JP4048085B2 - 液晶用カラーフィルター及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶用カラーフィルター及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＡ（Vertical Alignment）モード（垂直配向型液晶表示モード）の液晶表示装置の視野角は、ＴＮ（Twisted Nenatic）モードの液晶表示装置の視野角よりも改善されたものであるが、このＶＡモードの液晶表示装置の視野角を更に大幅に改善する技術として、ＶＡモードをマルチドメイン化したＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが特開平１１−２５８６０６号公報等に記載されている。
【０００３】
ＭＶＡモードは、液晶表示装置における１画素を配向制御用突起により複数の領域に分割・区分し、領域毎に液晶分子の配向を異なったものにし、液晶表示装置の視野角を広くする技術である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶用カラーフィルターの製造方法は、（ａ）光吸収性を付与する物質が添加され、感光波長領域の光を吸収し且つ該感光波長領域における平均透過率がホトレジスト膜１μｍにおいて３５〜５０％の範囲内となるように調整されたポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布する塗布工程と、（ｂ）露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介してホトレジストに露光光を照射する露光工程と、（ｃ）露光工程後のホトレジストに現像処理を施して該一方面上にスペーサ及び配向制御用突起を形成する現像工程と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のカラーフィルターにおいては、通常、カラーフィルター基材からスペーサの先端までの高さが３〜５μｍ、配向制御用突起までの高さが０．５〜２μｍ程度に設定される。ところが、従来の方法では、このように高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とを同時に且つ安定的に形成することは非常に困難であるため、予めスペーサ形成領域に着色層を重ね合わせて多段構造とし、重ね合わせ部分のマージンをもってカラーフィルター基材からスペーサ先端までの高さを確保する方法が提案されている。しかし、このような方法であっても、多量の顔料を含む着色樹脂層は流動性が不十分であるため、均一な高さのスペーサを形成することは難しく、液晶パネルを組み立てた際に表示むらが発生しやすくなる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とをカラーフィルター基材上に同時に且つ均一に形成することができ、高精細液晶パネルにも適用可能な液晶用カラーフィルター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶用カラーフィルターは、印加電圧に応じて透過光量が変化する液晶が充填される空間をカラーフィルター基材の一方面上に提供するスペーサと、液晶を所定の方向に配向させる配向制御用突起とをそれぞれ該一方面上に備える液晶用カラーフィルターにおいて、スペーサ及び配向制御用突起がそれぞれ、（ａ）感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストを該一方面上に塗布し、（ｂ）露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介してホトレジストに露光光を照射し、（ｃ）露光後のホトレジストに現像処理を施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布し、このホトレジストに上記所定のホトマスクを介して露光光を照射することで、ホトレジストの各領域における露光光の到達深度を制御することができる。すなわち、上記階調ホトマスクにおいては透過部、第１露光制御部、第２露光制御部の順に透過率が低くなっているため、露光光の到達深度はホトレジスト除去領域（透過部に対応する領域）、配向制御用突起の形成領域、スペーサの形成領域の順に小さくなる。従って、かかる露光後のホトレジストに現像処理を施すことにより、配向制御用突起と、当該配向制御用突起よりも高いスペーサとを同時に且つ均一に形成することができる。このようにしてスペーサ及び配向制御用突起が形成された本発明の液晶用カラーフィルターは、ＭＶＡモードの液晶表示装置に適用した場合に、広い視野角で鮮明な画像を提供することを可能とするものである。
【００１０】
また本発明では、上述のように、スペーサの高さを確保するために多段構造の着色層を設ける必要がないため、スペーサの設計の自由度を大きくすることができる。従って本発明は、ブラックマトリックスの寸法が小さい高精細液晶パネルに適用可能な点で非常に有用である。
【００１１】
本発明では、ホトレジストが感光波長領域の光を吸収する物質を含有することが望ましい。光吸収性を有する物質としては、ベンゾフェノン、トリアジン、サリチル酸、フルオレノン等の紫外線吸収剤や着色顔料、遮光性顔料が例示されるが、取り扱いが容易な点でカーボンブラックを好適に用いることができる。このような光吸収性を有する物質、特にカーボンブラックをホトレジストに含有せしめることで、ホトレジストに十分な光吸収性が付与されるので、スペーサ及び配向制御用突起を同時に形成する際の精度及び効率をより高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る液晶用カラーフィルター及びその製造方法について説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１３】
まず、液晶用カラーフィルターの構造について説明する。
【００１４】
図１は液晶用カラーフィルターの一部を示す上面図であり、図２は図１に示したカラーフィルター８のＩ−Ｉ矢印断面図である。図示のカラーフィルター８は、透明基板６、遮光層（ブラックマトリックス）７、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂ、保護膜４及び透明電極３で構成されるカラーフィルター基材と、透明電極３上に形成されたスペーサ１及び配向制御用突起２とを備えている。
【００１５】
透明基板６上には遮光層としてのブラックマトリクス（ブラックマスク）７が格子状に形成されており、格子状のブラックマトリックス７の開口内には光学フィルターとしての赤、緑、青に着色された着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂが設けられている。換言すれば、ブラックマトリックス７は画素間の非表示領域に形成されており、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂの透過光を分離している。ブラックマトリックス７の配置により、これを組み合わせてなる液晶表示装置（液晶ディスプレイ）のコントラストの向上や、光による液晶表示装置の駆動素子の誤動作を防止することができる。
【００１６】
透明基板６は、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン等からなるプラスチックシート、又は各種ガラス板等を用いることができるが、本例ではガラス板を用いる。なお、ポリエーテルサルホンは耐熱性及び光透過性の点から好ましい材料である。透明基板６の表面は、コロナ放電処理、オゾン放電処理、シランカップリング剤やウレタンポリマー等の各種ポリマーによる薄膜処理等を行ってもよい。
【００１７】
ブラックマトリックス７としては、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏなどの金属又はその酸化物、窒化物及び／又は炭化物を積層してなる単層膜、多層膜或いは複合膜、更には樹脂中に遮光剤を分散させた樹脂膜が用いられる。
【００１８】
また、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂは、液晶中に表示不良の原因となる不純物を溶出しなければ、いかなる材料のものであっても良い。具体的な材質としては、任意の光のみを透過するように膜厚制御された無機膜や、染色、染料分散又は顔料分散された樹脂などがある。これらの膜は、スパッタ法などの堆積法、染色法、、染料分散法、顔料分散法、印刷法、インクジェット法などにより形成することができる。この樹脂の種類は特に制限されないが、ノボラック樹脂などのフェノール樹脂、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリイミドを使用することができる。なお、製造プロセスの簡便さや耐候性などの面から、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂには、顔料分散された樹脂膜を用いることが好ましい。
【００１９】
ブラックマトリックス７及び着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂは保護膜４によって覆われており、保護膜４上には液晶にバイアスを与えるための透明電極３が全面に形成されている。透明電極３の材料としてはＩＴＯ（酸化インジウム−酸化スズ）、保護膜の材料としてはエポキシ変性アクリレート樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱透明樹脂が用いられる。
【００２０】
透明電極３上には、ホトレジスト（樹脂）からなる柱状スペーサ１及び配向制御用突起２がそれぞれ複数設けられる。スペーサ１はブラックマトリックス７の直上に位置している。スペーサ１は、カラーフィルター８と後述するＴＦＴ基板（電子素子基板）との間に介在し、その液晶が充填される空間を提供する。
【００２１】
スペーサ１は、後述する配向制御用突起２よりも高くなるように形成されるが、スペーサ１の高さは、一般的に、液晶の動作の安定性、パネルの表示安定性の点で２〜７μｍが好ましく、３〜５μｍがより好ましい。なお、ここでいうスペーサ１の高さとは、スペーサ１の底面と最上表面との間の距離の最大を意味する。
【００２２】
また、透明電極３上には、ホトレジストからなる配向制御用突起２がストライプ状に複数設けられている。配向制御用突起２は、図２に示したように、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの直上に位置しており、その縦断面形状はドーム形状である。配向制御用突起２は、カラーフィルターと後述するＴＦＴ基板との空間を複数の領域に分割・区分し、当該空間に充填された液晶を領域ごとに異なった方向に配向させるもので、これによりＭＶＡモードの液晶表示装置が実現される。
【００２３】
配向制御用突起２は、スペーサ１よりも低くなるように形成されるが、配向制御用突起２の高さは、一般的に、０．１〜３μｍが好ましく、０．５〜２μｍがより好ましいとされる。
【００２４】
スペーサ１の高さは液晶パネルのセルギャップを規定するもので、面内のスペーサ高さの均一性は液晶パネルの表示品位を決定する。一般的な液晶パネルではセルギャップの許容幅は±０．２μｍであると言われるが、局部的なセルギャップの変動は、シミ・むらといった表示不良を招くため、スペーサ１の高さの面内均一性にははるかに厳しい管理が要求される。
【００２５】
また、配向制御用突起２に関しても、局部的なパターン幅や突起の高さの変動は表示むらの原因となるため、配向制御用突起２の高さの面内均一性は±０．２μｍであることが望ましい。配向制御用突起の面内均一性が±０．２μｍの範囲外となる場合には、表示不良を招く危険性が高まる。
【００２６】
スペーサ１及び配向制御用突起２は、感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストで構成される。ポジ型ホトレジストとしては、一般的なノボラック樹脂系、ヒドロキシスチレン系等のレジストに光吸収性を付与したものが利用可能である。ホトレジストに光吸収性を付与する物質（吸光性物質）としては、ベンゾフェノン、トリアジン、サリチル酸、フルオレノン等の紫外線吸収剤や着色顔料、遮光性顔料等が例示されるが、取り扱いが容易な点でカーボンブラックを好適に用いることができる。吸光性物質の添加濃度は、ホトレジストの感光波長領域における平均透過率が、ホトレジスト膜１μｍにおいて３５〜５０％の範囲内となるように調整することが望ましい。平均透過率が３５％／μｍ未満の場合には、ホトレジストの感度が不十分となり、露光に多大の時間を要して生産性が低下するため好ましくない。また、平均透過率が５０％／μｍを超えると、配向制御用突起２の高さが露光量や現像等のプロセス変動に対して過剰に敏感となり、安定な品質のカラーフィルターを形成することが困難となるため好ましくない。
【００２７】
本発明では、後述する製造方法によりスペーサ１及び配向制御用突起２が同時に形成される。
【００２８】
図３は本発明の液晶カラーフィルターの製造方法の一例を示す説明図である。先ず、ホトリソグラフィ技術を用いて透明基板６上に格子状の遮光層（ブラックマトリックス）７を形成する。次に、ホトリソグラフィ技術を用いて、ブラックマトリックス７の開口内に赤、緑、青に着色したホトレジストを順次形成する。さらに、必要に応じて着色層の上に保護膜４を形成してもよい。
【００２９】
しかる後、上記積層体の露出表面上に透明電極３を堆積させて、透明基板６、ブラックマトリックス７、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂ、保護膜４、透明電極３が積層されたカラーフィルター基材を得る。上述のように、透明電極３はＩＴＯからなり、この堆積工程はスパッタ法を用いて行われる。
【００３０】
次に、カラーフィルター基材の透明電極３上にポジ型ホトレジスト３０を塗布する（図３（ａ））。塗布工程では、ポジ型ホトレジスト３０をむら無く均一に塗布する必要があることから、スピンコータが一般的に用いられるが、ダイコータやロールコータといった漿液型の塗布装置を用いることも可能である。塗布されたポジ型ホトレジスト膜３０は５〜１２０℃でプリベークされる。
【００３１】
次に、スペーサ１及び配向制御用突起２の形成領域に対応するパターンが形成された階調ホトマスク３１を介して、ホトレジスト３０に露光光を照射する（図３（ｂ））。
【００３２】
階調ホトマスク３１は、露光光を透過する透過部３２、配向制御用突起２の形成領域に対応し透過部３２よりも低い透過率を有する第１露光制御部３３、並びにスペーサ１の形成領域に対応し第１露光制御部３４よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたものである。この階調ホトマスク３１を用いることで、透過部３２を通る露光光の到達深度が最も深く、第２露光制御部１２を通る露光光の到達深度が最も浅くなるように、ホトレジスト３０における露光光の到達深度が制御される。その結果、スペーサ１及び配向制御用突起２それぞれの形成領域、並びにホトレジスト除去領域（スペーサ１及び配向制御用突起２のいずれも形成されない領域）に対応する所定の潜像濃度分布が形成される。
【００３３】
透過部１０、第１露光制御部１１及び第２露光制御部それぞれにおける透過率は、目的とするスペーサ１及び配向制御用突起２の高さ等に応じて適宜設定される。例えば、スペーサ１の高さを４〜５μｍ、配向制御用突起２の高さを０．５〜１．５μｍとする場合、露光光に対する透過率を透過部１０で９５％以上（より好ましくは１００％）、第１露光制御部で２０〜６０％、第２露光制御部で５％以下（より好ましくは０％）とすることが好ましい。
【００３４】
次に、露光工程後のホトレジスト３０を現像液に浸漬することで現像処理し、スペーサ１及び配向制御用突起２の対応部分を残留させる（図３（ｃ））。現像処理に用いられる現像液としては、カリウム、ナトリウム等の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、及びこれらの混合物の水溶液、あるいは有機アミン水溶液などを用いることが可能である。また、現像液は、現像を補助するための界面活性剤を含んでいてもよい。
【００３５】
現像処理により形成されたホトレジストパターンを、更に１８０〜２４０℃で２０〜６０分の熱処理して硬化させる。この結果、縦断面台形状のスペーサ１、並びに半円状の配向制御用突起２が同時に形成される。
【００３６】
このように、上記製造方法によれば、ポジ型ホトレジスト３０を透明電極３上に塗布し、このホトレジスト３０に階調ホトマスク３１を介して露光光を照射し、さらに露光後のホトレジスト３０に現像処理を施すことで、配向制御用突起２と、配向制御用突起２よりも高いスペーサ１とを同時に且つ均一に形成することができる。
【００３７】
また、スペーサ１の高さを確保するために多段構造の着色層を設ける必要がないため、ブラックマトリックスの寸法が小さくてもその直上に十分な高さのスペーサ１を設けることができるため、高精細液晶パネルにも適している。
【００３８】
このように、本発明のカラーフィルターは、液晶の電気光学応答を利用することにより画像や文字の表示を行う液晶表示装置に有用であり、情報処理等の分野で用いられる。具体的には、パソコン、ワードプロセッサー、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、ビデオ等の表示画面や、液晶プロジェクター等に用いられる。
【００３９】
図４は、上記カラーフィルター８を用いたＭＶＡモード液晶表示装置の一例を示す斜視図である。図４中、透明基板６上には偏光板９が設けられ、カラーフィルター８のスペーサ１上には配向膜（図示せず）が形成される。この配向膜は、スペーサ１上に樹脂を塗布した後、これをラビング処理することによって形成される。さらにこの上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板１２が取付けられる。カラーフィルター８とＴＦＴ基板１２との間には、スペーサ１及びカラーフィルター８の外周部に位置する外枠１５が設けられており、これらによって規定される空間内に液晶が充填される。なおＴＦＴ基板１２は、カラーフィルター８側から透明基板（ガラス）１１及び偏光板１０を順次設けてなり、透明基板１１上には、液晶の偏光方法をスイッチングによって可変するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）が画素に対応して設けられている。また、ＴＦＴ基板１２のカラーフィルター８と対向する面上には、カラーフィルター８と同様に、配向制御用突起（図示せず）が設けられている。なお、ＴＦＴ基板１２の代わりに、メタル・インシュレーター・メタル（ＭＩＭ）、バリスタ、ダイオード等のアクティブ素子を有する電子素子基板を用いてもよい。また、カラーフィルター８は印刷や電着などの方法によって形成してもよい。
【００４０】
ＴＦＴ基板１２の背面に配置されるバックライト１６によってＴＦＴ基板１２を照明すると、この照明光はＴＦＴによる液晶のスイッチングによって、画素毎にＴＦＴ基板１２を通過し、カラーフィルター８に入射する。カラーフィルター８には画素に対応して着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂが設けられているので、カラーフィルター８からは画素毎に発光色が制御された画像が出力される。このとき、ＴＦＴ基板１２及びカラーフィルター８のそれぞれに設けられた配向制御用突起２により、以下に示す原理に基づいて液晶分子の配向が制御される。
【００４１】
図５は上記カラーフィルター８を用いたＭＶＡモード液晶表示装置の断面を拡大して模式的に示す説明図である。ＭＶＡモードの液晶表示装置は、上記カラーフィルター８と、配向制御用突起２が形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板１２とを、両者の対向表面が平行となるように重ね合わせたものである。
【００４２】
なお、以下の説明では、便宜上、カラーフィルター８及びＴＦＴ基板１２を「基板８、１２」といい、これらの対向表面を「基板表面」という。また、カラーフィルター８に形成された配向制御用突起を２ａ、ＴＦＴ基板に形成された配向制御用突起を２ｂとする。配向制御用突起２ａ、２ｂが形成された後には、突起２ａ、２ｂの表面を含めて基板表面が構成され、突起２a、２ｂ上に特定の膜が形成されている場合には、これが基板表面を構成する。
【００４３】
スペーサ１により提供されるＴＦＴ基板１２とカラーフィルター８との間の空間には液晶分子１００が狭持されて液晶セルが形成されている。カラーフィルター８の基板表面上には、上述のように、複数の配向制御用突起２ａが離隔して設けられている。また、ＴＦＴ基板１２の基板表面においても複数の配向制御用突起２ｂが離隔して設けられているが、突起２ｂ群は突起２ａ群に対してそれらの配列方向に沿ってずれた配置となっている。すなわち、突起２ａ群と突起２ｂ群とは、突起形成前の基板表面に垂直な方向の延長線上に相手方の突起が位置しないように互い違いに配置されており、且つ、突起２ａの２表面の一方が突起２ｂの２表面の一方に対向し、液晶層１３を構成する液晶分子１００がこれらの表面間を接続するように配向している。
【００４４】
カラーフィルター８における突起形成前の基板表面に垂直な面内において、配向制御用突起２ａは当該表面に対して傾斜した角度を有し且つ互いに所定角度を成す２表面を有しており、この２表面に接触する液晶層１３内の液晶分子１００の配向方向は、２表面の境界を境に異なっている。すなわち、１つの配向制御用突起２ａに対して液晶層１３を構成する液晶分子１００が２分割されている。
【００４５】
同様に、ＴＦＴ基板１２における突起形成前の基板表面に垂直な面内において、配向制御用突起２ｂは当該表面に対して傾斜した角度を有し且つ互いに所定角度を成す２表面を有しており、この２表面に接触する液晶層１３内の液晶分子１００の配向方向は、２表面の境界を境に異なっている。すなわち、１つの配向制御用突起２ｂに対して液晶層１３を構成する液晶分子１００が２分割されている。
【００４６】
このような液晶表示装置においては、基板８、１２の画素領域毎に電圧が印加される。
【００４７】
非電圧印加時には、液晶層１３を構成する液晶分子１００は基板表面に対して垂直に配向する。このとき、突起２ａ、２ｂの部分の液晶分子１００は突起２ａ、２ｂの斜面に垂直に配向しようとするが、それ以外の液晶分子１００の殆どは突起形成前の基板表面に対してほぼ垂直に配向するため、良好な黒表示が得られる。
【００４８】
また、基板８、１２の画素領域毎に電圧が印加されると、電圧に応じて液晶層１３を構成する液晶分子１００の配向方向が変化する。同図は電圧印加時における液晶分子を示しており、その配向方向は基板表面に対して傾斜している。液晶層１３内の液晶分子１００は電圧印加時においては接触面に垂直な方向に沿って配向する。液晶分子１００は配向制御用突起２ａ、２ｂや突起２ａ、２ｂ上に形成された膜に接触するので、突起２ａ、２ｂは液晶分子１００の配向方向を制御することとなる。
【００４９】
電圧印加時には、突起２ａ、２ｂの傾斜部（２表面）に接触する液晶分子１００が傾斜するので、両基板８、１２間の液晶分子１００の配向方向は、隣接するＡ領域とＢ領域とで互いに異なることとなる。すなわち、突起２ａ、２ｂは、電圧を印加したときの液晶分子の配向する方位を決めるトリガの役割を果たしている。このようにして、配向制御用突起２ａ、２ｂそれぞれを基点として表示部全体の液晶分子１００の配向が制御され、液晶表示装置における十分に広い視野角が実現される。なお、突起２ａ、２ｂそれぞれの表面には、液晶分子１００の垂直配向を促進する垂直配向膜を形成することもできる。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５１】
［実施例１］
図３に示した手順に従ってカラーフィルターを作製した。以下、その詳細について説明する。
【００５２】
先ず、透明基板６（コーニング社製無アルカリガラス１７３７、基板サイズ６００ｍｍ×７２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）の一方面上に低反射クロム膜を形成し、これをエッチングすることでブラックマトリックス７を形成した。このブラックマトリックス７上に赤、緑、青の着色透明樹脂層を形成した後、スパッタ法によりＩＴＯ透明電極３を形成してカラーフィルター基材を得た。
【００５３】
一方、ノボラック樹脂型ホトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−１３）にカーボンブラックを添加して、波長４０５ｎｍの光に対する透過率を４８％／μｍに調整した。このポジ型ホトレジストを上記カラーフィルター基材の透明電極３上にスピンコートし、スピンコート後のホトレジスト３０を真空下で脱溶媒処理した後、１２０℃でプリベークして厚さ５．６μｍのホトレジスト膜を形成した。
【００５４】
次に、スペーサ１及び配向制御用突起２の形成領域に対応するパターンが形成された階調ホトマスク３１を介して、露光ギャップ１００μｍで３４０ｍＪ／ｃｍ2の露光光をホトレジスト３０に照射した。階調ホトマスク３１としては、露光光に対する透過率が、透過部３２で１００％、配向制御用突起２の形成領域に対応する第１露光制御部３３で３５％、並びにスペーサ１の形成領域に対応する第２露光制御部３４で０％のものを使用した。
【００５５】
露光工程後のホトレジスト３０について、０．５％水酸化カリウム水溶液を用いて７０秒間現像処理し、さらに２００℃で２０分間のベーキングを行った。このようにして、均一な高さの固着されたスペーサ１（高さ４．０μｍ）及び配向制御用突起２（高さ１．１μｍ、線幅１０μｍ、ドーム状）を、透明電極３上に同時に形成して目的のカラーフィルター８を得ることができた。また、配向制御用突起の面内の突起分布σは０．２μｍであった。ここで、突起分布σとは、突起の高さのバラツキの指標であり、σが小さいほど突起が均一に分布していることを意味する。
【００５６】
［実施例２］
透明電極３上にスピンコートしたホトレジスト３０のプリベーク後の厚さを５．０μｍとしたこと、並びに露光工程における露光量を２４０ｍＪ／ｃｍ2としたこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られたカラーフィルターにおいて、スペーサの高さは４．０μｍであった。また、配向制御用突起はドーム状で、その線幅は１０μｍ、高さは１．１μｍであり、突起分布σは０．２μｍであった。
【００５７】
［実施例３、４］
実施例３及び４においては、ホトレジスト３０の透過率、プリベーク後のホトレジスト３０の厚さ、階調ホトマスク３１の第１露光制御部３３の透過率及び露光量をそれぞれ表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを作製した。なお、ホトレジストの透過率の調整は、カーボンブラックの添加量を変化させることにより行った。
【００５８】
得られたカラーフィルターにおけるスペーサの高さ、配向制御用突起の線幅及び高さ、並びに突起分布σを表１に示す。
【００５９】
［比較例１］
カーボンブラックが添加されていないポジ型ホトレジストを用い、プリベーク後のホトレジストの厚さ、階調ホトマスク３１の第１露光制御部３３の透過率及び露光量をそれぞれ表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを作製した。
【００６０】
得られたカラーフィルターにおけるスペーサの高さ、配向制御用突起の線幅及び高さ、並びに突起分布σを表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示したように、実施例１〜４では、高さの異なるスペーサ及び配向制御用突起を同時に且つ均一に形成することができた。
【００６３】
これに対して、比較例１に示したように、吸光性を付与しないホトレジストを用いた場合には、配向制御用突起の高さの面内均一性が低下し、実用に適したカラーフィルターを製造することができなかった。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とをカラーフィルター基材上に同時に且つ均一に形成することができ、高精細液晶パネルにも適用可能な液晶用カラーフィルター、並びにその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶用カラーフィルターの一部を示す上面図である。
【図２】図１に示したカラーフィルター８のＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図３】本発明の液晶カラーフィルターの製造方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の液晶用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶表示装置の一例を示す斜視図である
【図５】本発明の液晶用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶表示装置の断面を拡大して模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１…スペーサ、２…配向制御用突起、３…透明電極、４…保護膜、R、Ｇ、Ｂ…着色樹脂領域、６…透明基板、７…遮光層（ブラックマトリックス）、８…カラーフィルター、９、１０…偏光板、１１…透明基板、１２…ＴＦＴ基板、１６…バックライト、２０…液晶表示装置、３０…ポジ型ホトレジスト、３１…ホトマスク、３２…透過部、３３…第１露光制御部、３４…第２露光制御部、１００…液晶分子。
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶用カラーフィルター及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＡ（Vertical Alignment）モード（垂直配向型液晶表示モード）の液晶表示装置の視野角は、ＴＮ（Twisted Nenatic）モードの液晶表示装置の視野角よりも改善されたものであるが、このＶＡモードの液晶表示装置の視野角を更に大幅に改善する技術として、ＶＡモードをマルチドメイン化したＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが特開平１１−２５８６０６号公報等に記載されている。
【０００３】
ＭＶＡモードは、液晶表示装置における１画素を配向制御用突起により複数の領域に分割・区分し、領域毎に液晶分子の配向を異なったものにし、液晶表示装置の視野角を広くする技術である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶用カラーフィルターの製造方法は、（ａ）光吸収性を付与する物質が添加され、感光波長領域の光を吸収し且つ該感光波長領域における平均透過率がホトレジスト膜１μｍにおいて３５〜５０％の範囲内となるように調整されたポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布する塗布工程と、（ｂ）露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介してホトレジストに露光光を照射する露光工程と、（ｃ）露光工程後のホトレジストに現像処理を施して該一方面上にスペーサ及び配向制御用突起を形成する現像工程と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のカラーフィルターにおいては、通常、カラーフィルター基材からスペーサの先端までの高さが３〜５μｍ、配向制御用突起までの高さが０．５〜２μｍ程度に設定される。ところが、従来の方法では、このように高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とを同時に且つ安定的に形成することは非常に困難であるため、予めスペーサ形成領域に着色層を重ね合わせて多段構造とし、重ね合わせ部分のマージンをもってカラーフィルター基材からスペーサ先端までの高さを確保する方法が提案されている。しかし、このような方法であっても、多量の顔料を含む着色樹脂層は流動性が不十分であるため、均一な高さのスペーサを形成することは難しく、液晶パネルを組み立てた際に表示むらが発生しやすくなる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とをカラーフィルター基材上に同時に且つ均一に形成することができ、高精細液晶パネルにも適用可能な液晶用カラーフィルター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶用カラーフィルターは、印加電圧に応じて透過光量が変化する液晶が充填される空間をカラーフィルター基材の一方面上に提供するスペーサと、液晶を所定の方向に配向させる配向制御用突起とをそれぞれ該一方面上に備える液晶用カラーフィルターにおいて、スペーサ及び配向制御用突起がそれぞれ、（ａ）感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストを該一方面上に塗布し、（ｂ）露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介してホトレジストに露光光を照射し、（ｃ）露光後のホトレジストに現像処理を施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布し、このホトレジストに上記所定のホトマスクを介して露光光を照射することで、ホトレジストの各領域における露光光の到達深度を制御することができる。すなわち、上記階調ホトマスクにおいては透過部、第１露光制御部、第２露光制御部の順に透過率が低くなっているため、露光光の到達深度はホトレジスト除去領域（透過部に対応する領域）、配向制御用突起の形成領域、スペーサの形成領域の順に小さくなる。従って、かかる露光後のホトレジストに現像処理を施すことにより、配向制御用突起と、当該配向制御用突起よりも高いスペーサとを同時に且つ均一に形成することができる。このようにしてスペーサ及び配向制御用突起が形成された本発明の液晶用カラーフィルターは、ＭＶＡモードの液晶表示装置に適用した場合に、広い視野角で鮮明な画像を提供することを可能とするものである。
【００１０】
また本発明では、上述のように、スペーサの高さを確保するために多段構造の着色層を設ける必要がないため、スペーサの設計の自由度を大きくすることができる。従って本発明は、ブラックマトリックスの寸法が小さい高精細液晶パネルに適用可能な点で非常に有用である。
【００１１】
本発明では、ホトレジストが感光波長領域の光を吸収する物質を含有することが望ましい。光吸収性を有する物質としては、ベンゾフェノン、トリアジン、サリチル酸、フルオレノン等の紫外線吸収剤や着色顔料、遮光性顔料が例示されるが、取り扱いが容易な点でカーボンブラックを好適に用いることができる。このような光吸収性を有する物質、特にカーボンブラックをホトレジストに含有せしめることで、ホトレジストに十分な光吸収性が付与されるので、スペーサ及び配向制御用突起を同時に形成する際の精度及び効率をより高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る液晶用カラーフィルター及びその製造方法について説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１３】
まず、液晶用カラーフィルターの構造について説明する。
【００１４】
図１は液晶用カラーフィルターの一部を示す上面図であり、図２は図１に示したカラーフィルター８のＩ−Ｉ矢印断面図である。図示のカラーフィルター８は、透明基板６、遮光層（ブラックマトリックス）７、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂ、保護膜４及び透明電極３で構成されるカラーフィルター基材と、透明電極３上に形成されたスペーサ１及び配向制御用突起２とを備えている。
【００１５】
透明基板６上には遮光層としてのブラックマトリクス（ブラックマスク）７が格子状に形成されており、格子状のブラックマトリックス７の開口内には光学フィルターとしての赤、緑、青に着色された着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂが設けられている。換言すれば、ブラックマトリックス７は画素間の非表示領域に形成されており、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂの透過光を分離している。ブラックマトリックス７の配置により、これを組み合わせてなる液晶表示装置（液晶ディスプレイ）のコントラストの向上や、光による液晶表示装置の駆動素子の誤動作を防止することができる。
【００１６】
透明基板６は、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン等からなるプラスチックシート、又は各種ガラス板等を用いることができるが、本例ではガラス板を用いる。なお、ポリエーテルサルホンは耐熱性及び光透過性の点から好ましい材料である。透明基板６の表面は、コロナ放電処理、オゾン放電処理、シランカップリング剤やウレタンポリマー等の各種ポリマーによる薄膜処理等を行ってもよい。
【００１７】
ブラックマトリックス７としては、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏなどの金属又はその酸化物、窒化物及び／又は炭化物を積層してなる単層膜、多層膜或いは複合膜、更には樹脂中に遮光剤を分散させた樹脂膜が用いられる。
【００１８】
また、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂは、液晶中に表示不良の原因となる不純物を溶出しなければ、いかなる材料のものであっても良い。具体的な材質としては、任意の光のみを透過するように膜厚制御された無機膜や、染色、染料分散又は顔料分散された樹脂などがある。これらの膜は、スパッタ法などの堆積法、染色法、、染料分散法、顔料分散法、印刷法、インクジェット法などにより形成することができる。この樹脂の種類は特に制限されないが、ノボラック樹脂などのフェノール樹脂、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリイミドを使用することができる。なお、製造プロセスの簡便さや耐候性などの面から、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂには、顔料分散された樹脂膜を用いることが好ましい。
【００１９】
ブラックマトリックス７及び着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂは保護膜４によって覆われており、保護膜４上には液晶にバイアスを与えるための透明電極３が全面に形成されている。透明電極３の材料としてはＩＴＯ（酸化インジウム−酸化スズ）、保護膜の材料としてはエポキシ変性アクリレート樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱透明樹脂が用いられる。
【００２０】
透明電極３上には、ホトレジスト（樹脂）からなる柱状スペーサ１及び配向制御用突起２がそれぞれ複数設けられる。スペーサ１はブラックマトリックス７の直上に位置している。スペーサ１は、カラーフィルター８と後述するＴＦＴ基板（電子素子基板）との間に介在し、その液晶が充填される空間を提供する。
【００２１】
スペーサ１は、後述する配向制御用突起２よりも高くなるように形成されるが、スペーサ１の高さは、一般的に、液晶の動作の安定性、パネルの表示安定性の点で２〜７μｍが好ましく、３〜５μｍがより好ましい。なお、ここでいうスペーサ１の高さとは、スペーサ１の底面と最上表面との間の距離の最大を意味する。
【００２２】
また、透明電極３上には、ホトレジストからなる配向制御用突起２がストライプ状に複数設けられている。配向制御用突起２は、図２に示したように、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの直上に位置しており、その縦断面形状はドーム形状である。配向制御用突起２は、カラーフィルターと後述するＴＦＴ基板との空間を複数の領域に分割・区分し、当該空間に充填された液晶を領域ごとに異なった方向に配向させるもので、これによりＭＶＡモードの液晶表示装置が実現される。
【００２３】
配向制御用突起２は、スペーサ１よりも低くなるように形成されるが、配向制御用突起２の高さは、一般的に、０．１〜３μｍが好ましく、０．５〜２μｍがより好ましいとされる。
【００２４】
スペーサ１の高さは液晶パネルのセルギャップを規定するもので、面内のスペーサ高さの均一性は液晶パネルの表示品位を決定する。一般的な液晶パネルではセルギャップの許容幅は±０．２μｍであると言われるが、局部的なセルギャップの変動は、シミ・むらといった表示不良を招くため、スペーサ１の高さの面内均一性にははるかに厳しい管理が要求される。
【００２５】
また、配向制御用突起２に関しても、局部的なパターン幅や突起の高さの変動は表示むらの原因となるため、配向制御用突起２の高さの面内均一性は±０．２μｍであることが望ましい。配向制御用突起の面内均一性が±０．２μｍの範囲外となる場合には、表示不良を招く危険性が高まる。
【００２６】
スペーサ１及び配向制御用突起２は、感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストで構成される。ポジ型ホトレジストとしては、一般的なノボラック樹脂系、ヒドロキシスチレン系等のレジストに光吸収性を付与したものが利用可能である。ホトレジストに光吸収性を付与する物質（吸光性物質）としては、ベンゾフェノン、トリアジン、サリチル酸、フルオレノン等の紫外線吸収剤や着色顔料、遮光性顔料等が例示されるが、取り扱いが容易な点でカーボンブラックを好適に用いることができる。吸光性物質の添加濃度は、ホトレジストの感光波長領域における平均透過率が、ホトレジスト膜１μｍにおいて３５〜５０％の範囲内となるように調整することが望ましい。平均透過率が３５％／μｍ未満の場合には、ホトレジストの感度が不十分となり、露光に多大の時間を要して生産性が低下するため好ましくない。また、平均透過率が５０％／μｍを超えると、配向制御用突起２の高さが露光量や現像等のプロセス変動に対して過剰に敏感となり、安定な品質のカラーフィルターを形成することが困難となるため好ましくない。
【００２７】
本発明では、後述する製造方法によりスペーサ１及び配向制御用突起２が同時に形成される。
【００２８】
図３は本発明の液晶カラーフィルターの製造方法の一例を示す説明図である。先ず、ホトリソグラフィ技術を用いて透明基板６上に格子状の遮光層（ブラックマトリックス）７を形成する。次に、ホトリソグラフィ技術を用いて、ブラックマトリックス７の開口内に赤、緑、青に着色したホトレジストを順次形成する。さらに、必要に応じて着色層の上に保護膜４を形成してもよい。
【００２９】
しかる後、上記積層体の露出表面上に透明電極３を堆積させて、透明基板６、ブラックマトリックス７、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂ、保護膜４、透明電極３が積層されたカラーフィルター基材を得る。上述のように、透明電極３はＩＴＯからなり、この堆積工程はスパッタ法を用いて行われる。
【００３０】
次に、カラーフィルター基材の透明電極３上にポジ型ホトレジスト３０を塗布する（図３（ａ））。塗布工程では、ポジ型ホトレジスト３０をむら無く均一に塗布する必要があることから、スピンコータが一般的に用いられるが、ダイコータやロールコータといった漿液型の塗布装置を用いることも可能である。塗布されたポジ型ホトレジスト膜３０は５〜１２０℃でプリベークされる。
【００３１】
次に、スペーサ１及び配向制御用突起２の形成領域に対応するパターンが形成された階調ホトマスク３１を介して、ホトレジスト３０に露光光を照射する（図３（ｂ））。
【００３２】
階調ホトマスク３１は、露光光を透過する透過部３２、配向制御用突起２の形成領域に対応し透過部３２よりも低い透過率を有する第１露光制御部３３、並びにスペーサ１の形成領域に対応し第１露光制御部３４よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたものである。この階調ホトマスク３１を用いることで、透過部３２を通る露光光の到達深度が最も深く、第２露光制御部１２を通る露光光の到達深度が最も浅くなるように、ホトレジスト３０における露光光の到達深度が制御される。その結果、スペーサ１及び配向制御用突起２それぞれの形成領域、並びにホトレジスト除去領域（スペーサ１及び配向制御用突起２のいずれも形成されない領域）に対応する所定の潜像濃度分布が形成される。
【００３３】
透過部１０、第１露光制御部１１及び第２露光制御部それぞれにおける透過率は、目的とするスペーサ１及び配向制御用突起２の高さ等に応じて適宜設定される。例えば、スペーサ１の高さを４〜５μｍ、配向制御用突起２の高さを０．５〜１．５μｍとする場合、露光光に対する透過率を透過部１０で９５％以上（より好ましくは１００％）、第１露光制御部で２０〜６０％、第２露光制御部で５％以下（より好ましくは０％）とすることが好ましい。
【００３４】
次に、露光工程後のホトレジスト３０を現像液に浸漬することで現像処理し、スペーサ１及び配向制御用突起２の対応部分を残留させる（図３（ｃ））。現像処理に用いられる現像液としては、カリウム、ナトリウム等の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、及びこれらの混合物の水溶液、あるいは有機アミン水溶液などを用いることが可能である。また、現像液は、現像を補助するための界面活性剤を含んでいてもよい。
【００３５】
現像処理により形成されたホトレジストパターンを、更に１８０〜２４０℃で２０〜６０分の熱処理して硬化させる。この結果、縦断面台形状のスペーサ１、並びに半円状の配向制御用突起２が同時に形成される。
【００３６】
このように、上記製造方法によれば、ポジ型ホトレジスト３０を透明電極３上に塗布し、このホトレジスト３０に階調ホトマスク３１を介して露光光を照射し、さらに露光後のホトレジスト３０に現像処理を施すことで、配向制御用突起２と、配向制御用突起２よりも高いスペーサ１とを同時に且つ均一に形成することができる。
【００３７】
また、スペーサ１の高さを確保するために多段構造の着色層を設ける必要がないため、ブラックマトリックスの寸法が小さくてもその直上に十分な高さのスペーサ１を設けることができるため、高精細液晶パネルにも適している。
【００３８】
このように、本発明のカラーフィルターは、液晶の電気光学応答を利用することにより画像や文字の表示を行う液晶表示装置に有用であり、情報処理等の分野で用いられる。具体的には、パソコン、ワードプロセッサー、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、ビデオ等の表示画面や、液晶プロジェクター等に用いられる。
【００３９】
図４は、上記カラーフィルター８を用いたＭＶＡモード液晶表示装置の一例を示す斜視図である。図４中、透明基板６上には偏光板９が設けられ、カラーフィルター８のスペーサ１上には配向膜（図示せず）が形成される。この配向膜は、スペーサ１上に樹脂を塗布した後、これをラビング処理することによって形成される。さらにこの上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板１２が取付けられる。カラーフィルター８とＴＦＴ基板１２との間には、スペーサ１及びカラーフィルター８の外周部に位置する外枠１５が設けられており、これらによって規定される空間内に液晶が充填される。なおＴＦＴ基板１２は、カラーフィルター８側から透明基板（ガラス）１１及び偏光板１０を順次設けてなり、透明基板１１上には、液晶の偏光方法をスイッチングによって可変するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）が画素に対応して設けられている。また、ＴＦＴ基板１２のカラーフィルター８と対向する面上には、カラーフィルター８と同様に、配向制御用突起（図示せず）が設けられている。なお、ＴＦＴ基板１２の代わりに、メタル・インシュレーター・メタル（ＭＩＭ）、バリスタ、ダイオード等のアクティブ素子を有する電子素子基板を用いてもよい。また、カラーフィルター８は印刷や電着などの方法によって形成してもよい。
【００４０】
ＴＦＴ基板１２の背面に配置されるバックライト１６によってＴＦＴ基板１２を照明すると、この照明光はＴＦＴによる液晶のスイッチングによって、画素毎にＴＦＴ基板１２を通過し、カラーフィルター８に入射する。カラーフィルター８には画素に対応して着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂが設けられているので、カラーフィルター８からは画素毎に発光色が制御された画像が出力される。このとき、ＴＦＴ基板１２及びカラーフィルター８のそれぞれに設けられた配向制御用突起２により、以下に示す原理に基づいて液晶分子の配向が制御される。
【００４１】
図５は上記カラーフィルター８を用いたＭＶＡモード液晶表示装置の断面を拡大して模式的に示す説明図である。ＭＶＡモードの液晶表示装置は、上記カラーフィルター８と、配向制御用突起２が形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板１２とを、両者の対向表面が平行となるように重ね合わせたものである。
【００４２】
なお、以下の説明では、便宜上、カラーフィルター８及びＴＦＴ基板１２を「基板８、１２」といい、これらの対向表面を「基板表面」という。また、カラーフィルター８に形成された配向制御用突起を２ａ、ＴＦＴ基板に形成された配向制御用突起を２ｂとする。配向制御用突起２ａ、２ｂが形成された後には、突起２ａ、２ｂの表面を含めて基板表面が構成され、突起２a、２ｂ上に特定の膜が形成されている場合には、これが基板表面を構成する。
【００４３】
スペーサ１により提供されるＴＦＴ基板１２とカラーフィルター８との間の空間には液晶分子１００が狭持されて液晶セルが形成されている。カラーフィルター８の基板表面上には、上述のように、複数の配向制御用突起２ａが離隔して設けられている。また、ＴＦＴ基板１２の基板表面においても複数の配向制御用突起２ｂが離隔して設けられているが、突起２ｂ群は突起２ａ群に対してそれらの配列方向に沿ってずれた配置となっている。すなわち、突起２ａ群と突起２ｂ群とは、突起形成前の基板表面に垂直な方向の延長線上に相手方の突起が位置しないように互い違いに配置されており、且つ、突起２ａの２表面の一方が突起２ｂの２表面の一方に対向し、液晶層１３を構成する液晶分子１００がこれらの表面間を接続するように配向している。
【００４４】
カラーフィルター８における突起形成前の基板表面に垂直な面内において、配向制御用突起２ａは当該表面に対して傾斜した角度を有し且つ互いに所定角度を成す２表面を有しており、この２表面に接触する液晶層１３内の液晶分子１００の配向方向は、２表面の境界を境に異なっている。すなわち、１つの配向制御用突起２ａに対して液晶層１３を構成する液晶分子１００が２分割されている。
【００４５】
同様に、ＴＦＴ基板１２における突起形成前の基板表面に垂直な面内において、配向制御用突起２ｂは当該表面に対して傾斜した角度を有し且つ互いに所定角度を成す２表面を有しており、この２表面に接触する液晶層１３内の液晶分子１００の配向方向は、２表面の境界を境に異なっている。すなわち、１つの配向制御用突起２ｂに対して液晶層１３を構成する液晶分子１００が２分割されている。
【００４６】
このような液晶表示装置においては、基板８、１２の画素領域毎に電圧が印加される。
【００４７】
非電圧印加時には、液晶層１３を構成する液晶分子１００は基板表面に対して垂直に配向する。このとき、突起２ａ、２ｂの部分の液晶分子１００は突起２ａ、２ｂの斜面に垂直に配向しようとするが、それ以外の液晶分子１００の殆どは突起形成前の基板表面に対してほぼ垂直に配向するため、良好な黒表示が得られる。
【００４８】
また、基板８、１２の画素領域毎に電圧が印加されると、電圧に応じて液晶層１３を構成する液晶分子１００の配向方向が変化する。同図は電圧印加時における液晶分子を示しており、その配向方向は基板表面に対して傾斜している。液晶層１３内の液晶分子１００は電圧印加時においては接触面に垂直な方向に沿って配向する。液晶分子１００は配向制御用突起２ａ、２ｂや突起２ａ、２ｂ上に形成された膜に接触するので、突起２ａ、２ｂは液晶分子１００の配向方向を制御することとなる。
【００４９】
電圧印加時には、突起２ａ、２ｂの傾斜部（２表面）に接触する液晶分子１００が傾斜するので、両基板８、１２間の液晶分子１００の配向方向は、隣接するＡ領域とＢ領域とで互いに異なることとなる。すなわち、突起２ａ、２ｂは、電圧を印加したときの液晶分子の配向する方位を決めるトリガの役割を果たしている。このようにして、配向制御用突起２ａ、２ｂそれぞれを基点として表示部全体の液晶分子１００の配向が制御され、液晶表示装置における十分に広い視野角が実現される。なお、突起２ａ、２ｂそれぞれの表面には、液晶分子１００の垂直配向を促進する垂直配向膜を形成することもできる。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５１】
［実施例１］
図３に示した手順に従ってカラーフィルターを作製した。以下、その詳細について説明する。
【００５２】
先ず、透明基板６（コーニング社製無アルカリガラス１７３７、基板サイズ６００ｍｍ×７２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）の一方面上に低反射クロム膜を形成し、これをエッチングすることでブラックマトリックス７を形成した。このブラックマトリックス７上に赤、緑、青の着色透明樹脂層を形成した後、スパッタ法によりＩＴＯ透明電極３を形成してカラーフィルター基材を得た。
【００５３】
一方、ノボラック樹脂型ホトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−１３）にカーボンブラックを添加して、波長４０５ｎｍの光に対する透過率を４８％／μｍに調整した。このポジ型ホトレジストを上記カラーフィルター基材の透明電極３上にスピンコートし、スピンコート後のホトレジスト３０を真空下で脱溶媒処理した後、１２０℃でプリベークして厚さ５．６μｍのホトレジスト膜を形成した。
【００５４】
次に、スペーサ１及び配向制御用突起２の形成領域に対応するパターンが形成された階調ホトマスク３１を介して、露光ギャップ１００μｍで３４０ｍＪ／ｃｍ2の露光光をホトレジスト３０に照射した。階調ホトマスク３１としては、露光光に対する透過率が、透過部３２で１００％、配向制御用突起２の形成領域に対応する第１露光制御部３３で３５％、並びにスペーサ１の形成領域に対応する第２露光制御部３４で０％のものを使用した。
【００５５】
露光工程後のホトレジスト３０について、０．５％水酸化カリウム水溶液を用いて７０秒間現像処理し、さらに２００℃で２０分間のベーキングを行った。このようにして、均一な高さの固着されたスペーサ１（高さ４．０μｍ）及び配向制御用突起２（高さ１．１μｍ、線幅１０μｍ、ドーム状）を、透明電極３上に同時に形成して目的のカラーフィルター８を得ることができた。また、配向制御用突起の面内の突起分布σは０．２μｍであった。ここで、突起分布σとは、突起の高さのバラツキの指標であり、σが小さいほど突起が均一に分布していることを意味する。
【００５６】
［実施例２］
透明電極３上にスピンコートしたホトレジスト３０のプリベーク後の厚さを５．０μｍとしたこと、並びに露光工程における露光量を２４０ｍＪ／ｃｍ2としたこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られたカラーフィルターにおいて、スペーサの高さは４．０μｍであった。また、配向制御用突起はドーム状で、その線幅は１０μｍ、高さは１．１μｍであり、突起分布σは０．２μｍであった。
【００５７】
［実施例３、４］
実施例３及び４においては、ホトレジスト３０の透過率、プリベーク後のホトレジスト３０の厚さ、階調ホトマスク３１の第１露光制御部３３の透過率及び露光量をそれぞれ表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを作製した。なお、ホトレジストの透過率の調整は、カーボンブラックの添加量を変化させることにより行った。
【００５８】
得られたカラーフィルターにおけるスペーサの高さ、配向制御用突起の線幅及び高さ、並びに突起分布σを表１に示す。
【００５９】
［比較例１］
カーボンブラックが添加されていないポジ型ホトレジストを用い、プリベーク後のホトレジストの厚さ、階調ホトマスク３１の第１露光制御部３３の透過率及び露光量をそれぞれ表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを作製した。
【００６０】
得られたカラーフィルターにおけるスペーサの高さ、配向制御用突起の線幅及び高さ、並びに突起分布σを表１に示す。
【００６１】
【表１】
表１に示したように、実施例１〜４では、高さの異なるスペーサ及び配向制御用突起を同時に且つ均一に形成することができた。
【００６３】
これに対して、比較例１に示したように、吸光性を付与しないホトレジストを用いた場合には、配向制御用突起の高さの面内均一性が低下し、実用に適したカラーフィルターを製造することができなかった。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とをカラーフィルター基材上に同時に且つ均一に形成することができ、高精細液晶パネルにも適用可能な液晶用カラーフィルター、並びにその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶用カラーフィルターの一部を示す上面図である。
【図２】図１に示したカラーフィルター８のＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図３】本発明の液晶カラーフィルターの製造方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の液晶用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶表示装置の一例を示す斜視図である
【図５】本発明の液晶用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶表示装置の断面を拡大して模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１…スペーサ、２…配向制御用突起、３…透明電極、４…保護膜、R、Ｇ、Ｂ…着色樹脂領域、６…透明基板、７…遮光層（ブラックマトリックス）、８…カラーフィルター、９、１０…偏光板、１１…透明基板、１２…ＴＦＴ基板、１６…バックライト、２０…液晶表示装置、３０…ポジ型ホトレジスト、３１…ホトマスク、３２…透過部、３３…第１露光制御部、３４…第２露光制御部、１００…液晶分子。
Claims (2)
- 光吸収性を付与する物質が添加され、感光波長領域の光を吸収し且つ該感光波長領域における平均透過率がホトレジスト膜１μｍにおいて３５〜５０％の範囲内となるように調整されたポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布する塗布工程と、
露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し前記透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し前記第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介して前記ホトレジストに露光光を照射する露光工程と、
前記露光工程後の前記ホトレジストに現像処理を施して前記一方面上にスペーサ及び配向制御用突起を形成する現像工程と、
を備えることを特徴とする液晶用カラーフィルターの製造方法。 - 前記光吸収性を付与する物質がカーボンブラックであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶用カラーフィルターの製造方法。
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