JP2004117769A

JP2004117769A - カラーフィルタ製造装置

Info

Publication number: JP2004117769A
Application number: JP2002280262A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yamamoto; 山本　学
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】小型化が可能であり、かつ、長尺状の基材を用いてロールｔｏロールでカラーフィルタの製造が可能なカラーフィルタ製造装置を提供する。
【解決手段】カラーフィルタ製造装置を、長尺状基材を装着する原反装着ユニットと、基材表面に紫外線を照射して親疎インキ性を変化させてブラックマトリックス用インキに対する親インキ性パターンを形成するパターン形成ユニットと、基材表面にブラックマトリックス用インキを供給するインキ供給ユニットと、上記インキを硬化させる第１硬化ユニットと、基材表面に紫外線を照射してブラックマトリックス非形成部位を着色層用インキに対する親インキ性とする紫外線照射ユニットと、基材表面に着色層用インキを供給するインクジェットユニットと、着色層用インキを硬化させる第２硬化ユニットと、長尺状の基材を巻き取る巻取りユニットと、を備えたものとする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタ製造装置に係り、特に露光、現像ユニットを必要としない小型のカラーフィルタ製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や、色変換方式のエレクトロルミネセンスパネル（ＥＬ）等の各種ディスプレイの色分解用フィルターの一つとして、カラーフィルタが使用されている。
一般に、カラーフィルタは透明な基板上にブラックマトリックスと各色の着色層が設けられたものであり、従来のカラーフィルタは、例えば、被染色材料を透明基板上に塗布し、フォトマスクを介して露光・現像し形成したパターンを染色して画素部（着色層）とする染色法、透明基板上に形成した感光性レジスト層内に予め着色顔料を分散させておき、フォトマスクを介して露光・現像して画素部（着色層）とする顔料分散法、透明基板に印刷インキで各色の着色層を印刷する印刷法、透明基板上に透明電極パターンを形成し、所定色の電極液中で透明電極パターンに通電して電着する操作をＲ，Ｇ，Ｂの３回行って各色の着色パターンを形成する電着法等により製造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のカラーフィルタの製造では、ブラックマトリックスや画素部（着色層）の形成においてパターン形成用のマスクを作製し、これを用いて露光・現像等によりパターン形成を行うため、工程が複雑でカラーフィルタ製造装置の省スペース化は困難であった。また、インクジェットによる描画方式で画素部（着色層）を形成する場合であっても、ブラックマトリックスの形成ではマスクを使用した露光工程と現像工程が必要であり、製造装置の小型化には限界があった。
【０００４】
さらに、従来のカラーフィルタ製造装置では、上記の露光、現像の各工程を有するため、長尺状の基材を使用することが困難であり、個々の基板単位で各工程を通過させてカラーフィルタを製造する必要があり、製造時間短縮には限度があった。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、小型化が可能であり、かつ、長尺状の基材を用いてロールｔｏロールでカラーフィルタの製造が可能なカラーフィルタ製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は基材上にブラックマトリックスと複数色の着色層を少なくとも備えたカラーフィルタを製造するための製造装置において、長尺状の基材の巻き取り原反を装着する原反装着ユニットと、前記原反装着ユニットから送出される基材表面に紫外線を照射して親疎インキ性を変化させることによりブラックマトリックス用インキに対する親インキ性パターンを形成するためのパターン形成ユニットと、前記基材表面にブラックマトリックス用インキを供給するインキ供給ユニットと、前記ブラックマトリックス用インキを硬化させるための第１硬化ユニットと、前記基材表面に紫外線を照射してブラックマトリックス非形成部位を着色層用インキに対する親インキ性とするための紫外線照射ユニットと、前記基材表面に着色層用インキを供給するためのインクジェットユニットと、前記着色層用インキを硬化させるための第２硬化ユニットと、前記ブラックマトリックスおよび前記着色層が形成された長尺状の前記基材を巻き取るための巻取りユニットと、を備えるような構成とした。
【０００６】
本発明の他の態様として、前記第２硬化ユニットから前記巻取りユニットまでの基材搬送路中に、前記基材表面にオーバーコート層用インキを塗布するオーバーコート層用インキ塗布ユニットと、前記オーバーコート層用インキを硬化させるための第３硬化ユニットと、を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記基材は表面に機能性素子が形成されたもの、あるいは、機能性材料が塗布されたものであるような構成、前記機能性素子はＴＦＴ素子を含むような構成とした。
本発明の他の態様として、前記基材は表面に光触媒含有層を備えたものであるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記パターン形成ユニットは紫外線レーザー描画装置を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記パターン形成ユニットは光触媒含有部材と該光触媒含有部材を介して紫外線レーザーを前記基材表面に描画する紫外線レーザー描画装置とを備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記紫外線照射ユニットは所定面積の全面に紫外線を照射可能な紫外線照射装置を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記紫外線照射ユニットは紫外線レーザー描画装置を備えるような構成とした。
【０００７】
上記の本発明では、原反装着ユニットから巻取りユニットまで長尺状の基材がロールｔｏロールで搬送され、その間に、パターン形成ユニット、インキ供給ユニット、第１硬化ユニットによりブラックマトリックスが形成され、さらに、紫外線照射ユニット、インクジェットユニット、第２硬化ユニットにより着色層が形成され、顔料分散型レジスト法でみられるようなパターン露光、現像の各工程を行うことなく、カラーフィルタが製造される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のカラーフィルタ製造装置の一実施形態を示す構成図である。図１に示されるように、カラーフィルタ製造装置１は、長尺状の基材２の巻き取り原反を装着する原反装着ユニット１１と、この原反装着ユニット１１から送出された長尺状の基材２を巻き取るための巻取りユニット２０と、原反装着ユニット１１と巻取りユニット２０との間の基材２の搬送路中に設けられたパターン形成ユニット１２、インキ供給ユニット１３、第１硬化ユニット１４、紫外線照射ユニット１５、インクジェットユニット１６、第２硬化ユニット１７、オーバーコート層用インキ塗布ユニット１８、および、第３硬化ユニット１９を備えている。
【０００９】
本発明のカラーフィルタ製造装置を構成するパターン形成ユニット１２は、原反装着ユニット１１から送出される基材２の表面に紫外線を照射して親疎インキ性を変化（基材２表面を疎インキ性から親インキ性に変化）させることによりブラックマトリックス用インキに対する所望の親インキ性パターンを形成するものである。このパターン形成ユニット１２は、図２に示されるように、バックアップローラー１２ａと紫外線レーザー描画装置１２ｂとを備えるものとすることができる。そして、基材２が後述するような光触媒含有層を表面に備える場合、バックアップローラー１２ａ上を搬送される基材２が紫外線レーザー描画装置１２ｂから照射される紫外線レーザーにより描画されることにより、基材２表面の光触媒含有層の親疎インキ性が変化して、ブラックマトリックス用インキに対する親インキ性パターンが形成される。
【００１０】
また、基材２が表面に光触媒含有層を備えていない場合、パターン形成ユニット１２は、図３に示されるように、バックアップローラー１２ａと紫外線レーザー描画装置１２ｂとを備え、紫外線レーザー描画装置１２ｂの先端部に光触媒含有部材１２ｃを装着したものとすることができる。このパターン形成ユニット１２では、光触媒含有部材１２ｃを介して紫外線レーザー描画が行われ、これにより、バックアップローラー１２ａ上を搬送される基材２の表面の親疎インキ性が変化して、ブラックマトリックス用インキに対する親インキ性パターンが形成される。
【００１１】
さらに、基材２が表面に光触媒含有層を備えていない場合、パターン形成ユニット１２は、図４に示されるように、バックアップローラー１２ａと紫外線レーザー描画装置１２ｂとを備え、バックアップローラー１２ａと紫外線レーザー描画装置１２ｂの間に光触媒含有部材１２ｄを配したものとすることができる。このパターン形成ユニット１２でも、光触媒含有部材１２ｄを介して紫外線レーザー描画が行われ、これにより、バックアップローラー１２ａ上を搬送される基材２の表面の親疎インキ性が変化して、ブラックマトリックス用インキに対する親インキ性パターンが形成される。
【００１２】
また、本発明のカラーフィルタ製造装置を構成するインキ供給ユニット１３は、基材２の表面にブラックマトリックス用インキを供給し、上記のパターン形成ユニット１２によって形成された親インキ性パターン部位にブラックマトリックス用インキを付与するものである。このようなインキ供給ユニット１３は、ロールコート方式、ビードコート方式、インクジェット方式、ブレードコート方式、オフセット方式等の公知のコート方式を用いることができる。また、使用するブラックマトリックス用インキとしては、硬化後に、後述する着色層用インキに対する疎インキ性を示すインキであることが好ましい。このようなインキとしては、例えば、バインダー成分、あるいは、疎インキ処理添加剤としてシリコーン化合物、フッ素系化合物、フッ素系界面活性剤を含有するインキが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００１３】
また、第１硬化ユニット１４は、インキ供給ユニット１３により親インキ性パターン部位に付与されたブラックマトリックス用インキを硬化させ、ブラックマトリックスを形成するものである。この第１硬化ユニット１４は、ブラックマトリックス用インキの特性を考慮して、加熱硬化方式、紫外線照射硬化方式、電子線照射硬化方式等の公知の硬化方式を用いることができる。
また、本発明のカラーフィルタ製造装置を構成する紫外線照射ユニット１５は、基材２の表面に紫外線を照射することにより、ブラックマトリックス非形成部位（画素部）を着色層用インキに対する親インキ性とするものである。この紫外線照射ユニット１５としては、基材２が表面に光触媒含有層を備えている場合、所定面積の全面に紫外線を照射する紫外線照射装置を使用することができる。また、紫外線照射ユニット１５として紫外線レーザー描画装置を使用し、画素部に相当する部位全域を紫外線レーザーで描画することもできる。
【００１４】
一方、基材２が表面に光触媒含有層を備えていない場合、紫外線照射ユニット１５としては、上記の全面紫外線照射装置と基材２との間に光触媒含有部材を配したものを使用することができる。また、上記の紫外線レーザー描画装置の先端部に光触媒含有部材を装着したものを使用することができる。
本発明のカラーフィルタ製造装置を構成するインクジェットユニット１６は、上記の紫外線照射ユニット１５により着色層用インキに対して親インキ性とされた基材２の表面に着色層用インキを供給するものである。図示例では、インクジェットユニット１６は赤色、緑色、青色の各着色層用インキを吐出するためのユニット１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂからなる。
【００１５】
また、第２硬化ユニット１７は、インクジェットユニット１６により各画素部に供給された着色層用インキを硬化させ、着色層を形成するものである。この第２硬化ユニット１７は、着色層用インキの特性を考慮して、加熱硬化方式、紫外線照射硬化方式、電子線照射硬化方式等の公知の硬化方式を用いることができる。
本発明のカラーフィルタ製造装置を構成するオーバーコート層用インキ塗布ユニット１８は、上述のように基材２上に形成されたブラックマトリックスと着色層を覆うようにオーバーコート層用インキを塗布するものである。このようなオーバーコート層用インキ塗布ユニット１８としては、ロールコート方式、ビードコート方式、インクジェット方式、ブレードコート方式、オフセット方式等の公知のコート方式を用いることができる。
【００１６】
また、第３硬化ユニット１９は、オーバーコート層用インキ塗布ユニット１８によりブラックマトリックスと着色層を覆うように塗布されたオーバーコート層用インキを硬化させてオーバーコート層を形成するものである。この第３硬化ユニット１９は、オーバーコート層用インキの特性を考慮して、加熱硬化方式、紫外線照射硬化方式、電子線照射硬化方式等の公知の硬化方式を用いることができる。
また、巻取りユニット２０は、上述のようにブラックマトリックス、着色層およびオーバーコート層が形成された長尺状の基材２を巻き取るものである。
上記のカラーフィルタ製造装置１では、原反装着ユニット１１から巻取りユニット２０まで長尺状の基材２がロールｔｏロールで搬送され、その間にブラックマトリックスと着色層とオーバーコート層が露光、現像工程を経ることなく形成されるので、カラーフィルタ製造に要する時間の大幅な短縮が可能となる。
【００１７】
また、上述のように、パターン形成ユニット１２、インキ供給ユニット１３、第１硬化ユニット１４によりブラックマトリックスが形成され、紫外線照射ユニット１５、インクジェットユニット１６、第２硬化ユニット１７により着色層が形成され、オーバーコート層用インキ塗布ユニット１８と第３硬化ユニット１９によりオーバーコート層が形成されるので、マスクを使用した露光、現像工程が不要であり、カラーフィルタ製造装置１は、従来のカラーフィルタ製造方法に比べて大幅な省スペース化が可能である。
本発明のカラーフィルタ製造装置１で製造されたブラックマトリックスと着色層とオーバーコート層とを備えた長尺状の基材２は、その後、所定の寸法で断裁されて個々のカラーフィルタとなる。
尚、上述のカラーフィルタ製造装置は本発明の一実施形態であり、これに限定されるものではない。
【００１８】
ここで、上述の基材、および、光触媒含有層、光触媒含有部材について説明する。
長尺状の基材としては、一般にカラーフィルタの製造に用いられる透光性を有する材料で、かつ、装置上にて使用する各巻取りユニットおよび折り返し部において破断されない可撓性を有する材料であれば限定されず、有機材料、無機材料いずれであってもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、メチルメタクリレートの単重合体または共重合体、ポリスチレン等の可撓性を有するプラスチックフィルム、プラスチックシートが挙げられる。また、ソーダガラス、石英ガラス、電子工業用無アルカリガラス等の可撓性を有するガラスシートが挙げられる。さらに、これらを組み合わせたもの、例えば、ガラスシートに補強用のプラスチックフィルム等が貼り付けられたものであってもよい。
【００１９】
また、長尺状の基材として、上記のような基材上に機能性素子が形成されたもの、あるいは、機能性材料が塗布されたものを使用することができる。例えば、ＣＯＡ（カラーフィルタ・オン・アレイ）タイプの液晶ディスプレイ用カラーフィルタを製造する場合、表面に予めＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子が形成されている基材を用いることができる。
上述のような長尺状の基材の厚みは、プラスチックフィルムあるいはシートの場合、３０μｍ〜１ｍｍ、ガラス類の場合、３００〜７００μｍの範囲で設定することができる。
【００２０】
光触媒含有層は、バインダーとともに光触媒を含有し、紫外線レーザー照射によって光触媒の作用で臨界表面張力が高くなり高親水性となる層である。また、光触媒含有部材は、光触媒からなるもの、あるいは、バインダー中に光触媒を含有したものであり、照射された紫外線レーザーを透過することにより、近傍に位置する基材の臨界表面張力を高くして高親水性とするものである。
光触媒としては、光半導体として知られる酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）のような金属酸化物等を使用することができ、特に酸化チタンは、バンドギャップエネルギーが高く、化学的に安定で毒性もなく、入手も容易であることから好適に使用される。
【００２１】
酸化チタンとしては、アナターゼ型とルチル型のいずれも使用することができるが、アナターゼ型の酸化チタンが好ましい。アナターゼ型酸化チタンは励起波長が３８０ｎｍ以下にあり、このようなアナターゼ型酸化チタンとしては、例えば、塩酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（石原産業（株）製ＳＴＳ−０２（平均粒径７ｎｍ）、石原産業（株）製ＳＴ−Ｋ０１）、硝酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル（日産化学（株）製ＴＡ−１５（平均粒径１２ｎｍ））等を挙げることができる。
【００２２】
光触媒の粒径は小さいほど光触媒反応が効果的に起こるので好ましく、平均粒径が５０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下の光触媒を使用するのが好ましい。また、光触媒の粒径が小さいほど、形成された光触媒含有層の表面粗さが小さくなるので好ましく、光触媒含有層の表面粗さが１０ｎｍを超えると、光触媒含有層の非光照射部の撥水性低下、光照射部の親水性発現が不十分となり好ましくない。
光触媒含有層に使用するバインダーは、主骨格が上記の光触媒の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有するものが好ましく、例えば、（１）ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサン、（２）撥水性や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋したオルガノポリシロキサン等を挙げることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、パターン形成ユニット、インキ供給ユニット、第１硬化ユニットによりブラックマトリックスが形成され、さらに、紫外線照射ユニット、インクジェットユニット、第２硬化ユニットにより着色層が形成されるので、露光、現像工程が不要であり、省スペース化が可能なカラーフィルタ製造装置であり、また、原反装着ユニットから巻取りユニットまで長尺状の基材がロールｔｏロールで搬送され、その間にブラックマトリックスと着色層が露光、現像工程を経ることなく形成されるので、カラーフィルタ製造に要する時間の大幅な短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタ製造装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示されるカラーフィルタ製造装置のパターン形成ユニットの一例を示す図である。
【図３】図１に示されるカラーフィルタ製造装置のパターン形成ユニットの他の例を示す図である。
【図４】図１に示されるカラーフィルタ製造装置のパターン形成ユニットの他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…カラーフィルタ製造装置
２…基材
１１…原反装着ユニット
１２…パターン形成ユニット
１２ａ…バックアップローラー
１２ｂ…紫外線レーザー描画装置
１２ｃ、１２ｄ…光触媒含有部材
１３…インキ供給ユニット
１４…第１硬化ユニット
１５…紫外線照射ユニット
１６…インクジェットユニット
１７…第２硬化ユニット
１８…オーバーコート用インキ塗布ユニット
１９…第３硬化ユニット
２０…巻取りユニット

Claims

基材上にブラックマトリックスと複数色の着色層を少なくとも備えたカラーフィルタを製造するための製造装置において、
長尺状の基材の巻き取り原反を装着する原反装着ユニットと、
前記原反装着ユニットから送出される基材表面に紫外線を照射して親疎インキ性を変化させることによりブラックマトリックス用インキに対する親インキ性パターンを形成するためのパターン形成ユニットと、
前記基材表面にブラックマトリックス用インキを供給するインキ供給ユニットと、
前記ブラックマトリックス用インキを硬化させるための第１硬化ユニットと、
前記基材表面に紫外線を照射してブラックマトリックス非形成部位を着色層用インキに対する親インキ性とするための紫外線照射ユニットと、
前記基材表面に着色層用インキを供給するためのインクジェットユニットと、
前記着色層用インキを硬化させるための第２硬化ユニットと、
前記ブラックマトリックスおよび前記着色層が形成された長尺状の前記基材を巻き取るための巻取りユニットと、を備えることを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
前記第２硬化ユニットから前記巻取りユニットまでの基材搬送経路中に、前記基材表面にオーバーコート層用インキを塗布するオーバーコート層用インキ塗布ユニットと、前記オーバーコート層用インキを硬化させるための第３硬化ユニットと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ製造装置。
前記基材は表面に機能性素子が形成されたもの、あるいは、機能性材料が塗布されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラーフィルタ製造装置。
前記機能性素子はＴＦＴ素子を含むことを特徴とする請求項３に記載のカラーフィルタ製造装置。
前記基材は表面に光触媒含有層を備えたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。
前記パターン形成ユニットは紫外線レーザー描画装置を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。
前記パターン形成ユニットは光触媒含有部材と該光触媒含有部材を介して紫外線レーザーを前記基材表面に描画する紫外線レーザー描画装置とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。
前記紫外線照射ユニットは所定面積の全面に紫外線を照射可能な紫外線照射装置を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。
前記紫外線照射ユニットは紫外線レーザー描画装置を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。