(57)【要約】【課題】モノクロフィルタ基板における透過率のばらつきや異物の混入に起因する、表示品質の低下を抑制する。【解決手段】液晶表示装置は、それぞれが画素領域及び画素領域を囲む周辺領域を有する複数の画素がマトリクス状に形成された駆動基板と、液晶層を挟んで駆動基板と対向して配置され、画素領域及び周辺領域にそれぞれ対応して形成される透光領域及び遮光領域を有するモノクロフィルタ基板とを備える。モノクロフィルタ基板の遮光領域１０Ｂには、遮光機能を有するブラックマトリクス層１２と、ブラックマトリクス層１２を覆う透光性の保護膜１３とが形成され、保護膜１３は、透光領域１０Ａの中央部分には形成されていない。保護膜１３上には、モノクロフィルタ基板と駆動基板との間隔を規定する柱状スペーサ１４が、保護膜１３と一体的に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが画素領域及び該画素領域を囲む周辺領域を有する複数の画素がマトリクス状に形成された駆動基板と、液晶層を挟んで前記駆動基板と対向して配置され、前記画素領域及び前記周辺領域にそれぞれ対応して形成される透光領域及び遮光領域を有するモノクロフィルタ基板とを備える液晶表示装置において、
前記モノクロフィルタ基板の遮光領域には、遮光機能を有するブラックマトリクス層と、該ブラックマトリクス層を覆う透光性の保護膜とが形成され、該保護膜は、前記透光領域の少なくとも中央部分には形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記保護膜が、前記モノクロフィルタ基板と前記駆動基板との間の間隙を規定するスペーサを構成する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記保護膜が、前記ブラックマトリクス層の表面及び側面を覆って形成されている、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
それぞれが画素領域及び該画素領域を囲む周辺領域を有する複数の画素がマトリクス状に形成された駆動基板と、液晶層を挟んで前記駆動基板と対向して配置され、前記画素領域及び前記周辺領域にそれぞれ対応して形成される透光領域及び遮光領域を有するモノクロフィルタ基板とを備える液晶表示装置を製造する方法において、
前記モノクロフィルタ基板を形成する工程が、
透明基板上に、遮光性を有する第１のフォトレジスト膜と、透光性を有する第２のフォトレジスト膜とを順次に形成する第１ステップと、
各透光領域から遮光領域に向かって、又はその逆方向に向かって順次に並ぶ透光部、半透光部及び遮光部を有するフォトマスクを用いた露光処理によって、前記第１及び第２のフォトレジスト膜をパターニングし、前記第１のフォトレジスト膜から前記遮光領域を覆うブラックマトリクス層を形成し、且つ、前記第２のフォトレジスト膜から、前記ブラックマトリクス層の両縁部を覆う第１の保護膜部分と、前記ブラックマトリクス層の中央部分を覆い前記第１の保護膜部分よりも大きな厚みを有する第２の保護膜部分とを有する保護膜を形成する第２ステップと、
前記第１の保護膜部分をリフローし、該リフローした第１の保護膜部分によって前記ブラックマトリクス層の側面を覆う第３ステップと
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の保護膜部分を、前記モノクロフィルタ基板と前記駆動基板との間の間隙を規定するスペーサとして、前記駆動基板と前記モノクロフィルタ基板とを組み立てる工程を更に有する、請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２ステップと前記第３ステップとの間に、前記保護膜をプラズマ照射する第４ステップを更に有する、請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１ステップと前記第２ステップとの間に、前記保護膜を熱処理によって硬化させる第４ステップを更に有する、請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１ステップと前記第２ステップとの間に、前記保護膜の表面にシリコン含有フォトレジスト膜を形成する第４ステップを更に有する、請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関し、更に詳しくは、モノクロフィルタ基板を備える液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モノクロ表示方式の液晶表示パネルは、駆動基板と、対向基板を構成するモノクロフィルタ基板と、これら基板間に封止された液晶層とを備える。液晶表示パネルでは、駆動基板によって、マトリクス状に配列された複数の画素が形成され、各画素のそれぞれは、透光性を有する画素領域と、画素領域を囲む遮光性の周辺領域とから成る。駆動基板には、各画素に対応して、透明基板上に、画素電極と、画素電極を駆動するＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子とが配設されている。画素電極は画素領域に、ＴＦＴ素子は周辺領域にそれぞれ形成される。
【０００３】
モノクロフィルタ基板には、遮光機能を有するブラックマトリクス層が周辺領域に対応して形成され、遮光領域を構成する。また、ブラックマトリクス層による凹凸の低減や、ブラックマトリクス層中の成分の液晶層中への拡散防止を目的として、ブラックマトリクス層を覆って全面に、塗布法等によって平坦化層（オーバーコート層）が形成されている。画素領域に対応する領域は、透光性を有する透光領域を構成する。
【０００４】
上記液晶表示パネルでは、各画素に対応するＴＦＴ素子を駆動し、画素電極に印加する電圧を制御することによって、各画素における液晶分子の配向を制御し、光スイッチングを行う。また、バックライト方式の液晶表示装置への適用に際しては、液晶表示パネルの背面側に光源を構成するバックライト装置が配設され、液晶表示パネルの各画素における光スイッチング機能によって画像の表示を行う。
【０００５】
モノクロ表示方式の液晶表示パネルについては、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２６８０４７号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来のモノクロ表示方式の液晶表示パネルでは、モノクロフィルタ基板に形成されたオーバーコート層の厚みのばらつきによって、透光領域の透過率がばらつき、表示品質が低下する問題があった。また、オーバーコート層の形成に際して、オーバーコート層の内部や膜下に異物が混入することがあり、これらの異物は洗浄等の処理で除去することが困難であった。このため、これら異物の混入に起因して、表示品質を低下させるセルギャップ不良が生じる問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、モノクロフィルタ基板を備える液晶表示装置及びその製造方法であって、モノクロフィルタ基板における透過率のばらつきや異物の混入に起因する、表示品質の低下を抑制できる液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、それぞれが画素領域及び該画素領域を囲む周辺領域を有する複数の画素がマトリクス状に形成された駆動基板と、液晶層を挟んで前記駆動基板と対向して配置され、前記画素領域及び前記周辺領域にそれぞれ対応して形成される透光領域及び遮光領域を有するモノクロフィルタ基板とを備える液晶表示装置において、
前記モノクロフィルタ基板の遮光領域には、遮光機能を有するブラックマトリクス層と、該ブラックマトリクス層を覆う透光性の保護膜とが形成され、該保護膜は、前記透光領域の少なくとも中央部分には形成されていないことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、それぞれが画素領域及び該画素領域を囲む周辺領域を有する複数の画素がマトリクス状に形成された駆動基板と、液晶層を挟んで前記駆動基板と対向して配置され、前記画素領域及び前記周辺領域にそれぞれ対応して形成される透光領域及び遮光領域を有するモノクロフィルタ基板とを備える液晶表示装置を製造する方法において、
前記モノクロフィルタ基板を形成する工程が、
透明基板上に、遮光性を有する第１のフォトレジスト膜と、透光性を有する第２のフォトレジスト膜とを順次に形成する第１ステップと、
各透光領域から遮光領域に向かって、又はその逆方向に向かって順次に並ぶ透光部、半透光部及び遮光部を有するフォトマスクを用いた露光処理によって、前記第１及び第２のフォトレジスト膜をパターニングし、前記第１のフォトレジスト膜から前記遮光領域を覆うブラックマトリクス層を形成し、且つ、前記第２のフォトレジスト膜から、前記ブラックマトリクス層の両縁部を覆う第１の保護膜部分と、前記ブラックマトリクス層の中央部分を覆い前記第１の保護膜部分よりも大きな厚みを有する第２の保護膜部分とを有する保護膜を形成する第２ステップと、
前記第１の保護膜部分をリフローし、該リフローした第１の保護膜部分によって前記ブラックマトリクス層の側面を覆う第３ステップと
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液晶表示装置によれば、モノクロフィルタ基板において、保護膜が、透光領域の少なくとも中央部分に形成されていないため、保護膜の厚みのばらつきに起因する、透光領域の透過率のばらつきを抑制できる。また、透光領域の中央部分では、保護膜の膜中や膜下に異物が混入することがなく、これら異物の混入に起因するセルギャップ不良を防止できる。これらによって、液晶表示装置の表示品質の低下を抑制できる。
【００１１】
本発明の液晶表示装置の好適な態様では、前記保護膜が、前記モノクロフィルタ基板と前記駆動基板との間の間隙を規定するスペーサを構成する。例えばハーフトーンマスクを用いて、上記スペーサを有する保護膜を形成することによって、製造プロセスを簡素化できる。
【００１２】
本発明の液晶表示装置の好適な態様では、前記保護膜が、前記ブラックマトリクス層の表面及び側面を覆って形成されている。ブラックマトリクス層中の成分が液晶層中へ拡散することを効果的に抑制できる。本発明の液晶表示装置では、前記保護膜が樹脂膜であってもよい。
【００１３】
本発明に係る液晶表示装置の製造方法によれば、透光領域から遮光領域に向かって順次に並ぶ透光部、半透光部、及び、遮光部を有するフォトマスクを用い、第１及び第２のフォトレジスト膜をポジ型とすることによって、フォトマスクの遮光部及び半透光部に対応して、第１のフォトレジスト膜をブラックマトリックス層に形成できると共に、第２のフォトレジスト膜を第１の保護膜部分及び第２の保護膜部分にそれぞれ形成できる。
【００１４】
或いは、遮光領域から透光領域に向かって順次に並ぶ透光部、半透光部、及び、遮光部を有するフォトマスクを用い、第１及び第２のフォトレジスト膜をネガ型とすることによって、フォトマスクの透光部及び半透光部に対応して、第１のフォトレジスト膜をブラックマトリックス層に形成できると共に、第２のフォトレジスト膜を第１の保護膜部分及び第２の保護膜部分にそれぞれ形成できる。これらブラックマトリクス層、第１の保護膜部分、及び、第２の保護膜部分を１回の露光工程で形成できるので、製造コストを大幅に低減できる。
【００１５】
本発明に係る液晶表示装置の製造方法の好適な態様では、前記第２の保護膜部分を、前記モノクロフィルタ基板と前記駆動基板との間の間隙を規定するスペーサとして、前記駆動基板と前記モノクロフィルタ基板とを組み立てる工程を更に有する。
【００１６】
本発明に係る液晶表示装置の製造方法では、前記第２ステップと前記第３ステップとの間に、前記保護膜をプラズマ照射する第４ステップを更に有することが好ましい。或いは、前記第１ステップと前記第２ステップとの間に、前記保護膜を熱処理によって硬化させる第４ステップ、又は、前記保護膜の表面にシリコン含有フォトレジスト膜を形成する第４ステップを更に有することが好ましい。このような第４ステップを有することにより、リフロー工程に際して、保護膜の形状が過度に変化することを抑制し、スペーサの高さのばらつきを抑制できる。なお、上記プラズマ照射ステップでは、例えばフッ素やヘリウムのプラズマを用いることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、添付図面を参照し、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置における、モノクロフィルタ基板の構成を示す平面図である。モノクロフィルタ基板１０は、モノクロ表示方式の液晶表示パネルにおける対向基板として用いられ、液晶表示パネルは、駆動基板及びモノクロフィルタ基板から成る一対の基板と、これら一対の基板の間に封止された液晶層とを備える。
【００１８】
液晶表示パネルでは、駆動基板によって、マトリクス状に配置された画素が形成され、各画素のそれぞれは、透光性を有する画素領域と、画素領域を囲む遮光性の周辺領域とから成る。駆動基板は、透明なガラス基板を備え、ガラス基板上には、画素電極、画素電極を駆動するＴＦＴ素子、及び、ＴＦＴ素子を駆動するワード線やビット線などの配線がそれぞれ形成されている。画素電極は画素領域に、ＴＦＴ素子や配線は周辺領域に、それぞれ形成されている。
【００１９】
モノクロフィルタ基板１０は、透明なガラス基板１１を備える。ガラス基板１１上には、遮光機能を有するブラックマトリクス層１２が周辺領域に対応して形成され、遮光領域１０Ｂを構成している。ブラックマトリクス層１２を覆って透光性を有する保護膜１３が形成されている。モノクロフィルタ基板１０と駆動基板との間隔（セルギャップ）を制御するために、保護膜１３上には、一定の間隔で柱状スペーサ１４が形成されている。画素領域に対応した領域は、透光性を有する透光領域１０Ａを構成している。
【００２０】
図２は、図１のII−II線に沿った柱状スペーサ１４を含む断面を示す断面図である。保護膜１３は、従来のオーバーコート層と異なり、ブラックマトリクス層１２の上面及び側面を覆って、遮光領域１０Ｂとほぼ重なる領域のみに形成されている。また、柱状スペーサ１４は、保護膜１３と一体的に形成されている。保護膜１３及び柱状スペーサ１４が本発明における保護膜に相当する。
【００２１】
液晶表示パネルでは、ワード線やビット線を介して、各画素に対応するＴＦＴ素子を駆動し、画素電極に印加する電圧を制御する。これによって、各画素における液晶分子の配向を制御し、光スイッチングを行うことが出来る。バックライト型の液晶表示装置では、液晶表示パネルの背面側にバックライト装置が配置され、液晶表示パネルの光スイッチング機能によって、モノクロ表示の画像を表示させることが出来る。
【００２２】
本実施形態の液晶表示装置では、モノクロフィルタ基板１０において、透光領域１０Ａの中央部分に保護膜１３が形成されていない。このため、画素領域における透過率のばらつきを抑制し、液晶表示装置における表示品質の低下を抑制できる。
【００２３】
図３Ａ、図３Ｂは、図１、２のモノクロフィルタ基板を製造する各製造段階を順次に示す断面図である。先ず、ガラス基板１１上の全面に、遮光性を有するブラックマトリクス層１２用のフォトレジスト膜（ＢＭレジスト膜）１２ａを塗布する。引き続き、ＢＭレジスト膜１２ａ上に、透光性を有する保護膜１３用のフォトレジスト膜（ＰＳレジスト膜）１３ａを塗布する。ＢＭレジスト膜１２ａ及びＰＳレジスト膜１３ａは何れも、被露光部分が現像液に溶解しない化学構造に変化し、パターンに形成されるネガ型感光性樹脂レジストとする。ＢＭレジスト膜１２ａの厚みは１〜１．５μｍ程度で、ＰＳレジスト膜１３ａの厚みは、セルギャップに対応して、保護膜１３の厚みと柱状スペーサ１４の高さとの和に等しい厚みに設定される。
【００２４】
引き続き、図３Ａに示すように、ハーフトーンマスク２０を用いた露光を行う。ハーフトーンマスク２０は、製造するモノクロフィルタ基板１０における遮光領域１０Ｂから透光領域１０Ａに向かって順次に並ぶ、透光部２１、半透光部２２、及び、遮光部２３を有する。透光部２１の形状は、柱状スペーサ１４の平面形状に対応し、透光部２１及び半透光部２２を合わせた形状は、ブラックマトリクス層１２の平面形状に対応する。透光部２１の透光率は１００％で、半透光部２２の透光率は５０％である。
【００２５】
ハーフトーンマスク２０を用いた露光に後続し、有機又は無機アルカリ水溶液を現像液として、基板を現像する。露光後の基板では、図３Ｂに示すように、透光部２１及び半透光部２２に対応した領域に、ＢＭレジスト膜１２ａ及びＰＳレジスト膜１３ａのパターンが形成される。半透光部２２を透過する露光光の強度は小さいため、半透光部２２に対応した領域では、ＰＳレジスト膜１３ａのパターンは薄く形成される。ＢＭレジスト膜１２ａは、光吸収性が高いため、透光部２１及び半透光部２２に対応した領域の全面に同じ厚みのパターンが形成され、ブラックマトリクス層１２を構成する。
【００２６】
更に、現像後の基板を、蒸気化したＮＭＰ（Ｎ-メチル-２-ピロリドン）などの有機溶剤の雰囲気に晒すケミカルリフロー処理を行い、ＰＳレジスト膜１３ａを再溶解させる。これによって、ＰＳレジスト膜１３ａの側面を、ブラックマトリクス層１２の側面を覆う滑らかな形状に変形させて、図２に示した保護膜１３及び柱状スペーサ１４を形成する。なお、ケミカルリフロー処理に際しては、ブラックマトリクス層１２の側面も有機溶剤の雰囲気に晒されて溶解するが、有機溶剤の浸透は側面側よりも上面側の方が速いため、ＰＳレジスト膜１３ａの方が早く溶解し、変形したＰＳレジスト膜１３ａによってブラックマトリクス層１２の側面が保護される。
【００２７】
更に、保護膜１３及び柱状スペーサ１４の焼成処理として、オーブンを用いて基板を約２３０℃に加熱する等の工程を経ることによって、モノクロフィルタ基板１０を完成する。
【００２８】
ところで、従来の製造方法では、ブラックマトリクス層１２、保護膜１３、及び、柱状スペーサ１４の形成に際して、それぞれ露光工程を必要としていたのに対して、本実施形態の製造方法では、１回の露光を行うだけでよい。このため、本実施形態の製造方法では、従来の製造方法に比して、材料コストを含め、製造コストを大幅に低減できる。
【００２９】
なお、上記実施形態の製造方法では、製造条件によっては、ケミカルリフロー処理におけるＰＳレジスト膜１３ａの再溶解に際して、柱状スペーサ１４の高さがばらつくことも考えられる。これを抑制するためには、露光後の現像に先立って下記のような処理をしてもよい。例えば、ＰＳレジスト膜１３ａに対する、フッ素プラズマ処理、又は、ヘリウムプラズマ処理を行うことによって、ＰＳレジスト膜１３ａ表面を変質させて、有機溶剤に対する溶解度を低く出来る。
【００３０】
また、ＢＭレジスト膜１２ａ及びＰＳレジスト膜１３ａの塗布後、ハーフトーンマスク２０を用いた露光に先立って、基板上部からの加熱処理を行ってもよく、ＰＳレジスト膜１３ａの表面部分のみを加熱し硬化させることによって、有機溶剤に対する溶解度を低く出来る。基板温度は例えば約１００℃とする。更に、ＢＭレジスト膜１２ａ及びＰＳレジスト膜１３ａの塗布後、ハーフトーンマスク２０を用いた露光に先立って、有機溶剤に対する溶解度が低いＳｉ含有レジストを基板表面に薄く塗布してもよい。Ｓｉ含有レジストの厚みは、例えば１０〜２００ｎｍとすることによって、適度な溶解度を得ることが出来る。
【００３１】
ハーフトーンマスクを用いた露光に際しては、上記製造方法とは逆に、透光領域１０Ａから遮光領域１０Ｂに向かって順次に並ぶ透光部、半透光部、及び、遮光部を有するフォトマスクを用い、ＢＭレジスト膜１２ａ及びＰＳレジスト膜１３ａをそれぞれポジ型としてもよい。また、上記実施形態では、モノクロフィルタ基板が対向基板を構成するものとしたが、遮光領域１０Ｂのガラス基板１１とブラックマトリックス層１２との間に、配線やＴＦＴ素子を形成し、透光領域１０Ａのガラス基板１１上にＴＦＴ素子に接続する画素電極を形成することによって、駆動基板を構成してもよい。
【００３２】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る液晶表示装置及びその製造方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置における、モノクロフィルタ基板の構成を示す平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面を示す断面図である。
【図３Ａ】図１、２のモノクロフィルタ基板を製造する一製造段階を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに後続する一製造段階を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０：モノクロフィルタ基板
１０Ａ：透光領域
１０Ｂ：遮光領域
１１：ガラス基板
１２：ブラックマトリクス層
１２ａ：ＢＭレジスト膜
１３：保護膜
１３ａ：ＰＳレジスト膜
１４：柱状スペーサ
【図１】
2008139544.tif 000003
【図２】
2008139544.tif 000004
【図３Ａ】
2008139544.tif 000005
【図３Ｂ】
2008139544.tif 000006