JP6036398B2 - 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、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ものである。

ディスプレイのカラー化を行う場合、一般的にカラーフィルタを用いることが多い。

特に、電子ペーパーに代表される反射型ディスプレイに用いられる場合、高透過率がカラーフィルタには求められている。即ち、高い透過率によりディスプレイとしての反射率低下を防ぐ必要がある。反射型ディスプレイにおける反射率は、ディスプレイの明るさ、コントラストや発色など視覚的な要素の多くに強く影響するため、非常に重要な特性である。

高い透過率を得るには、基本的に光が通過する媒質は少ないほど良いため、カラーフィルタを構成する要素を出来る限り少なくすることが望ましい。

ところで、カラーフィルタを形成する手法としては、インクジェット法やフォトリソグラフィ法、反転印刷法などが挙げられる。中でもインクジェット法は、無版印刷かつ非接触印刷であるために、その他の手法と比べ、低コストで製品を製造でき、異物の少ない製品が得られるという点で優れている。

また、インクジェット法を用いる場合、一般的には基材上に隔壁や受容層を設け、そこへインクを定着させることで着色画素を得ている。例えば、特許文献１には、インクジェット法を用いて受容層上にカラーフィルタを形成する手法が示されている。

しかし、隔壁や受容層の存在は光の透過率を低下させるため好ましくなく、明るい反射型ディスプレイを得る上での阻害要因となっている。

一方で、隔壁や受容層を用いない場合には、隣接する着色画素のインクが接触して混色が生じることが懸念される。この現象は、インクが必要以上に濡れ広がってしまうために生じるものであり、インクジェット法で使用可能なインクの溶媒比率が高いことに起因している。特許文献２には、基材表面を荒らすことにより、隔壁や受容層を用いずにカラーフィルタを形成する手法が示されている。しかし、基材表面を荒らすことは透過率を著しく低下させるため好ましくない。

特開平１１−８４１２１号公報 特開平１１−２７３５５７号公報

従って、基材表面を改質することなく、かつ、隔壁や受容層を必要としないインクジェット法によるカラーフィルタ形成の手法が望まれる。

本発明は、上記要望に鑑みて成されたものであり、基材上でのインク濡れ広がりを抑制し、混色のないカラーフィルタを提供するものである。

上記の課題を解決するための第１の発明は、透明基材と、透明基材上にマトリクス状に配置された複数の着色画素を有するカラーフィルタであって、透明基材の着色画素側の面に形成された複数の液吸収突起部を有し、複数の液吸収突起部は、隣り合う液吸収突起部を仮想の線によって結ぶことで、複数の区画領域を形成する格子が形成されるように配置され、区画領域内に、１つの着色画素が形成されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、液吸収突起部が、液吸収性を有する透明樹脂材により形成されることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、液吸収突起部が、インクジェット法により形成されることを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、着色画素が、インクジェット法により形成されることを特徴とする。

第５の発明は、透明基材上に複数の着色画素がマトリクス状に配置されたカラーフィルタの製造方法であって、透明基材の一方の面に、１つの着色画素が内側に形成される矩形の画素用領域の４つ頂点にそれぞれ液吸収突起部を形成する突起形成工程と、画素用領域よりも内側の着色予定領域に着色画素用の液滴を供給することにより、着色画素を形成する着色工程とを実行することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、着色工程では、着色予定領域の４隅に着色画素用の液滴を供給した後に、４隅の液滴の内側に着色画素用の液滴をさらに供給することにより、着色画素を形成することを特徴とする。

第７の発明は、第６の発明において、着色工程では、着色予定領域の４隅の各々に供給する各着色画素用の液滴の量よりも、４隅の液滴の内側に供給する着色画素用の液滴の量の方が多いことを特徴とする。

第１の発明によれば、透明基材上に液吸収突起部を設けることにより、液吸収突起部の周辺に着弾したインク滴が濡れ広がる前に、液吸収突起部がインク中の溶媒分を吸収する。この際、インク中の溶媒分が液吸収突起部に吸収されるため、インク中の顔料や樹脂成分などの着色固形成分は、着弾位置付近に留まる。従って、着色固形成分は所定の位置から大きく移動することはなく、隣接する着色画素との混色を生じさせずにカラーフィルタを得ることができる。

また、第２の発明によれば、液吸収突起部に透明樹脂を用いているため、透明基材上に液吸収突起部を設けたことによる透過率の低下を最小限に抑えることができる。

また、第３の発明によれば、インクジェット法により液吸収突起部を形成することで、無版印刷でかつ必要最小限の材料で、任意の位置へ液吸収突起部を形成することができる。

また、第４の発明によれば、インクジェット法により着色画素を形成するため、インクの吐出量を調節しやすい。そのため、液吸収突起部が吸収可能な最適量となるようにインクの吐出量を微調整でき、最適な画素形状を得ることができる。

また、第５の発明によれば、透明基材上の画素用領域の４つ頂点に液吸収突起部を形成する。その後に、画素用領域よりも内側の着色予定領域に着色画素用の液滴を供給することにより、着色画素を形成する。これにより、インク中の溶媒分が液吸収突起部に吸収されるため、インク中の溶媒分が液吸収突起部に吸収されるため、インク中の顔料や樹脂成分などの着色固形成分は着弾位置付近に留まることができる。

また、第６の発明によれば、液吸収突起部を形成後に、画素用領域よりも内側の着色予定領域の４隅に着色画素用の液滴を供給した後に、その４隅の液滴の内側に着色画素用の液滴をさらに供給することにより、着色画素を形成する。これにより、インク中の溶媒分が液吸収突起部に吸収されるため、インク中の顔料や樹脂成分などの着色固形成分は着弾位置付近に留まり、４隅の液滴の内側に供給された液滴も着色画素の内に留まることができる。また、着色部分が略四角になるため、着色率が高い画素を形成することができる。

また、第７の発明によれば、着色予定領域の４隅の各々に供給する各着色画素用の液滴の量よりも、その４隅の液滴の内側に供給する着色画素用の液滴の量を多くすることで、色抜けがなく、着色率が高い画素を形成することができる。

本発明の一実施形態によるカラーフィルタの一部の断面図 本発明の一実施形態による液吸収突起部および着色部の配置を説明するための図 本発明の一実施形態による液吸収突起部および着色部の形成過程を説明するための図

本発明の一実施形態によるカラーフィルタについて図１乃至図３を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係わるカラーフィルタの断面図である。

図１に示すカラーフィルタは、基材１（透明基材）と、複数の液吸収突起部２と、複数の着色部３（着色画素）とを備えている。

カラーフィルタでは、基材１上に複数の着色画素３がマトリクス状に配置されている。複数の液吸収突起部２は、基材１の着色画素３側の面に形成されている。複数の液吸収突起部２は、隣り合う液吸収突起部２を仮想の線によって結ぶことで、複数の区画領域を形成する格子が基板１上に形成されるように配置されている。各区画領域内には、１つの着色画素３が形成されている。着色画素３の全体が区画領域内に位置している。液吸収突起部２は複数の着色画素３の対角線の交差点に位置している。複数の着色画素３は、上記格子内に形成されている。

基材１には、任意の材質のものを用いることができる。基材１は、例えばガラス基板又はフィルム基板のように表面が平滑であることが好ましい。

液吸収突起部２は、基材１上に溶液を印刷することで形成される。印刷方法には、インクジェット法を用いることが好ましいが、突起形成の自由度や容易性には劣るものの、フォトリソグラフィ法や反転印刷法などを用いて作製しても良い。

液吸収突起部２の形成用の溶液には、透明樹脂を用いることが好ましく、固化後に吸液性を有することがより好ましい。また、インクジェット法にてノズルから吐出可能であることが望ましいが、その他の印刷法を用いる場合はその限りではない。

液吸収突起部２の形成用の溶液の材料には、透明樹脂として、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル、アクリル樹脂、ビニルアルコール樹脂等を用いることができるが、透明性・吸液性・諸耐性等の性能を満たすならばこの限りではない。

着色部３は、基材１上にインクジェット法にてインクを印刷することで形成される。着色部３の形成用のインクには、インクジェット法にてノズルから吐出可能なものが用いられる。このインクとしては、顔料系、染料系を問わず、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅをはじめとして、Ｃｙａｎ、Ｙｅｌｌｏｗ、Ｍａｇｅｎｔａなど様々な色を用いることができる。なお、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３色を用いることが好ましいが、色種や色数、組み合わせはこの限りではない。例えば、Ｒｅｄ、Ｃｙａｎの２色でも構わない。

着色剤として使用する顔料の具体例としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２１５、２１６、２０８、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ７、３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、 Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、 Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ２３などを用いることができる。しかし、これらに限定されるものではない。さらに、要望の色相を得るために、これらの顔料の２種類以上を混合して用いても構わない。

着色インクの材料の樹脂は、顔料（色素）との関係にて適宜選択されるものであり、カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂などが用いられる。なお、耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましい。

図２は、本発明の一実施形態による液吸収突起部２および着色部３の配置の一例である。

図２に示す各着色部３は、Ｒｅｄ画素４、Ｇｒｅｅｎ画素５、又はＢｌｕｅ画素６の何れかを形成している。空白部分（空白画素）と合わせて四つの画素（サブピクセル）の塊（ピクセル）を、繰り返し単位とする配置が好ましい。しかし、画素の配置や繰り返しパターンはこの限りではない。例えば、同一色が同列方向に続くようなストライプパターンでも構わない。

図２に示す各液吸収突起部２は、着色部３の中間に配置される。各液吸収突起部２は、着色部３と着色部３の間の未着色領域に配置される。カラーフィルタでは、ライン状の未着色領域によって格子が形成されている。この格子の格子点に、液吸収突起部２が形成されている。液吸収突起部２の平面形状は円形状が好ましい。しかし、液吸収突起部２が着色部３の範囲にかからなければよく、円形状に限定されない。液吸収突起部２の平面形状は、例えば、十字形状などであってもよい。

図３は、本発明の一実施形態によるカラーフィルタの製造方法を示す。図３は、液吸収突起部２および着色部３のインクジェット法による形成方法の一例である。

カラーフィルタの製造方法では、基材１の一方の面に、１つの着色画素３が内側に形成される矩形の画素用領域（印刷限界範囲８）の４つ頂点にそれぞれ液吸収突起部２を形成する突起形成工程と、画素用領域８よりも内側の着色予定領域（印刷予定範囲７）の４隅に着色画素用の液滴を供給した後に、その４隅の液滴の内側に着色画素用の液滴をさらに供給することにより、着色画素３を形成する着色工程とが実行される。突起形成工程では、液吸収突起部２が、印刷予定範囲７が隣り合う画素（画素用領域８）の四隅角部に形成されている。着色画素３は、着色画素３内の４隅に配列させる液滴を形成した後に、その他に配列される液滴を形成することで形成される。なお、着色工程では、着色画素用の液滴の供給を２回に分けているが、１回の着色画素用の液滴の供給だけで着色画素を形成してもよいし、着色画素用の液滴の供給を３回以上に分けてもよい。

具体的に、図３に示す液吸収突起部２を形成するため、インクジェット法により吐出された液滴（液吸収突起部２の形成用の溶液の液滴）は、着弾部において平面視で円形状を成す。この際、液吸収突起部２全体を着色部３の印刷予定範囲７より外へ形成する必要がある。続いて、着色部３を形成するためインク滴９を印刷予定範囲７の四隅へ印刷する。この時、インク滴９から溶媒分が液吸収突起部２へ吸収され、インク滴９は大きく濡れ広がる前に定着する。そのため、着色部３の印刷限界範囲８を超えることはなく、隣接する着色部３の接触による混色は発生しない。最後に、印刷予定範囲７の中央部へインク滴１０を追加し画素形成を完了する。

後から印刷する印刷予定範囲７の中央部へ供給する液滴のインク量は、印刷予定範囲７の四隅へ印刷する液滴のインク量よりも多いことが好ましい。中央部の液滴のインク量が少なすぎると、印刷予定範囲７の四隅へ印刷した液滴とくっつかず、多すぎると着色画素が印刷予定範囲７よりからはみ出てしまうためである。中央部へ供給する液滴のインク量は、着色画素の面積に応じて適宜設定すればよい。

実施例として、インクジェット法にて形成されたカラーフィルタについて説明する。

基材１として２１０ｍｍ×２９７ｍｍ、Ａ４サイズのＰＥＴフィルム（以下、「フィルム基材」という。）を用いた。

フィルム基材１をインクジェット印刷装置上に置き、インクジェット法を用いて液吸収突起部２を形成した。液吸収突起部２の材料としては、メラミン樹脂とジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートとの比率が１：３の混合液（液吸収突起部２の形成用の溶液）を用いた。液吸収突起部２一箇所につき、混合液の吐出量を６ｐｌとした。

フィルム基材１をクリーンオーブンにて８０度で３分間に亘って加熱乾燥させ、液吸収突起部付き基材を作製した。液吸収突起部２は、加熱乾燥を経て固化する。

液吸収突起部付き基材をインクジェット印刷装置に置き、着色部３をインクジェット法にて形成した。インクの材料としては、Ｒｅｄ顔料分散液とメラミン樹脂とジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートとの比率が１：１：３の混合液（着色部３の形成用のインク）を用いた。

印刷条件としては、着色部３ごとのインク吐出総量を８４ｐｌとし、狙いの画素面積が１９６００μｍ^２となるようにした。まず、狙いの着色部３の印刷予定範囲７の四隅へ６ｐｌずつ計２４ｐｌ印刷し、続いて中央部へ残りの６０ｐｌを印刷した。

液吸収突起部付き基材をクリーンオーブンにて８０度で３分に亘って加熱乾燥させ、カラーフィルタを作製した。

以上の工程にて作製したカラーフィルタは、液吸収突起部２によって着色部３の濡れ広がりが抑えられ、混色の発生も見られなかった。また、着色部３を除く要素は、ごく狭い範囲の液吸収突起部２のみであるため、透過率に優れている。これにより、実施例のカラーフィルタを得た。

本発明は、例えば、電子ペーパー、液晶ディスプレイ等の反射型ディスプレイのカラーフィルタなどに適用可能である。

１…基材（透明基材）
２…液吸収突起部
３…着色部（着色画素）
４…Ｒｅｄ画素
５…Ｇｒｅｅｎ画素
６…Ｂｌｕｅ画素
７…着色部の印刷予定範囲
８…着色部の印刷限界範囲
９…インク滴
１０…インク滴

Claims (7)

1. 透明基材と、前記透明基材上にマトリクス状に配置された複数の着色画素を有するカラーフィルタであって、
   前記透明基材の前記着色画素側の面に形成された複数の液吸収突起部を有し、
   前記複数の液吸収突起部は、隣り合う前記液吸収突起部を仮想の線によって結ぶことで、複数の区画領域を形成する格子が形成されるように配置され、
   前記区画領域内に、１つの前記着色画素が形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記液吸収突起部が、液吸収性を有する透明樹脂材により形成されることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記液吸収突起部が、インクジェット法により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタ。
4. 前記着色画素が、インクジェット法により形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のカラーフィルタ。
5. 透明基材上に複数の着色画素がマトリクス状に配置されたカラーフィルタの製造方法であって、
   前記透明基材の一方の面に、１つの着色画素が内側に形成される矩形の画素用領域の４つ頂点にそれぞれ液吸収突起部を形成する突起形成工程と、
   前記画素用領域よりも内側の着色予定領域に前記着色画素用の液滴を供給することにより、前記着色画素を形成する着色工程とを実行することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
6. 前記着色工程では、前記着色予定領域の４隅に前記着色画素用の液滴を供給した後に、前記４隅の液滴の内側に前記着色画素用の液滴をさらに供給することにより、前記着色画素を形成することを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法。
7. 前記着色工程では、前記着色予定領域の４隅の各々に供給する各着色画素用の液滴の量よりも、前記４隅の液滴の内側に供給する着色画素用の液滴の量の方が多いことを特徴とする請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法。