JPH0868993A

JPH0868993A - 液晶表示素子用カラーフィルターの加工方法、装置及びそれを用いた液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0868993A
Application number: JP6203893A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kurisu; 保之栗栖; Naohiro Ejima; 直博江島; Masayoshi Yonezawa; 正善米澤
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】研磨量を精度よく調整可能で表示素子としての
機能低下を来すことなくカラーフィルター表面を研磨す
る。【構成】対向する一対の透明基板のうち少なくとも一方
の基板表面にカラーフィルターを設け、両基板間に液晶
を封止した液晶表示素子用カラーフィルターの加工方法
において、帯材に好ましくはストライプ状に研磨砥粒を
コーティングした研磨テープ２７を用いて基板２４上の
カラーフィルターを研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子用カラーフ
ィルターの加工方法、装置及びそれを用いた液晶表示素
子に関し、特にカラーフィルターの表面研磨方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＯＡ機器等に用いられる液晶表示
素子に対してカラー表示の要求が大きくなってきた。こ
のようなカラー表示に用いるカラーフィルターの製造方
法として染色法、電着法、顔料分散法、印刷法等種々の
方法が用いられている。カラー液晶表示素子は、一対の
基板のうち、一方の基板表面にこのカラーフィルターを
設け両基板間に液晶を封止したものである。

【０００３】液晶表示素子の表示性能上、この一対の基
板間の液晶層の厚さは通常数μｍと非常に薄く、厚さの
均一性に関しても± 0.1μｍ以下の精度が要求される。
このようなカラーフィルターの表面形状はその製造方法
によりまちまちであるが、その表面形状に基づく凹凸の
大きさが液晶層の厚さに影響を与えることになり、表示
性能を向上させるためにはカラーフィルターの表面平滑
処理が必要になる。

【０００４】また、カラーフィルターの製造工程中で生
ずるフィルター材料粒子による突起及び周囲環境から入
り込む不純物粒子や塵埃等の異物の影響で液晶表示素子
の性能が損われる場合がある。このような不具合を回避
するため、カラーフィルター上の微小突起や異物等を除
去する必要がある。

【０００５】従来このようなカラーフィルター上の突起
や異物を取除くために、カラーフィルター表面を研磨す
る方法が用いられていた。従来の研磨方法は、研磨パッ
ドを用いた全面研磨方法である。この方法は、液晶表示
素子用ガラス基板やその他のガラス基板を研磨するもの
であって、植毛した布を貼り付けた定盤の上に適正な研
磨砥粒を例えば適当な溶液中に混合させた研磨液あるい
はその他の研磨剤として供給し、対向する定盤面にカラ
ーフィルター付基板を搭載し、定盤を回転させながらカ
ラーフィルター表面を研磨する方法である。

【０００６】このような従来の研磨液等を用いた回転研
磨方法により基板を研磨する場合、基板上のカラーフィ
ルターを直接研磨する方法と、カラーフィルター上に透
明保護コート膜を設け、この保護コート膜の表面を研磨
する方法とが用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨方法によりカラーフィルターを研磨する場合、研磨
量の制御が難しく所望の精度で十分な表面平坦化が達成
できなかった。即ち、カラーフィルターを直接研磨する
場合、研磨量は研磨パッドの種類や砥粒の種類及び粒径
さらにカラーフィルターの形状や硬度等により定まる。
この際、カラーフィルターの形状及び硬度は、カラーフ
ィルターを構成するＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ
（ブルー）及び遮光部（ブラックマスク）のそれぞれに
より異なるため、各部によって得られる研磨量が異なる
こととなり、特性劣化を防止するのに十分な平坦化表面
が得られにくい。

【０００８】また、カラーフィルター表面の異物につい
ても、その形状や硬度が異なるため安定した十分な除去
効果が得られなかった。また必要以上に研磨量を増やす
と、カラーフィルター中のブラックマスク部が研磨さ
れ、その遮光度が低下して表示素子性能、特にコントラ
ストの低下の原因となり好ましくなかった。

【０００９】このような不具合を回避するために、前述
のように、カラーフィルター上に保護コート膜を設け、
この保護コート膜を所定厚だけ研磨する方法が用いられ
ている。この方法が適用されるカラー液晶表示素子は、
図４に示すように、ガラス基板13上にＲ、Ｇ、又はＢの
各着色部15と遮光部16とからなるカラーフィルター層14
を形成し、その上に保護コート層18を設けた構成であ
る。

【００１０】カラーフィルターの着色部15の表面には異
物17A 、17B が突出して付着している。保護コート層18
は最初点線で示す19の位置までコーティングされ、異物
17A、17B を完全に覆う。ここで平坦化処理のため保護
コート層18を研磨すると、保護コート層表面が20で示す
位置まで除去され、異物17A の上部21も同様に研磨され
て異物17A が保護コート層18の表面に露出する。

【００１１】この保護コート層18上に、さらに電極や配
向膜が形成されるが、電極はパターニングされるので存
在しない部分があり、配向膜は通常樹脂で薄い膜なの
で、異物17A が実質的にみてほとんど露出した状態とな
る部分を生じ易い。このように異物17A が露出した状態
の保護コート層上に液晶22が注入される。

【００１２】このように、異物17A が露出した部分の保
護コート層は保護層としての機能が得られず、表示素子
としての液晶層の配向乱れや、さらには露出した異物17
A の周辺の隙間から液晶や、エッチング剤、配向膜の溶
剤等の薬液が保護層内部に浸透し、カラーフィルター層
とガラス基板との密着力を低下させる等の問題を生ず
る。

【００１３】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされ
たものであって、研磨量を精度よく調整可能で、表示素
子としての機能低下を来すことなく、カラーフィルター
表面を研磨可能な加工方法及び装置の提供を目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、対向する一対の透明基板のうち少なく
とも一方の基板表面にカラーフィルターを設け、両基板
間に液晶を封止した液晶表示素子用カラーフィルターの
加工方法において、帯材に研磨砥粒をコーティングした
研磨テープを用い、該研磨テープの背面側から研磨すべ
きカラーフィルター面に対し押圧ローラーで圧接させな
がら該研磨テープを走行させ、上記押圧ローラーの押圧
面とカラーフィルター面との間の間隔を制御して上記カ
ラーフィルターを研磨することを特徴とする液晶表示素
子用カラーフィルターの加工方法を提供する。

【００１５】好ましい実施例においては、前記研磨テー
プは、テープ走行方向に対し直角又は所定の角度で傾斜
したストライプ状の砥粒コーティングパターンを有する
ことを特徴としている。

【００１６】また、上記本発明方法に係る研磨テープを
用いた液晶表示素子用カラーフィルター研磨装置は、研
磨テープ供給ロールと、該研磨テープを所定の速度で走
行させるとともに走行後の研磨テープを巻取る研磨テー
プ巻取りロールと、上記供給ロール及び巻取りロール間
の研磨テープの背面側に設けた押圧ローラーと、該押圧
ローラーに対向して設けた研磨すべき基板を搭載するた
めの研磨テーブルと、上記押圧ローラーと研磨テーブル
間の間隔を調整可能な上記押圧ローラーの押圧駆動機構
とを具備したことを特徴としている。

【００１７】また、それらの加工方法で加工した研磨テ
ープ液晶表示素子用カラーフィルターの表面に保護コー
ト層を形成し、さらに電極を形成した基板と、もう１枚
の電極を形成した基板とを、電極面が相対向するように
配置して、その間隙に液晶を封入してなることを特徴と
する液晶表示素子を提供する。

【００１８】

【作用】カラーフィルターを構成するＲ、Ｇ、Ｂ、ブラ
ックマスクそれぞれの表面形状及び硬度の差の影響を回
避するために、円柱ロール形状の押圧ローラーを研磨テ
ープの背面側に設け、この押圧ローラー表面を研磨テー
プが走行するように配設する。この押圧ローラーと対向
するようにテーブル上にカラーフィルター付きガラス基
板を載せる。

【００１９】この円柱状押圧ローラーとテーブル面との
平行度をある一定の機械精度に仕上げることにより、研
磨テープとカラーフィルター間の隙間もほぼその機械精
度に近い精度で保持されることになる。従って、押圧ロ
ーラー面とテーブルとの間の間隔を、ガラスの厚さ＋研
磨テープの厚さ＋残したいカラーフィルターの厚さにな
るように設定し、かつ研磨圧力を適正な値に設定するこ
とにより、遮光部まで研磨することなく所望の一定の厚
さのカラーフィルターが得られる。

【００２０】このような研磨を行った際に問題となるの
は、研磨粉や外部から持込まれる異物等によりカラーフ
ィルター上に発生する研磨傷である。この傷を回避する
ために、研磨テープにコーティングする砥粒層のパター
ンをストライプ状にすることにより、これらの異物は砥
粒層ストライプ間の隙間に捕集されることになり、テー
プ進行とともに排除され、傷が発生しにくくなり又は発
生したとしても砥粒層の幅分の長さの傷で収ることにな
る。

【００２１】さらに、押圧ローラーの径やテープ走行速
度を適正に制御し、またカラーフィルター付基板を例え
ば往復移動可能にしてその移動速度等を適正に制御する
ことにより、発生する傷の長さをさらに短くして液晶表
示素子として支障を来さない長さに抑えることも可能で
ある。

【００２２】

【実施例】図２は本発明が適用されるカラー液晶表示素
子の断面構成図である。

【００２３】液晶表示素子12は、一対の対向配置したガ
ラス基板1 、2 の周囲をシール材3で封止し内部に液晶4
を充填した構成である。一方のガラス基板1 の内面に
は、Ｒ着色部5 、Ｇ着色部6 、Ｂ着色部7 及び遮光部
（ブラックマスク）部8 からなるカラーフィルター9 が
形成される。

【００２４】このカラーフィルター9 の遮光部は、クロ
ム等の金属製又はそれに準ずる薄い膜で示しており、Ｒ
ＧＢの着色部よりも基板側に形成された例を示してい
る。この遮光部は、図４で示したようにＲＧＢの着色部
と同様に黒色顔料入りの厚い膜にされてもよい。

【００２５】このカラーフィルター9 上に、これを覆っ
てアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、その
他の樹脂材料からなる保護コート層40が設けられる。保
護コート層40上には帯状の透明電極10がパターニングさ
れる。このように形成した透明電極10に対向して、下側
の基板2 上に帯状透明電極11がマトリクス状にパターニ
ングされる。

【００２６】なお、本発明はＴＦＴ等のアクティブマト
リクス液晶表示素子用のカラーフィルターにも使用でき
る。この場合には、一方の基板は電極がパターニングさ
れないベタ電極としてよい。

【００２７】液晶表示素子12には、図示していないが、
さらに各透明電極10、11上に、必要に応じて、SiO₂-TiO
₂ 等の無機絶縁層が形成される。その上にポリイミド等
の樹脂をラビングした配向膜を形成している。この配向
膜も無機酸化物の斜め蒸着のような方法で形成してもよ
い。また、ガラス基板1 、2 の外側表面にSiO₂等のアン
ダーコート層を形成して、ガラス中のアルカリ成分の流
出を防止する構成を用いる場合もある。

【００２８】本発明においては、このようなカラー液晶
表示素子の組み立て前の構成要素であるカラーフィルタ
ー9 を保護コート層40のコーティング前に研磨テープを
用いて研磨する。

【００２９】図１は、本発明方法を実施するための研磨
装置の構成図である。研磨砥粒をコーティングした研磨
テープ27が供給ロール25から送り出され、巻取りロール
26に巻取られる。29はテンションローラーである。矢印
Ａのように走行する研磨テープ27の背面側（砥粒がコー
ティングされていない側）に研磨テープを押し付けるた
めの円柱状押圧ローラー29が設けられる。押圧ローラー
29はゴム等の弾性材料で形成する。この押圧ローラー29
に対向して矢印Ｂのように往復動作可能なテーブル23が
設けられる。

【００３０】このテーブル23上に研磨すべきカラーフィ
ルターが形成されたガラス基板24が、例えば真空チャッ
クにより吸着される。押圧ローラー29は、押圧力を付与
するための駆動機構30に装着される。この駆動機構30
は、押圧ローラー29とテーブル23との間は所定の平行度
に保たれかつその間隔を調整可能である。基板24及びカ
ラーフィルター層の厚さ及び研磨テープ27の厚さ等を考
慮して押圧ローラー29及びテーブル23との間の間隔を適
当に制御することにより所望の研磨量だけカラーフィル
ター表面を研磨することができる。

【００３１】研磨動作時には、テーブル23を矢印Ｂのよ
うに往復動作させながら、研磨テープ27を矢印Ａのよう
に走行させ、押圧ローラー29で研磨テープ27をテーブル
上の基板24に対し押し付けて、基板上のカラーフィルタ
ーを研磨する。この場合、研磨テープ27の送り速度及び
テーブル23の動作速度が速いほど発生する研磨傷は大き
くなる傾向になる。また、研磨量については、研磨テー
プ27の送り速度が速く、テーブル23の移動速度が遅いほ
ど研磨量が多くなる傾向になる。

【００３２】図３は、本発明に係る研磨テープ27の砥粒
層の好ましいコーティングパターンを示す。（Ａ）は研
磨テープ27の進行方向に対し直角方向に砥粒層のストラ
イプ31（砥粒層がストライブ状に形成された部分）が形
成された例であり、（Ｂ）はテープ進行方向に直角方向
に対しある一定角度θだけ傾斜したストライプ31を形成
した例を示す。このストライプ31の傾斜角度θは、60°
以下にすることが好ましい。

【００３３】このストライプ31の角度及び幅は、コーテ
ィングする砥粒の種類、粒径、テープ送り速度、被研磨
材である基板の速度、さらにカラーフィルターの種類等
を考慮して最適な量を設定する。なお、このストライプ
パターンは研磨途中に発生する異物（カラーフィルター
や研磨テープからの脱落物あるいは空気中の浮遊物等）
が研磨テープとカラーフィルターとの間に入り込みカラ
ーフィルター表面に傷を発生させることを防止するため
に設けられるものである。従って、傷の発生のおそれが
ない場合にはストライプパターンにする必要はない。

【００３４】研磨テープ27の構成は、ベースフィルムと
してポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の
樹脂フィルムを用い、研磨材としてはAl₂O₃ 、SiO₂、Zr
O₂、CeO₂、その他一般に研磨砥粒として使用可能なもの
を用いることができる。研磨砥粒の粒径は 1μｍ以下、
特に好ましくは 0.2μｍ以下とする。

【００３５】このような研磨砥粒をベースフィルムに接
着可能なバインダー中に分散させた後、スクリーン印
刷、グラビア印刷等のコーティング方法によりベースフ
ィルム上にコーティングする。ストライプパターンにす
る場合、そのストライプ幅は 0.1〜 2.0ｍｍ程度が好ま
しい。

【００３６】実際に使用した研磨テープの一例を挙げれ
ば以下の通りである。ベースフィルム：厚さ75μｍのポリエチレンテレフタレ
ートフィルムストライプ：コーティング幅1 ｍｍ、隙間 0.5ｍ
ｍ、角度θ＝45° 研磨砥粒：実施例１ではAl₂O₃ 、粒径 0.5μｍを使用
し、実施例２ではAl₂O₃、粒径 0.1μｍを使用した。

【００３７】このようにして研磨したカラーフィルター
付き基板の表面に、アクリル樹脂製の保護コート層を形
成し、ＩＴＯ透明電極を形成してストライプ状にパター
ニングし、さらにポリイミドの配向膜を形成して、ラビ
ングした。

【００３８】また、もう一方の基板として、ガラス基板
上にＩＴＯ透明電極を形成してストライプ状にパターニ
ングし、さらに有機珪素化合物と有機チタン化合物とを
含有した液を印刷塗布して加熱してSiO₂-TiO₂ 膜を形成
し、さらにポリイミドの配向膜を形成して、ラビングし
た。

【００３９】これら２枚の基板を、スペーサー材を散布
後に電極面が相対向するように配置して周辺をシール材
でシールし、内部にネマチック液晶を封入した。その外
側に位相差フィルムを配置し、両外側に偏光膜を配置し
てカラーＦＳＴＮ型の液晶表示素子を製造した。この液
晶表示素子は美しいカラー表示が可能で、その信頼性も
良いものであった。

【００４０】この場合、実施例１では研磨後の表面に若
干傷が残ったが、実質的に表示、耐久性に影響はなかっ
た。実施例２では研磨後の表面の傷はほとんどなく、表
示、耐久性に全く問題はなかった。

【００４１】なお、本発明に係る研磨テープは、液晶表
示素子用ガラス基板上のカラーフィルターを直接研磨し
てその表面の異物を除去し平坦化を図ることを主目的と
するものであるが、この研磨テープを用いてカラーフィ
ルター上の保護コート層を研磨することもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、カラー液晶表示素子用基板のカラーフィルターを直
接研磨テープを用いて、この研磨テープを走行させなが
ら押圧ローラーにより押圧して研磨するため、カラーフ
ィルターの厚さを高精度で制御しながら研磨することが
でき、液晶表示素子として要求される± 0.1μｍ以下の
厚さ制御が容易になり表示品質の向上が図られるととも
に、カラーフィルター上の突起や不純物粒子等の異物が
確実に除去され、表示機能不良の発生が回避され歩留り
の向上が達成される。

【００４３】また、研磨量を確実に制御できるため、カ
ラーフィルターの遮光層（ブラックマスク）を研磨する
ことなく確実に残して他のＲ、Ｇ、Ｂ部分のみを所望の
厚さだけ研磨することができ、遮光度の低下を防止でき
表示素子のコントラスト低下を防止することができる。

【００４４】本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で種々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための研磨装置の構成図
である。

【図２】本発明方法が適用されるカラー液晶表示素子の
断面図である。

【図３】（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る研磨テープのスト
ライプパターンの各別の例を示す説明図である。

【図４】従来技術の問題点の説明図である。

【符号の説明】

1、 2：ガラス基板 4：液晶 9：カラーフィルター層 23：研磨テーブル 24：基板 25：供給ロール 26：巻取りロール 27：研磨テープ 29：押圧ローラー 30：押圧ローラー用の駆動機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の透明基板のうち少なくとも
一方の基板表面にカラーフィルターを設け、両基板間に
液晶を封止した液晶表示素子用カラーフィルターの加工
方法において、帯材に研磨砥粒をコーティングした研磨
テープを用い、該研磨テープの背面側から研磨すべきカ
ラーフィルター面に対し押圧ローラーで圧接させながら
該研磨テープを走行させ、上記押圧ローラーの押圧面と
カラーフィルター面との間の間隔を制御して上記カラー
フィルターを研磨することを特徴とする液晶表示素子用
カラーフィルターの加工方法。
【請求項２】前記研磨テープは、テープ走行方向に対し
直角な又は所定の角度で傾斜したストライプ状の砥粒コ
ーティングパターンを有することを特徴とする請求項１
に記載の液晶表示素子用カラーフィルターの加工方法。
【請求項３】研磨テープ供給ロールと、該研磨テープを
所定の速度で走行させるとともに走行後の研磨テープを
巻取る研磨テープ巻取りロールと、上記供給ロール及び
巻取りロール間の研磨テープの背面側に設けた押圧ロー
ラーと、該押圧ローラーに対向して設けた研磨すべき基
板を搭載するための研磨テーブルと、上記押圧ローラー
と研磨テーブル間の間隔を調整可能な上記押圧ローラー
の押圧駆動機構とを具備したことを特徴とする請求項１
または２に記載の研磨テープを用いた液晶表示素子用カ
ラーフィルターの加工装置。
【請求項４】請求項１又は２に記載の加工方法で加工し
た研磨テープ液晶表示素子用カラーフィルターの表面に
保護コート層を形成し、さらに電極を形成した基板と、
もう１枚の電極を形成した基板とを、電極面が相対向す
るように配置して、その間隙に液晶を封入してなること
を特徴とする液晶表示素子。