JP2008292626A - 液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法、及び液晶表示装置用カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】配向制御用電極スリットを設けたカラーフィルタの製造方法にて、電極スリットを形成するフォトエッチング工程が不要な、１工程を省略した液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供する。廉価な電極スリットを設けた液晶表示装置用カラーフィルタ。
【解決手段】１）ガラス基板５０上に、電極スリット５５を形成する位置に断面形状が逆テーパー状のスリットＳを有する着色画素５２を形成する工程、２）ガラス基板上の全面に、透明導電膜５３を成膜し前記スリットを電極スリットとする工程、を少なくとも具備すること。スリットの平面形状が、円形、矩形、又は線状。スリットの幅又は径が、０．１μｍ〜１０μｍ。
【選択図】図４

Description

本発明は、配向制御用電極スリット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、配向制御用電極スリットを形成する際に、フォトエッチングによらず電極スリットを形成する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法、及び廉価な配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタに関する。

図６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７は、図６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６、及び図７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６、及び図７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（ＣｒＯ_X ）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、ＣｒＯ_X 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６、及び図７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。

付加される機能としては、例えば、配向分割機能があげられる。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、コントラストが良好な視野角は狭く、視野によりコントラストが低下し表示品質が悪化する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制御し視野角の広い、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８は、このようなＭＶＡ−ＬＣＤの断面を模式的に示した説明図である。図８に示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤ（８０）は、液晶分子（２７）を介して配向制御用突起（２２ａ）、（２２ｂ）が設けられたＴＦＴ基板（２０）と、配向制御用突起（２３）が設けられたカラーフィルタ（８）とを配置した構造であるが、配向制御用突起（２２ａ）、（２２ｂ）及び配向制御用突起（２３）は一画素内で互い違いの位置に設けられている。

図８に白太矢印で示すように、電圧印加時の状態では、一画素内で配向制御用突起（２２ａ）〜配向制御用突起（２３）間の液晶分子（２７）は、図中左斜めに傾斜し、配向制御用突起（２３）〜配向制御用突起（２２ｂ）間の液晶分子は、右斜めに傾斜する。すなわち、ラビング処理に代わり、突起を設けることにより液晶分子の配向を制御するものである。

図９（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傾斜方向が多方向となる。
また、図１０（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１０（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傾斜方向が４方向となる。

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、かまぼこ状であり、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、透明なフォトレジストを用いて形成される。

図１１は、ＭＶＡ−ＬＣＤの他の例を示す断面図である。図１１は、図８に示す配向制御用突起が設けられたＭＶＡ−ＬＣＤの模式的な断面に対応させて説明するものである。図１１に示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤ（８９）は、液晶分子（２７）を介して配向制御用電極スリット（２５ａ）、（２５ｂ）が設けられたＴＦＴ基板（２９）と、配向制御用電極スリット（２５）が設けられたカラーフィルタ（９）とを配置した構造である。配向制御用電極スリット（２５ａ）、（２５ｂ）、及び配向制御用電極スリット（２５）は一画素内で互い違いの位置に設けられている。これら電極スリットは、液晶分子の配向を制御する機能を有している。

図１１に白太矢印で示すように、電圧印加時の状態では、一画素内で配向制御用電極スリット（２５ａ）〜配向制御用電極スリット（２５）間の液晶分子（２７）は、図中左斜めに傾斜し、配向制御用電極スリット（２５）〜配向制御用電極スリット（２５ｂ）間の液晶分子は、右斜めに傾斜する。すなわち、ラビング処理に代わり、電極スリットを設けることにより液晶分子の配向を制御するものである。

画素電極のスリット（電極スリット）の、画素電極エッジにおいては、エッジ近傍に発生する電界歪みが配向に影響するため、配向制御用突起と同様に配向を制御する効果がある。突起に代え電極スリットを用いると、液晶分子を傾斜配向させる突起が存在しないことにより、この部分からの光漏れが減少しコントラストが改良されるといった利点がある。

前記図８に示すカラーフィルタ（８）に設けられた配向制御用突起（２３）は、図７に示す、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カラーフィルタ（４）に、例えば、透明なフォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によって形成される。
また、図１１に示すカラーフィルタ（９）に設けられた配向制御電極スリット（２５）は、図７に示す、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カラーフィルタ（４）に、例えば、フォトエッチング法によって透明導電膜（４３）にエッチングが施されて形成される。

このような、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタには、コストを更に低減するようにといった強い要望がなされている。
特開２００２−７２１８９号公報

本発明は、上記要望を適えるためになされたものであり、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、画素電極のスリット（電極スリット）を形成するためのフォトエッチング工程を不要なものとする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法、すなわち、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法にて、１工程を省略ことができる液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法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の製造方法を用いて製造した廉価な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。

本発明は、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、
１）ガラス基板上に、電極スリットを形成する位置に断面形状が逆テーパー状のスリット
を有する着色画素を形成する工程、
２）該スリットを有する着色画素が形成されたガラス基板上の全面に、透明導電膜を成膜し前記スリットを電極スリットとする工程、
を少なくとも具備することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

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の製造方法において、前記スリットの平面形状が、円形、矩形、又は線状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の製造方法である。

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の製造方法において、前記スリットの幅又は径が、０．１μｍ〜１０μｍの範囲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の製造方法である。

また、本発明は、請求項１、請求項２、又は請求項３記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を用いて製造された、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタであって、該配向制御用電極スリットは、断面形状が逆テーパー状のスリットを有する着色画素の表面上に透明導電膜を成膜してなる配向制御用電極スリット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。

本発明は、１）ガラス基板上に、電極スリットを形成する位置に断面形状が逆テーパー状のスリットを有する着色画素を形成する工程、２）該スリットを有する着色画素が形成されたガラス基板上の全面に、透明導電膜を成膜し前記スリットを電極スリットとする工程、を少なくとも具備する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であるので、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、フォトエッチング工程を不要なものとする、すなわち、１工程を省略ことができる液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法となる。

また、本発明は、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタであって、該配向制御用電極スリットは、断面形状が逆テーパー状のスリットを有する着色画素の表面上に透明導電膜を成膜してなる配向制御用電極スリットであるので、廉価な配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を用いて製造された液晶表示装置用カラーフィルタの一例の部分を拡大して示す断面図である。
また、図２は、その平面図である。図２のＸ−Ｘ線での断面が図１に示す断面図である。図１及び図２に示すように、この液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）、及び透明導電膜（５３）が順次に形成されたものである。

着色画素（５２）は、赤色着色画素（５２Ｒ）、緑色着色画素（５２Ｇ）、青色着色画素（５２Ｂ）で構成され、着色画素の各々は、断面形状が逆テーパー状のスリット（Ｓ）を有している。このスリット（Ｓ）は平面形状が円形の例である。
本発明における配向制御用電極スリット（５５）は、スリット（Ｓ）と着色画素上部の透明導電膜（５３ａ）で構成されている。透明導電膜（５３）は、着色画素のスリット（Ｓ）の部分では不連続なものとなっている。着色画素のスリット（Ｓ）の底部のガラス基板（５０）が露出した部分には、透明導電膜片（５３ｂ）が成膜されているが、透明導電膜片（５３ｂ）と着色画素上部の透明導電膜（５３ａ）とは、スリット（Ｓ）の断面形状が逆テーパー状であるために、接続されたものではない。

また、図３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画素を拡大して示す平面図である。図３に示すように、この例は、平面形状が線状のスリット（Ｓ）であり、一画素内で９０°屈曲させたスリット（Ｓ）を有する着色画素が形成されたカラーフィルタである。このカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、図１０に示すカラーフィルタと同様に一画素内で液晶分子の傾斜方向が４方向となる。

モバイル向けなどの高精細パネルにおいては、スリットの幅又は径は１０μｍ以下が好適なものである。また、０．１μｍ以下のスリットの幅又は径は、近接露光を用いた際にはスリットを形成することが困難なものとなる。

以下に、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法の実施例を、図４（ａ）〜（ｃ）に示す断面図により具体的に説明する。
ガラス基板（５０）として、コーニング社製：＃１７３７（品番）を用いた。
先ず、アルカリ洗剤によるガラス基板の洗浄、純水による水洗の後に、ガラス基板を乾燥させた。
次に、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂として、カーボンブラック顔料を分散させたフォトレジスト（樹脂ＢＭフォトレジスト）を用い、コーターにより上記ガラス基板（５０）上に樹脂ＢＭフォトレジストを塗布した。塗布膜厚は、形成後のブラックマトリックスの膜厚が１．５μｍになるように塗布膜厚を設けた。

次に、樹脂ＢＭフォトレジストの塗膜が形成されたガラス基板（５０）上に、所定形状のブラックマトリックス・パターンが設けられたフォトマスクを介して露光を行い、続くアルカリ現像液による現像処理を施した後に、２３０℃・１時間のポストベークを行い、図４（ａ）に示すように、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックス（５１）を形成した。

次に、ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、着色画素（５２）を形成した。
着色画素（５２）の形成には、赤色、緑色、青色の各色顔料を分散させた顔料分散フォトレジストである、東洋インキ製造（株）製：ＣＤＰシリーズ顔料分散フォトレジスト（以下、顔料分散フォトレジストと称す）を用いた。

先ず、赤色着色画素（５２Ｒ）の形成は、上記ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、顔料分散フォトレジスト（赤色）をスピンナー方式の塗布装置にて塗布し、減圧乾燥装置にて乾燥させ、顔料分散フォトレジスト（赤色）の塗膜を設けた。
顔料分散フォトレジスト（赤色）の塗膜が設けられたガラス基板（５０）上に、所定形状の着色画素に対応したパターンが設けられたフォトマスクを介し露光を行った。

フォトマスク上の着色画素に対応したパターンには、着色画素に逆テーパー状のスリットを形成させるため、スリットに対応したパターンが設けられている。
露光装置としては、光源に超高圧水銀ランプを採用した露光装置を用い、２００ｍＪ／ｃｍ² の露光を与えた。フォトマスクを介し露光に際しては、顔料分散フォトレジスト（赤色）の塗膜とフォトマスク間に１５０μｍのギャップを設けたプロキシミティ方式を採用した。
露光後の現像処理は、指定アルカリ現像液を用いて行い、乾燥後に２３０℃・１時間のポ
ストベークを施し、膜厚１．５μｍの赤色着色画素（５２Ｒ）をガラス基板（５０）上に設けた。

図４（ｂ）に示すように、形成された赤色着色画素（５２Ｒ）には、断面形状が逆テーパー状のスリット（Ｓ）が設けられている。逆テーパー状のスリット（Ｓ）とは、スリット（Ｓ）の上部の幅（Ｗ１）が、スリット（Ｓ）の底部の幅（Ｗ２）より小さな状態のものを指している。
この逆テーパー状の断面形状は、上記顔料分散フォトレジスト、超高圧水銀ランプ、プロキシミティ露光、指定アルカリ現像液により、電極スリット用のスリットとして良好な断面形状のものが得られる。

顔料分散フォトレジストとして、上記顔料分散フォトレジストに重合開始剤、例えば、チバスペシャリティケミカルズ社製：イルガキュア９０７の含有量を増した顔料分散フォトレジストを用いることによって、着色画素（５２）の上層部の硬化が高まり、スリット（Ｓ）の逆テーパー状は、より形成され易いものとなる。
また、光源として、波長３１２ｎｍ、３３４ｎｍの比較的短波長の紫外光輝線を含む光源を用いることによって、スリット（Ｓ）の逆テーパー状は、より形成され易いものとなる。

赤色着色画素（５２Ｒ）の形成に続いて、顔料分散フォトレジスト（緑色）を用い、赤色着色画素（５２Ｒ）が形成されたガラス基板（５０）上に緑色着色画素（５２Ｇ）を形成した。更に、同様にして、顔料分散フォトレジスト（青色）を用い、赤色着色画素（５２Ｒ）及び緑色着色画素（５２Ｇ）が形成されたガラス基板（５０）上に青色着色画素（５２Ｂ）を形成した（図４（ｂ））。

尚、図５は、実施例により形成された着色画素（５２）の断面のＳＥＭ写真である。図５に示すように、逆テーパー状のスリット（Ｓ）の断面形状は良好に形成されている。

次に、図４（ｃ）に示すように、ブラックマトリックス（５１）、スリットを有する着色画素（５２）が形成されたガラス基板（５０）上の全面に、透明導電膜（５３）を形成した。透明導電膜（５３）としては、ＩＴＯをスパッタリング法にて、膜厚１５０ｎｍに成膜した。成膜後にアニール処理を施した。

図４（ｃ）に示すように、着色画素（５２）にはスリット（Ｓ）が設けられているので、着色画素上部の透明導電膜（５３ａ）は、スリット（Ｓ）の部分では不連続なものとなり、スリット（Ｓ）と着色画素上部の透明導電膜（５３ａ）とで電極スリット（５５）を構成するものとなる。
また、着色画素のスリット（Ｓ）の底部のガラス基板（５０）が露出した部分には、透明導電膜片（５３ｂ）が成膜されているが、透明導電膜片（５３ｂ）と着色画素上部の透明導電膜（５３ａ）とは、スリット（Ｓ）の断面形状が逆テーパー状であるために、接続されたものではない。また、この透明導電膜片（５３ｂ）には印可されないので、電極スリット（５５）に影響を与えることはない。

本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一例の一部を拡大して示す断面図である。 図１示す液晶表示装置用カラーフィルタの平面図である。 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画素を拡大して示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法の実施例を説明する断面図である。 実施例により形成された着色画素の断面のＳＥＭ写真である。 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６に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 ＭＶＡ−ＬＣＤの断面を模式的に示した説明図である。 （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。 ＭＶＡ−ＬＣＤの他の例を示す断面図である。

符号の説明

４、８、８Ａ、８Ｂ、９・・・カラーフィルタ
２０、２９・・・ＴＦＴ基板
２２ａ、２２ｂ、２３・・・配向制御用突起
２３Ａ、２３Ｂ・・・配向制御用突起（リブ、楕円形状）
２５ａ、２５ｂ、２５・・・配向制御用電極スリット
２７・・・液晶分子
４０、５０・・・ガラス基板
４１、５１・・・ブラックマトリックス
４１Ａ・・・マトリックス部
４１Ｂ・・・額縁部
４２、５２・・・着色画素
４３、５３・・・透明導電膜
５２Ｒ・・・赤色着色画素
５２Ｇ・・・緑色着色画素
５２Ｂ・・・青色着色画素
５３ａ・・・着色画素上部の透明導電膜
５３ｂ・・・透明導電膜片
５５・・・配向制御用電極スリット（電極スリット）
８０・・・ＭＶＡ−ＬＣＤ
８９・・・ＭＶＡ−ＬＣＤ
Ｓ・・・スリット

Claims (4)

1. 配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、
   １）ガラス基板上に、電極スリットを形成する位置に断面形状が逆テーパー状のスリットを有する着色画素を形成する工程、
   ２）該スリットを有する着色画素が形成されたガラス基板上の全面に、透明導電膜を成膜し前記スリットを電極スリットとする工程、
   を少なくとも具備することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
2. 前記スリットの平面形状が、円形、矩形、又は線状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の製造方法。
3. 前記スリットの幅又は径が、０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
4. 請求項１、請求項２、又は請求項３記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を用いて製造された、配向制御用電極スリットが設けられた液晶表示装置用カラーフィルタであって、該配向制御用電極スリットは、断面形状が逆テーパー状のスリットを有する着色画素の表面上に透明導電膜を成膜してなる配向制御用電極スリット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。