形成されている。また、カラーフィルタ側の基板１１の内側には、画素電極３７に対向する位置に、Ｒ、Ｇ、Ｂが配列するように、カラーフィルタの着色部１９或いは２９が形成され、その上に透明な共通電極３２が形成される。さらに、両基板の面内には配向膜３３，３８が形成されており、液晶分子を一定方向に配列させている。これらの基板は、スペーサー（不図示）を介して対向配置され、シール材（不図示）によって貼り合わされ、その間隙に液晶３４が充填される。
【００４１】
上記液晶素子は、透過型の場合には、基板３１及び画素電極３７を透明素材で形成し、それぞれの基板の外側に偏光板を接着し、一般的に蛍光灯と散乱板を組み合わせたバックライトを用い、液晶化合物をバックライトの光の透過率を変化させる光シャッターとして機能させることにより表示を行う。また、反射型の場合には、基板３１或いは画素電極３７を反射機能を備えた素材で形成するか、或いは、基板３１上に反射層を設け、透明基板１１の外側に偏光板を設け、カラーフィルタ側から入射した光を反射して表示を行う。
【００４２】
また、本発明の液晶素子においては、本発明のカラーフィルタを用いて構成されていれば、他の部材については従来の技術をそのまま用いることができることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のカラーフィルタは着色画素と同じ素材で識別マークが形成されているため、不良品が発生した場合には、遮光層を再度利用することができ、製造コストが大幅に削減される。
【００４４】
本発明に係る識別マークは、着色領域に沿って直線状に配列したドット状或いは不連続線状に形成することによって、占有スペースを最小限に抑えることができるため、工程上の大幅な設計変更が不要である。
【００４５】
本発明の製造方法においては、識別マークを着色画素と同時に作り込むため、工程数及び使用材料を増やす必要がなく、生産効率が高い。
【００４６】
また、本発明の製造方法において、インクジェット方式を利用することにより、カラーフィルタ毎に異なる識別マークに容易に対応し、且つ１回の着色工程で着色画素と識別マークとを形成できるため、生産効率が高く、また、インクの無駄もないため、製造コストが大幅に削減される。
【００４７】
よって、本発明の液晶素子においては、より安価なカラーフィルタを用いて構成されるため、より安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの一実施形態の端部の平面模式図である。
【図２】  本発明のカラーフィルタの製造方法の参考実施形態の工程図である。
【図３】  本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形態の工程図である。
【図４】  図２の工程で得られたカラーフィルタを用いた本発明の液晶素子の参考実施形態の断面模式図である。
【図５】図３の工程で得られたカラーフィルタを用いた本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図である。
【符号の説明】
１  ブラックマトリクス
２  着色画素
３  識別マーク
１１  透明基板
１２  ブラックマトリクス
１３  インク受容層
１４  フォトマスク
１５  非着色部
１６  被着色部
１７  インクジェットヘッド
１８  インク
１９  着色部
２０  識別マーク
２１  保護層
２２  ブラックマトリクス
２８  硬化型インク
２９  着色部
３０  識別マーク
３１  対向基板
３２  共通電極
３３  配向膜
３４  液晶
３７  画素電極
３８  配向膜
【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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