JP2009300649A - フォトマスク、カラーフィルタの製造方法およびフォトマスクの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】柱状スペーサーとリブなどの異なる部材を同一材料かつ同一工程で作製する。
【解決手段】基板３の上に、枕部５を形成する。枕部５の上に着色層７を形成する。着色層７の上に、透明電極層９を形成する。次に、透明電極層９の上に、ネガ型感光性樹脂組成物２９を塗布し、フォトマスク１７を用いて光２７を照射し、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５となる箇所を硬化する。次に、光２７が照射されなかった部分の未硬化の感光性樹脂組成物２９を溶剤で溶解除去することによって、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５を現像し、ポストベークを行う。その結果、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５を形成し、カラーフィルタ１を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に適するカラーフィルタ等に関するものである。

屋外での視認性を実現するために、半透過型液晶表示装置が用いられている。半透過型液晶表示装置は、１画素中に、透過表示領域と反射表示領域を有するものである（例えば、特許文献１参照）。

また、反射表示領域に柱状スペーサーと液晶配向制御用突起を、透過表示領域に液晶配向制御用突起を設ける、つまり、透過表示領域と反射表示領域の両方に配向制御用突起（リブ）を設け、透過表示領域と反射表示領域の両方で液晶が良好に配向され、広い視野角を得る半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを得ることが行われている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１０２２４３号公報 特開２００７−３７５８号公報

しかしながら、柱状スペーサーとリブは、それぞれ別材料、別工程にて形成しているため、工程が２回になってしまうという問題点があった。また、同一工程で柱状スペーサーとリブとを形成しようとすると、柱状スペーサーとリブとが近傍にあるため、柱状スペーサーに対応する透過部と、リブに対応する半透過部とが干渉し、フォトマスクの作製ができないという問題点があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、柱状スペーサーとリブなどの異なる部材を同一材料かつ同一工程で作製することである。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、カラーフィルタの作製工程に用いられ、基板上の遮光部中に、半透過部と、第１の透過部と、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部と、を備え、ネガ型感光性樹脂組成物を露光し、径と高さの異なる３種類の構造物を同時に形成することを特徴とするフォトマスクである。

第２の発明は、透過表示領域と反射表示領域とを備える半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの作製工程に用いられ、基板上の遮光部中に、前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の透過部と、前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部と、を備え、ネガ型感光性樹脂組成物を露光し、透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とするフォトマスクである。

第３の発明は、カラーフィルタに用いられる、枕部を有する基板に、ネガ型感光性樹脂組成物を塗布する工程と、基板上の遮光部中に、前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の透過部と、前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部と、を備えるフォトマスクを用いて、前記ネガ型感光性樹脂組成物を露光する工程と、前記ネガ型感光性樹脂組成物を現像する工程と、を備え、透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

第４の発明は、カラーフィルタに、径と高さの異なる３種類の構造物を形成するため、背の高い構造物に対応して、第１の透過部を設け、背の低い構造物が、前記背の高い構造物に近い場合には、前記背の低い構造物に対応して、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部を設け、背の低い構造物が、前記背の高い構造物から遠い場合には、前記背の低い構造物に対応して、半透過部を設けることを特徴とするフォトマスクの設計方法である。

第５の発明は、カラーフィルタの作製工程に用いられ、透明基板上に、半透過部と、第１の遮光部と、前記第１の遮光部よりも径の小さい第２の遮光部と、を備え、ポジ型感光性樹脂組成物を露光し、径と高さの異なる３種類の構造物を同時に形成することを特徴とするフォトマスクである。

第６の発明は、透過表示領域と反射表示領域とを備える半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの作製工程に用いられ、透明基板上に、前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の遮光部と、前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の遮光部よりも径の小さい第２の遮光部と、を備え、ポジ型感光性樹脂組成物を露光し、透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とするフォトマスクである。

第７の発明は、カラーフィルタに用いられる、枕部を有する基板に、ポジ型感光性樹脂組成物を塗布する工程と、透明基板上に、前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の遮光部と、前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の遮光部よりも径の小さい第２の遮光部と、を備えるフォトマスクを用いて、前記ポジ型感光性樹脂組成物を露光する工程と、前記ポジ型感光性樹脂組成物を現像する工程と、を備え、透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

第８の発明は、カラーフィルタに、径と高さの異なる３種類の構造物を形成するため、背の高い構造物に対応して、第１の遮光部を設け、背の低い構造物が、前記背の高い構造物に近い場合には、前記背の低い構造物に対応して、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の遮光部を設け、背の低い構造物が、前記背の高い構造物から遠い場合には、前記背の低い構造物に対応して、半透過部を設けることを特徴とするフォトマスクの設計方法である。

本発明により、柱状スペーサーとリブなどの異なる部材を同一材料かつ同一工程で作製できる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

第１の実施形態に係るカラーフィルタ１について説明する。
図１は、カラーフィルタ１を、図３（ａ）におけるＡ−Ａ´で切断し、Ｂ方向から観察した図である。カラーフィルタ１は、基板３の上に、断面が台形状の枕部５を有する。基板３と枕部５の上に、所定のパターンの着色層７を有し、着色層７の上に透明電極層９を有する。枕部５のある領域が反射表示領域となり、枕部５のない領域が透過表示領域となる。透明電極層５の上には、反射表示領域では、柱状スペーサー１１とリブ１３があり、透過表示領域では、リブ１５がある。なお、カラーフィルタ１は、開口部を有するブラックマトリクス（図示せず）を有する。また、図３（ａ）でのＡ−Ａ´断面の切断端面には、柱状スペーサー１１は現れないが、Ｂ方向から観察した際に、Ａ−Ａ´断面より奥にある柱状スペーサー１１が観察されるため、柱状スペーサー１１は図１に描かれている。

基板３は、一般にカラーフィルタに用いられる基板を使用することができる。例えば、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、合成石英ガラス、ソーダライムガラス、ホワイトサファイアなどの可撓性のない透明なリジット材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂フィルムなどの可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。前記フレキシブル材としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、シンジオタクティック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、ポリノルボルネン系樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。特に、無アルカリガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性及び高温加熱処理における特性に優れている。

着色層７は、一般的にカラーフィルタに用いられる着色層であり、顔料を含んだ感光性樹脂組成物である。着色層７は、枕部５が形成された基板３に、顔料を含んだ感光性樹脂組成物を塗布し、この感光性樹脂組成物をパターニングすることにより形成することができる。感光性樹脂組成物としては無色透明なものを使用することが好ましい。着色層７の厚みは、透過表示領域と反射表示領域で異なり、反射表示領域での着色層７の厚みは、透過表示領域での着色層７の厚みより薄くなり、半分程度となっている。透過表示領域では光が一回透過するのみであるのに対し、反射表示領域では光が２回通過するため、透過表示領域と反射表示領域で色合いを同じにするためである。着色層７の厚みは、０．５〜３μｍ程度である。前記感光性樹脂組成物としては、ネガ型感光性樹脂組成物及びポジ型感光性樹脂組成物のいずれも用いることができる。第１の実施形態においては、ネガ型感光性樹脂組成物を用いたカラーフィルタの製造方法を説明し、第２の実施形態においては、ポジ型感光性樹脂組成物を用いたカラーフィルタの製造方法を説明する。

ネガ型感光性樹脂組成物としては特に限定されるものではなく、一般的に使用されるネガ型感光性樹脂組成物を用いることができる。例えば、架橋型樹脂をベースとした化学増幅型感光性樹脂、具体的にはポリビニルフェノールに架橋剤を加え、さらに酸発生剤を加えた化学増幅型感光性樹脂等が挙げられる。また、アクリル系ネガ型感光性樹脂として、紫外線照射によりラジカル成分を発生する光重合開始剤と、分子内にアクリル基を有し、発生したラジカルにより重合反応を起こして硬化する成分と、その後の現像により未露光部が溶解可能となる官能基（例えば、アルカリ溶液による現像の場合は酸性基をもつ成分）とを含有するものを用いることができる。上記のアクリル基を有する成分のうち、比較的低分子量の多官能アクリル分子としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ＤＰＰＡ）、テトラメチルペンタトリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）等が挙げられる。また、高分子量の多官能アクリル分子としては、スチレン−アクリル酸−ベンジルメタクリレート共重合体の一部のカルボン酸基部分にエポキシ基を介してアクリル基を導入したポリマーや、メタクリル酸メチル−スチレン−アクリル酸共重合体等が挙げられる。

また、ポジ型感光性樹脂組成物としては特に限定されるものではなく、一般的に使用されるものを用いることができる。具体的には、ノボラック樹脂をベース樹脂とした化学増幅型感光性樹脂等が挙げられる。

枕部５は、基板３の上に形成される断面台形状の透明な感光性樹脂組成物であり、着色層７を形成する感光性樹脂組成物と同様のものが使われる。枕部５は、光が液晶セルを通過する経路の長さを、透過表示領域と反射表示領域において等しくし、位相差値を一定にすることができる。断面は、台形状に限られず、長方形や逆台形状にしてもよい。枕部５の膜厚は、液晶セルの厚さ（セルギャップ）にもよるが、２〜５μｍ程度とすることができる。

透明電極層９は、酸化スズ、酸化インジウム、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）と呼ばれるこれらの複合酸化物及び酸化亜鉛が使用できる。透明電極層５の厚みは、５〜５００ｎｍ程度である。

また、図１では図示していないが、カラーフィルタ１には、複数の開口部を備え、着色層７を通過しない光がカラーフィルタ１を通過しないように形成され、平均透過率が０．１％以下であるブラックマトリクスが設けられる。ブラックマトリクスは、着色層７と別の着色層との境目に設けられ、色のコントラストを向上させている。ブラックマトリクスは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等によりクロム等の金属薄膜を形成し、この金属薄膜をパターニングすることにより形成することができる。この場合、遮光部の厚みは、２０〜５００ｎｍ程度とすることができる。

また、ブラックマトリクスは、カーボン微粒子等、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いて樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングすることにより形成することもできる。さらに、ブラックマトリクスは、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂組成物を用いて樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングすることにより形成することもできる。樹脂を用いる場合、ブラックマトリクスの厚さは、０．５〜２μｍ程度である。

前記遮光物質として、酸化チタンや四酸化鉄等の金属酸化物粉末、金属硫化物粉末、金属粉末、カーボンブラックや、赤、青、緑色等の顔料の混合物等を用いることができる。また、前記感光性樹脂組成物としては、着色層７を形成するのに用いられる感光性樹脂組成物を用いることができる。樹脂の着色は不問である。

柱状スペーサー１１は、感光性樹脂組成物で形成された、反射表示領域の透明電極層９の上の突起である。柱状スペーサー１１は、透明電極層９に、感光性樹脂組成物を塗布し、この感光性樹脂組成物をパターニングすることにより形成することができる。感光性樹脂組成物としては、着色層７を形成する感光性樹脂組成物と同様のものが使われる。柱状スペーサー１１の高さは、１〜５μｍ程度であり、柱状スペーサー１１は、カラーフィルタ１と対向するＴＦＴ基板との間隔を保持し、液晶分子が注入されるセルギャップを形成する。

リブ１３は、感光性樹脂組成物で形成された、反射表示領域の透明電極層９の上に形成される突起である。リブ１３は、透明電極層９に、感光性樹脂組成物を塗布し、この感光性樹脂組成物をパターニングすることにより形成することができる。リブ１３は、配向制御用突起とも呼ばれ、近傍の液晶分子にプレチルト角を与える作用、及び電気力線を所望の方向に歪ませる作用をなすことにより、液晶層の液晶分子の配向方向を複数方向に制御することを可能とする部材である。

リブ１５は、感光性樹脂組成物で形成された、透過表示領域の透明電極層９の上に形成される突起である。リブ１５は、リブ１３と同様の方法で形成され、果たす役割も同様である。

次に、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の製造方法を説明する。図２は、カラーフィルタ１の製造工程を示す図である。

まず、図２（ａ）に示すように、基板３の上に、枕部５を形成する。枕部５は、感光性樹脂組成物を塗布し、パターニングすることにより形成される。感光性樹脂組成物の塗布方法としては、例えばスピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、ダイコート法等を挙げられる。

次に、所定のフォトマスクを介して光を照射し、現像を行うことでパターニングを行い、枕部５を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、枕部５の上に着色層７を形成する。着色層７は、顔料を含む感光性樹脂組成物を塗布し、パターニングすることにより形成される。感光性樹脂組成物の塗布とパターニングは、枕部５と同様の方法で行われる。その後、着色層７の上に、透明電極層９を形成する。透明電極層９は、蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法により形成される。

次に、透明電極層９の上に、ネガ型感光性樹脂組成物２９を塗布する。感光性樹脂組成物２９の塗布方法としては、枕部５の形成と同様の方法を用いることができる。

次に、フォトマスク１７を用いて光２７を照射し、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５となる箇所を硬化する。図２（ｂ）では、図３（ｂ）におけるＣ−Ｃ´断面で切断し、Ｄ方向から観察したフォトマスク１７を示す。柱状スペーサー１１に対応する透過部２５ａは、Ｃ−Ｃ´断面より奥にあるため、観察できない。

露光方法としては、特に限定されるものではなく、例えば感光性樹脂の表面から数十〜数百μｍ程度の間隙をあけてフォトマスクを配置し、露光するプロキシミティ露光を行うことができる。この露光により、露光部分で硬化反応が生じる。

次に、図２（ｃ）に示すように、光２７が照射されなかった部分の未硬化の感光性樹脂組成物２９を溶剤で溶解除去することによって、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５を現像する。現像は、一般的な現像方法に従って行うことができる。現像により、感光性樹脂組成物２９のうち、露光により硬化した部分が残存し、その他の部分が選択的に除去される。フォトマスク１７の半透過部２３に対応してリブ１５が形成され、透過部２５ｂに対応してリブ１３が形成され、透過部２５ａ（図２（ｂ）に図示せず）に対応して柱状スペーサー１１が形成される。

また、現像後の柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５に対してポストベークを行う。ポストベークは、例えば温度１００〜２５０℃、処理時間１０〜６０分程度で適宜設定することができる。その結果、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５を形成し、カラーフィルタ１を得る。

カラーフィルタ１を液晶表示装置に用いる場合、カラーフィルタ１の着色層側にＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板が設けられる。ＴＦＴ基板は、ＴＦＴと電極を有し、柱状スペーサー１１に接する。ＴＦＴ基板とカラーフィルタに挟まれて形成されたギャップに液晶分子が注入され、ＴＦＴのスイッチングにより液晶分子への電圧の印加のＯＮ／ＯＦＦが行われ、液晶表示装置が駆動する。

図３（ａ）は、カラーフィルタ１の平面図であり、図３（ｂ）は、フォトマスク１７の平面図である。図３（ａ）に示すように、カラーフィルタ１は、枕部５のある反射表示領域と、枕部５のない透過表示領域に分けられる。また、反射表示領域と透過表示領域は、赤色層３３、緑色層３５、青色層３７に分けられる。赤色層３３は赤色顔料を含む着色層７であり、緑色層３５は緑色顔料を含む着色層７であり、青色層３７は青色顔料を含む着色層７である。なお、枕部５の上の形成された着色層７は省略した。反射表示領域には、所定の間隔で柱状スペーサー１１を有し、各色ごとにリブ１３を有する。透過表示領域は、各色ごとにリブ１５を有する。

図３（ｂ）に示すように、フォトマスク１７は、遮光部２１の中に、半透過部２３と、透過部２５ａ、透過部２５ａよりも径の小さい透過部２５ｂを有する。フォトマスク１７の半透過部２３に対応してリブ１５とリブ１３が形成され、透過部２５ｂに対応してリブ１３が形成され、透過部２５ａに対応して柱状スペーサー１１が形成される。柱状スペーサー１１の近くのリブ１３を形成するために、半透過部２３ではなく、透過部２５ｂを用いている。これは、反射表示領域において、柱状スペーサー１１とリブ１３の配置がある程度隣接（例えば、間隔６μｍ）しているため、透過部２５ｂの近くに半透過部２３を設けると、半透過部２３の直径がリブ１３の直径よりも大きいため、半透過部２３と透過部２５ｂの開口が物理的に干渉してしまうため、透過部２５ｂによりリブ１３を形成している。しかしながら、柱状スペーサー１１から離れている、反射表示領域の赤色層３３に対応するリブ１３を形成する際には、透過部２５ｂと半透過部２３が干渉することは無いため、リブ１３に対応して半透過部２３を設けることができる。

なお、図１などでは、リブ１３とリブ１５とを、同じ高さで同じ大きさに描いたが、リブ１３とリブ１５の大きさと高さは同じである必要はなく、リブ１３をリブ１５より高くかつ大きくしてもよいし低くかつ小さくしてもよい。透過部２５ｂと半透過部２３の大きさを自由に変えることができるため、リブ１３とリブ１５の大きさと高さも自由に変えられるからである。

また、リブ１３に対応する半透過部２３の大きさや透過率と、リブ１５に対応する半透過部２３の大きさや透過率は、同じにしても同じにしなくてもよい。反射表示領域と透過表示領域では、枕部５の有無により、フォトマスク１７からの露光距離が異なるため、所望のリブ１３とリブ１５を得るために、半透過部２３の大きさなどを適宜調整する必要があるからである。

なお、図３（ａ）に示す、反射表示領域の赤色層３３にあるリブ１３に対応する半透過部２３の代わりに、透過部２５ａよりも径の小さい透過部２５ｂを設けてもよい。また、反射表示領域において、リブ１３に変えて、柱状スペーサー１１より背の低いサブスペーサーを設けるために、径の小さい透過部を用いてもよい。

また、カラーフィルタ１のように、半透過型液晶表示装置に用いられ、枕部５を有するカラーフィルタだけでなく、枕部を有しない通常のカラーフィルタにおいて、柱状スペーサー、サブスペーサー、リブを作製する際にも、柱状スペーサーに対応する透過部と、サブスペーサーに対応する径の小さい透過部と、リブに対応する半透過部２３を有するフォトマスクを用いることができる。

図４は、フォトマスク１７の、図３（ｂ）におけるＥ−Ｅ´断面図である。フォトマスク１７は、図４に示すように、マスク基板１９に所定のパターンを有する遮光パターン３９と半透明パターン４１を有する。

マスク基板１９に半透明パターン４１のみを有する領域が半透過部２３となり、マスク基板１９に遮光パターン３９を有する領域が遮光部２１となり、マスク基板１９に半透明パターン４１も遮光パターン３９も有しない領域が透過部２５ａ、透過部２５ｂとなる。

透過部２５ａから露光された部位では、感光性樹脂組成物の硬化反応は十分に進行し、高さの高い柱状スペーサー１１を形成できる。一方、半透過部２３と径の小さい透過部２３ｂから露光された部位では硬化反応が不十分となるので、柱状スペーサー１１よりも背の低いリブ１３、リブ１５を形成できる。また、遮光部２１は光２７を通さないため、遮光部２１に対応する部位では硬化反応が生じず、構造物を形成しない。

マスク基板１９は、基板３に用いられる基板と同様の基板を用いることができる。特に、石英ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性及び高温加熱処理における特性、光透過性に優れている。

遮光パターン３９は、実質的に露光光を透過しないものであり、露光波長における平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。遮光パターン３９としては、一般にフォトマスクに用いられる遮光膜を用いることができ、例えばクロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素などの膜が挙げられる。中でも、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム等のクロム系膜が好適に用いられる。このようなクロム系膜は、最も使用実績があり、コスト、品質の点で好ましいからである。このクロム系膜は、単層であってもよく、２層以上が積層されたものであってもよい。

遮光パターン３９の膜厚としては、特に限定されるものではなく、例えばクロム膜の場合には５０〜１５０ｎｍ程度とすることができる。

遮光パターン３９の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。

成膜後、遮光パターン３９のパターニングを行う。パターニング方法は特に限定されないが、通常はリソグラフィー法が用いられる。

半透明パターン４１は、ハーフトーンパターンとも呼ばれ、特に限定されるものではなく、例えばクロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素等の酸化物、窒化物、炭化物などの膜が挙げられる。半透明パターン４１及び遮光パターン３９を同一エッチング設備、工程でパターニングし得るという利点から、半透明パターン４１と遮光パターン３９が同系の材料からなる膜であることが好ましい。前述するように遮光パターン３９がクロム系膜であることが好ましいことから、半透明パターン４１も、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化窒化炭化クロムなどのクロム系膜であることが好ましい。また、これらのクロム系膜は、機械的強度に優れており、さらには安定しているため、長時間の使用に耐えうるマスクとすることができる。

特に、半透明パターン４１の元素比率は、金属の含有量は９７％以上であることが好ましく、中でも９９％以上であることが好ましい。また、窒素の含有量は、３％以下であることが好ましく、中でも２％以下であることが好ましい。さらに、酸素の含有量は、３％以下であることが好ましく、中でも２％以下であることが好ましい。

また、半透明パターン４１は、単層であってもよく、複数の層で構成されていてもよい。これにより、複数の透過率を有する多階調のマスクとすることができる。

半透明パターン４１の膜厚としては、例えばクロム膜の場合は５〜５０ｎｍ程度とすることができ、また酸化クロム膜の場合は５〜１５０ｎｍ程度とすることができる。半透明パターン４１の透過率はその膜厚により変わるので、膜厚を制御することで所望の透過率とすることができる。また、半透明パターン４１が酸素、窒素、炭素などを含む場合は、その透過率は組成により変わるので、膜厚と組成とを同時にコントロールすることで所望の透過率を実現できる。

半透明パターン４１の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。例えばスパッタリング法を用いて酸化窒化炭化クロム膜を成膜する場合は、Ａｒガス等のキャリアガス、酸素ガス、炭酸ガス、窒素ガスを反応装置内に導入し、Ｃｒターゲットを用いた反応性スパッタリング法にて酸化窒化炭化クロム膜を成膜することができる。この際、酸化窒化炭化クロム膜の組成の制御は、Ａｒガス、酸素ガス、炭酸ガス、窒素ガスの流量の割合を制御することにより行うことができる。

成膜後、パターニングを行い、半透明パターン４１を形成する。

なお、遮光パターン３９より先に半透明パターン４１を形成してもよく、遮光パターン３９の上に半透明パターン４１が形成されないように半透明パターン４１をパターニングしてもよい。

図５、図６は、透過部と半透過部を介した露光量をシミュレーションした結果を示す。図５は、直径６．５μｍ、直径１２μｍ、直径１８μｍの円形状の透過部を介して露光した際の光強度プロファイルを示す図である。透過部の中心での光強度は、透過部の直径が小さくなるにしたがって、低下する。露光した光強度に比例して、形成される感光性樹脂組成物の高さが変わるため、半径の小さい透過部を介して露光すると背の低い構造物が形成され、半径の大きい透過部を介して露光すると背の高い構造物が形成される。

図６は、柱状スペーサーとリブに対応する円状の透過部または半透過部を介して露光した際の光強度プロファイルを示す図である。光強度が０．１５より低い場合は、感光性樹脂組成物が硬化しないため、光強度０．１５に線を引いている。図６（ａ）に示すように、直径１２μｍの透過部を用いて露光すると、直径６．５μｍの透過部を用いて露光した場合とくらべて、光強度がおよそ５倍となる。そのため、図３（ｂ）に示す透過部２５ａを直径１２μｍの円形状にし、透過部２５ｂを直径６．５μｍの円形状にすることで、柱状スペーサー１１とリブ１３とを得ることができる。

また、図６（ｂ）に示すように、直径１８μｍの半透過部を用いて露光すると、直径６．５μｍの透過部を用いて露光した場合と、同様の光強度が得られる。なお、半透過部の透過率を１５％と設定し、半透過部の光強度プロファイルは、同じ直径を有する透過部の光強度プロファイルに１５％をかけたものである。なお、直径６．５μｍの半透過部を用いて露光すると、光強度の最大値が０．１５より低いため、感光性樹脂組成物が硬化せず、構造物を形成できない。図３（ｂ）に示す半透過部２３を直径１８μｍの円形状にし、透過部２５ｂを直径６．５μｍの円形状とすることで、リブ１３を得ることができる。

第１の実施形態によれば、柱状スペーサー１１の近傍のリブ１３を、透過部２５ｂを介して露光することで形成するため、柱状スペーサー１１と、柱状スペーサー１１の近傍のリブ１３と、同一工程かつ同一材料で形成可能であり、カラーフィルタ１の作製工程が削減される。

また、第１の実施形態によれば、フォトマスクにおいて、径の異なる透過部と、半透過部を用いることで、高さの異なる３種類の構造物を形成することができる。

また、第１の実施形態によれば、カラーフィルタ１とＴＦＴ基板とが、絶縁体の柱状スペーサー１１を介して接するため、カラーフィルタ１とＴＦＴ基板とは短絡しない。

次に、第２の実施形態について説明する。
図７は、第２の実施形態にかかる、カラーフィルタ１及びフォトマスク４３を示す図である。第２の実施形態で第１の実施形態にかかるカラーフィルタ１、フォトマスク１７と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。

第２の実施形態は、第１の実施形態においてネガ型感光性樹脂組成物を用いて柱状スペーサー１１などを形成しているのに対し、第２の実施形態においてはポジ型感光性樹脂組成物を用いて柱状スペーサー１１などを形成する点が異なる以外は、同様である。図７（ａ）は、第２の実施形態に係るカラーフィルタ１を示す図であり、第２の実施形態に係るカラーフィルタ１は、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１と同じである。図７（ｂ）は、ポジ型感光性樹脂組成物を用いてカラーフィルタ１を作製する際のフォトマスク４３を示す図である。フォトマスク４３は、フォトマスク１７とは、透過部と遮光部が入れ替わった構造をしている。

図７（ｂ）に示すように、フォトマスク４３は、透過部４５の中に、半透過部４７と、遮光部４９ａ、遮光部４９ｂを有する。フォトマスク４３の半透過部４７に対応してリブ１５とリブ１３が形成され、遮光部４９ｂに対応してリブ１３が形成され、透過部４９ａに対応して柱状スペーサー１１が形成される。

次に、第２の実施形態に係るカラーフィルタ１の製造方法を説明する。透明樹脂層９の形成までは、第１の実施形態と同様である。

次に、透明電極層９の上に、ポジ型感光性樹脂組成物を塗布する。感光性樹脂組成物の塗布方法としては、第１の実施形態と同様の方法を用いることができる。

次に、フォトマスク４３を用いて光を照射し、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５となる箇所以外の感光性樹脂組成物を可溶化する。ポジ型感光性樹脂組成物は、ネガ型感光性樹脂組成物と異なり、感光した箇所が可溶化する。

次に、光が照射された部分の可溶化した感光性樹脂組成物を溶剤で溶解除去することによって、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５を現像する。現像は、一般的な現像方法に従って行うことができる。現像により、感光性樹脂組成物２９のうち、露光により可溶化しなかった部分が残存し、その他の部分が選択的に除去される。フォトマスク４３の半透過部４７に対応してリブ１５、リブ１３が形成され、透過部４９ｂに対応してリブ１３が形成され、透過部４９ａに対応して柱状スペーサー１１が形成される。

また、現像後の柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５に対してポストベークを行う。ポストベークは、例えば温度１００〜２５０℃、処理時間１０〜６０分程度で適宜設定することができる。その結果、柱状スペーサー１１、リブ１３、リブ１５を形成し、カラーフィルタ１を得る。

また、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかるカラーフィルタとフォトマスクの好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

第１の実施形態に係るカラーフィルタ１を、図３（ａ）におけるＡ−Ａ´で切断し、Ｂ方向から観察した図。 第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の製造工程を示す図。 第１の実施形態に係るカラーフィルタ１とフォトマスク１７の平面図。 第１の実施形態に係るフォトマスク１７を、図３（ｂ）におけるＥ−Ｅ´断面図。 直径６μｍから直径２０μｍまでの円形状の透過部を介して露光した際の光強度プロファイルのシミュレーションを示す図。 柱状スペーサーとリブに対応する透過部または半透過部を介して露光した際の光強度プロファイルのシミュレーションを示す図。 第２の実施形態に係るカラーフィルタ１とフォトマスク４３の平面図。

符号の説明

１………カラーフィルタ
３………基板
５………枕部
７………着色層
９………透明電極層
１１………柱状スペーサー
１３………リブ
１５………リブ
１７………フォトマスク
１９………マスク基板
２１………遮光部
２３………半透過部
２５………透過部
２７………光
２９………感光性樹脂組成物
３３………赤色層
３５………緑色層
３７………青色層
３９………遮光パターン
４１………半透明パターン
４３………フォトマスク
４５………透過部
４７………半透過部
４９………遮光部

Claims (8)

1. カラーフィルタの作製工程に用いられ、
   基板上の遮光部中に、
   半透過部と、
   第１の透過部と、
   前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部と、
   を備え、
   ネガ型感光性樹脂組成物を露光し、径と高さの異なる３種類の構造物を同時に形成することを特徴とするフォトマスク。
2. 透過表示領域と反射表示領域とを備える半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの作製工程に用いられ、
   基板上の遮光部中に、
   前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の透過部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部と、
   を備え、
   ネガ型感光性樹脂組成物を露光し、透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とするフォトマスク。
3. カラーフィルタに用いられる、枕部を有する基板に、ネガ型感光性樹脂組成物を塗布する工程と、
   基板上の遮光部中に、
   前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の透過部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部と、
   を備えるフォトマスクを用いて、前記ネガ型感光性樹脂組成物を露光する工程と、
   前記ネガ型感光性樹脂組成物を現像する工程と、
   を備え、
   透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
4. カラーフィルタに、径と高さの異なる３種類の構造物を形成するため、
   背の高い構造物に対応して、第１の透過部を設け、
   背の低い構造物が、前記背の高い構造物に近い場合には、前記背の低い構造物に対応して、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の透過部を設け、
   背の低い構造物が、前記背の高い構造物から遠い場合には、前記背の低い構造物に対応して、半透過部を設けることを特徴とするフォトマスクの設計方法。
5. カラーフィルタの作製工程に用いられ、
   透明基板上に、
   半透過部と、
   第１の遮光部と、
   前記第１の遮光部よりも径の小さい第２の遮光部と、
   を備え、
   ポジ型感光性樹脂組成物を露光し、径と高さの異なる３種類の構造物を同時に形成することを特徴とするフォトマスク。
6. 透過表示領域と反射表示領域とを備える半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの作製工程に用いられ、
   透明基板上に、
   前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の遮光部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の遮光部よりも径の小さい第２の遮光部と、
   を備え、
   ポジ型感光性樹脂組成物を露光し、透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とするフォトマスク。
7. カラーフィルタに用いられる、枕部を有する基板に、ポジ型感光性樹脂組成物を塗布する工程と、
   透明基板上に、
   前記カラーフィルタの透過表示領域のリブに対応する半透過部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域の柱状スペーサーに対応する第１の遮光部と、
   前記カラーフィルタの反射表示領域のリブに対応し、前記第１の遮光部よりも径の小さい第２の遮光部と、
   を備えるフォトマスクを用いて、前記ポジ型感光性樹脂組成物を露光する工程と、
   前記ポジ型感光性樹脂組成物を現像する工程と、
   を備え、
   透過表示領域のリブと、反射表示領域の柱状スペーサーと、反射表示領域のリブと、を同時に形成することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
8. カラーフィルタに、径と高さの異なる３種類の構造物を形成するため、
   背の高い構造物に対応して、第１の遮光部を設け、
   背の低い構造物が、前記背の高い構造物に近い場合には、前記背の低い構造物に対応して、前記第１の透過部よりも径の小さい第２の遮光部を設け、
   背の低い構造物が、前記背の高い構造物から遠い場合には、前記背の低い構造物に対応して、半透過部を設けることを特徴とするフォトマスクの設計方法。

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