JP2002318310A - 液晶表示装置、その製造方法、カラーフィルター、その製造方法及びカラーフィルター付き基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ブラックマトリックスレジストを
用いてブラックマトリックスを形成した場合のコントラ
スト改善を行うためのものである。 【解決手段】 ブラックマトリックスの比誘電率が、交
流電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚにおいて
３．０以上であることにより良好なコントラストの液晶
ディスプレイを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルター
に関し、さらに詳しくは、カラー液晶表示装置に用いら
れるカラーフィルター、ならびにこのカラーフィルター
を用いた液晶表示装置およびそれらの製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示デバイスをカラー化する一手段
として、平行な一対の透明電極から形成されている液晶
ディスプレイのセル間にカラーフィルター層を設け、し
かもそのカラーフィルターを駆動画素面積に合わせてパ
ターン状もしくはストライプ状に微細な加工がなされて
いるカラーフィルターを用いた方式が一般的に採用され
ている。これらの一般的なカラーフィルターの構造は、
図３に示すようなものになっている。支持体としては透
明なガラス基板やフィルムが考えられる。これらの支持
体のいずれかの表面上にブラックマトリックス（５）を
形成し、その上層にカラーフィルター層（６）を形成す
る。カラーフィルター層は、感光性樹脂をパターン化し
た後に染色してＲＧＢを形成する方法や顔料分散レジス
トを用いてパターン化する方法または印刷法によりＲＧ
Ｂそれぞれのパターンを別々にもしくはいっぺんに形成
する方法等がある。このカラーフィルター層の上層に保
護層（９）を設けてさらにその上層にＩＴＯによる透明
電極（７）を形成している。このようなカラーフィルタ
ーは一般的にはＴＦＴ素子を形成した基板と組み合わさ
れてカラー表示用液晶ディスプレイを構成する。一方、
図４はＳＴＮ液晶ディスプレイをカラー化するために用
いられるカラーフィルターの構造である。支持体は、前
記基板と同様である。ブラックマトリックス（５）は、
顔料分散型レジストを用いて形成する場合やもしくはカ
ーボン、Ｎi、Ｔi等の導電性のある金属を微粒子化した
状態でインキに混合し、スクリーン印刷やグラビアオフ
セット印刷等の印刷方式によって形成する場合がある。
カラーフィルター層（７）は前記した方式と同様の方式
で形成する。これに平坦化層もしくは保護層（９）を印
刷方式もしくはフォトレジスト材料を用いてパターン化
して形成する。ＩＴＯによる透明電極（７）をこの保護
層上にスパッタ法もしくは蒸着法により形成するが、Ｔ
ＦＴ用に用いられるカラーフィルターと異なりＩＴＯの
パターン形成が必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この両方のカ
ラーフィルターは、カラーフィルター層上にＩＴＯを成
膜形成するために、カラーフィルター層もしくは保護層
とＩＴＯ層との熱膨張係数の違いによりＩＴＯに断線の
原因となるクラックやはがれを生じさせやすいという問
題点がある。図５はこの様な問題を解決するために用い
られている電極下付けカラーフィルターの断面図である
（特許出願No.平５ー３０６０８）。透明な支持体の表
面上に第１層としてＩＴＯを成膜しこれをパターン化し
たカラーフィルターが実用化されている。この構造を持
つカラーフィルターのメリットは、上記のＩＴＯパター
ン（７）がカラーフィルター層形成よりも以前に行われ
ているため前記した問題点が解決できる点にある。しか
し、逆にデメリットも生ずる。それは、電極上のカラー
フィルターが絶縁膜として作用してしまい、このカラー
フィルター層の持つ電気的キャパシタンスが液晶層の持
つキャパシタンスに対して無視できない大きさとなるた
め、電極間にかけた実効電圧が液晶層とカラーフィルタ
ー層で容量分割されてしまう。このため液晶層に十分な
実効電圧がかからず十分なＯＮ電圧が供給できないとい
う問題点が生ずることである。このためカラーフィルタ
ー層の薄膜化を行っている。顔料を用いたカラーフィル
ター層の場合は、薄膜化が容易である。顔料を用いてカ
ラーフィルター層を形成する方法としては、顔料分散型
レジストを用いたフォトリソ方式、顔料分散型インキを
用いた印刷方式、電着方式、ミセル電解方式、等が上げ
られる。また染料を用いた方式で染色を行わない方式と
して染料分散型レジストを用いる方式がある。この方法
に於いても薄膜化は可能である。これらの方式でカラー
フィルター層を形成した場合、薄膜化が可能なため駆動
上十分な実効電圧を液晶層に付与出来るカラーフィルタ
ーの作成が可能である。これらのカラーフィルターの製
造方法に関しては、特許出願番号平４−２４８１７７で
すでに述べた。これらのカラーフィルターは、十分な書
き込み特性を示すため実用可能であるが、さらなる書き
込み特性の向上を要求されるカラー液晶表示体がある。
一般にＴＦＴやＭＩＭの様にスイチング素子がカラーフ
ィルターの対向基板側に形成されているいわゆるアクテ
ィブマトリックスＬＣＤの場合は、その電圧書き込み方
法から液晶層に十分な実効電圧をそのフィールド内に供
給することが可能であるが、時分割駆動を行っている単
純マトリックス駆動方式のＬＣＤやＳＴＮ方式のＬＣ
Ｄ、もしくは容量比の十分取れない２端子素子ＬＣＤで
は、実効電圧の不足によるコントラスト低下を招きやす
い傾向にある場合がある。しかもカラーフィルター上に
電極パターンを形成する電極上付けカラーフィルターで
はなく、ガラス基板上に第１層としてＩＴＯパターンを
形成する事を特徴とした電極下付けカラーフィルター構
造を取る場合は、前記した様にカラーフィルター層およ
びトップコート層が絶縁層として存在するためにさらに
書き込み特性が悪くなる。加えて電極下付けカラーフィ
ルターにブラックマトリックスを入れる場合には図５の
（５）に示す様に、ＩＴＯパターンによって形成されて
いる画素領域にもブラックマトリックスは存在する。こ
のためブラックマトリックス層も絶縁層として一部分が
介在することになり、ブラックマトリックス層の厚みも
ＬＣＤのコントラストを決める要因の一つになってい
る。しかし、現状ではブラックマトリックスを顔料分散
型レジストで形成する場合、薄膜化つまり１μｍ以下の
膜厚で十分な遮光度を得るのが困難な状況である。オプ
ティカルデンシティー（ＯＤ値）で２．０以上を得るた
めにはどうしても膜厚を１．５〜２．０μｍに形成する
必要がある。これは、レジスト中の顔料濃度を上げすぎ
ると高精度なパターンをフォトリソグラフ法で形成出来
なくなるためである。しかしこの様な膜厚では、ブラッ
クマトリックス層が絶縁層である場合はこのブラックマ
トリックスの部分での電圧ドロップ量が大きくなってし
まいさらにコントラストを低下させてしまうという問題
点が生じてしまう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来技術に伴うブラックマトリックスの欠点を解決しよう
とするものであり電極下付けタイプのカラーフィルター
構造において、形成されるブラックマトリックス層によ
る実効電圧降下量を低減しようとするものである。

【０００５】ブラックマトリックス層の電圧降下分を低
減する方法はふたつあると考えられる。ひとつは、その
ブラックマトリックス層の比誘電率を無限大近くまで大
きくすることである。これによって絶縁層としてのブラ
ックマトリックス層の電気的キャパシタンスは無限大に
近くなり、画素電極にかけられた電圧はほぼ全部を液晶
層にかけることができるためである。実質的には、比誘
電率を無限大にすることは難しいと考えられるから、周
波数１ｋＨｚで膜厚２．０μｍ、ＡＣ電圧５Ｖの条件を
想定した場合に約１０以上の比誘電率であれば十分では
ないかと考える。しかし、実際にＬＣＤを作成して確認
した所、比誘電率は３以上あれば最低限のコントラスト
の画質が得られることを見いだした。この様な顔料とレ
ジストのポリマー、架橋剤の組み合わせによって黒レジ
ストを作成すれば良いことになる。ただし、現状ではＲ
ＧＢの顔料のみで黒レジストを作成する場合は、この様
な材料の選択はＲＧＢの顔料の比誘電率が、一般に２〜
３の範囲に存在していることを考えると難しそうであ
る。もうひとつの方法が、本特許で請求する内容であ
り、本発明による方法である。これは、ブラックマトリ
ックス層に導電性を持たせる事によってブラックマトリ
ックス層を絶縁層ではなく、導電層に変えるというもの
である。ブラックマトリックス用顔料分散レジストは、
一般にレッド、ブルー、グリーンの混合によって形成さ
れているものと、これらのＲＧＢ顔料の他にカーボンを
添加して遮光度の改善を行っているものの２種類が一般
に市販されている。ＲＧＢのみの顔料の混合によって形
成されているブラックマトリックスレジストは、パター
ン形成後は、比誘電率２〜３の絶縁層として機能する。
厳密には、使用している一部の顔料がフタロシアニンで
あるため、わずかな導電性を示したり、またダイオード
の様な非線形Ｉ／Ｖ特性を示したりする場合もあるが、
実用上は絶縁層に近似した特性を示す。これに対して、
カーボン入りのレジストは、熱焼成後には、導電体とし
ての特性を示す場合がある。絶縁体とみなすか導電体と
みなすかは微妙なところではあるが、これは、添加して
いるカーボンの量と焼成温度に大きく依存している。カ
ーボンの添加量は、そのレジスト全体の固形分に対する
比率として示される。その比率で示した場合、カーボン
の添加量は、多くても全固形分に対して３０ｗｔ％程度
が妥当であると言われている。実際にそれ以上のカーボ
ンを添加すると、現像時にパターンの膜残りが生じた
り、密着不良が生じたりするといった問題が発生する。
この様に現在市販されているブラックマトリックスレジ
ストでは、遮光度を少しでも上げるためにパターニング
に支障をきたさない最大限のカーボンを添加する事が一
般化している。ただし、この様なカーボンの添加は、電
気的特性の最適化を狙ったものではない。本発明では、
カーボンの添加による電気特性の改善、特にブラックマ
トリックス層の導電化に関して研究を行った結果から、
電極下付けカラーフィルターに適したブラックマトリク
ス材料中のカーボン添加量と熱効果後の比抵抗の最適化
を見いだしたものである。

【０００６】我々の研究によると、ブラックマトリクス
層の導電度には二つの制限がある。一つは、前述したよ
うな液晶層への電圧の書き込み特性を改善するためにあ
る程度以下の比抵抗が必要であるという点である。この
必要性に関しては前述した。もう一つの制限は、比抵抗
が低すぎてはいけないとうい点である。これには二つの
理由がある。一つは、電極下付けカラーフィルターの場
合は、ＴＦＴ用のカラーフィルターと異なりカラーフィ
ルターの電極がパターン化されている点である。このた
め電極パターン間に設けれられるブラックマトリクス層
に導電性がある場合は隣接するＩＴＯパターンが短絡不
良を引きおこさないレベルでなくてはいけないことにな
る。図５（Ａ）にこの場合のカラーフィルターの構造断
面図を記す。一般にこのレベルは、隣接端子間の抵抗値
で２〜３ＭΩ以下でなければならないとされている。こ
のため、電極下付けカラーフィルターではＣｒ等の金属
薄膜をブラックマトリクス材料として使えない。これが
比抵抗の下限となる。もう一つの制限は、比抵抗がパネ
ルセルにおいて液晶層を挟んで対向する電極間で短絡不
良を引き起こさない程度に高くなくてはいけないという
ものである。セルギャップは一般的には５μｍ程度に均
一に保たれているいるものであるが、ブラックマトリク
ス層の膜厚がＲＧＢ画素に比較して厚い場合には、ブラ
ックマトリクス層と対向する素子基板側の配線電極間の
ギャップが狭くなり短絡不良をお越し易くなることがあ
るためである。このように、ブラックマトリクスの比抵
抗には下限も存在することにより最適な範囲というもの
が存在することを見い出した。我々の研究によるとその
最適範囲は１．２Ｅ＋０６（Ω／ｍ）以下１．０Ｅ＋０
２（Ω／ｍ）以上の範囲であり、この時の電気的な条件
としては一素子の対向する電極間にかかるのはＡＣ電圧
５Ｖ、１００Ｈｚ〜１００ＫＨｚの範囲においてであ
る。この周波数特性を限定したのは、液晶ディスプレイ
の駆動に用いられる周波数域が信号によって約６０〜１
５ＫＨｚの範囲で変化する場合があるからである。ブラ
ックマトリクス材料は熱硬化後には非線形のダイオード
特性を示すことがあり、この特性により、かかる電圧に
よってインピーダンスが変化するためである。

【０００７】図１にブラックレジスト膜の比抵抗の周波
数特性を示した。周波数が高くなるにつれて比抵抗は下
がっていく傾向にある。１００ＫＨｚにおいて１．０Ｅ
＋０．２つまり１００（Ω／ｍ）以下になると明らかに
ＩＴＯパターンの隣接するＩＴＯライン間で短絡現象が
起こり問題となる。この値を例えば、長さ５０ｍｍで間
隔２０μｍの二本のＩＴＯ電極パターン間での抵抗値に
換算すると２．５ＭΩであり、一般に言われている値と
ほぼ一致する。ただし、１００（Ω／ｍ）以上の値を示
すレジストであってもセルギャップによっては、対抗基
板間での短絡モードが発生する場合があり、こちらの方
が問題としては重要である。図１における（２）は、カ
ーボンの添加量を全固形分の２０ｗｔ％に調整した黒レ
ジスト材料であるが、１００時間以上の連続点灯試験を
行ったところ、対抗基板間に短絡不良が生じた。外観的
には、点欠陥となり、点灯時間をながくするにつれて増
加した。この時のセルギャップは、約５μｍであった
が、セルギャップを広げれば発生はなくなり、逆にギャ
ップを狭くした場合は増加した。このような現象から判
断して、カーボンの２０ｗｔ％の添加量が上限であると
判断した。図２に各種黒レジストの膜硬化後の比誘電率
の周波数特性を示した。（２）がカーボン添加量２０ｗ
ｔ％のレジストである。前期した様に比誘電率が１０以
上になると、カラーフィルター層のキャパシタンスが大
きくなるために書き込み特性はかなり改善される。この
点からすると（２）は、良い状態ではあるが、先に述べ
た短絡欠陥の発生が、これ以上のカーボン添加量が不可
であることを示している。図１の（１）、（３）、
（４）は、カーボン添加量が全固形分の１２ｗｔ％のレ
ジスト３種類である。（１）と（３）とは含まれる主ポ
リマーが異なる。（３）と（４）はポリマーは同じもの
であるが顔料の混合比が僅かに異なる。（３）（４）
は、（１）とはポリマー成分が異なるが、顔料は同じで
ある。よって（１）と大きく特性が異なるわけではな
い。１００〜５ＫＨｚの領域に於いては（１）よりも低
い比抵抗となりこの点では（１）よりも好ましいが、比
誘電率は、逆に（１）よりも小さくなってしまう。実際
に液晶ディスプレイを試作してコントラスト測定を行っ
た場合、（１）と（３）（４）ではほとんど差はなかっ
た。（１）は比抵抗の面から見ると実験経験上上限に近
い物であると判断している。これには、１２ｗｔ％のカ
ーボンが添加されているが、これ以下の添加量だと比抵
抗が１００〜３００Ｈｚの低周波数領域において、１．
２Ｅ＋０．６（Ω／ｍ）以上となり、低周波数印可時の
書き込み特性が悪くなってしまう。特に、１０ｗｔ％以
下になるとコントラスト特性が悪化し、カーボンを添加
しないと極端に悪くなる傾向が生ずる。

【０００８】よってこの範囲にインピーダンスの抵抗分
が来るようにブラックマトリクス層を形成することによ
って、理想的な書き込み特性の改善がもたらされること
が判明した。

【０００９】よってこの様な比抵抗を得るためのブラッ
クマトリクス材料中のカーボンの添加率は、レジスト中
の全固形分に対して１０〜２０ＷＴ％に存在することを
見いだした。

【００１０】加えてこの様なブラックマトリクス材料の
熱焼成温度は、１８０〜２５０℃が適切であることも見
いだした。なぜならば、カーボンを添加した黒レジスト
の比抵抗はその乾燥温度に関係しており、乾燥温度が１
８０℃よりも低いと膜の焼成が不十分で比抵抗が低くな
らないからである。温度が１８０℃以上になるとその乾
燥温度と時間に比例して比抵抗は下がってくる。温度が
高くなると比抵抗は下がるが、レジストの種類によって
は２００℃で１時間の乾燥条件あたりから比抵抗は飽和
してしまいそれ以上は大きく低下しなくなる。また、２
３０℃以上の温度下においては、ＲＧＢの色特性の変化
が生ずるため、２５０℃以上の温度をかけるのは好まし
くない。

【００１１】図５の断面図で分かるように、ＲＧＢの膜
厚が１．０μｍ以下で形成されている場合においては、
ブラックマトリックス層の膜厚が、ＲＧＢの膜厚より厚
くなる傾向が生ずる場合がある。電極下付けカラーフィ
ルターの場合、ブラックマトリックス層の膜厚として
は、１．０〜１．６μｍが適切である。これに関して
は、特許の公開番号平４ー３２３３８１で述べられてい
る。この特許でも述べた様に、ブラックマトリックス層
とカラーフィルター層の膜厚差があり、加えてブラック
マトリックス層にテーパー角が付いていない場合では、
ブラックマトリックス層とカラーフィルター層の境界部
分にラビング材が触れない場合から配向規制力が弱くな
りコントラスト特性が劣化する事がある。この様な状態
を避けるためには、ブラックマトリックス層とカラーフ
ィルター層の膜厚差が小さくなければいけない。では、
実際にどの程度の膜厚差が許容範囲であるかというと、
これは液晶ディスプレイを試作して点灯外観状態から判
断する。わずかな光漏れが、該境界部分に存在している
場合でも、コントラスト特性を劣化させない範囲であれ
ば良しとしている。コントラスト特性としては、２０〜
８５℃の使用環境温度下で１００：１以上であれば、液
晶ディスプレイとしての表示問題は無いと判断して行っ
ている。この様な条件下で膜厚差を検討した場合、約
１．０μｍ以下の膜厚差であれば実用範囲内であると判
断した。ＲＧＢのうち最も膜厚が薄くなるのは、ブルー
で約０．６μｍである。この時ブラックマトリックス層
は、最大１．６μｍと想定して、その差が１．０μｍで
あることからこれを最大値と判断した。１．０μｍ以上
の膜厚差でカラーフィルターを形成することは可能であ
るが、液晶パネルのセルギャップのコントロールの事を
考慮するとやはり膜厚差１．０μｍが限界に近い値と思
われる。

【作用】従来のＲＧＢの顔料のみを混合してなるブラッ
クマトリクスレジストを用いて電極下付けカラーフィル
ターを形成した場合は、そのカラーフィルターを用いた
ＬＣＤは電極層上のブラックマトリクス層を含めたカラ
ーフィルター層の容量が小さくなり液晶層への実効電圧
の付与率が低下してしまい、コントラストが低くなって
しまっていた。本発明のブラックマトリクスを採用する
ことによって液晶層に対する容量比を大きく取る事が出
来、実効電圧の書き込み特性が向上し、コントラストが
改善された。

【００１２】また、カーボンの添加量過多によって引き
起こされていた対向電極間の短絡不良もカーボン添加量
の最適化によって無くすことが出来た。本発明の実施に
よりこの様な作用が現れ、カラーＬＣＤの画質向上が図
られた。

【００１３】

【実施例】以下本発明を実施例に基づいて説明するが、
本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 実施例：電極下付けカラーフィルターに本発明を用いた
場合。

【００１４】透明な支持体としてコーニング社製７０５
９ガラスを用いる。このガラス基板上にＩＴＯをスパッ
タリング法により約１５００Åの膜厚で形成する。この
ＩＴＯをフォトリソ法によりパターンニングする。ＩＴ
Ｏをパターニングする方法は一般的な酸エッチング方法
と同様である。ＩＴＯパターン形成後にカラーフィルタ
ー層を形成する。顔料分散型レジストはレッド、グリー
ン、ブルーの３種類があるがどの順番で形成してもかま
わない。例えば、Ｒ→Ｇ→Ｂの順番で形成するとする。
最初にレッドのパターンを形成するために、レッドの顔
料分散型レジストをスピンコート、ロールコート法等で
均一に基板上に塗布する。コート後にプリベークを６０
〜７０℃にて１０〜２０分行い、その後フォトマスクを
介して露光を行う、フォトマスクはカラーフィルター基
板と２００〜数ｍｍ程度ギャップを開けて露光する。露
光量は約１００〜４００ｍＪである。この後にアルカリ
系、もしくは酸系の現像液を用いてシャワーもしくはデ
ィップ現像を行う。現像後は、クリーンオーブンもしく
はホットプレート等において約１５０〜２００℃で３０
〜６０分程度の焼成を行う。焼成後は、グリーンの顔料
分散型レジストを上記方法と同方法でコートする。露光
は、約２５０〜７００ｍＪの露光量で行われる。フォト
マスクは、レッドで用いたものと同仕様のものを用い
る。現像等の製造条件は同様である。ブルーも同様の方
法で形成される。露光量は、約７０〜２５０ｍＪであ
り、それ以後の製造工程は他色の場合と同じである。こ
のブルーの焼成後に黒色の顔料分散型レジスト、本発明
によるブラックマトリクスレジストを用いてブラックマ
トリックスを形成する。ブラックマトリックスの形成手
段も他のＲＧＢの顔料レジストと同様である。ただし、
露光量は、レジスト中に添加される架橋材によって大き
く異なる。１００〜１０００ｍｊの範囲内に適切な露光
量が存在する。ブラックマトリックスは、ＲＧＢパター
ン作成前に形成してもかまわない。この後熱重合型アク
リル系もしくはエポキシ系の保護膜を約１０００Å程度
の膜厚で形成するかもしくはポリイミドを主成分とした
配向膜を直接形成してから対向基板と組み合わせてカラ
ー液晶ディスプレイのセルを構成する。

【００１５】

【発明の効果】この様なカラーフィルターを電極下付け
カラーフィルターとして用いた事で、下記の効果が得ら
れた。

【００１６】(1)液晶層への実効電圧付与率が向上し、
コントラストの改善がなされた。。

【００１７】(2)カーボン添加量の最適化を行うこと
で、対向電極間の短絡不良を低減出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】ブラックマトリックス材料の比抵抗の周波数特
性図。

【図２】ブラックマトリックス材料の比誘電率の周波数
特性図。

【図３】ＴＦＴ用カラーフィルターの断面図。

【図４】ＳＴＮ用電極上付けカラーフィルターの断面
図。

【図５】本発明による電極下付けカラーフィルターの断
面図。 （Ａ）ブラックマトリックスをＲＧＢ層より先に形成し
た場合の電極下付けカラーフィルター （Ｂ）ブラックマトリックスをＲＧＢ層より後に形成し
た場合の電極下付けカラーフィルター （Ｃ）レッドとブルーのカラーフィルター層の重ね方式
によるブラックマトリックスを用いた電極下付けカラー
フィルター

【符号の説明】

（１）：カーボン含有量１２ｗｔ％の顔料分散型黒レジ
スト材料 （２）：カーボン含有量２０ｗｔ％の顔料分散型黒レジ
スト材料 （３）：カーボン含有量１２ｗｔ％の顔料分散型黒レジ
スト材料で（１）とはポリマーの異なる材料 （４）：カーボン含有量１２ｗｔ％の顔料分散型黒レジ
スト材料で（３）とは混合している顔料の混合比が異な
る材料 （５）：ブラックマトリックス （６）：カラーフィルター層 （７）：ＩＴＯ （８）：ガラス基板 （９）：保護層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年３月１４日（２００２．３．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 液晶表示装置、その製造方法、カラ
ーフィルター、その製造方法及びカラーフィルター付き
基板

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルター
に関し、さらに詳しくは、液晶表示装置に用いられるカ
ラーフィルター、その製造方法、このカラーフィルター
を用いた液晶表示装置、その製造方法およびカラーフィ
ルター付き基板に関するものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】我々の研究によると、ブラックマトリクス
層の導電度には二つの制限がある。一つは、前述したよ
うな液晶層への電圧の書き込み特性を改善するためにあ
る程度以下の比抵抗が必要であるという点である。この
必要性に関しては前述した。もう一つの制限は、比抵抗
が低すぎてはいけないとうい点である。これには二つの
理由がある。一つは、電極下付けカラーフィルターの場
合は、ＴＦＴ用のカラーフィルターと異なりカラーフィ
ルターの電極がパターン化されている点である。このた
め電極パターン間に設けれられるブラックマトリクス層
に導電性がある場合は隣接するＩＴＯパターンが短絡不
良を引きおこさないレベルでなくてはいけないことにな
る。図５（Ａ）にこの場合のカラーフィルターの構造断
面図を記す。一般にこのレベルは、隣接端子間の抵抗値
で２〜３ＭΩ以下でなければならないとされている。こ
のため、電極下付けカラーフィルターではＣｒ等の金属
薄膜をブラックマトリクス材料として使えない。これが
比抵抗の下限となる。もう一つの制限は、比抵抗がパネ
ルセルにおいて液晶層を挟んで対向する電極間で短絡不
良を引き起こさない程度に高くなくてはいけないという
ものである。セルギャップは一般的には５μｍ程度に均
一に保たれているものであるが、ブラックマトリクス層
の膜厚がＲＧＢ画素に比較して厚い場合には、ブラック
マトリクス層と対向する素子基板側の配線電極間のギャ
ップが狭くなり短絡不良をお越し易くなることがあるた
めである。このように、ブラックマトリクスの比抵抗に
は下限も存在することにより最適な範囲というものが存
在することを見い出した。我々の研究によるとその最適
範囲は１．２Ｅ＋０６（Ωｍ）以下１．０Ｅ＋０２（Ω
ｍ）以上の範囲であり、この時の電気的な条件としては
一素子の対向する電極間にかかるのはＡＣ電圧５Ｖ、１
００Ｈｚ〜１００ＫＨｚの範囲においてである。この周
波数特性を限定したのは、液晶ディスプレイの駆動に用
いられる周波数域が信号によって約６０〜１５ＫＨｚの
範囲で変化する場合があるからである。ブラックマトリ
クス材料は熱硬化後には非線形のダイオード特性を示す
ことがあり、この特性により、かかる電圧によってイン
ピーダンスが変化するためである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】図１にブラックレジスト膜の比抵抗の周波
数特性を示した。周波数が高くなるにつれて比抵抗は下
がっていく傾向にある。１００ＫＨｚにおいて１．０Ｅ
＋０．２つまり１００（Ωｍ）以下になると明らかにＩ
ＴＯパターンの隣接するＩＴＯライン間で短絡現象が起
こり問題となる。この値を例えば、長さ５０ｍｍで間隔
２０μｍの二本のＩＴＯ電極パターン間での抵抗値に換
算すると２．５ＭΩであり、一般に言われている値とほ
ぼ一致する。ただし、１００（Ωｍ）以上の値を示すレ
ジストであってもセルギャップによっては、対抗基板間
での短絡モードが発生する場合があり、こちらの方が問
題としては重要である。図１における（２）は、カーボ
ンの添加量を全固形分の２０ｗｔ％に調整した黒レジス
ト材料であるが、１００時間以上の連続点灯試験を行っ
たところ、対抗基板間に短絡不良が生じた。外観的に
は、点欠陥となり、点灯時間をながくするにつれて増加
した。この時のセルギャップは、約５μｍであったが、
セルギャップを広げれば発生はなくなり、逆にギャップ
を狭くした場合は増加した。このような現象から判断し
て、カーボンの２０ｗｔ％の添加量が上限であると判断
した。図２に各種黒レジストの膜硬化後の比誘電率の周
波数特性を示した。（２）がカーボン添加量２０ｗｔ％
のレジストである。前期した様に比誘電率が１０以上に
なると、カラーフィルター層のキャパシタンスが大きく
なるために書き込み特性はかなり改善される。この点か
らすると（２）は、良い状態ではあるが、先に述べた短
絡欠陥の発生が、これ以上のカーボン添加量が不可であ
ることを示している。図１の（１）、（３）、（４）
は、カーボン添加量が全固形分の１２ｗｔ％のレジスト
３種類である。（１）と（３）とは含まれる主ポリマー
が異なる。（３）と（４）はポリマーは同じものである
が顔料の混合比が僅かに異なる。（３）（４）は、
（１）とはポリマー成分が異なるが、顔料は同じであ
る。よって（１）と大きく特性が異なるわけではない。
１００〜５ＫＨｚの領域に於いては（１）よりも低い比
抵抗となりこの点では（１）よりも好ましいが、比誘電
率は、逆に（１）よりも小さくなってしまう。実際に液
晶ディスプレイを試作してコントラスト測定を行った場
合、（１）と（３）（４）ではほとんど差はなかった。
（１）は比抵抗の面から見ると実験経験上上限に近い物
であると判断している。これには、１２ｗｔ％のカーボ
ンが添加されているが、これ以下の添加量だと比抵抗が
１００〜３００Ｈｚの低周波数領域において、１．２Ｅ
＋０．６（Ωｍ）以上となり、低周波数印可時の書き込
み特性が悪くなってしまう。特に、１０ｗｔ％以下にな
るとコントラスト特性が悪化し、カーボンを添加しない
と極端に悪くなる傾向が生ずる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】よってこの範囲にインピーダンスの抵抗分
が来るようにブラックマトリクス層を形成することによ
って、理想的な書き込み特性の改善がもたらされること
が判明した。よってこの様な比抵抗を得るためのブラッ
クマトリクス材料中のカーボンの添加率は、レジスト中
の全固形分に対して１０〜２０ＷＴ％に存在することを
見いだした。加えてこの様なブラックマトリクス材料の
熱焼成温度は、１８０〜２５０℃が適切であることも見
いだした。なぜならば、カーボンを添加した黒レジスト
の比抵抗はその乾燥温度に関係しており、乾燥温度が１
８０℃よりも低いと膜の焼成が不十分で比抵抗が低くな
らないからである。温度が１８０℃以上になるとその乾
燥温度と時間に比例して比抵抗は下がってくる。温度が
高くなると比抵抗は下がるが、レジストの種類によって
は２００℃で１時間の乾燥条件あたりから比抵抗は飽和
してしまいそれ以上は大きく低下しなくなる。また、２
３０℃以上の温度下においては、ＲＧＢの色特性の変化
が生ずるため、２５０℃以上の温度をかけるのは好まし
くない。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】図５の断面図で分かるように、ＲＧＢの膜
厚が１．０μｍ以下で形成されている場合においては、
ブラックマトリックス層の膜厚が、ＲＧＢの膜厚より厚
くなる傾向が生ずる場合がある。電極下付けカラーフィ
ルターの場合、ブラックマトリックス層の膜厚として
は、１．０〜１．６μｍが適切である。これに関して
は、特許の公開番号平４ー３２３３８１で述べられてい
る。この特許でも述べた様に、ブラックマトリックス層
とカラーフィルター層の膜厚差があり、加えてブラック
マトリックス層にテーパー角が付いていない場合では、
ブラックマトリックス層とカラーフィルター層の境界部
分にラビング材が触れない場合から配向規制力が弱くな
りコントラスト特性が劣化する事がある。この様な状態
を避けるためには、ブラックマトリックス層とカラーフ
ィルター層の膜厚差が小さくなければいけない。では、
実際にどの程度の膜厚差が許容範囲であるかというと、
これは液晶ディスプレイを試作して点灯外観状態から判
断する。わずかな光漏れが、該境界部分に存在している
場合でも、コントラスト特性を劣化させない範囲であれ
ば良しとしている。コントラスト特性としては、２０〜
８５℃の使用環境温度下で１００：１以上であれば、液
晶ディスプレイとしての表示問題は無いと判断して行っ
ている。この様な条件下で膜厚差を検討した場合、約
１．０μｍ以下の膜厚差であれば実用範囲内であると判
断した。ＲＧＢのうち最も膜厚が薄くなるのは、ブルー
で約０．６μｍである。この時ブラックマトリックス層
は、最大１．６μｍと想定して、その差が１．０μｍで
あることからこれを最大値と判断した。１．０μｍ以上
の膜厚差でカラーフィルターを形成することは可能であ
るが、液晶パネルのセルギャップのコントロールの事を
考慮するとやはり膜厚差１．０μｍが限界に近い値と思
われる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】本発明の液晶表示装置、その製造方法、カ
ラーフィルター、その製造方法及びカラーフィルター付
き基板は、上記原理に基づいてなされ、本発明の液晶表
示装置は、各々の色が異なる複数の着色層を有する液晶
表示装置であって、前記着色層の各々に対応するよう
に、電極がそれぞれ設けられ、隣り合う前記電極の間に
ブラックマトリックスが設けられ、前記ブラックマトリ
ックスの比誘電率の値が、３．０以上であることを特徴
とする。本発明の液晶表示装置は、各々の色が異なる複
数の着色層を有する液晶表示装置であって、隣り合う前
記着色層の間にブラックマトリックスを有し、前記ブラ
ックマトリックスの比誘電率の値が、３．０以上である
ことを特徴とする。前記ブラックマトリックスはカーボ
ンを含むことを特徴とする。前記ブラックマトリックス
はレッド顔料、グリーン顔料およびブルー顔料からなる
群より選択される着色材料を含むことを特徴とする。前
記ブラックマトリックスは、顔料分散型レジストから形
成されてなり、前記ブラックマトリックスは、前記顔料
分散型レジストの固形分に対して１０〜２０ｗｔ％の範
囲でカーボンを含むことを特徴とする。上記液晶表示装
置の製造方法であって、カーボンを含む顔料分散型レジ
ストを１８０℃〜２５０℃で焼成して前記ブラックマト
リックスを形成する工程を具備することを特徴とする。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】本発明のカラーフィルターは、各々の色が
異なる複数の着色層を有するカラーフィルターであっ
て、前記着色層の各々に対応するように、電極がそれぞ
れ設けられ、隣り合う前記電極の間にブラックマトリッ
クスが設けられ、前記ブラックマトリックスの比誘電率
の値が、３．０以上であることを特徴とする。本発明の
カラーフィルターは、各々の色が異なる複数の着色層を
有するカラーフィルターであって、隣り合う前記着色層
の間にブラックマトリックスを有し、前記ブラックマト
リックスの比誘電率の値が、３．０以上であることを特
徴とする。前記ブラックマトリックスはレッド顔料、グ
リーン顔料およびブルー顔料からなる群より選択される
着色材料を含むことを特徴とする。前記ブラックマトリ
ックスは、顔料分散型レジストから形成されてなり、前
記ブラックマトリックスは、前記顔料分散型レジストの
固形分に対して１０〜２０ｗｔ％の範囲でカーボンを含
むことを特徴とする。上記カラーフィルターの製造方法
であって、カーボンを含む顔料分散型レジストを１８０
℃〜２５０℃で焼成して前記ブラックマトリックスを形
成する工程を具備することを特徴とする。本発明のカラ
ーフィルター付き基板は、上記カラーフィルターを備え
ることを特徴とする。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 BA11 BA45 BB01 BB43 2H091 FA02Y FA35Y GA01 GA13 HA10 LA17 5C094 AA06 AA08 AA13 AA24 AA48 BA43 CA19 CA24 DA13 EB02 ED03 ED15 FA01 FA02 FB01 FB02 FB12 FB15 JA01 JA02 JA05 JA08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶ディスプレイを構成している２枚の
   基板のうち、一方のＴＦＴ，ＭＩＭ、等の駆動素子が形
   成されているか、もしくは素子を形成せずＩＴＯパター
   ンが形成されている対向基板と組み合わされるもう一方
   の光学的に透明である支持体上にＩＴＯによる透明導電
   膜のパターンが形成されており該電極パターン上にレッ
   ド、グリーン、ブルーの着色層の画素もしくはパターン
   が形成されているカラーフィルターにおいて、該カラー
   フィルターのＲＧＢ画素間にパターン形成されるブラッ
   クマトリックス（以下ＢＭと呼ぶ）のパターン形成後の
   インピーダンスにおける比抵抗分の値がＡＣ５Ｖ、１０
   ０Ｈｚ〜１００ＫＨｚの周波数領域に於いて１．２Ｅ＋
   ０６（Ω／ｍ）以下１．０Ｅ＋０２（Ω／ｍ）の範囲に
   存在し、かつ比誘電率が該周波数領域に於いて３．０以
   上である事を特徴とした顔料カラーフィルター。
2. 【請求項２】 請求項１で用いられる黒顔料分散型レジ
   ストにおいて、その固形分にレッド、グリーン、ブルー
   等の色顔料が含まれており、且つカーボンが含まれてい
   る場合において、そのカーボンの含有量がレジスト中に
   含まれる全ての固形分に対して１０〜２０ｗｔ％の範囲
   に存在する顔料分散型黒レジストを用いてＢＭを形成し
   てある事を特徴とする顔料カラーフィルター。
3. 【請求項３】 請求項１、２の黒顔料分散型レジストを
   用いてなる電極下付けカラーフィルターにおいて、その
   ＲＧＢの各画素とＢＭとの膜厚段さが１．０μｍ以内に
   ある事を特徴とした顔料カラーフィルター。
4. 【請求項４】 請求項１、２の黒顔料分散型レジストを
   用いてなる電極下付けカラーフィルターにおいて、その
   ＲＧＢの各画素のＩＴＯ膜面上の膜厚が１．０μｍ以下
   である事を特徴とした顔料カラーフィルター。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のカラーフィルターを用い
   る事を特徴とするカラー液晶表示体。