JP2009237354A - カラーフィルタ基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトスペーサの中央部の凹みを改善し、高さのバラツキを低減したカラーフィルタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】カラーフィルタ基板と、これに対向する基板との間に液晶を封入した液晶表示装置に使用されるカラーフィルタ基板であって、透明基板１と、この透明基板上に形成された、所定のパターンの遮光層２と、この遮光層により区画された領域に配置された複数色の画素着色層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと、前記遮光層上に積層された、前記基板間のギャップを一定に保持するためのセルギャップ調整用スペーサ５とを具備し、前記スペーサが積層される遮光層の、前記スペーサの中央部に対応する部分上には、前記複数色の画素着色層のうちの一色と同一の材料からなるかさ上げ層４が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタ基板及びその製造方法に係り、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、アレイ基板とカラーフィルタ基板との間のセルギャップを一定に保持するために、カラーフィルタ基板の透明電極上にフォトスペーサを設けることが一般に行われている。このフォトスペーサは、通常、ネガ型レジストを用いて、これに露光及び現像を施すことにより形成されている。

また、液晶表示装置の駆動方法として、水平方向の横電界を用いてスイッチングを行うＩＰＳ駆動モードや、ＭＶＡ駆動モードが挙げられる。例えば、ＭＶＡ駆動モードの液晶表示装置では、着色層上の透明電極上に、セルギャップを維持するためのメインフォトスペーサと、液晶の配向規制を行うためのＭＶＡパターンが形成されている。

この場合、ＭＶＡパターンは、形状や電気的特性の面から、ポジ型レジストを用いて、これに露光及び現像することにより形成されている。

そのため、ＭＶＡパターンとフォトスペーサは、異なる材料により異なる工程で形成されている。即ち、フォトスペーサ形成工程とＭＶＡパターン形成工程の２工程が必要であり、このように、パターン形成工程が２工程であることと、２種類の材料が必要であるため、製造コスト及び材料コストが高いという問題がある。

ＭＶＡパターンとフォトスペーサを一工程で一括形成する技術として、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素着色層を２層以上積層し、積層部の透明電極上にフォトスペーサ用ポジ型レジストを形成し、ＭＶＡパターンとフォトスペーサを一括形成する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。また、他の技術として、ハーフトーンマスクを用いて一括形成する方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。

しかし、フォトスペーサを市販のポジ型レジスト（ノボラック樹脂：ローム・アンド・ハース社製）により形成したところ、フォトスペーサのサイズが４０μｍ未満では、下記表１に示すように、露光ギャップの変動により高さのバラツキが生じるという問題がある。

上記表１は、フォトスペーサのサイズと露光ギャップを変化させた場合のフォトスペーサの高さ（μｍ）を示す。なお、露光量は５０ｍＪ、フォトマスクのパターンの形状は八角形とした。上記表１より、フォトスペーサのサイズのサイズが４０μｍ未満では、フォトスペーサのサイズが小さくなるに従って、高さのバラツキが大きくなることがわかる。

また、フォトスペーサのサイズ（フォトマスクの遮光径に対応）が４０μｍ以上ではフォトスペーサの両側が高くなり、下記表２に示すように、フォトスペーサの中央部が低くなり、凹部が形成されるという問題がある。凹部が形成されると、配向膜を塗布する際に品質異常が発生するという問題がある。

上記表２は、フォトスペーサのサイズと露光ギャップを変化させた場合のフォトスペーサの表面の形状を示す。なお、露光条件は上記表１における条件と同様である。また、「凹」とは、凹み量が０．１５μｍ程度の場合である。上記表２より、フォトスペーサのサイズが４０μｍ以上では、フォトマスクの表面に凹部が形成されることがわかる。
特許第３６５１８７４号公報 特許第３２５５１０７号公報 特開２００１−２０１７５０号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、フォトスペーサの中央部の凹みを改善し、高さのバラツキを低減したカラーフィルタ及びその製造方法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、カラーフィルタ基板と、これに対向する基板との間に液晶を封入した液晶表示装置に使用されるカラーフィルタ基板であって、透明基板と、この透明基板上に形成された、所定のパターンの遮光層と、この遮光層により区画された領域に配置された複数色の画素着色層と、前記遮光層上に積層された、前記基板間のギャップを一定に保持するためのセルギャップ調整用スペーサとを具備し、
前記スペーサが積層される遮光層の、前記スペーサの中央部に対応する部分上には、前記複数色の画素着色層のうちの一色と同一の材料からなるかさ上げ層が形成されてい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において、前記かさ上げ層を、前記画素着色層の一色を形成する際に同時に形成することが出来る。また、前記スペーサを、ポジ型感光性レジストを用いて形成し、前記スペーサのサイズを３５μｍ以上とし、前記かさ上げ層のサイズを３０μｍ以下とすることが出来る。

また、前記画素着色層上に、前記スペーサよりも高さの低い液晶配向用突起を形成することが出来る。前記スペーサ及び液晶配向用突起は、同一の材料からなり、ハーフトーンマスクを用いて一回の露光工程を含むプロセスにより形成することが出来る。

本発明の第２の態様は、カラーフィルタ基板と、これに対向する基板との間に液晶を封入した液晶表示装置に使用されるカラーフィルタ基板の製造方法であって、透明基板上に所定のパターンの遮光層を形成する工程、前記透明基板上の遮光層により区画された領域に、複数色の画素着色層を形成する工程、及び前記遮光層上に、前記基板間のギャップを一定に保持するためのセルギャップ調整用スペーサを形成する工程を具備し、前記複数色の画素着色層のうちの一色を形成する際に、前記スペーサが積層される遮光層の、前記スペーサの中央部に対応する部分上に、前記複数色の画素着色層のうちの一色と同一の材料からなるかさ上げ層を形成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。

このようなカラーフィルタ基板の製造方法において、前記スペーサをポジ型感光性レジストを用いて形成し、前記スペーサのサイズを３５μｍ以上とし、前記かさ上げ層のサイズを３０μｍ以下とすることが出来る。

また、前記スペーサを形成する工程において、ハーフトーンマスクを用いてポジ型感光性レジスト層に対する一回の露光工程を含むプロセスにより、前記スペーサを形成すると同時に、前記画素着色層上に、前記スペーサよりも高さの低い液晶配向用突起を形成することが出来る。

本発明によると、スペーサが積層される遮光層の、スペーサの中央部に対応する部分上に、複数色の画素着色層のうちの一色と同一の材料からなるかさ上げ層を設けることにより、フォトスペーサの中央部の凹みを改善し、高さのバラツキを低減したカラーフィルタ基板を得ることが出来る。

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の実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタ基板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各色の着色層３Ｒ（赤色）、３Ｇ（緑色）、３Ｂ（青色）が二次元的に配置されている。遮光層２の中央部上には、かさ上げ層４が形成され、このかさ上げ層４をまたぐように、遮光層２上にフォトスペーサ５が三次元的に積層されている。

かさ上げ層４は、いずれかの色の着色層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを形成する際に、いずれかの着色レジスト層に、着色層のパターンとかさ上げ層のパターンとを有するフォトマスクを用いて露光することにより、いずれかの着色層と同一の材料で同時に形成される。かさ上げ層４を着色層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂとは異なる材料で別の工程で形成することも可能であるが、工程数が増えるため、望ましくない。

フォトスペーサ５は、ポジ型感光性レジストを用いて形成することが望ましい。この場合、フォトスペーサ５のサイズを３５μｍ以上とし、かさ上げ層のサイズを３０μｍ以下とすることが望ましい。

以上のように構成されるカラーフィルタ基板では、フォトスペーサ５のサイズ（フォトマスクの遮光径に対応）４０μｍ以上と大きい場合でも、かさ上げ層４のためかさ上げされ、フォトスペーサ５の中央部が凹むことはなく、また、フォトスペーサ５のサイが４０μｍ未満の場合でも、フォトスペーサ５の高さがバラツクことがない。

図２（ｂ）は、本発明の第２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を示す断面図であり、図２（ａ）は、このようなカラーフィルタ基板の製造に用いるフォトマスクを示す断面図である。

図２（ｂ）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各色の着色層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂが二次元的に配置されている。これら各着色層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの上には所定のパターンのドメイン配向規制突起層６が形成されている。遮光層２の中央部上には、かさ上げ層４が形成され、このかさ上げ層４をまたぐように、遮光層２上にフォトスペーサ５が三次元的に積層されている。

以上のように構成されるカラーフィルタ基板では、フォトスペーサ５、このフォトスペーサ５よりも高さの低いドメイン配向規制突起層６が設けられているが、これらの高さの異なるフォトスペーサ５及びドメイン配向規制突起層６は、同一材料を用い、一つのフォトマスクを用い、一回の露光工程で形成することができる。

図２（ａ）に示すフォトマスクは、このようなフォトスペーサ５及びドメイン配向規制突起層６を同一材料から一回の露光工程で形成するためのフォトマスクである。このフォトマスクは、遮光部Ａ及びハーフトーンマスク部Ｂを有している。

遮光部Ａは、フォトスペーサ４を形成するための部位であり、例えばクロム膜からなり、ハーフトーンマスク部Ｂは、ドメイン配向規制突起層６を形成するための部位であり、例えば、特定波長を取り出すバンドフィルタの機能を有するＩＴＯ膜パターンからなる。

図２（ａ）に示すフォトマスクを用いてポジ型感光性レジスト層を露光し、現像することにより、遮光部Ａに対応してフォトスペーサ４が形成され、ハーフトーンマスク部Ｂに対応してフォトスペーサ４よりも高さの低いドメイン配向規制突起層６が形成される。

以下に本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。

実施例１
まず、無アルカリガラス（ＯＡ−２：日本電気硝子（株）製）からなる透明基板１にアクリル系樹脂にカーボンブラックを分散した黒色の感光性樹脂を回転型の塗布装置にて塗布し、黒色感光性樹脂組成物層を形成し、露光・現像等のパターニング処理、加熱処理を行って遮光層２を形成した。

次いで、アクリル系樹脂にジアントラキノン系顔料を分散した感光性樹脂をスピンナーを用いて塗布し、赤色感光性樹脂組成物層を形成し、所定の露光マスクを使って露光・現像等のパターニング処理し、加熱処理を行って、赤色の着色層３Ｒ及びかさ上げ層４を形成した。なお、かさ上げ層４のサイズは、３０μｍとした。

同様に、アクリル系樹脂にフタロシアニングリーン系顔料を分散した感光性樹脂をスピンナーを用いて塗布し、緑色感光性樹脂組成物層を形成し、所定の露光マスクを使って露光、現像等のパターニング処理し、加熱処理を行って、緑色の着色層３Ｇを形成した。更に、同様に、アクリル系樹脂にフタロシアニンブルー系顔料を分散した感光性樹脂をスピンナーを用いて塗布し、青色感光性樹脂組成物層を形成し、所定の露光マスクを使って露光、現像等のパターニング処理し、加熱処理を行って、青色の着色層３Ｂを形成した。

以上のように着色層が形成されたカラーフィルタ基板上にポジ型レジスト膜を形成した。ポジ型レジストとしては、ロームアンドリース製ノボラック樹脂を用い、スピンコーターを用いたスピンコート法により、２．０〜２５μｍの膜厚に塗布した。次いで、１３０℃で９０秒間プリベークを行った。

次に、所定のフォトマスクを用い、レジスト膜に露光を行い、更に、現像・定着処理を行い、フォトスペーサ５を形成し、図１に示すようなカラーフィルタ基板を得た。なお、フォトスペーサ５のサイズは、高さが３．３６μｍ、径が４０μｍとした。

得られたカラーフィルタ基板では、フォトスペーサ５のサイズが４０μｍ以上であるにもかかわらず、フォトスペーサの中央部に凹みが形成されることがなく、また高さのバラツキが生ずることも無かった。

実施例２
図２（ａ）に示すフォトマスクを用いて、フォトスペーサ５及びドメイン配向規制突起層６を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、図２（ｂ）に示すようなカラーフィルタ基板を得た。

このカラーフィルタ基板においても、フォトスペーサ５のサイズが４０μｍ以上であるにもかかわらず、フォトスペーサの中央部に凹みが形成されることがなく、また高さのバラツキが生ずることも無かった。

本発明の第１の実施形態に係るカラーフィルタ基板を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るカラーフィルタ基板及びフォトマスクを示す断面図である。

符号の説明

１…透明基板、
２…遮光層、
３Ｒ…赤色着色層、
３Ｇ…緑色着色層、
３Ｂ…青色着色層、
４…かさあげ層、
５…フォトスペーサ、
６…ドメイン配向規制突起層。

Claims (8)

1. カラーフィルタ基板と、これに対向する基板との間に液晶を封入した液晶表示装置に使用されるカラーフィルタ基板であって、
   透明基板と、この透明基板上に形成された、所定のパターンの遮光層と、この遮光層により区画された領域に配置された複数色の画素着色層と、前記遮光層上に積層された、前記基板間のギャップを一定に保持するためのセルギャップ調整用スペーサとを具備し、
   前記スペーサが積層される遮光層の、前記スペーサの中央部に対応する部分上には、前記複数色の画素着色層のうちの一色と同一の材料からなるかさ上げ層が形成されていることを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 前記かさ上げ層は、前記画素着色層の一色を形成する際に同時に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
3. 前記スペーサは、ポジ型感光性レジストを用いて形成され、前記スペーサのサイズは３５μｍ以上であり、前記かさ上げ層のサイズは３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタ基板。
4. 前記画素着色層上には、前記スペーサよりも高さの低い液晶配向用突起が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
5. 前記スペーサ及び液晶配向用突起は、同一の材料からなり、ハーフトーンマスクを用いて一回の露光工程を含むプロセスにより形成されたことを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタ基板。
6. カラーフィルタ基板と、これに対向する基板との間に液晶を封入した液晶表示装置に使用されるカラーフィルタ基板の製造方法であって、
   透明基板上に所定のパターンの遮光層を形成する工程、
   前記透明基板上の遮光層により区画された領域に、複数色の画素着色層を形成する工程、及び
   前記遮光層上に、前記基板間のギャップを一定に保持するためのセルギャップ調整用スペーサを形成する工程
   を具備し、
   前記複数色の画素着色層のうちの一色を形成する際に、前記スペーサが積層される遮光層の、前記スペーサの中央部に対応する部分上に、前記複数色の画素着色層のうちの一色と同一の材料からなるかさ上げ層を形成することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
7. 前記スペーサは、ポジ型感光性レジストを用いて形成され、前記スペーサのサイズは３５μｍ以上であり、前記かさ上げ層のサイズは３０μｍ以下である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の製造方法。
8. 前記スペーサを形成する工程において、ハーフトーンマスクを用いてポジ型感光性レジスト層に対する一回の露光工程を含むプロセスにより、前記スペーサを形成すると同時に、前記画素着色層上に、前記スペーサよりも高さの低い液晶配向用突起を形成する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の製造方法。

Images