KR102101262B1 - 컬러 필터 기판, 액정 표시 장치, 및 컬러 필터 기판의 제조 방법 - Google Patents

컬러 필터 기판, 액정 표시 장치, 및 컬러 필터 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 컬러 필터 기판은, 유효 표시 영역과, 상기 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 영역을 갖는 투명 기판과, 상기 투명 기판 위에, 각각 색이 서로 다르게, 또한 간극 없이 서로 인접하도록 선 형상의 패턴으로 형성된, 제1 컬러 필터, 제2 컬러 필터, 및 제3 컬러 필터를 구비하고, 상기 제1 컬러 필터는, 상기 제2 컬러 필터와 상기 제3 컬러 필터를 구분하도록 배치되고, 상기 제1 컬러 필터의 선 폭은, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터의 선 폭의 거의 1/2이며, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터, 및 상기 제3 컬러 필터는, 서로 다른 색을 갖는 적어도 2개의 컬러 필터의 겹침에 기인하는 두께 방향의 돌기 형성이 없다.

Description

컬러 필터 기판, 액정 표시 장치, 및 컬러 필터 기판의 제조 방법{COLOR FILTER SUBSTRATE, LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING COLOR FILTER SUBSTRATE}
본 발명은 컬러 필터 기판, 액정 표시 장치, 및 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2013년 1월 25일에 출원된 일본 특허출원 제2013-012006호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
일반적인 액정 표시 장치에 구비되는 액정 패널은, 2개의 기판에 의해 액정층이 끼워지는 구성을 갖는다. 2개의 기판의 각각은, 예를 들어 유리 등과 같은 투명 기판을 포함한다. 액정 패널의 표측 및 이측에는, 편광판 또는 편광판 및 위상차판이 구비된다.
유기 일렉트로루미네센스 표시 장치(이하, '유기 EL 표시 장치'라고 함)는, 액정을 대신하여 백색 발광의 유기 EL을 구비한다. 유기 EL 표시 장치는, 적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터를 포함하는 컬러 필터를 구비함으로써, 컬러 표시 가능하다. 유기 EL 표시 장치는, 고화질 디스플레이로서 사용된다.
특허문헌 1(일본 특허공개 제2006-139058호 공보) 및 특허문헌 2(국제 공개 WO2007/148519호)는, 적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터를 포함하고, 녹색 필터가 적색 필터 및 청색 필터보다 작은 컬러 필터를 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 1, 2는, 1/2 화소 폭의 녹색 필터가, 각각 적색 필터, 청색 필터를 구분하도록 2배의 선 수(1/2 화소를 회소로 하면 2배의 회소 수)로 구성하는 기술은 개시되어 있지 않다. 특허문헌 2에서는, 청색 필터와 황색 필터에 의해 녹색 필터의 표시를 보완할 수 있으며, 화이트 밸런스의 관점에서 상대적으로 적색 필터의 면적을 크게 할 필요가 있다. 특허문헌 1, 2는, 입체 화상 표시, 터치 센싱, 광센서를 사용한 색 분리에 대하여 개시되어 있지 않다.
3차원 표시(입체 표시) 가능 또는 시야각의 제어가 가능한 액정 표시 장치는, 백라이트 유닛 또는 외부 광원을 사용하여 화상 표시를 행한다. 3차원 표시 가능 또는 시야각의 제어가 가능한 액정 표시 장치는, 액정 패널의 표면으로부터 관찰자측(외부측)으로 출사되는 광의 각도를, 표시 목적에 따라 제어한다.
3차원 표시 가능한 액정 표시 장치 또는 디스플레이 장치에서는, 다양한 표시 방식이 이용된다. 3차원 표시 방식은, 예를 들어 안경을 사용하는 방식, 안경을 사용하지 않는 방식을 포함한다. 안경을 사용하는 방식은, 예를 들어 색의 차이를 이용하는 애너글리프 방식 또는 편광을 이용하는 편광 안경 방식 등을 포함한다. 안경을 사용하는 방식에서는, 3차원 표시 시에 관찰자가 전용 안경을 착용할 필요가 있어 번거롭다. 따라서, 최근의 3차원 표시에 있어서는, 안경을 사용하지 않는 방식의 요청이 강해지고 있다.
액정 패널로부터 단수의 관찰자(이하, 「2안식」이라 표기하는 경우가 있음) 또는 복수의 관찰자( 이하, 「다안식」이라 표기하는 경우가 있음)에 대한 출사광의 각도를 조정하기 위해서, 액정 패널의 표면 또는 이면에 광 제어 소자를 설치하는 기술이 검토되고 있다. 안경을 사용하지 않는 방식의 액정 표시 장치에 있어서 광 제어 소자가 사용되는 경우가 있다.
광 제어 소자의 일례로서, 광학 렌즈를 2차원 배열하고, 규칙적인 굴절을 실현하는 렌티큘러 렌즈가 사용된다. 렌티큘러 렌즈는, 투명 수지 등을 시트 형상으로 가공하여 형성되고, 액정 표시 장치의 표면 또는 이면에 부착함으로써 사용되는 경우가 있다.
특허문헌 3(일본 특허 제4010564호 공보), 특허문헌 4(일본 특허 제4213226호 공보)는, 렌티큘러 렌즈 또는 렌티큘러 스크린을 사용한 3차원 표시 기술을 개시한다.
특허문헌 5(일본 특허공개 제2010-210982호 공보)는, 나안에서의 3차원 표시를 위한 시차 배리어를 개시하고 있다. 특허문헌 5 [0016] [0060] 단락에는, 시차 배리어와 컬러 필터의 사이에 투광막을 구비하고, 3차원 표시에 필요한 시차 배리어와 컬러 필터의 간격을 확보하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 5에 개시되어 있는 시차 배리어는, 주로 도전성이며, 컬러 필터에 통상 형성되어 있는 블랙 매트릭스와 이 시차 배리어의 관계에서 개구율의 증가를 도모하는 것은 개시되어 있지 않다. 예를 들어, 특허문헌 5의 도 9에서는, 시차 배리어가 컬러 필터(청색 필터, 녹색 필터, 적색 필터)의 일부와 겹치는 위치에 배치되어 있으며, 투과율이 저하되는 경우가 있다. 특허문헌 5의 도 10은, 화소 단면 구조라고 추측된다. 이 특허문헌 5의 도 10에는, 블랙 매트릭스가 도시되어 있다. 그러나, 특허문헌 5의 도 10에서는, 시차 배리어가 컬러 필터를 가로지르도록 형성되어 있다. 이 경우, 투과율이 저하된다고 생각된다. 또한, 특허문헌 5와 같이, 시차 배리어가 도전성인 경우, 이 시차 배리어의 도전성 영향에 의해, 인셀 방식의 정전 용량 방식 터치 센싱을 적용하는 것이 곤란하다.
액정 표시 화면에 대한 직접 입력 방식은, 센싱 기능을 갖는 터치 패널을 액정 패널의 전방면에 설치하고, 이 터치 패널에 의해 입력을 받아들이는 온 셀 방식과, 센싱 기능을 매트릭스 형상 배치의 센서로서 액정 표시 장치의 어레이 기판 또는 컬러 필터 기판에 형성하고, 액정 셀의 안에 설치하는 인셀 방식을 포함한다.
특허문헌 6(일본 특허공개 평10-171599호 공보)에는, 온 셀 방식에 이용되는 기술로서, 저항막 방식, 전자기 유도 방식, 정전 용량 방식, 광학식 터치 패널이 개시되어 있다. 액정 패널의 표면에 터치 패널을 배치하는 온 셀 방식에서는, 터치 패널의 두께와 무게가 액정 표시 장치의 두께와 무게에 가산되어, 장치 전체의 두께 및 중량이 증가한다. 또한, 온 셀 방식에서는, 터치 패널의 표면 및 터치 패널의 내면의 광 반사에 의해, 액정 표시 품위가 저하되는 경우가 있다.
이에 반하여, 액정 셀에 센서를 안에 설치하는 인셀 방식은, 액정 표시 장치의 두께 증가와, 표시 품위의 저하를 억제할 수 있어 바람직하다. 센싱 기능을 갖는 센서로서 광센서의 개발이 진행되고 있다.
정보 기기에 사용되는 액정 표시 장치에서는, 3차원 표시의 이용이 증가하고 있다. 예를 들어, 3차원 표시에서는, 3차원 표시된 버튼에 대한 클릭감의 실현, 손가락 입력에서의 오동작 방지 등, 기술적 요구가 증가하고 있다. 손가락 입력의 검출을 위해서, 예를 들어 전술한 바와 같은 액정 표시 장치의 표면에 터치 패널을 외장하는 온 셀 방식이 이용된다. 또는, 손가락 입력의 검출을 위해서, 전술한 바와 같은 광센서를 액정 패널에 내장시킨 인셀 방식이 이용되는 경우가 있다. 광센서를 내장한 액정 표시 장치는, 온도의 영향 및 백라이트 광원의 영향을 받아, 손가락 입력에 대하여 오동작이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 광센서의 보상을 필요로 하는 경우가 있다.
광센서로서, 폴리실리콘 또는 아몰퍼스 실리콘에 의해 형성된 채널층을 구비하는 실리콘 포토다이오드가 사용된 경우에는, 환경 온도 등의 변화에 따라 암전류가 발생하여, 관측 데이터에 관측광이 아닌 노이즈가 겹치는 경우가 있다.
특허문헌 7(일본 특허공개 제2002-335454호 공보), 특허문헌 8(일본 특허공개 제2007-18458호 공보)은, 암전류의 보정을 행하는 포토다이오드를 사용하여 연산 보정하는 것을 개시하고 있다. 이 특허문헌 7, 8은, 촬상 소자에 의한 암전류 보정 기술을 개시하고 있다.
특허문헌 9(일본 특허공개 제2009-151039호 공보)는, 제1 수광 소자와 제2 수광 소자의 검출 신호에 기초하는 연산에 의해, 검출 신호의 S/N비를 향상시키는 것을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 9는, 가시광을 고정밀도로 색 분리하는 기술은 개시되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 9의 청구항 1에 나타낸 바와 같이, 제1 수광 소자의 위에는, 가시광 영역의 광을 흡수하는 광학 필터부가 구비되고, 또한 입사광을 흡수하여 차단하는 차광부가 구비되기 때문에, 청색광·녹색광·적색광의 색 분리에 대해서는 고려되고 있지 않다. 또한, 특허문헌 9에는, 컬러 필터 기판의 제조에서 이용되는 얼라인먼트 방법은 개시되어 있지 않다. 특허문헌 9에 개시되어 있는 기술은, 이 특허문헌 9의 [0013] 단락에 기재되어 있는 바와 같이, 노이즈 성분을 캔슬하는 터치 센싱에 관한 기술이다.
특허문헌 10(일본 특허공개 제2010-186997호 공보)은, 산화물 반도체를 사용한 광센서(수광 소자) 기술을 개시하고 있다. 특허문헌 10은, 주로 유기물을 발광층으로서 사용하는 디스플레이에 적용되는 광센서 기술을 개시하고 있다.
특허문헌 11(일본 특허 제4857569호 공보)에는, 이미지 센서에 적용되지만, 1색째의 착색에 드라이 에칭을 적용하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 11은, 화소 배열을 베이어 배열로 하고, 또한 서로 다른 화선폭으로 선 형상 패턴을 형성하는 것이 개시되어 있지 않다. 베이어 배열에서는, 녹색 화소의 코너 부분의 재현성이 저하되는데, 예를 들어 액정 표시 장치 또는 유기 EL 표시 장치에서는, 각 색의 면적 비율이 변화하여, 색 밸런스가 저하되고, 표시 시의 색 얼룩이 발생하는 경우가 있다. 베이어 배열에서는, 녹색 화소의 면적 비율이 적색 화소, 청색 화소의 2배가 되기 때문에, 화이트 밸런스를 중시하는 액정 표시 장치 및 유기 EL 표시 장치에 적용하는 것이 곤란하다. 또한, 베이어 배열의 액정 표시 장치 및 유기 EL 표시 장치에서는, 텍스트(문자) 표시의 재현성 또는 입체 표시의 정합성을 확보하는 것이 곤란한 경우가 있다. 인용문헌 11은, 컬러 필터층을 드라이 에칭하는 경우의 유기 안료에 포함되는 할로겐 및 금속을 사용한 콘터미네이션도 개시하고 있지 않다. 인용문헌 11은, 2색째 이후의 착색에, 열 경화 시의 유동성을 활용하는 것을 개시하고 있지 않다.
특허문헌 12(일본 특허공개 제2004-354662호 공보)에서는, 어떤 필터와 다른 필터가 겹치는 부분을 갖는다. 이 2개의 필터가 겹치는 부분은, 다른 부분보다 돌출되어, 컬러 필터 기판의 평탄성이 저하된다. 일반적으로, 컬러 필터의 막 두께는, 약 1.5㎛ 내지 3㎛의 범위에 있다. 이로 인해, 2개의 필터가 겹치는 부분은, 적어도 1㎛ 이상의 돌기를 형성하고, 액정의 배향 혼란 또는 액정 화질 저하가 발생하는 경우가 있다.
일본 특허공개 제2006-139058호 공보 국제공개 제2007/148519호 일본 특허 제4010564호 공보 일본 특허 제4213226호 공보 일본 특허공개 제2010-210982호 공보 일본 특허공개 평10-171599호 공보 일본 특허공개 제2002-335454호 공보 일본 특허공개 제2007-18458호 공보 일본 특허공개 제2009-151039호 공보 일본 특허공개 제2010-186997호 공보 일본 특허 제4857569호 공보 일본 특허공개 제2004-354662호 공보
본 발명은, 높은 표시 정밀도와 평탄성을 실현하는 컬러 필터 기판, 액정 표시 장치, 및 컬러 필터 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판은, 유효 표시 영역과, 상기 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 영역을 갖는 투명 기판과, 상기 투명 기판의 위에, 각각 색이 서로 다르게, 또한 간극 없이 서로 인접하도록 선 형상의 패턴으로 형성된, 제1 컬러 필터, 제2 컬러 필터 및 제3 컬러 필터를 구비하고, 상기 제1 컬러 필터는, 상기 제2 컬러 필터와 상기 제3 컬러 필터를 구분하도록 배치되고, 상기 제1 컬러 필터의 선 폭은, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터의 선 폭의 거의 1/2이며, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터는, 서로 다른 색을 갖는 적어도 2개의 컬러 필터의 겹침에 기인하는 두께 방향의 돌기 형성이 없다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 제1 컬러 필터는, 적색 필터 또는 녹색 필터인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터, 및 상기 제3 컬러 필터의 위에 형성되는 차광층을 더 구비하고, 상기 차광층은, 차광성 색재의 주재로서 유기 안료를 포함하고, 가시 영역 차광성 및 적외 영역 투과성을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 차광층에 포함되는 상기 유기 안료의 질량 비율은, 상기 유기 안료의 전체 질량에 대하여, 자색 안료가 50 내지 75%, 황색 안료가 25 내지 50%, 또는 적색 안료가 30% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 차광층에 포함되는 상기 유기 안료의 질량 비율은, 상기 유기 안료의 전체 질량에 대하여, 자색 안료가 30 내지 75%, 황색 안료가 25 내지 50%, 또는 적색 안료가 30% 이하이고, 녹색 안료 혹은 청색 안료가 10% 이하의 질량으로, 상기 차광층에 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 프레임 영역에, 차광성 색재의 주재로서 카본을 포함하는 차광층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 프레임 영역에, 차광성 색재의 주재로서 카본을 포함하는 제1 차광층과, 차광성 색재의 주재로서 유기 안료를 포함하는 제2 차광층을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 유효 표시 영역에 형성되는 컬러 필터의 두께는, 상기 프레임 영역에 형성되는 상기 차광층의 두께와 거의 동일한 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 형태의 컬러 필터 기판에 있어서는, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터, 및 상기 제3 컬러 필터의 선 형상 패턴은, 복수의 V자 형상을 평면에서 볼 때 세로 방향으로 연결한 패턴인 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 형태의 액정 표시 장치는, 상기 제1 형태의 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판과, 액정층을 개재하여 대향하는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판의 상기 액정층이 배치되어 있는 위치와는 반대측의 위치에 설치된 백라이트 유닛을 구비하고, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터의 선 형상 패턴은, 상기 유효 표시 영역과 상기 프레임 영역에 형성되어 있으며, 상기 액정층에 포함되는 액정 분자는, 액정 구동 전압이 인가되지 않은 상태에서 기판 평면에 수직인 장축을 갖는다.
본 발명의 제3 형태의 액정 표시 장치는, 상기 제1 형태의 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판과, 액정층을 개재하여 대향하는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판의 상기 액정층이 배치되어 있는 위치와는 반대측의 위치에 설치된 백라이트 유닛을 구비하고, 상기 제1 컬러 필터에 대응하는 제1 화소에, 1개의 액정 구동 소자를 구비하고, 상기 제2 컬러 필터에 대응하는 제2 화소에, 2개의 액정 구동 소자를 구비하고, 상기 제3 컬러 필터에 대응하는 제3 화소에, 2개의 액정 구동 소자를 구비한다.
본 발명의 제3 형태의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 백라이트 유닛의 발광 타이밍과 액정 구동 전압 인가 타이밍을 제어 또는 동기하고, 3차원 표시를 행하는 처리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 형태의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 백라이트 유닛으로부터 출사되는 광의 각도를 제어하는 각도 제어부와, 액정 화면으로부터 출사되는 출사광의 출사각을 조정하는 광 제어 소자를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 형태의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 액정 구동 소자는, 박막 트랜지스터이며, 상기 박막 트랜지스터는, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 하프늄, 이트륨, 게르마늄 중 2종 이상의 금속 산화물을 포함하는 채널층을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 형태의 액정 표시 장치는, 상기 제1 형태의 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판과, 액정층을 개재하여 대향하는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판의 상기 액정층이 배치되어 있는 위치와는 반대측의 위치에 설치된 백라이트 유닛을 구비하고, 상기 어레이 기판은, 제1 광센서와 제2 광센서를 구비하고, 상기 제1 광센서는, 기판 평면과 수직인 방향에서, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터 중 어느 하나의 컬러 필터를 경유하여 상기 차광층을 경유하지 않은 광을 검출하고, 상기 제2 광센서는, 상기 기판 평면과 수직인 방향에서, 상기 컬러 필터와 상기 차광층을 경유하는 광을 검출하고, 상기 제1 광센서의 검출 데이터로부터, 상기 제2 광센서의 검출 데이터를 감산하는 처리부를 더 구비한다.
본 발명의 제4 형태의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 백라이트 유닛은, 가시광을 발광하는 제1 고체 발광 소자와, 터치 센싱용 적외광을 발광하는 제2 고체 발광 소자를 구비하고, 상기 처리부는, 상기 제2 고체 발광 소자의 발광 타이밍과, 상기 제2 광센서의 수광 타이밍을 동기 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 형태의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 적외광의 파장은, 800㎚ 내지 1000㎚의 범위에 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5 형태의 컬러 필터 기판의 제조 방법은, 투명 기판 위에, 제1 레지스트층을 형성하고, 상기 제1 레지스트층을 패터닝함으로써, 제1 컬러 필터와, 상기 제1 컬러 필터로 둘러싸인 제1 필터 개구부 및 제2 필터 개구부를 형성하고, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제1 필터 개구부, 및 상기 제2 필터 개구부를 덮도록 상기 투명 기판 위에, 제2 레지스트층을 형성하고, 상기 제2 레지스트층을 패터닝함으로써, 상기 제1 필터 개구부에 상기 제2 레지스트층을 형성하고, 또한 상기 제2 필터 개구부를 노출시켜서 열처리를 행함으로써, 상기 제1 필터 개구부 내에서 상기 제2 레지스트층을 유동시켜서, 상기 제2 레지스트층을 경화함으로써, 필터의 겹침에 기인하는 돌기를 형성하지 않도록, 또한 상기 제1 컬러 필터와 간극 없이 인접하도록 제2 컬러 필터를 형성하고, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터, 및 상기 제2 필터 개구부를 덮도록 상기 투명 기판 위에, 제3 레지스트층을 형성하고, 상기 제3 레지스트층을 패터닝함으로써, 상기 제2 필터 개구부에 상기 제3 레지스트층을 형성하고, 열처리를 행함으로써, 상기 제2 필터 개구부 내에서 상기 제3 레지스트층을 유동시켜서, 상기 제3 레지스트층을 경화함으로써, 필터의 겹침에 기인하는 돌기를 형성하지 않도록, 또한 상기 제1 컬러 필터 및 상기 제2 컬러 필터와 간극 없이 인접하도록 제3 컬러 필터를 형성한다.
본 발명의 제5 형태의 컬러 필터 기판의 제조 방법에 있어서는, 차광성 색재의 주재로서 카본을 포함하는 재료를 사용하여, 상기 투명 기판의 프레임 영역에 얼라인먼트 마크를 형성하고, 상기 프레임 영역에, 제2 차광층을 형성하고, 상기 제2 차광층을 형성한 후에, 상기 얼라인먼트 마크에 적외광을 조사하고, 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출함으로써, 상기 패터닝에 사용되는 포토마스크와 상기 투명 기판의 위치 정렬을 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 형태에 있어서는, 높은 표시 정밀도와 평탄성을 실현하는 컬러 필터 기판, 액정 표시 장치, 및 컬러 필터 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1a는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 1b는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 평면도이며, 부호 A로 도시된 부분을 나타내는 확대도이다.
도 1c는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 평면도이며, 부호 B로 도시된 부분을 나타내는 확대도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 패널의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4a는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
도 4b는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
도 4c는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
도 4d는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
도 4e는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
도 4f는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
도 4g는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
도 5는, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판에 있어서의 화소 형상의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 6은, 종래의 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 베이어 배열의 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF의 백화부 C2의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 9는, 녹색 필터 GF의 연결부 C3의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 10은, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 11a는, 제2 실시 형태에 따른 녹색 필터 GF의 형성 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11b는, 제2 실시 형태에 따른 녹색 필터 GF의 형성 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11c는, 제2 실시 형태에 따른 녹색 필터 GF의 형성 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11d는, 제2 실시 형태에 따른 녹색 필터 GF의 형성 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12a는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12b는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12c는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12d는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12e는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12f는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12g는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12h는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12i는, 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 관한 공정에 의해 형성되는 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 13은, 제4 실시 형태에 따른 액정 패널의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 14는, 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 15a는, 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 15b는, 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 평면도이며, 도 15a의 부호 C로 도시된 부분을 나타내는 확대도이다.
도 16은, 제4 실시 형태에 따른 액정 패널의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 17은, 제4 실시 형태에 따른 컬러 필터의 투과율 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 18은, 제4 실시 형태에 따른 차광층 BLK1의 차광 특성 B1L 및 차광층 BLK2의 차광 특성 B2L의 예를 나타내는 그래프이다.
도 19는, 녹색 필터의 투과 특성과, 녹색 필터와 차광층을 광학적으로 겹친 투과 특성과의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 20은, 적색 필터의 투과 특성과, 적색 필터와 차광층을 광학적으로 겹친 투과 특성과의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 21은, 청색 필터의 투과 특성과, 청색 필터와 차광층을 광학적으로 겹친 투과 특성과의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 22는, 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 3차원 표시 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 23은, 다이렉트 카피에 사용되는 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 24는, 제5 실시 형태에 따른 액정 패널의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 25는, 녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 26은, 녹색 화소 GPa에 액정 구동 전압이 인가된 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 27은, 녹색 화소 GPb에 액정 구동 전압이 인가된 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 28은, 녹색 화소 GPa, GPb에 액정 구동 전압이 인가된 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 29는, 청색 화소 BP의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 30a는, 제6 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 30b는, 제6 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 30a로 도시된 각도 제어부의 구조를 설명하기 위한 확대도이다.
도 31은, 제6 실시 형태에 따른 광 제어 소자의 구성 일례를 나타내는 평면도이다.
도 32는, 자색의 안료 V23을 포함하는 도막의 투과율 특성 V23L, 대표적인 녹색의 안료 C. I. Pigment Green 36을 포함하는 도막의 투과율 특성 G36L, 대표적인 녹색의 안료 C. I. Pigment Green 58을 포함하는 도막의 투과율 특성 G58L의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 33은, 반값 파장이 조정된 차광층의 투과율 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 기능 및 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 붙이고, 설명을 생략하거나 또는 필요한 경우에만 설명을 행한다.
각 실시 형태에 있어서는, 특징적인 부분에 대해서만 설명하고, 통상의 액정 표시 장치의 구성 요소와 차이가 없는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
각 실시 형태에 있어서는, 액정 표시 장치의 표시 단위가 1화소(또는 회소)인 경우를 설명한다. 그러나, 표시 단위는, 1 서브 픽셀이어도 되고, 그 밖에도, 복수의 픽셀 수(화소 수)가 표시 단위를 구성하여도 되며, 임의로 정의된 픽셀이나 화소가 표시 단위를 구성하여도 된다. 화소는, 적어도 2개의 평행한 변을 갖는 다각형인 것으로 한다.
평면에서 볼 때, 화소의 가로 방향은, 관찰자의 우안과 좌안의 배열 방향과 평행하게 한다.
평면에서 볼 때, 화소의 가로 방향과 수직인 방향은, 화소의 세로 방향이라 한다.
복수의 화소는, 다른 화소와 비교하여 가로 방향의 폭(이하, '가로 폭'이라 함)이 1/2의 화소를 포함하는 것으로 하여도 된다. 가로 폭 1/2의 화소는, 세로 방향으로 긴 형상을 갖는다. 그러나, 복수의 화소는, 세로 방향으로 긴 형상 대신에, 다른 화소와 비교하여 세로 방향의 폭(이하, '세로 폭'이라 함)이 1/2의 화소를 포함하는 것으로 하여도 된다. 이 경우, 세로 폭 1/2의 화소는, 가로 방향으로 긴 형상을 갖는다.
각 실시 형태에 있어서, 화소의 세로 폭은, 화소의 개구부의 세로 폭과 거의 동일하다. 화소의 가로 폭은, 화소의 개구부의 가로 폭과 거의 동일하다.
각 실시 형태에 있어서는, 다양한 액정 구동 방식이 이용되어도 된다. 예를 들어, IPS 방식(수평 배향의 액정 분자를 사용한 횡전계 방식), VA(Vertically Alig㎚ent: 수직 배향의 액정 분자를 사용한 종전계 방식), HAN(Hybrid-Aligned Nematic), TN(Twisted Nematic), OCB(Optically Compensated Bend), CPA(Continuous Pinwheel Alig㎚ent)와 같은 액정 배향 방식 또는 액정 구동 방식이 이용된다. 액정층은, 정의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자를 포함하는 것으로 하여도 되며, 또는 부의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자를 포함하는 것으로 하여도 된다.
액정 구동 전압 인가 시의 액정 분자의 회전 방향(동작 방향)은, 기판의 표면에 평행이 되는 방향이어도 되며, 기판의 평면에 수직으로 상승되는 방향이어도 된다. 액정 분자에 인가되는 액정 구동 전압의 방향은, 수평 방향이어도 되고, 2차원 또는 3차원적으로 경사 방향이어도 되며, 수직 방향이어도 된다.
(제1 실시 형태)
본 실시 형태에 있어서는, 컬러 필터 기판과 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 평면에서 볼 때, 각 컬러 필터의 세로 방향의 양변에, 차광층(블랙 매트릭스)이 형성되지 않은 컬러 필터 기판에 대하여 설명한다. 이와 같이, 액정 표시 영역에서, 각 컬러 필터의 세로 방향의 양변에 차광층(여기서는, 블랙 매트릭스와 마찬가지로 하고, 이하에서는 '블랙 매트릭스'라 표기하는 경우도 있음)을 형성하지 않음으로써, 차광층의 선 폭만큼, 화소의 개구부의 가로 폭을 넓게 할 수 있다. 블랙 매트릭스가 없는 넓은 화소의 개구 폭은, 액정 표시 장치의 후속 공정인 셀화, 즉, 후술되는 어레이 기판과의 위치 정렬(셀화 공정에서의 얼라인먼트)을 매우 용이하게 할 수 있다. 블랙 매트릭스가 존재하는 경우, 블랙 매트릭스의 패턴 선폭의 각각 2개의 선 폭 단부에 대하여 어레이 기판 위의 박막 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 금속 배선의 단부 위치를, 정확하게 맞출 필요가 있다. 블랙 매트릭스가 존재하지 않는 경우, 인접하는 컬러 필터의 경계에 대하여, 어레이 기판 위의 금속 배선의 위치를 맞추면 되기 때문에, 얼라인먼트의 마진이 넓어진다.
컬러 필터 기판은, 제1 컬러 필터에 의해 형성되는 제1 선 형상 패턴과, 제1 컬러 필터에 의해 형성되는 제2 선 형상 패턴과, 제1 및 제2 선 형상 패턴을 구분하는 제3 컬러 필터에 의해 형성되는 제3 선 형상 패턴을 구비한다. 본 실시 형태에 있어서, 서로 간극 없이 인접하는 제1 컬러 필터, 제2 컬러 필터 및 제3 컬러 필터는, 컬러 필터 기판의 두께 방향에서, 서로 다른 색을 갖는 적어도 2개의 컬러 필터의 겹침에 기인하는 막 두께 방향의 돌기 형성이 없다. 환언하면, 서로 다른 색을 갖는 적어도 2개의 컬러 필터의 겹침에 기인하는 막 두께 방향의 돌기가 형성되지 않도록, 제1 컬러 필터, 제2 컬러 필터 및 제3 컬러 필터는 형성되어 있다. 또한, 환언하면, 제1 컬러 필터, 제2 컬러 필터, 및 제3 컬러 필터에 있어서, 2개의 컬러 필터가, 측면에서만 서로 접촉하고 있다.
이와 같이 서로 인접하는 컬러 필터는, 제조 공정에 있어서의 열처리 공정(리플로우 공정) 시에, 한쪽의 컬러 필터 재료가 용융하여, 먼저 기판 위에 형성된 다른 쪽의 컬러 필터 측면에 접촉함으로써 형성된다. 용융된 컬러 필터 재료가, 먼저 고정 형성된 컬러 필터의 상면을 향해 유동하지 않도록, 열처리 공정이 행해진다.
또한, 서로 인접하는 컬러 필터가 두께 방향에 있어서 겹치지 않는 구조를 실현하기 위해서는, 먼저 기판 위에 형성되는 컬러 필터의 단면 형상은, 직사각형인 것이 바람직하다. 단면에 있어서 직사각형 형상을 갖는 컬러 필터의 측면은, 기판에 대하여 수직이기 때문에, 후에 형성되는 컬러 필터는, 수직 측면에 접촉하도록 배치된다. 이로 인해, 서로 인접하는 컬러 필터는, 수직 측면을 사이에 두고 끼워지도록 배치되어, 본 발명의 돌기가 형성되지 않는 구조가 실현된다.
또한, 여기에서 돌기란, 액정 표시에 영향을 주기 쉬운 광의 파장(예를 들어, 550㎚) 이상의 높이를 갖는 돌기다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 컬러 필터, 제2 컬러 필터 및 제3 컬러 필터를 간극 없이 배치하는 경우에, 매우 근소한 얼라인먼트 오차 및 색의 번짐이 발생하여도 된다. 예를 들어, 액정 표시에 영향을 주기 쉬운 광의 파장의 1/2 이하의 매우 근소한 얼라인먼트 오차가 있어도, 본 실시 형태에 있어서의 「돌기 형성이 없음」에 해당한다고 하여도 된다. 예를 들어, 색의 번짐 등에 의해 컬러 필터에 매우 미세한 융기가 발생하여도, 본 실시 형태에 있어서의 「돌기 형성이 없음」에 해당하는 것으로 하여도 된다. 또한, 열처리 공정에 있어서, 먼저 형성된 컬러 필터의 상면과 측면의 사이에 형성되는 코너부를 약간 덮도록, 용융된 컬러 필터가 형성되었다고 해도, 본 실시 형태에 있어서의 「돌기 형성이 없음」에 해당하는 것으로 하여도 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 컬러 필터 기판이 액정 표시 장치에 구비되는 경우에 대하여 설명하지만, 유기 EL 표시 장치에 구비되어도 된다.
도 1a 내지 도 1c는, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1)의 일례를 나타내는 평면도이다.
컬러 필터 기판(1)은, 평면에서 볼 때, 유효 표시 영역(2)과, 프레임 영역(3)을 갖는다. 프레임 영역(3)은, 유효 표시 영역(2)을 둘러싼다. 유효 표시 영역(2)은, 복수의 영역(4)을 포함한다. 도 1a 내지 도 1c에서는, 유효 표시 영역(2)은, 세로 방향에 4개, 가로 방향에 4개로, 계 16개의 영역(4)을 포함한다. 유효 표시 영역(2)에 포함되는 영역(4)의 수는, 액정 표시 장치의 화면 사이즈에 따라서 변경 가능하다.
컬러 필터 기판(1)은, 평면에서 볼 때, 프레임 영역(3)에 2개 이상의 얼라인먼트 마크(5)를 구비한다. 이 얼라인먼트 마크(5)는, 컬러 필터 기판(1)의 제조 공정에서 사용된다. 예를 들어, 얼라인먼트 마크(5)는, 복수의 색의 필터 중, 최초로 형성되는 필터의 색재에 의해, 최초로 형성되는 필터와 함께 형성되어도 된다.
컬러 필터 기판(1)은, 컬러 필터 CF로서, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF를 구비한다.
적색 필터 RF는, 세로 방향으로 긴 선 형상 패턴이다.
청색 필터 BF도, 세로 방향으로 긴 선 형상 패턴이다.
녹색 필터 GF는, 세로 방향으로 긴 선 형상 패턴이며, 적색 필터 RF와 청색 필터 BF의 사이에 구비되고, 적색 필터 RF와 청색 필터 BF를 구분한다.
본 실시 형태에 있어서, 적색 필터 RF의 가로 폭과, 청색 필터 BF의 가로 폭은 W1이다. 녹색 필터 GF의 가로 폭은 W2다. 가로 폭 W2는, 가로 폭 W1의 거의 1/2로 한다.
여기서, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 및 청색 필터 BF의 색 밸런스나 색도가 적합하게 얻어지도록, 가로 폭 W1에 대한 가로 폭 W2의 비율인 거의 1/2이라는 수치가 규정되어 있다. 원하는 색 밸런스나 색도를 얻기 위해서, 가로 폭 W1에 대한 가로 폭 W2의 비율이, 1/2로부터 근소한 값이어도 된다.
적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF는, 스트라이프 형상으로 배열된다.
도 2는, 컬러 필터 기판(1)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 2는, 도 1c의 A-A' 단면에 상당한다.
또한, 도 3은, 컬러 필터 기판(1)을 구비하는 액정 패널(6)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 3은, 도 1a의 B-B' 단면에 상당한다.
컬러 필터 기판(1)은, 투명 기판(7)과, 컬러 필터층(8)과, 투명 수지층(9)과, 대향 전극(10)을 구비한다. 또한, 대향 전극(10)은 생략되어도 된다.
투명 기판(7)으로서는, 예를 들어 유리가 사용된다. 투명 기판(7)의 제1 평면의 위에 컬러 필터층(8)이 형성된다.
본 실시 형태에 있어서, 컬러 필터층(8)은, 컬러 필터 CF를 포함하지만, 차광층을 더 포함하는 것으로 하여도 된다. 컬러 필터 CF는, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF를 포함한다.
본 실시 형태에 있어서, 컬러 필터 CF는 유효 표시 영역(2)과 프레임 영역(3)에 형성되어 있다. 컬러 필터층(8)에 있어서, 유효 표시 영역(2)의 컬러 필터 CF의 두께와, 프레임 영역(3)의 컬러 필터 CF의 두께는, 거의 동일하다.
컬러 필터층(8)의 위에 투명 수지층(9)층이 형성된다.
투명 수지의 위에 대향 전극(10)이 형성된다.
대향 전극(10)은, 세로 방향으로 긴 선 형상 패턴이며, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF의 각각을 따라 형성된다.
대향 전극(10)은, 예를 들어 빗살 형상, 띠 형상, 선 형상, 스트라이프 형상의 패턴으로 형성할 수 있다.
대향 전극(10)은, 도전성의 금속 산화물을 포함하는 것으로 하여도 된다. 도전성의 금속 산화물로서는, 예를 들어 Indium-Tin-Oxide(ITO) 등과 같은 투명 도전막이 사용된다.
본 실시 형태에 있어서, 각 대향 전극(10)은, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF로, 두께 방향에서 겹친다.
본 실시 형태에 있어서, 서로 간극 없이 인접하는 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF는, 서로의 인접부에서, 광의 파장 1/2 이하의 요철을 포함하는 경우가 있어도, 두께 방향으로 실질적으로는 겹치지 않는다.
액정 패널(6)은, 어레이 기판(11)과, 컬러 필터 기판(1)과, 액정층(12)을 구비한다. 액정 패널(6)의 표면측(관찰자측, 컬러 필터 기판(1)의 표면)에는, 편광판(131)이 구비된다. 액정 패널(6)의 이면측(액정 표시 장치의 내부측, 어레이 기판(11)의 표면)에는, 편광판(132)이 구비된다. 액정 표시 장치는, 도 3의 액정 패널(6)의 아래에, 광 제어 소자, 백라이트 유닛 등을 구비한다. 이 액정 패널(6)을 구비하는 액정 표시 장치는, 액정 구동 전압의 인가가 없을 경우에 흑색 표시이다. IPS(수평 배향의 액정 분자를 사용한 횡전계 방식) 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence)라 불리는 초기 수평 배향의 액정 배향 방식과 달리, 액정 분자의 배향 방향과 편광판(131, 132)의 광축과의 어긋남이 발생하지 않기 때문에, 칠흑의 흑색 표시(짙은 흑색 표시)가 얻어진다.
어레이 기판(11)과 컬러 필터 기판(1)은, 서로 마주하고 있다. 어레이 기판(11)과 컬러 필터 기판(1)의 사이에는, 액정층(12)이 끼워져 있다.
컬러 필터 기판(1)의 대향 전극(10)에 면하도록, 액정층(12)이 배치되어 있다. 컬러 필터 기판(1)의 투명 기판(7)의 제2 평면은, 액정 패널(6)의 표시면이며, 관찰자가 관찰하는 면이다.
어레이 기판(11)은, 투명 기판(14)과, 절연층(15a 내지 15c)과, 공통 전극과, 화소 전극과, 액정 구동 소자(능동 소자)를 구비하지만, 도 3에 있어서, 공통 전극과 화소 전극은 생략되었다. 액정 구동 소자로서는, 예를 들어 박막 트랜지스터를 사용할 수 있다.
투명 기판(14)으로서는, 예를 들어 유리판이 사용된다.
투명 기판(14)의 제1 평면의 위에는, 절연층(15a, 15b)이 형성된다. 절연층(15b)의 위에는, 공통 전극이 형성된다. 공통 전극이 형성된 절연층(15b)의 위에는, 절연층(15c)이 형성된다. 절연층(15c)의 위에는, 화소 전극이 형성된다. 절연층(15a 내지 15c)으로서는, 예를 들어 SiN, SiO2 또는 SiN 및 SiO2를 갖는 혼합물이 사용된다. 도시되지 않은 화소 전극과 공통 전극은, 도전성의 금속 산화물을 포함하는 것으로 하여도 된다. 도전성의 금속 산화물로서는, 예를 들어 ITO 등과 같은 투명 도전막이 사용된다.
어레이 기판(11)의 화소 전극에 면하도록, 액정층(12)이 배치되어 있다. 어레이 기판(11)의 투명 기판(14)의 제2 평면은, 액정 표시 장치의 내부에 위치하는 면이다.
투명 기판(7)의 제2 평면(액정 패널(6)의 표시면)에는, 편광판(131)이 구비된다. 투명 기판(14)의 제2 평면(액정 패널(6)의 장치 내부)에는, 편광판(132)이 구비된다.
본 실시 형태에 있어서, 얼라인먼트 마크(5)는, 예를 들어 컬러 필터 CF의 1색째에 의해 형성되어도 된다. 얼라인먼트 마크(5)는, 투명 기판(7) 위에 적어도 2부분 형성된다. 얼라인먼트 마크(5)는, 예를 들어 컬러 필터 CF의 재료인 포토레지스트에 의해 도포막이 형성된 후의 노광 공정에 있어서, 위치 정렬을 위해 사용된다.
이하에서, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1)의 제조 방법을 설명한다.
도 4a 내지 도 4g는, 컬러 필터 기판(1)의 제조 방법의 일례를 나타내는 상태 천이도이다.
컬러 필터 기판(1)의 제조 장치로서는, 예를 들어 도포 장치, 건조기, 노광 장치, 현상 장치, 경막 장치 등이 사용된다. 대표적인 건조기 및 경막 장치로서, 클린 오븐 및 핫 플레이트 등이 사용된다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 투명 기판(7)의 위에 녹색 레지스트 GR(착색 조성물, 제1 레지스트층)이 형성된다. 예를 들어, 녹색 레지스트 GR은, 투명 기판(7)의 전체면에, 건조 후의 도막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 가공 대상의 기판은, 클린 오븐 내에서, 70℃에서 20분간 프리베이크되고, 그 후, 기판은 실온에서 냉각된다. 그리고, 기판에 대하여 초고압 수은 램프를 사용하여 포토마스크를 개재하여 자외선이 노광된다. 이때, 예를 들어 기판의 단부면을 기준으로 하여, 녹색 레지스트 GR을 사용하여 십자 형상의 얼라인먼트 마크(5)가 형성된다. 그 후, 상기 기판에 대하여 23℃의 탄산나트륨 수용액을 사용하여 스프레이 현상을 행하고(패터닝), 이온 교환수로 세정하고, 풍건한다. 그 후, 기판에 대하여 220℃에서 열처리, 경막화(큐어)이 이루어지고, 도 4b에 도시한 바와 같이, 투명 기판(7)의 위에 녹색 필터 GF(제1 컬러 필터)와, 녹색 필터 GF로 둘러싸인 제1 필터 개구부(61)와 제2 필터 개구부(62)가 형성된다. 여기서, 제1 필터 개구부(61)는, 후속 공정에서 형성되는 적색 필터 RF가 배치되는 개구부이다. 또한, 제2 필터 개구부(62)는, 후속 공정에서 형성되는 청색 필터 BF가 배치되는 개구부이다.
또한, 녹색 필터 GF는, 상기와 같은 포토리소그래피법이 아니라, 공지의 드라이 에칭법을 이용하여 고정밀로 형성되어도 된다.
다음으로, 도 4c에 도시한 바와 같이, 녹색 필터 GF, 제1 필터 개구부(61) 및 제2 필터 개구부(62)를 덮도록, 가공 대상의 기판 위에, 적색 레지스트 RR(제2 레지스트층)이 형성된다. 예를 들어, 적색 레지스트 RR은, 건조 후의 막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 기판은, 얼라인먼트 마크(5)를 사용하여 위치 정렬을 행하고, 노광 장치에 의해 노광되고, 현상 장치에 의해 현상되어(패터닝), 도 4d에 도시한 바와 같이, 2개의 녹색 필터 GF의 사이에 위치하는 제1 필터 개구부(61)에 적색 레지스트 RR(적색 필터 RF)이 형성된다. 또한, 녹색 필터 GF 및 제2 필터 개구부(62) 위에 형성된 적색 레지스트 RR은 제거된다.
다음으로, 열처리 공정을 행함으로써, 적색 레지스트 RR에 열 플로우성(열처리에 의한 유동화)을 부여하고, 제1 필터 개구부(61) 내에서 적색 레지스트 RR을 유동시켜서, 열처리에 의한 경막에 의해 적색 레지스트 RR로부터 적색 필터 RF(제2 컬러 필터)를 형성함으로써, 도 4c 및 도 4d에 도시한 바와 같이, 얼라인먼트 오차인 위치 어긋남 ρ를 흡수할 수 있어, 평탄한 적색 필터 RF를 형성할 수 있다. 이에 의해, 녹색 필터 GF와 간극 없이 인접하도록 적색 필터 RF가 형성된다. 이때, 녹색 필터 GF와 적색 필터 RF가 겹치는 것에 기인하는 돌기는 형성되지 않는다.
적색 필터 RF를 형성하기 위한 현상이나 경막의 공정은, 녹색 필터 GF의 형성과 마찬가지이다.
다음으로, 도 4e에 도시한 바와 같이, 녹색 필터 GF, 적색 필터 RF 및 제2 필터 개구부(62)를 덮도록, 가공 대상의 기판 위에, 청색 레지스트 BR(제3 레지스트층)이 형성된다. 예를 들어, 청색 레지스트 BR은, 건조 후의 막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 기판은, 건조기에 의해 건조되어, 얼라인먼트 마크(5)를 사용하여 위치 정렬을 행하고, 노광 장치에 의해 노광되고, 현상 장치(패터닝)에 의해 현상되어, 도 4f에 도시한 바와 같이, 2개의 녹색 필터 GF의 사이에 위치하는 제2 필터 개구부(62)에 청색 레지스트 BR(청색 필터 BF)이 형성된다. 또한, 녹색 필터 GF 및 적색 필터 RF 위에 형성된 청색 레지스트 BR은 제거된다.
다음으로, 열처리 공정을 행함으로써, 청색 레지스트 BR에 열 플로우성을 부여하고, 제2 필터 개구부(62) 내에서 청색 레지스트 BR을 유동시켜서, 열처리에 의한 경막에 의해 청색 레지스트 BR로부터 청색 필터 BF(제3 컬러 필터)를 형성함으로써, 도 4e 및 도 4f에 도시한 바와 같이, 얼라인먼트 오차인 위치 어긋남 ρ를 흡수할 수 있어, 평탄한 청색 필터 BF를 형성할 수 있다. 이에 의해, 녹색 필터 GF 및 적색 필터 RF와 간극 없이 인접하도록 청색 필터 BF가 형성된다. 이때, 녹색 필터 GF와 청색 필터 BF가 겹치는 것에 기인하는 돌기 또는 적색 필터 RF와 청색 필터 BF가 겹치는 것에 기인하는 돌기는 형성되지 않는다. 청색 필터 BF를 형성하기 위한 현상이나 경막의 공정은, 녹색 필터 GF의 형성과 마찬가지이다.
상기의 제조 공정에 있어서는, 투명 기판(7) 위에, 최초로 녹색 레지스트 GR을 사용하여 십자 형상의 얼라인먼트 마크(5)를 형성하였다. 본 발명은 이와 같은 얼라인먼트 마크(5)로 한정되지 않는다.
예를 들어, 차광성 색재의 주재로서 카본을 포함하는 차광층(제1 차광층)을 프레임 영역에 형성하는 경우에, 이 차광층과 동일한 재료에 의해 얼라인먼트 마크를 형성하여도 된다. 또한, 유기 안료를 포함하는 차광층(제2 차광층)을 형성한 후에, 상기와 같이 카본을 포함하는 재료로 형성된 얼라인먼트 마크에 적외광을 조사하고, 얼라인먼트 마크의 위치를 검출(인식)함으로써, 패터닝에 사용되는 포토마스크와 투명 기판과의 위치 정렬을 행하여도 된다.
다음으로, 도 4g에 도시한 바와 같이, 녹색 필터 GF, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF의 위에 투명 수지층(9)이 형성된다. 투명 수지층(9)은, 녹색 필터 GF, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF에 포함되는 유기 안료에 의한 오염을 방지하고, 또한 컬러 필터 기판(1)의 평탄성을 더 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 투명 수지층(9) 위에 대향 전극(10)이 형성되어도 된다. 대향 전극(10)은, 예를 들어 도전성의 금속 산화물의 박막, 보다 구체적으로는 예를 들어 ITO에 의해 형성되어도 된다. 이에 의해, 상기의 도 2의 컬러 필터 기판(1)이 형성된다.
본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1)이 액정 표시 장치에 적용되는 경우에는, 투명 수지층(9) 또는 대향 전극(10) 위에 배향막이 형성되어도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 화소 형상은 직사각 형상이지만, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 화소 형상을 V자 형상(doglegged shape)으로 하여도 된다. 이 경우, 녹색 필터 GF, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF는, V자 형상이 세로 방향으로 연결된 선 형상 패턴을 갖는다. 이와 같은 V자 형상의 패턴을 사용함으로써, 액정 표시 장치의 시야각을 확장할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 있어서는, 평면에서 볼 때, 적색 필터 RF의 선 형상 패턴과 청색 필터 BF의 선 형상 패턴이, 녹색 필터 GF의 선 형상 패턴에 의해 간극 없이 사이에 끼워진다.
본 실시 형태에 있어서는, 녹색 필터 GF, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 중, 녹색 필터 GF가 최초로 형성된다.
녹색 필터 GF를 형성하기 위해서 사용되는 녹색 레지스트 GR은, 안료 비율이 높다. 이로 인해, 상기와 같이 포토리소그래피법에 의해 녹색 필터 GF가 형성된 경우에도, 녹색 필터 GF의 단면 형상은 양호하다. 또한, 녹색 필터 GF는 시감도가 높고, 형상이 좋은 녹색 필터 GF를 형성함으로써, 얼룩이 없는 균질한 표시를 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 서로 인접하는 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF는, 두께 방향으로 서로 겹치지 않는다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 녹색 필터 GF, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 중, 큰 열 플로우성을 갖는 청색 필터 BF가 마지막으로 형성된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 컬러 필터층(8)에 있어서, 컬러 필터 CF의 두께와, 차광층 BLK1, BLK2의 조합 두께는, 거의 동일하다. 이에 의해, 컬러 필터 기판(1)의 정밀도 및 평탄성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 의해 얻어지는 효과를 도 6 내지 도 9를 이용하여 설명한다.
도 6은, 투명 기판(7)의 위에 차광층인 블랙 매트릭스 BM을 형성하고, 그 위에, 또한 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF를 형성한 종래의 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 단면도이다.
통상의 포토리소그래피법에 의해 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF를 형성하면, 블랙 매트릭스 BM의 위에 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF 중 2개의 필터가 겹치고, 볼록부(16)가 형성된다. 이와 같은 볼록부(16)는, 컬러 필터 기판의 평탄성을 저하한다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1)에서는, 서로 인접하는 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF는 두께 방향으로 서로 겹치지 않는다.
도 6에 도시한 종래의 컬러 필터 기판에 있어서는, 블랙 매트릭스 BM과 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF가 겹침으로써 볼록부(16)(돌기)가 발생하고, 이 볼록부(16)에 의해 광 누설이 발생하여 콘트라스트가 저하되는 경우가 있다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1)은, 유효 표시 영역(2)에, 블랙 매트릭스 BM이 존재하지 않아, 평탄성을 매우 높게 할 수 있어, 콘트라스트 저하를 억제할 수 있다.
도 7은, 촬상 소자로서 주지의 베이어 배열의 녹색 필터 GF를 형성하기 위한 포토마스크 일례를 나타내는 평면이다. 이와 같은 포토마스크는, 예를 들어 특허문헌 11에서 사용된다. 이 도 7의 흰색의 개구 영역(컬러 필터가 형성되지 않은 영역)은, 통상, 녹색 필터 GF의 형성 시에 형성된다. 녹색 필터 GF의 형성 영역의 코너부 C1에 있어서의 노광의 패턴 제어는 어렵다.
도 8은, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF의 백화(white spots)부 C2의 일례를 나타내는 평면도이다. 노광에 사용하는 포토마스크에 있는, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF, 및 녹색 필터 GF의 각각 패턴에 있어서 포토마스크 개구부가 동일한 크기의 경우, 적색 필터 RF, 청색 필터 BF, 및 녹색 필터 GF의 각각은, 동일한 크기로 형성되고, 결과적으로, 필터의 형성이 없는 백화부 C2가 발생하는 경우가 있다.
도 9는, 과도한 노광으로 발생하는 녹색 필터 GF의 연결부 C3의 일례를 나타내는 평면도이다. 예를 들어, 특허문헌 11과 같이, 고체 촬상 소자에 구비되는 포토다이오드는, 각각 화소 개구부보다 작다. 이로 인해, 상기와 같은 백화부 C2 및 연결부 C3의 영향은 작다.
그러나, 이면에 백라이트 유닛을 구비하는 액정 표시 장치에서는, 백화부 C2는 광 누설의 원인으로 된다. 또한, 과도한 노광으로 발생하는 연결부 C3은, 녹색 필터 GF의 면적 비율을 증가시키고, 적·녹·청의 색 밸런스를 무너뜨리게 된다. 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에 있어서는, 상기와 같은 색 밸런스의 무너짐 및 백화를 피할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1)은, 동일색이 배열로 되는 띠 형상, 스트라이프 형상, V자 형상을 포함하는 선 형상 패턴을 갖기 때문에, 베이어 배열에서의 백화부 C2 및 연결부 C3이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 간극이 없는 고정밀도로 컬러 필터 기판(1)을 형성할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1) 및 이 컬러 필터 기판(1)을 구비하는 표시 장치는, 예를 들어 250ppi 또는 화소 폭이 25㎛ 이하의 고화질 표시에 적합하다.
본 실시 형태에 있어서는, 컬러 필터 기판(1)의 프레임 영역(3)까지 컬러 필터 CF가 연신되고, 유효 표시 영역(2)과 프레임 영역(3)에 컬러 필터 CF가 형성된다. 유효 표시 영역(2)에서의 컬러 필터 CF의 두께와, 프레임 영역(3)에서의 컬러 필터 CF의 두께는, 거의 동일하다. 이와 같은 컬러 필터 기판(1)의 구성에 의해, 컬러 필터 기판(1)에 콘트라스트 저하의 원인이 되는 볼록부가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 컬러 필터 기판(1)에 있어서는, 프레임 영역(3)에 차광층이 형성되지 않기 때문에, 차광층을 형성하기 위한 공정을 생략할 수 있다.
그러나, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 컬러 필터 기판(17)은, 유효 표시 영역(2)에 컬러 필터 CF를 구비하고, 프레임 영역(3)에 차광층 BLK1, BLK2를 구비하여도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 컬러 필터 기판(17)의 컬러 필터층(8)은, 유효 표시 영역(2)에 컬러 필터 CF를 포함하고, 프레임 영역(3)에 차광층 BLK1, BLK2를 포함한다. 차광층 BLK1, BLK2는, 컬러 필터 기판(17)의 두께 방향(액정 표시면에 수직인 방향)에서 겹쳐 있다. 컬러 필터 기판(17)에 있어서, 유효 표시 영역(2)의 컬러 필터 CF의 두께와, 프레임 영역(3)의 차광층 BLK1, BLK2의 조합 두께은, 거의 동일하다. 이와 같은 컬러 필터 기판(17)의 구성에 의해, 컬러 필터 기판(17)에 콘트라스트 저하의 원인이 되는 볼록부(돌기)가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태는, 상기의 제1 실시 형태의 변형예이다. 본 실시 형태에서는, 녹색 필터 GF의 형성 방법의 변형예에 대해서 설명한다.
도 11a 내지 도 11d는, 본 실시 형태에 따른 녹색 필터 GF의 형성 방법에 관한 공정의 각각의 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11a에 도시한 바와 같이, 투명 기판(7)의 위에, 녹색 레지스트 GR이 형성된다. 예를 들어, 녹색 레지스트 GR은, 투명 기판(7)의 전체면에, 건조 후의 도막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포되고, 건조, 경막화된다.
다음으로, 도 11b에 도시한 바와 같이, 녹색 레지스트 GR의 위에, 포지티브형 감광성 레지스트층(18)이 형성된다.
다음으로, 도 11c에 도시한 바와 같이, 포지티브형 감광성 레지스트층(18)이 선 형상 패턴으로 성형된다. 이 선 형상 패턴은, 녹색 필터 GF의 선 형상 패턴과 동일하다. 선 형상 패턴의 성형은, 예를 들어 주지의 포토리소그래피법에 의해 행해진다.
다음으로, 도 11d에 도시한 바와 같이, 포지티브형 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴과 함께, 녹색 레지스트 GR이 드라이 에칭된다. 이에 의해, 선 형상 패턴의 녹색 필터 GF가 형성된다.
포지티브형 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴은, 에칭 시에 제거된다. 그러나, 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴의 일부는 남겨져도 되며, 또는 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴은 박막액으로 제거되어도 된다.
에칭의 종점은, 유리인 투명 기판(7)의 성분 예를 들어 Si(실리콘)을 검출함으로써 결정할 수 있다. 녹색 필터 GF의 단면 형상을 수직으로 근접하기 위해서, 에칭에는, 수직 방향으로 에칭을 행하는 이방성 에칭을 사용하는 것이 바람직하다. 녹색 필터 GF의 단면 형상은, 에칭 장치에 도입하는 가스의 조성, 에칭레이트 또는 자장 조건에 의해 제어 가능하다.
적색 필터 RF 및 청색 필터 BF의 형성은, 상기의 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 포토리소그래피법 등을 이용하여 행해진다.
또한, 드라이 에칭은, 예를 들어 리액티브 이온 에칭 장치 등과 같은 에칭 장치를 사용하거나, 혹은, 프론 가스, 산소, 또는 할로겐 화합물 가스 등을 사용하여 행해진다. 예를 들어, CF4 가스, C3F8 가스, 또는 할로겐 화합물 가스 등의 혼합 가스를 사용하여 에칭이 행해지고, 그 후 에칭 장치 내의 가스를 산소로 치환하여 슬라이트리 에칭이 행하여져도 된다. 이에 의해, 녹색 필터 GF가 형성된 후의 기판 표면의 습윤성을 향상시킬 수 있고, 다음에 형성되는 적색 필터 RF, 청색 필터 BF의 열 경화 시의 유동성을 향상시킬 수 있어, 각 필터 간의 얼라인먼트 오차를 흡수하는 것이 용이해진다. 일반적으로, 청색 필터 BF의 형성에 사용되는 청색 레지스트 BR은, 열 경화 시에 유동하기 쉽기 때문에, 청색 필터 BF의 형성은, 컬러 필터 형성에 있어서 2번째 이후인 것이 바람직하다.
(제3 실시 형태)
본 실시 형태는, 상기 제1 및 제2 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판과 그 제조 방법의 변형예에 대하여 설명한다.
도 12a 및 도 12b는, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(17)의 제조 방법에 관한 공정의 각각의 중간 제품의 일례를 나타내는 단면도이다.
본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(17)에 있어서, 적색 필터 RF는, 평면에서 볼 때, 녹색 필터 GF와 청색 필터 BF의 사이에 구비되고, 녹색 필터 GF와 청색 필터 BF를 구분한다.
본 실시 형태에 있어서, 녹색 필터 GF와 청색 필터 BF의 가로 폭은 W1이다. 적색 필터 RF의 가로 폭은 W2이다. W2는, W1의 거의 1/2로 한다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 투명 기판(7)의 위에 적색 레지스트 RR(적색 감광성 착색 조성물, 제1 레지스트층)이 형성된다. 예를 들어, 적색 레지스트 RR은, 투명 기판(7)의 전체면에, 건조 후의 도막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포되고, 건조, 경막화된다.
다음으로, 도 12b에 도시한 바와 같이, 적색 레지스트 RR의 위에 포지티브형 감광성 레지스트층(18)이 형성된다.
다음으로, 도 12c에 도시한 바와 같이, 예를 들어 기판 단부면을 기준으로 하여 위치 정렬을 행하고, 포지티브형 감광성 레지스트층(18)이 선 형상 패턴으로 성형된다. 이 선 형상 패턴은, 적색 필터 RF의 선 형상 패턴과 동일하다. 선 형상 패턴 및 얼라인먼트 마크의 성형은, 예를 들어 주지의 포토리소그래피법에 의해 행해진다. 이때, 기판의 단부에 대하여 예를 들어 적색 레지스트 RR을 사용하여 십자 형상의 얼라인먼트 마크(5)가 형성된다.
다음으로, 도 12d에 도시한 바와 같이, 포지티브형 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴과 함께, 적색 레지스트 RR이 드라이 에칭된다. 이에 의해, 선 형상 패턴의 적색 필터 RF(제1 컬러 필터)가 형성된다.
포지티브형 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴은, 에칭 시에 제거된다. 그러나, 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴의 일부는 남겨져도 되며, 또는 감광성 레지스트층(18)의 선 형상 패턴은 박막액으로 제거되어도 된다.
에칭의 종점은, 유리인 투명 기판(7)의 성분 예를 들어 Si(실리콘)을 검출함으로써 결정할 수 있다. 적색 필터 RF의 단면 형상을 수직으로 접근하기 위해서, 에칭에는, 수직 방향으로 에칭을 행하는 이방성 에칭을 사용하는 것이 바람직하다. 적색 필터 RF의 단면 형상은, 에칭 장치에 도입하는 가스의 조성, 에칭레이트 또는 자장 조건에 의해 제어 가능하다.
도 12e 내지 도 12i는, 상기 도 4c 내지 도 4g와 마찬가지이다. 그러나, 상기 도 4c 내지 도 4g는 적색 필터 GF(제2 컬러 필터) 및 청색 필터 BF(제3 컬러 필터)를 형성하는 데 비하여, 도 12e 내지 도 12i는 녹색 필터 GF(제2 컬러 필터) 및 청색 필터 BF(제3 컬러 필터)를 형성하는 점에서 상이하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 녹색 레지스트 GR은 제2 레지스트층에 상당한다.
도 12e 내지 도 12i에서는, 녹색 필터 GF 및 청색 필터 BF가 포토리소그래피법에 의해 형성되고, 적색 필터 GF, 녹색 필터 GF 및 청색 필터 BF의 위에 투명 수지층(9)이 적층된다.
또한, 적색 레지스트 RR 및 적색 필터 RF에 포함되는 적색 안료는, 할로겐화 프탈로시아닌계 안료로 대표되는 녹색 안료 및 청색 안료와 달리, 안료 구조에 포함되는 할로겐 및 금속(안료 구조의 중심화 금속)이 적어, 드라이 에칭에 적합하다. 환언하면, 적색 안료에 있어서는, 드라이 에칭 시의 할로겐 또는 금속에 의한 콘터미네이션을 억제하기 쉽다. 일반적으로, 청색 필터 BF의 형성에 사용되는 청색 레지스트 BR(청색 착색 조성물)은, 열 경화 시에 유동하기 쉽기 때문에, 전술한 바와 같이, 청색 필터 BF의 형성은, 복수의 색의 필터의 형성 순서에 있어서, 2번째 이후인 것이 바람직하다. 통상, 적색 필터 RF 및 녹색 필터 GF는, 청색 필터 BF보다 높은 투과율이기 때문에, 적색 필터 RF와 녹색 필터 GF 중 적어도 한쪽의 선 폭을, 청색 필터 BF의 선 폭의 1/2로 하고, 이 선 폭이 1/2의 필터를 분할하여 배치하여도 된다. 청색은, 시감도가 낮은 색이기 때문에, 선 폭을 1/2 폭으로 분할하는 것은 피하는 것이 바람직하다.
(제4 실시 형태)
본 실시 형태는, 상기 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 변형예, 액정 표시 장치, 및 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 13은, 본 실시 형태에 따른 액정 패널(20)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 13에 도시한 액정 패널(20)에서는, 배향막, 편광판, 편광 필름 등과 같은 광학 필름, 위상차판 등이 생략되었다.
액정 패널(20)은, 컬러 필터 기판(21)과, 대향 기판(11)과, 액정층(12)을 구비한다. 컬러 필터 기판(21)과 대향 기판(11)은, 액정층(12)을 개재하여 마주하고 있다.
컬러 필터 기판(21)에 있어서는, 녹색 필터 GF와 적색 필터 RF의 경계 위, 녹색 필터 GF와 청색 필터 BF의 경계 위, 적색 필터 RF에서의 평면에서 볼 때 세로 방향의 화소 중앙선 위, 청색 필터 BF에서의 평면에서 볼 때 세로 방향의 화소 중앙선의 위에 차광층 BLK2가 형성된다. 그리고, 녹색 필터 GF와 적색 필터 RF와 청색 필터 BF와 차광층 BLK2의 위에 투명 수지층(9)이 형성된다.
어레이 기판(11)에서는, 절연층(15b)의 위에 각 화소에 대응하는 판 형상의 공통 전극(22)이 형성된다. 공통 전극(22)이 형성된 절연층(15b)의 위에 절연층(15c)이 형성된다. 그리고, 절연층(15c)의 위에 화소 전극(23)이 형성된다. 각 화소에, 복수의 화소 전극(23)이 형성된다. 각 화소에 구비되는 복수의 화소 전극(23)은, 평면에서 볼 때 세로 방향의 화소 중앙선에 대하여 대칭으로 배치된다. 예를 들어, 공통 전극(22) 및 화소 전극(23)은, 빗살 형상, 띠 형상, 선 형상, 스트라이프 형상의 패턴으로 형성할 수 있다. 공통 전극(22) 및 화소 전극(23)은, 도전성의 금속 산화물을 포함하는 것으로 하여도 된다. 도전성의 금속 산화물로서는, 예를 들어 ITO등과 같은 투명 도전막이 사용된다.
각 화소에 형성된 복수의 화소 전극(23)은, 액정 구동 소자(33)에 접속되어 있다. 전술한 바와 같이 청색 필터 BF 또는 적색 필터 RF의 가로 폭 W1에 대한 녹색 필터 GF의 가로 폭 W2는 거의 1/2이며, 이 필터의 가로 폭에 따라서, 각 화소에서의 액정 구동 소자(33)의 개수가 상이하다. 구체적으로, 가로 폭 W1에 대하여 1/2인 가로 폭 W2를 갖는 녹색 필터 GF(제1 컬러 필터)에 대응하는 화소에 있어서, 1개의 액정 구동 소자가 화소 전극(23)에 접속되어 있다.
또한, 가로 폭 W2에 대하여 2배의 가로 폭 W1을 갖는 적색 필터 RF(제2 컬러 필터)에 대응하는 화소에 있어서, 2개의 액정 구동 소자가 화소 전극(23)에 접속되어 있다.
마찬가지로, 가로 폭 W2에 대하여 2배의 가로 폭 W1을 갖는 청색 필터 BF(제3 컬러 필터)에 대응하는 화소에 있어서, 2개의 액정 구동 소자가 화소 전극(23)에 접속되어 있다.
다시 말하자면, 어레이 기판에서는 등피치로 복수의 액정 구동 소자(33)가 배열되어 있으며, 이 어레이 기판에 대향하도록 컬러 필터 기판을 배치하면, 선 폭 W2의 2배의 선 폭 W1을 갖는 적색 필터 RF 및 청색 필터 BF에는 2개의 액정 구동 소자가 대응하고, 선 폭 W2를 갖는 녹색 필터 GF에는 하나의 액정 구동 소자가 대응한다.
액정층(12)은, 부의 유전율 이방성의 액정 분자를 구비한다. 액정 분자의 장축(길이 방향)은 기판 평면에 대하여 평행하다. 그러나, 액정 분자는, 정의 유전율 이방성을 갖는 것으로 하여도 된다.
액정 패널(20)에 있어서, 화소 전극(23)과 공통 전극(22)은 절연층(15c)을 개재하여 형성되어 있다.
처리부(31)는, 액정 구동 소자(33)를 제어하고, 화소 전극(23)과 공통 전극(22) 사이의 액정 구동 전압의 인가 상태를 전환한다. 화소 전극(23)과 공통 전극(22)의 사이에 액정 구동 전압이 인가됨으로써, 액정층(12)의 액정 분자가 구동된다. 액정 구동 전압 인가 시, 액정층(12)의 액정 분자는, 수평 방향으로 회전한다.
본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(21)에 있어서는, 투명 기판(7)의 위에 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF가, 예를 들어 평면에서 볼 때 직사각 형상 또는 다각 형상의 패턴으로 형성된다.
컬러 필터 기판(21)의 유효 표시 영역(2)에는, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF가 형성되어 있으며, 프레임 영역(3)에는, 차광층 BLK1, BLK2가 형성되어 있다.
차광층 BLK2는, 가시 영역 차광성 색재의 주재(주체, 주제 또는 주성분)로서 유기 안료를 포함하는 도막 패턴이다. 여기서, 차광성 색재의 주재란, 질량 비율에 있어서, 차광성 색재의 전체 안료의 질량에 대하여 50％를 초과한 질량을 갖는 안료이다. 유효 표시 영역(2)에 있어서, 투명 수지층(9)은, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF를, 차광층 BLK2를 개재하여, 덮도록 형성되어 있다.
예를 들어, 본 실시 형태에 있어서, 유효 표시 영역의 차광층 BLK2와 프레임 영역 BLK2는, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF의 형성 후에 형성된다.
프레임 영역(3)은, 유효 표시 영역(2)(화소 매트릭스부)의 외주 부분이다. 프레임 영역(3)의 차광층 BLK1은, 가시 영역 차광성 색재의 주재(주체, 주제 또는 주성분)로서 카본을 포함한다. 프레임 영역(3)에서는, 차광층 BLK1과 차광층 BLK2가 겹쳐져 있으며, 이에 의해 프레임 영역(3)의 차광성이 향상된다.
본 실시 형태에 있어서, 얼라인먼트 마크(5)는, 차광층 BLK1의 형성 시에, 차광층 BLK1과 동일한 색재로 형성되는 것으로 한다. 또한, 컬러 필터 기판(21)에 있어서 차광층 BLK1을 형성하지 않는 경우에는, 1색째에 착색되는 녹색 필터 GF를 형성하는 녹색 레지스트 GR로 얼라인먼트 마크(5)를 형성할 수 있다.
본 실시 형태의 변형예로서, 예를 들어 도 16에 도시한 바와 같이 투명 수지층(9a)를 컬러 필터 CF(도 16에서는 녹색 필터 GF)의 위에 형성하고, 그 후, 투명 수지층(9a) 위에 차광층 BLK2를 블랙 매트릭스로서, 또한 얼라인먼트 마크(5) 위에 차광층 BLK2의 얼라인먼트 마크를 더 형성하여도 된다. 이 경우, 투명 수지층(9a)을 두껍게 형성하고, 투명 수지층(9b)을 얇게 형성하여도 된다. 이 경우, 차광층 BLK2에 의해 형성된 얼라인먼트 마크는, 그 두께 방향에서, 어레이 기판(11)에 보다 근접할 수 있어, 액정 셀로서의 얼라인먼트 정밀도를 향상시킬 수 있다. 차광층 BLK1에 의해 형성된 얼라인먼트 마크(5)는, 어레이 기판(11)과 그 두께 방향에서, 컬러 필터 CF의 두께만큼, 어레이 기판(11)과 떨어진다. 차광층 BLK2에 의해 형성된 블랙 매트릭스는, 액정층(12)에 가까운 위치이기 때문에, 횡전계 방식 또는 IPS 방식 특유의 인접 화소에 대한 혼색을 억제할 수 있다.
이 액정 표시 장치(24)는, 횡전계 방식 또는 IPS 방식으로 하여도 된다. 화소 전극(23)은, 예를 들어 도 13의 지면에 대하여 수직으로 뻗은 빗살 형상 패턴으로 하여도 된다. 화소 전극(23)은, 절연층(15c)의 위에 형성되고, 공통 전극(22)은, 절연층(15c)의 아래에 형성된다. 액정 표시 장치(24)가 IPS 방식인 경우에는, 컬러 필터 기판(21)은, 통상 투명 전극인 대향 전극은 구비되지 않는다.
도 14는, 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(24)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 14는, 액정 표시 장치(24)의 가로 방향 단면도이다.
액정 표시 장치(24)는, 액정 패널(20)과, 편광판(131, 132)과, 각도 제어부(50a, 51a)와, 광 제어 소자(25)와, 백라이트 유닛(26)을 구비한다. 본 실시 형태에 있어서는, 액정 패널(20)이, 예를 들어 광 제어 소자(25) 및 백라이트 유닛(26)을 구비한 액정 표시 장치(24)를 설명하지만, 액정 패널(20) 자체를 액정 표시 장치라 칭하는 경우도 있다.
액정 패널(20)의 표면(투명 기판(7)의 제2 평면측)에는, 편광판(131)이 구비된다. 액정 패널(20)의 이면(투명 기판(14)의 제2 평면측)에는, 편광판(132)이 구비된다.
편광판(131, 132)은, 복수의 위상차판을 접합하여 형성되어도 된다. 본 실시 형태에 있어서, 한 쌍의 편광판(131, 132)은, 크로스니콜 구성으로 하여도 된다. 예를 들어, 한 쌍의 편광판(131, 132)의 흡수축은 평행으로 한다. 액정 표시 장치(24)는, 편광판(131, 132) 중 어느 하나인 제1 편광판과 액정 패널(20)의 사이에, 제1 편광판의 제1 직선 편광을, 상기 제1 직선 편광과 직교하는 제2 직선 편광으로 변환하는 시상 소자를 구비하여도 된다.
광 제어 소자(25)는, 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 어레이를 포함한다. 광 제어 소자(25)는, 편광판(132)과 백라이트 유닛(26)의 사이에 구비된다.
백라이트 유닛(26)은, 액정 패널(20)의 이면측에, 편광판(132), 광 제어 소자(25)를 개재하여 구비된다. 백라이트 유닛(26)은, 예를 들어 확산판, 도광판, 편광 분리 필름, 재귀 반사 편광 소자 등을 구비하여도 되지만, 이 도 14에서는 생략되었다.
백라이트 유닛(26)은, 각도 제어부(50a, 51a), 광 제어 소자(27), 고체 발광 소자(28a, 28b, 29a, 29b), 반사판(30)을 구비한다. 각도 제어부(50a, 51a)는, 도 30b에 도시한 바와 같이, 고체 발광 소자(28a, 29a)에 설치되어 있다. 이하에 구체적으로 설명하는 바와 같이, 각도 제어부(50a, 51a)는, 고체 발광 소자(28a, 29a)가 출사하는 광의 각도와 조정하는 기능을 갖는다.
광 제어 소자(27)는, 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 어레이를 포함한다.
복수의 고체 발광 소자(28a, 28b)는, 가시광을 발광한다.
복수의 고체 발광 소자(29a, 29b)는, 적외선 또는 자외선을 발광한다.
고체 발광 소자(28a, 28b)는, 예를 들어 발광 파장 영역에 적색, 녹색, 청색의 3파장을 포함하는 백색광을 발하는 백색 LED로 하여도 된다. 고체 발광 소자(28a, 28b)는, 예를 들어 GaN계 청색 LED와 YAG계 형광 물질을 조합한 의사 백색 LED이어도 된다. 고체 발광 소자(28a, 28b)는, 연색성을 높이기 위해서, 적색 LED 등 1색 이상의 주요 피크를 갖는 LED가 의사 백색 LED와 함께 사용되어도 된다. 고체 발광 소자(28a, 28b)로서, 예를 들어 청색 LED에 적색 및 녹색의 형광체를 적층한 광원을 사용하여도 된다.
복수의 고체 발광 소자(28a, 28b)는, 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나를 개별로 발광하는 LED를 포함하는 것으로 하여도 된다. 예를 들어, 처리부(31)는, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED를 시분할(필드 시퀀셜) 발광시켜서, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED와 액정 표시 장치(24)의 화소에 대한 동기 제어를 행한다. 이에 의해, 풀컬러의 표시를 행할 수 있다.
복수의 고체 발광 소자(29a, 29b)에 의해 발광되는 비가시광인 적외광 또는 자외광은, 액정 표시 화면의 위의 예를 들어 손가락 등의 포인터에 대한 조명광으로서 사용된다. 액정 표시 장치(24)는, 예를 들어 어레이 기판(11) 위에 매트릭스 형상으로 복수의 광센서(수광 소자)를 구비하고, 포인터 등으로부터 반사된 조명광의 반사광을 검출함으로써, 터치 센싱을 가능하게 하고, 포인터의 위치 및 움직임을 검출 가능하다. 광센서의 다른 예로서, 액정 표시 장치의 하우징에 실장된 CMOS 또는 CCD 등의 촬상 소자(카메라)가 사용되어도 된다. 이와 같은 광센서는, 터치 센싱 및 촬상 외에, 생체 인증, 개인 인증에 사용되어도 된다.
고체 발광 소자(29a, 29b)는, 청색 LED 또는 자색 LED에, 적외광 변환을 위한 형광체를 도포하여 형성되어도 된다. 고체 발광 소자(29a, 29b)는, 적외선을 발광하는 반도체 레이저로 하여도 된다. 고체 발광 소자(29a, 29b)는, 예를 들어 GaAsP, GaAlAs, AlGaInP 등의 적외선 발광 LED로 하여도 된다. 고체 발광 소자(29a, 29b)는, 예를 들어 평면에서 볼 때, 백라이트 유닛(26)의 단부, 측부, 또는 코너부에 구비되어도 된다. 고체 발광 소자(29a, 29b)는, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED 등과 같은 고체 발광 소자(28a, 28b)와 동렬로, 또는 교대로 배열되어도 된다. 백라이트 유닛(26)에서는, 고체 발광 소자(28a, 28b)와 고체 발광 소자(29a, 29b)는, 각각이 라인 형상으로 배열되어도 된다.
액정 표시 장치(24)의 터치 센싱에서는, 예를 들어 광파장 700㎚ 내지 1100㎚ 또는 광파장 800㎚ 내지 1000㎚의 범위 내에 있는 근적외선을 발광하는 고체 발광 소자(29a, 29b)로부터, 근적외광이 발광된다. 이 근적외광은, 백라이트 유닛(26)으로부터 액정 패널(20)의 표면을 경유하여 출사되고, 포인터를 조명한다. 포인터로부터의 재반사광은, 광센서에 의해 수광되고, 이 수광에 의해 터치 센싱 가능하게 된다. 터치 센싱의 타이밍과 근적외광의 발광 타이밍은, 처리부(31)에 의해 동기시키는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어 광파장 800㎚보다 장파장이며 인간의 눈으로 시인하기 어려운 근적외광이 사용되는 경우에는, 상시 발광이어도 된다. 또한, 청색, 녹색, 적색의 분리에서는, 색 분리에 영향을 미치기 어려운 광파장 800㎚보다 장파장의 근적외 발광을 사용하는 것이 바람직하다.
도 15a 및 도 15b는, 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(24)의 일례를 나타내는 평면도이다. 이 도 15a 및 도 15b는, 액정 표시 장치(24)를, 컬러 필터 기판(21)의 투명 기판(7)의 제2 평면측, 즉, 관찰자측에서 본 상태를 나타내고 있다.
도 16은, 액정 표시 장치(24)에 구비되는 액정 패널(20)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 16은, 도 15b의 A-A' 단면이다. 이 도 16에서는, 녹색 필터 GF의 위에 투명 수지층(9a)이 형성되고, 투명 수지층(9a)의 위에 차광층 BLK2가 부분적으로 형성되며, 투명 수지층(9a) 및 차광층 BLK2의 위에 투명 수지층(9b)이 형성된다.
전술한 바와 같이, 차광층 BLK2는, 가시 영역 차광성 색재의 주재로서 유기 안료를 포함한다.
광센서(34a)(제1 광센서)는, 평면에서 볼 때, 즉, 두께 방향에서, 녹색 필터 GF와 겹친다. 따라서, 광센서(34a)는, 녹색 필터 GF를 투과한 광의 측정 데이터를 생성한다.
광센서(34b)(제2 광센서)는 평면에서 볼 때, 즉, 두께 방향에서, 녹색 필터 GF 및 차광층 BLK2와 겹친다. 따라서, 광센서(34b)는, 녹색 필터 GF 및 차광층 BLK2를 투과한 광의 측정 데이터를 생성한다.
광센서(34b)는, 터치 센싱용 광센서로서 사용되어도 된다. 이 경우, 처리부(31)는, 고체 발광 소자(29a, 29b)의 발광 타이밍과, 광센서(34b)의 수광 타이밍을 동기 제어한다.
녹색 화소에 대응하는 차광층 BLK2의 아래에는, 화소 전극(23)과 전기적으로 접속되어 있는 액정 구동 소자가 구비되어 있다.
도 17은, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 CF의 투과율 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
액정 표시 장치(24)에 적용되어 있는 컬러 필터 CF는, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF를 포함한다. 특성 RL은, 적색 필터 RF의 분광 특성이다. 특성 GL은, 녹색 필터 GL의 분광 특성이다. 특성 BL은, 청색 필터 BF의 분광 특성이다.
적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF의 투과율은, 대체로 광파장 700㎚보다 장파장에서 크게 상이하다.
따라서, 광센서(34a)를 구비하는 액정 표시 장치(24)를 컬러 카피 기기 또는 촬상 장치로서 사용하는 경우, 예를 들어 대체로 광파장 700㎚ 내지 1100㎚의 근적외 영역의 파장에 있어서, 수광 성분을 제거하지 않으면, 고화질의 적색, 녹색, 청색의 색 분리는 곤란하다.
예를 들어 박막 트랜지스터에 포함되는 예를 들어 아몰퍼스 실리콘 또는 폴리실리콘 등의 반도체는, 대체로 광파장 400㎚ 내지 1100㎚의 파장 영역에서 감광한다.
도 18은, 본 실시 형태에 따른 차광층 BLK2의 차광 특성을 나타내고, 대표적으로, 차광 특성 B1L 및 차광층 BLK2의 차광 특성 B2L의 예를 나타낸다.
차광층 BLK1은, 주된 차광성의 색재로서 카본을 포함한다. 차광층 BLK1은, 도 33의 BLKC에 도시한 바와 같이, 광파장 400㎚ 내지 1000㎚를 포함하는 장파장 영역에서, 광의 투과 억제 특성을 갖고 있다.
차광층 BLK2의 투과율은, 대체로 광파장 700㎚ 근방에서 상승되고, 대체로 광파장 750㎚ 근방보다 장파장 영역에서 높아진다. 차광층 BLK2는, 대체로 광파장 660㎚보다 짧은 파장 영역에서, 광을 투과 억제 가능하다.
660㎚보다 장파장 영역에 있어서, 차광층 BLK1, BLK2의 투과율이 50%로 되는 광파장(이하, '반값 파장'이라 함)은, 유기 안료종의 선정 또는 혼합에 의해 670㎚ 내지 800㎚의 범위에서 조정 가능하다.
도 19는, 녹색 필터 GF의 투과 특성 GL과, 녹색 필터 GF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹친 투과 특성 GLBLK와의 일례를 나타내는 그래프이다.
컬러 필터 CF에 포함되는 적색 필터 RF, 청색 필터 BF 및 녹색 필터 GF의 각각의 단색층과, 차광층 BLK2를, 광을 검출하기 위해 겹친 부분은, 광학적 중첩부라 칭하여도 된다.
가시광 영역의 고정밀도의 녹색의 검출 데이터는, 녹색 필터 GF 경유로 검출된 광의 검출 데이터로부터, 녹색 필터 GF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹쳐서 검출된 광의 검출 데이터를 감산하여 얻어진다.
이와 같이, 녹색 필터 GF 경유로 검출된 광의 검출 데이터로부터, 녹색 필터 GF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹쳐서 검출된 광의 검출 데이터를 감산함으로써, 가시광 영역의 녹색의 검출 데이터만을 추출할 수 있다.
도 20은, 적색 필터 RF의 투과 특성 RL과, 적색 필터 RF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹친 투과 특성 RLBLK와의 일례를 나타내는 그래프이다.
가시광 영역의 고정밀도의 적색의 검출 데이터는, 적색 필터 RF 경유로 검출된 광의 검출 데이터로부터, 적색 필터 RF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹쳐서 검출된 광의 검출 데이터를 감산하여 얻어진다.
이와 같이, 적색 필터 RF 경유로 검출된 광의 검출 데이터로부터, 적색 필터 RF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹쳐서 검출된 광의 검출 데이터를 감산함으로써, 가시광 영역의 적색의 검출 데이터만을 추출할 수 있다.
도 21은, 청색 필터 BF의 투과 특성 BL과, 청색 필터 BF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹친 투과 특성 BLBLK와의 일례를 나타내는 그래프이다.
가시광 영역의 고정밀도의 청색의 검출 데이터는, 청색 필터 BF 경유로 검출된 광의 검출 데이터로부터, 청색 필터 BF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹쳐서 검출된 광의 검출 데이터를 감산하여 얻어진다.
이와 같이, 청색 필터 BF 경유로 검출된 광의 검출 데이터로부터, 청색 필터 BF와 차광층 BLK2를 광학적으로 겹쳐서 검출된 광의 검출 데이터를 감산함으로써, 가시광 영역의 청색의 검출 데이터만을 추출할 수 있다.
상기의 감산 처리는, 예를 들어 처리부(31)에 의해 행해진다. 광센서(34a)는, 녹색 필터 GF 경유로 광의 검출 데이터를 생성한다. 광센서(34b)는, 녹색 필터 GF와 차광층 BLK2를 경유하여 광의 검출 데이터를 생성한다.
광센서(34a)의 검출 데이터는, 녹색의 감광 성분과 근적외 영역의 감광 성분을 포함한다. 그러나, 처리부(31)는, 광센서(34a)의 검출 데이터로부터, 광센서(34b)의 검출 데이터를 감산함으로써, 가시광 영역의 부분의 녹색 성분만의 검출 데이터를 추출할 수 있다. 또한, 녹색 필터 GF를, 적색 필터 RF 또는 청색 필터 BF로 치환함으로써, 각각 가시광 영역의 적색 성분의 검출 데이터, 가시광 영역의 청색 성분의 검출 데이터를 추출할 수 있다.
광센서에 감광성의 반도체를 사용하는 경우, 그 밴드 갭을 조정하여, 목적으로 하는 파장 영역에 광센서의 감도 영역을 부여시키는 것이 바람직하다. SiGe 반도체에서는, Ge의 첨가 비율로 밴드 갭을 연속적으로 바꾸고, SiGe 반도체에서 구성되는 수광 소자의 수광 파장을 조정할 수 있어, 적외 영역에서의 감도를 부여할 수 있다. Ge의 농도 구배를 갖게 한 SiGe 반도체를 실현할 수도 있다. 예를 들어, GaAs, InGaAs, PbS, PbSe, SiGe, SiGeC 등의 화합물 반도체를 사용함으로써, 적외광의 검출에 적합한 광센서를 형성할 수 있다. IGZO나 ITZO 등 금속 산화물의 채널층을 갖는 트랜지스터를 광센서(포토트랜지스터)로서 사용하는 경우에는, 그 채널층에 도핑을 행함으로써, 가시 영역이나 적외 영역에 감도를 부여하는 것이 바람직하다.
광역에서의 광의 분리에 사용되는 광센서(34a, 34b)로서, 예를 들어 실리콘 포토다이오드가 선택된다. 이 실리콘 포토다이오드의 구조로서는, pin 또는 pn 구조를 채용할 수 있다. 실리콘계 포토다이오드에 있어서, 광의 입사 방향은, 효율의 관점에서, p형의 반도체면에 광이 입사하는 것이 바람직하다. 그러나, 광의 입사 방향은, 필요에 따라 n형의 반도체면에 광이 입사하여도 된다. p형 반도체막은, 예를 들어 붕소(B)를 포함하는 반도체 재료 가스를 사용하여 플라즈마 CVD에 의해 형성되어도 된다. n형 반도체막은, 예를 들어 인(P)을 포함하는 반도체 재료 가스를 사용하여 플라즈마 CVD에 의해 형성되어도 된다. i형 반도체막은, 이 불순물을 포함하지 않는 반도체 재료 가스를 사용하여 플라즈마 CVD에 의해 형성되어도 된다. 이와 같은 반도체막은, 아몰퍼스 실리콘이어도, 폴리실리콘이어도, 세미아몰퍼스이어도 된다.
이들 실리콘 반도체로 구성되는 광센서(34a, 34b)는, 채널층이 금속 산화물에 의해 형성된 박막 트랜지스터에 의해 스위칭 가능하다. 또는, 실리콘 반도체로 구성되는 광센서(34a, 34b)는, 아몰퍼스 실리콘 또는 폴리실리콘의 박막 트랜지스터에 의해 스위칭 가능하다. 아몰퍼스 실리콘으로부터 폴리실리콘까지의 막질은, 연속적으로 변화하는 실리콘이어도 된다. 예를 들어, 박막 트랜지스터가, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 하프늄, 이트륨 중 2종 이상의 금속 산화물을 포함하는 채널층을 구비하는 경우, 이 박막 트랜지스터는 이동도가 높고 누설 전류가 작다. 이로 인해, 이 박막 트랜지스터는, 고속이며, 또한 저소비 전력으로 스위칭 가능하다. 금속 산화물을 포함하는 채널층을 구비하는 박막 트랜지스터에 의해 광센서(34a, 34b)를 스위칭하는 경우, 광센서(34a, 34b)에 의해 검출되는 광의 강도 분포를, 재현성 있게, 또한 적은 변동에 의해 전기 신호로 변환할 수 있다. 또한, 여기에서의 광센서(34a, 34b)의 스위칭이란, 박막 트랜지스터에 의한 광센서(34a, 34b)의 선택, 또는 박막 트랜지스터에 의한 광센서(34a, 34b)의 리셋을 의미한다. 본 실시 형태에 있어서, 광센서(34a, 34b)의 출력 배선을 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하고, 상기 박막 트랜지스터가 증폭 회로의 소자로서 사용되어도 된다. 박막 트랜지스터의 전환은, 예를 들어 처리부(31)에 의해 제어된다.
박막 트랜지스터 또는 광센서는, 톱 게이트 또는 보텀 게이트 구조의 트랜지스터로 하여도 된다. 갈륨, 인듐, 아연 등의 복합 산화물로 형성되는 산화물 반도체 트랜지스터가 사용되는 경우, 소스 전극 또는 드레인 전극과, 표면 결정화시킨 복합 산화물에 의한 채널층을 전기적으로 접촉시키는 보텀 게이트 구조가 바람직하다. 표면 결정화된 복합 산화물에 의한 채널층은, 전기적으로 안정됨과 함께, 높은 전자 이동도를 갖는다. 보텀 게이트 구조에서는, 소스 전극 또는 드레인 전극과 결정화된 채널층을 전기적으로 접속 가능하다. 이들 트랜지스터는, 채널층의 영역이 1개 형성되는 싱글 게이트 구조이어도, 2개 형성되는 더블 게이트 구조이어도, 3개 형성되는 트리플 게이트 구조이어도 된다. 이 트랜지스터는, 채널층의 영역의 상하에 게이트 절연막을 개재하여 배치된 2개의 게이트 전극을 구비한 듀얼 게이트 구조이어도 된다. 멀티 게이트 구조의 트랜지스터에서는, 각각의 게이트 전극에 서로 다른 전압이 인가되어도 된다. 예를 들어, 어레이 기판(11) 위에 듀얼 게이트 구조의 트랜지스터를 복수 사용하여, 액정 구동의 드라이버 등의 전기 회로를 투명 기판(14) 위에 형성하여도 된다.
입체 화상 표시 또는 예를 들어 4000 화소×2000 화소의 다화소 표시에서는, 응답 속도가 4.0msec 이하, 바람직하게는 2.0msec 내지 0.5msec의 액정의 고속 응답이 필요하다. 특히, 입체 화상 표시에서는, 우안용, 좌안용의 영상 신호, 돌출되는 화상의 신호, 안쪽에 표시되는 배경 화상 신호, 적색, 녹색, 청색의 색 신호 등의 많은 신호를, 최소 단위의 액정 구동 시간(1프레임) 내에서 처리할 필요가 있다. 1프레임 내에서, 터치 센싱 또는 촬상을 행하는 경우에는, 처리할 신호는 더 많아진다. 이들 경우에, 산화물 반도체인 금속 산화물을 채널로서 사용하는 박막 트랜지스터는, 적합하다. 우선, 산화물 반도체에 의한 트랜지스터는, 전자의 이동도가 높고, 예를 들어 2.0msec 내지 0.5msec의 고속 스위칭 가능하며, 입체 화상 표시 및 다화소 표시에 적절하다. 또한, 산화물 반도체에 의한 트랜지스터는, 전기적인 내압이 매우 높고, 액정 구동의 수 V에서 수십 V, 또는 이 이상의 전압에 대한 내압 특성을 갖고, 또한 누설 전류가 적어, 저소비 전력으로 스위칭 가능하다. 예를 들어, 시판중인 실리콘 반도체에서의 액정 구동 소자는, 내압이 7V 전후에서 액정을 고속 구동할 수 있는 높은 전압을 인가할 수 없다. 종래의 IPS라 불리는 수평 배향의 액정 응답은, 약 4msec 전후이며, 입체 화상 표시의 하한에 대하여 충분한 속도가 아니다. 종래의 VA라 불리는 수직 배향의 액정 응답은, 약 3msec 전후에서, 입체 화상 표시의 하한에 가깝다. 그러나, 산화물 반도체에 의한 트랜지스터는, 8V 이상의 높은 전압으로 구동 가능하며, 약 2.0msec 내지 0.5msec의 고속 응답에 의해 저소비 전력으로 구동 가능하다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에 의한 입체 화상 표시 또는 다화소 표시에서는, 산화물 반도체의 박막 트랜지스터가 적용되는 것이 바람직하다.
산화물 반도체와 같은 트랜지스터를 구비하는 어레이 기판의 금속 배선으로서, 구리 혹은 구리 합금을 표층으로서 구비한 적어도 2층의 금속 배선을 채용할 수 있다. 금속 배선은, 예를 들어 구리에 대하여, 마그네슘, 티타늄, 니켈, 몰리브덴, 인듐, 주석, 아연, 알루미늄, 칼슘, 베릴륨 등으로부터 1 이상 선택되는 원소를 첨가한 구리 합금을 채용할 수 있다. 구리에 첨가하는 원소는 이들로 한정되지 않고, 구리에 대한 첨가량은, 구리의 원자 퍼센트에 대하여 3 원자 퍼센트 이하인 것이 바람직하다.
또한, 여기에서 의미하는 금속 배선의 표층이란, 어레이 기판을 두께 방향을 따른 단면으로서 보았을 때, 액정층측(광센서측)에 위치하는 금속층(제1 금속층)을 가리킨다. 표층의 구리 혹은 구리 합금에 대하여, 하부에 위치하는 금속층(제2 금속층)은 어레이 기판측에 위치한다.
제2 금속층에는, 티타늄, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐 등의 고융점 금속 혹은 이들 합금을 바람직하게 채용할 수 있다. 제1 금속층의 구리 혹은 구리 합금과, 에칭 레이트가 가까운 티타늄 합금을 제2 금속층으로서 선택할 수 있다. 구리 혹은 구리 합금의 막 두께 및 제2 금속층의 막 두께는, 예를 들어 각각 50㎚ 내지 500㎚의 범위로 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
산화물 반도체층, 구리 혹은 구리 합금을 표층으로 하는 제1 금속층, 제2 금속층의 성막 방법은 한정되지 않지만, 스퍼터링에 의한 진공 성막이 생산 효율의 면에서 바람직하다. 스퍼터링 성막 장치에 의해, 높은 스루풋으로, 대면적의 투명 기판에 대하여 효율적으로 제1 금속층, 제2 금속층으로 이루어지는 금속 배선을 성막할 수 있다. 구리 혹은 구리 합금과, 산화물 반도체층 모두 각각 선택적으로 웨트 에칭의 방법에 의해 그들의 패턴 형성이 가능하다. 드라이 에칭 장치 등, 고가의 장치를 사용할 필요가 없다. 구리 혹은 구리 합금과 산화물 반도체의 제조 공정에서의 정합성은 매우 높아, 저비용화의 관점에서 바람직하다. 구리 혹은 구리 합금은, 도전성이 양호하기 때문에, 배선 저항을 내려서 액정 구동의 저소비 전력화가 가능하다.
산화물 반도체의 채널층을 구비하는 트랜지스터는, 예를 들어 보텀 게이트 구조, 톱 게이트 구조, 더블 게이트 구조, 듀얼 게이트 구조 등의 트랜지스터를 채용할 수 있다.
도 22는, 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(24)의 3차원 표시 상태의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 22는, 액정 표시 장치(24)의 가로 방향 단면도이다.
액정 표시 장치(24)에서는, 백라이트 유닛(26)의 양 사이드에 배치되어 있는 고체 발광 소자(28a, 28b)에 의한 가시광 발광이, 우안(35a)용과 좌안(35b)용으로 나뉜다. 처리부(31)는, 고체 발광 소자(28a, 28b)의 발광 타이밍과 액정 구동 타이밍을 제어 또는 동기하여, 3차원 표시를 행한다.
본 실시 형태에서는, 가시광 또는 비가시광의 조명광이 관찰자의 양안 망막에서 반사한다. 광센서는,이 반사광을 검출한다. 처리부(31)는, 광센서의 검출 데이터에 기초하여, 관찰자의 위치 정보를 생성한다. 처리부(31)는, 관찰자의 위치 정보에 기초하여, 고체 발광 소자(28a, 28b)로부터 출사되는 출사광의 각도 β를 조정하고, 출사광(36a, 36b)의 표시면에서 출사되는 출사광의 각도 α를, 관찰자의 양안 위치에 맞춰서 조정한다. 고체 발광 소자(28a)에는, 각도 제어부(50a)가 설치되어 있으며, 각도 제어부(50a)가 구동함으로써, 고체 발광 소자(28a)로부터 출사되는 출사광의 각도 β가 조정되고, 결과적으로 각도 α가 조정된다. 각도 제어부(50a)는, 도 30b를 참조하여 이하에 구체적으로 설명한다.
출사광(36a, 36b)의 각도 α는, 삼각기둥 프리즘 프리즘(27a)의 1/2 꼭지각 ε에 의해 조정되어도 된다. 그러나, 1/2 꼭지각은 가변하도록 조정할 수 없기 때문에, 용도에 따라서 미리 설정할 필요가 있다. 또한, 성인인 관찰자의 양안이, 표시면에서 30cm 정도의 거리에 위치하는 경우, 표시면으로부터 출사되는 출사광 각도 α는, 약 6°내지 8°의 범위 내로 함으로써 3차원 화상의 시인성을 향상시킬 수 있다. 복수의 관찰자에 대하여 액정 표시 장치(24)가 사용되는 경우, 상기의 출사광 각도 α는 확대되어도 된다. 처리부(31)는, 관찰자 또는 포인터의 위치 정보 및 움직임 정보를, CMOS 또는 CCD 등과 같은 촬상 소자(예를 들어 카메라)에 의해 검출된 적외선 또는 자외선에 기초하여 생성한다. 이와 같은 관찰자 또는 포인터의 위치 정보 및 움직임 정보의 생성에는, CMOS 또는 CCD 대신에, 어레이 기판(11)의 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 광센서를 사용할 수도 있다.
액정 표시 장치(24)는, 어레이 기판(11)에 광센서를 구비한다. 광센서(32)는, 외부로부터 입사광을 수광하고, 또는 백라이트 유닛(26)으로부터 출사된 광에 기초하는 피사체 반사광을 수광한다. 처리부(31)는, 광센서(32)의 검출 데이터에 기초하여, 색 분리 또는 터치 센싱을 행한다. 예를 들어, 광센서는, 자외 영역 또는 적외 영역 발광 LED 등과 같은 고체 발광 소자(29a, 29b)로부터 출사된 특정 파장광을 검출한다. 액정 표시 장치(24)는, 예를 들어 액정 표시면에 놓인 인쇄물에 백라이트 유닛(26)으로부터의 광을 조사하고, 반사광을 수광하여, 카피 장치로서 이용되어도 된다.
도 23은, 다이렉트 카피에 사용되는 액정 표시 장치(37)의 일례를 나타내는 단면도이다.
다이렉트 카피에서는, 인쇄물(38) 또는 사진 등과, 컬러 필터 기판(39)이 마주한다. 도 23에서는, 컬러 필터 기판(39)이 하측이며, 백라이트 유닛(40)이 상측에 배치되어 있다. 액정 표시 장치(37)는, 백색 표시를 행하고, 인쇄물(38)을 향해 광을 조사하고, 직접 카피를 행한다.
이하에서, 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(21)의 제조 방법을 설명한다.
우선, 투명 기판(7) 위에 흑색 레지스트 1이 형성된다. 예를 들어, 흑색 레지스트 1은, 투명 기판(7)의 전체면에, 건조 후의 도막 두께가 1.5㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 가공 대상의 기판은, 클린 오븐 내에서, 70℃에서 20분간 프리베이크되고, 그 후, 기판은 실온에서 냉각된다. 그리고, 기판에 대하여 초고압 수은 램프를 사용하여, 포토마스크를 개재하여 자외선이 노광된다. 이때, 기판의 최외주 일부에 대하여 예를 들어 흑색 레지스트 1을 사용하여 십자 형상의 얼라인먼트 마크(5)가 형성된다. 그 후, 상기 기판에 대하여 23℃의 탄산나트륨 수용액을 사용하여 스프레이 현상하고, 이온 교환수로 세정하고, 풍건한다. 그 후, 기판에 대하여, 220℃에서 열처리, 경막화가 이루어지고, 투명 기판(7) 위에 차광층 BLK1이 형성된다.
차광성 색재의 주재로서 카본을 포함하는 차광층 BLK1의 도막 패턴은, 예를 들어 유효 표시 영역(2)의 4변을 둘러싸는 패턴으로 한다. 차광층 BLK1과 함께, 얼라인먼트 마크(5)가 투명 기판(7)의 단부에 형성된다.
다음으로, 가공 대상의 기판 위에, 적색 레지스트 RR이 형성된다. 예를 들어, 적색 레지스트 RR은, 건조 후의 막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 기판은, 얼라인먼트 마크(5)를 사용하여 위치 정렬을 행하고, 노광 장치에 의해 노광되고, 현상 장치에 의해 현상되어, 스트라이프 형상의 적색 필터 RF가 형성된다. 현상 및 경막의 공정은, 차광층 BLK1과 마찬가지이다.
다음으로, 녹색 레지스트 GR이 형성된다. 예를 들어, 녹색 레지스트 GR은, 건조 후의 막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 기판은, 얼라인먼트 마크(5)를 사용하여 위치 정렬을 행하고, 노광 장치에 의해 노광되고, 현상 장치에 의해 현상되어, 스트라이프 형상의 녹색 필터 RF가 형성된다. 현상 및 경막의 공정은, 차광층 BLK1과 마찬가지이다.
다음으로, 청색 레지스트 BR이 형성된다. 예를 들어, 청색 레지스트 BR은, 건조 후의 막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 기판은, 얼라인먼트 마크(5)를 사용하여 위치 정렬을 행하고, 노광 장치에 의해 노광되고, 현상 장치에 의해 현상되어, 스트라이프 형상의 청색 필터 BF가 형성된다. 현상 및 경막의 공정은, 차광층 BLK1과 마찬가지이다.
상기와 같은 공정에 의해, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF가 형성된 후, 가공 대상의 기판 위에, 흑색 레지스트 2가 형성된다. 예를 들어, 흑색 레지스트 2는, 가공 대상의 기판 전체면에, 건조 후의 도막 두께가 1.0㎛가 되도록 도포된다. 이어서, 가공 대상의 기판은, 클린 오븐 내에서, 70℃에서 20분간 프리베이크되고, 그 후, 기판은 실온에서 냉각된다.
그리고, 기판이 노광 장치에 세트된다. 이 세트에 있어서, 차광층 BLK1(흑색 레지스트 1)은 투과하지 않지만 차광층 BLK2(흑색 레지스트 2)는 투과하는 적외광(예를 들어, 850㎚의 적외광)이 기판의 이면(투명 기판(7)측)에 조사되고, 기판의 표면(흑색 레지스트 2측)에서 광센서를 사용하여 적외광을 검출하고, 차광층 BLK1과 함께 형성된 얼라인먼트 마크(5)가 검출된다. 도 33에 도시한 바와 같이, 차광층 BLK1의 차광 특성 BLKC와, 차광층 BLK2는 투과 특성이 상이하다. 차광층 BLK1(흑색 레지스트 1, 도 33에서의 차광 특성 BLKC)은 투과하지 않지만 차광층 BLK2(흑색 레지스트 2)는 투과하는 적외광을 검출함으로써, 얼라인먼트 마크(5)를 검출할 수 있어, 위치 정렬을 정확하게 행할 수 있다.
또한, 이 얼라인먼트 마크(5)의 검출에 사용되는 적외광의 파장은, 800㎚보다 장파장인 것이 바람직하다. 예를 들어, 약 800㎚ 이상의 적외광을 발광하는 LED 소자를 조명용 광원으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 광센서로서 약 800㎚ 이상의 적외 영역에 감도를 갖는 CCD 또는 CMOS 등의 촬상 소자(카메라)를 적용할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 컬러 필터 CF의 막 두께는 2.5㎛로 하고, 프레임 영역(2)의 막 두께는 차광층 BLK1의 1.5㎛ 막 두께와 차광층 BLK2의 1.0㎛ 막 두께를 겹친 계 2.5㎛로 하고, 양쪽을 동일한 막 두께로 하고 있다. 여기서, 동일한 막 두께란, 막 두께의 차가, 통상의 포토리소그래피 공정에서 제어 가능한 막 두께 범위인 ±0.2㎛ 이내로 되는 것을 가리킨다. 유효 표시 영역(2)의 막 두께와 프레임 영역(3)의 막 두께를 거의 동일하게 함으로써, 프레임 영역(3)으로부터의 광 누설을 없애어, 표시 품위를 향상시킬 수 있다.
얼라인먼트 마크(5)를 사용한 위치 정렬의 후, 초고압 수은 램프를 사용하여 포토마스크를 개재하여 자외선이 노광된다.
그 후, 상기 기판에 대하여, 23℃의 탄산나트륨 수용액을 사용하여 스프레이 현상을 행하고, 이온 교환수로 세정하고, 풍건한다. 그 후, 가공 대상의 기판은, 클린 오븐 내에서, 230℃에서 30분간 포스트베이크되고, 경막이 이루어지고, 차광층 BLK2가 형성된다. 차광층 BLK2의 위에는, 투명 수지층(9)이 도포, 경막되어, 컬러 필터 기판(21)이 제조된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 컬러 필터 기판(21)은, 대향 전극(10)을 구비하지 않은 구성을 설명하고 있다. 그러나, 종전계 방식에 의해 액정 구동이 행해지는 액정 표시 장치(예를 들어, VA 방식 또는 ECB 방식)의 경우에는, 투명 도전막인 대향 전극(10)을 투명 수지층(9)의 위에 형성한다.
(제5 실시 형태)
본 실시 형태에서는, 상기의 제1 내지 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에 구비되는 액정 패널의 변형예에 대하여 설명한다.
도 24는, 액정 패널(41)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 24는, 액정 패널(41)의 가로 방향 단면도이다.
액정 패널(41)은, 컬러 필터 기판(42)과, 어레이 기판(43)과, 액정층(44)을 구비한다.
컬러 필터 기판(42)과 어레이 기판(43)은, 액정층(44)을 개재하여, 대향한다.
액정층(44)에 구비되는 액정 분자는, 부의 유전율 이방성을 갖고, 초기 수직 배향이다. 액정층(44)에 구비되는 액정 분자는, 컬러 필터 기판(42)과 어레이 기판(43)의 사이에 발생하는 기울기 전계에 따라서 구동한다.
컬러 필터 기판(42)은, 투명 기판(7)의 위에 컬러 필터층(8), 투명 수지층(9), 대향 전극(10a, 10b), 도시하지 않은 배향막을 구비한다. 컬러 필터층(8)은, 유효 표시 영역(2)의 컬러 필터 CF와 프레임 영역(3)의 차광층 BLK1, BLK2를 구비한다. 컬러 필터 CF는, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF를 포함한다. 도 24에 있어서, 프레임 영역(3)의 차광층 BLK1, BLK2는 도시되지 않았다.
어레이 기판(43)은, 투명 기판(14)의 위에 절연층(15a), 절연층(15b), 공통 전극(22a, 22b), 절연층(15c), 화소 전극(23a, 23b), 도시하지 않은 배향막을 구비한다.
적색 화소 RP와 청색 화소 BP의 사이에는, 녹색 화소 GPa, GPb가 각각 가로 방향으로 교대로 배치된다. 도 24에서는, 적색 화소 RP와 청색 화소 BP의 사이에 녹색 화소 GPa가 배치되어 있으며, 녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb의 사이에 청색 화소 BP가 배치되어 있다.
적색 화소 RP는, 화소 중앙선 CL에 의해, 좌측의 적색 화소 RPa와 우측의 적색 화소 RPb로 나뉜다. 청색 화소 BP는, 화소 중앙선 CL에 의해, 좌측의 청색 화소 BPa와 우측의 청색 화소 BPb로 나뉜다.
녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb의 조합은, 적색 화소 RP 및 청색 화소 BP와 동일한 동작을 행한다. 환언하면, 녹색 화소 GPa는, 좌측의 적색 화소 RPa 및 좌측의 청색 화소 BPa에 상당한다. 녹색 화소 GPb는, 우측의 적색 화소 RPb 및 우측의 청색 화소 BPb에 상당한다. 본 실시 형태에서는, 녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb의 중앙선도, 화소 중앙선 CL로 한다.
본 실시 형태에서는, 녹색 화소 GPa, 좌측의 적색 화소 RPa, 좌측의 청색 화소 BPa에 대하여 화소 전극(23a), 공통 전극(22a), 대향 전극(10a)이 할당되어 있다. 녹색 화소 GPb, 우측의 적색 화소 RPb, 우측의 청색 화소 BPb에 대하여 화소 전극(23b), 공통 전극(22b), 대향 전극(10b)이 할당되어 있다.
도시되지 않은 배향막은, 액정 분자의 축을 90°로 하는 수직 배향을 제공하여도 되며, 화소 중앙선 CL에 대하여 대칭이 되는 프리틸트각 θ를 갖는 것으로 하여도 된다. 프리틸트각 θ는, 예를 들어 액정 패널(41)의 기판면의 법선에 대한 액정 분자의 기울기각으로 한다. 액정층(44)에 대향하고 있는 컬러 필터 기판(42)의 면과 어레이 기판(43)의 면의 각각에는, 감광성의 배향막이 구비된다. 액정 패널(41)은, 컬러 필터 기판(42)과 어레이 기판(43)이 액정층(7)을 개재하여 접합한 구성을 갖는다. 프리틸트각의 설정은, 예를 들어 화소 전극(23a, 23b)과, 공통 전극(22a, 22b) 및 대향 전극(10a, 10b)과의 사이에 전압을 인가하고, 자외선 등의 방사선을 노광함으로써, 행해진다. 러빙 등의 물리적 방법에 의해 프리틸트각이 설정되어도 된다.
대향 전극(10a, 10b), 화소 전극(23a, 23b), 공통 전극(22a, 22b)은, 예를 들어 ITO 등과 같은 도전성의 금속 산화물에 의해 형성된다. 대향 전극(10a, 10b), 공통 전극(22a, 22b)의 전위는, 예를 들어 코먼 전위(그라운드)로 하여도 된다.
화소의 형상은, 평면에서 볼 때, 세로 방향으로 긴 직사각 형상, V자 형상 등과 같은 다각형으로 하여도 된다.
녹색 화소 GPa, GPb는, 각각 적색 화소 RP 및 청색 화소 BP의 1/2의 개구폭으로 하고, 각각 적색 화소 RP와 청색 화소 BP를 구분하는 위치에 배치된다. 환언하면, 녹색 화소 GPa, GPb는, 각각 1/2 화소 폭의 녹색 화소 GPa, GPb의 1조에서 실질적으로 1 화소에 상당한다. 적색 화소 RP는, 1/2 화소 폭의 적색 화소 RPa, RPb를 포함한다. 청색 화소 BP는, 1/2 화소 폭의 청색 화소 BPa, BPb를 포함한다.
본 실시 형태에 있어서, 대향 전극(10a, 10b)은, 도 24의 단면 가로 방향의 위치 관계에서는, 화소 전극(23a, 23b)으로부터 화소 중앙선 CL을 향하는 방향으로, 또한 화소 중앙선 CL에 대하여 선 대칭으로 어긋나 있다. 이와 같이, 가로 방향으로 어긋난 위치 관계로 함으로써, 화소 전극(23a, 23b)과 대향 전극(10a, 10b)의 사이에 기울기 전계가 발생한다. 기울기 전계에 의해, 수직 배향의 액정 분자는, 화소 중앙선 CL에 대하여 선 대칭이며, 화소 중앙선 CL과는 반대의 화소의 양단측을 향해서 액정 분자를 쓰러뜨릴 수 있다. 프리틸트각 θ를 설정함으로써, 액정이 쓰러지기 시작하는 전압 Vth를 저하시킬 수 있다. 그러나, 액정 분자의 장축이 기판 평면과 90°가 되는 수직 배향이더라도, 기울기 전계를 사용함으로써, 액정 분자를 화소 중앙선 CL로부터 선 대칭으로 화소의 양단측을 향해 쓰러뜨릴 수 있다.
컬러 필터 기판(42)에 형성되는 대향 전극(10a, 10b)은, 투명 수지층(9)의 전체면에 형성되고, 또한 패턴 가공되지 않은, 전체면 형성막이어도 된다. 도 24에 도시한 대향 전극(10a, 10b) 사이의 화소 중앙부의 슬릿 S1(도전성의 금속 산화물을 제거한 부분)은 형성되지 않아도 된다.
슬릿 S1을 형성하지 않는 경우에는, 화소 중앙부에서 발생하는 근소한 표시 얼룩을 보기 어렵게 하기 위해서, 화소 중앙부에, 선 형상의 차광층 BLK3이, 예를 들어 차광층 BLK2와 동일한 재질로 형성되어도 된다. 차광층 BLK3은, 적색 필터 RF 및 청색 필터 BF의 각각과 투명 수지층(9)과의 사이에 형성된다. 200ppi를 초과한 고화질 화소에서는, 화소 중앙부의 차광층 BLK3을 생략함으로써, 밝은 표시를 행할 수 있다.
여기서, 차광층 BLK3에 포함되는 유기 안료의 질량 비율은, 유기 안료의 전체 질량에 대하여 자색 안료가 50 내지 75%, 황색 안료가 25 내지 50%, 또는 적색 안료가 30% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 차광층 BLK3에 포함되는 유기 안료의 질량 비율은, 상기 유기 안료의 전체 질량에 대하여 자색 안료가 30 내지 75%, 황색 안료가 25 내지 50%, 또는 적색 안료가 30% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 녹색 안료 혹은 청색 안료가 10% 이하의 질량으로 차광층 BLK3에 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
유효 표시 영역(2) 내에, 블랙 매트릭스로서 사용되는 차광층 BLK4가 형성되어도 된다. 차광층 BLK4는, 예를 들어 각 화소의 경계부에, 예를 들어 차광층 BLK2와 동일한 재질로 형성되어도 된다. 차광층 BLK4는, 녹색 필터 GF와 적색 필터 RF의 경계와 투명 수지층(9)과의 사이, 및 녹색 필터 GF와 청색 필터 BF의 경계와 투명 수지층(9)과의 사이에, 형성된다. 250ppi를 초과한 고화질 화소에서는, 차광층 BLK4를 생략함으로써, 밝은 표시를 행할 수 있다.
또한, 차광층 BLK3, BLK4는, 차광층 BLK1과 동일한 재료로 형성되어도 된다. 그러나, 250ppi를 초과한 고화질 화소에서, 상기 도 6의 볼록부(16)가 형성되고, 액정 배향이 흐트러지는 것을 방지하기 위해서, 차광층 BLK3, BLK4는, 차광층 BLK2와 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 차광성 색재로서 유기 안료를 사용하여 형성된 차광층은, 카본보다도 비유전율이 낮고, 액정층에 가까운 위치에 형성되어도, 액정 표시에 악영향을 주기 어렵다. 차광성 색재로서 카본을 포함하는 재료를 사용하여 형성된 차광층은, 유기 안료보다도 비유전율이 높기 때문에, 액정 표시에 대한 악영향을 피하기 위해서, 액정층으로부터 떨어진, 예를 들어 컬러 필터 기판인 투명 기판에 형성하는 것이 바람직하다.
250ppi를 초과한 고화질 화소에서는, 액정 표시의 콘트라스트 향상을 위해 흑색 표시가 우수한 수직 배향 액정이 적용된다. 또한, 액정 표시의 콘트라스트 향상을 위해 어레이 기판(43)에 배치되는 금속 배선이 이용되는 경우가 있다.
본 실시 형태에 따른 어레이 기판(43)에 있어서, 공통 전극(22a, 22b)은, 도 24의 단면 가로 방향 위치 관계에 있어서, 화소 중앙선 CL로부터 화소 단부를 향하는 방향으로, 또한 화소 중앙선 CL에 대하여 선 대칭이며, 화소 전극(23a, 23b)과 어긋나 있는 비어져나온 부분을 갖는다. 이 공통 전극(22a, 22b)의 비어져나온 부분과 화소 전극(23a, 23b)의 사이에는, 액정 구동 전압 인가 시에, 실효적으로 강한 전기장이 발생하고, 이 비어져나온 부분 근방의 액정 분자는 고속으로 쓰러져 경사진다.
녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb는 조합함으로써, 다른 적색 화소 RP 및 청색 화소 BP와 마찬가지로 기능한다.
도 25는, 녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 25의 녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb는, 예를 들어 도 24의 청색 화소 BP의 양단에 인접하고 있는 녹색 화소 GPa와 녹색 화소 GPb에 상당한다.
액정 구동 소자(33a)는, 녹색 화소 GPa에 대응한다. 액정 구동 소자(33a)는, 화소 전극(23a)과 전기적으로 접속되어 있다.
액정 구동 소자(33b)는, 녹색 화소 GPb에 대응한다. 액정 구동 소자(33b)는, 화소 전극(23b)과 전기적으로 접속되어 있다.
액정 구동 소자(33a, 33b)는, 예를 들어 산화물 반도체에 의해 형성된 채널층을 포함하는 박막 트랜지스터이다. 산화물 반도체에 의해 형성된 채널층에는, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 하프늄, 이트륨, 게르마늄 중 2종 이상의 금속 산화물을 적용할 수 있다.
처리부(31)는, 액정 구동 소자(33a, 33b)의 전환을 제어한다.
가로 방향에 있어서, 화소 전극(23a)의 단부와 대향 전극(10a)의 단부의 사이에 어긋남 S2가 형성되도록, 또한 대향 전극(10a)으로부터 돌출되도록, 화소 전극(23a)의 위치가 결정되어 있다. 가로 방향의 화소 단부에 있어서, 화소 전극(23b)은, 대향 전극(10b)에 대한 어긋남을 갖는다.
가로 방향에 있어서, 공통 전극(22a)의 단부와 화소 전극(23a)의 단부가 어긋나도록, 화소 전극(23a)의 단부로부터 공통 전극(22a)의 단부를 향해 비어져나오는 비어져나온 부분 S3이 형성되도록, 공통 전극(22a)의 위치가 결정되어 있다. 가로 방향에 있어서, 공통 전극(22b)은, 화소 전극(23b)의 단부로부터 비어져나온다.
녹색 화소 GPa의 대향 전극(10a), 화소 전극(23a), 공통 전극(22a)과, 녹색 화소 GPb의 대향 전극(10b), 화소 전극(23b), 공통 전극(22b)은, 화소 중앙선 CL에 대하여 선 대칭으로 배치된다.
공통 전극(22a, 22b), 대향 전극(10a, 10b)의 전위는, 코먼 전위 또는 그라운드로 하여도 된다.
도 26은, 녹색 화소 GPa에 액정 구동 전압이 인가된 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
녹색 화소 GPa에 액정 구동 전압이 인가됨으로써, 액정 분자 L1 내지 L5가 쓰러지고, 백라이트 유닛(26)으로부터 광이 출사되고, 예를 들어 출사광(36a)이 관찰자의 우안(35a)에 입사된다. 출사광(36a)의 각도는, 백라이트 유닛(26)에 구비되는 프리즘 시트 또는 렌티큘러 렌즈 등의 광 제어 소자(27)에 의해 설정된다. 액정 분자 L1은, 비어져나온 부분 S3에 의해, 화소 전극(23a)의 에지로부터 공통 전극(22a)을 향하는 강한 전기장에 의해 빠르고 크게 쓰러진다. 이에 의해, 액정의 응답성을 고속화할 수 있다. 대향 전극(10a)과 화소 전극(23a)은, 어긋남 S2를 갖고, 기울기 전계가 발생한다. 대향 전극(10a) 근방의 액정 분자 L2 내지 L5는, 대향 전극(10a)과 화소 전극(23a) 사이의 기울기 전계에 의해, 일정한 방향(예를 들어, 화소 중앙선 CL로부터 화소 단부를 향하는 방향)으로 신속하게 쓰러진다.
도 27은, 녹색 화소 GPb에 액정 구동 전압이 인가된 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
녹색 화소 GPb에 액정 구동 전압이 인가됨으로써, 액정 분자 L6 내지 L10이 쓰러져서, 백라이트 유닛(26)으로부터 광이 출사되고, 예를 들어 출사광(36b)이 관찰자의 좌안(35b)에 입사된다.
액정 분자 L6 내지 L10의 구동 동작은, 상기의 도 26의 경우와 마찬가지이지만, 액정 분자 L6 내지 L10은 화소 중앙축 CL에 대하여 선 대칭의 방향으로 쓰러진다.
이와 같이, 액정 분자 L1 내지 L5와 액정 분자 L6 내지 L10이 화소 중앙선 CL에 대하여 대칭 방향으로 쓰러짐으로써, 시야각을 확장할 수 있다.
상기 도 26 및 도 27에 도시한 바와 같이, 액정 구동과 백라이트 유닛(26)으로부터의 출사광의 출사 타이밍을 제어 또는 동기시킴으로써, 우안(35a)과 좌안(35b)에 서로 다른 영상을 투사할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 적색 화소 RP, 녹색 화소 GPa, GPb, 청색 화소 BP에 대하여 각각 배경 화상 및 돌출되는 화상 등에 기초하는 적색 신호, 녹색 신호, 청색 신호를 제공하고, 시분할 구동을 행함으로써, 컬러의 3차원 표시를 행할 수 있다.
도 28은, 녹색 화소 GPa, GPb에 액정 구동 전압이 인가된 상태의 일례를 나타내는 단면도이다.
녹색 화소 GPa, GPb에 동일한 영상 신호를 보냄으로써, 밝은 2차원 표시를 행할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치는, 3차원 표시와 2차원 표시를 간단하게 전환할 수 있다.
또한, 상기 도 26 내지 도 28의 녹색 화소 GPa, GPb를 조합하여 화상 표시를 제어하는 방법은, 적색 화소 RP의 제어, 청색 화소 BP의 제어에도 적용 가능하다. 구체적으로는, 녹색 화소 GPa의 제어는, 좌측 적색 화소 RPa의 제어, 좌측 청색 화소 BPa의 제어에 적용 가능하다. 녹색 화소 GPb의 제어는, 우측 적색 화소 RPb의 제어, 우측 청색 화소 BPb의 제어에 적용 가능하다.
도 29는, 청색 화소 BP의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 29는, 좌측 청색 화소 BPa에 액정 구동 전압이 인가되어 있다.
좌측 청색 화소 BPa의 화소 전극(23a)에 액정 구동 전압이 인가된 경우, 청색 화소 BP의 대향 전극(10a, 10b)의 전위는, 코먼의 동일한 전위이다. 이로 인해, 좌측 청색 화소 BPa의 화소 전극(33a)으로부터 발생하는 전기장에 의해, 우측 청색 화소 BPb의 액정 분자 L6 내지 L9가 약간 쓰러지고, 청색 화소 BP로부터 출사되는 출사광(36)이 보강되는 경우가 있다. 청색 화소 BP는 시감도가 낮다. 또한, 청색 화소 BP에는, 적색 화소 RP 및 녹색 화소 GP와 비교하여 투과율이 약간 낮은 안료가 사용된다. 이로 인해, 청색 화소 BP의 출사광(36)은 보강되는 것이 바람직하다.
또한, 적색 화소와 녹색 화소는, 청색 화소 BP보다 높은 투과율이기 때문에, 적색 화소와 녹색 화소 중 적어도 한쪽을, 녹색 화소의 1/2 폭으로 분할할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 액정 분자 L1 내지 L10은, 부의 유전율 이방성을 갖는 경우를 설명하였지만, 이 액정 분자가 정의 유전율 이방성을 갖는 것으로 하여도 된다. 액정 분자 L1 내지 L10이 정의 유전율 이방성을 갖는 경우, 액정 분자 L1 내지 L10은, 초기 수평 배향을 갖는다. 액정 구동 전압이 인가되면, 초기 수평 배향의 액정 분자 L1 내지 L10의 장축 방향은, 기판 평면과 평행한 방향에서 수직인 방향으로 상승된다.
상기의 각 실시 형태에 있어서, 액정 재료로서는, 예를 들어 분자 구조 내에 불소 원자를 구비하는 액정 재료(이하, '불소계 액정'이라 함)를 채용하는 것이 바람직하다. 불소계 액정은, 점도와 비유전율이 낮고, 이온성 불순물의 도입이 적다. 액정 재료로서 불소계 액정을 사용한 경우, 불순물에 의한 전압 유지율의 저하 등의 성능의 열화를 작게 할 수 있어, 표시 얼룩 및 표시의 번인을 억제할 수 있다. 부의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자 L1 내지 L10으로서는, 예를 들어 실온 부근에서 복굴절률이 0.1 정도의 네마틱 액정을 사용할 수 있다. 정의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자 L1 내지 L10 액정으로서는, 다양한 액정 재료를 적용할 수 있다. 소비 전력 억제보다, 높은 응답성이 요구되는 액정 표시 장치에는, 큰 유전율 이방성을 갖는 액정 분자가 사용되어도 된다. 액정층(12, 44)의 두께는, 특별히 한정되지 않는다. 본 실시 형태에서 실효적으로 적용 가능한 액정층(12, 44)의 Δnd는, 예를 들어 약 300㎚ 내지 500㎚의 범위이다. 배향막에 프리틸트각을 부여하는 형성 공정이, 예를 들어 자외선 등의 노광을 병용하여 행해지는 경우, 배향막에 수평 배향을 부여할 때에는 큰 노광량을 필요로 하고, 반대로, 배향막에 수직 배향을 부여할 때에는 작은 노광량이어도 된다. 이로 인해, 이 배향 처리를 효율화하기 위해서는, 수직 배향의 액정 분자 L1 내지 L10을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 기판 평면으로부터 89°등과 같은 프리틸트각이 형성되지 않아도, 기울기 전계에서 액정 분자 L1 내지 L10을 구동 가능하다. 그러나, 감광성 재료의 배향막을 형성하고, 액정 봉입 후에, 액정 분자 L1 내지 L10에 전압을 인가하면서 자외선을 노광하는 방법에 의해, 배향막에 프리틸트각을 형성하는 것은 바람직하다. 화소 중앙선 CL에 대하여 선 대칭의 프리틸트각이 부여됨으로써, 액정 구동을 보다 고속화할 수 있다. 초기 수직 배향의 액정 분자는, 초기 수평 배향의 액정 분자와 비교하여, 배향막으로부터의 규제력이 약하기 때문에, 보다 고속의 액정 구동을 할 수 있다.
(제6 실시 형태)
본 실시 형태에 있어서는, 상기의 제1 내지 제5 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에 구비되는 백라이트 유닛 및 광 제어 소자의 변형예에 대하여 설명한다.
도 30a는, 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(45)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 도 30a는, 액정 표시 장치(45)의 가로 방향 단면도이다. 도 30b는, 각도 제어부(50a, 51a)의 구조를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
백라이트 유닛(46)으로부터 출사되는 광의 각도 β는, 예를 들어 관찰자의 양안과 표시면의 거리에 대응하여 조정된다. 광의 각도 β는, 예를 들어 피에조 소자(압전 소자) 등의 제어성이 좋은 구동 장치로 구성된 각도 제어부(50a, 51a)에 의해 제어된다. 각도 제어부(50a, 51a)는, 백라이트 유닛(46)의 평면 방향에 대한, 고체 발광 소자(28a, 29a)의 기울기를 제어하는 미세 조정 기구를 구비한다. 또한, 도 22를 참조하여 설명한 바와 같이, 각도 제어부(50a, 51a)는, 처리부(31)에 접속되어 있으며, 처리부(31)에 의해 각도 제어부(50a, 51a)의 동작이 제어된다. 각도 제어부(50a, 51a)가 구동됨으로써, 광의 각도 β는 약간 조정되고, 표시면으로부터 출사되는 출사광의 각도 α(표시면과 출사광 사이의 각도)가 조정되고, 관찰자의 양안 위치에 최적의 입체 표시 효과에 기여할 수 있다.
또한, 도 30a에 도시한 바와 같이, 고체 발광 소자(28a, 29a)가 설치되어 있는 백라이트 유닛(46)의 단부와는 반대측의 단부에도, 고체 발광 소자(28b, 29b)가 설치되어 있다. 고체 발광 소자(28b, 29b)의 구조는, 고체 발광 소자(28a, 29a)와 마찬가지이다. 고체 발광 소자(28b, 29b)는, 고체 발광 소자(28a, 29a)와는 반대측으로부터 출사되는 광의 각도 β를 조정한다.
또한, 도 30b는, 고체 발광 소자(28a, 29a)의 양쪽에 각도 제어부가 설치된 구조를 나타내고 있지만, 고체 발광 소자(29a)에 각도 제어부를 설치하지 않고, 가시광을 발광하는 고체 발광 소자(28a)에 각도 제어부가 설치되어 있으면 된다.
액정 표시 장치(45)는, 액정 패널(42)과, 백라이트 유닛(46)을 구비한다. 또한, 액정 표시 장치(45)는, 액정 패널(42) 대신에, 예를 들어 액정 패널(6, 20, 41) 등과 같은 다른 액정 패널을 구비하여도 된다. 액정 패널(42)의 표면측에는, 편광판(131)이 구비되어 있으며, 액정 패널(42)의 이면측에는, 편광판(132)이 구비되어 있다.
백라이트 유닛(46)은, 액정 패널(42)의 이면측에 구비된다. 백라이트 유닛(46)은, 광 제어 소자(47), 고체 발광 소자(28a, 28b, 29a, 29b), 반사판(30)을 구비한다. 백라이트 유닛(46)은, 예를 들어 확산판, 도광판, 편광 분리 필름, 재귀반사 편광 소자 등을 구비하여도 되지만, 이 도 30a에서는 생략되었다.
광 제어 소자(47)는, 아크릴 수지 등에 의해 형성되고, 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 어레이와, 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 어레이와는 반대 위치에 배치된 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 어레이에 의해 구성된 일체 성형품이다.
이 광 제어 소자(47)에서는, 복수의 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 축은, 평면에서 볼 때, 복수의 반원 기둥 형상 렌즈(26a)의 축에 대하여 각도 ψ로 경사져 있다.
도 31은, 광 제어 소자(47)의 구성 일례를 나타내는 평면도이다. 도 31의 일부분은 단면도로 나타내고 있다.
복수의 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 길이 방향의 축은, 평행하다. 복수의 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 축은, 평면에서 볼 때, 가로 방향과 수직이며, 세로 방향과 평행하다.
복수의 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 길이 방향의 축은, 평행하다. 복수의 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 축은, 평면에서 볼 때, 복수의 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 축에 대하여 각도 ψ로 경사져 있다. 각도 ψ는, 예를 들어 3°∼42°의 범위에 속하여도 된다. 각도 ψ는 이 범위보다 커도 된다. 각도 ψ는, 편광판(131, 132) 또는 액정 배향의 광학축과 간섭하지 않는 각도로 한다.
광 제어 소자(47)의 한쪽 면에 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 어레이가 형성되고, 다른 쪽의 면에 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 어레이가 형성되어 있으며, 양 어레이는 광 제어 소자(47)에 일체 형성되어 있다.
복수의 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 피치는, 복수의 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 피치와 1:1의 관계이어도 되고, 복수의 삼각기둥 형상 프리즘(27b)의 피치는 복수의 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 피치보다도 미세하여도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 가로 폭은, 2조의 녹색 화소 GPa, GPb, 적색 화소 RP, 청색 화소 BP의 가로 폭(4개의 1/2 폭의 녹색 화소, 1개의 적색 화소, 1개의 청색 화소)의 합계의 가로 폭에 대하여 정수배의 폭으로 할 수 있다. 이에 의해, 다안식(관찰자가 복수)의 액정 표시를 가능하게 한다. 반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 피치와 삼각기둥 형상 프리즘(27a)의 피치가 동일한 경우에는, 이안식(관찰자가 1명)의 3차원 표시를 가능하게 한다.
또한, 평면에서 볼 때, 화소는, 세로 방향으로 길어도 되며, 가로 방향으로 길어도 된다.
반원 기둥 형상 렌즈(25a)의 길이 방향의 축은, 평면에서 볼 때, 세로 방향과 수직이며, 가로 방향과 평행하게 하여도 된다.
(제7 실시 형태)
본 실시 형태에서는, 상기 제1 내지 제6 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판(1, 17, 21, 39, 42)에 사용되는 투명 수지 및 유기 안료 등의 재료에 대하여 예시한다.
<투명 수지>
차광층 BLK1 내지 BLK4, 적색 필터 RF, 녹색 필터 GF, 청색 필터 BF 등의 컬러 필터 CF의 형성에 사용되는 감광성 착색 조성물은, 안료 분산체(이하 '페이스트') 외에, 다관능 단량체, 감광성 수지 또는 비감광성 수지, 중합 개시제, 용제 등을 함유한다. 예를 들어, 본 실시 형태에서 사용되는 감광성 수지 및 비감광성 수지 등과 같은 투명성이 높은 유기 수지는, 총칭하여 투명 수지라 한다.
투명 수지로서는, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 또는 감광성 수지를 사용할 수 있다. 열가소성 수지로서는, 예를 들어 부티랄 수지, 스티렌-말레산 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐-아세트산 비닐 공중합체, 폴리아세트산 비닐, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴계 수지, 알키드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리아미드 수지, 고무계 수지, 환화 고무계 수지, 셀룰로오스류, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 수지 등을 사용할 수 있다. 열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 벤조구아나민 수지, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 푸마르산 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 등을 사용할 수 있다. 열경화성 수지는, 멜라민 수지와 이소시아네이트기를 함유하는 화합물을 반응시켜 생성되는 것으로 하여도 된다.
<알칼리 가용성 수지>
본 실시 형태에 따른 차광층 BLK1 내지 BLK4 등의 차광막, 투명 수지층(9, 9a, 9b), 컬러 필터 CF의 형성에는, 포토리소그래피에 의한 패턴 형성이 가능한 감광성 수지 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 투명 수지는, 알칼리 가용성을 부여된 수지인 것이 바람직하다. 알칼리 가용성 수지로서, 카르복실기 또는 수산기를 포함하는 수지를 사용하여도 되고, 다른 수지를 사용하여도 된다. 알칼리 가용성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 폴리비닐페놀계 수지, 아크릴계 수지, 카르복실기 함유 에폭시 수지, 카르복실기 함유 우레탄 수지 등을 사용할 수 있다. 이들 중, 알칼리 가용성 수지로서는, 에폭시 아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 아크릴계 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 특히, 에폭시아크릴레이트계 수지 또는 노볼락계 수지가 바람직하다.
<아크릴 수지>
본 실시 형태에 따른 투명 수지의 대표로서, 이하의 아크릴계 수지가 예시된다.
아크릴계 수지로서는, 단량체로서, 예를 들어 (메트)아크릴산; 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트 펜질(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트 등의 알킬(메트)아크릴레이트; 히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 히드록시프로필(메트)아크릴레이트 등의 수산기 함유(메트)아크릴레이트; 에톡시에틸(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트 등의 에테르기 함유(메트)아크릴레이트; 및 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메트)아크릴레이트 등의 지환식 (메트)아크릴레이트 등을 사용하여 얻는 중합체를 사용할 수 있다.
또한, 예시된 이들 단량체는, 단독으로 사용, 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
또한, 아크릴 수지는, 이들 단량체와 공중합 가능한 스티렌, 시클로헥실말레이미드, 또는 페닐말레이미드 등의 화합물을 포함하는 공중합체를 사용하여 생성되어도 된다. 또한, 예를 들어 (메트)아크릴산 등의 에틸렌성 불포화기를 갖는 카르복실산을 공중합하여 얻어진 공중합체와, 글리시딜 메타크릴레이트 등의 에폭시기 및 불포화 이중 결합을 함유하는 화합물을 반응시킴으로써, 감광성을 갖는 수지를 생성하고, 아크릴 수지로 하여도 된다. 예를 들어, 글리시딜 메타크릴레이트 등의 에폭시기 함유(메트)아크릴레이트의 중합체 또는 이 중합체와 그 밖의 (메트)아크릴레이트의 공중합체에, (메트)아크릴산 등의 카르복실산 함유 화합물을 부가시킴으로써, 감광성을 갖는 수지를 생성하고, 아크릴 수지로 하여도 된다.
예를 들어, 열 플로우성을 제공하기 위해서, 감광성 수지 조성물로 형성되는 도막의 유연성을 증가하는 방법이 이용된다. 예를 들어, 열 플로우성을 제공하기 위해서, 감광성 수지 조성물에 올레핀을 공중합한 수지를 첨가하는 방법, 또는 가소제를 감광성 수지 조성물에 첨가하는 방법이 이용된다. 감광성 수지 조성물에 첨가되는 단량체 및 경화제의 분자량을 작게 함으로써, 열 플로우성을 향상시켜도 된다. 감광성 수지 조성물에 첨가되는 단량체 및 경화제의 분자량은, 예를 들어 1000 내지 8000 정도로 함으로써, 열 플로우성을 향상시킬 수 있다. 에틸렌성 불포화 단량체를 라디칼 중합시킨 공중합체를 변성함으로써 생성되는 감광성 수지를, 감광성 수지 조성물에 함유시킴으로써, 열 플로우성을 개선시킬 수 있다. 감광성 수지 조성물에 계면 활성제가 첨가됨으로써, 열 플로우성을 향상시킬 수 있다.
<유기 안료>
적색 안료로서는, 예를 들어 C. I. Pigment Red 7, 9, 14, 41, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 81:1, 81:2, 81:3, 97, 122, 123, 146, 149, 168, 177, 178, 179, 180, 184, 185, 187, 192, 200, 202, 208, 210, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 240, 242, 246, 254, 255, 264, 272, 279 등을 사용할 수 있다.
황색 안료로서는, 예를 들어 C. I. Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 24, 31, 32, 34, 35, 35:1, 36, 36:1, 37, 37:1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 86, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 125, 126, 127, 128, 129, 137, 138, 139, 144, 146, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 185, 187, 188, 193, 194, 199, 213, 214 등을 사용할 수 있다.
청색 안료로서는, 예를 들어 C. I. Pigment Blue 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, 80 등을 사용할 수 있고, 이들 안료 중에서는, C. I. Pigment Blue 15:6이 바람직하다.
자색 안료로서는, 예를 들어 C. I. Pigment Violet 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 등을 사용할 수 있고, 이들 안료 중에서는, C. I. Pigment Violet 23이 바람직하다.
녹색 안료로서는, 예를 들어 C. I. Pigment Green 1, 2, 4, 7, 8, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 26, 36, 45, 48, 50, 51, 54, 55, 58 등을 사용할 수 있고, 이들 안료 중에서는, 할로겐화 아연 프탈로시아닌 녹색 안료인 C. I. Pigment Green 58이 바람직하다. 녹색 안료로서는, 할로겐화 알루미늄 프탈로시아닌 안료를 사용하여도 된다.
<차광성 색재>
차광층 BLK1 및 차광층 BLK2에 포함되는 차광성의 색재는, 가시광 파장 영역에 광 흡수성을 갖고, 차광 기능을 구비한 색재이다. 본 실시 형태에 있어서 차광성의 색재에는, 예를 들어 유기 안료, 무기 안료, 염료 등을 사용할 수 있다. 무기 안료로서는, 예를 들어 카본 블랙, 산화티타늄 등을 사용할 수 있다. 염료로서는, 예를 들어 아조계 염료, 안트라퀴논계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 퀴논이민계 염료, 퀴놀린계 염료, 니트로계 염료, 카르보닐계 염료, 메틴계 염료 등을 사용할 수 있다. 유기 안료에 대해서는, 예를 들어 상기의 유기 안료를 적용하여도 된다. 또한, 차광성 성분은, 1종을 사용하여도 되고, 적당한 비율로 2종 이상을 조합하여도 된다.
예를 들어, 가시광 파장 영역은, 대체로 광파장 400㎚ 내지 700㎚의 범위이다.
상기의 각 실시 형태에서는, 카본을 주된 색재로 하는 차광성의 도막과, 유기 안료를 주된 색재로 하여 가시 영역에 차광성을 갖고 적외 영역에 투과성을 갖는 도막의 2종류가 사용된다. 상기 각 실시 형태에 있어서, 이들 2개의 차광성 도막의 투과 특성은, 투과율이 상승하는 파장에 차가 있다. 이들 2개의 차광성 도막의 적외 영역의 투과율 차가 활용된다. 구체적으로 활용되는 파장 영역은, 적색의 장파장측의 영역의 상한에 가까운 약 670㎚로부터 청 안료의 투과율이 상승되는 약 800㎚까지의 영역이다. 예를 들어, 차광층 BLK1 및 차광층 BLK2의 투과율이 상승되는 파장은, 적색 필터 RF의 투과율이 높게 유지되는 대체로 광파장 670㎚로부터, 청색 필터 BF의 투과율이 높아지는 상승 부분인 대체로 광파장 800㎚의 영역에 속하는 것으로 한다.
<차광층 BLK1에 적용되는 흑색 레지스트 1의 예>
차광층 BLK1에 사용되는 흑색 페이스트(분산체)의 조제예에 대하여 설명한다.
다음의 조성의 혼합물이 균일하게 교반 혼합되고, 비즈 밀 분산기로 교반되어, 흑색 페이스트가 제작된다. 각각의 조성은, 질량부로 나타낸다.
카본 안료 20부
분산제 8.3부
구리 프탈로시아닌 유도체 1.0부
프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트 71부
상기 흑색 페이스트를 사용하여, 하기의 조성의 혼합물이 균일해지도록 교반 혼합되고, 5㎛의 필터로 여과되어, 차광층 BLK1에 적용되는 흑색 레지스트 1이 제조된다. 본 실시 형태에 있어서, 레지스트란, 카본 또는 유기 안료를 포함하는 감광성 착색 조성물을 가리킨다.
흑색 페이스트 25.2부
아크릴 수지 용액 18부
디펜타에리트리톨펜타 및 헥사아크릴레이트 5.2부
광중합 개시제 1.2부
증감제 0.3부
레벨링제 0.1부
시클로헥사논 25부
프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 25부
본 실시 형태 및 상기 각 실시 형태에 있어서, 흑색 레지스트 1 또는 컬러 레지스트에서의 주체의 색재(안료)는, 그 레지스트에 포함되는 색재(안료)의 전체 질량비(%)에 대하여 50% 이상을 차지하는 색재를 의미한다. 예를 들어, 흑색 레지스트 1은, 카본이 색재의 100％를 차지하고, 카본이 주된 색재가 된다. 또한, 카본을 주된 색재로 하는 흑색 레지스트 1에서는, 그 색조 또는 반사색을 조정하기 위해서, 전체 질량비에서 10% 이하를 목표로, 적색, 황색, 청색 등의 유기 안료를 흑색 레지스트에 첨가하여도 된다.
<차광층 BLK2에 사용되는 흑색 레지스트 2의 예>
차광층 BLK2에 사용되는 유기 안료의 혼합예를 이하에 나타내었다.
C. I. 피그먼트 레드 254(이하, R254라 약기함)
C. I. 피그먼트 옐로우 139(이하, Y139라 약기함)
C. I. 피그먼트 바이올렛 23(이하, V23이라 약기함)
이들 3종류의 안료 중, R254의 안료는 제외되어도 된다. 또한, 이 3종류의 안료 외에, 색(투과 파장) 조정용에 미량의 다른 종류의 안료, 예를 들어 상기의 유기 안료가 20% 이하의 소량으로 첨가되어도 된다.
도 32는, 자색의 안료 V23을 포함하는 도막의 투과율 특성 V23L, 대표적인 녹색의 안료 C. I. Pigment Green 36을 포함하는 도막의 투과율 특성 G36L, 대표적인 녹색의 안료 C. I. Pigment Green 58을 포함하는 도막의 투과율 특성 G58L의 일례를 나타내는 그래프이다.
예를 들어, 할로겐화구리 프탈로시아닌, 할로겐화 아연 프탈로시아닌, 또는 할로겐화 알루미늄 프탈로시아닌 등의 녹색 안료를, 차광층 BLK2에서의 광파장 700㎚ 부근의 분광 특성의 상승 조정(분광 커브 형상의 조정)을 위해서, 소량, 사용되어도 된다. 이러한 분광 특성의 상승 조정에 의해, 차광층 BLK2에, 최적의 적외 영역 투과성을 갖게 할 수 있다. 또는, C. I. 피그먼트 블루 15:3과 같은, 적외 영역에 760㎚의 반값 파장을 갖는 안료를, 예를 들어, 10% 이하의 양으로, 차광층 BLK2에 사용하는 유기 안료에 첨가함으로써 도 18에 도시한, B2L의 반값 파장을 700㎚보다 장파장측으로 시프트시킬 수 있다. C. I. 피그먼트 블루 15:3과 같은 블루 안료를 차광층 BLK2에 사용하는 유기 안료에 첨가하는 경우, 자색의 안료 V23을 그 상당량만큼, 저감시킬 수 있다. 예를 들어, C. I. 피그먼트 바이올렛(23)의 질량 비율을 30%로까지 저감시킬 수 있다.
차광층 BLK2는, 가시 영역에서의 투과율이 5% 이하인 것이 바람직하다. 가시 영역은, 통상 대체로 광파장 400㎚ 내지 700㎚이다. 차광층 BLK2의 반값 파장을 광파장 670㎚ 내지 750㎚의 범위로 설정하기 위해서는, 대체로 광파장 660㎚ 부근으로부터 적외선 투과율 특성이 상승되고, 장파장측에서 투과율 특성이 높아질 필요가 있다. 차광층 BLK2의 저투과율의 파장 범위는, 대체로 광파장 400㎚ 내지 650㎚의 범위로 하여도 된다. 또한, 차광층 BLK2의 투과율을 대체로 광파장 400㎚ 내지 650㎚의 범위에서 5% 이하의 낮은 값으로 하는 것은, 차광층 BLK2에 포함되는 안료의 양을 증가시키거나, 또는 차광층 BLK2의 막 두께를 두껍게 함으로써 매우 용이하게 실현 가능하다. 반값 파장의 파장 위치도, 마찬가지로, 안료의 양, 후술하는 자색 안료, 녹색 안료, 황색 안료, 적색 안료의 조성비, 차광층 BLK2의 막 두께 등에 기초하여, 용이하게 조정될 수 있다. 차광층 BLK2에 적용되는 녹색 안료로서는, 후술하는 다양한 녹색 안료를 적용할 수 있다. 차광층 BLK2의 반값 파장을 광파장 670㎚ 내지 750㎚의 범위로 설정하기 위해서, 녹색 안료로서는, 적외선 투과율의 상승(예를 들어 반값 파장)이 광파장 700㎚ 내지 800㎚의 범위에 있는 녹색 안료가 바람직하다. 반값 파장을 광파장 670㎚ 내지 750㎚의 범위로 설정하기 위한 조정은, 주로 자색 안료와 녹색 안료에 기초하여 실현된다. 차광층 BLK2의 분광 특성을 조절하기 위해, 청색 안료가 첨가되어도 된다.
R254의 질량 비율(%)은, 예를 들어 0 내지 15%의 범위에 속하여도 된다.
Y139의 질량 비율(%)은, 예를 들어 25 내지 50%의 범위에 속하여도 된다.
V23의 질량 비율(%)은, 예를 들어 50 내지 75%의 범위에 속하여도 된다.
차광층 BLK2의 표준적 막 두께, 예를 들어 2㎛ 전후의 막 두께에서는, V23의 자색 안료를 50 내지 75%의 범위 중 어느 하나의 값으로 첨가한다. 이에 의해, 차광층 BLK2는, 광파장 670㎚ 내지 750㎚에서 반값 파장을 갖는다. 황색의 유기 안료를 25 내지 50% 중 어느 하나의 값으로 하고 또한 적색의 유기 안료를 0 내지 15% 첨가하여, 혼합함으로써, 차광층 BLK2의 광파장 400㎚ 내지 660㎚의 투과율을 충분히 내릴 수 있다. 광파장 400㎚ 내지 660㎚의 범위에서 차광층 BLK2의 투과율에 증가(0%의 베이스 라인으로부터의 분광의 증가)를 삭제함으로써, 광센서(34a)의 검출 데이터로부터 광센서(34b)의 검출 데이터의 감산에 의해, 정확한 색 분리를 행할 수 있다.
통상적으로, 이들 안료에 기초하여 컬러 레지스트(착색 조성물)가 생성되기 전에, 안료는, 수지 또는 용액에 분산되고, 안료 페이스트(분산액)가 생성된다. 예를 들어, 안료 Y139 단체를 수지 또는 용액으로 분산시키기 위해서는, 안료 R139의 7부(질량부)에 대하여 이하의 재료가 혼합된다.
아크릴 수지 용액(고형분 20%) 40부
분산제 0.5부
시클로헥사논 23.0부
또한, V23, R254 등과 같은 다른 안료에 대해서도, 동일한 수지 또는 용액으로 분산되고, 흑색의 안료 분산 페이스트가 생성되어도 된다.
이하에, 상기의 안료 분산 페이스트에 기초하여 흑색 레지스트를 생성하기 위한 조성비를 예시한다.
Y139 페이스트 14.70부
V23 페이스트 20.60부
아크릴 수지 용액 14.00부
아크릴 단량체 4.15부
개시제 0.7부
증감제 0.4부
시클로헥사논 27.00부
PGMAC 10.89부
상기의 조성비에 의해 차광층 BLK2에 사용되는 흑색 레지스트 2가 형성된다.
차광층 BLK2의 형성에 사용되는 안료의 주 색재인 흑색 레지스트 2는, 전체 질량비에 대하여 약 58％를 차지하는 자색 안료 V23이다. 유기 안료의 대부분은, 대체로 광파장 800㎚보다 장파장 영역에서 높은 투과율을 갖는다. 황색 안료 Y139도, 광파장 800㎚보다도 장파장 영역에서 높은 투과율을 갖는 유기 안료이다.
예를 들어, 차광층 BLK2에 포함되는 흑색 레지스트의 주 색재는, 100%의 유기 안료로 하여도 된다. 예를 들어, 유기 안료를 주 색재로 하는 흑색 레지스트 2는, 차광성을 조정하기 위해서, 전체 질량의 40% 이하를 목표로 카본을 첨가하여도 된다.
도 33은, 반값 파장이 조정된 차광층 BLK2의 투과율 특성 B2La, B2Lb, B2Lc의 일례를 나타내는 그래프이다.
예를 들어, 차광층 BLK2의 투과율 특성 B2lc는, 청색 안료를 포함함으로써 얻어진다.
<컬러 필터 기판(1, 17, 21, 39, 42)에 사용되는 적색 레지스트 RR의 일례>
적색 페이스트(분산액)의 조제예에 대하여 이하에 설명한다.
다음의 조성의 혼합물이 균일하게 교반 혼합되고, 약 직경 1㎜의 글래스 비즈를 사용하여, 샌드밀로 5시간 분산되고, 약 5㎛의 필터로 여과되어, 적색 페이스트가 제작된다.
적색 안료 C. I. Pigment Red254 8부
적색 안료 C. I. Pigment Red177 10부
황색 안료 C. I. Pigment Yellow150 2부
분산제 2부
아크릴 바니시(고형분 20질량%) 108부
<적색 레지스트 RR의 조제>
적색 페이스트의 조제 후, 다음의 조성의 혼합물이, 균일해지도록 교반 혼합되고, 약 5㎛의 필터로 여과되어, 적색 레지스트 RR이 조제된다.
적색 페이스트 42부
아크릴 수지 용액 18부
디펜타에리트리톨펜타 및 헥사아클릴레이트 4.5부
광중합 개시제 1.2부
증감제 2.0부
시클로헥사논 32.3부
<컬러 필터 기판(1, 17, 21, 39, 42)에 사용되는 녹색 레지스트 GR의 일례>
<녹색 페이스트의 조제>
하기 조성의 혼합물이 균일하게 교반 혼합되고, 약 직경 1㎜의 글래스 비즈를 사용하여, 샌드밀로 5시간 분산되고, 약 5㎛의 필터로 여과되어, 녹색 페이스트(분산액)가 제작된다.
녹색 안료 C. I. Pigment Green58 10.4부
황색 안료 C. I. Pigment Yellow150 9.6부
분산제 2부
아크릴 바니시(고형분 20질량%) 66부
<녹색 레지스트 GR의 조제>
녹색 페이스트의 조제 후, 다음의 조성의 혼합물이, 균일하게 되도록 교반 혼합되고, 약 5㎛의 필터로 여과되어, 녹색 레지스트 GR이 제조된다.
녹색 페이스트 46부
아크릴 수지 용액 8부
디펜타에리트리톨펜타 및 헥사아클릴레이트 4부
광중합 개시제 1.2부
광중합 개시제 3.5부
증감제 1.5부
시클로헥사논 5.8부
프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트 30부
예를 들어, 녹색 레지스트 GR은, 불소계 계면 활성제를 0.08부 첨가하여 사용되어도 된다.
<컬러 필터 기판(1, 17, 21, 39, 42)에 사용되는 청색 레지스트 BR의 일례>
<청색 페이스트 1의 분산체의 조제>
다음의 조성의 혼합물이 균일하게 교반 혼합되고, 약 직경 1㎜의 글래스 비즈를 사용하여, 샌드밀로 5시간 분산되고, 약 5㎛의 필터로 여과되어, 청색 페이스트 1(청색 안료의 분산체)이 제작된다.
청색 안료 C. I. Pigment Blue15:6 52부
분산제 6부
아크릴 바니시(고형분 20질량%) 200부
<청색 페이스트 2의 조제>
다음의 조성의 혼합물이 밀로 5시간 분산되고, 약 5㎛의 필터로 여과되어, 중간 청색 페이스트(분산액)가 제작된다.
청색 안료 C. I. Pigment Blue15:6 49.4부
분산제 6부
아크릴 바니시(고형분 20질량%) 200부
이 중간 청색 페이스트에, 다음의 자색 염료 분체가 첨가되고, 잘 교반되어, 청색 페이스트 2가 조제된다.
자색 염료 2.6부
<청색 레지스트 BR의 조제>
청색 페이스트의 조제 후, 다음의 조성의 혼합물이 균일하게 되도록 교반 혼합되고, 약 5㎛의 필터로 여과되어, 청색 레지스트 BR이 조제된다.
청색 페이스트 16.5부
아크릴 수지 용액 25.3부
디펜타에리트리톨펜타 및 헥사아클릴레이트 1.8부
광중합 개시제 1.2부
증감제 0.2부
시클로헥사논 25부
프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트 30부
<컬러 필터 기판(1, 17, 21, 39, 42)의 제작>
상기의 3색의 적색 레지스트 RR, 녹색 레지스트 GR, 청색 레지스트 BR을 조합하여, 예를 들어 컬러 필터 기판(1, 17, 21, 39, 42)이 제작된다.
상기의 각 실시 형태는, 발명의 취지가 변함없는 범위에서 다양하게 변경하여 적용할 수 있다. 상기의 각 실시 형태는, 자유롭게 조합하여 사용할 수 있다.
1, 17, 21, 39, 42: 컬러 필터 기판
2: 유효 표시 영역
3: 프레임 영역
5: 얼라인먼트 마크
GF: 녹색 필터
RF: 적색 필터
BF: 청색 필터
6, 20, 41: 액정 패널
7, 14: 투명 기판
8: 컬러 필터층
CF: 컬러 필터
9, 9a, 9b: 투명 수지층
10, 10a, 10b: 대향 전극
11, 43: 어레이 기판
12, 44: 액정층
131, 132: 편광판
15a 내지 15c: 절연층
GR: 녹색 레지스트
RR: 적색 레지스트
BR: 청색 레지스트
BM: 블랙 매트릭스
BLK1, BLK2: 차광층
22, 22a, 22b: 공통 전극
23, 23a, 23b: 화소 전극
24, 37, 45: 액정 표시 장치
25, 27, 47: 광 제어 소자
26, 40, 46: 백라이트 유닛
28a, 28b, 29a, 29b: 고체 발광 소자
31: 처리부
34a, 34b: 광센서
33: 액정 구동 소자

Claims (18)

  1. 유효 표시 영역과, 상기 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 영역을 갖는 투명 기판과,
    상기 투명 기판 위에, 각각 색이 서로 다르게, 또한 간극 없이 서로 인접하도록 선 형상의 패턴으로 형성된, 제1 컬러 필터, 제2 컬러 필터, 및 제3 컬러 필터와,
    상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터, 및 상기 제3 컬러 필터의 위에 형성되고, 차광성 색재의 주재로서 유기 안료를 포함하고, 가시 영역 차광성 및 적외 영역 투과성을 갖는 차광층과,
    차광성 색재의 주재로서 카본을 포함하는 제2 차광층과,
    차광성 색재의 주재로서 유기 안료를 포함하는 제3 차광층
    을 구비하고,
    카본을 포함하는 상기 제2 차광층 및 유기 안료를 포함하는 상기 제3 차광층은 상기 프레임 영역에 형성되고,
    상기 제2 차광층은 가시 영역 차광성을 갖지만 적외 영역 투과성을 갖지 않고, 상기 제3 차광층은 가시 영역 차광성 및 적외 영역 투과성을 갖고,
    상기 제1 컬러 필터는, 상기 제2 컬러 필터와 상기 제3 컬러 필터를 구분하도록 배치되고,
    상기 제1 컬러 필터의 선 폭은, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터의 선 폭의 1/2이며,
    상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터는, 서로 다른 색을 갖는 적어도 2개의 컬러 필터의 겹침에 기인하는 두께 방향의 돌기 형성이 없는, 컬러 필터 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터는, 적색 필터 또는 녹색 필터인, 컬러 필터 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차광층에 포함되는 상기 유기 안료의 질량 비율은, 상기 유기 안료의 전체 질량에 대하여, 자색 안료가 50 내지 75%, 황색 안료가 25 내지 50%, 또는 적색 안료가 30% 이하인, 컬러 필터 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차광층에 포함되는 상기 유기 안료의 질량 비율은, 상기 유기 안료의 전체 질량에 대하여, 자색 안료가 30 내지 75%, 황색 안료가 25 내지 50%, 또는 적색 안료가 30% 이하이고, 녹색 안료 또는 청색 안료가 10% 이하의 질량이며, 상기 차광층에 첨가되어 있는, 컬러 필터 기판.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유효 표시 영역에 형성되는 컬러 필터의 두께는, 상기 제2 차광층과 상기 제3 차광층의 조합의 두께와 동일한, 컬러 필터 기판.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터, 및 상기 제3 컬러 필터의 선 형상 패턴은, 복수의 V자 형상을 평면에서 볼 때 세로 방향으로 연결한 패턴인, 컬러 필터 기판.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 컬러 필터 기판과,
    상기 컬러 필터 기판과, 액정층을 개재하여 대향하는 어레이 기판과,
    상기 어레이 기판의 상기 액정층이 배치되어 있는 위치와는 반대측의 위치에 설치된 백라이트 유닛을 구비하고,
    상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터, 및 상기 제3 컬러 필터의 선 형상 패턴은, 상기 유효 표시 영역과 상기 프레임 영역에 형성되어 있으며,
    상기 액정층에 포함되는 액정 분자는, 액정 구동 전압이 인가되지 않은 상태에서 기판 평면에 수직인 장축을 갖는, 액정 표시 장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 컬러 필터 기판과,
    상기 컬러 필터 기판과, 액정층을 개재하여 대향하는 어레이 기판과,
    상기 어레이 기판의 상기 액정층이 배치되어 있는 위치와는 반대측의 위치에 설치된 백라이트 유닛을 구비하고,
    상기 제1 컬러 필터에 대응하는 제1 화소에, 1개의 액정 구동 소자를 구비하고,
    상기 제2 컬러 필터에 대응하는 제2 화소에, 2개의 액정 구동 소자를 구비하고,
    상기 제3 컬러 필터에 대응하는 제3 화소에, 2개의 액정 구동 소자를 구비하는, 액정 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛의 발광 타이밍과 액정 구동 전압 인가 타이밍을 제어 또는 동기하고, 3차원 표시를 행하는 처리부를 더 구비하는, 액정 표시 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛으로부터 출사되는 광의 각도를 제어하는 각도 제어부와, 액정 화면으로부터 출사되는 출사광의 출사각을 조정하는 광 제어 소자를 더 구비하는, 액정 표시 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 액정 구동 소자는, 박막 트랜지스터이며,
    상기 박막 트랜지스터는, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 하프늄, 이트륨, 게르마늄 중 2종 이상의 금속 산화물을 포함하는 채널층을 구비하는, 액정 표시 장치.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 컬러 필터 기판과,
    상기 컬러 필터 기판과, 액정층을 개재하여 대향하는 어레이 기판과,
    상기 어레이 기판의 상기 액정층이 배치되어 있는 위치와는 반대측의 위치에 설치된 백라이트 유닛을 구비하고,
    상기 어레이 기판은, 제1 광센서와 제2 광센서를 구비하고,
    상기 제1 광센서는, 기판 평면과 수직인 방향에서, 상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터 중 어느 하나의 컬러 필터를 경유하여 상기 차광층을 경유하지 않은 광을 검출하고,
    상기 제2 광센서는, 상기 기판 평면과 수직인 방향에서, 상기 컬러 필터와 상기 차광층을 경유하는 광을 검출하고,
    상기 제1 광센서의 검출 데이터로부터, 상기 제2 광센서의 검출 데이터를 감산하는 처리부를 더 구비하는, 액정 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은,
    가시광을 발광하는 제1 고체 발광 소자와,
    터치 센싱용 적외광을 발광하는 제2 고체 발광 소자를 구비하고,
    상기 처리부는, 상기 제2 고체 발광 소자의 발광 타이밍과, 상기 제2 광센서의 수광 타이밍을 동기 제어하는, 액정 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적외광의 파장은, 800nm 내지 1000nm의 범위에 포함되는, 액정 표시 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
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