(57)【要約】  【課題】液晶注入後における気泡発生がなく、配向膜が均一に塗布され、画像品質に優れた半透過型液晶表示装置を提供する。  【解決手段】一画素内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過型液晶表示装置に用いられ、かつ透明基板上に格子状に形成されたブラックマトリックスとブラックマトリックスの開口部に形成された画素と液晶層厚調整層とを有する半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法において、感光性透明樹脂層を矩形開口部の四隅が曲率半径６μｍ以上１６μｍのフォトマスクを用いて近接露光および現像することにより、液晶層厚調整層を形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。【選択図】図６
2010237470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一画素内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過型液晶表示装置に用いられ、かつ透明基板上に格子状に形成されたブラックマトリックスとブラックマトリックスの開口部に形成された画素と液晶層厚調整層とを有する半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法において、感光性透明樹脂層を矩形開口部の四隅が曲率半径６μｍ以上１６μｍのフォトマスクを用いて近接露光および現像することにより、液晶層厚調整層を形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項２】
一画素内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過型液晶表示装置に用いられ、かつ透明基板上に格子状に形成されたブラックマトリックスとブラックマトリックスの開口部に形成された画素と液晶層厚調整層とを有する半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法において、感光性透明樹脂層を矩形開口部の四隅が内角が９０°よりも大きい多角形状を有しているフォトマスクを用いて近接露光および現像することにより、液晶層厚調整層を形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項３】
液晶層厚調整層が溝部を有し、該溝部の少なくとも一部がブラックマトリクス上に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
【請求項４】
上部に溝部が形成された部分のブラックマトリックスの幅が、上部に溝部が形成されていない部分のブラックマトリックスの幅よりも広いことを特徴とする請求項３に記載の半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の製造方法によって得られた半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板を有する半透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノートパソコンやＰＣ用ディスプレイ、テレビ、携帯型ゲーム機器及び音楽機器、デジタルカメラ等に使用される液晶表示装置に関するものであり、特に、屋外や室内灯で照らされた屋内など、周囲の環境光（外光）が十分で明るい場所においても用いることが可能な半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法および半透過型液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半透過型液晶表示装置においては、透過表示領域に入射した光が液晶層を通過する回数が1回であるのに対し、反射表示領域の場合には光の通過回数が２回（１往復）となるため、液晶によるリタデーション（位相差）に差異が生じる結果、透過表示領域と反射表示領域とで色合いが異なる映像として表示されてしまうという問題が生じる。この問題を解決するため、透過表示領域と反射表示領域とで光路長を等しくすることを目的として、カラーフィルター基板の反射表示領域上に、液晶層厚を調整するための樹脂層、いわゆる液晶層厚調整層５を直線状に配置した構造が現在広く採用されている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながらこのように液晶層厚調整層によりカラーフィルター表面にμｍオーダーの凹凸形状が形成されている場合、その後工程であるカラーフィルター表面に液晶配向膜を塗布する工程において塗液の流動が前記凹凸形状により阻害される結果、配向膜の膜厚が不均一となり、液晶分子の配向が乱されパネル表示不良などの不具合に至る。
【０００４】
この対策として例えば特許文献２に示されるように、直線状の液晶層厚調整層の各所に配向膜の流動を促すための溝部を設けた矩形状パターンが近年広く採用され始めている。（図３）なお、ここで言う溝部とは液晶層厚調整層を長辺方向に２つ以上の部位に分割するための区切り構造であり、該箇所において液晶層厚調整層の樹脂が底部まで完全に除去されている構造を指す。このような溝部の形成により配向膜の塗布厚さが均一化される結果、パネル表示不良等の不具合を解消することが可能となる。尚、該溝部は図３に示されるように遮光用のブラックマトリクス格子に沿って配置されるのが一般的であり、これにより表示に寄与しない無効エリア面積を最小限に抑えることが出来る。
【０００５】
該液晶層厚調整層を形成する手段としては、カラーフィルター基板上にアクリル系樹脂などから成る感光性ネガレジストを塗布し、乾燥、露光、現像するフォトリソグラフィー加工が一般的である。代表的な露光方法としては近接露光方式やミラープロジェクション露光方式が挙げられるが、装置コストの点で前者が優れておりカラーフィルター用途として広く用いられている。
【０００６】
近接露光法とはフォトマスクと被感光基板とを数十〜数百μｍのギャップを介して保持し、マスク側から紫外光を平行入射させることによりパターン露光する方法であるが、短所の一つとして、マスクパターンの開口端部で入射光が回折する影響により生ずる結像ぼけの問題が挙げられ、その結果フォトマスクの開口形状と加工上がり形状との間に差異が生じてしまう問題が広く知られている。
【０００７】
例えば、図４に示されるような矩形状の開口パターン１６を有するフォトマスクを用いて感光性ネガレジストを近接露光により加工した場合、加工上がりでの輪郭形状は同図内の実線１７で示されるように四隅の角を落とした形状として得られてしまう。このメカニズムを説明するために、近接露光法における一般的な露光強度分布のシミュレーション結果を図５に示す。これに見られるように、矩形開口パターンの四隅頂点付近では回折光が分断されることで露光強度が大幅に低下しており、該箇所での樹脂硬化が不十分となる結果、四隅の角が欠落したような輪郭形状が得られることになる。
【０００８】
近接露光における上記問題の改善策の一つとしては、特許文献３に示されるようにフォトマスクの開口部の四隅形状を円形状にすることにより回折光の強度低下を最小限に抑える方法が提案されており、これにより比較的四隅形状が直角な矩形状輪郭パターンを得ることが可能となる。
【０００９】
しかし液晶層厚調整層の加工形状が液晶表示装置の品質に与える影響度としては、前述の輪郭形状が与える影響よりも寧ろ側面テーパー形状による影響のほうが遥かに重要となることが明らかとなっている。
【００１０】
図４の矩形状開口パターン１６のフォトマスクを用いて近接露光法で液晶層厚調整層を形成した場合の各箇所での側面テーパー形状を図中（ａ）〜（ｃ）に示す。破線箇所（ａ）や（ｃ）での側面が順テーパー形状として得られることが多いのに対し、（ｂ）の箇所での断面は底部側がオーバーハングした逆テーパー形状として得られる場合が多い。
【００１１】
逆テーパー形状となり易い原因は、前述の輪郭形状の場合と同様に露光強度の分布に起因したものである。液晶層厚調整層の側面テーパー形状は膜厚方向における樹脂成分の光硬化度分布によって決定されるが、基板表面から入射した光エネルギーは樹脂内部で吸収されるため、膜厚方向では表面側から底部側に向かって光硬化度が指数関数的に減衰する分布を示す。したがって、図４（ｂ）の開口四隅のように露光強度が特に低下する箇所においては底部側での光硬化が不十分となり、逆テーパー形状に至る結果となる。
このように液晶層厚調整層の断面が逆テーパー形状として形成されてしまった場合、液晶表示装置の製品信頼性に対して多大な悪影響が発生するが、その中でも特に深刻な問題となるのが液晶表示画面上への気泡発生不良である。
【００１２】
液晶ディスプレイの構成は、表面に配向膜が形成されたカラーフィルター基板とＴＦＴアレイ基板の間に液晶を挟み込み、シール材で封入した構造となっているが、該液晶層厚調整層の側面が逆テーパー形状である場合には、配向膜の塗布工程や液晶注入工程において該逆テーパー箇所での液置換が進行し難くなる結果、気泡溜まりが残り易くなる。このような気泡溜まりはその後のパネル組立工程における１００℃以下の低温加熱処理によっても容易にカラーフィルター表面に浮き上がり、パネルの画像品質を低下させる致命的不具合の要因となる。
【００１３】
このように液晶表示装置の品質に対し重大な影響を与えうる液晶層厚調整層側面の逆テーパー化を最も簡便に解決する方法としては、露光量を高めに設定することにより樹脂の底部側まで十分に光硬化させる方法が効果的であるが、一方で副作用として回折光量の増加に伴い液晶層厚調整層のサイズが所望の大きさよりも大幅に大きく出来上がってしまったり加工パターンが丸みを帯びてしまうなどの問題が生じる。特に図４の破線（ｃ）のような溝部部分では、両サイドの開口部からの回折光が相乗されるためより一層サイズが拡大し易く、近年の携帯電話用ＬＣＤパネルのように幅１０μｍ以下の高精細な溝部を要求される場合には、隣接する液晶層厚調整層のパターン同士が繋がってしまうケースも多い。その結果、流路としての効果が失われ、配向膜の膜厚を均一化する機能を果たさなくなるなどの不具合に至る。
【００１４】
このように、液晶層厚調整層を近接露光法により加工するフォトリソグラフィープロセスにおいて、液晶層厚調整層側面の逆テーパー化を完全に抑制しつつ且つ同時に高精細な溝部を形成することは従来のプロセス方法では非常に困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−２４２２２６号公報
【特許文献２】特開２００７−７９３５５号公報
【特許文献３】特開２００７−２１２５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
液晶注入後における気泡発生がなく、配向膜が均一に塗布され、画像品質に優れた半透過型液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）一画素内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過型液晶表示装置に用いられ、かつ透明基板上に格子状に形成されたブラックマトリックスとブラックマトリックスの開口部に形成された画素と液晶層厚調整層とを有する半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法において、感光性透明樹脂層を矩形開口部の四隅が曲率半径６μｍ以上１６μｍのフォトマスクを用いて近接露光および現像することにより、液晶層厚調整層を形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
（２）一画素内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過型液晶表示装置に用いられ、かつ透明基板上に格子状に形成されたブラックマトリックスとブラックマトリックスの開口部に形成された画素と液晶層厚調整層とを有する半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法において、感光性透明樹脂層を矩形開口部の四隅が内角が９０°よりも大きい多角形状を有しているフォトマスクを用いて近接露光および現像することにより、液晶層厚調整層を形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
（３）液晶層厚調整層が溝部を有し、該溝部の少なくとも一部がブラックマトリクス上に形成されていることを特徴とする（１）または（２）のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
（４）上部に溝部が形成された部分のブラックマトリックスの幅が、上部に溝部が形成されていない部分のブラックマトリックスの幅よりも広いことを特徴とする（３）に記載の半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法。
（５）（１）〜（４）の何れかに記載の製造方法によって得られた半透過型液晶表示装置用カラーフィルター基板を有する半透過型液晶表示装置。
【発明の効果】
【００１８】
液晶層厚調整層側面の逆テーパー形状が解消される結果、液晶注入後における気泡発生不具合が解消され、品質信頼性に優れた半透過型液晶表示装置が実現される。また、同時に液晶層厚調整層内に幅１０μｍ以下の溝部を高精細に形成出来るようになる結果、配向膜が均一に塗布され、画像品質に優れた半透過型液晶表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の一般的な半透過型液晶装置用カラーフィルターの正面図
【図２】従来の一般的な半透過型液晶装置用カラーフィルターの断面図
【図３】分割型液晶層厚調整層を用いた半透過型液晶装置用カラーフィルターの正面図
【図４】従来型フォトマスクの開口パターンと加工上がり形状の正面図及び断面図
【図５】一般的な近接露光法における、露光強度分布のシミュレーション図
【図６】本発明で使用するフォトマスクの開口パターン正面図
【図７】本発明による半透過型液晶装置用カラーフィルターの断面図
【図８】本発明による半透過型液晶装置用カラーフィルターの正面図
【図９】本発明による半透過型液晶装置用カラーフィルターの正面図比較
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
本発明は、一画素内に透過用領域と反射用領域の領域を有する半透過型液晶表示装置に好適に用いることができる。
【００２２】
本発明のカラーフィルターの製造工程の概略を以下に述べる。
透明基板上に少なくともポリアミック酸、黒色着色剤、溶剤からなる非感光性カラーペーストを、スピンコーターあるいはスリットダイコーターなどを用いて透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリアミック酸黒色着色被膜を形成する。オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜６０分加熱乾燥（セミキュア）を行うことが好ましい。次に、このようにして得られたポリアミック酸黒色被膜にポジ型フォトレジストを塗布し、ホットプレートを使用して６０〜１５０℃の範囲で１〜３０分加熱乾燥させる（プリベーク）。次に、フォトマスクと近接露光装置を用いてｈ線露光量２０〜３００mJ/cm2の紫外線を照射し、目的のパターンを焼き付けた後、アルカリ現像して所望位置に所望パターンで樹脂ブラックマトリクス遮光層を得る。最後に樹脂ブラックマトリクス遮光層は２００〜３００℃で１分〜３時間加熱することにより硬化させる。
【００２３】
次に画素である着色層を形成する。まず、少なくともポリアミック酸、着色剤、溶剤からなる非感光性カラーペーストを、前記のブラックマトリクスが形成された透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより乾燥し、非感光性ポリアミック酸着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜６０分行うのが好ましい。
【００２４】
次に、このようにして得られたポリアミック酸着色被膜の上に、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂、着色剤、溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。続いて、フォトマスクと近接露光装置を用いて、感光性アクリル着色被膜にｈ線露光量２０〜３００mJ/ cm2の紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル着色被膜と非感光性ポリアミック酸着色被膜のエッチングを同時に行う。非感光性ポリアミック酸着色被膜は、その後、加熱硬化することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。加熱硬化は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。以上の工程を赤、緑、青の画素について行う。
【００２５】
必要であれば、更にその上に表面平坦化のためのオーバーコート層を形成する。
オーバーコート層をパターン加工する場合、例えば、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー及び光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂と溶剤とからなる感光性レジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。続いて感光性アクリル被膜に所望のパターンが形成されたフォトマスクと露光装置を用いて紫外線を所望のパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル被膜のエッチングを行う。オーバーコート層のパターン加工をしない場合は、例えば、非感光性のエポキシ、アクリルエポキシ、アクリル、シロキサンポリマ系、ポリイミド、ケイ素含有ポリイミド、ポリイミドシロキサン等の樹脂と溶剤からなる溶液を塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。
【００２６】
これらの工程を経た後、これら最表面の反射表示領域上に液晶層厚調整層の形成を行う。例えば、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー及び光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂と溶剤とからなる感光性レジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル着色被膜を形成する。その後、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間プリベーク処理を実施する。続いて、フォトマスクと近接露光装置を用いて、感光性アクリル被膜に紫外線を照射することで加工パターンを得る。露光後、アルカリ現像液により感光性アクリル被膜のエッチングを行い、１５０〜３００℃の加熱処理を１分〜３時間実施して熱硬化させることで、液晶層厚調整層を得ることが出来る。
【００２７】
上記のカラーフィルタ基板上にＩＴＯ膜などの透明電極をスパッタリング装置などにより成膜することで、本発明よる液晶表示装置用カラーフィルタを作製することができる。
【００２８】
このカラーフィルタ基板の周辺部にシール剤を塗布し、液晶をディスペンサーによりシール内側に所定量滴下し、液晶で満たした後、対向する駆動素子側基板と貼り合わせ、最後にＩＣドライバー等を実装することにより本発明を用いた液晶ディスプレイモジュールを完成させることが出来る。
【００２９】
次に、各層の好ましい組成について述べる。
ブラックマトリクス層は、遮光機能を有してさえいれば、その材料は金属薄膜でも樹脂でも良く、通常Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属薄膜ブラックマトリクス（厚さ 約０．１〜０．２μｍ）、あるいは樹脂中に遮光材を分散させてなる樹脂ブラックマトリクス（厚さ 約０．３〜３μｍ）が用いられる。樹脂としては、耐熱性、耐薬品性等の点からポリイミドやアクリルが好ましい。遮光材としての黒色顔料の例としてはピグメントブラック７、チタンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されず、種々の顔料を使用することができる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性基処理などの表面処理が施されているものを使用してもよい。
【００３０】
着色層としては、感光性ペーストまたは非感光性カラーペーストを用いることが出来る。非感光性カラーペーストを用いる場合には、その加工用に感光性レジストを別途積層塗布する必要があるため、コスト面を鑑みた場合には、感光性ペーストを用いるほうがよい。しかし、非感光性ペーストを用いた場合には、ペースト加工性をレジスト側に役割分担させることが可能になるため、色特性（着色成分組成、濃度、膜厚）と加工性の２つの機能を分離することが出来る結果、加工精度を向上させることが可能であるといった長所を有している。
【００３１】
感光性カラーレジストの組成としては、着色剤と樹脂成分を含み、樹脂成分は光によって反応する感光成分を含む。光照射された樹脂が現像液へ溶解する速度が上がるポジ型と、光照射された樹脂が現像液へ溶解する速度が下がるネガ型があり、どちらも使用することが可能であるが、可視光で感光成分の透明性の高いネガ型樹脂が好ましく用いられる。感光性カラーレジストの樹脂成分としてはポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の材料が好ましく用いられる。
【００３２】
感光性カラーレジストに使用する好ましい樹脂成分の例として、アクリル系樹脂について述べる。感光性アクリル系樹脂としては、感光性を持たせるため、少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤を含有させた構成を有するのが一般的である。更にエポキシを加えた、いわゆるアクリルエポキシ樹脂も用いることができる。
【００３３】
使用できるアクリル系ポリマーとしては、特に限定は無いが、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の共重合体を好ましく用いることができる。不飽和カルボン酸の例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、あるいは酸無水物などが挙げられる。
【００３４】
オーバーコート層は感光性レジストまたは非感光性樹脂材料を使用して形成することができる。感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用できる。感光性を持たせるためには、少なくとも光重合開始剤を含有させ、単官能または多官能モノマー、オリゴマーを有するのが一般的である。中でも、アクリル系樹脂は、可視光域での透明性が高く好ましく用いられる。アクリル系樹脂にエポキシモノマーを加えた、いわゆるアクリルエポキシ樹脂としてもよい。非感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用でき、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。
【００３５】
液晶層厚調整層の樹脂成分としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の材料が好ましく用いられるが、中でも可視光域での透明性が高いアクリル系樹脂が好ましい。樹脂成分は光によって反応する感光成分を含む。光照射された樹脂が現像液へ溶解する速度が上がるポジ型と、光照射された樹脂が現像液へ溶解する速度が下がるネガ型があり、どちらも使用することが可能であるが、可視光で感光成分の透明性の高いネガ型樹脂が好ましく用いられる。該感光性アクリル系樹脂には感光性を持たせるため、少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤を含有させるのが一般的である。
【００３６】
使用できるアクリル系ポリマーとしては、特に限定は無いが、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の共重合体を好ましく用いることができる。不飽和カルボン酸の例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、あるいは酸無水物などが挙げられる。
【００３７】
これらは単独で用いても良いが、他の共重合可能なエチレン性不飽和化合物と組み合わせて用いても良い。共重合可能なエチレン性不飽和化合物としては、具体的には、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎープロピル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｓｅｃ−ブチル、メタクリル酸ｓｅｃ−ブチル、アクリル酸イソ−ブチル、メタクリル酸イソ−ブチル、アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、メタクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸ｎ−ペンチル、メタクリル酸ｎ−ペンチル、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸アルキルエステル、スチレン、ｐ−メチルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物、アミノエチルアクリレートなどの不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸グリシジルエステル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物、１，３−ブタジエン、イソプレンなどの脂肪族共役ジエン、それぞれ末端にアクリロイル基、あるいはメタクリロイル基を有するポリスチレン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリシリコーンなどのマクロモノマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
また、側鎖にエチレン性不飽和基を付加したアクリル系ポリマーを用いた場合、加工の際の感度が良くなるので好ましく用いることができる。エチレン性不飽和基としては、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタクリル基のようなものがある。このような側鎖をアクリル系（共）重合体に付加させる方法としては、アクリル系（共）重合体のカルボキシル基や水酸基などを有する場合には、これらにグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドを付加反応させる方法が一般的である。その他、イソシアネートを利用してエチレン性不飽和基を有する化合物を付加させることもできる。ここでいうグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドとしては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、クロトニルグリシジルエーテル、クロトン酸グリシジルエーテル、イソクロトン酸グリシジルエーテル、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどが挙げられる。
【００３９】
多官能モノマーとしては、例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリレートカルバメート、変性ビスフェノールＡエポキシ（メタ）アクリレート、アジピン酸１，６−ヘキサンジオール（メタ）アクリル酸エステル、無水フタル酸プロピレンオキサイド（メタ）アクリル酸エステル、トリメリット酸ジエチレングリコール（メタ）アクリル酸エステル、ロジン変性エポキシジ（メタ）アクリレート、アルキッド変性（メタ）アクリレートのようなオリゴマー、あるいはトリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリアクリルホルマール、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは単独または混合して用いることができる。
【００４０】
また、次にあげるような単官能モノマーも併用することができ、例えば、エチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレートなどがあり、これらの２種以上の混合物、あるいはその他の化合物との混合物などが用いられる。これらの多官能及び単官能モノマーやオリゴマーの選択と組み合わせにより、ペーストの感度や加工性の特性をコントロールすることが可能である。特に、硬度を高くするにはアクリレート化合物よりメタクリレート化合物が好ましく、また、感度を上げるためには、官能基が３以上ある化合物が好ましい。また、メラミン類、グアナミン類などもアクリル系モノマーの代わりに好ましく用いることができる。
【００４１】
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ’−テトラエチル−４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４−メトキシ−４’−ジメチルアミノベンゾフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノ−１−プロパン、ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン、２，３−ジクロロアントラキノン、３−クロル−２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、１，４−ナフトキノン、９，１０−フェナントラキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキノン、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体などが挙げられる。また、その他のアセトフェノン系化合物、イミダゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、リン系化合物、トリアジン系化合物、あるいはチタネート等の無機系光重合開始剤なども好ましく用いることができる。また、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エステルなどの増感助剤を添加すると、更に感度を向上させることができ好ましい。また、これらの光重合開始剤は２種類以上を併用して用いることもできる。
【００４２】
上記の光重合開始剤の添加量としては、ペースト全固形分に対して、好ましくは１〜３０ｗｔ％、より好ましくは５〜２５ｗｔ％、更に好ましくは１０〜２０ｗｔ％である
以下、ネガ型アクリル系樹脂からなる矩形状液晶層厚調整層を近接露光法によりパターン加工して形成する上で、側面形状の逆テーパー化を防止し且つ同時に幅１０μｍ以下の溝部を高精細に加工するための最適なフォトマスク形態及び露光条件について詳細に述べる。
【００４３】
＜テーパー形状の決定因子＞
液晶層厚調整層のテーパー形状は前述の通り膜厚方向における樹脂の光硬化度分布により決定されるが、更にその光硬化度分布に影響を与えうる主要なパラメータとしては、膜厚、材料感度、露光ギャップ、露光量の４つが挙げられる。尚ここで言う露光量とは露光強度と露光時間の積算で定義される物理量（単位：ｍＪ／ｃｍ２）である。
【００４４】
＜膜厚＞
これら４つのパラメータの内、膜厚に関しては、透過領域と反射領域の光路長を等しくする本来の目的から、一般的な液晶セルギャップ長の１／２に相当する１．０〜２．５μｍの範囲で設計されることが殆どであり、一義的に決定されるパラメータであるため、残り２つのパラメータである材料感度及び露光量を最適化することが逆テーパー化を防止する上で肝要となる。
【００４５】
＜材料感度＞
レジスト感度なる物理量を「露光ギャップ１００μｍのフォトマスクを介して近接露光した場合にパターン変換差が０になる露光量」と定義すると、液晶層厚調整層の材料として用いる感光性アクリルペーストのレジスト感度は、６０〜１００ｍＪ／ｃｍ２の範囲が望ましい。
【００４６】
これは、１００ｍＪ／ｃｍ２を超える場合では樹脂底部側まで十分に光硬化させるために長時間の露光照射が必要となり装置タクトタイムを満たさなくなる懸念が生じるためであり、現実的な実用性に乏しいことが理由である。一方で６０ｍＪ／ｃｍ２未満の場合には、逆に露光照射時間が極端に短くなってしまうため、露光シャッターの開閉など機械動作の時間ばらつきの影響が無視出来なくなり、基板間あるいは基板面内での露光照射時間のばらつきが増大する結果、樹脂硬化度のばらつきが増大してしまうなどの不具合が生じてしまうことから不適である。
【００４７】
＜露光ギャップ＞
露光ギャップは８０μｍ以上２００μｍ以下の範囲が望ましい。
【００４８】
８０μｍを下限とする理由は、フォトマスク表面に基板からの持ち込み異物が付着し、連続欠陥が生じる可能性が高くなるためである。また、２００μｍを上限とする理由は、回折光による結像ぼけが顕著となり、フォトマスクパターンと出来上がり形状に大きな差異が生じてしまうためである。
【００４９】
＜露光量＞
矩形状の液晶層厚調整層を逆テーパーを発生させずに加工するために好ましい露光量は、図４に示されるとおり（ａ）〜（ｃ）の各場所で異なる。特に（ｂ）の箇所での回折光の低下を抑制することが逆テーパー化を防止する上で肝要となる。
【００５０】
＜フォトマスクパターン＞
フォトマスクの矩形開口部の四隅の曲率半径は６μｍ以上１６μｍであることが必要である。曲率半径が６μｍ以上を超えると、露光量３０ｍＪ／ｃｍ２以上１００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲において図４（ｂ）での逆テーパー化が解消され、且つ矩形液晶層厚調整層の溝部（図４の（ｃ）箇所）が完全には埋まらない。一方で曲率半径が６μｍ未満の場合には、逆テーパー化を解消するための必要露光量が１００ｍＪ／ｃｍ２を越え、溝部が完全に埋まってしまう不具合が生じる。
【００５１】
また、曲率半径を大きくするほど図４（ｂ）での逆テーパー化を解消するための必要露光量が低くなることも判明したが、１６μｍを超えると順テーパー化に必要な露光量は概ね飽和し一定の値を示した。したがって、フォトマスクの矩形開口部四隅の円形化は、反射領域の面積減少を最小限に留めるためにも６μｍ以上１６μｍ以下の範囲の曲率半径で実施するのが望ましい。
【００５２】
なお、上記の矩形四隅の円形化については、図６（Ｂ）に示すように円形化範囲をその内角が９０°よりも大きい１個または複数個の頂点の組み合わせから形成される多角形状で代用することによってもほぼ同様の効果を得ることが出来ることが、同様の検討結果により判明した。内角が９０°より小さい場合には回折光の分断範囲が拡がる結果、逆テーパー化がより顕著になってしまう。
【００５３】
＜ブラックマトリクス幅＞
以上の逆テーパー改善検討に加え、本発明では更に矩形液晶層厚調整層の溝部（図４ｃ）が回折光の相乗効果により埋まり易い問題を改善するための検討を実施した。
その結果、該溝部のブラックマトリクス幅を液晶層厚調整層の溝部設計幅と等しくすることにより、図７に示すように露光時にガラス基板裏面で反射し樹脂の光硬化に寄与する紫外光を、良好な紫外線吸収材であるブラックマトリクスにより吸収させることで、この問題を改善することが可能であることを見出した。但し、溝部のブラックマトリクスを全て幅広とすると逆に矩形四隅部分では露光強度が不足して逆テーパー化し易くなるため、矩形四隅を円形状にした領域に関してはブラックマトリクスは幅広にせずに留めておくほうがより望ましい。
【００５４】
以上の２つの新加工プロセスである、フォトマスクの矩形開口四隅の円形化及びバイパス溝内部のブラックマトリクス幅広化を導入することにより、近接露光法を用いた場合でも幅１０μｍ以下の高精細バイパス溝の形成と逆テーパー化の抑制を同時に実現することが可能となった。これにより、その後の配向膜塗布工程や液晶注入工程における気泡溜まりの発生が大幅に改善されるようになった結果、品質信頼性に優れた半透過型液晶表示装置を実現するに至った。
【００５５】
上記の本発明を適用した半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの実施形態を図８に示す。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００５７】
実施例１
Ａ． ポリアミック酸溶液の作製
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル９５．１ｇ及びビス(３−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン６．２ｇをγ−ブチロラクトン ５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２２０ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１４４．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸３．０ｇを添加し、更に７０℃で２時間反応させ、２５重量％のポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）を得た。
Ｂ． ポリマー分散剤の合成
４，４′−ジアミノベンズアニリド１６１．３ｇ、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン１７６．７ｇ、及びビス(３−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン１８．６ｇをγ−ブチロラクトン２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５２７ｇと共に仕込み、３，３′，４，４ ′ −ビフェニルテトラカルボン酸二無水物４３９．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸２．２ｇを添加し、更に７０℃で２時間反応させ、２０重量％のポリアミック酸溶液であるポリマー分散剤（ＰＤ）を得た。
【００５８】
Ｃ． 非感光性黒色ペーストの作製
３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル及びビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２−ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得た。
三菱化成（株）製カーボンブラック“ＭＡ１００”４．６ｇ、ポリイミド前駆体溶液２４ｇ及びＮ−メチルピロリドン６１．４ｇをホモジナイザーを用いて、7000 rpmで３０分間分散し、ガラスビーズを濾過して非感光性黒色ペーストを調製した。
【００５９】
Ｄ． 非感光性カラーペーストの作製
ピグメントレッドＰＲ２５４、３．６ｇ（８０ｗｔ％）、ピグメントレッドＰＲ１７７、０．９ｇ（２０ｗｔ％）とポリマー分散剤（ＰＤ） ２２．５ｇ及びγ−ブチロラクトン ４２．８ｇ、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール ２０．２ｇをガラスビーズ ９０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。このようにしてＰＲ２５４とＰＲ１７７からなる分散液５％溶液（ＲＤ）を得た。
【００６０】
分散液（ＲＤ） ４５．６ｇにポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） １８．２ｇをγ−ブチロラクトン ３９．５２ｇで希釈した溶液を添加混合し、顔料／樹脂比率が２５／７５である赤色カラーペースト（ＲＰＩ−１）を得た。同様にして、ピグメントグリーンＰＧ３６とピグメントイエローＰＹ１５０の重量混合比（Ｇ／Ｙ）が６０／４０で、顔料／樹脂比率が３５／６５である緑色カラーペースト（ＧＰＩ−１）、ピグメントブルーＰＢ１５：６からなり、顔料／樹脂比率が２０／８０である青色カラーペースト（ＢＰＩ−１）を得た。各カラーペーストの固形分濃度は５．３％に調製した。
【００６１】
Ｅ． 感光性カラーレジストの作製
ピグメントレッドＰＲ２０９、７．０５ｇを３−メチル−３−メトキシブタノール５０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製“サイクロマー”Ｐ、ＡＣＡ−２５０、４３ｗｔ％溶液）７０．００ｇ、多官能モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３０．００ｇ、光重合開始剤として２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１を１５．００ｇにシクロペンタノン２６０．００ｇを加えた濃度２０重量％の感光性アクリル樹脂溶液１００ｇを加え、顔料／樹脂比率が２６／７４である赤色カラーレジストを得た。同様にして、ピグメントグリーンＰＧ３６とピグメントイエローＰＹ１５０の重量混合比（Ｇ／Ｙ）が７０／３０で、顔料／樹脂比率が１０／９０である緑色カラーレジスト（ＧＡＣ−１）、ピグメントブルーＰＢ１５：６からなり、顔料／樹脂比率が１０／９０である青色カラーレジスト（ＢＡＣ−１）を得た。各カラーレジストの固形分濃度は１７．２％に調製した。
【００６２】
Ｆ． 感光性透明レジストの作製（液晶層厚調整層用）
１０００ｃｃの４つ口フラスコに３−メトキシ−３−メチル−ブタノール１５０ｇを仕込み、これを９０℃に保ち、窒素シール、撹拌を行いながらメタクリル酸メチル２０ｇ、スチレン３０ｇ、メタアクリロアミド１０ｇ、メタクリル酸４０ｇにｎ−ドデシルメルカプタン１．１ｇ、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル１．２ｇを混合して滴下ロートで３０分かけて滴下した。この後４時間反応を続けた後、窒素シールをやめ、ハイドロキノンモノメチルエーテル０．１ｇ、付加触媒としてジメチルベンジルアミン０．４ｇを加えた。グリシジルメタクリレート３３ｇを３０分かけて滴下し、さらに９０℃で３時間撹拌することで付加反応を行った。３−メトキシ−３−メチル−ブタノールを加えて固形分濃度を調整し、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミド基を有する重量平均分子量Ｍｗ２万８千、酸価９８ｍｇＫＯＨ／ｇ、固形分濃度４０％のアクリル系樹脂溶液（ＡＰ−１）を得た。
【００６３】
このアクリル系樹脂溶液（ＡＰ−１）を７０．０ｇ、多官能モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３０．０ｇ、光重合開始剤として２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１を４．７ｇ、フッ素系界面活性剤として“メガファック”Ｒ−０８（大日本化学工業（株）製）０．３ｇに溶剤としてシクロペンタノン２１０．０ｇを加え、濃度２０ｗｔ％の感光性透明レジスト（ＴＡＣ−１）を得た。
【００６４】
Ｇ．液晶層厚調整層パターニング用のフォトマスクの作製
厚さ８ｍｍの石英板を母材とし、その表面に以下に示す金属クロム遮光パターンを有するフォトマスク（ＰＭ−１）を作製した。
フォトマスクの開口パターンは、長辺長さ１５０μｍ、短辺長さ４０μｍの矩形状の液晶層厚調整層が一定周期で繰り返すパターン設計とし、各矩形パターン同士の間隔は、短辺方向の間隔を１００μｍ、長辺方向の間隔（＝溝部幅）を１０μｍとした。また、矩形開口部の四隅部分は曲率半径Ｒ＝６μｍの円形状とした。
【００６５】
Ｈ．カラーフィルターの作製と評価
コーニングジャパン株式会社製０．７ｍｍ厚ガラス基板“１７３７”上に、上記Ｄで調製した非感光性黒色ペーストを熱処理後の膜厚が１．０μｍとなるようスピンナーで塗布して、黒色塗膜を形成した。該塗膜を、１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジスト（東京応化株式会社製“ＯＦＰＲ−８００”）を塗布し、９０℃で１０分オーブン乾燥した。ユニオン光学株式会社製紫外線露光機“ＰＥＭ−６Ｍ”を用い、各色画素の周辺部に格子状にブラックマトリクスが残るフォトマスクパターンを介して、６０ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。
【００６６】
露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像及び黒色塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離し、２４０℃で３０分熱処理し、樹脂ブラックマトリクスを得た。また、この時のブラックマトリクス線幅は約５μｍであった。
【００６７】
ブラックマトリクスがパターン加工されたガラス基板上に熱処理後の膜厚が３．０μｍになるように感光性透明樹脂組成物（ＴＡＣ−１）をスピンナーで塗布し、該塗膜を９０℃のオーブンで１０分乾燥した後、ユニオン光学株式会社製紫外線露光機“ＰＥＭ−６Ｍ”を用い、フォトマスクパターンを介して赤、緑、青の各画素の反射用領域に透明樹脂層が残るように１５０ｍＪ/ｃｍ２（３６５ｎｍの紫外線強度）、露光ギャップ５０μｍで露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド０．１％の水溶液からなる現像液に浸漬し、２２０℃のオーブンで３０分熱処理し、赤、緑、青画素の反射用領域に透明樹脂層を得た。
【００６８】
次に透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が０．７μｍになるように赤ペースト（ＲＰＩ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。該塗膜の上に透過用領域の画素の中央での熱処理後の膜厚が、ＲＰＩ−１からなる塗膜との合計が、１．７μｍになるように赤レジスト（ＲＡＣ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を８０℃のオーブンで１０分間熱処理した。ユニオン光学株式会社製紫外線露光機“ＰＥＭ−６Ｍ”を用い、赤画素の透過用領域と反射用領域は光が透過するクロム製フォトマスクを介して、１００ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍの紫外線強度）、ギャップ１００μｍで露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．０％の水溶液からなる現像液に浸積し、ＲＡＣ−１及びＲＰＩ−１から得た積層された着色層を現像した。現像後に２４０℃のオーブンで３０分熱処理をし透過用領域と反射用領域を有する赤画素を得た。この時、赤画素に欠けや剥がれは観察されずパターンは良好であった。
【００６９】
次に、透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が０．７μｍになるように緑ペースト（ＧＰＩ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。該塗膜の上に透過用領域の画素の中央での熱処理後の膜厚が、ＧＰＩ−１からなる塗膜との合計が、１．７μｍになるように緑レジスト（ＧＡＣ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を８０℃のオーブンで１０分間熱処理した。ユニオン光学株式会社製紫外線露光機“ＰＥＭ−６Ｍ”を用い、緑画素の透過用領域と反射用領域は光が透過するクロム製フォトマスクを介して、１００ｍＪ／ｃｍ２、ギャップ１００μｍで露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．０％の水溶液からなる現像液に浸積し、ＧＡＣ−１及びＧＰＩ−１から得た積層された着色層を現像した。現像後に２４０℃のオーブンで３０分熱処理をし透過用領域と反射用領域を有する緑画素を得た。このとき、緑画素に欠けや剥がれは観察されず外観は良好であった。
【００７０】
次に、透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が０．７μｍになるように青ペースト（ＢＰＩ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。該塗膜の上に透過用領域の画素の中央での熱処理後の膜厚が、ＢＰＩ−１からなる塗膜との合計が、１．７μｍになるように青レジスト（ＢＡＣ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を８０℃のオーブンで１０分間熱処理した。ユニオン光学株式会社製紫外線露光機“ＰＥＭ−６Ｍ”を用い、緑画素の透過用領域と反射用領域は光が透過するクロム製フォトマスクを介して、１００ｍＪ／ｃｍ２、ギャップ１００μｍで露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．０％の水溶液からなる現像液に浸積し、ＢＡＣ−１及びＢＰＩ−１から得た積層された着色層を現像した。現像後に２４０℃のオーブンで３０分熱処理をし透過用領域と反射用領域を有する緑画素を得た。この時、青画素に欠けや剥がれは観察されず外観は良好であった。
【００７１】
次に、得られた画素上にオーバーコート層を２．０μｍの厚みで成膜した。
次に、液晶層厚調整層の作製として、熱処理後の膜厚が２．０μｍになるように感光性透明レジスト（ＴＡＣ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を９０℃のオーブンで３分間熱処理した。露光はユニオン光学株式会社製紫外線露光機“ＰＥＭ−６Ｍ”を用いて実施した。この時、液晶層厚調整層を露光するためのフォトマスクとして、矩形開口部の四隅箇所をＲ＝６μｍの円形状にしたフォトマスク（ＰＭ−１）を使用した。
【００７２】
露光量は７０ｍＪ／ｃｍ２（i線換算）、フォトマスク−基板間のギャップは１００μｍとした。また、液晶層厚調整層の溝部がブラックマトリクス上以外の箇所に形成されるようアライメント調整して露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの０．２％の水溶液からなる現像液に浸積することで現像した。現像後に２２０℃のオーブンで３０分熱処理をし、液晶層厚調整層を得た。
更にその上にＩＴＯ膜を膜厚１４００Åとなるようにスパッタリング成膜した。
【００７３】
Ｉ．液晶表示装置の作製と評価
次に、低温ポリシリコンを用いた薄膜トランジスター（ＴＦＴ）素子、走査線、信号線、透明電極からなる駆動素子基板上に、コンタクトホールを備えた光拡散用の樹脂突起層、更にその上にアルミ蒸着膜をパターニングした半透過反射膜、更にそれらの基板に設けられた液晶配向のためのラビング処理を施した液晶配向膜を形成し、半透過反射基板を作製した。該半透過反射基板とカラーフィルター基板とを対向させて、シール剤を用いて貼り合わせた。
【００７４】
次に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した後に、注入口を封入し、不要なカットライン上でカラーフィルターの表示領域外の一部分を切断した。
最後に、ＩＣドライバー等を実装することにより本発明を用いた液晶ディスプレイモジュールを完成させた。
【００７５】
上記液晶ディスプレイモジュールを５０個用意し、温度８０℃で２４時間の耐熱試験を実施した。その結果、全てのモジュールにおいて２４時間を経た後も気泡の発生は全く見られなかった。すなわち液晶層厚調整層の側面部に逆テーパー形状が形成されなかったことを示唆している。
【００７６】
また、作製した液晶ディスプレイモジュールに電力投入し、バックライトを点灯させて白表示させた画面状態で正面からＲＧＢ画素部分を顕微鏡観察し、液晶配向乱れに起因する光漏れが画素部に生じていないかを調査することでパネル画像品質を○，△，×の３段階で評価した。その結果、部分的に光漏れが見られる箇所が点在している様子が観察された。該当部分の断面ＳＥＭ観察を行ったところ、配向膜の膜厚が局所的に正常部の約１．５〜２．０倍となっていることが確認され、液晶分子の配向の乱れに起因した光漏れであることが示唆された。
【００７７】
画像品質の評価方法
○：パネル白色点灯状態で１ｃｍ×１ｃｍ四方の画素エリアを顕微鏡観察し、光漏れ
箇所が全く生じていない。
【００７８】
△：上記評価にて１〜５％の数割合の画素に光漏れ箇所が発生している。
【００７９】
×：上記評価にて５％超の数割合の画素に光漏れ箇所が発生している。
【００８０】
上記カラーフィルターの液晶層厚調整層の側面形状を調べるために、日立製作所（株）製、“Ｓ−２３００”走査型電子顕微鏡を用いてＳＥＭ観察を実施したところ、矩形四隅部分を含む全ての側面部分において逆テーパー形状は観察されず、順テーパー形状が得られていることを確認した。矩形四隅におけるテーパー角度は７５°であった。
【００８１】
また、溝部の出来上がり幅を顕微鏡で側長したところ約３μｍであり、完全に埋まってはいないものの配向膜を平坦に塗布するためにはやや不十分な溝部幅であることを確認した。
【００８２】
以上の結果より、本発明によるフォトマスク矩形開口部の四隅円形化（Ｒ＞６μｍ）を適用することで、液晶層厚調整層側面の逆テーパー化を完全に解消出来るようになった結果、品質信頼性に優れた半透過型液晶表示装置を実現するに至った。
【００８３】
比較例１
実施例１の比較検証として、矩形開口パターンの四隅形状が直角である従来型フォトマスク（ＰＭ−２）を用意し、このフォトマスクを用いて実施例１と全く同じプロセス条件で液晶層厚調整層を加工することで半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを作製した。また、作製した該カラーフィルターを用いて実施例１同様の方法で液晶ディスプレイモジュールを完成させた。
【００８４】
このカラーフィルターを用いて作製した液晶ディスプレイモジュール５０個に対し、温度８０℃で２４時間の耐熱試験を実施した。
その結果、５０個中２４個のモジュールにおいて僅か１時間経過の段階で平均直径約５ｍｍの気泡がパネル上に０．１個／ｃｍ２の密度で発生している様子が観察された。また、最終的には２４時間経過後の段階でほぼ全数の４８個のモジュールにおいて気泡の発生が確認された。
【００８５】
また、作製した液晶ディスプレイモジュールに電力投入し、バックライトを点灯させて白表示させた画面状態で正面からＲＧＢ画素部分を顕微鏡観察し、液晶配向乱れに起因する光漏れが画素部に生じていないかを調査することでパネル画像品質を評価した。その結果、実施例１と同様に部分的に光漏れが見られる箇所が点在している様子が観察された。
【００８６】
上記カラーフィルターの液晶層厚調整層の側面形状を調べるために、日立製作所（株）製、“Ｓ−２３００”走査型電子顕微鏡を用いてＳＥＭ観察を実施したところ、矩形四隅部分の側面において底部がえぐれた逆テーパー形状が観察された。四隅部分以外に関しては順テーパー形状が得られていた。
【００８７】
また、溝部の出来上がり幅を顕微鏡で側長したところ実施例１と同様に約３μｍであり、完全に埋まってはいないものの配向膜を平坦に塗布するためにはやや不十分な溝部幅であることを確認した。
【００８８】
比較例２
実施例１の比較検証として、矩形開口パターンの四隅形状が曲率半径Ｒ＝４μｍの円形状であるフォトマスク（ＰＭ−３）を用意し、このフォトマスクを用いて実施例１と全く同じプロセス条件で液晶層厚調整層を加工することで半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを作製した。また、作製した該カラーフィルターを用いて実施例１同様の方法で液晶ディスプレイモジュールを完成させた。
【００８９】
このカラーフィルターを用いて作製した液晶ディスプレイモジュール５０個に対し、温度８０℃で２４時間の耐熱試験を実施した。
その結果、２４時間経過後の段階で５０個中５個のモジュールにおいて気泡の発生が確認された。
【００９０】
また、作製した液晶ディスプレイモジュールに電力投入し、バックライトを点灯させて白表示させた画面状態で正面からＲＧＢ画素部分を顕微鏡観察し、液晶配向乱れに起因する光漏れが画素部に生じていないかを調査することでパネル画像品質を評価した。その結果、実施例１と同様に部分的に光漏れが見られる箇所が点在している様子が観察された。
【００９１】
上記カラーフィルターの液晶層厚調整層の側面形状を調べるために、日立製作所（株）製、“Ｓ−２３００”走査型電子顕微鏡を用いてＳＥＭ観察を実施したところ、矩形四隅部分の側面において僅かではあるが底部がえぐれた逆テーパー形状箇所が観察された。四隅部分以外に関しては順テーパー形状が得られていた。
【００９２】
また、溝部の出来上がり幅を顕微鏡で側長したところ実施例１と同様に約３μｍであり、完全に埋まってはいないものの配向膜を平坦に塗布するためにはやや不十分な溝部幅であることを確認した。
【００９３】
比較例３
実施例１の比較検証として、矩形開口パターンの四隅形状が曲率半径Ｒ＝１８μｍの円形状であるフォトマスク（ＰＭ−４）を用意し、このフォトマスクを用いて実施例１と全く同じプロセス条件で液晶層厚調整層を加工することで半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを作製した。このカラーフィルターを用いて作製した液晶ディスプレイモジュール５０個に対し、温度８０℃で２４時間の耐熱試験を実施した。
【００９４】
その結果、全てのモジュールにおいて２４時間を経た後も気泡の発生は全く見られず、また画像品質にも劣化症状は見られない結果となった。
【００９５】
また、作製した液晶ディスプレイモジュールに電力投入し、バックライトを点灯させて白表示させた画面状態で正面からＲＧＢ画素部分を顕微鏡観察し、液晶配向乱れに起因する光漏れが画素部に生じていないかを調査することでパネル画像品質を評価した。その結果、実施例１と同様に部分的に光漏れが見られる箇所が点在している様子が観察された。
【００９６】
上記カラーフィルターの液晶層厚調整層の側面形状を調べるために、日立製作所（株）製、“Ｓ−２３００”走査型電子顕微鏡を用いてＳＥＭ観察を実施したところ、矩形四隅部分を含む全ての側面部分において逆テーパー形状は観察されず、順テーパー形状が得られていることを確認した。矩形四隅におけるテーパー角度は６５°であった。但し、四隅円形化による反射領域の面積減少率が反射領域全体の５％相当を超えてしまったため、色度への影響が無視出来ず、本カラーフィルターを実際の製品モジュールに適用することは困難となった。
【００９７】
また、溝部の出来上がり幅を顕微鏡で側長したところ実施例１と同様に約３μｍであり、完全に埋まってはいないものの配向膜を平坦に塗布するためにはやや不十分な溝部幅であることを確認した。
【００９８】
実施例２
液晶層厚調整層を露光するためのフォトマスクの矩形開口四隅の円形化部分を、図６（Ｂ）に示すように内角α＝１２０°の多角形状で代用したフォトマスク（ＰＭ−５）を用意し、このフォトマスクを用いて実施例１と全く同じプロセス条件で液晶層厚調整層を加工することで半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを作製した。このカラーフィルターを用いて作製した液晶ディスプレイモジュール５０個に対し、温度８０℃で２４時間の耐熱試験を実施した。
【００９９】
その結果、全てのモジュールにおいて２４時間を経た後も気泡の発生は全く見られず、また画像品質にも劣化症状は見られない結果となった。
【０１００】
また、作製した液晶ディスプレイモジュールに電力投入し、バックライトを点灯させて白表示させた画面状態で正面からＲＧＢ画素部分を顕微鏡観察し、液晶配向乱れに起因する光漏れが画素部に生じていないかを調査することでパネル画像品質を評価した。その結果、実施例１と同様に部分的に光漏れが見られる箇所が点在している様子が観察された。
【０１０１】
上記カラーフィルターの液晶層厚調整層の側面形状を調べるために、日立製作所（株）製、“Ｓ−２３００”走査型電子顕微鏡を用いてＳＥＭ観察を実施したところ、矩形四隅部分を含む全ての側面部分において逆テーパー形状は観察されず、順テーパー形状が得られていることを確認した。矩形四隅におけるテーパー角度は８５°であった。
【０１０２】
また、溝部の出来上がり幅を顕微鏡で側長したところ実施例１と同様に約３μｍであり、完全に埋まってはいないものの配向膜を平坦に塗布するためにはやや不十分な溝部幅であることを確認した。
【０１０３】
実施例３
実施例１のフォトマスク（ＰＭ−１）を用いて、液晶層厚調整層の溝部がブラックマトリクス上に平行に沿う配置で形成された半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを作製した。露光量を始めとする加工条件は実施例１と全て同じとした。
【０１０４】
このカラーフィルターを用いて作製した液晶ディスプレイモジュール５０個に対し、温度８０℃で２４時間の耐熱試験を実施した。その結果、全てのモジュールにおいて２４時間を経た後も気泡の発生は全く見られず、また画像品質にも劣化症状は見られない結果となった。
【０１０５】
また、作製した液晶ディスプレイモジュールに電力投入し、バックライトを点灯させて白表示させた画面状態で正面からＲＧＢ画素部分を顕微鏡観察し、液晶配向乱れに起因する光漏れが画素部に生じていないかを調査することでパネル画像品質を評価した。その結果、光漏れはいずれの部位においても観察されず、配向膜が均一に塗布されたことを示唆している。
【０１０６】
上記カラーフィルターの液晶層厚調整層の側面形状を調べるために、日立製作所（株）製、“Ｓ−２３００”走査型電子顕微鏡を用いてＳＥＭ観察を実施したところ、矩形四隅部分を含む全ての側面部分において逆テーパー形状は観察されず、順テーパー形状が得られていることを確認した。矩形四隅におけるテーパー角度は７５°であった。また、溝部の幅を測定したところ、約５μｍであり、実施例１と比較して２μｍほど幅広の溝を加工出来ていることを確認した。
【０１０７】
実施例４
実施例３のカラーフィルターの作製条件において、更に液晶層厚調整層溝部の位置に該当するブラックマトリクスの線幅のみ変更して液晶層厚調整層の加工を行ったカラーフィルターを作製した。具体的には、溝部両端からそれぞれ５μｍの領域以外の溝部内の範囲におけるブラックマトリクス幅が溝部幅と同じ１０μｍとなるような開口パターンを有するフォトマスクを用意し、ブラックマトリクスをパターン加工した。すなわち、溝部以外のブラックマトリクス幅５μｍに対して溝部内のブラックマトリクス幅は＋５μｍ幅広となっている。（図８）また、この時の加工条件は露光量を始め全て実施例１や実施例３と同じ条件とした。
【０１０８】
作製したカラーフィルターの液晶層厚調整層の加工上がりでの溝部幅を側長したところ、約８μｍであった。したがって同じフォトマスクを用いて同じプロセス条件で液晶層厚調整層を加工した場合でも、実施例３との対比で約３μｍ、実施例１との対比で約５μｍも幅広で溝部を加工することが出来たことになる。
【０１０９】
以上のように、幅１０μｍ以下の溝部をフォトマスクの設計に極力近い溝幅で安定して作製することが出来るようになった結果、工程歩留りの向上、品質クレームの低減を実現することが可能となった。
【０１１０】
比較例１の従来型半透過型液晶表示装置用カラーフィルター、本発明実施例１の同カラーフィルター、本発明実施例４のカラーフィルターの各液晶層厚調整層の加工上がり形状を比較した模式図を図９に示す。（ａ）が比較例１、（ｂ）が実施例１、（ｃ）が実施例４を適用したカラーフィルターに該当する。これに示されるように、実施例１の適用により矩形四隅部分を円形状することで該部分の断面形状が逆テーパーから順テーパーに改善され、また実施例４の適用により下地ブラックマトリクスに反射紫外光を吸収させることで、溝部をフォトマスク設計値に近い出来上がり幅で良好に加工することが可能となる。
【０１１１】
実施例１〜４、比較例１〜３の評価結果を表１に示す。表１に示すとおり、曲率半径が６μｍ以上１６μｍ未満だと気泡発生がゼロとなり、内角が９０°よりも大きい多角形状で代用した場合にも同様の効果が得られることが判る。また、溝部をブラックマトリクス上に沿う形で形成することで、溝部の埋まりを改善することが可能であり、更に溝部内のブラックマトリクス幅を溝部設計幅と等しくなるよう幅広で形成することにより溝部の埋まりが大幅に改善され、より設計値に近い溝幅が得られるようになることが判る。
【０１１２】
以上の本発明による改善プロセスを適用したカラーフィルターを使用した液晶表示装置では、パネルの気泡発生不良が解消される結果、とりわけ耐熱面における品質信頼性が大幅に向上した。
【０１１３】
また、溝部が設計値に近い幅で加工されるようになった結果、配向膜の膜厚ムラが解消され、光漏れの無い優れた画像品質を実現することが可能となった。
【０１１４】
【表１】
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【符号の説明】
【０１１５】
１  ：ブラックマトリクス
２  ：第１の着色層
３  ：第２の着色層
４  ：第３の着色層
５  ：液晶層厚調整層
６  ：透過表示領域
７  ：反射表示領域
８  ：透明樹脂膜
９  ：透明電極
１０：配向膜
１１：透明基板
１２：反射金属
１３：液晶層
１４：対向基板
１５：溝部
１６：フォトマスクの開口パターン
１７：実際の加工上がりでの外周形状
１８：マスク側から入射させる紫外光
１９：ガラス基板下面からの反射光
２０：フォトマスク
２１：フォトマスクパターン
２２：フォトマスクの開口パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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