(57)【要約】      （修正有）【課題】色画素が牛の角状に隆起してしまうことなく、カラーフィルタの透明基板上に平坦に施設でき、カラーフィルタ全体の平坦度を向上させる。【解決手段】このカラーフィルタは透明基板と、ブラックマトリックスと、複数の色画素とを備えている。ブラックマトリックスは本体領域と複数の縁領域を有している。このうち縁領域の厚みは本体領域の厚み未満である。色画素の縁がブラックマトリックスの縁領域に重なっている。また、カラーフィルタを製造するフォトマスク上の遮光層は縁領域に対応する位置上に複数の小さな開口を有することで、縁領域が比較的薄いブラックマトリックスを製造するものである。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタであって、
透明基板と、
前記透明基板上に配置されて、複数の画素開口部を画成しており、本体領域と厚みが前記本体領域の厚みよりも薄くなっている複数の縁領域とを有するブラックマトリックスと、
前記複数の画素開口部内に配置され、縁が前記複数の縁領域に重なっている複数の色画素と、を備えた、ことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
前記ブラックマトリックスの材質が樹脂であり、前記本体領域の厚みが約０．５〜１．８μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項３】
前記ブラックマトリックスの材質がクロム金属であり、前記本体領域の厚みが約０．１３〜１．１７μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項４】
請求項１に記載のブラックマトリックスを製造するためのフォトマスクであって、
形状・大きさが前記本体領域の形状・大きさと同じである第１遮光領域と、形状・大きさが前記複数の縁領域の形状・大きさと同じである複数の第２遮光領域とを含む透明基板と、
前記透明基板の前記第１遮光領域および前記複数の第２遮光領域を覆っている遮光層と、
前記複数の第２遮光領域の前記遮光層内に配置され、面積が約５μｍ２未満である複数の開口部と、を備えた、ことを特徴とするフォトマスク。
【請求項５】
前記複数の開口部の形状は長尺状であり、前記複数の開口の幅は約０.１〜５μｍである、ことを特徴とする請求項４に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記複数の開口部の形状は正方形、円形または多角形である、ことを特徴とする請求項４に記載のフォトマスク。
【請求項７】
請求項１に記載のブラックマトリックスを製造するためのフォトマスクであって、
形状・大きさが前記複数の画素開口部の形状・大きさと同じである複数の第１遮光領域と、形状・大きさが前記複数の縁領域の形状・大きさと同じである複数の第２遮光領域とを含む透明基板と、
前記透明基板の前記複数の第１遮光領域を覆っている遮光層と、
前記透明基板の前記複数の第２遮光領域を覆っており、面積が約５μｍ２未満である複数の遮光ブロックと、を備えた、ことを特徴とするフォトマスク。
【請求項８】
前記複数の遮光ブロックの形状は長尺状であり、前記複数の開口の幅は約０.１〜５μｍである、ことを特徴とする請求項７に記載のフォトマスク。
【請求項９】
前記複数の遮光ブロックの形状は正方形、円形または多角形である、ことを特徴とする請求項７に記載のフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラーフィルタおよび製造用のフォトマスクに関し、特に液晶表示装置用のカラーフィルタおよび製造用のフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置の主な動作原理とは、液晶分子が持つ電界の影響を受けて配向方向が変わる特性を利用し、画素領域の光の通過の強弱を制御して、異なる明暗信号を表示する目的を達成するものである。腕時計および電子計算機等のローレベルの製品については、明と暗状態の液晶表示装置を備えるのみで事が足りる。しかし、もし中間調図形および複雑な画像を表示したい場合には、各画素に印加する電圧の高低を変えることで、液晶分子の回転の程度を調整して、各画素の光透過量の多寡を制御する必要がある。複数の鮮やかな色を表現可能なマルチメディア用のカラー表示装置を作製する場合には、更にカラーフィルタを付加する必要がある。カラーフィルタ上の赤、緑、青の三色の色画素にて、バックライトモジュールまたは外部の環境からの入射光を赤、緑、青の三原色光としてフィルタリングさせて、そして液晶表示装置内の液晶により赤、緑、青の色画素を通過する光量を制御して、様々に変化する色を混合させている。
【０００３】
したがってカラーフィルタは液晶表示装置をカラー化するために貢献しているわけである。また液晶表示装置における最も大切な鍵となる部品の一つでもある。カラーフィルタの品質の良否が、液晶表示装置のカラー表示能力および表示効果に対して更に決定的な影響力を持っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このうち、カラーフィルタの品質の良否を決定する一つの指標は、カラーフィルタの表面の平坦度である。表示装置に構造において、カラーフィルタの位置は液晶層にかなり近接している。したがって、カラーフィルタ表面の平坦度が液晶層の平坦度に影響し、液晶層中における液晶分子の配向に影響が及び、画素領域を通過する光量を液晶分子が正確に制御できなくなってしまう。よって光漏れの現象が生じるとともに、液晶表示装置の表示効果も低下してしまう。また、カラーフィルタ上の色画素表面が平坦でないと、表示装置の表示効果に影響が生じる。なぜならば、色画素表面が平坦でない場合、一部の光が回折または屈折してしまい、それぞれの色画素を通過することができなくなってしまう。このように液晶表示装置の明度が低下してしまうばかりか、画素の色の表現にも影響を及ぼし、画素が表示する色における縁の色と中央の色とが一致しなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって本発明の目的の一つは、カラーフィルタおよび製造用のフォトマスクを提供するところにある。このカラーフィルタの表面は高い平坦度を備えているため、液晶層中における液晶分子の配向に影響しない。また、このカラーフィルタ上におけるそれぞれの色画素の表面もかなり平坦であるので、液晶表示装置における所定の色を忠実に表現でき、画素が表示する色における縁の色と中央の色とが一致しないという問題は発生しない。
【０００６】
本発明の上記目的に基づいて、カラーフィルタを提供する。このカラーフィルタは、透明基板と、ブラックマトリックスと、複数の色画素とを備えている。ブラックマトリックスは透明基板上に配置されて、複数の画素開口部を画成している。ブラックマトリックスは本体領域と複数の縁領域とを備え、縁領域の厚みは本体領域の厚みよりも薄くなっている。色画素は画素開口部内に配置され、色画素の縁が縁領域に重なっている。
【０００７】
本発明の上記目的に基づいて、フォトマスクを提供する。このフォトマスクは、前記カラーフィルタのブラックマトリックスを製造するために用いられる。このフォトマスクは透明基板と、遮光層と、複数の開口部とを備えている。透明基板は第１遮光領域と複数の第２遮光領域とを備えている。第１遮光領域の形状・大きさは本体領域の形状・大きさと同じであり、第２遮光領域の形状・大きさは縁領域の形状・大きさと同じである。遮光層が透明基板の第１遮光領域および第２遮光領域を覆っている。複数の開口部は第２遮光領域の遮光層中に配置されており、これら開口部の面積は約５μｍ２未満である。
【０００８】
本発明の上記目的に基づいて、フォトマスクを提供する。このフォトマスクは、前記カラーフィルタのブラックマトリックスを製造するために用いられる。このフォトマスクは透明基板と、遮光層と、複数の遮光ブロックとを備えている。透明基板は複数の第１遮光領域と複数の第２遮光領域とを備えており、第１遮光領域の形状・大きさは画素開口部の形状・大きさと同じであり、第２遮光領域の形状・大きさは縁領域の形状・大きさと同じである。遮光層が透明基板の第１遮光領域を覆っている。複数の遮光ブロックは透明基板の第２遮光領域を覆っており、これら遮光ブロックの面積は約５μｍ２未満である。  
【発明の効果】
【０００９】
上記から分かるように、本発明のカラーフィルタにおけるブラックマトリックスは、色画素との重なり部分の厚みが薄いため、その上で重なっている色画素が牛の角状に隆起してしまうことはなく、カラーフィルタの透明基板上に平坦に敷設することができる。そして色画素の表面が平坦となるばかりでなく、カラーフィルタ全体の平坦度も大幅に向上する。よってカラーフィルタが平坦でないことが原因となり、液晶層中における液晶分子の配向に影響を及ぼし、液晶表示装置における光漏れの現象を引き起こすということはなくなる。また、各色画素の表面の平坦度が向上し、液晶表示装置における各画素は、液晶表示装置における所定の色をより忠実に表現でき、画素が表示する色における縁の色と中央の色とが一致しないという問題は発生しない。
【００１０】
本発明におけるフォトマスクは、ブラックマトリックスと色画素との重なり部分に対応する領域に複数の開口部または複数の遮光ブロックを備えている。ポジ型フォトレジストを用いてブラックマトリックスを製造するに際しては、これら開口部は、フォトリソグラフィの露光時における光通過量を増加させることができる。ネガ型フォトレジストを用いてブラックマトリックスを製造するに際しては、これら遮光ブロックは、フォトリソグラフィの露光時における光通過量を減少させるために用いることができる。したがって、開口部または遮光ブロックにより光の明るさを調節して、色画素との重なり部分の厚みが薄いブラックマトリックスを製造することが可能となる。しかも、本発明におけるフォトマスクはフォトマスク上の開口部または遮光ブロックのサイズ、数および形状により、ブラックマトリックスと色画素との重なり部分の厚みと斜度を調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は従来のカラーフィルタを示す構造断面図である。透明基板１１０上には赤画素１２０と、緑画素１２２と、青画素１２４と、ブラックマトリックス１３０とを備えている。赤画素１２０、緑画素１２２、青画素１２４はバックライトモジュールからの光または外部の環境からの入射光を赤、緑、青の三原色光としてフィルタリングさせて、そして液晶表示装置内の液晶により各色の光量を制御して、所望の色を混合させる。ブラックマトリックス１３０は前記色画素との境界部分に配置されており、色画素を隔絶し、液晶表示装置のコントラストを向上させる以外に、液晶表示装置におけるアレイ基板上に配置されているトランジスタを遮蔽することで、リーク電流の発生を防止することができる。
【００１２】
図１において、ブラックマトリックス１３０は厚みが厚いため、赤画素１２０、緑画素１２２および青画素１２４とブラックマトリックス１３０との重なり部分が高くなり、縁が隆起した牛の角形状、一般的に言われる牛の角状段差を形成している。
【００１３】
図２Ａは本発明の一好ましい実施例に係るカラーフィルタを示す構造断面図である。色画素は特定の色に対して遮光性を備えていることから、色画素との境界部分におけるブラックマトリックスは、その他領域のブラックマトリックスと同じ厚みである必要はなくとも、同じ程度の遮光性を達成することができる。したがって、本発明においてはブラックマトリックスと色画素との重なり部分の厚みを薄くしている。
【００１４】
本発明の概念を説明する便宜上、透明基板２１０上のブラックマトリックス２３０を一つの本体領域２３２および色画素に対応する複数の縁領域２３４とに分けている。図２Ａにおいて、ブラックマトリックス２３０は前記透明基板２１０上に配置され、複数の画素開口部２５０を画成している。赤画素２２０、緑画素２２２および青画素２２４が画素開口部２５０内に配置されるとともに、色画素の縁がブラックマトリックス２３０の縁領域２３４の上に重なっている。縁領域２３４の厚みが本体領域２３２よりも薄いので、赤画素２２０、緑画素２２２および青画素２２４が縁領域２３４の上に重なっているとき、赤画素２２０、緑画素２２２および青画素２２４の縁が牛の角状に隆起することはない。したがって従来の色画素における牛の角状段差の問題を解決している。よって色画素表面とカラーフィルタ全体の平坦度が大幅に向上する。カラーフィルタが平坦でないことが原因となり、液晶層中における液晶分子の配向に影響を及ぼし、液晶表示装置における光漏れの現象を引き起こすということはなくなる。
【００１５】
好ましい実施例において、透明基板の材質はガラスまたはプラスチックであり、ブラックマトリックスの材質はクロム金属または樹脂である。樹脂製のブラックマトリックスの遮光性はクロム金属製のブラックマトリックスに及ばないので、樹脂製のブラックマトリックスの厚みは通常クロム金属製のブラックマトリックスよりも厚くなってしまう。したがって従来における樹脂製のブラックマトリックスを用いたカラーフィルタ上の牛の角状段差の状況もまた従来におけるクロム金属製のブラックマトリックスを用いたカラーフィルタよりも深刻となる。よって、本発明のカラーフィルタ構造による、樹脂製のブラックマトリックスにおける牛の角状段差の問題に対する改善は、クロム金属製のブラックマトリックスのそれに比べても顕著となる。好ましい実施例において、クロム金属製のブラックマトリックスの本体領域２３２の厚みは約０．１３〜０．１７μｍである。樹脂製のブラックマトリックスの本体領域２３２の厚みは約０．５〜１．８μｍである。
【００１６】
図２Ａにおいて、ブラックマトリックス２３０の縁領域２３４の厚みは一定値であって、つまり縁領域２３４の表面も平坦になっている。その他の実施例においては、色画素はブラックマトリックスの本体領域２３２に近づくにつれ厚みが薄くなっているため、ブラックマトリックスの縁領域２３４の厚みも一定値としなくてもよく、その表面に傾斜をつけることができる。図２Ｂは本発明の他の実施例に係るカラーフィルタの構造断面図を示す。図２Ｂにおいて、本体領域２３２に近づくにつれ縁領域２３４の厚みが厚くなり、本体領域２３２から遠ざかるにつれて縁領域２３４の厚みが薄くなっている。
【００１７】
フォトマスクパターンをどのように用いて前記色画素のブラックマトリックスの構造を製造するかということを以下に説明する。一般的に言えば、クロム金属製のブラックマトリックスはポジ型フォトレジストを用いてフォトマスク上のパターンの転写を完了させるが、樹脂製のブラックマトリックスではネガ型フォトレジストを用いる。両者で使用するフォトマスクのタイプが異なるために、使用するフォトマスクパターンも異なってくる。以下に、クロム金属製のブラックマトリックスおよび樹脂製のブラックマトリックスで使用するフォトマスクについて、それぞれ説明を行う。
【００１８】
図３は本発明の一好ましい実施例に係るブラックマトリックスを示す一部平面拡大図である。図４は本発明の一好ましい実施例に係る、カラーフィルタのクロム金属製のブラックマトリックスを製造するのに用いるフォトマスクを示す一部平面拡大図である。図３および図４を同時に参照されたい。図４中におけるフォトマスクは主に透明基板３１０と透明基板３１０上の遮光層３３０とで構成されている。クロム金属製のブラックマトリックスはポジ型フォトレジストを採用しているため、図４におけるフォトマスク上の遮光層３３０のパターンと図３におけるブラックマトリックス２３０のパターンとは概ね同じである。図４において、透明基板３１０上に第１遮光領域３３２および第２遮光領域３３４を有し、第１遮光領域３３２および第２遮光領域３３４はそれぞれ図３における本体領域２３２および縁領域２３４に対応している。したがって、第１遮光領域３３２の形状・大きさは本体領域２３２の形状・大きさと同じであり、第２遮光領域３３４の形状・大きさは縁領域２３４の形状・大きさと同じである。遮光層３３０は第１遮光領域３３２および第２遮光領域３３４の上を覆っており、第２遮光領域３３４の遮光層内には、光通過量を増加させる複数の開口部３４０を有する。これら開口部３４０の面積は５μｍ２未満である。フォトレジストはポジ型フォトレジストであり、しかもフォトマスク上の第２遮光領域３３４の光通過量は第１遮光領域３３２の光通過量以上であるので、フォトリソグラフィ後にブラックマトリックス２３０の縁領域２３４に残るフォトレジストの厚みは本体領域２３２のフォトレジストの厚み未満である。エッチングを経てフォトレジストパターンをブラックマトリックスに転写したとき、ブラックマトリックス２３０の縁領域２３４の厚みが本体領域２３２の厚み未満となる。よって前記したような色画素との重なり部分の厚みが薄いブラックマトリックスを作製することができる。
【００１９】
図５は本発明の一好ましい実施例に係る、カラーフィルタの樹脂製のブラックマトリックスを製造するのに用いるフォトマスクを示す一部平面拡大図である。樹脂製のブラックマトリックスの製造に用いられるフォトレジストはネガ型フォトレジストであり、クロム金属製のブラックマトリックスの製造に用いられるフォトレジストはポジ型フォトレジストである。したがって樹脂製のブラックマトリックスの製造に用いられるフォトマスク（図５）上における遮光層３３０および遮光ブロック３４１のパターンは、クロム金属製のブラックマトリックスの製造に用いられるフォトマスク（図４）上の遮光層３３０の相補的なパターンである。また、樹脂製のブラックマトリックス自身がネガ型フォトレジストであるので、エッチング工程によりフォトレジスト上のパターンを樹脂製のブラックマトリックスに転写する必要はなくなる。図５において、透明基板３１０上に第１遮光領域３３２および第２遮光領域３３４を有している。第１遮光領域３３２の形状・大きさは画素開口部２５０の形状・大きさと同じである。第２遮光領域３３４の形状・大きさは縁領域２３４の形状・大きさと同じである。遮光層３３０は透明基板３１０の第１遮光領域３３の上を覆っている。図４における第２遮光領域３３４中に複数の開口部３４０を有するのに対して、図５における第２遮光領域３３４中に複数の遮光ブロック３４１を有している。これら遮光ブロック３４１の面積は約５μｍ２未満である。樹脂製のブラックマトリックスはネガ型フォトレジストであるため、これらが第２遮光領域３３４中の遮光ブロック３４１に配置されることで光通過量を低減し、縁領域の厚みが薄いブラックマトリックスを製造することが可能となる。
【００２０】
前記開口部３４０または遮光ブロック３４１はいずれも小さいので、露光時の光通過量を調節するのみで、開口部３４０または遮光ブロック３４１のパターンが一緒にブラックマトリックス２３０上に転写されてしまうことはない。好ましい実施例において、開口部３４０または遮光ブロック３４１の形状は長尺状であり、開口部３４０または遮光ブロック３４１の幅は約０．１〜５μｍである。その他の実施例において、開口部３４０または遮光ブロック３４１の形状は正方形、円形または多角形とすることもできる。また、開口部３４０または遮光ブロック３４１の第２遮光領域３３４中における密度もまた一定値でなくともよい。第１遮光領域３３２の開口部３４０または遮光ブロック３４１に近づくにつれて密度を低くし、第１遮光領域３３２の開口部３４０または遮光ブロック３４１から遠ざかるにつれ密度が高くすることで、製作されたブラックマトリックス２３０は縁領域２３４の表面に傾斜を持たせることになる。図２Ｂに示すように、本体領域２３２に近づくにつれて縁領域２３４の厚みが厚くなり、本体領域２３２から遠ざかるにつれて縁領域２３４の厚みが薄くなっている。
【００２１】
上記した本発明の好ましい実施例から理解できるように、本発明を応用することで下記の長所を備える。
（１）本発明におけるカラーフィルタの表面平坦度は高いので、液晶表示装置中における液晶層内の液晶分子の配向に影響を及ぼして、液晶表示装置に光漏れの現象が発生するようなことはない。
（２）本発明におけるカラーフィルタの構造では色画素における牛の角状段差の問題を克服できるので、カラーフィルタ上における個別の色画素の表面平坦度が高く、液晶表示装置における所定の色を忠実に表現でき、画素が表示する色における縁の色と中央の色とが一致しないという問題は発生しない。
（３）本発明におけるフォトマスクは、フォトマスク上の第２遮光領域の開口部または遮光ブロックのサイズ、数および形状により、ブラックマトリックスと色画素との重なり部分の厚みおよび斜度を調節することができる。
【００２２】
確かに本発明では好ましい一実施例を上記のように開示したが、これは本発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の主旨および範囲を逸脱することなく、各種の変更および修正を行うことができるので、本発明の保護範囲は別紙の特許請求の範囲による限定を基準と見なす。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の上記およびその他目的、特徴、長所および実施例をより明確に理解できるよう、添付の図面の詳細な説明を下記のとおり行う。
【図１】従来のカラーフィルタを示す構造断面図である。
【図２Ａ】本発明の一好ましい実施例に係るカラーフィルタを示す構造断面図である。
【図２Ｂ】本発明の他の好ましい実施例に係るカラーフィルタを示す構造断面図である。
【図３】本発明の一好ましい実施例に係るブラックマトリックスを示す一部平面拡大図である。
【図４】本発明の一好ましい実施例に係る、カラーフィルタのクロム金属製のブラックマトリックスを製造するのに用いるフォトマスクを示す一部平面拡大図である。
【図５】本発明の一好ましい実施例に係る、カラーフィルタの樹脂製のブラックマトリックスを製造するのに用いるフォトマスクを示す一部平面拡大図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１０，２１０  透明基板
１２０，２２０  赤画素
１２２，２２２  緑画素
１２４，２２４  青画素  
１３０，２３０  ブラックマトリックス
２３２   本体領域
２３４   縁領域
２５０   画素開口部
３１０   透明基板
３３０   遮光層
３３２   第１遮光領域
３３４   第２遮光領域
３４０   開口部
３４１   遮光ブロック
【図１】
2008026857.tif 000003
【図２Ａ】
2008026857.tif 000004
【図２Ｂ】
2008026857.tif 000005
【図３】
2008026857.tif 000006
【図４】
2008026857.tif 000007
【図５】
2008026857.tif 000008