(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の高さによる影響を低減させ、平坦性に優れ、表示特性に優れたカラーフィルタ、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素が形成されたカラーフィルタであって、前記ブラックマトリックスの上面に硬化したレジストパターンを備え、断面視で、前記レジストパターンの線幅は前記ブラックマトリックスの線幅よりも小さく、平面視で、前記着色画素は前記レジストパターンによって区画されているカラーフィルタとし、好ましくは、前記レジストパターンは、前記ブラックマトリックスまたは前記着色画素のいずれかと同じ材料か、もしくは透明樹脂からなるカラーフィルタとする。【選択図】図１
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【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、着色画素が形成されたカラーフィルタであって、前記ブラックマトリックスの上面に硬化したレジストパターンを備え、
断面視で、前記レジストパターンの線幅は前記ブラックマトリックスの線幅よりも小さく、
平面視で、前記着色画素は前記レジストパターンによって区画されている
ことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
前記レジストパターンは、前記ブラックマトリックスまたは前記着色画素のいずれかと同じ材料か、もしくは透明樹脂からな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】
ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素を形成するカラーフィルタの製造方法において、
１）前記ガラス基板上に前記ブラックマトリックスを形成する工程、
２）前記ブラックマトリックスを形成したガラス基板の上面に光硬化性レジストの塗布膜を設け、フォトマスクを介した露光、現像により前記ブラックマトリックス上に前記ブラックマトリックスの線幅よりも線幅の小さいレジストパターンを形成する工程、
３）前記ブラックマトリックス及び前記レジストパターンが形成されたガラス基板上に着色レジストの塗布膜を設け、フォトマスクを介した露光、現像により、平面視で前記レジストパターンによって区画された前記着色画素を順次に形成する
工程を含むことを特徴とする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、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素が形成されたカラーフィルタ、及び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、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの画素の一例を拡大して示す平面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すカラーフィルタの画素のＸ−Ｘ線における断面図である。図４（ａ）、（ｂ）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は、ガラス基板５０上にブラックマトリックス５１、着色画素５２、オーバーコート層（図示せず）、及び透明導電膜５４が順次形成されたものである。
【０００４】
液晶表示装置に用いられる上記カラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板５０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５１を形成し、次に、ガラス基板５０上のブラックマトリックス５１の開口部に位置合わせして着色画素５２を形成し、さらにオーバーコート層、透明導電膜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５１は遮光性を有し、その開口部にてガラス基板上での着色画素５２の位置を定め、着色画素５２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５１の形成は、例えば、ガラス基板５０上に、黒色レジストの塗布膜を設け、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５１を形成するフォトリソグラフィ法がとられている。黒色レジストの膜厚は、例えば、１．０μｍ〜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５２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、ブラックマトリックス５１が形成されたガラス基板５０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５２を形成するフォトリソグラフィ法がとられる。
【０００８】
また、透明導電膜５４の形成は、ブラックマトリックス５１、着色画素５２、オーバーコート層が形成されたガラス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いたスパッタ法によって透明導電膜５４を形成する方法がとられている。
【０００９】
図５は、着色画素の形成からオーバーコート層形成までの工程の一部を、ブラックマトリックス５１の近傍を拡大して例示する模式断面図である。
【００１０】
図５（ａ）では、赤色画素５２（Ｒ）の形成後に緑色画素を形成するために、緑色レジスト５２（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、ブラックマトリックス５１の膜厚が１．０μｍ〜１．５μｍと厚くなると、図５（ａ）に示すように、１色目の着色画素（ここでは赤色画素５２（Ｒ））の形成において、ブラックマトリックス５１の端部上に盛り上がりを生じる。この盛り上がりをツノ部５３と称し、ツノ部５３の上部と、赤色画素５２（Ｒ）上面との高さの差（図５（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５２（Ｇ）ａの塗布膜は、ブラックマトリックスの端部上で盛り上がりを発生し、赤色画素５２（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上ではさらに高い盛り上がりを生じている。
【００１１】
図５（ｂ）では、２色目の緑色画素５２（Ｇ）形成後の形態を示している。前記の緑色レジスト５２（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上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５２（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上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５（ｃ）では、３色目の青色画素５２（Ｂ）を形成し、さらにオーバーコート層５５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５２（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上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５５は、ブラックマトリックス５１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５１の端部上に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、液晶の転傾などによる表示不良、或いは画素周辺部での光漏れや混色によるコントラストの低下や斜め視認性の悪化など、表示品質に悪影響を及ぼすことになる。
【００１４】
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、ｂ）ブラックマトリックス５１の膜厚（Ｔ）を低く形成しておく方法、ｃ）或いは、ブラックマトリックス５１の端部上での着色画素の重なり幅（Ｋ：図５（ｃ）参照）を小さく形成しておく方法、ｄ）ブラックマトリックス５１の側面のテーパー部の長さ（Ｐ）を大きくしてツノ段差を低くする方法などが考えられる。
【００１５】
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、また、ｃ）着色画素の重なり幅を小さくする方法では、着色画素を形成する際の位置ズレによって、ブラックマトリックスと着色画素との間に白抜けが発生するといった問題が伴う。また、ｄ）の方法ではツノ段差は低くなるものの、テーパー角（θ）が小さくなるため、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）〜ｄ）の方法での対応にはおのずから限界がある。
【００１６】
オーバーコート層５５は、平坦化層としてカラーフィルタ上のツノ段差の発生に起因した表示品質への悪影響を軽減する。しかしながら、オーバーコート層５５を設けても、ツノ段差自身が消失する訳ではなく、ツノ段差によって局所的にオーバーコート層の膜厚差が大きくなる、あるいは着色層のツノ段差部がオーバーコート層５５外側へ露呈することがあるなどの理由から完全な対策とは成り得なかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−２８１６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
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上に発生するツノ段差の高さを低減する際に、研磨による着色画素の表面へのキズ、ブラックマトリックスの膜厚低減による光学濃度の不足、ブラックマトリックスと着色画素との間の白抜け、斜め視認性の悪化などの問題を起こさずに、ツノ段差による影響を低減させ、平坦性に優れ表示特性に優れたカラーフィルタ、及びその製造方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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、着色画素が形成されたカラーフィルタであって、前記ブラックマトリックスの上面に硬化したレジストパターンを備え、
断面視で、前記レジストパターンの線幅は前記ブラックマトリックスの線幅よりも小さく、
平面視で、前記着色画素は前記レジストパターンによって区画されている
ことを特徴とするカラーフィルタとしたものである。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、前記レジストパターンは、前記ブラックマトリックスまたは前記着色画素のいずれかと同じ材料か、もしくは透明樹脂からな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。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素を形成するカラーフィルタの製造方法において、
１）前記ガラス基板上に前記ブラックマトリックスを形成する工程、
２）前記ブラックマトリックスを形成したガラス基板の上面に光硬化性レジストの塗布膜を設け、フォトマスクを介した露光、現像により前記ブラックマトリックス上に前記ブラックマトリックスの線幅よりも線幅の小さいレジストパターンを形成する工程、
３）前記ブラックマトリックス及び前記レジストパターンが形成されたガラス基板上に着色レジストの塗布膜を設け、フォトマスクを介した露光、現像により、平面視で前記レジストパターンによって区画された前記着色画素を順次形成する
工程を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。
【発明の効果】
【００２２】
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上面に硬化したレジストパターンを備え、断面視で前記レジストパターンの線幅は前記ブラックマトリックスの線幅よりも小さく、平面視で着色画素は前記レジストパターンによって区画されているので、研磨による着色画素の表面へのキズ、ブラックマトリックスの膜厚低減による光学濃度の不足、ブラックマトリックスと着色画素との間の白抜け、斜め視認性の悪化などの問題を起こさずに、ツノ段差による影響を低減させ、平坦性に優れ表示特性に優れたカラーフィルタを得ることができる。また、本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、前記本発明のカラーフィルタを通常のフォトリソグラフィ法により安定的に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のカラーフィルタに係る、実施形態、及びその変形例を示す模式断面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタの製造方法に係る、製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの製造方法に係る、製造工程の一部であり、図２に続く工程を示す模式断面図である。
【図４】従来のカラーフィルタの画素の一例を示す（ａ）模式平面図及び（ｂ）模式断面図である。
【図５】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】
【００２４】
以下、本発明のカラーフィルタ及びその製造方法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、重複する説明は省略する。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。
【００２５】
図１（ａ）は、本発明のカラーフィルタの実施形態を示す模式断面図である。ここでは、ガラス基板１０の上にブラックマトリックス１が形成され、前記ブラックマトリックス１の上面に硬化したレジストパターン３が形成されている。さらに前記レジストパターン３で区画される領域（開口部）には、緑色画素２（Ｇ）、赤色画素２（Ｒ）、青色画素２（Ｂ）がそれぞれ形成されている。図示を略するが、平面視ではブラックマトリックス１は通常格子状、またはストライプ状のパターンであるため、その上面のレジストパターン３も同様に格子状、またはストライプ状のパターンとなっている。
【００２６】
レジストパターン３の形状は図１（ａ）の断面視でブラックマトリックス１と同様台形形状であるが、これらは意図した台形形状ではなく、後述のフォトリソグラフィで形成する結果、通常に発生する台形形状であり、従って長方形形状となる場合を含む。レジストパターン３とブラックマトリックス１からなる前記台形の底辺（もっとも長い辺）の長さを、それぞれレジストパターン３の線幅Ｗ、ブラックマトリックス１の線幅Ｂとすると、Ｗ＜Ｂなる関係を有している。
【００２７】
緑色画素２（Ｇ）、赤色画素２（Ｒ）、青色画素２（Ｂ）はいずれも、レジストパターン３の側面にツノ部２ｇ、２ｒ、２ｂを有している。これは、緑色画素２（Ｇ）、赤色画素２（Ｒ）、青色画素２（Ｂ）を形成するために着色レジストを塗布したときに、前記のＷ＜Ｂなる関係の結果、着色レジストがレジストパターン３に乗り上げたために生じたものであるが、その寸法は小さく、ツノ部２ｇ、２ｒ、２ｂの最上部の位置はレジストパターン３の最上部よりも下にあり、従ってそれぞれの着色画素は接触することなく離反している。
【００２８】
レジストパターン３を形成するレジストは、紫外線、レーザなどの光、電子線などの露光（照射）により硬化するレジスト（以下の説明では光硬化レジストとして説明する）であるが、ブラックマトリックス１、緑色画素２（Ｇ）、赤色画素２（Ｒ）、青色画素２（Ｂ）のいずれかと同じ材料か、もしくは透明樹脂からなることが製造工程上の簡便性の観点から好ましい。
【００２９】
レジストパターン３を形成するレジストが透明樹脂である場合は、該透明樹脂の屈折率は、ブラックマトリックス１、または側面で接触する緑色画素２（Ｇ）、赤色画素２（Ｒ）、青色画素２（Ｂ）のいずれかの屈折率に近いことが、余剰の反射光を発生しないために望ましい。
【００３０】
上述のＷ＜Ｂなる関係、レジストパターン３の側面のツノ部２ｇ、２ｒ、２ｂが小さく低いこと、レジストパターン３を形成するレジストは、ブラックマトリックス１、緑色画素２（Ｇ）、赤色画素２（Ｒ）、青色画素２（Ｂ）のいずれかと同じ材料か、もしくは透明樹脂からなることが好ましいこと、及びブラックマトリックス１の線幅Ｂは通常４．０〜５．０μｍであることを考慮すると、レジストパターン３や着色画素のツノ部２ｇ、２ｒ、２ｂが、光漏れや混色等により表示画像の斜め視認性に悪影響を及ぼさないためには、レジストパターン３の線幅Ｗは１．８μｍ〜２．０μｍであることが好ましい。
【００３１】
一方、ブラックマトリックス１の膜厚（Ｔ）は通常１．０μｍ〜１．５μｍであること、着色画素２（Ｇ）、２（Ｒ）、２（Ｂ）の膜厚は通常２．０μｍ以下であること、及び後述のオーバーコート層５の膜厚（Ｃ：図１（ｂ）参照）は通常１．５μｍ以下であることを考慮すると、前記と同じ理由により、レジストパターン３の膜厚Ｒは１．０μｍ〜１．５μｍであることが好ましい。
【００３２】
図１（ｂ）は、本発明のカラーフィルタの実施形態の変形例を示す模式断面図であり、図１（ａ）の形態の上面にさらにオーバーコート層５を形成した構成を示している。オーバーコート層５の膜厚（Ｃ）は１．５μｍ以下が好適であるが、本発明のカラーフィルタでは、従来のカラーフィルタのように、ブラックマトリックスの上に高いツノ段差が形成されないため、局所的にオーバーコート層の膜厚差が大きくなる、あるいはツノ段差部がオーバーコート層５の外側へ露呈することがなく、本来の平坦化層としての機能を有効に果たす。このため、平坦性に優れたカラーフィルタを得ることができる。オーバーコート層５を形成するための組成物は、平坦性を上げるために、下地追従性の低い透明樹脂組成物が望ましい。
【００３３】
図示を略するが、本発明のカラーフィルタの実施形態の別の変形例としては、前記図１（ｂ）の形態のオーバーコート層５の上面に透明導電膜を設けることができる。
【００３４】
図２、図３は、本発明のカラーフィルタの製造方法に係る、製造工程の一部、特に本発明に特徴的な部分を示す模式断面図である。図２（ａ）は従来と同じ工程によって、ガラス基板１０上にブラックマトリックスパターン１を形成した形態を示している。
【００３５】
図２（ｂ）では、前記ブラックマトリックスパターン１の上面にレジストパターンを形成するために、図２（ａ）の形態上に光硬化性レジスト３ａの塗布膜を設けている。さらに図２（ｃ）では、レジストパターンを形成するために、フォトマスク９ａを介した露光を行っている。図３（ａ）は現像後の形態であり、ブラックマトリックス１上にレジストパターン３が形成されている。
【００３６】
図３（ｂ）は１色目の着色画素（ここでは赤色）を形成するために、図３（ａ）の形態上に赤色レジスト２（Ｒ）ａの塗布膜を設け、さらにフォトマスク９ｂを介した露光を行っている。図３（ｃ）は現像後の形態であり、レジストパターン３で区画される領域に赤色画素２（Ｒ）が形成されている。以下同様にして緑色画素、青色画素を順次形成することにより、図１（ａ）に示す形態の本発明のカラーフィルタを製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のカラーフィルタ及びその製造方法は、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】
【００３８】
１０、５０・・・ガラス基板
１、５１・・・ブラックマトリックス
５２・・・・着色画素
２（Ｒ）、５２（Ｒ）・・・赤色画素
２（Ｒ）ａ・・・赤色レジスト
２（Ｇ）、５２（Ｇ）・・・緑色画素
２（Ｇ）ａ、５２（Ｇ）ａ・・・緑色レジスト
２（Ｂ）、５２（Ｂ）・・・青色画素
２ｒ、２ｇ、２ｂ、５３・・・ツノ部
３・・・・レジストパターン
３ａ・・・光硬化性レジスト
５、５５・・・オーバーコート層
９ａ、９ｂ、５９・・・フォトマスク
５４・・・透明導電膜
ΔＨ１、ΔＨ２、ΔＨ３、ΔＨ４・・・ツノ段差
Ｂ・・・ブラックマトリックスの線幅
Ｔ・・・ブラックマトリックスの膜厚
Ｗ・・・レジストパターンの線幅
Ｒ・・・レジストパターンの膜厚
Ｋ・・・着色画素の重なり幅
Ｐ・・・テーパー部の長さ
θ・・・テーパー角
【図１】
2018005020.tif 000003
【図２】
2018005020.tif 000004
【図３】
2018005020.tif 000005
【図４】
2018005020.tif 000006
【図５】
2018005020.tif 000007