JP2009151071A - Photomask, method for manufacturing color filter and color filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの製造に関するものであり、特に、透明導電膜上に、配向制御突起及び２種のフォトスペーサーを形成する際に、１工程で配向制御突起及び２種のフォトスペーサーを形成するすることのできるフォトマスク、カラーフィルタの製造方法、カラーフィルタに関する。 The present invention relates to the production of a color filter for a liquid crystal display device, and in particular, when forming an alignment control protrusion and two types of photo spacers on a transparent conductive film, the alignment control protrusion and two types of protrusions are formed in one step. The present invention relates to a photomask capable of forming a photospacer, a color filter manufacturing method, and a color filter.
図４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５は、図４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４、及び図５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（４）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたものである。
図４、及び図５はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（４２）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。
FIG. 4 is a plan view schematically showing an example of a color filter used in the liquid crystal display device. FIG. 5 is a cross-sectional view of the color filter shown in FIG. 4 taken along line XX ′.
As shown in FIGS. 4 and 5, the color filter (4) used in the liquid crystal display device has a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) on a glass substrate (40). Are formed sequentially.
4 and 5 schematically show a color filter, and 12 colored pixels (42) are represented. In an actual color filter, for example, several hundreds are displayed on a 17-inch diagonal screen. A large number of colored pixels of about μm are arranged.
液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成し、次に、このブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。
ブラックマトリックス（４１）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（４２）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り、透明導電膜（４３）は、透明な電極として設けられたものである。
As a method of manufacturing a color filter having the above structure, which is used in many liquid crystal display devices, first, a black matrix is formed on a glass substrate, and then a colored pixel is aligned with this black matrix pattern. A method of forming a transparent conductive film and aligning a transparent conductive film is widely used.
The black matrix (41) is a matrix having light shielding properties, the colored pixels (42) have, for example, red, green, and blue filter functions, and the transparent conductive film (43) is transparent. Provided as a simple electrode.
ブラックマトリックス（４１）は、着色画素（４２）間のマトリックス部（４１Ａ）と、着色画素（４２）が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部（４１Ｂ）とで構成されている。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。 The black matrix (41) is composed of a matrix portion (41A) between the colored pixels (42) and a frame portion (41B) surrounding the peripheral portion of the region (display portion) where the colored pixels (42) are formed. Yes. The black matrix determines the position of the colored pixels of the color filter, makes the size uniform, and shields unwanted light when used in a display device, making the image of the display device uniform and uniform. In addition, it has a function of making an image with improved contrast.
ガラス基板上へのブラックマトリックスの形成は、例えば、ガラス基板（４０）上に金属薄膜を形成し、この金属薄膜をフォトエッチングすることによって形成するといった方法がとられている。
或いは、ガラス基板（４０）上に、ブラックマトリックス形成用の黒色フォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によってブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。
The black matrix is formed on the glass substrate by, for example, forming a metal thin film on the glass substrate (40) and photoetching the metal thin film.
Alternatively, the black matrix (41) is formed on the glass substrate (40) by photolithography using a black photoresist for forming a black matrix.
また、着色画素（４２）の形成は、このブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、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て塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。また、透明導電膜（４３）の形成は、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、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。 In addition, the colored pixel (42) is formed by providing a coating film on a glass substrate on which the black matrix is formed using, for example, a negative coloring photoresist in which a pigment or other pigment is dispersed. A method of forming colored pixels by exposure to light and development is used. In addition, the transparent conductive film (43) is formed on a glass substrate on which a black matrix and colored pixels are formed by, for example, forming a transparent conductive film by sputtering using ITO (Indium Tin Oxide). ing.
図４、及び図５に示すカラーフィルタは、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとして基本的な機能を備えたものである。液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内
蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、ノート型ＰＣ、液晶カラーＴＶなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。
The color filter shown in FIGS. 4 and 5 has a basic function as a color filter used in a liquid crystal display device. The liquid crystal display device incorporates such a color filter to realize full color display, and its application range has been dramatically expanded, creating many products using liquid crystal display devices such as notebook PCs and liquid crystal color TVs. It was done.
多様な液晶表示装置の開発、実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して、例えば、１）保護層（オーバーコート層）、２）透過表示の領域と反射表示の領域を通過する光の位相を揃えるため、もしくはギャップを調整するための透明樹脂膜、３）カラーフィルタの反射表示の領域への光散乱層、５）スペーサー機能を有するフォトスペーサー（突起部）、６）液晶の配向制御を行う配向制御突起、などの種々な機能がカラーフィルタの用途、仕様にもとづき付加されるようになった。 With the development and practical use of various liquid crystal display devices, the color filters used in the liquid crystal display devices have, for example, 1) a protective layer (overcoat layer) and 2) a transmissive display in addition to the above basic functions. A transparent resin film for adjusting the phase of light passing through the region and the reflective display region or adjusting the gap, 3) a light scattering layer for the reflective display region of the color filter, and 5) a photo spacer having a spacer function. Various functions such as (protrusions) and 6) alignment control protrusions for controlling the alignment of liquid crystal have been added based on the use and specifications of the color filter.
例えば、配向分割機能。従来の液晶表示装置に於いては、液晶分子を一様に配向させるために、液晶を挟持する両基板に設けられた透明導電膜上に、予めポリイミドを塗布し、その表面に一様なラビング処理をしておく。
しかし、ＴＮ型液晶においては、原理的に広い視野角を得ることは困難であり、コントラストが低下し表示品質が悪化する。コントラストが良好な視野角は狭いといった問題を有していた。
For example, orientation division function. In conventional liquid crystal display devices, in order to uniformly align the liquid crystal molecules, polyimide is applied in advance on the transparent conductive film provided on both substrates sandwiching the liquid crystal, and the surface is uniformly rubbed. Process it.
However, in TN type liquid crystal, it is difficult in principle to obtain a wide viewing angle, and the contrast is lowered and the display quality is deteriorated. There was a problem that the viewing angle with good contrast was narrow.
このような問題を解決する一技法として、一画素内での液晶分子の配向方向が一方向でなく、複数の方向になるように制御し視野角の広い、配向分割垂直配向型液晶表示装置（ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）−ＬＣＤが開発された。 As a technique for solving such a problem, an alignment-divided vertical alignment type liquid crystal display device having a wide viewing angle by controlling the alignment direction of liquid crystal molecules in one pixel to be a plurality of directions instead of one direction ( MVA (Multi-domain Vertical Alignment) -LCD has been developed.
図７は、このようなＭＶＡ−ＬＣＤの断面を模式的に示した説明図である。図７に示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤ（８０）は、液晶分子（２７）を介して配向制御突起（２２ａ）、（２２ｂ）が設けられたＴＦＴ基板（２０）と、配向制御突起（２３）が設けられたカラーフィルタ（８）とを配置した構造であるが、配向制御突起（２２ａ）、（２２ｂ）及び配向制御突起（２３）は一画素内で互い違いの位置に設けられている。 FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a cross section of such an MVA-LCD. As shown in FIG. 7, the MVA-LCD (80) includes a TFT substrate (20) provided with alignment control protrusions (22a) and (22b) via liquid crystal molecules (27), and an alignment control protrusion (23). However, the alignment control protrusions (22a) and (22b) and the alignment control protrusion (23) are provided at different positions in one pixel.
図７に白太矢印で示すように、電圧印加時の状態では、一画素内で配向制御突起（２２ａ）〜配向制御突起（２３）間の液晶分子（２７）は、図中左斜めに傾斜し、配向制御突起（２３）〜配向制御突起（２２ｂ）間の液晶分子は、右斜めに傾斜する。すなわち、ラビング処理に代わり、突起を設けることにより液晶分子の配向を制御するものである。 As shown by the thick white arrow in FIG. 7, in the state when voltage is applied, the liquid crystal molecules (27) between the alignment control protrusions (22a) to the alignment control protrusions (23) are inclined diagonally to the left in the figure. The liquid crystal molecules between the alignment control protrusion (23) and the alignment control protrusion (22b) are inclined obliquely to the right. That is, the alignment of the liquid crystal molecules is controlled by providing protrusions instead of the rubbing treatment.
図８（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。この例は、平面形状が円形の配向制御突起（２３Ａ）が形成されたカラーフィルタ（８Ａ）である。このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、一画素内で液晶分子の傾斜方向が多方向となる。
また、図９（ａ）、（ｂ）は、別な例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、この別な例は、平面形状がストライプ状の配向制御リブ（２３Ｂ）であり、一画素内で９０°屈曲させた配向制御用リブ（２３Ｂ）が形成されたカラーフィルタ（８Ｂ）である。このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、一画素内で液晶分子の傾斜方向が４方向となる。
FIGS. 8A and 8B are an enlarged plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a color filter used in the MVA-LCD. This example is a color filter (8A) in which an orientation control protrusion (23A) having a circular planar shape is formed. In a liquid crystal display device using such a color filter, the tilt directions of liquid crystal molecules are multidirectional within one pixel.
FIGS. 9A and 9B are a plan view and a cross-sectional view showing an enlarged view of one pixel of another example. As shown in FIGS. 9A and 9B, another example is an alignment control rib (23B) having a stripe shape in a planar shape, and the alignment control rib (23B) bent by 90 ° within one pixel. ) Is a color filter (8B). In a liquid crystal display device using such a color filter, the inclination directions of liquid crystal molecules are four directions in one pixel.
平面形状が円形の配向制御突起（２３Ａ）の幅（Ｗ３）は、例えば、１５μｍ程度、高さ（Ｈ３）は１．４μｍ程度である。また、平面形状がストライプ状の配向制御リブ（２３Ｂ）のＡ−Ａ線での断面形状は、例えば、三角形、かまぼこ状であり、その幅（Ｗ４）、高さ（Ｈ４）は、配向制御突起（２３Ａ）の各々と同程度である。これらは、透明なフォトレジストを用いて形成される。 The width (W3) of the orientation control protrusion (23A) having a circular planar shape is, for example, about 15 μm and the height (H3) is about 1.4 μm. In addition, the cross-sectional shape of the alignment control rib (23B) having a stripe shape in a plane shape along the line AA is, for example, a triangle or a kamaboko shape, and its width (W4) and height (H4) are alignment control protrusions. It is the same level as each of (23A). These are formed using a transparent photoresist.
また、前記図４に示す基本的な機能を備えたカラーフィルタ（４）に付加される機能と
して、例えば、スペーサー機能においては、従来の液晶表示装置では基板間にギャップを形成するために、スペーサーと呼ばれるガラス又は合成樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を散布していた。
このスペーサーは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサーが入っていると、黒色表示時にスペーサーを介して光がもれてしまい、また、液晶材料が封入されている基板間にスペーサーが存在することによって、スペーサー近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光もれを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす、などの問題を有していた。
Further, as a function added to the color filter (4) having the basic function shown in FIG. 4, for example, in the spacer function, a spacer is used to form a gap between the substrates in the conventional liquid crystal display device. Transparent spherical particles (beads) made of glass or synthetic resin, which are called, were sprayed.
Since these spacers are transparent particles, if a spacer is included with the liquid crystal in the pixel, light will leak through the spacer during black display, and the substrate in which the liquid crystal material is enclosed Due to the presence of the spacers between them, the alignment of the liquid crystal molecules in the vicinity of the spacers is disturbed, and light leakage occurs at this part, and the contrast is lowered and the display quality is adversely affected.
このような問題を解決する技法として、フォトレジストを用い、フォトリソグラフィ法により、例えば、画素間のブラックマトリックスの位置にスペーサー機能を有するフォトスペーサー（突起部）を形成する方法が開発された。
図１０は、このような液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。図１０に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタ（７）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成され、ブラックマトリックス（４１）上方の透明導電膜（４３）上にスペーサー機能を有する突起部としてのフォトスペーサー（４４）が形成されている。このような液晶表示装置用カラーフィルタ（７）を用いた液晶表示装置には、フォトスペーサー（４４）が画素内を避けた位置に形成されているので、上記コントラストの改善がみられる。
As a technique for solving such a problem, a method of forming a photospacer (protrusion) having a spacer function at a position of a black matrix between pixels by using a photoresist and using a photolithography method has been developed.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view of such a color filter for a liquid crystal display device. As shown in FIG. 10, in the color filter (7) for a liquid crystal display device, a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) are sequentially formed on a glass substrate (40). A photospacer (44) as a protrusion having a spacer function is formed on the transparent conductive film (43) above the black matrix (41). In the liquid crystal display device using such a color filter (7) for the liquid crystal display device, the photo spacer (44) is formed at a position avoiding the inside of the pixel, and thus the contrast is improved.
液晶表示装置用カラーフィルタと対向基板を貼り合わせてパネルとするパネル組み立て工程では、周辺部にシール部（図示せず）を設け、上下定盤間に荷重を加えシール部及びフォトスペーサー（４４）を圧着し貼り合わせるが、この際に加わる荷重によってフォトスペーサーは多少の弾性変形をするので、この変形した状態で基板間のギャップが設定されることになる。
フォトスペーサー（４４）が面内において、ある密度で形成されている際に、フォトスペーサーの断面積が小さいとパネル組み立て工程で基板間のギャップが均一になりにくく、液晶表示装置に色ムラなどが発生し易くなるので、フォトスペーサー（４４）の断面積はある大きさ以上のもの、例えば、フォトスペーサー（４４）の高さが、基板間ギャップである２μｍ〜５μｍ程度の際に、形状は角丸の矩形、菱形のもので、水平断面が対角長（１５×１５μｍ）〜（４０×４０μｍ）程度のものを用いている。
In a panel assembling process for attaching a color filter for a liquid crystal display device and a counter substrate to form a panel, a seal portion (not shown) is provided in the peripheral portion, a load is applied between the upper and lower surface plates, and the seal portion and the photo spacer (44) The photo spacer undergoes some elastic deformation due to the load applied at this time, and the gap between the substrates is set in this deformed state.
When the photo spacer (44) is formed at a certain density in the plane, if the cross-sectional area of the photo spacer is small, the gap between the substrates is difficult to be uniform in the panel assembly process, and the liquid crystal display device has uneven color. Since the cross-sectional area of the photo spacer (44) is larger than a certain size, for example, when the height of the photo spacer (44) is about 2 μm to 5 μm which is the inter-substrate gap, the shape is an angle. A round rectangle or rhombus with a horizontal cross section of a diagonal length (15 × 15 μm) to (40 × 40 μm) is used.
このように、フォトスペーサーによって基板間のギャップは設定されるのであるが、パネルに通常の荷重が加わった際のフォトスペーサーの変形を少なくし、また、過剰な荷重が加わった際のフォトスペーサーの塑性変形、破壊を防ぐために、フォトスペーサーの密度を高めることがある。
しかし、フォトスペーサーの密度を十分に高くすると塑性変形や破壊は防げるが、パネル内に真空気泡（低温気泡）が発生するといった問題がある。
In this way, the gap between the substrates is set by the photospacer, but the deformation of the photospacer when a normal load is applied to the panel is reduced, and the photospacer of the photospacer when an excessive load is applied In order to prevent plastic deformation and destruction, the density of the photo spacer may be increased.
However, if the density of the photo spacer is sufficiently high, plastic deformation and destruction can be prevented, but there is a problem that vacuum bubbles (low temperature bubbles) are generated in the panel.
真空気泡（低温気泡）の発生は、例えば、パネル組み立ての際に発生する。基板を貼り合わせる時の加熱により液晶、フォトスペーサーなどパネルを構成する部材は、一旦、熱膨張する。貼り合わせ後のパネルの冷却時に液晶セルを構成する部材はすべて収縮しようとする。構成する部材の中では液晶の収縮率が最も大きいため、基板間のギャップを小さくする方向に収縮しようとする。
このとき、基板間のギャップが収縮しようとする変化量に対し、フォトスペーサーの変形が追従できなくなると、パネル内部に負圧が生じ、その結果パネル内に真空気泡（低温気泡）が発生することになる。
Generation | occurrence | production of a vacuum bubble (low temperature bubble) generate | occur | produces, for example in the case of panel assembly. The members constituting the panel, such as liquid crystal and photo spacers, are once thermally expanded by heating when the substrates are bonded together. All members constituting the liquid crystal cell tend to shrink when the panel after bonding is cooled. Among the constituent members, the contraction rate of the liquid crystal is the largest, so it tends to shrink in the direction of reducing the gap between the substrates.
At this time, if the deformation of the photo spacer cannot follow the amount of change that the gap between the substrates tends to shrink, a negative pressure is generated inside the panel, resulting in the generation of vacuum bubbles (cold bubbles) in the panel. become.
或いは、この真空気泡（低温気泡）の発生は、例えば、液晶表示装置の使用時に発生する。液晶表示装置の使用時の環境が、例えば、−２０℃というような低温の環境下では、
液晶セルを構成する部材はすべて収縮しようとする。構成する部材の中では液晶の収縮率が最も大きいため、基板間のギャップを小さくする方向に収縮しようとする。従って、上記の例と同様に、パネル内に真空気泡（低温気泡）が発生することになる。
このため、フォトスペーサーの密度は、温度による液晶の熱膨張及び熱収縮に追従してフォトスペーサーが弾性変形するように、適正な密度に設定することにしている。
Alternatively, the generation of the vacuum bubbles (low temperature bubbles) occurs, for example, when the liquid crystal display device is used. When the environment when using the liquid crystal display device is a low temperature environment such as −20 ° C., for example,
All members constituting the liquid crystal cell try to shrink. Among the constituent members, the contraction rate of the liquid crystal is the largest, so it tends to shrink in the direction of reducing the gap between the substrates. Therefore, as in the above example, vacuum bubbles (low temperature bubbles) are generated in the panel.
For this reason, the density of the photo spacer is set to an appropriate density so that the photo spacer elastically deforms following the thermal expansion and contraction of the liquid crystal depending on the temperature.
このような、低温気泡の発生の発生を回避し、且つパネルに過剰な荷重が加わった際のフォトスペーサーの塑性変形、破壊を防ぐために、フォトスペーサーの密度を高める技法として、２種のフォトスペーサーを有する液晶表示装置用カラーフィルタが提案されている。図１１は、２種のフォトスペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。図１１に示すように、この液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、透明導電膜（４３）、フォトスペーサーが順次に形成されたものである。
フォトスペーサーは、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）と第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）で構成されている。
Two types of photo spacers are used as techniques for increasing the density of photo spacers in order to avoid the occurrence of low temperature bubbles and to prevent plastic deformation and destruction of the photo spacers when an excessive load is applied to the panel. A color filter for a liquid crystal display device having the above has been proposed. FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of a color filter for a liquid crystal display device provided with two types of photo spacers. As shown in FIG. 11, in this color filter for a liquid crystal display device, a black matrix (41), a colored pixel (42), a transparent conductive film (43), and a photo spacer are sequentially formed on a glass substrate (40). Is.
The photo spacer is composed of a first photo spacer (PS-1) and a second photo spacer (PS-2).
第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）は基板間のギャップを設定しており、その高さ（Ｈ）は２μｍ〜５μｍ程度である。この第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）は、パネルに荷重が加わると変形し、荷重が取り除かれると復元する。また、温度による液晶の熱膨張及び熱収縮に追従して変形する弾性を有している。
第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）は第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）より高さの低い（ΔＨ）フォトスペーサーである。この第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）は、パネルに過剰な荷重が加わった際に、その荷重を分散させ第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）の塑性変形、破壊を防ぐためのものである。
The first photospacer (PS-1) sets a gap between the substrates, and its height (H) is about 2 μm to 5 μm. The first photospacer (PS-1) is deformed when a load is applied to the panel, and is restored when the load is removed. Moreover, it has the elasticity which deform | transforms following the thermal expansion and thermal contraction of the liquid crystal with temperature.
The second photospacer (PS-2) is a (ΔH) photospacer having a lower height than the first photospacer (PS-1). The second photospacer (PS-2) is for preventing the plastic deformation and destruction of the first photospacer (PS-1) by dispersing the load when an excessive load is applied to the panel.
図６は、前記図４に示すカラーフィルタ（４）に、図８に示す配向制御突起、及び図１１に示す２種のフォトスペーサーが付加された液晶表示装置用カラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。図６に示すように、この液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成された後に、配向制御突起、フォトスペーサーが形成されたものである。フォトスペーサーは、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）と第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）で構成されている。 6 schematically shows an example of a color filter for a liquid crystal display device in which the alignment control protrusion shown in FIG. 8 and the two types of photo spacers shown in FIG. 11 are added to the color filter (4) shown in FIG. It is sectional drawing shown. As shown in FIG. 6, this color filter for a liquid crystal display device has a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) sequentially formed on a glass substrate (40). An alignment control protrusion and a photo spacer are formed. The photo spacer is composed of a first photo spacer (PS-1) and a second photo spacer (PS-2).
前記図４に示すカラーフィルタ（４）に、配向制御突起（Ｍｖ）、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）を付加した仕様のカラーフィルタを製造する際には、例えば、配向制御突起（Ｍｖ）を形成する工程と、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）を形成する工程と、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）を形成する工程の３工程が追加され、所望する仕様のカラーフィルタを製造することになる。 When manufacturing a color filter having a specification in which the alignment control protrusion (Mv), the first photo spacer (PS-1), and the second photo spacer (PS-2) are added to the color filter (4) shown in FIG. For example, three steps of forming an alignment control protrusion (Mv), forming a first photospacer (PS-1), and forming a second photospacer (PS-2) are added. Thus, a color filter having a desired specification is manufactured.
さて、近年、液晶パネルの薄型化が重要な課題となり、その一環として、組み立てたパネルのガラス面を、例えば、研磨処理によってパネルの厚みを薄くすることが行われている。この研磨処理中にパネルへ加わる荷重によってフォトスペーサーの塑性変形、破壊が発生することを防ぐため、上記第二フォトスペーサーが着目され、パネルの薄型化のためにも２種のフォトスペーサー有するカラーフィルタが活用され始めた。
しかし、配向制御突起（Ｍｖ）、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）が付加された仕様のカラーフィルタであっても、廉価なカラーフィルタであることが強く要望されている。
However, even color filters with specifications to which orientation control protrusions (Mv), first photo spacers (PS-1), and second photo spacers (PS-2) are added are strongly inexpensive color filters. It is requested.
本発明は、上記要望を実現するためになされたものであり、少なくともブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、透明導電膜（４３）が設けられたガラス基板（４０）上に、配向制御突起（Ｍｖ）、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）を形成する液晶表示装置用カラーフィルタの製造において、これら配向制御突起（Ｍｖ）、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）を形成する際に、例えば、３工程を費やして形成することなく、１工程で配向制御突起（Ｍｖ）、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）を形成するすることのできるフォトマスクを提供することを課題とするものである。
また、上記フォトマスクを用い、配向制御突起（Ｍｖ）、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）が設けられたカラーフィルタであっても、廉価に製造することのできるカラーフィルタの製造方法、並びに、配向制御突起（Ｍｖ）、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１）、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２）が設けられた、廉価なカラーフィルタを提供することを課題とする。
The present invention has been made in order to realize the above-mentioned demand, and controls orientation on a glass substrate (40) provided with at least a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43). In the production of a color filter for a liquid crystal display device that forms the protrusion (Mv), the first photospacer (PS-1), and the second photospacer (PS-2), the alignment control protrusion (Mv), the first photospacer ( When forming PS-1) and the second photospacer (PS-2), for example, the alignment control protrusion (Mv) and the first photospacer (PS-1) are formed in one step without spending three steps. ) And a photomask capable of forming the second photospacer (PS-2).
Moreover, even if it is a color filter provided with the alignment control protrusion (Mv), the first photospacer (PS-1), and the second photospacer (PS-2) using the photomask, it is inexpensive to manufacture. And a low-cost color filter provided with an alignment control protrusion (Mv), a first photospacer (PS-1), and a second photospacer (PS-2). Let it be an issue.
本発明は、カラーフィルタを構成する第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサー、及び配向制御突起を同時に形成するフォトマスクであって、前記フォトマスク上のパターンは、遮光部、透光部、及び２種の半透光部からなり、前記２種の半透光部の内の１種の半透光部は、前記第二フォトスペーサーの形成に対応し、他の１種の半透光部は、前記配向制御突起の形成に対応していることを特徴とするフォトマスクである。 The present invention is a photomask in which a first photospacer, a second photospacer, and an alignment control protrusion constituting a color filter are simultaneously formed. The pattern on the photomask has a light shielding portion, a light transmitting portion, and 2 It consists of a semi-transparent part of the seed, and one of the two types of semi-transparent parts corresponds to the formation of the second photo spacer, and the other one of the semi-transparent parts is A photomask that corresponds to the formation of the alignment control protrusions.
また、本発明は、上記発明によるフォトマスクにおいて、前記２種の半透光部は、透過率が異なる２種の半透光膜（ハーフトーン膜）からなることを特徴とするフォトマスクである。 Further, the present invention is the photomask according to the above invention, wherein the two types of semi-transparent portions are composed of two types of semi-transparent films (halftone films) having different transmittances. .
また、本発明は、上記発明によるフォトマスクにおいて、前記２種の半透光部は、開口率が異なる２種の微細パターン（グレートーン部）からなることを特徴とするフォトマスクである。 Further, the present invention is the photomask according to the invention, wherein the two types of semi-transparent portions are composed of two types of fine patterns (gray tone portions) having different aperture ratios.
また、本発明は、上記発明によるフォトマスクにおいて、前記２種の半透光部は、半透光膜（ハーフトーン膜）と微細しパターン（グレートーン部）の２種からなり、該半透光膜（ハーフトーン膜）の透過率と該微細パターン（グレートーン部）の実効透過率が異なることを特徴とするフォトマスクである。 In the photomask according to the present invention, the two types of semi-transparent portions are composed of two types of semi-transparent film (half tone film) and fine pattern (gray tone portion). The photomask is characterized in that the transmittance of the optical film (halftone film) is different from the effective transmittance of the fine pattern (gray tone portion).
また、本発明は、ガラス基板上に少なくともブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜が形成され、該透明導電膜上に第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサー、及び配向制御突起を形成するカラーフィルタの製造方法において、
１）前記ガラス基板上に少なくともブラックマトリックス、着色画素を順次に形成する工程、
２）該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の全面に透明導電膜を形成する工程、
３）該透明導電膜が形成されたガラス基板上に、フォトレジストの塗膜を設け、フォトマスクを介した露光、及び現像処理により第一フォトスペーサーを形成する工程を具備し、前記フォトマスクとして請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクを用い
、第一フォトスペーサーより高さの低い第二フォトスペーサー、及び第一フォトスペーサーより高さの低い配向制御突起を第一フォトスペーサーの形成と同時に形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
The present invention also provides a color filter in which at least a black matrix, a colored pixel, and a transparent conductive film are formed on a glass substrate, and a first photo spacer, a second photo spacer, and an alignment control protrusion are formed on the transparent conductive film. In the manufacturing method,
1) a step of sequentially forming at least a black matrix and colored pixels on the glass substrate;
2) a step of forming a transparent conductive film on the entire surface of the glass substrate on which the black matrix and colored pixels are formed;
3) A step of providing a photoresist coating film on the glass substrate on which the transparent conductive film is formed, and forming a first photo spacer by exposure through a photomask and development processing, The photomask according to any one of
また、本発明は、請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法において、前記第一フォトスペーサーの高さが１．５μｍ〜５．０μｍ、第二フォトスペーサーの高さが０．６μｍ〜第一フォトスペーサーの高さ未満、配向制御突起の高さが０．６μｍ〜第一フォトスペーサーの高さ未満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。 The color filter manufacturing method according to claim 5, wherein the first photo spacer has a height of 1.5 μm to 5.0 μm, and the second photo spacer has a height of 0.6 μm to first. A method for producing a color filter, wherein the height of the photo spacer is less than the height of the alignment control protrusion and the height of the alignment control protrusion is 0.6 μm to less than the height of the first photo spacer.
また、本発明は、請求項５又は請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法を用いて製造したことを特徴とするカラーフィルタである。 In addition, the present invention is a color filter manufactured using the method for manufacturing a color filter according to claim 5 or 6.
本発明は、フォトマスク上のパターンは、遮光部、透光部、及び２種の半透光部からなり、２種の半透光部は、透過率が異なる２種の半透光膜（ハーフトーン膜）、或いは開口率が異なる２種の微細パターン（グレートーン部）、或いは半透光膜（ハーフトーン膜）と微細パターン（グレートーン部）の２種からなり、該半透光膜（ハーフトーン膜）の透過率と該微細パターン（グレートーン部）の実効透過率が異なるフォトマスクであるので、配向制御突起、第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサーを形成する液晶表示装置用カラーフィルタの製造において、これら配向制御突起、第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサーを形成する際に、例えば、３工程を費やして形成することなく、１工程で配向制御突起、第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサーを形成するすることのできるフォトマスクとなる。 In the present invention, the pattern on the photomask includes a light-shielding portion, a light-transmitting portion, and two types of semi-light-transmitting portions, and the two types of semi-light-transmitting portions are two types of semi-transparent films having different transmittances ( Half-tone film), or two kinds of fine patterns (gray-tone portions) having different aperture ratios, or a semi-transparent film (half-tone film) and a fine pattern (gray-tone portion). Since this is a photomask in which the transmissivity of the (halftone film) and the effective transmissivity of the fine pattern (gray tone part) are different, the color for liquid crystal display devices forming the alignment control protrusion, the first photospacer, and the second photospacer In the production of the filter, when forming these alignment control protrusions, the first photo spacer, and the second photo spacer, for example, the alignment control protrusions and the first photo spacers are formed in one process without spending three processes. Sir, a photomask capable of forming a second photo-spacers.
また、本発明は、１）ガラス基板上に少なくともブラックマトリックス、着色画素を順次に形成する工程、２）該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の全面に透明導電膜を形成する工程、３）該透明導電膜が形成されたガラス基板上に、フォトレジストの塗膜を設け、フォトマスクを介した露光、及び現像処理により第一フォトスペーサーを形成する工程を具備し、フォトマスクとして請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクを用い、第一フォトスペーサーより高さの低い第二フォトスペーサー、及び第一フォトスペーサーより高さの低い配向制御突起を第一フォトスペーサーの形成と同時に形成するので、配向制御突起、第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサーが設けられたカラーフィルタであっても、廉価に製造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、配向制御突起、第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサーが設けられた、廉価なカラーフィルタを提供することができる。
The present invention also includes 1) a step of sequentially forming at least a black matrix and colored pixels on a glass substrate, and 2) a step of forming a transparent conductive film on the entire surface of the glass substrate on which the black matrix and colored pixels are formed. 3) A step of providing a photoresist coating film on the glass substrate on which the transparent conductive film has been formed, and forming a first photo spacer by exposure through a photomask and development processing, as a photomask The photomask according to any one of
In addition, the present invention can provide an inexpensive color filter provided with an alignment control protrusion, a first photo spacer, and a second photo spacer.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明によるカラーフィルタの一実施例を示す断面図である。図１に示すように、このカラーフィルタ（１）は、液晶表示装置に用いるカラーフィルタとして基本的な機能を備えた前記図４に示すカラーフィルタ（４）に、付随する機能として図８に示す配向制御突起が付加され、更に図１１に示す高さの異なる２種のフォトスペーサーが付加されたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a color filter according to the present invention. As shown in FIG. 1, this color filter (1) is shown in FIG. 8 as a function accompanying the color filter (4) shown in FIG. 4 having a basic function as a color filter used in a liquid crystal display device. An alignment control protrusion is added, and two types of photo spacers having different heights as shown in FIG. 11 are further added.
図１に示すように、一実施例に示すカラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成された後に、配向制御突起（Ｍｖ−ｂ）、及び高さの異なる２種のフォトスペーサーが同時に形成されたものである。フォトスペーサーは、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１ｂ）と第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）で構成されている。 As shown in FIG. 1, the color filter shown in the embodiment has a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) sequentially formed on a glass substrate (40). The alignment control protrusion (Mv-b) and two types of photo spacers having different heights are formed at the same time. The photo spacer is composed of a first photo spacer (PS-1b) and a second photo spacer (PS-2b).
図２は、本発明によるカラーフィルタの製造方法の一例を示す断面図である。
図２に示すように、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたガラス基板（４０）上にフォトレジスト層（６０）が形成されている。図２は、フォトスペーサー形成用のフォトレジストとして、ネガ型のフォトレジストが用いられた例である。
図２中、フォトレジスト層（６０）の上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を設けて本発明によるフォトマスク（ＰＭ）が、その膜面（３１）をフォトレジスト層（６０）に対向させて配置されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a method for producing a color filter according to the present invention.
As shown in FIG. 2, a photoresist layer (60) is formed on a glass substrate (40) on which a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) are sequentially formed. . FIG. 2 shows an example in which a negative photoresist is used as a photoresist for forming a photospacer.
In FIG. 2, a proximity exposure gap (G) is provided above the photoresist layer (60), and the photomask (PM) according to the present invention has its film surface (31) opposed to the photoresist layer (60). Are arranged.
図３は、本発明によるフォトマスクの一例の断面図である。このフォトマスク（ＰＭ）には、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１ｂ）の形成に対応した透光部（３３）が設けられ、また、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）の形成に対応した、２種の半透光部の内の１種の半透光部（第一半透光部（３４−１））が設けられ、更に、配向制御突起の形成に対応した、他の１種の半透光部（第二半透光部（３４−２））が設けられている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a photomask according to the present invention. The photomask (PM) is provided with a light transmitting portion (33) corresponding to the formation of the first photospacer (PS-1b), and corresponding to the formation of the second photospacer (PS-2b). One type of semi-transparent portion (first semi-transparent portion (34-1)) of the two types of semi-transparent portions is provided, and further, another type of one corresponding to the formation of the alignment control protrusions A semi-translucent part (second semi-translucent part (34-2)) is provided.
第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）の高さ（Ｈ１２）と配向制御突起（Ｍｖ−ｂ）の高さ（Ｈ１３）が異なるために、第一半透光部（３４−１）の透過率（Ｔ１）と第二半透光部（３４−２）の透過率（Ｔ２）は異なるものとしている。
すなわち、図１において、Ｈ１２＞Ｈ１３であるため、第一半透光部（３４−１）の透過率（Ｔ１）は第二半透光部（３４−２）の透過率（Ｔ２）より高い（Ｔ１＞Ｔ２）ものとしている。
Since the height (H12) of the second photospacer (PS-2b) and the height (H13) of the alignment control protrusion (Mv-b) are different, the transmittance of the first semi-translucent portion (34-1) ( The transmittance (T2) of T1) and the second semi-transparent portion (34-2) is different.
That is, in FIG. 1, since H12> H13, the transmittance (T1) of the first semi-transmissive portion (34-1) is higher than the transmittance (T2) of the second semi-transmissive portion (34-2). (T1> T2).
図２に示すように、上記フォトスペーサー形成用のフォトレジスト層（６０）に上記フォトマスク（ＰＭ）を介した露光（Ｅ）を行って、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１ｂ）より高さの低い第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）、及び第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）より高さの低い配向制御突起（Ｍｖ−ｂ）を、第一フォトスペーサー（ＰＳ−１ｂ）の形成と同時に形成する。
図２においては、既に現像処理が完了し、第一フォトスペーサー、第二フォトスペーサー、及び配向制御突起が形成された状態のものを点線で示してある。
As shown in FIG. 2, exposure (E) through the photomask (PM) is performed on the photoresist layer (60) for forming the photospacer, which is higher than the first photospacer (PS-1b). The lower second photo spacer (PS-2b) and the alignment control protrusion (Mv-b) having a height lower than that of the second photo spacer (PS-2b) are formed simultaneously with the formation of the first photo spacer (PS-1b). To do.
In FIG. 2, the development process has already been completed, and the first photo spacer, the second photo spacer, and the alignment control protrusion are formed by dotted lines.
第一フォトスペーサーより共に高さが低く、且つ高さの異なる第二フォトスペーサーと配向制御突起を同時に形成するために、図３に示すフォトマスク（ＰＭ）には、透過率が異なる２種の半透光部（３４）が設けられている。このフォトマスク（ＰＭ）は、遮光部（３２）と、透光部（３３）と、透過率が異なる２種の半透光部（３４）とで構成され、言わば４階調を有するフォトマスクである。
２種の半透光部（３４）は、透過率が異なる２種の半透光膜（ハーフトーン膜）からなるか、開口率が異なる２種の微細パターン（グレートーン部）からなるか、或いは半透光膜（ハーフトーン膜）と微細パターン（グレートーン部）の２種からなり、この半透光膜（ハーフトーン膜）の透過率とこの微細パターン（グレートーン部）の実効透過率が異なっている。
The photomask (PM) shown in FIG. 3 has two types of transmittances different from each other in order to simultaneously form the second photospacer and the alignment control protrusion, both having a height lower than that of the first photospacer. A semi-translucent portion (34) is provided. This photomask (PM) is composed of a light shielding portion (32), a light transmitting portion (33), and two types of semi-light transmitting portions (34) having different transmittances. It is.
The two types of semi-transparent portions (34) are composed of two types of semi-transparent films (half tone films) having different transmittances, or two types of fine patterns (gray tone portions) having different aperture ratios, Or it consists of two kinds, a semi-transparent film (halftone film) and a fine pattern (gray tone part), and the transmittance of this semi-transparent film (half tone film) and the effective transmittance of this fine pattern (gray tone part). Is different.
半透光膜（ハーフトーン膜）は、紫外線を減衰させる薄膜、例えば、ＩＴＯなどの金属酸化物膜からなるハーフートーン膜、或いは、フォトマスクを製造する際に成膜したクロム膜をフォトエチングして更に薄膜にしたハーフートーン膜などである。このハーフートーン膜の薄膜の膜厚は均一に設けられている。 The semi-transparent film (halftone film) is a thin film that attenuates ultraviolet rays, for example, a half-tone film made of a metal oxide film such as ITO, or a chromium film formed when manufacturing a photomask, and then photoetching. For example, a thin half-tone film. The thin film of the half-tone film is uniformly provided.
例えば、図３に示す第一半透光部（３４−１）として、半透光膜（ハーフトーン膜）が用いられた場合には、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）の形成に対応したフォトマスク（ＰＭ）上の第一半透光部（３４−１）は半透光膜（ハーフトーン膜）からなり、高さ
（Ｈ１１）の第一フォトスペーサー（ＰＳ−１ｂ）の形成が良好になされるように、フォトレジスト層（６０）への露光が透光部（３３）を介して適正に行われた際に、高さ（Ｈ１２）の第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）への半透光膜（ハーフトーン膜）を介した露光も適正に行われるように、半透光膜（ハーフトーン膜）の透過率を設定する。
For example, when a semi-transparent film (halftone film) is used as the first semi-transparent part (34-1) shown in FIG. 3, it corresponds to the formation of the second photo spacer (PS-2b). The first semi-transparent portion (34-1) on the photomask (PM) is made of a semi-transparent film (halftone film), and the formation of the first photo spacer (PS-1b) having a height (H11) is good. When the exposure to the photoresist layer (60) is appropriately performed through the translucent portion (33), the height (H12) of the second photo spacer (PS-2b) is exposed. The transmittance of the semi-transparent film (halftone film) is set so that exposure through the semi-transparent film (halftone film) is also performed appropriately.
一方、微細パターン（グレートーン部）は、上記ハーフートーン膜のように均一なものではない。後述するように、光を遮光する微細ラインと光を透過する微細スペースとで構成される微細パターンであり、この微細パターンが均一な透過率（実効透過率）を有するものとして機能させた用い方をする。 On the other hand, the fine pattern (gray tone portion) is not as uniform as the half-tone film. As will be described later, this is a fine pattern composed of fine lines that block light and fine spaces that transmit light, and how this fine pattern functions as having uniform transmittance (effective transmittance) do.
例えば、図３に示す第一半透光部（３４−１）として、微細パターン（グレートーン部）が用いられた場合には、第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）の形成に対応したフォトマスク（ＰＭ）上の第一半透光部（３４−１）は微細パターン（グレートーン部）からなり、高さ（Ｈ１１）の第一フォトスペーサー（ＰＳ−１ｂ）の形成が良好になされるように、フォトレジスト層（６０）への露光が透光部（３３）を介して適正に行われた際に、高さ（Ｈ１２）の第二フォトスペーサー（ＰＳ−２ｂ）への微細パターン（グレートーン部）を介した露光も適正に行われるように、微細パターン（グレートーン部）の透過率（実効透過率）を設定する。 For example, when a fine pattern (gray tone part) is used as the first semi-transparent part (34-1) shown in FIG. 3, a photomask corresponding to the formation of the second photo spacer (PS-2b) The first semi-transparent portion (34-1) on (PM) is formed of a fine pattern (gray tone portion) so that the first photo spacer (PS-1b) having a height (H11) can be satisfactorily formed. In addition, when the exposure to the photoresist layer (60) is appropriately performed through the translucent portion (33), the fine pattern (gray on the second photo spacer (PS-2b) having a height (H12) is formed. The transmittance (effective transmittance) of the fine pattern (gray tone portion) is set so that exposure through the tone portion) is also properly performed.
図１２（ａ）、（ｂ）は、微細パターン（グレートーン部）の一例を拡大して示す平面図、及びＸ−Ｘ線での断面図である。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、この微細パターン（グレートーン部）は光を遮光する微細ライン（Ｌ）と光を透過する微細スペース（Ｓ）で構成される微細なラインアンドスペースパターンである。この微細ライン（Ｌ）は、紫外線を遮光する薄膜、例えば、フォトマスク（ＰＭ）の遮光部（３２）のクロム膜からなる。 12A and 12B are an enlarged plan view showing an example of a fine pattern (gray tone portion) and a cross-sectional view taken along line XX. As shown in FIGS. 12A and 12B, this fine pattern (gray tone portion) is a fine line and composed of a fine line (L) that blocks light and a fine space (S) that transmits light. It is a space pattern. The fine line (L) is made of a thin film that shields ultraviolet rays, for example, a chromium film of the light shielding portion (32) of the photomask (PM).
本発明におけるフォトマスク（ＰＭ）は、このフォトマスク上の微細パターン（グレートーン部）の微細なラインアンドスペースパターンが、用いるフォトリソグラフィ法の系の解像度以下となっているフォトマスクである。
フォトリソグラフィ法の系とは、パターンを形成する際の光学系、フォトマスク、フォトレジスト、現像処理などのプロセス全体を指し、得られるパターンの解像度は、この系の解像度によって定まる。
The photomask (PM) in the present invention is a photomask in which the fine line and space pattern of the fine pattern (gray tone portion) on the photomask is below the resolution of the photolithography method used.
The system of the photolithography method refers to the entire process such as an optical system, a photomask, a photoresist, and a development process when forming a pattern, and the resolution of the pattern to be obtained is determined by the resolution of this system.
図１３は、図１２に示す微細パターン（グレートーン部）の断面を更に拡大して示すものであり、微細パターン（グレートーン部）のスペース（Ｓ）（光を透過する開口部）を透過した光の、フォトレジスト上での強度分布を模式的に表したものある。図１３（ａ）に示すように、ラインアンドスペースパターンのピッチ（Ｐｗ）、及びラインの巾（Ｌｗ）が十分に大きければ、開口部を透過した光はフォトマスク上の像を形成する。しかし、図１３（ｂ）に示すように、例えば、ラインの巾（Ｌｗ）が狭くなると、隣り合った開口部からの光による回折によって像が分離できなくなる。ついには、開口部を透過した光は一様な強度分布に平均化されてしまう。 FIG. 13 is an enlarged view of the cross section of the fine pattern (gray tone portion) shown in FIG. 12, which is transmitted through the space (S) of the fine pattern (gray tone portion) (opening through which light is transmitted). There is a schematic representation of the intensity distribution of light on a photoresist. As shown in FIG. 13A, if the pitch (Pw) and the line width (Lw) of the line and space pattern are sufficiently large, the light transmitted through the opening forms an image on the photomask. However, as shown in FIG. 13B, for example, when the line width (Lw) is narrowed, the images cannot be separated by diffraction by light from adjacent openings. Eventually, the light transmitted through the opening is averaged into a uniform intensity distribution.
すなわち、本発明においては、ラインアンドスペースパターンをフォトリソグラフィ法の系の解像度以下とすることによって、フォトマスク上の微細パターン（グレートーン部）のラインアンドスペースパターンをラインアンドスペースの像を形成させるパターンとして機能させるのではなく、均一な透過率（実効透過率）を有するグレートーン部として機能させるものである。 That is, in the present invention, a line-and-space image is formed from the line-and-space pattern of the fine pattern (gray tone portion) on the photomask by setting the line-and-space pattern to be equal to or lower than the resolution of the photolithography system. It does not function as a pattern, but functions as a gray tone portion having a uniform transmittance (effective transmittance).
グレートーン部としての実効透過率は、単位面積に占めるラインとスペースの割合で表される。また、ラインアンドスペースのライン（Ｌ）は光を遮光する濃度（例えば、ＯＤ
＞２．５以上）を有し、スペース（Ｓ）は光を透過し、濃度は略ゼロである。従って、ラインの割合を調節することによって任意に実効透過率を有するグレートーン部（半遮光性）を精度よく得ることができる。
また、パターンとしては、単位面積に占めるラインの割合で透過率を表わすパターンであれば、直線状のラインに限定されるものではなく、例えば、正方形の市松模様などが挙げられる。
The effective transmittance as the gray tone portion is expressed as a ratio of lines and spaces to a unit area. Also, the line and space line (L) has a light shielding density (for example, OD
> 2.5), the space (S) transmits light, and the density is substantially zero. Therefore, it is possible to accurately obtain a gray tone portion (semi-light-shielding property) having an effective transmittance arbitrarily by adjusting the line ratio.
Also, the pattern is not limited to a straight line as long as it represents the transmittance in terms of the ratio of the line occupying the unit area. For example, a square checkered pattern may be used.
本発明における微細パターン（グレートーン部）の開口率とは、例えば、上記ラインアンドスペースの微細パターンにおいては、スペース面積／〔ライン面積＋スペース面積〕を指している。また、本発明における実効透過率とは、ある開口率を有する微細パターンを、フォトスペーサーなどのパターンを形成する光学系に用い、均一な透過率のグレートーン部として機能させた際の透過率を指している。
すなわち、微細パターンの開口率を調節することによって微細パターンの実効透過率を設定し、所望する透過率を有する微細パターン（グレートーン部）としている。
The aperture ratio of the fine pattern (gray tone portion) in the present invention refers to, for example, the space area / [line area + space area] in the line and space fine pattern. The effective transmittance in the present invention is the transmittance when a fine pattern having a certain aperture ratio is used in an optical system for forming a pattern such as a photospacer and functions as a gray tone portion having a uniform transmittance. pointing.
That is, the effective transmittance of the fine pattern is set by adjusting the aperture ratio of the fine pattern, and the fine pattern (gray tone portion) having the desired transmittance is obtained.
図３に示すフォトマスク（ＰＭ）において、２種の半透光部（３４）、すなわち、第一半透光部（３４−１）及び第二半透光部（３４−２）は、共に透過率が異なる半透光膜（ハーフトーン膜）であってもよい。この際、第一半透光部（３４−１）及び第二半透光部（３４−２）には、各々が形成するフォトスペーサー又は配向制御突起の高さに対応させた適正な透過率をもたせる。 In the photomask (PM) shown in FIG. 3, two kinds of semi-transparent portions (34), that is, the first semi-transparent portion (34-1) and the second semi-transparent portion (34-2) are both Semi-transparent films (halftone films) having different transmittances may be used. At this time, in the first semi-transparent portion (34-1) and the second semi-transparent portion (34-2), an appropriate transmittance corresponding to the height of the photo spacer or the alignment control protrusion to be formed respectively. Give it.
また、２種の半透光部（３４）、すなわち、第一半透光部（３４−１）及び第二半透光部（３４−２）は、共に開口率が異なる微細パターン（グレートーン部）であってもよい。この際、第一半透光部（３４−１）及び第二半透光部（３４−２）には、各々が形成するフォトスペーサー又は配向制御突起の高さに対応させた適正な開口率（実効透過率）をもたせる。 In addition, the two types of semi-transparent portions (34), that is, the first semi-transparent portion (34-1) and the second semi-transparent portion (34-2) are both fine patterns (gray tones) having different aperture ratios. Part). At this time, in the first semi-transparent portion (34-1) and the second semi-transparent portion (34-2), an appropriate aperture ratio corresponding to the height of the photo spacer or the alignment control protrusion formed by each of them. (Effective transmittance) is provided.
また、２種の半透光部（３４）、すなわち、第一半透光部（３４−１）及び第二半透光部（３４−２）は、その一方が半透光膜（ハーフトーン膜）で、他方が微細パターン（グレートーン部）であってもよい。この際、第一半透光部（３４−１）及び第二半透光部（３４−２）には、各々が形成するフォトスペーサー又は配向制御突起の高さに対応させた適正な透過率又は開口率（実効透過率）をもたせる。 One of the two types of semi-transparent portions (34), that is, the first semi-transparent portion (34-1) and the second semi-transparent portion (34-2) is a semi-transparent film (halftone). Film) and the other may be a fine pattern (gray tone part). At this time, in the first semi-transparent portion (34-1) and the second semi-transparent portion (34-2), an appropriate transmittance corresponding to the height of the photo spacer or the alignment control protrusion to be formed respectively. Alternatively, an aperture ratio (effective transmittance) is provided.
微細パターン（グレートーン部）は、その形成に用いるフォトマスクの製造工程において、１回のプロセスでパターンを作製することが可能であり、フォトマスクの製造コストが低減できる。かつ工期も短縮できるメリットがある。しかし、微細パターン（グレートーン部）をフォトリソグラフィ法で製造する場合、近接露光のギャップのバラツキの影響を受け、その高さにバラツキが生じ易い。
一方、半透光膜（ハーフトーン膜）は、その形成に用いるフォトマスクの製造工程が長く、フォトマスクの製造コストが高くなる。かつ工期も長くなるデメリットがある。しかし、半透光膜（ハーフトーン膜）をフォトリソグラフィ法で製造する場合、近接露光のギャップのバラツキの影響を受けにくい特徴がある。
The fine pattern (gray tone portion) can be formed by a single process in the manufacturing process of the photomask used for forming the fine pattern, and the manufacturing cost of the photomask can be reduced. In addition, there is an advantage that the construction period can be shortened. However, when a fine pattern (gray tone portion) is manufactured by a photolithography method, it is easily affected by variations in gaps in proximity exposure, and variations in the height are likely to occur.
On the other hand, a semi-transparent film (halftone film) requires a long manufacturing process for a photomask used for forming the semi-transparent film, resulting in an increase in manufacturing cost of the photomask. In addition, there is a disadvantage that the construction period is long. However, when a semi-transparent film (half-tone film) is manufactured by a photolithography method, there is a feature that the semi-transparent film (half-tone film) is not easily affected by the gap variation of the proximity exposure.
また、半透光膜（ハーフトーン膜）は膜の種類を選択することによって、露光光の波長毎に、膜の透過率を変えることが可能であるため、第二フォトスペーサー又は／及び配向制御突起の高さと、第一フォトスペーサーの高さの差を大きくすることが可能である。その用途、目的、所望する高さに応じて、微細パターン（グレートーン部）と半透光膜（ハーフトーン膜）を使い分けることになる。 Moreover, since the transmissivity of the film can be changed for each wavelength of the exposure light by selecting the type of film, the semi-transparent film (halftone film) can be controlled by the second photo spacer or / and orientation control. It is possible to increase the difference between the height of the protrusion and the height of the first photo spacer. Depending on the application, purpose, and desired height, a fine pattern (gray tone part) and a semi-transparent film (half tone film) are used properly.
以下に実施例により具体的に説明する。
＜実施例１＞
ガラス基板上にネガ型フォトレジストをスピンナーで塗布し、膜厚４．８μｍのフォトレジスト膜を形成した。減圧乾燥、プレベークを行った後、ｉ線透過率が１３．５％である半透光膜（ハーフトーン膜）と、開口率４８％である微細パターン（グレートーン部）と、遮光部と、透光部を有する本発明によるフォトマスクを用い露光を行った。ギャップ量は１５０μｍ、露光量１７５ｍＪ／ｃｍ2 の近接露光を行った。ネガ型フォトレジストには（株）アデカ製：ＴＡ２０００を用いた。ハーフトーン膜にはＩＴＯを用いた。
Examples will be described in detail below.
<Example 1>
A negative photoresist was applied onto a glass substrate with a spinner to form a photoresist film having a thickness of 4.8 μm. After performing vacuum drying and pre-baking, a semi-transparent film (halftone film) having an i-line transmittance of 13.5%, a fine pattern (gray tone part) having an aperture ratio of 48%, a light shielding part, Exposure was performed using a photomask according to the present invention having a light transmitting portion. Proximity exposure with a gap amount of 150 μm and an exposure amount of 175 mJ / cm 2 was performed. TA2000 manufactured by Adeka Co., Ltd. was used as the negative photoresist. ITO was used for the halftone film.
最も高い膜厚が必要な第一フォトスペーサーは透光部を介した照射で、第一フォトスペーサーより高さの低い第二フォトスペーサーは微細パターン（グレートーン部）を介した照射で、また、第一フォトスペーサーより高さの低い配向制御リブは半透光膜（ハーフトーン膜）を介した照射で露光を行った。
現像、焼成後の膜厚は、第一フォトスペーサーは３．９μｍ、第二フォトスペーサーは３．０μｍ、配向制御リブは１．１μｍであった。また、線幅は、第一フォトスペーサーは１２μｍφ、第二フォトスペーサーは９μｍ、配向制御リブは１０μｍであった。
＜実施例２＞
ガラス基板上にネガ型フォトレジストをスピンナーで塗布し、膜厚４．８μｍのフォトレジスト膜を形成した。減圧乾燥、プレベークを行った後、ｉ線透過率が４０．０％である半透光膜（ハーフトーン膜）と、開口率３５．４％である微細パターン（グレートーン部）と、遮光部と、透光部を有する本発明によるフォトマスクを用い露光を行った。ギャップ量は１５０μｍ、露光量１７５ｍＪ／ｃｍ2 の近接露光を行った。ネガ型フォトレジストには（株）アデカ製：ＴＡ２０００を用いた。ハーフトーン膜にはＩＴＯを用いた。
The first photo spacer, which requires the highest film thickness, is irradiated through the translucent part. The second photo spacer, which is lower than the first photo spacer, is irradiated through a fine pattern (gray tone part). The alignment control rib having a height lower than that of the first photospacer was exposed by irradiation through a semi-transparent film (halftone film).
The film thickness after development and baking was 3.9 μm for the first photospacer, 3.0 μm for the second photospacer, and 1.1 μm for the orientation control rib. The line width was 12 μmφ for the first photospacer, 9 μm for the second photospacer, and 10 μm for the orientation control rib.
<Example 2>
A negative photoresist was applied onto a glass substrate with a spinner to form a photoresist film having a thickness of 4.8 μm. After drying under reduced pressure and pre-baking, a semi-transparent film (halftone film) having an i-line transmittance of 40.0%, a fine pattern (gray tone part) having an aperture ratio of 35.4%, and a light shielding part Then, exposure was performed using a photomask according to the present invention having a light transmitting portion. Proximity exposure with a gap amount of 150 μm and an exposure amount of 175 mJ / cm 2 was performed. TA2000 manufactured by Adeka Co., Ltd. was used as the negative photoresist. ITO was used for the halftone film.
最も高い膜厚が必要な第一フォトスペーサーは透光部を介した照射で、第一フォトスペーサーより高さの低い第二フォトスペーサーは半透光膜（ハーフトーン膜）を介した照射で、また、第一フォトスペーサーより高さの低い配向制御リブは微細パターン（グレートーン部）を介した照射で露光を行った。
現像、焼成後の膜厚は、第一フォトスペーサーは３．９μｍ、第二フォトスペーサーは３．０μｍ、配向制御リブは２．０μｍであった。また、線幅は、第一フォトスペーサーは１２μｍφ、第二フォトスペーサーは９μｍ、配向制御リブは１５μｍであった。
The first photo spacer, which requires the highest film thickness, is irradiated through the translucent part, and the second photo spacer, which is lower than the first photo spacer, is irradiated through the semi-transparent film (half tone film). Further, the orientation control rib having a height lower than that of the first photospacer was exposed by irradiation through a fine pattern (gray tone portion).
The film thickness after development and baking was 3.9 μm for the first photospacer, 3.0 μm for the second photospacer, and 2.0 μm for the orientation control rib. The line width was 12 μmφ for the first photospacer, 9 μm for the second photospacer, and 15 μm for the orientation control rib.
１・・・本発明によるカラーフィルタ
４、７、８、８Ａ・・・液晶表示装置用カラーフィルタ
２２ａ、２２ｂ、２３、Ｍｖ、Ｍｖ−ｂ・・・配向制御突起
２３Ｂ・・・配向制御リブ
３０、４０・・・ガラス基板
３２・・・遮光部
３３・・・透光部
３４・・・２種の半透光部
３４−１・・・第一半透光部
３４−２・・・第二半透光部
４１・・・ブラックマトリックス
４２・・・着色画素
４３・・・透明導電膜
４４・・・フォトスペーサー
６０・・・フォトレジスト層
８０・・・ＭＶＡ−ＬＣＤ
Ｇ・・・近接露光のギャップ
Ｅ・・・露光光
Ｈ、Ｈ１１・・・第一フォトスペーサーの高さ
Ｈ１２・・・第二フォトスペーサーの高さ
Ｈ３、Ｈ１３・・・配向制御突起の高さ
Ｌ・・・微細ライン
Ｌｗ・・・ラインの幅
ＰＭ・・・フォトマスク
ＰＳ−１・・・第一フォトスペーサー
ＰＳ−２・・・第二フォトスペーサー
ＰＳ−１ｂ・・・本発明における第一フォトスペーサー
ＰＳ−２ｂ・・・本発明における第二フォトスペーサー
Ｐｗ・・・パターンのピッチ
Ｓ・・・微細スペース
Ｗ３・・・配向制御突起の幅
DESCRIPTION OF
G: Proximity exposure gap E: Exposure light H, H11: Height of first photo spacer H12: Height of second photo spacer H3, H13: Height of alignment control protrusion L ... fine line Lw ... line width PM ... photomask PS-1 ... first photospacer PS-2 ... second photospacer PS-1b ... first in the present invention Photospacer PS-2b ... second photospacer Pw in the present invention ... pattern pitch S ... fine space W3 ... width of alignment control protrusion
Claims (7)
１）前記ガラス基板上に少なくともブラックマトリックス、着色画素を順次に形成する工程、
２）該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の全面に透明導電膜を形成する工程、
３）該透明導電膜が形成されたガラス基板上に、フォトレジストの塗膜を設け、フォトマスクを介した露光、及び現像処理により第一フォトスペーサーを形成する工程を具備し、前記フォトマスクとして請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクを用い、第一フォトスペーサーより高さの低い第二フォトスペーサー、及び第一フォトスペーサーより高さの低い配向制御突起を第一フォトスペーサーの形成と同時に形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。 In a method for producing a color filter, wherein at least a black matrix, a colored pixel, and a transparent conductive film are formed on a glass substrate, and a first photo spacer, a second photo spacer, and an alignment control protrusion are formed on the transparent conductive film.
1) a step of sequentially forming at least a black matrix and colored pixels on the glass substrate;
2) a step of forming a transparent conductive film on the entire surface of the glass substrate on which the black matrix and colored pixels are formed;
3) A step of providing a photoresist coating film on the glass substrate on which the transparent conductive film is formed, and forming a first photo spacer by exposure through a photomask and development processing, 5. The photomask according to claim 1, wherein a second photospacer having a height lower than that of the first photospacer and a first alignment control protrusion having a height lower than that of the first photospacer are provided. A method for producing a color filter, wherein the color spacer is formed simultaneously with the formation of a photospacer.
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