(57)【要約】【課題】４色カラーフィルタにおいて、オーバーコート層により白色画素部を形成する際に問題となるオーバーコート層の窪みを、斜め視認による混色性を悪化させることもハーフトーンマスクを用いることもなく改善するカラーフィルタとその製造方法を提供する。【解決手段】赤色画素、緑色画素、青色画素からなる着色画素と、白色画素とを備える４色カラーフィルタであって、着色画素の境界部にブラックマトリクスを備え、着色画素の上面にオーバーコート層を備え、オーバーコート層の一部が白色画素を形成しており、ブラックマトリクスの高さは着色画素の高さ以上であるカラーフィルタとし、着色画素を形成する工程、着色画素の境界部にブラックマトリクスを形成する工程、着色画素及びブラックマトリクスの面上にオーバーコート層を形成する工程を順次行う製造方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性基板の一方の面上に、赤色画素、緑色画素、青色画素からなる着色画素と、白色画素とを備える４色カラーフィルタであって、
前記着色画素の境界部にブラックマトリクスを備え、
前記着色画素の上面にオーバーコート層を備え、
前記オーバーコート層の一部が前記白色画素を形成しており、
前記ブラックマトリクスの高さは前記着色画素の高さ以上である、
ことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
前記オーバーコート層の面上にスペーサを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項３】
以下の工程を順次含む、ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
１）透明性基板の一方の面上に、赤色画素、緑色画素、青色画素からなる着色画素を形成する工程。
２）前記着色画素の境界部にブラックマトリクスを形成する工程。
３）前記着色画素及び前記ブラックマトリクスの面上にオーバーコート層を形成すると同時に白色画素を形成する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー液晶表示装置のカラー表示ディスプレイパネル等に使用されるカラーフィルタとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの調整、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは有用な手段となっている。表示装置に用いられるカラーフィルタは、多くの場合、画素として形成され用いられる。表示装置に用いられるカラーフィルタの画素を形成する方法として、これまで実用化されてきた方法には、印刷法、フォトリソグラフィ法などが挙げられる。
【０００３】
図４（ａ）は、従来のカラーフィルタの構造を、一部の画素を拡大して例示する模式断面図である。図４（ａ）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５０は、透明性基板５１の上に形成された開口部を有するブラックマトリクス５２と、そのブラックマトリクス５２の開口部に形成された赤色、緑色、青色の着色画素５３（５３（Ｒ）、５３（Ｇ）、５３（Ｂ））と、着色画素５３上の全面に形成されたオーバーコート層５４よりなる。
【０００４】
カラーフィルタの製造方法としては、先ず、透明性基板５１上に所定の形状の開口部を有するブラックマトリクス５２を形成し、次に、ブラックマトリクス５２の開口部に位置合わせして着色画素５３を色毎に順次形成し、さらにオーバーコート層５４を形成する方法が広く用いられている。
【０００５】
ブラックマトリクス５２は遮光性を有し、その開口部にて透明性基板５１上での着色画素５３の位置を定め、着色画素５３の大きさを均一なものとしている。また、表示装置に用いられる際に、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、且つコントラストの向上した画像にする機能を有している。
【０００６】
ブラックマトリクス５２の形成には、通常フォトリソグラフィ法が用いられ、透明性基板５１上に、黒色レジスト（黒色感光硬化性樹脂組成物）の塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介したパターン露光、現像によって不要な部分のレジストを除去し、残存したレジストにてブラックマトリクス５２を形成する。黒色レジストの膜厚は、例えば１．０〜１．５μｍ程度の厚さにして必要な光学濃度を得るようにしている。
【０００７】
また、着色画素５３は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタの機能を有するものであり、着色画素５３の形成にも通常フォトリソグラフィ法が採られ、ブラックマトリクス５２が形成された透明性基板５１上に、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色レジスト（着色感光硬化性樹脂組成物）の塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介したパターン露光、現像によって着色画素５３を形成する。
【０００８】
また、オーバーコート層５４には、通常熱硬化性の透明性樹脂が使用され、スピンコート法やダイコート法により塗布し減圧下で乾燥させた後、ベーキングを施して形成される。
【０００９】
カラーフィルタの製造においては、図４（ａ）に示すように、ブラックマトリクス５２の端部に１色目の着色画素が乗り上げて盛り上がりを生じ、さらに形成した１、２色目の着色画素の端部に、それぞれ２、３色目の着色画素が乗り上げて盛り上がりを生じること
が知られている。これらの盛り上がりはツノ部と通称され、着色画素の表面を凹凸形状にする。オーバーコート層５４は着色画素表面の凹凸形状を平坦化する機能、及び着色画素が露出した状態で不純物が液晶層に侵入し品質の低下を招くことを防ぐための保護層としての機能を有する。
【００１０】
図４（ｂ）は、図４（ａ）にさらにスペーサを備える従来のカラーフィルタの構造を例示する模式断面図である。スペーサは、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板（図示せず）間のセルギャップを良好に保持するためのものであり、高さの異なる２種類のスペーサ（メインスペーサ５５ａ及びサブスペーサ５５ｂ）とする技術が知られている（例えば特許文献１）。メインスペーサは主にセルギャップ規制を目的とし、サブスペーサは液晶パネルに機械的な圧力がかかったときの塑性変形を防止する。
【００１１】
ところで、液晶パネルではＲＧＢの３色カラーフィルタが一般的だが、光効率が低いため、高品質化、高輝度化のために、ＲＧＢのほかに４色目として白色を加えたカラーフィルタが提案されている（例えば特許文献２）。白色画素には着色剤は含まれておらず透明性であり、光源の白色光をそのまま利用することで表示画像が明るく見えるようにするものである。特許文献３には、白色画素部を加えた４色カラーフィルタの製造において、工程を削減するために、白色画素単独の形成工程を省き、オーバーコート層により白色画素を兼用して形成することが記載されている。
【００１２】
図５は、ＲＧＢのほかに４色目として白色を加えた４色カラーフィルタの、従来の製造工程を例示する模式断面図である。図５（ａ）は、透明性基板５１上に所定の形状の開口部を有するブラックマトリクス５２を形成した形態を示している。
【００１３】
図５（ｂ）は、ブラックマトリクス５２の形成後に、フォトリソグラフィ法により１色目の赤色画素５３（Ｒ）を形成した形態を示しているが、赤色画素５３（Ｒ）がブラックマトリクス５２の端部に乗り上げ、ΔＲ１の段差のツノ部を生じている。図５（ｃ）は、赤色画素５３（Ｒ）の形成後に、フォトリソグラフィ法により２色目の緑色画素５３（Ｇ）を形成した形態を示しているが、緑色画素５３（Ｇ）がブラックマトリクス５２の端部に乗り上げ、ΔＧ１の段差のツノ部を生じるとともに、赤色画素５３（Ｒ）のツノ部に乗り上げ、より大きなΔＧ２の段差のツノ部を生じている。
【００１４】
図５（ｄ）は、緑色画素５３（Ｇ）の形成後に、フォトリソグラフィ法により３色目の青色画素５３（Ｂ）を形成した形態を示しているが、青色画素５３（Ｂ）がブラックマトリクス５２の端部に乗り上げ、ΔＢ１の段差のツノ部を生じるとともに、緑色画素５３（Ｇ）のツノ部に乗り上げ、より大きなΔＢ２の段差のツノ部を生じている。
【００１５】
図５（ｅ）は、青色画素５３（Ｂ）の形成後に、オーバーコート層５４により兼用する白色画素Ｗを形成した形態を示している。この図のように、オーバーコート層５４により着色画素部は平坦化されたとしても、白色画素Ｗには元々着色画素が存在しないために大きな窪みｄが発生する。窪みｄは、液晶の配向不良を招き、表示装置のコントラストを低下させる。
【００１６】
従来のカラーフィルタにおいて、オーバーコート層５４の窪み量を小さくするためには、白色画素５３（Ｗ）となる凹部に供給されるオーバーコート層用樹脂の量を多くする必要があり、このとき図６に示すように、オーバーコート層５４の窪みｄ’はｄより小さくなるが、オーバーコート層５４の厚さＴ’は図５（ｅ）におけるＴよりも厚くなる。
【００１７】
オーバーコート層の厚さが厚くなると、以下のような問題が発生する。図７は、従来のカラーフィルタの構造で、斜め視認と混色性の問題を説明するための模式断面図である。
【００１８】
図７は、カラーフィルタ５０の上部に液晶層５６を図示し、視認者５７が透明性基板５１側の斜め方向から表示物を視認する様子を表わしている。ここでは、液晶駆動素子（図示せず）によって、赤色画素５３（Ｒ）上の液晶のみ駆動（ＯＮ）されているので、本来赤色のみ視認されなければならないが、点線で示す視線Ｌの方向に青色画素５３（Ｂ）を通過する光（光漏れ）によって青色が視認され、混色となる様子を示している。
【００１９】
図７から分るように、液晶層５６からブラックマトリクス５２までの距離が長いほど光漏れは発生しやすい。しかるに、近年、より濃い色を表示するために着色画素の厚さは厚くなる傾向がある。着色画素の厚さが増すことで、ツノ段差による表面の凹凸形状も増大するので、表面の凹凸形状を平坦化するためにはオーバーコート層５４を厚くする必要がある。その結果、ブラックマトリクス５２と液晶層５６の距離はますます長くなってしまい、混色が発生しやすくなるという問題が発生する。
【００２０】
従って、オーバーコート層の厚さを厚くすることなしに、オーバーコート層の窪み量を小さくする必要がある。特許文献３ではオーバーコート層の窪みをなくす方法として、ハーフトーンマスクを用いてオーバーコート層を形成することを提案している。
【００２１】
しかしながら、オーバーコート層の窪みは断面視で円弧状であるが、ハーフトーンマスクの透過率は連続的に変えられないため、階調型またはドット径で透過率を変化させたハーフトーンマスクとならざるを得ない。
【００２２】
また、ハーフトーンマスクを用いると、透過率の異なる領域の境界部分で回折光同士の干渉が起こる。この回折光同士の干渉により境界領域で露光光に強弱が生じ、転写形成されるパターンに凹凸が発生する。また、ハーフトーンマスクの描画データは大きく、描画時間も長くなるため、ハーフトーンマスクは価格であり、カラーフィルタの生産コストへの影響を避けられないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特許第３９２５１４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２５９１３５号公報
【特許文献３】特開２０１４−１４９３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＲＧＢに白色画素部を加えた４色カラーフィルタにおいて、オーバーコート層により白色画素部を形成する際に問題となる、白色画素部に発生するオーバーコート層の窪みを、斜め視認による混色性を悪化させることなく、また、ハーフトーンマスクを用いることなく改善できるカラーフィルタとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、透明性基板の一方の面上に、赤色画素、緑色画素、青色画素からなる着色画素と、白色画素とを備える４色カラーフィルタであって、
前記着色画素の境界部にブラックマトリクスを備え、
前記着色画素の上面にオーバーコート層を備え、
前記オーバーコート層の一部が前記白色画素を形成しており、
前記ブラックマトリクスの高さは前記着色画素の高さ以上である、ことを特徴とするカラ
ーフィルタとしたものである。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、前記オーバーコート層の面上にスペーサを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタとしたものである。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、以下の工程を順次含む、ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法としたものである。
１）透明性基板の一方の面上に、赤色画素、緑色画素、青色画素からなる着色画素を形成する工程。
２）前記着色画素の境界部にブラックマトリクスを形成する工程。
３）前記着色画素及び前記ブラックマトリクスの面上にオーバーコート層を形成すると同時に白色画素を形成する工程。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ＲＧＢに白色画素部を加えた４色カラーフィルタにおいて、オーバーコート層により白色画素部を形成する際に問題となる、白色画素部に発生するオーバーコート層の窪みを、斜め視認による混色性を悪化させることなく、また、ハーフトーンマスクを用いることなく改善できるカラーフィルタとその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のカラーフィルタに係る、（ａ）一実施形態の構造、（ｂ）（ａ）にさらにスペーサを備える構造を例示する模式断面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタの製造方法に係り、図１（ａ）に示す実施形態のカラーフィルタの製造工程を例示する模式断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの構造では、斜め視認と混色性の問題が発生しないことを説明するための模式断面図である。
【図４】（ａ）従来のカラーフィルタの構造、（ｂ）（ａ）にさらにスペーサを備える構造を例示する模式断面図である。
【図５】ＲＧＢのほかに４色目として白色を加えた４色カラーフィルタの、従来の製造工程を例示する模式断面図である。
【図６】従来の４色カラーフィルタで、オーバーコート（ＯＣ）層の膜厚を大きくして、窪みを小さくした場合の模式断面図である。
【図７】従来のカラーフィルタの構造で、斜め視認と混色性の問題を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明のカラーフィルタの実施形態について、図面を用いて詳細に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に限定されるものではない。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示しており、各構成要素の寸法比率などは実際と同じではない。
【００３１】
図１（ａ）は、本発明のカラーフィルタに係る、一実施形態の構造を例示する模式断面図である。本発明のカラーフィルタ１０は、ガラス等の透明性基板１の一方の面上に、赤色画素３（Ｒ）、緑色画素３（Ｇ）、青色画素３（Ｂ）からなる着色画素と、透明性の白色画素３（Ｗ）とを備える４色カラーフィルタであり、着色画素の境界部にブラックマトリクス２を備え、着色画素の上面にオーバーコート層４を備え、オーバーコート層４の一部が白色画素３（Ｗ）となっている、
【００３２】
図１（ａ）の本発明のカラーフィルタ１０では、ブラックマトリクス２の高さは着色画
素の高さよりもわずかに高い場合を例示しているが、ブラックマトリクス２の高さは着色画素の高さ以上であればよい。もしくは、ブラックマトリクス２の上に別途遮光膜パターン（図示せず）が形成され、ブラックマトリクス２と遮光膜パターンとを合わせた高さが着色画素の高さ以上であってもよい。オーバーコート層の、ブラックマトリクス上にあたる部分にスペース部を形成しておき、該スペース部に遮光膜パターンを埋め込むように形成すれば、平坦性に影響を与えることはない。また、平坦性の観点から問題のない範囲であれば、ブラックマトリクス２の高さがオーバーコート層４の表面よりも高くなっていてもよい。これらの構造は、液晶表示装置の用途・仕様に応じて適宜選択することができる。
【００３３】
図１（ｂ）は、図１（ａ）にさらにスペーサを備える構造を例示する模式断面図である。高さの異なるメインスペーサ５ａ、及びサブスペーサ５ｂを形成する方法は、従来構造のカラーフィルタの場合と同じ方法でよく、ブラックマトリクスや着色画素と同様に感光性樹脂組成物を調製し、フォトリソクラフィ法により、露光量を変化させ複数の露光工程を実施する、あるいは透過率の異なる複数のフォトマスクを用いて複数の露光工程を実施する、もしくは透過率の異なる光透過部を持つ階調マスクを使用する方法が採用できる。
【００３４】
図２は、本発明のカラーフィルタの製造方法に係り、図１（ａ）に示す実施形態のカラーフィルタの製造工程を例示する模式断面図である。図２（ａ）は、透明性基板１上に、フォトリソグラフィ法により、まず赤色画素３（Ｒ）を形成した形態を示している。
【００３５】
次に図２（ｂ）では、同様に緑色画素３（Ｇ）を形成した形態を示している。ここで特徴的なことは、ブラックマトリクス用のスペース部２ｒｇが残るように形成することである。次に図２（ｃ）では、同様に青色画素３（Ｂ）を形成した形態を示している。ここでもブラックマトリクス用のスペース部２ｇｂ、及び白色画素となるスペース部が残るように形成する。
【００３６】
前記のようにＲ、Ｇ、Ｂの着色画素を形成した後、図２（ｃ）の形態上に、ブラックマトリクスを形成するためのレジストを塗布し、着色画素のスペース部に位置合わせして、露光、現像を行い、図２（ｄ）のような、ブラックマトリクス２のパターンを形成する。すなわち、本発明のカラーフィルタの製造方法では、従来の製造方法のように、ブラックマトリクスの形成後に着色画素の形成を行うのではなく、着色画素の形成後にブラックマトリクスの形成を行う。従って、平坦性は着色画素の膜厚とブラックマトリクスの膜厚の差だけとなり、従来のようなツノ部が発生することはない。それ故、着色画素の高さがブラックマトリクス２の高さよりも高くなることはない。
【００３７】
図２（ｅ）は、図２（ｄ）の形態にオーバーコート層４を積層し、同時に白色画素３（Ｗ）を形成して、図１（ａ）に示す形態の本発明のカラーフィルタ１０を得た状態を示している。本発明のカラーフィルタの製造方法では、前記のようにツノ部が発生しない工程とするので、白色画素３（Ｗ）となる凹部の深さは小さい。従って、オーバーコート層４の厚さＴｓは従来構造の４色カラーフィルタ（図５（ｅ）参照）における厚さＴより薄くて済むとともに、窪みｄｓは従来構造における窪みｄよりも小さくすることができる。図１（ａ）のように、オーバーコート層４をさらに厚くＴｓ’とすると、窪みはさらに小さくｄｓ’となる。
【００３８】
ブラックマトリクスを形成後に着色画素を形成するのでツノ段差が発生する従来構造、及び着色画素を形成後にブラックマトリクスを形成するのでツノ段差が発生しない本発明の構造の、それぞれ３色カラーフィルタ、４色カラーフィルタについて、オーバーコート層形成後の凹凸が、カラー表示ディスプレイパネル等に使用されるカラーフィルタで必要とされる０．５μｍとなるときのオーバーコート層の膜厚を比較すると、表１のようにな
る。尚、表１では、従来構造で３色カラーフィルタの場合のオーバーコート層の膜厚を１．０として規格化している。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１から分かるように、本発明の構造では、４色カラーフィルタだけではなく３色カラーフィルタにおいても、オーバーコート層形成後の凹凸が０．５μｍ以下となる膜厚が従来構造のカラーフィルタよりも小さくなる。
【００４１】
図３は、本発明のカラーフィルタの構造では、斜め視認と混色性の問題が発生しないことを説明するための模式断面図である。図３に示すように、本発明のカラーフィルタではブラックマトリクス２と液晶層５６との距離が大きくならないので、斜め光はブラックマトリクス２によって遮光され、斜め視認と混色性の問題が発生しなくなる。同時にカラーフィルタの総膜厚を低減することになり、液晶パネルの薄板化に貢献することができる。
【００４２】
また、オーバーコート層４をさらに厚くして４色カラーフィルタにおける窪みをさらに小さくする場合も、ブラックマトリクス２の膜厚を着色画素の膜厚と関連なく厚くすることができるので、ブラックマトリクスと液晶層との距離が大きくならずに、斜め視認の混色性を発生させることなく、窪みを小さくすることができる。
【００４３】
以上、説明したように、本発明のカラーフィルタとその製造方法においては、着色画素を形成する工程、着色画素の境界部にブラックマトリクスを形成する工程、着色画素及びブラックマトリクスの面上にオーバーコート層を形成する工程を順次行う製造方法とするので、ブラックマトリクスの高さは着色画素の高さ以上とすることができ、オーバーコート層の一部が白色画素を形成している４色カラーフィルタを製造することができる。これにより、従来オーバーコート層により白色画素部を形成する際に問題となっていた白色画素部に発生するオーバーコート層の窪みを、斜め視認の混色性を悪化させることなく、また、ハーフトーンマスクを用いることなく改善できるカラーフィルタとその製造方法が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のカラーフィルタは、高い表示品質が求められる高精細液晶表示装置、及びそれを構成するカラーフィルタ、液晶表示パネルに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０、２０、５０、６０・・・カラーフィルタ
１、５１・・・透明性基板
２、５２・・・ブラックマトリクス
２ｒｇ、２ｇｂ・・・・スペース部
３（Ｒ）、５３（Ｒ）・・・赤色画素
３（Ｇ）、５３（Ｇ）・・・緑色画素
３（Ｂ）、５３（Ｂ）・・・青色画素
３（Ｗ）、５３（Ｗ）・・・白色画素
４、５４・・・オーバーコート層
５ａ、５５ａ・・・メインスペーサ
５ｂ、５５ｂ・・・サブスペーサ
５６・・・・・液晶層
５７・・・・・視認者
ΔＲ１、ΔＧ１、ΔＧ２、ΔＢ１、ΔＢ２・・・ツノ部段差
ｄ、ｄ’、ｄｓ、ｄｓ’・・・オーバーコート層の窪み
Ｔ、Ｔ’、Ｔｓ、Ｔｓ’・・・オーバーコート層の平坦部の膜厚
Ｌ・・・・・・視線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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