JPH06118223A - 液晶表示装置用カラーフィルター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】生産効率に優れ、表面反射が低いという樹脂タ
イプのブラックマトリックスの利点を有し、しかも表面
平滑性の高い液晶表示装置用カラーフィルターを得るこ
とを目的とする。 【構成】薄く形成した樹脂タイプのブラックマトリック
ス上に、少なくとも一色の色パターンを重ねて設ける液
晶表示用カラーフィルター。製造方法として、最後に形
成する色パターンを背面露光によって形成する液晶表示
装置用カラーフィルターの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に用いられ
るカラーフィルター及びその製造方法に関し、さらに詳
しくは光透過性の支持体上に、樹脂のバインダーと顔料
を主成分とする遮光パターン層と、顔料を分散させたネ
ガ型の感光性樹脂を主成分とする色パターン層とを有す
る液晶表示装置用カラーフィルターに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置用カラーフィルターの遮光
パターン層、いわゆるブラックマトリックスは、複数色
の色パターン層からなる画素間に存在し、画素間の光を
吸収することによって、液晶パネルのコントラストを向
上させ、良好な画質を得るためのものである。

【０００３】さらに、近年各方面で採用されているＴＦ
Ｔなどを用いたアクティブマトリックス方式の駆動によ
る液晶表示装置においては、ＴＦＴなどのスイッチング
素子に光があたり、スイッチング特性が低下することを
防ぐために欠くことができないものである。

【０００４】そのため、ブラックマトリックスには低い
光透過率が要求され、一般的にはＣｒ等によって不透明
金属層を設けることによって形成されている。

【０００５】しかし、例えばＣｒによって形成する場合
に、形成方法としてはスパッタリングや蒸着などによる
のが一般的で、ブラックマトリックスを形成するために
かなりの設備を要し、生産コストも高くなる、さらに金
属層の場合は表面反射率が高くなり、明るい環境下では
画質が劣るという問題点がある。

【０００６】そこで、特願昭６２−１３２３６２号に開
示されているように、高分子樹脂と非導電性顔料を主成
分とする黒インキを用いて、感光性レジストを塗布し、
フォトリソグラフィー法によりブラックマトリックスを
形成する方法や、黒色系顔料と感光性樹脂を混合したも
のを材料として、同じくフォトリソグラフィー法を用い
てブラックマトリックス形成する方法が知られている。

【０００７】これらの、樹脂タイプの材料を用いた方法
は、生産効率が高く、しかもこれらの方法で得られるブ
ラックマトリックスは、黒色系顔料が光を吸収するた
め、明るい環境下でも良好な画質が得られるという利点
がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記のよう
に、樹脂タイプの材料を用いると、金属層に比して遮光
効果が劣るために、充分に低い光透過率を得るためには
遮光層を厚く形成することが必要であった。

【０００９】顔料を含む樹脂を厚く形成するという構成
によると、ブラックマトリックスの端部ではブラックマ
トリックスと色パターン層とが重なり、突起が生じてカ
ラーフィルター表面の平滑性が失われる。その際に特に
生じる問題としては、液晶の配向が乱れる、液晶表
示装置の液晶層の厚さ、いわゆるセルギャップが乱れ
る、という２つがある。

【００１０】の問題の結果として、表示のレスポンス
が悪化して残像が生じる、又、液晶表示装置に電圧を印
加した際に、液晶配列の変化が一定方向に生じなくなる
リバースチルトと呼ばれる現象が起き、画像が乱れると
いうようなことが生じる。の問題の結果として、コン
トラストが低下する、色ムラが生じる、視認性が低下す
る、などが生じる。

【００１１】例えば、図１はガラス基板１上にブラック
マトリックス２を厚く形成した後に、レッド、グリー
ン、ブルーの色パターン層３、４、５を形成した従来例
の図であるが、このようにブラックマトリックスと色パ
ターン層が重なり合った部分は突起が生ずる。

【００１２】ブラックマトリックスと、色パターン層が
重なった部分の突起を小さくし、平滑性を高めるため
に、どちらかを薄く形成することが考えられる。しか
し、色パターンを薄くするという方法をとると、透過し
た光に対する着色が充分でなく、色が薄い調子になる、
という問題が生じる。

【００１３】液晶表示装置は、従来のＣＲＴ方式による
表示装置と同等以上の色調が要求されていることを考え
ると、色パターン層の膜厚は、顔料を分散させた感光性
樹脂を主成分としている場合には、１．６μｍ程度以下
にすることはできなかった。

【００１４】ブラックマトリックスを薄くすると光透過
率が上昇して、既に述べたような問題が生ずるため、薄
くすることはできなかった。

【００１５】例えば、従来の樹脂タイプのブラックマト
リックスの場合、厚さは１．２μｍ程度で形成されてい
たが、０．６μｍで形成した場合には光透過率が上昇し
てしまう。両者の光透過率を測定した結果が図２で、６
は０．６μｍで形成した場合の光透過率であり、７が
１．２μｍで形成した場合の光透過率である。

【００１６】以上のように、カラーフィルター表面の平
滑化には多くの問題があるにもかかわらず、例えばアク
ティブマトリックス方式の駆動のひとつである、ＴＦＴ
駆動方式の液晶表示装置の場合は、その液晶層の厚さは
５μｍ程度が一般的であり、カラーフィルターに要求さ
れる品質としては、凹凸差の最大値を液晶層の厚みの１
０％以下にすることが要求されている。

【００１７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、生産効率が良く、明るい環境下でも画質が良い
という、という樹脂タイプのブラックマトリックスの利
点を生かしつつ、画素を隔離する遮光パターン部が高い
光吸収率を示し、カラーフィルターの表面の平滑性が高
く、かつ液晶表示装置に組み込んだ際にはＣＲＴ方式に
よる表示装置と同等以上の色調を有するような、液晶表
示装置用カラーフィルターを提供することを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、光透過性の支持体上に、樹脂のバイン
ダーと顔料を主成分とする、画素を隔離する遮光パター
ン層と、顔料を分散させたネガ型の感光性樹脂を主成分
とする、画素を透過する光を着色する複数色の色パター
ン層とを有するカラーフィルターにおいて、前記遮光パ
ターン層は前記色パターン層を露光するために十分な光
透過率を有し、厚さは０．８μｍ以下であり、遮光パタ
ーン層上全面に、少なくとも一色の色パターン層が形成
されていることを特徴とする。

【００１９】また、本発明では、このカラーフィルター
を製造するに際して、前記遮光パターン層上に形成され
ている色パターン層が、他色のパターン層を形成した後
に、それら他色のパターン層をマスクとして前記支持体
の裏面から全面露光し、現像することによって形成され
ることを特徴とする。

【００２０】

【作用】遮光パターン層が厚さ０．８μｍ以下であるた
め、ブラックマトリックスと色パターン層が重なった部
分の突起を小さくすることができ、しかも、この遮光パ
ターン層上全面に少なくとも一色の色パターン層が形成
されているため、上記のように遮光パターン層が薄いに
もかかわらず、その遮光性を前記色パターン層が補っ
て、従来の厚いブラックマトリックスと同様に良好な遮
光性が得られる。

【００２１】さらに、このカラーフィルターを製造する
に際して、前記遮光パターン層上に形成されている色パ
ターン層が、他色のパターン層を形成した後に、それら
他色のパターン層をマスクとして前記支持体の裏面から
全面露光し、現像することによって形成されることで、
それぞれの色パターン層に間隙が生じることなく、また
遮光パターン層上に必要以上に厚く色パターン層が形成
されることもなく、より平滑な表面のカラーフィルター
を得ることができた。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に関する好ましい実施例につい
て図３に従って説明する。まず、厚さ１．１ｍｍの透明
なガラス基板８（コーニング社製：７０５９材）上に黒
色の顔料と感光性樹脂を主成分とするブラックレジスト
（富士ハント社製：ＣＫ２０００）を、常法のスピンコ
ート法を用いて塗布し、プリベークと呼ばれる加熱処理
を行ない、仮乾燥をした。

【００２３】その後、フォトマスクをもちいて所望のパ
ターンを３６５ｎｍを主波長とする紫外光を用い、３０
ｍＪ／cm² の光量を全面に照射し、現像することによっ
てブラックマトリックスパターン９を形成した。そし
て、レジストとガラス基板との密着強度を向上させるた
め、ポストベークと呼ばれる加熱処理を行い、図３の
(a) のように、厚さ０．６μｍのブラックマトリックス
を形成した。

【００２４】次に、やはり顔料、感光性樹脂を主成分と
する、レッドの感光性着色樹脂（富士ハント社製：ＣＲ
２０００）を用い、スピンコート法により、ブラックマ
トリックスが形成されたガラス基板上に全面に塗布し、
プリベークを行った。

【００２５】そして、フォトマスクを用いて３６５ｎｍ
を主波長とする紫外光を用い、４０ｍＪ／cm² の光量を
全面に照射し、露光、現像処理の後、ポストベークを行
ない、１色目のレッドの色パターン層１０を、厚さが
１．６μｍで形成した。その後、同様の工程でグリーン
の感光性着色樹脂（富士ハント社製：ＣＧ２０００）を
用いて色パターン層１１を形成した。

【００２６】但し、露光条件は３６５ｎｍを主波長とす
る紫外光を用い、７０ｍＪ／cm² の光量で行った。その
結果、図３の(b) のパターンを得ることができた。

【００２７】そして、レッド、グリーンの着色樹脂と同
様な成分からなる、ブルーの感光性着色樹脂（富士ハン
ト社製：ＣＢ２０００）をスピンコート法によって、ブ
ルーの画素が形成される部位の厚さが、１．６μｍにな
るように全面に塗布し、仮乾燥を行った。この状態を示
す図が図３の(c) であり、１２が未露光のブルーの樹脂
である。

【００２８】そして、図３の(c) に示すように、フォト
マスクを用いずに、既に形成されたレッド、グリーンの
パターン層をマスクとして、ガラス基板の背面から、４
３５ｎｍを主波長とする紫外光を用い、４０ｍＪ／cm²
の光量を全面に照射した。

【００２９】すると、厚さ１．６μｍのレッド、グリー
ンの色パターン層を透過する紫外光は１％程度、またグ
リーンの色パターン層を透過する紫外光は２％程度であ
り、その上に塗布されたブルーの樹脂は感光しない。こ
れに対し、厚さ０．６μｍのブラックマトリックスを透
過する紫外光は６％程度であり、その上に塗布されたブ
ルーの樹脂は感光する。

【００３０】現像処理を行なうと、レッド、グリーン上
のブルーの樹脂は除去され、ブラックマトリックス上に
は感光した部分のブルーの色パターン層１３が形成され
る。その後、ポストベークを行った。

【００３１】ブルーの着色樹脂で厚さが１．６μｍの着
色パターン層を形成する場合、露光に用いる紫外光は、
主波長が４３５ｎｍで光量は１０〜５０ｍＪ／cm² 程度
が適当であるため、上記のような条件で露光を行った。

【００３２】その後、現像処理、ポストベークを行い、
色パターン層を形成し、図３の(d)のパターンを得た。
ここで、ブラックマトリックスと色パターンが重なって
いる部分の突起の大きさを測定したところ、０．３５μ
ｍであった。

【００３３】カラーフィルターの製造工程では、色パタ
ーン層形成後に保護層を形成する場合があるが、保護層
は液状で光硬化型の材料を用い、塗布はスピンコート法
によることが望ましい。

【００３４】本実施例においても、保護層１４を形成す
るに際し、スピンコート法によって光硬化性フェノール
ノボラックエポキシ樹脂を塗布した後に紫外線によって
硬化させたところ、ブラックマトリックスと色パターン
層が重なっている部分の突起の大きさは、保護層形成前
の０．３５μｍに対し、０．１μｍまで低下させること
ができた。

【００３５】以上のような方法で、図３の(e) に示すよ
うな表面の平滑なカラーフィルターを得ることができ
た。このような製造方法によれば、ブラックマトリック
スとその上に形成される色パターンとで遮光層が形成さ
れ、その部分で高い光吸収率を得ることになる。

【００３６】ブラックマトリックス上には主に、最後に
形成されたブルーの色パターン層が形成されている。ブ
ラックマトリックスパターンだけでは充分でない光吸収
率をブルーの色パターン層の光吸収率で補うことによ
り、結果として充分な光吸収率を得ている。

【００３７】一般的な液晶表示装置用カラーフィルター
は、本実施例と同様に、レッド、グリーン、ブルーの３
色、いわゆる光の３原色といわれるＲ、Ｇ、Ｂが用いら
れている。

【００３８】そこで、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、どの色パター
ン層を最後に形成するのが望ましいかについてである
が、本実施例と同じ材料、条件で形成した、各色、ブラ
ックマトリックスパターン等の光の波長と透過率の関係
の測定結果を図４に示す。

【００３９】図４の(a) のグラフで、１５はブルーの色
パターン層のみの透過率、１６はブラックマトリックス
上にブルーの色パターン層が形成されている場合の透過
率、１７は０．６μｍで形成したブラックマトリックス
のみの透過率を示している。

【００４０】図４の(b) 、(c) のグラフはそれぞれ、レ
ッド、グリーンの場合を示しており、１８はレッドの色
パターン層のみの透過率、１９はブラックマトリックス
上にレッドの色パターン層が形成されている場合の透過
率、２０はグリーンの色パターン層のみの透過率、２１
はブラックマトリックス上にグリーンの色パターン層が
形成されている場合の透過率である。

【００４１】このような結果からみて、ブラックマトリ
ックスの上にはブルーの色パターン層を形成した場合
が、最も可視光に対する遮光効果が高く、望ましい。

【００４２】（比較例）比較例として、従来の技術でカ
ラーフィルターの作成をした。まず、厚さ１．１ｍｍの
透明なガラス基板（コーニング社製：７０５９材）上に
実施例と同じブラックレジストを、スピンコート法を用
いて塗布し、プリベークを行った。実施例より、スピン
コートの際の回転数を下げて、厚く塗膜した。

【００４３】実施例と同様な工程を経てブラックマトリ
ックスパターンを形成し、ポストベークを行い、厚さ
１．２μｍのブラックマトリックスを形成した。そし
て、実施例と全く同じ材料、方法を用いてレッド、グリ
ーンの色パターン層を厚さ１．６μｍで形成し、ブルー
についても、レッド、グリーンと同様にフォトマスクを
用いて色パターン層の形成を行った。

【００４４】ここで、ブラックマトリックスと色パター
ン層が重なっている部分の突起の大きさを測定したとこ
ろ、０．７μｍであった。

【００４５】

【発明の効果】以上の例からも明らかなように、本発明
によれば従来の樹脂を用いたブラックマトリックスの利
点を何ら損なうことなく、表面の平滑性の高い液晶表示
装置用カラーフィルターを提供することができる。

【００４６】また、背面から露光することによって、ブ
ラックマトリックス上に適切な量の色パターン層を簡易
に形成することができる。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例に係るカラーフィルターの一部の断面図

【図２】樹脂タイプの遮光層の厚さと透過率との関係を
示すグラフ

【図３】本発明に係るカラーフィルターの製造工程順の
断面図

【図４】ブラックマトリックスと各色パターン層の組合
せからなる場合の光透過率を表すグラフ

【符号の説明】

１…ガラス基板 ２…ブラックマトリックス ３…レッドの色パターン層 ４…グリーンの色パターン層 ５…ブルーの色パターン層 ６…厚さ０．６μｍのブラックマトリックスの紫外線透
過率を示すカーブ ７…厚さ１．２μｍのブラックマトリックスの紫外線透
過率を示すカーブ ８…ガラス基板 ９…ブラックマトリックス １０…レッドの色パターン層 １１…グリーンの色パターン層 １２…ブルーの未露光の樹脂 １３…ブルーの色パターン層 １４…保護層 １５…ブルーの色パターン層のみの透過率 １６…ブラックマトリックス上にブルーの色パターン層
が形成されている場合の透過率 １７…０．６μｍで形成したブラックマトリックスの透
過率を示すカーブ １８…レッドの色パターン層のみの透過率 １９…ブラックマトリックス上にレッドの色パターン層
が形成されている場合の透過率 ２０…グリーンの色パターン層のみの透過率 ２１…ブラックマトリックス上にグリーンの色パターン
層が形成されている場合の透過率

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過性の支持体上に、樹脂のバインダー
   と顔料を主成分とする画素を隔離する遮光パターン層
   と、顔料を分散させたネガ型の感光性樹脂を主成分とす
   る画素を透過する光を着色する複数色の色パターン層と
   を有する液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、 前記遮光パターン層は前記色パターン層を露光するため
   に十分な光透過率を有し、厚さは０．８μｍ以下であ
   り、遮光パターン層上全面に、少なくとも一色の色パタ
   ーン層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置
   用カラーフィルター。
2. 【請求項２】請求項１記載のカラーフィルターを製造す
   る方法において、 前記遮光パターン層上に形成されている色パターンが、
   他色のパターンを形成した後に、それら他色のパターン
   をマスクとして前記支持体の裏面から全面露光し、現像
   することによって形成されることを特徴とするカラーフ
   ィルターの製造方法。