JPH07314666A - カラー・フィルタを製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無駄になる材料の量を減らして、カラー・フ
ィルタ・アレイを低価格で製造すること。 【構成】 集束された音響エネルギを使用して受容体１
０４上にカラー・フィルタ材料の液滴５２を付着するこ
とによりカラー・フィルタを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルタの製造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶ディスプレイは、多くの分
野、たとえば、コンピュータ・ディスプレイ・スクリー
ンにおいて有用な画像装置である。図１は、典型的なカ
ラー液晶ディスプレイ１０を示す。蛍光灯１２は、光板
体１４から放出される白色光を生じる。放出された白色
光は、白色光を所定の面に偏光する偏光器１６を通過す
る。次いで、偏光白色光は、多数のアドレス可能なアク
ティブ・マトリックス素子２０を含む液晶アレイ・アセ
ンブリ１８を照明する（背景光）。各アクティブ・マト
リックス素子は、アクティブ・マトリックス板２３とカ
ラー・フィルタ板２４との間に挟まれた液晶材料を横切
って選択的に電圧を印加する一つ以上のトランジスタ・
スイッチ２２を含む。液晶を横切って適正な電圧が印加
されると、液晶は入力光を偏光する。反対に他の電圧で
は液晶は偏光することなく光を通過させる。

【０００３】アクティブ・マトリックス素子を通過する
光は、カラー・フィルタ・アレイ２４の関連するカラー
・フィルタ素子を照明する。このように、アクティブ・
マトリックス素子を通過した光は、カラー・フィルタ素
子によりカラー・フィルタ処理される。大部分の用途に
おいて、カラー・フィルタ素子は、アクティブ・マトリ
ックス素子を通過した光を三原色の一つに濾波する。各
種のカラーフィルタの適切な編成とアクティブ・マトリ
ックス素子への電圧により、通過光をどのような色に見
せることもできる。

【０００４】最も高い品質の液晶ディスプレイにおいて
は、カラー・フィルタ素子間とトランジスタ・スイッチ
の上の領域は、黒色とされており、これにより、ブラッ
ク・マトリックスと呼ばれるものを形成する。ブラック
・マトリックスは、液晶の電圧制御が及ばない領域で光
がディスプレイを通過するのを防止する。次いで、カラ
ーフィルタ処理された光は、アクティブ・マトリックス
素子により選択的に偏光された光と相互に作用する第２
の偏光器２６を通過し画像を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】過去において、カラー
液晶ディスプレイを製造するのに最も高価で困難な部分
の一つは、カラー・フィルタ・アレイであった。従来技
術を使用して製造された高解像度カラー液晶ディスプレ
イにおいては、ディスプレイを製造するコストの大部分
はカラー・フィルタ・アレイの製造であった。高いコス
トの一つの理由は、従来技術においては、大部分のカラ
ー・フィルタ・アレイがリソグラフィにより製造されて
いたことにあった。リソグラフィによる製造では、第１
の色の材料が、カラー・フィルタ・アレイの基体上に被
覆される。次に、第１の被覆がリソグラフィによりパタ
ーン化され、エッチングされ、硬化され、第１の色のカ
ラー・フィルタ素子を選択された位置に残す。次いでこ
の処理は他のカラー・フィルタ素子についても繰り返さ
れる。カラー・フィルタ・アレイがブラック・マトリッ
クスを含んでいる場合には、ブラック・マトリックスも
上記のようにリソグラフィにより形成されなければなら
ない。最後に、フィルタ素子を保護するためにパッシベ
ーション層が用意される。このように、ブラック・マト
リックス、三原色、及びパッシベーション層の形成には
幾つかのリソグラフィ工程が必要である。リソグラフィ
処理の各ステップは、付着された材料の大部分を除去す
るので、かなりの量の材料が無駄になる。更に、一旦リ
ソグラフィで形成されると、欠陥カラー・フィルタ素子
の修復は困難であるか不可能である。

【０００６】カラー・フィルタ・アレイをリソグラフィ
で製造する場合の他の問題は、既存の設計を変更するこ
とが困難なことである。幾つかのリソグラフィのステッ
プに対する新しいフォト・マスクとプロセスを設計する
と時間と費用がかかるので、設計の変更と実験が大幅に
制限される。これに加えて、全ての材料がリソグラフィ
での製造に向いている訳ではないので、幾つかの可能性
のある有用なカラー・フィルタ材料が使用できない。

【０００７】従って、カラー・フィルタ・アレイを製造
する新しい方法が有用となる。特に、カラー・フィルタ
・アレイを低価格で製造する方法が有用となる。その方
法が無駄になる材料の量を減らせば有益であり、不適正
に付着されたカラー・フィルタの修復に向き、リソグラ
フィに適しないカラー・フィルタ材料を使用することが
可能となり、比較的容易にカラー・フィルタ・アレイの
設計変更が可能となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、受容体の上に
カラー・フィルタ材料を直接付着することにより、カラ
ー・フィルタを製造する方法である。異なった色のカラ
ー・フィルタ材料を付着してカラー・フィルタ・アレイ
を形成することができる。好適には、この方法は音響的
印刷（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）に関す
る。

【０００９】

【実施例】本発明の他の観点は、以下の説明が進むに連
れて図面を参照して明らかになるであろう。

【００１０】図において、同じ番号は同じ要素を示す。
これに加えて、以下に続くテキストは、図面に関して各
種の方向性のある指示（頂部と底部のような）を使用す
るが、これは本発明の理解の助けとなることを意図する
ものであって、これに限定するものではない。

【００１１】記録媒体に記録するために各種の印刷技術
が開発されてきた。たとえば、サーマル・インク・ジェ
ット印刷は、素子を急速に加熱してノズルから泡を放出
させることにより動作する。他の従来技術の印刷技術
は、圧電インク・ジェットである。圧電インク・ジェッ
ト・プリンタは、液体中の圧電素子に電圧を印加するこ
とにより動作する。この電圧は圧電素子を膨張させ、こ
れにより液滴をノズルから押し出す。サーマル・インク
・ジェット・プリンタや圧電インク・ジェット・プリン
タのような、ノズルを使用したプリンタは、詰まり易い
ことに注意すべきである。ノズルを使用したプリンタの
他の問題は、適正な価格で多数の非常に小さな精密に配
置されたノズルを得ることが困難であることである。こ
の理由により、ノズルを使用したプリンタは、典型的に
は、記録媒体を横切ってラスター状に移動する比較的小
さな印刷ヘッドを使用する。注記するに値する他の問題
は、ノズルにより放出される液滴は、ノズルの縁の濡れ
具合に応じた軌跡で放出されるということである。不均
一な濡れは、液滴を誤った方向に導く恐れがある。

【００１２】多くの他のプリンタ技術があるが、本発明
の重要性は音響的印刷にある。音響的印刷においては、
集束された音響的エネルギが液滴を液体の自由表面から
記録媒体上に放出する。音響的プリンタはノズルを使用
しないので、それらは詰まり難い。更に、音響的プリン
タは、それぞれが非常に小さな液滴を放出する数千の密
集して詰め込まれた液滴放出器を形成できるフォトリソ
グラフィ技術を使用して容易に製造することができる。
これは印刷速度を高めることになる。これに加えて、音
響的に放出された液滴は高い方向性を有するので、カラ
ー・フィルタ材料の配置を正確に制御することが可能と
なる。

【００１３】本発明者らは、ポリイミドや各種のアクリ
ルのようなカラー・フィルタ材料の小さな液滴の音響的
放出が可能であることを認識した。また本発明者らは、
音響的プリンタは、直径が５ミクロン程度の小さな液滴
を放出することができ、受容体上に放出された液滴の配
置を厳密に制御できるので、カラー・フィルタ・アレイ
の音響的製造（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｆａｂｉｌｉｃａｔ
ｉｏｎ）が可能でありまた有用であることを認識した。
また本発明者らは、音響的に放出された液滴は微少量で
あるので、カラー・フィルタ材料の付着不足のような或
る欠陥カラー・フィルタ素子の修復が可能であることを
認識した。更に本発明者らは、カラー・フィルタ・アレ
イをリソグラフィにより形成する場合に比較して、カラ
ー・フィルタ材料を音響的に付着する場合には、材料の
無駄が減少し、設計の変更が簡単であることを認識し
た。その結果、コストが低くなり、生産性が高くなる。

【００１４】本発明の原理は、図２を検討した後で明ら
かになるであろう。図２は、一般的なカラー・フィルタ
材料であるポリイミド５４の液滴５２を放出する典型的
な音響的液滴放出器５０を示す。図２は、液滴５２の放
出の直後で、ポリイミド５４の自由表面５８上の盛り上
がり５６が弛緩する前の液滴放出器５０を示す。

【００１５】盛り上がり５６の形成とこれに続く液滴５
２の放出は、ＺｎＯトランスジューサ６０により生成さ
れた音響的な力により生じた圧力の結果である。音響的
な圧力を発生させるために、ＲＦ駆動エネルギがＺｎＯ
トランスジューサ６０にＲＦ駆動源６２から底部電極６
４と頂部電極６６を介して印加される。トランスジュー
サからの音響エネルギは、ベース６８を通過して音響レ
ンズ７０に至る。音響レンズは、その受け取った音響エ
ネルギを、ポリイミド５４の自由表面５８にある、或い
は、その極近傍にある小さな集束区域に集束する。ポリ
イミドの自由表面に対して充分に且つ適正に音響ビーム
のエネルギが与えられると、盛り上がり５６が形成さ
れ、これに続いて液滴５２が放出される。

【００１６】更に図２を参照すると、音響レンズ７０か
らの音響エネルギは、単位長当たりの減衰量が比較的少
ない液体で満たされた液体セル７２を通過する。液体セ
ル７２の底部は、ベース６８により形成され、液体セル
の側部は、頂部板７４内の開口の表面により形成され、
液体セルの頂部は、音響的に薄い蓋状構造７６により封
止される。「音響的に薄い」とは、蓋状構造の厚みが、
印加されたエネルギの波長よりも短いことを意味する。

【００１７】液滴放出器５０は、更に、ポリイミド５４
を保持する蓋状構造７６の上方に位置する溜部７８を含
む。図２に示されるように、溜部は、側壁８２により境
界が規定される開口８０を含む。開口８０は、液体セル
７２の軸上に整列していることに注意すべきである。側
壁８２は、そこをポリイミドが通過する複数のポート孔
８４を含む。加圧手段８６は、蓋状構造７６の上方に自
由表面５８を有するポリイミドの液体溜まりを生成する
ように、ポリイミド５４をポート孔８４を通して押しや
る。

【００１８】液滴放出器５０は、ポリイミドの自由表面
５８が音響的な集束区域にある、或いは、その極近傍に
あるように寸法が決められる。蓋状構造７６は音響的に
薄いので、音響エネルギは容易に蓋状構造を通過して上
に被せられたポリイミドに至る（蓋状構造は、マイラー
のような低音響インピーダンスを有する材料から成るも
のとする）。

【００１９】第２の実施態様の音響的液滴放出器９０が
図３に示される。液滴放出器９０は、音響的に薄い蓋状
構造７６により封止された液体セル７２を持っていな
い。それは、ポリイミド５４で満たされた溜部７８も、
（加圧手段８６のような）溜部に関連したどのような素
子も持っていない。むしろ、音響エネルギは、音響レン
ズ７０から直接ポリイミド５４に至る。しかしながら、
液滴５２は、ポリイミドの自由表面５８上に形成された
盛り上がり５６から依然放出される。

【００２０】音響的液滴放出器９０は、音響的液滴放出
器５０よりも概念的に単純であるが、液滴放出器９０の
ポリイミドが通過する経路長が長くなると、過剰な音響
的減衰を招くおそれがあることに注意すべきである。

【００２１】音響的に印刷を行う液滴放出器と同様に、
カラー・フィルタ製造用の液滴放出器を、フォトリソグ
ラフィ技術を使用して、多数回、多分数千回も複製する
ことができる。

【００２２】図４は、個別の液滴放出器１０２のアレイ
１００を示し、その中の幾つかは、カラー・フィルタ・
アレイの製造中にポリイミド５４の液滴５２を受容体１
０４の上に放出する。図４は、音響的製造、制御された
パターニングの有用な様子を示す。音響的印刷において
は、液滴放出器１０２の個々の一つ或いはグループは、
制御電子回路１０６により制御することができ、受容体
１０４の上に所定のパターンでカラー・フィルタ材料を
付着する。制御電子回路は、音響的印刷において使用さ
れるものと同様の或いは同一のものである。

【００２３】カラー・フィルタ・アレイは、それぞれが
異なったカラー・フィルタ素子を付着する物理的に分離
されたアレイから材料を放出することにより製造するこ
とができるが、実際には、カラー・フィルタ・アレイ
は、多数の放出器ユニットを備えた単一の音響的付着構
造を使用して製造することが好ましい。「放出器ユニッ
ト」とは、関連するチャンバから選択された材料を放出
することができる構造を意味し、チャンバは唯一のチャ
ンバでも他の複数のチャンバから隔離されたものでもよ
い。アレイ１００（図４）は、材料を放出するものとし
てだけ説明されているので、アレイ１００は、暗黙的に
一つの放出器ユニットを表す。これに対して、図５は、
二つのチャンバから材料２０６と２０８の二つの異なっ
た色の材料を放出することができる液滴放出器のアレイ
２００の断面図である。これは、それぞれが単一のデバ
イス内で一つの色のみを放出する二つの個別の放出器ユ
ニットを製造することにより達成される。

【００２４】図５のアレイ２００は、単一のベース５８
を含むが、トランスジューサ６０と音響レンズ７０は多
数含んでいる。ベース５８の上方には、チャネルの境界
を規定する壁２１２を有する板体２１０がある。各チャ
ネルは、カラー・フィルタ材料の異なった色を保持する
ので、各チャネルはチャンバの一部を形成し、これが放
出器ユニットを表す。板体とカラー・フィルタ材料の上
方には、音響レンズ７０に整列した蓋状構造内の複数の
開口２１６を含む蓋状構造２１４がある。開口により、
開口２１６内でカラー・フィルタ材料の自由表面から液
滴１２を放出することが可能となる。動作において、各
種のトランスジューサが制御された状態で駆動され、液
滴を開口２１６を介して放出する音響エネルギを出力す
る。液滴の放出を制御することにより、単一のデバイス
により受容体の上に異なった色のカラー・フィルタ素子
を製造することができる。勿論、図５の二つの放出ユニ
ットは、三つ以上の放出ユニットを含むように容易に拡
張される。三原色を放出する三つの放出ユニット構造
は、特に有利である。

【００２５】上述の説明においては、受容体を特定する
ことなくカラー・フィルタ素子の音響的製造を説明し
た。伝統的に、図１に示されるように、受容体は、カラ
ー・フィルタ・アレイ専用の分離した板体である。分離
したカラー・フィルタ板体とした一つの理由は、カラー
・フィルタ・アレイの製造が液晶ディスプレイの他の部
分との製造と互換性がないことであった。カラー・フィ
ルタ素子の音響的製造は、アクティブ・マトリックス素
子の上で直接実行することができる。図６は、アクティ
ブ・マトリックス素子２９０の上に直接付着されたカラ
ー・フィルタ材料の例を示す。直接的な付着により、ア
クティブ・マトリックス素子をカラー・フィルタ・アレ
イに整列させる問題が減少し、第２の板体上でのパター
ニングを無くすことによりコストが削減される。上述し
たように、異なった色のカラー・フィルタを近接させる
ことが有利である。このように、図６においては、下側
アクティブ・マトリックス素子２９２は、他の色のカラ
ー・フィルタ材料の付着物により覆われる。

【００２６】先に示したように、音響的付着は、低コス
トで生産性の高いカラー・フィルタの製造を可能にす
る。音響的な液滴アレイは、考えられる限りでは受容体
と同じ幅に製造できるので、単一の音響的アレイは、受
容体の１回のパスでカラー・フィルタ材料を音響的アレ
イの上に付着することができる。別法として、より小さ
な音響的アレイが使用される場合には、受容体の上で二
次元的に走査することができる。高精度が要求されるの
で、精密なキャリッジが必要とされる。

【００２７】多色のカラー・フィルタが通常要求される
ので、単一の「印刷ヘッド」内で多数の放出ユニットを
使用することができる。しかしながら、カラー・フィル
タを製造するのに使用される材料は、自然（空気）乾燥
させる場合には長時間を要することがあるので、カラー
・フィルタ材料を同時に付着することにより一緒にブリ
ーディングするようになる。しかしながら、カラー・フ
ィルタの精密な位置合わせが重要であるので、単一パス
で付着することが有益である。

【００２８】図７は、過剰なブリーディングなしに単一
パスで全てのカラー・フィルタ材料を付着する方法を概
略的に図示する。この技術は、赤の音響的放出器アレイ
３０２、青の音響的放出器アレイ３０４、緑の音響的放
出器アレイ３０６、第１の高速熱乾燥ユニット３０８、
及び、第２の高速熱乾燥ユニット３１０から成る付着ユ
ニットを使用することに基づいている。図７に示される
ように、第１の高速熱乾燥ユニット３０８は、赤の音響
的放出器アレイ３０２と青の音響的放出器アレイ３０４
の間に配置され、第２の高速熱乾燥ユニット３１０は、
青の音響的放出器アレイ３０４と緑の音響的放出器アレ
イ３０６の間に配置される。

【００２９】動作において、受容体３１２は３１４の方
向に移動する。緑のフィルタ材料が最初に付着される。
緑のカラー・フィルタ材料が第２の高速熱乾燥ユニット
３１０を通過するに連れて、緑のフィルタ材料は急速に
乾燥される。乾燥した緑のカラー・フィルタ材料が、青
の音響的放出器アレイ３０４の下を通過するとき、青の
カラー・フィルタ材料が付着される。この青の材料は、
第１の高速熱乾燥ユニット３０８により続いて乾燥され
る。最後に、赤のカラー・フィルタ材料が赤の音響的放
出器アレイ３０２により付着される。この赤のカラー・
フィルタ材料は、次いで急速に乾燥させたり（たとえ
ば、方向を反転することにより、或いは、第３の乾燥ユ
ニットにより）、或いは、空気乾燥させることができ
る。

【００３０】前記のことから、本発明の原理の多くの修
正や変形が当業者にとって明らかであろう。したがっ
て、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲で規定される
べきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 カラー液晶ディスプレイの簡略化した拡大図
である。

【図２】 カラー・フィルタ材料の液滴を放出すること
を示す第１の実施態様の音響的液滴放出器の図である。

【図３】 これもまたカラー・フィルタ材料の液滴を放
出することを示す第２の実施態様の音響的液滴放出器の
図である。

【図４】 カラー・フィルタ材料の予め規定されたパタ
ーンを形成するために、制御された状態で基体の上にカ
ラー・フィルタ材料を付着する、それぞれ図１或いは図
２に関する、音響的液滴放出器のアレイの図である。

【図５】 分離した放出器ユニットに組み込まれ、基体
上に異なったカラー・フィルタ材料を付着することがで
きる、それぞれ図１或いは図２に関する、音響的液滴放
出器のアレイの切断図である。

【図６】 アクティブ・マトリックス素子上に付着され
ている音響的放出器のアレイからの液滴により形成され
るカラー・フィルタ・パターンの図である。

【図７】 高速乾燥を使用した各種のカラー・フィルタ
材料を付着させる方法の概略図である。

【符号の説明】

１０ カラー液晶ディスプレイ １２ 蛍光灯 １２ 液滴 １４ 光板体 １６ 偏光器 １８ 液晶アレイ・アセンブリ ２０ アクティブ・マトリックス素子 ２２ トランジスタ・スイッチ ２３ アクティブ・マトリックス板 ２４ カラー・フィルタ板（カラー・フィルタ・アレ
イ） ２６ 偏光器 ５０ 音響的液滴放出器 ５２ 液滴 ５４ ポリイミド ５６ 盛り上がり ５８ 自由表面 ５８ ベース ６０ トランスジューサ ６２ ＲＦ駆動源 ６４ 底部電極 ６６ 頂部電極 ６８ ベース ７０ 音響レンズ ７２ 液体セル ７４ 頂部板 ７６ 蓋状構造 ７８ 溜部 ８０ 開口 ８２ 側壁 ８４ ポート孔 ８６ 加圧手段 ９０ 音響的液滴放出器 １００ アレイ １０２ 液滴放出器 １０４ 受容体 １０６ 制御電子回路 ２００ アレイ ２０６，２０８ 材料 ２１０ 板体 ２１２ 壁 ２１４ 蓋状構造 ２１６ 開口 ２９０，２９２ アクティブ・マトリックス素子 ３０２ 赤の音響的放出器アレイ ３０４ 青の音響的放出器アレイ ３０６ 緑の音響的放出器アレイ ３０８ 第１の高速熱乾燥ユニット ３１０ 第２の高速熱乾燥ユニット ３１２ 受容体 ３１４ 方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーチン・リム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94587 ユニオンシティ マリブコート 32505 (72)発明者 バーバ・ビイ・ハディミオグル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94040 マウンテンビュー オークツリー ドライブ 323 (72)発明者 マルコム・ジェイ・トンプソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94303 パロアルト ストーンレーン 755

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集束された音響エネルギを使用して受容
   体上にカラー・フィルタ材料の液滴を付着することによ
   りカラー・フィルタを製造する方法。