JP2011033918A - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電用スペーサーとフォトスペーサーＰＳが設けられたカラーフィルタにおいて、より廉価なカラーフィルタ、及びその製造方法。
【解決手段】着色画素４２が赤色、緑色、青色の着色画素で、導電用スペーサーがブラックマトリックス４１上に、赤色、緑色、青色内の少なくとも１層を形成した積層導電用スペーサーである、或いは着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された積層導電用スペーサーＤＳ−２である。ガラス基板４０上にブラックマトリックスを形成する工程、着色画素を形成する際、積層導電用スペーサーを構成する層を、着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時に形成する工程を具備すること。
【選択図】図４

Description

本発明は、インセル型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタに関するものであり、特に、導電用スペーサーとフォトスペーサーが設けられたカラーフィルタであって、より廉価なカラーフィルタ、その製造方法に関する。

液晶表示装置などの表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの調整、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは有用な手段となっている。この表示装置に用いられるカラーフィルタは、多くの場合、画素として形成され用いられる。表示装置に用いられるカラーフィルタの画素を形成する方法として、これまで実用されてきた方法には、印刷法、フォトリソグラフィ法などが挙げられる。

図１は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの画素の一例を拡大して示す平面図である。また、図２は、図１に示すカラーフィルタの画素のＸ−Ｘ線における断面図である。図１、及び図２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。

液晶表示装置に用いられる上記カラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）を形成し、次に、ブラックマトリックス（４１）が形成されたガラス基板上のブラックマトリックスのパターン（開口部）に位置合わせして着色画素（４２）を形成し、更に透明導電膜（４３）を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）は遮光性を有し、その開口部にてガラス基板上での着色画素の位置を定め、着色画素の大きさを均一なものとしている。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（４１）の形成は、例えば、ガラス基板（４０）上に、黒色フォトレジストの塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介したパターン露光、現像によって不要な部分のレジストを除去し、残存したレジストにてブラックマトリックスを形成するといったフォトリソグラフィ法がとられている。

また、着色画素（４２）は、例えば、赤色、緑色、青色の色再現フィルタの機能を有するものであり、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板（４０）上に、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色フォトレジストの塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像によって着色画素を形成するといったフォトリソグラフィ法がとられている。
また、透明導電膜（４３）の形成は、着色画素が形成されたガラス基板上に、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。

上記方法により製造されたカラーフィルタは、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。多様な液晶表示装置の実用に伴い、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、例えば、１）保護層（オーバーコート層）、２）スペーサー機能を有する突起部、３）液晶の配向を制御する配向制御突起、４）透過表示の領域と反射表示の領域を通過する光の位相を揃えるため
の光路差調整層、５）反射表示の領域への光散乱層、などの種々な機能がカラーフィルタの用途、仕様にもとづき付加されるようになった。

なお、突起部の形成には、フォトレジストの塗布膜を設け、所定のパターンを有するフォトマスクを介してフォトレジストへのパターン露光、現像、必要により現像後のレジストに硬化処理を行うというフォトリソグラフィ法の手法が広く用いられている。以下、フォトリソグラフィ法を用いて形成した上記突起部をフォトスペーサーと記す。

図３は、フォトスペーサーを設けた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断面図である。このカラーフィルタは、インセル（ＩｎＣｅｌｌ）と称し、タッチパネルの入力機能を内蔵した液晶表示装置（インセル型液晶表示装置）に用いられるカラーフィルタである。
このカラーフィルタには、フォトスペーサー（ＰＳ）に加え、導電用スペーサー（ＤＳ）が設けられている。図３に示すように、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、導電用スペーサー（ＤＳ）、透明導電膜（４３）、フォトスペーサー（ＰＳ）が順次に形成されたものである。

フォトスペーサー（ＰＳ）は、カラーフィルタと対向基板（図示せず）を対向させた基板間に液晶を入れるための間隔をもたせるために、基板間のギャップを設定している。このフォトスペーサー（ＰＳ）は、パネルに荷重が加わると変形し、荷重が取り除かれると復元する。また、温度による液晶の熱膨張及び熱収縮に追従して変形する弾性を有している。フォトスペーサー（ＰＳ）上部には透明導電膜（４３）は形成されていない。

導電用スペーサー（ＤＳ）は、タッチパネルの接点となる電極を対向基板上の電極に接近させておくために設けられた突起物である。この突起物（スペーサー）上に透明導電膜（４３）を設け、タッチパネルの電極としている。
導電用スペーサー（ＤＳ）は、例えば、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法で形成される。この導電用スペーサー（ＤＳ）の高さ（Ｈ２）は、フォトスペーサー（ＰＳ）の高さ（Ｈ１）より低く形成される（Ｈ２＜Ｈ１）。

液晶表示装置の表面を外部から、例えば、指で押圧することによって、導電用スペーサー（ＤＳ）上の電極は、対向基板上の電極と電気的の接触し、押圧された液晶表示装置の面内の位置座標を感知するようになっている。

図１、図２に示すカラーフィルタに、図３に示す導電用スペーサー（ＤＳ）、及びフォトスペーサー（ＰＳ）が付加された仕様のカラーフィルタを製造する際、例えば、上記のように、先ず、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）を形成し、次に、ブラックマトリックス（４１）が形成されたガラス基板上のブラックマトリックスのパターン（開口部）に位置合わせして、赤色、緑色、青色の着色画素（４２）を形成する。

次に、一部のブラックマトリックス（４１）上に、フォトレジストを用いて導電用スペーサー（ＤＳ）を所望する高さに形成する。この導電用スペーサー（ＤＳ）が形成されたガラス基板上に透明導電膜（４３）を形成し、続いて、導電用スペーサー（ＤＳ）が形成されていないブラックマトリックス（４１）上に、透明導電膜（４３）を介してフォトスペーサー（ＰＳ）を形成するといった手順となる。
フォトスペーサー（ＰＳ）上には、対向基板との短絡を回避するために、透明導電膜（４３）は設けられていない。

従って、導電用スペーサー（ＤＳ）の形成と、フォトスペーサー（ＰＳ）の形成は別工程となり、導電用スペーサー（ＤＳ）を形成する工程と、フォトスペーサー（ＰＳ）を形
成する工程の２工程が追加されて所望する仕様のカラーフィルタを製造することになる。しかし、このような製造方法は、材料費がかさみ、工程が増えるためカラーフィルタの製造コストが高いものとなる。

特開２００７−１２８０９１号公報 特開平６−１３９００５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、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、及び透明導電膜が形成されたカラーフィルタに、導電用スペーサーとフォトスペーサーが付加して設けられた、インセル型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタにおいて、より廉価な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、より廉価な上記カラーフィルタを製造することのできる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。

本発明は、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、導電用スペーサー、透明導電膜、フォトスペーサーが順次に形成されたカラーフィルタにおいて、
前記着色画素が、赤色、緑色、青色の着色画素で構成され、前記導電用スペーサーが、ブラックマトリックス上に、赤色、緑色、青色内の少なくとも１層を形成した積層導電用スペーサーであることを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記少なくとも１層が、着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時に形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、積層導電用スペーサー、透明導電膜、フォトスペーサーを形成するカラーフィルタの製造方法において、
１）前記ガラス基板上にブラックマトリックスを形成する工程、
２）該ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、赤色、緑色、青色の着色画素を形成する際に、積層導電用スペーサーを構成する少なくとも１層を、着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時にブラックマトリックス上に形成する工程、
３）該着色画素及び積層導電用スペーサーが形成されたガラス基板上に、透明導電膜を形成する工程、
４）該透明導電膜上にフォトスペーサーを形成する工程、
を少なくとも具備することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記フォトスペーサーは、積層導電用スペーサーが形成されていないブラックマトリックス上に、透明導電膜を介して形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明は、着色画素が、赤色、緑色、青色の着色画素で構成され、導電用スペーサーが
、ブラックマトリックス上に、赤色、緑色、青色内の少なくとも１層を形成した積層導電用スペーサーの、或いは、少なくとも１層が、着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された積層導電用スペーサーのカラーフィルタであるので、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、及び透明導電膜が形成されたカラーフィルタに、導電用スペーサーとフォトスペーサーが付加して設けられた、インセル型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタにおいて、より廉価なカラーフィルタとなる。

また、本発明は、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、積層導電用スペーサー、透明導電膜、フォトスペーサーを形成するカラーフィルタの製造方法において、１）前記ガラス基板上にブラックマトリックスを形成する工程、２）該ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、赤色、緑色、青色の着色画素を形成する際に、積層導電用スペーサーを構成する少なくとも１層を、着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時にブラックマトリックス上に形成する工程、３）該着色画素及び積層導電用スペーサーが形成されたガラス基板上に、透明導電膜を形成する工程、４）該透明導電膜上にフォトスペーサーを形成する工程、を少なくとも具備するので、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、及び透明導電膜が形成されたカラーフィルタに、導電用スペーサーとフォトスペーサーが付加して設けられたカラーフィルタをより廉価に製造することのできるカラーフィルタの製造方法となる。

液晶表示装置用カラーフィルタの画素の一例を拡大して示す平面図である。 図１に示すカラーフィルタの画素のＸ−Ｘ線における断面図である。 フォトスペーサーを設けたカラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。 本発明によるカラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。 積層導電用スペーサーが、延長部と第二色目のドットパターンとを積層した構成の例である。

以下に、本発明を、その実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図４は、本発明によるカラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。このカラーフィルタは、タッチパネルの入力機能を内蔵した液晶表示装置に用いられるカラーフィルタである。図４に示すように、このカラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、導電用スペーサー、透明導電膜（４３）、フォトスペーサー（ＰＳ）が順次に形成されたカラーフィルタである。

着色画素は、赤色着色画素（４２Ｒ）、緑色着色画素（４２Ｇ）、青色着色画素（図示せず）で構成されている。導電用スペーサーは、ブラックマトリックス上に、赤色層として延長部（Ｅ１）、緑色層としてドットパターン（Ｐ２）、青色層としてドットパターン（Ｐ３）の３層を形成した導電用スペーサーである。すなわち、この導電用スペーサーは積層構造となっている。導電用スペーサーを構成する複数の層を着色画素の形成と同時に形成することによって、導電用スペーサーを形成するための上記１工程を低減させ、導電用スペーサーを設けたカラーフィルタを廉価に製造することができる。

図４に示すように、この１例に示す積層導電用スペーサー（ＤＳ−２）は、ブラックマ
トリックス（４１Ａ）上の第一色目の着色画素（赤色着色画素（４２Ｒ））の延長部（Ｅ１）と、第二色目のドットパターン（Ｐ２）と、第三色目のドットパターン（Ｐ３）とを積層した構成である。この積層導電用スペーサー（ＤＳ−２）が形成されたガラス基板上の全面に透明導電膜（４３）が設けられている。

第二色目のドットパターン（Ｐ２）は、第二色目の着色画素（緑色着色画素（４２Ｇ））とは連続しておらず独立したパターンであるが、第二色目の着色画素の形成に用いる材料と同一の材料を用い、第二色目の着色画素の形成と同時に形成されたものである。
また、第三色目のドットパターン（Ｐ３）も同様に独立したパターンであり、第三色目の着色画素（緑色着色画素）の形成に用いる材料と同一の材料を用い、第三色目の着色画素の形成と同時に形成されたものである。従って、前記導電用スペーサー（ＤＳ）を形成する際のような工程は不要なものとなる。

フォトスペーサー（ＰＳ）は、積層導電用スペーサー（ＤＳ−２）が形成されていないブラックマトリックス（４１Ｂ）上に透明導電膜（４３）を介して設けられている。

積層導電用スペーサー（ＤＳ−２）の高さ（Ｈ３）は、各色着色画素の形成に用いるフォトレジストの組成を調整することによって、延長部（Ｅ１）、ドットパターン（Ｐ２）、ドットパターン（Ｐ３）の高さを任意に調節し、例えば、図３に示す導電用スペーサー（ＤＳ）の高さ（Ｈ２）に近似する高さ（Ｈ３≒Ｈ２）、或いは、異なる高さにするなど、その高さを適宜に設定することが可能である。

また、図５は、積層導電用スペーサー（ＤＳ−３）が、ブラックマトリックス（４１Ａ）上の第一色目の着色画素（赤色着色画素（４２Ｒ））の延長部（Ｅ１）と、第二色目のドットパターン（Ｐ２）とを積層した構成の例である。
積層導電用スペーサーの高さ（Ｈ４）を大幅に異なるものとしたい場合には、上記フォトレジストの組成の調整によらず、適宜、積層数を変更することによって高さの大幅な調節が可能である。

また、図４は、本発明によるカラーフィルタの部分断面図であるが、このカラーフィルタを平面視した際の積層導電用スペーサー（ＤＳ−２）とフォトスペーサー（ＰＳ）の配列は、例えば、積層導電用スペーサー（ＤＳ−２）とフォトスペーサー（ＰＳ）を平面的に交互に配置した形態をとることがきるが、積層導電用スペーサーとフォトスペーサーの配列は、特に、制約されたものではない。

また、フォトスペーサー（ＰＳ）を設ける位置は、ブラックマトリックス（４１）上に限定されるものではなく、例えば、着色画素（４２）上でもよい。しかし、液晶表示装置の表示品位を考慮するとブラックマトリックス（４１）上にあることが好ましい。
また、積層導電用スペーサーを設ける位置は限定されないが、十分な高さを得るためには、ブラックマトリックス（４１）上に設けることが好ましい。

４０・・・ガラス基板
４１・・・ブラックマトリックス
４２・・・着色画素
４３・・・透明導電膜
ＤＳ・・・導電用スペーサー
ＤＳ−２、ＤＳ−３・・・本発明における積層導電用スペーサー
Ｅ１・・・第一色目の着色画素の延長部
Ｈ１・・・フォトスペーサーの高さ
Ｈ２・・・導電用スペーサーの高さ
Ｈ３、Ｈ４・・・積層導電用スペーサーの高さ
Ｐ２・・・第二色目のドットパターン
Ｐ３・・・第三色目のドットパターン
ＰＳ・・・フォトスペーサー

Claims (4)

1. ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、導電用スペーサー、透明導電膜、フォトスペーサーが順次に形成されたカラーフィルタにおいて、
   前記着色画素が、赤色、緑色、青色の着色画素で構成され、前記導電用スペーサーが、ブラックマトリックス上に、赤色、緑色、青色内の少なくとも１層を形成した積層導電用スペーサーであることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記少なくとも１層が、着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時に形成されたことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。
3. ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、積層導電用スペーサー、透明導電膜、フォトスペーサーを形成するカラーフィルタの製造方法において、
   １）前記ガラス基板上にブラックマトリックスを形成する工程、
   ２）該ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、赤色、緑色、青色の着色画素を形成する際に、積層導電用スペーサーを構成する少なくとも１層を、着色画素の形成に用いる材料と同一材料を用い、着色画素の形成と同時にブラックマトリックス上に形成する工程、
   ３）該着色画素及び積層導電用スペーサーが形成されたガラス基板上に、透明導電膜を形成する工程、
   ４）該透明導電膜上にフォトスペーサーを形成する工程、
   を少なくとも具備することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 前記フォトスペーサーは、積層導電用スペーサーが形成されていないブラックマトリックス上に、透明導電膜を介して形成することを特徴とする請求項３記載のカラーフィルタの製造方法。

Images