JP6379569B2 - カラーフィルタ、カラー反射型表示装置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、カラー反射型表示装置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に関し、カラーフィルタを用いる手法が一般的に使われている。透過型液晶用カラーフィルタの場合、ブラックマトリクスという格子状の枠が形成されており、枠の中にそれぞれ赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）を配列しているものが多い。この場合、バックライト型表示装置を用い、光が背面からカラーフィルタを通って映し出されるので、例えば赤い表示を写したい場合はＲ画素のエリアの光を出して、その他の画素のエリアを消せばよい。また、光量を調整する事で、明るい表示から暗い表示まで表現する事が出来る。また、自発光型表示装置の場合は着色部が光り、加える電圧で光量を調整出来る。

それに対し、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、透過型とは異なり、光を発光しないので、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、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い。さらに受容層は、反射面とカラーフィルタ層の距離を離れさせてしまい、光が反射面に当たり、拡散反射した際に、所望のカラーフィルタを通る光の量が減ってしまい、色がぼやけてしまう。また、角度をつけて反射型ディスプレイを見た場合、異なる色が見えてしまうため、視差が生じるという問題が発生する。この事が、明るく、視差が広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、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、上記課題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本発明の一局面は、透明基材と、前記透明基材上に配置された複数の着色画素と、前記着色画素と隣接する他の着色画素との間の、前記透明基材の着色画素が形成されていない領域内に、平面形状が円形状の複数の透明樹脂材が直線上に所定の間隔を空けて配列されることによって形成された隔壁とを有する、カラーフィルタである。

また、透明樹脂材は、シリコーン系またはフッ素系の撥液材料を含んでもよい。

また、前記複数の透明樹脂材の各々が繋がっていなくてもよい。

また、本発明の他の局面は、上述のカラーフィルタを反射型ディスプレイの表示面上に設置した、カラー反射型表示装置である。

また、本発明の他の局面は、透明基材と、透明基材上に配置された複数の着色画素を有するカラーフィルタの製造方法であって、透明基材の着色画素間の領域となる部分に、インクジェット法で透明樹脂材を含む透明インクを各液滴が繋がらないように印刷して隔壁を形成する工程と、隔壁に囲まれた領域の少なくとも一部に着色インクを印刷して着色画素を形成する工程とを含む、カラーフィルタの製造方法である。

また、透明インクは、シリコーン系またはフッ素系の撥液材料を含み、隔壁を形成する工程と着色画素を形成する工程との間に、透明樹脂材の撥液性を発現させる工程をさらに含んでもよい。

また、透明樹脂材の撥液性を発現させる工程において、透明インクが印刷された透明基材にＵＶ光を照射することにより、透明樹脂材の撥液性を発現させるとともに、透明基材の着色画素が形成される領域となる部分に親液性を発現させてもよい。

透明基材上の着色画素を付与しない部分に、透明インクを印刷することにより、透明インクが隔壁の役割を果たし、着色インクを印刷した際に、着色インクの混色を生じさせない。透明インクには透明樹脂を用いているため、透明基材上に透明インク液滴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、明るいカラーフィルタを得ることができる。

また、透明インクに含まれた、シリコーン系またはフッ素系成分が撥液性の効果を持つことで、着色インクの液量が多い場合でも、混色を生じさせずにカラーフィルタを得ることが出来る。

また、インクジェットで透明インキを滴下することによって、各々の透明インクの液滴が繋がらないように形成される。それぞれの液滴が繋がることによって発生する表面張力による液溜りを発生させる事がないため、着色画素は、直線形状となり、曲がりの無いカラーフィルタパターンを印刷し、ムラや混色が無いカラーフィルタを得ることができる。

また、ＵＶ光を照射することで、透明インクには撥液性を持たせ、混色を防ぐと共に、基材の着色印刷を行う部分には、着色インクに対し親液性を持たせることで、基材の着色部分への濡れ広がり性を上げ、着色面積率の高いカラーフィルタを得ることができる。

また、混色なく、着色面積率が高いカラーフィルタを得ることができるため、明るく、視野角が広い反射型ディスプレイを得る事ができる。

本発明の第１の実施形態によるカラーフィルタの一部の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るカラーフィルタの一部の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るカラーフィルタの一部の平面図である。

本発明の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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカラーフィルタ１０の断面図である。また、図２は、カラーフィルタ１０の平面図である。

図１および図２に示すカラーフィルタ１０は、基材１（透明基材）と、複数の透明インク部２と、複数の着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂからなる着色部３と、複数の透明インク部２からなる隔壁４とを備えている。

カラーフィルタ１０には、図２に示すように、基材１上に複数の着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂが直線状に配置されている。複数の隔壁４は、着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂを挟む位置に配置されている。また、隔壁４は、複数の透明インク部２が、直線状に並ぶことにより形成される。

基材１には、透明であれば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。基材１には、表面の濡れ性を均一化かつ制御する為、１０μｍ以下のごく薄い透明樹脂を塗布してもよい。ただし、反射層とカラーフィルタ層の距離が広がり、表示特性が低下するので、塗布する場合は薄い方が好ましい。

透明インク部２は、基材１に透明インクを用いて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、透明インク部２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。

透明インク部２の印刷に用いる透明インクには、透明樹脂を用いることが好ましく、固化後に撥液性を有することがより好ましい。また、透明インクは、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。また、透明インクにはインク受容性がない方が好ましい。インク受容性を有すると後述する着色部形成用の着色インクを滴下後に透明インクに着色インクが受容されて、隔壁４内部で隣接着色画素の着色インクと混色してしまい、隣接着色画素との境界がはっきり現れず、画像がきれいに表示されなくなるためである。

透明インク部２の形成には、透明インクを印刷後、乾燥、固化を実施する。乾燥手段および固化手段は加熱、送風、減圧、光照射、電子線照射の何れかの方法またはその２種類以上の組み合わせによる。撥液性を付与するには、熱乾燥もしくは、ＵＶ光の照射によるＵＶ硬化の方式で乾燥させる事が好ましい。ＵＶ光を照射する場合、基材１の着色画素を形成する部分には、着色インクに対し親液性を持たせ、濡れ広がり性を向上することができる。

透明インク部２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・諸耐性等の性能を満たすならばこの限りではない。

透明インク部２の材料には、撥液剤を含ませることが好ましい。撥液剤としては、シリコーン系、フッ素系材料を一例として、挙げることができる。具体的には、主鎖または側鎖に有機シリコーンやアルキルフルオロ基を有し、シロキサン成分を含むシリコーン樹脂やシリコーンゴムや、好ましくは含フッ素単量対または含フッ素重合体、例えばフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレン等や、これらの共重合体等のフッ素樹脂などを用いることができる。中でも好ましくは本発明の効果の点から含フッ素樹脂族ポリカーボネートである。含フッ素脂肪族ポリカーボネートの例は、含フッ素メタクリレートポリマーおよびパーフルオロポリエーテルである。

撥液剤は、透明インク中、固形分比として０．０１〜３．００（重量％）の割合で添加されるのが好ましい。添加量が０．０１（重量％）よりも少ない場合、撥液効果が少なく、透明インク部２に着色画素が接触し、着色画素の形がゆがんでしまう可能性がある。３．００（重量％）を超えて添加した場合には透明インクと着色画素の撥液性による界面の距離が大きくなってしまい、画素面積率が下がってしまう。

着色部３は、基材１上にインクジェット法にてインクを用いて印刷することで形成される。着色部３の形成用の着色インクには、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。着色インクとしては、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、着色インクには、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。

着色インクの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、２５４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ７、３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、 Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ２３などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。さらに、これらは要望の色相を得るために２種類以上を混合して用いても構わない。

着色インクの材料に用いる樹脂としては、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、色素との関係にて適宜選択されるものである。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に示すように、第１の実施形態では、各着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂは、Ｒｅｄ画素（３Ｒ）、Ｇｒｅｅｎ画素（３Ｇ）、又はＢｌｕｅ画素（３Ｂ）として形成している。同一色が同列方向（図の上下方向）に続くような直線形状が好ましい。着色部３に配置する着色インクとしては、例えばＲｅｄ画素とＣｙａｎ画素というように任意の２種類を交互に配置しても構わない。

隔壁４は、各着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂの間である未着色領域に直線状に並んだ複数の透明インク部２の液滴により形成される。各液滴はつながらず、液滴間には間隔が存在してもよい。透明インク部２の平面形状は、図２に示すように円形状が好ましい。しかし、透明インク部２が、未着色領域からはみ出すことにより、着色部３の範囲に大きくかからなければよく、円形状に限定されない。したがって、透明インク部２の平面形状は、例えば、棒形状や直線形状などであってもよい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るカラーフィルタ２０の平面図である。図３に示すように、カラーフィルタ２０は、空白部分（空白画素５）と３つの着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂとの４つの画素（サブピクセル）の塊（ピクセル）を単位として、格子状に繰り返し配置して形成される。各着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂ並びに空白画素５の間には、隔壁４を配置する。塊（ピクセル）を構成する４つの画素に配置する着色インクの種類としては、２種類、３種類、４種類のいずれかを選択できる。すなわち、４つの画素は、空白部分（空白画素５）と３つの着色画素３Ｒ、３Ｇ及び３Ｂでなくてもよく、異なる構成としてもよい。なお、第２の実施形態は、着色部３と隔壁４の配置以外（各部の材質や形成方法など）については、第１の実施形態と共通するため、これらの説明は省略する。

第２の実施形態において、隔壁４は、着色部３間に格子状に並んだ複数の透明インク部２の液滴により形成される。各液滴はつながらず、液滴間には間隔が存在してもよい。この場合も、第１の実施形態と同様に、透明インク部２の平面形状は円形状が好ましい。しかし、透明インク部２が、着色部３の範囲に大きくかからなければよく、円形状に限定されず、例えば、棒形状や直線形状などであってもよい。

（カラーフィルタの製造方法）
カラーフィルタ１０、２０の製造方法は、基材１の一方の面の、着色部３が形成される複数の画素用領域（印刷限界範囲）の間である未着色領域に、透明インク部２を間欠的に印刷する透明インク部形成工程と、画素用領域に着色インクを用いて着色部３を印刷する着色画素形成工程とを含む。なお、着色画素形成工程は、着色部３の印刷工程を１回で行ってもよいし、２回の着色画素の印刷工程に分けて着色部３を形成してもよいし、着色部３の印刷工程を３回以上に分けてもよい。

上述の製造方法を具体的に説明する。図１から図３に示す透明インク部２を形成するため、基材１の一方の面に、インクジェット法により液滴（透明インク部２の形成用の透明インクの液滴）を印刷する。吐出された液滴は、着弾部（基材１の表面）において平面視で円形状を成す。この際、透明インク部２は、着色部３を形成しない箇所（未着色領域）に形成する必要がある。続いて、着色部３を形成するため、インクジェット法により着色インク滴を用いて画素用領域へ着色画素を印刷する。この時、着色インク滴は、複数の透明インク部２により形成される隔壁４でせき止められる。このため、隣接する着色画素の互いの接触による混色は発生しない。

着色インクを印刷後、乾燥、固化を実施する。乾燥手段および固化手段は加熱、送風、減圧、光照射、電子線照射の何れかの方法、またはその２種類以上の組み合わせによる。

実施例１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のＡ４サイズのＰＥＴフィルム基材を用いた。

フィルム基材をインクジェット装置ステージ上に置き、インクジェット法を用いて透明インク部を直線状に形成した。透明インク部の材料としては、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（透明インク部２の形成用の溶液）に含フッ素脂肪族ポリカーボネートを０．０５（重量％）を添加したものを用いた。含フッ素脂肪族ポリカーボネートとしては、含フッ素メタクリレートポリマーを使用した。透明インク部１箇所につき、混合液の吐出量は３ｐｌとした。

透明インクの直線状の印刷パターンは液滴間隔が２５μｍ、直線と直線の間隔は２１０μｍとなるように印刷した。

フィルム基材１をクリーンオーブンにて７０度で３分間に亘って加熱乾燥させ、透明インク部付き基材を作製した。透明インク部は、加熱乾燥を経て固化する。乾燥後の透明インク部の直径は１０μｍとなった。

透明インク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。着色インクの材料としてはＲｅｄ顔料分散液、Ｇｒｅｅｎ顔料分散液、Ｂｌｕｅ顔料分散液の3種類の着色インクを用いた。この３種類のインク材料に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、着色インクを作製した。

印刷条件としては、１８ｐｌの液滴を４０μｍ間隔で直線状に印刷した。着色部分の線幅は２００μｍとした。

透明インク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、透明インク部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、ごく狭い範囲の透明インク部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１のカラーフィルタを得た。

このカラーフィルタの製造方法を用い、電子ペーパー上にカラーフィルタを形成し、分光色差計（コニカミノルタ株式会社製 ＣＭ−７００ｄ Ｄ６５光源）で測定したところ、Ｒｅｄ表示でａ＊＝１７、Ｇｒｅｅｎ表示でａ＊＝−２０、Ｂｌｕｅ表示でｂ＊＝−１８という鮮やかな表示ができた。

実施例２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、１２０ｍｍ×１５３ｍｍのサイズのＰＥＴフィルム基材を用いた。

フィルム基材をインクジェット装置ステージ上に置き、インクジェット法を用いて透明インク部を格子状に形成した。透明インク部の材料としては、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（透明インク部２の形成用の溶液）に含フッ素脂肪族ポリカーボネートを０．０５（重量％）を添加したものを用いた。含フッ素脂肪族ポリカーボネートとしては、含フッ素メタクリレートポリマーを使用した。透明インク部１箇所につき、混合液の吐出量は１．５ｐｌとした。

透明インクの格子状の印刷パターンは液滴間隔が２０μｍで、辺の長さが１５０μｍとなる正方形形状となるように印刷した。

フィルム基材１をＵＶ照射機にてＵＶ照射させ、透明インク部付き基材を作製した。透明インク部は、ＵＶ照射を経て固化する。乾燥後の透明インク部の直径は７μｍとなった。

透明インク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。着色インクの材料としてはＲｅｄ顔料分散液、Ｃｙａｎ顔料分散液の二種類の着色インクを用いた。この二種類のインク材料に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、着色インクを作製した。

印刷条件としては、１８ｐｌの液滴を枠内に９滴印刷した。着色部分の辺長さは１３６μｍとした。

透明インク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、透明インク部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、ごく狭い範囲の透明インク部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２のカラーフィルタを得た。

このカラーフィルタの製造方法を用い、電子ペーパー上にカラーフィルタを形成し、分光色差計（コニカミノルタ株式会社製 ＣＭ−７００ｄ Ｄ６５光源）で測定したところ、Ｒｅｄ表示でａ＊＝２３、Ｃｙａｎ表示でａ＊＝−２５、ｂ＊＝−１５という鮮やかな表示ができた。

このようなカラーフィルタは、反射型ディスプレイの表示面上に設置することで、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。

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 透明インク部
３ 着色部
３Ｒ 着色画素（Ｒｅｄ画素）
３Ｇ 着色画素（Ｇｒｅｅｎ画素）
３Ｂ 着色画素（Ｂｌｕｅ画素）
４ 隔壁
５ 空白画素

Claims (7)

1. 透明基材と、
   前記透明基材上に配置された複数の着色画素と、
   前記着色画素と隣接する他の着色画素との間の、前記透明基材の着色画素が形成されていない領域内に、平面形状が円形状の複数の透明樹脂材が直線上に所定の間隔を空けて配列されることによって形成された隔壁とを有する、カラーフィルタ。
2. 前記透明樹脂材は、シリコーン系またはフッ素系の撥液材料を含む、請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記複数の透明樹脂材の各々が繋がっていない、請求項１または２に記載のカラーフィルタ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のカラーフィルタを反射型ディスプレイの表示面上に設置した、カラー反射型表示装置。
5. 透明基材と、前記透明基材上に配置された複数の着色画素を有するカラーフィルタの製造方法であって、
   前記透明基材の前記着色画素間の領域となる部分に、インクジェット法で透明樹脂材を含む透明インクを各液滴が繋がらないように印刷して隔壁を形成する工程と、
   前記隔壁に囲まれた領域の少なくとも一部に着色インクを印刷して前記着色画素を形成する工程とを含む、カラーフィルタの製造方法。
6. 前記透明インクは、シリコーン系またはフッ素系の撥液材料を含み、
   前記隔壁を形成する工程と前記着色画素を形成する工程との間に、前記透明樹脂材の撥液性を発現させる工程をさらに含む、請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法。
7. 前記透明樹脂材の撥液性を発現させる工程において、前記透明インクが印刷された前記透明基材にＵＶ光を照射することにより、前記透明樹脂材の撥液性を発現させるとともに、前記透明基材の前記着色画素が形成される領域となる部分に親液性を発現させる、請求項５または６に記載のカラーフィルタの製造方法。

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