(57)【要約】【課題】正確に色度および透過率を評価することが可能なカラーフィルタ基板を実現する。【解決手段】吐出されたインクにより表示領域２内の画素の着色層が形成されるカラーフィルタ基板１は、表示領域外領域３に、当該表示領域２内の画素と同形状および同素材であり、単一色の画素からなる単色描画領域４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出されたインクにより表示領域内の画素の着色層が形成されるカラーフィルタ基板において、
表示領域外に、当該表示領域内の画素と同形状および同素材であり、単一色の画素からなる単色描画領域が形成されていることを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
上記単色描画領域には、複数の画素が存在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基板。
【請求項３】
上記単色描画領域は、上記表示領域内の画素の描画色の数と同数以上存在することを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法であって、
上記単色描画領域の光学的特性を測定して、当該カラーフィルタ基板の検査、品質管理を行うステップを有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットにより画素の着色層が形成されるカラーフィルタ基板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を初めとしたＯＡ機器、携帯電話等の携帯情報端末、テレビなどへの液晶表示装置の応用が急速に進展している。これらの液晶表示装置はカラー化に対応するためにカラーフィルタが用いられており、一般的には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光の３原色のフィルタが透明基板上にパターン形成されている。
【０００３】
従来のフォトリソ方式を用いて形成するカラーフィルタ基板は、画素内の着色層の形状が平坦であった。そのため、表示領域（アクティブエリア）における画素内の数十μｍの着色層領域を顕微分光測定などを行うことで、容易に、色度、透過率などを評価し、管理することが可能であった。ここで、着色層の膜厚と濃度および透過率との関係について説明する。ある物質（ここではカラーフィルタ基板）に入射する光と透過する光の関係はLambert-Beerの法則で表すことができ、吸光度はその光路の長さ（着色層の膜厚）と濃度の両方に比例する。従って、ある物質（カラーフィルタ基板）の吸光度が予め分かっていれば、膜厚が変化した時の透過率、色度を計算で求めることができる。このように所望の透過率、色度が得られるように膜厚の微調整を行なうことができ、この評価を基にカラーフィルタ基板を管理することができる。
【０００４】
例えば特許文献１では、基板中央部に膜厚管理用のダミーカラーフィルタを備える技術が開示されている。また、特許文献２では、反射型ＬＣＤなどに用いられるピンホールを有するカラーフィルタにおいて、各色ごとに表示領域外に表示領域と同一の材料で単色膜領域部を形成して色度測定を行う技術について開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２５８２５４号公報（２００２年９月１１日公開）
【特許文献２】特開２００３−２４０９３６号公報（２００３年８月２７日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、インクの吐出により表示領域内の画素の着色層を形成する、つまり、インクジェット方式により画素を形成したカラーフィルタ基板は、インクの表面張力、インクと下地基板との接触角などにより、乾燥過程でのインクの流動制御が難しく、着色層が１画素内で連続的な凸あるいは凹形状となってしまう。そのため、１画素内で膜厚の異なる領域が多数存在することになり、所望の色特性を満たすための色度、透過率の評価が困難であった。従って、特許文献１に記載の技術を用いたとしても、インクジェットにより形成した連続的な凸あるいは凹形状の着色層を膜厚で管理することは困難である。また、特許文献２に記載の技術は、反射型、あるいは半透過型などのピンホールを有するカラーフィルタに限定されたものであり、インクジェットにより形成したカラーフィルタ基板に適用することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、正確に色度および透過率を評価することが可能なカラーフィルタ基板、およびカラーフィルタ基板の製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るカラーフィルタ基板は、上記課題を解決するために、吐出されたインクにより表示領域内の画素の着色層が形成されるカラーフィルタ基板において、表示領域外に、当該表示領域内の画素と同形状および同素材であり、単一色の画素からなる単色描画領域が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によると、表示領域外の単色描画領域では表示領域内の画素と同形状および同素材の画素が形成されている。つまり、表示領域外に、表示領域内の画素が忠実に再現されている。そして、一つの単色描画領域の画素は、単一の描画色のみからなっている。よって、単色描画領域を用いて、その単一の描画色（表示領域の着色層を形成する際用いたインクの色）についての、色度および透過率を、測定することができる。よって、吐出されたインクにより表示領域内の画素の着色層が形成されるカラーフィルタ基板に起こる、インク乾燥後の連続的な凸あるいは凹形状の着色層の、平均的な色度および透過率を評価することが可能となる。よって、単色描画領域が設けられていることで、カラーフィルタ基板の良、不良判定などの検査、品質管理などを容易に行うことができる。
【０００９】
また、上記のように、検査、品質管理されたカラーフィルタ基板を用いると、視認性の優れた表示を行うことができる表示装置を製造することが可能である。
【００１０】
本発明に係るカラーフィルタ基板では、上記構成に加え、上記単色描画領域には、複数の画素が存在しているのが好ましい。
【００１１】
上記構成によると、複数の画素を含んだ単色描画領域について色度および透過率を測定することができるので、画素によっては着色層であるインクが連続的な凸形状（場合によっては凹形状）となっていても、平均的な色度および透過率を、精度よく測定することが可能となる。
【００１２】
ここで、単色描画領域に複数の画素が含まれていても、表示領域と同様、単色描画領域の周辺画素と中央付近の画素とで乾燥スピードが異なり、結果として周辺画素の着色層の形状が偏ったものとなってしまい、色度および透過率の測定には使用できなくなってしまうことがある。そのため、１つの単色描画領域には、その外周画素を含まない部分で、色度および透過率を測定できる程度の数の画素が存在していることが好ましい。このように単色描画領域が形成されていると、偏った着色層の形状（インク形状）の特異的な画素の色度および透過率特性を省いた測定が可能となる。偏った着色層の形状（インク形状）の画素は、正常な画素と比べ、膜厚分布が異なったものとなる。従って光漏れ、光の吸収の度合いが異なり、色度および透過率特性も異なることとなるため、予め省いておくのが好ましい。
【００１３】
従って、画素のサイズにもよるが、１つの単色描画領域において、縦横３×３画素以上存在するのが、特に好ましい。３×３画素存在すると、少なくとも中央の画素は着色層の形状（インク形状）の偏りがない（少ない）画素となるので、正しく光学特性を測定することができる。より正確に測定するために、表示領域外に配置可能な限り複数の画素を形成しておくことが好ましい。
【００１４】
本発明に係るカラーフィルタ基板では、上記構成に加え、上記単色描画領域は、上記表示領域内の画素の描画色の数と同数以上存在しているのが好ましい。
【００１５】
上記構成によると、全描画色（表示領域の着色層を形成する際用いた全てのインク色）について、色度および透過率評価が可能となる。よって、表示領域内の全描画色について、検査および品質管理をすることができ、高品質のカラーフィルタ基板を製造することができる。
【００１６】
本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、上記何れか１つに記載のカラーフィルタ基板の製造方法であって、上記単色描画領域の光学的特性を測定して、当該カラーフィルタ基板の検査、品質管理を行うステップを有することを特徴としている。
【００１７】
上記方法によると、表示領域外の、表示領域内と同じ形状・同じ素材で画素が忠実に再現されている単色描画領域における光学特性を測定することで、カラーフィルタ基板の検査、管理をすることができる。よって、容易に、確実に品質管理された、高品質のカラーフィルタ基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るカラーフィルタ基板は、以上のように、吐出されたインクにより表示領域内の画素の着色層が形成されるカラーフィルタ基板において、表示領域外に、当該表示領域内の画素と同形状および同素材であり、単一色の画素からなる単色描画領域が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によると、表示領域外の単色描画領域では表示領域内の画素と同形状および同素材の画素が形成されている。つまり、表示領域外に、表示領域内の画素が忠実に再現されている。そして、一つの単色描画領域の画素は、単一の描画色のみからなっている。よって、単色描画領域を用いて、その単一の描画色についての、色度および透過率を測定することができる。吐出されたインクにより表示領域内の画素の着色層が形成されるカラーフィルタ基板に起こる、インク乾燥後の連続的な凸あるいは凹形状の着色層の、平均的な色度および透過率を評価することが可能となる。よって、単色描画領域が設けられていることで、カラーフィルタ基板の良、不良判定などの検査、品質管理などを容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すると以下の通りである。図１に示すように、本発明に係るカラーフィルタ基板１は、ガラスの基板上に、画素を有する表示領域（アクティブエリア）２と、表示領域外領域（表示領域２以外の基板上の領域）３にある単色描画領域４とを備えている。基板は、ガラス基板やプラスチック基板が好適に用いられる。しかし、カラーフィルタ基板に用いる場合の透明性、機械的強度等の必要特性を有するものであれば、特に限定されない。
【００２１】
表示領域２は、遮光層として、ブラックマトリクスが図２（ａ）に示すように格子状にパターニング形成されており、インクジェット方式を用いてインクにより着色層が形成された各色の画素２１が、交互に繰り返し配置されている。
【００２２】
ブラックマトリクスは、数十μｍ〜数百μｍの画素ピッチで格子状になっているものとする。しかしこの形状に限定されることはなく、ストライプ状等になっていてもよい。
【００２３】
ブラックマトリクスは、通常、遮光材を分散させた樹脂ブラックマトリクスを用いるのが一般的である。樹脂としては、例えば、ポリイミド、アクリル等が用いられるが、限定はされない。遮光材となる黒色顔料の例としてピグメントブラック、チタンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されず種々の顔料でもかまわない。
【００２４】
単色描画領域４は、表示領域２と同様に、図２（ｂ）に示すようにブラックマトリクスが、表示領域２と同じ形状にパターニング形成されている。また、インクジェット方式を用いて表示領域２と同じインクにより着色層が形成された画素が配置されている。単色描画領域４の画素は、表示領域２の画素と、同形状であり、同じ描画方法で吐出されたインクで着色層を形成されている。また、１つの単色描画領域４の画素は、単一の描画色のみからなっている。単色描画領域４は、単色描画領域に着色される色（単色描画領域の描画色、インクの色）を区別して説明するときは、単色描画領域４Ａ、単色描画領域４Ｂ，単色描画領域４Ｃ…のように記載する。本実施形態では、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の描画色のインクにて着色層が形成される単色描画領域４Ａ、第２の描画色のインクにて着色層が形成される単色描画領域４Ｂ、第３の描画色のインクにて着色層が形成される単色描画領域４Ｃ、とする。
【００２５】
インクジェット方式により形成したカラーフィルタ基板１は、一般的にインクの表面張力、インクと下地基板との接触角などにより、図５（ａ），（ｂ）に示すように、着色層が１画素内で連続的な凸形状（場合によっては凹形状）となってしまう。ここで、図５（ａ）は、図３（ａ）に示す単色描画領域のＡ−Ａ’断面、図５（ｂ）は、図３（ａ）に示す単色描画領域のＢ−Ｂ’断面である。さらに、インク吐出後の乾燥過程において、インクの流動制御が困難であり、溶剤雰囲気下にさらされていない単色描画領域４の外周部から乾燥が始まり、外周に向かってインクのフローが発生する。これにより、単色描画領域４の外周部の画素ではインクの重心が外に偏った形状となってしまう。このような、インクの偏りは表示領域２においても同様に起こる。
【００２６】
ここで、１つの単色描画領域４に、複数の画素が存在していると、複数の画素を含んだ単色描画領域について色度および透過率を測定することができるので、画素によっては着色層であるインクが連続的な凸形状（場合によっては凹形状）となっていても、平均的な色度および透過率を、精度よく測定することが可能となる。特に、１つの単色描画領域４に、その外周画素を含まない部分で、色度および透過率を測定できる程度の数の画素が存在していること好ましい。このように単色描画領域が形成されていると、偏ったインク形状の特異的な画素の色度および透過率特性を省いた測定が可能となる。偏ったインク形状の画素は、正常な画素と比べ、光漏れ、光の吸収の度合いが異なるため、色度および透過率特性が低下してしまうため、予め省いておくのが好ましい。
【００２７】
従って、画素のサイズにもよるが、１つの単色描画領域４において、縦横３×３画素以上存在するのが、特に好ましい。３×３画素存在すると、少なくとも中央の画素はインク形状の偏りがない（少ない）画素となるので、正しく光学特性を測定することができる。より正確に測定するために、表示領域外領域３に配置可能な限り複数の画素を形成しておくことが好ましい。
【００２８】
単色描画領域４は、表示領域２内の画素を形成するのに使用した描画色の数（インクの種類の数）と同数あると、全描画色について、色度および透過率評価が可能となるので好ましい。
【００２９】
なお、表示領域２の外側に額縁となるブラックマトリクスがあるので、そのブラックマトリクスの外側に単色描画領域４を形成するのが好ましい。しかし、単色描画領域４は、表示領域２に干渉せず、表示に影響を与えなければ、どこに設けられていてもかまわない。よって、単色描画領域４のサイズにもよるが、額縁のブラックマトリクスの一部に形成することも可能である。
【００３０】
以上のように、表示領域２の画素２１と単色描画領域４の画素４１とは同形状であり、同じ描画方法で吐出されたインクで着色層を形成されているので、つまり、表示領域２の画素の状態が、表示領域外の単色描画領域４で再現されている。
【００３１】
次に本発明に係るカラーフィルタ基板１の作成方法について説明する。初めに、ガラス基板上に図２（ａ），（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス（以下、ＢＭとする）を、フォトリソ方式を用いて形成する。ＢＭはインク吐出時にインクが混合することを防ぐための隔壁（仕切り）を兼ねるため、樹脂ＢＭを用い、例えば２μｍの膜厚とするのが好ましいが、この数値に限定はされない。
【００３２】
表示領域２と単色描画領域４には、画素ピッチ横１５０μｍ×縦４５０μｍで格子状にＢＭを形成する。１つの単色描画領域４には、横方向に９０画素、縦方向に３０画素形成し、横１３．５ｍｍ×縦１３．５ｍｍの正方形とした。画素の大きさ、数、はこれに限らず、単色描画領域４が、色度および透過率測定時に、測定エリア以上の領域が確保できればよい。
【００３３】
また、ＢＭの形状は、表示領域２と単色描画領域４とで、同じであれば、図２（ａ），（ｂ）に示す格子状以外にも、ストライプ状の形状でもよい。また、ＢＭの形成方法としてフォトリソ方式以外にも、印刷方式、熱転写方式などを用いてもよい。
【００３４】
次に、インク吐出時のリーク、混色を防止するためにフッ素系ガスを用いたプラズマ処理を行い、ＢＭの撥水処理を行う。これによりＢＭは撥水となり、ガラス基板上はプラズマによりクリーニングされ親水となり、インクの塗り分けが容易となる。なお、撥水化あるいは親水化の手法として、光触媒による表面改質、撥水性ＢＭ材料等を用いてもよい。これらの処理は、全て公知の方法を用いることができる。
【００３５】
次に、インクジェット方式により、第１の描画色を図６（ａ）に示す表示領域内の所定の位置と、図６（ｂ）に示す単色描画領域４Ａに吐出する。ここで、インク吐出は、表示領域２内の画素と単色描画領域４とで吐出シーケンス、膜厚などが同じであることが重要である。そのため、インク吐出は、表示領域２内の画素と単色描画領域４とでインク吐出の条件（吐出方法、吐出温度、滴下速度等）を揃えて、吐出を行う。吐出するインクは、顔料を分散させた熱硬化型のインクが好適に用いられる。インクジェット装置、ヘッドなどは一般的なピエゾアクチュエータを使用するピエゾ方式のもの、ヘッド内にヒータを有するバブル方式のもの、あるいはその他の方式のものを使用することができる。
【００３６】
さらに、インクジェット方式により、第２の描画色を図６（ｃ）に示す表示領域２内の所定の位置と、図６（ｄ）に示す単色描画領域４Ｂに吐出する。インク吐出は、表示領域２内の画素と単色描画領域４とで吐出シーケンス、膜厚などが同じになるように、インク吐出の条件（吐出方法、吐出温度、滴下速度等）を揃えて、吐出を行う。
【００３７】
最後に、インクジェット方式により、第３の描画色を図６（ｅ）に示す表示領域２内の所定の位置と、図６（ｆ）に示す単色描画領域４Ｃに吐出する。インク吐出は、表示領域２内の画素と単色描画領域４とで吐出シーケンス、膜厚などが同じになるように、インク吐出の条件（吐出方法、吐出温度、滴下速度等）を揃えて、吐出を行う。なお、第１、第２、第３の描画色を同時に吐出し、塗り分けを行ってもよい。
【００３８】
以上の工程を経て、インクを乾燥させて、インクジェットを用いたカラーフィルタ基板１が形成される。インクの乾燥として、例えば、溶媒を蒸発させ、その後、焼成を行い、インクの熱重合を行うことで、着色層を形成することができる。なお、上記インク溶媒の蒸発の方法、焼成の方法は、公知の方法をインクや基板等の状態に合わせて適宜利用すればよい。
【００３９】
以上のように、表示領域２の画素２１と単色描画領域４の画素４１とを同形状で形成し、同じ描画方法でインクを吐出して着色層を形成しているので、表示領域２の画素の状態を、表示領域外の単色描画領域４で再現することができる。
【００４０】
なお、カラーフィルタ基板１から表示領域２ごとにパネルとして切り出す際、単色描画領域４がパネルの分断ラインより外側に形成されている場合、切り落とされることになる。単色描画領域４が、分断ラインより内側（表示領域の額縁ブラックマトリクス付近）に形成されている場合には、パネル内に残ることになる。
【００４１】
（実施例）
本発明について、実施例を挙げてより具体的に説明する。
【００４２】
上記実施の形態に即し、初めに、ガラス基板上にＢＭを、フォトリソ方式で、格子状に形成した。ＢＭはインク吐出時の隔壁を兼ねるため、樹脂ＢＭを用い、２μｍの膜厚とした。表示領域と単色描画領域とは、画素ピッチ横１５０μｍ×縦４５０μｍの格子状とした。また、単色描画領域は、それぞれの描画色（着色層の色）の数と同数作成した。つまり、本実施形態では、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色描画領域の分を作成した。単色描画領域は、横方向に９０画素、縦方向に３０画素形成し、横１３．５ｍｍ×縦１３．５ｍｍの正方形とした。その後、実施の形態に即し、撥水、親水処理を行った。
【００４３】
そして、実施の形態に即し、インクジェットの技術を用いて、表示領域の画素の着色層を形成し、同時に単色描画領域の画素の着色層の形成を行った。
【００４４】
本実施例で形成したカラーフィルタ基板の特性評価を行うために、それぞれの描画色の単色描画領域ごとに、分光輝度計を用いて、図４に示すように単色描画領域の中央付近の複数の画素に対して、色度、透過率（輝度）の測定を行った。分光輝度計は、ＴＯＰＣＯＮ社製ＳＲ−３を用い、測定エリア（図４で点線での囲み）は３ｍｍΦとし、バックライトを光源として測定を行った。
【００４５】
上記測定により、測定エリア内に連続的な凸形状の着色層の画素が複数個入っているので、平均的な色、透過率を測定することが可能となる。さらに単色描画領域における周辺画素を含まず、中央付近の複数の画素の測定を行うことで、精度よく測定することができ、カラーフィルタ基板の検査、基板管理を容易に行うことが可能となる。
【００４６】
なお、本実施例で作成したカラーフィルタは２°視野のＣＩＥ（Commission International de l’Eclairage：国際照明委員会）色度座標において、ＥＢＵ（European Broad casting Unit）規格を充分に満たす範囲にあり、同じ描画色の単色描画領域間の色差ΔＥａｂ（Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間上のユークリッド距離）は１以内となっており、面内均一性の良好な特性を得ることができた。
【００４７】
本発明は上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、インクジェット技術を用いて製造するカラーフィルタ基板に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態のカラーフィルタ基板を示す平面図である。
【図２】（ａ）は上記カラーフィルタ基板における表示領域の画素を示し、（ｂ）は単色描画領域の画素を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、上記カラーフィルタ基板における各単色描画領域の平面図である。
【図４】単色描画領域の平面図であり、色度および透過率評価領域が破線の円形領域内で示してある図である。
【図５】（ａ）は、図３（ａ）に示す単色描画領域のＡ−Ａ’断面、（ｂ）は、図３（ａ）に示す単色描画領域のＢ−Ｂ’断面を示す図である。
【図６】（ａ）は第１描画色の吐出工程にある表示領域、（ｂ）は第１描画色の吐出工程にある第１描画色の単色描画領域、（ｃ）は第２描画色の吐出工程の表示領域、（ｄ）は第２描画色の吐出工程にある第２描画色の単色描画領域、（ｅ）は第３描画色の吐出工程の表示領域、（ｆ）は第３描画色の吐出工程にある第３描画色の単色描画領域、を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    カラーフィルタ基板
２    表示領域
３    表示領域外領域
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  単色描画領域
２１  表示領域の画素
４１  単色描画領域の画素
【図１】
2007187838.tif 000003
【図２】
2007187838.tif 000004
【図３】
2007187838.tif 000005
【図４】
2007187838.tif 000006
【図５】
2007187838.tif 000007
【図６】
2007187838.tif 000008