JP2004246094A - 樹脂ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、樹脂ブラックマトリックス、カラーフィルタ及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】隣接する開口部の間の線状遮光部を細線化したブラックマトリックスの製造方法、樹脂ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、隣接する開口部間の線状遮光部を細線化した樹脂ブラックマトリックス、この樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフィルタ及び該カラーフィルタを用いた高精細の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】透明基板上にネガ型ブラックレジストを塗布し、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスクを介して前記ネガ型レジストに露光する。露光された前記ネガ型レジストを現像して樹脂ブラックマトリックスを形成する。
【選択図】 図４
【解決手段】透明基板上にネガ型ブラックレジストを塗布し、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスクを介して前記ネガ型レジストに露光する。露光された前記ネガ型レジストを現像して樹脂ブラックマトリックスを形成する。
【選択図】 図４
Description
【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ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、前記製造方法により製造された樹脂ブラックマトリックス、この樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタ及び液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー表示の液晶表示素子に用いられるカラーフィルタは、透明基板上に各画素電極に対応する約１μｍの薄い赤フィルタ、緑フィルタ、及び青フィルタを有し、各フィルタ間の隙間から入射光が漏れて液晶ディスプレイのコントラストが低下しないように縦横にマトリックス配列で配列された多数の開口部を有するブラックマトリックスを備えるものである。またブラックマトリックスは表示に寄与していない部分、即ち、液晶表示素子のソース配線、画素電極とソース配線の間の隙間等を全て遮光するものである。液晶表示を明るくするためにブラックマトリックスによる遮光部分をできるだけ少なくすることが望まれる。
【０００３】
従来、ブラックマトリックスは、透明基板上にネガ型のブラックレジスト層を形成し、このレジスト層とは所定の距離をおいて、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の遮光パターンを備えるフォトマスクを配置し、フォトマスクを介して露光を行い、フォトマスクのパターンをブラックレジストの層に露光、転写して製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ブラックマトリックスに関してはその高精細化、即ち隣接する開口部間の線状遮光部の細線化が求められている。しかし現在使用されているブラックレジストは、レジストにカーボンブラック等の遮光性顔料を分散させてなるもので、遮光性が高いにも関わらず、高い感光性を持たせるために、大量の反応開始剤が含まれている。そのため、回折光などの微小な光にも反応してブラックレジストの硬化が進むため、フォトマスクのパターンをブラックレジストに忠実に転写し、ブラックマトリックスを形成することが困難であり、フォトマスクの隣接する遮光パターン間の線状開口パターンをブラックレジストに転写すると、フォトマスクの線状開口パターンに対して広幅の線状遮光パターンが形成されてしまう。
【０００５】
図１は従来から用いられているフォトマスク１を示すものであり、石英等からなる透明マスク基板２上に縦横に互いに線状開口パターン４を介してマトリックス配列で配列された、クロム遮光膜からなる、多数の遮光パターン３を備えるものである。このフォトマスクを用いてレジストに露光したとき、図２に示すように開口部６が、フォトマスク１の線状開口パターン４よりも広幅の線状遮光パターン７を介してマトリックス配列で配列された樹脂ブラックマトリックス５が形成されてしまう。このときのフォトマスク１の線状開口パターン４と樹脂ブラックマトリックス５の線状遮光パターン７の間のパターン幅のシフト量（形成したパターン線幅−フォトマスク線幅）は約６μｍにもなる。例えば、８μｍ幅の線状遮光パターンを得るためにはフォトマスクの線状開口パターンの幅を２μｍとしなければならない。さらに６μｍ幅の線状遮光パターンを得ることは、不可能である。
また、露光量を減らす等のレジストの感光性を落とす手法を取ると硬化度が落ちてしまうため、製版マージンがなくなってしまう。
【０００６】
そのため、従来のブラックマトリックスの製造方法では、ブラックマトリックスの隣接する開口部間の線状遮光部の線幅を小さくして、遮光部を少なくすることには限界があった。
【０００７】
特許文献１に、透明基板上にネガ型ブラックレジストを形成し、フォトマスクを介してブラックレジストに、フォトマスクの遮光パターンの下に回折する回折光の露光には影響されず、フォトマスクの開口パターンの直下の直接光露光部だけを露光硬化させることができる露光量で露光し、露光されたネガ型ブラックレジストを現像してブラックレジストを形成することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１９９９６７号公報（段落００２９〜００３０）
【０００９】
しかし、特許文献１の方法において、フォトマスクの開口パターンの直下の直接光露光部を優先的に露光硬化させることができる露光量を選択しても、その露光量で直接光露光部の近傍の回折光領域も露光硬化され、結果としてフォトマスクの線状開口パターンよりも太目にブラックレジストにパターンが転写されてしまうことは回避できない。
【００１０】
本発明の目的は、隣接する開口部の間の線状遮光部を細線化したブラックマトリックスの製造方法、樹脂ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、隣接する開口部間の線状遮光部を細線化した樹脂ブラックマトリックス、この樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフィルタ及び該カラーフィルタを用いた高精細の液晶表示素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の製造方法に関する課題を解決するもので、透明基板上にネガ型ブラックレジストを塗布する工程と、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスクを介して前記ネガ型レジストに露光する工程と、露光された前記ネガ型レジストを現像して樹脂ブラックマトリックスを形成する工程を有することを特徴とする樹脂ブラックマトリックスの製造方法を要旨とする。
【００１２】
本発明の製造方法においては、フォトマスクの隣接する遮光パターンの間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるので、フォトマスクを介してブラックレジストに光を照射するとき、個々の小開口部において光の回折がおこる結果矩形の小開口部間の遮光部の下側にも回折光が入り込みブラックレジストには線状遮光パターンが形成される。また小開口部の遮光パターンの辺に沿う短辺が短いことにより遮光パターンの下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、上記したフォトマスクに関する課題を解決するもので、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなることを特徴とするブラックマトリックス形成用フォトマスクを要旨とする。
【００１４】
本発明のブラックマトリックス形成用フォトマスクにおいて、小開口部の長辺ａ／短辺ｃ比が２より大きくしかも３より小さく、且つ長辺ａは４μｍ以上４０μｍ以下であり、隣接する小開口部間の間隔ｂが１μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。小開口部の長辺ａが４０μｍを越えると遮光パターンのほうへの光の回折量が多くなり、小開口部に対応するレジスト部分が広幅に露光され線幅の小さいパターニングが困難となる。また小開口部の長辺ａが４０μｍであっても長辺ａ／短辺ｃ比が２以上、３以下のとき、うねりのある輪郭の線状部が形成されたり或いはけば立ちのある輪郭の線状部が形成されるので好ましくない。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、上記の樹脂ブラックマトリックスに関する課題を解決するもので、請求項１に記載の製造方法により製造された樹脂ブラックマトリックスを要旨とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、上記のカラーフィルタに関する課題を解決するもので、請求項４に記載の樹脂ブラックマトリックスの開口部に着色層を有することを特徴とするカラーフィルタを要旨とする。
【００１７】
カラーフィルタには、樹脂ブラックマトリックス及び着色層を覆う透明共通電極が備えられカラーフィルタ基板が構成される。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、上記の液晶表示素子に関する課題を解決するもので、請求項５に記載のカラーフィルタとその樹脂ブラックマトリックス及び着色層を覆う透明共通電極からなるカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板に対向する、多数の画素電極を備える対向基板と、前記カラーフィルタ基板と対向基板の間に封入された液晶を備えることを特徴とする液晶表示素子を要旨とする。この液晶表示素子は、ブラックマトリックスによる遮光部が少ないので明るい表示画面を提供するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造方法を示し、また図４は本発明の製造方法において用いるフォトマスクを示す。
【００２０】
本発明の製造方法において先ず透明基板２１上にネガ型ブラックレジスト２２を塗布する。ブラックレジストの塗布の方法は、スピンコーターによる塗布、ダイコーターによる塗布、ディップコート等の種々の方法を適用することができる。
【００２１】
また、透明基板２１としては、例えばガラスが多く用いられるが、アクリル樹脂等のプラスチックフィルムまたはシートを用いてもよい。また、必要に応じて、透明基板２１上にブラックレジストとの密着性を向上させるためにアンカーコートを施してもよい。
【００２２】
ブラックレジスト２２は、黒色の顔料または染料及び感光性材料を含むものである。感光性材料としては、ＵＶレジスト、ＤＥＥＰ−ＵＶレジスト、紫外線硬化型樹脂等が挙げられる。
【００２３】
ＵＶレジストとしては、環化ポリイソプレン−芳香属ビスアジド系レジスト、フェノール樹脂−芳香属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る。また、ＤＥＥＰ−ＵＶレジストとしては、ポリビニルフェノール−３，３’−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のネガ型レジストを挙げることができる。
【００２４】
また、紫外線硬化型樹脂組成物としては、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、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、ウレタンアクリレート等の樹脂を挙げることができる。
【００２５】
更に具体的に述べると、前記紫外線硬化型樹脂組成物の樹脂として、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、及び、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルアクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマー又はコポリマー等を１種若しくは複数含む感光性樹脂組成物が挙げられる。
【００２６】
又、前記紫外線硬化型樹脂塑性物を構成する光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミン）ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノン、２−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスペロン、メチレンアントロン、４−アジドベンジルアセトフェノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）シクロヘキサン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）−４−メチルシクロヘキサノン、２−フェニル−１，２−ブチジオン−２−（ｏ−メトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１，３−ジフェニル−プロパントリオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−３−エトキシ−プロパントリオン−２−（ｏ−ベンゾイル）オキシム、ミヒラーケトン、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、ｎ−フェニルチオアクリドン、４，４−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、アデカ（株）製Ｎ１７１７、四臭素化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性の色素とアスコルビン酸、トリエタノールアミン等の還元剤の組合せ等が挙げられる。本発明においては、これらの光重合開始剤を１種又は２種以上使用することができる。
【００２７】
ブラックレジストは低沸点溶剤と高沸点溶剤からなる溶媒に分散させた状態で透明基板２１に塗布する。
【００２８】
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等が挙げられ、また、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、エチルセロソルブ、３−メトキシブチルアセテート等が挙げられる。また低沸点溶媒と高沸点溶媒の混合溶媒として、高沸点溶媒が５０％以上を占める割合で含まれる混合溶媒を用いることができる。
【００２９】
次に塗布したブラックレジスト２２を例えばホットプレート等を用いて仮硬化後に、ブラックレジスト２２上に露光ギャップを介してフォトマスク１１を配置し、フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に露光する。
【００３０】
図４は本発明の製造方法において用いるフォトマスク１１を示す。
このフォトマスク１１は、透明マスク基板２上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターン１３を備え、隣接する遮光パターン１３の間は、多数の、遮光パターン１３の辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部１４ａが遮光部１４ｂを介して連なる小開口部−遮光部複合パターン１４からなるものである。
【００３１】
フォトマスク１１を介して露光後に、現像を行うことにより、露光時にフォトマスク１１の遮光パターンで被覆された部分が現像液で溶出し、透明基板２１の表面が露出し、露光部分がブラックマトリックス１５の線状遮光パターン１７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簡単に乾燥する。
【００３２】
フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に露光し樹脂ブラックマトリックス１５を形成する過程において、本発明の製造方法においては、フォトマスク１１の隣接する遮光パターン１３の間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部１４ａが遮光部１４ｂを介して連なる小開口部−遮光部複合パターン１４からなるので、フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に光を照射するとき、個々の小開口部１４ａにおいて光の回折がおこる結果矩形の小開口部１４ａ間の遮光部１４ｂの下側にも回折光が入り込みブラックレジスト２２には図５に示すように線状遮光パターン１７が形成される。また小開口部１４ａの遮光パターン１６の辺に沿う隣接する小開口部間の間隔ｂが短く、好ましくは１０μｍ以下に形成されていることにより遮光パターン１６の下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００３３】
表１はフォトマスク１のマスク形状と形成される線状遮光パターンの線幅の関係を示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１に示すように本発明のフォトマスクを用いて製版することにより、従来のフォトマスクを用いて製版する場合に比べて少ないシフト量（形成される線状遮光パターンの線幅−フォトマスクの線状開口パターンの線幅）で線状遮光パターンを形成することができる。例えば遮光パターン間の線状開口部５μｍの通常のフォトマスクの場合形成された線状遮光パターンの線幅は１２．３３１μｍであるのに対して小開口部の長辺５μｍ、短辺２μ、小開口部間の間隔４μｍの本発明のフォトマスクの場合形成された線状遮光パターンの線幅は７．２７４μｍと通常のフォトマスクの場合に比して５．０５７μｍ細い線状遮光パターンを形成することができる。それ故本発明の製造方法により高精細の樹脂ブラックマトリックスを提供することができる。
【００３６】
その場合、小開口部間の間隔ｂが１０μｍを越えると図６に示すように小開口部１４ａに対応する線状遮光パターンの部分の幅が遮光部１４ｂに対応する線状遮光パターンの部分の幅が異なり極端な凹凸の輪郭を有する線状遮光パターン１７ａが得られてしまう。小開口部間の間隔ｂが１μｍ以下であるときは細線化の効果がない。また、小開口部の間隔ｂが１０μｍであっても小開口部１４ａの長辺ａ／短辺ｃ比が２以下のときは直線性がやや劣るものや、けば立ち様の輪郭を有するものが得られたり、うねりのある輪郭を有するものが得られるので好ましくない。長辺ａが４０μｍを超えるとけば立ちが目立ち、一方４μｍより小さいときは解像しない。長辺ａは４０μｍ以下４μｍ以上であり、小開口部１４ａの長辺ａ／短辺ｃ比が２より大きくしかも３より小さく、且つ小開口部の間隔ｂは１０μｍ以下１μｍ以上以下であることが望ましい。
【００３７】
また、表１に示すように小開口部間の間隔が広くなるにつれてシフト量は小さくなる傾向が見られる。これは小開口部間の間隔が広がるほど隣り合うの小開口部の回折光同士がぶつかり合う度合いが低くなるためと思われる。
【００３８】
（実施例）
無アルカリガラスにネガ型ブラックレジスト（ＤＮ８３、東京応化工業製）を１μｍの厚さにスピンコートし、９０℃で３分間プリベークした。
【００３９】
このブラックレジスト上に露光ギャップ７５μｍで、図４に示すような、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスク（但し長辺の長さ＝５μｍ、短辺の長さ＝２μｍ、小開口部の間の間隔＝４μｍ）を配置した。そして光源としてｉ線（波長３６５ｍｍの光）を主に発する高圧水銀ランプを用いて、露光量５０ｍＪ／ｃｍ２ で露光した。その後アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５ｗｔ％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２００℃で３０分間ポストベークして、線幅７．２μｍの細い線状パターンを有する樹脂ブラックマトリックスを得ることができた。
【００４０】
（比較例）
無アルカリガラスにネガ型ブラックレジスト（ＤＮ８３、東京応化工業製）を１μｍの厚さにスピンコートし、９０℃で３分間プリベークした。
【００４１】
このブラックレジスト上に露光ギャップ７５μｍで、図１に示すような、従来型のフォトマスク（遮光パターン間の間隔＝５μｍ）を配置した。そして光源としてｉ線を主に発する高圧水銀ランプを用いて、露光量５０ｍＪ／ｃｍ２ で露光した。その後アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２００℃で３０分間ポストベークして樹脂ブラックマトリックスを得た。しかし、線幅１２．３μｍの実施例のものに比較して太い線状パターンを有する樹脂ブラックマトリックスしか得ることができなかった。
【００４２】
次に図７を用いて本発明の樹脂ブラックマトリックス１５を用いたカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板について説明する。
【００４３】
カラーフィルタは、樹脂ブラックマトリックス１５の開口部に液晶ディスプレイの各画素電極に対応して赤、緑、青色の着色層２４を備える。更にこのカラーフィルタの樹脂ブラックマトリックス１５の線状遮光パターン１７及び着色層２４を覆うオーバーコート層２５を介して透明共通電極（ＩＴＯ）２６が設けられ、カラーフィルタ基板２７が構成される。このカラーフィルタ基板２７は樹脂ブラックマトリックスによる遮光部が少ないので明るい表示画面を提供するものである。
【００４４】
着色層２４は、以下に述べる既知の加工方法により着色層を形成し、しかる後キュア処理して樹脂を硬化させることにより形成することができる。
（１）染色法： 樹脂ブラックマトリックス上に透明な感光性材料（例えば、重クロム酸塩を添加したゼラチン等）をフォトリソグラフ法によってパターン加工して着色すべき部分に樹脂層を形成し、その後、前記樹脂層を酸性染料などによって赤、緑、青色に染色する。
（２）染料分散層： 感光性樹脂溶液に直接染料を添加した着色材を用いフォトリソグラフ法によってパターン加工して着色層を形成する。
（３）インクジェット法： インクジェット方式により樹脂ブラックマトリックスの開口部に染料を含む硬化型のインキを付与し、硬化させて着色層を形成する。
（４）エッチング法： 樹脂ブラックマトリックスの全面に顔料を含む着色材層を形成し、次いで着色材層の着色層として残す部分をフォトレジストで被覆しエッチングして不用の着色材層の部分を除去する。
（５）着色感材法： 顔料をバインダー樹脂に分散させた感光性の着色樹脂を用い、フォトリソグラフ法によりパターン加工して着色層を形成する。
（７）転写法： 着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に転写する。
（８）印刷法：オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の印刷法により着色層を形成する。
（９）電着法： 着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に電着塗装する。
（１０）電子写真法：着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に電子写真法により形成する。
【００４５】
次に、オーバーコート層２５は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂等の材料を着色層２４を加工した基板２１の上にスピンナ等によって全面塗布した後、キュア処理して樹脂を硬化させてなるものである。
このオーバーコート層は用いた着色材料の保護と平坦度を得るために設けるもので、平坦度の厳しくないＴＦＴ−ＬＣＤ用途ではコストダウンのためにオーバーコート層を省略してもよい。
このオーバーコート層については、高透明度、表面高硬度、高耐熱性等が要求される。
【００４６】
透明共通電極２６は着色層（ＲＧＢ層）２４の上に直接か或いはオーバーコート層２５の上に真空蒸着装置等によって成膜形成する。
【００４７】
図８は本発明の樹脂ブラックマトリックスを用いた液晶表示素子を示す。
【００４８】
液晶表示素子はカラーフィルタ基板２７と多数の画素電極３０を備えるＴＦＴ側基板３１を対向させ、両基板間に液晶２９を封入してなるものである。
【００４９】
ＴＦＴ側基板３１はその内側に個々の画素をソース線（信号線）に対して導通／非導通の選択をするスイッチの機能を果たす薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）及びマトリックス状に配列された透明な画素電極３０を備え、さらに基板内面の全面を覆って配向膜２８が設けられている。一方カラーフィルタ基板２７は、前記したように、樹脂ブラックマトリックス１５の開口部に液晶ディスプレイの各画素電極３０に対応して赤、緑、青色の着色層２４を備え、更に樹脂ブラックマトリックス１５及び着色層２４を覆ってオーバーコート層２５を備え、更にその上に透明共通電極（ＩＴＯ）２６を備えていても良い。
【００５０】
またカラーフィルタ２７基板の上側に偏向板３３が設置され、ＴＦＴ側基板３１の下側に偏向板３２が設けられている。
【００５１】
さらにＴＦＴ側基板３１の下側に蛍光灯と散乱板の組み合わせからなるバックライトと呼ばれる光源（図示せず）が設けられ、バックライト光３４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ように構成されている。さらにＴＦＴ側基板の下側にＴＦＴを制御するコントロール回路や駆動回路等の電子回路を載せたプリント基板（図示せず）、光源を制御するインバータ回路（図示せず）等が設けられている。
【００５２】
本発明の液晶表示素子は樹脂ブラックマトリックスによる遮光面積が少ないので明るい表示画面を提供する。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造方法によれば、フォトマスクの隣接する遮光パターンの間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるので、フォトマスクを介してブラックレジストに光を照射するとき、個々の小開口部において光の回折がおこる結果矩形の小開口部間の遮光部の下側にも回折光が入り込みブラックレジストには線状遮光パターンが形成される。また小開口部の遮光パターンの辺に沿う短辺が短いことにより遮光パターンの下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００５４】
また本発明の製造方法により得られる樹脂ブラックマトリックスは高精細化されたもので、この樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタは従来のカラーフィルタに比べて遮光部分が少ないので明るい表示画面を提供するものである。また本発明のカラーフィルタを組み込んだ液晶表示素子は高精細の表示を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来型の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスクの平面図である。
【図２】図１に示すフォトマスクを用いてなる樹脂ブラックマトリックスの平面図である。
【図３】本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造過程を示す断面図である。
【図４】本発明の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスクの表面図である。
【図５】本発明のフォトマスクを用いてなる樹脂ブラックフォトマスクの平面図である。
【図６】小開口部の短辺の長さを３μｍにした本発明のフォトマスクを用いたときに形成される線状遮光パターンの平面図である。
【図７】本発明の樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタの断面図である。
【図８】本発明のカラーフィルタを用いてなる液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
１ フォトマスク
２ 透明マスク基板
３ 遮光パターン
４ 線状開口パターン
５ ブラックマトリックス
６ ブラックマトリックスの開口部
７ ブラックマトリックスの線状遮光パターン
１１ 本発明の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスク
１３ 遮光パターン
１４ａ 小開口部
１４ｂ 遮光部
１４ 小開口部−遮光部複合パターン
１５ 本発明の樹脂ブラックマトリックス
１６ 本発明の樹脂ブラックマトリックスの開口部
１７ 本発明の樹脂ブラックマトリックスの線状遮光パターン
２１ 透明基板
２２ ネガ型ブラックレジスト
２４ 着色層
２５ オーバーコート層
２６ 透明共通電極
２７ カラーフィルタ基板
２８ 配向膜
２９ 液晶
３０ 画素電極
３１ ＴＦＴ側基板
３２，３３ 偏向板
３４ バックライト光
【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ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、前記製造方法により製造された樹脂ブラックマトリックス、この樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタ及び液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー表示の液晶表示素子に用いられるカラーフィルタは、透明基板上に各画素電極に対応する約１μｍの薄い赤フィルタ、緑フィルタ、及び青フィルタを有し、各フィルタ間の隙間から入射光が漏れて液晶ディスプレイのコントラストが低下しないように縦横にマトリックス配列で配列された多数の開口部を有するブラックマトリックスを備えるものである。またブラックマトリックスは表示に寄与していない部分、即ち、液晶表示素子のソース配線、画素電極とソース配線の間の隙間等を全て遮光するものである。液晶表示を明るくするためにブラックマトリックスによる遮光部分をできるだけ少なくすることが望まれる。
【０００３】
従来、ブラックマトリックスは、透明基板上にネガ型のブラックレジスト層を形成し、このレジスト層とは所定の距離をおいて、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の遮光パターンを備えるフォトマスクを配置し、フォトマスクを介して露光を行い、フォトマスクのパターンをブラックレジストの層に露光、転写して製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ブラックマトリックスに関してはその高精細化、即ち隣接する開口部間の線状遮光部の細線化が求められている。しかし現在使用されているブラックレジストは、レジストにカーボンブラック等の遮光性顔料を分散させてなるもので、遮光性が高いにも関わらず、高い感光性を持たせるために、大量の反応開始剤が含まれている。そのため、回折光などの微小な光にも反応してブラックレジストの硬化が進むため、フォトマスクのパターンをブラックレジストに忠実に転写し、ブラックマトリックスを形成することが困難であり、フォトマスクの隣接する遮光パターン間の線状開口パターンをブラックレジストに転写すると、フォトマスクの線状開口パターンに対して広幅の線状遮光パターンが形成されてしまう。
【０００５】
図１は従来から用いられているフォトマスク１を示すものであり、石英等からなる透明マスク基板２上に縦横に互いに線状開口パターン４を介してマトリックス配列で配列された、クロム遮光膜からなる、多数の遮光パターン３を備えるものである。このフォトマスクを用いてレジストに露光したとき、図２に示すように開口部６が、フォトマスク１の線状開口パターン４よりも広幅の線状遮光パターン７を介してマトリックス配列で配列された樹脂ブラックマトリックス５が形成されてしまう。このときのフォトマスク１の線状開口パターン４と樹脂ブラックマトリックス５の線状遮光パターン７の間のパターン幅のシフト量（形成したパターン線幅−フォトマスク線幅）は約６μｍにもなる。例えば、８μｍ幅の線状遮光パターンを得るためにはフォトマスクの線状開口パターンの幅を２μｍとしなければならない。さらに６μｍ幅の線状遮光パターンを得ることは、不可能である。
また、露光量を減らす等のレジストの感光性を落とす手法を取ると硬化度が落ちてしまうため、製版マージンがなくなってしまう。
【０００６】
そのため、従来のブラックマトリックスの製造方法では、ブラックマトリックスの隣接する開口部間の線状遮光部の線幅を小さくして、遮光部を少なくすることには限界があった。
【０００７】
特許文献１に、透明基板上にネガ型ブラックレジストを形成し、フォトマスクを介してブラックレジストに、フォトマスクの遮光パターンの下に回折する回折光の露光には影響されず、フォトマスクの開口パターンの直下の直接光露光部だけを露光硬化させることができる露光量で露光し、露光されたネガ型ブラックレジストを現像してブラックレジストを形成することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１９９９６７号公報（段落００２９〜００３０）
【０００９】
しかし、特許文献１の方法において、フォトマスクの開口パターンの直下の直接光露光部を優先的に露光硬化させることができる露光量を選択しても、その露光量で直接光露光部の近傍の回折光領域も露光硬化され、結果としてフォトマスクの線状開口パターンよりも太目にブラックレジストにパターンが転写されてしまうことは回避できない。
【００１０】
本発明の目的は、隣接する開口部の間の線状遮光部を細線化したブラックマトリックスの製造方法、樹脂ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、隣接する開口部間の線状遮光部を細線化した樹脂ブラックマトリックス、この樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフィルタ及び該カラーフィルタを用いた高精細の液晶表示素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の製造方法に関する課題を解決するもので、透明基板上にネガ型ブラックレジストを塗布する工程と、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスクを介して前記ネガ型レジストに露光する工程と、露光された前記ネガ型レジストを現像して樹脂ブラックマトリックスを形成する工程を有することを特徴とする樹脂ブラックマトリックスの製造方法を要旨とする。
【００１２】
本発明の製造方法においては、フォトマスクの隣接する遮光パターンの間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるので、フォトマスクを介してブラックレジストに光を照射するとき、個々の小開口部において光の回折がおこる結果矩形の小開口部間の遮光部の下側にも回折光が入り込みブラックレジストには線状遮光パターンが形成される。また小開口部の遮光パターンの辺に沿う短辺が短いことにより遮光パターンの下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、上記したフォトマスクに関する課題を解決するもので、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなることを特徴とするブラックマトリックス形成用フォトマスクを要旨とする。
【００１４】
本発明のブラックマトリックス形成用フォトマスクにおいて、小開口部の長辺ａ／短辺ｃ比が２より大きくしかも３より小さく、且つ長辺ａは４μｍ以上４０μｍ以下であり、隣接する小開口部間の間隔ｂが１μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。小開口部の長辺ａが４０μｍを越えると遮光パターンのほうへの光の回折量が多くなり、小開口部に対応するレジスト部分が広幅に露光され線幅の小さいパターニングが困難となる。また小開口部の長辺ａが４０μｍであっても長辺ａ／短辺ｃ比が２以上、３以下のとき、うねりのある輪郭の線状部が形成されたり或いはけば立ちのある輪郭の線状部が形成されるので好ましくない。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、上記の樹脂ブラックマトリックスに関する課題を解決するもので、請求項１に記載の製造方法により製造された樹脂ブラックマトリックスを要旨とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、上記のカラーフィルタに関する課題を解決するもので、請求項４に記載の樹脂ブラックマトリックスの開口部に着色層を有することを特徴とするカラーフィルタを要旨とする。
【００１７】
カラーフィルタには、樹脂ブラックマトリックス及び着色層を覆う透明共通電極が備えられカラーフィルタ基板が構成される。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、上記の液晶表示素子に関する課題を解決するもので、請求項５に記載のカラーフィルタとその樹脂ブラックマトリックス及び着色層を覆う透明共通電極からなるカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板に対向する、多数の画素電極を備える対向基板と、前記カラーフィルタ基板と対向基板の間に封入された液晶を備えることを特徴とする液晶表示素子を要旨とする。この液晶表示素子は、ブラックマトリックスによる遮光部が少ないので明るい表示画面を提供するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造方法を示し、また図４は本発明の製造方法において用いるフォトマスクを示す。
【００２０】
本発明の製造方法において先ず透明基板２１上にネガ型ブラックレジスト２２を塗布する。ブラックレジストの塗布の方法は、スピンコーターによる塗布、ダイコーターによる塗布、ディップコート等の種々の方法を適用することができる。
【００２１】
また、透明基板２１としては、例えばガラスが多く用いられるが、アクリル樹脂等のプラスチックフィルムまたはシートを用いてもよい。また、必要に応じて、透明基板２１上にブラックレジストとの密着性を向上させるためにアンカーコートを施してもよい。
【００２２】
ブラックレジスト２２は、黒色の顔料または染料及び感光性材料を含むものである。感光性材料としては、ＵＶレジスト、ＤＥＥＰ−ＵＶレジスト、紫外線硬化型樹脂等が挙げられる。
【００２３】
ＵＶレジストとしては、環化ポリイソプレン−芳香属ビスアジド系レジスト、フェノール樹脂−芳香属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る。また、ＤＥＥＰ−ＵＶレジストとしては、ポリビニルフェノール−３，３’−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のネガ型レジストを挙げることができる。
【００２４】
また、紫外線硬化型樹脂組成物としては、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、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、ウレタンアクリレート等の樹脂を挙げることができる。
【００２５】
更に具体的に述べると、前記紫外線硬化型樹脂組成物の樹脂として、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、及び、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルアクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマー又はコポリマー等を１種若しくは複数含む感光性樹脂組成物が挙げられる。
【００２６】
又、前記紫外線硬化型樹脂塑性物を構成する光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミン）ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノン、２−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスペロン、メチレンアントロン、４−アジドベンジルアセトフェノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）シクロヘキサン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）−４−メチルシクロヘキサノン、２−フェニル−１，２−ブチジオン−２−（ｏ−メトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１，３−ジフェニル−プロパントリオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−３−エトキシ−プロパントリオン−２−（ｏ−ベンゾイル）オキシム、ミヒラーケトン、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、ｎ−フェニルチオアクリドン、４，４−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、アデカ（株）製Ｎ１７１７、四臭素化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性の色素とアスコルビン酸、トリエタノールアミン等の還元剤の組合せ等が挙げられる。本発明においては、これらの光重合開始剤を１種又は２種以上使用することができる。
【００２７】
ブラックレジストは低沸点溶剤と高沸点溶剤からなる溶媒に分散させた状態で透明基板２１に塗布する。
【００２８】
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等が挙げられ、また、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、エチルセロソルブ、３−メトキシブチルアセテート等が挙げられる。また低沸点溶媒と高沸点溶媒の混合溶媒として、高沸点溶媒が５０％以上を占める割合で含まれる混合溶媒を用いることができる。
【００２９】
次に塗布したブラックレジスト２２を例えばホットプレート等を用いて仮硬化後に、ブラックレジスト２２上に露光ギャップを介してフォトマスク１１を配置し、フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に露光する。
【００３０】
図４は本発明の製造方法において用いるフォトマスク１１を示す。
このフォトマスク１１は、透明マスク基板２上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターン１３を備え、隣接する遮光パターン１３の間は、多数の、遮光パターン１３の辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部１４ａが遮光部１４ｂを介して連なる小開口部−遮光部複合パターン１４からなるものである。
【００３１】
フォトマスク１１を介して露光後に、現像を行うことにより、露光時にフォトマスク１１の遮光パターンで被覆された部分が現像液で溶出し、透明基板２１の表面が露出し、露光部分がブラックマトリックス１５の線状遮光パターン１７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簡単に乾燥する。
【００３２】
フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に露光し樹脂ブラックマトリックス１５を形成する過程において、本発明の製造方法においては、フォトマスク１１の隣接する遮光パターン１３の間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部１４ａが遮光部１４ｂを介して連なる小開口部−遮光部複合パターン１４からなるので、フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に光を照射するとき、個々の小開口部１４ａにおいて光の回折がおこる結果矩形の小開口部１４ａ間の遮光部１４ｂの下側にも回折光が入り込みブラックレジスト２２には図５に示すように線状遮光パターン１７が形成される。また小開口部１４ａの遮光パターン１６の辺に沿う隣接する小開口部間の間隔ｂが短く、好ましくは１０μｍ以下に形成されていることにより遮光パターン１６の下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００３３】
表１はフォトマスク１のマスク形状と形成される線状遮光パターンの線幅の関係を示す。
【００３４】
【表１】
表１に示すように本発明のフォトマスクを用いて製版することにより、従来のフォトマスクを用いて製版する場合に比べて少ないシフト量（形成される線状遮光パターンの線幅−フォトマスクの線状開口パターンの線幅）で線状遮光パターンを形成することができる。例えば遮光パターン間の線状開口部５μｍの通常のフォトマスクの場合形成された線状遮光パターンの線幅は１２．３３１μｍであるのに対して小開口部の長辺５μｍ、短辺２μ、小開口部間の間隔４μｍの本発明のフォトマスクの場合形成された線状遮光パターンの線幅は７．２７４μｍと通常のフォトマスクの場合に比して５．０５７μｍ細い線状遮光パターンを形成することができる。それ故本発明の製造方法により高精細の樹脂ブラックマトリックスを提供することができる。
【００３６】
その場合、小開口部間の間隔ｂが１０μｍを越えると図６に示すように小開口部１４ａに対応する線状遮光パターンの部分の幅が遮光部１４ｂに対応する線状遮光パターンの部分の幅が異なり極端な凹凸の輪郭を有する線状遮光パターン１７ａが得られてしまう。小開口部間の間隔ｂが１μｍ以下であるときは細線化の効果がない。また、小開口部の間隔ｂが１０μｍであっても小開口部１４ａの長辺ａ／短辺ｃ比が２以下のときは直線性がやや劣るものや、けば立ち様の輪郭を有するものが得られたり、うねりのある輪郭を有するものが得られるので好ましくない。長辺ａが４０μｍを超えるとけば立ちが目立ち、一方４μｍより小さいときは解像しない。長辺ａは４０μｍ以下４μｍ以上であり、小開口部１４ａの長辺ａ／短辺ｃ比が２より大きくしかも３より小さく、且つ小開口部の間隔ｂは１０μｍ以下１μｍ以上以下であることが望ましい。
【００３７】
また、表１に示すように小開口部間の間隔が広くなるにつれてシフト量は小さくなる傾向が見られる。これは小開口部間の間隔が広がるほど隣り合うの小開口部の回折光同士がぶつかり合う度合いが低くなるためと思われる。
【００３８】
（実施例）
無アルカリガラスにネガ型ブラックレジスト（ＤＮ８３、東京応化工業製）を１μｍの厚さにスピンコートし、９０℃で３分間プリベークした。
【００３９】
このブラックレジスト上に露光ギャップ７５μｍで、図４に示すような、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスク（但し長辺の長さ＝５μｍ、短辺の長さ＝２μｍ、小開口部の間の間隔＝４μｍ）を配置した。そして光源としてｉ線（波長３６５ｍｍの光）を主に発する高圧水銀ランプを用いて、露光量５０ｍＪ／ｃｍ２ で露光した。その後アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５ｗｔ％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２００℃で３０分間ポストベークして、線幅７．２μｍの細い線状パターンを有する樹脂ブラックマトリックスを得ることができた。
【００４０】
（比較例）
無アルカリガラスにネガ型ブラックレジスト（ＤＮ８３、東京応化工業製）を１μｍの厚さにスピンコートし、９０℃で３分間プリベークした。
【００４１】
このブラックレジスト上に露光ギャップ７５μｍで、図１に示すような、従来型のフォトマスク（遮光パターン間の間隔＝５μｍ）を配置した。そして光源としてｉ線を主に発する高圧水銀ランプを用いて、露光量５０ｍＪ／ｃｍ２ で露光した。その後アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２００℃で３０分間ポストベークして樹脂ブラックマトリックスを得た。しかし、線幅１２．３μｍの実施例のものに比較して太い線状パターンを有する樹脂ブラックマトリックスしか得ることができなかった。
【００４２】
次に図７を用いて本発明の樹脂ブラックマトリックス１５を用いたカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板について説明する。
【００４３】
カラーフィルタは、樹脂ブラックマトリックス１５の開口部に液晶ディスプレイの各画素電極に対応して赤、緑、青色の着色層２４を備える。更にこのカラーフィルタの樹脂ブラックマトリックス１５の線状遮光パターン１７及び着色層２４を覆うオーバーコート層２５を介して透明共通電極（ＩＴＯ）２６が設けられ、カラーフィルタ基板２７が構成される。このカラーフィルタ基板２７は樹脂ブラックマトリックスによる遮光部が少ないので明るい表示画面を提供するものである。
【００４４】
着色層２４は、以下に述べる既知の加工方法により着色層を形成し、しかる後キュア処理して樹脂を硬化させることにより形成することができる。
（１）染色法： 樹脂ブラックマトリックス上に透明な感光性材料（例えば、重クロム酸塩を添加したゼラチン等）をフォトリソグラフ法によってパターン加工して着色すべき部分に樹脂層を形成し、その後、前記樹脂層を酸性染料などによって赤、緑、青色に染色する。
（２）染料分散層： 感光性樹脂溶液に直接染料を添加した着色材を用いフォトリソグラフ法によってパターン加工して着色層を形成する。
（３）インクジェット法： インクジェット方式により樹脂ブラックマトリックスの開口部に染料を含む硬化型のインキを付与し、硬化させて着色層を形成する。
（４）エッチング法： 樹脂ブラックマトリックスの全面に顔料を含む着色材層を形成し、次いで着色材層の着色層として残す部分をフォトレジストで被覆しエッチングして不用の着色材層の部分を除去する。
（５）着色感材法： 顔料をバインダー樹脂に分散させた感光性の着色樹脂を用い、フォトリソグラフ法によりパターン加工して着色層を形成する。
（７）転写法： 着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に転写する。
（８）印刷法：オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の印刷法により着色層を形成する。
（９）電着法： 着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に電着塗装する。
（１０）電子写真法：着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に電子写真法により形成する。
【００４５】
次に、オーバーコート層２５は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂等の材料を着色層２４を加工した基板２１の上にスピンナ等によって全面塗布した後、キュア処理して樹脂を硬化させてなるものである。
このオーバーコート層は用いた着色材料の保護と平坦度を得るために設けるもので、平坦度の厳しくないＴＦＴ−ＬＣＤ用途ではコストダウンのためにオーバーコート層を省略してもよい。
このオーバーコート層については、高透明度、表面高硬度、高耐熱性等が要求される。
【００４６】
透明共通電極２６は着色層（ＲＧＢ層）２４の上に直接か或いはオーバーコート層２５の上に真空蒸着装置等によって成膜形成する。
【００４７】
図８は本発明の樹脂ブラックマトリックスを用いた液晶表示素子を示す。
【００４８】
液晶表示素子はカラーフィルタ基板２７と多数の画素電極３０を備えるＴＦＴ側基板３１を対向させ、両基板間に液晶２９を封入してなるものである。
【００４９】
ＴＦＴ側基板３１はその内側に個々の画素をソース線（信号線）に対して導通／非導通の選択をするスイッチの機能を果たす薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）及びマトリックス状に配列された透明な画素電極３０を備え、さらに基板内面の全面を覆って配向膜２８が設けられている。一方カラーフィルタ基板２７は、前記したように、樹脂ブラックマトリックス１５の開口部に液晶ディスプレイの各画素電極３０に対応して赤、緑、青色の着色層２４を備え、更に樹脂ブラックマトリックス１５及び着色層２４を覆ってオーバーコート層２５を備え、更にその上に透明共通電極（ＩＴＯ）２６を備えていても良い。
【００５０】
またカラーフィルタ２７基板の上側に偏向板３３が設置され、ＴＦＴ側基板３１の下側に偏向板３２が設けられている。
【００５１】
さらにＴＦＴ側基板３１の下側に蛍光灯と散乱板の組み合わせからなるバックライトと呼ばれる光源（図示せず）が設けられ、バックライト光３４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ように構成されている。さらにＴＦＴ側基板の下側にＴＦＴを制御するコントロール回路や駆動回路等の電子回路を載せたプリント基板（図示せず）、光源を制御するインバータ回路（図示せず）等が設けられている。
【００５２】
本発明の液晶表示素子は樹脂ブラックマトリックスによる遮光面積が少ないので明るい表示画面を提供する。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造方法によれば、フォトマスクの隣接する遮光パターンの間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるので、フォトマスクを介してブラックレジストに光を照射するとき、個々の小開口部において光の回折がおこる結果矩形の小開口部間の遮光部の下側にも回折光が入り込みブラックレジストには線状遮光パターンが形成される。また小開口部の遮光パターンの辺に沿う短辺が短いことにより遮光パターンの下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００５４】
また本発明の製造方法により得られる樹脂ブラックマトリックスは高精細化されたもので、この樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタは従来のカラーフィルタに比べて遮光部分が少ないので明るい表示画面を提供するものである。また本発明のカラーフィルタを組み込んだ液晶表示素子は高精細の表示を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来型の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスクの平面図である。
【図２】図１に示すフォトマスクを用いてなる樹脂ブラックマトリックスの平面図である。
【図３】本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造過程を示す断面図である。
【図４】本発明の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスクの表面図である。
【図５】本発明のフォトマスクを用いてなる樹脂ブラックフォトマスクの平面図である。
【図６】小開口部の短辺の長さを３μｍにした本発明のフォトマスクを用いたときに形成される線状遮光パターンの平面図である。
【図７】本発明の樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタの断面図である。
【図８】本発明のカラーフィルタを用いてなる液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
１ フォトマスク
２ 透明マスク基板
３ 遮光パターン
４ 線状開口パターン
５ ブラックマトリックス
６ ブラックマトリックスの開口部
７ ブラックマトリックスの線状遮光パターン
１１ 本発明の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスク
１３ 遮光パターン
１４ａ 小開口部
１４ｂ 遮光部
１４ 小開口部−遮光部複合パターン
１５ 本発明の樹脂ブラックマトリックス
１６ 本発明の樹脂ブラックマトリックスの開口部
１７ 本発明の樹脂ブラックマトリックスの線状遮光パターン
２１ 透明基板
２２ ネガ型ブラックレジスト
２４ 着色層
２５ オーバーコート層
２６ 透明共通電極
２７ カラーフィルタ基板
２８ 配向膜
２９ 液晶
３０ 画素電極
３１ ＴＦＴ側基板
３２，３３ 偏向板
３４ バックライト光
Claims (6)
- 透明基板上にネガ型ブラックレジストを塗布する工程と、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスクを介して前記ネガ型レジストに露光する工程と、露光された前記ネガ型レジストを現像して樹脂ブラックマトリックスを形成する工程を有することを特徴とする樹脂ブラックマトリックスの製造方法。
- 透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなることを特徴とするブラックマトリックス形成用フォトマスク。
- 小開口部の長辺ａ／短辺ｃ比が２より大きくしかも３より小さく、且つ長辺ａは４μｍ以上４０μｍ以下であり、隣接する小開口部間の間隔ｂが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のブラックマトリックス形成用フォトマスク。
- 請求項１に記載の製造方法により製造された樹脂ブラックマトリックス。
- 請求項４に記載の樹脂ブラックマトリックスの開口部に着色層を有することを特徴とするカラーフィルタ。
- 請求項５に記載のカラーフィルタとその樹脂ブラックマトリックス及び着色層を覆う透明共通電極からなるカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板に対向する、多数の画素電極を備える対向基板と、前記カラーフィルタ基板と対向基板の間に封入された液晶を備えることを特徴とする液晶表示素子。
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