JP4593214B2 - 液晶表示装置用基板のパターンニング方法と液晶表示装置用基板、および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置用基板のパターンニング方法に関し、特に、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、液晶表示装置用基板を構成している互いに隣接する形状が異なる複数の機能部をパターニング形成する、パターンニング方法に関する。
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶表示装置とも言う）は、薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノートパソコンを中心にその市場が急速に拡大してきた。
特に、最近になって、こうしたパソコン用ディスプレイの一環として、ノートパソコンに比べてより大型のデスクトップ用モニターの需要が発生している。
また、パソコン用のみならず、従来であればＣＲＴが主流であったテレビ向けにも液晶ディスプレイが利用されるようになってきた。
特に、最近になって、こうしたパソコン用ディスプレイの一環として、ノートパソコンに比べてより大型のデスクトップ用モニターの需要が発生している。
また、パソコン用のみならず、従来であればＣＲＴが主流であったテレビ向けにも液晶ディスプレイが利用されるようになってきた。
このような中、大型の液晶ディスプレイにおいては、全画面にわたって視野角度によらない、均一な輝度やコントラスト等を確保することが特に要求されるが、従来、広く用いられている捩れ配向モード（以下ＴＮ−ＬＣＤ）では、視野角度が狭いことが大きな問題点となっていた。
これに対して、近年、Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＩＰＳ）モード、光学補償ＴＮモードなど、多くの改善モードが開発されてきている。
その中でも、複数配向分割型垂直配向モード（以下、ＭＶＡモード；Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｏｄｅ とも言う）が、その（１）広視野角、（２）高コントラスト、（３）高速応答、（４）忠実な色再現、（５）高精細といった優位性から、現在広く注目を集めている。
このＭＶＡモードは、電圧非印加時に全ての液晶分子が配向膜上に垂直に立った状態で整列しており、電圧印加時に液晶分子が倒れることで表示制御を行う方法である。
そして、高品位な表示を実現するために、液晶分子が倒れる方向が隣接するドメイン毎に異なる構成となっている。
その中でも、複数配向分割型垂直配向モード（以下、ＭＶＡモード；Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｏｄｅ とも言う）が、その（１）広視野角、（２）高コントラスト、（３）高速応答、（４）忠実な色再現、（５）高精細といった優位性から、現在広く注目を集めている。
このＭＶＡモードは、電圧非印加時に全ての液晶分子が配向膜上に垂直に立った状態で整列しており、電圧印加時に液晶分子が倒れることで表示制御を行う方法である。
そして、高品位な表示を実現するために、液晶分子が倒れる方向が隣接するドメイン毎に異なる構成となっている。
当初、このような複数配向分割、いわゆるマルチドメイン化、を実現するためにマスクラビングを複数回繰り返す手法が提案された。
しかしながら、この方法を用いた場合、ラビング工程に起因する静電気の発生、発塵などの発生による歩留まり率の低下、プロセスの複雑化による生産性の低下などの理由から、生産プロセスにおける信頼性が十分であるとは言えなかった。
しかしながら、この方法を用いた場合、ラビング工程に起因する静電気の発生、発塵などの発生による歩留まり率の低下、プロセスの複雑化による生産性の低下などの理由から、生産プロセスにおける信頼性が十分であるとは言えなかった。
このような実情に鑑み、近年、特許公報第２９４７３５０号（特許文献１）に記載されるように、液晶パネル内に突起を設けることにより、ラビングの手法を用いることなく液晶分子の傾斜方向を規定する手法が採用されてきている。
この際、配向を制御する突起がジグザグ線のストライプ状に設けられることにより、電圧印加時の液晶分子の長軸が、ジグザグ線の中心軸に対して水平に見て４５°の角度をなす４方向に均等に規制されてなる。
すなわち、一画素内における配向方向を４分割とし、かつその分割面積が等しくなるように設計されている。
また、この手法では、配向を制御する突起がカラーフィルタ側とアレイ側の双方に設けてあり、セル化したときに交互に配列するように形成される。
特許公報第２９４７３５０号
この際、配向を制御する突起がジグザグ線のストライプ状に設けられることにより、電圧印加時の液晶分子の長軸が、ジグザグ線の中心軸に対して水平に見て４５°の角度をなす４方向に均等に規制されてなる。
すなわち、一画素内における配向方向を４分割とし、かつその分割面積が等しくなるように設計されている。
また、この手法では、配向を制御する突起がカラーフィルタ側とアレイ側の双方に設けてあり、セル化したときに交互に配列するように形成される。
さらに最近では、アレイ側の配向制御突起の代わりに、仮想的な配向制御突起としてＩＴＯ膜にスリットを設けた構造も開発されている。
ところで、一般に、配向制御のための突起を設けたＭＶＡモード液晶ディスプレイ（ＭＶＡ−ＬＣＤ；Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｏｄｅ ＬＣＤ）においては、液晶層厚さを規定するスペーサとして、球状のスペーサービーズが用いられている。
この場合、カラーフィルタ基板とアレイ基板とが、一定直径値からなるスペーサービーズを介して貼り合わせられることとなる。
しかしながら、スペーサービーズが存在することにより、ビーズ周辺の液晶分子の配向状態に乱れが生じる。
その結果、黒表示状態でも複屈折現象が発生し光漏れが生じてコントラストが低下する一方、白表示時にディスクリネーションラインに起因する輝度の低下が発生する、といった問題点がある。
また、一般にスペーサービーズは高所より重力を利用して散布されるため、その基板内における位置を特定できず、微小部分的にはその密度を制御するのが困難であるとともに、セル化後においてもビーズ位置の若干の移動が発生することもあり得る。
一方、プロセス面ではクリーンルーム内で非常に微小なビーズ粒子を散布するため、飛散する等、製造プロセスにおける信頼性の点で問題があった。
特にＭＶＡモードは、従来のＴＮモードとは異なり、液晶の複屈折を利用した複屈折モードであるため、表示エリア全域に渡って非常に精密な液晶層厚の制御が要求されるため、スペーサビーズよりも高精度のスペーサが望まれていた。
この場合、カラーフィルタ基板とアレイ基板とが、一定直径値からなるスペーサービーズを介して貼り合わせられることとなる。
しかしながら、スペーサービーズが存在することにより、ビーズ周辺の液晶分子の配向状態に乱れが生じる。
その結果、黒表示状態でも複屈折現象が発生し光漏れが生じてコントラストが低下する一方、白表示時にディスクリネーションラインに起因する輝度の低下が発生する、といった問題点がある。
また、一般にスペーサービーズは高所より重力を利用して散布されるため、その基板内における位置を特定できず、微小部分的にはその密度を制御するのが困難であるとともに、セル化後においてもビーズ位置の若干の移動が発生することもあり得る。
一方、プロセス面ではクリーンルーム内で非常に微小なビーズ粒子を散布するため、飛散する等、製造プロセスにおける信頼性の点で問題があった。
特にＭＶＡモードは、従来のＴＮモードとは異なり、液晶の複屈折を利用した複屈折モードであるため、表示エリア全域に渡って非常に精密な液晶層厚の制御が要求されるため、スペーサビーズよりも高精度のスペーサが望まれていた。
このような中、本願出願人は、特開２００２−１６９１６３号公報（特許文献２）において開示しているように、これらに対応して、複数配向分割型垂直モード液晶ディスプレイにおいて、駆動電極層および透明電極層の間に、スペーサビーズに代わりに柱状またはリブ状に配設されるスペーサを設け、かつ、このスペーサを液晶の配向方向を制御する配向制御突起と重なる位置に設けた複数配向分割型垂直モード液晶ディスプレイ、およびそれに用いるカラーフィルタを提案している。
これにより、複数配向分割型垂直モード液晶ディスプレイの生産プロセスにおいて、信頼性を高く、かつ、ディスクリネーションラインに起因する輝度の低下を防ぎ、表示エリア全体にわたって高コントラストな表示ができるようにしている。
特開２００２−１６９１６３号公報
これにより、複数配向分割型垂直モード液晶ディスプレイの生産プロセスにおいて、信頼性を高く、かつ、ディスクリネーションラインに起因する輝度の低下を防ぎ、表示エリア全体にわたって高コントラストな表示ができるようにしている。
このように、近年、ＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）においては、その品質面からの改善から、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりに柱状またはリブ状に配設されるスペーサを、設けるようになってきたが、これに伴い、これらを配設するために工程数が増え、生産性の面や、品質面で問題となってきた。
このような問題に対応するものとしては、例えば、特開２００３−３５０８６０号公報（特許文献３）に記載されるように、ネガ型の感光性樹脂膜を用い、全透過パターンおよびハーフトーンパターンの両方が形成されたフォトマスク介して露光し、現像することにより、液晶層厚さを規定する柱状スペーサとカラーフィルタ基板のカラーフィルタを覆う平坦化樹脂膜とを、同時に形成する方法が開示されている。
あるいは、また、特開平８−９５０２１号公報（特許文献４）には、ハーフトーンのマスク部を有するフォトマスクを用いて、カラーフィルタの遮光部に、フィルター着色層の形成と同時に３色重ねのブラックマトリクス層を形成することを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法が記載されている。
特開２００３−３５０８６０号公報
特開平８−９５０２１号公報 これらは、いずれも、ハーフトーンのマスク部を有するフォトマスクを用いて露光転写を行うことにより、従来の工程を簡略化しようとするものである。
このような問題に対応するものとしては、例えば、特開２００３−３５０８６０号公報（特許文献３）に記載されるように、ネガ型の感光性樹脂膜を用い、全透過パターンおよびハーフトーンパターンの両方が形成されたフォトマスク介して露光し、現像することにより、液晶層厚さを規定する柱状スペーサとカラーフィルタ基板のカラーフィルタを覆う平坦化樹脂膜とを、同時に形成する方法が開示されている。
あるいは、また、特開平８−９５０２１号公報（特許文献４）には、ハーフトーンのマスク部を有するフォトマスクを用いて、カラーフィルタの遮光部に、フィルター着色層の形成と同時に３色重ねのブラックマトリクス層を形成することを特徴とする液晶用カラーフィルタの製造方法が記載されている。
尚、上記各液晶表示装置用のカラーフィルタ基板の着色層の形成や、各部のパターニングには、それぞれ得失があり、カラーフィルタ基板の着色層の形成方法としては、一般には、フォトリソグラフィプロセス（以下、フォトリソグラフィー法と言う）が採られている。
このフォトリソグラフィー法においては、従来、その生産性、品質の面から、カラーフィルタ用の着色層をカラーフィルタ形成用基板に形成する際に、近接露光（プロキシミティー露光とも言う）を用い、着色層形成用の感光性組成物を、カラーフィルタ形成用基板に塗布し、所定の露光装置にてマスクのパターンを近接露光し、現像して、目的とする絵柄に形成していた。
このフォトリソグラフィー法においては、従来、その生産性、品質の面から、カラーフィルタ用の着色層をカラーフィルタ形成用基板に形成する際に、近接露光（プロキシミティー露光とも言う）を用い、着色層形成用の感光性組成物を、カラーフィルタ形成用基板に塗布し、所定の露光装置にてマスクのパターンを近接露光し、現像して、目的とする絵柄に形成していた。
また、ＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）で、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりに柱状スペーサを設けた、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板の１例としては、図６（ａ）に示すように、透明基板５１上に、ブラックストライプ５２と各着色層５３ａ、５３ｂ、５３ｃを形成し、オーバーコート層５４で覆い平坦化した表面に透明電極５５を配し、
且つ、該透明電極５５上、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起５９や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりに柱状スペーサ５８を設けた、構造のものが挙げられる。
そして、このような、カラーフィルタ基板（図６の５０）を用いた液晶表示素子は、例えば、図７に示すように、カラーフィルタ基板５０と多数の画素電極７２を備えるＴＦＴ側基板７０を対向させ、この間に液晶７４を封入した構造になっている。
尚、図６（ａ）に示す断面は、画素６０の平面に、図６（ｂ）のように制御用突起５９や柱状スペーサ５８が配されているカラーフィルタ基板（図６の５０）における、図６（ｂ）でＤ１−Ｄ２に示す方向断面を示したものである。
且つ、該透明電極５５上、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起５９や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりに柱状スペーサ５８を設けた、構造のものが挙げられる。
そして、このような、カラーフィルタ基板（図６の５０）を用いた液晶表示素子は、例えば、図７に示すように、カラーフィルタ基板５０と多数の画素電極７２を備えるＴＦＴ側基板７０を対向させ、この間に液晶７４を封入した構造になっている。
尚、図６（ａ）に示す断面は、画素６０の平面に、図６（ｂ）のように制御用突起５９や柱状スペーサ５８が配されているカラーフィルタ基板（図６の５０）における、図６（ｂ）でＤ１−Ｄ２に示す方向断面を示したものである。
上記のように、近年、ＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）においては、その品質面からの改善から、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりに柱状またはリブ状に配設されるスペーサを、設けるようになってきたが、これに伴い、これらを配設するために工程数が増え、生産性の面や、品質面で問題となってきた。
そして、このような問題に対応して、ハーフトーンのマスク部を有するフォトマスクを用いて露光転写を行うことにより、従来の工程を簡略化しようとする方法も採られようになってきたが、このような方法の場合、ハーフトーンのマスク部を有するフォトマスクを用いた一括露光転写であるため、露光量分布がマスクにより制限され、仕様変更や寸法、厚さ（残膜厚）の微調整ができないと言う問題があり、実際に液晶ディスプレイを生産する上では、その使用は難とされている。
本発明は、これに対応するもので、近年のＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶表示装置とも言う）における、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりる柱状またはリブ状のスペーサの配設による、工程数増加による生産性の面や、品質面の問題に対応できる、パターンニング方法を提供しようとするものである。
そして、このような問題に対応して、ハーフトーンのマスク部を有するフォトマスクを用いて露光転写を行うことにより、従来の工程を簡略化しようとする方法も採られようになってきたが、このような方法の場合、ハーフトーンのマスク部を有するフォトマスクを用いた一括露光転写であるため、露光量分布がマスクにより制限され、仕様変更や寸法、厚さ（残膜厚）の微調整ができないと言う問題があり、実際に液晶ディスプレイを生産する上では、その使用は難とされている。
本発明は、これに対応するもので、近年のＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶表示装置とも言う）における、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりる柱状またはリブ状のスペーサの配設による、工程数増加による生産性の面や、品質面の問題に対応できる、パターンニング方法を提供しようとするものである。
本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層の感光性材料から、液晶表示装置用の基板を構成している、層構成上で互いに隣接あるいは同じ層上に位置する、形状が異なる複数の機能部である、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブと液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサ、あるいは、平坦化層と、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブおよび／または液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサを、形成する、液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、所定の露光波長で露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域毎に、それぞれ、前記所定の露光波長で露光量を変えて露光し、あるいは、前記１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域に対応して、露光波長を変え、所定の露光量で露光し、この後、露光された感光性材料を現像する前記所定の現像プロセスを行い、各機能部をパターニング形成することを特徴とするものである。
そして、上記の液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、分割ラスター型の描画方式を採るもので、全描画領域のそれぞれ所定の幅範囲を描画領域として描画できる描画用のレーザヘッドを複数、直線状に並べた状態で、各レーザヘッドにより各描画領域を描画し、各レーザヘッドの描画領域を合わせて、全描画領域とするもので、前記各レーザヘッドは、それぞれのレーザビームをポリゴンミラー等により主走査される所定の幅範囲を露光するものであることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）やＥＯモジュール（電気光学変換素子、ＥＯ；Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ−Ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、レーザ光を制御し、画像データに基づいて変調するものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、光源として、固体レーザを採用していることを特徴とするものである。
尚、ここで言う、Ａおよび／またはＢとは、Ａ、Ｂ、ＡとＢの両方の、いずれの場合をも含むことを意味する。
そして、上記の液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、分割ラスター型の描画方式を採るもので、全描画領域のそれぞれ所定の幅範囲を描画領域として描画できる描画用のレーザヘッドを複数、直線状に並べた状態で、各レーザヘッドにより各描画領域を描画し、各レーザヘッドの描画領域を合わせて、全描画領域とするもので、前記各レーザヘッドは、それぞれのレーザビームをポリゴンミラー等により主走査される所定の幅範囲を露光するものであることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）やＥＯモジュール（電気光学変換素子、ＥＯ；Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ−Ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、レーザ光を制御し、画像データに基づいて変調するものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、光源として、固体レーザを採用していることを特徴とするものである。
尚、ここで言う、Ａおよび／またはＢとは、Ａ、Ｂ、ＡとＢの両方の、いずれの場合をも含むことを意味する。
本発明の液晶表示装置用基板は、上記いずれかの液晶表示装置用基板のパターンニング方法により、液晶表示装置用の基板を構成している層構成上で互いに隣接あるいは同じ層上に位置する、形状が異なる複数の機能部である、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブと液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサ、あるいは、平坦化層と、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブおよび／または液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサが形成されて成ることを特徴とするものである。
本発明の液晶表示装置は、上記いずれかの液晶表示装置用基板である、カラーフィルタ基板、あるいは、該カラーフィルタ基板に対向させる多数の画素電極を備える対向基板とを用い、カラーフィルタ基板と対向基板との間に液晶を封入して成ることを特徴とするものである。
（作用）
本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、このような構成にすることにより、近年のＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）における、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりる柱状またはリブ状のスペーサの配設による、工程数増加による生産性の面や、品質面の問題に対応できる、パターンニング方法の提供を可能としている。
具体的には、１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、所定の露光波長で露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域毎に、それぞれ、前記所定の露光波長で露光量を変えて露光し、あるいは、前記１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域に対応して、露光波長を変え、所定の露光量で露光し、この後、露光された感光性材料を現像する前記所定の現像プロセスを行い、各機能部をパターニング形成することにより、これを達成している。
詳しくは、露光量や波長を比較的簡単に変えることができるレーザ直描画方式を採ることにより、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、１層の感光性材料から、液晶ディスプレイ用のカラーフィルタ基板を構成している層構成上で互いに隣接あるいは同じ層上に位置する、形状が異なる複数の機能部を形成する、パターンニング方法の実施を容易なものとしている。
特に、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、このような構成にすることにより、近年のＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）における、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりる柱状またはリブ状のスペーサの配設による、工程数増加による生産性の面や、品質面の問題に対応できる、パターンニング方法の提供を可能としている。
具体的には、１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、所定の露光波長で露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域毎に、それぞれ、前記所定の露光波長で露光量を変えて露光し、あるいは、前記１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域に対応して、露光波長を変え、所定の露光量で露光し、この後、露光された感光性材料を現像する前記所定の現像プロセスを行い、各機能部をパターニング形成することにより、これを達成している。
詳しくは、露光量や波長を比較的簡単に変えることができるレーザ直描画方式を採ることにより、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、１層の感光性材料から、液晶ディスプレイ用のカラーフィルタ基板を構成している層構成上で互いに隣接あるいは同じ層上に位置する、形状が異なる複数の機能部を形成する、パターンニング方法の実施を容易なものとしている。
特に、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
レーザ直描画方式は、全描画領域のそれぞれ所定の幅範囲を描画領域として描画できる描画用のレーザヘッドを複数、直線状に並べた状態で、各レーザヘッドにより各描画領域を描画し、各レーザヘッドの描画領域を合わせて、全描画領域とするもので、前記各レーザヘッドは、それぞれのレーザビームをポリゴンミラー等により主走査される所定の幅範囲を露光するものである、いわば分割ラスター型の描画方式を採るものであることにより、描画効率の良いものとしている。
そして、ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）やＥＯモジュール（電気光学変換素子、ＥＯ；Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ−Ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、レーザ光を制御し、画像データに基づいて変調するものであることにより、容易に各機能部領域への所望の照射エネルギーの露光を可能としている。
画像データに基づくレーザビーム照射のオンオフ制御や照射エネルギー量の変更制御をこれらの部材を利用して行うことができる。
レーザ直描画方式は、光源として、固体レーザを採用していることにより、その装置全体を簡略化でき、扱い易いものとしている。
例えば、ＬＤ励起型の（ロッド励起型の）ＹＡＧレーザがこれに当たるが、これに限定はされない。
レーザ光としては、波長５００ｎｍ以下の紫外レーザが好ましい。
そして、ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）やＥＯモジュール（電気光学変換素子、ＥＯ；Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ−Ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、レーザ光を制御し、画像データに基づいて変調するものであることにより、容易に各機能部領域への所望の照射エネルギーの露光を可能としている。
画像データに基づくレーザビーム照射のオンオフ制御や照射エネルギー量の変更制御をこれらの部材を利用して行うことができる。
レーザ直描画方式は、光源として、固体レーザを採用していることにより、その装置全体を簡略化でき、扱い易いものとしている。
例えば、ＬＤ励起型の（ロッド励起型の）ＹＡＧレーザがこれに当たるが、これに限定はされない。
レーザ光としては、波長５００ｎｍ以下の紫外レーザが好ましい。
本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法で形成する層構成上で互いに隣接あるいは同じ層上に位置する、形状が異なる複数の機能部としては、材質的に、配向方向を制御する制御用突起としてのリブと液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサ、あるいは、平坦化層と、配向方向を制御する制御用突起としてのリブおよび／または液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサが挙げられるが、これらに限定はされない。
パターンニングの対象とする液晶表示装置用基板としては、カラーフィルタ基板、あるいは、該カラーフィルタ基板に対向させる多数の画素電極を備える対向基板がある。
尚、カラーフィルタ基板（図７の５０に相当）のカラーフィルタをカバーするオーバーコート層（図７の５４に相当）や、対向基板（図の７０に相当）において、透明電極と配向材との間に設けられるオーバーコート層（図示していない）が、平坦化層に当たる。
パターンニングの対象とする液晶表示装置用基板としては、カラーフィルタ基板、あるいは、該カラーフィルタ基板に対向させる多数の画素電極を備える対向基板がある。
尚、カラーフィルタ基板（図７の５０に相当）のカラーフィルタをカバーするオーバーコート層（図７の５４に相当）や、対向基板（図の７０に相当）において、透明電極と配向材との間に設けられるオーバーコート層（図示していない）が、平坦化層に当たる。
本発明の液晶表示装置用基板は、このような構成にすることにより、生産性良く、品質面の問題にも対応できるものとしている。
また、本発明の液晶表示装置は、このような構成にすることにより、生産性良く、品質面の問題にも対応できて、その製造を可能としている。
また、本発明の液晶表示装置は、このような構成にすることにより、生産性良く、品質面の問題にも対応できて、その製造を可能としている。
本発明は、上記のように、近年のＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶表示装置とも言う）において起こる、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起や、液晶層厚さを規定するスペーサとして、従来のスペーサビーズに代わりる柱状またはリブ状のスペーサの配設による、工程数増加による生産性の面や、品質面の問題に対応できる、パターンニング方法の提供を可能とした。
このようなパターニング法を用いることにより、生産性良く、品質面の問題にも対応できるカラーフィルタ基板等の液晶表示装置用基板の提供を可能とした。
更に、そのような液晶表示装置用基板を用いた液晶表示装置の提供を可能にした。
このようなパターニング法を用いることにより、生産性良く、品質面の問題にも対応できるカラーフィルタ基板等の液晶表示装置用基板の提供を可能とした。
更に、そのような液晶表示装置用基板を用いた液晶表示装置の提供を可能にした。
本発明の実施の形態例を挙げ、図に基づいて説明する
図１は本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第１の例の工程断面図で、図２は第１の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法において用いる描画用のレーザ装置の概略図で、図３はレーザ描画のための各動作と該各動作を行うための部材との関係を示した図で、図４は本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第２の例の工程断面図で、図５は本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第３の例の工程断面図である。
尚、図３における太線矢印は各動作の行う順を示したもので、点線矢印は部材間のレーザの進行方向を示したものである。
図１〜図５中、１１０、１１０ａ、１１０ｂは液晶表示装置用基板、１１１は透明基板、１１２はブラックマトリクス、１１３は着色層、１１３ａは第１の着色層、１１３ｂは第２の着色層、１１３ｃは第３の着色層、１１４、１１４ａ、１１４ｂは平坦化層、１１４ｃは開口、１２０、１２０ａ、１２０ｂは透明導電層（ＩＴＯ）、１３０、１３０ａ、１３０ｂは（ネガ型の）感光性材料、１３１、１３１ｂは（液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ、１３２、１３２ａは（配向方向を制御する）制御用突起、１４１は第１の露光、１４２は第２の露光、１４１ａは第１の露光、１４２ａは第２の露光、１４１ｂは第１の露光、１４２ｂは第２の露光、１６０は（液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ、１９０はスイッチング能動素子、２１１、２１２、２１３はレーザヘッド、２２０は液晶表示装置用基板（カラ−フィルタ基板とも言う）、２２１は感光性材料、２３０はステージ、２４０は支持部、２５０はレーザ光、３１１はレーザ発生器、３１２はビームセパレータ、３１３は変調部材、３１４はポリゴンミラー、３１５はｆθレンズ、３１６はミラーである。
図１は本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第１の例の工程断面図で、図２は第１の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法において用いる描画用のレーザ装置の概略図で、図３はレーザ描画のための各動作と該各動作を行うための部材との関係を示した図で、図４は本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第２の例の工程断面図で、図５は本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第３の例の工程断面図である。
尚、図３における太線矢印は各動作の行う順を示したもので、点線矢印は部材間のレーザの進行方向を示したものである。
図１〜図５中、１１０、１１０ａ、１１０ｂは液晶表示装置用基板、１１１は透明基板、１１２はブラックマトリクス、１１３は着色層、１１３ａは第１の着色層、１１３ｂは第２の着色層、１１３ｃは第３の着色層、１１４、１１４ａ、１１４ｂは平坦化層、１１４ｃは開口、１２０、１２０ａ、１２０ｂは透明導電層（ＩＴＯ）、１３０、１３０ａ、１３０ｂは（ネガ型の）感光性材料、１３１、１３１ｂは（液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ、１３２、１３２ａは（配向方向を制御する）制御用突起、１４１は第１の露光、１４２は第２の露光、１４１ａは第１の露光、１４２ａは第２の露光、１４１ｂは第１の露光、１４２ｂは第２の露光、１６０は（液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ、１９０はスイッチング能動素子、２１１、２１２、２１３はレーザヘッド、２２０は液晶表示装置用基板（カラ−フィルタ基板とも言う）、２２１は感光性材料、２３０はステージ、２４０は支持部、２５０はレーザ光、３１１はレーザ発生器、３１２はビームセパレータ、３１３は変調部材、３１４はポリゴンミラー、３１５はｆθレンズ、３１６はミラーである。
はじめに、本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第１の例を、図１を基に説明する。
第１の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層のネガ型の感光性材料から、図１（ｄ）に示す、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板１１０を構成している、層構成上で同じ層透明導電膜１２０上に位置する、形状が異なる、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１と、配向方向を制御するための制御用突起１３２とを形成する、パターンニング方法である。
そして、本例は、ネガ型の感光性材料１３０として、所定の露光波長λで露光量を変えることにより所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該ネガ型の感光性材料１３０を、レーザ直描画方式により、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２の露光量で、それぞれ、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて描画露光し、この後、露光された感光性材料を現像する所定の現像プロセスを１回行い、各機能部である、柱状スペーサ１３１、制御用突起１３２を、１層のネガ型の感光性材料１３０からパターニング形成するものである。
第１の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層のネガ型の感光性材料から、図１（ｄ）に示す、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板１１０を構成している、層構成上で同じ層透明導電膜１２０上に位置する、形状が異なる、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１と、配向方向を制御するための制御用突起１３２とを形成する、パターンニング方法である。
そして、本例は、ネガ型の感光性材料１３０として、所定の露光波長λで露光量を変えることにより所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該ネガ型の感光性材料１３０を、レーザ直描画方式により、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２の露光量で、それぞれ、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて描画露光し、この後、露光された感光性材料を現像する所定の現像プロセスを１回行い、各機能部である、柱状スペーサ１３１、制御用突起１３２を、１層のネガ型の感光性材料１３０からパターニング形成するものである。
先ず、液晶表示装置用基板としてのカラーフィルタ基板１１０を用意しておく。（図１（ａ））
ここで使用するカラーフィルタ基板１１０は、透明基板１１１上に赤色の第１の着色層１１３ａ、青色の第２の着色層１１３ｂ、緑色の第３の着色層１１３ｃをブラックマトリクス１１２で分離するようにして配し、これらの上に平坦化層１１４を設け、更に該平坦化層１２０の表面に透明電極１２０を設けたものである。
次いで、透明電極１２０側面上、全面に、所定の露光波長λで露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わるネガ型の感光性材料１３０を塗布する。（図１（ｂ））
ネガ型の感光性材料１３０としては、例えば、アクリル系樹脂を用いたレジスト材料で、上記のような感光性を有するものが用いられる。
次いで、ネガ型の感光性材料１３０を、レーザ直描画方式により、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて、液晶表示装置とする際に、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で第１の露光１４１を行い、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２の露光量で第２の露光１４２を行う。（図１（ｃ）） 柱状スペーサ１３１形成領域と制御用突起１３２形成領域以外はレーザビームの照射は行われない。
通常のネガ型の感光性材料は、特定の露光光、現像プロセスにおいて、露光量を増やすことにより残膜厚が増える右上がりの残膜特性を示し、本例もこの特性を利用したものである。
本例の場合、レーザ直描画方式により描画露光を行うため、先にも述べたが、従来の、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
次いで、所定の現像プロセスを行い、それぞれ、所望の厚さの、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１と、配向方向を制御するための制御用突起１３２とを形成する。（図１（ｄ））
ここで使用するカラーフィルタ基板１１０は、透明基板１１１上に赤色の第１の着色層１１３ａ、青色の第２の着色層１１３ｂ、緑色の第３の着色層１１３ｃをブラックマトリクス１１２で分離するようにして配し、これらの上に平坦化層１１４を設け、更に該平坦化層１２０の表面に透明電極１２０を設けたものである。
次いで、透明電極１２０側面上、全面に、所定の露光波長λで露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わるネガ型の感光性材料１３０を塗布する。（図１（ｂ））
ネガ型の感光性材料１３０としては、例えば、アクリル系樹脂を用いたレジスト材料で、上記のような感光性を有するものが用いられる。
次いで、ネガ型の感光性材料１３０を、レーザ直描画方式により、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて、液晶表示装置とする際に、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で第１の露光１４１を行い、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２の露光量で第２の露光１４２を行う。（図１（ｃ）） 柱状スペーサ１３１形成領域と制御用突起１３２形成領域以外はレーザビームの照射は行われない。
通常のネガ型の感光性材料は、特定の露光光、現像プロセスにおいて、露光量を増やすことにより残膜厚が増える右上がりの残膜特性を示し、本例もこの特性を利用したものである。
本例の場合、レーザ直描画方式により描画露光を行うため、先にも述べたが、従来の、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
次いで、所定の現像プロセスを行い、それぞれ、所望の厚さの、液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１と、配向方向を制御するための制御用突起１３２とを形成する。（図１（ｄ））
ここで、レーザ直描画方式による露光描画を行うためのレーザ描画装置の１例を図２、図３に基づいて簡単に説明しておく。
図２に示すレーザ描画装置は、分割ラスター型の描画方式を採るもので、全描画領域のそれぞれ所定の幅範囲を描画領域として描画できる描画用のレーザヘッドを複数、直線状に並べた状態で、各レーザヘッドにより各描画領域を描画し、各レーザヘッドの描画領域を合わせて、全描画領域とするものである。
尚、ここでは、説明を分かり易くするため、図２には、３個のレーザヘッド２１１、２１２、２１３を図示しているが、描画領域幅範囲によっては、４個以上設ける。
図２（ａ）に示すように、レーザヘッド２１１、２１２、２１３は、支持部２４０に搭載支持され、ステージ２３０に搭載されたカラーフィルタ基板２２０（１１０と同じ）に対し、レーザビーム２５０をそれぞれ、図２（ｂ）に示すように所定幅ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３で走査しながら、同時に、画像データに基づいて、レーザビームをオンオフ制御して、所望の領域のみを所定の露光量で描画する。
レーザヘッド２１１、２１２、２１３は、所定幅で図２のｘ方向に、それぞれ、主走査しながら、ｙ方向に位置移動して、所望領域を描画露光する。
図２に示すレーザ描画装置の各レーザヘッドへのレーザ光供給までの動作は、図３に示すように、簡単には、レーザ発生（ステップＳ１）、ビーム分割（ステップＳ２）、画像データに基づく変調（ステップＳ３）、走査（ステップＳ４）の各動作を実施して、前述の感光性材料が塗布されたカラ−フィルタ基板２２０（１１０）描画へ露光が行われる。 レーザ発生は、レーザ発生器３１１により行われ、発生したレーザビームは、ビームベント冶具等を経て、ビームセパレータ３１２にてビーム分割が行われ、複数Ｎ本の平行なレーザビームになる。（ステップＳ１、Ｓ２）
尚、例えば、光源としてＬＤ励起型の（ロッド励起型の）ＹＡＧレーザを採用する場合には、その扱いが比較的に容易である。
分割された各レーザビームに対し、画像データに基づく変調制御がここで行われる。
例えば、分割された各レーザビームに対応する各ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）により、それぞれ、二値画像データに基づいて変調させる。（ステップＳ３）
変調後の各レーザビームは、ポリゴンミラー３１４により所定の幅範囲でその反射レーザビームを走査し、ｆθレンズ３１５、ミラー３１６を経て、カラーフィルタ基板２２０上の感光性材料２２１に露光される。（ステップＳ４）
尚、適宜、ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）の他にＥＯモジュール（電気光学変換素子、ＥＯ；Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ−Ｏｐｔｉｃｓ）を用いても良い。
ｆθレンズ３１５は、ポリゴンミラー３１４により走査された光束を、基板２２０上の描画面の被描画領域に結像させるレンズである。
このように、各部材を経て、制御されて露光される。
ここでは、特開平１０−１４２５３８号公報に記載のレーザ描画装置のように、分割されたＮ本のレーザビーム毎に走査されるレーザ描画装置を挙げたが、レーザ描画装置としてはこのような形態に限定はされない。
図２に示すレーザ描画装置は、分割ラスター型の描画方式を採るもので、全描画領域のそれぞれ所定の幅範囲を描画領域として描画できる描画用のレーザヘッドを複数、直線状に並べた状態で、各レーザヘッドにより各描画領域を描画し、各レーザヘッドの描画領域を合わせて、全描画領域とするものである。
尚、ここでは、説明を分かり易くするため、図２には、３個のレーザヘッド２１１、２１２、２１３を図示しているが、描画領域幅範囲によっては、４個以上設ける。
図２（ａ）に示すように、レーザヘッド２１１、２１２、２１３は、支持部２４０に搭載支持され、ステージ２３０に搭載されたカラーフィルタ基板２２０（１１０と同じ）に対し、レーザビーム２５０をそれぞれ、図２（ｂ）に示すように所定幅ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３で走査しながら、同時に、画像データに基づいて、レーザビームをオンオフ制御して、所望の領域のみを所定の露光量で描画する。
レーザヘッド２１１、２１２、２１３は、所定幅で図２のｘ方向に、それぞれ、主走査しながら、ｙ方向に位置移動して、所望領域を描画露光する。
図２に示すレーザ描画装置の各レーザヘッドへのレーザ光供給までの動作は、図３に示すように、簡単には、レーザ発生（ステップＳ１）、ビーム分割（ステップＳ２）、画像データに基づく変調（ステップＳ３）、走査（ステップＳ４）の各動作を実施して、前述の感光性材料が塗布されたカラ−フィルタ基板２２０（１１０）描画へ露光が行われる。 レーザ発生は、レーザ発生器３１１により行われ、発生したレーザビームは、ビームベント冶具等を経て、ビームセパレータ３１２にてビーム分割が行われ、複数Ｎ本の平行なレーザビームになる。（ステップＳ１、Ｓ２）
尚、例えば、光源としてＬＤ励起型の（ロッド励起型の）ＹＡＧレーザを採用する場合には、その扱いが比較的に容易である。
分割された各レーザビームに対し、画像データに基づく変調制御がここで行われる。
例えば、分割された各レーザビームに対応する各ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）により、それぞれ、二値画像データに基づいて変調させる。（ステップＳ３）
変調後の各レーザビームは、ポリゴンミラー３１４により所定の幅範囲でその反射レーザビームを走査し、ｆθレンズ３１５、ミラー３１６を経て、カラーフィルタ基板２２０上の感光性材料２２１に露光される。（ステップＳ４）
尚、適宜、ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）の他にＥＯモジュール（電気光学変換素子、ＥＯ；Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ−Ｏｐｔｉｃｓ）を用いても良い。
ｆθレンズ３１５は、ポリゴンミラー３１４により走査された光束を、基板２２０上の描画面の被描画領域に結像させるレンズである。
このように、各部材を経て、制御されて露光される。
ここでは、特開平１０−１４２５３８号公報に記載のレーザ描画装置のように、分割されたＮ本のレーザビーム毎に走査されるレーザ描画装置を挙げたが、レーザ描画装置としてはこのような形態に限定はされない。
次に、本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第２の例を、図４を基に説明する。
第２の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、第１の例と同様、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層のネガ型の感光性材料から、図４（ｄ）に示す、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板１１０ａを構成している、層構成上で互いに隣接する、形状が異なる平坦化層１１４ａと配向方向を制御するための制御用突起１３２ａとを形成する、パターンニング方法である。
そして、第２の例は、第１の例と同様、ネガ型の感光性材料１３０ａとして、所定の露光波長λで露光量を変えることにより所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該ネガ型の感光性材料１３０ａを、レーザ直描画方式により、各着色層（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）を覆う平坦化層１１４ａの形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２ａ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２の露光量で、それぞれ、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて描画露光し、この後、露光された感光性材料を現像する所定の現像プロセスを１回行い、各機能部である、平坦化層１１４ａ、制御用突起１３２ａを、１層のネガ型の感光性材料１３０ａからパターニング形成するものである。
第２の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、第１の例と同様、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層のネガ型の感光性材料から、図４（ｄ）に示す、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板１１０ａを構成している、層構成上で互いに隣接する、形状が異なる平坦化層１１４ａと配向方向を制御するための制御用突起１３２ａとを形成する、パターンニング方法である。
そして、第２の例は、第１の例と同様、ネガ型の感光性材料１３０ａとして、所定の露光波長λで露光量を変えることにより所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該ネガ型の感光性材料１３０ａを、レーザ直描画方式により、各着色層（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）を覆う平坦化層１１４ａの形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２ａ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２の露光量で、それぞれ、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて描画露光し、この後、露光された感光性材料を現像する所定の現像プロセスを１回行い、各機能部である、平坦化層１１４ａ、制御用突起１３２ａを、１層のネガ型の感光性材料１３０ａからパターニング形成するものである。
先ず、液晶表示装置用基板としてのカラーフィルタ基板１１０ａを用意しておく。（図４（ａ））
ここで使用するカラーフィルタ基板１１０ａは、透明基板１１１上に赤色の第１の着色層１１３ａ、青色の第２の着色層１１３ｂ、緑色の第３の着色層１１３ｃをブラックマトリクス１１２で分離するようにして配しただけのものである。
次いで、各着色層（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）、ブラックマトリクス１１２形成面上、全面に、所定の露光波長λで露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わるネガ型の感光性材料１３０ａを塗布する。（図４（ｂ））
ネガ型の感光性材料１３０ａとしては、第１の例の場合と同様、例えば、アクリル系樹脂を用いたレジスト材料で、上記のような感光性を有するものが用いられる。
次いで、ネガ型の感光性材料１３０ａを、第１の例と同様、レーザ直描画方式により、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて、平坦化層１１４ａの形成領域に対してはは所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で第１の露光１４１ａを行い、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２ａ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で第２の露光１４２ａを行う。（図４（ｃ））
平坦化層１１４ａ形成領域と制御用突起１３２ａ形成領域以外はレーザビームの照射は行われない。
通常のネガ型の感光性材料は、特定の露光光、現像プロセスにおいて、露光量を増やすことにより残膜厚が増える右上がりの残膜特性を示し、第２の例もこの特性を利用したものである。
第２の例の場合も、レーザ直描画方式により描画露光を行うため、先にも述べたが、従来の、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
次いで、所定の現像プロセスを行い、それぞれ、所望の厚さの、平坦化層１１４ａと、配向方向を制御するための制御用突起１３２ａとを形成する。（図４（ｄ））
尚、この後、透明導電層１２０ａからなる電極をパターン形成しておく。（図５（ｅ））
ここで使用するカラーフィルタ基板１１０ａは、透明基板１１１上に赤色の第１の着色層１１３ａ、青色の第２の着色層１１３ｂ、緑色の第３の着色層１１３ｃをブラックマトリクス１１２で分離するようにして配しただけのものである。
次いで、各着色層（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）、ブラックマトリクス１１２形成面上、全面に、所定の露光波長λで露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わるネガ型の感光性材料１３０ａを塗布する。（図４（ｂ））
ネガ型の感光性材料１３０ａとしては、第１の例の場合と同様、例えば、アクリル系樹脂を用いたレジスト材料で、上記のような感光性を有するものが用いられる。
次いで、ネガ型の感光性材料１３０ａを、第１の例と同様、レーザ直描画方式により、同じ所定の露光波長λで画像データに基づいて、平坦化層１１４ａの形成領域に対してはは所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で第１の露光１４１ａを行い、また、配向方向を制御するための制御用突起１３２ａ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第１の露光量で第２の露光１４２ａを行う。（図４（ｃ））
平坦化層１１４ａ形成領域と制御用突起１３２ａ形成領域以外はレーザビームの照射は行われない。
通常のネガ型の感光性材料は、特定の露光光、現像プロセスにおいて、露光量を増やすことにより残膜厚が増える右上がりの残膜特性を示し、第２の例もこの特性を利用したものである。
第２の例の場合も、レーザ直描画方式により描画露光を行うため、先にも述べたが、従来の、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
次いで、所定の現像プロセスを行い、それぞれ、所望の厚さの、平坦化層１１４ａと、配向方向を制御するための制御用突起１３２ａとを形成する。（図４（ｄ））
尚、この後、透明導電層１２０ａからなる電極をパターン形成しておく。（図５（ｅ））
次に、本発明の液晶表示装置用基板のパターンニング方法の実施の形態の第３の例を、図５を基に説明する。
第３の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、第１の例、第２の例と同様、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層のネガ型の感光性材料から、図５（ｄ）に示す、液晶表示装置用の対向基板１１０ｂ（図７の７０に対応）を構成している、層構成上で互いに隣接する、形状が異なる平坦化層１１４ｂと液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１ｂと、平坦化層１１４ｂの開口１１４ｃとを形成する、パターンニング方法である。
そして、第３の例は、ネガ型の感光性材料１３０ｂとして、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料１３０ｂを、レーザ直描画方式により、透明基板１１１のスイッチング能動素子１９０形成面を覆う平坦化層１１４ａの形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の波長λ１で、また、液晶層の厚さを規定する柱状スペーサ１３１ｂ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２のの波長λ２で、画像データに基づいて描画露光し、この後、露光された感光性材料を現像する所定の現像プロセスを１回行い、各機能部である、平坦化層１１４ｂ、柱状スペーサ１３１ｂを、１層のネガ型の感光性材料１３０ｂからパターニング形成するものである。
尚、開口１１４ｃはいずれの波長でも露光されない領域に形成される。
第３の例の液晶表示装置用基板のパターンニング方法は、第１の例、第２の例と同様、順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層のネガ型の感光性材料から、図５（ｄ）に示す、液晶表示装置用の対向基板１１０ｂ（図７の７０に対応）を構成している、層構成上で互いに隣接する、形状が異なる平坦化層１１４ｂと液晶層厚さを規定するための柱状スペーサ１３１ｂと、平坦化層１１４ｂの開口１１４ｃとを形成する、パターンニング方法である。
そして、第３の例は、ネガ型の感光性材料１３０ｂとして、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料１３０ｂを、レーザ直描画方式により、透明基板１１１のスイッチング能動素子１９０形成面を覆う平坦化層１１４ａの形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の波長λ１で、また、液晶層の厚さを規定する柱状スペーサ１３１ｂ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２のの波長λ２で、画像データに基づいて描画露光し、この後、露光された感光性材料を現像する所定の現像プロセスを１回行い、各機能部である、平坦化層１１４ｂ、柱状スペーサ１３１ｂを、１層のネガ型の感光性材料１３０ｂからパターニング形成するものである。
尚、開口１１４ｃはいずれの波長でも露光されない領域に形成される。
先ず、液晶表示装置用基板としての対向基板１１０ｂを用意しておく。（図５（ａ）） ここで使用する対向基板１１０ｂは、透明基板１１１一面上にスイッチング能動素子１９０配しただけのものである。
次いで、スイッチング能動素子１９０形成面上、全面に、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わるネガ型の感光性材料１３０ｂを塗布する。（図５（ｂ））
ネガ型の感光性材料１３０ｂとしては、第１の例、第２の例の場合と同様、例えば、アクリル系樹脂を用いたレジスト材料で、上記のような感光性を有するものが用いられる。 次いで、ネガ型の感光性材料１３０ｂを、レーザ直描画方式により、画像データに基づいて、平坦化層１１４ａの形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の波長λ１で第１の露光１４１ａを行い、また、液晶層の厚さを規定する柱状スペーサ１３１ｂ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２のの波長λ２で第２の露光１４２ａを行う。（図５（ｃ））
尚、開口１１４ｃ形成領域はいずれの波長でもレーザビームの照射は行われない。
ネガ型の感光性材料には、複数の特定の波長で、それぞれ異なる感光特性を有するものが、多々あり、ここでは、このような感光性材料を用いる。
重合開始剤を選別し調整することにより所望感光特性の感光材料を得る。
第３の例の場合も、レーザ直描画方式により描画露光を行うため、従来の、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
次いで、所定の現像プロセスを行い、それぞれ、所望の厚さの、開口１１４ｃを有する平坦化層１１４ａと、柱状スペーサ１３１ｂとを１層のネガ型の感光性材料１３０ｂから形成する。（図４（ｄ））
尚、この後、透明導電層１２０ｂからなる電極をパターン形成しておく。（図５（ｅ））
次いで、スイッチング能動素子１９０形成面上、全面に、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わるネガ型の感光性材料１３０ｂを塗布する。（図５（ｂ））
ネガ型の感光性材料１３０ｂとしては、第１の例、第２の例の場合と同様、例えば、アクリル系樹脂を用いたレジスト材料で、上記のような感光性を有するものが用いられる。 次いで、ネガ型の感光性材料１３０ｂを、レーザ直描画方式により、画像データに基づいて、平坦化層１１４ａの形成領域に対しては所望の残膜が得られる所定の第１の波長λ１で第１の露光１４１ａを行い、また、液晶層の厚さを規定する柱状スペーサ１３１ｂ形成領域に対しては、所望の残膜が得られる所定の第２のの波長λ２で第２の露光１４２ａを行う。（図５（ｃ））
尚、開口１１４ｃ形成領域はいずれの波長でもレーザビームの照射は行われない。
ネガ型の感光性材料には、複数の特定の波長で、それぞれ異なる感光特性を有するものが、多々あり、ここでは、このような感光性材料を用いる。
重合開始剤を選別し調整することにより所望感光特性の感光材料を得る。
第３の例の場合も、レーザ直描画方式により描画露光を行うため、従来の、フォトマスクを用いた露光によるパターン形成の場合と異なり、仕様変更に容易に対応でき、また、微調整も比較的簡単にできる。
次いで、所定の現像プロセスを行い、それぞれ、所望の厚さの、開口１１４ｃを有する平坦化層１１４ａと、柱状スペーサ１３１ｂとを１層のネガ型の感光性材料１３０ｂから形成する。（図４（ｄ））
尚、この後、透明導電層１２０ｂからなる電極をパターン形成しておく。（図５（ｅ））
上記、第１の例により形成された図１（ｄ）に示すカラーフィルタ基板、第２の例により形成された図４（ｄ）、図４（ｅ）に示すカラーフィルタ基板、第３の例により形成された図５（ｄ）、図５（ｅ）に示す対向基板が、それぞれ、本発明の液晶表示装置用基板の実施の形態例であるが、これらについての説明は、上記第１例〜第３の例の説明でもって代え、省略する。
本発明の液晶表示装置の実施の形態例としては、上記、第１の例により形成された図１（ｄ）に示すカラーフィルタ基板、第２の例により形成された図４（ｄ）、図４（ｅ）に示すカラーフィルタ基板、第３の例により形成された図５（ｄ）、図５（ｅ）に示す対向基板のいずれかの基板を用い、図７に示すように、カラーフィルタ基板と対向基板間に液晶を封入したものが挙げられる。
本発明の液晶表示装置の実施の形態例としては、上記、第１の例により形成された図１（ｄ）に示すカラーフィルタ基板、第２の例により形成された図４（ｄ）、図４（ｅ）に示すカラーフィルタ基板、第３の例により形成された図５（ｄ）、図５（ｅ）に示す対向基板のいずれかの基板を用い、図７に示すように、カラーフィルタ基板と対向基板間に液晶を封入したものが挙げられる。
１１０、１１０ａ、１１０ｂ 液晶表示装置用基板
１１１ 透明基板
１１２ ブラックマトリクス
１１３ 着色層
１１３ａ 第１の着色層
１１３ｂ 第２の着色層
１１３ｃ 第３の着色層
１１４、１１４ａ、１１４ｂ 平坦化層
１１４ｃ 開口
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 透明導電層（ＩＴＯ）
１３０、１３０ａ、１３０ｂ （ネガ型の）感光性材料
１３１、１３１ｂ （液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ
１３２、１３２ａ （配向方向を制御する）制御用突起
１４１ 第１の露光
１４２ 第２の露光
１４１ａ 第１の露光
１４２ａ 第２の露光
１４１ｂ 第１の露光
１４２ｂ 第２の露光
１６０ （液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ
１９０ スイッチング能動素子
２１１、２１２，２１３ レーザヘッド
２２０ 液晶表示装置用基板（カラ−フィルタ基板とも言う）
２２１ 感光性材料
２３０ ステージ
２４０ 支持部
２５０ レーザ光
３１１ レーザ発生器
３１２ ビームセパレータ
３１３ 変調部材
３１４ ポリゴンミラー
３１５ ｆθレンズ
３１６ ミラー
５０ カラーフィルタ基板
５１ 透明基板
５２ ブラックストライプ
５３ａ、５３ｂ、５３ 着色層
５４ オーバーコート層
５５ 透明電極
５８ 柱状スペーサ
５９ 制御用突起
６０ 画素
６１ 液晶
６２ａ、６２ｂ 配向材
７０ 対向基板
７１ 透明基板
７２ 透明電極
８０ 拡散板
８１ バックライト
１１１ 透明基板
１１２ ブラックマトリクス
１１３ 着色層
１１３ａ 第１の着色層
１１３ｂ 第２の着色層
１１３ｃ 第３の着色層
１１４、１１４ａ、１１４ｂ 平坦化層
１１４ｃ 開口
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 透明導電層（ＩＴＯ）
１３０、１３０ａ、１３０ｂ （ネガ型の）感光性材料
１３１、１３１ｂ （液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ
１３２、１３２ａ （配向方向を制御する）制御用突起
１４１ 第１の露光
１４２ 第２の露光
１４１ａ 第１の露光
１４２ａ 第２の露光
１４１ｂ 第１の露光
１４２ｂ 第２の露光
１６０ （液晶層厚さを規定する）柱状スペーサ
１９０ スイッチング能動素子
２１１、２１２，２１３ レーザヘッド
２２０ 液晶表示装置用基板（カラ−フィルタ基板とも言う）
２２１ 感光性材料
２３０ ステージ
２４０ 支持部
２５０ レーザ光
３１１ レーザ発生器
３１２ ビームセパレータ
３１３ 変調部材
３１４ ポリゴンミラー
３１５ ｆθレンズ
３１６ ミラー
５０ カラーフィルタ基板
５１ 透明基板
５２ ブラックストライプ
５３ａ、５３ｂ、５３ 着色層
５４ オーバーコート層
５５ 透明電極
５８ 柱状スペーサ
５９ 制御用突起
６０ 画素
６１ 液晶
６２ａ、６２ｂ 配向材
７０ 対向基板
７１ 透明基板
７２ 透明電極
８０ 拡散板
８１ バックライト
Claims (6)
- 順次、露光、現像を行うパターニング処理を、１回だけ行うことにより、パターンニング素材としての１層の感光性材料から、液晶表示装置用の基板を構成している、層構成上で互いに隣接あるいは同じ層上に位置する、形状が異なる複数の機能部である、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブと液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサ、あるいは、平坦化層と、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブおよび／または液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサを、形成する、液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、所定の露光波長で露光量を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域毎に、それぞれ、前記所定の露光波長で露光量を変えて露光し、あるいは、前記１層の感光性材料としてネガ型で、且つ、露光波長を変えることにより、所定の現像プロセスによる残膜量が変わる感光性材料を用い、該感光性材料を、レーザ直描画方式により、前記複数の機能部の各機能部領域に対応して、露光波長を変え、所定の露光量で露光し、この後、露光された感光性材料を現像する前記所定の現像プロセスを行い、各機能部をパターニング形成することを特徴とする液晶表示装置用基板のパターンニング方法。
- 請求項１に記載の液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、分割ラスター型の描画方式を採るもので、全描画領域のそれぞれ所定の幅範囲を描画領域として描画できる描画用のレーザヘッドを複数、直線状に並べた状態で、各レーザヘッドにより各描画領域を描画し、各レーザヘッドの描画領域を合わせて、全描画領域とするもので、前記各レーザヘッドは、それぞれのレーザビームをポリゴンミラー等により主走査される所定の幅範囲を露光するものであることを特徴とする液晶表示装置用基板のパターンニング方法。
- 請求項１ないし２のいずれか１項に記載の液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、ＡＯモジュール（音響光学素子、ＡＯ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ）やＥＯモジュール（電気光学変換素子、ＥＯ；Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ−Ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、レーザ光を制御し、画像データに基づいて変調するものであることを特徴とする液晶表示装置用基板のパターンニング方法。
- 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置用基板のパターンニング方法であって、前記レーザ直描画方式は、光源として、固体レーザを採用していることを特徴とする液晶表示装置用基板のパターンニング方法。
- 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置用基板のパターンニング方法により、液晶表示装置用の基板を構成している層構成上で互いに隣接あるいは同じ層上に位置する、形状が異なる複数の機能部である、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブと液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサ、あるいは、平坦化層と、液晶の配向方向を制御する制御用突起としてのリブおよび／または液晶層厚さを規定するスペーサとしての柱状スペーサが形成されて成ることを特徴とする液晶表示装置用基板。
- 請求項５に記載の液晶表示装置用基板である、カラーフィルタ基板、あるいは、該カラーフィルタ基板に対向させる多数の画素電極を備える対向基板とを用い、カラーフィルタ基板と対向基板との間に液晶を封入して成ることを特徴とする液晶表示装置。
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