JP2006284668A - カラーフィルタの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造において、樹脂ブラックマトリックスの端部上の突起の高さを容易に低減することのできるカラーフィルタの製造方法、製造装置を提供すること。
【解決手段】樹脂ブラックマトリックス５１が形成されたガラス基板５０上に、着色フォトレジストを塗布した後にガラス基板を水平に静止した状態に保ち、樹脂ブラックマトリックス上に重なった部分の着色フォトレジストを着色画素部へ流動、拡がらせる平坦化処理を行い、続いて、減圧乾燥装置による予備乾燥を行うこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置などのカラーフィルタに関するものであり、特に、樹脂ブラックマトリックスが形成されたカラーフィルタにおいて、突起の高さを容易に低減することのできるカラーフィルタの製造に関する。

図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）が順次に形成されたものである。
図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（５２）は１２個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１７インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。

ブラックマトリックス（５１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（５２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。

このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例である。
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（５０）上に、例えば、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（５１）と称している。

また、カラーフィルタの周縁部は、額縁と称している部分である。図３、及び図４に示すカラーフィルタは、額縁の部分、すなわち、カラーフィルタの周縁部の端まで樹脂ブラックマトリックスが形成された例である。
バックライトからの直接光をカラーフィルタの周縁部の端まで遮蔽し、またカラーフィルタの端面から入射する迷光を低減させ画像のコントラストを向上させる機能をもたせたものである。

また、着色画素（５２）は、この樹脂ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によって、すなわち、着色フォトレジストの塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像処理によって着色画素として形成されたものである。赤色、緑色、青色の着色画素は順次に形成されている。

樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックス（図示せず）として用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマト
リックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。

カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したカラーフィルタを大サイズのガラス基板に面付けした状態で製造する。例えば、対角１７インチのカラーフィルタを６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。
ガラス基板が大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
この移行は、ガラス基板が更に大サイズ化するに伴い著しくなるものと思われる。また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向にある。

樹脂ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜では高濃度を得ることはできず、例えば、１．０μｍ〜１．５μｍ程度の厚さにして必要な高濃度を得るようにしている。
樹脂ブラックマトリックスの膜厚が、例えば、１．０μｍ程度と厚くなると、図４に示すように、樹脂ブラックマトリックス（５１）上にその周縁部を重ねて形成された着色画素（５２）は、その周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上にて突起（５３）となる。

この突起（５３）は、カラーフィルタの表面を凹凸のあるものとし、平坦性を悪化させる。このような突起（５３）のある、表面の平坦性が悪化したカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、突起の影響によって液晶分子の配向が乱され表示ムラが発生したり、或いは、この上に透明導電膜を形成すると、対向するパネルの電極に接触しショートを起こしたり、透明導電膜の断線を起こしたり、亀裂から好ましくない成分が流出したりなど表示品質、及び信頼性を低下させることになる。従って、多くの場合、カラーフィルタ表面への研磨によって突起を除去している。
尚、金属を用いたブラックマトリックスの場合には、薄膜であるために、このような顕著な突起が形成されることはない。

このような突起が形成されてしまうのを回避する技法としては、以下に示す種々な技法が提案されている。
１）例えば、特開平２−２９３７０２号公報は、ネガ型の着色感光性樹脂を用いた際に、露光に使用するフォトマスクとして、フォトマスクのパターン線幅を所望する着色画素のパターン線幅より細くしたフォトマスクを使用し、また、露光においては、フォトマスクと塗布膜との間に間隔を設けた露光を行うことにより突起を形成させない技法である。
しかし、この技法は、フォトマスクへの修正が伴い、また、パターンずれを起こさせず且つ突起を生じさせない作業条件に難点がある。

２）特開平１０−９６８０９号公報は、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板の裏面側から、着色感光性樹脂にフォトマスクを介した露光を与えることによりブラックマトリックス端部に突起が生じることを回避した技法である。
露光の際に、着色感光性樹脂の塗布膜上部での光の減衰による硬化不足を補うために、塗布膜上面にガラス基板の裏面側からの紫外光を反射させる反射板を設けている。
しかし、この技法は、減衰分の補足が十分に行われず、硬化が十分でないことに難点がある。

３）特開平９−２３０１２４号公報は、形成されてしまった突起を除去するものであり
、前記カラーフィルタ表面への研磨である。
この技法は、研磨工程が追加されてしまうことに難点がある。

４）特開平９−４３４１２号公報は、樹脂ブラックマトリックスの形成に用いる黒色感光性樹脂に含有させる黒色顔料の含有量を増加させることによって、樹脂ブラックマトリックスの厚みを薄くしたものである。
この技法は、突起を低減させる効果が不十分であることに難点がある。

５）特開２００２−２２８８２６号公報は、樹脂ブラックマトリックス、着色画素が形成されたガラス基板上に、ポジ型感光性樹脂を用いて過剰な厚みを有するオーバーコート層を設け、露光を与えることによって現像液に可溶なものとし、所望する厚みまで現像処理を行う技法である。
この技法は、オーバーコート層を設ける工程が追加されてしまうことに難点がある。
特開平２−２９３７０２号公報 特開平１０−９６８０９号公報 特開平９−２３０１２４号公報 特開平９−４３４１２号公報 特開２００２−２２８８２６号公報 特開２０００−６６０１７号公報 特許第３５７２７３１号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造において、樹脂ブラックマトリックスの端部上の突起の高さを容易に低減することのできるカラーフィルタの製造方法を提供することを課題とするものである。
また、上記カラーフィルタの製造方法において用いるカラーフィルタの製造装置を提供することを課題とする。

本発明は、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次に形成されたカラーフィルタの製造方法において、
１）樹脂ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、着色フォトレジストを塗布した後にガラス基板を水平に静止した状態に保ち、樹脂ブラックマトリックス上に重なった部分の着色フォトレジストを着色画素部へ流動、拡がらせる平坦化処理を行い、
２）続いて、減圧乾燥装置による予備乾燥を行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記着色フォトレジストの粘度が６．０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造装置において、着色フォトレジストの塗布装置と減圧乾燥装置の間に、ガラス基板を水平に静止した状態に保つ平坦化装置を設けたことを特徴とするカラーフィルタの製造装置である。

本発明は、１）樹脂ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、着色フォトレジストを塗布した後にガラス基板を水平に静止した状態に保ち、樹脂ブラックマトリックス上に重なった部分の着色フォトレジストを着色画素部へ流動、拡がらせる平坦化処理を行い、２）続いて、減圧乾燥装置による予備乾燥を行うカラーフィルタの製造方法であるので、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造において、樹脂ブラックマトリックスの端部上の突起の高さを容易に低減することのできるカラーフィルタの製造方法となる。

また、本発明は、着色フォトレジストの塗布装置と減圧乾燥装置の間に、ガラス基板を水平に静止した状態に保つ平坦化装置を設けた製造装置であるので、上記ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造において、樹脂ブラックマトリックスの端部上の突起の高さを容易に低減することのできるカラーフィルタの製造装置となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
ブラックマトリックス、着色画素をフォトリソグラフィ法によりパターンとして形成する際には、例えば、先ずガラス基板に対して必要に応じた洗浄処理を施し、続いて塗布装置によるフォトレジストの塗布、減圧乾燥装置による予備乾燥処理、プリベーク装置によるプリベーク処理、露光装置によるパターン露光、現像処理ユニットによる現像処理、加熱ユニットによるポストベーク処理が順次に施され、ガラス基板に所定のパターンを形成する。

上記フォトレジストの塗布直後は、フォトレジストの塗膜は乾燥していないために流動性があり、次工程へガラス基板を搬送した場合には、搬送中に塗膜の膜厚が変化し易く膜厚にムラを発生させることがある。また、乾燥していないために搬送中に浮遊しているパーティクルなどが付着して固定し易い。
また、上記プリベーク処理においては、フォトレジストの塗膜の乾燥が不十分な状態から急峻に加熱処理をした場合には、ガラス基板を固定する固定ピンやガラス基板を昇降させる昇降ピンと、ガラス基板との接触跡が現像処理後の基板に現れることがある。この現象は、昇降ピン等と接触した部分と接触しない部分とでガラス基板の熱履歴が異なることが原因となっている。

予備乾燥処理は、上記搬送に伴う塗膜の膜厚の変化を防止し、パーティクルなどの付着固定を防止し、また、昇降ピンなどの接触跡を低減させるために、塗膜中の溶剤を減圧下で半ば蒸発させる予備的な乾燥処理である。
次工程のプリベーク処理は、塗膜中の溶剤を加熱によって蒸発させる本格的な乾燥処理である。塗膜中に溶剤が残留していると、フォトレジストの感度は著しく低下し、加えてカラーフィルタ基板への接着力が弱まるので、塗膜中に溶剤が残留することは好ましいことではない。

本発明においては、樹脂ブラックマトリックスを形成し、次に着色画素を形成する際に、樹脂ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、着色フォトレジストを塗布した直後に、すなわち、塗膜に流動性がある状態のガラス基板を、水平に静止した状態に保
って平坦化処理を行い、その後に、減圧乾燥装置によって予備乾燥を行う。
この平坦化処理によって、樹脂ブラックマトリックス上に重なった部分の着色フォトレジストを着色画素部の着色フォトレジスト中へ流動、拡がらせる。これにより、重なった部分の着色フォトレジストの高さは低くなり、得られるカラーフィルタの突起の高さは低減されたものとなる。

上記水平に静止した状態に保つ時間は、１〜１０分程度のものである。また、ガラス基板を水平に静止した状態に保つ工程内の位置は、塗布装置内でガラス基板が載置され、着色フォトレジストが塗布された、例えば、塗布装置内の定盤上が好ましいが、生産効率の点からは塗布装置と減圧乾燥装置の間となる。
平坦化処理を行う平坦化装置は、塗布時間と平坦化処理時間との関係からして、複数枚のガラス基板を収容することのできる能力のある装置となることがある。

また、本発明は、着色フォトレジストの粘度が６．０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴としている。樹脂ブラックマトリックス上に重なった部分の着色フォトレジストの流動を良好に、また着色画素部の着色フォトレジスト中へ拡がりを良好に行わせるためには、着色画素の形成に用いる着色フォトレジストの粘度は６．０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。

＜実施例１＞
図１は、実施例１を説明する断面図である。先ず、ガラス基板（５０）上に幅（Ｗ１）２１μｍ、厚さ（Ｄ１）１．３μｍの樹脂ブラックマトリックス（５１）を形成した。次に、樹脂ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、粘度４．５ｍＰａ・ｓの着色フォトレジストを塗布し、塗布後の平坦化処理を１０分間行い、続いて予備乾燥処理を行い、着色フォトレジストの塗膜（６２）を設けた。
この着色フォトレジストの塗膜（６２）の厚さ（Ｄ２）を、予備乾燥処理後の厚さで２．０μｍとした。この際の段差（Ｄ３）は０．５μｍであった。
＜比較例１＞
図２は、比較例１を説明する断面図である。先ず、ガラス基板（５０）上に実施例１と同一の樹脂ブラックマトリックス（５１）を形成した。次に、樹脂ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、粘度４．５ｍＰａ・ｓの着色フォトレジストを塗布し、塗布後の平坦化処理を行わず、予備乾燥処理を行い、着色フォトレジストの塗膜（６２’）を設けた。
この着色フォトレジストの塗膜（６２’）の厚さ（Ｄ４）を、予備乾燥処理後の厚さで２．０μｍとした。この際の段差（Ｄ５）は０．７μｍであった。

すなわち、本発明によるカラーフィルタの製造方法によって、樹脂ブラックマトリックスの端部上の突起の高さの０．２μｍを容易に低減することができた。

実施例１を説明する断面図である。 比較例１を説明する断面図である。 液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。 図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。

符号の説明

５０・・・ガラス基板
５１・・・ブラックマトリックス
５２・・・着色画素
５３・・・突起（段差）
６２・・・実施例１の着色フォトレジストの塗膜
６２’・・・比較例１の着色フォトレジストの塗膜
Ｄ１・・・樹脂ブラックマトリックスの厚さ
Ｄ２・・・実施例１の塗膜の厚さ
Ｄ３・・・実施例１の段差
Ｄ４・・・比較例１の塗膜の厚さ
Ｄ５・・・比較例１の段差
Ｗ１・・・樹脂ブラックマトリックスの幅

Claims (3)

1. ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次に形成されたカラーフィルタの製造方法において、
   １）樹脂ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、着色フォトレジストを塗布した後にガラス基板を水平に静止した状態に保ち、樹脂ブラックマトリックス上に重なった部分の着色フォトレジストを着色画素部へ流動、拡がらせる平坦化処理を行い、
   ２）続いて、減圧乾燥装置による予備乾燥を行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 前記着色フォトレジストの粘度が６．０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
3. ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造装置において、着色フォトレジストの塗布装置と減圧乾燥装置の間に、ガラス基板を水平に静止した状態に保つ平坦化装置を設けたことを特徴とするカラーフィルタの製造装置。

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