JP2007033927A - カラーフィルタ基板およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精細で高分解能の画素を備えていて解像度が極めて高く、更にコストも低廉なカラーフィルタ基板を提供し、このカラーフィルタ基板を簡単にかつ低コストに製造することのできるカラーフィルタ基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】 カラーフィルタ基板４は透明基板２の上面にカラーフィルタ３が熱転写方式によって形成されており、カラーフィルタ基板の製造装置１０は透明基板２の上面に対してカラーフィルタ３を熱転写する熱転写手段１４、１５を有することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カラーフィルタ基板およびその製造装置に係り、特に熱転写方式によって製造されるカラーフィルタ基板およびその製造装置に関する。

一般に、液晶表示素子用のカラーフィルタ基板は液晶表示素子をカラー化するための部材であり、ガラスあるいは透明樹脂等の透明基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色からなる色画素を着色して形成されている。また、必要に応じて各色画素の間に黒色のブラックマトリクスを形成している。

従来においては、これらの色画素やブラックマトリクスを、フォトリソ方式やインクジェット方式によって製造していた（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開平０５−０２７１１５号公報 特開平０５−２７３４０７号公報 特開平０９−０４３４１４号公報 特開平１０−１０４４１５号公報

しかしながら、色画素やブラックマトリクスをフォトリソ方式やインクジェット方式によって製造する場合においては、インクジェット方式では各色のインクが交じり合わない様に隔壁を形成したり、表面張力によってインク厚が均一になりにくいという課題があった。また、フォトリソ方式は工程管理が複雑であって、製造コストが非常に高いという不都合があった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、本発明は均一で高性能なカラーフィルタ基板を簡単にかつ低コストに製造することのできるカラーフィルタ基板の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルタ基板の特徴は、透明基板の上面にカラーフィルタが熱転写方式によって形成されている点にある。

本発明のカラーフィルタ基板によれば、ドット密度の高い発熱素子をもってカラーフィルタを透明基板上に熱転写して形成することができ、高精細で信頼性の高いカラーフィルターをカラーフィルタを安価に提供することができる。

また、本発明に係る他のカラーフィルタ基板の特徴は、熱転写方式が中間転写方式である点にある。

本発明の他のカラーフィルタ基板によれば、中間転写体に予め形成したカラーフィルタを透明基板に転写することができ、より信頼性の高いカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、本発明に係るさらに他のカラーフィルタ基板の特徴は、前記カラーフィルタは、前記透明基板の上面に形成されるインク層と、当該インク層の上面に形成されるオーバーコート層とによって形成されている点にある。
本発明のさらに他のカラーフィルタ基板によれば、カラーフィルタが透明基板の上面に形成されるインク層と、当該インク層の上面に形成されるオーバーコート層を同時にに形成できるという点にある。

また、本発明に係るさらに他のカラーフィルタ基板の特徴は、インク層が色画素を形成する画素用インクとブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス用インクとのうち少なくとも画素用インクからなる点にある。

本発明のさらに他のカラーフィルタ基板によれば、カラーフィルタを形成するインク層を色画素を形成する画素用インクとブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス用インクの画素用インク若しくはさらにブラックマトリクス用インクを加えて形成することができるので、より高精細なインク層を備えたカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、本発明に係るさらに他のカラーフィルタ基板の特徴は、インクが耐熱性インクである点にある。

本発明のさらに他のカラーフィルタ基板によれば、熱転写によってインクを転写する際にインクの組成が変化しないので、より高精細なインク層を備えたカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、本発明に係るさらに他のカラーフィルタ基板の特徴は、透明基板がガラス基板または樹脂基板である点にある。

本発明のさらに他のカラーフィルタ基板によれば、透明基板としてガラス基板または樹脂基板を用いたカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、本発明に係るカラーフィルタ基板の製造装置の特徴は、透明基板の上面に対してカラーフィルタを熱転写する熱転写手段を有する点にある。

本発明のカラーフィルタ基板の製造装置によれば、ドット密度の高い発熱素子をもってカラーフィルタを透明基板上に熱転写して形成することができ、高精細で高分解能の画素を備えていて信頼性が高く、更にコストも低廉なカラーフィルタ基板を提供することができる。

また、本発明に係る他のカラーフィルタ基板の製造装置の特徴は、カラーフィルタを形成する素材を中間転写体に熱転写形成する第１熱転写手段と、中間転写体に形成されたカラーフィルタを透明基板の上面に熱転写する第２熱転写手段とを有する点にある。

本発明の他のカラーフィルタ基板の製造装置によれば、第１熱転写手段によって中間転写体に予め形成したカラーフィルタを第２熱転写手段によって透明基板に転写することができ、より高精細なカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、本発明に係るさらに他のカラーフィルタ基板の製造装置の特徴は、第１熱転写手段がカラーフィルタを形成する素材を中間転写体に熱転写形成するヘッドユニットを中間転写体の搬送方向に複数設けて形成されている点にある。

本発明のさらに他のカラーフィルタ基板の製造装置によれば、複数のヘッドユニットによりカラーフィルタを形成する素材を中間転写体に順に熱転写形成することができ、より高精細なカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、本発明に係るさらに他のカラーフィルタ基板の製造装置の特徴は、ヘッドユニットは、カラーフィルタを形成するオーバーコート層とインク層のうち少なくともインク層を中間転写体に形成されているオーバーコート層となる剥離受容層の上に熱転写形成するものである点にある。

本発明さらにの他のカラーフィルタ基板の製造装置によれば、中間転写体に形成されているオーバーコート層となる剥離受容層の上にヘッドユニットによってカラーフィルタを形成するオーバーコート層とインク層のうち少なくともインク層を熱転写形成することができ、より高精細なカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、本発明に係さらにる他のカラーフィルタ基板の製造装置の特徴は、熱転写手段は、並列配置された複数の発熱素子の並列方向に対する直行方向に延びる形状に前記カラーフィルタを形成する点にある。

本発明のさらに他のカラーフィルタ基板の製造装置によれば、並列配置された複数の発熱素子によってカラーフィルタを発熱素子の並列方向に対する直行方向に延びる形状に形成することができ、より高精細な複数のカラーフィルタ基板を発熱素子の並列方向に対する直行方向に延びる列方向に列単位で形成することができる。

以上述べたように、本発明に係るカラーフィルタ基板によれば、高精細で高分解能の画素を備えていて信頼性が高く、更にコストも低廉なカラーフィルタ基板を得ることができる。

本発明のカラーフィルタ基板の製造装置によれば、高精細で高分解能の画素を備えていて信頼性の高いカラーフィルタ基板を簡単にかつ低コストに製造することができる。

以下、本発明に係るカラーフィルタ基板およびその製造装置の実施形態を図１から図５を参照して説明する。

図１から図４は本発明のカラーフィルタ基板の実施形態を示し、図５は本発明のカラーフィルタ基板の製造装置の実施形態を示している。

本実施形態においては、カラーフィルタ基板を図１から図 に示すように形成するようにしている。

具体的には、図１（ａ）に示すように、大きな矩形状のマザー基板１を形成する透明基板の１例としてのガラス基板２の上面に複数のカラーフィルタ３をｍ行×ｎ列（本実施形態においては６行×６列）の状態に整列させて形成し、その後にマザー基板１を個別の複数のカラーフィルタ基板４に切断分離して、同図（ｂ）のような１個のカラーフィルタ基板４を形成するものである。

各カラーフィルタ基板４は、例えば図１（ｂ）の拡大部分断面図を示す図２および図２の部分拡大平面を示す図３に示すように、ガラス基板２の上面にカラーフィルタ３が形成されており、このカラーフィルタ３はガラス基板２の上面にインク層５を熱転写形成し、さらにインク層５の上にオーバーコート層６を熱転写形成することにより形成される。このインク層５は色画素を形成する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色からなる画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、更にはブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス用インク７ＢＫを用いて形成される。図２および図３の実施形態はインク層５として画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを列方向に延びるように形成した例である。この場合、各画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを熱転写するために設けたサーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの発熱素子９を部分的に発熱させて、ガラス基板２を列方向に相対移動させて、並列配置されている複数の発熱素子９によってカラーフィルタ３のインク層５を発熱素子９の並列方向に対する直行方向（列方向）に延びる形状に形成するようにしている。

ブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス用インク７ＢＫを用いる場合には、例えば図４に示すように、各画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを複数の発熱素子８（例えば３個）連続して発熱させ形成し、隣接する部分の１箇所にブラックマトリクス用インク７ＢＫをそれぞれ形成するとよい。

なお、図２から図４の実施形態においては、インク層５を形成する画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ等を、列方向に延びるように形成しているが、各画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ等を行方向に延びるように発熱素子９を発熱させるようにして形成してもよい。

次に、図５により本実施形態のカラーフィルタ基板の製造装置を説明する。

本実施形態のカラーフィルタ基板の製造装置１０は図４に示す各画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂおよびブラックマトリクス用インク７ＢＫを用いてカラーフィルタ基板４を製造する場合を示す構成図である。

本実施形態の製造装置１０は、中間転写方式によってカラーフィルタ３をガラス基板２に転写して、カラーフィルタ基板４を形成するものである。

中間転写に供される中間転写体１１は、送り出しロール１２にロール状に巻回されており、その送り出しロール１２から送り出されて途中のロール状の中間転写用プラテン１３に巻回されている間に第１熱転写手段１４部分を通り、その後第２熱転写手段１５部分を経て、巻き取りロール１６に巻き取られるように形成されている。この中間転写体１１は例えばダラシン紙コンデンサ紙などの薄紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン等のポリエステル等からなる樹脂製フィルムによって形成されており、その表面（中間転写用プラテン１３の径方向外側となる面）にはガラス基板２に転写されるとオーバーコート層６となる剥離受容層１７（図５において、中間転写体１１の一部分にのみ図示）が予め積層されている。この剥離受容層１７の素材は例えば熱硬化性のエポキシ樹脂・アクリル樹脂などである。また、中間転写体１１の幅は、マザー基板１の幅（ｍ行方向の長さ）と同等に形成されている。中間転写用プラテン１３の周囲にはカラーフィルタ３のインク層５を中間転写体１１の剥離受容層１７の表面に順に転写する第１熱転写手段１４としての４個の第１ヘッドユニット１８Ｒ、第２ヘッドユニット１８Ｇ、第３ヘッドユニット１８Ｂ、第４ヘッドユニット１８ＢＫが、中間転写体１１の搬送方向に並列するように順次配置されている。

各ヘッドユニット１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ、１８ＢＫには、それぞれ異なる色彩の画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂおよびブラックマトリクス用インク７ＢＫが塗布されたインクリボン１９（構成が同一のため同一符号を用いる。以下同じ）を有している。各インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、７ＢＫは、第１熱転写手段１４および第２熱転写手段１５部分における熱転写温度（最高約２５０℃程度）に耐えるために耐熱インクにより形成されており、また、第２熱転写手段１５部分におけるオーバーコートすることによる平滑性を確保するために１〜５μｍの厚さに形成されている。各インクリボン１９は、それぞれ一対のインクリボンロール２０に巻回されており、複数のリボンガイドローラ２１に案内されながら、それぞれ画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂおよびブラックマトリクス用インク７ＢＫの塗布面が中間転写体１１に対向して搬送されるように配設されている。

さらに、各ヘッドユニット１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ、１８ＢＫは、それぞれサーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫを有しており、中間転写体１の搬送方向と直行方向に配置されている。各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫは、１個のカラーフィルタ３の幅寸法に対応する長さ（ｍ行方向の長さ）に形成されており、各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫにおける各インクリボン１９に対向する位置には、カラーフィルタ３の幅寸法に対応するような複数の発熱素子９がライン状に並列配置されている。本実施形態においては、各発熱素子９の幅寸法を２５μｍとして、約１０００ｄｐｉの高精細配置とされている。

第２熱転写手段１５は、ガラス基板２を狭持する加熱ロール２２と圧着ロール２３とにより形成されている。一方の加熱ロール２２は下方からガラス基板２を通して中間熱転写体１１に形成されているカラーフィルタ３部分を加熱するものである。他方の圧着ロール２３はカラーフィルタ３部分をガラス基板２に熱転写するための圧力を付与するものである。

次に、本実施形態によるカラーフィルタ基板４の製造装置１０の作用、即ちカラーフィルタ基板４の製造方法を説明する。

第１熱転写手段１４に対して図４に示すパターンのカラーフィルタ３を形成する記録データが入力されると、まず、中間転写体１１の搬送を開始させると同時に、各ヘッドユニット１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ、１８ＢＫの各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫをダウンさせて、各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫと中間転写用プラテン１３とを中間転写体１１および各インクリボン１９を介して圧接させる。そして、各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫの所定の発熱素子９（本実施形態においては図４の画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂおよびブラックマトリクス用インク７ＢＫの配置に対応する発熱素子９）を発熱させて中間転写体１１２上の剥離受容層１７の表面の所定部分に画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂおよびブラックマトリクス用インク７ＢＫを転写する。

さらに説明すると、３個の画素用インク７Ｒ、１個のブラックマトリクス用インク７ＢＫ、３個の画素用インク７Ｇ、１個のブラックマトリクス用インク７ＢＫ、３個の画素用インク７Ｂ、１個のブラックマトリクス用インク７ＢＫの行方向の配列を繰り返すように各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫの発熱素子９を発熱させる。これにより画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂおよびブラックマトリクス用インク７ＢＫを用いたインク層５が１個のカラーフィルタ３の列方向に連続形成される。各インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、７ＢＫのカラーフィルタ３としての印刷開始位置の頭出しは図示しないセンサによって位置合わせをすることによって各発熱素子９に通電することにより行われる。１個分のカラーフィルタ３の列方向の長さのインク層５の形成が終了すると、次のカラーフィルタ３の印刷開始まで各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫを所定時間アップさせて印刷を注しし、その後次のカラーフィルタ３の印刷開始位置において再度各サーマルヘッド８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８ＢＫをダウンさせて同様にしてインク層５の形成を行う。

また、各インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、７ＢＫの熱転写に際して、１個のインクを剥離受容層１７に熱転写した後に所定の乾燥時間経過後に隣のインクを熱転写させる場合には、１個のインクをカラーフィルタ３の列方向の全長に亘って剥離受容層１７に熱転写させ、その後中間転写体１１を逆回転させて元に戻し、次に隣のインクをカラーフィルタ３の列方向の全長に亘って剥離受容層１７に熱転写させるようにして形成するとよい。図４のパターンのカラーフィルタ３を形成する場合には、はじめに３個の画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂをブラックマトリクス用インク７ＢＫの部分を除いて同時に熱転写し、その後にブラックマトリクス用インク７ＢＫを熱転写するとよい。

このようにして中間転写体１１の剥離受容層１７の表面に形成されたインク層５が第２熱転写手段１５の位置まで進行すると、加熱ロール２２と圧着ロール２３とによってガラス基板２、インク層５、剥離受容層１７および中間熱転写体１１が所定圧力をもって狭持されるとともに約２５０℃に加熱される。これによりインク層５がガラス基板２の上面に溶着着され、剥離受容層１７を形成する熱硬化性の樹脂がアニール処理を施されることにより熱硬化される。その後、第２熱転写手段１６の下流側に配置されている図示しない剥離手段部分において、熱硬化された剥離受容層１７が中間熱転写体１１より剥離されてガラス基板２の上面にカラーフィルタ３として転写され。中間熱転写体１１より剥離された剥離受容層１７はオーバーコート層６となる。このオーバーコート層６は、中間熱転写体１１の表面の平滑性を転写されてその表面が極めて粗度の低い平滑性を備えたものとなる。これにより、ガラス基板２の上面にカラーフィルタ３が形成されたカラーフィルタ基板４が得られる。

このようにして形成されるカラーフィルタ３をマザー基板１の１列分の個数をガラス基板２の上面にカラーフィルタ３の列方向に順に形成する。

１列分の個数のカラーフィルタ３を形成した後には、ガラス基板２と製造装置１０とを次の隣の列のカラーフィルタ３の位置まで相対移動させる。その後に、次の列のカラーフィルタ３を前記と同様にして形成する。

このようにして全ての列のカラーフィルタ３をガラス基板２に形成することによりマザー基板１が形成される。

その後、マザー基板１をカラーフィルタ３の列行方向に切断分離することにより１個単位のカラーフィルタ基板４が製造される。

このようにして形成されたカラーフィルタ基板４は、サーマルヘッド８の発熱素子９の大きさを例えば２５μｍピッチ角の小さいサイズに形成してインク層５を熱転写によって形成することができるので、高精細で高分解能の画素を備えていて解像度が極めて高く、更にコストも低廉なカラーフィルタ基板となる。

本発明のカラーフィルタ基板の製造装置１０によれば、高精細で高分解能の画素を備えていて解像度が極めて高いカラーフィルタ基板４を簡単にかつ低コストに製造することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。

例えば、剥離受容層１７を中間熱転写体１１に予め形成しておくものに代えて、剥離受容層１７もヘッドユニットによって他のインクと同様にして中間熱転写体１６に印刷するようにしてもよい。また、ブラックマトリクス用インク７ＢＫを他の画素用インク７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの前に剥離受容層１７に熱転写さえるようにしてもよい。

また、中間転写体を前記実施例の樹脂フイルムに代えて、中間転写用プラテン１３そのものを中間転写体として用いてもよい。この場合には、剥離受容層１７を中間転写用プラテン１３にヘッドユニットを用いて熱転写するようにするとよい。

（ａ）は本発明に係るカラーフィルタ基板を多数形成したマザー基板を示す平面図、（ｂ）は１個のカラーフィルタの平面図 図１（ｂ）の２−２線に沿った拡大部分断面図 本発明に係るカラーフィルタのパターンの１例とサーマルヘッドの関係を示す部分平面図 本発明に係るカラーフィルタのパターンの他の例を示す図３と同様の図 本発明に係るカラーフィルタ基板の製造装置の１実施形態を示す構成図

符号の説明

１ マザー基板
２ ガラス基板
３ カラーフィルタ
４ カラーフィルタ基板
５ インク層
６ オーバーコート層
１０ カラーフィルタ基板の製造装置
１１ 中間熱転写体
１４ 第１熱転写手段
１５ 第２熱転写手段
１７ 剥離受容層

Claims (11)

1. 透明基板の上面にカラーフィルタが熱転写方式によって形成されていることを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 前記熱転写方式は、中間転写方式であ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。
3. 前記カラーフィルタは、前記透明基板の上面に形成されるインク層と、当該インク層の上面に形成されるオーバーコート層とによって形成されてい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基板。
4. 前記インク層は、色画素を形成する画素用インクとブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス用インクとのうち少なくとも画素用インクからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板。
5. 前記インクは、耐熱性インクであることを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタ基板。
6. 前記透明基板は、ガラス基板または樹脂基板であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板。
7. 透明基板の上面に対してカラーフィルタを熱転写する熱転写手段を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造装置。
8. 前記カラーフィルタを形成する素材を中間転写体に熱転写形成する第１熱転写手段と、前記中間転写体に形成された前記カラーフィルタを前記透明基板の上面に熱転写する第２熱転写手段とを有することを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルタ基板の製造装置。
9. 前記第１熱転写手段は、前記カラーフィルタを形成する素材を前記中間転写体に熱転写形成するヘッドユニットを前記中間転写体の搬送方向に複数設けて形成されていることを特徴とする請求項８に記載のカラーフィルタ基板の製造装置。
10. 前記ヘッドユニットは、前記カラーフィルタを形成するオーバーコート層とインク層のうち少なくとも前記インク層を前記中間転写体に形成されている前記オーバーコート層となる剥離受容層の上に熱転写形成するものであることを特徴とする請求項９に記載のカラーフィルタ基板の製造装置。
11. 熱転写手段は、並列配置された複数の発熱素子の並列方向に対する直行方向に延びる形状に前記カラーフィルタを形成することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造装置。
    

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