(57)【要約】【課題】  カラーフィルターから溶出したイオンの液晶中への混入がなく、またディスプレイの表示品位を損なうことのない液晶ディスプレイ用カラーフィルター及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  透明基板上にブラックマトリックス層及び複数色の着色層を形成してなる液晶ディスプレイ用カラーフィルターにおいて、前記ブラックマトリックス層上に、前記着色層を構成する着色材料を１色以上積層して形成された柱状スペーサーを備え、表面に、膜厚が５０ｎｍ〜３００ｎｍの無機材料からなる透明薄膜を被覆したことを特徴とする。【選択図】  図１
2008026812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にブラックマトリックス層及び複数色の着色層を形成してなる液晶ディスプレイ用カラーフィルターにおいて、前記ブラックマトリックス層上に、前記着色層を構成する着色材料を１色以上積層して形成された柱状スペーサーを更に備え、表面に、膜厚が５０ｎｍ〜３００ｎｍの無機材料からなる透明薄膜を被覆したことを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルター。
【請求項２】
前記透明薄膜が、ＳｉＮx 、ＳｉＯx Ｎy 、及びＳｉＯ2からなる群から選ばれた無機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルター。
【請求項３】
前記柱状スペーサーの高さは、着色層の表面から３〜５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルター。
【請求項４】
ＩＰＳ用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルター。
【請求項５】
透明基板上に所定のパターンのブラックマトリックス層を形成する工程、
前記ブラックマトリックス層により区分された開口領域に、着色材料を塗布し、露光し、現像することを、着色材料の色ごとに繰り返すことにより、複数色の着色層を形成するとともに、前記ブラックマトリックス層上に１色以上の着色材料を積層して、柱状スペーサーを形成する工程、及び
前記着色層及び柱状スペーサー上に、膜厚が５０ｎｍ〜３００ｎｍの無機材料からなる透明薄膜を形成する工程
を具備することを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
【請求項６】
前記透明薄膜をプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
【請求項７】
前記透明薄膜をリアクティブスパッタリング法により形成することを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
【請求項８】
前記透明薄膜を２００℃以下の温度で形成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
【請求項９】
前記着色層及び柱状スペーサーの表面に研磨処理を施して、表面の残渣を除去するとともに、柱状スペーサーの高さを調整する工程を更に具備することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
【請求項１０】
前記研磨を、酸化アルミニウムを主成分とする研磨剤を用いて行うことを特徴とする請求項９に記載の液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルターおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイにおいて、透明基板上に順次ブラックマトリックス層と着色層を形成することにより構成されるカラーフィルターは、対向電極となる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板とのギャップ（間隔）をとるために、ビーズを散布し、両者間の均一な距離を確保していた。最近では、このビーズの散布による画素欠陥の問題や、液晶ディスプレイのコスト低減、液晶パネルのギャップ均一化などの目的から、ブラックマトリックス上に透明樹脂材料を柱状に形成してスペーサーとする方法が確立されている。
【０００３】
また、ブラックマトリックス層上に着色層を積層させたのち、垂直配向型(ＶＡ)液晶表示装置の場合には液晶配向をコントロールする透明パターンを形成する樹脂を着色層上に形成することで配向用突起とする技術が確立され、更にコストダウンを図る生産手法が用いられるようになっている。
【０００４】
ここで、ＶＡ液晶表示装置の場合においては、着色層を積層してなるスペーサー上に透明導電膜を形成し、さらに液晶配向コントロール用の配向用突起を形成するので、積層上の透明導電膜にさらに樹脂が形成されるため、ＴＦＴ基板との電気的な短絡は防止できる。
【０００５】
しかしながら、微小な異物などにより上下ショートを起こす場合があるため、絶縁層を形成する方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
一方、平行電界型(ＩＰＳ)液晶表示装置では、同様の手法にて柱状の樹脂スペーサーや着色層の積層からなるスペーサーが用いられる。カラーフィルターへの透明電極の形成も必要ないことからショートの対策も不要である。
【０００７】
カラーフィルターの平坦化のために平坦化層（オーバーコート）を形成することが提案されている。しかし、着色層を順次積層してなる柱状スペーサーはこの平坦化層を形成すると埋もれてしまい、目的とするスペース確保の機能を十分に果たさなくなってしまうという問題がある。
【０００８】
この平坦化層は、カラーフィルターから溶出した不純物イオンの液晶への混入を防止する役目もはたしている。カラーフィルター層へ用いる樹脂は、このような不純物イオンが液晶へ混入しないような工夫がなされ、最近ではオーバーコート層の形成なしに液晶パネルを作製することができるようになっている。
【０００９】
しかしながら、極微量な溶出成分によって表示特性が変化するような用途の場合においては、オーバーコートは必須である。また、カラーフィルター層の平坦化のためにオーバーコート層を形成する必要がある場合があり、平坦化においては、カラーフィルター層形成後に研磨を行なって、樹脂の重なり部分の段差を除く工程を設けて行なう方式もある。
【００１０】
この平坦化を要求する場合は、液晶およびその駆動方式によって異なり、その段差の規格もまちまちである。
【特許文献１】特開２００５−２０８５８３号公報  近年、液晶ディスプレイの価格は低下し、一般家庭への普及も大きく進み続けており、大きな市場となっている。この市場拡大の要因のひとつとして価格の低下が挙げられる。このため、パネルに用いられるカラーフィルターの単価も非常に早いスピードで低下している。
【００１１】
カラーフィルターの単価を下げるための工夫を行なうことは、カラーフィルターの製造上の至上命題である。これに加え、画質の向上、高精細化、高視野角化などの機能追及も同時に要求されており、性能向上とコストダウンを同時に果たす取り組みが必要となってきている。
【００１２】
上述したパネルのギャップを確保するスペーサーの機能は種々あるが、コスト低減への取り組みから画素とは別にブラックマトリックス上に着色材料を積層して形成されたスペーサーは、柱状の樹脂層を別途形成する場合よりも工程が１つ少なく、且つ材料の低減にもつながり、上記のような要求を満たす技術として注目されている。
【００１３】
しかしながら、単に着色材料を積層して柱状スペーサーを形成しただけでは、広い用途で用いる液晶パネルには不適であり、例えば、カラーフィルター層から溶出したイオンの液晶への混入を阻止できなければ、良好な表示品質を保つことができない。
【００１４】
このため、樹脂のオーバーコートを形成して保護層とすることが提案されたが、樹脂のオーバーコートにより柱状スペーサーの形状が損なわれてしまい、液晶配向に悪影響を与え、所望の表示特性が得られないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、カラーフィルターから液晶中へのイオンの混入がなく、またディスプレイの表示品位を損なうことのない液晶ディスプレイ用カラーフィルター及びその製造方法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】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、透明基板上にブラックマトリックス層及び複数色の着色層を形成してなる液晶ディスプレイ用カラーフィルターにおいて、前記ブラックマトリックス層上に、前記着色層を構成する着色材料を１色以上積層して形成された柱状スペーサーを更に備え、表面に、膜厚が５０ｎｍ〜３００ｎｍの無機材料からなる透明薄膜を被覆したことを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルターを提供する。
【００１７】
このような液晶ディスプレイ用カラーフィルターにおいて、透明薄膜として、ＳｉＮx 、ＳｉＯx Ｎy 、及びＳｉＯ2からなる群から選ばれた無機材料を用いることができる。
【００１８】
着色材料を１色以上積層して形成された柱状スペーサーの高さは、着色層の表面から３〜５μｍであることが望ましい。
【００１９】
以上のような本発明の第１の態様に係るカラーフィルターは、ＩＰＳ用として好適に用いることができる。
【００２０】
本発明の第２の態様は、透明基板上に所定のパターンのブラックマトリックス層を形成する工程、前記ブラックマトリックス層により区分された開口領域に、着色材料を塗布し、露光し、現像することを、着色材料の色ごとに繰り返すことにより、複数色の着色層を形成するとともに、前記ブラックマトリックス層上に１色以上の着色材料を積層して、柱状スペーサーを形成する工程、及び前記着色層及び柱状スペーサー上に、膜厚が５０ｎｍ〜３００ｎｍの無機材料からなる透明薄膜を形成する工程を具備することを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法を提供する。
【００２１】
このような液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法において、透明薄膜をプラズマＣＶＤ法により形成することができる。あるいは、透明薄膜をリアクティブスパッタリング法により形成することができる。いずれの方法でも、透明薄膜を２００℃以下の温度で形成することが望ましい。
【００２２】
本発明の第２の態様に係るカラーフィルターの製造方法において、着色層及び柱状スペーサーの表面に研磨処理を施して、表面の残渣を除去するとともに、柱状スペーサーの高さを調整する工程を更に具備することができる。この研磨を、酸化アルミニウムを主成分とする研磨剤を用いて行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、着色層の形成の際にブラックマトリックス層上に着色材料を積層することにより形成された柱状スペーサーを所定の厚さの透明薄膜により覆っているため、柱状スペーサーの形状が損なわれることがなく、また着色層から溶出したイオンの液晶への混入を効果的に阻止することができ、それによって良好な特性のカラーフィルターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＩＰＳ用のカラーフィルター基板を示す断面図である。図１において、ガラス基板１上には、所定のパターンのブラックマトリックス層２が形成され、このブラックマトリックス層２により区分されたガラス基板１上の開口領域に、赤色画素３ａ、緑色画素３ｂ、青色画素３ｃが順次形成されている。この場合、それぞれの画素の形成の際に、所定のブラックマトリックス層２上にも、着色材料が積層され、赤色部分４ａ、緑色部分４ｂ、青色部分４ｃからなる柱状スペーサー４が形成されている。このような構造の上に透明薄膜５を形成することにより、図１に示すカラーフィルター基板が構成される。
【００２６】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るＴＮ用のカラーフィルター基板を示す断面図である。この実施形態に係るカラーフィルター基板は、透明薄膜５の下に透明電極（ＩＴＯ膜）６が形成されていることを除いて、図１に示す本発明の第１の実施形態に係るＩＰＳ用のカラーフィルター基板と同様の構造を有する。
【００２７】
図１及び図２に示す、本発明の第１及び第２の実施形態に係るカラーフィルター基板では、着色層３ａ、３ｂ、３ｃ、及び着色材料を積層してなる柱状スペーサー４の上に透明薄膜５を形成しているため、この透明薄膜５により柱状スペーサーの形状を保持するとともに、着色層３ａ、３ｂ、３ｃから溶出するイオンを効果的に阻止することができる。
【００２８】
透明薄膜５の膜厚は、５０〜３００ｎｍの範囲である必要がある。着色材料を積層してなる柱状スペーサー４は、通常は３〜５μｍ程度の高さがあり、この高さは１０％以下の精度でコントロールする必要がある。このような膜厚、高さをコントロールするためには、透明薄膜５はできるだけ薄く均一に形成する必要がある。しかし、膜厚が薄すぎると本来の目的であるイオンの溶出防止機能を果たすことができない。
【００２９】
また、研磨が施されていない着色層３ａ、３ｂ、３ｃの表面には凹凸があるため、所定以上の膜厚が必要となる。本発明者らは、鋭意検討した結果、透明薄膜５の膜厚は、５０ｎｍ以上あれば、溶出イオンの液晶への混入防止機能を果たすことができることを見出した。一方、膜厚が厚すぎると上述したようにスペーサーとしての機能が果たせなくなることや、材料コストの上昇やスループットのダウンなどの問題が生ずるので、膜厚の上限を３００ｎｍと規定した。
【００３０】
透明薄膜５は、バリア性の点で、特にＳｉ系の酸化物、窒化物からなることが好ましい。金属酸化物では、金属原子の結合手（イオンとして存在したもの）を用いて電子の授受を行ないながらイオンマイグレーションを起こし、表層へ移動する場合があるので、望ましくない。
【００３１】
また、イオンバリア性を保つためには、一般的にはアモルファスライクな膜であることが望ましい。結晶化した膜では粒界からイオンが透過する場合があり、望ましくない。Ｓｉ系の中でも一般的にプラズマＣＶＤにより形成されるＳｉＯ2 やＳｉＮx 、ＳｉＮx Ｏy は形成方法も確立されており、また材料も比較的安価に入手でき、プロセスが安定しているため、少ない不良発生で形成が可能であるため、望ましいといえる。しかも装置コストもかからないなどの利点がある。
【００３２】
透明薄膜が形成される下地は、柱状スペーサーの凸部や着色層の色間の隙間など、表面に凹凸がある形状を有するが、透明薄膜をプラズマＣＶＤにより形成すると、このような凹凸形状の表面にもステップカバレッジ性がよく、しかも緻密な薄膜を形成することができるため、イオンバリア性も高く、膜の密着性も良好である。さらに、低温でも特性を損なうことのない薄膜を形成することができる。
【００３３】
なお、透明薄膜が形成される下地が比較的平滑であり、溶出イオンの混入防止をそれほど要求されないような液晶ディスプレイ向けには、透明薄膜をリアクティブスパッタ法により安価に形成することが可能である。この場合、Ｓｉ源ガスに酸素あるいは酸素／窒素を導入して、ＳｉＯ2 またはＳｉＮx Ｏy 膜を形成することができる。あるいはまた、ＲＦ（高周波）スパッタやＤＣスパッタリング法を用いることが可能である。ＤＣスパッタリング法では、Ｓｉ系の透明電極の場合、ターゲットとしてドーパント（例えば、ボロン）を微量添加したものを用いることができる。
【００３４】
透明薄膜の成膜温度は、２００℃以下であることが望ましい。２００℃を超えると、着色層がダメージを受けてしまうため、望ましくない。
【００３５】
本実施形態に係るカラーフィルター基板の製造において、着色層及び柱状スペーサーを形成した後、表面を研磨することが望ましい。このように、表面を研磨することにより、不要な段差部分を除去し、特に液晶配向崩れによる光漏れなどの不良を防止することができる。また、このような研磨により、各層の高さ、特に柱状スペーサー所望の高さを所望の値に調整することができる。また、ブラックマトリックス層と着色層との重なり部を研磨することにより、段差を除去することができる。
【００３６】
更に、研磨を実施することにより、着色層の表面の微小な凹凸を平坦にすることや、特に現像残渣などの残渣物を除去することで、その上に形成される透明薄膜の剥離防止と密着性の向上を図ることができる。また、液晶パネルを製造した場合、残渣などの汚れ成分があるとシール材の剥離不良が発生するため、研磨により汚れ成分を除去することにより、そのような不良を防止することができ、信頼性の向上につながる。
【００３７】
研磨は、特に、酸化アルミニウムを主成分とした研磨剤を用いて行うことが望ましい。カラーフィルター層は樹脂から構成されるため、研磨剤によって表面に薄くキズがつく。そのため、研磨剤はより管理された状態で粒径のそろったものを用いなければならない。また、研磨材の硬度も重要なファクターである。本発明者らは、検討の結果、酸化アルミニウムを主成分とする研磨剤を用いることによって、カラーフィルター層の表面にダメージを与えることなく、研磨できることを見出した。
【００３８】
本発明に係るカラーフィルター基板は、特にＩＰＳ用のカラーフィルター基板として好適に用いることができる。ＴＮ液晶ディスプレイやＶＡ液晶ディスプレイでは、カラーフィルター層の上に透明導電膜が形成されており、これが不純物イオンの溶出防止の働きをするため、特に厳しい要求のないものであれば、ある程度透明薄膜と同様の機能を果たす。
【００３９】
しかしながらＩＰＳ液晶ディスプレイの場合は、対向電極は不要であるため透明導電膜はなく、カラーフィルター層が露出した状態にある。本発明は、特にこのような状態にあるＩＰＳ液晶ディスプレイ向けに大きな効果を発揮するものである。
【００４０】
以下、本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
【００４１】
実施例１
ガラス基板上に、感光性樹脂液にカーボンブラックを混合してなるブラックマトリックス材料をスリットコーターにて塗布し、フォトマスクを用いて紫外線露光を行い、所定パターン上に部分硬化させた後、現像・ベーキングして所定のパターンからなるブラックマトリックス層を形成した。
【００４２】
次いで、感光性着色材料をスリットコーターにて塗布した後、フォトマスクを用いて紫外線露光を行いパターン上に部分硬化させ、現像・ベーキングするという工程をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の順に繰り返し行い、ブラックマトリックスの開口領域に赤色が祖、緑色画素、及び青色画素を形成した。
【００４３】
このとき、ブラックマトリックス層上に、赤、緑、青とそれぞれの着色材料をドットパターン状に順次積層することで、スペーサーを形成した。この積層されたスペーサーの高さは、各画素部より３μｍ高く形成した。
【００４４】
次に、このようにして形成したカラーフィルター層の表面を酸化アルミニウムを主成分とする研磨剤により研磨を行なった。研磨機はオスカー型研磨機であり、研磨剤の平均粒径は０．２ミクロンのものを使用した。研磨条件は、圧力を０．０２ｋｇ／ｃｍ2 として３０ｒｐｍで６０秒間行なった。研磨処理後、洗浄を行い、研磨剤および研磨した樹脂成分を取り除いた。
【００４５】
その後、カラーフィルター層上にプラズマＣＶＤにてＳｉＮx 膜を形成した。まず、基板を真空チャンバーへ投入した後、排気しながら基板温度を１５０℃とした。次いで、ＳｉＨ4 を５ＳＣＣＭ、ＮＨ3 を２５ＳＣＣＭ、Ｈ2 を２５０ＳＣＣＭ真空チャンバー内に導入した後、出力２５０ＷのＲＦを印加し、３０分後に２００ｎｍの膜厚のＳｉＮx 膜を得た。この膜はカラーフィルター層の凸凹した形状をステップカバレッジよく覆っていた。
【００４６】
以上のようにして得たカラーフィルター基板をＩＰＳ液晶表示装置用途として用い、液晶表示パネルを作成したところ、カラーフィルターから液晶へのイオンの溶出もなく、良好は表示特性の液晶表示パネルを得ることができた。
【００４７】
実施例２
ガラス基板上に、感光性樹脂液にカーボンブラックを混合してなるブラックマトリックス材料をスリットコーターにて塗布し、フォトマスクを用いて紫外線露光を行い、バターン状に部分硬化させた後、現像・ベーキングして所定のパターンからなるブラックマトリックス層を形成した。
【００４８】
次いで、感光性着色材料をスリットコーターにて塗布した後、フォトマスクを用いて紫外線露光を行い硬化させ、現像・ベーキングするという工程をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の順に繰り返し行い、ブラックマトリックスの開口領域に赤色画素、緑色画素、及び青色画素を形成した。
【００４９】
このとき、ブラックマトリックス層上に、赤、緑、青とそれぞれの着色材料をドットパターン状に順次積層することで、スペーサーを形成した。この積層されたスペーサーの高さは、各画素部より３．８μｍ高く形成した。
【００５０】
次に、このようにして形成したカラーフィルター層の表面を酸化アルミニウムを主成分とする研磨剤により研磨を行なった。研磨機はオスカー型研磨機であり、研磨剤の平均粒径は０．０５ミクロンのものを使用した。研磨条件は、圧力を０．０２ｋｇ／ｃｍ2 として３０ｒｐｍで６０秒間行なった。研磨処理後、洗浄を行い、研磨剤および研磨した樹脂成分を取り除いた。
【００５１】
更にゴミ等を除去するために洗浄を実施した後、カラーフィルタ層上にＤＣスパッタリングにて透明導電膜を形成した。スパッタリング装置としてはロードロック式の縦型搬送タイプのＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いた。まず、荒引き真空チャンバーに基板を投入した後、真空チャンバー内を排気して所定の圧力に達した後、高真空チャンバーへ基盤を移動させ、高真空チャンバー内にアルゴンと酸素を導入して調圧をとった後、スパッタ室へ基板を投入した。スパッタ室では、アルゴン４００ＳＣＣＭ、酸素０．２ＳＣＣＭを導入して０．５Ｐａに調圧した状態で、ターゲットとしてＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズ（１０ｗｔ％）の混合体）を用い、６ＫＷの出力を印加して成膜を行なった。
【００５２】
成膜は、基板をターゲット前を通過させる成膜方式により行い、１４００Åの膜厚のＩＴＯ膜を得た。その後、スパッタ室内を大気圧にした後、スパッタ室から基板を取り出して、再度洗浄を行った後、所定の特性を得るために２３０℃のオーブンにて１Ｈｒのアニールを実施した。
【００５３】
次に、ＩＴＯ膜上にプラズマＣＶＤにてＳｉＮx 膜を形成した。まず、まず、基板を真空チャンバーへ投入した後、排気しながら基板温度を１５０℃とした。次いで、ＳｉＨ4 を５ＳＣＣＭ、ＮＨ3 を２５ＳＣＣＭ、Ｈ2 を２５０ＳＣＣＭ真空チャンバー内に導入した後、出力２５０ＷのＲＦを印加し、１２分後に８０ｎｍの膜厚のＳｉＮx 膜を得た。このＳｉＮx 膜はカラーフィルター層の凸凹した形状をステップカバレッジよく覆っていた。また、このＳｉＮx 膜は、ＩＴＯ膜との密着性が良好であった。
【００５４】
このようにして得たカラーフィルター基板では、画素を形成する際にブラックマトリックス層上に着色材料を積層することにより形成された柱状スペーサーは、目的とする３μｍの高さを維持していた。その後、液晶配向をコントロールするＭＶＡ方式用の樹脂パターンを、柱状スペーサーの頂上には樹脂が形成されないようにして形成した。
【００５５】
以上のように形成されたカラーフィルター基板では、ＳｉＮx 膜からなる透明薄膜が絶縁層の役目を果たし、透明導電膜による上下ショートを起こすことはなかった。
【００５６】
以上のようにして得たカラーフィルター基板を用いて液晶表示パネルを作成したところ、カラーフィルター層から液晶へのイオンの溶出もなく、良好な表示特性の液晶表示パネルを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【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。
【図２】本発明の第２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。
【符号の説明】
【００５８】
１…透明基板、２…ブラックマトリックス層、３ａ…赤色画素、３ｂ…緑色画素、３ｃ…青色画素、４…柱状スペーサー、５…透明薄膜、６…透明導電膜。
【図１】
2008026812.tif 000003
【図２】
2008026812.tif 000004