JP4984394B2 - 液晶表示装置用カラーフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置などに用いられるカラーフィルタに関するものであり、特に、金属薄膜を用いた狭い額縁であっても、遮光性は良好で、配線を腐食させず、また静電放電を発生させない液晶表示装置用カラーフィルタに関する。

図７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８は、図７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７、及び図８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（５０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）、透明導電膜（５４）が形成されたものである。
図７、及び図８はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（５２）は１２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１７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。

ブラックマトリックス（５１）は、遮光性を有するマトリックス状或いはストライプ状のものであり、パターン間を開口部とし開口部の形状、面積は各色共に同一で均一なものである。また、着色画素（５２）は、例えば、赤色、緑色、青色の色再現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（５１）は、ブラックマトリックス上にその周縁部を重ねて形成される着色画素の位置を定め、カラーフィルタとして機能する着色画素の形状、面積を均一なものとしている。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。

また、カラーフィルタの周縁部には、額縁と称される部分が形成される。図７、及び図８に示すカラーフィルタは、ブラックマトリックス（５１）の最外周パターンをガラス基板の周縁部の端まで延長し、額縁（Ａ）とした例である。
額縁（Ａ）は、バックライトからの直接光をカラーフィルタの周縁部の端で遮蔽し、またカラーフィルタの端面から入射する迷光を低減させ画像のコントラストを向上させる機能を有し、ブラックマトリックスと同一材料にて、ブラックマトリックスの形成と同時に形成される。以下に記述において、着色画素が形成される画面表示部のブラックマトリックスと額縁を合わせてブラックマトリックスと称す。

このブラックマトリックス（５１）の形成は、ガラス基板（５０）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をエッチング及びエッチングレジストパターンの剥離を行い、Ｃｒ、ＣｒＯ_X などの金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）を形成するといった方法がとられている。

或いは、このブラックマトリックス（５１）の形成は、図９に示すように、ガラス基板（５０）上に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ブラックマトリックスを形成するといった方法がとられている。黒色感光性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（５１Ｂ）と称している。

また、着色画素（５２）は、このブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型の感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ法によって、すなわち、感光性樹脂の塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像処理によって着色画素として形成されたものである。赤色、緑色、青色の各色の着色画素は、フォトリソグラフィ法によって各々形成される。

樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）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内部での光反射を抑制するために、低光反射の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（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）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。

また、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。
ガラス基板が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、次第に樹脂を用いた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、ガラス基板が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。

しかし、樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）の場合には、遮光性を充分なものとするために膜厚を厚くする必要があり、その膜厚が、例えば、１．０μｍ程度と厚くなると、図９に示すように、樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）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（５１Ｂ）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といった問題を含んでいる。

また、樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）の場合には、その形成に用いる感光性樹脂が黒色の色素を含有しているために、露光による感光性樹脂の硬化が底部まで均一にならず、樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）の断面形状は、オーバーハング状を呈したものに成りがちであるといった問題を有している。
従って、カラーフィルタのブラックマトリックスとして、精度のよい形状を有するブラックマトリックスが要望された場合には、樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）ではなく、Ｃｒなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）を形成するといった方法がとられている。

図１は、図８に示す、Ｃｒなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）が形成されたカラーフィルタ、又は図９に示す、樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）が形成された液晶表示装置用カラーフィルタ（５）が液晶パネルに組み込まれた際の一例における、液晶パネルのシール（７）近傍を拡大して示す断面図である。
液晶パネルは、図８に示すように、カラーフィルタ（５）と対向基板（６）とを所定の距離を持たせて対向させ、両基板間に液晶を封入するが、シール（７）は液晶を封入するため液晶パネルの外周部に設けられる。

図１に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタ（５）の額縁（Ａ１）の部分には、ガラス基板（５０）の周縁部の端までブラックマトリックスが設けられている。従って、バックライトからの光（Ｌ）は、液晶表示装置用カラーフィルタ（５）の周縁部の端まで遮光される。

また、液晶表示装置用カラーフィルタ（５）上には透明導電膜（５４）が形成されているが、透明導電膜（５４）は、シール（７）内にその端が位置するように形成されている。対向基板（６）のガラス基板（６０）上には、シール（７）の外側に配線（６５）が設けられている。
このような構成の液晶パネルにおいて、ブラックマトリックスとして樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）を用いた際には、透明導電膜（５４）はシール（７）内にあり、また、樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）は絶縁性であるために、対向基板（６）の配線（６５）が腐食する等の悪影響を及ぼさない。

しかし、ブラックマトリックスとして、Ｃｒなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）を用いた際には、透明導電膜（５４）はシール（７）内にあるが、シール（７）の外側にあるブラックマトリックス（５１）は導電性であるために、対向基板（６）の配線（６５）が腐食されてしまうといった問題がある。

図２は、このような配線（６５）の腐食を回避するために考案された液晶パネルの一例の断面図である。図２に示すように、ブラックマトリックスとして、精度のよい形状を有するＣｒなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）が要望された場合に、ブラックマトリックス（５１）と同時に同一材料で形成される額縁はガラス基板の周縁部の端まで形成せずに、透明導電膜（５４）と同様にシール（７）内にその端が位置するように形成される。
従って、カラーフィルタ側のシール（７）の外側においては、配線（６５）の腐食に影響する導電性のものはなく、配線（６５）が腐食されてしまうといった問題はなくなる。

しかし、額縁（Ａ１）の部分には、その端までブラックマトリックスは延長形成されておらず、符号（Ｗ１）で示す部分が光透過部となっている。この光透過部は、例えば、２ｍｍ程度の幅であるが、額縁としての遮光性は低下したものとなってしまう。
この弊害への対応として、ブラックマトリックスが延長されず、光透過部となった部分（Ｗ１）の、ガラス基板（５０）のバックライト側に遮光フィルム（８）を設けて遮光性の低下を防止している。

すなわち、液晶表示装置用カラーフィルタ（５）を図２に示す構成にすることによって、ブラックマトリックスがＣｒなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）であっても、遮光性が良好で、且つ樹脂ブラックマトリックス（５１Ｂ）と同様に、対向基板（６）の配線（６５）が腐食されることのない液晶パネルとすることを可能としている。
しかし、遮光フィルム（８）を用いる方法は、材料費が増え、工程が増えるといった欠点を有する。

しかしながら、近年、急速に普及した携帯電話機、デジタルカメラなどに用いられる小型の液晶表示装置においては、高精細な画質を得るため、例えば、図３に示すように、ブラックマトリックスとして、精度のよい形状を有する金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）を用いることが、また、最大限の表示画面を得るため絵柄部を大きくする必要があり、このため、絵柄部（Ｂ）の外側にある額縁（Ａ２）の幅（Ｗ３）としては、極めて狭い幅、例えば、２ｍｍ程度の幅のものが要望されている。
また、同時に、廉価な製品とするために、上記遮光フィルム（８）を設けない構成のものが要望されている。

上記廉価な製品とする要望に対して、仮に、図３に示すように、遮光フィルム（８）を設けずに、ブラックマトリックス（５１）の額縁（Ａ２）の幅（Ｗ３）を２ｍｍ程度として、ガラス基板（５０）の周縁部の端まで金属薄膜を形成した構成のものにすると、遮光性は良好なものが得られるものの、ブラックマトリックスがシール（７）の外側にもあるために、前記配線（６５）の腐食問題が再び顕在化したものとなってしまう。

一方、液晶パネルは、金属製のシールドケースに組み込み液晶表示装置とされる。液晶パネルの帯電を防止するために、例えば、シールドケースをアースすることによって帯電の防止をおこなっている。
図４、及び図５は、液晶パネルの帯電防止を説明する断面図である。図４に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタ（５）において、ブラックマトリックス（５１）に起因するガラス基板（５０）の帯電は、シールドケース（９）とブラックマトリックス（５１）との距離（Ｗ４）が充分に大きいと、シールドケース（９）を経てアースにながれる。すなわち、ブラックマトリックス（５１）の帯電は、シールドケース（９）がアースされているので、所謂、静電誘導によりガラス基板（５０）、シールドケース（９）を経てアースされる。

また、図５に示すように、シールドケース（９）とブラックマトリックス（５１）との距離（Ｗ５）が充分に小さいと、ブラックマトリックス（５１）の電場強度が、気中の絶縁破壊強度である約３×１０⁶ Ｖ／ｍを越え、ブラックマトリックス（５１）からシールドケース（９）へ放電する。所謂、静電放電を起こす。この静電放電は、トタンジスタの破壊、誤動作をもたらすことがある。

従って、ブラックマトリックス（５１）を額縁の端、すなわち、ガラス基板（５０）周縁部の端まで形成する際には、静電放電を発生させてはならないといった問題が伴ってくる。
この静電放電といった問題への対応として、図３に示す液晶表示装置用カラーフィルタ（５）において、例えば、図６に示すように、シールドケース（９）の内側に絶縁層（１０）を設けることが考えられるが、絶縁層（１０）を設けることによって、相応のコストの上昇が発生することになる。
特開平７−１３１８４号公報

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、小型の液晶表示装置において、額縁の幅が極めて狭いといった制約下で、ブラックマトリックスとして、精度のよい形状を有する金属薄膜からなるブラックマトリックスを用いても、ガラス基板のバックライト側に遮光フィルムを設けずに、前記額縁の遮光性は良好な性能を有し、また、前記対向基板の配線の腐食を発生させることなく、且つ、シールドケースの内側に絶縁層を設けずに、トタンジスタの破壊、誤動作をもたらす、前記静電放電を発生させることのない、廉価な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。

本発明は、透明基板上に、金属薄膜からなるブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜が順次に形成された液晶表示装置用カラーフィルタであって、前記金属薄膜が透明基板の周縁部の額縁状部位を含めて設けられている液晶表示装置用カラーフィルタであって、
透明基板の最外周部を金属薄膜の未形成部としており、
該未形成部に、着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された着色画素片の積層体が形成されており、
該積層体を対向基板とのシール部とした
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。

また、本発明は、透明基板上に金属薄膜からなるブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜が順次に形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、透明基板の額縁状周縁部を金属薄膜を設けない部位としている液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、
金属薄膜を設けない前記額縁状周縁部に、着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された着色画素片の積層体が形成されており、
該積層体を対向基板とのシール部とした
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。

本発明は、ガラス基板の周縁部の額縁に設けられる金属薄膜の、少なくともシール部外側の最外周部は、金属薄膜が形成されておらず、この金属薄膜の未形成部に着色画素が形成に用いた材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された着色画素片の積層体が形成されている。そのため、小型の液晶表示装置において、額縁の幅が極めて狭いといった制約下であっても、ブラックマトリックスとして、精度のよい形成を有する金属薄膜からなるブラックマトリックスを用いても、ガラス基板のバックライト側に遮光フィルムを設けずに、額縁の遮光性は良好な性能を有し、また、対向基板の配線の腐食を発生させることなく、且つシールドケースの内側に絶縁層を設けずに、トランジスタの破壊、誤動作をもたらす静電放電を発生させることのない、廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

また、本発明は、ガラス基板の周縁部の額縁に金属薄膜は設けられておらず、額縁に着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された着色画素片の積層体が形成されているので、小型の液晶表示装置において、額縁の幅が極めて狭いといった制約下で、ブラックマトリックスとして、精度のよい形成を有する金属薄膜からなるブラックマトリックスを用いても、ガラス基板のバックライト側に遮光フィルムを設けずに、額縁の遮光性は良好な性能を有し、また、対向基板の配線の腐食を発生させることなく、且つシールドケースの内側に絶縁層を設けずに、トランジスタの破壊、誤動作をもたらす静電放電を発生させることのない、廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１０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を示す断面図である。図１０に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（５０）上に金属薄膜からなるブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ）、透明導電膜（５４）が順次に形成された液晶表示装置用カラーフィルタである。

ガラス基板（５０）の周縁部の額縁（Ａ２）に設けられたブラックマトリックス（金属薄膜）（５１）の、シール（７）部外側の最外周部は、金属薄膜が欠落している。この欠落部には積層（５２’）が形成されている。積層（５２’）は着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素（５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ）の形成と同時に形成された、いわば、着色画素片（５２’Ｒ、５２’Ｇ、５２’Ｂ）の積層である。

額縁（Ａ２）の幅（Ｗ３）は、２ｍｍ程度のものである。また、ガラス基板（５０）の最外周部での金属薄膜を設けない、すなわち、金属薄膜の未形成部の幅（Ｗ６）は、０．３ｍｍ以上のものである。積層（５２’）の形成に用いた材料は、樹脂を主成分としており、その絶縁破壊強度は空気の絶縁破壊強度よりはるかに高いために、金属薄膜が欠落している幅（Ｗ６）が小さくても静電放電を防止することができる。
一方、遮光性の点からは、最外周部では金属薄膜が欠落ているが、この欠落部には積層（５２’）が形成されているので、額縁の遮光性は良好なものである。

従って、額縁の幅が極めて狭いといった制約下において、ブラックマトリックスとして、精度のよい形状を有する金属薄膜からなるブラックマトリックスを用いても、ガラス基板のバックライト側に遮光フィルムを設けることなく、額縁の遮光性は良好な性能を有したものとなる。
また、シール（７）の外側の金属薄膜は積層（５２’）によって覆われているので、対向基板の配線の腐食を発生させることはない。また、ガラス基板（５０）の最外周部では金属薄膜が欠落しているが、着色画素の形成に用いた材料を用いた絶縁破壊強度の高い積層（５２’）が形成されているので、静電放電を防止することができ、トタンジスタの破壊、誤動作をもたらすことはない。

図１１は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの他の例を示す断面図である。図１１に示すように、ガラス基板（５０）の周縁部の額縁（Ａ２）に設けられたブラックマトリックス（金属薄膜）（５１）の、シール（７）部外側の最外周部は、金属薄膜が欠落している。この欠落部及び額縁（Ａ２）の金属薄膜（５１）上には、積層（６２’）が形成されている。
この積層（６２’）は着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素（５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ）の形成と同時に形成された、いわば、着色額縁（６２’Ｒ、６２’Ｇ、６２’Ｂ）の積層である。

従って、図１０に示す液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例と同様に、額縁の幅が極めて狭いといった制約下において、金属薄膜からなるブラックマトリックスを用いても、遮光フィルムを設けることなく、額縁の遮光性は良好な性能を有したものとなる。
また、対向基板の配線の腐食を発生させることはない。また、ガラス基板（５０）の最外周部には絶縁破壊強度の高い積層（６２’）が形成されているので、静電放電を防止することができる。

図１２は、請求項３に係わる液晶表示装置用カラーフィルタの一例を示す断面図である。図１２に示すように、ガラス基板（５０）の周縁部の額縁（Ａ２）にはブラックマトリックス（金属薄膜）（５１）は設けられていない。額縁（Ａ２）には積層（７２’）が形成されている。
この積層（７２’）は着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素（５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ）の形成と同時に形成された、いわば、着色額縁（７２’Ｒ、７２’Ｇ、７２’Ｂ）の積層である。

従って、図１０に示す液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例と同様に、額縁の幅が極めて狭いといった制約下において、精度のよい形状を有する金属薄膜からなるブラックマトリックスを用いても、遮光フィルムを設けることなく、額縁の遮光性は良好な性能を有したものとなる。
また、対向基板の配線の腐食を発生させることはない。また、ガラス基板（５０）の周縁部の額縁（Ａ２）にはブラックマトリックス（金属薄膜）（５１）は設けられていないので、トタンジスタの破壊、誤動作をもたらす静電放電を防止することができる。

液晶パネルのシール近傍を拡大して示す断面図である。 配線の腐食を回避するために考案された液晶パネルの一例の断面図である。 額縁の幅が極めて狭い例の断面図である。 液晶パネルの帯電防止を説明する断面図である。 液晶パネルの帯電防止を説明する断面図である。 シールドケースの内側に絶縁層を設けた説明図である。 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７に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 樹脂ブラックマトリックスの一例の断面図である。 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を示す断面図である。 本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの他の例を示す断面図である。 請求項２に係わる液晶表示装置用カラーフィルタの一例を示す断面図である。

符号の説明

５・・・液晶表示装置用カラーフィルタ
６・・・対向基板
７・・・シール
８・・・遮光フィルム
９・・・シールドケース
１０・・・絶縁層
５０、６０・・・ガラス基板
５１・・・ブラックマトリックス（金属薄膜）
５１Ｂ・・・樹脂ブラックマトリックス
５２・・・着色画素
５２Ｒ・・・赤色の着色画素
５２Ｇ・・・緑色の着色画素
５２Ｂ・・・青色の着色画素
５２’・・・着色画素片の積層
５２’Ｒ、５２’Ｇ、５２’Ｂ・・・着色画素片
５３・・・突起
５４・・・透明導電膜
６２’、７２’・・・着色額縁の積層
６２’Ｒ、６２’Ｇ、６２’Ｂ、７２’Ｒ、７２’Ｇ、７２’Ｂ・・・着色額縁６５・・・配線
Ａ、Ａ１、Ａ２・・・額縁
Ｂ・・・絵柄部
Ｌ・・・バックライトからの光

Claims (2)

1. 透明基板上に、金属薄膜からなるブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜が順次に形成された液晶表示装置用カラーフィルタであって、前記金属薄膜が透明基板の周縁部の額縁状部位を含めて設けられている液晶表示装置用カラーフィルタであって、
   透明基板の最外周部を金属薄膜の未形成部としており、
   該未形成部に、着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された着色画素片の積層体が形成されており、
   該積層体を対向基板とのシール部とした
   ことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 透明基板上に金属薄膜からなるブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜が順次に形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、透明基板の額縁状周縁部を金属薄膜を設けない部位としている液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、
   金属薄膜を設けない前記額縁状周縁部に、着色画素の形成に用いた材料を用い、着色画素の形成と同時に形成された着色画素片の積層体が形成されており、
   該積層体を対向基板とのシール部とした
   ことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。

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