JP6428170B2 - カラーフィルタおよびカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、画素開口率に優れ、製造工程簡略化と、高品質な表示を提供できるカラーフィルタおよびその製造方法に関する。

液晶表示装置は、テレビ受像機、ノートパソコン、モニター、携帯電話機、タブレット端末といった情報電子機器の表示部として必要不可欠な部品である。

液晶表示装置はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のアクティブ素子を有する基板と着色画素及びそれらを区画するブラックマトリクスを有するカラーフィルタ基板を対向して貼り合わせ、空隙部に液晶を注入した後に偏光板、バックライトユニットと組み合わせて製造される。液晶層に印加される電圧を制御することで各着色画素の透過率を調整しフルカラー表示が可能となる。

液晶表示装置の視認性改善のため、従前より高輝度化、高コントラスト化および高精細化の検討が進められてきており、画素の開口の大きさは重要なファクターとなっている。

しかし、近年の高解像度化に伴い画素が小さくなったことにより、新たな問題として、表示画面を斜めから見た際に、隣接画素の色が混じる混色という問題が生じている。

混色は色相の視角変化が左右非対称となる現象であり、特に原色を表示した際に観察され易い。混色は、光が画素電極に対応した着色画素を通過する光が、隣接する別の色の着色画素を通過する時に発生する。

この様な、黒色表示時の光漏れと、隣り合う着色画素の混色を防ぐため、ブラックマトリクス、着色画素（着色層）の順に形成し、ブラックマトリクスを着色画素よりも厚くすることで、混色を低減する提案がなされている（特許文献１）。

しかしながら、ブラックマトリクスの膜厚を厚くすると、線幅が太くなってしまったり、ブラックマトリクス形成後のブラックマトリクスの交差部のコーナー部が直角とならず、その後形成する着色画素の開口が小さくなってしまう。

図４は、従来のカラーフィルタの構成を示した平面概念図であり、ブラックマトリックス１により、矩形状に区画された画素部に、ＲＧＢの着色材料を塗布し着色画素３を形成している。

矩形状ＲＧＢ着色画素を囲むブラックマトリックスの縦方向と横方向の交差部には、液晶セルのギャップを一定にするためのフォトスペーサー２が設けられている。

図５は、フォトリソグラフィ法を用いて形成したカラーフィルタを構成するブラックマトリックスの形状を示したもので、ブラックマトリックスの縦方向と横方向の交差部は、露光光の回折の影響等により画素のコーナー部分が丸まりを帯びているため、画素開口が本来の設計値よりも小さくなっていることを示している。

この様なブラックマトリックスを、Ｘ方向とＹ方向をそれぞれ別けて形成し、着色画素のＸ方向とＹ方向のブラックマトリクスが重なりあった位置の膜厚を厚くすることで混色の低減を行う提案がある（特許文献２）。

しかし、Ｘ方向とＹ方向とに分けてブラックマトリクスを形成しても、画素のコーナーの丸まりを、低減することはできない。

また、ブラックマトリックスの上に、ＲＧＢ三色の着色層を重ねて設け、対向電極との間隙を保つためのスペーサーを形成することで、フォトスペーサーを設ける工程を省く提案がある（特許文献３）。

特許第５３２６４６０号公報 国際公開第２０１３/１０８７８３号 特開２００７−２１２８２６号公報

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、ブラックマトリクスの画素コーナーの丸まりがなく、画素開口が本来の設計値どおりのカラーフィルタを提供することにある。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、複数の矩形状ＲＧＢ着色画素とブラックマトリックスを設けたカラーフィルタであって、
前記矩形状ＲＧＢ着色画素を囲むブラックマトリックスが、縦・横パターンの交差部を除いて形成してあり、
ブラックマトリックスを設けていない前記縦・横パターンの交差部が、ＲＧＢ着色層の積層体であることを特徴とするカラーフィルタである。

また、請求項２に記載の発明は、複数の矩形状ＲＧＢ着色画素とブラックマトリックスを設けるカラーフィルタの製造方法であって、
前記矩形状ＲＧＢ着色画素を囲むブラックマトリックスを、縦・横パターンの交差部を除いて形成し、
次に、前記ブラックマトリックスを設けていない縦・横パターンの交差部に、ＲＧＢ着色層を積層する手順で形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

着色画素を囲むブラックマトリックスを縦・横パターンの交差部を除いて形成することにより、ブラックマトリックス形成時の露光が原因で画素コーナーが丸まり形状になってしまうことが改善され、ブラックマトリクスの画素コーナーの直角が出しやすくなり、設計通りの画素開口率が得られ、縦・横パターンの交差部にＲＧＢ着色層を積層することにより、フォトスペーサーを新たに形成する工程を省くことができ、工程を簡略化することができる。

本発明のカラーフィルタの構成を示した平面概念図である。 本発明のカラーフィルタの構成を示した断面概念図である。 本発明のカラーフィルタの構成するブラックマトリックスのパターンを示した平面概念図である。 従来のカラーフィルタの構成を示した平面概念図である。 従来のカラーフィルタの構成するブラックマトリックスのパターンを示した平面概念図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明のカラーフィルタ表面を上面から見た構成を示しており、複数の矩形状ＲＧＢ着色画素それぞれを、縦棒パターン１ａ、横棒パターン１ｂからなるブラックマトリックスにより、区分けされている。

矩形状ＲＧＢ着色画素を囲むブラックマトリックスの、縦・横パターンの交差部には、スペーサー２が設けられている。

図２は、本発明のカラーフィルタの構成の断面を示した概念図であり、ブラックマトリックスの縦・横パターンの交差部５には、ブラックマトリックスが設けられておらず、ＲＧＢ着色が積層され、フォトスペーサー２が形成されている。

図３は、本発明のカラーフィルタの構成するブラックマトリックスを形成した状態を示しており、ブラックマトリックスの縦・横パターンの交差部５には、ブラックマトリックスが設けられていないことを示している。

ブラックマトリックス１およびＲ画素３ａ、Ｇ画素３ｂ、Ｂ画素３ｃを形成する着色層について、代表的な膜厚の数値を述べると、ブラックマトリックス１は、０．８〜１．５μｍ程度、着色層は、各層が微妙に厚さが異なることが多いが、１．０〜２．０μｍ程度である。

ＲＧＢ積層構造によるスペーサーの厚さは、ブラックマトリックス１表面から最上層の表面までで、１．０〜５．０μｍ程度である。

基板４は、ガラスもしくは透明プラスチックフィルムが適用できる。ブラックマトリックス１は、樹脂中に黒色顔料を分散させたものが好ましく、黒色顔料としては、カーボンブラック、黒鉛、アニリンブラックおよびシアニンブラックなどの有機顔料、酸化チタン、窒化チタン、酸化鉄などの無機顔料が挙げられるが、遮光性に優れたカーボンブラックが特に好ましい。

そのカーボンブラックを、光重合性モノマー、光重合開始剤、バインダ樹脂等を分散した樹脂を感光性樹脂化したものを用い、公知のフォトリソグラフィ法により、所望のマトリックス状、格子状等に形成すれば良い。

カラーフィルタ６のＲ画素３ａ、Ｇ画素３ｂ、Ｂ画素３ｃは、光の三原色である赤、緑、青の各顔料や染料を透明樹脂中に分散させ、ストライプ状、モザイク状、その他の所望のパターンにて、ブラックマトリックス６の開口部およびブラックマトリックスの上の一部に重なるように設けられ、その形成法は、ブラックマトリックス１の形成法と同様、三原色を呈する顔料や染料のそれぞれを分散した樹脂を感光性樹脂化したものを用い、公知のフォトリソグラフィ法により、パターン化すれば良い。

その他の形成法として、印刷法やインクジェット法の適用が考えられるが、着色層と同時に積層スペーサー２を形成することが困難である。フォトリソグラフィ法にてカラーフィルタのＲ画素３ａ、Ｇ画素３ｂ、Ｂ画素３ｃを形成する方法が、好適である。

矩形状ＲＧＢ着色画素を囲むブラックマトリックスを、縦・横パターンに分け、ブラックマトリックスの縦・横パターンの交差部を除いて形成することにより、従来の、縦・横
パターンの交差部のあるブラックマトリックスを形成した場合に生じる画素のコーナーが丸まり、色画素部の開口が小さくなる不具合を低減できる。

ブラックマトリックスの縦・横パターンの交差部に関しては、カラーフィルタ６のＲ画素３ａ、Ｇ画素３ｂ、Ｂ画素３ｃ形成時に、ＲＧＢの着色層を積層して設けることにより、遮光性が得られるので、積層することにより遮光性を備えたスペーサーとして機能する。

本発明により、交差部の直角が出しやすくなり、画素開口率を本来の設計通りに形成でき、スペーサーが遮光体として機能するため、高品質で工程の簡略化が可能となる。

１・・・ブラックマトリックス
１ａ・・・縦棒パターン
１ｂ・・・横棒パターン
２・・・フォトスペーサー
３・・・画素
３ａ・・・Ｒ画素
３ｂ・・・Ｇ画素
３ｃ・・・Ｂ画素
４・・・基板
５・・・交差部
６・・・カラーフィルタ

Claims (2)

1. 複数の矩形状ＲＧＢ着色画素とブラックマトリックスを設けたカラーフィルタであって、
   前記矩形状ＲＧＢ着色画素を囲むブラックマトリックスが、縦・横パターンの交差部を除いて形成してあり、
   ブラックマトリックスを設けていない前記縦・横パターンの交差部が、ＲＧＢ着色層の積層体であることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 複数の矩形状ＲＧＢ着色画素とブラックマトリックスを設けるカラーフィルタの製造方法であって、
   前記矩形状ＲＧＢ着色画素を囲むブラックマトリックスを、縦・横パターンの交差部を除いて形成し、
   次に、前記ブラックマトリックスを設けていない縦・横パターンの交差部に、ＲＧＢ着色層を積層する手順で形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。

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