JP5011506B2

JP5011506B2 - 液晶表示装置用カラーフィルタおよびそれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP5011506B2
Application number: JP2006320371A
Authority: JP
Inventors: 義文前田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: JP2008134435A

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタに係り、特に、優れた表示特性を示す液晶表示装置の実現を可能とするカラーフィルタに関する。

液晶表示装置用のカラーフィルタは、ガラス基板上に例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の着色層の微細パターンからなる画素をモザイク状やマトリックス状に設けたものであり、一般に、コントラスト向上のため、ブラックマトリックス（以下、ＢＭと呼ぶ）と呼ばれる遮光層を各画素の境界に設けているものが多い。

ＢＭの材質としては、薄膜化が可能であり、かつ高い遮光性を有する金属クロム系が広く用いられてきたが、近年、環境問題やコスト面を考慮して、樹脂にカーボン粒子を分散したもの(以下、樹脂ＢＭと呼ぶ)への置き換えが進んでいる。この樹脂ＢＭは、金属クロムからなるＢＭと比較すると、遮光性が低いため、膜厚を大きくする必要がある。

しかし、樹脂ＢＭのマトリックスの膜厚を大きくすると、着色層と樹脂ＢＭとの重なり部分で着色層に凸部が生成し、着色層に大きな傾斜面ができてしまう。

図１は、従来のカラーフィルタの製造方法を示す概略図である。従来のカラーフィルタの製造方法では、図１（Ａ）に示すように、まず透明基板１上に遮光層である樹脂ＢＭ層５を画素領域を区分するように格子状に形成する。またこの工程では、樹脂ＢＭ層５を形成するとともに、樹脂ＢＭ層５と同一の材料により位置合わせマーク６の形成も行う。樹脂ＢＭ層５および位置合わせマーク６は、フォトリソグラフィー法を用いて同時に形成することができる。次に、図１（Ｂ）に示すように、赤、緑、青の着色層２〜４のパターンをこの樹脂ＢＭ層５により区分された領域にそれぞれ順に形成する。着色層２〜４は、位置合わせマーク６を基準とし、フォトリソグラフィー法によって位置を定めて形成することができる。

図１に示す従来の製造方法で製造されたカラーフィルタ２０は、着色層２〜４の周縁部２ｂ〜４ｂが樹脂ＢＭ層５の周縁部５ｂと重なっているため、着色層２〜４の周縁部２ｂ〜４ｂに盛り上がりができ、その結果、色画素内の周縁部に傾斜面が形成されている。図１のカラーフィルタ２０を用いて液晶表示装置を作製すると、着色層２〜４の傾斜部で液晶分子の配向不良が生じる。この配向不良は、液晶表示装置において、ディスクリネーションやちらつき等の表示不良や、光漏れによるコントラストの低下などの不具合を引き起こす。

そのため、一般には着色層および樹脂ＢＭ上にオーバーコート層を設けることによって表面平滑化の向上を図り、上記不具合の対策を行っていた。

しかし、オーバーコート層を設けることにより製造コストが高くなるという問題があり、オーバーコート層を設けることなく上記問題を解決することが求められている。

また、樹脂ＢＭの端部を薄くすることにより、着色層との重なり部の突出を防止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、樹脂ＢＭの端部の角度を１０°以下とし、突出部の高さを１．９μｍ以下とすることにより液晶配向の異常の防止を図ることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、いずれの方法によっても、上記問題を確実に解決することは困難である。
特開平９−１８９８９９号公報特開２００２−３５７８２８号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされ、オーバーコート層を設けることなく、ディスクリネーションやちらつきなどの表示不良、およびコントラストの低下が生じない安価な液晶表示装置用のカラーフィルタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の発明は、透明基板と、フォトリソグラフィー法によって前記透明基板上に互いに間隙をおいて形成された赤、緑および青からなる着色層のパターンと、前記透明基板上に形成された赤の位置合わせマークと、前記透明基板上に形成され、前記着色層間の前記間隙を充填するとともに前記着色層の周縁部を被覆し、その周縁部上に凸部を形成する樹脂ＢＭの遮光層とを具備し、該遮光層により覆われていない着色層の画素部は実質的に平坦であり、かつ、着色層と樹脂ＢＭの遮光層との重なりによる凸部傾斜面によって生じる液晶配向の乱れは、前記遮光層自身によって実質的に隠蔽され、前記遮光層は前記透明基板に接している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、第２の発明は、第１の発明の液晶表示装置用カラーフィルタを具備したことを特徴とする液晶表示装置である。

本発明によると、オーバーコート層を設けることなく、ディスクリネーションやちらつきなどの表示不良、およびコントラストの低下が生じない安価な液晶表示装置用のカラーフィルタを提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

本発明者は、検討の結果、着色層のパターンを先に形成し、その周縁部に重なるように遮光層を形成すると、色画素として働く領域の着色層の傾斜をほぼ皆無にできることを見出した。

以下、図面を参照しながら、本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明する。

図２は、本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を示す概略図である。
まず、図２（Ａ）に示すように透明基板１を用意する。透明基板１は、カラーフィルタ１０を液晶表示装置に組み込んだ際に、液晶表示装置の光源から射出し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板および液晶を透過して到達する白色光を透過させる役割を果たす。透明基板１の材料としては、上記の機能を有するものであれば、カラーフィルタで一般的に使用する材料を使用することができる。

次に、図２（Ｂ）に示すように、透明基板１上に着色層２のパターンおよび位置合わせマーク６を同時に形成する。

着色層２は、着色されており、入射する白色光のうち、特定波長領域の光を吸収し、その他を透過させることで、着色光を生じさせる役割を果たす。

位置合わせマーク６は、位置決めの基準としての役割を果たす。位置合わせマーク６を基準とすることで、この後の工程において複数の色の着色層のパターンを透明基板１上の所望の位置に形成することができる。

着色層２および位置合わせマーク６は、同じ材料でよく、レジスト樹脂と、レジスト樹脂に分散した着色剤とを含んでおり、その着色剤の色に着色されている。ＲＧＢの三原色を用いて色再現を行うカラーフィルタの場合、通常、赤の着色層が最初に形成されるが、赤は目立つため、位置合わせマーク６として好適である。赤の着色層２および位置合わせマーク６に含まれるレジスト樹脂および着色剤は、カラーフィルタの材料として通常用いられるものを使用することができる。赤の着色層２のパターンおよび位置合わせマーク６は、フォトリソグラフィー法によって同時に形成することができる。

次に、図２（Ｃ）に示すように、透明基板１上に緑の着色層３のパターンおよび青の着色層４のパターンを、所定の画素領域に順に形成する。

緑の着色層３および青の着色層４に含まれるレジスト樹脂および着色剤は、赤の着色層２と同様に、カラーフィルタの材料として通常用いられるものを使用することができる。緑の着色層３および青の着色層４のパターンは、位置合わせマーク６を基準としてフォトリソグラフィー法を用いることにより、順に形成することができる。

次に、図２（Ｄ）に示すように、遮光層（樹脂ＢＭ層）５を、着色層２〜４の間の間隙を充填するとともに着色層２〜４の周縁部２ａ〜４ａを被覆するように格子状に形成して、カラーフィルタ１０を製造する。

遮光層（樹脂ＢＭ層）５は、着色層２〜４間の間隙において光を遮断し、そこからの光漏れを防ぐことで、コントラストの低下を抑える役割を果たす。

遮光層５の材料としては、環境面・コスト面から考えると、樹脂が好ましい。樹脂ＢＭ層５は、着色層２〜４と同様に、位置合わせマーク６を基準としてフォトリソグラフィー法を用いることにより、形成することができる。

図２（Ｄ）に示すカラーフィルタ１０では、遮光層５と着色層２〜４との重なり部分において、遮光層５の周縁部５ａが着色層２〜４の周縁部２ａ〜４ａと重なっている。

次に、以上のようにして製造されたカラーフィルタ１０を用いて製造する液晶表示装置を、図を参照しながら概略的に説明する。

図３に、本発明の液晶表示装置の一例の概略断面図を示す。図３に示した液晶表示装置１００は、カラーフィルタ１０上に、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２等の透明電極１１、及びポリイミド、ポリアミド、ＳｉＯ等の配向膜１２が形成されたカラーフィルタ基板１０１と、透明基板１３上に、薄膜トランジスタ（図示しない）、ＩＴＯ等の透明電極１４、及びラビングされた配向膜１５が順に形成されたアレイ基盤１０２とを、電極面が相対向するように配置し、その間にネマチック液晶層１０３を介在させて構成されている。

図２（Ｄ）に示すカラーフィルタ１０を用いて液晶表示装置１００を作製した場合、着色層２〜４の周縁部２ａ〜４ａは遮光層５により被覆されているために光が遮断される。したがって、カラーフィルタ１０の赤、緑、青のそれぞれの色画素として働く部分は、着色層２〜４の周縁部２ａ〜４ａ以外の部分である。

このような着色層２〜４の周縁部２ａ〜４ａに囲まれた色画素として働く領域は、傾斜がなく、それぞれ平坦性が良好である。したがって、図２（Ｄ）に示すカラーフィルタ１０を用いて作製した液晶表示装置１００では、色画素として働く領域上の液晶層は配向が乱されることがない。

また着色層２〜４の周縁部２ａ〜４ａは、遮光層５の周縁部５ａが重なっているため、光漏れが生ずることはない。

なお、遮光層５の周縁部５ａは、着色層２〜４の周縁部２ａ〜４ａと重なっているので、盛り上がりによる傾斜が生ずる。この周縁部５ａ上に厚さ５０〜２００ｎｍの透明電極１１と厚さ３〜１０ｎｍの配向膜を積層しても、盛り上がりの高さは４００〜７００ｎｍであるため、傾斜は解消されない。しかし、この部分は遮光領域であり画素として働く領域ではないため、液晶表示装置１００の表示品質に影響を及ぼすことはない。

したがって、図２（Ｄ）に示すカラーフィルタ１０を用いて作製した液晶表示装置１００は、液晶の配向不良によるディスクリネーションやちらつきといった液晶表示装置の表示不良、および液晶の配向不良が原因の光漏れによるコントラストの低下などの不具合を引き起こすことはない。

なお、本発明のカラーフィルタは、ＲＧＢの三原色から構成される画素を有するものに限定されず、減法混色を利用するためのシアン、マゼンダ、イエローの補色の三原色で構成される画素をするものも含む。また、色画素は三色に限られず、４色以上の色画素のパターンで画素を構成してもよい。さらに、それぞれの色画素２〜４のパターンの配列は、図２に示した例に限られず、カラーフィルタとして望まれる色再現が可能であれば、どのような配列をとっても構わない。

従来のカラーフィルタの製造方法の一例を示した概略図。本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を示した概略図。本発明の液晶表示装置の一例を示した概略断面図。

符号の説明

１…透明基板、２〜４…着色層、２ａ〜４ａ…着色層の周縁部、５…遮光層（樹脂ＢＭ層）、５ａ…遮光層の周縁部、６…位置合わせマーク、１０…カラーフィルタ、２０…従来のカラーフィルタ、１００…液晶表示装置。

Claims

透明基板と、フォトリソグラフィー法によって前記透明基板上に互いに間隙をおいて形成された赤、緑および青からなる着色層のパターンと、前記透明基板上に形成された赤の位置合わせマークと、前記透明基板上に形成され、前記着色層間の前記間隙を充填するとともに前記着色層の周縁部を被覆し、その周縁部上に凸部を形成する樹脂ＢＭの遮光層とを具備し、該遮光層により覆われていない着色層の画素部は実質的に平坦であり、かつ、着色層と樹脂ＢＭの遮光層との重なりによる凸部傾斜面によって生じる液晶配向の乱れは、前記遮光層自身によって実質的に隠蔽され、前記遮光層は前記透明基板に接していることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルタを具備することを特徴とする液晶表示装置。