JP4889209B2 - カラーフィルタ基板及びその製造方法、並びに、液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に好適に用いられるカラーフィルタ基板及びその製造方法、並びに、液晶表示装置に関する。より詳しくは、ドライフィルムラミネート法により積層形成され、液晶表示装置の液晶層の厚み（セルギャップ）を規定するスペーサとして好適な積層部を有するカラーフィルタ基板及びその製造方法、並びに、当該カラーフィルタ基板を用いてなる液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、小型・薄型・軽量・低消費電力等の長所を有しており、各種電子機器に広く用いられている。中でも、カラーフィルタ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ；以下、「ＣＦ」ともいう。）基板を使用することでカラー表示を実現した液晶表示装置は、優れた色再現性を有し、パーソナルコンピュータ等のオフィスオートメーション（ＯＡ）機器、テレビジョン等のオーディオビジュアル（ＡＶ）機器や携帯電話等に広く応用されている。

液晶表示装置は、互いに対向する一対の基板間に液晶を封入した構造を有するものであり、従来では、液晶層の厚み（セルギャップ）は、基板上に散布されたプラスチックビーズ又はガラス繊維からなる球形又は棒状のスペーサ（散布スペーサ）によって一定に保持される構成を有するものが多かった。しかしながら、これらの散布スペーサは、基板上の所定の位置に配置することが困難であり、画素（表示エリア）内のスペーサによる光の散乱やスペーサ周辺における液晶分子の配向の乱れ等が発生し、表示品位を低下させる原因となっていた。また、スペーサを散布した基板に対向基板を圧着し、基板同士を貼り合わせる際に、散布スペーサにより対向電極や配向膜が損傷を受け、表示欠陥を発生させやすいことや、損傷箇所から汚染物質が湧き出て、表示品質の低下を起こしやすいという点で改善の余地があった。更に、スペーサを基板上に均一に散布する工程や、散布時の粒度分布を高精度に管理する工程が必要であり、安定した表示品位を得ることが困難であった。

これに対し、散布スペーサに代えて、基板と一体的に形成した樹脂膜をセルギャップ調整用スペーサとして用いる方法が知られており、中でも、近年、フォトレジスト膜をパターニングして形成したフォトスペーサ（Ｐｈｏｔｏ Ｓｐａｃｅｒ；以下、「ＰＳ」ともいう。）を用いる方法が広まりつつある（例えば、特許文献１〜８参照。）。ＰＳは散布スペーサと異なり、基板上の所定の位置に正確に配置することが可能であり、ＣＦ基板のブラックマトリクス（Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ；以下、「ＢＭ」ともいう。）上や、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、「ＴＦＴ」ともいう。）アレイ基板の金属配線上等の非表示エリアにＰＳを配置すれば、開口率を低下させることなく、セルギャップを一定に保持することができる。また、ＰＳは散布スペーサのように、光の散乱やスペーサ周辺での液晶分子の配向の乱れによる表示品位の低下を発生させないという利点も有する。

特許文献２〜８では、複数の着色層を重ね合わせて形成したセルギャップ調整用スペーサを用いる方法が提案されている。着色層は、通常では、フォトレジストにより形成されるが、積層構造を有するフォトスペーサは、一般に、積層フォトスペーサ（積層ＰＳ）ともいう。積層ＰＳは、着色層を複数重ねて形成されることから、スペーサ自身が遮光性を有しており、表示エリア内に配置しても、光漏れによる表示品位の低下を起こさない。また、画素領域の着色層に使用する材料と同一材料で積層ＰＳを構成する全ての層を形成すれば、大幅なコストダウンを図ることも可能である。

また、特許文献６〜８では、積層ＰＳの形成方法として、ドライフィルムラミネート（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ；以下、「ＤＦＬ」ともいう。）法が提案されている。ＤＦＬ法は、支持体上に樹脂膜が設けられたフィルム（ドライフィルム）を貼り付けることで層の形成を行う方法であり、樹脂膜としてレジスト樹脂膜が用いられる場合には、ドライフィルムレジスト（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ；「ＤＦＲ」）法ともいう。ＤＦＬ法によれば、スピンコート法等の液体レジストを用いた塗布法に比べ、均一な膜厚の層を形成することができ、安定した高さの積層ＰＳを形成することができる。

しかしながら、ＤＦＬ法にて積層ＰＳを作製する場合には、ドライフィルムの貼り付け（ラミネート）の際に、既に形成されているパターン間に溜まった空気が逃げきれずに気泡となって残り、液晶表示装置において表示不良を起こすという点で改善の余地があった。このときの気泡の発生しやすさは、既に形成されているパターン（レジスト層）の膜厚によって異なる。特に近年、液晶テレビジョン（ＴＶ）等の液晶表示装置の高色純度化が進み、カラーフィルタ層を構成する着色レジスト層の厚みは１．５〜２．５μmと厚くなってきており、積層ＰＳの形成過程において、ラミネート時にパターン間に空気が溜まりやすくなっており、気泡が極めて発生しやすくなっている。
特開２００１−２２１９１０号公報（第１、７頁、第２図） 特開昭５６−１４０３２４号公報（第１、６頁、第５（ｃ）図） 特開平４−９３９２４号公報（第１、６頁、第２、３図） 特開平５−１９６９４６号公報（第１、３頁、第１図） 特開２０００−１４７２３４号公報（第１頁） 特開２００１−１００２２１号公報（第１、１３、１６頁、第１、６図） 特開２０００−２８４１１１号公報（第１、８頁、第１（ｂ）図） 特開２００４−５３６５４号公報（第２、３０頁、第１１（ｂ）図）

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、積層フォトスペーサの形成に際し、高さばらつきを低減することができると共に、気泡の発生が抑制されたカラーフィルタ基板及びその製造方法、並びに、当該カラーフィルタ基板を用いることで表示ムラが低減された液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、積層フォトスペーサ（ＰＳ）を備えるカラーフィルタ（ＣＦ）基板について種々検討したところ、ドライフィルムラミネート（ＤＦＬ）法を用いて積層ＰＳの各層（パターン）を形成することにより、均一な膜厚で積層ＰＳを形成することができることにまず着目した。しかしながら、ＤＦＬ法にて積層ＰＳを作製する場合には、ドライフィルムのラミネート時にパターン間に気泡が含まれやすいことが分かった。そこで、更に検討したところ、ＤＦＬ法によりＣＦ基板の積層ＰＳを作製する場合、パターン間に気泡を含ませることなくＣＦ基板を形成するためには、ラミネート時の基板温度をパターン形成領域において最低でも１１０℃以上にする必要があり、実質的には、基板内の温度を完全に均一にするのは困難であるため、平均温度を１２０℃以上にする必要があることを見いだした。ここで、本発明者らは、従来のドライフィルムを気泡の発生しない下限温度、すなわち基板内平均温度１２０℃でラミネートして作製した積層ＰＳを有するＣＦ基板を用いて、液晶表示装置を作製したが、著しい表示ムラが発生することが分かった。そこで、表示ムラが発生している箇所を調べたところ、液晶層の厚みがムラの部分で異なっており、液晶層の厚みばらつきが見られる箇所に設けられた各々の積層ＰＳにおいて、０．０５〜０．１０μmの高さばらつきが生じていることが確認された。また、ＤＦＬ法にて形成したにも関わらず、各積層ＰＳは、各層の膜厚の合計から予想した狙いの膜厚（高さ）よりもはるかに薄く仕上がっており、最も薄い層では積層部における膜厚が絵素部における対応する層の膜厚の７５％程度しかないことが分かった。

これらの現象は、これまでに知られておらず、例えば、特許文献６及び８では、ドライフィルムの貼り付け温度について開示されておらず、上述の現象について言及されていない。また、特許文献７では、実施の形態１に、ドライフィルム貼り付け時に、基板温度を１００℃前後に加熱しラミネートすることが記載されているが、実際にＣＦ基板を作製する場合には、上述したように、基板温度を最低でも１１０℃以上としないと、ラミネート時に気泡が混入し、絵素に欠陥のあるＣＦ基板しか作製することができない。

本発明者らは、更なる検討を重ねた結果、ＤＦＬ法により形成した積層ＰＳにおいて生じる高さばらつきや膜厚の減少は、貼り付け（ラミネート）時の高温によりドライフィルムの樹脂膜（レジスト層）が軟化するためであることを見いだした。これに関し、気泡の発生を防止することができる１２０℃付近以上で貼り付けを行う場合のレジスト層の挙動について、図１を用いて説明すると、貼り付け時に高温にされると、レジスト層は軟化して若干の流動性を持つようになるため、ドライフィルム貼り付け時の圧力によって、積層ＰＳの下地層２１ｐ上のレジスト層２２ｐの一部は平坦部２２に押し出され（図中の矢印方向に移動して）、レジスト層２２ｐの膜厚は狙い高さよりもΔｈだけ低くなる。その結果、所望の高さを有する積層ＰＳを得ることができなくなる。また、このときのレジスト層２２ｐの高さ変化量Δｈは基板面内の温度や圧力等により異なるため、積層ＰＳの高さばらつきが発生し、液晶表示装置においてセル厚ムラが生じ、表示ムラとして視認されてしまう。

本発明者らは、上述の内容を踏まえて種々検討を行ったところ、積層ＰＳ（積層部）を構成する着色層及び／又は透明層の乗り上げ率（積層部を構成する層の膜厚／非積層部の対応する層の膜厚）や高温での膜硬度を最適化し、（１）積層部を構成する層の膜厚を非積層部の対応する層の膜厚の９０％以上、１１０％以下にすることや、（２）着色層及び／又は透明層を１２０℃での針入硬度試験における針入量が０．５μｍ以下の固相レジスト層を有するドライフィルムを用いて形成することにより、所望の高さを有する積層部を形成することができるとともに、積層部の高さばらつきを低減し、液晶表示装置の表示ムラを低減することができることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、着色層及び／又は透明層が平面的に並設されてなる非積層部と、着色層及び／又は透明層の一部が２層以上積層されてなる積層部とを基板上に備えたカラーフィルタ基板であって、上記積層部を構成する層の膜厚は、非積層部の対応する層の膜厚の９０％以上、１１０％以下であるカラーフィルタ基板である。
本発明はまた、着色層及び／又は透明層が平面的に並設されてなる非積層部と、着色層及び／又は透明層の一部が２層以上積層されてなる積層部とを基板上に備えたカラーフィルタ基板であって、上記着色層及び／又は透明層は、１２０℃での針入硬度試験における針入量が０．５μｍ以下の固相レジスト層を有するドライフィルムを用いて形成されたものであるカラーフィルタ基板でもある。
以下に本発明を詳述する。

本発明のカラーフィルタ（ＣＦ）基板は、着色層及び／又は透明層が平面的に並設されてなる非積層部と、着色層及び／又は透明層の一部が２層以上積層されてなる積層部とを基板上に備えたものである。本発明のＣＦ基板は、これらの構成要素を必須として構成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
上記着色層及び透明層は、ドライフィルムラミネート（ＤＦＬ）法にて形成されたものであることが好ましく、具体的には、例えば、ベースフィルム（支持体）に樹脂膜（固相レジスト層）が設けられてなるドライフィルムを、平均温度略１２０℃に設定した基板表面に圧着し、ベースフィルムを剥離して樹脂膜を基板上に転写した後、転写した樹脂膜を露光、現像して所定の形状にパターニングすることで基板上に形成されたものであることが好ましい。ドライフィルムの樹脂膜に含まれるベース樹脂としては、感光性樹脂が好ましく、中でも感光性アクリル樹脂がより好ましい。着色層形成用の樹脂膜に含まれる着色剤としては、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、黒（Ｋ）の顔料や染料等が挙げられる。樹脂膜は、ベース樹脂や着色剤以外にも、多官能性モノマー、光重合開始剤、分散剤、添加剤等を含んでもよいし、含まなくてもよい。ドライフィルムのベースフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等が用いられる。

本発明のカラーフィルタ基板の形態は、（１）積層部を構成する層の膜厚が、非積層部の対応する層の膜厚の９０％以上、１１０％以下である形態、及び、（２）着色層及び／又は透明層が、１２０℃での針入硬度試験における針入量が０．５μｍ以下の固相レジスト層を有するドライフィルムを用いて形成された形態のいずれか又はこれらを組み合わせたものである。なお、（２）の形態は、（１）の形態を実現するうえで、好ましい形態の一つである。（１）の形態によれば、積層部を構成する層の乗り上げ率（積層部を構成する層の膜厚／非積層部の対応する層の膜厚）が９０％以上、１１０％以下であることから、積層部を構成する各層の膜厚の合計から予想される狙い高さに近い所望の高さを有する積層部を得ることができる。また、乗り上げ率が９０％以上、１１０％以下である層においては、膜変形量自体が小さいことから、膜厚ばらつきも充分に低減されており、このような層を積層してなる積層部は、高さばらつきが充分に低減されたものとなる。更に、（２）の形態によれば、ＤＦＬ法による積層部の形成過程において、図１に示すような高温条件下での固相レジスト層の熱ダレを低減することができるため、所望の高さを有する積層部を得ることができる。また、高温での硬度に優れた固相レジスト層は、膜形成時における温度や圧力の基板面内分布の影響を受けにくいことから、膜厚ばらつきも充分に低減されており、このような層を積層してなる積層部は、高さばらつきが充分に低減されたものとなる。
これらの結果として、本発明のＣＦ基板は、液晶表示装置に適用された場合において、積層部がセル厚を規定するスペーサとして用いられることにより、所望のセル厚を得ることができるとともに、セル厚ばらつきに起因する表示ムラを低減することができる。

上記（１）の形態において、積層部を構成する層と非積層部の対応する層とは、略同一の材料により形成されたものであり、好ましくは、ＤＦＬ法にて同一工程で形成されたものである。積層部を構成する層の膜厚は、非積層部の対応する層の膜厚の９５％以上、１１０％以下であることが好ましい。なお、積層部を構成する最下層は、通常では、非積層部の対応する層の膜厚の略１００％となる。

上記（２）の形態における針入硬度試験とは、膜の針入特性すなわち膜の硬度特性を測定する試験のことであり、具体的には、設定温度（本発明においては、１２０℃）条件下で、図２に示すような直径３．３μｍの白金−ロジウム抵抗体を先端曲げ角度１２０°、先端曲率Ｒ＝２．５μｍでＶ字型に折り曲げてなるサーマルプローブ３５を荷重１．０×１０^−５Ｎで試験対象の膜に押し当て、当該サーマルプローブ３５が膜内に進入した距離（針入量）を測定する試験である（参照文献：金山修二，「ＳＰＭによる高分子材料の微小部熱分析」，ＦＵＪＩＦＩＬＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＆ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ，富士写真フィルム，２００２年，Ｎｏ．４７，ｐ．４４−４５）。なお、ドライフィルムは、ベースフィルム（支持体）上に固相レジスト層が設けられてなるものである。ベースフィルム（支持体）としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等が挙げられる。固相レジスト層は、１層からなるものであってもよく、多層構造からなるものであってもよい。固相レジスト層の膜厚としては、１．０μｍ以上、３．０μｍ以下が好ましい。また、ドライフィルムは、固相レジスト層とベースフィルムとの間に、基板への貼り付け性を向上させるための熱可塑性樹脂層、及び、熱可塑性樹脂層と固相レジスト層との間の混合癒着を防止するための中間層を設けることが好ましい。

上記（２）の形態において、上記固相レジスト層は、１１０〜１４０℃での針入硬度試験における最大針入量と最小針入量との差が１．０μｍ以下であることが好ましい。このような固相レジスト層により形成された積層部は、より確実に所望の高さを得ることができるとともに、その高さばらつきをより一層低減することができる。１１０〜１４０℃での針入硬度試験における最大針入量と最小針入量との差は、０．５μｍ以下であることがより好ましい。

以下、本発明を構成する各部材について、説明する。
上記基板としては、通常では、ガラス基板等の透明基板が用いられる。上記着色層は、通常では、赤・青・緑・黒等の顔料が分散された感光性樹脂により形成され、中でも、ネガ型の感光性樹脂が好適に用いられる。上記透明層としては、液晶の配向制御用突起を構成する樹脂からなる層、オーバーコート層（着色層の保護層）等が挙げられる。上記非積層部は、赤（Ｒ）・青（Ｂ）・緑（Ｇ）・黒（Ｋ）等の着色層及び／又は透明層が平面的に配列されて構成されるものであり、これらの着色層及び／又は透明層を表示に用いられる光が透過することで、カラー表示が可能となる。上記非積層部としては、Ｒ・Ｂ・Ｇの三色の着色層が平面的に並設されてなる形態が好ましく、当該形態において更にＫの着色層を含む形態がより好ましい。非積層部を構成する着色層及び透明層の寸法、形状等は特に限定されないが、表示品質の保持の観点から、それぞれの層が互いに略同一の膜厚を有することが好ましい。非積層部における着色層及び／又は透明層のパターン配列としては特に限定されず、例えばデルタ配列、モザイク配列、ストライプ（縞）配列等が挙げられる。なお、本発明のＣＦ基板が液晶表示装置に適用される場合、非積層部は、着色光を透過する画素領域及び／又は遮光領域として機能する。

上記積層部は、着色層及び／又は透明層の一部が２層以上積層されて構成されるものであり、異なる色の着色層が積層されてなる形態が好ましく、例えば、Ｒの着色層、Ｂの着色層、透明層がこの順に積層されてなる形態や、Ｒの着色層、Ｇの着色層、透明層がこの順に積層されてなる形態等が好ましい。これらの形態の積層部によれば、充分な遮光性を得ることが可能であるため、光漏れによる表示品位の低下を防止することができる。積層部を構成する各層の重なり方としては特に限定されないが、最上層を除く上層は、下層を被覆するように積層されることが好ましい。積層部を構成する各層の寸法、形状等は本発明の作用効果を奏することになる限り特に限定されないが、最下層の面積は、上に積層される膜の貼り付け温度での膜硬度（針入特性）を考慮して適宜設定されることが好ましい。積層部のパターン配列としては特に限定されず、例えばデルタ配列、モザイク配列、ストライプ（縞）配列等が挙げられる。

以下、本発明のＣＦ基板の（１）及び（２）の形態に共通のその他の好ましい形態について詳しく説明する。
上記ＣＦ基板は、積層部の最上層よりも下層に透明電極を備えたものであることが好ましい。このような形態のＣＦ基板によれば、最上層に導電性の透明電極が形成されず、着色層又は透明層といった絶縁性の樹脂膜が設けられることから、液晶表示装置に適用された場合において、積層部をスペーサとして好適に用いることができる。
上記透明電極としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜等が挙げられ、スパッタリング等により形成される。透明電極の寸法、形状等は特に限定されないが、その下地層を被覆するように形成されることが好ましい。更に、電極間リーク防止の観点から、積層部内の透明電極上に形成される層は当該透明電極を被覆するように形成されることが好ましい。なお、ＣＦ基板における透明電極のパターン配列としては、ストライプ（縞）配列、格子配列等が挙げられる。

上記ＣＦ基板は、液晶の配向制御用突起を有するものであり、上記積層部は、配向制御用突起を構成する樹脂からなる層を含んでなることが好ましい。このような形態のＣＦ基板は、液晶の配向制御用突起を有することから、広視野角、高コントラストを実現するマルチドメイン垂直配向（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；以下、「ＭＶＡ」ともいう。）方式の液晶表示装置用ＣＦ基板として好適に用いることができる。また、積層部が配向制御用突起を構成する樹脂からなる層を含むことで、配向制御用突起と積層部の一部とを一括して形成することが可能であり、製造工程を簡略化することができる。
上記液晶としては特に限定されないが、負の誘電率異方性（Δε＜０）を有する液晶が好ましい。また、上記液晶の配向制御用突起とは、電圧印加時に電極間に印加された電界を歪ませることにより、液晶分子の配向を複数の方向に分割する機能を有する構造物のことである。配向制御用突起を構成する樹脂としては、感光性樹脂が好ましく、中でもポジ型感光性樹脂がより好ましく、例えば、フェノール・ノボラック型ポジレジスト等が挙げられる。配向制御用突起の寸法、形状等は特に限定されるものではない。配向制御用突起は、透明電極上に設けられることが好ましく、中でも非積層部上の透明電極上に設けられることが好ましい。

上記積層部は、最上層が配向制御用突起を構成する樹脂からなる層により構成され、かつ最上層以外の層が着色層により構成されることが好ましい。このような形態のＣＦ基板によれば、積層部の最上層、及び、積層部の最上層以外の層はそれぞれ、配向制御用突起を形成する工程、及び、着色層を形成する工程と同一工程にて形成することができ、積層部及び配向制御用突起を有するＣＦ基板の製造工程の簡略化が可能となる。

本発明はまた、上記ＣＦ基板を製造する方法であって、上記ＣＦ基板の製造方法は、略一定の厚さの固相レジスト層を有するドライフィルムを１１０℃以上、１４０℃以下で貼り付けて固相レジスト層を基板上に転写する工程と、固相レジスト層を露光して現像する工程とを繰り返し行うことにより、着色層及び／又は透明層を平面的に順次並設して非積層部を形成するとともに、着色層及び／又は透明層の一部を２層以上積層して積層部を形成するものであるＣＦ基板の製造方法でもある。上記固相レジスト層の転写工程は、１１０℃以上、１４０℃以下の貼り付け条件で行われるため、固相レジスト層とパターン（又は基板）との間での気泡の発生を抑制することができる。なお、ドライフィルムの貼り付け温度の好ましい下限は、１２０℃である。また、上記固相レジスト層の露光・現像工程により、転写された固定レジスト層をパターニングすることで、所望の膜厚・形状を有する層を所定の位置に形成することができる。従って、本発明のＣＦ基板の製造方法によれば、これらの転写工程と露光・現像工程とを繰り返すことにより、気泡の混入を防止しながら各種の着色層及び透明層を所定の位置に順次形成することができ、また、積層部と非積層部とを一括して形成することができる。

本発明は更に、上記ＣＦ基板を備えてなる液晶表示装置でもある。本発明の液晶表示装置は、充分な高さを有し、かつ高さばらつきも少ない積層部を有する本発明のＣＦ基板を備えてなることから、液晶層の膜厚のムラが低減されており、画面内にムラのない良好な表示を実現することができる。本発明の液晶表示装置は、ＭＶＡ方式の大型液晶テレビジョン（ＴＶ）等に好適に用いることができる。

本発明はそして、上記ＣＦ基板と、対向基板とが、液晶層を介して対向して配置されてなる液晶表示装置であって、上記ＣＦ基板は、積層部の少なくとも一部が対向基板と接触している液晶表示装置でもある。このような形態の液晶表示装置によれば、積層部の少なくとも一部が対向基板と接触していることから、積層部が、液晶層の厚み（セルギャップ）を一定に保持するセルギャップ調整用スペーサ（積層ＰＳ）として機能することができる。また、本発明のＣＦ基板に形成される積層部は、充分な高さを有し、かつ高さばらつきも少ないものであることから、液晶層の膜厚のムラが低減され、画面内にムラのない良好な表示を実現することができる。
この際、積層部と対向基板との間には、ポリイミド膜等の垂直配向膜が配置されていてもよい。
上記対向基板としてはＣＦ基板に対して液晶層を介して対向するように配置される基板であれば特に限定されないが、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ素子を備えるアクティブマトリクス基板が好ましい。また、液晶層を構成する液晶分子としては、負の誘電率異方性（Δε＜０）を有するものが好ましい。

本発明は更には、上記ＣＦ基板と、遮光性の領域を有する対向基板とが、液晶層を介して対向して配置されてなる液晶表示装置であって、上記ＣＦ基板の積層部は、対向基板の遮光性の領域に重畳して形成されている液晶表示装置でもある。このような形態の液晶表示装置によれば、新たに液晶表示装置の開口率（透過率）を下げることなく、積層部を配置することができ、表示特性の低下を抑制することができる。
上記遮光性の領域としては特に限定されず、例えば、補助容量配線、ＴＦＴ回路層等が形成された領域が挙げられる。

本発明のカラーフィルタ基板によれば、所望の高さを有するとともに、基板面内で高さばらつきが低減された安定した高さの積層部を備えることから、これをセルギャップ調整用の積層フォトスペーサとして用いることにより、所望のセル厚を有し、表示ムラが低減された液晶表示装置を得ることができる。

（液晶表示装置の構造）
図３は、本発明に係る実施形態の液晶表示装置１００の構成を模式的に示す断面図である。
まず、図３を参照しながら、本実施形態の液晶表示装置１００の構成を説明する。
図３に示す液晶表示装置１００は、アクティブマトリクス（Ａｃｔｉｖｅ−ｍａｔｒｉｘ；以下、「ＡＭ」ともいう。）基板１と、ＡＭ基板１に対向するカラーフィルタ（ＣＦ）基板２と、これらの基板間に設けられた液晶層３とを有している。ＡＭ基板１としては、従来公知の液晶表示装置のＡＭ基板を用いることができるので、ここではその構成の説明を省略する。

ＣＦ基板２は、透明基板４と、透明基板４上に設けられた遮光層５（着色層）及びＣＦ層（着色層）６と、遮光層５及びＣＦ層６を覆うように設けられた共通電極（透明電極）１０と、共通電極１０上に設けられた絶縁性樹脂膜（透明層）１１ｐとを有している。遮光層５は、絵素外の領域に格子状（又はストライプ状）に形成されており、ブラックマトリクス（ＢＭ）とも呼ばれる。また、ＣＦ層６は、互いに異なる色光を透過する第１のＣＦ層７、第２のＣＦ層８及び第３のＣＦ層９を有している。第１のＣＦ層７、第２のＣＦ層８及び第３のＣＦ層９は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のＣＦ層である。また、第１のＣＦ層７、第２のＣＦ層８及び第３のＣＦ層９は、ほぼ同一の膜厚とするのが表示上好ましい。更に、共通電極１０は、透明導電材料（例えばＩＴＯ）から形成されている。そして、積層ＰＳ（積層部）１２ｐは、第１のＣＦ層７と同一工程にて形成されたＣＦ層７ｐ、ＣＦ層７ｐ上に第３のＣＦ層９と同一工程にて形成されたＣＦ層９ｐ、ＣＦ層９ｐ上に共通電極１０と同一工程にて形成された共通電極１０ｐ、及び、共通電極１０ｐ上に形成された絶縁性樹脂膜１１ｐよりなる。このとき、液晶層の厚み（セルギャップ）は、図中の積層ＰＳ１２ｐの高さｈにより決定される。

（ＣＦ基板の製造方法）
図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る実施形態の液晶表示装置１００におけるＣＦ基板２の製造フローを模式的に示す断面図である。
本発明のＣＦ基板の製造方法においては、ＣＦ層６及び積層ＰＳ１２ｐの各層は、ドライフィルムラミネート（ＤＦＬ）法により形成される。ドライフィルムは、１２０℃での針入硬度試験における針入量が０．５μｍ以下である感光性樹脂膜（固相レジスト層）の両主面がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等のフィルム支持体で挟持され、構成されている。感光性樹脂膜には、所定の色（例えば、赤、青、緑及び黒）の顔料が分散されている。ＤＦＬ法で用いられる感光性樹脂膜は、典型的にはネガ型レジスト膜であることが好ましい。

まず、図４（ａ）に示すように、基板４上に遮光層５を形成する。具体的には、ローラを用い、黒色ドライフィルムを基板４上に押圧しながら貼り合わせた後、そのフィルム支持体を剥離することによって、黒色感光性樹脂膜を基板４上に転写する。この工程は、一般にドライフィルムを加熱しながら樹脂膜を転写する工程、いわゆる熱転写工程である。次に、マスクを介して黒色感光性樹脂膜を露光した後、現像を行い、遮光層５を形成する。
黒色感光性樹脂膜は平坦な基板４上に転写されるため、気泡の発生は起こらず、１００℃付近でラミネートすることが可能である。しかしながら、ラミネート時の基板内の温度分布を完全に均一にすることは困難であり、通常、面内の基板温度は設定温度に対し、±１０℃の幅を持っていると考えられる。従って、黒色感光性樹脂膜を転写する時の基板の設定温度は平均で１１０〜１４０℃であることが好ましい。
このとき、基板の設定温度を１５０℃以上の高温にすると、レジスト膜中の成分が一部重合を開始し、現像性が低下してしまう。

次に、図４（ｂ）に示すように、第１のＣＦ層７と下地層（着色層）７ｐとを同時に形成する。具体的には、遮光層５を形成する方法と同様にローラを用い、第１のＣＦ層７用のドライフィルムを基板４上に押圧しながら貼り合わせた後、フィルム支持体を剥離することによって、感光性樹脂膜を基板４上に転写する。第１のＣＦ層７を貼り付ける場合には基板４上に遮光層５が既に形成されているため、気泡を生じやすいが、面内の基板温度を１１０℃以上にすることにより、気泡のないＣＦ層パターンを得ることができる。しかしながら、基板内での温度分布を完全に均一にすることは困難であり、通常、面内の基板温度は設定温度に対し、±１０℃の幅を持っていると考えられる。従って、感光性樹脂膜を転写するときの基板の設定温度は平均で１２０〜１４０℃であることが好ましい。なお、下地層７ｐは平坦な基板４上に直接貼付けられるため、貼付け温度の違いによって高さ（膜厚）が変化することはない。
続いて、マスクを用いて転写した感光性樹脂膜の露光及び現像を行い、第１のＣＦ層７と下地層７ｐとを形成する。このとき、下地層７ｐは、ＡＭ基板１と貼り合わせたときに、ＡＭ基板１の遮光性を有する部分（例えば金属配線が設けられている部分）等と対向する位置に形成されることが好ましい。

続いて、図４（ｃ）に示すように、第２のＣＦ層８を形成する。第２のＣＦ層８は、第２のＣＦ層８用のドライフィルムを用いて、第１のＣＦ層７と同様の方法で形成することができる。感光性樹脂膜を転写するときの基板の設定温度は平均で１２０〜１４０℃であることが好ましい。
その後、図４（ｄ）に示すように、第３のＣＦ層９及び中間層（着色層）９ｐを形成する。第３のＣＦ層９は、第３のＣＦ層９用のドライフィルムを用いて、第１のＣＦ層７等と同様の方法で形成することができる。感光性樹脂膜を転写するときの基板の設定温度は平均で１２０〜１４０℃であることが好ましい。また、積層ＰＳ１２ｐの中間層９ｐは、下地層７ｐを覆うように形成されることが好ましい。
本発明のＣＦ基板２は、第３のＣＦ層９の厚みｈ９に対する積層ＰＳの中間層９ｐの厚みｈ９ｐ（以下、「乗り上げ率」ともいう。）が９０％以上、１１０％以下であることを特徴とする。すなわち、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
０．９≦ｈ９ｐ／ｈ９≦１．１ （１）

続いて、図４（ｅ）に示すように、共通電極１０（１０ｐを含む）を形成する。共通電極１０は、透明導電材料（例えばＩＴＯ等）を用いてスパッタリング等の方法により、ＢＭ５、ＣＦ層６（７，８及び９）及び積層ＰＳ部の中間層９ｐ上に均一に形成することができる。
その後、図４（ｆ）に示すように、積層ＰＳ１２ｐの電極１０ｐ上に最上層１１ｐを形成することにより、積層ＰＳ１２ｐが完成するとともに、ＣＦ基板２が完成する。本実施形態において、積層ＰＳ１２ｐの最上層１１ｐ用の固相レジスト層もまた、乗り上げ率９０％以上、１１０％以下である。すなわち、下記式（２）を満たす。
０．９≦ｈ１１ｐ／ｈ１１≦１．１ （２）

なお、本実施形態では、積層部１２ｐの最上層１１ｐは、この層以外に、同一ドライフィルムで形成されるパターンがないので、基板４の一部、例えばガラス面やＢＭ５額縁等の表示に使用せずかつ平坦な部分に別途確認用パターン（高さ：ｈ１１）を設け、乗り上げ率：ｈ１１ｐ／ｈ１１を確認すればよい。

最上層１１ｐのドライフィルムに用いられる感光性樹脂膜は、ポジ型であってもよいし、ネガ型であってもよい。いずれの場合であっても、気泡が起こらないよう、均一に貼り付けることが好ましい。気泡が発生すると、気泡周辺で膜の変形が起こり、気泡の輪郭が現像後にも残渣となって残り、表示不良を引き起こす場合がある。これは、気泡周辺で膜の変形が起こり、局所的に膜厚が厚くなるためと考えられる。
また、熱可塑性樹脂層と中間層とを有し、ベースフィルムのみを基板から剥離する形態のドライフィルムにおいて、ポジ型の感光性樹脂を用いる場合には、露光時に発生する窒素ガスがうまく抜けずに気泡となり、パターンに異常を引き起こすことが知られている（例えば、特開２００２−３４１５２５号公報参照。）。この現象は、ドライフィルムを貼付けるときの基板の温度を１２０℃以上として、共通電極１０ｐとレジスト層との密着力を向上させることにより軽減することができる。従って、感光性樹脂膜を転写するときの基板の設定温度はＣＦ層６の場合と同じく、平均で１２０〜１４０℃であることが好ましい。

上述のようにして形成されたＣＦ基板２は、図４（ｆ）に示すように、高さｈの積層ＰＳ１２ｐを有し、各層の膜厚について、下記式（３）、（４）及び（５）を満たす。なお、図４（ｆ）中、符号の右肩にダッシュ（’）が付いているのは途中のＩＴＯスパッタリングや、１１ｐの焼成等の熱履歴によって、樹脂成分の極一部が気化し、若干の減膜があったことを表しており、下記式（３）、（４）及び（５）における表記も同様とする。このとき、積層ＰＳ１２ｐ及び通常の絵素部は同じ比率で減膜する。また、下記式（５）中のｈ１１’は、図４（ｆ）中に示されていないが、積層ＰＳの最上層１１ｐと同一工程にて基板４上等に形成した層の減膜後の膜厚を表す。なお、図５は、積層部１２ｐの実質形状を示す断面模式図である。
ｈ９’≒ｈ８’≒ｈ７’ （３）
０．９≦ｈ９ｐ’／ｈ９’≦１．１ （４）
０．９≦ｈ１１ｐ’／ｈ１１’≦１．１ （５）

本実施形態のＣＦ基板によれば、積層部１２ｐの下地層７ｐ、中間層９ｐ及び最上層１１ｐの乗り上げ率：９０〜１１０％を確保することができるだけでなく、ドライフィルム貼り付け時の基板の温度ばらつきや圧力ばらつきに起因する積層ＰＳの高さばらつきを効果的に解消することができる。本実施形態におけるより好ましい形態としては、１２０℃での針入硬度試験における針入量が０．５μｍ以下であり、かつ１１０〜１４０℃での針入硬度試験における最大針入量と最小針入量との差が１．０μｍ以下である感光性樹脂膜を有するドライフィルムを用いて、積層ＰＳ１２ｐの下地層７ｐ、中間層９ｐ及び最上層１１ｐを形成する形態である。このようなドライフィルムを用いて形成すれば、積層部１２ｐの下地層７ｐ、中間層９ｐ及び最上層１１ｐの乗り上げ率：９０〜１１０％を容易に確保することができ、本発明の作用効果をより容易に得ることができる。
なお、本発明のＣＦ基板の形態としては上述した形態に限定されるものではなく、例えば、共通電極１０上に配向制御用突起が形成された形態等が挙げられる。このような形態のＣＦ基板においては、製造工程の簡略化の観点から、最上層１１ｐは配向制御用突起を形成する工程にて形成されることが好ましい。

（液晶表示装置の製造方法）
上述のようにして得られたＣＦ基板２と、別途に用意したＡＭ基板１とを、図３に示すように、一方の基板の表示領域の外側に塗布したシール材（図示せず）を介して貼り合わせる。このとき、ＣＦ基板２及びＡＭ基板１の表面には配向膜（図示せず）を形成しておく。その後、両基板の間隙に液晶材料３を注入して封止し、液晶表示装置１００が完成する。なお、シール材を塗布した方の基板に滴下法によって液晶層３を形成した後、両基板を貼り合わせてもよい。このようにして製造した液晶表示装置は、ドライフィルムを貼り付けるときに気泡やムラ、現像残渣の発生がなく、高さが安定した積層ＰＳを有するＣＦ基板を備えることから、セル厚ムラに起因する表示ムラが少ない。

以下に実施例を掲げ、本発明について図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

＜実施例１〜５及び比較例１、２＞
（ドライフィルムの構造）
まず、実施例１〜５及び比較例１、２にて使用したドライフィルム（ＤＦ）の膜構成と剥離部位について、図８を用いて説明する。
実施例１〜５及び比較例１、２で用いたドライフィルムは、いずれも、ベースフィルム３０，貼り付け性向上のための熱可塑性樹脂層３１，中間層３２，固相レジスト層３３が積層された構造を有する。これらのドライフィルムを用いた固相レジスト層３３の基板３４への貼り付け方法としては、基板３４にドライフィルムを貼り付けた後、ベースフィルム３０と熱可塑性樹脂層３１との界面で剥離する。固相レジスト層３３は、熱可塑性樹脂層３１，中間層３２を通して露光されるが、熱可塑性樹脂層３１，中間層３２はいずれも透明であり、固相レジスト層３３の露光時の妨げにならない。また熱可塑性樹脂層３１，中間層３２は、いずれも感光性を有しておらず、露光の有無にかかわらず、現像工程にて完全に除去される。

（ドライフィルムの針入硬度試験）
次に、実施例１〜５及び比較例１、２にて使用したドライフィルム（ＤＦ）の膜硬度について説明する。
図２は、ドライフィルム（ＤＦ）の固相レジスト層の膜硬度を測定するのに用いた直径３．３μｍの白金−ロジウム抵抗体を先端曲げ角度１２０°、先端曲率Ｒ＝２．５μｍでＶ字型に折り曲げてなるサーマルプローブ３５先端の模式図である。図６は、実施例１〜５及び比較例１、２にて使用したドライフィルムの固相レジスト層の膜硬度の温度特性を示すものである。具体的には、上述したサーマルプローブ３５を荷重１．０×１０^−５Ｎにて押し当てたときの当該サーマルプローブ３５の固相レジスト層への針入量を温度毎にプロットしたものである。図６について、ドライフィルム１〜３は青色のネガ型レジスト層を有するものであり、ドライフィルム４は緑色のネガ型レジスト層を有するものである。また、ドライフィルム５は積層ＰＳの最上層（ＩＴＯ上）に配置するポジ型透明レジスト層を有するものである。
各レジスト層の１２０℃における針入量と、１１０〜１４０℃における最大針入量と最小針入量との差を表１に示す。

表１に示すように、ドライフィルム１は１２０℃における針入量が０．５μmを超え、１１０〜１４０℃における最大針入量と最小針入量との差も１．８１μmと大きかった。また、ドライフィルム２は、１２０℃における針入量が０．５μm以下であったが、１１０〜１４０℃における最大針入量と最小針入量との差は１．２３μmであり、１．０μmを超えた。更に、ドライフィルム３，４及び５は１２０℃の針入量が０．５μm以下であり、かつ１１０〜１４０℃における最大針入量と最小針入量との差が１．０μm以下であった。

（ドライフィルムの貼り付け温度の検討）
次に、上述のドライフィルム１〜５について、ラミネート時の基板の設定温度とラミネート気泡の有無、及び、現像残渣の関係を調べた。その結果を表２に示す。なお、ラミネート装置としては、日立テクノ社製のドライコーターを用いた。

表２に示すように、ドライフィルム１〜４は基板の設定温度が１２０℃以上でないとラミネート気泡の発生を抑えることができなかった。一方、ドライフィルム５は基板の設定温度が１１０℃でラミネート気泡の発生がなかったものの、１２０℃まで上げないと、窒素ガス等の露光気泡の影響によるパターン異常を防ぐことができなかった。

（積層フォトスペーサの作製及び表示ムラの評価試験）
以上のような特性を有するドライフィルムを用い、以下の実施例１〜５及び比較例１、２にて３層構成の積層ＰＳを作製した。実施例１〜５及び比較例１、２にて作製した３層構成の積層ＰＳの構成、各層の乗り上げ率及び積層ＰＳの高さ、並びに、積層ＰＳを備えた液晶表示装置のムラ発生状況を表３に示す。表３中のＤＦ０とは、積層ＰＳの最下層の形成に用いたドライフィルムを表す。ドットサイズとは、積層ＰＳの最下層の面積を表し、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、基板面法線方向から見たときの、最下層（下地層）の外縁からその直上の層の重心までの最短距離をＸ（μｍ）とするとき、その最下層（下地層）のサイズを２Ｘμｍφと表記している。また、２層以上積層された形態の積層部では、重なり層数が最大である領域を最下層（下地層）の領域とみなし、その領域の外縁からその直上の層の重心までの最短距離をＸ（μｍ）とするとき、その最下層（下地層）のサイズを２Ｘμｍφとする。表２の結果より、実施例１〜５及び比較例１、２の積層ＰＳの形成過程において、ドライフィルムのラミネートは、いずれも基板温度１２０℃で行った。また、実施例１〜５及び比較例１、２にて用いたラミネート装置でのパターン形成領域の基板温度分布を測定したところ、設定温度に対して±１０℃の幅を有していた。

２層目にドライフィルム１を用いた比較例１、２の積層ＰＳでは、積層ＰＳの２層目の乗り上げ率が６７％、８３％と低かった。また、比較例１、２の積層ＰＳでは、積層ＰＳの高さが（狙い値：３．５±０．２μｍに対して）２．８９、３．２４μmと低いばかりか、液晶表示装置にした場合に積層ＰＳの高さばらつきに由来するセル厚ムラが、表示ムラとして実用上問題となるレベルではっきりと視認された。
これに対して、２層目にドライフィルム１を用いた実施例４の積層ＰＳでは、ドットサイズを大きくしたことで、積層ＰＳの２層目の乗り上げ率が１０２％と高くなっており、液晶表示装置での積層ＰＳの高さばらつきに起因するセル厚ムラは、実用上問題となるレベルではなかった。
また、積層ＰＳの各層の乗り上げ率が全て９０％以上、１１０％以下である実施例１〜５の積層ＰＳでは、液晶表示装置での積層ＰＳの高さばらつきに起因するセル厚ムラは、実用上問題となるレベルではなかった。更に、２、３層目ともに９８％以上の乗り上げ率である実施例２、３、５の積層ＰＳにおいては、液晶表示装置での積層ＰＳの高さばらつきに由来する表示ムラがほとんど視認されず、極めて良好な表示品位が得られた。
以上のように、積層ＰＳ中の各層の乗り上げ率を９０％以上、１１０％以下とすることで、実用上問題ない表示品位の液晶表示装置を得ることができた。

従来のドライフィルムラミネート法による積層ＰＳ形成過程において、基板温度１２０℃付近以上でのレジスト層の挙動を示す断面模式図である。 針入硬度試験に用いられるサーマルプローブの先端形状を示す模式図である。 本発明に係る実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。 本発明に係る実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法を示す断面模式図である。 本発明に係る実施形態のカラーフィルタ基板における積層部の実質形状を示す断面模式図である。 実施例１〜５又は比較例１，２にて使用した各ドライフィルム（ＤＦ）の固相レジスト層の針入特性を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、下地層のサイズの定義を説明するための図である。 実施例１〜５及び比較例１、２にて使用したドライフィルム（ＤＦ）の使用形態を説明する図である。

符号の説明

１：アクティブマトリクス（ＡＭ）基板
２：カラーフィルタ（ＣＦ）基板
３：液晶
４、２１：透明基板
５：遮光層（ブラックマトリクス、非積層部を構成する着色層）
６：着色層（非積層部）
７：第１のＣＦ層（非積層部を構成する着色層）
７ｐ：第１のＣＦ層（積層部を構成する着色層）
８：第２のＣＦ層（非積層部を構成する着色層）
９：第３のＣＦ層（非積層部を構成する着色層）
９ｐ：第３のＣＦ層（積層部を構成する着色層）
１０：共通電極（透明電極）
１０ｐ：（積層ＰＳ内に形成された）共通電極
１１ｐ：絶縁性樹脂膜（積層部を構成する透明層）
１２ｐ：積層ＰＳ（積層部）
２１：基板
２１ｐ：下地層
２２：平坦部
２２ｐ：（下地層２１上の）固相レジスト層
３０：ベースフィルム
３１：熱可塑性樹脂層
３２：中間層
３３：固相レジスト層
３４：基板
３５：サーマルプローブ
１００：液晶表示装置

Claims (2)

1. カラーフィルタ基板と対向基板とが、該カラーフィルタ基板に設けられた積層部と該対向基板とが接触するように、液晶層を介して対向して配置された液晶表示装置を製造する方法であって、
   該方法は、略一定の厚さの固相レジスト層を１１０℃以上、１４０℃以下で基板上に貼り付け、更に該固相レジスト層を露光して現像することにより、基板上の非積層部に配列される複数種の着色層を構成する層と、該積層部を構成する層と、を同一工程で同一材料により形成するものであり、
   該積層部を構成する各層は、１２０℃での針入硬度試験によって測定可能な物性値である針入量が０．５μｍ以下の固相レジスト層で形成される
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記固相レジスト層は、１１０〜１４０℃での針入硬度試験によって測定可能な物性値である最大針入量と最小針入量との差が１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。

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