专利名称：彩色滤光片、液晶显示装置、彩色滤光片的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液晶显示装置等的彩色滤光片以及彩色滤光片的制造方法。
背景技术：
液晶显示装置等显示装置中广泛地使用彩色滤光片来实现彩色图像的显示、反射率的降低、对比度的调整、光谱特征(Spectral characteristics)的控制等目的。彩色滤光片的制作需要在基板上形成呈矩阵状排列的着色像素。在基板上形成着色像素，一般广泛地采用光刻法(photolithography)。具体而言，首先通过旋涂法或非旋涂法在基板上涂布分散有颜料、染料等着色剂的感光性树脂(以下，称为“光阻剂(resist)”)后，通过预烘烤 (pre-bake)除去光阻剂中多余的溶剂。接着，使用具有与着色像素相对应的开口图案(用负型光阻剂的情况)的光掩膜，在光阻剂将该开口图案曝光。曝光例如通过使光源为高压水银灯的活性能量线经由光掩膜而照射光阻剂来进行。最后，在使光阻剂与显影液接触并溶解除去不需要的光阻剂后，进行清洗及后烘烤(post-bake)。对应于着色像素的颜色数量相应地重复进行该处理。在光阻剂将开口图案曝光时，采用能够对基板表面整体进行一并曝光的近接式曝光(proximity exposure)方式。在使用近接式曝光方式的曝光装置中，通过复眼透镜 (fly-eye lens)使作为光源的超高压水银灯所照射的光的照度分布均勻。之后，从复眼透镜射出的光被准直透镜(collimator lens)转换成平行光。光掩膜配置成，与基板之间的间隔(gap)为数十 数百ym。然后，上述平行的照射光照射该光掩膜整面。其结果，开口图案以相同倍率被转印(transfer)至基板上的光阻剂。与例如具备投影光学系统的曝光装置相比，使用近接式曝光方式的曝光装置的装置构造简单。因此，采用近接式曝光方式的优点是能够降低装置成本。此外，由于通过一次曝光就能够获得与光掩膜相同面积的曝光，所以使用与基板上的曝光区域的尺寸相对应的光掩膜还具有能够降低曝光工序的处理时间(tact)的优点。然而，近几年构成液晶面板的彩色滤光片及TFT(Thin Film Transistor)基板的尺寸有大型化的趋势。基板尺寸例如有1500_X 1800mm(第6代)、2160_X MOOmm(第8 代)J850mmX3050mm(第10代)等。随着彩色滤光片基板等的大型化，必然也会需要光掩膜的尺寸的大型化及近接式曝光装置的照明光学系统的大型化。其结果，则会产生光掩膜的制造成本增加的问题。并且，由于彩色滤光片基板的大型化还牵涉到照射区域的增大，因此还会导致照射光的能量效率降低。为了解决上述问题，采用不使用光掩膜，而通过激光在基板上直接描绘图案的曝光方式(以下称为“无掩膜曝光方式”)。该方式一边使激光扫描基板上的光阻剂，一边根据描绘图案而适当地调制该激光。因此，无掩膜曝光方式的优点是不需要使用高价光掩膜。 但是，无掩膜曝光方式中的调制激光的调制元件或适于所使用的激光的光阻剂的开发却很难。无掩膜曝光方式在既能够减低制造成本又能够对大型尺寸的彩色滤光片进行曝光的方面看来，尚存在许多技术问题。
于是，采用的另一种方式是，使用排列配置的多个小型掩膜，一边搬运基板，一边在基板上的光阻剂上将光掩膜的开口图案重复曝光的方式(以下称为“小型掩膜连续曝光方式”)。该小型掩膜连续曝光方式中，通过使配置在光掩膜与光源之间的遮光板与基板的搬运同步地进行开闭，来对光阻剂的光照射及遮光的切换进行适当地控制。其结果，基板上的光阻剂被自由地划分成被曝光的区域(以下称为“曝光区域”)和未被曝光的区域(以下称为“非曝光区域”)。采用小型掩膜连续曝光方式来在基板上形成彩色滤光片的情况下，为了降低制造成本，而在同一基板上对多个彩色滤光片进行曝光。基板上、与各个彩色滤光片的显示像素区域相对应的的曝光区域中，构成着色像素图案的着色层在基板搬运方向上被依次曝光。 而基板搬运方向上的相邻曝光区域之间由于遮光板关闭而不被曝光。此时，基板搬运方向上的遮光板边缘因受照射光衍射及准直角的影响，而在基板搬运方向上的曝光区域附近产生照射量不充分的区域(以下将该区域称为“灰色区域(gray zone)”)。与其他曝光区域的着色层的膜厚度相比，形成于灰色区域的着色层的膜厚度相对较薄，而且该膜厚度向着色层的基板搬运方向上的两端部逐渐变薄。在此，在彩色滤光片基板的显示像素区域上，除了上述的着色层以外，还形成感光性间隔物。另外，感光性间隔物一般还被设置在显示像素区域外侧的区域(以下为便于说明，将设置于显示像素区域外侧的感光性间隔物称为“伪感光性间隔物(dummy photospacer) ”)。通过设置伪感光性间隔物，能使显示像素区域外侧的、基板与相对基板之间的间隔(cell gap)保持一定。根据产品的规格不同，会有在显示像素区域外侧的着色层上设置伪感光性间隔物的情况。但是，通过小型掩膜方式而制作的彩色滤光片中，显示像素区域外侧的着色层的膜厚度并不一定。因此，产生的问题是伪感光性间隔物的高度不均勻，从而导致显示质量降低。专利文献1日本特开2007-11231号公报专利文献2日本特开2007-281317号公报专利文献3日本特开2007-121344号公报
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种彩色滤光片及具备该彩色滤光片的液晶显示装置，该彩色滤光片使用通过遮光板对相邻曝光区域之间进行遮光的曝光方式而形成，并且在显示像素区域外侧的着色层上具有高度大致均勻的伪感光性间隔物。另外，本发明的其他目的在于提供一种制造彩色滤光片的方法，使用通过遮光板对相邻曝光区域之间进行遮光的曝光方式，来制造在显示像素区域外侧的着色层上具有高度大致均勻的伪感光性间隔物的彩色滤光片。本发明的彩色滤光片中，多个像素在第一方向及与该第一方向正交的第二方向上排列成矩阵状，并且相同颜色的像素排列在第一方向上。彩色滤光片具备基板、格子状的遮光层、多个着色层以及多个感光性间隔物，格子状的遮光层在基板上划分与各个像素相对应的多个开口部；多个着色层形成为覆盖开口部；多个感光性间隔物形成于着色层上。在排列有开口部的矩形区域的外侧、沿该矩形区域的第二方向上的边而延伸的一对区域上，着色层的在第一方向上的至少两端部附近的厚度不一定，并且感光性间隔物在着色层上形成为，感光性间隔物的中心轴仅位于与构成开口部的外周缘、且最靠近该一对区域的边相距300 μ m以内的范围内。本发明的彩色滤光片的制造方法是在1片基板上形成至少在第一方向上排列的多个彩色滤光片，该多个彩色滤光片中，多个着色像素在第一方向及与该第一方向正交的第二方向上排列成矩阵状，并且相同颜色的像素排列在第一方向上。具体而言，基板上包含划分与各个像素相对应的多个开口部的格子状的遮光层，并在第一方向上间歇地排列形成多个成为彩色滤光片的形成区域的矩形区域；多次重复进行以下处理，来形成覆盖开口部的多个着色层，该处理分别是，一边在第一方向上搬运涂布有光阻剂的基板，一边对该基板进行连续或间歇曝光的处理，以及，使用遮光板来对第一方向上相邻的矩形区域之间进行部分遮光的处理；对应于构成彩色滤光片的着色像素的颜色数量，相应地重复进行多个着色层的形成，从而形成多种颜色的着色层；在着色层上形成感光性间隔物；在使用遮光板来对矩形区域之间进行部分遮光的处理中，将遮光板的第二方向上的一对边缘配置成，与构成开口部的外周缘、且最靠近一对区域的边相距500 1000 μ m，该一对区域是位于排列有开口部的矩形区域外侧、且沿该矩形区域的第二方向上的边而延伸的一对区域；在形成感光性间隔物时，将感光性间隔物配置成，感光性间隔物的中心轴仅位于与构成开口部的外周缘且最靠近一对区域的边相距300 μ m以内的范围内。(发明的效果)根据本发明，使用通过遮光板在相邻曝光区域之间进行遮光的曝光方法，能够实现显示像素区域外侧的着色层上具有均勻高度的伪感光性间隔物的彩色滤光片以及具备该彩色滤光片的液晶显示装置。
图1是本发明的实施方式的曝光方法的概要图。图2是图1所示的光掩膜的部分放大图。图3是表示小型掩膜连续曝光方式的曝光状态的截面图。图4是说明灰色区域的产生机制的截面图。图5是着色层端部的轮廓图(profile)。图6是本发明的实施方式的彩色滤光片的部分放大图。
具体实施例方式图1是本发明的实施方式的曝光方法的概要图，图2是图1所示的光掩膜的部分放大图，图3是表示小型掩膜连续曝光方式的曝光状态的截面图。此外，在以下所有附图中，将基板搬运方向作为X轴正方向。本发明的实施方式的彩色滤光片的制造方法用于在同一基板上，至少在X轴方向上间歇地排列形成多个彩色滤光片。本实施方式中，如图1所示，使用分成两行排列的12片光掩膜b来对基板上的光阻剂进行图案形成。更详细而言，6片光掩膜b隔着规定间隔配置在第1行(基板的投入侧)上，6片光掩膜b对应于第1行的光掩膜的间隔部分而相间地配置在第2行上。如图2所示，在光掩膜b上设置条纹状的狭缝a，在该条纹状的狭缝a中，X轴方向上延伸的开口 e 在Y轴方向上并排。通过12片光掩膜b，分别使Y轴方向上并排的4个显示像素区域在X 轴方向上间歇或连续地曝光。另外，如图3所示，在本实施方式中，基板g由基板搬运装置(未图示)在X轴正方向上搬运(图中的箭头i)。光掩膜b分别在曝光头内被固定在来自光源的光(未图示) 的照射范围内。此外，在光掩膜b与光源之间配置有通过未图示的移动机构而能够在X轴方向上自由移动的遮光板m。制作彩色滤光片基板，首先要在基板g上形成黑矩阵(未图示)来作为遮光层。更详细而言，在基板g上的格子状的显示像素区域h中形成划分多个开口部的格子状的黑矩阵。另外，，黑矩阵形成在包围显示像素区域h的矩形环状且呈带状的区域(边框区域)中的基板g的整面上。此外，在显示像素区域h的外侧，同时还形成周围伪图案(peripheral dummy patterns)寸}lit示i己(alignment mark)。此外，黑矩阵的形成方法并不受限制，可以采用光刻法等各种方法。另外，基板g 只要具有用作彩色滤光片时所需的透明性、强度、耐热性及耐候性即可，例如，能适当采用玻璃基板、石英基板、丙烯(acryl)等透明树脂基板等。接着，一边在X轴正方向上搬运涂布有第一种颜色(例如红色)的彩色光阻剂的基板g，一边在显示像素区域h上形成第一种颜色的着色层。更详细而言，在遮光板m开启的状态下，一边在X轴正方向上连续搬运基板g，一边使来自光源的光照射光掩膜b。连续地照射来自光源的光，则条纹状的狭缝a的图案在X轴方向上被连续地晒图(print)到显示像素区域h的彩色光阻剂。此时，一边通过CXD照相机读取黑矩阵及光掩膜b的狭缝a 的位置，一边逐步调整基板g与光掩膜b之间的相对位置。另一方面，X轴方向上相邻的一对显示像素区域h之间，通过宽度比X轴方向上相邻的显示像素区域之间的间隔窄的遮光板来进行部分遮光。此外，遮光板的X轴方向的宽度是可变的，可以根据光阻剂的种类和曝光条件(照射量、显影时间)来适当地进行调整。此时，遮光板m在关闭的状态下与基板g 的搬运同步地移动(图3的箭头方向η)。在多次重复进行该连续曝光处理和遮光处理后， 进行显影及清洗等规定的工序。通过以上工序，所形成的第一种颜色的着色层在X轴方向上延伸，并连续地覆盖在显示像素区域h的X轴方向上连接的开口部。此外，也可以通过一边使来自光源的光闪亮，一边进行照射，来将点状的开口图案晒图到彩色光阻剂。形成第一种颜色后，通过重复进行上述着色层形成处理，来形成与第一种颜色的着色层相同形态的、第二种颜色(例如蓝色)及第三种颜色(例如绿色)的着色层。其结果，在X轴方向上延伸的红色、蓝色及绿色的着色层按一定的顺序(例如，红、蓝、绿的顺序) 重复排列在Y轴方向上。除了红色、蓝色及绿色以外，也可以采用相同的曝光方法来形成第四种颜色(例如黄色)的着色层。此后，通过溅镀法(Sputtering Method)形成氧化铟锡(ITO)作为透明电极膜，以覆盖基板上的着色层及黑矩阵的表面整体。最后，在形成有着色层的基板的显示像素区域上形成用于限制与相对基板之间的间隔的感光性间隔物，在显示像素区域外侧形成伪感光性间隔物。在此，在着色层上形成伪感光性间隔物，使感光性间隔物的中心轴仅位于与构成开口部的外周缘、且最靠近被遮光板遮光的区域的边相距300 μ m以内的范围(该伪感光性间隔物的形成位置的细节将后述)。在基板上形成感光性间隔物时，涂布用于将感光性间隔物及伪感光性间隔物曝光的光阻剂。然后，使用设置有与感光性间隔物及伪感光性间隔物相对应的图案的光掩膜，来在基板的整面上进行一并曝光。以下，说明上述着色层上的伪感光性间隔物的形成位置的细节。图4是说明灰色区域的产生机制的截面图。在通过遮光板m进行遮光时，光因遮光板m平行于Y轴的边缘而衍射，q所示的区域的照射强度相对于对显示像素区域的照射强度变小。另外，由于照射光具有准直角o(入射于被照射面的光的角度)，所以光会进入遮光板m的下侧，或所照射的光的一部分反而被遮光板m遮光(ρ所示的区域)。其结果，产生光照射量不充分的区域(灰色区域)q。该灰色区域q内的光照射量随着在X轴方向(图4中X轴的正方向)上向显示像素区域h的外方行进而逐渐变少。此外，在图4中，由于空间上的理由，仅示出遮光板m平行于Y轴的一方的边缘附近，但相同的灰色区域也形成在遮光板m平行于Y轴的另一方的边缘附近。图5是灰色区域的着色层的轮廓图。通过将曝光时的遮光板配置于显示像素区域外侧，使形成在上述灰色区域q的着色层(图5的与灰色区域产生区域相对应的部分)位于边框区域上。与形成于显示像素区域的着色层相比，形成于灰色区域的着色层的膜厚度相对变薄。更详细而言，着色层的膜厚度从X轴正方向上距离灰色区域开始部300 μ m以上的位置到灰色区域尖端部急剧减少。相对于此，着色层的膜厚度在X轴正方向上距离灰色区域产生开始部300 μ m以内的范围内的减少幅度小。这是因为在该300 μ m以内的范围中，图4中所说明的衍射的影响比较少的缘故。此外，在遮光板边缘附近的被遮光的其他部分也都同样地形成膜厚度减少了的着色层。另外，形成于灰色区域q的着色层的长度(X轴方向)的最大值约为600 μ m左右， 实际上形成的长度在300 600 μ m的范围内产生偏差。因此，考虑到遮光板的位置精度，在曝光时，将遮光板平行于Y轴的边缘配置成与构成最外周的开口部的外周缘的边(图6(c) 的边w)相距500 ΙΟΟΟμπι。这样，通过对遮光板的位置进行调整，即使遮光板的配置发生误差，也能够使灰色区域总是位于显示像素区域的外侧。其结果，无论遮光板的位置精度如何，都能够使位于构成开口部的外周缘的边w (图6 (c))的外方且在X轴方向上与该边w相距300 μ m以内的着色层的膜厚度的变动减小。在此，在任意选择的五处(η :1 幻测量与灰色区域产生开始部相距300 μ m以内的区域的着色层膜厚度。根据其结果，将与灰色区域产生开始部相距300 μ m以内的区域的着色层膜厚度相对于显示像素区域的着色层膜厚度而减少的值示出在表1中。[表 1]
权利要求
1.一种彩色滤光片，其特征在于该彩色滤光片中，多个像素在第一方向及与该第一方向正交的第二方向上排列成矩阵状，相同颜色的像素在上述第一方向上排列， 该彩色滤光片具备 基板；格子状的遮光层，在上述基板上划分与各个上述像素相对应的多个开口部； 多个着色层，形成为覆盖上述开口部；以及多个感光性间隔物，形成于上述着色层上，在排列有上述开口部的矩形区域的外侧、且沿该矩形区域的上述第二方向上的边而延伸的一对区域上，上述着色层的在上述第一方向上的至少两端部附近的厚度不一定，并且上述感光性间隔物在着色层上形成为，上述感光性间隔物的中心轴仅位于与构成上述开口部的外周缘、且最靠近该一对区域的边相距300 μ m以内的范围内。
2.一种液晶显示装置，其特征在于该液晶显示装置在第一方向以及与该第一方向正交的第二方向上排列有多个像素，并具备彩色滤光片；相对基板，与上述彩色滤光片相对；以及液晶，被装入上述彩色滤光片与上述相对基板之间， 上述彩色滤光片具备 基板；格子状的遮光层，在上述基板上划分与各个上述像素相对应的多个开口部； 多个着色层，形成为覆盖上述开口部；以及多个感光性间隔物，形成于上述着色层上，上述彩色滤光片中，在排列有上述开口部的矩形区域的外侧、沿该矩形区域的上述第二方向上的边而延伸的一对区域上，上述着色层的在上述第一方向上的至少两端部附近的厚度不一定，并且上述感光性间隔物仅形成在着色层上、与构成上述开口部的外周缘且最靠近上述一对区域的边相距300 μ m以内的范围内。
3.一种彩色滤光片的制造方法，其特征在于该彩色滤光片的制造方法是在1片基板上形成至少在上述第一方向上排列的多个彩色滤光片，该多个彩色滤光片中，多个着色像素在上述第一方向及与该第一方向正交的第二方向上排列成矩阵状，并且相同颜色的像素在上述第一方向上排列，该彩色滤光片的制造方法包括上述基板上包含划分与各个上述像素相对应的多个开口部的格子状的遮光层，并在上述第一方向上间歇地排列形成多个成为上述彩色滤光片的形成区域的矩形区域，多次重复进行以下处理，来形成覆盖上述开口部的多个着色层，上述处理分别是，一边在上述第一方向上搬运涂布有光阻剂的上述基板，一边对上述基板进行连续或间歇曝光的处理，以及，使用遮光板来对第一方向上相邻的矩形区域之间进行部分遮光的处理，对应于构成彩色滤光片的着色像素的颜色数量，相应地重复进行上述多个着色层的形成，从而形成多种颜色的着色层；在上述着色层上形成感光性间隔物，在使用上述遮光板来对矩形区域之间进行部分遮光的处理中，将上述遮光板的上述第二方向上的一对边缘配置成，与构成上述开口部的外周缘、且最靠近一对区域的边相距 500 ΙΟΟΟμπι，所述一对区域是位于排列有上述开口部的矩形区域外侧、且沿该矩形区域的上述第二方向上的边而延伸的一对区域，在形成上述感光性间隔物时，将上述感光性间隔物配置成，上述感光性间隔物的中心轴仅位于与构成上述开口部的外周缘、且最靠近上述一对区域的边相距300 μ m以内的范围内。
全文摘要
本发明提供一种彩色滤光片、液晶显示装置、彩色滤光片的制造方法。彩色滤光片采用通过遮光板对相邻曝光区域之间进行遮光的小型掩膜连续曝光方式，在显示像素区域外侧的着色层上形成有具有均匀高度的伪感光性间隔物。首先，通过小型掩膜连续曝光方式来形成在X轴方向上延伸、且跨过显示像素区域和边框区域的着色层。此时，将遮光板的平行于Y轴的边缘配置成，与构成最外周的开口部的外周缘、且最靠近Y轴方向上延伸的边框区域的边相距500～1000μm。接着，在着色层上形成感光性间隔物，使感光性间隔物的中心轴位于与最靠近该Y轴方向上延伸的边框区域的边相距300μm以内的范围内。
文档编号G02B5/20GK102428394SQ20108001884
公开日2012年4月25日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者安井亮辅, 松井浩平 申请人:凸版印刷株式会社