JP2001305328A - カラーフィルターの製造方法およびカラーフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】積層法で柱状スペーサーを設けたカラーフィル
ターにおいて、使用するフォトマスク数が多くなり、コ
ストが上昇するという課題を解決するカラーフィルター
の製造方法およびカラーフィルターを提供する。 【解決手段】柱状スペーサーを設けた液晶表示素子用カ
ラーフィルターの製造方法において、柱状スペーサーを
フォトリソグラフィー法を用いて２種類以上の着色層を
積層して形成するに際し、着色層用フォトマスクを各色
共通として画素ピッチ分ずらして使用し、該着色層用フ
ォトマスクは柱形成用パターンと画素パターンとを含
み、柱形成用パターンを画素ピッチ分だけ移動した位置
に画素パターンを存在させるようにしたことを特徴とす
るカラーフィルターの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に使
用されるカラーフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、使用されているカラー液晶表示素
子は、液晶層の厚み（セルギャップ）を保持するため
に、一般に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や複数の走査
電極などを具備した電極基板とカラーフィルター側の基
板との間にプラスチックビーズまたはガラス繊維をスペ
ーサーとして有する。ここでプラスチックビーズなどの
スペーサーは気流にのせて散布されるため、電極基板と
カラーフィルター側の基板間のどの位置（面内位置）に
配置されるかは定まらない。したがって、画素上に位置
するスペーサーによる光の散乱や透過により液晶表示素
子の表示品位が低下するという問題があった。

【０００３】プラスチックビーズなどのスペーサーを散
布して使用する液晶表示素子には、この他にも下記の問
題がある。すなわち、スペーサーが球状あるいは棒状の
形であり、セル圧着時に点または線で接触するために、
配向膜や透明電極が破損し、表示欠陥が発生しやすいと
いう欠点があった。さらに配向膜や透明電極の破損によ
り、液晶が汚染され、電圧保持率が低下して表示ムラに
なりやすいという欠点もあった。

【０００４】また、安定した気流にのせてスペーサーを
均一に散布するためにタクトタイムが長く生産性がよく
なかったり、あるいは高精度にスペーサーの粒度分布を
管理することが必要でスペーサーが高コストであること
から、簡便な方法で安定した表示品位の液晶表示素子を
得ることが難しかった。

【０００５】そこで、特開平８−１１４８０９号公報や
特開平１０−８２９０９号公報に記載されているよう
に、カラーフィルター上に樹脂等によりスペーサーとし
て機能する柱を形成する手法が提案されている。

【０００６】柱の形成方法には、ブラックマトリックス
および着色層を形成する過程で同時に順次積層して形成
する積層法と、カラーフィルター完成後、最後に柱を形
成する後付け法があるが、工程増加が無いことから前者
がより好ましい。

【０００７】カラーフィルターの作成方法には、フォト
リソグラフィー法を用いて形成した感光性の可染媒体を
染色する染色法、感光性の顔料分散組成物を用いてフォ
トリソグラフィー法で加工する方法、非感光性の顔料分
散組成物と感光性レジストを用いてフォトリソグラフィ
ー法で加工する方法、パターニングした電極を利用した
電着法の他、低コストの製造方法として印刷法やインク
ジェット法で着色部分を形成する方法もある。しかし、
積層法で柱を形成しつつカラーフィルターを作成するに
は、フォトリソグラフィー法を用いて加工する方法が用
いられる。

【０００８】フォトリソグラフィー法ではカラーフィル
ターの母型となるフォトマスクを用いて露光を行うが、
フォトマスクは非常に高価であり、その必要な枚数はコ
ストに関わってくる。この傾向は特に大版のフォトマス
クになるほど急激に顕著になる。また、フォトマスクは
生産に必須のものであり、キズ等により使用できなくな
ると生産が不可能になるため、２版目の予備版を持って
おき、１版目のフォトマスクが使用できなくなったとき
でも、すぐに取り替えて生産を続けられるようにしてお
くのが普通である。この場合、保有しなければならない
フォトマスクの枚数は倍になり、ますますコストの問題
が顕著になる。

【０００９】柱状スペーサーを特定の場所に形成するた
めには、積層法では各色でパターンが異なることにな
る。一般的なカラー液晶表示素子の場合、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の３色と、各色の間に形成されるＢＭ
（ブラックマトリックス）を形成するため、フォトマス
クの数はＢＭ、Ｒ、Ｇ、Ｂの４版が必要になる。さらに
生産時の予備版を含めると８版が必要になりコストの問
題が大きい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
状況に鑑み、積層法による柱付きカラーフィルターの製
造方法において、従来の方法で製造したカラーフィルタ
ーと同等の機能を有しかつ、着色層用のフォトマスクの
版数を削減することが可能なカラーフィルターの製造方
法およびカラーフィルターを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、柱状スペ
ーサーを設けた液晶表示素子用カラーフィルターの製造
方法において、柱状スペーサーをフォトリソグラフィー
法を用いて２種類以上の着色層を積層して形成するに際
し、着色層用フォトマスクを各色共通として画素ピッチ
分ずらして使用し、該着色層用フォトマスクは柱形成用
パターンと画素パターンとを含み、柱形成用パターンを
画素ピッチ分だけ移動した位置に画素パターンを存在さ
せるようにしたことを特徴とするカラーフィルターの製
造方法によって達成できる。

【００１２】また、柱状スペーサーを設けた液晶表示素
子用カラーフィルターの製造方法において、柱状スペー
サーをフォトリソグラフィー法を用いて２種類以上の着
色層を積層して形成するに際し、着色層用フォトマスク
を各色共通として画素ピッチ分ずらして使用し、該着色
層用フォトマスクには、画面外の位置に、画素ピッチの
２倍以上の長さを持つ画面外スペーサー形成用パターン
が形成されていることを特徴とするカラーフィルターの
製造方法によって達成できる。

【００１３】また、画面外の位置に、画素ピッチの２倍
以上の長さを持つパターンが複数重なった構造を有する
画面外スペーサーを持つことを特徴とするカラーフィル
ターによって達成できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。

【００１５】本発明のカラーフィルターは、基板上に着
色層からなる画素パターンを複数配列したものである。

【００１６】一般的なカラーフィルターの全体図の一例
を図６に示す。図６はカラーフィルターの全体図の一例
である。カラーフィルターは画面内１５と画面外１４の
領域からなり、画面内１５は、額縁部１３と表示部１２
とからなる。画面外とは、画面内１５以外の領域を指
す。画面内１５には基板上に着色層からなる画素パター
ンおよび柱状スペーサーが形成されている。画面外１４
には画面外スペーサーが形成されている。

【００１７】画素パターンを形成する着色層は、一般的
に３原色の色彩を含む。すなわち、加色法によりカラー
表示を行う場合は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３
原色が選ばれ、減色法によりカラー表示を行う場合は、
Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３原
色が選ばれる。一般的には、これらの３原色を含んだ要
素を１単位としてカラー表示の絵素とすることができ
る。画素パターンの形状に制限はないが、ストライプ状
のものやアイランド状（長方形）のものが一般的であ
る。隣の色の画素までの距離を画素ピッチという。

【００１８】本発明のカラーフィルターは、必要に応じ
てブラックマトリクス（ＢＭ）を設けてもよい。ここで
言うブラックマトリクスは、一般に各画素間に配列され
た遮光領域を示し、液晶表示素子の表示コントラストを
向上させるために設けられている。

【００１９】表示画面内のブラックマトリクス間には、
通常（２０〜２００）μｍ×（２０〜３００）μｍのブ
ラックマトリックス開口部が設けられるが、この開口部
を少なくとも被覆するように着色層が複数配列される。
ブラックマトリックスがある場合は、画素ピッチは隣の
ブラックマトリックス開口部までの間の距離で定義され
る。

【００２０】本発明のカラーフィルターに用いられる基
板としては、特に限定されるものでないが、石英ガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面
をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラ
ス類、プラスチックのフィルムまたはシートなどの透明
基板が好ましく用いられる。

【００２１】ブラックマトリックスは、クロムやニッケ
ル等の金属又はそれらの酸化物等で形成してもよいが、
樹脂及び遮光剤から成る樹脂ブラックマトリックスを形
成することが製造コストや廃棄物処理コストの面から好
ましい。また、柱状スペーサーの高さを確保する面から
も樹脂ブラックマトリックスの採用が好ましい。樹脂ブ
ラックマトリクスに用いられる樹脂としては、特に限定
されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタ
ン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポ
リオレフィン系樹脂、ゼラチンなどの感光性または非感
光性の材料が好ましく用いられる。ブラックマトリクス
用樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い耐
熱性を有する樹脂が好ましく、また、ブラックマトリク
ス形成後の工程で使用される有機溶剤に耐性を持つ樹脂
が好ましいことからポリイミド系樹脂が特に好ましく用
いられる。

【００２２】ポリイミド系樹脂としては、特に限定され
ないが、ポリイミド前駆体を加熱もしくは適当な触媒に
よってイミド化したものが好適に用いられる。また、ポ
リイミド系樹脂には、イミド結合の他に、アミド結合、
スルホン結合、エーテル結合、カルボニル結合などのイ
ミド結合以外の結合が含まれていても差支えない。

【００２３】ブラックマトリクス用の遮光剤としては、
カーボンブラック、酸化チタン、酸化窒化チタン、四酸
化鉄などの金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉、顔料
やこれらの混合物などを用いることができる。この中で
も、特にカーボンブラックや酸化窒化チタンは遮光性が
優れており、特に好ましい。分散のよい粒径の小さいカ
ーボンブラックは主として茶系統の色調を呈するので、
カーボンブラックに対する補色の顔料を混合させて無彩
色にするのが好ましい。

【００２４】ブラックマトリクス用の樹脂がポリイミド
の場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド系極性溶
媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒など
が好適に使用される。

【００２５】カーボンブラックやカーボンブラックに対
して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法としては、
例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤等を
混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボー
ルミル等の分散機中で分散させる方法などがあるが、こ
の方法に特に限定されない。また、カーボンブラックの
分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のため
に種々の添加剤が加えられていてもよい。

【００２６】樹脂ブラックマトリクスの製法としては、
例えば黒色ペーストを基板上に塗布・乾燥した後に、パ
ターニングを行う方法などがある。黒色ペーストを塗布
する方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スピ
ナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法
などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレ
ートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュ
ア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により
異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱するこ
とが好ましい。

【００２７】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、以下のようにフォトリソグラフィーの手法でパター
ン化される。樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その
上にフォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂
が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素
遮断膜を形成した後に、露光・現像を行う。露光時には
ブラックマトリックスの母型となるフォトマスクを用い
る。必要に応じて、フォトレジストまたは酸素遮断膜を
除去し、また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条
件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗
布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜
６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスによ
り、基板上にブラックマトリクスが形成される。

【００２８】本発明で用いられる樹脂ブラックマトリク
スの膜厚は、好ましくは０．５〜２．５μｍ、より好ま
しくは０．８μｍ〜２．０μｍである。樹脂ブラックマ
トリクスの膜厚は液晶表示素子のセルギャップを確保す
る上で重要であり、膜厚が０．５μｍよりも薄い場合は
遮光性が不十分になることからも好ましくない。また、
膜厚が２．５μｍよりも厚い場合は、遮光性は確保でき
るものの、カラーフィルターの平坦性が犠牲になり、段
差が生じ易い。表面段差が生じた場合、カラーフィルタ
ー上部に透明導電膜や液晶配向膜を形成させても段差は
殆ど軽減されず、液晶配向膜のラビングによる配向処理
が不均一になったり、セルギャップにバラツキが生じた
りして、液晶表示素子の表示品位が低下するので好まし
くない。表面段差を小さくするためには、着色層上に透
明保護膜を設けることが有効であるが完全ではない。ま
た、カラーフィルターの構造が複雑になり、製造コスト
が高くなる点では不利である。

【００２９】また、ブラックマトリクスの遮光性は、Ｏ
Ｄ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、液晶表
示素子の表示品位を向上させるためには、ＯＤ値は好ま
しくは２．０以上であり、より好ましくは２．５以上、
さらに好ましくは３．０以上である。また、樹脂ブラッ
クマトリクスの膜厚の好適な範囲を前述したが、ＯＤ値
の上限は、これとの関係で定められるべきである。

【００３０】ブラックマトリクスの反射率は、反射光に
よる影響を低減し液晶表示素子の表示品位を向上させる
ために、４００〜７００ｎｍの可視領域での視感度補正
された反射率（Ｙ値）で２％以下が好ましく、より好ま
しくは１％以下である。

【００３１】着色層には、着色剤により着色された樹脂
が用いられる。

【００３２】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料などを好適に用いることができ、
さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤などの
種々の添加剤を添加しても良い。有機顔料としては、フ
タロシアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリ
ドン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が
好適に用いられる。

【００３３】着色層に用いられる樹脂としては、エポキ
シ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエス
テル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ゼラチンなどの感光性または非感光性の材料が好ま
しく用いられ、着色剤をこれらの樹脂中に分散あるいは
溶解させて着色することが好ましい。感光性の樹脂とし
ては、光分解型樹脂、光架橋型樹脂光重合型樹脂などの
タイプがあり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノ
マ、オリゴマまたはポリマと紫外線によりラジカルを発
生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミッ
ク酸組成物などが好適に用いられる。非感光性の樹脂と
しては、上記の各種ポリマなどで現像処理が可能なもの
が好ましく用いられるが、透明導電膜の成膜工程や液晶
表示素子の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱
性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示素子の製造
工程で使用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好まし
いことから、ポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられ
る。

【００３４】着色層を形成する方法としては、例えば、
着色ペーストを基板上に塗布・乾燥した後に、パターニ
ングを行う方法などがある。着色剤を分散または溶解さ
せ着色ペーストを得る方法としては、溶媒中に樹脂と着
色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダ
ー、ボールミル等の分散機中で分散させる方法などがあ
るが、この方法に特に限定されない。

【００３５】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコータ
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーに
よる方法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホ
ットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。
セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布
量によりことなるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加
熱することが好ましい。

【００３６】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、黒ペースト被膜の場合と同様に、以下のようにフォ
トリソグラフィーの手法でパターン化される。

【００３７】樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その
上にフォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂
が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいはポリ
ビニルアルコールなどの酸素遮断膜を形成した後に、露
光・現像を行う。必要に応じて、フォトレジストまたは
酸素遮断膜を除去し、また、加熱乾燥（本キュア）す
る。本キュア条件は、樹脂により異なるが、前駆体から
ポリイミド系樹脂を得る場合には、通常２００〜３００
℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。

【００３８】以上のプロセスにより、基板上にパターニ
ングされた着色層が形成される。以上の工程を色の種類
分だけ繰り返す。通常３色からなるので３回繰り返すこ
とになる。

【００３９】本発明の積層法では、画素パターンと同時
に着色層によって柱状スペーサーを形成する。フォトリ
ソグラフィー法では図５に示すように、フォトマスクを
用いて露光を行う。図５はフォトマスク１０を用いたカ
ラーフィルター露光工程の模式図であり、１１は基板で
ある。

【００４０】従来の積層法で使用されるフォトマスク
と、その結果製造されるカラーフィルターの一例を図
３、図４に示す。図３、図４は従来の柱状スペーサー付
きカラーフィルターとそれに使用される着色層用フォト
マスクの一例である。加工順はＢＭ→Ｇ→Ｂ→Ｒであ
る。

【００４１】図３は画面内の図であり、図３（ａ）はフ
ォトマスクのパターンを示し、図３（ａ）−１〜図３
（ａ）−４は、ＢＭ（ブラックマトリックス）用、Ｇ
（緑）用、Ｂ（青）用、Ｒ（赤）用フォトマスクをそれ
ぞれ示す。図３(ｂ)はそれを用いて加工したカラーフィ
ルター表示部の平面図であり、図３（ｃ）は柱状スペー
サー５の断面図である。図において、１はＢＭ（ブラッ
クマトリックス）の開口部を示し、２は画素ピッチ、３
は画素パターン、４は柱状スペーサを示す。

【００４２】図４は画面外スペーサーの図である。 図
３と同様に、図４（ａ）はフォトマスクのパターンを示
し、図４（ａ）−１〜図４（ａ）−４は、ＢＭ（ブラッ
クマトリックス）用、Ｇ（緑）用、Ｂ（青）用、Ｒ
（赤）用フォトマスクをそれぞれ示す。図４(ｂ)はそれ
を用いて加工したカラーフィルター（画面外スペーサ
ー）の平面図、図４（ｃ）はその断面図である。図にお
いて、８は画面外スペーサー形成用パターンである。

【００４３】図３に示すように、画素パターンの上に柱
形成用パターン４を積層することによって柱状スペーサ
ー５を形成する。柱状スペーサー５の無い色の画素には
画素パターン以外は形成されない。

【００４４】この場合、着色層それぞれに異なるフォト
マスクを用いる必要がある。そのためＲ、Ｇ、Ｂ別々に
３版が必要になり、ＢＭ（ブラックマトリックス）を含
めて合計４版となる。また、フォトマスクは生産に必須
のものであり、キズ等により使用できなくなると生産が
不可能になるため、２版目の予備版を持っておき、１版
目のフォトマスクが使用できなくなったときでも、すぐ
に取り替えて生産を続けられるようにしておくのが普通
である。したがって、この従来例では予備版を含めると
８版必要になる。

【００４５】一方、本発明で使用されるフォトマスク
と、その結果製造されるカラーフィルターの一例を図
１、図２に示す。図１、図２は本発明の柱付きカラーフ
ィルターとフォトマスクの一例を示すものである。加工
順はＢＭ→Ｇ→Ｂ→Ｒの順である。

【００４６】図１は画面内の図である。図１（ａ）−１
は、ＢＭ用フォトマスクを示す。図１（ａ）−２に示す
ように着色層用フォトマスク（Ｒ、Ｇ、Ｂ共通）は、画
素パターン３と柱形成用パターン４とからなり、柱形成
用パターン４を画素ピッチ２だけずらした位置７には必
ず画素パターン３が存在する。このフォトマスクを各色
共通とし、Ｇ画素形成時にはずらすことなく、Ｂ画素加
工時には柱形成用パターン４を画素ピッチ２分だけ右に
ずらして、Ｒ画素形成時には画素ピッチ２分だけ左にず
らして、Ｇ、Ｂ、Ｒの各着色層を形成する。このように
してＢＭ→Ｇ→Ｂ→Ｒの順に加工したカラーフィルター
を、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示す。図１
（ｂ）はカラーフィルター表示部の平面図であり、図１
（ｃ）は柱状スペーサー５の断面図であり、図１（ｄ）
−１は疑似スペーサー６の断面図（Ｒ画素部）であり、
図１（ｄ）−２は疑似スペーサー６の断面図（Ｂ画素
部）である。

【００４７】Ｇ画素部に柱状スペーサー５が形成され
る。これは従来例の図３と同様である。本発明の図１で
は、柱状スペーサー５と同時に、Ｒ、Ｂ画素部に疑似ス
ペーサー６が形成される点が、従来例の図３の場合と異
なる。疑似スペーサー６は、図１（ｄ）に示すように、
少なくとも一部に柱形成用パターン４の上に画素パター
ン３がかぶさる構造を持つ。

【００４８】この場合、画素パターン形成時に柱形成用
パターン上からの樹脂の流れ出しが起こって、通常の画
素パターンより薄く画素パターンが形成される。したが
って、疑似スペーサーの高さは柱状スペーサーに比べて
低くなる。このため、疑似スペーサーが形成されてもＬ
ＣＤのセルギャップには寄与しない。したがって、疑似
スペーサーが存在しない従来の柱状スペーサー付きカラ
ーフィルターと同様な機能を持つ。

【００４９】図２は画面外の図である。図２（ａ）−１
は、ＢＭ用フォトマスクのパターン８を示す。図２
（ａ）−２に示すように着色層用のフォトマスクには画
素ピッチ２の２倍以上の長さ９を持つパターン（Ｒ、
Ｇ、Ｂ共通）８が形成されている。このフォトマスクを
用いて図１と同様にＢＭ→Ｇ→Ｂ→Ｒの順に加工したカ
ラーフィルター（画面外スペーサー）を図２（ｂ）、
（ｃ）に示す。図２（ｂ）はカラーフィルター（画面外
スペーサー１６）の平面図であり、図２（ｃ）はカラー
フィルター（画面外スペーサー１６）の断面図である。

【００５０】着色層用フォトマスクには画素ピッチ２の
２倍以上の長さ９を持つパターンが形成されているの
で、Ｒ、Ｇ、Ｂ全色が重なる部分を形成することがで
き、したがって、画面外スペーサーを所望の高さで形成
することができる。

【００５１】画面外スペーサー１６は従来例の図４の場
合と同様な高さに形成できるので、従来例のカラーフィ
ルターと同様の機能を持つ。この画面外スペーサー１６
でも、画面内の疑似スペーサー６と同様な樹脂の流れ出
しが起こるが、疑似スペーサー６ではブラックマトリッ
クスの窓があるため大きさに制限があるのに対し、画面
外スペーサー１６では制限がないためパターン自体を大
きくすることによって高さが低くなることを回避でき
る。また、画面外スペーサー１６は液晶表示素子の製造
時に電極基板との密着を避けるために、もしくはガラス
の切断時の支持材として必要とされるものであり、最終
的な液晶表示素子のセルギャップに関連しないため、高
さに関して厳密さを要求されない。したがって、図２の
ような形成方法でも従来例の図４と同様な機能を有す
る。

【００５２】図１、図２の場合、着色層用フォトマスク
は１版でよい。ＢＭを含めて合計２版であり、予備版を
含めても４版でよい。

【００５３】柱状スペーサーの形状としては、下にある
着色層の面積より、上にある着色層の面積の方が等しい
か小さいことが柱の強度を得る点で好ましい。下にある
着色層の面積の方が小さい場合には、液晶表示素子を作
製する際に上にある着色層の周辺にクラックが生じる場
合がある。

【００５４】本発明における柱状スペーサーの面積や配
置場所は液晶表示素子を作成する場合にカラーフィルタ
ーと対向する基板の構造に大きく影響を受ける。そのた
め、対向する基板側の制約がない場合は、スペーサーの
面積や配置場所は、特に限定されないが、絵素のサイズ
を考えた場合、柱状スペーサーの最上部の面積は、１０
μｍ² 〜１０００μｍ² であることが好ましい。１０μ
ｍ² よりも小さい場合は、精密なパターンの形成や積層
が難しく、また、１０００μｍ² よりも大きい場合は、
スペーサー部の形状にもよるが表示画面内のブラックマ
トリクス相当部に完全に配置することが難しくなるので
好ましくない。配置場所は必ずしもブラックマトリック
ス開口部の中心線上になくてもよく、対向基板の構造上
むしろ左右どちらかにずれることが多い。画面外スペー
サーの最上部の面積は、５０μｍ ² 〜１００００μｍ²
が好ましい。基板上の周囲にあたるため、精密なパター
ン加工が画面内に比して困難だからである。

【００５５】柱状スペーサーの高さ（ブラックマトリッ
クス及び着色層の膜厚の合計）は、１μm以上１０μm以
下が好ましい。１μm未満であるとセルギャップの制御
が困難になる。また１０μmより大きくなると、柱の形
成が困難になるので好ましくない。

【００５６】本発明において必要に応じて、液晶を駆動
させるために必要な導電膜を形成してもよい。導電膜
は、ディッピング法、化学気相成長、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、イオンプレーティング法等の方法を経て
作製される。本発明に使用される導電膜としては、抵抗
値が低く、透明性が高く、カラー表示特性を損なわれな
いものが好ましい。代表的な透明導電膜の具体例を示す
と、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化ス
ズ等及びその合金を用いることができる。このような透
明導電膜の厚みは、０．０１〜１μmが好ましく、より
好ましくは０．０３〜０．５μmである。

【００５７】カラーフィルターには、必要に応じて着色
層上に透明保護膜を設けても差支えない。ただし、カラ
ーフィルターに透明電極を形成する場合には、駆動電圧
の損失を少なくするために、透明保護膜の形成は、透明
電極の形成前が好ましい。

【００５８】本発明のカラーフィルターには、必要に応
じて薄膜トランジスタ素子や、薄膜ダイオード（ＴＦ
Ｄ）素子、および走査線、信号線などを設けてもよい。

【００５９】また、使用する液晶としては特に限定され
ないが、より好ましくはネマチック液晶やスメクチック
液晶が良好な表示を得るために用いられる。スメクチッ
ク液晶には強誘電性液晶や反強誘電性液晶や無しきい値
反強誘電性液晶等が含まれる。

【００６０】同様に表示方式においても特に限定はな
い。たとえば、ネマチック液晶を用いた表示方式として
は、ツイステッド・ネマチック型方式（ＴＮ）、スーパ
ー・ツイステッド・ネマチック型方式（ＳＴＮ）、垂直
配向型方式（ＶＡ）、イン・プレイン・スイッチング方
式（ＩＰＳ）等があげられる。これらの液晶の配向分割
をした方式、たとえば垂直配向を分割した表示方式、た
とえばいわゆるマルチ・ドメイン・バーチカル・アライ
メント型方式（ＭＶＡ）（ＭＶＡ液晶ディスプレイにお
ける配向制御技術、Ｐ１１７ ＥＫＩＳＨＯ Ｖｏｌ．
３ Ｎｏ．２ １９９９）等にも好適に用いられる。

【００６１】本発明のカラーフィルターおよびそれを用
いたカラー液晶表示素子は、パソコン、ワードプロセッ
サー、エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲ
ーションシステム、液晶テレビ、ビデオなどの表示画面
に用いられ、また、液晶プロジェクションなどにも好適
に用いられる。また、光通信や光情報処理の分野におい
て、液晶を用いた空間変調素子としても好適に用いられ
る。空間変調素子は、素子への入力信号に応じて、素子
に入射する光の強度や位相、偏向方向等を変調させるも
ので、実時間ホログラフィーや空間フィルタ、インコヒ
ーレント／コヒーレント変換等に用いられるものであ
る。

【００６２】

【実施例】以下、好ましい実施態様を用いて本発明を更
に詳しく説明するが、用いた実施態様によって本発明の
効力はなんら制限されるものでない。

【００６３】実施例１ （樹脂ブラックマトリクスの作成）３，３’，４，４’
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４、４’−ジ
アミノジフェニルエーテル、及び、ビス（３−アミノプ
ロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２−
ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体
（ポリアミック酸）溶液を得た。チタンブラックミルベ
ースをホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで３０
分分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックミルベー
スを得、これをポリイミド前駆体溶液で希釈してブラッ
クペーストとした。

【００６４】（着色層形成用ペーストの作成）次に、Ｒ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の顔料として各々Color in
dex No.65300Pigment Red 177で示されるジアントラキ
ノン系顔料、Color index No.74265 Pigment Green 36
で示されるフタロシアニングリーン系顔料、Color inde
x No.74160 Pigment Blue 15-4で示されるフタロシアニ
ンブルー系顔料を用意した。ポリイミド前駆体溶液に上
記顔料を各々混合分散させて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種類の着
色ペーストを得た。

【００６５】（カラーフィルターの作成）無アルカリガ
ラス基板（日本電気硝子製“ＯＡ−１０材”）に上記ブ
ラックペーストをカーテンフローコーターで塗布し、ホ
ットプレートで１３０℃、１０分間乾燥し、黒色の樹脂
塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプレー社製
“ＳＲＣ−１００”）をリバースロールコーターで塗
布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクし、
大日本スクリーン（株）製露光機“ＸＧ−５０００”を
用い、フォトマスクを介して、１００ｍｊ／ｃｍ² の紫
外線を照射して露光した後、２．０５％のテトラメチル
アンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、フォトレジ
ストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パタ
ーンを形成、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥
離し、ホットプレートで２９０℃、１０分間加熱するこ
とでイミド化させ、ブラックマトリクス層を形成した。
ブラックマトリクス層の膜厚を測定したところ、１．５
０μｍであり、ＯＤ値は４．０であった。

【００６６】次に、樹脂ブラックマトリクス基板上にＧ
ペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプレ
ートで１３０℃、１０分乾燥、Ｇ樹脂塗膜を形成した。
この後、ブラックペーストの時と同様に、ポジ型フォト
レジストをリバースロールコータで塗布、ホットプレー
トで１００℃、５分間プリベイクした。その後ブラック
マトリックスの場合と同じ露光機を用い、フォトマスク
を介して１００ｍｊ／ｃｍ² の紫外線を照射して露光し
た後、２．０５％のテトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜
のエッチングを同時に行い、パターンを形成、メチルセ
ロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレート
で２８０℃、１０分加熱することでイミド化させ、Ｇ着
色層を形成した。ブラックマトリックス開口部の着色層
の膜厚を測定したところ、２．１μｍであった。

【００６７】水洗後、樹脂ブラックマトリクス上にＧ着
色層を形成した基板に上記Ｂペーストを塗布し、Ｇ着色
層の時と同様にパターン加工してＢ着色層を形成した。
ブラックマトリックス開口部の着色層の膜厚を測定した
ところ、２．２μｍであった。

【００６８】さらに、水洗後、樹脂ブラックマトリクス
層上にＧ、Ｂの着色層を形成した基板上に上記Ｒペース
トを塗布し、同様にパターン加工してＲ色着色層を形成
した。ブラックマトリックス開口部の着色層の膜厚を測
定したところ、２．１μｍであった。

【００６９】フォトマスクは図１、２に示したタイプを
使用した。すなわち着色層用フォトマスクは共通版１版
である。

【００７０】ブラックマトリックスは開口部が２１４μ
ｍ×５８μｍの長方形で、画素ピッチは９０μｍとし
た。着色層の画素パターンは８５μｍ幅のストライプ、
柱形成用パターンはＢ着色層が２７μｍ×２２μｍ、最
上層であるＲ着色層が１５μｍ×１０μｍとなるように
した。柱の中央部の位置は、ブラックマトリックス開口
部の中心線から右に１７．５μｍずらした配置とした。
画面外パターンは、フォトマスクをずらす方向に画素ピ
ッチの３倍の２７０μｍの長さを持たせ、２７０μｍ×
９０μｍとした。

【００７１】Ｇ画素部の柱状スペーサーのガラス基板か
らの高さは７．０μｍ、疑似スペーサーの高さは、Ｂ画
素部が６．８μｍ、Ｒ画素部が６．６μｍ、画面外スペ
ーサーの高さは７．１μｍであった。

【００７２】次に、γ−アミノプロピルメチルジエトキ
シシランの加水分解物と、３，３’，４，４’−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物とを反応させること
により得られる硬化性組成物の溶液を、このＲ、Ｇ、Ｂ
の着色層を形成した基板にスピンコートし２６０℃で１
０分間熱処理し、膜厚０．８μｍのオーバーコート膜を
形成し、カラーフィルターを作成した。

【００７３】（パネルの作成、評価）無アルカリガラス
基板（日本電気硝子製“ＯＡ−１０材”）とカラーフィ
ルターを、４μｍ径のロッドファイバーを０．５％添加
したシール剤“ＸＮ−２１Ｓ”を介して貼り合わせ、エ
アプレス方式のプレス装置で組立を行った。プレス圧力
は０．６ｋｇ／ｃｍ² 、プレス温度は６０℃から１５０
℃まで１．５℃／分で昇温した。できあがった空パネル
を１１０℃で１時間真空アニールし、続いて液晶注入を
行った。このようにして得られたパネルのセルギャップ
測定を行ったところ、平均値で３．８μｍ、標準偏差
０．０３μｍの結果が得られた。

【００７４】比較例１ 上記実施例で、カラーフィルター作成におけるフォトマ
スクのみを変更し、それ以外は全く同一とした。

【００７５】フォトマスクは図３、４に示したタイプを
使用した。すなわち着色層用フォトマスクはＲ，Ｇ，Ｂ
版別々の計３版である。

【００７６】ブラックマトリックスは実施例と同一とし
た。着色層の画素パターンは８５μｍ幅のストライプ、
柱形成用パターンはＢ着色層が２７μｍ×２２μｍ、最
上層であるＲ着色層が１５μｍ×１０μｍとなるように
した。柱の中央部の位置は、ブラックマトリックス開口
部の中心線から１７．５μｍずらした配置とした。画面
外パターンは、Ｒ層が９０μｍ×９０μｍ、Ｂ層が１１
０μｍ×１１０μｍ、Ｇ層が１３０μｍ×１３０μｍ、
ＢＭ層が１５０μｍ×１５０μｍとした。

【００７７】柱状スペーサーのガラス基板からの高さは
７．０μｍ、画面外スペーサーの高さは７．１μｍであ
った。

【００７８】このようにして得られたパネルのセルギャ
ップ測定を行ったところ、平均値で３．８μｍ、標準偏
差０．０３μｍの結果が得られた。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、柱状スペーサー付きの
カラーフィルターの製造方法において、従来の製造方法
によるカラーフィルターと同等の性能を保持しつつ、使
用するフォトマスクの数量を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における画面内のフォトマスクパターン
の一例およびそれを用いたカラーフィルター（表示部）
の平面図および柱状スペーサー、疑似スペーサーの断面
図である。

【図２】本発明における画面外のフォトマスクパターン
の一例およびそれを用いたカラーフィルター（画面外ス
ペーサー）の平面図および断面図である。

【図３】従来の方法における画面内のフォトマスクパタ
ーンの一例およびそれを用いたカラーフィルター（表示
部）の平面図および柱状スペーサーの断面図である。

【図４】従来の方法における画面外のフォトマスクパタ
ーンの一例およびそれを用いたカラーフィルター（画面
外スペーサー）の平面図および断面図である。

【図５】露光時の基板とフォトマスク（断面図）であ
る。

【図６】カラーフィルターの全体図の一例である。

【符号の説明】

１：ＢＭ（ブラックマトリックス）開口部 ２：画素ピッチ ３：画素パターン ４：柱形成用パターン ５：柱状スペーサー ６：疑似スペーサー ７：柱形成用パターンを画素ピッチ分ずらした位置 ８：画面外スペーサー形成用パターン ９：画素ピッチの２倍以上の長さ １０：フォトマスク １１：基板 １２：表示部 １３：額縁 １４：画面外 １５：画面内 １６：画面外スペーサー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月４日（２００１．４．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】柱の形成方法には、ブラックマトリックス
および着色層を形成する過程で同時に順次積層して形成
する積層法と、カラーフィルター完成後、最後に柱を形
成する後付け法があるが、工程増加が無いことから前者
がより好ましい。また、積層法で形成した柱の上に後付
け法でさらに柱を追加形成するハイブリッド法もある
が、広い意味では積層法の一つと考えることができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、積層法による柱状スペ
ーサー付きのカラーフィルターの製造方法において、従
来の製造方法によるカラーフィルターと同等の性能を保
持しつつ、使用するフォトマスクの数量を減らすことが
できる。また、積層法で形成した柱の上に後付け法でさ
らに柱を追加形成するハイブリッド法もあるが、この方
法に対しても本発明は有効であることは明らかである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】柱状スペーサーを設けた液晶表示素子用カ
   ラーフィルターの製造方法において、柱状スペーサーを
   フォトリソグラフィー法を用いて２種類以上の着色層を
   積層して形成するに際し、着色層用フォトマスクを各色
   共通として画素ピッチ分ずらして使用し、該着色層用フ
   ォトマスクは柱形成用パターンと画素パターンとを含
   み、柱形成用パターンを画素ピッチ分だけ移動した位置
   に画素パターンを存在させるようにしたことを特徴とす
   るカラーフィルターの製造方法。
2. 【請求項２】着色層用フォトマスクには、画面外の位置
   に、画素ピッチの２倍以上の長さを持つ画面外スペーサ
   ー形成用パターンが形成されていることを特徴とする請
   求項１記載のカラーフィルターの製造方法。
3. 【請求項３】画面外の位置に、画素ピッチの２倍以上の
   長さを持つパターンが複数重なった構造を有する画面外
   スペーサーを持つことを特徴とするカラーフィルター。