JP2009069522A - カラーフィルタ基板及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂ブラックマトリクスを使用し、かつ、オーバーコート層を省略した構造でも、基板表面を平坦化することができ、表示品位を向上させることができるカラーフィルタ基板及び液晶表示装置の提供。
【解決手段】オーバーコート層の無いカラーフィルタ基板１において、樹脂ブラックマトリクスの高精細化と、カラーフィルタ基板表面の平坦化、特に樹脂ブラックマトリクス額縁４の最外周部分の急峻な段差を緩やかにすることを両立するために、樹脂ブラックマトリクス額縁４付近を、カラーフィルタ基板１を構成する樹脂ブラックマトリクス以外の材料、例えば各色の色層や柱スペーサ材、ホワイトを表示する為に使用する透明樹脂などで覆うように平坦化パターン層８を配置する。これにより、工程や材料を追加することなく、表示に影響がない程度にカラーフィルタ基板１表面を平坦化することが出来る。
【選択図】図２
【解決手段】オーバーコート層の無いカラーフィルタ基板１において、樹脂ブラックマトリクスの高精細化と、カラーフィルタ基板表面の平坦化、特に樹脂ブラックマトリクス額縁４の最外周部分の急峻な段差を緩やかにすることを両立するために、樹脂ブラックマトリクス額縁４付近を、カラーフィルタ基板１を構成する樹脂ブラックマトリクス以外の材料、例えば各色の色層や柱スペーサ材、ホワイトを表示する為に使用する透明樹脂などで覆うように平坦化パターン層８を配置する。これにより、工程や材料を追加することなく、表示に影響がない程度にカラーフィルタ基板１表面を平坦化することが出来る。
【選択図】図２
Description
本発明は、カラーフィルタ基板及び液晶表示装置に関し、特に、オーバーコート層のないカラーフィルタ基板及び該カラーフィルタ基板を有する液晶表示装置に関する。
近年、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイが、その薄さ、軽量、低消費電力などの特長により、広く普及している。従来は主にパソコン用モニタやノート用モニタが主流であったが、ＴＶ用途としての需要が高まるにつれて、より鮮やかな表示、すなわち色再現性の高いディスプレイの要求が高まってきている。一般に多くのフラットパネルディスプレイは、カラー表示やそのカラー表示を補助する為に、各画素数に対応した色層パターンをもつカラーフィルタを備えており、前述の色再現性を向上するには、そのフラットパネルディスプレイの光源の分光スペクトルと、カラーフィルタの分光スペクトルを調整することで実現している。特に液晶表示装置においては、３波長タイプ冷陰極管のＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）バックライトやＬＥＤ（Light Emitting Diode）バックライト光源のスペクトル調整、および液晶パネルを形成するカラーフィルタ基板の色層のスペクトル調整を行っている。
カラーフィルタ基板を製造する場合には、一般的に、印刷法、フォトレジスト法、エッチング法などの方法が使用されるが、高精細、分光特性の制御性や再現性などを考慮すれば、フォトレジスト法が好ましい。フォトレジスト法は、顔料を透明樹脂中に、光開始剤、重合製モノマーとともに適当な溶剤に分散させた着色組成物を透明基板上に塗布成膜した後、パターン露光、現像することで１色の色層を形成する工程を、各色くり返し行ってカラーフィルタを作製する方法である。その後、カラーフィルタの検査を行い、塗布時の膜厚ムラや、色レジストの凝集による色ムラ、パターン不良などをチェックして良否判断を実施している。
また、フラットパネルの低コスト化も、特にＴＶ用途において進んでいる。その為、パネルを構成する各種部材の低コスト化も根本的な構造を見直す所から検討が行われている。たとえば液晶表示装置において、下記特許文献１のようにカラーフィルタ基板の構造を見直すことにより、工程数と材料費の削減を行っている。また、下記特許文献２では、ブラックマトリクス（以下、ＢＭと略す。）の材料として従来の金属クロムに代えて、黒色樹脂材料を使用する構成を開示している。
ここで、従来のカラーフィルタ基板の構造及び製造方法について図面を参照して説明する。図１５乃至図１７は、一般的なオーバーコート（以下、ＯＣと略す。）層付きのカラーフィルタ基板の例を示す平面図及び断面図である。また、図１８乃至図２０は、樹脂材料からなるＢＭを使用したＯＣ層が無いカラーフィルタ基板の例を示す平面図及び断面図である。また、図２１は、下記特許文献２に記載されたカラーフィルタ基板を示す断面図である。
図１８乃至図２０に示す、樹脂ＢＭを使用したＯＣ層が無いカラーフィルタ基板１１は、まず、ガラス基板１２上に樹脂ＢＭレジストを塗布、露光、現像、焼成し、表示領域内のＢＭパターン（樹脂ＢＭ１３）及び表示領域外周のＢＭパターン（樹脂ＢＭ額縁１４）を形成し、次に、色レジストを塗布、露光、現像、焼成し、色層パターン（Ｒ色層１５ａ、Ｇ色層１５ｂ、Ｂ色層１５ｃ）を形成し、必要に応じて表面研磨を行い、その後、液晶ギャップ形成の為に柱状スペーサを配置して作製する。
また、図１５乃至図１７に示す、樹脂ＢＭを使用したＯＣ層付きのカラーフィルタ基板１１、例えばＩＰＳ（In Plane Switching）モード用カラーフィルタ基板などは、上記カラーフィルタ基板の作製方法において、色層パターン形成工程後に、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などを塗布、焼成するＯＣ層形成工程を追加する。
そして、このカラーフィルタ基板１１とＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチング素子がマトリクス状に配列されたＴＦＴ基板に配向処理を行い、液晶滴下貼り合せ、もしくは貼り合せ後に液晶注入および封孔処理を行った後、偏光板などを貼り付けて液晶パネルとする。なお、柱状スペーサ以外に、球状スペーサによってギャップ形成を行なっても良い。
コスト低減の為にＯＣ層を使用しないカラーフィルタ基板では、基板表面の平坦性が不十分なため、各種の表示不具合が発生しやすくなる。具体的には、ＯＣ層は、主に色層からの不純物溶出を防ぐ機能と、カラーフィルタ基板表面の段差を低減させる機能とを備えているが、ＯＣ層を無くした場合は、特に平坦性悪化に関係する不具合、例えば、ラビングムラ起因の中間調表示ムラや、黒表示光漏れによるコントラスト低下などが発生しやすくなる。また、ＢＭとして樹脂材料を使用した場合には、樹脂ＢＭの段差部分に見られる配向膜剥がれクズや、ラビング時に付着した配向膜たまりの固着クズが振動試験の際に表示領域内に移動する「振動輝点」などの表示品位を低下させる不具合が発生する。
上記問題に対して、基板表面を平坦化するために、色層パターン断面をテーパー化する方法も提案されているが、一般的に樹脂ＢＭ額縁１４上には、色層パターンを配置しないか、もしくは数列画素だけダミーパターンを配置しているため、樹脂ＢＭ額縁１４の外周部付近にＯＣ層が無い場合、樹脂ＢＭ額縁１４の急峻な段差が露出することになる。また、カラーフィルタ基板の表面研磨によっても、表示領域内の色層パターンとＢＭパターンとが重なった部分の突起を平坦にすることはできるが、樹脂ＢＭ額縁１４の外周部における急峻な段差はテーパー化することは出来ない。よって従来の色層パターン断面をテーパー化する方法や、カラーフィルタ基板表面を研磨する方法だけでは、基板表面の平坦化効果が表示領域内に限定され、樹脂ＢＭ額縁１４付近から発生する振動輝点に対しては改善効果が小さい。
そこで、樹脂ＢＭ額縁１４の外周部における急峻な段差に起因する問題を回避するため、上記特許文献２では、図２１に示すようにＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜２１を表面に十分に積層させることで段差部分のテーパー化を行っている。しかしながら、例えば、ＩＰＳ用カラーフィルタ基板の場合は、カラーフィルタ基板表面にＩＴＯ膜２１を設置してしまうと、ＩＰＳ駆動を行うための横電界を妨げるような縦電界が、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間に生じてしまうため、このような導電性のあるＩＴＯ膜２１を使用することは出来ない。また、この構造では、新たにＩＴＯ膜２１を形成する工程が増加し、ＩＴＯ材料のコストも増加するため、カラーフィルタ基板のコストの低減効果がなくなってしまうという問題点がある。
また、上記特許文献２では、配向膜と同様な材料でＢＭパターンを覆うことも提案されているが、配向膜と兼用する材料を用いる場合は、テーパー化するために、通常の膜厚（数十ｎｍ）よりも遥かに厚く（数μｍ）配向膜を形成する必要があり、一般的に重量あたりの単価が高い配向膜のパネルに占める材料コストが更に増大し、また、塗布ムラや残像などの表示への影響などが考えられる為、ＯＣ層を省略することによるコスト低減効果がなくなってしまう。
また、新たに工程や材料を追加せずに、樹脂ブラックマトリクスの急峻な段差を低減させる方法も提案されている。例えば、上記特許文献３には、樹脂ＢＭと透明基板のなす角度を２０〜５５°としたり、樹脂ＢＭと着色層のなす角度を１０〜２５°としたカラーフィルタ基板が開示されている。しかしながら、樹脂ＢＭの材料、条件調整により樹脂ＢＭ額縁のテーパー化を行うと、表示領域内のＢＭパターンも同時にテーパー化されてしまい、樹脂ＢＭをテーパー化した場合、図１０に示す通り、ＢＭ線幅パターンの両端付近の膜厚が薄くなり、ＯＤ値不足や現像時のパターン欠けなどにより直線性が悪化する。そのため、特に近年要求が高まってきている高精細表示を行う場合に不可欠である樹脂ＢＭを細線化することが困難となり、色層パターンの高精細化が難しくなってしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、樹脂ブラックマトリクスを使用し、かつ、ＯＣ層を省略した構造でも、基板表面を平坦化することができ、表示品位を向上させることができるカラーフィルタ基板及び該カラーフィルタ基板を有する液晶表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、透明基板上に、遮光層からなるブラックマトリクスパターンと、樹脂材料からなる色層パターンと、が少なくとも形成され、前記ブラックマトリクスパターン及び／又は前記色層パターン上にオーバーコート層が形成されていないカラーフィルタ基板において、前記ブラックマトリクスパターンは、表示領域内に形成されるパターンと、前記表示領域の外周に形成される額縁パターンと、を含み、少なくとも前記額縁パターンの外周側の側面の段差部を覆うように、平坦化パターン層が形成されているものである。また、前記遮光層からなるブラックマトリクスパターンは、遮光材を含む樹脂材料の単層膜で形成されているものである。
本発明においては、前記平坦化パターン層は、各色の前記色層パターンを形成するための顔料を含む樹脂材料、スペーサを形成するための樹脂材料、ホワイトを表示するため透明樹脂材料のいずれかの単層膜とすることができ、これらの材料の中から選択される複数の材料を積層した積層膜とすることもできる。
また、本発明においては、前記平坦化パターン層は、前記色層パターン又は前記スペーサ又は前記ホワイトのパターンと同層かつ同時に形成されてなる構成とすることができる。
また、本発明においては、前記色層パターンは、前記額縁パターン上に延在し、前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上で前記色層パターンに連結し、前記色層パターン及び該色層パターンに連結する前記平坦化パターン層の一部を覆うように、配向膜が形成される構成、又は、前記色層パターンは、前記額縁パターン上に延在し、前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上で前記色層パターンよりも外周側に形成され、前記色層パターンを覆い、前記平坦化パターン層に重ならないように、配向膜が形成される構成とすることができ、前記配向膜の下層に、透明電極膜が形成される構成とすることもできる。
また、本発明においては、前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上から、前記表示領域の外周側に形成されるシール材よりも内側までの領域に形成される構成とすることができ、前記ブラックマトリクスパターンの前記透明基板に対する接線の角度をθ（ＢＭ）、前記平坦化パターン層の前記透明基板に対する接線の角度をθ（平）とした場合に、５５度≦θ(ＢＭ)≦９０度、２８度≦θ(平)＜５５度、となる構成、及び／又は、前記ブラックマトリクスパターンと前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記ブラックマトリクスパターンの斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（ＢＭ）、前記平坦化パターン層と前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記平坦化パターン層の斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（平）とした場合に、４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度、となる構成とすることができる。
また、本発明においては、前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上から、前記透明基板の端部、又は、前記表示領域の外周側に形成されるシール材直下までの領域に形成される構成とすることができ、前記ブラックマトリクスパターンと前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記ブラックマトリクスパターンの斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（ＢＭ）、前記平坦化パターン層と前記シール材との接触点と膜厚が９０％における前記平坦化パターン層の斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（平）とした場合に、４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度、となる構成とすることができる。
また、本発明においては、前記平坦化パターン層は、前記透明基板上に形成される前記ブラックマトリクスパターン以外の部材の内、前記ブラックマトリクスパターンよりも側面がなだらかな傾斜となる部材で形成される構成とすることができる。
また、本発明においては、前記ブラックマトリクスパターンによりマーカーが形成され、前記平坦化パターン層は、前記マーカーを避けるように形成される構成とすることができる。
また、本発明においては、ラビング方向と、前記額縁パターンの辺に直交する方向との間の角度βが、０度≦β≦４５度となる前記額縁パターンのみに、前記平坦化パターン膜が形成される構成とすることができる。
また、本発明の液晶表示装置、電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ、及び撮像装置は、上記記載のカラーフィルタ基板を備えるものである。
また、本発明の横電界駆動方式の液晶表示装置は、上記記載のカラーフィルタ基板を備えるものである。
このように、カラーフィルタ基板を構成するブラックマトリクス以外の材料、たとえば色層や柱スペーサ材、ホワイトを表示するために使用する透明樹脂などを用いて平坦化パターンを形成することにより、平坦化のために新たな工程や、従来工程の時間を追加することなく、また、ブラックマトリクスや色層の高精細化を阻害することなく、基板表面を効果的に平坦化することができる。
また、基板表面を平坦化することにより、樹脂ブラックマトリクスの段差部分に見られる配向膜剥がれクズや、ラビング時の配向膜たまりの固着クズが付着しなくなり、振動試験の際に表示領域内に移動する「振動輝点」不具合が発生せず、表示品位を向上させることができる。
ＯＣ層の無いカラーフィルタ基板において、ＢＭ額縁付近を、カラーフィルタ基板を構成するＢＭ以外の材料、たとえば色層や柱スペーサ材、ホワイトを表示する為に使用する透明樹脂などで覆うように平坦化パターン層を配置することで、工程や材料を追加することなく、表示に影響がない程度にカラーフィルタ基板表面を平坦化することが出来る。
また、ラビング配向処理の際に、カラーフィルタ基板表面に急峻な段差が存在すると、ラビング布の毛先が十分にカラーフィルタ基板表面と接触しない領域が発生し、液晶配向状態の乱れを引き起こしてしまうが、平坦化パターン層を配置することで、ラビングによる配向処理の均一性が向上し、ラビング起因の黒表示での光漏れ、中間調でのムラが軽減され、コントラストおよび表示均一性などの表示品位を向上させることができる。
ＯＣ層の無いカラーフィルタ基板において、ＢＭ額縁最外周の急峻な段差部分に、配向膜剥がれクズやラビング時に付着した配向膜クズの固着物が見られ、それらはラビング後の洗浄工程においても簡単に除去することが難しく、パネル化した後、振動試験の際などにそれらのクズが剥離、液晶内を浮遊し、表示領域内に移動する「振動輝点不具合」が発生する場合があるが、平坦化パターン層を配置することで、ＢＭ額縁最外周の段差が緩やかになり、それらのクズが固着しにくくなる為、振動輝点発生を軽減させることができる。
また、ＢＭ額縁最外周の段差部分のテーパー化を、カラーフィルタ基板を構成するＢＭ以外の材料で行うことで、ＢＭ自体はテーパー化の必要が無くなるため、ＢＭ額縁最外周の急峻な段差を緩やかにすることと、ＢＭの高精細化とを両立させることができる。
樹脂ＢＭを使用した従来のカラーフィルタ基板は、表面平坦化のためにＯＣ層が必要とされてきたが、ＯＣ層をなくすことでカラーフィルタ基板の作製工程の削減と、ＯＣ層材料費の削減を行う事が出来る。しかしながら、ＯＣ層を無くしたカラーフィルタ基板では、カラーフィルタ基板表面の急峻な段差によって種々の表示不具合が発生する。
カラーフィルタ基板表面を平坦化する方法として、表示領域内の急峻な段差を低減させる為に、色レジスト材料を調整して、色層パターン端部のテーパー角度を大きくする方法がある。しかしながら、樹脂ＢＭ額縁の最外周部分には通常は色層などのパターンを設けないため、この部分の急峻な段差を低減することはできない。そこで、樹脂ＢＭ自体をテーパー化する方法も考えられるが、樹脂ＢＭ自体をテーパー化すると表示領域内のＢＭパターンも同時にテーパー化されてしまう。そのため、直線性が悪化し、ＢＭパターンの細線化が困難となり、高精細なカラーフィルタ基板を作製できなくなってしまう。
特に、例えばＩＰＳモード用カラーフィルタ基板においては、他のＯＣＢ（Optically Compensated Bend）、ＴＮ（Twisted Nematic）、ＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶パネルと比較して、ギャップ均一性が表示品位として重要であり、カラーフィルタ基板表面の凹凸を平坦化する目的である透明樹脂性のＯＣ層を削減することは従来困難なこととされてきた。
そこで、本発明では、ＯＣ層の無いカラーフィルタ基板において、樹脂ＢＭの高精細化と、カラーフィルタ基板表面の平坦化、特に樹脂ＢＭ額縁の最外周部分の急峻な段差を緩やかにすることを両立するために、樹脂ＢＭ額縁付近を、カラーフィルタ基板を構成する樹脂ＢＭ以外の材料、例えば色層や柱スペーサ材、ホワイトを表示する為に使用する透明樹脂などで覆うように平坦化パターン層を配置する。これにより、例えばＩＰＳ用カラーフィルタ基板において工程や材料を追加することなく、表示に影響がない程度にカラーフィルタ基板表面を平坦化することが出来る。
ＯＣ層の無いカラーフィルタ基板表面の急峻な段差によって発生する種々の表示不具合の一例として、ラビング配向処理不具合に起因した表示不良が挙げられる。ラビング配向処理の際に、カラーフィルタ基板表面に急峻な段差が存在すると、ラビング布の毛先が十分にカラーフィルタ基板表面と接触しない領域が発生し、液晶配向状態の乱れを引き起こしてしまう。ＯＣ層が無いカラーフィルタ基板表面を上記平坦化パターン層で平坦化することで、ラビングによる配向処理の均一性が向上し、ラビング起因の黒表示での光漏れ、中間調でのムラが軽減され、コントラストおよび表示均一性などの表示品位を向上させることができる。
ＯＣ層の無いカラーフィルタ基板において、樹脂ＢＭ額縁最外周の急峻な段差部分に、配向膜剥がれクズやラビング時に付着した配向膜クズの固着物が見られる。ＣＦ基板ラビング後の洗浄工程においても簡単に除去することが難しく、パネル化した後、振動試験の際などにそれらのクズが剥離、液晶内を浮遊し、表示領域内に移動する「振動輝点不具合」が発生する場合がある。ＯＣ層が無いカラーフィルタ基板表面を上記平坦化パターン層で平坦化することで、樹脂ＢＭ額縁最外周の段差が緩やかになり、それらのクズが固着しにくくなる為、振動輝点発生を軽減させることができる。
また、平坦化パターン層を配置せずに、樹脂ＢＭをテーパー化する事も考えられるが、前述したように表示領域内の樹脂ＢＭパターンも同時にテーパー化されてしまう為、直線性の悪化や細線化が困難となる。これはテーパー化により、ＢＭ線幅パターンの端部分は膜厚が薄くなるため、現像時などに欠け易くなったり、必要なＯＤ値が得られなくなるからであり、この問題は図１０に示すようにＢＭ線幅を細くするほど顕著になる。樹脂ＢＭ額縁の最外周段差部分のテーパー化を平坦化パターン層で行うことにより、樹脂ＢＭ自体はテーパー化の必要が無くなるため、樹脂ＢＭ額縁最外周の急峻な段差を緩やかにすることと、樹脂ＢＭパターンの高精細化を両立させることができる。
上記平坦化パターン層の形成に際して、ＢＭのテーパー角度と平坦化パターン層のテーパー角度との関係が重要になるため、以下の検討を行った。図１１乃至図１４を参照して説明する。
図１１は、ガラス基板２上に形成された樹脂層の接触角度及び接線の角度を定義する図であり、図１２は、平坦化パターン層８をシール材１０に重ならないように形成した場合の、ガラス基板２との接触位置におけるテーパー角度及び接線の角度を定義する図、図１３は、平坦化パターン層８をシール材１０に重なるように形成した場合の、シール材１０との接触位置におけるテーパー角度及び接線の角度を定義する図であり、図１４は、ＢＭパターン（例えば、樹脂ＢＭ額縁４）のガラス基板２との接触位置におけるテーパー角度及び接線の角度を定義する図である。このとき、平坦化パターン層８のテーパー角度は、樹脂ＢＭ額縁部分と重なっていない領域に関して定義する。また、図１１に示すように、テーパー角度αは、樹脂層の膜厚をｈ（ｈはＢＭ額縁より外側で定義）とした場合に、その９０％の膜厚における樹脂層表面と、基材（ここでは、ガラス基板２）の接触位置とを結ぶ線と、基材表面に平行な線とのなす角度とする。
まず、平坦化パターン層８をシール材１０に重ならないように形成した場合（図１２及び図１４）について説明する。ここでは、平坦化パターン層８と樹脂ＢＭ額縁４のテーパー角度をそれぞれα（平）、α（ＢＭ）とし、それぞれのガラス基板２との接触位置における接線の角度を、θ(平)、θ(ＢＭ)とする。逆テーパー形状は好ましくない為、９０度より大きい角度には設定しない。
樹脂ＢＭや色層の接触角度は断面ＳＥＭ写真観察から接線法により求めた。樹脂ＢＭの膜厚ｈ＝１．２５μｍ、角度はα（ＢＭ）＝４５．０度、θ(ＢＭ)＝５５．４度であった。平坦化パターン層８として、たとえばＢｌｕｅの色層（Ｂ色層５ｃ）を使用した場合、平坦化パターン層８（すなわち、Ｂ色層５ｃ）の膜厚＝２．０μｍ、α（平）＝２０.０度、θ(平)＝２８．７度であった。ちなみに角度が大きな範囲における規定は、樹脂ＢＭおよび色層共にネガタイプの感光性レジストであるため、テーパーをつける、すなわち角度を小さくする場合には、それぞれの材料特性に依存するが、角度を大きく９０度に近づけることに関しては、露光、現像条件などの調整で対応が可能であるため、以下のように規定することができる。
［シールパターンと平坦化パターン層とが重ならない場合］
テーパー角度に関しては、４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度、
接線の角度に関しては、５５度≦θ（ＢＭ）≦９０度、２８度≦θ（平）＜５５度。
テーパー角度に関しては、４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度、
接線の角度に関しては、５５度≦θ（ＢＭ）≦９０度、２８度≦θ（平）＜５５度。
また、シール材１０と平坦化パターン層８とが重なる場合（図１３及び図１４）は、シール材１０との接触点を基準として、ガラス基板２に対して平行な線と、平坦化パターン層８の断面の傾斜がなす角をαとし、以下のように規定することができる。なお、αの最小値は、平坦化パターン層８をカラーフィルタ基板１の端面まで延長した時に得られる。
［シールパターンと平坦化パターン層とが重なる場合］
４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度。
４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度。
一例として、平坦化パターン層８をカラーフィルタ基板１の端面まで延長した時のテーパー角度αの最小値は、シール材１０と樹脂ＢＭ額縁４との間の設計距離にもよるが、距離が３〜４ｍｍ、樹脂ＢＭ額縁４付近の平坦化パターン層８をたとえば色層とした時、樹脂ＢＭの膜厚が１．３μｍ、色層の膜厚が２．０μｍ、その重なり部分の膜厚は約３．３μｍとなるため、α(平)の角度は非常に小さく、１．０度よりも小さい値となる。
また、樹脂ＢＭ額縁４からガラス基板２の端部までの間、アライメントマークなどの各種マーカーが配置されるカラーフィルタ基板１の外周部分において、マーカーとの干渉により、樹脂ＢＭ額縁４の外周部の全てに平坦化パターン層８が配置できない場合は、ラビング方向と、樹脂ＢＭ額縁４の幅方向（樹脂ＢＭ額縁４の辺に直交する方向）との間で形成される角度βが、０度≦β≦４５度となる樹脂ＢＭ額縁４の一部の辺に平坦化パターン層８を配置することによっても、振動輝点の不具合が軽減される。ただし、樹脂ＢＭ額縁４の外周の全てに平坦化パターン層８を配置する場合よりは、改善効果が低下する。以下、上記カラーフィルタ基板及び該カラーフィルタ基板を有する液晶表示装置の具体的構成及び製造方法について図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施例に係るカラーフィルタ基板及び液晶表示装置について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施例のカラーフィルタ基板の構成例を示す平面図であり、図２及び図３は、その断面図である。
図１乃至図３に示すように、本実施例のカラーフィルタ基板１は、ＩＰＳモード用カラーフィルタ基板など、表面に透明電極が無く、かつ、ＯＣ層が無い構造であり、ガラス基板２等の透明絶縁性基板上に、樹脂ＢＭレジストを塗布、露光、現像、焼成して形成した、表示領域内の樹脂ＢＭ３及び表示領域外周の樹脂ＢＭ額縁４からなるＢＭパターンと、色レジストを塗布、露光、現像、焼成して形成した、Ｒｅｄの色層（Ｒ色層５ａ）、Ｇｒｅｅｎの色層（Ｇ色層５ｂ）、Ｂｌｕｅの色層（Ｂ色層５ｃ）などの色層パターンと、樹脂ＢＭ額縁４の外周側の側面の段差部を覆うように形成された平坦化パターン層８と、少なくとも表示領域上に形成された配向膜７などを備えている。
ここで、一般的には、樹脂ＢＭ額縁４上付近には、色層パターンがダミー画素として配置される程度であるが、本実施例では、特に樹脂ＢＭ額縁４の外周側の側面の段差もしくは断面の角度を緩やかにする、すなわちテーパー角度を大きくするために、カラーフィルタ基板１を構成する樹脂ＢＭ以外の材料、たとえば色層や柱スペーサ材、半透過反射型液晶表示装置で一部の色層の代わりに用いるホワイトを表示する為に使用する透明樹脂などで、少なくとも表示領域以外の樹脂ＢＭパターン（樹脂ＢＭ額縁４およびダミー画素がある場合はそれも含めて）覆うように、平坦化パターン層８を配置することを特徴としている。
この樹脂ＢＭ額縁４を覆うように積層する平坦化パターン層８は、色層や柱スペーサ、ホワイトを表示するために使用する透明樹脂などの樹脂ＢＭ以外のいずれかの材料により、１層構造としてもよいし、複数の材料による積層構造として良い。本実施例では色層（Ｒ色層５ａ、Ｇ色層５ｂ、Ｂ色層５ｃの少なくとも１つ）を使用して樹脂ＢＭ額縁４の外周部の段差を覆うことでテーパー化を行っており、表示領域内の色層パターン作製と同時に形成するため、新たな工程および追加材料を必要としない。
なお、ＯＣ層が有る場合と同様な構成にするためには、カラーフィルタ基板１の端部付近まで平坦化パターン層８を延長したほうが良いが、シールパターン下地に平坦化パターン層８の樹脂層が配置された場合、下地にガラス基板が配置される場合よりもシール材の密着力が低下する恐れがあるため、本実施例の平坦化パターン層８は、液晶を封止するためのシールパターンを避けるようにカラーフィルタ基板１の端部の手前までのパターンとしている。この場合のシール材との配置関係、テーパー角度の定義に関しては、図１２及び図１４のようになる。
また、本発明のカラーフィルタ基板に使用する材料について、ＢＭの樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性もしくは非感光性材料が使用され、本実施例では、感光性のアクリル系樹脂を使用している。ＢＭの遮光剤としては、カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄等の金属酸化物、金属硫化物、金属の他に、赤、青、緑色顔料の混合物を使用できるが、遮光性に優れたカーボンブラックを使用することが好ましい。
色層の樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性もしくは非感光性材料が使用されるが、本実施例では、感光性のアクリル系樹脂を使用している。色層の顔料としては有機顔料、無機顔料、染料等が使用されるが、主にＲｅｄ用としては、アントラキノン系顔料C. I. Pigment No. R-177、ジケトピロロピロール顔料C. I. Pigment No. R-254、キナクリドン系顔料C. I. Pigment No. R-207、ペリレン系顔料C. I. Pigment No. R-224、補色顔料としてイソインドリン顔料C. I. Pigment No. Y-139などが用いられる。また、主にＧｒｅｅｎ用としては、ハロゲン化銅フタロシアニン顔料C. I. Pigment No. G-36、C. I. Pigment No. G-7、補色顔料としてニッケルアゾ錯体顔料C. I. Pigment No. Y-150、キノフタロン顔料C. I. Pigment No.Y-138などが用いられる。また、主にＢｌｕｅ用としては、フタロシアニン顔料C. I. Pigment No. B-15：6、補色顔料としてジオキサジン系顔料C. I. Pigment No. V-23などが用いられる。分散剤としては界面活性剤、顔料や染料の中間体などが使用される。これらの他にも、重合開始剤、紫外線吸収剤などの添加剤が加えられる。本実施例ではＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの色レジストについて、ネガ型レジストを使用している。
また、カラーフィルタ基板としては、必要に応じて、液晶ギャップ形成の為にスペーサを配置する。本実施例では、開口部外、好ましくはＢＭ上に固定される、もしくはＢＭ上で液晶ギャップを支持し開口部には進入しないスペーサを用いる。より好ましくは柱状スペーサを用いる。このスペーサ材として、実施例では感光性のアクリル系樹脂で、ネガ型レジストを使用した。
上記構成のカラーフィルタ基板１と、ＩＰＳタイプのＴＦＴ基板に配向処理を行い、液晶滴下貼り合せ、もしくは貼り合せ後に液晶注入、封孔を行った後、偏光板などを貼り付けて液晶パネルとし、駆動回路基板などを接続して、バックライトモジュールと組み合わせることで、液晶表示装置を作製した。
このように、カラーフィルタ基板１を構成するＢＭ以外の材料を用いて、少なくとも樹脂ＢＭ額縁４の外周部の段差を覆うように平坦化パターン層８を配置することにより、新たな工程や、従来工程の時間を追加することなく、また、ＢＭパターンや色層パターンの高精細化を阻害することなく、基板表面を効果的に平坦化することができると共に、樹脂ＢＭ額縁４の段差部に配向膜のクズが付着しなくなり、表示品位を向上させることができる。
次に、本発明の第２の実施例に係るカラーフィルタ基板及び液晶表示装置について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、本実施例のカラーフィルタ基板の構成例を示す断面図である。
図４及び図５に示すように、本実施例のカラーフィルタ基板１は、ＩＰＳモード用カラーフィルタ基板など、表面に透明電極が無く、かつ、ＯＣ層が無い構造である。第１の実施例との相違は、平坦化パターン層８が樹脂ＢＭ額縁４上の色層（ダミー画素）に連結していないこと、及び、配向膜７が平坦化パターン層８上には形成されていないことである。このような構成でも、樹脂ＢＭ額縁４の外周側の側面の段差は、カラーフィルタ基板１を構成するＢＭ以外の材料で形成された平坦化パターン層８で覆われているため、段差に起因する表示品位の低下を抑制することができる。
なお、第１の実施例と同様に、平坦化パターン層８は、ＢＭ以外のいずれかの材料による１層構造としてもよいし、複数の材料により積層構造として良い。また、平坦化パターン層８は、液晶を封止するためのシールパターンを避けるようにカラーフィルタ基板１の端部の手前までとすることが好ましく、シール材との配置関係、テーパー角度の定義に関しては、図１２及び図１４のようになる。
次に、本発明の第３の実施例に係るカラーフィルタ基板及び液晶表示装置について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、本実施例のカラーフィルタ基板の構成例を示す断面図である。
図６及び図７に示すように、本実施例のカラーフィルタ基板１は、ＩＰＳモード用カラーフィルタ基板など、表面に透明電極が無く、かつ、ＯＣ層が無い構造である。第１の実施例との相違は、平坦化パターン層８が樹脂ＢＭ額縁４上からカラーフィルタ基板１の端部まで形成されていることである。すなわち、平坦化パターン層８はＯＣ層と同じような構造とするために、カラーフィルタ基板１の端部まで延長されており、この構造では、シールパターンがその平坦化パターン層８の上に配置される。このような構成でも、樹脂ＢＭ額縁４の外周側の側面の段差は、カラーフィルタ基板１を構成するＢＭ以外の材料で形成された平坦化パターン層８で覆われているため、段差に起因する表示品位の低下を抑制することができる。
なお、第１の実施例と同様に、平坦化パターン層８は、ＢＭ以外のいずれかの材料による１層構造としてもよいし、複数の材料により積層構造として良い。また、平坦化パターン層８は、液晶を封止するためのシールパターン直下までの領域に形成してもよい。本実施例におけるシール材との配置関係、テーパー角度の定義に関しては、図１３及び図１４のようになる。
次に、本発明の第４の実施例に係るカラーフィルタ基板及び液晶表示装置について、図８を参照して説明する。図８は、本実施例のカラーフィルタ基板の構成例を示す断面図である。
図８に示すように、本実施例のカラーフィルタ基板１は、ＶＡ（Vertical Alignment）およびＴＮ（Twisted Nematic）、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード用など、表面に透明電極が有り、かつ、ＯＣ層の無い構造であり、色層パターンと配向膜７との間にたとえばＩＴＯ電極などの透明電極９が配置されている。平坦化パターン層８の材料構成や配置は、第１乃至第３の実施例と同様である。このような構成でも、樹脂ＢＭ額縁４の外周側の側面の段差は、カラーフィルタ基板１を構成するＢＭ以外の材料で形成された平坦化パターン層８で覆われているため、段差に起因する表示品位の低下を抑制することができる。
次に、本発明の第５の実施例に係るカラーフィルタ基板及び液晶表示装置について、図９を参照して説明する。図９は、本実施例のカラーフィルタ基板の構成例を示す平面図である。
図９に示すように、本実施例のカラーフィルタ基板１は、ＩＰＳモード用カラーフィルタ基板など、表面に透明電極が無く、かつ、ＯＣ層が無い構造である。第１乃至第４の実施例との相違は、平坦化パターン層８を樹脂ＢＭ額縁４の外周部の一部に配置していることであり、例えば、ラビング方向と、樹脂ＢＭ額縁の幅方向との間で形成される角度βが、０度≦β≦４５度となる辺に配置している。
また、従来の樹脂ＢＭによって形成されるアライメントマークなどのマーカーパターンを避けることが出来ない部分については、そのマーカーと重なる部分のみ、平坦化パターン層８を配置しないようにしてもよいし、色層で平坦化パターン層８を形成している場合は、その色層でマーカーを形成しても良い。平坦化パターン層８の材料構成や配置は、第１乃至第４の実施例と同様である。このような構成でも、樹脂ＢＭ額縁４の外周側の側面の段差の少なくとも一部は、カラーフィルタ基板１を構成するＢＭ以外の材料で形成された平坦化パターン層８で覆われているため、段差に起因する表示品位の低下をある程度抑制することができる。
なお、上記各実施例では、平坦化パターン層８で樹脂ＢＭ額縁４の段差を覆う構成を示したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、カラーフィルタ基板に形成される任意の段差を覆う場合に対して同様に適用することができる。また、本発明のカラーフィルタ基板を液晶表示装置に適用する場合について記載したが、平坦化が求められるカラーフィルタ基板を使用する任意の装置に適用することができる。
本発明の活用例としては、液晶表示装置用カラーフィルタ、フラットパネル用カラーフィルタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）用カラーフィルタなど、同一面内に多色パターンが配置されたカラーフィルタが挙げられる。また、そのカラーフィルタを用いた液晶表示装置ほか、カラーフィルタを使用する電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ、および撮像装置が挙げられる。
１、１１ カラーフィルタ基板
２、１２ ガラス基板
３、１３ 樹脂ＢＭ
４、１４ 樹脂ＢＭ額縁
５、１５ 色層
５ａ、１５ａ Ｒ色層
５ｂ、１５ｂ Ｇ色層
５ｃ、１５ｃ Ｂ色層
７、１７ 配向膜
８ 平坦化パターン層
９ 透明電極
１０ シール材
１６ オーバーコート層（ＯＣ層）
１８ 遮光膜
１９ マーク
２０ 着色層
２１ ＩＴＯ膜
２、１２ ガラス基板
３、１３ 樹脂ＢＭ
４、１４ 樹脂ＢＭ額縁
５、１５ 色層
５ａ、１５ａ Ｒ色層
５ｂ、１５ｂ Ｇ色層
５ｃ、１５ｃ Ｂ色層
７、１７ 配向膜
８ 平坦化パターン層
９ 透明電極
１０ シール材
１６ オーバーコート層（ＯＣ層）
１８ 遮光膜
１９ マーク
２０ 着色層
２１ ＩＴＯ膜
Claims (19)
- 透明基板上に、遮光層からなるブラックマトリクスパターンと、樹脂材料からなる色層パターンと、が少なくとも形成され、前記ブラックマトリクスパターン及び／又は前記色層パターン上にオーバーコート層が形成されていないカラーフィルタ基板において、
前記ブラックマトリクスパターンは、表示領域内に形成されるパターンと、前記表示領域の外周に形成される額縁パターンと、を含み、
少なくとも前記額縁パターンの外周側の側面の段差部を覆うように、平坦化パターン層が形成されていることを特徴とするカラーフィルタ基板。 - 前記遮光層からなるブラックマトリクスパターンは、遮光材を含む樹脂材料の単層膜であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記平坦化パターン層は、各色の前記色層パターンを形成するための顔料を含む樹脂材料、スペーサを形成するための樹脂材料、ホワイトを表示するため透明樹脂材料のいずれかの単層膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記平坦化パターン層は、各色の前記色層パターンを形成するための顔料を含む樹脂材料、スペーサを形成するための樹脂材料、ホワイトを表示するため透明樹脂材料の中から選択される複数の材料を積層した積層膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記平坦化パターン層は、前記色層パターン又は前記スペーサ又は前記ホワイトのパターンと同層かつ同時に形成されてなることを特徴とする請求項３又は４に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記色層パターンは、前記額縁パターン上に延在し、
前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上で前記色層パターンに連結し、
前記色層パターン及び該色層パターンに連結する前記平坦化パターン層の一部を覆うように、配向膜が形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のカラーフィルタ基板。 - 前記色層パターンは、前記額縁パターン上に延在し、
前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上で前記色層パターンよりも外周側に形成され、
前記色層パターンを覆い、前記平坦化パターン層に重ならないように、配向膜が形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のカラーフィルタ基板。 - 前記配向膜の下層に、透明電極膜が形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上から、前記表示領域の外周側に形成されるシール材よりも内側までの領域に形成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記平坦化パターン層は、前記額縁パターン上から、前記透明基板の端部、又は、前記表示領域の外周側に形成されるシール材直下までの領域に形成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記平坦化パターン層は、前記透明基板上に形成される前記ブラックマトリクスパターン以外の部材の内、前記ブラックマトリクスパターンよりも側面がなだらかな傾斜となる部材で形成されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のカラーフィルタ基板。
- 前記ブラックマトリクスパターンの前記透明基板に対する接線の角度をθ（ＢＭ）、前記平坦化パターン層の前記透明基板に対する接線の角度をθ（平）とした場合に、
５５度≦θ(ＢＭ)≦９０度、２８度≦θ(平)＜５５度、
となることを特徴とする請求項９記載のカラーフィルタ基板。 - 前記ブラックマトリクスパターンと前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記ブラックマトリクスパターンの斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（ＢＭ）、前記平坦化パターン層と前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記平坦化パターン層の斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（平）とした場合に、
４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度、
となることを特徴とする請求項９記載のカラーフィルタ基板。 - 前記ブラックマトリクスパターンの前記透明基板に対する接線の角度をθ（ＢＭ）、前記平坦化パターン層の前記透明基板に対する接線の角度をθ（平）、前記ブラックマトリクスパターンと前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記ブラックマトリクスパターンの斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（ＢＭ）、前記平坦化パターン層と前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記平坦化パターン層の斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（平）とした場合に、
５５度≦θ(ＢＭ)≦９０度、２８度≦θ(平)＜５５度、４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度、
となることを特徴とする請求項９記載のカラーフィルタ基板。 - 前記ブラックマトリクスパターンと前記透明基板との接触点と膜厚が９０％における前記ブラックマトリクスパターンの斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（ＢＭ）、前記平坦化パターン層と前記シール材との接触点と膜厚が９０％における前記平坦化パターン層の斜面上の点とを結んだ直線と、前記透明基板に平行な線とのなす角をα（平）とした場合に、
４５度≦α（ＢＭ）≦９０度、０度≦α（平）＜４５度、
となることを特徴とする請求項１０記載のカラーフィルタ基板。 - 前記ブラックマトリクスパターンによりマーカーが形成され、
前記平坦化パターン層は、前記マーカーを避けるように形成されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一に記載のカラーフィルタ基板。 - ラビング方向と、前記額縁パターンの辺に直交する方向との間の角度βが、０度≦β≦４５度となる前記額縁パターンのみに、前記平坦化パターン膜が形成されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
- 請求項１乃至１７のいずれか一に記載の前記カラーフィルタ基板を備えることを特徴とする液晶表示装置、電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ、及び撮像装置。
- 請求項１乃至１８のいずれか一に記載の前記カラーフィルタ基板を備えることを特徴とする、横電界駆動方式の液晶表示装置。
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