JPH05134108A

JPH05134108A - カラーフイルタ

Info

Publication number: JPH05134108A
Application number: JP29898591A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Miyazaki; 大輔宮崎; Akira Base; 章馬瀬; Tomoji Kishimoto; 朋二岸本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】遮光層表面の光反射率を実質的に低減させ、
画質特性を向上させることができるカラーフィルタを提
供する。【構成】カラーフィルタを、透明基板１上に画素部を
開口させて金属または金属とその酸化物からなる遮光層
２を形成し、この遮光層の前記画素部に所定の着色層３
ａ、３ｂ、３ｃを形成するとともに、遮光層２上にも着
色層３ｃを設けて、遮光層表面からの反射光の透過を低
減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶による表示装置は、軽量、薄形化が
可能で、しかも、低電圧駆動、低消費電力という、発光
型ディスプレイには見られない特長を有することから、
ラップトップタイプやブックタイプのパソコンやワ−プ
ロのディスプレイを始め各種ＯＡ機器のディスプレイと
して広く用いられている。特に近年は、カラ−ブラウン
管以外では唯一フルカラー表示が可能なディスプレイと
して注目されている。

【０００３】この液晶表示装置は、駆動方式により単純
マトリックス型およびアクティブマトリックス型に大き
く分けられ、基本的に、対向配置した透明基板の対向面
に多数の画素を構成するように透明電極を形成し、これ
らの電極間に液晶組成物を保持させた構造を有し、フル
カラー表示のために、たとえば図６の断面図および図７
の平面図で示すようなカラーフィルタを使用している。

【０００４】すなわち、これらの図において、カラーフ
ィルタ６１は、透明基板６２の一方の面上の個々の画素
を仕切る部分にブラックマトリクス６３を設け、このブ
ラックマトリクス６３により区画形成された画素部にＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各着色層６４ａ、６４
ｂ、６４ｃを形成し、これらの上に透明保護膜６５、透
明電極６６、配向膜６７を順に積層した構造を有する。
そして、一般に、透明基板６２にはガラス基板などが用
いられ、また、ブラックマトリクス６３は、スパッタリ
ング法により形成したＣｒ薄膜をパタ−ンエッチングす
る方法により形成されている。さらに、着色層６４は、
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に対応する 3種
類の色素を 1種類づつ各画素部に配置する方法が用いら
れ、その配置の方法としては、染色法、染料分散法、顔
料分散法、印刷法、電着法、色素蒸着法などが知られて
いる。またさらに、透明保護膜６５にはアクリル樹脂や
エポキシ樹脂などが、透明電極６６にはI.T.O.(Indium
Tin Oxide)薄膜が、配向膜６７にはポリイミド薄膜がそ
れぞれ一般に用いられている。

【０００５】そして、このようなカラーフィルタを用い
た液晶表示装置は、たとえば次のように構成されてい
る。

【０００６】すなわち、図８は、アクティブマトリック
ス型液晶表示装置の構成を概略的に示す分解斜視図であ
る。

【０００７】このアクティブマトリックス型液晶表示装
置は、上記カラーフィルタ６１を、そのブラックマトリ
クス６３に対応する位置に非晶質シリコン薄膜トランジ
スタ（a-SiTFT)６８を、また着色層６４に対応する位置
に透明電極である画素電極６９を、透明基板７０上に形
成したアレイ基板７１と対向配置させ、これらの間に液
晶組成物（図示なし）を挟持させるとともに、これらの
両面に偏光板７２、７３を一体に積層し、さらにその背
面側、すなわちアレイ基板７１側の偏光板７３の外側
に、３波長タイプのバックライト７４を配置した構造を
有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
a-SiTFTを用いるＴＦＴアクティブマトリックス型の液
晶表示装置においては、a-SiTFT への光の入射を完全に
抑える必要がある。これは、a-SiTFTに光が入ると光リ
ーク現象により、液晶表示装置の画質に対する性能を低
下させるからである。

【０００９】しかして、従来のカラーフィルタでは、上
記したように、ブラックマトリックスがＣｒ薄膜などの
金属材料で形成されているため低反射率特性が不完全
で、しかも、a-SiTFT との間に透明電極などの透明な層
が介在するだけであるため、アレイ基板７１を通ったバ
ックライト７４の光がブラックマトリックス表面で反射
し、その反射光がa-SiTFT に到達し光リーク現象を発生
させ、液晶表示装置の画質特性を低下させるという問題
があった。

【００１０】このため、カラーフィルタ製造過程でブラ
ックマトリックスの表面に光反射防止処理を施すなどの
対策も採られているが、その効果は十分なものではなか
った。本発明はこのような従来の問題を解決するため
になされたもので、遮光層表面の光反射率を実質的に低
減させ、画質特性を向上させることができるカラーフィ
ルタと、これを用いた高品位、高特性の液晶表示装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
は、透明基板の一主面上に画素部を開口させてパターン
形成された金属または金属とその酸化物からなる遮光層
と、この遮光層の前記画素部に形成された着色層とを有
するカラーフィルタにおいて、前記遮光層上を光透過率
の低い低光透過層で覆ったことを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【作用】本発明のカラーフィルターにおいては、金属ま
たは金属とその酸化物からなる遮光層上が光透過率の低
い低光透過層で覆われているので、金属または金属とそ
の酸化物からなる遮光層表面の光に対する低反射率特性
の不完全性が捕捉される。したがって、これを用いたＴ
ＦＴアクティブマトリックス方式の液晶表示装置は、ア
レイ基板側からの光の反射光の a-SiTFTへの入射が抑え
られ、反射光による a-SiTFTの光リーク現象の発生が防
止される結果、画質特性が向上する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】図１および図２は本発明の一実施例のＴＦ
Ｔアクティブマトリックス型液晶表示装置用のカラーフ
ィルタの要部を示す断面図およびその平面図である。な
お、以下に示す図において、共通する部分には同一符号
を付してある。

【００１５】図１および図２において、１は、たとえば
1.1mm 厚の硼珪酸ガラス板（コーニング社製7059）に表
面洗浄処理を施して得られたガラス基板である。このガ
ラス基板１の一主面上には、たとえば 0.15 μｍ厚さの
Ｃｒ薄膜をスパッタリング法などにより成膜した後、フ
ォトリソグラフィ法により不要部分をエッチング除去し
て所定の形状にパターン形成された遮光層２が設けられ
ている。

【００１６】また、これらの上には、 2μｍ厚のＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各着色層３ａ、３ｂ、３
ｃが、たとえばそれぞれの着色顔料を含有するカラーレ
ジストを用いるフォトリソグラフィ法などにより所定の
パターンで、すなわち、各着色層３が少なくとも画素を
構成する遮光層２の開口部のそれぞれの所要位置に配置
されるように形成されている。そして、これらのＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各着色層３のうち、最も
光透過性の低いＢ（青）の着色層３ｃが、青色画素を構
成する所要の遮光層２の開口部のみならず、ガラス基板
１上のＲ（赤）、Ｇ（緑）の各着色層形成部を除くすべ
ての部分に形成されている。すなわち、遮光層２上をす
べて、光透過性の低いＢ（青）の着色層３ｃを主とした
着色層３で覆った構成となっている。

【００１７】しかして、カラーフィルタ４は、これらの
各着色層３上に、さらに、1.0 μｍ厚の透明保護膜５、
0.1 μｍ厚の透明電極６、40ｎｍ厚の配向膜７を順に一
体に積層して構成されている。

【００１８】次に、上記構成のカラーフィルタ４の製造
方法の一例を記載する。

【００１９】まず、ガラス基板１、たとえば1.1mm 厚の
硼珪酸ガラス板（コーニング社製7059）の表面をイソプ
ロピルアルコールおよび純水で超音波洗浄して清浄にし
たガラス基板の表面に、Ｃｒをスパッタリング法などに
より厚さ0.15μｍ成膜した後、その上にポジ型レジスト
（東京応化（株）製 PMER P-4000 ）をスピンナーを用
いて厚さ 1μｍに塗布し、露光、現像、エッチング、レ
ジスト除去の各処理を順に施し所定の黒色パタ−ンを残
して遮光層２を形成する。

【００２０】次いで、これらのうえに、第１色目、たと
えば赤色顔料を含有するカラーレジストを塗布し、フォ
トリソグラフィ法により遮光層２の所要の開口部に 2μ
ｍ厚のＲ（赤）の着色層３ａを形成する。同様にして、
第２色目、たとえば緑色顔料を含有するカラーレジスト
を塗布し、フォトリソグラフィ法により遮光層２の所要
の開口部に 2μｍ厚のＧ（緑）の着色層３ｂを形成す
る。この後、これらの上に、青色顔料を含有するカラー
レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により2μｍ
厚のＢ（青）の着色層３ｃを、Ｒ（赤）およびＧ（緑）
の着色層３ａ、３ｂ形成部を除いた部分に形成する。こ
の結果、遮光層２が形成されたガラス基板１の表面はす
べて連続するほぼ均一な厚さの着色層３で覆われること
になる。

【００２１】このようにして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の各着色層３ａ、３ｂ、３ｃを形成した後、この
上に、たとえばアクリル樹脂をスピンコートして1.0 μ
ｍ厚の透明保護膜５を形成し、次いで、I.T.O をスパッ
タリング法により成膜し、過熱処理して0.1 μｍ厚の透
明電極６形成し、さらに、たとえばポリイミド樹脂をス
クリーン印刷して30ｎｍ厚の配向膜７を形成して、上記
構成のカラーフィルタ４が完成する。

【００２２】このようにして得られたカラーフィルタ４
は、遮光層２上が全て光透過性の低いＢ（青）の着色層
３ｃを主とした着色層３で覆われているため、遮光層２
が光を反射するＣｒ薄膜で形成されているものの、遮光
層２に達した光は反射光としてこれらの着色層を通って
外に出ることはほとんどなく、実質的に遮光層２の光反
射率が低下する。したがって、これを用いて後述するよ
うなアクティブマトリックス型液晶表示装置を組立てた
場合に、従来のカラーフィルタを用いた場合のような a
-SiTFTの光リーク現象の発生が抑制され、良好な画質を
得ることができる。ちなみに、上記カラーフィルタ４の
遮光層２表面の光反射率を測定し、図６および図７に示
した従来構造のカラーフィルタ６１のものと比較したと
ころ、従来のものでは反射率が30％であったのに対し、
実施例のものでは 5％以下にまで低減されていた。そし
て、液晶表示装置における a-SiTFTの光リークによる黒
色表示時の輝度は、従来の 1.1cd/m²から 0.2cd/m²に
まで減少し、画質の向上が確認された。

【００２３】なお、本発明は、このような実施例に限定
すべきものではなく、たとえば上記実施例では、遮光層
２上を主としてＢ（青）の着色層３ｃで覆った構造とな
っているが、他のＲ（赤）もしくはＧ（緑）着色層３
ａ、３ｂで覆うことも可能である。ただし、Ｂ（青）の
着色層３ｃの場合に比べ反射率の低減効果は低くなる。
また、これらのＢ（青）の着色層３ｃなどと別に光透過
性の低い着色層で遮光層２上を覆うようにしてもよい。
図３にその一例を示す。

【００２４】すなわち、図３の断面図に示すカラーフィ
ルタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各着色層３
ａ、３ｂ、３ｃを、従来同様、遮光層２の開口部に限定
して形成するとともに、これらの各着色層３間に光透過
率の低い黒色着色層８を、たとえばフジハントエレクト
ロニクステクノロジ（株）社製のCK-2000 のような黒色
カラーレジストを用いたフォトリソグラフィ法により形
成した構成となっている。この例では、製造工程数は上
記実施例に比べ増加するが、遮光層２の光反射率をより
低減し、より大きな画質の向上を図ることができる。ま
た、この例は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各着色
層３をいわゆる印刷法により形成する場合に有利であ
る。

【００２５】すなわち、印刷法は、顔料を含有するイン
クを用いて直接所定の着色層をパターン印刷するもの
で、製造工程が少なく量産性に優れ、製造コストを低減
することができるという特徴を有する方法であるが、イ
ンクの強い内部凝集力から生ずる大きな表面張力のため
断面形状は弧を描き、画素内の膜厚が不均一となる難点
がある。しかして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各
着色層の印刷に先立って遮光層上に上記黒色着色層を形
成しておくことにより、膜厚が薄くなる印刷パターン縁
部がこの黒色着色層上に載る形となり、断面形状の実質
的な補正がなされることになる。すなわち、図３に示す
ような、表面がほぼ平坦な着色層３を形成することがで
き、色むらのない高品位なカラーフィルタを得ることが
できる。

【００２６】以下、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各
着色層を印刷法により形成して図３に示すようなカラー
フィルタを製造する方法を具体的に説明する。

【００２７】まず、図４に示すように、硼珪酸ガラス板
（コーニング社製7059）に表面洗浄処理を施して得られ
た1.1mm 厚のガラス基板１の一主面上に、0.15μｍ厚さ
のＣｒ薄膜をスパッタリング法などにより成膜した後、
フォトリソグラフ法により画素部として開口すべき部分
をエッチング除去して所定のパターンを有する遮光層２
を設ける。次いで、この遮光層２の上に、黒色顔料を含
有するカラーレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法
により0.15μｍ厚の黒色着色層８を形成する。この後、
所定のパターンでＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各着
色層３ａ、３ｂ、３ｃを、たとえばグラビアオフセット
印刷により形成する。すなわち、第１色目用印刷イン
ク、たとえば青色顔料を含有する青色用印刷インクを用
いてグラビアオフセット印刷により 4μｍ厚の青色パタ
ーンを印刷し、同様に、第２色目用印刷インク、たとえ
ば緑色顔料を含有する緑色用印刷インク、第３色目用印
刷インク、たとえば赤色顔料を含有する赤色用印刷イン
クを用いて、グラビアオフセット印刷によりそれぞれの
パターンを同厚に順に印刷した後、これらの印刷パター
ンを100 ℃の温度で 1時間加熱乾燥し固化させ、さらに
これらの上からプレス板（図示なし）を当接させ、温度
90℃で厚さ方向にプレスする。この結果、 2.7μｍのほ
ぼ均一な膜厚を有するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の
各着色層３ａ、３ｂ、３ｃが形成される。続いて、これ
らの上に、常法により、透明保護膜５、透明電極６、配
向膜７を順に形成して、図３に示すカラーフィルタ４が
完成する。このようにして得られたカラーフィルタ４
は、遮光層２上に設けた黒色着色層８によって、遮光層
２の光反射率が実質的に低下し、図１に示すカラーフィ
ルタと同様の効果が得られる上、印刷法による膜厚の不
均一が改善される。

【００２８】なお、この実施例では、着色層の形成を印
刷法で行っているが、染色法、染料分散法、顔料分散
法、電着法、色素蒸着法などの方法を用いるようにして
もよい。次に、上記実施例のカラーフィルタのうち、
図１に示すカラーフィルタを用いた液晶表示装置の一例
を図面を用いて説明する。

【００２９】図５は、図１に示すカラーフィルタを用い
たa-SiTFT 型のアクティブマトリックス方式の液晶表示
装置を示す断面図である。

【００３０】図５に示すように、この液晶表示装置は、
上記カラーフィルタ４を、その遮光層２に対応する位置
に a-SiTFT９を、また着色層３に対応する位置に透明電
極である画素電極１０を、それぞれ透明基板、たとえば
ガラス基板１１の一主面上に形成したアレイ基板１２と
対向配置させ、これらの間に液晶組成物１３を挟持させ
るとともに、これらの両面に偏向板１４、１５を配置
し、さらにその背面側、すなわちアレイ基板１２側の偏
向板１５の外側に、３波長タイプのバックライト（図示
を省略）を配置した構造となっている。

【００３１】しかして、このように構成された液晶表示
装置では、a-SiTFT ９と対向する遮光層２上が主として
光透過率の低いＢ（青）の着色層３ｃで覆われているの
で、バックライトの光が遮光層２表面で反射してa-SiTF
T ９に入ることはほとんどなく、したがってa-SiTFT ９
の光リーク現象の発生が抑えられ、特性のよい画質を得
ることができる。

【００３２】なお、図３に示すカラーフィルタを用いて
同様に構成したa-SiTFT 型のアクティブマトリックス方
式の液晶表示装置も、図面による説明は省略するが、上
記と同様の効果を得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカラーフ
ィルタによれば、金属または金属とその酸化物からなる
遮光層上を光透過率の低い低光透過層で覆った構造とさ
れているいるので、金属または金属とその酸化物からな
る遮光層の光に対する反射率を実質的に低減することが
できる。また、したがってこれを用いた本発明の液晶表
示装置は、画質特性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの一実施例の要部を示
す断面図。

【図２】図１に示すカラーフィルタの要部平面図。

【図３】本発明のカラーフィルタの他の実施例の要部を
示す断面図。

【図４】図３に示すカラーフィルタの製造方法を説明す
る断面図。

【図５】本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置
の一例の要部を示す断面図。

【図６】従来のカラーフィルタの要部を示す断面図。

【図７】図６に示す従来のカラーフィルタの要部平面
図。

【図８】カラー液晶表示装置の構造例を示す分解斜視
図。

【符号の説明】

１………ガラス基板２………遮光層３………着色層３ａ………赤色着色層３ｂ………緑色着色層３ｃ………青色着色層４………カラーフィルタ８………黒色着色層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板の一主面上に画素部を開口させ
てパターン形成された金属または金属とその酸化物から
なる遮光層と、この遮光層の前記画素部に形成された着
色層とを有するカラーフィルタにおいて、前記遮光層上を光透過率の低い低光透過層で覆ったこと
を特徴とするカラーフィルタ。