JP2006072176A - バンク、カラーフィルタ、表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーフィルタの生産性を低下させることなく、混色の発生を防止したバンクを提供する。
【解決手段】 カラーフィルタが形成される基板Ｐ上において、カラーフィルタを構成する画素を形成するように基板Ｐ上に立設されているバンク２の上端部において、隣接する画素間の略中央部にバンクの形成方向に画素を囲むように延びる溝４が形成されている。バンク２は、バンク２により形成される画素内に滴下されるインクが画素から溢れ出た場合に、溢れ出たインクを収容可能な容積を有する溝４を形成することができる高さに設定されているため、画素内に滴下されたインクが溝４に収容され混色が防止される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、カラーフィルタが形成される基板上に設けられたバンク、該バンクが設けられた基板を用いるカラーフィルタ、該カラーフィルタを備える表示装置及び該表示装置を搭載した電子機器に関するものである。

従来、カラーフィルタを製造する方法の一つとして、以下の方法が知られていた。即ち、まず、遮光材としてクロムの薄膜をフォトリソグラフィー及びエッチングによってパターニングし、ブラックマトリクスを形成する。その後、このブラックマトリクス間の間隙に赤、緑及び青の感光性樹脂（色材）を、一色毎にスピンコート法等によって塗布しフォトリソグラフィーによりパターニングする処理をそれぞれ行う。それによって、赤、緑及び青の着色層が隣り合って配置されたカラーマトリクスが形成され、カラーフィルタが製造されていた。しかし、この方法では、赤、緑、青の一色毎にフォトリソグラフィー工程を繰り返さなければならない。また、各色のパターニングに際して不要部分を除去するため感光性材料のロスが生じ製造コストが高くなると共に、フォトリソグラフィー工程の回数が多いため、フォトリソグラフィー工程において用いられる薬剤等の量が多くなり、カラーフィルタを製造するための環境負荷が高くなっていた。

そこで、環境負荷の軽減、感光性材料のロスを削減する方法として、インクジェット式の吐出装置を用いてカラーフィルタを製造する方法が提案されている。インクジェット式の吐出装置を用いた方法としては、例えば、透明基板上に、インクに対して濡れ性の低い材料で着色層（カラーマトリクス）の形成領域を区画する仕切りをマトリクス状に形成した後、インクジェット法を用いて非感光性色材（非感光性の色材を含むインク）を仕切り内（画素内）に塗布することにより、着色層を形成する。従って、フォトリソグラフィー工程の回数を低減させて環境負荷を軽減すると共に、各画素内にのみインクを塗布することによって色材のロスを低減させることができる。その一方、この製造方法においては、生産性の向上を図るため、赤、緑、青のインクを一度にそれぞれの画素内に塗布しているため、インクの混色という問題が発生していた。このインクの混色を防止する方法として、隣接する画素へのインクの流出を防ぐべく、画素を仕切っている凸部にフッ素系の材料を用いて撥インク処理を施す方法が存在する（特許文献１参照）。

特開平１０‐１１５７０３号公報

ところで、インクジェット法、即ち、インクジェット式の吐出装置を用いてカラーフィルタを製造する場合には、画素の容積以上のインクを画素内に滴下する。即ち、インクには、色材の他に所定の溶媒等が含まれているため、乾燥後の色材の体積を考慮して画素容積以上のインクが画素内に滴下される。その際、画素内に入りきらないインクは画素を仕切っている撥インク処理が施された凸部において弾かれ、球状に変化し、隣接する画素へ流入し、混色を生じる可能性がある。また、画素内に滴下されるインクの容積がある一定の量を超えた場合には、画素から溢れ出たインクが隣接する画素のインクと結合し、混色が発生するという問題がある。更に、混色を防止すべく、例えば、赤のインクを滴下し乾燥させた後、緑のインクを滴下して乾燥させ、その後、青のインクを滴下して乾燥させるというように、各色毎にインクを滴下するようにした場合、生産性が低下するという問題がある。

この発明の課題は、カラーフィルタの生産性を低下させることなく、混色の発生を防止したバンク、該バンクが設けられた基板を用いて形成されたカラーフィルタ、該カラーフィルタを備える表示装置及び該表示装置を搭載した電子機器を提供することである。

この発明に係るバンクは、カラーフィルタが形成される基板上において、該カラーフィルタを構成する画素を形成するように前記基板上に立設されているバンクであって、前記バンクの上端部であって、隣接する画素間の略中央部に前記バンクの形成方向に前記画素を囲むように延びる溝を有することを特徴とする。

このバンクによれば、バンクにより形成された、隣接する画素間の略中央部に溝が形成されている。従って、画素に滴下された色材（色材を含むインク）が画素から溢れ出た場合であっても、インクが溝に流れ込み隣接する画素に流入しないため、混色の発生を適切に防止することができる。

また、この発明に係るバンクは、前記バンクにより形成される画素内に滴下される色材の体積と、前記バンクで囲まれた画素の容積及び該画素を形成するバンクが有する溝の容積の合計容積とが略等しいことを特徴とする。

このバンクによれば、画素に滴下される色材、例えば、赤、緑及び青の中の何れか一つの色材を含むインクの体積と、画素の容積と溝の容積との合計容積とが略等しくなっている。従って、画素内に滴下されたインクが画素から溢れ出た場合であっても、溢れ出たインクがバンクに形成された溝に収容される。そのため、画素から溢れ出たインクが隣接する画素に流入したり、他の画素のインクと結合することによって、混色が発生することを確実に防止することができる。

また、この発明に係るバンクは、前記バンクの側面は親水性を有し、前記バンクの上端部は撥水性を有することを特徴とする。このバンクによれば、バンクの側面が親水性を有しているため、画素内に滴下されたインクが画素内において迅速に濡れ拡がり、インクが円滑に画素内に入るため、画素内における色むらの発生等を適切に防止することができる。また、バンクの上端部が撥水性を有しているため、画素内に滴下されたインクが隣接する画素のインクと結合するのを適切に防止し、混色の発生を防止することができる。

また、この発明に係るバンクは、前記バンクの上端部は山型の形状を有することを特徴とする。このバンクによれば、上端部が山型の形状を有しているため、画素内から溢れ出たインクをバンクに形成された溝内に的確に収容することができ、確実に混色の発生を防止することができる。

また、この発明に係るカラーフィルタは、この発明のバンクを有する基板を用いて形成されたことを特徴とする。このカラーフィルタによれば、隣接する画素間の略中央部に溝が形成されたバンクが立設された基板を用いて形成され、混色の発生が防止されている。

また、この発明に係る表示装置は、この発明のカラーフィルタを備えることを特徴とする。この表示装置によれば、この発明のカラーフィルタを備えているため、混色の発生が防止され表示不良が適切に低減されている。

また、この発明に係る電子機器は、この発明の表示装置を搭載したことを特徴とする。この電子機器によれば、表示不良が適切に低減された表示装置を搭載しているため、電子機器の歩留まりを向上させることができると共に、電子機器の製造コストを低減させることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係るバンクについて説明する。図１は、実施の形態に係るバンクの基板上における概略構成を示す図であり、カラーフィルタを構成する画素を形成するようにバンクが立設された基板の一部を示している。

基板上においては、図１に示すように、カラーフィルタを構成する画素を形成するようにバンク２が形成されている。また、バンク２の上端部であって、隣接する画素間の略中央部にバンク２の形成方向に画素を囲むように延びる溝４、即ち、図１中において斜線で示す溝４が形成されている。このバンク２は、カラーフィルタの着色層が形成される領域を区画し、隣接する着色層の色材（色材を含むインク）が混じりあうこと、即ち、着色層を形成する画素を構成すると共に、画素内に滴下されるインクの混色を防止するものである。従って、基板上に形成（立設）されるバンク２の高さは、各画素に滴下されるインクの体積及び画素の容積に対応させて設定される。

ここで、インクには所定の溶媒等が含まれており、溶媒を乾燥させることによって体積が減少するため、例えば、画素内には画素内に収容可能な容積の約２倍の体積のインクが滴下される。従って、画素内に滴下されたインクが隣接する画素と混色するのを防止すべく、画素から溢れ出たインクを収容可能な深さを有する溝４を形成することができる高さがバンク２の高さとして設定される。そして、バンク２には溝４が形成され、この溝４の容積は、画素から溢れ出る可能性があるインクの体積と略等くなっている。従って、画素からインクが溢れ出た場合には、図１に示すように、バンク２により形成された画素を囲むように形成されている溝４に、画素から溢れ出たインクが収容される。

図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った基板の断面を模式的に示した図である。図２に示すように、基板Ｐ上に形成されているバンク２の上端部であって、隣接する画素間の略中央部には、所定の容積を有する溝４が形成されている。即ち、上述の説明のように、画素内に滴下されるインクの体積と、画素の容積及び画素を形成するバンク２（画素を囲うように画素の周囲に設けられているバンク２）に設けられた溝４の容積との合計容積とが略等しくなるように、溝４が形成されている。また、バンク２の上端部２ａは、画素内に滴下されるインクを弾く撥インク性（撥水性）を有し、バンク２の側面２ｂは、画素内に滴下されるインクの拡がりを良くする親インク性（親水性）を有している。

次に、基板Ｐ上に溝４を有するバンク２を形成する処理について説明する。なお、以下においては、インクジェット式の吐出装置を用いてバンク２を形成する場合を例として説明する。

まず、フォトリソグラフィーが可能な所定の感光性樹脂、例えば、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂、カルド系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリヒドロキシスチレン、ポリビニルアルコール等を含む感光性樹脂組成物を、吐出装置を用いて基板Ｐ上に塗布し樹脂膜を形成する。なお、バンク２を光を遮るブラックマスクと兼用する場合には、カーボンブラック等の黒色顔料を上述の感光性樹脂組成物に混合させ、又は、金属クロムと酸化クロムの混合物等を吐出装置を用いて基板Ｐ上に塗布することによって、基板Ｐ上に黒色膜を形成するようにしてもよい。

次に、フォトマスクを用いて露光を行った後、現像を行うことによりバンク２を形成する。例えば、基板Ｐ上に形成されている樹脂膜がウレタン系或いはアクリル系などの光硬化型（ネガ型）の感光性樹脂である場合には、樹脂膜の中でバンク２として残す部分にのみ露光光が当たるマスクを用いて露光が行われた後、現像を行うことによって露光光が照射されなかった部分が取り除かれバンク２が形成される。また、基板Ｐ上にポジ型の感光性樹脂が塗布されている場合には、画素となる部分にのみ露光光が当るように露光され、現像が行われることによってバンク２が形成される。

ここで、露光を行う際に用いられるマスクにおいては、バンク２の上端部であって、隣接する画素間の略中央部、即ち、図２に示す溝４が形成される部分に対応する部分は、露光光の透過率が所定の割合、例えば、５０％程度となっている。即ち、バンク２に形成される溝４の深さに対応して、露光光の透過率を調整したマスクを用いて露光を行うことにより、溝４の容積が調整される。

また、基板Ｐ上に形成されたバンク２の上端部２ａは、撥インク性を有し、側面２ｂは、親インク性を有するように所定の処理が施される。上端部２ａに撥インク性を付与する場合には、例えば、バンク２を形成する感光性樹脂材料が基板Ｐ上に塗布され樹脂膜が形成された後、形成された樹脂膜に所定の撥インク剤をスピンコート等の方法で塗布し、塗布された撥インク剤を乾燥させることによって、樹脂膜の表面に撥インク性を付与する。そして、表面に撥インク性が付与された樹脂膜に露光、現像の処理を施すことによって、上端部２ａの水に対する接触角を大きくし、上端部２ａが撥インク性を有するバンク２を形成することができる。

次に、側面２ｂ及び画素内の底面には、例えば、上端部２ａに撥インク性を付与し露光及び現像を行うことにより、基板Ｐ上にバンク２が形成された後に、親インク処理剤を基板Ｐ上にスピンコート等により塗布することによって親インク性を付与することができる。この時、上端部２ａは、撥インク性を有しているため、親インク処理剤を弾くことから、側面２ｂ及び画素内の底面のみに親インク性を付与することができる。また、紫外線やプラズマ等をバンク２の側面２ｂ及び画素内の底面に照射することにより側面２ｂ及び画素内の底面に親インク性を付与するようにしてもよい。即ち、紫外線やプラズマを照射することにより、側面２ｂ及び画素内の底面に付着していた汚染物質等を除去すると共に、側面２ｂ及び画素内の底面の水に対する接触角を小さくし、側面２ｂ及び画素内の底面に親インク性を付与することができる。この場合には、例えば、基板Ｐの裏面側から紫外線等を照射することにより、側面２ｂ及び画素内の底面に親インク性を付与するようにしてもよい。

基板Ｐ上にバンク２が形成され、形成されたバンク２によりカラーフィルタを構成する画素が形成された場合には、吐出装置を用いて、形成された画素内に赤、緑及び青のインクを滴下することにより、着色層を形成する。例えば、図３に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のインクを、それぞれ画素の容積の約２倍に該当する体積分、各画素内に滴下する。ここで、通常のバンクにおいては、上端部に撥インク処理が施されている場合であっても、バンクの高さを所定以上超える体積のインクが画素内に滴下された場合、インクの表面張力により隣接する画素のインクが結合し、混色が発生する可能性がある。一方、この発明の実施の形態に係るバンク２においては、隣接する画素間の略中央部に溝４が設けられているため、画素から溢れ出たインクがバンク２に設けられた溝４に流れ込み、例えば、赤のインクが滴下されている画素と、隣接する画素に滴下された緑のインクとが結合し混色が発生すること等を防止することができる。即ち、赤のインクが滴下されている画素から溢れ出た赤のインクが、隣接する他の画素内に流入したり、隣接する他の画素のインクと結合することなく、画素を構成するバンク２に、バンク２の形成方向に画素を囲むように延びる溝４に流入するため、混色の発生を防止することができる。

図４は、この発明の実施の形態に係るカラーフィルタの一部を示す図である。カラーフィルタ３０は、図４に示すように、基板Ｐ上に立設されたバンク２により形成される画素内に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のインクがそれぞれ滴下され、その上に平滑表面を得るためのオーバーコート層１０が形成されている。また、オーバーコート層１０の表面に、共通電極２０が形成されている。図４においては、バンク２に形成された溝４を容易に把握することができるように、溝４内にインクが収容されていない状態を示しているが、実際のカラーフィルタにおいては、溝４内に赤、緑及び青の何れかのインクが収容されている。溝４内に収容されたインクは、溝４内において混色するため、例えば、黒色等になり実質的にバンク２の一部を形成することなになる。なお、オーバーコート層１０及び共通電極２０は、カラーフィルタが適用される表示装置の構成に応じ、必要な場合にのみ形成される。

ここで、基板Ｐ上に着色層が形成されカラーフィルタが形成された後、形成されたカラーフィルタを備える表示装置、例えば、液晶表示装置を製造する場合であれば、カラーフィルタの上に配向膜を形成する。そして、基板Ｐと、セグメント電極及び配向膜が形成された他の基板とを貼り合わせ、貼り合わされた基板間に液晶を注入することにより、液晶表示装置が製造される。

図５（ａ）は、液晶表示装置を搭載した携帯電話の一例を示す図である。図５（ａ）に示すように携帯電話１００の表示画面として、この発明の実施の形態に係るバンクを有する基板に形成されたカラーフィルタを備える液晶表示装置１０１が搭載されている。また、図５（ｂ）は、液晶表示装置を搭載した携帯型情報端末処理装置（例えば、携帯型のワードプロセッサや、携帯型のパーソナルコンピュータ等）の一例を示す図である。図５（ｂ）に示すように、情報処理装置１１０は、情報処理装置本体１１１、キーボード等により構成される入力部１１２、この発明の実施の形態に係るバンクを有する基板に形成されたカラーフィルタを備える液晶表示装置１１３を備えている。更に、図５（ｃ）は、液晶表示装置を搭載した時計の一例を示す図である。図５（ｃ）に示すように、時計１２０の表示画面として、この発明の実施の形態に係るバンクを有する基板に形成されたカラーフィルタを備える液晶表示装置１２１が搭載されている。

この発明の実施の形態に係るバンクは、バンクの上端部であって、隣接する画素間の略中央部に溝が形成されている。従って、バンクにより構成される画素内に滴下されたインクが、バンクを越えて画素から溢れ出た場合であっても、隣接する画素に流入することなくバンクに設けれられた溝に流入するため、インクの混色を防止することができる。

また、この発明の実施の形態に係るバンクは、バンクの上端部は撥インク性を有し、バンクの側面は親インク性を有している。従って、画素内におけるインクの弾きを防止することができると共に、バンクの上端部において弾かれたインクがバンクに設けられた溝に流入するため、確実にインクの混色を防止することができる。

また、この発明の実施の形態に係るバンクは、画素内に滴下されるインクの体積と、バンクにより形成される画素の容積とに対応させて高さが設定される。即ち、画素内にインクが滴下された場合に、画素内から溢れ出る可能性があるインクを収容可能な容積を有する溝が形成することができる高さがバンクの高さとして設定される。従って、画素内から溢れ出たインクを確実に溝に収容し、インクの混色を確実に防止することができる。

また、この発明に係るバンクは、隣接する画素への色材（色材を含むインク）の流入、隣接する画素間におけるインクの結合を防いでインクの混色を防止することができる。従って、生産性を低下させることなく、高い精度で混色の発生を防止したカラーフィルタを製造することができる。

また、この発明に係る表示装置は、混色の発生を防止することができる基板を用いて形成されたカラーフィルタを備えているため、例えば、液晶表示装置の表示不良を適切に低減させることができる。また、この発明に係る電子機器は、表示不良が適切に低減された表示装置を搭載しているため、電子機器の歩留まりを向上させることができる。

なお、上述の実施の形態に係るバンクは、基板面と平行な上端部の形状を有しているが、図６に示すように上端部が山型の形状を有するようにしてもよい。この場合には、バンクの上端部が図６に示すように山型の形状を有しているため、画素から溢れ出たインクがバンクの溝に流れ込み易く、画素から溢れ出たインクを確実に溝内に収容することができ、高い精度で混色の発生を防止することができる。

また、上述の実施の形態に係るバンクは、バンクを形成する樹脂層の表面に撥インク剤を塗布し、バンクの上端部に撥インク性を付与しているが、その他の方法により上端部に撥インク性を付与するようにしてもよい。例えば、撥インク性を有する感光性樹脂組成物を用いて樹脂層を形成することにより、撥インク剤を塗布することなく上端部が撥インク性を有するようにしてもよい。

また、例えば、バンクの側面及び画素内の底面に紫外線等を照射することなくバンクの側面及び画素内の底面に親インク性を付与するようにしてもよい。例えば、親インク性を有する感光性樹脂組成物を用いて樹脂層を形成し、樹脂層の表面に撥インク剤を塗布することにより、バンクの側面及び画素内の底面には親インク性を、バンクの上端部には撥インク性をそれぞれ付与するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態においては、実施の形態に係るバンクが設けられた基板を用いて液晶表示装置を製造しているが、その他の表示装置を製造するようにしてもよい。例えば、有機ＥＬ等、カラーフィルタを用いるその他の表示装置を製造し、製造された表示装置を電子機器に搭載するようにしてもよい。

実施の形態に係るバンクが形成された基板の概略構成図である。 実施の形態に係るバンクの断面図である。 実施の形態に係る画素内に滴下されたインクを模式的に示す図である。 実施の形態に係るカラーフィルタの概略構成図である。 実施の形態に係る表示装置を搭載した電子機器の斜視図である。 実施の形態に係るバンクの上端部の形状を説明するための図である。

符号の説明

２…バンク、２ａ…上端部、２ｂ…側面、４…溝、Ｐ…プレート。

Claims (7)

1. カラーフィルタが形成される基板上において、該カラーフィルタを構成する画素を形成するように前記基板上に立設されているバンクであって、
   前記バンクの上端部であって、隣接する画素間の略中央部に前記バンクの形成方向に前記画素を囲むように延びる溝を有することを特徴とするバンク。
2. 前記バンクにより形成される画素内に滴下される色材の体積と、前記バンクで囲まれた画素の容積及び該画素を形成するバンクが有する溝の容積の合計容積とが略等しいことを特徴とする請求項１記載のバンク。
3. 前記バンクの側面は親水性を有し、前記バンクの上端部は撥水性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバンク。
4. 前記バンクの上端部は山型の形状を有することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のバンク。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のバンクを有する基板を用いて形成されたことを特徴とするカラーフィルタ。
6. 請求項５記載のカラーフィルタを備えることを特徴とする表示装置。
7. 請求項６記載の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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