JPH09203807A

JPH09203807A - カラーフィルターおよびカラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH09203807A
Application number: JP1285896A
Authority: JP
Inventors: Masatake Kitayama; 雅丈北山; Satoshi Kajiki; 聡加治木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】表面平滑性が著しく向上したカラーフィルター
を提供する。【解決手段】ガラス基板２上に複数個の開口８が配列さ
れてなる厚み（ａ）０．５〜１．８μｍの遮光膜９を遮
光性樹脂により被着形成し、開口８に厚み（ｂ）０．８
〜２．０μｍの光透過性着色樹脂からなる着色膜１０を
設けて、この着色膜１０の周辺部を開口８の周囲付近に
位置する遮光膜領域上に配して重なり部１２となすとと
もに、その重なり部１２の段差高（ｃ）を着色膜１０の
厚み（ｂ）に対して０．２０〜０．９０倍に設定し、上
記遮光膜９および着色膜１０上に平滑化膜１３を被覆せ
しめたカラーフィルター７。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面平滑性を高めた
カラーフィルターおよびこのカラーフィルターを用いた
カラー液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表示装置に使用されるカラーフィルター
は、ガラスやプラスチックの透明基板上に微小寸法の着
色画素を所定のピッチで規則的にマトリックス配列もし
くはストライプ状に配列したものであって、この着色画
素は赤、緑、青の各原色や、あるいはイエロー、マゼン
タ、シアンの各補色を呈している。そして、これら各着
色画素は染色法、顔料分散法、電着法、印刷法などによ
り作製している。そのうちの顔料分散法は、赤、緑、青
の顔料を含有する感光性着色樹脂を透明基板上に塗布
し、フォトリソグラフィー技術で微細な着色画素を配列
形成するという技術である。

【０００３】また、各着色画素の間に遮光膜を設けるこ
とによって、色純度およびコントラストを向上させる技
術もある。すなわち、あらかじめ透明基板上にクロム、
酸化クロム、ニッケル、アルミニウムなどからなる遮光
性の金属膜を被着させ、次いでこの金属膜をフォトエッ
チングすることで、遮光膜をパターン形成し、しかる後
にアライメントしながら各着色画素を設けるという技術
である。

【０００４】そして、上記カラーフィルターをカラー液
晶表示装置に使用する場合には、上記遮光膜と着色画素
とにわたって、さらに平滑化膜を被覆し、これによっ
て、その表面平滑性を高めて、液晶セル内のギャップム
ラを低減させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】遮光膜がパターン形
成された透明基板上に、アライメントしながら着色画素
を設ける場合に、遮光膜の一部に重ね合わせるようにし
て着色画素を設け、これによって遮光膜と着色画素との
隙間で光が透過しないようにしているが、その反面、そ
の重なり部に段差ができ、この段差に起因して上記平滑
化膜の表面平滑性が損なわれると考えられていた。そこ
で、遮光性に優れた金属膜を用いて、この遮光膜の膜厚
を薄くすることで、上記段差が小さくしていた。

【０００６】しかしながら、上記方法によれば、隣接す
る着色画素の間には凹みがあって、その凹み内にある遮
光膜を薄くしているので、凹み自体がさらに深くなり、
これによって平滑化膜には各凹みに対応した顕著な窪み
ができた。

【０００７】この問題点を図８のカラーフィルター１で
もって示すと、２はガラス基板、３は遮光性の金属膜、
４は着色画素（図中のＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれ赤、緑、青
の各原色をあらわす）、５は平滑化膜であり、かかる構
成のカラーフィルター１においては、各着色画素４間の
凹み４ａに対応して、平滑化膜５の表面に窪み６ができ
ていた。

【０００８】以上のとおり、金属の遮光膜３を使用し、
その膜厚を小さくした場合には、深くなった凹み４ａに
起因する窪み６が、平滑化膜５の表面に生じており、い
まだ根本的な解決には到らなかった。

【０００９】そこで、本発明者は上記事情に鑑みて鋭意
研究を重ねた結果、薄い金属膜を遮光膜として使用する
のではなく、反対に膜厚が著しく大きな樹脂層を遮光膜
として使用し、樹脂着色画素をその遮光膜の一部に重ね
合わせるようにして設けた場合、この重なり部に大きな
段差ができ、その段差によって平滑化膜に突起ができ易
くなるが、半面、この突起に対して前記着色画素間の凹
みに起因する平滑化膜上の窪みがきわめて近接するの
で、このように並ぶ凹凸状態に対して、さらに遮光膜の
厚みと着色膜の厚み、ならびに重なり部の段差高の着色
膜の厚みとの比率をある所定の範囲に設定すると、平滑
化膜の表面平滑性が顕著に向上することを知見した。

【００１０】したがって、本発明は叙上の如き予想外の
知見により完成されたものであり、その目的は表面平滑
性に優れたカラーフィルターを提供することにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は表面平滑性に優
れたカラーフィルターを使用して液晶セル内のギャップ
ムラがない高性能なカラー液晶表示装置を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
ーは、透明基板上に複数個の開口が配列されてなる厚み
０．５〜１．８μｍの遮光膜を遮光性樹脂により被着形
成し、上記開口に厚み０．８〜２．０μｍの光透過性着
色樹脂からなる着色膜を設けて、この着色膜の周辺部を
開口の周囲付近に位置する遮光膜領域上に配して重なり
部となすとともに、その重なり部の段差高を着色膜の厚
みに対して０．２０〜０．９０倍に設定し、これら遮光
膜および着色膜上に平滑化膜を被覆せしめたことを特徴
する。

【００１３】本発明のカラー液晶表示装置は、上記本発
明のカラーフィルター上にストライプ状の透明電極と配
向膜とを順次形成してなる一方部材と、透明基板上にス
トライプ状の透明電極と配向膜とを順次形成してなる他
方部材とを液晶層を介して貼り合わせたことを特徴す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】カラーフィルター図１は本発明のカラーフィルター７の断面図、図２はそ
の要部拡大断面図である。前記透明基板としてのガラス
基板２上に複数個の開口８がライン状もしくはマトリッ
クス状に配列されてなる遮光膜９をたとえばカーボンブ
ラックを含有する遮光性樹脂により被着形成し、さらに
各開口８に光透過性着色樹脂からなる着色膜１０を設け
て、これによって隣接する着色膜１０の間には凹み１１
ができ、この着色膜１０の周辺部は遮光膜９上に配して
重なり部１２となしている。そして、遮光膜９と着色膜
１０との上にアクリル系樹脂やシリカなどからなる平滑
化膜１３を被覆している。また、遮光膜９の厚みａを
０．５〜１．８μｍの範囲に、さらに着色膜１０の厚み
ｂを０．８〜２．０μｍの範囲にする。

【００１５】そして、本発明においては、重なり部１２
の段差高ｃを着色膜１０の厚みｂに対して０．２０〜
０．９０倍に設定することが特徴である。画素ピッチ、
重なり部１２の幅、平滑化膜１３の膜厚や物性ならびに
その形成方法および条件にもよるが、この比率ｃ／ｂが
０．２０倍未満の場合には凹み１１によって平滑化膜１
３に窪みが生じやすくなり、その比率ｃ／ｂが０．９０
倍を越える場合には重なり部１２によって平滑化膜１３
に突起が生じやすくなる。

【００１６】かくして上記構成のカラーフィルター７に
おいては、遮光膜９および着色膜１０の各厚みａ、ｂを
所定の範囲内に設定するとともに、重なり部１２の段差
高ｃと着色膜１０の厚みｂとの比率ｃ／ｂを０．２０〜
０．９０にすることで、平滑化膜１３の表面に窪みや突
起ができなくできる。

【００１７】カラーフィルターの製法本発明に係る製法は、遮光膜９の形成法と、その後の着
色膜１０の形成法との２種類の形成法とを組み合わせる
ことで、本発明のカラーフィルター７が得られる。

【００１８】遮光膜９の形成法にはフォトリソ法、印刷
法があり、着色膜１０の形成法には顔料分散法、染色
法、印刷法があり、両者の形成法を個々任意に組み合わ
せることによって幾とおりもの製法があり、下記に代表
的な組合せ（ｉ）〜（ｖ）を示す。

【００１９】（ｉ）遮光膜９：フォトリソ法．．．．着色膜１０：顔料分散法（ｉｉ）遮光膜９：印刷法．．．．．．．着色膜１０：顔料分散法（ｉｉｉ）遮光膜９：フォトリソ法．．．．着色膜１０：染色法（ｉｖ）遮光膜９：印刷法．．．．．．．着色膜１０：染色法（ｖ）遮光膜９：印刷法．．．．．．．着色膜１０：印刷法そこで、（ｉ）の製法を図３〜図７の断面図でもって詳
述すると、順次下記（１）〜（５）の各工程からなる。

【００２０】〔工程（１）〕図３に示すとおり、ガラス
基板２上にカーボンブラックを含有する遮光性の感光性
樹脂１４を塗布する。この塗布は印刷やスピンコートで
おこなう。

【００２１】〔工程（２）〕図４に示すとおり、上記感
光性樹脂１４をフォトエッチングすることによってガラ
ス基板２上に複数個の開口８が配列されてなる遮光膜９
を設ける。この開口８はマトリックス状もしくはストラ
イプ状に配列されている。

【００２２】〔工程（３）〕図５に示すとおり、ガラス
基板２上にたとえば赤の顔料を分散させた光透過性着色
樹脂膜１５を印刷やスピンコートで塗布形成する。

【００２３】〔工程（４）〕上記光透過性着色樹脂膜１
５に対してマスクを介して露光し、次いで現像するとい
うフォトエッチング工程でもって、図６に示すとおり、
一部の開口８に赤の顔料を分散させたＲ表示の着色膜１
０を形成する。その形成に当たっては、図１に示すとお
り、着色膜１０の周辺部を遮光膜９上に配し、これによ
って重なり部１２を設ける。

【００２４】そして、上記のように赤の着色膜１０
（Ｒ）を設けたのと同様に、ガラス基板２上に緑の顔料
を分散させた光透過性着色樹脂膜を塗布形成し、次いで
フォトエッチング工程でもって、図７に示すようなＧで
表示した着色膜１０を形成する。続けて、ガラス基板２
上に青の顔料を分散させた光透過性着色樹脂膜１４を塗
布形成し、フォトエッチング工程でもって、図７に示す
ようなＢで表示した着色膜１０を形成する。同様に青の
着色膜１０（Ｇ）を形成すると、Ｒ、Ｇ、Ｂ３原色の着
色膜１０が配列され、そして、各着色膜１０の間（遮光
膜９上）には凹み１１ができる。

【００２５】〔工程（５）〕そして、着色膜１０および
遮光膜９（凹み１１）にわたってアクリル系樹脂やシリ
カなどからなる平滑化膜９を被覆すると、図１に示すよ
うな構成となる。この平滑化膜９はスピンナーなどの塗
布装置により形成する。

【００２６】かくして上記工程順によって赤の画素
（Ｒ）と緑の画素（Ｇ）と青の画素（Ｂ）とが交互に繰
り返し配列された表面平滑性に優れたカラーフィルター
が得られる。

【００２７】カラー液晶表示装置図９にＳＴＮ型単純マトリックスタイプの本発明カラー
液晶表示装置１６を説明する。同図は要部拡大断面図で
あって、ガラス基板１７上には、多数平行に配列したＩ
ＴＯからなる透明電極１８と、ＳｉＯ₂からなる平滑膜
１９と、一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からな
る配向膜２０とを順次形成し、これによって前記他方部
材となす。

【００２８】また、前記一方部材については、ガラス基
板２１（前記ガラス基板２に対応）上には、画素ごとに
配した多数個の着色膜２２（前記着色膜１０に対応）と
遮光膜２３（前記遮光膜パターン９に対応）を配してい
る。そして、アクリル系樹脂からなる平滑化膜２４（前
記平滑化膜１３に対応）と、多数平行に配列したＩＴＯ
からなる透明電極２５とを形成している。この透明電極
２５は上記透明電極１８と直交している。そして、透明
電極２５上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂か
らなる配向膜２６を形成している。

【００２９】そして、一方部材と他方部材との間に液晶
２７（たとえば２５０°の角度でツイストされたカイラ
ルネマチック液晶）を封入し、さらにスペーサ２８を多
数個配するとともに、透明電極１８、２５を相互に直交
するように配列されるように貼り合わせる。

【００３０】さらにまた上記構成に対して、ポリカーボ
ネイトからなる位相差フィルム２９、３０とヨウ素系の
偏光子３１、３２とを設けている。

【００３１】かくして上記カラー液晶表示装置１６にお
いては、表面平滑性に優れたカラーフィルターを用いて
いるので、液晶２２の厚みが一定となり、しかも、透明
電極２５の導電性が良好となってクロストークの発生が
低減し、これによって良好な表示画面が得られる。

【００３２】

【実施例】

（例１）前記実施形態の工程（１）〜工程（４）にした
がって、赤の画素（Ｒ）と緑の画素（Ｇ）と青の画素
（Ｂ）とが交互に繰り返し配列され、平滑化膜１３が被
覆されていないカラーフィルターを作製した。このカラ
ーフィルターについて、図１６でもって各構成要素の寸
法を表す。

【００３３】同図の平滑化膜１３が被覆されていないカ
ラーフィルター３３において、ｄは各画素の幅、ｅは遮
光膜９の幅、ｆは重なり部１２の幅、ｇは凹み１１の幅
である。

【００３４】本例のカラーフィルター３３によれば、画
素幅ｄは１００μｍ、遮光膜９の幅ｅは２０μｍ、重な
り部１２の幅ｆは５μｍ、凹み１１の幅ｇは１０μｍで
あって、さらに遮光膜９の厚みａは０．９８μｍ、着色
膜１０の厚みｂは１．２５μｍ、重なり部７の段差高ｃ
は０．５４μｍにすることで、ｃ／ｂを０．４３に設定
した。

【００３５】そして、上記カラーフィルター３３の表面
性状を触針式表面形状測定機でもって測定したところ、
図１０に示すような結果が得られた。同図によれば、横
軸は触針の移動方向であり、単位はμｍである。縦軸は
Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素の膜厚であって、単位はＫÅ（キロ
オングストローム）である。

【００３６】次いでアクリル系樹脂からなる平滑化膜１
３を厚み２．２１μｍで塗布したカラーフィルター７に
ついても、その表面性状を触針式表面形状測定機でもっ
て測定したところ、図１１に示すような結果が得られ
た。同図によれば、横軸は触針の移動方向であり、単位
はμｍである。縦軸は平滑化膜１３を含めたＲ、Ｇ、Ｂ
各画素の膜厚であって、単位はＫÅである。

【００３７】かくして本例によれば、平滑化膜１３を塗
布する前のカラーフィルター３３であれば、凹凸が顕著
にあらわれる性状であったが、平滑化膜１３を設けたカ
ラーフィルター７においては、表面平滑性が著しく向上
し、ほぼ平坦な表面形状が得られた。

【００３８】（例２）（例１）のカラーフィルター３３
を作製するに当たって、下記のように要件を設定し、そ
の他を同じにして、同様に平滑化膜１３を塗布する前の
カラーフィルターを作製した。

【００３９】本例によれば、画素幅ｄは１００μｍ、遮
光膜９の幅ｅは２０μｍ、重なり部１２の幅ｆは５μ
ｍ、凹み１１の幅ｇは１０μｍであって、さらに遮光膜
９の厚みａは０．６０μｍ、着色膜１０の厚みｂは１．
８４μｍ、重なり部７の段差高ｃは０．３５μｍにする
ことで、ｃ／ｂを０．１９に設定した。

【００４０】そして、上記カラーフィルターの表面性状
は図１２に示すとおりであり、次いでアクリル系樹脂か
らなる平滑化膜１３を厚み２．１７μｍで塗布したカラ
ーフィルターの表面性状は図１３に示すような結果が得
られた。

【００４１】かくして本例によれば、平滑化膜１３を設
けたカラーフィルターにおいて、平滑化膜１３に窪みが
確認された。

【００４２】（例３）本例においては、（例１）のカラ
ーフィルター３３を作製するに当たって、カーボンブラ
ックを含有する遮光性の感光性樹脂１４を使用すること
に代えて、クロム金属を遮光膜として使用して図８に相
当する従来のカラーフィルター１を作製した。

【００４３】本例によれば、画素幅ｄは１００μｍ、遮
光膜３の幅ｅは２０μｍ、重なり部１２の幅ｆは５μ
ｍ、凹み１１の幅ｇは１０μｍであって、さらに遮光膜
３の厚みａは０．１０μｍ、着色膜４の厚みｂは０．９
４μｍ、重なり部の段差高ｃは０．１０μｍにすること
で、ｃ／ｂを０．１１に設定した。

【００４４】そして、上記カラーフィルターの表面性状
は図１４に示すとおりであり、次いでアクリル系樹脂か
らなる平滑化膜５を厚み２．２０μｍで塗布したカラー
フィルターの表面性状は図１５に示すような結果が得ら
れた。

【００４５】かくして本例によれば、平滑化膜５を設け
たカラーフィルターにおいて、平滑化膜５に窪みが確認
された。

【００４６】（例４）（例１）のカラーフィルターを作
製するに当たって、下記のように要件を設定し、その他
を同じにして、同様に平滑化膜１３を塗布したカラーフ
ィルターを作製した。

【００４７】本例によれば、画素幅ｄは８０μｍ、遮光
膜９の幅ｅは１０μｍ、重なり部１２の幅ｆは２μｍ、
凹み１１の幅ｇは６μｍであって、さらに遮光膜９の厚
みａは０．９０μｍ、着色膜１０の厚みｂは１．３５μ
ｍ、重なり部７の段差高ｃは０．３５μｍにすること
で、ｃ／ｂを０．２６に設定し、また、アクリル系樹脂
からなる平滑化膜１３を厚み２．２１μｍで塗布した。

【００４８】かくして得られたカラーフィルターによれ
ば、平滑化膜１３に窪みや突起がなく、表面平滑性が著
しく向上し、ほぼ平坦な表面形状が得られた。

【００４９】（例５）（例１）のカラーフィルターを作
製するに当たって、下記のように要件を設定し、その他
を同じにして、同様に平滑化膜１３を塗布したカラーフ
ィルターを作製した。

【００５０】本例によれば、画素幅ｄは１００μｍ、遮
光膜９の幅ｅは５０μｍ、重なり部１２の幅ｆは１０μ
ｍ、凹み１１の幅ｇは３０μｍであって、さらに遮光膜
９の厚みａは０．９０μｍ、着色膜１０の厚みｂは１．
１５μｍ、重なり部７の段差高ｃは０．８５μｍにする
ことで、ｃ／ｂを０．７４に設定し、また、アクリル系
樹脂からなる平滑化膜１３を厚み２．１８μｍで塗布し
た。

【００５１】かくして得られたカラーフィルターによれ
ば、平滑化膜１３に窪みや突起がなく、表面平滑性が著
しく向上し、ほぼ平坦な表面形状が得られた。

【００５２】（例６）（例１）のカラーフィルターを作
製するに当たって、下記のように要件を設定し、その他
を同じにして、同様に平滑化膜１３を塗布したカラーフ
ィルターを作製した。

【００５３】本例によれば、画素幅ｄは１００μｍ、遮
光膜９の幅ｅは５０μｍ、重なり部１２の幅ｆは１０μ
ｍ、凹み１１の幅ｇは３０μｍであって、さらに遮光膜
９の厚みａは１．１０μｍ、着色膜１０の厚みｂは１．
２６μｍ、重なり部７の段差高ｃは１．１５μｍにする
ことで、ｃ／ｂを０．９１に設定し、また、アクリル系
樹脂からなる平滑化膜１３を厚み２．１７μｍで塗布し
た。

【００５４】かくして得られたカラーフィルターによれ
ば、平滑化膜１３に突起が認められた。

【００５５】（例７）（例１）のカラーフィルターを作
製するに当たって、アクリル系樹脂からなる平滑化膜１
３を被覆することに代えて、シリカからなる平滑化膜１
３を被覆し、そのほかを同じ構成にしたカラーフィルタ
ーを作製し、そのカラーフィルターの表面性状を触針式
表面形状測定機でもって測定したところ、平滑化膜１３
を形成する前であれば、凹凸が顕著にあらわれる性状で
あったが、平滑化膜１３を設けることで表面平滑性が著
しく向上し、ほぼ平坦な表面形状が得られた。

【００５６】なお、本発明は上記実施例に限られず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等は
何ら差し支えない。たとえば、実施例においてはカラー
フィルターが３種類であるが、それ以外に２種類または
４種類もしくはそれ以上であってもよい。また、イエロ
ー、マゼンタ、シアンの各補色を使用しても同様な効果
が得られる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、膜厚が
著しく大きな樹脂層を遮光膜として使用し、その樹脂着
色画素を遮光膜の一部に重ね合わせるようにして設ける
と、平滑化膜の表面平滑性が顕著に向上するので、これ
によって窪みや突起のない表面平滑性に優れたカラーフ
ィルターが提供できる。

【００５８】また、本発明のカラー液晶表示装置によれ
ば、表面平滑性に優れたカラーフィルターを使用してい
るので、液晶セル内のギャップムラがなくなり、しか
も、透明電極の導電性が良好となってクロストークの発
生が低減し、これによって良好な表示画面が得られ、そ
の結果、高性能かつ高信頼性のカラー液晶表示装置が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの断面図である。

【図２】本発明のカラーフィルターの要部拡大断面図で
ある。

【図３】本発明のカラーフィルターの製作工程を示す断
面図である。

【図４】本発明のカラーフィルターの製作工程を示す断
面図である。

【図５】本発明のカラーフィルターの製作工程を示す断
面図である。

【図６】本発明のカラーフィルターの製作工程を示す断
面図である。

【図７】本発明のカラーフィルターの製作工程を示す断
面図である。

【図８】従来のカラーフィルターの断面図である。

【図９】本発明のカラー液晶表示装置の要部断面図であ
る。

【図１０】本発明のカラーフィルターの表面性状を示す
線図である。

【図１１】本発明のカラーフィルターの表面性状を示す
線図である。

【図１２】比較例のカラーフィルターの表面性状を示す
線図である。

【図１３】比較例のカラーフィルターの表面性状を示す
線図である。

【図１４】従来のカラーフィルターの表面性状を示す線
図である。

【図１５】従来のカラーフィルターの表面性状を示す線
図である。

【図１６】実施例のカラーフィルターの要部拡大断面図
である。

【符号の説明】

１、７カラーフィルター２ガラス基板３、９遮光膜４着色画素５平滑化膜８開口１０着色膜１２重なり部ａ遮光膜の厚みｂ着色膜の厚みｃ段差高Ｒ赤の画素Ｇ緑の画素Ｂ青の画素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に複数個の開口が配列されて
なる厚み０．５〜１．８μｍの遮光膜を遮光性樹脂によ
り被着形成し、上記開口に厚み０．８〜２．０μｍの光
透過性着色樹脂からなる着色膜を設けて、この着色膜の
周辺部を開口の周囲付近に位置する遮光膜領域上に配し
て重なり部となすとともに、その重なり部の段差高を着
色膜の厚みに対して０．２０〜０．９０倍に設定し、上
記遮光膜および着色膜上に平滑化膜を被覆せしめたこと
を特徴するカラーフィルター。
【請求項２】請求項１のカラーフィルター上にストラ
イプ状の透明電極と配向膜とを順次形成してなる一方部
材と、透明基板上にストライプ状の透明電極と配向膜と
を順次形成してなる他方部材とを液晶層を介して貼り合
わせたカラー液晶表示装置。