JP4186513B2 - 液晶表示装置用カラーフィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂ブラックマトリックスを用いた液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、対向基板とのシール部の透明導電膜が剥がれ難い液晶表示装置用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（３１）、着色画素（３２）、及び透明導電膜（３３）が形成されたものである。
【０００３】
液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を形成しカラーフィルタとするといった方法が広く用いられている。
【０００４】
ブラックマトリックス（３１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（３２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものであり、透明導電膜（３３）は、透明な電極として設けられたものである。
ブラックマトリックス（３１）は、着色画素（３２）間のマトリックス部（３１Ａ）と着色画素（３２）が形成された領域の周辺部を囲む外枠部（３１Ｂ）とで構成されている。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
【０００５】
このブラックマトリックス基板の製造には、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ_X ）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯ_X などの金属薄膜からなるブラックマトリックス（３１）を形成するといった方法がとられている。
【０００６】
また、着色画素（３２）の形成は、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。
また、透明導電膜（３３）の形成は、着色画素が形成されたブラックマトリックス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。
【０００７】
図３、及び図４のカラーフィルタでは、着色画素（３２）を模式的に９個示したものであるが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１４インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。
また、図３、及び図４に示すカラーフィルタは、１基の液晶表示装置に対応した１枚のカラーフィルタを表わしており、液晶表示装置に用いられる際には、カラーフィルタの周縁部である、ブラックマトリックスの外枠部（３１Ｂ）にシール剤（図示せず）を設け、対向基板と貼り合わせて液晶表示装置とする。
【０００８】
また、図５は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図であるが、ブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例を示すものである。
このカラーフィルタは、図４に示すカラーフィルタと同様に、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（３２）、及び透明導電膜（３３）が形成されたものである。
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（３０）上に、例えば、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（５１）と称している。
【０００９】
樹脂ブラックマトリックス（５１）は、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、薄膜で高濃度を得ることはできず、例えば、１．２μｍ程度の厚さにして必要な高濃度を達成するようにしている。
樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックスとして用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
【００１０】
カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したカラーフィルタを大サイズのガラス基板に面付けした状態で製造する。例えば、対角１４インチのカラーフィルタを５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けし、或いは、対角１７インチのカラーフィルタを６８０ｍｍ×８８０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。
【００１１】
カラーフィルタを面付けして大量に製造する際の、大サイズのガラス基板が、例えば、４５０ｍｍ×５５０ｍｍ程度から５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ程度へと大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
この移行は、大サイズのガラス基板が今後、９００ｍｍ×１１００ｍｍ程度へと更に大サイズ化するに伴い著しくなるものと思われる。
また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向にある。
【００１２】
一方、カラーフィルタと対向基板とをシール剤を介し貼り合わせて液晶表示装置とする際のシールは、図６にその一例の端部を拡大して示すように、ガラス基板（３０）上に樹脂ブラックマトリックス（５１）、着色画素（３２）、透明導電膜（３３）が形成されたカラーフィルタの周縁部である、樹脂ブラックマトリックスの外枠部（５１Ｂ）上をシール部とし、シール剤（６４）が透明導電膜（３３）面上に設けられシールが行われる。
この際の樹脂ブラックマトリックス（５１）及び透明導電膜（３３）は、ガラス基板（３０）の端部まで形成されている。また、対向基板と貼り合わせるシール部は液晶表示装置のバックライトの光漏れを防ぐために樹脂ブラックマトリックス（５１）上方としてある。
【００１３】
しかし、図６に示す構成のカラーフィルタにおいては、シール剤（６４）と透明導電膜（３３）との界面（Ａ）の接着強度、及び樹脂ブラックマトリックス（５１）とガラス基板（３０）との界面（Ｃ）の接着強度は十分なものであるが、透明導電膜（３３）と樹脂ブラックマトリックス（５１）との界面（Ｂ）の接着強度は十分なものではなく、この界面（Ｂ）から透明導電膜（３３）が剥がれ易いといった問題が発生している。
この接着強度は、ガラス基板（３０）と透明導電膜（３３）との界面（図示せず）の接着強度を１００とすると、界面（Ｂ）の接着強度は略２０程度のものである。これは、透明導電膜が顔料含有量の多い固相化した樹脂上に成膜されたためと推量されている。
【００１４】
このような剥がれ易さを改善する簡便な方法として、例えば、ガラス基板（３０）上に樹脂ブラックマトリックス（５１）、着色画素（３２）を形成した後に、透明樹脂層（オーバーコート層）を全面に形成し、続いて透明導電膜を成膜する方法があげられるが、透明樹脂層（オーバーコート層）を全面に形成することはカラーフィルタの歩留りを低下させることとなり好ましい方法ではない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものあり、ブラックマトリックスとして樹脂ブラックマトリックスを用い、また、樹脂ブラックマトリックス及び透明導電膜をカラーフィルタの端部まで形成し、シール剤を樹脂ブラックマトリックス上方の透明導電膜上に設けても、透明導電膜が樹脂ブラックマトリックスから剥がれ易くなることのない、すなわち、十分な接着強度を有する液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス基板上に、外枠部を有する樹脂ブラックマトリックス、顔料を分散させたフォトレジストを用いた着色画素が順次に形成され、該外枠部を有する樹脂ブラックマトリックス上及び該着色画素上の全面に透明導電膜が形成され、該樹脂ブラックマトリックスの外枠部上の透明導電膜面を対向基板とのシール部とする液晶表示装置カラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリックスの外枠部と該透明導電膜との間に、該着色画素の形成に用いる材料によって、該樹脂ブラックマトリックスの外枠部と該透明導電膜との接着強度を向上させるための接着補強パターンが形成されたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００１７】
また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記接着補強パターンが、該着色画素の形成に用いる材料中、顔料の含有量の多くない材料によって形成されたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記接着補強パターンが、青色の着色画素の形成に用いる材料によって形成された接着補強パターンであることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の端部を示す断面図である。図１に示すように、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（１０）上に、樹脂ブラックマトリックス（１１）、着色画素（１２）、透明導電膜（１３）が形成され、樹脂ブラックマトリックスの外枠部（１１Ｂ）と透明導電膜（１３）との間に接着補強パターン（１５）が形成されたものである。
【００１９】
樹脂ブラックマトリックス（１１）は、外枠部を有する樹脂ブラックマトリックスであり、外枠部（１１Ｂ）はガラス基板（１０）の端部まで形成されている。また、透明導電膜（１３）は、樹脂ブラックマトリックス上及び着色画素上の全面に形成され、外枠部（１１Ｂ）と同様にガラス基板（１０）の端部まで形成されている。
接着補強パターン（１５）は、樹脂ブラックマトリックスの外枠部と透明導電膜との間に形成されている。図１に示す液晶表示装置用カラーフィルタでは、シール剤（１４）が外枠部上の透明導電膜（１３）面に設けられている。
【００２０】
接着補強パターン（１５）は、透明導電膜（１３）と樹脂ブラックマトリックスの外枠部（１１Ｂ）との接着強度を向上させるために形成されたものである。この接着補強パターン（１５）は、着色画素の形成に用いる材料によって着色画素の形成と同時に形成される。着色画素の色数は、例えば、色再現用の液晶表示装置用カラーフィルタでは、赤色、緑色、青色の３色となるが接着補強パターンの形成に用いる材料は、この３色中のいずれか１色であり、着色画素の形成に用いる色は限定されない。
【００２１】
接着補強パターン（１５）の形成に用いる材料の組成は、接着補強パターンを形成する方法によって異なったものとなるが、色素としては顔料が広く用いられる。形成された着色画素に含まれる顔料の含有量は、所望する着色画素の色度、及び使用する顔料の性能によって異なるが液晶表示装置用カラーフィルタでは、黒色＞赤色＞緑色＞青色の順序で減少したものとなっている。
この順序は、接着補強パターンを形成する方法の違いによって異なることはなく略共通の順序となっている。
【００２２】
一般に、透明導電膜と顔料を含む樹脂との界面の接着強度は、樹脂に含まれる顔料の含有量に依存し、顔料の含有量の多い樹脂上に透明導電膜が成膜されると、透明導電膜は樹脂との界面から剥がれ易いものとなる。
すなわち、透明導電膜と、樹脂ブラックマトリックス或いは着色画素との界面の接着強度は、〔透明導電膜／黒色〕＜〔透明導電膜／赤色〕＜〔透明導電膜／緑色〕＜〔透明導電膜／青色〕の順序で強いものとなる。
【００２３】
図１に示す透明導電膜（１３）と接着補強パターン（１５）との界面（Ｄ）の接着強度は、接着補強パターンの形成に緑色又は青色の顔料を用いた材料を、すなわち、緑色又は青色の着色画素の形成に用いる材料を使用した際には、ガラス基板（１０）と透明導電膜（１３）との界面（図示せず）の接着強度を１００とすると、界面（Ｄ）の接着強度は４０〜５０程度のものとなる。
これは、前述した、透明導電膜（３３）と樹脂ブラックマトリックス（５１）との界面（Ｄ）の接着強度の略２０程度に対し約２倍の接着強度となる。
【００２４】
また、図１に示す構成のカラーフィルタにおいては、シール剤（１４）と透明導電膜（１３）との界面（Ａ）の接着強度、接着補強パターン（１５）と樹脂ブラックマトリックス（１１）との界面（Ｅ）の接着強度、及び樹脂ブラックマトリックス（１１）とガラス基板（１０）との界面（Ｃ）の接着強度は、いずれも透明導電膜（１３）と接着補強パターン（１５）との界面（Ｄ）の接着強度に比べ十分に強いものであるので、シール剤（１４）〜ガラス基板（１０）間で界面（Ｄ）からの剥がれ以前に、界面（Ａ）、界面（Ｅ）、界面（Ｃ）のいずれかが剥がれることはない。
【００２５】
上記のように、本発明においては、着色画素の形成に用いる材料を使用した接着補強パターン（１５）が、シール部の透明導電膜（１３）と樹脂ブラックマトリックス（１３）の間に形成されており、従って、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタは透明導電膜（１３）と外枠部（１１Ｂ）との接着強度は強いものとなる。且つ接着補強パターン（１５）が、いずれかの色の着色画素の形成と同時に形成されるので、工数は増加せず廉価に製造することができる。
【００２６】
図２（イ）〜（ハ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタを製造する工程を断面で示す説明図である。
図２（イ）に示すように、先ず、ガラス基板（１０）上に樹脂ブラックマトリックス（１１）を形成する。樹脂ブラックマトリックス（１１）はガラス基板（１０）の端部まで形成する。樹脂ブラックマトリックス（１１）の厚さは１．０μｍ〜１．５μｍ程度のものである。
【００２７】
次に、図２（ロ）に示すように、着色画素（１２）及び接着補強パターン（１５）を同時に形成する。着色画素（１２）は、例えば、赤色、緑色、青色の色再現用のフィルタ機能を有するもので、厚さは１．２μｍ〜１．５μｍ程度のものである。形成する方法は、フォトリソグラフィ法、印刷法などが挙げられるが限定されない。
【００２８】
次に、図２（ハ）に示すように、樹脂ブラックマトリックス（１１）、着色画素（１２）、接着補強パターン（１５）を形成したガラス基板（１０）の全面に透明導電膜（１３）を形成する。
この透明導電膜（１３）は、ガラス基板（１０）の端部まで成膜する。厚さは０．１μｍ〜０．２μｍ程度のものであり、真空装置によってスパッタ用メタルマスクを用いずに成膜する。
このようにして製造する液晶表示装置用カラーフィルタは、接着補強パターン（１５）を着色画素（１２）と同時に形成するので効率よく廉価に製造できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜が形成され、樹脂ブラックマトリックスの外枠部上の透明導電膜面を対向基板とのシール部とする液晶表示装置カラーフィルタにおいて、樹脂ブラックマトリックスの外枠部と透明導電膜との間に、着色画素の形成に用いる材料によって接着補強パターンが形成されたカラーフィルタであるので、透明導電膜と樹脂ブラックマトリックスが十分な接着強度を有する廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
【００３０】
また、本発明は、上記液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、接着補強パターンが、顔料の含有量の多くない材料又は青色の着色画素の形成に用いる材料によって形成された接着補強パターンであるので、透明導電膜と樹脂ブラックマトリックスが更に十分な接着強度を有する廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の端部を示す断面図である。
【図２】（イ）〜（ハ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタを製造する工程を断面で示す説明図である。
【図３】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。
【図４】図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図５】樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図６】カラーフィルタと対向基板とのシールの一例を拡大して示す説明図である。
【符号の説明】
１０、３０・・・ガラス基板
１１、５１・・・樹脂ブラックマトリックス
３１・・・ブラックマトリックス
１１Ａ、５１Ａ・・・樹脂ブラックマトリックスのマトリックス部
１１Ｂ、５１Ｂ・・・樹脂ブラックマトリックスの外枠部
１２、３２・・・着色画素
１３、３３・・・透明導電膜
１４、６４・・・シール剤
１５・・・接着補強パターン
Ａ・・・シール剤と透明導電膜との界面
Ｂ・・・透明導電膜と樹脂ブラックマトリックスとの界面
Ｃ・・・樹脂ブラックマトリックスとガラス基板との界面
Ｄ・・・透明導電膜と接着補強パターンとの界面

Claims (3)

1. ガラス基板上に、外枠部を有する樹脂ブラックマトリックス、顔料を分散させたフォトレジストを用いた着色画素が順次に形成され、該外枠部を有する樹脂ブラックマトリックス上及び該着色画素上の全面に透明導電膜が形成され、該樹脂ブラックマトリックスの外枠部上の透明導電膜面を対向基板とのシール部とする液晶表示装置カラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリックスの外枠部と該透明導電膜との間に、該着色画素の形成に用いる材料によって、該樹脂ブラックマトリックスの外枠部と該透明導電膜との接着強度を向上させるための接着補強パターンが形成されたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 前記接着補強パターンが、該着色画素の形成に用いる材料中、顔料の含有量の多くない材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
3. 前記接着補強パターンが、青色の着色画素の形成に用いる材料によって形成された接着補強パターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。

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