JP2021071681A - カラーフィルタ及びカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板上にブラックマトリクス（ＢＭ）と着色フィルタとが形成されたカラーフィルタにおいて、白抜けがなく、ＢＭや別の色の着色フィルタとの境界領域に発生するツノ段差の高さを低減して平坦性を向上させ、表示特性に優れたカラーフィルタ、及びその製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板上にＢＭと、Ｎが３以上のＮ色の着色樹脂組成物からなる着色フィルタと、を積層したカラーフィルタであって、ＢＭは積層方向における断面視で凸構造であり、凸構造は中央の第３ＢＭと、第３ＢＭの両側に隣接した第１ＢＭ及び第２ＢＭと、からなり、第３ＢＭの高さは、第１ＢＭの高さ、及び第２ＢＭの高さよりも高く、第１ＢＭの高さ、第２ＢＭの高さ、及び第３ＢＭの高さは、いずれも１．０μｍ以上であるカラーフィルタ、及びＢＭを２回の露光工程を含んで形成する製造方法とする。【選択図】図１

Description

本発明は、カラー液晶表示装置のカラー表示ディスプレイパネル等に使用されるカラーフィルタ、及び該カラーフィルタの製造方法に関する。

液晶表示装置などの表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの調整、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは有用な手段となっている。表示装置に用いられるカラーフィルタは、多くの場合、画素として形成され用いられる。表示装置に用いられるカラーフィルタの画素を形成する方法として、これまで実用化されてきた方法には、印刷法、フォトリソグラフィ法などが挙げられる。

図８は、液晶表示装置に用いられる一部の画素を拡大して示す、従来のカラーフィルタの構造例５００’を示す模式断面図である。図８に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ５００’は、ガラス基板５１の上に形成された開口部を有するブラックマトリクス５２と、そのブラックマトリクス５２の開口部に形成された赤色、緑色、青色の着色フィルタ５３（５３（Ｒ）、５３（Ｇ）、５３（Ｂ））と、着色フィルタ５３上に形成された、保護膜を兼ねるオーバーコート層５４よりなる。

カラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板５１上に所定の形状の開口部を有するブラックマトリクス５２を形成し、次に、ブラックマトリクス５２の開口部に位置合わせして着色フィルタ５３を各色毎に順次形成し、さらにオーバーコート層５４を形成する方法が一般に用いられている。

ブラックマトリクス５２は遮光性を有し、その開口部にてガラス基板５１上での着色フィルタ５３の位置を定め、着色フィルタ５３の大きさを均一なものとしている。また、表示装置に用いられる際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストの向上した画像にする機能を有している。

図９は、従来のカラーフィルタの製造方法における、ブラックマトリクスの製造工程を工程順に示す模式断面図である。ブラックマトリクス５２の形成には、通常フォトリソグラフィ法が用いられ、ガラス基板５１上に、ネガ型の黒色レジスト（黒色感光硬化性樹脂組成物）の塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介したパターン露光、現像によって非露光部の不要な部分のレジストを除去し、残存したレジストにてブラックマトリクス５２を形成する。

また、着色フィルタ５３は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタの機能を有するものであり、着色フィルタ５３の形成にも通常フォトリソグラフィ法が用いられ、ブラックマトリクス５２が形成されたガラス基板５１上に、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色レジスト（着色感光硬化性樹脂組成物）の塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像によって着色フィルタ５３を形成する。

また、オーバーコート層５４には熱硬化性の透明樹脂が使用され、スピンコート法やダイコート法により塗布、減圧下で乾燥させた後、ベーキングを施して形成される。

従来、ブラックマトリクス５２上の着色レジストは、白抜け（色抜け）などの不良が発生しないように、ブラックマトリクス５２の端部にオーバーラップする形で形成することが一般的である。この際、テレビや車載向けカラーフィルタなど、ブラックマトリクス５
２の幅が８〜１０μｍ以上のカラーフィルタについては、隣り合う着色フィルタを接触させずに形成することができる。

一方、ブラックマトリクスの幅を８μｍ未満で設計するカラーフィルタにおいては、オーバーラップ量を十分に確保するために、隣り合う画素の着色レジスト同士を重ねて形成する手法が一般的に採られている。オーバーラップ量を十分に確保できないと、白抜けなどの不良が発生する確率が上昇する。

図１０は、２色目の着色フィルタ５３（Ｇ）の形成からオーバーコート層５４の形成までの工程を、ブラックマトリクス５２の近傍を拡大して例示する模式断面図である。

図１０（ａ）では、１色目の着色フィルタ（例えば赤色フィルタ５３（Ｒ））の形成後に２色目の着色フィルタ（例えば緑色フィルタ５３（Ｇ））を形成した例を示している。図１０（ａ）では、緑色レジスト５３（Ｇ）ａを塗布した後、フォトマスク６５を介して露光を行っている。ここではすでに、１色目の着色フィルタ（ここでは赤色フィルタ５３（Ｒ））がブラックマトリクス５２の端部に乗り上げ、盛り上がりを生じている。この盛り上がりをツノ部５６と称し、ツノ部５６の上部と、赤色フィルタ５３（Ｒ）上面との高さの差（ΔＨ_１）をツノ段差と称する。また、２色目の緑色レジスト５３（Ｇ）ａの塗布膜は、ブラックマトリクスの端部でツノ部を発生するとともに、赤色フィルタ５３（Ｒ）によるツノ段差ΔＨ_１が存在するブラックマトリクスの端部では、ツノ部５６上に乗り上げ、さらに高い盛り上がりを生じている。

図１０（ｂ）は、２色目の緑色フィルタ５３（Ｇ）形成後の形態を示している。前記の緑色レジスト５３（Ｇ）ａの塗布膜の盛り上がりの結果、赤色フィルタが存在しないブラックマトリクスの端部には前記赤色フィルタのツノ段差（ΔＨ_１）と同様のツノ段差（ΔＨ_２）が形成され、赤色フィルタ５３（Ｒ）によるツノ段差ΔＨ_１が存在するブラックマトリクスの端部には前記赤色フィルタのツノ段差（ΔＨ_１）よりもさらに高いツノ段差（ΔＨ_３）が形成されている。

図１０（ｃ）では、３色目の青色フィルタ５３（Ｂ）を形成し、さらにオーバーコート層５４を形成した後の形態を示している。ここでは、前記緑色フィルタ５３（Ｇ）形成時と同様の理由により、緑色フィルタによるツノ段差ΔＨ_２が存在するブラックマトリクスの端部には前記緑色フィルタのツノ段差（ΔＨ_３）と同様のツノ段差（緑色フィルタ５３（Ｇ）に乗り上げたΔＨ_４、赤色フィルタ５３（Ｒ）に乗り上げたΔＨ_５）が形成されている。さらにオーバーコート層５４は、上述のツノ段差ΔＨ_１、ΔＨ_２、ΔＨ_３、ΔＨ_４、ΔＨ_５の影響を受けて大きな凹凸を生じている。

オーバーコート層５４に大きな凹凸が生じたカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や混色によるコントラストの低下などが起こり、表示品質に悪影響を及ぼすことになる。

ツノ段差を低くする手法としては、例えば、ａ）オーバーコート層を形成する前に、カラーフィルタの表面を研磨してツノ段差の高さを低くしておく方法（特許文献１）、ｂ）ブラックマトリクスの膜厚を薄く形成しておく方法、ｃ）ブラックマトリクスの側面のテーパー部の長さを大きくしてツノ段差を低くする方法（特許文献２）などが提案されている。

特開２００８−２８１６７８号公報 特開平９−１８９８９９号公報

しかしながら、上記ａ）カラーフィルタの表面を研磨する方法では、着色フィルタの表面にキズが生じるとともに工程が増えることでコストを押し上げる要因となるという問題、ｂ）ブラックマトリクスの膜厚を薄くする方法では、ブラックマトリクスの光学濃度が不足するという問題、ｃ）の方法では、ツノ段差は低くなるものの、テーパー角が小さくなることによって後述の表示画像の斜め視認性が悪化する問題が発生する。このように上記ａ）〜ｃ）の方法での対応にはそれぞれ限界がある。

ツノ段差の影響を抑える方法として、オーバーコート層の膜厚を厚くして上層の平坦性を上げる方法がある。しかしながら、オーバーコート層の厚さを厚くすると、以下のような問題が発生する。

前出の図８はまた、従来のカラーフィルタ５００’で、オーバーコート層が厚い場合の斜め視認と混色性の問題を説明するための模式断面図となっている。すなわち、カラーフィルタ５００’の上部にオーバーコート層５４’を介して液晶層５７を図示し、視認者５８がガラス基板５１側の斜め方向から表示物を視認する様子を表わしている。ここでは、液晶駆動素子（図示せず）によって、青色フィルタ５３（Ｂ）上の液晶のみが駆動（ＯＮ）されているので、本来青色のみ視認されなければならない。しかし、点線で示す視線Ｌの方向に従って緑色フィルタ５３（Ｇ）を通過する光（光漏れ）によって緑色が視認され、混色となる様子を示している。

図８から分るように、液晶層５７からブラックマトリクス５２までの距離が長いほど光漏れは発生しやすい。しかるに、近年、より濃い色を表示するために着色フィルタの厚さは厚くなる傾向がある。着色フィルタの厚さが増すことで、ツノ段差による表面の凹凸が増大するとともに、液晶の転傾などの液晶駆動の異常が発生することも懸念される。表面の凹凸を平坦化するためにはオーバーコート層５４’を厚くする必要がある。その結果、ブラックマトリクス５２と液晶層５７の距離はますます長くなってしまい、混色が発生しやすくなるという問題が発生する。

一方で、液晶表示装置向けカラーフィルタの高付加価値化(ディスプレイの軽量化や薄型化)として、着色フィルタやオーバーコート層を薄膜化する要望がある。しかしながらオーバーコート層の薄膜化は、着色フィルタに対する被膜性の低下を伴うため、被膜性を確保するためには、まず、着色フィルタの平坦化、すなわちツノ段差による着色フィルタ表面の凹凸形状を平坦化することが必要となる。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ガラス基板上にブラックマトリクスと着色フィルタとが形成されたカラーフィルタにおいて、白抜けの発生を低減し、ブラックマトリクスや別の色の着色フィルタとの境界領域に発生するツノ段差の高さを低減して平坦性を向上させ、オーバーコート層の膜厚を抑えて隣接する画素からの光漏れによる斜め
視認性の悪化や、液晶駆動の異常の発生を抑制し、表示特性に優れたカラーフィルタ、及び該カラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の第一態様は、
ガラス基板上にブラックマトリクスと、Ｎが３以上のＮ色の着色樹脂組成物からなる着色フィルタと、を積層したカラーフィルタであって、
前記ブラックマトリクスは積層方向における断面視で凸構造であり、
前記凸構造は中央の第３ブラックマトリクスと、前記第３ブラックマトリクスの両側に隣接した第１ブラックマトリクス及び第２ブラックマトリクスと、からなり、
前記第３ブラックマトリクスの高さは、前記第１ブラックマトリクスの高さ、及び前記第２ブラックマトリクスの高さよりも高く、
前記第１ブラックマトリクスの高さ、前記第２ブラックマトリクスの高さ、及び前記第３ブラックマトリクスの高さは、いずれも１．０μｍ以上である、
ことを特徴とするカラーフィルタとしたものである。

また、前記第３ブラックマトリクスの高さは１．１μｍ以上である、ことを特徴とする。

また、前記第３ブラックマトリクスの線幅は、前記第１ブラックマトリクスの線幅と前記第３ブラックマトリクスの線幅と前記第２ブラックマトリクスの線幅とを合計した、前記ブラックマトリクス全体の線幅の２０％以上、５０％以下である、ことを特徴とする。

また、前記Ｎが３以上のＮ色の着色フィルタのうちの１色の着色フィルタは、表面の両端部に凹部を有する、ことを特徴とする。

また、前記Ｎが３以上のＮ色の着色フィルタのうちの１色の着色フィルタのうち、少なくとも１色の着色フィルタは、表面の片端部のみに凹部を有する、ことを特徴とする。

また、前記Ｎが３以上のＮ色の着色フィルタのうちの１色の着色フィルタは、表面の両端部に凹部を有さない、ことを特徴とする。

また、前記断面視で凸構造のブラックマトリクスは、フォトリソグラフィ法で形成され、前記ガラス基板上にブラックマトリクス用レジストを塗布する工程と、
フォトマスクの露光部を介して前記ブラックマトリクス用レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程を含んで形成される、ことを特徴とする。

また、前記表面の両端部に凹部を有する１色の着色フィルタは、フォトリソグラフィ法で、１色目の着色フィルタとして形成され、
前記ガラス基板上に断面視で凸構造の前記ブラックマトリクスを形成した後に、
前記ガラス基板上に１色目の着色レジストを塗布する工程と、
フォトマスクの露光部を介して前記１色目の着色レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程を含んで形成される、ことを特徴とする
。

また、前記表面の片端部のみに凹部を有する少なくとも１色の着色フィルタは、フォトリソグラフィ法で、２色目以上（Ｎ−１）色目以下の着色フィルタとして形成され、
前記ガラス基板上に断面視で凸構造の前記ブラックマトリクスを形成し、さらに１色目の着色フィルタを形成した後に、
前記ガラス基板上に着色レジストを塗布する工程と、
フォトマスクの露光部を介して前記着色レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程を含んで形成される、ことを特徴とする
。

また、前記表面の両端部に凹部を有さない１色の着色フィルタは、フォトリソグラフィ法で、Ｎ色目の着色フィルタとして形成され、
前記ガラス基板上に断面視で凸構造の前記ブラックマトリクスを形成し、さらに（Ｎ−１）以下の色数の着色フィルタを形成した後に、
前記ガラス基板上に着色レジストを塗布する工程と、
フォトマスクの露光部を介して前記着色レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程
を含んで形成される、ことを特徴とする。

本発明によれば、ガラス基板上にブラックマトリクスと着色フィルタとが形成されたカラーフィルタにおいて、白抜けの発生を抑制し、ブラックマトリクスや別の色の着色フィルタとの境界領域に発生するツノ段差の高さを低減して平坦性を向上させ、オーバーコート層の膜厚を抑えて隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や、液晶駆動の異常の発生を抑制し、表示特性に優れたカラーフィルタが、製造ラインを停止させない製造方法によって得られる。

本発明の第１実施形態のカラーフィルタの構造を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態のカラーフィルタの構造を示す模式断面図である。 ネガ型フォトレジストの露光量に対する現像後規格化膜厚を例示する特性図である。 本発明のカラーフィルタの製造方法に係る、ブラックマトリクスの製造工程を工程順に示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態のカラーフィルタの製造方法に係る、１色目の着色フィルタの製造工程を工程順に示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態のカラーフィルタの製造方法に係る、２〜（Ｎ−１）色目の着色フィルタの製造工程を工程順に示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態のカラーフィルタの製造方法に係る、Ｎ色目の着色フィルタの製造工程を工程順に示す模式断面図である。 従来のカラーフィルタの構造例、及びオーバーコート層が厚い場合の斜め視認と混色性の問題を説明するための模式断面図である。 従来のカラーフィルタの製造方法に係る、ブラックマトリクスの製造工程を工程順に示す模式断面図である。 従来のカラーフィルタの製造方法に係る、（ａ）（ｂ）２色目の着色フィルタの製造工程、（ｃ）従来のカラーフィルタでオーバーコート層が薄い場合の形態を例示する模式断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ、及びカラーフィルタの製造方法について図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明は以下の実施形態そのままに限定されるものではなく、主旨を逸脱しない限りにおいて、適宜の組み合わせ、変形によって具体化できる。

［本発明のカラーフィルタ］
図１は、本発明の第１実施形態のカラーフィルタ１００の構造を示す模式断面図である。第１実施形態のカラーフィルタ１００は、ガラス基板１上にブラックマトリクス２と、Ｎが３以上のＮ色の着色樹脂組成物からなる着色フィルタと、を積層したカラーフィルタである。Ｎは通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色、若しくは高品質化、高輝度化のために、前記３色の他に４色目として白色（透明）を加える形態が考えられるが、以下、Ｎ色はＲ、Ｇ、Ｂの３色とし、Ｒ、Ｇ、Ｂの順で着色フィルタを形成する、例を用いて説明する。尚、図１（後述の図２も）ではオーバーコート層４まで有する形態を示している。

第１実施形態のカラーフィルタ１００は、ブラックマトリクス２が積層方向における断面視で凸構造である。凸構造は中央の第３ブラックマトリクス２３と、第３ブラックマトリクス２３の両側面の第１ブラックマトリクス２１及び第２ブラックマトリクス２２と、からなる。第３ブラックマトリクス２３の高さ（ｔ３）は、第１ブラックマトリクス２１の高さ（ｔ１）、及び第２ブラックマトリクス２２の高さ（ｔ２）よりも高い。ブラックマトリクス２が第３ブラックマトリクス２３を頂点とする凸構造であり、両端部に第１ブラックマトリクス２１、及び第２ブラックマトリクス２２からなる段差を有することで、両側の着色フィルタがブラックマトリクス２に乗り上げるツノ部の高さを小さくすることができる。つまり、ブラックマトリクス２上に乗りあがりツノ部に成りえた着色フィルタ３を、第１ブラックマトリクス２１、及び第２ブラックマトリクス２２と第３ブラックマトリクス２３との段差により吸収できるので、ツノ部の発生を抑制できる。

光学濃度を確保するために、第１ブラックマトリクス２１の高さ、及び第２ブラックマトリクス２２の高さ、及び第３ブラックマトリクス２２の高さは、いずれも１．０μｍ以上であり、好ましくは第３ブラックマトリクス２３の高さは１．１μｍ以上である。

さらに第１実施形態のカラーフィルタ１００は、ブラックマトリクス２の両側に位置する着色フィルタ、換言すると第１ブラックマトリクス２１、及び第２ブラックマトリクス２２に隣接する着色フィルタがブラックマトリクス２に乗り上げるツノ部の高さをより確実に小さくするために、第３ブラックマトリクス２３の線幅（ｗ３）は、第１ブラックマトリクス２１の線幅（ｗ１）と第３ブラックマトリクス２３の線幅（ｗ３）と第２ブラックマトリクス２２の線幅（ｗ２）とを合計したブラックマトリクス全体の線幅の２０％以上、５０％以下である、ことが好ましい。

第１実施形態のカラーフィルタ１００は、上記のような、両端部に段差を有する凸構造であるので、両側の着色フィルタがブラックマトリクス２に乗り上げるツノ部の高さを小さくできる。液晶表示装置の用途、仕様によっては、図１に示すように、従来よりも低いものの、ツノ段差ｓｇ、ｓｂ１、ｓｂ２が残ってしまい、着色フィルタ群の表面が完全に平坦にならない場合がある。その場合は、オーバーコート層４（保護膜を兼ねる）によって最表面を平坦化してもよい。本形態により従来よりもツノ段差を低くできるため、オーバーコート層４は従来構造のオーバーコート層より薄く形成することができる。

図２は、本発明の第２実施形態のカラーフィルタ２００の構造を示す模式断面図である。第２実施形態のカラーフィルタ２００は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、１色目に形成される赤色フィルタ３（Ｒ）２の表面の両端部に凹部ｄｒ１、ｄｒ２を有している。凹部ｄｒ２は、次に形成される緑色フィルタ３（Ｇ）２用の緑色レジストが赤色フィルタ３（Ｒ）２の端部に乗り上げて図１に示すｓｇのようなツノ段差が形成されることを緩和する。

また、凹部ｄｒ１は、３色目に形成される青色フィルタ３（Ｂ）２用の青色レジストが赤色フィルタ３（Ｒ）２の端部に乗り上げて図１に示すｓｂ２のようなツノ段差が形成されることを緩和する。

第２実施形態のカラーフィルタ２００は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、２色目に形成される緑色フィルタ３（Ｇ）２の表面の片端部に凹部ｄｇを有することが好ましい。凹部ｄｇは、３色目に形成される青色フィルタ３（Ｂ）２用の青色レジストが緑色フィルタ３（Ｒ）２の端部に乗り上げて図１に示すｓｂ１のようなツノ段差が形成されることを緩和する。

第２実施形態のカラーフィルタ２００は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、３色目に形成される青色フィルタ３（Ｂ）２の両端部は、上記の赤色フィルタ３（Ｒ）２の端部の凹部ｄｒ１、及び緑色フィルタ３（Ｇ）２の端部の凹部ｄｇを埋めるように形成され、青色フィルタ３（Ｂ）２の表面の両端部に凹部を有さない、有するとしても小さいことが好ましい。

図１の第１実施形態のカラーフィルタ１００と、図２の第２実施形態のカラーフィルタ２００を比較すると、後者では凹部ｄｒ１、ｄｒ２、ｄｇが存在する分だけ、図１に見られるツノ段差ｓｇ、ｓｂ１、ｓｂ２が低くなる（図２では消失しているように図示している）。従って、オーバーコート層４の膜厚は、図２の第２実施形態２００では、図１の第１実施形態１００よりもさらに薄くすることができる。

［本発明のカラーフィルタの製造方法］
本発明のカラーフィルタの製造方法は、ブラックマトリクス、及びＲ、Ｇ、Ｂの着色フィルタの形成方法に特徴があるが、いずれもネガ型の、ブラックマトリクス用黒色レジスト、及び各色の着色レジストを用い、フォトリソグラフィ法により形成する。

図３は、ネガ型フォトレジストの露光量に対する現像後規格化膜厚を例示する特性図であり、［非特許文献１：佐々木実、レジストプロセスの基本、電学論Ｅ、１３１巻、１号（２０１１年）］のＦｉｇ．６から抽出したものである。

図３から分かるように、ネガ型レジストの現像後規格化膜厚は、露光量（＝露光強度×露光時間）とともに上昇し、図３では露光量５０（ａ．ｕ．）になると飽和してほぼ一定となる。尚、飽和以降のネガ型レジストは硬化している。一方、飽和以前の低い露光量では、現像後規格化膜厚は、飽和以降の現像後規格化膜厚よりも薄く、硬化していない。

本発明のカラーフィルタの製造方法では、図３に示すネガ型レジストの特性を利用して、ブラックマトリクスや着色フィルタに、現像後規格化膜厚の異なる箇所を作り、飽和以前で硬化していない膜厚の部分については、現像後のＵＶキュアにより硬化する。尚、図３の横軸はｌｏｇスケールであり、実際の現像後規格化膜厚の変化曲線は図３で見るよりも緩やかである。

＜ブラックマトリクスの形成方法＞
図４は、本発明のカラーフィルタの製造方法に係る、ブラックマトリクスの製造工程を工程順に示す模式断面図である。ブラックマトリクスの製造方法は、図１の第１実施形態のカラーフィルタ１００、図２の第２実施形態のカラーフィルタ２００ともに共通である。

まず、ガラス基板１にブラックマトリクス用黒色レジスト２ａを塗布し、フォトマスク８０を介して、第１露光量α１にて露光を行う（図４（ａ））と、ブラックマトリクス用レジスト２ａに、第１露光部２（α１）が形成される（図４（ｂ））。このときの露光量は、仮に図３の特性のネガレジストとすると、飽和以前の、例えば１０〜１６（ａ．ｕ．）とすることができる。

次に、ブラックマトリクス用レジストの第１露光部２（α１）を有するガラス基板１の、フォトマスク８０に対する平面視での位置を、第１露光部２（α１）の一部が重なるようにＤ１だけずらして、第２露光量α２にて露光を行う（図４（ｃ））。このときの露光量α２は、飽和以前の、第１露光量α１と同じ１０〜１６（ａ．ｕ．）とすればよい。

図４（ｃ）までの工程により、ブラックマトリクス用黒色レジスト２ａには、第１露光部２（α１）、第２露光部２（α２）、第１及び第２露光部２（α１＋α２）が形成される（図４（ｄ））。そこで現像を行うと、仮に図３の特性のネガレジストの場合、例えばα１＝α２＝１６（ａ．ｕ．）であればα１＋α２＝３２（ａ．ｕ．）であるので、第１及び第２露光部２（α１＋α２）は、図３より、ほぼ硬化しているが、第１露光部２（α１）、第２露光部２（α２）は硬化しておらず、膜厚は第１及び第２露光部２（α１＋α２）が０．８８（ａ．ｕ．）であり、第１露光部２（α１）、第２露光部２（α２）は０．８０（ａ．ｕ．）となる。

現像後ＵＶ硬化工程を行い、第１露光部２（α１）、第２露光部２（α２）、第１及び第２露光部２（α１＋α２）を完全に硬化させ、それぞれ第１ブラックマトリクス２１、第２ブラックマトリクス２２、第３ブラックマトリクス２３を形成し、凸構造のブラックマトリクス２を形成する（図４（ｅ））。硬化によりいくらかの膜厚変化は生じるが、第１ブラックマトリクス２１の膜厚（＝第２ブラックマトリクス２２の膜厚）と、第３ブラックマトリクス２３の膜厚の差は、ほぼ（０．８８−０．８０）／０．８８×１００％＝９．１％となる。

同様にして、仮に図３の特性のネガレジストで、例えばα１＝α２＝１０（ａ．ｕ．）とすれば、α１＋α２＝２０（ａ．ｕ．）であり、いずれも現像後は硬化していないが、ＵＶキュアにより硬化させた後の第１ブラックマトリクス２１の膜厚（＝第２ブラックマトリクス２２の膜厚）と、第３ブラックマトリクス２３の膜厚の差は、ほぼ（０．８４−０．６５）／０．６５×１００％＝２２．５％と前例よりも大きくなる。

第１ブラックマトリクス２１の膜厚（＝第２ブラックマトリクス２２の膜厚）と、第３ブラックマトリクス２３との膜厚差をどの程度にするかは、液晶表示装置の用途、仕様、及びブラックマトリクス用黒色レジスト２ａの初期膜厚に応じて、α１、α２の露光量を好適に選択して決定することができる。

以下、着色フィルタ部の表面が、図１の第２実施形態よりも平坦になる、図２の第２実施形態のカラーフィルタ２００の製造方法を説明する。

＜１色目の赤色フィルタの形成方法＞
図５は、本発明の第２実施形態のカラーフィルタの製造方法に係る、１色目の赤色フィルタの製造工程を工程順に示す模式断面図である。まず、断面視で凸構造のブラックマトリクスを形成した（図示せず）、ガラス基板１に赤色レジスト３ｒを塗布する。このとき、赤色レジスト３ｒの膜厚は、色抜け防止のため、ブラックマトリクスを形成したときの黒色レジスト２ａよりも厚くするが、ブラックマトリクスを凸構造に形成した効果により、赤色レジスト３ｒにツノ部は発生していない。仮に発生しても従来構造よりは低くなる。

次に、フォトマスク９０を介して、第３露光量α３にて露光を行う（図５（ａ））と、赤色レジスト３ｒに、第３露光部３（α３）が形成される（図５（ｂ））。このときの露光量は、仮に図３の特性のネガレジストとすると、ブラックマトリクスを形成したときと同様の、飽和以前の、例えば１０〜１６（ａ．ｕ．）とすればよい。

次に、赤色レジストの第３露光部３（α３）を有するガラス基板１の、フォトマスク９０に対する平面視での位置を、第３露光部３（α３）の一部が重なるようにＤ２だけずらして、第４露光量α４にて露光を行う（図５（ｃ））。このときの露光量α４も、第３露光量α３と同じ１０〜１６（ａ．ｕ．）とすればよい。

図５（ｃ）までの工程により、赤色レジスト３ｒには、第３露光部３（α３）、第４露光部３（α４）、第３及び第４露光部３（α３＋α４）が形成されている（図５（ｄ））。そこで現像及びＵＶキュアを行い完全硬化させると、第３及び第４露光部３（α３＋α４）は、第３露光部３（α３）、第４露光部３（α４）の２倍の露光量で露光されているので、現像後の膜減り量の差に起因して、表面の両端部に凹部ｄｒ１、ｄｒ２が形成される。これにより、第１赤色フィルタ３３、第２赤色フィルタ３４、第３赤色フィルタ３３４からなる、赤色フィルタ３（Ｒ）２が形成される（図５（ｅ））。

＜２色目の緑色フィルタの形成方法＞
図６は、本発明の第２実施形態のカラーフィルタの製造方法に係る、２色目の緑色フィルタの製造工程を工程順に示す模式断面図である。まず、断面視で凸構造のブラックマトリクスを形成し（図示せず）、さらに１色目の赤色フィルタを形成した（図示せず）後、ガラス基板１に緑色レジスト３ｇを塗布する。このとき、緑色レジスト３ｇの膜厚は、色抜け防止と平坦性のため、１色目の赤色レジスト３ｒと同程度であることが好ましい。

緑色レジスト３ｇの塗布時、ブラックマトリクスを凸構造に形成した効果により、ブラックマトリクス直上には緑色レジスト３ｇによるツノ部は発生しない。仮に発生しても従来構造よりは低くなる。一方、緑色レジスト３ｇは、先に形成した赤色フィルタに乗り上げツノ段差を生じるが、赤色フィルタの緑色フィルタ側端部には凹部ｄｒ２（図２、図５（ｅ）参照）が形成されているので、緩和されたツノ段差ｓｇ’となる。

次に、フォトマスク９０を介して、第５露光量α５にて露光を行う（図６（ａ））と、緑色レジスト３ｇに、第５露光部３（α５）が形成される（図６（ｂ））。このときの露光量は、仮に図３の特性のネガレジストとすると、ブラックマトリクスを形成したときと同様の、飽和以前の、例えば１０〜１６（ａ．ｕ．）とすればよい。

次に、緑色レジストの第５露光部３（α５）を有するガラス基板１の、フォトマスク９０に対する平面視での位置を、第５露光部３（α５）の一部が重なるようにＤ３だけずらして、第６露光量α６にて露光を行う（図６（ｃ））。このときの露光量α６も、第５露光量α５と同じ１０〜１６（ａ．ｕ．）とすればよい。

図６（ｃ）までの工程により、緑色レジスト３ｇには、第５露光部３（α５）、第６露光部３（α６）、第５及び第６露光部３（α５＋α６）が形成されている（図６（ｄ））。そこで現像及びＵＶキュアを行い完全硬化させると、第５及び第６露光部３（α５＋α６）は、第５露光部３（α５）、第６露光部３（α６）の２倍の露光量で露光されているので、もっとも膜減り量は小さい。一方、第５露光部３（α５）、第６露光部３（α６）はより多く膜減りし、第６露光部３（α６）は凹部ｄｇを形成するが、もともとツノ段差ｓｇ’の分だけ厚い第５露光部３（α５）は膜減りの結果、第５及び第６露光部３（α５＋α６）と同程度の厚さとなる。このようにして、現像後の膜減り量の差に起因して、表面の右端部に凹部ｄｇを有する、第１緑色フィルタ３５、第２緑色フィルタ３６、第３緑色フィルタ３５６からなる、緑色フィルタ３（Ｇ）２が形成される（図６（ｅ））。

＜３色目の青色フィルタの形成方法＞
図７は、本発明の第２実施形態のカラーフィルタの製造方法に係る、３色目の青色フィルタの製造工程を工程順に示す模式断面図である。まず、断面視で凸構造のブラックマトリクスを形成し（図示せず）、次に１色目の赤色フィルタを形成し（図示せず）、さらに２色目の緑色フィルタを形成した（図示せず）後、ガラス基板１に青色レジスト３ｂを塗布する。このとき、青色レジスト３ｂの膜厚は、色抜け防止と平坦性のため、１色目、２色目の赤色レジスト３ｒ、緑色レジスト３ｇと同程度であることが好ましい。

青色レジスト３ｂの塗布時、ブラックマトリクスを凸構造に形成した効果、及び赤色フィルタの青色フィルタ側端部に凹部ｄｒ１（図２、図５（ｅ）参照）を形成した効果、緑色フィルタの青色フィルタ側端部に凹部ｄｇ（図２、図６（ｅ）参照）を形成した効果により、青色レジスト３ｂが乗り上げて発生するツノ段差は、緩和されたツノ段差ｓｂ１’、ｓｂ２’となる。

次に、フォトマスク９０を介して、第７露光量α７にて露光を行う（図７（ａ））と、青色レジスト３ｂに、第７露光部３（α７）が形成される（図７（ｂ））。このときの露光量は、仮に図３の特性のネガレジストとすると、ブラックマトリクスを形成したときと同様の、飽和以前の、例えば１０〜１６（ａ．ｕ．）とすればよい。

次に、青色レジストの第７露光部３（α７）を有するガラス基板１の、フォトマスク９０に対する平面視での位置を、第７露光部３（α７）の一部が重なるようにＤ４だけずらして、第８露光量α８にて露光を行う（図７（ｃ））。このときの露光量α８も、第７露光量α７と同じ１０〜１６（ａ．ｕ．）とすればよい。

図７（ｃ）までの工程により、青色レジスト３ｂには、第７露光部３（α７）、第８露光部３（α８）、第７及び第８露光部３（α７＋α８）が形成されている（図７（ｄ））。そこで現像及びＵＶキュアを行い完全硬化させると、第７及び第８露光部３（α７＋α８）は、第７露光部３（α７）、第８露光部３（α８）の２倍の露光量で露光されているので、もっとも膜減り量は小さい。一方、第７露光部３（α７）、第８露光部３（α８）はいずれもより多く膜減りするが、もともとツノ段差ｓｂ１’、ｓｂ１’の分だけ厚いので、第７及び第８露光部３（α７＋α８）と同程度の厚さとなる。このようにして、現像後の膜減り量の差に起因して、表面の両端部に凹部を有さない、有するとしても小さい、第１青色フィルタ３７、第２青色フィルタ３８、第３青色フィルタ３７８からなる、青色フィルタ３（Ｂ）２が形成される（図７（ｅ））。

以上、まとめれば、本発明のカラーフィルタの製造方法では、ブラックマトリクス及び各色の着色フィルタの形成の際に、レジスト塗布基板のフォトマスクに対する平面視での位置を一部が重なるようにずらす、計２回の露光を行うことにより、現像後の膜減り量を変えることで、ツノ段差の高さを調整し、然る後にＵＶキュアにより硬化させて、最終的に着色フィルタ群の表面の平坦性を良化する。

本発明のカラーフィルタではブラックマトリクス上は単色または２色の着色フィルタで覆われるので白抜けは発生しない。また、レジスト塗布基板のフォトマスクに対する平面
視での位置を一部が重なるようにずらした露光工程を追加するだけなので、製造ラインを停止させず、従って稼働率を低下させずにブラックマトリクスや別の色の着色フィルタとの境界領域に発生するツノ段差の高さを低減して平坦性を向上させる。これにより、オーバーコート層の膜厚を抑えて隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や、液晶駆動の異常の発生を抑制した、表示特性に優れたカラーフィルタが得られる。

尚、図４〜図７では平面視での位置をずらす方向をＸ方向としたが（図４〜図７の（ｃ）参照）、通常、Ｘ−Ｙ平面上で、ブラックマトリクスは格子状に形成され、着色フィルタは矩形状でＸ、Ｙそれぞれの方向にマトリクス配列されるので、Ｘ軸、Ｙ軸からそれぞれ４５°の斜め方向に１回ずらすだけで、Ｘ方向、Ｙ方向同時に、一部が重なるような２回目の露光を行うことができる。本願で規定する線幅の条件は、Ｘ方向、Ｙ方向に共通する条件である。

さらに、先の製造方法の説明ではすべての着色フィルタのそれぞれにおいて、１度目の露光後に露光部の一部が重なるようにずらして２度目の露光を行う方法を用いた。これに限定されず、いずれか１色乃至複数色の着色フィルタの製法のみに適用してもよい。すべての着色フィルタに用いることで最大の効果を奏するが、１色乃至複数色であっても従来よりもツノ段差を低減することができる。

また、露光時に露光部をずらす際に、フォトマスク９０を固定した状態でガラス基板１を適宜移動する方法を採用してもよいし、ガラス基板１を固定した状態でフォトマスク９０を適宜移動する方法を採用してもよいし、ガラス基板１およびフォトマスク９０を適宜移動させる方法を採用してもよい。また、フォトマスク９０は各色の着色フィルタ３で異なるフォトマスクを使用してもよいし、同一のフォトマスク９０を用いてもよい。

なお、各図においてブラックマトリクス２および着色フィルタ３をガラス基板１の平面と並行な面を持つ矩形状として記載しているが、実際は現像工程等によって面が傾斜したり、微小な凹凸が発生することがある。これらの場合も本発明の効果を奏するため、本発明に組み込まれる。

１００・・・本発明のカラーフィルタの第１実施形態
２００・・・本発明のカラーフィルタの第２実施形態
５００・・・従来のカラーフィルタ
５００’・・・オーバーコート層が厚い従来のカラーフィルタ
１、５１・・・ガラス基板
２、５２・・・ブラックマトリクス
２ａ、５２ａ・・・ブラックマトリクス用黒色レジスト
２（α１）・・・・ブラックマトリクス用レジストの第１露光部
２（α２）・・・・ブラックマトリクス用レジストの第２露光部
２（α１＋α２）・・・ブラックマトリクス用レジストの第１及び第２露光部
２１・・・・・第１ブラックマトリクス
２２・・・・・第２ブラックマトリクス
２３・・・・・第３ブラックマトリクス
５２ｐ・・・・露光後のブラックマトリクス用レジスト
３（Ｒ）１、３（Ｒ）２、５３（Ｒ）・・・赤色フィルタ
３ｒ・・・・・・赤色レジスト
３（α３）・・・・赤色レジストの第３露光部
３（α４）・・・・赤色レジストの第４露光部
３（α３＋α４）・・・赤色レジストの第３及び第４露光部
３３・・・・・第１赤色フィルタ
３４・・・・・第２赤色フィルタ
３３４・・・・第３赤色フィルタ
３（Ｇ）１、３（Ｇ）２、５３（Ｇ）・・・緑色フィルタ
３ｇ、５３（Ｇ）ａ・・・緑色レジスト
３（α５）・・・・緑色レジストの第５露光部
３（α６）・・・・緑色レジストの第６露光部
３（α５＋α６）・・・緑色レジストの第５及び第６露光部
３５・・・・・第１緑色フィルタ
３６・・・・・第２緑色フィルタ
３５６・・・・第３緑色フィルタ
３（Ｂ）１、３（Ｂ）２、５３（Ｂ）・・・青色フィルタ
３ｂ・・・・・・・・・・青色レジスト
３（α７）・・・・青色レジストの第７露光部
３（α８）・・・・青色レジストの第８露光部
３（α７＋α８）・・・青色レジストの第７及び第８露光部
３７・・・・・第１青色フィルタ
３８・・・・・第２青色フィルタ
３７８・・・・第３青色フィルタ
４、５４・・・オーバーコート層
５４’・・・・厚めのオーバーコート層
５６・・・ツノ部
５７・・・液晶層
５８・・・視認者
６０、６５、８０、９０・・・フォトマスク
６１、６６、８１、９１・・・フォトマスク基板
６２、６７、８２、９２・・・遮光部
７０・・・露光光
ｄｒ１、ｄｒ２・・・赤色フィルタの凹部
ｄｇ・・・・・・・・緑色フィルタの凹部
ｓｇ・・・・・・・・緑色フィルタのツノ段差
ｓｇ’・・・・・・緩和されたツノ段差
ｓｂ１、ｓｂ２・・・青色レジストのツノ段差
ｓｂ１’、ｓｂ２’・・・緩和されたツノ段差
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４・・・レジスト塗布基板の移動距離
ΔＨ_１、ΔＨ_２、ΔＨ_３、ΔＨ_４、ΔＨ_５・・・ツノ段差
Ｌ・・・・視線

Claims (10)

1. ガラス基板上にブラックマトリクスと、Ｎが３以上のＮ色の着色樹脂組成物からなる着色フィルタと、を積層したカラーフィルタであって、
   前記ブラックマトリクスは積層方向における断面視で凸構造であり、
   前記凸構造は中央の第３ブラックマトリクスと、前記第３ブラックマトリクスの両側に隣接した第１ブラックマトリクス及び第２ブラックマトリクスと、からなり、
   前記第３ブラックマトリクスの高さは、前記第１ブラックマトリクスの高さ、及び前記第２ブラックマトリクスの高さよりも高く、
   前記第１ブラックマトリクスの高さ、前記第２ブラックマトリクスの高さ、及び前記第３ブラックマトリクスの高さは、いずれも１．０μｍ以上である、
   ことを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記第３ブラックマトリクスの高さは１．１μｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記第３ブラックマトリクスの線幅は、前記第１ブラックマトリクスの線幅と前記第３ブラックマトリクスの線幅と前記第２ブラックマトリクスの線幅とを合計した、前記ブラックマトリクス全体の線幅の２０％以上、５０％以下である、
   ことを特徴とする請求項１、または２に記載のカラーフィルタ。
4. 前記Ｎが３以上のＮ色の着色フィルタのうちの１色の着色フィルタは、表面の両端部に凹部を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のカラーフィルタ。
5. 前記Ｎが３以上のＮ色の着色フィルタのうちの１色の着色フィルタのうち、少なくとも１色の着色フィルタは、表面の片端部のみに凹部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ。
6. 前記Ｎが３以上のＮ色の着色フィルタのうちの１色の着色フィルタは、表面の両端部に凹部を有さない、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のカラーフィルタ。
7. 前記断面視で凸構造のブラックマトリクスは、フォトリソグラフィ法で形成され、
   前記ガラス基板上にブラックマトリクス用レジストを塗布する工程と、
   フォトマスクの露光部を介して前記ブラックマトリクス用レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
   前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程を含む、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法。
8. 前記表面の両端部に凹部を有する１色の着色フィルタは、フォトリソグラフィ法で、１色目の着色フィルタとして形成され、
   前記ガラス基板上に断面視で凸構造の前記ブラックマトリクスを形成した後に、
   前記ガラス基板上に１色目の着色レジストを塗布する工程と、
   フォトマスクの露光部を介して前記１色目の着色レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
   前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程を含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタの製造方法。
9. 前記表面の片端部のみに凹部を有する少なくとも１色の着色フィルタは、フォトリソグラフィ法で、２色目以上（Ｎ−１）色目以下の着色フィルタとして形成され、
   前記ガラス基板上に断面視で凸構造の前記ブラックマトリクスを形成し、さらに１色目の着色フィルタを形成した後に、
   前記ガラス基板上に着色レジストを塗布する工程と、
   フォトマスクの露光部を介して前記着色レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
   前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程を含む、
   ことを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法。
10. 前記表面の両端部に凹部を有さない１色の着色フィルタは、フォトリソグラフィ法で、Ｎ色目の着色フィルタとして形成され、
    前記ガラス基板上に断面視で凸構造の前記ブラックマトリクスを形成し、さらに（Ｎ−１）以下の色数の着色フィルタを形成した後に、
    前記ガラス基板上に着色レジストを塗布する工程と、
    フォトマスクの露光部を介して前記着色レジストが完全に硬化しない露光量で露光する第一露光工程と、
    前記フォトマスクに対する平面視での位置を、前記第一露光工程における前記露光部の一部が重なるようにずらして露光する第二露光工程を含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法。

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