JP2001147314A

JP2001147314A - カラーフィルタ

Info

Publication number: JP2001147314A
Application number: JP32794299A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Kirimoto; 高代志桐本; Manabu Kawasaki; 学川崎; Satoko Obara; 聡子小原
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示素子用カラーフィルタであって、カラ
ーフィルタおよび液晶表示素子を製造する際にホットプ
レート、基板搬送用チャックなどとの剥離帯電、また、
スピンコート、エアーナイフでの塗布、液切り時の摩擦
帯電などにより発生する静電気に起因する歩留まりと表
示品位の低下を引き起こすことを少なくするカラーフィ
ルタを提供すること。【解決手段】透明基板上に、少なくともブラックマトリ
クス層、ブラックマトリクスの開口部及びブラックマト
リクス上の一部に３原色のそれぞれの着色層を設けたカ
ラーフィルタにおいて、該カラーフィルタの非表示領域
にブラックマトリクスを具備することを特徴とするカラ
ーフィルタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００７】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に使
用されるカラーフィルタの製造方法に関する。

【０００８】

【従来の技術】一般にカラーフィルタは、透明基板上に
形成された赤、緑、青の３原色の着色層を一絵素として
多数の絵素から構成されている。そして、各着色層間に
は、表示コントラストを高めるために遮光層（画面上で
は、一般に黒色に見えることから、ブラックマトリクス
と称されている）が設けられている。従来のカラーフィ
ルタのブラックマトリクスは金属薄膜、あるいは遮光剤
により着色された樹脂を表示領域にパターニングするこ
とにより形成される。また、カラーフィルタ基板の着色
層上の表示領域に電極として透明導電膜が形成される。

【０００９】従来の液晶表示素子はこのようなカラーフ
ィルタと他の透明基板を貼り合わせ、これら２枚の基板
の間隙に液晶を捻った状態に配向させる構成であった。
他の透明基板としては薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形
成する場合、薄膜ダイオードを形成する場合、透明電極
をストライプ状に形成し、カラーフィルタ側に形成され
たストライプ状の透明電極とマトリックスを形成する場
合などがあった。

【００１０】これらの方式の液晶表示素子では、カラー
フィルタの表面凹凸に起因して、配向不良が発生し、光
漏れ、残像などの表示不良を引き起こす場合がある。ま
た、液晶の駆動電圧の低下に伴い、カラーフィルタ表面
に残存する顔料不純物の影響を受けて表示不良を引き起
こす場合もある。

【００１１】近年、これら表示不良への対策として、表
面平坦性向上及び微少な不純物から液晶分子を守る保護
層の形成を目的として、着色層上に透明なオーバーコー
ト層を設けた後に透明電極を形成する場合が多くなって
きた。

【００１２】また、従来の液晶表示素子は正面から見た
場合には良好な表示特性を示すものの、斜めから見たと
きに著しくコントラストが低下するという欠点があっ
た。この欠点を解決するために、近年、インプレイン・
スイッチング（ＩＰＳ）方式の液晶表示素子が開発され
た。この方式の液晶表示素子は２枚の透明基板間で液晶
が平行に配向しており、従来とは異なり、透明基板に平
行方向に印加される電場によりスイッチングする。この
ため、カラーフィルタの液晶と接する側の表面には透明
電極は形成されていない。また、横方向に印加される電
場の方向を乱さないために、遮光層の材料としてはＣｒ
などの金属薄膜ではなく、黒色顔料などの遮光剤を分散
させた樹脂を用いることが多い。このＩＰＳ方式におい
ても表面平坦性向上及び微少な不純物から液晶分子を守
る保護層の形成を目的として着色層上に透明なオーバー
コート層を形成する場合が多い。

【００１３】これらのカラーフィルタおよび液晶表示素
子を製造する際には、熱硬化するためのホットプレー
ト、基板搬送のチャックなどとの剥離帯電、また、スピ
ンコート、エアーナイフでの塗布、液切り時の摩擦帯電
などにより静電気を発生させる。

【００１４】また、これらの液晶表示素子を形成する際
にはどの方式でも液晶分子を配向させることが必要であ
る。通常は液晶表示素子を形成する２枚の基板の表面に
ポリイミド樹脂からなる薄膜を形成し、その上をレーヨ
ンやコットンなどの立毛布で一方向に擦るというラビン
グ処理を施すことで液晶を一方向に配向させる。このラ
ビング工程では摩擦帯電により静電気を発生させる。

【００１５】これらの静電気は放電、パーティクル引き
つけ等による点欠陥を生じたり、配向膜傷つけによる配
向不良、ＣＦ表面電位ムラによるスペーサ密度のバラツ
キなどにより、液晶表示素子製造工程における歩留まり
低下、表示不良等の問題となった。特に表層がオーバー
コート層の時には静電気の発生が大きいため、もしくは
発生した静電気が逃げにくいため、基板にオーバーコー
ト膜を設けている場合にはこの静電気の影響を受け易く
なる。

【００１６】この問題を解決するためにプロセスとして
は除電装置を付けるなどの工程の改善を行ってきたが、
静電気を発生させた後に除電させるため、その影響を完
全に排除することは出来なかった。

【００１７】また、カラーフィルタとしては非表示部に
も透明導電膜を形成し、静電気を除去する方法がある。
この場合、カラーフィルタ基板全面に透明導電膜を成膜
するのが望ましいが、液晶表示素子のシール部外側に透
明導電膜を形成すると腐食による信頼性の低下やパネル
の構成によっては表示領域の周辺部に導電膜が存在する
ことにより、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板間の電気
的な短絡やシール部分に不良を引き起こし、品質異常や
歩留まり低下の原因となる。

【００１８】一方、表示領域と非表示領域との間に間隔
を設ける場合、表示領域の導電膜と非表示領域の導電膜
との間隔が狭すぎるとマスク成膜が困難となり、パター
ンエッジがぼけたり、基板表面を傷つける等の不具合を
発生させる。また、パターンの位置ずれにより、シール
材、配向膜、導電膜の層構成が好ましくない状態を作る
ため、歩留まりの低下と共に、マスク設計が難しくなり
コストアップの要因となる。さらに、ＩＰＳ等の透明導
電膜を最上層に形成しないカラーフィルタにおいては、
透明導電膜を形成する工程が増えるため、歩留まり低
下、コストアップの要因となる。

【００１９】更に、ブラックマトリクス層、着色層を設
けていない透明基板裏側に導電層を形成し、静電気を除
去する方法がある。この場合、導電膜を新たに形成する
ための工程の増加によるコストアップ、透明基板裏側の
導電層と搬送ロール等との接触による傷つき、汚れが発
生し、収率低下の要因となる。

【００２０】透明保護膜層があるカラーフィルターの非
表示領域に設けられたブラックマトリックス層は、最表
層でなく透明保護膜層の下に配置される。しかしなが
ら、透明保護膜層下にブラックマトリックス層が配置さ
れた構成であっても、液晶表示素子製造工程で十分な除
電効果があることが本発明者らの検討で明らかになっ
た。

【００２１】液晶表示素子の表示領域の周縁には額縁と
呼ばれる遮光部分が設けられ、２枚の基板を貼り合わせ
ているシール部分近傍や液晶駆動用配線のみで液晶配向
が制御されていない部分を覆い隠している。通常、この
額縁はブラックマトリックス層で形成される。シール
は、ブラックマトリックスによる額縁の上に配置され
る。ブッラックマトリクスが樹脂に遮光材を分散させて
なる場合、液晶表示装置を構成する２枚の基板を引き剥
がしたとき、シール材とブラックマトリックス層との間
で剥離せずに、ブラックマトリックス層と基板との間
で、剥離が生じることがある。これは、ブラックマトリ
ックス層と基板との接着力がシール剤とブラックマトリ
ックス層との接着力よりも低いことが原因である。特開
平１０−３２５９５１号公報では、対策として、シール
下の額縁にスリットを入れて、シール剤と基板がブラッ
クマトリクス層を介さずに接着している部分を設けてい
る。近年、ブッラクマトリクスの密着性の改善が進み、
ブッラクマトリクスのスリットをより狭くもしくは入れ
る必要がなくなった。ブラックマトリクス密着性の改善
には、例えば、ブッラクマトリクスの樹脂量を増やす、
もしくは、遮光性の高い遮光材を使用するなどがある。
この場合、ブラックマトリクスの抵抗値が高くなり、ブ
ッラックマトリクスを表示領域外に配置し、静電気対策
効果を見出すには、適切な抵抗値が必要であることを見
出した。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、カラーフィルタおよび液晶表示素子を製造する際の
工程における剥離帯電、摩擦帯電などで発生する静電気
に起因する歩留まりの低下を少なくするカラーフィルタ
を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下の構成からなる。

【００２４】（１）透明基板上の表示領域にブラックマ
トリクス層と３原色の着色層を設けたカラーフィルタに
おいて、該カラーフィルタの非表示領域にブラックマト
リクス層を具備するとともに、該非表示領域に設けられ
たブラックマトリクス層の体積抵抗率が１×１０⁹Ωｃ
ｍ以下であることを特徴とするカラーフィルタ。

【００２５】（２）表示領域ブラックマトリクス額縁か
ら非表示領域２０ｍｍ以内に設けられたブラックマトリ
クス層間の間隙が５ｍｍ以下であることを特徴とする
（１）に記載のカラーフィルタ。

【００２６】（３）非表示領域に設けられたブラックマ
トリクス層と透明基板端部との間隙が５ｍｍ以下である
ことを特徴とする（１）に記載のカラーフィルタ。

【００２７】（４）着色層上に透明保護膜が形成されて
いることを特徴とする（１）〜（３）のいづれかに記載
のカラーフィルタ。

【００２８】（５）ブラックマトリクス層が樹脂に遮光
材を分散させてなるものであることを特徴とする（１）
〜（４）のいづれかに記載のカラーフィルタ。

【００２９】

【発明の実施の形態】カラーフィルタおよび液晶表示素
子を製造する際の、乾燥、熱硬化するためのホットプレ
ート、基板搬送のチャックなどとの剥離帯電、また、ス
ピンコート、エアーナイフでの塗布、液切り、ラビング
工程でのカラーフィルタをラビング処理する時の摩擦帯
電などにより、静電気を発生させ、カラーフィルタ基板
が帯電し、後の工程でこれらが放電することで、画素の
欠損、配向膜の傷つけ、異物の付着などを引き起こし、
液晶表示不良、収率低下の原因になっていたが、本発明
者らは、鋭意研究の結果、これらの不良を引き起こす静
電気の発生は特に乾燥、熱硬化するためのホットプレー
ト、基板搬送用チャックなどとの剥離帯電、スピンコー
ト、エアーナイフでの塗布、液切り、ラビング工程での
カラーフィルタラビング処理時の摩擦帯電で強く発生す
ることを見出し、この非表示領域にブラックマトリクス
層を設けることで静電気の発生を低減でき、工程で発生
する静電気に起因するカラーフィルタおよび液晶表示素
子の歩留まり低下及び表示品位の低下を防ぐことができ
ることを見出し本発明を完成した。

【００３０】本発明の液晶表示素子用カラーフィルタ
は、透明基板上にブラックマトリクス層と３原色の着色
層を設けたものである。

【００３１】本発明に用いられる透明基板としては、特
に限定されるものではなく、石英ガラス、ホウケイ酸ガ
ラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートし
たソーダライムガラス等の無機ガラス類、有機プラスチ
ックのフィルム又はシート等が好ましく用いられる。

【００３２】ブラックマトリクス層としてはＣｒ、Ａ
ｌ、Ｎｉ、ジルコニウムおよびこれら金属酸化物の薄
膜、遮光剤を樹脂中に分散させてなる薄膜のいずれを用
いても良い。また、広視野角特性の点から注目されてい
るＩＰＳ方式のＬＣＤ用としては、その表示特性を良好
にするために、ブラックマトリクス層として遮光剤を分
散させた樹脂薄膜の方が好ましく用いられている。

【００３３】ブラックマトリクス層に用いられる樹脂と
しては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリ
ル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ
イミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性又は
非感光の材料が好ましく用いられる。ブラックマトリク
ス層用樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹脂よりも高
い耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、ブラックマト
リクス形成後の工程で使用される有機溶剤に耐性を持つ
樹脂が好ましいことから、ポリイミド系樹脂が特に好ま
しく用いられる。

【００３４】ブラックマトリクス用遮光剤としては、カ
ーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄等の金属酸化物
粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色の顔料
の混合物等を用いることができる。この中でも、特にカ
ーボンブラック、酸化チタンは遮光性が優れており、特
に好ましい。主としてカーボンブラックは茶系統、酸化
チタンは青系統の色調を呈するので、補色の顔料を混合
させて無彩色にするのが好ましい。

【００３５】ブラックマトリクス用の樹脂は特に制限は
なく、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアル
コール樹脂、ポリエステル樹脂などが可能である。

【００３６】樹脂ブラックマトリクスの製法としては、
黒色ペーストを透明基板上に塗布、乾燥した後に、パタ
ーニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法として
は、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイ
コーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に
用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて
加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使
用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通
常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好まし
い。

【００３７】黒色ペースト被膜は感光性または非感光性
の樹脂を用いたペーストを使用し、上記手法により形成
される。樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上に
ポジ型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹
脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸
素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応
じて、ポジ型フォトレジスト又は酸素遮断膜を除去し、
加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前駆体か
らポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干
異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱する
のが一般的である。以上のプロセスにより、透明基板上
にブラックマトリクスが形成される。

【００３８】樹脂ブラックマトリクスの膜厚は、好まし
くは０．５〜１．５μｍ、より好ましくは０．８〜１．
３μｍである。この膜厚が０．５μｍよりも薄い場合に
は遮光性が不十分になることからも好ましくない。一
方、膜厚が１．５μｍよりも厚い場合には、遮光性は確
保できるものの、カラーフィルタの平坦性が犠牲になり
易く、段差が生じやすいので好ましくない。画素内段差
が生じた場合、カラーフィルタ上部に透明電極や液晶配
向膜を形成されても段差はほとんど軽減されず、液晶配
向膜のラビングによる配向処理が不均一になったり、セ
ルギャップにばらつきが生じたりして、液晶表示素子の
表示品位が低下する。このような場合には画素内段差を
小さくするためには、着色層上に透明保護膜を設けるこ
とが有効である。

【００３９】また、樹脂ブラックマトリクスの遮光性は
ＯＤ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、液晶
表示装置の表示品位を向上させるためには、ＯＤ値は好
ましくは２．０以上であり、より好ましくは３．０以上
である。また、樹脂ブラックマトリクスの膜厚の好適な
範囲を前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定
められるべきである。

【００４０】樹脂ブラックマトリクスの反射率は、反射
光による影響を低減し、液晶表示素子の表示品位を向上
させるために、４００〜７００ｎｍの可視領域で視感度
補正された反射率（Ｙ値）で４％以下が好ましく、より
好ましくは２％以下である。

【００４１】樹脂ブラックマトリクス間には通常（２０
〜２００）μｍ×（２０〜３００）μｍの開口部が設け
られるが、この開口部を少なくとも被覆するように３原
色のそれぞれの着色層が複数配列される。すなわち、１
つの開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により被
覆され、各色の着色層が複数配列される。

【００４２】カラーフィルタを構成する着色層は、少な
くとも３原色の色彩を含む。すなわち、加色法によりカ
ラー表示を行う場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の３原色が選ばれ、原色法によりカラー表示を行う場合
は、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の
３原色が選ばれる。一般には、これら３原色を含んだ要
素を１単位としてカラー表示の絵素とすることができ
る。着色層には、着色剤により着色された樹脂が用いら
れる。

【００４３】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さ
らには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤等の種々
の添加剤を添加してもよい。有機顔料としては、フタロ
シアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリドン
系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が好適
に用いられる。

【００４４】着色剤に用いられる樹脂としては、エポキ
シ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等
の感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられ、着色
剤をこれらの樹脂中に分散あるいは溶解させて着色する
ことが好ましい。感光性の樹脂としては、光分解型樹
脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂等のタイプがあり、特
にエチレン不飽和結合を有するモノマ、オリゴマ又はポ
リマと紫外線によりラジカルを発生する開始剤とを含む
感光性組成物、感光性ポリアミック酸組成物等が好適に
用いられる。非感光性の樹脂としては、上記の各種ポリ
マ等で現像処理が可能なものが好ましく用いられるが、
透明導電膜の成膜工程や液晶表示素子の製造工程でかか
る熱に耐えられる様な耐熱性を有する樹脂が好ましく、
また、液晶表示素子の製造工程で使用される有機溶剤へ
の耐性を持つ樹脂が好ましいことから、ポリイミド系樹
脂が特に好ましく用いられる。ここで、好ましいポリイ
ミド樹脂としては、上記した樹脂ブラックマトリクスの
材料として好ましく用いられるポリイミド樹脂を挙げる
ことができる。

【００４５】着色層を形成する方法としては、樹脂ブラ
ックマトリクスを形成した基板上に塗布、乾燥した後
に、パターニングを行う。着色ペーストを塗布する方
法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー
法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法など
が好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレート
を用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条
件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異な
るが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが
好ましい。

【００４６】この様にして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジスト又は酸素遮断膜を除去し、加
熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂により
異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合に
は、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃
で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセ
スにより、ブラックマトリクスを形成した基板上にパタ
ーニングされた着色層が形成される。

【００４７】上記のようにブラックマトリクスを形成し
た基板上に第１色目の着色層を全面にわたって形成した
後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により除去
し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成する。こ
の場合、ブラックマトリクスの開口部を少なくとも被覆
する部分と、ブラックマトリクス上の一部に着色層を残
す部分とが形成される。第２色目及び第３色目も同様な
操作を繰り返して着色層を形成する。

【００４８】３原色の膜厚は特に限定されないが、好ま
しくは１層当たり０．９〜３μｍ、より好ましくは１．
６〜２．４μｍである。着色層の厚さが０．９μｍ未満
の場合、ブラックマトリクスのパターンエッジ上でのカ
ラーフィルタ表面の傾斜角が大きくなり、配向不良を引
き起こし易い。一方、膜厚が３μｍを越えると着色層の
均一塗布が難しくなる。

【００４９】着色層の上には必要に応じて透明保護膜を
形成できる。透明保護膜に用いられる樹脂としては、エ
ポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリ
エステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系
樹脂、ゼラチン等が好ましく用いられるが、透明性導電
膜の成膜工程や液晶表示素子の製造工程でかかる熱に耐
えられるような耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、
液晶表示素子の製造装置で使用される有機溶剤への耐性
を持つ樹脂が好ましいことから、ポリイミド系樹脂やア
クリル系樹脂が好ましく用いられる。

【００５０】透明保護膜を塗布する方法としては、黒色
ペースト、着色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロ
ールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワ
イヤーバーによる方法などが好適に用いられ、この後、
オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥を行う。こ
のとき、レベリング性向上を目的として、必要に応じて
真空乾燥、予備加熱乾燥（セミキュア）を行ってもよ
い。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト
塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０
分加熱することが好ましい。また、加熱乾燥時のキュア
条件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系
樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常
２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的であ
る。

【００５１】本発明の透明保護膜の膜厚は０．０５〜
３．０μｍが望ましい。画素内段差を小さくする点から
は厚い方が効果的であるが、均一塗布が難しくなる。ま
た、ブラックマトリクス層、着色層の膜厚の組み合わせ
より好適に選べる。

【００５２】着色層もしくは透明保護膜の上には必要に
応じて透明導電膜を形成できる。導電膜の材料としては
特に制限は無いが、透明性に優れた材料が好ましく用い
られ、特に好ましくはＩＴＯが用いられる。

【００５３】成膜方法にも特に制限はなく、真空蒸着
法、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＥＢ法、導電性微粒子をポ
リイミドなどの樹脂に分散させた材料を黒色ペースト、
着色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコータ
ー法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバー
により塗布、加熱処理する方法などが好適に用いられ
る。

【００５４】導電膜をパターン化する方法にも特に制限
は無い。全面に導電膜を形成した後にフォトレジストを
塗布後、露光、現像、エッチングし、不要箇所の導電膜
を除去するフォトリソ法、あらかじめ導電膜の不要部分
にのみ樹脂を塗布した後に全面成膜し、これを除去する
リフトオフ法、メタルマスクを用いて不要部分をマスキ
ングしてスパッタ成膜するマスクスパッタ法などが用い
られる。この中では生産のコストが有利であることから
マスクスパッタ法が広く用いられている。

【００５５】本発明の目的にはカラーフィルタ非表示領
域全面に連続でブラックマトリクスを形成し、静電気を
防止することが好ましいが、表示領域ブラックマトリク
ス額縁から非表示領域２０ｍｍ以内においては、静電気
による画素部への影響が顕著となり、静電気防止がより
必要となる。透明保護膜が形成されていない場合では、
ＴＦＴ基板とカラーフィルタ間の電気的な短絡による不
良や周辺のマークとの干渉を引き起こすことがあり、こ
の場合には、ブラックマトリクス間および／又はブラッ
クマトリクスと基板端部との間に間隙を設ける。電荷の
移動による除電、中和を行うためには、ブラックマトリ
クス間および／又はブラックマトリクスと基板端部との
関隙は５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは２ｍｍ以
下である。

【００５６】例えば、液晶表示素子において、基板端部
にブラックマトリクスが形成されていると、ＴＦＴ基板
の外部接続端子取り出し部とカラーフィルタ基板との電
気的な短絡等の不良を引き起こすことがある。この場
合、非表示領域に設けられたブラックマトリクスと基板
割断ラインとの間に間隙を設けることが望ましい構成で
あるが、ブラックマトリクス間の間隙が５ｍｍより大き
くなると工程の剥離帯電、摩擦帯電による静電気が発生
し易くなる。

【００５７】本発明においては、ブラックマトリクスが
静電気に対して効果が発現するためには、体積抵抗率は
１×１０⁹Ωｃｍ以下とするものであり、より好ましく
は１×１０⁴Ωｃｍ以下とするものである。体積抵抗率
が１×１０⁹Ωｃｍより大きくなると、ブッラックマト
リックス間および／又はブラックマトリクスと基板端部
との電荷の移動による除電、中和が困難となり、除電効
果が見られなくなる。

【００５８】次に、上記カラーフィルタについて図を用
いて説明する。

【００５９】図１は本発明のカラーフィルタの構成の一
例を示したものであり、カラーフィルタ表面からの模式
図である。図２は本発明のカラーフィルタの構成の一例
を示した断面図が模式的に示されている。本発明におけ
る表示領域は図１中の１、２で示され、１はブラックマ
トリクスの開口部領域、２はブラックマトリクスの額
縁、３が非表示領域のブラックマトリクス、４がブラッ
クマトリクス間の間隙、５がブラックマトリクスと基板
端部との間隙である。図２中、１１は透明基板、１、２
は表示領域ブラックマトリクス、１２は着色層例えば
（Ｂ）、１３は着色層例えば（Ｇ）、１４は着色層例え
ば（Ｒ）、１５は透明保護膜、１６は透明導電性膜、１
７は配向膜である。

【００６０】カラーフィルタ及びＴＦＴ基板の表面には
液晶配向膜が設けられ、ラビング等による配向処理が施
される。配向処理後にカラーフィルタ及びＴＦＴ基板を
貼り合わせシールする。シール部に設けられた注入孔か
ら液晶を注入した後に、注入孔を封止する。偏光板を基
板の外側に貼り合わせた後にＩＣドライバーなどを実装
することにより液晶表示素子が完成する。

【００６１】

【実施例】以下、好ましい実施例に基づいて本発明をさ
らに詳しく説明するが、下記実施例によって本発明の効
力は何ら制限されるものではない。

【００６２】［実施例１］（樹脂ブラックマトリクスの作成）３，３′，４，４′
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４、４′−ジ
アミノジフェニルエーテル、及び、ビス（３−アミノプ
ロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２−
ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体
（ポリアミック酸）溶液を得た。

【００６３】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザ−を用いて、７０００ｒｐｍで３
０分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペースト
を調整した。

【００６４】［カーボンブラックミルベース］カーボンブラック（ＭＡ１００、三菱化成（株）製）：
４．６部ポリイミド前駆体溶液：２４．０部Ｎ−メチル−２−ピロリドン：６１．４部ガラスビーズ：９０．０部。

【００６５】ガラス基板（コーニング製、１７３７材）
に上記ブラックペーストをカーテンフローコーターで塗
布し、ホットプレートで１３０℃、１０分間乾燥し、黒
色の樹脂塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプ
レー社製、ＳＲＣ−１００）をリバースロールコーター
で塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイク
し、超高圧水銀灯を用いて１００ｍｊ／ｃｍ²紫外線照
射してマスク露光した後、２．２５％のテトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、フォトレジス
トの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パター
ンを形成、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥離
し、ホットプレートで３００℃、１０分間加熱すること
でイミド化させ、ブラックマトリクス層を形成した。ブ
ラックマトリクスは基板端部から２ｍｍ、基板割断ライ
ン部で２ｍｍ間隙を設けた。

【００６６】ブラックマトリクス層の膜厚を測定したと
ころ、１．１５μｍであった。

【００６７】ブラックマトリクス層のＯＤ値をマクベス
製のマクベス光学濃度計ＴＤ−９０４で測定したとこ
ろ、ＯＤ値は３．５であった。

【００６８】ブラックマトリクス層の反射率を大塚電子
製の顕微分光光度計ＭＣＰＤ−２０００で、リファレン
スをＢＫ−７のガラスにて測定したところ、１．５％で
あった。（体積抵抗率：４端子測定法による測定）上記作成のブ
ラックマトリクスを適当なサイズに切り出し、三菱油化
製Ｌｏｒｅｓｔａにより体積抵抗率を測定した。ブラッ
クマトリクス層の体積抵抗率は１×１０²Ωｃｍであっ
た。（着色層の作成）次に、赤、緑、青の顔料として各々Ｃ
ｏｌｏｒｉｎｄｅｘＮｏ．６５３００Ｐｉｇｍｅ
ｎｔＲｅｄ１７７で示されるジアントラキノン系顔
料、ＣｏｌｏｒｉｎｄｅｘＮｏ．７４２６５Ｐｉ
ｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ３６で示されるフタロシアニ
ングリーン系顔料、ＣｏｌｏｒｉｎｄｅｘＮｏ．７
４１６０ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５−４で示さ
れるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ポリイミ
ド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、
緑、青の３種類の着色ペーストを得た。

【００６９】つぎに、樹脂ブラックマトリクス基板上に
赤ペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプ
レートで１３０℃、１０分乾燥、赤色の樹脂塗膜を形成
した。この後、ポジ型フォトレジスト（シプレー社製、
ＳＲＣー１００）をリバースロールコータで塗布、ホッ
トプレートで１００℃、５分間プリベイクし、超高圧水
銀灯を用いて１００ｍｊ／ｃｍ²紫外線照射してマスク
露光した後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹
脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成、メ
チルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプ
レートで３００℃、１０分加熱することでイミド化さ
せ、赤色着色層を形成した。マスクのパターンはアイラ
ンドパターンであり形成された赤色着色層パターンもア
イランドパターンであった。赤色着色層のブラックマト
リクス開口部における膜厚を測定したところ１．６μｍ
であった。

【００７０】水洗後同様にして、樹脂ブラックマトリク
ス上に赤色着色層を形成した基板に緑ペーストを塗布、
パターン加工し、緑色着色層を形成した。緑色着色層の
ブラックマトリクス開口部での膜厚を測定したところ
１．６５μｍであった。

【００７１】さらに水洗後同様にして樹脂ブラックマト
リクス層上に赤、緑の着色層を形成した基板上に青ペー
ストを塗布、パターン加工し、青色着色層を形成した。
青色着色層のブラックマトリクス開口部における膜厚を
測定したところ１．６μｍであった。（透明保護膜の作成）この後、ポリアミック酸のＮ−メ
チル−２ピロリドン／ブチルセロソルブ溶液をスピンコ
ーターで、仕上がり膜厚が１．０μｍになるように塗布
し、ホットプレートで２８０℃、１０分加熱してオーバ
ーコート層を形成した。（導電膜の作成）更に、オーバーコート層の上に金属マ
スクを付け、スパッタリング法によりＩＴＯを表示領域
のみにマスク製膜した。このとき、膜厚は１５ｎｍで、
表面抵抗が１５Ω／□であった。（カラー液晶表示素子の作成）カラーフィルタ基板を中
性洗剤で洗浄した後、ポリイミド樹脂からなる配向膜を
印刷法により塗布し、ホットプレートで２００℃、１０
分間焼成した。膜厚は７０ｎｍであった。この後、カラ
ーフィルタをラビング処理し、シール剤をディスペンス
法によりブラックマトリクス上に塗布、ホットプレート
で９０℃、１０分間焼成した。

【００７２】一方、コーニング製ガラス基板１７３７材
にＴＦＴアレイを形成した基板も同様に洗浄した後、配
向膜を塗布、焼成する。その後、スペーサーを散布し、
前記カラーフィルター基板と重ね合わせ、オーブン中で
加圧しながら１６０℃で９０分間焼成、樹脂を硬化し、
個々のパネルに割断する。このパネルを１５０℃、１０
^-3ｔｏｒｒで真空アニールした後、一度窒素雰囲気下で
常圧に戻し、再度真空雰囲気において液晶注入した。液
晶注入はパネルをチャンバーに入れて室温で１０^-3torr
まで減圧した後、液晶注入孔を液晶槽に漬け、窒素を用
いて常圧に戻して行った。液晶注入後、ＵＶ硬化樹脂を
用いて液晶注入孔を封孔した。このパネルをＮＩ転移点
以上の温度に加熱して液晶を再配向させた。

【００７３】次に、偏光板をパネルの２枚のガラス基板
に貼り付け、オートクレーブ中で温度５０℃、圧力５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の条件で処理して、パネルを完成させた。

【００７４】このパネルのセルギャップを大塚電子製セ
ルギャップ測定装置ＲＥＴＳ−３０００にて測定した
が、全面均一なセルギャップが得られた。

【００７５】このパネルを大塚電子製パネル点灯装置Ｌ
ＣＤ−７０００により点灯し観察した結果、表示ムラは
見られず、良好な表示特性を示した。

【００７６】［比較例１］図３に示すように、表示領域
にのみブラックマトリクスを設けた以外は全て実施例１
と同じ様にしてカラーフィルタを作製した。このカラー
フィルタを用いて、実施例１と同じ様にして液晶表示素
子を作成しパネル点灯装置で点灯し、観察した結果、周
辺ギャップムラおよびパネル上辺部にムラが発生した。
このパネルのセルギャップを測定すると、周辺額縁部近
傍のセルギャップが０．２〜０．３μｍ広くなってお
り、パネルを解体、観察すると、周辺部のスペーサ密度
が高くなっていた。また、解体し、パネル上辺部カラー
フィルタを観察すると、カラーフィルター表面に傷が付
いていた。

【００７７】［実施例２］実施例１において透明保護膜
を形成しない他は全て同様にしてカラーフィルタを作製
し、さらに液晶表示素子を作成した。このパネルをパネ
ル点灯装置により点灯し観察した結果、表示ムラ、静電
気不良共に見られず、良好な表示特性を示した。

【００７８】［実施例３］実施例１においてブラックマ
トリクスをＣｒＯｘにて形成した他は全て同様にしてカ
ラーフィルタを作製し、さらに液晶表示素子を作成し
た。このパネルをパネル点灯装置により点灯し観察した
結果、表示ムラ、静電気不良共に見られず、良好な表示
特性を示した。

【００７９】［実施例４］図４に示すように実施例１に
おいてブラックマトリクス層と透明基板端間の距離２ｍ
ｍを除いて全面にブラックマトリクスを形成し、さらに
透明保護膜の上にＩＴＯを形成しなかった他は全て同様
にしてカラーフィルタを作製した。このカラーフィルタ
を用いて液晶表示素子の厚さに対して横方向に電圧が印
加されるＴＦＴアレイ基板と実施例１と同様の方法で貼
り合わせ、ＩＰＳ方式の液晶表示素子を作製した。この
パネルをパネル点灯装置により点灯し観察した結果、表
示ムラ、静電気不良共に見られず、良好な表示特性を示
した。

【００８０】［実施例５］実施例４においてブラックマ
トリクス層と透明基板端間の距離を５ｍｍとした他は全
て同様にしてカラーフィルタを作製し、さらに液晶表示
素子を作製した。このパネルをパネル点灯装置により点
灯し観察した結果、表示ムラ、静電気不良共に見られ
ず、良好な表示特性を示した。本パネルのセルギャップ
を測定した結果ＣＦ全体のギャップのバラツキが大きく
なっていた。パネルを解体し、カラーフィルタを観察し
た結果、全体にスペーサ密度のバラツキが見られた。

【００８１】［比較例２］実施例４においてブラックマ
トリクス層と透明基板端間の距離を７ｍｍとした他は全
て同様にしてカラーフィルタを作製したが、カラーフィ
ルタ製造工程での異物付着による不良が２％増加した。
さらに、このカラーフィルタを用いて液晶表示素子を作
製した。このパネルをパネル点灯装置により点灯し、観
察した結果、ＣＦ全面にギャップムラが発生した。この
パネルのセルギャップを測定すると、全体にスペーサの
粗密がみられた。

【００８２】［比較例３］実施例１において非表示領域
のブラックマトリクスと基板割断ラインとの間の距離を
７ｍｍとした他は全て同様にしてカラーフィルタを作製
し、さらに液晶表示素子を作製した。このパネルをパネ
ル点灯装置により点灯し観察した結果、比較例１と同様
に周辺ギャップムラ、パネル上辺部ムラが発生した。

【００８３】［実施例６］実施例１においてブラックマ
トリクスのカーボンブラックの量を減らし、ブラックマ
トリクス層の体積抵抗率が１×１０⁴Ωｃｍとした他は
全く同様にしてカラーフィルタを作製し、さらに液晶表
示装置を作製した。このパネルをパネル点灯素子により
点灯し観察した結果、表示ムラ、静電気不良共に見られ
ず、良好な表示特性を示した。

【００８４】［実施例７］実施例１においてブラックマ
トリクスのカーボンブラックの量を減らし、ブラックマ
トリクス層の体積抵抗率が１×１０⁹Ωｃｍとした他は
全く同様にしてカラーフィルタを作製し、さらに液晶表
示装置を作製した。このパネルをパネル点灯素子により
点灯し観察した結果、表示ムラ、静電気不良共に見られ
ず、良好な表示特性を示した。本パネルのセルギャップ
を測定した結果、周辺部のギャップが０．０５〜０．１
μｍ広くなっていた。パネルを解体し、カラーフィルタ
を観察した結果、周辺部のスペーサ密度がわずかに多く
なっていたが、パネル上辺部に傷は見られなかった。

【００８５】［比較例４］実施例１においてブラックマ
トリクスのカーボンブラックの量を減らし、ブラックマ
トリクス層の体積抵抗率が１×１０¹⁰Ωｃｍとした他は
全く同様にしてカラーフィルタを作製し、さらに液晶表
示素子を作製した。

【００８６】このパネルをパネル点灯装置により点灯し
観察した結果、比較例１と同様に周辺ギャップムラ、パ
ネル上辺部ムラが発生した。

【００８７】

【発明の効果】カラーフィルタの非表示領域にブラック
マトリクスを設けてカラーフィルタおよび液晶表示装置
を製造した場合、従来、ホットプレート、基板搬送用チ
ャックなどとの剥離帯電、また、スピンコート、エアー
ナイフでの塗布、液切り、ラビング処理時の摩擦帯電な
どにより発生する静電気を抑制することが出来る。これ
により、工程での摩擦帯電、剥離帯電、基板間の放電に
より引き起こしていた不良、パーティクル引きつけ等に
よる点欠陥、配向膜の傷つき、の発生を低減することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るカラーフィルタの構成の一例を示
す模式表面図である。

【図２】本発明に係るカラーフィルタの構成の一例を示
す模式断面図である。

【図３】本発明の比較例において作成したカラーフィル
タの模式表面図である。

【図４】本発明の実施例において作成したカラーフィル
タの模式表面図である。

【符号の説明】

１：液晶表示素子の表示領域２：表示領域のブラックマトリクス額縁３：非表示領域ブラックマトリクス４：ブラックマトリクス間の間隙５：ブラックマトリクスと基板端部との間隙１１：透明基板（ガラス基板）１２：着色層（Ｒ）１３：着色層（Ｇ）１４：着色層（Ｂ）１５：透明保護膜１６：透明導電膜１７：配向膜

フロントページの続きＦターム(参考） 2H025 AA19 AB13 AC01 AD03 BE01 CB25 CC12 DA04 FA29 2H048 BA02 BA11 BA15 BA16 BA20 BA28 BA29 BA30 BA54 BB02 BB14 BB15 BB28 BB37 BB44 2H091 FA02Y FA35Y FB02 FB04 FB13 FC10 FD04 FD05 GA02 GA07 GA16 LA07 LA18

Claims

【特許請求の範囲】〔発明の詳細な説明〕【０００１】

【請求項１】透明基板上の表示領域にブラックマトリク
ス層と３原色の着色層を設けたカラーフィルタにおい
て、該カラーフィルタの非表示領域にブラックマトリク
ス層を具備するとともに、該非表示領域に設けられたブ
ラックマトリクス層の体積抵抗率が１×１０⁹Ωｃｍ以
下であることを特徴とするカラーフィルタ。【０００２】
【請求項２】表示領域ブラックマトリクス額縁から非表
示領域２０ｍｍ以内に設けられたブラックマトリクス層
間の間隙が５ｍｍ以下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。【０００３】
【請求項３】非表示領域に設けられたブラックマトリク
ス層と透明基板端部との間隙が５ｍｍ以下であることを
特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。【０００４】
【請求項４】着色層上に透明保護膜が形成されているこ
とを特徴とする請求項１〜３のいづれかに記載のカラー
フィルタ。【０００５】
【請求項５】ブラックマトリクス層が樹脂に遮光材を分
散させてなるものであることを特徴とする請求項１〜４
のいづれかに記載のカラーフィルタ。【０００６】