(57)【要約】【課題】端部上に突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタであっても、液晶表示装置に用いた際に液晶分子の配向を乱すことのない廉価な液晶表示装置用カラーフィルタを提供すること。【解決手段】樹脂ブラックマトリックス１１の開口部の端部に周縁部が重なる状態で着色画素１２が形成され、突起１３Ａを有する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側の辺の端部ｗ１１、ｗ１２、では端部上の突起の高さＨ１が０．５μｍ以下、着色画素側の勾配角度θが２０度以下であること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に、略矩形状の開口部がマトリックス状に設けられた樹脂ブラックマトリックス、樹脂ブラックマトリックスの該開口部の端部に周縁部が重なる状態で着色画素、該樹脂ブラックマトリックス及び着色画素上に透明導電膜が順次に形成され、該端部上に着色画素との重なりにより生じる突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、少なくともラビング処理の逆方向側の辺の端部では端部上の突起の高さが０．５μｍ以下、着色画素側の勾配角度が２０度以下であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、樹脂ブラックマトリックスと着色画素との重なりにより生じる突起を有するカラーフィルタであっても、液晶分子の配向を乱すことのない液晶表示装置用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図３、及び図４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（３０）上にブラックマトリックス（３１）、着色画素（３２）、及び透明導電膜（３４）が順次に形成されたものである。
図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（３２）は９個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１４インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。
【０００３】
液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスの開口部に位置合わせして着色画素を形成するといった方法が広く用いられている。
【０００４】
ブラックマトリックス（３１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（３２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、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、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
【０００５】
このブラックマトリックス（３１）は、ガラス基板（３０）上にクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯＸ  ）などの金属、もしくは金属化合物を用いて１５０ｎｍ程度の薄膜を成膜し、成膜した薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行いブラックマトリックスとして形成されたものである。
【０００６】
また、着色画素（３２）の形成は、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。
【０００７】
図５は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの他の例を示した平面図である。また、図６は、図５に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図５、及び図６に示すように、液晶表示装置に用いられる、この他の例として示すカラーフィルタは、図３に示すカラーフィルタと同様に、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）、及び透明導電膜（５４）が順次に形成されたものである。
【０００８】
このブラックマトリックス（５２）は、ガラス基板（５０）上に、例えば、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックスと称している。
【０００９】
樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックスとして用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
【００１０】
カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したカラーフィルタを大サイズのガラス基板に面付けした状態で製造する。例えば、対角１７インチのカラーフィルタを６８０ｍｍ×８８０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。
カラーフィルタを面付けして大量に製造する際の、大サイズのガラス基板が、例えば、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度から６８０ｍｍ×８８０ｍｍ程度へと大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
この移行は、大サイズのガラス基板が今後、１１００ｍｍ×１２００ｍｍ程度へと更に大サイズ化するに伴い著しくなるものと思われる。
また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向もある。
【００１１】
図７は、図５に示すカラーフィルタの中央部分の着色画素（５２）近傍を拡大して示す平面図であり、また図８は、図７に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。図７、及び図８において、樹脂ブラックマトリックス（５１）のピッチ（Ｐ）は、例えば、１００μｍ程度、巾（Ｗ）は２０μｍ程度のものである。
前記のように、樹脂ブラックマトリックス（５１）には、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとする機能をもたせてある。従って、着色画素（５２）は樹脂ブラックマトリックス（５１）を基準にして、樹脂ブラックマトリックスの図７中に斜線で示す開口部の四辺と着色画素との間に隙間が生ぜぬように、着色画素の周縁部を樹脂ブラックマトリックスの端部に重なる状態で形成される。
この重なる巾（ｗ１〜ｗ４）は、樹脂ブラックマトリックス（５１）の開口部四辺において均等な巾とし、着色画素を形成する際の位置ずれを十分に見込んだ巾、例えば、５μｍ以上のものとしている。
【００１２】
また、樹脂ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、薄膜で高濃度を得ることはできず膜厚を厚くしなければならず、図８に示すように、厚さ（Ｔ１）は、例えば、１．２μｍ程度にして必要な高濃度を得るようにしている。
樹脂ブラックマトリックスの膜厚が１．２μｍ程度と厚くなると、図８に示すように、樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上にその周縁部を重ねて形成された着色画素（５２）は、周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５１）上にて突起（５３）となる。
この突起（５３）は、カラーフィルタの表面を凹凸のあるものとし、平坦性を悪化させる。このような突起（５３）のある、表面の平坦性が悪化したカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、突起の影響によって液晶分子の配向が乱され、表示ムラなど表示品質を低下させることになる。
【００１３】
図１０は、カラーフィルタの表面が平坦な部分、例えば、着色画素中央部の液晶分子の配向の状態を、また、図１１は、表面に突起がある部分近傍の液晶分子の配向の状態を模式的に示す説明図である。
図１０、及び図１１に示すように、液晶分子（１２０）は、セルを構成する基板、すなわち、カラーフィルタ（１００）と対向基板（１１０）に挟持されている。カラーフィルタ（１００）上に形成された配向膜（１０５）にはラビング処理が施されている。また、対向基板（１１０）は、例えば、ＴＦＴ素子などが設けられた基板に配向膜（１０６）が形成されたものであり、配向膜（１０６）にはラビング処理が施されている。
【００１４】
図１０（ａ）は、電界を印加していない場合であり、液晶分子（１２０）は、表面が平坦な部分では一方向に揃った状態になっている。また、図１０（ｂ）は、電界を印加した場合であり、印加によって液晶分子（１２０）は一様に立ち上がった状態となる。
一方、図１１（ａ）に示すように、電界を印加していない場合、突起がある部分近傍の、平坦な部分においては、液晶分子（１２１）は図１０（ａ）と同様に、一方向に揃った状態になっているが、突起部分においては、カラーフィルタ（１００）側の液晶分子（１２２）は、突起の影響を受け一方向に揃った状態になっていない。
【００１５】
電界を印加した場合、図１１（ｂ）に示すように、突起がある部分近傍の、平坦な部分においては、液晶分子（１２１）は図１０（ｂ）と同様に、一様に立ち上がった状態となるが、突起部分においては、カラーフィルタ（１００）側の液晶分子（１２２）は、逆方向に立ち上がった状態となり配向が乱れ、この部分に不整合（リバースティルト）が生じ光もれが発生する。これによって表示品質が低下する。
【００１６】
図８において、例えば、厚さ（Ｔ１）１．２μｍ程度の樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上に、その周縁部を巾（ｗ１、ｗ３）４μｍ程度重ねて厚さ（Ｔ２）１．６μｍ程度の着色画素（５２）を形成した際には、突起（５３）の高さ（Ｈ１）は０．４μｍ程度のものとなる。また、巾（ｗ１、ｗ３）を６μｍ程度重ねて厚さ（Ｔ２）１．６μｍ程度の着色画素（５２）を形成した際には、突起（５３）の高さ（Ｈ１）は０．８μｍ程度のものとなる。
このようなカラーフィルタの表面の平坦性を改善する方法として、例えば、図９に示すように、カラーフィルタ上にオーバーコート層（８０）を形成する方法があげられる。
【００１７】
高さ０．８μｍ程度の突起（５３）を有するカラーフィルタ上に、熱流動性のある樹脂を用いて厚さ１．５μｍ程度のオーバーコート層（８０）を設けると、塗布後のベーキングによって流動し表面の平坦性は向上したものとなる。
しかし、オーバーコート層（８０）をカラーフィルタ上の全面に設けることはカラーフィルタの透過率を悪化させることとなり好ましい方法ではない。また、その製造において専用の設備を必要とし、更には、カラーフィルタの歩留りを低下させコスト低減の大きな障害となる。
【００１８】
また、ラビング処理との関係では、液晶分子のプレティルト角が大きいほどリバースティルトの防止には有利であるので、表面の平坦性が悪化したカラーフィルタを用いる際には、プレティルト角を大きくする方策があげられる。
例えば、配向膜の材料としてプレティルト角を大きくできる材料を用いること、或いは、ラビング処理の条件を調整することがあげられるが、材料の信頼性の点、或いは、配向にむらが発生する点などの問題があり、プレティルト角を十分に大きくするには限界がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックスが形成され、その周縁部が樹脂ブラックマトリックスの端部上に重なる状態で着色画素が形成され、該樹脂ブラックマトリックス及び着色画素上に透明導電膜が順次に形成された、該端部上に突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタであっても、液晶表示装置に用いた際に液晶分子の配向を乱すことのない液晶表示装置用カラーフィルタ、すなわち、突起を有するカラーフィルタであっても、平坦性を改善するためのオーバーコート層の形成などを行う必要のない、廉価な液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス基板上に、略矩形状の開口部がマトリックス状に設けられた樹脂ブラックマトリックス、樹脂ブラックマトリックスの該開口部の端部に周縁部が重なる状態で着色画素、該樹脂ブラックマトリックス及び着色画素上に透明導電膜が順次に形成され、該端部上に着色画素との重なりにより生じる突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、少なくともラビング処理の逆方向側の辺の端部では端部上の突起の高さが０．５μｍ以下、着色画素側の勾配角度が２０度以下であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の１着色画素近傍を拡大して示す平面図である。図１（ｂ）は、他の例の１着色画素近傍を拡大して示す平面図である。また、図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、及び図１（ｂ）のＣ−Ｃ’線における断面を更に拡大して示す断面図である。
【００２２】
図１（ａ）、及び図２に示すように、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例は、ガラス基板（１０）上に、樹脂ブラックマトリックス（１１）、着色画素（１２）、透明導電膜（１４）が順次に形成されたものである。着色画素（１２）は略矩形状のものである。
樹脂ブラックマトリックス（１１）のマトリックスは光を遮蔽し、図１（ａ）中斜線で示すマトリックス間は、光を透過する略矩形状の開口部となっている。
【００２３】
液晶表示装置に於いては、セル基板間の液晶分子の配向を制御するために、液晶表示装置を構成するセル基板上、例えば、カラーフィルタ上に形成されたポリイミド、ＰＶＡなどの配向膜の表面をバフ布などでラビング処理を行うが、図１（ａ）中に示す白太矢印の指す方向はカラーフィルタ上に形成された配向膜の表面へのラビング処理の方向を表している。
【００２４】
着色画素（１２）は、着色画素の周縁部が樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部に重なる状態で形成され、樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部に重なる巾（ｗ１１〜ｗ１４）は、樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺において略均等な巾となっている。
端部上には着色画素の重なった部分が突起（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ）となっている。ラビング処理の逆方向側（図１（ａ）中の白太矢印の指す方向と反対方向側）二辺の端部では、端部上の突起（１３Ａ、１３Ｃ）の高さ（Ｈ１）は０．５μｍ以下、着色画素側の勾配角度（θ）は２０度以下となっている。
【００２５】
一方、樹脂ブラックマトリックス（１１）の開口部四辺の内、ラビング処理の順方向側（図１（ａ）中の白太矢印の指す方向側）二辺の端部では、端部上の突起（１３Ｂ、１３Ｄ）の高さ（Ｈ２）は０．５μｍ以下となっておらず、また着色画素側の勾配角度は２０度以下となっていない。
この突起は、液晶分子の配向を乱すことが懸念されるが、この突起の勾配が前記図１０（ａ）に示す、電界を印加していない場合における、液晶分子（１２０）の一方向に揃った状態の揃い方向と順方向であるために、リバースティルトの要因とはならず、当該画素中の液晶分子の配向に悪影響を与えることはない。また、ラビング処理の順方向側に隣接する画素中の液晶分子の配向に悪影響を与えることもない。
【００２６】
また、図１（ｂ）に示す他の例では、着色画素（２２）はストライプ状のものであり、図１（ｂ）中の上下方向に連続して形成されている。
着色画素（２２）は、着色画素の周縁部（両端部）が樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部に重なる状態で形成され、樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部に重なる巾（ｗ２１、ｗ２３）は、樹脂ブラックマトリックスの開口部二辺において略均等な巾となっている。
端部上には着色画素の重なった部分が突起（１３Ｅ、１３Ｆ）となっている。ラビング処理の逆方向側（図１（ｂ）中の白太矢印の指す方向と反対方向側）一辺の端部では、端部上の突起（１３Ｅ）の高さ（Ｈ１）は０．５μｍ以下、着色画素側の勾配角度（θ）は２０度以下となっている。
【００２７】
一方、樹脂ブラックマトリックス（１１）の開口部四辺の内、ラビング処理の順方向側（図１（ｂ）中の白太矢印の指す方向側）一辺の端部では、端部上の突起（１３Ｆ）の高さ（Ｈ２）は０．５μｍ以下となっておらず、また着色画素側の勾配角度は２０度以下となっていない。
この突起は、液晶分子の配向を乱すことが懸念されるが、図１（ａ）に示す一実施例と同様に液晶分子の配向に悪影響を与えることはない。
【００２８】
本発明者らは、端部上に突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタを用いた際の、液晶分子の配向の乱れと、突起の高さ、巾、勾配角度などの関連を検討した結果、樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側の辺の端部で、端部上の突起の高さが０．５μｍ以下、着色画素側の勾配角度が２０度以下であると、液晶分子に配向の乱が起こらず、従って、光もれによって表示品質が低下することはないことを見出した。その結果を表１にしめす。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
高さ０．５μｍ以下、勾配角度２０度以下の突起は、例えば、樹脂ブラックマトリックス（１１）の端部に重なる巾（ｗ１１〜ｗ１４）の内、ラビング処理の逆方向側（図１（ａ）中の白太矢印の指す方向と反対方向側）二辺の端部において重なる巾（ｗ１１、ｗ１２）を３μｍ以下の狭いものとし、加えて、重なりによって生じた突起を研磨することによって得られる。
この研磨は、例えば、平盤研磨機のプレート上の研磨パッドに研磨液を滴下し、研磨パッド上にカラーフィルタ表面を加圧接触させつつ回転させ、カラーフィルタ表面上の突起を平坦化するといった方法によるものである。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
＜実施例１＞
先ず、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス用フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により樹脂ブラックマトリックス基板を作製した。得られた樹脂ブラックマトリックスの膜厚は１．０μｍで光学濃度は３．５であった。次に、この樹脂ブラックマトリックス基板に、赤色画素用フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により赤色画素を形成した。得られた赤色画素の膜厚は１．７μｍであり、ラビング処理の逆方向側二辺の端部における赤色画素の重なり巾は３μｍであった。
【００３２】
次に、同様な処理を行い、緑色画素、青色画素を順に形成した。さらに、赤色画素、緑色画素、青色画素が形成された基板の表面をバフ研磨機により突起の頂部を選択的に研磨した後、スパッタ法によりＩＴＯ膜を１４０ｎｍ形成した。
得られたカラーフィルタの突起の高さは０．２μｍで、勾配角度は１２度であった。
得られたカラーフィルタを用いて液晶表示装置を作製したところ、光もれはなく、良好な表示品質のものであった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、樹脂ブラックマトリックスの開口部四辺の内、少なくともラビング処理の逆方向側の辺の端部では端部上の突起の高さが０．５μｍ以下、着色画素側の勾配角度が２０度以下であるので、その周縁部が樹脂ブラックマトリックスの端部上に重なる状態で着色画素が形成され、端部上に突起を有する液晶表示装置用カラーフィルタであっても、液晶表示装置に用いた際に液晶分子の配向を乱すことのない液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
すなわち、突起を有するカラーフィルタであっても、平坦性を改善するためのオーバーコート層の形成などを行う必要のない、廉価な液晶表示装置用カラーフィルタとなる。これにより、液晶表示装置に用いた場合、配向の乱れによる表示品質の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の１着色画素近傍を拡大して示す平面図である。
（ｂ）は、他の例の１着色画素近傍を拡大して示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線における断面を更に拡大して示す断面図である。
【図３】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。
【図４】図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図５】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの他の例を示した平面図である。
【図６】図５に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図７】図５に示すカラーフィルタの中央部分の着色画素近傍を拡大して示す平面図である。
【図８】図６に示すカラーフィルタ断面の中央部分の着色画素近傍を拡大して示す断面図である。
【図９】平坦性を改善する方法の説明図である。
【図１０】（ａ）は電界を印加していない場合、平坦な部分の液晶分子の配向状態を模式的に示す説明図である。
（ｂ）は電界を印加した場合、平坦な部分の液晶分子の配向状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】（ａ）は電界を印加していない場合、突起がある部分近傍の液晶分子の配向状態を模式的に示す説明図である。
（ｂ）は電界を印加した場合、突起がある部分近傍の液晶分子の配向状態を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０、３０、５０、１０１…ガラス基板
１１、３１、５１、１０２…樹脂ブラックマトリックス
１２、２２、３２、５２、１０３…着色画素
１４、３４、５４、１０４…透明導電膜
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆ、５３…突起
３１…ブラックマトリックス
８０…オーバーコート層
１００…カラーフィルタ
１０５、１０６…配向膜
１１０…対向基板
１２０、１２１、１２２…液晶分子
θ…着色画素側の勾配角度
Ｈ１、Ｈ２…突起の高さ
Ｐ…樹脂ブラックマトリックスのピッチ
Ｔ１…樹脂ブラックマトリックスの厚さ
Ｔ２…着色画素の厚さ
Ｗ…樹脂ブラックマトリックスの巾
ｗ１〜ｗ４…開口部四辺に均等に重なる巾
ｗ１１、ｗ１２…開口部四辺の内、ラビング処理の逆方向側二辺の端部において重なる巾
ｗ１３、ｗ１４…開口部四辺の内、ラビング処理の順方向側二辺の端部において重なる巾
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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