(57)【要約】【課題】透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックスと、着色画素層と、透明導電膜と、該透明導電膜上にポジ型のフォトレジストからなるレジストパターンと、該透明導電膜自体には所定の開口部と、が形成されているカラーフィルタ基板の簡素で合理的な製造方法を提供すること。【解決手段】透明導電膜２ｂ上に、ポジ型フォトレジスト３を所定の膜厚で塗布する工程と、ポジ型フォトレジスト３を露光・現像して所定の開口部を形成し露出した透明導電膜をエッチングにより除去して透明導電膜２ｂに配向制御用の開口部２ｃを形成する工程と、残置しているポジ型フォトレジストを再び露光・現像して所定のレジストパターン９を形成する工程と、を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。【選択図】図５
2012133169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックスと、着色画素層と、透明導電膜と、該透明導電膜上にポジ型のフォトレジストからなるレジストパターンと、該透明導電膜自体には所定の開口部と、が形成されているカラーフィルタ基板の製造方法であって、
透明導電膜上に、ポジ型フォトレジストを所定の膜厚で塗布する工程と、
ポジ型フォトレジストを露光・現像して所定の開口部を形成し露出した透明導電膜をエッチングにより除去して透明導電膜に開口部を形成する工程と、
残置しているポジ型フォトレジストを再び露光・現像して所定のレジストパターンを形成する工程と、を有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２】
前記透明導電膜に形成された開口部は、配向制御用の開口部であることをを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項３】
前記レジストパターンが、配向制御用の突起及び／又はフォトスペーサであることを特徴とする請求項１又は請求項２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】
本発明は、液晶表示装置に使用するカラーフィルタ基板に係わり、特には、配向制御用開口部をカラーフィルタ上の透明電極に形成する工程と、フォトスペーサあるいは配向制御用突起を透明電極上に形成する工程の簡略化・合理化に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１（ａ）は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板１の構成を模式的に示した平面視の図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すカラーフィルタ基板１のＸ−Ｘ’線における断面視の図である。図１に示すように、カラーフィルタ基板１は、ガラス基板や透明樹脂基板などの透明基板５の上にブラックマトリックス６、着色画素７が順次フォトリソ法で形成され、次いで透明電極２ｂがスパッタ法を使用して形成されたものである。また、ブラックマトリックス６の位置で透明導電膜２ｂ上にフォトスペーサ９が設置されている。図２（ａ）には、着色画素７は１２個しか示されていないが、実際のカラーフィルタ基板においては、例えば、対角１７インチの画面に数十〜百μｍ程度の大きさの着色画素が数百万個以上敷設されている。
【０００３】
カラーフィルタ基板１の製造方法としては、透明基板５上にブラックマトリックス６を形成し、次に、このブラックマトリックス６のパターンを基準にして着色画素７を形成し、更に透明導電膜２ｂを形成する方法が広く用いられている。ブラックマトリックス６は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素７は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものであり、透明導電膜２ｂは、ベタ電極の場合もエッチングしてストライプ状の電極パターンとする場合もある。
【０００４】
液晶表示装置は、このような構成のカラーフィルタ基板を内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、液晶カラーＴＶ、ノート型ＰＣなど多くの商品の基幹部品となった。昨今、液晶表示装置の大型化、高精細化に伴い、カラーフィルタ上には、特定の機能を発現するための機能性部材がフォトリソ技術を用いて付加されるようになった。
【０００５】
例えば、配向分割機能を有する突起がその一例である。従来の液晶表示装置に於いては、液晶分子を一様に配向させるために、液晶を挟持する両基板の液晶に接する側に設けられた透明電極上に、ポリイミドを塗布し、その表面に一様なラビング処理を施していた。しかし、ＴＮ型液晶においては、原理的に広い視野角を得ることは困難であり、コントラストが低下し表示品質が悪化するとか、コントラストが良好だが視野角は狭いといった問題を抱えていた。
【０００６】
このような問題を解決する技術として、一画素内での液晶分子の配向方向が一方向ではなく、正面から見て対称になるように複数方向に制御して、視野角の広い配向分割垂直配向型液晶表示装置ＭＶＡ−ＬＣＤ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が開発された（特許文献１参照）。
【０００７】
図２は、ＭＶＡ−ＬＣＤの動作を説明する断面視図である。図２（ａ）に示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤでは、カラーフィルタ基板１の透明導電膜２ｂに配向制御用開口部２ｃを形成し、このカラーフィルタ基板１と対向させるＴＦＴ基板１０に配向制御用の機能性部材として突起部１０ａを形成している。配向制御用突起部１０ａはＴＦＴ基板側だけではなく、カラーフィルタ基板１側の透明導電膜２ｂ上に形成される場合もある。
【０００８】
そして、電圧は、着色画素７を被覆する透明導電膜２ｂとＴＦＴ基板１０の透明電極１
０ｂの間に印加される。電極間に電圧を印加しない状態では、液晶分子１１は基板表面に対して垂直に配向する。中間の電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように、透明導電膜２ｂの配向制御用開口部（電極エッジ部）２ｃで基板表面に対して斜めの電界が発生する。また、突起部１０ａの液晶分子１１は、電圧無印加の状態からわずかに傾斜する。この突起部１０ａの傾斜面と斜め電界の影響で液晶分子１１の傾斜方向が決定され、突起部１０ａの位置と透明電極２ｂの配向制御用開口部２ｃの位置で液晶分子１１の配向方向が正面視で対称に配向するようになる。
【０００９】
この時、例えば真下から真上に透過する光は液晶分子１１が多少傾斜しているため、若干の複屈折の影響を受け、透過が抑えられ、グレイの中間調表示が得られる。右下から左上に透過する光は液晶分子１１が左方向に傾斜した領域では透過しにくい、右方向に傾斜した領域では非常に透過し易く、平均するとグレイの中間調表示が得られる。左下から右上に透過する光も同様の原理でグレイ表示となり、全方位で均一な表示が得られる。更に、所定の電圧を印加すると、図２（ｃ）のように、液晶分子１１は、ほぼ水平になり白表示が得られる。こうして、黒、中間調、白の表示状態のすべての状態において、視角依存性の少ない良好な表示が得られる。
【００１０】
別の機能性部材の一例は、先述したフォトスペーサ９である。従来はカラーフィルタ基板１とＴＦＴ基板１０との隙間に樹脂製もしくはガラス製の球状微粒子やロッド状の部材を分散させて対向基板間の距離を保っていたが、フォトレジストを使用してフォトリソ法によりカラーフィルタ上にポスト（以下、フォトスペーサあるいはＰＳとも記す。）を規則的に配置する技術が開発された。フォトスペーサは、微細で高さや位置の設定の自由度が高く且つ正確に形状制御できるので、微粒子分散方式のようにスペーサが液晶中を移動したり画素上に置かれたりすることがなく、大型ディスプレイのスペーサとして特に好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−５８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、透明導電膜に配向制御用開口部と、配向制御用突起あるいはフォトスペーサの少なくとも一方を備えるカラーフィルタ基板の形成は、通常図５（ａ）に記載の定法と言える手順で行われる。先ず、透明導電膜２ｂ上にフォトレジスト３を塗布して定法のフォトリソ法を用いて透明導電膜２ｂに開口部２ｃを形成し、使用したレジスト３を剥離する。次に、別のフォトレジスト３ｄを再度塗布し、フォトリソ法を再び適用して所定のレジストパターン（ＰＳ９もしくは配向制御用突起１０ａ）を形成するという手順である。
【００１３】
この製造方法は、処理工程に若干の違いがあるフォトリソ法を繰り返すため、フォトレジストや現像液他の使用量が多く時間もかかる。加えて、工程中に欠陥が発生する確率も高く、全体的に製造コストが高くなるという問題がある。
そこで本発明は、図５（ａ）で示した製造工程を簡素化し合理化したカラーフィルタ基板の製造方法を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、この課題を達成するために、透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックスと、着色画素層と、透明導電膜と、該透明導電膜上にポジ型のフォトレジストからなるレジストパターンと、該透明導電膜自体には所定の開口部と、が形成されているカラーフィルタ基板の製造方法であって、透明導電膜上に、ポジ型フォトレジストを所定の膜厚
で塗布する工程と、ポジ型フォトレジストを露光・現像して所定の開口部を形成し露出した透明導電膜をエッチングにより除去して透明導電膜に開口部を形成する工程と、
残置しているポジ型フォトレジストを再び露光・現像して所定のレジストパターンを形成する工程と、を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。
【００１５】
本発明は、透明導電膜に所定の開口部を形成するためのエッチングマスクとして塗布したレジストを、本来であれば剥離して除去するところ、再度フォトリソ法を適用して所定形状のレジストパターンとして活用するレジストの使用・加工方法である。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記透明導電膜に形成された開口部は、配向制御用の開口部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基板の製造方法としたものである。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、前記レジストパターンが、配向制御用の突起及び／又はフォトスペーサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来リソグラフィ工程が２回繰り返されたものが１度ですむ結果、露光回数は従来法と同じではあるが、レジストの種類と使用量が低減し、中間工程におけるレジストの剥膜・洗浄工程が無くなり剥膜液が不要となる。したがって、処理工程上における欠陥の発生が減り、投入する副材料の数・量が減る結果、カラーフィルタ基板の生産性が向上し低コストにつながるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）カラーフィルタの構成を模式的に示した平面図である。（ｂ）は、図（ａ）に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図２】ＭＶＡ−ＬＣＤにおける突起と導電層開口部の液晶分子に対する作用を模式的に説明する断面視の図である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、透明導電層に開口部を従来法で形成する工程を模式的に説明する断面視の工程図である。
【図４】（ａ）は透明導電層に開口部を形成するためのフォトマスクの一例である。（ｂ）は透明導電層に形成した円形開口部を模式的に説明する上面視の図である。尚、斜線の４角形はカラーフィルタの一画素に対応する。
【図５】カラーフィルタ上に開口部を備える透明導電層と配向制御用突起までを作製する工程を従来法（ａ）と本発明（ｂ）で対比させた図である。但し、図ではブラックマトリックスとカラーフィルタは省略してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照しつつカラーフィルタ基板の製造工程に即して説明する。図１（ａ）は、カラーフィルタ基板１の構成を模式的に示した平面視図であり、図１（ｂ）は、そのＸ−Ｘ’線での断面視図である。
【００２１】
図１は完成したカラーフィルタ基板１の一例であるが、着色画素７を形成した後で、透明導電膜２ｂ形成後の処理工程が、図５に示されている（尚、図５では着色画素７とブラックマトリックス６を省略してある）。図５（ａ）は従来法、同図（ｂ）は本発明になるカラーフィルタ基板の製造工程の概略である。本発明においては、中間の剥膜工程、焼成工程、レジストコート工程が省略されている点が従来方法とは異なる。
【００２２】
すなわち、本発明では、唯一度のポジ型フォトレジスト３の塗布で、透明電極に配向制御用開口部２ｃと例えばＰＳである機能性部材９の形成を行う。すなわち、透明導電層２ｂに開口部２ｃを形成するエッチングマスクとしてのレジスト層３と、ＰＳあるいは配向制御用突起を組成するレジストが同じ起源ということである。廃棄されるはずのエッチングマスクが、機能性部材９として活用される。このためレジストの剥離、焼成及び機能性部材用のレジスト塗布が不要となる。
【００２３】
ポジ型フォトレジストは、被露光部が感光し水に可溶となって開口部となるが、それ以外のレジスト部分は同じ特性を保持しており感光性にも変化がない。したがって、開口部形成で露出した下地層（透明導電膜２ｂ）をエッチングしてからでも、エッチングマスクとなったレジスト層３は再利用できる。再度フォトマスクを使って露光して、機能性部材の形成に供することが可能である。但し、機能性部材９は、最初に形成した開口部以外の場所に形成されることになる。この制限は本発明の弱点となるものでなく、開口部と機能性部材が同じ位置に重なって形成されることはないとしてよいからである。
【００２４】
以下、カラーフィルタ基板の製造工程にそって説明する。
（ブラックマトリックスの形成）
先ず、ガラス基板や透明樹脂基板などの透明基板５上にブラックマトリックス６を形成する。ブラックマトリックス６は、着色画素７間のマトリックス部６Ａと、着色画素７が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部６Ｂとで構成されている（図１を参照）。ブラックマトリックス６は、カラーフィルタを構成する着色画素７の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
【００２５】
透明基板５上へのブラックマトリックス６の形成は、例えば、透明基板５上にクロム、アルミ等の金属薄膜を形成し、この金属薄膜をフォトエッチングすることによって形成することができる。あるいは、透明基板５上に、黒色フォトレジストを用いてフォトリソ法によってブラックマトリックス６を形成することもできる。
【００２６】
（着色画素の形成）
着色画素７の形成は、このブラックマトリックス６が形成された透明基板５上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色フォトレジストを用いて着色塗布膜を設け、この塗布膜の露光、現像等定法のフォトリソ法を適用することによって着色画素７を形成する。
【００２７】
（透明電極の形成）
図５あるいは図３（ａ）に示すように、透明導電膜２ｂを、ブラックマトリックス６、着色画素７が形成された透明基板５上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）をターゲットとしてスパッタ法によって１００〜１８０ｎｍの厚さで形成する。図５では、先述したようにブラックマトリックス６と着色画素７は省略されている。
【００２８】
次に、この透明導電膜２ｂ上にポジ型のフォトレジスト層３を、機能性部材を形成するのに十分な厚みで塗布する。ＰＳであれば４〜５μｍ、配向制御用突起であれば１〜２μｍ程度である。次に、図３で示すようにフォトレジスト層３の上方に、近接露光のギャップＧを設けて、膜面をフォトレジスト層３に対向させたレジスト開口部３ｃ形成用のフォトマスク４を配置する。近接露光のギャップＧは形成するパターンの大きさ等によって異なるものであるが、通常５０μｍ〜２００μｍの範囲内に設定する。レジスト開口部３ｃとは異なる位置に別の開口部が下地エッチングのために形成されていても構わない。例えば、ベタの透明導電膜をストライプ形状にするとか額縁外周の導電層を除去するとかの場
合である。
【００２９】
（フォトマスク）
レジスト開口部３ｃを形成するためにのフォトマスク４は、図４（ａ）に示すような幅Ｗａが２μｍ以上５μｍ以下の複数の多角形の開口部４ａを市松模様に配列し、配列の中心部に開口部４ａと同じ寸法の多角形の微小遮光部４ｃを設けた透明導電層開口部形成用パターン４ｄを有している。４個の開口部４ａで構成される開口部形成用パターン４ｄの外形寸法は９μｍ以下となるように設計されたものである。
【００３０】
図４（ａ）に示す、本発明のフォトマスク４においては、上方から照射された光のうち、透明電極開口部形成用パターン４ｄの外周端で下方に回り込んだ光が干渉し、透明導電膜の開口部形成用パターン４ｄの中心、すなわち市松模様開口部の配列の中心部の微小遮光部４ｃの直下のフォトレジスト層３の位置では光強度が強められる。すなわち、開口部形成用パターン４ｄの中心の直下のフォトレジスト層３では、光強度が強められたため、その光分解が大きくなり、フォトレジスト層３の現像処理によってその位置に開口部３ｃを有するエッチングレジストパターンを形成できる効果がある。
【００３１】
（ポジ型フォトレジストの組成）
透明導電層２ｂに配向制御用開口部２ｃを形成するために用いるポジ型フォトレジストの組成を下記に示す。当該レジストはパターン加工されて機能性部材として使用される。
・樹脂：クレゾールノボラックエポキシ樹脂    １２ｗｔ％
・感光剤：ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）      １４ｗｔ％
・溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＡＣ）
７４ｗｔ％
市販レジストとしてはＬＣ１００（製品名：ローム＆ハース社製）を好適に使用できる。
【００３２】
この組成のポジ型フォトレジストを塗布して膜厚４μｍのフォトレジスト層３を設け、その上に、近接露光のギャップＧを７０μｍから１２０μｍとし、上記のフォトマスク４を介した露光を１００ｍＪ／ｃｍ２与え、現像、ベーキングを施し、開口部３ｃを有するエッチングレジストパターン３ｂを形成することができる。
【００３３】
（透明導電膜のエッチング）
透明導電膜２ｂがＩＴＯ膜の場合は、その表面をエッチングレジストパターン３ｂで保護し、ＩＴＯ膜のエッチング液として硝酸と塩酸の混合溶液または塩化系第２鉄系の溶液を用いたウエットエッチングによりＩＴＯ膜の透明導電膜２ｂをエッチングする。フォトマスク４の開口部４ａの幅Ｗａが２μｍの場合は、透明電極２ｂの配向制御用開口部２ｃの幅は６μｍに形成できる。すなわち、配向制御用開口部２ｃの幅を１０μｍ以下に形成できる効果がある。
【００３４】
次に、図５（ｂ)に示すようにフォトレジストの剥離を行わず残置したままのフォトレジスト３ｂを活用してフォトスペーサ９を形成する。もちろん、カラーフィルタ基板側の配向制御用突起であっても構わない。
【００３５】
（フォトスペーサ等の形成）
図１のカラーフィルタ基板１の断面図に示すように、基板上に残っているフォトレジスト３ｂを剥離せずにそのまま用い、フォトリソグラフィ法により、着色画素間のブラックマトリックス６の位置にフォトスペーサ９を形成する。こうして、液晶表示装置用カラーフィルタ１には、透明基板５上にブラックマトリックス６、着色画素７、及び透明透明導電膜２ｂが順次に形成され、ブラックマトリックス６上方の透明導電膜２ｂ上にフォトスペーサ９が形成される。尚、現像液としては炭酸ナトリウム（５重量％）と水酸化ナトリ
ウム（４重量％）の混合液を使用した。
【００３６】
ＰＳと配向制御用突起はそれぞれ単独で敷設する以外に、両方を共存させることもできる。その場合には、それぞれが必要とする高さが異なるために特別なマスクを介した露光が必要である。ＰＳと配向制御用突起の高さに応じた光透過量を有するグレイスケールマスクかハーフトーンマスクを使用する。前者は、解像度より小さい微細な遮光部あるいは開口部を形成し、その量を変えて光透過率を変化させるものであり、後者は半透過性の膜を完全開口部に積層させて光透過率を低減したフォトマスクである。いずれかを使用してＰＳと配向制御用突起の同時形成が可能である。
【００３７】
本実施形態で使用したフォトマスクは、複数の多角形状の開口部４ａを市松模様に配列した開口部形成用パターン４ｄを形成し、その中心部に近接露光での解像限界以下の微小遮光部４ｃを形成し近接露光することで、光の干渉効果により開口部形成用パターン４ｄの中心部で光強度が強められ、その位置でのフォトレジスト層３の光分解が大きくなり、現像して得られるエッチングレジストパターン３ｄのその位置に１０μｍ以下の多角形あるいは円形の開口部３ｃが形成される効果がある。そのエッチングレジストパターン３ｄで透明導電膜２ａをエッチングすることで、１０μｍ以下の配向制御用開口部２ｃを有する透明導電層を形成できる効果がある。
【００３８】
最後に所定温度でフォトスペーサ等のレジストパターンをアニールするとカラーフィルタ基板１を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・カラーフィルタ基板
２ｂ・・・透明導電膜
２ｃ・・・配向制御用開口部
３、３ｄ・・・フォトレジスト層
３ｂ・・・レジストパターン
３ｃ・・・レジスト開口部
４・・・フォトマスク
４ａ・・・開口部
４ｂ・・・遮光領域
４ｃ・・・微小遮光部
４ｄ・・・透明電極開口部形成用パターン
５・・・透明基板
６・・・ブラックマトリックス
６Ａ・・・マトリックス部
６Ｂ・・・額縁部
７・・・着色画素
９・・・機能性部材（フォトスペーサまたは配向制御用突起）
１０・・・ＴＦＴ基板
１０ａ・・・突起部
１０ｂ・・・ＴＦＴ基板の透明電極
１１・・・液晶分子
Ｇ・・・近接露光のギャップ
Ｌ・・・露光光
Ｗａ・・・フォトマスクの開口部４ａの幅
【図１】
2012133169.tif 000003
【図２】
2012133169.tif 000004
【図３】
2012133169.tif 000005
【図４】
2012133169.tif 000006
【図５】
2012133169.tif 000007