JP2008052169A - 液晶表示装置用カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶分子の配向不良を抑制し、光漏れが発生しても、コントラストの低下を防ぐ、配向制御用突起が設けられた液晶表示装置用カラーフィルタ、及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】ガラス基板４０上に、少なくともブラックマトリックス４１、複数色の着色画素４２、配向制御用突起３が形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、配向制御用突起が、着色画素を形成する複数色の材料を用いて形成した２色以上の積層と、その上に透明導電膜を介して形成した絶縁層で構成されていること。上記液晶表示装置用カラーフィルタを用いること。
【選択図】図１

Description

本発明は、配向制御用突起が設けられた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、液晶分子の配向不良を抑制し、また、光漏れが発生しても、コントラストの低下を防ぐことのできる液晶表示装置用カラーフィルタ及び液晶表示装置に関する。

図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。図３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ（４）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたものである。図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（４２）は１２個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１７インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。

液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。ブラックマトリックス（４１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（４２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものであり、透明導電膜（４３）は、透明な電極として設けられたものである。

ブラックマトリックス（４１）は、着色画素（４２）間のマトリックス部（４１Ａ）と、着色画素（４２）が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部（４１Ｂ）とで構成されている。ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。

このブラックマトリックス基板の製造には、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯｘ）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯｘなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。或いは、ガラス基板（４０）上に、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によってブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。

また、着色画素（４２）の形成は、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。また、透明導電膜（４３）の形成は、着色画素が形成されたブラックマトリックス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。

図３、及び図４に示すカラーフィルタ（４）は、液晶表示装置に用いられるカラーフィ
ルタとして基本的な機能を備えたものである。液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、液晶カラーＴＶ、ノート型ＰＣなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。多様な液晶表示装置の開発、実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して種々な機能が付加されるようになった。

例えば、配向分割機能。従来の液晶表示装置に於いては、液晶分子を一様に配向させるために、液晶を挟持する両基板に設けられた透明導電膜上に、予めポリイミドを塗布し、その表面に一様なラビング処理をしておく。しかし、ＴＮ型液晶においては、原理的に広い視野角を得ることは困難であり、コントラストが低下し表示品質が悪化する。コントラストが良好な視野角は狭いといった問題を有していた。

このような問題を解決する一技術として、一画素内での液晶分子の配向方向が一方向でなく、複数の方向になるように配向を分割した視野角の広い、配向分割垂直配向型液晶表示装置（ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）−ＬＣＤが開発された。

図５（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。この例は、平面形状が円形の配向制御用突起（２３Ａ）が形成されたカラーフィルタ（８Ａ）である。このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、一画素内で液晶分子の配向方向が多方向となり視野角は広いものとなる。
また、図６（ａ）、（ｂ）は、別な例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、この別な例は、平面形状がストライプ状の配向制御用リブ（２３Ｂ）であり、一画素内で９０°屈曲させた配向制御用リブ（２３Ｂ）が形成されたカラーフィルタ（８Ｂ）である。このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、一画素内で液晶分子の配向方向が４方向となり視野角は広いものとなる。

平面形状が円形の配向制御用突起（２３Ａ）の幅（Ｗ３）は１５μｍ程度、高さ（Ｈ３）は１．４μｍ程度である。また、平面形状がストライプ状の配向制御用リブ（２３Ｂ）のＡ−Ａ’線での断面形状は、例えば、三角形状であり、その幅（Ｗ４）、高さ（Ｈ４）は、配向制御用突起（２３Ａ）の各々と同程度である。これらは、例えば、透明なポジ型のフォトレジストを用いて形成される。

このように、配向を制御する配向制御用突起（２３Ａ）、或いは配向制御用リブ（２３Ｂ）を設けているために、配向制御用突起（２３Ａ）上、或いは配向制御用リブ（２３Ｂ）上の液晶分子の配向状態は、他の領域とは異なった状態となり、光漏れを生じてコントラストが低下するといった問題を有している。
また、フォトレジストを用いフォトリソグラフィ法で形成した配向制御用突起（２３Ａ）、或いは配向制御用リブ（２３Ｂ）の側面は垂直な状態になり易く、液晶分子の配向不良による光漏れといった問題を誘発させる。
特開２００５−１７３１０５号公報 特開２００６−５８７３４号公報 特開２０００−２６７０７９号公報 特許第３２５５１０７号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、配向制御用突起が設けられた液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、液晶分子の配向不良を抑制し、また、光漏れが発生しても、コントラストの低下を防ぐことのできる液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
また、上記液晶表示装置用カラーフィルタを用いた液晶表示装置を提供することを課題とする。

本発明は、ガラス基板上に、少なくともブラックマトリックス、複数色の着色画素、配向制御用突起が形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、
前記配向制御用突起が、着色画素を形成する複数色の材料を用いて形成した２色以上の積層と、該積層上に透明導電膜を介して形成された絶縁層で構成されている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、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記複数色が３色であって、第１色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の着色画素の一部を利用した土台と、第２色の土台と、該土台上に形成された第３色層部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であり、第２色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の土台と、該土台上に形成された第２色の着色画素の重なり部分と、第３色層部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であり、第３色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の土台と、第２色の土台と、その土台上に形成された第３色の着色画素の重なり部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層である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、本発明は、請求項１又は請求項２に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ある。

本発明は、ガラス基板上に、少なくともブラックマトリックス、複数色の着色画素、配向制御用突起が形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、配向制御用突起が、着色画素を形成する複数色の材料を用いて形成した２色以上の積層と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）で構成されているので、液晶分子の配向不良を抑制し、また、光漏れが発生しても、コントラストの低下を防ぐことのできる液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

また、本発明は、前記複数色が３色であって、第１色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の着色画素の一部を利用した土台と、第２色の土台と、該土台上に形成された第３色層部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であり、第２色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の土台と、該土台上に形成された第２色の着色画素の重なり部分と、第３色層部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であり、第３色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の土台と、第２色の土台と、その土台上に形成された第３色の着色画素の重なり部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であるので、液晶分子の配向不良を更に抑制し、また、光漏れが発生しても、コントラストの低下を防ぐことのできる液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

また、本発明は、上記液晶表示装置用カラーフィルタを用いた液晶表示装置であるので、配向制御用突起に起因したコントラストの低下のない液晶表示装置となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の一部分を拡大して示す断面図である。
図１（ａ）に示すように、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（４０）上に、ブラックマトリックス（４１）、複数色の着色画素（４２）、配向制御用突起（３）、及び透明導電膜（４３）が形成されたものである。
着色画素（４２）は、赤色の着色画素（４２Ｒ）、緑色の着色画素（４２Ｇ）、青色の着色画素（４２Ｂ）の３色の着色画素で構成されている。この液晶表示装置用カラーフィルタは、赤色の着色画素（４２Ｒ）、緑色の着色画素（４２Ｇ）、青色の着色画素（４２Ｂ）の順に各色の着色画素が形成されたものである。各色の着色画素間にはブラックマトリックス（４１）が設けられている。

配向制御用突起（３）として、赤色の着色画素（４２Ｒ）内には、赤色（第１色）の着色画素用の配向制御用突起（３Ｒ）が、緑色の着色画素（４２Ｇ）内には、緑色（第２色）の着色画素用の配向制御用突起（３Ｇ）が、青色の着色画素（４２Ｂ）内には、青色（第３色）の着色画素用の配向制御用突起（３Ｂ）が形成されている。

赤色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｒ）は、赤色の着色画素の一部を利用した土台（３Ｒａ’）と、その土台上に形成された青色層部分（３Ｂｂ）と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）との積層構造である。また、緑色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｇ）は、赤色の土台（３Ｒａ）と、その土台上に形成された緑色の着色画素の重なり部分（３Ｇｂ）と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）との積層構造である。また、青色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｂ）は、緑色の土台（３Ｇａ）と、その土台上に形成された青色の着色画素の重なり部分（３Ｂｂ）と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）との積層構造である。

緑色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｇ）の赤色の土台（３Ｒａ）は、赤色の着色画素（４２Ｒ）の形成と同時に形成されたものであり、また、青色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｂ）の緑色の土台（３Ｇａ）は、緑色の着色画素（４２Ｇ）の形成と同時に形成されたものである。また、赤色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｒ）の青色層部分（３Ｂｂ）は、青色の着色画素（４２Ｂ）の形成と同時に形成されたものである。

これら配向制御用突起の側面はなだらかな状態である。また、これら配向制御用突起は２色の積層であるので、遮光性を有するものである。また、液晶分子の配向制御に寄与するのは、図１中、符号（Ｈ１）で示す部分である。
従って、この液晶表示装置用カラーフィルタを液晶表示装置に用いた際には、液晶分子の配向不良を抑制し、また、配向制御用突起上で光漏れが発生しても、２色の積層によって遮光されるので、コントラストの低下を防ぐことができる。

配向制御用突起上で光漏れの遮光は、２色の積層の有する濃度で充分に行うことができる。一方、２色の積層は、バックライトからの光を全て遮断することはないので、２色の積層を通過したバックライトからの光は、液晶表示装置の輝度を保持するのに寄与することになる。

また、図１（ａ）に示す液晶表示装置用カラーフィルタは、前記図５及び図６に示す液晶表示装置用カラーフィルタのように、透明なポジ型のフォトレジストを用いて配向制御用突起（２３Ａ）、或いは配向制御用リブ（２３Ｂ）を設けるのではなく、青色の着色画
素（４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ）の形成と同時に配向制御用突起を形成するので、廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

配向制御用突起の高さを調整する際には、例えば、赤色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｒ）においては、青色層部分（３Ｂｂ）の高さを、緑色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｇ）においては、赤色の土台（３Ｒａ）の高さを、青色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｂ）においては、緑色の土台（３Ｇａ）の高さを調整することにより行うことができる。

これらの高さの調整は、例えば、フォトマスクとして、ハーフトーンマスクを用いることにより容易に行うことができる。例えば、赤色の着色画素（４２Ｒ）及び赤色の土台（３Ｒａ）の形成に用いるフォトマスクにおいて、赤色の土台（３Ｒａ）に対応したフォトマスク上の開口部をハーフトーンとし、光透過率を低減させることによって赤色の土台（３Ｒａ）の高さ調整を行うことができる。

図１（ｂ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの他の例の一部分を拡大して示す断面図である。
図１（ｂ）に示すように、この他の例として示す液晶表示装置用カラーフィルタは、配向制御用突起（１３）として、赤色の着色画素（４２Ｒ）内には、赤色の着色画素用の配向制御用突起（１３Ｒ）が、緑色の着色画素（４２Ｇ）内には、緑色の着色画素用の配向制御用突起（１３Ｇ）が、青色の着色画素（４２Ｂ）内には、青色の着色画素用の配向制御用突起（１３Ｂ）が形成されている。

赤色の着色画素用の配向制御用突起（１３Ｒ）は、赤色の着色画素の一部を利用した土台（１３Ｒａ’）と、その土台上に形成された緑色層部分（１３Ｇｂ）と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）との積層構造である。また、緑色の着色画素用の配向制御用突起（１３Ｇ）は、赤色の土台（１３Ｒａ）と、その土台上に形成された緑色の着色画素の重なり部分（１３Ｇｂ）と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）との積層構造である。また、青色の着色画素用の配向制御用突起（１３Ｂ）は、赤色の土台（１３Ｒａ）と、その土台上に形成された青色の着色画素の重なり部分（１３Ｂｂ）その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）との積層構造である。

この液晶表示装置用カラーフィルタは、赤色の着色画素（４２Ｒ）、緑色の着色画素（４２Ｇ）、青色の着色画素（４２Ｂ）の順に各色の着色画素が形成されたものであるが、図１（ａ）における、青色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｂ）の緑色の土台（３Ｇａ）を赤色の土台（１３Ｒａ）とし、また、赤色の着色画素用の配向制御用突起（３Ｒ）の青色層部分（３Ｂｂ）を緑色層部分（１３Ｇｂ）とし、各々の形成を繰り上げたものである。

これら配向制御用突起の側面は、図１（ａ）に示す配向制御用突起と同様になだらかな状態であり、２色の積層で遮光性を有するもので、この液晶表示装置用カラーフィルタを液晶表示装置に用いた際には、液晶分子の配向不良を抑制し、また、光漏れを遮光しコントラストの低下を防ぐ。また、廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

図２は、配向制御用突起が３色の積層と、絶縁層の構造である液晶表示装置用カラーフィルタの一例を拡大して示す断面図である。
図２に示すように、配向制御用突起（３３）として、赤色の着色画素（４２Ｒ）内には、赤色の着色画素用の配向制御用突起（３３Ｒ）が、緑色の着色画素（４２Ｇ）内には、緑色の着色画素用の配向制御用突起（３３Ｇ）が、青色の着色画素（４２Ｂ）内には、青色
の着色画素用の配向制御用突起（３３Ｂ）が形成されている。

赤色の着色画素用の配向制御用突起（３３Ｒ）は、赤色の着色画素の一部を利用した土台（３３Ｒａ’）と、その土台上に形成された緑色の土台（３３Ｇａ）と、その土台上に形成された青色層部分（３３Ｂｂ）の３色の積層と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）の構造である。

また、緑色の着色画素用の配向制御用突起（３３Ｇ）は、赤色の土台（３３Ｒａ）と、その土台上に形成された緑色の着色画素の重なり部分（３３Ｇｂ）と、その重なり部分上に形成された青色層部分（３３Ｂｂ）の３色の積層と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）の構造である。

また、青色の着色画素用の配向制御用突起（３３Ｂ）は、赤色の土台（３３Ｒａ）と、その土台上に形成された緑色の土台（３３Ｇａ）と、その土台上に形成された青色の着色画素の重なり部分（３３Ｂｂ）の３色の積層と、その上に透明導電膜（４３）を介して形成された絶縁層（５）の構造である。

図２に示す液晶表示装置用カラーフィルタは、例えば、液晶分子の配向制御を更に良好なものにするために配向制御用突起の高さ（Ｈ２）を高くする際などに用いることができる（Ｈ２＞Ｈ１）。

（ａ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の一部分を拡大して示す断面図である。（ｂ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの他の例の一部分を拡大して示す断面図である。 配向制御用突起が３色の積層構造である液晶表示装置用カラーフィルタの一例を拡大して示す断面図である。 液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。 図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 （ａ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図である。（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す断面図である。 （ａ）は、別な例の一画素を拡大して示す平面図である。（ｂ）は、別な例の一画素を拡大して示す断面図である。

符号の説明

３、１３、３３・・・本発明における配向制御用突起
３Ｒ、１３Ｒ、３３Ｒ・・・赤色の着色画素用の配向制御用突起
３Ｇ、１３Ｇ、３３Ｇ・・・緑色の着色画素用の配向制御用突起
３Ｂ、１３Ｂ、３３Ｂ・・・青色の着色画素用の配向制御用突起
３Ｒａ’、１３Ｒａ’、３３Ｒａ’・・・赤色の着色画素の一部を利用した土台３Ｒａ、１３Ｒａ、３３Ｒａ・・・赤色の土台
３Ｇａ、３３Ｇａ・・・緑色の土台
３Ｂｂ、３３Ｂｂ・・・青色層部分
３Ｂｂ、１３Ｂｂ、３３Ｂｂ・・・青色の着色画素の重なり部分
３Ｇｂ、１３Ｇｂ、３３Ｇｂ・・・緑色の着色画素の重なり部分
４、８Ａ、８Ｂ・・・カラーフィルタ
５・・・絶縁層
１３Ｇｂ・・・緑色層部分
２３Ａ・・・配向制御用突起
２３Ｂ・・・配向制御用リブ
４０・・・ガラス基板
４１・・・ブラックマトリックス
４１Ａ・・・マトリックス部
４１Ｂ・・・額縁部
４２・・・着色画素
４２Ｒ・・・赤色の着色画素
４２Ｇ・・・緑色の着色画素
４２Ｂ・・・青色の着色画素
４３・・・透明導電膜
Ｈ１、Ｈ２・・・配向制御に寄与する部分（配向制御用突起の高さ）
Ｈ３、Ｈ４・・・配向制御用突起（リブ）の高さ
Ｗ３、Ｗ４・・・配向制御用突起（リブ）の幅

Claims (3)

1. ガラス基板上に、少なくともブラックマトリックス、複数色の着色画素、配向制御用突起が形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、
   前記配向制御用突起が、着色画素を形成する複数色の材料を用いて形成した２色以上の積層と、該積層上に透明導電膜を介して形成された絶縁層で構成されていることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 前記複数色が３色であって、第１色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の着色画素の一部を利用した土台と、第２色の土台と、該土台上に形成された第３色層部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であり、第２色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の土台と、該土台上に形成された第２色の着色画素の重なり部分と、第３色層部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であり、第３色の着色画素内の配向制御用突起が、第１色の土台と、第２色の土台と、その土台上に形成された第３色の着色画素の重なり部分と、その上に透明導電膜を介して形成された絶縁層との積層であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
3. 請求項１又は請求項２に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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