JP2012234180A - カラーフィルター基板、及びその製造方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルター基板の製造工程を簡素化し、設備投資を削減するとともに、生産効率を向上させることができるカラーフィルター基板、及びその製造方法と装置を開示する。
【解決手段】ベース基板の一面に透明導電層を形成するステップと、ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成するステップと、ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成するステップと、カラー樹脂層に一体に形成されたポストスペーサとオーバーコート保護膜とを有する絶縁材料層を形成するステップと、を備えるカラーフィルター基板の製造方法を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ，Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に関し、特にカラーフィルター及びその製造方法と装置に関する。

ディスプレイ技術の発展に伴って、高透過率、サイズの大型化、低消費電力、低コストなどが液晶ディスプレイの将来の発展方向になっている。

薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、体積が小さく、重さが軽く、消費電力が低く、輻射がないなどのメリットで、現在のフラットパネルディスプレイの主流になっており、フラットパネル市場で主導的な位置を占めている。ＴＦＴ−ＬＣＤは、アレイ基板とカラーフィルター（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）基板とを互いに対向して組み合わせた後に、アレイ基板とカラーフィルター基板との間に液晶材料を充填することによって形成される。例えばアレイ基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と画素電極とを有し、カラーフィルター基板はカラー樹脂とブラックマトリックス（ＢＭ，Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ）とを有している。カラーフィルター基板に設けられたブラックマトリックスは、隣接しているサブ画素のカラー樹脂を隔離して色混合を防止することもできるし、アレイ基板におけるＴＦＴ素子のチャネル領域に照射しないように外部の光線を阻止して暗い状態の漏洩電流が生じることを防止することもでき、且つ、画素領域の光漏れ現象を防止することもできる。

同様に、カラーフィルター基板は、高級超次元スイッチング（Ａｄｖａｎｃｅｄ−Ｓｕｐｅｒ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＡＤ−ＳＤＳ）方式の液晶ディスプレイ装置における主な構成要素である。ＡＤ−ＳＤＳは、同一の平面における画素電極の縁部に生じる横方向電界、及び画素電極と共用電極層との間に生じる縦方向電界によって、多次元電界を形成して、液晶パネル内の画素電極の間及び画素電極真上の全ての液晶分子を回転可能にさせることで、液晶の作動効率を向上させるとともに透過率を高める。高級超次元スイッチング技術は画面品質を向上させ、透過率が高く、視野が広く、開口率が高く、色差が低く、応答時間が短く、プッシュムラ（Ｐｕｓｈ ｍｕｒａ）がないなどのメリットを有している。

図１は、従来の技術におけるカラーフィルター基板の構成概略図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線のカラーフィルター基板の断面概略図である。図２に示すように、当該カラーフィルター基板は主に、透明導電膜１と、ガラス基板２と、ブラックマトリックス３と、カラー樹脂層４と、保護膜層５と、ポストスペーサ（ＰＳ）層６とを備えて構成されている。

図３を参照すると、当該ＡＤ−ＳＤＳ技術は、カラーフィルター基板の製造において以下のようなステップが備えられている。まず、ガラス基板２の裏面に透明導電膜１を一層めっきする。次に、ガラス基板２の表面にブラックマトリックス３を形成する。その後、ブラックマトリックス３にカラー樹脂層４を形成する。そして、カラー樹脂層４にオーバーコート（ＯＣ，Ｏｖｅｒ Ｃｏａｔ）保護膜層５を一層塗布する。最後には、保護膜層５にポストスペーサ層６を更に形成する。ポストスペーサ層６は、マスク（ｍａｓｋ）７によってフォトリソグラフィ工程を行うことで形成されたものであり、その中で、マスク７の保護膜層５に正対面している部分は、光線が全く透過しない部分であるが、マスク７のポストスペーサ層６に正対面している部分は、光線が全部透過する部分である。ここで、ポストスペーサ層６を形成するためのフォトレジストとしては、ネガ型フォトレジストである。

以上のような工程では、二回の工程によってそれぞれオーバーコート保護膜とポストスペーサを形成する。そのため、当該カラーフィルター基板の製造工程では、オーバーコート保護膜とポストスペーサとを同時に形成することができず、工程の過程が比較的複雑で、生産周期が比較的長い。しかも、この工程では保護膜用フォトレジスト原材料が必要とされているので、初期の設備投資が比較的に高く、またリスクが高まる。

本発明の実施形態は、カラーフィルター基板の製造工程を簡素化し、設備投資を削減するとともに、生産効率を高めることができるカラーフィルター基板、及びその製造方法と装置を提供する。

本発明の実施形態は、ベース基板の一面に透明導電層を形成するステップと、ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成するステップと、ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成するステップと、カラー樹脂層に一体に形成されたポストスペーサとオーバーコート保護膜とを有する絶縁材料層を形成するステップと、を備えるカラーフィルター基板の製造方法を提供する。

本発明の他の実施形態は、ベース基板の一面に透明導電層を形成するための透明導電層形成ユニットと、ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成するためのブラックマトリックス形成ユニットと、ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成するためのカラー樹脂層形成ユニットと、カラー樹脂層に一体に形成されたポストスペーサと保護膜とを有する絶縁材料層を形成するための絶縁材料層形成ユニットと、を備えるカラーフィルター基板の製造装置を提供する。

本発明のさらに他の実施形態は、ベース基板と、透明導電層と、ブラックマトリックスと、カラー樹脂層と、一体に形成されたポストスペーサとオーバーコート保護膜とを含む絶縁材料層と、を有するカラーフィルター基板であって、透明導電層とブラックマトリックスはそれぞれベース基板の異なる面に位置し、カラー樹脂層はブラックマトリックス上に位置し、前記絶縁材料層はカラー樹脂層上に位置する。

本発明のまたさらに他の実施形態は、カラーフィルター基板と、アレイ基板と、カラーフィルター基板とアレイ基板との間に充填された液晶と、を有する液晶パネルであって、前記カラーフィルター基板は前述のようなカラーフィルター基板である。

本発明のさらに一つの実施形態は、前記液晶パネルを有しているディスプレイ装置を提供する。

本発明の実施形態は、ベース基板の一面に透明導電層を形成し、ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成し、ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成し、カラー樹脂層にポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成することで、ポストスペーサとオーバーコート保護膜を同時に形成し、カラーフィルター基板の製造工程を簡素化し、設備投資を削減するとともに、生産効率を向上させる。

従来の技術におけるカラーフィルター基板の構成概略図である。 図１におけるＡ−Ａ線のカラーフィルター基板の断面概略図である。 従来の技術における露光工程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るカラーフィルター基板の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係るカラーフィルター基板の構成概略図である。 本発明の実施形態に係るカラーフィルター基板の図５におけるＢ−Ｂ線の断面概略図である。 本発明の実施形態に係る露光工程を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るカラーフィルター基板の製造装置の構成概略図である。

本発明の実施形態は、カラーフィルター基板の製造工程を簡素化し、設備投資を削減するとともに、生産効率を向上させることができるカラーフィルター基板、及びその製造方法と装置を提供して、従来の技術に存在する課題を解決することを図る。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る技術案について説明する。

図４に示すように、本発明の実施形態に係るカラーフィルター基板の製造方法は以下のようなステップを備えている。
Ｓ１０１、ベース基板の一面に透明導電層を形成する。
Ｓ１０２、ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成する。
Ｓ１０３、ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成する。
Ｓ１０４、カラー樹脂層に、ポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層（統一膜層）を形成する。

透明導電膜としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）や、酸化アルミニウム亜鉛などの材料を採用することができる。

前記ベース基板としては、ガラス基板や、石英基板や、プラスチック基板などを採用することができる。

カラー樹脂層にポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料を形成するステップは、一部の露光工程を採用して、一回のフォトリソグラフィ工程において、カラー樹脂層にポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するステップを備える。

一例において、カラー樹脂層にポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料を形成する前記一部の露光工程は、
完全露光領域と一部露光領域とを有しているマスクによって、フォトリソグラフィ工程を採用して、カラー樹脂層にポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するステップを備え、完全露光領域はポストスペーサ（ＰＳ）を形成するために用いられ、一部露光領域はオーバーコート保護膜（ＯＣ）を形成するために用いられる。

一例において、前記ポストスペーサとオーバーコート保護膜は、同一の樹脂材料によって形成される。当該樹脂材料として、複合体や、単体や、光開始剤などを含む一種の感光合成樹脂材料を採用することができる。前記複合体の主成分としては、ビニルポリマー（例えば、メタクリル樹脂や、アクリル樹脂などが含まれる）がある。前記単体には、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）や、トリプロピレングリコールジアクリレート（ＴＰＧＤＡ）や、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（ＨＤＤＡ）などが含まれることができる。当該光開始剤の主成分には、アセトンや、ヒプノンなどが含まれることができる。

図５は本発明の実施形態に係るカラーフィルター基板の構成の概略図であり、図６は図５におけるＢ−Ｂ線のカラーフィルター基板の断面概略図である。図６に示すように、本発明の実施形態に係るカラーフィルター基板１００は、ガラス基板１２と、透明導電層１１と、ブラックマトリックス１３と、カラー樹脂層１４と、ポストスペーサ１５１と保護膜１５２とを同時に有する絶縁材料層１５と、を有する。ポストスペーサ１５１は、ブラックマトリックス１３の上方に位置するとともに、それと重なっているため、ディスプレイ領域に影響を及ぼすことがない。

透明導電層１１とブラックマトリックス１３とはそれぞれ、ガラス基板１２の異なる面に位置している。カラー樹脂層１４はブラックマトリックス１３上に位置し、前記絶縁材料層１５はカラー樹脂層１４上に位置するとともに、カラー樹脂層１４及びブラックマトリックス１３と互いに接触している。

カラー樹脂層１４は、例えば赤樹脂ユニットと、緑樹脂ユニットと、青樹脂ユニットとを有し、これらはそれぞれ、液晶ディスプレイのブラックマトリックスによって限定された各サブ画素に対応している。或いは、カラー樹脂層１４は、赤樹脂ユニットと、緑樹脂ユニットと、青樹脂ユニットと、黄樹脂ユニットとを有することができ、これらはそれぞれ液晶ディスプレイの各サブ画素に対応している。本発明の保護範囲は、カラー樹脂層１４の構成方法に限定されない。これらの異なる色の樹脂ユニットはブラックマトリックス１３の間に分布されている。

絶縁材料層１５は同一の材料によって形成され、当該材料は樹脂材料とすることができる。当該絶縁材料層１５は、ポストスペーサ１５１に対応する部分と、ポストスペーサ１５１以外のオーバーコート保護膜１５２に対応する部分と、を有している。ポストスペーサ１５１は、カラーフィルター基板とアレイ基板との組合せに対する支持作用を提供し、オーバーコート保護膜１５２はカラー樹脂層１４を覆うことで保護の機能を提供する。従って、当該絶縁材料層１５は、従来の保護膜とポストスペーサの機能を同時に有している。ここで、ポストスペーサとオーバーコート保護膜は一体に形成されている。

本発明の実施形態は、図７を参照して、ＡＤ−ＳＤＳ方式の液晶ディスプレイ用カラーフィルター基板を例示して説明する。デザインと製造の過程において、ハーフトーンマスク（ＨＴＭ，Ｈａｌｆ ｔｏｎｅ Ｍａｓｋ）や、グレートーンマスク（ＧＴＭ，Ｇｒａｙ ｔｏｎｅ Ｍａｓｋ）技術によって、絶縁材料層１５を形成するための感光樹脂層に対して、完全露光領域１６１と一部露光領域１６２とを有するマスク１６で、露光と現像を行い、マスク１６の完全露光領域１６１に対応する部分にポストスペーサ１５１が形成され、同時に、マスク１６の一部露光領域１６２に保護膜１５２が形成される。このようにして、カラーフィルター基板の製造工程が簡素化され、設備投資が削減されるとともに、生産能力が向上される。具体的に、前記採用された一部露光技術の主なプロセスとしては、まず、カラー樹脂層１４に樹脂材料を一層塗布し、次に、完全露光領域１６１と一部露光領域１６２とを有しているマスク１６を用いて、当該樹脂材料に対して露光する。その中で、マスク１６の完全露光領域によって、樹脂材料の相応な領域に対して完全露光を行うことで、ポストスペーサを形成し、同時に、マスク１６の一部露光領域によって、樹脂材料の相応な領域に対して一部露光を行うことで、オーバーコート保護膜層を形成する。本実施例で使用された樹脂材料はネガ型感光材料であって、即ち、露光された領域は現像過程において保留され、露光されていない部分は現像過程において除去され、それに応じて、一部露光領域は相応する過程において部分的に除去されて、一部の厚さの樹脂層が残される。

本実施例において、完全露光領域は、マスク１６の透過率が１００％に近い領域である。一部露光領域は、マスク１６の透過率が１００％より低い領域であり、透過率は例えば５０％である。

他の例においては、絶縁材料層を形成するための樹脂材料は、ポジ型感光材料にすることができ、即ち、露光された領域は現像過程において除去され、露光されていない部分は現像過程において保留され、一部露光領域は現像過程において一部が除去されて一部の厚さの樹脂層が残される。それに応じて、露光過程において、マスクにおけるポストスペーサを形成するための部分は非露光領域（即ち光線が透過しない部分）であり、オーバーコート保護膜を形成するための部分はやはり一部の光線が透過する一部露光領域である。

本発明の実施形態は、カラーフィルター基板と、アレイ基板と、カラーフィルター基板とアレイ基板との間に充填された液晶と、を有する液晶パネルであって、カラーフィルター基板は前述したカラーフィルター基板である液晶パネルを提供する。当該液晶パネルは、さらにバックライトモジュールを有することができ、それは液晶パネルの後ろに設けられ、直下型バックライトモジュールであってもいいし、エッジライト型バックライトモジュールであってもいい。

本発明の実施形態は、さらに前記液晶パネルを有するディスプレイ設備を提供する。当該液晶パネルは、前述の実施形態における液晶パネルである。

図８に示すように、本発明の実施形態はさらにカラーフィルター基板の製造装置を提供し、当該製造装置は、
ベース基板の一面に透明導電層を形成するための透明導電層形成ユニット１０１と、
ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成するためのブラックマトリックス形成ユニット１０２と、
ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成するためのカラー樹脂層形成ユニット１０３と、
カラー樹脂層に、ポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するための絶縁材料層（統一膜層）形成ユニット１０４とを有する。

例えば、絶縁材料層形成ユニット１０４は少なくとも、原材料をカラー樹脂層に塗布するための材料塗布装置と、露光装置と、現像装置という三つの部分を有している。

例えば、前記絶縁材料層形成ユニット１０４は、一部露光工程を採用して、カラー樹脂層に、ポストスペーサと保護膜を同時に有する絶縁材料層を形成する。

例えば、前記絶縁材料層形成ユニット１０４は、マスクの完全露光領域と一部露光領域によって、カラー樹脂層に、ポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成し、その中で、完全露光領域はポストスペーサを形成するために用い、一部露光領域はオーバーコート保護膜を形成するために用いる。

例えば、前述絶縁材料層形成ユニット１０４は、同一の材料によってポストスペーサとオーバーコート保護膜とを形成する。

以上をまとめると、本発明の実施形態は、ベース基板の一面に透明導電層を形成し、ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成し、ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成し、カラー樹脂層に、ポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成することで、ポストスペーサとオーバーコート保護膜とを同時に形成し、カラーフィルター基板の製造工程を簡素化し、設備投資を削減するとともに、更に生産効率を向上させる。

もちろん、当業者は本発明の主旨と範囲を逸脱しないように、本発明に対して種々の変更と変型を行うことができる。このように、本発明に対するこれら変更と変型が、本発明の請求項、及びそれと同じ技術の範囲に属されば、これらの変更と変型も本発明に含まれ、本発明の実施形態は本発明の保護範囲を限定するものではなく、本発明の保護範囲は請求項に限定される範囲を基準としている。

１１ 透明導電層
１２ ガラス基板
１３ ブラックマトリックス
１４ カラー樹脂層
１５ 絶縁材料層
１５１ ポストスペーサ
１５２ オーバーコート保護膜
１６ マスク
１６１ 完全露光領域
１６２ 一部露光領域

Claims (15)

1. ベース基板の一面に透明導電層を形成するステップと、
   前記ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成するステップと、
   前記ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成するステップと、
   前記カラー樹脂層に一体に形成されたポストスペーサとオーバーコート保護膜とを有する絶縁材料層を形成するステップと、を備えることを特徴とするカラーフィルター基板の製造方法。
2. 前記カラー樹脂層に一体に形成されたポストスペーサとオーバーコート保護膜とを有する絶縁材料層を形成するステップは、
   一部露光工程を採用して、カラー樹脂層にポストスペーサとオーバーコート保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルター基板の製造方法。
3. 前記一部露光工程を採用して、カラー樹脂層にポストスペーサとオーバーコート保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するステップは、
   完全露光領域と一部露光領域とを有するマスクによって、カラー樹脂層にポストスペーサとオーバーコート保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するステップを備え、
   前記完全露光領域はポストスペーサを形成するために用い、前記一部露光領域はオーバーコート保護膜を形成するために用いることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルター基板の製造方法。
4. 前記一部露光工程を採用して、カラー樹脂層にポストスペーサとオーバーコート保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するステップは、
   非露光領域と一部露光領域とを有するマスクによって、カラー樹脂層にポストスペーサとオーバーコート保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成するステップを備え、
   前記非露光領域はポストスペーサを形成するために用い、前記一部露光領域はオーバーコート保護膜を形成するために用いることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルター基板の製造方法。
5. 前記絶縁材料層は感光樹脂材料からなることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のカラーフィルター基板の製造方法。
6. 前記感光樹脂材料には、複合体や、単体や、光開始剤が含まれることを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルター基板の製造方法。
7. ベース基板の一面に透明導電層を形成するための透明導電層形成ユニットと、
   前記ベース基板の他の面にブラックマトリックスを形成するためのブラックマトリックス形成ユニットと、
   前記ブラックマトリックスにカラー樹脂層を形成するためのカラー樹脂層形成ユニットと、
   前記カラー樹脂層に一体に形成されたポストスペーサとオーバーコート保護膜とを有する絶縁材料層を形成するための絶縁材料層形成ユニットと、を備えることを特徴とするカラーフィルター基板の製造装置。
8. 前記絶縁材料層形成ユニットは、一部露光工程を採用して、カラー樹脂層にポストスペーサとオーバーコート保護膜を同時に有する絶縁材料層を形成することを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルター基板の製造装置。
9. 前記絶縁材料層形成ユニットは、完全露光領域と一部露光領域とを有するマスクによって、カラー樹脂層にポストスペーサとオーバーコート保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成し、
   前記完全露光領域はポストスペーサを形成するために用い、前記一部露光領域はオーバーコート保護膜を形成するために用いることを特徴とする請求項８に記載のカラーフィルター基板の製造装置。
10. 前記絶縁材料層形成ユニットは、非露光領域と一部露光領域とを有するマスクによって、カラー樹脂層にポストスペーサと保護膜とを同時に有する絶縁材料層を形成し、
    前記非露光領域はポストスペーサを形成するために用い、前記一部露光領域はオーバーコート保護膜を形成するために用いることを特徴とする請求項８に記載のカラーフィルター基板の製造装置。
11. 前記絶縁材料層形成ユニットは、感光樹脂材料によって前記絶縁材料層を形成す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ー基板の製造装置。
12. ベース基板と、透明導電層と、ブラックマトリックスと、カラー樹脂層と、一体に形成されたポストスペーサとオーバーコート保護膜とを有する絶縁材料層と、を備えるカラーフィルター基板において、
    前記透明導電層と前記ブラックマトリックスはそれぞれ前記ベース基板の異なる面に位置し、前記カラー樹脂層は前記ブラックマトリックス上に位置し、前記絶縁材料層は前記カラー樹脂層上に位置することを特徴とするカラーフィルター基板。
13. 前記絶縁材料層は感光樹脂材料からなることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルター基板。
14. カラーフィルター基板と、アレイ基板と、カラーフィルター基板とアレイ基板との間に充填された液晶と、を有する液晶パネルにおいて、前記カラーフィルターは請求項１３に記載のカラーフィルター基板であることを特徴とする液晶パネル。
15. 請求項１４に記載の液晶パネルを有することを特徴とするディスプレイ装置。

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