JP6172895B2 - カラーフィルタ基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタ基板及びその製造方法に関する。

表示技術の発展に伴い、品質が高く、消費電力が低く、輻射がない等の優れた性能を有する薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、段々と市場の主流になってきている。

近年、液晶ディスプレイは、ますますフルカラー化、大きい寸法、高い解像率及び低コストの方向に向って発展している。液晶ディスプレイは、カラーフィルタによってカラー表示を実現する。一般的に、カラーフィルタは透明ガラス基板上に設けられる。即ち、遮光のためのブラックマトリックス（Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ，ＢＭ）及び各像素アレイに対応するカラーフィルム層パターンが透明ガラス基板上に設けられる。

図１は従来技術に係るカラーフィルタ基板の構造の概略図である。このカラーフィルタは、主に、ベース基板１、カラーフィルム層パターン２、ブラックマトリックス３、透明平坦層４及び透明導電層５を備える。ベース基板１上にブラックマトリックスに制限される複数の格子点（ｌａｔｔｉｃｅ ｐｏｉｎｔ）６を有し、カラーフィルム層パターン２が格子点６に設けられる。

従来技術では、カラーフィルタは、まず、ガラス基板上にブラックマトリックスパターンを形成し、そして、三色のカラー樹脂をそれぞれ堆積し、透明平坦層及び透明導電層を形成する。このとき、四回のフォトエッチングを行い、かつ四つの異なるマスクを用いる。以下はその具体的な方法である。

ステップａでは、具体的には、図２に示すように、ベース基板１を提供し、ベース基板１の表面にブラックマトリックス３を形成する。
ステップｂでは、図３に示すように、ブラックマトリックス３の間の格子点及びブラックマトリックス上に一層のカラーフィルム層を塗布し、カラーフィルム層が塗布されたパターンを正面露光し、そして、第一のカラーフィルム層パターン２を現像してエッチングする。
ステップｃでは、図４及び図５に示すように、ステップｂと同じ技術によって第二、第三のカラーフィルム層パターン２をブラックマトリックス３上の格子点６で形成する。
第一、第二及び第三のカラーフィルム層パターン２は異なる格子点６内に順に配列される。
ステップdでは、透明平坦層４及び透明導電層５を第一、第二及び第三のカラーフィルム層パターン２の表面に覆い、図１に示すようなカラーフィルタ基板を得る。

カラーフィルタ基板を製造するとき、カラーフィルタをよりよい光学性能を持たせるため、カラーフィルム層パターン２とブラックマトリックス３の間は、一般的に、一部が重なり合う（overlay）ようにする。即ち、コナー段差がある。正面露光されるカラーフィルム層パターン２とブラックマトリックス３の重なり合う領域が突起部７を形成することで、カラーフィルム層２にコナー段差が生じる。コナー段差は、取向層の塗布、摩擦効果、ひいては液晶取向に影響し、製品画面の表示品質に影響するので、より平坦な表面を製造するのは非常に重要である。一層の透明平坦層４を堆積してカラーフィルム層２全体の表面をならすことは普通である。

ところが、上述の従来技術で製造されるカラーフィルタは、以下の欠点がある。
カラーフィルム層パターン２の表面に透明平坦層４を堆積したが、カラーフィルム層パターン２のコナー段差は相変わらず存在している。それは、カラーフィルタの品質を依然として影響し、カラーフィルタの表示品質をある程度低下させる。従来のカラーフィルタを製造することは、四つのマスクを用いて透明平坦層４を堆積する必要があるので、製造コストが向上される。

本発明の実施例はカラーフィルタ基板の製造方法であって、第一の主表面と、前記第一の主表面と対向する第二の主表面とを有する透明ベース基板を用意し、前記透明ベース基板の第一の主表面上にカラーフィルム層を形成し、前記透明ベース基板の第二の主表面側から光を照射することで前記カラーフィルム層を露光し、複数のカラーフィルム層パターンを形成するように露光後のカラーフィルム層をエッチングする。前記複数のカラーフィルム層パターンの間に間隔がある。前記複数カラーフィルム層パターンの間の間隔にブラックマトリックスを形成し、前記ブラックマトリックスを前記複数のカラーフィルム層パターンの間の間隔を完全に充填させる。

本発明の他の実施例は、カラーフィルタ基板であって、一つの透明ベース基板と、前記透明ベース基板上に設けられ、互いに間隔がある複数のカラーフィルム層パターンと、前記カラーフィルム層パターンの間の間隔に設けられ、前記複数カラーフィルム層パターンの間の間隔を完全に充填するブラックマトリックスと、を備える。

従来技術に係るカラーフィルタ基板の概略構造図である。 従来技術においてブラックマトリックスを正面露光で形成する概略図である。 従来技術において第一のカラーフィルム層パターンを正面露光で形成する概略図である。 従来技術において第二のカラーフィルム層パターンを正面露光で形成する概略図である。 従来技術において第三のカラーフィルム層パターンを正面露光で形成する概略図である。 本発明の実施例に係るカラーフィルタ基板の概略構造図である。 本発明の実施例において第一のカラーフィルム層パターンをバック露光で形成する概略構造図である。 本発明の実施例において第二のカラーフィルム層パターンをバック露光で形成する概略構造図である。 本発明の実施例において第三のカラーフィルム層パターンをバック露光で形成する概略構造図である。 本発明の実施例においてブラックマトリックスをバック露光で形成する概略構造図である。 従来技術に係るカラーフィルタと本発明の実施例に係るカラーフィルタ基板の開口部とを比較する概略図である。

本発明の実施例は、カラーフィルタ基板の表示品質を向上するとともに生産コストを低減するために、図６に示すように、カラーフィルタ基板を製造するときに、まず、ベース基板１上に複数のカラーフィルム層パターン２をバック露光によって形成する。そして、カラーフィルム層の間の基板上にブラックマトリックス３をバック露光によって形成する。これにより、従来のカラーフィルタ基板の製造中に、正面露光で形成されたカラーフィルム層パターンとブラックマトリックスとの重合する位置でコナー段差が生じることにより最終製品の画面表示の品質が低くなる問題が解決された。また、従来のカラーフィルタ基板を製造するとき、マスクを四回も用いることによって生産コストが高くなる問題も解決された。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳しく説明する。
本発明の実施例では、図７〜１０に示すように、以下のようなステップでカラーフィルタ基板を製造する。

ステップ７００では、透明ベース基板（例えば、ガラス基板）１上に、複数のカラーフィルム層パターン２をバック露光によって形成し、基板表面またはカラーフィルム層パターンの下方の層を露出するように複数のカラーフィルム層パターンの間に間隔６を設ける。前記透明ベース基板は、第一の主表面１０と、第一の主表面１０の対向面の第二の主表面２０（図７に示す）とを備える。前記複数のカラーフィルム層パターン２は、第一の主表面上に形成される。

ステップ７００を行うとき、例えば、工程（例えば、最初に形成されるカラーフィルム層の厚み、露光強度及びエッチング速度等）を調整することによって、各カラーフィルム層パターン２の厚みが同じようになり、各カラーフィルム層パターン２の上表面が同一平面内に形成される。

本実施例では、ステップ７００は、後述するように、ベース基板１の第一の主表面１０上にカラーフィルム層を塗布し、マスク８を介して基板を紫外線でバック露光（即ち、ベース基板１の第二の主表面２０側から光を照射する）工程と、第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２をエッチングによって形成する工程とを備える。

まず、図７に示すように、ベース基板１の第一の主表面１０上にカラーフィルム層（例えば、第一の色）を塗布し、マスク８を介してベース基板１を紫外線でバック露光する（即ち、ベース基板１の第二表面２０側から光を照射する）工程と、第一のカラーフィルム層パターン２をエッチングでカラーフィルム層上に形成する工程とを備える。カラーフィルム層を塗布した後かつバック露光をする前に、例えば、カラーフィルム層をプレ焼くこともできる。エッチングするとき、例えば、アルカリ性現像溶液でエッチングをすることができる。さらに、第一のカラーフィルム層パターン２を形成した後、それを高圧清水で洗浄して焼く。

図７に示すように、ここで、マスクを最初に用いる。最後に形成された第一のカラーフィルム層パターン２の、基板表面に垂直する方向に沿う断面は、逆立ちの二等辺台形の形状をなす。つまり、第一のカラーフィルム層パターン２は、頂部の幅が底部の幅より大きい。

そして、図８に示すように、ベース基板１の第一の主表面１０上にカラーフィルム層（例えば、第二の色）を塗布し、マスク８を介して基板１を紫外線でバック露光（即ち、ベース基板１の第二表面２０側から光を照射する）し、エッチングによって第二のカラーフィルム層パターン２を形成する。カラーフィルム層を塗布した後、かつバック露光をする前に、例えばカラーフィルム層をプレ焼くこともできる。エッチングをするとき、例えば、アルカリ性現像溶液でエッチングすることができる。さらに、第二のカラーフィルム層パターン２を形成したあと、それを高圧清水で洗浄して焼くこともできる。

図８に示すように、ここで、第二のマスクを用いる。最後に形成される第二のカラーフィルム層パターン２の基板表面に垂直する方向に沿う断面は逆立ちの二等辺台形の形状をなす。つまり、第二のカラーフィルム層パターン２は、頂部の幅が底部の幅より大きい。第二のカラーフィルム層パターンは、高さ及び形状が第一のカラーフィルム層パターン２と同じである。

最後に、図９に示すように、ベース基板１の第一の主表面１０上にカラーフィルム層（例えば、第三の色）を塗布し、マスク８を介して基板１を紫外線でバック露光（即ち、ベース基板１の第二表面２０側から光を照射する）し、第三のカラーフィルム層パターン２をエッチングによって形成する。カラーフィルム層を塗布した後、かつバック露光をする前に、例えば、カラーフィルム層をプレ焼くこともできる。エッチング工程で、例えば、アルカリ性現像溶液でエッチングすることができる。さらに、第三のカラーフィルム層パターン２を形成した後、それを高圧清水で洗浄して焼くこともできる。

図９に示すように、ここで、第三のマスクを用いる。最後に形成される第三のカラーフィルム層２の基板表面に垂直する方向に沿う断面は、逆立ちの二等辺台形の形状をなす。つまり、第三のカラーフィルム層パターン２は、頂部の幅が底部の幅より大きい。第三のカラーフィルム層パターン２は、高さ及び形状が第一のカラーフィルム層パターン２及び第二のカラーフィルム層パターン２と同じである。

上述のように形成された第一、第二及び第三のカラーフィルム層パターン２は互いに間隔６（図９に示すように）がある。上述の第一、第二及び第三の色は異なる色、例えば、それぞれ赤色、緑色及び青色であってもよいが、本発明の実施例は上述の色に限らない。また、本発明の実施例は、三つの異なる色のカラーフィルム層パターンを形成することに限らず、二つ、四つ或いはより多い色のカラーフィルム層パターンを形成することができる。

上述の第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２を形成するとき、第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２は厚みを同じようにして上面を同じ平面にすることが望ましい。これによって、第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２の間の段差が低下されるか回避できる。基板の表面又は下面の層を露出するように第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２の間に間隔６を設けるようにする。

ステップ７１０では、ブラックマトリックス３を形成するように上述の各カラーフィルム層パターンの間の間隔６にブラックマトリックスを形成するための材料を充填し、各ブラックマトリックス３と、隣接するカラーフィルム層パターン２とを密接に接させる。つまり、ブラックマトリックス３は上述カラーフィルム層パターンの間の間隔６を完全に充填する。

ステップ７１０では、例えば、工程（例えば、最初に形成されたブラックマトリックスを形成するための材料の厚み、露光強度及びエッチング速度等を調整すること）によって、各ブラックマトリックス３と各カラーフィルム層パターン２の上表面を同一平面内にさせることができる。これによって、ブラックマトリックス３及びカラーフィルム層パターン２の上表面を所望のように平坦化することができる。

本実施例では、ブラックマトリックス３の製造工程とカラーフィルム層パターン２の製造工程とは、上述カラーフィルム層パターン２が形成されたベース基板１の第一の主表面１０上に、ブラックマトリックスを形成するための膜層を形成し、バック露光（即、ベース基板１の第二の主表面２０側から光を照射する）してから、ブラックマトリックス３をエッチングして形成するという点でほぼ同じであるが、ブラックマトリックス３を形成する場合、バック露光するとき、マスクを用いることなく、先形成した第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２をマスクとして、堆積されたブラックマトリックス層をバック露光するという点で異なっている。これによって、マスクを用いる回数が減少され、生産コストがある程度低減され、生産効率が向上される。それとともに、第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２をマスクにすることで、ブラックマトリックス層と、第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２とを精確に整合する必要がなく、各カラーフィルム層パターン２の間の間隔６の形状によって、対応するブラックマトリックス３のパターンを形成すればよい。これによって、作業が簡単化される。以下は具体的に説明する。

図１０に示すように、基板１上にブラックマトリックス層を塗布し、第一、第二及び第三のカラーフィルム層パターン２をマスクとしてブラックマトリックス層を紫外線でバック露光し、ブラックマトリックス３を形成するように各間隔６でのブラックマトリックス層をエッチングによって残す。ブラックマトリックス層を塗布した後、かつバック露光をする前に、例えば、ブラックマトリックス層をプレ焼くことができる。エッチングするとき、例えば、アルカリ性現像溶液でエッチングすることができる。さらに、ブラックマトリックス３は、各間隔６のブラックマトリックス層にて形成された後、高圧清水で洗浄して焼くことができる。ブラックマトリックス３の材料は、例えば、遮光樹脂またはクロムである。

上述した複数のブラックマトリックス３を形成するとき、各ブラックマトリックス３と、隣接するカラーフィルム層パターン２とを密接させる（即ち、ブラックマトリックス３がカラーフィルム層パターン間の間隔６を完全に充填する）ことを所定のプロセスにより確保する必要がある。また、各ブラックマトリックス３と各カラーフィルム層パターン２との厚みを同じようにして上表面を同一平面内にすることが望ましい。これによって、図１０に示すように、各ブラックマトリックス３と、第一のカラーフィルム層パターン２、第二のカラーフィルム層パターン２及び第三のカラーフィルム層パターン２とは密接し、互いに重なり合うところがない。即ち、各カラーフィルム層パターン２はブラックマトリックス３上にコナー段差を形成することがない。これによって、最終製品の画面表示品質及び成品率が効率的に向上される。さらに、各ブラックマトリックス３と各カラーフィルム層パターン２の上表面は上述の工程によって既に平坦化されたので、透明平坦層をさらに塗布して平坦化させる必要がなくなり、生産時間及び生産コストが効果的に節約された。

上述した実施例に基づき、最後に、図６に示すように、各ブラックマトリックス３と各カラーフィルム層パターン２の上表面に、透明導電層５をスパッタする。これによって、カラーフィルタ基板が最終的に形成された。

図１１に示すように、本発明の実施例に係るカラーフィルタ基板は、従来技術に係るカラーフィルタと比べて、画素開口部９が大幅に大きくなる。これによって、最終製品の画面表示品質が著しく向上され、成品率が一層向上される。

上述した実施例に基づき、図６及び図１２に示すように、本発明の実施例によって生産されるカラーフィルタ基板は、
一つの透明ベース基板１と、
透明ベース基板１上に設けられ、互いに間隔６がある複数のカラーフィルム層パターン２と、
前記カラーフィルム層パターン２の間の間隔に設けられ、隣接するカラーフィルム層２とそれぞれ密接するブラックマトリックス３と（即ち、ブラックマトリックス３は複数のカラーフィルム層パターン２の間の間隔６を完全に充填する）、を備える。

図６及び図１１に示すように、カラーフィルタ基板は、各ブラックマトリックス３及び各カラーフィルム層パターン２の上表面上に直接に設けられる透明導電層５をさらに備える。
例えば、各カラーフィルム層パターン２は厚みが同じであって上表面が同一平面内にあり、各ブラックマトリックス３と各カラーフィルム層パターン２は厚みが同じであって上表面が同一平面内にある。

カラーフィルム層パターン２の、ベース基板表面に垂直する方向に沿う断面は、逆立ちの二等辺台形の形状であってもよい。カラーフィルム層パターン２は、頂部の幅が底部の幅より大きい。つまり、カラーフィルム層パターン２は、ベース基板１に隣接する側から前記ベース基板に反対する側まで、カラーフィルム層パターン２の幅が段々大きくなる。ブラックマトリックス３の材料は遮光樹脂又はクロムである。

本発明の実施例では、カラーフィルタ基板の生産中に、ベース基板１上に複数のカラーフィルム層パターン２をバック露光によって形成し、ベース基板または下面の層を露出するように各カラーフィルム層パターン２の間に間隔６を形成し、そして、各間隔６でバック露光によってブラックマトリックス３を形成し、各ブラックマトリックス３と、隣接するカラーフィルム層パターン２とを密接させる。これによって、各ブラックマトリックス３及び各カラーフィルム層パターン２の上表面が平坦化されるので、透明平坦層を更に塗布する必要がなくなり、生産時間及び生産コストが効果的に低下される。さらに、生産するとき、各ブラックマトリックス３及び各カラーフィルム層パターン２をバック露光で形成することで、マスクを用いる回数が低減され、生産コストがさらに著しく節約され、生産効率が向上された。一方、各ブラックマトリックス３及び各カラーフィルム層パターン２の上表面が平坦化されるので、二者間にコナー段差がなくなり、最終製品の画面表示品質が改善され、製品の成品率が向上される。

本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲で本発明を修正するまたは変更することができる。本発明に対する修正または変更は、本発明の特許請求の範囲及びそれに均等する範囲内であれば、本発明はこれらの修正または変更を含む。

１ ベース基板
２ カラーフィルム層パターン
３ ブラックマトリックス
４ 透明平坦層
５ 透明導電層
６ 間隔
７ 突起部
８ マスク
９ 画素開口部
１０ 第一の主表面
２０ 第二の主表面

Claims (6)

1. 第一の主表面及び前記第一の主表面と対向する第二の主表面とを有する透明ベース基板を用意する工程と、
   前記透明ベース基板の第一の主表面上にカラーフィルム層を形成し、前記透明ベース基板の第二の主表面側に設けられるマスクを介して前記透明ベース基板の第二の主表面側から光を照射することで前記カラーフィルム層を露光し、互いに間隔がある複数のカラーフィルム層パターンを形成するように露光後のカラーフィルム層をエッチングする工程であって、前記カラーフィルム層パターンの、前記透明ベース基板に垂直する方向に沿う断面が、逆立ちの二等辺台形の形状をなす工程と、
   前記複数のカラーフィルム層パターンの間の間隔でブラックマトリックスを形成し、前記ブラックマトリックスを前記複数のカラーフィルム層パターンの間の間隔を完全に充填させる工程と、を備え、
   前記ブラックマトリックスを形成する工程は、
   前記複数のカラーフィルム層パターンが形成されたベース基板の第一の主表面上にブラックマトリックスを形成するための膜層を形成し、前記複数のカラーフィルム層パターンをマスクとして前記透明ベース基板の第二の主表面側から光を照射することで前記ブラックマトリックスを形成するための膜層を露光し、前記ブラックマトリックスを形成するように露光後の前記ブラックマトリックスを形成するための膜層をエッチングするステップを含むことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
2. 前記複数のカラーフィルム層パターンは、厚みが前記ブラックマトリックスの厚みと同じであり、前記複数のカラーフィルム層パターンは上表面が前記ブラックマトリックスの上表面と同一平面内にあることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
3. 前記複数のカラーフィルム層パターンは、第一色のカラーフィルム層パターンと、第二色のカラーフィルム層パターンと、第三色のカラーフィルム層パターンとを備えることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
4. 前記複数のカラーフィルム層パターンを形成する工程は、
   前記透明ベース基板の第一の主表面上に第一色のカラーフィルム層を形成し、前記第一色のカラーフィルム層を露光するように前記透明ベース基板の第二の主表面側から光を照射し、第一色のカラーフィルム層パターンを形成するように露光後の前記第一色のカラーフィルム層をエッチングするステップと、
   前記第一色のカラーフィルム層パターンが形成された前記透明ベース基板の第一主表面上に第二色のカラーフィルム層を形成し、前記第二色のカラーフィルム層を露光するように前記透明ベース基板の第二の主表面側から光を照射して、第二色のカラーフィルム層パターンを形成するように露光後の前記第二色のカラーフィルム層をエッチングするステップと、
   前記第一色のカラーフィルム層パターン及び前記第二色のカラーフィルム層パターンが形成された前記透明ベース基板の第一の主表面上に第三色のカラーフィルム層を形成し、前記第三色のカラーフィルム層を露光するように前記透明ベース基板の第二の主表面側から光を照射し、第三色のカラーフィルム層パターンを形成するように露光後の前記第三色のカラーフィルム層をエッチングする工程と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
5. 前記ブラックマトリックスは、材料が遮光樹脂またはクロムであることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
6. 前記複数のカラーフィルム層パターン及び前記ブラックマトリックスを形成した後、前記ブラックマトリックス及び前記複数のカラーフィルム層パターンの上表面上に一層の透明導電層をスパッタすることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。

Images