JP3849239B2 - 液晶装置及び液晶装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置等といったカラー表示装置に用いられるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、液晶装置では、一対の透光性基板間に形成されるセルギャップ内に液晶を封入し、その液晶の画素部分に所定の電圧を印加する場合と印加しない場合とで液晶の配向を制御することで光を変調し、もって、文字、数字、その他の可視像を表示する。この液晶装置によってカラー表示を行う場合には、上記一対の透光性基板のいずれか一方にカラーフィルタを配設する。
【0003】
このカラーフィルタは、一般に、3色の異なった色光のうちの1つを選択的に透過する色要素をそれぞれ3種類、透光性基板上に所定のパターンで配置することによって形成される。色光の異なる上記の色要素としては、例えば、赤(R)の色光を選択的に透過する色要素、緑(G)の色光を選択的に透過する色要素、そして青(B)の色光を選択的に透過する色要素等が考えられる。
【0004】
上記のようなカラーフィルタに関しては、その色表示特性を向上させるため、従来より種々の方策が採られている。例えば、特開昭64−50019号公報によれば、カラーフィルタを液晶装置に用いた場合に各色の色バランスを一定の品質に揃えるためにB,R,Gの各色要素に対応する液晶層の厚さを各色要素ごとに異ならせるという、いわゆるマルチギャップ化が行われる。また、カラーフィルタのユーザーの希望に応じてB,R,Gのうちの特定の色を特に強調する色補正を行うこともある。さらに、ラビング処理を行い易くするためにカラーフィルタ層の表面を平坦化することもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記のマルチギャップ化を達成するためには、B,R,Gの各色要素自身の膜厚を個々に調節することによって対処していた。また、上記の色補正を行う場合には、やはり、B,R,Gの各色のうち希望する色要素自身の膜厚を増減することによって対処していた。しかしながら、これらのように、B,R,Gの各色要素自身の膜厚を各種の処理の際にその都度調節するということは、各色要素の膜厚管理が複雑になって好ましくない。
【0006】
また、従来、カラーフィルタ層の表面を平坦化する際には、既に形成されているB,R,Gの各色要素の上にオーバーコート層を一様に形成することで対処していた。しかしながら、この従来方法では、厳密な意味でカラーフィルタの表面を平坦にすることはできず、緩やかな凹凸が残っていた。特に、B,R,Gの各色要素を重ねることによってブラックマスクを形成するようにしたカラーフィルタでは、その重ね合わせ部分の膜厚が他の部分よりも突出することになり、その部分を含めて全ての表面を平坦化することは非常に難しかった。
【0007】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、B,R,Gの各色要素それ自身の膜厚は常に一定状態に決めたままで、その上に簡単な付加処理を行うだけで、上記のマルチギャップ化等といった各種の要求に応えることができるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明に係る液晶装置は、液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの1つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置において、上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねることによって形成されるブラックマスクと、上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに形成される透明補助膜とを有し、上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする。この構成において、複数の色要素としては、赤(R)、緑(G)及び青(B)の色光のそれぞれ1つを選択的に透過するそれぞれの色要素が考えられる。
【0009】
上記の透明補助膜は、例えば、フォトレジストをフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによって形成できる。そして、その透明補助膜の形成の仕方によって、マルチギャップ化、色補正、平坦化等といった各種の処理を自由に選択して行うことができる。具体的には、まず、液晶装置におけるマルチギャップ化を達成するためには、個々の色要素に対応する部分に必要に応じて透明補助膜を重ねて形成することにより、カラーフィルタに関する透光性基板からの高さを各色要素ごとに希望の高さに調節してマルチギャップを作ることができる。
【0010】
また、色補正を行うためには、色補正を行いたい色要素と同じ色に透明補助膜を着色し、その着色を施した透明補助膜をその色要素に重ねて形成し、これにより、個々の色要素の色の強さを希望通りに最適化できる。
【0011】
さらに、カラーフィルタの表面の全体を平坦化する際には、各色要素ごとに必要量の透明補助膜を重ねることにより、その平坦化を達成できる。なお、カラーフィルタの種類によっては、B,R,Gの各色要素の境界部分に各色要素を重ねることによってブラックマスクを形成することがある。このような色重ね方式のブラックマスクを形成したときには、その重ね部分の高さが突出し、平坦化が難しくなることがある。これに対し、本発明のカラーフィルタでは、色重ね部分を除いたB,R,Gの各色要素ごとに透明補助膜を形成するので、カラーフィルタの表面を極めて正確に平坦化できる。
【0012】
次に、本発明に係る液晶装置の製造方法は、液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの1つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置の製造方法において、上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねてブラックマスクを形成し、上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに透明補助膜を形成し、上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は、本発明に係るカラーフィルタの一実施形態を液晶装置に適用した場合のその液晶装置の一例を示している。この液晶装置は、アクティブ素子としてのMIM素子を設けた素子基板1と、カラーフィルタ2を設けた対向基板3とを有する。素子基板1及び対向基板3は、いずれも、ガラスによって形成された透光性の基板である。
【0015】
素子基板1の表面には、MIM素子4及びドット状の画素電極6が画素ごとに配列され、さらに、それらに駆動信号を供給するための配線ライン7がストライプ状に設けられる。そして、それらの上に配向膜8aが形成される。一方、対向基板3に関しては、カラーフィルタ2の上に対向電極9が形成され、さらにその上に配向膜8bが形成される。対向電極9は、カラーフィルタ2の下側、すなわちカラーフィルタ2と対向基板3との間に配置される場合もある。
【0016】
各配向膜8a及び8bに配向処理、例えばラビング処理を施した後、素子基板1と対向基板3がシール材11を挟んで互いに接合され、さらに、それらの基板1及び3の間に形成されるセルギャップ内に液晶12が封入される。両基板1及び3の外側表面には偏光板13,13が貼着され、さらに、それらの基板1及び3のいずれかの外側位置にバックライト(図示せず)が配設される。複数の画素電極6及び対向電極9のうちのいずれかに選択的に電圧を印加することによってMIM素子4のON/OFFを制御して当該画素部分の液晶の配向を制御し、もって、バックライトが配設された側と反対側の面、すなわち、可視像表示面に文字、数字、その他の可視像を表示する。
【0017】
カラーフィルタ2は、図2に示すように、青の色を選択的に透過する色要素Bと、赤の色を選択的に透過する色要素Rと、そして緑の色を選択的に透過する色要素Gとを対向基板3の表面に順次に形成することによって構成されている。各色要素B,R,Gの厚さを、それぞれ、Tb,Tr,Tg とすれば、Tb=Tr=Tg となっている。また、各色要素B,R,Gの境界部分は互いに重ね合わされており、これにより、遮光部としてのブラックマスクBMが形成されている。
【0018】
さらに、各色要素B,R,Gの上には、透明補助膜15B,15R,15Gが重ねて形成されている。これらの透明補助膜は、例えば、無色透明のフォトレジストを周知のパターニング処理、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによって形成できる。これらの透明補助膜15B,15R,15Gの厚さは意図的に異ならせてあり、そのため、各色要素B,R,Gに対応する部分のセルギャップd(B),d(R),d(G)は互いに異なっている。
【0019】
本実施形態において、これらのセルギャップ値は、
Δn・d/λ=一定 … … … (1)
但し、 Δn:液晶の複屈折率
d :セルギャップ
λ :透過光の波長
を満足するように設定される。なお、一般に、波長λに関しては、赤(R)が650nm、緑(G)が550nm、青(B)が450nmのそれぞれの波長によって特定される。
【0020】
今、液晶装置に関して印加電圧に対する分光透過率の関係を考えると、図7に示すような分光透過率曲線が考えられる。このグラフにおいて、曲線B,G,Rは、それぞれ、青、緑、赤の電圧−透過率曲線を示している。ここに示した特性は、各色要素B,R,Gに対応する部分のセルギャップを一定に設定した場合のものであり、図示の通り、各色要素B,R,G間で、ON/OFFの境となるしきい値電圧にバラツキがある。
【0021】
このような分光透過率特性に対し、各色要素B,R,Gに対応するセルギャップd(B),d(R),d(G) を上記の(1)式を満足する値に設定すれば、各色要素間のしきい値電圧を一致させることができ、そうすれば、液晶装置に供給する駆動用のビデオ信号に特別な加工を加えなくても、色バランスの良好なカラー表示を得ることができる。
【0022】
また、従来であれば、各色要素間でのセルギャップの調節は、各色要素B,R,Gのそれら自身の厚さを調節することによって行っていたが、その方法では、各色要素自身の膜厚管理が複雑になってコストが高くなるおそれがあった。また、セルギャップの調節以外の場合でも、例えば、B,R,Gのうちの特定色を強めたいと希望するような場合にも、各色要素B,R,Gの厚さを個別に調節しなければならないこともあり、そのような場合をも考慮して各色要素の膜厚を個別に管理しようとすることは、非常に難しいことであった。
【0023】
これに対して本実施形態のように、各色要素B,R,Gに関しては個別に膜厚調節を行うことなく一定の状態に保持しておいて、その代わりに、透明補助膜15B,15R,15Gの膜厚調節によってセルギャップの調節を行うようにすれば、各色要素に関する膜厚管理が容易になって、コストを低減できる。
【0024】
図2に示すカラーフィルタ2を製造するには、まず、色要素B、色要素R、そして色要素Gの順に各色要素を対向基板3の表面上に所定パターンで形成する。なお、各色要素は、顔料分散レジストをスピンナ又はロールコータによって塗布し、さらにフォトリソグラフィ法を用いてパターニングできる。あるいは、ゼラチン薄膜を染色する方法や、印刷法や、電着法等を用いて形成することもできる。また、各色要素B,R,Gの組み合わせパターンは、ストライプ配列、モザイク配列、トライアングル配列等のうちから液晶装置等の使用目的に応じて適宜のものを選択できる。
【0025】
以上のようにして各色要素を形成した後、無色透明のフォトレジストを用意してそれにフォトリソグラフィ法を適用することにより、各透明補助膜15B,15R,15Gを順次に所定膜厚で各色要素に重ねて形成する。本実施形態では、各透明補助膜15B,15R,15Gの膜厚をそれぞれ異ならせるので、フォトリソグラフィ工程を3回実行する必要があるかもしれない。各透明補助膜15B,15R,15Gを形成した後、その上に対向電極9をパターニングする。このパターニングは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)を材料としてフォトリソグラフィ法を用いて行う。なお、対向電極9とカラーフィルタ2との間に保護膜としてオーバーコート層を介在させることもできる。
【0026】
(第2実施形態)
図3は、本発明に係るカラーフィルタの他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ22が図2に示した先のカラーフィルタ2と異なる点は、(1)カラーフィルタ22の全体の厚さTが均一になるように透明補助膜15B,15R,15Gを形成したこと、及び(2)色要素R(赤)に対応する透明補助膜15Rに赤色を添加したことである。この構成により、本実施形態のカラーフィルタでは、カラーフィルタ22の表面を平坦化でき、従って、配向膜8bの形成及びそれに対するラビング処理を安定して確実に行うことができる。また、透明補助膜15Rに赤色を添加したことにより、B,R,Gによって構成される色三角形の配合をR側へ色補正することができる。
【0027】
顧客の要望に応じてR以外の他の色成分を補正するするときには、その色要素に対応する透明補助膜にその色要素と同じ色成分を添加する。なお、このような透明補助膜への色添加は、例えば、透明補助膜の材料であるフォトレジストに希望の色の顔料を加えることによって達成できる。
【0028】
(第3実施形態)
図4は、本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ32が図2に示した先の実施形態と異なる点は、(1)B,R,Gの各色要素のうち色要素Gの膜厚を他の色要素B,Rよりも厚く形成したこと、及び(2)カラーフィルタ32の全体の厚さTが均一になるように透明補助膜15B,15R,15Gを形成したことである。
【0029】
この実施形態によれば、特定の色要素を厚く形成してその色合いが強くなるように設定した場合にも、透明補助膜15B,15R,15Gの膜厚調整により、カラーフィルタ32の表面を平坦化できる。なお、図3及び図4に示すように、B,R,Gの各色要素を重ねることによってブラックマスクBMを形成する場合には、その部分が突出するので、従来であればカラーフィルタ22又は32の表面を平坦化することが非常に難しかった。しかしながら、各色要素B,R,Gに対して個別に透明補助膜15B,15R,15Gを重ねるようにした本実施形態によれば、カラーフィルタの表面の平坦化を正確に達成できる。
【0030】
(第4実施形態)
図5は、本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ42は、(1)透明補助膜15R,15Gを形成することによってカラーフィルタの全体の厚さTを均一にしてその表面を平坦化すること、及び(2)各色要素B,R,Gの膜厚を互いに異ならせて色合いの調節を行うことの2点において図4に示した実施形態と同じである。しかしながら本実施形態では、各色要素B,R,Gを重ねることによってブラックマスクBMを形成するということは考えていない。
【0031】
(第5実施形態)
図6は、本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ52では、色要素B及びGの上に透明補助膜15G及び15Bを設けるのではなくて、それらの色要素の下に透明補助膜15G及び15Bを設けてある。この層構成は、各色要素B,R,Gを形成する前に透明補助膜15G及び15Bを形成することによって実現できる。
【0032】
(その他の実施形態)
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内え種々に改変できる。
【0033】
例えば、本発明のカラーフィルタは液晶装置に適用できるだけのものではなく、透過光を変調することによって可視像を表現する方式の表示装置でありさえすれば、任意の構造の表示装置においてカラー表示を行う際に適用できる。また、透明補助膜の材質はフォトレジストに限られない。
【0034】
また、上記の実施形態では、複数の異なる色光をそれぞれ選択的に透過する色要素として、B,R,Gの3色を例として説明したが、これに限られるものではなく、シアン,マゼンダ,イエローといったこれとは異なる3色の組み合わせ、あるいは、2色以上の色要素の組み合わせを備えるカラーフィルタに本発明は適用できる。
【0035】
【発明の効果】
本発明の液晶装置によれば、複数の各色要素それ自身の膜厚は常に一定の状態に決めたままで、それらの各色要素の上に重ねて形成される透明補助膜の膜厚や膜質に変化を持たせることにより、マルチギャップ、色補正、カラーフィルタ表面の平坦化、その他各種の要求に簡単に答えることができる。
【0036】
またカラーフィルタは、B,R,Gの3色を色要素とする一般的なカラーフィルタを対象とする。
【0037】
また、透明補助膜の高さ調節により、例えば液晶装置のセルギャップを各色要素ごとに調節するという、いわゆるマルチギャップ化をきわめて容易に達成できる。そしてその結果、液晶装置の各電極に供給する駆動用ビデオ信号に加工を加えなくても、B,R,Gの3色の場合では、それらに関する色バランスの良好なカラー表示を得ることができる。
【0038】
また、B,R,Gの3色の場合では少なくともそれらのうちの1色の強さを変えることにより、カラーフィルタの全体的なカラー表示に関して色補正を行うことができる。
【0039】
また、カラーフィルタの表面を正確に平坦化できる。
【0040】
また、B,R,Gの各色を重ねることによってブラックマスクを形成する構造のカラーフィルタを対象とする。B,R,Gの各色を重ねると、その部分が他の部分よりも大きく突出してカラーフィルタの表面に大きな凹凸ができる。この場合、個々の色要素ごとに透明補助膜を重ねれば、ブラックマスクの凸部の間を埋めることにより、カラーフィルタの表面を正確に平坦化できる。
【0041】
また、本発明の液晶装置の製造方法によれば、カラーフィルタを安定して確実に製造することができる。
【0042】
また、上記のカラーフィルタを設けることにより、マルチギャップ化や色補正あるいはカラーフィルタの表面の平坦化を容易にでき、表示画質の高い液晶装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るカラーフィルタを使用するカラー表示装置の一例である本発明の液晶装置の一例を示す側断面図である。
【図2】本発明に係るカラーフィルタの一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明に係るカラーフィルタの他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図4】本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図5】本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図6】本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図7】液晶装置の印加電圧に対する分光透過率曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
1 素子基板
2 カラーフィルタ
3 対向基板
4 MIM素子
6 画素電極
7 配線ライン
8a,8b 配向膜
9 対向電極
11 シール材
12 液晶
13 偏光板
15R,15G,15B 透明補助膜
22 カラーフィルタ
32 カラーフィルタ
42 カラーフィルタ
52 カラーフィルタ
B 色要素(青)
G 色要素(緑)
R 色要素(赤)
Claims (3)
- 液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの1つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置において、
上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねることによって形成されるブラックマスクと、
上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに形成される透明補助膜とを有し、
上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、
上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする液晶装置。 - 請求項1記載の液晶装置において、上記複数の色要素は赤、緑及び青の色光のそれぞれ1つを選択的に透過する色要素であることを特徴とする液晶装置。
- 液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの1つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置の製造方法において、
上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねてブラックマスクを形成し、
上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに透明補助膜を形成し、
上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、
上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする液晶装置の製造方法。
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