JP2000199967A - 樹脂製ブラックマトリクスの製造方法、該ブラックマトリクスを用いたカラ―フィルタの製造方法、及び該製造方法で製造されたカラ―フィルタを用いた液晶素子 - Google Patents

樹脂製ブラックマトリクスの製造方法、該ブラックマトリクスを用いたカラ―フィルタの製造方法、及び該製造方法で製造されたカラ―フィルタを用いた液晶素子

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JP2000199967A
JP2000199967A JP11314771A JP31477199A JP2000199967A JP 2000199967 A JP2000199967 A JP 2000199967A JP 11314771 A JP11314771 A JP 11314771A JP 31477199 A JP31477199 A JP 31477199A JP 2000199967 A JP2000199967 A JP 2000199967A
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color filter
resist
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exposure
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JP11314771A
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English (en)
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Junichi Sakamoto
淳一 坂本
Nagato Osano
永人 小佐野
Kenitsu Iwata
研逸 岩田
Satoshi Kokubo
智 小久保
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Original Assignee
Canon Inc
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  • Optical Filters (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネガ型のブラックレジストをプロキシミティ
露光によりフォトマスクのパターンに忠実にパターン形
成する。 【解決手段】 ネガ型のブラックレジストをフォトマス
クを介してプロキシミティ露光する際に、露光量を1
4.0〜70.0mJ/cm2の範囲に設定して行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビやパ
ーソナルコンピュータのディスプレイ等に用いられるカ
ラーフィルタの構成部品である樹脂製ブラックマトリク
スの製造方法、該ブラックマトリクスを用いたカラーフ
ィルタの製造方法、及び該製造方法により製造されたカ
ラーフィルタを用いた液晶素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、カラー表示の液晶素子に用いられ
るカラーフィルタの製造方法として、透明基板上にネガ
型のカラーレジストを形成し、該レジストとは所定の距
離(プロキシミティ露光ギャップ)を隔ててフォトマス
クを配置し、一定の露光量で光を照射する、いわゆるプ
ロキシミティ露光を行い、現像してパターン形成する方
法がある。この時、露光量はレジストが十分に硬化する
ように、100mJ/cm2以上に設定するのが一般的
である。
【0003】近年、カラーフィルタの隣接着色部間を遮
光するためのブラックマトリクスをブラックレジストを
用いて形成する方法が検討されている。このブラックマ
トリクスは、レジストにカーボンブラックなどの遮光性
顔料を分散させてなる。そのため、パターン露光する光
が十分に透過できず、該レジストを硬化するためには、
上記カラーレジストよりも高い数百J/cm2程度の露
光量が必要であるとされていた。また、顔料を含まない
レジストに比べてブラックレジストはその露光感度を向
上するために、増感剤や反応開始剤を多く含んでいる。
そのため、回折光などの微小な光にも反応して硬化が進
むため、フォトマスクの開口部を忠実に転写し、パター
ン形成することが困難であった。
【0004】上記ブラックレジストの製造上の問題を解
決する方法として、特開平3−252622号公報に
は、カラーフィルタ形成後にブラックレジストを塗布
し、裏面から露光を行ってパターニングを行うと同時
に、表面からも瞬間露光を行い、表面強度を向上させる
ことにより、現像後の膜厚バラツキを抑える方法が提案
されている。この方法では、回折光の影響はほとんど発
生することはないものの、ブラックマトリクスの形状は
カラーフィルタの成形精度に依存する。また、インクジ
ェット方式を用いたカラーフィルタの製造方法では、樹
脂製ブラックマトリクスを混色防止壁として用いて着色
部(フィルタ)を形成するため、ブラックマトリクス形
成後に着色部を形成する必要があり、上記公報の方法は
適用できない。
【0005】また、TFT(薄膜トランジスタ)を用い
たアクティブマトリクスタイプの液晶素子(いわゆるT
FT型液晶素子)においては、TFTの耐光性を重視す
ると共に、カラーフィルタの明るさを確保するため、ブ
ラックマトリクスの開口部の形状が複雑になってきてい
る。TFT型液晶素子用のブラックマトリクスは、TF
Tを遮光し、且つ開口率を稼ぐために、ラインパターン
の一部を細くするような形状をとっている。このような
複雑なパターンを形成するためのフォトマスクでは、そ
の回折光のパターンも複雑になり、レジストの露光部の
外観の形状も複雑でいびつなパターンとなり、製品とし
て使用できなくなってしまう。
【0006】回折光の影響を防止するには、フォトマス
クとレジストとの隙間を無くして露光する、コンタクト
露光を行えばよい。しかしながら、連続で生産されるカ
ラーフィルタに対し、コンタクト露光を行う場合、マス
クの汚れ、レジスト表面のゴミの再付着等、問題が多
く、量産するには不適当である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、プロ
キシミティ露光によりネガ型ブラックレジストをパター
ン露光しようとすると、回折光によって、マスク開口部
の周辺も露光されてしまい、現像後のブラックマトリク
スのパターンがいびつになると共に、線幅が極端に太く
なってしまうという問題があった。
【0008】本発明の目的は、上記問題を解決し、プロ
キシミティ露光において回折光の影響を低減して、フォ
トマスクの形状に忠実なパターンのブラックマトリクス
を製造することにあり、さらに、該ブラックレジストを
用いて高品位なカラーフィルタ、さらには液晶素子を提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の樹脂製ブラック
マトリクスの製造方法は、基板上にネガ型ブラックレジ
ストを形成する工程と、フォトマスクを介して14.0
〜70.0mJ/cm 2の露光量で露光する工程と、露
光された前記レジストを現像してパターン形成すること
を特徴とする。
【0010】また、本発明のカラーフィルタの製造方法
は、上記本発明のブラックマトリクスの製造方法により
製造された樹脂製ブラックマトリクスの開口部に、イン
クジェット法でインクを付与して着色部を形成すること
を特徴とする。
【0011】さらに、本発明の液晶素子は、上記本発明
のカラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフ
ィルタと、前記カラーフィルタに対向する対向基板と、
前記カラーフィルタと対向基板との間に封入した液晶と
を有することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に本発明のカラーフィルタの
製造方法の工程を模式的に示す。以下に各工程について
説明する。尚、図1の(a)〜(e)はそれぞれ下記工
程(a)〜(e)に対応する断面模式図である。
【0013】工程(a) 透明基板1上に、ネガ型ブラックレジスト7を塗布す
る。塗布の方法は、スピンコーター、ダイコーター、デ
ィップコートなど様々な方法を使用することができる。
また、塗布膜の厚さは、必要な遮光性を得る厚さであ
り、例えば1μm程度である。尚、透明基板1は、例え
ばガラスが多く用いられるが、プラスチックフィルムや
プラスチックシートでもかまわない。また、必要に応じ
て、透明基板1とブラックマトリクス2及びインク5と
の密着性を向上させるために、透明基板1上に予め密着
性を向上させる薄膜を形成しておくこともできる。
【0014】工程(b) 塗布された層を例えばホットプレート等を用い仮硬化
し、ブラックレジスト7の感度に合致した波長を有する
露光装置と、所定のパターンを有するマスク3を用いて
露光する。
【0015】工程(c) 現像を行うことにより、露光時にマスク3で遮光された
部分が現像液で溶出し、基板表面が露出し、露光部分が
ブラックマトリクス2パターンとして残る。引き続き現
像液を洗い流すためにリンスを行い、スピン乾燥やエア
ナイフ等で簡単に乾燥する。これでブラックマトリクス
2の開口部4の基板面は、清浄な表面となっている。
【0016】工程(d) ブラックマトリクス2の開口部4に所定の色のインク5
をインクジェット法により付与する。インクの付与方法
としては、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン
印刷等の一般の印刷法等を用いることもできるが、イン
クジェット印刷機を用いるインクジェット印刷法によれ
ば、印刷時に版を使用しないためにインク滴径を操作す
れば高精度のパターニングが可能となる。ここで使用さ
れるインク5は、上記のブラックマトリクス2パターン
上ではじかれやすく、ブラックマトリクス2の開口部4
の画素部には濡れやすいものを適宜選択して使用する。
インク5は、染料系、顔料系のいずれでも良く、溶媒は
水を主成分として、親水性の有機溶媒等を含んでいても
良い。
【0017】インク5として、熱硬化性のインクを用い
ることが、インク5の硬化とブラックマトリクス2の本
硬化を同一の工程で行うことが可能であるため好まし
い。
【0018】インク中に含ませる熱硬化成分としては、
ブラックマトリクスの硬化と同程度の温度条件で硬化す
る材料が好ましく、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、
フェノール系樹脂、エンチオール等の中から適宜使用で
きる。また、要求されるプロセス温度に応じて上記の樹
脂に芳香族アミン系、酸無水物等を導入したものも使用
可能である。
【0019】工程(e) ブラックマトリクス2を硬化させるため加熱乾燥処理
(ポストベーク)を行い、ブラックマトリクス2を形成
する。この時インク5の硬化も同時に行って着色部8を
形成することが好ましい。
【0020】その後、必要に応じて保護層を設ける。
【0021】上記の工程において用いたブラックマトリ
クス2を構成するブラックレジスト7は、黒色の顔料又
は染料と感光性材料を含み、その他必要に応じて非感光
性の樹脂を含んでいても良い。感光性材料としては、U
Vレジスト、DEEP−UVレジスト及び紫外線硬化型
樹脂等である。
【0022】UVレジストとしては、環化ポリイソプレ
ン−芳香族ビスアジド系レジスト及びフェノール樹脂−
芳香族アジド化合物系レジスト等のネガ型レジストを挙
げることができ、また、DEEP−UVレジストとして
は、ネガ型レジストとしてポリビニルフェノール−3,
3’−ジアジドフェニルスルホン及びポリメタクリル酸
グリシジル等を挙げることができる。
【0023】紫外線硬化型樹脂としては、ベンゾフェノ
ン及びその置換誘導体、ベンゾイン及びその置換誘導
体、アセトフェノン及びその置換誘導体、ベンジル等の
オキシム系化合物等の中から選ばれる1種または2種以
上の光重合開始剤を2〜10質量%程度含有した、ポリ
エステルアクリレート、エポキシアクリレート及びウレ
タンアクリレート等を挙げることができる。
【0024】また、ブラックレジストは、基板に塗布す
る際には低沸点溶剤と高沸点溶剤からなる溶媒に分散さ
れる。
【0025】低沸点溶剤としては、酢酸ブチル、プロピ
レングリコールモノメチルエーテル(PGME)等が挙
げられ、高沸点溶剤としては、プロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチルセ
ロソルブ(ECA)、3−メトキシブチルアセテート
(MBA)等が挙げられる。
【0026】かかる混合溶媒において、高沸点溶剤が5
0質量%以上を占める割合で用いられる。
【0027】本発明は、通常100mJ/cm2以上、
一般には数百mJ/cm2の露光量が必要と思われてい
るネガ型ブラックレジストのプロキシミティ露光を、ブ
ラックレジスト表面で14.0〜70.0mJ/cm2
という非常に低い値で行うことに特徴を有する。図2
に、ネガ型レジストにプロキシミティ露光を施している
様子を模式的に示す。図中、3はフォトマスクで、石英
基板21表面にクロム遮光膜22が形成されている。1
はブラックマトリクスを形成する透明基板で、7がパタ
ーニングするネガ型ブラックレジスト、24はレジスト
7とフォトマスク3との隙間、即ちプロキシミティ露光
ギャップである。27は直接光露光部、28a及び28
bは回折光露光部である。
【0028】本発明において、露光量は400nmより
も波長の長い光をカットした超高圧水銀灯の光を照射し
て、(株)オーク(ORC)製作所製の紫外線照度計
「modelUV−MO2」を用いて測定した値であ
る。紫外線照度計の受光器は、「UV−35」を用い
た。
【0029】プロキシミティ露光においては、プロキシ
ミティ露光ギャップ24は製造上、広ければ広いほど製
造安定性がよい。それに対して、プロキシミティ露光ギ
ャップ24が広がると、回折光により露光される領域2
8a、28bの範囲は広がってしまう。しかしながら、
開口部直下の直接光露光部27の露光量は、回折光露光
部28a、28bの露光量より大きい。そこで、本発明
者等が露光量と現像性を鋭意検討した結果、回折光の露
光には影響されず、直接光露光部27だけを露光硬化さ
せることができる露光量範囲があることを発見し、本発
明を達成した。
【0030】即ち、露光量を14.0〜70.0mJ/
cm2とすることにより、直接光露光部のみを十分に硬
化し、回折光露光部を含む遮光部分は現像によって除去
することが可能になる。よって、フォトマスク3のパタ
ーンに忠実にレジスト7をパターニングすることができ
る。露光量が14.0mJ/cm2未満であると、直接
光露光部においても露光不足となり、ブラックマトリク
スパターンが十分に硬化せずに欠損を生じるようにな
り、また、露光量が70.0mJ/cm2を超えると、
回折光露光部の露光量が硬化しうる量に達し、ブラック
マトリクスパターンがいびつになる。
【0031】プロキシミティギャップ24は30μm〜
250μm、さらには80μm〜220μmが好まし
い。
【0032】本発明の製造方法によるブラックマトリク
スは、細部まで忠実にパターニングすることができるた
め、開口部の形状が細かな凹凸を有する、前記したTF
T型の液晶素子にも好ましく用いることができる。ま
た、カラーフィルタの着色部の形成工程には何ら関与し
ないため、インクジェット方式により硬化型のインクを
付与して着色部を形成する工程において、インクの混色
防止壁として用いることが可能である。
【0033】従って、本発明のブラックマトリクスの開
口部にインクジェット方式によりインクを付与して硬化
させて着色部を形成し、ブラックマトリクスと着色部と
の境界が明瞭で、開口部面積の広い高品位なカラーフィ
ルタを提供することが可能となり、さらに、該カラーフ
ィルタを用いて一方の基板を構成し、他方の基板との間
に液晶を狭持することで、カラー表示特性の良好な液晶
素子を構成することができる。
【0034】図3に、本発明の製造方法により製造され
たカラーフィルタを組み込んだTFTカラー液晶パネル
の断面を示す。尚、その形態は本例に限定されるもので
はない。
【0035】カラー液晶パネルは、一般的にカラーフィ
ルタ側基板1と対向基板14を合わせ込み、液晶組成物
12を封入することにより形成される。液晶パネルの一
方の基板14の内側に、TFT(不図示)と透明な画素
電極13がマトリクス状に形成される。また、もう一方
の基板1の内側には、画素電極13に対向する位置に
R、G、Bの着色部8が配列するようなカラーフィルタ
9が設置され、その上に透明な対向電極(共通電極)1
0が一面に形成される。ブラックマトリクス2は通常カ
ラーフィルタ側基板1上に形成される。
【0036】さらに、両基板の面内には配向膜11が形
成されており、これをラビング処理することにより液晶
分子を一定方向に配列させることができる。また、それ
ぞれの基板の外側には偏光板15が接着されており、液
晶組成物12は、これらの基板の間隙(2〜5μm程
度)に充填される。また、バックライトとしては蛍光灯
(不図示)と散乱板(不図示)の組み合わせが一般的に
用いられており、液晶組成物12をバックライト光16
の透過率を変化させる光シャッターとして機能させるこ
とにより表示を行う。6は必要に応じて設ける保護層で
ある。
【0037】
【実施例】以下の実施例及び比較例においては、露光機
としてキヤノン(株)製「PLA−700FA」を使用
し、プロキシミティ露光ギャップは50μmとした。本
露光機の照度は14.2mW/cm2であった。被露光
基板は、5インチウエハ形状の無アルカリガラスに各レ
ジスト材を1μmの厚さにスピンコートし、80℃で1
80秒間プリベークしたものを使用した。
【0038】(実施例1、2、比較例1、2)富士フィ
ルムオーリン(株)製ブラックレジスト「CK−S17
1X」を、図4に示したフォトマスクにて、2.0秒間
(実施例1)、4.9秒間(実施例2)、図6に示した
フォトマスクにて0.9秒間(比較例1)、図4に示し
たフォトマスクにて7.0秒間(比較例2)、それぞれ
露光し、富士フィルムオーリン(株)製現像液「CD」
20vol%溶液(25℃)に125秒間浸漬後、7P
aの高圧純水ジェットによりリンスしてパターン形成し
た。露光量はそれぞれ28.4mJ/cm2(実施例
1)、69.6mJ/cm2(実施例2)、12.8m
J/cm2(比較例1)及び99.4mJ/cm2(比較
例2)であった。得られたブラックマトリクスの一部
を、実施例1は図7、図8に、実施例2は図9、図10
に、比較例1は図11に、比較例2は図12にそれぞれ
示す。
【0039】図7〜図12から明らかなように、実施例
1及び実施例2ではフォトマスクのパターンが忠実に転
写されたブラックマトリクスが得られたが、比較例1で
は露光量が足りずにブラックマトリクスパターン上にピ
ンホール状の欠損が発生し、不良品となった。また、比
較例2では露光量が多すぎるため回折光による露光によ
って、ブラックマトリクスパターンがいびつな形状を示
し、不良品となった。
【0040】(実施例3、4、比較例3、4)東京応化
工業(株)製ブラックレジスト「CFPR−BK41
6」を、図5に示したフォトマスクにて1.0秒間(実
施例3)、図6に示したフォトマスクにて4.0秒間
(実施例4)、0.8秒間(比較例3)、5.0秒間
(比較例4)、それぞれ露光し、東京応化工業(株)製
現像液「N−A3K」10vol%溶液(25℃)に5
5秒間浸漬後、0.5Paの純水スプレーによりリンス
してパターン形成した。露光量は、それぞれ14.2m
J/cm2(実施例3)、56.8mJ/cm2(実施例
4)、11.4mJ/cm2(比較例3)及び71.0
mJ/cm2(比較例4)であった。得られたブラック
マトリクスを、実施例3は図13、図14に、実施例4
は図15、図16に、比較例3は図17に、比較例4は
図18にそれぞれ示す。
【0041】図13〜図18から明らかなように、実施
例3及び実施例4ではフォトマスクのパターンが忠実に
転写されたブラックマトリクスが得られたが、比較例3
では露光量が足りずに現像によりパターン欠損が生じ、
不良品となった。また、比較例4では露光量が多すぎる
ため回折光による露光によって、ブラックマトリクスパ
ターンがいびつな形状を示し、不良品となった。
【0042】(実施例5、6、比較例5、6)新日鐵化
学(株)製ブラックレジスト「V−259−BK−73
9P」を、図6のフォトマスクにて1.0秒間(実施例
5)、4.9秒間(実施例6)、0.6秒間(比較例
5)、6.0秒間(比較例6)、それぞれ露光し、新日
鐵化学(株)製現像液「V−259ID」1vol%溶
液(25℃)に18秒間浸漬後、0.5Paの純水スプ
レーによりリンスしてパターン形成した。露光量はそれ
ぞれ14.2mJ/cm2(実施例5)、69.6mJ
/cm2(実施例6)、8.5mJ/cm2(比較例5)
及び85.2mJ/cm2(比較例6)であった。得ら
れたブラックマトリクスを、実施例5は図19、図20
に、実施例6は図21、図22に、比較例5は図23
に、比較例6は図24にそれぞれ示す。
【0043】図19〜図24から明らかなように、実施
例5及び実施例6ではフォトマスクのパターンが忠実に
転写されたブラックマトリクスが得られたが、比較例5
では露光量が足りずに現像によりパターン欠損が生じ、
不良品となった。また、比較例6では露光量が多すぎる
ため回折光による露光によって、ブラックマトリクスパ
ターンがいびつな形状を示し、不良品となった。
【0044】上記実施例1〜6、比較例1〜6の結果よ
り、各レジストの最適露光量を下記表1に示す。
【0045】
【表1】
【0046】表1から明らかなように、本発明に係る露
光量範囲であれば、フォトマスクのパターンを忠実に転
写したブラックマトリクスがプロキシミティ露光によっ
て得られることがわかる。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プロキシミティ露光によっても、所望のパターンのブラ
ックマトリクスを形成することができ、該ブラックマト
リクスを用いてフィルタ特性に優れたカラーフィルタ、
及びカラー表示に優れた液晶素子を提供することができ
る。また、実質露光時間が短くなるため、製造炊くとの
短縮効果を得ることもでき、製造効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカラーフィルタの製造方法の工程を示
す図である。
【図2】ネガ型レジストにプロキシミティ露光を施して
いる様子の模式図である。
【図3】本発明の製造方法により製造されたカラーフィ
ルタを用いた液晶素子の一例を示す断面図である。
【図4】本発明の実施例で用いたフォトマスクの形状の
一例を示す部分図である。
【図5】本発明の実施例で用いたフォトマスクの形状の
他の例を示す部分図である。
【図6】本発明の実施例で用いたフォトマスクの形状の
他の例を示す部分図である。
【図7】本発明の実施例1のブラックマトリクスの写真
である。
【図8】本発明の実施例1のブラックマトリクスの写真
である。
【図9】本発明の実施例2のブラックマトリクスの写真
である。
【図10】本発明の実施例2のブラックマトリクスの写
真である。
【図11】本発明の比較例1のブラックマトリクスの写
真である。
【図12】本発明の比較例2のブラックマトリクスの写
真である。
【図13】本発明の実施例3のブラックマトリクスの写
真である。
【図14】本発明の実施例3のブラックマトリクスの写
真である。
【図15】本発明の実施例4のブラックマトリクスの写
真である。
【図16】本発明の実施例4のブラックマトリクスの写
真である。
【図17】本発明の比較例3のブラックマトリクスの写
真である。
【図18】本発明の比較例4のブラックマトリクスの写
真である。
【図19】本発明の実施例5のブラックマトリクスの写
真である。
【図20】本発明の実施例5のブラックマトリクスの写
真である。
【図21】本発明の実施例6のブラックマトリクスの写
真である。
【図22】本発明の実施例6のブラックマトリクスの写
真である。
【図23】本発明の比較例5のブラックマトリクスの写
真である。
【図24】本発明の比較例6のブラックマトリクスの写
真である。
【符号の説明】
1 透明基板 2 ブラックマトリクス 3 フォトマスク 4 ブラックマトリクス開口部 5 インク 6 保護層 7 ブラックレジスト 8 着色部 9 カラーフィルタ 10 対向電極(共通電極) 11 配向膜 12 液晶組成物 13 画素電極 14 対向基板 15 偏光板 16 バックライト光 21 石英基板 22 クロム遮光膜 24 プロキシミティ露光ギャップ 27 直接光露光部 28a,28b 回折光露光部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 研逸 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小久保 智 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にネガ型ブラックレジストを形成
    する工程と、フォトマスクを介して前記レジストを1
    4.0〜70.0mJ/cm2の露光量で露光する工程
    と、露光された前記レジストを現像してパターンを形成
    する工程とを有することを特徴とする樹脂製ブラックマ
    トリクスの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記パターンが、凹凸の外形を有するも
    のである請求項1記載の樹脂製ブラックマトリクスの製
    造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のブラックマトリクスの
    製造方法により製造された樹脂製ブラックマトリクスの
    開口部に、インクジェット法でインクを付与して着色部
    を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記インクが、熱硬化性である請求項3
    に記載のカラーフィルタの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記インクと、前記樹脂製ブラックマト
    リクスとを同時に硬化させる請求項3記載のカラーフィ
    ルタの製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項3記載のカラーフィルタの製造方
    法により製造されたカラーフィルタと、前記カラーフィ
    ルタに対向する対向基板と、前記カラーフィルタと対向
    基板との間に封入した液晶とを有することを特徴とする
    液晶素子。
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