JP2013222182A - 半透過型液晶パネル用カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半透過型液晶パネル用カラーフィルタを、同一感光性着色レジストを用い透過部の着色層と反射部の着色層を、それぞれに所定の色度となる着色層膜厚に形成し、かつ透過部と反射部の境界部の膜厚を垂直に変えること。
【解決手段】着色層の材質を、単位面積あたりの照射光量により現像後の残膜量が変わり、熱フロー性を有し、着色材を含有した透明なネガ型の感光性着色レジストを硬化させたものとし、基板上に塗布された同一の感光性着色レジストに対して、単位面積あたりの照射光量を、透過部と反射部との境界部＞透過部＞反射部の順に変化させ、現像処理により透過部３と反射部４を同時に形成し、かつ、現像処理の後、加熱処理により透過部と反射部との境界部５の着色膜の膜厚をテーパー部がなく垂直に変化させた構造とした半透過型液晶パネル用カラーフィルタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内でも屋外でも鮮明な画像を表示できる半透過型液晶パネル用カラーフィルタ及びその製造方法に関する。

半透過型液晶パネル用のカラーフィルタはバックライトで表示する透過部と外光を用いて表示する反射部を持ち、透過部のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）と反射部のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の６色カラーフィルタや、反射部にスルーホールをあける構造が一般的であるが、前者は製造コストが上昇するという問題があり、後者は前者に比べ反射部の色が劣化するという問題がある。

反射部では外光が液晶パネルを２回透過するため、その部分のカラーフィルタには、透過部におけるカラーフィルタよりも薄くて明るい色が要求される。そのため透明膜を形成し、その透明膜の上にＲＧＢ膜を乗り上げて薄いＲＧＢ膜を形成する方式が提案されているが、しかし、透明膜の上にＲＧＢ膜を乗り上げて薄いＲＧＢ膜を形成する方式では、乗り上げ部にて形成されるＲＧＢ膜厚が所定の膜厚となるよう、透明膜の膜厚を、仕様に応じて所定の設計に合わせる必要がある（特許文献１）。

ハーフトーンマスクを用いて反射部を形成する方式が提案されており、透過部と反射部のＲＧＢ膜の膜厚差を大きくした場合には、プロセス条件のバラツキにより、膜厚のバラツキが大きくなるという欠点がある（特許文献２）。

また、フォトマスクを用いない方式としては、レーザー光源を露光光源とした直描露光方式がある。直描露光方式は、各レジストの感度に応じてレーザーの発振周波数とスキャン速度の積により決定される。露光中はレーザー出力及びスキャン速度は一定であり、任意の所定領域毎に積算露光量を変更するには、露光密度を変更して露光を行うことで、高さおよび形状が異なる配向方向制御用突起や液晶層厚さを規定する柱状またはリブ状のスペーサーを同時に形成する方法が提案されている（特許文献３）。

しかしながらこれらの方法によって形成した半透過型液晶パネルにおいて、透過型の着色層と反射型の着色層が隣接して配置されている場合は両者の境界部分がテーパーを有してしまい、所定の膜厚にならず、透過型の着色層においては色度規格に対して薄く、反射型の着色層においては色度規格に対して濃い領域を有することとなり、所定の色再現をすることが困難であった。

特開２００２−３３３６１５号公報 特開２００４−２５８１６１号公報 特開２００６−８４８９７号公報

着色層からなる透過部と、前記着色層と比較して膜厚の薄い着色層からなる反射部を有する半透過型液晶パネル用カラーフィルタを、基板上に塗布された感光性着色レジストに対して１回の直描露光やマスク露光によって、同一感光性着色レジストを用い透過部の着色層と反射部の着色層を、それぞれに所定の色度となる着色層膜厚に形成し、かつ透過部
と反射部の境界部の膜厚を垂直に変える半透過型液晶パネル用カラーフィルタの製造方法を提案することにある。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、基板上に、着色層からなる透過部と、前記着色層と比較して膜厚の薄い着色層からなる反射部とを有する半透過型液晶パネル用カラーフィルタであって、
前記透過部の着色層と前記反射部の着色層の材質を、単位面積あたりの照射光量により現像後の残膜量が変わり、熱フロー性を有し、着色材を含有した透明なネガ型の感光性着色レジストを硬化させたものとし、
基板上に塗布された前記同一の感光性着色レジストに対して、単位面積あたりの照射光量を、透過部と反射部との境界部＞透過部＞反射部の順に変化させ、現像処理により前記透過部と前記反射部を同時に形成し、かつ、現像処理の後、加熱処理により前記透過部と反射部との境界部の着色膜の膜厚をテーパー部がなく垂直に変化させた構造としたことを特徴とする半透過型液晶パネル用カラーフィルタである。

また、請求項２に記載の発明は、透過部と反射部となる露光領域を格子状に分割した個々の領域に分け、前記露光領域に対する単位面積あたりのレーザー照射光量を、デジタルミラー素子を用いて照射されるレーザー光をショットに分割し、さらにショットのＯＮ・ＯＦＦにより単位面積あたりの照射光量を制御し、
照射する単位面積あたりの照射量を、透過部の境界部＞透過部＞反射部の順に変化させ、前記透過部と前記反射部を同時に形成し、かつ前記透過部と前記反射部との境界部の着色膜厚をテーパー部がなく垂直に変化させた構造としたことを特徴とする請求項1に記載の半透過型液晶パネル用カラーフィルタである。

また、請求項３に記載の発明は、前記半透過型液晶パネル用カラーフィルタが、透明基板若しくはＴＦＴが形成された透明基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半透過型液晶パネル用カラーフィルタである。

また、請求項４に記載の発明は、基板上に、着色層からなる透過部と、前記着色層と比較して薄い膜厚の着色層からなる反射部を設けてなる半透過型液晶パネル用のカラーフィルタを、前記基板上に、照射光量により現像後の残膜量が変わる感光性着色レジストを塗布し、
塗布された前記同一の感光性着色レジストに対して、レーザーを走査しながら照射し、さらに現像処理によって製造する半透過型液晶パネル用カラーフィルタの製造方法であって、
前記感光性着色レジストに熱フロー性を有し、着色材を含有した透明なネガ型の感光性着色レジストを用い、
透過部と反射部となる露光領域を格子状に分割した個々の領域に分け、前記露光領域に対する単位面積あたりのレーザー照射光量を、デジタルミラー素子を用いて照射されるレーザー光をショットに分割し、さらにショットのＯＮ・ＯＦＦにより単位面積あたりの照射光量を制御し、照射する単位面積あたりの照射量を、透過部の境界部＞透過部＞反射部の順に変化させ、レーザー照射後の現像処理により所定の残膜厚とし、さらに加熱処理により残膜のレベリングを行うことを特徴とする半透過型液晶パネル用カラーフィルタの製造方法である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半透過型液晶パネル用カラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置である。

本願発明により、着色層の膜厚の異なる透過部と反射部を有する半透過型液晶パネル用カラーフィルタを、単位面積あたりの照射光量により現像後の残膜量が変わり、熱フロー性を有し、着色材を含有した透明なネガ型の感光性着色レジストを用い、照射光量を、透過部と反射部との境界部＞透過部＞反射部の順に変化させることにより、１回の露光で、かつ透過部と反射部の境界部の膜厚を垂直に変った半透過型液晶パネル用カラーフィルタの製造方法と、半透過型液晶パネル用カラーフィルタを提供することができる。

本願発明の半透過型液晶パネル用カラーフィルタにおける一着色画素中の透過部３と反射部４の形状を示した概念図である。 従来の半透過型液晶パネル用カラーフィルタにおける一着色画素中の透過部３と反射部４及びテーパー形状の境界部５の形状を示した概念図である。 一般的なブラックマトリックス２、Ｒ着色画素、Ｇ着色画素、Ｂ着色画素からなる半透過型液晶パネル用カラーフィルタにおける透過用赤着色層３Ｒ、透過用緑着色層３Ｇ、透過用青着色層３Ｂ、反射用赤着色層４Ｒ、反射用緑着色層４Ｇ、反射用青着色層４Ｂ透過部と反射部４の形状を示した概念図である。 本願発明において、半透過型液晶パネル用カラーフィルタの透過部の境界部、透過部、反射部に対する単位面積あたりの照射量を変化させるための透過型用着色層ＣＡＤ上の露光照射領域設定６、透過用着色層境界部ＣＡＤ上の露光照射領域設定７、反射型用着色層ＣＡＤ上の露光照射領域設定８を示した概念図である。 本願発明における、単位面積あたりの照射量を変化させ、感光性着色レジストの架橋密度に差を設けた、透過部の境界部５、透過部３、反射部４の、現像後の形状を示した概念図である。 本願発明における、単位面積あたりの照射量を変化させた、テーパー形状がなく不明瞭透過部、透過部３、反射部４の、現像後、さらに加熱を行った後の形状を示した概念図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本願発明の半透過型液晶パネル用カラーフィルタにおけるレーザー照射、現像後及び加熱レベリング後の透過部３と反射部４の形状を、図２は従来の透過部３と反射部４の形状を示しており、透過部３と反射部４との透過着色層境界部５における、膜厚の変化が垂直である。

透過部３と透過部におけるカラーフィルタよりも薄くて明るい色反射部４とを備えた半透過型液晶パネル用カラーフィルタは、基板上にレーザー照射量により現像後の残膜量が変わる感光性着色レジストを塗布し、塗布された感光性着色レジストに対して、前記レーザーを走査して照射し、レーザー照射量により現像後の残膜量が変わることを利用して形成される。

この形成に用いられる、描露光装置は、主にＣＡＤから露光領域を描画ヘッドにデータ転送する描画エンジン、レーザー光源、描画ヘッド、アライメント用のＣＣＤカメラ及び基板ステージから構成されている。

基板ステージ上に、前記基板上にレーザー照射量により現像後の残膜量が変わる感光性着色レジストを塗布した被露光基板を走査させ、描画ヘッドから照射されるレーザー光の照射により所定の領域が露光される。描画ヘッド内には、レーザー露光照射のオン／オフの選択切替えを行うためのＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が搭載されており、これにより、ＣＡＤデータに基づき所定領域を選択的に露光させ、パターン転写を行うことができる。

図３は一般的な半透過型液晶パネル用カラーフィルタの透過部と反射部４の形状を示しており、ガラス基板１上にブラックマトリックス２を形成し、さらにＲ着色画素、Ｇ着色画素、Ｂ着色画素を積層して形成され、Ｒ着色画素は透過用赤着色層３Ｒ、膜厚の薄い反射用赤着色層４Ｒを、Ｇ着色画素は透過用緑着色層３Ｇと膜厚の薄い反射用緑着色層４Ｇを、Ｂ着色画素は透過用青着色層３Ｂと膜厚の薄い反射用青着色層４Ｂから成っている。

２０ｍｍ×４００ｍｍ×０．５ｔサイズの無アルカリガラス上にブラックマトリックス（ＢＭ）、が形成された基板に熱フロー性を有する透明着色感光性のネガ型レジスト（顔料、アルカリ可溶性樹脂、光重合開始剤、及び重合性モノマーを主成分とするアクリル系感光性樹脂組成物）を塗布し、減圧乾燥及びプリベーク処理を行い被露光基板とした。

作製した被露光基板上にＬＤ（レーザーダイオード；波長４０５ｎｍ）発振器を露光光源とする直描露光機により、透過部と反射部それぞれ所定の膜厚の着色層となるように、照射光量を制御して直描露光処理を行った。

レーザー光の照射径はレーザー光の１０μｍのスポットを投影レンズで縮小し５μｍのスポット径として照射した。すべての露光領域を格子状に分割した個々の領域に分け、透過用の着色層と反射用の着色層がそれぞれ所定の膜厚となるよう、レーザーのショット数を調整する。透過型用着色層を１００％とした場合、反射型着色層は６５％にレーザー照射量を調整した。

さらに、透過部における、反射部との境界部に対して１２０％のレーザー照射量とする。使用装置には１０８０×１９２０個のセルが搭載されたＤＭＤが使用されており、露光量は個々のミラーのＯＮ回数、すなわちショット数で調整した。

図４は、本願発明における、半透過型液晶パネル用カラーフィルタの透過部の境界部、透過部、反射部に対する単位面積あたりの照射量を変化させるためのＣＡＤ上の露光照射領域設定を示している。透過部の境界部へのレーザー照射量が多く、次に透過部、反射部と照射量を調整する。透過型用着色層ＣＡＤ上の露光照射領域設定６、透過用着色層境界部ＣＡＤ上の露光照射領域設定７、反射型用着色層ＣＡＤ上の露光照射領域設定８から構成されており、架橋密度を高くした反射部との境界部の幅は２．０〜４．５μｍ程度は必要となる。

図５は、図４に示したＣＡＤ上の露光照射領域設定により、透過型用着色層を１００％、反射型着色層は６５％、透過部における、反射部との境界部を１２０％のレーザー照射量とし、現像処理を行ったときの断面形状を示しており、残膜部分はレーザーショットにより、凹凸が見られる。

図６は、現像処理後にさらに熱処理を行ったときの断面形状を示しており、感光性着色レジストが熱フロー性を持つため、現像後の焼成により、残膜がレベリングされ平滑な表面となる。この時透過部３と反射部４の境界には、透過部比較してレーザー照射量の多い領域があり、この部分はレベリングが起きないため、境界部はテーパーのない、垂直な段差持つ断面が形成されることを示している。

ＲＧＢからなる３色の入色の場合、感光性赤色組成物、感光性緑色組成物及び感光性青色組成物について、それぞれ感光性着色組成物に対し、透過型用着色層を１００％、反射型着色層は８０％、透過部における、反射部との境界部を１２０％のレーザー照射量と、現像を繰り返し、その後焼成処理を行い、従来技術ではテーパー形状を有していた境界部分の膜厚が所望の膜厚を有する半透過型のカラーフィルタの形成が可能となる。この時感光性組成物により、レーザー照射量やレーザー照射量を増やす反射部との境界部の、架橋
密度に差を設けた部分の幅を調整する必要がある。

直描露光方式はレーザー光源を露光光源としており、各レジストの感度に応じてレーザーの発振周波数とスキャン速度の積により決定される。このため、露光中はレーザー発振周波数及びスキャン速度は一定であるが、本発明による製造方法を用いることで、1回の露光処理において透過型用の着色層と反射型用の着色層を、それぞれに所定の膜厚差をつけ、それぞれの膜厚に対応した色度となる着色層を同時に形成することを可能とし、かつ露光時のオン／オフ制御の調整によって透過型用の着色層と反射型用の着色層との境界部分の露光量を変化させ、オーブンで焼成した際に起きる熱フロー性を利用して膜厚の変化を垂直にさせることによって、所定の色再現が可能となる。

光源としては、従来から一般的に、超高圧水銀（Ｈｇ）ランプやＹＡＧレーザー、レーザーダイオード（ＬＤ）、また最近ではＬＥＤランプなどが挙げらることができる。ただし高圧水銀ランプは複数の波長を持っており、３５５ｎｍ以下の波長はカットフィルターで遮蔽する必要がある。

＜実施の形態＞透過部膜厚が２．０μｍ、反射部膜厚が１．０μｍを得るために、４０５ｎｍの波長のレーザーダイオードの光を用い、レーザー照射量を増やす境界部の幅をＲＥＤ：２．４７μｍ、Ｇｒｅｅｎ：４．００μｍ、ＢＬＵＥ：２．８７μｍとし、透過型用着色層を１００％、反射型着色層は８０％、境界部を１２０％のレーザー照射量比して、架橋密度に差を設けて、作製したものはテーパー部の幅をほぼ０μｍにすることができる。

＜比較例＞一方境界部を設けず、透過型用着色層を１００％、反射型着色層は８０％としたものは、幅が５〜７μｍ程度のテーパーが形成され、レーザー照射量を増やし、架橋密度高めた境界部を設けることにより、テーパーのない、垂直な境界を持ち、色再現に優れた半透過型液晶パネル用カラーフィルタを提供することができる。

１・・・ガラス基板
２・・・ブラックマトリックス（ＢＭ）
３・・・透過部
３Ｒ・・・透過用赤着色層
３Ｇ・・・透過用緑着色層
３Ｂ・・・透過用青着色層
４・・・反射部
４Ｒ・・・反射用赤着色層
４Ｇ・・・反射用緑着色層
４Ｂ・・・反射用青着色層
５・・・透過着色層境界部
６・・・透過型用着色層ＣＡＤ上の露光照射領域設定
７・・・透過用着色層境界部ＣＡＤ上の露光照射領域設定
８・・・反射型用着色層ＣＡＤ上の露光照射領域設定
９・・・ハーフトーンマスク
１０・・・ハーフトーンマスク透過部
１１・・・ハーフトーンマスク透過着色層境界部
１２・・・ハーフトーンマスク反射部

Claims (5)

1. 基板上に、着色層からなる透過部と、前記着色層と比較して膜厚の薄い着色層からなる反射部とを有する半透過型液晶パネル用カラーフィルタであって、
   前記透過部の着色層と前記反射部の着色層の材質を、単位面積あたりの照射光量により現像後の残膜量が変わり、熱フロー性を有し、着色材を含有した透明なネガ型の感光性着色レジストを硬化させたものとし、
   基板上に塗布された前記同一の感光性着色レジストに対して、単位面積あたりの照射光量を、透過部と反射部との境界部＞透過部＞反射部の順に変化させ、現像処理により前記透過部と前記反射部を同時に形成し、かつ、現像処理の後、加熱処理により前記透過部と反射部との境界部の着色膜の膜厚をテーパー部がなく垂直に変化させた構造としたことを特徴とする半透過型液晶パネル用カラーフィルタ。
2. 透過部と反射部となる露光領域を格子状に分割した個々の領域に分け、前記露光領域に対する単位面積あたりのレーザー照射光量を、デジタルミラー素子を用いて照射されるレーザー光をショットに分割し、さらにショットのＯＮ・ＯＦＦにより単位面積あたりの照射光量を制御し、
   照射する単位面積あたりの照射量を、透過部の境界部＞透過部＞反射部の順に変化させ、前記透過部と前記反射部を同時に形成し、かつ前記透過部と前記反射部との境界部の着色膜厚をテーパー部がなく垂直に変化させた構造としたことを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶パネル用カラーフィルタ。
3. 前記半透過型液晶パネル用カラーフィルタが、透明基板若しくはＴＦＴが形成された透明基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半透過型液晶パネル用カラーフィルタ。
4. 基板上に、着色層からなる透過部と、前記着色層と比較して薄い膜厚の着色層からなる反射部を設けてなる半透過型液晶パネル用のカラーフィルタを、前記基板上に、照射光量により現像後の残膜量が変わる感光性着色レジストを塗布し、
   塗布された前記同一の感光性着色レジストに対して、レーザーを走査しながら照射し、さらに現像処理によって製造する半透過型液晶パネル用カラーフィルタの製造方法であって、
   前記感光性着色レジストに熱フロー性を有し、着色材を含有した透明なネガ型の感光性着色レジストを用い、
   透過部と反射部となる露光領域を格子状に分割した個々の領域に分け、前記露光領域に対する単位面積あたりのレーザー照射光量を、デジタルミラー素子を用いて照射されるレーザー光をショットに分割し、さらにショットのＯＮ・ＯＦＦにより単位面積あたりの照射光量を制御し、照射する単位面積あたりの照射量を、透過部の境界部＞透過部＞反射部の順に変化させ、レーザー照射後の現像処理により所定の残膜厚とし、さらに加熱処理により残膜のレベリングを行うことを特徴とする半透過型液晶パネル用カラーフィルタの製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の半透過型液晶パネル用カラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置。