【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂ブラックマトリクスを有するカラーフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄型軽量、低消費電力という大きな利点をもつ液晶表示素子は、日本語ワードプロセッサやデスクトップパーソナルコンピュータ等のパーソナルＯＡ機器の表示装置として積極的に用いられている。
【０００３】
液晶表示素子用カラーフィルタには、透明基板上に画素となる着色画素が形成され、各画素間には表示コントラストを高めるために一定の幅を持つ遮光部が設けられている。この遮光部がブラックマトリクス（ＢＭ）である。ＢＭにより遮光する必要がある領域は、画素電極と画素電極の間の領域だけではなく、表示領域の外側のパネル外周部も同様である。以下、この表示画素領域部の周辺にある非表示部のＢＭを周辺ＢＭ１、表示画素領域部のＢＭを画素ＢＭ２と記す。図１０は「周辺ＢＭ１」および「画素ＢＭ２」を定義するための説明図であり、基板をＢＭ側から見た模式平面図である。画素ＢＭ２は各画素を仕切る役割を果たし、画素開口部に接した格子状のＢＭである。一方、周辺ＢＭ１は最外周の画素ＢＭ２に接し、表示画素領域部を囲んでいる帯状のＢＭである。
【０００４】
ＢＭは通常、ガラス基板上に微小なパターンの金属薄膜として形成される。金属薄膜の材質としては、クロム、ニッケル、アルミニウム等が採用されており、製膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、真空製膜が一般的である。金属薄膜のパターン化は、金属薄膜上にフォトレジストを塗布、乾燥した後、フォトマスクを介して紫外線を照射し、現像液で未露光部を溶解してレジストパターンを形成後、金属のエッチング、レジスト剥離の工程により行われる。しかし、この方法では工程の煩雑さから製造コストが高くなり、従ってカラーフィルタ自体のコストが高くなる。更に、この金属薄膜により形成されたＢＭを有する基板を液晶表示装置に搭載した場合、金属薄膜の表面の反射率が高いため、強い外光が照射されると、反射光が強いために表示品位が著しく低下するという問題が生じる。そこで、金属薄膜以外の他の材料で形成するＢＭが提案されている。例えば、特開平９−１５４０３に記載のように、樹脂を用いてＢＭを形成する方法が提案されている。
【０００５】
樹脂ＢＭはアルカリ溶解タイプのネガレジストにカーボンブラックに代表される黒色顔料や、または赤、緑、青、黄色、紫などの顔料を混ぜてなる混色黒色顔料を単独もしくは混合で分散させて構成されたものが用いられる。
図１１に工程のフローチャートを示す。まず透明基板上にネガレジストである感光性樹脂の塗布、乾燥を行う。次に、ブラックマトリクスとする所望のパターンを形成したフォトマスク５を介して感光性樹脂に紫外線露光を行う。ネガレジストは露光部が光のエネルギーで架橋反応を起こし光硬化することにより現像液に対しての溶解性が未露光部より低下する。この溶解度差を利用してパターン形成を行う。すなわち、炭酸ナトリウムなどの希アルカリ系の現像液を用いて未露光部を選択的に溶解除去後、現像液を洗浄することにより所望のパターンを形成する。以上のように、樹脂ＢＭのパターニングは通常のフォトリソグラフィー工程のみであり、金属ＢＭと比較して簡略かつ安価にパターン形成が可能である。
【０００６】
さらに、樹脂ＢＭでは金属ＢＭとは異なり、１μｍ以上の厚いＢＭ膜を形成でき、ＢＭを遮光部兼着色液保持枠体として使用できるため、特開平９−９０３４２に記載のように、インクジェット法による着色画素の形成が可能となる。インクジェット法では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色素を含有する着色液（以下インクという）を基板にノズルより吐出し、該インクを基板上で乾燥して着色画素を形成する。この方法によればＲ、Ｇ、Ｂの各着色画素の形成を一度に行うことができ、更に着色液の使用量にも無駄が生じないため大幅な生産性の向上、コストダウン等の効果が期待できる。
【０００７】
また、樹脂ＢＭでは遮光特性を成分中に含有させる黒色顔料で得るため、金属ＢＭと比較して厚みが必要である。ＢＭが厚くなるとその部分のセルギャプ（間隙）が薄くなり、特開平１１−３２６９２０に記載のように、挟額縁構成の液晶表示素子では周辺部の空間的余裕がなくなるためパネル端部の周辺ＢＭ部分ではシールが近くあるいは重なるように形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に従来法におけるカラーフィルタの最外周画素近傍の断面図を示す。通常のフォトリソグラフィー工程で形成された樹脂ＢＭにおいて、画素ＢＭ２のフォトマスクのパターンは開口部（ネガレジスト使用の場合、樹脂ＢＭ部位）が２０μｍ程度であり、周辺ＢＭ１の１〜２ｍｍの開口部に比べ非常に小さく、光の回折などにより光量が周辺ＢＭ１に比べ減少するため、画素ＢＭ２のレジスト硬化が十分に進まず、現像時にレジスト膜の減膜が生じる。この結果、基板上に形成される周辺ＢＭ１の膜厚は画素ＢＭ２の膜厚よりも厚くなる。そのため、後工程の液晶素子製造工程で、周辺ＢＭ部１近傍において配向処理であるラビングが不完全となり、液晶分子の非配向やまたリバースチルトドメイン等の配向異常を生じさせ、液晶表示素子として光漏れやコントラストの低下等の重大な表示欠陥が発生する問題があった。
【０００９】
また、上記のように周辺ＢＭ１が厚くなることで、シール形成時のシール材１０に含まれるイオン性不純物などが周辺ＢＭ１よりも薄い着色画素６に流れ込みやすく、高温高湿動作試験などの信頼性試験で、シール周辺配向不良や白く表示むらとなる信頼性問題を生じる。
【００１０】
本発明の目的は、配向不良のない高表示品位を均一に得ること、常温動作試験で画面の一部が白く表示むらとなることを防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本発明のカラーフィルタは、周辺ＢＭの膜厚が画素ＢＭの膜厚よりも薄くなるように構成されていることを特徴としたものである。これによって、周辺ＢＭが画素ＢＭよりも厚いために発生していたラビング不良が改善され、シール剤の流れ込みも防止することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、基板上にブラックマトリクスを配置し、前記ブラックマトリクス内に設けられた複数の画素領域から構成された表示画素領域部を持つカラーフィルタにおいて、前記表示画素領域部の外周にある非表示部のブラックマトリクスの膜厚が前記表示画素領域部のブラックマトリクスの膜厚よりも薄くしたことを特徴とするカラーフィルタであり、周辺ブラックマトリクス（ＢＭ）の膜厚が画素ＢＭの膜厚よりも薄くなるように構成することにより、周辺ＢＭが画素ＢＭよりも高いために発生していたラビング不良が改善される。さらに最外周の画素でも他の画素と同様の形状であるＢＭに囲まれることから、全ての画素で均一にラビングを行うことができる。また、最外周の着色画素に隣接する画素ＢＭが堤防として働き、薄くなった周辺ＢＭ部にシール剤のイオン性成分がたまり、画素部への流れ込みを防止することもできる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、フォトマスクを用いて前記感光性樹脂を露光する工程と、前記感光性樹脂を現像し、ブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクスのパターン間に１色または複数色の画素領域を形成する工程とを含むカラーフィルタの製造方法において、前記ブラックマトリクスの非表示部の前記フォトマスクのマスクパターンが前記露光の解像度以下のパターンを有することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法であり、解像度以下のパターンを挿入した部分の露光量を減少させ、現像時に周辺ＢＭ部を選択的かつパターン転写なく減膜させることが可能となる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のカラーフィルタの製造方法において、フォトマスクと透明基板とを間隙を設けて露光することにより、回折光が重なり合いが大きくなり、遮光された部分および開口部に関わらず、基板上での光強度が全体的に平均化される。その結果、マスク上のパターンが転写することなく平滑な表面をもつＢＭパターンを形成することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記非表示部の前記ブラックマトリクス部位のマスクパターンが、格子状パターンの繰り返しであることを特徴とする請求項２に記載のフォトマスクであり、非表示部に格子状パターンを用いることにより、パターンの形状によって露光量の減少量を調整でき、現像時に周辺ＢＭ部の減膜効果を制御することが可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記非表示部の前記ブラックマトリクス部位のマスクパターンが、モザイク状パターンの繰り返しであることを特徴とする請求項２に記載のフォトマスクであり、非表示部にモザイク状パターンを用いることにより、パターンの形状によって露光量の減少量を調整でき、現像時に周辺ＢＭ部の減膜効果を制御することが可能となる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、基板上に第１の感光性樹脂を塗布する工程と、前記第１の感光性樹脂を第１のフォトマスクを用いて露光する工程と、前記第１の感光性樹脂を現像し、前記表示画素領域部のブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記表示画素領域部のブラックマトリクスのパターン上に第２の感光性樹脂を塗布する工程と、前記第２の感光性樹脂を第２のフォトマスクを用いて露光する工程と、前記第２の感光性樹脂を現像し、非表示部のブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクスの表示画素領域部の画素領域に１色または複数色の着色画素を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの製造方法であり、フォトリソグラフィー工程を２回繰り返し、画素ＢＭと周辺ＢＭを別々に形成することによって、画素ＢＭとは無関係に周辺ＢＭの膜厚を塗布回転数で制御でき、上述の構成をもつカラーフィルタを生産することができる。周辺ＢＭの膜厚制御が容易であるため、請求項１記載のカラーフィルタを精度良く安定して生産することが可能となる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、透明基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、前記感光性樹脂を第１のフォトマスクを用いて表示画素領域部のブラックマトリクスのパターンのみ露光する工程と、前記感光性樹脂を第２のフォトマスクを用いて表示画素領域部および非表示部のブラックマトリクスのパターンを露光する工程と、前記感光性樹脂を現像しブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクスの表示画素領域部の画素領域に１色または複数色の着色画素を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法であり、露光工程およびフォトマスクを変更するだけであり、その他は従来のフォトリソグラフィー工程と同様であるため、従来の設備で対応可能でき、請求項１記載のカラーフィルタを安定して生産することが可能となる。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項８記載のカラーフィルタの製造方法において、第１および第２の露光エネルギー量の和が画素ＢＭパターンとなる感光性樹脂を硬化するのに十分であり、一方、第２の露光のエネルギー量では周辺ＢＭ部となる感光性樹脂は硬化不足となることを特徴としたものであり、現像時に周辺ＢＭのみを選択的に減膜させることが可能となり、さらに露光量を調節することで周辺ＢＭの膜厚を容易に制御できる。
【００２０】
請求項９記載の発明は、基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、前記感光性樹脂をフォトマスクを用いて露光する工程と、前記感光性樹脂を現像し、ブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクスのパターン間に１色または複数色の画素領域を形成する工程とを含むカラーフィルタの製造方法において、前記フォトマスクに形成する非表示部のブラックマトリクス部位に半透明膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法であり、フォトマスク側で対応するため、プロセスフローは従来のフォトリソグラフィー工程と同様となり、従来の設備で対応可能でき、請求項１記載のカラーフィルタを安定して生産することが可能となる。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のカラーフィルタの製造方法において、半透明膜を通過する露光のエネルギー量では感光性樹脂は硬化不足となることを特徴としたものであり、半透明膜の透過率を調整することで、現像時に周辺ＢＭのみを選択的に減膜させることが可能となり、さらに露光量を調節することで周辺ＢＭの膜厚を容易に制御できる。
【００２２】
請求項１１記載の発明は、請求項１記載のカラーフィルタが、ブラックマトリクス間にインクジェット方式でインクを付与して着色画素を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法であり、インクを無駄にすることなく精度良く着色画素を形成することができる。
【００２３】
請求項１２記載の発明は、請求項１記載のカラーフィルタと一対となる対向基板間に液晶を挟持してなることを特徴としたものであり、画素の隅々まで液晶が規則正しく配列し、コントラスト低下等の表示欠陥なく美しいカラー表示が可能である。
【００２４】
（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明におけるカラーフィルタの表示画素領域の最外周近傍の断面図を示すものである。
【００２６】
図１において、透明基板３上に感光性樹脂をパターニングして形成した樹脂ＢＭが設けており、前記樹脂ＢＭ間には着色画素６を形成している。特に、樹脂ＢＭには、画素ＢＭ２と周辺ＢＭ１部の膜厚に差が有り、周辺ＢＭ１の膜厚は画素ＢＭ２の膜厚よりも薄くなるように構成されている。
透明基板３には、例えばガラスが多く用いられるが、プラスチックフィルムやプラスチックシートでもかまわない。また必要に応じて、透明基板３と樹脂ＢＭ及び着色インクとの密着性を向上させるために、透明基板３上にあらかじめ密着性を向上させるような薄膜を形成しておくこともできる。
【００２７】
透明基板３上に感光性樹脂４をパターニングしたブラックマトリクスが構成されているが、本発明で用いるブラックマトリクス材料は、樹脂成分と黒色の顔料及びまたは、赤、緑、青、黄、紫などの顔料を混ぜてなる混色黒色顔料と、これらの成分を分散溶解させるための溶媒を含む感光性樹脂である。樹脂材料としては、一般的な黒色感光性樹脂用として用いられているアクリル樹脂のような感光性樹脂であればネガ型でもポジ型でもよい。また黒色の顔料成分としては、カーボンブラックや、赤、緑、青、黄、紫などの顔料を混ぜてなる混色黒色顔料としての有機顔料等を用いることができる。また、樹脂ＢＭでは成分中に含有させる黒色顔料で得ており、膜厚に比例した遮光特性が得られるため、樹脂ＢＭの膜厚の最低限度は、求める遮光特性によって規定される。
【００２８】
透明基板３上に樹脂ＢＭパターンを形成するには、例えばスピンコート等によって１〜３μｍ程度の厚みを持った薄膜を形成した後、露光、現像、洗浄、ポストベークすることで形成することができる。パターニングした感光性樹脂４は表示画素部領域の画素ＢＭ２と非表示部の周辺ＢＭ１からなっている。画素ＢＭ２は６０μｍ×１００μｍ程度の開口部を有し、幅２０μｍ程度の樹脂ＢＭで区切られている格子状のパターンであり、この開口部を着色材料で埋めることで、着色画素６を形成している。
【００２９】
以上のように形成した感光性樹脂４および着色画素６上に、オーバーコート７、透明電極８、配向膜９を順に形成することで、カラーフィルタ基板が完成する。
【００３０】
ここでオーバーコート材料としては、アクリル樹脂などを用いた熱硬化型や紫外線効果型などの透明樹脂があげられるが、これに限定されるものではない。透明電極材料としては、例えばインジウム・錫酸化膜（ＩＴＯ膜）のようなものがあるがこれに限定されるものではない。配向膜材料としては、熱硬化型のポリイミド樹脂などがあげられるが、これに限定されるものではない。
以上のように、本実施の形態においては、周辺ＢＭ１の膜厚は画素ＢＭ２の膜厚よりも薄くすることで、周辺ＢＭ１が画素ＢＭ２よりも厚いために発生していたラビング不良が改善される。また、最外周の画素でも他の画素と同様の形状であるＢＭに囲まれることから、全ての画素で均一にラビングを行うことができる。また、最外周の着色画素６に隣接する画素ＢＭ２が堤防として働き、薄くなった周辺ＢＭ１部にシール剤のイオン性成分がたまり、画素部への流れ込みを防止することもできる。
【００３１】
以下、上記カラーフィルタの構成を実現する製造方法の実施の形態について図２を用いて説明する。図２は本発明実施の形態におけるカラーフィルタ製造工程の表示画素領域の最外周近傍の断面図である。
【００３２】
まず、図２（ａ）のようにガラス基板３上に高感度黒色ネガ型レジストＣＦＰＲ ＢＫ−６２０Ｓ（東京応化工業株式会社製）をスピンコート法にて塗布し、ホットプレートを用いて９０℃で１分間ベークを行い、感光性樹脂４を形成する。その後、図２（ｂ）のようにブラックマトリクスのパターンをフォトマスク５を介して、ＣＦＰＲ ＢＫ−６２０Ｓの光硬化に必要な露光量である１００ｍＪ／ｃｍ２でマスクと基板の間に１２０μｍの間隙をあけて露光する。前記フォトマスク５には、解像度以下のパターンである縦横ともにラインアンドスペース４μｍのモザイク状のパターンを周辺ＢＭパターン挿入部５ａに配置している。その後、純水にて２０倍希釈したＣＦＰＲ現像液Ｎ−Ａ３Ｋ（東京応化工業株式会社製）にて現像を１分間行う。現像液を除去するために、純水にてリンス処理を行った後、オーブンにて２３０℃で２０分間ベークし、硬化することで図２（ｃ）のように画素ＢＭ２部の膜厚が２．５μｍ、周辺ＢＭ１部が２．３５〜２．４μｍとなっているＢＭパターンが形成される。
【００３３】
上記のように形成したブラックマトリクスには表示画素となるＢＭ開口部１２があり、この部分にインクジェット印刷機を用いて、赤、緑、青の着色インクを吐出後、乾燥炉で着色画素が平坦になるようにインクの溶媒を蒸発させる。次に、紫外線硬化装置により着色画素のインクを光重合させ、最後に２３０℃のベークをオーブンで２０分間行うことで、図２（ｄ）に示すように着色画素部６を形成する。
【００３４】
この基板上にオプトマーＳＳ６６９９Ｇ（ＪＳＲ株式会社製）をスピンコート後、２３０℃で熱硬化し、２．０μｍのオーバーコート７を形成する。その上に、ＩＴＯ膜８を０．１４μｍの膜厚でスパッタリング法により形成し、さらに、ポリイミドの配向膜９を０．１０μｍの膜厚でオフセット印刷法により形成し、ラビングしてカラーフィルタ基板を形成する。
以上のように、本実施の形態によれば、周辺ＢＭ部のマスクパターンに解像度以下のパターンを挿入することによって、周辺ＢＭのみ選択的に露光量を減少させ、現像時に減膜させることが可能となり、上述のカラーフィルタの構成を実現できる。
【００３５】
この原理について図４を用いて説明する。照射された光はフォトマスクの開口部を介して基板に達するが、開口部と遮光部の境界では、図４（ａ）に示すように光の回折が起こる。解像度以下のマスクパターンの場合、隣接する遮光部の間隔が狭いため、同図（ｂ）に示すように遮光された部分においても回折光が重なり合う。そのため、同図（ｃ）に示すように基板上での光強度は、遮光された部分および開口部に関わらず、全体的に平均化される。その結果、マスク上のパターンが転写することなく平滑な表面をもつＢＭパターンを形成することができる。このように解像度以下のパターンを挿入することで露光量を減少させ、現像時に周辺ＢＭ部を選択的かつ平滑に減膜させることが可能となる。そのため、通常のフォトリソグラフィーのプロセスで周辺ＢＭのみ選択的に減膜することが可能となり、工程を増やすことなく、現状の設備で上述のカラーフィルタを生産することができる。
【００３６】
また、本実施の形態によれば、マスクと基板の間に間隙をあけて露光することにより、回折光が重なり合いが大きくなるため、基板上での光強度の平均化が強調される。そのため、マスク上のパターン転写の影響が減少し、より平滑な表面をもつＢＭパターンを形成することができる。さらに、間隙の距離に応じて減膜の効果を変化させることも可能である。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、解像度以下のパターンとして、図３（ａ）のような格子状のパターンを挿入することにより、露光量の減少量を調整でき、現像時に周辺ＢＭ部の減膜効果を制御することが可能となる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、解像度以下のパターンとして、格子状のパターンを挿入したが、図３（ｂ）のようにモザイク状のパターンの繰り返したものでもよい。さらに、挿入パターンは、全てが同形状となる開口パターンをマトリクス状に配置したものであればよく、円形や多角形といった開口パターン等でもよい。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、着色画素６の形成方法として、インクジェット印刷機を用いることにより、インクを無駄にすることなく精度良く着色画素６を形成することができる。本実施の形態において、インクジェット印刷法を使用したが、本発明の構成をなし得るものであれば、これに限定されるものではない。
【００４０】
次いで、前記カラーフィルタを用いた液晶表示素子の作製方法を示す。ＴＦＴを画素毎に形成したアクティブマトリクス基板を用いて、ポリイミドの配向膜５を０．１０μｍの膜厚でオフセット印刷法により全面形成し、ラビングしてＴＦＴ基板を形成する。このＴＦＴ基板とギャップを維持するためのギャップ材を基板表面上に形成した前記カラーフィルタ基板とを電極面が相対向するように配置して、パネル周辺をシールして空セルを形成する。この空セル内に液晶を注入し、注入口を封止して液晶セルを作製する。この液晶セルの両側に偏光板を配置してアクティブマトリクス型の液晶表示素子を作製できる。
【００４１】
この液晶表示素子は、上述のカラーフィルタを用いることにより、ラビング不良などの問題が改善され、画素の隅々まで液晶が規則正しく配列し、コントラスト低下等の表示欠陥なく美しいカラー表示が可能である。
【００４２】
（実施の形態２）
本発明のカラーフィルタの構成を実現する別の製造方法における実施形態について図５を用いて説明する。図５は本発明実施の形態２におけるカラーフィルタの表示画素領域の最外周画素近傍の製造工程の断面図、図６は本発明の実施の形態２における樹脂ＢＭパターンの製造工程を説明する簡略フローチャートである。
【００４３】
まず、ガラス基板３上にＣＦＰＲ ＢＫ−６２０Ｓをスピンコート法にて塗布し、ホットプレートを用いて９０℃で１分間ベークを行い、膜厚２．５μｍの第１の感光性樹脂４を形成する。その後、図５（ａ）に示すようにブラックマトリクスのパターンを第１のフォトマスク５を介して１００ｍＪ／ｃｍ２の露光量でマスクと基板の間に１２０μｍの間隙をあけて露光し、純水にて２０倍希釈したＣＦＰＲ現像液Ｎ−Ａ３Ｋにて現像を１分間行う。現像液を除去するために、純水にてリンス処理を行った後、オーブンにて２３０℃で２０分間ベークし、硬化することで図５（ｂ）に示すように画素ＢＭ２を形成する。この基板上に先程と同様にＣＦＰＲ ＢＫ−６２０Ｓをスピンコート法にて塗布し、９０℃で１分間ベークを行い、膜厚２．２μｍの第２の感光性樹脂４を図５（ｃ）に示すように形成する。その後、図５（ｄ）に示すようにブラックマトリクスのパターンを第２のフォトマスク５を介して１００ｍＪ／ｃｍ２の露光量でマスクと基板の間に１２０μｍの間隙をあけて露光し、純水にて２０倍希釈したＣＦＰＲ現像液Ｎ−Ａ３Ｋにて現像を１分間行う。現像液を除去するために、純水にてリンス処理を行った後、オーブンにて２３０℃で２０分間ベークし、硬化することで図５（ｅ）に示すようにＢＭパターンが形成される。（省略 以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）
本実施の形態によれば、フォトリソグラフィー工程を２回繰り返し、画素ＢＭ２と周辺ＢＭ１を別々に形成することによって、画素ＢＭ２とは無関係に周辺ＢＭ１の膜厚を塗布回転数で制御でき、上述の構成をもつカラーフィルタを生産することができる。周辺ＢＭ１の膜厚制御が容易であるため、精度良く安定した生産が可能となる。
【００４４】
（実施の形態３）
本発明のカラーフィルタの構成を実現する別の製造方法における実施形態について図７を用いて説明する。図７は本発明実施の形態３におけるカラーフィルタの表示画素領域の最外周画素近傍の製造工程の断面図、図８は本発明の実施の形態３における樹脂ＢＭパターンの製造工程を説明する簡略フローチャートである。
【００４５】
まず、ガラス基板３上にＣＦＰＲ ＢＫ−６２０Ｓをスピンコート法にて塗布し、ホットプレートを用いて９０℃で１分間ベークを行い、膜厚２．５μｍの感光性樹脂４を形成する。その後、図７（ａ）に示すように画素ＢＭ２および周辺ＢＭ１を第１のフォトマスク５を介して７０ｍＪ／ｃｍ２の露光量でマスクと基板の間に１２０μｍの間隙をあけて露光を行う。引き続き、図７（ｂ）に示すように、第２のフォトマスク５を介して画素ＢＭ２のみを５０ｍＪ／ｃｍ２の露光量で第２の露光を行う。その後、純水にて２０倍希釈したＣＦＰＲ現像液Ｎ−Ａ３Ｋにて現像を１分間行う。現像液を除去するために、純水にてリンス処理を行った後、オーブンにて２３０℃で２０分間ベークし、硬化することで図７（ｃ）に示すようなＢＭパターンが形成される。（省略 以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）
本実施の形態によれば、フォトマスクを変更し、露光工程を２回繰り返すだけで、周辺ＢＭ１の露光量を選択的に制御し、現像時に減膜させることができ、上述のカラーフィルタの構成を実現できる。露光工程の他は従来のフォトリソグラフィー工程と同様であるため、従来の設備で対応可能でき、安定して上記構成をもつカラーフィルタを生産することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、画素ＢＭ２には硬化に十分な露光量を照射し、また周辺ＢＭ１には硬化不十分となる露光量を照射するように第１、第２の露光量を調整することで、現像時に周辺ＢＭ１のみ減膜させることができ、上述のカラーフィルタを生産することができる。
【００４７】
（実施の形態４）
本発明のカラーフィルタの構成を実現する別の製造方法における実施形態について図９を用いて説明する。図９は本発明実施の形態４におけるカラーフィルタの最外周画素近傍の製造工程の断面図である。
【００４８】
まず、ガラス基板３上にＣＦＰＲ ＢＫ−６２０Ｓをスピンコート法にて塗布し、ホットプレートを用いて９０℃で１分間ベークを行い、膜厚２．５μｍの感光性樹脂４を形成する。その後、図９（ａ）に示すように、周辺ＢＭの開口パターン部分に半透明膜５ｃとしてシリコン窒化膜が形成されているフォトマスク５を介して、ＢＭパターンを１００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で露光する。前記フォトマスク５に形成されている半透明膜５ｃは、光の透過率を７０％になるように、シリコンと窒素の成分比率を調整したシリコン窒化膜であり、周辺ＢＭ１部のレジストには７０ｍＪ／ｃｍ２の光が照射される。その後、純水にて２０倍希釈したＣＦＰＲ現像液Ｎ−Ａ３Ｋにて現像を１分間行う。現像液を除去するために、純水にてリンス処理を行う。
【００４９】
その後、オーブンにて２３０℃で２０分間ベークし、硬化することで図９（ｂ）に示すように周辺ＢＭ１が画素ＢＭ２よりも薄いＢＭパターンが形成される。（省略 以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）
以上のように、本実施の形態によれば、周辺ＢＭ１の開口パターン部分に半透明膜５ｃが形成されているフォトマスク５を介して、ＢＭパターンを露光することで、周辺ＢＭ１の露光量を選択的に制御することができ、かつ前記半透明膜を通過する露光のエネルギー量では感光性樹脂は硬化不足となるように、半透明膜の透過率を調整することで、現像時に周辺ＢＭ１のみを選択的に減膜させることができ、上述のカラーフィルタの構成を実現できる。露光量をフォトマスク側で露光量を調整するため、フォトマスクを変更するだけであり、その他は従来のフォトリソグラフィー工程と同様であるため、従来の設備で対応可能できる。
【００５０】
なお、本実施の形態において、前記半透明膜５ｃとしてシリコン窒化膜を利用したが、光透過率の調整をなし得るものであれば、これに限定されるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜１２記載の発明によれば、ラビング不良の改善、シール剤の流れ込み防止が可能となり、高表示品位を均一に、かつ高温動作試験での表示むらがないカラーフィルタ、および液晶表示素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態１におけるカラーフィルタの表示画素領域の最外周画素近傍の断面図
【図２】（ａ）本発明実施の形態１における感光性樹脂塗布時の最外周画素近傍断面図
（ｂ）本発明実施の形態１における露光時の最外周画素近傍断面図
（ｃ）本発明実施の形態１におけるポストベーク時の最外周画素近傍断面図
（ｄ）本発明実施の形態１における着色画素形成時の最外周画素近傍断面図
【図３】（ａ）本発明実施の形態１における格子状パターンを周辺ＢＭ部に挿入したフォトマスクの最外周画素近傍の拡大図
（ｂ）本発明実施の形態１におけるモザイク状パターンを周辺ＢＭ部に挿入したフォトマスクの最外周画素近傍の拡大図
【図４】（ａ）本発明実施の形態１のフォトマスクにおける微細パターン挿入部での光の回折模式図
（ｂ）本発明実施の形態１のフォトマスクにおける各開口部からの光強度分布図
（ｃ）本発明実施の形態１における基板上での光強度分布図
【図５】（ａ）本発明実施の形態２における第１の露光時の最外周画素近傍断面図
（ｂ）本発明実施の形態２における第１のポストベーク時の最外周画素近傍断面図
（ｃ）本発明実施の形態２における第２の感光性樹脂塗布時の最外周画素近傍断面図
（ｄ）本発明実施の形態２における第２の露光時の最外周画素近傍断面図
（ｅ）本発明実施の形態２における第２のポストベーク時の最外周画素近傍断面図
【図６】本発明の実施の形態２における樹脂ＢＭパターンの製造工程を説明する簡略フローチャート
【図７】（ａ）本発明実施の形態３における第１の露光時の最外周画素近傍断面図
（ｂ）本発明実施の形態３における第２の露光時の最外周画素近傍断面図
（ｃ）本発明実施の形態３におけるポストベーク時の最外周画素近傍断面図
【図８】本発明の実施の形態３における樹脂ＢＭパターンの製造工程を説明する簡略フローチャート
【図９】（ａ）本発明実施の形態４における露光時の最外周画素近傍断面図
（ｂ）本発明実施の形態４におけるポストベーク時の最外周画素近傍断面図
【図１０】「周辺ＢＭ１」および「画素ＢＭ２」を定義するための説明図
【図１１】従来法における樹脂ＢＭパターン製造工程の簡略フローチャート
【図１２】従来法におけるカラーフィルタの表示画素領域の最外周画素近傍の断面図
【符号の説明】
１ 周辺ＢＭ
２ 画素ＢＭ
３ 透明基板（ガラス基板）
４ 感光性樹脂
４ａ 未露光部
４ｂ 露光不足部
４ｃ 露光完了部
５ フォトマスク
５ａ 周辺ＢＭパターン挿入部
５ｂ フォトマスク遮光部
５ｃ 半透明膜
６ 着色画素
７ オーバーコート
８ 透明電極
９ 配向膜
１０ シール材
１１ 紫外線
１２ ＢＭ開口部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter having a resin black matrix.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices having great advantages such as thinness, light weight, and low power consumption have been actively used as display devices for personal OA equipment such as a Japanese word processor and a desktop personal computer.
[0003]
In the color filter for a liquid crystal display element, a colored pixel to be a pixel is formed on a transparent substrate, and a light-shielding portion having a certain width is provided between each pixel in order to increase display contrast. This light shielding portion is a black matrix (BM). The area that needs to be shielded by the BM is not only the area between the pixel electrodes but also the outer peripheral portion of the panel outside the display area. Hereinafter, the BM of the non-display area around the display pixel area is referred to as a peripheral BM1, and the BM of the display pixel area is referred to as a pixel BM2. FIG. 10 is an explanatory diagram for defining “peripheral BM1” and “pixel BM2”, and is a schematic plan view of the substrate viewed from the BM side. The pixel BM2 serves as a partition for each pixel, and is a lattice-shaped BM in contact with the pixel opening. On the other hand, the peripheral BM1 is a band-shaped BM that is in contact with the outermost pixel BM2 and surrounds the display pixel area.
[0004]
The BM is usually formed as a finely patterned metal thin film on a glass substrate. As a material of the metal thin film, chromium, nickel, aluminum, or the like is employed, and as a film forming method, a vapor deposition method, a sputtering method, and a vacuum film forming method are generally used. The patterning of the metal thin film is performed by applying a photoresist on the metal thin film, drying it, irradiating it with ultraviolet light through a photomask, dissolving the unexposed portion with a developing solution to form a resist pattern, etching the metal, This is performed by a resist stripping process. However, in this method, the manufacturing cost is increased due to the complexity of the process, and therefore the cost of the color filter itself is increased. Furthermore, when a substrate having a BM formed of this metal thin film is mounted on a liquid crystal display device, the reflectivity of the surface of the metal thin film is high, and when strong external light is applied, the reflected light is strong. Is significantly reduced. Therefore, a BM formed of a material other than the metal thin film has been proposed. For example, as described in JP-A-9-15403, a method of forming a BM using a resin has been proposed.
[0005]
The resin BM is constituted by dispersing a black pigment typified by carbon black or a mixed black pigment obtained by mixing a pigment such as red, green, blue, yellow, and purple alone or in a mixture with an alkali-dissolution type negative resist. Is used.
FIG. 11 shows a flowchart of the process. First, a photosensitive resin as a negative resist is applied and dried on a transparent substrate. Next, the photosensitive resin is exposed to ultraviolet light through a photomask 5 on which a desired pattern to be a black matrix is formed. In the negative resist, the exposed portion causes a cross-linking reaction by the energy of light and undergoes photo-curing, so that the solubility in the developing solution is lower than that of the unexposed portion. Pattern formation is performed using this difference in solubility. That is, a desired pattern is formed by selectively dissolving and removing unexposed portions using a dilute alkali-based developer such as sodium carbonate and then washing the developer. As described above, the patterning of the resin BM is performed only by the ordinary photolithography process, and the pattern can be formed simply and inexpensively as compared with the metal BM.
[0006]
Further, in the resin BM, unlike the metal BM, a thick BM film of 1 μm or more can be formed, and the BM can be used as a light shielding portion and a colored liquid holding frame. Therefore, as described in JP-A-9-90342, the ink jet method is used. A colored pixel can be formed. In the ink jet method, a coloring liquid (hereinafter, referred to as ink) containing each of R, G, and B dyes is discharged from a nozzle onto a substrate, and the ink is dried on the substrate to form a colored pixel. According to this method, each of the R, G, and B colored pixels can be formed at a time, and the amount of the colored liquid used is not wasted. Can be expected.
[0007]
In addition, the resin BM is required to have a thickness as compared with the metal BM because the resin BM is obtained by using a black pigment in which the light-shielding property is contained in the component. As the BM becomes thicker, the cell gap (gap) at that portion becomes thinner, and as described in JP-A-11-326920, the liquid crystal display element having the narrow frame structure has no peripheral space at the peripheral portion. Are formed so that the seals are close or overlap.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the vicinity of the outermost pixel of a color filter according to a conventional method. In the resin BM formed by the normal photolithography process, the pattern of the photomask of the pixel BM2 has an opening (resin BM portion in the case of using a negative resist) of about 20 μm, and the opening of about 1 to 2 mm of the peripheral BM1. Since the light amount is much smaller than that of the peripheral BM1 due to light diffraction and the like, the resist hardening of the pixel BM2 does not sufficiently proceed, and the resist film is reduced during development. As a result, the thickness of the peripheral BM1 formed on the substrate is larger than the thickness of the pixel BM2. Therefore, in the subsequent liquid crystal element manufacturing process, rubbing, which is an alignment treatment, is incomplete in the vicinity of the peripheral BM portion 1, causing non-alignment of liquid crystal molecules and an alignment abnormality such as a reverse tilt domain. There has been a problem that serious display defects such as leakage and reduction in contrast occur.
[0009]
In addition, since the peripheral BM1 is thick as described above, ionic impurities and the like included in the sealing material 10 at the time of forming the seal easily flow into the colored pixels 6 that are thinner than the peripheral BM1. In the test, reliability problems such as poor alignment around the seal and uneven display are generated.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to uniformly obtain high display quality without alignment defects and to prevent a part of a screen from becoming white and display unevenness in a normal temperature operation test.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve these problems, the color filter of the present invention is characterized in that the peripheral BM is configured to have a smaller thickness than the pixel BM. As a result, the rubbing defect that has occurred because the peripheral BM is thicker than the pixel BM is improved, and the inflow of the sealant can be prevented.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
2. The color filter according to claim 1, wherein a black matrix is arranged on a substrate, and the color filter has a display pixel region formed of a plurality of pixel regions provided in the black matrix. Wherein the thickness of the black matrix in the non-display area is smaller than the thickness of the black matrix in the display pixel area, and the thickness of the peripheral black matrix (BM) is smaller than that of the pixel BM. By making the thickness smaller than the film thickness, the rubbing defect that has occurred because the peripheral BM is higher than the pixel BM is improved. Further, since the outermost pixel is surrounded by the BM having the same shape as the other pixels, rubbing can be uniformly performed on all the pixels. Further, the pixel BM adjacent to the outermost colored pixel functions as a bank, and the ionic component of the sealant accumulates in the thinned peripheral BM portion, thereby preventing the sealing agent from flowing into the pixel portion.
[0013]
The invention according to claim 2 is a step of applying a photosensitive resin on a substrate, a step of exposing the photosensitive resin using a photomask, and a step of developing the photosensitive resin to form a black matrix pattern. And a step of forming a pixel region of one color or a plurality of colors between the patterns of the black matrix. 2. The method for manufacturing a color filter according to claim 1, wherein the color filter has a pattern having a resolution equal to or less than a resolution, the exposure amount of a portion where the pattern having a resolution equal to or less than the resolution is inserted is reduced, and a peripheral BM portion is selectively and developed during development. The film can be reduced without transfer.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a color filter according to the second aspect, by exposing the photomask and the transparent substrate with a gap provided therebetween, the overlap of the diffracted light increases, and the light-shielded portion and the aperture are opened. Regardless of the part, the light intensity on the substrate is averaged as a whole. As a result, a BM pattern having a smooth surface can be formed without transferring the pattern on the mask.
[0015]
The invention according to claim 4 is the photomask according to claim 2, wherein the mask pattern of the black matrix portion of the non-display portion is a repetition of a lattice pattern. By using the lattice pattern, the amount of decrease in the amount of exposure can be adjusted depending on the shape of the pattern, and the effect of reducing the thickness of the peripheral BM portion during development can be controlled.
[0016]
The invention according to claim 5 is the photomask according to claim 2, wherein the mask pattern of the black matrix portion of the non-display portion is a repetition of a mosaic pattern. By using the mosaic pattern, the amount of decrease in the amount of exposure can be adjusted according to the shape of the pattern, and the effect of reducing the thickness of the peripheral BM portion during development can be controlled.
[0017]
The invention according to claim 6 is a step of applying a first photosensitive resin on a substrate, a step of exposing the first photosensitive resin using a first photomask, and a step of exposing the first photosensitive resin to the first photosensitive resin. Developing a resin to form a black matrix pattern in the display pixel area; applying a second photosensitive resin on the black matrix pattern in the display pixel area; Exposing the photosensitive resin using a second photomask, developing the second photosensitive resin to form a black matrix pattern in a non-display area, and exposing a display pixel area in the black matrix. Forming a color pixel of one color or a plurality of colors in the pixel region. 2. The method of manufacturing a color filter according to claim 1, further comprising: And by forming separately a peripheral BM, can be controlled by applying rotational speed the thickness of the peripheral BM regardless of the pixel BM, it is possible to produce a color filter having the above structure. Since the thickness control of the peripheral BM is easy, the color filter according to the first aspect can be accurately and stably produced.
[0018]
The invention according to claim 7, wherein a step of applying a photosensitive resin on a transparent substrate, a step of exposing the photosensitive resin only to a pattern of a black matrix in a display pixel region using a first photomask, Exposing a photosensitive resin to a black matrix pattern in a display pixel area portion and a non-display portion using a second photomask; developing the photosensitive resin to form a black matrix pattern; Forming a color pixel of one color or a plurality of colors in a pixel region of a display pixel region portion of a matrix. The method of manufacturing a color filter according to claim 1, further comprising: The color according to claim 1, wherein only the change is made, and the other steps are the same as the conventional photolithography process. Filter it becomes possible to stably produce.
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a color filter according to the eighth aspect, the sum of the first and second exposure energy amounts is sufficient to cure the photosensitive resin that becomes the pixel BM pattern. In the second exposure energy amount, the photosensitive resin serving as the peripheral BM portion is insufficiently cured, so that only the peripheral BM can be selectively reduced during development. The thickness of the peripheral BM can be easily controlled by adjusting the amount.
[0020]
The invention according to claim 9 is a step of applying a photosensitive resin on a substrate, a step of exposing the photosensitive resin using a photomask, and a step of developing the photosensitive resin to form a black matrix pattern. And a step of forming a pixel region of one or more colors between the patterns of the black matrix, wherein a semi-transparent film is formed on a black matrix portion of a non-display portion formed on the photomask. The method for manufacturing a color filter according to claim 1, wherein the process is performed on a photomask side, so that a process flow is the same as a conventional photolithography process, and can be performed by a conventional facility. Thus, the color filter according to the first aspect can be stably produced.
[0021]
According to a tenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a color filter according to the ninth aspect, the photosensitive resin is insufficiently cured with an energy amount of the light passing through the translucent film. By adjusting the transmittance of the film, only the peripheral BM can be selectively reduced during development, and the film thickness of the peripheral BM can be easily controlled by adjusting the exposure amount.
[0022]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a color filter manufacturing method according to the first aspect, wherein the color filter is formed by applying an ink between black matrices by an inkjet method to form colored pixels. It is possible to form a colored pixel with high accuracy without performing the above.
[0023]
According to a twelfth aspect of the present invention, the liquid crystal is sandwiched between the color filter of the first aspect and a pair of opposing substrates. Beautiful color display is possible without display defects such as deterioration.
[0024]
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a sectional view showing the vicinity of the outermost periphery of a display pixel region of a color filter according to the present invention.
[0026]
In FIG. 1, a resin BM formed by patterning a photosensitive resin on a transparent substrate 3 is provided, and a colored pixel 6 is formed between the resins BM. In particular, the resin BM has a difference in film thickness between the pixel BM2 and the peripheral BM1, and the peripheral BM1 is configured to be thinner than the pixel BM2.
For example, glass is often used for the transparent substrate 3, but a plastic film or a plastic sheet may be used. Further, if necessary, a thin film for improving the adhesion can be formed on the transparent substrate 3 in advance in order to improve the adhesion between the transparent substrate 3 and the resin BM or the coloring ink.
[0027]
A black matrix in which a photosensitive resin 4 is patterned on the transparent substrate 3 is formed. The black matrix material used in the present invention is a resin component and a black pigment and / or a red, green, blue, yellow, purple, or the like. A photosensitive resin containing a mixed color black pigment obtained by mixing pigments and a solvent for dispersing and dissolving these components. As the resin material, a negative type or a positive type may be used as long as it is a photosensitive resin such as an acrylic resin used for a general black photosensitive resin. As the black pigment component, carbon black or an organic pigment as a mixed-color black pigment obtained by mixing red, green, blue, yellow, and purple pigments can be used. Further, the resin BM is obtained from a black pigment contained in the component, and a light-shielding property proportional to the film thickness is obtained. Therefore, the minimum thickness of the resin BM is determined by the required light-shielding property.
[0028]
The resin BM pattern can be formed on the transparent substrate 3 by forming a thin film having a thickness of about 1 to 3 μm by, for example, spin coating, and then exposing, developing, washing, and post-baking. . The patterned photosensitive resin 4 includes a pixel BM2 in a display pixel area and a peripheral BM1 in a non-display area. The pixel BM2 has an opening of about 60 μm × 100 μm, and is a grid-like pattern separated by a resin BM having a width of about 20 μm. By filling this opening with a coloring material, a colored pixel 6 is formed. I have.
[0029]
A color filter substrate is completed by sequentially forming an overcoat 7, a transparent electrode 8, and an alignment film 9 on the photosensitive resin 4 and the colored pixels 6 formed as described above.
[0030]
Here, examples of the overcoat material include a transparent resin such as a thermosetting type using an acrylic resin or the like and an ultraviolet effect type, but are not limited thereto. Examples of the transparent electrode material include, but are not limited to, an indium-tin oxide film (ITO film). Examples of the alignment film material include a thermosetting polyimide resin and the like, but are not limited thereto.
As described above, in the present embodiment, the thickness of the peripheral BM1 is smaller than the thickness of the pixel BM2, so that the rubbing defect that has occurred because the peripheral BM1 is thicker than the pixel BM2 is improved. . Also, since the outermost pixel is surrounded by the BM having the same shape as the other pixels, rubbing can be performed uniformly on all the pixels. Further, the pixel BM2 adjacent to the outermost colored pixel 6 functions as a bank, and the ionic component of the sealant accumulates in the thinned peripheral BM1 portion, thereby preventing the sealing agent from flowing into the pixel portion.
[0031]
Hereinafter, an embodiment of a manufacturing method for realizing the configuration of the color filter will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the vicinity of the outermost periphery of the display pixel region in the color filter manufacturing process according to the embodiment of the present invention.
[0032]
First, as shown in FIG. 2A, a high-sensitivity black negative resist CFPR BK-620S (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied on a glass substrate 3 by a spin coating method, and is heated at 90 ° C. using a hot plate. Baking is performed for one minute to form the photosensitive resin 4. Thereafter, as shown in FIG. 2B, a pattern of a black matrix is applied through a photomask 5 to an exposure amount of 100 mJ / cm necessary for photo-curing of CFPR BK-620S. 2 Exposure is performed with a gap of 120 μm between the mask and the substrate. In the photomask 5, a mosaic pattern having a line and space of 4 μm in both the vertical and horizontal directions, which is a pattern having a resolution equal to or less than the resolution, is arranged in the peripheral BM pattern insertion section 5a. Thereafter, development is performed for 1 minute with CFPR developer N-A3K (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) diluted 20 times with pure water. After rinsing with pure water to remove the developing solution, the film is baked in an oven at 230 ° C. for 20 minutes and cured, so that the film thickness of the pixel BM2 portion is 2 as shown in FIG. A BM pattern having a size of 0.5 μm and a peripheral BM1 portion of 2.35 to 2.4 μm is formed.
[0033]
The black matrix formed as described above has a BM opening 12 serving as a display pixel. After discharging the red, green, and blue colored inks using an ink jet printer, the colored pixels are flattened in a drying oven. The solvent of the ink is evaporated so that Next, the colored pixel ink is photopolymerized by an ultraviolet curing device, and finally baking at 230 ° C. is performed in an oven for 20 minutes to form the colored pixel portion 6 as shown in FIG. 2D.
[0034]
After spin-coating Optmer SS6699G (manufactured by JSR Corporation) on this substrate, it is thermally cured at 230 ° C. to form an overcoat 7 of 2.0 μm. On top of this, an ITO film 8 is formed with a thickness of 0.14 μm by sputtering, and an alignment film 9 of polyimide is formed with a thickness of 0.10 μm by offset printing, and rubbed to form a color filter substrate. Form.
As described above, according to the present embodiment, it is possible to selectively reduce the exposure amount only for the peripheral BM and reduce the film thickness during development by inserting a pattern having a resolution equal to or less than the mask pattern of the peripheral BM portion. Thus, the configuration of the color filter described above can be realized.
[0035]
This principle will be described with reference to FIG. The irradiated light reaches the substrate via the opening of the photomask, but light is diffracted at the boundary between the opening and the light-shielding portion as shown in FIG. In the case of a mask pattern having a resolution equal to or less than the resolution, since the interval between adjacent light-shielding portions is narrow, diffracted light also overlaps in the light-shielded portion as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 3C, the light intensity on the substrate is averaged as a whole irrespective of the light-shielded portion and the aperture. As a result, a BM pattern having a smooth surface can be formed without transferring the pattern on the mask. In this manner, by inserting a pattern having a resolution equal to or less than the resolution, the amount of exposure can be reduced, and the peripheral BM portion can be selectively and smoothly reduced during development. Therefore, it is possible to selectively reduce the film thickness of only the peripheral BM in the normal photolithography process, and the above-described color filter can be produced with existing equipment without increasing the number of steps.
[0036]
Further, according to the present embodiment, since exposure is performed with a gap between the mask and the substrate, the overlapping of the diffracted lights increases, so that the averaging of the light intensity on the substrate is emphasized. Therefore, the influence of the pattern transfer on the mask is reduced, and a BM pattern having a smoother surface can be formed. Furthermore, it is also possible to change the effect of the film reduction according to the distance of the gap.
[0037]
Further, according to the present embodiment, the amount of exposure can be reduced by inserting a lattice-like pattern as shown in FIG. It is possible to control the film effect.
[0038]
In the present embodiment, a lattice-like pattern is inserted as a pattern having a resolution lower than the resolution, but a repetition of a mosaic-like pattern as shown in FIG. Further, the insertion pattern may be any pattern in which opening patterns all having the same shape are arranged in a matrix, and may be opening patterns such as circular or polygonal.
[0039]
Further, according to the present embodiment, by using an ink jet printer as a method for forming the colored pixels 6, the colored pixels 6 can be accurately formed without wasting ink. In the present embodiment, the inkjet printing method is used, but the invention is not limited to this as long as the configuration of the present invention can be achieved.
[0040]
Next, a method for manufacturing a liquid crystal display element using the color filter will be described. Using an active matrix substrate in which a TFT is formed for each pixel, a polyimide alignment film 5 is formed over the entire surface by an offset printing method with a thickness of 0.10 μm, and rubbed to form a TFT substrate. The TFT substrate and the color filter substrate having a gap material for maintaining a gap formed on the substrate surface are arranged so that the electrode surfaces face each other, and the periphery of the panel is sealed to form an empty cell. Liquid crystal is injected into the empty cell, and the injection port is sealed to produce a liquid crystal cell. By arranging polarizing plates on both sides of the liquid crystal cell, an active matrix type liquid crystal display device can be manufactured.
[0041]
In the liquid crystal display device, by using the above-described color filter, problems such as rubbing defects are improved, liquid crystals are regularly arranged in every corner of the pixel, and a beautiful color display without a display defect such as a decrease in contrast is possible.
[0042]
(Embodiment 2)
An embodiment of another manufacturing method for realizing the configuration of the color filter of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a manufacturing process near the outermost peripheral pixel of the display pixel region of the color filter according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a simplified flowchart illustrating a manufacturing process of the resin BM pattern according to the second embodiment of the present invention. It is.
[0043]
First, CFPR BK-620S is applied on a glass substrate 3 by spin coating, and baked at 90 ° C. for 1 minute using a hot plate to form a first photosensitive resin 4 having a thickness of 2.5 μm. . Thereafter, as shown in FIG. 5A, the pattern of the black matrix is changed to 100 mJ / cm through the first photomask 5. 2 Exposure is performed with a gap of 120 μm between the mask and the substrate at an exposure amount of, and development is performed for 1 minute with CFPR developer N-A3K diluted 20-fold with pure water. After removing the developing solution, the substrate is rinsed with pure water, baked in an oven at 230 ° C. for 20 minutes, and cured to form a pixel BM2 as shown in FIG. 5B. In the same manner as above, CFPR BK-620S was applied on this substrate by spin coating, and baked at 90 ° C. for 1 minute, and a 2.2 μm-thick second photosensitive resin 4 was formed as shown in FIG. Form as shown. Thereafter, as shown in FIG. 5D, the pattern of the black matrix is changed to 100 mJ / cm through the second photomask 5. 2 Exposure is performed with a gap of 120 μm between the mask and the substrate at an exposure amount of, and development is performed for 1 minute with CFPR developer N-A3K diluted 20-fold with pure water. After rinsing with pure water to remove the developer, baking is performed at 230 ° C. for 20 minutes in an oven, followed by curing to form a BM pattern as shown in FIG. 5E. (Omitted; hereinafter, the same as the description method of the first embodiment)
According to the present embodiment, the photolithography process is repeated twice, and the pixel BM2 and the peripheral BM1 are separately formed, so that the film thickness of the peripheral BM1 can be controlled by the number of coating rotations regardless of the pixel BM2. A color filter having the configuration can be produced. Since the thickness control of the peripheral BM1 is easy, stable and accurate production is possible.
[0044]
(Embodiment 3)
An embodiment of another manufacturing method for realizing the configuration of the color filter of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of a manufacturing process near the outermost peripheral pixel of the display pixel region of the color filter according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a simplified flowchart illustrating a manufacturing process of a resin BM pattern according to the third embodiment of the present invention. It is.
[0045]
First, CFPR BK-620S is applied on a glass substrate 3 by spin coating, and baked at 90 ° C. for 1 minute using a hot plate to form a photosensitive resin 4 having a thickness of 2.5 μm. After that, as shown in FIG. 7A, the pixel BM2 and the peripheral BM1 are separated by 70 mJ / cm through the first photomask 5. 2 Exposure is performed with a gap of 120 μm between the mask and the substrate with an exposure amount of. Subsequently, as shown in FIG. 7B, only the pixel BM2 is reduced to 50 mJ / cm through the second photomask 5. 2 The second exposure is performed with the exposure amount of. Thereafter, development is performed for 1 minute with CFPR developer N-A3K diluted 20-fold with pure water. After removing the developer, the substrate is rinsed with pure water, baked in an oven at 230 ° C. for 20 minutes, and cured to form a BM pattern as shown in FIG. 7C. (Omitted; hereinafter, the same as the description method of the first embodiment)
According to the present embodiment, it is possible to selectively control the exposure amount of the peripheral BM1 and reduce the film thickness at the time of development only by changing the photomask and repeating the exposure process twice. Can be realized. Other than the exposure process, the process is the same as the conventional photolithography process, so that it can be handled by the conventional equipment, and the color filter having the above configuration can be stably produced.
[0046]
Further, according to the present embodiment, the first and second exposure amounts are set so that the pixel BM2 is irradiated with an exposure amount sufficient for curing and the peripheral BM1 is irradiated with an exposure amount insufficiently cured. By adjusting, only the peripheral BM1 can be reduced during development, and the above-described color filter can be produced.
[0047]
(Embodiment 4)
An embodiment of another manufacturing method for realizing the configuration of the color filter of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of a manufacturing process near the outermost peripheral pixel of the color filter according to Embodiment 4 of the present invention.
[0048]
First, CFPR BK-620S is applied on a glass substrate 3 by spin coating, and baked at 90 ° C. for 1 minute using a hot plate to form a photosensitive resin 4 having a thickness of 2.5 μm. Thereafter, as shown in FIG. 9A, the BM pattern is changed to 100 mJ / cm through a photomask 5 in which a silicon nitride film is formed as a translucent film 5c in the opening pattern portion of the peripheral BM. 2 Exposure is performed at an exposure amount of The translucent film 5c formed on the photomask 5 is a silicon nitride film in which the composition ratio of silicon and nitrogen is adjusted so that the light transmittance becomes 70%. / Cm 2 Is irradiated. Thereafter, development is performed for 1 minute with CFPR developer N-A3K diluted 20-fold with pure water. In order to remove the developer, a rinsing process is performed with pure water.
[0049]
Thereafter, the resultant is baked in an oven at 230 ° C. for 20 minutes and cured, thereby forming a BM pattern in which the peripheral BM 1 is thinner than the pixel BM 2 as shown in FIG. 9B. (Omitted; hereinafter, the same as the description method of the first embodiment)
As described above, according to the present embodiment, the exposure amount of the peripheral BM1 is reduced by exposing the BM pattern through the photomask 5 in which the translucent film 5c is formed in the opening pattern portion of the peripheral BM1. By adjusting the transmittance of the translucent film so that the photosensitive resin is insufficiently cured with the amount of exposure energy passing through the translucent film, only the peripheral BM1 can be controlled during development. Can be selectively reduced, and the configuration of the color filter described above can be realized. In order to adjust the exposure amount on the photomask side, only the photomask is changed, and the other steps are the same as those in the conventional photolithography process.
[0050]
In the present embodiment, a silicon nitride film is used as the translucent film 5c. However, the present invention is not limited to this as long as the light transmittance can be adjusted.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to twelfth aspects of the present invention, it is possible to improve the rubbing defect and prevent the flow of the sealant, to achieve a uniform high display quality, and to have a uniform display in a high temperature operation test. , And a liquid crystal display element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel of a display pixel region of a color filter according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2A is a cross-sectional view of the vicinity of an outermost peripheral pixel when a photosensitive resin is applied according to the first embodiment of the present invention.
(B) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost pixel during exposure according to the first embodiment of the present invention
(C) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel at the time of post-baking in Embodiment 1 of the present invention
(D) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel when a colored pixel is formed in the first embodiment of the present invention
FIG. 3A is an enlarged view of the vicinity of the outermost peripheral pixel of a photomask in which a lattice pattern according to the first embodiment of the present invention is inserted into a peripheral BM portion.
(B) Enlarged view of the vicinity of the outermost peripheral pixel of the photomask in which the mosaic pattern according to Embodiment 1 of the present invention is inserted into the peripheral BM portion
FIG. 4A is a schematic diagram of light diffraction at a fine pattern insertion portion in the photomask according to the first embodiment of the present invention.
(B) Light intensity distribution diagram from each opening in photomask of Embodiment 1 of the present invention
(C) Light intensity distribution diagram on substrate in Embodiment 1 of the present invention
FIG. 5A is a cross-sectional view of the vicinity of an outermost peripheral pixel during a first exposure according to a second embodiment of the present invention;
(B) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel at the time of first post-baking in the second embodiment of the present invention
(C) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel when the second photosensitive resin is applied according to the second embodiment of the present invention.
(D) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel during the second exposure according to the second embodiment of the present invention
(E) A cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel at the time of the second post-baking in the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a simplified flowchart illustrating a manufacturing process of a resin BM pattern according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7A is a cross-sectional view of the vicinity of an outermost peripheral pixel during a first exposure according to a third embodiment of the present invention.
(B) Cross-sectional view near the outermost peripheral pixel at the time of the second exposure according to the third embodiment of the present invention
(C) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel at the time of post-baking in Embodiment 3 of the present invention
FIG. 8 is a simplified flowchart illustrating a manufacturing process of a resin BM pattern according to Embodiment 3 of the present invention.
9A is a cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel during exposure according to Embodiment 4 of the present invention. FIG.
(B) Cross-sectional view of the vicinity of the outermost peripheral pixel at the time of post-baking in Embodiment 4 of the present invention
FIG. 10 is an explanatory diagram for defining “peripheral BM1” and “pixel BM2”;
FIG. 11 is a simplified flowchart of a resin BM pattern manufacturing process in a conventional method.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the vicinity of the outermost peripheral pixel of a display pixel region of a color filter in a conventional method.
[Explanation of symbols]
1 Peripheral BM
2 pixels BM
3 Transparent substrate (glass substrate)
4 Photosensitive resin
4a Unexposed area
4b Underexposure
4c Exposure completion section
5 Photomask
5a Peripheral BM pattern insertion part
5b Photomask light-shielding part
5c translucent film
6 colored pixels
7 Overcoat
8 Transparent electrode
9 Alignment film
10. Sealing material
11 UV
12 BM opening
