JP2007226087A - カラーフィルタ基板とその製造方法、及びカラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラックマトリックス上のどの部分においても平坦化層による平坦化が良好なカラーフィルタ基板を実現する。
【解決手段】 ブラックマトリックス４１を有する遮光層１２と、着色層１６Ｒ、Ｇ、Ｂと、遮光層１２と着色層に重なり合うように形成される平坦化層とを有し、各着色層はブラックマトリックス４１に対応した形状に区切られており、区切られたそれぞれの着色層１６Ｒ、Ｇ、Ｂの周縁が遮光層１２に重なるとともに、この周縁が互いに離間する離間部４３を形成しており、平坦化層は離間部４３を埋めるように遮光層１２に重なっている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、携帯電話や電子手帳などの携帯情報機器、パーソナルコンピュータのモニタ等に用いられるカラー液晶表示装置、このカラー液晶表示装置に用いるカラーフィルタ基板及びこのカラーフィルタ基板の製造方法に関する。

従来より、カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板として、格子形状に形成された混色防止用のブラックマトリックス上に、ＲＢＧ等の３色のカラーフィルタを形成し、平坦化膜で覆ったものが知られている。カラーフィルタは、３色が繰り返すようにストライプ状のものが並設され、各色のカラーフィルタ相互間はブラックマトリックス上において溝を構成するように形成されているとともに、個々のカラーフィルタは、溝の延在方向において、ブラックマトリックス上に乗り上がるようにして形成されている。

カラーフィルタがブラックマトリックス上に乗り上がるようにして形成されている部分では、ブラックマトリックス及びカラーフィルタの厚さによって凸状に盛り上がり、平坦化膜で平坦化した場合でも、かかる盛り上がり部分を十分に平坦化することができない。そのため、このようなカラーフィルタ基板を組み込んだカラー液晶表示装置では、平坦化が不十分な部分において液晶の配向異常が生じ、これによって光が漏れ、コントラスト、色再現性を低下させるという問題がある。また、カラーフィルタがブラックマトリックスに乗り上がった凸状の部分における液晶層の厚さと、カラーフィルタ単独の部分における液晶層の厚さとを比較すると、前者の方が薄くなるため、この部分で相対的に液晶が低電圧で駆動するので、色純度が低下するなどの問題がある。

なお、各色のカラーフィルタ相互間の、ブラックマトリックス上において溝を形成した部分周辺においては、平坦化が良好であり、かかる表示品位低下の問題は生じない。

本発明は、かかる表示品位低下の問題に鑑み、ブラックマトリックス上のどの部分においても平坦化膜による平坦化が良好なカラーフィルタ基板、カラーフィルタ基板の製造方法、かかるカラーフィルタ基板を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明のカラーフィルタ基板は、格子形状に形成された格子状部を有する遮光層と、その一部が遮光層に重なり合うように形成される互いに異なる３色の着色層と、遮光層と着色層に重なり合うように形成される平坦化層を有し、着色層は遮光層の格子形状に対応した形状に区切られており、区切られたそれぞれの着色層の周縁が遮光層に重なり合うとともに、この周縁が互いに離間する離間部を形成しており、離間部を埋めるようにして遮光層に重なり合って形成された平坦化膜を備えている。

また、本発明のカラー液晶表示装置は、上述したカラーフィルタ基板を用いて表示装置を構成している。

また、本発明は、格子形状の格子状部を備えるように遮光層を形成する第一工程と、その一部が遮光層に重なり合う互いに異なる３色の着色層を設ける第二工程と、遮光層と着色層に重なり合う平坦化層を形成する第三工程を有し、第二工程において、３色の着色層は、遮光層の格子形状に対応した形状に区切られて形成され、その周縁が遮光層に重なり合うともに周縁が互いに離間する離間部が形成されるカラーフィルタ基板の製造方法にある。

本発明によれば、カラーフィルタ基板の遮光層と着色層上に形成される平坦化層の平坦性が向上するので、このカラーフィルタ基板をカラー液晶表示装置に搭載すれば、液晶の配向異常が低減され、光の漏れを低減でき、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さをほぼ均一とすることができ、色純度の低下を低減できる。

また、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法によれば、表面を良好に平坦化したカラーフィルタ基板を製造することができるため、液晶の配向異常が生じることが低減され、光の漏れを低減でき、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さをほぼ均一とすることができ、色純度の低下を低減することができる。

本発明のカラーフィルタ基板では、格子形状に形成された格子状部を有する遮光層と、その一部が遮光層に重なり合うように形成される互いに異なる３色の着色層と、遮光層と着色層とに重なり合うように形成される平坦化層とを有する。また、着色層は、前記カラーフィルタが前記遮光層の格子形状に対応した形状に区切られており、区切られたそれぞれのカラーフィルタの周縁が遮光層に重なり合うとともに、周縁が互いに離間する離間部を形成している。平坦化層は、離間部を埋めるようにして遮光層に重なり合っている。

したがって、平坦化層によりその表面が良好に平坦化されている。よって、これをカラー液晶表示装置に搭載すれば、液晶の配向異常が低減され、光の漏れが低減され、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さをほぼ均一とし、色純度の低下が低減されるものである。これをより高度に達成するため、遮光層の幅を広くするなどして離間部の幅を大きくすることが可能である。

格子状部の格子が交差した部分がその他の部分に比して幅広に形成され、離間部は、交差した部分に対応する部分において他の部分より幅広に形成されるようにすることができる。また、遮光層が、格子状部により、各々が１画素に相当する領域を、前色の各々に対応する３つのサブ領域に区切るとともに、サブ領域を複数の領域に区切るように形成されるようにすることができる。また、遮光層が、格子状部の他に遮光部を有し、着色層は遮光部に重なり合うとともに、遮光部を平坦化層に対して露出させる非連続部を有し、平坦化層は、非連続部を埋めるようにして遮光層に重なり合うようにすることができる。

このようにすれば、平坦化層によりその表面がさらに良好に平坦化される。よって、これをカラー液晶表示装置に搭載すれば、液晶の配向異常が生じることがなく、光の漏れが防止され、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さがほぼ均一となって駆動電圧が均一化され、色純度の低下が防止されるといったことが、より高度に達成されるものである。これをより高度に達成するため、サブ領域を区切る数を適宜調整すること、遮光部、非連続部の数、大きさ、形状、分布を適宜調整することが可能である。

本発明にかかるカラー液晶表示装置では、上述のようなカラーフィルタ基板を備えている。したがって、平坦化層によりその表面を良好に平坦化したカラーフィルタ基板を搭載し、液晶の配向異常が低減され、光の漏れが低減され、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さがほぼ均一となり、色純度の低下が低減されるから、画像を全体に亘って良好に表示され、高品位である。カラー液晶表示装置のタイプは、透過型、反射型、半透過型等、どのようなタイプであっても良く、汎用性が極めて広い。

本発明にかかるカラーフィルタの製造方法では、格子形状の格子状部を備えるように遮光層を形成する第一工程と、その一部が遮光層に重なり合う互いに異なる３色の着色層を形成する第二工程と、遮光層と着色層に重なり合う平坦化層を形成する第三工程とを有する。そして、第二工程において、３色の着色層を、遮光層の格子形状に対応した形状に区切る態様であって、その周縁が遮光層に重なり合うともに周縁が互いに離間する離間部を形成する態様で形成する。したがって、平坦化層によりその表面を良好に平坦化したカラーフィルタ基板が製造されるから、液晶の配向異常が低減され、光の漏れが防止され、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さがほぼ均一となり、色純度の低下が低減されるカラー液晶表示装置の製造に寄与する。この製造方法には、フォトリソグラフィー法を適用することが可能である。また、これをより高度に達成するため、第二工程において遮光層の幅を広く形成するなどして離間部の幅を大きく形成することが可能である。

さらに、第三工程が、平坦化層を形成するための第一の液体を、遮光層と着色層とに重なり合うように塗布する塗付工程と、この第一の液体を固定する固定工程と、塗付工程と固定工程との間に行なわれ、塗付工程において塗付された第一の液体の、離間部を埋めるとともに遮光層に重なり合った部分と、それ以外の部分との高さを均すための均し工程とを有することとすれば、平坦化層によりその表面をより良好に平坦化したカラーフィルタ基板が製造されるから、液晶の配向異常が生じることがなく、光の漏れが防止され、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さがほぼ均一となって駆動電圧が均一化され、色純度の低下が防止されるカラー液晶表示装置の製造に、より高度に寄与する。これをさらに高度に達成するため、均し工程の時間を、第一の液体の粘性、離間部の幅、第一の液体と遮光層、着色層との濡れ性、雰囲気温度等に応じて適宜調整することが可能である。

さらに、第一工程において、格子状部の他に遮光部を形成し、第二工程において、３色の着色層を、遮光部に重なり合うとともに、遮光部を平坦化層に対して露出させる非連続部を形成する態様で形成し、均し工程において、第一の液体の、非連続部を埋めるとともに非連続部に重なり合った部分と、それ以外の部分との高さを均すようにすることができる。

このようにすれば、平坦化層によりその表面をさらに良好に平坦化したカラーフィルタ基板が製造されるから、液晶の配向異常が生じることがなく、光の漏れが防止され、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層の厚さがほぼ均一となって駆動電圧が均一化され、色純度の低下が防止されるカラー液晶表示装置の製造にさらに高度に寄与する。これをさらに高度に達成するため、遮光部、非連続部の数、大きさ、形状、分布等を適宜調整して形成することが可能である。

以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１に本実施例のカラーフィルタ基板１及びこれを備えた透過型のカラー液晶表示装置の断面図を示す。カラー液晶表示装置１００は、カラーフィルタ基板１と、カラーフィルタ基板１に対向配置された対向基板２と、カラーフィルタ基板１と対向基板２との間に形成された液晶層３と、カラーフィルタ基板１の外側に配設された下偏光板４と、対向基板２の外側に配設された上偏光板５とを有している。

カラーフィルタ基板１は、ガラスによって構成された透明基板１１と、透明基板１１の液晶層３側の表面に形成された黒色の遮光層１２と、遮光層１２とほぼ同一面を構成するように形成された着色層１３と、遮光層１２と着色層１３とに重なり合うように形成されたトップコートである平坦化層としての平坦化膜１４と、平坦化膜１４の液晶層３側の面に所定のパターンで形成された透明電極１５と、透明電極１５の液晶層３側の面に設けられた図示しないポリイミド製の配向膜とを有している。対向基板２は、ガラスによって構成された透明基板２１と、透明基板２１の液晶層３側の表面に所定のパターンで形成された対向透明電極２２と、対向透明電極２２の液晶層３側の面に設けられた図示しない配向膜とを有している。ここでは、液晶層３を、カラーフィルタ基板１と対向基板２との間に封入される液晶３１と、液晶３１をカラーフィルタ基板１と対向基板２との間に封入するとともにカラーフィルタ基板１と対向基板２との間隔を所定の大きさに設定するためのシール材３２と、透明電極１５と透明電極２２との間に位置し、シール材３２とともにカラーフィルタ基板１と対向基板２との間隔を所定の大きさに設定するためのスペーサ３３としている。

カラーフィルタ基板１と対向基板２と液晶層３とによって表示パネル６が構成され、偏光板４と偏光板５とは、表示パネル６を挟み込むように対をなす態様で配設されている。カラーフィルタ１３は、光の３原色である赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のそれぞれの色の着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを有しており、透過光をそれぞれの着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの色で着色するようになっている。着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、図１における左右方向において多数回、周期的に繰り返すように形成されている。なお、カラーフィルタ１３は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の替わりに、マゼンタ、イエロー、シアンの３色のカラーフィルタで形成しても良い。

透明電極１５は、カラー液晶表示装置１００がパッシブタイプであるため、カラーフィルタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂが周期的に配設された図１の左右方向に交差するパターンでコモンラインとして形成されるが、カラー液晶表示装置１００がアクティブタイプである場合には、パターンニングせず、成膜用のマスクを用いて成膜したままの状態の電極形状でよい。

図２に他の実施例としての反射型のカラー液晶表示装置１００の側断面図を示す。図示するように、カラー液晶表示装置１００は、図１に示した透過型でなく、反射型であっても良い。図１に示した透過型のカラー液晶表示装置１００と重複する部分は同じ符号を図示するに留め説明を省略する。この反射型のカラー液晶表示装置１００は、外光を反射させるための反射層としての金属反射膜７を、遮光層１２及び着色層と透明基板１１との間に有している。図１に示した透過型のカラー液晶表示装置１００に備えられていた偏光板４は備えていない。上偏光板５には、金属反射膜７で反射して位相がずれた光を戻すための１／４波長板と、金属反射膜７で正反射した光のまぶしさを防止するための散乱機能を有する層を付加することができる。

図３に他の実施例としての半透過型のカラー液晶表示装置１００の側断面図を示す。図３に示すように、カラー液晶表示装置１００は、図１に示した透過型、図２に示した反射型でなく、半透過型であっても良い。図１、図２に示したカラー液晶表示装置１００と重複する部分は同じ符号を図示するに留め説明を適宜省略する。この半透過型のカラー液晶表示装置１００に備えられた金属反射膜７は、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂのそれぞれに対応する部分の一部を除去されることで孔７１を形成されている。これにより、各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ対し、反射部及び透過部の両方の機能を与えている。

これらの構成のカラー液晶表示装置１００において、遮光層１２と、着色層１３と、平坦化膜１４と、透明電極１５とは、同様のパターンで形成されており、この点で、何れのカラー液晶表示装置１００においてもカラーフィルタ基板１の構成は共通のものとなっている。

図４に、かかる共通の構成のうち、遮光層１２及び着色層の形成パターンの一部を拡大した平面図を示す。図４における左右方向は、図１ないし３における左右方向に一致している。なお、遮光層１２に備えられているブラックマトリックス４１は、実際には着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを透かして図４の手前側に黒く見えるため、各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの縁部は見えないのであるが、図４においては、便宜的に、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂによってブラックマトリックス４１が被覆されてカラーフィルタの全体が明確に見える態様で図示している。これは後に参照する図５、図９、図１１においても同様である。

遮光層１２は、格子形状に形成された格子状部としてのブラックマトリックス４１を有している。ブラックマトリックス４１は着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの透過光の混色を防止するものである。カラーフィルタ１３は、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂがブラックマトリックス４１の形状に対応し、ブラックマトリックス４１の内周縁の形状に相似形の長方形状となるとともに互いに区切られたアイランド状の態様で形成されることで構成されている。

図５に、図４において符号４２で示した領域を拡大した平面図を示す。図５（ａ）は、領域４２を単に拡大した平面図であり、図５（ｂ）は、領域を拡大して着色層１６Ｇ、１６Ｂの一部の図示を省略したものである。図５において、破線は、図５において着色層の下側に位置するブラックマトリックス４１の輪郭を示している。図示すように、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂはそれぞれ、その周縁がブラックマトリックス４１の縁部に重なり合うように乗り上げて形成されている。このように遮光層１２と着色層１６との重複部分を形成するのは色の抜け等を防止するためである。着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、それぞれの周縁相互間が離間しており、これによって離間部としての溝４３がブラックマトリックス４１の形状に沿った格子形状で上下左右に形成されている。ブラックマトリックス４１を構成する線の太さは、溝４３の幅より大きい。

図４で示したように、１組の着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、１画素に相当する領域４４を構成している。図４においては領域４４を縦方向に２つしか図示していないが、カラーフィルタ基板１は、領域４４を、図４における横方向及び縦方向に多数備えている。図４では、１組の着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂとこれを区切るブラックマトリックス４１によって構成される１画素に対応する領域４４を、上下方向において２段示している。これら２つの領域４４はブラックマトリックス４１によって上下に区切られている。ブラックマトリックス４１はさらに、領域４４の各々を、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂによってそれぞれ成膜される赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各々に対応する３つのサブ領域４５に区切っている。各サブ領域４５は、ドット、といわれるものである。

各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、上述のようにサブ領域４５に区切られたブラックマトリックス４１の内周縁の形状に相似形の長方形状、言い換えると短冊状をなしているが、従来のカラーフィルタ基板の一部の平面図である図１２に示すごとく、従来のカラーフィルタは、既に述べたように、３色が繰り返すようにストライプ状のものが並設されている。

図１２に示した従来例では、各着色層１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’は、上下方向に延在する態様でストライプ状とされ、各着色層１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’の側縁がブラックマトリックス４１の縁部に重なり合うように乗り上げる態様で形成されている。ブラックマトリックス４１を構成する線の太さは、溝４３の幅より大きく、着色層１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’は、それぞれの側縁相互間が離間しており、これによって離間部としての溝４３’が上下方向に形成されている。その一方で、各着色層１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’は、溝４３’の延在方向である上下方向において、左右方向に延在するブラックマトリックス４１’上に乗り上がるようにして形成されているため、着色層１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’がブラックマトリックス４１’上に乗り上がっている部分では、図１２のＢ−Ｂ間におけるＡ−Ａ断面である図６（ｂ）に示すように、ブラックマトリックス４１’及び着色層１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’の厚さによって凸状に盛り上がり、平坦化膜１４’で平坦化した場合でも、かかる盛り上がり部分を十分に平坦化することができない。

そのため、このような従来の構成のカラーフィルタ基板を組み込んだカラー液晶表示装置では、平坦化が不十分な部分で液晶の配向異常が生じ、これによって光が漏れ、コントラスト、色再現性を低下させるという問題がある。また、カラーフィルタ１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’がブラックマトリックス４１’に乗り上がった凸状の部分における液晶層の厚さと、カラーフィルタ１６Ｒ’、１６Ｇ’、１６Ｂ’単独の部分における液晶層の厚さとを比較すると、前者の方が薄くなるため、この部分で相対的に液晶が低電圧で駆動するので、色純度が低下するなどの問題がある。

そこで、カラーフィルタ基板１においては、上述したように、各色の着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ相互間において、ブラックマトリックス４１上のすべての部分で溝４３を形成するように着色層１３を形成している。よって、図４のＢ−Ｂ間におけるＡ−Ａ断面である図６（ａ）に示すように、平坦化膜１４は、溝４３を埋めるようにしてブラックマトリックス４１に重なり合い、平坦化膜１４の表面は、図６（ｂ）に示した従来の平坦化膜１４’の表面に比してなだらかな形状となり、かかる問題が生じることがない。

平坦化膜１４の表面形状と平坦化膜１４’の表面形状との比較について詳しく述べる。図７、表１に、平坦化膜１４、１４’の表面形状を測定した結果を示す。

図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、平坦化膜１４、１４’の表面形状を後述するように誇張して示した概略図である。図７（ａ）、（ｂ）は、縦軸を、平坦化膜１４、１４’の表面の高さとし、横軸を、ブラックマトリックス４１、４１’からの距離としている。たとえば図７（ａ）、（ｂ）の縦方向、横方向はそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）の縦方向、横方向に対応している。図７（ａ）、（ｂ）において、破線位置はブラックマトリックス４１、４１’の幅方向における中心位置に対応している。図７は、図６と対比した場合、その縦軸のスケールについては図６の縦軸のスケールを拡大し、その横軸のスケールについては図６の横軸のスケールを縮小することで、平坦化膜１４、１４’の表面形状を誇張して示したものである。実際の平坦化膜１４、１４’の表面形状は、図７（ａ）、（ｂ）に示した表面形状がそれぞれ左右方向に繰り返すパターンとなる。

表１において、各数値は、平坦化膜１４または平坦化膜１４’の、図７に示したピーク位置とボトム位置との高低差を示している。表１において、実施例の項は図７（ａ）に示した平坦化膜１４の表面の高低差に対応しており、比較例の項は図７（ｂ）に示した平坦化膜１４’の表面の高低差に対応している。

測定は、ブラックマトリックス４１の膜厚を１．２μｍ、各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの膜厚を１．３μｍ、平坦化膜１４の膜厚を２．８μｍとし、膜厚計ＤＥＴＡＫ（商品名）を用いて行なった。なお、ブラックマトリックス４１の膜厚、各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの膜厚はそれぞれ、遮光性、発色性の観点から、０．５〜１．５μｍとなるように形成される。表１に示されているように、かかる高低差の平均値は、従来の０．１５μｍから０．０４μｍに小さくなり、大幅に改善されている。

このような顕著な改善が実現されたのは、本発明の実施例として図８に示すカラーフィルタ基板１の製造方法の一部のフローチャートを参照しつつ次に述べる。遮光層１２、着色層１６の形成に次いで遮光層１２及び着色層１６上に形成される平坦化膜１４の形成工程において、平坦化膜１４を形成するための塗布液が、溝４３を埋めるように流れ込み、これによって従来においては図７（ｂ）に示されているようにピークを形成していたはずの部分が図７（ａ）に示されているように凹んだ状態となるためである。

遮光層１２、着色層１６、平坦化膜１４を形成するにあたっては、図８に示すように、まず基板洗浄工程を行う（Ｓ１）。ここで、基板洗浄工程における洗浄は、図１に示した透過型のカラー液晶表示装置においては透明基板１１を対象にするものであり、図２に示した反射型のカラー液晶表示装置においては金属反射膜７を形成された透明基板１１を対象にするものであり、図３に示した半透過型のカラー液晶表示装置においては孔７１を形成された金属反射膜７を有する透明基板１１を対象にするものである。

なお、金属反射膜７はスパッタリングまたは真空蒸着法等の真空成膜法により、光を通さないレベルの膜厚で形成する。十分な遮光性を得るため金属反射膜７の膜厚は少なくとも０．１０μｍとされる。金属反射膜７がアルミニウムあるいはアルミニウム合金の場合には膜厚は０．１２５μｍ程度、銀あるいは銀合金の場合には膜厚は０．１０μｍ程度とするのが一般的である。

また、孔７１は、金属反射膜７をフォトリソグラフィー法により反射部と透過部とが形成されるようにパターニングし、エッチングにより所定の部分を削除することで形成される。

基板洗浄工程（Ｓ１）に次いで、レジストコートを行なう（Ｓ２）。ここでは、液状のフォトレジストを塗布する。フォトレジストは、感光性のアクリル系樹脂に形成すべき層の色に応じた色、すなわち遮光層１２においては黒色、着色層１３においてはカラーフィルタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂのそれぞれの色に応じた顔料等を混ぜた顔料分散型レジストである。

レジストコート（Ｓ２）に次いで、プリベーク（Ｓ３）を行ない、続いて所定のパターンで露光して（Ｓ４）レジストを硬化させ、現像（Ｓ５）によって硬化した部分以外のレジストを除去し、ポストベーク（Ｓ６）を２３０℃で行なって完全に固定する。

このＳ１からＳ６までの工程を、フォトリソグラフィー法で、遮光層１２、各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを形成するように、この順で４回繰り返す。図８では、ＢＭは、遮光層１２を意味し、Ｒは赤の着色層１６Ｒを意味し、Ｇは緑の着色層１６Ｇを意味し、Ｂは青の着色層１６Ｂを意味している。

このようなＳ１からＳ６までの工程を、遮光層１２を形成するように行なう際（第１の工程）には、ブラックマトリックス４１を形成するように露光のパターニングを行ない、かかるＳ１からＳ６までの工程を、着色層１６Ｒ、着色層１６Ｇ、着色層１６Ｂを形成するように行なう際（第２の工程）には、上述したアイランド形状及び溝４３をそれぞれの所定の位置に形成するように露光のパターニングを行なう。

Ｓ１からＳ６までの工程を４回繰り返して遮光層１２と３色の着色層を形成すると、平坦化膜１４を形成する（第３の工程）ために、基板の洗浄を行なって（Ｓ７）から、液状をなす熱硬化性のアクリル系樹脂またはこれとエポキシ樹脂との複合樹脂により、塗付工程すなわちトップコートを行なう（Ｓ８）。トップコートは遮光層１２と着色層１６に重なり合うように行なうが、これに次いで、かかる液状の樹脂が溝４３を埋めるとともに、遮光層１２に重なり合った部分すなわち溝４３の周辺部分と、それ以外の部分、たとえば着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂのみの部分との高さの均しを行なうために、均し工程（Ｓ９）を行なう。均し工程は、樹脂の粘性、溝４３の幅、樹脂と遮光層１２、着色層１３との濡れ性、雰囲気温度等に応じてかかる均しが適切に行なわれ、図７（ａ）、表１に示した良好な状態となるように所定の時間が経過するまで待機することで行なわれる。

均し工程（Ｓ９）によってかかる均しが適切に行なわれると、この状態で樹脂を固定するためにポストベーク（Ｓ１０）を行い、平坦化膜１４が形成される。平坦化膜１４は、遮光層１２、着色層１３の均しを行うほか、透明電極１５の密着性、パターニング耐性を担保するものである。

平坦化膜１４の形成後、透明電極１５を成膜によって形成する（Ｓ１１）。透明電極１５はスパッタリングで所望の膜厚、抵抗値特性で形成される。透明電極１５には、インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）の酸化物からなる導電材料を用いる。さらに配向膜をオフセット印刷法により形成し、カラーフィルタ基板１を形成する。

このようにして、カラーフィルタ基板１が形成される。このカラーフィルタ基板１を用いて、図１ないし図３に示したカラー液晶表示装置１００が形成される。すなわち、透明電極２２を透明電極１５と同様にして透明基板２１に形成することで対向基板２を形成する。スペーサ３３を散布法により均一に分布させ、シール材３２をスクリーン印刷法により形成し、カラーフィルタ基板１と対向基板２とを張り合わせ、カラーフィルタ基板１と対向基板２との間隙に形成された空間に液晶３１を注入して液晶層３を形成して、カラー液晶表示装置を形成する。偏光板４、５はそれぞれ、適時、カラーフィルタ基板１、対向基板２に形成する。

したがって、このようなカラーフィルタ基板１を備えたカラー液晶表示装置では、カラーフィルタ基板１において平坦化膜１４によりその表面が良好に平坦化されているため、液晶３１の配向異常が低減され、よって光の漏れが低減され、コントラスト、色再現性が良好であるとともに、液晶層３の厚さがほぼ均一となり、色純度の低下が低減され、したがって、画像が全体に亘って良好に表示される。

既に述べたように、平坦化膜１４による平坦化が良好に行なわれるのは、平坦化膜１４の形成時に、これを形成する樹脂が溝４３を埋めるように流れ込むことによる。したがって、溝４３の面積、あるいは体積が大きいほど、樹脂の流れ込み量が大きく、平坦化がより良好に行なわれることとなる。ただし、溝４３の深さ方向を大きくするとそれ自身によって着色層１３の凹凸、言い換えると起伏が大きくなるため好ましくない。よって、樹脂の流れ込み量を大きくするためには、溝４３の面積を大きくすることが望ましい。しかしながら、溝４３の面積を大きくするために着色層１３の形成面積を小さくして遮光層１２と着色層１３との重複部分を少なくすると、色の抜け等が生じ易くなる。そこで、溝４３の面積を大きくするためには、遮光層１２の面積を大きくすることが望ましい。

図９は、かかる事情を考慮した、遮光層１２及び着色層１６の形成パターンについての他の実施例によるパターンの一部を示した平面図である。図９に示す遮光層１２及び着色層１６の形成パターンは、カラーフィルタ基板１において、図４に示した遮光層１２及び着色層１６の形成パターンに代えて採用することができるものである。図９では、図４と同様、１組の着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂとこれを区切るブラックマトリックス４１によって構成される１画素に対応する領域４４を、上下方向において２段示している。これら２つの領域４４はブラックマトリックス４１によって上下に区切られている。

この形態では、遮光層１２のブラックマトリックス４１の格子が交差する部分４６を、その他の部分に比して幅広に形成し、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂはそれぞれ、四隅をテーパー状に切り取った形状とされている。これによって、溝４３の面積が大きくなっており、平坦化膜１４を形成する樹脂の流れ込み量が増加し、平坦化膜１４の表面が平坦化されやすくなる。

図１０は、上述の事情を考慮した、遮光層１２及び着色層１３の形成パターンについてのまた他の実施例によるパターンの一部を示した平面図である。図１０に示す遮光層１２及び着色層１６の形成パターンは、カラーフィルタ基板１において、図４、図９に示した遮光層１２及び着色層１６の形成パターンに代えて採用することができるものである。図１０では、１画素に対応する領域４４を、上下方向に２段示している。これら２つの領域４４はブラックマトリックス４１によって上下に区切られている。

この形態では、遮光層１２が、ブラックマトリックス４１により、図１０において上下２段、左右３列に形成されたサブ領域４５のそれぞれを、図１０の上下方向において３つに等しく区切り、細分割するように形成している。この細分割された最小単位はサブドット、サブピクセルであり、これを領域４５’として図示している。各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂはそれぞれ、各領域４５’に対応した形状をなし、周縁がブラックマトリックス４１に乗り上げるよう、ブラックマトリックス４１の内周縁の形状に相似形の方形状とされている。

このように、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂのそれぞれをブラックマトリックス４１によって細分割することにより、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの周縁が互いに離間した状態となることで形成される溝４３の面積を増加させることができる。溝４３の面積の増加により、平坦化膜１４を形成する樹脂の流れ込み量が増加し、平坦化膜１４の表面が平坦化されやすくなる。この溝４３の形状では、溝４３の分布がより平均化されているため、樹脂の流れ込みがより平均的に生じ、平坦化がより平均的に行なわれ、平坦化膜１４の表面の平坦化が良好に行なわれる。

図１１は、上述の事情を考慮した、遮光層１２及び着色層１６の形成パターンに関する他の実施例によるパターンの一部を示した平面図である。図１１に示す遮光層１２及び着色層１６の形成パターンは、カラーフィルタ基板１において、図４、図９、図１０に示した遮光層１２及び着色層１６の形成パターンに代えて採用することができるものである。図１１においては、図４と同様、１組の着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂとこれを区切るブラックマトリックス４１によって構成される１画素に対応する領域４４を、上下方向において２段示している。これら２つの領域４４はブラックマトリックス４１によって上下に区切られている。この形態では、遮光層１２が、ブラックマトリックス４１から独立した態様で、他の遮光部４７を有している。遮光部４７は正方形状をなし、各サブ領域４５の中央部に配設されている。

この場合も、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、ブラックマトリックス４１にその周縁が重なり合うように形成されるのと同様に、遮光部４７に重なり合うように形成される。ただし、平坦化膜１４を形成する樹脂の流れ込み量を増加するため、遮光部４７への各着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの重なり合いは、遮光部４７の表面中心部が平坦化膜１４に対して露出した非連続部４８を形成するように形成される。よって、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、ブラックマトリックス４１及び非連続部４８を有する遮光層１２の形成された形状に対応した形状をなしている。

これによって、溝４３に加えて非連続部４８により、遮光層１２の、平坦化膜１４に対して露出する面積が大きくなっており、平坦化膜１４を形成する樹脂の流れ込み量が増加し、平坦化膜１４の表面が平坦化されやすくなる。この溝４３の形状では、かかる溝４３と非連続部４８とによって形成される平坦化膜１４に対する露出部の分布がより平均化されているため、樹脂の流れ込みがより平均的に生じ、平坦化がより平均的に行なわれ、平坦化膜１４の表面の平坦化が良好に行なわれる。

このようなパターンを形成する場合には、上述の第１の工程、すなわち遮光層１２に関するＳ１〜Ｓ６において、ブラックマトリックス４１の他に遮光部４７を形成するようにパターニングを行い、第２の工程すなわちカラーフィルタ１３に関するＳ１〜Ｓ６において、着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを、上述の態様で遮光部４７に重なり合うとともに遮光部４７を平坦化膜１４に対して露出させるよう、すなわち非連続部４８を形成するようにパターニングを行う。

また、均し工程（Ｓ９）においては、溝４３により上述のようにして均しを行なうことに加え、平坦化膜１４を形成する樹脂が非連続部４８を埋めるとともに、非連続部４８に重なり合った部分すなわち非連続部４８の周辺部分と、それ以外の部分たとえば着色層１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂのみの部分との高さを均すように、樹脂の粘性、非連続部４８の形状及び面積、樹脂と遮光層１２、着色層１６との濡れ性、雰囲気温度等に応じて均しが適切に行なわれ、図７（ａ）、表１に示したと同様の良好な状態とするために所定の時間をおく。

溝４３、非連続部４８は、遮光層１２の平坦化膜１４に対する露出面積を増加するとともに、可能な限りその分布が平均化されることが望ましいものである。よって、かかる遮光部４７、非連続部４８は、この目的の範囲で、その形状に関しては正方形に限らず長方形、丸型などどのような形状であっても良いし、形成する数も２つに限らず１つであってもよいし、３つ以上であっても良い。ブラックマトリックス４１、溝４３に連続する態様で形成しても良い。領域４５’はサブ領域４５の１つあたりに複数備えられるのであれば３つに限らず、２つであっても良いし、４つ以上であっても良い。

また同じ目的の範囲で、ブラックマトリックス４１の全体を幅広にしても良いし、図９ないし図１１に示したパターンその他上述したパターンを適宜組み合わせたものであってもよい。ただし、遮光層１２の面積を大きくしすぎると、樹脂の流れ込み過多により却って平坦化に支障を来すこと、表示される画面が暗くなることなどの問題が生じるため、１画素に相当する領域４４のすべてによって構成される画像表示領域の面積に占める遮光層１２の面積の割合は７〜８％に留めることが望ましい。

本発明による透過型のカラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。 本発明による反射型のカラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。 本発明による半透過型のカラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。 図１ないし図３に示したカラーフィルタ基板の一部の拡大平面図である。 （ａ）は図４の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）の一部省略図である。 （ａ）は図４のＢ−Ｂ間におけるＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１２のＢ−Ｂ間におけるＡ−Ａ断面図である。 平均化層の表面形状の概略の拡大図である。 本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の一部のフローチャートである。 本発明のカラーフィルタ基板の一部の拡大平面図である。 本発明のカラーフィルタ基板の一部の拡大平面図である。 本発明のカラーフィルタ基板の一部の拡大平面図である。 従来のカラーフィルタ基板の一部の平面図である。

符号の説明

１ カラーフィルタ基板
１２ 遮光層
１３ カラーフィルタ
１４ 平坦化層
１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ 着色層
４３ 離間部
４４ １画素に相当する領域
４５ サブ領域
４５’ サブ領域を区切った領域
４６ 格子状部の格子が交差する部分
４７ 遮光部
４８ 非連続部
１００ カラー液晶表示装置
Ｓ１〜Ｓ６ 遮光層に関して：第１の工程
Ｓ１〜Ｓ６ 着色層に関して：第２の工程
Ｓ７〜Ｓ１０ 第３の工程
Ｓ８ 塗付工程
Ｓ９ 均し工程
Ｓ１０ 固定工程

Claims (8)

1. 格子形状に形成された格子状部を有する遮光層と、
   その一部が前記遮光層に重なり合うように形成される互いに異なる３色の着色層と、
   前記遮光層と前記着色層の上に形成される平坦化層とを有し、
   前記着色層は、前記遮光層の格子形状に対応した形状に区切られており、
   区切られたそれぞれの前記着色層の周縁は前記遮光層の一部に重なり合い、前記周縁は互いに離間するように離間部が形成されており、
   前記平坦化層は、前記離間部を埋めるようにして前記遮光層に重なり合っているカラーフィルタ基板。
2. 前記格子状部の格子が交差した部分がその他の部分に比して幅広に形成され、
   前記離間部は、前記交差した部分に対応する部分において他の部分より幅広に形成されてい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。
3. 前記遮光層は、１画素に相当する領域を、前記格子状部により３色の各々に対応する３つのサブ領域に区切るとともに、前記サブ領域をさらに複数の領域に区切るように形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板。
4. 前記遮光層は前記格子状部の他に遮光部を有し、
   前記着色層は、前記遮光部に重なり合うとともに、前記遮光部を前記平坦化層に対して露出させる非連続部を有し、
   前記平坦化層は、前記非連続部を埋めるようにして前記遮光層に重なり合っていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のカラーフィルタ基板。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載された構成のカラーフィルタ基板を備えたことを特徴とするカラー液晶表示装置。
6. 格子形状の格子状部を備えるように遮光層を形成する第一工程と、
   その一部が前記遮光層に重なり合う互いに異なる３色の着色層を形成する第二工程と、
   前記遮光層と前記着色層に重なり合う平坦化層を形成する第第三工程とを有し、
   前記第二工程において、前記３色の着色層は、前記遮光層の格子形状に対応した形状に区切られて形成され、その周縁が前記遮光層に重なり合うともに前記周縁が互いに離間する離間部が形成されるカラーフィルタ基板の製造方法。
7. 前記第三の工程が、
   前記平坦化層を形成するための第一の液体を、前記遮光層と前記着色層とに重なり合うように塗布する塗付工程と、
   前記塗布工程において塗付された前記第一の液体を固定する固定工程と、
   前記塗付工程と前記固定工程との間に行なわれ、前記塗付工程において塗付された前記第一の液体の、前記離間部を埋めるとともに前記遮光層に重なり合った部分と、それ以外の部分との高さを均すための均し工程とを有することを特徴とする請求項６記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
8. 前記第一工程において、前記格子状部の他に遮光部を形成し、
   前記第二工程において、前記３色の着色層を、前記遮光部に重なり合うとともに、前記遮光部を前記平坦化層に対して露出させる非連続部を形成する態様で形成し、
   前記均し工程において、前記第一の液体の、前記非連続部を埋めるとともに前記非連続部に重なり合った部分と、それ以外の部分との高さを均すようにすることを特徴とする請求項７記載のカラーフィルタ基板の製造方法。

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