JP2007334248A - カラーフィルタ基板及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板の着色膜を平坦化する。
【解決手段】ガラス基板１上の画素領域４に、インクを付着させて形成した着色膜７を、上方から加圧して、平坦化したカラーフィルタ基板において、加圧力の変動やインク付着量の変動に起因して生じる着色膜７の膜厚変動を、遮光膜３に形成した突起６と共に着色膜７を加圧することにより抑制し、着色膜７が均一に形成されたカラーフィルタ基板
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット法のような吐出法を用いて、吐出した着色インクを基板上の画素領域に付着させて、着色膜を形成したカラーフィルタ基板及びそれを用いた液晶表示装置に関するものである。

近年、薄型テレビは、大画面化の進展とともに需要が増加してきている。薄型テレビとして、市場で大きな存在感をもつ液晶テレビは、今後の一層の普及拡大と共に、大画面化、低価格化の傾向にある。そのため、液晶テレビの製造コストに対して低コスト化が強く要求され、液晶テレビを構成する液晶パネルの構成部材であるカラーフィルタに対するコストダウンの要求も高い。

カラーフィルタは、液晶パネルでカラー表示を行うために用いられる部材であり、通常赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３原色の着色膜を画素内の所定の位置に形成して構成される。着色膜の膜厚には、特に制約はないが、通常０．５μｍ〜５μｍ程度に形成される。カラーフィルタの製造方法としては、従来から顔料分散法が広く用いられている。この方法は、まず基板上に、顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これを、ホトリソグラフィー技術を用いて、所望の形状にパターニングして、単色の着色膜を形成する。この工程を３回繰り返すことにより、Ｒ、Ｇ及びＢの着色膜を形成する。

この方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色膜を形成するために、同一の工程を３回繰り返す必要があり、工程数が多いという問題や、着色膜のパターニング時に、不要部分を除去するため、着色膜材料の使用効率が悪いという問題があり、カラーフィルタのコストが高い原因となっている。

これらの問題点を解決できるカラーフィルタ基板の製造方法として、着色インクをインクジェット法で吐出して、基板上の画素領域に付着させ、付着したインクを乾燥させて、着色膜を形成する方法が従来から提案されている。この方法では、所望の場所に、着色インクを必要量だけ付着させることができるので、ホトリソグラフィーを用いる顔料分散法のようなインク塗布工程での材料ロスや、現像工程での不要着色膜の除去による材料ロスが生じないため、着色膜材料の使用効率を向上できる。さらに、インクを吐出するノズル数を増やすことにより３色の着色膜を同時に形成でき、顔料分散法のようにホトリソグラフィー工程を繰り返す必要がないため、製造工程を簡略化できる利点がある。

しかしながら、カラーフィルタ基板の製造に、インクジェット法を用いた場合、顔料分散法のようなホトリソグラフィー技術を用いた場合とは異なり、着色膜を平坦に形成するための工夫が必要となる。これは、基板上の画素領域に付着した着色インクの形状が、表面張力や基板表面の凹凸や着色インクの乾燥条件などに左右されるためである。このため、着色インクを形状制御せずに乾燥させて着色膜を形成した場合、着色膜の形状は、凸形になる場合が生じたり、凹形になる場合が生じたりする。

従来、着色膜を平坦に形成するための手段として、画素境界領域に隔壁を設け、この隔壁の側面を親液性とする方法が提案されている。また、隔壁を親液性の膜と撥液性の膜の積層構造として形成する方法が提案されている。さらに、着色膜の膜厚が隔壁の膜厚の約５０％である場合に着色膜の表面がほぼ完全に平坦になる方法が提案されている。

しかしながら、これらの公知技術では、作製するカラーフィルタ基板に隔壁が形成されない場合や、隔壁の高さが着色膜よりも低い場合には、着色膜を平坦化することができない。

これは図８に示すように、インクジェット法で各画素領域に付着させた着色インクが、表面張力の作用により、中央部で盛り上がる凸形状になることに起因する。このような形状の着色インクを均一に乾燥させて着色膜を形成すると、その形状は図８（ｄ）に示すように中央部が盛り上がった凸形状になる。また着色インクが不均一に乾燥した場合には膜形状も不均一になるため、やはり平坦な着色膜を形成することは困難である。なお、図８において、１はカラーフィルタ基板、３はブラックマトリクス（遮光膜）、７はノズル２０から吐出された着色インク２１がカラーフィルタ基板１に付着した着色インクである。

このような画素境界領域の隔壁が、着色膜よりも低い構成のカラーフィルタ基板や、隔壁が形成されない構成のカラーフィルタ基板を作製する場合でも、平坦性の高い着色膜を形成できる方法として、画素内に着色インクを付着させた後に、平坦化工程を設ける方法が、下記特許文献１で提案されている。この特許文献１では、図９又は図１０に示すように、着色インク７を半乾燥状態で上方からプレス３０又は圧縮ロール８で加圧して平坦化する方法や、着色膜の凸部をドクターブレードやカッターなどで除去する方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、着色膜を形成した後、樹脂組成物層を形成し、着色膜が露出するまで表面を研磨して平坦化する方法が開示されている。

これらの公知技術で開示されている着色膜の平坦化法のうち、凸部を除去する方法や、表面を研磨する方法は、材料の使用効率が低いという問題がある。また、切り屑や削り屑が発生するため、これらが基板上に異物として付着して、欠陥が生じる場合があるという問題も生じる。したがって、着色膜の平坦化工程としては、上方から加圧する加圧方式が製造工程の簡便性の点からも有用な技術と考えられる。

このように、インクジェット法でカラーフィルタ基板を作製する場合に、平坦性の高い着色膜を形成する方法として、基板上に付着させた半乾燥状態の着色インクを上方から加圧する加圧方式によれば、画素境界領域に隔壁が形成されない構成や、着色膜が隔壁よりも厚く形成される構成のカラーフィルタ基板を作製する場合でも、平坦性の高い着色膜を形成することが可能である。

しかしながら、この加圧方式による着色膜の平坦化は、基板面積が大きくなると、着色膜の面内均一性確保が難しくなる問題がある。特に、平面で加圧する方法は、表面の平面精度の確保や平行度の精密制御が難しいため、加圧条件を基板面内全域に亘って、均一に保つことが難しい。このため、通常０．５〜５μｍの厚さに形成される着色膜の膜厚や形状を、例えば、一辺が１ｍを越えるような大型基板面内で均一にすることは、著しく困難である。これは、加圧後に得られる着色膜の膜厚や形状が、加圧力に大きく依存するためであり、加圧方式が本質的に抱える課題といえる。

つまり、平面で加圧する方法には、加圧条件の面内ばらつきが生じ易い大型基板では、着色膜の平坦化を均一に行うことが難しいという課題がある。

一方、加圧方法として、円筒形ロールを用いる方法がある。円筒形ロールを用いると、基板とロールの接触面のみで、加圧条件を制御すればよくなるため、平面で加圧する場合に比べて、加圧条件の面内ばらつきを低減し易くなる。

しかし、基板上にマトリクス状に配置された着色インクの半硬化膜を円筒形圧縮ロールで加圧すると、図１０に示すように、着色インク７の半硬化膜が圧縮ロール８により、圧縮ロール８の進行方向９に押し伸ばされるため、膜厚が圧縮ロール８の入り口側で薄く、出口側では厚くなる。このような圧縮ロール８の進行方向９に生じる膜厚変動は、加圧力を弱くすれば軽減できるが、着色膜を平坦化する効果も同時に低下してしまう。なお、図１０において、１０は圧縮ロール８の回転方向である。

つまり、円筒形圧縮ロールを用いて加圧する方法には、加圧条件の均一性が高まる利点はあるものの、基板上にマトリクス状に配置された着色膜の形状を、平坦にする効果が不十分であるという課題がある。

以上のように、公知技術で開示されている半乾燥状態の着色インクを上方から加圧する方法では、大型基板上に、着色インクを付着させて形成した着色膜を、均一に平坦化することは困難であった。これは、基板の大型化により、加圧条件の変動が強調されるという影響を軽減するための対策が不足していたからである。

本発明の目的は、カラーフィルタ基板をインクジェット法で作製する場合に、半硬化状態の着色膜を上方から加圧する工程において、加圧条件にばらつきが生じた場合でも、着色膜を一定の膜厚、形状に形成できる着色膜の平坦化方法を用いて、平坦な着色膜が均一に形成されたカラーフィルタ基板及びそれを用いた液晶表示装置を提供することである。
特開２００２−１０７５２８号公報 特開２００２−３６５４２３号公報

インクジェット法のような吐出法で、カラーフィルタ基板上のマトリクス状に配置された画素部に、着色インクを付着させた場合、着色インクの付着量が画素間でばらつく場合がある。このような場合には、画素部に付着するインク量が画素間で異なるため、着色膜の膜厚も画素間で変動して、カラーフィルタ基板に色ムラが生じることになる。

このような着色膜の平坦性が低いカラーフィルタ基板を液晶表示装置に適用した場合、液晶層の厚みが、画素内で変動して透過率が低下し、さらに、画素間でも透過率変動が生じる。この結果、液晶表示装置の輝度が低下したり、輝度ムラが生じたりする。

本発明は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板の着色膜を、インクジェット法のような吐出法を用いて形成する場合に、着色膜を平坦化するための突起をカラーフィルタ基板に配置させたことを特徴とする。すなわち、カラーフィルタ基板上の画素境界領域に突起を形成した後に、カラーフィルタ基板上の画素領域に吐出法で付着させた着色インクを上方から加圧して平坦化する。

以上、本発明によれば、カラーフィルタ基板上に形成した突起が、加圧工程では、着色膜の膜厚を規制する支柱として機能する。この結果、加圧工程で加圧力に変動が生じた場合であっても、加圧面とカラーフィルタ基板との間の高さが、突起によりほぼ一定に保たれるので、加圧力変動による着色膜の膜厚変動が抑制されたカラーフィルタ基板を得ることができる。

また、着色インクの付着量が、画素間で変動した場合であっても、加圧面とカラーフィルタ基板との間の高さが、突起によりほぼ一定に保たれているため、着色インクの付着量変動による画素間での着色膜の膜厚変動が抑制されたカラーフィルタ基板を得ることができる。

したがって、加圧力を均一に保ち難い大面積カラーフィルタ基板を加圧する場合でも、カラーフィルタ基板上に着色インクを付着させて形成した着色膜の膜厚変動を抑制することができるので、インクジェット法のような吐出法を用いて、平坦で膜厚均一性の高い着色膜を形成し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を用いた液晶表示装置においては、着色膜の膜厚均一性が向上しているので、液晶層の厚さの変動に影響するカラーフィルタ基板の面内変動が低減し、輝度ムラや色むらの生じない液晶表示装置を得ることができる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明するが、これらの実施例は、本発明の例示であり、本発明の範囲を何等制限するものではない。

図１は、本発明に係るカラーフィルタ基板の概略図であって、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図１（ａ）に示すａａ’、ｂｂ’、ｃｃ’における側断面図である。図１において、１は透明基板（ガラス基板）、２は画素境界領域、３は遮光膜、４は画素領域、５は突起形成部、６は突起、７は着色膜である。

ガラス基板１の上には、複数の画素領域４がマトリクス状に配置されており、これら複数の画素領域４は、格子状の画素境界領域２により縦及び横方向に区画されている。画素領域４は、図１（ａ）に示すように、縦長に形成されており、画素ピッチは、縦方向が５１０μｍ、横方向が１７０μｍである。

画素境界領域２には、コントラストを向上するための遮光膜３が形成されており、その膜厚は１．３μｍ、その幅は、縦方向に延在する部分が２０μｍ、横方向に延在する部分が８０μｍである。つまり、遮光膜３は、横方向に延在する部分の幅が、縦方向に延在する部分の幅よりも太く形成されている。

画素領域４には、赤、緑、青の着色膜７が、それぞれ２μｍの厚さに形成されており、着色膜７は、その一部が遮光膜３上に重なるように形成されている。

格子状の画素境界領域２の格子点近傍には、突起形成部５が設けられており、遮光膜３上の突起形成部５には、円柱状の突起６が、直径２０μｍ、厚さ２μｍに形成されている。したがって、突起６のガラス基板１の面からの高さは、遮光膜の膜厚と合わせて３．３μｍとなる。

このように、突起６が画素領域４から最も離れた位置である画素境界領域２の格子点近傍に形成されているため、突起６を形成する位置に変動が生じた場合でも、突起６の一部が画素領域４に、はみ出すことを防止することができる。さらに、遮光膜３で、着色膜７の膜厚が薄くなり易い画素領域４の頂角近傍を隠すことができるので、突起６に光が照射されて散乱・回折が生じた場合でも、散乱・回折光が遮光膜３で遮蔽されるので、コントラストの低下を抑制できる。

このような突起６を形成することにより、着色膜７をインクジェット法のような吐出法で形成した場合に、膜厚均一性を向上できる。これは、吐出法でガラス基板１上に付着させた半硬化状態の着色膜７を加圧工程で平坦化する際に、突起６が支柱として機能するため、着色膜７に対する加圧面の押し込み量を突起６の高さで制御できるようになる。この結果、加圧工程で加圧力が変動した場合でも、着色膜７に対する加圧面の押込み量を一定に保てるようになる。なお、突起６は、画素ピッチの整数倍の周期で配置されていることが望ましい。

本実施例では、各画素領域４の着色膜７の体積をＶ、着色膜７の横方向の長さをｘ、縦方向の長さをｙとしたときに、同じ色の各着色膜７のＶ／ｘｙがほぼ等しく形成されている。これにより、インク吐出量に変動が生じて着色膜７の体積Ｖに変動が生じた場合でも、着色膜７の横方向の長さｘと縦方向の長さｙとがＶ／ｘｙの関係を満たすように制御されているため、着色膜７の膜厚変動を軽減できる。この結果、吐出法を用いて、画素領域４に付着させるインク量に変動が生じた場合でも、着色膜７の膜厚が均一なカラーフィルタ基板になる。

本実施例のカラーフィルタ基板には、必要に応じてオーバーコート膜やフォトスペーサを追加して形成することも可能である。

次に、本実施例のカラーフィルタ基板の製造方法を説明する。図２は、本実施例のカラーフィルタ基板の一製造段階を示す図であり、着色膜７が平坦化される前の状態を表している。

まず、ガラス基板１上の画素境界領域２に、ホトリソグラフィー技術を用いて、遮光膜３を形成した。遮光膜３の材料としては、感光性樹脂を主成分とする黒色レジスト材料を用いた。遮光膜３の形成には、ホトリソグラフィー技術に限らず、反転印刷、凹版印刷、平版印刷などで、黒色インクをガラス基板１上に印刷する転写法を用いることもできる。この転写法で、黒色インクを画素境界領域４に付着させる方法は、ホトリソグラフィー技術を用いる場合に比べて、大幅に工程数を削減できる。また、黒色レジスト材料を現像除去するような材料のロスが生じない。

このような遮光膜３を形成する工程は、突起６を形成する工程や着色インク７’を付着させる工程よりも先に実施されることが望ましい。このようにすると、突起６を形成する工程や着色膜７を形成する工程で、遮光膜３を、画素領域４を区画する隔壁とすることができる。

この場合、遮光膜３の表面は、撥インク性となるように形成することが望ましい。遮光膜３の表面を撥インク性とすることにより、画素領域４外に着色インク７’が濡れ広がらなくなるため、着色インク７’の量が隔壁（遮光膜）の高さを越える場合でも、画素領域４内に所望量の着色インク７’を付着させることが可能となる。

遮光膜３の表面の撥インク性は、表面処理により付与してもよいし、撥インク性材料で遮光膜を形成してもよい。遮光膜３を撥インク性材料で形成すると、遮光膜３の表面を撥液化する工程が省略できる。

次に、画素境界領域２に形成した遮光膜３上の突起形成部５に、ホトリソグラフィー技術を用いて、突起６を円柱状に形成した。突起６は、感光性樹脂で形成し、突起の直径は２０μｍ、樹脂膜の膜厚は２μｍとした。本実施例の突起材料は、感光性樹脂であれば、特に制限なく使用可能であり、ホトレジスト材料やフォトスペーサとして常用されているものを使用することができる。

次に、遮光膜３の表面に、フルオロ基含有の高分子薄膜（図示せず）を、ホトリソグラフィー技術を用いてパターニング成膜して、撥インク性の画素境界領域２を形成した。画素境界領域２に囲まれた画素領域４は、親インク性のガラス基板１のガラス面が露出し、マトリクス状に配置されている。

このような親インク性の画素領域４と撥インク性の画素境界領域２を形成する方法としては、本実施例で用いた方法に限らず、例えば、光触媒の作用で光照射により、表面の濡れ性が変化する薄膜を、ガラス基板１の表面に成膜した後に、マスク露光する方法や、ＣＦ₄，ＳＦ₆、ＣＨＦ₃などのフッ素化合物及び酸素を含むガス雰囲気下でのプラズマ処理により、画素境界領域２に形成した樹脂製の遮光膜３を、選択的に撥液化する方法を用いることも可能である。

次に、親インク性の画素領域４に、インクジェット法を用いて、赤、緑、青の着色インク７’をそれぞれ付着させ、溶媒の一部を蒸発させて半乾燥状態とした。着色インク７’をガラス基板１上の画素領域４内に付着させる方法としては、インクジェット法に限らず、ディスペンサを用いて、ノズルから直接インクをガラス基板上に付着させる方法など、他の方法を用いてもよい。

このような方法を用いることにより、所望量の着色インクを所望の位置に付着させることが可能である。この場合、着色インクを付着させる工程は、画素境界領域２を撥インク性、画素領域４を親インク性とした後に、実施することが望ましい。このような方法を用いることにより、ガラス基板１の濡れ性の差により、画素領域４の外に着色インクが濡れ広がらなくなり、所望量の着色インクを画素領域２内に付着させることが可能となる。

ここで、着色膜用インク材料としては、顔料、樹脂、溶媒から構成される着色インクを使用し、溶媒は、速乾性溶媒と遅乾性溶媒を混合して使用した。このような構成とすることにより、着色インクは、基板に付着した後、速乾性溶媒が蒸発し、遅乾性溶媒が残留した高濃度・高粘度状態となる。したがって、半乾燥状態における着色膜の硬さを、加圧工程で充分な平坦化効果が得られる条件に、調整することが可能となる。樹脂には、必要に応じて感光性を付与してもよい。この場合、着色膜を紫外線照射により、速やかに固定できるため、加圧工程で平坦化した後に、着色膜を硬化させるのに要する時間を短縮できる。なお、着色膜用インク材料には、必要に応じて分散剤、界面活性剤などを添加剤として加えてもよい。

次に、突起６と半乾燥状態の着色インク７’を形成したガラス基板を図３（ａ）に示すように、上方から円筒形圧縮ローラ８を用いて加圧する加圧工程を実施した。図３は、図２におけるｃｃ’側断面図に対応するように示してあり、突起６はｃｃ’側断面上への正射影として破線で示してある。円筒形圧縮ローラ８としては、表面をフルオロ基含有の高分子膜で被覆したシリコンゴム製のローラを用い、ローラの進行方向は縦方向とした。

本実施例における加圧工程では、３．３μｍの高さに形成した突起６が支柱として機能するため、図３（ａ）に示すように、半乾燥状態の着色インク７’は、突起６よりも高い部分のみがローラで押し込まれ、ローラ進行方向９に押出されることなく平坦化される。

本実施例では、加圧手段として、圧縮ローラ８を用いたが、平面状の加圧面を用いて加圧してもよい。円筒形圧縮ローラ、平面状の加圧面のいずれを用いた場合でも、突起６が支柱として機能するため、加圧力の変動による着色膜７の膜厚変動が抑制され、着色膜を均一に平坦化することができる。

なお、平面状の加圧面としてプレスを用いた場合、加圧面の面積が大きくなると、加圧力を面内で均一に保つことが難しくなる。このような場合でも、ガラス基板１側に形成された突起６の作用により、加圧面の押込み量を一定に保てるため、均一で平坦な着色膜７を吐出法で形成できる。

また、圧縮ローラ８を用いた場合でも、突起６が支柱として機能するため、突起６の高さよりも低い部分の着色膜７が圧縮ローラ８で押し込まれなくなる。このため、従来技術で生じていたような着色膜がローラ進行方向に押出される現象が生じなくなり、平坦な形状の着色膜が得られる。

次に、加圧工程を実施したガラス基板を２２０℃で６０分間加熱し、遅乾性溶媒を蒸発させて、着色膜を硬化しカラーフィルタ基板を得た。硬化した着色膜は、画素領域内における膜厚が２．０μｍ、膜厚変動が±０．１μｍ以下で、平坦性の高いものであった。

本実施例の製造方法で作成したカラーフィルタ基板上には、必要に応じてオーバーコート膜や、フォトスペーサを形成してもよい。

本実施例に示すように、本発明の製造方法により着色膜が平坦で均一性の高いカラーフィルタ基板を作製することができる。

実施例１では、突起６の形成に、ホトリソグラフィー技術を用いていたが、本実施例では、インクジェット法を用いる。その他の構成は、実施例１と同じである。

まず、図２に示すように、画素境界領域２の遮光膜３の表面に、撥インク性の領域を形成する際に、格子点近傍の突起形成部５が、親インク性となるようにした。したがって、本実施例では、画素領域４だけでなく突起形成部５も親インク性の表面となる。

このように、突起６を形成する工程は、画素境界領域２を撥インク性、突起形成部５を親インク性に形成した後に、実施することが望ましい。こうすることにより、着色インクを吐出する位置の精度が不足する場合でも、濡れ性の差により、突起６を所望の位置に形成可能となる。

次に、画素境界領域２内の突起形成部５に、インクジェット法を用いて、突起用インク材料を付着させた後、溶媒を蒸発させて突起６を形成した。

ここで、突起用インク材料としては、樹脂溶液に無機のＳｉＯ２を主成分とする直径２μｍのシリカビーズを分散させたインクを使用した。ビーズ材料は、無機に限らず、有機材料で構成されるポリマービーズを用いることも可能である。溶媒は、低粘度・低表面張力溶媒の中から必要に応じて選択可能である。樹脂は、ビーズの遮光膜への接着性を高めるために添加されており、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などが使用可能である。樹脂には、必要に応じて感光性を付与してもよい。この場合、突起を紫外線照射により速やかに固定できるため、突起形成工程に要する時間を短縮できる。

また、ビーズのみで充分な接着強度が得られる場合には、樹脂は添加しなくてもよい。このようなビーズとしては、表面にエポキシ基のような接着性の高い層を被覆したものを用いることができる。これにより、突起形成部に付着したビーズが、後の工程で脱離することにより生じる不良を低減することができる。

このように、突起用インク材料にビーズを含有させることによって、突起の高さを樹脂膜ではなく、ビーズのサイズで制御することが可能になる。この結果、吐出するインク量の制御精度が低い場合でも、ビーズのサイズで突起の高さを精度良く制御できる。すなわち。吐出するインクの量が変動した場合でも、高さの揃った突起を形成できる。特に、突起の膜厚がビーズのサイズと略等しいときに顕著である。

本実施例によれば、ホトリソグラフィー技術を使わずに、インクジェット法を用いて、突起の形成が可能であり、着色膜が平坦で均一性の高いカラーフィルタ基板を作製することができる。なお、着色インクの吐出法としては、インクジェット法以外に、ディスペンサを用いて、ノズルから直接着色インクを付着させる方法を用いてもよい。このようにして、画素境界領域２内の所望の位置に、所望の大きさに突起６を形成することが可能である。

本実施例は、図４に示すように、遮光膜３を開口する点以外は、図２に示す実施例１と同じである。

本実施例では、画素境界領域２内の突起形成部５に、開口部ができるように遮光膜３を形成した。すなわち、遮光膜３の開口部を突起形成部５と重なる位置に形成した。

この結果、画素領域４と突起形成部５において、ガラス基板１の面が露出するようになる。このため、画素領域４を親インク性に形成する工程で、開口部の表面も同時に親インク性に形成できる。このように、画素領域４と突起形成部５を同時に表面処理できるようになり、突起形成部５の表面処理工程を追加することなく、突起形成部５の表面を処理することができる。また、このような親インク性に形成された遮光膜３の開口部は、突起６を吐出法で形成する場合に、突起形成位置の精度を高めることができる。

このように、突起形成部５と画素領域４は、親インク性の表面として形成され、遮光膜３の表面は撥インク性として形成されている。したがって、遮光膜３の開口部に突起用インク材料を付着させて突起６を形成することができる。

本実施例において、突起６を構成する樹脂とビーズの少なくとも一方が着色されていることが望ましい。これにより、突起６を透過する光が減少するので、遮光膜３に開口部を設けた場合でも、開口部を透過する光の量を低減することができる。この場合、樹脂やビーズは黒色に着色されていることが望ましい。

本実施例によれば、突起６を遮光膜３に積層せずにガラス基板１の上に直接形成できるため、遮光膜３に膜厚変動が生じた場合でも、遮光膜３の膜厚とは独立して、突起６の高さの均一性を保つことが可能となり、着色膜の膜厚均一性が一層向上する。

本実施例では、図１に示す実施例１において、画素境界領域２の格子点近傍に設けた突起形成部５を、図５に示すように、遮光膜３の横方向に隣接する格子点間の中点近傍に設けた。遮光膜３は、横方向に延在する部分の幅が縦方向に延在する部分の幅よりも太く形成されているため、例えば、突起６を吐出法で形成する場合のように、突起６の形成位置に変動が生じた場合でも、形成した突起６の一部が画素領域４に、はみ出ることを防げる。また、画素境界領域２の格子点近傍に、液晶層の厚みを一定に保持するためのスペーサ形成部１１を設けた。他の構成は、図１に示す実施例１と同じである。

実施例１のように、着色インクを吐出法で画素領域内に付着させると、表面張力の作用により、画素中央部が盛り上がった半楕円球形状になるため、画素領域の頂角近傍は着色膜の膜厚が最も薄い領域となる。このような形状に付着した半硬化状態の着色膜は、加圧工程で上方から加圧されると、画素中央部から放射状に押し伸ばされる。このため、画素領域に充分な量の着色インクを付着させた場合でも、頂角近傍の着色膜の膜厚が薄くなる場合がある。

そこで、本実施例のように、突起６が格子点間の中点近傍に配置されていると、画素境界領域２に押し伸ばされる着色膜７は、突起６により流動が阻害されて、押し伸ばされる方向とは異なる方向に流動する。この結果、画素領域４の頂角近傍に充当される着色インクの量が増えて、画素領域４内の着色膜の膜厚均一性が向上する。

図５に示す突起形成部５に、突起６を形成することにより、加圧工程において、突起６に向かって押し伸ばされる着色膜７は、突起６が妨げとなって流動方向が変わり、画素領域４の頂角近傍に押出される量が増える。この結果、画素領域４の頂角近傍の着色膜７の膜厚が増加して、画素領域４内の着色膜７の膜厚均一性がより一層向上する。突起６は着色膜７より高く形成されている。

また、画素境界領域２の格子点近傍には、スペーサ形成部１１を設け、このスペーサ形成部１１が開口部となるように遮光膜３を形成した。したがって、突起形成部５と画素領域４に加えて、スペーサ形成部１１も親インク性となる。

このように、加圧工程で着色インクを平坦化した後、インクジェット法を用いて、スペーサ形成部１１に、スペーサ用インク材料を付着させ、液晶層の厚みを一定に保持するスペーサ１２を形成した。スペーサ用インク材料としては、突起用インク材料と同様にビーズ含有の樹脂溶液を用いた。スペーサ１２は突起６よりも高く形成されている。

このようなカラーフィルタ基板の製造方法は、スペーサ１２を形成する工程が、着色膜７を硬化させる工程よりも先に実施され、吐出法により、スペーサ用インク材料を画素境界領域２内に付着させる工程とすることが望ましい。

このような工程とすると、画素領域４の着色膜７と接触しないように、スペーサ用インク材料を画素境界領域２に付着させることができる。したがって、画素領域４の着色膜７の溶解や膨潤が生じないので、着色膜７を硬化させる前に、スペーサ用インク材料を付着させることができる。

この結果、スペーサ１２と着色膜７を同時に硬化できるようになるため、スペーサ１２の硬化工程を着色膜７の硬化工程と共用することにより、製造工程を簡略にできる。スペーサ１２を形成する工程は、画素境界領域２内に、スペーサ１２を形成するスペーサ形成部１１を有するようにし、画素境界領域２が撥インク性、スペーサ形成部１１が親インク性とされた後に、実施されるようにすることが望ましい。これにより、吐出法によるインク吐出位置の精度が不足する場合でも、ガラス基板１の濡れ性の差により、スペーサ１２を所望の位置に形成可能となる。

また、突起６とスペーサ１２が互いに離れた位置に配置されているので、突起６を形成するための表面処理工程とスペーサ１２を形成するための表面処理工程とを兼用できる。

本実施例により、ホトリソグラフィー技術を使わずに、液晶層の厚みを一定に保持するスペーサの形成が可能である。また、スペーサ材料は、撥インク性の遮光膜に設けられた親インク性の開口部に付着するため、インクジェットの吐出位置精度が不足する場合でも、吐出されたインクは、撥インク性の遮光膜を避けて、親インク性の開口部に流入するので、スペーサ配置精度を向上できる。

また、スペーサを遮光膜に積層せずにガラス基板の上に直接形成しているため、遮光膜に膜厚変動が生じた場合でも、遮光膜の膜厚とは独立して、スペーサの高さの均一性を保つことが可能となり、液晶層の厚さを一定に保つことができる。

本実施例において、突起６及びスペーサ１２を構成する樹脂とビーズの少なくとも一方が着色されていることが望ましい。これにより、突起６及びスペーサ１２を透過する光が減少するので、遮光膜３に開口部を設けた場合でも、開口部を透過する光の量を低減することができる。この場合、樹脂やビーズは黒色に着色されていることが望ましい。

本実施例では、突起６とスペーサ１２をガラス基板１に直接形成したが、突起６とスペーサ１２の少なくとも一方又は両方を遮光膜３上に形成してもよい。この場合、突起６やスペーサ１２に光が照射されて散乱・回折が生じた場合でも、散乱・回折光が遮光膜３で遮蔽されるので、コントラストの低下を抑制できる。

これまでの実施例では、画素を区画する画素境界領域２に遮光膜３を形成しているが、本実施例では、図６，７に示すように、遮光膜を形成しないカラーフィルタ基板とした。他の構成は、これまでの実施例と同じである。

本発明に係るカラーフィルタ基板の製造装置は、インク吐出部、基板設置ステージ、基板加圧部から構成され、基板加圧部における円筒形圧縮ローラで、基板設置ステージ上の基板をロール加圧する。この製造装置は、インク吐出工程とロール加圧工程とを連続して実施することができる。

さらに、基板加圧部でのロール加圧工程の後に、スペーサ用のインク吐出部を具備することが望ましい。このような構成とすることにより、スペーサを形成する工程と着色膜の加圧工程とを連続した工程として実施できる。

本発明に係るカラーフィルタ基板を用いた液晶表示装置は、複数の画素領域がマトリクス状に配置されたカラーフィルタ基板と、このカラーフィルタ基板に対向して液晶層を狭持する対向基板と、この対向基板上にマトリクス状に配置された複数の画素とを有し、対向基板上の複数の画素がカラーフィルタ基板上の複数の画素領域と対向するように配置されている。

本実施例では、対向基板上の画素の列の数よりも、カラーフィルタ基板上の画素領域の列の数を多くする。このように、カラーフィルタ基板の表示領域の外周部にダミー画素領域を設けることにより、カラーフィルタ基板の外周部における着色膜の膜厚変動による輝度ムラの発生を抑制できる。

すなわち、カラーフィルタ基板の画素領域に吐出法により付着された着色膜は、着色膜の加圧工程において、隣接する画素領域の着色膜と接するまで押し伸ばされた場合に、隣接する画素領域の着色膜によって、着色膜の流動が一様に阻害されるのに対して、カラーフィルタ基板の最外周部に配置された画素領域の着色膜は、カラーフィルタ基板の外側に向かって阻害されることなく押し伸ばされるために、その着色膜の膜厚が薄くなる。特に、カラーフィルタ基板の両側面での画素領域の列で顕著となる。

このような着色膜の膜厚の異なるカラーフィルタ基板を用いて液晶表示装置を作製すると、着色膜の膜厚に応じて、液晶層の厚みが変化するために、その透過率が変化し輝度ムラが生じる。

本実施例によると、着色膜の膜厚が薄くなる最外周部に配置される画素領域は、表示領域外のダミー画素領域となる。この結果、液晶表示装置の液晶層の厚みが表示領域内で一定となり、輝度ムラの発生が抑制される。

本実施例では、実施例７の液晶表示装置に配線電極を形成した。すなわち、本実施例の液晶表示装置は、複数の画素領域がマトリクス状に配置されたカラーフィルタ基板と、このカラーフィルタ基板に対向して液晶層を狭持する対向基板と、この対向基板上にマトリクス状に配置された複数の画素と、この画素を駆動するために対向基板上に形成された複数の配線電極とを有し、対向基板上の複数の画素がカラーフィルタ基板上の複数の画素領域と対向するように配置されている。

また、本実施例では、カラーフィルタ基板上の遮光膜の開口部が、対向基板上の配線電極と対向するように配置されている。このように、遮光膜に開口部が設けられている場合でも、バックライトからの光が画素境界領域から漏れ出ることなく高いコントラスト比を得ることができる。この場合、開口部に設ける突起は、黒色に着色されていることが望ましい。

本実施例では、実施例７の液晶表示装置において、カラーフィルタ基板に液晶層の厚さを一定に保つためのスペーサが配置されている。

以上、本発明に係る液晶表示装置は、ＴＶ受像機の表示装置として好適に使用できるものである。

カラーフィルタ基板の概略図 カラーフィルタ基板の一製造工程図 カラーフィルタ基板の着色膜の加圧工程図 カラーフィルタ基板の他の一製造工程図 カラーフィルタ基板の他の概略図 カラーフィルタ基板の他の概略図 カラーフィルタ基板の他の概略図 従来の吐出法による着色膜の形成工程図 従来の平面プレスを用いた加圧工程図 従来の圧縮ロールを用いた加圧工程図

符号の説明

１…ガラス基板、２…画素境界領域、３…遮光膜、４…画素領域、５…突起形成部、６…突起、７…着色膜、７’…着色インク、８…圧縮ロール、９…ローラ進行方向、１０…ローラ回転方向、１１…スペーサ形成部、１２…スペーサ

Claims (20)

1. 透明基板上にマトリクス状に配置された複数の画素領域と、前記複数の画素領域を区画する格子状の画素境界領域と、前記画素領域に着色インクを付着させて形成した着色膜とを備えたカラーフィルタ基板において、
   前記画素境界領域に、着色膜の膜厚を規制した突起が配置されていることを特徴とするカラーフィルタ基板
2. 前記画素境界領域に、液晶層の厚さを一定に保つためのスペーサが設けられてい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. 前記突起とスペーサは、互いに離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ基板
4. 前記着色膜の体積をＶ、着色膜の横方向の長さをｘ、縦方向の長さをｙとしたときに、着色膜のＶ／ｘｙがほぼ等しい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
5. 前記突起は、樹脂又はビーズを含有す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
6. 前記突起の高さが、ビーズの径に略等しいことを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルタ基板
7. 前記画素領域は、縦方向の長さが横方向の長さよりも長く形成され、画素領域の縦方向に隣接する画素境界領域に、突起が配置されてい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
8. 前記突起は、画素境界領域が交差する格子点近傍に形成されてい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
9. 前記突起は、画素境界領域が交差する格子点間を結ぶ線分の中点近傍に配置されてい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
10. 前記画素境界領域に、遮光膜が形成されてい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
11. 前記遮光膜の横方向に延在する幅が、縦方向に延在する幅よりも広いことを特徴とする請求項１０に記載のカラーフィルタ基板
12. 前記遮光膜上に、突起が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のカラーフィルタ基板
13. 前記遮光膜上に、スペーサが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のカラーフィルタ基板
14. 前記遮光膜に開口部が設けられ、開口部に突起が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のカラーフィルタ基板
15. 前記遮光膜に開口部が設けられ、開口部にスペーサが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のカラーフィルタ基板
16. 前記突起又はスペーサは、少なくとも一方が着色されている樹脂とビーズを含有することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のカラーフィルタ基板
17. 複数の画素領域がマトリクス状に配置されたカラーフィルタ基板と、このカラーフィルタ基板に対向して液晶層を狭持する対向基板と、この対向基板上にマトリクス状に配置された複数の画素とを有し、対向基板上の複数の画素がカラーフィルタ基板上の複数の画素領域と対向するように配置されている液晶表示装置において、
    前記カラーフィルタ基板は、透明基板上にマトリクス状に配置された複数の画素領域と、前記複数の画素領域を区画する格子状の画素境界領域と、前記画素領域に着色インクを付着させて形成した着色膜とを備え、前記画素境界領域に、着色膜の膜厚を規制した突起が配置されていることを特徴とする液晶表示装置
18. 前記カラーフィルタ基板に配置された画素領域の列の数が、対向基板に配置された画素の列の数よりも、多いことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置
19. 前記カラーフィルタ基板に形成された遮光膜の開口部が、対向基板上に形成された配線電極と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置
20. 前記カラーフィルタ基板にスペーサを形成することを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置