JP4143796B2 - 液晶表示素子用カラーフィルタ、および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子用カラーフィルタ、その製造方法および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、液晶表示素子用カラーフィルタ、この液晶表示素子用カラーフィルタの製造方法、およびこの液晶表示素子用カラーフィルタを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的に用いられている液晶表示素子は、電極を有する２枚の基板を対向させて、その２枚の基板間に液晶が狭持された構造とされている。この２枚の基板間の間隔を一定に保つために、スペーサーとして粒径の均一なプラスチックビーズなどを基板間に散在させている。近年、液晶表示素子の大型化、高品質化にともない、散在させたビーズスペーサーに代えて、感光性樹脂のフォトリソグラフィーによって基板上の固定点に形成する、スペーサー用柱状構造物（以下「柱状スペーサー」と記載することがある）が提案されている。
【０００３】
柱状スペーサーに代えることによって、ビーズスペーサーの欠点であった均一分布性、セル内でのビーズ移動、ビーズ周辺の配向の乱れで光が漏れることによるコントラスト低下などを、大幅に改善することができる。そのためカラーフィルタにおいても、柱状スペーサーを付けたカラーフィルタに対する要求が高まってきている。柱状スペーサーを形成する方法としては、(1)カラーフィルタ上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーにより形成する方法、(2)カラーフィルタのＲＧＢ層形成時に、それぞれの層が柱状に重なるようにして柱状スペーサーを形成する方法、などが挙げられる。
【０００４】
一方、高品位表示の液晶表示素子として、多数のセル構造、種々の動作モードが提案されている。中でも、垂直配向（以下、「ＶＡ」という）モードは、広視野角、高速応答を実行するために極めて有望である。ＶＡモードセル構造のカラーフィルタには、液晶配向制御用突起状構造物（以下、「配向制御用突起」と記載することがある）を設ける必要がある。カラーフィルタ表面に配向制御用突起を設けることによって、ＶＡモード特有の配向の乱れによる光が漏れることをほぼ完全に防ぐことができるからである。
【０００５】
より高品位の液晶表示素子とするために、上記柱状スペーサーを用いたセル構造とし、同時に、配向制御用突起を用いたＶＡモードセル構造とする手法が採用される。その場合、カラーフィルタ基板の上に、図８に斜視図として示したように、スペーサー用柱状構造物（柱状スペーサー）３０と、配向制御用突起状構造物（配向制御用突起）３１の２種類の突起を形成する必要があった。従来は、これら２種類の突起を形成する際には、柱状スペーサーの高さは２μｍ〜６μｍとし、配向制御用突起の高さは２μｍ以下とするため、それぞれに個別のフォトリソグラフィー工程を経て形成する必要があった。
【０００６】
カラーフィルタ基板の上に、先に配向制御用突起を形成し、次いで柱状スペーサーを形成する方法では、柱状スペーサー用の感光性樹脂を塗布する際に、配向制御用突起による段差、および、露光時の柱状スペーサーフォトマスク位置の数μｍのずれなどが影響し、柱状スペーサーの高さのばらつきが大きくなるという欠点があった。また、配向制御用突起と柱状スペーサーのパターンとの間に間隙を開けると、基板内でパターン形成位置のずれなどにより、間隔の大きいところと小さいところ、重なるところなどのばらつきが生じ、これらのばらつきが配向の乱れとなって目立つこともあった。
【０００７】
他方、カラーフィルタ基板の上に、先に柱状スペーサーを形成し、次いで配向制御用突起を形成する方法では、配向制御用突起用の感光性樹脂を塗布する際に、柱状スペーサーによる段差が影響し、柱状スペーサー周辺の配向制御用突起用の感光性樹脂が厚くなるのでパターン線幅が太くなり、意図した配向が得られない部分が生じる。そのため、液晶表示素子用カラーフィルタの歩留まりが低下し、製造コストが高くなるばかりでなく、液晶表示素子上でもギャップ変動、配向むらなどが発生し、これらが表示品位の低下原因となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、かかる状況にあって、上記所欠点を一挙に解消した液晶表示用カラーフィルタ技術を提供すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。本発明の目的は、次のとおりである。
１．フォトリソグラフィー工程数を減らし、製造コストの安い液晶表示素子用カラーフィルタを提供すること。
２．柱状スペーサーや配向制御用突起それぞれに起因する欠陥発生頻度を少なくした、液晶表示素子用カラーフィルタを提供すること。
３．上記液晶表示素子用カラーフィルタを用いた高品質の液晶表示素子を提供すること。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１発明では、基板上に、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物を有し、かつ、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物とを有する液晶表示用カラーフィルタにおいて、前記スペーサー用柱状構造物と、前記液晶配向制御用突起状構造物との双方が、同一の感光性樹脂によって、パターン形成用のフォトマスクとして、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ ２ 以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされてなる、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用し、非結像型プロキシミティ露光機によって、一回の露光で、高さの差が１μｍ以上とされて、不連続部がなく一体化したパターンとして形成されてなることを特徴とする、液晶表示素子用カラーフィルタを提供する。
【００１１】
さらに、第２発明では、二枚の基板によって囲まれた領域に液晶セルを形成し、この液晶セルに液晶が充填されてなる液晶表示素子において、一方の基板が、液晶表示素子用カラーフィルタであって、感光樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物を有し、かつ、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物の双方が、同一の感光性樹脂によって、パターン形成用のフォトマスクとして、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ ２ 以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされてなる、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用し、非結像型プロキシミティ露光機によって、一回の露光で、高さの差が１μｍ以上とされて、不連続部がなく一体化したパターンとして形成されたものであることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタ、液晶表示素子は、表裏２枚の透明基板によって構成される。透明基板の材料としては、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板の材料は、これら例示したものに限定されるものではない。基板の厚さは特に制限されるものではないが、０．０５〜２．０mmの範囲で選ぶのが好ましい。
【００１３】
本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、上記基板の上に、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって、スペーサー用柱状構造物（柱状スペーサー）と液晶配向制御用突起状構造物（配向制御用突起）とが形成される。本発明において感光性樹脂とは、従来から感光性樹脂として知られているものを言い、光架橋型、光変性型、光重合型および光分解型などのいずれに属するものであってもよい。感光性樹脂はネガ型、ポジ型のいずれであってもよい。
【００１４】
光架橋型の感光性樹脂の例としては、光二量化型感光性樹脂、ジアゾ基およびアジド基を感光基とする感光性樹脂が挙げられ、光変性型の感光性樹脂の例としては、アジド・ノボラック系、オルソナフトキノン・ノボラック系、ポリ（ｐ−ホルミロキシスチレン）系、ｏ−ニトロベンジルコリン酸エステル・ポリ（メチルメタクリレート−メタクリル酸）共重合体系、ジヒドロピリジン系、Ｎ−置換マレイミド・スチレン共重合体系などが挙げられ、光重合型の感光性樹脂の例としては、エポキシ系、アクリル系などのラジカル重合型、光カチオン重合型などが挙げられ、光分解型の感光性樹脂の例としては、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルイソプロペニルケトンなどが挙げられる。これら感光性樹脂は、ポジ型、ネガ型のいずれであってもよい。
【００１５】
本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、上記基板上に、上記感光性樹脂とフォトリソグラフィー技術によって、柱状スペーサーと配向制御用突起とを一体化して形成する。柱状スペーサーについては、フォトマスクの上に幅１０μｍ以上の部分を有し、１００μｍ2以上の面積を持つ柱状スペーサー用パターンを形成し、カラーフィルタ用の非結像型プロキシミティ露光機によって露光し現像すると、感光性樹脂塗膜の膜厚と一致した所望の厚さの柱状スペーサーが形成できる。
【００１６】
また、配向制御用突起については、フォトマスクの上に５μｍ以下の幅のストライプパターンを組み合わせたフォトマスクパターンを形成することによって、柱状スペーサー形成用のものと同一の感光性樹脂塗膜によって、柱状スペーサーよりも低い厚さの配向制御用突起を形成することができる。形成すべき配向制御用突起は、例えば１０μｍ以上の幅のストライプ形状のときは、フォトマスクの上のパターンを、５μｍ以下の幅のストライプを所定の間隔で複数並べ、形成すべき配向制御用突起の幅と同等になるようにすると、１０μｍ以上の所望の幅で、厚さは柱状スペーサーの高さよりも小さく形成できる。
【００１７】
感光性樹脂がネガ型の場合には、フォトマスクは、ネガ型感光性透明樹脂に対応してほぼ全面が遮光膜となり、柱状スペーサー形成用パターンは、例えば直径１２μｍの円形透明域とし、配向制御用突起形成用パターンは、例えば幅２μｍ程度のストライプ状の光透過域を、２μｍ程度の間隔で３本並行に並べたパターンとし、柱状スペーサー用パターンと配向制御用突起形成用パターンの両パターンが、一部で連結した状態に配置されたものとする（後記図３参照）。配向制御用突起形成用のフォトマスク上のパターンは、幅５μｍ以下のストライプ透過パターンの組み合わせであり、カラーフィルタ用の非結像型プロキシミティ露光機によって露光すると、フォトマスクスクを透過する光強度がフレネル回折の影響により低下するため、その直下の感光性樹脂の露光、現像後の残膜率が低くなる。よって、装置設定上同じ露光量にも拘らず、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成される。
【００１８】
感光性樹脂がポジ型の場合には、フォトマスクは、ほぼ全面が透過域となり、柱状スペーサー形成部分は、例えば直径１２μｍ程度の円形遮光域とし、配向制御用突起形成部分は、例えば幅２μｍ程度のストライプの遮光パターンを２μｍ程度の間隔で３本並行に並べられた形状とし、両パターンが一部連結して配置されたものとする（後記図４参照）。配向制御用突起形成用のフォトマスク上のパターンが、幅５μｍ以下のストライプ遮光パターンの組み合わせであり、カラーフィルタ用の非結像型プロキシミティ露光機によって露光すると、遮光パターン近傍の透過光のフレネル回折により、遮光部直下の感光性樹脂は弱く露光された状態となり、現像後の膜厚が減少する。よって、装置設定上同じ露光量にも拘らず、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成される。
【００１９】
パターン形成用のフォトマスクとしては、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ2以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされている、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用する（図３および図４参照）。フォトマスクが上のようであると、これを用いて作製された柱状スペーサーと配向制御用突起を有するカラーフィルタは、液晶セルを形成する対向基板との間隔を安定的に一定に維持することができ、さらに液晶配向制御も均一に行なうことができる。なお、柱状スペーサーの高さと配向制御用突起との高さは、前者を後者より高くし、その差を１μｍ以上とするのが好ましい。
【００２０】
以下、本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタの製造手順を、簡単に説明する。まず、厚さ０．７mmの無アルカリ硝子板などの基板上に、ネガ型感光性黒色樹脂を塗布し、乾燥した後、ブラックマトリックスパターンのフォトマスクを介して、露光し、無機アルカリ水溶液によって現像し、キュアしてブラックマトリックスを形成する。ブラックマトリックスは、金属膜によって形成してもよい。クロムによって金属膜のブラックマトリックスを形成する場合は、上記の無アルカリ硝子板などの基板上にスパッタリング法によりクロム膜を形成し、ポジ型感光性樹脂を塗布し、ブラックマトリックスパターン用のフォトマスクを介して露光し、無機アルカリ水溶液によって現像し、ポジ型感光性樹脂が部分的に溶解してクロム表面が露出したところを、所定のクロム用エッチング液に浸して溶解させ、残っているポジ型感光性樹脂を所定の無機アルカリ水溶液に浸して完全に剥離して、クロム膜のブラックマトリックスとすることができる。
【００２１】
ついで、赤色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル系感光性樹脂を、塗布し、赤を着色したい部分に光が照射される赤フィルタ形成用のフォトマスクを介し、照射し、現像し、キュアして赤色フィルタを形成する。赤色パターンと同様にして、緑色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル系感光性樹脂によって緑色フィルタを、青色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル系感光性樹脂によって青色フィルタを、順次形成して着色層とする。
【００２２】
上記複数の着色フィルタによる着色層の全表面にオーバーコート剤を塗布して、オーバーコート層を形成するのが好ましい。オーバーコート層は、着色層を光、熱、酸、アルカリなどから保護する目的、または基板上に設けた着色層を平坦化する目的で形成される。オーバーコート剤としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などで形成することができ、その厚さは０．５〜３．０μｍの範囲で選ぶことができる。液晶表示素子のセル設計によっては、オーバーコート層を形成する必要がない場合がある。
【００２３】
次に、オーバーコート層の上にＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜を、スパッタリング法によって容易に形成することができる。このＩＴＯ膜の上に、柱状スペーサーおよび配向制御用突起となる、ネガ型感光性透明樹脂を塗布する。柱状スペーサーは、好ましくは直径１０〜２０μｍ、高さ２〜６μｍの円筒状を形成し、配向制御用突起は高さ１〜３μｍ、幅１０〜２０μｍのストライブ状に形成する。
【００２４】
以上のように、第１発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、同一の感光樹脂材料を使用して一回のフォトリソグラフィー工程によって形成されるので、従来の液晶表示素子用カラーフィルタを、柱状スペーサーの配向制御用突起を２回のフォトリソグラフィー工程によって形成する場合に比べて、製造工程数を減らして製造コストを大幅に低減することができる。また、柱状スペーサーの高さのばらつきは最大で０．１μｍ以下とすることができ、配向制御用突起の線幅および高さのばらつきも、それぞれ０．１μｍ以下と小さくすることができるので、欠陥の発生率が低く、高い歩留りで製造できる。
【００２５】
本発明の第２発明に係る液晶表示素子は、二枚の基板より構成される液晶セルに所望の液晶が充填される。この際、一方の基板を、上記第 1 発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタ、すなわち、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物と、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物との２種類の突起状構造物が、同一の感光性樹脂によって、同一工程で形成され、双方のパターンに不連続部がなく一体化されたものを使用する。
【００２６】
対向基板は、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)アレイ基板でよく、両基板にＶＡモード用配向膜を塗布したあと、柱状スペーサーによって均一なギャップに保持した状態で両者を張り合わせて液晶セルとする。両者の周辺をシールし、張り合わせられた液晶セルに、ＶＡモード駆動用のネガ型液晶などの所望の液晶を注入し、ＴＦＴ側の硝子基板、カラーフィルタ側の硝子基板の表面に偏光フィルムが貼り付けられて、液晶表示素子とされる。得られたＶＡモード用液晶表示素子は、セルのギャップ、ＶＡ配向の双方とも均一に保持され、品質が優れている。
【００２７】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。
【００２８】
図１は、本発明に係る液晶表示素子カラーフィルタの一例の縦断面図である。図１では、通常のカラーフィルタと同様に、ガラス基板１の表面に、ブラックマトリックス２、緑色フィルタ３、青色フィルタ４、赤色フィルタ５のパターンを形成し、その上にオーバーコート層６が形成されており、さらにその上にＩＴＯ(indium-tin-oxide)の透明電極層７が配置されている。この透明電極層７の上に、感光性樹脂（レジスト）により柱状スペーサー８と配向制御用突起状構造物９とが、同時に同一材料で形成されて、液晶表示素子カラーフィルタ１０とされる。
【００２９】
図２は、図１に示した液晶表示素子カラーフィルタの部分平面図であり、図３および図４は、柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物とを同時に形成する際に使用されるフォトマスクの例の平面図であり、図３はネガ型レジスト用フォトマスクの一例で、図４はポジ型レジスト用フォトマスクの一例である。１１、１３は柱状スペーサー形成部分であり、１２、１４は配向制御用突起状構造物形成部分である。図５は、一体に形成された柱状スペーサー１５と配向制御用突起状構造物１６との斜視図であり、図６は、図５に示した一体に形成された柱状スペーサー１５と配向制御用突起状構造物１６との側面図である。
【００３０】
図１に示した液晶表示素子カラーフィルタ１０を製造するには、まず厚さ０．７mm程度の無アルカリガラス板１を準備し、この表面にネガ型の黒色顔料分散感光性樹脂を、スピンコーターによって塗布し、乾燥後、ブラックマトリックスパターンフォトマスクを介して３６５nmで１５０mJ／cm2で露光し、ｐＨ１０〜１１の無機アルカリ水溶液によって現像し、温度２００℃で３０分間加熱キュアしてブラックマトリックス２を形成する。
【００３１】
ついで、赤色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂感光性樹脂を、スピンコーターによって塗布し、赤を着色したい部分に光が照射される赤フィルタ形成用のフォトマスクを介し、３６５nmの波長でmJ／cm2照射し、ｐＨ１０〜１１の無機アルカリ水溶液によって現像し、温度２３０℃で３０分加熱キュアにして赤色フィルタ５を形成する。赤色パターンの形成方法と同様の手順で、緑色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストによる、緑色フィルタ３、青色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストによる青色フィルタ４などを、順次形成する。ガラス板の上に着色パターンを形成した後、この着色パターン面の上に、オーバーコート剤を全面に塗布してオーバーコート層６を形成する。オーバーコート層６の上のＩＴＯからなる透明電極層７は、スパッタリング法によって形成することができる。
【００３２】
透明電極層７の上に、柱状スペーサー８および配向制御用突起９となるネガ型感光性透明樹脂を塗布する。柱状スペーサー８は、直径１５μｍ、高さ４μｍの円筒状に形成し、配向制御用突起９は、高さ１μｍ、幅１５μｍのストライプ状に形成する。この際に用いるフォトマスクの構造は、図３に平面図として示したように、ネガ型感光性樹脂対応としてほぼ全面が遮光膜となり、柱状スペーサー用パターンは、直径１２μｍの円形透明域とされ、配向制御用突起形成用パターンは、幅２μｍのストライプの光透過域が２μｍ間隔で３本平行に配置され、両パターンが一部連結して配置されたものである。
【００３３】
図３に示したフォトマスクを用い、カラーフィルタ製造用に一般的に使用されている非結像型プロキシミティ露光機によって露光すると、柱状スペーサー形成部分１１のパターンは、所定の露光量で露光されフォトマスクと似通った形状に形成されるが、配向制御用突起形成部分１２のパターンは、フォトマスクを透過する光がフレネル回折の影響を大きく受けて、感光性透明樹脂に到達する光強度が大きく減少する。そのため、現像後の配向制御用突起部分の残膜率が少なくなり、装置設定上おなじ露光量であるにも拘らず、図５および図６に示したように、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成されることは、前記したとおりである。
【００３４】
柱状スペーサーおよび配向制御用突起を形成する樹脂は、ポジ型感光性樹脂であってもよい。ポジ型感光性樹脂に対応するフォトマスクは、図４に平面図として示したように、ほぼ全面が透過域となり、柱状スペーサー形成部分１３は直径１２μｍの円形遮光域、配向制御用突起形成形成部分１４は、幅２μｍのストライプの遮光パターンが２μｍ間隔で３本並行に並べられた形状とされており、両パターンが一部連結して配置されたものとする。このフォトマスクを用い、上記と同じように非結像型プロキシミティ露光機で露光すると、柱状スペーサーパターンについては、遮光部分として確保され、パターン以外の部分は露光され現像液に溶解する。
【００３５】
配向制御用突起パターンは、２μｍの遮光ストライプパターンの近傍を透過してくる光のフレネル回折により遮光層の下への光の回り込みが大きく、少ない露光量で露光されたことと等価な状態になり、残膜率が低下する。よって装置設定上同じ露光量であるにも拘らず、図５および図６に示したように、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成される。
【００３６】
液晶表示素子２０を形成するには、図７に縦断面図として示したように、まず、上記の手順で調製された液晶表示素子用カラーフィルタ１０に、ＶＡモード用の配向膜２１を形成する。この配向膜２１の面に、ＴＦＴ(thin film transistor)などによって構成されるアレイ基板２２を対向させ、周辺をシールして液晶セルとする。液晶表示素子用カラーフィルタ１０とアレイ基板２２とは、柱状スペーサー８によって均一の間隔に保持される。なお、図７において、２３はガラス板、２４はゲート線、２５はＴＦＴ、２６は画素電極、２７は信号線、２８はオーバーコート層、２９は液晶セルに充填された液晶である。
【００３７】
次いで、この液晶セルにＶＡモード駆動用のネガ型液晶２９を注入して液晶表示素子２０が得られる。必要があれば、両基板の外側面に偏光フィルムを貼り付る。このようにして形成されたＶＡモード用の液晶表示素子２０は、液晶セル間隔は均一で、ＶＡ配向制御も均一に保持でき、表示品位も良質である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上詳細に説明したとおりであり、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサーと配向制御用突起を、同種の感光性樹脂によって同時に形成されるので、従来は２工程を要していたフォトリソグラフィー工程を、１工程削減することができ、製造工程が簡単である。
２．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサー形成時に配向制御用突起との形成位置干渉を気にすることなく形成できるため、柱状スペーサーと配向制御用突起のばらつきを小さくし、欠陥発生率も低くすることができる。
３．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサーと配向制御用突起とを、一体に連結して形成できるので、液晶表示素子としたときに製品の配向の乱れる面積を最小限におさえられる。
４．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサーと配向制御用突起の形成位置を、ブラックマトリックス上にすることが出来、スペーサーへの光散乱による液晶パネルのコントラストの低下がなくなり、開口率も向上する。
５．本発明に係る液晶表示素子は、柱状スペーサーの位置が固定されているので、従来のビーズ型スペーサーのように液晶セル内で移動することがなく、セル間隔を安定に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタの一例の縦断面図である。
【図２】 図１に示した液晶表示素子用カラーフィルタの部分平面図である。
【図３】 ネガ型レジスト用フォトマスクの一例の平面図である。
【図４】 ポジ型レジスト用フォトマスクの一例の平面図である。
【図５】 一体に形成された柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物との斜視図である。
【図６】 図５に示した一体に形成された柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物との側面図である。
【図７】 液晶表示素子用カラーフィルタとＴＦＴとを対向させた状態の縦断面図である。
【図８】 従来の柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物とが一体化されていない状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：ガラス板
２：ブラックマトリックス
３：緑色フィルタ
４：青色フィルタ
５：赤色フィルタ
６：オーバーコート層
７：ＩＴＯの透明電極層
８、１５、３０：柱状スペーサー
９、１６、３１：配向制御用突起状構造物
１０：液晶表示素子用カラーフィルタ
１１、１３：柱状スペーサー形成部分
１２、１４：配向制御用突起状構造物形成部分
２０：液晶表示素子
２１：配向膜
２２：アレイ基板
２３：ガラス板
２４：ゲート線
２５：ＴＦＴ
２６：画素電極
２７：信号線
２８：オーバーコート層
２９：液晶
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子用カラーフィルタ、その製造方法および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、液晶表示素子用カラーフィルタ、この液晶表示素子用カラーフィルタの製造方法、およびこの液晶表示素子用カラーフィルタを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的に用いられている液晶表示素子は、電極を有する２枚の基板を対向させて、その２枚の基板間に液晶が狭持された構造とされている。この２枚の基板間の間隔を一定に保つために、スペーサーとして粒径の均一なプラスチックビーズなどを基板間に散在させている。近年、液晶表示素子の大型化、高品質化にともない、散在させたビーズスペーサーに代えて、感光性樹脂のフォトリソグラフィーによって基板上の固定点に形成する、スペーサー用柱状構造物（以下「柱状スペーサー」と記載することがある）が提案されている。
【０００３】
柱状スペーサーに代えることによって、ビーズスペーサーの欠点であった均一分布性、セル内でのビーズ移動、ビーズ周辺の配向の乱れで光が漏れることによるコントラスト低下などを、大幅に改善することができる。そのためカラーフィルタにおいても、柱状スペーサーを付けたカラーフィルタに対する要求が高まってきている。柱状スペーサーを形成する方法としては、(1)カラーフィルタ上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーにより形成する方法、(2)カラーフィルタのＲＧＢ層形成時に、それぞれの層が柱状に重なるようにして柱状スペーサーを形成する方法、などが挙げられる。
【０００４】
一方、高品位表示の液晶表示素子として、多数のセル構造、種々の動作モードが提案されている。中でも、垂直配向（以下、「ＶＡ」という）モードは、広視野角、高速応答を実行するために極めて有望である。ＶＡモードセル構造のカラーフィルタには、液晶配向制御用突起状構造物（以下、「配向制御用突起」と記載することがある）を設ける必要がある。カラーフィルタ表面に配向制御用突起を設けることによって、ＶＡモード特有の配向の乱れによる光が漏れることをほぼ完全に防ぐことができるからである。
【０００５】
より高品位の液晶表示素子とするために、上記柱状スペーサーを用いたセル構造とし、同時に、配向制御用突起を用いたＶＡモードセル構造とする手法が採用される。その場合、カラーフィルタ基板の上に、図８に斜視図として示したように、スペーサー用柱状構造物（柱状スペーサー）３０と、配向制御用突起状構造物（配向制御用突起）３１の２種類の突起を形成する必要があった。従来は、これら２種類の突起を形成する際には、柱状スペーサーの高さは２μｍ〜６μｍとし、配向制御用突起の高さは２μｍ以下とするため、それぞれに個別のフォトリソグラフィー工程を経て形成する必要があった。
【０００６】
カラーフィルタ基板の上に、先に配向制御用突起を形成し、次いで柱状スペーサーを形成する方法では、柱状スペーサー用の感光性樹脂を塗布する際に、配向制御用突起による段差、および、露光時の柱状スペーサーフォトマスク位置の数μｍのずれなどが影響し、柱状スペーサーの高さのばらつきが大きくなるという欠点があった。また、配向制御用突起と柱状スペーサーのパターンとの間に間隙を開けると、基板内でパターン形成位置のずれなどにより、間隔の大きいところと小さいところ、重なるところなどのばらつきが生じ、これらのばらつきが配向の乱れとなって目立つこともあった。
【０００７】
他方、カラーフィルタ基板の上に、先に柱状スペーサーを形成し、次いで配向制御用突起を形成する方法では、配向制御用突起用の感光性樹脂を塗布する際に、柱状スペーサーによる段差が影響し、柱状スペーサー周辺の配向制御用突起用の感光性樹脂が厚くなるのでパターン線幅が太くなり、意図した配向が得られない部分が生じる。そのため、液晶表示素子用カラーフィルタの歩留まりが低下し、製造コストが高くなるばかりでなく、液晶表示素子上でもギャップ変動、配向むらなどが発生し、これらが表示品位の低下原因となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、かかる状況にあって、上記所欠点を一挙に解消した液晶表示用カラーフィルタ技術を提供すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。本発明の目的は、次のとおりである。
１．フォトリソグラフィー工程数を減らし、製造コストの安い液晶表示素子用カラーフィルタを提供すること。
２．柱状スペーサーや配向制御用突起それぞれに起因する欠陥発生頻度を少なくした、液晶表示素子用カラーフィルタを提供すること。
３．上記液晶表示素子用カラーフィルタを用いた高品質の液晶表示素子を提供すること。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１発明では、基板上に、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物を有し、かつ、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物とを有する液晶表示用カラーフィルタにおいて、前記スペーサー用柱状構造物と、前記液晶配向制御用突起状構造物との双方が、同一の感光性樹脂によって、パターン形成用のフォトマスクとして、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ ２ 以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされてなる、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用し、非結像型プロキシミティ露光機によって、一回の露光で、高さの差が１μｍ以上とされて、不連続部がなく一体化したパターンとして形成されてなることを特徴とする、液晶表示素子用カラーフィルタを提供する。
【００１１】
さらに、第２発明では、二枚の基板によって囲まれた領域に液晶セルを形成し、この液晶セルに液晶が充填されてなる液晶表示素子において、一方の基板が、液晶表示素子用カラーフィルタであって、感光樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物を有し、かつ、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物の双方が、同一の感光性樹脂によって、パターン形成用のフォトマスクとして、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ ２ 以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされてなる、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用し、非結像型プロキシミティ露光機によって、一回の露光で、高さの差が１μｍ以上とされて、不連続部がなく一体化したパターンとして形成されたものであることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタ、液晶表示素子は、表裏２枚の透明基板によって構成される。透明基板の材料としては、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板の材料は、これら例示したものに限定されるものではない。基板の厚さは特に制限されるものではないが、０．０５〜２．０mmの範囲で選ぶのが好ましい。
【００１３】
本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、上記基板の上に、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって、スペーサー用柱状構造物（柱状スペーサー）と液晶配向制御用突起状構造物（配向制御用突起）とが形成される。本発明において感光性樹脂とは、従来から感光性樹脂として知られているものを言い、光架橋型、光変性型、光重合型および光分解型などのいずれに属するものであってもよい。感光性樹脂はネガ型、ポジ型のいずれであってもよい。
【００１４】
光架橋型の感光性樹脂の例としては、光二量化型感光性樹脂、ジアゾ基およびアジド基を感光基とする感光性樹脂が挙げられ、光変性型の感光性樹脂の例としては、アジド・ノボラック系、オルソナフトキノン・ノボラック系、ポリ（ｐ−ホルミロキシスチレン）系、ｏ−ニトロベンジルコリン酸エステル・ポリ（メチルメタクリレート−メタクリル酸）共重合体系、ジヒドロピリジン系、Ｎ−置換マレイミド・スチレン共重合体系などが挙げられ、光重合型の感光性樹脂の例としては、エポキシ系、アクリル系などのラジカル重合型、光カチオン重合型などが挙げられ、光分解型の感光性樹脂の例としては、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルイソプロペニルケトンなどが挙げられる。これら感光性樹脂は、ポジ型、ネガ型のいずれであってもよい。
【００１５】
本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、上記基板上に、上記感光性樹脂とフォトリソグラフィー技術によって、柱状スペーサーと配向制御用突起とを一体化して形成する。柱状スペーサーについては、フォトマスクの上に幅１０μｍ以上の部分を有し、１００μｍ2以上の面積を持つ柱状スペーサー用パターンを形成し、カラーフィルタ用の非結像型プロキシミティ露光機によって露光し現像すると、感光性樹脂塗膜の膜厚と一致した所望の厚さの柱状スペーサーが形成できる。
【００１６】
また、配向制御用突起については、フォトマスクの上に５μｍ以下の幅のストライプパターンを組み合わせたフォトマスクパターンを形成することによって、柱状スペーサー形成用のものと同一の感光性樹脂塗膜によって、柱状スペーサーよりも低い厚さの配向制御用突起を形成することができる。形成すべき配向制御用突起は、例えば１０μｍ以上の幅のストライプ形状のときは、フォトマスクの上のパターンを、５μｍ以下の幅のストライプを所定の間隔で複数並べ、形成すべき配向制御用突起の幅と同等になるようにすると、１０μｍ以上の所望の幅で、厚さは柱状スペーサーの高さよりも小さく形成できる。
【００１７】
感光性樹脂がネガ型の場合には、フォトマスクは、ネガ型感光性透明樹脂に対応してほぼ全面が遮光膜となり、柱状スペーサー形成用パターンは、例えば直径１２μｍの円形透明域とし、配向制御用突起形成用パターンは、例えば幅２μｍ程度のストライプ状の光透過域を、２μｍ程度の間隔で３本並行に並べたパターンとし、柱状スペーサー用パターンと配向制御用突起形成用パターンの両パターンが、一部で連結した状態に配置されたものとする（後記図３参照）。配向制御用突起形成用のフォトマスク上のパターンは、幅５μｍ以下のストライプ透過パターンの組み合わせであり、カラーフィルタ用の非結像型プロキシミティ露光機によって露光すると、フォトマスクスクを透過する光強度がフレネル回折の影響により低下するため、その直下の感光性樹脂の露光、現像後の残膜率が低くなる。よって、装置設定上同じ露光量にも拘らず、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成される。
【００１８】
感光性樹脂がポジ型の場合には、フォトマスクは、ほぼ全面が透過域となり、柱状スペーサー形成部分は、例えば直径１２μｍ程度の円形遮光域とし、配向制御用突起形成部分は、例えば幅２μｍ程度のストライプの遮光パターンを２μｍ程度の間隔で３本並行に並べられた形状とし、両パターンが一部連結して配置されたものとする（後記図４参照）。配向制御用突起形成用のフォトマスク上のパターンが、幅５μｍ以下のストライプ遮光パターンの組み合わせであり、カラーフィルタ用の非結像型プロキシミティ露光機によって露光すると、遮光パターン近傍の透過光のフレネル回折により、遮光部直下の感光性樹脂は弱く露光された状態となり、現像後の膜厚が減少する。よって、装置設定上同じ露光量にも拘らず、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成される。
【００１９】
パターン形成用のフォトマスクとしては、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ2以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされている、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用する（図３および図４参照）。フォトマスクが上のようであると、これを用いて作製された柱状スペーサーと配向制御用突起を有するカラーフィルタは、液晶セルを形成する対向基板との間隔を安定的に一定に維持することができ、さらに液晶配向制御も均一に行なうことができる。なお、柱状スペーサーの高さと配向制御用突起との高さは、前者を後者より高くし、その差を１μｍ以上とするのが好ましい。
【００２０】
以下、本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタの製造手順を、簡単に説明する。まず、厚さ０．７mmの無アルカリ硝子板などの基板上に、ネガ型感光性黒色樹脂を塗布し、乾燥した後、ブラックマトリックスパターンのフォトマスクを介して、露光し、無機アルカリ水溶液によって現像し、キュアしてブラックマトリックスを形成する。ブラックマトリックスは、金属膜によって形成してもよい。クロムによって金属膜のブラックマトリックスを形成する場合は、上記の無アルカリ硝子板などの基板上にスパッタリング法によりクロム膜を形成し、ポジ型感光性樹脂を塗布し、ブラックマトリックスパターン用のフォトマスクを介して露光し、無機アルカリ水溶液によって現像し、ポジ型感光性樹脂が部分的に溶解してクロム表面が露出したところを、所定のクロム用エッチング液に浸して溶解させ、残っているポジ型感光性樹脂を所定の無機アルカリ水溶液に浸して完全に剥離して、クロム膜のブラックマトリックスとすることができる。
【００２１】
ついで、赤色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル系感光性樹脂を、塗布し、赤を着色したい部分に光が照射される赤フィルタ形成用のフォトマスクを介し、照射し、現像し、キュアして赤色フィルタを形成する。赤色パターンと同様にして、緑色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル系感光性樹脂によって緑色フィルタを、青色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル系感光性樹脂によって青色フィルタを、順次形成して着色層とする。
【００２２】
上記複数の着色フィルタによる着色層の全表面にオーバーコート剤を塗布して、オーバーコート層を形成するのが好ましい。オーバーコート層は、着色層を光、熱、酸、アルカリなどから保護する目的、または基板上に設けた着色層を平坦化する目的で形成される。オーバーコート剤としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などで形成することができ、その厚さは０．５〜３．０μｍの範囲で選ぶことができる。液晶表示素子のセル設計によっては、オーバーコート層を形成する必要がない場合がある。
【００２３】
次に、オーバーコート層の上にＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜を、スパッタリング法によって容易に形成することができる。このＩＴＯ膜の上に、柱状スペーサーおよび配向制御用突起となる、ネガ型感光性透明樹脂を塗布する。柱状スペーサーは、好ましくは直径１０〜２０μｍ、高さ２〜６μｍの円筒状を形成し、配向制御用突起は高さ１〜３μｍ、幅１０〜２０μｍのストライブ状に形成する。
【００２４】
以上のように、第１発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、同一の感光樹脂材料を使用して一回のフォトリソグラフィー工程によって形成されるので、従来の液晶表示素子用カラーフィルタを、柱状スペーサーの配向制御用突起を２回のフォトリソグラフィー工程によって形成する場合に比べて、製造工程数を減らして製造コストを大幅に低減することができる。また、柱状スペーサーの高さのばらつきは最大で０．１μｍ以下とすることができ、配向制御用突起の線幅および高さのばらつきも、それぞれ０．１μｍ以下と小さくすることができるので、欠陥の発生率が低く、高い歩留りで製造できる。
【００２５】
本発明の第２発明に係る液晶表示素子は、二枚の基板より構成される液晶セルに所望の液晶が充填される。この際、一方の基板を、上記第 1 発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタ、すなわち、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物と、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物との２種類の突起状構造物が、同一の感光性樹脂によって、同一工程で形成され、双方のパターンに不連続部がなく一体化されたものを使用する。
【００２６】
対向基板は、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)アレイ基板でよく、両基板にＶＡモード用配向膜を塗布したあと、柱状スペーサーによって均一なギャップに保持した状態で両者を張り合わせて液晶セルとする。両者の周辺をシールし、張り合わせられた液晶セルに、ＶＡモード駆動用のネガ型液晶などの所望の液晶を注入し、ＴＦＴ側の硝子基板、カラーフィルタ側の硝子基板の表面に偏光フィルムが貼り付けられて、液晶表示素子とされる。得られたＶＡモード用液晶表示素子は、セルのギャップ、ＶＡ配向の双方とも均一に保持され、品質が優れている。
【００２７】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。
【００２８】
図１は、本発明に係る液晶表示素子カラーフィルタの一例の縦断面図である。図１では、通常のカラーフィルタと同様に、ガラス基板１の表面に、ブラックマトリックス２、緑色フィルタ３、青色フィルタ４、赤色フィルタ５のパターンを形成し、その上にオーバーコート層６が形成されており、さらにその上にＩＴＯ(indium-tin-oxide)の透明電極層７が配置されている。この透明電極層７の上に、感光性樹脂（レジスト）により柱状スペーサー８と配向制御用突起状構造物９とが、同時に同一材料で形成されて、液晶表示素子カラーフィルタ１０とされる。
【００２９】
図２は、図１に示した液晶表示素子カラーフィルタの部分平面図であり、図３および図４は、柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物とを同時に形成する際に使用されるフォトマスクの例の平面図であり、図３はネガ型レジスト用フォトマスクの一例で、図４はポジ型レジスト用フォトマスクの一例である。１１、１３は柱状スペーサー形成部分であり、１２、１４は配向制御用突起状構造物形成部分である。図５は、一体に形成された柱状スペーサー１５と配向制御用突起状構造物１６との斜視図であり、図６は、図５に示した一体に形成された柱状スペーサー１５と配向制御用突起状構造物１６との側面図である。
【００３０】
図１に示した液晶表示素子カラーフィルタ１０を製造するには、まず厚さ０．７mm程度の無アルカリガラス板１を準備し、この表面にネガ型の黒色顔料分散感光性樹脂を、スピンコーターによって塗布し、乾燥後、ブラックマトリックスパターンフォトマスクを介して３６５nmで１５０mJ／cm2で露光し、ｐＨ１０〜１１の無機アルカリ水溶液によって現像し、温度２００℃で３０分間加熱キュアしてブラックマトリックス２を形成する。
【００３１】
ついで、赤色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂感光性樹脂を、スピンコーターによって塗布し、赤を着色したい部分に光が照射される赤フィルタ形成用のフォトマスクを介し、３６５nmの波長でmJ／cm2照射し、ｐＨ１０〜１１の無機アルカリ水溶液によって現像し、温度２３０℃で３０分加熱キュアにして赤色フィルタ５を形成する。赤色パターンの形成方法と同様の手順で、緑色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストによる、緑色フィルタ３、青色顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストによる青色フィルタ４などを、順次形成する。ガラス板の上に着色パターンを形成した後、この着色パターン面の上に、オーバーコート剤を全面に塗布してオーバーコート層６を形成する。オーバーコート層６の上のＩＴＯからなる透明電極層７は、スパッタリング法によって形成することができる。
【００３２】
透明電極層７の上に、柱状スペーサー８および配向制御用突起９となるネガ型感光性透明樹脂を塗布する。柱状スペーサー８は、直径１５μｍ、高さ４μｍの円筒状に形成し、配向制御用突起９は、高さ１μｍ、幅１５μｍのストライプ状に形成する。この際に用いるフォトマスクの構造は、図３に平面図として示したように、ネガ型感光性樹脂対応としてほぼ全面が遮光膜となり、柱状スペーサー用パターンは、直径１２μｍの円形透明域とされ、配向制御用突起形成用パターンは、幅２μｍのストライプの光透過域が２μｍ間隔で３本平行に配置され、両パターンが一部連結して配置されたものである。
【００３３】
図３に示したフォトマスクを用い、カラーフィルタ製造用に一般的に使用されている非結像型プロキシミティ露光機によって露光すると、柱状スペーサー形成部分１１のパターンは、所定の露光量で露光されフォトマスクと似通った形状に形成されるが、配向制御用突起形成部分１２のパターンは、フォトマスクを透過する光がフレネル回折の影響を大きく受けて、感光性透明樹脂に到達する光強度が大きく減少する。そのため、現像後の配向制御用突起部分の残膜率が少なくなり、装置設定上おなじ露光量であるにも拘らず、図５および図６に示したように、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成されることは、前記したとおりである。
【００３４】
柱状スペーサーおよび配向制御用突起を形成する樹脂は、ポジ型感光性樹脂であってもよい。ポジ型感光性樹脂に対応するフォトマスクは、図４に平面図として示したように、ほぼ全面が透過域となり、柱状スペーサー形成部分１３は直径１２μｍの円形遮光域、配向制御用突起形成形成部分１４は、幅２μｍのストライプの遮光パターンが２μｍ間隔で３本並行に並べられた形状とされており、両パターンが一部連結して配置されたものとする。このフォトマスクを用い、上記と同じように非結像型プロキシミティ露光機で露光すると、柱状スペーサーパターンについては、遮光部分として確保され、パターン以外の部分は露光され現像液に溶解する。
【００３５】
配向制御用突起パターンは、２μｍの遮光ストライプパターンの近傍を透過してくる光のフレネル回折により遮光層の下への光の回り込みが大きく、少ない露光量で露光されたことと等価な状態になり、残膜率が低下する。よって装置設定上同じ露光量であるにも拘らず、図５および図６に示したように、柱状スペーサーの高さより低いパターンとして形成される。
【００３６】
液晶表示素子２０を形成するには、図７に縦断面図として示したように、まず、上記の手順で調製された液晶表示素子用カラーフィルタ１０に、ＶＡモード用の配向膜２１を形成する。この配向膜２１の面に、ＴＦＴ(thin film transistor)などによって構成されるアレイ基板２２を対向させ、周辺をシールして液晶セルとする。液晶表示素子用カラーフィルタ１０とアレイ基板２２とは、柱状スペーサー８によって均一の間隔に保持される。なお、図７において、２３はガラス板、２４はゲート線、２５はＴＦＴ、２６は画素電極、２７は信号線、２８はオーバーコート層、２９は液晶セルに充填された液晶である。
【００３７】
次いで、この液晶セルにＶＡモード駆動用のネガ型液晶２９を注入して液晶表示素子２０が得られる。必要があれば、両基板の外側面に偏光フィルムを貼り付る。このようにして形成されたＶＡモード用の液晶表示素子２０は、液晶セル間隔は均一で、ＶＡ配向制御も均一に保持でき、表示品位も良質である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上詳細に説明したとおりであり、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサーと配向制御用突起を、同種の感光性樹脂によって同時に形成されるので、従来は２工程を要していたフォトリソグラフィー工程を、１工程削減することができ、製造工程が簡単である。
２．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサー形成時に配向制御用突起との形成位置干渉を気にすることなく形成できるため、柱状スペーサーと配向制御用突起のばらつきを小さくし、欠陥発生率も低くすることができる。
３．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサーと配向制御用突起とを、一体に連結して形成できるので、液晶表示素子としたときに製品の配向の乱れる面積を最小限におさえられる。
４．本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタは、柱状スペーサーと配向制御用突起の形成位置を、ブラックマトリックス上にすることが出来、スペーサーへの光散乱による液晶パネルのコントラストの低下がなくなり、開口率も向上する。
５．本発明に係る液晶表示素子は、柱状スペーサーの位置が固定されているので、従来のビーズ型スペーサーのように液晶セル内で移動することがなく、セル間隔を安定に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液晶表示素子用カラーフィルタの一例の縦断面図である。
【図２】 図１に示した液晶表示素子用カラーフィルタの部分平面図である。
【図３】 ネガ型レジスト用フォトマスクの一例の平面図である。
【図４】 ポジ型レジスト用フォトマスクの一例の平面図である。
【図５】 一体に形成された柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物との斜視図である。
【図６】 図５に示した一体に形成された柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物との側面図である。
【図７】 液晶表示素子用カラーフィルタとＴＦＴとを対向させた状態の縦断面図である。
【図８】 従来の柱状スペーサーと配向制御用突起状構造物とが一体化されていない状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：ガラス板
２：ブラックマトリックス
３：緑色フィルタ
４：青色フィルタ
５：赤色フィルタ
６：オーバーコート層
７：ＩＴＯの透明電極層
８、１５、３０：柱状スペーサー
９、１６、３１：配向制御用突起状構造物
１０：液晶表示素子用カラーフィルタ
１１、１３：柱状スペーサー形成部分
１２、１４：配向制御用突起状構造物形成部分
２０：液晶表示素子
２１：配向膜
２２：アレイ基板
２３：ガラス板
２４：ゲート線
２５：ＴＦＴ
２６：画素電極
２７：信号線
２８：オーバーコート層
２９：液晶
Claims (2)
- 基板上に、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物を有し、かつ、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物とを有する液晶表示用カラーフィルタにおいて、前記スペーサー用柱状構造物と、前記液晶配向制御用突起状構造物との双方が、同一の感光性樹脂によって、パターン形成用のフォトマスクとして、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ ２ 以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされてなる、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用し、非結像型プロキシミティ露光機によって、一回の露光で、高さの差が１μｍ以上とされて、不連続部がなく一体化したパターンとして形成されてなることを特徴とする、液晶表示素子用カラーフィルタ。
- 二枚の基板によって囲まれた領域に液晶セルを形成し、この液晶セルに液晶が充填されてなる液晶表示素子において、一方の基板が、液晶表示素子用カラーフィルタであって、感光樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成されるスペーサー用柱状構造物を有し、かつ、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによって形成される液晶配向制御用突起状構造物の双方が、同一の感光性樹脂によって、パターン形成用のフォトマスクとして、少なくとも幅１０μｍ以上の部分を有し１００μｍ ２ 以上の面積を有するスペーサー用柱状構造物形成用パターンと、幅５μｍ以下のストライプを複数組み合わされてなる、液晶配向制御用突起状構造物形成用パターンを併せて持つフォトマスクを使用し、非結像型プロキシミティ露光機によって、一回の露光で、高さの差が１μｍ以上とされて、不連続部がなく一体化したパターンとして形成されたものであることを特徴とする液晶表示素子。
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