JPH08320482A - 液晶表示素子の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】非接触の手段で大面積に亘ってカラーフィルタ
ー基板の高精度の平坦化を実現し、高画質の液晶表示素
子を得る。 【構成】基板２上にブラックマトリクスで区画された複
数色のカラーフィルタ層３を形成した後、その表面にエ
キシマレーザー光４を照射し、エキシマレーザー光４の
アブレーション現象を用いてカラーフィルタ層３の凸部
３ａを切削し除去して平坦に加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置の表示パ
ネルを構成する液晶表示素子の加工方法にかかわり、特
に基板上にブラックマトリクスで区画された複数色のカ
ラーフィルタ層を形成した後、前記カラーフィルタの全
面に保護膜を積層してなるカラーフィルタ基板を具備し
た液晶表示素子の加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、その画素選択方式の違
いにより単純マトリクス型とアクティブ・マトリクス型
とに分けられる。

【０００３】単純マトリクス型の液晶表示装置は、交差
する２組の電極間にＳＴＮ等の液晶を封入し、上記電極
の交差部で画素を形成するものである。

【０００４】一方、アクティブ・マトリクス方式の液晶
表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電極
のそれぞれに対応して非線形素子（スイッチング素子）
を設けたものであり、各画素における液晶は、理論的に
は常時駆動（デューティ比 1／１）されているので、時
分割駆動方式を採用している単純マトリクス方式と比べ
てアクティブ方式はコントラストが良く、特にカラー液
晶表示装置では欠かせない技術となりつつある。スイッ
チング素子として代表的なものとしては薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）が知られている。

【０００５】液晶表示装置の基本的な構造は、透明な一
方の基板と、個別電極またはスイッチング素子を形成し
た他方の基板との間に液晶組成物を充填してなり、上記
一方の基板側にカラーフィルタを具備させることでカラ
ー液晶表示装置を構成するようになっている。

【０００６】図１０は本発明を適用する液晶表示装置の
全体構成例を説明する展開斜視図であって、６１は上フ
レーム、６２は下フレーム、６３は表示領域で形成され
る液晶表示窓、６４は一方の基板にカラーフィルタを具
備して偏光フィルム等の光学材を組み合わせてなる表示
パネル（液晶表示素子）、６５は駆動回路基板、６８は
スペーサ、６９は光拡散板と導光板および反射板からな
る導光体組立、７０は線状のバックライト光源を搭載す
る中間フレーム、７６は冷陰極管からなる線形上のバッ
クライト光源（ランプ）、７７はランプカバー、であ
る。

【０００７】また、７２は駆動回路基板６５に形成され
たグランドパット７１に接触される切り起こし片、７３
は下フレームに形成した爪受け７４に固定する爪、７５
は上フレーム６１と液晶表示パネル６４を固定する粘着
テープ、８０，８１はバックライトの中央部に直交する
線に対称な位置に設けた切り抜き部、８２，８３はバッ
クライト光源７６の長手方向に設けた切り抜き部、７
８，７９はバックライト光源７５の両端部の下方部分に
設けた切欠きである。また、上フレーム６１は例えば
０．８ｍｍ厚の鋼板で、下フレーム６２は鋼板あるいは
相当厚例えば０．５ｍｍ厚のアルミニウムで構成され
る。

【０００８】同図において、液晶表示素子６５は図に示
される順序で上フレーム６１と下フレーム６２とで挟持
固定される。中間フレーム７０の一端側には冷陰極管か
らなる線状光源（バックライト光源）７６が設置され、
ランプカバー７７で液晶表示パネル６４方向への直接光
を遮断し、その発光光を光拡散板と導光板からなる導光
体組立３７側に指向させる。

【０００９】スペーサ６８は中間フレーム７０に形成さ
れた凹部に設置される導光体組立６９と液晶表示パネル
６４との間に介在して表示領域を確定する。

【００１０】下フレーム６２の前記バックライト光源７
６と直交する方向に少なくとも前記液晶表示パネル６４
の領域にわたって上記バックライト光源の中央部に直交
する線に対称な位置に少なくとも一対の切り抜き部８
０，８１が設けられ、前記バックライト光源７６の直下
に当該バックライト光源７６の長手方向に設けた少なく
とも２つの切り抜き部８２，８３と、前記バックライト
光源７６の両端部の下方部分に設けた切欠き７８，７９
とが形成されている。

【００１１】上フレーム６１をステンレス薄板で、下フ
レーム６２をアルミニウム薄板で構成することで液晶表
示装置の剛性を低下させることなく薄型，軽量化を達成
すると共に、バックライト光源７６と直交する方向に少
なくとも液晶表示パネル６４の領域にわたって上記バッ
クライト光源の中央部に直交する線に対称な位置に設け
た切り抜き部８０，８１、バックライト光源７６の直下
に当該バックライト光源の長手方向に設けた切り抜き部
８２，８３、前記バックライト光源７６の両端部の下方
部分に設けた切欠き７８，７９とで放熱効果が向上し、
液晶表示パネル６４の全面に均一な温度分布を形成し、
表示むらの発生が防止される。

【００１２】バックライト光源７６の両端部は、特に、
温度低下を起因とする輝度の低下を招く部分であり、液
晶表示パネルの温度分布の均一化を維持できる範囲で、
温度を高くしておく必要がある。そこで、切欠き７８，
７９を設け、液晶表示パネルの温度分布の均一化を図り
つつ、輝度の低下を防止している。機能的には上記切り
抜き部８２，８３と同様の効果を生じる。

【００１３】そして、液晶表示パネル６４の領域にわた
って上記バックライト光源の中央部に直交する線に対称
な位置に設けた切り抜き部８０，８１は、下フレーム６
２の重量を軽くするとともに、液晶表示パネルの温度分
布の均一化を図っている。

【００１４】上記の液晶表示素子６５の一方の基板に形
成されるカラーフィルタは、前記基板の表面に遮光膜で
あるブラックマトリクスで区画された複数色（一般には
３色）のカラーフィルタが形成され、このカラーフィル
タの全面を覆って形成された保護膜とこの保護膜上に電
極膜が形成されている。

【００１５】上記ブラックマトリクスおよびカラーフィ
ルタは一般にフォトリソグラフィー技術で形成されるた
め、不連続なブラックマトリクスの上に形成された各カ
ラーフィルタの端縁に盛り上がりを有しており、その上
に電極膜を形成すると、液晶との接触面に前記盛り上が
りに対応した凸部が形成されて平坦性が損なわれる。こ
の電極膜が平坦でないと、その上に形成される配向膜も
平坦でなくなり、液晶層のギャップが不均一になって、
コントラスト不良や色むらの発生を招く。

【００１６】従来は、このの液晶表示素子の液晶接触面
の平坦化は、保護膜の塗布方法を工夫したり、塗布後に
機械的研磨を施す等の方法を用いていた。

【００１７】なお、この種のカラー液晶表示装置の従来
技術を開示したものとしては、例えば特公昭５１−１３
６６６号公報、特開昭６３−３０９９２１号公報、等を
挙げることができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術における保護膜の塗布ないし成膜は、原理的にはブラ
ックマトリクスやカラーフィルタ等、下地の各層パター
ンによる凹凸に倣ったプロファイルとなり、平坦化を完
全に実現することはできない。

【００１９】また、機械的な研磨は突起等除くことが可
能である一方、研磨の工程中において逆に異物を取り込
む場合が多い。これらの従来方法は異物または局所的な
突起等を除くということが眼目になっており、さらに液
晶表示素子の製作工程と範疇の異なるオフラインプロセ
スで加工するようになっている。

【００２０】本発明のより本質的な課題は、液晶表示素
子は原理的に平坦化を高度にすることにより画質をより
向上できるという点である。すなわち、ＳＴＮ（Ｓｕｐ
ｅｒＴｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）形液晶表示素子
では、セルギャップの精度は、例えば６μｍの中心値に
たいして、±０．０５μｍが要求されているが、必ずし
も基板全面に亙ってこの様な精度が達成されている訳で
はない。

【００２１】ＴＦＴ形液晶表示素子では、通常のＴＮ液
晶を用いているため、上記した程厳しくはないが、多層
構造による凹凸のためドメイン（配向不良領域）を生じ
て開口率を落とすことになる。

【００２２】この点は、特に画素サイズの小さい高精細
表示またはプロジェクター用の小型表示素子では重大な
問題である。

【００２３】本発明では、従来とは全く異なった原理に
よって上記の諸問題を同時に解決するものであり、その
目的とするところは、局所的にも大面積に亙っても高精
度で高速且つクリーンな平坦化プロセスを具備した液晶
表示素子の加工方法を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し上記目
的を達成するために、本発明では、以下の手段を用い
る。

【００２５】液晶表示素子を構成するカラーフィルター
基板の最上層である保護膜、ないしは色相層（各カラー
フィルタ）の凹凸をエキシマレーザー光のアブレーショ
ン現象を用いて切削し平坦に加工する方法として、 （１）エキシマレーザー光をレンズ等の光学系により長
手方向の光強度分布が均一なスリット状とし、この光を
集光レンズ等の光学系によって切削に必要な大きさに集
光し、これを切削する部分に照射する。

【００２６】この際、基板をＸーＹステージによって移
動させ、上記集光光の照射領域が切削すべき箇所に到達
するのと同期してレーザーを駆動し、エキシマレーザー
光のパルスを発生することにより、当該箇所を切削して
平坦化を行い、これを繰り返して基板の全面積を平坦に
加工する。

【００２７】（２）エキシマレーザー光をレンズ等の光
学系によりスリット状とし、これをフォトマスクに照射
し、そのマスクの開口パターンを結像レンズ系により切
削すべき基板上に結像し、基板およびマスクをＸーＹス
テージ等によって移動させ、切削すべき箇所への到達に
同期してエキシマレーザーを発振させることにより当該
箇所を切削し、平坦化を行うことにより、基板全面積を
平坦に加工する。

【００２８】（３）上記（２）において、フォトマスク
は当該エキシマレーザー光の波長に対する反射膜である
誘電体多層膜を、平坦化すべき基板の凸部に対応する二
次元繰り返し開口パターンに加工したものとする。

【００２９】スリット状の照明光のエネルギー分布は前
記フォトマスク面上でスリットの長手方向に均一に整形
されているものとし、これを円筒形レンズを対称に配置
した結像レンズによって基板上に結像させ、マスクおよ
び基板を相互に移動させることにより基板全面を平坦に
加工する。

【００３０】すなわち、請求項１に記載の第１の発明
は、基板上にブラックマトリクスで区画された複数色の
カラーフィルタ層を形成した後、前記カラーフィルタの
全面に保護膜を積層してなるカラーフィルタ基板を具備
した液晶表示素子の加工方法において、前記保護膜の表
面にエキシマレーザー光を照射し、エキシマレーザー光
のアブレーション現象を用いて前記保護膜の凸部を切削
して平坦に加工することを特徴とする。

【００３１】また、請求項２に記載の第２の発明は、基
板上にブラックマトリクスで区画された複数色のカラー
フィルタを形成した後、前記カラーフィルタの全面に保
護膜を積層してなるカラーフィルタ基板を具備した液晶
表示素子の加工方法において、前記カラーフィルタ層に
エキシマレーザー光を照射し、エキシマレーザー光のア
ブレーション現象を用いて前記カラーフィルタ層の凸部
を切削して平坦化した後、前記カラーフィルタ層を覆っ
て前記保護膜を形成することを特徴とする。

【００３２】さらに、請求項３に記載の第３の発明は、
上記第１および第２の発明において、長手方向の強度分
布が均一なスリット状のエキシマレーザー光を光学系に
より前記切削に必要とする大きさの集光部を有するプロ
ファイルとすると共に、前記集光部を前記基板に対して
一次元的に相対移動させ、前記凸部と前記集光部との一
致に同期して前記アブレーション現象を発生させること
を特徴とする。

【００３３】さらに、請求項３に記載の第４の発明は、
上記第１および第２の発明において、長手方向の強度分
布が均一なスリット状のエキシマレーザー光を前記凸部
のパターンに対応する開口を有するフォトマスクを介し
た後、結像光学系で前記切削に必要とする大きさの集光
部を有するプロファイルとすると共に、前記フォトマス
クと前記基板を二次元的に相対移動させ、前記凸部と前
記集光部との一致に同期して前記アブレーション現象を
発生させることを特徴とする。

【００３４】そして、請求項５に記載の第５の発明は、
上記第４の発明において、前記フォトマスクは前記エキ
シマレーザー光の波長に対する反射膜である誘電体多層
膜を前記基板の凸部に対応する二次元繰り返しパターン
に応じた開口を有するごとく加工してなり、前記フォト
マスクを通した前記エキシマレーザー光を円筒形レンズ
を対称に配置してなる前記結像光学系で前記集光部に集
光させると共に、前記フォトマスクと前記基板を二次元
的に相対移動させることを特徴とする。

【００３５】

【作用】エキシマレーザー光を用いたアブレーション現
象とは、高いエネルギー密度を持つ紫外エキシマレーザ
ー光が物質に照射されると、光の当たった部分の物質が
光分解して飛散する現象と定義される。

【００３６】従って、フォトマスクをエキシマレーザー
光で照明し物質面に結像すれば、当該フォトマスクの開
口パターン通りのパターンが形成されることになる。

【００３７】可視光以上の波長のレーザー光では物質の
分解は、主として熱過程によって起こるが、エキシマレ
ーザー光の場合は、特に多くの有機物に対しては化学結
合を直接切断する非熱過程により分解する。

【００３８】図１は本発明による液晶表示素子の加工方
法の原理の説明図であって、２は基板（ＳＵＢ１）、３
はフィルタ部、３ａは凸部、４はエキシマレーザー光、
４ａはエキシマレーザー光の強度プロファイルである。

【００３９】同図において、基板（ＳＵＢ１）２の表面
にはブラックマトリクスで区画された複数色のフィルタ
層、または前記複数色のフィルタ層を覆って成膜した保
護膜からなるフィルタ部３が形成されている。

【００４０】そして、上記凹部３ａは複数色のフィルタ
層、または保護膜が部分的に盛り上がって形成されてお
り、紙面に直角方向に長い畝状となっている。

【００４１】この凸部３ａに対して強度プロファイル４
ａを持つエキシマレーザー光４を照射することにより、
凸部３ａの盛り上がりを切削して、平坦化する。

【００４２】上記強度プロファイル４ａは凹部３ａの盛
り上がり断面形状に対して相補的な分布をもち、図中の
矢印の長さは強度の大きさに相当する。

【００４３】図２はエキシマレーザー光のアブレーショ
ン現象による有機材料の除去量（以下有機膜構造を対称
とするので「アブレーション深さ」と称する）とエキシ
マレーザー光のエネルギー密度（強度、以下、フリュー
エンス：ｆｌｕｅｎｃｅと称す）との関係の説明図であ
って、アブレーションレーザー光のショット数をパラメ
ータとしてフリューエンスに対するアブレーション深さ
（μｍ／ｓｈｏｔ）の関係を示す。

【００４４】同図に示したように、フリューエンスに対
するアブレーション深さは、ある閾値をもち、なだらか
に変化する。

【００４５】図３はエキシマレーザー光のアブレーショ
ン現象による有機材料の除去量と液エキシマレーザー光
のショット数との関係の説明図であって、フリューエン
スをパラメータとしてショット数に対するアブレーショ
ン深さ（μｍ／ｓｈｏｔ）の関係を示す。

【００４６】同図に示したように。ショット数とアブレ
ーション深さはほぼ比例関係にある。

【００４７】以上の様な特性を用いて膜面上の突起（凸
部）を除去するには、この突起に比例したプロファイル
を持つエキシマレーザー光のビームを照射すれば良い。

【００４８】通常のプロセスによって成膜された場合、
この突起は山形である。そして、アブレーションレーザ
ー光のビーム形状は円形、長方形等の任意の形状のアパ
ーチャー（開口）、あるいはレンズ等の光学系で形成す
ることは容易で、各突起に対して大きさとエネルギー密
度を調整すれば良い。

【００４９】具体的には、アパーチャーサイズを変える
か、レンズの焦点位置を変えるか、あるいはレーザーの
出力自体を調整するかの何れか、またはそれらの組み合
わせである。

【００５０】さらに、エキシマレーザー光によるアブレ
ーションのレート（加工速度）の実際の値は、有機材料
によって異なり、１００ｍＪ／ｃｍ² のエネルギー密度
に対して０．０１μｍ／ショットから０．１μｍ／ショ
ットのオーダーである。

【００５１】この値は、前に説明したように、エネルギ
ー密度にほぼ比例して上昇する。従って、機構系の精度
が十分であれば、サブミクロンのオーダーでの精密な加
工ができる。また、平面的な精細度は光学系によること
は言うまでもない。

【００５２】図４は液晶表示素子のカラーフィルタ基板
の構造例を説明する断面図であって、２はガラス基板、
３はフィルタ部、ＢＭはブラックマトリクス、ＦＩＬ
（Ｒ），ＦＩＬ（Ｇ），ＦＩＬ（Ｂ）は赤，緑，青の各
フィルタ、ＯＣは保護膜（オーバーコート）である。

【００５３】同図のカラーフィルタＦＩＬ（Ｒ），ＦＩ
Ｌ（Ｇ），ＦＩＬ（Ｂ）は、所謂ストライプ状のカラー
フィルターであり、図示したように各カラーフィルタの
表面面上の一方向（紙面に直角な方向）に凹凸が規則的
に並んでいる。

【００５４】この凹凸はブラックマトリクスＢＭの上に
ホトリソグラフィー技術でカラーフィルタＦＩＬ
（Ｒ），ＦＩＬ（Ｇ），ＦＩＬ（Ｂ）を順次形成する際
に必然的に形成されるものである。

【００５５】カラーフィルタＦＩＬ（Ｒ），ＦＩＬ
（Ｇ），ＦＩＬ（Ｂ）の表面に凹凸があると、その上に
形成した保護膜ＯＣにも同様の凹凸が形成される。

【００５６】このような凹凸が存在すると、その後に保
護膜ＯＣ上に形成される電極、および配向膜にも同様の
凹凸が生じ、他方の基板との間のギャップに不均一が起
こり、閾値の変化でコントラストの劣化た輝度むらが発
生する。

【００５７】図５は上記した一方向に延在する畝状の凸
部をアブレーション現象により切削して平坦化するため
の平坦化加工方法の説明図であって、１はＸ−Ｙステー
ジ（基板ステージ）、１ＡはＸ−Ｙステージ駆動装置、
１Ｂは同期装置、１Ｃはエキシマレーザー駆動装置、２
はカラーフィルタ基板、３はフィルタ部、３ａは凸部、
３ａ’は切削された凸部、４はエキシマレーザー光、８
はスリット状レーザー光、９は集光レンズである。

【００５８】図示したような規則的な並びの凸部３に対
しては、Ｘ方向（凸部３の延在方向と直交する方向）に
移動するＸ−Ｙステージ１に基板２を載置し、Ｘ−Ｙス
テージ駆動装置１ＡによりＸ−Ｙステージ１を、例えば
ステップモータ機構によって基板２を一方向（凸部３ａ
の延在方向と直交する方向：Ｘ）にスキャンする。

【００５９】Ｘ−Ｙステージ駆動装置１ＡからＸ−Ｙス
テージ１の位置情報が同期装置１Ｂに供給され、集光部
と凸部３ａが一致する位置において同期装置１Ｂはエキ
シマレーザー１Ｃに駆動信号を与えて瞬間的にエキシマ
レーザー光４を照射することにより凸部３ａ’を切削除
去して、全面を平坦化する。

【００６０】これはエキシマレーザーがナノ秒オーダー
の時間幅のパルスレーザーであり、基板ステージ１の通
常の動きに対しては実際上瞬間と看做すことができるた
めである。

【００６１】すなわち、基板ステージ１のスキャンスピ
ードをｖとし、凸部３ａのピッチをＤとすると、ｖ／Ｄ
の周波数でパルスを発生させるように同期装置１Ｃを制
御すれば良いことになる。

【００６２】凸部３ａの分布が二次元の場合は、基板ス
テージをＸ−Ｙの両方向に移動可能なものとして、前記
一次元の動作を凸部３ａの延在方向と平行な方向に沿っ
て実行すれば良い。ただし、同期信号の制生成位置、お
よび光ビーム形状は当該凸部の延在方向形状および配置
に応じて設定される。

【００６３】図６はフォトマスクを用いて凸部をアブレ
ーション現象により二次元で切削して平坦化するための
平坦化加工方法の説明図であって、５は結像レンズ系、
６はフォトマスク用のＸ−Ｙステージ（マスクステー
ジ）、６Ａはマスクステージ駆動装置、図５と同一符号
は同一機能部分に相当する。

【００６４】この構成は、さらに高速かつ精密な二次元
切削を行うようにしたものであり、基板２は基板ステー
ジ１に、フォトマスク７はマスクステージ６に搭載され
て相互に移動できるように構成されている。

【００６５】この場合、フォトマスク７としては凸部３
ａの二次元分布を反映するパターンを有する。すなわ
ち、凸部３ａに対応した位置が開口部になっている構成
である。

【００６６】また、このフォトマスク７はエキシマレー
ザー光に適応させるため、その構成材料に誘電体多層膜
を用いる。フォトマスク７にはスリット状に形成したエ
キシマレーザー光の照明光が照射され、これを結像レン
ズ系５で基板ステージ１に搭載した基板２のフィルタ層
３上に結像する。結像レンズ系５は高精度の結像性能を
さほど必要とせず、基本的には一対の長い円筒形レンズ
で１：１にフォトマスク７の開口形状（スリット形状）
を投射する構成としている。

【００６７】上記フォトマスク７へのエキシマレーザー
光の照明、および一次元分布でのスリット状のエキシマ
レーザー光の照明は、当該スリットの長手方向での光強
度の均一性が必要である。

【００６８】図７はエキシマレーザー光を長手方向に均
一なスリット形状とするための光学系の一例を説明する
模式図であって、（ａ）は水平成分、（ｂ）は垂直成分
の各光学系である。

【００６９】同図において、７はフォトマスク、９，
９’は集光レンズ、１０はコンデンサレンズ、１１と１
２は円筒形レンズ、１３，１４，１５はビームエキスパ
ンダーレンズである。

【００７０】（ａ）に示したように、水平成分はビーム
エキスパンダーレンズ１５と１３によって拡大された光
を円筒形レンズ１２、１１により分割し、コンデンサー
レンズ１０によりフォトマスク７の面ないし基板２に形
成されたフィルタ像３上に均一な分布を得る。

【００７１】また、（ｂ）に示したように、垂直成分で
あるスリット幅ｄは（ａ）のビームエキスパンダーレン
ズ１５により絞り込まれた光をビームエキスパンダーレ
ンズ１４により平行化する。スリットの幅方向の鋭い立
ち上がりが必要な場合は、（ａ）に示す様な光学系を採
用すれば良い。

【００７２】また、一次元分布の場合のスリット状光ビ
ームは、集光レンズ９または９’を図示した位置に置い
て集光する。

【００７３】すなわち、請求項１に記載の第１の発明に
おいて、ブラックマトリクスで区画されたカラーフィル
タを覆って形成した保護膜の表面に、エキシマレーザー
光を照射することにより、保護膜の凸部が切削されて平
坦化される。

【００７４】また、請求項２に記載の第２の発明におい
て、ブラックマトリクスで区画されたカラーフィルタの
表面にエキシマレーザー光を照射することにより、カラ
ーフィルタ層の凸部が切削されて平坦化される。その
後、カラーフィルタ層を覆って保護膜を形成することに
よりカラーフィルタの表面に形成された保護膜は平坦に
なる。

【００７５】さらに請求項３に記載の第３の発明におい
て、エキシマレーザー光を長手方向の強度分布が均一な
スリット状とし、これを光学系により切削を必要とする
大きさの集光部を有するプロファイルとし、その集光部
を基板に対して一次元的に相対移動させて凸部と集光部
との位置の一致に同期してアブレーション現象を発生さ
せることにより、前記凸部が切削除去される。

【００７６】さらに、請求項４に記載の第４の発明にお
いて、エキシマレーザー光を長手方向の強度分布が均一
なスリット状とし、これを凸部のパターンに対応する開
口を有するフォトマスクを介して結像光学系で切削に必
要とする大きさの集光部を有するプロファイルとし、フ
ォトマスクと基板を二次元的に相対移動させて凸部と集
光部との位置の一致に同期してアブレーション現象を発
生させることにより凸部が切削除去される。

【００７７】そして、請求項５に記載の第５の発明にお
いて、エキシマレーザー光の波長に対する反射膜である
誘電体多層膜を基板の凸部に対応する二次元繰り返しパ
ターンに応じた開口を有するごとく加工した前記フォト
マスクを用い、このフォトマスクを通したエキシマレー
ザー光を円筒形レンズを対称に配置してなる結像光学系
で集光部に集光させると共に、フォトマスクと基板を二
次元的に相対移動させることによって、基板状のカラー
フィルタ、あるいはカラーフィルタを覆って形成された
保護膜の凸部が切削除去される。

【００７８】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。

【００７９】図８および図９は本発明による液晶表示素
子の加工方法の１実施例を説明する工程図であって、図
８の工程（ａ）〜（ｅ）、および図９の工程（ｆ）〜
（ｊ）で液晶表示素子のカラーフィルタ基板が製作され
る。

【００８０】図８および図９において、ＳＵＢ１は透明
ガラスからなる基板、ＢＭはブラックマトリクス、ＦＩ
Ｌ（Ｒ），ＦＩＬ（Ｇ），ＦＩＬ（Ｂ）は赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）の各カラーフィルタ、ＯＣは保護膜、
ＩＴＯは透明電極である。

【００８１】まず、（ａ）透明ガラス基板ＳＵＢ１（図
１の基板２に相当）上に黒色顔料を分散したネガ型感光
性樹脂膜ＣＫ−２０００（商品名、富士ハントエレクト
ロニクステクノロジー株式会社製）をスピンコートなど
の塗布方法を用いて塗布し、所定の開口パターンを有す
るマスクＭＡＳＫ−１を用いた（ｂ）紫外線ＵＶ露光
（露光１）を施し、これを（ｃ）現像する（現像１）公
知のフォトリソグラフィー技術により膜厚約１．０μｍ
のブラックマトリクス（ＢＭ）を形成する（第１フォト
工程ＢＭ用）。

【００８２】上記ＢＭ形成用の（ｂ）の露光工程では、
当該ＢＭ形成用フォトマスクＭＡＳＫ−１の開口パター
ンは、点灯領域外側（外周）にも点灯領域と同様の開口
パターンを有する。

【００８３】次に、（ｄ）ブラックマトリクスＢＭの上
に第１色目のカラーフィルタとして赤色カラーフィルタ
を形成するための赤色顔料を分散した感光性赤色樹脂膜
ＣＲ−２０００（商品名、富士ハントエレクトロニクス
テクノロジー株式会社製）を上記ＢＭ形成工程と同様の
方法で塗布して、（ｅ）所定の開口パターンを有するマ
スクＭＡＳＫ−２を用いた紫外線露光を施し、（ｆ）こ
れを現像してフォトリソグラフィー技術により赤色カラ
ーフィルタＦＩＬ（Ｒ）を形成する。

【００８４】次いで、（ｇ）上記と同様にして、緑色顔
料を分散した感光性緑色樹脂膜ＣＧ−２０７０（商品
名、富士ハントエレクトロニクステクノロジー株式会社
製）を上記ＢＭ形成工程と同様の方法で塗布して、所定
の開口パターンを有するマスクを用いた紫外線露光を施
し現像して緑色カラーフィルタＦＩＬ（Ｇ）を形成し、
次に青色顔料を分散した感光性青色樹脂膜ＣＢ２０００
（商標名、富士ハントエレクトロニクステクノロジー株
式会社製）を用いて青色カラーフィルタＦＩＬ（Ｂ）を
形成する。

【００８５】各カラーフィルタＦＩＬ（Ｒ），ＦＩＬ
（Ｇ），ＦＩＬ（Ｂ）は基板ＳＵＢ１の表面に不連続に
形成されたブラックマトリクスＢＭ上に重ねて形成され
るため、図示したようにブラックマトリクスの位置すな
わち各カラーフィルタの境界領域で盛り上がり（凸部）
を有する。

【００８６】このカラーフィルタを覆って、（ｈ）当該
カラーフィルタの保護膜（オーバコート）ＯＣを塗布す
る。

【００８７】塗布した保護層ＯＣは、上記したカラーフ
ィルタの盛り上がりを反映して、各カラーフィルタの境
界領域に対応する位置に凸部３ａを有する。

【００８８】（ｉ）上記保護層ＯＣを形成したカラーフ
ィルタ基板ＳＵＢ１を前記したエキシマレーザー光の照
射により凸部３ａを切削して除去し、平坦な平面をもつ
保護膜ＯＣを得る。

【００８９】その後、（ｊ）保護膜ＯＣ上に透明電極Ｉ
ＴＯを形成する。。

【００９０】なお、上記透明電極ＩＴＯはその後パター
ニング後、その上に配向膜を形成してカラーフィルタ基
板を得る。

【００９１】このようにして製作したカラーフィルタ基
板ＳＵＢ１と、透明画素電極，配向膜等を形成したもう
一方の透明ガラス基板を貼り合わせ、その間隙に液晶を
封止して液晶表示素子を構成する。

【００９２】また、この実施例では、顔料を分散したネ
ガ型感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィー技術によ
りブラックマトリクスＢＭ、赤色カラーフィルタ
（Ｒ）、緑色カラーフィルタ（Ｇ）、青色カラーフィル
タ（Ｂ）を形成したが、これに限るものではなく、その
材質、成膜方法、パネル形成方法は任意である。

【００９３】上記の実施例では、保護膜ＯＣを形成後
に、その表面に形成される盛り上がり（凸部）をエキシ
マレーザー光のアブレーション現象で除去したが、上記
カラーフィルタＦＩＬ（Ｒ），ＦＩＬ（Ｇ），ＦＩＬ
（Ｂ）の形成後、保護膜ＯＣの被覆前に上記工程（ｉ）
と同様のエキシマレーザー光の照射で上記各カラーフィ
ルタの境界領域に形成されている凸部を切削除去して平
坦化し、その上に保護膜ＯＣを形成してもよい。

【００９４】さらに、ブラックマトリクスＢＭは黒色顔
料を用いたものに限らず、金属クロム等の薄膜を用いて
形成してもよい。

【００９５】次に、本発明による液晶表示素子の加工方
法の具体例を説明する。

【００９６】［具体例１］まず、厚さ１．１ｍｍの透明
なガラス基板上に、厚さ１．２μｍのＢＭを形成し、こ
の上にストライプ状のカラーフィルター各色相を一層づ
つフォトリソグラフィー技術により形成し、最後にポリ
イミド系の有機保護膜を塗布する。

【００９７】カラーフィルター層の塗布厚みは約２μｍ
で、保護膜の塗布厚みは約２．４μｍである。この様な
構成で化フィルタのストライプの縁（フィルタの境界領
域）の部分に凸部が生じて、その高さは約０．６μｍ，
凸部の幅は約３０μｍである。

【００９８】前記図７に対応する照明光学系としては、
ビームエキスパンダーレンズ１３の位置でスリット長さ
を２５０ｍｍとした。スリット幅は１ｍｍである。

【００９９】エキシマレーザー光の長手方向の強度の均
一化に用いる円筒形レンズ１２，１１の曲率半径は、そ
れぞれ５０ｍｍ、３５ｍｍである。また、円筒形レンズ
１２，１１の幅は１０ｍｍ、高さは１０ｍｍであり、各
２６個をアレイ状に配列して用いている。

【０１００】また、コンデンサーレンズ１０の曲率半径
は２５０ｍｍで、フォトマスク７の位置に曲率半径５０
ｍｍの円筒形レンズを置いてレーザー光ビームを絞り込
む。焦点位置でのレーザー光ビームの最小幅は約１０μ
ｍである。

【０１０１】ここでのレーザー光ビームのピーク強度を
１０００ｍＪ／ｃｍ² にするには、レーザー光ビームの
出口での出力は６０ｍＪ程度あれば十分である。

【０１０２】エキシマレーザー光の波長は２４８ｎｍで
ある。この波長に対して、ここで用いている保護膜材料
のアブレーションレートは１０００ｍＪ／ｃｍ² のエネ
ルギー密度に対して約０．６μｍ／ショットである。従
って、各凸部あたり１ショット照射するだけで良い。

【０１０３】カラーフィルターのストライプのピッチは
１２０μｍであり、３０ｍｍ／ｓのスピードで基板をス
キャンする。４ｍｓごとに１発のショット、すなわち２
５０Ｈｚの発振によって１０秒で３００ｍｍの基板を平
坦化することができる。

【０１０４】［具体例２］具体例１におけるカラーフィ
ルターの形成後、保護膜塗布工程の前でエキシマレーザ
ー光による凸部切削を行って、カラーフィルタ層の平坦
化を行う。

【０１０５】カラーフィルタ層内の段差の平均値は約
１．０μｍであり、カラーフィルター材のアブレーショ
ンレートは１０００ｍＪ／ｃｍ² で約０．５μｍ／ショ
ットである。

【０１０６】エキシマレーザー光照射の光学系は、上記
具体例１と同じものを用いたが、本具体例では、スキャ
ンスピードを６０ｍｍ／ｓとし、５００Ｈｚでエキシマ
レーザーを発振させる。

【０１０７】上記の条件でエキシマレーザー光照射スキ
ャンを一往復させてカラーフィルタ層を平坦化した後、
保護膜を塗布したところ、０．１μｍ以下の平坦度が得
られた。

【０１０８】［具体例３］上記具体例１において平坦化
した基板をさらに高精度で仕上げるために、各カラース
トライプの端部を中心に２０μｍ幅の開口を持つ誘電体
多層膜によるフォトマスクを図６の光学系を用いて平坦
化を行う。

【０１０９】結像レンズは１：１で、かつ対称レンズで
ある。照射エネルギー密度は２００ｍＪ／ｃｍ² で、レ
ートは０．０８μｍ／ショットである。

【０１１０】スキャンスピードを３０ｍｍ／ｓ、エキシ
マレーザーの発振周波数は２５０Hzである。

【０１１１】また、エキシマレーザー光照射の１回のス
キャン時間は１０秒で、平坦度は０．０５μｍ以下であ
った。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非接触の手段により、液晶表示素子のカラーフィルター
基板を０．１μm 以下の精度で、かつクリーンなプロセ
スで平滑化でき、この結果として、表示性能の優れたカ
ラー液晶表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示素子の加工方法の原理の
説明図である。

【図２】エキシマレーザー光のアブレーション現象によ
る有機材料の除去量とエキシマレーザー光のエネルギー
密度との関係の説明図である。

【図３】エキシマレーザー光のアブレーション現象によ
る有機材料の除去量と液エキシマレーザー光のショット
数との関係の説明図である。

【図４】液晶表示素子のカラーフィルタ基板の構造例を
説明する断面図である。

【図５】一方向に延在する畝状の凸部をアブレーション
現象により切削して平坦化するための平坦化加工方法の
説明図である。

【図６】フォトマスクを用いて凸部をアブレーション現
象により二次元で切削して平坦化するための平坦化加工
方法の説明図である。

【図７】エキシマレーザー光を長手方向に均一なスリッ
ト形状とするための光学系の一例を説明する模式図であ
る。

【図８】本発明による液晶表示素子の加工方法の１実施
例を説明する工程図である。

【図９】本発明による液晶表示素子の加工方法の１実施
例を説明する工程図である。

【図１０】本発明を適用する液晶表示装置の全体構成例
を説明する展開斜視図である。

【符号の説明】

１ 基板用Ｘ−Ｙステージ、 １Ａ Ｘ−Ｙステージ駆動装置 １Ｂ 同期装置 １Ｃ エキシマレーザー駆動装置 ２ カラーフィルター基板、 ３ カラーフィルター層（フィルタ部） ３a 盛り上がり部（凸部） ３ａ’切削された凸部 ４ エキシマレーザー光 ６ フォトマスク用Ｘ−Ｙステージ ６Ａ Ｘ−Ｙステージ駆動装置 ７ フォトマスク ８ スリット状レーザー光 ９，９’ 集光レンズ １０ コンデンサレンズ １１，１２は円筒形レンズ １３，１４，１５ ビームエキスパンダーレンズ ＢＭ ブラックマトリクス ＯＣ 保護膜（オーバーコート） ＦＩＬ（Ｒ），ＦＩＬ（Ｇ），ＦＩＬ（Ｂ） カラーフ
ィルタ。

【手続補正書】

【提出日】平成８年５月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年７月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にブラックマトリクスで区画された
   複数色のカラーフィルタ層を形成した後、前記カラーフ
   ィルタの全面に保護膜を積層してなるカラーフィルタ基
   板を具備した液晶表示素子の加工方法において、 前記保護膜の表面にエキシマレーザー光を照射し、エキ
   シマレーザー光のアブレーション現象を用いて前記保護
   膜の凸部を切削して平坦に加工することを特徴とする液
   晶表示素子の加工方法。
2. 【請求項２】基板上にブラックマトリクスで区画された
   複数色のカラーフィルタを形成した後、前記カラーフィ
   ルタの全面に保護膜を積層してなるカラーフィルタ基板
   を具備した液晶表示素子の加工方法において、 前記カラーフィルタ層にエキシマレーザー光を照射し、
   エキシマレーザー光のアブレーション現象を用いて前記
   カラーフィルタ層の凸部を切削して平坦化した後、前記
   カラーフィルタ層を覆って前記保護膜を形成することを
   特徴とする液晶表示素子の加工方法。
3. 【請求項３】請求項１または２において、長手方向の強
   度分布が均一なスリット状のエキシマレーザー光を光学
   系により前記切削に必要とする大きさの集光部を有する
   プロファイルとすると共に、前記集光部を前記基板に対
   して一次元的に相対移動させ、前記凸部と前記集光部と
   の一致に同期して前記アブレーション現象を発生させる
   ことを特徴とする液晶表示素子の加工方法。
4. 【請求項４】請求項１または２において、長手方向の強
   度分布が均一なスリット状のエキシマレーザー光を前記
   凸部のパターンに対応する開口を有するフォトマスクを
   介した後、結像光学系で前記切削に必要とする大きさの
   集光部を有するプロファイルとすると共に、前記フォト
   マスクと前記基板を二次元的に相対移動させ、前記凸部
   と前記集光部との一致に同期して前記アブレーション現
   象を発生させることを特徴とする液晶表示素子の加工方
   法。
5. 【請求項５】請求項４において、前記フォトマスクは前
   記エキシマレーザー光の波長に対する反射膜である誘電
   体多層膜を前記基板の凸部に対応する二次元繰り返しパ
   ターンに応じた開口を有するごとく加工してなり、前記
   フォトマスクを通した前記エキシマレーザー光を円筒形
   レンズを対称に配置してなる前記結像光学系で前記集光
   部に集光させると共に、前記フォトマスクと前記基板を
   二次元的に相対移動させることを特徴とする液晶表示素
   子の加工方法。