JP2014149348A

JP2014149348A - ４色カラーフィルタの製造方法

Info

Publication number: JP2014149348A
Application number: JP2013016929A
Authority: JP
Inventors: Junichi Shiraishi; 淳一白石
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-21

Abstract

【課題】４色カラーフィルタにおいて、工程を削減するために、Ｗｈｉｔｅ画素４Ｗの形成工程を省き、ＯＣ層５によりＷｈｉｔｅ画素４Ｗ部を代用する時の問題となる、Ｗｈｉｔｅ画素４Ｗ部に発生するＯＣ窪み７をなくし、ＯＣ窪み部分での液晶の配向不良を防ぎ、コントラスト低下を防ぐ。
【解決手段】４色カラーフィルタにおいて、Ｗ画素４Ｗの形成に、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部を形成する時に行われるレジストをパターニングする工程を行わず、画素４上に設けられるＯＣ層５により、Ｗ画素４Ｗを形成する。ＯＣ層５を硬化するための、光照射時に、ハーフトーンマスク２を使用し、Ｗ画素４ＷとなるＯＣ層５の硬化のため露光量を多くし、しかる後現像を行うことにより、現像後のＷｈｉｔｅ画素部となるＯＣ層の膜減りの膜厚を少なくし、Ｗｈｉｔｅ画素部上のＯＣ層とＲ、Ｇ、Ｂ画素部上のＯＣ層との段差を０．５μｍ以下に押さえた。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー表示を行う表示装置に用いられるカラーフィルタに関し、特に光効率が改善された高輝度カラーフィルタに関する。

現在、カラー表示が可能な液晶表示装置（カラー液晶表示装置）が広く利用されている。カラー液晶表示装置では、画素（ドット）に対応してカラーフィルタが設けられており、典型的には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光の三原色に対応するカラーフィルタが画素に対応して、所定のパターンで配列されている。Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの画素（ドット）が１つのピクセルを構成し、各ピクセルはカラー表示を行うことができる。

液晶パネルではＲＧＢ３色カラーフィルタが一般的だが、光効率が低いため、高品質化、高輝度化のために、ＲＧＢのほかに４色目としてＷ（Ｗｈｉｔｅ）を加えたカラーフィルタが提案されている（特許文献１）。

Ｗ画素は、他の着色画素に比べて光の利用効率が高いので、Ｗ画素加えて画像を表示すると、表示輝度が向上する。白表示専用の単位画素に、白表示用のカラーフィルタを配置したものである。

３原色のカラーフィルタを配置した単位画素部分（３つの単位画素）の輝度は、１×（１／４）×（２／３）＝１／６また、白色表示専用の単位画素の輝度は、白色のカラーフィルタの透過率も３原色と同様の２／３とすると、１×（１／４）×（２／３）＝１／６となり、１画素全体の輝度は、１／６＋１／６＝１／３となり前記従来技術の２／９と比べ、輝度が５０％以上向上できる（特許文献２）。

その際、通常は４色目の開口部に透過率の高い、透明レジストでパターニングをしてＲＧＢとの段差をなくし平坦性を確保したり、ＲＧＢ画素上にＯＣ（オーバーコート）を塗布し、平坦性を更に上げ、コントラストを向上させている。

図３は、Ｗｈｉｔｅ画素として、透明レジストでパターニングをしてＲＧＢとの段差をなくした４色カラーフィルタの断面を示している。また、図２に示す様に４色カラーフィルタとしてＯＣ層を持つ、ＲＧＢＷ画素プラスＯＣ層の構造をとった場合、５回のレジスト塗布を行わなければならなくなり、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、Ｗ画素、ＯＣ層と５回のレジスト塗布が必要となるため、一般的なカラーフィルタ製法と比べて工程数が多くなってしまう。

よって、工程削減の方法として、ＯＣ工程もしくはＷｈｉｔｅ工程を削除することが考えられるが、外観上は問題ないが、削減することにより平坦性の観点で問題が生じてしまう。ＯＣ工程を削除した場合、図３に示す様に、ブラックマトリックスとＲＧＢとのオーバーラップ部分に生じる角段差が大きく画素開口の外周部分に液晶配向不良がおき、コントラスト低下が生じてしまう。

一方、Ｗｈｉｔｅを削除した場合、ＲＧＢの角段差はＯＣによって平坦化されるが、図４に示す様にＷｈｉｔｅ部分でＯＣに窪みができてしまう。

特開２００６−２５９１３５号公報特開平１１−２９５７１７号公報

Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部に、Ｗｈｉｔｅ画素部を加えた４色カラーフィルタにおいて、工程を削減するために、Ｗｈｉｔｅ画素の形成工程を省き、ＯＣ層によりＷｈｉｔｅ画素部を代用する時の問題となる、Ｗｈｉｔｅ画素部に発生するＯＣ窪みをなくし、ＯＣ窪み部分での液晶の配向不良を防ぎ、コントラスト低下のない４色カラーフィルタの製造方法を提供する。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部に、Ｗｈｉｔｅ画素部を加えた４色カラーフィルタを形成時、前記Ｗｈｉｔｅ画素部の形成に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部を形成する時に行われるレジストをパターニングする工程を行わず、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部上に設けられるＯＣ層により、Ｗｈｉｔｅ画素部を形成する４色カラーフィルタの製造方法であって、
前記ＯＣ層を硬化するための、光照射時に、ハーフトーンマスクを使用し、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部上のＯＣ層を硬化するための露光量に対して、Ｗｈｉｔｅ画素部となるＯＣ層を硬化するため露光量を多くし、しかる後現像を行うことにより、現像後のＷｈｉｔｅ画素部となるＯＣ層の膜減りの膜厚を少なくし、前記Ｗｈｉｔｅ画素部上のＯＣ層と前記Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部上のＯＣ層との段差を０．５μｍ以下に押さえたことを特徴とする４色カラーフィルタの製造方法である。

また、請求項２に記載の発明は、前記ＯＣ層に、アクリル、エポキシ系の光硬化型樹脂を用いることを特徴とする請求項１に記載の４色カラーフィルタの製造方法である。

本発明により、４色カラーフィルタの製造において工程の削減を可能とし、工程を削減する時に問題となるＷｈｉｔｅ画素部分にて生じるＯＣ窪みを平坦化し、オーバーコートとＷｈｉｔｅ画素部分の形成を一体化でき、画素開口の外周部分に液晶配向不良やコントラストの低下のない、工程削減による費用削減、収率の向上が可能な４色カラーフィルタの製造方法を提供できる。

本願発明の、ハーフトーンマスクを用いた４色カラーフィルタの製造方法を示した概念図である。一般的なＯＣ層を設けた４色カラーフィルタの構成を示した断面概念図である。一般的なＯＣ層を設けていない４色カラーフィルタの構成を示した断面概念図である。Ｗｈｉｔｅ画素のパターニングする工程を行わず、さらにハーフトーンマスクも用いずに、ＯＣ層を設けた４色カラーフィルタの断面示した概念図である。本願発明の実施例に用いたカラー画素とＷｈｉｔｅ画素の構成を示した概念図である。ハーフトーンマスクを用いることで、膜厚段差を低減することが可能であることを示した膜厚段差−露光量特性曲線である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。カラーフィルタは電極が形成された基板上に、顔料が分散された感光性樹脂を塗布し、パターン露光後、現
像工程を経て、画素を形成する。ブラックマトリックス、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４を順次形成する。

４色カラーフィルタの場合はＷ画素４Ｗが形成されるが、本願発明では、Ｗ画素が形成される部分をそのままにして、ＯＣ層５を塗布しＷ画素４Ｗとするものである。図１はハーフトーンマスク２を用いた４色カラーフィルタの製造方法を示しており、ブラックマトリックス、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４を形成後、ＯＣ層５を塗布する。

ＯＣ層５には光硬化型樹脂が使用でき、アクリル、エポキシ系の光硬化型樹脂が使用できる。

即ち、オーバーコート（ＯＣ）とＷｈｉｔｅ（Ｗ）画素部分の形成を一体化する際に生じる、Ｗ画素部４Ｗとオーバーコート部の窪みを、ハーフトーンマスク２を用い、窪み７への光照射量を多くし、その結果として窪み７の段差が減少し、ＯＣ層５の平坦化が図れるためである。

本発明を、実施例に基づいて説明する。

図１に示す様に、２．５μｍ膜厚で、線幅７０μｍ、Ｗ画素４Ｗとなる画素間１００μｍのカラー画素４上に、ＯＣ層として、光硬化型の光硬化型樹脂であるＳＲ社製アクリルエポキシを用いて塗布を行って、乾燥後４．５μｍの厚みの塗膜を得た。

続いて、カラー画素４上の光硬化型のオーバーコートレジストには、透過率２５％（ｉ線３６５ｎｍ）のハーフトーンマスクを透して紫外線露光を行った。Ｗ画素４Ｗとなる部分には、１００％、カラー画素４上には２５％の照射量である。

光源としては、トプコン社製大型プロキシミティ紫外線照射装置ＴＭＥ‐９５０Ｐを用い、露光量を１２０ｍｊから１６０ｍｊまで、１０ｍｊづつ増やして５段階の露光を行った。この時の露光量は、Ｗ画素部４Ｗに対してであり、カラー画素４上は、Ｗ画素部４Ｗの４分の一の露光量である。

しかる後、現像をおこなう。その際、硬化の進んだＷ画素部では現像による膜減りが少なくなる。

しかし、他のＲＧＢ画素部では、硬化量がＷ部より少ないため、現像による膜減りが生じ、結果として平坦となる。

Ｗ画素４Ｗ部のＯＣ膜５の厚みと、カラー画素４およびカラー画素４上のＯＣ層５のトータル膜厚の段差をＡとする。段差Ａは、カラー画素４およびカラー画素上のＯＣ層４のトータル膜厚から、Ｗｈｉｔｅ画素部のＯＣ膜厚を引いたものである。

Ｗｈｉｔｅ画素部のＯＣ膜厚と、カラー画素およびカラー画素上のＯＣ層のトータル膜厚の段差と露光量の関係を図６に示す。

露光量が１２０ｍｊの時の膜厚差であるＡは、０．４４μｍで有ったが、１３０ｍｊで０．３８μｍ、１４０ｍｊで０．３２μｍ、１５０ｍｊで０．２６μｍ、露光量を１６０ｍｊにまで増やすことにより、現像後の膜厚差は０．２４μｍへと段差は低減した。

以上の様に、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部に、Ｗ画素４Ｗ部を加えた４色カラーフィルタにおいて
、前記Ｗ画素４Ｗ部の形成に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４部を形成する時に行われるカラーレジストをパターニングする工程を行わず、画素４上に設けられるＯＣ層５により、Ｗ画素４Ｗ部を形成する。

形成時に、ＯＣ層５を硬化するための、光照射時に、ハーフトーンマスク２を使用し、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４部上のＯＣ層５の硬化のために露光量に対して、Ｗ画素４Ｗ部となるＯＣ層５の硬化のため露光量を多くすることにより、Ｗ画素４Ｗ部となるＯＣ層５の膜厚を上げ、窪み７の発生を抑えることができる。

これにより、工程を削減と、液晶配向不良やコントラストの低下のない、４色カラーフィルタの製造方法を提供できる。

１・・・基板
２・・・ハーフトーンマスク
３・・・露光量
４・・・画素
４Ｒ・・・Ｒ画素
４Ｇ・・・Ｇ画素
４Ｂ・・・Ｂ画素
４Ｗ・・・Ｗ画素
５・・・ＯＣ層
６・・・ブラックマトリックス
７・・・窪み
９・・・角段差
Ａ・・・段差

Claims

Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部に、Ｗｈｉｔｅ画素部を加えた４色カラーフィルタを形成時、前記Ｗｈｉｔｅ画素部の形成に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部を形成する時に行われるレジストをパターニングする工程を行わず、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部上に設けられるＯＣ層により、Ｗｈｉｔｅ画素部を形成する４色カラーフィルタの製造方法であって、
前記ＯＣ層を硬化するための、光照射時に、ハーフトーンマスクを使用し、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部上のＯＣ層を硬化するための露光量に対して、Ｗｈｉｔｅ画素部となるＯＣ層を硬化するため露光量を多くし、しかる後現像を行うことにより、現像後のＷｈｉｔｅ画素部となるＯＣ層の膜減りの膜厚を少なくし、前記Ｗｈｉｔｅ画素部上のＯＣ層と前記Ｒ、Ｇ、Ｂ画素部上のＯＣ層との段差を０．５μｍ以下に押さえたことを特徴とする４色カラーフィルタの製造方法。
前記ＯＣ層に、アクリル、エポキシ系の光硬化型樹脂を用いることを特徴とする請求項１に記載の４色カラーフィルタの製造方法。