JP3034669B2 - 表示装置用カラーフィルター付基板の作製方法及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルター付基
板の作製方法及びそれを用いた液晶表示装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子はその薄さ、軽さ、低消費
電力などの特徴から従来表示装置の主流を占めてきたＣ
ＲＴ（陰極線管）に代わり得るものとして近年目覚まし
い発展を示している。この表示素子をカラー化し、より
ＣＲＴに近い表示性能を得るために欠くことができない
ものがカラーフィルターであり、これまでに様々な材料
や方式が提案されている。

【０００３】その代表例はゼラチンなどの天然高分子の
薄膜を染料により染色して得られる染色カラーフィルタ
ーであり、これまでの液晶方式の小型カラーテレビなど
に用いられてきている。この染色カラーフィルターは透
過率、色度の点で優れているものであったが、近年液晶
表示素子の大型化が進むに及んでいくつかの欠点が指摘
されている。

【０００４】すなわち、大面積にわたる色度の均一性の
不足、工程の複雑さからくるコスト高、あるいは染料を
用いることによる耐熱性や耐候性の不足等である。

【０００５】こうした欠点を補うものとして、近年、色
素として顔料を用い、これを感光性樹脂の中にあらかじ
め分散させた、いわゆる顔料分散法が注目されている。
顔料分散法によるカラーフィルターの製造は一般に次の
工程により行われている。

【０００６】まずガラス、プラスチック等の透明基板
に、画素間を遮光するためにブラックマトリックスと呼
ばれる遮光層を形成する。この遮光層はＴＦＴ方式の液
晶素子においてはトランジスタの特性の保持又はコント
ラストの低下防止のために設けられるもので、通常遮光
性に優れたクロム薄膜により形成される。

【０００７】またＳＴＮ方式の液晶素子に代表される単
純マトリックス駆動においては、もともとこれらの素子
のコントラストがＴＦＴ方式に比べて低いことや、低コ
スト化の追求のために、ブラックマトリックスは省略さ
れたり、又は３原色の重ね合わせにより形成されるのが
通常であり、必ずしも高い遮光性を与えることは行われ
ていない。

【０００８】すなわち、基板上に顔料と感光性樹脂とを
含む着色レジストを塗布し、さらにこの着色レジスト層
に重ねて酸素遮断膜としてＰＶＡ（ポリビニルアルコー
ル）層等を塗布した後、所定のパターン形状のフォトマ
スクを介して露光を行い、その後現像により未露光部分
を除去してカラーパターンを形成する。この操作をさら
に別の色で２回繰り返し３原色のカラーフィルターを形
成している。

【０００９】しかしこのような染色法又は顔料分散法に
よって作製されたカラーフィルターを表示素子用途に用
いた場合、画素の平坦性が十分でないという問題があ
る。このため、大面積に亘り均一な表示が得にくい。か
かる欠点を解決するために、カラーフィルターの上に有
機物又は無機物からなるオーバーコートを平坦化膜とし
て形成し、さらに、液晶その他の電気光学媒体にパター
ン化された電圧を印加するための電極層を形成すること
が行われている。しかし、これでも平坦化能が十分でな
い場合があり、十分な平坦化能を得るにはこの膜を厚く
する必要があるため、膜の強度低下などをもたらす恐れ
があった。このため、かかる保護膜を形成する前にカラ
ーフィルターをあらかじめ研磨し平坦性を向上しておく
ことが提案されている。

【００１０】かかる従来のカラー液晶表示用ガラス基板
の構成断面図の一例を図２に示す。有効表示領域の最外
周から有効表示領域外にかけては、線幅数ｍｍの黒色層
によるブラックマスク２６が形成され、有効表示領域内
のカラー画素２２（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及び線間のブラックマ
トリックス２５を額縁状に囲んでいる。カラー画素２２
上にはオーバーコート２３及びＩＴＯ等からなる電極層
２４が形成されている。

【００１１】前述のようにオーバーコート２３及びＩＴ
Ｏ等からなる電極層２４を形成する前に、カラー画素２
２の異常突起物を除去し、画素内の表面平滑性を向上さ
せるため、カラー画素２２表面を研磨することが提案さ
れている。

【００１２】その表面の代表的な研磨方法として図３に
示すようなオスカー式片面研磨機がある。この研磨の原
理は以下のようなものである。回転、揺動するとともに
荷重を精密にコントロールされた上定盤３３の表面上に
カラーフィルター付のガラス基板３１を保持具３４で保
持する。ガラス基板３１上のカラーフィルター３２は、
回転する下定盤３６に貼付けられた研磨布３５上に分散
された研磨材によって研磨される。このメカニズムには
物理的研削と化学的反応があると考えられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】オスカー式片面研磨法
など、通常の研磨方法において加工物が回転するが、一
般に回転体の中央部の周速は、外周部のそれと比較して
小さい。その結果、加工物の中央部の研磨速度が、その
外周部の研磨速度よりも遅いため、加工物の中央部は外
周部よりも研磨されにくい傾向にある。したがって、従
来のカラーフィルター付ガラス基板を研磨すると、面内
の研磨偏差が大きい。

【００１４】本発明の目的は従来のガラーフィルターの
研磨偏差を減らし、平坦性を向上することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決するものであり、基板上の有効表示領域内における
画素間のブラックマトリックスと有効表示領域外におけ
る額縁状のブラックマスクとを形成し、次いで有効表示
領域内にカラー画素を、有効表示領域外に前記カラー画
素と同じ材料からなるダミー被膜を形成した後、カラー
フィルター上を研磨することを特徴とするカラーフィル
ター付基板の作製方法を提供するものである。

【００１６】本発明の有効表示領域外に形成するダミー
被膜としては、カラー画素（赤、緑、青）と同じ材料を
使用する。これにより、カラー画素形成時に一度にダミ
ー被膜をも形成できる。

【００１７】また、ダミー被膜の面積は、有効表示領域
外の１％〜２０％程度とし、カラー画素と同形状で設け
ることが好ましい。もちろんその他の形状も採用可能で
ある。

【００１８】本発明では、ダミー被膜の材料としてカラ
ー画素と同じものを用いて表示領域外の光抜けを防止す
る観点から、有効表示領域外に形成されたブラックマス
クに重ねて設けられる。

【００１９】また、該被膜の厚みは特に限定しないが、
研磨前には、基板表面からの高さ（下地としてのブラッ
クマスクの厚みを含む）がカラー画素と同等かそれより
も若干高いことが望ましい。

【００２０】また、研磨終了後には該被膜の厚みすなわ
ち基板表面からの高さ（ブラックマスクの厚みを含む）
が、有効表示領域内のカラー画素の高さと同程度又は低
いことが、カラーフィルター表面の平滑性の向上させる
理由から好ましい。

【００２１】このカラーフィルターを研磨する方法とし
て、特に限定しないが、オスカー式片面研磨方法が好ま
しく使用できる。もちろん、他の研磨方式を用いてもよ
いし、固定砥粒を用いたものであってもよい。

【００２２】こうして形成されたカラーフィルターを表
示体等の用途に用いる場合は、この上に有機物又は無機
物からなる保護層が形成され、さらに、液晶その他の電
気光学媒体にパターン化された電圧を印加するための電
極層が形成される。

【００２３】保護層は、おもに、アクリル樹脂、シリコ
ーン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機樹
脂、又はシリカ、アルミナ、チタニア、もしくはその混
合物からなり、透光性であることが必要である。この層
は、下部のカラーフィルター部分を保護する機能を有す
るとともに、カラーフィルター部分表面の凹凸を平坦化
する機能を有する。これにより、電気光学媒体層の厚み
を均一にし、表示品位の良い表示体が得られることにな
る。したがって、この保護層としては、レベリング性能
の良い有機樹脂を用いることが一般に好適である。

【００２４】保護層の上に設けられる電極層との密着性
を向上する観点からは、有機樹脂からなる層の上に、シ
リカ等の無機物の層を形成したものを保護層とすること
も好ましい。

【００２５】保護層の厚みは、１μｍ〜２０μｍ程度が
好ましい。これより薄いと、平坦化性能が不足し、これ
より厚いと、透明性が低下したり、クラック等を生じて
強度低下の原因となる。

【００２６】保護層を形成する方法としては、保護層が
有機樹脂からなる場合は、ロールコーター、エアナイフ
コーター、ブレードコーター、ロッドコーター、バーコ
ーター、スピンコーター等の各種コーターによることが
できる。また、保護層が無機物からなる場合は、蒸着、
スパッタ等の物理的製膜法、ＣＶＤ等の化学的製膜法、
ＣＬＤ、スプレー法等の湿式製膜法など、各種の製膜法
を用いることができる。

【００２７】次いで、保護層の上には電極層が形成され
る。電極層は、アルミニウム又はクロム等からなる。ま
た、透過型表示体においては光透過性である必要があ
り、一般に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化錫等を用
いることが好ましいが、これに限られない。また、電極
層は、表示に対応してパターニングされていてもよい
し、共通電極として用いられる場合などにはベタ電極と
されてもよい。電極層の形成方法としては、特にこれに
限られないが、層厚を均一にする見地からは、蒸着法、
スパッタ法等が好ましく用いられる。

【００２８】なお、本発明においては、必要に応じて電
極の上又は下にＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂等の絶縁膜、ＴＦ
Ｔ、ＭＩＭ、薄膜ダイオード等の能動素子、位相差膜、
偏光膜、反射膜、光導電膜等が形成されていてもよい。

【００２９】さらに、電極付基板上に、液晶表示体の場
合は、必要に応じて配向膜を形成する。これは、ポリイ
ミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機樹脂
膜をラビングしたものであってもよいし、ＳｉＯ等を斜
め蒸着してもよいし、垂直配向剤を塗布したものであっ
てもよい。

【００３０】さらに、液晶表示体を製造する方法につい
ては、通常用いられる方法が採用できる。すなわち、一
対の基板のうちの一方を上記カラーフィルター付電極基
板とし、他方を適宜パターニングされた電極付基板と
し、上記基板上に必要に応じて液晶配向膜を形成し、次
いで、前記一対の基板を電極面側を相対向させて周辺部
をシールしてその内部に液晶を封入する。これにより、
鮮明度の高いカラー液晶表示体を得ることができる。

【００３１】

【作用】通常の研磨方法等の場合、加工物表面の中央部
よりも外周部の方が優先的に研磨されやすいが、本発明
において、有効表示領域外に形成されたダミー被膜は、
それが選択的に研磨されることによって隣接するカラー
画素の研磨を阻止するように働いて表示有効領域内の中
央部と外周部のカラー画素の研磨レベルを同等になるよ
うに動作させるものと思われる。

【００３２】

【実施例】以下、図面に従って、本発明にかかる実施例
を説明する。図１はその例を示す断面図である。研磨加
工を施したガラス基板１２上にまず、画素間のブラック
マトリックス１３、及び有効表示領域外のブラックマス
ク１４を黒色顔料（カーボン）分散感光性樹脂をフォト
リソグラフィーでパターニングすることにより、形成し
た。次いでカラー画素１１及びカラー画素と同じ材料か
らなるダミー被膜１５を一度に同じ工程で顔料分散法を
用いて形成した。

【００３３】次にカラー画素１１表面をオスカー式片面
研磨機を用いて研磨した。砥粒として極微細なアルミナ
粉末、研磨布として硬めのスエードタイプを使用した。
研磨加工圧は１０ｇ／ｃｍ² で１分間研磨を行った。

【００３４】この時点で基板を顕微鏡で観察した結果、
カラーフィルター表面が荒れることなく研磨されている
ことがわかった。またカラーフィルター表面のうねりの
様子を図５に示す。

【００３５】比較例として、ダミー被膜を形成しない場
合について、同一条件で研磨した後の様子を断面図とし
て図４に示す。

【００３６】図４に示すように、有効表示領域外のブラ
ックマスク１４上に形成したダミー被膜１５は、隣接す
るカラー画素１１より優先的に研磨されているが、有効
表示領域内ではほぼ均一に研磨が行われている。これに
対して、比較例では図５に示すように有効表示領域内の
カラー画素１１もその端部のカラー画素が大きく削られ
て、その高さが低くなっていた。

【００３７】また有効表示領域内の中央部と外周部との
カラー画素の膜厚の差は、従来のカラーフィルターでは
５〜８％であったが、本発明のそれでは１〜３％に改善
された。

【００３８】このカラーフィルター上に硬化後厚さ３μ
ｍになるように透明なアクリル樹脂をスピンコーターで
塗布、加熱、硬化し、オーバーコートを形成した。さら
にオーバーコート上に低温スパッタ法にてＩＴＯ（イン
ジウム−錫−酸化物）膜を形成した。次いで、ポジ型レ
ジストを用いた通常のフォトリソグラフィーで、前記Ｉ
ＴＯ膜上に所望のレジスト膜のパターンを形成し、塩酸
系エッチング液でエッチングした後よく水洗し、前記レ
ジスト膜を除去してＩＴＯ膜をパターニングし、液晶表
示装置を構成する片側の基板を得た。

【００３９】これを一方の基板として使用し、もう一方
の電極付基板とともに、表面にポリイミド膜をラビング
して得た配向膜を形成した。液晶としてはカイラル化合
物を添加した液晶ＺＬＩ２２９３（メルク社製）を使用
してこの基板間に挟持し、２４０度ツイストの１／２４
０デューティ液晶表示素子を作成した。この液晶表示素
子を駆動したところ、面内の色差が少なくコントラスト
や色再現性等が良好であって、充分なフルカラー表示が
できることを確認した。

【００４０】また、本発明で形成した１画素分（ＲＧＢ
３個１組）のダミー被膜は、有効表示領域外のブラック
マスクに隠れて、外観上問題にならなかった。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、カラーフィルター付基板のカ
ラーフィルター研磨において、外周部のカラー画素の研
磨を抑制するため、表示有効領域内の最外周のカラー画
素の表面の研磨による面ダレを防止し、面内のカラ画素
の研磨偏差を小さくする効果を有する。その結果、面内
のカラーフィルターの表面平滑性を向上させ、この基板
を用いた液晶表示装置は面内の色差が小さく、コントラ
ストや色再現性等が良好である効果も認められた。

【００４２】本発明は、特に研磨機、研磨条件を変更す
ることなく、従来のカラーフィルターと同様に研磨する
ことによりカラーフィルターの表面平滑性を向上させる
という効果が認めらる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置用のカラーフィルター付基板
の研磨前の構成の例を示す断面図

【図２】本発明の表示装置用カラーフィルター付基板の
研磨後の構成の断面図

【図３】カラーフィルター付基板を研磨するオスカー式
片面研磨機の断面図及び上方からの正面図

【図４】従来のカラーフィルター付基板の研磨後におけ
る断面図

【図５】本発明のカラーフィルター付基板の研磨後にお
ける断面図

【符号の説明】

１１ カラー画素 １２ ガラス基板 １３ ブラックマトリックス １４ ブラックマスク １５ ダミー被膜 ２１ ガラス基板 ２２ カラー画素 ２３ オーバーコート ２４ 電極層 ２５ ブラックマトリックス ２６ ブラックマスク ３１ ガラス基板 ３２ カラーフィルター ３３ 上定盤 ３４ 保持具 ３５ 研磨布 ３６ 下定盤

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上の有効表示領域内における画素間の
   ブラックマトリックスと有効表示領域外における額縁状
   のブラックマスクとを形成し、次いで有効表示領域内に
   カラー画素を、有効表示領域外に前記カラー画素と同じ
   材料からなるダミー被膜を形成した後、カラーフィルタ
   ー上を研磨することを特徴とするカラーフィルター付基
   板の作製方法。
2. 【請求項２】ブラックマトリックスとブラックマスクと
   を、黒色顔料分散感光性樹脂をフォトリソグラフィーで
   パターニングして形成することを特徴とする請求項１に
   記載の作製方法。
3. 【請求項３】カラーフィルター上を研磨した後に、カラ
   ーフィルター上に保護層を形成し、さらに電極層を形成
   することを特徴とする請求項１又は２に記載の作製方
   法。
4. 【請求項４】一対の電極付基板間に液晶層を挟持してな
   る液晶表示装置において、少なくとも一方の基板として
   請求項１、２又は３に記載の作製方法で作製されたカラ
   ーフィルター付基板を用いたことを特徴とする液晶表示
   装置。