JP5532577B2 - カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フォトスペーサーが形成されたカラーフィルタに関するものであり、特に、フォトスペーサー形成後のカラーフィルタの処理工程にてフォトスペーサーが剥離することのないカラーフィルタ、及び該カラーフィルタを用いたOCBモードの液晶表示装置に関する。
液晶表示装置に用いられる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、次に、ブラックマトリックスが形成されたガラ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、フォトスペーサー、配向制御用突起などを位置合わせして順次に形成するといった方法が広く用いられている。
ブラックマトリックスは遮光性を有し、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、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。このブラックマトリックスの形成は、例えば、黒色フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によって形成するといった方法がとられている。
また、着色画素は、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、このブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、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の塗布膜を設け、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、透明導電膜の形成は、着色画素及びブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、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。
また、フォトスペーサー、配向制御用突起などの形成は、上記ブラックマトリックス、或いは着色画素の形成と同様にフォトリソグラフィ法によって形成するといった方法がとられている。
液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、ノート型PC、液晶カラーTVなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。
車載用の液晶表示装置としては、エンジンを始動した際に、直ちに表示が可能であることや、表示品位が保たれていることが必要である。従って、特に寒冷地での低温時における応答速度が求められており、その対応として液晶表示モードがOCB(Optically Compensated Bend)モードの液晶表示装置が提案されている。
このOCBモードの液晶表示装置は、低温時でも応答速度が保たれている。液晶表示モードがTNモードの液晶表示装置においては、例えば、20℃にて20ms程度の応答速度が、−20℃にては800ms程度と、その応答速度は大幅に低速になる。
一方、OCBモードの液晶表示装置においては、例えば、20℃にて4ms程度の応答速度が、−20℃にては50ms程度と、その応答速度は相応に保たれたものとなっている。
図1は、フォトスペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタの一例を模式的に示
した断面図である。図1は、液晶表示モードがOCBモードの液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの例である。図1に示すように、このカラーフィルタはガラス基板(40)上にブラックマトリックス(41)、着色画素(42)、透明導電膜(43)、フォトスペーサー(PS−1)が順次に形成されたものである。
フォトスペーサー(PS−1)は基板間のギャップを設定しており、パネルに荷重が加わると変形し、荷重が取り除かれると復元する弾性を有している。フォトスペーサー(PS−1)の高さ(膜厚)(H1)は6μm以上のものである。
また、図2は、液晶表示モードがTNモードの液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例の断面図である。カラーフィルタのフォトスペーサー(PS−2)の高さ(膜厚)(H2)は4μm程度のものである(H1>H2)。
このように、OCBモードは、低温時の応答速度が保たれていることに加え、基板間のギャップを6μm以上と広くとることが出来るので、例えば、カラーフィルタ上に異物があった場合に、異物を良品として許容する高さは、TNモードのカラーフィルタに比較して緩和されるといった利点がある。
しかしながら、フォトスペーサー(PS−1)の高さ(膜厚)(H1)が、TNモードカラーフィルタのフォトスペーサー(PS−2)の高さ(膜厚)(H2)より高いために、フォトスペーサーを形成した後のカラーフィルタの処理工程、例えば、UV洗浄などでフォトスペーサーが剥離し易くなるといった問題がある。
このフォトスペーサーの剥離に対しては、例えば、フォトスペーサーの径を太くし、単位面積当たりの外力の影響を低減することが行われている。しかし、液晶表示装置の画素数が増加するに従い、ブラックマトリックスの幅は狭くなり、フォトスペーサーを設けるスペースが制約され、径を太くする手法には限界がある。
特開2006−171679号公報 特開2007−65558号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、フォトスペーサーが形成されたカラーフィルタにおいて、その高さ(膜厚)が6μm以上のフォトスペーサーであっても、フォトスペーサー形成後のカラーフィルタの処理工程にてのフォトスペーサーの剥離を低減させた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。
また、上記カラーフィルタを用いた廉価なOCBモードの液晶表示装置を提供することを課題とする。
本発明は、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、OCBモード用フォトスペーサーが順次に形成されたカラーフィルタにおいて、前記フォトスペーサーは、膜厚が6μm以上であり、前記フォトスペーサーを形成する下地部位の透明導電膜が除去された凹凸を有する下地上に前記フォトスペーサーがフォトリソグラフィ法で形成され、前記下地はブラックマトリックス上にオーバーラップさせた異なる着色層の積層構成からなる着色層であり、前記フォトスペーサーの下部が下地の凹状の窪み部に挿入されることによりフォトスペーサーの下部の側面が着色画素表面の透明導電膜に接しつつフォトスペーサーの底面がブラックマトリックス上の透明導電膜に接していることを特徴とするカラーフィルタである。
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記フォトスペーサーの接着面積は、300μm2 以上であることを特徴とするカラーフィルタである。
また、本発明は請求項1または2に記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置である。
本発明は、フォトスペーサーが膜厚が6μm以上であり、凹凸を有する下地上に透明導電膜を介して形成されたカラーフィルタであり、下地はブラックマトリックス上にオーバーラップさせた着色層であり、着色層は異なる着色層の積層構成であり、或いは、フォトスペーサーの接着面積は300μm2 以上であるので、フォトスペーサー形成後のカラーフィルタの処理工程にてのフォトスペーサーの剥離を低減させたカラーフィルタとなる。また、フォトスペーサーを形成する下地部位の透明導電膜は除去されているので、フォトスペーサーの剥離の発生を更に低減させたカラーフィルタとなる。
また、本発明は、上記カラーフィルタを用いることにより、廉価なOCBモードの液晶表示装置を提供することができる。
以下に、本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図3は、本発明によるカラーフィルタの一例の部分断面図である。図3は、赤色着色画素(42R)と青色着色画素(42B)との間のブラックマトリックス(41)上にフォトスペーサーが形成された例である。
図3に示すように、このカラーフィルタは、ガラス基板(40)上にブラックマトリックス(41)、3色の着色画素、透明導電膜(43)、フォトスペーサー(PS−11)が順次に形成されたものである。
フォトスペーサー(PS−11)は、膜厚(H11)が6μm以上である。フォトスペーサー(PS−11)が形成された下地は、ブラックマトリックス(41)であり、ブラックマトリックス(41)は凹凸を有し、特に、凹状の窪みを有している。フォトスペーサー(PS−11)は、透明導電膜(43)を介して凹凸を有する下地(ブラックマトリックス)の凹凸上に形成されている。
フォトスペーサー(PS−11)は、凹凸を有する下地(ブラックマトリックス)の凹凸上に形成されている。また、フォトスペーサーの下部の一部は凹状の窪み部に挿入された状態となっている。そのため、フォトスペーサーと透明導電膜との接触面積が増え、強固に密着し且つ、フォトスペーサーの下部が凹状の窪み部で支えられることになる。フォトスペーサー形成後のカラーフィルタの処理工程にて、外力を受けてもフォトスペーサーの剥離は低減されたものとなる。
図4は、請求項2に係わるカラーフィルタの一例の部分断面図である。このカラーフィルタの3色の着色画素は、赤色着色画素(42R)、緑色着色画素(42G)、青色着色画素(42B)の順に形成されたものであり、また、図4は、赤色着色画素(42R)と青色着色画素(42B)との間のブラックマトリックス(41)上の着色層にフォトスペ
ーサーが形成された例である。
図4に示すように、このカラーフィルタは、ガラス基板(40)上にブラックマトリックス(41)、3色の着色画素、着色層(42B−E)、透明導電膜(43)、フォトスペーサー(PS−12)が順次に形成されたものである。
フォトスペーサー(PS−12)が形成された下地は、ブラックマトリックス(41)上にオーバーラップさせた青色の着色層(42B−E)である。この青色の着色層(42B−E)は、青色着色画素(42B)の形成と同時に形成されたもので、青色着色画素(42B)の延長部である。この青色の着色層(42B−E)は凹凸を有し、特に、凹状の窪みを有している。
尚、上記3色の着色画素の形成順序、及び赤色着色画素(42R)と青色着色画素(42B)との間のブラックマトリックス(41)上にフォトスペーサーが形成された点は、図4以降の各図においても同様である。
図5は、請求項3に係わるカラーフィルタの第一例の部分断面図である。図5に示すように、フォトスペーサー(PS−13)が形成された下地は、ブラックマトリックス(41)上に形成された、赤色の着色層(42R−E)と青色の着色層(42B−E)の異なる着色層の積層構成である。
赤色の着色層(42R−E)は、赤色着色画素(42R)の形成と同時に形成されたもので、赤色着色画素(42R)の延長部である。また、青色の着色層(42B−E)は、青色着色画素(42B)の形成と同時に形成されたもので、青色着色画素(42B)の延長部である。この積層構成は凹凸を有し、特に、凹状の窪みを有している。
図6は、請求項3に係わるカラーフィルタの第二例の部分断面図である。図6に示すように、フォトスペーサー(PS−14)が形成された下地は、ブラックマトリックス(41)上に形成された、赤色の着色層(42R−E)と緑色の着色層(42G−H)と青色の着色層(42B−E)の異なる着色層の積層構成である。
赤色の着色層(42R−E)は、赤色着色画素(42R)の形成と同時に形成されたもので、赤色着色画素(42R)の延長部である。緑色の着色層(42G−H)は、緑色着色画素(42G)の形成と同時に形成されたもので、緑色着色画素(42G)の画素片である。また、青色の着色層(42B−E)は、青色着色画素(42B)の形成と同時に形成されたもので、青色着色画素(42B)の延長部である。この積層構成は凹凸を有し、特に、凹状の窪みを有している。
図7は、請求項3に係わるカラーフィルタの第三例の部分断面図である。図7に示すように、フォトスペーサー(PS−15)が形成された下地は、ブラックマトリックス(41)上に形成された、赤色の着色層(42R−H)と青色の着色層(42B−E)の異なる着色層の積層構成である。
赤色の着色層(42R−H)は、赤色着色画素(42R)の形成と同時に形成されたもので、赤色着色画素(42R)の画素片である。また、青色の着色層(42B−E)は、青色着色画素(42B)の形成と同時に形成されたもので、青色着色画素(42B)の延長部である。この積層構成は凹凸を有し、特に、凸状の突起部を有している。
フォトスペーサー(PS−15)は、透明導電膜を介して凹凸上に形成されるが、透明導電膜は、下地の形状に応じた突起部を有する。フォトスペーサーは、凹凸を有する下地(青色の着色層(42B−E))の凹凸上に透明導電膜を介して形成され、その下部が突起部を囲むように形成している。そのため、フォトスペーサーと透明導電膜との接触面積が増え、強固に密着することになる。
また、突起部がフォトスペーサーの下部内部にくい込んだ形となり、フォトスペーサーは突起部で支えられることになる。そのため、フォトスペーサー形成後のカラーフィルタの
処理工程にて、外力を受けてもフォトスペーサーの剥離は低減されたものとなる。
図8は、請求項3に係わるカラーフィルタの第四例の部分断面図である。図8に示すように、フォトスペーサー(PS−16)が形成された下地は、ブラックマトリックス(41)上に形成された、赤色の着色層(42R−H)と緑色の着色層(42G−H)と青色の着色層(42B−E)の異なる着色層の積層構成である。
赤色の着色層(42R−H)は、赤色着色画素(42R)の形成と同時に形成されたもので、赤色着色画素(42R)の画素片である。緑色の着色層(42G−H)は、緑色着色画素(42G)の形成と同時に形成されたもので、緑色着色画素(42G)の画素片である。また、青色の着色層(42B−E)は、青色着色画素(42B)の形成と同時に形成されたもので、青色着色画素(42B)の延長部である。この積層構成は凹凸を有し、特に、凸状の突起部を有している。
上記のように、本発明によるカラーフィルタは、フォトスペーサーが凹凸を有する下地上に形成されているので、フォトスペーサーの膜厚が6μm以上であっても、フォトスペーサー形成後のカラーフィルタの処理工程にてのフォトスペーサーの剥離を低減させたカラーフィルタとなる。
具体的には、フォトスペーサーの接着面積が300μm2 程度の際に、フォトスペーサーの剥離の発生は1%と低減されたものとなる。これは、従来のフォトスペーサーにおける、剥離の発生率が5%以上であるのに対し、大幅に低減されたものといえる。
図9は、請求項5に係わるカラーフィルタの一例の部分断面図である。図9は、図4に示すカラーフィルタにおいて、フォトスペーサーを形成する下地部位の透明導電膜(43)が除去されたものである。下地部位の透明導電膜は、例えば、エッチングにより除去される。
フォトスペーサーと透明導電膜(43)との間の接着強さよりも、フォトスペーサーと着色層又はブラックマトリックスとの間の接着強さの方が大きいので、フォトスペーサーの剥離の発生を更に低減させるには、フォトスペーサーを形成する下地部位の透明導電膜は除去されていることが好ましい。
上述のように、本発明によるカラーフィルタは、フォトスペーサーの膜厚が6μm以上であっても、フォトスペーサー形成後のカラーフィルタの処理工程にてのフォトスペーサーの剥離を低減させたカラーフィルタとなるので、基板間のギャップを6μm以上と広くとるOCBモードの液晶表示装置に好適に用いることができる。
フォトスペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。 液晶表示モードがTNモードの液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例の断面図である。 本発明によるカラーフィルタの一例の部分断面図である。 請求項2に係わるカラーフィルタの一例の部分断面図である。 請求項3に係わるカラーフィルタの第一例の部分断面図である。 請求項3に係わるカラーフィルタの第二例の部分断面図である。 請求項3に係わるカラーフィルタの第三例の部分断面図である。 請求項3に係わるカラーフィルタの第四例の部分断面図である。 請求項5に係わるカラーフィルタの一例の部分断面図である。
符号の説明
40・・・ガラス基板
41・・・ブラックマトリックス
42・・・着色画素
42R・・・赤色着色画素
42G・・・緑色着色画素
42B・・・青色着色画素
42R−E・・・赤色の着色層(延長部)
42B−E・・・青色の着色層(延長部)
42R−H・・・赤色の着色層(画素片)
42G−H・・・緑色の着色層(画素片)
43・・・透明導電膜
H1、H2、H11・・・フォトスペーサーの高さ(膜厚)
PS−1〜PS−17・・・フォトスペーサー

Claims (3)

  1. ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、OCBモード用フォトスペーサーが順次に形成されたカラーフィルタにおいて、前記フォトスペーサーは、膜厚が6μm以上であり、前記フォトスペーサーを形成する下地部位の透明導電膜が除去された凹凸を有する下地上に前記フォトスペーサーがフォトリソグラフィ法で形成され、前記下地はブラックマトリックス上にオーバーラップさせた異なる着色層の積層構成からなる着色層であり、前記フォトスペーサーの下部が下地の凹状の窪み部に挿入されることによりフォトスペーサーの下部の側面が着色画素表面の透明導電膜に接しつつフォトスペーサーの底面がブラックマトリックス上の透明導電膜に接していることを特徴とするカラーフィルタ。
  2. 前記フォトスペーサーの接着面積は、300μm以上であることを特徴とする請求項記載のカラーフィルタ。
  3. 求項1または2に記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置。
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