JP2004302240A

JP2004302240A - Color filter, liquid crystal display device and manufacturing method for color filter

Info

Publication number: JP2004302240A
Application number: JP2003096417A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 恵一田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4703946B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-priced color filter capable of maintaining display quality when it is used for a liquid crystal display device. <P>SOLUTION: The color filter is equipped with a black matrix 12 having an aperture part and a colored part 17 formed at the aperture part. The colored part 17 is a film formed by filling the aperture part with liquid film forming material and hardening the material by drying and having a projected part 17a whose surface is projected near its periphery part. A part from the periphery part of the colored part 17 to the top of the projected part 17a is positioned above the black matrix 12. The inclination angle θ of the surface of the colored part 17 to the surface of the black matrix 12 at the periphery part of the colored part 17 is ≤45°. Thus, the leakage of light caused by reverse tilt domain is restrained. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に好適に用いることができるカラーフィルタ、このカラーフィルタを用いた液晶表示装置、及びこのカラーフィルタの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力等の特徴を活かし、ワードプロセッサ、コンピュータ、ナビゲーションシステム用ディスプレイをはじめ、各種のディスプレイとしてより広く市場を拡大している。また、液晶表示装置は、カラー表示にも十分対応できるより表示品位の良いものへと発展してきている。
【０００３】
特に、画素をマトリクス状に配し、各画素に薄膜トランジスタ等の能動素子をスイッチング素子として用いるアクティブマトリクス型の液晶表示装置が主流となってきている。
【０００４】
一般的なアクティブマトリクス型の液晶表示装置では、走査線、階調信号線、スイッチング素子及び画素電極を配置した第１ガラス基板と、ブラックマトリクス、カラーフィルタ及び共通電極を配置した第２ガラス基板とを備えている。この第１及び第２ガラス基板は、互いの間に所定の間隙を保って対向配置され、その間隙に液晶材料を充填し、周囲を熱又は光によって硬化するシール材によりシールする。そして、画素電極と共通電極との間の電圧を画素ごとに制御することにより、画素ごとの階調表示が可能になっている。
【０００５】
この液晶表示装置は、その製造工程の複雑さや部品点数の多さに起因して依然として高価なものである。したがって、液晶表示装置の更なる市場の拡大を進めるためには、最終売価の低減が必須である。このような状況において、液晶表示装置の構成部材のうちで最も効果な部材の１つであるカラーフィルタの低価格化に向けた様々な提案がなされている。
【０００６】
一般に、カラーフィルタの製造には顔料分散法が採用されている。この顔料分散法は、フォトプロセスによりフィルタパターンを形成する。つまり、顔料分散法では、顔料を分散した感光性樹脂をスピンコート法などにより基板全面に塗布し、この感光性樹脂の膜を紫外線によりパターン露光して現像処理を施すことで単一色分のフィルタパターンを形成する。そして、この工程を複数回繰り返すことにより、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層を形成する。
【０００７】
この顔料分散法では、各色のフィルタパターンを形成する際の現像処理において、顔料を分散した感光性樹脂の大半を除去することになる。そのため、顔料分散法では、材料コストがかさんでしまい、カラーフィルタの製造コストの低減が困難である。
【０００８】
近年、カラーフィルタの製造における材料コストの削減、及び工程数の削減を目的として、インクジェット方式を用いたカラーフィルタの製造方法が、例えば特許文献１などに提案されている。
【０００９】
特許文献１に開示されているカラーフィルタの製造方法を、図８（ａ）〜（ｆ）に基づいて説明する。なお、図８（ａ）〜（ｆ）は、以下の工程ａ〜ｆに対応している。
【００１０】
工程ａでは、基板１０１上に開口部１０２ａを有する遮光層１０２（ブラックマトリクス）を形成する。この遮光層１０２は、ライン状又は格子状にパターニングされた遮光性部材からなり、感光性黒色樹脂層などをフォトリソ工程によりパターニングして形成することができる。ここでは、遮光層１０２に後述する硬化型インクを塗布する際の隔壁作用を持たせるため、黒色樹脂などを用いて厚さの厚い遮光層を形成する。
【００１１】
工程ｂでは、遮光層１０２を形成した基板１０１全面に感光層１０３を形成する。この感光層１０３は、光照射によって親水性が増加或いは発現する層であり、好ましくは、感光性化合物としてＴｉ_３Ｏ，ＳｎＯ_２，ＺｎＯ，ＷＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，Ｂｉ_２Ｏ_３，Ｆｅ_２Ｏ_３の少なくとも一種を含有する。これらの感光性化合物を用いて形成された感光層１０３に光を照射すると、この光照射によって励起生成した電子と正孔が感光性化合物表面の吸着酸素や水と反応して活性酸素を生成し、光照射領域の表面が親水化される。一方、上記感光性化合物等金属酸化物は元来撥水、撥油性を有するという性質があるため、光照射していない領域では親水性を発現せずにインクをはじく傾向にある。したがって、後述するインクジェット方式による硬化型インクの塗布の際に、隣接する光照射領域（すなわち、親水性領域）間において、光未照射領域（すなわち、非親水性領域）がインクをはじいて混色防止機能を呈するため、異なる色のインクの混色（色材のマイグレーションにより生じる混色も含む）を防止することができる。
【００１２】
上記感光性化合物を用いて感光層１０３を形成する具体的な方法としては、この感光性化合物を基板上に高温加熱（結晶化以上の温度加熱）によって焼結させる方法や、アルコキシシランとこの感光性化合物をアルコール等溶媒に分散させた組成物を基板１０１上に塗布して加熱することにより成膜させる方法が挙げられる。
【００１３】
上記焼結方法では、４００℃以上の高温加熱を行う必要があり、基板１０１上に樹脂材料を主原料とする材料を用いてなる遮光層１０２などが形成されている場合にはこの遮光層１０２が熱劣化する恐れがあり好ましくない。また、遮光層１０２がクロム等の金属材料であっても、高温加熱により寸法精度に狂いが生じやすいため好ましくない。したがって、ここではより低温での成膜が可能な上記組成物を塗布して焼成する方法が好ましく用いられる。
【００１４】
上記のようにして形成された感光層１０３は、パターン露光することにより、露光部分で水分子等が吸着され、親水性が向上する。上記パターン露光に用いる光の波長としては、用いる感光性化合物によって、紫外線領域の比較的短波長の光のみ用いるもの、あるいは、比較的長波長の可視光の光でも感光するもの等があり、最適な波長を種々選択することができる。
【００１５】
感光層１０３の形成において、上記組成物を塗布する方法としては、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等の塗布方法を用いることができる。
【００１６】
感光層１０３の厚さは、０．０１〜１０μｍが好ましく、望ましくは０．０１〜５μｍである。
【００１７】
工程ｃでは、基板１０１の裏面より感光層１０３を露光し、露光部に親水性が増加又は発現した親水性領域１０４を形成する。未露光部はこの親水性領域１０４よりも親水性が低いため、ここでは便宜上非親水性領域１０５と称する。感光層１０３は遮光層１０２を形成した上に形成されているため、遮光層１０２をマスクとして感光層１０３を露光することができる。なお、カラーフィルタの白抜け（着色部と遮光層との境界部に生じる色抜け）を防止するためには、遮光層１０２の開口部１０２ａよりも広い面積にわたって着色部を形成することが望ましく、そのためには感光層１０３を遮光層１０２の開口部１０２ａよりも広く露光する必要がある。具体的には、露光の際に照射光として拡散光を用いるのが好ましい。あるいは、オーバー露光を行って反応を拡散させる等の手段も有効である。
【００１８】
なお、ここでは基板裏面からの露光を示しているが、フォトマスクを用いて基板表面から露光してもかまわない。その場合には、上記白抜けを防止するために、遮光層１０２の開口部１０２ａよりも広い開口部を有するマスクを用いることが望ましい。具体的には、遮光層１０２の開口部１０２ａのエッジ部から３μｍ以上内側の遮光層１０２上に未露光部が形成されるようにすることが望ましい。
【００１９】
このパターン露光は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ストライプ状又は格子状のいずれで行ってもよい。図９（ａ）はストライプ状にパターン露光を行った例で、この場合、遮光層１０２には画素ごとに開口部１０２ａを設けてあるが、着色部１０７は行方向に連続したストライプ状に形成される。また、図９（ｂ）は遮光層１０２の開口部１０２ａに対応して格子状にパターン露光を行った例である。
【００２０】
工程ｄでは、所定の着色パターンに応じて、インクジェット方式によって硬化型インク１０６を親水性領域１０４に塗布する。硬化型インク１０６は通常カラーフィルタを構成する上で、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のインクが用いられる。
【００２１】
ここで用いられる硬化型インク１０６は、感光層１０３のインク吸収性が低いことから、ポリマー及びオリゴマー等の熱又は光照射による架橋成分、すなわちバインダー成分を含有することが好ましい。このようなポリマー、オリゴマー材料としては、以下の化学式（１）に示した構造単位からなる単量体の単独及び／又は他のビニル系単量体との共重合体が挙げられる。なお、化学式（１）におけるＲ_１、Ｒ_２は互いに異なっていてもよい置換基である。
【００２２】
【化１】

【００２３】
上記化学式（１）で表される構造単位からなる単量体としては、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロポキシメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルメタクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられるが、これらに限られるものではない。これらの単量体は、単独、あるいは、他のビニル系単量体と共重合される。他のビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル、ヒドロキシメチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート等の水酸基を含有したビニル系単量体、その他スチレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、アリルアミン、ビニルアミン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等を挙げることができるが、もちろんこれらに限られるものではない。
【００２４】
また、上記化合物（バインダー成分）の分子量としては、インクジェットによる吐出適性を考慮すると、好ましくは５００〜５００００、より好ましくは１０００〜２００００のものを主成分とするのがよい。さらに、インク中含有量としては、０．１〜１５重量％、より好ましくは、１〜１０重量％とするのがよい。
【００２５】
さらに、上記硬化型インク１０６は着色材を含有しており、この着色材としては、色素系及び顔料系のいずれも用いることが可能である。
【００２６】
また、インクジェット方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェットタイプ（「バブルジェット」は登録商標）、あるいは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能であり、着色面積及び着色パターンは任意に設定することができる。
【００２７】
工程ｅでは、加熱処理や光照射等必要な処理を施して硬化型インク１０６を硬化させ、Ｒ，Ｇ，Ｂの着色部１０７を形成する。
【００２８】
工程ｆでは、保護層１０８を形成する。保護層１０８としては、光硬化タイプ、熱硬化タイプ、光熱併用タイプの樹脂層、蒸着、スパッタ等によって形成された無機膜等を用いることができ、カラーフィルタとした場合の透明性を有し、その後のＩＴＯ膜（透明電極）形成プロセス、配向膜形成プロセスに耐えるものであれば使用可能である。
【００２９】
【特許文献１】
特開２０００−２５８６２２号公報（公開日２０００年９月２２日）
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記カラーフィルタを用いて液晶表示装置を構成する場合、保護層１０８上に透明電極及び配向膜を形成し、この配向膜上に液晶層が形成されることになる。ここで、保護層１０８は、この保護層１０８は、着色部１０７と感光層１０３との段差を平坦化するために、着色部１０７及び感光層１０３を被うようにして設けられる。
【００３１】
保護層１０８を設けずに、着色部１０７と感光層１０３との段差が平坦化されていないカラーフィルタを用いた場合、図１０に示すように、一般に、上記の段差に起因して、液晶層における液晶分子１０９の配向の向きが本来の配向の向きとは逆転している領域（リバースチルトドメイン）ＲＴＤが発生してしまう。これは、透明電極１１０及びその上に形成された配向膜１１１が、上記の段差の形状にならって形成されるため、位置によって配向膜１１１の配向方向が変化するためである。
【００３２】
このように、液晶層にリバースチルトドメインＲＴＤが発生していると、リバースチルトドメインＲＴＤにおいて光漏れが生じ、液晶表示装置の表示品位を低下させてしまうことになる。
【００３３】
したがって、液晶表示装置を構成する場合には、着色部１０７及び感光層１０３上に保護層１０８を形成し、その上に透明電極１１０及び配向膜１１１を形成する必要があった。
【００３４】
一方、カラーフィルタのさらなる低価格化を図るためには、保護層１０８を排除することによる工程の簡略化が有効である。
【００３５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液晶表示装置に用いた場合の表示品位を維持しつつ、低価格化を図ることができるカラーフィルタを提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーフィルタは、開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜の開口部に形成された透明着色膜とを備えたカラーフィルタであって、上記の課題を解決するために、前記透明着色膜は、液状の成膜材料を前記遮光膜の開口部に充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部を有する膜であり、前記透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分は、前記遮光膜の上方に位置し、かつ、前記透明着色膜の周縁部において、前記遮光膜の表面に対する前記透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下であることを特徴としている。
【００３７】
液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填し、これを乾燥させることにより硬化させて形成した透明着色膜は、その周縁部付近に表面が凸形状となる凸部が形成されるのが一般的である。このようなカラーフィルタを液晶表示装置に用いる場合、リバースチルトドメインの発生による光漏れを防ぐために、表面を平坦化するための膜（平坦化膜）を別途設ける必要があった。しかし、表面を平坦化するための膜を別途設けることは、カラーフィルタのコストアップを招来するという問題があった。
【００３８】
そこで、平坦化膜を別途設けることなく液晶表示装置における光漏れを防ぐために、上記の構成では、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が、前記遮光膜の上方に位置し、かつ、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下となっている。
【００３９】
この構成では、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が前記遮光膜の上方に位置することにより、この部分における透明着色膜の表面の傾斜によってリバースチルトドメインが発生したとしても、そのリバースチルトドメインは遮光膜に重なることになる。
【００４０】
また、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角を４５°以下とすることにより、発生するリバースチルトドメインのリバースチルトの度合いを小さく抑え、リバースチルトドメインが遮光膜と重なる部分の外部にまで広がることを防ぐことができる。
【００４１】
したがって、上記構成のカラーフィルタを液晶表示装置に用いることにより、平坦化膜を設けることなく光漏れを抑えることができる。その結果、液晶表示装置に用いた場合の表示品位を維持しつつ、カラーフィルタの低価格化を図ることができる。
【００４２】
本発明のカラーフィルタは、上記のカラーフィルタにおいて、前記遮光膜と透明着色膜との間に介在するように設けられ、前記液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜をさらに備え、前記機能膜は、前記透明着色膜に接する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなっている構成であってもよい。
【００４３】
上記の構成では、液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填する際に、成膜材料の周縁部が、機能膜の濡れ性が相対的に高い部分と低い部分との境界に位置することになる。上記成膜材料の周縁部は、成膜材料の硬化後には透明着色膜の周縁部となる。したがって、機能膜における上記境界の位置を定めることにより、透明着色膜の周縁部の位置や、この周縁部付近に形成される凸部の頂点の位置を定めることができる。
【００４４】
その結果、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【００４５】
本発明の液晶表示装置は、上記のカラーフィルタを備える第１基板と、前記第１基板のカラーフィルタに対向して配置される第２基板と、前記第１基板と第２基板とに挟持される液晶層とを備えることを特徴としている。
【００４６】
上記の構成では、上述したように、カラーフィルタに平坦化膜を設けることなく表示品位を維持することができる。したがって、表示品位を維持しつつ低下価格の液晶表示装置を実現することができる。
【００４７】
この液晶表示装置では、例えば、前記カラーフィルタの遮光膜及び透明着色膜上には、透明電極と配向膜とがこの順で積層されており、前記配向膜が前記液晶層に接しているように構成することができる。
【００４８】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜の開口部に形成された透明着色膜とを備えたカラーフィルタの製造方法であって、基板上に形成された前記遮光膜の開口部に対して、前記透明着色膜を形成するための液状の成膜材料を塗布する成膜材料塗布工程と、前記塗布した成膜材料を乾燥させて硬化させることにより前記透明着色膜を形成する成膜材料硬化工程とを含み、前記成膜材料硬化工程では、前記透明着色膜の周縁部付近に表面が凸形状となる凸部が形成され、前記透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が前記遮光膜の上方に位置し、前記透明着色膜の周縁部において、前記遮光膜の表面に対する前記透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下となるように成膜材料を硬化させることを特徴としている。
【００４９】
上記の方法では、液晶表示装置に用いた場合に、表示品位を維持しつつ低価格化を図ることができる上記のカラーフィルタを製造することができる。
【００５０】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記の方法において、前記液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜を、前記遮光膜と透明着色膜との間に介在するように形成する機能膜形成工程をさらに含み、前記機能膜形成工程では、前記機能膜における前記透明着色膜を形成する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなるように前記機能膜を形成する方法であってもよい。
【００５１】
上記の方法では、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１から図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５３】
本実施形態のカラーフィルタ１０の平面図を図２（ａ）に、断面図を図２（ｂ）に示す。なお、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００５４】
カラーフィルタ１０は、基板（第１基板）１１上に形成されており、遮光膜としてのブラックマトリクス１２、及び透明着色膜としての着色部１７を備えて構成されている。この着色部１７は、ＲＧＢの三原色に対応するように、赤色着色部１７ｒ、緑色着色部１７ｇ及び青色着色部１７ｂから構成されている。
【００５５】
ここで、着色部１７は、後述するように、インクジェット方式により成膜材料を塗布し、塗布した成膜材料を硬化させることで成膜される膜である。このようにして形成される着色部１７は、赤色着色部１７ｒ、緑色着色部１７ｇ及び青色着色部１７ｂがストライプ状のパターンを形成している。
【００５６】
ブラックマトリクス１２は、成膜材料を塗布する際に着色部１７の互いに隣り合うパターン、すなわち、赤色着色部１７ｒと緑色着色部１７ｇ、緑色着色部１７ｇと青色着色部１７ｂ、青色着色部１７ｂと赤色着色部１７ｒをそれぞれ分離する隔壁として機能する。この隔壁として機能する部分の延設方向（長手方向）、つまり図１（ａ）の縦方向を、説明の便宜上「列方向」と称する。なお、ブラックマトリクス１２の列方向における両端部は、図１（ａ）に示すようにつながっていてもよいが、分離されていてもよい。
【００５７】
そして、赤色着色部１７ｒ、緑色着色部１７ｇ及び青色着色部１７ｂは、ブラックマトリクス１２の開口部に形成されている。なお、この開口部の幅方向を、列方向に直交する方向、つまり図１（ａ）の横方向とし、この方向を説明の便宜上「行方向」と称する。
【００５８】
カラーフィルタ１０は、図２（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス１２上、及び開口部において、ブラックマトリクス１２の上層、かつ、着色部１７の下層となる層として、機能膜１３が設けられている。
【００５９】
機能膜１３は、着色部１７を形成するための成膜材料に対する濡れ性が制御可能な膜である。また、機能膜１３は、ブラックマトリクス１２上の一部分が相対的に濡れ性の低い領域（「非親和性領域」と称する。）となり、その他の領域、特に、開口部１２ｃに相当する部分が相対的に濡れ性の高い領域（「親和性領域」と称する。）となるように濡れ性が調整されている。
【００６０】
機能膜１３としては、特定光で露光することにより、成膜材料に対する濡れ性が向上する感光膜を用いることができる。このような感光膜を用いると、機能膜１３を所定のパターンで特定光により露光することにより、親和性領域及び非親和性領域を形成することができる。なお、特定光とは、特定の波長領域の波長を有する光である。
【００６１】
図３（ａ）〜（ｅ）に基づいて、本実施形態のカラーフィルタ１０の製造方法について説明する。この製造方法では、ブラックマトリクス形成工程、機能膜形成工程、露光工程、成膜材料塗布工程、及び成膜材料硬化工程をこの順に行う。
【００６２】
ブラックマトリクス形成工程では、まず、ガラスなどからなる基板１１の全面に、スピンコート法によりカーボンを分散した光感光性樹脂材料を１．５μｍの膜厚で塗布し、１１０℃のオーブンで１２０秒間のベーク乾燥を行い、光感光性樹脂膜を形成する。その後、プロキシミティ露光により５０μｍの露光ギャップ（プロキシミティギャップ）を介して、基板１１上に形成した光感光性樹脂膜に対して所定の露光パターンによる露光を行い、非感光領域をアルカリ現像液で除去する。このときの露光パターンは、図３（ａ）に示したブラックマトリクス１２のパターンを得るためのパターンである。その後、２５０℃で９０分間の乾燥を行い、図３（ａ）に示すようにブラックマトリクス１２を形成する。
【００６３】
ここでは感光性樹脂材料としてネガ型の材料を用いた。しかし、感光性樹脂材料はこれに限られるものではなく、感光性樹脂膜からなるブラックマトリクス１２に要求される特性、つまり基板１１との密着性、露光時の解像度、ブラックマトリクスとしての遮光性などの要件を満たすものであれば、ネガ型、ポジ型を問わずどのようなものであってもよい。また、ここでは、ブラックマトリクス１２の行方向の幅を８μｍ、画素の行方向のピッチを１０８μｍとした。
【００６４】
機能膜形成工程（感光膜形成工程）では、ブラックマトリクス１２を形成した基板１１の全面に、スピンコート方により、光触媒反応を示す酸化チタン（ＴｉＯ_２）を分散した塗布液を０．３μｍの膜厚で塗布し、１１０℃のオーブンで１２０秒間のベーク乾燥を行い、図３（ｂ）に示すように機能膜１３を形成する。この状態における機能膜１３の表面は、純水に対する接触角が１１°を示す撥水状態となっており、比較的濡れ性の低い状態であった。
【００６５】
露光工程では、図３（ｃ）に示すように、超高圧水銀ランプＬａの光Ｌを特定光として用い、この特定光を基板１１の裏面側から照射することで、ブラックマトリクス１２を露光マスクとして機能膜１３を露光する。このときの光Ｌの露光強度は、３６５ｎｍの波長における積算露光量において８Ｊ／ｃｍ^２とした。この特定光に対して、基板１１は透光性を有し、ブラックマトリクス１２は遮光性を有している。これにより、機能膜１３は、ブラックマトリクス１２上の一部分が非親和性領域となり、その他の領域は親和性領域となる。
【００６６】
なお、ここでは、ブラックマトリクス１２を露光マスクとして用いた裏面露光をおこなっているが、所定の露光マスクを用いて前面露光を行ってもよい。ただし、裏面露光の場合には、ブラックマトリクス１２を露光マスクとして用いることができるため、露光マスクを別途準備し、基板１１との位置合わせをして露光する、といった手間を省くことができる。
【００６７】
ここで、超高圧水銀ランプＬａからの光Ｌは、平行光ではなく散乱光とする。これにより、機能膜１３のブラックマトリクス１２上の部分にも、光Ｌが部分的に回り込むことになる。したがって、ブラックマトリクス１２のテーパ部分を含む外周部分をも親和性領域とすることができる。なお、図３（ｃ）では、機能膜１３の斜線を付した部分が親和性領域となっている。また、ブラックマトリクス１２上に回り込んだ親和性領域を平面的に示すと図４の斜線部のようになり、この回り込みの幅は２．５μｍであった。
【００６８】
このように親和性領域及び非親和性領域を形成することにより、次の成膜材料塗布工程における成膜材料１６の塗布の際に、成膜材料１６の混色を効果的に防ぐことができる。なぜなら、非親和性領域は成膜材料１６に対する濡れ性が相対的に低いため、ブラックマトリクス１２上に形成された非親和性領域により、成膜材料１６の行方向への広がりが抑制されるからである。
【００６９】
成膜材料塗布工程では、図３（ａ）に示したブラックマトリクス１２の開口部１２ｃに対して、インクジェット方式により、図３（ｄ）に示すように、ＲＧＢの色ごとの液状の成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂを塗布する。なお、成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂの塗布は、並行して同時に行ってもよく、別々に順次行ってもよい。成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂは、各色の顔料を分散し、粘度を２０ｃｐｓに調整した硬化型インクである。なお、成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂの色を区別しないときは、成膜材料１６と記す。
【００７０】
成膜材料硬化工程では、成膜材料１６を塗布した基板１１を加熱処理することにより、図３（ｅ）に示すように成膜材料１６を硬化させて着色部１７を形成する。これにより、カラーフィルタ１０が完成する。上記の加熱処理の詳細については後述する。
【００７１】
なお、本実施形態の製造方法におけるブラックマトリクス形成工程、機能膜形成工程、露光工程、成膜材料塗布工程、及び成膜材料硬化工程は、従来の技術の項で説明した工程ａ〜ｅにそれぞれ対応しており、工程ａ〜ｅで説明した方法や材料を適用することもできる。なお、本実施形態における部材等と、従来の技術の項における部材等との対応関係は次の通りである。基板１１は基板１０１に、ブラックマトリクス１２はブラックマトリクス１０２に、機能膜１３は感光層１０３に、親和性領域は親水性領域１０４に、非親和性領域は非親水性領域１０５に、成膜材料１６は硬化型インク１０６に、着色部１７は着色部１０７にそれぞれ対応している。
【００７２】
次に、カラーフィルタ１０を用いた表示装置としての液晶ディスプレイ（液晶表示装置）１について説明する。液晶ディスプレイ１は、図５に示すように、液晶ディスプレイパネル２、ソースドライバ３、及びゲートドライバ４を備えている。なお、ソースドライバ３及びゲートドライバ４は周知のものであるので説明を省略し、ここでは液晶ディスプレイパネル２について説明する。
【００７３】
液晶ディスプレイパネル２は、図６に示すアクティブマトリクス基板２０を備えている。なお、図６には、アクティブマトリクス基板２０の１画素分を主に示している。また、図６のＣ−Ｃ線に相当する部分における液晶ディスプレイパネル２の断面を図７に示す。
【００７４】
液晶ディスプレイパネル２では、カラーフィルタ１０と対向するようにアクティブマトリクス基板２０が配置される。そして、カラーフィルタ１０とアクティブマトリクス基板２０との間に液晶層３２が挟持される。
【００７５】
なお、液晶ディスプレイパネル２を構成する場合、カラーフィルタ１０の表面、つまりブラックマトリクス１２及び着色部１７上には、スパッタ法などにより例えば１４０ｎｍの膜厚のＩＴＯ膜などからなる透明電極が共通電極３３として形成され、この共通電極３３の上に配向膜３４が形成される。
【００７６】
アクティブマトリクス基板（第２基板）２０は、ガラスなどからなる基板２１上に、ゲートバスライン２２、補助容量配線２９、ゲート絶縁膜２３、ソースバスライン２４、ドレイン引き出し線２５、スイッチング素子２６、保護膜２７、透明画素電極２８、及び配向膜３５を備えたものである。
【００７７】
ゲートバスライン２２は、基板２１上に形成され、ゲートドライバ４に接続されている。ゲート絶縁膜２３は、ＳｉＮ_ｘなどからなり、基板２１及びゲートバスライン２２上に形成されている。ソースバスライン２４は、ゲート絶縁膜２３上に形成され、ソースドライバ３に接続されている。ドレイン引き出し線２５は、ゲート絶縁膜２３上にソースバスライン２４と同一層で形成されている。補助容量配線２９は、ゲートバスライン２２と同一層で形成され、ドレイン引き出し線２５との間で補助容量を形成する。スイッチング素子２６は、ゲートバスライン２２及びソースバスライン２４の一部、並びに図示しない半導体膜によって構成されたＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。保護膜２７は、ゲート絶縁膜２３、ソースバスライン２４、ドレイン引き出し線２５上に形成され、スイッチング素子２６を保護している。透明画素電極２８は、保護膜２７上に形成され、表示のための電極となる。
【００７８】
この液晶ディスプレイパネル２では、基板２１側から入射した光の基板１１側への透過性を液晶層３２により制御することで表示を行う。このとき、ゲートバスライン２２、ソースバスライン２４、ドレイン引き出し線２５、スイッチング素子２６、補助容量配線２９などの、図６において斜線を付した領域は光を遮光する遮光部になり、その他の領域が光の透過性を制御できる開口部となる。また、カラーフィルタ１０におけるブラックマトリクス１２も遮光部となる。液晶ディスプレイパネル２では、高輝度の表示を実現できるように、遮光部の割合を極力小さくし、開口部の割合、つまり開口率を極力大きくすることが望ましい。そこで、カラーフィルタ１０のブラックマトリクス１２と、アクティブマトリクス基板２０の遮光部とが重なりあうように、カラーフィルタ１０とアクティブマトリクス基板２０との位置関係を定めることが望ましい。
【００７９】
ここで、液晶ディスプレイパネル２では、カラーフィルタ１０の表面上に保護層を形成することなく共通電極３３を形成し、この共通電極３３の上に配向膜３４を形成している。このように平坦化されていないカラーフィルタ１０の表面に共通電極３３及び配向膜３４を形成した場合であっても、リバースチルトドメインの発生による表示品位の低下を、実用上問題とならない程度に抑えるための条件について検討を行った。この検討結果について説明する。
【００８０】
成膜材料１６を塗布し、硬化させることによって着色部１７を形成する場合、成膜材料１６の表面は、塗布時には、図３（ｄ）に示したように、中央部分が盛り上がった凸形状となり、硬化後には、図３（ｅ）に示したように、中央部分が凹み、両端部が盛り上がった凸形状となるのが一般的である。
【００８１】
この場合、成膜材料１６を硬化させた着色部１７の表面形状によりリバースチルトドメインが発生する。
【００８２】
リバースチルトドメインが発生したとしても、表示品位への影響が小さくなるようにするためには、リバースチルトドメインがブラックマトリクス１２と重なる範囲内に収まるようにすればよい。なぜなら、リバースチルトドメインでは光漏れが生じ得るが、ブラックマトリクス１２と重なっておれば、ブラックマトリクス１２によって光漏れを防ぐことができるからである。
【００８３】
リバースチルトドメインについて、図１に基づいてより詳細に説明する。ここで、図１に示した配向膜３４は、図１に向かって右上がりの傾きを有しているものとする。また、図１に現れている断面における横方向の位置Ｐ０〜Ｐ２は、それぞれ次の位置を示している。Ｐ０は着色部１７の中央位置を示し、Ｐ１は着色部１７の端部の盛り上がり部（凸部）１７ａにおける頂点位置を示し、Ｐ２は機能膜１３における親和性領域（斜線を付した領域）と非親和性領域（斜線を付していない領域）との境界位置、つまり、着色部１７の周縁部位置を示している。なお、添字「Ｒ」及び「Ｌ」は、中央位置Ｐ０に対し、それぞれ図１に向かって右側の位置及び左側の位置であることを示している。
【００８４】
右側頂点位置Ｐ１_Ｒと右側周縁部位置Ｐ２_Ｒとの間の領域では、リバースチルトドメインが発生し難い。これは、配向膜３４の傾斜の関係上、この領域での着色部１７の表面の傾斜は、液晶分子３６の傾斜を逆転させ難い傾斜になっているからである。
【００８５】
また、左側頂点位置Ｐ１_Ｌと右側頂点位置Ｐ１_Ｒとの間の領域でも、リバースチルトドメインが発生し難い。これは、この領域では、一般に、着色部１７の表面が緩やかなカーブとなり、傾斜が比較的小さいからである。
【００８６】
結局、リバースチルトドメインは、左側頂点位置Ｐ１_Ｌ付近から左側の領域で主に発生することになる。
【００８７】
この領域で発生するリバースチルトドメインがブラックマトリクス１２と重なるようにするためには、着色部１７の凸部１７ａの頂点がブラックマトリクス１２と重なっている必要がある。凸部１７ａの頂点をブラックマトリクス１２に重ねるためには、親和性領域のブラックマトリクス１２上への回り込みの幅Ｗをある程度大きくとればよい。ここでは、回り込みの幅Ｗを２．５μｍとし、これにより凸部１７ａの頂点がブラックマトリクス１２に重なっている。
【００８８】
また、着色部１７の周縁部において、ブラックマトリクス１２の表面に対する着色部１７の表面の傾斜角θが大きいと、着色部１７の表面が急峻になるため、左側頂点位置Ｐ１_Ｌの左側に発生するリバースチルトの度合いが大きくなり、その影響が左側頂点位置Ｐ１_Ｌの右側の領域にまで及ぶことになる。このため、傾斜角θが大きいと、凸部１７ａの頂点がブラックマトリクス１２と重なっていたとしても表示品位が大きく低下してしまうことになる。
【００８９】
なお、図１では、傾斜角θを、機能膜１３の表面に対する着色部１７の表面の角度として図示しているが、これは、機能膜１３は薄く、ほぼ平行とみなせるからである。
【００９０】
そこで、傾斜角θの上限値を求めるべく、傾斜角θを変化させた複数のカラーフィルタのサンプルを作製し、各サンプルを用いて構成した液晶ディスプレイそれぞれの表示品位を確認した。結果を表１に示す。
【００９１】
【表１】

【００９２】
このように、傾斜角θが４５°以下では良好な表示品位が得られたが、傾斜角θが５０°では斜め視角において光漏れが観察され、傾斜角θが７０°では正面視角においても光漏れによるざらつきが観察された。よって、傾斜角θを４５°以下にする必要があることがわかった。
【００９３】
傾斜角θは、成膜材料硬化工程における加熱処理の温度によって制御することができる。加熱処理における昇温勾配及び到達基板温度と、傾斜角θとの関係を表２に示す。
【００９４】
【表２】

【００９５】
表２において、「◎」は傾斜角θが約４０°となったことを示し、「○」は傾斜角θが約４５°となったことを示し、「×」は傾斜角θが約５０°以上となったことを示す。なお、ここで用いた成膜材料１６としては、各色顔料を主にはポリエチレングリコールモノメチルエチルアセテートの溶剤に分散したものを用いた。
【００９６】
以上のように、本発明のカラーフィルタ１０は、開口部１２ｃを有するブラックマトリクス１２と、開口部１２ｃに形成された着色部１７とを備えており、次の特徴を有している。
【００９７】
すなわち、着色部１７は、液状の成膜材料１６を開口部１２ｃに充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部１７ａを有する膜であり、着色部１７の周縁部から凸部１７ａの頂点までの部分は、ブラックマトリクス１２の上方に位置し、かつ、着色部１７の周縁部において、ブラックマトリクス１２の表面に対する着色部１７の表面の傾斜角が４５°以下となっている。
【００９８】
この構成では、着色部１７の周縁部から凸部１７ａの頂点までの部分がブラックマトリクス１２の上方に位置することにより、この部分における着色部１７の表面の傾斜によってリバースチルトドメインが発生したとしても、そのリバースチルトドメインはブラックマトリクス１２に重なることになる。
【００９９】
また、着色部１７の周縁部において、ブラックマトリクス１２の表面に対する着色部１７の表面の傾斜角θを４５°以下とすることにより、発生するリバースチルトドメインのリバースチルトの度合いを小さく抑え、リバースチルトドメインがブラックマトリクス１２と重なる部分の外部にまで広がることを防ぐことができる。
【０１００】
したがって、上記構成のカラーフィルタ１０を液晶ディスプレイ１に用いることにより、平坦化膜を設けることなく光漏れを抑えることができる。その結果、液晶ディスプレイ１に用いた場合の表示品位を維持しつつ、カラーフィルタ１０の低価格化を図ることができる。
【０１０１】
また、本発明のカラーフィルタ１０は、ブラックマトリクス１２と着色部１７との間に介在するように設けられ、成膜材料１６に対する濡れ性が制御可能な機能膜１３をさらに備え、この機能膜１３が、着色部１７に接する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなっている構成であってもよい。
【０１０２】
この構成では、成膜材料１６を開口部１２ｃに充填する際に、成膜材料１６の周縁部が、機能膜１３の濡れ性が相対的に高い部分（親和性領域）と低い部分（非親和性領域）との境界に位置することになる。成膜材料１６の周縁部は、硬化後には着色部１７の周縁部となる。したがって、機能膜１３における上記境界の位置を定めることにより、着色部１７の周縁部の位置や、この周縁部付近に形成される凸部１７ａの頂点の位置を定めることができる。
【０１０３】
その結果、着色部１７を、その周縁部から凸部１７ａの頂点までの部分がブラックマトリクス１２の上方に位置するように形成することが容易になる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のカラーフィルタは、透明着色膜が、液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部を有する膜であり、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分は、遮光膜の上方に位置し、かつ、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下である構成である。
【０１０５】
この構成では、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置することにより、この部分における透明着色膜の表面の傾斜によってリバースチルトドメインが発生したとしても、そのリバースチルトドメインは遮光膜に重なることになる。
【０１０６】
また、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角を４５°以下とすることにより、発生するリバースチルトドメインのリバースチルトの度合いを小さく抑え、リバースチルトドメインが遮光膜と重なる部分の外部にまで広がることを防ぐことができる。
【０１０７】
したがって、上記構成のカラーフィルタを液晶表示装置に用いることにより、平坦化膜を設けることなく光漏れを抑えることができる。その結果、液晶表示装置に用いた場合の表示品位を維持しつつ、カラーフィルタの低価格化を図ることができるという効果を奏する。
【０１０８】
本発明のカラーフィルタは、上記のカラーフィルタにおいて、遮光膜と透明着色膜との間に介在するように設けられ、液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜をさらに備え、機能膜は、透明着色膜に接する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなっている構成であってもよい。
【０１０９】
上記の構成では、液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填する際に、成膜材料の周縁部が、機能膜の濡れ性が相対的に高い部分と低い部分との境界に位置することになる。したがって、機能膜における上記境界の位置を定めることにより、透明着色膜の周縁部の位置や、この周縁部付近に形成される凸部の頂点の位置を定めることができる。
【０１１０】
その結果、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【０１１１】
本発明の液晶表示装置は、上記のカラーフィルタを備える第１基板と、第１基板のカラーフィルタに対向して配置される第２基板と、第１基板と第２基板とに挟持される液晶層とを備える構成である。
【０１１２】
上記の構成では、上述したように、カラーフィルタに平坦化膜を設けることなく表示品位を維持することができる。したがって、表示品位を維持しつつ低下価格の液晶表示装置を実現することができる。
【０１１３】
この液晶表示装置では、例えば、カラーフィルタの遮光膜及び透明着色膜上には、透明電極と配向膜とがこの順で積層されており、配向膜が液晶層に接しているように構成することができる。
【０１１４】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、基板上に形成された遮光膜の開口部に対して、透明着色膜を形成するための液状の成膜材料を塗布する成膜材料塗布工程と、塗布した成膜材料を乾燥させて硬化させることにより透明着色膜を形成する成膜材料硬化工程とを含み、成膜材料硬化工程では、透明着色膜の周縁部付近に表面が凸形状となる凸部が形成され、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置し、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下となるように成膜材料を硬化させる方法である。
【０１１５】
上記の方法では、液晶表示装置に用いた場合に、表示品位を維持しつつ低価格化を図ることができる上記のカラーフィルタを製造することができるという効果を奏する。
【０１１６】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記の方法において、液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜を、遮光膜と透明着色膜との間に介在するように形成する機能膜形成工程をさらに含み、機能膜形成工程では、機能膜における透明着色膜を形成する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなるように機能膜を形成する方法であってもよい。
【０１１７】
上記の方法では、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るカラーフィルタにおける着色部の形状が液晶分子の配向方向に与える影響を説明するための断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の一形態に係るカラーフィルタの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、図２（ａ）（ｂ）のカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図４】図２（ａ）（ｂ）のカラーフィルタにおける、ブラックマトリクスと、ブラックマトリクス上に回り込んだ親和性領域とを示す平面図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る液晶ディスプレイを示す平面図である。
【図６】図５の液晶ディスプレイにおけるアクティブマトリクス基板の１画素を示す平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に相当する部分における液晶ディスプレイパネルの断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、従来のカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）（ｂ）は、格子状のブラックマトリクス上に形成した非親水性領域のそれぞれ互いに異なるパターンを示す平面図である。
【図１０】従来のカラーフィルタにおける着色部の形状が液晶分子の配向方向に与える影響を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１液晶ディスプレイ（液晶表示装置）
１０カラーフィルタ
１１基板（第１基板）
１２ブラックマトリクス
１２ｃ開口部
１３機能膜
１６成膜材料
１７着色部
１７ａ凸部
２０アクティブマトリクス基板（第２基板）
３２液晶層
３３共通電極（透明電極）
３４配向膜
３６液晶分子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter that can be suitably used for a liquid crystal display device, a liquid crystal display device using the color filter, and a method for manufacturing the color filter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices have been expanding their markets more widely as various types of displays, including displays for word processors, computers, and navigation systems, by utilizing features such as thinness, light weight, and low power consumption. In addition, the liquid crystal display device has been developed to have a higher display quality than a color display device.
[0003]
In particular, an active matrix type liquid crystal display device in which pixels are arranged in a matrix and each pixel uses an active element such as a thin film transistor as a switching element has become mainstream.
[0004]
In a general active matrix liquid crystal display device, a first glass substrate on which scanning lines, gradation signal lines, switching elements, and pixel electrodes are arranged, and a second glass substrate on which a black matrix, color filters, and common electrodes are arranged, It has. The first and second glass substrates are opposed to each other with a predetermined gap therebetween, and the gap is filled with a liquid crystal material, and the surroundings are sealed with a sealing material that is cured by heat or light. By controlling the voltage between the pixel electrode and the common electrode for each pixel, it is possible to perform gradation display for each pixel.
[0005]
This liquid crystal display device is still expensive due to the complexity of the manufacturing process and the large number of parts. Therefore, in order to further expand the market for the liquid crystal display device, it is essential to reduce the final selling price. In such a situation, various proposals have been made to reduce the price of a color filter, which is one of the most effective members among the components of the liquid crystal display device.
[0006]
Generally, a pigment dispersion method is employed for the production of a color filter. This pigment dispersion method forms a filter pattern by a photo process. In other words, in the pigment dispersion method, a photosensitive resin in which a pigment is dispersed is applied to the entire surface of a substrate by a spin coating method or the like, and the photosensitive resin film is subjected to pattern exposure with ultraviolet light and development processing to perform a filter for a single color. Form a pattern. Then, by repeating this step a plurality of times, a color filter layer including a black matrix is formed.
[0007]
In the pigment dispersion method, most of the photosensitive resin in which the pigment is dispersed is removed in the development processing when forming the filter pattern of each color. Therefore, in the pigment dispersion method, the material cost is high, and it is difficult to reduce the production cost of the color filter.
[0008]
In recent years, a method of manufacturing a color filter using an inkjet method has been proposed in, for example, Patent Document 1 for the purpose of reducing material costs and the number of steps in manufacturing a color filter.
[0009]
A method of manufacturing a color filter disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. FIGS. 8A to 8F correspond to the following steps a to f.
[0010]
In step a, a light-shielding layer 102 (black matrix) having an opening 102a is formed on a substrate 101. The light-shielding layer 102 is formed of a light-shielding member that is patterned in a line shape or a lattice shape, and can be formed by patterning a photosensitive black resin layer or the like by a photolithography process. Here, a thick light-shielding layer is formed using a black resin or the like in order to provide the light-shielding layer 102 with a partition wall function when applying a curable ink described later.
[0011]
In step b, a photosensitive layer 103 is formed on the entire surface of the substrate 101 on which the light shielding layer 102 has been formed. The photosensitive layer 103 is a layer whose hydrophilicity is increased or developed by light irradiation. ₃ O, SnO ₂ , ZnO, WO ₃ , SrTiO ₃ , Bi ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ At least one of When light is irradiated on the photosensitive layer 103 formed using these photosensitive compounds, electrons and holes excited by the light irradiation react with adsorbed oxygen or water on the surface of the photosensitive compound to generate active oxygen. Then, the surface of the light irradiation area is hydrophilized. On the other hand, since the metal oxide such as the above-mentioned photosensitive compound originally has a property of having water repellency and oil repellency, it tends to repel ink without exhibiting hydrophilicity in a region not irradiated with light. Therefore, when the curable ink is applied by the ink jet method described later, the non-light-irradiated area (ie, non-hydrophilic area) repels the ink between adjacent light-irradiated areas (ie, hydrophilic areas) to prevent color mixing. Since it has a function, it is possible to prevent color mixing of inks of different colors (including color mixing caused by migration of color materials).
[0012]
As a specific method for forming the photosensitive layer 103 using the above photosensitive compound, a method of sintering the photosensitive compound on a substrate by heating at a high temperature (heating at a temperature higher than crystallization), or a method of using an alkoxysilane and this photosensitive compound. A method in which a composition in which a reactive compound is dispersed in a solvent such as alcohol is applied on the substrate 101 and heated to form a film.
[0013]
In the sintering method, it is necessary to perform high-temperature heating of 400 ° C. or more, and when a light-shielding layer 102 made of a material mainly composed of a resin material is formed on the substrate 101, the light-shielding layer 102 is formed. However, it is not preferable because of the possibility of thermal deterioration. Further, even if the light shielding layer 102 is made of a metal material such as chromium, it is not preferable because dimensional accuracy is likely to be deviated by high temperature heating. Therefore, here, a method of applying and baking the composition capable of forming a film at a lower temperature is preferably used.
[0014]
By subjecting the photosensitive layer 103 formed as described above to pattern exposure, water molecules and the like are adsorbed at the exposed portions, and the hydrophilicity is improved. The wavelength of the light used for the pattern exposure is, depending on the photosensitive compound used, one that uses only relatively short wavelength light in the ultraviolet region, or one that is sensitive even to relatively long wavelength visible light. Various wavelengths can be selected.
[0015]
In forming the photosensitive layer 103, as a method of applying the composition, an application method such as spin coating, roll coating, bar coating, spray coating, or dip coating can be used.
[0016]
The thickness of the photosensitive layer 103 is preferably from 0.01 to 10 μm, and more preferably from 0.01 to 5 μm.
[0017]
In step c, the photosensitive layer 103 is exposed from the back surface of the substrate 101 to form a hydrophilic region 104 having increased or developed hydrophilicity in the exposed portion. Since the unexposed portion has lower hydrophilicity than the hydrophilic region 104, it is referred to as a non-hydrophilic region 105 for convenience. Since the photosensitive layer 103 is formed on the light-shielding layer 102, the photosensitive layer 103 can be exposed using the light-shielding layer 102 as a mask. Note that in order to prevent white spots (color spots occurring at the boundary between the colored portion and the light shielding layer) of the color filter, it is desirable to form the colored portion over an area larger than the opening 102a of the light shielding layer 102. For that purpose, it is necessary to expose the photosensitive layer 103 wider than the opening 102a of the light shielding layer 102. Specifically, it is preferable to use diffused light as irradiation light at the time of exposure. Alternatively, a means of performing overexposure to diffuse the reaction is also effective.
[0018]
Although the exposure from the back surface of the substrate is shown here, the exposure from the front surface of the substrate may be performed using a photomask. In that case, in order to prevent the white spots described above, it is preferable to use a mask having an opening wider than the opening 102a of the light shielding layer 102. Specifically, it is desirable that an unexposed portion is formed on the light-shielding layer 102 at least 3 μm inside the edge of the opening 102 a of the light-shielding layer 102.
[0019]
As shown in FIGS. 9A and 9B, the pattern exposure may be performed in a stripe shape or a lattice shape. FIG. 9A shows an example in which pattern exposure is performed in a stripe shape. In this case, the light-shielding layer 102 is provided with an opening 102a for each pixel, but the coloring portion 107 is formed in a stripe shape continuous in the row direction. Is done. FIG. 9B shows an example in which pattern exposure is performed in a grid pattern corresponding to the openings 102 a of the light-shielding layer 102.
[0020]
In step d, the curable ink 106 is applied to the hydrophilic region 104 by an inkjet method according to a predetermined coloring pattern. As the curable ink 106, three colors of R, G, and B inks are generally used in forming a color filter.
[0021]
Since the curable ink 106 used here has low ink absorbency of the photosensitive layer 103, it is preferable that the curable ink 106 contains a crosslinking component, such as a polymer and an oligomer, by heat or light irradiation, that is, a binder component. Examples of such a polymer or oligomer material include a monomer having a structural unit represented by the following chemical formula (1) alone and / or a copolymer with another vinyl monomer. In addition, R in the chemical formula (1) ₁ , R ₂ Is a substituent which may be different from each other.
[0022]
Embedded image

[0023]
Examples of the monomer comprising the structural unit represented by the chemical formula (1) include N-methylolacrylamide, N-methoxymethylacrylamide, N-ethoxymethylacrylamide, N-isopropoxymethylacrylamide, N-methylolmethacrylamide, -Methoxymethyl methacrylamide, N-ethoxymethyl methacrylamide, and the like, but are not limited thereto. These monomers are copolymerized alone or with other vinyl monomers. Other vinyl monomers, acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, acrylates such as ethyl acrylate, methyl methacrylate, methacrylates such as ethyl methacrylate, hydroxymethyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, Hydroxymethyl acrylate, vinyl monomers containing a hydroxyl group such as hydroxyethyl acrylate, and other styrene, α-methylstyrene, acrylamide, methacrylamide, acrylonitrile, allylamine, vinylamine, vinyl acetate, vinyl propionate, and the like. But, of course, it is not limited to these.
[0024]
The molecular weight of the compound (binder component) is preferably 500 to 50,000, more preferably 1,000 to 20,000 as a main component, in view of ejection suitability by ink jet. Further, the content in the ink is preferably 0.1 to 15% by weight, more preferably 1 to 10% by weight.
[0025]
Further, the curable ink 106 contains a coloring material, and as the coloring material, any of a coloring agent and a pigment can be used.
[0026]
As the ink jet method, a bubble jet type using an electrothermal converter as an energy generating element (“bubble jet” is a registered trademark) or a piezo jet type using a piezoelectric element can be used. The coloring pattern can be set arbitrarily.
[0027]
In the step e, the curable ink 106 is cured by performing necessary processing such as heat treatment and light irradiation to form R, G, and B colored portions 107.
[0028]
In step f, the protective layer 108 is formed. As the protective layer 108, a resin layer of a photo-curing type, a thermo-setting type, a combination of light and heat, an inorganic film formed by vapor deposition, sputtering, or the like can be used, and has transparency as a color filter. Any material that can withstand the subsequent ITO film (transparent electrode) forming process and alignment film forming process can be used.
[0029]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-258622 (publication date: September 22, 2000)
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
When a liquid crystal display device is formed using the color filters, a transparent electrode and an alignment film are formed on the protective layer 108, and a liquid crystal layer is formed on the alignment film. Here, the protective layer 108 is provided so as to cover the colored portion 107 and the photosensitive layer 103 in order to flatten a step between the colored portion 107 and the photosensitive layer 103.
[0031]
When a color filter in which the step between the colored portion 107 and the photosensitive layer 103 is not flattened without using the protective layer 108 is used, generally, as shown in FIG. In this case, a region (reverse tilt domain) RTD in which the orientation direction of the liquid crystal molecules 109 is reversed from the original orientation direction is generated. This is because the transparent electrode 110 and the alignment film 111 formed thereon are formed in accordance with the shape of the above-described steps, and thus the alignment direction of the alignment film 111 changes depending on the position.
[0032]
As described above, when the reverse tilt domain RTD is generated in the liquid crystal layer, light leakage occurs in the reverse tilt domain RTD, thereby deteriorating the display quality of the liquid crystal display device.
[0033]
Therefore, when configuring a liquid crystal display device, it is necessary to form the protective layer 108 on the colored portion 107 and the photosensitive layer 103, and to form the transparent electrode 110 and the alignment film 111 thereon.
[0034]
On the other hand, in order to further reduce the cost of the color filter, it is effective to simplify the process by eliminating the protective layer 108.
[0035]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a color filter that can achieve low cost while maintaining display quality when used in a liquid crystal display device. is there.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
The color filter of the present invention is a color filter comprising a light-shielding film having an opening, and a transparent coloring film formed in the opening of the light-shielding film. The film is formed by filling a liquid film-forming material into the opening of the light-shielding film, and curing the film by drying. The portion from the peripheral portion of the colored film to the top of the convex portion is located above the light shielding film, and at the peripheral portion of the transparent colored film, the inclination angle of the surface of the transparent colored film with respect to the surface of the light shielding film. Is 45 ° or less.
[0037]
The transparent colored film formed by filling the opening of the light-shielding film with a liquid film-forming material and curing it by drying is formed with a convex portion having a convex surface near the periphery thereof. General. When such a color filter is used in a liquid crystal display device, it is necessary to separately provide a film (flattening film) for flattening the surface in order to prevent light leakage due to the occurrence of the reverse tilt domain. However, separately providing a film for flattening the surface has a problem in that the cost of the color filter is increased.
[0038]
Therefore, in order to prevent light leakage in the liquid crystal display device without separately providing a flattening film, in the above configuration, a portion from the peripheral portion of the transparent coloring film to the top of the convex portion is located above the light shielding film, In addition, at the periphery of the transparent colored film, the inclination angle of the surface of the transparent colored film with respect to the surface of the light shielding film is 45 ° or less.
[0039]
In this configuration, since the portion from the peripheral portion of the transparent coloring film to the apex of the convex portion is located above the light-shielding film, even if a reverse tilt domain occurs due to the inclination of the surface of the transparent coloring film in this portion, The reverse tilt domain overlaps with the light shielding film.
[0040]
In addition, in the peripheral portion of the transparent coloring film, by setting the inclination angle of the surface of the transparent coloring film with respect to the surface of the light-shielding film to 45 ° or less, the degree of reverse tilt of the generated reverse tilt domain is reduced, and the reverse tilt domain is reduced. It is possible to prevent the portion overlapping with the light shielding film from spreading to the outside.
[0041]
Therefore, by using the color filter having the above structure in a liquid crystal display device, light leakage can be suppressed without providing a flattening film. As a result, it is possible to reduce the price of the color filter while maintaining the display quality when used in a liquid crystal display device.
[0042]
The color filter of the present invention, in the above color filter, further provided with a functional film that is provided so as to be interposed between the light-shielding film and the transparent coloring film, and that can control wettability to the liquid film-forming material, The functional film may have a configuration in which wettability at a portion in contact with the transparent colored film is relatively higher than wettability at other portions.
[0043]
In the above configuration, when filling the opening of the light-shielding film with the liquid film-forming material, the peripheral edge of the film-forming material is located at the boundary between the portion where the wettability of the functional film is relatively high and the portion where the wettability is relatively low. Will be. The peripheral portion of the film forming material becomes the peripheral portion of the transparent colored film after the film forming material is cured. Therefore, by determining the position of the boundary in the functional film, it is possible to determine the position of the peripheral edge of the transparent colored film and the position of the apex of the convex portion formed near the peripheral edge.
[0044]
As a result, it becomes easy to form the transparent colored film such that the portion from the peripheral edge to the top of the convex portion is located above the light shielding film.
[0045]
A liquid crystal display device of the present invention includes a first substrate having the above-described color filter, a second substrate disposed to face the color filter of the first substrate, and sandwiched between the first substrate and the second substrate. And a liquid crystal layer.
[0046]
In the above configuration, as described above, display quality can be maintained without providing a flattening film on the color filter. Therefore, it is possible to realize a low-priced liquid crystal display device while maintaining the display quality.
[0047]
In this liquid crystal display device, for example, a transparent electrode and an alignment film are laminated in this order on the light-shielding film and the transparent coloring film of the color filter so that the alignment film is in contact with the liquid crystal layer. Can be configured.
[0048]
The method for manufacturing a color filter of the present invention is a method for manufacturing a color filter including a light-shielding film having an opening, and a transparent coloring film formed in the opening of the light-shielding film, the method being formed on a substrate. A film-forming material application step of applying a liquid film-forming material for forming the transparent colored film to the opening of the light-shielding film; and drying and curing the applied film-forming material to obtain the transparent film. A film-forming material curing step of forming a colored film, wherein in the film-forming material curing step, a convex portion having a convex surface is formed near a peripheral portion of the transparent colored film, and a peripheral portion of the transparent colored film is formed. From the top to the top of the convex portion is located above the light shielding film, and at the peripheral edge of the transparent coloring film, the inclination angle of the surface of the transparent coloring film with respect to the surface of the light shielding film is 45 ° or less. Characterized by curing film-forming materials It is.
[0049]
According to the above method, when used in a liquid crystal display device, it is possible to manufacture the above-described color filter capable of reducing the price while maintaining the display quality.
[0050]
The method for manufacturing a color filter according to the present invention is the method according to the above method, wherein a functional film capable of controlling wettability to the liquid film-forming material is formed so as to be interposed between the light-shielding film and the transparent coloring film. Further comprising a film forming step, wherein in the functional film forming step, the functional film is formed such that wettability of a portion of the functional film where the transparent colored film is formed is relatively higher than wettability of other portions. May be used.
[0051]
According to the above method, it is easy to form the transparent colored film such that a portion from the peripheral portion to the top of the convex portion is located above the light shielding film.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0053]
FIG. 2A is a plan view of the color filter 10 of the present embodiment, and FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2A.
[0054]
The color filter 10 is formed on a substrate (first substrate) 11 and includes a black matrix 12 as a light-shielding film and a colored portion 17 as a transparent colored film. The coloring portion 17 includes a red coloring portion 17r, a green coloring portion 17g, and a blue coloring portion 17b so as to correspond to the three primary colors of RGB.
[0055]
Here, the coloring portion 17 is a film formed by applying a film-forming material by an ink-jet method and curing the applied film-forming material, as described later. In the coloring portion 17 thus formed, the red coloring portion 17r, the green coloring portion 17g, and the blue coloring portion 17b form a stripe pattern.
[0056]
The black matrix 12 has a pattern in which the colored portions 17 are adjacent to each other when the film forming material is applied, that is, a red colored portion 17r and a green colored portion 17g, a green colored portion 17g and a blue colored portion 17b, and a blue colored portion 17b and a red It functions as a partition for separating the colored portions 17r. The extending direction (longitudinal direction) of the portion functioning as the partition wall, that is, the vertical direction in FIG. 1A is referred to as “row direction” for convenience of description. Note that both ends in the column direction of the black matrix 12 may be connected as shown in FIG. 1A, or may be separated.
[0057]
The red coloring portion 17r, the green coloring portion 17g, and the blue coloring portion 17b are formed in openings of the black matrix 12. Note that the width direction of the opening is a direction orthogonal to the column direction, that is, the horizontal direction in FIG. 1A, and this direction is referred to as a “row direction” for convenience of description.
[0058]
As shown in FIG. 2B, the color filter 10 is provided with a functional film 13 on the black matrix 12 and in the opening, as a layer to be an upper layer of the black matrix 12 and a lower layer of the colored portion 17. I have.
[0059]
The functional film 13 is a film whose wettability to a film forming material for forming the colored portion 17 can be controlled. In the functional film 13, a portion on the black matrix 12 becomes a region having relatively low wettability (referred to as a “non-affinity region”), and other regions, particularly, a portion corresponding to the opening 12 c are relatively The wettability is adjusted so as to be a region having high wettability (referred to as an “affinity region”).
[0060]
As the functional film 13, a photosensitive film whose wettability to a film forming material is improved by exposure to specific light can be used. When such a photosensitive film is used, an affinity region and a non-affinity region can be formed by exposing the functional film 13 to specific light in a predetermined pattern. Note that the specific light is light having a wavelength in a specific wavelength region.
[0061]
A method for manufacturing the color filter 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In this manufacturing method, a black matrix forming step, a functional film forming step, an exposing step, a film forming material applying step, and a film forming material curing step are performed in this order.
[0062]
In the black matrix forming step, first, a photosensitive resin material in which carbon is dispersed is applied in a thickness of 1.5 μm on the entire surface of the substrate 11 made of glass or the like by a spin coating method, and the coating is performed in an oven at 110 ° C. for 120 seconds. Bake drying is performed to form a photosensitive resin film. Thereafter, the photosensitive resin film formed on the substrate 11 is exposed with a predetermined exposure pattern through a 50 μm exposure gap (proximity gap) by proximity exposure, and the non-photosensitive region is exposed to an alkaline developer. Remove. The exposure pattern at this time is a pattern for obtaining the pattern of the black matrix 12 shown in FIG. Thereafter, drying is performed at 250 ° C. for 90 minutes to form a black matrix 12 as shown in FIG.
[0063]
Here, a negative type material was used as the photosensitive resin material. However, the photosensitive resin material is not limited to this, and the characteristics required for the black matrix 12 made of the photosensitive resin film, that is, the adhesion to the substrate 11, the resolution at the time of exposure, the light shielding property as the black matrix, etc. As long as it satisfies the requirements, any type of negative type or positive type may be used. Here, the width of the black matrix 12 in the row direction was 8 μm, and the pitch of the pixels in the row direction was 108 μm.
[0064]
In the functional film forming step (photosensitive film forming step), titanium oxide (TiO 2) exhibiting a photocatalytic reaction is spin-coated on the entire surface of the substrate 11 on which the black matrix 12 is formed. ₂ 3) is applied in a thickness of 0.3 μm, and is baked in an oven at 110 ° C. for 120 seconds to form a functional film 13 as shown in FIG. In this state, the surface of the functional film 13 was in a water-repellent state in which the contact angle with pure water was 11 °, and was in a state of relatively low wettability.
[0065]
In the exposure step, as shown in FIG. 3C, the light L of the ultrahigh pressure mercury lamp La is used as specific light, and this specific light is irradiated from the back side of the substrate 11 to use the black matrix 12 as an exposure mask. The functional film 13 is exposed. At this time, the exposure intensity of the light L is 8 J / cm at an integrated exposure amount at a wavelength of 365 nm. ² And For this specific light, the substrate 11 has a light transmitting property, and the black matrix 12 has a light shielding property. Thereby, a part of the functional film 13 on the black matrix 12 becomes a non-affinity region, and the other region becomes an affinity region.
[0066]
Although the back exposure using the black matrix 12 as an exposure mask is performed here, the front exposure may be performed using a predetermined exposure mask. However, in the case of backside exposure, since the black matrix 12 can be used as an exposure mask, it is not necessary to separately prepare an exposure mask, align with the substrate 11, and perform exposure.
[0067]
Here, the light L from the ultra-high pressure mercury lamp La is not parallel light but scattered light. As a result, the light L partially reaches the portion of the functional film 13 on the black matrix 12. Therefore, the peripheral portion including the tapered portion of the black matrix 12 can also be used as the affinity region. In FIG. 3C, the hatched portion of the functional film 13 is an affinity region. Further, the affinity region wrapped around on the black matrix 12 is shown as a hatched portion in FIG. 4 in plan view, and the width of this wraparound was 2.5 μm.
[0068]
By forming the affinity region and the non-affinity region in this way, it is possible to effectively prevent color mixture of the film forming material 16 at the time of applying the film forming material 16 in the next film forming material applying step. This is because the non-affinity region has relatively low wettability to the film-forming material 16, and the non-affinity region formed on the black matrix 12 suppresses the spread of the film-forming material 16 in the row direction. It is.
[0069]
In the film forming material application step, as shown in FIG. 3D, a liquid film forming material for each of the RGB colors is applied to the opening 12c of the black matrix 12 shown in FIG. 16r, 16g and 16b are applied. The application of the film-forming

materials

16r, 16g, and 16b may be performed simultaneously in parallel or separately. The film-forming

materials

16r, 16g, and 16b are curable inks in which pigments of each color are dispersed and the viscosity is adjusted to 20 cps. When the colors of the

film forming materials

16r, 16g, and 16b are not distinguished, they are referred to as film forming materials 16.
[0070]
In the film-forming material hardening step, the substrate 11 on which the film-forming material 16 is applied is subjected to a heat treatment, so that the film-forming material 16 is cured as shown in FIG. Thus, the color filter 10 is completed. The details of the heat treatment will be described later.
[0071]
Note that the black matrix forming step, the functional film forming step, the exposing step, the film forming material applying step, and the film forming material curing step in the manufacturing method of the present embodiment correspond to the steps a to e described in the section of the related art, respectively. Accordingly, the methods and materials described in steps a to e can be applied. The correspondence between the members and the like in the present embodiment and the members and the like in the section of the related art is as follows. The substrate 11 is on the substrate 101, the black matrix 12 is on the black matrix 102, the functional film 13 is on the photosensitive layer 103, the affinity region is on the hydrophilic region 104, the non-affinity region is on the non-hydrophilic region 105, Reference numeral 16 corresponds to the curable ink 106, and the coloring portion 17 corresponds to the coloring portion 107.
[0072]
Next, a liquid crystal display (liquid crystal display device) 1 as a display device using the color filter 10 will be described. The liquid crystal display 1 includes a liquid crystal display panel 2, a source driver 3, and a gate driver 4, as shown in FIG. Since the source driver 3 and the gate driver 4 are well-known, the description will be omitted, and the liquid crystal display panel 2 will be described here.
[0073]
The liquid crystal display panel 2 includes an active matrix substrate 20 shown in FIG. FIG. 6 mainly shows one pixel of the active matrix substrate 20. FIG. 7 shows a cross section of the liquid crystal display panel 2 at a portion corresponding to line CC in FIG.
[0074]
In the liquid crystal display panel 2, an active matrix substrate 20 is arranged so as to face the color filter 10. Then, a liquid crystal layer 32 is sandwiched between the color filter 10 and the active matrix substrate 20.
[0075]
When the liquid crystal display panel 2 is configured, a transparent electrode made of, for example, a 140-nm-thick ITO film is formed on the surface of the color filter 10, that is, on the black matrix 12 and the colored portion 17 by a sputtering method or the like. The alignment film 34 is formed on the common electrode 33.
[0076]
The active matrix substrate (second substrate) 20 is formed on a substrate 21 made of glass or the like, and has a gate bus line 22, an auxiliary capacitance line 29, a gate insulating film 23, a source bus line 24, a drain lead line 25, a switching element 26, and a protection element. It is provided with a film 27, a transparent pixel electrode 28, and an alignment film 35.
[0077]
The gate bus line 22 is formed on the substrate 21 and is connected to the gate driver 4. The gate insulating film 23 is made of SiN _x And is formed on the substrate 21 and the gate bus line 22. The source bus line 24 is formed on the gate insulating film 23 and is connected to the source driver 3. The drain lead line 25 is formed on the gate insulating film 23 in the same layer as the source bus line 24. The auxiliary capacitance line 29 is formed in the same layer as the gate bus line 22, and forms an auxiliary capacitance with the drain lead line 25. The switching element 26 is a part of the gate bus line 22 and the source bus line 24, and a TFT (Thin Film Transistor) constituted by a semiconductor film (not shown). The protection film 27 is formed on the gate insulating film 23, the source bus line 24, and the drain lead line 25, and protects the switching element 26. The transparent pixel electrode 28 is formed on the protective film 27 and serves as an electrode for display.
[0078]
In the liquid crystal display panel 2, display is performed by controlling the transmittance of light incident from the substrate 21 side to the substrate 11 side by the liquid crystal layer 32. At this time, the shaded areas in FIG. 6, such as the gate bus line 22, the source bus line 24, the drain lead line 25, the switching element 26, and the auxiliary capacitance wiring 29, are light-shielding portions for shielding light, and other areas are shown. Are openings that can control the light transmission. In addition, the black matrix 12 in the color filter 10 also functions as a light shielding unit. In the liquid crystal display panel 2, it is desirable to minimize the ratio of the light-shielding portion and increase the ratio of the opening, that is, the opening ratio, as much as possible so that high-luminance display can be realized. Therefore, it is desirable to determine the positional relationship between the color filter 10 and the active matrix substrate 20 so that the black matrix 12 of the color filter 10 and the light shielding portion of the active matrix substrate 20 overlap.
[0079]
Here, in the liquid crystal display panel 2, the common electrode 33 is formed without forming a protective layer on the surface of the color filter 10, and the alignment film 34 is formed on the common electrode 33. Even when the common electrode 33 and the alignment film 34 are formed on the surface of the color filter 10 that has not been flattened in this way, the degradation of display quality due to the occurrence of the reverse tilt domain is suppressed to a level that does not pose a practical problem. Conditions were studied. The result of this study will be described.
[0080]
When the colored portion 17 is formed by applying and curing the film forming material 16, the surface of the film forming material 16 has a convex shape with a raised central portion as shown in FIG. After curing, as shown in FIG. 3 (e), the central portion generally has a concave shape and both ends have a raised shape.
[0081]
In this case, a reverse tilt domain occurs due to the surface shape of the colored portion 17 obtained by curing the film forming material 16.
[0082]
Even if a reverse tilt domain occurs, in order to reduce the influence on the display quality, the reverse tilt domain may be set within a range overlapping the black matrix 12. This is because, although light leakage may occur in the reverse tilt domain, light leakage can be prevented by the black matrix 12 if it overlaps with the black matrix 12.
[0083]
The reverse tilt domain will be described in more detail with reference to FIG. Here, it is assumed that the alignment film 34 shown in FIG. 1 has a right-upward slope toward FIG. The horizontal positions P0 to P2 in the cross section shown in FIG. 1 indicate the following positions, respectively. P0 indicates the center position of the colored portion 17, P1 indicates the vertex position of the raised portion (convex portion) 17a at the end of the colored portion 17, and P2 indicates the affinity region (shaded region) in the functional film 13. The position of the boundary with the non-affinity region (region not shaded), that is, the position of the peripheral portion of the coloring portion 17 is shown. Note that the suffixes “R” and “L” indicate the right side position and the left side position in FIG. 1 with respect to the center position P0, respectively.
[0084]
Right vertex position P1 _R And right side edge position P2 _R In the region between the reverse tilt domain and the reverse tilt domain, it is difficult to generate a reverse tilt domain. This is because, due to the inclination of the alignment film 34, the inclination of the surface of the coloring portion 17 in this region is such that it is difficult to reverse the inclination of the liquid crystal molecules 36.
[0085]
Also, the left vertex position P1 _L And right vertex position P1 _R The reverse tilt domain is unlikely to occur even in the region between. This is because, in this region, the surface of the colored portion 17 generally has a gentle curve and a relatively small inclination.
[0086]
After all, the reverse tilt domain is located at the left vertex position P1. _L It mainly occurs in the area on the left from the vicinity.
[0087]
In order for the reverse tilt domain generated in this region to overlap with the black matrix 12, it is necessary that the vertex of the convex portion 17 a of the coloring portion 17 overlap with the black matrix 12. In order to overlap the apex of the convex portion 17a with the black matrix 12, the width W of the affinity region wrapping around the black matrix 12 may be increased to some extent. Here, the wraparound width W is set to 2.5 μm, so that the apex of the convex portion 17 a overlaps the black matrix 12.
[0088]
In addition, if the inclination angle θ of the surface of the coloring portion 17 with respect to the surface of the black matrix 12 at the peripheral portion of the coloring portion 17 is large, the surface of the coloring portion 17 becomes steep, so the left vertex position P1 _L The degree of reverse tilt that occurs on the left side of is increased, and its influence is on the left vertex position P1. _L To the area to the right of For this reason, when the inclination angle θ is large, the display quality is greatly reduced even if the apex of the convex portion 17a overlaps the black matrix 12.
[0089]
In FIG. 1, the inclination angle θ is illustrated as the angle of the surface of the coloring portion 17 with respect to the surface of the functional film 13, because the functional film 13 is thin and can be regarded as substantially parallel.
[0090]
Therefore, in order to obtain the upper limit value of the tilt angle θ, a plurality of color filter samples with different tilt angles θ were prepared, and the display quality of each liquid crystal display formed using each sample was confirmed. Table 1 shows the results.
[0091]
[Table 1]

[0092]
As described above, good display quality was obtained when the tilt angle θ was 45 ° or less, but light leakage was observed at an oblique viewing angle when the tilt angle θ was 50 °, and light leakage was observed even at a front viewing angle when the tilt angle θ was 70 °. Roughness due to leakage was observed. Therefore, it was found that the inclination angle θ needs to be 45 ° or less.
[0093]
Can be controlled by the temperature of the heat treatment in the film-forming material curing step. Table 2 shows the relationship between the temperature rise gradient and the reached substrate temperature in the heat treatment and the inclination angle θ.
[0094]
[Table 2]

[0095]
In Table 2, “◎” indicates that the inclination angle θ was about 40 °, “○” indicates that the inclination angle θ was about 45 °, and “×” indicates that the inclination angle θ was about 50 °. ° or more. As the film-forming material 16 used here, a material in which each color pigment was mainly dispersed in a solvent of polyethylene glycol monomethylethyl acetate was used.
[0096]
As described above, the color filter 10 of the present invention includes the black matrix 12 having the opening 12c and the coloring portion 17 formed in the opening 12c, and has the following features.
[0097]
That is, the colored portion 17 is a film having a convex portion 17a whose surface is convex near the peripheral portion by being formed by filling the opening portion 12c with the liquid film forming material 16 and curing it by drying. The portion from the peripheral portion of the coloring portion 17 to the vertex of the convex portion 17 a is located above the black matrix 12, and the inclination of the surface of the coloring portion 17 with respect to the surface of the black matrix 12 at the peripheral portion of the coloring portion 17. The angle is 45 ° or less.
[0098]
In this configuration, since the portion from the peripheral portion of the coloring portion 17 to the vertex of the convex portion 17a is located above the black matrix 12, even if a reverse tilt domain occurs due to the inclination of the surface of the coloring portion 17 in this portion. , The reverse tilt domain overlaps the black matrix 12.
[0099]
Further, by setting the inclination angle θ of the surface of the coloring portion 17 with respect to the surface of the black matrix 12 at the peripheral portion of the coloring portion 17 to 45 ° or less, the degree of reverse tilt of the generated reverse tilt domain is suppressed to be small, and the reverse tilt is reduced. It is possible to prevent the domain from spreading to the outside of the portion overlapping the black matrix 12.
[0100]
Therefore, by using the color filter 10 having the above configuration in the liquid crystal display 1, light leakage can be suppressed without providing a flattening film. As a result, it is possible to reduce the price of the color filter 10 while maintaining the display quality when used for the liquid crystal display 1.
[0101]
Further, the color filter 10 of the present invention further includes a functional film 13 provided between the black matrix 12 and the colored portion 17 and capable of controlling wettability to the film forming material 16. However, a configuration in which the wettability of a portion in contact with the colored portion 17 is relatively higher than the wettability of other portions may be employed.
[0102]
In this configuration, when the film forming material 16 is filled into the opening 12c, the peripheral portion of the film forming material 16 has a relatively high wettability (affinity region) and a low wettability (non-affinity region) of the functional film 13. Sexual region). The peripheral portion of the film forming material 16 becomes the peripheral portion of the colored portion 17 after curing. Therefore, by determining the position of the boundary in the functional film 13, the position of the peripheral portion of the coloring portion 17 and the position of the vertex of the convex portion 17a formed near the peripheral portion can be determined.
[0103]
As a result, it becomes easy to form the colored portion 17 such that the portion from the peripheral edge to the vertex of the convex portion 17a is located above the black matrix 12.
[0104]
【The invention's effect】
As described above, in the color filter of the present invention, the transparent colored film is formed by filling the opening of the light-shielding film with the liquid film-forming material and curing it by drying, so that the surface protrudes near the periphery. It is a film having a convex portion having a shape, a portion from the peripheral portion of the transparent coloring film to the apex of the convex portion is located above the light shielding film, and at the peripheral portion of the transparent coloring film, The configuration is such that the inclination angle of the surface of the transparent colored film is 45 ° or less.
[0105]
In this configuration, since the portion from the peripheral portion of the transparent coloring film to the apex of the convex portion is located above the light-shielding film, even if a reverse tilt domain is generated due to the inclination of the surface of the transparent coloring film in this portion, the reverse tilt domain is not affected. The reverse tilt domain overlaps with the light shielding film.
[0106]
In addition, in the peripheral portion of the transparent coloring film, by setting the inclination angle of the surface of the transparent coloring film with respect to the surface of the light-shielding film to 45 ° or less, the degree of reverse tilt of the generated reverse tilt domain is reduced, and the reverse tilt domain is reduced. It is possible to prevent the portion overlapping with the light shielding film from spreading to the outside.
[0107]
Therefore, by using the color filter having the above structure in a liquid crystal display device, light leakage can be suppressed without providing a flattening film. As a result, it is possible to reduce the cost of the color filter while maintaining the display quality when used in a liquid crystal display device.
[0108]
The color filter of the present invention, in the above-described color filter, further includes a functional film provided so as to be interposed between the light-shielding film and the transparent coloring film, and capable of controlling wettability to a liquid film-forming material. May have a configuration in which the wettability of a portion in contact with the transparent colored film is relatively higher than the wettability of other portions.
[0109]
In the above configuration, when filling the opening of the light-shielding film with the liquid film-forming material, the peripheral edge of the film-forming material is located at the boundary between the portion where the wettability of the functional film is relatively high and the portion where the wettability is relatively low. Will be. Therefore, by determining the position of the boundary in the functional film, it is possible to determine the position of the peripheral edge of the transparent colored film and the position of the apex of the convex portion formed near the peripheral edge.
[0110]
As a result, it becomes easy to form the transparent colored film such that the portion from the peripheral edge to the top of the convex portion is located above the light shielding film.
[0111]
According to another aspect of the invention, there is provided a liquid crystal display device including a first substrate including the above-described color filter, a second substrate disposed to face the color filter of the first substrate, and a liquid crystal sandwiched between the first substrate and the second substrate. And a layer.
[0112]
In the above configuration, as described above, display quality can be maintained without providing a flattening film on the color filter. Therefore, it is possible to realize a low-priced liquid crystal display device while maintaining the display quality.
[0113]
In this liquid crystal display device, for example, a transparent electrode and an alignment film are laminated in this order on a light shielding film and a transparent coloring film of a color filter, and the alignment film is configured to be in contact with the liquid crystal layer. Can be.
[0114]
The method for manufacturing a color filter according to the present invention includes a film-forming material applying step of applying a liquid film-forming material for forming a transparent colored film to an opening of a light-shielding film formed on a substrate; A film-forming material curing step of forming a transparent colored film by drying and curing the film-forming material. In the film-forming material curing step, a convex portion having a convex surface near the periphery of the transparent colored film is formed. The portion from the peripheral portion of the transparent coloring film to the apex of the convex portion is located above the light shielding film, and at the peripheral portion of the transparent coloring film, the inclination angle of the surface of the transparent coloring film with respect to the surface of the light shielding film is 45 °. This is a method of curing a film forming material as described below.
[0115]
The above-described method has an effect that, when used in a liquid crystal display device, it is possible to manufacture the above-described color filter that can reduce the price while maintaining the display quality.
[0116]
The method for manufacturing a color filter according to the present invention is the method as described above, wherein the functional film capable of controlling wettability to a liquid film-forming material is formed so as to be interposed between the light-shielding film and the transparent colored film. The method further includes the step of forming a functional film, in the functional film forming step, a method of forming a functional film such that wettability of a portion of the functional film where the transparent colored film is formed is relatively higher than wettability of other portions. Good.
[0117]
According to the above method, it is easy to form the transparent colored film such that a portion from the peripheral portion to the top of the convex portion is located above the light shielding film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an effect of a shape of a colored portion on an alignment direction of liquid crystal molecules in a color filter according to an embodiment of the present invention.
2A is a plan view of a color filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing the color filter of FIGS. 2A and 2B.
FIG. 4 is a plan view showing a black matrix and an affinity region wrapped around the black matrix in the color filters of FIGS. 2 (a) and (b).
FIG. 5 is a plan view showing a liquid crystal display according to one embodiment of the present invention.
6 is a plan view showing one pixel of an active matrix substrate in the liquid crystal display of FIG.
7 is a cross-sectional view of the liquid crystal display panel at a portion corresponding to line CC in FIG.
FIGS. 8A to 8F are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a conventional color filter.
FIGS. 9A and 9B are plan views showing mutually different patterns of non-hydrophilic regions formed on a lattice-like black matrix.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining an effect of a shape of a colored portion in a conventional color filter on an alignment direction of liquid crystal molecules.
[Explanation of symbols]
1 Liquid crystal display (liquid crystal display)
10 Color filters
11 Substrate (first substrate)
12 Black matrix
12c opening
13 Functional membrane
16 Film-forming materials
17 Coloring section
17a convex part
20 Active matrix substrate (second substrate)
32 liquid crystal layer
33 common electrode (transparent electrode)
34 Alignment film
36 liquid crystal molecules

Claims

In a color filter including a light-shielding film having an opening and a transparent coloring film formed in the opening of the light-shielding film,
The transparent colored film is a film having a convex portion having a convex surface near the periphery by being formed by filling an opening of the light-shielding film with a liquid film-forming material and curing by drying. ,
The portion from the peripheral portion of the transparent colored film to the top of the convex portion is located above the light shielding film, and
A color filter, wherein an inclination angle of a surface of the transparent coloring film with respect to a surface of the light-shielding film at a peripheral portion of the transparent coloring film is 45 ° or less.

Further provided is a functional film that is provided so as to be interposed between the light-shielding film and the transparent coloring film, and that can control wettability to the liquid film-forming material,
2. The color filter according to claim 1, wherein the functional film has relatively higher wettability at a portion in contact with the transparent colored film than at other portions. 3.

A first substrate provided with the color filter according to claim 1,
A second substrate disposed to face the color filter of the first substrate;
A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate.

4. The liquid crystal display device according to claim 3, wherein a transparent electrode and an alignment film in contact with the liquid crystal layer are laminated in this order on the light shielding film and the transparent coloring film of the color filter.

In a method for manufacturing a color filter including a light-shielding film having an opening and a transparent coloring film formed in the opening of the light-shielding film,
A film forming material applying step of applying a liquid film forming material for forming the transparent colored film to the opening of the light shielding film formed on the substrate;
A film-forming material curing step of forming the transparent colored film by drying and curing the applied film-forming material,
In the film-forming material curing step, a convex portion having a convex surface is formed near the peripheral portion of the transparent coloring film, and a portion from the peripheral portion of the transparent coloring film to the top of the convex portion is located above the light shielding film. And curing the film-forming material such that the inclination angle of the surface of the transparent coloring film with respect to the surface of the light-shielding film is 45 ° or less at the peripheral edge of the transparent coloring film. Manufacturing method of filter.

Further comprising a functional film forming step of forming a functional film capable of controlling wettability to the liquid film forming material so as to be interposed between the light-shielding film and the transparent coloring film,
In the functional film forming step, the functional film is formed such that wettability of a portion of the functional film where the transparent colored film is formed is relatively higher than wettability of other portions. Item 6. A method for manufacturing a color filter according to item 5.