JP2005107356A - 半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタ、及び半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法、及び半透過半反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
半透過半反射型の液晶表示装置用カラーフィルタであっても、解像限界が比較的小さく、幅の狭い開口部を形成することができる。このような半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタを用いて、優れた明度や色純度をもった液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明は基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成するカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクと前記ネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置をずらして露光を行い、露光履歴の無い領域を着色層の画素内に形成して、着色層の一画素内に最小幅が１３μｍ以下の開口部を形成することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は一画素内の光反射領域に着色層の開口部を有する半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、着色層の開口部の幅を容易に小さくすることができるため、色純度の高い半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタに関する。

半透過半反射型液晶表示装置は、主に屋外などの充分に明るい環境では、入射する外光をその背面側に設けた反射板で反射して反射型の表示を行い、また主に屋内など充分な光が得られない環境ではその背面側に設けたバックライトなどの発光装置の光を利用した透過型の表示を行う液晶表示装置である。この半透過半反射型液晶表示装置は屋外のような充分に明るい環境でも、屋内のような暗い環境でも使用することができモバイル機器の液晶表示装置として期待されている。

このような半透過半反射型液晶表示装置は次のような構成からなる。図２に示すように、カラーフィルタ１、カラーフィルタ１上に形成された透明電極２、液晶３、ＴＦＴ基板４、ＴＦＴ基板４上に形成された透明電極５、及び反射電極６で構成されている。カラーフィルタ１は、ガラス基板７上にブラックマトリックス８、着色層９が形成されたものである。また、一画素１０内にバックライト等の発光装置からの光を透過する光透過領域１１と外光を反射する光反射領域１２を有することを特徴とする。また、透明電極５及び反射電極６はＴＦＴ素子のドレイン電極と接続されている。

しかし、図２のような半透過半反射型液晶表示装置では、液晶表示素子の反射領域１２に入射した光が、前方に出射するまでの間にカラーフィルタを二回通るため、外光を利用する反射型の表示において明度が低下するという問題が有る。

このような欠点を解決するための半透過半反射型液晶表示装置の構成を図3に示し、その構成を下記に説明する。一画素１０内に光透過領域１１と光反射領域１２を有する半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ１において、一画素１０内の着色層９は同色・同一厚さである。一画素１０内の光透過領域１１には、その全領域に前記着色層９を形成する。光反射領域１２には、前記着色層９の開口部１４を形成した構成である。この開口部１４では、外部から入射した光がそのまま射出されるので優れた明度の液晶表示装置が得られる。

上記のような半透過半反射型液晶表示装置に用いるカラーフィルタの製造工程では、フォトリソグラフィの手法を用いるのが一般的である。これは、石英基板の表面に遮光パターンを形成した石英マスクを介してＵＶを照射することで、ＵＶ感光性の塗工液を塗布して乾燥した基板上にパターンを形成する手法である。この手法では、マスクと基板の相対的な位置により、着色層等のパターンを形成する位置を調整する。

特開２００２−１６９１４８ 特開平１０−２８８７０６ 特許第３３３５１３０号

フォトリソグラフィによるカラーフィルタの製造行程において、露光時にマスクパターンにおけるＵＶ光の回折や着色層を構成する着色感剤のパターンのシフトが有るため解像限界が比較的大きい。このため、図３にあるように、画素内に着色層の開口部を形成する場合、比較的幅の広い開口部しか形成できない。そのため、このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、優れた明度が得られる反面、光反射領域の彩度が著しく低下し、液晶表示装置としての色純度が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。これにより、一画素内に光透過領域と光反射領域を有し、該光反射領域に該着色層の開口部を形成した半透過半反射型の液晶表示装置用カラーフィルタであっても、解像限界が小さいため、幅が比較的狭い開口部を形成することができる。これにより、優れた彩度を持った半透過半反射型の液晶表示装置用カラーフィルタを提供することができる。

本発明は、このような半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタを用いることで優れた明度や色純度をもった液晶表示装置を提供することを課題とするものである。

本願における第一の発明は、半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタが基板と着色層からなる複数の画素から構成され、前記画素が一画素内に光透過領域と光反射領域を有し、該光反射領域において着色層の開口部を有し、該開口部の最小幅が１３μｍ以下であることを特徴とすることである。

本願における第二の発明は、半透過半反射型液晶表示装置が第一の発明におけるカラーフィルタを用いたことを特徴とすることである。

本願における第三の発明は、基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成するカラーフィルターの製造方法において、露光用マスクと前記ネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置をずらして露光を行い、露光履歴の無い領域を着色層の画素内に形成して、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とすることである。

本願における第四の発明は、基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成する第三の発明に記載のカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクと前記ネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置を縦方向にずらして露光を行い、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とすることである。

本願における第五の発明は、基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成する第三または第四の発明に記載のカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクとネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置を連続的ずらしながら露光を行い、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とすることである。

本願における第六の発明は、基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成する第三または第四の発明に記載のカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクとネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置を間欠的にずらして露光を行い、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とすることである。

本願における第七の発明は、基板上にネガ型着色感材層を形成した後、
フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成する第三乃至第六の発明のいずれかの発明に記載のカラーフィルタの製造方法において、一画素内に開口部を形成するためのマスクパターンが、円形、正方形、長方形、または円弧と一対の平行な直線により構成された形状であることを特徴とすることである。

本発明によれば、一画素内に光透過領域と光反射領域を有する半透過半反射型の液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、光反射領域に形成した着色層の開口部を、解像限界以上の大きさのマスクパターンを組み合わせることで形成するため、解像限界以下の幅の狭い開口部であっても容易にを形成することができる。そのため、光反射領域における彩度の優れた半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタを形成することができる。本発明は、このようなカラーフィルタを用いることで、優れた明度や色純度を持った半透過半反射型液晶表示装置を提供することができるといった効果を奏するものである。

本発明における基板には、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の透明な基板、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の透明な基板が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。一方、基板の厚さは０．３〜３ｍｍ程度とすることができ、カラーフィルタの用途等を考慮して適宜設定することができる。

本発明における着色層は、複数色の着色された画素からなる。複数色の着色画素としては、赤色の着色画素、緑色の着色画素、青色の着色画素から構成するのが一般的である。このような着色画素のパターンは、顔料分散法、染色法、電着法等により形成することができ、また、着色パターンもストライプ型、モザイク型、トライアングル型、４画素配置型等を採用することができるが、特にこれらに限定されるものではない。このような着色画素のパターンにおいて、各着色画素が互いに所定間隔離れて形成されてもよいし、各着色画素が互いに隣接して形成されてもよく、特にこれらに限定されるものではない。また、本発明における着色層の膜厚は１．０〜１．５μｍであることが好ましいが、特に限定されるものではない。

本発明におけるブラックマトリクスは、着色層の各着色画素の境界部分に形成されてなる。ここで境界部分とは、着色層の各着色画素が互いに所定間隔離れて形成されている場合には、各着色画素の離間部分を差し、各着色画素が互いに隣接して形成されている場合には、この隣接部分を意味する。このブラックマトリクスの形状は線状であるのが好ましいが、特に限定されるものではない。また、本発明におけるブラックマトリクス層の光学濃度は２．０〜４．５であり、膜厚は１．０〜１．５μｍであることが好ましいが、特に限定されるものではない。

本発明におけるブラックマトリクスと着色層を形成するために用いた塗工液はネガ型であり、顔料、ポリマー、多官能不飽和モノマーもしくはオリゴマー、および光重合開始剤等が含まれる。また、顔料としては、有機顔料または無機顔料の一種または二種以上からなるもの、および有機、無機の顔料と金属酸化物との混合系からなるものから構成することができる。

本発明におけるカラーフィルタにおいて、着色層の表面に積層される透明電極の好ましい例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等を挙げることができる。また、透明電極は、上記合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。透明電極の厚さは特に限定されないが、０．０１〜１μｍであるのが好ましい。

以下に本発明おいて使用した塗工液の組成と、カラーフィルタの作成手順を示す。
（硬化性樹脂組成物の調整）
重合槽中にメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）を６３重量部、アクリル酸（ＡＡ）を１２重量部、メタクリル酸−２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）を６重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＭＤＧ）を８８重量部仕込み、撹拌し溶解させた後、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）を７重量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下で、８５℃で２時間撹拌し、さらに１００℃で１時間反応させた。得られた溶液に、さらにメタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）を７重量部、トリエチルアミンを０．４重量部、及び、ハイドロキノンを０．２重量部添加し、１００℃で５時間撹拌し、共重合樹脂溶液（固形分５０％）を得た。
次に、下記材料を室温で撹拌、混合して、硬化性樹脂組成物とした。
・上記共重合樹脂溶液（固形分５０％）：１６重量部
・ジペンタエリスルトールペンタアクリレート（サートマー社、ＳＲ３９９）：２４重量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社製、エピコート１８０S７０）：４重量部
・２−メチル−１−（４−メチルチオフェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン：４重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル：５２重量部
（ブラックマトリクスの形成）
まず、下記分量の成分を混合し、サンドミルにて十分に分散し、黒色顔料分散液を調整した。
・黒色顔料：２３重量部
・高分子分散剤（ビックケミー・ジャパン（株）製Ｄｉｓｉｐｅｒｂｙｋ１１１）：２重量部
・溶剤（ジエチレングリコールジメチルエーテル）：７５重量部
次に、下記分量の成分を十分混合して、ブラックマトリクス用組成物を得た。
・上記黒色顔料分散液：６１重量部
・硬化性樹脂組成物：２０重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル：３０重量部
ａ．赤色硬化性樹脂組成物の組成
・Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７：１０重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤：３重量部
・硬化性樹脂組成物：５重量部
・酢酸−３−メトキシブチル：８２重量部
ｂ．緑色硬化性樹脂組成物の組成
・Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６：１０重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤：３重量部
・硬化性樹脂組成物：５重量部
・酢酸−３−メトキシブチル：８２重量部
ｃ．青色硬化性樹脂組成物の組成
・Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６：１０重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤：３重量部
・硬化性樹脂組成物：５重量部
・酢酸−３−メトキシブチル：８２重量部

次にブラックマトリクス層の作成方法を示す。樹脂ブラックマトリクス用塗工液をガラス基板上（コーニング１７３７；コーニング社製）に塗布して乾燥した後、８０℃で３分間加熱した。 次に、ｉ線を主に発する高圧水銀ランプを用いて、前記ガラス基板の塗布面に所定のマスクを介して、露光量５０ｍＪ／ｃｍ^２でパターンを露光した。その後、アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２３０℃で３０分間保持してブラックマトリクス層を形成した。このとき、ブラックマトリクス層の膜厚は１．３μｍ、光学濃度は４．０であった。

次に、ブラックマトリクス層に続いて、赤緑青（ＲＧＢ）の３色からなる着色層を形成した。具体的には、各色の塗工液を一種ずつ用いてブラックマトリクス層を形成したガラス基板上に塗布して乾燥した後、８０℃で３分間加熱した。 次に、ｉ線を主に発する高圧水銀ランプを用いて、前記ガラス基板の塗布面に所定のマスクを介して、露光量３０ｍJ/cm²でパターンを露光した。その後、アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２３０℃で３０分間保持して着色層を形成した。前記一連の工程を各色について行い、ＲＧＢからなる着色層を形成した。さらに膜厚０．１５μｍの透明導電膜であるＩＴＯ膜を形成してカラーフィルタを作製した。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図８に示した円形の非露光領域を縦方向にずらして重複させることで、着色層の開口部１４を形成した実施形態の平面図を図４に示した。本発明において着色層の開口部とは、着色層が無い部分であり、膜厚もゼロである領域を表わす。前記開口部１４は二つの円弧を組み合わせた形状からなることを特徴とする。また、前記開口部１４は着色画素１３内に形成されたことを特徴とする。ここで着色画素とは、一画素のうちブラックマトリクスがない領域を示す。一画素とは、カラーフィルタを平面的に見た場合の繰り返しの構成において、ブラックマトリクスを含んだ最小単位を表す。

また、上記着色層の開口部の最小幅は３〜２０μｍであることを特徴とする。
本発明において最小幅とは、開口部における最小の幅をいう。幅とは、開口部の輪郭と接する平行な２直線と直交する直線において、前記２直線に挟持される部分の長さをいう。

上記の着色層の開口部１４を有した半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタの一部を表す平面図を図１２に示した。また、本発明の実施形態において、着色画素の大きさは縦の幅が２００μｍ程度で、横の幅が７０μｍ程度であるが、特に限定されるものではない。

上記の一画素１０内に着色層の開口部１４を有する半透過半反射型液晶表示装置において、前記着色層の開口部１４における断面図を図１に示した。これは次のような構成からなる。カラーフィルタ１、カラーフィルタ１上に形成された透明電極２、液晶３、ＴＦＴ基板４、ＴＦＴ基板４上に形成された透明電極５及び反射電極６で構成されている。カラーフィルタ１は、ガラス基板７上にブラックマトリックス８、着色層９が形成されたものであり、着色層９の一画素１０における光反射領域１２には着色層の開口部１４を有するという構成からなる。また、透明電極５及び反射電極６はＴＦＴ素子のドレイン電極と接続されている。

図９、図１０に示した正方形または長方形の非露光領域を縦方向にずらして重複させることで、正方形または長方形の着色層の開口部１４を形成した実施形態の平面図を図５に示した。

図１１に示した円弧と一対の平行な直線により構成された形状の非露光領域を、縦方向にずらして重複させることで図６の平面図に示したように円形の着色層の開口部１４を形成した。

本発明において、円弧と一対の平行な直線により構成された形状とは、長方形、または正方形の両端の部分に円弧を組み合わせた形状を表す。この形状の特徴は、平行な一対の直線部分と円弧からなることである。

[比較例]
図８に示した円形の非露光領域により、円形の着色層の開口部１４を形成した実施形態の平面図を図７に示した。この実施形態は、本発明における実施形態に対する比較例として、前記着色層の開口部１４は一回の露光により形成した。

表１に各実施例において、着色層の開口部の寸法誤差を算出した結果を示した。

表１における判定では、開口部の面積誤差が±５％以下の場合は◎、±５％より大±１０％以下の場合は○、±１０％より大±１５％以下の場合は△、±１５％より大の場合は×、開口部を形成できない場合は××とした。

表１におけるマスク寸法は、露光時に用いるマスクにおいて、着色層の開口部を形成するための遮光領域の実寸を表す。

目標最小幅は各色の塗工液を用いてカラーフィルタを形成した場合に塗工液の特性から予想される開口部の最小幅を表す。ここではシフト量が３μｍの塗工液を用いた。

表１における開口部の寸法誤差は下記のように算出した。
それぞれの実施形態における着色層の開口部を有するサンプルを５つずつ形成し、まず各サンプルにおいて、各目標最小幅での最小幅から前記各目標最小幅を引き算し、得られた絶対値の平均値を求めた。次に前記絶対値の平均値を目標最小幅で割り、パーセンテージに換算した値にプラスマイナスを付して得られた値を開口部の寸法誤差とした。

表１における目標最小幅１３μmでの開口部の寸法誤差において、比較例では±３０％と比較的大きく、目標最小幅１３μmの開口部を有するカラーフィルタを製造することは困難である。これに対して、実施例１では±４％と比較的小さな開口部の寸法誤差となり、寸法精度の高い開口部を有するカラーフィルタを製造することができる。実施例２、３においても開口部の寸法誤差は、それぞれ±１０％、±８％となり、比較的優れた寸法精度のカラーフィルタを製造できる。

表１において、比較例では目標最小幅が１２μｍ以下の開口部は形成することができなかったが、実施例１、２、３では目標最小幅が３μｍの開口部であっても容易に形成することができ、幅の狭い開口部を有するカラーフィルタを製造することができる。これにより、優れた彩度を有する半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタを得ることができ、それを用いて明度と色純度に優れた半透過半反射型液晶表示装置を提供することができる。

本発明の構成例を示す断面模式図 従来の発明の構成例を示す断面模式図 従来の発明の構成例を示す断面模式図 本発明の構成例を示す平面図 本発明の構成例を示す平面図 本発明の構成例を示す平面図 従来の発明の構成例を示す断面模式図 従来の発明における非露光領域の形状を示す平面図 本発明における非露光領域の形状を示す平面図 本発明における非露光領域の形状を示す平面図 本発明における非露光領域の形状を示す平面図 本発明の構成例を示す平面図

符号の説明

１ カラーフィルタ
２ カラーフィルタ上の透明電極
３ 液晶
４ ＴＦＴ基板
５ ＴＦＴ基板上の透明電極
６ 反射電極
７ ガラス基板
８ ブラックマトリクス
９ 着色層
１０ 一画素
１１ 光透過領域
１２ 光反射領域
１３ 着色画素
１４ 開口部

Claims (7)

1. 基板と着色層からなる複数の画素から構成されるカラーフィルタにおいて、前記画素が一画素内に光透過領域と光反射領域を有し、該光反射領域において着色層の開口部を有し、該開口部の最小幅が１３μｍ以下であることを特徴とする半透過半反射型液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 請求項１記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする半透過半反射型液晶表示装置。
3. 基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成するカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクと前記ネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置をずらして露光を行い、露光履歴の無い領域を着色層の画素内に形成して、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成するカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクと前記ネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置を縦方向にずらして露光を行い、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とする請求項３記載のカラーフィルタの製造方法。
5. 基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成するカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクとネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置を連続的ずらしながら露光を行い、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とする請求項３または４記載のカラーフィルタの製造方法。
6. 基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成するカラーフィルタの製造方法において、露光用マスクとネガ型着色感材を塗布した基板の相対位置を間欠的にずらして露光を行い、着色層の一画素内に開口部を形成することを特徴とする請求項３または４記載のカラーフィルタの製造方法。
7. 基板上にネガ型着色感材層を形成した後、フォトリソ工程により着色層の一画素内に開口部を形成するカラーフィルタの製造方法において、一画素内に開口部を形成するためのマスクパターンの形状が、円形、正方形、長方形、または円弧と一対の平行な直線により構成された形状であることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかの請求項に記載のカラーフィルタの製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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