JP2012027328A

JP2012027328A - カラーフィルタ、これを用いた液晶表示装置、カラーフィルタの製造方法及びこれに用いられるフォトマスクセット

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Publication number: JP2012027328A
Application number: JP2010167350A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsusei; 健司松政; Hiroki Goto; 宏希後藤; Kohei Matsui; 浩平松井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: JP5691280B2

Abstract

【課題】共取り方式によりサイズの異なる２種類のカラーフィルタを同一基板上に形成するカラーフィルタの製造方法であって、２色の着色層を形成するためのフォトマスクを共通版にし、ＰＳ及びサブＰＳの高さの差を調整して各カラーフィルタを形成できる製造方法を提供する。
【解決手段】カラーフィルタは、基板１０と、基板１０上に設けられる赤色の着色層、緑色の着色層４１Ｇ及び青色の着色層と、赤色の着色層及び緑色の着色層４１Ｇ上に形成されるＰＳ６１と、赤色の着色層及び緑色の着色層４１Ｇ上に形成されるサブＰＳ７１とを備える。ＰＳ６１は、青色の着色層と同一材料からなるレイヤー８１と、レイヤー８１を覆う樹脂層８３とから構成される。サブＰＳ７１は、青色の着色層と同一材料からなり、レイヤー８１より表面積が小さいレイヤー８２と、レイヤー８２を覆う樹脂層８４とから構成される。樹脂層８４の厚みｄ２は樹脂層８３の厚みｄ１より小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタに関する。

一般的にカラーフィルタには、カラーフィルタと対向部材との間隔を一定に保持するためのフォトスペーサー（以下、「ＰＳ」という）が設けられる。近年、液晶パネルの薄型化に起因する基板のたわみの増大やタッチパネル用途に用いられた際の押圧によって、ＰＳに加わる外力が大きくなっている。これによって、ＰＳが破損する虞がある。

これを防止するために、ＰＳと共に、ＰＳより高さ寸法が小さいサブフォトスペーサー（以下、「サブＰＳ」という）をカラーフィルタ上に設けられることがある。ＰＳ及びサブＰＳは、製造コストを抑えるために、カラーフィルタの着色層と同一の露光工程にて形成されることが多い。

また、カラーフィルタを作製するには、カラーフィルタよりサイズの大きい基板上に、複数のカラーフィルタを同一工程で作製することでコストダウンが図られている。カラーフィルタを基板上に複数配置した場合、基板のサイズによって、カラーフィルタが形成されずに無駄となる余白部分が生じる。この余白部分に、サイズの異なる（例えば、カラーフィルタの仕上がり寸法、着色層の幅及び隣接する着色層の間隔が小さく設計されているもの）カラーフィルタを配置（いわゆる共取り）して、基板を有効活用することが一般的に行われている。

特開２００９−９２９７３号公報特開２００９−１１６０６８号公報特開２００９−１６３０３６号公報特開２００９−１８０７８４号公報

図１４は、従来の共取り方式によるカラーフィルタの露光方法の一例を示す図である。尚、図１４は基板及びフォトマスクの一部を示している。ここでは、基板上に３色（赤・緑・青）の着色層を設けたカラーフィルタを例に挙げて説明する。

共取り方式による露光方法では、基板９１０の全体を有効に利用するために、サイズの異なる２種類以上のカラーフィルタを敷き詰めて形成する。基板９１０上の領域９１１には第１のカラーフィルタを形成し、領域９１２には、第１のカラーフィルタより小さな第２のカラーフィルタを形成する。

更に、図１４に示す露光方法では、カラーフィルタの形成領域より小さな複数のフォトマスク９２１ａ〜９２１ｅを使用する。ここで、フォトマスク９２１ａ〜９２１ｄは第１のカラーフィルタを露光するためのものであり、フォトマスク９２１ｅは、第２のカラーフィルタを露光するためのものである。フォトマスク９２１ａ〜９２１ｄには、Ｙ軸方向に延びる開口部９３１ａがＸ軸方向に整列したスリットが形成されている。フォトマスク９２１ｅには、Ｘ軸方向に延びる開口部９３１ｅがＹ軸方向に整列したスリット形成されている。

１色目（例えば赤）または２色目（例えば緑）の着色層形成時には、図１４に示したフォトマスク９２１ａ〜９２１ｅに対して基板をＹ軸正方向に搬送しながら、領域９１１及び９１２上に着色層のストライプパターンを露光する。この際、基板９１０の搬送距離は、フォトマスク９２１ｅのスリット長に応じて調整される。また、１色目と２色目の着色層は、同一のフォトマスク９２１ａ〜９２１ｅを用いて形成する。その後、３色目(例えば青）の着色層を、領域９１１及び９１２のそれぞれを一括して露光できる大きさのフォトマスク（図示せず）を用いて形成する。

図１５は、従来のカラーフィルタの一部を拡大した平面図であり、図１６は、図１５に示すカラーフィルタの部分断面図である。より特定的には、図１６（ａ）は、図１５に示すカラーフィルタのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図１６（ｂ）は、図１５に示すカラーフィルタのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

図１６に示すカラーフィルタ９０１は、基板９１０上に、ブラックマトリクス９５０と、赤色の着色層９４１Ｒと、緑色の着色層９４１Ｇと、青色の着色層９４１Ｂと、透明電極膜９５２と、ＰＳ９６０及びサブＰＳ９７０とを形成したものである。図１５に示すように、ブラックマトリクス９５０は、各画素を区画する格子状の領域と、ＰＳ９６０及びサブＰＳ９７０を配置するために各画素に対応して設けられる領域９５１とを有する。ＰＳ９６０及びサブＰＳ９７０は、領域９５１を覆う赤色の着色層９４１Ｒ及び緑色の着色層９４１Ｇ上に設けられる。ＰＳ９６０は、青色の着色層と同一材料からなるレイヤー９８１と、レイヤー９８１を覆う樹脂層９８２とから構成される。サブＰＳ９７０は、樹脂層９８３のみで構成されている。

上記したように、赤色の着色層９４１Ｒ及び緑色の着色層９４１Ｇを形成するためのフォトマスクを共通版にしているため、青色の着色層と同時に形成されるレイヤー９８１を設けるか否かによって、ＰＳ９６０とサブＰＳ９７０とを作り分けている。しかし、レイヤー９８１の有無のみでＰＳ９６０とサブＰＳ９７０との高さを変える場合、ＰＳ９６０とサブＰＳ９７０との高さの差が大きくなり過ぎてしまう。そのため、対向部材（図示せず）からＰＳ９６０に加えられる外力を、サブＰＳ９７０に分散させることができず、ＰＳ９６０が破損するという問題がある。

それ故に、本発明は、同一基板上にサイズの異なる２種類以上のカラーフィルタを形成する場合に、２色以上の着色層を共通のフォトマスクを用いて形成することができ、かつ、ＰＳ及びサブＰＳの高さの差を所望の値に調整できるカラーフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、カラーフィルタを用いた液晶表示装置及びカラーフィルタの製造に用いられるフォトマスクセットを提供することも目的とする。

本発明は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタに関する。カラーフィルタは、基板と、基板上に設けられ、互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、第１または第２の着色層上に形成される第１のフォトスペーサーと、第１または第２の着色層上に形成され、第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを備える。第１のフォトスペーサーは、第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層とからなる。第２のフォトスペーサーは、第３の着色層と同一材料よりなり、第１のレイヤーより表面積が小さい第２のレイヤーと、第２のレイヤーを覆う第２の樹脂層とからなる。第２のレイヤー上における第２の樹脂層の厚みは、第１のレイヤー上における第１の樹脂層の厚みより小さい。

また、本発明は、液晶表示装置に関する。液晶表示装置は、上記のカラーフィルタと、カラーフィルタと対向する対向基板と、カラーフィルタ及び対向基板の間に封入される液晶とを備える。

更に、本発明は、カラーフィルタの製造方法に関する。より特定的には、互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、第１のフォトスペーサーと、前記第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを有し、互いにサイズが異なる第１のカラーフィルタ及び第２のカラーフィルタを基板上に形成する。具体的には、第１のフォトマスクを用いて、基板上の第１のカラーフィルタを形成する領域と、第２のカラーフィルタを形成する領域とに第１の着色層を形成する工程と、第１のフォトマスクと基板との位置を相対的にずらして、基板上の第１のカラーフィルタを形成する領域と、第２のカラーフィルタを形成する領域とに第２の着色層を形成する工程と、第２のフォトマスクを用いて、基板上の第１のカラーフィルタを形成する領域と、第２のカラーフィルタを形成する領域とに第３の着色層を形成すると共に、第１又は第２の着色層上に第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、第１のレイヤーより面積が小さい第２のレイヤーとを形成する工程と、第３のフォトマスクを用いて、第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層と、第２のレイヤーを覆い、第１の樹脂層より厚みが小さい第２の樹脂層とを同時に形成する工程とを備える。

本発明によると、同一基板上にサイズの異なる２種類以上のカラーフィルタを形成する場合に、２色以上の着色層を共通のフォトマスクを用いて形成することができ、かつ、ＰＳ及びサブＰＳの高さの差を所望の値に調整できる。

第１の実施形態に係るカラーフィルタの一部を示す図図１に示すカラーフィルタの断面図第１の実施形態に係るカラーフィルタの赤色及び緑色の着色層の露光方法を示す図図３のＡ部に対応する部分の拡大図であって、赤色及び緑色の着色層形成後の状態を示す図図３のＢ部に対応する部分の拡大図であって、赤色及び緑色の着色層形成後の状態を示す図図３のＣ部に対応する部分の拡大図であって、赤色及び緑色の着色層形成後の状態を示す図図３のＤ部に対応する部分の拡大図であって、赤色及び緑色の着色層形成後の状態を示す図第１の実施形態に係るカラーフィルタの青色の着色層の露光方法を示す図第２のフォトマスクの平面図第３のフォトマスクの平面図第２の実施形態に係るカラーフィルタの部分断面図第２の実施形態に係る第２のフォトマスクの平面図第２の実施形態に係る第３のフォトマスクの平面図第３の実施形態に係る第３のフォトマスク上の遮光部を示す図第１の変形例に係る第３のフォトマスク上の遮光部を示す図第２の変形例に係る第３のフォトマスク上の遮光部を示す図従来の共取り方式によるカラーフィルタの露光方法の一例を示す図従来のカラーフィルタの一部を示す図図１５に示すカラーフィルタの断面図

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るカラーフィルタの一部を示す平面図であり、図２は、図１に示すカラーフィルタの断面図ある。より特定的には、図２（ａ）は、図１に示すカラーフィルタのＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、図２（ｂ）は、図１に示すカラーフィルタのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

カラーフィルタ１は、基板１０と、ブラックマトリクス５０と、着色層４１Ｒ、４１Ｇ及び４１Ｂと、透明電極膜５２と、フォトスペーサー（以下「ＰＳ」という）６１と、サブフォトスペーサー（以下「サブＰＳ」という）７１とを備える。

基板１０上のブラックマトリクス５０は、各画素を区画するための格子状の領域と、各画素に対応してＰＳ６１及びサブＰＳ７１を配置するための領域５１とを有している。

着色層４１Ｒ、４１Ｇ及び４１Ｂの各々は、Ｙ軸方向に延びるように形成されており、同一列に整列する画素を覆っている。また、着色層４１Ｒ、４１Ｇ及び４１Ｂは、Ｘ軸方向に、赤、緑、青色（ＲＧＢ）の並びで繰り返し配列されている。

ＰＳ６１は、基板１０とこれに対向して配置される対向部材（図示せず）との間隔を規制するためのものであり、領域５１と着色層４１Ｒ及び４１Ｇとの重なり部分に設けられている。ＰＳ６１は、青色の着色層４１Ｂと同一材料よりなるレイヤー８１と、レイヤー８１を覆う樹脂層８３とから構成される。

サブＰＳ７１は、領域５１と着色層４１Ｒ及び４１Ｇとの重なり部分に設けられている。サブＰＳ７１は、青色の着色層４１Ｂと同一材料よりなり、レイヤー８１より表面積が小さいレイヤー８２と、レイヤー８２を覆う樹脂層８４とから構成される。レイヤー８２上の樹脂層８４の厚みｄ２は、レイヤー８１上の樹脂層８３の厚みｄ１より小さい。

図３は、第１の実施形態に係るカラーフィルタの赤色及び緑色の着色層の露光方法を示す図である。図４Ａ〜図４Ｄは、図３のＡ〜Ｄ部に対応する部分の拡大図であって、赤色及び緑色の着色層形成後の状態を示す図である。尚、他の領域１１ｂ〜１１ｌ及び１２ｂ〜１２ｅのうち、Ａ〜Ｄ部に対応する箇所には、図４Ａ〜４Ｄと同様に着色層が形成されている。また、図４Ａ〜４Ｄでは、ブラックマトリクスの記載を省略している。

第１の実施形態に係る製造方法では、同一基板上に、仕上がり寸法・着色層の寸法（幅、長さ）・隣接する着色層の間隔が異なる２種類のカラーフィルタを形成する。具体的には、図３に示すように、基板１０上に、４行×３列の１２枚の第１のカラーフィルタが形成される領域１１ａ〜１１ｌと、５行×１列の５枚の第２のカラーフィルタが形成される領域１２ａ〜１２ｅとが設けられる。ここで、第１のカラーフィルタのサイズは第２のカラーフィルタのサイズより大きい。

図３に示す露光方法では、カラーフィルタよりサイズが小さい複数のフォトマスクを用いてＹ軸方向に繰り返し露光を行う。更に、これらのフォトマスクを共通版として用いて、基板１０上に赤色及び緑色の着色層を形成する。基板１０に対して、２行に分けて並べた１２枚のフォトマスク２１ａ〜２１ｊが配置されている。より詳細には、１行目（基板２０の投入側）には、所定間隔を空けてフォトマスク２１ａ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｇ、２１ｉが配置され、２行目には、１行目のフォトマスクの間隔部分に対応して、フォトマスク２１ｂ、２１ｄ、２１ｆ、２１ｈ、２１ｊが相補的に配置されている。フォトマスク２１ａ〜２１ｉは、第１のカラーフィルタを露光するためのものであり、各々、Ｙ軸方向に延びる複数の開口部３１ａがＸ軸方向に整列したスリットを有する。フォトマスク２１ｊは、第２のカラーフィルタを露光するためのものであり、Ｘ軸方向に伸びる複数の開口部３１ｊがＹ軸方向に整列したスリットを有する。

カラーフィルタを形成するには、まず、基板１０上の領域１１ａ〜１１ｌ及び１２ａ〜１２ｅに格子状の領域と、ＰＳ及びサブＰＳを配置するための領域５１とを有するブラックマトリクス５０を形成する。ブラックマトリクス５０の形成方法は特に限定されず、様々な手法を採用できる。

次に、光源下に配置した第１のフォトマスク２１ａ〜２１ｊに対して、赤色のカラーレジストを塗布した基板１０をＹ軸正方向（図の白抜き矢印方向）に搬送しながら間欠的に複数回の露光を行う。これにより、領域１１ａ〜１１ｌ及び領域１２ａ〜１２ｅ上に赤色の着色層のパターンを形成する。露光の際、基板１０の搬送距離はフォトマスク２１ｊのスリット幅と一致するように調整される。露光が終了した後、基板１０を現像することで、領域１１ａ〜１１ｌには、Ｙ軸方向に延びる複数の赤色の着色層４１Ｒが形成される。一方、領域１２ａ〜１２ｅには、Ｘ軸方向に延びる複数の赤色の着色層４２Ｒが形成される。

次に、同じフォトマスク２１ａ〜２１ｊを用いて、緑色のカラーレジストを基板１０に形成する。このとき、領域１１ａ〜１１ｌの着色層４１Ｒに隣接して緑色の着色層４１Ｇを形成するため、フォトマスク２１ａ〜２１ｊに対して基板１０の位置を、第１のカラーフィルタ上の１画素列分の距離ΔｘだけＸ軸負方向にシフトさせる。更に、領域１２ａ〜１２ｅに形成された赤色の着色層に隣接して緑色の着色層４２Ｇを形成するため、フォトマスク２１ａ〜２１ｊに対して基板１０を、第２のカラーフィルタ上の１画素行分の距離ΔｙだけＹ軸負方向にシフトさせる。その後、１色目と同様の露光及び現像を行うことで、領域１１ａ〜１１ｌ及び１２ａ〜１２ｅに、赤色の着色層に隣接して緑色の着色層を形成する。

この結果、図４Ａ及び４Ｂに示すように、領域１１ａ〜１１ｌにおいては、赤色の着色層４１Ｒの端部と緑色の着色層４１Ｇの端部とがＹ軸方向に距離Δｙだけずれている。一方、図４Ｃ及び４Ｄに示すように、領域１２ａ〜１２ｅにおいては、赤色の着色層４２Ｒの端部と緑色の着色層４２Ｇの端部とがＸ軸方向に距離Δｘだけずれている。但し、着色層の端部を表示領域の外側に形成することにより、カラーフィルタの表示品質へ悪影響を与えることが無い。

図５は、第１の実施形態に係るカラーフィルタの青色の着色層の露光方法を示す図であり、図６は、第２のフォトマスクの平面図である。尚、図６では、図を見易くするために、開口部の一部のみを簡略的に示している。

次に、基板１０に青色のレジストを塗布する。そして、第２のフォトマスク２２１を用いて露光を行う。第２のフォトマスク２２１は、領域１１ａ〜１１ｌの各々を一括して露光するためのものであり、青色の着色層４１Ｂを形成するための複数の開口部３２と、ＰＳ６１を構成するレイヤー８１を形成するための複数の開口部３３と、サブＰＳ７１を構成するレイヤー８２を形成するための複数の開口部３４とを有する。開口部３４の面積は、開口部３３の面積より小さく設計されている。

青色の着色層４１Ｂとレイヤー８１及び８２とは、第２のフォトマスク２２１を用いて、一度に露光される（いわゆる一括露光）。具体的には、図５に示すように、領域１１ａ全域に第２のフォトマスク２２１が対向するように、基板１０と第２のフォトマスク２２１との位置合わせを行う。そして、光源からの光を１回照射し、領域１１ａに青色の着色層４１Ｂ、レイヤー８１及びレイヤー８２を露光する。

露光後、基板１０をＹ軸正方向に移動させて、領域１１ｂと第２のフォトマスク２２１との位置合わせを行った上で、同様の露光を行う。以降、基板１０の移動と露光とを繰り返し行い（以下、「ステップ露光」という）、領域１１ａ〜１１ｌの全てに青色の着色層４１Ｂ、レイヤー８１及びレイヤー８２を順次露光する。領域１２ａ〜１２ｅに対しても、第２のカラーフィルタに対応するフォトマスク（図示せず）を用いて、同様にステップ露光を行い、青色の着色層とＰＳ及びサブＰＳを構成する各レイヤーのパターンとを露光する。

露光を終了した基板１０の現像及び洗浄を行うと、領域１１ａ〜１１ｌには、青色の着色層４１Ｂと、着色層４１Ｂと同一材料よりなるレイヤー８１及び８２とが形成される。レイヤー８２の表面積は、レイヤー８１の表面積より小さく形成される。尚、領域１２ａ〜１２ｅにおいても、同様に、青色の着色層と表面積が異なる２種類のレイヤーとを形成しても良い。

次に、基板１０の全面を覆うように、透明電極膜５２を形成する。透明電極膜５１には例えば、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）を用いることができる。

図７は、第３のフォトマスクの平面図である。尚、図７では、図を見易くするために、遮光部の一部のみを簡略的に示している。

次に、基板１０にポジ型のフォトレジストを塗布する。そして、第３のフォトマスク２３１を用いて露光を行う。第３のフォトマスク２３１は、領域１１ａ〜１１ｌ内のＰＳ６１を構成する樹脂層８３と、サブＰＳ６２を構成する樹脂層８４とを形成するための複数の遮光部３５を有する。遮光部３５の各々の面積は一定である。

第３のフォトマスク２３１を用いて、上述と同様のステップ露光方式により、領域１１ａ〜１１ｌ内にレイヤー８１を覆うように樹脂層８３のパターンを露光し、レイヤー８２を覆うように樹脂層８４のパターンを露光する。領域１２ａ〜１２ｅに対しても、第２のカラーフィルタに対応する第３のフォトマスク（図示せず）を用いて、同様にステップ露光を行い、各レイヤーを覆うように樹脂層のパターンを露光しても良い。

露光後、基板１０を現像すると、領域１１ａ〜１１ｌ内には、レイヤー８１を覆うように樹脂層８３が形成され、レイヤー８２を覆うように樹脂層８４が形成される。レイヤー８２の表面積はレイヤー８１の表面積より小さいため、図２に示したように、レイヤー８２上に塗布されるポジ型フォトレジストの厚みが、レイヤー８１上に塗布されるポジ型フォトレジストの厚みより小さくなる。これによって、レイヤー８２を覆う樹脂層８４の厚みｄ２は、レイヤー８１を覆う樹脂層８３の厚みｄ１より小さく形成される。この結果、ＰＳ６１とサブＰＳ７１とを同一の層構成で高さを変えることができる。尚、領域１２ａ〜１２ｅにおいても、同様に高さの異なるＰＳ及びサブＰＳを形成できる。

第１の実施形態の露光方法を用いれば、サイズの異なる２種類のカラーフィルタを共取り方式により同一基板上に形成する場合でも、２色以上の着色層形成に共通のフォトマスクを用いつつ、ＰＳ及びサブＰＳの高さの差を任意の値に調整することが可能となる。

ここで、ＰＳ６１とサブＰＳ７１との高さの差を具体的な数値で示すと、例えば、第１のカラーフィルタにおいて、レイヤー８１は、基板平面方向において、対向する一対の辺の間隔が３０μｍである正八角形状（厚み１．５μｍ）に形成され、レイヤー８２は、対向する一対の辺の間隔が１６μｍである正八角形状（厚み１．５μｍ）に形成される。その上に、ポジ型フォトレジストを厚み２μｍで塗布し、第３のフォトマスク２３１を用いて露光を行うと、樹脂層８３の厚みが２．８μｍで形成され、樹脂層８４の厚みが２．３９μｍで形成される。従って、ＰＳ６１とサブＰＳ７１との高さの差は０．４１μｍとなる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るカラーフィルタの部分断面図である。より特定的には、図８（ａ）は、図１に示すＩ−Ｉ線に沿った断面に相当する一部分を示し、図８（ｂ）は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面に相当する一部分を示す。尚、第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を用いて詳細な説明は省略する。

第２の実施形態に係るカラーフィルタでは、サブＰＳ７２を構成するレイヤー８１の表面積は、ＰＳ６２を構成するレイヤー８１の表面積と同じであるが、樹脂層８５の厚みｄ４を樹脂層８３の厚みｄ３より小さくすることによりＰＳ６２とサブＰＳ７２との高さを変えている。以下、この樹脂層８３及び樹脂層８５の形成方法を中心に説明する。

図９は、第２の実施形態に係る第２のフォトマスクの平面図であり、図１０は、第２の実施形態に係る第３のフォトマスクの平面図である。尚、図９に示す開口部及び図１０に示す遮光部については、図を見易くするために、各々実際に設けられる数より少なくして簡略的に示している。

第２の実施形態では、第１の実施形態と比べて、第２のフォトマスク２２１及び第３のフォトマスク２３１の代わりに、第２のフォトマスク２２２及び第３のフォトマスク２３２を用いる点のみが異なる。

第２のフォトマスク２２２は、青色の着色層４１Ｂを形成するための複数の開口部３２と、レイヤー８１を形成するための複数の開口部３３とを有する。開口部３３の各々の面積は一定である。したがって、第２の実施形態においては、ＰＳ６２を構成するレイヤー８１とサブＰＳ７２を構成するレイヤー８１とが同じ表面積を有するように形成される。

第３のフォトマスク２３２は、樹脂層８３を形成するための遮光部３５と、樹脂層８５を形成するための半透過部３６とを有するハーフトーンマスクである。ここで、遮光部３５と半透過部３６とは光の透過率が異なる。例えば、遮光部３５は照射光を完全に遮光する材料により形成され、半透過部３６は照射光の一部を透過する材料により形成されている。或いは、遮光部３５と遮光部３６とを同材料により形成し、各々の厚み（照射光の光軸方向）が異なるように形成しても良い。この半透過部３６により樹脂層８５が形成される部分のレジストに中間階調の光が照射され、樹脂層８５の厚みが、樹脂層８３の厚みより小さく形成される。

遮光部３５及び半透過部３６の光の透過率と、ＰＳ６２とサブＰＳ７２との高さの差とを具体的に示すと、例えば、第３のフォトマスク２３２には、遮光部３５の光の透過率を０％、半透過部３６の光の透過率を２０％に設計したものが用いられる。レイヤー８１は、対向する一対の辺の間隔幅が３０μｍの正八角形状（厚み１．５μｍ）に形成する。その上に、ポジ型フォトレジストを厚み２．１μｍで塗布し、第３のフォトマスク２３２を用いてステップ露光を行う。これによって、樹脂層８３の厚みが３．６μｍで形成され、樹脂層８５の厚みが３．１２μｍで形成される。従って、サブＰＳ７２の高さが、ＰＳ６２の高さより０．４８μｍだけ低く形成される。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る第３のフォトマスク上の遮光部を示す図である。より特定的には、図１１（ａ）は、ＰＳを形成するための遮光部を示し、図１１（ｂ）は、サブＰＳを形成するための遮光部を示す。尚、第１及び２の実施形態と同様の構成については、同じ符号を用いて記載を省略する。

第３の実施形態に係る製造方法で用いられる第３のフォトマスクには、半透過部３６（図１０）の代わりに半透過部３７が設けられる。尚、遮光部３５は、第２の実施形態と同様である。

半透過部３７は、遮光部３５と同一寸法の正八角形状に形成されているが、幅がＷ１の環状のスリット９１が設けられたグレートーンマスクである。

露光時には、スリット９１を透過した照射光が回折を起こし、照射光が基板平面方向に拡散される。これによって、スリット９１に対向する部分のみならず、半透過部３７全体に対向するレジストに対して中間調の光が照射される。

半透過部３７の各部の寸法と、ＰＳとサブＰＳとの高さの差とを具体的に示すと、例えば、幅（Ｗ３）が４０μｍの半透過部３７には、端縁からの距離（Ｗ２）が１．５μｍの位置に、幅Ｗ１が４．０μｍのスリット９１が設けられている。レイヤー８１は、対向する一対の辺の間隔が３０μｍである正八角形状（厚み１．５μｍ）に形成する。その上に、ポジ型フォトレジストを厚み２．１μｍで塗布し、第３のフォトマスクと基板との間隔（ギャップ）を２００μｍに設定して、ステップ露光を行う。これによって、ＰＳを構成する樹脂層の厚みが３．６μｍで形成され、サブＰＳを構成する樹脂層の厚みが３．１５μｍで形成される。従って、サブＰＳの高さは、ＰＳの高さより０．４５μｍ低く形成される。

（第１の変形例）
図１２は、第１の変形例に係る第３のフォトマスク上の半透過部を示す図である。

尚、第３の実施形態に係る第３のフォトマスクの半透過部３７の代わりに、半透過部３８を用いても良い。具体的には、半透過部３８は、半透過部３７の中央部分に、更に、幅がＷ５の環状のスリット９２が設けられたものである。

露光時においては、スリット９１及び９２を透過した照射光が回折を起こす。このように、半透過部３８の開口面積は、半透過部３７と比べて大きい。従って、半透過部３８は、これと対向する部分のレジストに、半透過部３７より多くの光を照射することができる。

半透過部３８の各部の寸法と、ＰＳとサブＰＳとの高さの差とを具体的に示すと、例えば、第３のフォトマスクには、スリット９１から間隔（Ｗ４）を１２μｍ設けて、幅（Ｗ５）が２μｍのスリット９２を設けている。レイヤー８１は、対向する１辺の間隔が３０μｍである正八角形状（厚み１．５μｍ）に形成する。その上に、ポジ型フォトレジストを厚み２．１μｍで塗布し、第３のフォトマスクと基板との間隔（ギャップ）を２００μｍに設定して、ステップ露光を行う。これによって、ＰＳを構成する樹脂層の厚みが３．６μｍで形成され、サブＰＳを構成する樹脂層の厚みが３．１５μｍで形成される。従って、サブＰＳの高さは、ＰＳの高さより０．４５μｍ低く形成される。

（第２の変形例）
図１３は、第２の変形例に係る第３のフォトマスク上の半透過部を示す図である。

尚、第３の実施形態に係る第３のフォトマスクの半透過部３７の代わりに、半透過部３９を用いても良い。具体的には、半透過部３９は、半透過部３７の中心に、更に、対向する１辺の間隔がＷ７の正八角状のスリット９３が設けられたものである。

露光時においては、スリット９１及び９３を透過した照射光が回折を起こす。このように、遮光部の中央に八角形状のスリットを設けても、半透過部３７に比べて、より多くの光を透過することができる。

半透過部３９の各部の寸法と、ＰＳとサブＰＳとの高さの差とを具体的に示すと、例えば、第３のフォトマスクには、スリット９１から間隔（Ｗ６）を１２μｍ設けて、幅（Ｗ７）が６μｍのスリット９３を設けている。レイヤー８１は、対向する１辺の間隔が３０μｍである正八角形状（厚み１．５μｍ）に形成する。その上に、ポジ型フォトレジストを厚み２．１μｍで塗布し、第３のフォトマスクと基板との間隔（ギャップ）を２００μｍに設定して、ステップ露光を行う。これによって、ＰＳを構成する樹脂層の厚みが３．６μｍで形成され、サブＰＳを構成する樹脂層の厚みが３．１９μｍで形成される。従って、サブＰＳの高さは、ＰＳの高さより０．４１μｍ低く形成される。

尚、上記の第１〜第３の実施形態では、カラーフィルタの形成領域のサイズと各々のフォトマスクのサイズとの関係が特定されているが、フォトマスクのサイズは、上記の例に限定されるものではない。例えば、図３に示す各フォトマスクのＸ軸方向の寸法は任意に変更しても良いし、図６及び７に示すフォトマスクのサイズも任意に変更しても良い。

また、上記の第１及び第２の実施形態では、樹脂層の形成には、ポジ型フォトレジストを用いているが、ネガ型フォトレジストを用いても良い。その場合は、図７及び１０に示す各々のフォトマスクにおいて、遮光部と開口部とを反転（ネガポジ反転）したものを用いれば良い。

更に、上記の第１〜第３の実施形態では、使用されるフォトマスクの組み合わせを特定しているが、この組み合わせは特に限定されない。例えば、第１の実施形態に係る、表面積の異なるレイヤーを形成するための開口部３３及び３４を有するフォトマスク（図６）と、異なる厚みの樹脂層を形成するための遮光部３５と半透過部３６とを有するフォトマスク（図１０）とを組み合わせても良い。この場合、ＰＳは、１層目の第１のレイヤーとその上に積層される第１の樹脂層とからなり、サブＰＳは、第１のレイヤーより表面積の小さい１層目の第２のレイヤーと、その上に積層され、第２の樹脂層より厚みが小さい第２の樹脂層とからなる。このように、１層目のレイヤーの表面積と、２層目の樹脂層の厚みとを同時に調整することにより、ＰＳとサブＰＳとの高さの差をより細かく制御することが可能となる。

更に、上記の第１〜第３の実施形態では、赤色及び緑色の着色層の形成には、カラーフィルタよりサイズの小さい第１のフォトマスクを用いて基板を搬送しながら露光する手法を採用しているが、露光方法はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示す一括露光で、共通版のフォトマスクを用いて、赤色及び緑色の着色層を各々形成しても良い。

更に、上記の第３の実施形態では、第３のフォトマスクを図１１〜１３に示すものに特定しているが、スリットの数・形状・寸法は任意である。

更に、上記の第２の実施形態では、第３のフォトマスクにおける第１のパターン及び第２のパターンの光の透過率の一例を示しているが、特に限定されるものではない。従って、カラーフィルタの製造に用いられるレジストの種類や露光条件等によって、適宜最適な透過率を選択することができる。

更に、上記の第１〜第３の実施形態では、着色層の色数、着色層の形成順序を特定しているが、これらは特に限定されない。例えば、１〜３色の着色層に加えて、４色目の着色層を形成しても良い。その場合、４色目の着色層を形成するフォトマスクと、１色目及び２色目の着色層を形成するフォトマスクとを共通版にして、１、２及び４色目の着色層を形成した後、３色目の着色層を形成しながらレイヤーを１、２及び４色目の着色層の上に形成しても良い。

上記の第１〜第３の実施形態に係るカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、カラーフィルタとこれに対向する対向基板とを貼り合わせ、両基板の間に液晶を封入することによって作製できる。また、液晶表示装置以外の表示装置に本発明のカラーフィルタを使用しても良い。

本発明は、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタを製造するために利用できる。

１カラーフィルタ
１０基板
１１，１２第１のカラーフィルタ形成領域、第２のカラーフィルタ形成領域
２１ａ〜２１ｊ第１のフォトマスク
２２１、２２２第２のフォトマスク
２３１、２３２第３のフォトマスク
３１〜３４開口部
３５遮光部
３６〜３９半透過部
４１、４２着色層
５０ＢＭ
５１領域
６１、６２ＰＳ
７１、７２サブＰＳ
８１、８２レイヤー
８３〜８５樹脂層
９１〜９３スリット

Claims

液晶表示装置に用いられるカラーフィルタであって、
基板と、
前記基板上に設けられ、互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、
前記第１または第２の着色層上に形成される第１のフォトスペーサーと、
前記第１または第２の着色層上に形成され、前記第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを備え、
前記第１のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、前記第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層とからなり、
前記第２のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなり、前記第１のレイヤーより表面積が小さい第２のレイヤーと、前記第２のレイヤーを覆う第２の樹脂層とからなり、
前記第２のレイヤー上における前記第２の樹脂層の厚みは、前記第１のレイヤー上における前記第１の樹脂層の厚みより小さい、カラーフィルタ。
液晶表示装置であって、
カラーフィルタと、
前記カラーフィルタと対向する対向基板と、
前記カラーフィルタ及び前記対向基板の間に封入される液晶とを備え、
前記カラーフィルタは、
基板と、
前記基板上に設けられ、互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、
前記第１または第２の着色層上に形成される第１のフォトスペーサーと、
前記第１または第２の着色層上に形成され、前記第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを備え、
前記第１のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、前記第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層とからなり、
前記第２のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなり、前記第１のレイヤーより表面積が小さい第２のレイヤーと、前記第２のレイヤーを覆う第２の樹脂層とからなり、
前記第２のレイヤー上における前記第２の樹脂層の厚みは、前記第１のレイヤー上における前記第１の樹脂層の厚みより小さい、液晶表示装置。
互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、第１のフォトスペーサーと、前記第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを有し、互いにサイズが異なる第１のカラーフィルタ及び第２のカラーフィルタを基板上に形成するカラーフィルタの製造方法であって、
第１のフォトマスクを用いて、前記基板上の前記第１のカラーフィルタを形成する領域と、前記第２のカラーフィルタを形成する領域とに前記第１の着色層を形成する工程と、
前記第１のフォトマスクと前記基板との位置を相対的にずらして、前記基板上の前記第１のカラーフィルタを形成する領域と、前記第２のカラーフィルタを形成する領域とに前記第２の着色層を形成する工程と、
第２のフォトマスクを用いて、前記基板上の前記第１のカラーフィルタを形成する領域と、前記第２のカラーフィルタを形成する領域とに第３の着色層を形成すると共に、前記第１又は第２の着色層上に前記第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、前記第１のレイヤーより面積が小さい第２のレイヤーとを形成する工程と、
第３のフォトマスクを用いて、前記第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層と、前記第２のレイヤーを覆い、前記第１の樹脂層より厚みが小さい第２の樹脂層とを同時に形成する工程とを備える、カラーフィルタの製造方法。
請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法に用いられるフォトマスクセットであって、
前記第１および第２の着色層に対応する複数の第１の開口を有する前記第１のフォトマスクと、
前記第３の着色層に対応する複数の第２の開口と、前記第１のレイヤーに対応する複数の第３の開口と、前記第２のレイヤーに対応し、前記第３の開口より面積が小さい複数の第４の開口とを有する前記第２のフォトマスクと、
前記第１の樹脂層に対応する部分と、前記第２の樹脂層に対応する部分とで光の透過率が等しい前記第３のフォトマスクとを備える、フォトマスクセット。
液晶表示装置に用いられるカラーフィルタであって、
基板と、
前記基板上に設けられ、互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、
前記第１または第２の着色層上に形成される第１のフォトスペーサーと、
前記第１または第２の着色層上に形成され、前記第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを備え、
前記第１のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、前記第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層とからなり、
前記第２のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなり、前記第１のレイヤーと表面積が同じである第２のレイヤーと、前記第２のレイヤーを覆う第２の樹脂層とからなり、
前記第２のレイヤー上における前記第２の樹脂層の厚みは、前記第１のレイヤー上における前記第１の樹脂層の厚みより小さい、カラーフィルタ。
液晶表示装置であって、
カラーフィルタと、
前記カラーフィルタと対向する対向基板と、
前記カラーフィルタ及び前記対向基板の間に封入される液晶とを備え、
前記カラーフィルタは、
基板と、
前記基板上に設けられ、互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、
前記第１または第２の着色層上に形成される第１のフォトスペーサーと、
前記第１または第２の着色層上に形成され、前記第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを備え、
前記第１のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、前記第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層とからなり、
前記第２のフォトスペーサーは、前記第３の着色層と同一材料よりなり、前記第１のレイヤーと表面積が同じである第２のレイヤーと、前記第２のレイヤーを覆う第２の樹脂層とからなり、
前記第２のレイヤー上における前記第２の樹脂層の厚みは、前記第１のレイヤー上における前記第１の樹脂層の厚みより小さい、液晶表示装置。
互いに色が異なる第１〜第３の着色層と、第１のフォトスペーサーと、前記第１のフォトスペーサーより低い第２のフォトスペーサーとを有し、互いにサイズが異なる第１のカラーフィルタ及び第２のカラーフィルタを基板上に形成するカラーフィルタの製造方法であって、
第１のフォトマスクを用いて、前記基板上の前記第１のカラーフィルタを形成する領域と、前記第２のカラーフィルタを形成する領域とに前記第１の着色層を形成する工程と、
前記第１のフォトマスクと前記基板との位置を相対的にずらして、前記基板上の前記第１のカラーフィルタを形成する領域と、前記第２のカラーフィルタを形成する領域とに前記第２の着色層を形成する工程と、
第２のフォトマスクを用いて、前記基板上の前記第１のカラーフィルタを形成する領域と、前記第２のカラーフィルタを形成する領域とに第３の着色層を形成すると共に、前記第１又は第２の着色層上に前記第３の着色層と同一材料よりなる第１のレイヤーと、第２のレイヤーとを形成する工程と、
光の透過率が異なる部分を有する第３のフォトマスクを用いて、前記第１のレイヤーを覆う第１の樹脂層と、前記第２のレイヤーを覆い、前記第１の樹脂層より厚みが小さい第２の樹脂層とを同時に形成する工程とを備える、カラーフィルタの製造方法。
請求項７に記載のカラーフィルタの製造方法に用いられるフォトマスクであって、
前記第１および第２の着色層に対応する複数の第１の開口を有する前記第１のフォトマスクと、
前記第３の着色層に対応する複数の第２の開口と、前記第１のレイヤーに対応する複数の第３の開口と、前記第２のレイヤーに対応する複数の第４の開口とを有する前記第２のフォトマスクと、
前記第１の樹脂層に対応する部分と、前記第２の樹脂層に対応する部分とで光の透過率が異なる前記第３のフォトマスクとを備える、フォトマスクセット。
請求項７に記載のカラーフィルタの製造方法に用いられるフォトマスクであって、
前記第１および第２の着色層に対応する複数の第１の開口を有する前記第１のフォトマスクと、
前記第３の着色層に対応する複数の第２の開口と、前記第１のレイヤーに対応する複数の第３の開口と、前記第２のレイヤーに対応する複数の第４の開口とを有する前記第２のフォトマスクと、
前記第１の樹脂層に対応する複数の遮光部と、前記第２の樹脂層に対応し、内部にスリットを有する複数の半透過部とを有する前記第３のフォトマスクとを備える、フォトマスクセット。