(57)【要約】【課題】ブラックマトリックスの端部上に発生するツノ部やツノ段差による影響を低減させ、平坦性に優れ、隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や液晶駆動の異常が発生しない表示特性に優れたカラーフィルタを提供すること。【解決手段】ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、オーバーコート層を備えるカラーフィルタであって、前記ブラックマトリックスの開口部の前記ガラス基板上に透明樹脂パターンを備え、前記透明樹脂パターンの外周部は前記ブラックマトリックスと離反した間隙部となっており、前記ブラックマトリックス上と前記透明樹脂パターン上と前記間隙部内に前記着色画素を備え、前記着色画素上に前記オーバーコート層を備えるカラーフィルタとする。【選択図】図１
2018040879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、オーバーコート層を備えるカラーフィルタであって、
前記ブラックマトリックスの開口部の前記ガラス基板上に透明樹脂パターンを備え、
前記透明樹脂パターンの外周部は前記ブラックマトリックスと離反した間隙部となっており、
前記ブラックマトリックス上と前記透明樹脂パターン上と前記間隙部内に前記着色画素を備え、
前記着色画素上に前記オーバーコート層を備えることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
断面視で前記ブラックマトリックスの膜厚の１／２の高さにおける前記間隙部の幅は１．５〜７．５μｍ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。
【請求項３】
前記透明樹脂パターンの膜厚は前記ブラックマトリックスの膜厚の０．８〜１．２倍であることを特徴とする請求項１、または２に記載のカラーフィルタ。
【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３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一部の画素を拡大して示す模式断面図である。図３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、ガラス基板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、ガラス基板５１上に所定の形状の開口部を有するブラックマトリックス５２を形成し、次に、ブラックマトリックス５２の開口部に位置合わせして着色画素５３を形成し、さらにオーバーコート層５４を順次形成する方法が広く用いられている。
【０００５】
ブラックマトリックス５２は遮光性を有し、その開口部にてガラス基板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】
ブラックマトリックス５２の形成は、通常フォトリソグラフィ法が用いられ、ガラス基板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ックス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の形成も通常フォトリソグラフィ法がとられ、ブラックマトリックス５２が形成されたガラス基板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には熱硬化性の透明樹脂が使用され、スピンコート法やダイコート法により塗布、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】
図４は、着色画素５３の形成からオーバーコート層５４形成までの工程を、ブラックマトリックス５２の近傍を拡大して例示する模式断面図である。
【００１０】
図４（ａ）では、赤色画素５３（Ｒ）の形成後に緑色画素を形成するために、緑色レジスト５３（Ｇ）ａを塗布後、フォトマスク５９を介して露光を行っている。ここではすでに、１色目の着色画素（ここでは赤色画素５３（Ｒ））がブラックマトリックス５２の端部に乗り上げ、盛り上がりを生じている。この盛り上がりをツノ部５６と称し、ツノ部５６の上部と、赤色画素５３（Ｒ）上面との高さの差（図４（ａ）ではΔＨ１）をツノ段差と称する。また、２色目の緑色レジスト５３（Ｇ）ａの塗布膜は、ブラックマトリックスの端部で盛り上がりを発生し、赤色画素５３（Ｒ）によるツノ段差ΔＨ１が存在するブラックマトリックスの端部では、ツノ部５６上に重なりさらに高い盛り上がりを生じている。
【００１１】
図４（ｂ）では、２色目の緑色画素５３（Ｇ）形成後の形態を示している。前記の緑色レジスト５３（Ｇ）ａの塗布膜の盛り上がりの結果、赤色画素が存在しないブラックマトリックスの端部には前記赤色画素のツノ段差（ΔＨ１）と同様のツノ段差（ΔＨ２）が形成され、赤色画素５３（Ｒ）によるツノ段差ΔＨ１が存在するブラックマトリックスの端部には前記赤色画素のツノ段差（ΔＨ１）よりもさらに高いツノ段差（ΔＨ３）が形成されている。
【００１２】
図４（ｃ）では、３色目の青色画素５３（Ｂ）を形成し、さらにオーバーコート層５４を形成した後の形態を示している。ここでは、前記緑色画素５３（Ｇ）形成時と同様の理由により、緑色画素によるツノ段差ΔＨ２が存在するブラックマトリックスの端部には前記緑色画素のツノ段差（ΔＨ３）と同様のツノ段差（ΔＨ４）が形成されている。さらにオーバーコート層５４には、ブラックマトリックス５２と上述のツノ段差ΔＨ１、ΔＨ２、ΔＨ３、ΔＨ４の影響を受けて大きな高低差を生じている。
【００１３】
ブラックマトリックス５２の端部に前記のツノ段差が形成されたカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や混色によるコントラストの低下などが起こり、表示品質に悪影響を及ぼすことになる。
【００１４】
図３にはまた、カラーフィルタ５０の上部に液晶層５７を図示し、視認者５８がガラス基板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、青色画素５３（Ｂ）上の液晶のみ駆動（ＯＮ）されているので、本来青色のみ視認されなければならないが、点線で示す視線Ｌの方向に緑色画素を通過する光（光漏れ）によって、緑色が視認される様子を示している。
【００１５】
図３から容易に分るように、液晶層５７からブラックマトリックス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５３の厚みは増大する傾向がある。着色画素５３の厚みが増すことで、ツノ段差による表面の凹凸も増大し、液晶の転傾などの液晶駆動の異常が発生することも懸念される。表面の凹凸を平坦化するためにはオーバーコート層５４もまた厚くする必要があり、ブラックマトリックス５２と液晶層５７の距離はますます長くなってしまうという問題がある。
【００１６】
ツノ段差を低くする手法としては、例えば、ａ）オーバーコート層を形成する前に、カラーフィルタの表面を研磨してツノ段差の高さを低くしておく方法（特許文献１）、ｂ）ブラックマトリックスの膜厚（ａ、図４（ｃ）参照）を低く形成しておく方法、ｃ）ブラックマトリックスの側面のテーパー部の長さ（Ｐ、図４（ｃ）参照）を大きくしてツノ段差を低くする方法（特許文献２）などが提案されている。
【００１７】
しかしながら、上記ａ）カラーフィルタの表面を研磨する方法では、着色画素の表面にキズが生じるという問題、ｂ）ブラックマトリックスの膜厚を低くする方法では、ブラックマトリックスの光学濃度が不足するという問題、ｃ）の方法では、ツノ段差は低くなるものの、テーパー角（θ、図４（ｃ）参照）が小さくなることにより表示画像の斜め視認性が悪化する問題が発生する。尚、次世代の高精細表示装置においては、テーパー角（θ
）は８０°以上を維持することが必要である。このように上記ａ）〜ｃ）の方法での対応にはおのずから限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００８−２８１６７８号公報
【特許文献２】特開平９−１８９８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
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、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、オーバーコート層が形成されたカラーフィルタにおいて、ブラックマトリックスの端部に発生するツノ部やツノ段差の高さを低減する際に、着色画素の表面へのキズ、光学濃度の不足、テーパー角が小さくなることによる斜め視認性の悪化などの問題を起こさずに、ツノ部やツノ段差を低減し平坦性を向上させ、オーバーコート層の膜厚を抑えて液晶層からブラックマトリックスまでの距離を短くすることにより、従って隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や液晶駆動の異常が発生しない表示特性に優れたカラーフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、オーバーコート層を備えるカラーフィルタであって、
前記ブラックマトリックスの開口部の前記ガラス基板上に透明樹脂パターンを備え、
前記透明樹脂パターンの外周部は前記ブラックマトリックスと離反した間隙部となっており、
前記ブラックマトリックス上と前記透明樹脂パターン上と前記間隙部内に前記着色画素を備え、
前記着色画素上に前記オーバーコート層を備えることを特徴とするカラーフィルタとしたものである。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、断面視で前記ブラックマトリックスの膜厚の１／２の高さにおける前記間隙部の幅は１．５〜７．５μｍ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としたものである。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、前記透明樹脂パターンの膜厚は前記ブラックマトリックスの膜厚の０．８〜１．２倍であることを特徴とする請求項１、または２に記載のカラーフィルタとしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のカラーフィルタによれば、ブラックマトリックスの開口部のガラス基板上に透明樹脂パターンを備えるとともに、透明樹脂パターンの外周部はブラックマトリックスと離反した間隙部となっているので、着色画素の表面へのキズ、光学濃度の不足、テーパー角が小さくなることによる斜め視認性の悪化などの問題を起こさずに、ツノ部やツノ段差を低減し平坦性に優れ、オーバーコート層の膜厚を抑えて液晶層からブラックマトリックスまでの距離を短くすることができ、従って、隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や液晶駆動の異常が発生しない表示特性に優れたカラーフィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のカラーフィルタに係る実施形態を示す（ａ）模式平面図（ｂ）模式断面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタに係る製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図３】従来のカラーフィルタの構造、及び斜め視認の問題を説明するための模式断面図である。
【図４】従来のカラーフィルタの製造工程の一部を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明のカラーフィルタに係る実施形態を示す（ａ）模式平面図（ｂ）模式断面図である。図１に示すように、本発明のカラーフィルタ１０は、ガラス基板１上にブラックマトリックス２、着色画素３、オーバーコート層４を備え、さらにブラックマトリックス２の開口部のガラス基板１に透明樹脂パターン５を備えるカラーフィルタである。図示を略するが平面視ではブラックマトリックス２は通常格子状、またはストライプ状のパターンであるので、透明樹脂パターン５は平面視で四角形状を有し、透明樹脂パターン５の外周部はブラックマトリックス２と離反した間隙部Ｓとなっている。着色画素３は、透明樹脂パターン５上とブラックマトリックス２上と間隙部Ｓ内に存在する。また、オーバーコート層４は着色画素３上の全面に存在する。
【００２７】
前記のように、本発明のカラーフィルタ１０は、従来構造のカラーフィルタと異なり、ブラックマトリックス２の開口部のガラス基板１に透明樹脂パターン５を備えるとともに、透明樹脂パターン５の外周部はブラックマトリックス２と離反した間隙部Ｓとなっており、平面視で着色画素３の中心位置は透明樹脂パターン５の中心位置に一致している。従って、着色画素３は透明樹脂パターン５上とブラックマトリックス２上に形成されるとともに、透明樹脂パターン５の外周部では間隙部Ｓ（凹部）にも形成される。このため、従来のように隣接する着色画素がブラックマトリックス２上で重なっても大きく盛り上がることはなく、ツノ部やツノ段差の高さは低く抑えられる。
【００２８】
従って、着色画素３表面の平坦性が向上するので、オーバーコート層４の膜厚を抑えて形成し、液晶層からブラックマトリックスまでの距離を短くすることができる。従って、隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や液晶駆動の異常が発生しない表示特性に優れたカラーフィルタを得ることができる。
【００２９】
図２は、本発明のカラーフィルタに係る製造工程の一部を示す模式断面図である。以下、図２を用いて、本発明のカラーフィルタの実施形態についてさらに詳細に説明する。
【００３０】
まず、ガラス基板１上に、公知の方法によりブラックマトリックス２のパターンを形成する（図２（ａ））。次に、ブラックマトリックス２の開口部に、透明樹脂でパターニングされた透明樹脂パターン５を形成する（図２（ｂ））。透明樹脂パターン５は、公知のフォトリソグラフィ法により、ブラックマトリックス２を形成したガラス基板１上に感光硬化性樹脂組成物である透明レジストをスピンコート等により塗布し、フォトマスクを介して露光後、溶剤もしくはアルカリ水溶液にて現像を行って形成する。
【００３１】
透明樹脂パターン５を形成する透明樹脂の屈折率は、上面、側面で接触する緑色画素３（Ｇ）、赤色画素３（Ｒ）、青色画素３（Ｂ）の屈折率に近いことが、余分な反射光を発生しないために望ましい。
【００３２】
前記の透明樹脂パターン５の形成においては、透明樹脂パターン５の中心位置はブラックマトリックス２の開口部の中心位置に一致させ、透明樹脂パターン５の外周部はブラックマトリックス２と離反した間隙部Ｓを有するようにする。ここで、間隙部Ｓの幅Ｗは断面視でブラックマトリックス２の膜厚ａの１／２の高さｂにおいて、１．５〜７．５μｍであることが好ましい。また、透明樹脂パターン５の膜厚Ｔはブラックマトリックス２の膜厚ａの０．８〜１．２倍であればよいが、膜厚ａに等しいことが好ましい。
【００３３】
前記の数値範囲は、ブラックマトリックス２の膜厚、線幅がそれぞれ、１．０〜１．５μｍ、４．０〜５．０μｍ、着色画素３の厚みが２．０〜３．０μｍ程度であることを考慮した場合、後述の着色画素３の形成時に、着色レジストを間隙部Ｓに流入させ、隣接する画素がブラックマトリックス２上で盛り上がったときに生じるもツノ部やツノ段差の高さを抑えるために好適な数値範囲である。
【００３４】
次に、ブラックマトリックス２と透明樹脂パターン５を形成した上に、公知の方法により赤色、緑色、青色の着色画素３（Ｒ）、３（Ｇ）、３（Ｂ）を順次形成する（図２（ｃ））。前記のように透明樹脂パターン５と間隙部Ｓの存在により、ブラックマトリックス２上で着色画素が重なり合ってもツノ部やツノ段差の高さは低く抑えられる。尚、図２（ｃ）では（対応して図１（ｂ）も）、特に流動性の高い着色レジストを使用した場合を示しており、この場合は透明樹脂パターン５と間隙部Ｓの存在によりツノ部やツノ段差は発生せず、隣接する着色画素間は溝状の凹みＭとなっている。逆に流動性が高すぎて凹みＭが大きすぎると、オーバーコート層４の平坦性が劣化するため、溝状とする場合も凹みＭの深さは１．０μｍ以下が好適である。
【００３５】
次に着色画素３上の全面に、公知の方法により、透明樹脂からなるオーバーコート層４を形成する（図２（ｄ））。本発明のカラーフィルタでは、上記で説明したように、ツノ部やツノ段差が発生しても低く、溝状の凹みＭができても浅いのでオーバーコート層４で容易に低い部分を埋めることができる。従って、オーバーコート層４の厚みは０．５〜１．０μｍ程度の薄膜としても平坦性に優れ、液晶層からブラックマトリックスまでの距離を短くすることができる。これにより、隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や液晶駆動の異常が発生しない表示特性に優れたカラーフィルタを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
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基板、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】
【００３７】
１０、５０・・・カラーフィルタ
１、５１・・・ガラス基板
２、５２・・・ブラックマトリックス
３、５３・・・・着色画素
３（Ｒ）、５３（Ｒ）・・・赤色画素
３（Ｇ）、５３（Ｇ）・・・緑色画素
５３（Ｇ）ａ・・・緑色レジスト
３（Ｂ）、５３（Ｂ）・・・青色画素
４、５４・・・オーバーコート層
５・・・・透明樹脂パターン
Ｓ・・・・ブラックマトリックスと透明樹脂パターンとの間隙部
Ｔ・・・透明樹脂パターンの膜厚
ａ・・・ブラックマトリックスの膜厚
ｂ・・・ブラックマトリックスの膜厚の１／２
Ｗ・・・間隙部の幅
Ｍ・・・・溝状の凹み
５６・・・ツノ部
５７・・・液晶層
５８・・・視認者
５９・・・フォトマスク
ΔＨ１、ΔＨ２、ΔＨ３、ΔＨ４・・・ツノ段差
Ｌ・・・視線
Ｐ・・・テーパー部の長さ
θ・・・テーパー角
【図１】
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【図２】
2018040879.tif 000004
【図３】
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【図４】
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