JPH08327815A - カラーフィルタとその形成方法及び液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表示ムラ等の少ない高品位の画像を表示する
ことが可能な液晶表示素子用カラーフィルタの製造方法
を提供することである。 【構成】 Ｒ用光重合材料１２Ｒを塗布し、Ｒのカラー
フィルタＣＦＲの形状に対応するフォトマスク１３Ｒを
用いてＲ用光重合材料１２Ｒを露光し、さらに、Ｒのカ
ラーフィルタＣＦＲの端部の形状に対応する端部露光用
フォトマスク１６Ｒを用いてＲ用光重合材料を露光す
る。続いて、Ｒ用光重合材料１２Ｒを現像し、現像され
た光重合材料をＲの染料により染色し、Ｒのカラーフィ
ルタＣＦＲを形成する。強く露光された部分は染色され
にくく、カラーフィルタＣＦＲの端部は薄くなる。同様
の工程で端部が他の色のカラーフィルタと重なったＧ、
Ｂのカラーフィルタを形成する。各フィルタの端部は薄
いため、重なり部の厚みも非重なり部の厚みとほぼ等し
くなり、カラーフィルタの表面がほぼ平坦になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示素子のカラ
ーフィルタの製造方法に関し、特に、基材を染色するこ
とにより製造するカラーフィルタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラーフィルタは、図７に示すよ
うに、隣り合う異なる色のカラーフィルタＣＦを重ねる
ことで、カラーフィルタ間の光漏れを抑制している。染
色型カラーフィルタは、基板上に形成した被染色材をフ
ォトリソグラフによりパターニングした後、染色及び防
染する処理を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に
ついて繰り返すことにより形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような手
法でカラーフィルタを形成すると、図７に示すように、
カラーフィルタの重なり部分（画素周辺部）が画素中央
部の１．５〜２倍の厚さとなる。このため、液晶の層厚
が変化し、液晶分子の配向の乱れが生じ、表示ムラなど
が発生し、表示品位が劣化し、特に、液晶層厚の確保に
高精度が要求されるＳＴＮ液晶表示素子等では、表示品
位の劣化が顕著であるという問題がある。この問題は、
ＲＧＢ３色のカラーフィルタが端部で重なるマトリクス
配置の場合に顕著である。

【０００４】この発明は、上記実状に鑑みてなされたも
ので、表示ムラ等の欠陥の少ない高品位の画像を表示す
ることが可能なカラーフィルタの形成方法を提供するこ
とを目的とする。また、この発明は、カラーフィルタ表
面の凹凸が小さい染色型カラーフィルタ及びそれを用い
た液晶表示素子を提供することを他の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のカラーフィルタの形成方法は、被染色基
を有する光重合材料を塗布する工程と、形成すべきカラ
ーフィルタの形状に対応して光透過部を形成した第１の
フォトマスクを用いて前記光重合材料を露光する第１の
露光工程と、形成されるカラーフィルタの端部の形状に
対応して光透過部を形成した第２のフォトマスクを用い
て前記光重合材料を露光する第２の露光工程と、露光さ
れた光重合材料を現像する現像工程と、現像された前記
光重合材料を染色して、カラーフィルタを形成する染色
工程と、を具備することを特徴とする。

【０００６】また、上記目的を達成するため、この発明
のカラーフィルタは、端部が中央部より薄く染色されて
端部が中央部より薄く形成された第１の色のカラーフィ
ルタと、端部が中央部より薄く染色されて端部が中央部
より薄く形成され、第１の色のカラーフィルタの端部に
端部が重なって形成された第２の色のカラーフィルタ
と、端部が中央部より薄く染色されて端部が中央部より
薄く形成され、第１の色のカラーフィルタの端部と第２
の色のカラーフィルタの端部に重なって形成された第３
の色のカラーフィルタと、を具備することを特徴とす
る。このカラーフィルタを用いて液晶表示素子を形成す
ることができる。

【０００７】

【作用】一般に、被染色基は露光量が増加するに従って
染着性能が減少する。染料の染着量が減少すれば、カラ
ーフィルタの厚みも薄くなる。この発明のカラーフィル
タの製造方法によれば、各カラーフィルタの端部の露光
量を多くしたので、端部はその中央部よりも染料の染着
量が少なくなり、薄くなる。従って、異なった色のカラ
ーフィルタの端部を重ねて配置しても、重なり部の厚み
は比較的薄く、カラーフィルタの表面の凸凹は比較的小
さい。従って、液晶の配向の乱れが小さく、表示ムラが
低減できる。

【０００８】また、この発明のカラーフィルタは、端部
が中央部より薄く染色されているので、端部が中央部よ
りも薄くなる。このため、異なった色のカラーフィルタ
を漏れ光を防止するために重ねて配置しても重なり部の
厚みは非重なり部の厚みよりもさほど厚くならない。従
って、カラーフィルタの表面の凸凹は比較的小さい。従
って、液晶の配向の乱れが小さく、表示ムラが低減でき
る。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例にかかるカラーフィ
ルタ及びその製造方法及び液晶表示素子を図面を参照し
て説明する。

【００１０】まず、Ｒ（赤）のカラーフィルタを形成す
るため、図１（Ａ）に断面で示すように、ガラス等から
形成される基板１１上に被染色基を有する光重合材料１
２Ｒをスピンコート法等により、例えば、１．１μｍ〜
１．４μｍ程度の厚さに塗布する。光重合材料１２Ｒ
は、露光量が増加するに従って染料の染着量が減少する
タイプのものであり、例えば、露光過多により架橋して
染着能が低下する被染色基（染着座席基）を有するもの
を使用できる。このタイプの光重合材料としては、ゼラ
チン等のタンパク質系被染色基質に感光材を添加したも
のを使用することができる。

【００１１】続いて、図１（Ａ）に示すように、Ｒのカ
ラーフィルタの形状に対応した光透過部が形成されたフ
ォトマスク１３Ｒを用いてこの光重合材料１２Ｒを露光
する。フォトマスク１３Ｒは、例えば、透明なベース１
４Ｒ上にクロム等の光遮断性のマスクパターン１５Ｒを
形成したものを使用できる。

【００１２】続いて、図１（Ｂ）に示すように、Ｒのカ
ラーフィルタの端部位置（各色カラーフィルタ間の重な
り部）に対応して光透過部が形成された端部露光用フォ
トマスク１６Ｒを用いて光重合材料１２Ｒを露光する。
これにより、各カラーフィルタ形成領域の周辺部が強く
露光される。端部露光用フォトマスク１６Ｒは、形成さ
れるカラーフィルタが図５（Ａ）に示すストライプ状配
置の場合には、例えば、図５（Ｂ）のようになり、カラ
ーフィルタが図６（Ａ）に示す三角モザイク配置（Δ配
置）の場合には、例えば、図６（Ｂ）に示すようにな
る。なお、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）において、ハッチン
グを付した部分が光遮蔽部分である。

【００１３】続いて、現像液を用いて光重合材料１２Ｒ
を現像し、図１（Ｃ）に示すように、光重合材料１２Ｒ
の被露光部分を残存させる。続いて、酸性染料、反応性
染料等により、現像された光重合材料１２Ｒを染色し、
図１（Ｄ）に示すように、ＲのカラーフィルタＣＦＲを
形成する。

【００１４】染色により、光重合材料１２Ｒ内の被染色
基に染料の分子が結合し、光重合材料１２Ｒの厚さが増
加する。カラーフィルタＣＦＲの端部は２回の露光によ
り、強く露光されており、被染色基は露光過多により架
橋して染着能が低下している。このため、カラーフィル
タＣＦＲの端部（重なり部）の染料の染着量は中央部
（非重なり部）の染着量よりも少ない。従って、図１
（Ｄ）に示すように、ＲのカラーフィルタＣＦＲの端部
は中央部よりも薄くなる。

【００１５】続いて、タンニン酸系水溶液等によりＲの
カラーフィルタＣＦＲに妨染処理を施す。

【００１６】続いて、基板１１上にＧのカラーフィルタ
形成用の光重合材料をスピンコート法等により塗布し、
Ｇのカラーフィルタの形状に対応した光透過部を有する
フォトマスクを用いて露光する。さらに、Ｇのカラーフ
ィルタの端部の形状に対応して光透過部が形成された端
部露光用フォトマスクを用いてＧ用光重合材料を露光す
る。続いて、Ｇ用光重合材料を現像し、現像されたＧ用
光重合材料をＧの染料により染色し、図２に示すよう
に、ＲのカラーフィルタＣＦＲに一部が重なるＧのカラ
ーフィルタＣＦＧを完成する。この場合も、Ｇのカラー
フィルタＣＦＧの端部は強く露光されているので、Ｇの
カラーフィルタＣＦＧの端部は中央部よりも薄く染色さ
れ、中央部よりも薄くなる。タンニン酸系水溶液等によ
りカラーフィルタに妨染処理を施す。

【００１７】続いて、ＲとＧのカラーフィルタＣＦＲと
ＣＦＧが形成された基板１１上にＢのカラーフィルタ形
成用の光重合材料を塗布し、Ｂのカラーフィルタの形状
に対応した光透過部が形成されたフォトマスクを用いて
露光する。さらに、Ｂのカラーフィルタの端部の形状に
対応した光透過部が形成された端部露光用フォトマスク
を用いて光重合材料を露光する。続いて、Ｂ用光重合材
料を現像し、Ｂの染料により染色し、Ｂのカラーフィル
タＣＦＢを形成する。ＢのカラーフィルタＣＦＢの端部
は強く露光されているので、Ｒ及びＧのカラーフィルタ
ＣＦＲ及びＣＦＧと同様に、ＢカラーフィルタＣＦＢの
端部は中央部よりも薄くなる。

【００１８】以上の工程により、図３に示すように、基
板１１上にＲ、Ｇ、ＢのカラーフィルタＣＦＲ、ＣＦ
Ｇ、ＣＦＢが完成する。このような工程により形成され
たカラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢは端部が薄く
形成されているので、各カラーフィルタＣＦの端部が重
なって配置されていても、その重なり部の厚さが非重な
り部より異常に厚くなることを防止できる。

【００１９】以上のようにしてカラーフィルタが完成し
た後、カラーフィルタＣＦの上にＩＴＯ等からなる透明
電極２１、配向膜２２等を形成する。次に、カラーフィ
ルタＣＦと透明電極２１、配向膜２２を形成した基板１
１と、透明電極３２、配向膜３３を形成した基板３１を
シール材３５を介して接合し、液晶３４を注入して液晶
セルを形成する。液晶セルの上下に偏光板３６、３７を
配置することにより、上述のカラーフィルタＣＦを用い
た液晶表示素子が図４に示すように完成する。この構成
の液晶表示素子では、カラーフィルタＣＦの表面が比較
的平坦であるので、配向膜２２と３３の表面も比較的平
坦であり、液晶層の厚さの乱れを小さくすることができ
る。従って、配向ムラが小さく、表示画像が高品質とな
る。

【００２０】この発明は上記実施例に限定されず、種々
の変形応用が可能である。例えば、露光マスクとして、
カラーフィルタの端部の露光量が選択的に少なくなるよ
うに光透過度をカラーフィルタの形状に応じて変化させ
た露光マスクを使用すれば、１回の露光工程で所望のカ
ラーフィルタを得ることができる。又、上記実施例で
は、カラーフィルタをＲＧＢの順で形成したが、形成の
順番は任意である。また、光重合材料をフィルタの形状
に対応したフォトマスクにより露光した後、端部露光用
マスクにより露光したが、露光順序は逆でもよい。さら
に、上記実施例では、基板１１上にカラーフィルタＣＦ
Ｒ、ＣＦＧ、ＣＦＢを形成したが、基板１１上に透明電
極２１を形成し、その上にカラーフィルタを形成しても
よい。

【００２１】上記実施例では、各色のカラーフィルタを
形成した後、妨染処理を施して次の色のカラーフィルタ
を形成したが、例えば、異なった色のカラーフィルタの
間に保護膜を配置して、妨染を行っても良い。

【００２２】上記実施例では、カラーフィルタを用いた
液晶表示素子として透過型の単純マトリクスタイプのも
のを例示したが、この発明のカラーフィルタは反射型或
いはアクティブマトリクスタイプの液晶表示素子にも同
様に適用可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、各カラーフィルタの端部を中央部より薄く形成する
ことができる。従って、異なった色のカラーフィルタを
重ねて配置する場合に、重なり部の厚さを、端部の厚さ
を薄くしない場合に比して薄くすることができる。従っ
て、この発明のカラーフィルタを用いた液晶表示素子で
は、液晶層の厚さの乱れを小さくすることができ、表示
ムラ等を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｄ）はこの発明の実施例にかかるカ
ラーフィルタの各製造工程を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例にかかるカラーフィルタの製
造工程を示す断面図である。

【図３】この発明の実施例にかかるカラーフィルタの構
造を示す断面図である。

【図４】この発明の実施例にかかるカラーフィルタを用
いた液晶表示素子の構造を示す断面図である。

【図５】（Ａ）はストライプ状カラーフィルタの配置例
を示し、（Ｂ）はストライプ状カラーフィルタ形成用の
端部露光用フォトマスクを示す。

【図６】（Ａ）は三角モザイク状カラーフィルタの配置
例を示し、（Ｂ）は三角モザイク状カラーフィルタ形成
用の端部露光用フォトマスクを示す。

【図７】従来のカラーフィルタの断面構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１１・・・基板、１２Ｒ・・・光重合材料、１３Ｒ・・・フォト
マスク、１４Ｒ・・・ベース、１５Ｒ・・・マスクパターン、
１６Ｒ・・・端部露光用フォトマスク、２１・・・透明電極、
２２・・・配向膜、３１・・・基板、３２・・・透明電極、３３・
・・配向膜、３４・・・液晶、３５・・・シール材、３６・・・偏
光板、３７・・・偏光板、ＣＦ（ＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦ
Ｂ）・・・カラーフィルタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被染色基を有する光重合材料を塗布する工
   程と、 形成すべきカラーフィルタの形状に対応して光透過部を
   形成した第１のフォトマスクを用いて前記光重合材料を
   露光する第１の露光工程と、 形成されるカラーフィルタの端部の形状に対応して光透
   過部を形成した第２のフォトマスクを用いて前記光重合
   材料を露光する第２の露光工程と、 露光された光重合材料を現像する現像工程と、 現像された前記光重合材料を染色して、カラーフィルタ
   を形成する染色工程と、 を具備することを特徴とするカラーフィルタの形成方
   法。
2. 【請求項２】前記光重合材料は露光量が増加するに従っ
   て染料の染着能が低下する被染色基を有することを特徴
   とする請求項１に記載のカラーフィルタの形成方法。
3. 【請求項３】被染色基を有する第１の光重合材料を塗布
   する第１の塗布工程と、 第１の色のカラーフィルタの形状に対応する第１のフォ
   トマスクを用いて前記第１の光重合材料を露光する第１
   の露光工程と、 第１の色のカラーフィルタの端部の形状に対応する第２
   のフォトマスクを用いて前記第１の光重合材料を露光す
   る第２の露光工程と、 露光された前記第１の光重合材料を現像する第１の現像
   工程と、 現像された前記第１の光重合材料を第１の色の染料によ
   り染色し、第１の色のカラーフィルタを形成する第１の
   染色工程と、 被染色基を有する第２の光重合材料を塗布する第１の塗
   布工程と、 前記第１の色のカラーフィルタの端部に端部が重なる第
   ２の色のカラーフィルタの形状に対応する第３のフォト
   マスクを用いて前記第２の光重合材料を露光する第３の
   露光工程と、 第２の色のカラーフィルタの端部に対応する第４のフォ
   トマスクを用いて前記第２の光重合材料を露光する第４
   の露光工程と、 露光された前記第２の光重合材料を現像する第２の現像
   工程と、 現像された前記第２の光重合材料を第２の色の染料によ
   り染色し、第１の色のカラーフィルタの端部に端部が重
   なる第２の色のカラーフィルタを形成する第２の染色工
   程と、 被染色基を有する第３の光重合材料を塗布する第１の塗
   布工程と、 前記第１と第２の色のカラーフィルタに一部が重なる第
   ３の色のカラーフィルタの形状に対応する第５のフォト
   マスクを用いて前記第３の光重合材料を露光する第５の
   露光工程と、 第３の色のカラーフィルタの端部に対応する第６のフォ
   トマスクを用いて前記第３の光重合材料を露光する第６
   の露光工程と、 露光された前記第３の光重合材料を現像する第３の現像
   工程と、 現像された前記第３の光重合材料を第３の色の染料によ
   り染色し、第１と第２の色のカラーフィルタに重なる第
   ３の色のカラーフィルタを形成する第３の染色工程と、 を具備することを特徴とするカラーフィルタの形成方
   法。
4. 【請求項４】前記第１、第２、第３の光重合材料は、露
   光量が増加するに従って染料の染着能が低下する被染色
   基を有することを特徴とする請求項３に記載のカラーフ
   ィルタの形成方法。
5. 【請求項５】前記光重合材料はタンパク質系光重合材料
   から構成される、ことを特徴とする請求項１乃至４のい
   ずれか１つに記載のカラーフィルタの形成方法。
6. 【請求項６】端部が中央部より薄く染色されて端部が中
   央部より薄く形成された第１の色のカラーフィルタと、 端部が中央部より薄く染色されて端部が中央部より薄く
   形成され、第１の色のカラーフィルタの端部に端部が重
   なって形成された第２の色のカラーフィルタと、 端部が中央部より薄く染色されて端部が中央部より薄く
   形成され、第１の色のカラーフィルタの端部と第２の色
   のカラーフィルタの端部に重なって形成された第３の色
   のカラーフィルタと、 を具備することを特徴とするカラーフィルタ。
7. 【請求項７】第１の色のカラーフィルタと、第１の色の
   カラーフィルタに一部が重なって形成された第２の色の
   フィルタと、第１の色のフィルタと第２の色のフィルタ
   に一部が重なって形成された第３の色のフィルタと、を
   備え、 各色のフィルタは、他の色のフィルタとの重なり部分が
   非重なり部分よりも染料の染着量が少なく、重なり部分
   が非重なり部分よりも薄く形成されている、 ことを特徴とするカラーフィルタ。
8. 【請求項８】請求項６又は７に記載のカラーフィルタを
   備えた液晶表示素子。
9. 【請求項９】被染色基を有する光重合材料の薄膜を形成
   する工程と、 形成すべきカラーフィルタの形状に対応し、隣設するカ
   ラーフィルタ同士が重なり合う各カラーフィルタの端部
   に選択的に光量が多くなるように、前記光重合材料の薄
   膜を露光する露光工程と、 露光された前記光重合材料を現像する現像工程と、 現像された前記光重合材料を染色して、カラーフィルタ
   を形成する染色工程と、を具備することを特徴とするカ
   ラーフィルタの形成方法。