JP2006085146A - 液晶表示装置用カラーフィルター基板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は、工程を短縮させて原価節減の効果がある液晶表示装置用カラーフィルター基板及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】本発明は、カラーフィルター基板の形成時、樹脂ブラックマトリックスをラウンディングすることを特徴とする。このようにすると、ブラックマトリックスと画素領域の上部に形成されたカラーフィルターの表面の段差を縮めて、平坦化層の工程が省略できる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルター基板及びその製造方法に係り、特に、カラーフィルターのブラックマトリックスの製造工程に関する。
一般的に、液晶表示装置は、ブラックマトリックスと、赤色、緑色、及び青色を含むカラーフィルターと、カラーフィルター上に透明な共通電極とが形成された第1基板と、画素領域が形成され画素電極とスイッチング素子とを含む第2基板とで構成されて、第1基板と第2基板との間には、液晶が充填されている。
前述した構成において、ブラックマトリックスの材質としては、OD=Log(T)(Tは、透過率)で定義される光学密度が、3.5以上のクロムCr等の金属薄膜やカーボン系の有機材料が主に使用されて、Cr/CrOx等の二重膜構造のブラックマトリックスは、低反射化を目的に使用する場合もある。
最近では、形成工程がクロムCr等の金属より簡単であるため、原価節減が可能な感光性ブラック樹脂を塗布した後、これを露光してパターニングする過程によりブラックマトリックスを形成して使用する工程が増えていくことが趨勢である。特に、横電界方式の液晶表示装置は、樹脂ブラックマトリックスが一般的に使用される。
図1は、従来技術の液晶表示装置用カラーフィルター基板を概略的に示した断面図であって、図2A〜図2Eは、その製造工程を説明した断面図である。
図1に示したように、透明な絶縁基板3上に、樹脂ブラックマトリックス5が形成され、その上部にカラーフィルター7が積層されて、樹脂ブラックマトリックス5とカラーフィルター7による段差を縮めるために、平坦化層9を形成する。また、共通電極11をその上部に形成すると、カラーフィルター基板が完成される。
より詳しく説明すると、図2Aに示したように、透明な絶縁基板3上に、感光性有機物質を塗布してブラック有機膜13を形成する。
感光性ブラック有機膜13の上部に、透過部Aと遮断部Bとで構成されるマスク15を位置させる。マスク15の透過部に対応するブラック有機膜13に光を照射した後に現像して、図2Bに示したように、複数の樹脂ブラックマトリックス5を形成して、樹脂ブラックマトリックス5の離隔された空間は、画素領域10になる。
ここで、感光性有機物質は、光を受け入れない部分が現像後に除去されるネガティブタイプを使用する。
一般的に、樹脂ブラックマトリックス5は、ブラックマトリックス以後に形成されるカラーフィルター7の赤色、緑色、及び青色のパターン間に位置する。
図2Cは、赤色、緑色、及び青色のカラー樹脂を利用したカラーフィルターの形成工程を示した図である。
このカラーフィルターの赤色、緑色、及び青色のカラー樹脂のうち、赤色の樹脂を、樹脂ブラックマトリックス5が形成された基板3全面に塗布した後、選択的に露光して望む領域に赤色のカラーフィルター7aを形成する。
その次に、順に緑色、青色のカラーフィルター7b、7cを赤色のカラーフィルター7aの形成方法と同様な方法により形成する。
赤色、緑色、及び青色のカラーフィルター7a、7b、7cは、画素領域10に形成されて、両端が樹脂ブラックマトリックス5を覆う。
この時、樹脂ブラックマトリックス5により、樹脂ブラックマトリックス5の上部と画素領域10内に積層されたカラーフィルターの表面の段差20が0.8μm以上発生する。
従って、図2Dに示したように、段差20をなくすために、カラーフィルター7が形成された基板3の表面を平坦化する工程が追加される。カラーフィルター7が形成された基板3を平坦化するために、基板3の上部に、絶縁の特性のある透明な樹脂を塗布して平坦化層9を形成する。
図2Eは、上記カラーフィルター基板3の上部に電極を形成する工程である。
一般的に、カラーフィルター基板3を液晶パネルの上部基板として使用する場合、カラーフィルター基板3の上層は、透明電極11を形成する。
ところが、前述した構成でのように、樹脂ブラックマトリックスを使用する場合、0.8μm程度の表面の段差が発生するが、段差が大きいほど、液晶の構成が不安定になる。これによって、液晶表示装置の表示画面に雨が降るような染み等が発生する。このような理由で、表面の段差を縮めるために、カラーフィルター基板に平坦化層を形成するが、この平坦化工程の追加により製作工程が複雑になり、費用も増加される。
本発明は、前述した問題を解決するための提案であって、本発明は、樹脂ブラックマトリックスの上部と画素領域内とに形成されるカラーフィルターの表面の段差を縮めて、平坦化層の工程を省略して工程の短縮及び原価節減の効果により液晶表示装置の画質を改善することを目的とする。
前述したような目的を達成するために提案されており、本発明は、画素領域が定義された基板と、樹脂で構成され、ラウンド状の上面を有して、基板上に形成されているブラックマトリックスと、ブラックマトリックスの上部に形成されているカラーフィルターとを含む液晶表示装置用カラーフィルター基板を提供する。
上記ブラックマトリックスは、画素領域に対応する開口部を有して、上記カラーフィルターは、このブラックマトリックスの上部のカラーフィルターの第1上面と、ブラックマトリックスの開口部にある基板の上部のカラーフィルターの第2上面との間に段差を有して、その段差は、約0.8μm以下であることを特徴とする。
上記樹脂は、感光性有機物質を含み、この感光性有機物質は、フォトリソグラフィー工程によって、露光部分が除去されるポジティブタイプである。
上記液晶表示装置用カラーフィルター基板は、カラーフィルターの上部に形成されている共通電極をさらに含み、これを適用した液晶表示装置は、IPS(In−Plane Switching)モードである。
一方、本発明は、画素領域が定義された基板上に、ブラック有機膜を形成する段階と、ブラック有機膜を露光及び現像して、断面が、実質的に長方形状の平面ブラックマトリックスを形成する段階と、平面ブラックマトリックスを処理して、上面が曲線であるラウンド状の曲面ブラックマトリックスを形成する段階と、曲面ブラックマトリックスの上部に、カラーフィルターを形成する段階とを含む液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法を提供する。
上記平面ブラックマトリックスは、画素領域に対応する開口部を有して、上記カラーフィルターは、このブラックマトリックスの上部のカラーフィルターの第1上面と、ブラックマトリックスの開口部にある基板の上部のカラーフィルターの第2上面との間に段差を有して、その段差は、約0.8μm以下であることを特徴とする。
上記平面ブラックマトリックスの処理は、熱を利用して、この時、平面ブラックマトリックスは、約220℃で、約30分から1時間程度で処理できる。
上記ブラック有機膜は、感光性有機物質を含み、この感光性有機物質は、露光部分が除去されるポジティブタイプである。
上記液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法は、カラーフィルターの上部に共通電極を形成する段階をさらに含み、これを適用した液晶表示装置は、IPSモードである。
また、本発明は、画素領域が定義された基板と、樹脂で構成され、ラウンド状の上面を有して、上記基板の上部の前記画素領域の周辺部に形成されているブラックマトリックスと、ラウンド状のブラックマトリックスの上部と重なって形成されているカラーフィルターとを含む液晶表示装置用カラーフィルター基板を提供する。
上記ブラックマトリックスは、画素領域に対応する開口部を有して、上記カラーフィルターは、このブラックマトリックスの上部のカラーフィルターの第1上面と、ブラックマトリックスの開口部にある基板の上部のカラーフィルターの第2上面との間に段差を有して、その段差は、約0.8μm以下であることを特徴とする。
上記液晶表示装置用カラーフィルター基板は、カラーフィルターの上部に形成されている共通電極をさらに含み、これを適用した液晶表示装置は、IPSモードである。
本発明による液晶表示装置のカラーフィルター基板の形成時、樹脂ブラックマトリックスをラウンディングすると、樹脂ブラックマトリックスの上部に積層されたカラーフィルターと画素領域内に積層されたカラーフィルターの表面の段差が縮まる。
従って、平坦化工程を削除することによって、工程時間の短縮及び原価節減の効果がある。
以下、図面を参照して、本発明による実施例を詳しく説明する。
図3は、本発明による実施例の液晶表示装置用カラーフィルターを概略的に示した断面図である。
図3に示したように、樹脂で構成されたブラックマトリックス120が、絶縁基板113の上部の画素領域の端側部に形成されているが、この時、ブラックマトリックス120の上面は、後続工程で形成されるカラーフィルター119の段差を緩和するために、緩やかな曲線の形のラウンド状を有する。また、カラーフィルター119がラウンド状のブラックマトリックス120の上部に形成されており、共通電極130は、カラーフィルター119の上部に形成されている。ブラックマトリックス120がラウンド状であることによってカラーフィルター119の段差を緩和させるので、共通電極130は、追加的なオーバーコート層なしにカラーフィルター119の上部に直接形成される。
図4A〜図4Eは、液晶表示装置用カラーフィルターを形成する工程を示した断面図である。
図4Aに示したように、本発明は、透明な絶縁基板113に感光性ブラック有機物質で構成された樹脂を塗布してブラック有機膜115を形成する。
感光性ブラック有機膜115の上部に、透過部Aと遮断部Bとで構成されたマスク117を位置させる。
感光性ブラック有機物質は、光を受けた部分が現像されるポジティブタイプと、光を受けなかった部分が現像された後に除去されるネガティブタイプとに区分される。本発明の実施例で、上記感光性ブラック有機物質は、光を受けた部分が現像された後、除去されるポジティブタイプを使用することを特徴とする。
マスク17を通じてブラック有機膜115に光を照射した後、現像する。遮断部Bに対応するブラック有機膜115が残り、図4Bに示したように、平面ブラックマトリックス118が形成される。この平面ブラックマトリックス118は、平坦な上面と、急な側面を有するので、断面を見た時、長方形状を有する。また、平面ブラックマトリックス118は、後続工程の赤色、緑色、及び青色のカラーフィルターが収容される開口部を有するが、このような開口部は、映像表示に使用される画素領域に対応する。さらに、平面ブラックマトリックス118は、対応基板の薄膜トランジスタを覆うように形成されるが、これは、薄膜トランジスタへと入射する光を遮断することによって、薄膜トランジスタで発生する光漏洩電流を防ぐためである。
図4Cは、平面ブラックマトリックス(図4Bの118)を加熱して、緩やかな曲線状のラウンド形状の上面を有する曲面ブラックマトリックス120を形成するものである。図示したように、一般的に、ポジティブタイプの場合には、約220℃程度で、約30分から約1時間程度で加熱すると、平面ブラックマトリックス(図4Bの118)の平坦な上面がラウンド状になる。
この加熱により平面ブラックマトリックス(図4Bの118)を構成する樹脂の粘度が低くなるため、この樹脂の周辺部が崩れることによって、上面がラウンド状の曲面ブラックマトリックス120を得ることができる。このような曲面ブラックマトリックス120の上面は、平坦ではなく緩やかな曲線状のラウンド形状を有するために、後続工程で形成されるカラーフィルターの段差を減少させる。ラウンド形状の曲面ブラックマトリックス120も画素領域に対応する開口部を有する。
図4Dは、カラーフィルターの形成を示している。
図示したように、赤色、緑色、及び青色を含むカラー樹脂のうち、赤色のカラー樹脂を絶縁基板113全面に塗布した後、選択的に露光して、望む領域に赤色のカラーフィルター119aを形成する。この赤色のカラーフィルター119aが形成された絶縁基板113全面に、緑色のカラー樹脂を塗布した後、選択的に露光して、緑色のカラーフィルター119bを形成する。
そして、赤色、緑色のカラーフィルター119a、119bが形成された絶縁基板113全面に、青色のカラー樹脂を塗布した後、選択的に露光して、青色のカラーフィルター119cを形成して、カラーフィルター119を完成する。このとき、曲面ブラックマトリックス120の開口部を通じた絶縁基板113の直上部のカラーフィルター119の第2上面間には、段差127があるが、この段差127は、曲面ブラックマトリックス120のラウンド状の上面によって緩やかになり、縮小される。例えば、カラーフィルター119の段差127は、0.8μm以下である。
図4Eは、カラーフィルター119が形成された絶縁基板113上に、平坦化層の工程を省略して直ちに形成される共通電極130を示している。
ラウンド状の上面を有する曲面ブラックマトリックス120によってカラーフィルター119の段差が緩やかになったため、共通電極130は、平坦化のための追加的な層の介在なしにカラーフィルター119の直上部に形成される。
共通電極130は、絶縁基板113全面に、透過率の優れた酸化インジウム−酸化錫(ITO)や酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)で構成された透明導電性金属グループのうちから選択された1つを蒸着して形成する。
共通電極130には、共通電圧が流れて、画素電極と共に液晶を駆動する役割をする。
但し、IPSモードのように、画素電極と共通電極がアレイ基板に形成される場合には、カラーフィルターの上部に、共通電極を形成する必要がない。
このように、樹脂ブラックマトリックスを加熱すると、ラウンド状になるので、樹脂ブラックマトリックスの上部に積層されたカラーフィルターと画素領域内に積層されたカラーフィルターの表面との段差を0.8μm以下に縮めることができる。従って、平坦化層を省略して、直ちに、共通電極を形成することができる。
本発明は、上記実施例等に限らず、本発明の趣旨に反しない限度内で、多様に変更して実施できる。
従来技術の液晶表示装置用カラーフィルター基板の概略的な断面図である。 従来技術の液晶表示装置用カラーフィルター基板が形成される工程を示した断面図である。 図2Aに続く製造工程を示す断面図である。 図2Bに続く製造工程を示す断面図である。 図2Cに続く製造工程を示す断面図である。 図2Dに続く製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例における液晶表示装置用カラーフィルター基板の概略的な断面図である。 本発明の実施例における液晶表示装置用カラーフィルター基板が形成される工程を示した断面図である。 図4Aに続く製造工程を示す断面図である。 図4Bに続く製造工程を示す断面図である。 図4Cに続く製造工程を示す断面図である。 図4Dに続く製造工程を示す断面図である。
符号の説明
113 絶縁基板
119a 赤色のカラーフィルター
119b 緑色のカラーフィルター
119c 青色のカラーフィルター
120 樹脂ブラックマトリックス
125 画素電極
130 共通電極

Claims (20)

  1. 画素領域が定義された基板と、
    樹脂で構成され、ラウンド状の上面を有して、前記基板上に形成されているブラックマトリックスと、
    前記ブラックマトリックスの上部に形成されているカラーフィルターと、
    を含む液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  2. 前記ブラックマトリックスは、前記画素領域に対応する開口部を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  3. 前記カラーフィルターは、前記ブラックマトリックスの上部のカラーフィルターの第1上面と、前記ブラックマトリックスの開口部にある基板の上部のカラーフィルターの第2上面との間に段差を有して、前記段差は、約0.8μm以下であることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  4. 前記樹脂は、感光性有機物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  5. 前記感光性有機物質は、フォトリソグラフィー工程によって、露光部分が除去されるポジティブタイプであることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  6. 前記カラーフィルターの上部に形成されている共通電極をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  7. 前記液晶表示装置は、IPSモードであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  8. 画素領域が定義された基板上に、ブラック有機膜を形成する段階と、
    前記ブラック有機膜を露光及び現像して、断面が実質的に長方形状の平面ブラックマトリックスを形成する段階と、
    前記平面ブラックマトリックスを処理して、上面が曲線であるラウンド状の曲面ブラックマトリックスを形成する段階と、
    前記曲面ブラックマトリックスの上部に、カラーフィルターを形成する段階と、
    を含む液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  9. 前記平面ブラックマトリックスは、前記画素領域に対応する開口部を有することを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  10. 前記カラーフィルターは、前記ブラックマトリックスの上部のカラーフィルターの第1上面と、前記ブラックマトリックスの開口部にある基板の上部のカラーフィルターの第2上面との間に段差を有して、前記段差は、約0.8μm以下であることを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  11. 前記平面ブラックマトリックスの処理は、熱を利用することを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  12. 前記平面ブラックマトリックスの処理は、約220℃で、約30分から1時間程度行われることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  13. 前記ブラック有機膜は、感光性有機物質を含むことを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  14. 前記感光性有機物質は、露光部分が除去されるポジティブタイプであることを特徴とする請求項13に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  15. 前記カラーフィルターの上部に共通電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  16. 前記液晶表示装置は、IPSモードであることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
  17. 画素領域が定義された基板と、
    樹脂で構成され、ラウンド状の上面を有して、前記基板の上部の前記画素領域の周辺部に形成されているブラックマトリックスと、
    前記ラウンド状のブラックマトリックスの上部と重なって形成されているカラーフィルターと、
    を含む液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  18. 前記ブラックマトリックスは、前記画素領域に対応する開口部を有して、前記カラーフィルターは、前記ブラックマトリックスの上部のカラーフィルターの第1上面と、前記ブラックマトリックスの開口部にある基板の上部のカラーフィルターの第2上面との間に段差を有して、前記段差は、約0.8μm以下であることを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  19. 前記カラーフィルターの上部に形成されている共通電極をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
  20. 前記液晶表示装置は、IPSモードであることを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
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