(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に所定のパターンで配置された複数の画素と、画素の非形成領域に形成されたブラックマトリックスとを備え、前記基板の面積よりも小さいフォトマスクや露光装置を用いて複数回露光を行うことにより、つなぎ合わせ部でブラックマトリックスや画素のパターンをつなぎ合わせるように形成されたカラーフィルタにおいて、
各画素は複数色の着色層が隣接した配列からなり、
前記ブラックマトリックスは１０〜５０μｍの範囲内で設定された同一幅のブラックマトリックスが周期的に配設されたパターンを有し、前記つなぎ合わせ部は該ブラックマトリックスに存在することを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
各画素を構成する複数色の着色層は、所定の色順序で複数回繰り返し配列されたもの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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタに係り、特に表示品質に優れた大面積のカラー液晶表示装置の製造が可能なカラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、フラットディスプレイとしてモノクロあるいはカラーの液晶表示装置（ＬＣＤ）が使用されている。カラーの液晶表示装置には、３原色の制御を行うためにアクティブマトリックス方式および単純マトリックス方式とがあり、いずれの方式においてもカラーフィルタが用いられている。そして、液晶表示装置は、構成画素を３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）からなるものとし、液晶の電気的スイッチングにより３原色の各光の透過を制御してカラー表示が行われる。
【０００３】
このカラーフィルタは、例えば、ガラス基板上に所定のパターンで配列したＲ，Ｇ，Ｂの３原色の着色層、各着色層の境界部分に位置するブラックマトリックスを備えている。このようなカラーフィルタは、染色基材をガラス基板上に塗布し、フォトマスクを介して露光・現像して形成したパターンを染色する染色法、感光性レジスト内に予め着色顔料を分散させておき、フォトマスクを介して露光・現像する顔料分散法、印刷インキで各色を印刷する印刷法、および、ガラス基板上にパターンニングされた透明電極を使用して電着により各色の着色層を形成する電着法等により形成することができる。
【０００４】
一方、近年の表示画面の大型化の要請から、カラーフィルタの製造において使用されるガラス基板はより大きな面積の基板へと移行している。しかし、ガラス基板の大面積化にともない、製造工程で使用するフォトマスクや露光装置の大型化も必要となり、表示画面の大型化に対応するためのガラス基板の大面積化には限界が見え始めている。
【０００５】
このような問題を解決するために、基板の面積に対応した大型のフォトマスクや露光装置を使用してカラーフィルタを形成する従来の方式から、基板の面積よりも小さいフォトマスクや露光装置を使用して基板上にブラックマトリックスや着色層のパターンをつなぎ合わせるように形成して大面積のカラーフィルタを形成する方式が検討され始めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５は上記のようなカラーフィルタの一例を示す部分平面図である。図５に示される例では、カラーフィルタ１０１は、ガラス基板１０２上にＲ，Ｇ，Ｂの３原色の着色層１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂを等間隔（Ｗ1)で繰り返し配列し、各着色層の境界部分にブラックマトリックス１０３を備えている。そして、１つのブラックマトリックス１０３につなぎ合わせ部Ｊ（鎖線で示す）を設定して、ブラックマトリックスや着色層のパターンを上記つなぎ合わせ部Ｊでつなぎ合わせるようにガラス基板１０２上に形成したカラーフィルタ１０１Ａ、１０１Ｂとでカラーフィルタ１０１が構成されている。
【０００７】
しかしながら、上記のカラーフィルタ１０１において、各着色層の間隔Ｗ1 （各着色層間に介在するブラックマトリックス１０３の線幅Ｗ1 ）と、カラーフィルタ１０１Ａと１０１Ｂのつなぎ合わせ部Ｊにおける着色層の間隔Ｗ2 （つなぎ合わせ部Ｊが設定されているブラックマトリックス１０３の線幅Ｗ2 ）とを完全に一致させることは機械精度上困難であり、１μｍ程度の違いを生じることは避けられない。通常１０μｍ程度の線幅のブラックマトリックスにおいて、上記のような幅Ｗ1 と幅Ｗ2 との違いが生じた場合、つなぎ合わせ部Ｊ近傍が画像品質の相違として認識されてしまい、これが表示画像の品質低下を招くという問題があった。
【０００８】
これを解消するために、図６に示されるように、ガラス基板１１２上にＲ，Ｇ，Ｂの３原色の着色層１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂをブラックマトリックス１１３ａを介して等間隔（Ｗ1)で配列し、かつ、着色層１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂの１組ごとに広幅（Ｗ2)のブラックマトリックス１１３ｂを配設し、この広幅のブラックマトリックス１０３ｂの１つに設定したつなぎ合わせ部Ｊ（鎖線で示す）でつなぎ合わせるようにガラス基板１１２上にブラックマトリックスや着色層を形成したカラーフィルタ１１１Ａ、１１１Ｂとからなる大画面用のカラーフィルタ１１１が考えられている。このカラーフィルタ１１１では、つなぎ合わせ部Ｊが存在する広幅のブラックマトリックス１０３ｂの線幅Ｗ2'と、他の広幅のブラックマトリックス１０３ｂの線幅Ｗ2 との間に、上述のような機械精度上の１μｍ程度の違いを生じても、ブラックマトリックス１１３ｂの線幅Ｗ2 そのものが広いために、つなぎ合わせ部Ｊ近傍の画像品質の相違がほとんど認識されないことになる。しかし、つなぎ合わせ部Ｊの存在を認識させないことを目的として上記のようにブラックマトリックスの線幅を広げることにより、カラーフィルタの開口率の低下を来し、表示映像が暗くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、表示品質に優れた大画面のカラー液晶表示装置の製造を可能とするカラーフィルタを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、基板と、該基板上に所定のパターンで配置された複数の画素と、画素の非形成領域に形成されたブラックマトリックスとを備え、前記基板の面積よりも小さいフォトマスクや露光装置を用いて複数回露光を行うことにより、つなぎ合わせ部でブラックマトリックスや画素のパターンをつなぎ合わせるように形成されたカラーフィルタにおいて、各画素は複数色の着色層が隣接した配列からなり、前記ブラックマトリックスは１０〜５０μｍの範囲内で設定された同一幅のブラックマトリックスが周期的に配設されたパターンを有し、前記つなぎ合わせ部は該ブラックマトリックスに存在するような構成とした。
【００１１】
また、各画素を構成する複数色の着色層は、所定の色順序で複数回繰り返し配列されたものであるような構成とした。
【００１２】
このような本発明では、１つのブラックマトリックスにつなぎ合わせ部を設定して複数のカラーフィルタをつなぎ合わせて大画面用のカラーフィルタとしたときに、同一幅のブラックマトリックスが周期的に配設されているので、つなぎ合わせ部のブラックマトリックスと他のブラックマトリックスとの間に加工精度上の線幅の相違があっても、液晶表示装置において画像品質の相違として認識することができず、また、複数色の着色層の配列からなる各画素内の開口率が極めて大きいことにより、カラーフィルタ全体の開口率が高いものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図であり、図２はＡ−Ａ線における縦断面図である。図１および図２において、本発明のカラーフィルタ１はカラーフィルタ１Ａ、１Ｂとで構成され、カラーフィルタ１Ａ、１Ｂは、基板の面積よりも小さいフォトマスクや露光装置等を使用して複数回露光を行うことにより、つなぎ合わせ部Ｊ（鎖線で示す）でブラックマトリックスや着色層のパターンをつなぎ合わせるようにして形成されたものである。
【００１５】
本発明のカラーフィルタ１は、基板２と、この基板２上に形成されたブラックマトリックス３および所定のパターンで配列された画素４とを備え、各画素４は赤色着色層５Ｒ、緑色着色層５Ｇおよび青色着色層５Ｂが一定方向（図１の矢印ａ方向）にこの順序で隣接するように配列され構成されている。
【００１６】
カラーフィルタ１において、上記の画素４は図１の矢印ａ方向（着色層の配列方向）に等間隔Ｗ1 で配置され、また、これと直角方向（図１の矢印ｂ方向（着色層の長さ方向））に、一定の間隔Ｗ2 とＷ3 を交互に配して配置されている。
【００１７】
ブラックマトリックス３は、画素４の非形成領域に形成されており、したがって、図１の矢印ｂ方向に線幅が同一の幅Ｗ1 であるブラックマトリックス３ａが周期的に配設され、これと直角方向（図１の矢印ａ方向）に、線幅が同一の幅Ｗ2 であるブラックマトリックス３ｂと、線幅が同一の幅Ｗ3 であるブラックマトリックス３ｃとが周期的に配設されたパターンを有している。
【００１８】
このようなカラーフィルタ１において、着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの配列方向に周期的に配設されたブラックマトリックス３ａの線幅Ｗ1 は１０〜５０μｍの範囲内で設定することができる。また、着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの長さ方向に周期的に配設されたブラックマトリックス３ｂの線幅Ｗ2 およびブラックマトリックス３ｃの線幅Ｗ3 は５０μｍ以下の範囲内で設定することができる。ブラックマトリックス３の線幅が上記の範囲未満であると、カラーフィルタ１Ａ、１Ｂがつなぎ合わされたブラックマトリックス３ａにおいて加工精度上の誤差に起因した表示画像の品質低下を来し、また、線幅が上記の範囲を超えると、カラーフィルタの開口率が低下して液晶表示装置における表示画像が暗くなり好ましくない。
【００１９】
各画素４を構成する各着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは、幅（図１の矢印ａ方向の長さ）が５０〜１００μｍ、長さ（図１の矢印ｂ方向の長さ）が１５０μｍ以上となるように設定し、また、画素４の図１の矢印ａ方向の長さが１５０〜３００μｍ、矢印ｂ方向の長さが１５０μｍ以上となるように設定することが好ましい。尚、画素４を構成する着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの配列順序は図示例に限定されるものではない。
【００２０】
カラーフィルタ１Ａ、１Ｂを１つのブラックマトリックス３ａでつなぎ合わせた大画面用のカラーフィルタ１は、各画素４の境界部分のブラックマトリックス３ａの幅Ｗ1 と、つなぎ合わせ部Ｊが存在するブラックマトリックス３ａの幅Ｗ1'との間に、加工精度上の１μｍ程度の違いを生じても、ブラックマトリックス３ａの幅Ｗ1 そのものが広いため、液晶表示装置においてつなぎ合わせ部Ｊ近傍の画像品質の相違として認識されることがなく、表示映像の品質低下を来すことがない。さらに、各画素４が複数色の着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが隣接した配列からなり開口率が極めて大きいので、カラーフィルタ１全体の開口率が高く、液晶表示装置における表示映像が明るいものとなる。
【００２１】
尚、上述のカラーフィルタ１（１Ａ、１Ｂ）では、図１の矢印ａ方向に周期的に配設されているブラックマトリックスの線幅は１種であるが、上記の線幅の設定可能範囲内で２種以上の線幅のブラックマトリックスを周期的に配設してもよい。また、図１の矢印ｂ方向に配設されているブラックマトリックスの線幅は２種であるが、上記の線幅の設定可能範囲内で１種または３種以上であってもよい。
【００２２】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
【００２３】
また、カラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３は、つなぎ合わせ部Ｊでつなぎ合わすように基板２上に形成されたものであり、形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成する方法、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層を感光性樹脂でパターニングしてエッチング、剥離により形成する方法、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成する方法等、いずれであってもよい。
【００２４】
着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは、つなぎ合わせ部Ｊでつなぎ合わすように基板２上に形成されたものであり、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、電解ミセル法等の公知の方法により形成することができる。また、着色層５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを、例えば、赤色着色層５Ｒが最も薄く、緑色着色層５Ｇ、青色着色層５Ｂの順に厚くすることにより、着色層の各色ごとに光学的に最適な液晶厚みを設定する、いわゆるマルチギャップカラーフィルタとしてもよい。
【００２５】
尚、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックスおよび画素を覆うように透明導電膜、酸素遮断膜を備えることができる。透明導電膜は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、およびその合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。このような透明導電膜の厚みは、０．０１〜１μｍ、好ましくは０．０３〜０．５μｍ程度である。また、酸素遮断膜としてはポリビニルアルコールが通常用いられる。
【００２６】
図３は本発明のカラーフィルタの実施形態の他の例を示す部分平面図である。図３において、本発明のカラーフィルタ１１は、基板の面積よりも小さいフォトマスクや露光装置等を使用して複数回露光を行うことにより、つなぎ合わせ部Ｊ（鎖線で示す）でブラックマトリックスや着色層のパターンをつなぎ合わせるように形成したカラーフィルタ１１Ａ、１１Ｂから構成されている。
【００２７】
本発明のカラーフィルタ１１は、基板１２と、この基板１２上に形成されたブラックマトリックス１３および所定のパターンで配列された画素１４とを備え、各画素１４は赤色着色層１５Ｒ、緑色着色層１５Ｇおよび青色着色層１５Ｂが一定方向（図３の矢印ａ方向）にこの順序で隣接するように２回繰り返し配列され構成されている。
【００２８】
カラーフィルタ１１において、上記の画素１４は図３の矢印ａ方向に等間隔Ｗ1 で配置され、また、これと直角方向（図３の矢印ｂ方向）に等間隔Ｗ2 で配置されている。
【００２９】
このような画素１４の非形成領域に形成されたブラックマトリックス１３は、図３の矢印ａ方向に線幅が幅Ｗ1 であるブラックマトリックス１３ａが周期的に配設され、これと直角方向（図３の矢印ｂ方向）に線幅が幅Ｗ2 であるブラックマトリックス１３ｂが周期的に配設されたパターンを有している。
【００３０】
このようなカラーフィルタ１１において、ブラックマトリックス１３ａの線幅Ｗ1 は、上述のカラーフィルタ１におけるブラックマトリックス３ａの線幅Ｗ1 と同様に１０〜５０μｍの範囲内で設定でき、また、ブラックマトリックス１３ｂの線幅Ｗ2 は、上述のカラーフィルタ１におけるブラックマトリックス３ｂの線幅Ｗ2 、Ｗ3 と同様に５０μｍ以下の範囲内で設定することができる。
【００３１】
上記のカラーフィルタ１１を構成する基板１２、ブラックマトリックス１３、着色層１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの形成は、上述のカラーフィルタ１と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３２】
本発明のカラーフィルタは、画素を構成する各着色層の間に微細なブラックマトリックスを備えるものであってもよい。図４はこのようなカラーフィルタの画素の一例を示す平面図である。図４において、本発明のカラーフィルタを構成する画素２４は、赤色着色層２５Ｒ、緑色着色層２５Ｇおよび青色着色層２５Ｂが一定方向にこの順序で隣接するように配列され、各着色層の間には微細なブラックマトリックス２３’が設けられ、各画素２４の間にはブラックマトリックス２３が設けられている。このような着色層間に介在するブラックマトリックス２３’の線幅は３０μｍ以下であることが好ましく、線幅が３０μｍを超えると画素の開口率が低下してしまい好ましくない。
【００３３】
尚、上述のカラーフィルタの例は、各画素を構成する着色層の配列方向（図１、図３の矢印ａ方向）においてカラーフィルタをつなぎ合わせているが、各画素を構成する着色層の長さ方向（図１、図３の矢印ｂ方向）においてカラーフィルタをつなぎ合わせることもできる。
【００３４】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【００３５】
カラーフィルタ用の基板として、６５０ｍｍ×５５０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９ガラス）を準備した。この基板の片側全面にスパッタリング法により金属クロムからなる遮光層（厚さ０．２μｍ）を成膜し、この遮光層に対して線幅Ｗ1 の１つのブラックマトリックスの位置につなぎ合わせ部を設定するようにして、通常のフォトリソグラフィー法によって感光性レジスト塗布、マスク露光、現像、エッチング、レジスト層剥離からなる操作を２度行って、図１に示されるようなパターンのブラックマトリックスを形成した。このブラックマトリックスの線幅Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 および形成ピッチは以下のように設定した。
【００３６】
・Ｗ1 ＝３０μｍ、ピッチ＝３００μｍ
・Ｗ2 ＝３０μｍ、ピッチ＝３００μｍ
・Ｗ3 ＝３０μｍ、ピッチ＝３００μｍ
次に、ブラックマトリックスが形成された基板全面に、赤色着色層用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＲ−７０００）をスピンコート法により塗布して赤色感光性樹脂層（厚み１．５μｍ）を形成し、プレベーク（１００℃、３分間）を行った。次いで、上記のブラックマトリックス形成と同じ位置につなぎ合わせ部を設定して、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて赤色感光性樹脂層を２度アライメント露光し、現像液（富士フィルムオーリン（株）製ＣＤ）にて現像を行い、次いで、ポストベーク（２００℃、３０分間）を行って、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に赤色着色層を形成した。
【００３７】
同様に、緑色着色層用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＧ−７０００）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に緑色着色層を形成した。さらに、青色着色層用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＢ−７０００）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に青色着色層を形成し、赤色着色層、緑色着色層および青色着色層が一定方向にこの順序で隣接するように配列された画素（２７０μｍ×２７０μｍ）を形成した。
【００３８】
次に、ブラックマトリックスおよび着色層を覆うように下記条件でスパッタリング法により透明導電層（厚さ０．１５μｍ）を形成して、大面積（６０８ｍｍ×４６５ｍｍ）のカラーフィルタを作成した。
【００３９】
スパッタリング条件
・装  置    ：ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
・基板温度  ：２２０℃
・放電ガス  ：Ａｒ−Ｏ2
・ターゲット：酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）
このカラーフィルタにおけるつなぎ合わせ部のブラックマトリックスの線幅はＷ1 ±１μｍであった。
【００４０】
次に、このカラーフィルタの透明導電層上にポリイミド配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、エポキシ樹脂系シール剤を用いてＴＦＴアレイ基板と貼り合わせ、ＴＮ型液晶をカラーフィルタとＴＦＴアレイ基板との間の間隙部に封入した。作製した液晶表示装置は、つなぎ合わせ部における色ムラ等を生じることなく良好な表示品質が得られた。
【００４１】
一方、図６に示されるようなパターンのブラックマトリックスを以下の設定条件で形成した他は、上記のカラーフィルタと同様にして大面積（６０８ｍｍ×４６５ｍｍ）のカラーフィルタを作成した。
【００４２】
・Ｗ1 ＝５０μｍ、ピッチ＝３００μｍ
・Ｗ2 ＝３０μｍ、ピッチ＝３００μｍ
このカラーフィルタにおけるつなぎ合わせ部のブラックマトリックスの線幅はＷ2 ±１μｍであった。
【００４３】
次に、このカラーフィルタを用いて上記と同様にして液晶表示装置を作製した。作製した液晶表示装置は、つなぎ合わせ部における色ムラ等はみられないものの、画面が暗く良好な表示品質が得られなかった。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば基板上に複数色の着色層の配列からなる複数の画素を所定のパターンで設け、画素の非形成領域にはブラックマトリックスを設け、このブラックマトリックスは同一幅のブラックマトリックスが周期的に配設されたパターンを有するようにしてカラーフィルタとするので、１つのブラックマトリックスにおいてブラックマトリックスパターンや着色層パターンをつなぎ合わせて大画面用のカラーフィルタとしたときに、同一幅のブラックマトリックスが周期的に配設されているので、つなぎ合わせ部のブラックマトリックスと他のブラックマトリックスとの間に加工精度上の線幅の相違があっても、液晶表示装置において画像品質の相違として認識されることがなく、表示映像の品質低下を来すことがなく、さらに、各画素が複数色の着色層の配列からなり開口率が極めて大きいので、カラーフィルタ全体の開口率が高く、液晶表示装置における表示映像が明るいものとなり、これにより表示品質に優れた大画面のカラー液晶表示装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図である。
【図２】図１に示された本発明のカラーフィルタのＡ−Ａ線における縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの実施形態の他の例を示す部分平面図である。
【図４】本発明のカラーフィルタの実施形態の他の例を示す部分平面図である。
【図５】従来のカラーフィルタの例を示す部分平面図である。
【図６】従来のカラーフィルタの他の例を示す部分平面図である。
【符号の説明】
１（１Ａ，１Ｂ），１１（１１Ａ，１１Ｂ）…カラーフィルタ
２，１２…基板
３（３ａ，３ｂ，３ｃ），１３（１３ａ，１３ｂ），２３，２３’…ブラックマトリックス
４，１４，２４…画素
５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ…着色層
【図１】
0004724892.tif 000002
【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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