JP5237459B2 - カラーフィルタ基板及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタ基板及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、積層配置されたカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板、及び、そのカラーフィルタ基板を備える液晶表示装置に関する。

液晶表示（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）装置は、一対の基板間に液晶層を挟持した構成を有し、基板に形成した電極により液晶層に電圧を印加して液晶分子の配向状態を変化させ、液晶層を透過する光の偏光状態を変化させて表示を行う。また、カラー表示を行う液晶表示装置は、複数色のカラーフィルタを備えるカラーフィルタ基板を有している。

液晶表示装置の一対の基板は、スペーサによってその間隔（セルギャップ）が一定に保持され、シール材によって互いが貼り合わされている。スペーサとしては、例えば、透明のビーズ状のものが挙げられるが、散布されたスペーサが不均一になるとコントラストが低下するおそれがあることから、樹脂層を重ねて厚みをもたせたスペーサを配置する方法が用いられることもある。また、スペーサを構成する樹脂層として、カラーフィルタが用いられることもある（例えば、特許文献１参照。）。

更に、一対の基板の一方が、カラーフィルタ層と、カラーフィルタ層で構成されたスペーサとを覆う対向電極を備え、他方の基板が絵素電極を備える液晶表示装置において、絵素電極のスペーサに対向する部分、又は、スペーサ上部の対向電極を除去し、更に、対向電極と絵素電極との間に絶縁膜を介したものが用いられることもある（例えば、特許文献２参照。）。これによって、対向電極と絵素電極とが導通して電気的な短絡が起こり、液晶に電圧が印加されないといった問題が生じる可能性を低減することができる。

特開平９−１２００７２号公報 特開２００２−５５３４９号公報

本発明者は、透明着色層を積層して形成するスペーサ（以下、積層スペーサともいう。）に対し他の部材と電気的に短絡することを防ぐ構成について種々検討を行っていたところ、積層スペーサ上に絶縁膜が設けられたとしても、その耐性が充分でなければ、外圧により積層スペーサに押し圧がかかった際に積層スペーサ上の絶縁膜が損傷し、更に嵌合ズレが起こって、一対の基板のそれぞれに配置された電極同士が短絡（リーク）を起こし、表示不良を引き起こす可能性があることを見いだした。また、一対の基板の電極同士の短絡を防いだとしても、表示部におけるカラーフィルタ基板内で短絡が起こってしまった場合には、そのカラーフィルタ基板を表示装置に適用したときに安定した表示を行うことができないことを見いだした。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、透明着色層を積層し、更に表面全体に電極を積層する場合において、透明着色層の積層部上で他の部材と電気的な短絡が生じることを防止しつつ、積層部以外の透明着色層上で電気的な断絶が起こることを防止するカラーフィルタ基板を提供することを目的とするものである。

本発明者は、積層配置される複数の透明着色層と、積層配置されない複数の透明着色層との両方を含むカラーフィルタ基板において、絵素電極と共通電極との間で短絡が起こることを防ぐ他の方法について種々検討を行ったところ、共通電極は、積層配置されない複数の透明着色層よりも後に形成される必要があることから、積層スペーサを構成する透明着色層上に共通電極を積層する場合においても、共通電極は透明着色層の後に形成される必要があることに着目した。

また、本発明者は、積層スペーサを構成する各々の透明着色層の形状にも着目するとともに、積層スペーサを構成する透明着色層の少なくとも一つをカラーフィルタ基板面に対して逆テーパの形状とすれば、共通電極を透明着色層の後に形成したとしても、逆テーパの側面で共通電極の段切れを生じやすくさせることができ、仮に絵素電極と共通電極との間で短絡が起こったとしても、積層スペーサの側壁の途中で共通電極の段切れが起こるため、積層スペーサ上以外の共通電極が絵素電極と導通することを防ぐことができることを見いだした。

そして、本発明者は、更なる鋭意検討を行ったところ、積層スペーサを構成する透明着色層と積層配置されない透明着色層とを一度に形成する場合において、積層スペーサを構成する透明着色層の少なくとも一つを逆テーパ状にすると、積層配置されない透明着色層上に形成される電極についても段切れが生じてしまうことを見いだすとともに、（１）積層スペーサを構成する各層のうち、透明着色層の最上層を順テーパ形状とする、又は、（２）透明着色層上に形成される遮光層の形状を順テーパ形状とすることで、透明着色層が横並びに配置された領域において、逆テーパ形状をもつ各々の透明着色層の角（エッジ）を覆い、全体として順テーパ形状をもつ凹凸面を形成することができ、それによって電極の段切れの発生を防ぐことができることを見いだした。

こうして本発明者は、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、横並びに配置された複数の透明着色層と、積層配置された複数の透明着色層とを有するカラーフィルタ基板であって、上記横並びに配置された複数の透明着色層、及び、上記積層配置された複数の透明着色層は、いずれも上部に電極を備え、上記積層配置された複数の透明着色層は、逆テーパ形状を有する透明着色層を含み、上記積層配置された複数の透明着色層の最上層は、順テーパ形状を有する透明着色層であるカラーフィルタ基板（以下、本発明の第一のカラーフィルタ基板ともいう。）である。

また、本発明は、横並びに配置された複数の透明着色層と、積層配置された複数の透明着色層とを有するカラーフィルタ基板であって、上記横並びに配置された複数の透明着色層、及び、上記積層配置された複数の透明着色層は、いずれも上部に電極を備え、上記積層配置された複数の透明着色層は、逆テーパ形状を有する透明着色層を含み、上記積層配置された複数の透明着色層の上部には、順テーパ形状を有する遮光層が配置されているカラーフィルタ基板（以下、本発明の第二のカラーフィルタ基板ともいう。）でもある。

以下、本発明の第一及び第二のカラーフィルタ基板について詳述する。

本発明の第一及び第二のカラーフィルタ基板は、横並びに配置された複数の透明着色層と、積層配置された複数の透明着色層とを有する。すなわち、本発明の各カラーフィルタ基板は、２通りの透明着色層の配置形態を有しており、各透明着色層は、例えば、色が同じであれば一度の工程で両方を形成してもよく、それによって製造効率が向上する。透明着色層とは、特定の波長成分のみを透過させる層をいい、透過する波長成分の違いにより観察者が感じる色付きは異なる。

本発明の第一及び第二のカラーフィルタ基板において、上記横並びに配置された複数の透明着色層、及び、上記積層配置された複数の透明着色層は、いずれも上部に電極を備える。これにより、例えば、各色の表現を電圧の大きさによって制御することが可能となる。一方で、このような形態では、上記電極が他の部材との間で短絡を生じたときにカラーフィルタ基板が備える電極の全てが導通してしまい、各色の表現を細かく制御することができなくなる可能性がある。しかしながら本発明の特徴によれば、カラーフィルタ基板と他の部材との導通を防止することができるので、そのような可能性を回避することができる。

本発明の第一及び第二のカラーフィルタ基板において、上記積層配置された複数の透明着色層は、逆テーパ形状を有する透明着色層を含む。逆テーパ形状を有する透明着色層を、積層配置された複数の透明着色層に含ませることで、積層配置された複数の透明着色層の側面に電極材料が付着することを防ぎ、電極の段切れの可能性を高めることができる。

本発明の第一のカラーフィルタ基板において、上記積層配置された複数の透明着色層の最上層は、順テーパ形状を有する透明着色層である。積層配置された複数の透明着色層のうち、最後に形成される透明着色層が順テーパ形状を有していれば、その前に形成される透明着色層が逆テーパ形状であっても、横並びに配置される透明着色層上の逆テーパ形状のエッジを覆うことができ、電極が形成される領域の表面を順テーパ形状で構成される凹凸形状とすることができる。

本発明の第二のカラーフィルタ基板において、上記積層配置された複数の透明着色層の上部には、順テーパ形状を有する遮光層が配置されている。積層配置された複数の透明着色層上に順テーパ形状を有する遮光層を配置することで、逆テーパ形状を有する透明着色層の色に関わらず、また、逆テーパ形状を有する透明着色層の数に関わらず、横並びに配置される透明着色層上の逆テーパ形状のエッジを覆うことができ、電極が形成される領域の表面を順テーパ形状で構成される凹凸形状とすることができる。

本発明の第一及び第二のカラーフィルタ基板の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明の第一及び第二のカラーフィルタ基板の好ましい形態について、以下説明する。

本発明の第一のカラーフィルタ基板において、上記積層配置された複数の透明着色層のうち、最上層以外の透明着色層は、いずれも逆テーパ形状を有することが好ましい。積層配置される複数の透明着色層のうち、逆テーパ形状を有する透明着色層の割合を増やせば増やすほど、より段切れの可能性を高めることができるので、本発明の第一のカラーフィルタ基板において逆テーパ形状を有する透明着色層の数は多い方が好ましい。

本発明の第二のカラーフィルタ基板において、上記積層配置された複数の透明着色層は、いずれも逆テーパ形状を有することが好ましい。積層配置される複数の透明着色層のうち、逆テーパ形状を有する透明着色層の割合を増やせば増やすほど、より段切れの可能性を高めることができるので、本発明の第二のカラーフィルタ基板において逆テーパ形状を有する透明着色層の数は多い方が好ましい。

上記横並びに配置された複数の透明着色層の好適な配列としては、ストライプ配列及びドット配列が挙げられる。ストライプ配列は、同色の透明着色層が列又は行方向に直線状に形成されて、各色により縞模様（ストライプパターン）を構成する配列である。ドット配列は、透明着色層の一つ一つの色がドット状となるように区切られ、列方向及び行方向に隣り合う透明着色層がそれぞれ異なる色となる配列である。

特にドット配列の場合は、各々の透明着色層が隣の透明着色層と区切られているため、ストライプ配列の場合よりも、上記横並びに配置された複数の透明着色層の領域において段切れが発生する可能性がより高くなる。そのため、ドット配列の場合に特に本発明は効果を奏することになる。

なお、遮光層が形成された後に透明着色層が形成される場合と、透明着色層が形成された後に遮光層が形成される場合とでは、後者の方が、透明着色層のエッジを容易に覆うことができる。

上記逆テーパ形状を有する透明着色層は、紫外線吸収材料を含有していることが好ましい。逆テーパ形状とする透明着色層に対し紫外線吸収材料を含有させることにより、例えば、紫外線吸収材料の量を調節することで、パターニング工程において紫外線を照射する際に紫外線が到達する領域を調節することができるので、これにより、パターニング工程を容易に行うことができるようになる。

上記逆テーパ形状を有する透明着色層は、逆テーパ部と順テーパ部とからなり、上記逆テーパ部は、順テーパ部の上部を構成することが好ましい。本発明の第一及び第二のカラーフィルタ基板において、逆テーパ形状を有する透明着色層は、逆テーパ形状からなるものであっても、逆テーパ部と順テーパ部とからなるものであってもよい。順テーパ形状が逆テーパ形状の下部に位置する限り、共通電極の段切れの発生の効果は得ることができるため、完全な逆テーパ形状とすることが困難な場合には、このような形状であれば、パターニング工程を容易に行うことができるようになる。

本発明はまた、上述した本発明の第一又は第二のカラーフィルタ基板と、対向基板と、上記カラーフィルタ基板と上記対向基板との間に配置された液晶層とを備える液晶表示装置でもある。本発明の各カラーフィルタ基板によれば、対向基板との間の短絡の発生を防ぐとともに、カラーフィルタ基板としての機能を充分に発揮することができる。

本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

上記横並びに配置された複数色の透明着色層は、上記液晶表示装置の表示部を構成し、上記積層配置された複数色の透明着色層は、上記液晶表示装置のスペーサ部を構成することが好ましい。これにより、上記積層配置された複数色の透明着色層を積層スペーサとして用いるとともに、積層スペーサ上の電極と対向基板が備える電極との間で導通が生じることを防ぐことができる。また、表示部における電極の段切れを防止することもできるので、表示不良の発生を抑制することができ、安定した表示品位を提供することができる。

本発明のカラーフィルタ基板によれば、他の部材との短絡を防ぐとともに、本来のカラーフィルタとして用いる領域を充分に機能させることができる。また、本発明の液晶表示装置によれば、積層スペーサを介して対向する一対の基板がそれぞれ短絡することを防止するとともに、表示部において安定した表示品位を確保することができる。

実施形態１の液晶表示装置のスペーサ部における断面模式図である。 実施形態１の液晶表示装置の変形例１のスペーサ部における断面模式図である。 実施形態１の液晶表示装置の変形例２のスペーサ部における断面模式図である。 実施形態１の液晶表示装置の表示部における断面模式図である。 実施形態１の液晶表示装置のカラーフィルタ基板の平面模式図である。 実施形態２の液晶表示装置のスペーサ部における断面模式図である。 実施形態２の液晶表示装置の表示部における断面模式図である。 実施形態２の液晶表示装置の変形例のスペーサ部における断面模式図である。 実施形態２の液晶表示装置の変形例の表示部における断面模式図である。 実施形態２の液晶表示装置のカラーフィルタ基板の平面模式図である。 実施形態３の液晶表示装置のスペーサ部における断面模式図である。 実施形態３の液晶表示装置の変形例のスペーサ部における断面模式図である。

以下に実施形態を掲げ、本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

本明細書において「上」とは、「透明着色層の積層順の方向」を意味する。

本明細書において「逆テーパ形状」の「逆」とは、積層配置される複数の透明着色層の積層順に対しての「逆」を意味し、言い換えれば「逆テーパ形状」とは、高さ方向に広がりをもつテーパ形状である。

本明細書において「順テーパ形状」の「順」とは、積層配置される複数の透明着色層の積層順に対しての「順」を意味し、言い換えれば「順テーパ形状」とは、高さ方向に先細りとなったテーパ形状である。

実施形態１
実施形態１は、本発明の第一のカラーフィルタ基板を備える液晶表示装置の一形態である。図１は、実施形態１の液晶表示装置のスペーサ部における断面模式図である。図１に示すように、実施形態１の液晶表示装置は、カラーフィルタ基板１とアレイ基板２との間に液晶層３が配置された構造を有しており、カラーフィルタ基板１とアレイ基板２との間隔（セルギャップ）を固定する部材として、積層スペーサ４が設けられている。積層スペーサ４は、カラーフィルタ基板１側に形成されている。

カラーフィルタ基板１及びアレイ基板２はいずれも、ガラス、樹脂等を材料とする絶縁基板１１，２１を主体として有している。

積層スペーサ４は、ブラックマトリクス（遮光層）１２、緑のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｇ、青のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｂ、黄のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｙ、赤のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｒ、及び、共通電極１３が、絶縁基板１１側からこの順に積層配置されて構成されている。したがって、実施形態１においては、積層配置された複数のカラーフィルタの上部に共通電極１３が配置されている。

実施形態１の液晶表示装置において、カラーフィルタ基板１には共通電極１３が、アレイ基板２には画素電極２２がそれぞれ設けられているが、これらの電極によって液晶層３内に電界が形成されると、液晶層３内の液晶分子の配向が変化する。そして、この配向変化を利用することで、液晶表示装置の表示のオンとオフとを切り換えることができる。実施形態１では、アレイ基板２の画素電極２２とカラーフィルタ基板１の共通電極１３とは、短絡が起こらないように一定間隔空けてこれらが配置されている。なお、図示していないが、アレイ基板２の画素電極２２上、及び、カラーフィルタ基板１の共通電極１３上には、配向膜が形成されている。配向膜は、液晶分子の初期傾斜を規定することができる膜であり、例えば、ラビング処理、光配向処理等によって、配向性が付与される。

積層スペーサ４を構成する各カラーフィルタのうち、黄のカラーフィルタ１４Ｙは逆テーパ形状を有しており、その他のカラーフィルタ１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｒは順テーパ形状を有している。また、実施形態１において、積層配置された複数のカラーフィルタの最上層は、順テーパ形状を有する赤のカラーフィルタ１４Ｒである。

積層スペーサ４の上面及び側面を含むカラーフィルタ基板１の表面のほとんど全体には共通電極１３が形成されているが、逆テーパ形状を有する黄のカラーフィルタ１４Ｙの側面には、共通電極が形成されていない。これは、共通電極１３を積層する際に、より広い面積をもつ逆テーパ形状の上面がカバーとなって、黄のカラーフィルタ１４Ｙの側面に共通電極が形成されることを妨げるためである。

このような構成では、例えば、液晶表示装置に対して外圧がかかって積層スペーサに押し圧がかかると、嵌合ズレによって積層スペーサ４の共通電極１３とアレイ基板２の画素電極２２との間で短絡（リーク）が生じてしまう可能性がある。しかしながら、実施形態１が備える積層スペーサ４の構成によれば、積層スペーサ４に付着する共通電極１３の途中で段切れが生じることになるので、画素電極２２と共通電極１３との間の導通が積層スペーサ４の側壁の途中で止まり、表示部に用いられるカラーフィルタ上の共通電極１３までは導通しないので、カラーフィルタ基板としての本来的な機能は損なわない。

図１においては、積層スペーサを構成するカラーフィルタのうち、黄のカラーフィルタ１４Ｙのみが逆テーパ形状を有している形態が示されているが、実施形態１においては、例えば、図２に示すように、黄のカラーフィルタ１４Ｙのみならず、青のカラーフィルタ１４Ｂも逆テーパ形状である形態や、図３に示すように、残りのカラーフィルタ１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙのいずれもが逆テーパ形状である形態であってもよく、そうすることで、積層スペーサ４の側壁に形成される共通電極の段切れの可能性をより高めることができる。図２は、実施形態１の液晶表示装置の変形例１のスペーサ部における断面模式図であり、図３は、実施形態１の液晶表示装置の変形例２のスペーサ部における断面模式図である。

図４は、実施形態１の液晶表示装置の表示部における断面模式図である。図４に示すように、表示部においては、緑のカラーフィルタ１４Ｇ、黄のカラーフィルタ、及び、赤のカラーフィルタ１４Ｒが絶縁基板１１上で横並びに配置されている。なお、図示していないが、実施形態１においては、青のカラーフィルタ１４Ｂも同様に横並びに配置されている。カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙは、可視光のうち特定の波長域のみを透過させることにより表示光の着色を行うことができる部材であり、カラーフィルタの色を組み合わせることで、所望のカラー表示が実現される。すなわち、横並びに配置された複数のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙが配置された領域が、表示部として用いられる領域である。なお、実施形態１においてカラーフィルタの色はこれらの色に限定されず、例えば、赤、緑、青及び白の４色を用いてもよい。また、カラーフィルタの色数についても４色に限定されず、３色としても、５色以上としてもよい。

各カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙのそれぞれの間には、ブラックマトリクス（遮光層）１２が配置されている。このようにブラックマトリクス１２を配置することにより、カラーフィルタ基板１を透過する光の光漏れや混色を防ぐことができる。

表示部における各カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ、ブラックマトリクス１２、及び、共通電極１３は、それぞれ、スペーサ部における各カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ、ブラックマトリクス１２、及び、共通電極１３と同じ材料を用いて形成することができる。表示部におけるカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙとスペーサ部におけるカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙとを同一工程により形成し、表示部におけるブラックマトリクス１２とスペーサ部におけるブラックマトリクス１２とを同一工程により形成し、表示部における共通電極１３とスペーサ部における共通電極１３とを同一工程により形成することで、製造工程の効率化を行うことができる。

このような工程によれば、表示部における黄のカラーフィルタ１４Ｙもまた、積層スペーサを構成する黄のカラーフィルタ１４Ｙと同様、逆テーパ形状を有することになる。そのため、このような構成によれば、表示部における共通電極１３上においても段切れが生じるおそれがあるが、逆テーパ形状を有する黄のカラーフィルタ１４Ｙの両方の角（エッジ）上に、隣接する緑のカラーフィルタ１４Ｇの一部、及び、隣接する赤のカラーフィルタ１４Ｒの一部がそれぞれ重畳して形成されている。緑のカラーフィルタ１４Ｇ及び赤のカラーフィルタ１４Ｒは、黄のカラーフィルタ１４Ｙよりも後に形成され、かついずれも順テーパ形状を有しているため、実施形態１の構成によれば、共通電極１３が形成される表面が全体として順テーパ形状を有する凹凸形状で形成されることになり、表示部における共通電極１３の段切れを防ぐことができ、安定した表示を提供することができる。

図５は、実施形態１の液晶表示装置のカラーフィルタ基板の平面模式図である。図５に示すように、実施形態１においてカラーフィルタ基板１は、表示に関与するカラーフィルタとして、赤のカラーフィルタ１４Ｒ、緑のカラーフィルタ１４Ｇ、青のカラーフィルタ１４Ｂ、及び、黄のカラーフィルタ１４Ｙからなる４色のカラーフィルタを有している。カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙの配列はストライプ配列であり、各々のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙは、画素の構成に関わらず列方向に直線状に形成され、全体として縞模様（ストライプパターン）を構成している。

カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ間には、ブラックマトリクス１２が設けられ、ブラックマトリクス１２は全体として格子形状を構成している。また、緑のカラーフィルタ１４Ｇと青のカラーフィルタ１４Ｂとの間には積層スペーサ４が設けられている。

続いて、アレイ基板２について説明する。

実施形態１の液晶表示装置のアレイ基板２は、例えば、絶縁基板２１上に、行方向に延びた複数のゲート配線、列方向に伸びた複数のソース配線、及び、これらの交点と近接する位置に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を設け、更に、ゲート配線とソース配線とで囲まれた領域ごとに画素電極２２を配置することで、ＴＦＴのスイッチング特性を用いて画素電極２２の駆動制御を行うアクティブマトリクス基板とすることができる。ＴＦＴは三端子型の電界効果トランジスタであり、半導体層を備えている。ゲート配線を通じてＴＦＴに走査信号が供給されると、ソース配線を通じて伝達された画像信号がＴＦＴを介して画素電極２２に供給される。そのため、アクティブマトリクス方式によれば、画素ごとに個別に表示を制御することができる。

この場合、ゲート配線、ソース配線、及び、画素電極２２のそれぞれは、絶縁膜を介して互いに異なる層に配置されることになる。

カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙのストライプ配列の延伸方向は、列方向であるため、行方向に延伸されたゲート配線は、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙのストライプ配列の延伸方向と直交する方向に延伸されていることになる。また、カラーフィルタ基板のブラックマトリクス１２がアレイ基板２におけるゲート配線の一部及びソース配線と重畳することになる。

カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ及びブラックマトリクス１２の形成方法としては特に限定されず、例えば、（ａ）コーターにより絶縁基板１１上に感光性樹脂材料を塗布して感光性樹脂膜を成膜し、更に、フォトリソグラフィ法により感光性樹脂膜をパターニングする方法、（ｂ）基材上に設けられた感光性のドライフィルムを絶縁基板１１上に転写して感光性樹脂膜を形成し、更に、フォトリソグラフィ法により感光性樹脂膜をパターニングする方法が挙げられる。

カラーフィルタは、通常のフォトリソグラフィ法によれば、順テーパ形状で形成することができる。一方で、フォトリソグラフィ法によって逆テーパ形状のカラーフィルタを形成する場合には所定の工夫が必要であり、例えば、以下の方法を行うことが挙げられる。

まず、逆テーパ形状にパターニングするカラーフィルタの材料として、紫外線（ＵＶ）吸収性材料を含有するネガ型感光性樹脂を用意する。このときのネガ型感光性樹脂としては、露光工程における光が深部方向へ到達する量が少なくなるように、ＵＶ吸収性材料の量が深部においてより多くなるように濃度調節を行ったものを用いる。

これにより、深部においては光架橋反応が進行しにくくなるので、現像時においてより深部を現像液に溶解させやすくすることができ、逆テーパ形状をパターニングすることができる。

上述の方法は、ブラックマトリクスの顔料濃度を調節する方法に対しても応用することができる。例えば、ブラックマトリクスが含有する黒色顔料（カーボンブラック）の濃度がより深部において大きくなるように調節することにより、深部ほど光が到達しにくくなるので、現像時においてより深部を現像液に溶解させやすくすることができ、逆テーパ形状のブラックマトリクスを形成することができる。

なお、このような方法で逆テーパ形状を有するカラーフィルタを形成する場合、スペーサ部においては、逆テーパ形状の上面の径は、順テーパ形状の上面の径と同じか又はそれよりも小さくなる。これは、各カラーフィルタは、順々に積層配置されたのちパターニングされるため、異なるタイミングでカラーフィルタが積層して配置される場合、逆テーパ形状の上面の径が順テーパ形状の上面の径よりも大きくなることはないからである。

逆テーパ形状を有するカラーフィルタをパターニングする際には、下段のカラーフィルタの上面に、上段の逆テーパ形状を有するカラーフィルタの材料が塗布されるため、全体としては、ほぼ同じ大きさの径の上面をもつ逆テーパ形状を有するカラーフィルタが複数積層されることになる。

したがって、積層配置されたカラーフィルタ全体としては、図１〜図３に示すように、側壁に凹凸形状が形成されることとなる。また、より詳細に説明すると、（ｉ）逆テーパ形状を有するカラーフィルタと順テーパ形状を有するカラーフィルタとがこの順に積層配置された部位においては、順テーパ形状を有するカラーフィルタの上面の径は、逆テーパ形状を有するカラーフィルタの上面の径よりも小さい構造となり、（ｉｉ）順テーパ形状を有するカラーフィルタと逆テーパ形状を有するカラーフィルタとがこの順に積層配置された部位においては、逆テーパ形状を有するカラーフィルタの下面の径は、順テーパ形状を有するカラーフィルタの上面の径よりも小さい構造となり、（ｉｉｉ）順テーパ形状を有するカラーフィルタ同士が積層配置された部位においては、上段の順テーパ形状を有するカラーフィルタの上面の径は、下段の順テーパ形状を有するカラーフィルタの上面の径よりも小さい構造となり、（ｉｖ）逆テーパ形状を有するカラーフィルタ同士が積層配置された部位において、下段の逆テーパ形状を有するカラーフィルタの上面の径は、上段の逆テーパ形状を有するカラーフィルタの下面の径よりも小さい構造となる。

共通電極１３の形成方法としては、スパッタリング装置又はコーターにより絶縁基板１１上に導電材料を塗布して導電膜を成膜し、更にフォトリソグラフィにより導電膜をパターニングする方法が挙げられる。

カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ、例えば、各色の顔料が分散された感光性樹脂等の樹脂材料が挙げられる。また、ブラックマトリクス１２の材料としては、例えば、黒色の顔料が分散された感光性樹脂等の樹脂材料、クロム等の黒色の金属材料が挙げられる。共通電極１３の材料としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）等の透光性を有する金属酸化物が挙げられる。

実施形態２
実施形態２は、本発明の第二のカラーフィルタ基板を備える液晶表示装置の一形態である。実施形態２の液晶表示装置の構成は、スペーサ部におけるカラーフィルタ基板の構成、及び、表示部におけるカラーフィルタ基板の構成以外は、実施形態１の構成と同様である。

図６は、実施形態２の液晶表示装置のスペーサ部における断面模式図である。図６に示すように、実施形態２の液晶表示装置は、カラーフィルタ基板１とアレイ基板２との間に液晶層３が配置された構造を有しており、カラーフィルタ基板１とアレイ基板２との間隔（セルギャップ）を固定する部材として、積層スペーサ４が設けられている。積層スペーサ４は、カラーフィルタ基板１側に形成されており、積層スペーサ４の頂上がアレイ基板１と接している。

実施形態２において積層スペーサ４は、赤のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｒ、緑のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｇ、青のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｂ、黄のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｙ、ブラックマトリクス（遮光層）１２、及び、共通電極１３が、絶縁基板１１側からこの順に積層配置されて構成されている。したがって、実施形態２においては、積層配置された複数のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙの上部に遮光層１２が配置されており、更に、遮光層１２の上部に共通電極１３が配置されている。

図７は、実施形態２の液晶表示装置の表示部における断面模式図である。図７に示すように、表示部においては、赤のカラーフィルタ１４Ｒ、緑のカラーフィルタ１４Ｇ、青のカラーフィルタ１４Ｂ及び黄のカラーフィルタ１４Ｙが絶縁基板１１上で横並びに配置されている。

各カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙのそれぞれの間には、ブラックマトリクス（遮光層）１２が配置されている。このようにブラックマトリクス１２を配置することにより、カラーフィルタ基板１を透過する光の光漏れや混色を防ぐことができる。

表示部における各カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ、ブラックマトリクス１２、及び、共通電極１３は、それぞれ、積層スペーサ４を構成する各カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ、ブラックマトリクス１２、及び、共通電極１３と同じ材料を用いて形成することができる。表示部におけるカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙとスペーサ部におけるカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙとを同一工程により形成し、表示部におけるブラックマトリクス１２とスペーサ部におけるブラックマトリクス１２とを同一工程により形成し、表示部における共通電極１３とスペーサ部における共通電極１３とを同一工程により形成することで、製造工程の効率化を行うことができる。

表示部における黄のカラーフィルタ１４Ｙもまた、スペーサ部における黄のカラーフィルタ１４Ｙと同様、逆テーパ形状を有している。そのため、実施形態２の構成では、表示部における共通電極１３上においても段切れが生じるおそれがあるが、逆テーパ形状を有する黄のカラーフィルタ１４Ｙのカラーフィルタの両方の角（エッジ）上に、ブラックマトリクス１２がそれぞれ重畳して形成されている。実施形態２においてブラックマトリクスは、各カラーフィルタの後に形成され、かついずれも順テーパ形状を有しているため、このような形態によれば、共通電極が形成される表面が全体として順テーパ形状を有する凹凸形状で形成されることになり、表示部における共通電極の段切れを防ぐことができ、安定した表示を供給することができる。

図６においては、積層スペーサを構成するカラーフィルタのうち、黄のカラーフィルタ１４Ｙのみが逆テーパ形状を有している形態が示されているが、実施形態２においては、例えば、図８に示すように、積層配置されたカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙのいずれもが逆テーパ形状である形態であってもよく、そうすることで、より積層スペーサ４の側壁に形成される共通電極の段切れの可能性をより高めることができる。図８は、実施形態２の液晶表示装置の変形例のスペーサ部における断面模式図である。また、図９は、実施形態２の液晶表示装置の変形例の表示部における断面模式図である。

図１０は、実施形態２の液晶表示装置のカラーフィルタ基板の平面模式図である。図１０に示すように、実施形態２の液晶表示装置のカラーフィルタ基板１は、表示部のカラーフィルタとして、赤のカラーフィルタ１４Ｒ、緑のカラーフィルタ１４Ｇ、青のカラーフィルタ１４Ｂ、及び、黄のカラーフィルタ１４Ｙからなる４色のカラーフィルタを有している。カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙの配列は各カラーフィルタの一つ一つがブラックマトリクス１２によって区切られたドット配列であり、列方向及び行方向に隣り合うそれぞれのカラーフィルタが、互いに異なる色を有している。図１０に示すように、各カラーフィルタの面積は、色ごとに異ならせてもよい。図１０では、赤のカラーフィルタ１４Ｒと青のカラーフィルタ１４Ｂの面積に比べ、緑のカラーフィルタ１４Ｇ及び黄のカラーフィルタ１４Ｙの面積が小さい形態を示している。

カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｙ間には、ブラックマトリクス１２が設けられ、ブラックマトリクス１２は全体として格子形状を構成している。また、赤のカラーフィルタ１４Ｒと緑のカラーフィルタ１４Ｇとの間には積層スペーサ４が設けられている。

実施形態３
実施形態３は、本発明の第一のカラーフィルタ基板、又は、本発明の第二のカラーフィルタ基板を備える液晶表示装置の一形態である。実施形態３の液晶表示装置の構成は、スペーサ部におけるカラーフィルタ基板の構成、及び、表示部におけるカラーフィルタの構成以外は、実施形態１又は実施形態２の構成と同様である。

図１１は、実施形態３の液晶表示装置のスペーサ部における断面模式図である。図１１に示すように、実施形態３の液晶表示装置は、カラーフィルタ基板１とアレイ基板２との間に液晶層３が配置された構造を有しており、カラーフィルタ基板１とアレイ基板２との間隔（セルギャップ）を固定する部材として、積層スペーサ４が設けられている。積層スペーサ４は、カラーフィルタ基板１側に形成されている。

実施形態３において積層スペーサ４は、ブラックマトリクス（遮光層）１２、緑のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｇ、青のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｂ、黄のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｙ、赤のカラーフィルタ（透明着色層）１４Ｒ、及び、共通電極１３が、絶縁基板１１側からこの順に積層配置されて構成されている。したがって、実施形態１においては、積層配置された複数のカラーフィルタの上部に共通電極１３が配置されている。

図１１においては、積層スペーサを構成するカラーフィルタのうち、黄のカラーフィルタ１４Ｙが逆テーパ形状を有している形態が示されているが、実施形態１の場合と異なり、黄のカラーフィルタ１４Ｙは、順テーパ部３０ａと逆テーパ部３０ｂとからなり、かつ逆テーパ部３０ｂが順テーパ部３０ａの上部を構成している。全体がこのような形状であっても、黄のカラーフィルタ１４Ｙは上面が下面を覆うような逆テーパ形状を有しているため、共通電極の段切れの発生の効果を得ることができる。

実施形態３は、例えば、積層スペーサを構成する黄のカラーフィルタ１４Ｙの密着性が弱く、カラーフィルタの１４Ｙの下面の径（面積）を大きくする必要がある場合等、完全な逆テーパ形状とすることが困難な場合に特に好適に用いられる。

実施形態３においては、実施形態１及び実施形態２の特徴のいずれも採用することができるため、ブラックマトリクスは、カラーフィルタよりも後に形成されても、カラーフィルタよりも前に形成されてもいずれであってもよい。ブラックマトリクスがカラーフィルタよりも先に形成される場合には、図１１の形態となり、ブラックマトリクスがカラーフィルタよりも後に形成される場合には、図１２の形態となる。図１２は、実施形態３の液晶表示装置の変形例のスペーサ部における断面模式図である。

実施形態３において、逆テーパ部と順テーパ部とからなるカラーフィルタの数は特に限定されず、その数が多いほど、より共通電極の段切れの可能性を高めることができる。また、実施形態３においては、逆テーパ形状からなるカラーフィルタと、逆テーパ部と順テーパ部とからなるカラーフィルタとが一つの積層スペーサの中に混在していてもよい。

なお、本願は、２００９年１０月１５日に出願された日本国特許出願２００９−２３８４６５号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１：カラーフィルタ基板
２：アレイ基板
３：液晶層
４：積層スペーサ
１１，２１：絶縁基板
１２：ブラックマトリクス（遮光層）
１３：共通電極
１４Ｒ：赤のカラーフィルタ（透明着色層）
１４Ｇ：緑のカラーフィルタ（透明着色層）
１４Ｂ：青のカラーフィルタ（透明着色層）
１４Ｙ：黄のカラーフィルタ（透明着色層）
２２：画素電極
３０ａ：順テーパ部
３０ｂ：逆テーパ部

Claims (9)

1. 横並びに配置された複数の透明着色層と、積層配置された複数の透明着色層とを有するカラーフィルタ基板であって、
   該横並びに配置された複数の透明着色層、及び、該積層配置された複数の透明着色層は、いずれも上部に電極を備え、
   該積層配置された複数の透明着色層は、逆テーパ形状を有する透明着色層を含み、
   該積層配置された複数の透明着色層の最上層は、順テーパ形状を有する透明着色層であり、
   該逆テーパ形状を有する透明着色層は、逆テーパ部と順テーパ部とからなり、
   該逆テーパ部は、順テーパ部の上部を構成する
   ことを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 上記積層配置された複数の透明着色層のうち、最上層以外の透明着色層は、いずれも逆テーパ形状を有することを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ基板。
3. 横並びに配置された複数の透明着色層と、積層配置された複数の透明着色層とを有するカラーフィルタ基板であって、
   該横並びに配置された複数の透明着色層、及び、該積層配置された複数の透明着色層は、いずれも上部に電極を備え、
   該積層配置された複数の透明着色層は、逆テーパ形状を有する透明着色層を含み、
   該積層配置された複数の透明着色層の上部には、順テーパ形状を有する遮光層が配置されており、
   該逆テーパ形状を有する透明着色層は、逆テーパ部と順テーパ部とからなり、
   該逆テーパ部は、順テーパ部の上部を構成する
   ことを特徴とするカラーフィルタ基板。
4. 前記積層配置された複数の透明着色層は、いずれも逆テーパ形状を有することを特徴とする請求項３記載のカラーフィルタ基板。
5. 前記横並びに配置された複数の透明着色層の配列は、ストライプ配列であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
6. 前記横並びに配置された複数の透明着色層の配列は、ドット配列であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
7. 前記逆テーパ形状を有する透明着色層は、紫外線吸収材料を含有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルタ基板と、対向基板と、該カラーフィルタ基板と該対向基板との間に配置された液晶層とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
9. 前記横並びに配置された複数色の透明着色層は、前記液晶表示装置の表示部を構成し、
   前記積層配置された複数色の透明着色層は、前記液晶表示装置のスペーサ部を構成する
   ことを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。

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