CN100403136C - 滤色镜基板和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滤色镜基板，其在基板上具有：平面地并排设置有着色层和/或透明层的非层叠部分、层叠有二层以上着色层和/或透明层的一部分的层叠部分(层叠光隔片)，其中，(1)构成该层叠部分的层的膜厚为非层叠部分的对应的层的膜厚的90%以上、110%以下，以及/或(2)该着色层和/或透明层使用具有120℃的针入硬度试验中针入量在0.5μm以下的固相抗蚀剂层的干膜形成。

Description

滤色镜基板和液晶显示装置
相关申请
本申请以2004年7月21日提出的日本国专利申请第2004-213482号为基础，并主张其优先权。本申请引入该申请的全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及在液晶显示装置中使用的滤色镜基板及其制造方法、以及液晶显示装置。更详细地说，涉及具有由干膜层叠法层叠形成的、适合作为规定液晶显示装置的液晶层的厚度(单元间隙(cell gap))的隔片的层叠部分的滤色镜基板及其制造方法，以及使用该滤色镜基板的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置具有小型、薄、重量轻、消费电力低等优点，在各种电子设备中广泛使用。其中，通过使用滤色镜(Color Filter，以下称为“CF”)基板实现彩色显示的液晶显示装置，具有优良的色再现性，广泛应用在个人计算机等办公室自动化(OA)设备、电视等音频视频(AV)机器和移动电话等中。
液晶显示装置具有在互相相对的一对基板之间封入液晶的结构。迄今，多数具有通过散布于基板上的塑料有孔玻璃珠或玻璃纤维构成的球形或棒形的隔片(散布隔片)将液晶层的厚度(单元间隙)保持为一定的结构。然而，这些散布隔片配置在基板上的规定位置较为困难，会发生由像素(显示区域)内的隔片引起的光的散射或隔片周边的液晶分子的取向紊乱等，而成为降低显示品质的原因。另外，当将对置基板紧压在散布有隔片的基板上使基板彼此贴合时，散布隔片会使对置电极和取向膜受到损伤，容易产生显示缺陷，或者污染物质从损伤地方湧出，容易引起显示品质降低，在这些点上有改善的余地。另外，还必需有将隔片均匀地散布在基板上的工序、和高精度地管理散布时的粒度分布的工序，因而难以得到稳定的显示品质。
相对于此，使用与基板形成为一体的树脂膜代替散布隔片，作为单元间隙调整用隔片的方法已为所知。其中，近年来广泛存在着使用将光致抗蚀剂膜作出图形后形成的光隔片(Photo Spacer，以下称为“PS”)的方法(例如参照特开2001-221910号公报(第1、7页、第2图)、特开昭56-140324号公报(第1、6页、第5(c)图)、特开平4-93924号公报(第1、6页，第2、3图)、特开平5-196946号公报(第1、3页、第1图)、特开2000-147234号公报(第1页)、特开2001-100221号公报(第1、13、16页，第1、6图)、特开2000-284111号公报(第1、8页，第1(b)图)、以及特开2004-53654号公报(第2、30页，第11(b)图)。PS与散布隔片不同，可以正确地配置在基板上的规定位置。如果在CF基板的黑色矩阵(Black Matrix，以下称为“BM”)上或薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下称为“TFT”)的阵列基板的金属配线上等的非显示区域上配置PS，则可以不降低开口率，使单元间隙保持一定。另外，如同散布隔片那样，PS具有不产生由光散射或在隔片周边的液晶分子取向紊乱引起的显示品质降低的优点。
在特开昭56-140324号公报、特开平4-93924号公报、特开平5-196946号公报、特开2000-147234号公报、特开2001-100221号公报、特开2000-284111号公报、和特开2004-53654号公报中，提出了使用将多个着色层重合后形成的单元间隙调整用隔片的方法。通常，着色层由光致抗蚀剂制成，而具有层叠结构的光隔片一般称为层叠光隔片(层叠PS)。因为层叠PS由重合多个着色层而形成，隔片本身具有遮光性，因此即使配置在显示区域内，也不会引起由光泄漏造成的显示品质降低。另外，如果用与在像素区域的着色层中使用的材料相同的材料形成构成层叠PS的全部的层，则可大大降低成本。
另外，在特开2001-100221号公报、特开2000-284111号公报、和特开2004-53654号公报中，作为层叠PS的形成方法，提出了干膜层叠(Dry Film Laminating，以下称为“DFL”)法。DFL法为通过贴附在支承体上设有树脂膜的薄膜(干膜)来形成层的方法。在使用抗蚀剂树脂膜作为树脂膜的情况下，又称为干膜抗蚀剂(Dry Film Resist，“DFR”)法。采用DFL法，与使用旋转涂层法等的液体抗蚀剂的涂布法比较，可以形成膜厚均匀的层，并可以形成高度稳定的层叠PS。
但是，在利用DFL法制造层叠PS的情况下，在贴附干膜(层叠)时，积存在已形成的图形之间的空气不能逸出，而成为气泡残留下来，在液晶装置中引起显示不良，在这点上存在有改善的余地。这时，产生气泡的容易程度因已形成图形(抗蚀剂层)的膜厚的不同而不同。特别是，近年来，液晶电视(TV)等的液晶显示装置的高的颜色纯度化在进步，构成滤色镜层的着色抗蚀剂层的厚度变成为1.5～2.5μm厚，因而在层叠PS的形成过程中，在层叠时空气容易积存在图形之间，极容易产生气泡。
发明内容
本发明是考虑上述现状而提出，其目的是要提供可以在形成光隔片时减少高度偏差，同时，可抑制气泡的产生的滤色镜基板及其制造方法，以及通过使用该滤色镜基板，减少显示不均匀的液晶显示装置。
本发明者们首先着眼于在具有层叠光隔片(PS)的滤色镜(CF)基板上进行各种研究，通过利用干膜层叠(DFL)法，形成层叠PS的各个层(图形)，从而可以以均匀膜厚形成层叠PS。然而，在利用DFL法制造层叠PS的情况下，当干膜层叠时，在图形之间容易含有气泡。另外，研究发现，在利用DFL法制造CF基板的层叠PS时，为了形成在图形间不含有气泡的CF基板，在图形形成的区域中，层叠时的基板温度量最低也必需在110℃以上，实际上，由于使基板内的温度完全均匀很困难，必需使平均温度在120℃以上。本发明者们，使用具有在使现有的干膜不产生气泡的下限温度、即在基板内平均温度为120℃时层叠制造的层叠PS的CF基板，制造了液晶显示装置，但发现产生了显著的显示不均匀。另外，研究了产生显示不均匀的位置，确认在不均匀的部分液晶层厚度不同，在发现存在液晶层厚度不均匀的部分设置的各个层叠PS上，产生0.05～0.10μm的高度偏差。另外，不论是否用DFL法形成，各个层叠PS加工得远比从各层的膜厚的合计预想的目标膜厚(高度)要薄，在最薄的层中层叠部分的膜厚仅为像素部分对应的层的膜厚的75％左右。
这种现象至今仍为未知，例如在特开2001-100221号公报、和特开2004-53654号公报中，没有说明贴附干膜的温度，对上述现象也没有提及。另外，在特开2000-284111号公报中，在实施方式1中，说明了在贴附干膜时，将基板温度加热至100℃前后进行层叠，但实际上，在制造CT基板时，如上所述，当基板温度低于110℃时，层叠时会混入气泡，只能制造像素中有缺陷的CF基板。
本发明者们重复研究的结果发现，在用DFL法形成层叠PS时产生的高度偏差或膜厚减少是由于贴附(层叠)时的高温使干膜的树脂膜(抗蚀剂层)软化造成的。现利用图1说明在可防止产生气泡的120℃附近以上，进行贴附时的抗蚀剂层的性质，在高温下贴附时，由于抗蚀剂层软化，变为具有一定流动性，干膜贴附时的压力使层叠PS的基底层21p上的抗蚀剂层22p的一部分压出成平坦部分22(向图中的箭头方向移动)，抗蚀剂层22p的膜厚比目标高度低Δh。结果，得不到具有所希望高度的层叠PS。另外，由于这时的抗蚀剂层22p的高度变化量Δh，因基板面内的温度或压力等而不同，产生层叠PS的高度偏差，在液晶显示装置中产生单元厚度(cell thickness)不均匀，可以看见显示不均匀。
本发明者们，根据上述内容进行各种研究发现，通过使构成层叠PS(层叠部分)的着色层和/或透明层的厚度比率(构成层叠部分的层的膜厚/非层叠部分的对应的层的膜厚)和高温下膜硬度为最优化，(1)使构成层叠部分的层的膜厚为非层叠部分的对应的层的膜厚的90％以上、110％以下，或(2)使用具有在120℃的针入硬度试验中的针入量在0.5μm以下的固相抗蚀剂层的干膜形成着色层和/或透明层，可以形成具有所希望高度的层叠部分；同时，可以减少层叠部分的高度偏差，减小液晶显示装置的显示不均匀，从而可以完全解决上述问题，达到本发明。
即：本发明是一种滤色镜基板，在基板上具有：平面地并排设置有着色层和/或透明层的非层叠部分、层叠二层以上的着色层和/或透明层的一部分的层叠部分，其特征在于，构成该层叠部分的层的膜厚为非层叠部分的对应的层的膜厚的90％以上、110％以下。本申请说明书的“以上”和“以下”包含该数值。
本发明是一种滤色镜基板，在基板上具有：平面地并排设置有着色层和/或透明层的非层叠部分、着色层和/或透明层的一部分被层叠二层以上的层叠部分，其特征在于，该着色层和/或透明层使用干膜来形成，该干膜具有在120℃时的针入硬度试验中针入量在0.5μm以下的固相抗蚀剂层。
附图说明
图1为表示在现有的用干膜层叠法形成层叠PS的过程中，基板温度在120℃附近以上时的抗蚀剂层的性质的截面示意图；
图2为表示在针入硬度试验中用的热探头的前端形状的示意图；
图3为表示本发明的实施例的液晶显示装置的结构的截面示意图；
图4为表示本发明的实施例的滤色镜基板的制造方法的截面示意图；
图5为表示本发明的实施例的滤色镜基板的层叠部分的实质形状的截面示意图；
图6为表示实施例1～5或比较例1、2中使用的各个干膜(DF)的固相抗蚀剂层的针入特性的图；
图7(a)～(d)为说明基底层的尺寸的定义的图；
图8为说明实施例1～5和比较例1、2中使用的干膜(DF)的使用形态的图。
符号说明：1有源矩降(AM)基板，2滤色镜(CF)基板，3液晶，4、21透明基板，5遮光层(黑色矩阵，构成非层叠部分的着色层)，6着色层(非层叠部分)，7第一CF层(构成非层叠部分的着色层)，7p第一CF层(构成层叠部分的着色层)，8第二CF层(构成非层叠部分的着色层)，9第三CF层(构成非层叠部分的着色层)，9p第三CF层(构成层叠部分的着色层)，10共同电极(透明电极)，10p(在层叠PS内形成的)共同电极，11p绝缘性树脂膜(构成层叠部分的透明层)，12p层叠PS(层叠部分)，21基板，21p基底层，22平坦部分，22p(基底层21上的)固相抗蚀剂层，30基础薄膜，31热可塑性树脂层，32中间层，33固相抗蚀剂层，34基板，35热探头，100液晶显示装置。
具体实施方式
本发明的滤色镜(CF)基板在基板上具有着色层和/或透明层平面地并排设置构成的非层叠部分、和着色层和/或透明层的一部分层叠为二层以上构成的层叠部分。本发明CF基板，这些构成元件是必需的，也可以含有或不含有其他的构成元件，没有特别的限制。
上述着色层和透明层优选用干膜层叠(DFL)法形成。具体地，将在基础薄膜(支承体)上设有树脂膜(固相抗蚀剂层)的干膜，压紧粘着在设定为平均温度大约为120℃的基板表面上，剥离基础薄膜，在将树脂膜转印在基板上后，使转印后的树脂膜曝光、显像，通过按规定的形状进行图形化而形成在基板上。作为在干膜的树脂膜中包含的基础树脂，优选为感光性树脂，其中，感光性丙烯酸树脂更优选。作为在形成着色层用的树脂膜中包含的着色剂，可举出红(R)、蓝(B)、绿(G)、黑(K)的颜料或染料等。树脂膜在基础树脂和着色剂以外，可以包含多官能性单体、光聚合引发剂、分散剂、添加剂等，也可以不包含。作为干膜的基础薄膜使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜等。
本发明的滤色镜基板的形态为(1)构成层叠部分的层的膜厚为非层叠部分的对应层的膜厚的90％以上、110％以下的形态，和(2)使用具有120℃时的针入硬度试验的针入量为0.5μm以下的固相抗蚀剂层的干膜，形成着色层和/或透明层的形态中的任何一个或它们组合的形态。(2)的形态是在实现(1)的形态基础上优选的形态之一。采用(1)的形态，因为构成层叠部分的层的厚度比率(构成层叠部分的层的膜厚/非层叠部分的对应的层的膜厚)为90％以上、110％以下，因此可得到具有接近从构成层叠部分的各层的膜厚合计预想的目标高度的所希望的高度的层叠部分。另外，在厚度比率为90％以上、110％以下的层中，由于膜变形量本身小，可充分减小膜厚偏差。将这种层层叠构成的层叠部分，可充分减小高度偏差。另外，采用(2)的形态，在用DFL法形成层叠部分的过程中，由于可以降低图1所示的高温条件下的固相抗蚀剂层的热塌边，因引可得到具有所希望的高度的层叠部分。另外，高温下的硬度好的固相抗蚀层，因为难以受膜形成时的温度或压力在基板面内分布的影响，可以充分减小膜厚偏差，将这种层层叠构成的层叠部分可以充分减少高度偏差。结果，在液晶显示装置中使用的情况下，通过使用本发明的CF基板作为层叠部分规定单元厚度的隔片，可以得到所希望的单元厚度，同时可以减小由单元厚度偏差引起的显示不均匀。
在上述(1)形态中，构成层叠部分的层和非层叠部分的对应层用大致相同的材料制成，优选为利用DFL法在同一个工序中制成。构成层叠部分的层的膜厚优选为非层叠部分的对应的层的膜厚的95％以上、110％以下。另外，构成层叠部分的最下层通常为非层叠部分的对应的层的膜厚的大约100％。
所谓在上述(2)的形态的针入硬度试验为测定膜的针入特性，即膜的硬度特性的试验。具体地是，在设定温度(在本发明中为120℃)条件下，在负载为1.0×10-5N下，将图2所示直径为3.3μm的白金-铑电阻体弯曲成前端弯曲角度为120°，前端曲率R＝2.5μm的V字形的热探头35压在试验对象的膜上，测定该热探头35进入膜内的距离(针入量)的试验(参照文献：金山修二著：“用SPM进行的高分子材料的微小部分的热分析”，FUJIFILM RESEARCH &DEVELOPMENT，富士写真胶卷，2002年，第47期，44-45页)。另外，干膜为在基础薄膜(支承体)上设置固相抗蚀剂层者。作为基础薄膜(支承体)，可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等薄膜。固相抗蚀剂层可以由一层构成，也可以由多层结构构成。作为固相抗蚀剂层的膜厚优选为1.0μm以上、3.0μm以下。另外，干膜优选在固相抗蚀剂层和基础薄膜之间设置提高在基板上的贴附性用的热可塑性树脂层、和防止热可塑性树脂层和固相抗蚀剂层之间的混合粘合用的中间层。
在上述(2)的形态中，优选上述固相抗蚀剂层在110～140℃的针入硬度试验的最大针入量和最小针入量之差在1.0μm以下。由这种固相抗蚀剂层形成的层叠部分可更可靠地得到所希望的高度，可进一步减小该高度的偏差。在110～140℃的针入硬度试验的最大针入量和最小针入量之差在0.5μm以下更好。
以下，说明构成本发明的各个部件。
作为上述基板，通常使用玻璃基板等透明基板。上述着色层通常由分散了红、蓝、绿、黑等颜料后的感光性树脂制成，其中，优选使用负片型的感光性树脂。作为上述透明层，有由构成液晶取向控制用突起的树脂构成的层、和上涂层(着色层的保护层)等。上述非层叠部分的红(R)、蓝(B)、绿(G)、黑(K)等着色层和/或透明层平面地配置构成，使显示用的光透过这些着色层和/或透明层，可以进行彩色显示。作为上述非层叠部分，优选为R、B、G三色的着色层在平面上并排设置的形态，在该形态中，进一步包含K的着色层的形态更好。构成非层叠部分的着色层和透明层的尺寸、形状等没有特别的限制，从保持显示品质的观点来看，各个层具有互相大致相同的膜厚为优选。作为非层叠部分的着色层和/或透明层的图形配置没有特别的限制，例如，可以为三角(delta)配置、镶嵌图案(mosaic)配置、条纹(stripe)配置等。另外，在将本发明的CF基板用于液晶显示装置中的情况下，非层叠部分可有作为透过着色光的像素区域和/或遮光区域的功能。
上述层叠部分为层叠二层以上着色层和/或透明层的一部分的构成，优选是不同色的着色层层叠的形态，例如，R的着色层、B的着色层、透明层依次层叠构成的形态或R的着色层、G的着色层、透明层依次层叠构成的形态。采用这些形态的层叠部分，由于可以得到充分的遮光性，可以防止由光泄漏造成的显示品质的降低。作为构成层叠部分的各个层的重叠方法没有特别的限制，除最上层外的上层以覆盖下层的方式进行层叠为优选。构成层叠部分的各层的尺寸、形状等，只要达到本发明的作用效果即可，没有特别的限制。最下层的面积优选考虑在层叠在上面的膜的贴附温度的膜的硬度(针入特性)来适当地设定。作为层叠部分的图形配置没有特别的限制，例如可以为三角配置、镶嵌图案配置、条纹配置等。
以下，详细说明在本发明的CF基板的(1)和(2)形态中共同的其他优选实施例。
上述的CF基板优选在低于层叠部分的最上层的下层设置有透明电极。采用这种形态的CF基板，在最上层上不形成导电性的透明电极，而设置着色层或透明层这样的绝缘性的树脂膜，因此在液晶显示装置中使用的情况下，可以将层叠部分作为隔片使用。
作为上述透明电极，可举出氧化铟锡(ITO)膜，它用溅射等方法制成。透明电极的尺寸、形状没有特别的限制，优选以覆盖其基底层的方式形成。另外，从防止电极间泄漏的观点来看，优选，以在层叠部分内的透明电极上形成的层覆盖该透明电极的方式形成。作为CF其特的透明电极的图形配置，可举出条纹配置、格子配置等。
上述CF基板具有液晶取向控制用的突起，优选为上述层叠部分包含由构成取向控制用的突起的树脂构成的层。这种形态的CF基板，因为具有液晶取向控制用的突起，所以可以作为实现广视野角、高对比度的多区域垂直取向(Multi-domain Vertical Alignment，以下称为“MVA”)方式的液晶显示装置用CF基板使用。另外，由于层叠部分包含构成取向控制用突起的树脂所构成的层，因此，可以将取向控制用突起和层叠部分的一部分总括形成，可以使制造工序简单。
作为上述液晶没有特别的限制，优选为具有负的介电常数各向异性(Δε＜0)的液晶。另外，上述液晶的取向控制用突起是具有通过施加电压时使加在电极间的电场变形，从而将液晶分子的取向在多个方向上分割的功能的结构物。作为构成取向控制用突起的树脂，优选为感光性树脂，其中正片型感光性树脂更好，例如苯酚一酚醛清漆型正性抗蚀剂等。取向控制用的突起的尺寸、形状等没有特别的限制。取向控制用突起优选设在透明电极上，其中，设在非层叠部分上的透明电极上为优选。
优选为上述层叠部分的最上层由构成取向控制用突起的树脂构成的层构成，而且最上层以外的层由着色层构成。采用这种形状的CF基板，层叠部分的最上层和层叠部分的最上层以外的层可分别用与形成取向用突起的工序和形成着色层的工序相同的工序形成，可以使具有层叠部分和取向控制用突起的CF基板的制造工序简单。
在本发明的制造上述CF基板的方法中，上述CF基板的制造方法为通过反复进行在110℃以上140℃以下的温度贴附具有大致一定的厚度的固相抗蚀剂层的干膜并在基板上转印固相抗蚀剂层的工序、和对固相抗蚀剂层进行曝光、显像的工序，平面地依次并排设置着色层和/或透明层、形成非层层叠部分，同时，层叠二层以上着色层和/或透明层的一部分，形成层叠部分的CF基板的制造方法。因为在110℃以上140℃以下的贴附条件下进行上述固相抗蚀剂层的转印工序，因此可以抑制在固相抗蚀剂层和图形(或基板)之间气泡的产生。另外，干膜的贴附温度的下限优选为120℃。另外，利用通过上述固相抗蚀剂层的曝光和显像工序，将转印的固定抗蚀剂层作出图形，可以在规定位置上形成具有所希望的膜厚和形状的层。因此，采用本发明的CF基板制造方法，通过反复进行转印工序和曝光与显像工序，可以防止气泡混入，并且可在规定的位置上依次形成各种着色层和透明层，可总括地形成层叠部分和非层叠部分。
另外，本发明还涉及具有上述CF基板的液晶显示装置。因为本发明的液晶显示装置具有充分的高度，而且设置有具有高度偏差少的层叠部分的本发明的CF基板，因此，可减少液晶层的膜厚的不均匀，可以实现在画面内良好的没有不均匀的显示。本发明液晶显示装置可以在MVA方式的大型液晶电视(TV)等中使用。
本发明还涉及上述CF基板和对置基板通过液晶层相对配置构成的液晶显示装置，它是上述CF基板的层叠部分的至少一部分与对置基板接触的液晶显示装置。采用这种形态的液晶显示装置，因为层叠部分的至少一部分与对置基板接触，层叠部分可起将液晶层的厚度(单元间隙)保持一定的单元间隙调整用的隔片(层叠PS)的作用。在本发明的CF基板上形成的层叠部分，因为具有充分的高度，而且高度偏差小，因此可减少液晶层的膜厚的不均匀，可以实现在画面内良好的没有不均匀的显示。
这时，可以在层叠部分和对置基板之间配置聚酰亚胺膜等垂直取向膜。
作为上述对置基板，只要为通过液晶层与CF基板相对配置的基板即可，没有特别的限制，优选为在基板上具有薄膜晶体管(TFT)等有源元件的有源矩阵基板。作为构成液晶层的液晶分子，优选具有负的介电常数各向异性(Δε＜0)。
本发明还涉及上述CF基板和具有遮光性区域的对置基板通过液晶层相对配置的液晶显示装置，它是上述CF基板的层叠部分与对置基板的遮光性区域重叠形成的液晶显示装置。采用这种形态的液晶显示装置，可以不降低新的液晶显示装置的开口率(透过率)地配置层叠部分，可抑制显示特性的降低。
作为上述遮光性区域没有特别的限制，可以为形成辅助电容配线、TFT回路层等的区域。
采用本发明的滤色镜基板，因在具有所希望的高度的同时，具有在基板面内高度偏差减小的稳定的高度的层叠部分，因此通过将它作为单元间隙调整用的层叠光隔片来使用，可得到具有所希望的单元厚度、显示不均匀被减少的液晶显示装置。
优选实施例
(液晶显示装置的结构)
图3为示意性地表示本发明的实施例的液晶显示装置100的结构的截面图。首先，参照图3，说明本实施例的液晶显示装置100的结构。
图3所示的液晶显示装置100具有有源矩阵(Active-matrix，以下称为“AM”)基板1、与AM基板1相对的滤色镜(CF)基板2、和设在这些基板之间的液晶层3。作为AM基板1，由于可以使用现有众所周知的液晶显示装置的AM基板，这里省略其结构说明。
CF基板2具有透明基板4、设在透明基板4上的遮光层5(着色层)和CF层(着色层)6、以覆盖遮光层5和CF层6的方式设置的共同电极(透明电极)10、和设在共同电极10上的绝缘性树脂膜(透明层)11p。遮光层5在像素外的区域中作成格子状(或条纹状)，称为黑色矩阵(BM)。另外，CF层6具有透过互相不同的色光的第一CF层7、第二CF层8、和第三CF层9。第一CF层7、第二CF层8和第三CF层9为红(R)、绿(G)和蓝(B)的CF层。第一CF层7、第二CF层8、和第三CF层9大致膜厚相同，这在显示上是优选的。共同电极10由透明导电材料(例如ITO)制成。层叠PS(层叠部分)12p由与第一CF层7相同的工序形成的CF层7p、在CF层7p上用与第三CF层9相同工序形成的CF层9p、在CF层9p上用与共同电极10相同的工序形成的共同电极10p、和在共同电极10p上形成的绝缘性树脂膜11p构成。这时，液晶层的厚度(单元间隙)由图中的层叠PS12p的高度h决定。
(CF基板的制造方法)
图4(a)～(f)为示意性地表示本发明的实施例的液晶显示装置100的CF基板2的制造流程的截面图。
在本发明的CF基板制造方法中，CF层6和层叠PS12p的各个层利用干膜层叠(DFL)法形成。通过聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜等的薄膜支承体夹持120℃下针入硬度试验的针入量在0.5μm以下的感光性树脂膜(固相抗蚀剂层)的两个主面，从而构成干膜。规定的颜色(例如，红、蓝、绿和黑)的颜料在感光性树脂膜上分散。DFL法中使用的感光性树脂膜，典型地为负片型抗蚀剂膜。
首先，如图4(a)所示，在基板4上形成遮光层5。具体地，在利用滚子将黑色的干膜压紧并贴在基板4上贴合后，通过剥离该薄膜支承体，将黑色感光性树脂膜转印在基板4上。这个工序一般为一边加热干膜一边转印树脂膜的工序，即所谓的热转印工序。其次，通过掩膜，曝光黑色感光性脂膜后，进行显像，形成遮光层5。由于黑色感光性树脂膜转印在平坦的基板4上，不产生气泡，所以可以在100℃附近层叠。然而，使层叠时的基板内的温度分布完全均匀困难，通常，面内的基板温度相对于设定温度保持±10℃的大小。因此，转印黑色感光性树脂膜时的基板的设定温度平均为110～140℃优选。
这时，当基板的设定温度在150℃以上的高温时，抗蚀剂膜中的成分一部分开始聚合，显像性降低。
其次，如图4(b)所示，同时形成第一CF层7和基底层(着色层)7p。具体地是，与形成遮光层5的方法同样，利用滚子将第一CF层7用的干膜压紧并贴在基板4上后，通过剥离薄膜支承体，将感光性树脂膜转印在基板4上。在贴第一CF层7的情况下，由于在基板4上已形成遮光层5，容易产生气泡。然而，通过使面内的基板温度在110℃以上，可以得到没有气泡的CF层图形。但是，使基板内的温度分布完全均匀困难，通常，面内的基板温度相对于设定温度保持±10℃的大小。因此，转印感光性树脂膜时的基板设定温度优选平均为120-140℃。另外由于基底层7p直接贴在平坦的基板4上，贴合的温度不同，不会使高度(膜厚)变化。
接着，利用掩模，对转印的感光性树脂膜进行曝光和显像，形成第一CF层7和基底层7p。这时，当与AM基板1贴合时，优选在与AM基板1的有遮光性的部分(例如设有金属配线的部分)等相对的位置上形成基底层7p。
接着，如图4(c)所示，形成第二CF层8。第二CF层8使用第二CF层8用的干膜，用与第一CF层7相同的方法形成。当转印感光性树脂膜时，基板的设定温度平均为120-140℃。
然后，如图4(d)所示，形成第三CF层9和中间层(着色层)9p。第三CF层9使用第三CF层9用的干膜，利用与第一CF层7同样的方法形成。当转印感光性树脂膜时，基板的设定温度平均为120-140℃。另外，层叠PS12p的中间层9p优选以覆盖基底层7p的方式形成。
本发明的CF基板2的特征为，层叠PS的中间层9p的厚度h9p相对于第三CF层9的厚度h9(以下称为“厚度比率”)为90％以上、110％以下。即：其满足下述式(1)。
0.9≤h9p/h9≤1.1    ………(1)
接着，如图4(e)所示，形成共用电极10(包含10p)。共同电极10使用透明导电材料(例如ITO等)，通过溅射等方法，在BM5、CF层6(7、8和9)和层叠PS部分的中间层9p上均匀地形成。
然后，如图4(f)所示，通过在层叠PS12p的电极10p上形成最上层11p，在完成层叠PS12p的同时，完成CF基板2。在本实施例中，层叠PS12p的最上层11p用的固相抗蚀剂层的厚度比率为90％以上、110％以下。即满足下述式(2)。
0.9≤h11p/h11≤1.1  ………(2)
另外，在本实施例中，由于层叠部分12p的最上层11p除该层以外，不是用相同的干膜形成的图形，因此在基板4的一部分，例如玻璃面或BM5的框等的不用于显示且平坦的部分上，另外设置确认用的图形(高度为h11)，确认厚度比率为h11p/h11也可以。
在最上层11p的干膜中使用的感光性树脂膜，可以为正片型，也可以负片型。优选在任何一种情况下都为不产生气泡的均匀的贴附。当产生气泡时，气泡的周边产生膜的变形，在显像后，气泡的轮郭成为残渣残留下来，造成显示不良。这是由于在气泡周边产生膜的变形，局部地膜厚变厚的缘故。
另外，在具有热可塑性树脂层和中间层、只从基板上剥离基础薄膜的形态的干膜中，在使用正片型的感光树脂的情况下，曝光时产生的氮气不能很好地排出，成为气泡，在图形上引起异常，这已为所知(参照特开2002-341525号公报)。通过使贴附干膜时基板的温度在120℃以上，提高共同电极10p和抗蚀剂层的粘接力，可以减轻这种现象。因此，转印感光性树脂膜时的基板的设定温度，与CF层6的情况相同，优选平均为120-140℃。
如图4(f)所示，如上所述形成的CF基板2具有高h的层叠PS12p，各层的膜厚满足下述式(3)、(4)、(5)。在图4(f)中，符号在右上角带有“′”表示利用中间的ITO溅射或11p的烧制等热历史，树脂成分的极少一部分气化，膜厚减小一些，与下述式(3)、(4)、(5)的表示同样。这时，层叠PS12p和通常的像素部分按相同的比率减小膜厚。另外，下述式(5)中的h11′不是图4(f)中所示的，而表示在与层叠PS的最上层11p相同的工程中，使在基板4上形成的层膜厚减小后的膜厚。图5为表示层叠部分12p的实质形状的截面示意图。
h9’≈h8’≈h7’  ………(3)
0.9≤h9p’/h9’≤1.1  ……(4)
0.9≤h11p’/h11’≤1.1……(5)
采用本实施例的CF基板，不但可以确保层叠部分12p的基底层7p、中间层9p、和最上层11p的厚度比率为90-110％，而且可以有效地消除干膜贴附时的基板的温度偏差或压力偏差引起的层叠PS的高度偏差。作为本实施的更好的形态，使用具有120℃下的针入硬度试验的针入量在0.5μm以下且110～140℃针入硬度试验的最大针入量和最小针入量的差在1.0μm以下的感光性树脂膜的干膜，形成层叠PS12p的基底层7p、中间层9p、和最上层11p。如果使用这种干膜来形成，则容易确保层叠部分12p的基底层7p、中间层9p、和最上层11p的厚度比率为90-110％，可以更容易得到本发明的作用效果。
另外，作为本发明的CF基板的形态，不是仅限于上述形态，例如，在共同电极10上形成取向控制用的突起的形态也可以。在这种形态的CF基板中，从制造工序简单的观点来看，优选在形成取向控制用突起的工序中形成最上层11p。
(液晶显示装置的制造方法)
如图3所示，通过涂布在一块基板的显示区域的外侧上的密封材料(图中没有示出)，将上述这样得到的CF基板2和另外准备的AM基板1贴合。这时，在CF基板2和AM基板1的表面上形成取向膜(图中没有示出)。然后，将液晶材料3注入两个基板的间隙中密封，完成液晶显示装置100。另外，利用滴下法，在涂布密封材料的基板上形成液晶层3后，贴合两个基板也可以。这样制造的液晶显示装置，因为具有贴附干膜时不产生气泡或不均匀、不产生显像残渣，具有高度稳定的层叠PS的CF基板，因此由单元厚度不均匀引起的显示不均匀少。
以下，参照附图，更详细地说明本发明实施例，但本发明不限于这些实施例。
<实施例1-5和比较例1、2>
(干膜的结构)
首先，利用图8说明在实施例1-5和比较例1、2中使用的干膜(DF)的膜结构和剥离部位。
在实施例1-5和比较例1、2中使用的干膜都具有层叠基础薄膜30、用于提高贴附性的热可塑性树脂层31、中间层32、和固相抗蚀剂层33的结构。作为将使用这些干膜的固相抗蚀剂层33贴在基板34上的方法，可在将干膜贴在基板34上后，在基础薄膜30和热可塑性树脂层31的界面上剥离。固相抗蚀剂层33通过热可塑树脂层31和中间层32而被曝光，但热可塑性树脂层31和中间层32都是透明的，对固相抗蚀剂层33的曝光没有妨碍。另外，热可塑性树脂层31、中间层32都没有感光性，不论有无曝光，在显像工序中可完全除去。
(干膜的针入硬度试验)
其次说明实施例1-5和比较例1、2中使用的干膜(DF)的膜硬度。
图2为将测定干膜(DF)的固相抗蚀剂层的膜硬度用的直径为3.3μm的白金-铑电阻体弯曲成前端弯曲角度120℃、前端曲率R＝2.5μm的V字形的热探头35的前端的示意图。图6表示在实施例1-5和比较例1、2中使用的干膜的固相抗蚀剂层的膜硬度的温度特性。具体地是，使上述热探头35以负荷1.0×10-5N压下时，在每个温度下作出该热探头35进入固相抗蚀剂层的针入量的图形。在图6中，干膜1-3具有蓝色的负片型抗蚀剂层，干膜4具有绿色的负片型抗蚀剂层。另外，干膜5具有配置在层叠PS的最上层(ITO上)的正片型透明的抗蚀剂层。
在表1中表示各个抗蚀剂层在120℃下的针入量和110-140℃下的最大针入量和最小针入量之差。
表1
    针入量(μm)(120℃)  (最大针入量)-(最小针入量)(μm)(110～140℃) 使用例 抗蚀剂色
DF1     0.72   1.81 实施例4、比较例1、2 蓝
DF2     0.40   1.23 实施例1 蓝
DF3     0.08   0.93 实施例2 蓝
DF4     0.09   0.47 实施例3、5 绿
DF5     -0.36   0.17 实施例1～5、比较例1、2 透明
如表1所示，干膜1在120℃下的针入量超过0.5μm，110-140℃下的最大针入量和最小针入量之差大至1.81μm。另外，干膜2在120℃下的针入量为0.5μm以下，110-140℃下的最大针入量和最小针入量之差为1.23μm，超过1.0μm。干膜3、4和5在120℃下的针入量为0.5μm以下，110-140℃下的最大针入量与最小针入量之差为1.0μm以下。
(干膜的贴附温度的研究)
其次，研究在上述的干膜1-5中，层叠时的基板的设定温度与层叠气泡的有无、以及显像残渣的关系。结果表示在表2中。作为层叠装置使用日立Techno公司制的干燥涂布器
表2
有气泡 无气泡、残渣 产生残渣 贴附顺序 层叠顺序 曝光气泡
DF1  110℃  120-140℃ 150℃ 第三色 第二层
DF2  110℃  120-140℃ 150℃ 第三色 第二层
DF3  110℃  120-140℃ 150℃ 第三色 第二层
DF4  110℃  120-140℃ 150℃ 第二色 第二层
DF5  100℃  110-140℃ 150℃ ITO上(最终) 最上层 120℃以上○
如表2所示，当干膜1-4的基板设定温度不在120℃以上时，不能抑制层叠气泡的产生。另一方面，在干膜5的基板设定温度为110℃时，虽不产生层叠气泡，但当不上升至120℃时，不能防止由氮气等的曝光气泡的影响产生的图形异常。
(层叠光隔片的制作和显示不均匀评价试验)
使用具有以上特性的干膜，在以下的实施例1-5和比较例1、2中制作三层结构的层叠PS，在实施例1-5和比较例1、2中制作的三层结构的层叠PS的结构、各层的厚度比率和层叠PS的高度、以及具有层叠PS的液晶显示装置的不均匀发生状况表示在表3中。表3中的DF0表示在形成层叠PS的最下层时用的干膜。点的尺寸表示层叠PS的最下层的面积。如图7(a)-(d)所示，当从其板面法线方向看时，当从最下层(基底层)的外边缘至其上面的层的重心的最短距离为X(μm)时，最下层(基底层)的尺寸表示为2Xμmφ，另外，在层叠2层以上的形态的层叠部分中，将重叠层数最大的区域看作是最下层(基底层)的区域。当将从该区域的外边缘至其上的层的重心的最短距离为X(μm)时，其最下层(基底层)的尺寸2Xμmφ。从表2的结果可看出，在形成实施例1-5和比较例1、2的层叠PS的过程中，干膜的层叠都在基板温度120℃时进行。另外，测定在实施例1-5和比较例1、2中使用的层叠装置中的图形形成区域的基板温度分布，对于设定温度，有±10℃的幅度。
表3
Figure C20051008508400221
在第2层使用干膜1的比较例1、2的层叠PS中，层叠PS的第二层的厚度比率降低为67％、83％。另外，在比较例1、2的层叠PS中，层叠PS的高度降低至2.89、3.24μm(目标值为3.5±0.2μm)，在液晶显示装置的情况下，由层叠PS的高度偏差引起的单元厚度不均匀，在作为显示不均匀而在实用上成为问题的级别可被清楚识别。
与此相对，在第二层中使用干膜1的实施例4的层叠PS中，通过增大点的尺寸，层叠PS的第二层的厚度比率高达102％，因此在液晶显示装置中，层叠PS的高度偏差引起的单元厚度不均匀，不会成为实用上的问题。
另外，在层叠PS的各层的厚度比率全部为90％以上、110％以下的实施例1-5的层叠PS中，在液晶显示装置的层叠PS的高度偏差引起单元厚度不均匀，在实用上不成为问题。另外，在第二、三层中，厚度比率都为98％以上的实施例2、3、5的层叠PS中，由液晶显示装置中的层叠PS的高度偏差引起的显示不均匀几乎看不到，因而可得到极好的显示品质。
如上所述，通过使层叠PS中的各层厚度比率为90％以上、110％以下，可得到实用上没有问题的显示品质的液晶显示装置。

Claims (17)

1.一种滤色镜基板，在基板上具有：平面地并排设置有着色层和/或透明层的非层叠部分、着色层和/或透明层的一部分被层叠二层以上的层叠部分，其特征在于，
该着色层和/或透明层使用干膜来形成，该干膜具有在120℃时将直径为3.3μm的白金-铑电阻体弯曲成前端弯曲角度为120°、前端曲率R＝2.5μm的V字形的热探头压在负载为1.0×10-5N下的试验对象的膜上，测定该热探头进入膜内的距离的针入硬度试验中，针入量在0.5μm以下的固相抗蚀剂层。
2.如权利要求1所述的滤色镜基板，其特征在于，
构成该层叠部分的层的膜厚为非层叠部分的对应的层的膜厚的90％以上、110％以下。
3.如权利要求1所述的滤色镜基板，其特征在于，所述固相抗蚀剂层在110～140℃的针入硬度试验中，最大针入量和最小针入量之差在1.0μm以下。
4.如权利要求1所述的滤色镜基板，其特征在于，所述滤色镜基板在低于层叠部分的最上层的下层具有透明电极。
5.如权利要求2所述的滤色镜基板，其特征在于，所述滤色镜基板在低于层叠部分的最上层的下层具有透明电极。
6.如权利要求1所述的滤色镜基板，其特征在于，所述滤色镜基板具有液晶的取向控制用的突起，所述层叠部分包含由构成取向控制用突起的树脂所构成的层。
7.如权利要求2所述的滤色镜基板，其特征在于，所述滤色镜基板具有液晶的取向控制用的突起，所述层叠部分包含由构成取向控制用突起的树脂所构成的层。
8.如权利要求1所述的滤色镜基板，其特征在于，所述层叠部分的最上层由构成取向控制用的突起的树脂构成的层构成，而且最上层以外的层由着色层构成。
9.如权利要求2所述的滤色镜基板，其特征在于，所述层叠部分的最上层由构成取向控制用的突起的树脂构成的层构成，而且最上层以外的层由着色层构成。
10.一种制造权利要求1所述的滤色镜基板的制造方法，其特征在于，
该滤色镜基板的制造方法为通过反复进行在110℃以上、140℃以下贴附具有大致恒定厚度的固相抗蚀剂层的干膜并将固相抗蚀剂层转印在基板上的工序、和对固相抗蚀剂层进行曝光与显像的工序，平面地依次并排设置着色层和/或透明层，形成非层叠部分，同时，层叠2层以上的着色层和/或透明层的一部分，形成层叠部分，该着色层和/或透明层使用所述针入硬度的干膜来形成。
11.一种制造权利要求2所述的滤色镜基板的制造方法，其特征在于，
该滤色镜基板的制造方法为通过反复进行在110℃以上、140℃以下贴附具有大致恒定厚度的固相抗蚀剂层的干膜并将固相抗蚀剂层转印在基板上的工序、和对固相抗蚀剂层进行曝光与显像的工序，平面地依次并排设置着色层和/或透明层来形成非层叠部分，同时，层叠2层以上的着色层和/或透明层的一部分来形成层叠部分，该着色层和/或透明层使用所述针入硬度的干膜来形成。
12.一种液晶显示装置，其特征在于，具有如权利要求1所述的滤色镜基板。
13.一种液晶显示装置，其特征在于，具有如权利要求2所述的滤色镜基板。
14.一种液晶显示装置，是权利要求1所述的滤色镜基板和对置基板通过液晶层相对配置的液晶显示装置，其特征在于，
该滤色镜基板的层叠部分的至少一部分与对置基板接触。
15.一种液晶显示装置，是权利要求2所述的滤色镜基板和对置基板通过液晶层相对配置的液晶显示装置，其特征在于，
该滤色镜基板的层叠部分的至少一部分与对置基板接触。
16.一种液晶显示装置，是权利要求1所述的滤色镜基板和具有遮光性的区域的对置基板通过液晶层相对配置的液晶显示装置，其特征在于，
该滤色镜基板的层叠部分与对置基板的遮光性区域重叠而形成。
17.一种液晶显示装置，是权利要求2所述的滤色镜基板和具有遮光性的区域的对置基板通过液晶层相对配置的液晶显示装置，其特征在于，
该滤色镜基板的层叠部分与对置基板的遮光性区域重叠而形成。
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