(57)【要約】【課題】工程数を増やすことなく、カラーフィルタ基板のフォトスペーサの頂上の高さを表示部の領域と額縁部で同じに形成する。【解決手段】少なくとも、透明基板上に、表示部とする領域にブラックマトリクスと前記表示部の周囲にベタパターンの額縁部を形成する工程と、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に着色画素を充填しカラーフィルタ層を形成する工程と、透明基板上にオーバーコート層を形成する工程と、フォトスペーサを形成する工程とを有するカラーフィルタ基板の製造方法において、前記オーバーコート層を形成する工程が、オーバーコート層用感光性樹脂層を形成し、オーバーコート層の前記表示部と前記額縁部の上の表面が平坦となる様に透過率を設定した多階調フォトマスクを用いて該オーバーコート層用感光性樹脂層に露光する工程を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタ基板の製造方法であって、
少なくとも、透明基板上に、表示部とする領域にブラックマトリクスと前記表示部の周囲にベタパターンの額縁部を形成する工程と、
前記ブラックマトリクスの矩形開口部に着色画素を充填しカラーフィルタ層を形成する工程と、
透明基板上にオーバーコート層を形成する工程と、
フォトスペーサを形成する工程とを有するカラーフィルタ基板の製造方法において、
前記オーバーコート層を形成する工程が、オーバーコート層用感光性樹脂層を形成し、オーバーコート層の前記表示部と前記額縁部の上の表面が平坦となる様に透過率を設定した多階調フォトマスクを用いて該オーバーコート層用感光性樹脂層に露光する工程を備え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】
カラーフィルタ基板のオーバーコート層の製造に用いる多階調フォトマスクであって、カラーフィルタ基板のブラックマトリクスの額縁部の領域に透明パターンが形成され、カラーフィルタ基板の表示部の領域に半透明パターンが形成されていることを特徴とする多階調フォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示セルのセルギャップを制御するためのフォトスペーサを有するカラーフィルタ基板の製造方法及び、その製造に用いる多階調フォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は、カラーフィルタによって色表示を行う多色カラータイプがテレビ、モニタ、携帯端末等の表示パネルに利用が進んでいる。多色カラー化のために一般にマイクロセル構造のカラーフィルタが多用され、カラーフィルタ基板は液晶表示パネルの表示品質を決める上で重要な役割を担っている。
【０００３】
液晶表示装置は少なくとも一枚を光透過性とする一対の基板間に液晶を封入してなるセル構造を有し、前述の多色カラー表示の場合には、光透過性の基板のセル内面にカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板が用いられている。
【０００４】
カラーフィルタ基板は、透明基板１の片側（液晶セルの内面となる側）に遮光性のブラックマトリクスのパターンとブラックマトリクスのパターンの隙間を規則的に満たす着色画素の繰り返し配列のカラーフィルタ層が、例えばフォトリソグラフィー法により正確な位置合わせで形成されている。
【０００５】
また、最近の表示装置では表示装置の画面の周辺部の表示領域近くまで、配線や実装部品が実装されているため、表示装置の観察者から見えない様にするため、カラーフィルタの周縁部には額縁層と呼ばれる遮光性のベタパターンを形成していることが多い。
【０００６】
そのブラックマトリクスのパターンとカラーフィルタ層の着色画素の上に透明樹脂のオーバーコート層を設け、表面の平坦化を図っている。そして、そのオーバーコート層の上に、透明電極層をスパッタリング法や真空蒸着法等の物理蒸着手段により形成している。
【０００７】
さらに、透明電極層の上に、液晶セルのセルギャップ制御用の構造として、感光性樹脂により形成された複数のフォトスペーサが配置されている。
【０００８】
このフォトスペーサはブラックマトリクスパターンや額縁部上に形成された液晶セルのセルギャップを保持するための構造であり、様々な外部からの圧力に抗して液晶セルのセルギャップを一定の範囲に保持する機能を有する。
【０００９】
一方、フォトスペーサよりも高さを若干低く形成したサブフォトスペーサを設けることで、セルギャップが必要以上に小さくならないようにすることができて、さらに表示装置を組み立てる際のプレス工程においてはセルギャップの調節がし易くなる。
【００１０】
例えば、低温時に液晶の体積収縮が生じた場合に、セルギャップが収縮に充分に追随できないと、内圧変動により低温発泡という異常現象が発生する。特許文献１では、それを改善するために、少数の高さの高いフォトスペーサと、高さの低い多数のサブフォトスペーサを設けている。
【００１１】
高さの高いフォトスペーサは、表示装置に加わる大きな力で押されて変形し、変形がある程度大きくなると、サブフォトスペーサが押されて変形するようにしているので、フォトスペーサの方を変形しやすくすることで、周囲温度変化による液晶の体積収縮のような軽微な変動に追随させつつ、サブフォトスペーサで液晶表示装置の耐荷重限界を大きくすることも可能になっている。
【００１２】
また、特許文献１では、カラーフィルタ基板と対向基板（ＴＦＴ基板）を貼り合わせてパネルを組み立てる際に加わる荷重によって、表示部の周縁部のフォトスペーサが変形し過ぎないように、額縁部のオーバーコート層の上にダミーフォトスペーサを設置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２７１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、従来の工法で形成すると、額縁部の高さはブラックマトリックスと高さと同じであるのに対して、表示部はブラックマトリックスよりも高いカラーフィルタがあるため、高低差ができていた。
【００１５】
そのため、これらの上にオーバーコート層を形成すると、上記の高低差が反映されて、オーバーコート層の表面の高さは額縁部の方が表示部に比べて低くなっていた。
【００１６】
この状態で、フォトスペーサを透明基板の全面に形成した後、対向基板と貼り合わせると、表示部のフォトスペーサが対向基板と接触しても、額縁部のフォトスペーサは接触していないので、さらに額縁部のフォトスペーサが対向基板に接触するまで圧力をかける必要があり、結果として表示装置の表面に反りが出てしまい、表示品質が低下（周辺ムラ）するという問題があった。
【００１７】
本発明の課題は、この問題を改善するため、従来工程に工程を追加することの無く、額縁部と表示部のフォトスペーサの頂上の高さを揃えたカラーフィルタ基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明は、カラーフィルタ基板のオーバーコート層の製造に用いる多階調フォトマスクであって、カラーフィルタ基板のブラックマトリクスの額縁部の領域に透明パターンが形成され、カラーフィルタ基板の表示部の領域に半透明パターンが形成されていることを特徴とする多階調フォトマスクである。
【００１９】
本発明は、上記の構成によって、額縁部と表示部におけるオーバーコート層の表面の高さを同じに形成することで、透明基板上に同じ条件でフォトスペーサを形成した時に、額縁部と表示部のフォトスペーサの頂上の高さを揃えることができる。
【００２０】
また、本発明は、カラーフィルタ基板の製造方法であって、少なくとも、透明基板上に、表示部とする領域にブラックマトリクスと前記表示部の周囲にベタパターンの額縁部を形成する工程と、前記ブラックマトリクスの矩形開口部に着色画素を充填しカラーフィルタ層を形成する工程と、透明基板上にオーバーコート層を形成する工程と、フォトスペーサを形成する工程とを有するカラーフィルタ基板の製造方法において、前記オーバーコート層を形成する工程が、オーバーコート層用感光性樹脂層を形成し、オーバーコート層の前記表示部と前記額縁部の上の表面が平坦となる様に透過率を設定した多階調フォトマスクを用いて該オーバーコート層用感光性樹脂層に露光する工程を備え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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来工程に新たな工程を追加することなく、カラーフィルタ基板のフォトスペーサの頂上の高さを表示部の領域と額縁部で同じにできる。それにより、本発明の製造方法で製造したカラーフィルタを組み込んだ表示装置は周辺ムラが解消しているので表示品質は従来よりも向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ基板の部分拡大平面図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ基板の部分拡大側断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法を説明する側断面の模式図である（その１）。
【図３】本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法を説明する側断面の模式図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１の実施形態＞
以下、図１から図３を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。図１（ａ）に、本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ基板１０の部分拡大平面図を示し、その部分拡大側断面図を図１（ｂ）に示す。
【００２４】
（ブラックマトリクスと額縁部）
図１のように、カラーフィルタ基板１０は、ガラス基板等の透明基板１の表面に透明基板１の周囲に額縁部２ａと、その額縁部２ａで囲まれた領域の表示部Ａにブラックマトリクス２が格子状に形成されている。
【００２５】
額縁部２ａは、幅が０．０５ｍｍから５ｍｍ程度に形成し、表示部Ａの領域には、格子状のブラックマトリクス２を、幅が３μｍから３０μｍ程度の形成し、そのブラックマトリクス２の格子の間の矩形開口部が各着色画素を充填する区画となる様に形成する。
【００２６】
（カラーフィルタ層）
格子状に形成されたブラックマトリクス２で仕切られた矩形開口部に、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の着色画素を周期的に配列したカラーフィルタ層３を形成する。
【００２７】
（オーバーコート層）
図１（ｂ）の側断面図のように、ブラックマトリクス２とカラーフィルタ層３の上にオーバーコート層４を形成する。オーバーコート層４は、カラーフィルタ層３の各着色画素の表面段差を低減する平坦化を図るものである。
【００２８】
オーバーコート層４の材料は、アクリル、エポキシ、ポリエステル、ウレタン、メラミン、尿素樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂、あるいはこれらの共重合物などの透明樹脂が使用可能である。オーバーコート層４の上に透明電極層５を形成する。
【００２９】
特に、本実施形態のオーバーコート層４は、額縁部２ａの領域の部分では厚さが厚く、カラーフィルタ層３が形成された表示部Ａの領域の部分では厚さが薄く形成されている。
【００３０】
（フォトスペーサ）
オーバーコート層４又は透明電極層５の上に、対向基板（ＴＦＴ基板）と接する柱状のフォトスペーサ６とサブフォトスペーサ６ｓを設置する。
【００３１】
フォトスペーサ６はサブフォトスペーサ６ｓよりも高さが高く、通常は対向基板と接した状態を保っている。これに対してサブフォトスペーサ６ｓは通常は対向基板と接していない。これは、表示装置が外力を受けてフォトスペーサ６が過度に変形すると外力が解除された後に同じ形状に戻らなくなるので、外力がある程度かかった時にサブフォトスペーサ６ｓが対向基板に接して外力を受けて、フォトスペーサ６が必要以上の変形しない様にサポートしている。こうすることで、セルギャップを一定に保つことができる。
【００３２】
フォトスペーサ６とサブフォトスペーサ６ｓは、ブラックマトリクス２上のどの位置にあってもよいが、ブラックマトリクス２の格子の交差点に設置することが望ましい。
【００３３】
（カラーフィルタ基板の製造方法）
以下で、本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ基板１０の製造方法を図２と図３を参照して説明する。
【００３４】
（工程１）
図２（ａ）のように、カラーフィルタ基板１０は、透明基板１の表面に、表示部Ａ内に各画素となる矩形開口部を画定するブラックマトリクス２を形成する。
【００３５】
ブラックマトリクスの形成工程は、液晶表示装置の各画素間に形成する３〜３０μｍ程度の細い遮光パターンのブラックマトリクス２と、その表示部Ａの領域の周囲を囲む額縁部２ａを同じ工程で形成する。額縁部２ａは、その幅を０．０５ｍｍから５ｍｍ程度に形成する。
【００３６】
ブラックマトリクスの形成工程は黒色顔料を分散した感光性樹脂組成物を透明基板１の表面に塗布・乾燥した後、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いて露光する。  
【００３７】
次に、フォトマスクのパターンが露光された黒色感光性樹脂層を炭酸ナトリウム水溶液等の現像液で現像し、乾燥後、加熱処理によりブラックマトリクス２および額縁部２ａのパターンを硬化させる。また、ブラックマトリクスの形成方法としてはクロム膜を形成して感光性のエッチング用レジストを塗布、乾燥、露光、現像した後、エッチングレジストから露出したクロム膜をエッチングしてもよい。
【００３８】
（工程２）
次に、図２（ｂ）のように、格子状に形成されたブラックマトリクス２で画定された矩形開口部に、フォトリソグラフィー法によって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等複数色の着色画素を充填し周期的に配置したカラーフィルタ層３を形成する。
【００３９】
カラーフィルタ層３の各色の着色画素の形成方法は、先ず、顔料分散樹脂である感光性ネガ型レジストを塗布する。
【００４０】
そして、感光性ネガ型レジスト塗布後、フォトリソグラフィー法のプレベイク、選択的露光、現像、熱処理の各工程を経て、カラーフィルタ層３の各着色画素をパターン形成する。
【００４１】
（工程３）
図２（ｃ）のように、ブラックマトリクス２とカラーフィルタ層３の上の基板の全面に、アクリル、エポキシ、ポリエステル、ウレタン、メラミン、尿素樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂、あるいはこれらの共重合物などの透明樹脂から成るネガ型感光性樹脂の、オーバーコート層用感光性樹脂層４ａを塗布し、乾燥させる。
【００４２】
（工程４）
次に、図２（ｄ）のように、オーバーコート層用感光性樹脂層４ａに、フォトマスク２０のパターンを紫外線で露光する。
【００４３】
（多階調フォトマスク）
オーバーコート層用感光性樹脂層４ａを露光するフォトマスク２０は、表示部Ａには半透明パターン２１が形成され、額縁部２ａの領域には透明パターン２２が形成された多階調フォトマスク２０を用いる。
【００４４】
この多階調フォトマスク２０を用いるオーバーコート層用感光性樹脂層４ａへの露光は、額縁部２ａの領域の部分にはフォトマスク２０の透明パターン２２を介して露光し、表示部Ａの部分にはフォトマスク２０の半透明パターン２１を介して露光する。
【００４５】
これにより、オーバーコート層用感光性樹脂層４ａは、透明パターン２２を介して露光した額縁部２ａの領域の部分では、ネガ型感光性樹脂の光反応（硬化反応）が十分に行われる。
【００４６】
一方、半透明パターン２１を介して露光した表示部Ａの部分では、ネガ型感光性樹脂の光反応（硬化反応）が不十分なものとなる。
【００４７】
（工程５）
次に、このオーバーコート層用感光性樹脂層４ａを現像する。それにより、図３（ｅ）のように、硬化反応が十分に行われた額縁部２ａの領域の部分では厚さが厚いオーバーコート層４が形成され、光反応（硬化反応）が不十分であった表示部Ａの領域の部分では厚さが薄いオーバーコート層４が形成される。
【００４８】
このようにオーバーコート層４の厚さを場所により変えることにより、オーバーコート層４の表面の高さを、額縁部２ａの領域の上の高さを表示部Ａの上の高さと同じ高さに形成する。
【００４９】
（工程６）
次に、図３（ｆ）のように、オーバーコート層４の上にスパッタリング法や真空蒸着法等の物理蒸着手段により透明電極層５を形成し、フォトリソグラフィー法とエッチング法で所定のパターンの電極を形成する。
【００５０】
（工程７）
次に、図３（ｇ）のように、ブラックマトリクス２および額縁部２ａ上の透明電極層５の上の所定の位置に、感光性の透明アクリル樹脂等からなる柱状のフォトスペーサ６とサブフォトスペーサ６ｓを形成する。
【００５１】
こうして得られたフォトスペーサ６、サブフォトスペーサ６ｓは、多階調フォトマスクにより形成したオーバーコート層により、下地の高さが均一となっているので、フォトスペーサ６、サブフォトスペーサ６ｓをそれぞれの高さが揃っている。
【００５２】
このようにして得られたカラーフィルタ基板１０は、液晶表示装置を組み立てる際に、カラーフィルタ基板１０が液晶表示装置の対向基板と均一に接することができて液晶層を挟持する間隙が一定となる。このため、従来技術で見られた液晶層の厚さのムラに起因する周辺ムラが解消するので、表示装置の表示品位が向上するという効果が得られる。
【００５３】
（工程８）
最後に、必要に応じて、柱状のフォトスペーサ６を覆う配向膜を形成する。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・透明基板
２・・・ブラックマトリクス
２ａ・・・額縁部
３・・・カラーフィルタ層（着色画素）
４・・・オーバーコート層
４ａ・・・オーバーコート層用感光性樹脂層
５・・・透明電極層
６・・・フォトスペーサ
６ｓ・・・サブフォトスペーサ
１０・・・カラーフィルタ基板
２０・・・フォトマスク
２１・・・半透明パターン
２２・・・透明パターン
Ａ・・・表示部
Ｒ・・・赤色着色画素
Ｇ・・・緑色着色画素
Ｂ・・・青色着色画素
【図１】
2017044723.tif 000003
【図２】
2017044723.tif 000004
【図３】
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