JP2019045570A - カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】１０００ｐｐｉ以上の超高精細カラーフィルタに対応するように、着色画素の区画部に安定して形成された遮光部を備えるカラーフィルタを提供すること。【解決手段】複数の着色画素と、前記着色画素を区画する遮光部としての区画部ブラックマトリクスと、前記複数の着色画素が形成された表示領域を囲む額縁部ブラックマトリクスとを有するカラーフィルタであって、前記遮光部は、区画する前記着色画素の色の組み合わせに応じて、前記区画部ブラックマトリクスからなる前記遮光部と、前記着色画素を形成する着色層の積層部からなる前記遮光部と、を備えるカラーフィルタとする。【選択図】図１

Description

本発明は、カラー表示を行う表示装置に用いられるカラーフィルタに関し、特に高精細な着色画素とブラックマトリクスを備えるカラーフィルタに関する。

スマートフォン、タブレットＰＣの普及に伴い、モバイル向け液晶パネルの出荷数が年々増加しており、今後も高い成長率が見込まれている。また、この市場における高精細化への要求は高く、従ってカラーフィルタについても高精細化が求められている。

ガラス基板上にカラーフィルタを形成する工程では、感光性着色レジスト、及び遮光部となるブラックマトリクス（以下、ＢＭと略記する）を形成するための感光性黒色レジストまたは金属膜上の感光性レジストに対し、フォトリソグラフィ法を用いてパターン形成を行う。金属膜を用いる場合はレジストパターンをマスクとした金属膜のエッチング工程が加わるが、レジストパターニングについては同様であるので、以下、ＢＭは黒色レジストのパターンで形成するとして説明する。

フォトリソグラフィ法による着色画素やＢＭの形成は通常下記の手順で行われる。
１）ガラス基板への感光性レジストの塗布。
２）近接（プロキシミティ）露光機を用いた、フォトマスクパターンの露光転写。
３）現像装置を用いた、着色画素やＢＭパターンの形成。

ＢＭは、着色画素間にあり着色画素を区画するＢＭ（以下、区画部ＢＭと記す）と、複数の着色画素を有する表示領域を囲む、幅の広いＢＭ（以下、額縁部ＢＭと記す）により構成されている。区画部ＢＭは、表示画像の画素間のコントラストを高め、視認性を向上させる。また、額縁部ＢＭは、画質低下につながるバックライト（光源）からの光漏れを遮光する機能を有する。

カラーフィルタの精細化に伴い微細化が進むと、ＢＭパターンがフォトマスクパターンと違う形状で解像してしまう現象が生じる。図５（ａ）は、区画部ＢＭ１５Ｈの、額縁部ＢＭ２５に近いＡ部に細りが発生する様態を示す模式平面図である。尚、通常、パターンはネガ型レジストで形成するため、フォトマスクパターンの開口部（透光部）がＢＭパターン領域となる。

図５（ｂ）は、従来のカラーフィルタにおいて、光学シミュレーションにより得られた、区画部ＢＭと額縁部ＢＭの露光強度分布（相対値）を等高線で示す平面図である。図５（ｂ）のように、額縁部ＢＭを成すフォトマスクパターンの広い開口部と、区画部ＢＭを成す細い開口部の交差部（Ａ部）において、回折光の干渉により光強度が弱まることが分かる。これによりＡ部で細りが発生する。

また、現像時のマイクロローディング効果によっても区画部ＢＭのＡ部近傍で細りが発生する。すなわち、区画部ＢＭは格子状パターンのため、黒色レジストが除去され現像液が疲労するが、額縁部ＢＭでは黒色レジストが除去されないため、現像液の疲労がない。従って、額縁部に近づくほど現像液の活性状態が維持されるので、Ａ部近傍では区画部ＢＭの線幅は、中央部と比較して現像が進み、細くなってしまう。

上記の現象に対し、ＢＭパターン形成用のフォトマスクにおいて、額縁部ＢＭ近傍領域の区画部ＢＭを、現像工程で区画部ＢＭが中央の線幅に対して細くなる分だけ、あらかじ
め線幅を太くする補正を施しておくという方法が開示されている（特許文献１）。

図６は、従来のカラーフィルタにおいて、（ａ）ＢＭパターンを形成するための補正部１５−Ｐｃを有するフォトマスクのパターン領域５０−Ｐ、（ｂ）転写形成したＢＭパターン領域５０−Ｂ、（ｃ）着色画素を形成したカラーフィルタ５０を例示する模式平面図である。補正部１５−Ｐｃを有する効果により、区画部ＢＭ１５は、額縁部ＢＭ２５の近傍まで線幅の変化は発生していない。

しかしながら、カラーフィルタの精細化がさらに進み、具体的には１０００ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）以上の超高精細パターンの領域になると、フォトマスクの区画部ＢＭ形成用パターンで隣り合う開口部間の距離が近すぎるため回折光の干渉の影響がさらに大きくなり、角部の丸まりや解像不良が発生する。そのため、目的の形状を持つ区画部ＢＭを解像することが出来なくなる。

図７（ａ）は、従来のカラーフィルタにおける、フォトマスクの高精細ＢＭパターン領域５０−Ｐ’を示し、ここでは区画部ＢＭを形成するフォトマスクパターンの開口部の離間距離Ｗは、例えば８μｍ以下である。図７（ｂ）は、区画部ＢＭを転写形成できなかったＢＭパターン領域５０−Ｂ’を例示する模式平面図である。

特開２００２−１２２８５６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、その目的とするところは、１０００ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）以上の超高精細カラーフィルタに対応するように、着色画素の区画部に安定して形成された遮光部を備え、従って視認性で優位性を有するカラーフィルタを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の着色画素と、前記着色画素を区画する遮光部としての区画部ブラックマトリクスと、前記複数の着色画素が形成された表示領域を囲む額縁部ブラックマトリクスとを有するカラーフィルタであって、
前記遮光部は、区画する前記着色画素の色の組み合わせに応じて、前記区画部ブラックマトリクスからなる遮光部と、前記着色画素を形成する着色層の積層部からなる遮光部と、を備えることを特徴とするカラーフィルタとしたものである。

請求項２に記載の発明は、前記着色画素の一種として着色を有しない透明画素を含み、前記透明画素は前記カラーフィルタ全体に設ける表面保護層からなることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタとしたものである。

本発明によれば、１０００ｐｐｉ以上の超高精細カラーフィルタに対応する、高精細な着色画素の区画部に安定して形成された遮光部を備え、従って視認性で優位性を有するカラーフィルタが得られる。それにより高品位な表示装置が得られる。

本発明のカラーフィルタの第１実施形態の着色画素、ＢＭ、擬似ＢＭの配置を例示する模式平面図である。 本発明のカラーフィルタの第２実施形態の着色画素、ＢＭ、擬似ＢＭの配置を例示する（ａ）模式平面図、（ｂ）模式断面図である。 本発明のカラーフィルタに係る、擬似ＢＭの透過率特性を説明するための図である。 本発明のカラーフィルタに係る、（ａ）ＢＭパターンを形成するためのフォトマスクのパターン領域、（ｂ）転写形成したＢＭパターン領域、（ｃ）第１実施形態のカラーフィルタを例示する模式平面図である。 従来のカラーフィルタにおいて、（ａ）ＢＭの細りが発生する様態を示す模式平面図、（ｂ）区画部ＢＭと額縁部ＢＭの露光強度分布を示す平面図である。 従来のカラーフィルタにおいて、（ａ）ＢＭパターンを形成するための補正部を有するフォトマスクのパターン領域、（ｂ）転写形成したＢＭパターン領域、（ｃ）着色画素を形成したカラーフィルタを例示する模式平面図である。 従来のカラーフィルタにおける、（ａ）フォトマスクの高精細ＢＭパターン領域、（ｂ）区画部ＢＭを転写形成できなかったＢＭパターン領域５０−Ｂ’を例示する模式平面図である。

以下、本発明の実施形態に係るカラーフィルタについて図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明のカラーフィルタの第１実施形態１０の着色画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、ＢＭ１、擬似ＢＭの配置を例示する模式平面図であり、複数の着色画素を有する表示領域のうち、額縁部ＢＭ２に近い領域で代表して示している。擬似ＢＭについては後述する。

本発明のカラーフィルタでは、着色画素を区画する遮光部は、区画する着色画素の色の組み合わせに応じて、従来と同様の区画部ＢＭによる遮光部と、着色画素を形成する着色層の積層部からなる遮光部（これを擬似ＢＭと称する）と、を備えている。

図１の第１実施形態のカラーフィルタ１０の例では、ストライプ状の着色画素を備え、Ｇ（緑）とＢ（青）の区画部には従来と同様の区画部ＢＭ１を備え、Ｂ（青）とＲ（赤）の区画部、及びＲ（赤）とＧ（緑）の区画部には、それぞれＢとＲの着色層の積層部からなる擬似ＢＭ３（ＢＲ）、及びＲとＧの着色層の積層部からなる擬似ＢＭ３（ＲＧ）を備えている。

図２は、本発明のカラーフィルタの第２実施形態２０の着色画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ）、ＢＭ１、擬似ＢＭの配置を例示する（ａ）模式平面図、（ｂ）模式断面図であり、図１と同様に、複数の着色画素を有する表示領域のうち、額縁部ＢＭ２に近い領域で代表して示している。

前記のように、第２実施形態のカラーフィルタ２０は、着色画素の一種として着色を有しない透明画素Ｗを含んでいる。さらに図２（ｂ）に示すように、透明画素Ｗはカラーフィルタ２０全体に設ける表面保護層５からなっている。

表面保護層５は、着色画素及びＢＭの保護と、カラーフィルタ２０の平坦化を担うものであり、材料としては光または熱で硬化する透明樹脂で、例えば従来のカラーフィルタのオーバーコート層として使用される材料が好ましい。

図２の第２実施形態のカラーフィルタ２０の例では、ストライプ状の着色画素を備え、Ｇ（緑）とＢ（青）の区画部には従来と同様の区画部ＢＭ１を備え、Ｒ（赤）とＧ（緑）の区画部にはＲとＧの着色層の積層部からなる擬似ＢＭ３（ＲＧ）を備えている。

第２実施形態のカラーフィルタ２０は、前記のように、透明画素Ｗを含むが、透明画素Ｗは、従来のＲ、Ｇ、Ｂの着色画素に輝度の高い透明画素Ｗを加えることによって、各画素の輝度が増し、表示装置としての基本性能を向上させる機能を有する。このように、他画素への重畳効果を狙うものであるので、図２に示すように、透明画素Ｗと、隣接するＢ及びＲの区画部には遮光部を必要としない。また、透明画素Ｗは透過率が高いため、他の着色画素よりも小さい線幅とすることができる。

透明画素Ｗの数は、必ずしも他の着色画素と同じである必要はなく、他の着色画素の配列の任意に位置に、用途による必要に応じ、規則的に形成することができる。

図３は、本発明のカラーフィルタに係る、擬似ＢＭの透過率特性を説明するための図であり、着色画素を形成する着色層の積層部によって擬似ＢＭとしての遮光部が得られる理由を説明するための図である。

一般に、カラーフィルタを構成する着色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの着色フィルタとしての分光透過率特性は、図３（ａ）のモデル図のようである。すなわち、赤色フィルタ（実線）は波長５５０ｎｍ以上に透過域を有し、青色フィルタ（点線）は波長５５０ｎｍ以下、緑色フィルタ（一点鎖線）はほぼ波長４８０〜６２０ｎｍに透過域を有している。

従って、赤色画素と青色画素を積層すると図３（ｂ）のようになり、赤色フィルタによって波長５５０ｎｍ以下はカットされ５５０ｎｍ以上は透過するが、青色フィルタによって波長５５０ｎｍ以上はカットされるので、透過光はほぼなくなり、擬似ＢＭが得られる。

また、赤色画素と緑色画素、または緑色画素と青色画素を積層すると、図３（ａ）から推定されるように、それぞれ６００ｎｍ付近、または５００ｎｍ付近の光は透過するが、透過率は低く透過波長域は狭いため、擬似ＢＭとすることができる。現実の着色画素では材料の調整により透過波長域を調整できるため、積層部の透過率をさらに下げることができ、擬似ＢＭとすることができる。この場合、赤色画素と緑色画素、または緑色画素と青色画素の少なくとも一方を擬似ＢＭとすればよく、他方は後述のように、従来と同様の区画部ＢＭを用いることができる。

図４は、本発明のカラーフィルタに係る、（ａ）第１実施形態のカラーフィルタ用のＢＭパターンを形成するためのフォトマスクのパターン領域１０−Ｐ、（ｂ）転写形成したＢＭパターン領域１０−Ｂ、（ｃ）第１実施形態のカラーフィルタ１０（図１参照）を例示する模式平面図である。

第１実施形態のカラーフィルタ１０では、図４（ｃ）に示すように、従来と同様の区画部ＢＭ１はＧとＢの区画部に備えるのみである。従って、区画部ＢＭ１を形成するためのフォトマスクパターンは図４（ａ）のようになり、開口部の離間距離ＷはＢ、Ｒ、Ｇの３画素分の線幅となって、図７（ａ）におけるＷが８μｍであったとすると、２４μｍと十分大きくなる。すなわち、隣り合う開口部間の距離は十分大きくなるので、回折光の影響を受けず、目的の形状を持つ区画部ＢＭ１を解像することができる。尚、開口部の離間距離Ｗ＝２４μｍは、４００ｐｐｉのカラーフィルタに対応する技術水準で形成することができる。

尚、フォトマスクパターンの補正部１−Ｐｃ（図４（ａ））は、従来と同様に、額縁部ＢＭのパターンの影響を回避するためのもので、用途による必要に応じて形成すればよい。

１・・・区画部ＢＭ
１−Ｐ・・・フォトマスクのＢＭパターン透光部
１−Ｐｃ・・・フォトマスクのＢＭパターン透光部の補正部
１−Ｎ・・・フォトマスクのＢＭパターン遮光部
２・・・額縁部ＢＭ
２−Ｐ・・・フォトマスクの額縁部ＢＭパターン透光部
３・・・擬似ＢＭ（着色層積層部）
４・・・透明性基板
５・・・表面保護層
１０・・・・カラーフィルタ（本発明の第１実施形態）
２０・・・・カラーフィルタ（本発明の第２実施形態）
１０−Ｐ・・・フォトマスクのＢＭパターン領域
１０−Ｂ・・・転写形成したＢＭパターン領域
１５・・・区画部ＢＭ
１５−Ｐ・・・・フォトマスクのＢＭパターン透光部
１５−Ｐ’・・・フォトマスクの高精細ＢＭパターン透光部
１５−Ｐｃ・・・フォトマスクのＢＭパターン透光部の補正部
１５−Ｎ・・・フォトマスクのＢＭパターン遮光部
１５−Ｎ’・・・フォトマスクの高精細ＢＭパターン遮光部
１５Ｈ・・・・細りが生じた区画部ＢＭ
２５・・・額縁部ＢＭ
２５−Ｐ・・・フォトマスクの額縁部ＢＭパターン透光部
５０・・・・カラーフィルタ（従来例）
５０−Ｐ・・・フォトマスクのＢＭパターン領域
５０−Ｐ’・・・フォトマスクの高精細ＢＭパターン領域
５０−Ｂ・・・・転写形成したＢＭパターン領域
５０−ＢＨ・・・細りが生じた区画部ＢＭパターン領域
５０−Ｂ’・・・・・・区画部ＢＭを転写形成できなかったＢＭパターン領域

Claims (2)

1. 複数の着色画素と、前記着色画素を区画する遮光部としての区画部ブラックマトリクスと、前記複数の着色画素が形成された表示領域を囲む額縁部ブラックマトリクスとを有するカラーフィルタであって、
   前記遮光部は、区画する前記着色画素の色の組み合わせに応じて、前記区画部ブラックマトリクスからなる遮光部と、前記着色画素を形成する着色層の積層部からなる遮光部と、を備えることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記着色画素の一種として着色を有しない透明画素を含み、前記透明画素は前記カラーフィルタ全体に設ける表面保護層からなることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。