カラーフィルタのしくみ
カラーフィルタとは
カラーフィルタは、画像や映像の「色」を生み出すフィルタです。光源がカラーフィルタを透過することで、光に色情報が与えられます。おもに薄型テレビやパソコン、スマートフォンなどに使用されており、FPD(フラットパネルディスプレイ)の色再現の要となる構成部品です。液晶ディスプレイ(LCD)や有機EL(OLED)ディスプレイなど、さまざまなパネルアプリケーションに用いられています。
カラーフィルタの基本構造
カラーフィルタは、薄いガラス基板とカラーレジストで構成されています。ガラス基板上には、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のカラーレジストで構成されるパターンが形成されています。また、各カラーレジストは、隣接し合うカラーレジスト同士の混色を防ぐため、ブラックマトリクス(BM)によって境界が格子状に区切られています。
カラーフィルタのパターンには、おもに「ストライプ配列」と「モザイク配列」の2つ(上図)があります。ストライプ配列は、同色のカラーレジストを縦列に配置してRGBをストライプ状に並べたもので、線や図形、文字など、直線的なモデルの表示に優れています。一方、モザイク配列は、同色のカラーレジストを斜めに配置したもので、複雑な混色による微細な色表現が可能なことから、画像の表示に優れています。
開発当初、ストライプ配列は設計上、ブラックマトリクスによる縦線が目立つなどの欠点がありました。しかし、カラーフィルタの高精細化が進み、ほとんど気にならないレベルにまで達したほか、ストライプ配列のほうが、製造コストが安価で、動作時の不具合も少ないといった利点も多いため、現在製造されているカラーフィルタのほとんどがストライプ配列を採用しています。
ディスプレイの色表現
FPDを含むほとんどのディスプレイは、「光の三原色」(加色混合)によって、すべての色を表現しています。光の三原色とは、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の3つの色の光(RGB)のことで、カラーフィルタ(カラーレジスト)の色構成もこの3色(プラス黒色)でできています。たとえば、黄色を表現したい場合はRGBを1:1:0で組み合わせる、またマゼンタ(赤紫色)を表現したい場合はRGBを1:0:1で組み合わせるなど、3色の光の組み合わせや明るさを調節することで、無数の色彩を表現することが可能になります。
カラーフィルタの製造工程
カラーフィルタの製造方法は複数ありますが、多くは、カラーレジストをガラス基板上に塗布し、露光や現像によって定着させる「フォトリソグラフィ」という方法でつくられています。
1. ブラックマトリクスが付いたガラス基板に、カラーレジストを塗布する。
2. カラーフィルタのパターンに合わせて、フォトマスクをする。その後、UV光(紫外線)を照射し、マスクのかかっていないカラーレジスト部分だけを不溶化させる。
3. マスクを外した後、アルカリ現像液で不要なカラーレジストを除去する。その後、ポストベーク処理を行い、カラーレジストを硬化させる。
4. 上記1~3までの工程を、3回(RGBの数だけ)繰り返す。最後に、表面に対向電極(ITO)膜を形成して完成。
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