(57)【要約】【課題】タッチパネル機能を有したカラーフィルタとその製造方法を提供する。【解決手段】透明基材と、透明基材の着色部が形成される一方主面上に形成された導電性を有するブラックマトリックスと、透明基材の着色層が形成されない他方主面上に形成された導電性電極とを備える、カラーフィルタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材と、
前記透明基材の着色部が形成される一方主面上に形成された導電性を有するブラックマトリックスと、
前記透明基材の着色部が形成されない他方主面上に形成された導電性電極とを備える、カラーフィルタ。
【請求項２】
前記導電性を有するブラックマトリックスのシート抵抗が２７０Ω／□以下である、請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項３】
前記導電性を有するブラックマトリックスが、金属ナノワイヤー、金属粒子、カーボンナノチューブ、グラファイト、導電性高分子のいずれか、またはそれら複数の組み合わせからなる導電材料を含む、請求項１または２に記載のカラーフィルタ。
【請求項４】
前記導電性を有するブラックマトリックスの内、一方向に平行に並んで形成された複数のブラックマトリックスがこれらと交差する方向に形成された導電性ブラックマトリックスで電気的に接続されている、請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルタ。
【請求項５】
前記導電性電極が、ＩＴＯ、金属メッシュ、金属ナノワイヤー、導電性を有するブラックマトリックス樹脂のいずれか、またはそれらの複数の組み合わせからなる導電材料を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタ。
【請求項６】
前記導電性を有するブラックマトリックスと前記導電性電極との間の静電容量を読み取ることでタッチ位置のセンシングを行うタッチパネル機能を有した、請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルタ。
【請求項７】
請求項６に記載のカラーフィルタと、
液晶と、
ＴＦＴ基板とを備えた、液晶ディスプレイ。
【請求項８】
透明基材の一方主面上に、導電性を有するブラックマトリックスを形成した画素層を積層する工程と、
前記画素層の上に、液晶及びＴＦＴ基板を順に貼り合わせる工程と、
前記画素層が積層されていない前記透明基材の他方主面上に、導電性電極を形成する工程とを含む、液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項９】
透明基材の一方主面上に、導電性を有するブラックマトリックスを形成した画素層を積層する工程と、
前記画素層が積層されていない前記透明基材の他方主面上に、導電性電極を形成する工程と、
前記画素層の上に、液晶及びＴＦＴ基板を順に貼り合わせる工程とを含む、液晶ディスプレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイなどに用いられるタッチパネル機能を有したカラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラー液晶表示装置は、液晶カラーテレビや液晶表示装置一体型のノートパソコンとして大きな市場を形成するに至っている。また、携帯電話機や、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムを始め、タッチパネルを液晶表示パネルと一体型で構成して、タッチパネルを画像情報の入出力装置として使用する、タッチパネル式液晶ディスプレイが市場に普及してきた。
【０００３】
タッチパネルは、その構造及び検出方式の違いにより、抵抗膜式や静電容量型、超音波方式、光学方式等の様々なタイプがある。このうち、静電容量型タッチパネルは、１枚の基板上に透光性導電膜（透光性電極）を有し、指またはペン等が接触（タッチ）することによって形成される静電容量を介して流れる微弱電流量の変化を検出することによって、被接触位置を特定するもので、指示される内容を入力信号として受け取り液晶表示装置を駆動する。可動部分を有しない静電容量型タッチパネルは、光学特性（透過率）が高く、耐久性や動作温度特性が抵抗膜方式タッチパネルと比べて優れている。
【０００４】
従来は、タッチパネル式液晶ディスプレイ作製時には、例えば特許文献１に開示されているように、タッチパネル電極とカラーフィルタとを別々の基板に作成し、モジュールにする時に貼り合わせる技術が主流であった。しかしながら、タッチパネルのストライプとカラーフィルタのストライプの微妙なズレによる干渉縞の発生や、タッチパネル表面とカラーフィルタ表面との距離により斜め表示で視差が発生する等、表示性能面での問題点があった。そこで、例えば特許文献２、及び特許文献３に開示されているように、タッチパネル電極とカラーフィルタ基板との貼り合わせの工程削減目的と、貼り合わせた時に発生する空隙による光学特性低減防止のために、タッチパネル電極とカラーフィルタとを同一のガラス基板の表裏に形成する技術が検討されている。
【０００５】
タッチパネル電極とカラーフィルタとを同一のガラス基板の表裏に形成する技術のうち、ＴＦＴ（thin film transistor）−ＬＣＤセル内にタッチパネル機能を内蔵したものがインセル型であり、偏光板とカラーフィルタとを設けたガラス基板の間にタッチパネル機能を内蔵したものがオンセル型である。インセル型は、ＴＦＴ基板上の画素内部にタッチセンサ機能を組み込む必要があるため、歩留り低下が発生する懸念がある。また、インセル型は、画素内部にタッチセンサ機能を組み込むので、画素内の表示に利用できる有効表示領域の面積が減ってしまい、画質が劣化することも課題である。一方で、オンセル型は、カラーフィルタ基板と偏光板との間に電極パターンを形成するため、歩留りを確保しやすい。また、オンセル型は、画素内の有効表示領域の面積も減らないため、画質劣化もほとんどない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７８７５８号公報
【特許文献２】特開２００８−００９７５０号公報
【特許文献３】特開２０１０−０７２５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のオンセル型タッチパネルでは、透明基材の着色層が塗布されていない面側にタッチセンシングのためのＹ電極パターンとＸ電極パターンとの２つを形成する。このため、その交点がショートすることがないよう、Ｘ電極パターン（あるいはＹ電極パターン）の形成された層とＹ電極パターン（あるいはＸ電極パターン）の形成された層とを絶縁層で分けるなどの構造が必要であり、製造工程の負荷が大きかった。
【０００８】
本発明は、この課題を解決した、タッチパネル機能を有したカラーフィルタと、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、透明基材の着色部が形成される一方主面上に形成された導電性を有するブラックマトリックスと、透明基材の着色部が形成されない他方主面上に形成された導電性電極とを備えるカラーフィルタである。
【００１０】
また、導電性を有するブラックマトリックスのシート抵抗が２７０Ω／□以下であってもよい。
【００１１】
また、導電性を有するブラックマトリックスが、金属ナノワイヤー、金属粒子、カーボンナノチューブ、グラファイト、導電性高分子のいずれか、またはそれら複数の組み合わせからなる導電材料を含んでいてもよい。
【００１２】
また、導電性を有するブラックマトリックスの内、一方向に平行に並んで形成された複数のブラックマトリックスがこれらと交差する方向に形成された導電性ブラックマトリックスで電気的に接続されていてもよい。
【００１３】
また、導電性電極が、ＩＴＯ、金属メッシュ、金属ナノワイヤー、導電性を有するブラックマトリックス樹脂の導電材料のいずれか、または複数の組み合わせからなる導電材料を含んでいてもよい。
【００１４】
また、導電性を有するブラックマトリックスと導電性電極との間の静電容量を読み取ることでタッチ位置のセンシングを行うタッチパネル機能を有していてもよい。
【００１５】
また、上記一局面のカラーフィルタにＴＦＴ基板と液晶とを形成して、液晶ディスプレイとしてもよい。
【００１６】
本発明の他の局面は、透明基材の一方主面上に、導電性を有するブラックマトリックスを形成した画素層を積層する工程と、画素層の上に、液晶及びＴＦＴ基板を順に貼り合わせる工程と、画素層が積層されていない透明基材の他方主面上に、導電性電極を形成する工程とを含む、液晶ディスプレイの製造方法である。
【００１７】
本発明の他の局面は、透明基材の一方主面上に、導電性を有するブラックマトリックスを形成した画素層を積層する工程と、画素層が積層されていない透明基材の他方主面上に、導電性電極を形成する工程と、画素層の上に、液晶及びＴＦＴ基板を順に貼り合わせる工程とを含む、液晶ディスプレイの製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、カラーフィルタの着色部が形成された一方主面上に、導電性を有するブラックマトリックス樹脂で一方の電極パターン（ＹあるいはＸ電極パターン）を形成し、着色部が形成されていないもう他方主面上に、金属膜などの導電材料によって他方の電極パターン（ＸあるいはＹ電極パターン）を形成する。これにより、一方主面上の電極パターンと他方主面上の電極パターンとの間のタッチセンシングを行うことができるので、オンセル型タッチパネル一体のカラーフィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ１の構成を説明する断面図である。
【図２】図１に示したカラーフィルタ１のＡ方向矢視平面図である。
【図３】図１に示したカラーフィルタ１をＢ方向矢視平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ１を用いた液晶ディスプレイの構成を説明する断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ１の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のカラーフィルタの実施形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
［カラーフィルタの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ１の構成を説明する断面図である。図２に、図１に示したカラーフィルタ１を透明絶縁層１５から見たＡ方向矢視平面図を示す。図３に、図１に示したカラーフィルタ１を導電性電極層１６から見たＢ方向矢視平面図を示す。
【００２２】
図１に示す本実施形態に係るカラーフィルタ１は、透明基材１０と、透明基材１０の一方主面の上に積層された画素層１１と、画素層１１の上に積層された透明絶縁層１５と、透明基材１０の一方主面とは反対側の他方主面の上に積層された導電性電極層１６と、を含んで構成されている。画素層１１は、非導電性ブラックマトリックス１２と、導電性ブラックマトリックス１３と、赤色着色部１４Ｒと、緑色着色部１４Ｇと、青色着色部１４Ｂとを含む。導電性電極層１６は、導電性電極１６ａを含む。
【００２３】
図２に示すように、透明基材１０の一方主面には、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、及び青色着色部１４Ｂが、透明基材１０のＹ軸方向と平行に、ストライプ状に平行に並んで複数形成されている。また、透明基材１０の一方主面には、非導電性ブラックマトリックス１２及び導電性ブラックマトリックス１３が、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、及び青色着色部１４Ｂを画素に区切る配置で、それぞれ交差してパターン形成されている。ここで、導電性ブラックマトリックス１３は、透明基材１０のＹ軸方向に平行に並んだ複数のストライプパターンで構成されている。そして、望ましくは、このＹ軸方向に平行に並んだ導電性ブラックマトリックス１３は、これと交差する方向（透明基材１０のＸ軸方向）に形成された導電性ブラックマトリックス１３で電気的に接続されている。さらに、透明基材１０の一方主面には、導電性ブラックマトリックス１３をタッチパネル制御に用いる集積回路（ＩＣ）と電気的に接続するための電極線１７が、形成されている。
【００２４】
図３に示すように、透明基材１０の他方主面には、透明基材１０のＸ軸方向に並列した複数のストライプパターンで構成された導電性電極１６ａが形成されている。また、透明基材１０の他方主面には、導電性電極１６ａをタッチパネル制御に用いる集積回路（ＩＣ）と電気的に接続するための電極線１７が、形成されている。
【００２５】
本発明で用いる透明基材１０は、可視光に対して８０％以上の透過率を有するものを用いることができ、好ましくは９５％以上の透過率を有するものを用いることができる。一般に、液晶表示装置に用いられているものでよく、ガラス等の無機透明基板、またはポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー等の透明樹脂基板が使用可能である。これらは１種類で使用してもよいし、２種類以上の材料を組み合わせて使用してもよい。本発明に係るタッチパネル機能は静電容量型であるため、従来のタッチスクリーン方式のように外力による歪みの必要はなく、適用する表示パネルの仕様によって材質及び厚みは適宜選択できるが、工程での耐熱性を考慮するとガラス基板が最適である。
【００２６】
非導電性ブラックマトリックス１２は、導電性を有さない材料で構成されたブラックマトリックスである。この非導電性ブラックマトリックス１２は、例えば黒色顔料を分散させた厚み０．５〜３．０μｍのアクリル系樹脂を用いることが望ましいが、その反射率が１０％以下である絶縁材料であれば、特に限定はされない。
【００２７】
導電性ブラックマトリックス１３は、導電性を有する材料で構成されたブラックマトリックスである。この導電性ブラックマトリックス１３は、そのシート抵抗が２７０Ω／□以下で、かつ膜厚が０．５〜３．０μｍで、かつその反射率が１０％以下であれば、特に限定されない。しかし、非導電性ブラックマトリックス１２に、金属ナノワイヤー、金属粒子、カーボンナノチューブ、グラファイト、導電性高分子のいずれか、またはそれら複数の組み合わせからなる導電材料を混合させて導電性を得ることが望ましい。
【００２８】
赤色着色部１４Ｒは、赤色に着色された部位である。緑色着色部１４Ｇは、緑色に着色された部位である。青色着色部１４Ｂは、青色に着色された部位である。これらの、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、及び青色着色部１４Ｂの材料は、例えば各色の顔料を分散させた厚み０．５〜３．０μｍのアクリル系樹脂よりなる。
【００２９】
非導電性ブラックマトリックス１２、導電性ブラックマトリックス１３、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、及び青色着色部１４Ｂの塗布方法としては、スピンコートやスピンレスコートが通常用いられるが、透明基材１０の上に均一な膜厚で塗布できる方法であれば、これらに限定されない。
【００３０】
透明絶縁層１５は、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、及び青色着色部１４Ｂを保護する目的で形成される。透明絶縁層１５の材料としては、公知の材料を用いて形成でき、例えば感光性を持たせた透明樹脂等の有機系材料が挙げられる。有機系材料としては、重合性基含有オリゴマー、モノマー、光重合開始剤及びその他添加剤を含有するＵＶ硬化型コーティング組成物を用いることができる。
【００３１】
導電性電極層１６の導電性電極１６ａは、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、またはそれらの２種類もしくは３種類の混合酸化物からなる材料を、真空蒸着法やスパッタリング法などの乾式で積層して形成したり、金属ナノワイヤー、ＰＥＤＯＴ、カーボンナノチューブ、あるいは導電性を有するブラックマトリックス樹脂などの塗布型導電材料を、スピンコート、スピンレスコート、ナイフコートなどの公知の塗布方法で形成したりする方法が挙げられるが、特に材料や積層方法を限定するものではない。
【００３２】
非導電性ブラックマトリックス１２、導電性ブラックマトリックス１３、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、青色着色部１４Ｂ、及び導電性電極１６ａのそれぞれの形状を形成する方法としては、通常フォトリソ法が用いられる。
【００３３】
電極線１７は、透明基材１０の一方主面上に形成された導電性ブラックマトリックス１３あるいは透明基材１０の他方主面上に形成された導電性電極１６ａを、タッチパネル制御に用いるＩＣに接続する目的で形成される。電極線１７の材料としては、導電性金属ペースト、導電性金属ナノワイヤー、薄膜金属などが挙げられるが、導電性ブラックマトリックス１３あるいは導電性電極１６ａがＩＣと導通できるのに十分な抵抗値を得られるものであれば、特に限定はされない。また、電極線１７の形成方法も、グラビアオフセット印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷などのウェットコーティングや、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤなどのドライコーティングなどが挙げられるが、これも限定されない。
【００３４】
本実施形態のカラーフィルタ１は、透明基材１０の一方主面にタッチセンシングのための一方の電極パターン（この実施例ではＹ電極パターン）を導電性ブラックマトリックス１３で形成し、透明基材１０の他方主面にタッチセンシングのための他方の電極パターン（この実施例ではＸ電極パターン）を導電性電極１６ａで形成している。このカラーフィルタ１の構造により、導電性ブラックマトリックス１３と導電性電極１６ａとの間に生じる静電容量の変化を読み取ることで、タッチ位置の判断（センシング）を行うことができる。すなわち、本実施形態のカラーフィルタ１は、オンセル型タッチパネル一体のカラーフィルタ１として機能させることができる。
【００３５】
こうして得られるオンセル型タッチパネル一体のカラーフィルタ１は、Ｘ電極パターンとＹ電極パターンとが透明基材１０を介して形成されているため、これまで必要だったＸ電極パターンとＹ電極パターンとの間の絶縁層形成が不要であり、また電極パターンの交点でジャンパー層を必要とせず、さらに従来からカラーフィルタに必ず存在するブラックマトリックスの構造を応用して電極パターンを設けるため、その製造負荷を低減することができる。
【００３６】
また、図４に示すように、オンセル型タッチパネル一体のカラーフィルタ１を公知の液晶層２０及びＴＦＴ基板３０と貼り合わせることで、タッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ４０を得ることができる。
【００３７】
［液晶ディスプレイの製造方法］
図５は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ１を用いた液晶ディスプレイ４０の製造方法の一例を説明する図である。
【００３８】
まず、透明基材１０が用意される（図５（ａ））。この透明基材１０の一方主面の上に、非導電性ブラックマトリックス１２のパターンが形成され、導電性ブラックマトリックス１３のパターンが形成され、電極線１７が形成される（図５（ｂ））。この際、タッチセンシングに用いられる一方の電極パターンとして形成される。続いて、透明基材１０の一方主面の上に、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、及び青色着色部１４Ｂが、順次形成される（図５（ｃ））。この工程により、画像層１１が完成する。
【００３９】
次に、画像層１１の上に、透明絶縁層１５が形成される（図５（ｄ））。次に、透明基材１０の他方主面の上に、導電性電極層１６及び電極線１７が形成される（図５（ｅ））。最後に、透明絶縁層１５の上に、液晶層２０及びＴＦＴ基板３０が順に貼り合わされる（図５（ｆ））。以上の工程により、液晶ディスプレイ４０が完成する。
【００４０】
なお、上記製造方法において、透明基材１０の他方主面の上に導電性電極層１６及び電極線１７を形成する工程を一番最後、つまり透明絶縁層１５の上に液晶層２０及びＴＦＴ基板３０を順に貼り合わせる工程の後に行ってもよい。
【００４１】
［実施例］
透明基材１０として無アルカリガラスを使用し、ガラスの一方主面に導電性がないブラックマトリックス樹脂をスピンコート法にて塗布し、ホットプレートにて１００℃で５分間乾燥を行い、塗膜を乾燥させた。その後、光源として高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ２で所望する開口部を有するフォトマスクを介して露光を実施した後、０．２質量％の炭酸水素ナトリウム水溶液にて、３０秒間シャワー現像を実施した。水洗後、熱風循環式オーブンにて２３０℃で３０分間加熱処理を実施して、非導電性ブラックマトリックス１２を形成した。続いて、導電性を有するブラックマトリックス樹脂を非導電性ブラックマトリックス１２と同様の方式で塗布・形成し、導電性ブラックマトリックス１３を形成した。また、導電性ブラックマトリックス１３は、タッチセンシングのＹパターン電極として利用できるように、透明基材１０のＹ軸方向に平行に並んだ１００〜１５０本ずつのパターン線をＹ軸に対して垂直方向（透明基材１０のＸ軸方向）のパターン線で束ねる形状とした。この時の非導電性ブラックマトリックス１２及び導電性ブラックマトリックス１３の厚みは、２μｍであった。
【００４２】
導電性を有するブラックマトリックス樹脂の塗液は、導電性を有さないブラックマトリックス樹脂に銀ナノワイヤーを混合して得た。形成後の非導電性ブラックマトリックス１２及び導電性ブラックマトリックス１３の反射率は、５〜８％であった。さらに、導電性ブラックマトリックス１３のシート抵抗値は、２３０〜２５５Ω／□であった。
【００４３】
次に、赤色着色部１４Ｒ、緑色着色部１４Ｇ、青色着色部１４Ｂを、順次２．５μｍの厚みで形成した。形成方法は、各色に着色されたアクリル系樹脂をスピンコート法で塗布した後、高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ２の光量を露光することによって硬化させ、露光されていない箇所のアクリル系樹脂を０．２質量％の炭酸水素ナトリウム水溶液のシャワーを３０秒間当て現像することで得た。これにより、画素層１１が形成された。その後、透明絶縁層１５を新日鉄住金化学社製のオーバーコート剤Ｖ−２５９ＰＡを塗液としてスピンコート法で塗布し、ホットプレートにて１００℃で５分間乾燥を行い、塗膜を乾燥させた。乾燥後、光源として高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ２の光量で露光し塗膜を硬化させ形成した。
【００４４】
続いて、透明基材１０の画素層１１が形成されていない他方主面上に、導電性電極層１６としてＩＴＯをスパッタリング法で一面に成膜した後、フォトリソ法と塩化第二鉄溶液にてエッチングを行い、透明基材１０のＸ軸方向に平行に並んだＸパターン電極の形状を形成した。次に、電極線１７は、株式会社ミノグループのＭＰ−７０４ＧＯをグラビアオフセット印刷後し、１３０℃で１０分間乾燥させ、２μｍの厚みで形成した。
【００４５】
上述した材料と工程を経て、カラーフィルタ１、すなわちオンセル型タッチパネル一体のカラーフィルタ１を作成した。その後、オンセル型タッチパネル一体のカラーフィルタ１の画素層１１面とＴＦＴ基板３０とをシール材により貼り合わせ、その隙間に液晶材料を注入して液晶層２０を形成し、タッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ４０を作成した。
【００４６】
タッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ４０をＩＣと接続し、タッチセンシング並びに液晶駆動の確認をしたところ、いずれも良好に動作することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のカラーフィルタは、液晶カラーテレビ、液晶ノートパソコン、携帯電話機、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムなど、入出力装置としてタッチパネルを使用する液晶ディスプレイに利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１      カラーフィルタ
１０    透明基材
１１    画素層
１２    非導電性ブラックマトリックス
１３    導電性ブラックマトリックス
１４Ｒ  赤色着色部
１４Ｇ  緑色着色部
１４Ｂ  青色着色部
１５    透明絶縁膜
１６    導電性電極層
１６ａ  導電性電極
１７    電極線
２０    液晶層
３０    ＴＦＴ基板
４０    液晶ディスプレイ
【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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