JP2008164857A - カラーフィルタ基板、その製造方法及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着色層や突起層の厚さを調整することなく所定のフォトスペーサの高さを保持することを可能とするカラーフィルタ基板、その製造方法及び表示装置を提供する。
【解決手段】透明基板上に、スペーサ形成領域を有する所定のパターンの遮光層を形成する工程、前記遮光層により区画された領域に複数色の着色層及び前記遮光層のスペーサ形成領域上に三次元的に複数色のスペーサ着色層を積層する工程、前記複数色の着色層及びスペーサ着色層上に透明導電性膜を形成する工程、前記二次元的に配置された複数色の着色層上の透明導電性膜の上面から前記スペーサ突起層の上面までの高さＹを有するフォトスペーサを形成する工程を具備し、前記フォトスペーサの高さＹの所望な値を得るように、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて、前記遮光層の厚さを制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラーフィルタ基板、その製造方法及び表示装置に係り、特に、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）モード液晶表示装置用のカラーフィルタ基板、その製造方法及び液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、小型、薄型、低消費電力及び軽量という特徴を有するため、様々な表示装置、例えば、パーソナルコンピューター、テレビジョン装置、携帯電話等に広範に使用されている。

このような液晶表示装置では、カラーフィルタ基板と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板の両基板間に液晶層の所定の厚みを保持するために、スペーサと呼ばれるガラス又は樹脂製の球状体粒子（ビーズ）あるいは棒状体をセル内部に散布していた。このスペーサは、液晶に対して異物として存在することから、スペーサ粒子近傍の液晶分子の配向が乱され、この部分で光漏れを生じ、液晶表示装置のコントラストが低下し、表示品質に悪影響を及ぼすといった問題を有している。

この問題を解決する技術として、例えば、感光性樹脂層をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、所望の位置、例えば、画素間の境界にある格子パターン状のブラックマトリクス上に、柱状の樹脂製スペーサを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなスペーサを、以下、フォトスペーサと呼ぶ。

このフォトスペーサは、画素を避けた位置に形成できるので、表示品質の向上を望むことができる。また、フォトスペーサは一般に、感光性樹脂組成物を基板表面に塗布し、乾燥した後に、所定の微細パターンを持つフォトマスクを通した光で露光し、現像し、ベークすることにより形成される。

このようなフォトスペーサを、複数の着色層を二次元的に形成する際に同時に遮光層上の所定の位置に三次元的に積層することにより形成する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この場合のフォトスペーサの高さは、最終の積層膜を形成する直前の高さを測定し、その値を基に最終積層膜の膜厚を調整することにより所定の値を維持していた。

しかし、このようなフォトスペーサの高さの調整方法では、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）モード液晶表示装置用のカラーフィルタ基板の場合には、問題がある。即ち、ＭＶＡモード液晶表示装置用のカラーフィルタ基板では、複数の着色層からなるカラーフィルタを形成した後に、垂直配向用リブ（突起）を形成するが、その際に遮光層上の所定の位置に形成された複数の着色層の積層上に、上記リブを構成する材料からなる層も形成し、これが最終積層膜となる。従って、フォトスペーサの高さを調整するために最終積層膜となるリブの厚さを変更すると、リブの厚さが設計値に対してずれてしまい、視野角の悪化、コントラストの低下などの不具合が生じてしまう。そのため、フォトスペーサの高さを得るためには、遮光層及び着色層の厚さの複雑な調整が必要となる。
特開２００１−９１９５４公報 特開２００６−２９２４９７公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、着色層や突起層の厚さを調整することなく所定のフォトスペーサの高さを保持することを可能とするカラーフィルタ基板、その製造方法及び表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、透明基板上に、スペーサ形成領域を有する所定のパターンの遮光層を形成する工程、前記遮光層により区画された領域に二次元的に複数色の着色層を配置すると同時に、前記遮光層のスペーサ形成領域上に順次三次元的に複数色のスペーサ着色層を積層する工程、前記複数色の着色層及びスペーサ着色層上に透明導電性膜を形成する工程、及び前記二次元的に配置された複数色の着色層上の透明導電性膜上に所定のパターンの突起層を形成すると同時に、前記三次元的に積層された複数色のスペーサ着色層上の透明導電性膜上にスペーサ突起層を被覆して、前記二次元的に配置された複数色の着色層上の透明導電性膜の上面から前記スペーサ突起層の上面までの高さＹを有するフォトスペーサを形成する工程を具備し、前記フォトスペーサの高さＹの所望な値を得るように、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて、前記遮光層の厚さを制御することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法を提供する。

本発明の第２の態様は、透明基板、この透明基板上に形成された、スペーサ形成領域を有する所定のパターンの遮光層、前記遮光層により区画された領域に二次元的に配置された複数色の画素着色層、前記遮光層のスペーサ形成領域上に三次元的に積層された複数色のスペーサ着色層、前記複数色の画素着色層及びスペーサ着色層上に形成された透明導電性膜、前記画素着色層上の透明導電性膜上に配置された所定のパターンの突起層、及び前記スペーサ着色層上の透明導電性膜上に配置されたスペーサ突起層とを具備し、前記スペーサ着色層、透明導電性膜及びスペーサ突起層により、前記画素着色層上の透明導電性膜の上面から前記スペーサ突起層の上面までの高さＹを有するフォトスペーサが構成されるカラーフィルタ基板において、前記遮光層は、前記フォトスペーサの高さＹの所望の値を得るように、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて制御された厚さを有することを特徴とするカラーフィルタ基板を提供する。

このようなカラーフィルタ基板及びその製造方法において、遮光層の厚さの制御は、遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて想定されるフォトスペーサの高さＹの変化量を算定し、この変化量から遮光層の膜厚の変化量を算定し、この膜厚の変化量に基づき、フォトスペーサの高さＹの変化量を相殺するように行うことができる。

この場合、フォトスペーサの高さＹの変化量ΔＹの算定は、遮光層のスペーサ形成領域の面積Ｘに基づき、下記の式（１）により行うことができる。

ΔＹ＝３×１０^−９Ｘ^２−２×１０^−５Ｘ＋０．０２９ …（１）
また、遮光層の厚さの制御は、式（１）により算定したフォトスペーサの高さＹの変化量ΔＹから、下記の式（２）により遮光層の膜厚の変化量ΔＺを算定することにより行うことができる。

ΔＹ＝０．４９９６ΔＺ＋０．０００８ …（２）
本発明の第３の態様は、上述したカラーフィルタ基板と、他の基板とを、フォトスペーサを介して所定の間隔で対向配置し、これら基板間に表示媒体を挟持してなることを特徴とする表示装置を提供する。

本発明によると、遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて遮光層の厚さを制御することにより、着色層や突起層の厚さを調整することなく所定のフォトスペーサの高さを保持することを可能とするカラーフィルタ基板及びその製造方法が提供される。また、このようなカラーフィルタ基板を備える表示装置が提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＭＶＡモードの液晶表示装置用カラーフィルタ基板の一画素を示す断面図である。図１において、透明基板１上には所定のパターンの遮光層２が形成され、この遮光層２により区分された領域に赤色着色層３ａ、緑色着色層３ｂ、及び青色着色層３ｃが二次元的に配置されている。これら各着色層３ａ，３ｂ及び３ｃの上には透明導電性膜、例えばＩＴＯ膜４が形成され、更にその上に所定のパターンの突起層５が形成されて、カラーフィルタ基板が構成されている。

このようなカラーフィルタ基板において、遮光層２は、それ以外の部分よりも面積の大きいスペーサ形成領域６を有しており、このスペーサ形成領域６上に、上記赤色着色層３ａ、緑色着色層３ｂ、及び青色着色層３ｃを二次元的に形成する際に同時に、スペーサ赤色着色層７ａ，スペーサ緑色着色層７ｂ及びスペーサ青色着色層７ｃが三次元的に順次積層されている。また、これらスペーサ着色層７ａ，７ｂ及び７ｃの上に、突起層５の形成の際に同時に、ＩＴＯ膜４を介してスペーサ突起層８が積層されている。

なお、スペーサ突起層８は、スペーサ着色層の積層体上に形成されるため、薄い層となって着色層の積層体の上面及び側面を覆っている。

以上のように、遮光層２のスペーサ形成領域６、スペーサ着色層７ａ，７ｂ及び７ｃ、及びスペーサ突起層８によりフォトスペーサが構成される。図１に示すカラーフィルタ基板のフォトスペーサ部分の上面図を図２に示す。なお、図２では、スペーサ突起層８は省略されている。

図２に示すように、スペーサ形成領域６は、遮光層２の他の部分よりも面積が大きく形成され、その一部の上にスペーサ着色層７ａ，７ｂ及び７ｃが形成され、更にその上にスペーサ突起層８が設けられている。図２において、スペーサ形成領域６は点線で囲まれた領域であり、フォトスペーサの土台となる部分である。

フォトスペーサは、その機能を発揮するためには、所定の高さに保たれる必要があり、その高さＹは、図１において、着色層３ａ上のＩＴＯ膜４の表面からスペーサ突起層８の表面までの距離により表される。フォトスペーサの高さを所定の値に保持する方法として、最終の積層膜であるスペーサ突起層８の厚さを調整することが考えられるが、そうした場合には、突起層５の厚さが設計値に対してずれてしまい、視野角の悪化、コントラストの低下などの不具合が生じてしまう。

本発明者らは、フォトスペーサの高さの変動が生ずる原因について検討を重ねた結果、フォトスペーサの土台となる遮光層２のスペーサ形成領域６の面積によりフォトスペーサの高さが変動することを見出した。そこで、本発明者らは、スペーサ形成領域６の面積を種々変化させ、そのときのフォトスペーサの高さの変化量を求める実験を行い、下記表１に示す結果を得た。

上記表１の結果を、横軸にスペーサ形成領域６の面積Ｘをとり、縦軸にフォトスペーサの高さの変化量ΔＹをとり、プロットしたところ、図３に示すような所定の曲線が得られた。この曲線は、下記の近似式（１）により表すことができる。

ΔＹ＝３×１０^−９Ｘ^２−２×１０^−５Ｘ＋０．０２９ …（１）
なお、プロット点と近似式との一致性を示す相関係数Ｒ^２は、０．９９１４であった。

以上の結果から、スペーサ形成領域６の面積Ｘを、例えば２０００μｍ^２から８０００μｍ^２に変更した場合、フォトスペーサの高さＹは、０．０６μｍ程度高くなってしまうことが想定される。

これに対し、本発明者らは、上記スペーサ形成領域６の面積Ｘの変動によるフォトスペーサの高さＹの変化をあらかじめ考慮して、遮光層２の膜厚を調整することで、所望のフォトスペーサの高さＹを所望の値に保持し得ることを見出した。

即ち、本発明者らは、遮光層２の膜厚の変化量ΔＺとフォトスペーサの高さの変化量ΔＹとの関係を求めたところ、下記表２に示す結果を得た。

上記表２の結果を、横軸に遮光層２の膜厚の変化量ΔＺをとり、縦軸にフォトスペーサの高さの変化量ΔＹをとり、プロットしたところ、図４に示すような所定の直線が得られた。この直線は、下記の近似式（２）により表すことができる。

ΔＹ＝０．４９９６ΔＺ＋０．０００８ …（２）
なお、プロット点と近似式（２）との一致性を示す相関係数Ｒ^２は、０．９９９２であった。

図４及び上記式（２）から、遮光層２の膜厚の変化量ΔＺとフォトスペーサの高さの変化量ΔＹとは、傾き０．５の線形の関係にあることがわかる。

以上のことから、上記式（１）によりスペーサ形成領域６の面積が変動してＸとなったときのフォトスペーサの高さの変化量ΔＹを求め、上記式（２）からΔＹに対応する遮光層２の膜厚の変化量ΔＺを求め、逆にそのΔＺだけ遮光層２の膜厚を減少させれば、ΔＹが相殺されて、面積Ｘが変動する前のフォトスペーサの高さを維持することができる。

従って、上述したように、スペーサ形成領域６の面積Ｘを２０００μｍ^２から８０００μｍ^２に変更した場合にフォトスペーサの高さＹが０．０６μｍ程度高くなってしまうことが想定されるが、これを面積Ｘの変更前のフォトスペーサの高さＹに維持するには、ΔＹ（＝０．０６）／式（２）の直線の傾き（≒０．５）＝０．１２（μｍ）だけ遮光層２の膜厚を減少させればよい。

このように、上記式（１）及び（２）により求めた遮光層２の膜厚の変化量から遮光層２の膜厚を設定することにより、所望のフォトスペーサの高さＹを維持することが可能である。

本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ基板の構成を示す断面図。 図１に示すカラーフィルタ基板のフォトスペーサを示す平面図。 スペーサ形成領域の面積Ｘとフォトスペーサの高さの変化量ΔＹとの関係を示す特性図。 遮光層の膜厚の変化量ΔＺとフォトスペーサの高さの変化量ΔＹとの関係を示す特性図。

符号の説明

１…透明基板、２…遮光層、３ａ…赤色着色層、３ｂ…緑色着色層、３ｃ…青色着色層、４…ＩＴＯ膜、５…突起層、６…スペーサ形成領域、７ａ…スペーサ赤色着色層，７ｂ…スペーサ緑色着色層、７ｃ…青色着色層、８…スペーサ突起層。

Claims (9)

1. 透明基板上に、スペーサ形成領域を有する所定のパターンの遮光層を形成する工程、
   前記遮光層により区画された領域に二次元的に複数色の着色層を配置すると同時に、前記遮光層のスペーサ形成領域上に順次三次元的に複数色のスペーサ着色層を積層する工程、
   前記複数色の着色層及びスペーサ着色層上に透明導電性膜を形成する工程、及び
   前記二次元的に配置された複数色の着色層上の透明導電性膜上に所定のパターンの突起層を形成すると同時に、前記三次元的に積層された複数色のスペーサ着色層上の透明導電性膜上にスペーサ突起層を被覆して、前記二次元的に配置された複数色の着色層上の透明導電性膜の上面から前記スペーサ突起層の上面までの高さＹを有するフォトスペーサを形成する工程
   を具備し、前記フォトスペーサの高さＹの所望な値を得るように、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて、前記遮光層の厚さを制御することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
2. 前記遮光層の厚さの制御は、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて想定されるフォトスペーサの高さＹの変化量を算定し、この変化量から前記遮光層の膜厚の変化量を算定し、この膜厚の変化量に基づき、前記フォトスペーサの高さＹの変化量を相殺するように行うことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
3. 前記フォトスペーサの高さＹの変化量ΔＹの算定は、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積Ｘに基づき、下記の式（１）により行うことを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
   ΔＹ＝３×１０^−９Ｘ^２−２×１０^−５Ｘ＋０．０２９ …（１）
4. 前記遮光層の厚さの制御は、前記式（１）により算定したフォトスペーサの高さＹの変化量ΔＹから、下記の式（２）により前記遮光層の膜厚の変化量ΔＺを算定することにより行うことを特徴とする請求項３に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
   ΔＹ＝０．４９９６ΔＺ＋０．０００８ …（２）
5. 透明基板、
   この透明基板上に形成された、スペーサ形成領域を有する所定のパターンの遮光層、
   前記遮光層により区画された領域に二次元的に配置された複数色の画素着色層、
   前記遮光層のスペーサ形成領域上に三次元的に積層された複数色のスペーサ着色層、
   前記複数色の画素着色層及びスペーサ着色層上に形成された透明導電性膜、
   前記画素着色層上の透明導電性膜上に配置された所定のパターンの突起層、及び
   前記スペーサ着色層上の透明導電性膜上に配置されたスペーサ突起層とを具備し、
   前記スペーサ着色層、透明導電性膜及びスペーサ突起層により、前記画素着色層上の透明導電性膜の上面から前記スペーサ突起層の上面までの高さＹを有するフォトスペーサが構成されるカラーフィルタ基板において、
   前記遮光層は、前記フォトスペーサの高さＹの所望の値を得るように、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて制御された厚さを有することを特徴とするカラーフィルタ基板。
6. 前記遮光層は、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積に応じて想定されるフォトスペーサの高さＹの変化量を算定し、この変化量から前記遮光層の膜厚の変化量を算定し、この膜厚の変化量に基づき、前記フォトスペーサの高さＹの変化量を相殺するように制御された厚さを有することを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルタ基板。
7. 前記フォトスペーサの高さＹの変化量ΔＹの算定は、前記遮光層のスペーサ形成領域の面積Ｘに基づき、下記の式（１）により行われたことを特徴とする請求項６に記載のカラーフィルタ基板。
   ΔＹ＝３×１０^−９Ｘ^２−２×１０^−５Ｘ＋０．０２９ …（１）
8. 前記遮光層の厚さの制御は、前記式（１）により算定したフォトスペーサの高さＹの変化量ΔＹから、下記の式（２）により前記遮光層の膜厚の変化量ΔＺを算定することにより行われたことを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルタ基板。
   ΔＹ＝０．４９９６ΔＺ＋０．０００８ …（２）
9. 請求項５〜８のいずれかに記載のカラーフィルタ基板と、他の基板とを、前記フォトスペーサを介して所定の間隔で対向配置し、これら基板間に表示媒体を挟持してなることを特徴とする表示装置。

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