JP2003167116A - カラーフィルターを備えた反射基板とその製造方法 - Google Patents

カラーフィルターを備えた反射基板とその製造方法

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JP2003167116A
JP2003167116A JP2001368024A JP2001368024A JP2003167116A JP 2003167116 A JP2003167116 A JP 2003167116A JP 2001368024 A JP2001368024 A JP 2001368024A JP 2001368024 A JP2001368024 A JP 2001368024A JP 2003167116 A JP2003167116 A JP 2003167116A
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film
color filter
reflection
substrate
organic resin
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Masataka Matsumoto
正敬 松本
Yuichi Akiba
雄一 秋葉
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Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型液晶表示パネルでは、カラーフィルタ
ーの明るさを改善するために、フィルター透過光を効率
良く反射させ、散乱させることが必要であり、再現性の
ある有効な散乱反射膜を得ることが課題になっている。 【解決手段】 本発明のカラーフィルターを備えた反射
基板は、反射層における凹凸形状の表面粗さRaは0.
2〜0.8μmであり、凹凸形状の凹部の深さが0.5
〜1.5μmであり、凹凸形状の凹部の幅が5〜30μ
mであることを特徴としている。またその製造方法は、
基板1上に熱硬化型の有機樹脂膜2を塗布する工程と、
その上にAl膜3とSiO2膜4を連続成膜する工程
と、有機樹脂膜とSiO2膜との間に生じる熱膨張係数
の違いによる内部応力差を利用して熱焼成により有機樹
脂膜の表面形状を変形させ、Al膜とSiO2膜を微細
な凹凸曲面の反射膜に形成する工程と、この反射膜上に
カラーフィルターを形成する工程を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子や液
晶表示素子等を多色化するために用いられるカラーフィ
ルターを備えた反射基板とその製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、パソコンなどの表示部としてバッ
クライトを省き軽量化した反射型液晶表示パネルが広く
利用されている。特にカラーフィルターを液晶表示パネ
ルに内在した反射型カラー液晶表示パネルは、色再生或
いは色分解の際にフィルターを透過した光を散乱反射板
或いは基板に形成した散乱反射膜で反射させ、且つ可視
光領域で全方位に強く散乱させ、視角方向の光を平均化
し、急激な輝度変化を無くす方法によって、バックライ
トを必要とせず周囲の光だけでカラー表示ができるよう
になっている。
【0003】反射型液晶表示パネルの場合、カラーフィ
ルターの明るさを改善するために、フィルター透過光を
効率良く反射させ、散乱させることが重要な課題とな
る。従来の散乱反射層に散乱性を持たせる製造方法とし
て、(1)鏡面の反射膜と散乱フィルムの組み合わせに
より散乱反射特性を持たせる方法、(2)基板を研磨等
で粗面状態にし、フッ酸で処理することで散乱反射板と
する方法、(3)パターニングで凹凸形状を持たせた有
機膜上に、アルミニウム或いはアルミニウム合金等の金
属薄膜をスパッタや蒸着法により形成する方法などが知
られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(1)
の方法では、鏡面からの反射を散乱フィルムで制御しな
ければならず、カラーフィルター層の隣接する画素間の
混色が起こったり、黒い色がぼんやりと映る「黒浮き」
と呼ばれる現象が起こったりする不具合があり、更に散
乱フィルムを別部材として使用するため部品点数が増え
てパネル構造が複雑になり、薄型化の障害やパネル製造
コストの上昇に繋がるという問題がある。また、(2)
の方法は、基板の表面状態の微妙な変化等の影響で散乱
反射面の再現性が低いという問題がある。従って、
(3)の方法が有力となりつつあるが、金属薄膜形成前
の反射板用下地に光拡散作用をする散乱反射板としての
機能を持たせるのが難しく、再現性のある有効な散乱反
射膜を得ることが課題になっている。
【0005】本発明はこのような従来のカラーフィルタ
ーの課題を解決するもので、フィルター透過光を全方位
に強く散乱させ、明るく、高彩度なカラー表示ができる
カラーフィルターを備えた反射基板とその製造方法を提
供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
ーを備えた反射基板は、反射層における凹凸形状の表面
粗さRaは0.2〜0.8μmであり、凹凸形状の凹部
の深さが0.5〜1.5μmであり、凹凸形状の凹部の
幅が5〜30μmであることを特徴としている。また凹
凸形状の曲率半径Rは0.4〜100μmであることが
好ましい。
【0007】また本発明のカラーフィルターを備えた反
射基板の製造方法は、基板上に熱硬化型の有機樹脂膜を
塗布する工程と、有機樹脂膜上にスパッタ法或いは蒸着
法により金属膜とSiO2膜を連続成膜する工程と、有
機樹脂膜を熱硬化させると同時に金属膜に凹凸形状を形
成する工程と、SiO2膜上にカラーフィルターを形成
する工程とを備えることを特徴としている。
【0008】基板上には形成されるカラーフィルターに
散乱性能を持たせるために、本発明の反射基板は、基板
とカラーフィルターの間に有機樹脂膜を設置し、Al
(アルミニウム)膜またはアルミニウム合金膜などの金
属膜とSiO2膜との3層を備えていることを特徴とす
る。金属膜が反射層の機能を示す。基板上に熱硬化型の
有機樹脂膜を塗布し、その上にAl膜とSiO2膜を連
続成膜し、有機樹脂膜をとSiO2膜との間に生じる熱
膨張係数の違いと内部応力差を利用し、熱焼成により有
機樹脂膜の表面形状を変形させ、Al膜とSiO2膜を
微細な凹凸曲面の反射層を形成する。そして、この反射
膜上にレジスト膜を塗布し、露光及び現像して反射膜の
一部を露出させ、反射膜の露出した部分に所望の配列形
状の着色層を形成することによりカラーフィルターを製
作する。
【0009】
【発明の実施の形態】図1〜図12は本発明のカラーフ
ィルターを備えた反射基板の製造工程を示す断面図であ
る。図2に於いて、ガラスの基板1を用意し、その上面
にスピンコートにより熱硬化型の有機樹脂膜2を膜厚3
〜5μm程度で全面均一に塗布する工程を行う。次に、
その有機樹脂膜上にスパッタ法、或いは蒸着法により膜
厚1〜2μ程度のAl膜3及び膜厚0.5〜1μ程度の
SiO2膜4を連続成膜する工程を行う。
【0010】連続成膜した工程の後、凹凸形状を形成す
る工程を行う。つまり、熱焼成によって有機樹脂膜2を
硬化させると、有機樹脂膜2とSiO2膜4との間に生
じる熱膨張係数の違いによる内部応力差によって、図3
に示すように有機樹脂膜2の表面形状が変形し、Al膜
3及びSiO2膜4が微細な凹凸曲面の反射膜に形成さ
れる。
【0011】この反射膜は、凹凸曲面の凹凸が大き過ぎ
ると、後述のカラーフィルター層を形成する際にカラー
フィルター層形成用のレジスト膜が反射膜中心から放射
状にむらになってしまい、カラーフィルター層の形成に
支障を来す。一方、凹凸曲面の凹凸が小さ過ぎると、得
られる反射型液晶表示装置の正反射が大きくなり、視野
角の狭い表示となってしまう。この凹凸曲面の好ましい
条件は表面粗さ(Ra)が0.2〜0.8μmであるこ
とと、凹部の深さが0.5〜1.5μmであることと、
凹部の幅が5〜30μm以下であることの条件を満たす
ことである。
【0012】この表面粗さRaは、中心線平均粗さと称
されるもので、凹凸形状を断面で観察し、任意の平均線
より上の凹凸断面曲線と任意の平行線とで囲まれた面積
と、任意の平均線よりしたの凹凸断面曲線と任意の平行
線とで囲まれた面積との、それぞれの面積の絶対値を加
算し、その値を平均線における測定長で除した値であ
り、測定範囲における粗さを定量的に表すことができ
る。この表面粗さRaは目的の測定装置を用いることに
よって測定することが可能である。また凹部の深さと
は、凹凸形状の凸部の頂点から凹部の最底点までの、お
およその長さであり、凹部の幅とは、凸部の頂点から隣
の凸部の頂点までの、おおよその長さである。
【0013】また、凹凸曲面の曲率半径Rは100μm
以下であることが好ましく、一方、Rが可視光オーダー
以下の数値即ち0.4μmより小さい場合、有効な反射
特性が得られないことから、Rは0.4μm以上とする
のが望ましい。ここで、曲率半径Rとは、凹凸形状の断
面曲線における凸部頂点あるいは凹部の最底点におい
て、凹凸断面曲線に接するように描いた円の半径を示し
ている。よって、曲率半径Rが小さいと、凹凸形状の凹
部の幅が短くなり、曲率半径が大きいと幅は長くなる傾
向を示す。
【0014】このように形成した凹凸曲面の反射膜上
に、カラーフィルターを形成する工程を次に行う。スピ
ンコートにより図4に示すように黒色染料或いは黒色顔
料を添加したポジ型のレジスト膜5を膜厚1〜2μ程度
で全面均一に塗布し、フォトマスク6aを用いてレジス
ト膜5を所望の形状に露光し、現像することによって、
図5に示すようにレジスト膜5を剥離してSiO2膜4
の一部4aを露出させる。SiO2膜4の露出した部分
には図6に示すように赤色着色層7を形成する。この着
色層はインクジェット方式によりインクを付与する方法
や、その他に印刷法、転写法、電着法等の公知の方法で
形成することができる。
【0015】次に図7に示すようにフォトマスク6bを
用いてレジスト膜5を所望の形状に露光し、現像するこ
とによって、図8に示すようにレジスト膜5を剥離して
SiO2膜4の一部4bを露出させる。SiO2膜4の露
出した部分には図8に示すように緑色着色層8を形成す
る。
【0016】更に図10に示すようにフォトマスク6c
を用いてレジスト膜5を所望の形状に露光し、現像する
ことによって、図11に示すようにレジスト膜5を剥離
してSiO2膜4の一部4cを露出させる。SiO2膜4
の露出した部分には図12に示すように青色着色層9を
形成する。
【0017】レジスト膜5に黒色染料或いは黒色顔料を
添加したのは、各着色層7、8、9の間に残ったレジス
ト膜5をブラックマトリックスとして機能させるためで
ある。尚、表示の明るさを向上させる点では、レジスト
膜5に黒色染料或いは黒色顔料を添加しない方が好まし
い。カラーフィルター層の厚みとしては、反射膜凹凸曲
面の凹部深さ0.5〜1.5μ以上が好ましい
【0018】そして着色層7、8、9を加熱硬化させた
後、最後に図1に示すように表面にポリアミド、ポリイ
ミド等の透明保護膜10を形成してカラーフィルターを
備えた反射基板が完成する。
【0019】カラーフィルター層の着色パターン配列
は、赤色、緑色、青色の3原色の各画素が赤色、緑色、
青色の順に画素毎に交互に縦または横に並べられたスト
ライプ型と、上記3原色の各画素が赤色、緑色、青色の
順に画素毎に交互に三角状に並べられたデルタ型と、上
記3原色の各画素が赤色、緑色、青色の順に画素毎に交
互に縦及び横に並べられたモザイク型のうちから選択さ
れるいずれかのものであり、これらの中でもストライプ
型が好ましい。
【0020】上記実施例では下地膜用材料として熱硬化
型の有機樹脂膜2を使用したが、この有機樹脂膜中に内
部応力を調整する添加物を混入して、所望の凹凸曲面を
形成しても良い。添加物としては、シリカ、カーボン、
タルク等の無機粒子物などを使用することができる。ま
た、有機樹脂膜2の粘度を適宜替えることにより、凹凸
曲面の膜厚管理或いは表面形状や粗さの制御をするのが
容易になる。
【0021】以上の方法により、基板1上に形成した凹
凸曲面の反射膜の上に、所望の配列形状の着色層7、
8、9を有するカラーフィルターを備える反射基板を製
造することができる。また、凹凸曲面の表面形状或いは
粗さを制御することによって、カラーフィルターを備え
る反射基板自体に光拡散作用をする散乱反射板としての
機能を持たすことができる。このフィルターをSTN液
晶表示素子の基板と組み合わせて反射型液晶表示パネル
を製作したところ好適な散乱反射特性を備え、実用上十
分に明るく、色彩の良好なカラー表示を実現できた。
【0022】
【発明の効果】本発明により製造したカラーフィルター
を備える反射基板は、フィルター透過光をAl膜及びS
iO2膜の凹凸曲面で反射させ且つ可視光領域で全方位
に強く散乱させることができるもので、凹凸曲面で形成
された反射層の表面形状及び粗さを熱焼成によって容易
に変えられ、良好な散乱反射板としての機能を持たすこ
とができる生産性に優れたものである。また、液晶パネ
ルに本発明のカラーフィルターを積層することにより、
パネル透過光を散乱させるための散乱反射板を別途用い
なくて済むので、液晶パネルの薄型化とコストダウンを
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板を
示す断面図。
【図2】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図3】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図4】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図5】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図6】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図7】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図8】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図9】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板の
製造工程を示す断面図。
【図10】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板
の製造工程を示す断面図。
【図11】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板
の製造工程を示す断面図。
【図12】本発明のカラーフィルターを備えた反射基板
の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
1…基板 2…有機樹脂膜 3…Al膜3 4…SiO2膜 4a,4b,4c…SiO2膜の一部 5…レジスト膜 6a,6b,6c…フォトマスク 7…赤色着色層 8…緑色着色層 9…青色着色層 10…透明保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H042 DA00 DA02 DA12 DA15 DC01 DC02 DE00 2H048 BA02 BA11 BA45 BB01 BB02 BB10 BB14 BB44 2H091 FA02Y FA14Y FB03 FB08 FC01 FC02 FD06 GA16 HA10 KA10 LA11 LA12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に凹凸形状を有する反射層を有
    し、前記反射層の上にカラーフィルターを備えた反射基
    板であって、前記反射層における凹凸形状の表面粗さR
    aは0.2〜0.8μmであり、凹凸形状の凹部の深さ
    が0.5〜1.5μmであり、凹凸形状の凹部の幅が5
    〜30μmであることを特徴とするカラーフィルターを
    備えた反射基板。
  2. 【請求項2】 前記凹凸形状の曲率半径Rは0.4〜1
    00μmであることを特徴とする請求項1に記載のカラ
    ーフィルターを備えた反射基板。
  3. 【請求項3】 基板上に熱硬化型の有機樹脂膜を塗布す
    る工程と、有機樹脂膜上にスパッタ法或いは蒸着法によ
    り金属膜とSiO2膜を連続成膜する工程と、有機樹脂
    膜を熱硬化させると同時に金属膜に凹凸形状を形成する
    工程と、SiO2膜上にカラーフィルターを形成する工
    程とを備えるカラーフィルターを備えた反射基板の製造
    方法。
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