(57)【要約】  透明基板上に着色画素を形成してなる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであって、前記着色画素は、透過部と、前記透過部に隣接する反射部とを有し、前記反射部の前記着色樹脂層の膜厚は、前記透過部の着色樹脂層の膜厚の４０％以下であることを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ。
2008050638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に着色画素を形成してなる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであって、前記着色画素は、透過部と、前記透過部に隣接する反射部とを有し、
前記反射部の前記着色樹脂層の膜厚は、前記透過部の着色樹脂層の膜厚の４０％以下であることを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ。
【請求項２】
透明基板上に着色画素を形成してなる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであって、前記着色画素は、透過部と、前記透過部に隣接する反射部とを有し、
前記透過部は、前記透明基板上に形成された着色樹脂層からなり、前記反射部は、前記透明基板上に形成された透明樹脂層と、前記透過部の着色樹脂層から延びて前記透明樹脂層上に乗り上げるように形成された着色樹脂層とからなり、
前記反射部の前記着色樹脂層の膜厚は、前記透過部の着色樹脂層の膜厚の４０％以下であることを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ。
【請求項３】
前記透過部の着色樹脂層の膜厚は、１．５〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ。
【請求項４】
透明基板上に着色樹脂層からなる着色画素を形成してなる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、
前記透明基板の全面に着色樹脂を塗布し、透過部に厚い着色樹脂層を、反射部に薄い着色樹脂層を形成する工程、
前記着色樹脂層を、透明部、半遮光部、及び遮光部を有するフォトマスクパターンを用いて露光する工程、及び
前記露光された着色樹脂層を現像し、前記フォトマスクパターンの遮光部に対応する着色樹脂層の部分を除去し、半遮光部に対応する着色樹脂層の部分の膜厚を減少させ、フォトマスクパターンの透明部に対応して前記反射部領域での着色樹脂層、及び前記透過部領域に対応する着色樹脂層を形成する工程
を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
透明基板上に、着色樹脂層からなる透過部と、前記透過部に隣接して透明樹脂層上に形成された、前記透過部の着色樹脂層より膜厚の薄い着色樹脂層からなる反射部とを有する着色画素を備える半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、
前記透明基板の反射部形成領域に透明樹脂層を形成する工程、
前記透明基板の全面に着色樹脂を塗布し、前記透明基板の透過部形成領域に厚い着色樹脂層を、前記透明樹脂層上に薄い着色樹脂層を形成する工程、
前記着色樹脂層を、透明部、半遮光部、及び遮光部を有するフォトマスクパターンを用いて露光する工程、及び
前記露光された着色樹脂層を現像し、前記フォトマスクパターンの遮光部に対応する着色樹脂層の部分を除去し、半遮光部に対応する着色樹脂層の部分の膜厚を減少させ、フォトマスクパターンの透明部に対応して前記透過部の着色樹脂層、及び前記半遮光部に対応して前記反射部の着色樹脂層を形成する工程
を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やデジタルカメラ等に使用される液晶パネルとしては、室内でも屋外でも鮮明な画像を表示できる半透過型液晶パネルが一般的である。半透過型液晶パネルには、バックライトで表示する透過部と外光を用いて表示する反射部があり、反射部では外光が液晶パネルを２回透過するため、その部分のカラーフィルタには、透過部におけるカラーフィルタよりも薄くて明るい色が要求されている。【０００３】
半透過型液晶パネル用のカラーフィルタとしては、透過部と反射部のＲＧＢをそれぞれ２回づつ作製する６色ＣＦや、反射部にスルーホールをあける構造が一般的であるが、前者は製造コストが上昇するという問題があり、後者は前者に比べ反射部の色が劣化するという問題がある。【０００４】
そこで、ＲＧＢをそれぞれ１工程で（計３色）形成し、６色ＣＦと同等の性能を有するカラーフィルタを開発することが望まれている。そのための技術として、ハーフトーンマスクを用いて反射部を形成する方式（例えば、特開２００４−２５８１６１号公報、特開２００６−２０１４３３号公報参照）や、透明膜を形成し、その透明膜の上にＲＧＢ膜を乗り上げて薄いＲＧＢ膜を形成する方式（例えば、特許第３４６５６９５号公報参照）が、近年研究されている。【０００５】
しかし、透明膜の上にＲＧＢ膜を乗り上げて薄いＲＧＢ膜を形成する方式では、透明膜のサイズや形状により透明膜上のＲＧＢ膜の膜厚を減少させるため、レジスト材料を変更しなければならないという問題がある。【０００６】
これに対し、ハートーンマスクを用いて反射部を形成する方式では、露光条件や現像条件を変更して反射部のＲＧＢ膜を薄くすることが可能であるが、透過部と反射部のＲＧＢ膜の膜厚の差を大きくした場合には、プロセス条件のバラツキにより、膜厚のバラツキが大きくなるという欠点がある。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、以上のような事情の下になされ、レジスト材料の変更を必要とせず、かつ反射部の着色樹脂層の膜厚のバラツキを低減することの可能な、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の第１の態様によると、透明基板上に着色画素を形成してなる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであって、前記着色画素は、透過部と、前記透過部に隣接する反射部とを有し、前記反射部の前記着色樹脂層の膜厚は、前記透過部の着色樹脂層の膜厚の４０％以下であることを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタが提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によると、透明基板上に着色画素を形成してなる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであって、前記着色画素は、透過部と、前記透過部に隣接する反射部とを有し、前記透過部は、前記透明基板上に形成された着色樹脂層からなり、前記反射部は、前記透明基板上に形成された透明樹脂層と、前記透過部の着色樹脂層から延びて前記透明樹脂層上に乗り上げるように形成された着色樹脂層とからなり、前記反射部の前記着色樹脂層の膜厚は、前記透過部の着色樹脂層の膜厚の４０％以下であることを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタが提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によると、透明基板上に着色樹脂層からなる着色画素を形成してなる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、前記透明基板の全面に着色樹脂を塗布し、透過部に厚い着色樹脂層を、反射部に薄い着色樹脂層を形成する工程、前記着色樹脂層を、透明部、半遮光部、及び遮光部を有するフォトマスクパターンを用いて露光する工程、及び前記露光された着色樹脂層を現像し、前記フォトマスクパターンの遮光部に対応する着色樹脂層の部分を除去し、半遮光部に対応する着色樹脂層の部分の膜厚を減少させ、フォトマスクパターンの透明部に対応して前記反射部領域での着色樹脂層、及び前記透過部領域に対応する着色樹脂層を形成する工程を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によると、透明基板上に、着色樹脂層からなる透過部と、前記透過部に隣接して透明樹脂層上に形成された、前記透過部の着色樹脂層より膜厚の薄い着色樹脂層からなる反射部とを有する着色画素を備える半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、前記透明基板の反射部形成領域に透明樹脂層を形成する工程、前記透明基板の全面に着色樹脂を塗布し、前記透明基板の透過部形成領域に厚い着色樹脂層を、前記透明樹脂層上に薄い着色樹脂層を形成する工程、前記着色樹脂層を、透明部、半遮光部、及び遮光部を有するフォトマスクパターンを用いて露光する工程、及び前記露光された着色樹脂層を現像し、前記フォトマスクパターンの遮光部に対応する着色樹脂層の部分を除去し、半遮光部に対応する着色樹脂層の部分の膜厚を減少させ、フォトマスクパターンの透明部に対応して前記透過部の着色樹脂層、及び前記半遮光部に対応して前記反射部の着色樹脂層を形成する工程を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法が提供される。
【００１２】
本発明によると、反射部の着色樹脂層が、透過部の着色樹脂層から延びて透明樹脂層上に乗り上げるように形成されるとともに、半遮光膜を含むフォトマスクパターンを用いて露光、現像することにより形成されているため、反射部の着色樹脂層の膜厚の低減量を少なくすることができ、それによって反射部の着色樹脂層の膜厚のバラツキを低減することが可能であり、また透明樹脂層のサイズや形状が変わってもレジスト材料を代えることなく、反射部の着色樹脂層の膜厚を調整することが可能な半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るカラーフィルタ基板の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造プロセスを示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造プロセスを示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造プロセスを示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図４】フォトマスクのハーフトーン膜の透過率特性を示す特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの１画素を示す断面図である。図１において、透明基板１上には透明樹脂層２が形成されている。透明基板１上の透明樹脂層２が形成されていない領域には着色樹脂層３が形成されて透過部Ａが構成され、この着色樹脂層３から延びて透明樹脂層２上を乗り上げる形で着色樹脂層４が形成されて、透明樹脂層２と着色樹脂層４とにより反射部Ｂが構成されている。【００１６】
図１に示すカラーフィルタにおいて、反射部Ｂの着色樹脂層４の膜厚は、透過部Ａの着色樹脂層３の膜厚よりも薄く、透過部Ａの着色樹脂層３の膜厚の４０％以下、好ましくは５〜４０％である。反射部Ｂの着色樹脂層４の膜厚が、この範囲より厚い場合には、反射部Ｂにおける反射光を表示光として画面表示する場合に、明度が低くなり、この範囲より薄い場合には、膜厚の制御が困難となる。【００１７】
透過部Ａの着色樹脂層３の膜厚は、１．５〜３．０μｍであることが好ましく、従って、反射部Ｂの着色樹脂層４の膜厚は、その５〜４０％、即ち、０．０７〜１．２μｍであることが好ましい。【００１８】
なお、透明樹脂層２の厚さは、２〜４μｍであることが望ましい。透明樹脂層２の厚さがこの範囲より厚い場合には、反射部Ｂの着色樹脂層４の膜厚が薄くなって、上記問題が生じ易くなり、この範囲より薄い場合には、反射部Ｂの着色樹脂層４の膜厚が厚くなって、明度が低下する傾向となる。【００１９】
以上のような膜厚の厚い着色樹脂層２及び膜厚の薄い着色樹脂層３からなる着色樹脂層パターンは、それぞれに対応する透明部及び半遮光部を有するフォトマスクパターンを用いて形成される。なお、このフォトマスクパターンの遮光部は金属クロム、半遮光部はＩＴＯからなるものとすることができる。【００２０】
図１に示す本発明の一実施形態に係る半透過型液晶表示装置用カラーフィルタは、図２Ａ〜図２Ｃに示すような製造プロセスにより製造することができる。【００２１】
まず、図２Ａに示すように、透明基板１上にブラックマトリクス（図示せず）を形成した後、全面に透明樹脂をコートし、露光及び現像して、ブラックマトリクスにより区分された画素領域の反射部形成領域に、透明樹脂層２を形成する。【００２２】
次いで、図２Ｂに示すように、全面に、例えば赤の着色樹脂をコートし、着色樹脂層５を形成する。この時、着色樹脂層５の透明樹脂層２上の部分の膜厚は、透明基板１上の部分の膜厚の３０〜７０％に減少する。【００２３】
その後、透明部、半遮光部、及び遮光部を有するフォトマスクパターンを用いて着色樹脂層５を露光し、次いで現像し、フォトマスクパターンの遮光部に対応する着色樹脂層５の部分を除去するとともに、半遮光部に対応する部分の膜厚を減少させる。これにより、図２Ｃに示すように、フォトマスクパターンの透明部に対応する着色樹脂層３からなる透過部Ａと、フォトマスクパターンの半遮光部に対応する着色樹脂層４からなる反射部Ｂを有する画素が形成される。この場合、着色樹脂層４の膜厚は、着色樹脂層３の膜厚の５〜４０％となる。【００２４】
このような工程を緑及び青の画素についても繰り返し、赤、緑、及び青の着色画素を含む半透過型液晶表示装置用カラーフィルタが得られる。【００２５】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半透過型液晶表示装置の一例を模式的に示す構成図である。図３において、カラーフィルタ基板１０と、透明基板２１の所定位置に電極２２が形成されたアレイ基板３０とを貼り合わせてセル化し、液晶４０を封入し、更にセルの両面に偏光膜５０ａ，５０ｂを配置することにより、本発明の第２の実施形態に係る半透過型液晶表示装置が構成される。【００２６】
なお、カラーフィルタ基板１０は、透明基板１上のブラックマトリクス７により区分された領域に、赤色画素１１Ｒ、緑色画素１１Ｇ、及び青色画素１１Ｂが形成され、更に透明電極１２及びオーバーコート層１３を形成してなる。なお、それぞれの着色画素１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、図１に示すような構成の透過部Ａと反射部Ｂとから構成されている。【００２７】
以下、本発明の実施例と従来例を示し、本発明の効果を具体的に説明する。【００２８】
＜アクリル樹脂溶液の作製＞
反応容器にシクロヘキサノン８００．０部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら加熱して、上記モノマーおよび熱重合開始剤の混合物を滴下して重合反応を行った。【００２９】
スチレン              ６０．０部
メタクリル酸          ６０．０部
メチルメタクリレート  ６５．０部
ブチルメタクリレート  ６５．０部
熱重合開始削          １０．０部
滴下が完了した後、十分に加熱し、熱重合開始剤２．０部をシクロヘキサノン５０．０部に溶解した溶液を添加し、さらに反応を続けてアクリル樹脂の溶液を得た。【００３０】
この樹脂溶液に不揮発分が２０．０重量％になるようにシクロヘキサノンを添加して、感光性着色樹脂組成物用のアクリル樹脂溶液を調製した。このアクリル樹脂の重量平均分子量は、約３００００であった。【００３１】
以上のように作製したアクリル樹脂溶液を用いて、以下の組成の３色の感光性着色樹脂組成物を作製し、それぞれ室温で３時間攪拌した。【００３２】
（感光性赤色樹脂組成物）
アクリル樹脂溶液４０ｇ、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート１０．０ｇ、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−オン２．０ｇ、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフオリノプロパン−１−オン１．０ｇ、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７を７．０ｇ、顔料分散剤２．０ｇ、及び２−メトキシエタノール３８．０ｇ
（感光性緑色樹脂組成物）
アクリル樹脂溶液４０．０ｇ、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート１０．０ｇ、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシー２−メナル−１−プロパン−オン２．０ｇ、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン１．０ｇ、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ３６を８．０ｇ、顔料分散剤２．０ｇ、及び２−メトキシエタノール３７．０ｇ
（感光性青色樹脂組成物）
アクリル樹脂溶液４０．０ｇ、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート１０．０ｇ、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メテル−１−プロパン−オン２．０ｇ、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン１．０ｇ、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５：６を６．０ｇ、顔料分散剤２．０ｇ、及び２−メトキシエタノール３９．０ｇ
実施例
透明基板（３２０×４００×０．７ｍｍ）上に黒色の顔料分散感光性樹脂膜を形成し、これをフォトリングラフィープロセスにより加工し、厚さ１．４μｍのブラックマトリックスを形成した。その後、上記感光性着色樹脂組成物の顔料分散剤を含まないものをスピンコートで塗布し、８０℃で２０分間乾燥した。次いで、所定のパターンを介して露光し、現像して、ブラックマトリックスで区画された透明基板上の反射部予定領域に厚さ３．６μｍの透明樹脂層を形成した。【００３３】
次に、感光性赤色樹脂組成物（アクリル系レジスト：東洋インキ製造（株）製）を、１８８ｒｐｍの回転速度のスピンコート（時間：１０秒、Ａｃｃ：３秒）で塗布し、減圧乾燥（到達圧：１ｔｏｒｒ）し、５０℃で３０秒間プリベークした。【００３４】
そして、透明部、半遮光部、及び遮光部を有し、図４に示すような透過率特性を有するハーフトーン膜を半遮光部とするフォトマスクパターンを介して露光した。露光は、露光ギャップを１００μｍとし、露光機に０．５ｍｍの厚さの青板を挿入して短波長輝線をカットして行なった。次いで、現像時間５０秒で現像して、ブラックマトリックスで区画された所定の領域上に、赤色画素を形成した。【００３５】
即ち、フォトマスクパターンの遮光部に対応する感光性赤色樹脂組成物の部分を除去し、半遮光部に対応する部分の膜厚を減少させた。これにより、図１に示すように、フォトマスクパターンの透明部に対応する(赤色)着色樹脂層３からなる透過部Ａと、フォトマスクパターンの半遮光部に対応する(赤色)着色樹脂層４からなる反射部Ｂを有する赤色画素が形成された。【００３６】
以上のようにして、透過部の着色樹脂層からの透明樹脂層上への乗り上げと、半遮光膜を含むフォトマスクパターンを用いることにより形成された反射部と透過部とを有する赤色画素を形成した後、感光性着色樹脂組成物を替えて、塗布、露光、現像を繰り返すことで、ブラックマトリックスで区画された透明基板上に緑色画素及び青色画素を形成し、半透過型液晶表示装置用のカラーフィルタを得た。【００３７】
本発明者らは、以上の実施例において、露光量、照度、膜厚比を変えて赤色画素の形成を行う、実験Ｎｏ．１〜８を行なった。得られた赤色画素の色度を下記表１に示す。
【表１】
2008050638.tif 000003
【００３８】
上記表１より、膜厚比が４０％を超える実験Ｎｏ．８では、Ｙ値が低く、望ましい色度は得られないことがわかる。【００３９】
次に、透明樹脂層を形成することなく、透明部、半遮光部、及び遮光部を有するフォトマスクを用いて、透過部及び反射部を有する赤色画素を形成する実験Ｎｏ．９を行なった。感光性赤色樹脂組成物としては、上記とは異なるアクリル系レジスト（東洋インキ製造（株）製）を用いた。【００４０】
露光条件、透過部Ａ及び反射部Ｂの膜厚、膜厚比、色度を下記表２に示す。
【表２】
2008050638.tif 000004
【００４１】
上記表２より、この実験Ｎｏ．９では２９．０％の膜厚比であったが、透明樹脂層への乗り上げを用いない場合には、この程度の膜厚比が限界であった。【００４２】
また、反射部を透過部の着色樹脂層から延びて透明樹脂層上に乗り上げるように形成することのみにより膜厚を減少させ、半遮光膜を含まないフォトマスクパターンを用いて露光、現像することにより、透過部及び反射部を有する赤色画素を形成する実験Ｎｏ．１０〜１３を行なった。感光性赤色樹脂組成物としては、上記とは異なるアクリル系レジスト（東洋インキ製造（株）製）を用いた。【００４３】
露光条件、透過部Ａ及び反射部Ｂの膜厚、膜厚比、色度を下記表３に示す。
【表３】
2008050638.tif 000005
【００４４】
上記表３より、透明樹脂層上への乗り上げのみにより反射部の膜厚を減少させた場合には、Ｙ値が低く、望ましい色度は得られないことがわかる。また、膜厚比は、３５％程度が限界であった。【００４５】
以上の半透過型液晶表示装置用のカラーフィルタの製造プロセスによると、反射部の着色樹脂層が、透過部の着色樹脂層から延びて透明樹脂層上に乗り上げるように形成するとともに、半遮光膜を含むフォトマスクパターンを用いて露光、現像することにより形成しているため、反射部の着色樹脂層の膜厚の低減量を少なくすることができ、それによって反射部の着色樹脂層の膜厚のバラツキを低減することが可能となった。また透明樹脂層のサイズや形状が変わってもレジスト材料を代えることなく、反射部の着色樹脂層の膜厚を調整することが可能であった。
【図１】
2008050638.tif 000006
【図２Ａ】
2008050638.tif 000007
【図２Ｂ】
2008050638.tif 000008
【図２Ｃ】
2008050638.tif 000009
【図３】
2008050638.tif 000010
【図４】
2008050638.tif 000011
【国際調査報告】
2008050638.tif 000012
2008050638.tif 000013
2008050638.tif 000014
2008050638.tif 000015
2008050638.tif 000016