(57)【要約】【課題】  遮光層を透過した光および遮光層で反射された光によるアクティブ素子の動作不良を防止することによって、カスミによる表示品位の低下を防ぐ。【解決手段】  カラーフィルタ基板１０は、透明基板１と、透明基板１上に形成され、かつアクティブ素子（ＴＦＴ）に対向する位置に配置される遮光層（ＢＭ）と、透明基板１上に形成された少なくとも２色のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｂとを有する。２色のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｂは、ＢＭ上に積層されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層を有するアクティブ素子が形成された素子基板に対向配置されるカラーフィルタ基板であって、
透明基板と、前記透明基板上に形成され、かつ前記アクティブ素子に対向する位置に配置される遮光層と、前記透明基板上に形成された少なくとも２色のカラーフィルタとを有し、前記少なくとも２色のカラーフィルタのうちの２色のカラーフィルタが、前記遮光層上に積層されている、カラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記少なくとも２色のカラーフィルタは、赤，緑および青の３色のカラーフィルタである、請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項３】
前記遮光層上に積層された前記２色のカラーフィルタは、前記遮光層に隣接するカラーフィルタと同じ色のカラーフィルタである、請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項４】
前記遮光層上に積層された前記２色のカラーフィルタのうちの１色のカラーフィルタは、前記遮光層に隣接するカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタである、請求項２に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項５】
前記遮光層上に積層された前記２色のカラーフィルタは、赤および青の２色のカラーフィルタである、請求項１から４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項６】
半導体層を有するアクティブ素子が形成された素子基板と、前記アクティブ素子に対向する位置に前記遮光膜が配置された請求項１から５のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板と、前記素子基板および前記カラーフィルタ基板の間隙に介在する表示媒体層とを有する、表示装置。
【請求項７】
前記表示媒体層は液晶層である、請求項６に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタ基板に関する。また、本発明は、カラーフィルタ基板を用いた、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)型液晶表示装置などの表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来のカラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図７に示すカラー液晶表示装置は、ガラス基板１上にカラーフィルタ２が形成されたカラーフィルタ基板１００と、ガラス基板３上にアクティブ素子としてのＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板２０と、両基板１００，２０に挟まれた液晶層３０とを有する。カラーフィルタ基板１００には、赤、緑、青の各サブ画素を光学的に分離し、またＴＦＴを遮光するための遮光層、すなわちＢＭ（ブラックマスクまたはブラックマトリクス）が形成されている。
【０００３】
しかし、図７に示すように、バックライトからの光ＢＬがＢＭで反射して、ＴＦＴのチャネルへ入射することがある。あるいは、観察者側から入射した光がＢＭを透過して、ＴＦＴのチャネルへ入射することがある。ＴＦＴのチャネルへ外光が入射した場合、光励起による電流が発生し、電荷が蓄積されることによって、ＴＦＴの保持特性が悪化する。すなわち、ＴＦＴのＯＦＦ電流特性が悪化する。光励起によって発生する電流に場所的な不均一性があった場合、表示にカスミと呼ばれるムラが発生して表示品位を低下させる。
【０００４】
ＴＦＴに対する遮光を確実にした液晶表示装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の図１に示す液晶表示装置では、黒色のフォトレジストが選択エッチングされて、ＴＦＴ２０上にブラックマトリクス３８の第１の突起部３８Ａが形成されている。さらに、カラーフィルタ基板１３には、第１の突起部３８Ａに対向する位置に、赤、緑、青の三色のカラーフィルタ４６Ｒ，４６Ｇ，４６Ｂを積層した第２の突起部５０が形成されている。これにより、ＴＦＴ２０に対する遮光が確実になり、外光によるＴＦＴ２０の動作不良を防止することができる（特許文献１の段落〔００４０〕、〔００５９〕、〔００６０〕および〔００６４〕参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８１１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１ではＢＭをＴＦＴ基板側に形成するBM on TFT 方式を前提としており、ＴＦＴ基板側のＴＦＴ素子上にＢＭが形成されている。この方式は、従来の一般的な方式と異なるので、カラーフィルタ基板やＴＦＴ基板の作製に新しいプロセスが必要となる。具体的には、特許文献１の液晶表示装置では、ＴＦＴ基板側のＴＦＴ素子上に形成されたＢＭと、カラーフィルタ基板側のＴＦＴ遮光部上に形成された積層カラーフィルタとを突き合わせることで、セルギャップを制御するスペーサの役割を持たせている。そのため、ＴＦＴ基板側のＴＦＴ素子上に形成されるＢＭの頂部までの高さと、カラーフィルタ基板側のＴＦＴ遮光部上に形成された積層カラーフィルタの頂部までの高さとの和を、セルギャップに対応するように、厳密に制御する必要がある。
【０００７】
なお、特許文献１に記載の液晶表示装置では、カラーフィルタ基板にＢＭが形成されていないので、同文献は、バックライトからの光等がＢＭで反射して、ＴＦＴのチャネルへ入射するという課題を示唆していない。
【０００８】
本発明の目的の１つは、ＢＭを透過する光に対する遮光能力を上げることによって、アクティブ素子の動作不良を防止すること、すなわち透過光によるカスミを抑制することである。本発明の他の目的は、ＢＭで反射されたバックライト光によるカスミを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、ＢＭ上に２色のカラーフィルタによる色重ねを設けることで、可視領域のスペクトルを吸収し、ＢＭを透過する光やＢＭでの反射光に対する遮光能力を上げている。例えば、絵素部に使用する３色のカラーフィルタのうち２色をＴＦＴ遮光部上で重ね合わせることにより、十分な遮光能力を持った色重ねをＴＦＴ遮光部に形成する。
【００１０】
本発明のカラーフィルタ基板は、半導体層を有するアクティブ素子が形成された素子基板に対向配置されるカラーフィルタ基板であって、透明基板と、前記透明基板上に形成され、かつ前記アクティブ素子に対向する位置に配置される遮光層と、前記透明基板上に形成された少なくとも２色のカラーフィルタとを有し、前記少なくとも２色のカラーフィルタのうちの２色のカラーフィルタが、前記遮光層上に積層されている。前記少なくとも２色のカラーフィルタは、赤，緑および青の３色のカラーフィルタであっても良い。
【００１１】
前記遮光層上に積層された前記２色のカラーフィルタは、前記遮光層に隣接するカラーフィルタと同じ色のカラーフィルタであっても良い。または、前記遮光層上に積層された前記２色のカラーフィルタのうちの１色のカラーフィルタは、前記遮光層に隣接するカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタであっても良い。
【００１２】
前記遮光層上に積層された前記２色のカラーフィルタは、赤および青の２色のカラーフィルタであっても良い。
【００１３】
本発明の表示装置は、半導体層を有するアクティブ素子が形成された素子基板と、前記アクティブ素子に対向する位置に前記遮光膜が配置された本発明のカラーフィルタ基板と、前記素子基板および前記カラーフィルタ基板の間隙に介在する表示媒体層とを有する。「表示媒体層」とは、互いに対向する電極間の電位差により光透過率が変調される層、または互いに対向する電極間を流れる電流により自発光する層である。表示媒体層は、例えば液晶層、無機または有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）層（白色発光層）などである。
【００１４】
本発明によれば、外光の入射やバックライト光の反射、液晶セル内部の多重反射などによるカスミを抑制し、表示品位の低下を防ぐことができる。特許文献１では、外光によるＴＦＴ素子の動作不良を防ぐのは、主にＴＦＴ基板側のＴＦＴ素子上に形成されるＢＭであり、カラーフィルタ基板側のＴＦＴ遮光部上に形成される色重ねは、遮光性を向上させると共に、セルギャップを確保するためのものである。本発明では、カラーフィルタ基板側のＴＦＴ遮光部に形成される色重ねは、ＴＦＴ素子への遮光を確実にし、表示品位の低下を防ぐためのものである。言い換えれば、色重ねを形成する目的は、外光を透過させず、また反射を引起すことのない十分な遮光能力をＴＦＴ遮光部に与えることである。したがって、特許文献１では、セルギャップに応じて、ＴＦＴ基板側のＴＦＴ素子上に形成されるＢＭの頂部までの高さと、カラーフィルタ基板側のＴＦＴ遮光部上に形成される色重ねの頂部までの高さを厳密に制御する必要があるが、本発明ではその必要はない。
【００１５】
また、本発明では、従来通り、ＢＭをカラーフィルタ基板側に形成する方式を前提としているので、各色フィルタの形成材料を使用し、各色フィルタの形成とともに色重ねが形成される。したがって、ＴＦＴ基板およびカラーフィルタ基板の製造において、色重ねを形成するための特別な工程が必要となることはなく、また製造プロセスを変更する必要がないので、特許文献１の液晶表示装置と比較して製造プロセスが簡便である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、遮光層（ＢＭ）を透過した光および遮光層で反射された光によるアクティブ素子の動作不良を防止することができるので、カスミによる表示品位の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、透過型の液晶表示装置を例に説明するが、本発明の表示装置は、カラーフィルタ基板およびアクティブ素子基板を有する表示装置に広く適用することができる。例えば、反射型または透過反射両用型の液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置や無機ＥＬ表示装置にも適用することができる。また、以下の実施形態では、スイッチング素子としてＴＦＴ(Thin Film Transistor)を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置について説明するが、本発明の液晶表示装置は、半導体層を有するアクティブ素子が形成された表示装置に広く適用することができる。
【００１８】
図１は、本実施形態の液晶表示装置の一画素を模式的に示す平面図である。図２は、図１のII−II線断面図であり、図３は、図１のIII −III 線断面図である。なお、画素は、赤、緑および青の各サブ画素から構成されている。
【００１９】
本実施形態の液晶表示装置は、カラーフィルタ基板１０と、半導体層４を有するＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板２０と、両基板に挟まれた液晶層８とを有する。ＴＦＴ基板２０のガラス基板３上には、行方向に延びる複数の走査配線（不図示）と、行方向に対して略直交する列方向に延びる複数の信号配線７と、走査配線と信号配線７との交差部近傍に設けられた（言い換えればマトリクス状に配置された）ＴＦＴとが形成されている。なお、列方向および行方向は、両者の方向が相対的に異なることを単に示すにすぎず、基板の横方向や縦方向を規定するものではなく、基板の長手方向や短手方向を規定するものでもない。
【００２０】
ＴＦＴは、走査配線に接続されたゲート電極５と、ゲート電極５を覆うゲート絶縁膜６と、ゲート絶縁膜６を介してゲート電極５上に形成された半導体層４と、信号配線７に接続されたソース電極と、画素電極（不図示）に接続されたドレイン電極８とを有する。なお、図２および図３では、信号配線およびソース電極に参照符号７を付している。
【００２１】
カラーフィルタ基板１０は、ガラス基板１と、ガラス基板１上に形成されたＢＭと、赤，緑および青の各カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂとを有する。各カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、赤、緑および青の各サブ画素に対向するように配置されている。ＢＭは、赤、緑および青の各サブ画素を区切る領域およびＴＦＴの領域に対向する位置に配置された遮光層であり、ガラス基板１側から入射した光がＴＦＴの半導体層４（チャネル）に入射するのを防ぐ。
【００２２】
ＢＭ上には、２色のカラーフィルタが積層されている。本実施形態では、赤のカラーフィルタ２Ｒと青のカラーフィルタ２ＢがＢＭ上に積層されている。図４は、各色のカラーフィルタによる可視光領域での透過光スペクトルを示すグラフである。図４に示すように、赤色フィルタ２Ｒによる透過光スペクトルと青色フィルタ２Ｂによる透過光スペクトルを重ね合わせた場合、透過光をほぼ遮ることが可能となる。
【００２３】
図５は、各色のカラーフィルタおよびこれらを組み合わせた場合のＯＤ(Optical Density) 値を示すグラフである。カラーフィルタとして、凸版印刷社製７Ｂ１８カラーフィルタを用いた。ＢＭの遮光能力として、ＯＤ値が３．５以上であることが実使用上、理想的であるとされている。本実施形態のＢＭは３. ５のＯＤ値を持つ。したがって、ガラス基板１側から入射した光については、ＢＭ上にカラーフィルタが積層されていない場合でも、通常の使用では十分遮光することができる。
【００２４】
しかし、液晶表示装置を車載した場合には、太陽光がガラス基板１側から直接入射するので、ＢＭの遮光能力をさらに高める必要がある。また、ＢＭで反射されたバックライトからの光ＢＬは、ＢＭ上にカラーフィルタが積層されていない場合には、そのままＴＦＴの半導体層４（チャネル）に入射するので、表示にカスミが発生するおそれがある。ＢＭ上に単層のカラーフィルタが積層されている場合にも、単層のカラーフィルタのＯＤ値はせいぜい１．０１であるので、車載等の厳しい条件下では、カラーフィルタによる遮光性の増加は必ずしも十分とは言えない。
【００２５】
本実施形態では、赤のカラーフィルタ２Ｒと青のカラーフィルタ２ＢがＢＭ上に積層されている。この二層のカラーフィルタのＯＤ値が２．９７であるので、ＢＭのＯＤ値との和が６．４７となり、車載等の厳しい条件下でも十分な表示品位を確保することができる。また、バックライトからの光ＢＬがＢＭで反射された反射光が二層のカラーフィルタを２回透過するので、ＢＭへ入射するバックライト光およびＢＭで反射したバックライト光に対する総合的な遮光能力は、カラーフィルタ本来のＯＤ値の自乗倍となる。したがって、赤のカラーフィルタ２Ｒと青のカラーフィルタ２Ｂを組み合わせることによって、８．８２のＯＤ値に相当する遮光性が得られるので、車載等の厳しい条件下でも反射光によるカスミを十分に抑制できる。
【００２６】
ＢＭ上に赤，緑および青の三層のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを積層した場合には、ＯＤ値が３. ５２であるので、遮光性は十分である。しかし、カラーフィルタ基板１０側に形成された三層のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにより、ラビング処理を行っても三層構造部の影になる部分（三層構造部の周囲）がラビングされず、ラビング処理されなかった配向膜部分で液晶分子が所定方向に整列できなくなるという問題を生じる。
【００２７】
本実施形態では、赤のカラーフィルタ２Ｒと青のカラーフィルタ２Ｂを組み合わせているが、赤のカラーフィルタ２Ｒと緑のカラーフィルタ２Ｇとの組合わせ、青のカラーフィルタ２Ｂと緑のカラーフィルタ２Ｇとの組合わせでも、遮光能力は大幅に向上する。
【００２８】
次に、本実施形態の液晶表示装置の製造方法について説明する。図６は、本実施形態のカラーフィルタ基板１０の製造工程を示す平面図である。カラーフィルタ基板１０の製造方法について、図６を参照しなから説明する。まず、エッチング法などにより、ガラス基板１上にＢＭを形成する。具体的には、スパッタリングなどによりガラス基板１上に形成された金属膜、例えばクロム膜に対して、ポジレジスト塗布、マスク露光、現像、エッチングおよび剥離処理を施す。なお、クロム膜の片面または両面に酸化膜を積層させた低反射クロム膜を用いても良い。
【００２９】
スピンコーティング方式やフィルムラミネート方式などにより、緑のサブ画素に対向する位置に、緑のカラーフィルタ２Ｇを形成する（図６（ａ）参照）。このとき、ＢＭ上にはカラーフィルタ２Ｇが積層されていない。次に、赤のサブ画素および全てのＴＦＴに対向する位置に、赤のカラーフィルタ２Ｒを形成する（図６（ｂ）参照）。これにより、全てのＴＦＴに対向する位置に設けられた各ＢＭ上に、赤のカラーフィルタ２Ｒが積層される。さらに、青のサブ画素および全てのＴＦＴに対向する位置に、青のカラーフィルタ２Ｂを形成する（図６（ｃ）参照）。これにより、全てのＴＦＴに対向する位置に設けられた各ＢＭ上に、赤のカラーフィルタ２Ｒおよび青のカラーフィルタ２Ｂが順次積層される。
【００３０】
図２に示すように、図１のII−II線断面部分では、ＢＭ上に積層された２色のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｂは、ＢＭに隣接する赤および青のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｂと同じ色のカラーフィルタである。一方、図３に示すように、図１のIII −III 線断面部分では、ＢＭ上に積層された２色のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｂのうちの１色のカラーフィルタは、ＢＭに隣接する赤および緑のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇと異なる色のカラーフィルタ、すなわち青のカラーフィルタ２Ｂである。
【００３１】
なお、本実施形態では、ＢＭのうちＴＦＴに対向する位置のＢＭのみに、２色のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｂを積層させたが、赤、緑および青の各サブ画素を区切る領域に対向する位置のＢＭについて、２色のカラーフィルタを積層させても良い。
【００３２】
さらに、化学蒸気堆積(CVD) 法やスパッタ法などにより、カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明電極（不図示）を形成する。印刷法、スピンコート法やインクジェット法などにより、透明電極上にポリイミド系やポリアミド系の配向膜（不図示）を形成し、ラビング処理を行なう。
【００３３】
次に、ＴＦＴ基板２０の製造方法について簡単に説明する。フォトリソグラフィ法などにより、ガラス基板３上に走査配線およびゲート電極５を形成し、これらを覆うゲート絶縁膜６を形成する。さらに、半導体層４を形成し、リンなどの不純物をドーピングして、チャネルを形成する。信号配線（不図示）、ソース電極７、ドレイン電極８および画素電極を形成した後、ポリイミド系やポリアミド系の配向膜（不図示）を形成し、ラビング処理を行なう。
【００３４】
フォトリソグラフィ法などにより、カラーフィルタ基板１０またはＴＦＴ基板２０に柱状スペーサ（不図示）を形成した後、カラーフィルタ基板１０とＴＦＴ基板２０とを貼り合わせる。柱状スペーサにより規定された両基板の間隙に液晶材料を注入し、シール材により注入口を封口することにより、液晶層３０が形成される。さらに、両ガラス基板１，３の外側面のそれぞれに、位相差層および偏光層（いずれも不図示）を順次貼り合わせる。観察者に対して反対側（ＴＦＴ基板側）に、光源としてのバックライト（不図示）を配置して、本実施形態の液晶表示装置が得られる。
【００３５】
本実施形態では、赤，緑，青の３色のカラーフィルタを用いているが、マゼンタ，イエロー，シアンの３色のカラーフィルタを用いても良く、さらに４色以上のカラーフィルタを用いても良い。例えば、シアン，マゼンダ，イエロー，緑の４色のカラーフィルタを用いても良い。また、カラーフィルタ基板の画素配列は、実施形態で示したストライプ配列に限られず、デルタ配列、モザイク配列、スクエア配列などの他の画素配列が採用され得る。
【００３６】
（比較例）
図８は、図７に示す液晶表示装置におけるカラーフィルタ基板１００の製造工程を示す平面図である。カラーフィルタ基板１００の製造方法について、図８を参照しなから説明する。まず、実施形態と同様にして、ガラス基板１上にＢＭを形成した後、緑のサブ画素およびこのサブ画素の電極に接続されたＴＦＴに対向する位置に、緑のカラーフィルタ２Ｇを形成する（図８（ａ）参照）。次に、赤のサブ画素およびこのサブ画素の電極に接続されたＴＦＴに対向する位置に、赤のカラーフィルタ２Ｒを形成する（図８（ｂ）参照）。さらに、青のサブ画素およびこのサブ画素の電極に接続されたＴＦＴに対向する位置に、青のカラーフィルタ２Ｂを形成する（図８（ｃ）参照）。実施形態と同様にして、透明電極および配向膜を形成し、ラビング処理を行なう。
【００３７】
本比較例のカラーフィルタ基板１００は、ＴＦＴに対向する位置のＢＭ上に、３色のカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのうちのいずれか１色のカラーフィルタが積層されている。しかし、図５に示すように、単層のカラーフィルタのＯＤ値はせいぜい１．０１であるので、車載等の厳しい条件下ではカラーフィルタによる遮光性の増加は必ずしも十分とは言えない。したがって、観察者側から入射し、ＢＭを透過した外光によって、ＴＦＴのＯＦＦ電流特性が悪化して、表示にカスミが発生するおそれがある。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のカラーフィルタ基板は、カラー表示装置、特にカラー液晶表示装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態の液晶表示装置の一画素を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII −III 線断面図である。
【図４】各色のカラーフィルタによる可視光領域での透過光スペクトルを示すグラフである。
【図５】各色のカラーフィルタおよびこれらを組み合わせた場合のＯＤ値を示すグラフである。
【図６】実施形態のカラーフィルタ基板１０の製造工程を示す平面図である。
【図７】従来のカラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図８】図７に示す液晶表示装置におけるカラーフィルタ基板１００の製造工程を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
４  半導体層
１０  カラーフィルタ基板
２０  ＴＦＴ基板
３０  液晶層
２Ｒ  赤のカラーフィルタ
２Ｇ  緑のカラーフィルタ
２Ｂ  青のカラーフィルタ
【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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