JP4547078B2

JP4547078B2 - カラーフィルタ、およびその製造方法

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Publication number: JP4547078B2
Application number: JP2000288842A
Authority: JP
Inventors: 勝美深谷
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP2002098824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタ、およびその製造方法に関し、さらに具体的には、スペーサーとして用いられる柱状凸部の強度が高いため、その面積が小さくても充分にギャップ保持機能を有するカラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラーの液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示装置の一例として、ブラックマトリックス、複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層、透明電極および配向層を備えたカラーフィルタ基板と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、画素電極および配向層を備えた対向電極基板と、これら両基板を所定の間隙をもたせて対向させ、シール部材で密封して、上記間隙に液晶材料を注入して形成された液晶層とから概略構成されてなるものがある。
【０００３】
このようなカラー液晶表示装置では、上記間隙が液晶の厚みそのものであり、カラー液晶表示装置に要求される高速応答性、高コントラスト比、広視野角等の良好な表示性能を可能とするためには、上記液晶層の厚み、すなわちカラーフィルタ基板と対向電極基板の距離を厳密に一定に保持する必要がある。このため、従来は、前記間隙を形成するとともに、カラーフィルタ基板と対向電極基板のとの距離を一定に保持するために、前記ブラックマトリックス上などにスペーサーとして機能する柱状凸部を形成する場合が多かった。
【０００４】
しかしながら、近年の技術動向からすると、画像パターンの高精細化に伴って前記ブラックマトリックスは細線化が進み、従って、その上に柱状凸部を形成する場合にあっては、当該柱状凸部の断面積も小さくなってしまう。
【０００５】
このように柱状凸部の断面積が小さくなると、当該柱状凸部の強度が低下し、スペーサーとしての機能を果たさなくなることが容易に予想でき、こうなると、液晶の厚みに変化が生じ、高速応答性、高コントラスト比、広視野角等に問題を生じることとなる。また、当該問題を生じさせないために、当該柱状凸部の形成数を増やすことも考えられるが、形成した柱状凸部の検査の複雑化、歩留まりの低下等を招く要因となり好ましくない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、スペーサーとして用いられる柱状凸部の面積が小さくても充分にギャップ保持機能を有するカラーフィルタ、および当該カラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１において、基板と、当該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、柱状凸部とを備えるカラーフィルタであって、前記柱状凸部には、樹脂からなる光散乱性微粒子が混入されていることを特徴とするカラーフィルタを提供する。
【０００８】
このように、本発明のカラーフィルタは、カラーフィルタ基板と対向電極基板との間でスペーサーとして機能する柱状凸部に光散乱性微粒子が混入されているため、当該柱状凸部の硬度が向上し、押圧に対する強度を増加させることができる。したがって、例えば当該柱状凸部の断面積を小さくした場合であっても、またある程度の押圧が課された場合であっても、カラーフィルタ基板と対向電極基板との間隙を所定の間隙に保持することが可能なカラーフィルタとすることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載するように、基板と、当該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、柱状凸部と、光散乱層とを備えるカラーフィルタであって、前記柱状凸部および光散乱層には、樹脂からなる光散乱性微粒子が混入されており、かつ一体に形成されていることを特徴とするカラーフィルタを提供する。
【００１０】
このように、本発明のカラーフィルターは、光散乱層と柱状凸部との双方に光散乱微粒子を混入し、かつ一体に形成することにより、光散乱層と柱状凸部とを同時に形成することが可能となり、カラーフィルタの形成の効率を向上することができる。また、カラーフィルタに光散乱層を設けることにより、反射型液晶表示装置に入射した光に適度の散乱を生じさせて十分な視認性を確保することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載するように、基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少なくとも光重合性樹脂、および樹脂からなる光散乱性微粒子を含有する感光性組成物を、前記着色層を覆うように基板上に塗布して感光性樹脂層を形成する第１の工程と、感光性樹脂層を、所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する第２の工程と、硬化処理により、前記基材上の複数の所定部位に柱状凸部を形成するとともに、少なくとも前記着色層を覆うように光散乱層を形成する第３の工程と、を有し、前記第１〜第３の工程をこの順で行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法、および、請求項４に記載するように、前記第１〜第３の工程を、第１の工程、次いで第３の工程、次いで第２の工程の順で行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の方法によれば、光散乱性微粒子を含有する光散乱層と、光散乱性微粒子を含有する柱状凸部との双方を一体に形成することが可能であり、カラーフィルタの形成の効率を向上することができる。また、光散乱層と柱状凸部とが一体に形成されていないものと比べ、その接合部における強度を向上することもできる。
【００１３】
【実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［１］カラーフィルタ
図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における縦断面図である。
【００１５】
図１および図２において、本発明のカラーフィルタ１は、基板２とこの基板２上に形成されたブラックマトリックス３および着色層４を備え、さらに前記ブラックマトリックス３上の所定の複数の箇所（図１では５箇所）には、光散乱性微粒子を含有する柱状凸部５が形成されている。
【００１６】
本発明のカラーフィルタ１の特徴は、前記柱状凸部５に光散乱性微粒子が含有されていることである。当該柱状凸部５に光散乱性微粒子を含有することにより、当該柱状凸部の硬度が向上し、押圧に対する強度を増加させることができる。
【００１７】
柱状凸部５はカラーフィルタ１を対向電極基板と貼り合わせたときにスペーサーとして作用するものである。当該柱状凸部５は、カラーフィルタ１から突出するように一定の高さをもつものであり、突出量はカラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができ、例えば、２〜６μｍ程度の範囲内で設定できる。また、当該柱状凸部５の形成密度は、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部の形状、材質等を考慮して適宜設定することができる。
【００１８】
また、前記柱状凸部５の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよい。
【００１９】
本発明において用いることが可能な光散乱性微粒子としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、硫酸バリウム等の無機物、アクリル系樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、スチレン系樹脂、メラミン系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂等の有機物、あるいは、これらの２種以上の混合系の微粒子を挙げることができる。これらの中でも、メラミン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、およびその混合系の樹脂や、共重合体が透明性、耐久性の点で好ましい。
【００２０】
また、これらの光散乱性微粒子は、平均粒径が０．１〜５．０μｍ、好ましくは、０．１〜４．０μｍ、より好ましくは、０．１〜２．０μｍの範囲であり、平均粒径が０．１μｍ未満では、散乱効果が殆ど得られないからであり、平均粒径が５．０μｍより大きいと柱状凸部のパターン形状の制御が困難であるためである。
【００２１】
また、これらの光散乱性微粒子の含有量は０．５〜７０質量％が好ましく、１．０〜５０質量％が特に好ましい。
光散乱性微粒子の含有量が上記範囲より少ない場合には、当該柱状凸部の硬度の向上が不十分だからであり、また上記範囲より多い場合には、柱状凸部の成形性に問題が生じる場合があるからである。
【００２２】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製１７３７ガラスは、熱膨張率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
【００２３】
また、カラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３は、着色層４からなる表示画素部の間、および着色層４の形成領域の外側に設けられている。このようなブラックマトリックス３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして、形成したもの、カーボン微粒子との遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００２４】
なお、当該ブラックマトリックス３は、例えば対向電極基板側に形成されてもよいことから、本発明のカラーフィルタ１を構成するうえで必ずしも必須のものではない。
【００２５】
本発明のカラーフィルター１を構成する着色層４は、赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇ、および青色パターン４Ｂが所望のパターン形状で配列されており、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法等の公知の方法により形成することができる。また、当該着色層４を、例えば、赤色パターン４Ｒを最も薄く、緑色パターン４Ｇ、青色パターン４Ｂの順に厚くすることにより着色層４の各色毎に最適な液晶厚みを競っているようにしてもよい。
【００２６】
図３は、本発明のカラーフィルタの別の実施形態を示す縦断面図である。
【００２７】
図３に示すように、本発明のカラーフィルタ３０は、前記図２に示したものと同様に、基板２と、この基板上に形成されたブラックマトリックス３および着色層４を備え、さらに、前記ブラックマトリックス３と着色層４とを覆うように光散乱性微粒子を含む光散乱層３１が形成されている。そして、前記ブラックマトリックス３の所定の複数の箇所には、前記光散乱層３１に含有されている光散乱性微粒子と同一のものを含有する柱状凸部３２が当該光散乱層３１と一体的に形成されている。
【００２８】
ここで、当該カラーフィルタ３０を構成する基板２、ブラックマトリックス３、着色層４および柱状凸部３２については、前記で説明したカラーフィルタ１と同様であるため、説明は省略する。
【００２９】
本発明のカラーフィルタ３０は、ブラックマトリックス３と着色層４とを覆うように光散乱性微粒子を含む光散乱層３１が形成されており、かつ前記ブラックマトリックス３の所定の複数の箇所には、前記光散乱層３１に含有されている光散乱性微粒子と同一のものを含有する柱状凸部３２が当該光散乱層３１と一体的に形成されていることに特徴を有するものである。
【００３０】
光散乱層３１は、カラーフィルタ３０の表面を平坦化し、着色層４に含有される成分の液晶層への溶出を防止するとともに、反射型液晶表示装置に入射した光に適度の散乱を生じさせて十分な視認性を確保するために設けられるものである。当該光散乱層３１の厚みは使用される材料の光透過率や光散乱性、カラーフィルタ３０の表面状態などを考慮して設定することができ、例えば、０．１〜１０μｍの範囲で設定することができる。このような光散乱層３１は、カラーフィルタ３０を対向電極基板と貼り合わせたときに液晶層と接するような着色層４を少なくとも覆うように形成される。
【００３１】
そして、上記の光散乱層３１と柱状凸部３２とに含有される光散乱性微粒子については、上記の柱状凸部５と同様の光散乱性微粒子を用いることが可能である。なお、当該光散乱層３１および柱状凸部３２に含有されるその他の成分としては、従来から用いられている光重合性樹脂やバインダー樹脂等を任意に用いることが可能である。
【００３２】
上記のように、カラーフィルタに光散乱層を設けることにより、反射型液晶表示装置に入射した光に適度の散乱を生じさせて十分な視認性を確保することができるとともに、当該光散乱層と一体的に光散乱性微粒子を含有した柱状凸部を形成することで、当該柱状凸部の硬度を向上することができ、これにより柱状凸部の形成数を減少せしめることができ、カラーフィルタを形成する際のコストパフォーマンス、歩留まり等を向上することができる。
【００３３】
［２］カラーフィルタの製造方法
次に、本発明のカラーフィルタの製造方法について、図４を用いて説明する。
この例では、柱状凸部および光散乱層が同一の光散乱性微粒子を有しており（つまり同一の材料）、かつ一体的に形成される例を示すものである。
【００３４】
まず、所定のパターンでブラックマトリックス３が形成された透明基板２上において、ブラックマトリックス３ａの間の赤色パターン形成領域に赤色パターン４Ｒを形成する（図４（Ａ））。
【００３５】
上記のブラックマトリックス３の形成は、例えば、以下のようにして行うことができる。まず、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成したクロム等の金属薄膜、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有した樹脂層等からなる遮光層を基板２上に形成し、この遮光層上に公知のポジ型あるいはネガ型の感光性レジストを用いて感光性レジスト層を形成する。次いで、感光性レジスト層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介して露光、現像し、露出した遮光層をエッチングした後、残存する感光性レジスト層を除去することによって、ブラックマトリックス３を形成する。
【００３６】
また、上記の赤色パターン４Ｒの形成は、例えば、以下のように行うことができる。まず、ブラックマトリックス３を覆うように基板２上に赤色着色剤を含有した赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマスクを介して上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行うことにより、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン４Ｒを形成する。次いで、基板２上の緑色パターン形成領域に同様にして緑色パターン４Ｇを形成し、さらに、基板２上の青色パターン形成領域にも同様にして青色パターン４Ｂを形成する。
【００３７】
そして、上記ブラックマトリックス３および着色層４を覆うように基板２上に少なくとも光重合性樹脂および光散乱性微粒子を含有するネガ型の感光性樹脂層４０を形成する（第１の工程、図４（Ｂ））。この感光性樹脂層４０の形成は、公知のネガ型の透明感光性樹脂組成物に光散乱性微粒子を混入せしめて、粘度の最適化を行った上でスピンコータ、ロールコータ等の公知の手段により塗布、乾燥して形成することができる。当該感光性樹脂層４０の厚みは、柱状凸部３２に要求される高さに応じて適宜設定することができる。
【００３８】
次いで、ネガ型の感光性樹脂層４０をフォトマスクＭを介して露光する（第２の工程、図４（Ｃ））。
【００３９】
そして、この露光の前後いずれかにおいて、後述する現像工程で未露光領域（柱状凸部３２の形成部位以外の領域）の感光性樹脂層４０が光散乱層３１を形成する所望の厚みで残るように、感光性樹脂層４０に硬化処理を行う。このような硬化処理としては、感光性樹脂層４０に硬化反応を進めさせるような温度、例えば、通常のフォトリソグラフィでのプレベーク温度よりも高い温度で感光性樹脂層４０を加熱する処理、あるいは、感光性樹脂層４０を完全に硬化させる露光量よりも少ない所定の露光量で感光性樹脂層４０全面を露光する処理等を挙げることができる。
【００４０】
これにより、感光性樹脂層４０の柱状凸部３２の形成部位（フォトマスクＭを介しての露光部）では硬化反応が十分に進行し、その他の領域（フォトマスクＭを介しての未露光部）では光散乱層３１の形成を可能とする程度の硬化反応が進んだ状態となる。
【００４１】
次に現像液により感光性樹脂層４０の現像を行う。上述のような光散乱層３１の形成領域と、柱状凸部３２の形成部位とで、それぞれ最適な硬化反応が行われている。このため、この現象によって柱状凸部３２の形成部位の感光性樹脂層４０は溶解されずに残り、その他の領域の感光性樹脂層４０は大部分が溶解除去されるものの、光散乱層３１としての薄膜が残る（第３の工程、図４（Ｄ））。
【００４２】
上述の製造方法の例では、ネガ型の感光性樹脂組成物を使用しているが、公知のポジ型の感光性樹脂組成物に光散乱性微粒子を含有することによりカラーフィルタを形成することもできる。この場合、上述のようにブラックマトリックス３、着色層４を形成した後、これらを覆うようにポジ型の感光性樹脂層を形成する。次いで、現像工程で露光領域（柱状凸部３２の形成部位以外の領域）の感光性樹脂が光散乱層３１を形成する所望の厚みで残るように、ポジ型の透明感光性樹脂層に感光性低下処理を行う。このような処理は、例えば、通常のフォトリソグラフィでのプレベーク温度よりも高い温度で感光性樹脂層を加熱する等して行うことができる。その後、ポジ型の感光性樹脂層を柱状凸部３２の形成用フォトマスクを介して露光して現像する。この現像によって、柱状凸部３２の形成部位のポジ型透明感光性樹脂層は溶解されずに残り、他の領域の透明感光性樹脂層は大部分が溶解除去されるものの光散乱層３１としての薄膜が形成される。
【００４３】
上述したような方法により光散乱性微粒子を含有する柱状凸部と光散乱層を一体的に形成することが可能であるので、新たな工程を行うことなく柱状凸部および光散乱層を有するカラーフィルタ基板を製造することができる。また、同様の方法にて、光散乱性微粒子を含有する柱状凸部と光散乱層を一体的に駆動電極基板上に形成してもよい。したがって、製造コストを安価とすることができ、得られるカラー液晶表示装置を安価に提供することができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４５】
また、本発明のカラーフィルタは、アレイ基板と対向基板との間のギャップ寸法の制御が容易であり、かつギャップ寸法の精度に優れていることから、ギャップが狭く設計された強誘電性液晶を使用した液晶表示装置、反強誘電性液晶を使用した液晶表示装置、アレイ基板側に画素電極および対向電極を備えたイン−プレイン−スイッチング型液晶表示装置、アレイ基板側にカラーフィルタを備えた構造の液晶表示装置など、種々の液晶表示装置に適用することが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
このように、本発明のカラーフィルタは、カラーフィルタ基板と対向電極基板との間でスペーサーとして機能する柱状凸部に光散乱性微粒子が混入されているため、当該柱状凸部の硬度が向上し、押圧に対する強度を増加させることができる。したがって、例えば当該柱状凸部の断面積を小さくした場合であっても、またある程度の押圧が課された場合であっても、カラーフィルタ基板と対向電極基板との間隙を所定の間隙に保持することが可能なカラーフィルタとすることができる。
【００４７】
また、当該光散乱層と一体的に光散乱性微粒子を含有した柱状凸部を形成することで、カラーフィルタに光散乱層を設けることにより、反射型液晶表示装置または半透過型表示装置に入射した光に適度の散乱を生じさせて十分な視認性を確保することができるとともに、当該柱状凸部の硬度を向上することができ、これにより柱状凸部の形成数を減少せしめることができ、カラーフィルタを形成する際のコストパフォーマンス、歩留まり等を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタの縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの縦断面図である。
【図４】本発明のカラーフィルタの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１、３０…カラーフィルタ
２…基板
３…ブラックマトリックス
４…着色層
５、３２…柱状凸部
３１…光散乱層
４０…感光性樹脂層

Claims

基板と、当該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、柱状凸部とを備えるカラーフィルタであって、
前記柱状凸部には、樹脂からなる光散乱性微粒子が混入されていることを特徴とするカラーフィルタ。
基板と、当該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、柱状凸部と、光散乱層とを備えるカラーフィルタであって、
前記柱状凸部および光散乱層には、樹脂からなる光散乱性微粒子が混入されており、かつ一体に形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。
基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少なくとも光重合性樹脂および樹脂からなる光散乱性微粒子を含有する感光性組成物を、前記着色層を覆うように基板上に塗布して感光性樹脂層を形成する第１の工程と、
感光性樹脂層を、所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する第２の工程と、
硬化処理により、前記基材上の複数の所定部位に柱状凸部を形成するとともに、少なくとも前記着色層を覆うように光散乱層を形成する第３の工程と、
を有し、前記第１〜第３の工程をこの順で行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少なくとも光重合性樹脂および樹脂からなる光散乱性微粒子を含有する感光性組成物を、前記着色層を覆うように基板上に塗布して感光性樹脂層を形成する第１の工程と、
感光性樹脂層を、所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する第２の工程と、
硬化処理により、前記基材上の複数の所定部位に柱状凸部を形成するとともに、少なくとも前記着色層を覆うように光散乱層を形成する第３の工程と、
を有し、前記第１〜第３の工程を、第１の工程、次いで第３の工程、次いで第２の工程の順で行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。