JP2006178038A - Color filter for liquid crystal display device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】フォトスペーサーが、ブラックマトリックス上に形成された着色層の積層と、積層上に形成されたフォトスペーサー層で構成されるフォトスペーサーであっても、荷重によるフォトスペーサーの変形を抑制した、色ムラが発生しない液晶表示装置用カラーフィルタ、その製造方法を提供すること。
【解決手段】フォトスペーサー１４はブラックマトリックス１１上に着色層１２Ｒ、透明導電膜１３、フォトスペーサー層ＰＳの積層で、着色層は着色画素の形成に用いる材料と同一材料で、着色画素の形成と同時に形成された、中央部にスルーホールを有する着色層であり、フォトスペーサー層はフォトスペーサー層の形成に用いる材料で、配向制御突起７３の形成と同時にスルーホール内を充填したフォトスペーサー層である。
【選択図】図１The photospacer suppresses deformation of a photospacer due to a load even if the photospacer is a photospacer composed of a stack of colored layers formed on a black matrix and a photospacer layer formed on the stack. To provide a color filter for a liquid crystal display device that does not cause color unevenness and a method for manufacturing the same.
A photospacer 14 is a laminate of a colored layer 12R, a transparent conductive film 13, and a photospacer layer PS on a black matrix 11, and the colored layer is made of the same material as that used for forming a colored pixel. A colored layer having a through hole at the center formed at the same time, and the photo spacer layer is a material used for forming the photo spacer layer, and is a photo spacer layer filled in the through hole simultaneously with the formation of the orientation control protrusion 73. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、スペーサー機能を有するフォトスペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタに関する。 The present invention relates to a color filter for a liquid crystal display device, and more particularly to a color filter for a liquid crystal display device provided with a photospacer having a spacer function.
図４は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図５は、図４に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図４、及び図５に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ（４）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたものである。
図４、及び図５はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（４２）は１２個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１７インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。
FIG. 4 is a plan view schematically showing an example of a color filter used in the liquid crystal display device. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of the color filter shown in FIG.
As shown in FIGS. 4 and 5, the color filter (4) used in the liquid crystal display device has a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) on a glass substrate (40). Are formed sequentially.
4 and 5 schematically show a color filter, and 12 colored pixels (42) are represented. In an actual color filter, for example, several hundreds are displayed on a 17-inch diagonal screen. A large number of colored pixels of about μm are arranged.
液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスの開口部に位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。
ブラックマトリックス（４１）は、遮光性を有するマトリックス状或いはストライプ状のものであり、着色画素（４２）は、例えば、赤色、緑色、青色の色フィルタ機能を有するものであり、透明導電膜（４３）は、透明な電極として設けられたものである。
As a method for manufacturing a color filter having the above structure used in many liquid crystal display devices, a black matrix is first formed on a glass substrate to form a black matrix substrate, and then the black matrix on the black matrix substrate is used. A method is widely used in which a colored pixel is formed by being aligned with the opening of the film, and a transparent conductive film is further formed by being aligned.
The black matrix (41) has a light-blocking matrix or stripe shape, and the colored pixels (42) have, for example, red, green, and blue color filter functions, and have a transparent conductive film (43 ) Is provided as a transparent electrode.
ブラックマトリックス（４１）は、着色画素（４２）間のマトリックス部（４１Ａ）と、着色画素（４２）が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部（４１Ｂ）とで構成されている。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
The black matrix (41) is composed of a matrix portion (41A) between the colored pixels (42) and a frame portion (41B) surrounding the peripheral portion of the region (display portion) where the colored pixels (42) are formed. Yes.
The black matrix determines the position of the colored pixels of the color filter, makes the size uniform, and shields unwanted light when used in a display device, making the image of the display device uniform and uniform. In addition, it has a function of making an image with improved contrast.
このブラックマトリックス基板の製造には、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯX ）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯX などの金属薄膜からなるブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。
或いは、ガラス基板（４０）上に、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によってブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。
For the production of this black matrix substrate, a metal or a metal compound such as chromium (Cr) or chromium oxide (CrO x ) as a black matrix material is formed into a thin film on a glass substrate (40). An etching resist pattern is formed on the formed thin film using, for example, a positive photoresist, and then an exposed portion of the formed metal thin film is etched and an etching resist pattern is stripped, and Cr, CrO A method has been adopted in which a black matrix (41) made of a metal thin film such as X is formed.
Alternatively, the black matrix (41) is formed on the glass substrate (40) by photolithography using a black photosensitive resin for forming a black matrix.
また、着色画素（４２）の形成にあたっては、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといったフォトリソグラフィ法がとられている。
また、透明導電膜（４３）の形成は、着色画素が形成されたブラックマトリックス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。
In forming the colored pixels (42), a coating film is provided on the black matrix substrate using, for example, a negative photoresist in which a pigment or other pigment is dispersed, and the coating film is exposed and developed. A photolithography method is employed in which colored pixels are formed by the above method.
The transparent conductive film (43) is formed on the black matrix substrate on which the colored pixels are formed by, for example, forming a transparent conductive film by sputtering using ITO (Indium Tin Oxide). .
図４、及び図５に示すカラーフィルタ（４）は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとして基本的な機能を備えたものである。液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、液晶カラーＴＶ、ノート型ＰＣなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。
液晶表示装置の改善や、多様な液晶表示装置の開発、実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して下記のような、種々な機能が付加されるようになった。
The color filter (4) shown in FIGS. 4 and 5 has a basic function as a color filter used in a liquid crystal display device. The liquid crystal display device incorporates such a color filter to realize full color display, and its application range is dramatically expanded, and many products using liquid crystal display devices such as liquid crystal color TVs and notebook PCs are created. It was done.
With the improvement of liquid crystal display devices and the development and practical use of various liquid crystal display devices, the color filters used in the liquid crystal display devices have the following various functions added to the above basic functions. It became so.
１）スペーサー機能
従来の液晶表示装置に於いては、カラーフィルタと、カラーフィルタと対向する基板との間に液晶材料を封入するためのギャップを形成するため、スペーサーと呼ばれるガラス又は合成樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を基板間に散布している。このスペーサーは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサーが入っていると、黒色表示時にスペーサーを介して光がもれてしまい、また、液晶材料が封入されている基板間にスペーサーが存在することによって、スペーサー近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光もれを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす、などの問題を有していた。
1) Spacer function In a conventional liquid crystal display device, a transparent glass or synthetic resin called a spacer is formed to form a gap for sealing a liquid crystal material between a color filter and a substrate facing the color filter. Spherical particles (beads) are dispersed between the substrates. Since these spacers are transparent particles, if a spacer is included with the liquid crystal in the pixel, light will leak through the spacer during black display, and the substrate in which the liquid crystal material is enclosed Due to the presence of the spacers between them, the alignment of the liquid crystal molecules in the vicinity of the spacers is disturbed, and light leakage occurs at this part, and the contrast is lowered and the display quality is adversely affected.
このような問題を解決する技術として、感光性樹脂を用い、フォトリソグラフィ法により画素間のブラックマトリックスの位置にスペーサー機能を有するフォトスペーサー（突起部）を形成する方法が開発された。
図６は、このような液晶表示装置用カラーフィルタの一例の断面図である。図６に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタ（７）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成され、ブラックマトリックス（４１）上の透明導電膜（４３）上にスペーサー機能を有する突起部としてのフォトスペーサー（４４）が形成されている。フォトスペーサー（４４）の高さ（Ｈ１）は、５μｍ程度のものである。
このような液晶表示装置用カラーフィルタ（７）を用いた液晶表示装置には、フォトスペーサー（４４）が画素内を避けた位置に形成されているので、上記コントラストの改善がみられることに加え液晶表示装置としての耐衝撃性が向上したものとなる。
As a technique for solving such a problem, a method has been developed in which a photosensitive resin is used and a photo spacer (projection) having a spacer function is formed at a position of a black matrix between pixels by a photolithography method.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an example of such a color filter for a liquid crystal display device. As shown in FIG. 6, in the color filter (7) for the liquid crystal display device, a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) are sequentially formed on a glass substrate (40). A photospacer (44) as a projection having a spacer function is formed on the transparent conductive film (43) on the black matrix (41). The height (H1) of the photo spacer (44) is about 5 μm.
In the liquid crystal display device using such a color filter (7) for the liquid crystal display device, the photo spacer (44) is formed at a position avoiding the inside of the pixel. The impact resistance as a liquid crystal display device is improved.
液晶表示装置用カラーフィルタ（７）と対向基板を貼り合わせてパネルとするパネル組み立て工程では、基板の周辺部にシール部を設け、液晶表示装置用カラーフィルタと対向基板のギャップが平行になるようにして、上下定盤間に荷重を加えシール部及びフォトスペーサーを圧着し貼り合わせる。
この際に、フォトスペーサーは、多少の押し圧ムラがあっても基板間のギャップが均一になるように、変形するような弾性率を有することが必要となる。
In the panel assembling process in which the color filter (7) for the liquid crystal display device and the counter substrate are bonded to form a panel, a seal portion is provided at the periphery of the substrate so that the gap between the color filter for the liquid crystal display device and the counter substrate becomes parallel. Then, a load is applied between the upper and lower surface plates, and the seal portion and the photo spacer are pressed and bonded together.
At this time, the photo spacer needs to have an elastic modulus that can be deformed so that the gap between the substrates is uniform even if there is some unevenness in the pressing pressure.
一方、液晶表示装置の使用時に、例えば、その表面に指などが接触して局部的に指圧がかかると、局部的な色ムラなどが発生することがある。このような色ムラなどの発生を回避するためには、フォトスペーサーは、このような押し圧によっては変形しない弾性率を有することが求められる。
すなわち、スペーサー機能を有するフォトスペーサーには、パネル組み立て工程での押し圧ムラの影響を吸収して基板間のギャップを均一に組み立てることができ、また、液晶表示装置の使用時に、その表面に局部的に荷重がかかっても、色ムラなどを発生させないように、変形を考慮した弾性率をもたせている。
On the other hand, when a liquid crystal display device is used, for example, when a finger touches the surface and local finger pressure is applied, local color unevenness may occur. In order to avoid the occurrence of such color unevenness, the photo spacer is required to have an elastic modulus that is not deformed by such pressing pressure.
In other words, the photo spacer having the spacer function can absorb the influence of pressing pressure unevenness in the panel assembling process and can assemble the gap between the substrates uniformly. Therefore, even if a load is applied, the elastic modulus is taken into consideration so as not to cause color unevenness.
２）配向分割機能
従来の液晶表示装置に於いては、液晶分子を一様に配向させるために、液晶を挟持する両
基板に設けられた透明導電膜上に、予めポリイミドを塗布し、その表面に一様なラビング処理をしておく。
しかし、多くの液晶表示装置に用いられているＴＮ型液晶においては、原理的に広い視野角を得ることは困難であり、中間調表示状態では斜め視角において光がもれ、コントラストが低下し表示品質が悪化する。すなわち、コントラストが良好な視野角は狭いといった問題を有していた。
2) Orientation division function In the conventional liquid crystal display device, in order to uniformly align the liquid crystal molecules, polyimide is applied in advance on the transparent conductive film provided on both substrates sandwiching the liquid crystal, and the surface A uniform rubbing process is performed.
However, in TN type liquid crystal used in many liquid crystal display devices, in principle, it is difficult to obtain a wide viewing angle. In a halftone display state, light leaks at an oblique viewing angle, and the contrast is lowered and displayed. Quality deteriorates. That is, there is a problem that the viewing angle with good contrast is narrow.
このような問題を解決する一技術として、一画素内での液晶分子の配向方向が一方向でなく、複数の方向になるように制御し、複数の方向で均一な中間調表示をするようにした、すなわち視野角の広い、配向分割垂直配向型液晶表示装置（ＭＶＡ、Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ−ＬＣＤ）が開発された。 As one technique for solving such a problem, the liquid crystal molecules in one pixel are controlled so that the alignment direction of the liquid crystal molecules is not a single direction but a plurality of directions, and uniform halftone display is performed in a plurality of directions. In other words, an alignment-divided vertical alignment type liquid crystal display (MVA, Multi-domain Vertical Alignment-LCD) having a wide viewing angle has been developed.
図７（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。この例では、配向制御突起（８３）は、一画素内で９０°屈曲させてある。
また、図８（ａ）、（ｂ）は、別な例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、この別な例は、平面形状が円形の配向制御突起（９３）が形成されたカラーフィルタである。
このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、電圧印加時に液晶分子は、いわば無限の方向に傾斜する、すなわち、一画素が無限に分割されたものとなり、図８（ｃ）に示すように、視野角特性の優れた液晶表示装置となる。
7A and 7B are an enlarged plan view and a cross-sectional view showing one pixel of an example of a color filter used in the MVA-LCD. In this example, the orientation control protrusion (83) is bent 90 ° within one pixel.
8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing another example of an enlarged pixel of another pixel. As shown in FIGS. 8A and 8B, another example is a color filter in which an orientation control protrusion (93) having a circular planar shape is formed.
In the liquid crystal display device using such a color filter, the liquid crystal molecules are inclined in an infinite direction when a voltage is applied, that is, one pixel is divided infinitely, as shown in FIG. Thus, a liquid crystal display device having excellent viewing angle characteristics is obtained.
上記図７に示す平面形状がストライプ状の配向制御突起（８３）のＡ−Ａ’線での断面形状は、例えば、三角形、かまぼこ状であり、その巾（Ｗ２）は６〜２０μｍ程度、高さ（Ｈ２）は１．２〜１．４μｍ程度である。また、図８に示す平面形状が円形の配向制御突起（９３）の巾（Ｗ３）、高さ（Ｈ３）は、ストライプ状の配向制御突起（８３）の各々と同程度である。これらは、透明な感光性樹脂を用いて形成される。 The cross-sectional shape of the alignment control protrusion (83) having a planar shape shown in FIG. 7 taken along the line AA ′ is, for example, a triangle or a kamaboko shape, and its width (W2) is about 6 to 20 μm and high. The length (H2) is about 1.2 to 1.4 μm. Further, the width (W3) and the height (H3) of the orientation control protrusion (93) having a circular planar shape shown in FIG. 8 are approximately the same as those of the stripe-like orientation control protrusion (83). These are formed using a transparent photosensitive resin.
図９に示す液晶表示装置用カラーフィルタは、上記１）スペーサー機能と２）配向分割機能を付加したカラーフィルタの一例を示す断面図である。図９に示すように、透明基板（４０）上に、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、透明導電膜（４３）が形成され、続いて、ブラックマトリックス（４１）上方にフォトスペーサー（４４）が、また、着色画素（４２）上方に配向制御突起（７３）が形成されたものである。 The color filter for a liquid crystal display device shown in FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a color filter to which 1) a spacer function and 2) an alignment division function are added. As shown in FIG. 9, a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) are formed on a transparent substrate (40), and then a photo spacer ( 44), and an alignment control protrusion (73) is formed above the colored pixel (42).
このような液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、フォトスペーサー（４４）の高さ（Ｈ４）は５μｍ程度、配向制御突起（７３）の高さ（Ｈ５）は１．３μｍ程度であり、各々の高さが異なっていること、及び、前記のように、フォトスペーサー（４４）には変形を考慮した弾性率をもたせていること、などからして、従来、フォトスペーサー（４４）を形成する際には、フォトスペーサーに適合した材料を用いて所望の高さに形成し、また、配向制御突起（７３）を形成する際には、配向制御突起に適合した材料を用いて所望の高さに形成していた。すなわち、各々を別工程で形成していた。 In the method of manufacturing the color filter for the liquid crystal display device, the height (H4) of the photo spacer (44) is about 5 μm, and the height (H5) of the alignment control protrusion (73) is about 1.3 μm. Conventionally, the photo spacer (44) is formed on the basis that the heights of the photo spacers are different and that the photo spacer (44) has an elastic modulus in consideration of deformation as described above. At this time, a material suitable for the photospacer is used to form a desired height, and when forming the orientation control protrusion (73), a material suitable for the orientation control protrusion is used to obtain the desired height. Was formed. That is, each was formed in a separate process.
これに対して、図１０に示す液晶表示装置用カラーフィルタは、スペーサー機能と配向分割機能を付加したカラーフィルタの製造工程を短縮し、コストダウンを計るために考案されたカラーフィルタの一例である。図１０に示すように、この液晶表示装置用カラーフィルタは、透明基板（４０）上に、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２（４２Ｒ））、透明導電膜（４３）が形成され、また、フォトスペーサー（４４’）、配向制御突起（７３）が形成されたものである。 On the other hand, the color filter for a liquid crystal display device shown in FIG. 10 is an example of a color filter devised to shorten the manufacturing process of a color filter having a spacer function and an alignment division function and to reduce costs. . As shown in FIG. 10, in this color filter for a liquid crystal display device, a black matrix (41), a colored pixel (42 (42R)) and a transparent conductive film (43) are formed on a transparent substrate (40). , A photo spacer (44 ′) and an alignment control protrusion (73) are formed.
フォトスペーサー（４４’）は、ブラックマトリックス（４１）上に形成された第一着
色層（４２’Ｒ）、第二着色層（４２’Ｇ）、第三着色層（４２’Ｂ）、透明導電膜（４３）、及びフォトスペーサー層（ＰＳ）で構成されている。
第一着色層（４２’Ｒ）は、赤色の着色画素（４２Ｒ）の形成時に、着色画素を延長して形成されたものである。
The photospacer (44 ′) includes a first colored layer (42′R), a second colored layer (42′G), a third colored layer (42′B), and a transparent conductive layer formed on the black matrix (41). It consists of a film (43) and a photospacer layer (PS).
The first colored layer (42′R) is formed by extending the colored pixels when the red colored pixels (42R) are formed.
第二着色層（４２’Ｇ）、第三着色層（４２’Ｂ）は、各々、緑色の着色画素（図示せず）、青色の着色画素（図示せず）の形成と同時に、ブラックマトリックス（４１）上方に積層して形成されたものである。また、最上層のフォトスペーサー層（ＰＳ）は、配向制御突起（７３）の形成と同時に形成されたものである。
従って、フォトスペーサー層（ＰＳ）の高さ（Ｈ６）は、配向制御突起（７３）の高さ（Ｈ５）と略同一である。しかし、フォトスペーサー層（ＰＳ）の下方には、第一着色層（４２’Ｒ）、第二着色層（４２’Ｇ）、第三着色層（４２’Ｂ）が形成されているので、基板間にギャップをもたせるため必要とされるフォトスペーサー（４４’）の高さ（Ｈ４）は、容易に得られる。
The second colored layer (42′G) and the third colored layer (42′B) are formed simultaneously with the formation of a green colored pixel (not shown) and a blue colored pixel (not shown), respectively, 41) It is formed by laminating above. The uppermost photo spacer layer (PS) is formed at the same time as the formation of the orientation control protrusion (73).
Therefore, the height (H6) of the photospacer layer (PS) is substantially the same as the height (H5) of the alignment control protrusion (73). However, since the first colored layer (42′R), the second colored layer (42′G), and the third colored layer (42′B) are formed below the photospacer layer (PS), the substrate The height (H4) of the photospacer (44 ′) required for providing a gap therebetween is easily obtained.
図１０に示す液晶表示装置用カラーフィルタは、確かに、着色画素の形成と同時に、第一〜第三着色層が形成され、また、配向制御突起（７３）の形成と同時にフォトスペーサー層が形成されフォトスペーサー（４４’）が得られる。すなわち、工程が短縮され、コストダウンが達せられたものとなる。
しかしながら、図１０に示すフォトスペーサー（４４’）は、前記押し圧による変形を考慮した弾性率を有するフォトスペーサー層（ＰＳ）と、変形が考慮されていない着色層との構成であるために、液晶表示装置の使用時に、例えば、局部的に荷重がかかると変形し、色ムラなどが生じやすいといった問題がある。
However, since the photospacer (44 ′) shown in FIG. 10 has a configuration of a photospacer layer (PS) having an elastic modulus considering deformation due to the pressing pressure, and a colored layer where deformation is not considered, When using a liquid crystal display device, for example, there is a problem that when a load is applied locally, the liquid crystal display device is deformed and color unevenness is likely to occur.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、フォトスペーサー及び配向制御突起を設けた液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、着色画素の形成と同時に、ブラックマトリックス上に形成された着色層の積層と、この積層上に配向制御突起の形成と同時に形成されたフォトスペーサー層とで構成されるフォトスペーサーであっても、液晶表示装置の使用時の荷重によるフォトスペーサーの変形を抑制した、すなわち、荷重によって色ムラなどが発生することのない液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
また、上記液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and in a color filter for a liquid crystal display device provided with a photo spacer and an alignment control protrusion, a colored layer formed on a black matrix simultaneously with the formation of colored pixels. Even with a photo spacer composed of a laminate of and a photo spacer layer formed simultaneously with the formation of alignment control protrusions on this laminate, the deformation of the photo spacer due to the load during use of the liquid crystal display device was suppressed. That is, it is an object of the present invention to provide a color filter for a liquid crystal display device that does not cause color unevenness due to a load.
Another object of the present invention is to provide a method for producing the color filter for a liquid crystal display device.
本発明は、透明基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、フォトスペーサー及び配向制御突起が順次に形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該フォトスペーサーは、ブラックマトリックス上に着色層、透明導電膜、フォトスペーサー層が順次に形成された積層体からなり、該着色層は、着色画素の形成に用いる材料と同一材料で、着色画素の形成と同時に形成された、中央部にブラックマトリックスを露出するスルーホールを有する着色層であり、該フォトスペーサー層は、配向制御突起の形成に用いる材料で、配向制御突起の形成と同時に、上記スルーホール内を充填して、且つ着色層の上面に厚みをもつよう着色層上の透明導電膜を被覆して形成されたことを特徴とする液
晶表示装置用カラーフィルタである。
The present invention relates to a color filter for a liquid crystal display device in which a black matrix, a colored pixel, a transparent conductive film, a photo spacer, and an alignment control protrusion are sequentially formed on a transparent substrate, and the photo spacer is a colored layer on the black matrix. The transparent conductive film and the photo spacer layer are sequentially formed, and the colored layer is made of the same material as that used for forming the colored pixel and is formed at the same time as the colored pixel is formed. A colored layer having a through hole exposing the matrix, and the photospacer layer is a material used for forming the alignment control protrusion, and simultaneously filling the inside of the through hole and forming the alignment control protrusion A color filter for a liquid crystal display device, characterized in that it is formed by covering a transparent conductive film on a colored layer so as to have a thickness on the upper surface. That.
また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記積層体には、第一〜第三着色層が順次積層され、第一着色層の片幅（Ｄ１）と、第二着色層の片幅（Ｄ２）と、第三着色層の片幅（Ｄ３）の関係が、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。 In the color filter for a liquid crystal display device according to the present invention, the first to third colored layers are sequentially laminated on the laminate, and the half width (D1) of the first colored layer and the second colored layer. A color filter for a liquid crystal display device, wherein a relationship between a half width (D2) of the layer and a half width (D3) of the third colored layer is D1> D2> D3.
また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記積層体には、第一〜第三着色層が順次積層され、第一着色層の片幅（Ｄ１）と、第二着色層の片幅（Ｄ２）と、第三着色層の片幅（Ｄ３）の関係が、Ｄ１＞Ｄ２＝Ｄ３であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。 In the color filter for a liquid crystal display device according to the present invention, the first to third colored layers are sequentially laminated on the laminate, and the half width (D1) of the first colored layer and the second colored layer. A color filter for a liquid crystal display device, wherein the relationship between the half width (D2) of the layer and the half width (D3) of the third colored layer is D1> D2 = D3.
また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記積層体には、第一〜第三着色層が順次積層され、第一着色層の片幅（Ｄ１）と、第二着色層の片幅（Ｄ２）と、第三着色層の片幅（Ｄ３）の関係が、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。 In the color filter for a liquid crystal display device according to the present invention, the first to third colored layers are sequentially laminated on the laminate, and the half width (D1) of the first colored layer and the second colored layer. The color filter for a liquid crystal display device is characterized in that the relationship between the half width (D2) of the layer and the half width (D3) of the third colored layer is D1> D3> D2.
また、本発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、
１）ブラックマトリックスが形成された透明基板上に着色画素を形成する際に、着色画素の形成に用いる材料と同一材料で、着色画素の形成と同時に、中央部にブラックマトリックスを露出するスルーホールを有する着色層をブラックマトリックス上に積層して形成し、
２）着色画素、及び着色層の積層が形成された透明基板上に透明導電膜を形成し、
３）透明導電膜が形成された着色層上にスルーホール内を充填し、且つ着色層の上面に厚みをもつよう着色層上の透明導電膜を被覆してフォトスペーサー層を形成し、
４）該フォトスペーサー層の形成と同時に、フォトスペーサー層の形成に用いる材料と同一材料で、透明導電膜が形成された着色画素上に配向制御突起を形成し、カラーフィルタを製造することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。
Moreover, this invention is a manufacturing method of the color filter for liquid crystal display devices of any one of Claims 1-4, Comprising:
1) When a colored pixel is formed on a transparent substrate on which a black matrix is formed, a through-hole that exposes the black matrix in the central portion at the same time as the colored pixel is formed using the same material as that used for forming the colored pixel. A colored layer having a laminate on a black matrix,
2) forming a transparent conductive film on a transparent substrate on which a stack of colored pixels and colored layers is formed;
3) The inside of the through hole is filled on the colored layer on which the transparent conductive film is formed, and the photoconductive layer is formed by covering the transparent conductive film on the colored layer so as to have a thickness on the upper surface of the colored layer.
4) Simultaneously with the formation of the photospacer layer, a color filter is manufactured by forming alignment control protrusions on a colored pixel on which a transparent conductive film is formed using the same material as that used for forming the photospacer layer. This is a method for producing a color filter for a liquid crystal display device.
本発明は、フォトスペーサーが、ブラックマトリックス上に着色層、透明導電膜、フォトスペーサー層が順次に形成された積層体からなり、この着色層が、着色画素の形成に用いる材料と同一材料で、着色画素の形成と同時に形成された、中央部にスルーホールを有する着色層であり、このフォトスペーサー層が、配向制御突起の形成に用いる材料で、配向制御突起の形成と同時に、上記スルーホール内を充填して形成されたフォトスペーサー層であるので、液晶表示装置の使用時の荷重によるフォトスペーサーの変形を抑制した、すなわち、荷重によって色ムラなどが発生することのない液晶表示装置用カラーフィルタとなる。 In the present invention, the photospacer comprises a laminate in which a colored layer, a transparent conductive film, and a photospacer layer are sequentially formed on a black matrix, and this colored layer is the same material as that used for forming the colored pixels. A colored layer having a through hole in the center formed at the same time as the formation of the colored pixel, and this photo spacer layer is a material used for forming the alignment control protrusion, and at the same time as the formation of the alignment control protrusion, Since the photospacer layer is formed by filling the liquid crystal display device, the deformation of the photospacer due to the load during use of the liquid crystal display device is suppressed, that is, the color filter for the liquid crystal display device in which color unevenness does not occur due to the load. It becomes.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例の断面図である。図１に示すように、この液晶表示装置用カラーフィルタは、透明基板（１０）上に、ブラックマトリックス（１１）、着色画素（１２（１２Ｒ））、透明導電膜（１３）が形成され、また、フォトスペーサー（１４）、配向制御突起（７３）が形成されたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a color filter for a liquid crystal display device according to the present invention. As shown in FIG. 1, this color filter for a liquid crystal display device has a black matrix (11), colored pixels (12 (12R)), a transparent conductive film (13) formed on a transparent substrate (10), and , A photo spacer (14), and an alignment control protrusion (73) are formed.
フォトスペーサー（１４）は、ブラックマトリックス（１１）上に形成された第一着色層（１２’Ｒ）、第二着色層（１２’Ｇ）、第三着色層（１２’Ｂ）、透明導電膜（１３）、及びフォトスペーサー層（ＰＳ）が順次に形成された積層体で構成されている。
本発明における第一着色層（１２’Ｒ）は、公知のフォトリソグラフィ法を用いた赤色の着色画素（１２Ｒ）の形成時に、着色画素の形成と同時にブラックマトリックス上に形成されたもので、中央部にブラックマトリックス表面を露出するスルーホールを有している。
The photo spacer (14) includes a first colored layer (12′R), a second colored layer (12′G), a third colored layer (12′B), and a transparent conductive film formed on the black matrix (11). (13) and a laminated body in which a photospacer layer (PS) is sequentially formed.
The first colored layer (12′R) in the present invention is formed on the black matrix simultaneously with the formation of the colored pixel when the red colored pixel (12R) is formed using a known photolithography method. There is a through-hole that exposes the black matrix surface.
また、本発明における第二着色層（１２’Ｇ）、第三着色層（１２’Ｂ）は、各々、緑色の着色画素（図示せず）、青色の着色画素（図示せず）の形成と同時に、第一着色層上方に積層して形成されたもので、各々中央部にスルーホールを有している。
各着色層に形成するスルーホールは中心を一致させるのが望ましい。また、スルーホールの径は図３に示すように、各着色層で同一径としてもよく、図１に示すように、第一着色層のスルーホール径と同一以上となるよう、第二、第三着色層のスルーホール径を各々異ならせてもよい。
Further, the second colored layer (12′G) and the third colored layer (12′B) in the present invention are respectively formed with a green colored pixel (not shown) and a blue colored pixel (not shown). At the same time, it is formed by laminating above the first colored layer, each having a through hole in the center.
It is desirable that the center of the through hole formed in each colored layer is coincident. Further, as shown in FIG. 3, the diameter of the through hole may be the same in each colored layer, and as shown in FIG. 1, the second and second diameters may be equal to or larger than the through hole diameter of the first colored layer. The through-hole diameters of the three colored layers may be different from each other.
また、フォトスペーサー層（ＰＳ）及び配向制御突起（７３）は、感光性樹脂からなり、同時に形成されたものである。フォトスペーサー層（ＰＳ）は、積層の最上層に形成されるが、その下部は、ブラックマトリックス（１１）上の透明導電膜（１３）達している。
また、フォトスペーサー層は、着色層の上面に厚みをもつよう着色層上の透明導電膜を被覆するよう形成している。
The photospacer layer (PS) and the alignment control protrusion (73) are made of a photosensitive resin and are formed at the same time. The photospacer layer (PS) is formed in the uppermost layer of the stack, but the lower part reaches the transparent conductive film (13) on the black matrix (11).
The photospacer layer is formed so as to cover the transparent conductive film on the colored layer so that the upper surface of the colored layer has a thickness.
フォトスペーサー層（ＰＳ）の形成に用いる材料は、前記変形を考慮した弾性率をもたせる材料である。この材料には、配向制御突起（７３）を形成する材料に求められる特性を概ね包含しているものが好ましい。 The material used for forming the photospacer layer (PS) is a material having an elastic modulus in consideration of the deformation. This material preferably includes substantially the characteristics required for the material for forming the orientation control protrusion (73).
図２は、図１に一実施例として示す液晶表示装置用カラーフィルタの寸法関係の説明図である。着色層上面の厚みとなるフォトスペーサー層（ＰＳ）の高さ（Ｈ６）は、配向制御突起（７３）の高さ（Ｈ５）と略同一の１．３μｍ程度のものである。フォトスペーサー（１４）の高さ（Ｈ４）は５μｍ程度、各着色層（１２’Ｒ、１２’Ｇ、１２’Ｂ）の高さ（Ｈ７）は１．３μｍ程度のものである。
また、ブラックマトリックス（１１）及び第一着色層（１２’Ｒ）の幅（Ｗ６）は５０μｍ〜６０μｍ程度、第二着色層（１２’Ｇ）の幅（Ｗ５）は４０μｍ〜５０μｍ程度、第一着色層（１２’Ｒ）のスルーホールの幅（Ｗ４）は２０μｍ〜３０μｍ程度のものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the dimensional relationship of the color filter for a liquid crystal display device shown as an embodiment in FIG. The height (H6) of the photospacer layer (PS) that is the thickness of the upper surface of the colored layer is about 1.3 μm, which is substantially the same as the height (H5) of the alignment control protrusion (73). The height (H4) of the photo spacer (14) is about 5 μm, and the height (H7) of each colored layer (12′R, 12′G, 12′B) is about 1.3 μm.
The width (W6) of the black matrix (11) and the first colored layer (12′R) is about 50 μm to 60 μm, and the width (W5) of the second colored layer (12′G) is about 40 μm to 50 μm. The width (W4) of the through hole of the colored layer (12′R) is about 20 μm to 30 μm.
上記のように、本発明におけるフォトスペーサー層（ＰＳ）は、その下部が透明導電膜（１３）を介してブラックマトリックス（１１）上に達しているので、荷重によるフォトスペーサー（１４）の変形においては着色層の影響が少なくなり、変形は抑制される。 As described above, since the lower part of the photospacer layer (PS) in the present invention reaches the black matrix (11) through the transparent conductive film (13), the deformation of the photospacer (14) by the load is performed. Is less affected by the colored layer and the deformation is suppressed.
図３（ａ）は、請求項２に係わる液晶表示装置用カラーフィルタの一例のフォトスペーサー層を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、このカラーフィルタのフォトスペーサー層は、第一着色層（１２’Ｒ）の片幅（断面図に示すように、スルーホールの縁から画素層の縁までの距離）（Ｄ１）と、第二着色層（１２’Ｇ）の片幅（Ｄ２）と、第三着色層（１２’Ｂ）の片幅（Ｄ３）の関係が、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３となっている。
各着色層の片幅を、このような関係に保つことによって、フォトスペーサー層のテーパー角を垂直に近づけることが可能である。
FIG. 3A is a sectional view showing a photo spacer layer as an example of a color filter for a liquid crystal display device according to claim 2. As shown in FIG. 3A, the photo-spacer layer of this color filter has one width of the first colored layer (12′R) (from the edge of the through hole to the edge of the pixel layer as shown in the sectional view). The relationship between the distance (D1), the width (D2) of the second colored layer (12′G), and the width (D3) of the third colored layer (12′B) is D1>D2> D3. ing.
By keeping the half width of each colored layer in such a relationship, the taper angle of the photospacer layer can be made close to vertical.
図３（ｂ）は、請求項３に係わる液晶表示装置用カラーフィルタの一例のフォトスペーサー層を示す断面図である。図３（ｂ）に示すように、このカラーフィルタのフォトスペーサーは、第一着色層（１２’Ｒ）の片幅（Ｄ１）と、第二着色層（１２’Ｇ）の片幅（
Ｄ２）と、第三着色層（１２’Ｂ）の片幅（Ｄ３）の関係が、Ｄ１＞Ｄ２＝Ｄ３となっている。
FIG. 3B is a cross-sectional view showing a photo spacer layer as an example of a color filter for a liquid crystal display device according to claim 3. As shown in FIG.3 (b), the photo-spacer of this color filter has the half width (D1) of the 1st colored layer (12'R), and the half width of the 2nd colored layer (12'G) (
The relationship between D2) and the half width (D3) of the third colored layer (12′B) is D1> D2 = D3.
また、図３（ｃ）は、請求項４に係わる液晶表示装置用カラーフィルタの一例のフォトスペーサー層を示す断面図である。図３（ｃ）に示すように、このカラーフィルタのフォトスペーサーは、第一着色層（１２’Ｒ）の片幅（Ｄ１）と、第二着色層（１２’Ｇ）の片幅（Ｄ２）と、第三着色層（１２’Ｂ）の片幅（Ｄ３）の関係が、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２となっている。
各着色層の片幅を、このような関係に保つことによって、フォトスペーサー層の上底面積を小さくすることが可能となる。またテーパー角をコントロールすることが可能である。
FIG. 3C is a sectional view showing a photo spacer layer as an example of a color filter for a liquid crystal display device according to claim 4. As shown in FIG.3 (c), the photo-spacer of this color filter has the half width (D1) of the 1st colored layer (12'R), and the half width (D2) of the 2nd colored layer (12'G). And the relationship of the half width (D3) of the third colored layer (12′B) is D1>D3> D2.
By keeping the half width of each colored layer in such a relationship, the upper base area of the photospacer layer can be reduced. It is also possible to control the taper angle.
本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法においては、フォトスペーサー層の形成に用いる材料は、その変形を考慮した弾性率をもたせるものであれば、樹脂の種類は限定されない。
また、フォトスペーサー層と配向制御突起を同時に形成する際に用いるフォトマスクとしては、フォトスペーサー用部位と配向制御突起用部位の開口部が同一の透過率を有し、また遮光部が同一の遮光率を有する、すなわち、単純な構造のフォトマスクを用いることができる。
In the method for producing a color filter for a liquid crystal display device according to the present invention, the type of resin is not limited as long as the material used for forming the photospacer layer has an elastic modulus considering its deformation.
In addition, as a photomask used for simultaneously forming the photospacer layer and the alignment control protrusion, the openings of the photospacer part and the alignment control protrusion part have the same transmittance, and the light shielding part has the same light shielding. It is possible to use a photomask having a ratio, that is, a simple structure.
４、７、８、９・・・カラーフィルタ
１０、４０・・・ガラス基板
１１、４１・・・ブラックマトリックス
１２、４２・・・着色画素
１２Ｒ、４２Ｒ・・・赤色の着色画素
１２’Ｒ、４２’Ｒ・・・第一着色層
１２’Ｇ、４２’Ｇ・・・第二着色層
１２’Ｂ、４２’Ｂ・・・第三着色層
１３、４３・・・透明導電膜
１４、４４、４４’・・・フォトスペーサー
４１Ａ・・・ブラックマトリックスのマトリックス部
４１Ｂ・・・ブラックマトリックスの額縁部
７３、８３、９３・・・配向制御突起
Ｈ１、Ｈ４・・・フォトスペーサーの高さ
Ｈ２、Ｈ３、Ｈ５・・・配向制御突起の高さ
Ｈ６・・・フォトスペーサー層の高さ
ＰＳ・・・フォトスペーサー層
Ｗ２、Ｗ３・・・配向制御突起の幅
4, 7, 8, 9 ...
Claims (5)
１）ブラックマトリックスが形成された透明基板上に着色画素を形成する際に、着色画素の形成に用いる材料と同一材料で、着色画素の形成と同時に、中央部にブラックマトリックスを露出するスルーホールを有する着色層をブラックマトリックス上に積層して形成し、
２）着色画素、及び着色層の積層が形成された透明基板上に透明導電膜を形成し、
３）透明導電膜が形成された着色層上にスルーホール内を充填し、且つ着色層の上面に厚みをもつよう着色層上の透明導電膜を被覆してフォトスペーサー層を形成し、
４）該フォトスペーサー層の形成と同時に、フォトスペーサー層の形成に用いる材料と同一材料で、透明導電膜が形成された着色画素上に配向制御突起を形成し、カラーフィルタを製造することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。 It is a manufacturing method of the color filter for liquid crystal display devices given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
1) When a colored pixel is formed on a transparent substrate on which a black matrix is formed, a through-hole that exposes the black matrix in the central portion at the same time as the colored pixel is formed using the same material as that used for forming the colored pixel. A colored layer having a laminate on a black matrix,
2) forming a transparent conductive film on a transparent substrate on which a stack of colored pixels and colored layers is formed;
3) The inside of the through hole is filled on the colored layer on which the transparent conductive film is formed, and the photoconductive layer is formed by covering the transparent conductive film on the colored layer so as to have a thickness on the upper surface of the colored layer.
4) Simultaneously with the formation of the photospacer layer, a color filter is manufactured by forming alignment control protrusions on a colored pixel on which a transparent conductive film is formed using the same material as that used for forming the photospacer layer. A method for producing a color filter for a liquid crystal display device.
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