JP2003014918A

JP2003014918A - カラーフィルタおよびその製造方法ならびに液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003014918A
Application number: JP2001197529A
Authority: JP
Inventors: Masatake Kitayama; 雅丈北山; Satoshi Kajiki; 聡加治木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP4883849B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板と樹脂遮光膜との密着性を高めた高信頼性
かつ高輝度のカラーフィルタならびにその製造方法を提
供する。【解決手段】基板上をＴiＯ₂膜で被覆し、このＴiＯ₂膜
上に樹脂遮光膜パターンを設け、この樹脂遮光膜パター
ンの非被着面に着色膜を形成するカラーフィルタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、さまざまな表示装
置に使用するカラーフィルタに関し、さらにその製造方
法に関するものである。また、本発明はかかるカラーフ
ィルタを用いたカラー液晶表示用の液晶表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶パネルなどに使用するカラー
フィルタは、透明なガラス基板上に微少で複数の着色膜
を所定のピッチで規則正しく配列したものである。そし
て、この透明ガラス基板の材質としては、通常、ソーダ
ライムガラス等のアルカリガラスあるいはホウケイ酸ガ
ラス等の無アルカリガラスが使用される。

【０００３】アルカリガラスからなる透明基板を使用す
る場合には、そのガラス基板に含有されるアルカリイオ
ンの拡散を障壁するために、通常、ガラス基板の表面に
ＳｉＯ₂膜を被覆している。

【０００４】このＳｉＯ₂膜に代えてＴiＯ₂等の金属酸
化膜を、ＳiＯ₂膜に比べて極めて薄く形成する技術が提
案されているが(特開平８-１９００８８号参照)、この
技術によれば、このＴiＯ₂膜の上に直にＩＴＯなどの導
電性酸化金属被膜を形成している。

【０００５】ところで、近年、カラーフィルタが各種表
示装置に用いられている。このカラーフィルタによれ
ば、ガラス基板上に着色膜を形成するが、今日、赤（Re
d）、緑（Green）、青（Blue）の３原色、あるいはイエ
ロー（Yellow）、マゼンタ（Magenta）、シアン（Cya
n）等の補色が用いられる。さらに各着色膜間に遮光膜
を形成することで、色純度およびコントラストの低下を
防止している。

【０００６】これらの着色膜および遮光膜を所定の形状
にパターニングする方法として、顔料分散法がよく知ら
れている。

【０００７】すなわち、顔料やカーボン等の着色剤又は
遮光剤を分散させた光硬化性樹脂の薄膜を塗布し、次い
で露光、現像、熱硬化させることによりパターン形成す
る技術であり、カラーフィルタの製造方法としては、も
っとも一般的な方法である。

【０００８】この顔料分散法を図３と図４により説明す
る。図３は顔料分散法により形成したカラーフィルタの
断面構造である。図４は遮光膜のパターニング方法であ
る。

【０００９】図３によれば、１０は透明ガラス基板であ
り、この透明ガラス基板１０の上に遮光膜パターン４な
らびにRed着色膜５、Green着色膜６およびBlue着色膜７
のパターンを形成している。

【００１０】図４に示すパターニング方法によれば、遮
光膜パターン４を樹脂により形成した場合であり、順次
Ａ、Ｂ、Ｃの各工程を示す。

【００１１】最初のＡ工程によれば、透明ガラス基板１
０の上に光硬化性樹脂遮光膜１１を塗布形成する。

【００１２】次のＢ工程においては、フォトマスク１３
を用いて、露光照射光１２を所定のパターン形状でもっ
て通過させることで、光硬化性樹脂遮光膜１１を部分的
に露光する。

【００１３】そして、Ｃ工程にて、現像し、熱硬化させ
ることで、樹脂遮光膜パターン４を形成する。

【００１４】このような各工程を経て、続いて顔料分散
法により着色膜を形成し、カラーフィルタが得られる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような遮光膜
パターンによれば、カラーフィルタの色純度とコントラ
ストの低下との双方を防止するとともに、その開口率を
決定し、そのことでもってカラー液晶パネルの表示特性
に大きな影響を及ぼす。

【００１６】すなわち、フォトマスクの設計幅に近い遮
光膜パターンにすることで、解像性に優れたカラーフィ
ルタが得られるが、そのような遮光膜パターンは開口率
が高く、表示面の点灯光の損失が低減され、これによ
り、より高輝度のカラー液晶パネルが得られる。また、
同じ輝度であっても、より低消費電力のカラー液晶パネ
ルが得られる。

【００１７】しかしながら、遮光膜パターンを樹脂で形
成する場合には、フォトマスクの設計幅に近い遮光膜パ
ターンを得ることがむずかしかった。

【００１８】この課題を図７により説明する。同図Ａは
露光工程であり、同図Ｂは、その後の現像および熱硬化
を経た後の断面構造である。

【００１９】前述したような光硬化性樹脂遮光膜１１を
用いると、その遮光膜としての特性上、着色膜パターン
を形成する光硬化性樹脂着色膜に比べて感光されにく
く、したがって、図７Ａに示す如く、より多くの露光照
射光１２が必要となり、そのために、フォトマスク１３
の非露光部への露光照射光の回折２２の影響を受け易く
なる。

【００２０】その結果、図７Ｂに示す如く、樹脂遮光膜
のパターン幅２６がフォトマスク１３の設計幅２５より
大きくなっていた。

【００２１】この露光照射光の回折を防止するために
は、フォトマスク１３とガラス基板１０との間のギャッ
プを狭くして露光する方法がもっとも容易である。

【００２２】しかしながら、ガラス基板１０との接触に
よるフォトマスク１３の破損の防止を考慮すると、狭ギ
ャップにも限界がある。

【００２３】一方、もっとも一般的な方法として、樹脂
遮光膜パターンの太り幅をあらかじめ考慮して、フォト
マスクの設計幅を設定幅より細くする方法が採用されて
いる。

【００２４】すなわち、フォトマスクの設計幅に対し、
実際の仕上がりの樹脂遮光膜パターンは、何μｍ程度太
くなることから、遮光膜材料、露光および現像条件が同
じであれば、この太り幅は毎回大体同じになるので、そ
の太り分をあらかじめ考慮して、フォトマスクの設計幅
を補正する方法が採用されている。

【００２５】ところが、露光照射光の回折により感光さ
れた過剰露光部は充分に感光されておらず、現像性が安
定しないため、樹脂遮光膜のパターン幅にバラツキが生
じ易いという課題がある。

【００２６】また、使用する露光機および光硬化性樹脂
遮光膜の種類によって、樹脂遮光膜パターンの太り幅が
変化するので、これらの条件が変わった場合、フォトマ
スクの設計幅と樹脂遮光膜パターンの太り幅との間にズ
レが生じ、フォトマスクを再度作製し直す必要がある。

【００２７】かかる露光照射光の回折による樹脂遮光膜
のパターン太りは、現像時間を長くすることにより、そ
のパターン幅をある程度フォトマスクの設計幅に近づけ
ることができる。

【００２８】すなわち、図７に示す如く、光硬化性樹脂
遮光膜１１の中で、非露光部への露光照射光の回折２２
により感光された過剰露光部２４は充分に感光されてお
らず、通常露光部２３に比べて現像液に溶解し易いた
め、その溶解性の差により過剰露光部２４の余分な樹脂
遮光膜を選択的に除去して、樹脂遮光膜パターン幅２６
をフォトマスク設計幅２５に近づけることができる。

【００２９】しかしながら、前述したように光硬化性樹
脂遮光膜は感光されにくく、特に露光照射光の到達され
にくい樹脂遮光膜とガラス基板との界面付近では、その
傾向が顕著となる。

【００３０】加えて、ガラス基板のような無機物と樹脂
遮光膜のような有機物とでは、元来相互間の密着性が低
いので、通常露光部であっても現像により樹脂遮光膜パ
ターンがその界面より剥離し易かった。

【００３１】したがって、通常露光部と過剰露光部の現
像液に対する溶解性のコントラストはつきにくく、樹脂
遮光膜パターン幅を完全にフォトマスク設計幅と同じに
するのは極めて困難である。

【００３２】仮に、樹脂遮光膜パターン幅をフォトマス
ク設計幅と同じにできたとしても、その現像ラチチュー
ドは極めて小さいので、樹脂遮光膜パターンを現像する
際にパターン剥離が生じ易く、製造歩留まりを低下させ
ることになる。

【００３３】この点をさらに述べると、現像液への浸漬
時間には適正時間があり、現像液への浸漬時間が短か過
ぎると現像残りが発生し、取れるべきところが残り、一
方、長すぎると逆にパターン剥離が発生し、残るべきと
ころが取れることになるが、現像ラチチュードとは、こ
の適正時間の幅がどれくらいあるか、を示す指標であ
り、言い換えれば、露光部と非露光部の現像液への溶解
性のコントラストが大きくなると、現像ラチチュードが
広いと言える。

【００３４】よって、適正時間の幅が広くなると、より
現像しやすく、その結果として製造歩留まりが向上する
が、上述の例では、非露光部のみならず、過剰露光部ま
でのパターンを除去しようとしているので、その現像ラ
チチュードは極めて狭くなる。

【００３５】かかる点は、特に表示装置の高輝度化を図
るために、樹脂遮光膜パターンを形成するフォトマスク
の設計幅が細線化される傾向にある近年においては、そ
の傾向が顕著である。

【００３６】さらにまた、樹脂遮光膜パターンを形成し
たカラーフィルタをカラー液晶表示装置に用いると、次
のような課題がある。

【００３７】この課題を図８に示すカラー液晶表示装置
の断面概略図でもって説明する。

【００３８】１６は走査側基板であり、１９は信号側基
板であり、走査側基板１６によれば、それを構成するガ
ラス基板上に樹脂遮光膜パターン４が形成され、この間
に着色膜が形成される。これらの上に平滑膜８を被覆
し、平滑膜８の上に透明電極２８とポリイミド樹脂から
なる配向膜２９とを順次積層している。

【００３９】信号側基板１９のガラス基板上にも透明電
極２８とポリイミド樹脂からなる配向膜２９とを順次積
層している。

【００４０】そして、走査側基板１６と信号側基板１９
とをシール剤１８を介して貼り合わせるとともに、内部
に液晶層１７を封入する。

【００４１】上記構成のカラー液晶表示装置によれば、
表示面額縁領域からの光漏れを防止する目的で、通常、
樹脂遮光膜パターン４を形成すると同時に、それを延在
して外周ダミー部２７を形成する。

【００４２】しかしながら、シール剤１８の直下まで外
周ダミー部２７を設けて、さらにガラス基板と樹脂遮光
膜との界面の密着性が低いことに起因し、対向基板間の
付着強度が低くなるという問題があった。

【００４３】すなわち、カラー液晶パネルの組立あるい
は使用等で負荷が生じた場合、この界面からの剥離が生
じ、これにより、製造歩留まりが低下し、また、カラー
液晶パネルの耐久性が低下していた。

【００４４】このような課題を解消するために、カラー
フィルタの樹脂遮光膜パターンを無機結合剤あるいは有
機結合剤で被覆し、樹脂遮光膜のパターン剥離を防止す
る技術が提案されている(特開平８-２６２２１９号参
照）。

【００４５】しかしながら、この提案によれば、上記樹
脂遮光膜パターンの製造歩留まりや解像性向上等、樹脂
遮光膜パターン形成時に関わる課題を解決することはで
きない。

【００４６】したがって本発明の目的は叙上に鑑みて完
成されたものであり、その目的は基板上に樹脂遮光膜パ
ターンを形成したカラーフィルタにおいて、基板と樹脂
遮光膜との密着性を高めた高信頼性かつ高輝度のカラー
フィルタならびにその製造方法を提供することにある。

【００４７】また、本発明の他の目的は、かかるカラー
フィルタを用いて、高品質かつ長期信頼性を達成した液
晶表示装置を提供することにある。

【００４８】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
は、基板上をＴiＯ₂膜で被覆し、このＴiＯ₂膜上に樹脂
遮光膜パターンを設け、この樹脂遮光膜パターンの非被
着面に着色膜を形成せしめたことを特徴とする。

【００４９】本発明のカラーフィルタの製造方法は、順
次下記Ａ〜Ｅの各工程を経て、基板上にＴiＯ₂膜を被覆
し、このＴiＯ₂膜上に樹脂遮光膜パターンを設け、しか
る後に樹脂遮光膜パターンの非被着面に着色膜を形成す
ることを特徴とする。Ａ・・・ガラス基板上にスパッタリングもしくは真空蒸
着にてＴiＯ₂膜を被覆する。Ｂ・・・ＴiＯ₂膜上に遮光性の着色剤を添加した光硬化
性樹脂膜を塗布する。Ｃ・・・フォトマスクを用いて光硬化性樹脂膜の所定領
域を露光する。Ｄ・・・光硬化性樹脂膜に対し現像し、一部を除去す
る。Ｅ・・・残存する光硬化性樹脂膜を熱硬化する。

【００５０】本発明のカラーフィルタの製造方法は、前
記Ａ工程とＢ工程の間にＴiＯ₂膜に対し紫外線照射する
ことを特徴とする。

【００５１】本発明の液晶表示装置は、本発明のカラー
フィルタの上に一方電極と配向膜とを順次形成し、他方
電極と配向膜とを順次形成した他の基板とを対向し、双
方を液晶層を介して配設してなることを特徴とする。

【００５２】

【発明の実施の形態】本発明者が鋭意研究を重ねて行っ
た結果、ガラス基板上にＴｉＯ₂膜を被覆すると、この
膜の上に樹脂遮光膜を形成した場合、ＴｉＯ₂膜と樹脂
遮光膜との界面での密着性が向上することを、本発明者
が行った実験により確かめている。

【００５３】このような効果については、いまだ十分に
解明しておらず、推論の域を脱し得ないが、下記のよう
な理由によると考える。

【００５４】すなわち、チタン等の金属酸化物はケイ素
やホウ素等の非金属酸化物に比べ分子レベルにて表面粗
度が大きく、アンカー効果の働きにより、密着性が大き
くなる。

【００５５】本発明者はこの理由について、それを証す
る実験を行った。ソーダライム基板上にＴｉＯ₂膜また
はＳｉＯ₂膜をスパッタリングにより、その成膜の厚み
を４００Å、１０００Åにして形成し、これらの膜の表
面粗度（算術平均粗さＲａ）を測定したところ、表１に
示すような結果が得られた。

【００５６】表面粗度はＡＦＭ分析装置（デジタルイン
スツルメンツ社製ＡＦＭ−ＤＩ−Ｄ３０００）を用い
て、周期的に表面試料と探針を接触させる方式であるタ
ッピングモードにより測定した。この測定には、探針Ｓ
ｉプローブ、視野２×２μｍにて測定した。

【００５７】

【表１】

【００５８】同表から明らかなとおり、ＴｉＯ₂膜の表
面粗度はＳｉＯ₂膜に比べて２倍以上であり、これによ
り、アンカー効果の働きにより、密着性が大きくなって
いると考える。

【００５９】さらに望ましくは、このようなＴiＯ₂膜に
対し紫外線照射するとよく、このような工程を経ること
でも、樹脂遮光膜との界面での密着性が向上する。

【００６０】その理由は下記のとおりである。ＴiＯ₂の
ような半導体物質は、ＵＶ光等の照射により光励起さ
れ、その際に生じる活性の電子と正孔の働きにより、そ
の表面に吸着されている有機性の不純物を分解除去する
光触媒作用がある。したがって、有機性の不純物がガラ
ス基板の表面に付着した状態で樹脂遮光膜を形成した場
合、そのガラス基板に対する密着性が著しく阻害される
が、本発明のように、ガラス基板上にＴiＯ₂膜を形成
し、光硬化性樹脂遮光膜を塗布する直前に、あらかじめ
ガラス基板をＵＶ処理することで、これらの有機性不純
物は除去され、ガラス基板と樹脂遮光膜の界面の密着性
の低下を防止することができる。たとえば、１８６ｎｍ
と２５４ｎｍにピークを持つＵＶ光を約２分照射する。

【００６１】上記のようなＴiＯ₂膜は多結晶であり、そ
れが主成分であり、その他、アモルファス成分を含んで
もよい。

【００６２】次に本発明を図示して詳述する。

【００６３】（例１）図１はカラーフィルタの概略断面
構造を示し、ソーダライムガラス基板１の上にアルカリ
イオンの拡散障壁としてのＳiＯ₂膜２をディップコート
している。このような基板を、以下、ディップ基板と称
する。

【００６４】このディップ基板上にＴiＯ₂膜３をスパッ
タリング法でもって成膜形成した。このＴiＯ₂膜３の膜
厚は１０Å、２０Å、５０Å、７０Å、８０Å、９０Å
の６とおりである。

【００６５】次に、これらＴiＯ₂が最表層となった基板
上に、それぞれ光硬化性樹脂遮光膜を形成し、露光、次
いで現像を行った。そして、現像液に浸漬する時間を５
０秒〜１２０秒に変えることで、さまざまなテスト用の
試料を作製し、これらに対し光硬化性樹脂遮光膜の密着
性（剥離状態）を調べたところ、表２に示すような結果
が得られた。

【００６６】なお、比較例としてディップ基板上（表２
にてＳｉＯ₂と表記している）に同じ樹脂遮光膜を形成
し同様に測定した。

【００６７】この実験においては、下記のような条件で
もって作製し、そして、評価した。

【００６８】光硬化性樹脂遮光膜；ポリエステル系の樹
脂であり、東京応化工業製ＣＦＰＲブラックレジストを
用いた。遮光剤としてはカーボンを使用している。

【００６９】露光条件露光機；日立電子エンジニアリング製投影式露光機フォトマスク；設計幅１０μｍ露光量；５００mj/cm²（照度３５mW/cm²) 露光ギャップ；１００μｍ現像条件現像方式；ディップ式現像現像液；東京応化工業製無機アルカリ現像液リンス；超純水水洗（水洗圧１.０kgf/cm²)評価方法測長器付き金属顕微鏡を用いた目視観察にて樹脂遮光膜
の剥れ状況を確認する。

【００７０】

【表２】

【００７１】同表中、現像残とは現像のされ方が不足し
ている状態で、現像によって除去されるべき箇所が除去
しきれずに残ってしまう現象であり、剥離とは現像のさ
れ方が過剰になった状態であり、パターンとして残るべ
きところが剥離して無くなってしまうことである。ま
た、現像残と剥離という表記以外の数値は樹脂遮光膜パ
ターン幅の測定値である。

【００７２】この表から明らかなように、ディップ基板
上にＴiＯ₂膜を形成し最表層とすることにより、樹脂遮
光膜現像時のパターン剥離が生じにくくなる。また、フ
ォトマスクの設計幅(１０μｍ)に近い膜形成ができ、よ
り解像性の優れた樹脂遮光膜パターンの形成ができる。

【００７３】たとえば、樹脂遮光膜パターン幅の適合規
格を１０.０±１.０μｍとすると、ディップ基板では、現
像液の浸漬時間７０秒でしか規格をクリアできていない
のに対し、本発明の如く、ＴiＯ₂被覆基板では概ね３０
秒間（浸漬時間８０〜１１０秒）の規格に対する現像ラ
チチュードを有している。

【００７４】ただし、本例では、ＴiＯ₂膜厚が１０Åと
いうように非常に薄くなると、これら現像性の改善効果
は認められなかった。

【００７５】（例２）次に（例１）にて作製した各試料
において、ディップ基板上（表２にてＳｉＯ ₂と表記し
ている）およびＴiＯ₂膜厚１０Å基板の試料について
は、現像液浸漬時間を７０秒に設定した。また、ＴiＯ₂
膜厚２０Å〜９０Å基板の各試料については、現像液浸
漬時間を９０秒に設定し、これら各試料を２４０℃のホ
ットプレート上で加熱し、樹脂遮光膜パターンを熱硬化
させた。

【００７６】次に、これら熱硬化させた樹脂遮光膜パタ
ーンの密着強度を測定したところ、表３に示す結果が得
られた。

【００７７】

【表３】

【００７８】この表から明らかなように、ディップ基板
上にＴiＯ₂膜を形成し、最表層とすることにより、熱硬
化された樹脂遮光膜パターンの密着強度が向上したこと
がわかる。

【００７９】しかしながら、ＴiＯ₂の膜厚が小さくなる
ほどに、密着強度が小さくなり、ＴiＯ₂膜厚１０Åの試
料については、ディップ基板上に直接樹脂遮光膜パター
ンを形成した場合と同程度の密着強度となった。

【００８０】この密着強度は、下記のように測定する。
樹脂遮光膜を上述した如く塗布〜焼成した基板と治具に
ピンを取り付け、測定器にセットして測定する。測定器
は島津製作所製の小型卓上試験機(型式;TZ-TEST SERIES
MODEL TEST/CE)である。

【００８１】（例３）本例では、上記の各試料でもって
カラーフィルタを作製し、その評価を行った。

【００８２】本例にて、その製造方法を述べるが、順次
下記Ａ〜Ｅの各工程を経て、ガラス基板上にＴiＯ₂膜と
樹脂遮光膜パターンとを順次形成する。

【００８３】Ａ工程：（例１）にて図１に示す如く、ガ
ラス基板（ディップ基板）上にスパッタリングもしくは
真空蒸着にてＴiＯ₂膜３で被覆する。

【００８４】Ｂ工程：（例１）にて記述したとおり、Ｔ
iＯ₂膜３上に遮光性の着色剤を添加した光硬化性樹脂膜
を塗布する。この工程は図４Ａに相当する。

【００８５】Ｃ工程：さらに（例１）にて記述したとお
り、フォトマスクを用いて光硬化性樹脂膜の所定領域を
露光する。この工程は図４Ｂに相当する。

【００８６】Ｄ工程：続いて、光硬化性樹脂膜に対し現
像し、一部を除去する。

【００８７】Ｅ工程：残存する光硬化性樹脂膜を熱硬化
する。

【００８８】これらＤ，Ｅの各工程は、図４Ｃに相当す
る。

【００８９】次いで、樹脂遮光膜パターンの隙間に着色
膜を形成することで、図１に示すような本発明のカラー
フィルタが得られる。

【００９０】着色膜は、従来周知の技術でもって形成で
き、たとえば顔料分散法や染色法がある。

【００９１】本例では、前述した７種類の各試料に対
し、あらかじめ顔料により調合された感光性レジストを
基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより、それぞれ
Red着色画素５、次いでGreen着色画素６、その後のBlue
着色画素７を形成し、カラーフィルタとした。

【００９２】なお、これら着色膜の上に、その表面を平
坦にするためにアクリル系樹脂からなる平滑化膜８を形
成するが、それを形成しなくてもよい。

【００９３】そして、各カラーフィルタに対し、分光測
定機を使用して、可視光領域(４００ｎｍ〜７００ｎｍ)
の平均透過率を測定したところ、表４に示すような結果
が得られた。

【００９４】分光測定機にはＴＯＰＣＯＮＳＲ−１を
用いて、Ｃ光源にて視野角を２.０度にした。

【００９５】

【表４】

【００９６】この表から明らかなように、樹脂遮光膜パ
ターンの解像性に優れた２０Å以上のＴiＯ₂最表層基板
を使用することにより、カラーフィルタの透過率が向上
する。

【００９７】叙上の（例１）〜（例３）に示す評価結果
から、本発明においては、ガラス基板上に被着するＴi
Ｏ₂膜の厚みを１０Åを越えるようにするとよい。

【００９８】しかしながら、ＴiＯ₂膜の膜厚が大きくな
ると、多重反射の影響を受け、その効果は低減する。Ｔ
iＯ₂膜厚９０Åにおいては、樹脂遮光膜パターンの解像
性向上の効果と多重反射による点灯光の損失が相殺さ
れ、ディップ基板とほぼ同等の透過率となった。

【００９９】上記の多重反射について、さらに述べる
と、ＴiＯ₂の薄膜をソーダライムガラス基板上に形成さ
せた場合、光の屈折率の異なることで、スネルの法則に
従い、入射光の一部がその界面で反射され、これによ
り、透過率が低下する。

【０１００】多重反射における反射率は、構成する各層
の屈折率と膜厚に依存することが知られている。ここで
は、ＴiＯ₂の屈折率(２.５０)およびソーダライムガラ
スの主成分であるＳiＯ₂の屈折率(１.５２)は定数であ
り、また、ソーダライムガラス基板の板厚はＴiＯ₂膜に
比べて充分に厚いので、ＴiＯ₂の膜厚が反射率を決定す
る唯一の因子となる。

【０１０１】図９にソーダライムガラス基板上に形成さ
れたＴiＯ₂の膜厚と、その表面に於ける可視光線（４０
０nｍ〜７００nｍ）の平均反射率の関係を示す。なお、
同図は理論値であり、ガラス基板裏面からの反射光は含
まれていない。

【０１０２】図９から明らかなように、ソーダライムガ
ラス基板上にＴiＯ₂膜を形成する場合、ＴiＯ₂の膜厚を
小さく形成するに伴い、多重反射の影響がより低減され
ることがわかる。

【０１０３】次に、この多重反射と液晶表示装置との関
係を説明する。

【０１０４】（透過型カラー液晶表示装置について）こ
の多重反射の現象は、光源からの照射光を液晶パネルに
透過させて、その表示面を点灯する構造を有する透過型
カラー液晶パネルにおいては、表示面の点灯光の損失に
なる。したがって、多重反射による点灯光の損失を表示
特性上、無視できるレベルまで、少なくすることが重要
となる。

【０１０５】しかしながら、ＴiＯ₂膜の薄膜化にも限界
がある上、樹脂遮光膜との密着性向上という当初の目的
も考慮する必要があるので、多重反射による点灯光の損
失を嫌う透過型カラー液晶パネルにおいては、ＴiＯ₂の
膜厚を充分考慮すべきである。

【０１０６】本発明者が繰り返し行った実験によれば、
多重反射の影響も考慮し、最適膜厚としては４０〜６０
Åにするとよい。

【０１０７】（反射型カラー液晶表示装置について）一
方、反射型カラー液晶パネルにおいては、その使用構造
上、かかる多重反射に対し留意する必要はなく、ＴiＯ₂
の形成膜厚の自由度は比較的高いが、ＴiＯ₂膜自体の吸
光による点灯光の損失を考慮すると、自ずからその形成
できる膜厚も制約される。

【０１０８】本発明者が繰り返し行った実験によれば、
１００〜１０００Åにするとよい。

【０１０９】次に本発明の液晶表示装置の構成を述べ
る。

【０１１０】（例４）図５に示す透過型のカラー液晶表
示装置の断面概略図でもって説明する。１６は走査側基
板であり、１９は信号側基板であり、走査側基板１６に
よれば、（例３）に示すカラーフィルタを用いて、さら
に平滑膜の上に前記一方電極である透明電極とポリイミ
ド樹脂からなる配向膜とを順次積層し、他方の信号側基
板１９ではガラス基板上にも前記他方電極である透明電
極とポリイミド樹脂からなる配向膜とを順次積層してい
る。

【０１１１】そして、走査側基板１６と信号側基板１９
とをシール剤１８（三井東圧化学製熱硬化性エポキシ樹
脂）を介して貼り合わせるとともに、内部に液晶層１７
（ツイスト角２５０±２０°のネマチック型液晶分子）
を封入する。セルギャップは６.３μｍである。

【０１１２】また、走査側基板１６と信号側基板１９の
双方の外側にはヨウ素系偏光板１５を設ける。そして、
蛍光管バックライト(導光板付き)である光源１４を液晶
パネルの裏面側に配し、その照射光を液晶パネルに透過
させてパネル表示面２０を点灯するＳＴＮ型単純マトリ
クス方式（電圧平均化法）の透過型カラー液晶パネルと
なる。２１は光源１４の照射光および液晶パネルからの
出射光である。

【０１１３】上記構成の透過型カラー液晶表示装置にお
いて、カラーフィルタの内、最表層ＴiＯ₂の膜厚が２０
Å、５０Å、７０Å、８０Åのガラス基板にて作製した
もの、およびリファレンスとしてのディップ基板にて作
製したものを使用して、５種類の透過型カラー液晶パネ
ルを作製した。

【０１１４】そして、各透過型カラー液晶パネルの対向
基板間の付着強度の測定、次いでパネル点灯時のパネル
表示面の輝度の測定を行ったところ、表５に示すような
結果が得られた。

【０１１５】付着強度は、パネルの一方を固定し、もう
一方をプッシュプルゲージで押さえて（信号側基板のみ
押さえる。走査側に比べて信号側基板は少し大きいの
で、はみ出た部分を押さえる）、対向基板間が剥離した
ときの圧力を測定する。

【０１１６】パネル輝度はミノルタ社製のＣＳ１００で
表示面の垂直方向の輝度を測定する。

【０１１７】

【表５】

【０１１８】この表から明らかなように、ガラス基板と
樹脂遮光膜パターン界面の密着性に優れ、また、樹脂遮
光膜パターンの解像性に優れたＴiＯ₂最表層基板を使用
することにより、対向基板間の付着強度およびパネル表
示面の輝度が向上する。

【０１１９】（例５）図２で示すような、ソーダライム
ガラス基板１とアルカリイオンの拡散障壁としてのＳi
Ｏ₂膜２の間に、反射性膜９としてＡｌ膜(膜厚１０００
Å)を形成した構造を有するガラス基板（以下、反射膜
付きディップ基板）の表面に、最表層膜としてＴiＯ₂膜
３をスパッタ法を用いて形成した。なお、ＴiＯ₂の膜厚
は５００Å、１０００Å、１５００Å、２０００Åの４
とおりである。

【０１２０】次に、リファレンスとしての反射膜付きデ
ィップ基板およびこれらのＴiＯ₂最表層基板を使用し
て、（例１）と同様の方法で樹脂遮光膜パターンの形成
を行い、現像時のパターン幅の測定および熱硬化時の密
着強度の測定を行った。

【０１２１】そして、（例２）と同様の方法でカラーフ
ィルタの作製を行い、その可視光領域(４００nｍ〜７０
０nｍ)の平均反射率比（対ＭＧＯ標準白色板点光源−
２５°受光０°)の測定を行った。測定機にはＹＯＫＯ
ＧＡＷＡ色彩計を、光源にはリング型ハロゲンランプ
（Ｃ光源）を用いた。これらの測定結果を表６および表
７に示す。

【０１２２】

【表６】

【０１２３】

【表７】

【０１２４】表６および表７から明らかなように、Ｔi
Ｏ₂最表層基板を使用することにより、実施例１と同
様、樹脂遮光膜パターンの現像性および密着性、および
カラーフィルタの反射率に優れた効果が得られる。ただ
し、ＴiＯ₂膜厚２０００Åについては、反射膜付きディ
ップ基板と同程度の反射率となった。これは、樹脂遮光
膜パターンの解像性向上の効果とＴiＯ₂膜の吸光による
照射光の損失が相殺されたものと考えられる。

【０１２５】（例６）図６に示す反射型のカラー液晶表
示装置の断面概略図である。

【０１２６】１６は走査側基板であり、１９は信号側基
板であり、走査側基板１６によれば、（例５）に示すカ
ラーフィルタを用いて、さらに平滑膜の上に前記一方電
極である透明電極とポリイミド樹脂からなる配向膜とを
順次積層し、他方の信号側基板１９ではガラス基板上に
も前記他方電極である透明電極とポリイミド樹脂からな
る配向膜とを順次積層している。

【０１２７】そして、走査側基板１６と信号側基板１９
とをシール剤１８（三井東圧化学製熱硬化性エポキシ樹
脂）を介して貼り合わせるとともに、内部に液晶層１７
（ツイスト角２５０±２０°のネマチック型液晶分子）
を封入する。セルギャップは６.２μｍである。また、
信号側基板１９の外側にはヨウ素系偏光板１５を設け
る。このようにしてパネル表示面２０を点灯するＳＴ
Ｎ型単純マトリクス方式（電圧平均化法）の反射型カラ
ー液晶パネルとなる。２１は光源１４の入射光および液
晶パネルからの出射光である。

【０１２８】（例５）で作製したカラーフィルタの内、
最表層ＴiＯ₂の膜厚が５００Å、１０００Å、１５００
Åのガラス基板にて作製したもの、およびリファレンス
としての反射膜付きディップ基板にて作製したものを使
用して、反射型カラー液晶パネルの作製を行った。

【０１２９】次に、完成した反射型カラー液晶パネルの
対向基板間の付着強度の測定、次いでパネル点灯時の可
視光領域(４００nｍ〜７００nｍ)の平均反射率比（対Ｍ
ＧＯ標準白色板点光源−２５°受光０°）の測定を行
った。その測定結果を表８に示す。

【０１３０】

【表８】

【０１３１】この表から明らかなように、ガラス基板と
樹脂遮光膜パターン界面の密着性に優れ、また樹脂遮光
膜パターンの解像性に優れたＴiＯ₂最表層基板を使用す
ることにより、対向基板間の付着強度および、パネル表
示面の輝度が向上する。

【０１３２】（例７）ソーダライムガラス基板上に、Ｔ
iＯ₂膜とＳiＯ₂膜を交互に多重積層させて誘電体多層膜
を形成した（以後、誘電体多層膜基板）。

【０１３３】そして、その誘電体多層膜の最表層がＴi
Ｏ₂のものとＳiＯ₂のものの２種類作製し、それぞれの
基板の透過率と反射率の比が共に５０：５０となるよう
に各層の膜厚の設定を行った。ただし、最表層膜の膜厚
はＴiＯ₂、ＳiＯ₂共に１００Åとし、双方とも、各層の
総数は６層にした。

【０１３４】次に、これら２種類の誘電体多層膜基板を
使用して、（例１）と同様の方法で樹脂遮光膜パターン
の形成を行い、現像時のパターン幅の測定および熱硬化
時の密着強度の測定を行った。

【０１３５】次いで、（例１）と同様の方法でカラーフ
ィルタの作製を行い、その可視光領域(４００nｍ〜７０
０nｍ) の平均透過率および平均反射率比(対ＭＧＯ標準
白色板点光源−２５°受光０°)の測定を行った。これ
らの測定結果を表９および表１０に示す。

【０１３６】

【表９】

【０１３７】

【表１０】

【０１３８】表９および表１０から明らかなように、Ｔ
iＯ₂最表層基板を使用することにより、（例１）と同様
に、樹脂遮光膜パターンの現像性および密着強度、および
カラーフィルタの透過率および反射率に優れた効果が得
られる。

【０１３９】（例８）（例７）で作製した２種類のカラ
ーフィルタを使用して、半透過型カラー液晶パネルの作
製を行った。その構成は図５に示すとおりである。

【０１４０】そして、半透過型カラー液晶パネルの対向
基板間の付着強度の測定、次いでパネル点灯時の可視光
領域(４００nｍ〜７００nｍ)の平均透過率および平均反
射率比(対ＭＧＯ標準白色板点光源−２５°受光０°)
の測定を行った。その測定結果を表１１に示す。

【０１４１】

【表１１】

【０１４２】この表から明らかなように、ガラス基板と
樹脂遮光膜パターンの界面の密着性に優れ、また樹脂遮
光膜パターンの解像性に優れたＴiＯ₂最表層基板を使用
することにより、対向基板間の付着強度および、パネル
表示面の輝度が向上する。

【０１４３】以上のとおり、多重反射による表示面の点
灯光の損失を嫌う透過型カラー液晶パネルにおいては、
ガラス基板表面のＴiＯ₂の膜厚を２０〜８０Å、好適に
は４０〜６０Å程度にするとよく、反射型カラー液晶パ
ネルでは、ＴiＯ₂の膜厚を２０〜１５００Å、好適には
１００〜１０００Åの範囲に設定するとよい。

【０１４４】なお、本発明は上記の実施形態例に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変更や改良等はなんら差し支えない。

【０１４５】たとえば、透明ガラス基板としてＳiＯ₂デ
ィップコート付きソーダライムガラス基板を使用した
が、これに代えて、ホウケイ酸ガラス等の無アルカリガ
ラスの基板であっても、その表面にＴiＯ₂膜を被覆し、
最表層とすることにより、同様の効果が得られる。この
ホウケイ酸ガラスの屈折率は１.５４であり、ＳiＯ₂と
ほぼ同等であるので、上記多重反射防止の好適範囲であ
る２０〜８０Åはそのまま適用できる。

【０１４６】また、最表層がＴiＯ₂膜であればよく、そ
の下層の構成材は合成樹脂など他の材料でもよい。

【０１４７】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、基板上
をＴiＯ₂膜で被覆し、このＴiＯ₂膜上に樹脂遮光膜パタ
ーンを設け、この樹脂遮光膜パターンの非被着面に着色
膜を形成せしめたことで、樹脂遮光膜パターンの界面の
密着性が向上し、これにより、光硬化性樹脂遮光膜を露
光、現像してパターンを形成する場合、樹脂遮光膜パタ
ーンの剥離が生じにくくなるので、非露光部と通常露光
部との現像液の溶解性に対するコントラストがつき易く
なり、現像ラチチュードが拡大され、その結果、たとえ
ば現像液の濃度や温度等、現像状態を左右する因子によ
るバラツキの影響が緩和されるので、量産時の現像性が
安定し、その製造歩留まりが向上する。

【０１４８】また、露光して現像する際、樹脂遮光膜パ
ターンが剥離されにくく、より長時間現像液に浸漬させ
ることができるので、非露光部への露光照射光の回折現
象により感光された過剰露光部と通常露光部との現像液
の溶解性に対するコントラストもつき易くなり、選択的
に過剰露光部の樹脂遮光膜を除去し易くなるので、フォ
トマスクの設計幅に近い、より解像性の優れた樹脂遮光
膜パターンの形成ができる。この場合、カラーフィルタ
の開口率が向上し、表示面の点灯光の損失が低減される
ので、より高輝度の、あるいは同じ輝度であってもより
低消費電力のカラー液晶パネルの作製ができる。

【０１４９】さらに、これらガラス基板と樹脂遮光膜の
界面の密着性に優れたカラーフィルタを使用して、カラ
ー液晶パネルを作製した場合、対向基板間の付着強度が
向上するので、カラー液晶パネルの組立あるいは使用等
で生じる負荷に対する耐久性が向上され、より高信頼性
のカラー液晶パネルの作製ができ、また、その製造歩留
まりも向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの概略断面図である。

【図２】本発明の他のカラーフィルタの概略断面図であ
る。

【図３】顔料分散法により形成したカラーフィルタの断
面図である。

【図４】Ａ、Ｂ、Ｃは遮光膜のパターニング方法を示す
工程図である。

【図５】透過型のカラー液晶表示装置の断面概略図であ
る。

【図６】反射型のカラー液晶表示装置の断面概略図であ
る。

【図７】Ａ、Ｂは光硬化性樹脂遮光膜のパターンを作成
する工程図である。

【図８】カラー液晶表示装置の断面概略図である。

【図９】ＴiＯ₂の膜厚と平均反射率との関係を示す線図
である。

【符号の説明】

１・・・ソーダライムガラス基板２・・・ＳiＯ₂膜３・・・ＴiＯ₂膜４・・・樹脂遮光膜パターン８・・・平滑化膜１０・・・透明ガラス基板１１・・・光硬化性樹脂遮光膜１３・・・フォトマスク１２・・・露光照射光２２・・・露光照射光の回折

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上をＴiＯ₂膜で被覆し、このＴiＯ₂膜
上に樹脂遮光膜パターンを設け、この樹脂遮光膜パター
ンの非被着面に着色膜を形成せしめたことを特徴とする
カラーフィルタ。
【請求項２】順次下記Ａ〜Ｅの各工程を経て、基板上に
ＴiＯ₂膜を被覆し、このＴiＯ₂膜上に樹脂遮光膜パター
ンを設け、しかる後に樹脂遮光膜パターンの非被着面に
着色膜を形成するカラーフィルタの製造方法。Ａ・・・ガラス基板上にスパッタリングもしくは真空蒸
着にてＴiＯ₂膜を被覆する。Ｂ・・・ＴiＯ₂膜上に遮光性の着色剤を添加した光硬化
性樹脂膜を塗布する。Ｃ・・・フォトマスクを用いて光硬化性樹脂膜の所定領
域を露光する。Ｄ・・・光硬化性樹脂膜に対し現像し、一部を除去す
る。Ｅ・・・残存する光硬化性樹脂膜を熱硬化する。
【請求項３】前記Ａ工程とＢ工程の間にＴiＯ₂膜に対し
紫外線照射することを特徴とする請求項２記載のカラー
フィルタの製造方法。
【請求項４】請求項１のカラーフィルタの上に一方電極
と配向膜とを順次形成し、他方電極と配向膜とを順次形
成した他の基板と対向させ、双方を液晶層を介して配設
してなる液晶表示装置。