JP2011252990A - カラーフィルタ基板および液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】偏光板の貼り付けなどの支障とならないと共に、入射した光の有効利用を図ることができる液晶表示パネルを提供することと。
【解決手段】複数の画素を備えた液晶表示パネル１は、ＴＦＴ１４および画素電極１５が設けられたＴＦＴアレイ基板１０と、画素電極１５に対向する対向電極２５が設けられたカラーフィルタ基板２０と、画素電極１５と対向電極２５との間に設けられた液晶層３０とを備えると共に、カラーフィルタ基板２０は、透明基板２０ａと、複数の画素に対応するように、該透明基板２０ａの液晶層３０側の面に凹設された複数の凹部２０ｂ内に設けられるレンズ形状を有した第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１とこれに積層して設けられるレンズ形状を有した第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２とから構成される着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタ基板および液晶表示パネルに関するものであり、更に詳しくは、マイクロレンズからなる集光手段を備えたカラーフィルタ基板および液晶表示パネルに関するものである。

光透過型の液晶表示パネルは、一般的に、ＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ基板とを備え、これらの基板の間に液晶層が設けられた構成をなしている。ＴＦＴアレイ基板の液晶層側の片面には、透明な画素電極がマトリクス状に配列されると共に、複数の走査線（ゲート配線とも称する）と複数の信号線（ソース配線とも称する）とが互いに略直交するように設けられる。そして、走査線と信号線との交差部近傍には、画素電極を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が設けられる。

また、カラーフィルタ基板の液晶層側の片面には、ブラックマトリクスが形成され、このブラックマトリクスにより画成される領域には、所定の色の着色パターンが形成される。着色パターンは、入射した光の不要波長部分を遮断し、例えば赤、緑、青という色の三原色を単色で取り出す機能（分光特性）を有している。更に、カラーフィルタ基板の液晶層側の片面のほぼ前面には、透明な対向電極が設けられる。

このような構成の液晶表示パネルの片側表面から光を照射すると、照射された光は液晶層および各着色パターンを通過する。そして、液晶表示パネルの反対側表面にはカラー画像が可視状態に表示される。

通常、走査線、信号線およびブラックマトリクスは、遮光性を有するため、液晶表示パネルの片面に照射した光のうちの一部は、これらに遮られて液晶表示パネルを通過できない。すなわち、照射した光のうちの一部は、画像の表示には寄与せずに無駄になっている。特に、液晶表示パネルの片側表面に対して斜め方向から入射した光は、液晶表示パネルを通過できずに無駄になる割合が大きい。無駄になる光が多くなると、液晶表示パネルの輝度が低くなる。

照射した光の無駄を少なくし、液晶表示パネルの輝度の向上を図る構成としては、液晶表示パネルが備えるＴＦＴアレイ基板の液晶層とは反対側の面にマイクロレンズを設けた構成のものが提案されている（下記特許文献１参照）。このような構成によれば、走査線、信号線、ブラックマトリクスなどによって遮蔽されていた光が、液晶表示パネルを透過できるようになる。このため、液晶表示パネルを通過できる光量が増加し、輝度が向上する。

特開昭６０−１６５６２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される構成では、次のような問題点を有する。液晶表示パネルが備えるＴＦＴアレイ基板の液晶層とは反対側の面、つまり液晶表示パネルの外側の面に樹脂などからなるマイクロレンズを形成する構成では、このマイクロレンズの表面にキズなどがつきやすい。また、他の部材などとの接触により、マイクロレンズの曲率が変化することがある。この結果、マイクロレンズが集光作用を充分に発揮できなくなり、輝度の向上を図ることができなくなる場合がある。また、マイクロレンズの外側表面は平坦でないため、偏光板の貼り付けに支障をきたすおそれがある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、偏光板の貼り付けなどの支障とならないと共に、入射した光の有効利用を図ることができるカラーフィルタ基板および液晶表示パネルを提供することである。

上記課題を解決するため本発明にかかるカラーフィルタ基板は、透明基板と、前記透明基板の片面に凹設された複数の凹部内に設けられるレンズ形状を有した第１の着色パターンと該第１の着色パターンに積層して設けられるレンズ形状を有した第２の着色パターンとから構成される着色マイクロレンズを備えることを要旨とするものである。

また、上記課題を解決するため本発明は、複数の画素を備える液晶表示パネルであって、ＴＦＴおよび画素電極が設けられるＴＦＴアレイ基板と、前記画素電極に対向する対向電極が設けられるカラーフィルタ基板と、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられる液晶層とを備えると共に、前記カラーフィルタ基板は、透明基板と、前記複数の画素に対応するように、前記透明基板の前記液晶層側の面に凹設された複数の凹部内に設けられるレンズ形状を有した第１の着色パターンと該第１の着色パターンに積層して設けられるレンズ形状を有した第２の着色パターンとから構成される着色マイクロレンズを備えることを要旨とするものである。

この場合、前記第１の着色パターンとこれに積層される前記第２の着色パターンは、それぞれが異なる分光特性を有する構成にすることが好ましい。

また、前記第１の着色パターンとこれに積層される前記第２の着色パターンは、それぞれが異なる屈折率を有する構成にするのが好ましい。

更に、前記第１の着色パターンと前記第２の着色パターンの少なくとも一方は、着色されたカラーレジスト材料により形成されることが好ましい。

上記構成を有するカラーフィルタ基板および液晶表示パネルによれば、レンズ形状を有した第１の着色パターンと、この第１の着色パターンに積層して設けられるレンズ形状を有した第２の着色パターンとから構成される着色マイクロレンズを備える構成なので、液晶表示パネルに入射した光の有効利用を図ることができ、液晶表示パネルの輝度の向上を図ることができる。

また、着色マイクロレンズが液晶表示パネルの外側表面に露出しないから、着色マイクロレンズにキズや変形が生じにくい。このため、着色マイクロレンズの集光作用が発揮できなくなることを防止できる。また、着色マイクロレンズが液晶表示パネルの外側表面に設けられていないことから、液晶表示パネルに偏光板などを貼り付ける作業の支障とならない。

更に、第１の着色パターンとこれに積層される第２の着色パターンが、それらに入射した光を集光するマイクロレンズとしても機能するので、特許文献１の液晶表示パネルの構成のように着色パターンとマイクロレンズを個別に設ける必要がない。

また、第１の着色パターンとこれに積層される第２の着色パターンという二層構造を有しているため、第１の着色パターンの分光特性と第２の着色パターンの分光特性をそれぞれ適宜設定することにより、第１の着色パターンの厚さと第２の着色パターンの厚さを変更しなくても、色度を調整することができる。特に、第１の着色パターンと第２の着色パターンとが異なる分光特性を有する構成にすると、色度の調整の自由度が増す。

また、第１の着色パターンとこれに積層される第２の着色パターンのうち第１の着色パターンは、透明基板に凹設された凹部内に設けられる構成なので、カラーフィルタ基板の片面からの高さを従来と同等にすることが可能である。

また、第１の着色パターンとこれに積層される第２の着色パターンという二層構造を有した着色マイクロレンズという構成になっているので、第１の着色パターンの屈折率と第２の着色パターンの屈折率をそれぞれ適宜設定することにより、第１の着色パターンのレンズ形状と第２の着色パターンのレンズ形状を変更しなくても、光の通過経路を調整することができる。特に、第１の着色パターンと第２の着色パターンとが異なる屈折率を有する構成にすると、光の通過経路の調整の自由度が増す。

本発明の実施形態にかかる液晶表示パネルの概略構成を示した断面図である。 図１の液晶表示パネルが備えるＴＦＴアレイ基板の画素の概略構成を示した平面図である。 図１の液晶表示パネルが備えるカラーフィルタ基板の画素の概略構成を示した平面図である。 カラーフィルタ基板を製造する工程を模式的に示した断面図であり、（ａ）は透明基板にマスクを形成した状態を示し、（ｂ）は透明基板に凹部を形成した状態を示し、（ｃ）は凹部に第１の着色パターンを形成した状態を示している。 図４に続く工程を模式的に示した断面図であり、（ａ）はブラックマトリクスを形成した状態を示し、（ｂ）は透明基板の表面にカラーレジスト材料を形成した状態を示し、（ｃ）はカラーレジスト材料をリフロー処理して第２の着色パターンを形成した状態を示している。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示されるように液晶表示パネル１は、ＴＦＴアレイ基板１０とカラーフィルタ基板２０とを備え、これらの基板１０，２０の間に液晶層３０が設けられた構成をなしている。この場合、ＴＦＴアレイ基板１０とカラーフィルタ基板２０には、液晶層３０と反対側となる外側表面に、それぞれ偏光板５，６が貼り付けられている。

先ず、図１および図２を用いてＴＦＴアレイ基板１０について説明する。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英ガラスなどからなる透明基板１０ａの片面（液晶層３０側の面）に、走査線１１、信号線１２および画素電極１５などが積層された構成をなしている。

ＴＦＴアレイ基板１０は、所定の間隔をおいて略平行に設けられる複数の走査線１１（ゲート配線とも称する）と、複数の補助容量線１３とを有する。走査線１１および補助容量線１３と略直交する方向には、複数の信号線１２（ソース配線とも称する）が設けられている。走査線１１と信号線１２は、信号線１２が上側、走査線１１が下側となるように交差しており、交差部において走査線１１と信号線１２は、ゲート絶縁膜１６を介して電気的に絶縁されている。

また、各走査線１１と各信号線１２との交差部近傍には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ１４（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が設けられている。この薄膜トランジスタ１４は、ゲート電極１４ａ、ソース電極１４ｂおよびドレイン電極１４ｃを有する。また、隣り合う走査線１１，１１と隣り合う信号線１２，１２に囲まれた領域には、略方形の透明な画素電極１５が設けられている。

走査線１１と補助容量線１３は、透明基板１０ａの上側表面の同じ層に形成されている。また、薄膜トランジスタ１４のゲート電極１４ａは、走査線１１と一体に形成されている。走査線１１と補助容量線１３の上側には、ゲート絶縁膜１６が形成される。ゲート絶縁膜１６の上側の所定の位置には、半導体膜１７が、ゲート電極１４ａに重畳するように形成されている。

また、その半導体膜１７の上側には、ＴＦＴ１４のソース電極１４ｂとドレイン電極１４ｃが形成されている。この場合、ソース電極１４ｂとドレイン電極１４ｃは、半導体膜１７上の両側に相互に離隔して形成されている。そして、ドレイン電極１４ｃは、画素電極１５のコンタクトホール部１５ａを介してその画素電極１５に接続されている。

ＴＦＴ１４は、走査線１１を介してゲート電極１４ａより供給される走査信号電圧によってオン・オフ動作されるようになっている。また、信号線１２を介してソース電極１４ｂより供給される信号電圧は、ドレイン電極１４ｃとコンタクトホール部１５ａを介して画素電極１５に供給されるようになっている。このようなＴＦＴ１４は、ゲート絶縁膜１６の上側に形成された層間絶縁膜１８に覆われている。そして、この層間絶縁膜１８の上に画素電極１５が形成されている。

次に、このようなＴＦＴアレイ基板１０の製造方法について説明する。

まず、図１を参照して説明する。透明基板１０ａの表面に、走査線１１、ゲート電極１４ａおよび補助容量線１３を形成する。これらの形成方法は次のとおりである。透明基板１０ａの表面に、タングステン、チタン、アルミニウム、クロムなどからなる単層または多層の導体膜を形成する。この導体膜の形成方法には、公知のスパッタリング法などが適用できる。

そして、この導体膜の表面にフォトレジスト材料を塗布し、塗布したフォトレジスト材料にフォトマスクを通じて所定のパターンに露光する。そして、現像工程において、フォトレジスト材料の不要な部分を除去する。その後、エッチング工程において導体膜の不要な部分、すなわち現像工程によって露出した部分を除去する。このような工程を経て、所定のパターンの走査線１１、補助容量線１３およびゲート電極１４ａを得る。

次に、ゲート絶縁膜１６を形成する。このゲート絶縁膜１６は、たとえば窒化シリコンなどからなり、プラズマＣＶＤ法などを用いて形成する。

次に、ゲート絶縁膜１６のゲート電極１４ａと重畳する部分の表面に半導体膜１７を形成する。この半導体膜１７は、たとえばｎ^＋型のアモルファスシリコンなどからなり、プラズマＣＶＤ法などを用いて形成する。そして、ｎ^＋型のアモルファスシリコンなどの膜を、フォトリソグラフィ法などを用いて所定のパターンに形成する。

次に、信号線１２、ソース電極１４ｂおよびドレイン電極１４ｃを形成する。この信号線１２、ソース電極１４ｂおよびドレイン電極１４ｃは、チタン、アルミニウム、クロム、モリブデンなどからの導体からなり、上述した走査線１１形成の場合と同様のフォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。

次に、層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８の形成には、たとえばスピンコート法などを用いることができる。そして、層間絶縁膜１８に、画素電極１５のコンタクトホール部１５ａ形成のための開口部を形成する。この開口部は、フォトリソグラフィ法などを用いて形成する。

次に、層間絶縁膜１８の表面に、画素電極１５を形成する。まず、透明な導電性物質の膜、一般的にたとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の膜を、スパッタリング法などを用いて形成する。その後、形成したＩＴＯの膜を、フォトリソグラフィ法などを用いて所定のパターンに形成する。これにより所定のパターンの画素電極１５を得る。

以上のような工程を経て、ＴＦＴアレイ基板１０が製造される。

次に、図１および図３を用いてカラーフィルタ基板２０について説明する。カラーフィルタ基板２０は、石英ガラスなどからなる透明基板２０ａの表面に、ブラックマトリクス２３が形成され、ブラックマトリクス２３により画成される格子の内側には、赤色、緑色、青色のいずれかの色に着色された着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが形成されている。この着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、上側に向かって張り出した略球面状の曲面と、下側に向かって張り出した略球面状の曲面とを有した凸レンズ形状に形成されており、ＴＦＴアレイ基板１０の外側表面（下側表面）側に配置された図示しないバックライトから照射されて液晶層３０を通過した光を集光する機能を有している。

図３に示されるように、この実施の形態では、水平方向に赤着色マイクロレンズ２１Ｒ、緑着色マイクロレンズ２１Ｇおよび青着色マイクロレンズ２１Ｂがこの順番で繰り返し並び、垂直方向には同色のマイクロレンズが並んでいる。

赤着色マイクロレンズ２１Ｒは、レンズ形状を有した第１の赤着色パターン２２Ｒ１とこれに積層されるレンズ形状を有した第２の赤着色パターン２２Ｒ２を有している。また、緑着色マイクロレンズ２１Ｇは、レンズ形状を有した第１の緑着色パターン２２Ｇ１とこれに積層されるレンズ形状を有した第２の緑着色パターン２２Ｇ２を有している。更に、青着色マイクロレンズ２１Ｂは、レンズ形状を有した第１の青着色パターン２２Ｂ１とこれに積層されるレンズ形状を有した第２の青着色パターン２２Ｂ２を有している。

この場合、第１の赤着色パターン２２Ｒ１、第１の緑着色パターン２２Ｇ１および第１の青着色パターン２２Ｂ１は、透明基板２０ａの表面（液晶層３０側の面）に凹設された複数の凹部２０ｂにそれぞれ形成されている。この凹部２０ｂは、ブラックマトリクス２３により画成される領域内に配置されている。この場合、凹部２０ｂは、上側に向かって略球面状になだらかに凹んだ形状を有している。

この凹部２０ｂ内に設けられた第１の赤着色パターン２２Ｒ１、第１の緑着色パターン２２Ｇ１および第１の青着色パターン２２Ｂ１のそれぞれの下側表面は、略平面状に形成されている。したがって、第１の赤着色パターン２２Ｒ１、第１の緑着色パターン２２Ｇ１および第１の青着色パターン２２Ｂ１のそれぞれは、上側に向かって張り出した略球面状の曲面と、下側の平面とを有した凸レンズ形状に形成されている。

第１の赤着色パターン２２Ｒ１，第１の緑着色パターン２２Ｇ１および第１の青着色パターン２２Ｂ１のそれぞれの下側には、第２の赤着色パターン２２Ｒ２，第２の緑着色パターン２２Ｇ２および第２の青着色パターン２２Ｂ２が形成されている。

この場合、第２の赤着色パターン２２Ｒ２，第２の緑着色パターン２２Ｇ２および第２の青着色パターン２２Ｂ２のそれぞれの下側表面は、下側に向かって張り出した略球面状の曲面に形成されている。したがって、第２の赤着色パターン２２Ｒ２、第２の緑着色パターン２２Ｇ２および第２の青着色パターン２２Ｂ２のそれぞれは、上側の平面と、下側に向かって張り出した略球面状の曲面とを有した凸レンズ形状を有している。

また、ブラックマトリクス２３および各着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの表面には、平坦化膜２４が形成されている。この平坦化膜２４の下側表面は略平面に形成されている。更に、平坦化膜２４の表面には透明な対向電極（共通電極とも称する）２５が形成されている。

この場合、第１の赤着色パターン２２Ｒ１、第１の緑着色パターン２２Ｇ１および第１の青着色パターン２２Ｂ１のそれぞれの屈折率は、透明基板２０ａの屈折率よりも大きい。また、第２の赤着色パターン２２Ｒ２，第２の緑着色パターン２２Ｇ２および第２の青着色パターン２２Ｂ２のそれぞれの屈折率は、平坦化膜２４の屈折率よりも大きい。例えば、透明基板２０ａが石英ガラス（屈折率は約１．４６）からなり、平坦化膜２４がアクリル系の樹脂（屈折率は約１．５）やフッ素系の樹脂（屈折率は約１．４）からなる場合、赤着色パターン２２Ｒ１，２２Ｒ２、緑着色パターン２２Ｇ１，２２Ｇ２および青着色パターン２２Ｂ１，２２Ｂ２には、ポリイミド樹脂（屈折率は約１．７）やエポキシ樹脂（屈折率は約１．５５〜１．６１）などが適用できる。

この場合、第１の赤着色パターン２２Ｒ１とこれに積層される第２の赤着色パターン２２Ｒ２は、同じ屈折率を有してもよく、互いに異なる屈折率を有してもよい。また、第１の緑着色パターン２２Ｇ１とこれに積層される第２の緑着色パターン２２Ｇ２は、同じ屈折率を有してもよく、互いに異なる屈折率を有してもよい。更に、第１の青着色パターン２２Ｂ１とこれに積層される第２の青着色パターン２２Ｂ２は、同じ屈折率を有してもよく、互いに異なる屈折率を有してもよい。

第１の赤着色パターン２２Ｒ１とこれに積層される第２の赤着色パターン２２Ｒ２が同じ屈折率を有する構成においては、第１の赤着色パターン２２Ｒ１と第２の赤着色パターン２２Ｒ２とが、一体的に上側と下側の両側に略球面状に張り出した凸レンズ状のマイクロレンズを構成する。したがって、光の通過経路は、第２の赤着色パターン２２Ｒ２の下側表面の曲率半径、第１の赤着色パターン２２Ｒ１の上側表面の曲率半径、第２の赤着色パターン２２Ｒ２の屈折率（第１の赤着色パターン２２Ｒ１の屈折率と同じ）と平坦化膜２４の屈折率との比、第１の赤着色パターン２２Ｒ１の屈折率（第２の赤着色パターン２２Ｒ２の屈折率と同じ）と透明基板２０ａの屈折率との比により規定される。

この場合、第１の緑着色パターン２２Ｇ１とこれに積層される第２の緑着色パターン２２Ｇ２が同じ屈折率を有する構成、および第１の青着色パターン２２Ｂ１とこれに積層される第２の青着色パターン２２Ｂ２が同じ屈折率を有する構成においても、光の通過経路は同様に規定される。

また、第１の赤着色パターン２２Ｒ１とこれに積層される第２の赤着色パターン２２Ｒ２とが互いに異なる屈折率を有する構成においては、第１の赤着色パターン２２Ｒ１と第２の赤着色パターン２２Ｒ２との境界においても光が屈折する。したがって、光の通過経路は、上述した第１の赤着色パターン２２Ｒ１と第２の赤着色パターン２２Ｒ２が同じ屈折率を有する構成に加え、第１の赤着色パターン２２Ｒ１の屈折率と第２の赤着色パターン２２Ｒ２の屈折率の比の影響を受けることになる。

この場合、第１の緑着色パターン２２Ｇ１とこれに積層される第２の緑着色パターン２２Ｇ２とが互いに異なる屈折率を有する構成、および第１の青着色パターン２２Ｂ１とこれに積層される第２の青着色パターン２２Ｂ２とが互いに異なる屈折率を有する構成においても、光の通過経路は同様に規定される。

このように、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の屈折率と第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２の屈折率を適宜設定することにより、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１と第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２の形状を変更しなくても、光の通過経路を調整することができる。特に、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１と第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２とが異なる屈折率を有する構成にすると、光の通過経路の調整の自由度が増す。

このような構成によれば、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１とこれに積層される第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２とからなる着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、カラーフィルタ基板２０の内部に設けられるから、これら着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに傷がつくことがない。また、これら着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが他の部材などと接触することがなくなるから、着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの表面の曲率半径が変化することもない。したがって、着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが充分に集光作用を発揮でき、液晶表示パネル１の輝度の向上を図ることができる。また、着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、液晶表示パネル１の外側表面に設けられていないため、偏光板６の貼り付けに支障をきたすおそれもない。

第１の赤着色パターン２２Ｒ１とこれに積層される第２の赤着色パターン２２Ｒ２は、同じ分光特性を有してもよく、互いに異なる分光特性を有してもよい。また、第１の緑着色パターン２２Ｇ１とこれに積層される第２の緑着色パターン２２Ｇ２は、同じ分光特性を有してもよく、互いに異なる分光特性を有してもよい。更に、第１の青着色パターン２２Ｂ１とこれに積層される第２の青着色パターン２２Ｂ２は、同じ分光特性を有してもよく、互いに異なる分光特性を有してもよい。

このようにカラーフィルタ基板２０は、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１とこれに積層される第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２という二層構造の着色パターン（着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）を備えているため、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の分光特性と第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２の分光特性をそれぞれ適宜設定することにより、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の厚さと第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２の厚さを変更しなくても、色度を調整することができる。特に、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１と第２の着色パターン２２Ｒ２、２２Ｇ２，２２Ｂ２とが異なる分光特性を有する構成にすると、色度の調整の自由度が増す。

次に、このようなカラーフィルタ基板２０の製造方法について説明する。

カラーフィルタ基板２０の製造には、凹部形成工程と、第１の着色パターン形成工程と、ブラックマトリクス形成工程と、第２の着色パターン形成工程と、平坦化膜形成工程と、対向電極（共通電極）形成工程が含まれる。

凹部形成工程は、次のとおりである。先ず、図４（ａ）に示されるように、石英ガラスからなる透明基板２０ａに表面用マスク４１を形成する。また、これとともに、透明基板２０ａの裏面（表面用マスク４１を形成する面と反対側の面）に裏面用マスク４２を形成する。この表面用マスク４１および裏面用マスク４２は、後述するフッ酸系エッチング液に対して耐性を有するものが好ましく、例えば、表面用マスク４１および裏面用マスク４２を構成する材料としては、窒化シリコンなどが挙げられる。この表面用マスク４１および裏面用マスク４２は、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。

次に、表面用マスク４１に、開口部４１ａを形成する。この開口部４１ａは、凹部２０ｂを形成する位置に設ける。この場合、開口部４１ａは、形成する凹部２０ｂの形状（平面形状）に適した形状、例えば円形、長方形などに形成される。

このような開口部４１ａは、例えばフォトリソグラフィ法などを用いて形成される。具体的には、表面用マスク４１の上に、開口部４１ａに対応したパターンを有するフォトレジスト膜を形成する。次に、そのフォトレジスト膜をマスクとして、表面用マスク４１の一部を除去し、その後、不要になったフォトレジスト膜を剥離する。表面用マスク４１の一部除去は、例えば、塩素系ガスなどによるドライエッチングにより行うことができる。

次に、図４（ｂ）に示されるように、透明基板２０ａに凹部２０ｂを形成する。凹部２０ｂの形成方法としては、たとえばフッ酸系エッチング液に透明基板２０ａを浸漬するウェットエッチング法が用いられる。透明基板２０ａは、開口部４１ａより等方性エッチングされて、略球面形状に凹設された凹部２０ｂが形成される。

次に、図４（ｃ）に示されるように、表面用マスク４１および裏面用マスク４２を除去して、凹部２０ｂに第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１を形成する（第１の着色パターン形成工程）。その内容は次のとおりである。凹部２０ｂに、着色感材（樹脂材料に赤色、緑色および青色のいずれかの顔料等を分散させた溶液）を塗布する。その後、塗布した着色感材を加熱して焼成する。そして、この工程を、赤色、緑色、青色の各色について繰り返して行う。これにより第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１が得られる。

ブラックマトリクス形成工程の内容は、次のとおりである。まず、透明基板２０ａの表面にＢＭレジスト（黒色に着色された感光性樹脂材料）を塗布する。次いで塗布したＢＭレジストをフォトリソグラフィ法などを用いてパターニングする。これにより、図５（ａ）に示されるような所定のパターンのブラックマトリクス２３が得られる。

次に、第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２を形成する（第２の着色パターン形成工程）。この第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２はフォトリソグラフィ法などを用いて形成される。

まず、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１およびブラックマトリクス２３が形成された透明基板２０ａの表面に、カラーレジスト材料（赤色、緑色および青色のいずれかに着色された感光性樹脂材料）を塗布する。そして露光工程および現像工程を経て、カラーレジスト材料のうち不要な部分を除去する。具体的にはたとえば、赤着色パターン２２Ｒ１の上側表面に重畳する部分のカラーレジスト材料４３Ｒが残るようにして、それ以外の部分を除去する。図５（ｂ）は、現像工程を経て不要な部分が除去された後の状態を示す。この工程を、緑着色パターン２２Ｇ１と青着色パターン２２Ｂ１についても行う。これにより第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の上側表面にはカラーレジスト材料４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂが形成される。

そして、図５（ｃ）に示されるように、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の上側表面に残るカラーレジスト材料４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂにリフロー処理を施す。カラーレジスト材料４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂはリフロー処理によって軟化し、表面張力によってその上側表面が略球面状の曲面に変形する。これによって、上側に向かって略球面状に張り出す形状を有する第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２が形成される。第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２の上側表面の曲率半径は、塗布するカラーレジスト材料４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの厚さ、リフロー処理の温度および時間、リフロー処理におけるカラーレジスト材料４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの粘度などを調整することによって適宜設定できる。これにより着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが得られる。

平坦化膜形成工程では、ブラックマトリクス２３および着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの表面に、平坦化膜２４を形成する。この平坦化膜２４の形成には、スピンコート法を用いて上述した工程を経た透明基板２０ａの表面に平坦化膜２４の材料を塗布する方法が適用される。

対向電極形成工程では、平坦化膜の表面に対向電極２５（共通電極）を形成する。たとえばマスキング法であれば、上述した工程を経た透明基板２０ａの表面にマスクを配置し、スパッタリング法などによってＩＴＯなどを蒸着させて対向電極２５を形成する。

以上の工程を経て、カラーフィルタ基板２０が製造される。

次に、ＴＦＴアレイ基板１０とカラーフィルタ基板２０を貼り合わせて液晶表示パネル１を製造するパネル製造工程について説明する。

このパネル製造工程（セル製造工程とも称する）においては、まず、上述した工程を経て得られたＴＦＴアレイ基板１０の表面と、カラーフィルタ基板１０の表面に、配向膜１９，２６を形成する。

ＴＦＴアレイ基板１０およびカラーフィルタ基板２０の表面に配向膜１９，２６を形成する方法は、次のとおりである。先ず、配向材塗布装置などを用いて配向材（配向膜を形成する物質を含む溶液）を塗布し、しかる後に塗布した配向材を配向膜焼成装置などを用いて加熱し、焼成する。そして、焼成された配向膜に配向処理を施す。この配向処理としては、ラビングロールなどを用い、配向膜の表面にミクロな傷を付ける方法や、配向膜の表面に光エネルギーを照射し、表面性状を調整する光配向処理などが適用できる。

その後、シールパターニング装置などを用いて、ＴＦＴアレイ基板１０またはカラーフィルタ基板２０の表面に紫外線硬化型のシール材とコモン転移材とを塗布する。なお、電気的な伝導性を有するシール材を用いることによって、シール材にコモン転移材の機能を持たせ、コモン転移材の塗布を行わない構成であってもよい。

そして、スペーサ散布装置などを用いて、セルギャップを均一に保つためのスペーサ（図示せず）を、ＴＦＴアレイ基板１０またはカラーフィルタ基板２０の表面に散布する。

そして、液晶滴下装置などを用いて、ＴＦＴアレイ基板１０またはカラーフィルタ基板２０の表示領域（画素がマトリクス状に配列される領域をいう）に液晶を滴下する。その後、減圧雰囲気下でＴＦＴアレイ基板１０とカラーフィルタ基板２０とを貼り合わせ、シール材に紫外線を照射して硬化させる。

このような工程を経て、液晶表示パネル１が製造される。

以上説明したカラーフィルタ基板２０および液晶表示パネル１によれば、レンズ形状を有した第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１と、この第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１に積層して設けられるレンズ形状を有した第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２とから構成される着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを備える構成なので、液晶表示パネル１に入射した光の有効利用を図ることができ、液晶表示パネル１の輝度の向上を図ることができる。

また、着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが液晶表示パネル１の外側表面に露出しないから、着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにキズや変形が生じにくい。このため、着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの集光作用が発揮できなくなることを防止できる。また、着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが液晶表示パネル１の外側表面に設けられていないことから、液晶表示パネル１に偏光板５，６などを貼り付ける作業の支障とならない。

更に、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１とこれに積層される第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２が、それらに入射した光を集光するマイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとしても機能するので、特許文献１の液晶表示パネルの構成のように着色パターンとマイクロレンズを個別に設ける必要がない。

また、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１とこれに積層される第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２という二層構造を有しているため、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の分光特性と第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２の分光特性をそれぞれ適宜設定することにより、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の厚さと第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２の厚さを変更しなくても、色度を調整することができる。特に、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１と第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２とが異なる分光特性を有する構成にすると、色度の調整の自由度が増す。

また、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１とこれに積層される第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２のうち第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１は、透明基板２０ａに凹設された凹部２０ｂ内に設けられる構成なので、カラーフィルタ基板２０の片面からの高さを従来と同等にすることが可能である。

また、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１とこれに積層される第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２という二層構造を有した着色マイクロレンズ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂという構成になっているので、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１の屈折率と第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２の屈折率をそれぞれ適宜設定することにより、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１のレンズ形状と第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２のレンズ形状を変更しなくても、光の通過経路を調整することができる。特に、第１の着色パターン２２Ｒ１，２２Ｇ１，２２Ｂ１と第２の着色パターン２２Ｒ２，２２Ｇ２，２２Ｂ２とが異なる屈折率を有する構成にすると、光の通過経路の調整の自由度が増す。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることはいうまでもない。

たとえば、ＴＦＴアレイ基板の構成や製造方法、液晶表示パネルの構成や製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、各種構成や製造方法が適用できる。

１：液晶表示パネル ５，６：偏光板 １０：ＴＦＴアレイ基板
１０ａ：透明基板 １１：走査線 １２：信号線 １３：補助容量線
１４：薄膜トランジスタ １４ａ：ゲート電極 １４ｂ：ソース電極
１４ｃ：ドレイン電極 １５：画素電極 １５ａ：コンタクトホール部
１６：ゲート絶縁膜 １７：半導体膜 １８：層間絶縁膜
１９：配向膜 ２０：カラーフィルタ基板 ２０ａ：透明基板
２０ｂ：凹部 ２１Ｒ：赤着色マイクロレンズ
２１Ｇ：緑着色マクロレンズ ２１Ｂ：青着色マイクロレンズ
２２Ｒ１：第１の赤着色パターン ２２Ｒ２：第２の赤着色パターン
２２Ｇ１：第１の緑着色パターン ２２Ｇ２：第２の緑着色パターン
２２Ｂ１：第１の青着色パターン ２２Ｂ２：第２の青着色パターン
２３：ブラックマトリクス ２４：平坦化膜 ２５：対向電極
２６：配向膜 ３０：液晶層 ４１：表面用マスク ４１ａ：開口部
４２：裏面用マスク ４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ：カラーレジスト材料

Claims (8)

1. 透明基板と、前記透明基板の片面に凹設された複数の凹部内に設けられるレンズ形状を有した第１の着色パターンと該第１の着色パターンに積層して設けられるレンズ形状を有した第２の着色パターンとから構成される着色マイクロレンズを備えることを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 前記第１の着色パターンとこれに積層される前記第２の着色パターンは、それぞれが異なる分光特性を有す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。
3. 前記第１の着色パターンとこれに積層される前記第２の着色パターンは、それぞれが異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板。
4. 前記第１の着色パターンと前記第２の着色パターンの少なくとも一方は、着色されたカラーレジスト材料により形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のカラーフィルタ基板。
5. 複数の画素を備える液晶表示パネルであって、ＴＦＴおよび画素電極が設けられるＴＦＴアレイ基板と、前記画素電極に対向する対向電極が設けられるカラーフィルタ基板と、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられる液晶層とを備えると共に、前記カラーフィルタ基板は、透明基板と、前記複数の画素に対応するように、前記透明基板の前記液晶層側の面に凹設された複数の凹部内に設けられるレンズ形状を有した第１の着色パターンと該第１の着色パターンに積層して設けられるレンズ形状を有した第２の着色パターンとから構成される着色マイクロレンズを備えることを特徴とする液晶表示パネル。
6. 前記第１の着色パターンとこれに積層される前記第２の着色パターンは、それぞれが異なる分光特性を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示パネル。
7. 前記第１の着色パターンとこれに積層される前記第２の着色パターンは、それぞれが異なる屈折率を有することを特徴とする請求項５または６に記載の液晶表示パネル。
8. 前記第１の着色パターンと前記第２の着色パターンの少なくとも一方は、着色されたカラーレジスト材料により形成されることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の液晶表示パネル。

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