JP4883849B2 - Color filter, manufacturing method thereof, and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、さまざまな表示装置に使用するカラーフィルタに関し、さらにその製造方法に関するものである。また、本発明はかかるカラーフィルタを用いたカラー液晶表示用の液晶表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
カラー液晶パネルなどに使用するカラーフィルタは、透明なガラス基板上に微少で複数の着色膜を所定のピッチで規則正しく配列したものである。そして、この透明ガラス基板の材質としては、通常、ソーダライムガラス等のアルカリガラスあるいはホウケイ酸ガラス等の無アルカリガラスが使用される。
【0003】
アルカリガラスからなる透明基板を使用する場合には、そのガラス基板に含有されるアルカリイオンの拡散を障壁するために、通常、ガラス基板の表面にSiO2膜を被覆している。
【0004】
このSiO2膜に代えてTiO2等の金属酸化膜を、SiO2膜に比べて極めて薄く形成する技術が提案されているが(特開平8-190088号参照)、この技術によれば、このTiO2膜の上に直にITOなどの導電性酸化金属被膜を形成している。
【0005】
ところで、近年、カラーフィルタが各種表示装置に用いられている。
このカラーフィルタによれば、ガラス基板上に着色膜を形成するが、今日、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の3原色、あるいはイエロー(Yellow)、マゼンタ(Magenta)、シアン(Cyan)等の補色が用いられる。さらに各着色膜間に遮光膜を形成することで、色純度およびコントラストの低下を防止している。
【0006】
これらの着色膜および遮光膜を所定の形状にパターニングする方法として、顔料分散法がよく知られている。
【0007】
すなわち、顔料やカーボン等の着色剤又は遮光剤を分散させた光硬化性樹脂の薄膜を塗布し、次いで露光、現像、熱硬化させることによりパターン形成する技術であり、カラーフィルタの製造方法としては、もっとも一般的な方法である。
【0008】
この顔料分散法を図3と図4により説明する。
図3は顔料分散法により形成したカラーフィルタの断面構造である。図4は遮光膜のパターニング方法である。
【0009】
図3によれば、10は透明ガラス基板であり、この透明ガラス基板10の上に遮光膜パターン4ならびにRed着色膜5、Green着色膜6およびBlue着色膜7のパターンを形成している。
【0010】
図4に示すパターニング方法によれば、遮光膜パターン4を樹脂により形成した場合であり、順次A、B、Cの各工程を示す。
【0011】
最初のA工程によれば、透明ガラス基板10の上に光硬化性樹脂遮光膜11を塗布形成する。
【0012】
次のB工程においては、フォトマスク13を用いて、露光照射光12を所定のパターン形状でもって通過させることで、光硬化性樹脂遮光膜11を部分的に露光する。
【0013】
そして、C工程にて、現像し、熱硬化させることで、樹脂遮光膜パターン4を形成する。
【0014】
このような各工程を経て、続いて顔料分散法により着色膜を形成し、カラーフィルタが得られる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような遮光膜パターンによれば、カラーフィルタの色純度とコントラストの低下との双方を防止するとともに、その開口率を決定し、そのことでもってカラー液晶パネルの表示特性に大きな影響を及ぼす。
【0016】
すなわち、フォトマスクの設計幅に近い遮光膜パターンにすることで、解像性に優れたカラーフィルタが得られるが、そのような遮光膜パターンは開口率が高く、表示面の点灯光の損失が低減され、これにより、より高輝度のカラー液晶パネルが得られる。また、同じ輝度であっても、より低消費電力のカラー液晶パネルが得られる。
【0017】
しかしながら、遮光膜パターンを樹脂で形成する場合には、フォトマスクの設計幅に近い遮光膜パターンを得ることがむずかしかった。
【0018】
この課題を図7により説明する。
同図Aは露光工程であり、同図Bは、その後の現像および熱硬化を経た後の断面構造である。
【0019】
前述したような光硬化性樹脂遮光膜11を用いると、その遮光膜としての特性上、着色膜パターンを形成する光硬化性樹脂着色膜に比べて感光されにくく、したがって、図7Aに示す如く、より多くの露光照射光12が必要となり、そのために、フォトマスク13の非露光部への露光照射光の回折22の影響を受け易くなる。
【0020】
その結果、図7Bに示す如く、樹脂遮光膜のパターン幅26がフォトマスク13の設計幅25より大きくなっていた。
【0021】
この露光照射光の回折を防止するためには、フォトマスク13とガラス基板10との間のギャップを狭くして露光する方法がもっとも容易である。
【0022】
しかしながら、ガラス基板10との接触によるフォトマスク13の破損の防止を考慮すると、狭ギャップにも限界がある。
【0023】
一方、もっとも一般的な方法として、樹脂遮光膜パターンの太り幅をあらかじめ考慮して、フォトマスクの設計幅を設定幅より細くする方法が採用されている。
【0024】
すなわち、フォトマスクの設計幅に対し、実際の仕上がりの樹脂遮光膜パターンは、何μm程度太くなることから、遮光膜材料、露光および現像条件が同じであれば、この太り幅は毎回大体同じになるので、その太り分をあらかじめ考慮して、フォトマスクの設計幅を補正する方法が採用されている。
【0025】
ところが、露光照射光の回折により感光された過剰露光部は充分に感光されておらず、現像性が安定しないため、樹脂遮光膜のパターン幅にバラツキが生じ易いという課題がある。
【0026】
また、使用する露光機および光硬化性樹脂遮光膜の種類によって、樹脂遮光膜パターンの太り幅が変化するので、これらの条件が変わった場合、フォトマスクの設計幅と樹脂遮光膜パターンの太り幅との間にズレが生じ、フォトマスクを再度作製し直す必要がある。
【0027】
かかる露光照射光の回折による樹脂遮光膜のパターン太りは、現像時間を長くすることにより、そのパターン幅をある程度フォトマスクの設計幅に近づけることができる。
【0028】
すなわち、図7に示す如く、光硬化性樹脂遮光膜11の中で、非露光部への露光照射光の回折22により感光された過剰露光部24は充分に感光されておらず、通常露光部23に比べて現像液に溶解し易いため、その溶解性の差により過剰露光部24の余分な樹脂遮光膜を選択的に除去して、樹脂遮光膜パターン幅26をフォトマスク設計幅25に近づけることができる。
【0029】
しかしながら、前述したように光硬化性樹脂遮光膜は感光されにくく、特に露光照射光の到達されにくい樹脂遮光膜とガラス基板との界面付近では、その傾向が顕著となる。
【0030】
加えて、ガラス基板のような無機物と樹脂遮光膜のような有機物とでは、元来相互間の密着性が低いので、通常露光部であっても現像により樹脂遮光膜パターンがその界面より剥離し易かった。
【0031】
したがって、通常露光部と過剰露光部の現像液に対する溶解性のコントラストはつきにくく、樹脂遮光膜パターン幅を完全にフォトマスク設計幅と同じにするのは極めて困難である。
【0032】
仮に、樹脂遮光膜パターン幅をフォトマスク設計幅と同じにできたとしても、その現像ラチチュードは極めて小さいので、樹脂遮光膜パターンを現像する際にパターン剥離が生じ易く、製造歩留まりを低下させることになる。
【0033】
この点をさらに述べると、現像液への浸漬時間には適正時間があり、現像液への浸漬時間が短か過ぎると現像残りが発生し、取れるべきところが残り、一方、長すぎると逆にパターン剥離が発生し、残るべきところが取れることになるが、現像ラチチュードとは、この適正時間の幅がどれくらいあるか、を示す指標であり、言い換えれば、露光部と非露光部の現像液への溶解性のコントラストが大きくなると、現像ラチチュードが広いと言える。
【0034】
よって、適正時間の幅が広くなると、より現像しやすく、その結果として製造歩留まりが向上するが、上述の例では、非露光部のみならず、過剰露光部までのパターンを除去しようとしているので、その現像ラチチュードは極めて狭くなる。
【0035】
かかる点は、特に表示装置の高輝度化を図るために、樹脂遮光膜パターンを形成するフォトマスクの設計幅が細線化される傾向にある近年においては、その傾向が顕著である。
【0036】
さらにまた、樹脂遮光膜パターンを形成したカラーフィルタをカラー液晶表示装置に用いると、次のような課題がある。
【0037】
この課題を図8に示すカラー液晶表示装置の断面概略図でもって説明する。
【0038】
16は走査側基板であり、19は信号側基板であり、走査側基板16によれば、それを構成するガラス基板上に樹脂遮光膜パターン4が形成され、この間に着色膜が形成される。これらの上に平滑膜8を被覆し、平滑膜8の上に透明電極28とポリイミド樹脂からなる配向膜29とを順次積層している。
【0039】
信号側基板19のガラス基板上にも透明電極28とポリイミド樹脂からなる配向膜29とを順次積層している。
【0040】
そして、走査側基板16と信号側基板19とをシール剤18を介して貼り合わせるとともに、内部に液晶層17を封入する。
【0041】
上記構成のカラー液晶表示装置によれば、表示面額縁領域からの光漏れを防止する目的で、通常、樹脂遮光膜パターン4を形成すると同時に、それを延在して外周ダミー部27を形成する。
【0042】
しかしながら、シール剤18の直下まで外周ダミー部27を設けて、さらにガラス基板と樹脂遮光膜との界面の密着性が低いことに起因し、対向基板間の付着強度が低くなるという問題があった。
【0043】
すなわち、カラー液晶パネルの組立あるいは使用等で負荷が生じた場合、この界面からの剥離が生じ、これにより、製造歩留まりが低下し、また、カラー液晶パネルの耐久性が低下していた。
【0044】
このような課題を解消するために、カラーフィルタの樹脂遮光膜パターンを無機結合剤あるいは有機結合剤で被覆し、樹脂遮光膜のパターン剥離を防止する技術が提案されている(特開平8-262219号参照)。
【0045】
しかしながら、この提案によれば、上記樹脂遮光膜パターンの製造歩留まりや解像性向上等、樹脂遮光膜パターン形成時に関わる課題を解決することはできない。
【0046】
したがって本発明の目的は叙上に鑑みて完成されたものであり、その目的は基板上に樹脂遮光膜パターンを形成したカラーフィルタにおいて、基板と樹脂遮光膜との密着性を高めた高信頼性かつ高輝度のカラーフィルタならびにその製造方法を提供することにある。
【0047】
また、本発明の他の目的は、かかるカラーフィルタを用いて、高品質かつ長期信頼性を達成した液晶表示装置を提供することにある。
【0048】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーフィルタは、基板と、前記基板上に設けられたTiO2膜と、前記TiO2膜上に設けられた樹脂遮光膜と、前記樹脂遮光膜の非被着面における前記TiO2膜上に設けられた着色膜と、を備え、前記TiO2膜は、その厚みが、20〜80Åであり、前記樹脂遮光膜の前記TiO 2 膜に対する密着強度が30.2〜41.3kgf/cm 2 であることを特徴とする。
【0051】
本発明の液晶表示装置は、本発明のカラーフィルタの上に一方電極と配向膜とを形成し、他方電極と配向膜とを形成した他の基板と対向させ、双方を、液晶層を介して配設してなる。
【0052】
【発明の実施の形態】
本発明者が鋭意研究を重ねて行った結果、ガラス基板上にTiO2膜を被覆すると、この膜の上に樹脂遮光膜を形成した場合、TiO2膜と樹脂遮光膜との界面での密着性が向上することを、本発明者が行った実験により確かめている。
【0053】
このような効果については、いまだ十分に解明しておらず、推論の域を脱し得ないが、下記のような理由によると考える。
【0054】
すなわち、チタン等の金属酸化物はケイ素やホウ素等の非金属酸化物に比べ分子レベルにて表面粗度が大きく、アンカー効果の働きにより、密着性が大きくなる。
【0055】
本発明者はこの理由について、それを証する実験を行った。
ソーダライム基板上にTiO2膜またはSiO2膜をスパッタリングにより、その成膜の厚みを400Å、1000Åにして形成し、これらの膜の表面粗度(算術平均粗さRa)を測定したところ、表1に示すような結果が得られた。
【0056】
表面粗度はAFM分析装置(デジタルインスツルメンツ社製AFM−DI−D3000)を用いて、周期的に表面試料と探針を接触させる方式であるタッピングモードにより測定した。この測定には、探針Siプローブ、視野2×2μmにて測定した。
【0057】
【表1】
【0058】
同表から明らかなとおり、TiO2膜の表面粗度はSiO2膜に比べて2倍以上であり、これにより、アンカー効果の働きにより、密着性が大きくなっていると考える。
【0059】
さらに望ましくは、このようなTiO2膜に対し紫外線照射するとよく、このような工程を経ることでも、樹脂遮光膜との界面での密着性が向上する。
【0060】
その理由は下記のとおりである。
TiO2のような半導体物質は、UV光等の照射により光励起され、その際に生じる活性の電子と正孔の働きにより、その表面に吸着されている有機性の不純物を分解除去する光触媒作用がある。したがって、有機性の不純物がガラス基板の表面に付着した状態で樹脂遮光膜を形成した場合、そのガラス基板に対する密着性が著しく阻害されるが、本発明のように、ガラス基板上にTiO2膜を形成し、光硬化性樹脂遮光膜を塗布する直前に、あらかじめガラス基板をUV処理することで、これらの有機性不純物は除去され、ガラス基板と樹脂遮光膜の界面の密着性の低下を防止することができる。たとえば、186nmと254nmにピークを持つUV光を約2分照射する。
【0061】
上記のようなTiO2膜は多結晶であり、それが主成分であり、その他、アモルファス成分を含んでもよい。
【0062】
次に本発明を図示して詳述する。
【0063】
(例1)
図1はカラーフィルタの概略断面構造を示し、ソーダライムガラス基板1の上にアルカリイオンの拡散障壁としてのSiO2膜2をディップコートしている。このような基板を、以下、ディップ基板と称する。
【0064】
このディップ基板上にTiO2膜3をスパッタリング法でもって成膜形成した。このTiO2膜3の膜厚は10Å、20Å、50Å、70Å、80Å、90Åの6とおりである。
【0065】
次に、これらTiO2が最表層となった基板上に、それぞれ光硬化性樹脂遮光膜を形成し、露光、次いで現像を行った。そして、現像液に浸漬する時間を50秒〜120秒に変えることで、さまざまなテスト用の試料を作製し、これらに対し光硬化性樹脂遮光膜の密着性(剥離状態)を調べたところ、表2に示すような結果が得られた。
【0066】
なお、比較例としてディップ基板上(表2にてSiO2と表記している)に同じ樹脂遮光膜を形成し同様に測定した。
【0067】
この実験においては、下記のような条件でもって作製し、そして、評価した。
【0068】
光硬化性樹脂遮光膜;ポリエステル系の樹脂であり、東京応化工業製CFPRブラックレジストを用いた。遮光剤としてはカーボンを使用している。
【0069】
露光条件
露光機;日立電子エンジニアリング製投影式露光機
フォトマスク;設計幅10μm
露光量;500mj/cm2(照度35mW/cm2)
露光ギャップ;100μm
現像条件
現像方式;ディップ式現像
現像液;東京応化工業製無機アルカリ現像液
リンス;超純水水洗(水洗圧1.0kgf/cm2)
評価方法
測長器付き金属顕微鏡を用いた目視観察にて樹脂遮光膜の剥れ状況を確認する。
【0070】
【表2】
【0071】
同表中、現像残とは現像のされ方が不足している状態で、現像によって除去されるべき箇所が除去しきれずに残ってしまう現象であり、剥離とは現像のされ方が過剰になった状態であり、パターンとして残るべきところが剥離して無くなってしまうことである。また、現像残と剥離という表記以外の数値は樹脂遮光膜パターン幅の測定値である。
【0072】
この表から明らかなように、ディップ基板上にTiO2膜を形成し最表層とすることにより、樹脂遮光膜現像時のパターン剥離が生じにくくなる。また、フォトマスクの設計幅(10μm)に近い膜形成ができ、より解像性の優れた樹脂遮光膜パターンの形成ができる。
【0073】
たとえば、樹脂遮光膜パターン幅の適合規格を10.0±1.0μmとすると、ディップ基板では、現像液の浸漬時間70秒でしか規格をクリアできていないのに対し、本発明の如く、TiO2被覆基板では概ね30秒間(浸漬時間80〜110秒)の規格に対する現像ラチチュードを有している。
【0074】
ただし、本例では、TiO2膜厚が10Åというように非常に薄くなると、これら現像性の改善効果は認められなかった。
【0075】
(例2)
次に(例1)にて作製した各試料において、ディップ基板上(表2にてSiO2と表記している)およびTiO2膜厚10Å基板の試料については、現像液浸漬時間を70秒に設定した。また、TiO2膜厚20Å〜90Å基板の各試料については、現像液浸漬時間を90秒に設定し、これら各試料を240℃のホットプレート上で加熱し、樹脂遮光膜パターンを熱硬化させた。
【0076】
次に、これら熱硬化させた樹脂遮光膜パターンの密着強度を測定したところ、表3に示す結果が得られた。
【0077】
【表3】
【0078】
この表から明らかなように、ディップ基板上にTiO2膜を形成し、最表層とすることにより、熱硬化された樹脂遮光膜パターンの密着強度が向上したことがわかる。
【0079】
しかしながら、TiO2の膜厚が小さくなるほどに、密着強度が小さくなり、TiO2膜厚10Åの試料については、ディップ基板上に直接樹脂遮光膜パターンを形成した場合と同程度の密着強度となった。
【0080】
この密着強度は、下記のように測定する。
樹脂遮光膜を上述した如く塗布〜焼成した基板と治具にピンを取り付け、測定器にセットして測定する。測定器は島津製作所製の小型卓上試験機(型式;TZ-TEST SERIES MODEL TEST/CE)である。
【0081】
(例3)
本例では、上記の各試料でもってカラーフィルタを作製し、その評価を行った。
【0082】
本例にて、その製造方法を述べるが、順次下記A〜Eの各工程を経て、ガラス基板上にTiO2膜と樹脂遮光膜パターンとを順次形成する。
【0083】
A工程:
(例1)にて図1に示す如く、ガラス基板(ディップ基板)上にスパッタリングもしくは真空蒸着にてTiO2膜3で被覆する。
【0084】
B工程:
(例1)にて記述したとおり、TiO2膜3上に遮光性の着色剤を添加した光硬化性樹脂膜を塗布する。この工程は図4Aに相当する。
【0085】
C工程:
さらに(例1)にて記述したとおり、フォトマスクを用いて光硬化性樹脂膜の所定領域を露光する。この工程は図4Bに相当する。
【0086】
D工程:
続いて、光硬化性樹脂膜に対し現像し、一部を除去する。
【0087】
E工程:
残存する光硬化性樹脂膜を熱硬化する。
【0088】
これらD,Eの各工程は、図4Cに相当する。
【0089】
次いで、樹脂遮光膜パターンの隙間に着色膜を形成することで、図1に示すような本発明のカラーフィルタが得られる。
【0090】
着色膜は、従来周知の技術でもって形成でき、たとえば顔料分散法や染色法がある。
【0091】
本例では、前述した7種類の各試料に対し、あらかじめ顔料により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより、それぞれRed着色画素5、次いでGreen着色画素6、その後のBlue着色画素7を形成し、カラーフィルタとした。
【0092】
なお、これら着色膜の上に、その表面を平坦にするためにアクリル系樹脂からなる平滑化膜8を形成するが、それを形成しなくてもよい。
【0093】
そして、各カラーフィルタに対し、分光測定機を使用して、可視光領域(400nm〜700nm)の平均透過率を測定したところ、表4に示すような結果が得られた。
【0094】
分光測定機にはTOPCON SR−1を用いて、C光源にて視野角を2.0度にした。
【0095】
【表4】
【0096】
この表から明らかなように、樹脂遮光膜パターンの解像性に優れた20Å以上のTiO2最表層基板を使用することにより、カラーフィルタの透過率が向上する。
【0097】
叙上の(例1)〜(例3)に示す評価結果から、本発明においては、ガラス基板上に被着するTiO2膜の厚みを10Åを越えるようにするとよい。
【0098】
しかしながら、TiO2膜の膜厚が大きくなると、多重反射の影響を受け、その効果は低減する。TiO2膜厚90Åにおいては、樹脂遮光膜パターンの解像性向上の効果と多重反射による点灯光の損失が相殺され、ディップ基板とほぼ同等の透過率となった。
【0099】
上記の多重反射について、さらに述べると、TiO2の薄膜をソーダライムガラス基板上に形成させた場合、光の屈折率の異なることで、スネルの法則に従い、入射光の一部がその界面で反射され、これにより、透過率が低下する。
【0100】
多重反射における反射率は、構成する各層の屈折率と膜厚に依存することが知られている。ここでは、TiO2の屈折率(2.50)およびソーダライムガラスの主成分であるSiO2の屈折率(1.52)は定数であり、また、ソーダライムガラス基板の板厚はTiO2膜に比べて充分に厚いので、TiO2の膜厚が反射率を決定する唯一の因子となる。
【0101】
図9にソーダライムガラス基板上に形成されたTiO2の膜厚と、その表面に於ける可視光線(400nm〜700nm)の平均反射率の関係を示す。なお、同図は理論値であり、ガラス基板裏面からの反射光は含まれていない。
【0102】
図9から明らかなように、ソーダライムガラス基板上にTiO2膜を形成する場合、TiO2の膜厚を小さく形成するに伴い、多重反射の影響がより低減されることがわかる。
【0103】
次に、この多重反射と液晶表示装置との関係を説明する。
【0104】
(透過型カラー液晶表示装置について)
この多重反射の現象は、光源からの照射光を液晶パネルに透過させて、その表示面を点灯する構造を有する透過型カラー液晶パネルにおいては、表示面の点灯光の損失になる。したがって、多重反射による点灯光の損失を表示特性上、無視できるレベルまで、少なくすることが重要となる。
【0105】
しかしながら、TiO2膜の薄膜化にも限界がある上、樹脂遮光膜との密着性向上という当初の目的も考慮する必要があるので、多重反射による点灯光の損失を嫌う透過型カラー液晶パネルにおいては、TiO2の膜厚を充分考慮すべきである。
【0106】
本発明者が繰り返し行った実験によれば、多重反射の影響も考慮し、最適膜厚としては40〜60Åにするとよい。
【0107】
(反射型カラー液晶表示装置について)
一方、反射型カラー液晶パネルにおいては、その使用構造上、かかる多重反射に対し留意する必要はなく、TiO2の形成膜厚の自由度は比較的高いが、TiO2膜自体の吸光による点灯光の損失を考慮すると、自ずからその形成できる膜厚も制約される。
【0108】
本発明者が繰り返し行った実験によれば、100〜1000Åにするとよい。
【0109】
次に本発明の液晶表示装置の構成を述べる。
【0110】
(例4)
図5に示す透過型のカラー液晶表示装置の断面概略図でもって説明する。
16は走査側基板であり、19は信号側基板であり、走査側基板16によれば、(例3)に示すカラーフィルタを用いて、さらに平滑膜の上に前記一方電極である透明電極とポリイミド樹脂からなる配向膜とを順次積層し、他方の信号側基板19ではガラス基板上にも前記他方電極である透明電極とポリイミド樹脂からなる配向膜とを順次積層している。
【0111】
そして、走査側基板16と信号側基板19とをシール剤18(三井東圧化学製熱硬化性エポキシ樹脂)を介して貼り合わせるとともに、内部に液晶層17(ツイスト角250±20°のネマチック型液晶分子)を封入する。セルギャップは6.3μmである。
【0112】
また、走査側基板16と信号側基板19の双方の外側にはヨウ素系偏光板15を設ける。そして、蛍光管バックライト(導光板付き)である光源14を液晶パネルの裏面側に配し、その照射光を液晶パネルに透過させてパネル表示面20を点灯するSTN型単純マトリクス方式(電圧平均化法)の透過型カラー液晶パネルとなる。21は光源14の照射光および液晶パネルからの出射光である。
【0113】
上記構成の透過型カラー液晶表示装置において、カラーフィルタの内、最表層TiO2の膜厚が20Å、50Å、70Å、80Åのガラス基板にて作製したもの、およびリファレンスとしてのディップ基板にて作製したものを使用して、5種類の透過型カラー液晶パネルを作製した。
【0114】
そして、各透過型カラー液晶パネルの対向基板間の付着強度の測定、次いでパネル点灯時のパネル表示面の輝度の測定を行ったところ、表5に示すような結果が得られた。
【0115】
付着強度は、パネルの一方を固定し、もう一方をプッシュプルゲージで押さえて(信号側基板のみ押さえる。走査側に比べて信号側基板は少し大きいので、はみ出た部分を押さえる)、対向基板間が剥離したときの圧力を測定する。
【0116】
パネル輝度はミノルタ社製のCS100で表示面の垂直方向の輝度を測定する。
【0117】
【表5】
【0118】
この表から明らかなように、ガラス基板と樹脂遮光膜パターン界面の密着性に優れ、また、樹脂遮光膜パターンの解像性に優れたTiO2最表層基板を使用することにより、対向基板間の付着強度およびパネル表示面の輝度が向上する。
【0119】
(例5)
図2で示すような、ソーダライムガラス基板1とアルカリイオンの拡散障壁としてのSiO2膜2の間に、反射性膜9としてAl膜(膜厚1000Å)を形成した構造を有するガラス基板(以下、反射膜付きディップ基板)の表面に、最表層膜としてTiO2膜3をスパッタ法を用いて形成した。なお、TiO2の膜厚は500Å、1000Å、1500Å、2000Åの4とおりである。
【0120】
次に、リファレンスとしての反射膜付きディップ基板およびこれらのTiO2最表層基板を使用して、(例1)と同様の方法で樹脂遮光膜パターンの形成を行い、現像時のパターン幅の測定および熱硬化時の密着強度の測定を行った。
【0121】
そして、(例2)と同様の方法でカラーフィルタの作製を行い、その可視光領域(400nm〜700nm)の平均反射率比(対MGO標準白色板 点光源−25°受光0°)の測定を行った。測定機にはYOKOGAWA色彩計を、光源にはリング型ハロゲンランプ(C光源)を用いた。
これらの測定結果を表6および表7に示す。
【0122】
【表6】
【0123】
【表7】
【0124】
表6および表7から明らかなように、TiO2最表層基板を使用することにより、実施例1と同様、樹脂遮光膜パターンの現像性および密着性、およびカラーフィルタの反射率に優れた効果が得られる。ただし、TiO2膜厚2000Åについては、反射膜付きディップ基板と同程度の反射率となった。これは、樹脂遮光膜パターンの解像性向上の効果とTiO2膜の吸光による照射光の損失が相殺されたものと考えられる。
【0125】
(例6)
図6に示す反射型のカラー液晶表示装置の断面概略図である。
【0126】
16は走査側基板であり、19は信号側基板であり、走査側基板16によれば、(例5)に示すカラーフィルタを用いて、さらに平滑膜の上に前記一方電極である透明電極とポリイミド樹脂からなる配向膜とを順次積層し、他方の信号側基板19ではガラス基板上にも前記他方電極である透明電極とポリイミド樹脂からなる配向膜とを順次積層している。
【0127】
そして、走査側基板16と信号側基板19とをシール剤18(三井東圧化学製熱硬化性エポキシ樹脂)を介して貼り合わせるとともに、内部に液晶層17(ツイスト角250±20°のネマチック型液晶分子)を封入する。セルギャップは6.2μmである。また、信号側基板19の外側にはヨウ素系偏光板15を設ける。 このようにしてパネル表示面20を点灯するSTN型単純マトリクス方式(電圧平均化法)の反射型カラー液晶パネルとなる。21は光源14の入射光および液晶パネルからの出射光である。
【0128】
(例5)で作製したカラーフィルタの内、最表層TiO2の膜厚が500Å、1000Å、1500Åのガラス基板にて作製したもの、およびリファレンスとしての反射膜付きディップ基板にて作製したものを使用して、反射型カラー液晶パネルの作製を行った。
【0129】
次に、完成した反射型カラー液晶パネルの対向基板間の付着強度の測定、次いでパネル点灯時の可視光領域(400nm〜700nm)の平均反射率比(対MGO標準白色板 点光源−25°受光0°)の測定を行った。その測定結果を表8に示す。
【0130】
【表8】
【0131】
この表から明らかなように、ガラス基板と樹脂遮光膜パターン界面の密着性に優れ、また樹脂遮光膜パターンの解像性に優れたTiO2最表層基板を使用することにより、対向基板間の付着強度および、パネル表示面の輝度が向上する。
【0132】
(例7)
ソーダライムガラス基板上に、TiO2膜とSiO2膜を交互に多重積層させて誘電体多層膜を形成した(以後、誘電体多層膜基板)。
【0133】
そして、その誘電体多層膜の最表層がTiO2のものとSiO2のものの2種類作製し、それぞれの基板の透過率と反射率の比が共に50:50となるように各層の膜厚の設定を行った。ただし、最表層膜の膜厚はTiO2、SiO2共に100Åとし、双方とも、各層の総数は6層にした。
【0134】
次に、これら2種類の誘電体多層膜基板を使用して、(例1)と同様の方法で樹脂遮光膜パターンの形成を行い、現像時のパターン幅の測定および熱硬化時の密着強度の測定を行った。
【0135】
次いで、(例1)と同様の方法でカラーフィルタの作製を行い、その可視光領域(400nm〜700nm) の平均透過率および平均反射率比(対MGO標準白色板 点光源−25°受光0°)の測定を行った。これらの測定結果を表9および表10に示す。
【0136】
【表9】
【0137】
【表10】
【0138】
表9および表10から明らかなように、TiO2最表層基板を使用することにより、(例1)と同様に、樹脂遮光膜パターンの現像性および密着強度、およびカラーフィルタの透過率および反射率に優れた効果が得られる。
【0139】
(例8)
(例7)で作製した2種類のカラーフィルタを使用して、半透過型カラー液晶パネルの作製を行った。その構成は図5に示すとおりである。
【0140】
そして、半透過型カラー液晶パネルの対向基板間の付着強度の測定、次いでパネル点灯時の可視光領域(400nm〜700nm)の平均透過率および平均反射率比(対MGO標準白色板 点光源−25°受光0°)の測定を行った。その測定結果を表11に示す。
【0141】
【表11】
【0142】
この表から明らかなように、ガラス基板と樹脂遮光膜パターンの界面の密着性に優れ、また樹脂遮光膜パターンの解像性に優れたTiO2最表層基板を使用することにより、対向基板間の付着強度および、パネル表示面の輝度が向上する。
【0143】
以上のとおり、多重反射による表示面の点灯光の損失を嫌う透過型カラー液晶パネルにおいては、ガラス基板表面のTiO2の膜厚を20〜80Å、好適には40〜60Å程度にするとよく、反射型カラー液晶パネルでは、TiO2の膜厚を20〜1500Å、好適には100〜1000Åの範囲に設定するとよい。
【0144】
なお、本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。
【0145】
たとえば、透明ガラス基板としてSiO2ディップコート付きソーダライムガラス基板を使用したが、これに代えて、ホウケイ酸ガラス等の無アルカリガラスの基板であっても、その表面にTiO2膜を被覆し、最表層とすることにより、同様の効果が得られる。このホウケイ酸ガラスの屈折率は1.54であり、SiO2とほぼ同等であるので、上記多重反射防止の好適範囲である20〜80Åはそのまま適用できる。
【0146】
また、最表層がTiO2膜であればよく、その下層の構成材は合成樹脂など他の材料でもよい。
【0147】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、基板と、基板上に設けられたTiO2膜と、TiO2膜上に設けられた樹脂遮光膜と、樹脂遮光膜の非被着面におけるTiO2膜上に設けられた着色膜と、を備え、TiO2膜は、その厚みが、20〜80Åであり、樹脂遮光膜のTiO 2 膜に対する密着強度が30.2〜41.3kgf/cm 2 であるので、樹脂遮光膜の界面の密着性が向上し、これにより、光硬化性樹脂遮光膜を露光、現像してパターンを形成する場合、樹脂遮光膜の剥離が生じにくくなるので、非露光部と通常露光部との現像液の溶解性に対するコントラストがつき易くなり、現像ラチチュードが拡大され、その結果、たとえば現像液の濃度や温度等、現像状態を左右する因子によるバラツキの影響が緩和されるので、量産時の現像性が安定し、その製造歩留まりが向上する。
【0148】
また、露光して現像する際、樹脂遮光膜パターンが剥離されにくく、より長時間現像液に浸漬させることができるので、非露光部への露光照射光の回折現象により感光された過剰露光部と通常露光部との現像液の溶解性に対するコントラストもつき易くなり、選択的に過剰露光部の樹脂遮光膜を除去し易くなるので、フォトマスクの設計幅に近い、より解像性の優れた樹脂遮光膜パターンの形成ができる。この場合、カラーフィルタの開口率が向上し、表示面の点灯光の損失が低減されるので、より高輝度の、あるいは同じ輝度であってもより低消費電力のカラー液晶パネルの作製ができる。
【0149】
さらに、これらガラス基板と樹脂遮光膜の界面の密着性に優れたカラーフィルタを使用して、カラー液晶パネルを作製した場合、対向基板間の付着強度が向上するので、カラー液晶パネルの組立あるいは使用等で生じる負荷に対する耐久性が向上され、より高信頼性のカラー液晶パネルの作製ができ、また、その製造歩留まりも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカラーフィルタの概略断面図である。
【図2】本発明の他のカラーフィルタの概略断面図である。
【図3】顔料分散法により形成したカラーフィルタの断面図である。
【図4】A、B、Cは遮光膜のパターニング方法を示す工程図である。
【図5】透過型のカラー液晶表示装置の断面概略図である。
【図6】反射型のカラー液晶表示装置の断面概略図である。
【図7】A、Bは光硬化性樹脂遮光膜のパターンを作成する工程図である。
【図8】カラー液晶表示装置の断面概略図である。
【図9】TiO2の膜厚と平均反射率との関係を示す線図である。
【符号の説明】
1・・・ソーダライムガラス基板
2・・・SiO2膜
3・・・TiO2膜
4・・・樹脂遮光膜パターン
8・・・平滑化膜
10・・・透明ガラス基板
11・・・光硬化性樹脂遮光膜
13・・・フォトマスク
12・・・露光照射光
22・・・露光照射光の回折[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter used in various display devices, and further relates to a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a liquid crystal display device for color liquid crystal display using such a color filter.
[0002]
[Prior art]
A color filter used for a color liquid crystal panel or the like is a fine filter in which a plurality of minute colored films are regularly arranged at a predetermined pitch on a transparent glass substrate. As the material of the transparent glass substrate, alkali glass such as soda lime glass or alkali-free glass such as borosilicate glass is usually used.
[0003]
When a transparent substrate made of alkali glass is used, in order to prevent diffusion of alkali ions contained in the glass substrate,
[0004]
This SiO2TiO instead of membrane2Metal oxide film such as SiO2A technique for forming an extremely thin film as compared with a film has been proposed (see Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-190088).2A conductive metal oxide film such as ITO is formed directly on the film.
[0005]
In recent years, color filters have been used in various display devices.
According to this color filter, a colored film is formed on a glass substrate. Today, three primary colors of red (Red), green (Green), and blue (Blue), or yellow (Yellow), magenta (Magenta), and cyan are used. A complementary color such as (Cyan) is used. Furthermore, a light-shielding film is formed between the colored films to prevent a decrease in color purity and contrast.
[0006]
A pigment dispersion method is well known as a method for patterning the colored film and the light shielding film into a predetermined shape.
[0007]
That is, a technique for forming a pattern by applying a thin film of a photocurable resin in which a colorant such as pigment or carbon or a light-shielding agent is dispersed, followed by exposure, development, and thermal curing. This is the most common method.
[0008]
This pigment dispersion method will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a color filter formed by a pigment dispersion method. FIG. 4 shows a patterning method of the light shielding film.
[0009]
According to FIG. 3,
[0010]
According to the patterning method shown in FIG. 4, the light
[0011]
According to the first step A, the photocurable resin light-
[0012]
In the next step B, the photo-curing resin light-
[0013]
Then, in the step C, the resin light-
[0014]
Through these steps, a colored film is subsequently formed by a pigment dispersion method to obtain a color filter.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
According to the light-shielding film pattern as described above, both the color purity of the color filter and the decrease in contrast are prevented and the aperture ratio is determined, which has a great influence on the display characteristics of the color liquid crystal panel. .
[0016]
In other words, by using a light-shielding film pattern close to the design width of the photomask, a color filter with excellent resolution can be obtained. However, such a light-shielding film pattern has a high aperture ratio and a loss of lighting light on the display surface. As a result, a higher-brightness color liquid crystal panel can be obtained. Further, a color liquid crystal panel with lower power consumption can be obtained even with the same luminance.
[0017]
However, when the light shielding film pattern is formed of resin, it is difficult to obtain a light shielding film pattern close to the design width of the photomask.
[0018]
This problem will be described with reference to FIG.
FIG. 3A shows an exposure process, and FIG. 3B shows a cross-sectional structure after subsequent development and thermal curing.
[0019]
When the photocurable resin light-
[0020]
As a result, as shown in FIG. 7B, the
[0021]
In order to prevent the diffraction of the exposure light, it is easiest to perform exposure by narrowing the gap between the
[0022]
However, considering prevention of damage to the
[0023]
On the other hand, as the most general method, a method is adopted in which the width of the resin light-shielding film pattern is considered in advance and the photomask design width is narrower than the set width.
[0024]
In other words, the actual finished resin light-shielding film pattern is thicker by about μm than the photomask design width. Therefore, if the light-shielding film material, exposure and development conditions are the same, the width of the thickening is almost the same each time. Therefore, a method of correcting the design width of the photomask in consideration of the thickness is adopted in advance.
[0025]
However, since the overexposed portion exposed by the diffraction of the exposure light is not sufficiently exposed and developability is not stable, there is a problem that the pattern width of the resin light-shielding film tends to vary.
[0026]
In addition, the width of the resin light-shielding film pattern varies depending on the type of exposure machine used and the type of photo-curable resin light-shielding film. If these conditions change, the design width of the photomask and the width of the resin light-shielding film pattern And a photomask needs to be manufactured again.
[0027]
The pattern thickening of the resin light-shielding film due to the diffraction of the exposure light can be brought closer to the design width of the photomask to some extent by increasing the development time.
[0028]
That is, as shown in FIG. 7, in the photocurable resin light-shielding
[0029]
However, as described above, the photocurable resin light-shielding film is not easily exposed to light, and the tendency is particularly prominent in the vicinity of the interface between the resin light-shielding film and the glass substrate where the exposure light is difficult to reach.
[0030]
In addition, an inorganic material such as a glass substrate and an organic material such as a resin light-shielding film inherently have low adhesion to each other. It was easy.
[0031]
Therefore, the contrast of the solubility in the developing solution between the normal exposure portion and the overexposed portion is difficult to achieve, and it is extremely difficult to make the resin light-shielding film pattern width completely the same as the photomask design width.
[0032]
Even if the resin light-shielding film pattern width can be made the same as the photomask design width, the development latitude is very small, so that pattern peeling is likely to occur when developing the resin light-shielding film pattern, and the manufacturing yield is reduced. Become.
[0033]
To further describe this point, there is an appropriate time for the immersion in the developer, and if the immersion time in the developer is too short, a development residue is generated and there is a place to be removed, whereas if it is too long, the pattern is reversed. Peeling occurs and the area to be left is removed, but the development latitude is an index that indicates how much time is available, in other words, the dissolution of the exposed and unexposed areas in the developer. It can be said that the development latitude is wide when the contrast of the property increases.
[0034]
Therefore, when the width of the appropriate time is widened, it is easier to develop, and as a result, the manufacturing yield is improved.However, in the above example, not only the non-exposed part but also the pattern to the overexposed part is to be removed. The development latitude is extremely narrow.
[0035]
In particular, this tendency is remarkable in recent years when the design width of the photomask for forming the resin light-shielding film pattern tends to be thinned in order to increase the luminance of the display device.
[0036]
Furthermore, when a color filter in which a resin light-shielding film pattern is formed is used in a color liquid crystal display device, there are the following problems.
[0037]
This problem will be described with reference to a schematic cross-sectional view of the color liquid crystal display device shown in FIG.
[0038]
[0039]
A
[0040]
Then, the
[0041]
According to the color liquid crystal display device configured as described above, for the purpose of preventing light leakage from the frame area on the display surface, the resin light
[0042]
However, there is a problem in that the adhesion strength between the opposing substrates is lowered due to the fact that the outer
[0043]
That is, when a load is generated by assembling or using the color liquid crystal panel, peeling from the interface occurs, thereby reducing the manufacturing yield and the durability of the color liquid crystal panel.
[0044]
In order to solve such a problem, a technique has been proposed in which the resin light-shielding film pattern of the color filter is coated with an inorganic binder or an organic binder to prevent the pattern separation of the resin light-shielding film (Japanese Patent Laid-Open No. 8-262219). Issue).
[0045]
However, according to this proposal, problems relating to the formation of the resin light-shielding film pattern, such as the manufacturing yield and resolution improvement of the resin light-shielding film pattern, cannot be solved.
[0046]
Therefore, the object of the present invention has been completed in view of the above description, and the object is to provide a highly reliable color filter in which a resin light-shielding film pattern is formed on a substrate and having improved adhesion between the substrate and the resin light-shielding film. Another object of the present invention is to provide a high-luminance color filter and a method for manufacturing the same.
[0047]
Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that achieves high quality and long-term reliability using such a color filter.
[0048]
[Means for Solving the Problems]
The color filter of the present invention includes a substrate and TiO provided on the substrate.2A film and the TiO2A resin light-shielding film provided on the film, and the TiO on the non-adhering surface of the resin light-shielding film2A colored film provided on the film, the TiO2The membrane has a thickness of 20-80 mmThe TiO of the resin light shielding film 2 Adhesion strength to membrane is 30.2 to 41.3 kgf / cm 2 IsIt is characterized by that.
[0051]
The liquid crystal display device of the present invention has one electrode and an alignment film on the color filter of the present invention.ShapeThe other electrode and the alignment filmShapeOpposite the other substrate, and both,It is arranged via a liquid crystal layer.
[0052]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of intensive research conducted by the present inventor,
[0053]
Such an effect has not yet been fully elucidated and cannot be deducted from the reasoning, but it is thought to be due to the following reasons.
[0054]
That is, a metal oxide such as titanium has a higher surface roughness at the molecular level than non-metal oxides such as silicon and boron, and adhesion is enhanced by the action of the anchor effect.
[0055]
The inventor conducted an experiment to prove this reason.
TiO on soda lime substrate2Film or SiO2Films were formed by sputtering with film thicknesses of 400 mm and 1000 mm, and the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of these films was measured. The results shown in Table 1 were obtained.
[0056]
The surface roughness was measured by a tapping mode, which is a method of periodically bringing a surface sample into contact with a probe using an AFM analyzer (AFM-DI-D3000 manufactured by Digital Instruments). For this measurement, measurement was performed with a probe Si probe and a visual field of 2 × 2 μm.
[0057]
[Table 1]
[0058]
As is clear from the table, TiO2The surface roughness of the film is SiO2It is more than twice that of the film, and it is considered that the adhesion is increased by the action of the anchor effect.
[0059]
More preferably, such TiO2The film may be irradiated with ultraviolet rays, and the adhesiveness at the interface with the resin light-shielding film can be improved also through such a process.
[0060]
The reason is as follows.
TiO2Such a semiconductor material is photoexcited by irradiation with UV light or the like, and has a photocatalytic action of decomposing and removing organic impurities adsorbed on the surface by the action of active electrons and holes generated at that time. Therefore, when the resin light-shielding film is formed in a state where organic impurities are attached to the surface of the glass substrate, the adhesion to the glass substrate is remarkably hindered. However, as in the present invention, TiO is deposited on the glass substrate.2Immediately before forming the film and applying the photo-curing resin light-shielding film, the glass substrate is pre-treated with UV to remove these organic impurities and reduce the adhesion at the interface between the glass substrate and the resin light-shielding film. Can be prevented. For example, UV light having peaks at 186 nm and 254 nm is irradiated for about 2 minutes.
[0061]
TiO as above2The film is polycrystalline, it is the main component, and may contain other amorphous components.
[0062]
Next, the present invention will be illustrated and described in detail.
[0063]
(Example 1)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional structure of a color filter. On a soda
[0064]
TiO on this dip substrate2The
[0065]
Next, these TiO2A photocurable resin light-shielding film was formed on each of the substrates having the outermost layer, and exposure and then development were performed. Then, by changing the time of immersion in the developer from 50 seconds to 120 seconds, various test samples were prepared, and the adhesiveness (peeled state) of the photocurable resin light-shielding film was examined for these, Results as shown in Table 2 were obtained.
[0066]
As a comparative example, on a dip substrate (in Table 2,
[0067]
In this experiment, it was produced and evaluated under the following conditions.
[0068]
Photocurable resin light-shielding film;This is a polyester resin and uses CFPR black resist manufactured by Tokyo Ohka Kogyo. Carbon is used as the light shielding agent.
[0069]
Exposure conditions
Exposure machine: Hitachi Electronics Engineering Projection Exposure Machine
Photomask; Design width 10μm
Exposure amount: 500mj / cm2(Illuminance 35mW / cm2)
Exposure gap: 100 μm
Development conditions
Development method: Dip development
Developer: Tokyo Ohka Kogyo inorganic alkali developer
Rinse; ultrapure water washing (water washing pressure 1.0 kgf / cm2)
Evaluation methods
The peeling state of the resin light-shielding film is confirmed by visual observation using a metal microscope with a length measuring device.
[0070]
[Table 2]
[0071]
In the same table, undeveloped residue is a phenomenon in which development is insufficient and parts that should be removed by development remain without being removed, and peeling is an excessive development. In other words, the portion that should remain as a pattern is peeled off and lost. The numerical values other than the notation of development residue and peeling are measured values of the resin light-shielding film pattern width.
[0072]
As is clear from this table, TiO on the dip substrate.2By forming a film as the outermost layer, pattern peeling during development of the resin light-shielding film is less likely to occur. In addition, a film close to the design width (10 μm) of the photomask can be formed, and a resin light-shielding film pattern with better resolution can be formed.
[0073]
For example, if the conforming standard of the resin light-shielding film pattern width is 10.0 ± 1.0 μm, the dip substrate can clear the standard only in the developing solution immersion time of 70 seconds.2The coated substrate has a development latitude for the standard of approximately 30 seconds (immersion time of 80 to 110 seconds).
[0074]
However, in this example, TiO2When the film thickness was very thin, such as 10 mm, no effect of improving the developability was observed.
[0075]
(Example 2)
Next, in each sample prepared in (Example 1), on the dip substrate (in Table 2,
[0076]
Next, when the adhesion strength of these heat-cured resin light-shielding film patterns was measured, the results shown in Table 3 were obtained.
[0077]
[Table 3]
[0078]
As is clear from this table, TiO on the dip substrate.2It can be seen that the adhesion strength of the heat-cured resin light-shielding film pattern was improved by forming a film and forming the outermost layer.
[0079]
However, TiO2The smaller the film thickness, the lower the adhesion strength and the TiO2For the sample having a thickness of 10 mm, the adhesion strength was the same as when the resin light-shielding film pattern was directly formed on the dip substrate.
[0080]
This adhesion strength is measured as follows.
Pins are attached to the substrate and jig on which the resin light-shielding film has been coated and baked as described above, and set in a measuring instrument for measurement. The measuring instrument is a small table tester (model: TZ-TEST SERIES MODEL TEST / CE) manufactured by Shimadzu Corporation.
[0081]
(Example 3)
In this example, a color filter was produced from each of the above samples and evaluated.
[0082]
In this example, the manufacturing method will be described. The following steps A to E are sequentially performed, and TiO is formed on the glass substrate.2A film and a resin light-shielding film pattern are sequentially formed.
[0083]
Process A:
As shown in FIG. 1 in (Example 1),
[0084]
Process B:
As described in Example 1, TiO2A photocurable resin film to which a light-shielding colorant is added is applied on the
[0085]
Process C:
Further, as described in (Example 1), a predetermined region of the photocurable resin film is exposed using a photomask. This step corresponds to FIG. 4B.
[0086]
D process:
Then, it develops with respect to a photocurable resin film, and removes a part.
[0087]
E process:
The remaining photocurable resin film is thermally cured.
[0088]
These steps D and E correspond to FIG. 4C.
[0089]
Next, a color film of the present invention as shown in FIG. 1 is obtained by forming a colored film in the gap between the resin light-shielding film patterns.
[0090]
The colored film can be formed by a conventionally known technique, for example, a pigment dispersion method or a dyeing method.
[0091]
In this example, for each of the seven types of samples described above, a photosensitive resist prepared in advance with a pigment is applied on a substrate, and by photolithography, each of a
[0092]
A smoothing
[0093]
And when the average transmittance | permeability of visible region (400 nm-700 nm) was measured with respect to each color filter using the spectrometer, the result as shown in Table 4 was obtained.
[0094]
The spectrophotometer was TOPCON SR-1, and the viewing angle was set to 2.0 degrees with a C light source.
[0095]
[Table 4]
[0096]
As is apparent from this table, TiO of 20 mm or more excellent in the resolution of the resin light-shielding film pattern.2By using the outermost substrate, the transmittance of the color filter is improved.
[0097]
From the evaluation results shown in the above (Example 1) to (Example 3), in the present invention, TiO deposited on the glass substrate is used.2The thickness of the film should be over 10 mm.
[0098]
However, TiO2When the film thickness is increased, the effect is reduced due to the influence of multiple reflection. TiO2At a film thickness of 90 mm, the effect of improving the resolution of the resin light-shielding film pattern was offset by the loss of lighting light due to multiple reflection, and the transmittance was almost the same as that of the dip substrate.
[0099]
To further describe the above multiple reflection, TiO2When the thin film is formed on a soda-lime glass substrate, a part of incident light is reflected at the interface in accordance with Snell's law due to the difference in the refractive index of light, thereby reducing the transmittance.
[0100]
It is known that the reflectivity in multiple reflection depends on the refractive index and film thickness of each constituent layer. Here, TiO2Refractive index (2.50) and SiO, the main component of soda lime glass2The refractive index of 1.52 is a constant, and the thickness of the soda lime glass substrate is TiO2TiO is thick enough compared to the membrane2The film thickness is the only factor that determines the reflectivity.
[0101]
FIG. 9 shows TiO formed on a soda-lime glass substrate.2And the average reflectance of visible light (400 nm to 700 nm) on the surface thereof. In addition, the figure is a theoretical value and the reflected light from the glass substrate back surface is not included.
[0102]
As is clear from FIG. 9, TiO on the soda lime glass substrate.2When forming a film, TiO2It can be seen that the influence of multiple reflection is further reduced as the film thickness is reduced.
[0103]
Next, the relationship between the multiple reflection and the liquid crystal display device will be described.
[0104]
(Transmission type color liquid crystal display)
This multiple reflection phenomenon causes a loss of lighting light on the display surface in a transmissive color liquid crystal panel having a structure in which the light emitted from the light source is transmitted through the liquid crystal panel and the display surface is turned on. Therefore, it is important to reduce the loss of lighting light due to multiple reflections to a level that can be ignored in terms of display characteristics.
[0105]
However, TiO2Since there is a limit to the reduction in film thickness and it is necessary to consider the original purpose of improving the adhesion to the resin light-shielding film, in a transmissive color liquid crystal panel that dislikes the loss of lighting light due to multiple reflection, TiO2The thickness of the film should be fully considered.
[0106]
According to experiments repeatedly conducted by the present inventor, the optimum film thickness is preferably 40 to 60 mm in consideration of the influence of multiple reflection.
[0107]
(Reflective color liquid crystal display device)
On the other hand, in a reflective color liquid crystal panel, there is no need to pay attention to such multiple reflection because of its use structure.2Although the degree of freedom of the film thickness is relatively high, TiO2Considering the loss of lighting light due to the absorption of the film itself, the film thickness that can be formed by itself is also limited.
[0108]
According to experiments conducted repeatedly by the present inventor, it is preferable that the thickness be 100 to 1000 mm.
[0109]
Next, the configuration of the liquid crystal display device of the present invention will be described.
[0110]
(Example 4)
The transmissive color liquid crystal display device shown in FIG.
[0111]
Then, the
[0112]
Further, an
[0113]
In the transmissive color liquid crystal display device having the above configuration, the outermost layer TiO of the color filters.2Five types of transmissive color liquid crystal panels were prepared using a glass substrate having a thickness of 20 mm, 50 mm, 70 mm, and 80 mm and a glass substrate having a dip substrate as a reference.
[0114]
Then, when the adhesion strength between the opposing substrates of each transmissive color liquid crystal panel was measured, and then the brightness of the panel display surface when the panel was turned on, the results shown in Table 5 were obtained.
[0115]
Adhesion strength is fixed between one panel and the other with a push-pull gauge (press only the signal side substrate. The signal side substrate is slightly larger than the scanning side, so the protruding part is pressed). Measure the pressure when the peels.
[0116]
The panel brightness is measured in the vertical direction on the display surface with CS100 manufactured by Minolta.
[0117]
[Table 5]
[0118]
As is apparent from this table, TiO excellent in the adhesion between the glass substrate and the resin light-shielding film pattern interface and excellent in the resolution of the resin light-shielding film pattern.2By using the outermost substrate, the adhesion strength between the opposing substrates and the brightness of the panel display surface are improved.
[0119]
(Example 5)
As shown in FIG. 2, soda
[0120]
Next, a dip substrate with a reflective film as a reference and these TiO substrates2Using the outermost layer substrate, a resin light-shielding film pattern was formed in the same manner as in (Example 1), and the pattern width during development and the adhesion strength during thermosetting were measured.
[0121]
Then, a color filter is prepared in the same manner as in (Example 2), and the average reflectance ratio in the visible light region (400 nm to 700 nm) (vs. MGO standard white plate, point light source—25 °
These measurement results are shown in Tables 6 and 7.
[0122]
[Table 6]
[0123]
[Table 7]
[0124]
As is clear from Tables 6 and 7, TiO2By using the outermost layer substrate, as in Example 1, it is possible to obtain an effect excellent in the developability and adhesion of the resin light-shielding film pattern and the reflectance of the color filter. However, TiO2With a film thickness of 2000 mm, the reflectance was comparable to that of the dip substrate with a reflective film. This is because the effect of improving the resolution of the resin light-shielding film pattern and TiO2It is thought that the loss of irradiation light due to the absorption of the film was offset.
[0125]
(Example 6)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the reflective color liquid crystal display device shown in FIG. 6.
[0126]
16 is a scanning side substrate, 19 is a signal side substrate, and according to the
[0127]
Then, the
[0128]
Of the color filters produced in Example 5, the outermost layer TiO2A reflective color liquid crystal panel was prepared using a glass substrate having a thickness of 500 mm, 1000 mm, and 1500 mm and a dip substrate with a reflective film as a reference.
[0129]
Next, measurement of the adhesion strength between the opposing substrates of the completed reflective color liquid crystal panel, and then the average reflectance ratio in the visible light region (400 nm to 700 nm) when the panel is lit (vs. MGO standard white plate, point light source-25 ° light reception) 0 °) was measured. The measurement results are shown in Table 8.
[0130]
[Table 8]
[0131]
As is apparent from this table, TiO has excellent adhesion between the glass substrate and the resin light-shielding film pattern interface, and has excellent resolution of the resin light-shielding film pattern.2By using the outermost substrate, the adhesion strength between the opposing substrates and the brightness of the panel display surface are improved.
[0132]
(Example 7)
TiO on a soda lime glass substrate2Membrane and SiO2A dielectric multilayer film was formed by alternately laminating films (hereinafter referred to as a dielectric multilayer film substrate).
[0133]
The outermost layer of the dielectric multilayer film is TiO2And SiO2The thickness of each layer was set so that the ratio between the transmittance and the reflectance of each substrate was 50:50. However, the film thickness of the outermost layer film is TiO2, SiO2Both were 100 mm, and the total number of each layer was 6 layers.
[0134]
Next, using these two types of dielectric multilayer substrates, a resin light-shielding film pattern is formed in the same manner as in Example 1, and the pattern width is measured during development and the adhesion strength during thermosetting is measured. Measurements were made.
[0135]
Next, a color filter was prepared in the same manner as in (Example 1), and the average transmittance and average reflectance ratio of the visible light region (400 nm to 700 nm) (vs. MGO standard white plate, point light source −25 °
[0136]
[Table 9]
[0137]
[Table 10]
[0138]
As is clear from Tables 9 and 10, TiO2By using the outermost layer substrate, as in (Example 1), an effect excellent in developability and adhesion strength of the resin light-shielding film pattern and transmittance and reflectance of the color filter can be obtained.
[0139]
(Example 8)
A transflective color liquid crystal panel was produced using the two types of color filters produced in (Example 7). The configuration is as shown in FIG.
[0140]
Then, measurement of the adhesion strength between the opposing substrates of the transflective color liquid crystal panel, and then the average transmittance and average reflectance ratio in the visible light region (400 nm to 700 nm) when the panel is turned on (vs. MGO standard white plate, point light source-25) (0 ° light reception) was measured. The measurement results are shown in Table 11.
[0141]
[Table 11]
[0142]
As is apparent from this table, TiO has excellent adhesion at the interface between the glass substrate and the resin light-shielding film pattern, and has excellent resolution of the resin light-shielding film pattern.2By using the outermost substrate, the adhesion strength between the opposing substrates and the brightness of the panel display surface are improved.
[0143]
As described above, in the transmissive color liquid crystal panel that dislikes the loss of lighting light on the display surface due to multiple reflection, the TiO on the glass substrate surface2The film thickness is 20 to 80 mm, preferably about 40 to 60 mm. In a reflective color liquid crystal panel, TiO2The film thickness of 20 to 1500 mm, preferably 100 to 1000 mm.
[0144]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
[0145]
For example, as a transparent glass substrate2A soda lime glass substrate with a dip coat was used, but instead of a non-alkali glass substrate such as borosilicate glass, TiO on the surface thereof.2The same effect can be obtained by coating the film to form the outermost layer. The refractive index of this borosilicate glass is 1.54, and SiO2Therefore, 20 to 80 mm, which is a preferable range for preventing multiple reflections, can be applied as it is.
[0146]
The outermost layer is TiO2Any material may be used as long as it is a film, and the underlying material may be other materials such as synthetic resin.
[0147]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the substrate and the TiO provided on the substrate are provided.2Film and TiO2Resin light-shielding film provided on the film and TiO on the non-adhered surface of the resin light-shielding film2A colored film provided on the film, and TiO2The membrane has a thickness of 20-80 mmTiO of resin light shielding film 2 Adhesion strength to membrane is 30.2 to 41.3 kgf / cm 2 IsTherefore, the adhesion at the interface of the resin light-shielding film is improved, so that when the photocurable resin light-shielding film is exposed and developed to form a pattern, the resin light-shielding film is less likely to be peeled off. Usually, the contrast of the developer with the exposed area is easily contrasted, and the development latitude is expanded.As a result, the influence of variations due to factors that influence the development state, such as the concentration and temperature of the developer, is alleviated. Developability at the time of mass production is stabilized, and the production yield is improved.
[0148]
In addition, when exposed and developed, the resin light-shielding film pattern is hard to be peeled off and can be immersed in a developer for a longer time, so that the overexposed portion exposed by the diffraction phenomenon of the exposure light to the non-exposed portion and It is easy to add contrast to the solubility of the developer in the normal exposure area, and it is easy to selectively remove the resin light-shielding film in the overexposed area, making it a resin with better resolution that is close to the design width of the photomask. A light shielding film pattern can be formed. In this case, the aperture ratio of the color filter is improved and the loss of lighting light on the display surface is reduced. Therefore, a color liquid crystal panel with higher luminance or lower power consumption can be manufactured even with the same luminance.
[0149]
In addition, when a color liquid crystal panel is manufactured using a color filter having excellent adhesion at the interface between the glass substrate and the resin light-shielding film, the adhesion strength between the opposing substrates is improved. As a result, durability against a load caused by the above and the like can be improved, a highly reliable color liquid crystal panel can be manufactured, and a manufacturing yield thereof can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a color filter of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another color filter of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a color filter formed by a pigment dispersion method.
FIGS. 4A to 4C are process diagrams showing a method for patterning a light-shielding film. FIGS.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a transmissive color liquid crystal display device.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a reflective color liquid crystal display device.
FIGS. 7A and 7B are process diagrams for creating a pattern of a photocurable resin light-shielding film. FIGS.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a color liquid crystal display device.
FIG. 9 TiO2It is a diagram which shows the relationship between the film thickness and average reflectance.
[Explanation of symbols]
1 ... Soda lime glass substrate
2 ... SiO2film
3 ... TiO2film
4 ... Resin light shielding film pattern
8 ... Smoothing film
10 ... Transparent glass substrate
11 ... Light-curing resin light-shielding film
13 ... Photomask
12 ... Exposure light
22 ... Diffraction of exposure light
Claims (3)
前記基板上に設けられたTiO2膜と、
前記TiO2膜上に設けられた樹脂遮光膜と、
前記樹脂遮光膜の非被着面における前記TiO2膜上に設けられた着色膜と、を備え、
前記TiO2膜は、その厚みが、20〜80Åであり、
前記樹脂遮光膜の前記TiO 2 膜に対する密着強度が30.2〜41.3kgf/cm 2 であることを特徴とするカラーフィルタ。A substrate,
A TiO 2 film provided on the substrate;
A resin light-shielding film provided on the TiO 2 film;
A colored film provided on the TiO 2 film on the non-adhering surface of the resin light-shielding film,
The TiO 2 layer has a thickness, Ri 20~80Å der,
Color filter adhesion strength with respect to the TiO 2 layer of the resin light shielding film is characterized in that it is a 30.2~41.3kgf / cm 2.
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