JP2005292497A - カラーフィルタ基板およびその製造方法、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望高さの積層柱状スペーサを正確に形成し、良好な表示品位の表示装置を歩留まり良く作製する。
【解決手段】 透明基板１と、透明基板１上に設けられ、複数の着色層２ａ、２ｂおよび２ｃを有するカラーフィルタ層２Ｂと、このカラーフィルタ層２Ｂに１層以上の層が積層された突起状構造物３Ｂとを有するカラーフィルタ基板２０Ｂを製造する際に、突起状構造物３Ｂの最終積層膜３ｃの形成前に構造物の高さｔを測定し、この測定結果に基づいて最終積層膜３ｃの積層条件を設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラーフィルタ基板およびその製造方法、これを用いた例えばカラー液晶表示装置などの表示装置に関する。

この種のカラー液晶表示装置は、小型、薄型、低消費電力および軽量という各種特徴を有するため、現在、各種の電子機器の表示部に広く用いられている。特に、スイッチング素子を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置は、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、テレビジョン装置などのＡＶ機器および携帯電話器などに広く採用されている。また、近年では、カラー液晶表示装置の大型化、高精細化、画素有効面積比率の向上（高開口率化）、広視野角化および色純度向上などの品位向上が急速に進んでいる。

例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）および画素電極が形成されたアクティブマトリクス基板と、カラーフィルタ層および対向電極が形成されたカラーフィルタ基板とが所定の間隔を開けて互いに対向するように配置され、両基板の間に表示媒体としての液晶層が挟持されている。このカラー液晶表示装置において、液晶層の厚み（セルギャップ、セル厚）は、両基板間に配置されたプラスチックビーズからなるスペーサによって保持されている。

このプラスチックビーズは、気流に乗せて基板上に散布されるため、プラスチックビーズが配置される位置を予め特定することができない。このため、画素上に存在するビーズスペーサによる光散乱または光透過によりカラー液晶表示装置の表示品位が低下するという問題がある。

そこで，近年、カラーフィルタ基板上に樹脂などにより突起状構造物を形成し、これを柱状スペーサとして用いて液晶層の厚みを保持する構成のカラー液晶表示装置が提案されている。

例えば特許文献１には、カラーフィルタ層を構成する着色層を積層することにより、スペーサ（積層柱状スペーサ）となる突起状構造物を形成する方法が開示されている。

図８は、特許文献１に開示されている従来のカラー液晶表示装置の構成例を示す要部断面図である。

図８に示すように、カラー液晶表示装置５０は、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置であり、対向基板側のカラーフィルタ基板２０と、素子基板側のアクティブマトリクス基板であるＴＦＴアレイ基板３０とを有している。

カラーフィルタ基板２０は、透明基板１上に各画素電極と対向してＲＧＢの各着色層２ａ、２ｂおよび２ｃを有するカラーフィルタ層２が設けられている。各着色層２ａ、２ｂおよび２ｃ間にはそれぞれ、各着色層と同じ着色層３ａ、３ｂおよび３ｃが積層された突起状構造物である積層柱状スペーサ３が設けられている。その基板上を覆うように対向電極および配向膜（図示せず）が形成されている。

ＴＦＴアレイ基板３０は、透明基板１０上に配線およびＴＦＴ素子を含むＴＦＴ回路層９が設けられ、その上に絶縁層８を介して画素電極７が設けられている。この画素電極７は基板部上に平面視２次元状でマトリクス状に複数設けられており、各画素電極７はその近傍に設けられたＴＦＴ素子を介して配線と接続されるようになっている。この基板上を更に覆うように図示しない配向膜が形成されている。

この液晶表示装置５０において、カラーフィルタ基板２０とＴＦＴアレイ基板３０とは、互いの配向膜（図示せず）が向き合うように対向配置され、カラーフィルタ基板２０側に形成された突起状構造物である積層柱状スペーサ３によって一定の基板間隔（セルギャップ）が保たれて、図示しないシール材によって、カラーフィルタ基板２０とＴＦＴアレイ基板３０が貼り合わされている。両基板２０，３０の間隙には液晶層６が充填されており、液晶注入口は図示しない封止材によって封止されている。

また、例えば特許文献２には、各画素部内で液晶の配向状態を分割制御するため、およびセルギャップ調整のために、対向電極と画素電極間に、絶縁性樹脂層を設けたカラー液晶表示装置が提案されている。

図９は、特許文献２に開示されている従来のカラー液晶表示装置の他の構成例を示す要部断面図である。

図９に示すように、カラー液晶表示装置６０は、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置であり、対向基板側のカラーフィルタ基板２０Ａと、素子基板側のアクティブマトリクス基板であるＴＦＴアレイ基板３０Ａとを有している。

カラーフィルタ基板２０Ａは、透明基板１上に各画素電極と対向してＲＧＢの各着色層２ａ、２ｂおよび２ｃを有するカラーフィルタ層２が設けられている。その上を更に覆うように対向電極（図示せず）が設けられ、各着色層２ａ、２ｂおよび２ｃの中央部上には、画素部内で液晶層６の配向状態を分割制御するための絶縁性樹脂層５ａが設けられている。また、各着色層２ａ、２ｂおよび２ｃ間にはそれぞれ、各着色層と同じ着色層３ａ、３ｂおよび３ｃが順次積層され、その上に対向電極（図示せず）を介して各画素部内で液晶層６の配向状態を分割制御するため、およびセルギャップ調整のために絶縁性樹脂層５ｂが設けられて突起状構造物である積層柱状スペーサ３が構成されている。

ＴＦＴアレイ基板３０Ａは、透明基板１０上に配線およびＴＦＴ素子を含むＴＦＴ回路層９が設けられ、その上に絶縁層８を介して画素電極７が設けられている。この画素電極７は基板１０上に２次元状でマトリクス状に設けられており、各画素電極７がそれぞれ、その近傍に設けられたＴＦＴ素子を介して配線と接続されている。その基板上を覆うように配向膜（図示せず）が形成されている。

このカラー液晶表示装置６０において、これらのカラーフィルタ基板２０ＡとＴＦＴアレイ基板３０Ａとは、互いの配向膜（図示せず）が向き合うように対向配置され、カラーフィルタ基板２０Ａに形成された突起状構造物である積層柱状スペーサ３によって一定の基板間隔（セルギャップ）が保たれて、図示しないシール材によって貼り合わされている。両基板２０Ａおよび３０Ａの間隙には液晶層６が充填されており、液晶注入口は図示しない封止材によって封止されている。

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２のようにカラーフィルタ基板２０，２０Ａ上に樹脂などを用いて突起状構造物（積層柱状スペーサ３）を形成する方法では、各積層膜の製造ばらつきおよび製造装置のトラブルなどにより最終的に得られる積層柱状スペーサ３（突起状構造物）の高さがばらつき、所望高さのスペーサが得られないことがある。

このように、所望高さのスペーサが得られない場合に、そのカラーフィルタ基板２０，２０Ａを用いてカラー液晶表示装置などの表示装置を製造すると、所望のセルギャップが得られないため、良好な表示品位が得られず、製造歩留まりを低下させるという問題がある。

そこで、例えば特許文献３および特許文献４には、カラーフィルタ基板に形成された積層柱状スペーサ３の突起高さを測定することにより、不良品のカラーフィルタ基板が液晶表示装置の製造に用いられないようにする方法が開示されている。

図１０は、特許文献３および特許文献４に開示されている従来のカラーフィルタ基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。

図１０に示すように、ステップＳ１において、まず、積層柱状スペーサ３（突起状構造物）が形成されると、ステップ２において、積層柱状スペーサ３の突起高さを測定する。

次に、積層柱状スペーサ３の高さが所望値（所定値の範囲内）であれば良品（ＯＫ）、所望値でなければ不良品（ＮＧ）と判定され、不良品と判定された場合（ＮＧ）には次の製造から製造条件が最適化されるように、その測定結果が製造工程にフィードバックされる。これによって、所望のスペーサ高さ範囲を満足しない不良品のカラーフィルタ基板を用いてカラー液晶表示装置が製造されることを防ぐことができる。
特開平９−４３４２５号公報 特開２００１−２０１７５０号公報（図２２） 特開平１１−２８８４６３号公報 特開平１１−２１８４６６号公報

上記特許文献１および特許文献２のように、カラーフィルタ基板２０，２０Ａ上に着色層や絶縁性樹脂層などを積層して突起状構造物を形成し、これを積層柱状スペーサ３として用いる方法では、所望高さのスペーサが得られないことがあり、この所望高さのものではないカラーフィルタ基板を用いてカラー液晶表示装置などの表示装置を製造すると、良好な表示品位が得られず、製造歩留まりが低下するという問題がある。

上記特許文献３および特許文献４の従来技術では、積層柱状スペーサの形成が完了した後で積層スペーサの高さが測定されるため、所望のスペーサ高さを満たさないものは不良品と判定され、また、製造工程への製造条件のフィードバックも遅くなるため、製造歩留まりを向上させることができないという問題がある。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、所望高さの積層柱状スペーサを形成し、良好な表示品位の表示装置を歩留まりよく作製できるカラーフィルタ基板およびその製造方法、これを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明のカラーフィルタ基板の製造方法は、透明基板上に設けられ、複数の着色層が２次元状に配設されたカラーフィルタ層の所定層上に１層以上の層が積層された突起状構造物を有するカラーフィルタ基板を製造するカラーフィルタ基板の製造方法において、該突起状構造物の少なくとも最終積層膜の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定する工程と、この測定した測定結果に基づいて、該突起状構造物の突起高さが所望の突起高さになるように該少なくとも最終積層膜の積層条件を設定する工程と、該設定積層条件に基づいて該少なくとも最終積層膜を成膜して該突起状構造物を作製する工程とを有し、そのことにより上記目的が達成される。

本発明のカラーフィルタ基板の製造方法は、透明基板上に設けられ、複数の着色層が２次元状に配設されたカラーフィルタ層の所定層上に１層以上の層が積層された突起状構造物を有するカラーフィルタ基板を製造するカラーフィルタ基板の製造方法において、前記突起状構造物の最終積層膜よりも下層の積層膜のうち少なくとも最終１層の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定する工程と、この測定した測定結果に基づいて、該突起状構造物の突起高さが所望の突起高さになるように該下層の少なくとも最終１層の積層条件を設定する工程と、該設定積層条件に基づいて該少なくとも最終１層を成膜して形成する工程と、該突起状構造物の最終積層膜の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定する工程と、測定した測定結果に基づいて、該突起状構造物の突起高さが所望の突起高さになるように該最終積層膜の積層条件を設定する工程と、該設定積層条件に基づいて該最終積層膜を成膜して該突起状構造物を作製する工程とを有し、そのことにより上記目的が達成される。

さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法における突起状構造物は、前記カラーフィルタ層を構成する着色層を含む。

さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法におけるカラーフィルタ層は、黒色層を含み、前記突起状構造物を該黒色層上に形成する。

さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法におけるカラーフィルタ層上に導電層を設け、前記突起状構造物の最終積層膜を該導電層上に形成する。

さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法における突起状構造物の最終積層膜は配向制御用材料膜である。

さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法における突起状構造物は感光性樹脂膜を含む。

本発明のカラーフィルタ基板は、請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルタ基板の製造方法によって作製されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の表示装置は、請求項８に記載のカラーフィルタ基板と他の基板とが、前記突起状構造物をスペーサとして所定の間隔を開けて対向配置され、両基板の間隙に表示媒体が挟持されており、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。

本発明にあっては、カラーフィルタ層を構成する着色層および液晶層の分割配向制御用の絶縁性樹脂層などを積層した突起状構造物（積層柱状スペーサ）を作製する際に、少なくとも最終積層膜の形成前に構造物の突起高さを測定し、その測定結果を最終積層膜の製造条件にフィードバックすることにより、所望高さのスペーサを作製することが可能となる。また、積層柱状スペーサが完成した状態で突起高さを測定するのではなく、少なくとも最終積層膜形成前に積層柱状スペーサの突起高さを測定するため、従来のように不良品を用いないだけではなく、不良品を大幅に減らすことが可能となる。

以上のように、本発明によれば、少なくとも最終積層膜の形成前に構造物の突起高さを測定し、その測定結果を最終積層膜の製造条件にフィードバックするため、カラーフィルタ基板の不良を抑制することができる。このため、製造コストを低廉価化することができると共に、所望のセル厚を有する表示装置を繰り返し精度よく作製して、表示品位の向上を図ることができる。

以下に、本発明をアクティブマトリクス型カラー液晶表示装置のカラーフィルタ基板に適用した実施形態１，２について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の各実施形態１，２により限定されるものではない。
（実施形態１）
本実施形態１では、カラーフィルタ層を構成する着色層を積層することにより積層柱状スペーサとなる突起状構造物を形成したカラーフィルタ基板の製造に本発明を適用した例について説明する。なお、本実施形態１では、カラーフィルタ基板にブラックマトリクスを設けた場合について説明するが、図８のようにブラックマトリクスを設けない構成についても本発明は適用可能である。

図１は、本実施形態１のカラーフィルタ基板の構成例を示す要部断面図である。

図１に示すように、カラーフィルタ基板２０Ｂは、透明基板１上にＲＧＢ（赤・緑・青）などの第１着色層２ａ、第２着色層２ｂおよび第３着色層２ｃと、各着色層の間に配置された黒色層（遮光部：ブラックマトリクス層）２ｄとを有するカラーフィルタ層２Ｂが設けられている。第１着色層２ａおよび第２着色層２ｃの間には、ブラックマトリクス層２ｄと同じ黒色層と、第１着色層２ａ、第２着色層２ｂおよび第３着色層２ｃと同じ着色層からなる第１突起構成層３ａ、第２突起構成層３ｂおよび第３突起構成層３ｃとが順次積層された第１突起構成層３ａ〜第３突起構成層３ｃの突起高さＴの突起状構造物である積層柱状スペーサ３Ｂが設けられている。その基板上を覆うように対向電極および配向膜（図示せず）が形成されている。

ここで、本実施形態１のカラーフィルタ基板２０Ｂの各製造工程について、図２Ａ（ａ）〜図２Ａ（ｃ）および図２Ｂ（ｄ）〜図２Ｂ（ｆ）を用いて順次説明する。

まず、図２Ａ（ａ）に示すように、透明基板１上にスピンコート法によりカーボン微粒子が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させて黒色感光性樹脂層２ｐを形成する。

これに続いて、フォトマスク３１を介して黒色感光性樹脂層２ｐを露光した後、これを現像することにより、図２Ａ（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス層２ｄを形成する。このとき、ブラックマトリクス層２ｄは、第１着色層２ａ、第２着色層２ｂおよび第３着色層２ｃが形成される領域に、それぞれ第１着色層用の開口部、第２着色層用の開口部および第３着色層用の開口部が形成されるように、基板上に所定の間隔を開けて配置されている。

次に、図２Ａ（ｃ）に示すように、ブラックマトリクス層２ｄおよび黒色層３ｄが形成された透明基板１上に、スピンコート法により第１着色層用の顔料が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させ、フォトマスク３２を用いて露光および現像を行うことにより、第１着色層２ａ用の開口部および第１突起構成層３ａの形成部を残して、それ以外の領域に形成された第１着色層用感光性樹脂膜を除去し、図２Ｂ（ｄ）に示すように、第１着色層２ａおよび第１突起構成層３ａを形成する。

これらのブラックマトリクス層２ｄ、黒色層３ｄ、第１着色層２ａおよび第１突起構成層３ａが形成された透明基板１上に、スピンコート法により第２着色層用の顔料が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させ、フォトマスクを用いて露光および現像を行うことにより、第２着色層２ｂ用の開口部および第２突起構成層３ｂの形成部を残して、それ以外の領域に形成された第２着色層用感光性樹脂膜を除去し、図２Ｂ（ｅ）に示すように、第２着色層２ｂおよび第２突起構成層３ｂを形成する。

さらに、例えば特許文献３および特許文献４を含めて、公知の測定技術（測定装置）により、突起状構造物である積層柱状スペーサ３の最終積層膜である第３突起構成層３ｃの形成前の突起高さｔを測定する。このときの具体的な測定フローについては、図３を用いて説明する。

図３に示すように、まず、ステップＳ１１において、積層柱状スペーサ３（突起状構造物）の最終積層膜（第３突起構成層３ｃ）よりも下層の積層膜（黒色層３ｄ、第１突起構成層３ａおよび第２突起構成層３ｂ）が形成されると、ステップＳ１２において、その最終積層膜形成前の状態で第１突起構成層３ａおよび第２突起構成層３ｂの突起高さｔが測定される。

ステップ３において、予め取得しておいた最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚条件から、所望のスペーサ高さＴを得るために、最終積層膜の積層条件が選択されて膜厚調整が為される。

以下の表１および図４は、本実施形態１のカラーフィルタ基板２０Ｂの製造において、積層柱状スペーサ３Ｂ（突起状構造物）の突起高さＴの設定値を２．８μｍとした場合について、最終積層膜（第３突起構成層３ｃ）の形成前の突起高さｔ、最終積層膜（第３突起構成層３ｃ）の感光性樹脂液塗布膜厚、最終積層膜（第３突起構成層３ｃ）の膜厚ｔ’、および積層柱状スペーサ３Ｂの突起高さＴの関係を示す表およびグラフである。図３では、横軸は最終積層膜形成前の突起高さｔ、縦軸は四角が最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚、菱形が最終積層膜の膜厚ｔ’、三角が積層柱状スペーサ３Ｂの突起高さＴを示している。

ここで、感光性樹脂液塗布膜厚とは、平坦な基板上（例えばガラス基板上）に感光性樹脂液が塗布されたときの膜厚であり、本実施形態１のように、ドットパターン上に樹脂からなる積層膜を形成する場合、膜厚が薄くなるため、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚と、最終積層膜の膜厚ｔ’および積層柱状スペーサ３の突起高さＴとの関係は、図４および上記表１に示すようなものとなる。例えば最終積層膜（第３突起構成層３ｃ）の形成前の突起高さｔが１．７０μｍの場合、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚を２．０３７μｍとすると、最終積層膜の膜厚ｔ’は１．１００μｍとなり、積層柱状スペーサ３Ｂ（突起状積層構造物）の突起高さＴを２．８μｍとすることができる。

また、最終積層膜（第３突起構成層３ｃ）の形成前の突起高さｔが１．８０μｍの場合、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚を１．８５２μｍとすると、最終積層膜の膜厚ｔ’は１．０００μｍとなり、積層柱状スペーサ３Ｂ（突起状積層構造物）の突起高さＴを２．８μｍとすることができる。

さらに、最終積層膜３ｃの形成前の突起高さｔが１．９０μｍの場合、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚を１．６６７μｍとすると、最終積層膜の膜厚ｔ’は０．９００μｍとなり、積層柱状スペーサ３（突起状積層構造物）の突起高さＴを２．８μｍとすることができる。最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚は、スピンコート回転数を調整することにより設定することができる。例えば、スピンコート回転数を８００ｒｐｍとした場合、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚が１．８μｍとなり、最終積層膜の膜厚ｔ’を０．９８μｍ（塗布膜厚１．８０６μｍで最終積層膜厚０．９７５μｍ）とすることができる。

次に、ブラックマトリクス層２ｄ、黒色層３ｄ、第１着色層２ａ、第２着色層２ｂ、第１突起構成層３ａおよび第２突起構成層３ｂが形成された透明基板部上に、以上のように設定された塗布膜厚条件で、スピンコート法により第３着色層用の顔料が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させ、フォトマスクを用いて露光および現像を行うことにより、第３着色層２ｃ用開口部および第３突起構成層３ｃの形成部を残して、それ以外の領域に形成された第３着色層用感光性樹脂膜を除去し、図２Ｂ（ｆ）に示すように、第３着色層２ｃおよび膜厚ｔ’の第３突起構成層３ｃを形成する。以上により、所望の突起高さＴを有する柱状積層スペーサ３Ｂ（突起状構造物）が形成される。

本実施形態１では、ブラックマトリクス層２ｄの膜厚設定値を１．４μｍ、第１着色層２ａ〜第３着色層２ｃの膜厚設定値を１．６μｍとし、積層柱状スペーサ３Ｂ（突起状構造物）の突起高さＴの設定値を２．８μｍとする。

このように、カラーフィルタ層２Ｂおよび突起状構造物３Ｂが積層柱状スペーサとして形成された基板部上を覆うように図示しない対向電極および配向膜を形成することにより、本実施形態１のカラーフィルタ基板２０Ｂが完成する。

このカラーフィルタ基板２０Ｂと、透明基板上に配線およびＴＦＴ素子を含むＴＦＴ回路層が設けられ、その上に絶縁層を介してマトリクス状に画素電極が設けられて、その近傍に設けられたＴＦＴ素子を介して配線と接続され、その基板部上を覆うように配向膜が形成されたＴＦＴ基板（図８のＴＦＴ基板３０と同様の構成であるが、この場合はブラックマトリクスが設けられていない）とを、互いの配向膜が向き合うように対向配置してシール材によって貼り合せる。このとき、カラーフィルタ基板２０Ｂに形成された突起状構造物３Ｂ（積層柱状スペーサ）によって一定の基板間隔（セルギャップ）が保たれる。両基板の間隙に液晶層を充填し、液晶注入口を封止材によって封止することによって、本実施形態１のカラー液晶表示装置が作製される。

以上のように、本実施形態１によれば、最終積層膜の形成前に突起高さｔを予め測定して、測定結果に応じて最終積層膜の積層条件を設定することにより、所望高さの突起状構造物３Ｂ（積層柱状スペーサ）を確実に作製して、不良品の発生を大幅に抑制することができる。また、本実施形態１のカラーフィルタ基板２０Ｂを用いて液晶表示装置を製造することにより、所望のセル厚（セルギャップ）を有するカラー液晶表示装置を繰り返し精度よく作製することができるため、表示品位の向上を図ることができる。

なお、本実施形態１では、カラーフィルタ層２Ｂおよび突起状構造物３Ｂを形成するためにネガ型感光性樹脂液を用いたが、ネガ型に限らず，ポジ型感光性樹脂液であっても良い。また、感光性樹脂液はアクリル系に限らず、ポリイミド系、エポキシ系、フェノールノボラック系、またはポリエステル系など、公知の材料を適宜用いることができる。さらに本実施形態１では感光性樹脂を用いたが、感光性を有さない樹脂を用いて、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィー工程とエッチング工程とにより所望の形状に加工することも可能である。

さらに、本実施形態１では、ブラックマトリクス層２ｄおよび第１着色層２ａ〜第３着色層２ｃの４層を積層することにより突起状構造物３Ｂを積層柱状スペーサとして形成したが、所望のスペーサ高さＴが得られれば、積層数はこれに限定されず、例えば２層以上であれば良い。また、本実施形態１では、カラーフィルタ層２Ｂを第１着色層１ａから第３着色層２ｃ（例えば赤、青、緑）で構成したが、例えば赤、青、緑、白など、４色以上の着色層からなるカラーフィルタ層であってもよい。
（実施形態２）
本実施形態２では、画素内で液晶の配向状態を分割制御するため、およびセルギャップ調整のために、対向電極と画素電極との間に、絶縁性樹脂層を設けたカラーフィルタ基板の製造に本発明を適用した例について説明する。なお、本実施形態では、カラーフィルタ基板にブラックマトリクスを設けた場合について説明するが、図９のようにブラックマトリックスを設けない構成についても本発明は適用可能である。

図５は、本実施形態２のカラーフィルタ基板の要部構成を示す断面図である。

図５に示すように、カラーフィルタ基板２０Ｄは、透明基板１上にＲＧＢ（赤・緑・青）などの第１着色層２ａ、第２着色層２ｂおよび第３着色層２ｃと、各着色層の間に配置された黒色層３ｄ（遮光部：ブラックマトリクス層２ｄ）とを有するカラーフィルタ層２Ｄが設けられている。その上を覆うように対向電極４が設けられ、各着色層２ａ、２ｂおよび２ｃの中央部上には、画素部内で液晶の配向状態を分割制御するための絶縁性樹脂層（配向制御用構造物）１１が設けられている。第１着色層２ａおよび第２着色層２ｃの間には、ブラックマトリクス層２ｄと同じ黒色層３ｄと、第１着色層２ａ、第２着色層２ｂおよび第３着色層２ｃと同じ着色層からなる第１突起構成層３ａ、第２突起構成層３ｂおよび第３突起構成層３ｃとが順次積層され、その上に対向電極４を介して、画素部内で液晶の配向状態を分割制御するため、およびセルギャップ調整のために絶縁性樹脂層５が更に設けられて突起高さＴの突起状構造物３Ｄが積層柱状スペーサとして構成されている。

ここで、本実施形態２のカラーフィルタ基板２０Ｄの製造工程について、図６Ａ（ａ）〜図６Ａ（ｅ）および図６Ｂ（ｆ）〜図６Ｂ（ｉ）を用いて説明する。

まず、図６Ａ（ａ）に示すように、透明基板１上にスピンコート法によりカーボン微粒子が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させて黒色感光性樹脂層２ｐを形成する。

これに続いて、フォトマスク３１を介して黒色感光性樹脂層２ｐを露光した後、現像することにより、図６Ａ（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス層２ｄを形成する。このとき、ブラックマトリクス層２ｄは、第１着色層２ａ、第２着色層２ｂおよび第３着色層２ｃが形成される領域に、それぞれ第１着色層用の開口部、第２着色層用の開口部および第３着色層用の開口部が形成されるように、基板１上に所定の間隔を開けて配置される。

次に、図６Ａ（ｃ）に示すように、ブラックマトリクス層２ｄおよび黒色層３ｄが形成された透明基板部上に、スピンコート法により第１着色層用の顔料が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させ、フォトマスク３２を用いて露光および現像を行うことにより、第１着色層２ａ用の開口部および第１突起構成層３ａ形成部を残して、それ以外の領域に形成された第１着色層用感光性樹脂膜を除去し、図６Ａ（ｄ）に示すように、第１着色層２ａおよび第１突起構成層３ａを形成する。

さらに、ブラックマトリクス層２ｄ、黒色層３ｄ、第１着色層２ａおよび第１突起構成層３ａが形成された透明基板部上に、スピンコート法により第２着色層用の顔料が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させ、フォトマスクを用いて露光および現像を行うことにより、第２着色層２ｂ用開口部および第２突起構成層３ｂ形成部を残して、それ以外の領域に形成された第２着色層用感光性樹脂膜を除去し、図６Ａ（ｅ）に示すように、第２着色層２ｂおよび第２突起構成層３ｂを形成する。

さらに、ブラックマトリクス層２ｄ、黒色層３ｄ、第１着色層２ａ、第１突起構成層３ａ、第２着色層２ｂおよび第２突起構成層３ｂが形成された透明基板部上に、スピンコート法により第３着色層用の顔料が分散されたネガ型アクリル系感光性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させ、フォトマスクを用いて露光および現像を行うことにより、第３着色層２ｃ用開口部および第３突起構成層３ｃ形成部を残して、それ以外の領域に形成された第３着色層用感光性樹脂膜を除去し、図６Ｂ（ｆ）に示すように、第３着色層２ｃおよび第３突起構成層３ｃを形成する。

さらに、図６Ｂ（ｇ）に示すように、ブラックマトリクス層２ｄ、黒色層３ｄ、第１着色層２ａ、第１突起構成層３ａ、第２着色層２ｂ、第２突起構成層３ｂ、第３着色層２ｃおよび第３突起構成層３ｃが形成された透明基板部上に、対向電極４として、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明導電膜をスパッタリング法により蒸着する。なお、この透明導電膜は、ＩＴＯに限定されるものではなく、その他にもＩＺＯ、酸化亜鉛または酸化錫など、所望の抵抗値および透過率を得られるものであればいずれも用いることができる。

さらに、例えば特許文献３および特許文献４を含めて、公知の測定技術（測定装置）により、突起状構造物３Ｄの最終積層膜である絶縁性樹脂層５の形成前の突起高さｔを測定する。このときの具体的な測定フローチャートについて、図３を用いて説明する。

ステップＳ１１において、積層柱状スペーサ（突起状構造物３Ｄ）の最終積層膜（絶縁性樹脂層５）よりも下層の積層膜（黒色層３ｄ、第１突起構成層３ａ、第２突起構成層３ｂ、第３突起構成層３ｃおよび対向電極４）が形成されると、ステップ２において、その最終積層膜形成前の状態で突起高さｔが測定される。ステップ３では、予め取得しておいた最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚条件から、所望のスペーサ高さＴを得るために、最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の積層条件が選択される。

下記表２および図７は、本実施形態２のカラーフィルタ基板２０Ｄの製造において、突起状構造物３Ｄ（積層柱状スペーサ）の突起高さＴの設定値を３．２μｍとした場合について、最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の形成前の突起高さｔ、最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の感光性樹脂液塗布膜厚、最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の膜厚ｔ’、および積層柱状スペーサ（突起状構造物３Ｄ）の突起高さＴの関係を示す表およびグラフである。図７では、横軸は最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の形成前の突起高さｔ、縦軸は四角が最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の感光性樹脂液塗布膜厚、菱形が最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の膜厚ｔ’、三角が積層柱状スペーサ（突起状構造物３Ｄ）の突起高さＴを示している。

ここで、感光性樹脂液塗布膜厚とは、平坦な基板上（例えばガラス基板上）に感光性樹脂液が塗布されたときの膜厚であり、本実施形態２のように、ドットパターン上に樹脂からなる積層膜を形成する場合、膜厚が薄くなるため、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚と、最終積層膜の膜厚ｔ’および積層柱状スペーサの突起高さＴとの関係は、図７および上記表２に示すようなものとなる。例えば最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の形成前の突起高さｔが２．４０μｍの場合、最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の感光性樹脂液塗布膜厚を２．０３０μｍとすると、最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の膜厚ｔ’は０．８００μｍとなり、積層柱状スペーサ（突起状積層構造物３Ｄ）の突起高さＴを３．２μｍとすることができる。

また、最終積層膜３ｃ形成前の突起高さｔが２．７０μｍの場合、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚を１．７８７μｍとすると、最終積層膜の膜厚ｔ’は０．５００μｍとなり、積層柱状スペーサ（突起状積層構造物）の突起高さＴを３．２μｍとすることができる。さらに、最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の形成前の突起高さｔが３．００μｍの場合、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚を１．５００μｍとすると、最終積層膜の膜厚ｔ’は０．２００μｍとなり、積層柱状スペーサ（突起状積層構造物３Ｄ）の突起高さＴを３．２μｍとすることができる。最終積層膜（絶縁性樹脂層５）の感光性樹脂液塗布膜厚は、スピンコート回転数を調整することにより設定することができる。例えば、スピンコート回転数を７００ｒｐｍとした場合、最終積層膜の感光性樹脂液塗布膜厚が２．０μｍとなり、最終積層膜の膜厚ｔ’を０．８μｍとすることができる。

次に、ブラックマトリクス層２ｄ、黒色層３ｄ、第１着色層２ａ、第２着色層２ｂ、第３着色層２ｃ、第１突起構成層３ａ、第２突起構成層３ｂ、第３突起構成層３ｃおよび対向電極４が形成された透明基板部上に、以上のように設定された塗布膜厚条件で、スピンコート法により配向制御用材料としてフェノールノボラック系のポジ型感光性絶縁性樹脂液を塗布した後、これを乾燥させて感光性絶縁性樹脂層５ｐを形成する。

続いて、フォトマスク３３を介して感光性絶縁性樹脂層５ｐを露光した後、これを現像することにより、図６Ｂ（ｉ）に示すように、絶縁性樹脂層５および絶縁性樹脂層１１（配向規制用構造物）を形成する。以上により、所望の突起高さＴを有する突起状構造物３Ｄが柱状積層スペーサとして形成される。

本実施形態２では、ブラックマトリクス層２ｄの膜厚設定値を１．４μｍ、第１着色層２ａ〜第３着色層２ｃの膜厚設定値を１．６μｍとし、絶縁性樹脂層１１の膜厚設定値を０．５μｍとして、突起状構造物３Ｄ（積層柱状スペーサ）の突起高さＴの設定値を３．２μｍとした。

このように、カラーフィルタ層２Ｄおよび突起状構造物３Ｄが形成されたカラーフィルタ基板２０Ｄと、透明基板上に配線およびＴＦＴ素子を含むＴＦＴ回路層が設けられ、その上に絶縁層を介して２次元状でマトリクス状に複数の画素電極が設けられて、その近傍に設けられたＴＦＴ素子を介して配線と接続され、その基板上を覆うように配向膜が形成されたＴＦＴ基板（図９のＴＦＴ基板３０Ａと同様の構成であるが、この場合はブラックマトリクスが設けられていない）とを、互いの配向膜が向き合うように対向配置してシール材によって貼り合せる。このとき、カラーフィルタ基板２０Ｄに形成された突起状構造物３Ｄ（積層柱状スペーサ）によって一定の基板間隔（セルギャップ）が保たれる。両基板の間隙に液晶を充填し、液晶注入口を封止材によって封止することによって、本実施形態２のカラー液晶表示装置が作製される。

以上のように、上記実施形態１，２によれば、最終積層膜の形成前に突起高さｔを測定して、この測定結果に応じて最終積層膜の積層条件を設定することにより、所望高さの突起状構造物（積層柱状スペーサ）を確実に作製して、不良品の発生を大幅に抑制することができる。また、上記実施形態１，２のカラーフィルタ基板を用いてカラー液晶表示装置を製造することにより、所望のセル厚（セルギャップ）を有するカラー液晶表示装置を繰り返し精度よく作製することができるため、表示品位の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態１，２では、カラーフィルタ層および突起状構造物を形成するためにネガ型感光性樹脂液を用いたが、ネガ型に限らず，ポジ型感光性樹脂液であっても良い。また、感光性樹脂液はアクリル系に限らず、ポリイミド系、エポキシ系、フェノールノボラック系、またはポリエステル系など、公知の材料を適宜用いることができる。さらに、上記実施形態１，２では感光性樹脂を用いたが、感光性を有さない樹脂を用いて、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィー工程とエッチング工程とにより所望の形状に加工することも可能である。

また、上記実施形態２では、絶縁性樹脂層を形成するためにフェノールノボラック系のポジ型感光性樹脂液を用いたが、液晶材料の配向規制が可能な材料であれば、これに限定されず、例えばポリイミド系であってもよく、また、ポジ型感光性樹脂液であってもよい。

さらに、上記実施形態２では、ブラックマトリクス層および第１着色層〜第３着色層の４層と、対向電極と絶縁性樹脂層とを積層することにより突起状構造物（積層柱状スペーサ）を形成したが、所望のスペーサ高さが得られれば、積層数はこれに限定されず、例えば２層以上であれば良い。また、上記実施形態１，２では、カラーフィルタ層を第１着色層から第３着色層（例えば赤、青、緑）で構成したが、例えば赤、青、緑、白など、４色以上の着色層からなるカラーフィルタ層であってもよい。

なお、上記実施形態１，２では、積層柱状スペーサ（突起状構造物）の最終積層膜となる膜厚を適宜制御することで、所望高さの積層柱状スペーサを精度よく作製したが、突起状構造物を構成する各積層膜を形成する毎にその膜厚を測定するか、または突起状構造物を構成する少なくとも１層以上の積層膜の膜厚を測定し、その測定結果をフィードバックさせることによりスペーサ高さの精度を向上させるようにしても構わない。但し、工程が複雑化することを避けながら所望高さの積層柱状スペーサを最も精度よく作製するという観点から、上記実施形態１，２のように、積層柱状スペーサ（突起状構造物）の最終積層膜形成前に突起高さを測定し、最終積層膜の膜厚を制御することが好ましい。また、製造ラインで作製される全てのカラーフィルタ基板に対して本発明を適用することが最も好ましいが、必要に応じて数基板を製造する毎に１回、本発明を適用する（例えば、実施形態１のカラーフィルタ基板と実施形態２のカラーフィルタ基板など、製造ラインに流れる製品の品種が変るときなど）ことによっても、ある程度の効果をあげることができることは言うまでもない。

なお、上記実施形態１，２のカラーフィルタ基板２０Ｂまたは２０ＤとＴＦＴ基板（素子側基板）とが、突起状構造物３Ｂまたは３Ｄをスペーサとして所定の間隔を開けて対向配置され、両基板の間隙に表示媒体（液晶層６）が挟持されているカラー液晶表示装置などの表示装置は、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、テレビジョン装置などのＡＶ機器および携帯電話機などの表示部に広く利用することができて、所望高さの積層柱状スペーサ（突起状構造物３Ｂまたは３Ｄ）を正確に寸法形成し、良好な表示品位の表示装置を歩留まり良く作製できる本発明の作用効果を奏する。

また、上記実施形態１，２では、透明基板１上に設けられ、複数の着色層が２次元状に配設されたカラーフィルタ層の所定層上に３層以上の層が積層された突起状構造物３Ｂまたは３Ｄを有するカラーフィルタ基板２Ｂまたは２Ｄを製造するカラーフィルタ基板２０Ｂまたは２０Ｄの製造方法において、突起状構造物３Ｂまたは３Ｄの最終積層膜の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定し、この測定した測定結果に基づいて、突起状構造物の突起高さが所望の突起高さになるように最終積層膜の積層条件を設定し、この設定した積層条件に基づいて最終積層膜を成膜して突起状構造物３Ｂまたは３Ｄを作製するようにしたが、これに限らず、もちろん、例えば最終２層の積層条件を設定し、この設定した積層条件に基づいて最終２層を成膜して突起状構造物３Ｂまたは３Ｄを作製するようにしてもよい。また、その他のカラーフィルタ基板の製造方法として、突起状構造物３Ｂまたは３Ｄの最終積層膜よりも下層の積層膜のうち少なくとも最終１層の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定し、この測定した測定結果に基づいて、突起状構造物３Ｂまたは３Ｄの突起高さが所望の突起高さになるようにこの下層の少なくとも最終１層の積層条件を設定し、この設定した積層条件に基づいて少なくとも最終１層を成膜して形成し、さらに、突起状構造物３Ｂまたは３Ｄの最終積層膜の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定する工程と、この測定した測定結果に基づいて、突起状構造物３Ｂまたは３Ｄの突起高さが所望の突起高さになるように最終積層膜の積層条件を設定し、この設定した積層条件に基づいて最終積層膜を成膜して突起状構造物３Ｂまたは３Ｄを作製するようにしてもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１，２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１，２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１，２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、カラーフィルタ基板およびその製造方法、これを用いた例えばカラー液晶表示装置などの表示装置の分野において、カラーフィルタ基板の不良を抑制して製造コストを低廉価化し、所望のセル厚を有する表示装置を繰り返し精度よく作製して、表示品位向上を図ることができる。本発明では、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、テレビジョン装置などのＡＶ機器および携帯電話機などの表示部に広く利用することが可能である。

本実施形態１のカラーフィルタ基板の構成例を示す要部断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１のカラーフィルタ基板の製造工程（その１）を説明するための各工程の要部断面図である。 （ｅ）〜（ｆ）は、図１のカラーフィルタ基板の製造工程（その２）を説明するための各工程の要部断面図である。 図１のカラーフィルタ基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１のカラーフィルタ基板の製造方法におけるスペーサ最終積層膜の積層条件を示すグラフである。 本実施形態２のカラーフィルタ基板の構成例を示す要部断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図５のカラーフィルタ基板の製造工程（その１）を説明するための各工程の要部断面図である。 （ｆ）〜（ｉ）は、図５のカラーフィルタ基板の製造工程（その２）を説明するための各工程の要部断面図である。 図５のカラーフィルタ基板の製造方法におけるスペーサ最終積層膜の積層条件を示すグラフである。 特許文献１に開示されている従来のカラー液晶表示装置の構成例を示す要部断面図である。 特許文献２に開示されている従来のカラー液晶表示装置の他の構成例を示す要部断面図である。 特許文献３および特許文献４に開示されている従来のカラーフィルタ基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 透明基板
２Ｂ，２Ｄ カラーフィルタ層
２ａ 第１着色層
２ｂ 第２着色層
２ｃ 第３着色層
２ｄ ブラックマトリクス層
３Ｂ，３Ｄ 突起状構造物（積層柱状スペーサ）
３ａ 第１突起構成層
３ｂ 第２突起構成層
３ｃ 第３突起構成層
３ｄ 黒色層
４ 対向電極
５ 絶縁性樹脂層
１１ 絶縁性樹脂層（配向制御用構造物）

Claims (9)

1. 透明基板上に設けられ、複数の着色層が２次元状に配設されたカラーフィルタ層の所定層上に１層以上の層が積層された突起状構造物を有するカラーフィルタ基板を製造するカラーフィルタ基板の製造方法において、
   該突起状構造物の少なくとも最終積層膜の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定する工程と、
   測定した測定結果に基づいて、該突起状構造物の突起高さが所望の突起高さになるように該少なくとも最終積層膜の積層条件を設定する工程と、
   該設定積層条件に基づいて該少なくとも最終積層膜を成膜して該突起状構造物を作製する工程とを有するカラーフィルタ基板の製造方法。
2. 透明基板上に設けられ、複数の着色層が２次元状に配設されたカラーフィルタ層の所定層上に１層以上の層が積層された突起状構造物を有するカラーフィルタ基板を製造するカラーフィルタ基板の製造方法において、
   前記突起状構造物の最終積層膜よりも下層の積層膜のうち少なくとも最終１層の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定する工程と、
   測定した測定結果に基づいて、該突起状構造物の突起高さが所望の突起高さになるように該下層の少なくとも最終１層の積層条件を設定する工程と、
   該設定積層条件に基づいて該少なくとも最終１層を成膜して形成する工程と、
   該突起状構造物の最終積層膜の形成前に、その時点での構造物の突起高さを測定する工程と、
   測定した測定結果に基づいて、該突起状構造物の突起高さが所望の突起高さになるように該最終積層膜の積層条件を設定する工程と、
   該設定積層条件に基づいて該最終積層膜を成膜して該突起状構造物を作製する工程とを有するカラーフィルタ基板の製造方法。
3. 前記突起状構造物は、前記カラーフィルタ層を構成する着色層を含む請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
4. 前記カラーフィルタ層は、黒色層を含み、
   前記突起状構造物を該黒色層上に形成する請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
5. 前記カラーフィルタ層上に導電層を設け、
   前記突起状構造物の最終積層膜を該導電層上に形成する請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
6. 前記突起状構造物の最終積層膜は配向制御用材料膜である請求項５に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
7. 前記突起状構造物は感光性樹脂膜を含む請求項５に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルタ基板の製造方法によって作製されたカラーフィルタ基板。
9. 請求項８に記載のカラーフィルタ基板と他の基板とが、前記突起状構造物をスペーサとして所定の間隔を開けて対向配置され、両基板の間隙に表示媒体が挟持されている表示装置。

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