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WO2014132819A1 - カラーフィルタの製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents

カラーフィルタの製造方法及び液晶表示装置 Download PDF

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WO2014132819A1
WO2014132819A1 PCT/JP2014/053504 JP2014053504W WO2014132819A1 WO 2014132819 A1 WO2014132819 A1 WO 2014132819A1 JP 2014053504 W JP2014053504 W JP 2014053504W WO 2014132819 A1 WO2014132819 A1 WO 2014132819A1
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WO
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light
layer
color filter
pixel pattern
exposure
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Ceased
Application number
PCT/JP2014/053504
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French (fr)
Inventor
大樹 速井
英俊 中川
淳子 梅澤
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Sakai Display Products Corp
Original Assignee
Sakai Display Products Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509—Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133514—Colour filters
    • G02F1/133516—Methods for their manufacture, e.g. printing, electro-deposition or photolithography

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a color filter for one screen by divided exposure using a photomask, and a liquid crystal display device including the color filter.
  • liquid crystal display panels using TFTs have been widely used for display devices that display video and images.
  • TFTs Thin Film Transistors
  • a photolithography technique is used in manufacturing a liquid crystal display panel, a semiconductor element, a printed circuit board, and the like.
  • a predetermined pattern to be transferred to the substrate is formed on the photomask using a light shielding member, and the predetermined pattern is formed on the substrate by irradiating the substrate with light that has passed through a portion other than the predetermined pattern. Is transferred to.
  • the color filter used in the liquid crystal display panel is formed using such a photolithography technique. With the recent increase in size of liquid crystal display panels, the size of manufactured color filters has also increased.
  • division exposure is employed in which the entire surface of the black matrix layer and the photoresist layer is exposed by dividing the glass substrate into several regions.
  • a photoresist layer containing a black pigment or dye is applied to the surface of the glass substrate to form a black matrix layer, and the entire surface of the black matrix layer is exposed by divided exposure.
  • a desired black matrix pattern is formed by removing a portion irradiated with light for exposure (or a portion not irradiated).
  • a photoresist layer containing a specific color pigment or dye is applied to form a photoresist layer, and a desired pixel pattern is formed on the photoresist layer by divided exposure and subsequent development steps.
  • the photoresist layer is formed on the black matrix (light-shielding layer)
  • non-uniformity in the thickness direction of the photoresist layer is caused in the plane of the display surface due to the difference in the amount of photoresist that runs on the black matrix. Occurs.
  • Such non-uniformity of the thickness of the photoresist layer becomes color unevenness and is visually recognized by the viewer.
  • color unevenness may be emphasized due to misalignment of the mask position of the light shielding layer and the colored layer at the same location in the plane (for example, the opening edge of the black matrix). There has been a problem that unevenness is easily visible to the viewer.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a color filter manufacturing method and a liquid crystal display capable of reducing color unevenness as a whole while avoiding emphasis on color unevenness for each colored layer.
  • An object is to provide an apparatus.
  • the method for producing a color filter of the present application includes a step of applying a light-shielding photoresist layer or a light-transmitting photoresist layer on a light-transmitting substrate, and a photomask having a predetermined pixel pattern
  • the step of sequentially exposing the exposed areas exposed by the above and exposing the photoresist layer is sequentially repeated to manufacture a color filter having a light shielding layer formed according to the pixel pattern and two or more colored layers.
  • the pixel pattern of the photomask is different in each of the light shielding layer and the colored layer at a portion where a plurality of exposure regions in the display region are joined.
  • the color filter manufacturing method of the present application is characterized in that when forming the light-shielding layer and the colored layer of each color, the photoresist layer is exposed by overlapping a plurality of exposure regions to be joined together. .
  • the color filter manufacturing method of the present application is characterized in that the pixel pattern in a region where a part of the exposure region overlaps is an irregular pattern.
  • the pixel pattern in a region where a part of the exposure region overlaps is a coarse / dense pattern in which pixels change from dense to coarse as they move from the center to the end of the exposure region. It is characterized by that.
  • the liquid crystal display device of the present application includes a color filter manufactured by the above-described manufacturing method, and a liquid crystal panel that controls the amount of light transmitted through the color filter.
  • the pixel pattern of the photomask is a different pattern in each of the light shielding layer and the colored layer at the portion where the plurality of exposed regions in the display region are joined, for example, the exposure position of each colored layer
  • the photoresist will run on the light-shielding layer at the same location, and that the positional deviation of the light-shielding layer and the color layer may intensify. Will be less. For this reason, it is possible to avoid emphasizing color unevenness for each colored layer, and it is possible to reduce color unevenness as a whole.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a method for manufacturing a color filter according to the present embodiment.
  • the color filter according to the present embodiment is a color filter used in a liquid crystal display device.
  • the color filter is formed on a light-transmitting substrate 10 such as a glass substrate, and has a light shielding layer 20 (see FIG. 3) having an opening 20H corresponding to a desired pixel pattern, and is formed on the light shielding layer 20.
  • a light-transmitting substrate 10 such as a glass substrate
  • a light shielding layer 20 see FIG. 3
  • color layers 21 to 23 see FIG. 4 that transmit light of RGB colors are provided.
  • Photolithographic techniques can be used to form the light shielding layer 20 and the colored layers 21 to 23.
  • the photoresist layer 201 is formed by applying a photoresist containing a specific color (red) pigment or dye.
  • the entire surface of the photoresist layer 201 is exposed by exposing the surface in several regions.
  • the color layers 21 to 23 of a plurality of colors are formed by sequentially performing such divided exposure and subsequent development on the photoresist layers of the respective colors.
  • FIG. 1 first, the left side region 10L of the photoresist layer 201 formed on the substrate 10 is exposed using the photomask 301 (FIG. 1A), and then the photomask 301 is shifted in position to perform photo The right region 10R of the resist layer 201 is exposed (FIG. 1B).
  • divided exposure is performed by shifting the position of the photomask 301 so that adjacent exposure regions (the left region 10L and the right region 10R in the example shown in FIG. 1C) partially overlap (FIG. 1C). ).
  • An area where adjacent exposure areas partially overlap is hereinafter referred to as a mask joint 10C.
  • the photomask 301 is made of, for example, a transparent substrate such as glass or quartz, and a pixel pattern to be formed on the surface of the photoresist layer 201 is formed on one surface thereof with a light-shielding film such as chromium (Cr).
  • the photomask 301 is installed in the exposure apparatus so that the one surface side where the pixel pattern is formed faces the photoresist layer 201 to be exposed.
  • the exposure apparatus includes a light source that emits light to be irradiated onto the photoresist layer 201, a mirror that collects light from the light source, and the like, and a photomask 301 is provided on the surface of the photoresist layer 201 formed on the substrate 10.
  • the light for exposure is irradiated through.
  • the pixel pattern formed on the photomask 301 is projected onto the surface of the photoresist layer 201.
  • the part of the photoresist layer 201 irradiated with light by the exposure apparatus changes, for example, the solubility in the developer, and the part irradiated with light (or the part not irradiated with light) is removed in the subsequent development process.
  • a pixel pattern corresponding to the pattern of the photomask 301 is formed on the colored layer 21.
  • a light-shielding shutter is provided on the light source side to shield the non-exposure area from light. It is desirable to keep it.
  • a mark (alignment mark) indicating the reference of the exposure position is formed on the substrate 10, and the mask position for exposing each exposure region is determined and adjusted using this mark. .
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a method of adjusting the position of the exposure region.
  • the alignment marks 11L and 11R can be formed in the same process as the process of forming the light shielding layer 20 on the substrate 10.
  • the light shielding layer 20 is composed of a black matrix formed by a photolithography technique using a black photoresist, and is formed by an exposure process and a development process using a photomask 300, similarly to the colored layer 21.
  • the photoresist layer 200 in the left region 10L is exposed using a photomask 300 and developed. By removing unnecessary portions, the light shielding layer 20 and the alignment mark 11L in the left region 10L are formed.
  • the photoresist layer 200 in the right region 10R is exposed using the photomask 300, and unnecessary portions are removed by development processing, thereby forming the light shielding layer 20 and the alignment mark 11R in the right region 10R. is doing. Note that the positions of the alignment marks 11L and 11R in FIG. 2 are merely examples.
  • the alignment marks 11L and 11R formed on the substrate 10 in the same process as the light shielding layer 20 are read by the camera on the exposure apparatus, and the photomask 301 for exposing the photoresist of the colored layer 21 (for example, red) is exposed. Determine and adjust the position.
  • FIG. 3 and FIG. 4 are schematic diagrams showing the manufacturing process of the light shielding layer 20 and the colored layers 21 to 23. 3 and 4 show the light shielding layer 20 and the colored layers 21 to 23 in the mask joint portion 10C.
  • a translucent substrate 10 such as a glass substrate
  • a photoresist layer 200 having a thickness of about 1 ⁇ m is formed by applying a black photoresist to one surface side of the substrate 10. (FIG. 3B).
  • the left region 10L (the left region of the photoresist layer 200) is exposed and developed, thereby opening corresponding to the pixel position. 20H is formed (FIG. 3C).
  • the right region 10R is preferably shielded from light by a light shielding shutter or the like.
  • the right region 10R (the region on the right side of the photoresist layer 200) is exposed and developed to form an opening 20H corresponding to the pixel position (FIG. 3D).
  • the portion where the light shielding layer 20 is formed does not transmit light from the back surface of the substrate 10, and the portion where the opening 20 ⁇ / b> H is provided transmits light from the back surface of the substrate 10.
  • a translucent pattern is formed.
  • the alignment marks 11L and 11R described above are formed on the substrate 10 together with the light shielding layer 20 by these exposure processing and development processing.
  • a photoresist of a specific color (for example, red) is applied to form a photoresist layer 201 with a thickness of about 1 ⁇ m on the entire surface of the substrate 10 on which the light shielding layer 20 is formed (FIG. 3E).
  • the photoresist layer 201 formed in the left region 10L is exposed and developed, whereby a specific color light is transmitted through a predetermined pixel pattern.
  • Layer 21 (pixel) is formed (FIG. 4A).
  • the photoresist layer 201 formed in the right region 10R is exposed and developed to transmit light of a specific color with a predetermined pixel pattern.
  • a colored layer 21 (pixel) is formed (FIG. 4B). At this time, the colored layer 21 is located in a predetermined opening 20H of the light shielding layer 20 and partially formed on the light shielding layer 20.
  • a photoresist layer 202 is formed with a thickness of about 1 ⁇ m on the entire surface of the substrate 10 by applying a photoresist of another color (for example, green) (FIG. 4C). Then, the photoresist layer 202 formed in the left region 10L is exposed and developed with reference to the position of the alignment mark 11L or 11R, and formed in the right region 10R with reference to the position of the alignment mark 11L or 11R. The exposed photoresist layer 202 is exposed and developed to form a colored layer 22 corresponding to the color on the substrate 10 (FIG. 4D). In the same process, a colored layer 23 corresponding to another color (for example, blue) can be formed on the substrate 10 (FIG. 4E).
  • a photoresist layer 202 is formed with a thickness of about 1 ⁇ m on the entire surface of the substrate 10 by applying a photoresist of another color (for example, green) (FIG. 4C). The exposed photoresist layer 202 formed in the left region 10
  • the colored layers 21 to 23 in the left region 10L and the right region 10R can be formed in alignment with the opening 20H of the light shielding layer 20, but the light shielding layer 20 and There is basically an accuracy error in the alignment of the colored layers 21 to 23.
  • the effect of misalignment due to the alignment error is significant, and the light shielding layer is caused by the misalignment from the ideal coordinates caused by the alignment error accuracy of the photomasks 300 and 301 and the like.
  • the amount of color resist running on 20 differs between the left and right sides of the mask joint portion 10C.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the amount of color resist on the light shielding layer 20.
  • the colored layers 21 and 22 run on the light shielding layer 20 in the mask joint portion 10 ⁇ / b> C.
  • the colored layer 21 is formed by exposing and developing the left region 10L
  • the colored layer 22 is formed by exposing and developing the right region 10R.
  • the mask position of the light shielding layer 20 with respect to the substrate 10 is shifted to the right side and the light shielding layer 20 is shifted to the right side, or the mask position of the colored layer 22 in the right region 10R is shifted to the left side, and the colored layer 22 is shifted to the left side.
  • the amount of the color resist that the colored layer 22 in the right region 10R rides on the light shielding layer 20 is larger than that in the colored layer 21 in the left region 10L.
  • a film thickness difference occurs in the colored layer 21 in the mask joint portion 10C, and this may be visually recognized as color unevenness. In particular, when such color unevenness appears on a straight line in the display surface, it is easy for the viewer to visually recognize.
  • the pixel pattern on the mask in the mask joint portion 10C when forming the light shielding layer 20 and the colored layers 21 to 23 is configured by random density in units of one pixel, thereby enabling the viewer This reduces the degree to which the color unevenness is visually recognized.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing pixel patterns in the left region 10L and the right region 10R.
  • FIG. 6A and FIG. 6B show pixel patterns separately for the left region 10L and the right region 10R for convenience.
  • the pixel patterns of the mask joint portion 10C belonging to the left region 10L and the right region 10R each form a random pattern. However, when these patterns are joined at the mask joint portion 10C, a uniform pattern is obtained.
  • mutually complementary patterns are formed (FIG. 6C).
  • the pixel pattern is formed so that the right side is rough and the inner side is dense.
  • the pixel pattern is formed so that the left side is rough and the inner side is dense.
  • the alignment mark 11R on the right side is read with the camera of the exposure apparatus to align (mating) the photomask 301.
  • the alignment mark 11L on the left side may be read by the camera of the exposure apparatus to align the photomask 301.
  • the photomask 301 for the colored layer 21 is aligned with a mark (light shielding layer 20) on another exposure region, the positional deviation from the light shielding layer 20 formed immediately below the colored layer 21 is shifted. It is feared that will increase from the past.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a pixel pattern in the light shielding layer 20 and the colored layer 21.
  • 7A shows a part of the pixel pattern of the left region 10L in the light shielding layer 20
  • FIG. 7B shows a part of the pixel pattern of the right region 10R in the light shielding layer 20.
  • the pixel pattern is formed by random density in each region, and the left and right are complementary patterns.
  • FIG. 7C shows a pixel pattern of the left region in the colored layer 21 of a specific color (for example, red), and FIG. 7D shows a pixel pattern of the right region in the colored layer 21 of the same color (red).
  • the pixel pattern is configured by random density in each region, and the left and right are configured in a complementary pattern, similar to the light shielding layer 20, but each pixel pattern itself is different from the light shielding layer 20. Yes.
  • a pixel pattern different from the pixel pattern in the light shielding layer 20 and the red colored layer 21 is used. adopt.
  • the pixel pattern on the mask in the mask joint portion 10C is changed for each of the light shielding layer 20 and the colored layers 21 to 23, it is directly below the exposure position alignment of the colored layers 21 to 23.
  • the alignment mark 11L or 11R other than the above is used, the possibility that the photoresist may run on the light shielding layer 20 may occur at the same location, and the positional deviation of the light shielding layer 20 and the color layers 21 to 23 may be misaligned. Are less likely to strengthen each other. For this reason, in the present embodiment, it is possible to avoid emphasizing color unevenness for each of the colored layers 21 to 23, and to reduce color unevenness as a whole.
  • a pixel pattern constituted by random density is used for each of the colored layers 21 to 23, but a regular pattern or a combination of a plurality of regular patterns may be used.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing another example of a pixel pattern.
  • the pixel pattern in FIG. 8A shows a checkered pattern in which colored pixels and non-colored pixels are alternately arranged.
  • the pixel pattern in FIG. 8B shows a pattern in which colored portions for two pixels and non-colored portions for one pixel are repeatedly arranged in the left-right direction.
  • the pixel pattern of FIG. 8C shows a pattern in which the lower left region in the pattern region is configured by pixels of the colored portion and the upper right region is configured by an image of the non-colored portion.
  • the pixel pattern in FIG. 8D shows a pattern in which patterns made up of pixels in the colored portion are repeatedly arranged.
  • each of these patterns is a regular pattern.
  • the pixel pattern is changed for each colored layer 21, for example, in the colored layer 21 of a specific color (for example, red)
  • the pixel pattern of FIG. 8A By adopting the pixel pattern of FIG. 8A, the pixel pattern of FIG. 8B in the colored layer 22 of another color (for example, green), and the pixel pattern of FIG. 8C in the colored layer 23 of another color (for example, blue).
  • the regularity of the pattern is reduced, and the color unevenness on the straight line is less likely to be visually recognized in the display surface.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a liquid crystal display device including the color filter according to the present embodiment.
  • the liquid crystal display device according to the present embodiment includes an LCD module including a TFT side glass substrate 110, a liquid crystal layer 120 formed by enclosing a liquid crystal substance, and a CF side glass substrate 130.
  • a pixel electrode 111 for forming a pixel On the one side of the TFT side glass substrate 110, a pixel electrode 111 for forming a pixel, a TFT 112 connected to the pixel electrode 111, and an alignment film 113 are laminated.
  • the color filter 131 including the light shielding layer 20 and the colored layers 21 to 23, the counter electrode 132, and the alignment film 133 are stacked on the one side of the CF side glass substrate 130.
  • the backlight unit 150, the diffusion plate 151, and the polarizing plate 152 are provided on the back side of the LCD module (the other side of the TFT side glass substrate 110).
  • a polarizing plate 134 and a protective glass 135 are provided on the front side of the LCD module (the other side of the CF side glass substrate 130).
  • the backlight unit 150 is, for example, an edge light type backlight having a light source that emits light to the light guide plate from the side and a light guide plate that emits light incident from the side to the LCD module side, or the TFT side It is comprised by the direct type
  • the polarizing plate 152 is disposed on the surface of the TFT side glass substrate 110, and the polarizing plate 134 is disposed on the surface of the CF side glass substrate 130.
  • the polarizing plates 134 and 152 are provided so as to transmit linearly polarized light orthogonal to each other.
  • the diffusion plate 151 is disposed between the polarizing plate 152 and the backlight unit 150, and has a function of diffusing light emitted from the backlight unit 150 in all directions.
  • the protective glass 135 is disposed on the surface of the polarizing plate 134 opposite to the side facing the CF side glass substrate 130 and has a function of protecting the LCD module.
  • the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 152 out of the light emitted from the backlight unit 150 passes through the liquid crystal layer 120 and enters the polarizing plate 134.
  • the polarization state of the light transmitted through the liquid crystal layer 120 can be changed by a voltage applied to the liquid crystal layer 120. Therefore, a voltage corresponding to the video signal is applied to the pixel electrode 111 and the counter electrode 132, and an electric field is applied to the liquid crystal layer 120, thereby changing the polarization state of the light passing through the liquid crystal layer 120 and passing through the polarizing plate 134.
  • An optical image can be formed by controlling the amount of light to be emitted.

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Abstract

　画素パターンの整列誤差に伴う色ムラを軽減することができるカラーフィルタの製造方法及び液晶表示装置の提供。　透光性を有する基板上に遮光するフォトレジスト層又は特定の色の光を透過させるフォトレジスト層を塗布する工程と、予め定められた画素パターンを有するフォトマスクにより露光する露光領域を継ぎ合わせて前記フォトレジスト層を露光する工程とを順次繰り返すことにより、前記画素パターンに応じて形成する遮光層と２色以上の着色層とを備えたカラーフィルタを製造する方法において、表示領域内の複数の露光領域を継ぎ合わせる部位にて、フォトマスクの前記画素パターンは、前記遮光層及び前記着色層の夫々で異なる。

Description

カラーフィルタの製造方法及び液晶表示装置
　本発明は、フォトマスクを用いた分割露光により１画面のカラーフィルタを製造する方法及び該カラーフィルタを備えた液晶表示装置に関する。
　近年、映像及び画像を表示する表示装置に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を用いた液晶表示パネルが広く使用されている。また、液晶表示パネル、半導体素子及びプリント基板等を製造する際にフォトリソグラフィ技術が用いられている。
　フォトリソグラフィ技術は、基板上にフォトレジストを塗布した後、光源からの光をフォトマスクを介して基板上に照射することにより、フォトマスクに形成されているパターンを基板上に転写し、現像する技術である。フォトマスクには、基板に転写すべき所定のパターンが遮光部材を用いて形成されており、所定のパターン以外の箇所を通過した光が基板上に照射されることにより、所定のパターンが基板上に転写される。
　液晶表示パネルで用いられるカラーフィルタは、このようなフォトリソグラフィ技術を利用して形成される。近年の液晶表示パネルの大型化に伴い、製造されるカラーフィルタのサイズも大きくなっている。
　比較的大きなカラーフィルタを製造する場合、ガラス基板上を幾つかの領域に分けてブラックマトリックス層及びフォトレジスト層の表面全体を露光する分割露光が採用される。この場合、まず、黒色の顔料又は染料を含んだフォトレジスト層をガラス基板の表面に塗布することにより、ブラックマトリックス層を形成し、分割露光によりブラックマトリックス層の表面全体を露光する。そして、その後の現像工程において、露光用の光を照射した部位（又は照射しなかった部位）を除去することにより、所望のブラックマトリックスのパターンを形成する。その後、同様にして、特定の色の顔料又は染料を含んだフォトレジストを塗布することによりフォトレジスト層を形成し、分割露光及びその後の現像工程により、フォトレジスト層に所望の画素パターンを形成する。
特開２０１０－７２２９９号公報
　上述したように、フォトレジスト層はブラックマトリックス（遮光層）上に形成されるので、ブラックマトリックスへ乗り上げるフォトレジスト量の相違により、表示面の面内において、フォトレジスト層の厚み方向に不均一性が発生する。このようなフォトレジスト層の厚みの不均一性は、色ムラとなって視聴者に視認されることになる。
　特に、カラーフィルタの製造工程では、面内の同一箇所（例えば、ブラックマトリックスの開口縁部）にて、遮光層及び着色層のマスク位置のズレにより色ムラが強調される場合があり、当該色ムラが視聴者に視認され易くなるという問題点を有していた。
　本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、着色層毎の色ムラが強調し合うことを回避して、全体として色ムラを軽減することができるカラーフィルタの製造方法及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
　本願のカラーフィルタの製造方法は、透光性を有する基板上に遮光するフォトレジスト層又は特定の色の光を透過させるフォトレジスト層を塗布する工程と、予め定められた画素パターンを有するフォトマスクにより露光する露光領域を継ぎ合わせて前記フォトレジスト層を露光する工程とを順次繰り返すことにより、前記画素パターンに応じて形成する遮光層と２色以上の着色層とを備えたカラーフィルタを製造する方法において、表示領域内の複数の露光領域を継ぎ合わせる部位にて、フォトマスクの前記画素パターンは、前記遮光層及び前記着色層の夫々で異なることを特徴とする。
　本願のカラーフィルタの製造方法は、前記遮光層及び夫々の色の着色層を形成する際に、継ぎ合わせる複数の露光領域を互いに一部重複させて前記フォトレジスト層を露光することを特徴とする。
　本願のカラーフィルタの製造方法は、前記露光領域の一部を重複させる領域における前記画素パターンを、不規則的なパターンとしてあることを特徴とする。
　本願のカラーフィルタの製造方法は、前記露光領域の一部を重複させる領域における前記画素パターンを、前記露光領域の中央寄りから端部寄りに向かうにつれて画素が密から粗に変化する粗密パターンとしてあることを特徴とする。
　本願の液晶表示装置は、前述の製造方法によって製造されたカラーフィルタと、該カラーフィルタを透過させる光の光量を制御する液晶パネルとを備えることを特徴とする。
　本願によれば、表示領域内の複数の露光領域を継ぎ合わせる部位にて、フォトマスクの画素パターンを、遮光層及び着色層の夫々で異なるパターンとしているので、例えば、それぞれの着色層の露光位置合わせに直下以外のアライメントマークを使用した場合であっても、遮光層へのフォトレジストの乗り上げが同一箇所で発生する可能性、及び遮光層の位置ズレと着色層の位置ズレが強め合う可能性は少なくなる。このため、着色層毎の色ムラが強調し合うことを回避することができ、全体として色ムラを軽減することが可能となる。
本実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法の概略を示す図である。 露光領域の位置の調整方法を説明する説明図である。 遮光層及び着色層の製造工程を示す模式図である。 遮光層及び着色層の製造工程を示す模式図である。 遮光層上の色レジスト量を説明する説明図である。 左側領域及び右側領域における画素パターンを示す模式図である。 遮光層及び着色層における画素パターンの一例を示す模式図である。 画素パターンの他の例を示す模式図である。 本実施の形態に係るカラーフィルタを備えた液晶表示装置の一例を示す模式図である。
　本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
　図１は本実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法の概略を示す図である。本実施の形態に係るカラーフィルタは、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタである。カラーフィルタは、ガラス基板などの透光性を有する基板１０上に形成され、所望の画素パターンに応じた開口部２０Ｈを有する遮光層２０（図３を参照）と、この遮光層２０上に形成され、例えば、ＲＧＢ夫々の色の光を透過させる着色層２１～２３（図４を参照）とを備える。
　遮光層２０及び着色層２１～２３の形成には、フォトリソグラフィ技術を用いることが可能であるが、基板１０のサイズが比較的大きい場合、露光領域をずらしながら所望の領域全体を露光する分割露光法が採用される。例えば、着色層２１における分割露光法では、基板１０上に遮光層２０を形成した後、特定の色（赤色）の顔料又は染料を含んだフォトレジストを塗布することによりフォトレジスト層２０１を形成し、その表面を幾つかの領域に分けて露光することでフォトレジスト層２０１の表面全体に対する露光を行う。本実施の形態では、このような分割露光とその後の現像とを各色のフォトレジスト層に対して順次施すことにより、複数の色の着色層２１～２３を形成する。
　以下では、分割露光の適用例として、基板１０上に形成したフォトレジスト層２０１を２つの領域に分けて露光する工程について説明する。図１に示した例では、まず、基板１０上に形成したフォトレジスト層２０１の左側領域１０Ｌをフォトマスク３０１を用いて露光し（図１Ａ）、その後に、フォトマスク３０１の位置をずらしてフォトレジスト層２０１の右側領域１０Ｒを露光している（図１Ｂ）。本実施の形態では、隣り合う露光領域同士（図１Ｃに示す例では、左側領域１０Ｌ及び右側領域１０Ｒ）が一部重複するように、フォトマスク３０１の位置をずらして分割露光を行う（図１Ｃ）。隣り合う露光領域同士が一部重複する領域を、以下ではマスク継ぎ部１０Ｃと称する。
　フォトマスク３０１は、例えば、ガラス、石英等の透明基板により構成され、その一面に、フォトレジスト層２０１の表面に形成すべき画素パターンをクロム（Ｃｒ）等の遮光膜により形成したものである。フォトマスク３０１は、画素パターンを形成した一面側が露光対象のフォトレジスト層２０１と対向するように露光装置に設置される。
　露光装置は、フォトレジスト層２０１に照射すべき光を発する光源、光源からの光を集光させるためのミラー等を備え、基板１０上に形成されたフォトレジスト層２０１の表面にフォトマスク３０１を介して露光用の光を照射する。これにより、フォトマスク３０１に形成してある画素パターンがフォトレジスト層２０１の表面に投影される。露光装置によって光が照射されたフォトレジスト層２０１の部位は、例えば現像液に対する溶解性が変化し、その後の現像工程において、光が照射された部位（又は光が照射されなかった部位）が除去されることで、フォトマスク３０１のパターンに対応した画素パターンが着色層２１に形成される。
　なお、本実施の形態では、左側（又は右側）の露光領域を露光する場合には、右側（又は左側）の露光領域は露光しないので、光源側に遮光シャッタを設け、露光しない領域を遮光しておくことが望ましい。
　また、本実施の形態では、露光位置の基準を示す印（アライメントマーク）を基板１０上に形成し、この印を利用して夫々の露光領域に露光するためのマスク位置を決定し、調整する。
　図２は露光領域の位置の調整方法を説明する説明図である。アライメントマーク１１Ｌ，１１Ｒは、基板１０上に遮光層２０を形成する工程と同じ工程にて形成することが可能である。遮光層２０は、黒色フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ技術によって形成されるブラックマトリックスにより構成されており、着色層２１と同様、フォトマスク３００を用いた露光処理及び現像処理によって形成される。
　図２Ａに示す例では、基板１０上に黒色フォトレジストを塗布することにより、フォトレジスト層２００を形成した後、左側領域１０Ｌのフォトレジスト層２００をフォトマスク３００を用いて露光し、現像処理により不要な部分を除去することにより、左側領域１０Ｌの遮光層２０及びアライメントマーク１１Ｌを形成している。同様に、図２Ｂでは、右側領域１０Ｒのフォトレジスト層２００をフォトマスク３００を用いて露光し、現像処理により不要な部分を除去することにより、右側領域１０Ｒの遮光層２０及びアライメントマーク１１Ｒを形成している。なお、図２におけるアライメントマーク１１Ｌ，１１Ｒの位置は一例を示したものに過ぎない。
　左側領域１０Ｌ及び右側領域１０Ｒの遮光層２０を形成する際、基本的には同一のフォトマスク３００を用いるので、左側の遮光層２０に対するアライメントマーク１１Ｌの位置関係及び右側の遮光層２０に対するアライメントマーク１１Ｒの位置関係は全く同じとなる（図２Ｃ）。次に、基板１０上に遮光層２０と同じ工程で形成したアライメントマーク１１Ｌ，１１Ｒを露光装置上のカメラで読み取り、着色層２１（例えば、赤色）のフォトレジストを露光する為のフォトマスク３０１の位置を決定し、調整する。他の色（例えば、緑色、青色）のフォトレジストを露光する場合も同様であり、アライメントマーク１１Ｌ，１１Ｒを露光装置上のカメラで読み取り、それぞれの色に応じたフォトマスクの位置を決定し、調整する。
　図３及び図４は遮光層２０及び着色層２１～２３の製造工程を示す模式図である。図３及び図４では、マスク継ぎ部１０Ｃにおける遮光層２０及び着色層２１～２３を示している。まず、ガラス基板などの透光性を有する基板１０を形成した後（図３Ａ）、黒色フォトレジストを基板１０の一面側に塗布することにより、１μｍ程度の厚みを有するフォトレジスト層２００を形成する（図３Ｂ）。
　次いで、所望の画素パターンに対応したパターンが形成されたフォトマスク３００を用いて、左側領域１０Ｌ（フォトレジスト層２００の左側の領域）を露光し、現像することによって画素の位置に対応した開口部２０Ｈを形成する（図３Ｃ）。左側領域１０Ｌを露光する際には、遮光シャッタ等により右側領域１０Ｒを遮光しておくことが好ましい。同様にして、右側領域１０Ｒ（フォトレジスト層２００の右側の領域）を露光し、現像することによって画素の位置に対応した開口部２０Ｈを形成する（図３Ｄ）。右側領域１０Ｒを露光する際には、遮光シャッタ等により左側領域１０Ｌを遮光しておくことが好ましい。これにより、遮光層２０が形成された部位は基板１０の背面からの光が透過せず、開口部２０Ｈが設けられた部位は基板１０の背面からの光が透過するので、画素パターンに応じた透光パターンが形成されることになる。
　なお、これらの露光処理及び現像処理により、上述したアライメントマーク１１Ｌ，１１Ｒが遮光層２０と併せて基板１０上に形成される。
　次いで、特定の色（例えば、赤色）のフォトレジストを塗布することにより、遮光層２０を形成した基板１０の全面にフォトレジスト層２０１を１μｍ程度の厚みで形成する（図３Ｅ）。そして、アライメントマーク１１Ｌ又は１１Ｒの位置を参照して、左側領域１０Ｌに形成されたフォトレジスト層２０１を露光し、現像することにより、予め定められた画素パターンで特定の色の光を透過させる着色層２１（画素）を形成する（図４Ａ）。同様に、アライメントマーク１１Ｌ又は１１Ｒの位置を参照して、右側領域１０Ｒに形成されたフォトレジスト層２０１を露光し、現像することにより、予め定められた画素パターンで特定の色の光を透過させる着色層２１（画素）を形成する（図４Ｂ）。このとき、着色層２１は、遮光層２０の所定の開口部２０Ｈに位置すると共に、遮光層２０に一部乗り上げた状態で形成される。
　次いで、他の色（例えば、緑色）のフォトレジストを塗布することにより、基板１０の全面にフォトレジスト層２０２を１μｍ程度の厚みで形成する（図４Ｃ）。そして、アライメントマーク１１Ｌ又は１１Ｒの位置を参照して、左側領域１０Ｌに形成されたフォトレジスト層２０２を露光し、現像すると共に、アライメントマーク１１Ｌ又は１１Ｒの位置を参照して、右側領域１０Ｒに形成されたフォトレジスト層２０２を露光し、現像することにより、その色に対応した着色層２２を基板１０上に形成する（図４Ｄ）。
　同様の工程にて、更に他の色（例えば、青色）に対応した着色層２３を基板１０上に形成することができる（図４Ｅ）。
　アライメントマーク１１Ｌ，１１Ｒを用いることにより、遮光層２０の開口部２０Ｈに位置を合わせて、左側領域１０Ｌ及び右側領域１０Ｒの着色層２１～２３を形成することが可能であるが、遮光層２０及び着色層２１～２３の整列には基本的に精度誤差が存在する。特に、表示領域内でフォトマスク継ぎを行う場合には、整列誤差によるずれの影響が顕著であり、フォトマスク３００，３０１等の整列誤差精度から生じる理想座標からのずれに起因して、遮光層２０に乗り上げる色レジスト量がマスク継ぎ部１０Ｃの左右で異なってしまう場合がある。
　図５は遮光層２０上の色レジスト量を説明する説明図である。図５に示す例では、マスク継ぎ部１０Ｃにおいて、着色層２１，２２が遮光層２０に乗り上げている様子を示している。ここで、着色層２１は、左側領域１０Ｌを露光及び現像することにより形成され、着色層２２は、右側領域１０Ｒを露光及び現像することにより形成されたものとする。
　基板１０に対する遮光層２０のマスク位置が右側にずれ、遮光層２０が右側にずれて着膜した場合、又は右側領域１０Ｒにおける着色層２２のマスク位置が左側にずれ、着色層２２が左側にずれて着膜した場合、図５に示すように右側領域１０Ｒの着色層２２が遮光層２０に乗り上げる色レジスト量は、左側領域１０Ｌの着色層２１のものよりも多くなる。このため、マスク継ぎ部１０Ｃにおいて着色層２１に膜厚差が発生し、これが色ムラとして視認される場合がある。特に、このような色ムラが表示面内に直線上に顕れた場合、視聴者には視認しやすいものとなる。
　そこで、本実施の形態では、遮光層２０及び着色層２１～２３を形成する際のマスク継ぎ部１０Ｃにおけるマスク上の画素パターンを１画素を単位とするランダムな粗密により構成することで、視聴者により色ムラが視認される度合いを軽減するようにしている。
　図６は左側領域１０Ｌ及び右側領域１０Ｒにおける画素パターンを示す模式図である。図６Ａ及び図６Ｂは、便宜的に左側領域１０Ｌ及び右側領域１０Ｒに分けて夫々の画素パターンを示したものである。左側領域１０Ｌ及び右側領域１０Ｒに属するマスク継ぎ部１０Ｃの画素パターンは、それぞれランダムなパターンを形成しているが、それらのパターンをマスク継ぎ部１０Ｃにて継ぎ合わせた場合、均一なパターンとなるように、互いに相補的なパターンを形成している（図６Ｃ）。また、左側領域１０Ｌのマスク継ぎ部１０Ｃにおいて、右辺寄りは粗、内側寄りは密となるように、画素パターンを形成している。同様に右側領域１０Ｒのマスク継ぎ部１０Ｃにおいて、左辺寄りは粗、内側寄りは密となるように画素パターンを形成している。
　大型液晶表示装置を製造する場合、左側の遮光層２０の上層に着色層２１を形成する際、右側のアライメントマーク１１Ｒを露光装置のカメラで読み取ってフォトマスク３０１の位置合わせ（かん合）を行い、右側の遮光層２０の上層に着色層２１を形成する際、左側のアライメントマーク１１Ｌを露光装置のカメラで読み取ってフォトマスク３０１の位置合わせを行うことがある。このとき、着色層２１用のフォトマスク３０１は他の露光領域上の印（遮光層２０）との位置合わせになる為、着色層２１の直下に形成されている遮光層２０との位置のズレが従来より増大する事が危惧される。
　本実施の形態では、このような遮光層２０と着色層２１～２３との位置のズレに起因した色ムラを軽減するために、遮光層２０及び着色層２１～２３の夫々において、表示領域内のマスク継ぎ部１０Ｃにおける画素パターンを変更している。図７は遮光層２０及び着色層２１における画素パターンの一例を示す模式図である。図７Ａは、遮光層２０における左側領域１０Ｌの画素パターンの一部、図７Ｂは、遮光層２０における右側領域１０Ｒの画素パターンの一部を示している。上述したように、それぞれの領域においてランダムな粗密により画素パターンを構成し、左右が相補的なパターンを構成している。
　図７Ｃは、特定の色（例えば、赤色）の着色層２１における左側領域の画素パターン、図７Ｄは、同色（赤色）の着色層２１における右側領域の画素パターンを示している。それぞれの領域においてランダムな粗密により画素パターンを構成し、左右が相補的なパターンを構成していることは遮光層２０と同様であるが、それぞれの画素パターンそのものは、遮光層２０と相違している。
　なお、図には示していないが、更に別の色（例えば、緑色及び青色）の着色層２２及び２３を設ける場合には、遮光層２０及び赤色の着色層２１における画素パターンと異なる画素パターンを採用する。
　以上のように、本実施の形態では、遮光層２０及び着色層２１～２３毎にマスク継ぎ部１０Ｃにおけるマスク上の画素パターンを変更しているので、着色層２１～２３の露光位置合わせに直下以外のアライメントマーク１１Ｌ又は１１Ｒを使用した場合であっても、遮光層２０へのフォトレジストの乗り上げが同一箇所で発生する可能性、及び遮光層２０の位置ズレと着色層２１～２３の位置ズレが強め合う可能性は少なくなる。このため、本実施の形態においては、着色層２１～２３毎の色ムラが強調し合うことを回避することができ、全体として色ムラを軽減することが可能となる。
　なお、本実施の形態では、着色層２１～２３毎にランダムな粗密により構成された画素パターンを採用したが、規則的なパターン又は複数の規則的なパターンの組み合わせを用いるようにしてもよい。
　図８は画素パターンの他の例を示す模式図である。図８Ａの画素パターンは、着色部の画素及び非着色部の画素を交互に配置した市松模様のパターンを示している。また、図８Ｂの画素パターンは、２画素分の着色部及び１画素分の非着色部を左右方向に繰り返し並べたパターンを示している。更に、図８Ｃの画素パターンは、パターン領域内の左下領域を着色部の画素により構成し、右上領域を非着色部の画像により構成したパターンを示している。図８Ｄの画素パターンは、着色部の画素により構成される模様を繰り返し並べたパターンを示している。
　これらのパターンは何れも規則的なパターンであるが、本実施の形態では、着色層２１毎に画素パターンを変更する構成としているため、例えば、特定の色（例えば、赤色）の着色層２１では図８Ａの画素パターン、別の色（例えば、緑色）の着色層２２では図８Ｂの画素パターン、更に別の色（例えば、青色）の着色層２３では、図８Ｃの画素パターンを採用することにより、カラーフィルタ全体として見ればパターンの規則性が薄れることとなり、表示面内において直線上の色ムラが視認されることは少なくなる。
　図９は本実施の形態に係るカラーフィルタを備えた液晶表示装置の一例を示す模式図である。本実施の形態に係る液晶表示装置は、ＴＦＴ側ガラス基板１１０、液晶物質を封入することによって形成される液晶層１２０、及びＣＦ側ガラス基板１３０を含むＬＣＤモジュールを備える。ＴＦＴ側ガラス基板１１０には、その一面側に、画素を形成する画素電極１１１、及び画素電極１１１に接続されるＴＦＴ１１２、並びに配向膜１１３が積層される。また、ＣＦ側ガラス基板１３０には、その一面側に、上述した遮光層２０及び着色層２１～２３を含むカラーフィルタ１３１、対向電極１３２、及び配向膜１３３が積層される。
　このＬＣＤモジュールの背面側（ＴＦＴ側ガラス基板１１０の他面側）には、バックライトユニット１５０、拡散板１５１及び偏光板１５２が設けられる。また、ＬＣＤモジュールの表面側（ＣＦ側ガラス基板１３０の他面側）には、偏光板１３４及び保護ガラス１３５が設けられる。
　バックライトユニット１５０は、例えば、側方から導光板に対して光を発する光源と、側方から入射した光をＬＣＤモジュール側に出射する導光板とを有するエッジライト式バックライト、又は、ＴＦＴ側ガラス基板に対向するように配置した複数のＬＥＤを備える直下型のＬＥＤバックライトにより構成される。
　偏光板１５２は、ＴＦＴ側ガラス基板１１０の表面に配置され、偏光板１３４は、ＣＦ側ガラス基板１３０の表面に配置される。偏光板１３４，１５２は、互いに直交する直線偏光を透過するように設けられる。
　拡散板１５１は、偏光板１５２とバックライトユニット１５０との間に配設され、バックライトユニット１５０から出射された光を全方向に拡散させる機能を有する。
　保護ガラス１３５は、偏光板１３４のＣＦ側ガラス基板１３０に臨む側とは反対側の表面に配置され、ＬＣＤモジュールを保護する機能を有する。
　このような構成により、バックライトユニット１５０から出射された光のうち偏光板１５２を透過した直線偏光は、液晶層１２０を通過して偏光板１３４に入射する。このとき、液晶層１２０を透過する光の偏光状態は、液晶層１２０に印加する電圧によって変化させることができる。このため映像信号に対応した電圧を、画素電極１１１及び対向電極１３２に印加し、液晶層１２０に電界を印加することで、液晶層１２０を通過する光の偏光状態を変え、偏光板１３４を透過する光の光量を制御して、光学画像を形成することができる。
　今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。
　１０　基板
　２０　遮光層
　２１，２２，２３　着色層
　２００，２０１　フォトレジスト層
　３００，３０１　フォトマスク
　１１０　ＴＦＴ側ガラス基板
　１１１　画素電極
　１１２　ＴＦＴ
　１１３　配向膜
　１２０　液晶層
　１３０　ＣＦ側ガラス基板
　１３１　カラーフィルタ
　１３２　対向電極
　１３３　配向膜
　１３４　偏光板
　１３５　保護ガラス
　１５０　バックライトユニット
　１５１　拡散板
　１５２　偏光板

Claims (5)

  1. 　透光性を有する基板上に遮光するフォトレジスト層又は特定の色の光を透過させるフォトレジスト層を塗布する工程と、予め定められた画素パターンを有するフォトマスクにより露光する露光領域を継ぎ合わせて前記フォトレジスト層を露光する工程とを順次繰り返すことにより、前記画素パターンに応じて形成する遮光層と２色以上の着色層とを備えたカラーフィルタを製造する方法において、
    　表示領域内の複数の露光領域を継ぎ合わせる部位にて、フォトマスクの前記画素パターンは、前記遮光層及び前記着色層の夫々で異なることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
  2. 　前記遮光層及び夫々の色の着色層を形成する際に、継ぎ合わせる複数の露光領域を互いに一部重複させて前記フォトレジスト層を露光することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
  3. 　前記露光領域の一部を重複させる領域における前記画素パターンを、不規則的なパターンとしてあることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタの製造方法。
  4. 　前記露光領域の一部を重複させる領域における前記画素パターンを、前記露光領域の中央寄りから端部寄りに向かうにつれて画素が密から粗に変化する粗密パターンとしてあることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法。
  5. 　請求項１から請求項４の何れか１つに記載の製造方法によって製造されたカラーフィルタと、
    　該カラーフィルタを透過させる光の光量を制御する液晶パネルと
    　を備えることを特徴とする液晶表示装置。
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