JP2006047800A - カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、着色層に生じた欠陥が修正されたカラーフィルタであって、液晶表示装置に用いられた際、着色層の剥がれ等のない、高品質なカラーフィルタを提供することを主目的としている。
【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明は、基材と、前記基材上に形成された遮光部と、前記遮光部の開口部に形成された着色層とを有し、かつ前記着色層が製造時に修正された修正部分を有するカラーフィルタであって、
前記修正部分の断面を観察した際、前記修正部分の両端部が凸部を有し、少なくとも一方の前記凸部の端部からの立ち上がりの角度が３０°以下であり、かつ前記凸部の反対側の傾斜の変曲点の接線が、未修正の前記着色層の表面に対してに対して１５°以下であることを特徴とするカラーフィルタを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタに関するものである。

近年、パーソナルコンピューターの発達、特に携帯用パーソナルコンピューターの発達に伴い、液晶表示装置、とりわけカラー液晶表示装置の需要が増加する傾向にある。このカラー液晶表示装置には、通常赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３原色の着色層とこれを仕切るブラックマトリックスを備えたカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタのＲ、Ｇ、およびＢのそれぞれの画素に対応する電極をＯＮ、ＯＦＦさせることで液晶がシャッタとして作動し、Ｒ、Ｇ、およびＢのそれぞれの画素を光が通過してカラー表示が行われる。

ここで、このようなカラーフィルタの着色層を形成する際、不純物が付着すること等により、着色層中に突起が生じ、欠陥となる場合や、不純物が付着して、白抜けが発生する場合、また、例えばブラックマトリクスを形成する材料が付着し、黒欠陥が生じる場合等があった。着色層がこのような欠陥を有する場合には、カラーフィルタを液晶表示装置に用いた際、カラーフィルタ上に形成される液晶の配向性を乱したり、高品質な表示ができない等の問題があった。

そこで、従来より、このような欠陥を修正する方法として、例えば欠陥部分をレーザー光の照射や、テープによる研磨等で除去した後、着色層を形成する着色層形成用塗工液を再度塗布する方法等が用いられている。しかしながら、このような方法により着色層を修正した場合、修正された着色層と修正されていない着色層との間で膜厚差が大きくなることや、修正部分の端部が大きく隆起すること等があり、このようなカラーフィルタを用いて液晶表示装置を製造した場合、例えば洗浄工程やラビング工程等において、着色層が剥がれやすい、という問題があった。

以上のことから、着色層に生じた欠陥が修正されたカラーフィルタであって、液晶表示装置に用いられた際、着色層の剥がれ等のない、高品質なカラーフィルタの提供が望まれている。

本発明は、基材と、上記基材上に形成された遮光部と、上記遮光部の開口部に形成された着色層とを有し、かつ上記着色層が製造時に修正された修正部分を有するカラーフィルタであって、上記修正部分の断面を観察した際、上記修正部分の両端部が凸部を有し、少なくとも一方の上記凸部の端部からの立ち上がりの角度が３０°以下であり、かつ上記凸部の反対側の傾斜の変曲点の接線が、未修正の上記着色層の表面に対して１５°以下であることを特徴とするカラーフィルタを提供する。

本発明によれば、上記修正部分の両端部に形成されている凸部の立ち上がり、およびその凸部の反対側の傾斜の変曲点の接線の未修正の着色層の表面に対する角度が、上記範囲内であることから、着色層内において、上記修正部分と、それ以外の部分との段差を小さいものとすることができる。これにより、本発明のカラーフィルタを用いて液晶表示装置を製造する際、ラビング工程や洗浄工程等において、着色層が剥がれたりすることのないものとすることができる。

本発明によれば、着色層の上記修正部分と、それ以外の部分との段差が小さいものとすることができ、液晶表示装置に用いる際、着色層が剥がれたりすることのないものとすることができる。

本発明のカラーフィルタは、液晶表示装置に用いられるものであり、着色層内に製造時に修正された修正部分を有するものである。以下、詳しく説明する。

本発明のカラーフィルタは、基材と、上記基材上に形成された遮光部と、上記遮光部の開口部に形成された着色層とを有し、かつ上記着色層が製造時に修正された修正部分を有するカラーフィルタであって、上記修正部分の断面を観察した際、上記修正部分の両端部が凸部を有し、少なくとも一方の上記凸部の端部からの立ち上がりの角度、および上記凸部の反対側の傾斜の変曲点の接線の未修正の着色層の表面に対する角度が、所定の値以下であることを特徴とするものである。

本発明のカラーフィルタは、例えば図１（ａ）に示すように、基材１と、その基材１上に形成された遮光部２と、その遮光部２の開口部に形成された着色層３とを有するものであり、かつその着色層３に、製造時に修正された修正部分３´を有するものである。また、この修正部分３´の両端部は凸部ａを有しており、かつ例えば図１（ｂ）に示すように、修正部分３´の断面を観察した際、少なくとも一方の凸部ａの端部からの立ち上がりの角度αが所定の値以下であり、かつこの凸部の反対側の傾斜の変曲点ｂの接線が、未修正の着色層３´´の表面に対して所定の角度β以下となるものである。なお、本発明でいう立ち上がりの角度とは、修正部分の端部近傍の修正部分表面と未修正の着色層表面とがなす角、すなわち例えば図１（ｂ）に示すように、修正部分３´の端部における立ち上がり部分の接線と、未修正の着色層３´´表面とがなす角αをいうこととする。

本発明においては、着色層の修正部分が、上記形状を有することにより、修正部分と未修正部分との膜厚差が少なく、色ムラ等の少ないものとすることができる。また、修正部分における凸部をなだらかな形状とすることによって、本発明のカラーフィルタを液晶表示装置に用いる際、洗浄工程や、ラビング工程等で修正部分の凸部が引っかかり難いものとすることができる。したがって、これらの工程で修正部分等が剥がれることを防止することができるのである。
以下、本発明のカラーフィルタにおける各構成ごとに詳しく説明する。

１．着色層
まず、本発明に用いられる着色層について説明する。本発明に用いられる着色層は、後述する遮光部の開口部に形成されるものであって、かつ製造時に修正された修正部分を有するものであり、その修正部分が所定の形状を有するものであれば、特に限定されるものではない。このような着色層としては、通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３色で形成される。またこの着色パターンの形状としては、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型、４画素配置型等の公知の配列とすることができ、着色面積は任意に設定することができる。

ここで、本発明でいう修正部分とは、着色層を形成した際に、不純物等が付着して生じた突起や、不純物等によって着色層が濡れ広がらずに生じたいわゆる白欠陥、遮光部を形成する遮光部形成用組成物が着色層内に付着して生じたいわゆる黒欠陥等の欠陥部分とその周辺部の着色層を除去し、再度、着色層形成用塗工液等を塗布して修正した部分をいうこととする。

本発明においては、この修正部分の断面を観察した際、上記修正部分の両端部が凸部を有するものであって、少なくとも一つの凸部の端部からの立ち上がりの角度と、その凸部における反対側の傾斜の未修正の着色層の表面に対する角度が、所定の値以下となるものである。なお、本発明においては、上記修正部分は、例えば図２（ａ）に示すように、隣り合う２以上の修正部分３´どうしが重なっているものであってもよく、また例えば図２（ｂ）に示すように、遮光部２を挟んで隣り合う着色層３の修正部分３´どうしが重なっていてもよいが、このように修正部分３´どうしが重なっている場合には、上記端部とは、未修正の着色層等と接する外縁部分をいうこととする。

ここで、上記立ち上がりの角度として具体的には、３０°以下、中でも２５°以下であることが好ましい。また、上記凸部の反対側の傾斜における変曲点の接線の、未修正の着色層表面に対する角度が、１５°以下、中でも１０°以下であることが好ましい。これにより、修正部分における凸部をなだらかな形状とすることができ、洗浄工程や、ラビング工程等で修正部分の突起が引っかかって剥がれること等を防止することができるからである。なお、上記未修正の着色層の表面とは、上記修正部分における修正後の着色層と積層されている未修正の着色層の表面、または修正部分の近傍に形成されている未修正の着色層の表面をいうこととする。また、上記角度の測定は、収束イオンビーム加工装置（Forcused Ion Beam）により、上記修正部分の断面加工を行った後、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron microscope）にて断面形状の観察を行い、それぞれの角度を測定することにより行うことができる。なお、本発明においては、少なくとも一方の凸部が上記形状を有していればよいが、特に両側の凸部の形状が、上記のような角度を有することが好ましい。また、上記修正部分において、上記端部の凸部が一箇所でも上記形状を有していれば、本発明の範囲内とされるが、本発明においては特に凸部の大きさが大きい箇所を２箇所選択し、その凸部どうしを結んだ線に沿って断面を観察した際、その両方の凸部が上記形状を有していることが好ましい。

ここで、上述したような形状を有する修正部分の形成は、以下の方法により行うことができる。まず、着色層内に生じた欠陥部分等とその周辺部分をＹＡＧレーザ、スクラッチ等により除去する。この際、着色層を除去する形状としては、欠陥部分を含めて除去することが可能であれば特に限定されるものではなく、例えば矩形状であってもよく、また円形状等であってもよい。またこの際、隣接する遮光部や、遮光部を挟んで隣接する着色層も同時に除去してもよい。

その後、着色層を形成する着色層形成用塗工液を、上記レーザ等により除去された部分より広い範囲に塗布する。着色層形成用塗工液の塗布方法としては、平面状の先端を有する針に着色層形成用塗工液を付着させて、上記着色層等が除去された部分に塗布するものであってもよく、またディスペンサやインクジェット法等により塗布する方法であってもよい。また、着色層形成用塗工液を塗布する領域の形状としては、着色層が除去された形状より広い領域であれば特に限定されるものではなく、上記着色層等が除去された形状に合わせて着色層形成用塗工液を塗布してもよく、また異なる形状となるように着色層形成用塗工液を塗布してもよい。

本発明においては、この際、修正部分の端部が上記形状となるように、着色層形成用塗工液を調整して塗布する。修正部分の端部が上記形状となるように形成する方法として具体的には、着色層形成用塗工液の塗布量を調整する方法や、着色層形成用塗工液の量を調整するために複数回にわけて着色層形成用塗工液を塗布する方法、また塗布された着色層形成用塗工液の流動性や粘度等を調整する方法等が挙げられる。また、塗布される着色層形成用塗工液としては、修正前の着色層を形成した着色層形成用塗工液と同一のものであってもよく、また例えば粘度や流動性、濃度等が異なる着色層形成用塗工液を用いてもよい。その後、塗布された上記着色層形成用塗工液を紫外線照射等により硬化させ、焼成することによって、上述した形状を有する修正部分とすることができる。なお、上記レーザ等により、遮光部も同時に除去した場合には、遮光部が形成されていた領域に後述する方法により遮光部を形成し、その後上記方法により着色層を形成して修正部分とすることが一般的である。

本発明においては、上記修正部分の中心部分の着色層の膜厚が、修正部分以外の未修正の着色層の膜厚に対して、−２μｍ〜４μｍの範囲内となるように形成されることが好ましく、中でも−１μｍ〜２μｍの範囲内となるように形成されることが好ましい。これにより、修正部分と、それ以外の部分との色の差を小さいものとすることができ、またカラーフィルタを液晶表示装置に用いる際、ラビング工程や洗浄工程において、着色層が剥がれることを防止することができるからである。また、本発明において、未修正の着色層の膜厚としては、目的とするカラーフィルタの種類等により、適宜選択されるものであるが、通常１．３μｍ〜２．０μｍ程度とされることが好ましい。

ここで、本発明に用いられる着色層を形成する着色層形成用塗工液としては、一般的なカラーフィルタに用いられる着色層と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。

２．遮光部
次に、本発明に用いられる遮光部について説明する。本発明に用いられる遮光部は、後述する透明基板上に形成され、上記着色層間に設けられるものである。本発明に用いられる遮光部としては、一般的なカラーフィルタに遮光部として用いられるもの等を用いることができる。

例えば、スパッタリング法、真空蒸着法等によって、厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングしたもの等であってもよく、また例えば樹脂バインダ中にカーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性粒子を含有させた層をフォトリソ法、印刷法等により形成したもの等であってもよい。

３．基材
次に、本発明に用いられる基材について説明する。本発明に用いられる基材としては、通常カラーフィルタに用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材等を用いることができる。

４．カラーフィルタ
次に、本発明のカラーフィルタについて説明する。本発明におけるカラーフィルタは、上記修正部分を有する着色層、基材、および遮光部を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜、オーバーコート層や、透明電極層等を有していてもよい。このようなオーバーコート層や透明電極層等は、一般的なカラーフィルタに用いられる部材と同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。

基材として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基材を定法にしたがって洗浄した後、基材の片側全面に下記の組成を有する遮光部形成用塗工液を塗布し、乾燥後ホットプレート上で９０℃に加熱（プリベーク）した。その後、所定のフォトマスクと遮光部形成用塗工液とのギャップが１５０μｍとなるようにフォトマスクを配置し、５０ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光した。その後、２．５ｋｇｆの現像圧で現像した後、焼成して遮光部を形成した。

（遮光部形成用塗工液）
・カーボンブラック ６１重量部
・感光性樹脂組成物 ３９重量部
・メトキシブチルアセテート ３００重量部
上記感光性樹脂組成物は、下記組成を有するものである。以下の実施例について用いられる感光性樹脂組成物についても、同様である。

（感光性樹脂組成物）
・アクリル樹脂 ３２重量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ４２重量部
・エピコート１８０Ｓ７０（三菱油化シェル（株）社製） １８重量部
・Ｉｒｇ．９０７（チバスペシャリティケミカルズ（株）社製） ８重量部

次に、下記組成の赤色着色層、緑色着色層、青色着色層用の各着色層形成用塗工液を調整し、これらを用いて着色層を形成した。各着色層の形成方法としては、上記遮光部を形成した基材上に、下記組成の赤色着色層形成用塗工液をスピンコーティング法により塗布（塗布厚み１．７μｍ）し、その後、７０℃のオーブン中で３分間乾燥した。
次いで、赤色着色層形成用塗工液の塗布膜から１００μｍの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティアライナにより２．０ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて着色層の形成領域にのみに紫外線を１０秒間照射した。次いで、０．０５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液（液温２３℃）中に１分間浸漬してアルカリ現像し、赤色着色層形成用塗工液の塗布膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基材を１８０℃の雰囲気中に３０分間放置することにより加熱処理を施して赤色着色層を形成した。同様に下記組成の着色層形成用塗工液を用いて、青色着色層および緑色着色層をそれぞれ形成してカラーフィルタとした。

（赤色着色層形成用塗工液の組成）
・ＰＲ２５４分散液 ３３重量部
・感光性樹脂組成物 ６７重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ４００重量部

（緑色着色層形成用塗工液の組成）
・ＰＧ３６／ＰＹ１５０分散液 ３４重量部
・感光性樹脂組成物 ６６重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ４００重量部

（青色着色層形成用塗工液の組成）
・ＰＢ１５：６／ＰＶ２３分散液 １７重量部
・感光性樹脂組成物 ８３重量部
・プロピレングリコールモノメチルアセテート ４００重量部

上記カラーフィルタを、ハロゲンランプ光を照射し、その反射光もしくは透過光をＣＣＤライセンサにて受光した後、その受光した結果を画像処理して欠陥部を検出する装置により検査したところ、着色層に欠陥が検出された。なお、上記装置には、上記欠陥を検出する欠陥観察部、後述するように欠陥部分を除去するレーザ、および後述する欠陥修正用針が搭載されている。

上記検査により検出された欠陥およびその周辺部を上記装置に搭載されているＹＡＧレーザ（第２高調波）を用いてスリット径□５０μｍにて３パルス照射し、上記領域の着色層を除去した。

次に、先端に上記着色層形成用塗工液と同様の着色層形成用塗工液を付着させた上記欠陥修正用針を、上記着色層を除去した部分に接触させ、その後欠陥除去部から引き離すことにより、着色層形成用塗工液を塗布した。この工程を２回繰り返すことにより、上記着色層を除去した領域より広い領域に、着色層形成用塗工液を塗布した。その後、この着色層形成用塗工液を５０ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光し、焼成することにより、修正部分を形成した。

上記処理により形成された修正部分は、熱収縮により修正部分の端部が凸部を有する形状、すなわち図１（ａ）に示すような形状となった。この際、修正部分の凸部の端部からの立ち上がりの角度（図１（ｂ）においてαで示される角度）は３°であり、この凸部の反対側の傾斜の変極点の接線の未修正の着色層表面に対する角度は４°であった。なお、上記角度の測定は、収束イオンビーム加工装置（Forcused Ion Beam）により、上記修正部分の断面加工を行った後、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron microscope）にて観察倍率２０万倍で断面形状の観察を行い、それぞれの角度を測定することにより行った。

本発明のカラーフィルタを説明する説明図である。 本発明のカラーフィルタの修正部分を説明する説明図である。

符号の説明

１ …基材
２ …遮光部
３ …着色層
３´…修正部分

Claims (1)

1. 基材と、前記基材上に形成された遮光部と、前記遮光部の開口部に形成された着色層とを有し、かつ前記着色層が製造時に修正された修正部分を有するカラーフィルタであって、
   前記修正部分の断面を観察した際、前記修正部分の両端部が凸部を有し、少なくとも一方の前記凸部の端部からの立ち上がりの角度が３０°以下であり、かつ前記凸部の反対側の傾斜の変曲点の接線が、未修正の前記着色層の表面に対して１５°以下であることを特徴とするカラーフィルタ。

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