(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの１つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置において、
上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねることによって形成されるブラックマスクと、
上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに形成される透明補助膜とを有し、
上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、
上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶装置において、上記複数の色要素は赤、緑及び青の色光のそれぞれ１つを選択的に透過する色要素であることを特徴とする液晶装置。
【請求項３】
液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの１つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置の製造方法において、
上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねてブラックマスクを形成し、
上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに透明補助膜を形成し、
上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、
上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする液晶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置等といったカラー表示装置に用いられるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶装置では、一対の透光性基板間に形成されるセルギャップ内に液晶を封入し、その液晶の画素部分に所定の電圧を印加する場合と印加しない場合とで液晶の配向を制御することで光を変調し、もって、文字、数字、その他の可視像を表示する。この液晶装置によってカラー表示を行う場合には、上記一対の透光性基板のいずれか一方にカラーフィルタを配設する。
【０００３】
このカラーフィルタは、一般に、３色の異なった色光のうちの１つを選択的に透過する色要素をそれぞれ３種類、透光性基板上に所定のパターンで配置することによって形成される。色光の異なる上記の色要素としては、例えば、赤（Ｒ）の色光を選択的に透過する色要素、緑（Ｇ）の色光を選択的に透過する色要素、そして青（Ｂ）の色光を選択的に透過する色要素等が考えられる。
【０００４】
上記のようなカラーフィルタに関しては、その色表示特性を向上させるため、従来より種々の方策が採られている。例えば、特開昭６４−５００１９号公報によれば、カラーフィルタを液晶装置に用いた場合に各色の色バランスを一定の品質に揃えるためにＢ，Ｒ，Ｇの各色要素に対応する液晶層の厚さを各色要素ごとに異ならせるという、いわゆるマルチギャップ化が行われる。また、カラーフィルタのユーザーの希望に応じてＢ，Ｒ，Ｇのうちの特定の色を特に強調する色補正を行うこともある。さらに、ラビング処理を行い易くするためにカラーフィルタ層の表面を平坦化することもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記のマルチギャップ化を達成するためには、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色要素自身の膜厚を個々に調節することによって対処していた。また、上記の色補正を行う場合には、やはり、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色のうち希望する色要素自身の膜厚を増減することによって対処していた。しかしながら、これらのように、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色要素自身の膜厚を各種の処理の際にその都度調節するということは、各色要素の膜厚管理が複雑になって好ましくない。
【０００６】
また、従来、カラーフィルタ層の表面を平坦化する際には、既に形成されているＢ，Ｒ，Ｇの各色要素の上にオーバーコート層を一様に形成することで対処していた。しかしながら、この従来方法では、厳密な意味でカラーフィルタの表面を平坦にすることはできず、緩やかな凹凸が残っていた。特に、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色要素を重ねることによってブラックマスクを形成するようにしたカラーフィルタでは、その重ね合わせ部分の膜厚が他の部分よりも突出することになり、その部分を含めて全ての表面を平坦化することは非常に難しかった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色要素それ自身の膜厚は常に一定状態に決めたままで、その上に簡単な付加処理を行うだけで、上記のマルチギャップ化等といった各種の要求に応えることができるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明に係る液晶装置は、液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの１つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置において、上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねることによって形成されるブラックマスクと、上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに形成される透明補助膜とを有し、上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする。この構成において、複数の色要素としては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の色光のそれぞれ１つを選択的に透過するそれぞれの色要素が考えられる。
【０００９】
上記の透明補助膜は、例えば、フォトレジストをフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによって形成できる。そして、その透明補助膜の形成の仕方によって、マルチギャップ化、色補正、平坦化等といった各種の処理を自由に選択して行うことができる。具体的には、まず、液晶装置におけるマルチギャップ化を達成するためには、個々の色要素に対応する部分に必要に応じて透明補助膜を重ねて形成することにより、カラーフィルタに関する透光性基板からの高さを各色要素ごとに希望の高さに調節してマルチギャップを作ることができる。
【００１０】
また、色補正を行うためには、色補正を行いたい色要素と同じ色に透明補助膜を着色し、その着色を施した透明補助膜をその色要素に重ねて形成し、これにより、個々の色要素の色の強さを希望通りに最適化できる。
【００１１】
さらに、カラーフィルタの表面の全体を平坦化する際には、各色要素ごとに必要量の透明補助膜を重ねることにより、その平坦化を達成できる。なお、カラーフィルタの種類によっては、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色要素の境界部分に各色要素を重ねることによってブラックマスクを形成することがある。このような色重ね方式のブラックマスクを形成したときには、その重ね部分の高さが突出し、平坦化が難しくなることがある。これに対し、本発明のカラーフィルタでは、色重ね部分を除いたＢ，Ｒ，Ｇの各色要素ごとに透明補助膜を形成するので、カラーフィルタの表面を極めて正確に平坦化できる。
【００１２】
次に、本発明に係る液晶装置の製造方法は、液晶を挟持する一対の基板を有し、一方の基板上に複数の画素電極が形成され、上記一方の基板に対向する他方の基板上に複数の異なった色光のうちの１つを選択的に透過するそれぞれ複数の色要素を所定のパターンで配設して形成されるカラーフィルタと、上記カラーフィルタ上に対向電極が形成される液晶装置の製造方法において、上記複数の色要素の境界部分に各色要素を重ねてブラックマスクを形成し、上記複数の色要素に重ねて各色要素に対応した厚さに透明補助膜を形成し、上記複数の色要素のうち一の色要素上において、最も厚く形成される上記透明補助膜の表面と上記ブラックマスクの表面とは、上記他方の基板からの高さが同じになるように形成され、上記複数の色要素のうち他の色要素上において、上記透明補助膜の表面は、上記ブラックマスクの表面よりも上記他方の基板からの高さが低くなるように形成されることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係るカラーフィルタの一実施形態を液晶装置に適用した場合のその液晶装置の一例を示している。この液晶装置は、アクティブ素子としてのＭＩＭ素子を設けた素子基板１と、カラーフィルタ２を設けた対向基板３とを有する。素子基板１及び対向基板３は、いずれも、ガラスによって形成された透光性の基板である。
【００１５】
素子基板１の表面には、ＭＩＭ素子４及びドット状の画素電極６が画素ごとに配列され、さらに、それらに駆動信号を供給するための配線ライン７がストライプ状に設けられる。そして、それらの上に配向膜８ａが形成される。一方、対向基板３に関しては、カラーフィルタ２の上に対向電極９が形成され、さらにその上に配向膜８ｂが形成される。対向電極９は、カラーフィルタ２の下側、すなわちカラーフィルタ２と対向基板３との間に配置される場合もある。
【００１６】
各配向膜８ａ及び８ｂに配向処理、例えばラビング処理を施した後、素子基板１と対向基板３がシール材１１を挟んで互いに接合され、さらに、それらの基板１及び３の間に形成されるセルギャップ内に液晶１２が封入される。両基板１及び３の外側表面には偏光板１３，１３が貼着され、さらに、それらの基板１及び３のいずれかの外側位置にバックライト（図示せず）が配設される。複数の画素電極６及び対向電極９のうちのいずれかに選択的に電圧を印加することによってＭＩＭ素子４のＯＮ／ＯＦＦを制御して当該画素部分の液晶の配向を制御し、もって、バックライトが配設された側と反対側の面、すなわち、可視像表示面に文字、数字、その他の可視像を表示する。
【００１７】
カラーフィルタ２は、図２に示すように、青の色を選択的に透過する色要素Ｂと、赤の色を選択的に透過する色要素Ｒと、そして緑の色を選択的に透過する色要素Ｇとを対向基板３の表面に順次に形成することによって構成されている。各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇの厚さを、それぞれ、Ｔb，Ｔr，Ｔg とすれば、Ｔb＝Ｔr＝Ｔg となっている。また、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇの境界部分は互いに重ね合わされており、これにより、遮光部としてのブラックマスクＢＭが形成されている。
【００１８】
さらに、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇの上には、透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇが重ねて形成されている。これらの透明補助膜は、例えば、無色透明のフォトレジストを周知のパターニング処理、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによって形成できる。これらの透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇの厚さは意図的に異ならせてあり、そのため、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇに対応する部分のセルギャップｄ(B)，ｄ(R)，ｄ(G)は互いに異なっている。
【００１９】
本実施形態において、これらのセルギャップ値は、
Δｎ・ｄ／λ＝一定    …  …  …  （１）
但し、  Δｎ：液晶の複屈折率
ｄ  ：セルギャップ
λ  ：透過光の波長
を満足するように設定される。なお、一般に、波長λに関しては、赤（Ｒ）が６５０ｎｍ、緑（Ｇ）が５５０ｎｍ、青（Ｂ）が４５０ｎｍのそれぞれの波長によって特定される。
【００２０】
今、液晶装置に関して印加電圧に対する分光透過率の関係を考えると、図７に示すような分光透過率曲線が考えられる。このグラフにおいて、曲線Ｂ，Ｇ，Ｒは、それぞれ、青、緑、赤の電圧−透過率曲線を示している。ここに示した特性は、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇに対応する部分のセルギャップを一定に設定した場合のものであり、図示の通り、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇ間で、ＯＮ／ＯＦＦの境となるしきい値電圧にバラツキがある。
【００２１】
このような分光透過率特性に対し、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇに対応するセルギャップｄ(B)，ｄ(R)，ｄ(G) を上記の（１）式を満足する値に設定すれば、各色要素間のしきい値電圧を一致させることができ、そうすれば、液晶装置に供給する駆動用のビデオ信号に特別な加工を加えなくても、色バランスの良好なカラー表示を得ることができる。
【００２２】
また、従来であれば、各色要素間でのセルギャップの調節は、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇのそれら自身の厚さを調節することによって行っていたが、その方法では、各色要素自身の膜厚管理が複雑になってコストが高くなるおそれがあった。また、セルギャップの調節以外の場合でも、例えば、Ｂ，Ｒ，Ｇのうちの特定色を強めたいと希望するような場合にも、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇの厚さを個別に調節しなければならないこともあり、そのような場合をも考慮して各色要素の膜厚を個別に管理しようとすることは、非常に難しいことであった。
【００２３】
これに対して本実施形態のように、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇに関しては個別に膜厚調節を行うことなく一定の状態に保持しておいて、その代わりに、透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇの膜厚調節によってセルギャップの調節を行うようにすれば、各色要素に関する膜厚管理が容易になって、コストを低減できる。
【００２４】
図２に示すカラーフィルタ２を製造するには、まず、色要素Ｂ、色要素Ｒ、そして色要素Ｇの順に各色要素を対向基板３の表面上に所定パターンで形成する。なお、各色要素は、顔料分散レジストをスピンナ又はロールコータによって塗布し、さらにフォトリソグラフィ法を用いてパターニングできる。あるいは、ゼラチン薄膜を染色する方法や、印刷法や、電着法等を用いて形成することもできる。また、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇの組み合わせパターンは、ストライプ配列、モザイク配列、トライアングル配列等のうちから液晶装置等の使用目的に応じて適宜のものを選択できる。
【００２５】
以上のようにして各色要素を形成した後、無色透明のフォトレジストを用意してそれにフォトリソグラフィ法を適用することにより、各透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇを順次に所定膜厚で各色要素に重ねて形成する。本実施形態では、各透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇの膜厚をそれぞれ異ならせるので、フォトリソグラフィ工程を３回実行する必要があるかもしれない。各透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇを形成した後、その上に対向電極９をパターニングする。このパターニングは、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を材料としてフォトリソグラフィ法を用いて行う。なお、対向電極９とカラーフィルタ２との間に保護膜としてオーバーコート層を介在させることもできる。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、本発明に係るカラーフィルタの他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ２２が図２に示した先のカラーフィルタ２と異なる点は、（１）カラーフィルタ２２の全体の厚さＴが均一になるように透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇを形成したこと、及び（２）色要素Ｒ（赤）に対応する透明補助膜１５Ｒに赤色を添加したことである。この構成により、本実施形態のカラーフィルタでは、カラーフィルタ２２の表面を平坦化でき、従って、配向膜８ｂの形成及びそれに対するラビング処理を安定して確実に行うことができる。また、透明補助膜１５Ｒに赤色を添加したことにより、Ｂ，Ｒ，Ｇによって構成される色三角形の配合をＲ側へ色補正することができる。
【００２７】
顧客の要望に応じてＲ以外の他の色成分を補正するするときには、その色要素に対応する透明補助膜にその色要素と同じ色成分を添加する。なお、このような透明補助膜への色添加は、例えば、透明補助膜の材料であるフォトレジストに希望の色の顔料を加えることによって達成できる。
【００２８】
（第３実施形態）
図４は、本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ３２が図２に示した先の実施形態と異なる点は、（１）Ｂ，Ｒ，Ｇの各色要素のうち色要素Ｇの膜厚を他の色要素Ｂ，Ｒよりも厚く形成したこと、及び（２）カラーフィルタ３２の全体の厚さＴが均一になるように透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇを形成したことである。
【００２９】
この実施形態によれば、特定の色要素を厚く形成してその色合いが強くなるように設定した場合にも、透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇの膜厚調整により、カラーフィルタ３２の表面を平坦化できる。なお、図３及び図４に示すように、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色要素を重ねることによってブラックマスクＢＭを形成する場合には、その部分が突出するので、従来であればカラーフィルタ２２又は３２の表面を平坦化することが非常に難しかった。しかしながら、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇに対して個別に透明補助膜１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇを重ねるようにした本実施形態によれば、カラーフィルタの表面の平坦化を正確に達成できる。
【００３０】
（第４実施形態）
図５は、本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ４２は、（１）透明補助膜１５Ｒ，１５Ｇを形成することによってカラーフィルタの全体の厚さＴを均一にしてその表面を平坦化すること、及び（２）各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇの膜厚を互いに異ならせて色合いの調節を行うことの２点において図４に示した実施形態と同じである。しかしながら本実施形態では、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇを重ねることによってブラックマスクＢＭを形成するということは考えていない。
【００３１】
（第５実施形態）
図６は、本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を示している。ここに示したカラーフィルタ５２では、色要素Ｂ及びＧの上に透明補助膜１５Ｇ及び１５Ｂを設けるのではなくて、それらの色要素の下に透明補助膜１５Ｇ及び１５Ｂを設けてある。この層構成は、各色要素Ｂ，Ｒ，Ｇを形成する前に透明補助膜１５Ｇ及び１５Ｂを形成することによって実現できる。
【００３２】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内え種々に改変できる。
【００３３】
例えば、本発明のカラーフィルタは液晶装置に適用できるだけのものではなく、透過光を変調することによって可視像を表現する方式の表示装置でありさえすれば、任意の構造の表示装置においてカラー表示を行う際に適用できる。また、透明補助膜の材質はフォトレジストに限られない。
【００３４】
また、上記の実施形態では、複数の異なる色光をそれぞれ選択的に透過する色要素として、Ｂ，Ｒ，Ｇの３色を例として説明したが、これに限られるものではなく、シアン，マゼンダ，イエローといったこれとは異なる３色の組み合わせ、あるいは、２色以上の色要素の組み合わせを備えるカラーフィルタに本発明は適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の液晶装置によれば、複数の各色要素それ自身の膜厚は常に一定の状態に決めたままで、それらの各色要素の上に重ねて形成される透明補助膜の膜厚や膜質に変化を持たせることにより、マルチギャップ、色補正、カラーフィルタ表面の平坦化、その他各種の要求に簡単に答えることができる。
【００３６】
またカラーフィルタは、Ｂ，Ｒ，Ｇの３色を色要素とする一般的なカラーフィルタを対象とする。
【００３７】
また、透明補助膜の高さ調節により、例えば液晶装置のセルギャップを各色要素ごとに調節するという、いわゆるマルチギャップ化をきわめて容易に達成できる。そしてその結果、液晶装置の各電極に供給する駆動用ビデオ信号に加工を加えなくても、Ｂ，Ｒ，Ｇの３色の場合では、それらに関する色バランスの良好なカラー表示を得ることができる。
【００３８】
また、Ｂ，Ｒ，Ｇの３色の場合では少なくともそれらのうちの１色の強さを変えることにより、カラーフィルタの全体的なカラー表示に関して色補正を行うことができる。
【００３９】
また、カラーフィルタの表面を正確に平坦化できる。
【００４０】
また、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色を重ねることによってブラックマスクを形成する構造のカラーフィルタを対象とする。Ｂ，Ｒ，Ｇの各色を重ねると、その部分が他の部分よりも大きく突出してカラーフィルタの表面に大きな凹凸ができる。この場合、個々の色要素ごとに透明補助膜を重ねれば、ブラックマスクの凸部の間を埋めることにより、カラーフィルタの表面を正確に平坦化できる。
【００４１】
また、本発明の液晶装置の製造方法によれば、カラーフィルタを安定して確実に製造することができる。
【００４２】
また、上記のカラーフィルタを設けることにより、マルチギャップ化や色補正あるいはカラーフィルタの表面の平坦化を容易にでき、表示画質の高い液晶装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカラーフィルタを使用するカラー表示装置の一例である本発明の液晶装置の一例を示す側断面図である。
【図２】本発明に係るカラーフィルタの一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係るカラーフィルタの他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明に係るカラーフィルタのさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図７】液晶装置の印加電圧に対する分光透過率曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１        素子基板
２        カラーフィルタ
３        対向基板
４        ＭＩＭ素子
６        画素電極
７        配線ライン
８ａ，８ｂ  配向膜
９        対向電極
１１        シール材
１２        液晶
１３        偏光板
１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ  透明補助膜
２２        カラーフィルタ
３２        カラーフィルタ
４２        カラーフィルタ
５２        カラーフィルタ
Ｂ        色要素（青）
Ｇ        色要素（緑）
Ｒ        色要素（赤）
【図１】
0003849239.tif 000002
【図２】
0003849239.tif 000003
【図３】
0003849239.tif 000004
【図４】
0003849239.tif 000005
【図５】
0003849239.tif 000006
【図６】
0003849239.tif 000007
【図７】
0003849239.tif 000008