(57)【要約】【課題】液晶表示装置用カラーフィルタ基板や画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いてセルギャップ制御用で異なる高さの固定スペーサと副固定スペーサとを同時に形成するためのフォトマスクを最適化し、工程条件によるバラツキの少ないカラーフィルタ基板とその製造方法、または画素電極基板とその製造方法、高品質の液晶表示装置を提供すること。【解決手段】液晶表示装置におけるカラーフィルタ基板１１、または画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いて液晶セルギャップ制御用の固定スペーサ５と前記固定スペーサより低い副固定スペーサ５５とを一括形成するためのフォトマスク２０であって、フォトマスクパターンとして、遮光部８の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部９を有すること、および、副固定スペーサのフォトマスクパターンには、さらに、遮光部の内側の中央付近に他の全透過スリットまたは全透過開口部を有する。【選択図】図１
2011145377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置におけるカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板、または、液晶表示装置のアクティブ駆動用のスイッチング素子および画素電極を有する画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いて液晶セルギャップ制御用の固定スペーサと前記固定スペーサより低い副固定スペーサとを一括形成するためのフォトマスクであって、固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有すること、および、副固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有し、かつ、遮光部の内側の中央付近に他の全透過スリットまたは全透過開口部を有することを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記固定スペーサおよび副固定スペーサの平面形状を凸型の単純多角形または円、長円等の円型とし、それらのサイズを前記固定スペーサおよび副固定スペーサの輪郭内に収納可能な最大円の直径で表して、３０〜５０μｍに形成するため、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅を５〜７μｍとし、前記遮光部の内側と遮光部の周囲のグレートーン部とを併せた全体サイズを３０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記遮光部の内側の中央付近に設ける他の全透過スリットの幅を２〜３μｍとするか、または、前記全透過開口部の幅を６〜７μｍとすることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けたことを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項５】
前記固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、２．０〜３．８μｍとし、前記副固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより０．４μｍ程度低くすることを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けたことを特徴とする画素電極基板。
【請求項７】
前記固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、２．０〜３．８μｍとし、前記副固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより０．４μｍ程度低くすることを特徴とする請求項６に記載の画素電極基板。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかに記載のカラーフィルタ基板または画素電極基板を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けることを特徴とする画素電極基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に液晶セル形成のための固定スペーサを有するカラーフィルタ基板、画素電極基板、及びカラーフィルタ基板と画素電極基板の製造方法、ならびに前記カラーフィルタ基板と画素電極基板の製造に使用するフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面型ディスプレイ装置が多く使われるようになってきており、中でもＬＣＤ（液晶表示装置）は、特にカラーフィルタによって色表示を行う多色カラータイプがテレビ、モニタ、携帯端末等の表示パネルに利用が進んでいる。多色カラー化のために一般にマイクロセル構造のカラーフィルタ基板が多用され、カラーフィルタ基板は液晶表示パネルの表示品質を決める上で重要な役割を担っている。
【０００３】
ＬＣＤ（液晶表示装置）は少なくとも一枚を光透過性とする一対の基板間に液晶を封入してなるセル構造を有し、前述の多色カラー表示の場合には、光透過性の基板のセル内面にカラーフィルタが形成される。カラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板の一般的構成は、図７に示すように、透明基板１の片側（液晶セルの内面となる側）に遮光性のブラックマトリックスパターン２（ＢＭパターンと略称する。以下同様）とＢＭパターン２の隙間を規則的に満たすカラーフィルタ画素毎の着色パターン３０、３１、３２の繰り返し配列が正確な位置合わせで形成され、液晶表示方式により、例えばＴＮ（ねじれネマティック）タイプの場合は、ＢＭパターン２と着色パターン３０、３１、３２の繰り返し配列を覆うように透明電極層４を形成する。従来は、カラーフィルタ基板として、ここまでの構成物を指していたが、さらに近年は特に液晶セルの大型化、狭ギャップ化に伴って、セルギャップ制御用に従来はセル化工程で散布していたビーズスペーサに代わり、フォトスペーサ、ポストスペーサなどと呼ばれる、感光性樹脂により選択的に形成される複数の固定スペーサ（ＰＳ部と略称する。以下同様）５を規則的に配することが多い。また、前記ＰＳ部５は、図６のＬＣＤパネルの断面構造を説明する模式図に示すように、カラーフィルタ基板側には設けずに、液晶セル構造を構成するカラーフィルタ基板とは対向側の画素電極基板１２上に設けることもできる。
【０００４】
前記ＰＳ部の形成を写真的方法により行う場合の一般的な例を図２に示す。従来の限定的な機能を有するカラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０に、新たなＰＳ部を付加した構成物全体としてのカラーフィルタ基板（ＰＳ部形成）１１を形成する一例である。フォトマスク２０は透明基板２１に形成された遮光部８がカラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０上に作る新たなＰＳ部のパターンに対応しており、透明基板２１の遮光部８とは反対側から照射される照射光４０が遮光部８の無い部分を通って、カラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０上に塗布されたポジ型フォトレジスト７を選択的に露光して現像溶解性を与える。その後、現像、洗浄、ベイクの工程を経て、遮光部パターンがカラーフィルタ１０上に焼き付け固定される。
【０００５】
ＰＳ部５はＢＭパターン２上に重なるよう、通常は同形のパターンを選択的に決められた規則的な配置で形成し、液晶セルギャップを一定に保持する機能を有するものである。セルギャップを得るための充分な高さを確保する目的で、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の着色パターン３０、３１、３２をＢＭパターン２上で重ねて、ＰＳ部のみの高さを補うことも可能である（特許文献１参照）。
【０００６】
前記ＰＳ部５は、様々な外部からの圧力に抗して液晶セルギャップを一定に保持する機能を充分に発揮することが重要である。液晶パネルは、パネル化工程後にも、例えば、パネルの薄型化のためにガラス基板を外側から研磨したり、タッチパネルと組み合わせ使用したり等で、外部から強い圧力を受ける機会が多い。このような強い圧力に対してもＰＳ部５がつぶれないように、ＰＳ部を構成する材料の強度や弾性特性を改善することは当然であるが、サブＰＳと称する複数の副固定スペーサを前記固定スペーサとしてのＰＳ部より若干低く形成してＰＳ部と共に用いる方策が採られることが多くなってきた。
【０００７】
前記ＰＳ部５の製造方法として、ポジ型フォトレジストにより形成するための提案が多くなされているが、問題点が多く、現状ではＰＳ部の形成にネガ型フォトレジストを使うことも多い。ポジ型フォトレジストを使う方が、安い材料費で処理できる利点があるにも拘らず、必ずしも実現できていない理由は、図３に説明するように、ＰＳ部５１、５２に示す高さの制御の困難さと、ＰＳ部５３に示す上面の凹みによる品質異常のためである。すなわち、平面サイズが３０μｍ未満の小型のＰＳ部５１、５２においては、厚く塗布されたフォトレジスト膜に対する露光量や露光ギャップの変動が敏感に現像厚さ、すなわちＰＳ部の高さのバラツキｄとなって現れてしまい、セルギャップ制御用として特に重要な一定高さを与えるＰＳ部の機能を損なう。また、平面サイズが３０μｍ以上の大型のＰＳ部５３においては、ＰＳ部の上面に凹みｅが発生し、液晶セル作製工程において、配向膜を塗布する際に品質異常を引き起こすという不具合が生じる。
【０００８】
さらに、前記ＰＳ部に上述のサブＰＳと称する低い副固定スペーサを加えて一括した工程で適宜配置する場合には、高さの差を一定に保った固定スペーサと副固定スペーサとの２種類の突起体を、形状を正常に制御して同時に処理することが必要となるため、より多くの製造上の困難を伴う。
【０００９】
一方、上記のような、厚く塗布されたフォトレジスト膜の厚さの制御に関して、充分な露光量を与える領域と遮光する領域との中間の露光量を与えて、突起部の高さを中間レベルに作る方法がある。フォトマスク上に中間濃度のパターンを形成する方法としては、ドット（網点）配列やライン・アンド・スペースのような遮光膜の微細パターンの集合により、微細パターン領域全体の平均として、半透光部に相当させる一般的なグレートーンマスクのタイプと、膜特性として半透過性を有する膜の直接成膜とパターニング手段で均一な半透光部を形成するハーフトーンマスクのタイプがあり、適宜利用されている（特許文献２）。
【００１０】
また、図７において、ＰＳ部５の下地に当たる部分をＢＭパターン２上の着色パターン３０、３１、３２の内、２層以上の重ねにより盛り上げて、結果的にＰＳ部を高く形成する手法では、ＰＳ部５としての工程で作る専用層の厚さは必ずしも特に厚くする必要は無いので、上記のポジ型フォトレジストを使う場合の不具合は概ね回避できる。しかしながら、着色パターン３０、３１、３２を積層させてＢＭパターン２上を部分的に盛り上げる場合は、各着色パターンを形成する材料の塗布の精度と重ねの位置合わせの精度を共に極めて高精度に制御することが特別に重要になり、生産工程を安定させる上での困難を伴うことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３６５１８７４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４８９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、液晶表示装置用カラーフィルタ基板や画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いてセルギャップ制御用で異なる高さの固定スペーサと副固定スペーサとを同時に形成するためのフォトマスクを最適化し、工程条件によるバラツキの少ないカラーフィルタ基板とその製造方法、または画素電極基板とその製造方法を提供し、高品質の液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、液晶表示装置におけるカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板、または、液晶表示装置のアクティブ駆動用のスイッチング素子および画素電極を有する画素電極基板に、ポジ型フォトレジストを用いて液晶セルギャップ制御用の固定スペーサと前記固定スペーサより低い副固定スペーサとを一括形成するためのフォトマスクであって、固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有すること、および、副固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部を有し、かつ、遮光部の内側の中央付近に他の全透過スリットまたは全透過開口部を有することを特徴とするフォトマスクである。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、前記固定スペーサおよび副固定スペーサの平面形状を凸型の単純多角形または円、長円等の円型とし、それらのサイズを前記固定スペーサおよび副固定スペーサの輪郭内に収納可能な最大円の直径で表して、３０〜５０μｍに形成するため、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅を５〜７μｍとし、前記遮光部の内側と遮光部の周囲のグレートーン部とを併せた全体サイズを３０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、前記遮光部の内側の中央付近に設ける他の全透過スリットの幅を２〜３μｍとするか、または、前記全透過開口部の幅を６〜７μｍとすることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスクである。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けたことを特徴とするカラーフィルタ基板である。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、前記固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、２．０〜３．８μｍとし、前記副固定スペーサのカラーフィルタ画素中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより０．４μｍ程度低くすることを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタ基板である。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けたことを特徴とする画素電極基板である。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、前記固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、２．０〜３．８μｍとし、前記副固定スペーサの画素電極中央部最表面からの高さを、前記固定スペーサのそれより０．４μｍ程度低くすることを特徴とする請求項６に記載の画素電極基板である。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項４〜７のいずれかに記載のカラーフィルタ基板または画素電極基板を具備することを特徴とする液晶表示装置である。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサをカラーフィルタ基板上に選択的に設けることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用い、プロキシミティ露光方式により一括パターン形成し、前記固定スペーサおよび副固定スペーサを画素電極基板上に選択的に設けることを特徴とする画素電極基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
液晶表示装置用カラーフィルタ基板にセルギャップ制御用の固定スペーサおよび副固定スペーサを形成するに際して、スペーサの平面サイズが小さい場合には露光ギャップや露光量の変動がスペーサの出来上がり高さに大きく影響し、また、スペーサの平面サイズが大きい場合にはスペーサ上面の平坦となるべき部分が凹むため、液晶セル作製工程において配向膜を塗布する際に品質異常が生じるなど、ポジ型フォトレジストをスペーサとして有効に使いこなす上での困難があったが、本発明のグレートーン部を有する安価なフォトマスクにより、高品質の固定スペーサおよびそれより高さを一定量低くした副固定スペーサをポジ型フォトレジストでカラーフィルタ基板上または画素電極基板上に一括して形成することができる。
【００２４】
また、請求項２または３に記載した発明によれば、本発明のカラーフィルタ基板または画素電極基板を構成する固定スペーサおよび副固定スペーサに特に適した大型の平面サイズのスペーサを安定的にかつ高品質で実現するためのフォトマスクの構造を規定することができる。
【００２５】
また、請求項４または６に記載した発明によれば、高品質の固定スペーサおよび副固定スペーサを均一に有するカラーフィルタ基板または画素電極基板を少ない材料コストで得ることができ、得られるカラーフィルタ基板または画素電極基板は、液晶セル化工程に異常なく適合し、高品質の液晶セルの作製に寄与することができる。
【００２６】
また、請求項５または７に記載した発明によれば、本発明のカラーフィルタ基板または画素電極基板を構成する固定スペーサおよび副固定スペーサに特に適した高さを安定的にかつ高品質で実現することができるので、得られるカラーフィルタ基板または画素電極基板は、液晶セル化工程に異常なく適合し、高品質の液晶セルの作製にさらに寄与することができる。
【００２７】
また、請求項８に記載した発明によれば、品質の安定したカラーフィルタ基板または画素電極基板を具備する液晶表示装置を高品質に提供できる。
【００２８】
また、請求項９または１０に記載した発明によれば、高品質の固定スペーサおよび副固定スペーサを均一に有するカラーフィルタ基板または画素電極基板を少ない材料コストと安定的なプロセスで得ることができるので、高い歩留まりにより、生産性を向上することができる上、カラーフィルタ基板や画素電極基板の仕様変更に対しても、製造プロセス条件を大きく変更することなく容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のフォトマスクと対応するＰＳ部およびサブＰＳとの関係を説明するための断面概念図である。
【図２】カラーフィルタ基板にＰＳ部を形成する一般的な方法を説明するための断面概念図である。
【図３】従来のＰＳ部の断面形状が不具合を生じる状況を説明するための断面概念図である。
【図４】本発明のカラーフィルタ基板にＰＳ部およびサブＰＳが最適な断面形状で形成される状況を説明するための断面概念図である。
【図５】本発明のフォトマスクにより、一個のＰＳ部を形成するためのフォトマスクパターンの一例を説明するための平面概念図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の一例を説明するための断面概念図である。
【図７】カラーフィルタ基板の一般的構成を説明するための断面概念図である。
【図８】カラーフィルタ基板上に形成されるＰＳ部の高さを説明するための断面概念図である。
【図９】本発明のフォトマスクにより、一個のサブＰＳを形成するためのフォトマスクパターンの例を説明するための平面概念図であって、（ａ）、（ｂ）の２タイプを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面に従って説明する。
【００３１】
図７におけるカラーフィルタ基板の一般的構成を説明する断面概念図の中で、ＰＳ部を有しない従来のカラーフィルタ基板上に新たにＰＳ部５を形成するための一般的方法を図２の断面概念図により説明する。透明基板１上にＢＭパターン２および着色パターン３０、３１、３２を赤色、緑色、青色のように異なる３色の繰り返し区分により形成後、透明電極層４を形成したカラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０上にポジ型フォトレジスト７を塗布形成する。ポジ型フォトレジスト７はＰＳ部５を作るための材料であり、その高さ精度を含む形状品質や弾性特性を考慮して選択すれば良い。例えば、市販のノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを乾燥時の高さで３〜４μｍ程度塗布するが、これに限定されるものではない。塗布方法は、ダイコート法などのフォトレジストの使用効率の高い方法が望ましいが、均一に塗布できれば、特に限定されない。
【００３２】
図２において、ポジ型フォトレジスト７を塗布・乾燥したカラーフィルタ基板１０に対向させて、フォトマスク２０のパターン面を対向面と位置合わせしつつ接近させ、フォトマスク裏面からのレジスト感光用の照射光４０により、露光する。露光工程では、一般的にカラーフィルタ製造に使用されるプロキシミティ露光の一括露光機により、高輝度で平行光を得やすい超高圧水銀ランプからのｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）を主波長として、露光ギャップ１００〜１５０μｍ程度でフォトレジスト感度に応じて露光される。その後、現像、洗浄、ベイクの工程を経て、フォトマスクの遮光部８に対応する突起状のパターンがＰＳ部５としてフォトレジストで形成される。
【００３３】
ここで、前述したＰＳ部の形状不具合の状況を、図３に従って更に詳細に説明すると、平面サイズが３０μｍ未満のＰＳ部５１、５２においては、厚く塗布されたフォトレジスト膜に対する露光量やプロキシミティ露光方式の露光ギャップの変動が敏感に影響し、現像厚さ、正確にはベイク後のＰＳ部の高さを変動させ、バラツキｄとなって現れてしまう。このため、セルギャップ制御用として特に重要な一定高さを与える機能を損なう。また、平面サイズが３０μｍ以上のＰＳ部５３においては、ＰＳ部の上面に凹みｅが発生し、液晶セル作製工程における配向不良となって品質異常を引き起こす。
【００３４】
上記の現象は、いずれもベイクによるパターン端部の盛り上がりが関与していることを発見した。例えば正八角形の遮光パターンの例で確認すると、ベイクによる周縁端部の盛り上がりが大きい傾向が特に認められるが、平面サイズが３０μｍ未満のＰＳ部の場合には、必ずしもＰＳ部上面の凹みにまで至らず、むしろ露光条件の変動が最終の高さバラツキに大きく影響する傾向が強い。一方、平面サイズが３０μｍ以上のＰＳ部の場合には、
ＰＳ部上面の凹みの発生となる。以上の知見より、フォトマスクパターンの端部に露光条件の変動や熱的な変形を緩和させる領域を設けることが、上記の各平面サイズ別に共通の改善方策と成り得ることを考察し、実験によりその有効性を確認した。鋭意検討した結果、特に平面サイズが３０μｍ以上のＰＳ部を上面の凹み無く形成するのに好都合なフォトマスクの設計指針を見出すに至った。
【００３５】
前記ＰＳ部の高さバラツキや上面の凹みの発生は、高さの設計値を約０．４μｍ低くしたサブＰＳにおいても同様に起こる。特に平面サイズが３０μｍ以上のＰＳ部とサブＰＳとを上面の凹み無く形成するのに好都合なフォトマスクの設計指針は、フォトマスクパターンの端部への工夫をＰＳ部とサブＰＳとに共通に適用するとともに、両方の突起パターンを同一工程で形成する際に一定の膜厚差を再現性良く実現するために、サブＰＳのフォトマスクにさらに特別の工夫を含むものとする。
【００３６】
図１に、本発明のフォトマスクと対応するＰＳ部およびサブＰＳとの関係を説明するための断面概念図を示す。本発明のフォトマスクは、液晶表示装置におけるカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板１１、または、液晶表示装置のアクティブ駆動用のスイッチング素子および画素電極を有する画素電極基板１２（後述する図６）に、ポジ型フォトレジスト７を用いて液晶セルギャップ制御用の固定スペーサ（ＰＳ部５）と前記固定スペーサより低い副固定スペーサ（サブＰＳ５５）とを一括形成するためのフォトマスク２０であって、固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部８の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部９を有すること、および、副固定スペーサのフォトマスクパターンとしては遮光部の周囲に全透過スリットを含むグレートーン部９を有し、かつ、遮光部の内側８５の中央付近に他の全透過スリットまたは全透過開口部を有することを特徴とするものである。
【００３７】
フォトマスクの透明基板２１は、図２に示す場合と同様に、露光機からのレジスト感光用の照射光４０の内、少なくとも、ＰＳ部５に用いるフォトレジスト７の感光性を利用する領域の波長の光を通すものであり、溶融石英ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。また、フォトマスク２０の製造において、遮光部８は、従来より主にスパッタリング法で形成されている金属クロム膜、または金属クロムに酸化クロムを積層した低反射膜の薄膜をフォトエッチング法によりパターン化するのが一般的であり、エッチング手段はウェット方式でもドライ方式でも良い。また、グレートーン部９は、前記遮光部８と同一の材料で、かつ遮光部形成と同時の工程で、スリット等のパターン上の工夫により形成することができる。前記サブＰＳ用のフォトマスクパターンの形成も、上述の薄膜形成法とフォトエッチング法との組み合わせにより可能である。
【００３８】
図４に、本発明のカラーフィルタ基板にＰＳ部およびサブＰＳが最適な断面形状で形成される状況を説明するための断面概念図を示す。前記ＰＳ部およびサブＰＳとして、例えば正八角形の水平断面を有する台形状の突起物をカラーフィルタ基板１１上に形成し、便宜的に多種サイズをＰＳ部５１、５３、サブＰＳ５５、５４のように、同一図面上に隣接して表示する。ＰＳ部およびサブＰＳの平面サイズを、下底部の対向する２辺間の距離を差渡しの径とみなして代表させると、この平面サイズが前述の２分類される各平面サイズの対象となる。本発明においては、ＰＳ部およびサブＰＳの平面サイズが３０μｍ未満の５１、５５と３０μｍ以上の５３、５４のいずれにも共通の改善方策を実施しているが、中でも、ＰＳ部およびサブＰＳの平面サイズが３０μｍ以上の５３、５４の形成に有力な方法である。上記の各ＰＳ部およびサブＰＳに対応するフォトマスク上のパターンの内、遮光部または遮光部の内側をそれぞれ８１、８３、８５、８４、遮光部周囲のグレートーン部をそれぞれ９１、９３、９５、９４と表す。
【００３９】
ＰＳ部は液晶セルを構成するための固定スペーサとしての機能を発揮させる必要から、
一定の高さおよび形状と弾性特性を均一に有することが望まれる。また、サブＰＳもＰＳ部の補足的な働きをさせる上で必要な、ＰＳ部より僅かに低い（図４で、その差をｋで表す）一定の高さおよび形状と弾性特性をＰＳ部に準じて均一に有することが望まれる。そのため、大型の液晶セルを構成するＰＳ部とサブＰＳとの平面サイズが小さ過ぎることは、機能上からも製作歩留まりの観点からも好ましくない。実際には、固定スペーサと副固定スペーサのサイズが２０μｍ以上であることが望ましい。
【００４０】
本発明のフォトマスク２０で、カラーフィルタ基板１１上のＰＳ部５、５１、５３に対応するパターンは、図１、および図４に示すとおり、遮光部８、８１、８３のパターンを覆うようにグレートーン部９、９１、９３を形成している。図５に、その構造を平面概念図を用いて説明する。例えば、正八角形の遮光部８の周囲を全透過スリットを含むグレートーン部９で取り囲むように覆う。フォトマスクのパターンがＰＳ部の形成にその効果を発揮するためには、遮光部とグレートーン部のサイズも限定した方が良い。実験的検討の結果、平面サイズを３０μｍ〜５０μｍとして、しかも上面の凹みを発生させないようにＰＳ部を形成するためのフォトマスクパターンは、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅ｃを５〜７μｍとし、前記遮光部とグレートーン部の全体サイズａを３０μｍ以上とすることが最適であるとの知見を得た。
【００４１】
なお、グレートーン部の遮光線幅ｗを１〜２μｍと細くすることを前提として、遮光部サイズｂは、フォトマスクパターンにおける遮光部とグレートーン部の全体サイズａと遮光部サイズｂとの間に、フォトレジストで形成されるＰＳ部の平面サイズｐが位置する関係となる。すなわち、数式で表すと、ａ≧ｐ≧ｂ  という関係にある。
【００４２】
前記固定スペーサとして設けるＰＳ部の平面形状は、前述の正八角形や一般的な円形に限定されるものではなく、凸型の単純多角形または円、長円等の円型であれば、使用できる。ここで、凸型とは、多角形の全ての頂点の内角が１８０度未満であるものを言う。また、単純多角形とは、互いに交差しない閉じた多辺連続チェインで囲まれた領域を言う。上記の一般化した形状において、ＰＳ部の平面サイズｐとは、前記ＰＳ部の輪郭内に収納可能な最大円の直径で定義することができる。
【００４３】
上記のＰＳ部の平面サイズとフォトマスクパターンの遮光部とグレートーン部との関係は、サブＰＳにおいても同様の事情があるので、フォトレジストで形成される突起パターンの端部の盛り上がりに起因する形状を改善する上で、以下のようにまとめてより具体的に表現することができる。
【００４４】
本発明のフォトマスクは、前記固定スペーサおよび副固定スペーサの平面形状を凸型の単純多角形または円、長円等の円型とし、それらのサイズを前記固定スペーサおよび副固定スペーサの輪郭内に収納可能な最大円の直径で表して、３０〜５０μｍに形成するためのフォトマスクであって、前記遮光部の周囲に設けるグレートーン部の全透過スリットの幅を５〜７μｍとし、前記遮光部の内側と遮光部の周囲のグレートーン部とを併せた全体サイズを３０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクである。
【００４５】
さらに、サブＰＳをＰＳ部より低く形成するための、フォトマスクパターン上の工夫について、図９により説明する。
【００４６】
図９は、本発明のフォトマスクにより、一個のサブＰＳを形成するためのフォトマスクパターンの例を説明するための平面概念図であって、（ａ）、（ｂ）の２タイプを示す。（ａ）は、遮光部８の内側の中央付近に、遮光部の周辺部に設けた幅ｃの前記全透過スリットとは別に、幅ｓの全透過スリットを有し、さらに内側に幅ｑの中央遮光部を有する。また、（ｂ）は、遮光部８の内側の中央付近に、幅ｒの全透過開口部を有する。遮光部８
の周囲に幅ｃの全透過スリットと幅ｗの遮光線を両タイプ共に有することは、図５に示したＰＳ部を形成するためのフォトマスクパターンの例と同じである。
【００４７】
ＰＳ部とサブＰＳのサイズを４２μｍ、ＰＳ部の高さを２．７μｍとする設計で、実験的検討の結果、（ａ）タイプでは、中央遮光部の幅ｑを３〜５μｍとする前提で、全透過スリットの幅ｓを２〜３μｍとすることにより、サブＰＳの高さをＰＳ部より０．４μｍ程度と適度に低く形成することができる。また、（ｂ）タイプでは、中央の全透過開口部の幅ｒを６〜７μｍとすることにより、サブＰＳの高さをＰＳ部より０．４μｍ程度と適度に低く形成することができる。
【００４８】
前記固定スペーサとして設けるＰＳ部の高さは、液晶表示装置のセルギャップを考慮して、２．０〜３．８μｍとするのが適当である。但し、図８のカラーフィルタ基板上に形成されるＰＳ部の高さを説明するための断面概念図に示すように、ＢＭパターン２上に着色パターン３１、３２が重なって盛り上がり形成され、その盛り上がり部分に透明電極層４を介してＰＳ部５を形成する場合は、ＰＳ部の高さｆは前記盛り上がり部分の高さｇだけ低く設定することができる。すなわち、最も低位置にあるカラーフィルタ画素中央部の最表面からＰＳ部上底までの高さｈを上記の２．０〜３．８μｍとすれば、前記盛り上がり部分が無い場合と同等になる。上記の事情は、サブＰＳにおいても同様であり、ＢＭパターン上での着色パターンの重なり状況により、実際に形成するＰＳ部やサブＰＳのフォトレジスト突起の高さを減じることが可能である。また、ＰＳ部とサブＰＳとの高さの差ｋは０．４μｍ程度として、サブＰＳを低く設定することが、液晶表示装置のパネル化後の工程も考慮して、適当である。
【００４９】
本発明のフォトマスクを用いて、前記固定スペーサをカラーフィルタ基板上にフォトリソグラフィー方式で選択的に設けることができる。露光工程では１００〜１５０μｍの露光ギャップを保持したプロキシミティ露光方式が適している。その結果、液晶表示装置を構成する最適なカラーフィルタ基板を提供できる。
【００５０】
上記の説明では、主にカラーフィルタ基板上にＰＳ部およびサブＰＳを形成する場合について述べたが、画素電極基板上にＰＳ部を形成する場合も、同様に本発明のフォトマスクを用いて、ＰＳ部およびサブＰＳを形成するポジ型フォトレジストをフォトリソグラフィー法により加工して形成することができる。
【００５１】
また、カラーフィルタ基板上の場合と同様に、画素電極基板上においても、ＰＳ部の画素電極中央部最表面からの高さを２．０〜３．８μｍとし、サブＰＳの高さをＰＳ部より０．４μｍ程度低くすることが、液晶表示装置のセルギャップを考慮して最適である。
【００５２】
図６は、本発明の液晶表示装置の一例を説明するための断面概念図である。図では、透明基板４１、アクティブ駆動用スイッチング素子１３（通常はＴＦＴを使用）、画素電極１４にＰＳ部５およびサブＰＳ５５を形成した画素電極基板１２上に、液晶配向のための配向膜１５を形成し、対向側にはカラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０の表面に配向膜１５を形成して配置し、前記両基板間に液晶１６を封入して封止剤１７にてセル構造を閉じる。両基板の外側には偏光板１８等の光学層を適宜配し、画素電極基板側の外部にバックライト１９を設ける。本発明に係るＰＳ部５およびサブＰＳ５５の形成工程以外は、通常の液晶表示装置の製造工程と同様に行うことができる。
【００５３】
上記のように、本発明のカラーフィルタ基板または画素電極基板を用いて、液晶表示装置を作製することができる。本発明と同様の構成のカラーフィルタ基板または画素電極基板を従来の方法で提供されて作製される液晶表示装置の場合と同様に作製されるが、本発明では、品質の安定した液晶表示装置を高品質に提供できる。例えば、カラーフィルタ基
板または画素電極基板のＰＳ部およびサブＰＳの品質が、高さのバラツキが無く、また、平面サイズが大きい場合のＰＳ部およびサブＰＳの上面の凹みの発生が無いため、液晶表示装置を作製する過程で、配向膜塗布における品質異常を引き起こさない。
【符号の説明】
【００５４】
１、２１、４１・・・透明基板
２・・・ＢＭパターン
４・・・透明電極層
５・・・ＰＳ部（固定スペーサ）
７・・・ポジ型フォトレジスト
８・・・遮光部
９・・・グレートーン部
１０・・・カラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）
１１・・・カラーフィルタ基板（ＰＳ部形成）
１２・・・画素電極基板
１３・・・アクティブ駆動用スイッチング素子
１４・・・画素電極
１５・・・配向膜
１６・・・液晶
１７・・・封止剤
１８・・・偏光板
１９・・・バックライト
２０・・・フォトマスク
３０、３１、３２・・・着色パターン
４０・・・レジスト感光用の照射光
５１、５２、５３・・・ＰＳ部（固定スペーサ）
５４、５５・・・サブＰＳ（副固定スペーサ）
８１、８２、８３・・・遮光部
８４、８５・・・遮光部の内側
９１、９３、９４、９５・・・グレートーン部
【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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