JP2005208097A - 液晶表示装置用カラーフィルタ及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】独立したブラックマトリックスを形成せずに、額縁部及びマトリックス部と、着色画素との膜厚段差や傾斜角度の低減を図り、額縁部及びマトリックス部が十分な光学濃度を有する液晶表示装置用カラーフィルタ及び製造方法を提供すること。
【解決手段】着色画素間のマトリックス部と表示部を囲む額縁部１１Ｂとで構成されるブラックマトリックス１１が、ハーフトーン部１を有するフォトマスクを用い、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成されたもの。２色が赤色と青色であること。赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であること。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、独立したブラックマトリックスを形成せずに、カラーフィルタ表面の段差を低減させ、且つ額縁部及びマトリックス部が十分な光学濃度を有する液晶表示装置用カラーフィルタに関する。

図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。

図３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（３１）、着色画素（３２）が形成されたものである。

図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（３２）は９個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１４インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。

液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（３１）を形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスの開口部に位置合わせして着色画素（３２）を形成するといった方法が広く用いられている。

ブラックマトリックス（３１）は、遮光性を有し、開口部をマトリックス状に配置したものであり、着色画素（３２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。
ブラックマトリックス（３１）は、着色画素（３２）間のマトリックス部（３１Ａ）と、着色画素（３２）が形成された領域（表示部）を囲む額縁部（３１Ｂ）とで構成されている。ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。

図４に示す、このブラックマトリックス（３１）は、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ_X ）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯ_X などの金属薄膜からなるブラックマトリックス（３１）に形成されたものである。

また、着色画素（３２）の形成は、このブラックマトリックス（３１）が形成されたガラス基板（３０）上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。

金属薄膜を用いた上記ブラックマトリックス（３１）は、膜厚２００ｎｍ程度の薄膜で高い光学濃度を得ることができる点が特徴となっている。しかし、金属特有の反射のために液晶表示装置の表示品質が低下するといった欠点を有している。また、有害なクロム廃液の処理施設を必要とするといった問題が内在している。

また、図５は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図であるが、ブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例を示すものである。
このカラーフィルタは、図４に示すカラーフィルタと同様に、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）が形成されたものである。
このブラックマトリックス（４１）は、ガラス基板（３０）上に、例えば、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（４１）と称している。

樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックスとして用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。

カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したカラーフィルタを大サイズのガラス基板に面付けした状態で製造する。例えば、対角１４インチのカラーフィルタを５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けし、或いは、対角１７インチのカラーフィルタを６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。

カラーフィルタを面付けして大量に製造する際の、大サイズのガラス基板が、例えば、６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度から９００ｍｍ×１１００ｍｍ程度へと大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向もある。

樹脂ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜では高濃度を得ることはできず、例えば、０．５μｍ〜３．０μｍ程度の厚さにして必要な高濃度を得るようにしている。
樹脂ブラックマトリックスの膜厚が、例えば、１．０μｍ程度と厚くなると、図５に示すように、樹脂ブラックマトリックス（４１）上にその周縁部を重ねて形成された着色画素（４２）は、周縁部が樹脂ブラックマトリックス（４１）上にて突起（４３）となる。

この突起（４３）は、カラーフィルタの表面を凹凸のあるものとし、平坦性を悪化させる。このような突起（４３）のある、表面の平坦性が悪化したカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、突起の影響によって液晶分子の配向が乱され、表示ムラなど表示品質を低下させることになる。

しかし、樹脂ブラックマトリックス（４１）を用いたカラーフィルタの製造においては、光学濃度の高い黒色感光性樹脂の表面からの露光では、樹脂の低部まで十分に硬化しないために、現像後の断面形状が逆台形のオーバーハング状になり易いといった問題が内在している。
また、樹脂ブラックマトリックス（４１）が厚膜であるために、着色画素（４２）を形成
する際の着色感光性樹脂の塗布にて、塗膜にムラが生じ易いといった問題が内在している。

樹脂ブラックマトリックスには、上記のような問題が内在しているものの、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、樹脂を用いたブラックマトリックスへと移行が進んでいる。

図６に示すカラーフィルタは、上記独立した樹脂ブラックマトリックスを形成せずに、着色画素の３層によって黒色の樹脂ブラックマトリックスの機能を代替えさせたカラーフィルタとして提案された一例である。
図６に示すように、３層で構成されるブラックマトリックス（５１）のマトリックス部（５１Ａ）及び額縁部（５１Ｂ）は、着色画素（５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ）の形成と同時に赤色積層層（５２Ｒ’）、緑色積層層（５２Ｇ’）、青色積層層（５２Ｂ’）が順次に積層され形成されたものである。

図６に示すカラーフィルタは、確かに工数は削減され、また、オーバーハング問題は解消したものの、３層が積層されたブラックマトリックス（５１）の膜厚は更に厚いものとなり、表面の平坦性は更に悪化し、また、前記塗布ムラは解消されていない。
カラーフィルタとして、表面の平坦性を改善するためには、図５に示す着色画素の突起（４３）におけるような研磨処理は適切ではなく、例えば、オーバーコート層を形成するといった、工数が追加されることになる。すなわち、図６に示すカラーフィルタは好ましい技法とはいえない。

また、特開２０００−２９０１４号公報に開示されている技法は、前記図６に示すカラーフィルタと同様に、独立した樹脂ブラックマトリックスを形成せずに、着色層の積層によって黒色の樹脂ブラックマトリックスの機能を代替えさせたカラーフィルタとして提案された他の例である。
図７及び図８に示すように、複数色の着色層（６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂ）の内、少なくとも２色の着色層を積層してブラックマトリックスの額縁部（６１Ｂ、６１Ｂ’）として機能させたものである。

複数色の積層層（６２Ｒ’、６２Ｇ’、６２Ｂ’、又は６２Ｒ’、６２Ｂ’）を形成する際の露光には、フォトマスクとガラス基板とを接近させたプロキシミティー露光法を採用し、積層層の端部の傾斜角度（θ１、θ２）をガラス基板に対し４０°以下としている。
特に、着色層が２色の際には、赤色と青色の組み合わせにて光学濃度を高める効果の大きいことが記載されている。

この技法によれば、確かに工数は削減され、また、カラーフィルタ表面の突起に起因する液晶分子の乱れの改善、及び透明導電膜の断線の改善の効果はみられるものの、積層した額縁部の膜厚自体は依然として大きなものであり、また、傾斜角度も依然として大きなものである。すなわち、改善の効果は十分なものではない。

例えば、図７において、複数色の着色層（６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂ）の膜厚（Ｄ１）を共に２．０μｍとし、額縁部（６１Ｂ）の第２層である緑色積層層（６２Ｇ’）の膜厚（Ｄ２）を２．０×０．９＝１．８μｍとし、また、額縁部（６１）の第３層である青色積層層（６２Ｂ’）の膜厚（Ｄ３）を２．０×０．８＝１．６μｍとすると、額縁部（６１Ｂ）の合計膜厚（Ｄ４）は５．４μｍとなる。
また、複数色の着色層表面から額縁部（６１Ｂ）上面までの膜厚段差（Ｄ５、Ｄ５＝Ｄ４−Ｄ１）は３．４μｍとなる。

同様に、図８において、複数色の着色層（６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂ）の膜厚（Ｄ１１）を共に２．０μｍとし、額縁部（６１Ｂ’）の第２層である青色積層層（６２Ｂ’）の膜厚（Ｄ１２）を２．０×０．９＝１．８μｍとすると、額縁部（６１Ｂ’）の合計膜厚（Ｄ１４）は３．８μｍとなる。
また、複数色の着色層表面から額縁部（６１Ｂ’）上面までの膜厚段差（Ｄ１５、Ｄ１５＝Ｄ１４−Ｄ１１）は１．８μｍとなる。
すなわち、上記膜厚段差（Ｄ５）の３．４μｍ、膜厚段差（Ｄ１５）の１．８μｍは依然として大きなものといえる。

また、特開平８−９５０２１号公報に開示されている技法は、前記図６及び図７に示すカラーフィルタと同様に、独立した樹脂ブラックマトリックスを形成せずに、着色層の積層によって黒色の樹脂ブラックマトリックスの機能を代替えさせたカラーフィルタとして提案された他の例である。
図９に示すように、３色の着色層（７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂ）の形成と同時に、３色重ねのブラックマトリックス（７１）を形成したものである。この３色重ねのブラックマトリックス（７１）の膜厚は、各色の着色層の膜厚と略同一の膜厚である。

マトリックス部（７１Ａ）と額縁部（７１Ｂ）で構成されるブラックマトリックス（７１）を形成する際には、フォトマスクとして、ブラックマトリックス（７１）を形成する部分がハーフトーンであるフォトマスクを採用することによって、ブラックマトリックス（７１）の３色の各色積層層（７２Ｒ’、７２Ｇ’、７２Ｂ’）の膜厚を小さなものとしている。

この技法は、着色層の重なり部分に突起のない、また、膜厚段差のない平坦性の良好なカラーフィルタを得る方法として非常に有効な技法といえる。
しかし、この３色重ねのブラックマトリックス（７１）は、３色の各色積層層（７２Ｒ’、７２Ｇ’、７２Ｂ’）の膜厚が小さいために光学濃度は低いものとなっている。
特開２０００−２９０１４号公報 特開平８−９５０２１号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、液晶表示装置用カラーフィルタの製造工程において、独立したブラックマトリックスを形成せずに、表示部を囲む額縁部及び表示部内のマトリックス部と、着色画素との膜厚段差や傾斜角度の低減を図ると共に、上記額縁部及びマトリックス部が十分な光学濃度を有する液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
また、上記液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、透明基板上に、ブラックマトリックス、複数色の着色画素が形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、着色画素間のマトリックス部と着色画素が形成された領域（表示部）を囲む額縁部とで構成される上記ブラックマトリックスが、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成されたブラックマトリックスであることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記複数色の内の２色が、赤色と青色であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記赤色と青色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成されたブラックマトリックスの、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記２色重ねで形成されたブラックマトリックスの、赤色と青色の積層層の膜厚が、通常に２色重ねさせた積層層の膜厚より小さいことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記ブラックマトリックスが、額縁部のみで構成されていることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、透明基板上に、着色画素間のマトリックス部と着色画素が形成された領域（表示部）を囲む額縁部とで構成されるブラックマトリックスを、複数色の着色画素の形成と同時に形成する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、前記複数色の内の２色が、赤色と青色であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、前記赤色と青色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成するブラックマトリックスの、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、
前記２色重ねで形成するブラックマトリックスの、赤色と青色の積層層の膜厚が、通常に２色重ねさせた積層層の膜厚より小さいことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、前記ブラックマトリックスが、額縁部のみで構成されていることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

本発明は、着色画素間のマトリックス部と着色画素が形成された領域（表示部）を囲む額縁部とで構成されるブラックマトリックスが、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成されたブラックマトリックスであるので、液晶表示装置用カラーフィルタの製造工程において、独立したブラックマトリックスを形成せずに、表示部を囲む額縁部及び表示部内のマトリックス部と、着色画素との膜厚段差や傾斜角度の低減を図ると共に、額縁部及びマトリックス部自体の膜厚は低減され、且つ十分な光学濃度を有する液晶
表示装置用カラーフィルタとなる。

また、本発明は、複数色の内の２色が赤色と青色であり、また、２色重ねで形成されたブラックマトリックスの、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であるので、２色の積層層にて高い光学濃度を得ることができ、また、所望する光学濃度が最小の積層層の膜厚で得られる。

また、本発明は、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時にブラックマトリックスを２色重ねで形成するので、液晶表示装置用カラーフィルタの製造工程において、独立してブラックマトリックスを形成せずに、表示部を囲む額縁部及び表示部内のマトリックス部と、着色画素との膜厚段差や傾斜角度の低減を図ると共に、額縁部及びマトリックス部自体の膜厚は低減され、且つ十分な光学濃度を有する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法となる。

また、本発明は、複数色の内の２色が赤色と青色であり、また、２色重ねで形成されたブラックマトリックスの、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であるので、２色の積層層にて高い光学濃度を得ることができ、また、所望する光学濃度が最小の積層層の膜厚で得ることができる液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す断面図である。図１は、表示部と額縁部の境界近傍を拡大した断面図である。
ガラス基板上の表示部には、赤色の着色画素（１２Ｒ）、緑色の着色画素（１２Ｇ）、青色の着色画素（１２Ｂ）が形成されており、また、額縁部（１１Ｂ）は、第１層としての赤色積層層（１２Ｒ’）と第２層としての青色積層層（１２Ｂ’）で構成され、各層は上記赤色の着色画素（１２Ｒ）、青色の着色画素（１２Ｂ）の形成と同時に形成されたものである。

図１において、例えば、各色の着色画素（１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）の膜厚（Ｄ２１）は共に２．０μｍ、額縁部（１１Ｂ）の第１層である赤色積層層（１２Ｒ’）の膜厚（Ｄ２２）及び第２層である青色積層層（１２Ｂ’）の膜厚（Ｄ２３）は共に１．４μｍ程度のものである。従って、額縁部（１１Ｂ）の膜厚（Ｄ２４）は２．８μｍ、着色画素の表面から額縁部（１１Ｂ）上面までの膜厚段差（Ｄ２５、Ｄ２５＝Ｄ２４−Ｄ２１）は０．８μｍとなる。

このカラーフィルタの額縁部（１１Ｂ）は２層の積層であるが、十分な光学濃度を有したものとなる。また、積層した額縁部（１１Ｂ）の膜厚自体は低減されたものであり、膜厚段差も低減されたものとなっている。
また、積層した額縁部（１１Ｂ）の端部の傾斜角度（θ３）は、略２０°以下に低減されたものとなっている。

従って、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタを用いることにより、カラーフィルタ表面の突起に起因する液晶分子の乱れの改善、及び透明導電膜の断線の改善効果は大きく、液晶表示装置の表示品質は良好なものとなる。
独立した樹脂ブラックマトリックスは形成していないので、工数は削減され廉価なカラーフィルタとなる。また、図５に示す突起（４３）を除去するための研磨処理、或いは図６
に示すカラーフィルタにおけるような、平坦性を良好なものにするためのオーバーコート層の形成が不要であることは言うまでもない。

図１１は、液晶表示装置用カラーフィルタの分光特性の一例を示したものである。本発明による液晶表示装置用カラーフィルタは、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時に２色重ねのブラックマトリックスが形成されたものであるが、２色重ねの積層層の遮光性（光学濃度）について、赤色と緑色、緑色と青色、及び赤色と青色、の組み合わせを比較してみると、赤色と緑色の組み合わせにては、波長６００ｎｍ近辺での透過が赤色と緑色の両色にある。また、緑色と青色の組み合わせにては、波長５００ｎｍ近辺での透過が緑色と青色の両色にある。
これに対し、赤色と青色の組み合わせにては、両色が共に透過する波長域はない。すなわち、２色重ねの積層層の遮光性（光学濃度）は、赤色と青色の組み合わせが最良であることが読み取れる。

このことは又、例えば、赤色と緑色と青色の３色の積層層を各１μｍ厚で３色重ねた３μｍ厚の積層層の光学濃度（光学濃度≒２．１）よりも、赤色と青色の２色の積層層を各１．５μｍ厚で２色重ねた３μｍ厚の積層層の光学濃度（光学濃度≒２．６）の方が高いことを意味しており、実際に、光学濃度で略０．５程度（２．６−２．１＝０．５）も優れた積層層が得られる。
別な表現を用いると、例えば、赤色と緑色と青色の３色の積層層を各１μｍ厚で３色重ねた３μｍ厚の積層層の光学濃度と同一の光学濃度を得るのに、赤色と青色の２色の積層層を各１．５μｍ厚以下の各１．２μｍ厚に、合計２．４μｍ厚の積層層にすることによって達成できる。

また、図２は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの他の例を示す断面図である。図２に示すように、このカラーフィルタは、例えば、各色の着色画素（２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ）の膜厚（Ｄ３１）は共に２．０μｍ、額縁部（２１Ｂ）の第１層である赤色積層層（２２Ｒ’）の膜厚（Ｄ３２）及び第２層である青色積層層（２２Ｂ’）の膜厚（Ｄ３３）は共に１．０μｍ程度のものである。従って、額縁部（２１Ｂ）の膜厚（Ｄ３４）は２．０μｍ、着色画素の表面から額縁部（２１Ｂ）上面までの膜厚段差（Ｄ３５）は０μｍとなる。
すなわち、このカラーフィルタの額縁部（２１Ｂ）の光学濃度は、図１に示す額縁部（１１Ｂ）の光学濃度より低い値であるが、膜厚段差（Ｄ３５）はなく、額縁部（２１Ｂ）の端部の傾斜角度は０°である。

ノーマリホワイト型液晶の場合には、液晶に電圧を印加しないときの液晶及び偏光板による遮光性が低いために、ブラックマトリックスとして高い光学濃度のものを必要としている。しかし、ノーマリブラック型液晶の場合には、比較的低い光学濃度のものでも良好な表示品質のものが得られるので、図２に示すカラーフィルタは、ノーマリブラック型の液晶表示装置へ適用することが好ましい。

請求項３に係わる発明は、赤色と青色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成されたブラックマトリックスの、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であることを特徴とするカラーフィルタである。
図１１において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ間での赤色の透過率（分光特性）から導かれる光学濃度は、青色の光学濃度とは異なった値のものである。

従って、２色の積層層の与えられた合計膜厚にて、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚を、ある比にすることにより、赤色と青色で表される色相（黒）の色味を偏らせることなく、その与えられた積層層の合計膜厚での、光学濃度の最大値が得られる。この最大値
は、概ね、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔０．８〕の際に得られる。
別な表現を用いると、上記の比を保つことにより、所望する光学濃度を積層層の最小の合計膜厚にて得ることができる。

尚、請求項５に係わる発明は、液晶表示装置を構成する、カラーフィルタにはブラックマトリックスの額縁部が設けられ、対向基板にはブラックマトリックスのマトリックス部が設けられる際に適用される液晶表示装置用カラーフィルタである。或いは、外光の利用効率を向上させるために、ブラックマトリックスのマトリックス部を削除した反射型の液晶表示装置に適用される液晶表示装置用カラーフィルタである。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法の一実施例を示す断面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、表示部と額縁部の境界近傍を拡大した断面図である。
ガラス基板上の表示部には、赤色の着色画素（１２Ｒ）、緑色の着色画素（１２Ｇ）、青色の着色画素（１２Ｂ）を形成し、また、額縁部（１１Ｂ）を構成する赤色積層層（１２Ｒ’）と青色積層層（１２Ｂ’）の２層を赤色の着色画素（１２Ｒ）、青色の着色画素（１２Ｂ）の形成と同時に形成する例である。

図１０（ａ）に示すように、先ず、ガラス基板（３０）上に塗布された赤色の着色感光性樹脂に、額縁部（１１Ｂ）を形成するためのハーフトーン部（１）を有する赤色用フォトマスク（ＰＭ１）を介して露光（Ｌ１）を行い、表示部には赤色の着色画素（１２Ｒ）を、額縁部（１１Ｂ）には赤色積層層（１２Ｒ’）を形成する。図１０（ａ）においては、既に現像処理が終了し、斜線で示すように着色画素（１２Ｒ）及び赤色積層層（１２Ｒ’）が形成された状態のものを示してある。

次に、図１０（ｂ）に示すように、緑色の着色感光性樹脂を塗布し、ハーフトーン部（１）を有しない緑色用フォトマスク（ＰＭ２）を介して露光（Ｌ１）を行い、表示部には緑色の着色画素（１２Ｇ）を、額縁部（１１Ｂ）には積層層を形成しない。
同様にして、図１０（ｃ）に示すように、ハーフトーン部（１）を有する青色用フォトマスク（ＰＭ３）を介して露光（Ｌ１）を行い、表示部には青色の着色画素（１２Ｂ）を、額縁部（１１Ｂ）には青色積層層（１２Ｂ’）を形成し、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタを得る。

本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法によれば、独立した樹脂ブラックマトリックスを形成する工数が削減された廉価な方法によって、カラーフィルタ表面の突起に起因する液晶分子の乱れの改善、及び透明導電膜の断線の改善効果の大きな液晶表示装置用カラーフィルタが得られる。

図１２は、本発明における、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクの第１例を説明する断面図である。図１２は、赤色用フォトマスクの例であり、表示部と額縁部との境界近傍を拡大したものである。図１２に示すように、第１例のフォトマスク（ＰＭ１１）は、透明基板（４０）に、ハーフトーン部（１）、透明部（２）、遮光部（３）が設けられたものである。

ハーフトーン部（１、１＝１Ａ＋１Ｂ）は、マトリックス部（１１Ａ）と額縁部（１１Ｂ）とで構成されるブラックマトリックス（１１）の形成に対応したハーフトーン部であり、着色画素間のマトリックス部（１１Ａ）を形成するためのマトリックス部用ハーフトーン部（１Ａ）と、表示部を囲む額縁部（１１Ｂ）を形成するための額縁部用ハーフトーン部（１Ｂ）とで構成されている。
透明部（２）は、赤色の着色画素（１２Ｒ）の形成に対応した透明部であり、また、遮光部（３）は、ブラックマトリックス及び着色画素の非形成に対応した遮光部である。

ハーフトーン部（１）の光学濃度は、赤色積層層（１２Ｒ’、１２Ｒ’’）の形成に対応した光学濃度を有し、透明部（２）の光学濃度はゼロ、遮光部（３）は２．５以上を有している。
このようなフォトマスク（ＰＭ１１）は、例えば、透明基板（４０）上に成膜されたクロム膜をフォトエッチングすることによって得られる。尚、図中にては、光学濃度の高さを各部の厚みで模式的に表している。

フォトマスク（ＰＭ１１）の上方からの、白太矢印で示す紫外光はフォトマスクの全域に均一に照射されるが、透明部（２）では略その全量が透過し、遮光部（３）では紫外光は透過しない。また、ハーフトーン部（１）では、その光学濃度に応じた白細矢印で示す紫外光が透過することになる。
従って、露光後の現像処理によって得られる赤色画素は、図１２中の下方に示すように、ガラス基板（３０）上に赤色の着色画素（１２Ｒ）と、マトリックス部（１１Ａ）の赤色積層層（１２Ｒ’’）及び額縁部（１１Ｂ）の赤色積層層（１２Ｒ’）となる。

図１３は、本発明における、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクの第２例を説明する断面図である。
図１３に示すように、第２例のフォトマスク（ＰＭ１２）は、透明基板（４０）に、紫外光を減衰させる薄膜、例えば、ＩＴＯなどの金属酸化物膜からなるハーフトーン部（５）、紫外光の略全量が透過する透明部（２）、紫外光を遮光する薄膜、例えば、クロム膜からなる遮光部（３）が設けられたものである。

ハーフトーン部（５）の膜厚は、前記マトリックス部（１１Ａ）の赤色積層層（１２Ｒ’’）及び額縁部（１１Ｂ）の赤色積層層（１２Ｒ’）の形成に応じた紫外光の強度となるように設定される。
この第２例に示すフォトマスク（ＰＭ１２）を用いることによって、図１２に示す例と同様に、ガラス基板（３０）上に赤色の着色画素（１２Ｒ）と、マトリックス部（１１Ａ）の赤色積層層（１２Ｒ’’）及び額縁部（１１Ｂ）の赤色積層層（１２Ｒ’）が形成される。

図１４は、本発明における、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクの第３例を説明する断面図である。
図１４に示すように、第３例のフォトマスク（ＰＭ１３）は、透明基板（４０）に、ラインアンドスペースパターンからなるハーフトーン部（７）、紫外光の略全量が透過する透明部（２）、紫外光を遮光する薄膜、例えば、クロム膜からなる遮光部（３）が設けられたものである。

ハーフトーン部（７）のラインアンドスペースパターンは、前記マトリックス部（１１Ａ）の赤色積層層（１２Ｒ’’）及び額縁部（１１Ｂ）の赤色積層層（１２Ｒ’）の形成に応じた紫外光を透過するように設定される。
この第３例に示すフォトマスク（ＰＭ１３）を用いることによって、図１２に示す例と同様に、ガラス基板（３０）上に赤色の着色画素（１２Ｒ）と、マトリックス部（１１Ａ）の赤色積層層（１２Ｒ’’）及び額縁部（１１Ｂ）の赤色積層層（１２Ｒ’）が形成される。

図１５（ａ）は、図１４に示すハーフトーン部（７）の一部分を拡大して示す平面図である。また、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の断面図である。図１５
（ａ）、（ｂ）に示すように、このハーフトーン部（７）は光を遮光するライン（Ｌ）と光を透過するスペース（Ｓ）で構成されるラインアンドスペースパターンである。

本発明における第３例のフォトマスク（ＰＭ１３）は、このフォトマスク上のハーフトーン部（７）のラインアンドスペースパターンが、用いるフォトリソグラフィー法の系の解像度以下となっているフォトマスクである。
フォトリソグラフィー法の系とは、着色層を形成する際の光学系、フォトマスク、着色フォトレジスト、現像処理などのプロセス全体を指し、得られる着色層のパターンの解像度は、この系の解像度によって定まる。

例えば、露光光の位相のそろい度合い、フォトマスクを縮小投影して用いる場合と、原寸にて用いる場合、或いはフォトマスクの構造形式によりフォトマスクの実効解像度の相違、原寸露光におけるプロキシミティ量、或いは着色フォトレジストの解像度、現像処理条件などによって系の解像度が定まる。
本発明においては、１枚のフォトマスクを介した露光によって、マトリックス部（１１Ａ）の赤色積層層（１２Ｒ’’）及び額縁部（１１Ｂ）の赤色積層層（１２Ｒ’）の膜厚を、赤色の着色画素（１２Ｒ）の膜厚より薄く、且つ赤色積層層（１２Ｒ’’）及び赤色積層層（１２Ｒ’）内の膜厚を均一に、着色画素（１２Ｒ）と赤色積層層（１２Ｒ’’）及び赤色積層層（１２Ｒ’）を同時に形成するために、フォトマスク上のハーフトーン部（７）のラインアンドスペースパターンを、着色フォトレジストへの露光時において、そのフォトリソグラフィー法の系の解像度以下とする。

図１６は、図１５（ｂ）に示すハーフトーン部（７）の断面を拡大して示すものであり、ハーフトーン部（７）のスペース（Ｓ）（透明部分（開口部））を透過した光の、着色フォトレジスト上での強度分布を模式的に表したものある。図１６（ａ）に示すように、ラインアンドスペースパターンのピッチ（Ｐｗ）、及びラインの巾（Ｌｗ）が十分に大きければ、開口部を透過した光はフォトマスク上の像を形成する。しかし、図１６（ｂ）に示すように、例えば、ラインの巾（Ｌｗ）が狭くなると、隣り合った開口部からの光による回折によって像が分離できなくなる。ついには、開口部を透過した光は一様な強度分布に平均化されてしまう。

すなわち、本発明においては、ラインアンドスペースパターンをフォトリソグラフィー法の系の解像度以下とすることによって、フォトマスク上のハーフトーン部（７）のラインアンドスペースパターンをラインアンドスペースの像を形成させるパターンとして機能させるのではなく、均一な光学濃度のハーフトーン部として機能させるものである。

ハーフトーン部としての実効の光学濃度は、単位面積に占めるラインとスペースの割合で表される。また、ラインアンドスペースのライン（Ｌ）は光を遮光する濃度（例えば、ＯＤ＞２．５以上）を有し、スペース（Ｓ）は光を透過し、濃度は略ゼロである。従って、ラインの割合を調節することによって任意に実効の光学濃度を有する半遮光部を精度よく得ることができる。

ラインアンドスペースパターンとフォトリソグラフィー法の系の解像度との関係には、図１６に示すラインアンドスペースパターンのピッチ（Ｐｗ）、及びラインアンドスペースパターンのラインの巾（Ｌｗ）とスペースの巾（Ｓｗ）の比が関与するが、顔料分散法によって液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素を形成する場合に用いられる着色フォトレジストの解像度は６μｍ程度のものであるので、６μｍ程度が目安となる。

具体的には、例えば、ラインの巾（Ｌｗ）：スペースの巾（Ｓｗ）＝１：１においては、ピッチ（Ｐｗ）が略８μｍ以下になるとラインとスペースの分離ができなくなる。また
、例えば、ラインの巾（Ｌｗ）：スペースの巾（Ｓｗ）＝１：５においては、ラインの巾（Ｌｗ）が略３μｍ以下になるとラインとスペースの分離ができなくなる。

また、本発明におけるラインアンドスペースパターンは、フォトリソグラフィー法の系の解像度以下のラインアンドスペースパターンであって、単位面積に占めるラインの割合で光学濃度を表すパターンであれば、特に限定されるものではない。例えば、市松模様、波状、円形などがあげられる。

本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す断面図である。 本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの他の例を示す断面図である。 液晶表示装置用カラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。 図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 着色画素の３層によって黒色の樹脂ブラックマトリックスの機能を代替えさせたカラーフィルタの一例である。 少なくとも２色の着色層を積層してブラックマトリックスの額縁部として機能させたカラーフィルタの例である。 少なくとも２色の着色層を積層してブラックマトリックスの額縁部として機能させたカラーフィルタの例である。 着色層の積層によって黒色の樹脂ブラックマトリックスの機能を代替えさせたカラーフィルタの他の例である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法の一実施例を示す断面図である。 液晶表示装置用カラーフィルタの分光特性の一例を示したものである。 ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクの第１例を説明する断面図である。 ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクの第２例を説明する断面図である。 ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクの第３例を説明する断面図である。 （ａ）は、図１４に示すハーフトーン部を拡大して示す平面図である。（ｂ）は、図１５（ａ）におけるＸ−Ｘ’線の断面図である。 図１５（ｂ）に示すハーフトーン部の断面を拡大して示す説明図である。

符号の説明

１、５、７・・・ハーフトーン部
１Ａ、５Ａ、７Ａ・・・マトリックス部用ハーフトーン部
１Ｂ、５Ｂ、７Ｂ・・・額縁部用ハーフトーン部
２・・・透明部
３・・・遮光部
１１、３１、５１、７１・・・ブラックマトリックス
１１Ａ、３１Ａ、４１Ａ、５１Ａ、７１Ａ・・・着色画素間のマトリックス部
１１Ｂ、２１Ｂ、３１Ｂ、４１Ｂ、５１Ｂ、６１Ｂ、６１Ｂ’７１Ｂ・・・表示部を囲む額縁部
１２Ｒ、２２Ｒ・・・本発明における赤色の着色画素
１２Ｇ、２２Ｇ・・・本発明における緑色の着色画素
１２Ｂ、２２Ｂ・・・本発明における青色の着色画素
１２Ｒ’、２２Ｒ’、５２Ｒ’、６２Ｒ’、７２Ｒ’・・・赤色積層層
１２Ｇ’、２２Ｇ’、５２Ｇ’、６２Ｇ’、７２Ｇ’・・・緑色積層層
１２Ｂ’、２２Ｂ’、５２Ｂ’、６２Ｂ’、７２Ｂ’・・・青色積層層
３０・・・ガラス基板
３２、４２、５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ、６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂ・・・着色画素
４０・・・透明基板
４１・・・樹脂ブラックマトリックス
４３・・・突起
７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂ・・・着色層
θ１、θ２、θ３・・・積層層の端部の傾斜角度
Ｄ５、Ｄ１５、Ｄ２５、Ｄ３５・・・膜厚段差
Ｌ１・・・露光
Ｌ・・・光を遮光するライン
Ｓ・・・光を透過するスペース
Ｐｗ・・・ラインアンドスペースパターンのピッチ
Ｌｗ・・・ラインの巾
Ｓｗ・・・スペースの巾
ＰＭ１・・・赤色用フォトマスク
ＰＭ２・・・緑色用フォトマスク
ＰＭ３・・・青色用フォトマスク
ＰＭ１１・・・ハーフトーン部を有するフォトマスクの第１例
ＰＭ１２・・・ハーフトーン部を有するフォトマスクの第２例
ＰＭ１３・・・ハーフトーン部を有するフォトマスクの第３例

Claims (10)

1. 透明基板上に、ブラックマトリックス、複数色の着色画素が形成された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、着色画素間のマトリックス部と着色画素が形成された領域（表示部）を囲む額縁部とで構成される上記ブラックマトリックスが、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成されたブラックマトリックスであることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 前記複数色の内の２色が、赤色と青色であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
3. 前記赤色と青色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成されたブラックマトリックスの、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
4. 前記２色重ねで形成されたブラックマトリックスの、赤色と青色の積層層の膜厚が、通常に２色重ねさせた積層層の膜厚より小さいことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
5. 前記ブラックマトリックスが、額縁部のみで構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
6. 透明基板上に、着色画素間のマトリックス部と着色画素が形成された領域（表示部）を囲む額縁部とで構成されるブラックマトリックスを、複数色の着色画素の形成と同時に形成する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、ブラックマトリックスを形成するためのハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、複数色の内の２色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
7. 前記複数色の内の２色が、赤色と青色であることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
8. 前記赤色と青色の着色画素の形成と同時に２色重ねで形成するブラックマトリックスの、赤色積層層の膜厚と青色積層層の膜厚の比が〔１．０〕：〔１．２５〜０．５〕であることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
9. 前記２色重ねで形成するブラックマトリックスの、赤色と青色の積層層の膜厚が、通常に２色重ねさせた積層層の膜厚より小さいことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
10. 前記ブラックマトリックスが、額縁部のみで構成されていることを特徴とする請求項６、請求項７、請求項８、又は請求項９記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。

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