JP2011197599A - カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法およびそれを備える液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタの生産工程において工程数が削減されながら、液晶表示装置に使用した際に着色層の成分が液晶層に溶出しにくいカラーフィルタなどを提供する。
【解決手段】透明基板３と、前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクス５と、前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層７Ｒ、表示用第２着色層７Ｇ、表示用第３着色層７Ｂと、前記ブラックマトリクス上に順に積層して形成された柱用第１着色層９Ｒ、柱用第２着色層９Ｇ、柱用第３着色層９Ｂと、前記ブラックマトリクス、前記表示用第１〜３着色層、前記柱用第１〜３着色層を覆う透明保護層１３と、を具備し、前記柱用第１着色層の端部と、前記柱用第２着色層の端部とが、５μｍ以上離れ、前記柱用第２着色層の端部と、前記柱用第３着色層の端部とが、５μｍ以上離れているカラーフィルタである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置などに用いられるカラーフィルタおよびそのカラーフィルタ製造方法に関する。

液晶表示装置は、カラーフィルタ等の表示側基板と液晶駆動側基板とを対向させ、両者の間に液晶層を形成し、液晶駆動側基板により液晶層内の液晶分子の配列を電気的に制御して表示側基板の透過光又は反射光の量を選択的に変化させ、表示を行うものである。

表示側基板には、表示側基板と液晶駆動側基板との間のギャップを保持するスペーサーが設けられている。従来では、スペーサーを形成するためのフォトリソグラフィー工程を、着色層を形成するためのフォトリソグラフィー工程とは別に行う必要があった。しかしながら、独立したスペーサー形成工程を設けるとカラーフィルタの生産に必要な工程が増え、生産効率が低下し、さらには生産コストの上昇に至る。

そこで、カラーフィルタの生産効率を向上させる等の目的から、ブラックマトリクス上に着色層を積層し、積層した着色層をスペーサーとする方法が提案されている。（特許文献１を参照）

特開２００８−１５８１３８号公報

しかしながら、図９に示すように、着色層３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂがストライプ形状として作成される従来のカラーフィルタ３１において、第１着色層３３Ｒ上の柱用第２着色層３５Ｇと柱用第３着色層３５Ｂは、厚い着色層を形成するため、下底面積を可能な限り大きくすることが好ましい。そのため、着色層形成後に、透明樹脂を塗布して透明保護層（オーバーコート層とも呼ばれる）１３を形成すると、柱用第３着色層３５Ｂの上端部分が透明保護層１３から露出していた。このようなカラーフィルタ３１を液晶表示装置に用いる場合、この露出部分より柱用第３着色層の顔料等の含有物が液晶層中に溶出してしまい、表示の不良を引き起こし、液晶パネルの信頼性が低下するという問題があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、カラーフィルタの生産工程において工程数が削減されながら、液晶表示装置に使用した際に着色層の成分が液晶層に溶出しにくいカラーフィルタなどを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための本発明は、以下のとおりである。
（１）基板と、前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層、表示用第２着色層、表示用第３着色層と、前記ブラックマトリクス上に順に積層して形成された柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層と、前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層と、を具備し、前記柱用第１着色層の端部と、前記柱用第２着色層の端部とが、５μｍ以上離れ、前記柱用第２着色層の端部と、前記柱用第３着色層の端部とが、５μｍ以上離れていることを特徴とするカラーフィルタ
（２）基板と、前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層、表示用第２着色層、表示用第３着色層と、前記ブラックマトリクス上に順に積層して形成された柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層と、前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層と、を具備し、前記柱用第１着色層の端部と、前記柱用第２着色層の端部とが、５μｍ以上離れ、前記柱用第３着色層が、上底の端部が丸みを帯びているドーム形状であることを特徴とするカラーフィルタ
（３）基板と、前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層、表示用第２着色層、表示用第３着色層と、前記ブラックマトリクス上に順に積層して形成された柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層と、前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層と、を具備し、前記柱用第１着色層および／または前記柱用第２着色層が、上底面積よりも下底面積のほうが小さい逆テーパー形状であり、前記柱用第１着色層の上底の端部と、前記柱用第２着色層の下底の端部とが、５μｍ以上離れることを特徴とするカラーフィルタ
（４）前記柱用第３着色層および前記表示用第３着色層が、緑色以外の着色層であることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のカラーフィルタ。
（５）（１）ないし（４）のいずれかに記載のカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置
（６）基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層を形成する工程（ｅ）と、を具備し、前記工程（ｃ）において、前記柱用第２着色層を、端部が前記柱用第１着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成し、前記工程（ｄ）において、前記柱用第３着色層を、端部が前記柱用第２着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法
（７）基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層を形成する工程（ｅ）と、を具備し、前記工程（ｃ）において、前記柱用第２着色層を、端部が前記柱用第１着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成し、前記工程（ｄ）において、前記柱用第３着色層が、上底の端部が丸みを帯びているドーム形状になるように形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法
（８）基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層を形成する工程（ｅ）と、を具備し、前記工程（ｃ）において、前記柱用第２着色層を、端部が前記柱用第１着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成し、前記工程（ｂ）および／または前記工程（ｃ）において、前記柱用第１着色層および／または前記柱用第２着色層が、上底面積よりも下底面積のほうが小さい逆テーパー形状になるように形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法

上記構成のカラーフィルタによれば、柱用第１着色層の端部と柱用第２着色層の端部との間が５μｍ離れ、柱用第２着色層と柱用第３着色層との間も５μｍ離れているため、積層柱の傾斜が緩やかになるため、積層柱の端部においても十分な厚さの透明保護層を塗布することができ、積層柱の最外層である柱用第３着色層の上端が透明保護層から露出することはない。よって、積層柱を構成する着色層の成分は、液晶層へ溶出しにくい。また、本発明では、独立したスペーサー形成工程を設けずに、スペーサーを形成可能である。

本発明により、カラーフィルタの生産工程において工程数が削減されながら、液晶表示装置に使用した際に着色層の成分が液晶層に溶出しにくいカラーフィルタなどを提供することができる。

（ａ）第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の部分平面図（ただし、保護層１３の図示は省略している）、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の製造工程のブラックマトリクスの作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）カラーフィルタ１の製造工程の第１着色層の作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）カラーフィルタ１の製造工程の第２着色層の作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）カラーフィルタ１の製造工程の第３着色層の作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 第２の実施形態に係るカラーフィルタ１５の部分断面図。 （ａ）〜（ｄ）ドーム形状の柱用第３着色層１７Ｂの製造工程を説明する図。 （ａ）〜（ｄ）第３の実施形態に係る柱用第１着色層１９Ｒや柱用第２着色層１９Ｇを含む積層柱を説明する図。 （ａ）従来のカラーフィルタ３１の部分平面図（ただし、保護層１３の図示は省略している）、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面を示す部分断面図。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。本発明のカラーフィルタの実施形態は、カラーフィルタと、共通電極と画素電極を設けた液晶駆動側基板（不図示）と、カラーフィルタと液晶駆動側基板との間に形成される液晶層（不図示）とを具備し、液晶駆動側基板が液晶駆動側基板に対し水平な方向（横方向）に電界を発生させ、液晶を駆動させるＩＰＳ方式（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式、横電界液晶駆動方式）液晶表示装置（不図示）におけるカラーフィルタとして説明する。

（カラーフィルタ１の構成）
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１について説明する。なお、各図面は、各構成要素を模式的に示したもので、実際の大きさや相対的な大きさの比率を正確に示したものではない。また、図１（ａ）は、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の部分平面図である。ただし、図１（ａ）において、保護層１３を図示すると、平面図は全面が保護層１３となってしまうため、保護層１３の図示は省略している。図１（ｂ）は図１（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図である。

カラーフィルタ１は、透明基板３上にブラックマトリクス５を有し、第１着色層７Ｒ、９Ｒ、第２着色層７Ｇ、９Ｇ、第３着色層７Ｂ、９Ｂ、透明保護層１３などが設けられる。着色層のうち、表示用第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂは、ブラックマトリクス５の開口部を覆うように設けられ、柱用第１〜第３着色層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂが積層して積層柱を作り、スペーサーとしての役割を果たしている。

（透明基板３）
透明基板３は特に限定されるものではなく、カラーフィルタに一般的に用いられる基板を使用することができる。例えば、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、合成石英ガラス、ソーダライムガラス、ホワイトサファイアなどの可撓性のない透明なリジット材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂フィルムなどの可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。前記フレキシブル材としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、シンジオタクティック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、ポリノルボルネン系樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。特に、無アルカリガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理における特性に優れており、好ましい。

（ブラックマトリクス５）
ブラックマトリクス５は、遮光性粒子を含む感光性樹脂で形成され、０．５μｍ〜２μｍ程度の厚さを有し、透明基板３上に、複数の開口部を有するように配置される。各開口部は、液晶表示基板の各画素の位置に対応する。開口部の長辺方向の、開口部間のブラックマトリクスの幅は通常３５μｍ〜９０μｍ程度である。

また、ブラックマトリクス５としては、無機系の遮光膜を用いることもできる。遮光膜は、実質的に露光光を透過しないものであり、露光波長における平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。遮光膜としては、一般にカラーフィルタに用いられる遮光膜を用いることができ、例えばクロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素などの膜が挙げられる。中でも、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム等のクロム系膜が好適に用いられる。このようなクロム系膜は、最も使用実績があり、コスト、品質の点で好ましいからである。このクロム系膜は、単層であってもよく、２層以上が積層されたものであってもよい。無機系の遮光膜の膜厚としては、特に限定されるものではなく、例えばクロム膜の場合には５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とすることができる。

無機系の遮光膜の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。成膜後、遮光膜のパターニングを行う。パターニング方法は特に限定されないが、通常はリソグラフィー法が用いられる。

（第１〜第３の着色層）
第１〜第３の着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは、各色の着色剤を含む感光性樹脂で形成され、０．５μｍ〜３μｍ程度の厚さを有し、透明基板３上に孤立パターン形状に配置される。表示用第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂがブラックマトリクス５の開口部を覆うよう配置される。

（積層柱）
本実施形態に係る積層柱は、ブラックマトリクス５の上に柱用第１着色層９Ｒ、柱用第２着色層９Ｇ、柱用第３着色層９Ｂを積層して形成され、１μｍ〜５μｍ程度の高さを有する。本実施形態では、図１（ａ）に示すように、積層柱は、表示用第３着色層７Ｂの間のブラックマトリクス５の上に配置される。積層柱は、カラーフィルタ１と、カラーフィルタ１の着色層側で液晶層を挟んで設けられる液晶駆動側基板とが接しないように両者の間に適切な間隔を設ける役割を果たす。この空隙には液晶分子が充填され、液晶層が形成される。

なお、積層柱を形成する場所は、本実施形態のように、表示用第３着色層７Ｂの間のブラックマトリクス５上に限ることはなく、表示用第２着色層７Ｇの間や表示用第１着色層７Ｒの間のブラックマトリクス上に設けることができる。表示用第１着色層７Ｒの間のブラックマトリクス上に積層柱を設ける場合、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒとをつなげ、ストライプ状の着色層を形成してもよい。

また、柱用第１着色層９Ｒの面積が小さくなると、柱用第２着色層９Ｇと柱用第３着色層９Ｂの面積も小さくなり、各柱用着色層の厚みも小さくなり、積層柱全体の高さが低くなり、スペーサーとしての役割を果たさなくなる可能性がある。柱用第１着色層９Ｒはできるだけ広い面積を確保することが好ましい。

また、柱用第２着色層９Ｇは、柱用第１着色層９Ｒよりも面積が小さく、柱用第２着色層９Ｇの端部と柱用第１着色層９Ｒの端部との距離Ｃ、つまり、柱用第２着色層９Ｇと柱用第１着色層９Ｒの最も接近している箇所の距離Ｃが５μｍ以上であることが好ましい。また、柱用第３着色層９Ｂは、柱用第２着色層９Ｇよりも面積が小さく、柱用第３着色層９Ｂの端部と柱用第２着色層９Ｇの端部との距離Ｄ、つまり、柱用第３着色層９Ｂと柱用第１着色層９Ｒの最も接近している箇所の距離Ｄが５μｍ以上であることが好ましい。距離ＣとＤが５μｍ以上であることで、積層柱の側面の傾斜が緩やかになる。

（透明保護層１３）
透明保護層１３は、可視光域で透明な感光性樹脂で形成され、０．１μｍ〜２．０μｍ程度の厚みを有し、ブラックマトリクス５や第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの表面を覆うように配置される。透明保護層１３は、顔料等の各着色層の含有物が各着色層から液晶層中に溶出しないように設けられる。透明保護層は、オーバーコート層とも呼ばれる。

ブラックマトリクス５、第１〜第３の着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ等は、感光性樹脂を塗布した後、所定の適切なパターンを有するフォトマスクを用いて露光し、現像してパターニングすることにより形成される。ブラックマトリクス５、第１〜第３の着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂについては、各色に応じた適切な着色剤等を分散し含有させた感光性樹脂を用いる。例えば、本実施形態においては、第１着色層は赤色であり、第２着色層は緑色であり、第３着色層は青色である。

また、透明保護層１３は、感光性樹脂を塗布した後、フォトマスクを用いずに全面に露光し、現像することにより形成される。

上記の感光性樹脂としては、ネガ型感光性樹脂およびポジ型感光性樹脂のいずれも用いることができる。本実施形態では、ネガ型感光性樹脂を用いるものとして説明する。

ネガ型感光性樹脂は特に限定されることはなく、一般的に使用されるネガ型感光性樹脂を用いることができる。例えば、架橋型樹脂をベースとした化学増幅型感光性樹脂、具体的にはポリビニルフェノールに架橋剤を加え、さらに酸発生剤を加えた化学増幅型感光性樹脂等が挙げられる。また、アクリル系ネガ型感光性樹脂として、紫外線照射によりラジカル成分を発生する光重合開始剤と、分子内にアクリル基を有し、発生したラジカルにより重合反応を起こして硬化する成分と、その後の現像により未露光部が溶解可能となる官能基（例えば、アルカリ溶液による現像の場合は酸性基をもつ成分）とを含有するものを用いることができる。上記のアクリル基を有する成分のうち、比較的低分子量の多官能アクリル分子としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ＤＰＰＡ）、テトラメチルペンタトリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）等が挙げられる。また、高分子量の多官能アクリル分子としては、スチレン‐アクリル酸‐ベンジルメタクリレート共重合体の一部のカルボン酸基部分にエポキシ基を介してアクリル基を導入したポリマーや、メタクリル酸メチル‐スチレン‐アクリル酸共重合体等が挙げられる。
なお、ポジ型感光性樹脂も特に限定されるものではなく、一般的に使用されるものを用いることができる。具体的には、ノボラック樹脂をベース樹脂とした化学増幅型感光性樹脂等が挙げられる。

また、感光性樹脂の塗布方法としては、例えばスピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、ダイコート法等がある。

ブラックマトリクス５、第１〜第３の着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに用いる感光性樹脂に含有させる着色剤も特に限定されるものではなく、一般的に使用される顔料を始めとして、種々の公知のものを適切に選択し用いることができる。ブラックマトリクス５に添加する遮光性粒子としては、酸化チタンや四酸化鉄などの金属酸化物粉末、金属硫化物粉末、金属粉末、カーボンブラックの他に、赤、青や緑などの顔料の混合物を用いることができる。

なお、本実施形態においては、第１着色層は赤色であり、第２着色層は緑色であり、第３着色層は青色であるとしているが、第１、第２、第３着色層が、それぞれ緑色、青色、赤色でも、緑色、赤色、青色でもよく、青色、緑色、赤色であってもよい。しかし、第３着色層は、緑色でないほうが好ましい。現在の緑色着色層が含有する顔料分散材や密着助剤などが、電圧保持率などの信頼性に悪影響を及ぼす傾向があるため、積層柱の最外層の着色層が緑色でないほうが好ましい。

なお、本実施形態においてはカラーフィルタ１は、赤色、青色、緑色の三色の着色層のみを有するが、黄色やシアンなどの他色の着色層を設けてもよい。その際に、他色の着色層を積層柱の形成に加えても良いし、加えなくてもよい。

（カラーフィルタ１の製造方法）
続いて、図２〜図５を用いて、図１に示したカラーフィルタ１を形成するカラーフィルタの製造方法について説明する。図２〜図５の各（ａ）は、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の製造工程を説明する部分平面図であり、図２〜図５の各（ｂ）は、それぞれ図２〜図５（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図である。

まず、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、透明基板３上に、複数の開口部を有するブラックマトリクス５を形成する。

ブラックマトリクス５の形成は、透明基板３上にブラックマトリクス形成用の黒色感光性樹脂を塗布し、ブラックマトリクスの形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して黒色感光性樹脂のパターニングを行い、ブラックマトリクス５を形成する。

次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス５の開口部を覆う表示用第１着色層７Ｒと、表示用第３着色層７Ｂが形成される予定の開口部の間のブラックマトリクス５上の柱用第１着色層９Ｒとを形成する。第１着色層７Ｒ、９Ｒの形成は、透明基板３とブラックマトリクス５の上に、赤色着色層形成用の赤色感光性樹脂を塗布し、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒの形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して感光性樹脂のパターニングを行い、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒを形成する。図３（ａ）に示すように、表示用第１着色層７Ｒは、隣の画素の開口部に形成された表示用第１着色層７Ｒとの間がつながっておらず、孤立パターン形状に形成される。

次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス５の開口部を覆う表示用第２着色層７Ｇと、柱用第１着色層９Ｒの上の柱用第２着色層９Ｇとを形成する。第２着色層７Ｇ、９Ｇの形成は、透明基板３とブラックマトリクス５と第１着色層７Ｒ、９Ｒの上に、緑色着色層形成用の緑色感光性樹脂を塗布し、表示用第２着色層７Ｇと柱用第２着色層９Ｇの形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して感光性樹脂のパターニングを行い、表示用第２着色層７Ｇと柱用第２着色層９Ｇを形成する。図４（ａ）に示すように、表示用第２着色層７Ｇは、孤立パターン形状に形成される。また、柱用第２着色層９Ｇは、柱用第１着色層９Ｒよりも面積が小さく、柱用第２着色層９Ｇの端部が柱用第１着色層９Ｒの端部よりも５μｍ以上離れていることが好ましい。

次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス５の開口部を覆う表示用第３着色層７Ｂと、柱用第２着色層９Ｇの上の柱用第３着色層９Ｂとを形成する。第３着色層７Ｂ、９Ｂの形成は、透明基板３とブラックマトリクス５と第１着色層７Ｒ、９Ｒと第２着色層７Ｇ、９Ｇの上に、青色着色層形成用の青色感光性樹脂を塗布し、表示用第３着色層７Ｂと柱用第３着色層９Ｂの形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して感光性樹脂のパターニングを行い、表示用第３着色層７Ｂと柱用第３着色層９Ｂを形成する。図５（ａ）に示すように、表示用第３着色層７Ｂは、孤立パターン形状に形成される。また、柱用第３着色層９Ｂは、柱用第２着色層９Ｇよりも面積が小さく、柱用第３着色層９Ｂの端部が柱用第２着色層９Ｇの端部よりも５μｍ以上離れていることが好ましい。

次に、ブラックマトリクス５と第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを覆う透明保護層１３を形成し、図１（ａ）に示すカラーフィルタ１を形成する。透明保護層１３の形成は、透明基板３とブラックマトリクス５と第１着色層と第２着色層と第３着色層の上に、可視光域で透明な感光性樹脂を塗布し、露光、現像して透明保護層１３を形成する。図１に示すように、透明保護層１３は、ブラックマトリクス５、表示用第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂと、柱用第１〜第３着色層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを覆っている。

（第１の実施形態の効果）
以上説明したように、第１の実施形態によれば、独立したスペーサー形成工程を設けずに、ブラックマトリクスと各色の着色層を積層することで、スペーサーとしての役割を果たす積層柱を形成可能であるため、カラーフィルタの製造工程の削減が可能である。

また、第１の実施形態によれば、柱用第１着色層９Ｒと柱用第２着色層９Ｇとが５μｍ以上離れ、柱用第２着色層９Ｇと柱用第３着色層９Ｂとが５μｍ以上離れているため、積層柱の端部の傾斜が緩やかになり、透明感光性樹脂は、積層柱の側面においても十分な厚みを持って塗布膜を形成するため、透明保護層は全面に渡って十分な厚みを持って形成される。よって、着色層の成分が着色層から液晶層へ溶出することはない。

なお、従来の着色層を積層してスペーサーを形成する場合は、柱用第１〜３着色層は、スペーサーの高さを確保するため、できる限り面積を広く取るように設計されていた。しかしながら、本発明では、あえて柱用着色層が面積を小さくなるにもかかわらず、柱用第１〜３着色層の端部が一定の距離を有するような構成を採用していることが特徴である。

（第２の実施形態）
次に、本発明のカラーフィルタの第２の実施形態について図６を用いて説明する。図６は、第２の実施形態に係る柱用第３着色層１７Ｂについて説明する図である。以下の実施形態で第１の実施形態と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。

第２の実施形態に係るカラーフィルタ１５は、上底の端部が丸みを帯びているドーム形状となっている柱用第３着色層１７Ｂを有する。このようなドーム形状を有する着色層の形成方法としては、例えば、露光・現像後の着色層に、加熱処理を行い、着色層を軟化させ、表面張力により丸みを帯びさせる方法がある。また、着色層の形成に使用する感光性樹脂の材料を、丸みを帯びやすい材料に変更することで、得ることもできる。

また、他のドーム形状の柱用第３着色層１７Ｂを得るための方法として、階調マスク（ハーフトーンマスク）を用いる方法がある。図７は、階調マスク２１を用いてドーム形状の柱用第３着色層１７Ｂを得るための方法を説明する図である。

まず、図７（ａ）に示すように、第３着色層形成用の感光性樹脂を全面に塗布し、塗布膜１６Ｂを形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、半透明膜２５を有する階調マスク２１を介して塗布膜１６Ｂを露光する。半透明膜２５は、露光光２９の一部を透過する膜である。階調マスク２１は、柱用第３着色層１７Ｂの丸みを帯びる箇所に対応する箇所に半透明膜２５のみを有し、第３着色層を形成しない箇所に対応する箇所に遮光膜２７を有する。

図７（ｃ）に示すように、階調マスク２１を介して露光し、現像する。その結果、半透明膜２５のみを有する半透過部に対応する箇所に厚さが薄い第３着色層が形成され、遮光膜２７を有する遮光部に対応する箇所には第３着色層が形成されず、半透明膜２５も遮光膜２７も有しない透過部に対応する箇所に厚さが厚い第３着色層が形成される。

続いて、図７（ｄ）に示すように、着色層に加熱処理を行うと、熱により軟化した第３着色層が表面張力により丸みを帯び、ドーム形状の柱用第３着色層１７Ｂを得る。

階調マスクは、透明基板と、遮光膜と、透過率調整機能を有する半透明膜とが順不同に積層され、透明基板上に遮光膜が設けられた遮光部と、透明基板上に半透明膜のみが設けられた半透過部と、透明基板上に遮光膜および半透明膜のいずれも設けられていない透過部とを有する。

遮光膜は、実質的に露光光を透過しないものであり、露光波長における平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。遮光膜としては、一般にカラーフィルタに用いられる遮光膜を用いることができ、例えばクロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素などの膜が挙げられる。中でも、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム等のクロム系膜が好適に用いられる。このようなクロム系膜は、最も使用実績があり、コスト、品質の点で好ましいからである。このクロム系膜は、単層であってもよく、２層以上が積層されたものであってもよい。

遮光膜の膜厚としては、特に限定されるものではなく、例えばクロム膜の場合には５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とすることができる。

遮光膜の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。成膜後、遮光膜のパターニングを行う。パターニング方法は特に限定されないが、通常はリソグラフィー法が用いられる。

半透明膜は、特に限定されるものではなく、例えばクロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素等の酸化物、窒化物、炭化物などの膜が挙げられる。半透明膜および遮光膜を同一エッチング設備、工程でパターニングし得るという利点から、半透明膜と遮光膜が同系の材料からなる膜であることが好ましい。前述するように遮光膜がクロム系膜であることが好ましいことから、半透明膜も、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化窒化炭化クロムなどのクロム系膜であることが好ましい。また、これらのクロム系膜は、機械的強度に優れており、さらには安定しているため、長時間の使用に耐えうるマスクとすることができる。

また、半透明膜は、単層であってもよく、複数の層で構成されていてもよい。これにより、複数の透過率を有する多階調のマスクとすることができる。

半透明膜の膜厚としては、例えばクロム膜の場合は５ｎｍ〜５０ｎｍ程度とすることができ、また酸化クロム膜の場合は５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とすることができる。半透明膜の透過率はその膜厚により変わるので、膜厚を制御することで所望の透過率とすることができる。また、半透明膜が酸素、窒素、炭素などを含む場合は、その透過率は組成により変わるので、膜厚と組成とを同時にコントロールすることで所望の透過率を実現できる。

半透明膜の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。例えばスパッタリング法を用いて酸化窒化炭化クロム膜を成膜する場合は、Ａｒガス等のキャリアガス、酸素（炭酸）ガス、窒素ガスを反応装置内に導入し、Ｃｒターゲットを用いた反応性スパッタリング法にて酸化窒化炭化クロム膜を成膜することができる。この際、酸化窒化炭化クロム膜の組成の制御は、Ａｒガス、酸素（炭酸）ガス、窒素ガスの流量の割合を制御することにより行うことができる。成膜後、パターニングを行い、半透明膜を形成する。

第２の実施形態によれば、透明保護層より最も露出しやすい、最外層の柱用第３着色層が、上底の端部が丸みを帯びているドーム形状であるため、透明保護層が、積層柱を確実に覆うことができる。

なお、第２の実施形態においては、柱用第１着色層９Ｒの端部と柱用第２着色層９Ｇの端部の間の距離Ｃが５μｍ以上であればよいが、さらに、柱用第２着色層９Ｇの端部と柱用第３着色層１７Ｂの端部の距離が５μｍ以上であってもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明のカラーフィルタの第３の実施形態について図８を用いて説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態に係る柱用第１着色層１９Ｒと柱用第２着色層１９Ｇについて説明する図である。

第３の実施形態においては、柱用第１着色層１９Ｒと柱用第２着色層１９Ｇは、上底の面積が下底の面積よりも大きい逆テーパー形状を取っている。このような逆テーパー形状の着色層は、着色層の形成に用いる材料を調製することで得られる。

図８（ａ）に示すように、通常の柱用第１着色層９Ｒの上に逆テーパー形状の柱用第２着色層１９Ｇを形成してもよいし、図８（ｂ）に示すように、逆テーパー形状の１９Ｒの上に通常の柱用第２着色層９Ｇを形成しても良いし、図８（ｃ）に示すように、逆テーパー形状の柱用第１着色層１９Ｒの上に逆テーパー形状の柱用第２着色層１９Ｇを形成しても良い。

なお、第３の実施形態においては、柱用第１着色層９Ｒまたは１９Ｒの端部と柱用第２着色層９Ｇまたは１９Ｇの端部の間の距離Ｃが５μｍ以上であればよいが、さらに、柱用第２着色層９Ｇまたは１９Ｇの端部と柱用第３着色層９Ｂの端部の距離が５μｍ以上であってもよい。

さらに、図８（ｄ）に示すように、逆テーパー形状の柱用第２着色層１９Ｇの上に、順テーパー形状の柱用第３着色層１９Ｂを形成してもよい。テーパー形状の柱用第３着色層１９Ｂは、下底面積が上底面積よりも大きく、下底面積は柱用第２着色層１９Ｇの上底面積に近い大きさである。

第３の実施形態によると、柱用第１着色層１９Ｒまたは柱用第２着色層１９Ｂが逆テーパー形状であり、透明保護層を形成する際の透明感光性樹脂を塗布する際に、これらの上底部分が透明感光性樹脂を保持するため、より確実に積層柱の側面部分の塗布膜を厚くすることができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係るカラーフィルタ等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………カラーフィルタ
３………透明基板
５………ブラックマトリクス
７Ｒ………表示用第１着色層
７Ｇ………表示用第２着色層
７Ｂ………表示用第３着色層
９Ｒ………柱用第１着色層
９Ｇ………柱用第２着色層
９Ｂ………柱用第３着色層
１３………透明保護層
１５………カラーフィルタ
１６Ｂ………塗布膜
１７Ｂ………柱用第３着色層
１９Ｒ………柱用第１着色層
１９Ｇ………柱用第２着色層
１９Ｂ………柱用第３着色層
２１………フォトマスク
２３………透明基板
２５………半透明膜
２７………遮光膜
２９………露光光
３１………カラーフィルタ
３３Ｒ………第１着色層
３３Ｇ………表示用第２着色層
３３Ｂ………表示用第３着色層
３５Ｇ………柱用第２着色層
３５Ｂ………柱用第３着色層

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、
   前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層、表示用第２着色層、表示用第３着色層と、
   前記ブラックマトリクス上に順に積層して形成された柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層と、
   前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層と、
   を具備し、
   前記柱用第１着色層の端部と、前記柱用第２着色層の端部とが、５μｍ以上離れ、
   前記柱用第２着色層の端部と、前記柱用第３着色層の端部とが、５μｍ以上離れていることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 基板と、
   前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、
   前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層、表示用第２着色層、表示用第３着色層と、
   前記ブラックマトリクス上に順に積層して形成された柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層と、
   前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層と、
   を具備し、
   前記柱用第１着色層の端部と、前記柱用第２着色層の端部とが、５μｍ以上離れ、
   前記柱用第３着色層が、上底の端部が丸みを帯びているドーム形状であることを特徴とするカラーフィルタ。
3. 基板と、
   前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、
   前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層、表示用第２着色層、表示用第３着色層と、
   前記ブラックマトリクス上に順に積層して形成された柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層と、
   前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層と、
   を具備し、
   前記柱用第１着色層および／または前記柱用第２着色層が、上底面積よりも下底面積のほうが小さい逆テーパー形状であり、
   前記柱用第１着色層の上底の端部と、前記柱用第２着色層の下底の端部とが、５μｍ以上離れることを特徴とするカラーフィルタ。
4. 前記柱用第３着色層および前記表示用第３着色層が、緑色以外の着色層であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置。
6. 基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、
   前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層を形成する工程（ｅ）と、
   を具備し、
   前記工程（ｃ）において、前記柱用第２着色層を、端部が前記柱用第１着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成し、
   前記工程（ｄ）において、前記柱用第３着色層を、端部が前記柱用第２着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成する
   ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
7. 基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、
   前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層を形成する工程（ｅ）と、
   を具備し、
   前記工程（ｃ）において、前記柱用第２着色層を、端部が前記柱用第１着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成し、
   前記工程（ｄ）において、前記柱用第３着色層が、上底の端部が丸みを帯びているドーム形状になるように形成する
   ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
8. 基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、
   前記ブラックマトリクス、前記表示用第１着色層、前記表示用第２着色層、前記表示用第３着色層、前記柱用第１着色層、前記柱用第２着色層、前記柱用第３着色層とを覆う透明保護層を形成する工程（ｅ）と、
   を具備し、
   前記工程（ｃ）において、前記柱用第２着色層を、端部が前記柱用第１着色層の端部より５μｍ以上離れるように形成し、
   前記工程（ｂ）および／または前記工程（ｃ）において、前記柱用第１着色層および／または前記柱用第２着色層が、上底面積よりも下底面積のほうが小さい逆テーパー形状になるように形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。

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