JP2018155835A - カラーフィルタおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、画素上に液晶の配向制御突起を形成することなく、斜め視野の色付き問題を改善可能なカラーフィルタ基板を提供することを課題とする。
【解決手段】透明基板６上にブラックマトリクス１とそのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素２と緑色層が形成された緑色画素３と青色層が形成された青色画素４と、を備えたカラーフィルタ１０において、ブラックマトリクス１と、赤色画素２の赤色層または緑色画素３の緑色層または青色画素４の青色層の色層との重なり量が、各画素毎に異なり、ブラックマトリクス１上における隣接する画素の各色層の重なり量が、多い箇所と少ない箇所が混在していることを特徴とするカラーフィルタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタとそれを使用した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置にはその駆動方式や液晶の配向技術などにより、幾つかの種類が使用されている。その中でも高精細なカラー液晶表示装置には、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を使用したアクティブマトリクス方式のカラー液晶表示装置が多用されている。

アクティブマトリクス方式のカラー液晶表示装置は、ＴＦＴがガラス基板に形成されたＴＦＴ基板と、カラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板と、をそれぞれＴＦＴとカラーフィルタが形成された面を向い合わせにして周縁部をシール剤にてシールすることにより貼り合わされて、液晶セルが作製される。その際、ＴＦＴ基板の画素電極と、それに対応したカラーフィルタ基板のカラーフィルタは目合わせされている。その液晶セルに液晶材料が封入されることにより、液晶パネルが作製されている。

カラーフィルタ基板は、ガラス基板にまず基準パターンとなるブラックマトリクス（ＢＭ）が形成される。ブラックマトリクスは、通常、黒色感光性樹脂塗液をガラス基板に塗布、乾燥した後、所望のパターンを備えたフォトマスクを使用して露光され、現像されることにより形成される。

次に、ブラックマトリクスを形成したのと同様の方法により、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色層を順次形成する。更に、通常はその上にオーバーコート（ＯＣ）層が形成されている。ＯＣ層が備えられていない構成もある。

図３に、この様にして作製されたカラーフィルタ１０´の断面図の一例を示した。透明基板上に形成された赤色層２´、緑色層３´、青色層４´の各色層は、ブラックマトリクス１と重なって形成されるが、隣接する色層は、重なっていない。

図４には、この様にして作製されたカラーフィルタ１０´とＴＦＴ基板を使用して作製した液晶パネル２０´における液晶分子８の配向状態を例示した。図４に示した様に、従来の液晶パネル２０´における液晶分子８の配向方向は、特別な構造を備えていない場合は、液晶パネルの厚み方向に配向している。

この様な液晶パネルを使用した従来の液晶表示装置においては、画面を斜めから見た際、見る角度によっては黄色味や青味に変化するという問題があった。その対策として、液晶の配向を局所的に斜めになる様に制御する配向制御突起を形成（ＭＶＡ方式、Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ方式）（例えば、特許文献１参照）するなどの方法で、斜め視野の色付き問題を改善してきたが、欠点として画素上に突起を形成することによって明度やコントラストが低下する問題があった。

特開２００５−１４８２５９号公報

上記の問題点を解決するため、本発明は、画素上に液晶の配向制御突起を形成すること
なく、斜め視野の色付き問題を改善可能なカラーフィルタ基板を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、透明基板上にブラックマトリクスとそのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素と緑色層が形成された緑色画素と青色層が形成された青色画素と、を備えたカラーフィルタにおいて、
ブラックマトリクスと、赤色画素の赤色層または緑色画素の緑色層または青色画素の青色層の色層との重なり量が、各画素毎に異なり、ブラックマトリクス上における隣接する画素の各色層の重なり量が、多い箇所と少ない箇所が混在していることを特徴とするカラーフィルタである。

また、請求項２に記載の発明は、透明基板上にＸ−Ｙマトリクス状に形成されたブラックマトリクスと、そのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素と緑色層が形成された緑色画素と青色層が形成された青色画素と、を備えたカラーフィルタであって、
ブラックマトリクスのＸ（またはＹ）方向に配列した各画素に形成された色層の幅が、ブラックマトリクスの開口部のＸ（またはＹ）方向の幅より大きく、且つその色層の中心位置が、画素の中心よりＸ（またはＹ）方向にずらして備えられており、且つ直近の同じ色の色層の中心位置が、画素の中心より前記Ｘ（またはＹ）方向の逆方向にずらして備えられており、
任意の画素に形成された色層のＸ（またはＹ）方向における一方の側においては、その色層は、隣接する画素の色層と重ならずに備えられており、もう一方の側においては隣接する画素の色層と重なって備えられており、
前記任意の画素のＸ（またはＹ）方向における直近の同じ色の画素の色層のＸ（またはＹ）方向における一方の側においては、その色層は隣接する画素の色層と重なって備えられており、もう一方の側においては隣接する画素の色層と重ならずに備えられていることを特徴とするカラーフィルタである。

また、請求項３に記載の発明は、透明基板上にＸ−Ｙマトリクス状に形成されたブラックマトリクスと、そのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素と緑色層が形成された緑色画素と青色層が形成された青色画素と、を備えたカラーフィルタであって、
Ｘ（またはＹ）方向に平行な切断線による断面において、ブラックマトリクスを介して隣接する２つの画素に形成した各色層の表面が、透明基板に直交し、Ｙ（またはＸ）方向に平行な面に対して互いに逆の傾きを持った面であり、且つ異なる傾きであることを特徴とするカラーフィルタである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のカラーフィルタにおいて、前記ブラックマトリクスと前記赤色画素と前記緑色画素と前記赤色画素の上に、オーバーコート層が形成されていることを特徴とするカラーフィルタである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタを使用したことを特徴とする液晶表示装置である。

本発明のカラーフィルタによれば、ブラックマトリクスの開口部に赤色層または緑色層または青色層が形成されることにより形成された赤色画素と緑色画素と青色画素を備えており、ブラックマトリクスを介して隣接する２つの画素に形成した各色層の表面が、透明
基板に直交する線に対して互いに逆の傾きを持った面であり、且つ異なる傾きであるため、ブラックマトリクスとそれらの画素の上にオーバーコート層を形成したカラーフィルタにおいて、液晶がそれらの面に直交して配向することにより、斜め視野の色付き問題を改善可能となる。

本発明のカラーフィルタ基板を例示する概略断面図。 本発明のカラーフィルタ基板を使用した液晶パネルにおける液晶の配向状態を例示する概略断面図。 従来のカラーフィルタ基板を例示する概略断面図。 従来のカラーフィルタ基板を使用した液晶パネルにおける液晶の配向状態を例示する概略断面図。

＜カラーフィルタ＞
本発明のカラーフィルタについて説明する。
本発明のカラーフィルタは、透明基板上にブラックマトリクスとそのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素と緑色層が形成された緑色画素と青色層が形成された青色画素と、を備えたカラーフィルタであり、オーバーコート層５を備えていても良い。

ブラックマトリクスと、赤色画素の赤色層または緑色画素の緑色層または青色画素の青色層の色層との重なり量が、各画素毎に異なり、ブラックマトリクス上において隣接する画素の各色層の重なり量が、多い箇所と少ない箇所が混在していることが特徴である。

図１を用いて更に詳しく説明する。
本発明のカラーフィルタ１０は、透明基板６上にＸ−Ｙマトリクス状に形成されたブラックマトリクス１と、そのブラックマトリクス１の開口部に赤色層が形成された赤色画素２と緑色層が形成された緑色画素３と青色層が形成された青色画素４と、を備えたカラーフィルタである。

ブラックマトリクス１のＸ（またはＹ）方向に配列した各画素に形成された色層の幅が、ブラックマトリクス１の開口部のＸ（またはＹ）方向の幅より大きく、且つその色層の中心位置が、画素の中心よりＸ（またはＹ）方向にずらして備えられており、且つ直近の同じ色の色層の中心位置が、画素の中心より前記Ｘ（またはＹ）方向の逆方向にずらして備えられている。

また、任意の画素に形成された色層のＸ（またはＹ）方向における一方の側においては、その色層は、隣接する画素の色層と重ならずに備えられており、もう一方の側においては隣接する画素の色層と重なって備えられている。

また、前記任意の画素のＸ（またはＹ）方向における直近の同じ色の画素の色層のＸ（またはＹ）方向における一方の側においては、その色層は隣接する画素の色層と重なって備えられており、もう一方の側においては隣接する画素の色層と重ならずに備えられている。

本発明のカラーフィルタ１０の製造方法は、従来のカラーフィルタの製造方法を好適に適用可能である。例えば、フォトリソ方式のカラーフィルタ製造方法を使用可能である。この場合、使用するフォトマスクを、上記に説明したように、赤色画素に形成する赤色層と緑色画素に形成する緑色層と青色画素に形成する青色層のパターンを、ブラックマトリ
クスのパターンに対して、所望の位置関係になるように配置しておけば良い。

＜液晶パネル＞
次に、上述した本発明のカラーフィルタ１０を使用した液晶パネルについて図２を用いて説明する。

本発明のカラーフィルタ１０を使用した液晶パネル２０は、本発明のカラーフィルタ１０とアクティブマトリクス駆動を可能とするＴＦＴ基板７とを、それぞれカラーフィルタ１０の画素が形成された面とＴＦＴ基板７のＴＦＴが形成された面を向い合わせにして、カラーフィルタ１０の画素とＴＦＴ基板７の画素電極が目合わせされた位置で、それらの周縁部に施したシール剤により両者を接着し、液晶セルを構成し、液晶材料をその液晶セルに封入することにより、液晶パネル２０を作製することができる。

本発明のカラーフィルタ１０は、例えば、フォトリソ方式の製造工程により、まず透明基板６の一方の面に、感光性黒色樹脂塗液が塗布、乾燥され、感光性黒色樹脂塗膜が形成される。次に、所望の露光パターンを備えたブラックマトリクス用フォトマスクを用いて、露光し現像することにより、ブラックマトリクス１が形成される。次に、同様にして、ブラックマトリクス１の上に、感光性赤色樹脂塗液が塗布、乾燥され、感光性赤色樹脂塗膜が形成される。次に、所望の露光パターンを備えた赤色層形成用フォトマスクを用いて、露光し現像することにより、赤色層が形成される。次に、所望の露光パターンを備えた緑色層形成用フォトマスクを用いて、露光し現像することにより、緑色層が形成される。次に、所望の露光パターンを備えた青色層形成用フォトマスクを用いて、露光し現像することにより、青色層が形成される。更に、それらの上に、オーバーコート層５を塗布、乾燥することにより、カラーフィルタ１０を作製することができる。感光性のオーバーコート層５形成材料を使用する場合は、オーバーコート層５を形成した後、オーバーコート層用のフォトマスクを使用して露光、現像することにより、オーバーコート層５を形成することができる。

そして、本発明のカラーフィルタ１０を使用した液晶パネル２０においては、液晶分子８の配向方向が、液晶パネル２０の厚み方向に揃っておらず、各画素毎に異なっているのが特徴である。

図１および図２を参照しながら、液晶分子８の配向方向が各画素毎に異なっている状況を説明する。

本発明のカラーフィルタ１０は、ブラックマトリクス１を基準パターンとして、まず赤色画素を形成するブラックマトリクス１の開口部に赤色層のパターンを形成する。図１では、赤色層の中心がブラックマトリクス１の開口部の中心からＸ方向のマイナス（左）方向にずらして（シフトさせて）形成されている場合を例示している。そのように左側にずらせることにより、赤色層の左側は、ブラックマトリクス１と重なりが多くなっている。一方、その右側はブラックマトリクス１との重なりが少なくなっている。そのため、赤色画素２の左側の赤色層は盛り上がりが多く、右側の赤色層は盛り上がりが少なくなり、赤色層は、幾分、右側に傾いた面を形成する。また、Ｘ方向の直近の右隣または左隣の赤色層は、逆の関係になるように赤色層形成用フォトマスクを作製しておくことにより、幾分、左側に傾いた面を形成する。

次に、緑色画素を形成するブラックマトリクス１の開口部に緑色層のパターンを形成する。図１に例示したように、緑色層の中心がブラックマトリクス１の開口部の中心からＸ方向のプラス（右）方向にずらして（シフトさせて）形成されている。そのように右側にずらせることにより、緑色層の右側は、ブラックマトリクス１と重なりが多くなっている
ため、赤色層の上にも重なる。一方、その左側はブラックマトリクス１との重なりが少なくなっている。そのため、緑色画素３の右側の緑色層は盛り上がりが多く、左側の緑色層は盛り上がりが少なくなり、緑色層は、幾分、左側に傾いた面を形成する。また、Ｘ方向の直近の右隣または左隣の緑色層は、逆の関係になるように緑色層形成用フォトマスクを作製しておくことにより、右側に傾いた面を形成する。

次に、青色画素を形成するブラックマトリクス１の開口部に青色層のパターンを形成する。図１に例示したように、青色層の中心がブラックマトリクス１の開口部の中心からＸ方向のマイナス（左）方向にずらして（シフトさせて）形成されている。そのように左側にずらせることにより、青色層の左側は、ブラックマトリクス１と重なりが多くなっているため、赤色層の上にも重なる。一方、その右側はブラックマトリクス１との重なりが少なくなっている。そのため、青色画素４の右側の青色層は盛り上がりが多く、左側の青色層は盛り上がりが少なくなり、青色層は、右側に傾いた面を形成する。また、Ｘ方向の直近の右隣または左隣の青色層は、逆の関係になるように青色層形成用フォトマスクを作製しておくことにより、左側に傾いた面を形成する。

以上の様にすることにより、Ｘ方向に隣接する画素に形成された色層が形成する面を、透明基板６の面に直交し、Ｙ方向に平行な面に対して交互に傾いた面とすることができる。また同様に、Ｙ方向に隣接する画素に形成された色層が形成する面を、透明基板６の面に直交し、Ｘ方向に平行な面に対して交互に傾いた面とすることもできる。

この様に、本発明のカラーフィルタ１０においては、隣接する画素に形成する各色層が形成する面を、透明基板６の面に直交し、Ｙ方向に平行な面に対して交互に傾いた面とすることができるため、斜め視野の色付き問題を改善することができる。

また、本発明の液晶パネル２０を使用した液晶表示装置は、斜め視野の色付き問題を改善することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。

＜実施例１＞
透明基板上にブラックマトリクス形成用黒色レジストをダイコートにより膜厚が１．５μｍとなるように塗布、ブラックマトリクス用格子状開口を持つフォトマスクを介して通して高圧水銀灯の光を５０ｍＪ／ｃｍ^２照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像した。その後、２３０℃で、３０分で硬膜させブラックマトリクスを形成した。

次いで、赤色着色層形成用レジストを同様のフォトリソグラフィー法により赤色着色層を形成、緑色着色層、青色着色層についても同様の方法で形成した。

着色層の形成の際に使用するフォトマスクはブラックマトリクスと着色層の重なり量が画素内で異なり、重なり量が多い箇所と少ない箇所が交互に配置されるよう設計されているものを用いた。

このようにして得られた基板に対し、オーバーコート層を形成し、図１に示すカラーフィルタが得られた。

図１に示すカラーフィルタを用いて図２に示す液晶パネルを使用した液晶表示装置を作製し、画素毎に液晶の配向の向きが異なる事により斜め視野時の色付きが少なく良好な結果が得られた。

＜比較例＞
次に、比較例について説明する。
着色層の形成の際に使用するフォトマスクとして、各画素に形成する着色層が、ブラックマトリクスとだけ重なり、着色層同士は重ならない様に設計したものを使用した以外は、実施例１と同様にして、カラーフィルタを作製した（図３参照）。

この様に作製したカラーフィルタの各画素に形成された色層の表面には凹部が形成されても、対照的な形状となり、傾きが無い面となる。このカラーフィルタを使用して作製した液晶パネルにおける液晶分子の配向方向は、液晶の厚み方向に平行な配向となる。このような配向では、斜め視野の色付き問題が発生した。

１・・・ブラックマトリクス
２、２´・・・赤色画素
３、３´・・・緑色画素
４、４´・・・青色画素
５・・・オーバーコート（ＯＣ）層
６・・・透明基板
７・・・ＴＦＴ基板
８・・・液晶分子
１０、１０´・・・カラーフィルタ
２０、２０´・・・液晶パネル

Claims (5)

1. 透明基板上にブラックマトリクスとそのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素と緑色層が形成された緑色画素と青色層が形成された青色画素と、を備えたカラーフィルタにおいて、
   ブラックマトリクスと、赤色画素の赤色層または緑色画素の緑色層または青色画素の青色層の色層との重なり量が、各画素毎に異なり、ブラックマトリクス上における隣接する画素の各色層の重なり量が、多い箇所と少ない箇所が混在していることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 透明基板上にＸ−Ｙマトリクス状に形成されたブラックマトリクスと、そのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素と緑色層が形成された緑色画素と青色層が形成された青色画素と、を備えたカラーフィルタであって、
   ブラックマトリクスのＸ（またはＹ）方向に配列した各画素に形成された色層の幅が、ブラックマトリクスの開口部のＸ（またはＹ）方向の幅より大きく、且つその色層の中心位置が、画素の中心よりＸ（またはＹ）方向にずらして備えられており、且つ直近の同じ色の色層の中心位置が、画素の中心より前記Ｘ（またはＹ）方向の逆方向にずらして備えられており、
   任意の画素に形成された色層のＸ（またはＹ）方向における一方の側においては、その色層は、隣接する画素の色層と重ならずに備えられており、もう一方の側においては隣接する画素の色層と重なって備えられており、
   前記任意の画素のＸ（またはＹ）方向における直近の同じ色の画素の色層のＸ（またはＹ）方向における一方の側においては、その色層は隣接する画素の色層と重なって備えられており、もう一方の側においては隣接する画素の色層と重ならずに備えられていることを特徴とするカラーフィルタ。
3. 透明基板上にＸ−Ｙマトリクス状に形成されたブラックマトリクスと、そのブラックマトリクスの開口部に赤色層が形成された赤色画素と緑色層が形成された緑色画素と青色層が形成された青色画素と、を備えたカラーフィルタであって、
   Ｘ（またはＹ）方向に平行な切断線による断面において、ブラックマトリクスを介して隣接する２つの画素に形成した各色層の表面が、透明基板に直交し、Ｙ（またはＸ）方向に平行な面に対して互いに逆の傾きを持った面であり、且つ異なる傾きであることを特徴とするカラーフィルタ。
4. 請求項３に記載のカラーフィルタにおいて、前記ブラックマトリクスと前記赤色画素と前記緑色画素と前記赤色画素の上に、オーバーコート層が形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタを使用したことを特徴とする液晶表示装置。