JP5094010B2 - 液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係り、特に、工程単純化及び製造コストの節減を図ることのできる液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びその製造方法に関する。

通常、液晶表示装置(以下、「ＬＣＤ」という。)は、電界を用いて液晶の光透過率を調節することによって画像を表示する。

このため、ＬＣＤは、液晶セルがマトリクス状に配列された液晶パネルと、この液晶パネルを駆動するための駆動回路とを備える。

また、液晶パネルには、液晶セルのそれぞれに電界を印加するための画素電極と共通電極とが形成されている。

ここで、画素電極は、下部基板上に液晶セル別に形成されるのに対し、共通電極は、上部基板の全面に一体化して形成される。画素電極のそれぞれは、スイッチ素子として使用されている薄膜トランジスタ(以下、「ＴＦＴ」という。)に接続される。画素電極は、ＴＦＴから印加されるデータ信号に応じて共通電極と共に液晶セルを駆動する。

このような構成のＬＣＤは、ブラウン管に比べて小型化が可能で、パーソナルコンピュータとノートブックコンピュータはもちろん、複写機などのＯＡ機器、携帯電話機やポケベルなどの携帯機器にまで広範囲に適用されている。

一方、アクティブマトリクスタイプの液晶表示装置には、色を表現するために光の三原色に該当する赤色(Ｒ)、緑色(Ｇ)、青色(Ｂ)のカラーフィルタが使用される。

これら各カラーフィルタを隣接するように配置し、それぞれのカラーフィルタに該当する色信号を印加して明るさを制御することによって色を表現する。

このような液晶表示装置は、基板洗浄、基板製造、基板合着或いは液晶注入、実装工程によって完成され、基板製造工程において上部基板上にカラーフィルタが形成される。

各カラーフィルタの製造において最も一般的に使用される方法は、カラーフィルタの材料であるポリイミドあるいはアクリル樹脂に顔料を分散し、コーティング、露光、現像、焼成などを行う顔料分散法である。

この顔料分散法によれば、カラーフィルタの微細なパターンを容易に形成できるが、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のそれぞれに対してフォトリソグラフィ工程が必要とされるため、製造工程が複雑になってしまう。

図１は、一般の液晶表示装置の概略的な構造を示す一部領域の立体図を示している。

図１に示すように、互いに一定間隔に離れて上部及び下部基板１０，３０が対向しており、これら上部基板１０と下部基板３０との間には液晶層５０が介在されている。

ここで、下部基板３０には、画素領域を定義するために複数本のゲート配線３２及びデータ配線３４が互いに交差しており、ゲート配線３２とデータ配線３４とが交差する地点に薄膜トランジスタＴが形成されている。

また、ゲート配線３２とデータ配線３４とが交差する領域に定義される画素領域Ｐには、薄膜トランジスタＴと連結された画素電極４６が形成されている。

一方、詳細には図示していないが、薄膜トランジスタＴは、ゲート電圧が印加されるゲート電極と、データ電圧が印加されるソース及びドレーン電極と、ゲート電圧とデータ電圧との差により電圧のオン／オフを調節するチャネルとで構成される。

そして、上部基板１０には、カラーフィルタ層１２、共通電極１６が順に形成されている。

ここで、カラーフィルタ層１２は、特定の波長帯の光のみを透過させるカラーフィルタと、カラーフィルタの境界部に配置され、液晶の配列が制御されない下部基板３０の画素領域Ｐ上の光を遮蔽するブラックマトリクスとで構成される。

このように構成された上部及び下部基板１０，３０は、一定の間隔をもって合着され、合着された上部基板１０と下部基板３０との間に液晶層５０が形成される。また、合着された上部及び下部基板１０，３０の外部面には、偏光軸と平行な光のみを透過させる上部及び下部偏光板５２，５４がそれぞれ配置され、下部偏光板５４の下部には、別途の光源であるバックライトが配置されている。

このような液晶表示装置は、フルカラー実現のために、赤（R）、緑（G）、青（B）の光の三原色からなるカラーフィルタを必要とする。

以下、添付の図面を参照しつつ、従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びその製造方法について説明する。

図２Ａは、従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の平面図を示しており、図２Ｂは、図２ＡのII-II’線に沿って切断した液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図を示している。

図２Ａに示すように、基板には、画素領域Ｐを開口部６２とするブラックマトリクス６４が形成されており、このブラックマトリクス６４をカラー別境界部として開口部６２には赤、緑、青の各カラーフィルタ６６ａ，６６ｂ，６６ｃが順に反復配列されてなるカラーフィルタ６６が形成されている。

続いて、カラーフィルタ６６を含めた基板の全面には、共通電極６８が形成されている。

すなわち、図２Ｂに示すように、ガラス基板６０上に、互いに一定の間隔で離隔するようにブラックマトリクス６４が形成されており、ブラックマトリクス６４をカラー別境界部として赤、緑、青の各カラーフィルタ６６ａ，６６ｂ，６６ｃが順に形成されてカラーフィルタ６６を構成し、カラーフィルタ６６を含めた基板６０の全面には、共通電極６８が形成されている。

図３Ａ乃至図３Ｆは、従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図を示している。

図３Ａに示すように、ガラス基板６０上にクロム（Ｃｒ）などの金属薄膜やカーボン系の樹脂材料６４ａをスパッタリングによって蒸着する。

図３Ｂに示すように、樹脂材料６４ａ上にフォトレジスト６５を塗布した後、露光及び現像工程でフォトレジスト６５をパターニングしてブラックマトリクス領域を定義する。

続いて、パターニングされたフォトレジスト６５をマスクとして樹脂材料６４ａを選択的にパターニングして一定の間隔を持つブラックマトリクス６４を形成する。

ここで、ブラックマトリクス６４は、単位画素の外周縁及び薄膜トランジスタの形成される領域に対応するように形成され、電界が不安定な領域を通過する光を遮蔽する。

図３Ｃに示すように、ブラックマトリクス６４を含めたガラス基板６０の全面に、色を表現する赤色（Ｒ）カラーレジストを塗布する。

続いて、フォトリソグラフィ工程で赤色カラーレジストを選択的にパターニングし、離隔するブラックマトリクス６４上の両端にオーバーラップするように、赤色カラーフィルタ６６ａを形成する。

図３Ｄに示すように、赤色カラーフィルタ６６ａを含めたガラス基板６０の全面に、緑色（G）カラーレジストを塗布する。

続いて、フォトリソグラフィ工程で緑色カラーレジストを選択的にパターニングして緑色カラーフィルタ６６ｂを形成する。

ここで、緑色カラーフィルタ６６ｂは、ブラックマトリクス６４を間において赤色カラーフィルタ６６ａと隣接する画素に対応する位置に形成される。

図３Ｅに示すように、緑色カラーフィルタ６６ｂを含めたガラス基板６０の全面に、青色（B）カラーレジストを塗布する。

続いて、フォトリソグラフィ工程で青色カラーレジストを選択的にパターニングして青色カラーフィルタ６６ｃを形成する。

ここで、青色カラーフィルタ６６ｃは、ブラックマトリクス６４を間において緑色カラーフィルタ６６ｂと隣接する画素に対応する位置に形成される。これで、Ｒ、Ｇ、Ｂで構成されたカラーフィルタ６６が完成する。

通常、カラーフィルタ６６は、Ｒ、Ｇ、Ｂの順に形成される。

その後、図３Ｆに示すように、カラーフィルタ層６６を含めたガラス基板６０の全面に、透過性及び導電性が良好で、化学的及び熱的な安全性に優れた透明電極材料であるＩＴＯ（酸化インジウムチタン）を、スパッタリングにより蒸着して共通電極６８を形成する。

ここで、共通電極６８は、ＴＦＴアレイ基板に形成された画素電極と共に液晶セルを動作させる役割を担う。

これで、ブラックマトリクス６４、カラーフィルタ層６６、共通電極６８が形成されたカラーフィルタ基板が完成する。

但し、横電界方式液晶表示素子では、通常、共通電極をＴＦＴアレイ基板に形成するので、ブラックマトリクス、カラーフィルタ層、オーバーコート層を形成することによってカラーフィルタ基板を完成する。

しかしながら、かかる従来の液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びその製造方法には、次のような問題点があった。

第一の問題点として、クロム（Ｃｒ）のような金属やブラック樹脂を用いて各カラーフィルタの境界部にブラックマトリクスを形成するため、ブラックマトリクス材料の使用による製造コストが上昇する。

第二の問題点として、ブラックマトリクスの突出によりカラーフィルタ層に段差が発生し、色再現特性が低下する。

第三の問題点として、ブラックマトリクスに各カラーフィルタをオーバーラップさせて形成すると、要求される平坦化やＯＤ（光学濃度）水準を満足させることができない。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、工程の単純化及び製造コストの節減を図ることのできる液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置用カラーフィルタ基板は、複数のカラーフィルタ領域とブラックマトリクス領域とが定義された基板と、基板のカラーフィルタ領域にそれぞれ形成される赤、緑、青色の各カラーフィルタと、基板のブラックマトリクス領域に所定の深さに形成されたトレンチと、このトレンチの内部に赤、緑、青色の各カラーフィルタの物質が積層されてなるブラックマトリクスと、を備えてなることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法は、複数のカラーフィルタ領域とブラックマトリクス領域とが定義された基板を準備する段階と、この基板のブラックマトリクス領域に所定の深さにトレンチを形成する段階と、基板のカラーフィルタ領域に赤、緑、青色の各カラーフィルタを形成する段階と、トレンチの内部に赤、緑、青色の各カラーフィルタを順にオーバーラップさせてブラックマトリクスを形成する段階と、を含むことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法は、複数のカラーフィルタ領域とブラックマトリクス領域とが定義された基板を準備する段階と、この基板のブラックマトリクス領域に所定の深さにトレンチを形成する段階と、基板のカラーフィルタ領域に赤、緑、青色の各カラーフィルタを形成すると同時に、トレンチの内部に赤、緑、青色の各カラーフィルタ層の物質を順に積層してブラックマトリクスを形成する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びその製造方法は、次のような効果がある。

第一の効果として、基板を選択的にエッチングしてトレンチを形成した後に、各カラーフィルタをオーバーラップさせることにより、基板のブラックマトリクス領域にブラックマトリクスを形成するため、別途のブラックマトリクス材質を使用しなくてすみ、材料費が節減できる。

第二の効果として、各カラーフィルタとブラックマトリクスとの間に段差が生じないため、色再現特性が向上する。

第三の効果として、トレンチ内に各カラーフィルタをオーバーラップさせてブラックマトリクスを形成するため、均一なオーバーラップの厚さとＯＤ値とが実現できる。

第四の効果として、樹脂ＢＭ（ブラックマトリクス）を使用しないため、製造コストを節減できるだけでなく、ブラックマトリクスの突起による不良を減らすことができる。

以下、本発明に係る液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びその製造方法について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図４は、本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図を示している。

本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板は、図４に示すように、複数のカラーフィルタ領域とブラックマトリクス領域とが定義された透明な材質の基板１００と、基板１００の各カラーフィルタ領域に形成された赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と、基板１００のブラックマトリクス領域に所定の深さに形成されたトレンチ１２０と、トレンチ１２０の内部に赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と同じ材料から形成されるブラックマトリクスと、各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と、ブラックマトリクス上に形成される共通電極１６０と、を備えている。

ここで、ブラックマトリクスは、トレンチ１２０の内部に赤色カラーフィルタ１３０、緑色カラーフィルタ１４０、青色カラーフィルタ１５０を構成する材料である各カラーレジスト１３０ａ，１４０ａ，１５０ａがパターン形態に残留して順に積層されて形成されている。

また、ブラックマトリクスは、赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と同じ高さに形成されている。

図５Ａ乃至図５Ｇは、本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図を示している。

図５Ａに示すように、透明な材質の基板１００上に、フォトレジスト１１０を塗布した後、露光及び現像工程でフォトレジスト１１０を選択的にパターニングしてブラックマトリクス領域を定義する。

ここで、ブラックマトリクス領域以外の基板１００上の他の領域は、カラーフィルタが形成される領域であり、下部基板の画素領域に対応する。
続いて、パターニングされたフォトレジスト１１０をマスクとして露出された基板１００を選択的にエッチングして所定の深さにトレンチ（溝）１２０を形成する。

ここで、トレンチ１２０の深さは、約５μｍ以下に形成し、基板１００をエッチングするためのエッチャントは、ＨＦ含有のエッチングガスを使用するものとする。

図５Ｂに示すように、フォトレジスト１１０を除去し、トレンチ１２０を含めた基板１００の全面に、色を表現する赤色（Ｒ）カラーレジスト１３０ａを塗布する。

ここで、赤色カラーレジスト１３０ａを塗布する方法には、スピン法とロールコート法がある。

まず、スピン法は、基板上にカラーレジストを適当に流して置き、基板を高速で回転させることによってカラーレジストを基板全体に均一に分布させる方法であり、ロールコート法は、ロール上に展着したカラーレジストを基板に転写或いは印刷する方法である。

また、赤色カラーレジスト１３０ａの主要成分は、一般的に使用するフォトレジストと同様に、感光組成物である光重合開始剤、モノマー、バインダー（接合剤）等と、色を表現する有機顔料等とである。

そして、基板１００の全面に赤色カラーフィルタ１３０ａを塗布する際に、トレンチ１２０の内部には、カラーレジストの平坦特性のためにカラーレジストの厚さが他の部分よりも厚く形成される。

図５Ｃに示すように、赤色カラーレジスト１３０ａ上部のパターンが形成される特定領域のみをマスク（図示せず）の遮光部でマスキングした後にＵＶ（紫外）線を照射し、赤色カラーレジスト１３０ａを露光する。

このときに、露光方法には、原版を一括露光するプロキシミティ方式、縮小パターンを反復して露光するステップ式投影方式、マスクパターンを投影して露光するミラー投影方式の三つがある。

また、生産性を優先とする単純マトリクスＬＣＤは、精度は劣るが、処理速度が速いプロキシミティ方式を、高精度が要求されるアクティブマトリクスＬＣＤは、ステップ式投影方式やミラー投影方式を適用する。

続いて、露光により光化学的構造が変更された赤色カラーレジスト１３０ａを、約２３０℃の高温で硬化した後に現像することで、赤色カラーフィルタ１３０を形成する。

ここで、現像は、ディップ式、パドル式、シャワースプレー式のいずれか１つの方法を適用する。

尚、赤色カラーレジスト１３０ａがネガティブレジストの性質を有する場合には、露光されない部分が除去されるので、上記とは違い、パターンが形成される特定領域をマスクの投光部に露出させて露光すればよい。

そして、前述したようにレジストには平坦特性がある。そのため、赤色カラーレジスト１３０ａを現像して赤色カラーフィルタ１３０を形成する場合、トレンチ１２０の内部には、赤色カラーレジスト１３０ａが他の部分よりも厚く形成されていることにより、完全には除去されずに所定の厚さだけ残留し、ブラックマトリクスとしての役割を担うようになる。

図５Ｄに示すように、赤色カラーフィルタ１３０を含めた基板１００の全面に、緑色（G）カラーレジスト１４０ａを塗布し、緑色カラーレジスト１４０ａの特定領域をマスクの遮光部でマスキングする。

図５Ｅに示すように、選択的にマスキングした緑色カラーレジスト１４０ａに、ＵＶ線を照射し緑色カラーレジスト１４０ａを露光した後に現像することで、緑色カラーフィルタ１４０を形成する。

ここで、緑色カラーフィルタ１４０は、トレンチ１２０を間に置いて前工程で形成した赤色カラーフィルタ１３０と隣接する画素に対応する位置に形成される。

そして、前述したようにレジストには平坦特性がある。そのため、緑色カラーレジスト１４０ａを現像して緑色カラーフィルタ１４０を形成する場合、トレンチ１２０の内部には、緑色カラーレジスト１４０ａが他の部分よりも厚く形成されていることにより、完全には除去されずに所定の厚さだけ残留し、ブラックマトリクスとしての役割を担う。

図５Ｆに示すように、赤色及び緑色カラーフィルタ１３０，１４０を含めた基板１００の全面に、青色（B）カラーレジスト１５０ａを塗布し、青色カラーレジスト１５０ａの特定領域をマスクの遮光部でマスキングした後にＵＶ線を照射し、青色カラーレジスト１５０ａを露光する。

続いて、露光により光化学的構造が変更された青色カラーレジスト１５０ａを現像し、青色（Ｂ）カラーフィルタ１５０を形成する。

ここで、青色カラーフィルタ１５０は、トレンチ１２０を間において緑色カラーフィルタ１４０と隣接する画素に対応する位置に形成される。これで、Ｒ、Ｇ、Ｂから構成されたカラーフィルタ層を完成する。

そして、前述したようにレジストには平坦特性がある。そのため、青色カラーレジスト１５０ａを現像して青色カラーフィルタ１５０を形成する場合、トレンチ１２０の内部には、青色カラーレジスト１５０ａが他の部分よりも厚く形成されていることにより、完全には除去されずに所定の厚さだけ残留し、ブラックマトリクスとしての役割を担う。

したがって、ブラックマトリクス領域に所定の深さに形成されたトレンチ１２０の内部には、赤色、緑色、青色の各カラーレジスト１３０ａ，１４０ａ，１５０ａがパターン形態に残留しブラックマトリクスとしての役割を担うようになる。

図５Ｇに示すように、各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０上に透過性と導電性が良好で、化学的及び熱的な安全性に優れた透明電極材料であるＩＴＯをスパッタリングにより蒸着して共通電極１６０を形成する。

ここで、共通電極１６０は、ＴＦＴアレイ基板に形成された画素電極と共に液晶セルを動作させる。

尚、横電界方式液晶表示素子では、共通電極がＴＦＴアレイ基板に形成されるので、カラーフィルタ層を含めた基板全面には、共通電極１６０の代わりにオーバーコート層（図示せず）が形成される。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図を示しており、図７Ａ乃至図７Ｈは、本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図を示している。

本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板は、図６に示すように、複数のカラーフィルタ領域とブラックマトリクス領域とが定義された透明な材質の基板１００と、基板１００の各カラーフィルタ領域に形成された赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と、基板１００のブラックマトリクス領域に所定の深さに形成されたトレンチ１２０と、トレンチ１２０の内部に赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と同じ材料から形成されるブラックマトリクス１３０ａ，１４０ａ，１５０ａと、各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と、ブラックマトリクス上に形成される共通電極１６０と、を備えてなる。

ここで、ブラックマトリクスは、トレンチ１２０の内部に赤色カラーフィルタ１３０、緑色カラーフィルタ１４０、青色カラーフィルタ１５０を構成する材料である各カラーレジスト１３０ａ，１４０ａ，１５０ａがパターン形態に残留し順に積層されてなる。

また、ブラックマトリクスの高さが、赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０の高さよりも低く形成されている。

但し、横電界方式液晶表示装置では、共通電極１６０の代わりにオーバーコート層（図示せず）が形成される。

次に、このような構成を持つ本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明する。

図７Ａに示すように、透明な材質の基板１００上にフォトレジスト１１０を塗布した後、露光及び現像工程でフォトレジスト１１０を選択的にパターニングすることで、ブラックマトリクス領域を定義する。

ここで、ブラックマトリクス領域以外の基板１００上の他の領域は、カラーフィルタが形成される領域であり、下部基板の画素領域に対応する。

続いて、パターニングされたフォトレジスト１１０をマスクとして露出された基板１００を選択的にエッチングし、所定の深さにトレンチ１２０を形成する。

ここで、トレンチ１２０の深さは、約１０μｍ以下に形成し、基板１００をエッチングするためのエッチャントは、ＨＦ含有のエッチングガスを使用するものとする。

図７Ｂに示すように、フォトレジスト１１０を除去し、トレンチ１２０を含めた基板１００の全面に、色を表現する赤色（Ｒ）カラーレジスト１３０ａを塗布する。

ここで、赤色カラーレジスト１３０ａを塗布する方法には、スピン法とロールコート法がある。

まず、スピン法は、基板上にカラーレジストを適当に流して置き、基板を高速で回転することによってカラーレジストを基板全体に分布させる方法であり、ロールコート法は、ロール上に展着したカラーレジストを基板に転写或いは印刷する方法である。

また、赤色カラーレジスト１３０ａの主要成分は、一般的に使用するフォトレジストと同様に、感光組成物である光重合開始剤、モノマー、バインダー等と、色を表現する有機顔料等とである。

そして、基板１００の全面に赤色カラーフィルタ１３０ａを塗布する際に、トレンチ１２０の内部には、カラーレジストの平坦特性のためにカラーレジストの厚さが他の部分よりも厚く形成される。

図７Ｃに示すように、赤色カラーフィルタ領域にのみ遮光部が形成されたマスクMａｓｋ１を赤色カラーレジスト１３０ａ上部に配置し、光（ＵＶ）を照射し、赤色カラーレジスト１３０ａを露光する。

続いて、露光により光化学的構造が変更された赤色カラーレジスト１３０ａを、約２３０℃の高温で硬化した後に現像することで、赤色カラーフィルタ１３０を形成する。

ここで、現像は、ディップ式、パドル式、シャワースプレー式のいずれか１つの方法を適用する。

但し、赤色カラーレジスト１３０ａがネガティブレジストの性質を持つ場合には、露光されない部分が除去されるので、上記とは違い、パターンが形成される特定領域をマスクの投光部に露出させて露光すればよい。

そして、前述したようにレジストには平坦特性がある。そのため、赤色カラーレジスト１３０ａを現像して赤色カラーフィルタ１３０を形成する場合、トレンチ１２０の内部には、赤色カラーレジスト１３０ａが他の部分よりも厚く形成されていることにより、完全に除去されずに所定の厚さだけ残留し、ブラックマトリクスとしての役割を担うようになる。

図７Ｄに示すように、赤色カラーフィルタ１３０を含めた基板１００の全面に緑色カラーレジスト１４０ａを塗布し、緑色カラーフィルタ領域にのみ遮光部が形成されたマスクMａｓｋ２を、緑色カラーレジスト１４０ａの上部に配置する。

図７Ｅに示すように、マスクMａｓｋ２を介して緑色カラーレジスト１４０ａに光（ＵＶ）を照射し緑色カラーレジスト１４０ａを露光した後に現像することで、緑色カラーフィルタ１４０を形成する。

ここで、緑色カラーフィルタ１４０は、トレンチ１２０を間において赤色カラーフィルタ１３０と隣接する画素に対応する位置に形成される。

そして、前述したようにレジストには平坦特性がある。そのため、緑色カラーレジスト１４０ａを現像して緑色カラーフィルタ１４０を形成する場合、トレンチ１２０の内部には、緑色カラーレジスト１４０ａが他の部分よりも厚く形成されていることにより、完全に除去されずに所定の厚さだけ残留し、ブラックマトリクスとしての役割を担う。

図７Ｆに示すように、赤色及び緑色カラーフィルタ１３０，１４０を含めた基板１００の全面に、青色カラーレジスト１５０ａを塗布し、青色カラーフィルタ領域にのみ遮光部が形成されたマスクMａｓｋ３を、青色カラーレジスト１５０ａの上部に配置した後に、このマスクMａｓｋ３を介して青色カラーレジスト１５０ａに光（ＵＶ）を照射して青色カラーレジスト１５０ａを露光する。

続いて、図７Ｇに示すように、露光により光化学的構造が変更された青色カラーレジスト１５０ａを現像することで、青色（Ｂ）カラーフィルタ１５０を形成する。

ここで、青色カラーフィルタ１５０は、トレンチ１２０を間において緑色カラーフィルタ１４０と隣接する画素に対応する位置に形成される。これで、Ｒ、Ｇ、Ｂで構成されたカラーフィルタ層が完成する。

そして、前述したようにレジストには平坦特性がある。そのため、青色カラーレジスト１５０ａを現像して青色カラーフィルタ１５０を形成する場合、トレンチ１２０の内部には、青色カラーレジスト１５０ａが他の部分よりも厚く形成されていることにより、完全に除去されずに所定の厚さだけ残留し、ブラックマトリクスとしての役割を担う。

したがって、ブラックマトリクス領域に所定の深さに形成されたトレンチ１２０の内部には、赤色、緑色、青色の各カラーレジスト１３０ａ，１４０ａ，１５０ａが残留してブラックマトリクスとしての役割を担うようになる。

図７Ｈに示すように、各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０を含めた基板全面に、透過性と導電性が良好で、化学的及び熱的な安全性に優れた透明電極材料であるＩＴＯをスパッタリングにより蒸着して共通電極１６０を形成する。

ここで、共通電極１６０は、ＴＦＴアレイ基板に形成された画素電極と共に液晶セルを動作させる。

尚、横電界方式液晶表示素子では、共通電極１６０の代わりにオーバーコート層（図示せず）を形成する。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図を示している。

本発明の第３実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板は、図８に示すように、複数のカラーフィルタ領域とブラックマトリクス領域とが定義された透明な材質の基板１００と、基板１００の各カラーフィルタ領域に形成された赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と、基板１００のブラックマトリクス領域に所定の深さに形成されるトレンチ１２０と、トレンチ１２０の内部に赤、緑、青色の各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と同じ材質から形成されたブラックマトリクス１３０ａ，１４０ａ，１５０ａと、を備えてなる。

ここで、各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０と、ブラックマトリクス１３０ａ，１４０ａ，１５０ａとのの高さは、同一に形成されている。

また、図示してはいないが、各カラーフィルタ１３０，１４０，１５０及びブラックマトリクス１３０ａ，１４０ａ，１５０ａの上に共通電極（図６の１６０を参照）またはオーバーコート層がさらに形成されることができる。

ここで、ブラックマトリクスは、トレンチ１２０の内部に赤色カラーフィルタ１３０、緑色カラーフィルタ１４０、及び青色カラーフィルタ１５０を構成する材料である各カラーレジスト１３０ａ，１４０ａ，１５０ａがパターン形態に残留して順に積層されてなる。

上記の構成を有する本発明の第３実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法では、第２実施形態における図７Ａ乃至図７Ｇまでの工程と同様にして基板を完成した後、化学機械的研磨により、ブラックマトリクスを構成する青色のカラーレジスト１５０ａの表面高さに、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ層１３０，１４０，１５０を研磨して平坦化する工程を行う。

以上では具体的な実施形態及び図面に限定して本発明を説明してきたが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるということは、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者にとっては明白である。

一般的な液晶表示装置の構成を示す一部領域の立体図である。 従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板を示す平面図である。 図２ＡのII-II’線に沿って切断した液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図である。 従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 従来技術による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第１実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第３実施形態による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の断面図である。

符号の説明

１００ 基板
１１０ フォトレジスト
１２０ トレンチ
１３０ 赤色カラーフィルタ
１４０ 緑色カラーフィルタ
１５０ 青色カラーフィルタ
１６０ 共通電極

Claims (1)

1. 複数のカラーフィルタ領域とブラックマトリクス領域とが定義された基板を準備する段階と、
   ＨＦ含有エッチングガスを用いて前記基板の前記ブラックマトリクス領域を選択的にエッチングすることにより、前記ブラックマトリクス領域に、５μｍ以下の深さのトレンチを形成する段階と、
   前記基板のカラーフィルタ領域に赤、緑、青色の各カラーフィルタを形成するとともに、前記トレンチの内に赤、緑、青色の前記各カラーフィルタを順にオーバーラップさせてブラックマトリクスを形成する段階と、
   前記カラーフィルタ領域内の前記各カラーフィルタと前記ブラックマトリクスを横切る均一な上面を形成するための化学機械的研磨処理を行い、前記カラーフィルタ領域内の前記赤、緑、青色の各カラーフィルタが、前記ブラックマトリクスと同一の高さを有する段階と、
   前記基板及び前記赤、緑、青色の各カラーフィルタ及び前記ブラックマトリクスを覆う共通電極を形成する段階を含み、
   前記赤、緑、青色の各カラーフィルタ及びブラックマトリクスを形成する段階は、
   １）前記トレンチを含めた基板の全面に赤色カラーレジストを塗布し、選択的にパターニングすることで、前記カラーフィルタ領域上及び前記トレンチ内に赤色カラーフィルタを形成する段階と、
   ２）前記赤色カラーレジストが形成された前記トレンチ内を含めた基板の全面に緑色カラーレジストを塗布し、選択的にパターニングすることで、前記トレンチ内に形成された前記赤色カラーフィルタ上及び、前記トレンチにより赤色カラーフィルタと離隔するように前記カラーフィルタ領域上に緑色カラーフィルタを形成する段階と、
   ３）前記緑色カラーレジストが形成された前記トレンチ内を含めた基板の全面に青色カラーレジストを塗布し、選択的にパターニングすることで、前記トレンチ内に形成された前記緑色カラーフィルタ上及び、前記トレンチにより緑色カラーフィルタから離隔するように前記カラーフィルタ領域上に青色カラーフィルタを形成する段階を含み、
   前記赤色カラーフィルタを形成する段階は、２３０℃の高温で前記赤色カラーレジストを硬化する段階を含む
   ことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。

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