JP2013205482A - カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチック等のフィルム基板上に形成され、優れた透明性とガスバリア性を有するカラーフィルタを提供すること。
【解決手段】カラーフィルタ１００は、フィルム基板１０５上に少なくとも着色層１０４、ガスバリア層１０２、透明無機層１０１の複数の層を備える。この複数の層は、フィルム基板１０５側から、着色層１０４、ガスバリア層１０２、透明無機層１０１の順に設けられ、透明無機層１０１は、ガスバリア層１０２よりも大きな圧縮応力を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック等のフィルム基板上へ着色層パターン等を形成した、所謂カラーフィルタに関する。

現在、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、分散媒溶液と電荷を帯びた電気泳動粒子とを充填した電気泳動表示装置等は、テレビや携帯電話、多機能携帯端末、電子ブックリーダー、電子看板等において利用されており、その用途は今後さらに拡大することが見込まれている。

上記した各種表示装置（デバイス）のフルカラー表示においては、駆動用電極もしくはカラーフィルタの一方または両方に、厚さ数百μｍ程度のガラス基板が用いられる。また近年では、ガラス基板をフィルムへ置き換え、フレキシブルディスプレイとして製品化するための研究が盛んに行われている。具体的には、表示装置の支持体をガラスからフィルムへと置き換えることで、ガラスを用いた場合と比較して、これまでにない軽量化や強靭化、薄型化、ロールｔｏロール加工による低コスト化等を図ることが可能となる（例えば、特許文献１）。

一方、一般的にフィルムは、ガラスと比較して、耐熱性や伸縮性、ガスバリア性がガラスに対して大きく劣るものが多いため、カラーフィルタ製造に弊害を及ぼすことがある。例えば、ガスバリア性がガラスに対して劣ることで、液晶層や発光層、電気泳動粒子層等のいわゆる表示層や駆動電極に水蒸気が浸透し、表示装置（デバイス）の性能を著しく悪化させることがある。この弊害に対しては、フィルム上へガスバリア層を設けることで解決が図られている。上述した表示装置の基板としてフィルムを用いる場合、表示装置によっても異なるが、水蒸気透過率として一般的に１０^-2〜１０^-6ｇ／ｍ²／ｄａｙ程度が必要と言われている。

ところで、カラーフィルタの基板として用いる等、表示装置（デバイス）の視認される側にフィルムを用いる場合、その光学特性を著しく損なわないためにフィルムは透明であることが求められる。従来から用いられている無アルカリガラス基板では、このようなことは問題とならないが、ガラス基板をフィルムへと置き換え、さらに上記のようにガスバリア層を設けた場合、これらの着色により透明性が損なわれる可能性がある。具体的には、１０^-2〜１０^-6ｇ／ｍ²／ｄａｙと求められる水蒸気透過率が小さければ小さいほど、一般的にはガスバリア層の膜厚を大きくしたり、または多層を積層したりするため、その着色を抑えることが困難になり、カラーフィルタや各表示装置の色調を損なうこと（光学的な損失）につながる。

また、透明なフィルムにガスバリア層を形成したガスバリアフィルムをカラーフィルタ基板に接着剤を介して貼り付けることで水蒸気バリア機能を持たせることも可能であるが、表示装置（デバイス）の表示画像を構成する光が透過する部材が更に増えるため、この方法によっても光学的な損失は大きくなってしまう。

特開２０１０−２８２２１３号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主たる目的は、プラスチック等のフィルム基板上に形成され、優れた透明性とガスバリア性を有するカラーフィルタを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。

第１の局面のカラーフィルタは、フィルム基板上に少なくとも着色層、ガスバリア層、透明無機層の複数の層を備える。この複数の層は、フィルム基板側から、着色層、ガスバリア層、透明無機層の順に設けられ、透明無機層は、ガスバリア層よりも大きな圧縮応力を有することを特徴とする。

第２の局面は、第１の局面において、着色層の上に平坦化層をさらに備え、ガスバリア層は、平坦化層の上に設けられたことを特徴とする。

第３の局面は、第１の局面または第２の局面において、ガスバリア層は、透明であることを特徴とする。

第４の局面は、第１の局面から第３の局面の何れかにおいて、透明無機層は、ガスバリア層の直上に設けられたことを特徴とする。

第５の局面は、第１の局面から第４の局面の何れかにおいて、透明無機層は、導電性を有することを特徴とする。

第１の局面によれば、着色層、ガスバリア層、透明無機層が、基板側から着色層、ガスバリア層、透明無機層の順に設けられていることで、表示層や駆動電極のより近傍にガスバリア層が存在する構造となる。このことにより、効率的に表示層や駆動電極への水蒸気の進入を阻止でき、より安定的に表示装置（例えば液晶ディスプレイ）の保護が可能となる。さらに、透明無機層が圧縮応力を有することにより、ガスバリア層形成時にガスバリア層に存在する微細なクラックを小さくすることが可能であり、高いガスバリア性を得ることが可能となる。

第２の局面によれば、着色層の上に平坦化層を設けたことで平坦性が向上し、当該平坦化層の上にガスバリア層が設けられるので、優れたガスバリア性を得ることが可能となる。

第３の局面によれば、ガスバリア層が透明であることにより、カラーフィルタの色彩を損なうことなくガスバリア性を付与することが可能となる。

第４の局面によれば、ガスバリア層の直上に透明無機層が設けられたことにより、透明無機層の圧縮応力は、ガスバリア層に直接作用する。このことにより、ガスバリア層形成時にガスバリア層に存在する微細なクラックをより小さくすることが可能であり、より高いガスバリア性を得ることが可能となる。

第５の局面によれば、透明無機層が導電性を有することにより、上記した効果に加え、共通電極としての機能を付加することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、プラスチック等のフィルム基板上に形成され、優れた透明性とガスバリア性を有するカラーフィルタを提供することができる。

カラーフィルタ１００の一例を示す断面模式図 印刷装置２００の一例を示す模式図

以下、図面を用いて本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ１００について説明する。なお、以下の説明において記載されている「透明」とは、可視光である波長領域４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内で透過率が７０％以上であることを示す。

図１は、カラーフィルタ１００の断面模式図である。図１に示すように、カラーフィルタ１００には、フィルム基板１０５、着色層１０４、平坦化層１０３、ガスバリア層１０２、透明無機層１０１が設けられる。

フィルム基板１０５としては、公知のものを用いることができる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、メタクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、トリアセチルセルロース、エポキシ樹脂等のプラスチックのフィルムや、ガラス等の無機物と上記プラスチックに代表されるようなプラスチックとの複合材料をフィルム状に加工したもの等を用いることができるが、可撓性や耐候性、製造工程における耐熱性・耐溶剤性・製造コスト等を考慮し、適宜選択して用いればよい。

フィルム基板１０５の上層には、着色層１０４が設けられる。着色層１０４としては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、黒色（Ｂｋ）、白色（Ｗ）やシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等から成るものを用いることが可能であるが、これらに限定されるものではない。着色層１０４としては、その各色をそれぞれ所定幅の線条（ストライプ）マトリクス状、または所定サイズの矩形マトリクス状等、適宜パターン状にパターニングしたものを用いることができる。

着色層１０４の形成方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、フォトリソグラフィー法、インクジェット法、印刷法等を用いることが可能である。

着色層１０４の上層には、平坦化層１０３が設けられる。平坦化層１０３は、着色層１０４の着色パターン形成後に、着色パターンを保護し、着色層１０４を平坦化するために設けられる。なお、平坦化層１０３を設けることで、着色層１０４の表面粗さが減少して平坦性が向上するため、ガスバリア性の向上や、導電性の透明無機層１０１の低抵抗化を達成することが可能である。

平坦化層１０３としては公知のものを用いることが可能である。例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂等やこれらの共重合体等を用いることができる。これらの硬化には光硬化、熱硬化等を適宜選択して用いればよい。

平坦化層１０３の上層には、ガスバリア層１０２が設けられる。ガスバリア層１０２としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、有機ガスバリア膜等から適宜選択して用いることができ、蒸着法、スパッタリング法、化学的性気相成長法（ＣＶＤ法）、原子層堆積法（ＡＬＤ法）、ゾル‐ゲル法、各種塗布法等により形成することが可能であるが、所望するガスバリア性能、寸法安定性、屈折率、透明性、内部応力等を考慮し、適宜選択して用いればよい。

上記ガスバリア層１０２は、平坦化層１０３上に設けられるが、それぞれ単層であってもよいし、透明性を損なわない範囲で２つ以上の層が積層されてもよい。積層によりガスバリア層１０２を形成する場合には、無機・有機高分子のガスバリア層を交互に積層すると効果的である。また、ガスバリア層１０２の材料や形成方法、膜厚、層の数等はそれぞれの面で同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、ガスバリア層１０２の材料として、ガスバリア性能の向上とともに表面保護のためのハードコート剤を用いてもよいし、ガスバリア層１０２のフィルム基板１０５への密着向上のためにアンカーコート剤を用いてもよい。また、有機高分子層は公知の方法で形成することが可能であり、具体的にはグラビアコート、ダイコート等の各種塗布法やフラッシュ蒸着法を用いることが可能である。ガスバリア層１０２に有機高分子層を用いる際には、用いるフィルム基板１０５自体のガスバリア性能や吸湿線膨張係数、透明性や表裏の表面粗さ、透明性、屈折率、密着性等を考慮し、材料、形成方法、膜厚等を適宜選択して用いればよい。

ガスバリア層１０２の上層には、透明無機層１０１が設けられる。透明無機層１０１は、公知の材料を用いることができる。透明無機層１０１は、ガスバリア層１０２と同様の材料または導電性を持たせる場合、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂等を蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤーＣＶＤ法、ゾル‐ゲル法、塗布法又はＰＬＤ法等から適宜選択して形成される。

このようにして形成された透明無機層１０１は圧縮応力を有することが好ましい。圧縮応力を有することで、ガスバリア層１０２に応力が加わり、ガスバリア層１０２の成膜時に生じたクラックを塞いだり、小さくしたりすることが可能であり、結果としてカラーフィルタ１００全体のガスバリア性が向上する。また、本効果は、ガスバリア層１０２と透明無機層１０１が接している場合に大きく発現するため、透明無機層１０１は、ガスバリア層１０２の直上に設けられることが好ましい。

なお、カラーフィルタ１００は、平坦化層１０３を備えることにより、着色層１０４の平坦性が向上してガスバリア性が向上するので好適であるが、平坦化層１０３を備えないものであってもよい。この場合、ガスバリア層１０２は、着色層１０４の上層に設けられる。

また、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

次に、上述した実施形態に基づき、カラーフィルタ１００を製造する実施例について説明する。本実施例においては、図２に示す印刷装置２００を用いて、カラーフィルタ１００を製造した。なお、本発明は、下記の実施例によって制限されない。

図２に示すように、印刷装置２００は、インキ塗工部２０２、ホットプレート２０３、パターン除去部２０５、パターン転写部２０６を備える。そして、図２に示すように、印刷装置２００には、インキ剥離性フィルム基材２０１、ガラス版２０４、フィルム基板１０５が配置される。

インキ剥離性フィルム基材２０１としては、基材厚約１００μｍのシリコーン系離型ポリエステルフィルム：Ｋ１５０４（５００ｍｍ×２００ｍ×１００μｍｔ；東洋紡績（株）製）を用いた。

ガラス版２０４としては、３００ｍｍ角、厚さ０．７ｍｍのガラスをウェットエッチングし、カラーフィルタ（８インチ、２００ｐｐｉ）におけるブラックマトリクスのパターンおよびそれに対応するＲ，Ｇ，Ｂ用ストライプパターンを使用した。それぞれのガラス版２０４にはアライメント用マークを設け、位置合わせに用いることとした。

フィルム基板１０５としては、１００μｍの厚さのポリエチレンナフタレートフィルム（帝人デュポン（株）製、Ｑ６５ＦＡ、３００ｍｍ×３００ｍｍ）を用いた。

フィルム基板１０５上に着色層１０４を設けるにあたっては、特許文献（特開２００８−１０５４００号公報）に記載の公知の方法を用い、一色ずつ順次形成した。

着色層１０４のＢｋインキとしては、メタクリル酸２０部、メチルメタクリレート１０部、ブチルメタクリレート５５部、ヒドロキシエチルメタクリレート１５部を、乳酸ブチル３００部に溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル０．７５部を加えて７０℃にて５時間の反応によりアクリル共重合樹脂を得た。アクリル共重合樹脂を樹脂濃度が１０％になるよう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で希釈し、アクリル共重合樹脂液とした。このアクリル共重合樹脂液８０．１ｇに対し、カーボンブラックを３５．０ｇ、分散剤０．９ｇを添加し、３本ロールにて混練し、Ｂｋ着色ペーストを得た。さらにＢｋ着色ペーストをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで顔料濃度が２３〜３５％になるよう調整し、レベリング剤としてメガファックＦ−４８３ＳＦ（ＤＩＣ社製）を０．５重量部添加してＢｋインキを作製した。

着色インクは以下のようにして作製した。上記のアクリル共重合樹脂液８０．１ｇに対し、顔料１９．０ｇ、分散剤０．９ｇを添加して、３本ロールにて混練し、赤色、緑色、青色の各着色ペーストを得た。この各着色ペーストを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メチルエーテル＝４：１の比率で顔料濃度が８〜１５％、になるように調整し、レベリング剤としてメガファックＦ−４８３ＳＦ（ＤＩＣ社製）を０．５重量部添加してＲ，Ｇ，Ｂ着色インクを得た。

上記材料を用いて、以下のように、カラーフィルタ１００を得た。

まず、インキ剥離性フィルム基材２０１上へ、インキ塗工部２０２（ダイコーター）によって乾燥膜厚が１．０μｍとなるようにＢｋインキを塗工し、次に、設置された４０℃ホットプレート２０３上で３０秒乾燥を行い、Ｂｋインキが塗工されたインキ剥離性フィルム基材２０１がパターン除去部２０５のステージ上に配置されるまで搬送を行った後、さらに１２０秒待機した。

次に、あらかじめパターン除去部２０５に設置しておいたガラス版２０４に、インキ剥離性フィルム基材２０１上に塗工されたＢｋインキをゴムローラーで押し当て、非画像部を除去した後、パターン転写部２０６へ、インキ剥離性フィルム基材２０１上に塗工されたＢｋインキの画像パターンが来るように搬送した。さらにゴムローラーでインキ剥離性フィルム基材２０１と、フィルム基板１０５とを貼り合わせた後、インキ剥離性フィルム基材２０１とフィルム基板１０５とを剥離することによって、フィルム基板１０５へ、ガラス版２０４のブラックマトリクスパターンの転写を行った。

次に、ホットプレート２０３にて８０℃・３分間の乾燥を行い、着色層１０４におけるブラックマトリクスパターンを得た。

上記ブラックマトリクスパターンが形成されたフィルム基板１０５上にアライメントマークを用いて位置合わせしながら同様の方法にてＲ，Ｇ，Ｂパターンを順次形成し着色層１０４を得た。

上記のようにフィルム基板１０５上に着色層１０４を得た後、固形分１０ｗｔ％に調整したウレタンアクリレート系樹脂（ＥＭ−９０、荒川化学工業（株）製）にＤＡＲＯＣＵＲ１１７３（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）製）を固形分に対して５ｗｔ%添加した平坦化液を着色層１０４上にダイコーターで塗工し、８０℃・３分間の乾燥を行った。その後、紫外線照射を行い硬化させ、着色層１０４上に平坦化層１０３を得た。

続いて上記平坦化層１０３上に、Ｓｉをターゲットとして、プロセスガスにＡｒ、反応性ガスにＯ₂を用いてスパッタリング法にて膜厚が５０ｎｍとなるように酸化珪素膜を形成しガスバリア層１０２を得た。

更に上記の酸化珪素上に、ＩＴＯをターゲットとて、プロセスガスにＡｒ、反応性ガスにＯ₂を用いてスパッタリング法にて膜厚が１００ｎｍとなるようにＩＴＯ膜を形成し導電性の透明無機層１０１を得た。

上記方法により、本実施形態におけるカラーフィルタ１００を得た。本カラーフィルタ１００の非パターン部は水蒸気透過率：０．０１ｇ／ｍ²／ｄａｙ、４００−８００ｎｍにおける光線透過率は８５％であった。

１００ カラーフィルタ
１０１ 透明無機層
１０２ ガスバリア層
１０３ 平坦化層
１０４ 着色層
１０５ フィルム基板
２００ 印刷装置
２０１ インキ剥離性フィルム基材
２０２ インキ塗工部
２０３ ホットプレート
２０４ ガラス版
２０５ パターン除去部
２０６ パターン転写部

Claims (5)

1. フィルム基板上に、少なくとも着色層、ガスバリア層、透明無機層の複数の層を備えたカラーフィルタであって、
   前記複数の層は、前記フィルム基板側から、前記着色層、前記ガスバリア層、前記透明無機層の順に設けられ、
   前記透明無機層は、前記ガスバリア層よりも大きな圧縮応力を有することを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記着色層の上に平坦化層をさらに備え、
   前記ガスバリア層は、前記平坦化層の上に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記ガスバリア層は、透明であ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. 前記透明無機層は、前記ガスバリア層の直上に設けられたことを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のカラーフィルタ。
5. 前記透明無機層は、導電性を有することを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載のカラーフィルタ。

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