(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン被形成物上に、紫外線吸収剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物を塗布して紫外線吸収剤を均一に含有する感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層を所定のマスクを介して露光し現像することにより、露光部位の前記感光性樹脂層が凹部として残存する凹凸レリーフを形成することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、少なくとも前記着色層を覆うように形成された透明保護層と、前記基板上の複数の所定部位に形成され前記透明保護層よりも突出した透明な柱状凸部とを備えたカラーフィルタの製造方法において、
前記基板上に前記着色層を形成し、その後、少なくとも前記着色層を覆うように紫外線吸収剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物を塗布して紫外線吸収剤を均一に含有する感光性樹脂層を形成し、次いで、柱状凸部形成のための所定位置に遮光部を備えたマスクを介して前記感光性樹脂層を露光し現像することにより、露光部位の前記感光性樹脂層が凹部として残存して前記透明保護層となり、未露光部が前記柱状凸部となって、前記柱状凸部および前記透明保護層を一括形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
相対向するカラーフィルタおよび対向電極基板と、前記両基板間に密封された液晶層とを備える液晶表示装置において、前記カラーフィルタは請求項２に記載の製造方法で製造されたカラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成方法と表示品質に優れた液晶表示装置、及び、このような液晶表示装置の製造が可能なカラーフィルタに関する。
【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アレイ基板との間隙に、ガラスやアルミナ、プラスチック等からなるスペーサーと称する粒子あるいは棒状体を多数混合した液晶を注入する方法がある。そして、スペーサーの大きさ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。すなわち、基板面上に散在させるスペーサーの密度が適正で、かつ、基板面上にスペーサーが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。
【０００５】
【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）。上記のようなカラーフィルタでは、着色層を形成し、この着色層を覆うように保護層を形成した後に、光硬化性樹脂を用いてフォトリソグラフィー工程により柱状凸部をブラックマトリックス上の所定箇所に形成するものである。
【０００６】
したがって、保護層形成後に、再度フォトリソグラフィー工程を経て柱状凸部のレリーフパターンを形成しなければならず、カラーフィルタの製造工程が煩雑であり、スループット、歩留等が問題となっている。
【０００７】
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、高い精度で凹凸レリーフを形成できるパターン形成方法と、液晶層の厚み設定用としての柱状凸部を備え、表示品質に優れた液晶表示装置の製造を可能とするカラーフィルタと、表示品質に優れた液晶表示装置とを提供することを目的とする。
【０００８】
【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、本発明のパターン形成方法は、パターン被形成物上に、紫外線吸収剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物を塗布して紫外線吸収剤を均一に含有する感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層を所定のマスクを介して露光し現像することにより、露光部位の前記感光性樹脂層が凹部として残存する凹凸レリーフを形成するような構成とした。
【００１０】
また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、少なくとも前記着色層を覆うように形成された透明保護層と、前記基板上の複数の所定部位に形成され前記透明保護層よりも突出した透明な柱状凸部とを備えたカラーフィルタの製造方法において、前記基板上に前記着色層を形成し、その後、少なくとも前記着色層を覆うように紫外線吸収剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物を塗布して紫外線吸収剤を均一に含有する感光性樹脂層を形成し、次いで、柱状凸部形成のための所定位置に遮光部を備えたマスクを介して前記感光性樹脂層を露光し現像することにより、露光部位の前記感光性樹脂層が凹部として残存して前記透明保護層となり、未露光部が前記柱状凸部となって、前記柱状凸部および前記透明保護層を一括形成するような構成とした。
【００１２】
また、本発明の液晶表示装置は、相対向するカラーフィルタおよび対向電極基板と、前記両基板間に密封された液晶層とを備える液晶表示装置において、前記カラーフィルタは上述の本発明の製造方法で製造されたカラーフィルタであるような構成とした。
【００１３】
このような本発明では、感光性樹脂層に含有される紫外線吸収剤が、感光性樹脂層の露光部位において、深さ方向での反応部を感光性樹脂層の表面近傍に限定する作用をなすので、露光部位が凹部である凹凸レリーフが形成され、このパターン形成方法により透明保護層とともに一括形成された複数の透明な柱状凸部は、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り、また、透明保護層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。
【００１４】
【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。
【００１５】
パターン形成方法
図１は、本発明のパターン形成方法の一実施形態を説明するための工程図である。
【００１６】
図１において、まず、パターン被形成物１上に感光性樹脂層２を形成する（図１（Ａ））。この感光性樹脂層２は、紫外線吸収剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物を塗布して形成することができる。
【００１７】
紫外線吸収剤は、公知の種々の紫外線吸収剤のなかから、後述の露光で用いる紫外光により適宜選定でき、例えば、４−エチルビフェニル、アントラセン（中心波長２５４ｎｍの紫外光の場合）、９−フルオレノン（中心波長３６５ｎｍの紫外光の場合）等を挙げることができる。このような紫外線吸収剤は、感光性樹脂層２に１〜１５重量％の範囲で含有されることが好ましい。
【００１８】
また、ポジ型感光性樹脂は、公知の種々のポジ型感光性樹脂のなかから、形成する凹凸レリーフに要求される光透過率や機械的強度等の特性を考慮して選定することができる。
【００１９】
感光性樹脂層２の厚みは、形成する凹凸レリーフの高さ、使用するポジ型感光性樹脂組成物等により適宜設定できるが、通常、３〜６μｍの範囲が好ましい。
【００２０】
次に、この感光性樹脂層２を所望の開口パターンを有するフォトマスクＭを介して露光する（図１（Ｂ））。この露光により、感光性樹脂層２に露光部位２ａと未露光部位２ｂとが形成される。露光部位２ａでは、照射光が感光性樹脂層２に含有される紫外線吸収剤によって吸収されるので、露光部位２ａの深さ方向での反応部２ａ´が感光性樹脂層２の表面近傍に限定される。
【００２１】
次に、現像液によって感光性樹脂層２の現像が行われる。この現像では、露光部位２ａの反応部２ａ´が除去される。その後、ポストベーク処理を行うことにより、凹部３ａと平坦部３ｂからなる凹凸レリーフ３が形成される（図１（Ｃ））。
【００２２】
上記のような本発明のパターン形成方法では、形成する凹凸レリーフ３の凹部３ａの深さは、露光量や紫外線吸収剤含有量等の調整により反応部２ａ´の深さを適宜設定することによって高い精度で制御することができる。
【００２３】
カラーフィルタ
図２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３はＡ−Ａ線における縦断面図である。図２および図３において、本発明のカラーフィルタ１１は、基板１２と、この基板１２上に形成されたブラックマトリックス１３および着色層１５を備え、ブラックマトリックス１３および着色層１５を覆うように透明保護層１６が形成されており、さらに、ブラックマトリックス１３の所定の複数の箇所（図２では５箇所）には透明な柱状凸部１７が上記の透明保護層１６上に形成されている。
【００２４】
上記のカラーフィルタ１１を構成する基板１２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。
【００２５】
また、カラーフィルタ１１を構成するブラックマトリックス１３は、着色層１５からなる表示画素部の間および着色層１５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１３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。
【００２６】
着色層１５は、赤色パターン１５Ｒ、緑色パターン１５Ｇおよび青色パターン１５Ｂ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１５を、例えば、赤色パターン１５Ｒが最も薄く、緑色パターン１５Ｇ、青色パターン１５Ｂの順に厚くすることにより、着色層１５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。
【００２７】
透明保護層１６はカラーフィルタ１１の表面を平坦化するとともに、着色層１５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り、紫外線吸収剤を含有するポジ型感光性樹脂からなる。この透明保護層１６の厚みは、使用される材料の光透過率、カラーフィルタ１１の表面状態等考慮して設定することができ、例えば、０．１〜１．５μｍの範囲で設定することができる。このような透明保護層１６は、カラーフィルタ１１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１５を少なくとも覆うように形成される。
【００２８】
また、柱状凸部１７は、カラーフィルタ１１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り、紫外線吸収剤を含有するポジ型感光性樹脂からなる。この柱状凸部１７は、上記の透明保護層１６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。柱状凸部１７の形成密度は、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部１７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１５を構成する赤色パターン１５Ｒ、緑色パターン１５Ｇおよび青色パターン１５Ｂ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。
尚、図示例では、柱状凸部１７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。
【００２９】
上記の透明保護層１６および透明な柱状凸部１７は、上述の本発明のパターン形成方法により一括形成されたものであり、したがって、紫外線吸収剤を１〜１５重量％の範囲で含有する。
【００３０】
ここで、本発明のパターン形成方法による透明保護層１６と柱状凸部１７の一括形成の説明を兼ね、本発明のカラーフィルタ１１の製造について図４および図５を参照しながら説明する。
【００３１】
まず、基板１２上にブラックマトリックス１３を形成し、次いで、基板１２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン１５Ｒ、緑色パターン形成領域に緑色パターン１５Ｇ、さらに、青色パターン形成領域に青色パターン１５Ｂを形成して着色層１５とする（図４（Ａ））。次に、ブラックマトリックス１３および着色層１５を覆うように、紫外線吸収剤を含有した透明な感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層１８を形成する（図４（Ｂ））。
【００３２】
上記のブラックマトリックス１３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１２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１３を形成する。
【００３３】
また、上記の着色層１５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１３を覆うように基板１２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１２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン１５Ｒを形成する。以下、同様に、基板１２上の緑色パターン形成領域に緑色パターン１５Ｇを形成し、さらに、基板１２上の青色パターン形成領域に青色パターン１５Ｂを形成する。
【００３４】
また、上記の感光性樹脂層１８は、紫外線吸収剤を含有した透明のポジ型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ブラックマトリックス１３および着色層１５を覆うように塗布し乾燥することにより形成することができる。ポジ型感光性樹脂組成物は、上述のパターン形成方法で使用可能な種々の紫外線吸収剤とポジ型感光性樹脂から、所望の組み合わせで調製した感光性樹脂組成物を使用することができる。
【００３５】
次に、感光性樹脂層１８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５（Ａ））。使用するフォトマスクＭ´は、柱状凸部１７形成のための所定の位置に遮光部を備えている。この露光により、感光性樹脂層１８の露光部位において、深さ方向で反応部が感光性樹脂層１８の表面近傍に形成される。
【００３６】
次いで、現像液により感光性樹脂層１８の現像が行われる。この現像によって、柱状凸部形成部位（未露光部位）の感光性樹脂層１８は溶解されずに柱状凸部のパターンとして残る。また、露光部位は、露光によって反応部が形成された深さまで溶解されるものの、紫外線吸収剤により露光が阻害された感光性樹脂層１８のより深い部分は溶解されずに透明保護層のパターンとして残る。その後、加熱処理（ポストベーク）を行うことによって、透明保護層１６と柱状凸部１７とが一括形成された本発明のカラーフィルタ１１が得られる（図５（Ｂ））。
【００３７】
上述のような透明保護層１６と柱状凸部１７の一括形成では、感光性樹脂層１８の紫外線吸収剤含有量や露光量等を調整することにより、透明保護層１６の厚みと柱状凸部１７の突出量を高い精度で制御することができる。また、感光性樹脂層１８の１回の露光・現像で透明保護層１６と柱状凸部１７とが一括で形成されているので、柱状凸部１７の位置精度が極めて高く、工程も簡便なものであり、カラーフィルタ１１の製造においてスループット、歩留が良好である。
尚、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックス１３を備えず、非画素部分に相当する位置に上述の柱状凸部１７を形成したもの等であってもよい。
【００３８】
液晶表示装置
本発明の液晶表示装置は、相対向するカラーフィルタおよび対向電極基板との間に液晶層を密封したものであり、カラーフィルタとして本発明のカラーフィルタを備えるものである。例えば、上記の柱状凸部１７を備える本発明のカラーフィルタ１１に配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、対向電極基板と貼り合わせる。これにより、カラーフィルタ１１と対向電極基板との間に間隙が形成され、この間隙に液晶を注入して液晶層としたものである。このような両基板の間隙精度は、上述のような柱状凸部１７がスペーサーとしての機能を発現するので、極めて高いものとなり、液晶層の厚みが一定なものとなる。
【００３９】
【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。
【００４０】
（実施例１）
カラーフィルタ用の基板として、３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７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。
【００４１】
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（８５℃、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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、着色層が形成された基板上に下記組成の透明なポジ型感光性樹脂組成物Ａをスピンコート法により塗布し乾燥して、厚み６μｍの透明感光性樹脂層を形成した。
【００４４】
ポジ型感光性樹脂組成物Ａの組成
・ＴＨＭＲ−ｉＰ１８００（東京応化工業（株）製）…  １００重量部
・９−フルオレノン                              …      ５重量部
【００４５】
次いで、超高圧水銀ランプ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直径１２μｍの円形の遮光部を設けたフォトマスクを介して２００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った。
【００４６】
次に、基板を現像液（水酸化カリウム０．０５重量％水溶液）に４０秒間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中で加熱処理（２００℃、３０分間）を行った。
【００４７】
このような一連の操作により、露光部位には厚み１．５μｍの透明保護層が形成され、未露光部位には透明保護層上に高さ４．０μｍの透明な円柱形状の柱状凸部が形成されて、図２および図３に示されるような構造のカラーフィルタを得た。
【００４８】
（実施例２）
露光量を５００ｍＪ／ｃｍ2 とした他は、実施例１と同様にして、図２および図３に示されるような構造のカラーフィルタを得た。
このカラーフィルタは、高さが４．５μｍである透明な柱状凸部と、これと一括形成された厚み１．０μｍの透明保護層を備えるものであった。
【００４９】
（実施例３）
ポジ型感光性樹脂組成物として、下記の組成のポジ型感光性樹脂組成物Ｂを使用し、露光光源として低圧水銀灯を備えたプロキシミティ露光機を用いて２００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った他は、実施例１と同様にして、図２および図３に示されるような構造のカラーフィルタを得た。
【００５０】
ポジ型感光性樹脂組成物Ｂの組成
・ＡＺ  ＤＸ１１００（ヘキストジャパン（株）製）…  １００重量部
・４−エチルビフェニル                          …      ５重量部
このカラーフィルタは、高さが４．０μｍである透明な柱状凸部と、これと一括形成された厚み１．０μｍの透明保護層を備えるものであった。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば感光性樹脂層に含有される紫外線吸収剤によって露光部位の深さ方向での反応部が感光性樹脂層の表面近傍に限定されるので、その後の現像によって高精度の凹凸レリーフを簡便に形成することができ、このような本発明のパターン形成方法により一括形成された透明保護層と透明な柱状凸部を備えるカラーフィルタでは、複数の透明な柱状凸部は、液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもち、また、感光性樹脂層の１回の露光で透明保護層と一体に形成できるので位置精度も極めて高いものであり、液晶層の厚み制御に高い精度を要求されるカラー液晶表示装置にも対応することができ、また、透明保護層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ので、表示品質に優れ信頼性の高いカラー液晶表示装置が可能となり、このようなカラーフィルタは、工程も簡便なものであり、製造におけるスループット、歩留が良好である。そして、このような本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、液晶層の厚みが一定であるため、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備えたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン形成方法の一実施形態を説明するための工程図である。
【図２】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３】図２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４】本発明のカラーフィルタの製造例を説明するための工程図である。
【図５】本発明のカラーフィルタの製造例を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１…パターン被形成物
２…感光性樹脂層
２ａ…露光部位
２ａ´…反応部
２ｂ…未露光部位
３…凹凸パターン
３ａ…凹部
３ｂ…平坦部
１１…カラーフィルタ
１２…基板
１３…ブラックマトリックス
１５…着色層
１６…透明保護層
１７…柱状凸部
１８…感光性樹脂層
Ｍ，Ｍ´…フォトマスク
【図１】
0004774567.tif 000002
【図２】
0004774567.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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