JP2007121800A - カラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差を減少させるために、透過領域の端部に半透過領域が形成された露光マスクを用いてパターン露光、現像等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成するカラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のカラーフィルタ基板１００は、透過領域の端部に半透過領域が形成された露光マスクを用いてパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成しているので、ブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差を０．５μｍ以下にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板に関し、特に、ＩＰＳ（In Plane Switching）モード液晶表示装置用カラーフィルタ基板及びカラーフィルタ基板の製造方法に関する。

近年、大型カラーテレビ、ノートパソコン、携帯用電子機器の増加に伴い、液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイパネルの需要の増加はめざましいものがある。
一般に、液晶表示ディスプレイパネルにおいて、現在最も広く使用されている液晶セル駆動方式は、ＴＮ（ねじれネマティック）方式とＳＴＮ（超ねじれネマティック）方式による縦電界駆動型であり、近年、横電界駆動型（ＩＰＳ：In Plane Switching）による液晶セル駆動方式の開発も進んでいる。

カラー液晶ディスプレイパネルに用いられるカラーフィルタ基板として、透明基板上に、ブラックマトリックス、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ等からなる着色フィルタ、透明電極及びオーバーコート層が形成されたＩＰＳモード液晶表示装置用カラーフィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
カラー液晶ディスプレイパネルに用いられるカラーフィルタ基板は、透明基板上に、ブラックマトリックス、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ等からなる着色フィルタ、透明電極及びオーバーコート層等がフォトリソグラフィーを用いた各種のプロセスを経て形成される。

以下カラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
図６（ａ）〜（ｆ）は、カラーフィルタ基板の製造方法の一例を示す部分模式構成断面図である。
まず、透明基板１１上にアクリル系樹脂にカーボンブラックを分散した黒色の感光性樹脂をスピンナー等にて塗布し、黒色感光性樹脂層２１を形成し（図６（ａ）参照）、パターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って、ブラックマトリクス２１ａを形成する（図６（ｂ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料を分散した赤色感光性樹脂溶液をブラックマトリクス２１ａが形成された透明基板上にスピンナー等を用いて塗布し、赤色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像、ポストベーク等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルタ３１ｒ’を形成する（図６（ｃ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に緑色顔料を分散した緑色感光性樹脂溶液をブラックマトリクス２１ａ及び赤色フィルタ３１ｒ’が形成された透明基板上にスピンナー等を用いて塗布し、緑色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像、ポストベーク等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルタ３２ｇ’を形成する（図６（ｄ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に青色顔料を分散した青色感光性樹脂溶液をブラックマトリクス２１ａ、赤色フィルタ３１ｒ’及び緑色フィルタ３２ｇ’が形成された透明基板上にスピンナー等を用いて塗布し、青色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像、ポストベーク等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルタ３３ｂ’を形成し、ブラックマトリクス２１ａが形成された透明基板１１上に赤色フィルタ３１ｒ’、緑色フィルタ３２ｇ’及び緑色フィルタ３３ｂ’からなる着色フィルタ３
０を形成する（図６（ｅ）参照）。

次に、アクリル系のクリアレジストをスピンナー等を用いて塗布し、加熱硬化してオーバーコート層５１を形成し、透明基板１１上にブラックマトリクス２１ａと、赤色フィルタ３１ｒ’、緑色フィルタ３２ｇ’及び緑色フィルタ３３ｂ’からなる着色フィルタ３０と、オーバーコート層５１とが形成されたカラーフィルタ基板２００を得ることができる（図６（ｆ）参照）。

上記カラーフィルタ基板の製造工程のパターン露光工程においては、パターン露光時の共通欠陥発生を防止したり、スループットを向上させるために、近接露光法（プロキシミティー）が採用されている。
このため、ブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差が、０．７μｍ前後発生し、オーバーコート層５１が形成される場合は、かなり軽減されるが、最近のカラーフィルタ基板では、オーバーコート層なしで十分な性能を確保できる横電解方式のＩＰＳ（In Plane Switching）モード液晶表示装置が展開されており、このブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差が、パネル化した際の輝度ムラとなり、問題となっている。

ブラックマトリクス２１ａ上に発生する着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差の発生メカニズムについて説明する。
図５（ａ）〜（ｇ）に、透明基板上に着色フィルタを形成する際ブラックマトリクス２１ａ上の着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差の発生状況を示す説明図である。
まず、透明基板１１上にブラックマトリクス２１ａを形成する（図５（ａ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料を分散した赤色感光性樹脂溶液をブラックマトリクス２１ａが形成された透明基板上にスピンナー等を用いて塗布し、赤色感光性樹脂層３１ｒを形成する（図５（ｂ）参照）。
ここで、ブラックマトリクス２１ａ上にも所定厚の赤色感光性樹脂層が形成される。

次に、透明基板１２上に透過領域６１と遮光領域６３が形成された露光マスク６０ｒをプロキシミティー露光機にセットし、透明基板１１上に形成された赤色感光性樹脂層３１ｒを所定の露光量でパターン露光する（図５（ｃ）参照）。
ここで、プロキシミティー露光法では、露光マスク６０ｒと赤色感光性樹脂層３１ｒが形成された透明基板１１との間には１００〜３００μｍの露光ギャップが設定される。

次に、パターン潜像が形成された赤色感光性樹脂層３１ｒを専用の現像液で現像処理することにより、透明基板１１上に赤色フィルタ３１ｒ’が形成される（図５（ｄ）参照）。
図５（ｄ）からも分かるように、ブラックマトリクス２１ａ上には赤色フィルタ３１ｒ’の一部が残った状態のオーバーラップ（重なり）段差が形成される。
これは、パターン露光の際の１００〜３００μｍの露光ギャップにて発生する回折光により、ブラックマトリクス２１ａ上の赤色感光性樹脂層３１ｒの一部が露光されるためである。

次に、ブラックマトリクス２１ａと赤色フィルタ３１ｒ’とが形成された透明基板１１上にスピンナー等を用いてアクリル系の感光性樹脂に緑色顔料を分散した緑色感光性樹脂溶液を塗布し、緑色感光性樹脂層３２ｇを形成する（図５（ｅ）参照）。
ここで、ブラックマトリクス２１ａ上のオーバーラップ段差上にも所定厚の緑色感光性樹脂層が形成される。

次に、透明基板１２上に透過領域６１と遮光領域６３が形成された露光マスク６０ｇをプロキシミティー露光機にセットし、透明基板１１上の緑色感光性樹脂層３２ｇを所定の露光量でパターン露光する（図５（ｆ）参照）。
ここで、プロキシミティー露光法では、露光マスク６０ｇと緑色感光性樹脂層３１ｇが形成された透明基板１１との間には１００〜３００μｍの露光ギャップが設定される。

次に、パターン潜像が形成された緑色感光性樹脂層３２ｇを専用の現像液で現像処理することにより、透明基板１１上に緑色フィルタ３２ｇ’を形成する（図５（ｇ）参照）。図５（ｇ）からも分かるように、ブラックマトリクス２１ａ上には、赤色フィルタ３１ｒ’と緑色フィルタ３２ｇ’の一部が残った状態のオーバーラップ（重なり）段差δｈが形成される。
これは、パターン露光の際の１００〜１８０μｍの露光ギャップにて発生する回折光により、ブラックマトリクス２１ａ上の緑色感光性樹脂層３２ｇの一部が露光されるためである。

このブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差δｈが０．７μｍ前後発生して、横電解方式のＩＰＳ（In Plane Switching）モード液晶表示パネルを作製し、パネル表示した際に輝度ムラを発生させ、問題となっている。
特開２００３−７５８１９号公報

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、ブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差を減少させるために、透過領域の端部に半透過領域が形成された露光マスクを用いてパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成するカラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、少なくとも透明基板上に黒色感光性樹脂層をパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行ってブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス形成工程と、着色感光性樹脂層をパターン露光、現像等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成する着色フィルタ形成工程と、オーバーコート層形成工程とを有するカラーフィルタ基板の製造方法において、前記着色感光性樹脂層をパターン露光して複数の着色フィルタを形成する際、透過領域の端部に半透過領域が形成された露光マスクを用いてパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。

また、請求項２においては、前記ブラックマトリクス上に形成される前記着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差δｈが、０．５μｍ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基板の製造方法したものである。

さらにまた、請求項３においては、請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板の製造方法にて作製されたことを特徴とするカラーフィルタ基板としたものである。

本発明のカラーフィルタ基板の製造方法によると、ブラックマトリクス２１ａ上に形成
される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差を減少させることができるので、本発明のカラーフィルタ基板を用いて横電解方式のＩＰＳ（In Plane Switching）モード液晶表示パネルを作製し、パネル表示した際の輝度ムラの発生を防止することができる。
また、赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタからなる着色フィルタ３０が形成された状態でも表面の平滑性を確保できる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明のカラーフィルタ基板の一実施例を、図２（ａ）〜（ｆ）、図３（ｇ）〜（ｊ）及び図４（ｋ）〜（ｏ）は、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の一実施例を示す模式構成部分断面図をそれぞれ示す。

本発明のカラーフィルタ基板１００は、図１に示すように、透過領域の端部に半透過領域が形成された露光マスクを用いてパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成しているので、ブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差を０．５μｍ以下にすることができる。
また、赤色フィルタ３１Ｒ’、緑色フィルタ３２Ｇ’及び青色フィルタ３３Ｂ’からなる着色フィルタ３０が形成された状態でも表面の平滑性を確保できる。

以下本発明のカラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
まず、透明基板１１上にアクリル系樹脂にカーボンブラックを分散した黒色感光性樹脂溶液をスピンナー等により塗布、乾燥して、黒色感光性樹脂層２１を形成する（図２（ａ）参照）。
ここで、透明基板１１としては、低膨張ガラス、ノンアルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板及びプラスチックフィルム等が利用できる。

次に、黒色感光性樹脂層２１をパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って、透明基板１１の所定位置にブラックマトリクス２１ａを形成する（図２（ｂ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料（例えば、ジアントラキノン系顔料）を分散した赤色感光性樹脂溶液をブラックマトリクス２１ａが形成された透明基板上にスピンナー等を用いて塗布し、赤色感光性樹脂層３１Ｒを形成する（図２（ｃ）参照）。

次に、透明基板１２上にスパッタリング等によりクロム膜、酸化クロム膜等を成膜し、パターニング処理して透過領域６１と、遮光領域６３とを形成し、さらにスパッタリング等により所定の透過率（濃度）を有するクロム膜、酸化クロム膜等からなる半透過膜を成膜し、パターニング処理して透過領域６１の端部に半透過領域６２を形成し、透明基板１２上に透過領域６１と、遮光領域６３と、透過領域６１の端部に半透過領域６２とが形成された赤色フィルタ形成用の露光マスク６０ＨＲを作製する（図２（ｄ）参照）。
ここで、半透過領域６２のパターン幅は、プロキシミティー露光の露光ギャップ、着色感光性樹脂層の感度等によって異なるが、３〜５μｍである。
また、半透過領域６２の透過率は、プロキシミティー露光の露光ギャップ、着色感光性樹脂層の感度等によって異なるが、１０〜９０％の範囲で適宜設定する。

次に、赤色フィルタ形成用の露光マスク６０ＨＲをプロキシミティー露光機にセットし、透明基板１１上の赤色感光性樹脂層３１Ｒを所定の露光量でパターン露光する（図２（ｅ）参照）。
ここで、プロキシミティー露光法では、露光マスク６０ＨＲと赤色感光性樹脂層３１Ｒが
形成された透明基板１１との間には１００〜３００μｍの露光ギャップが設定される。

次に、パターン潜像が形成された緑色感光性樹脂層３２Ｒを専用の現像液で現像、ポストベーク処理することにより、透明基板１１上に赤色フィルタ３１Ｒ’を形成する（図２（ｆ）参照）。
図２（ｆ）からも分かるように、ブラックマトリクス２１ａ上の赤色フィルタのオーバーラップ(重なり)段差は、透過領域６１の端部に適正な半透過領域６２を形成することにより０．５μｍ以下にすることができる。

次に、アクリル系の感光性樹脂に緑色顔料（例えば、フタロシアニングリーン系顔料）を分散した緑色感光性樹脂溶液をブラックマトリクス２１ａ及び赤色フィルタ３１Ｒ’が形成された透明基板１１上にスピンナー等を用いて塗布し、緑色感光性樹脂層３２Ｇを形成する（図３（ｇ）参照）。

次に、透明基板１２上にスパッタリング等によりクロム膜、酸化クロム膜等を成膜し、パターニング処理して透過領域６１と、遮光領域６３とを形成し、さらにスパッタリング等により所定の透過率（濃度）を有するクロム膜、酸化クロム膜等からなる半透過膜を成膜し、パターニング処理して透過領域６１の端部に半透過領域６２とを形成し、透明基板１２上に透過領域６１と、遮光領域６３と、透過領域６１の端部に半透過領域６２とが形成された緑色フィルタ形成用の露光マスク６０ＨＧを作製する（図３（ｈ）参照）。
ここで、半透過領域６２のパターン幅は、プロキシミティー露光の露光ギャップ、着色感光性樹脂層の感度等によって異なるが、３〜５μｍである。
また、半透過領域６２の透過率は、プロキシミティー露光の露光ギャップ、着色感光性樹脂層の感度等によって異なるが、１０〜９０％の範囲で適宜設定する。

次に、緑色フィルタ形成用の露光マスク６０ＨＧをプロキシミティー露光機にセットし、透明基板１１上の緑色感光性樹脂層３２Ｇを所定の露光量でパターン露光する（図３（ｉ）参照）。
ここで、プロキシミティー露光法では、露光マスク６０ＨＧと緑色感光性樹脂層３１Ｇが形成された透明基板１１との間には１００〜３００μｍの露光ギャップが設定される。

次に、パターン潜像が形成された緑色感光性樹脂層３２Ｇを専用の現像液で現像、ポストベーク処理することにより、透明基板１１上に緑色フィルタ３２Ｇ’を形成する（図３（ｊ）参照）。
図３（ｊ）からも分かるように、ブラックマトリクス２１ａ上の赤色フィルタと緑色フィルタとのオーバーラップ段差はわずかで、透過領域６１の端部に適正な半透過領域６２を形成することにより０．５μｍ以下にすることができる。

次に、アクリル系の感光性樹脂に青色顔料（例えば、フタロシアニンブルー系顔料）を分散した青色感光性樹脂溶液をブラックマトリクス２１ａ、赤色フィルタ３１Ｒ’ 及び緑色フィルタ３２Ｇ’が形成された透明基板１１上にスピンナー等を用いて塗布し、青色感光性樹脂層３３Ｂを形成する（図４（ｋ）参照）。

次に、透明基板１２上にスパッタリング等によりクロム膜、酸化クロム膜等を成膜し、パターニング処理して透過領域６１と、遮光領域６３とを形成し、さらにスパッタリング等により所定の透過率（濃度）を有するクロム膜、酸化クロム膜等からなる半透過膜を成膜し、パターニング処理して透過領域６１の端部に半透過領域６２とを形成し、透明基板１２上に透過領域６１と、遮光領域６３と、透過領域６１の端部に半透過領域６２とが形成された青色フィルタ形成用の露光マスク６０ＨＢを作製する（図４（ｌ）参照）。
ここで、半透過領域６２のパターン幅は、プロキシミティー露光の露光ギャップ、着色感
光性樹脂層の感度等によって異なるが、３〜５μｍである。
また、半透過領域６２の透過率は、プロキシミティー露光の露光ギャップ、着色感光性樹脂層の感度等によって異なるが、１０〜９０％の範囲で適宜設定する。

次に、青色フィルタ形成用の露光マスク６０ＨＢをプロキシミティー露光機にセットし、透明基板１１上の青色感光性樹脂層３３Ｂを所定の露光量でパターン露光する（図４（ｍ）参照）。
ここで、プロキシミティー露光法では、露光マスク６０ＨＢと緑色感光性樹脂層３３Ｂが形成された透明基板１１との間には１００〜３００μｍの露光ギャップが設定される。

次に、パターン潜像が形成された青色感光性樹脂層３３Ｂを専用の現像液で現像、、ポストベーク処理することにより、透明基板１１上に青色フィルタ３３Ｂ’を形成する（図４（ｎ）参照）。
図４（ｎ）からも分かるように、ブラックマトリクス２１ａ上の青色フィルタと緑色フィルタ及び青色フィルタと赤色フィルタとのオーバーラップ(重なり)段差はわずかで、透過領域６１の端部に適正な半透過領域６２を形成することにより０．５μｍ以下にすることができる。

次に、アクリル系のクリアレジストをスピンナー等を用いて塗布し、加熱硬化してオーバーコート層５１を形成し、透明基板１１上にブラックマトリクス２１ａ、赤色フィルタ３１Ｒ’、緑色フィルタ３１Ｇ’、青色フィルタ３１Ｂ’からなる着色フィルタ３０及びオーバーコート層５１が形成された本発明のカラーフィルタ基板１００を得る（図４（ｏ）参照）。
さらに必要で有れば、柱状スペーサ等を形成しても良い。

上記したように、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法によれば、ブラックマトリクス２１ａ上に形成される着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差を０．５μｍ以下にすることができるので、本発明のカラーフィルタ基板を用いて横電解方式のＩＰＳ（In
Plane Switching）モード液晶表示パネルを作製し、パネル表示した際の輝度ムラの発生を防止することができる。
また、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法では、赤色フィルタ３１Ｒ’、緑色フィルタ３１Ｇ’、青色フィルタ３１Ｂ’からなる着色フィルタ３０が形成された状態でも表面の平滑性を確保できる。

本発明のカラーフィルタ基板の一実施例を示す模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の工程の一部を示す模式構成断面図である。 （ｇ）〜（ｊ）は、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の工程の一部を示す模式構成断面図である。 （ｋ）〜（ｏ）は、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の工程の一部を示す模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｇ）は、ブラックマトリクス上の着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差の発生状況を示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）は、カラーフィルタ基板の製造方法の製造工程の一例を示す模式構成断面図である。

符号の説明

１１、１２……透明基板
２１……黒色感光性樹脂層
２１ａ……ブラックマトリクス
３０……着色フィルタ
３１Ｒ、３１ｒ……赤色感光性樹脂層
３１Ｒ’、３１ｒ’……赤色フィルタ
３２Ｇ、３２ｇ……緑色感光性樹脂層
３２Ｇ’、３１ｇ’……緑色フィルタ
３３Ｂ……青色感光性樹脂層
３３Ｂ’、３３ｂ’……青色フィルタ
５１……オーバーコート層
６０ＨＲ、６０ＨＧ、６０ＨＢ……半透過領域が形成された露光マスク
６０ｒ、６０ｇ……露光マスク
６１……透過領域
６２……半透過領域
６３……遮光領域
１００、２００……カラーフィルタ基板
δｈ……オーバーラップ（重なり）段差

Claims (3)

1. 少なくとも透明基板上に黒色感光性樹脂層をパターン露光、現像等のパターニング処理を行ってブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス形成工程と、着色感光性樹脂層をパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成する着色フィルタ形成工程と、オーバーコート層形成工程とを有するカラーフィルタ基板の製造方法において、前記着色感光性樹脂層をパターン露光して複数の着色フィルタを形成する際、透過領域の端部に半透過領域が形成された露光マスクを用いてパターン露光、現像、ポストベーク等のパターニング処理を行って複数の着色フィルタを形成することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
2. 前記ブラックマトリクス上に形成される前記着色フィルタのオーバーラップ（重なり）段差δｈが、０．５μｍ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基板の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板の製造方法にて作製されたことを特徴とするカラーフィルタ基板。

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