(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少なくとも前記着色層を覆うように前記基板上に熱硬化性樹脂層を形成し、該熱硬化性樹脂層にプリベークを施して透明保護層を形成し、その後、該透明保護層を覆うように前記基板上に感光性樹脂層を形成し、柱状凸部の形成パターンに対応する開口部を備えたフォトマスクを介して前記感光性樹脂層を露光、現像して、露光部位の前記感光性樹脂層を残して前記基板上の複数の所定部位に柱状凸部を形成し、その後、ポストベークを施すことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタおよびその製造方法に係り、特に表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造が可能なカラーフィルタとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラーの液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示装置の一例として、ブラックマトリックス、複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層、透明導電層（共通電極）および配向層を備えたカラーフィルタと、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、画素電極および配向層を備えたＴＦＴアレイ基板とを所定の間隙をもたせて向かい合わせ、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層としたものがある。このようなカラー液晶表示装置では、間隙部が液晶層の厚みそのものであり、カラー液晶表示装置に要求される高速応答性、高コントラスト比、広視野角等の良好な表示性能を可能とするためには、液晶層の厚み、すなわち、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板の間隙距離を厳密に一定に保持する必要がある。
【０００３】
従来、カラー液晶表示装置における液晶層の厚みを決定する方法として、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板とを貼り合わせる時に、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして使用する方法がある。すなわち、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板とを貼り合わせる前に、所定の直径で粒径の揃ったガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとしてカラーフィルタおよびＴＦＴアレイのいずれか一方に散在させ、その後、両基板の貼り合わせを行い、ガラスビーズやプラスチックビーズの直径をもって両基板の間隙部の大きさ、つまり、液晶層の厚みが決定される。
【０００４】
しかし、上述のようなカラーフィルタとＴＦＴアレイ基板との間隙部を形成する方法では、カラー液晶表示装置の動作の上で次のような問題点が生じる。
【０００５】
まず、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして用いる場合、基板面上に散在させる密度が適正で、かつ、基板面上に均一に分散されていなければ、カラー液晶表示装置の全面に亘って大きさが均一な間隙部は形成されない。一般に、スペーサーの散在量（密度）を増した場合、間隙部の厚みのばらつき偏差は少なくなるが、散在量（密度）が多くなると表示画素部上に存在するスペーサーの数も増し、表示画素部ではこのスペーサーが液晶材料の異物となる。そして、スペーサーの存在によって、配向膜で規制された液晶分子の配向に乱れが生じたり、スペーサー周辺の液晶だけは電圧のＯＮ、ＯＦＦによる配向制御が不能になる等の支障がみられ、コントラスト比等の表示性能が低下するという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解消するために、間隙（液晶層の厚み）を決定するための柱状凸部を備えたカラーフィルタが提案されている（特開平４−３１８８１６号等）。このカラーフィルタは、着色層を形成し、この着色層を覆うように光硬化性樹脂を用いて透明保護層を形成した後に、感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィー工程によりブラックマトリックス上の所定箇所に柱状凸部を形成するものである。この柱状凸部は、スペーサーとして機能するので、従来のビーズ状のスペーサーの散布が不要となり、また、柱状凸部が画素表示部に存在しないため液晶分子の配向に乱れを生じさせても表示性能に悪影響が及ばないことになる。
【０００７】
上記の光硬化性樹脂を用いた透明保護層の形成では、光硬化性樹脂を塗布した後、全面露光、あるいは、面付けに対応したパターン露光を行い、現像後に加熱処理が行われる。この加熱処理は、その後の柱状凸部形成のフォトリソグラフィー工程における現像によって、透明保護層の表面が粗くなり機能が低下するのを防止するためである。
【０００８】
しかし、透明保護層の形成において、上記のように光硬化性樹脂の露光・現像工程に加えて、加熱処理工程が必要であり、柱状凸部形成時に同時に透明保護層の現像・加熱処理を行っても露光工程が必要なため、工程が煩雑であるという問題がある。また、製造工程中に、透明保護層形成のための露光装置と、柱状凸部形成のための露光装置とが必要であるため、製造ラインが長くなり、スループット向上にも限界があった。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、液晶層の厚み設定用としての柱状凸部を備え、表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造を可能とするカラーフィルタと、このカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のカラーフィルタの製造方法は、基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少なくとも前記着色層を覆うように前記基板上に熱硬化性樹脂層を形成し、該熱硬化性樹脂層にプリベークを施して透明保護層を形成し、その後、該透明保護層を覆うように前記基板上に感光性樹脂層を形成し、柱状凸部の形成パターンに対応する開口部を備えたフォトマスクを介して前記感光性樹脂層を露光、現像して、露光部位の前記感光性樹脂層を残して前記基板上の複数の所定部位に柱状凸部を形成し、その後、ポストベークを施すような構成とした。
【００１２】
このような本発明では、熱硬化性樹脂層にプリベークを施して形成した透明保護層は、柱状凸部形成時の現像液に対して安定で表面が粗くなることはなく、カラーフィルタ表面を平坦化するとともに、着色層に含有される成分の液晶層への溶出を防止し、また、透明保護層形成においてフォトリソグラフィー工程は不要となり、一方、柱状凸部は液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつとともに高精度の高さ設定が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
カラーフィルタ
図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図であり、図２はＡ−Ａ線における縦断面図である。図１および図２において、本発明のカラーフィルタ１は、基板２と、この基板２上に形成されたブラックマトリックス３および着色層５を備え、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように透明保護層６が形成されており、さらに、ブラックマトリックス３の所定の複数の箇所（図１では５箇所）には柱状凸部７が上記の透明保護層６上に形成されている。
【００１５】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
【００１６】
また、カラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３は、着色層５からなる表示画素部の間および着色層５の形成領域の外側に設けられている。このようなブラックマトリックス３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００１７】
着色層５は、赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂが所望のパターン形状で配列されており、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法等の公知の方法により形成することができる。また、着色層５を、例えば、赤色パターン５Ｒが最も薄く、緑色パターン５Ｇ、青色パターン５Ｂの順に厚くすることにより、着色層５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【００１８】
透明保護層６はカラーフィルタ１の表面を平坦化するとともに、着色層５に含有される成分の液晶層への溶出を防止するために設けられたものである。この透明保護層６は、熱硬化性樹脂を用いて形成されたものである。使用する熱硬化性樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等を挙げることができる。
【００１９】
透明保護層６の厚みは、使用される材料の光透過率、カラーフィルタ１の表面状態等考慮して設定することができ、例えば、０．１〜２．０μｍの範囲で設定することができる。このような透明保護層６は、カラーフィルタ１をＴＦＴアレイ基板と貼り合わせたときに液晶層と接するような着色層５を少なくとも覆うように形成される。
【００２０】
柱状凸部７は、カラーフィルタ１をＴＦＴアレイ基板と貼り合わせたときにスペーサーとして作用するものである。この柱状凸部７は、上記の透明保護層６よりも２〜１０μｍ程度の範囲で突出するように一定の高さをもつものであり、突出量はカラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができる。また、柱状凸部７の太さは、５〜５０μｍ程度の範囲で適宜設定することができ、柱状凸部７の形成密度は、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部７の形状、材質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、着色層５を構成する赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂの１組に１個の割合で必要十分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部７の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよい。
【００２１】
柱状凸部７は、感光性樹脂を用いて形成されたものである。感光性樹脂としては、公知のネガ型およびポジ型の感光性樹脂のなかから、柱状凸部７として要求される機械的強度等を考慮して選定することができる。
【００２２】
上記の透明保護層６と柱状凸部７を備える本発明のカラーフィルタ１に配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、ＴＦＴアレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部７がカラーフィルタ１とＴＦＴアレイ基板との間に間隙を形成し、両基板の間隙精度は極めて高いものとなる。
尚、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックス３を備えず、非画素部分に相当する位置に上述の柱状凸部７を形成したもの等であってもよい。
【００２３】
カラーフィルタの製造方法
次に、本発明のカラーフィルタ製造方法の実施形態の一例について、図１および図２に示されたカラーフィルタ１を例に、図３および図４を参照しながら説明する。
【００２４】
本発明のカラーフィルタの製造方法では、まず、基板２上にブラックマトリックス３を形成し、次いで、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒ、緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇ、さらに、青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成して着色層５とする（図３（Ａ））。
【００２５】
ブラックマトリックス３の形成は、例えば、以下のように行うことができる。まず、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成したクロム等の金属薄膜、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有した樹脂層等からなる遮光層を基板２上に形成し、この遮光層上に公知のポジ型あるいはネガ型の感光性レジストを用いて感光性レジスト層を形成する。次いで、感光性レジスト層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介して露光、現像し、露出した遮光層をエッチングした後、残存する感光性レジスト層を除去することによって、ブラックマトリックス３を形成する。
【００２６】
また、上記の着色層５の形成は、例えば、以下のように行うことができる。まず、ブラックマトリックス３を覆うように基板２上に赤色着色材を含有した赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマスクを介して上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行うことにより、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒを形成する。以下、同様に、基板２上の緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇを形成し、さらに、基板２上の青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成する。
【００２７】
次に、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように透明保護層６を形成する（図３（Ｂ））。この透明保護層６の形成は、上述のようなアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂を、粘度の最適化を行った上で、スピンコータ、ロールコータ等の公知の手段によりブラックマトリックス３および着色層５を覆うように塗布し、プリベーク処理を施し硬化させることにより形成することができる。このように、透明保護層６の形成にはフォトリソグラフィー工程は不要であり、かつ、形成された透明保護層６は、後述する柱状凸部形成のフォトリソグラフィー工程にて用いる現像液に対して安定で表面が粗くなることはない。したがって、透明保護層６は、カラーフィルタ表面を平坦化するとともに着色層に含有される成分の液晶層への溶出を防止することができる。
【００２８】
次いで、透明保護層６を覆うようにネガ型の感光性樹脂層８を形成する（図３（Ｃ））。この感光性樹脂層８の形成は、公知のネガ型の感光性樹脂組成物を、粘度の最適化を行った上で、スピンコータ、ロールコータ等の公知の手段により透明保護層６を覆うように塗布、乾燥して形成することができる。感光性樹脂層８の厚みは、柱状凸部７に要求される高さに応じて適宜設定することができる。
【００２９】
次に、感光性樹脂層８を柱状凸部形成用のフォトマスクＭを介して露光する（図４（Ａ））。使用するフォトマスクＭは、柱状凸部７形成のための所定の位置に開口部を備えている。次いで、現像液により感光性樹脂層８の現像が行われる。この現像によって、柱状凸部形成部位の感光性樹脂層８は溶解されずに柱状凸部７として残り、本発明のカラーフィルタ１が得られる（図４（Ｂ））。
尚、上述の実施形態では、着色層５は顔料分散法により形成されるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、印刷法、転写法等を用いることができ、また、基板２上に予め透明導電膜を形成して電着法を用いることもできる。
【００３０】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【００３１】
（実施例）
カラーフィルタ用の基板として、３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面にスパッタリング法により金属クロムからなる遮光層（厚さ０．１μｍ）を成膜した。次いで、この遮光層に対して、通常のフォトリソグラフィー法によって感光性レジスト塗布、マスク露光、現像、エッチング、レジスト層剥離を行ってブラックマトリックスを形成した。
【００３２】
次に、ブラックマトリックスが形成された基板全面に、赤色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＲ−７００１）をスピンコート法により塗布して赤色感光性樹脂層を形成し、プレベーク（９５℃、５分間）を行った。その後、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて赤色感光性樹脂層をアライメント露光し、現像液（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイク用現像液ＣＤの希釈液）にて現像を行い、次いで、ポストベーク（２００℃、３０分間）を行って、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に赤色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。
【００３３】
同様に、緑色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＧ−７００１）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に緑色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。さらに、青色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＢ−７００１）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に青色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。
【００３４】
次に、着色層が形成された基板上に熱硬化性樹脂材料（ＪＳＲ（株）製オプトマーＳＳ６６９９Ｇ）をスピンコート法により塗布して熱硬化性樹脂層を形成し、この熱硬化性樹脂層に対して、１２０℃、５分間のプリベーク処理を施して、厚み１．５μｍの透明保護層を形成した。
【００３５】
次に、上記の透明保護層上に、ネガ型の下記組成の透明感光性樹脂材料をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートにて粘度調整した塗布液をスピンコート法により塗布し乾燥して、厚み５．５μｍの透明感光性樹脂層を形成した。
【００３６】
透明感光性樹脂材料の組成
・バインダー樹脂                                  …  １５０重量部
ベンジルメタクリレート・メタクリル酸共重合体
（モル比７３／２７）
・モノマー                                        …    ８０重量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
・重合開始剤                                      …    ２５重量部
チバスペシャリティケミカル（株）製  イルガキュア３６９
【００３７】
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、柱状凸部の形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して４００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った。
【００３８】
次に、基板を現像液（水酸化カリウム０．０５重量％水溶液）に６０秒間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク（２００℃、３０分間）を行った。これにより、露光された箇所には、透明保護層上に高さ５．０μｍの透明な円柱形状の柱状凸部が形成され、図１および図２に示されるような構造のカラーフィルタ（実施例）を得た。
【００３９】
（比較例１）
まず、実施例と同様にして、ブラックマトリックスおよび着色層を形成した。次に、着色層が形成された基板上にネガ型の透明感光性樹脂材料（ＪＳＲ（株）製ＮＮ５５０）をスピンコート法により塗布し、プロキシミティ露光機を用いて３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った。その後、さらに、２００℃、３０分間の加熱処理を施して、厚み１．５μｍの透明保護層を形成した。
【００４０】
次いで、この透明保護層上に、実施例と同様にして柱状凸部を形成し、カラーフィルタ（比較例１）を得た。
【００４１】
（比較例２）
透明保護層の形成工程で加熱処理を施さない他は、比較例１と同様にしてカラーフィルタ（比較例２）を得た。
【００４２】
上述の実施例、比較例１、２において作製した各カラーフィルタの透明保護層上に、スパッタリング法により酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明導電層（厚み０．１５μｍ）を形成し、更に、ポリイミド配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、エポキシ樹脂系シール剤を用いてＴＦＴアレイ基板と貼り合わせ、ＴＮ型液晶をカラーフィルタとＴＦＴアレイ基板との間の間隙部に封入した。
【００４３】
実施例および比較例１のカラーフィルタを用いて作製した液晶表示装置は、表示面全体に均一な間隙が保持されており、また、カラーフィルタ表面が平坦で、かつ、着色層の含有成分が液晶層へ溶出することがないので、色ムラ等を生じることなく良好な表示品質が得られた。
【００４４】
一方、比較例２のカラーフィルタを用いて作製した液晶表示装置は、透明保護層の表面平滑性が悪く、良好な表示品質が得られなかった。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば透明保護層は熱硬化性樹脂層にプリベークを施して形成されるので、フォトリソグラフィー工程は不要であり、かつ、形成された透明保護層は柱状凸部形成時の現像液に対して安定で表面が粗くなることはないので、カラーフィルタ表面を平坦化するとともに着色層に含有される成分の液晶層への溶出を防止する。また、感光性樹脂層を露光・現像して形成された複数の柱状凸部は、液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつとともに、その高さを優れた精度で設定することができる。さらに、上記の透明保護層と柱状凸部の形成では、フォトリソグラフィー工程が柱状凸部形成のための１回となるので、製造ラインが短くなり、スループットが向上するという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図である。
【図２】図１に示された本発明のカラーフィルタのＡ−Ａ線における縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図４】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１…カラーフィルタ
２…基板
３…ブラックマトリックス
５…着色層
６…透明保護層
７…柱状凸部
８…感光性樹脂層
【図１】
0004810713.tif 000002
【図２】
0004810713.tif 000003
【図３】
0004810713.tif 000004
【図４】
0004810713.tif 000005