JP2011145378A - 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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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a color filter substrate or a pixel electrode substrate, both of them scarcely having fluctuation irrespective of a process condition, and methods for producing them, by optimizing a photomask for forming a fixed spacer for controlling a liquid crystal cell gap and a protrusion for controlling a liquid crystal alignment domain by one operation 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 the high-quality liquid crystal display device. <P>SOLUTION: The photomask 20 is for forming the fixed spacer 5 and the protrusion 6 for controlling the domain 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, wherein a photomask pattern of the fixed spacer has a gray tone portion 9 including a total transmission slit on the periphery of a light-shielding portion 8, and a photomask pattern of the protrusion for controlling the domain has a gray tone portion 90 including a total transmission slit 80 interposed between a plurality of parallel band-shaped light-shielding portion 85. <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。   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.

前記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 keeping the liquid crystal cell gap constant by forming a pattern having the same shape in a regular arrangement selectively selected 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).

また、液晶の配向モードに垂直配向の分割制御を用いてLCDの視野角拡大を図る目的で、カラーフィルタの画素上に、例えば、平面形状をジグザグに屈曲させた帯形状として、前記PS部5より低い液晶配向ドメイン規制用突起部6を形成することも多い。PS部5や液晶配向ドメイン規制用突起部6を加えた構成物全体をカラーフィルタ基板(突起部形成)11と称する。   Further, for the purpose of enlarging the viewing angle of the LCD by using vertical alignment division control for the liquid crystal alignment mode, for example, the PS portion 5 is formed on the color filter pixels as a band shape obtained by bending a planar shape in a zigzag manner, for example. A lower liquid crystal alignment domain regulating protrusion 6 is often formed. The entire structure including the PS portion 5 and the liquid crystal alignment domain regulating protrusion 6 is referred to as a color filter substrate (projection formation) 11.

なお、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、前記PS部5をカラーフィルタ基板側には設けずに、カラーフィルタ基板と共に液晶セル構造を構成する対向側の画素電極基板12上の所定の位置に設けることができる。また、液晶配向ドメイン規制用突起部6を、画素電極基板12上に設けることができる。この場合、対向するカラーフィルタ基板の着色画素上の適当な位置に、他のドメイン規制用突起部もしくは透明電極層4のスリットを設け、両基板の配向制御機能を併せて、液晶配向のドメインを規制する(特許文献2参照)ことが通常行われる。本発明では、カラーフィルタ基板側に前記
各種の突起部を設ける例について主に説明するが、画素電極基板側に突起部を設ける場合も略同様である。
As shown in the schematic diagram for explaining the cross-sectional structure of the LCD panel shown in FIG. 6, the pixel electrode on the opposite side constituting the liquid crystal cell structure together with the color filter substrate without providing the PS portion 5 on the color filter substrate side. It can be provided at a predetermined position on the substrate 12. Further, the liquid crystal alignment domain regulating protrusion 6 can be provided on the pixel electrode substrate 12. In this case, another domain regulating protrusion or slit of the transparent electrode layer 4 is provided at an appropriate position on the colored pixel of the opposing color filter substrate, and the alignment control function of both substrates is combined to provide a liquid crystal alignment domain. The regulation (see Patent Document 2) is usually performed. In the present invention, an example in which the various protrusions are provided on the color filter substrate side will be mainly described. However, the case where the protrusions are provided on the pixel electrode substrate side is substantially the same.

上記各種の突起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。従来の色表示のための限定的な機能を有するカラーフィルタ基板(突起部未形成)10に、新たな突起部を付加した構成物全体としてのカラーフィルタ基板(突起部形成)11を形成する一例である。フォトマスク20は透明基板21の片側に形成された遮光部8がカラーフィルタ基板(突起部未形成)10上に作る新たな突起部のパターンに対応しており、透明基板21の遮光部8の反対側から照射されるレジスト感光用の照射光40が遮光部8の無い部分を通って、カラーフィルタ基板(突起部未形成)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。   FIG. 2 shows a general example in the case where the various protrusions are formed by a photographic method. An example of forming a color filter substrate (projection part formation) 11 as a whole structure by adding a new projection part to a conventional color filter substrate (projection part non-formation) 10 having a limited function for color display It is. The photomask 20 corresponds to a new pattern of projections formed on the color filter substrate (projection not formed) 10 by the light shielding unit 8 formed on one side of the transparent substrate 21. The resist-type irradiation light 40 irradiated from the opposite side passes through a portion without the light-shielding portion 8 and selectively exposes the positive photoresist 7 applied on the color filter substrate (projection portion not formed) 10. To give development solubility. Thereafter, the light shielding part pattern is baked and fixed on the color filter 10 through development, washing, and baking processes.

また、PS部5と並んで突起部となる液晶配向ドメイン規制用突起部6を形成する例として、特許文献3にあるように、同一材料のポジ型フォトレジストを用いて高さの異なる上記2種類の突起を、2回の露光工程を選択的に行うことにより、同時形成することもできる。   Further, as an example of forming the liquid crystal alignment domain regulating protrusions 6 that become the protrusions in parallel with the PS portion 5, as described in Patent Document 3, the above-mentioned 2 different in height using a positive photoresist of the same material The types of protrusions can be simultaneously formed by selectively performing two exposure steps.

また、高さの異なる2種類の突起の内、高い方のPS部5には上記の特許文献1と同様に、充分な高さを確保する目的で、着色パターン30、31、32をBMパターン上で重ねてPS部の下地を高くすることにより、PS部自身の高さを大きくせずに、PS部の上面位置の高さを大きくすることができ、PS部5と液晶配向ドメイン規制用突起部6とを全く同一工程で同時形成することもできる(特許文献4参照)。   Further, among the two types of protrusions having different heights, the colored PS 30, 31, and 32 are formed as BM patterns in the higher PS portion 5 in order to ensure a sufficient height, as in the above-mentioned Patent Document 1. The height of the upper surface position of the PS part can be increased without increasing the height of the PS part itself by overlapping the upper part of the PS part, and for controlling the PS part 5 and the liquid crystal alignment domain. The protrusions 6 can also be formed simultaneously in exactly the same process (see Patent Document 4).

上記の各種方法で、PS部5を含む突起部を、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、問題点も多く、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が多い。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 to form the protrusion including the PS portion 5 with the positive photoresist by the above-mentioned various methods, but there are many problems, and at present, the negative photoresist is used to form the PS portion. There are many cases. 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、特許文献3において、上記2回の露光工程を用いる目的は、ポジ型フォトレジストに充分な露光量を与えて現像で除去する領域と完全に遮光して現像後も保存する領域との中間の露光量を液晶配向ドメイン規制用突起部6に与えて、突起部の高さを中間レベルに作ることにある。同様の考え方により、フォトマスク自体に中間濃度のパターンも選択的に作っておき、1回の露光及び現像で上記2種類の高さの異なる突起部を一括形成する方法も知られている。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5)。   Further, in Patent Document 3, the purpose of using the above-described two exposure steps is to provide an intermediate between an area that gives a sufficient exposure to the positive photoresist and is removed by development, and an area that is completely shielded from light and stored after development. Is to make the height of the projections at an intermediate level. Based on the same concept, a method is also known in which an intermediate density pattern is selectively formed on the photomask itself, and the above-mentioned two types of protrusions having different heights are collectively formed by one exposure and development. 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 5).

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2008−310358号公報JP 2008-310358 A 特開2001−201750号公報JP 2001-201750 A 特許第3255107号公報Japanese Patent No. 3255107 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液晶セルギャップ制御用の固定スペーサと固定スペーサより低い液晶配向ドメイン規制用突起部とを一括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 problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide a liquid crystal cell gap by using a positive photoresist on a color filter substrate or a pixel electrode substrate for a liquid crystal display device. A photomask for forming a fixed spacer for control and a liquid crystal alignment domain regulating protrusion lower than the fixed spacer at the same time is optimized, and a color filter substrate with little variation due to process conditions and its manufacturing method, or a pixel electrode substrate and its A manufacturing method is provided, and a high-quality liquid crystal display device is provided.

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液晶配向ドメイン規制用突起部とを一括形成するためのフォトマスクであって、前記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孤立パターンからなること、および、前記ドメイン規制用突起部のフォトマスクパターンとしては複数の平行帯状の遮光部に挟まれた全透過スリットを含むグレートーン部を有する帯状パターンからな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 protrusion for regulating a liquid crystal alignment domain at once using a positive photoresist on an electrode substrate, wherein the photomask pattern of the fixed spacer is shielded from light And an isolated pattern having a gray tone part including a total transmission slit around the part, and the photomask pattern of the domain regulating projection part includes a total transmission slit sandwiched between a plurality of parallel strip-shaped light shielding parts A photomass comprising a strip pattern having a gray tone portion It is.

また、請求項2に記載の発明は、前記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、そのサイズを前記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、前記固定スペーサ用の遮光部の周囲に有す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 is a convex simple polygon, or a circular shape such as a circle or an ellipse, and the size of the largest circle that can be stored within the contour of the fixed spacer. The width of the total transmission slit of the gray tone portion around the light shielding portion for the fixed spacer is 5 to 7 μm, and the gray around the light shielding portion and the light shielding portion is formed. 2. The photomask according to claim 1, wherein the total size including the tone portion is 30 μm or more.

また、請求項3に記載の発明は、前記ドメイン規制用突起部の平面形状を幅7〜12μmの帯状に形成するため、前記複数の平行帯状の遮光部を2本の遮光部とし、それに挟まれた全透過スリットの幅を1.5〜3.5μmとし、該全透過スリットを含むグレートーン部の幅を8〜13μm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。   According to a third aspect of the present invention, since the planar shape of the domain regulating protrusion is formed in a strip shape having a width of 7 to 12 μm, the plurality of parallel strip-shaped light shielding portions are formed as two light shielding portions and sandwiched therebetween. 3. The photomask according to claim 1, wherein a width of the total transmission slit is 1.5 to 3.5 μm, and a width of a gray tone portion including the total transmission slit is 8 to 13 μm. is there.

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ドメイン規制用突起部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, the photomask according to any one of the first to third aspects is used, and the fixing spacer and the domain regulating protrusion are selectively provided on the color filter substrate. And 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、前記ドメイン規制用突起部の高さを、0.8〜1.4μmと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 outermost surface of the color filter pixel central portion is set to 2.0 to 3.8 μm, and the height of the domain regulating protrusion is set to 0.8. The color filter substrate according to claim 4, wherein the color filter substrate is 8 to 1.4 μm.

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ドメイン規制用突起部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 fixing spacer and the domain regulating protrusion are selectively provided on the pixel electrode substrate. 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、前記ドメイン規制用突起部の高さを、0.8〜1.4μmと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 central portion of the pixel electrode is 2.0 to 3.8 μm, and the height of the domain regulating protrusion is 0.8. The pixel electrode substrate according to claim 6, wherein the pixel electrode substrate has a thickness of ˜1.4 μm.

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ドメイン規制用突起部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 domain regulating protrusion are arranged on a color filter substrate. A color filter substrate manufacturing method characterized by being selectively provided on the top.

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ドメイン規制用突起部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, the photomask according to any one of the first to third aspects is used, a collective pattern is formed by a proximity exposure method, and the fixed spacer and the domain restricting protrusion are provided on the pixel electrode substrate. A method of manufacturing a pixel electrode substrate, which is selectively provided on the top.

液晶表示装置用カラーフィルタ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の固定スペーサと液晶配向ドメイン規制用突起部とを両者の高さの差を安定して実現するように、一括して容易に形成することは従来困難であった。しかも、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もあった。しかし、本発明のグレートーン部を有する安価なフォトマスクを使用することにより、高品質の固定スペーサとそれより高さを一定量低くした液晶配向ドメイン規制用突起部と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容易に形成することができる。   A positive photoresist is used for the color filter substrate for the liquid crystal display device, and the fixed spacer for controlling the cell gap and the protrusion for regulating the liquid crystal alignment domain are integrated so that the difference in height between the two can be realized stably. It has been difficult to form easily. Furthermore, when the planar size of the spacer is small, fluctuations in the exposure gap and the exposure amount greatly affect the finished height of the spacer, and when the planar size of the spacer is large, the flat portion of the spacer upper surface is recessed. For this reason, there has been a difficulty in effectively using the positive photoresist as a spacer, for example, quality abnormalities occur when an alignment film is applied in the liquid crystal cell manufacturing process. However, by using an inexpensive photomask having a gray tone portion of the present invention, a high-quality fixed spacer and a liquid crystal alignment domain regulating protrusion whose height is lowered by a certain amount are colored with a positive photoresist. It can be easily formed collectively on the filter substrate or the pixel electrode substrate.

また、請求項2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 second aspect of the present invention, a large planar size spacer particularly suitable for the fixed spacer constituting the color filter substrate or the pixel electrode substrate of the present invention can be realized stably and with high quality. The structure of the photomask can be defined.

また、請求項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ドメイン規制用突起部に特に適した形状の突起パターン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 third aspect of the present invention, in order to stably and with high quality, a protrusion pattern having a shape particularly suitable for the domain regulating protrusions constituting the color filter substrate or the pixel electrode substrate of the present invention. The structure of the photomask 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とドメイン規制用突起部と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。
According to the invention described in claim 4 or 6, a color filter substrate or a pixel electrode substrate having a high-quality fixed spacer and a domain regulating protrusion can be obtained at a low material cost. The color filter substrate or the pixel electrode substrate is compatible with the liquid crystal cell formation process without any abnormality, and can 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とドメイン規制用突起部と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 domain regulating protrusion constituting the color filter substrate or the pixel electrode substrate of the present invention is stably and 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とドメイン規制用突起部と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。   According to the invention described in claim 9 or 10, it is possible to obtain a color filter substrate or a pixel electrode substrate having a high-quality fixed spacer and a domain regulating protrusion uniformly with a low material cost and a stable process. Therefore, productivity can be improved by high yield, and it is possible to easily cope with changes in 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部およびドメイン規制用突起部との関係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 relationship between the PS part corresponding to the photomask of this invention, and the protrusion part for domain control. 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部およびドメイン規制用突起部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 where a PS portion and a domain regulating protrusion 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、ドメイン規制用突起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 the domain regulation protrusion part with the photomask of this invention.

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.

本発明は、図7に示すように、上記で説明したPS部5を形成することと併せて、ドメイン規制用突起部6を一括して形成することに関わるものであって、いずれもフォトマスクパターンにグレートーン部を設けて、断面形状を制御する。一般に、PS部に比べてドメイン制御用突起部は、平面形状が孤立パターンより帯状パターンを主としたものが多く、前記帯状パターンの幅に相当する最小線幅が小さく、断面形状の高さが低いものを利用する。従って、フォトマスクパターンにグレートーン部を設けるための具体的な方策は、PS部とドメイン制御用突起部とで異なる。一方、ドメイン規制用突起部6は、液晶配向のドメイン規制が各基板表面の微細な傾斜面による液晶の初期配向を基本とするので、形態的な特徴を得ることを最重要とし、液晶セル構造の中で化学的な悪影響がなければ、他の特性面を特に限定しなくても良いので、これに使用するレジスト材料をPS部形成に用いるものと同じにすることができる。   As shown in FIG. 7, the present invention relates to the formation of the PS portion 5 described above and the formation of the domain restricting protrusions 6 at the same time, both of which are photomasks. A gray tone portion is provided in the pattern to control the cross-sectional shape. In general, as compared with the PS portion, the domain control protrusions are mostly in the shape of a strip pattern rather than the isolated pattern, and the minimum line width corresponding to the width of the strip pattern is small, and the height of the cross-sectional shape is high. Use a lower one. Therefore, the specific measures for providing the gray tone portion in the photomask pattern are different between the PS portion and the domain control protrusion. On the other hand, the domain regulating protrusion 6 is most important to obtain morphological characteristics because the domain regulation of the liquid crystal alignment is based on the initial alignment of the liquid crystal by the fine inclined surface of each substrate surface. If there is no adverse chemical effect, the other characteristics need not be particularly limited, and the resist material used for this can be the same as that used for forming the PS portion.

図1に、本発明のフォトマスクと対応するPS部およびドメイン規制用突起部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液晶配向ドメイン規制用突起部6とを一括形成するためのフォトマスク20であって、前記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を有する孤立パターンからなること、および、前記ドメイン規制用突起部のフォトマスクパターンとしては後述する他のグレートーン部90を有する帯状パターンからな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 domain regulating protrusion. 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 projection portion 6 for regulating a liquid crystal alignment domain lower than the fixed spacer by using a type photoresist 7; The spacer photomask pattern is composed of an isolated pattern having a gray tone portion 9 including a total transmission slit around the light shielding portion 8, and other gray tone to be described later is used as the photomask pattern of the domain regulating projection portion. It is characterized by comprising a belt-like pattern having a portion 90.

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、使用するフォトレジスト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。前記ドメイン規制用突起部用のフォトマスクパターンであるグレートーン部90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同時に可能である。   As in the case shown in FIG. 2, the transparent substrate 21 of the photomask emits light having a wavelength in a region that utilizes at least the photosensitivity of the photoresist 7 to be used among the resist exposure light 40 from the exposure machine. Examples thereof include fused silica glass and non-alkali 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 gray tone portion 90 which is a photomask pattern for the domain regulating protrusion can be formed simultaneously 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部およびドメイン規制用突起部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部およびドメイン規制用突起部として、突起物をカラーフィルタ基板11上の所定の位置に形成するが、便宜的に多種サイズの例をPS部51、53、ドメイン規制用突起部62、64のように、同一図面上に隣接して表示する。PS部はBMパターン上に、ドメイン規制用突起部は着色パターン上に配置される。   FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view for explaining a situation where the PS portion and the domain regulating protrusion are formed in the optimum cross-sectional shape on the color filter substrate of the present invention. As the PS portion and the domain restricting protrusion, a protrusion is formed at a predetermined position on the color filter substrate 11. For convenience, various sizes of the PS portions 51 and 53, the domain restricting protrusions 62 and 64 are provided. As shown above, they are displayed adjacently on the same drawing. The PS portion is disposed on the BM pattern, and the domain regulating protrusion is disposed on the colored pattern.

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。一方、ドメイン規制用突起部はPS部とは異なり、PS部より低い(図4で、その差をm、nで表す)一定の高さの凸形状を均一に有することが望まれる。一般に、大型の液晶セルを構成するPS部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、後で定義する固定スペーサのサイズが20μm以上であることが望ましく、さらに好ましくは、30〜50μmであることが望ましい。例えば正八角形の水平断面を有する台形状の突起物をPS部として形成する場合、1個のPS部の平面サイズを、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30μm以上で、本発明のPS部の形成に有力な方法となる。   Since it is necessary for the PS portion to exhibit a function as a fixed spacer for constituting the liquid crystal cell, it is desirable that the PS portion has a uniform height, shape, and elastic characteristics. On the other hand, unlike the PS portion, the domain restricting protrusion is desired to have a uniform convex shape that is lower than the PS portion (the difference is represented by m and n in FIG. 4). In general, it is not preferable that the planar size of the PS portion constituting a large liquid crystal cell is too small from the viewpoint of function and production yield. Actually, the size of the fixed spacer defined later is desirably 20 μm or more, and more desirably 30 to 50 μm. For example, when a trapezoidal projection having a regular octagonal horizontal cross section is formed as a PS portion, the plane size of one PS portion is regarded as the diameter between the two opposite sides of the lower bottom portion as a difference diameter. When this is done, this planar size is 30 μm or more, which is an effective method for forming the PS portion of the present invention.

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.

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、以下のように具体的に表現することができる。
本発明のフォトマスクは、前記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、そのサイズを前記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、前記固定スペーサ用の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 order to improve the shape caused by the bulge of the end portion of the projection pattern formed of the photoresist, it can be specifically expressed as follows.
In the photomask of the present invention, the planar shape of the fixed spacer is a convex simple polygon or a circle such as a circle or an ellipse, and the size is represented by the diameter of the largest circle that can be stored in the contour of the fixed spacer. The width of the total transmission slit of the gray tone portion provided around the light shielding portion for the fixed spacer is 5 to 7 μm, and the periphery of the light shielding portion and the light shielding portion. 2. The photomask according to claim 1, wherein the total size including the gray tone portion is 30 μm or more.

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、パターン形状、平面サイズ、高さともに違いの大きいドメイン規制用突起部に関しては事情が変わる。ドメイン規制用突起部のフォトマスクパターンをPS部のフォトマスクパターンと同一の透明基板上に形成して、PS部のパターン形成と同一のフォトリソグラフィー工程に使用するための工夫について、図9により説明する。   The relationship between the planar size of the PS portion, the light-shielding portion of the photomask pattern, and the gray tone portion is different with respect to the domain restricting projection portion having a large difference in pattern shape, planar size, and height. A device for forming the photomask pattern of the domain regulating projection on the same transparent substrate as the photomask pattern of the PS portion and using it in the same photolithography process as the pattern formation of the PS portion will be described with reference to FIG. To do.

図9は、本発明のフォトマスクにより、ドメイン規制用突起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。
前記ドメイン規制用突起部のフォトマスクパターンとして、複数の平行帯状の遮光部を2分割された遮光膜85で形成した例であり、遮光部に挟まれた幅Bの全透過スリット80を含めてグレートーン部90を構成し、幅Aの全体が帯状パターンとして使用される。
FIG. 9 is a schematic plan view for explaining an example of a photomask pattern for forming a domain regulating protrusion using the photomask of the present invention.
This is an example in which a plurality of parallel strip-shaped light shielding portions are formed of a light shielding film 85 divided into two as a photomask pattern of the domain regulating projection portion, including a total transmission slit 80 having a width B sandwiched between the light shielding portions. The gray tone portion 90 is formed, and the entire width A is used as a strip pattern.

前記ドメイン規制用突起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を、帯状に形成されるドメイン規制用突起部の線幅と、前記フォトマスクパターンの幅Aおよび幅Bに置き換えて、PS部の高さを3.5μm、PS部の平面サイズ35μmの一定に形成する工程で、実験的に検討した。その結果、前記ドメイン規制用突起部の平面形状を幅7〜12μmの帯状に形成するため、前記複数の平行帯状の遮光部を2本の遮光部とし、それに挟まれた全透過スリットの幅Bを1.5〜3.5μmとし、該全透過スリットを含むグレートーン部の幅Aを8〜13μmとすることが最適であるとの知見を得た。なお、透過率33%のハーフトーン膜を用いたフォトマスクにより同様の比較実験を行ったところ、前記と同様の突起形状が得られることが分かったが、膜厚の面内ばらつきはハーフトーン膜を用いた方が劣る傾向が見られた。   The relationship between the planar size of the domain regulating projection, the light shielding portion of the photomask pattern, and the gray tone portion, the line width of the domain regulating projection formed in a strip shape, and the width A and width B of the photomask pattern In this process, the height of the PS portion is 3.5 μm and the planar size of the PS portion is 35 μm. As a result, in order to form the planar shape of the domain regulating protrusion into a strip shape having a width of 7 to 12 μm, the plurality of parallel strip-shaped light shielding portions are formed as two light shielding portions, and the width B of the total transmission slit sandwiched therebetween It was found that it is optimal to set the width A of the gray tone portion including the total transmission slit to 8 to 13 μm. A similar comparative experiment was performed using a photomask using a halftone film having a transmittance of 33%, and it was found that the same protrusion shape as described above was obtained. There was a tendency to be inferior when using.

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。上記の事情のため、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。   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. Because of the above circumstances, it is possible to reduce the height of the photoresist protrusion of the PS portion to be actually formed due to the overlapping state of the colored patterns on the BM pattern.

また、前記ドメイン規制用突起部の膜厚は、フォトマスクパターンとしての前記グレートーン部の設計値と、PS部の高さを決めるポジ型フォトレジストの塗布膜厚と、露光条件とにより決まるが、液晶の垂直配向の傾斜に影響する機能を発揮する上で妥当な膜厚となることが必要である。上述のグレートーン部の設計値を最適化する実験によれば、1.
0〜1.3μm程度の膜厚が得られるが、PS部の高さを決めるポジ型フォトレジストの塗布膜厚を2.0〜3.8μmとする場合は、前記ドメイン規制用突起部の高さを、0.8〜1.4μmとすることができ、配向ドメイン規制の機能も正常に得られる。
Further, the film thickness of the domain regulating protrusion is determined by the design value of the gray tone portion as a photomask pattern, the coating thickness of the positive photoresist that determines the height of the PS portion, and the exposure conditions. It is necessary that the film thickness be appropriate for exhibiting a function that affects the tilt of the vertical alignment of the liquid crystal. According to the experiment for optimizing the design value of the gray tone portion described above,
Although a film thickness of about 0 to 1.3 μm can be obtained, when the coating thickness of the positive photoresist that determines the height of the PS portion is set to 2.0 to 3.8 μm, the height of the domain regulating protrusion is high. The thickness can be set to 0.8 to 1.4 μm, and the function of regulating the orientation domain can be normally obtained.

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部およびドメイン規制用突起部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部およびドメイン規制用突起部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 domain regulating protrusion 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 similarly applied. The positive photoresist for forming the PS portion and the domain regulating protrusion can be processed and formed by photolithography.

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、ドメイン規制用突起部の高さを0.8〜1.4μmとすることが、セルギャップと配向ドメイン規制の機能を正常に得る上で最適である。   Similarly to the case of the color filter substrate, on the pixel electrode substrate, the height of the PS portion from the outermost surface of the pixel electrode central portion is set to 2.0 to 3.8 μm, and the height of the projection for restricting the domain is set. Is 0.8 to 1.4 μm in order to obtain the cell gap and orientation domain regulation functions normally.

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およびドメイン規制用突起部6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。図示されていないが、カラーフィルタ基板(PS部未形成)10の液晶側表面にドメイン規制用突起部6等のドメイン規制手段を適宜設けることができる。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およびドメイン規制用突起部6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, a transparent substrate 41, an active driving switching element 13 (usually using TFTs), and a pixel electrode substrate 12 on which a PS portion 5 and a domain regulating projection 6 are formed on a pixel electrode 14 are used for liquid crystal alignment. An alignment film 15 is formed, and an alignment film 15 is formed and disposed on the surface of the color filter substrate (PS portion not formed) 10 on the opposite side. A liquid crystal 16 is sealed between the substrates to form a sealant 17. Close the cell structure. Although not shown, domain regulating means such as a domain regulating projection 6 can be appropriately provided on the liquid crystal side surface of the color filter substrate (PS portion not formed) 10. 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 part 5 and the domain regulating protrusion 6 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部およびドメイン規制用突起部の品質が、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 color filter substrate or the pixel electrode substrate PS portion and the domain regulating protrusion has no height variation, and there is no dent on the upper surface of the PS portion 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)
6・・・ドメイン規制用突起部
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(突起部未形成)
11・・・カラーフィルタ基板(突起部形成)
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)
62、64・・・ドメイン規制用突起部
80・・・全透過スリット
81、82、83・・・遮光部
85・・・グレートーン部内の遮光膜
90、92、94・・・グレートーン部(ドメイン規制用突起部形成用)
91、93・・・グレートーン部(PS部形成用)
1, 21, 41 ... Transparent substrate 2 ... BM pattern 4 ... Transparent electrode layer 5 ... PS part (fixed spacer)
6... Domain restricting projection 7... Positive type photoresist 8... Shading portion 9... Gray tone portion 10 .. Color filter substrate (projection not formed)
11 ... Color filter substrate (projection 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)
62, 64 ... Protrusion part 80 for domain regulation ... All transmission slits 81, 82, 83 ... Light shielding part 85 ... Light shielding film 90, 92, 94 in gray tone part Gray tone part ( (For domain control protrusion formation)
91, 93 ... Gray tone part (for PS part formation)

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液晶配向ドメイン規制用突起部とを一括形成するためのフォトマスクであって、前記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孤立パターンからなること、および、前記ドメイン規制用突起部のフォトマスクパターンとしては複数の平行帯状の遮光部に挟まれた全透過スリットを含むグレートーン部を有する帯状パターンからな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 forming liquid crystal alignment domain regulating protrusions at a time, and as the photomask pattern of the fixed spacer, an isolated pattern having a gray tone portion including a total transmission slit around the light shielding portion; In addition, the photomask pattern of the domain restricting protrusion includes a strip-shaped pattern having a gray tone portion including a total transmission slit sandwiched between a plurality of parallel strip-shaped light shielding portions. 前記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、そのサイズを前記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、前記固定スペーサ用の遮光部の周囲に有す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 is a convex simple polygon or a circle such as a circle or an ellipse, and the size is expressed by the diameter of the largest circle that can be stored in the contour of the fixed spacer, and is formed to be 30 to 50 μm. Therefore, the width of the total transmission slit of the gray tone portion around the light shielding portion for the fixed spacer is 5 to 7 μm, and the total size including the light shielding portion and the gray tone portion around the light shielding portion is 30 μm or more. The photomask according to claim 1, wherein: 前記ドメイン規制用突起部の平面形状を幅7〜12μmの帯状に形成するため、前記複数の平行帯状の遮光部を2本の遮光部とし、それに挟まれた全透過スリットの幅を1.5〜3.5μmとし、該全透過スリットを含むグレートーン部の幅を8〜13μm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。   In order to form the planar shape of the domain regulating protrusion into a strip shape having a width of 7 to 12 μm, the plurality of parallel strip-shaped light shielding portions are formed as two light shielding portions, and the width of the total transmission slit sandwiched between them is 1.5. 3. The photomask according to claim 1, wherein the gray tone portion including the total transmission slit has a width of 8 to 13 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ドメイン規制用突起部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 comprising the photomask according to claim 1, wherein the fixed spacer and the domain regulating protrusion 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、前記ドメイン規制用突起部の高さを、0.8〜1.4μmと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 2.0 to 3.8 μm, and the height of the domain regulating protrusion is 0.8 to 1.4 μm. The color filter 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、前記固定スペーサおよびドメイン規制用突起部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。   4. A pixel electrode substrate using the photomask according to claim 1, wherein the fixed spacer and the domain regulating protrusion 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、前記ドメイン規制用突起部の高さを、0.8〜1.4μmと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 central portion of the pixel electrode is 2.0 to 3.8 μm, and the height of the domain regulating protrusion is 0.8 to 1.4 μm. The pixel electrode substrate according to claim 6. 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ドメイン規制用突起部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 collective pattern is formed by a proximity exposure method using the photomask according to claim 1, and the fixing spacer and the domain regulating protrusion are selectively provided on a color filter substrate. A method for manufacturing a color filter 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ドメイン規制用突起部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 collective pattern is formed by a proximity exposure method using the photomask according to claim 1, and the fixed spacer and the domain regulating protrusion are selectively provided on the pixel electrode substrate. A method for manufacturing a pixel electrode substrate.
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WO2018120506A1 (en) * 2016-12-29 2018-07-05 惠科股份有限公司 Liquid crystal display panel and manufacturing method therefor
CN114063359A (en) * 2021-08-20 2022-02-18 信利(惠州)智能显示有限公司 Method for obtaining BM line width range by TN model TFT-LCD

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