JP4075466B2

JP4075466B2 - 液晶表示装置用カラーフィルタ

Info

Publication number: JP4075466B2
Application number: JP2002153496A
Authority: JP
Inventors: 利晃高木; 俊郎長瀬
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP2003344638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、樹脂ブラックマトリックスと着色画素との重なりにより生じる突起を有するカラーフィルタであっても、液晶分子の配向を乱すことのない液晶表示装置用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（３０）上に図１中の点線に示す略矩形状の開口部を有するブラックマトリックス（３１）、着色画素（３２）が形成されたものである。
図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（３２）は９個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１４インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。
【０００３】
液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成するといった方法が広く用いられている。
【０００４】
ブラックマトリックス（３１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（３２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
【０００５】
このブラックマトリックス基板の製造には、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ_X）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯ_Xなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（３１）を形成するといった方法がとられている。
【０００６】
また、着色画素（３２）の形成は、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。
【０００７】
また、図５は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図であるが、ブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例を示すものである。
このカラーフィルタは、図４に示すカラーフィルタと同様に、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）が形成されたものである。
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（３０）上に、例えば、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（５１）と称している。
【０００８】
樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックスとして用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（ＩｎＰｌａｎｅＳｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
【０００９】
カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したカラーフィルタを大サイズのガラス基板に面付けした状態で製造する。例えば、対角１４インチのカラーフィルタを５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けし、或いは、対角１７インチのカラーフィルタを６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。
【００１０】
カラーフィルタを面付けして大量に製造する際の、大サイズのガラス基板が、例えば、４５０ｍｍ×５５０ｍｍ程度から５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度、６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度へと大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
この移行は、大サイズのガラス基板が今後、９００ｍｍ×１１００ｍｍ程度へと更に大サイズ化するに伴い著しくなるものと思われる。
また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向もある。
【００１１】
図６は、図３に示すカラーフィルタの中央部分の着色画素（５２）近傍を拡大して示す平面図であり、また図７は、図５に示すカラーフィルタ断面の中央部分の着色画素近傍を拡大して示す断面図である。図６、及び図７において、樹脂ブラックマトリックス（５１）のピッチ（Ｐ）は、例えば、１００μｍ程度、巾（Ｗ）は２５μｍ程度のものである。
前記のように、樹脂ブラックマトリックス（５１）には、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとする機能をもたせてある。従って、着色画素（５２）は樹脂ブラックマトリックス（５１）を基準にして、樹脂ブラックマトリックスの図６中に斜線で示す開口部の四辺と着色画素との間に隙間が生ぜぬように、着色画素の周縁部を樹脂ブラックマトリックスの端部に重なる状態で形成される。
この重なる巾（ｗ１〜ｗ４）は、樹脂ブラックマトリックス（５１）の開口部四辺において均等な巾とし、着色画素を形成する際の位置ずれを十分に見込んだ巾、例えば、７μｍ程度のものとしている。
【００１２】
また、樹脂ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、薄膜で高濃度を得ることはできず膜厚を厚くしなければならず、図７に示すように、厚さ（Ｔ１）は、例えば、１．３μｍ程度にして必要な高濃度を得るようにしている。
樹脂ブラックマトリックスの膜厚が、例えば、１．３μｍ程度と厚くなると、図７に示すように、樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上にその周縁部を重ねて形成された着色画素（５２）は、周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５２）上にて突起（５３）となる。
この突起（５３）は、カラーフィルタの表面を凹凸のあるものとし、平坦性を悪化させる。このような突起（５３）のある、表面の平坦性が悪化したカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、突起の影響によって液晶分子の配向が乱され、表示ムラなど表示品質を低下させることになる。
【００１３】
図７において、例えば、厚さ（Ｔ１）１．３μｍ程度の樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上に、その周縁部を巾（ｗ１、ｗ３）７μｍ程度重ねて厚さ（Ｔ２）１．５μｍ程度の着色画素（５２）を形成した際には、突起（５３）の高さ（Ｈ１）は１．０μｍ程度のものとなる。
このようなカラーフィルタの表面の平坦性を改善する方法として、例えば、図８に示すように、カラーフィルタ上にオーバーコート層（８０）を形成する方法があげられる。
【００１４】
高さ１．０μｍ程度の突起（５３）を有するカラーフィルタ上に、熱流動性のある樹脂を用いて厚さ１．５μｍ程度のオーバーコート層（８０）を設けると、塗布後のベーキングによって流動し表面の平坦性は向上したものとなる。
しかし、オーバーコート層（８０）をカラーフィルタ上の全面に設けることはカラーフィルタの歩留りを低下させ、また、カラーフィルタの透過率を悪化させることとなり好ましい方法ではない。
【００１５】
また、このようなカラーフィルタの表面の平坦性を改善する他の方法として、例えば、図９に示すように、研磨によって突起（５３）を除去する、或いは液晶分子の配向に影響のない程度にまで突起の高さ（Ｈ４）を低くする方法があげられる。
この方法は、例えば、平盤研磨機のプレート上の研磨パッドに研磨液を滴下し、研磨パッド上にカラーフィルタ表面を加圧接触させつつ回転させ、カラーフィルタ表面を平坦化するといった研磨方法によって行うものであるが、研磨作業そのものが効率が悪く煩雑なものであり、また研磨後の洗浄が十分に行われないと、突起の研磨片が異物としてカラーフィルタ表面に再付着することもあり好ましい方法ではない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
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、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックスが形成され、その周縁部が該樹脂ブラックマトリックスの端部上に重なる状態で着色画素が順次に形成され、該端部上に突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタであっても、液晶表示装置に用いた際に液晶分子の配向を乱すことのない液晶表示装置用カラーフィルタ、すなわち、突起を有するカラーフィルタであっても、平坦性を改善するためのオーバーコート層の形成、或いはカラーフィルタ表面の研磨などを行う必要のない液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス基板上に、略矩形状の開口部がマトリックス状に形成された樹脂ブラックマトリックス、樹脂ブラックマトリックスの前記開口部の端部に周縁部が重なる状態で着色画素が順次形成され、該端部上に着色画素との重なりにより生じる突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側二辺の端部では端部上の突起が低くなるように、着色画素の周縁部の重なる巾を狭く形成したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の１着色画素近傍を示す平面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ’線における断面図である。図１、及び図２に示すように、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（１０）上に、樹脂ブラックマトリックス（１１）、着色画素（１２）が順次に形成されたものである。
樹脂ブラックマトリックス（１１）のマトリックスは光を遮蔽し、図１中斜線で示すマトリックス間は、光を透過する略矩形状の開口部となっている。
【００１９】
液晶表示装置に於いては、セル基板間の液晶分子の配向を制御するために、液晶表示装置を構成するセル基板上、例えば、カラーフィルタ上に形成されたポリイミド、ＰＶＡ、有機シランなどの配向膜の表面をバフ布などでラビング処理を行うが、図１中に示す白太矢印の指す方向はカラーフィルタ上に形成された配向膜（図示せず）の表面へのラビング処理の方向を表している。
【００２０】
着色画素（１２）は、着色画素の周縁部が樹脂ブラックマトリックスの端部に重なる状態で形成され、端部上には着色画素の重なった部分が突起（１３Ａ、１３Ｂ）となっている。
着色画素（１２）の周縁部が樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部に重なる巾（ｗ１１、ｗ１２）は、樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側（図中の白太矢印の指す方向と反対方向側）二辺の端部においては狭くなるように着色画素（１２）が形成されている。これにより、重なる巾（ｗ１１、ｗ１２）が狭い部分の突起（１３Ａ）の高さ（Ｈ２）は低いものとなっている。（ｗ１２に対応した突起は図示せず）
突起（１３Ａ）の高さ（Ｈ２）が十分に低いものであると、突起は液晶分子の配向を乱すことがなく、該当する画素中の液晶分子の配向へ悪影響を与えることはない。
【００２１】
一方、樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、ラビング処理の順方向側（図中の白太矢印の指す方向側）二辺の端部においては、着色画素（１２）の周縁部が樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部に重なる巾（ｗ１３、ｗ１４）は狭くなるように形成されておらず、従って、重なる巾（ｗ１３、ｗ１４）が狭くない部分の突起（１３Ｂ）の高さ（Ｈ３）は低いものとなっていない。（ｗ１４に対応した突起は図示せず）
この突起（１３Ｂ）は液晶分子の配向を乱すことになるが、樹脂ブラックマトリックス（１１）の巾（Ｗ）の内、突起（１３Ｂ）のない平坦な部分（Ｗ−ｗ１３）がラビング処理の順方向側に残されているために、配向の乱はこの平坦な部分間で解消されラビング処理の順方向側に隣接する画素中の液晶分子の配向へ悪影響を与えることはない。
【００２２】
具体的には、例えば、ピッチ（Ｐ）１００μｍ程度、巾（Ｗ）２５μｍ程度の図１、及び図２に示す樹脂ブラックマトリックス（１１）において、例えば、厚さ（Ｔ１）１．３μｍ程度の樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部上に、厚さ（Ｔ２）１．５μｍ程度の着色画素（１２）を形成した際に、樹脂ブラックマトリックス（１１）の開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側二辺の端部において重なる巾（ｗ１１、ｗ１２）を３μｍ程度、また、ラビング処理の順方向側二辺の端部において重なる巾（ｗ１３、ｗ１４）を１１μｍ程度となるように着色画素（１２）を形成すると、３μｍ程度の重なる巾（ｗ１１、ｗ１２）における突起（１３Ａ）の高さ（Ｈ２）は０．５μｍ程度、１１μｍ程度の重なる巾（ｗ１３、ｗ１４）における突起（１３Ｂ）の高さ（Ｈ３）は１．０μｍ程度のものとなる。
【００２３】
すなわち、高さ（Ｈ２）０．５μｍ程度の突起（１３Ａ）は、液晶分子の配向へ悪影響を与えることはなく、また、高さ（Ｈ３）１．０μｍ程度の突起（１３Ｂ）も液晶分子の配向へ悪影響を与えることはない。
尚、図１、及び図２において、重なる巾（ｗ１３、ｗ１４）は１１μｍ程度であり、前記図６における重なる巾（ｗ１〜ｗ４）の７μｍ程度より広くなっているが、突起の高さは共に１．０μｍ程度と同一の高さである。これは重なる巾が７μｍ程度以上では突起の高さは増加しないためである。
【００２４】
通常、着色画素用のフォトマスクには、ブラックマトリックスの開口部より一回り大きい、開口部と略相似形のパターンを形成している。すなわち、着色画素がブラックマトリックスの開口部周縁部で重なるように形成するためである。
従来、カラーフィルタの製造にあったては、着色画素と開口部との重なり巾が略均等となるように、開口部の中心とフォトマスクパターンの中心とを一致させるよう着色画素用のフォトマスクを配置していた。
しかし、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタを製造する際に、着色画素用のフォトマスクをズラことで、上述した重なり部の高さを変えることが可能となる。すなわち、フォトマスクをラビング処理の順方向へｘ、ｙ共に片寄して設定する。図１における着色画素（１２）の中心を樹脂ブラックマトリックス（１１）の開口部の中心（Ｏ１）から（Ｏ２）へと片寄りさせて設定し露光を行うものである。
【００２５】
具体的には、例えば、図６における均等な重なる巾（ｗ１〜ｗ４）の７μｍ程度に対し、ラビング処理の逆方向側二辺の端部において重なる巾（ｗ１１、ｗ１２）が３μｍ程度となるように、着色画素（１２）の中心（Ｏ２）を樹脂ブラックマトリックス（１１）の開口部の中心（Ｏ１）からラビング処理の順方向へｘ、ｙ共に４μｍ程度片寄せてフォトマスクを設定する。これにより順方向側二辺の端部での重なる巾（ｗ１３、ｗ１４）は１１μｍ程度となる。
この際、突起（１３Ａ）の高さ（Ｈ２）は０．５μｍ程度、突起（１３Ｂ）の高さ（Ｈ３）は１．０μｍ程度となるが、液晶分子の配向へ悪影響を与えることはない。
【００２６】
また、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタを製造する際に、着色画素用のフォトマスクとして着色画素（１２）パターンの中心（Ｏ２）を樹脂ブラックマトリックス（１１）の開口部の中心（Ｏ１）からラビング処理の順方向へｘ、ｙ共に片寄りさせたフォトマスクを用いることによって良好な液晶表示装置用カラーフィルタを製造するすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側二辺の端部では端部上の突起が低くなるように、着色画素の周縁部の重なる巾が狭く形成された液晶表示装置用カラーフィルタであるので、樹脂ブラックマトリックスの端部上に重なる状態で着色画素が形成され、端部上に突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタであっても、液晶表示装置に用いた際に液晶分子の配向を乱すことのない液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
すなわち、突起を有するカラーフィルタであっても、平坦性を改善するためのオーバーコート層の形成、或いはカラーフィルタ表面の研磨などを行う必要のない廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。これにより、液晶表示装置とした場合であってもコントラストの低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の１着色画素近傍を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図３】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。
【図４】図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図５】樹脂ブラックマトリックスを用いた図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図６】図３に示すカラーフィルタの中央部分の着色画素近傍を拡大して示す平面図である。
【図７】図５に示す樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図８】オーバーコート層を形成したカラーフィルタの説明図である。
【図９】研磨によって突起の高さを低くしたカラーフィルタの説明図である。
【符号の説明】
１０、３０…ガラス基板
１１、５１…樹脂ブラックマトリックス
１２、３２、５２…着色画素
１３Ａ、１３Ｂ、５３…突起
３１…ブラックマトリックス
８０…オーバーコート層
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４…突起の高さ
Ｏ１…樹脂ブラックマトリックスの開口部の中心
Ｏ２…着色画素の中心
Ｐ…樹脂ブラックマトリックスのピッチ
Ｔ１…樹脂ブラックマトリックスの厚さ
Ｔ２…着色画素の厚さ
Ｗ…樹脂ブラックマトリックスの巾
ｗ１〜ｗ４…開口部四辺に均等に重なる巾
ｗ１１、ｗ１２…開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側二辺の端部において重なる巾
ｗ１３、ｗ１４…開口部四辺の内、ラビング処理の順方向側二辺の端部において重なる巾

Claims

ガラス基板上に、略矩形状の開口部がマトリックス状に形成された樹脂ブラックマトリックス、樹脂ブラックマトリックスの前記開口部の端部に周縁部が重なる状態で着色画素が順次形成され、該端部上に着色画素との重なりにより生じる突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側二辺の端部では端部上の突起が低くなるように、着色画素の周縁部の重なる巾を狭く形成したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。