JP5149553B2 - カラーフィルタおよびカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえばカラー液晶表示装置などのカラー表示装置に用いられるカラーフィルタおよびカラーフィルタの製造方法に関する。特に本発明は、画素毎または所定の単位表示領域毎に透過領域と反射領域とを具備する半透過型液晶表示装置に好適なカラーフィルタおよびカラーフィルタの製造方法に関する。

従来の技術の半透過型液晶表示用のカラーフィルタとして、当該フィルタの一方の主面側からの入射光が当該フィルタを１回だけ透過して着色されて当該他方の主面側に導かれるような単一方向性光路を形成する第１の光と、カラーフィルタの他方の主面側からの入射光が当該フィルタを透過して着色され、その透過した光が当該一方の主面側に配された光反射素子等により反射されて再度当該フィルタに入射し透過し着色されて当該他方の主面側に戻るような双方向性光路を形成する第２の光とを扱うカラーフィルタが知られている。このようなカラーフィルタは、正面側から入射する外光に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを反射させて当該正面側に導くとともに、裏面側からのバックライトシステムによる入射光に同様に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを透過させて同じ正面側へと導く、いわゆる半透過反射型液晶表示装置に用いられる。このタイプの液晶表示装置は、使用環境が明るいときには反射モードとして、主に外光（周囲光）によって画像を表示し、暗いときには透過モードとして、主にバックライトシステムの自発光によって効果的な画像表示をなすものである。

第１の従来の技術のカラーフィルタとして、画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタであって、前記第１の光を着色するための第１着色部と前記第２の光を着色するための第２着色部とを有するカラーフィルタが開示されている。このカラーフィルタでは、第１着色部と２着色部とは、厚さが異なるように構成される（たとえば特許文献１参照）。

また第２の従来の技術のカラーフィルタとして、画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタであって、基体層によって支持されることが可能であり、１つの画素において前記第１の光を透過させる領域に対応する１つの凹状部が形成されるようパターン化された光透過性材質の段差形成層と、前記段差形成層および前記凹状部に堆積された、前記第１および第２の光の着色をするための着色層とを有するカラーフィルタが開示されている（たとえば特許文献２参照）。

図８は、第２の従来の技術のカラーフィルタ１を示す平面図である。図９は、第２の従来の技術のカラーフィルタ１を、フォトリソグラフィ法を用いて製造する製造手順を示す断面図である。前述のような半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ１を精度よく簡単に製造する方法として、高さの異なる遮光部５，５′をフォトリソグラフィ法で作製した後、インクジェット技術により透明層６を形成し、引き続き同じくインクジェット法により着色層７を形成することが提案されている。製造手順は、図９（１）〜図９（５）の順で進み、図９（１）に示すように、透明基板２に遮光性感光樹脂３を塗布した後、図９（２）に示すように３段階に透光率が異なるマスク４を用いて露光する。図９（２）では、理解を容易にするために、透光率が異なる部分を異なるハッチングを施して示す。次に、図９（３）に示すように現像処理して、寸法（高さや幅等）の異なる遮光部５，５′を形成する。図９（３）では、高さの大きい遮光部に符号５を、また高さの小さい遮光部に符号５′を付している。次に、図９（４）に示すように、インクジェット法で透明基板２上の高い遮光部５と低い遮光部５′とで画定される領域の一部に透明インクを付着させて、透明層６を形成する。次に、高い遮光部５で画定される領域に着色インクを付着させて、各着色層７をそれぞれ形成する。

他の従来の技術のカラーフィルタの製造方法では、カラーフィルタにおけるブラックマトリクスや基本色としての赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各着色部のパターニングには、フォトリソグラフィ法に基づく工程が行われている。このようなフォトリソグラフィ法が用いられるのは、ブラックマトリクスおよび着色部は、非常に微細な形状を伴うものであり、特に携帯電話機などの持ち運び自在な機器に用いられる表示パネルに使われるカラーフィルタのこれらの形状は、極めて精度の高いものが要求されるからである。

特開２００３−８４１２２号公報 特開２００６−３０６５０号公報

前述のようにカラーフィルタをフォトリソグラフィ法によって製造すると、多数の工程およびフォトマスクを要するので、全体的な製造処理の簡素化が困難である。また半透過型表示装置に用いられるカラーフィルタでは、透過型表示装置に用いられるカラーフィルタに比べて、カラーバランスを可能とするために画素構造が複雑であり、これによって製造工程も複雑となる。さらに、前述のような透光率が部分的に異なるマスクを製造することは、所定の透光率を示す部分を所定のサイズで形成する必要があるため、技術的に難しい。そのため、段差のある遮光部を高精度に形成することは、工業的には必ずしも現実的とはいえない。

また、カラーフィルタを用いた液晶ディスプレイ装置では、カラーフィルタと他の部材との間隔を一定に保つためのスペーサが設けられる。このスペーサは、カラーフィルタに透光性感光樹脂を塗布した後、マスクを用いて露光し、現像処理して遮光部上に形成される。したがってスペーサを製造するためにフォトリソグラフィ法を用いるので、多数の工程およびフォトマスクを要し、製造処理が複雑になるとともに、スペーサ形成のための感光樹脂は、ほとんどが現像除去されることになるため、コスト的にも無視できないものがある。スペーサを形成する他の方法として、透光性を有するビーズを散布させて、ビーズをスペーサとする方法がある。このスペーサでは、着色層上にもビーズが配置されるおそれがあるので、ビーズによって光が屈折し、画質が低下するという問題がある。

そこで本発明の目的は、製造工程を簡素化することができ、スペーサを有するカラーフィルタおよびカラーフィルタの製造方法を提供することである。

本発明は、透光性を有する複数の透明部が予め定める並列方向に間隔をあけて並んで形成され、予め定める色相でそれぞれ着色される複数の画素部が一部の透明部を覆って並列方向に間隔をあけて並んで形成され、遮光性を有する遮光部が残余の透明部を覆って各画素部間に形成されるカラーフィルタ層を透明基板上に形成するカラーフィルタの製造方法であって、
透明基板のうちで、各画素部が配置されるべき画素形成領域内の一部の第１領域と、隣接する２つの画素部の間となるべき間隙領域内の一部の第２領域とに、透明基板から厚み方向に突出し、透光性を有する透明部を形成する透明部形成工程と、
透明基板のうちで、間隙領域の全体にわたって遮光性を有する遮光部を形成する遮光部形成工程であって、第２領域については、該第２領域に形成される透明部を覆って、間隙領域に遮光性を有する遮光部を形成する遮光部形成工程と、
透明基板のうちで、第１領域に形成される透明部を覆って、各画素形成領域に着色インクをインクジェット法により付着させ、予め定める色相を有する画素部を形成する画素部形成工程とを含み、
画素形成領域内において、第１領域は、間隙領域に隣接し、
間隙領域内において、第２領域は、画素形成領域の縁部から離間し、
第１領域および第２領域に形成される透明部の厚みは、遮光部の厚みよりも小さく、
間隙領域に形成される遮光部のうち、第２領域に透明部が形成された間隙領域に形成される遮光部は、残余の遮光部よりも厚みが大きいことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また本発明は、前記透明部形成工程では、印刷法によって、前記透明部を形成し、
前記遮光部形成工程では、印刷法によって、前記遮光部を形成することを特徴とする。
さらに本発明は、前記印刷法は、反転印刷法であることを特徴とする。

さらに本発明は、予め定める色相でそれぞれ着色され、予め定める並列方向に間隔をあけて設けられる複数の画素部と、隣接する２つの画素部の間に設けられ、遮光性を有する遮光部とを含むカラーフィルタ層が透明基板上に設けられるカラーフィルタであって、
透明基板と、
透明基板上に設けられるカラーフィルタ層とを含み、
前記カラーフィルタ層は、
透明基板のうちで、各画素部が配置されるべき画素形成領域内の一部の第１領域と、隣接する２つの画素部の間となるべき間隙領域内の一部の第２領域とに形成され、透明基板から厚み方向に突出し、透光性を有する透明部と、
透明基板のうちで、間隙領域の全体にわたって設けられる遮光性を有する遮光部であって、第２領域については、該第２領域に形成される透明部を覆って、間隙領域に設けられる遮光性を有する遮光部と、
透明基板のうちで、第１領域に形成される透明部を覆って各画素形成領域に設けられ、予め定める色相を有する画素部とを含み、
画素形成領域内において、第１領域は、間隙領域に隣接し、
間隙領域内において、第２領域は、画素形成領域の縁部から離間し、
第１領域および第２領域に形成される透明部の厚みは、遮光部の厚みよりも小さく、
間隙領域に設けられる遮光部のうち、第２領域に透明部が形成された間隙領域に設けられる遮光部は、残余の遮光部よりも厚みが大きいことを特徴とするカラーフィルタである。

本発明によれば、透明部形成工程では、透明基板のうちで、各画素部が配置されるべき画素形成領域内の一部の第１領域と、隣接する２つの画素部の間となるべき間隙領域内の一部の第２領域とに、透明基板から厚み方向に突出した透明部が形成される。次に、遮光部形成工程では、透明基板のうちで、間隙領域の全体にわたって遮光性を有する遮光部が形成される。この遮光部形成工程では、第２領域については、該第２領域に形成される透明部を覆って、間隙領域に遮光部が形成される。次に、画素部形成工程では、透明基板のうちで、第１領域に形成される透明部を覆って、各画素形成領域に着色インクをインクジェット法により付着させ、予め定める色相を有する画素部が形成される。また、画素形成領域内において、第１領域は、間隙領域に隣接し、間隙領域内において、第２領域は、画素形成領域の縁部から離間している。さらにまた、第１領域および第２領域に形成される透明部の厚みは、遮光部の厚みよりも小さく、間隙領域に設けられる遮光部のうち、第２領域に透明部が形成された間隙領域に設けられる遮光部は、残余の遮光部よりも厚みが大きい。このように第２領域には透明部が形成され、第２領域に形成される透明部を覆って間隙領域に遮光部が形成される。したがって第２領域の透明部を覆って形成される遮光部は、残余の遮光部よりも厚み方向の寸法が大きくすることができる。これによって第２領域の透明部を覆って形成される遮光部は、スペーサとして用いることができる。したがってスペーサを作製するための工程が不要であるので、製造工程を単純化することができる。これによってフォトリソグラフィ法を用いることなく基板間のギャップを制御するスペーサを具備した遮光層を一括に形成することができる。またスペーサを作製するために他の部材が必要なく、カラーフィルタを製造するための透明部および遮光部を用いてスペーサを形成しているので、他の部材を新たに用いてスペーサを形成するよりも、製造コストを低減することができる。

また本発明によれば、透明部形成工程では、印刷法によって透明部が形成され、遮光部形成工程では、印刷法によって遮光部が形成される。このように透明部形成工程および遮光部形成工程にて、印刷法を用いることによって、透明部および遮光部の厚み方向の寸法を容易に制御することができる。これによって高精度にカラーフィルタを製造することができる。また透明部形成工程および遮光部形成工程に引き続く画素部形成工程では、第１領域に形成される透明部を覆って、各画素形成領域に着色インクをインクジェット法により付着させて画素部を形成するので、画素形成領域内であって画素部の膜厚を簡単に部分的に高精度に制御することができる。

さらに本発明によれば、印刷法は反転印刷法であるので、形成した透明部および遮光部の表面形状を平坦状に形成することができ、また高位置精度かつ均一な膜厚を形成することができる。

さらに本発明によれば、カラーフィルタ層は、画素形成領域内の一部の第１領域と、間隙領域内の一部の第２領域とに形成される透明部と、間隙領域の全体にわたって設けられる遮光性を有する遮光部であって、第２領域については、該第２領域に形成される透明部を覆って、間隙領域に設けられる遮光性を有する遮光部と、第１領域に形成される透明部を覆って各画素形成領域に設けられ、予め定める色相を有する画素部とを含む。また、画素形成領域内において、第１領域は、間隙領域に隣接し、間隙領域内において、第２領域は、画素形成領域の縁部から離間している。さらにまた、第１領域および第２領域に形成される透明部の厚みは、遮光部の厚みよりも小さく、間隙領域に設けられる遮光部のうち、第２領域に透明部が形成された間隙領域に設けられる遮光部は、残余の遮光部よりも厚みが大きい。透明部は、透明基板から厚み方向に突出し、透光性を有する。このような透明部が第２領域に形成され、透明部を覆って間隙領域に遮光部が形成される。したがって第２領域の透明部を覆って形成される遮光部は、残余の遮光部よりも厚み方向の寸法を大きくすることができる。これによって第２領域の透明部を覆って形成される遮光部は、スペーサとして用いることができる。したがってスペーサを作製するために他の部材が必要なく、カラーフィルタを製造するための透明部および遮光部を用いてスペーサを形成しているので、他の部材を新たに用いてスペーサを形成するよりも、製造コストを低減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態に先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１は、本発明の実施の一形態であるカラーフィルタ１０の製造手順を示す断面図である。製造手順は、図１（１）〜図１（５）の順で進む。カラーフィルタ１０は、半透過型カラーフィルタ１０であって、透明基板１１と、透明基板１１の厚み方向Ｙ一方の表面に形成されるカラーフィルタ層１２（以下、「フィルタ層１２」ということがある）とを含んで構成される。本実施の形態では、カラーフィルタ１０は、液晶表示装置の一部を構成する。

図２は、カラーフィルタ１０を示す平面図である。図１（５）を併せて参照して、フィルタ層１２には、複数の透明部１３，１４と、複数の画素部１５と、遮光部１６，１７とが形成される。透明基板１１は、光透過性を有し、たとえばガラス基板によって実現される。透明基板１１は、その厚み方向Ｙ一方の表面の領域に、画素形成領域１８と、間隙領域１９とが設定される。画素形成領域１８は、一部の透明部１３と、フィルタ層１２のうち各画素部１５とが配置される領域となる。また間隙領域１９は、フィルタ層１２のうち異なる色相に着色される２つの画素部の間となるべき領域である。間隙領域１９は、フィルタ層１２のうち、残余の透明部１４および遮光部１６，１７が配置される領域となる。

複数の透明部１３，１４は、透光性を有し、予め定める並列方向Ｘに間隔をあけて並んで形成される。複数の透明部１３，１４のうち、一部の透明部１３は、画素形成領域１８の一部に形成され、間隙領域１９に隣接して設けられる。残余の透明部１４は、間隙領域１９の一部に形成され、画素形成領域１８から予め定める距離だけ離間して設けられる。

複数の画素部１５は、予め定める色相でそれぞれ着色され、一部の透明部１３を覆って並列方向Ｘに間隔をあけて並んで形成される。複数の画素部１５は、それぞれ画素形成領域１８の全域にわたって設けられる。複数の画素部１５は、複数の種類が設定される。種類毎の画素部１５は、異なる色相で着色される。異なる色相の画素部１５は、並列方向Ｘに間隔をあけて並んで形成される。また並列方向Ｘおよび基板厚み方向Ｙに直交する方向には、同じ色相の画素部１５が並ぶ。たとえば画素部１５は、色相の異なる３つグループに分けられる。第１のグループに属する画素部１５は、赤色（レッド）に着色される。第２のグループに属する画素部１５は、緑色（グリーン）に着色される。また第３のグループに属する画素部１５は、青色（ブルー）に着色される。

遮光部１６，１７は、いわゆるブラックマトリクスであって、遮光性を有する。遮光部１６，１７は、各画素部１５の間である間隙領域１９の全域にわたって形成され、各画素部１５の間に形成される残余の透明部１４を覆って設けられ、本実施の形態では格子状に形成される。遮光部１６，１７の一部であって、残余の透明部１４に対応する部分１６は、スペーサとしての機能を有し、残余の遮光部１７の基板厚み方向Ｙの寸法より、大きく形成される。

図３は、カラーフィルタ１０の製造手順を示すフローチャートである。図４は、図１（２）の透明基板１１を示す平面図である。前述のような透明基板１１と、フィルタ層１２とを含むカラーフィルタ１０に関して、本実施の形態では、インクジェット法を用いて各画素部１５を形成する。以下に、本実施形態のカラーフィルタ１０の製造方法について図３のフローチャートを用いて説明する。

まずステップａ１では、図１（１）に示すように透明基板１１を準備し、図１（２）および図４に示すように、透明基板１１のうちで、画素形成領域１８内の一部の第１領域２０と、間隙領域１９内の一部の第２領域２１とに、透明基板１１から厚み方向Ｙに突出した透光性を有する透明部１３，１４を形成し、ステップａ２に移る。第１領域２０に形成される透明部１３が、前述の一部の透明部１３であり、第２領域２１に形成される透明部１４が残余の透明部１４である。第１領域２０は、画素形成領域１８内であって、本実施の形態では間隙領域１９に隣接して設定される。第２領域２１は、間隙領域１９内であって、画素形成領域１８の縁部から離間して設定される。透明部１３，１４は、本実施の形態では、印刷法、好ましくは反転印刷法によって形成される。形成する透明部１３，１４の膜厚は、半透過型カラーフィルタとしての使用を考慮すれば、後に形成する遮光部１６，１７の膜厚より小さくされる。なお所望なら、第１領域に形成される透明部１３と第２領域に形成される透明部１４とを別々に形成することにより、両者の高さを変えることも可能である。

ステップａ２では、図１（３）に示すように、第２領域２１に形成される透明部１４を覆うとともに、間隙領域１９全体にわたって遮光性を有する遮光部１６，１７を形成し、ステップａ３に移る。本実施の形態では、印刷法、好ましくは反転印刷法によって遮光性を有する遮光部１６，１７を形成する。ステップａ３では、透明基板１１のうちで、第１領域２０に形成される透明部１３を覆って、各画素形成領域１８に着色インク２２を付着させ、予め定める色相を有する画素部１５を形成し、本フローを終了する。

ステップａ３では、図１（４）に示すように、着色インク２２をインクジェット法によって付着させる。具体的には、噴射ヘッドから噴射させた着色インク２２を着弾すべき画素形成領域１８の着弾位置に選択的に着弾させる。たとえば各着色インク２２は、色相の異なる３つのグループに分けられ、各画素部１５のグループのいずれかに対応する。各グループに属する着色インク２２を、対応するグループの各画素部１５を形成すべき、画素形成領域１８の位置にそれぞれ着弾させる。次に、着色インク２２の着弾後に熱処理を行うことによって、着色インク２２中の溶剤を蒸発させて、図１（５）に示すように、着色インク２２の種類に応じた画素部１５をそれぞれ形成する。本実施の形態では、グループ毎の着色インク２２を透明基板１１に付着させるたびに、熱処理、いわゆるプリベークを繰返して、複数の画素部１５をそれぞれ形成する。このようにステップａ３にて、図１（５）に示すように透明基板１１とフィルタ層１２とを有する半透過型カラーフィルタ１０を形成することができ、カラーフィルタ１０の製造手順を終了する。

またステップａ１において透明部１３，１４を形成するための反転印刷用の透光性樹脂（クリアー樹脂）としては、精密パターンを形成する目的に応じて、その必要な機能を有する材料であり、使用する溶剤に可溶であれば好適に用いることができる。透光性樹脂として、たとえばポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、およびベンゾグアナミン系樹脂などが、それぞれ単独で又は２種以上の混合物の形で用いられる。また透光性樹脂として、たとえばラジカル型紫外線硬化型樹脂、カチオン型紫外線硬化型樹脂、および電子線硬化型樹脂などを使用することも可能である。

透光性樹脂に使用する溶剤としては、速乾性溶剤と遅乾性溶剤の２種を用いるのが好ましい。速乾性溶剤は、印刷用のブランケット上にインキ塗膜が形成される時には、インキ組成物が良好な流動性を与えるために好適であり、その後、印刷用版である凸版にて画像化されるまでにその大部分が大気中に揮発またはブランケットに吸収されることで、インキ塗膜の粘度を上昇させ、転移に適切な粘着性を付与する。速乾性溶剤は、全インキ組成物中、５〜９０質量％、好ましくは１０〜６０質量％で配合される。速乾性溶剤としては、樹脂の溶解性を考慮して選択されるが、たとえば次のものが挙げられる。すなわち、エステル系溶剤として、たとえば酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸イソプロピルなどが、アルコール系溶剤として、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールなどが、および炭化水素系溶剤として、たとえばペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、キシレンなどが、それぞれ挙げられる。またこれらは、それぞれの系内で、または複数の系に及ぶ混合物でもよい。なかでも、速乾性溶剤として、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、エタノールおよび２−プロパノールが、その蒸発速度や表面張力から見て好ましい。

遅乾性溶剤は、凸版によりブランケット上に画像形成されたインキ塗膜が最終的に被印刷基材上に転写されるまでの間、ある程度インキ塗膜中に残留することで、インキの粘度が過度に上昇することを防ぎ、転写に必要な適度な粘着性および凝集力を保持するために用いられる。遅乾性溶剤は、全インキ組成物中、５〜９０質量％、好ましくは３０〜７０質量％で配合される。遅乾性溶剤は、樹脂の溶解性を考慮して選択されるが、たとえば次のものが挙げられる。すなわち、エステル系溶剤として、たとえば酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エトキシエチルプロピオネート、ソルフィットＡＣ（３−メトキシ−３−メチルブチルアセテートの商品名、株式会社クラレ製）などが、アルコール系溶剤として、たとえば１−ブタノール、ダイヤドール１３５（三菱レイヨン株式会社製）、１−ヘキサノールなどが、エーテル系溶剤として、たとえばプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどが、および炭化水素系溶剤として、たとえばアイソパー、ソルベッソ１００、ソルベッソ１５０（いずれも商品名、エクソン化学株式会社製）などが、それぞれ挙げられる。またこれらは、それぞれの系内で、または複数の系に及ぶ混合物でもよい。なかでも、遅乾性溶剤として、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートやプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートが、その蒸発速度および表面張力の観点から好ましい。

また、インキ塗膜の各プロセスにおける転移に必要な適度な粘着性および凝集力を保持し、正確なパターン形成を可能とするために、揮発性溶剤に可溶な樹脂と、揮発性溶剤に不溶な固形成分の質量比率が１：５０〜２：１、好ましくは１：２０〜１：１の範囲で用いることが好ましい。

反転印刷用の透光性樹脂として、精密パターンニングの観点から溶剤に可溶な樹脂以外に、透明フィラーを添加することが好ましい。透明フィラーとしては、非晶質合成シリカおよび透明樹脂ビーズが例示される。透明フィラーのサイズは、たとえば平均粒子径で１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

ステップａ２において遮光部１６，１７を形成するための反転印刷用の遮光性樹脂としては、遮光性の黒色顔料を用いることを除けば、前述の透明部１３，１４を形成するための透光性樹脂と同様の樹脂および溶剤が用いられる。黒色顔料としては、たとえばＣ．Ｉ．ピグメントブラック７（カーボンブラック）、Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１（アニリンブラック）、およびＣ．Ｉ．ピグメントブラック１１（鉄黒）が用いられる。なかでもカーボンブラックが好ましい。また調色用として、黒色以外の顔料を併用することもできる。調色のために併用される顔料としては、たとえば紫色顔料、青色顔料、および緑色顔料などが挙げられる。調色用顔料を用いる場合は、全顔料の量を基準に、４０重量％以下の割合で使用される。また、顔料は全体として、インク組成物の全固形分量を基準に、１０〜６０重量％程度の割合で使用される。

ステップａ３においては、ピエゾ駆動方式の噴射ヘッドを用いて、着色インク２２を透明基板１１に付着させる。この場合、噴射ヘッドは、噴射ヘッドのインクタンク内にピエゾ（圧電）素子が設けられる。ピエゾ素子に電流を流すことで、ピエゾ素子を膨張させて、噴射ノズルから着色インク２２を噴射させることができる。着色インク２２は、たとえば５重量部の顔料と、２０重量部の溶剤と、５重量部の重合開始剤と、７０重量部の紫外線（ＵＶ）硬化樹脂とで構成される。着色インク２２は、赤（レッド）、緑（グリーン）または青（ブルー）に相当する。本実施形態では、各色毎に透明基板１１に着色インク２２を付着させ、各色毎にプリベークを繰返すことで、それぞれ２μｍの厚み寸法を有する画素部１５を形成する。各色毎に着色インク２２の付着とプリベークを繰返すことで、着色インク２２の混色を防ぐことができる。

画素部１５を形成するための、着色インク２２に使用される着色剤としては、透明基板１１上に画素部１５を形成した状態で可視光波長領域のうち、特定の波長領域の吸光度が２以上であり、その他の波長領域では可及的に０に近いことが好ましい。特に、耐熱性と耐光性とを有する顔料であることが好ましい。

各着色インク２２に含まれる溶剤は、たとえばプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（propylene glycol monomethyl ether acetate、略称：ＰＧＭＥＡ）を用いる。重合開始剤としては、たとえば商品名“イルガキュア３６９”（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）ブタノン−１）を用いる。またＵＶ硬化樹脂としては、たとえばジぺンタエリスリトールヘキサアクリレート（商品名“カヤラッドＤＰＨＡ”、日本化薬株式会社製）を用いる。

顔料としては有機および無機の顔料を用いることができ、カラーインデックス（The
Society of Dyers and Colourists から出版）でピグメント（Pigment）に分類されている化合物が挙げられる。具体的な顔料としては、次のようなものを挙げることができる。

黄色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１、３、１２、１３、１４、１５、１６、１７、２０、２４、３１、５３、８３、８６、９３、９４、１０９、１１０、１１７、２５、１２８、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６６、１７３、１９４、および２１４などがある。

オレンジ色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５、７１、および７３などがある。

赤色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド９、９７、１０５、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７６、１７７、１８０、１９２、２０９、２１５、２１６、２２４、２４２、２５４、２６４、および２６５などがある。

青色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５、１５：３、１５：４、１５：６、および６０などがある。

紫色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１、１９、２３、２９、３２、３６、および３８などがある。

緑色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン７、３６、および３７などがある。
茶色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントブラウン２３、および２５などがある。

これらのなかでも好ましい顔料として、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３８、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５０、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２０９、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３、およびＣ．Ｉ．ピグメントグリーン３６が挙げられる。

これらの有機顔料および無機顔料は、それぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。これらの有機顔料および無機顔料のうち、有機顔料は、ロジン処理、酸性基または塩基性基が導入された顔料誘導体などを用いた表面処理、高分子化合物などによる顔料表面へのグラフト処理、硫酸微粒化法などによる微粒化処理、あるいは不純物を除去するための有機溶剤および水などによる洗浄処理が施されていてもよい。

図５は、遮光部１６の一部を拡大して示すカラーフィルタ１０の断面図である。残余の遮光部１７（以下、「平坦状遮光部１７」ということがある）より、基板厚み方向Ｙの寸法が大きい遮光部１６（以下、「突出遮光部１６」ということがある）の基板厚み方向Ｙの内方には、残余の透明部１４（以下、「スペーサ用透明部１４」ということがある）が設けられる。本実施の形態では、図２に示すように、平坦状遮光部１７と突出遮光部１６とは一体に形成される。

スペーサ用透明部１４のサイズは、突出遮光部１６からスペーサ用透明部１４によって光漏れが発生する可能性を考慮すれば、突出遮光部１６より小さいことが好ましく、印刷法によりスペーサ用透明部１４が完全に覆われるサイズであることが最も好ましい。図５に示すように、突出遮光部１６の透明基板１１から最も遠い部分の透明基板１１からの寸法ｈ１から、スペーサ用透明部１４の高さ寸法ｈ２を減じた値が、平坦状遮光部１７の高さ寸法ｈ３と略等しい。したがって突出遮光部１６は、平坦状遮光部１７よりスペーサ用透明部１４の高さ寸法ｈ２だけ、大きくなる。スペーサ用透明部１４を完全に覆うために、スペーサ用透明部１４の高さ寸法ｈ２より、平坦状遮光部１７の高さ寸法ｈ３が大きく形成され、好ましくは２倍以上大きく形成される。スペーサ用透明部１４の高さ寸法ｈ２は、たとえば１μｍに設定され、これによって突出遮光部１６は平坦状遮光部１７より１μｍだけ高さを大きくすることができる。したがってスペーサの高さ寸法を高精度に設定することができる。また突出遮光部１６の最も透明基板１１に近い部分の並列方向Ｘの幅寸法ｗ１は、スペーサ用透明部１４の並列方向Ｘの幅寸法ｗ２より大きくなるように選択され、これによってスペーサ用透明部１４を完全に覆うことができる。

このような突出遮光部１６に覆われるスペーサ用透明部１４の形状は、例示した四角形には限定されるものではなく、スペーサとして十分な耐性を有するものであればよい。前述のようにスペーサ用透明部１４と突出遮光部１６との一部積層によりスペーサを一括作製するが、透明部１３，１４と所望するスペーサ高さが異なり一括作製が困難な場合は、所望するスペーサ高さまで、透明部１３，１４を重ね刷りすることによって形成することもできる。または別途所望するスペーサ高さとなる様に透明部１３，１４を反転印刷法によって形成することもできる。

次に、反転印刷法に関して説明する。図６は、反転印刷法による透明部１３，１４および遮光部１６，１７の製造方法を段階的に表す断面図である。図６（１）に示すように、インキ塗布装置２４は、スリットコータ法によって、インキがブランケット２３の表面で均一な層を形成するように、下方から表面張力でインキを塗布する。次に、図６（２）に示すように、表面に均一なインキ塗膜２５が形成されたブランケット２３の表面に向かって印刷用版である凸版２６を変位させる。次に、図６（３）に示すように、凸版２６を押圧して接触させ、凸版２６の凸部２６ａの表面に、ブランケット２３の表面上のインキ塗膜２５の一部２５ａを付着、転移させる。これによりブランケット２３の表面に残ったインキ塗膜２５には印刷パターン（画像）が形成されることになる。次に、図６（４）に示すように、この状態のブランケット２３を透明基板１１の表面に押圧して、ブランケット２３上に残ったインキ塗膜２５を転写する。そして、透明部用のインキおよび遮光部用のインキをそれぞれ用い、対応する印刷用版２６を用いることによって、透明基板１１上に所望のパターンの透明部１３，１４および遮光部１６，１７を形成することができる。

ブランケット２３はローラ状であり、その回転位置は、精度良く制御する。ブランケット２３と、印刷用版１６および透明基板１１に対する相対的な位置合わせは、予め位置決めパターンを形成しておくなどの方法で、精密に行うことができる。シリコーンゴム製のブランケット２３への有機着色剤の塗布は、コーターヘッド、ＣＡＰコータおよびロールコータなど、必要な膜厚を得るために、その他いずれのコータを利用してもよい。

このような反転印刷法によって、ブランケット２３にインクを均一膜厚で形成し、印刷用版２６を用いてパターン形成するため、不要のインク塗膜２５ａを除去し、反転パターンをブランケット２３上に形成した後、透明基板１１上に一括転写することができる。

ブランケット２３の表面材料は通常シリコーンゴムで構成されており、透明部１３，１４および遮光部１６，１７を形成するためのインキ組成物が、このシリコーンゴムに対して良好に付着し、均一なインキ塗膜が形成されるために、このシリコーンゴム層は、インキ組成物に対する接触角を３５°以下とすることが望ましい。この接触角は、簡易的にはインキ組成物を構成する溶媒に対する値として求めてもよい。接触角の測定は、市販の自動接触角計（例えば、協和界面化学株式会社製ＣＡ−Ｗ１５０など）を用いて行われる。

前述のように得られるカラーフィルタ１０は、たとえば液晶ディスプレイに用いられる。液晶ディスプレイは、図示しない偏光板、ガラス板、透明電極、配向膜、およびカラーフィルタ１０と、これらによって挟まれる液晶、液晶に厚みを持たせるためのスペーサによって構成されている。スペーサは２枚の基板の間隔を一定に保ち、そこに注入される液晶の厚みを一定にするために必要なギャップの役目をする構造物である。前述したように本実施の形態では、カラーフィルタ１０を製造する工程で、スペーサが遮光部１６に一体に設けられるので、従来の技術のようにスペーサを別体として設ける必要が無い。

以下に実施例を挙げ、本発明のカラーフィルタ１０を具体的に説明するけれども、本発明は以下の記載内容に限定されるものではない。例中、使用量ないし含有量を表す部および％は、特記ない限り重量基準である。

透明基板１１として、コーニング社製の無アルカリガラス基板（縦寸法３７０ｍｍ、横寸法４７０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、型番１７３７）を用いる。この透明基板１１に、透明部１３，１４を形成するための透明部印刷用インキを、前述した図６に示す反転印刷法によって印刷し、透明部１３，１４を形成する。なお反転印刷に際し、ブランケット２３としては、表面にシリコーン樹脂を被覆した金属ロール（以下、「ブランケット胴」ということがある）を使用した。また、印刷版２６として、表面を透明部１３，１４のパターンの反転パターンに応じた凹凸パターンに加工した平板状ガラスを使用した。具体的には、前述したように、透明部印刷用インキをロール状のブランケット２３上にスリットコータ法により塗布し、一様なインク塗布層を形成した。次に、印刷版２６によって不要な部分を除去し、ブランケット２３上に透明部に相当するパターンを形成した。その後、このパターンが形成されたブランケット上に透明基板１１の一方の主面を当接して、この主面上にパターンを転写し、透明部１３，１４を形成した。

次に、遮光部１６，１７を形成した。遮光部１６，１７を形成するための遮光部印刷用インキは、以下のようにして調製した。まず、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２２５.０ｇに分散剤としてノニオン性界面活性剤１８.１ｇを溶かした溶液を高速で攪拌しながら、そこへ、カーボンブラック（三菱化学株式会社製のＭＡ−１００）６０.３ｇを徐々に添加し、３０分間高速攪拌を継続してプレミックスした。次に、このプレミックスした液をビーズミルで処理して、カーボンブラックが均一に分散した顔料分散液を調製した。調製した顔料分散液を攪拌しながら、そこへ、メタクリル酸とベンジルメタクリレートとのモル比３５／６５の共重合体であって、重量平均分子量約５０，０００の樹脂３５.7ｇ、モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート１５.４ｇ、速乾性溶剤として酢酸エチル１４０.０ｇ、および遅乾性溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート１９５.０ｇからなる樹脂溶液を徐々に仕込み、遮光部印刷用インキを調製した。

得られた遮光部印刷用インキを前述の図６に示す反転印刷法によって印刷して、遮光部１６，１７を形成した。反転印刷に際し、ブランケット２３としては、表面にシリコーン樹脂を被覆した金属ロールを使用した。また、印刷用版２６として、表面が遮光部１６，１７のパターンの反転パターンに応じた凹凸パターンに加工された平板状ガラスを使用した。まず、上記のようにして調製した遮光部印刷用インクをブランケット２３上にスリットコータ法により塗布し、一様なインク塗布層を形成した。次に、印刷用版２６によって不要な部分を除去し、ブランケット上に遮光部のパターンに相当するパターンを形成した。その後、このパターンが形成されたブランケット上に、先に透明部１３，１４を形成した透明基板１１の一方の主面を当接して、この主面上にブランケット上のパターンを転写し、遮光部１６，１７を形成した。これによって意図的に透明部１４と遮光部１６が積層された第２領域２１では、ギャップを制御するスペーサとして機能する突出遮光部１６が形成された。このとき、平坦状遮光部１７の高さ寸法は２μｍ、突出遮光部１６の高さ寸法は、下の透明層を含めて３μｍとした。したがって、スペーサとして機能する突起は１μｍとなる。

着色インク２２のうち緑色インキは、以下のようにして調製した。まず、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６を６５部、分散剤アジスパーＰＢ８２１（酸価１７ｍｇ（ＫＯＨ）／ｇ；味の素ファインテクノ株式会社製）を３０部、およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを１３０部混合し、回転数５００ｒｐｍにて１時間ディスパーで混合した。次いでジルコニアビーズを１５００部加え、高速攪拌ミルで５時間分散し、さらに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを３９０部加え、顔料分散液（Ａ）を得た。こうして得られた顔料分散液（Ａ）に、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３８を３５部加え、回転数５００ｒｐｍにて１時間ディスパーで混合し、顔料分散液（Ｂ）を得た。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３９.５部に、酸価１００ｍｇＫＯＨ／ｇのバインダー樹脂（ベンジルメタクリレート／メタクリル酸共重合体、重量平均分子量２５，０００、固形分４０％）１０.６部、光重合性化合物（ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）３.５部、前記の顔料分散液（Ｂ）４５．２部を順次加えていき、着色インク２２（緑色）を得た。

顔料を変更し、それに伴って顔料の使用量（濃度）を適宜変更し、その他は上の方法に準じて、赤色インキ及び緑色インキを得ることができる。

画素形成領域１８に対して、赤色、緑色、および青色着色インク２２を使用し、インクジェット印刷装置により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々の着色層を形成し、カラーフィルタ１０を得た。

以上説明したように、本実施の形態のカラーフィルタ１０の製造方法では、ステップａ１に対応する透明部形成工程で、透明基板１１のうち、各画素部１５が配置されるべき画素形成領域１８内の一部の第１領域２０と、隣接する２つの画素部１５の間となるべき間隙領域１９内の一部の第２領域２１とに、透明基板１１から厚み方向Ｙに突出する透明部１３，１４が形成される。次に、ステップａ２に対応する遮光部形成工程で、透明基板１１のうち、第２領域２１に形成される透明部１４を覆って突出遮光部１６が形成されるとともに、間隙領域１９に平坦状遮光部１７が形成される。次に、ステップａ３に対応する画素部形成工程で、透明基板１１のうち、第１領域２０に形成される透明部１３を覆って、各画素形成領域１８に着色インク２２をインクジェット法により付着させ、予め定める色相を有する画素部１５が形成される。このように第２領域２１には透明部１４が形成され、第２領域２１に形成される透明部１４を覆って間隙領域１９に遮光部１６，１７が形成される。したがって第２領域２１の透明部１４を覆って形成される遮光部１６は、残余の遮光部１７よりも基板厚み方向Ｙの寸法を大きくすることができる。これによって第２領域２１の透明部１４を覆って形成される遮光部１６は、スペーサとして用いることができる。したがってスペーサを作製するための工程が不要であるので、製造工程を単純化することができる。これによってフォトリソグラフィ法を用いることなく、基板間のギャップを制御するスペーサを具備した遮光部１６を残余の遮光部１７とともに一括して形成することができる。またスペーサを作製するために他の部材が必要なく、カラーフィルタ１０を製造するための透明部１４および遮光部１６を用いてスペーサを形成しているので、他の部材を新たに用いてスペーサを形成するよりも、製造コストを低減することができる。

また本実施の形態では、印刷法によって透明部１３，１４および遮光部１６，１７が形成される。このように印刷法を用いることによって、透明部１３，１４および遮光部１６，１７の厚み方向Ｙの寸法を容易に制御することができる。これによって高精度にカラーフィルタ１０を製造することができる。

また画素部１５は、インクジェット法によって形成されるので、インクジェット法だけで画素部１５の厚み方向Ｙの寸法を部分的に変更することは困難であるが、画素形成領域１８内の第１領域２０に透明部１３が形成されるので、画素形成領域１８内であって画素部１５の膜厚を簡単に部分的に高精度に制御することができる。したがって半透過型カラーフィルタ１０を、インクジェット法と印刷法を用いることによって、簡便に製造することができる。

さらに本実施の形態では、印刷法は反転印刷法であるので、形成した透明部１３，１４および遮光部１６，１７の表面形状を平坦状に形成することができ、また高位置精度かつ均一な膜厚を形成することができる。反転印刷法において、遮光部印刷用インクに撥インク剤を添加することで、遮光部１６，１７に撥インク処理が必要な場合は、別工程で撥インク層を形成または撥インク処理を施す必要がない。

前述した本実施の形態は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえばカラーフィルタ１０は、液晶表示装置に用いられるとしたが、これに限定せず、他の表示装置に用いられてもよい。たとえば電解放射型表示装置、蛍光表示装置およびプラズマディスプレイの一部を構成するカラーフィルタに用いられてもよい。またカラーフィルタ１０は、表示装置以外に用いられてもよく、たとえばプロジェクタなどの投影装置に用いられてもよい。

本実施の形態では、各色毎に透明基板１１の画素形成領域に着色インク２２を付着させ、各色毎にプリベークを繰返した。他の形態として、複数の色相の着色インク２２を同時に、透明基板１１に付着させてもよい。これによって生産効率をさらに向上させることができる。また噴射ヘッドにおける噴射ノズルが乾燥することを防いで、液滴噴射量および液滴噴射方向のバラツキを小さくすることができる。

また本実施の形態では、突出遮光部１６は、画素部１５の対角線上に部分的に位置するように形成されるが、このような位置に限ることはなく、スペーサとして間隔を確実に確保することができる位置、および負荷を効果的に分散できる位置に適宜形成すればよい。

図７は、本発明の他の実施の形態に係るカラーフィルタ１０Ａを示す平面図である。本実施の形態のカラーフィルタ１０Ａは、図７に示すように、画素部１５に設けられる透明部１３が画素部１５の中央付近に設けられる。換言すると、画素部１５に設けられる透明部１３が、遮光部１６，１７から離間して設けられる。このような構成であっても、前述の図１〜図６に関連して説明したカラーフィルタ１０と同様の作用および効果を達成することができる。

本発明の実施の一形態であるカラーフィルタ１０の製造手順を示す断面図である。 カラーフィルタ１０を示す平面図である。 カラーフィルタ１０の製造手順を示すフローチャートである。 図１（２）の透明基板１１を示す平面図である。 遮光部１６の一部を拡大して示すカラーフィルタ１０の断面図である。 反転印刷法による透明部１３，１４および遮光部１６，１７の製造方法を段階的に表す断面図である。 本発明の他の実施の形態のカラーフィルタ１０Ａを示す平面図である。 第２の従来の技術のカラーフィルタ１を示す平面図である。 第２の従来の技術のカラーフィルタ１を、フォトリソグラフィ法を用いて製造する製造手順を示す断面図である。

符号の説明

１０ カラーフィルタ
１１ 透明基板
１２ カラーフィルタ層
１３，１４ 透明部
１５ 画素部
１６，１７ 遮光部
１８ 画素形成領域
１９ 間隙領域
２０ 第１領域
２１ 第２領域
２２ 着色インク

Claims (4)

1. 透光性を有する複数の透明部が予め定める並列方向に間隔をあけて並んで形成され、予め定める色相でそれぞれ着色される複数の画素部が一部の透明部を覆って並列方向に間隔をあけて並んで形成され、遮光性を有する遮光部が残余の透明部を覆って各画素部間に形成されるカラーフィルタ層を透明基板上に形成するカラーフィルタの製造方法であって、
   透明基板のうちで、各画素部が配置されるべき画素形成領域内の一部の第１領域と、隣接する２つの画素部の間となるべき間隙領域内の一部の第２領域とに、透明基板から厚み方向に突出し、透光性を有する透明部を形成する透明部形成工程と、
   透明基板のうちで、間隙領域の全体にわたって遮光性を有する遮光部を形成する遮光部形成工程であって、第２領域については、該第２領域に形成される透明部を覆って、間隙領域に遮光性を有する遮光部を形成する遮光部形成工程と、
   透明基板のうちで、第１領域に形成される透明部を覆って、各画素形成領域に着色インクをインクジェット法により付着させ、予め定める色相を有する画素部を形成する画素部形成工程とを含み、
   画素形成領域内において、第１領域は、間隙領域に隣接し、
   間隙領域内において、第２領域は、画素形成領域の縁部から離間し、
   第１領域および第２領域に形成される透明部の厚みは、遮光部の厚みよりも小さく、
   間隙領域に形成される遮光部のうち、第２領域に透明部が形成された間隙領域に形成される遮光部は、残余の遮光部よりも厚みが大きいことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 前記透明部形成工程では、印刷法によって、前記透明部を形成し、
   前記遮光部形成工程では、印刷法によって、前記遮光部を形成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の製造方法。
3. 前記印刷法は、反転印刷法であることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 予め定める色相でそれぞれ着色され、予め定める並列方向に間隔をあけて設けられる複数の画素部と、隣接する２つの画素部の間に設けられ、遮光性を有する遮光部とを含むカラーフィルタ層が透明基板上に設けられるカラーフィルタであって、
   透明基板と、
   透明基板上に設けられるカラーフィルタ層とを含み、
   前記カラーフィルタ層は、
   透明基板のうちで、各画素部が配置されるべき画素形成領域内の一部の第１領域と、隣接する２つの画素部の間となるべき間隙領域内の一部の第２領域とに形成され、透明基板から厚み方向に突出し、透光性を有する透明部と、
   透明基板のうちで、間隙領域の全体にわたって設けられる遮光性を有する遮光部であって、第２領域については、該第２領域に形成される透明部を覆って、間隙領域に設けられる遮光性を有する遮光部と、
   透明基板のうちで、第１領域に形成される透明部を覆って各画素形成領域に設けられ、予め定める色相を有する画素部とを含み、
   画素形成領域内において、第１領域は、間隙領域に隣接し、
   間隙領域内において、第２領域は、画素形成領域の縁部から離間し、
   第１領域および第２領域に形成される透明部の厚みは、遮光部の厚みよりも小さく、
   間隙領域に設けられる遮光部のうち、第２領域に透明部が形成された間隙領域に設けられる遮光部は、残余の遮光部よりも厚みが大きいことを特徴とするカラーフィルタ。

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