JP2007212826A - 液晶表示装置用カラーフィルタおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層スペーサの径が小型化していくなかで、位置合わせが容易で各層間の密着強度の高い、従って実用的な積層スペーサを有するカラーフィルタを提供する。
【解決手段】液晶表示装置の画面内に少なくもブラックマトリクス層、ブラックマトリックスの開口部およびブラックマトリックスの上の一部に重なるように三原色のそれぞれの着色層を設け、前記ブラックマトリックス層上の所望の部位に三原色の着色層のうち少なくともひとつを積層することにより対向電極との間隙を保つための積層スペーサを形成し、さらに該積層スペーサを上面から覆い積層スペーサを一体化させる絶縁性の固着保護層を設けたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタおよびそれを用いた液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタの着色層を積層してスペーサとする液晶表示装置用カラーフィルタおよびそれを用いた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置をカラー表示させるためには、光の三原色の着色層を、ストライプ状、モザイク状等に表示画面内に配列したカラーフィルタを用いる。カラーフィルタ側の基板と液晶駆動電極を配した基板は、その間に液晶を挟持し、一定の間隙を保つためのスペーサを介在させる。従来、このスペーサは微小径のビーズやガラス繊維であったが、これらのスペーサは表示画面内に散布されるので、その存在位置が特定できず、表示画面内に存在することで光の散乱や液晶分子の撹乱を招き、液晶表示装置の表示品位を低下させる惧れがあった。

それに対して、感光性樹脂をフォトリソグラフィ法にてパターン化して突部とした樹脂スペーサは、画面表示内の遮光部すなわちブラックマトリックスの部位に選択的に形成することで、表示画面からは遮蔽される位置にあり、液晶の表示品位を損なわない利点がある。

この樹脂スペーサのなかでも、カラーフィルタの三原色着色層を積層したスペーサはカラーフィルタの着色層を作る過程で同時に造ることができるので、製造工程が増えないという利点がある。すなわち、ブラックマトリックスの開口部およびブラックマトリックスの上の一部に重なるように三原色のそれぞれの着色層を設ける際、同時にブラックマトリックス層上の所望の部位に該三原色の着色層のうち少なくともひとつを積層することにより対向電極との間隙を保つためのスペーサを形成する。

しかし、この形態のスペーサも、欠点がないわけではない。欠点のひとつは、たとえ着色層を三原色とも積層したとしても、所望の液晶セルギャップの高さまで達しない場合があることである。また、カラーフィルタ基板側にも透明電極があるツイスト・ネマチック型液晶表示装置では、カラーフィルタを形成したあと透明電極を形成するから、スペーサの頂部にも透明電極が存在し、対向する駆動電極と接触して電気的短絡を起こすという問題があった。

この欠点を回避する手段として、下記の特許文献1には、図2に示すように、ブラックマトリックス4上に着色層1a,1b,1cを積層したスペーサ2の頂部に、もう一層絶縁樹脂層3を上乗せすることが提案されている。しかし、先言したように、積層スペーサ2の径は小さくなる傾向であり、加えて、その底部から頂部へ次第に細って行く形状が一般的であるから、狭い頂部にさらに絶縁樹脂層3を上乗せすることは、位置合わせ精度上から、困難さがつきまとった。なお、図中５は、透明基板である。
特許第３２５５１０７号明細書 さらに、近年、画素密度の高精細化の要求や表示画像の明るさ向上の要請から、ブラックマトリックスの画線幅は年々細くなっており、その上に形成されるスペーサの径も小さくなっている。それにつれて、積層タイプのスペーサにあっては、積層された各層同士の密着強度が低下して、後工程の配向膜形成に行なうラビング操作の際、積層スペーサの各層が剥離する恐れがあった。

本発明は、積層スペーサの径が小型化していくなかで、前記した欠点や問題点を解消して、位置合わせが容易で各層間の密着強度の高い、従って実用的な積層スペーサを有する液晶表示装置用カラーフィルタおよびそれを用いた液晶表示装置を提案するものである。

すなわち、請求項1の発明は、液晶表示装置の画面内に少なくもブラックマトリクス層、ブラックマトリックスの開口部およびブラックマトリックスの上の一部に重なるように三原色のそれぞれの着色層を設け、前記ブラックマトリックス層上の所望の部位に該三原色の着色層のうち少なくともひとつを積層することにより対向基板との間隙を保つための積層スペーサを形成し、さらに該積層スペーサを上面から覆い積層スペーサを一体化させる絶縁性の固着保護層を設けたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、請求項2の発明は、液晶表示装置が横電界型の液晶表示装置である請求項1記載の液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、請求項3の発明は、三原色の着色層のうち少なくともひとつを積層することにより対向基板との間隙を保つためのスペーサと、固着保護層との間に、透明導電層が介在する請求項1記載の液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、請求項4の発明は、画面内全体の表面に液晶配向膜を形成した請求項１，２または３記載の記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。

さらに、請求項5の発明は、液晶配向膜がオーバーコート層を兼ねる請求項４記載の液晶表示装置用カラーフィルタである。

そして、請求項１乃至５記載の液晶表示装置用カラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置でもある。

本発明のカラーフィルタは、積層スペーサの径が小型化していくなかで、積層スペーサに上乗せする最上層を大形化することで、位置合わせ精度の許容範囲を広げ、最上層が積層スペーサの上乗せし易くするとともに、積層スペーサの各層を上面から覆うことにより一体化させ、各層の結びつきを強化したので、積層された各層同士の密着強度が向上して、後工程の配向膜形成に行なうラビング操作の際、積層スペーサの各層が剥離する恐れがなくなる。

図１は、本発明のカラーフィルタの一実施例を示す断面図であって、図中、着色層1a,1b,1cを積層したスペーサ2、ブラックマトリックス4、透明基板5は、図２と同様である。積層スペーサ2に上乗せされる固着保護層６は、積層スペーサ全体を覆うように大形に形成され、積層スペーサの各層を上面から覆うことにより一体化させる。この固着保護層６のすそ野は、ブラックマトリックス4の表面にまで達しても良いが、ブラックマトリックス4の領域からは逸脱しないことが望ましい。逸脱すると、液晶表示面での液晶配向に乱れを生じさせるからである。

図1のカラーフィルタは、透明導電膜が形成されていないが、これは横電界型(ＩＰＳ：イン・プレイン・スィッチング)の液晶表示装置用だからである。横電界型の液晶表示装置の駆動電極は、図2に示すカラーフィルタに対向する基板に両極が設けられるので、カラーフィメタ側には設置されない。一般のTN型(ツイスト・ネマチック)の液晶表示装置にあっては、積層スペーサ2と固着保護層6との間に透明導電層が介在することになり、それが共通電極となる。図1では省略されているが、カラーフィルタの最上部には、ポリイミドの薄膜を形成し、ラビング処理された配向膜が設けられる。それは、ＩＰＳ型でもＴＮ型でも同様である。

付言すれば、ＩＰＳ型液晶表示装置用のカラーフィルタにあっては、配向膜がオーバーコート層を兼ねる構造とすることもできる。オーバーコート層と配向膜とが別個に設けられる構造は、製造工程がひとつ増加するので好ましくない。

各層について、代表的な膜厚の数値を述べると、ブラックマトリックス４は、０．８〜１．５μm程度、着色層1a,1b,1cは、各層が微妙に厚さが異なることが多いが、１．０〜２．０μm程度である。積層スペーサ２の厚さは、ブラックマトリックス4表面から最上層の表面までで、１．０〜５．０μm程度である。また、積層スペーサ２の底面の径は、その形状が円にあってはその直径、正方形にあっては一辺の長さを意味するが、１０〜２５μm程度である。頂上へいくほどその径は小さくなる。

さらに説明を加えると、透明基板5はガラスもしくは透明プラスチックフィルムが適用できる。ブラックマトリックス4は、樹脂中にカーボンブラックを分散させたものが好ましい。その形成法は、カーボンブラックを分散した樹脂を感光性樹脂化したものを用い、公知のフォトリソグラフィ法により、所望のマトリックス状、格子状等にパターン化すれば良い。

クロム等の金属をブラックマトリックスにしたものは膜厚が薄く、それだけ積層スペーサ2の高さが稼げないので、不適当である。それに、ＩＰＳ型の液晶表示装置にとって、金属製のブラックマトリックスは電気的性質上液晶配向を撹乱する方向に働くので、避けるべきである。

カラーフィルタの着色層1a,1b,1cは、光の三原色である赤、緑、青の各顔料や染料を透明樹脂中に分散させ、ストライブ状、モザイク状、その他の所望のパターンにて、ブラックマトリックスの開口部およびブラックマトリックスの上の一部に重なるように設けられる。その形成法は、ブラックマトリックス4の形成法と同様、三原色を呈する顔料や染料のそれぞれを分散した樹脂を感光性樹脂化したものを用い、公知のフォトリソグラフィ法により、パターン化すれば良い。その他の形成法としては、印刷法やインクジェット法もありうるが、着色層と同時に積層スペーサ２を形成することが困難である。フォトリソグラフィ法にてカラーフィルタの着色層1a,1b,1cを形成すれば、同時に積層スペーサ２も形成できる。

積層スペーサ2の材質は、当然ながら、着色層1a,1b,1cと同じである。ただし、各層の厚さは、二段目、三段目と積層していくにつれて、スペーサの各層の厚さは、ブラックマトリックス4の開口部に形成される着色層の津さより薄くなる傾向にある。これは、塗布液をコートする時に突出部の塗膜が薄くなる、という性質にほかならない。よって、積層スペーサとして所望の厚さを得るために、厚みの目減り分を考慮して各着色層の厚さを大きめに設定する。

本発明では、積層スペーサ2の高さを補うため、あるいはＴＮ型液晶表示装置にあっては対向電極との電気的短絡を防ぐため、絶縁性の固着保護層6を最上層に据えるのである。しかし、積層スペーサの径は先言したように、小さくなる傾向であり、加えて、その底部から頂部へ次第に細って行く形状が一般的である。狭い頂部にさらに樹脂層を上乗せすることは、着色層フォトリソグラフィ法に用いる露光装置の位置合わせ精度の限界と、近年の液晶表示装置表示面の大形化から、径の小さな着色層に対して位置ずれなく積み重ねることは至難の技である。しかし、本発明の固着保護層６は、積層スペーサ全体を覆うほどに大きな形状とするので、多少の位置ずれがあっても、頂上に固着保護層の一部を存在させることができる。また、多少の位置ずれがあっても、積層スペーサ2を上面から覆い積層スペーサの側面に接して一体化させる部分が必ず存在するはずである。

固着保護層6の形成法も、ブラックマトリックス4や着色層の形成法と同じフォトリソグラフィ法にて形成される。材料の感光性樹脂もネガ型、ポジ型を問わす、各種のものが用いることができる。

図３は、本発明のカラーフィルタをカラー液晶表示装置用いたところを示す一実施例である。図の液晶表示装置は、横電界型であって、液晶層７を挟んでカラーフィルタと駆動電極９を有する対向基板からなり、対向基板は、スイッチング素子８とそれに連なる駆動電極９が配線される。駆動電極９は、図では明らかでないが櫛形に両極が各画素ごとに配置されている。カラーフィルタの積層スペーサの最上層である固着保護層６の上面は、スイッチング素子８の上面と接している。図中、上下の基板とも液晶7と接する面には液晶配向層があるが、図では省略されている。

本発明のカラーフィルタの一実施例を示す説明図である。 従来のカラーフィルタの一例を示す説明図である。 本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ 着色層
２ 積層スペーサ
３ 絶縁樹脂層
４ ブラックマトリックス
５ 透明基板
６ 固着保護層
７ 液晶層
８ スイッチング素子
９ 駆動電極
10 透明基板

Claims (6)

1. 液晶表示装置の画面内に少なくもブラックマトリクス層、ブラックマトリックスの開口部およびブラックマトリックスの上の一部に重なるように三原色のそれぞれの着色層を設け、前記ブラックマトリックス層上の所望の部位に該三原色の着色層のうち少なくともひとつを積層することにより対向基板との間隙を保つための積層スペーサを形成し、さらに該積層スペーサを上面から覆い積層スペーサを一体化させる固着保護層を設けたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 液晶表示装置が横電界型の液晶表示装置である請求項1記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
3. 三原色の着色層のうち少なくともひとつを積層することにより対向基板との間隙を保つためのスペーサと、固着保護層との間に、透明導電層が介在する請求項1記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
4. 画面内全体の表面に液晶配向膜を形成した請求項１，２または３記載の記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
5. 液晶配向膜がオーバーコート層を兼ねる請求項４記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
6. 請求項１乃至５記載の液晶表示装置用カラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置。

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