(57)【要約】【課題】視角特性が良く、表示品位の優れた液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、アレイ基板１と、このアレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板２と、アレイ基板および対向基板の間に狭持された液晶層３と、アレイ基板および対向基板のいずれか一方に形成されたカラーフィルタと、を備えている。  カラーフィルタは、硬度の異なる複数色の着色層を並べて配置した後、複数色の着色層を一括して研磨することにより、硬度の異なる着色層毎に膜厚の異なるカラーフィルタが形成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板の間に狭持された液晶層と、前記アレイ基板および対向基板のいずれか一方に形成されたカラーフィルタと、を備え、
前記カラーフィルタは、硬度の異なる複数色の着色層を並べて形成されているとともに、硬度の異なる着色層毎に高さが異なっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数色の着色層は、赤色、青色、および緑色の着色層を有し、前記着色層において、前記青色の着色層は最も高い硬度および高さを有していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数色の着色層は、赤色、青色、および緑色の着色層を有し、前記着色層において、前記青色の着色層は最も高い硬度および高さを有し、前記緑色の着色層は前記赤色の着色層よりも高い硬度を有しているとともに、前記着色層の高さは前記硬度が高い順に高いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
基板上に硬度の異なる複数色の着色層を並べて形成し、前記複数色の着色層を一括して研磨することにより、硬度の異なる着色層毎に高さの異なるカラーフィルタを形成す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５】
前記複数色の着色層を形成する際、高い硬度を有する前記着色層から順次形成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の製造方法。
【請求項６】
前記複数色の着色層の高さをほぼ同一に形成した後、これら着色層を研磨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の製造方法。
【請求項７】
硬度の最も高い着色層を最も高く形成するとともに、硬度が低くなるにつれ着色層の高さを低く形成した後、前記着色層を研磨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の製造方法。
【請求項８】
前記着色層を機械研磨して、硬度の異なる着色層間の高さの差を研磨前の高さの差よりも大きくすることを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項９】
前記複数の着色層として、互いに硬度の異なる赤色、青色、緑色の着色層を青色、緑色、赤色の着色層の順に形成することを特徴とする請求項５または８のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項１０】
前記硬度の異なる着色層は、前記基板上に着色層の材料を塗布した後、紫外線照射または焼成し、
前記紫外線照射または焼成の時間を調整することにより、前記塗布された材料を固化して形成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の製造方法。
【請求項１１】
前記基板上にスイッチング素子を形成し、前記スイッチング素子を含む前記基板上に前記カラーフィルタを形成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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は液晶表示装置および液晶表示装置の備えたカラーフィルタ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶表示装置は、アレイ基板と、対向基板と、これら両基板の基板間に狭持された液晶層と、アレイ基板および対向基板のいずれか一方に形成されたカラーフィルタと、を有している。カラーフィルタは、赤色、緑色、および青色の着色層を有している。近年、液晶表示装置は、携帯テレビやコンピュータなど多くの情報を含むデータの表示用モニタに用いられている。
【０００３】
上記した液晶表示装置は、情報量の増加に伴い、高精細化、広視野角、および高速応答性が要求されている。高精細化に対応するため、液晶表示装置は、スイッチング素子に微細化されたＴＦＴを用いている。広視野角および高速応答性は、液晶表示装置に、視野角補償フィルムを用いたＴＮ（Twisted Nematic）方式や、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）方式等を用いて対応する技術が検討されている。
【０００４】
また、カラーフィルタは、開口率向上のためアレイ基板に形成されている。また、これにより、高精度な位置合わせ精度を必要とせずにアレイ基板および対向基板を接合することが可能となる。その他、液晶表示装置は、高色再現性、高輝度、および広視野角等、より高性能な要求が求められている。また、さらなる高性能化を目的として、着色層の色毎に液晶層の層厚を異ならせるマルチギャップ化する方法や、着色層を研磨して平坦化する技術等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２３０１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＴＮ方式の液晶表示装置において、液晶層に電界をかけて黒表示を行う際、液晶分子は完全には立ちきらない。このため、表示画面を正面方向から見た場合に位相差が残る。正面方向において、上記した問題による影響はほとんどないが、表示画面を斜め方向から見た場合に実効的な位相差が大きくなり、複屈折性の影響が大きくなる。このため、特に黒表示の場合、表示画面は、複屈折の波長依存性により特定の波長の光が透過して色付く問題がある。上記した問題は、視感度の強い緑色や青色の着色層を透過する光で顕著になる。
【０００６】
そこで、各着色層の膜厚を制御して液晶層をマルチギャップ化することにより複屈折の波長依存性の補償を行うとともに、表示画面の正面の黒レベルの補償および視角依存性の補償を行うことで対応している。  
また、カラーフィルタを平坦化することにより、正面方向への光抜けの発生によるコントラスト比の低下と、視野角の劣化と、を抑制することができる。上記した光抜けの発生は、例えば、一部盛り上がって形成された着色層に起因する。
【０００７】
しかしながら、上記のようにカラーフィルタが構成された場合、マルチギャップ化と、各着色層の平坦化と、をともに満たして形成することは困難である。  
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、視角特性が良く、表示品位の優れた液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る液晶表示装置は、アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板の間に狭持された液晶層と、前記アレイ基板および対向基板のいずれか一方に形成されたカラーフィルタと、を備え、前記カラーフィルタは、硬度の異なる複数色の着色層を並べて形成されているとともに、硬度の異なる着色層毎に高さが異なっていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の他の態様に係るカラーフィルタ基板の製造方法は、基板上に硬度の異なる複数色の着色層を並べて形成し、前記複数色の着色層を一括して研磨することにより、硬度の異なる着色層毎に高さの異なるカラーフィルタを形成することを特徴としている。
【００１０】
上記のように構成された液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法によれば、硬度の異なる着色層毎に膜厚を異ならせるとともに、各着色層の平坦化を満たすことができる。これにより、視角特性がよく、表示品位の優れた液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、視角特性が良く、表示品位の優れた液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る液晶表示装置について詳細に説明する。  
図１および図２に示すように、液晶表示装置は、カラーフィルタ基板としてのアレイ基板１と、このアレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板２と、これら両基板の間に狭持された液晶層３と、を備えている。
【００１３】
アレイ基板１は、透明な絶縁基板としてガラス基板１１を備えている。ガラス基板１１上に、複数の信号線１２、および複数の走査線１３がそれぞれ交差して配設されている。信号線および走査線の各交差部にスイッチング素子として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）１４が設けられている。ＴＦＴ１４は、走査線１３の一部を延在したゲート電極１５ａ、ゲート電極に重なった半導体層１５ｂ、信号線の一部を延在して一方の半導体層に接続されたソース電極１５ｃ、および他方の半導体層に接続されたドレイン電極１５ｄを有している。
【００１４】
表示領域ｒにおいて、信号線１２、走査線１３、およびＴＦＴ１４を含むガラス基板１１上に、青色の着色層１６Ｂ、緑色の着色層１６Ｇ、および赤色の着色層１６Ｒが交互に並んでストライプ状に配設され、カラーフィルタを形成している。隣接した着色層の周縁部同士は、ブラックマトリクス（ＢＭ）として機能する信号線１２等に重なって配設されている。
【００１５】
各着色層の膜厚はそれぞれ異なり、着色層１６Ｒが最も薄く、着色層１６Ｒ、着色層１６Ｇ、着色層１６Ｂの順に厚くなるように形成されている。本実施の形態において、各着色層は平坦な平面上に形成されているため、膜厚が厚い着色層ほど高さが高く、膜厚が薄いほど高さが低くなっている。これにより、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは互いに高さが異なって形成されている。着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ上に、画素電極１７がそれぞれ重なって形成されている。着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ上に、柱状スペーサ１８が複数本形成されている。着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒおよび画素電極１７上に、配向膜１９が形成されている。  
対向基板２は、透明な絶縁基板としてガラス基板２１を備えている。ガラス基板２１上に、対向電極２２、および配向膜２３が順次形成されている。
【００１６】
上記のように構成されたアレイ基板１および対向基板２は、その周縁部同士が図示しないシール材により互いに接合され、柱状スペーサ１８により所定の隙間を保持して対向配置されている。アレイ基板１および対向基板２の間に液晶層３が狭持されている。アレイ基板１および対向基板２に形成された配向膜１９、２３には、液晶分子の捩れ角が９０°となるよう特定方向にラビング処理が施されている。アレイ基板１および対向基板２の外面に、位相差板３１、３３、および偏光板３２、３４がそれぞれ配設されている。ガラス基板１１の外面側には図示しないバックライトが設けられている。
【００１７】
次に、上記液晶表示装置の一層詳しい構成を、その製造方法と併せて説明する。  
まず、ガラス基板１１上に、信号線１２、走査線１３、およびＴＦＴ１４を形成する。次に、スピンナを用い、青色レジストとして、例えば青色の顔料を分散したネガ型の紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを約３．７μｍの膜厚でガラス基板１１上に塗布する。
【００１８】
その後、青色を着色したい領域に光が照射されるようなフォトマスクを用い、青色レジストにパターンを露光する。露光する際、青色レジストには、波長を３６５ｎｍ、露光量を１００ｍＪ／ｃｍ２として紫外線を照射する。次に、露光した青色レジストを、ＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像した後、２２０℃で１時間、焼成することで着色層１６Ｂを形成する。このようにして、着色層１６Ｂの硬度を、鉛筆硬度で７となるように形成する。
【００１９】
続いて、緑色レジストをスピンナにより約３．６μｍの膜厚でガラス基板１１上に塗布した後、緑色レジストにパターンを露光する。露光した緑色レジストを、ＫＯＨの１％の水溶液で２０秒間現像した後、２２０℃で１０分間、焼成することで着色層１６Ｇを形成する。このようにして着色層１６Ｇの硬度を、鉛筆硬度で４となるように形成する。
【００２０】
次に、赤色レジストをスピンナにより約３．５μｍの膜厚でガラス基板１１上に塗布した後、赤色レジストにパターンを露光する。露光した赤色レジストを、ＫＯＨの１％の水溶液で２０秒間現像した後、２２０℃で１分間、焼成することで着色層１６Ｒを形成する。このようにして着色層１６Ｒの硬度を、鉛筆硬度で３となるように形成する。
【００２１】
なお、上記のプロセスでは焼成時間を変えることによりそれぞれの着色層の硬度を変えたが、この他に露光量や焼成温度を変えても良いし、またレジスト材料自体の種類を変えたりレジスト中に含まれる顔料濃度や光重合開始剤の量などを変えることによっても着色層の硬度を変えることが可能である。
【００２２】
上記のように、硬度の高い青色の着色層１６Ｂから順番に、着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒを形成する。また、図３に示すように、硬度の最も高い着色層１６Ｂが最も厚く形成され、硬度の最も低い着色層１６Ｒが最も薄く形成される。そして、隣接した着色層の周縁部同士は重複し、１．０ないし３．０μｍ程度盛り上がった段差Ａが形成される。
【００２３】
次に、図４に示すように、ガラス基板１１を研磨装置のステージ４０上に固定した後、研磨ステージとして、例えば発砲ポリウレタン製の研磨パット４１をその研磨面Ｓが着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒと対向する位置に配置する。そして、ステージ４０および研磨パット４１を互いに逆方向に回転させるとともに、例えば研磨砥粒を含む研磨液を供給し、着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒを一括して機械的に研磨する。
【００２４】
研磨により、硬度の低い着色層ほど多く削られ、その膜厚が減少する。これにより、図５に示すように、３．４μｍの膜厚ｄＢを有した着色層１６Ｂ、３．２μｍの膜厚ｄＧを有した着色層１６Ｇ、および３．０μｍの膜厚ｄＲを有した着色層１６Ｒがそれぞれ形成される。着色層１６Ｂおよび着色層１６Ｇの膜厚の差、並びに着色層１６Ｇおよび着色層１６Ｒの膜厚の差、すなわちこれら各着色層間の高さの差はそれぞれ０．２μｍとなる。研磨後の各着色層間の高さの差は、研磨前のそれより大きくなっている。これにより、着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ毎に膜厚の異なるカラーフィルタが得られる。もちろん研磨前の膜厚を同じに形成した場合にも研磨後には膜厚の異なるカラーフィルタを得ることができる。
【００２５】
また、研磨により段差Ａが除去されるとともに着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒの各表面が平坦化される。画素電極１７が形成される領域に対向した着色層において、各着色層の最大の膜厚と最小の膜厚との差は０．０５μｍ以下に平坦化される。例えば、着色層１６Ｂの場合、最大の膜厚ｄＢｍａｘと最小の膜厚ｄＢｍｉｎとの差は０．０５μｍ以下に形成される。更に、着色層１６Ｇの最大の膜厚ｄＢｍａｘが着色層１６Ｂの最小の膜厚ｄＢｍｉｎより大きく形成されることはない。次いで、研磨された着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒを洗浄した後、必要によってはポストベークを行う。
【００２６】
そして、着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ上に、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明材料を、例えばスパッタ法により１５００Åの膜厚に成膜する。堆積されたＩＴＯ膜をパターニングし、それぞれ着色層に重ねて複数の画素電極１７を形成する。その後、ガラス基板１１全面に、感光性アクリル性黒色樹脂（以下、黒色レジストと称する）を、例えばスピンナを用い塗布する。塗布された黒色レジストを９０℃で１０分間乾燥した後、所定の形状を有したフォトマスクを用い、黒色レジストにパターンを露光する。
【００２７】
露光する際、黒色レジストには、波長を３６５ｎｍ、露光量を３００ｍＪ／ｃｍ２として紫外線を照射する。続いて、露光した黒色レジストを、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液で現像した後、２００℃で６０分間、焼成することで図示しない額縁部、および高さ４．０μｍの柱状スペーサ１８を複数本形成する。その後、画素電極１７を含むガラス基板１１全面に、配向膜材料を１００ｎｍの膜厚に塗布し配向膜１９を形成する。
【００２８】
一方、対向基板２において、ガラス基板２１を用意する。ガラス基板２１上に、ＩＴＯ等の透明材料で対向電極２２を形成し、この対向電極２２に重ねて、１００ｎｍの膜厚を有した配向膜２３を形成する。  
上記のように形成されたアレイ基板１および対向基板２は、各々の配向膜１９、２３にラビング処理を施した後、対向基板２の周縁部に、例えば熱硬化型のシール材を印刷することにより配置し、複数本の柱状スペーサ１８により所定の隙間を保持して対向配置してアレイ基板１および対向基板２の周縁部同士をこのシール材により貼り合せる。
【００２９】
その後、シール材を加熱し硬化させることにより、アレイ基板１および対向基板２を固着する。次いで、シール材に形成された液晶注入口から、例えば誘電異方性が正である液晶を注入した後、液晶注入口を、例えば紫外線硬化型樹脂からなる封止材により封止する。これにより、アレイ基板１および対向基板２の間に液晶が封入され、液晶層３が形成される。
【００３０】
続いて、アレイ基板１および対向基板２の外面に、位相差板３１、３３、および偏光板３２、３４をそれぞれ順に貼り付け、さらには駆動回路やバックライトなどを取り付けモジュール、に組み立てる。これにより、液晶表示装置が完成する。
【００３１】
以上のように構成された液晶表示装置およびその製造方法によれば、硬度の異なる複数の着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒを並べて配置した後、これら着色層を同一条件で一括して機械研磨している。着色層１６Ｂは最も高い硬度および最も高い膜厚を有し、着色層は、着色層１６Ｂ、着色層１６Ｇ、着色層１６Ｒの順に順次低い硬度を有しているとともに、その順に着色層の膜厚が順次薄く形成されている。
【００３２】
上記した場合、硬度の低い着色層ほど多く削られて、膜厚が薄くなる。なお、研磨により、硬度の低い着色層が他の着色層よりも低くなった場合でも、各着色層は、研磨液によって良好に研磨される。これにより、着色層１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ毎に膜厚の異なるカラーフィルタが得られる。同時に、各着色層の表面を平坦化することができる。このため、黒レベルの補償、および視角依存性の補償ができるとともに、高コントラスト比、および広視野角を実現できる液晶表示装置が得られる。
【００３３】
また、着色層１６Ｂおよび着色層１６Ｇ、並びに着色層１６Ｇおよび着色層１６Ｒの膜厚の差をそれぞれ０．１μｍに形成した後、各着色層を研磨している。このため、膜厚を考慮せずに形成された着色層を研磨する場合に比べて効率良く研磨を行うことができる。
【００３４】
各着色層を形成する際、硬度の最も高い着色層を最も高く形成するとともに、硬度が低くなるにつれ高さを順次低く形成している。上記した各着色層は、高い硬度を有する着色層１６Ｂ、着色層１６Ｇ、着色層１６Ｒの順に順次形成されている。上述したように、着色層の硬度は、諸プロセス条件や材料などにより制御している。例えば、紫外線照射または焼成の時間を長くする程、硬度を高くして固化することができ、各着色層の硬度を任意に、かつ容易に調整することができる。
【００３５】
また、カラーフィルタをアレイ基板１側に形成することにより開口率の向上を図るとともに、アレイ基板１と対向基板２とを、高度な位置合わせ精度を必要とせずに行うことができる。  
本実施の形態によれば、正面方向でのコントラスト比は５００と高く、良好な値が得られた。また、液晶表示装置を斜め方向から見た場合の色付きを目視主観評価したところ８０°コーンと広範囲に渡り色付き無く良好な液晶表示装置が得られた。
【００３６】
この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。研磨前において、着色層を形成する場合、着色層１６Ｂおよび着色層１６Ｇ、並びに着色層１６Ｇおよび着色層１６Ｒの膜厚の差は０．１μｍに限らず、各着色層の膜厚はほぼ同一の高さに形成されていても良い。また、研磨後において、着色層１６Ｂは、着色層１６Ｇおよび着色層１６Ｒよりも高い硬度および高さを有していれば良い。
【００３７】
各着色層の硬度は、上述した鉛筆硬度で示した値に限定されるものではなく、各着色層の硬度が互いに異なっていれば良い。カラーフィルタはアレイ基板１側に限らず対向基板２側に形成しても良い。この場合、対向基板２は、カラーフィルタ基板として構成される。液晶表示装置は、ＴＮ方式に限らず、その他方式に適応できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。
【図２】図１に示したアレイ基板の配線構造を概略的に示した平面図。
【図３】図１に示した液晶表示装置の有するアレイ基板の製造工程における構造を示す断面図。
【図４】図３に示したアレイ基板の製造工程における研磨工程を示す断面図。
【図５】図１に示した液晶表示装置の一部を拡大した概略断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…アレイ基板，２…対向基板，３…液晶層，１１、２１…ガラス基板，１４…ＴＦＴ，１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ…着色層，１７…画素電極，１８…柱状スペーサ
【図１】
2005141145.tif 000003
【図２】
2005141145.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005141145.tif 000007