JP2021002033A - Color filter substrate, liquid crystal display device, and method of manufacturing color filter substrate - Google Patents

Color filter substrate, liquid crystal display device, and method of manufacturing color filter substrate Download PDF

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佳久 石本
Yoshihisa Ishimoto
佳久 石本
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Abstract

To provide a color filter substrate appropriate for preventing a variation in luminance between pixels, a method of manufacturing the color filter substrate, and a liquid crystal display device comprising the color filter substrate.SOLUTION: A color filter substrate comprises a transparent substrate, a plurality of color filter layers aligned on the transparent substrate, and a light shielding layer arranged on the transparent substrate and separating the plurality of color filter layers adjacent to each other. The light shielding layer is a resin cured product that is made by patterning a photoresist and forms an eave part protruding in parallel with the transparent substrate on an end of the light shielding layer not in contact with the transparent substrate.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、カラーフィルタ基板、液晶表示装置、及び、カラーフィルタ基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a color filter substrate, a liquid crystal display device, and a method for manufacturing a color filter substrate.

液晶表示装置は、表示のために液晶組成物を利用する表示装置であり、その代表的な表示方式は、カラーフィルタ基板と対向基板との間に液晶組成物を封入した液晶パネルに対してバックライトから光を照射し、液晶組成物に電圧を印加して液晶分子の配向を変化させることにより、液晶パネルを透過する光の量を制御するものである。このような液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を有することから、テレビジョン、スマートフォン、タブレット端末、カーナビゲーション等の電子機器に利用されている。 A liquid crystal display device is a display device that uses a liquid crystal composition for display, and a typical display method thereof is a backing to a liquid crystal panel in which a liquid crystal composition is enclosed between a color filter substrate and a facing substrate. By irradiating light from a light and applying a voltage to the liquid crystal composition to change the orientation of the liquid crystal molecules, the amount of light transmitted through the liquid crystal panel is controlled. Since such a liquid crystal display device has features such as thinness, light weight, and low power consumption, it is used in electronic devices such as televisions, smartphones, tablet terminals, and car navigation systems.

液晶パネルを透過する光は、カラーフィルタ基板に設けられたカラーフィルタ層を通過することで、カラーフィルタ層の色に応じた色光に変換され、色光の混色によってカラー表示が実現される。カラーフィルタ層同士の間には、遮光層(ブラックマトリックス)が設けられることが一般的である。ブラックマトリックスは、黒表示時の光漏れや、隣り合うカラーフィルタ層同士での意図しない混色を防止する等の機能を有する。ブラックマトリックスとしては、クローム製のものや、樹脂製のものが知られている。特許文献1には、樹脂ブラックマトリックスの一例が記載されている。 The light transmitted through the liquid crystal panel passes through the color filter layer provided on the color filter substrate and is converted into color light corresponding to the color of the color filter layer, and color display is realized by mixing the color light. A light-shielding layer (black matrix) is generally provided between the color filter layers. The black matrix has functions such as preventing light leakage during black display and unintended color mixing between adjacent color filter layers. As the black matrix, one made of chrome and one made of resin are known. Patent Document 1 describes an example of a resin black matrix.

特開2015−26049号公報JP-A-2015-26049

液晶表示装置における画素の高精細化が進展したことに伴い、1000ppiを超える高精細の液晶表示装置において、画面表示のざらつきが視認され、表示品位上の問題となることがあった。この表示のざらつきは、液晶パネルにおける画素毎の輝度(透過率)が異なることによって生じる。 With the progress of high-definition pixels in liquid crystal display devices, the roughness of the screen display is visually recognized in high-definition liquid crystal display devices exceeding 1000 ppi, which may cause a problem in display quality. This roughness of the display is caused by the difference in the brightness (transmittance) of each pixel in the liquid crystal panel.

ところで、樹脂ブラックマトリックスは、一般的に、フォトリソグラフィ法により形成されており、通常、断面形状がテーパー形状となっている。本発明者の検討の結果、高精細液晶パネルの場合は、精細度の高くない液晶パネルでは影響しなかった樹脂ブラックマトリックスのテーパー部における光漏れが画素毎の輝度差の原因であることを見出した。図9は、精細度の高くない液晶パネルにおける表示光の透過状態を説明する図であり、図10は、精細度の高い液晶パネルにおける表示光の透過状態を説明する図である。図9及び10中に示した矢印は、透明基板11を透過する光を模式的に示しており、矢印の太さは、光量の大小に対応している。図9及び10では、下地となる透明基板11に近い側の幅が広がった順テーパー形状の樹脂ブラックマトリックス(遮光層)13Aが設けられており、開口部を透過する光の光量よりも少ないものの、テーパー部を透過する光が存在することを示している。図9と図10の対比から分かるように、精細度の高い液晶パネルでは、一画素に占めるブラックマトリックス(遮光層)13Aのテーパー部の面積割合が大きく、テーパー部における光漏れが多くなっている。一方で、フォトリソグラフィ法による樹脂ブラックマトリックスのパターニングにおいて、画素毎のテーパー部の形状を液晶パネル全体で均一にすることは困難であった。 By the way, the resin black matrix is generally formed by a photolithography method, and usually has a tapered cross-sectional shape. As a result of the study by the present inventor, in the case of a high-definition liquid crystal panel, it was found that light leakage in the tapered portion of the resin black matrix, which was not affected by the liquid crystal panel having low definition, is the cause of the brightness difference for each pixel. It was. FIG. 9 is a diagram for explaining a transmission state of display light in a liquid crystal panel having a low definition, and FIG. 10 is a diagram for explaining a transmission state of display light in a liquid crystal panel having a high definition. The arrows shown in FIGS. 9 and 10 schematically show the light transmitted through the transparent substrate 11, and the thickness of the arrows corresponds to the magnitude of the amount of light. In FIGS. 9 and 10, a resin black matrix (light-shielding layer) 13A having a forward taper shape with a wider width on the side close to the transparent substrate 11 as a base is provided, which is less than the amount of light transmitted through the opening. , Indicates that there is light that passes through the tapered portion. As can be seen from the comparison between FIGS. 9 and 10, in the liquid crystal panel having high definition, the area ratio of the tapered portion of the black matrix (light-shielding layer) 13A to one pixel is large, and the light leakage in the tapered portion is large. .. On the other hand, in the patterning of the resin black matrix by the photolithography method, it is difficult to make the shape of the tapered portion for each pixel uniform in the entire liquid crystal panel.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、画素毎の輝度のばらつきの発生を防止するのに適したカラーフィルタ基板及びその製造方法、並びに、該カラーフィルタ基板を備える液晶表示装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a color filter substrate and a manufacturing method thereof suitable for preventing variations in brightness for each pixel, and a liquid crystal display device including the color filter substrate. It is intended to be provided.

(1)本発明の一実施形態は、透明基板と、上記透明基板上に並置された複数のカラーフィルタ層と、上記透明基板上に配置され、隣接する上記複数のカラーフィルタ層同士を区分する遮光層と、を備え、上記遮光層は、フォトレジストをパターニングした樹脂硬化物であり、上記透明基板と接しない側の端に、上記透明基板と平行方向に突出した庇部を有する、カラーフィルタ基板。 (1) In one embodiment of the present invention, a transparent substrate, a plurality of color filter layers juxtaposed on the transparent substrate, and a plurality of adjacent color filter layers arranged on the transparent substrate are separated from each other. A color filter comprising a light-shielding layer, wherein the light-shielding layer is a cured resin product in which a photoresist is patterned, and has an eaves portion protruding in a direction parallel to the transparent substrate at an end on a side not in contact with the transparent substrate. substrate.

(2)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、上記庇部の厚みが0.5μm以上である、カラーフィルタ基板。 (2) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1) above, a color filter substrate having a thickness of the eaves portion of 0.5 μm or more.

(3)また、本発明のある実施形態は、上記(1)又は(2)の構成に加え、上記遮光層の配置間隔が30μm以下である、カラーフィルタ基板。 (3) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1) or (2) above, a color filter substrate in which the arrangement interval of the light-shielding layers is 30 μm or less.

(4)本発明の一実施形態は、上記(1)、上記(2)又は上記(3)のカラーフィルタ基板と、上記カラーフィルタ基板と対向する対向基板と、上記カラーフィルタ基板と上記対向基板との間に配置された液晶層と、を備える、液晶表示装置。 (4) In one embodiment of the present invention, the color filter substrate of the above (1), the above (2) or the above (3), the opposing substrate facing the color filter substrate, the color filter substrate and the opposing substrate A liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer arranged between the two.

(5)本発明の一実施形態は、透明基板上に、隣接する複数のカラーフィルタ層同士を区分する遮光層を有するカラーフィルタ基板を製造する方法であって、上記透明基板上にフォトレジストを配置する工程と、上記フォトレジストを飽和露光量で露光する工程と、露光された上記フォトレジストを現像する工程と、を含み、上記現像工程において、上記透明基板と接しない側の端に、上記透明基板と平行方向に突出した庇部が形成されるまで現像を継続する、カラーフィルタ基板の製造方法。 (5) One embodiment of the present invention is a method of manufacturing a color filter substrate having a light-shielding layer that separates a plurality of adjacent color filter layers on a transparent substrate, and a photoresist is placed on the transparent substrate. The step of arranging the photoresist, the step of exposing the photoresist with a saturated exposure amount, and the step of developing the exposed photoresist are included, and in the development step, the above-mentioned edge on the side not in contact with the transparent substrate is used. A method for manufacturing a color filter substrate, in which development is continued until an eaves projecting in a direction parallel to the transparent substrate is formed.

本発明によれば、画素毎の輝度のばらつきの発生を防止するのに適したカラーフィルタ基板及びその製造方法、並びに、該カラーフィルタ基板を備える液晶表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a color filter substrate and a method for manufacturing the same, which are suitable for preventing the occurrence of variation in brightness for each pixel, and a liquid crystal display device provided with the color filter substrate.

従来の順テーパー形状を有する遮光層を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the light-shielding layer which has a conventional forward taper shape. 従来の逆テーパー形状を有する遮光層を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the light-shielding layer which has a conventional reverse taper shape. 本発明の実施形態における庇部を有する遮光層を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the light-shielding layer which has the eaves part in embodiment of this invention. ポジ型フォトレジストを用いたときの遮光層の形成方法を説明するフロー図である。It is a flow chart explaining the method of forming a light-shielding layer when a positive photoresist is used. ネガ型フォトレジストを用いたときの遮光層の形成方法を説明するフロー図である。It is a flow chart explaining the method of forming a light-shielding layer when a negative type photoresist is used. 露光量及び現像時間と得られる遮光層の形状との相関を説明するグラフである。It is a graph explaining the correlation between the exposure amount and development time, and the shape of the obtained light-shielding layer. 露光時間及び現像時間と表示パネル面内の透過率のばらつきとの相関を確認する実験の結果を示したグラフである。It is a graph which showed the result of the experiment which confirmed the correlation between the exposure time and the development time, and the variation of the transmittance in the display panel surface. 液晶パネルの製造方法を説明するフロー図である。It is a flow figure explaining the manufacturing method of a liquid crystal panel. 精細度の高くない液晶パネルにおける表示光の透過状態を説明する図である。It is a figure explaining the transmission state of the display light in the liquid crystal panel which does not have high definition. 精細度の高い液晶パネルにおける表示光の透過状態を説明する図である。It is a figure explaining the transmission state of the display light in the liquid crystal panel with high definition.

以下、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板、液晶表示装置、及び、カラーフィルタ基板の製造方法について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。 Hereinafter, a color filter substrate, a liquid crystal display device, and a method for manufacturing the color filter substrate according to the embodiment of the present invention will be described. The present invention is not limited to the contents described in the following embodiments, and the design can be appropriately changed within a range that satisfies the configuration of the present invention.

本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板は、透明基板と、上記透明基板上に並置された複数のカラーフィルタ層と、上記透明基板上に配置され、隣接する上記複数のカラーフィルタ層同士を区分する遮光層と、を備え、上記遮光層は、フォトレジストをパターニングした樹脂硬化物であり、上記透明基板と接しない側の端に、上記透明基板と平行方向に突出した庇部を有する。 The color filter substrate according to the embodiment of the present invention is a transparent substrate, a plurality of color filter layers juxtaposed on the transparent substrate, and the plurality of adjacent color filter layers arranged on the transparent substrate are separated from each other. The light-shielding layer is a cured resin product in which a photoresist is patterned, and has an eaves portion protruding in a direction parallel to the transparent substrate at an end on the side not in contact with the transparent substrate.

上記カラーフィルタ層は、液晶表示装置の分野において従来公知のものを用いてもよく、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)等の色材を含有する感光性の透明樹脂(カラーレジスト)が用いられる。カラーフィルタ基板を平面視したときに液晶表示装置の画素が配列される領域(表示領域)内では、上記カラーフィルタ層が画素を構成する部分(画素領域)ごとに配置され、かつ上記遮光層が画素領域の境界を区切るように配置されることが好ましい。 As the color filter layer, those conventionally known in the field of liquid crystal display devices may be used, for example, a photosensitive transparent resin containing a coloring material such as red (R), green (G), and blue (B). (Color resist) is used. Within the area (display area) where the pixels of the liquid crystal display device are arranged when the color filter substrate is viewed in a plan view, the color filter layer is arranged for each portion (pixel area) constituting the pixel, and the light-shielding layer is provided. It is preferable that the pixels are arranged so as to delimit the boundary of the pixel area.

上記遮光層は、フォトレジスト(感光性樹脂)を露光した後、現像することによって、隣接する複数のカラーフィルタ層同士を区分するパターンに形成された層であり、例えば、フォトリソグラフィにより格子状に形成されたブラックマトリックス(BM)であってもよい。フォトレジストは、ポジ型であってもよいし、ネガ型であってもよい。 The light-shielding layer is a layer formed in a pattern that separates a plurality of adjacent color filter layers by developing after exposing a photoresist (photosensitive resin), and is formed in a grid pattern by, for example, photolithography. It may be a formed black matrix (BM). The photoresist may be a positive type or a negative type.

本実施形態における遮光層は、上記透明基板と接しない側の端に、上記透明基板と平行方向に突出した庇部(オーバーハング部)を有している。庇部が設けられることにより、従来のテーパー形状を有する遮光層において生じていた光漏れを防止することができ、その結果、画素毎の輝度のばらつきの発生を防止することができる。 The light-shielding layer in the present embodiment has an eaves portion (overhang portion) protruding in a direction parallel to the transparent substrate at an end on the side not in contact with the transparent substrate. By providing the eaves, it is possible to prevent light leakage that has occurred in the conventional light-shielding layer having a tapered shape, and as a result, it is possible to prevent the occurrence of variation in brightness for each pixel.

図1は、従来の順テーパー形状を有する遮光層を示した断面図であり、図2は、従来の逆テーパー形状を有する遮光層を示した断面図であり、図3は、本発明の実施形態における庇部を有する遮光層を示した断面図である。図1に示した順テーパー形状の遮光層13A及び図2に示した逆テーパー形状の遮光層13Bのいずれにおいても、テーパー部は垂直方向の厚みが薄いため、遮光が不充分となり、光が若干透過する。なお、本明細書では、遮光層の形状について、透明基板11に近い側の幅が広がった形状を「順テーパー形状」といい、透明基板11に近い側の幅が狭まった形状を「逆テーパー形状」という。図1及び2中に示した矢印は、テーパー部を透過する光を模式的に示している。また、特に高精細の表示パネルの場合、カラーフィルタ基板面内の各画素において遮光層のテーパー形状を均一に形成することは製造技術上難しい。このため、従来、テーパー部の形状が均一でないことに起因して、表示パネル内の場所によって透過率(光の抜ける量)が異なっていた。但し、解像度が低い表示パネルにおいては、開口部の光量がテーパー部の漏れ光に比べて非常に多いため、テーパー部の漏れ光のばらつきの影響は問題とされていなかった。しかしながら、解像度が高い表示パネルにおいては、開口部が小さいため、テーパー部の漏れ光の影響が大きく、テーパー部での透過光量のばらつきにより画素毎に輝度(透過率)の差異が生じ、画面表示のざらつきやムラとして視認されてしまう。そこで、本実施形態では、図3に示すような、テーパー部が無く、庇部14を有する遮光層13が設けられる。図3中に示した矢印は、庇部14で遮光される光を模式的に示している。庇部14を有する遮光層13は、後述するように、飽和露光量で露光され、充分に現像されることで形成することができる。本実施形態の遮光層13は、庇部14により充分に遮光することができるので、テーパー部での透過光量のばらつきによる輝度(透過率)の差異は生じず、画面表示のざらつきやムラを防止することができる。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light-shielding layer having a conventional forward taper shape, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a light-shielding layer having a conventional reverse taper shape, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which showed the light-shielding layer which has the eaves part in the form. In both the forward-tapered light-shielding layer 13A shown in FIG. 1 and the reverse-tapered light-shielding layer 13B shown in FIG. 2, the tapered portion is thin in the vertical direction, so that light shielding is insufficient and light is slightly emitted. To Penetrate. In the present specification, regarding the shape of the light-shielding layer, the shape in which the width on the side close to the transparent substrate 11 is widened is referred to as "forward taper shape", and the shape in which the width on the side close to the transparent substrate 11 is narrowed is referred to as "reverse taper". It is called "shape". The arrows shown in FIGS. 1 and 2 schematically show the light transmitted through the tapered portion. Further, particularly in the case of a high-definition display panel, it is difficult in terms of manufacturing technology to uniformly form the tapered shape of the light-shielding layer in each pixel in the surface of the color filter substrate. For this reason, conventionally, due to the uneven shape of the tapered portion, the transmittance (the amount of light that escapes) differs depending on the location in the display panel. However, in a display panel having a low resolution, the amount of light in the opening is much larger than that in the tapered portion, so that the influence of the variation in the leaked light in the tapered portion has not been a problem. However, in a display panel having a high resolution, since the opening is small, the influence of the leaked light in the tapered portion is large, and the difference in the brightness (transmittance) occurs for each pixel due to the variation in the amount of transmitted light in the tapered portion, so that the screen display is displayed. It will be visually recognized as roughness or unevenness. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, a light-shielding layer 13 having no tapered portion and having an eaves portion 14 is provided. The arrows shown in FIG. 3 schematically show the light blocked by the eaves 14. The light-shielding layer 13 having the eaves portion 14 can be formed by being exposed to a saturated exposure amount and being sufficiently developed, as will be described later. Since the light-shielding layer 13 of the present embodiment can sufficiently block light from the eaves portion 14, there is no difference in brightness (transmittance) due to variations in the amount of transmitted light in the tapered portion, and roughness and unevenness of the screen display are prevented. can do.

庇部14を有する遮光層13は、断面の輪郭線において、透明基板と接する側の面(下底)の端部13aと透明基板と接しない側の面(上底)の端部13bとの間に不連続に曲がる2つのコーナー部14a、14bを有し、かつ透明基板と接する面の面積(輪郭線の長さ)よりも透明基板と接しない面の面積(輪郭線の長さ)が大きいという特徴を有する。なお、コーナー部は、3つ以上存在してもよい。一方、逆テーパー形状を有する遮光層13Bは、断面の輪郭線において、下底の端部と上底の端部との間(テーパー部)が連続する直線及び/又は曲線で構成されている点で、庇部14を有する遮光層13とは異なる。 The light-shielding layer 13 having the eaves portion 14 has an end portion 13a on the side surface (lower bottom) in contact with the transparent substrate and an end portion 13b on the side surface (upper bottom) not in contact with the transparent substrate in the outline of the cross section. It has two corners 14a and 14b that bend discontinuously between them, and the area of the surface that does not contact the transparent substrate (length of the contour line) is larger than the area of the surface that contacts the transparent substrate (length of the contour line). It has the characteristic of being large. In addition, there may be three or more corner portions. On the other hand, the light-shielding layer 13B having an inverted tapered shape is formed by a straight line and / or a curved line in which the end portion of the lower base and the end portion of the upper base (tapered portion) are continuous in the contour line of the cross section. Therefore, it is different from the light-shielding layer 13 having the eaves portion 14.

なお、従来のフォトリソグラフィでは、庇形状が形成されないように順テーパー形状の膜を形成することが技術常識であった。これは、庇部を有する膜の上に別の膜を積層しようとした場合に、別の膜によって庇部を有する膜を覆うことが困難となり、上底の端部等に存在する段差に起因して、導電性のパターンが断線する等の欠陥が発生してしまうためであった。本実施形態のカラーフィルタ基板の場合には、遮光層13の上に積層される導電性のパターンの断線による電気的な不良のおそれがないので、解像度が高い表示パネルにおいて透過率がばらつく原因となるテーパー部を無くすことによるメリットが大きい。 In conventional photolithography, it has been common general knowledge to form a film having a forward taper shape so that an eaves shape is not formed. This is due to the difficulty of covering the film having the eaves with another film when trying to laminate another film on the film having the eaves, and the step existing at the end of the upper bottom or the like. This is because defects such as disconnection of the conductive pattern occur. In the case of the color filter substrate of the present embodiment, there is no risk of electrical defects due to disconnection of the conductive pattern laminated on the light-shielding layer 13, which causes the transmittance to vary in a high-resolution display panel. There is a great merit by eliminating the tapered part.

上記実施形態に係るカラーフィルタ基板の好ましい形態について、以下に説明する。 A preferred embodiment of the color filter substrate according to the above embodiment will be described below.

充分な遮光性能を確保する観点から、上記庇部14の厚みは、0.5μm以上であることが好ましい。 From the viewpoint of ensuring sufficient light-shielding performance, the thickness of the eaves portion 14 is preferably 0.5 μm or more.

上記遮光層13の配置間隔(開口部の幅)は、30μm以下であってもよい。本実施形態の庇部14を有する遮光層13によれば、従来のテーパー部を有する遮光層とは異なり、遮光層13の配置間隔が狭く設定された高精細の表示パネルにおいても、透過光量のばらつきによる輝度(透過率)の差異を抑制することができる。 The arrangement interval (width of the opening) of the light-shielding layer 13 may be 30 μm or less. According to the light-shielding layer 13 having the eaves portion 14 of the present embodiment, unlike the conventional light-shielding layer having a tapered portion, the amount of transmitted light is large even in a high-definition display panel in which the arrangement interval of the light-shielding layers 13 is set narrow. It is possible to suppress the difference in brightness (transmittance) due to variation.

本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、上記カラーフィルタ基板と、上記カラーフィルタ基板と対向する対向基板と、上記カラーフィルタ基板と上記対向基板との間に配置された液晶層と、を備える。 The liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention includes the color filter substrate, a facing substrate facing the color filter substrate, and a liquid crystal layer arranged between the color filter substrate and the facing substrate. ..

上記対向基板は、カラーフィルタ基板と対向して配置され、カラーフィルタ基板と対向基板との間に液晶層を保持するものであれば特に限定されず、例えば、液晶表示装置の分野において従来公知のアクティブマトリックス基板を用いてもよい。 The facing substrate is not particularly limited as long as it is arranged to face the color filter substrate and holds a liquid crystal layer between the color filter substrate and the facing substrate. For example, it is conventionally known in the field of a liquid crystal display device. An active matrix substrate may be used.

本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造方法は、透明基板上に、隣接する複数のカラーフィルタ層同士を区分する遮光層を有するカラーフィルタ基板を製造する方法であって、上記透明基板上にフォトレジストを配置する工程と、上記フォトレジストを飽和露光量で露光する工程と、露光された上記フォトレジストを現像する工程と、を含み、上記現像工程において、上記透明基板と接しない側の端に、上記透明基板と平行方向に突出した庇部が形成されるまで現像を継続するものである。 The method for manufacturing a color filter substrate according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a color filter substrate having a light-shielding layer that separates a plurality of adjacent color filter layers on the transparent substrate. A step of arranging the photoresist in the substrate, a step of exposing the photoresist at a saturated exposure amount, and a step of developing the exposed photoresist, and in the development step, the side not in contact with the transparent substrate. Development is continued until an eaves portion protruding in the direction parallel to the transparent substrate is formed at the end.

図4は、ポジ型フォトレジストを用いたときの遮光層の形成方法を説明するフロー図であり、図5は、ネガ型フォトレジストを用いたときの遮光層の形成方法を説明するフロー図である。図4及び5に示したように、遮光層13のパターンを形成するためには、フォトレジスト12の成膜(塗布)、露光、現像(エッチング)のサイクルを実施する。ポジ型のフォトレジスト12に対しては、所望の遮光層13のパターンに対応した遮光領域51を有するフォトマスク50が用いられ、光が照射された露光部12Aが現像液に溶解し、未露光部12Bは現像液に溶解しない。一方、ネガ型フォトレジストに対しては、所望の遮光層13のパターンに対応した透光領域61を有するフォトマスク60が用いられ、光が照射された露光部12Aが現像液に溶解しなくなる。 FIG. 4 is a flow chart for explaining a method for forming a light-shielding layer when a positive photoresist is used, and FIG. 5 is a flow chart for explaining a method for forming a light-shielding layer when a negative photoresist is used. is there. As shown in FIGS. 4 and 5, in order to form the pattern of the light-shielding layer 13, a cycle of film formation (coating), exposure, and development (etching) of the photoresist 12 is performed. For the positive photoresist 12, a photomask 50 having a light-shielding region 51 corresponding to a desired pattern of the light-shielding layer 13 is used, and the exposed portion 12A irradiated with light is dissolved in a developing solution and unexposed. Part 12B does not dissolve in the developer. On the other hand, for the negative photoresist, a photomask 60 having a light-transmitting region 61 corresponding to a desired pattern of the light-shielding layer 13 is used, and the exposed portion 12A irradiated with light is not dissolved in the developing solution.

図6は、露光量及び現像時間と得られる遮光層の形状との相関を説明するグラフである。図中の矢印は、遮光層13、13A、13Bに入射する光を表しており、遮光層13A及び13Bでは、テーパー部の膜厚が薄いために光が透過している。従来は、図6中の(5)のように、テーパー角度が約30〜60°の順テーパー形状が最適であるとされていた。遮光層13、13A、13Bは遮光目的の膜であるため、ある一定の膜厚よりも深い部分は光が届き難く、露光量を増加しても不溶解化し難い(ネガ型の場合)。露光量を増加してもそれ以上光が届き難くなる量の露光量を「飽和露光量」と定義したときに、本実施形態では、残したい遮光パターン(庇部14)を確実に不溶解化するために飽和露光量で露光し充分に硬化させたうえで、現像時間を充分に確保することで溶解させたいところ(上記深い部分)を確実に除去し、テーパー部が形成されないようにする。その結果、図6中の(9)、(6)、(3)の順にフォトレジストの形状が変化し、最終的に図6の(3)に示した庇部14を有する遮光層13が得られる。露光量及び現像時間は、使用する遮光層の材料、露光装置によって異なるが、従来の順テーパー形状を形成する場合と比べて、露光量は1.5倍以上とすることが好ましく、現像時間は1.5〜2.0倍とすることが好ましい。これにより、形状のばらつきの少ない庇部14を形成することができる。 FIG. 6 is a graph for explaining the correlation between the exposure amount and the developing time and the shape of the obtained light-shielding layer. The arrows in the figure represent the light incident on the light-shielding layers 13, 13A, and 13B, and the light is transmitted through the light-shielding layers 13A and 13B because the film thickness of the tapered portion is thin. Conventionally, as shown in (5) in FIG. 6, a forward taper shape having a taper angle of about 30 to 60 ° has been considered to be optimal. Since the light-shielding layers 13, 13A, and 13B are films for light-shielding purposes, it is difficult for light to reach a portion deeper than a certain film thickness, and it is difficult to insolubilize even if the exposure amount is increased (in the case of a negative type). When the amount of exposure that makes it difficult for light to reach even if the amount of exposure is increased is defined as the "saturated exposure amount", in the present embodiment, the light-shielding pattern (the eaves portion 14) to be retained is surely insoluble. In order to do so, after exposing with a saturated exposure amount and sufficiently curing, the part to be melted (the deep part) is surely removed by securing a sufficient development time, and the tapered part is prevented from being formed. As a result, the shape of the photoresist changes in the order of (9), (6), and (3) in FIG. 6, and finally the light-shielding layer 13 having the eaves portion 14 shown in FIG. 6 (3) is obtained. Be done. The exposure amount and development time differ depending on the material of the light-shielding layer used and the exposure device, but the exposure amount is preferably 1.5 times or more as compared with the case of forming the conventional forward taper shape, and the development time is set. It is preferably 1.5 to 2.0 times. As a result, the eaves portion 14 having less variation in shape can be formed.

図7は、露光時間及び現像時間と表示パネル面内の透過率のばらつきとの相関を確認する実験の結果を示したグラフである。この実験では、3インチの表示パネルを用い、パネル内の50点で輝度を測定したときの、平均値に対するばらつきを算出した。図7のグラフでは、図6中の(5)の形状が得られる従来の最適な露光時間及び現像時間を100%と表示している。図7によれば、露光時間を延ばすことによって、透過率ばらつきが小さくなり、また、現像時間を長くすることによって、透過率ばらつきが小さくなることが分かる。透過率ばらつきが1%以下であれば、ざらつきやムラは視認しにくくなり、0.5%以下では全く視認されない。本発明者は、庇部を有する遮光層が形成される露光時間及び現像時間の条件によれば、透過率ばらつきが1%以下になることを確認した。 FIG. 7 is a graph showing the results of an experiment for confirming the correlation between the exposure time and the development time and the variation in the transmittance in the display panel surface. In this experiment, a 3-inch display panel was used, and the variation with respect to the average value when the brightness was measured at 50 points in the panel was calculated. In the graph of FIG. 7, the conventional optimum exposure time and development time for obtaining the shape (5) in FIG. 6 are displayed as 100%. According to FIG. 7, it can be seen that the transmittance variation becomes smaller by extending the exposure time, and the transmittance variation becomes smaller by increasing the development time. If the transmittance variation is 1% or less, roughness and unevenness are difficult to see, and if it is 0.5% or less, it is not visible at all. The present inventor has confirmed that the transmittance variation is 1% or less according to the conditions of the exposure time and the development time in which the light-shielding layer having the eaves is formed.

カラーフィルタ基板の製造方法は、成膜、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離・洗浄のサイクルを構成する部材の数だけ行い、各部材を積層することによって行われる。但し、遮光層及びカラーフィルタ層は、部材自体が感光性を示すレジストであることから、成膜とレジスト塗布が同一ステップになる等の点で、サイクルが短いものとなる。 The method for manufacturing a color filter substrate is performed by as many members as the number of members constituting the cycle of film formation, resist coating, exposure, development, etching, and resist peeling / cleaning, and laminating each member. However, since the light-shielding layer and the color filter layer are resists that exhibit photosensitivity, the cycle is short in that film formation and resist application are performed in the same step.

図8は、液晶パネルの製造方法を説明するフロー図である。図8の例では、(1)遮光層(ブラックマトリックス)13の形成、(2)赤色カラーフィルタ層15Rの形成、(3)緑色カラーフィルタ層15Gの形成、(4)青色カラーフィルタ層15Bの形成、(5)オーバーコート層(平坦化膜)16の形成、(6)セル厚制御用のフォトスペーサ(PS)17の形成、(7)カラーフィルタ基板と対向基板(TFT基板)20の貼合せ及び液晶層30の形成、の順に実施され、液晶パネルが完成する。なお、ステップ(7)の前に、液晶配向用の配向膜(図示省略)が、カラーフィルタ基板側及びTFT基板側の両方に形成され、配向処理(例えば、ラビング)される。また、ステップ(7)の液晶層30の形成は、液晶を滴下した後にシール材40による封止を行うものであってもよいし、シール材40を形成した後に、液晶を封入して封止するものであってもよい。 FIG. 8 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a liquid crystal panel. In the example of FIG. 8, (1) formation of the light-shielding layer (black matrix) 13, (2) formation of the red color filter layer 15R, (3) formation of the green color filter layer 15G, and (4) formation of the blue color filter layer 15B. Formation, (5) formation of overcoat layer (flattening film) 16, (6) formation of photospacer (PS) 17 for cell thickness control, (7) attachment of color filter substrate and facing substrate (TFT substrate) 20 The liquid crystal panel is completed by performing the alignment and the formation of the liquid crystal layer 30 in this order. Before step (7), an alignment film (not shown) for liquid crystal alignment is formed on both the color filter substrate side and the TFT substrate side, and is subjected to alignment treatment (for example, rubbing). Further, the formation of the liquid crystal layer 30 in step (7) may be performed by sealing with the sealing material 40 after dropping the liquid crystal, or after forming the sealing material 40, the liquid crystal is sealed and sealed. It may be something to do.

水平配向モードの液晶パネルを製造する場合、液晶層30への電圧印加用の電極はTFT基板側のみに設けられてもよい。一方、垂直配向モードの液晶パネルを製造する場合、液晶層30への電圧印加用の電極はカラーフィルタ基板側及びTFT基板側の両方に形成され、ステップ(6)のフォトスペーサ17の形成の前に、電極の形成が行われる。 When manufacturing a liquid crystal panel in the horizontal alignment mode, electrodes for applying a voltage to the liquid crystal layer 30 may be provided only on the TFT substrate side. On the other hand, when manufacturing a liquid crystal panel in the vertical orientation mode, electrodes for applying a voltage to the liquid crystal layer 30 are formed on both the color filter substrate side and the TFT substrate side, and before the formation of the photo spacer 17 in step (6). In addition, the electrode is formed.

なお、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板、及び、カラーフィルタ基板の製造方法は、遮光層を使用する表示パネル全般に適用可能であり、水平配向モードの液晶パネルや垂直配向モードの液晶パネルだけでなく、例えば、水平配向モードのカラーフィルタ・オン・アレイ(CF on Array)構造を有する液晶パネル、垂直配向モードのカラーフィルタ・オン・アレイ(CF on Array)構造を有する液晶パネル、OLEDパネル(有機ELパネル)に適用してもよい。 The color filter substrate and the method for manufacturing the color filter substrate according to the embodiment of the present invention can be applied to all display panels using a light-shielding layer, and can be applied to a liquid crystal panel in a horizontal alignment mode or a liquid crystal panel in a vertical alignment mode. Not only, for example, a liquid crystal panel having a color filter on array (CF on Array) structure in a horizontal orientation mode, a liquid crystal panel having a color filter on array (CF on Array) structure in a vertical orientation mode, and an OLED panel. It may be applied to (organic EL panel).

本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造方法によれば、従来の順テーパー又は逆テーパー形状の遮光層を形成する際のフォトリソグラフィ条件よりも、露光量を多くし、かつ現像時間も長くすることによって、遮光機能が確保された庇部を形成し、画素毎の遮光層の線幅、形状のばらつきを小さくすることができる。その結果、画素毎の輝度のばらつきを抑制することができるので、画面表示のざらつきやムラが視認されないようにすることができる。 According to the method for manufacturing a color filter substrate according to the embodiment of the present invention, the exposure amount is increased and the developing time is longer than the conventional photolithography conditions for forming a light-shielding layer having a forward taper or reverse taper shape. By doing so, it is possible to form an eaves portion in which a light-shielding function is ensured, and to reduce variations in the line width and shape of the light-shielding layer for each pixel. As a result, it is possible to suppress variations in brightness for each pixel, so that roughness and unevenness of the screen display can be prevented from being visually recognized.

11:透明基板
12:フォトレジスト
12A:露光部
12B:未露光部
13:遮光層(ブラックマトリックス)
13A:順テーパー形状の遮光層
13B:逆テーパー形状の遮光層
14:庇部
15R:赤色カラーフィルタ層
15G:緑色カラーフィルタ層
15B:青色カラーフィルタ層
16:オーバーコート層(平坦化膜)
17:フォトスペーサ
20:対向基板
30:液晶層
40:シール材
50、60:フォトマスク
51:遮光領域
61:透光領域

11: Transparent substrate 12: photoresist 12A: exposed portion 12B: unexposed portion 13: light-shielding layer (black matrix)
13A: Forward-tapered light-shielding layer 13B: Reverse-tapered light-shielding layer 14: Eaves 15R: Red color filter layer 15G: Green color filter layer 15B: Blue color filter layer 16: Overcoat layer (flattening film)
17: Photospacer 20: Opposing substrate 30: Liquid crystal layer 40: Sealing material 50, 60: Photomask 51: Light-shielding area 61: Light-transmitting area

Claims (5)

透明基板と、
前記透明基板上に並置された複数のカラーフィルタ層と、
前記透明基板上に配置され、隣接する前記複数のカラーフィルタ層同士を区分する遮光層と、を備え、
前記遮光層は、フォトレジストをパターニングした樹脂硬化物であり、前記透明基板と接しない側の端に、前記透明基板と平行方向に突出した庇部を有することを特徴とするカラーフィルタ基板。
With a transparent board
A plurality of color filter layers juxtaposed on the transparent substrate,
A light-shielding layer that is arranged on the transparent substrate and separates the plurality of adjacent color filter layers is provided.
The light-shielding layer is a cured resin product obtained by patterning a photoresist, and is a color filter substrate having an eaves portion protruding in a direction parallel to the transparent substrate at an end on a side not in contact with the transparent substrate.
前記庇部の厚みが0.5μm以上であ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。 The color filter substrate according to claim 1, wherein the eaves have a thickness of 0.5 μm or more. 前記遮光層の配置間隔が30μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のカラーフィルタ基板。 The color filter substrate according to claim 1 or 2, wherein the light-shielding layer is arranged at an interval of 30 μm or less. 請求項1〜3のいずれかに記載のカラーフィルタ基板と、
前記カラーフィルタ基板と対向する対向基板と、
前記カラーフィルタ基板と前記対向基板との間に配置された液晶層と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
The color filter substrate according to any one of claims 1 to 3 and
Opposing substrate facing the color filter substrate and
A liquid crystal display device including a liquid crystal layer arranged between the color filter substrate and the facing substrate.
透明基板上に、隣接する複数のカラーフィルタ層同士を区分する遮光層を有するカラーフィルタ基板を製造する方法であって、
前記透明基板上にフォトレジストを配置する工程と、
前記フォトレジストを飽和露光量で露光する工程と、
露光された前記フォトレジストを現像する工程と、を含み、
前記現像工程において、前記透明基板と接しない側の端に、前記透明基板と平行方向に突出した庇部が形成されるまで現像を継続する
ことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。

A method of manufacturing a color filter substrate having a light-shielding layer that separates a plurality of adjacent color filter layers on a transparent substrate.
The process of arranging the photoresist on the transparent substrate and
The step of exposing the photoresist at a saturated exposure amount and
Including the step of developing the exposed photoresist.
A method for producing a color filter substrate, which comprises continuing development until an eaves portion protruding in a direction parallel to the transparent substrate is formed at an end of the developing step on a side not in contact with the transparent substrate.

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