JP2005055823A - カラーフィルタ基板、およびカラーフィルタ基板の製造方法、並びに表示装置、液晶表示装置、および電子機器。 - Google Patents

カラーフィルタ基板、およびカラーフィルタ基板の製造方法、並びに表示装置、液晶表示装置、および電子機器。 Download PDF

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Abstract

【課題】 液状のカラーフィルタ材料が適切に塗布されるために好適な、カラーフィルタ基板、およびカラーフィルタ基板の製造方法、並びに表示装置、液晶表示装置、および電子機器を提供することである。
【解決手段】 カラーフィルタ基板は、開口部を有する第1の層と、反射部と透過部と、前記開口部に位置するとともに、前記反射部と前記透過部とを覆うフィルタ層と、を備えている。そして、前記透過部は前記反射部の開口部であるとともに略楕円形状を有している。
【選択図】 図21

Description

本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、より具体的には、液晶表示装置における、1つの画素領域に透過部と反射部とを備えたカラーフィルタ基板およびその製造方法に関する。
カラーフィルタ基板にインクジェットヘッドからカラーフィルタ用のインク滴を吐出することで、カラーフィルタを製造する製造装置が知られている(例えば特許文献1)。
特開平10−260307号公報
カラーフィルタは、フィルタ層に入射した光のうち特定の波長の光以外を透過させないことによって、特定の波長の光のみを射出し、特定の波長に対応する色の光を出力している。光が透過する光路長即ちフィルタ層の厚さはカラーフィルタの特性を定める要因の一つであり、フィルタ層の厚みは均一であることが望ましい。液状のカラーフィルタ材料の液滴を吐出することでカラーフィルタを製造する場合には、フィルタ層が形成されるべく形成された被吐出部に隙間なく液状のカラーフィルタ材料が充填されることが望ましい。さらに、1つの画素領域に、外光を反射する反射部と、照明光(バックライト)が透過する透過部とを備えたカラーフィルタ基板においては、透過部と反射部の上側とに充填された液状カラーフィルタ材料を乾燥させてフィルタ層を形成する。ところが、透過部は反射部に設けられた開口部であるため、反射部と透過部の境界には段差が存在する。透過部の平面視角の部分は凹みの角部に相当し、液状カラーフィルタ材料が充填されにくく、透過部形状に倣った形状のフィルタ層が形成されないという課題がある。
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、液状カラーフィルタ材料が適切に塗布されるために好適なカラーフィルタ基板、およびカラーフィルタ基板の製造方法、並びに表示装置、液晶表示装置、および電子機器を提供することである。
本発明のカラーフィルタ基板は、開口部を有する第1の層と、反射部と透過部と、前記開口部に位置するとともに、前記反射部と前記透過部とを覆うフィルタ層と、を備えている。そして、前記透過部は前記反射部の開口部であるとともに略楕円形状を有している。
また、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法は、光透過性を有する部材の表面に反射部と反射部の開口部である透過部とを形成するステップ(A)と、反射部と透過部とに対応する開口部を有する第1の層を形成するステップ(B)と、反射部および透過部を覆うように開口部の内側に液状のカラーフィルタ材料を塗布するステップ(C)と、塗布されたフィルタ材料を乾燥させることによりフィルタ層を形成するステップ(D)と、を備え、ステップ(A)は、透過部を略楕円形状に形成するステップを含むことを特徴とする。
上記構成及び製造方法によれば、透過部は、略楕円形状に形成されているため、液状のカラーフィルタ材料を塗布したときに、液状のカラーフィルタ材料が充填され難い隅の部分がなく、液状のカラーフィルタ材料を透過部全体に隙間なく充填することができる。
好ましくは、前記カラーフィルタ基板は、第1の層上に位置する第2の層をさらに備える。
吐出された液滴(カラーフィルタ材料)が第1の層の開口部内に落ち込みやすくなるため、インクジェット装置などの吐出装置を用いてカラーフィルタ基板を作製することが容易になる。
ある態様では、前記複数の反射部のそれぞれの表面は光散乱面である。
上記特徴によって、反射部で反射した光がぎらつかないカラーフィルタ基板が得られる。
好ましくは、前記カラーフィルタ基板は、光透過性を有する基板と、前記基板上に位置するとともに、凹凸面を有する樹脂層と、をさらに備えている。前記複数の反射部のそれぞれの前記表面が前記光散乱面になるように、前記複数の反射部が前記凹凸面に接している。
上記特徴によって、反射部の表面に光散乱面を容易に形成できる。
好ましくは、液状のカラーフィルタ材料に対する第2の層の撥液性は、液状のカラーフィルタ材料に対する第1の層の撥液性よりも高い。
上記特徴によって、インクジェット装置などの吐出装置からカラーフィルタ材料が吐出される場合に、吐出されたカラーフィルタ材料が、第2の層を越え難いため、第1の層の開口部の外側に流れず、開口部の内部に流れ落ちるため、カラーフィルタ材料の塗布がより容易になる。
好ましくは、第1の層は液状のフィルタ材料に対して親液性を呈する。
上記特徴によって、第1の層の開口部内でより均一なカラーフィルタ材料の層が形成されやすくなる。
好ましくは、第2の層は、第1の層をパターニングするためのレジストである。
上記特徴によれば、第1の層をパターニング形成した後、レジストを除去し、第2の層を形成する処理を行う必要がなくなり、この結果、製造時間を短縮できる。
さらに好ましくは、前記レジストはフッ素系ポリマーを含むレジストである。
上記特徴によれば、レジストに対して、別途プラズマ処理などの表面改質処理を施さなくても、レジストがカラーフィルタ材料に対して撥液性を呈する。このため、別途プラズマ処理を行う必要がなくなり、この結果、製造時間を短縮できる。
好ましくは、第1の層は、ブラックマトリクスである。
上記特徴によれば、光はブラックマトリクスで遮られるため、ブラックマトリクスで区切られた複数の開口部を通過することがなく、画素間の混色を防止する。
ある態様では、上記カラーフィルタ基板は反射部上に位置するオーバーコート層をさらに備えている。複数のフィルタ層のそれぞれは、オーバーコート層と、透過部とを覆う。
上記特徴によって、反射光の色純度を相対的に下げることができ、このため、反射光の色純度と、透過光の色純度との差を小さくできる。この結果、反射光を利用した表示における色の見えと、透過光を利用した表示における色の見えとを同じにできる。
本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、上記カラーフィルタ基板を備えた表示装置の態様や、光源部と、液晶層と、光源部と液晶層との間に位置するカラーフィルタ基板と、を備えた液晶表示装置の態様や、このような液晶表示装置を備えた電子機器の態様でも実現できる。
本明細書において「表示装置」とは、プラズマ表示装置、液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス表示装置、FED(Field Emission display)やSED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display)を含む電子放出素子を備えた画像表示装置などを含む用語である。
以下、本発明を、液晶表示装置に適用した場合を例に取り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施例は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施例に示す構成のすべてが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
図1に示す液晶表示装置11は、2端子素子であるTFD(Thin Film Diode)をスイッチング素子として備えた表示装置である。液晶表示装置11は、偏光板20Aと、偏光板20Bと、カラーフィルタ基板10と、対向基板12と、液晶層14と、光源部16と、を備えている。液晶層14は、カラーフィルタ基板10と対向基板12との間に位置している。また、カラーフィルタ基板10は、液晶層14と光源部16との間に位置している。また、偏光板20Aと偏光板20Bとの間に、カラーフィルタ基板10と、液晶層14と、対向基板12と、が位置している。
カラーフィルタ基板10は、光透過性を有する基板32と、反射部26と、透過部28と、複数のフィルタ層111FR、111FG、111FBと、ブラックマトリクス17と、バンク30と、平坦化層34と、光透過性を有する複数の電極36と、配向膜38Aと、を含む。本実施例では、基板32の位置は、偏光板20Aと反射部26および透過部28との間である。光透過性を有する基板32は、本発明の光透過性を有する「部材」の一例である。
偏光板20Aは基板32のほぼ全面を覆うように位置している。なお、本実施例では、偏光板20Aと基板32とは接しているが、偏光板20Aと基板32とが離れていてもよい。
反射部26および透過部28は、ともに基板32上に位置している。反射部26および透過部28は、ともに複数のフィルタ層111FR、111FG、111FBのそれぞれに対応する領域に位置している。本実施例において、反射部26および透過部28は、それぞれ基板32上に形成されたアルミニウム膜およびその開口部である。
ブラックマトリクス17は、複数の開口部17Aを有する。具体的には、ブラックマトリクス17は、複数の開口部17Aを規定する形状を有する遮光部である。複数の開口部17Aは、マトリクス状に位置しており、それぞれの開口部17Aは後述する画素領域Gに対応する。なお、ブラックマトリクス17は、それぞれの反射部26の一部分上に形成されている。ブラックマトリクス17は、本発明の「第1の層」の一例である。
複数のフィルタ層111FR、111FG、111FBのそれぞれは、3つの色のいずれかに対応する。具体的には、フィルタ層111FRが赤色に対応するフィルタであり、フィルタ層111FGが緑色に対応するフィルタであり、フィルタ層111FBが青色に対応するフィルタである。複数のフィルタ層111FR、111FG、111FBのそれぞれは、複数の開口部17Aのそれぞれに位置している。
バンク30はブラックマトリクス17上に形成されている。バンク30の平面形状はブラックマトリクス17の平面形状と同じである。後に詳細に説明するように、フィルタ層111FR、111FG、111FBを形成するための液状のカラーフィルタ材料に対するバンク30の撥液性は、カラーフィルタ材料に対するブラックマトリクス17の撥液性よりも大きい。なお、バンク30は、本発明の「第2の層」の一例である。
平坦化層34は、複数のフィルタ層111FR、111FG、111FBと、バンク30と、を覆うように位置している。具体的には、ほぼ平坦な面が得られるように、平坦化層34は、フィルタ層111FR、111FG、111FBとバンク30とが形成する段差を覆っている。平坦化層34上には、複数の電極36が位置している。複数の電極36はそれぞれY軸方向(図1(a)の紙面に垂直な方向)に延びるストライプ状の形状を有しており、互いに平行である。配向膜38Aは、複数の電極36および平坦化層34を覆うように位置しており、所定の方向にラビング処理が施されている。
対向基板12は、光透過性を有する基板40と、光透過性を有する複数の電極42と、配向膜38Bと、を含む。基板40の位置は、偏光板20Bと複数の電極42との間である。偏光板20Bは、基板40のほぼ全面を覆うように位置している。なお、本実施例では、偏光板20Bと基板40とは接しているが、偏光板20Bと基板40とが離れていてもよい。また、図1には示されていないが、対向基板12は、それぞれが複数の電極42のそれぞれと電気的に接続された複数の2端子素子を備えている。
複数の電極42はマトリクス状に位置している。配向膜38Bは、複数の電極42および基板40を覆うように位置しており、所定の方向にラビングされている。なお、本実施例では、配向膜38Bのラビング方向と上述の配向膜38Aのラビング方向とは、配向膜38Aおよび配向膜38Bの間で液晶がTN配向をするように、設定されている。
液晶層14は、カラーフィルタ基板10と対向基板12との間に位置する。具体的には、液晶層14は、配向膜38Aと配向膜38Bとの間に位置する複数のスペーサによって確保された空間に位置するとともに、配向膜38Aおよび配向膜38Bに接する。
複数の電極36と複数の電極42とが重なる部分は、それぞれ画素領域Gに対応する。また、1つの画素領域Gとは、複数のフィルタ層111FR、111FG、111FBのうちの1つのフィルタ層に対応する領域でもある。
光源部16は、光源部16と液晶層14との間にカラーフィルタ基板10が位置するように、設けられている。本実施例の光源部16はバックライトとも呼ばれる。光源部16は、白色光を発光する光源16Aと、導光体16Bと、を含む。導光体16Bは、基板32を裏面から均一に照明するように、光源16Aからの光を拡散しながら導光する機能を有する。基板32の裏面とは、フィルタ層111FR、111FG、111FBや、ブラックマトリクス17や、反射部26や、透過部28が形成された面の反対の面である。このため、例えば、基板32は、フィルタ層111FR、111FG、111FBと、光源部16との間に位置するとも表記し得る。
上述したように、カラーフィルタ基板10において、フィルタ層111FR、111FG、111FBのそれぞれに対応して、反射部26と透過部28とが位置する。このようなカラーフィルタ基板10を有する液晶表示装置11は、以下のように機能する。
バックライト(光源部16)の利用時には、バックライトからの光線Pは、偏光板20Aと基板32とを伝播したのちに透過部28とを通過する。そして、透過部28を通過した光線は、フィルタ層111FR、111FG、111FBに入射し、対応する波長域の光線がフィルタ層111FR、111FG、111FBから射出する。フィルタ層111FR、111FG、111FBからの光線(色光)は、液晶層14および対向基板12を伝播して偏光板20Bから射出する。偏光板20Bの射出面では、バックライトからの光線の強度は、電極36および電極42の間で印加された電圧に応じて変調されている。
一方、外光利用時には、外光などの光線Sは、偏光板20Bと、対向基板12と、液晶層14とを伝播して、対応するフィルタ層111FR、111FG、111FBに入射する。そして、フィルタ層111FR、111FG、111FBを伝播した光線のうち、反射部26によって反射された光線は、再度フィルタ層111FR、111FG、111FBを伝播し、対応する色光として射出する。各色光は、液晶層14および対向基板12を再び伝播して、偏光板20Bから射出する。偏光板20Bの射出面では、外光などの光線の強度は、電極36および電極42の間で印加された電圧に応じて変調されている。
上記構成によって、ブラックマトリクス17に対して第1の側から入射する第1の光線であって対応するフィルタ層111FR、111FG、111FBを通過する第1の光線は、反射部26によって第1の側へ反射する。一方、ブラックマトリクス17に対して第2の側から入射する第2の光線は、透過部28および対応するフィルタ層111FR,111FG、111FBを介して第1の側に射出する。なお、ブラックマトリクス17に対して第1の側とは、平坦化層34や液晶層14が位置する側である。また、ブラックマトリクス17に対して第2の側とは、光源16が位置する側である。
このように、液晶表示装置11は、外光を利用して画像を表示することも、バックライトからの光を利用して画像を表示することも可能である。このような機能を有する液晶表示装置11は、半透過反射型の表示装置と呼ばれる。
カラーフィルタ基板10におけるフィルタ層111FR、111FG、111FBは、ブラックマトリクス17の開口部17A内にインクジェット装置などの吐出装置からカラーフィルタ材料を吐出することで形成されている。
本実施例では、フィルタ層111FR、111FG、111FBが設けられる前のカラーフィルタ基板10を「基体10A」と表記することもある。また、本実施例では、フィルタ層111FR、111FG、111FBを設けるべき領域のそれぞれを「被吐出部18R、18G、18B」と表記することもある。この表記によれば、本実施例の場合、基体10Aにおいて、バンク30と、ブラックマトリクス17と、反射部26と、透過部28と、によって囲まれる凹部のそれぞれが被吐出部18R、18G、18Bに対応する。
以下では、液晶表示装置11を製造するための製造装置を説明する。
図2に示す製造装置1は、基体10Aの被吐出部18R,18G、18Bのそれぞれに対して、対応するカラーフィルタ材料を吐出する装置である。具体的には、製造装置1は、被吐出部18Rのすべてにカラーフィルタ材料111Rを塗布する吐出装置100Rと、被吐出部18R上のカラーフィルタ材料111Rを乾燥させる乾燥装置150Rと、被吐出部18Gのすべてにカラーフィルタ材料111Gを塗布する100Gと、被吐出部18G上のカラーフィルタ材料111Gを乾燥させる乾燥装置150Gと、被吐出部18Bのすべてにカラーフィルタ材料111Bを塗布する100Bと、被吐出部18Bのカラーフィルタ材料111Bを乾燥させる乾燥装置150Bと、カラーフィルタ材料111R、111G、111Bを再度加熱(ポストベーク)するオーブン160と、ポストベークされたカラーフィルタ材料111R,111G、111Bの層の上に平坦化層34を設ける吐出装置100Cと、平坦化層34を乾燥させる乾燥装置150Cと、乾燥された平坦化層34を再度加熱して硬化する硬化装置165と、を備えている。さらに製造装置1は、吐出装置100R、乾燥装置150R、吐出装置100G、乾燥装置150G、吐出装置100B、乾燥装置150B、吐出装置100C、乾燥装置150C、硬化装置165の順番に基体10Aを搬送する搬送装置170も備えている。
図3に示すように、吐出装置100Rは、液状のカラーフィルタ材料111Rを保持するタンク101Rと、チューブ110Rを介してタンク101Rからカラーフィルタ材料111Rが供給される吐出走査部102と、を備える。吐出走査部102は、それぞれがカラーフィルタ材料を吐出可能な複数のヘッド114(図4)を有するキャリッジ103と、キャリッジ103の位置を制御する第1位置制御装置104と、基体10Aを保持するステージ106と、ステージ106の位置を制御する第2位置制御装置108と、制御部112と、を備えている。タンク101Rと、キャリッジ103における複数のヘッド114と、はチューブ110Rで連結されており、タンク101Rから複数のヘッド114のそれぞれに液状のカラーフィルタ材料111Rが、タンク101R内のカラーフィルタ材料111Rの液位と後述するノズルプレート128のノズル面の高さとの水頭差による圧力によって供給される。
本実施例における液状のカラーフィルタ材料111Rは、本発明の「液状の材料」の一例である。液状の材料とは、ノズルから吐出可能な粘度を有する材料をいう。この場合、材料が水性であると油性であるとを問わない。ノズルから吐出可能な流動性(粘度)を備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。
第1位置制御装置104はリニアモータを備えており、制御部112からの信号に応じて、キャリッジ103をX軸方向、およびX軸方向と直交するZ軸方向に沿って移動させる。第2位置制御装置108はリニアモータを備えており、制御部112からの信号に応じて、X軸方向およびZ軸方向の両方と直交するY軸方向に沿ってステージ106を移動させる。ステージ106はX軸方向およびY軸方向の双方と平行な平面を有していて、この平面上に基体10Aを固定できるように構成されている。ステージ106が基体10Aを固定するので、ステージ106は被吐出部18、18G、18Bの位置を決定できる。なお、本実施例の基体10Aは、受容基板の一例である。
第1位置制御装置104は、さらに、Z軸方向に平行な所定の軸の回りでキャリッジ103を回転させる機能も有する。Z軸方向とは、鉛直方向(つまり重力加速度の方向)に平行な方向である。第1位置制御装置104によるキャリッジ103のZ軸方向に平行な軸の回りの回転によって、受容基板上に固定された座標系におけるX軸およびY軸を、X軸方向およびY軸方向とそれぞれ平行にできる。本実施例では、X軸方向およびY軸方向は、ともにステージ106に対してキャリッジが相対移動する方向である。本明細書では、第1位置制御措置104および第2位置制御装置108を「走査部」と表記することもある。
キャリッジ103およびステージ106は上記以外の平行移動および回転の自由度をさらに有している。ただし、本実施例では、上記自由度以外の自由度に関する記載は説明を平易にする目的で省略されている。
制御部112は、カラーフィルタ材料111Rを吐出すべき相対位置を表す吐出データを外部情報処理装置から受け取るように構成されている。制御部112の詳細な機能は、後述する。
図4に示すように、キャリッジ103は、互いに同じ構造を有する複数のヘッド114を保持している。ここで、図4は、キャリッジ103をステージ106側から観察した図であり、このため図面に垂直な方向がZ軸方向である。本実施形態では、キャリッジ103には6個のヘッド114からなる列が2列配置されている。また、それぞれのヘッド114の長手方向がX軸方向に対して角度ANをなすように、ヘッド114のそれぞれがキャリッジ103に固定されている。
図5に示すように、カラーフィルタ材料111Rを吐出するためのヘッド114は、それぞれがヘッド114の長手方向に延びる2つのノズル列116を有している。1つのノズル列116とは、180個のノズル118が一列に並んだ列のことである。このノズル列方向HXに沿ったノズル118の間隔は、約140μmである。また、図5において、1つのヘッド114における2つのノズル列116は、互いに半ピッチ(約70μm)だけ互いにずれて位置している。さらに、ノズル118の直径は、およそ27μmである。上述したように、ヘッド114の長手方向がX軸方向に対して角度ANをなすため、ノズル列方向HX、すなわち180個のノズル118が一列に並ぶ方向もX軸方向に対して角度ANをなす。なお、複数のノズル118のそれぞれの端部は、上記X軸方向およびY軸方向で定義される仮想的な平面上に位置している。また、ヘッド114がほぼZ軸と平行に材料を吐出できるように、複数のノズル118のそれぞれの形状が調整されている。
角度ANは、X軸方向に並んだ複数の被吐出部18Rのいくつかに、少なくとも任意の2つのノズルが同時に対応するように適宜設定されればよい。そうすれば、1つの走査期間内に同時に2つの列を塗布走査できるからである。なお、この場合に、任意の2つのノズル118は、互いに隣接していなくてもよい。
図6(a)および(b)に示すように、それぞれのヘッド114は、インクジェットヘッドである。より具体的には、それぞれのヘッド114は、振動板126と、ノズルプレート128と、を備えている。振動板126と、ノズルプレート128と、の間には、タンク101Rから孔131を介して供給される液状のカラーフィルタ材料111Rが常に充填される液たまり129が位置している。また、振動板126と、ノズルプレート128と、の間には、複数の隔壁122が位置している。そして、振動板126と、ノズルプレート128と、1対の隔壁122と、によって囲まれた部分がキャビティ120である。キャビティ120はノズル118に対応して設けられているため、キャビティ120の数とノズル118の数とは同じである。キャビティ120には、1対の隔壁122間に位置する供給口130を介して、液たまり129からカラーフィルタ材料111Rが供給される。
振動板126上には、それぞれのキャビティ120に対応して、振動子124が位置する。振動子124は、ピエゾ素子124Cと、ピエゾ素子124Cを挟む1対の電極124A、124Bと、を含む。この1対の電極124A、124Bに駆動電圧を与えることで、対応するノズル118から液状のカラーフィルタ材料111Rが吐出される。
制御部112(図3)は、複数の振動子124のそれぞれに互いに独立な信号を与えるように構成されている。このため、ノズル118から吐出されるカラーフィルタ材料111Rの体積は、制御部112からの信号に応じてノズル118毎に制御される。さらに、ノズル118のそれぞれから吐出されるカラーフィルタ材料111Rの体積は、0pl〜42pl(ピコリットル)の間で可変である。このため、塗布走査の間に吐出動作を行うノズル118と、吐出動作を行わないノズル118と、を設定することでもできる。
本明細書では、1つのノズル118と、ノズル118に対応するキャビティ120と、キャビティに対応する振動子と、を含んだ部分を、吐出部127と表記することもある。この表記によれば、1つのヘッド114は、ノズル118の数と同じ数の吐出部127を有する。吐出部127は、ピエゾ素子の代わりに電気熱変換素子を有してもよい。つまり、吐出部は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用して材料を吐出する構成を有していてもよい。
上述のように、キャリッジ103は第1位置制御装置104(図3)によってX軸方向およびZ軸方向に移動させられる。一方、ステージ106(図3)は第2位置制御手段108(図3)によってY軸方向に移動させられる。この結果、第1位置制御装置104および第2位置制御装置108によって、ステージ106に対するヘッド114の相対位置が変わる。より具体的には、これらの動作によって、複数のヘッド114、複数のノズル列116、または複数のノズル118は、ステージ106上で位置決めされた被吐出部18Rに対してZ軸方向に所定の距離を保ちながらX軸方向およびY軸方向に相対的に移動、すなわち相対的に走査する。さらに具体的には、ヘッド114は、ステージに対してX軸方向およびY軸方向に相対走査するとともに、複数のノズル118から材料を吐出する。本発明では、被吐出部18Rに対してノズル118を走査して、被吐出部18Rに対してノズル118から材料を吐出してもよい。「相対走査」とは吐出する側とそこからの吐出物が着弾する側(被吐出側18R)の少なくとも一方を他方に対して走査することを含む。また、相対走査と材料の吐出との組合せを指して「塗布走査」と表記することもある。
次に、制御部112の構成を説明する。図7に示すように、制御部112は、入力バッファメモリ200と、記憶手段202と、処理部204と、走査ドライバ206と、ヘッドドライバ208と、を備えている。バッファメモリ202と処理部204とは相互に通信可能に接続されている。処理部204と記憶手段202とは、相互に通信可能に接続されている。処理部204と走査ドライバ206とは相互に通信可能に接続されている。処理部204とヘッドドライバ20とは相互に通信可能に接続されている。また、走査ドライバ206は、第1位置制御手段104および第2位置制御手段108と相互に通信可能に接続されている。同様にヘッドドライバ208は、複数のヘッド114のそれぞれと相互に通信可能に接続されている。
入力バッファメモリ200は、外部情報処理装置からカラーフィルタ材料111Rの吐出を行うための吐出データを受け取る。吐出データは、基体10A上のすべての被吐出部18Rの相対位置を表すデータと、材料を吐出すべき位置、あるいは材料が着弾すべき位置を示すデータと、すべての被吐出部18Rに所望の厚さのカラーフィルタ材料111Rを塗布するまでに必要となる相対走査の回数を示すデータと、材料を吐出するノズルと材料の吐出を休止するノズルとを指定するデータと、を含む。入力バッファメモリ200は、吐出データを処理部204に供給し、処理部204は吐出データを記憶手段202に格納する。図7では、記憶手段202はRAMである。
処理部204は、記憶手段202内の吐出データに基づいて、被吐出部18Rに対するノズル列116の相対位置を示すデータを走査ドライバ206に与える。走査ドライバ206はこのデータに応じた駆動信号を第1位置制御手段104および第2位置制御手段108に与える。この結果、被吐出部18Rに対してノズル列116が走査される。一方、処理部204は、記憶手段202に記憶された吐出データに基づいて、対応するノズル118からの吐出タイミングを示すデータをヘッドドライバ208に与える。ヘッドドライバ208はこのデータに基づいて、カラーフィルタ材料111Rの吐出に必要な駆動信号をヘッド114に与える。この結果、ノズル列116における対応するノズル118から液状のカラーフィルタ材料111Rが吐出される。
制御部112は、CPU、ROM、RAMを含んだコンピュータであってもよい。この場合には、制御部112の上記機能は、コンピュータによって実行されるソフトウェアプログラムによって実現される。もちろん、制御部112は、専用の回路(ハードウェア)によって実現されてもよい。
以上の構成によって、吐出装置100Rは、制御部112に与えられた吐出データに応じて、カラーフィルタ材料111Rの塗布走査を行う。
以上は、吐出装置100Rの構成の説明である。吐出装置100Gの構成と、吐出装置100Bの構成と、吐出装置100Cの構成と、は、いずれも基本的に吐出装置100Rの構造と同じある。ただし、吐出装置100Rにおけるタンク101Rの代わりに、吐出装置100Gがカラーフィルタ材料111G用のタンクを備える点で吐出装置100Gの構成は吐出装置100Rの構成と異なる。同様に、タンク101Rの代わりに、吐出装置100Bがカラーフィルタ材料111B用のタンクを備える点で吐出装置100Bの構成は吐出装置100Rの構成と異なる。さらに、タンク101Rの代わりに、吐出装置100Cが保護膜材料用のタンクを備える点で吐出装置100Cの構成は吐出装置100Rの構成と異なる。
次に液晶表示装置11の製造方法を説明する。
まず、光透過性を有する部材の表面に反射部26と反射部26の開口部である透過部28とを形成する。具体的には、図8(a)に示すように、ガラス基板など光透過性を有する基板32のほぼ全面を覆うように、スパッタ法などでアルミニウム(Al)膜を製膜する。ここで、基板32が光透過性を有する「部材」に対応する。そして、図8(b)に示すように、画素領域Gごとに反射部26と透過部28とが形成されるように、上記Al膜をパターニングする。具体的には、透過部28の形状がほぼ楕円形状になるように、Al膜がパターニングされる。パターニング後に基板32上に残ったAl膜が反射部26であり、Al膜が取り除かれた部分が透過部28である。このようにして、光透過性を有する部材の表面に反射部26と反射部26の開口部である透過部28とが形成される。
本実施例では、透過部28をX軸方向とY軸方向とに平行な仮想平面上に位置させた場合に、図21(b)に示すように、透過部28の平面視形状が略楕円形状に形成されている。より詳しくは、透過部28は一対の直線と一対の半円とからなる略楕円形状(トラック形状)となるように、上述のAl膜がパターニングされている。本明細書でいう略楕円形状は、楕円形状だけでなく、トラック形状またはオーバル形状も含む。なお、前述したように、X軸方向およびY軸方向は、ノズル118が被吐出部に対して相対移動する方向である。
本実施例では、基板32上に直接、反射部26が設けられている。ただし、基板32と反射部26との間に保護膜などの層が設けられていてもよい。本明細書では、基板32は、そのような保護膜などの層も含み得る用語である。
次に、反射部26と透過部28とを覆って第1の材料の層を形成する。具体的には、図8(c)に示すように、反射部26と基板32とを覆って黒顔料が分散された熱硬化型アクリル樹脂(樹脂ブラック)を3μm程度の厚さに塗布する。この結果、樹脂ブラック層17’を得る。ここで、樹脂ブラック層17’が、上記した「第1の材料の層」の一例である。
そして、第1の材料の層上にレジストを塗布することで第2の材料の層を形成する。具体的には、図8(c)に示すように、樹脂ブラック層17’の全面を覆うように、フッ素系ポリマーがブレンドされたネガ型のアクリル系化学増幅型感光性レジストを塗布する。この結果、樹脂ブラック層17’上にレジスト層30’を得る。ここで、レジスト層30’が上記した「第2の材料の層」の一例である。
次に、レジスト層30’と樹脂ブラック層17’とをパターニングする。具体的には、画素領域Gに対応した部位に遮光部を有するフォトマスクを介して、レジスト層30’に光hνを照射する。そして、所定のエッチング液を用いてエッチングすることで、光hνが照射されていない複数の部分、すなわち複数の画素領域Gに対応する複数の部分のレジスト層30’と、樹脂ブラック層17’と、を取り除く。そのことによって、図8(d)に示すように、後に形成されるべきフィルタ層を囲む形状を有するブラックマトリクス17とバンク30とが、基板32上に同時に得られる。つまり、反射部26と透過部28とに対応した開口部17Aが得られる。
前述したように、ブラックマトリクス17と、バンク30と、反射部26と、透過部28と、によって規定または囲まれた領域が、被吐出部18R、18G、18Bである。なお、バンク30は光透過性を有する。また、前述したように、ブラックマトリクス17は、本発明の「第1の層」の一例であり、バンク30は、本発明の「第2の層」の一例である。
このように、ブラックマトリクス17とブラックマトリクス17上に位置するバンク30とを形成することで、ブラックマトリクス17とバンク30とによって区画された領域(つまり被吐出部18R、18G、18B)を基体10Aに設ける。
次に吐出装置100Rが、被吐出部18Rにカラーフィルタ材料111Rを吐出する方法を説明する。
図9に示す基体10Aにおいて、複数の被吐出部18R、18G、18Bが形成するマトリクスの行方向および列方向は、それぞれX軸方向およびY軸方向と平行である。さらに、被吐出部18R、被吐出部18G、および被吐出部18Bは、X軸方向にこの順番で周期的に並んでいる。一方、被吐出部18R同士はY軸方向に所定の間隔をおいて1列に並んでおり、また、被吐出部18G同士はY軸方向に所定の間隔をおいて1列に並んでおり、そして、被吐出部18B同士はY軸方向に所定の間隔をおいて1列に並んでいる。
被吐出部18R同士のX軸方向に沿った間隔LRXは、ほぼ237μmである。この間隔LRXは、被吐出部18G同士のX軸方向に沿った間隔LGXと同じであり、被吐出部18B同士のX軸方向に沿った間隔LBXとも同じである。また、被吐出部18R、18G、18GのそれぞれのX軸方向の長さおよびY軸方向の長さは、それぞれ約50μmおよび約120μmである。
本実施例では、被吐出部18Rにおいて、透過部28は反射部26に対して窪んでいおり、このため、被吐出部18R内に段差が形成されている(図8(d))。より具体的には、段差は、反射部26と透過部28との境界に位置する。これは、透過部28が反射部26の開口部だからであり、反射部26の一部を取り除くことで形成されているからである。したがって、段差の大きさは、反射部26の厚さに相当する。なお、被吐出部18G、18Bにおいても、透過部28は反射部26に対して、同様に窪んでいる。
まず、搬送装置170は、基体10Aを吐出装置100Rのステージ106に位置させる。具体的には、複数の被吐出部18R,18G、18Bが形成するマトリクスの行方向および列方向が、それぞれX軸方向およびY軸方向と平行となるように、固定する。
第1の走査期間が始る前に、吐出装置100Rは、ノズル118のX座標と、被吐出部18RのX座標とを一致させる。具体的には、図10に示すノズル118のうち、最も左のノズル118のX座標を、図10に示す被吐出部18Rの列のうち、最も左の列のX座標X1に一致させる。これに伴い、図10に示すノズル118のうち、最も右のノズル118のX座標が、図10の被吐出部18Rの列のうち、最も右の列のX座標X2に一致する。以下では、被吐出部18Rに対応したノズル118を第1のノズル118Aと表記することもある。また、被吐出部18Rに対応しないノズル118を第2のノズル118Bと表記することもある。
ところで、本実施例において「走査期間」とは、図13に示すように、Y軸方向に並んだ複数の被吐出部18Rのすべてに材料を塗布するために、キャリッジ103の一辺がY軸方向に沿って走査範囲134の一端E1(または他端E2)から他端E2(または一端E1)まで相対移動を1回行う期間を意味する。さらに、本実施例において走査範囲134とは、マトリクス18Mに含まれる被吐出部18Rのすべてにカラーフィルタ材料111Rを塗布するまでに、キャリッジ103の一辺が相対移動する範囲を意味する。しかしながら、場合によっては用語「走査範囲」は、1つのノズル118が相対移動する範囲を意味することもあるし、1つのノズル列116が相対移動する範囲を意味することもあるし、1つのヘッド114が相対移動する範囲を意味することもある。なお、マトリクス18Mとは、被吐出部18R、18G、18Bが構成するマトリクスである。
また、キャリッジ103、ヘッド114、またはノズル118が相対移動するとは、被吐出部18Rに対するこれらの相対位置が変わることである。このため、キャリッジ103、ヘッド114、またはノズル118が絶対静止して、被吐出部18Rのみがステージ106によって移動する場合であっても、キャリッジ103、ヘッド114、またはノズル118が相対移動すると表現する。
図10に示すように、第1の走査期間が始ると、走査範囲134の一端E1からY軸方向の正の方向(図面上方向)に、キャリッジ103が相対移動し始める。そして、第1の走査期間の間に、第1のノズル118Aが被吐出部18Rに対応する領域に侵入した場合には、第1のノズル118Aから対応する被吐出部18Rにカラーフィルタ材料111Rが吐出される。より具体的には、ノズル118Aが、被吐出部18Rにおける透過部28に対応する領域に侵入した場合に、ノズル118Aはカラーフィルタ材料111Rを吐出する。図10に示す例では、第1の走査期間の間に、それぞれの被吐出部18Rに対して、カラーフィルタ材料111Rが1回吐出される。図10には、ノズル118Aがカラーフィルタ材料111Rを吐出する位置、あるいは着弾位置BD、が黒丸で示されている。
図11に示すように、第1の走査期間に引き続く第2の走査期間が始ると、走査範囲134の一端E2からY軸方向の負の方向(図面下方向)に、キャリッジ103が相対移動し始める。第2の走査期間の間に、第1のノズル118Aが被吐出部18Rに対応する領域に侵入した場合には、第1のノズル118Aから対応する被吐出部18Rにカラーフィルタ材料111Rが吐出される。より具体的には、ノズル118Aが、反射部26に対応する領域に侵入した場合に、ノズル118Aはカラーフィルタ材料111Rを吐出する。図11に示す例では、第2の走査期間の間に、それぞれの被吐出部18Rに対して、カラーフィルタ材料111Rが2回吐出される。図11には、ノズル118Aがカラーフィルタ材料111Rを吐出する位置、あるいは着弾位置BD、が黒丸で示されている。なお、図11には、第1の走査期間の間にカラーフィルタ材料111Rが吐出された位置も白丸で示されている。
その後、吐出装置100Rは、キャリッジ103のX座標を段階的に移動させて、基体10Aにおける全ての被吐出部18Rに対して、上述のようにカラーフィルタ材料111Rを吐出する。
図12を参照しながら、上記の吐出方法を1つの被吐出部18Rに着目して説明する。
図12は、被吐出部18RのY−Z断面図である。つまり、図12の紙面の左右方向が、被吐出部18Rの長手方向である。図12(a)に示すように、第1の走査期間の間には、透過部28に向けてカラーフィルタ材料111Rが吐出される。図12(b)に示すように、透過部28にカラーフィルタ材料111Rが着弾すると、透過部28だけでなく、透過部28と反射部26との境界に位置する段差を覆ってカラーフィルタ材料111Rが塗れ広がる。図12(c)に示すように、第2の走査期間の間には、ほぼ反射部26に対応する部分に、カラーフィルタ材料111Rが吐出される。この場合、カラーフィルタ材料111Rの液滴の一部が透過部28に重なるように着弾してもよい。その後、図12(d)に示すように、第1の走査期間と第2の走査期間とによって吐出されたカラーフィルタ材料111Rから溶媒が気化して、被吐出部18R内にカラーフィルタ材料111Rの層が形成される。図12(d)の層をさらに乾燥させれば、フィルタ層111FRとなる。
以上は、吐出装置100Rが、被吐出部18Rにカラーフィルタ材料111Rを吐出する方法である。以下では、製造装置1によってカラーフィルタ基板10が製造される一連の方法を説明する。
被吐出部18R、18G、18Bが形成された基体10Aは、搬送装置170によって、吐出装置100Rのステージ106に運ばれる。そして、図14(a)に示すように、吐出装置100Rは、被吐出部18Rのすべてにカラーフィルタ材料111Rの層が形成されるように、ヘッド114の吐出部127からカラーフィルタ材料111Rを吐出する。吐出装置100Gが行うカラーフィルタ材料111Rの吐出方法は、図10、図11、および図12を参照して説明した方法である。基体10Aの被吐出部18Rのすべてにカラーフィルタ材料111Rの層が形成された後、搬送装置170が基体10Aを乾燥装置150R内に位置させる。そして、被吐出部18R上のカラーフィルタ材料111Rを完全に乾燥させることで、被吐出部18R上にフィルタ層111FRを得る。
次に搬送装置170は、基体10Aを吐出装置100Gのステージ106に位置させる。そして、図14(b)に示すように、吐出装置100Gは、被吐出部18Gのすべてにカラーフィルタ材料111Gの層が形成されるように、ヘッド114の吐出部127からカラーフィルタ材料111Gを吐出する。吐出装置100Gが行うカラーフィルタ材料111Gの吐出方法は、図10、図11、および図12を参照して説明した方法である。基体10Aの被吐出部18Gのすべてにカラーフィルタ材料111Gの層が形成された後、搬送装置170が基体10Aを乾燥装置150G内に位置させる。そして、被吐出部18G上のカラーフィルタ材料111Gを完全に乾燥させることで、被吐出部18G上にフィルタ層111FGを得る。
次に搬送装置170は、基体10Aを吐出装置100Bのステージ106に位置させる。そして、図14(c)に示すように、吐出装置100Bは、被吐出部18Bのすべてにカラーフィルタ材料111Bの層が形成されるように、ヘッド114の吐出部127からカラーフィルタ材料111Bを吐出する。吐出装置100Bが行うカラーフィルタ材料111Bの吐出方法は、図10、図11、および図12を参照して説明した方法である。基体10Aの被吐出部18Bのすべてにカラーフィルタ材料111Bの層が形成された後、搬送装置170が基体10Aを乾燥装置150B内に位置させる。そして、被吐出部18B上のカラーフィルタ材料111Bを完全に乾燥させることで、被吐出部18B上にフィルタ層111FBを得る。
上述したように、本実施例においては、透過部28が図21(b)に示したように、略楕円形状に形成されている。より詳しくは、透過部28は平面視一対の直線と一対の半円とからなる略楕円形状(トラック形状)であり、透過部28にはカラーフィルタ材料111R、111G,111Bが充填され難い角の部分がないため、カラーフィルタ材料111R、111G,111Bは透過部28の全面に欠けることなく充填される。したがって、カラーフィルタ材料111R、111G,111Bを乾燥させると、フィルタ層111FR、111FG、111FBによって、透過部28は隙間なく覆われている。
本実施例では、液状のカラーフィルタ材料111R、111G、111Bに対して、バンク30は撥液性を呈する。さらに、カラーフィルタ材料111R、111G、111Bに対するブラックマトリクス17の撥液性は、カラーフィルタ材料111R、111G、111Bに対するバンク30の撥液性よりも低い。むしろ、ブラックマトリクス17は、液状のカラーフィルタ材料111R、111G、111Bに対して親液性を呈する。これらの理由は、バンク30にはフッ素ポリマーがブレンドされており、一方、ブラックマトリクス17はフッ素系ポリマーを含有しないからである。一般に、フッ素を含む樹脂の表面は、フッ素を含まない樹脂の表面よりも、液状のカラーフィルタ材料に含まれる分散媒に対して高い撥液性を呈する。一方、フッ素を含まない樹脂の多くは、上記液状の材料に対して親液性を示す。
本実施例によれば、バンク30が相対的に高い撥液性を呈するため、被吐出部18R、18G、18Bに着弾した直後のカラーフィルタ材料の液滴は、バンク30を超えて被吐出部18R、18G、18Bの外へ流れず、ブラックマトリクス17の方に流れ落ちる。さらに、所望の撥液性を示す層と親液性を示す層とが形成されているため、ブラックマトリクス17およびバンク30を撥液化または親液化するための表面改質工程が不要になる。例えばテトラフルオロメタンを処理がガスとするプラズマ処理や酸素プラズマ処理が不要になる。
次に搬送装置170は、基体10Aを、オーブン160内に位置させる。その後、オーブン160はフィルタ層111FR、111FG、111FBを再加熱(ポストベーク)する。
次に搬送装置170は、基体10Aを吐出装置100Cのステージ106に位置させる。そして、吐出装置100Cは、フィルタ層111FR、111FG、111FB、およびバンク16を覆って平坦化層34が形成されるように、液状の材料を吐出する。フィルタ層111FR,111FG、111FB、およびバンク16を覆う平坦化層34が形成された後に、搬送装置170は基体10Aをオーブン150C内に位置させる。そして、オーブン150Cが平坦化層34を完全に乾燥させた後に、硬化装置165が平坦化層34を加熱して完全に硬化する。
次に、平坦化層34上に複数の電極36を形成し、その後、複数の電極36と平坦化層34とを覆う配向膜38Aを設けることで、図14(d)に示すように、基体10Aはカラーフィルタ基板10となる。
次に、スペーサを間に挟んで配向膜38Aと配向膜38Bとが対向するように、カラーフィルタ基板10と、別途作製された対向基板12と、を貼り合わせる。そして、配向膜間の空間に液晶材料を充填する。そして、偏光板20A、20Bを設けて、光源部16を設けることで、液晶表示装置11が得られる。
実施例2の液晶表示装置51の構造は、実施例1の液晶表示装置11におけるカラーフィルタ基板10がカラーフィルタ基板50に置き換わっている点を除いて、実施例1の液晶表示装置11の構造と実質的に同じである。図15では、実施例1で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
図15に示す液晶表示装置51は、偏光板20Aと、偏光板20Bと、カラーフィルタ基板50と、対向基板12と、液晶層14と、光源部16と、を備えている。液晶層14は、カラーフィルタ基板50と対向基板12との間に位置している。また、カラーフィルタ基板50は、液晶層14と光源部16との間に位置している。また、偏光板20Aと偏光板20Bとの間に、カラーフィルタ基板50と、液晶層14と、対向基板12と、が位置している。
カラーフィルタ基板50は、光透過性を有する基板72と、樹脂散乱層71と、反射部66と、透過部68と、オーバーコート層65と、複数のフィルタ層211FR、211FG、211FBと、ブラックマトリクス57と、バンク70と、平坦化層74と、複数の電極36と、配向膜38Aと、を含む。本実施例では、基板72の位置は、偏光板20Aと反射部66および透過部68との間である。
樹脂散乱層71は、基板72を覆うように設けられている。さらに、樹脂散乱層71上には、反射部66および透過部68が位置している。反射部66および透過部68は、ともに複数のフィルタ層211FR、211FG、211FBのそれぞれに対応する領域に位置している。本実施例において、反射部66および透過部68は、それぞれアルミニウム膜およびその開口部である。
透過部68の平面視形状は、図21(b)に示したように、略楕円形状に形成されている。より詳しくは、透過部68は一対の直線と一対の半円とからなる略楕円形状(トラック形状)である。なお、トラック形状は、ブラックマトリクス57の形状で規定される開口部57Aの平面形状に適した形状であればよく、例えば、開口部57Aの平面形状が正方形に近い形状であれば、一対の直線が省かれた円形でもよいし、二対の直線と二対の円弧からなるトラック形状であってもよい。
樹脂散乱層71には、規則性のない凹凸が設けられている。このため樹脂散乱層71上に形成された反射部66の反射面にも規則性のない凹凸が形成されている。反射面が規則性のない凹凸を有するため、反射部66は光をランダムな方向に反射する機能を有する。
反射部66上には、オーバーコート層65が位置する。オーバーコート層65は、反射部66と同じ形状にパターニングされている。オーバーコート層65が設けられる目的の一つは、反射光の色純度を下げることである。
オーバーコート層65の一部分上には、ブラックマトリクス57が位置している。ブラックマトリクス57は、複数の開口部57Aを有する。具体的には、ブラックマトリクス57は、複数の開口部57Aを規定する形状を有する遮光部である。また、複数の開口部57Aのそれぞれはマトリクス状に位置している。そして、それぞれの開口部57Aは画素領域Gに対応する。なお、ブラックマトリクス57は、本発明の「第1の層」の一例である。
複数のフィルタ層211FR、211FG、211FBのそれぞれは、3つの色のいずれかに対応する。具体的には、フィルタ層211FRが赤色に対応するフィルタであり、フィルタ層211FGが緑色に対応するフィルタであり、フィルタ層211FBが青色に対応するフィルタである。複数のフィルタ層211FR、211FG、211FBのそれぞれは、複数の開口部57Aのそれぞれに位置している。
バンク70はブラックマトリクス57上に形成されている。バンク70の平面形状はブラックマトリクス57の平面形状と同じである。後に詳細に説明するように、フィルタ層211FR、211FG、211FBを形成するための液状のカラーフィルタ材料に対するバンク70の撥液性は、カラーフィルタ材料に対するブラックマトリクス17の撥液性よりも大きい。なお、バンク70は、本発明の「第2の層」の一例である。
平坦化層74は、複数のフィルタ層211FR、211FG、211FBと、バンク70と、を覆うように位置している。具体的には、ほぼ平坦な面が得られるように、平坦化層74はフィルタ層211FR、211FG、211FBとバンク70とが形成する段差を覆っている。平坦化層74上には、複数の電極36が位置している。複数の電極36はそれぞれY軸方向(図15(a)の紙面に垂直な方向)に延びるストライプ状の形状を有しており、互いに平行である。配向膜38Aは、複数の電極36および平坦化層74を覆うように位置しており、所定の方向にラビング処理が施されている。
上述したように、カラーフィルタ基板50において、フィルタ層211FR、211FG、211FBのそれぞれに対応して、反射部66と透過部68とが位置する。このようなカラーフィルタ基板50を有する液晶表示装置51は、以下のように機能する。
バックライト(光源部16)の利用時には、バックライトからの光線Pは、偏光板20Aと基板72とを伝播したのちに透過部68とを通過する。そして、透過部68を通過した光線は、フィルタ層211FR、211FG、211FBに入射し、対応する波長域の光線がフィルタ層211FR、211FG、211FBから射出する。フィルタ層211FR、211FG、211FBからの光線(色光)は、液晶層14および対向基板12を伝播して偏光板20Bから射出する。偏光板20Bの射出面では、バックライトからの光線の強度は、電極36および電極42の間で印加された電圧に応じて変調されている。
一方、外光利用時には、外光などの光線Sは、偏光板20Bと、対向基板12と、液晶層14とを伝播して、対応するフィルタ層211FR、211FG、211FBに入射する。そして、フィルタ層211FR、211FG、211FBとオーバーコート層65とを伝播した光線のうち、反射部66によって反射された光線は、再度フィルタ層211FR、211FG、211FBを伝播し、対応する色光として射出する。各色光は、液晶層14および対向基板12を再び伝播して、偏光板20Bから射出する。偏光板20Bの射出面では、外光などの光線の強度は、電極36および電極42の間で印加された電圧に応じて変調されている。
上記構成によって、ブラックマトリクス57に関して第1の側から入射する第1の光線であって、対応するフィルタ層211FR、211FG、211FBを通過する第1の光線は、反射部66によって第1の側へ反射する。一方、ブラックマトリクス57に関して第2の側から入射する第2の光線は、透過部68と対応するフィルタ層211FR、211FG、211FBとを介して第1の側に射出する。なお、ブラックマトリクス57に関して第1の側とは、平坦化層74や液晶層14が位置する側である。また、ブラックマトリクス57に関して第2の側とは、光源16が位置する側である。
このように、液晶表示装置51は、外光を利用して画像を表示することも、バックライトからの光を利用して画像を表示することも可能である。このような機能を有する液晶表示装置51は、半透過反射型の表示装置と呼ばれる。
カラーフィルタ基板50におけるフィルタ層211FR、211FG、211FBは、インクジェット装置などの吐出装置からブラックマトリクス57の開口部57A内にカラーフィルタ材料を吐出することで塗布されている。
本実施例では、フィルタ層211FR、211FG、211FBが設けられる前のカラーフィルタ基板50を「基体50A」と表記することもある。また、本実施例では、フィルタ層211FR、211FG、211FBを設けるべき領域のそれぞれを「被吐出部58R、58G、58B」と表記することもある。この表記によれば、本実施例の場合、基体50Aにおいて、バンク70と、ブラックマトリクス57と、オーバーコート層65と、透過部68と、によって囲まれる凹部のそれぞれが被吐出部58R、58G、58Bに対応する。
次に液晶表示装置51の製造方法を説明する。
まず、光透過性を有する部材の表面に反射部66と反射部66の開口部である透過部68とを形成する。具体的には、図16(a)に示すように、ガラス基板など光透過性を有する基板72のほぼ全面を覆うように、スピンコート法などで光透過性を有するポリイミドなどの樹脂層を形成し、その後、ブラスト法により樹脂層の表面にランダムな凹凸を与える。この結果、樹脂散乱層71が得られる。樹脂散乱層71が本発明の光透過性を有する「部材」に対応する。次に、樹脂散乱層71上にスパッタ法などでアルミニウム(Al)膜を製膜する。そして、図16(b)に示すように、それぞれの画素領域Gに対応して反射部66と透過部68とが形成されるように、上記Al膜をパターニングする。パターニング後に樹脂散乱層71上に残ったAl膜が反射部66であり、Al膜が取り除かれた部分が透過部68である。このようにして、光透過性を有する部材の表面に反射部66と透過部68とが形成される。
本実施例では、透過部68をX軸方向とY軸方向とに平行な仮想平面上に位置させた場合に、図21(b)に示すように、透過部68の平面視形状が略楕円形状に形成されている。より詳しくは、透過部68は一対の直線と一対の半円とからなる略楕円形状(トラック形状)となるように、上述のAl膜がパターニングされている。本明細書でいう略楕円形状は、楕円形状だけでなく、トラック形状またはオーバル形状も含む。なお、前述したように、X軸方向およびY軸方向は、ノズル118が被吐出部に対して相対移動する方向である。
次に、図16(c)に示すように、反射部66および樹脂散乱層71を覆って、オーバーコート層を塗布し、反射部66と同じ形状にパターニングする。この結果、反射部66上にオーバーコート層65が得られる。
次に、反射部66と透過部68とを覆って第1の材料の層を形成する。具体的には、図16(d)に示すように、オーバーコート層65、およびオーバーコート層65の間(すなわち反射部66の間)で露出した基板72を覆って黒顔料が分散された熱硬化型アクリル樹脂(樹脂ブラック)を3μm程度の厚さに塗布する。この結果、樹脂ブラック層57’を形成する。ここで、樹脂ブラック層57’が、上記した「第1の材料の層」の一例である。
さらに、図16(d)に示すように、樹脂ブラック層57’のほぼ全面を覆うように、フッ素系ポリマーがブレンドされたネガ型のアクリル系化学増幅型感光性レジストを塗布する。この結果、樹脂ブラック層57’上にレジスト層70’を得る。ここで、レジスト層70’が上記した「第2の材料の層」の一例である。
次に、レジスト層70’と樹脂ブラック層57’とをパターニングする。具体的には、画素領域Gが形成されるべき領域に対応した部位に遮光部を有するフォトマスクを介して、レジスト層70’に光hνを照射する。そして、所定のエッチング液を用いてエッチングすることで、光hνが照射されていない複数の部分、すなわち複数の画素領域Gに対応する複数の部分のレジスト層70’と、樹脂ブラック層57’と、を取り除く。そのことによって、図16(e)に示すように、後に形成されるべきフィルタ層を囲む形状を有するブラックマトリクス57とバンク70とが、基板72上に同時に得られる。つまり、反射部66と透過部68とに対応した開口部57Aが得られる。
ブラックマトリクス57と、バンク70と、オーバーコート層65と、透過部68とによって規定される領域が、被吐出部58R,58G、58Bである。なお、バンク70は光透過性を有する。また、前述したように、ブラックマトリクス57は、本発明の「第1の層」の一例であり、バンク70は、本発明の「第2の層」の一例である。
このように、基板72上に位置するブラックマトリクス57とブラックマトリクス57上に位置するバンク70とを形成することで、ブラックマトリクス57とバンク70とによって区画された領域(つまり被吐出部58R、58G、58B)を基板50Aに設ける。
被吐出部58R,58G、58Bが形成された基体50Aは、搬送装置170(図1)によって、吐出装置100Rのステージ106に運ばれる。そして、図17(a)に示すように、吐出装置100Rは、被吐出部58Rのすべてにカラーフィルタ材料211Rの層が形成されるように、ヘッド114からカラーフィルタ材料211Rを吐出する。吐出装置100Rが行うカラーフィルタ材料211Rの吐出方法は、図10、図11、および図12を参照して説明した方法である。基体50Aの被吐出部58Rのすべてにカラーフィルタ材料211Rの層が形成された場合には、搬送装置170が基体50Aを乾燥装置150R内に位置させる。そして、被吐出部58R上のカラーフィルタ材料211Rを完全に乾燥させることで、被吐出部58R上にフィルタ層211FRを得る。
次に搬送装置170は、基体50Aを吐出装置100Gのステージ106に位置させる。そして、図17(b)に示すように、吐出装置100Gは、被吐出部58Gのすべてにカラーフィルタ材料211Gの層が形成されるように、ヘッド114からカラーフィルタ材料211Gを吐出する。吐出装置100Gが行うカラーフィルタ材料211Gの吐出方法は、図10、図11、および図12を参照して説明した方法である。基体50Aの被吐出部58Gのすべてにカラーフィルタ材料211Gの層が形成された場合には、搬送装置170が基体50Aを乾燥装置150G内に位置させる。そして、被吐出部58G上のカラーフィルタ材料211Gを完全に乾燥させることで、被吐出部58G上にフィルタ層211FGを得る。
次に搬送装置170は、基体50Aを吐出装置100Bのステージ106に位置させる。そして、図17(c)に示すように、吐出装置100Bは、被吐出部58Bのすべてにカラーフィルタ材料211Bの層が形成されるように、ヘッド114からカラーフィルタ材料211Bを吐出する。吐出装置100Bが行うカラーフィルタ材料211Bの吐出方法は、図10、図11、および図12を参照して説明した方法である。基体50Aの被吐出部58Bのすべてにカラーフィルタ材料211Bの層が形成された場合には、搬送装置170が基体50Aを乾燥装置150B内に位置させる。そして、被吐出部58B上のカラーフィルタ材料211Bを完全に乾燥させることで、被吐出部58B上にフィルタ層211FBを得る。
上述したように、本実施例においては、透過部68が図21(b)に示したように、略楕円形状に形成されている。より詳しくは、透過部68は平面視一対の直線と一対の半円とからなる略楕円形状(トラック形状)であり、透過部68にはカラーフィルタ材料211R、211G、211Bが充填され難い角の部分がないため、カラーフィルタ材料211R、211G、211Bは透過部68の全面に欠けることなく充填されている。したがって、カラーフィルタ材料211R、211G、211Bを乾燥させると、フィルタ層211FR、211G、211Bによって、透過部68は隙間なく覆われている。
本実施例では、液状のカラーフィルタ材料211R、211G、211Bに対して、バンク70は撥液性を呈する。さらに、カラーフィルタ材料211R、211G、211Bに対するブラックマトリクス57の撥液性は、カラーフィルタ材料211R、211G、211Bに対するバンク70の撥液性よりも低い。むしろ、ブラックマトリクス57は、液状のカラーフィルタ材料211R、211G、211Bに対して親液性を呈する。これらの理由は、バンク70にはフッ素ポリマーがブレンドされており、一方、ブラックマトリクス57はフッ素系ポリマーを含有しないからである。一般に、フッ素を含む樹脂の表面は、フッ素を含まない樹脂の表面よりも、液状のカラーフィルタ材料に含まれる分散媒に対して高い撥液性を呈する。一方、フッ素を含まない樹脂の多くは、上記液状の材料に対して親液性を示す。
本実施例によれば、バンク70が相対的に高い撥液性を呈するため、被吐出部58R、58G、58Bに着弾した直後のカラーフィルタ材料の液滴は、バンク70を超えて被吐出部58R、58G、58Bの外へ流れず、ブラックマトリクス57の方に流れ落ちる。さらに、所望の撥液性を示す層と親液性を示す層とが形成されているため、ブラックマトリクス57およびバンク70を撥液化または親液化するための表面改質工程が不要になる。例えばテトラフルオロメタンを処理がガスとするプラズマ処理や酸素プラズマ処理が不要になる。
次に搬送装置170は、基体50Aを、オーブン160内に位置させる。その後、オーブン160はフィルタ層211FR、211FG、211FBを再加熱(ポストベーク)する。
次に搬送装置170は、基体50Aを吐出装置100Cのステージ106に位置させる。そして、吐出装置100Cは、フィルタ層211FR、211FG、211FB、およびバンク70を覆って平坦化層74が形成されるように、液状の保護膜材料を吐出する。フィルタ層211FR,211FG、211FB、およびバンク70を覆う平坦化層74が形成された後に、搬送装置170は基体50Aをオーブン150C内に位置させる。そして、オーブン150Cが平坦化層74を完全に乾燥させた後に、硬化装置165が平坦化層74を加熱して完全に硬化する。
次に、平坦化層74上に複数の電極36を形成し、その後、複数の電極36と平坦化層74とを覆う配向膜38Aを設けることで、図17(d)に示すように、基体50Aはカラーフィルタ基板50となる。
次に、スペーサを間に挟んで配向膜38Aと配向膜38Bとが対向するように、カラーフィルタ基板10と、別途作製された対向基板と、を貼り合わせる。そして、配向膜間の空間に液晶材料を充填する。そして、偏光板20A、20Bを設けて、光源部16を設けることで、液晶表示装置51が得られる。
上記実施例の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。
図18は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図18に示すように、携帯電話1000は、液晶表示部1001を備えている。液晶表示部1001には、液晶表示装置11および液晶表示装置51のどちらでも適用できる。
図19は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図19において、時計本体1100は、液晶表示部1101を備えている。液晶表示部1101には、液晶表示装置11および液晶表示装置51のどちらでも適用できる。
図20は、パーソナルコンピュータなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図20において、情報処理装置1200は、キーボードなどの入力部1202、情報処理装置本体1204、液晶表示部1206を用いた液晶表示部を示している。液晶表示部1206には、液晶表示装置11および液晶表示装置51のどちらでも適用できる。
図18〜図20に示す電子機器は、上記実施例の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えているので、反射モード時にも透過モード時にも発色が良く、視認性に優れた液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
(実施例1〜3の変形例)
(1)実施例1〜3では、透過部28の形状および透過部68の形状は略楕円形状であった。しかしながら、透過部28の形状および透過部68の形状は、図21(a)に示すような矩形でもよい。透過部28、68の形状が矩形であっても、透過部28、68への材料の吐出、および反射部26、66への材料の吐出をこの順番で行えば、透過部と反射部との境界部の段差は吐出された液滴によって充分に覆われ得る。ただし、略楕円形状の透過部と、透過部への吐出方法とを組み合わせれば、段差が覆われる確実性はより高くなる。
(2)上記実施例1および2のカラーフィルタ基板は、液晶表示装置に適用される。しかしながら、実施例1および2のカラーフィルタ基板は、液晶表示装置以外の表示装置に適用されてもよい。本明細書において「表示装置」とは、プラズマ表示装置、液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス表示装置、FED(Field Emission display)やSED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display)を含む電子放出素子を備えた画像表示装置などを含む用語である。
表示装置が半透過反射型の表示を行わなくても、色純度をさらに向上させることができるため、様々な表示装置に実施例1および2のカラーフィルタ基板を備えることが好ましい。
(a)および(b)は実施例1の液晶表示装置を示す模式図。 実施例1の製造装置を示す模式図。 実施例1の吐出装置を示す模式図。 実施例1のキャリッジを示す模式図。 実施例1のヘッドを示す模式図。 (a)および(b)は図5のヘッドにおける吐出部を示す模式図。 吐出装置における制御部の機能ブロック図。 実施例1の基体の製造方法を示す模式図。 実施例1の被吐出部を示す模式図。 実施例1の吐出方法を示す模式図。 実施例1の吐出方法を示す模式図。 実施例1の吐出方法を示す模式図。 実施例1の走査範囲を示す模式図。 実施例1の製造方法を示す模式図。 (a)および(b)は実施例2の液晶表示装置を示す模式図。 実施例2の基体の製造方法を示す模式図。 実施例2の吐出方法を示す模式図。 実施例3の携帯電話を示す模式図。 実施例3の腕時計型電子機器を示す模式図。 実施例3の携帯型情報処理装置を示す模式図。 透過部の形状を示す模式図。
符号の説明
11・・・液晶表示装置
20A、20B・・・偏光板
10・・・カラーフィルタ基板
12・・・対向基板
14・・・液晶層
16・・・光源部
26・・・反射部
28・・・透過部
32・・・基板
17・・・ブラックマトリクス
30・・・バンク
34・・・平坦化層
36・・・電極36
38A、38B・・・配向膜
51・・・液晶表示装置
50・・・カラーフィルタ基板
66・・・反射部
68・・・透過部
72・・・基板
57・・・ブラックマトリクス
70・・・バンク
74・・・平坦化層
100R、100G、100B・・・吐出装置
102・・・吐出走査部
103・・・キャリッジ
104・・・第1位置制御装置
108・・・第2位置制御装置
106・・・ステージ106
111R、111G、111B・・・カラーフィルタ材料
111FR、111FG、111FB・・・フィルタ層

Claims (15)

  1. 開口部を有する第1の層と、
    反射部と、
    透過部と、
    前記開口部に位置するとともに前記反射部と前記透過部とを覆うフィルタ層と、を備えたカラーフィルタ基板であって、
    前記透過部は前記反射部の開口部であるとともに略楕円形状を有していることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  2. 請求項1に記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記第1の層上に位置する第2の層をさらに備えたことを特徴とするカラーフィルタ基板。
  3. 請求項1または2に記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記反射部の表面は光散乱面であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  4. 請求項3に記載のカラーフィルタ基板であって、
    光透過性を有する基板と、
    前記基板上に位置するとともに、凹凸面を有する樹脂層と、
    をさらに備え、
    前記反射部の前記表面が前記光散乱面になるように、前記反射部が前記凹凸面に接して形成されていることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  5. 請求項2ないし4のいずれかに記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記フィルタ層の原料である液状のカラーフィルタ材料に対する前記第2の層の撥液性は、前記液状のカラーフィルタ材料に対する前記第1の層の撥液性よりも高いことを特徴とするカラーフィルタ基板。
  6. 請求項5に記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記第1の層は前記液状のカラーフィルタ材料に対して親液性を呈することを特徴とするカラーフィルタ基板。
  7. 請求項2ないし6のいずれかに記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記第2の層は、前記第1の層をパターニングするためのレジストであることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  8. 請求項7に記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記レジストはフッ素系ポリマーを含むレジストであることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  9. 請求項1ないし8のいずれかに記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記第1の層はブラックマトリクスであることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載のカラーフィルタ基板であって、
    前記反射層上に位置するオーバーコート層をさらに備え、
    前記フィルタ層は、前記オーバーコート層と、前記透過部とを覆うことを特徴とするカラーフィルタ基板。
  11. 請求項1ないし10のいずれかに記載のカラーフィルタ基板を備えたことを特徴とする表示装置。
  12. 光線を発生する光源部と、
    液晶層と、
    前記光源部と前記液晶層との間に位置するカラーフィルタ基板と、
    を備えた液晶表示装置であって、
    前記カラーフィルタ基板は、
    開口部を有する第1の層と、
    反射部と、
    透過部と、
    前記開口部に位置するとともに前記反射部と前記透過部とを覆うフィルタ層と、を含み、
    前記透過部は前記反射部の開口部であるとともに略楕円形状を有していることを特徴とする液晶表示装置。
  13. 請求項11に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
  14. 請求項12に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
  15. 光透過性を有する部材の表面に反射部と前記反射部の開口部である透過部とを形成するステップ(A)と、
    前記反射部と前記透過部とに対応する開口部を有する第1の層を形成するステップ(B)と、
    前記反射部および前記透過部を覆うように前記開口部の内側に液状のカラーフィルタ材料を塗布するステップ(C)と、
    塗布された前記フィルタ材料を乾燥させることによりフィルタ層を形成するステップ(D)と、を備え、
    前記ステップ(A)は、前記透過部を略楕円形状に形成するステップを含むことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
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