JP2007163536A - カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、液晶表示装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造プロセスを簡略化することができるカラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、液晶表示装置、電子機器を提供する。
【解決手段】本発明のカラーフィルタ１の製造方法は、基板２にバンク３を形成するバンク形成工程と、基板２に突起４を形成する突起形成工程と、色素膜５の材料となる第１液状材料を吐出する第１吐出工程と、第１液状材料１０を固化して、第１凸部５ａを有する色素膜５を形成する第１固化工程と、透明電極膜６の材料となる第２液状材料１２を吐出する第２吐出工程と、第２液状材料１２を固化して、第２凸部６ａを有する透明電極膜６を形成する第２固化工程と、配向膜７の材料となる第３液状材料１３を吐出する第３吐出工程と、第３液状材料１３を固化して、第３凸部７ａを有する配向膜７を形成する第３固化工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、カラーフィルタ、当該カラーフィルタの製造方法、当該カラーフィルタを備えた液晶表示装置、及び当該液晶表示装置を搭載した電子機器に関する。

従来より、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）における視野角特性を改善すべく、例えば、特許文献１に示すように、負の誘電率異方性をもつ液晶材料を垂直配向させ、基板の面に設けられた突起により電圧印加時の液晶分子傾斜方向を規制するＶＡ（Vertically Aligned：垂直配向）方式が提案されている。

特開平１１―２４２２２５号公報

しかしながら、上記液晶表示装置の突起が形成されたカラーフィルタの製造では、カラーフィルタ形成やスペーサ形成におけるフォト工程等の工程数が多いことから、製造プロセスが長くなるという問題があった。

本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであって、製造プロセスを簡略化することができるカラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、液晶表示装置、電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、垂直配向方式の液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの製造方法であって、基板の上にバンクを形成するバンク形成工程と、バンクによって区画された領域内の基板の上に突起を形成する突起形成工程と、基板の上と突起に向けて、色素膜の材料となる第１液状材料を吐出し、突起の形状に倣って凸部形状となるように第１液状材料を付着させる第１吐出工程と、第１液状材料を固化して、第１凸部を有する色素膜を形成する第１固化工程と、バンクと色素膜に向けて、透明電極膜の材料となる第２液状材料を吐出し、第１凸部の形状に倣って凸部形状となるように第２液状材料を付着させる第２吐出工程と、第２液状材料を固化して、第２凸部を有する透明電極膜を形成する第２固化工程と、透明電極膜に向けて、配向膜の材料となる第３液状材料を吐出し、第２凸部の形状に倣って凸部形状となるように第３液状材料を付着させる第３吐出工程と、第３液状材料を固化して、第３凸部を有する配向膜を形成する第３固化工程とを有することを要旨とする。

本発明に係るカラーフィルタの製造方法によれば、インクジェット法によって、同じ装置で色素膜、透明電極膜及び配向膜が形成されるので、従来法におけるフォトリソグラフィ法等による工程が削減され、製造プロセスを簡略化することができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法では、バンク形成工程と突起形成工程を同時期に行ってもよい。

これによれば、バンクと突起を同時期に形成することにより、さらに加工時間を短縮することができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法では、第２吐出工程の前に、色素膜とバンクに親液処理を施す親液処理工程を有してもよい。

これによれば、透明電極の液状材料が親液処理によって濡れ広がり、透明電極膜を均一に形成することができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法では、第３吐出工程の前に、透明電極膜に親液処理を施す親液処理工程を有してもよい。

これによれば、配向膜の液状材料が親液処理によって濡れ広がり、配向膜を均一に形成することができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法では、第１固化工程の後に、バンクの頂部に向けて、スペーサの材料となる液状材料を吐出するスペーサ材料吐出工程と、液状材料を固化して、スペーサを形成する固化工程とを有し、第２吐出工程では、スペーサが形成された領域以外の領域に向けて、透明電極膜の材料となる第２液状材料を吐出し、第３吐出工程では、透明電極膜とスペーサに向けて、配向膜の材料となる第３液状材料を吐出してもよい。

これによれば、インクジェット法を用いてスペーサを形成することにより、従来法におけるフォトリソグラフィ法を削減することができるので、さらに製造プロセスを簡略化することができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法では、スペーサ材料吐出工程の前に、バンクの少なくとも頂部に撥液処理を施す撥液処理工程を有してもよい。

これによれば、スペーサの液状材料が撥液効果によって略半球状に形成されるので、均一化したスペーサを形成することができる。

本発明のカラーフィルタは、上記のカラーフィルタの製造方法によって製造されたことを要旨とする。

本発明のカラーフィルタによれば、簡略化されたプロセスで製造されているので、製造コストを抑えることができる。

本発明では、垂直配向方式の液晶表示装置に用いられるカラーフィルタであって、基板と、基板の上に形成されたバンクと、バンクによって区画された領域内の基板の上に形成された突起と、基板の上と突起の上であり、突起の形状に倣って第１凸部が形成された色素膜と、色素膜の上であり、第１凸部の形状に倣って第２凸部が形成された透明電極膜と、バンクと透明電極膜の上であり、第２凸部の形状に倣って第３凸部が形成された配向膜とを備えたことを要旨とする。

本発明に係るカラーフィルタによれば、基板の一の面に形成された突起の形状に起因して、色素膜、透明電極膜及び配向膜には、それぞれ第１，第２，第３凸部が形成される。従って、当該凸部を起点とした液晶が異なる複数の領域（マルチドメイン）を構成することができる。

本発明のカラーフィルタでは、バンクの頂部に形成されたスペーサを有し、配向膜は、スペーサの上に形成されてもよい。

これによれば、スペーサがバンクの頂部に形成されることにより、表示コントラストを向上させることができる。

本発明の液晶表示装置は、上記のカラーフィルタを備えたことを要旨とする。

本発明に係る液晶表示装置によれば、製造コストを抑えた液晶表示装置を提供することができる。

本発明の電子機器は、上記の液晶表示装置を搭載したことを要旨とする。

本発明に係る電子機器によれば、製造コストを抑えた電子機器を提供することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。

（カラーフィルタの構成）
まず、カラーフィルタの構成について説明する。図１は、カラーフィルタの構成を示し、図１（ａ）は断面図であり、同図（ｂ）は平面図である。

図１（ａ）において、カラーフィルタ１は、基板２と、基板２の上に形成されたバンク３と、基板２の上に形成された突起４と、基板２と突起４を覆うように形成された色素膜５と、色素膜５の上に形成された透明電極膜６と、透明電極膜６及びバンク３の頂部に形成されたスペーサ８の上に形成された配向膜７で構成されている。

突起４の上に形成された色素膜５は、突起４の形状に倣って形成され、色素膜５の表面には第１凸部５ａが形成されている。色素膜５の上に形成された透明電極膜６は、色素膜５の第１凸部５ａの形状に倣って形成され、透明電極膜６の表面には第２凸部６ａが形成されている。さらに、透明電極膜６の上に形成された配向膜７は、透明電極膜６の第２凸部６ａの形状に倣って形成され、配向膜７の表面には第３凸部７ａが形成されている。

基板２は、透明性を有し、一般にガラス基板が用いられるが、他にプラスチック等も使用可能であり、カラーフィルタとしての透過率、強度等の必要特性を有するものであれば特に限定されるものではない。バンク３は、遮光性を有し、金属、樹脂等を用いることができる。

突起４は、光透過性を有する樹脂等を用いることができ、図１（ｂ）に示すように、ジグザグ状に屈曲して形成されている。

色素膜５は、一般にＲＧＢの３色の色素膜による構成が用いられるが、この他にも２色或いは４色以上の色素膜からなる構成であってもよい。

このように基板２上に突起４を設け、突起４の形状に倣って第１〜第３凸部５ａ，６ａ，７ａが形成されることにより、後述する液晶表示装置において電圧印加時の液晶分子の配向方位を規制することができる。

スペーサ８は、図１（ｂ）に示すように、バンク３の頂部であって、バンク３によって区画された領域が交差する位置に形成されている。スペーサ８は、略半球形状を有し、金属、樹脂等によって形成されている。

（カラーフィルタの製造方法）
次にカラーフィルタの製造方法について説明する。まず、カラーフィルタの製造に用いられる吐出ヘッドについて説明する。図２は、吐出ヘッドの構成を示し、同図（ａ）は一部破断した斜視図であり、同図（ｂ）要部断面図である。

図２（ａ）において、吐出ヘッド１１０は、振動板１１４と、ノズルプレート１１５を備えている。振動板１１４とノズルプレート１１５との間には、液溜まり１１６が配置され、孔１１８を介して供給される液状の材料が常に充填されるようになっている。また、振動板１１４と、ノズルプレート１１５との間には、複数の隔壁１１２が位置している。そして、振動板１１４と、ノズルプレート１１５と、一対の隔壁１１２とによって囲まれた部分がキャビティ１１１である。キャビティ１１１は、ノズル１２０に対応して設けられているため、キャビティ１１１の数とノズル１２０の数とは同じである。キャビティ１１１には、一対の隔壁１１２間に位置する供給口１１７を介して、液溜まり１１６から液状の材料が供給される。

図２（ｂ）に示すように、振動板１１４上には、それぞれのキャビティ１１１に対応して振動子１１３が取り付けられている。振動子１１３は、ピエゾ素子１１３ｃと、ピエゾ素子１１３ｃを挟む一対の電極１１３ａ、１１３ｂを有する。この一対の電極１１３ａ、１１３ｂに駆動電圧を与えることで、対応するノズル１２０から液状の材料が液滴１２１となって吐出される。ノズル１２０の周辺部には、液滴１２１の飛行曲がりやノズル１２０の孔詰まり等を防止するために、例えばＮｉ−テトラフルオロエチレン共析メッキ層からなる撥液状の材料層１１９が設けられている。なお、液状の材料を吐出させるために、振動子１１３の代わりに電気熱変換素子を用いてもよく、電気熱変換素子による液状の材料の熱膨張を利用して、液滴として吐出することができる。

次に、カラーフィルタの製造方法を説明する。図３は、カラーフィルタの製造方法を示す工程図である。

図３（ａ）のバンク形成工程では、基板２の上にバンク３を形成する。バンク３は、例えば、フォトリソグラフィ法によって形成される。

図３（ｂ）の突起形成工程では、基板２の上に突起４を形成する。突起４は、例えば、フォトリソグラフィ法によって形成される。突起４のパラメータ（突起形状、高さ、幅、隙間等）は、適宜設定することができる。

なお、上記のバンク形成工程と突起形成工程とを同時期に実施することが可能であり、同時期にバンク３と突起４を形成することにより、製造プロセスに要する時間を短縮することができる。

図３（ｃ）の第１吐出工程では、吐出ヘッド１１０から基板２の面と突起４に向けて、色素膜５の材料となる第１液状材料１０を液滴１２１として吐出して、基板２の面と突起４に第１液状材料１０を付着させる。このとき、第１液状材料１０の形状が突起４の形状に倣って凸部形状を有するように付着させる。

図３（ｄ）の第１固化工程では、付着された第１液状材料１０を乾燥／焼成／光硬化等の手段で固化する。これにより、固化された色素膜５が形成される。また、色素膜５には、突起４の形状に倣って第１凸部５ａが形成される。

図３（ｅ）のスペーサ材料吐出工程では、吐出ヘッド１１０からバンク３の頂部に向けて、スペーサ８の材料となる液状材料１１を液滴１２１として吐出して、バンク３の頂部に液状材料１１を付着させる。なお、液状材料１１を吐出する前に、バンク３の少なくとも頂部に撥液処理を行ってもよい。撥液処理を施すことにより、略均一した半球形状の液状材料１１を付着させることができる。

図３（ｆ）のスペーサ材料固化工程では、付着された液状材料１１を乾燥／焼成／光硬化等の手段で固化する。これにより、固化されたスペーサ８が形成される。

図３（ｇ）の第２吐出工程では、吐出ヘッド１１０からバンク３のスペーサ８が形成された領域以外の領域と色素膜５に向けて、透明電極膜６の材料となる第２液状材料１２を液滴１２１として吐出して、バンク３のスペーサ８が形成された領域以外の領域と色素膜５に第２液状材料１２を付着させる。このとき、第２液状材料１２の形状が第１凸部５ａの形状に倣って凸部形状を有するように付着させる。なお、第２吐出工程の前に、バンク３と色素膜５に対してアッシング処理を行ってもよい。このようにアッシング処理を施すことにより、第２吐出工程における第２液状材料１２の濡れ性を向上させ、均一の膜厚で付着させることができる。

図３（ｈ）の第２固化工程では、付着された第２液状材料１２を乾燥／焼成／光硬化等の手段で固化する。これにより、固化された透明電極膜６が形成される。また、透明電極膜６には、第１凸部５ａの形状に倣って第２凸部６ａが形成される。

図３（ｉ）の第３吐出工程では、吐出ヘッド１１０から透明電極膜６とスペーサ８の上に向けて、配向膜７の材料となる第３液状材料１３を液滴１２１として吐出して、透明電極膜６とスペーサ８の上に第３液状材料１３を付着させる。このとき、付着された第３液状材料１３が第２凸部６ａの形状に倣って凸部形状を有するように付着させる。なお、第３吐出工程の前に、透明電極膜６とスペーサ８に対してアッシング処理を行ってもよい。このようにアッシング処理を施すことにより、第３吐出工程における第３液状材料１３の濡れ性を向上させ、均一の膜厚で付着させることができる。

図３（ｊ）の第３固化工程では、付着された第３液状材料１３を乾燥／焼成／光硬化等の手段で固化する。これにより、固化された配向膜７が形成される。また、配向膜７には、第２凸部６ａの形状に倣って第３凸部７ａが形成される。

以上の工程を経て、カラーフィルタ１が形成される。

（液晶表示装置の構成）
次に、液晶表示装置の構成を説明する。図４は、液晶表示装置としての液晶パネルの構成を示す断面図である。

図４において、液晶パネル３０は、カラーフィルタ１と、カラーフィルタ１に対向して配置された素子基板３１と、シール材３２によって接着されたカラーフィルタ１と素子基板３１の隙間に充填された液晶３３等で構成されている。

素子基板３１は、透明性を有する基板４０と、基板４０の上に形成されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子４１と、基板４０とＴＦＴ素子４１の上に形成された透明電極膜４２と、透明電極膜４２の上に形成された配向膜４３等で構成されている。

カラーフィルタ１の基板２と素子基板３１の基板４０の液晶３３に接する面の反対面にはそれぞれ偏光板４６，４７が形成されている。

カラーフィルタ１と素子基板３１は、スペーサ８によって規制され、均一した間隔を確保することができる。

図５は、液晶パネルのカラーフィルタ１と素子基板３１間に電圧印加したときの突起４の作用を示す模式図である。電圧無印加時には、液晶分子３３ａは基板２に対して垂直に配向する。突起４の上に形成された第３凸部７ａの部分の液晶分子３３ａも第３凸部７ａ
の斜面に垂直に配向しようとするので傾斜する。電圧印加時は、液晶分子３３ａは、基板２に対して平行に配向するが、予め傾斜している液晶分子３３ａがあると、その周辺の液晶分子３３ａもその方向に沿って傾斜する。このように、突起４の上に形成された第３凸部７ａは電圧を印加したときの液晶分子３３ａの配向する方位を決定するトリガの役割を果たしている。

（電子機器の構成）
次に、電子機器の構成について説明する。図６は、電子機器としてのテレビ受像機の構成を示す斜視図である。図６において、テレビ受像機５０の表示部に液晶パネル３０が搭載されている。

従って、上記の本実施形態によれば、以下に示す効果がある。

（１）インクジェット法を用いて、色素膜５、透明電極膜６及び配向膜７を形成することにより、従来必要とされた色素膜５を形成するためのフォト工程や透明電極膜６を形成するためのスパッタ工程や配向膜７を形成するためのマスク等が削減可能となり、製造プロセスを簡略化することができる。また、製造簡略化に伴い、製造コストの低減、使用材料の低減、エネルギー低減を行うことができる。

（２）インクジェット法を用いて、スペーサ８を形成することにより、従来必要とされたフォト工程を削減することにより、製造プロセスを簡略化することができる。

（３）バンク３の頂部に撥液処理を施すことにより、バンク３の頂部に付着した液状材料１１は略半球形状を成し、略均一のスペーサ８を形成することができる。

（４）突起４の形状に倣って第１〜第３凸部５ａ，６ａ，７ａが形成され、液晶分子３３ａに接触する第３凸部７ａがトリガとなって液晶分子３３ａの配向方位の制御を行うことができる。

カラーフィルタの構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。 吐出ヘッドの構成を示し、（ａ）は一部破断した斜視図、（ｂ）要部断面図。 カラーフィルタの製造方法を示す工程図。 液晶表示装置としての液晶パネルの構成を示す断面図。 電圧駆動時の突起の作用を示す模式図。 電子機器としてのテレビ受像機の構成を示す斜視図。

符号の説明

１…カラーフィルタ、２…基板、３…バンク、４…突起、５…色素膜、５ａ…第１凸部、６…透明電極膜、６ａ…第２凸部、７…配向膜、７ａ…第３凸部、８…スペーサ、１０…色素膜の材料となる第１液状材料、１１…スペーサの材料となる液状材料、１２…透明電極膜の材料となる第２液状材料、１３…配向膜の材料となる第３液状材料、３０…液晶表示装置としての液晶パネル、３１…素子基板、３２…シール材、３３…液晶、３３ａ…液晶分子、５０…電子機器としてのテレビ受像機、１１０…吐出ヘッド、１２１…液滴。

Claims (11)

1. 垂直配向方式の液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの製造方法であって、
   基板の上にバンクを形成するバンク形成工程と、
   前記バンクによって区画された領域内の前記基板の上に突起を形成する突起形成工程と、
   前記基板の上と前記突起に向けて、色素膜の材料となる第１液状材料を吐出し、前記突起の形状に倣って凸部形状となるように前記第１液状材料を付着させる第１吐出工程と、
   前記第１液状材料を固化して、第１凸部を有する前記色素膜を形成する第１固化工程と、
   前記バンクと前記色素膜に向けて、透明電極膜の材料となる第２液状材料を吐出し、前記第１凸部の形状に倣って凸部形状となるように前記第２液状材料を付着させる第２吐出工程と、
   前記第２液状材料を固化して、第２凸部を有する前記透明電極膜を形成する第２固化工程と、
   前記透明電極膜に向けて、配向膜の材料となる第３液状材料を吐出し、前記第２凸部の形状に倣って凸部形状となるように前記第３液状材料を付着させる第３吐出工程と、
   前記第３液状材料を固化して、第３凸部を有する前記配向膜を形成する第３固化工程と、を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法において、
   前記バンク形成工程と前記突起形成工程を同時期に行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法において、
   前記第２吐出工程の前に、前記色素膜と前記バンクに親液処理を施す親液処理工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法において、
   前記第３吐出工程の前に、前記透明電極膜に親液処理を施す親液処理工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法において、
   前記第１固化工程の後に、前記バンクの頂部に向けて、スペーサの材料となる液状材料を吐出するスペーサ材料吐出工程と、
   前記液状材料を固化して、スペーサを形成する固化工程と、を有し、
   前記第２吐出工程では、前記スペーサが形成された領域以外の領域に向けて、前記透明電極膜の材料となる第２液状材料を吐出し、
   前記第３吐出工程では、前記透明電極膜と前記スペーサに向けて、前記配向膜の材料となる第３液状材料を吐出することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
6. 請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法において、
   前記スペーサ材料吐出工程の前に、前記バンクの少なくとも頂部に撥液処理を施す撥液処理工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法によって製造されたカラーフィルタ。
8. 垂直配向方式の液晶表示装置に用いられるカラーフィルタであって、
   基板と、
   前記基板の上に形成されたバンクと、
   前記バンクによって区画された領域内の前記基板の上に形成された突起と、
   前記基板の上と前記突起の上であり、前記突起の形状に倣って第１凸部が形成された色素膜と、
   前記色素膜の上であり、前記第１凸部の形状に倣って第２凸部が形成された透明電極膜と、
   前記バンクと前記透明電極膜の上であり、前記第２凸部の形状に倣って第３凸部が形成された配向膜と、を備えたことを特徴とするカラーフィルタ。
9. 請求項８に記載のカラーフィルタにおいて、
   前記バンクの頂部に形成されたスペーサを有し、
   前記配向膜は、前記スペーサの上に形成されたことを特徴とするカラーフィルタ。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載のカラーフィルタを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項１０に記載の液晶表示装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
    

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