JP2011145377A - Photomask, color filter substrate, pixel electrode substrate, liquid crystal display device, method for producing color filter substrate, and method for producing pixel electrode substrate - Google Patents

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Hiroki Goto
宏希 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a color filter substrate or a pixel electrode substrate, both of which scarcely having fluctuation irrespective of a process condition, and methods for producing them, by optimizing a photomask for simultaneously forming a fixed spacer and a sub-fixed spacer with different heights for controlling a cell gap by using a positive photoresist on the color filter substrate or on the pixel electrode substrate for a liquid crystal display device, and to provide a high-quality liquid crystal display device. <P>SOLUTION: The photomask 20 is used for forming the fixed spacer 5 for controlling the liquid crystal cell gap and the sub-fixed spacer 55 which is lower than the fixed spacer by one operation, by using the positive photoresist on the color filter substrate 11 or on the pixel electrode substrate in the liquid crystal display device, has a gray tone portion 9 including a total transmission slit on the periphery of a light-shielding portion 8 as a photomask pattern, and further has another total transmission slit or a total transmission opening in the vicinity of an inside center of the light-shielding portion in a photomask pattern of the sub-fixed spacer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に液晶セル形成のための固定スペーサを有するカラーフィルタ基板、画素電極基板、及びカラーフィルタ基板と画素電極基板の製造方法、ならびに前記カラーフィルタ基板と画素電極基板の製造に使用するフォトマスクに関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device, and in particular, a color filter substrate having a fixed spacer for forming a liquid crystal cell, a pixel electrode substrate, a method for manufacturing the color filter substrate and the pixel electrode substrate, and the color filter substrate and the pixel. The present invention relates to a photomask used for manufacturing an electrode substrate.

近年、平面型ディスプレイ装置が多く使われるようになってきており、中でもLCD(液晶表示装置)は、特にカラーフィルタによって色表示を行う多色カラータイプがテレビ、モニタ、携帯端末等の表示パネルに利用が進んでいる。多色カラー化のために一般にマイクロセル構造のカラーフィルタ基板が多用され、カラーフィルタ基板は液晶表示パネルの表示品質を決める上で重要な役割を担っている。   2. Description of the Related Art In recent years, flat display devices have been widely used, and in particular, LCDs (liquid crystal display devices) are multicolor types that perform color display using color filters, especially for display panels such as televisions, monitors, and portable terminals. Use is progressing. In order to make multicolor, a color filter substrate having a micro cell structure is generally used, and the color filter substrate plays an important role in determining the display quality of the liquid crystal display panel.

LCD(液晶表示装置)は少なくとも一枚を光透過性とする一対の基板間に液晶を封入してなるセル構造を有し、前述の多色カラー表示の場合には、光透過性の基板のセル内面にカラーフィルタが形成される。カラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板の一般的構成は、図7に示すように、透明基板1の片側(液晶セルの内面となる側)に遮光性のブラックマトリックスパターン2(BMパターンと略称する。以下同様)とBMパターン2の隙間を規則的に満たすカラーフィルタ画素毎の着色パターン30、31、32の繰り返し配列が正確な位置合わせで形成され、液晶表示方式により、例えばTN(ねじれネマティック)タイプの場合は、BMパターン2と着色パターン30、31、32の繰り返し配列を覆うように透明電極層4を形成する。従来は、カラーフィルタ基板として、ここまでの構成物を指していたが、さらに近年は特に液晶セルの大型化、狭ギャップ化に伴って、セルギャップ制御用に従来はセル化工程で散布していたビーズスペーサに代わり、フォトスペーサ、ポストスペーサなどと呼ばれる、感光性樹脂により選択的に形成される複数の固定スペーサ(PS部と略称する。以下同様)5を規則的に配することが多い。また、前記PS部5は、図6のLCDパネルの断面構造を説明する模式図に示すように、カラーフィルタ基板側には設けずに、液晶セル構造を構成するカラーフィルタ基板とは対向側の画素電極基板12上に設けることもできる。   An LCD (Liquid Crystal Display) has a cell structure in which liquid crystal is sealed between a pair of substrates having at least one light-transmitting substrate. A color filter is formed on the inner surface of the cell. As shown in FIG. 7, the general configuration of the color filter substrate on which the color filter is formed is a light-blocking black matrix pattern 2 (abbreviated as BM pattern) on one side of the transparent substrate 1 (the side that becomes the inner surface of the liquid crystal cell). The same applies hereinafter) and the repeated arrangement of the colored patterns 30, 31, and 32 for each color filter pixel that regularly fills the gap between the BM pattern 2 is formed by accurate alignment, and, for example, TN (twisted nematic) is formed by a liquid crystal display method. In the case of the type, the transparent electrode layer 4 is formed so as to cover the repeated arrangement of the BM pattern 2 and the colored patterns 30, 31, 32. In the past, the color filter substrate used to refer to the components described so far, but in recent years, especially as liquid crystal cells have become larger and narrower, they have been dispersed in the cell forming process for cell gap control. Instead of the bead spacers, a plurality of fixed spacers (abbreviated as PS portions; hereinafter the same) 5 selectively formed by a photosensitive resin, called photo spacers, post spacers, etc. are often regularly arranged. Further, the PS section 5 is not provided on the color filter substrate side, as shown in the schematic diagram for explaining the cross-sectional structure of the LCD panel in FIG. 6, and is on the side opposite to the color filter substrate constituting the liquid crystal cell structure. It can also be provided on the pixel electrode substrate 12.

前記PS部の形成を写真的方法により行う場合の一般的な例を図2に示す。従来の限定的な機能を有するカラーフィルタ基板(PS部未形成)10に、新たなPS部を付加した構成物全体としてのカラーフィルタ基板(PS部形成)11を形成する一例である。フォトマスク20は透明基板21に形成された遮光部8がカラーフィルタ基板(PS部未形成)10上に作る新たなPS部のパターンに対応しており、透明基板21の遮光部8とは反対側から照射される照射光40が遮光部8の無い部分を通って、カラーフィルタ基板(PS部未形成)10上に塗布されたポジ型フォトレジスト7を選択的に露光して現像溶解性を与える。その後、現像、洗浄、ベイクの工程を経て、遮光部パターンがカラーフィルタ10上に焼き付け固定される。   A general example of forming the PS portion by a photographic method is shown in FIG. This is an example of forming a color filter substrate (PS portion formation) 11 as a whole structure in which a new PS portion is added to a conventional color filter substrate (PS portion unformed) 10 having a limited function. The photomask 20 corresponds to a new PS portion pattern formed on the color filter substrate (PS portion unformed) 10 by the light shielding portion 8 formed on the transparent substrate 21, and is opposite to the light shielding portion 8 of the transparent substrate 21. The irradiation light 40 irradiated from the side passes through the portion without the light shielding portion 8 and selectively exposes the positive type photoresist 7 applied on the color filter substrate (PS portion unformed) 10 to develop and dissolve it. give. Thereafter, the light shielding part pattern is baked and fixed on the color filter 10 through development, washing, and baking processes.

PS部5はBMパターン2上に重なるよう、通常は同形のパターンを選択的に決められた規則的な配置で形成し、液晶セルギャップを一定に保持する機能を有するものである。セルギャップを得るための充分な高さを確保する目的で、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の着色パターン30、31、32をBMパターン2上で重ねて、PS部のみの高さを補うことも可能である(特許文献1参照)。   The PS section 5 has a function of maintaining a liquid crystal cell gap constant by forming a pattern having the same shape in a regular arrangement selectively determined so as to overlap the BM pattern 2. For the purpose of ensuring a sufficient height for obtaining the cell gap, three colored patterns 30, 31, 32 of red (R), green (G), and blue (B) are overlaid on the BM pattern 2, It is also possible to compensate for the height of only the PS section (see Patent Document 1).

前記PS部5は、様々な外部からの圧力に抗して液晶セルギャップを一定に保持する機能を充分に発揮することが重要である。液晶パネルは、パネル化工程後にも、例えば、パネルの薄型化のためにガラス基板を外側から研磨したり、タッチパネルと組み合わせ使用したり等で、外部から強い圧力を受ける機会が多い。このような強い圧力に対してもPS部5がつぶれないように、PS部を構成する材料の強度や弾性特性を改善することは当然であるが、サブPSと称する複数の副固定スペーサを前記固定スペーサとしてのPS部より若干低く形成してPS部と共に用いる方策が採られることが多くなってきた。   It is important that the PS unit 5 sufficiently exhibits a function of keeping the liquid crystal cell gap constant against various external pressures. Even after the paneling process, the liquid crystal panel often receives strong pressure from the outside, for example, by polishing the glass substrate from the outside for thinning the panel or using it in combination with a touch panel. Naturally, the strength and elastic characteristics of the material constituting the PS portion are improved so that the PS portion 5 does not collapse against such a strong pressure. There has been an increasing number of measures taken to form the fixing spacer slightly lower than the PS portion as the fixed spacer and use it together with the PS portion.

前記PS部5の製造方法として、ポジ型フォトレジストにより形成するための提案が多くなされているが、問題点が多く、現状ではPS部の形成にネガ型フォトレジストを使うことも多い。ポジ型フォトレジストを使う方が、安い材料費で処理できる利点があるにも拘らず、必ずしも実現できていない理由は、図3に説明するように、PS部51、52に示す高さの制御の困難さと、PS部53に示す上面の凹みによる品質異常のためである。すなわち、平面サイズが30μm未満の小型のPS部51、52においては、厚く塗布されたフォトレジスト膜に対する露光量や露光ギャップの変動が敏感に現像厚さ、すなわちPS部の高さのバラツキdとなって現れてしまい、セルギャップ制御用として特に重要な一定高さを与えるPS部の機能を損なう。また、平面サイズが30μm以上の大型のPS部53においては、PS部の上面に凹みeが発生し、液晶セル作製工程において、配向膜を塗布する際に品質異常を引き起こすという不具合が生じる。   Many proposals have been made for forming the PS portion 5 using a positive photoresist, but there are many problems, and at present, a negative photoresist is often used for forming the PS portion. The reason why the positive type photoresist is not always realized despite the advantage that it can be processed at a low material cost is that the control of the height shown in the PS sections 51 and 52 is explained as shown in FIG. This is because of the above-mentioned difficulty and the quality abnormality due to the depression of the upper surface shown in the PS portion 53. That is, in the small PS portions 51 and 52 having a planar size of less than 30 μm, variations in exposure amount and exposure gap with respect to a thickly applied photoresist film are sensitive to development thickness, that is, variations in PS portion height d. The function of the PS section giving a certain height that is particularly important for cell gap control is impaired. In addition, in the large PS portion 53 having a planar size of 30 μm or more, a dent e is generated on the upper surface of the PS portion, which causes a problem that in the liquid crystal cell manufacturing process, quality abnormality is caused when applying an alignment film.

さらに、前記PS部に上述のサブPSと称する低い副固定スペーサを加えて一括した工程で適宜配置する場合には、高さの差を一定に保った固定スペーサと副固定スペーサとの2種類の突起体を、形状を正常に制御して同時に処理することが必要となるため、より多くの製造上の困難を伴う。   Further, when a low sub-fixing spacer referred to as the sub-PS is added to the PS portion and appropriately arranged in a batch process, two types of fixing spacers and sub-fixing spacers that maintain a constant height difference are used. Since it is necessary to process the protrusions at the same time while properly controlling the shape, there are more manufacturing difficulties.

一方、上記のような、厚く塗布されたフォトレジスト膜の厚さの制御に関して、充分な露光量を与える領域と遮光する領域との中間の露光量を与えて、突起部の高さを中間レベルに作る方法がある。フォトマスク上に中間濃度のパターンを形成する方法としては、ドット(網点)配列やライン・アンド・スペースのような遮光膜の微細パターンの集合により、微細パターン領域全体の平均として、半透光部に相当させる一般的なグレートーンマスクのタイプと、膜特性として半透過性を有する膜の直接成膜とパターニング手段で均一な半透光部を形成するハーフトーンマスクのタイプがあり、適宜利用されている(特許文献2)。   On the other hand, with respect to the control of the thickness of the thickly coated photoresist film as described above, an intermediate exposure amount between a region that provides a sufficient exposure amount and a region that shields light is applied, and the height of the protrusion is set to an intermediate level. There is a way to make it. As a method of forming an intermediate density pattern on a photomask, an average of the entire fine pattern area is semi-translucent by a collection of fine patterns of light shielding films such as dot (halftone dot) arrangement and line and space. There are two types of gray-tone masks: a general gray-tone mask type that corresponds to the part, and a half-tone mask type that forms a uniform semi-transparent part by directly forming a film having semi-transparent film characteristics and patterning means. (Patent Document 2).

また、図7において、PS部5の下地に当たる部分をBMパターン2上の着色パターン30、31、32の内、2層以上の重ねにより盛り上げて、結果的にPS部を高く形成する手法では、PS部5としての工程で作る専用層の厚さは必ずしも特に厚くする必要は無いので、上記のポジ型フォトレジストを使う場合の不具合は概ね回避できる。しかしながら、着色パターン30、31、32を積層させてBMパターン2上を部分的に盛り上げる場合は、各着色パターンを形成する材料の塗布の精度と重ねの位置合わせの精度を共に極めて高精度に制御することが特別に重要になり、生産工程を安定させる上での困難を伴うことが多い。   Further, in FIG. 7, in the method of raising the portion corresponding to the base of the PS portion 5 by overlapping two or more of the colored patterns 30, 31, 32 on the BM pattern 2, and consequently forming the PS portion high, Since the thickness of the dedicated layer formed in the process as the PS portion 5 does not necessarily need to be particularly thick, the problems in the case of using the above positive photoresist can be largely avoided. However, when the colored patterns 30, 31, 32 are stacked to partially bulge the BM pattern 2, both the accuracy of application of the material forming each colored pattern and the accuracy of alignment of the overlapping are controlled with extremely high accuracy. This is particularly important and often involves difficulties in stabilizing the production process.

特許第3651874号公報Japanese Patent No. 3651874 特開2007−248988号公報JP 2007-248988 A

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、液晶表示装置用カラーフィルタ基板や画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いてセルギャップ制御用で異なる高さの固定スペーサと副固定スペーサとを同時に形成するためのフォトマスクを最適化し、工程条件によるバラツキの少ないカラーフィルタ基板とその製造方法、または画素電極基板とその製造方法を提供し、高品質の液晶表示装置を提供することである。   The present invention is proposed in view of the above-mentioned problems, and the problem to be solved by the present invention is to control cell gap by using a positive photoresist on a color filter substrate or a pixel electrode substrate for a liquid crystal display device. Optimized photomasks for simultaneously forming fixed spacers and sub-fixed spacers with different heights, and provides a color filter substrate and its manufacturing method with little variation due to process conditions, or a pixel electrode substrate and its manufacturing method It is to provide a high-quality liquid crystal display device.

上記の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の発明は、液晶表示装置におけるカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板、または、液晶表示装置のアクティブ駆動用のスイッチング素子および画素電極を有する画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いて液晶セルギャップ制御用の固定スペーサと前記固定スペーサより低い副固定スペーサとを一括形成するためのフォトマスクであって、固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有すること、および、副固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有し、かつ、遮光部の内側の中央付近に他の全透過スリットまたは全透過開口部を有することを特徴とするフォトマスクである。   As a means for solving the above problems, the invention described in claim 1 is a color filter substrate having a color filter in a liquid crystal display device, or a pixel having a switching element and a pixel electrode for active driving of the liquid crystal display device. A photomask for forming a fixed spacer for controlling a liquid crystal cell gap and a sub-fixed spacer lower than the fixed spacer by using a positive photoresist on an electrode substrate, wherein the photomask pattern of the fixed spacer is shielded from light A gray tone portion including a total transmission slit around the light shielding portion, and a photomask pattern of the auxiliary fixing spacer having a gray tone portion including a total transmission slit around the light shielding portion, and the inside of the light shielding portion. It has other total transmission slit or total transmission opening near the center of It is a photo-mask.

また、請求項2に記載の発明は、前記固定スペーサおよび副固定スペーサの平面形状を凸型の単純多角形または円、長円等の円型とし、それらのサイズを前記固定スペーサおよび副固定スペーサの輪郭内に収納可能な最大円の直径で表して、30〜50μmに形成するため、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅を5〜7μmとし、前記遮光部の内側と遮光部の周囲のグレートーン部とを併せた全体サイズを30μm以上とすることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスクである。   According to a second aspect of the present invention, the planar shape of the fixed spacer and the sub-fixed spacer is a convex simple polygon or a circle such as a circle or an ellipse, and the sizes thereof are the fixed spacer and the sub-fixed spacer. The diameter of the maximum circle that can be accommodated in the contour of the light-shielding part is 30 to 50 μm, so that the width of the total transmission slit of the gray tone part provided around the light-shielding part is 5 to 7 μm, and the inside of the light-shielding part 2. The photomask according to claim 1, wherein the total size of the light shielding portion and the gray tone portion around the light shielding portion is 30 μm or more.

また、請求項3に記載の発明は、前記遮光部の内側の中央付近に設ける他の全透過スリットの幅を2〜3μmとするか、または、前記全透過開口部の幅を6〜7μmとすることを特徴とする請求項1または2に記載のフォトマスクである。   In the invention according to claim 3, the width of another total transmission slit provided near the center inside the light shielding portion is set to 2 to 3 μm, or the width of the total transmission opening is set to 6 to 7 μm. The photomask according to claim 1, wherein the photomask is a photomask.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けたことを特徴とするカラーフィルタ基板である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a photomask according to any one of the first to third aspects, wherein the fixed spacer and the sub-fixed spacer are selectively provided on a color filter substrate. It is a color filter substrate.

また、請求項5に記載の発明は、前記固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、2.0〜3.8μmとし、前記副固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより0.4μm程度低くする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である。   According to a fifth aspect of the present invention, the height of the fixed spacer from the color filter pixel center outermost surface is 2.0 to 3.8 μm, and the sub-fixed spacer from the color filter pixel central outermost surface. The color filter substrate according to claim 4, wherein the height of the color filter substrate is lower by about 0.4 μm than that of the fixed spacer.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けたことを特徴とする画素電極基板である。   According to a sixth aspect of the present invention, the photomask according to any one of the first to third aspects is used, and the fixed spacer and the sub-fixed spacer are selectively provided on the pixel electrode substrate. This is a pixel electrode substrate.

また、請求項7に記載の発明は、前記固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、2.0〜3.8μmとし、前記副固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより0.4μm程度低くすることを特徴とする請求項6に記載の画素電極基板である。   According to a seventh aspect of the present invention, the height of the fixed spacer from the outermost surface of the pixel electrode central portion is 2.0 to 3.8 μm, and the height of the sub-fixed spacer from the outermost surface of the pixel electrode central portion is set. The pixel electrode substrate according to claim 6, wherein the height is about 0.4 μm lower than that of the fixed spacer.

また、請求項8に記載の発明は、請求項4〜7のいずれかに記載のカラーフィルタ基板または画素電極基板を具備することを特徴とする液晶表示装置である。   The invention according to claim 8 is a liquid crystal display device comprising the color filter substrate or pixel electrode substrate according to any one of claims 4 to 7.

また、請求項9に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。   According to a ninth aspect of the present invention, a collective pattern is formed by a proximity exposure method using the photomask according to any one of the first to third aspects, and the fixed spacer and the sub-fixed spacer are placed on a color filter substrate. A method for manufacturing a color filter substrate, which is selectively provided.

また、請求項10に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けることを特徴とする画素電極基板の製造方法である。   According to a tenth aspect of the present invention, a collective pattern is formed by a proximity exposure method using the photomask according to any one of the first to third aspects, and the fixed spacer and the sub-fixed spacer are formed on the pixel electrode substrate. A method of manufacturing a pixel electrode substrate, which is selectively provided.

液晶表示装置用カラーフィルタ基板にセルギャップ制御用の固定スペーサおよび副固定スペーサを形成するに際して、スペーサの平面サイズが小さい場合には露光ギャップや露光量の変動がスペーサの出来上がり高さに大きく影響し、また、スペーサの平面サイズが大きい場合にはスペーサ上面の平坦となるべき部分が凹むため、液晶セル作製工程において配向膜を塗布する際に品質異常が生じるなど、ポジ型フォトレジストをスペーサとして有効に使いこなす上での困難があったが、本発明のグレートーン部を有する安価なフォトマスクにより、高品質の固定スペーサおよびそれより高さを一定量低くした副固定スペーサをポジ型フォトレジストでカラーフィルタ基板上または画素電極基板上に一括して形成することができる。   When forming fixed spacers and sub-fixed spacers for controlling cell gaps on color filter substrates for liquid crystal display devices, if the planar size of the spacers is small, variations in the exposure gap and exposure amount greatly affect the finished height of the spacers. In addition, when the planar size of the spacer is large, the portion that should be flat on the upper surface of the spacer is recessed, so that a positive photoresist is effective as a spacer, such as a quality error when applying an alignment film in the liquid crystal cell manufacturing process. However, with the inexpensive photomask having the gray tone portion of the present invention, the high-quality fixed spacer and the sub-fixed spacer whose height is lowered by a certain amount are colored with a positive photoresist. They can be formed collectively on the filter substrate or the pixel electrode substrate.

また、請求項2または3に記載した発明によれば、本発明のカラーフィルタ基板または画素電極基板を構成する固定スペーサおよび副固定スペーサに特に適した大型の平面サイズのスペーサを安定的にかつ高品質で実現するためのフォトマスクの構造を規定することができる。   According to the invention described in claim 2 or 3, a large planar size spacer particularly suitable for the fixed spacer and the sub-fixed spacer constituting the color filter substrate or the pixel electrode substrate of the present invention can be stably and highly provided. The structure of the photomask to be realized with quality can be defined.

また、請求項4または6に記載した発明によれば、高品質の固定スペーサおよび副固定スペーサを均一に有するカラーフィルタ基板または画素電極基板を少ない材料コストで得ることができ、得られるカラーフィルタ基板または画素電極基板は、液晶セル化工程に異常なく適合し、高品質の液晶セルの作製に寄与することができる。   In addition, according to the invention described in claim 4 or 6, a color filter substrate or pixel electrode substrate having high-quality fixed spacers and sub-fixed spacers uniformly can be obtained at a low material cost, and the obtained color filter substrate Alternatively, the pixel electrode substrate can be adapted to the liquid crystal cell formation process without any abnormality and contribute to the production of a high quality liquid crystal cell.

また、請求項5または7に記載した発明によれば、本発明のカラーフィルタ基板または画素電極基板を構成する固定スペーサおよび副固定スペーサに特に適した高さを安定的にかつ高品質で実現することができるので、得られるカラーフィルタ基板または画素電極基板は、液晶セル化工程に異常なく適合し、高品質の液晶セルの作製にさらに寄与することができる。   Further, according to the invention described in claim 5 or 7, the height particularly suitable for the fixed spacer and the sub-fixed spacer constituting the color filter substrate or the pixel electrode substrate of the present invention can be realized stably and with high quality. Therefore, the obtained color filter substrate or pixel electrode substrate can be adapted to the liquid crystal cell formation process without any abnormality, and can further contribute to the production of a high quality liquid crystal cell.

また、請求項8に記載した発明によれば、品質の安定したカラーフィルタ基板または画素電極基板を具備する液晶表示装置を高品質に提供できる。   According to the invention described in claim 8, a liquid crystal display device including a color filter substrate or a pixel electrode substrate with stable quality can be provided with high quality.

また、請求項9または10に記載した発明によれば、高品質の固定スペーサおよび副固定スペーサを均一に有するカラーフィルタ基板または画素電極基板を少ない材料コストと安定的なプロセスで得ることができるので、高い歩留まりにより、生産性を向上することができる上、カラーフィルタ基板や画素電極基板の仕様変更に対しても、製造プロセス条件を大きく変更することなく容易に対応できる。   Further, according to the invention described in claim 9 or 10, a color filter substrate or pixel electrode substrate having uniform high-quality fixed spacers and sub-fixed spacers can be obtained with a low material cost and a stable process. The high yield can improve productivity, and can easily cope with the change in the specifications of the color filter substrate and the pixel electrode substrate without greatly changing the manufacturing process conditions.

本発明のフォトマスクと対応するPS部およびサブPSとの関係を説明するための断面概念図である。It is a conceptual cross-sectional view for explaining the relationship between the photomask of the present invention and the corresponding PS portion and sub-PS. カラーフィルタ基板にPS部を形成する一般的な方法を説明するための断面概念図である。It is a cross-sectional conceptual diagram for demonstrating the general method of forming PS part in a color filter substrate. 従来のPS部の断面形状が不具合を生じる状況を説明するための断面概念図である。It is a cross-sectional conceptual diagram for demonstrating the condition where the cross-sectional shape of the conventional PS part produces a malfunction. 本発明のカラーフィルタ基板にPS部およびサブPSが最適な断面形状で形成される状況を説明するための断面概念図である。It is a conceptual cross-sectional view for explaining a situation in which a PS portion and a sub-PS are formed in an optimal cross-sectional shape on the color filter substrate of the present invention. 本発明のフォトマスクにより、一個のPS部を形成するためのフォトマスクパターンの一例を説明するための平面概念図である。It is a plane conceptual diagram for demonstrating an example of the photomask pattern for forming one PS part with the photomask of this invention. 本発明の液晶表示装置の一例を説明するための断面概念図である。It is a conceptual cross-sectional view for explaining an example of the liquid crystal display device of the present invention. カラーフィルタ基板の一般的構成を説明するための断面概念図である。It is a conceptual cross-sectional view for explaining a general configuration of a color filter substrate. カラーフィルタ基板上に形成されるPS部の高さを説明するための断面概念図である。It is a cross-sectional conceptual diagram for demonstrating the height of PS part formed on a color filter substrate. 本発明のフォトマスクにより、一個のサブPSを形成するためのフォトマスクパターンの例を説明するための平面概念図であって、(a)、(b)の2タイプを示す。It is a plane conceptual diagram for demonstrating the example of the photomask pattern for forming one sub PS with the photomask of this invention, Comprising: Two types (a) and (b) are shown.

以下に、本発明を実施するための形態について、図面に従って説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図7におけるカラーフィルタ基板の一般的構成を説明する断面概念図の中で、PS部を有しない従来のカラーフィルタ基板上に新たにPS部5を形成するための一般的方法を図2の断面概念図により説明する。透明基板1上にBMパターン2および着色パターン30、31、32を赤色、緑色、青色のように異なる3色の繰り返し区分により形成後、透明電極層4を形成したカラーフィルタ基板(PS部未形成)10上にポジ型フォトレジスト7を塗布形成する。ポジ型フォトレジスト7はPS部5を作るための材料であり、その高さ精度を含む形状品質や弾性特性を考慮して選択すれば良い。例えば、市販のノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを乾燥時の高さで3〜4μm程度塗布するが、これに限定されるものではない。塗布方法は、ダイコート法などのフォトレジストの使用効率の高い方法が望ましいが、均一に塗布できれば、特に限定されない。   FIG. 2 is a cross-sectional conceptual diagram illustrating a general configuration of the color filter substrate in FIG. 7, and shows a general method for forming a new PS portion 5 on a conventional color filter substrate having no PS portion. This will be described with reference to a conceptual diagram. After forming the BM pattern 2 and the colored patterns 30, 31, 32 on the transparent substrate 1 by repeating different three colors such as red, green, and blue, the color filter substrate on which the transparent electrode layer 4 is formed (PS portion not formed) ) A positive type photoresist 7 is formed on 10 by coating. The positive photoresist 7 is a material for making the PS portion 5 and may be selected in consideration of shape quality including its height accuracy and elastic characteristics. For example, a commercially available novolac resin-based positive photoresist is applied at a dry height of about 3 to 4 μm, but is not limited thereto. The application method is preferably a method with high use efficiency of a photoresist such as a die coating method, but is not particularly limited as long as it can be applied uniformly.

図2において、ポジ型フォトレジスト7を塗布・乾燥したカラーフィルタ基板10に対向させて、フォトマスク20のパターン面を対向面と位置合わせしつつ接近させ、フォトマスク裏面からのレジスト感光用の照射光40により、露光する。露光工程では、一般的にカラーフィルタ製造に使用されるプロキシミティ露光の一括露光機により、高輝度で平行光を得やすい超高圧水銀ランプからのg線(436nm)、h線(405nm)、i線(365nm)を主波長として、露光ギャップ100〜150μm程度でフォトレジスト感度に応じて露光される。その後、現像、洗浄、ベイクの工程を経て、フォトマスクの遮光部8に対応する突起状のパターンがPS部5としてフォトレジストで形成される。   In FIG. 2, the positive type photo resist 7 is applied and dried to face the color filter substrate 10, the pattern surface of the photo mask 20 is brought close to the opposing surface while being aligned, and exposure for resist exposure from the back side of the photo mask is performed. Exposure is performed with light 40. In the exposure step, g-rays (436 nm), h-rays (405 nm), i-rays from an ultra-high pressure mercury lamp that is easy to obtain high-intensity and parallel light by a collective exposure machine for proximity exposure generally used for manufacturing color filters. With a line (365 nm) as the main wavelength, exposure is performed according to the photoresist sensitivity with an exposure gap of about 100 to 150 μm. Thereafter, through a process of development, washing, and baking, a protruding pattern corresponding to the light-shielding portion 8 of the photomask is formed as a PS portion 5 with a photoresist.

ここで、前述したPS部の形状不具合の状況を、図3に従って更に詳細に説明すると、平面サイズが30μm未満のPS部51、52においては、厚く塗布されたフォトレジスト膜に対する露光量やプロキシミティ露光方式の露光ギャップの変動が敏感に影響し、現像厚さ、正確にはベイク後のPS部の高さを変動させ、バラツキdとなって現れてしまう。このため、セルギャップ制御用として特に重要な一定高さを与える機能を損なう。また、平面サイズが30μm以上のPS部53においては、PS部の上面に凹みeが発生し、液晶セル作製工程における配向不良となって品質異常を引き起こす。   Here, the situation of the shape defect of the PS portion described above will be described in more detail with reference to FIG. 3. In the PS portions 51 and 52 having a planar size of less than 30 μm, the exposure amount and the proximity to the thickly applied photoresist film are determined. Variations in the exposure gap of the exposure method sensitively affect the development thickness, more precisely, the height of the PS portion after baking, resulting in variations d. For this reason, the function which gives the constant height especially important for cell gap control is impaired. Further, in the PS portion 53 having a planar size of 30 μm or more, a dent e is generated on the upper surface of the PS portion, resulting in poor alignment in the liquid crystal cell manufacturing process and causing a quality abnormality.

上記の現象は、いずれもベイクによるパターン端部の盛り上がりが関与していることを発見した。例えば正八角形の遮光パターンの例で確認すると、ベイクによる周縁端部の盛り上がりが大きい傾向が特に認められるが、平面サイズが30μm未満のPS部の場合には、必ずしもPS部上面の凹みにまで至らず、むしろ露光条件の変動が最終の高さバラツキに大きく影響する傾向が強い。一方、平面サイズが30μm以上のPS部の場合には、
PS部上面の凹みの発生となる。以上の知見より、フォトマスクパターンの端部に露光条件の変動や熱的な変形を緩和させる領域を設けることが、上記の各平面サイズ別に共通の改善方策と成り得ることを考察し、実験によりその有効性を確認した。鋭意検討した結果、特に平面サイズが30μm以上のPS部を上面の凹み無く形成するのに好都合なフォトマスクの設計指針を見出すに至った。
All of the above phenomena have been found to involve the bulge of the pattern edge due to baking. For example, when confirmed with an example of a regular octagonal shading pattern, a tendency that the bulge of the peripheral edge due to baking is particularly large is observed. Rather, fluctuations in exposure conditions tend to greatly affect the final height variation. On the other hand, in the case of a PS portion having a planar size of 30 μm or more,
A dent on the upper surface of the PS portion is generated. Based on the above knowledge, we considered that it is possible to provide a common improvement measure for each of the above-mentioned plane sizes by providing a region for reducing fluctuations in exposure conditions and thermal deformation at the edge of the photomask pattern. Its effectiveness was confirmed. As a result of intensive studies, the inventors have found a design guideline for a photomask that is particularly convenient for forming a PS portion having a planar size of 30 μm or more without a recess in the upper surface.

前記PS部の高さバラツキや上面の凹みの発生は、高さの設計値を約0.4μm低くしたサブPSにおいても同様に起こる。特に平面サイズが30μm以上のPS部とサブPSとを上面の凹み無く形成するのに好都合なフォトマスクの設計指針は、フォトマスクパターンの端部への工夫をPS部とサブPSとに共通に適用するとともに、両方の突起パターンを同一工程で形成する際に一定の膜厚差を再現性良く実現するために、サブPSのフォトマスクにさらに特別の工夫を含むものとする。   The occurrence of variation in the height of the PS portion and the depression on the upper surface similarly occurs in the sub-PS in which the design value of the height is lowered by about 0.4 μm. In particular, the design guideline for a photomask that is convenient for forming a PS portion and a sub-PS having a planar size of 30 μm or more without a dent on the upper surface is common to both the PS portion and the sub-PS. In addition, in order to realize a certain film thickness difference with good reproducibility when forming both protrusion patterns in the same process, a special device is further included in the sub-PS photomask.

図1に、本発明のフォトマスクと対応するPS部およびサブPSとの関係を説明するための断面概念図を示す。本発明のフォトマスクは、液晶表示装置におけるカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板11、または、液晶表示装置のアクティブ駆動用のスイッチング素子および画素電極を有する画素電極基板12(後述する図6)に、ポジ型フォトレジスト7を用いて液晶セルギャップ制御用の固定スペーサ(PS部5)と前記固定スペーサより低い副固定スペーサ(サブPS55)とを一括形成するためのフォトマスク20であって、固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部8の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部9を有すること、および、副固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部9を有し、かつ、遮光部の内側85の中央付近に他の全透過スリットまたは全透過開口部を有することを特徴とするものである。   FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view for explaining the relationship between the photomask of the present invention and the corresponding PS portion and sub-PS. The photomask of the present invention is positively applied to a color filter substrate 11 having a color filter in a liquid crystal display device or a pixel electrode substrate 12 (FIG. 6 described later) having a switching element and a pixel electrode for active driving of the liquid crystal display device. A photomask 20 for collectively forming a fixed spacer (PS portion 5) for controlling a liquid crystal cell gap and a sub-fixed spacer (sub-PS55) lower than the fixed spacer using a type photoresist 7, The photomask pattern has a gray tone portion 9 including a total transmission slit around the light shielding portion 8, and the photomask pattern of the auxiliary fixing spacer includes a gray tone portion 9 including a total transmission slit around the light shielding portion. And have other totally transmissive slits or transmissive holes near the center of the inner side 85 of the light shielding portion. It is characterized in that it has an opening.

フォトマスクの透明基板21は、図2に示す場合と同様に、露光機からのレジスト感光用の照射光40の内、少なくとも、PS部5に用いるフォトレジスト7の感光性を利用する領域の波長の光を通すものであり、溶融石英ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。また、フォトマスク20の製造において、遮光部8は、従来より主にスパッタリング法で形成されている金属クロム膜、または金属クロムに酸化クロムを積層した低反射膜の薄膜をフォトエッチング法によりパターン化するのが一般的であり、エッチング手段はウェット方式でもドライ方式でも良い。また、グレートーン部9は、前記遮光部8と同一の材料で、かつ遮光部形成と同時の工程で、スリット等のパターン上の工夫により形成することができる。前記サブPS用のフォトマスクパターンの形成も、上述の薄膜形成法とフォトエッチング法との組み合わせにより可能である。   As in the case shown in FIG. 2, the transparent substrate 21 of the photomask has a wavelength in a region that uses at least the photosensitivity of the photoresist 7 used for the PS portion 5 among the irradiation light 40 for resist exposure from the exposure machine. Such as fused silica glass and alkali-free glass. Further, in the production of the photomask 20, the light shielding portion 8 is formed by patterning a metal chromium film, which has been mainly formed by a sputtering method, or a thin film of a low reflection film in which chromium oxide is laminated on metal chromium by a photo etching method. In general, the etching means may be wet or dry. Further, the gray tone portion 9 can be formed of the same material as the light shielding portion 8 and by a device on the pattern such as a slit in the same process as the formation of the light shielding portion. The sub PS photomask pattern can also be formed by a combination of the above-described thin film forming method and photoetching method.

図4に、本発明のカラーフィルタ基板にPS部およびサブPSが最適な断面形状で形成される状況を説明するための断面概念図を示す。前記PS部およびサブPSとして、例えば正八角形の水平断面を有する台形状の突起物をカラーフィルタ基板11上に形成し、便宜的に多種サイズをPS部51、53、サブPS55、54のように、同一図面上に隣接して表示する。PS部およびサブPSの平面サイズを、下底部の対向する2辺間の距離を差渡しの径とみなして代表させると、この平面サイズが前述の2分類される各平面サイズの対象となる。本発明においては、PS部およびサブPSの平面サイズが30μm未満の51、55と30μm以上の53、54のいずれにも共通の改善方策を実施しているが、中でも、PS部およびサブPSの平面サイズが30μm以上の53、54の形成に有力な方法である。上記の各PS部およびサブPSに対応するフォトマスク上のパターンの内、遮光部または遮光部の内側をそれぞれ81、83、85、84、遮光部周囲のグレートーン部をそれぞれ91、93、95、94と表す。   FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view for explaining a situation where the PS portion and the sub-PS are formed in an optimal cross-sectional shape on the color filter substrate of the present invention. For example, trapezoidal protrusions having a regular octagonal horizontal cross section are formed on the color filter substrate 11 as the PS portion and sub-PS, and various sizes are conveniently provided as PS portions 51 and 53 and sub-PS 55 and 54. , Displayed adjacent to each other on the same drawing. If the plane size of the PS portion and the sub-PS is represented by regarding the distance between two opposing sides of the lower bottom portion as the diameter of the difference, this plane size becomes an object of each of the above-described two classified plane sizes. In the present invention, a common improvement measure is implemented for both 51 and 55 having a PS and sub-PS plane size of less than 30 μm and 53 and 54 having a plane size of 30 μm or more. This is an effective method for forming 53 and 54 having a planar size of 30 μm or more. Of the patterns on the photomask corresponding to each PS section and sub-PS, 81, 83, 85, and 84 are the light shielding parts or the inner side of the light shielding parts, and 91, 93, and 95 are the gray tone parts around the light shielding parts, respectively. , 94.

PS部は液晶セルを構成するための固定スペーサとしての機能を発揮させる必要から、
一定の高さおよび形状と弾性特性を均一に有することが望まれる。また、サブPSもPS部の補足的な働きをさせる上で必要な、PS部より僅かに低い(図4で、その差をkで表す)一定の高さおよび形状と弾性特性をPS部に準じて均一に有することが望まれる。そのため、大型の液晶セルを構成するPS部とサブPSとの平面サイズが小さ過ぎることは、機能上からも製作歩留まりの観点からも好ましくない。実際には、固定スペーサと副固定スペーサのサイズが20μm以上であることが望ましい。
Since the PS section needs to exhibit a function as a fixed spacer for constituting a liquid crystal cell,
It is desirable to have a uniform height and shape and elastic properties uniformly. The sub-PS is also slightly lower than the PS portion (the difference is represented by k in FIG. 4), which is necessary for the supplementary function of the PS portion. Therefore, it is desirable to have it uniformly. For this reason, it is not preferable that the planar size of the PS portion and the sub-PS constituting the large liquid crystal cell is too small from the viewpoint of the function and the production yield. Actually, it is desirable that the size of the fixed spacer and the sub-fixed spacer is 20 μm or more.

本発明のフォトマスク20で、カラーフィルタ基板11上のPS部5、51、53に対応するパターンは、図1、および図4に示すとおり、遮光部8、81、83のパターンを覆うようにグレートーン部9、91、93を形成している。図5に、その構造を平面概念図を用いて説明する。例えば、正八角形の遮光部8の周囲を全透過スリットを含むグレートーン部9で取り囲むように覆う。フォトマスクのパターンがPS部の形成にその効果を発揮するためには、遮光部とグレートーン部のサイズも限定した方が良い。実験的検討の結果、平面サイズを30μm〜50μmとして、しかも上面の凹みを発生させないようにPS部を形成するためのフォトマスクパターンは、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅cを5〜7μmとし、前記遮光部とグレートーン部の全体サイズaを30μm以上とすることが最適であるとの知見を得た。   In the photomask 20 of the present invention, the patterns corresponding to the PS portions 5, 51, 53 on the color filter substrate 11 cover the patterns of the light shielding portions 8, 81, 83 as shown in FIGS. Gray tone portions 9, 91 and 93 are formed. The structure will be described with reference to FIG. For example, the regular octagonal light shielding portion 8 is covered so as to be surrounded by a gray tone portion 9 including a total transmission slit. In order for the photomask pattern to exert its effect on the formation of the PS portion, it is better to limit the sizes of the light shielding portion and the gray tone portion. As a result of the experimental study, the photomask pattern for forming the PS portion so that the plane size is 30 μm to 50 μm and the upper surface is not dented is the total transmission slit of the gray tone portion provided around the light shielding portion. It has been found that it is optimal to set the width c to 5 to 7 μm and the overall size a of the light-shielding portion and the gray tone portion to 30 μm or more.

なお、グレートーン部の遮光線幅wを1〜2μmと細くすることを前提として、遮光部サイズbは、フォトマスクパターンにおける遮光部とグレートーン部の全体サイズaと遮光部サイズbとの間に、フォトレジストで形成されるPS部の平面サイズpが位置する関係となる。すなわち、数式で表すと、a≧p≧b という関係にある。   Note that, assuming that the light-shielding line width w of the gray tone portion is as thin as 1 to 2 μm, the light-shielding portion size b is between the light shielding portion and the overall size a of the gray tone portion and the light shielding portion size b in the photomask pattern. In addition, the planar size p of the PS portion formed of photoresist is located. That is, when expressed by a mathematical formula, there is a relationship of a ≧ p ≧ b.

前記固定スペーサとして設けるPS部の平面形状は、前述の正八角形や一般的な円形に限定されるものではなく、凸型の単純多角形または円、長円等の円型であれば、使用できる。ここで、凸型とは、多角形の全ての頂点の内角が180度未満であるものを言う。また、単純多角形とは、互いに交差しない閉じた多辺連続チェインで囲まれた領域を言う。上記の一般化した形状において、PS部の平面サイズpとは、前記PS部の輪郭内に収納可能な最大円の直径で定義することができる。   The planar shape of the PS portion provided as the fixed spacer is not limited to the regular octagon or the general circle described above, and can be used as long as it is a convex simple polygon or a circle such as a circle or an ellipse. . Here, the convex shape means that the inner angles of all the vertices of the polygon are less than 180 degrees. A simple polygon means a region surrounded by a closed multi-sided continuous chain that does not intersect each other. In the above generalized shape, the planar size p of the PS portion can be defined by the diameter of the largest circle that can be accommodated in the outline of the PS portion.

上記のPS部の平面サイズとフォトマスクパターンの遮光部とグレートーン部との関係は、サブPSにおいても同様の事情があるので、フォトレジストで形成される突起パターンの端部の盛り上がりに起因する形状を改善する上で、以下のようにまとめてより具体的に表現することができる。   The relationship between the planar size of the PS portion and the light-shielding portion and the gray tone portion of the photomask pattern is the same in the sub-PS, and is caused by the rise of the end portion of the projection pattern formed of photoresist. In improving the shape, it can be expressed more concretely as follows.

本発明のフォトマスクは、前記固定スペーサおよび副固定スペーサの平面形状を凸型の単純多角形または円、長円等の円型とし、それらのサイズを前記固定スペーサおよび副固定スペーサの輪郭内に収納可能な最大円の直径で表して、30〜50μmに形成するためのフォトマスクであって、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅を5〜7μmとし、前記遮光部の内側と遮光部の周囲のグレートーン部とを併せた全体サイズを30μm以上とすることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスクである。   In the photomask of the present invention, the planar shape of the fixed spacer and the sub-fixed spacer is a convex simple polygon or a circle such as a circle or an ellipse, and the size thereof is within the outline of the fixed spacer and the sub-fixed spacer. The photomask for forming the maximum circle that can be stored to have a diameter of 30 to 50 μm, wherein a width of a total transmission slit of a gray tone portion provided around the light shielding portion is 5 to 7 μm, and the light shielding portion 2. The photomask according to claim 1, wherein the total size including the inner side of the light and the gray tone portion around the light shielding portion is 30 μm or more.

さらに、サブPSをPS部より低く形成するための、フォトマスクパターン上の工夫について、図9により説明する。   Further, a device on the photomask pattern for forming the sub-PS lower than the PS portion will be described with reference to FIG.

図9は、本発明のフォトマスクにより、一個のサブPSを形成するためのフォトマスクパターンの例を説明するための平面概念図であって、(a)、(b)の2タイプを示す。(a)は、遮光部8の内側の中央付近に、遮光部の周辺部に設けた幅cの前記全透過スリットとは別に、幅sの全透過スリットを有し、さらに内側に幅qの中央遮光部を有する。また、(b)は、遮光部8の内側の中央付近に、幅rの全透過開口部を有する。遮光部8
の周囲に幅cの全透過スリットと幅wの遮光線を両タイプ共に有することは、図5に示したPS部を形成するためのフォトマスクパターンの例と同じである。
FIG. 9 is a schematic plan view for explaining an example of a photomask pattern for forming one sub-PS by the photomask of the present invention, and shows two types (a) and (b). (A) has a total transmission slit with a width s in the vicinity of the center inside the light-shielding portion 8 apart from the total transmission slit with a width c provided in the periphery of the light-shielding portion, and further has a width q on the inner side. It has a central shading part. Further, (b) has a total transmission opening having a width r in the vicinity of the center inside the light shielding portion 8. Shading part 8
Both types have a total transmission slit of width c and a light-shielding line of width w around the same as in the photomask pattern example for forming the PS portion shown in FIG.

PS部とサブPSのサイズを42μm、PS部の高さを2.7μmとする設計で、実験的検討の結果、(a)タイプでは、中央遮光部の幅qを3〜5μmとする前提で、全透過スリットの幅sを2〜3μmとすることにより、サブPSの高さをPS部より0.4μm程度と適度に低く形成することができる。また、(b)タイプでは、中央の全透過開口部の幅rを6〜7μmとすることにより、サブPSの高さをPS部より0.4μm程度と適度に低く形成することができる。   The size of the PS part and the sub-PS is 42 μm, and the height of the PS part is 2.7 μm. As a result of the experimental investigation, in the type (a), the width q of the central light shielding part is assumed to be 3 to 5 μm. By setting the width s of the total transmission slit to 2 to 3 μm, the height of the sub-PS can be formed to be moderately lower than the PS part by about 0.4 μm. In the (b) type, the height of the sub-PS can be appropriately lowered to about 0.4 μm from the PS portion by setting the width r of the central total transmission opening to 6 to 7 μm.

前記固定スペーサとして設けるPS部の高さは、液晶表示装置のセルギャップを考慮して、2.0〜3.8μmとするのが適当である。但し、図8のカラーフィルタ基板上に形成されるPS部の高さを説明するための断面概念図に示すように、BMパターン2上に着色パターン31、32が重なって盛り上がり形成され、その盛り上がり部分に透明電極層4を介してPS部5を形成する場合は、PS部の高さfは前記盛り上がり部分の高さgだけ低く設定することができる。すなわち、最も低位置にあるカラーフィルタ画素中央部の最表面からPS部上底までの高さhを上記の2.0〜3.8μmとすれば、前記盛り上がり部分が無い場合と同等になる。上記の事情は、サブPSにおいても同様であり、BMパターン上での着色パターンの重なり状況により、実際に形成するPS部やサブPSのフォトレジスト突起の高さを減じることが可能である。また、PS部とサブPSとの高さの差kは0.4μm程度として、サブPSを低く設定することが、液晶表示装置のパネル化後の工程も考慮して、適当である。   The height of the PS portion provided as the fixed spacer is suitably 2.0 to 3.8 μm in consideration of the cell gap of the liquid crystal display device. However, as shown in the conceptual cross-sectional view for explaining the height of the PS portion formed on the color filter substrate in FIG. 8, the colored patterns 31 and 32 are formed on the BM pattern 2 so as to swell, and the swell is formed. When the PS part 5 is formed in the part via the transparent electrode layer 4, the height f of the PS part can be set lower by the height g of the raised part. In other words, if the height h from the outermost surface of the color filter pixel central portion at the lowest position to the upper bottom of the PS portion is set to 2.0 to 3.8 μm, it is equivalent to the case where there is no bulging portion. The above situation also applies to the sub-PS, and it is possible to reduce the height of the PS protrusion and the photoresist protrusion of the sub-PS that are actually formed depending on the overlapping state of the colored patterns on the BM pattern. In addition, it is appropriate to set the sub-PS to be low by setting the height difference k between the PS portion and the sub-PS to about 0.4 μm in consideration of the steps after the panel formation of the liquid crystal display device.

本発明のフォトマスクを用いて、前記固定スペーサをカラーフィルタ基板上にフォトリソグラフィー方式で選択的に設けることができる。露光工程では100〜150μmの露光ギャップを保持したプロキシミティ露光方式が適している。その結果、液晶表示装置を構成する最適なカラーフィルタ基板を提供できる。   The fixed spacer can be selectively provided on the color filter substrate by a photolithography method using the photomask of the present invention. In the exposure process, a proximity exposure system that maintains an exposure gap of 100 to 150 μm is suitable. As a result, an optimal color filter substrate constituting the liquid crystal display device can be provided.

上記の説明では、主にカラーフィルタ基板上にPS部およびサブPSを形成する場合について述べたが、画素電極基板上にPS部を形成する場合も、同様に本発明のフォトマスクを用いて、PS部およびサブPSを形成するポジ型フォトレジストをフォトリソグラフィー法により加工して形成することができる。   In the above description, the case where the PS portion and the sub-PS are formed mainly on the color filter substrate has been described. However, when the PS portion is formed on the pixel electrode substrate, the photomask of the present invention is used similarly. A positive photoresist for forming the PS portion and the sub-PS can be processed and formed by a photolithography method.

また、カラーフィルタ基板上の場合と同様に、画素電極基板上においても、PS部の画素電極中央部最表面からの高さを2.0〜3.8μmとし、サブPSの高さをPS部より0.4μm程度低くすることが、液晶表示装置のセルギャップを考慮して最適である。   Similarly to the case of the color filter substrate, the height from the outermost surface of the pixel electrode central portion of the PS portion is set to 2.0 to 3.8 μm on the pixel electrode substrate, and the height of the sub PS is set to the PS portion. It is optimal that the thickness be about 0.4 μm in consideration of the cell gap of the liquid crystal display device.

図6は、本発明の液晶表示装置の一例を説明するための断面概念図である。図では、透明基板41、アクティブ駆動用スイッチング素子13(通常はTFTを使用)、画素電極14にPS部5およびサブPS55を形成した画素電極基板12上に、液晶配向のための配向膜15を形成し、対向側にはカラーフィルタ基板(PS部未形成)10の表面に配向膜15を形成して配置し、前記両基板間に液晶16を封入して封止剤17にてセル構造を閉じる。両基板の外側には偏光板18等の光学層を適宜配し、画素電極基板側の外部にバックライト19を設ける。本発明に係るPS部5およびサブPS55の形成工程以外は、通常の液晶表示装置の製造工程と同様に行うことができる。   FIG. 6 is a conceptual cross-sectional view for explaining an example of the liquid crystal display device of the present invention. In the figure, an alignment film 15 for liquid crystal alignment is formed on a transparent substrate 41, an active drive switching element 13 (usually using TFTs), and a pixel electrode substrate 12 in which a PS portion 5 and a sub-PS 55 are formed on the pixel electrode 14. The alignment film 15 is formed on the surface of the color filter substrate (PS portion not formed) 10 on the opposite side, and the liquid crystal 16 is sealed between the two substrates to form the cell structure with the sealant 17. close. An optical layer such as a polarizing plate 18 is appropriately disposed outside both substrates, and a backlight 19 is provided outside the pixel electrode substrate side. Except for the process of forming the PS portion 5 and the sub-PS 55 according to the present invention, the process can be performed in the same manner as the manufacturing process of a normal liquid crystal display device.

上記のように、本発明のカラーフィルタ基板または画素電極基板を用いて、液晶表示装置を作製することができる。本発明と同様の構成のカラーフィルタ基板または画素電極基板を従来の方法で提供されて作製される液晶表示装置の場合と同様に作製されるが、本発明では、品質の安定した液晶表示装置を高品質に提供できる。例えば、カラーフィルタ基
板または画素電極基板のPS部およびサブPSの品質が、高さのバラツキが無く、また、平面サイズが大きい場合のPS部およびサブPSの上面の凹みの発生が無いため、液晶表示装置を作製する過程で、配向膜塗布における品質異常を引き起こさない。
As described above, a liquid crystal display device can be manufactured using the color filter substrate or the pixel electrode substrate of the present invention. A color filter substrate or a pixel electrode substrate having the same configuration as that of the present invention is manufactured in the same manner as in the case of a liquid crystal display device that is manufactured by a conventional method. In the present invention, a liquid crystal display device with stable quality is manufactured. High quality can be provided. For example, the quality of the PS portion and sub-PS of the color filter substrate or the pixel electrode substrate does not vary in height, and there is no dent in the upper surface of the PS portion and sub-PS when the planar size is large. In the process of manufacturing the display device, no quality abnormality is caused in alignment film application.

1、21、41・・・透明基板
2・・・BMパターン
4・・・透明電極層
5・・・PS部(固定スペーサ)
7・・・ポジ型フォトレジスト
8・・・遮光部
9・・・グレートーン部
10・・・カラーフィルタ基板(PS部未形成)
11・・・カラーフィルタ基板(PS部形成)
12・・・画素電極基板
13・・・アクティブ駆動用スイッチング素子
14・・・画素電極
15・・・配向膜
16・・・液晶
17・・・封止剤
18・・・偏光板
19・・・バックライト
20・・・フォトマスク
30、31、32・・・着色パターン
40・・・レジスト感光用の照射光
51、52、53・・・PS部(固定スペーサ)
54、55・・・サブPS(副固定スペーサ)
81、82、83・・・遮光部
84、85・・・遮光部の内側
91、93、94、95・・・グレートーン部
1, 21, 41 ... Transparent substrate 2 ... BM pattern 4 ... Transparent electrode layer 5 ... PS part (fixed spacer)
7 ... Positive photoresist 8 ... Shading part 9 ... Gray tone part 10 ... Color filter substrate (PS part not formed)
11 ... Color filter substrate (PS part formation)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Pixel electrode substrate 13 ... Switching element 14 for active drive ... Pixel electrode 15 ... Orientation film 16 ... Liquid crystal 17 ... Sealant 18 ... Polarizing plate 19 ... Backlight 20 ... Photomask 30, 31, 32 ... Colored pattern 40 ... Irradiation light 51, 52, 53 ... for resist exposure PS part (fixed spacer)
54, 55 ... Sub-PS (Sub-fixing spacer)
81, 82, 83... Light shielding portion 84, 85... Inside the light shielding portion 91, 93, 94, 95.

Claims (10)

液晶表示装置におけるカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板、または、液晶表示装置のアクティブ駆動用のスイッチング素子および画素電極を有する画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いて液晶セルギャップ制御用の固定スペーサと前記固定スペーサより低い副固定スペーサとを一括形成するためのフォトマスクであって、固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有すること、および、副固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有し、かつ、遮光部の内側の中央付近に他の全透過スリットまたは全透過開口部を有することを特徴とするフォトマスク。   A fixed spacer for controlling a liquid crystal cell gap using a positive photoresist on a color filter substrate having a color filter in a liquid crystal display device or a pixel electrode substrate having a switching element for active driving of the liquid crystal display device and a pixel electrode. A photomask for collectively forming sub-fixed spacers lower than the fixed spacer, wherein the photomask pattern of the fixed spacer has a gray tone portion including a total transmission slit around the light shielding portion, and the sub-fixation The spacer photomask pattern has a gray tone portion including a total transmission slit around the light shielding portion, and another total transmission slit or total transmission opening near the center inside the light shielding portion. Photo mask to be used. 前記固定スペーサおよび副固定スペーサの平面形状を凸型の単純多角形または円、長円等の円型とし、それらのサイズを前記固定スペーサおよび副固定スペーサの輪郭内に収納可能な最大円の直径で表して、30〜50μmに形成するため、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅を5〜7μmとし、前記遮光部の内側と遮光部の周囲のグレートーン部とを併せた全体サイズを30μm以上とすることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。   The planar shape of the fixed spacer and the sub-fixed spacer is a convex simple polygon or a circle such as a circle or an ellipse, and the size of the maximum circle that can be stored in the contour of the fixed spacer and the sub-fixed spacer. In order to form 30 to 50 μm, the width of the total transmission slit of the gray tone portion provided around the light shielding portion is 5 to 7 μm, and the inside of the light shielding portion and the gray tone portion around the light shielding portion are 2. The photomask according to claim 1, wherein the total size is 30 μm or more. 前記遮光部の内側の中央付近に設ける他の全透過スリットの幅を2〜3μmとするか、または、前記全透過開口部の幅を6〜7μmとすることを特徴とする請求項1または2に記載のフォトマスク。   3. The width of another total transmission slit provided near the center inside the light shielding portion is set to 2 to 3 [mu] m, or the width of the total transmission opening is set to 6 to 7 [mu] m. The photomask described in 1. 請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けたことを特徴とするカラーフィルタ基板。   A color filter substrate using the photomask according to claim 1, wherein the fixed spacer and the sub-fixed spacer are selectively provided on the color filter substrate. 前記固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、2.0〜3.8μmとし、前記副固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより0.4μm程度低くする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。   The height of the fixed spacer from the color filter pixel center outermost surface is set to 2.0 to 3.8 μm, and the height of the sub-fixed spacer from the color filter pixel central outermost surface is set to be higher than that of the fixed spacer. The color filter substrate according to claim 4, wherein the color filter substrate is lowered by about 0.4 μm. 請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けたことを特徴とする画素電極基板。   A pixel electrode substrate comprising the photomask according to claim 1, wherein the fixed spacer and the sub-fixed spacer are selectively provided on the pixel electrode substrate. 前記固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、2.0〜3.8μmとし、前記副固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより0.4μm程度低くすることを特徴とする請求項6に記載の画素電極基板。   The height of the fixed spacer from the outermost surface of the pixel electrode central portion is set to 2.0 to 3.8 μm, and the height of the sub-fixed spacer from the outermost surface of the pixel electrode central portion is set to 0. 0 from that of the fixed spacer. The pixel electrode substrate according to claim 6, wherein the pixel electrode substrate is lowered by about 4 μm. 請求項4〜7のいずれかに記載のカラーフィルタ基板または画素電極基板を具備することを特徴とする液晶表示装置。   A liquid crystal display device comprising the color filter substrate or the pixel electrode substrate according to claim 4. 請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。   A color filter, wherein the photomask according to claim 1 is used to form a collective pattern by a proximity exposure method, and the fixed spacer and the sub-fixed spacer are selectively provided on a color filter substrate. A method for manufacturing a substrate. 請求項1〜3のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けることを特徴とする画素電極基板の製造方法。   A pixel electrode, wherein the photomask according to claim 1 is used to form a collective pattern by a proximity exposure method, and the fixed spacer and the sub-fixed spacer are selectively provided on the pixel electrode substrate. A method for manufacturing a substrate.
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