(57)【要約】【課題】ＩＴＯに割れ、はがれ、シワ、表示ムラなどの不具合が発生しないカラーフィルタ、及びそれを用いた液晶表示装置を提供する。【解決手段】透明基板上に、黒色色材を樹脂に分散させたブラックマトリックスのパターン、該ブラックマトリックスの開口部に設けられた複数の着色画素層、透明樹脂から成るオーバーコート層、透明導電極層をこの順で積層して成るカラーフィルタ基板において、前記ブラックマトリックスのパターンと前記着色画素の重畳部分の上に積層されたオーバーコートの厚みｄと、透明基板上に直接、着色画素が形成された部分の上に積層されたオーバーコートの厚みＤの比、ｄ／Ｄが０．７１以上１．０未満であることを特徴とするカラーフィルタ基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、黒色色材を樹脂に分散させたブラックマトリックスのパターン、該ブラックマトリックスの開口部に設けられた複数の着色画素層、透明樹脂から成るオーバーコート層、透明導電極層をこの順で積層して成るカラーフィルタ基板において、
前記ブラックマトリックスのパターンと前記着色画素の重畳部分の上に積層されたオーバーコートの厚みｄと、透明基板上に直接、着色画素が形成された部分の上に積層されたオーバーコートの厚みＤの比ｄ／Ｄが、０．７１以上１．０未満であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記ブラックマトリックスのパターンと前記着色画素の重畳部分の最大高さＨと、透明基板上に直接、着色画素が形成された部分の高さｈの差Ｈ−ｈが、０．５３μm以下であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたカラーフィルタ基板を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ、特に液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの発達、特に携帯用パーソナルコンピュータの発達に伴い、液晶ディスプレイ、とりわけカラー液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にあり、現在まで、様々なカラーフィルタ基板が考案されている。
【０００３】
一般的に、液晶表示素子用のカラーフィルタ基板は、遮光性のブラックマトリクスのパターンを設けたガラス等の透明な基板上に赤、緑、青の３原色による着色画素を形成した後、オーバーコート層を形成し、さらにその上に液晶表示素子の電極となる透明導電膜を積層して提供される。オーバーコート層は、通常、熱硬化タイプの透明な樹脂にて塗布形成される。複数の着色画素のパターンと、該着色画素の下部にあるブラックマトリクスと、着色画素上に形成されるオーバーコート層を含めて、以下、カラーフィルタと略称する。
【０００４】
オーバーコート層には平滑で強靭であること、透明性を有すること、耐熱性および耐光性が高く、長期間にわたって黄変、白化等の変質を起こさないこと、耐水性、耐溶剤性、耐酸性および耐アルカリ性に優れていることが求められる。
【０００５】
しかしながら、従来のカラーフィルタ基板は、その製造過程において、オーバーコート層上にスパッタリングにより酸化亜鉛系の導電膜あるいはＩＴＯ（酸化インジウムと酸化錫の混合酸化物）に代表される透明導電膜を形成する際には、オーバーコート層は２００〜３００℃の高温に曝されるため、膨張・収縮による寸法変動を完全に抑制することは困難であり、当該オーバーコート層に接している透明導電膜に割れ、はがれ、シワ、ムラなどの不具合が生じやすくなるという問題を有していた。なお、特に基板のコーナー部において、透明導電膜の不具合が発生しやすかった。以下、透明導電膜をＩＴＯと略称する。
【０００６】
特許文献１には、耐熱性の十分でない有機のカラーフィルタ上へ、導電性や透明性ならびに微細パタニング性が良好な透明電極層を形成する方法が開示されている。ここでは、スパッタリング工程における基板温度を１５０℃以下で、ターゲット基材として酸化錫を６〜９重量％含有するＩＴＯ基材を用い、透明電極層を製膜後１６０〜２５０℃の温度範囲で熱処理する製造方法で、比抵抗が２×１０-4Ω・ｃｍ前後の良好な電気特性をもつ透明電極層が示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、透明電極層の表面抵抗が小さくカラーフィルタ基板の画素膜やオーバーコート層膜にクラックや細かいしわが発生することを防止するカラーフィルタ基板が開示されている。ここでは、ＩＴＯ膜を４０〜１２０℃の基板温度で、アルゴンなどの不活性ガスと酸素の分圧を適当な値に制御してスパッタリングにより形成し、その後２２０〜３３０℃の温度範囲でアニール処理をすることで、室温で比抵抗が３×１０-4Ω・ｃｍ以下で、３０〜３００ＭＰａの引っ張り応力が存在するＩＴＯ膜とする。このＩＴＯ膜はその後高温下に置かれても、残留する圧縮応力を小さいレベルに抑制するとしている。なお、これは前記した特許文献１に示されているとおり、共にカラーフィルタにおけるＩＴＯの公知となっている製膜方法のひとつであり、これだけでは、近年の大型液晶テレビ等液晶表示装置の大型化に伴うカラーフィルタ基板の大型化によって、基板中央部とコーナー部での多面付けした各パネル同士の均質性の維持や、特に基板コーナー部での透明電極層のクラック防止や膜質変化防止の効果は不十分であった。
【特許文献１】特開平０１−２５９３２０号公報
【特許文献２】特許第３９６５７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＩＴＯに割れ、はがれ、シワ、表示ムラなどの不具合が発生しないカラーフィルタ、及びそれを用いた液晶表示装置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】
【０００９】
本発明の請求項１に係る発明は、透明基板上に、黒色色材を樹脂に分散させたブラックマトリックスのパターン、該ブラックマトリックスの開口部に設けられた複数の着色画素層、透明樹脂から成るオーバーコート層、透明導電極層をこの順で積層して成るカラーフィルタ基板において、前記ブラックマトリックスのパターンと前記着色画素の重畳部分の上に積層されたオーバーコート層の厚みｄと、透明基板上に直接、着色画素が形成された部分の上に積層されたオーバーコート層の厚みＤの比、ｄ／Ｄが０．７１以上１．０未満であることを特徴とするカラーフィルタ基板である。なお、オーバーコート層の厚みは、１．０〜１．５μmの範囲にあることが適当であるが、この厚み範囲に限定するものでない。
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記ブラックマトリックスのパターンと前記着色画素の重畳部分の最大高さＨと、透明基板上に直接、着色画素が形成された部分の高さｈの差、Ｈ−ｈが０．５３μm以下であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ基板である。
【００１０】
次に、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載されたカラーフィルタ基板を用いたことを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１１】
透明電極層とカラ−画素層との間にオーバーコート層が設けられたカラーフィルタ基板において、従来のクラックやしわ等の不具合の発生は、オーバーコート層の厚み方向の収縮が影響している。本発明のカラーフィルタ基板では、ブラックマトリックスのパターンと着色画素の重畳部分の上に積層されたオーバーコート層の厚みｄと、透明基板上に直接、着色画素が形成された部分の上に積層されたオーバーコート層の厚みＤの比を大きくすることで、平坦性が向上するだけでなく、オーバーコート層の収縮の差が小さくなり、ＩＴＯに起因するムラやクラックの発生が抑制される。すなわち、ｄ／Ｄが０．７１以上１．０未満とすることが好適である。
【００１２】
また、本発明では、ブラックマトリックスのパターンと着色画素の重畳部分の最大高さＨと、透明基板上に直接、着色画素が形成された部分の高さｈの差、いわゆるツノ高さＨ−ｈが０．５３μｍ以下であることで、通常１〜１．５μｍの厚みで適用されるオーバーコート層に対して、良好な塗布性能を示す平坦性が得られ、導電性及び生産性に影響するＩＴＯの通常の膜厚みでムラやクラックの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明のカラーフィルタを適用することで、大型の多面付け基板に形成したカラーフィルタを用いて、その後ＩＴＯ層上に配向膜を形成し、ガラス基板のカラー層を形成していない面に偏光板を貼合した後、液晶表示装置のパネルに組み込むことで、大型基板の中央部及びコーナー部から取り出される各多面付けのパネル同士でも導電性等にバラツキが少なく、表示欠陥のない良好な画像を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のカラーフィルタ基板の一実施形態での製造方法および構成例について以下に説明する。図１は本発明のカラーフィルタ基板の構成を説明する拡大部分断面模式図である。
【００１５】
本発明のカラーフィルタ基板にもちいる透明基板５としては、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどの透明な基板が用いられる。通常、この基板上に黒色顔料が分散された樹脂などからなる有機系ブラックマトリックス４を形成する。
【００１６】
次ぎに積層される着色画素３としては通常、フォトリソ法により形成される染色膜、顔料分散膜などが用いられるが、耐熱性、耐光性などの点から有機顔料の分散膜が好ましい。
【００１７】
ここで着色画素を形成する際、着色画素がブラックマトリックスのパターンに乗り上げた重畳部分はツノ状の突起となる。
【００１８】
このようにして作製されたカラーフィルタ上に、熱硬化性または光硬化性のアクリル系樹脂、またはポリイミド系樹脂組成物を塗布した後、熱または紫外線照射により硬化させ、オーバーコート層２を形成する。
【００１９】
オーバーコート層は最表面がおおよそ平坦になるように、ドライフィルムのような半固形状のフィルムではなく、流動性を持った液体で均一な塗布量で塗布されるので、塗布液が高い重畳部分から流れることで、通常ブラックマトリクスを下地として含む重畳部分のオーバーコート層の厚みと、着色画素の上のみ（以下、画素開口部と略称する）のオーバーコート層の厚みでは、これら厚みに差が生じる。
【００２０】
次に、オーバーコート層上にスパッタリング法等の手法にてＩＴＯ１を形成する。本発明では、ＩＴＯを、カラーフィルタ上に９０℃以下の基板温度でスパッタリングにより形成し、その後２２０〜２４０℃の温度範囲でアニール処理することで、より安定した透明導電膜を形成することができる。
【００２１】
このようにして作製されるカラーフィルタ基板において、重畳部分のオーバーコート層の厚みｄと画素開口部のオーバーコート層の厚みＤの差が大きいと、それぞれの部位における熱膨張に伴うオーバーコート層の厚みの変動幅の差が大きくなるため、オーバーコート層に接して形成されているＩＴＯにムラやクラックなどの欠陥が生じ、結果としてこれら欠陥によるＩＴＯの抵抗値の変化で液晶表示装置での表示ムラが出やすくなる。
【００２２】
ここで、前述したように、重畳部分のオーバーコート層の厚みｄと画素開口部のオーバーコート層の厚みＤとの比ｄ／Ｄを０．７１以上にすることによりＩＴＯのムラやクラックの発生を防止することができる。なおｄ／Ｄはオーバーコート層の前述した適用方法から１．０未満となる。さらに、画素開口部の着色層のみの高さｈと、ブラックマトリクスに乗り上げた重畳部の高さＨの差（合計膜厚の差）を、最も大きな差でも０．５３μｍ以下にすることにより、より効果的にＩＴＯのムラ、およびクラックなどの欠陥発生を防止することができる。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。
【００２４】
＜実施例１＞
まず、縦９２０ｍｍ、横７３０ｍｍ、厚み０．７ｍｍのガラス基板５上にフォトリソ工程により厚み１μｍのブラックマトリクスパターン４を形成した。その後、この基板にアクリル樹脂と顔料を混錬して成るＲ、Ｇ、Ｂ３色のカラーレジストにて、フォトリソ工程によりＲ、Ｇ、Ｂの画素パターン３を形成した。各色層の厚みは１．０〜１．３μｍであった。
【００２５】
次に、着色画素の全体を研磨することにより当該着色画素の画素間の重畳部も合わせて研磨し、重畳部の高さを低くした。この工程後のカラー層における基板１００枚での各着色画素の重畳部の高さ、すなわち、平均ツノ高さは表１に示すとおりである。
【００２６】
【表１】
2009205069.tif 000003
次に、着色画素の全体に、熱硬化性アクリル系透明樹脂からなるオーバーコート塗液をスリットコーティング方式により塗布し、乾燥後オーブン中で２３０℃３０分間加熱、硬膜することにより、オーバーコート層２とした。
【００２７】
このオーバーコート層の画素開口部３１上の厚み、重畳部３２上の厚み、および両者の比は表２に示すとおりである。
【００２８】
【表２】
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次に、上記オーバーコート層上にスパッタリング法にて約７０℃の基板温度でスパッタリングにより厚み１７０ｎｍのＩＴＯ１を形成した後、２３０℃で６０分間アニール処理を行うことによりＩＴＯを結晶化させた。
【００２９】
このようにして得られたカラーフィルタ基板の断面模式図を図２に示す。ここで、ＩＴＯにムラが発生した枚数は基板１００枚中３枚であり、（重畳部オーバーコート層厚み）ｄ／（画素開口部オーバーコート層厚み）Ｄを０．７１以上とすることによりムラ発生率を３%と低く抑えることができた。
【００３０】
＜実施例２＞
図４に断面構成の概略を示すように、実施例１にて作製したカラーフィルタ２２のＩＴＯ１３上に配向膜１６を形成し、また、向かい合わせるように、液晶を駆動する薄膜トランジスタからなるアレイを形成した基板（ＴＦＴ基板）１２を張合わせ、さらに液晶８を封入して液晶表示装置とした。ＴＦＴ基板には配向処理した配向膜２４を形成してあり、また、液晶に接していない外側の面に偏光板１７，２７を貼合せしてある。ＴＦＴ基板側からバックライト９をあて、当該液晶表示装置で画像を表示したところ、ＩＴＯのムラおよびクラックが発生した部分で表示欠陥が発生した。その発生率はパネル換算で１%以下に抑制することができた。
【００３１】
＜比較例１＞
着色画素の全体での研磨時間を短くした以外は実施例と同じ材料、プロセスにて製造したカラーフィルタ基板についての結果を、各着色画素の重畳部の高さ、すなわち、平均ツノ高さは表３に、オーバーコート層の画素開口部上の厚みと重畳部上の厚み、および両者の比は表４に示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
【表４】
2009205069.tif 000006
比較例１において得られたカラーフィルタ基板の断面模式図を図３に示す。比較例１において、ＩＴＯにムラが発生した頻度は基板１００枚中５０枚であり、発生率は５０％であった。着色画素の内、Ｒｅｄ（赤）のＢｌｕｅ（青）側およびＢｌｕｅのＲｅｄ側、ＲｅｄのＧｒｅｅｎ（緑）側およびＧｒｅｅｎのＲｅｄ側において、（重畳部の厚み）ｄ／（画素開口部の厚み）Ｄが０．７１より小さく、ＩＴＯ層の不具合の発生率が高くなった。
【００３４】
＜比較例２＞
実施例２と同様にして、比較例１にて作製したカラーフィルタのＩＴＯ上に配向膜を形成し、また、向かい合わせるように、液晶を駆動する薄膜トランジスタからなるアレイを形成した基板（ＴＦＴ基板）を張合わせ、さらに液晶を封入して液晶表示装置とした。ＴＦＴ基板には配向処理した配向膜を形成してあり、また、液晶に接していない外側の面に偏光板を貼合せしてある。当該液晶表示装置で画像を表示したところ、ITOにムラおよびクラックが生じていた部分で、容易に視認できるスジ状の画像欠陥がパネル換算で約１５％という高率で発生した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のカラーフィルタ基板の構成を説明する拡大部分断面模式図。
【図２】本発明の実施例に係るカラーフィルタ基板の断面形状を示す模式図。
【図３】本発明の比較例に係るカラーフィルタ基板の断面形状を示す模式図。
【図４】本発明のカラーフィルタ基板を組み込んだ液晶表示装置の断面構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００３６】
１，１３，２３・・・ＩＴＯ（透明電極層）      ２・・・オーバーコート層
３・・・着色画素層（Ｒ，Ｇ，Ｂ）
３１・・・画素開口部      ３２・・・ブラックマトリックス／着色画素重畳部
４・・・ブラックマトリックス
５、１５、２５・・・透明（ガラス）基板      ８・・・液晶
９・・・バックライト      １２・・・ＴＦＴ基板      ２２・・・カラーフィルタ
１４，２４・・・配向膜      １７，２７・・・偏光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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