JP2004061539A

JP2004061539A - Color filter for liquid crystal and method for manufacturing same

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Publication number: JP2004061539A
Application number: JP2002215596A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 佐藤　行一; Yukio Fujii; 藤井　幸男
Original assignee: New STI Technology Inc
Current assignee: New STI Technology Inc
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP4048085B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a color filter for a liquid crystal comprising a color filter substrate on which spacers and alignment controlling protrusions are simultaneously and uniformly formed even if spacer forming region is not enlarged and a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: A positive photoresist 30 absorbing light in a photosensitive wavelength region is applied on one surface of the substrate. The photoresist 30 is irradiated with exposure light via a photomask 31 on which a transmission part 32, a first exposure controlling part 33 with a refractive index lower than that of the transmission part 32 and a second exposure controlling part 34 with a refractive index lower than that of the first exposure controlling part 33 are formed. The photoresist 30 after exposure is subjected to a development process. Thereby the spacers 1 and the alignment controlling protrusions 2 with mutually different heights are simultaneously and uniformly formed on the color filter substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶用カラーフィルター及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード（垂直配向型液晶表示モード）の液晶表示装置の視野角は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｎａｔｉｃ）モードの液晶表示装置の視野角よりも改善されたものであるが、このＶＡモードの液晶表示装置の視野角を更に大幅に改善する技術として、ＶＡモードをマルチドメイン化したＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが特開平１１−２５８６０６号公報等に記載されている。
【０００３】
ＭＶＡモードは、液晶表示装置における１画素を配向制御用突起により複数の領域に分割・区分し、領域毎に液晶分子の配向を異なったものにし、液晶表示装置の視野角を広くする技術である。
【０００４】
ＭＶＡモードの液晶表示装置に用いられるカラーフィルターとしては、例えば特開平１１−２４８９２１号公報に開示されているものが挙げられる。このカラーフィルターは、スペーサにより液晶が充填される空間を確保し、その空間内の液晶を配向制御用突起により所定の方向に配向させるものである。このスペーサ及び配向制御用突起は、同公報に記載されているように、カラーフィルター上にホトレジストを塗布し、ホトマスクを介してホトレジストに露光した後にこれを現像して形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のカラーフィルターにおいては、通常、カラーフィルター基材からスペーサの先端までの高さが３〜５μｍ、配向制御用突起までの高さが０．５〜２μｍ程度に設定される。ところが、従来の方法では、このように高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とを同時に且つ安定的に形成することは非常に困難であるため、予めスペーサ形成領域に着色層を重ね合わせて多段構造とし、重ね合わせ部分のマージンをもってカラーフィルター基材からスペーサ先端までの高さを確保する方法が提案されている。しかし、このような方法であっても、多量の顔料を含む着色樹脂層は流動性が不十分であるため、均一な高さのスペーサを形成することは難しく、液晶パネルを組み立てた際に表示むらが発生しやすくなる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とをカラーフィルター基材上に同時に且つ均一に形成することができ、高精細液晶パネルにも適用可能な液晶用カラーフィルター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶用カラーフィルターは、印加電圧に応じて透過光量が変化する液晶が充填される空間をカラーフィルター基材の一方面上に提供するスペーサと、液晶を所定の方向に配向させる配向制御用突起とをそれぞれ該一方面上に備える液晶用カラーフィルターにおいて、スペーサ及び配向制御用突起がそれぞれ、（ａ）感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストを該一方面上に塗布し、（ｂ）露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介してホトレジストに露光光を照射し、（ｃ）露光後のホトレジストに現像処理を施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の液晶用カラーフィルターの製造方法は、（ａ）感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布する塗布工程と、（ｂ）露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介してホトレジストに露光光を照射する露光工程と、（ｃ）露光工程後のホトレジストに現像処理を施して該一方面上にスペーサ及び配向制御用突起を形成する現像工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布し、このホトレジストに上記所定のホトマスクを介して露光光を照射することで、ホトレジストの各領域における露光光の到達深度を制御することができる。すなわち、上記階調ホトマスクにおいては透過部、第１露光制御部、第２露光制御部の順に透過率が低くなっているため、露光光の到達深度はホトレジスト除去領域（透過部に対応する領域）、配向制御用突起の形成領域、スペーサの形成領域の順に小さくなる。従って、かかる露光後のホトレジストに現像処理を施すことにより、配向制御用突起と、当該配向制御用突起よりも高いスペーサとを同時に且つ均一に形成することができる。このようにしてスペーサ及び配向制御用突起が形成された本発明の液晶用カラーフィルターは、ＭＶＡモードの液晶表示装置に適用した場合に、広い視野角で鮮明な画像を提供することを可能とするものである。
【００１０】
また本発明では、上述のように、スペーサの高さを確保するために多段構造の着色層を設ける必要がないため、スペーサの設計の自由度を大きくすることができる。従って本発明は、ブラックマトリックスの寸法が小さい高精細液晶パネルに適用可能な点で非常に有用である。
【００１１】
本発明では、ホトレジストが感光波長領域の光を吸収する物質を含有することが望ましい。光吸収性を有する物質としては、ベンゾフェノン、トリアジン、サリチル酸、フルオレノン等の紫外線吸収剤や着色顔料、遮光性顔料が例示されるが、取り扱いが容易な点でカーボンブラックを好適に用いることができる。このような光吸収性を有する物質、特にカーボンブラックをホトレジストに含有せしめることで、ホトレジストに十分な光吸収性が付与されるので、スペーサ及び配向制御用突起を同時に形成する際の精度及び効率をより高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る液晶用カラーフィルター及びその製造方法について説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１３】
まず、液晶用カラーフィルターの構造について説明する。
【００１４】
図１は液晶用カラーフィルターの一部を示す上面図であり、図２は図１に示したカラーフィルター８のＩ−Ｉ矢印断面図である。図示のカラーフィルター８は、透明基板６、遮光層（ブラックマトリックス）７、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂ、保護膜４及び透明電極３で構成されるカラーフィルター基材と、透明電極３上に形成されたスペーサ１及び配向制御用突起２とを備えている。
【００１５】
透明基板６上には遮光層としてのブラックマトリクス（ブラックマスク）７が格子状に形成されており、格子状のブラックマトリックス７の開口内には光学フィルターとしての赤、緑、青に着色された着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂが設けられている。換言すれば、ブラックマトリックス７は画素間の非表示領域に形成されており、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂの透過光を分離している。ブラックマトリックス７の配置により、これを組み合わせてなる液晶表示装置（液晶ディスプレイ）のコントラストの向上や、光による液晶表示装置の駆動素子の誤動作を防止することができる。
【００１６】
透明基板６は、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン等からなるプラスチックシート、又は各種ガラス板等を用いることができるが、本例ではガラス板を用いる。なお、ポリエーテルサルホンは耐熱性及び光透過性の点から好ましい材料である。透明基板６の表面は、コロナ放電処理、オゾン放電処理、シランカップリング剤やウレタンポリマー等の各種ポリマーによる薄膜処理等を行ってもよい。
【００１７】
ブラックマトリックス７としては、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏなどの金属又はその酸化物、窒化物及び／又は炭化物を積層してなる単層膜、多層膜或いは複合膜、更には樹脂中に遮光剤を分散させた樹脂膜が用いられる。
【００１８】
また、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂは、液晶中に表示不良の原因となる不純物を溶出しなければ、いかなる材料のものであっても良い。具体的な材質としては、任意の光のみを透過するように膜厚制御された無機膜や、染色、染料分散又は顔料分散された樹脂などがある。これらの膜は、スパッタ法などの堆積法、染色法、、染料分散法、顔料分散法、印刷法、インクジェット法などにより形成することができる。この樹脂の種類は特に制限されないが、ノボラック樹脂などのフェノール樹脂、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリイミドを使用することができる。なお、製造プロセスの簡便さや耐候性などの面から、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂには、顔料分散された樹脂膜を用いることが好ましい。
【００１９】
ブラックマトリックス７及び着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂは保護膜４によって覆われており、保護膜４上には液晶にバイアスを与えるための透明電極３が全面に形成されている。透明電極３の材料としてはＩＴＯ（酸化インジウム−酸化スズ）、保護膜の材料としてはエポキシ変性アクリレート樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱透明樹脂が用いられる。
【００２０】
透明電極３上には、ホトレジスト（樹脂）からなる柱状スペーサ１及び配向制御用突起２がそれぞれ複数設けられる。スペーサ１はブラックマトリックス７の直上に位置している。スペーサ１は、カラーフィルター８と後述するＴＦＴ基板（電子素子基板）との間に介在し、その液晶が充填される空間を提供する。
【００２１】
スペーサ１は、後述する配向制御用突起２よりも高くなるように形成されるが、スペーサ１の高さは、一般的に、液晶の動作の安定性、パネルの表示安定性の点で２〜７μｍが好ましく、３〜５μｍがより好ましい。なお、ここでいうスペーサ１の高さとは、スペーサ１の底面と最上表面との間の距離の最大を意味する。
【００２２】
また、透明電極３上には、ホトレジストからなる配向制御用突起２がストライプ状に複数設けられている。配向制御用突起２は、図２に示したように、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの直上に位置しており、その縦断面形状はドーム形状である。配向制御用突起２は、カラーフィルターと後述するＴＦＴ基板との空間を複数の領域に分割・区分し、当該空間に充填された液晶を領域ごとに異なった方向に配向させるもので、これによりＭＶＡモードの液晶表示装置が実現される。
【００２３】
配向制御用突起２は、スペーサ１よりも低くなるように形成されるが、配向制御用突起２の高さは、一般的に、０．１〜３μｍが好ましく、０．５〜２μｍがより好ましいとされる。
【００２４】
スペーサ１の高さは液晶パネルのセルギャップを規定するもので、面内のスペーサ高さの均一性は液晶パネルの表示品位を決定する。一般的な液晶パネルではセルギャップの許容幅は±０．２μｍであると言われるが、局部的なセルギャップの変動は、シミ・むらといった表示不良を招くため、スペーサ１の高さの面内均一性にははるかに厳しい管理が要求される。
【００２５】
また、配向制御用突起２に関しても、局部的なパターン幅や突起の高さの変動は表示むらの原因となるため、配向制御用突起２の高さの面内均一性は±０．２μｍであることが望ましい。配向制御用突起の面内均一性が±０．２μｍの範囲外となる場合には、表示不良を招く危険性が高まる。
【００２６】
スペーサ１及び配向制御用突起２は、感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストで構成される。ポジ型ホトレジストとしては、一般的なノボラック樹脂系、ヒドロキシスチレン系等のレジストに光吸収性を付与したものが利用可能である。ホトレジストに光吸収性を付与する物質（吸光性物質）としては、ベンゾフェノン、トリアジン、サリチル酸、フルオレノン等の紫外線吸収剤や着色顔料、遮光性顔料等が例示されるが、取り扱いが容易な点でカーボンブラックを好適に用いることができる。吸光性物質の添加濃度は、ホトレジストの感光波長領域における平均透過率が、ホトレジスト膜１μｍにおいて３５〜５０％の範囲内となるように調整することが望ましい。平均透過率が３５％／μｍ未満の場合には、ホトレジストの感度が不十分となり、露光に多大の時間を要して生産性が低下するため好ましくない。また、平均透過率が５０％／μｍを超えると、配向制御用突起２の高さが露光量や現像等のプロセス変動に対して過剰に敏感となり、安定な品質のカラーフィルターを形成することが困難となるため好ましくない。
【００２７】
本発明では、後述する製造方法によりスペーサ１及び配向制御用突起２が同時に形成される。
【００２８】
図３は本発明の液晶カラーフィルターの製造方法の一例を示す説明図である。先ず、ホトリソグラフィ技術を用いて透明基板６上に格子状の遮光層（ブラックマトリックス）７を形成する。次に、ホトリソグラフィ技術を用いて、ブラックマトリックス７の開口内に赤、緑、青に着色したホトレジストを順次形成する。さらに、必要に応じて着色層の上に保護膜４を形成してもよい。
【００２９】
しかる後、上記積層体の露出表面上に透明電極３を堆積させて、透明基板６、ブラックマトリックス７、着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂ、保護膜４、透明電極３が積層されたカラーフィルター基材を得る。上述のように、透明電極３はＩＴＯからなり、この堆積工程はスパッタ法を用いて行われる。
【００３０】
次に、カラーフィルター基材の透明電極３上にポジ型ホトレジスト３０を塗布する（図３（ａ））。塗布工程では、ポジ型ホトレジスト３０をむら無く均一に塗布する必要があることから、スピンコータが一般的に用いられるが、ダイコータやロールコータといった漿液型の塗布装置を用いることも可能である。塗布されたポジ型ホトレジスト膜３０は５〜１２０℃でプリベークされる。
【００３１】
次に、スペーサ１及び配向制御用突起２の形成領域に対応するパターンが形成された階調ホトマスク３１を介して、ホトレジスト３０に露光光を照射する（図３（ｂ））。
【００３２】
階調ホトマスク３１は、露光光を透過する透過部３２、配向制御用突起２の形成領域に対応し透過部３２よりも低い透過率を有する第１露光制御部３３、並びにスペーサ１の形成領域に対応し第１露光制御部３４よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたものである。この階調ホトマスク３１を用いることで、透過部３２を通る露光光の到達深度が最も深く、第２露光制御部１２を通る露光光の到達深度が最も浅くなるように、ホトレジスト３０における露光光の到達深度が制御される。その結果、スペーサ１及び配向制御用突起２それぞれの形成領域、並びにホトレジスト除去領域（スペーサ１及び配向制御用突起２のいずれも形成されない領域）に対応する所定の潜像濃度分布が形成される。
【００３３】
透過部１０、第１露光制御部１１及び第２露光制御部それぞれにおける透過率は、目的とするスペーサ１及び配向制御用突起２の高さ等に応じて適宜設定される。例えば、スペーサ１の高さを４〜５μｍ、配向制御用突起２の高さを０．５〜１．５μｍとする場合、露光光に対する透過率を透過部１０で９５％以上（より好ましくは１００％）、第１露光制御部で２０〜６０％、第２露光制御部で５％以下（より好ましくは０％）とすることが好ましい。
【００３４】
次に、露光工程後のホトレジスト３０を現像液に浸漬することで現像処理し、スペーサ１及び配向制御用突起２の対応部分を残留させる（図３（ｃ））。現像処理に用いられる現像液としては、カリウム、ナトリウム等の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、及びこれらの混合物の水溶液、あるいは有機アミン水溶液などを用いることが可能である。また、現像液は、現像を補助するための界面活性剤を含んでいてもよい。
【００３５】
現像処理により形成されたホトレジストパターンを、更に１８０〜２４０℃で２０〜６０分の熱処理して硬化させる。この結果、縦断面台形状のスペーサ１、並びに半円状の配向制御用突起２が同時に形成される。
【００３６】
このように、上記製造方法によれば、ポジ型ホトレジスト３０を透明電極３上に塗布し、このホトレジスト３０に階調ホトマスク３１を介して露光光を照射し、さらに露光後のホトレジスト３０に現像処理を施すことで、配向制御用突起２と、配向制御用突起２よりも高いスペーサ１とを同時に且つ均一に形成することができる。
【００３７】
また、スペーサ１の高さを確保するために多段構造の着色層を設ける必要がないため、ブラックマトリックスの寸法が小さくてもその直上に十分な高さのスペーサ１を設けることができるため、高精細液晶パネルにも適している。
【００３８】
このように、本発明のカラーフィルターは、液晶の電気光学応答を利用することにより画像や文字の表示を行う液晶表示装置に有用であり、情報処理等の分野で用いられる。具体的には、パソコン、ワードプロセッサー、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、ビデオ等の表示画面や、液晶プロジェクター等に用いられる。
【００３９】
図４は、上記カラーフィルター８を用いたＭＶＡモード液晶表示装置の一例を示す斜視図である。図４中、透明基板６上には偏光板９が設けられ、カラーフィルター８のスペーサ１上には配向膜（図示せず）が形成される。この配向膜は、スペーサ１上に樹脂を塗布した後、これをラビング処理することによって形成される。さらにこの上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板１２が取付けられる。カラーフィルター８とＴＦＴ基板１２との間には、スペーサ１及びカラーフィルター８の外周部に位置する外枠１５が設けられており、これらによって規定される空間内に液晶が充填される。なおＴＦＴ基板１２は、カラーフィルター８側から透明基板（ガラス）１１及び偏光板１０を順次設けてなり、透明基板１１上には、液晶の偏光方法をスイッチングによって可変するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）が画素に対応して設けられている。また、ＴＦＴ基板１２のカラーフィルター８と対向する面上には、カラーフィルター８と同様に、配向制御用突起（図示せず）が設けられている。なお、ＴＦＴ基板１２の代わりに、メタル・インシュレーター・メタル（ＭＩＭ）、バリスタ、ダイオード等のアクティブ素子を有する電子素子基板を用いてもよい。また、カラーフィルター８は印刷や電着などの方法によって形成してもよい。
【００４０】
ＴＦＴ基板１２の背面に配置されるバックライト１６によってＴＦＴ基板１２を照明すると、この照明光はＴＦＴによる液晶のスイッチングによって、画素毎にＴＦＴ基板１２を通過し、カラーフィルター８に入射する。カラーフィルター８には画素に対応して着色樹脂領域Ｒ、Ｇ、Ｂが設けられているので、カラーフィルター８からは画素毎に発光色が制御された画像が出力される。このとき、ＴＦＴ基板１２及びカラーフィルター８のそれぞれに設けられた配向制御用突起２により、以下に示す原理に基づいて液晶分子の配向が制御される。
【００４１】
図５は上記カラーフィルター８を用いたＭＶＡモード液晶表示装置の断面を拡大して模式的に示す説明図である。ＭＶＡモードの液晶表示装置は、上記カラーフィルター８と、配向制御用突起２が形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板１２とを、両者の対向表面が平行となるように重ね合わせたものである。
【００４２】
なお、以下の説明では、便宜上、カラーフィルター８及びＴＦＴ基板１２を「基板８、１２」といい、これらの対向表面を「基板表面」という。また、カラーフィルター８に形成された配向制御用突起を２ａ、ＴＦＴ基板に形成された配向制御用突起を２ｂとする。配向制御用突起２ａ、２ｂが形成された後には、突起２ａ、２ｂの表面を含めて基板表面が構成され、突起２ａ、２ｂ上に特定の膜が形成されている場合には、これが基板表面を構成する。
【００４３】
スペーサ１により提供されるＴＦＴ基板１２とカラーフィルター８との間の空間には液晶分子１００が狭持されて液晶セルが形成されている。カラーフィルター８の基板表面上には、上述のように、複数の配向制御用突起２ａが離隔して設けられている。また、ＴＦＴ基板１２の基板表面においても複数の配向制御用突起２ｂが離隔して設けられているが、突起２ｂ群は突起２ａ群に対してそれらの配列方向に沿ってずれた配置となっている。すなわち、突起２ａ群と突起２ｂ群とは、突起形成前の基板表面に垂直な方向の延長線上に相手方の突起が位置しないように互い違いに配置されており、且つ、突起２ａの２表面の一方が突起２ｂの２表面の一方に対向し、液晶層１３を構成する液晶分子１００がこれらの表面間を接続するように配向している。
【００４４】
カラーフィルター８における突起形成前の基板表面に垂直な面内において、配向制御用突起２ａは当該表面に対して傾斜した角度を有し且つ互いに所定角度を成す２表面を有しており、この２表面に接触する液晶層１３内の液晶分子１００の配向方向は、２表面の境界を境に異なっている。すなわち、１つの配向制御用突起２ａに対して液晶層１３を構成する液晶分子１００が２分割されている。
【００４５】
同様に、ＴＦＴ基板１２における突起形成前の基板表面に垂直な面内において、配向制御用突起２ｂは当該表面に対して傾斜した角度を有し且つ互いに所定角度を成す２表面を有しており、この２表面に接触する液晶層１３内の液晶分子１００の配向方向は、２表面の境界を境に異なっている。すなわち、１つの配向制御用突起２ｂに対して液晶層１３を構成する液晶分子１００が２分割されている。
【００４６】
このような液晶表示装置においては、基板８、１２の画素領域毎に電圧が印加される。
【００４７】
非電圧印加時には、液晶層１３を構成する液晶分子１００は基板表面に対して垂直に配向する。このとき、突起２ａ、２ｂの部分の液晶分子１００は突起２ａ、２ｂの斜面に垂直に配向しようとするが、それ以外の液晶分子１００の殆どは突起形成前の基板表面に対してほぼ垂直に配向するため、良好な黒表示が得られる。
【００４８】
また、基板８、１２の画素領域毎に電圧が印加されると、電圧に応じて液晶層１３を構成する液晶分子１００の配向方向が変化する。同図は電圧印加時における液晶分子を示しており、その配向方向は基板表面に対して傾斜している。液晶層１３内の液晶分子１００は電圧印加時においては接触面に垂直な方向に沿って配向する。液晶分子１００は配向制御用突起２ａ、２ｂや突起２ａ、２ｂ上に形成された膜に接触するので、突起２ａ、２ｂは液晶分子１００の配向方向を制御することとなる。
【００４９】
電圧印加時には、突起２ａ、２ｂの傾斜部（２表面）に接触する液晶分子１００が傾斜するので、両基板８、１２間の液晶分子１００の配向方向は、隣接するＡ領域とＢ領域とで互いに異なることとなる。すなわち、突起２ａ、２ｂは、電圧を印加したときの液晶分子の配向する方位を決めるトリガの役割を果たしている。このようにして、配向制御用突起２ａ、２ｂそれぞれを基点として表示部全体の液晶分子１００の配向が制御され、液晶表示装置における十分に広い視野角が実現される。なお、突起２ａ、２ｂそれぞれの表面には、液晶分子１００の垂直配向を促進する垂直配向膜を形成することもできる。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５１】
［実施例１］
図３に示した手順に従ってカラーフィルターを作製した。以下、その詳細について説明する。
【００５２】
先ず、透明基板６（コーニング社製無アルカリガラス１７３７、基板サイズ６００ｍｍ×７２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）の一方面上に低反射クロム膜を形成し、これをエッチングすることでブラックマトリックス７を形成した。このブラックマトリックス７上に赤、緑、青の着色透明樹脂層を形成した後、スパッタ法によりＩＴＯ透明電極３を形成してカラーフィルター基材を得た。
【００５３】
一方、ノボラック樹脂型ホトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−１３）にカーボンブラックを添加して、波長４０５ｎｍの光に対する透過率を４８％／μｍに調整した。このポジ型ホトレジストを上記カラーフィルター基材の透明電極３上にスピンコートし、スピンコート後のホトレジスト３０を真空下で脱溶媒処理した後、１２０℃でプリベークして厚さ５．６μｍのホトレジスト膜を形成した。
【００５４】
次に、スペーサ１及び配向制御用突起２の形成領域に対応するパターンが形成された階調ホトマスク３１を介して、露光ギャップ１００μｍで３４０ｍＪ／ｃｍ^２の露光光をホトレジスト３０に照射した。階調ホトマスク３１としては、露光光に対する透過率が、透過部３２で１００％、配向制御用突起２の形成領域に対応する第１露光制御部３３で３５％、並びにスペーサ１の形成領域に対応する第２露光制御部３４で０％のものを使用した。
【００５５】
露光工程後のホトレジスト３０について、０．５％水酸化カリウム水溶液を用いて７０秒間現像処理し、さらに２００℃で２０分間のベーキングを行った。このようにして、均一な高さの固着されたスペーサ１（高さ４．０μｍ）及び配向制御用突起２（高さ１．１μｍ、線幅１０μｍ、ドーム状）を、透明電極３上に同時に形成して目的のカラーフィルター８を得ることができた。また、配向制御用突起の面内の突起分布σは０．２μｍであった。ここで、突起分布σとは、突起の高さのバラツキの指標であり、σが小さいほど突起が均一に分布していることを意味する。
【００５６】
［実施例２］
透明電極３上にスピンコートしたホトレジスト３０のプリベーク後の厚さを５．０μｍとしたこと、並びに露光工程における露光量を２４０ｍＪ／ｃｍ^２としたこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られたカラーフィルターにおいて、スペーサの高さは４．０μｍであった。また、配向制御用突起はドーム状で、その線幅は１０μｍ、高さは１．１μｍであり、突起分布σは０．２μｍであった。
【００５７】
［実施例３、４］
実施例３及び４においては、ホトレジスト３０の透過率、プリベーク後のホトレジスト３０の厚さ、階調ホトマスク３１の第１露光制御部３３の透過率及び露光量をそれぞれ表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを作製した。なお、ホトレジストの透過率の調整は、カーボンブラックの添加量を変化させることにより行った。
【００５８】
得られたカラーフィルターにおけるスペーサの高さ、配向制御用突起の線幅及び高さ、並びに突起分布σを表１に示す。
【００５９】
［比較例１］
カーボンブラックが添加されていないポジ型ホトレジストを用い、プリベーク後のホトレジストの厚さ、階調ホトマスク３１の第１露光制御部３３の透過率及び露光量をそれぞれ表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを作製した。
【００６０】
得られたカラーフィルターにおけるスペーサの高さ、配向制御用突起の線幅及び高さ、並びに突起分布σを表１に示す。
【００６１】
【表１】

【００６２】
表１に示したように、実施例１〜４では、高さの異なるスペーサ及び配向制御用突起を同時に且つ均一に形成することができた。
【００６３】
これに対して、比較例１に示したように、吸光性を付与しないホトレジストを用いた場合には、配向制御用突起の高さの面内均一性が低下し、実用に適したカラーフィルターを製造することができなかった。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、高さが大きく異なるスペーサと配向制御用突起とをカラーフィルター基材上に同時に且つ均一に形成することができ、高精細液晶パネルにも適用可能な液晶用カラーフィルター、並びにその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶用カラーフィルターの一部を示す上面図である。
【図２】図１に示したカラーフィルター８のＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図３】本発明の液晶カラーフィルターの製造方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の液晶用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶表示装置の一例を示す斜視図である
【図５】本発明の液晶用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶表示装置の断面を拡大して模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１…スペーサ、２…配向制御用突起、３…透明電極、４…保護膜、Ｒ、Ｇ、Ｂ…着色樹脂領域、６…透明基板、７…遮光層（ブラックマトリックス）、８…カラーフィルター、９、１０…偏光板、１１…透明基板、１２…ＴＦＴ基板、１６…バックライト、２０…液晶表示装置、３０…ポジ型ホトレジスト、３１…ホトマスク、３２…透過部、３３…第１露光制御部、３４…第２露光制御部、１００…液晶分子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal color filter and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The viewing angle of a liquid crystal display device in a VA (Vertical Alignment) mode (vertical alignment type liquid crystal display mode) is improved over the viewing angle of a liquid crystal display device in a TN (Twisted Neatic) mode. As a technique for further greatly improving the viewing angle of a liquid crystal display device, an MVA (Multi-domain Vertical Alignment) mode in which a VA mode is multi-domain is described in JP-A-11-258606.
[0003]
The MVA mode is a technique in which one pixel in a liquid crystal display device is divided and divided into a plurality of regions by alignment control projections, and the liquid crystal molecules are differently aligned in each region, thereby widening the viewing angle of the liquid crystal display device. .
[0004]
Examples of the color filter used in the MVA mode liquid crystal display device include those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-248921. This color filter secures a space filled with liquid crystal by a spacer, and aligns the liquid crystal in the space in a predetermined direction by an alignment control projection. As described in the publication, the spacer and the alignment control projection are formed by applying a photoresist on a color filter, exposing the photoresist through a photomask, and developing the photoresist.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described color filter, the height from the color filter base material to the tip of the spacer is usually set to 3 to 5 μm, and the height to the alignment control projection is set to about 0.5 to 2 μm. However, in the conventional method, since it is very difficult to simultaneously and stably form the spacers and the alignment control projections whose heights are greatly different from each other, a colored layer is previously overlapped with the spacer forming region. A method has been proposed which has a multi-stage structure and secures the height from the color filter base material to the tip of the spacer with a margin of the overlapping portion. However, even with such a method, it is difficult to form a spacer having a uniform height because the colored resin layer containing a large amount of pigment has insufficient fluidity, and the display is difficult when a liquid crystal panel is assembled. Unevenness is likely to occur.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and enables a spacer and an alignment control projection having greatly different heights to be simultaneously and uniformly formed on a color filter substrate, thereby achieving high definition. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal color filter applicable to a liquid crystal panel and a method of manufacturing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a color filter for a liquid crystal of the present invention includes a spacer that provides a space on one side of a color filter substrate, which is filled with a liquid crystal in which the amount of transmitted light changes according to an applied voltage, and a liquid crystal. In a color filter for a liquid crystal comprising, on one surface thereof, an alignment control projection for aligning in a predetermined direction, the spacer and the alignment control projection each comprise (a) a positive photoresist absorbing light in a photosensitive wavelength region. (B) a transmission portion that transmits exposure light, a first exposure control portion having a transmittance lower than that of the transmission portion corresponding to a formation region of the alignment control projection, and a spacer formation region. Irradiating the photoresist with exposure light through a photomask in which a second exposure controller having a transmittance lower than that of the first exposure controller is formed, and (c) developing the photoresist after exposure. Characterized in that it is one that is formed by applying a sense.
[0008]
In addition, the method for producing a color filter for liquid crystal of the present invention comprises: (a) a coating step of coating a positive photoresist absorbing light in a photosensitive wavelength region on one surface of a color filter substrate; A first exposure control unit corresponding to a transmitting portion to be transmitted, a region where the alignment control protrusion is formed, and having a lower transmittance than the transmitting portion; and a first region corresponding to a spacer forming region, having a lower transmittance than the first exposure control unit. An exposure step of irradiating the photoresist with exposure light through a photomask on which the second exposure control unit is formed; and (c) developing the photoresist after the exposure step to form spacers and alignment control projections on the one surface. And a developing step of forming.
[0009]
According to the present invention, a positive type photoresist that absorbs light in a photosensitive wavelength region is applied on one surface of a color filter substrate, and the photoresist is irradiated with exposure light through the predetermined photomask, thereby forming a photoresist. The exposure depth of the exposure light in each region can be controlled. That is, since the transmittance of the transmission portion, the first exposure control portion, and the second exposure control portion in the gradation photomask are reduced in this order, the depth of exposure light reaches the photoresist removal region (the region corresponding to the transmission portion). , The area for forming the alignment control projection and the area for forming the spacer become smaller in this order. Therefore, by subjecting the exposed photoresist to a developing treatment, the alignment control projections and the spacers higher than the alignment control projections can be formed simultaneously and uniformly. The liquid crystal color filter of the present invention in which the spacer and the alignment control protrusion are formed as described above can provide a clear image with a wide viewing angle when applied to an MVA mode liquid crystal display device. Things.
[0010]
Further, in the present invention, as described above, it is not necessary to provide a multi-layered colored layer in order to secure the height of the spacer, so that the degree of freedom in designing the spacer can be increased. Therefore, the present invention is very useful in that it can be applied to a high-definition liquid crystal panel having a small size of a black matrix.
[0011]
In the present invention, it is desirable that the photoresist contains a substance that absorbs light in the photosensitive wavelength region. Examples of the light-absorbing substance include ultraviolet absorbers such as benzophenone, triazine, salicylic acid, and fluorenone, coloring pigments, and light-shielding pigments. However, carbon black can be suitably used in terms of easy handling. Inclusion of such a light-absorbing substance, in particular, carbon black, in the photoresist imparts sufficient light-absorbing property to the photoresist, so that the accuracy and efficiency when simultaneously forming the spacer and the alignment control projection are improved. Can be higher.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a color filter for a liquid crystal according to an embodiment and a method for manufacturing the same will be described. In the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[0013]
First, the structure of the color filter for liquid crystal will be described.
[0014]
FIG. 1 is a top view showing a part of the liquid crystal color filter, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the color filter 8 shown in FIG. The illustrated color filter 8 includes a color filter substrate including a transparent substrate 6, a light shielding layer (black matrix) 7, colored resin regions R, G, and B, a protective film 4, and a transparent electrode 3. It has the formed spacer 1 and alignment control projection 2.
[0015]
On the transparent substrate 6, a black matrix (black mask) 7 as a light shielding layer is formed in a lattice shape, and the openings of the lattice-shaped black matrix 7 are colored red, green, and blue as optical filters. Colored resin regions R, G, and B are provided. In other words, the black matrix 7 is formed in a non-display area between pixels, and separates transmitted light of the colored resin areas R, G, and B. By arranging the black matrix 7, it is possible to improve the contrast of a liquid crystal display device (liquid crystal display) formed by combining the black matrix 7 and prevent a malfunction of a driving element of the liquid crystal display device due to light.
[0016]
As the transparent substrate 6, a plastic sheet made of polyester such as polyethersulfone or polyethylene terephthalate, or a polyolefin such as polypropylene or polyethylene, or various glass plates can be used. In this example, a glass plate is used. Note that polyethersulfone is a preferable material from the viewpoint of heat resistance and light transmittance. The surface of the transparent substrate 6 may be subjected to a corona discharge treatment, an ozone discharge treatment, a thin film treatment with various polymers such as a silane coupling agent or a urethane polymer.
[0017]
The black matrix 7 may be a single-layer film, a multilayer film, or a composite film formed by laminating metals such as Cr, Mn, Al, Ni, Ti, Ta, W, and Mo, or oxides, nitrides, and / or carbides thereof. Further, a resin film in which a light shielding agent is dispersed in a resin is used.
[0018]
The colored resin regions R, G, and B may be made of any material as long as impurities that cause display defects are not eluted in the liquid crystal. Specific examples of the material include an inorganic film whose film thickness is controlled so as to transmit only arbitrary light, and a resin in which dyeing, dye dispersion, or pigment dispersion is performed. These films can be formed by a deposition method such as a sputtering method, a dyeing method, a dye dispersion method, a pigment dispersion method, a printing method, an inkjet method, or the like. The type of the resin is not particularly limited, but phenol resins such as novolak resin, acrylic, polyvinyl alcohol, and polyimide can be used. In addition, it is preferable to use a pigment-dispersed resin film in the colored resin regions R, G, and B from the viewpoint of simplicity of the manufacturing process and weather resistance.
[0019]
The black matrix 7 and the colored resin regions R, G, and B are covered with a protective film 4, and a transparent electrode 3 for applying a bias to liquid crystal is formed on the entire surface of the protective film 4. The material of the transparent electrode 3 is ITO (indium oxide-tin oxide), and the material of the protective film is a heat-resistant transparent resin such as an epoxy-modified acrylate resin or a polyimide resin.
[0020]
On the transparent electrode 3, a plurality of columnar spacers 1 made of photoresist (resin) and a plurality of alignment control projections 2 are provided. The spacer 1 is located immediately above the black matrix 7. The spacer 1 is interposed between the color filter 8 and a TFT substrate (electronic element substrate) described later, and provides a space in which the liquid crystal is filled.
[0021]
The spacer 1 is formed so as to be higher than an alignment control projection 2 to be described later. In general, the height of the spacer 1 is 2 to 2 in terms of stability of liquid crystal operation and display stability of a panel. 7 μm is preferred, and 3-5 μm is more preferred. Here, the height of the spacer 1 means the maximum distance between the bottom surface and the uppermost surface of the spacer 1.
[0022]
On the transparent electrode 3, a plurality of alignment control projections 2 made of photoresist are provided in a stripe shape. As shown in FIG. 2, the alignment control projection 2 is located immediately above each of the colored resin regions R, G, and B, and has a dome-shaped vertical cross-sectional shape. The alignment control projections 2 divide and divide the space between the color filter and the TFT substrate described later into a plurality of regions, and orient the liquid crystal filled in the spaces in different directions for each region. A mode liquid crystal display device is realized.
[0023]
Although the alignment control projection 2 is formed to be lower than the spacer 1, the height of the alignment control projection 2 is generally preferably 0.1 to 3 μm, more preferably 0.5 to 2 μm. It is said.
[0024]
The height of the spacer 1 defines the cell gap of the liquid crystal panel, and the uniformity of the spacer height in the plane determines the display quality of the liquid crystal panel. In a general liquid crystal panel, it is said that the allowable width of the cell gap is ± 0.2 μm. However, a local change in the cell gap causes display defects such as spots and unevenness. Much more stringent control is required for uniformity.
[0025]
Also, with respect to the alignment control projections 2, local variations in the pattern width and the height of the projections cause display unevenness. Therefore, the in-plane uniformity of the heights of the alignment control projections 2 is ± 0.2 μm. Desirably. If the in-plane uniformity of the alignment control projections is out of the range of ± 0.2 μm, the risk of causing display defects increases.
[0026]
The spacer 1 and the alignment control protrusion 2 are made of a positive photoresist that absorbs light in a photosensitive wavelength region. As the positive photoresist, a general novolak resin-based or hydroxystyrene-based resist provided with light absorbency can be used. Examples of the substance (light-absorbing substance) that imparts light absorbency to the photoresist include ultraviolet absorbers such as benzophenone, triazine, salicylic acid, and fluorenone, coloring pigments, and light-shielding pigments. Black can be suitably used. It is desirable to adjust the concentration of the light-absorbing substance so that the average transmittance of the photoresist in the photosensitive wavelength region is in the range of 35 to 50% for a photoresist film of 1 μm. If the average transmittance is less than 35% / μm, the sensitivity of the photoresist becomes insufficient, so that it takes a long time for exposure and the productivity is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the average transmittance exceeds 50% / μm, the height of the alignment control projection 2 becomes excessively sensitive to process fluctuations such as exposure dose and development, and a stable quality color filter may be formed. It is not preferable because it becomes difficult.
[0027]
In the present invention, the spacer 1 and the alignment control projection 2 are simultaneously formed by a manufacturing method described later.
[0028]
FIG. 3 is an explanatory view showing one example of a method for manufacturing a liquid crystal color filter of the present invention. First, a grid-like light-shielding layer (black matrix) 7 is formed on a transparent substrate 6 using a photolithography technique. Next, red, green, and blue colored photoresists are sequentially formed in the openings of the black matrix 7 by using a photolithography technique. Further, a protective film 4 may be formed on the colored layer as needed.
[0029]
Thereafter, a transparent electrode 3 is deposited on the exposed surface of the laminate to form a transparent substrate 6, a black matrix 7, colored resin regions R, G, B, a protective film 4, and a color filter base on which the transparent electrode 3 is laminated. Get the material. As described above, the transparent electrode 3 is made of ITO, and this deposition step is performed using a sputtering method.
[0030]
Next, a positive photoresist 30 is applied on the transparent electrode 3 of the color filter substrate (FIG. 3A). In the coating step, a positive coat 30 is required to be evenly and uniformly coated. Therefore, a spin coater is generally used. However, a serous coater such as a die coater or a roll coater can also be used. The applied positive photoresist film 30 is pre-baked at 5 to 120 ° C.
[0031]
Next, the photoresist 30 is irradiated with exposure light via a gradation photomask 31 on which a pattern corresponding to the formation region of the spacer 1 and the alignment control protrusion 2 is formed (FIG. 3B).
[0032]
The gradation photomask 31 includes a transmission portion 32 that transmits exposure light, a first exposure control portion 33 corresponding to a region where the alignment control protrusion 2 is formed and having a transmittance lower than that of the transmission portion 32, and a region where the spacer 1 is formed. Correspondingly, a second exposure control unit having a transmittance lower than that of the first exposure control unit 34 is formed. By using the gradation photomask 31, the exposure light at the photoresist 30 is set so that the depth of the exposure light passing through the transmission unit 32 is the deepest and the depth of the exposure light passing through the second exposure control unit 12 is the smallest. The reaching depth is controlled. As a result, a predetermined latent image density distribution corresponding to the formation region of the spacer 1 and the alignment control protrusion 2 and the photoresist removal region (a region where neither the spacer 1 nor the alignment control protrusion 2 is formed) is formed.
[0033]
The transmittance of each of the transmission unit 10, the first exposure control unit 11, and the second exposure control unit is appropriately set according to the target height of the spacer 1 and the alignment control protrusion 2, and the like. For example, when the height of the spacer 1 is 4 to 5 μm and the height of the alignment control projection 2 is 0.5 to 1.5 μm, the transmittance to the exposure light at the transmission section 10 is 95% or more (more preferably 100% or more). %), 20% to 60% in the first exposure control section, and 5% or less (more preferably 0%) in the second exposure control section.
[0034]
Next, the photoresist 30 after the exposure step is developed by immersing it in a developing solution to leave the corresponding portions of the spacer 1 and the alignment control projection 2 (FIG. 3C). As a developing solution used for the developing treatment, it is possible to use an aqueous solution of a hydroxide such as potassium or sodium, a carbonate, a hydrogen carbonate, a mixture thereof, or an organic amine aqueous solution. Further, the developer may contain a surfactant for assisting development.
[0035]
The photoresist pattern formed by the development processing is further cured by heat treatment at 180 to 240 ° C. for 20 to 60 minutes. As a result, a trapezoidal spacer 1 having a vertical cross section and a semicircular alignment control projection 2 are simultaneously formed.
[0036]
As described above, according to the manufacturing method, the positive photoresist 30 is applied on the transparent electrode 3, the photoresist 30 is irradiated with exposure light via the gradation photomask 31, and the exposed photoresist 30 is subjected to the development processing. By performing this, it is possible to simultaneously and uniformly form the alignment control projection 2 and the spacer 1 higher than the alignment control projection 2.
[0037]
In addition, since it is not necessary to provide a multi-layered colored layer in order to secure the height of the spacer 1, even if the size of the black matrix is small, the spacer 1 having a sufficient height can be provided immediately above the black matrix. Also suitable for fine liquid crystal panels.
[0038]
As described above, the color filter of the present invention is useful for a liquid crystal display device that displays images and characters by utilizing the electro-optical response of liquid crystal, and is used in the field of information processing and the like. Specifically, it is used for a display screen of a personal computer, a word processor, a navigation system, a liquid crystal television, a video, etc., a liquid crystal projector, and the like.
[0039]
FIG. 4 is a perspective view showing an example of an MVA mode liquid crystal display device using the color filter 8. In FIG. 4, a polarizing plate 9 is provided on a transparent substrate 6, and an alignment film (not shown) is formed on the spacer 1 of the color filter 8. This alignment film is formed by applying a resin on the spacer 1 and rubbing the resin. Further, a TFT substrate 12 on which an alignment film is formed is mounted thereon. An outer frame 15 is provided between the color filter 8 and the TFT substrate 12 at the outer periphery of the spacer 1 and the color filter 8, and the space defined by these is filled with liquid crystal. The TFT substrate 12 is provided with a transparent substrate (glass) 11 and a polarizing plate 10 in that order from the color filter 8 side. On the transparent substrate 11, a thin film transistor (TFT) (TFT) for changing the polarization method of the liquid crystal by switching is provided. (Not shown) are provided corresponding to the pixels. Further, on the surface of the TFT substrate 12 facing the color filter 8, similarly to the color filter 8, an alignment control projection (not shown) is provided. Note that, instead of the TFT substrate 12, an electronic element substrate having active elements such as a metal insulator metal (MIM), a varistor, and a diode may be used. The color filter 8 may be formed by a method such as printing or electrodeposition.
[0040]
When the TFT substrate 12 is illuminated by the backlight 16 arranged on the back surface of the TFT substrate 12, this illumination light passes through the TFT substrate 12 for each pixel and enters the color filter 8 by switching of the liquid crystal by the TFT. Since the color filter 8 is provided with the colored resin regions R, G, and B corresponding to the pixels, the color filter 8 outputs an image in which the emission color is controlled for each pixel. At this time, the alignment control projections 2 provided on each of the TFT substrate 12 and the color filter 8 control the alignment of the liquid crystal molecules based on the following principle.
[0041]
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing an enlarged cross section of an MVA mode liquid crystal display device using the color filter 8. In the MVA mode liquid crystal display device, the color filter 8 and a TFT (thin film transistor) substrate 12 on which the alignment control projections 2 are formed are overlapped so that their opposing surfaces are parallel to each other.
[0042]
In the following description, for convenience, the color filter 8 and the TFT substrate 12 are referred to as “

substrates

8 and 12”, and their opposing surfaces are referred to as “substrate surfaces”. The alignment control projection formed on the color filter 8 is denoted by 2a, and the alignment control projection formed on the TFT substrate is denoted by 2b. After the

alignment control projections

2a and 2b are formed, the substrate surface is formed including the surfaces of the

projections

2a and 2b. When a specific film is formed on the

projections

2a and 2b, this is the substrate surface. Is configured.
[0043]
In a space provided between the TFT substrate 12 and the color filter 8 provided by the spacer 1, liquid crystal molecules 100 are sandwiched to form a liquid crystal cell. As described above, a plurality of alignment control projections 2a are provided on the substrate surface of the color filter 8 at a distance. Also, a plurality of alignment control projections 2b are provided separately on the substrate surface of the TFT substrate 12, but the projections 2b are displaced from the projections 2a along the arrangement direction thereof. I have. That is, the group of projections 2a and the group of projections 2b are alternately arranged so that the other projection is not positioned on an extension line in a direction perpendicular to the substrate surface before the formation of the projection, and one of the two surfaces of the projection 2a. Are opposed to one of the two surfaces of the projection 2b, and the liquid crystal molecules 100 forming the liquid crystal layer 13 are oriented so as to connect between these surfaces.
[0044]
In a plane of the color filter 8 perpendicular to the substrate surface before the projections are formed, the alignment control projections 2a have two surfaces that are inclined with respect to the surface and form a predetermined angle with each other. The alignment direction of the liquid crystal molecules 100 in the liquid crystal layer 13 that comes into contact with the surface is different at the boundary between the two surfaces. That is, the liquid crystal molecules 100 constituting the liquid crystal layer 13 are divided into two for one alignment control projection 2a.
[0045]
Similarly, in a plane perpendicular to the substrate surface of the TFT substrate 12 before the projection is formed, the alignment control projection 2b has two surfaces inclined at an angle to the surface and at a predetermined angle to each other. The alignment direction of the liquid crystal molecules 100 in the liquid crystal layer 13 that is in contact with the two surfaces is different at the boundary between the two surfaces. That is, the liquid crystal molecules 100 forming the liquid crystal layer 13 are divided into two for one alignment control projection 2b.
[0046]
In such a liquid crystal display device, a voltage is applied to each of the pixel regions of the

substrates

8 and 12.
[0047]
When no voltage is applied, the liquid crystal molecules 100 constituting the liquid crystal layer 13 are oriented perpendicular to the substrate surface. At this time, the liquid crystal molecules 100 in the portions of the

protrusions

2a and 2b tend to be oriented perpendicular to the slopes of the

protrusions

2a and 2b, but most of the other liquid crystal molecules 100 are almost perpendicular to the substrate surface before the formation of the protrusions. Because of the orientation, good black display is obtained.
[0048]
When a voltage is applied to each of the pixel regions of the

substrates

8 and 12, the orientation of the liquid crystal molecules 100 forming the liquid crystal layer 13 changes according to the voltage. This figure shows liquid crystal molecules when a voltage is applied, and the orientation direction is inclined with respect to the substrate surface. The liquid crystal molecules 100 in the liquid crystal layer 13 are oriented along a direction perpendicular to the contact surface when a voltage is applied. Since the liquid crystal molecules 100 come into contact with the

alignment control projections

2a and 2b and the films formed on the

projections

2a and 2b, the

projections

2a and 2b control the alignment direction of the liquid crystal molecules 100.
[0049]
When a voltage is applied, the liquid crystal molecules 100 that are in contact with the inclined portions (two surfaces) of the

protrusions

2a and 2b are inclined, so that the alignment direction of the liquid crystal molecules 100 between the two

substrates

8 and 12 depends on the adjacent A region and B region. Will be different from each other. That is, the

projections

2a and 2b serve as triggers for determining the orientation in which liquid crystal molecules are oriented when a voltage is applied. In this manner, the alignment of the liquid crystal molecules 100 in the entire display unit is controlled with the

alignment control projections

2a and 2b as base points, and a sufficiently wide viewing angle in the liquid crystal display device is realized. Note that a vertical alignment film that promotes vertical alignment of the liquid crystal molecules 100 can be formed on the surface of each of the

protrusions

2a and 2b.
[0050]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[0051]
[Example 1]
A color filter was manufactured according to the procedure shown in FIG. Hereinafter, the details will be described.
[0052]
First, a low-reflection chromium film is formed on one surface of a transparent substrate 6 (Corning-free alkali glass 1737, substrate size 600 mm × 720 mm, thickness 0.7 mm), and this is etched to form a black matrix 7. did. After forming a red, green and blue colored transparent resin layer on the black matrix 7, the ITO transparent electrode 3 was formed by a sputtering method to obtain a color filter substrate.
[0053]
On the other hand, carbon black was added to a novolak resin type photoresist (OFPR-13 manufactured by Tokyo Ohka) to adjust the transmittance of light having a wavelength of 405 nm to 48% / μm. This positive photoresist is spin-coated on the transparent electrode 3 of the color filter substrate, the photoresist 30 after spin coating is subjected to a solvent removal treatment under vacuum, and then prebaked at 120 ° C. to form a 5.6 μm-thick photoresist film. Was formed.
[0054]
Next, 340 mJ / cm at an exposure gap of 100 μm through a gradation photomask 31 in which a pattern corresponding to the formation region of the spacer 1 and the alignment control protrusion 2 is formed. ² Was irradiated onto the photoresist 30. The gradation photomask 31 has a transmittance for exposure light of 100% in the transmission portion 32, 35% in the first exposure control portion 33 corresponding to the formation region of the alignment control projection 2, and corresponds to the formation region of the spacer 1. The second exposure control unit 34 used was 0%.
[0055]
The photoresist 30 after the exposure step was developed using a 0.5% aqueous solution of potassium hydroxide for 70 seconds, and baked at 200 ° C. for 20 minutes. In this way, the fixed spacers 1 (height: 4.0 μm) and the alignment control projections 2 (height: 1.1 μm, line width: 10 μm, dome shape) having a uniform height are simultaneously formed on the transparent electrode 3. Thus, the desired color filter 8 was obtained. The in-plane protrusion distribution σ of the alignment control protrusion was 0.2 μm. Here, the projection distribution σ is an index of the variation in the height of the projections, and the smaller the σ, the more uniformly the projections are distributed.
[0056]
[Example 2]
The thickness of the photoresist 30 spin-coated on the transparent electrode 3 after prebaking was 5.0 μm, and the exposure amount in the exposure step was 240 mJ / cm. ² A color filter was produced in the same manner as in Example 1 except that In the obtained color filter, the height of the spacer was 4.0 μm. Further, the alignment control projection was dome-shaped, the line width was 10 μm, the height was 1.1 μm, and the projection distribution σ was 0.2 μm.
[0057]
[Examples 3 and 4]
In Examples 3 and 4, the transmittance of the photoresist 30, the thickness of the photoresist 30 after pre-baking, the transmittance of the first exposure control unit 33 of the gradation photomask 31, and the exposure amount were as shown in Table 1, respectively. Except for the above, a color filter was produced in the same manner as in Example 1. The transmittance of the photoresist was adjusted by changing the amount of carbon black added.
[0058]
Table 1 shows the height of the spacer, the line width and height of the alignment control projection, and the projection distribution σ in the obtained color filter.
[0059]
[Comparative Example 1]
Except that a positive photoresist to which carbon black was not added was used, and the thickness of the photoresist after prebaking, the transmittance of the first exposure control unit 33 of the gradation photomask 31 and the exposure amount were as shown in Table 1, respectively. A color filter was produced in the same manner as in Example 1.
[0060]
Table 1 shows the height of the spacer, the line width and height of the alignment control projection, and the projection distribution σ in the obtained color filter.
[0061]
[Table 1]

[0062]
As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, spacers having different heights and alignment control projections could be formed simultaneously and uniformly.
[0063]
On the other hand, as shown in Comparative Example 1, when a photoresist that does not impart light absorbency is used, the in-plane uniformity of the height of the alignment control projection is reduced, and a color filter suitable for practical use is obtained. Could not be manufactured.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to simultaneously and uniformly form spacers and alignment control projections having greatly different heights on a color filter substrate, and to apply the liquid crystal to a high definition liquid crystal panel. Color filter and a method for producing the same are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view showing a part of a liquid crystal color filter of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of the color filter 8 shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing one example of a method for manufacturing a liquid crystal color filter of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing one example of an MVA mode liquid crystal display device using the liquid crystal color filter of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing an enlarged cross section of an MVA mode liquid crystal display device using the liquid crystal color filter of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spacer, 2 ... Orientation control protrusion, 3 ... Transparent electrode, 4 ... Protective film, R, G, B ... Colored resin area, 6 ... Transparent substrate, 7 ... Light shielding layer (black matrix), 8 ... Color filter, Reference numerals 9, 10: polarizing plate, 11: transparent substrate, 12: TFT substrate, 16: backlight, 20: liquid crystal display device, 30: positive photoresist, 31: photomask, 32: transmission part, 33: first exposure control part , 34: second exposure controller, 100: liquid crystal molecules.

Claims

印加電圧に応じて透過光量が変化する液晶が充填される空間をカラーフィルター基材の一方面上に提供するスペーサと、前記液晶を所定の方向に配向させる配向制御用突起とをそれぞれ前記一方面上に備える液晶用カラーフィルターにおいて、
前記スペーサ及び前記配向制御用突起がそれぞれ、
感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストを前記一方面上に塗布し、
露光光を透過する透過部、前記配向制御用突起の形成領域に対応し前記透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びに前記スペーサの形成領域に対応し前記第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介して前記ホトレジストに露光光を照射し、
露光後の前記ホトレジストに現像処理を施す
ことにより形成されたものであることを特徴とする液晶用カラーフィルター。A spacer for providing a space on the color filter substrate on which the liquid crystal whose amount of transmitted light changes in accordance with an applied voltage is provided on one surface of the color filter substrate; and an alignment control protrusion for aligning the liquid crystal in a predetermined direction. In the color filter for liquid crystal provided above,
The spacer and the alignment control projection are each
Applying a positive photoresist absorbing light in the photosensitive wavelength region on the one surface,
A transmission portion that transmits exposure light, a first exposure control portion corresponding to a region where the alignment control protrusion is formed, and having a lower transmittance than the transmission portion, and the first exposure control portion corresponding to a region where the spacer is formed Irradiating the photoresist with exposure light through a photomask formed with a second exposure control unit having a lower transmittance than,
A color filter for liquid crystal, which is formed by subjecting the photoresist after exposure to a developing treatment.

前記ホトレジストがカーボンブラックを含有することを特徴とする、請求項１に記載の液晶用カラーフィルター。The color filter for a liquid crystal according to claim 1, wherein the photoresist contains carbon black.

感光波長領域の光を吸収するポジ型ホトレジストをカラーフィルター基材の一方面上に塗布する塗布工程と、
露光光を透過する透過部、配向制御用突起の形成領域に対応し前記透過部よりも低い透過率を有する第１露光制御部、並びにスペーサの形成領域に対応し前記第１露光制御部よりも低い透過率を有する第２露光制御部が形成されたホトマスクを介して前記ホトレジストに露光光を照射する露光工程と、
前記露光工程後の前記ホトレジストに現像処理を施して前記一方面上にスペーサ及び配向制御用突起を形成する現像工程と、
を備えることを特徴とする液晶用カラーフィルターの製造方法。A coating step of coating a positive photoresist that absorbs light in a photosensitive wavelength region on one surface of the color filter substrate,
A first exposure control unit having a transmittance lower than that of the transmission unit corresponding to the transmission area that transmits the exposure light and corresponding to the formation area of the alignment control projection, and a first exposure control unit that corresponds to the formation area of the spacer; An exposure step of irradiating the photoresist with exposure light through a photomask in which a second exposure control unit having a low transmittance is formed;
A developing step of performing a developing process on the photoresist after the exposing step to form a spacer and an alignment control projection on the one surface;
A method for manufacturing a color filter for liquid crystal, comprising: