JP2000009920A - 表示装置用カラーフィルタ及び表示装置 - Google Patents

表示装置用カラーフィルタ及び表示装置

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JP2000009920A
JP2000009920A JP17774698A JP17774698A JP2000009920A JP 2000009920 A JP2000009920 A JP 2000009920A JP 17774698 A JP17774698 A JP 17774698A JP 17774698 A JP17774698 A JP 17774698A JP 2000009920 A JP2000009920 A JP 2000009920A
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JP17774698A
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Toru Sugimura
徹 杉村
Shinji Ito
慎次 伊藤
Mizuhito Tani
瑞仁 谷
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】表示装置用カラーフィルタ1をインクジェット
法により形成する際に、画素形状が鮮明で、遮光層の線
幅が細く開口率の高い表示装置用カラーフィルタ1、及
びこのカラーフィルタを用いた表示品質のよい表示装置
を提供すること。 【解決手段】透明基板2と、受像層3と、マトリックス
状遮光層5と、インクジェット法により形成されたパタ
ーン状着色層4を具備する表示装置用カラーフィルタ1
において、遮光層の材料をポリイミド樹脂またはポリイ
ミド前駆体を主成分とすること。この表示装置用カラー
フィルタを表示装置に備えること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射型表示装
置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ(PDP)及
び液晶表示装置などの表示装置用カラーフィルタ及び表
示装置に関するものであり、特にインクジェット法によ
り製造される表示装置用カラーフィルタ及び表示装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】表示装置において、カラー表示、反射率
の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的
にカラーフィルタを用いることは、有用な手段となって
いる。この表示装置に用いるカラーフィルタは、多くの
場合、カラーフィルタは画素として形成されて使用され
るものである。この表示装置用カラーフィルタの画素を
形成する方法として、これまで実用されてきた方法とし
ては、フォトリソグラフィイ法、印刷法などがあげられ
る。
【0003】これらの画素を形成する方法に対し、プリ
ンタで実用されてきたインクジェット法による画素形成
方法を、表示装置用カラーフィルタの製造に適用する技
術が提案されている。しかし、表示装置用カラーフィル
タをインクジェット法により形成する方法においては、
インクジェットによるインク粒子の飛散や、インクのに
じみが発生し易いので、カラーフィルタの画素形状が鮮
明で画素エッヂのシャープな、且つ、マトリックス状遮
光層の線幅が細く画素の開口率の高い表示装置用カラー
フィルタを得ることは困難なことである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、表示
装置用カラーフィルタをインクジェット法により形成す
る方法において、ノズルから噴射したインク粒子の飛散
や、インクのにじみを発生させず、カラーフィルタの画
素形状が鮮明で画素エッヂのシャープな、且つ、マトリ
ックス状遮光層の線幅が細く画素の開口率の高い表示装
置用カラーフィルタを提供すること、及びこの表示装置
用カラーフィルタを用いた表示品質のよい表示装置を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の発明は、
少なくとも、透明基板と、この透明基板の上に形成され
た受像層と、この受像層の上に形成されたマトリックス
状遮光層と、この受像層の上のマトリックス状遮光層の
間にインクジェット法により形成されたパターン状着色
層を具備する表示装置用カラーフィルタにおいて、該マ
トリックス状遮光層の材料がポリイミド樹脂またはポリ
イミド前駆体を主成分とすることを特徴とする表示装置
用カラーフィルタである。
【0006】また、本発明は、上記発明の表示装置用カ
ラーフィルタにおいて、前記表示装置用カラーフィルタ
が少なくとも、透明基板と、この透明基板の上に形成さ
れた受像層と、この受像層の上に形成されたマトリック
ス状遮光層と、この受像層の上のマトリックス状遮光層
の間にインクジェット法により形成されたパターン状着
色層と、オーバーコート層を具備することを特徴とする
表示装置用カラーフィルタである。
【0007】次に、本発明の第二の発明は、上記発明の
表示装置用カラーフィルタを備えたことを特徴とする表
示装置である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に本発明による表示装置用カ
ラーフィルタを、その一実施形態に基づいて詳細に説明
する。図1は、本発明による表示装置用カラーフィルタ
の一実施例を示す平面図である。また、図2は、図1に
示す本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例
のA−A’断面図である。図1、及び図2に示すよう
に、表示装置用カラーフィルタ(1)は、透明基板
(2)の上に受像層(3)が形成され、この受像層の上
にマトリックス状遮光層(5)が形成され、この受像層
(3)の上のマトリックス状遮光層(5)の間には、赤
色(R),緑色(G),青色(B)各々のパターン状着
色層(4)が形成されている。
【0009】図3は、本発明による表示装置用カラーフ
ィルタの他の実施例を示す断面図である。図3に示すよ
うに、表示装置用カラーフィルタ(1)は、透明基板
(2)の上に受像層(3)が形成され、この受像層の上
にマトリックス状遮光層(5)が形成され、この受像層
(3)の上のマトリックス状遮光層(5)の間には、赤
色(R),緑色(G),青色(B)各々のパターン状着
色層(4)が形成され、パターン状着色層(4)が形成
された透明基板の全面にオーバーコート層(6)が形成
されている。
【0010】図1、及び図2において、本発明に用いる
透明基板(2)は、十分な強度、平坦性、耐熱性、光透
過性などを有するものが好ましい。例えば、通常カラー
フィルタ基板として用いられている透明な無アルカリガ
ラス、或いはソーダガラスなどがあげられる。本発明に
おける受像層(3)は、パターン状着色層(4)をイン
クジェット法により形成する際に、インクジェットによ
るインク粒子の飛散や、インクのにじみの発生を防止す
るために設けられたものである。
【0011】本発明における受像層(3)の材料として
は、透明であること、受像したインクの変色や褪色がな
いこと、諸耐性があることなどの性能が要求され、ポリ
ビニルブチラール、ポリビニルアセテートなどのビニル
樹脂が良好なものとして用いられる。その他の材料とし
ては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリ
メタクリル酸、ポリメタクリル酸エステルなどが用いら
れる。
【0012】また、インクの受像性を高めるために、こ
の樹脂に微粒子(フィラー)を含有させることも有効で
ある。フィラーとしては、無機微粒子では微粉末珪酸、
有機微粒子ではアクリル樹脂、スチレン樹脂、尿素ホル
ムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、シリコーン
樹脂、フッソ樹脂などであるが、透明性の点からは、ア
クリル樹脂が好ましい。また、フィラーの添加量は、受
像層100重量%に対し1〜10%が好ましいものであ
る。
【0013】本発明におけるマトリックス状遮光層
(5)の材料は、樹脂としてポリイミド樹脂またはポリ
イミド前駆体を主成分とし、黒色遮光材、分散剤、溶媒
などで構成する黒色樹脂組成物である。
【0014】本発明に用いられるポリイミド樹脂または
ポリイミド前駆体としては、テトラカルボン酸無水物と
ジアミンを反応させたポリイミド前駆体、またはポリイ
ミド前駆体をイミド化させた樹脂が使用可能である。耐
熱性の点からはポリイミド前駆体が好ましいものであ
る。上記テトラカルボン酸としては、ピロメリット酸ま
たはその二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテ
トラカルボン酸またはその二無水物、2,3,3’,
4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸またはその
二無水物などがあげられる。また、上記ジアミンとして
は、フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニ
ルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、o
−トリジン、o−ジアニシジン、2,4−ジアミノトル
エン、1,4−ビス(アミノフェノキシ)ベンゼン、
3,5−ジアミノ安息香酸、4,4’−ジアミノ−3−
モノアミド−ジフェニルエーテルなどの芳香族ジアミン
や、w,w’−ビス−(3−アミノプロピル)ポリジメ
チルシロキサンなどのジアミノシロキサンなどがあげら
れる。
【0015】本発明に用いられるポリイミド前駆体とし
ては、例えば、デュポン社製:「パイラリン」、「PI
シリーズ」、東レ(株)製:「セミコファイン」、「S
Pシリーズ」、「ホトニース」、日立化成(株)製:
「PIQシリーズ」、「PIXシリーズ」、信越化成
(株)製:「KJR−651」、東芝ケミカル(株)
製:「TVE5051」などがあげられる。
【0016】本発明におけるマトリックス状遮光層
(5)の材料としての黒色遮光材は、黒色顔料、黒色染
料、無機材料などであり、有機顔料、カーボンブラッ
ク、アニリンブラック、黒鉛、酸化チタン、鉄黒などを
混合して用いられるものである。また、本発明における
マトリックス状遮光層(5)の材料としての分散剤は、
非イオン性界面活性剤では、例えば、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤で
は、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、
ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアル
キルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、
ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独
で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用し
てもよい。
【0017】本発明におけるマトリックス状遮光層
(5)の材料としての溶媒は、黒色樹脂組成物の塗布
性、分散安定性などの点から、適宜選択して使用される
ものであり、トルエン、キシレン、エチルセロソルブ、
エチルセロソルブアセテート、ジクライム、シクロヘキ
サノンなどがあげられる。
【0018】次に、本発明における黒色樹脂組成物の各
成分の配合について説明する。黒色樹脂組成物の固形分
量は、黒色樹脂組成物100重量%に対し、5重量%以
下及び40重量%以上では黒色樹脂組成物の塗布適性が
悪化しスピンコータ、ロールコータなどで良好な膜を所
望の厚みに塗布することが困難となるものでああり、1
0〜30重量%程度、好ましくは15〜20重量%であ
る。
【0019】黒色遮光材としては、遮光性、分散性など
の点からカーボンブラックが適切なものである。黒色遮
光材の割合は、黒色遮光材が少なすぎるとマトリックス
状遮光層を形成した際に遮光性能が悪くなるので、膜厚
を厚くすることになり、その結果、例えば、配向膜を形
成する際に支障をきたし、表示装置の表示品質が損なわ
れることがある。また、一方、黒色遮光材が多すぎると
遮光材を分散することが困難となり、マトリックス状遮
光層を形成した際に膜の密着性が低下することがある。
黒色遮光材の割合は、ポリイミド樹脂またはポリイミド
前駆体100重量部に対し、70〜100重量部が好ま
しものである。
【0020】本発明におけるマトリックス状遮光層
(5)の材料としての分散剤の割合は、分散剤が少なす
ぎると均一な分散が困難となり、且つ、分散安定性が悪
化するので、黒色遮光材100重量部に対し、1重量部
以上が好ましものである。
【0021】また、本発明における黒色樹脂組成物は、
常法に従って調製することができる。例えば、ポリイミ
ド樹脂またはポリイミド前駆体を溶媒で希釈し、その希
釈液に分散剤と黒色遮光材としてカーボンブラックを添
加し、ビーズミル分散機で均一に分散させ、固形分量が
15〜20重量%になるように溶媒を添加し混合するこ
とにより黒色樹脂組成物が得られる。
【0022】この黒色樹脂組成物を用いて、透明基板の
上に形成された受像層の上にスピンコータ、ロールコー
タなどで所望の厚みに塗布後、フォトレジスト膜を形成
し、フォトマスクを介して露光、現像、エッチングを行
い、レジスト膜の剥膜後、焼成硬化によりマトリックス
状遮光層が得られるものである。
【0023】本発明における着色インクの材料として
は、色素と樹脂と溶媒を主成分としたものである。色素
としては染料や顔料などが用いられる。樹脂としては、
カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、カルボ
キシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹
脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂などが用いられ、色素
との関係にて適宜選択されるものである。耐熱性や耐光
性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましいものであ
る。
【0024】樹脂への色素の分散を向上させるために、
分散剤を用いてもよく、分散剤として、非イオン性界面
活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキル
エーテルなど、また、イオン性界面活性剤としては、例
えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂
肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルア
ンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエ
ステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用
してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよ
い。溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性など
が要求され、色素、樹脂との関係にて適宜選択されるも
のである。
【0025】本発明における表示装置用カラーフィルタ
(1)の透明基板(2)の上の受像層(3)の形成は、
スピンコータ、ロールコータなどによるものであり、ま
た、マトリックス状遮光層(5)の形成は、例えば、フ
ォトリソグラフィイ法によるものである。また、受像層
(3)の上へのパターン状着色層(4)の形成は、イン
クジェット法によるものである。
【0026】すなわち、図1、及び図2に示す一実施例
においては、インクジェットのノズルから噴射したイン
ク粒子が飛散したり、にじみ出したりすることを防ぐた
めに、先ず、受像層用インクをスピンコータ、ロールコ
ータなどによって、透明基板(2)の上に塗布し受像層
(3)を形成する。次に、この受像層(3)の上にマト
リックス状遮光層(5)をフォトリソグラフィイ法によ
り形成し、このマトリックス状遮光層(5)の間の受像
層(3)の上にパターン状着色層(4)をインクジェッ
ト法により形成する。このようにしてパターン状着色層
(4)を形成するために、ノズルから噴射したインク粒
子の飛散や、インクのにじみを発生させず、カラーフィ
ルタの画素形状が鮮明で画素エッヂのシャープな、且
つ、マトリックス状遮光層の線幅が細く画素の開口率の
高い表示装置用カラーフィルタとなる。
【0027】使用するインクジェット装置としては、イ
ンクの吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方
式があり、特にピエゾ変換方式が好適である。インクの
粒子化周波数は5〜100KHz程度、ノズル径として
は5〜80μm程度,ヘッドを3個配置し1ヘッドにノ
ズルを1〜30個組み込んだ装置が好適である。また、
必要に応じパターン状着色層(4)の形成後に加熱など
の硬化を行ってもよい。
【0028】
【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に説明する。 <実施例1> (受像層の作製)受像層用塗工液は、アルミナゾル6
g,ポリビニルアルコール20g,水74gを加え攪拌
しエマルジョン化して調製した。無アルカリガラス(コ
ーニング社製、品番7059)上に、受像層用塗工液を
ロールコータによって、約0.8μmの塗膜に形成し
た。塗膜の加熱硬化は100℃で20分間行った。
【0029】(黒色樹脂組成物の調製)ポリイミド前駆
体(東レ(株)製:「セミコファインSP−510」)
10重量部、カーボンブラック7.5重量部、NMP1
30重量部、及び、分散剤(銅フタロシアニン誘導体)
5重量部をビーズミル分散機で冷却しながら3時間分散
し黒色樹脂組成物を調製した。
【0030】(マトリックス状遮光層の作製)上記黒色
樹脂組成物をスピンコータによって、受像層(3)の上
に約0.7μmの塗膜に形成した。100℃で20分間
の加熱硬化により黒色樹脂組成物の遮光層を形成した。
次に、ポジ型フォトレジスト(ヘキスト社製:AZ13
50)をスピンコータによって塗布し、100℃で20
分間の加熱硬化した。続いて、マスクを介して10mJ
/cm2 のUV光露光を行い、ヘキスト社製:AZ現像
液を用いてポジ型フォトレジストの現像、及び黒色樹脂
組成物の遮光層のエッチングを同時に行った。次に、1
30℃で20分間の加熱硬化の後、ポジ型フォトレジス
トを5%苛性ソーダ水溶液で剥離し、250℃で60分
間の加熱硬化を行い、マトリックス状遮光層を得た。こ
のマトリックス状遮光層の線幅は5μm以下であった。
【0031】(着色インクの調製)メタクリル酸20
部、メチルメタクリレート10部、ブチルメタクリレー
ト55部、ヒドロキシエチレンメタクリレート15部を
エチルセロソルブ300gに溶解し、窒素雰囲気下でア
ゾビスイソブチルニトリル0.75部を加え70℃にて
5時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。得られ
たアクリル共重合樹脂を樹脂濃度が10%になるように
エタノールで希釈しアクリル共重合樹脂の希釈液とし
た。
【0032】この希釈液90.1gに対し顔料9.0
g、分散剤0.9gを添加して、3本ロールにて混練
し、赤色、緑色、青色の各着色ワニスを得た。この各着
色ワニス100gに対し、トリメチロールプロパンアク
リレート5.4g、メラミン樹脂(三和ケミカル製、品
番MS−21)1.8gを加え、エタノールで粘度が3
cpsに調整し着色インクを得た。
【0033】(着色層の作製)この着色インクを用い、
各色のパターン状着色層(4)を形成し、200℃にて
5時間の加熱硬化後、線幅約100μmのパターン状着
色層(4)を得た。このようにして得られたパターン状
着色層(4)からなる表示装置用カラーフィルタは、ノ
ズルから噴射したインク粒子の飛散や、インクのにじみ
を発生させず、カラーフィルタの画素形状が鮮明で画素
エッヂのシャープな、且つ、マトリックス状遮光層の線
幅が細く画素の開口率の高い表示装置用カラーフィルタ
であった。また、このようにして得られた表示装置用カ
ラーフィルタを用いた表示装置の表示品質は良好なもの
であった。
【0034】<実施例2> (受像層の作製)受像層用塗工液は、シリカ5g,ポリ
ビニルアルコール20g,水75gを加え攪拌しエマル
ジョン化して調製した。無アルカリガラス(コーニング
社製、品番7059)上に、受像層用塗工液をロールコ
ータによって、約0.8μmの塗膜に形成した。塗膜の
加熱硬化は100℃で20分間行った。
【0035】(黒色樹脂組成物の調製)ポリイミド前駆
体(東レ(株)製:「セミコファインSP−510」)
10重量部、カーボンブラック10重量部、NMP15
0重量部、及び、分散剤(銅フタロシアニン誘導体)1
0重量部をビーズミル分散機で冷却しながら3時間分散
し黒色樹脂組成物を調製した。
【0036】(マトリックス状遮光層の作製) (着色インクの調製) (着色層の作製)は、実施例1と同様に行い、パターン
状着色層(4)の形成された表示装置用カラーフィルタ
を得た。
【0037】得られたパターン状着色層(4)の形成さ
れた表示装置用カラーフィルタの上に、オーバーコート
層としてアクリル樹脂を塗布しオーバーコート層を形成
した表示装置用カラーフィルタを得た。使用したオーバ
ーコート層用塗工液には、メタクリル酸20部、メチル
メタクリレート10部、ブチルメタクリレート55部、
ヒドロキシエチルメタクリレート15部をエチルセロソ
ルブ300部に溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブ
チルニトリル0.75部を加え70℃で5時間の反応を
行って得られたアクリル樹脂を用いた。
【0038】このようにして得られたパターン状着色層
(4)からなる表示装置用カラーフィルタは、ノズルか
ら噴射したインク粒子の飛散や、インクのにじみを発生
させず、カラーフィルタの画素形状が鮮明で画素エッヂ
のシャープな、且つ、マトリックス状遮光層の線幅が細
く画素の開口率の高い表示装置用カラーフィルタであっ
た。また、このようにして得られた表示装置用カラーフ
ィルタを用いた表示装置の表示品質は良好なものであっ
た。
【0039】<比較例1>受像層を作製せず、マトリッ
クス状遮光層の材料として黒色樹脂組成物に代わり低反
射2層クロムの薄膜を用いてマトリックス状遮光層を作
製した。着色インクは、実施例1と同様のものを用い、
着色層の作製は、実施例1と同様に行った。得られたパ
ターン状着色層には、にじみが発生し、カラーフィルタ
の画素形状は鮮明なものではなかった。
【0040】
【発明の効果】本発明は、少なくとも、透明基板と、こ
の透明基板の上に形成された受像層と、この受像層の上
に形成されたマトリックス状遮光層と、この受像層の上
のマトリックス状遮光層の間にインクジェット法により
形成されたパターン状着色層を具備する表示装置用カラ
ーフィルタにおいて、該マトリックス状遮光層の材料が
ポリイミド樹脂またはポリイミド前駆体を主成分とする
表示装置用カラーフィルタであるので、表示装置用カラ
ーフィルタをインクジェット法により形成する際に、ノ
ズルから噴射したインク粒子の飛散や、インクのにじみ
を発生させず、カラーフィルタの画素形状が鮮明で画素
エッヂのシャープな、且つ、マトリックス状遮光層の線
幅が細く画素の開口率の高い表示装置用カラーフィルタ
が得られる。
【0041】また、本発明は、前記表示装置用カラーフ
ィルタが少なくとも、透明基板と、この透明基板の上に
形成された受像層と、この受像層の上に形成されたマト
リックス状遮光層と、この受像層の上のマトリックス状
遮光層の間にインクジェット法により形成されたパター
ン状着色層と、オーバーコート層を具備するので、表示
装置用カラーフィルタをインクジェット法により形成す
る際に、ノズルから噴射したインク粒子の飛散や、イン
クのにじみを発生させず、カラーフィルタの画素形状が
鮮明で画素エッヂのシャープな、且つ、マトリックス状
遮光層の線幅が細く画素の開口率の高い表示装置用カラ
ーフィルタが得られる。
【0042】また、本発明は、上記表示装置用カラーフ
ィルタを備えているので、表示品質のよい表示装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による表示装置用カラーフィルタの一実
施例を示す平面図である。
【図2】図1に示す本発明による表示装置用カラーフィ
ルタの一実施例のA−A’断面図である。
【図3】本発明による表示装置用カラーフィルタの他の
実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…カラーフィルタ 2…透明基板 3…受像層 4…パターン状着色層 5…マトリックス状遮光層 6…オーバーコート層 R…赤色パターン状着色層 G…緑色パターン状着色層 B…青色パターン状着色層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H048 BA48 BA64 BB02 BB37 BB42 2H091 FA02Y FA35Y FB02 FB12 FB13 FC01 GA16 LA16 LA30 5C040 AA01 DD17 EE06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、透明基板と、この透明基板の
    上に形成された受像層と、この受像層の上に形成された
    マトリックス状遮光層と、この受像層の上のマトリック
    ス状遮光層の間にインクジェット法により形成されたパ
    ターン状着色層を具備する表示装置用カラーフィルタに
    おいて、該マトリックス状遮光層の材料がポリイミド樹
    脂またはポリイミド前駆体を主成分とすることを特徴と
    する表示装置用カラーフィルタ。
  2. 【請求項2】前記表示装置用カラーフィルタが少なくと
    も、透明基板と、この透明基板の上に形成された受像層
    と、この受像層の上に形成されたマトリックス状遮光層
    と、この受像層の上のマトリックス状遮光層の間にイン
    クジェット法により形成されたパターン状着色層と、オ
    ーバーコート層を具備することを特徴とする請求項1記
    載の表示装置用カラーフィルタ。
  3. 【請求項3】請求項1、請求項2記載の表示装置用カラ
    ーフィルタを備えたことを特徴とする表示装置。
JP17774698A 1998-06-24 1998-06-24 表示装置用カラーフィルタ及び表示装置 Pending JP2000009920A (ja)

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