(57)【要約】【課題】材料の利用効率を高め、リソグラフィの工程を減らして生産性を向上させられるカラーフィルタ及び表示装置並びにこれらの製造方法を提供することにある。【解決手段】基板１０に、樹脂層１２を形成する工程と、樹脂層１２を、複数のインク充填領域１４を区画する枠体１２ａにパターニングする工程と、インク充填領域１４のそれぞれに、インクＲ，Ｇ，Ｂを、インクジェット方式によって充填する工程と、充填されたインクＲ，Ｇ，Ｂを乾燥させ、枠体１２ａの厚さよりも薄い固化層を形成する工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、複数のインク充填領域を区画する枠体を形成する工程と、
前記各インク充填領域に、所定のインクを、前記枠体から盛り上がる程度に充填する工程と、
充填されたインクを乾燥させ、前記枠体の厚さよりも薄い固化層を形成する工程と、
を含むカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記固化層を形成した後に、前記インクを重なるように前記インク充填領域に吐出することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記インク充填領域に充填されたインクの上に、光透過性のオーバーコート層を、表面が平坦になるように形成する工程と、
前記オーバーコート層の上に、光透過性の電極を形成する工程と、
を含むカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法において、前記枠体は疎水性であり、前記インク充填領域から前記インクを溢れ出にくくしていることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
カラーフィルタを備えた表示装置の製造方法であって、
基板に、複数のインク充填領域を区画する枠体を形成する工程と、
前記各インク充填領域に、所定のインクを、前記枠体から盛り上がる程度に充填する工程と、
充填されたインクを乾燥させ、前記枠体の厚さよりも薄い固化層を形成しカラーフィルタを形成する工程と、
前記カラーフィルタを表示装置に配置する工程と、
を含む表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタ及び表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネル等のカラーフィルタを製造する方法として、印刷法、電着法、染色法又は顔料分散法がある。
【０００３】
印刷法は、熱硬化性樹脂に顔料を分散させた塗料を繰り返し印刷によって３色を塗り分け、樹脂を熱硬化させて着色層を形成する方法である。この印刷法は、工程が簡易であるものの、平坦性に劣るものである。
【０００４】
電着法は、パターニングされた透明電極を基板に設けておき、これを顔料・樹脂・電解液等の入った電着塗装液に浸漬して第一色を電着させる。そして、この工程を３回繰り返し最後に焼成する方法である。この電着法は、平坦性に優れているのでストライプパターンのカラー配列であれば有効であるが、モザイクパターンのようなカラー配列を形成することは困難である。
【０００５】
印刷法及び電着法には、これらの欠点があったので、従来、染色法及び顔料分散法が主として用いられてきた。
【０００６】
染色法は、染色用材料である水溶性高分子材料に感光剤を添加して感光し、これをリソグラフィ工程でパターニングしたのち、染色液に浸漬し着色パターンを得る方法である。
【０００７】
例えば、まず、ガラス基板の上にブラックマトリクスを形成する。そして、水溶性高分子材料に感光剤を添加して光が当たれば溶媒に溶解しにくくなるようにした染色用材料を、ブラックマトリクスの形成された基板に塗布する。次に、マスクを通して染色用材料の一部のみを露光し現像することで、第一のカラー領域にのみ染色用材料が残るようパターニングする。そして、この染色用材料を染色液に浸漬して染色し、固着させることで第一の着色層が形成される。この工程を３回繰り返すことで３色のカラーフィルタが形成される。
【０００８】
この染色法で製造されたカラーフィルタは、透過率が高くて色が鮮やかな反面、耐候性、耐光性、耐熱性及び吸湿性において劣るという特性がある。
【０００９】
なお、特開平１−２１７３０２号公報には、ブラックマトリクスを染色法にて作成する技術が開示されているが、耐候性に劣る点で一般的な染色法と同様である。
【００１０】
また、特開平７−１４６４０６号公報には、ブラックマトリクスの形成されたガラス基板にインク受容層を形成し、インクジェット方式によってこのインク受容層を染色することによりカラーフィルタの量産性を向上させる方法が開示されている。この方法も染色法の一種であると考えられる。
【００１１】
次に、顔料分散法は、顔料を分散した感光性樹脂を基板に塗布し、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、という工程を繰り返す方法である。上記染色法が、染色用材料をパターニングしてから染色する方法であったのに対して、顔料分散法は、予め着色された感光性樹脂を基板に塗布するものである。そして、顔料分散法にて製造されたカラーフィルタは、耐候性が高いという特性を持っている。
【特許文献１】特開平１−２１７３０２号公報
【特許文献２】特開平７−１４６４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、従来の顔料分散法で使用される感光性樹脂は、少なくとも塗布された７０％以上が除去・廃棄され材料の利用効率で大きな課題を有する。
【００１３】
また、従来の顔料分散法では、第１色、第２色、第３色の領域を形成する際に毎回リソグラフィの工程が必要であり、カラーフィルタの量産性向上の大きな妨げとなっていた。
【００１４】
本発明は、上述したような課題を解決するものであり、その目的は、材料の利用効率を高め、リソグラフィの工程を減らして生産性を向上させられるカラーフィルタ及び表示装置並びにこれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、基板に、樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層を、複数のインク充填領域を区画する枠体にパターニングする工程と、
前記インク充填領域のそれぞれに、所定の色のインクを、インクジェット方式によって充填する工程と、
充填されたインクを乾燥させ、前記枠体の厚さよりも薄い固化層を形成する工程と、
を含む。
【００１６】
本発明に係るカラーフィルタは、光透過性の基板と、複数のインク充填領域に区画するように前記基板に形成される樹脂層からなる枠体と、前記インク充填領域のそれぞれに充填されて固化したインクからなる固化層と、を有し、前記固化層の厚さは前記枠体の厚さよりも薄いことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る表示装置は、カラーフィルタを備えた表示装置であって、
前記カラーフィルタは、光透過性の基板と、複数のインク充填領域に区画するように前記基板に形成される樹脂層からなる枠体と、前記インク充填領域のそれぞれに充填されて固化したインクからなる固化層と、を有し、前記固化層の厚さは前記枠体の厚さよりも薄いことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る表示装置の製造方法は、カラーフィルタを備えた表示装置の製造方法であって、
光透過性の基板に、複数のインク充填領域を区画するように樹脂層からなる枠体を形成する工程と、
前記インク充填領域のそれぞれに、所定の色のインクを、インクジェット方式によって充填する工程と、
充填されたインクを乾燥させ、前記枠体の厚さよりも薄い固化層を形成しカラーフィルタを形成する工程と、
前記カラーフィルタを表示装置に配置する工程と、
を含む。
【００１９】
本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、光透過性の基板に、光を遮断する感光性樹脂層を形成する工程と、
前記感光性樹脂層を、複数のインク充填領域を区画する枠体にパターニングする工程と、
前記インク充填領域のそれぞれに、所定の色のインクを、インクジェット方式によって充填する工程と、を含んでもよい。
【００２０】
そして、光を遮断する感光性樹脂層をパターニングして形成された枠体と、この枠体にて区画されたインク充填領域に充填されたインクと、が基板と一体となってカラーフィルタとなる。枠体は、インクを区画するとともに、光を遮断することからブラックマトリクスの機能を果たす。各インク充填領域は、透過する色光を混合させてカラー表示をするための単色のカラードットとなる。
【００２１】
本発明によれば、例えば、感光性樹脂層を枠体にパターニングするときに、その材料の一部を除去及び廃棄するだけなので、顔料分散法のような複数回にわたる材料の除去及び廃棄はなくなる。また、パターニング工程が１回だけなので、工程も減らすことができる。
【００２２】
このような材料の有効利用は、インクジェット方式によって可能となった。つまり、インクジェット方式によれば、微細な領域に正確にインクを充填できるので、リソグラフィを行わなくても、インク充填領域に直接インクを充填することができる。本発明は、インクジェット方式を利用して、直接それぞれのカラードットを形成してカラーフィルタを得る方法である。
【００２３】
また、本発明によれば、染色ではなく直接着色するので、染色法に比べて格段に耐候性に優れる。しかも、インクとして顔料インクを使用することもできるので、現在主流となっている顔料分散法の代替が容易である。
【００２４】
本発明は、前記インク充填領域に充填されたインクの上に、光透過性のオーバーコート層を、表面が平坦になるように形成する工程と、前記オーバーコート層の上に、光透過性の電極を形成する工程と、を含んでもよい。こうして、液晶表示装置に使用されるカラーフィルタを製造することができる。
【００２５】
また、前記感光性樹脂層は疎水性であり、前記インクは水性であってもよい。感光性樹脂層が疎水性であると、これをパターニングして形成される枠体も疎水性となる。そして、疎水性の枠体にて区画されるインク充填領域に、水性のインクを充填すると、そのインクは、隣のインク充填領域には溢れ出にくくなる。こうして、隣り同士のインク充填領域に充填されたインクが混ざることを防止できる。
【００２６】
本発明に係るカラーフィルタは、光透過性の基板と、複数のインク充填領域に区画するように前記基板に形成される光遮断性の枠体と、前記インク充填領域のそれぞれに充填されて固化したインクと、を含んでもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｅ）は、本発明の実施形態に係るカラーフィルタの製造工程を示す図である。この工程により製造されるカラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三色のドットを有し、液晶表示装置に組み込まれることで、フルカラー表示を可能にする。
【００２８】
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０の上に感光性樹脂層１２を形成する。ここで、基板１０として、３００×３７０ｃｍで厚さ１．１ｍｍの透明な無アルカリガラスを使用する。感光性樹脂層１２は、クロームなどの金属あるいは黒色有機顔料を練り込んだ感光性樹脂を、２μｍの厚さにスピンコートして形成される。この感光性樹脂層１２は、その材質から光を遮断することができ、かつ、疎水性を有する。
【００２９】
次に、図２（Ｂ）に示すように、感光性樹脂層１２を所定の枠体１２ａにパターニングする。この工程は、周知のリソグラフィーによって行われる。感光性樹脂層１２が光を遮断し疎水性を有するので、枠体１２ａも同様に、光を遮断し疎水性を有する。
【００３０】
枠体１２ａは、製造しようとするカラーフィルタの各色の形状又は配列に応じてインク充填領域１４を区画する。例えば、１０型のＶＧＡ仕様の液晶表示パネルでは、約１００μｍピッチで、６４０×４８０×３（色）で９０万画素、つまり約９０万個のインク充填領域１４が区画される。さらに、アッシングによってインク充填領域１４から感光性樹脂を完全に除去する。
【００３１】
枠体１２ａは、光を遮断することからブラックマトリクスとして機能する。さらに、枠体１２ａは疎水性を有するので、充填されたインクが隣のインク充填領域１４に溢れ出にくいようになっている。
【００３２】
こうして、インク充填領域１４が区画されると、図１（Ｃ）に示すように、インク充填領域１４に赤インクＲ、緑インクＧ又は青インクＢを充填する。この工程は、インクジェット方式により行われ、インク充填領域１４に対向させて配置されたヘッド１６からインクが吐出される。
【００３３】
ヘッド１６は、例えばインクジェットプリンタ用に実用化されたもので、インク充填領域１４のピッチに対応させてインクを吐出できるようになっている。
【００３４】
例えば、このヘッド１６を、駆動周波数５ｋＨｚ（１秒間に５０００回の吐出）でインクを吐出する吐出口を５個、２列に配列し、一つのインク充填領域１４にインクを３滴ずつ吐出するとすれば、約９０万画素の１０型ＶＧＡ仕様のカラーフィルタ用の基板のインク充填領域１４にインクを充填するのに要する時間は、
９０万×３滴／（５０００回×５個×２列）＝約５４秒
となる。ここで、ヘッド１６が隣のインク充填領域１４に移動する時間を考慮しても、２〜３分程度で基板にインクを充填することができる。
【００３５】
なお、顔料分散法等によれば、リソグラフィによる１色毎の形成時間が１０分程度かかる為、１枚約３０分の時間が必要となる。これと比較すると、本実施の形態では、インクの充填が２〜３分であり、その後の工程を含めても、従来と比べて短時間でカラーフィルタを形成できる。
【００３６】
本実施形態で用いられるインクは、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）のいずれかの着色材を透明樹脂に均一に分散させた３種類の液体であって、各着色材が反射する色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光を透過するようになっている。このような３種類のインクを、インク充填領域１４の形状に従って並べることで、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラードットを構成することができる。
【００３７】
次に、本実施形態で用いられるインクの組成を示す。
【００３８】
【表１】
2007241318.tif 000003
【００３９】
全てのインク充填領域１４にインクが充填されたら、熱処理を行ってインクの溶剤をとばす。この熱処理は、１１０℃で１０分程度行うことが好ましい。また、インクＲ，Ｇ，Ｂは、溶剤を飛ばすと収縮する（図１（Ｄ）参照）ので、収縮後の厚みで必要なカラー濃度が確保できるだけの量を充填しておくことが必要である。本実施形態では図１（Ｃ）に示すように、枠体１２ａから盛り上がる程度のインクを充填しても、枠体１２ａが疎水性を有するので、隣のインク充填領域１４に溢れ出ないようになっている。なお、カラー濃度の確保には、０．７〜１．２μｍ程度の固化層を形成できるようにすることが好ましい。また、インクの固化層を形成してから、さらにインクを重ねて吐出して、発色性を向上させながら層厚を増加させてもよい。
【００４０】
次に、基板１０を水洗いした後、図１（Ｄ）に示すように、スピンコートによって透明なオーバーコート層１８を形成する。このオーバーコート層１８は、インクＲ，Ｇ，Ｂの固化層を保護するとともに、表面を平坦にするために形成される。
【００４１】
オーバーコート層１８の上には、透明な導電薄膜２０をスパッタリングによって形成し、リソグラフィによりマスクを形成してからエッチングし、図１（Ｅ）に示すように、各インク充填領域１４に対応する電極２０ａにパターニングする。電極２０ａは、液晶表示装置に組み込まれたときに、液晶を駆動するための一方の電極となる。
【００４２】
本実施形態によれば、感光性樹脂層１２を枠体１２ａにパターニングするときに、その材料の一部を除去及び廃棄するだけなので、顔料分散法のような複数回にわたる材料の除去及び廃棄がなくなる。また、パターニング工程が１回だけなので、工程も減らすことができる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、染色ではなく直接着色するので、染色法に比べて格段に耐候性に優れる。しかも、インクとして顔料インクを使用するので、現在主流となっている顔料分散法の代替が容易である。
【００４４】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば、インクとして、インクジェット方式に適用できれば、上記組成に限定されず種々のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｅ）は、本発明の実施形態に係るカラーフィルタの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  基板、  １２  感光性樹脂層、  １２ａ  枠体、  １４  インク充填領域１６  ヘッド、  １８  オーバーコート層、  ２０  導電薄膜、  ２０ａ  電極
【図１】
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