JPH10221682A - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カラーフィルタの形成時の「フィルタ重なり」
や「目明き」の発生を回避し、異物の付着によるマスク
エラーを防止する。 【解決手段】内面に複数色のカラーフィルタと各カラー
フィルタを区画するブラックマトリクスとを少なくとも
有する第１の基板１に形成されたブラックマトリクス２
を覆ってカラーフィルタ形成用のフォトレジスト３を塗
布した後、フォトレジストの塗布面とは反対側にカラー
フィルタのパターンに対応するマスクパターンを有する
露光マスク４を設置し、この露光マスクおよびブラック
マトリクスを介してフォトレジストを露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特に液晶表示素子を構成する一方の基板に形成した
カラーフィルタ相互の配置を精密に設定した液晶表示素
子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パソコンやワープロ、その他の情報機器
のための表示デバイスとして、近年、液晶表示素子を用
いた薄型，軽量かつ低消費電力の表示装置が多用される
ようになった。

【０００３】液晶表示素子は、基本的には水平と垂直に
配列された多数の電極で形成されるマトリクスと上記水
平と垂直の電極の間に液晶層を有し、２つの電極の対向
部分に画素を構成して２次元画像を表示するものであ
る。

【０００４】この種の液晶表示素子には、水平と垂直の
電極に印加するパルスのタイミングで所定の画素を選択
する所謂単純マトリクス方式と、垂直と水平の電極の交
点に構成する画素毎にトランジスタ等の非線型素子を配
置して所定の画素を選択する所謂アクティブ・マトリク
ス方式とがある。

【０００５】例えば、アクティブ・マトリクス方式の液
晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電
極のそれぞれに対応して非線形素子（スイッチング素
子）を設けたものである。各画素における液晶は理論的
には常時駆動（デューティ比 1．０）されているので、
時分割駆動方式を採用している、いわゆる単純マトリク
ス方式と比べてアクティブ・マトリクス方式はコントラ
ストが良く、特にカラー液晶表示装置では欠かせない技
術となりつつある。スイッチング素子として代表的なも
のとしては薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がある。

【０００６】なお、薄膜トランジスタを使用したアクテ
ィブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例えば特開昭
６３−３０９９２１号公報や、「冗長構成を採用した１
２．５型アクティブ・マトリクス方式カラー液晶ディス
プレイ」( 日経エレクトロニクス、１９３〜２１０頁、
１９８６年１２月１５日、日経マグロウヒル社発行）で
知られている。

【０００７】カラー液晶表示素子では、液晶層を挟持す
る一方の基板に複数（一般に、赤、緑、青）のカラーフ
ィルタを備えている。この種のカラーフィルタの製造で
は、基板面にフォトレジストを塗布した後、当該基板の
フォトレジスト塗布面側にカラーフィルタパターンに対
応する露光マスクを設置し、この露光マスクを介して露
光する方法が取られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図９は従来のカラーフ
ィルタ基板の製造方法を説明するプロキシミティ方式露
光方法とこの露光によるカラーフィルタ基板の説明図で
ある。

【０００９】同図（ａ）において、カラーフィルタ基板
を構成するガラス基板１には、先ず各色のフィルタを区
画するブラックマトリクス２が形成され、その上に第１
色のカラーフィルタを形成するための当該第１色の顔料
等を混合したフォトレジスト３を塗布する。

【００１０】フォトレジスト３を塗布したガラス基板１
のフォトレジスト３の塗布面側に、ガラス板４ａ上に当
該第１色のカラーフィルタパターンに対応する開口パタ
ーンを有する遮光部（マスクパターン）４ｂを有する露
光マスク４を設置し、この露光マスク４の背面（ガラス
板４ａ側）から露光光を照射して上記フォトレジスト３
を露光する。

【００１１】この露光マスク４の開口パターンは、ブラ
ックマトリクス２の開口部を覆い隠すと共に、一部がブ
ラックマトリクス２に重なるようなパターンとされてい
る。

【００１２】図９（ｂ）は上記露光方法で第２色までの
カラーフィルタを製作したカラーフィルタ基板の要部断
面図であって、第１色のカラーフィルタ５および第２色
のカラーフィルタ６は、隣接するカラーフィルタ側でブ
ラックマトリクス２上に一部を乗り上げた形で形成され
る。なお、第３色のカラーフィルタについても同様であ
る。

【００１３】しかし、ガラス基板１に形成されたブラッ
クマトリクス２と露光マスク４の位置がずれると、図９
（ｃ）に示すように、第２色のカラーフィルタ６が第１
色のカラーフィルタ５上に乗り上げる「フィルタ重な
り」が生じたり、図９（ｄ）に示すように、カラーフィ
ルタ（ここでは、第２色のカラーフィルタ６）とブラッ
クマトリクス２の間に隙間が生じる所謂「目明き」が発
生する。また、これらの「フィルタ重なり」と「目明
き」とが同時に生じる場合もある。

【００１４】図９（ｃ）に示すような「フィルタ重な
り」が生じると、通常この上層に成膜される平滑層や配
向膜の平坦性が阻害され、液晶層の厚み（セルギャッ
プ）にばらつきが起こり表示品質の劣化をもたらす。ま
た、図９（ｄ）に示すような「目明き」が生じて所謂色
ぬけをもたらし、画質を劣化させる原因となる。

【００１５】さらに、上記従来の露光方法では、基板の
フォトレジスト塗布面に露光マスクを設置するものであ
るため、カラーフィルタに異物による品質劣化をもたら
す場合がある。

【００１６】図１０は従来のカラーフィルタの露光方法
で生じる恐れのある異物に起因するカラーフィルタの欠
陥例の説明図である。

【００１７】すなわち、図１０（ａ）に示したように、
カラーフィルタ基板１に塗布したフォトレジスト３側で
露光マスク４の設置と位置付け作業を行うために、フォ
トレジスト３上に異物４ｃが付着する可能性が大きい。

【００１８】また、図１０（ｂ）に示したように、露光
マスク４に異物４ｄが付着した場合でも同様である。

【００１９】このような状態でフォトレジストの露光を
行うと、露光作業によって異物の形状がフォトレジスト
に転写され、図１０（ｃ）に示したようにカラーフィル
タ（ここでは、カラーフィルタ５）に欠損５ａを生じさ
せ、所謂マスクエラーをもたらす。

【００２０】図１１は従来のカラーフィルタの露光方法
による「フィルタ重なり」と「目明き」の発生原因の説
明図である。

【００２１】幅Ｌのブラックマトリクス２を形成したカ
ラーフィルタ基板１に第１色のカラーフィルタ５を形成
した後、第２色のカラーフィルタ用のフォトレジスト３
を塗布し、第２色のカラーフィルタのパターンに対応し
た開口をもつ露光マスク４を位置決めする際に、ブラッ
クマトリクス２上の位置ａにマスクパターン４ｂの端縁
が位置するように露光マスク４とカラーフィルタ基板１
との位置調整を行う。

【００２２】このとき、マトリクスパターン４ｂの位置
が位置ｂより同図の左に寄ると「フィルタ重なり」が生
じ、位置ｃより右に寄ると「目明き」が発生する。

【００２３】したがって、同図の位置ｂと位置ｃの距離
ｄ（ｄ＝Ｌ／２）が位置合わせ精度以内に収まるように
マスクパターンの設計がなされる。

【００２４】これらの寸法関係は以下のとおりである。

【００２５】 ｄ＝Ｌ／２、Ａｌ＜ｄ／２、Ａｌ＜Ｌ／４ 但し、 Ｌ：ブラックマトリクスのパターン寸法 ｄ：マスクパターンの位置ずれ許容量 Ａｌ：露光装置の位置合わせ精度 このように、従来の技術においては、「フィルタ重な
り」や「目明き」が生じ、また異物の付着によるマスク
エラーが発生し易いという問題があった。

【００２６】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消し、高品質の表示画像が得られるようにした液晶表示
素子の製造方法を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はフォトレジストを塗布したカラーフィルタ
基板の当該フォトレジスト塗布面とは反対面に露光マス
クを設置し、露光マスクの背面から露光光を照射するよ
うにした点に特徴を有する。

【００２８】すなわち、請求項１に記載の第１の発明
は、内面に複数色のカラーフィルタと各カラーフィルタ
を区画するブラックマトリクスとを少なくとも有する第
１の基板と、駆動電極を有する第２の基板との間に液晶
層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、前
記第１の基板の前記ブラックマトリクスを覆ってカラー
フィルタ形成用のフォトレジストを塗布した後、前記第
１の基板の前記フォトレジストの塗布面とは反対側に前
記カラーフィルタのパターンに対応する開口パターン
（マスクパターン）を有する露光マスクを設置し、この
露光マスクおよび前記ブラックマトリクスを介して前記
フォトレジストを露光する工程を含むことを特徴とす
る。

【００２９】この発明の構成により、フォトレジストの
露光による前記「フィルタ重なり」と「目明き」の発生
が防止され、高品質の表示画像が得られる。

【００３０】また、請求項２に記載の第２の発明は、第
１の発明における前記第１の基板の前記フォトレジスト
の塗布面とは反対側に前記露光マスクを密着させて露光
することを特徴とする。

【００３１】この発明の構成により、カラーフィルタ基
板に塗布したフォトレジストと露光マスクの開口パター
ンとの間隔が最小となり、露光マスクのパターンが忠実
にフォトレジストに転写され、高精度のカラーフィルタ
基板が得られる。

【００３２】なお、本発明は、カラーフィルタ基板にカ
ラーフィルタを形成した後にブラックマトリクスを形成
する場合にも同様に適用できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を参照して詳細に説明する。

【００３４】図１は本発明による液晶表示素子の製造方
法の１実施例を説明するカラーフィルタ基板へのカラー
フィルタの露光方法の説明図であって、１はカラーフィ
ルタ基板を構成するガラス基板、２はブラックマトリク
ス、３はフォトレジスト、４は露光マスク、４ａはガラ
ス板、４ｂはマスクパターンである。

【００３５】同図において、カラーフィルタ基板を構成
するガラス基板１には予めブラックマトリクス２が形成
されており、この上に第１色のカラーフィルタを形成す
るためのフォトレジスト３を塗布してある。このフォト
レジスト３には第１色の顔料が混合されている。

【００３６】フォトレジスト３を塗布したガラス基板１
を、当該フォトレジスト３が上方となるように位置さ
せ、その下側に露光マスク４を配置する。露光マスク４
は、そのマスクパターン４ｂ側がガラス基板１側となる
ように配置し、ブラックマトリクス２とマトリクスパタ
ーン４ｂが所定の相対位置になるように位置調整をして
両者を密接させて位置させる。この状態で露光マスク４
の背面に設置した光源からの光で露光を施す。

【００３７】露光後、フォトレジストを現像処理して未
露光部分を除去し、焼成して第１色のカラーフィルタを
得る。その後、同様の露光と現像および焼成を施して第
２色、第３色のカラーフィルタを順次形成する。

【００３８】図２は図１の露光方法で第２色までのカラ
ーフィルタを形成したカラーフィルタ基板の断面図であ
る。

【００３９】図示したように、第１色のカラーフィルタ
５および第２色のカラーフィルタ６は、ブラックマトリ
クス２の開口部を埋めるように形成されており、前記従
来技術で形成したカラーフィルタの如き「フィルタ重な
り」や「目明き」を有しない高品質のカラーフィルタが
形成される。

【００４０】図３は本実施例におけるカラーフィルタ基
板と露光マスクとの位置合わせ裕度の説明図であって、
図１と同一符号は同一部分に対応し、Ｌはブラックマト
リクスのパターン寸法、ｄはマスクパターンの位置ずれ
許容量である。

【００４１】同図において、「フィルタ重なり」を生じ
させないためにはブラックマトリクス２の端部ａ’が位
置ｂ’より右側にあるようにし、「目明き」を発生させ
ないために位置ｃ’より左側にあればよい。したがっ
て、カラーフィルタ基板のブラックマトリクス２と露光
マスクのマスクパターン４ａの位置ずれ許容範囲はｂ’
〜ｃ’の範囲にあればよい。これは、前記図１１で説明
した従来技術のｂ〜ｃの範囲に比較して広くなる。

【００４２】すなわち、マスクパターンの位置ずれ許容
量ｄ’と露光装置の位置合わせ精度Ａｌの関係は、 ｄ’＝Ｌ、Ａｌ＜ｄ’／２、Ａｌ＜Ｌ／２ 但し、 Ｌ：ブラックマトリクスのパターン寸法 となる。

【００４３】このように、露光装置の位置合わせ精度
は、従来のＬ／４からＬ／２以下に低減される。

【００４４】また、フォトレジストを塗布したカラーフ
ィルタ基板が露光マスクの上に位置することにより、従
来のように、カラーフィルタ基板から露光マスクに異物
が付着する恐れが著しく低減し、異物に起因するフィル
タの欠陥の発生を防止することができる。

【００４５】図４は本発明による液晶表示素子を用いた
液晶表示装置の製造方法を説明する概略工程図である。

【００４６】先ず、カラーフィルタ基板となるガラス基
板を洗浄し、これにフォトリソグラフィ技術でブラック
マトリクスを形成する。

【００４７】ブラックマトリクスを覆って第１色のカラ
ーフィルタとなるフォトレジストを塗布し、前記した実
施例に従って第１色のカラーフィルタ、第２色のカラー
フィルタ、第３色のカラーフィルタを順次形成する。

【００４８】全てのカラーフィルタを形成したカラーフ
ィルタ基板は、欠陥の検査とその修正工程を経、平滑層
であるオーバーコートを被覆し、さらに配向膜を成膜し
てカラーフィルタ基板を完成する。

【００４９】このカラーフィルタ基板を、別工程で製作
したＴＦＴ基板と組合せ、両者の位置合わせと所定のギ
ャップ形成を行った後、当該ギャップに液晶を注入して
封止を行い、所謂液晶パネルを形成する。

【００５０】次に、この液晶パネルに駆動回路基板を組
み込み、所要の光学フィルムやバックライト等を一体化
してフレームで固定し、液晶表示装置を完成する。

【００５１】図５は図４の工程で得られた液晶表示装置
の要部構造を説明する部分断面図である。

【００５２】同図において、液晶層ＬＣを基準にしてＴ
ＦＴ基板である下部ガラス基板１０にはゲート配線Ｇ
Ｉ、ゲートＧＴとソース／ドレインＳＤ１／ＳＤ２から
なるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、透明画素電極ＩＴＯ
１、保護膜ＰＳＶ１、配向膜ＯＲＩ１が形成され、カラ
ーフィルタ基板である上部透明ガラス基板１には第１の
カラーフィルタ５、第２のカラーフィルタ６、および図
示しない第３のカラーフィルタが形成され、各カラーフ
ィルタを区画する遮光膜すなわちブラックマトリクス２
が形成されている。

【００５３】すなわち、上部透明ガラス基板１の内側
（液晶層ＬＣ側）の表面には、ブラックマトリクス２、
カラーフィルタ５，６、オーバーコートＰＳＶ２、共通
透明画素電極ＩＴＯ２（ＣＯＭ）および上部配向膜ＯＲ
Ｉ２が順次積層して設けられている。

【００５４】なお、上下の透明ガラス基板１、１０の両
面にはディップ処理等によって形成された酸化シリコン
膜ＳｉＯ₂ が設けられているが、この酸化シリコン膜Ｓ
ｉＯ₂ は必ずしも必要ではない。

【００５５】また、カラーフィルタ基板１の表面には偏
光板ＰＯＬ２が、ＴＦＴ基板１０の背面には偏光板ＰＯ
Ｌ１が積層されている。

【００５６】図６は本発明による液晶表示素子を用いて
組み立てたＴＦＴ型液晶表示モジュールの構造例を説明
する展開斜視図である。

【００５７】同図において、ＭＤＬは液晶表示モジュー
ル、ＳＨＤは上フレームである金属製のシールドケー
ス、ＷＤは液晶表示モジュールの有効画面を画定する表
示窓、ＰＮＬは液晶表示素子からなる液晶パネル、ＳＣ
Ｐは拡散板、ＰＣＢ１はドレイン側回路基板、ＰＣＢ２
はゲート側回路基板、ＰＣＢ３はインターフェース回路
基板、ＰＲＳはプリズムシート、ＳＰＳは拡散シート、
ＧＬＢは導光体、ＲＦＳは反射シート、ＢＬはバックラ
イト、ＬＰはバックライトＢＬのランプを構成する冷陰
極蛍光灯、ＬＳは反射シート、ＧＣはゴムブッシュ、Ｌ
ＰＣはランプケーブル、ＭＣＡは導光体ＧＬＢを設置す
る開口ＭＯを有する下側ケース、ＪＮ１，２，３は回路
基板間を接続するジョイナ、ＴＣＰ１，２はテープキャ
リアパッケージ、ＩＮＳ１，２，３は絶縁シート、ＧＣ
はゴムクッション、ＢＡＴは両面粘着テープ、ＩＬＳは
遮光スペーサである。

【００５８】上記の各構成材は、金属製のシールドケー
スＳＨＤと下側ケースＭＣＡの間に積層されて挟持固定
されて液晶表示モジュールＭＤＬを構成する。

【００５９】液晶パネルＰＮＬは本発明による製造方法
で得られたものである。なお、この液晶パネルＰＮＬに
は拡散板ＳＣＰが積層され、その周辺に各種の回路基板
を取り付けて画像表示のための駆動がなされる。

【００６０】また、液晶パネルＰＮＬの裏面には導光体
ＧＬＢに各種の光学シートを積層してなるバックライト
ＢＬが設置され、液晶表示パネルＰＮＬに形成された画
像を照明して表示窓ＷＤに表示する。

【００６１】図７は本発明により製造されたＴＦＴ型カ
ラー液晶表示装置の一画素とその周辺を示す平面図であ
る。

【００６２】同図に示すように、各画素は隣接する２本
の走査信号線（ゲート信号線または水平信号線）ＧＬ
（ゲートライン）と、隣接する２本の映像信号線（ドレ
イン信号線または垂直信号線）ＤＬ（データライン）と
の交差領域内（４本の信号線で囲まれた領域内）に配置
されている。

【００６３】各画素は薄膜トランジスタＴＦＴ（ＴＦＴ
１，ＴＦＴ２）、透明な画素電極ＩＴＯ１および保持容
量素子Ｃadd （付加容量）を含む。走査信号線ＧＬは図
では左右方向に延在し、上下方向に複数本配置されてい
る。また、映像信号線ＤＬは上下方向に延在し、左右方
向に複数本配置されている。

【００６４】なお、ＳＤ１はソース電極、ＳＤ２はドレ
イン電極、ＢＭはブラックマトリクス、ＦＩＬはカラー
フィルタである。

【００６５】図８は本発明により製造した液晶表示素子
を用いた液晶表示モジュールを組み込んだ電子機器の一
例を説明する携帯型パソコンの外観図であって、図６と
同一符号は同一部分に対応する。

【００６６】この携帯型パソコンは、キーボードを搭載
しホストＣＰＵを内蔵した本体部と液晶表示モジュール
ＭＤＬを実装しインバータ電源ＩＶを内蔵した表示部と
から構成され、両者はヒンジを連絡するケーブルにより
結合されている。

【００６７】また、表示部には各種の調整ボタンＣＴ、
ＴＣＯＮ、ＣＲ等が設けられており、キーボードとホス
トからの信号は矢印に示したように流れて表示部に表示
される。

【００６８】本発明を適用して製造した液晶表示素子を
用いることにより、視角特性の良好な高画質の画像表示
を行うことができる。

【００６９】なお、本発明は上記実施例で説明したＴＦ
Ｔ型液晶表示素子にのみ適用されるものではなく、単純
マトリクス型等の液晶表示素子および他の形式の表示素
子のカラーフィルタ製造にも同様に適用できるものであ
る。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カラーフィルタ基板へのカラーフィルタの形成に使用す
る露光マスクを当該カラーフィルタ基板に塗布されたフ
ォトレジスト側とは反対側である背面に設置して露光を
行うことにより、カラーフィルタ基板に予め形成されて
いるブラックマトリクスと各カラーフィルタとの位置合
わせ裕度が大きくなり、従来技術ではブラックマトリク
スの幅の１／４であった位置合わせ裕度が同１／２まで
拡大し、「フィルタ重なり」や「目明き」の発生が防止
されると共に、異物の付着によるマスクエラーが無くな
り、高品質の表示画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示素子の製造方法の１実施
例を説明するカラーフィルタ基板へのカラーフィルタの
露光方法の説明図である。

【図２】図１の露光方法で第２色までのカラーフィルタ
を形成したカラーフィルタ基板の断面図である。

【図３】本発明による液晶表示素子の製造方法の１本実
施例におけるカラーフィルタ基板と露光マスクとの位置
合わせ裕度の説明図である。

【図４】本発明による液晶表示素子を用いた液晶表示装
置の製造方法を説明する概略工程図である。

【図５】図４の工程で得られた液晶表示装置の要部構造
を説明する部分断面図である。

【図６】本発明による液晶表示素子を用いて組み立てた
ＴＦＴ型液晶表示モジュールの構造例を説明する展開斜
視図である。

【図７】本発明により製造されたＴＦＴ型カラー液晶表
示装置の一画素とその周辺を示す平面図である。

【図８】本発明により製造した液晶表示素子を用いた液
晶表示モジュールを組み込んだ電子機器の一例を説明す
る携帯型パソコンの外観図である。

【図９】従来のカラーフィルタ基板の製造方法を説明す
るプロキシミティ方式露光方法とこの露光によるカラー
フィルタ基板の説明図である。

【図１０】従来のカラーフィルタの露光方法で生じる恐
れのある異物に起因するカラーフィルタの欠陥例の説明
図である。

【図１１】従来のカラーフィルタの露光方法による「フ
ィルタ重なり」と「目明き」の発生原因の説明図であ
る。

【符号の説明】 １ カラーフィルタ基板を構成するガラス基板 ２ ブラックマトリクス ３ フォトレジスト ４ 露光マスク ４ａ ガラス板 ４ｂ マスクパターン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面に複数色のカラーフィルタと各カラー
   フィルタを区画するブラックマトリクスとを少なくとも
   有する第１の基板と、駆動電極を有する第２の基板との
   間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法にお
   いて、 前記第１の基板の前記ブラックマトリクスを覆ってカラ
   ーフィルタ形成用のフォトレジストを塗布した後、前記
   第１の基板の前記フォトレジストの塗布面とは反対側に
   前記カラーフィルタのパターンに対応する開口パターン
   を有する露光マスクを設置し、この露光マスクおよび前
   記ブラックマトリクスを介して前記フォトレジストを露
   光する工程を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造
   方法。
2. 【請求項２】前記第１の基板の前記フォトレジストの塗
   布面とは反対側に前記露光マスクを密着させて露光する
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方
   法。