JP2007147761A - カラーフィルタ、および、液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンショートを十分に抑制できるカラーフィルタ及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】基板１００と、基板１００上に設けられた透明電極層１０２と、透明電極層１０２上に設けられたブラックマトリクス１０３及び透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと、を備えるカラーフィルタＣＦである。
【選択図】図２

Description

本発明は、カラーフィルタ、および、液晶表示装置に関する。

従来より、図１のようなＴＦＴ液晶表示装置用のカラーフィルタＣＦが知られている。すなわち、透明または不透明な基板１００上に、直接もしくは反射板を介してブラックマトリクス１０３および透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂとが形成され、必要に応じてブラックマトリクス１０３及び透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ上に透明なオーバーコート層１０５が形成され、さらに、オーバーコート層１０５上に透明電極層１０２が形成され、さらに透明電極層１０２上に柱状スペーサ１０６が形成されている。カラーフィルタＣＦ上に、ＴＦＴアレイを有するＴＦＴ型液晶駆動基板が積層され、カラーフィルタＣＦとＴＦＴ型液晶駆動基板との間に液晶が充填されることによりＴＦＴ型の液晶表示装置が完成する。

そして、近年のＴＦＴ型の液晶表示装置では、液晶の高速駆動による表示性能の向上を図るため、カラーフィルタと、ＴＦＴ型液晶駆動基板とのギャップを可能な限り狭くする工夫が行われている。
特開平５−２７１１５号公報 特開２００２−３５７８２８号公報 特開２００２−３５０８８８号公報

しかしながら、カラーフィルタと液晶駆動基板とのギャップが狭くなった場合、カラーフィルタ基板とＴＦＴ型液晶駆動基板との間に存在する導電性の異物によりカラーフィルタとＴＦＴ型液晶駆動基板との間での短絡現象が起こり易くなる。このような短絡現象がおきると、該異物が存在する部分で正常な表示ができなる。このようなトラブルは、コモンショートと呼ばれる。

当該トラブルを防止すべく、製造現場における徹底的な異物除去対策が講じられているが、ギャップが小さくなるにつれて当該トラブルの抑制は一層困難となっており、根本的な解決が望まれている。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、コモンショートを十分に抑制できるカラーフィルタ及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係るカラーフィルタは、基板と、この基板上に設けられた透明電極層と、この透明電極層上に設けられたブラックマトリクス及び着色層と、を備える。

本発明によれば、ブラックマトリクス及び着色層の下に、透明電極層上が設けられている。したがって、このようなカラーフィルタと、ＴＦＴ型液晶駆動基板とを、スペーサを挟んで積層した場合に、これらの間に導電性の異物があったとしても、ＴＦＴ型液晶駆動基板の画素電極と、カラーフィルタの透明電極層との短絡現象を抑制できる。

ここで、ブラックマトリクス及び着色層上にさらにオーバーコート層を備えることが好ましい。これによれば、表面を平坦化できて好ましく、また、このオーバーコート層により、導電性の異物によるＴＦＴ型液晶駆動基板の画素電極等と、カラーフィルタの透明電極層との短絡現象をより一層抑制することができる。

透明電極層の材料としては、酸化インジウム錫、又は、酸化インジウム亜鉛であることが好ましい。

また、ブラックマトリクスの材料は樹脂であることが好ましい。また、本カラーフィルタはＴＦＴ型液晶表示装置に適する。

本発明に係る液晶表示装置は、上述の液晶用カラーフィルタと、ＴＦＴ型液晶駆動基板と、を備える液晶表示装置である。

本発明によれば、コモンショートを十分に抑制できるカラーフィルタ及び液晶表示装置が提供される。

本発明に係るカラーフィルタ及び液晶表示装置について説明する。

本発明にかかるＴＦＴ液晶用のカラーフィルタは、図２に示すように、透明または不透明な基板１００と、基板１００上に設けられた透明電極層１０２と、透明電極層１０２上に設けられたブラックマトリクス１０３及び透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと、ブラックマトリクス１０３及び透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ上に設けられたオーバーコート層１０５と、オーバーコート層１０５上に設けられたスペーサ１０６とを備えている。

透明または不透明の基板１００の材料は、とくに限定されないが、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートしたソーダライムガラス等の無機ガラス類、人工石英ガラス等のリジット材、あるいは樹脂フィルムまたはシート、光学用樹脂板等のフレキシブル材が好ましく、透明な石英ガラス、透明な樹脂フィルムがとくに好ましい。

透明電極層１０２の材料としては、とくに制限はないが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）等、およびその合金等が好ましく、とくに好ましくは酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）である。

透明電極層１０２の厚みは特に限定されないが、例えば、１００〜３００ｎｍ（好ましくは１５０ｎｍ）とすることができる。

透明電極層１０２の形成方法には、とくに制限はなく、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、塗布法等の一般的な成膜方法で形成することができる。

ブラックマトリクス１０３の形状は特に限定されないが、透明電極層１０２上に、格子（マトリクス）状、又は、縞（ストライプ）状に形成されていることが好ましい。

ブラックマトリクス１０３の材料は、とくに制限されないが、遮光性粒子（例えば、カーボン微粒子や金属酸化物粒子等）を含む樹脂材料、例えば、熱硬化性樹脂材料（ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等）や感光性樹脂材料が好ましい。樹脂であると、絶縁性が高いので後述する短絡抑制効果も高い。また、ブラックマトリクス１０３の材料として、酸化クロム及び／又は窒化クロム等のクロム化合物層と、クロム層と、の積層体を用いてもよい。このような積層体は、スパッタリング法、真空蒸着法等により容易に形成できる。

ブラックマトリクス１０３は、例えば、透明電極層１０２上に、遮光性粒子を含む樹脂層、又は、クロム層及びクロム化合物層を積層した積層体を形成し、これをパターニングすることにより形成できる。

ブラックマトリクスの厚みは特に限定されないが、樹脂製のブラックマトリクス１０３の場合には、その厚みを例えば１．０〜２．０μｍ（好ましくは１．２μｍ）とすることができ、クロム及びクロム化合物の層を積層したブラックマトリクス１０３の場合には、その厚みを例えば１００〜２００ｎｍとすることができる。

透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂは、ブラックマトリクス１０３の開口内、例えば、格子内や縞の間に配置されている。

透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの材料は、とくに制限されないが、赤色顔料、紫色顔料、青色顔料、黄色顔料、緑色顔料等が含まれていてもよい熱硬化性樹脂材料や感光性樹脂材料が好ましい。樹脂であると、絶縁性が高いので後述する短絡抑制効果も高い。

透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに用いられる着色用の有機顔料としては、とくに限定されないが、カラーインデックス（Ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｄｙｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｌｏｕｒｉｓｔｓ社発行）においてピグメント（Ｐｉｇｍｅｎｔ）に分類されている化合物でよく、好ましくは、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３８、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５０、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８０、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８５等のイエロー系ピグメント、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１、Ｃ．Ｉ．ピグメント２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド３、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７などのレッド系ピグメント、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：４、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６等のブルー系ピグメント、およびＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３：１９、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６等およびカーボンブラックの黒色色材が例示される。

透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの厚みは特に限定されないが、十分な短絡抑制効果をもたらすべく、１．０〜２．０μｍとすることが好ましい。

なお、ブラックマトリクス１０３は、互いに異なる色の透明着色層の端部同士を重ねることにより形成してもよい。

透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ及びブラックマトリクス１０３の具体的な製造方法は特に限定されず、例えば、レリーフ染色法、顔料分散法、電着法、印刷法、インクジェット法、電子写真法、銀塩法、等が適用できる。

オーバーコート層１０５は、透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ及びブラックマトリクス１０３上に形成されており、カラーフィルタＣＦの表面の平坦化に寄与する。

オーバーコート層１０５の材料は、透明かつ絶縁性の膜となるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、アクリレート系コポリマー等にスチリルピリジウム基やスチルバゾール基等をペンダント化させた樹脂等、公知の酸素遮断性を有する樹脂が好ましい。

オーバーコート層１０５の厚みは特に限定されないが、例えば、ブラックマトリクス１０３及び透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの上において１．０〜２．０μｍ（好ましくは１．５μｍ）とすることが好ましい。

オーバーコート層１０５の製造方法は特に限定されず、公知の塗布、乾燥法等が適用できる。なお、オーバーコート層１０５が無くても実施は可能である。

スペーサ１０６は、オーバーコート層１０５上に設けられている。スペーサ１０６はいわゆる柱状のものであり、感光性樹脂材料等を用いてフォトリソグラフィー法等により製造できる。スペーサ１０６の高さは特に限定されないが、２．５〜６．０μｍ程度が好ましい。

続いて、本発明に係るＴＦＴ型の液晶表示装置ＬＣＤについて図３を参照して説明する。

この液晶表示装置ＬＣＤは、主として、カラーフィルタＣＦと、ＴＦＴ型の液晶駆動基板ＴＡと、を備える。

カラーフィルタＣＦは、上記において説明したものであるが、オーバーコート層１０５上にはポリイミド系樹脂等から形成された配向膜１０８が設けられている。

また、ＴＦＴ型液晶駆動基板ＴＡは、透明基板２００上に画素電極（ＴＦＴアレイ）２０１が設けられ、さらに、画素電極２０１上にポリイミド系樹脂等の配向膜２０２が設けられたものである。

ＴＦＴ型液晶駆動基板ＴＡとカラーフィルタＣＦとのギャップはスペーサ１０６によって規定されている。また、ＴＦＴ型液晶駆動基板ＴＡとカラーフィルタＣＦとの間には液晶３００が充填されている。

本発明によれば、カラーフィルタＣＦにおいて、透明電極層１０２が、ブラックマトリクス１０３及び透明着色層１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの下、さらには、オーバーコート層１０５の下にある。したがって、カラーフィルタＣＦとＴＦＴ型液晶駆動基板ＴＡとを重ね合わせる際に、カラーフィルタＣＦと液晶駆動基板ＴＡとの間に導電性の異物が混入したとしても、液晶駆動基板ＴＡの画素電極２０１等と、カラーフィルタＣＦの透明電極層１０２との間が短絡することを十分に抑制できる。したがって、コモンショートのトラブルの殆どないＴＦＴ型液晶表示装置を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。例えば、ブラックマトリクス１０３や透明着色層１０４のパターン形状は任意であり、一枚の透明電極層１０２の上に、任意のパターニングがなされたブラックマトリクス１０３及び透明着色層１０４が設けられていればよい。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

（実施例１）
外形寸法３７０ｍｍ×４７０ｍｍであり厚みが０．５ｍｍのコーニング社製液晶用イーグル２０００ガラス基板の上に、透明電極層として酸化インジウム錫をスパッタリング法により１５０ｎｍ形成した。次いで、透明電極層を形成したガラス基板に非スピン式コート法により東京応化工業製ブラックマトリクス用機能性樹脂材料（CFPR-BK８０００型）を均一に塗布し、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、ブラックマトリクスを１．２μｍの厚みで形成した。さらに、ブラックマトリクスを形成したガラス基板に、住友化学製赤色カラーレジストＮＦ−Ｒ３０１、緑色カラーレジストＮＦ−Ｇ22Ｍ、青色カラーレジストＮＦ−Ｂ016Ｍを用い、スピンコートによる塗布法及びフォトリソグラフィー法によるパターニングを行い、顔料分散樹脂から形成された、パターニングされた透明着色層を１．２μｍの厚みで形成した。次いで、ブラックマトリクス及び透明着色層を形成したガラス基板にJSR製オーバーコート材SS−６８０８をスピンコート法により塗布し、乾燥させてオーバーコート層を１．５μｍの厚みで形成し、さらに、オーバーコート層上にＪＳＲ製スペーサ材料ＮＮ７５０Ｇを用いてフォトリソグラフィー法により高さ３．５μｍの柱状スペーサを形成し、ＴＦＴ型液晶表示装置用のカラーフィルタを得た。得られたカラーフィルタと、ＴＦＴ型液晶駆動基板とを用いて公知の方法によりＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置はコモンショートによる表示欠陥はなかった。

（比較例１）
比較例１では、積層順番を異ならせる以外は実施例１と同様に行った。具体的には、ガラス基板にブラックマトリクス及び着色樹脂層を形成し、次いでブラックマトリクス及び着色樹脂層上にオーバーコート層を形成し、さらにオーバーコート層上に、酸化インジウム錫を形成した。得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同じ方法でＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置は、異物として混入した微小金属の影響によるコモンショートのトラブルがあった。

（実施例２）
実施例２では、コーニング社製液晶用１７３７ガラス基板（３７０×４７０ｍｍ）の上に、透明電極層として酸化インジウム亜鉛を公知のスパッタリング法により１６０ｎｍ形成した。次いで、透明電極層を形成したガラス基板に、住友化学製赤色カラーレジストＮＦ−Ｒ３０１、緑色カラーレジストＮＦ−Ｇ22Ｍ、青色カラーレジストＮＦ−Ｂ016Ｍを用い、スピンコート法による塗布及びフォトリソグラフィー法によるパターニングにより各色の透明着色層を厚さ１．２μｍで形成し、それぞれの透明着色層の端部１０μｍについて重ね合わせて重ね合わせブラックマトリクスを形成した。次いで、透明着色層及びブラックマトリクスを形成したガラス基板上に、JSR製オーバーコート材SS−５８０８を塗布して乾燥させ、オーバコート層を１．５μｍの厚みで形成した。さらに、ＪＳＲ製スペーサ材料ＮＮ７５０Ｇを用いてフォトリソグラフィー法により柱状スペーサを高さ４．０μｍで形成し、ＴＦＴ液晶用カラーフィルタを得た。得られたカラーフィルタを用いて公知の方法でＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置はコモンショートによる表示欠陥はなかった。

（比較例２）
比較例２では、積層順番を異ならせる以外は実施例２と同様に行った。具体的には、ガラス基板にパターニングされた透明着色層および重ね合わせブラックマトリクスを形成し、次いでオーバーコート層を形成し、さらに酸化インジウム亜鉛を形成し、その上に、柱状スペーサを形成した。得られたカラーフィルタを用いて実施例２と同じ方法でＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置は、異物として混入した微小金属の影響によるコモンショートのトラブルがあった。

（実施例３）
コーニング社製液晶用１７３７ガラス基板の上に透明電極層として酸化インジウム錫をＣＶＤ法により１５０ｎｍ形成した。次いで、透明電極層を形成したガラス基板に実施例１と同様の方法によりブラックマトリクスを形成した。次いで、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４を微粒子化した赤色インク、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６を微粒化した緑色インク、及び、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５を微粒化した青色インクを用いてインクジェット法により透明着色層を形成した。次いで、ブラックマトリクス及び透明着色層を形成したガラス基板に実施例１と同様にしてオーバーコート層を形成し、さらにオーバーコート層上に実施例１と同様にして柱状スペーサを形成し、ＴＦＴ液晶用カラーフィルタを得た。得られたカラーフィルタを用いて公知の方法でＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置はコモンショートによる表示欠陥はなかった。

（実施例４）
実施例４では、実施例３におけるインクジェット法の代わりに、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４を微粒子化した赤色インク、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６を微粒化した緑色インク、及び、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５を微粒化した青色インクを用いてを用いた印刷法により透明着色層を形成し、その他は実施例３と同じ方法でＴＦＴ液晶用カラーフィルタを得た。得られたカラーフィルタを用いて公知の方法でＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置はコモンショートによる表示欠陥はなかった。

（実施例５）
実施例５では、実施例３におけるインクジェット法の代わりに、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４を微粒子化した赤色電子トナー、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６を微粒化した緑色電子トナー、及び、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５を微粒化した青色電子トナーを用いて電子写真法により透明着色層を形成し、その他は実施例３と同じ方法でＴＦＴ液晶用カラーフィルタを得た。得られたカラーフィルタを用いて公知の方法でＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置はコモンショートによる表示欠陥はなかった。

（実施例６）
実施例６では、実施例１におけるコーニング社製液晶用イーグル２０００ガラス基板の代わりに透明ポリエチレンナフタレート系フィルムを用いて、加熱温度１５０℃以下に保つ以外は実施例１と同様にしてＴＦＴ液晶用カラーフィルタを得た。得られたカラーフィルタを用いて公知の方法でＴＦＴ液晶表示装置を製作した。当該液晶表示装置はコモンショートによる表示欠陥はなかった。

図１は、従来のカラーフィルタを示す断面図である。 図２は、本発明に係るカラーフィルタを示す断面図である。 図３は、本発明に係る液晶表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１００…基板、１０２…透明電極層、１０３…ブラックマトリクス層、１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ…透明着色層、１０５…オーバーコート層、１０６…柱状スペーサ、ＣＦ…カラーフィルタ、ＴＡ…液晶駆動基板、ＬＣＤ…液晶表示装置。

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた透明電極層と、
   前記透明電極層上に設けられたブラックマトリクス及び透明着色層と、
   を備えるカラーフィルタ。
2. 前記ブラックマトリクス及び透明着色層上にさらにオーバーコート層を備える請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記透明電極層の材料は、酸化インジウム錫、又は、酸化インジウム亜鉛である請求項１または２に記載のカラーフィルタ。
4. 前記ブラックマトリクスの材料は樹脂である請求項１から３のいずれか記載のカラーフィルタ。
5. ＴＦＴ型液晶表示装置用である請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタ。
6. 請求項１から５のいずれか記載のカラーフィルタと、
   ＴＦＴ型液晶駆動基板と、を備える液晶表示装置。
   

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