JP2010282051A - Method for manufacturing color filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置用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の端部上に発生するツノ段差の高さを低減させることができ、従って、平坦化するための研磨処理、或いはオーバーコート層を不要なものとし、廉価にカラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造方法に関する。 The present invention relates to a color filter for a liquid crystal display device, and in particular, can reduce the height of a horn step generated on an edge of a resin black matrix, and therefore a polishing process for flattening, Or it is related with the manufacturing method of the color filter which makes an overcoat layer unnecessary and manufactures a color filter cheaply.
液晶表示装置などの表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの調整、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは有用な手段となっている。この表示装置に用いられるカラーフィルタは、多くの場合、画素として形成され用いられる。表示装置に用いられるカラーフィルタの画素を形成する方法として、実用されてきた方法としては印刷法、フォトリソグラフィ法など挙げられるがフォトリソグラフィ法が広く用いられている。 In a display device such as a liquid crystal display device, it is a useful means to use a color filter for purposes such as color display, reflectance reduction, contrast adjustment, and spectral characteristic control. In many cases, the color filter used in this display device is formed and used as a pixel. As a method for forming a pixel of a color filter used in a display device, a printing method, a photolithography method, and the like have been put to practical use, but a photolithography method is widely used.
液晶表示装置に用いられる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、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上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、フォトスペーサー、配向制御用突起などを順次に位置合わせして形成するといった方法が用いられている。 As a method of manufacturing a color filter used in a liquid crystal display device, first, a black matrix is formed on a glass substrate, and then a colored pixel is aligned with the black matrix pattern on the glass substrate on which the black matrix is formed. In addition, a transparent conductive film, a photo spacer, an alignment control protrusion, and the like are sequentially aligned and formed.
ブラックマトリックスは遮光性を有し、その開口部にてガラス基板上での着色画素の位置を定め、着色画素の大きさを均一なものとしている。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の形成は、例えば、黒色感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ法によって形成するといった方法が用いられている。黒色感光性樹脂を用いて形成したブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックスと称している。 The black matrix has a light-shielding property, and the positions of the colored pixels on the glass substrate are determined at the openings so that the size of the colored pixels is uniform. In addition, when used in a display device, it has a function of blocking unwanted light and making an image of the display device a uniform image with no unevenness and an improved contrast. For example, the black matrix is formed by a photolithography method using a black photosensitive resin. A black matrix formed using a black photosensitive resin is referred to as a resin black matrix.
また、着色画素は、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、この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、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の塗布膜を設け、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、透明導電膜の形成は、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。
The colored pixels have, for example, red, green, and blue filter functions. For example, a negative colored photo in which a pigment such as a pigment is dispersed on a glass substrate on which the resin black matrix is formed. A method is adopted in which a resist coating film is provided and colored pixels are formed by exposure and development on the coating film.
In addition, the transparent conductive film is formed by forming a transparent conductive film on a glass substrate on which colored pixels are formed by sputtering using ITO (Indium Tin Oxide), for example.
また、フォトスペーサー、及び配向制御用突起などの形成は、上記樹脂ブラックマトリックス、或いは着色画素の処理ラインと同様な処理ラインを用い、フォトリソグラフィ法によって形成するといった方法がとられている。 In addition, the photo spacer, the alignment control protrusion, and the like are formed by a photolithography method using a processing line similar to the processing line of the resin black matrix or the colored pixel.
ブラックマトリックスは、クロムなどの金属薄膜を用いた際には膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜で遮光のための充分な濃度が得られるが、上記黒色感光性樹脂を用いた際には、例えば、１．０μｍ〜１．５μｍ程度の厚さにして必要な濃度を得るようにしている。この樹脂を用いた際に、樹脂ブラックマトリックスの膜厚が、１．０μｍ〜１．５μｍ程度と厚くなると、図３に例示するように、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）の端部上にて高さ（Ｈ１）の段差（盛り上がり）となる。この段差はツノ段差（５３）と称されている。 The black matrix is a thin film having a film thickness of about 100 nm to 200 nm when a metal thin film such as chromium is used, and a sufficient concentration for shading is obtained. However, when the black photosensitive resin is used, for example, The required concentration is obtained by setting the thickness to about 1.0 μm to 1.5 μm. When this resin is used, if the thickness of the resin black matrix becomes as thick as about 1.0 μm to 1.5 μm, as illustrated in FIG. 3, the peripheral portion is overlapped on the resin black matrix (51). The formed colored pixel (52) has a step (swell) with a peripheral edge at the height (H1) on the end of the resin black matrix (51). This step is referred to as a horn step (53).
図１及び図２は、ガラス基板（５０）上に樹脂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段階を表した断面図及び平面図である。図２に示すＸ−Ｘ線での断面が図１である。また、図３は、図１に示すツノ段差（５３）の近傍を拡大した説明図である。 1 and 2 are a cross-sectional view and a plan view showing a stage in which a resin black matrix (51) and colored pixels (52) are sequentially formed on a glass substrate (50). FIG. 1 is a cross section taken along line XX shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram enlarging the vicinity of the horn step (53) shown in FIG.
樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上にツノ段差（５３）が形成されたカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、液晶の転傾などにより表示不良、或いは画素周辺部で光漏れを起こしコントラストの低下など、表示品質に悪影響を及ぼすことになる。そこで、平坦化処理として、着色画素を形成した後に、例えば、ガラス基板上のツノ段差（５３）を研磨する方法、或いは、オーバーコート層を設ける方法が広く採用されている。 If a color filter with a horn step (53) formed on the edge of the resin black matrix (51) is used in a liquid crystal display device, the liquid crystal display device will cause a display failure due to liquid crystal tilt or the like, and light leakage will occur at the pixel periphery, resulting in a contrast loss. This will adversely affect display quality, such as degradation. Therefore, as a planarization treatment, for example, a method of polishing a horn step (53) on a glass substrate or a method of providing an overcoat layer after forming colored pixels is widely adopted.
しかし、市場では、より廉価なカラーフィルタが求められており、研磨処理を施さずに、或いはオーバーコート層を設けずにツノ段差（５３）が低減されたカラーフィルタが要望されている。 However, there is a demand for a cheaper color filter in the market, and there is a demand for a color filter in which the horn step (53) is reduced without performing a polishing process or without providing an overcoat layer.
図４は、図１〜図３に示す、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、着色画素（５２）を形成する際の露光方法の一例を説明する断面図である。図４に示すように、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）上に着色フォトレジスト層（６０）が設けられ、その上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を介してフォトマスク（ＰＭ１）が配置されている。着色フォトレジスト層（６０）は、樹脂ブラックマトリックス（５１）上では盛り上がり状を呈している。 FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining an example of an exposure method when forming the colored pixels (52) on the glass substrate (50) on which the resin black matrix (51) is formed, shown in FIGS. is there. As shown in FIG. 4, a colored photoresist layer (60) is provided on a glass substrate (50) on which a resin black matrix (51) is formed. A mask (PM1) is arranged. The colored photoresist layer (60) has a raised shape on the resin black matrix (51).
フォトマスク（ＰＭ１）には、着色画素（５２）の形成に対応したパターン（開口部）（３２）が設けられている。フォトマスクの膜面は着色フォトレジスト層（６０）に対向している。図４は、着色画素（５２）の形成にネガ型の着色フォトレジストが用いられた例である。 The photomask (PM1) is provided with a pattern (opening) (32) corresponding to the formation of the colored pixels (52). The film surface of the photomask faces the colored photoresist layer (60). FIG. 4 shows an example in which a negative colored photoresist is used to form the colored pixels (52).
フォトマスク（ＰＭ１）の上方からの照射光（Ｅ）は、フォトマスクの開口部（３２）を経て着色フォトレジスト層（６０）上に露光され、現像処理後に幅（Ｗ２）を有する着色画素（５２）が形成される。
フォトマスクの開口部（３２）の幅（Ｗ２）は、ガラス基板（５０）上に設けられた樹脂ブラックマトリックス（５１）の開口部（５１ｂ）の幅（Ｗ１）（隣接する樹脂ブラックマトリックス（５１）間の距離）よりも大きなものとしている（Ｗ２＞Ｗ１、Ｗ２−Ｗ１＝ΔＷ）。
Irradiated light (E) from above the photomask (PM1) is exposed on the colored photoresist layer (60) through the opening (32) of the photomask, and a colored pixel having a width (W2) after development processing ( 52) is formed.
The width (W2) of the opening (32) of the photomask is the width (W1) of the opening (51b) of the resin black matrix (51) provided on the glass substrate (50) (adjacent resin black matrix (51 ))) (W2> W1, W2-W1 = ΔW).
この幅の差（ΔＷ）は、露光時におけるフォトマスクの位置ズレによって、樹脂ブラックマトリックス（５１）の開口部（５１ｂ）に着色画素（５２）が形成されない部分が発生するのを防ぐためのものである。
従って、フォトマスクが正常に位置合わせされると、露光に続く現像処理後の着色画素（５２）は、その周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上に盛り上がり、ツノ段差（５３）が形成されることになる。
This difference in width (ΔW) is to prevent a portion where the colored pixel (52) is not formed in the opening (51b) of the resin black matrix (51) due to the positional deviation of the photomask during exposure. It is.
Therefore, when the photomask is properly aligned, the peripheral portion of the colored pixel (52) after the development processing following the exposure rises on the end of the resin black matrix (51), and the horn step (53) is formed. Will be formed.
本発明は、上記の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、樹脂ブラックマトリックスの端部上に、着色画素の周縁部を重ねて形成しても、樹脂ブラックマトリックスの端部上に発生するツノ段差の高さを低減させることができ、従って、カラーフィルタの表面を平坦化するための研磨処理を不要なものとし、或いはオーバーコート層を設けることを不要なものとし、廉価にカラーフィルタを製造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課題とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a method of manufacturing a color filter in which a resin black matrix and colored pixels are sequentially formed on a glass substrate, on the end of the resin black matrix, Even if the peripheral edges of the colored pixels are overlapped, the height of the horn step generated on the edge of the resin black matrix can be reduced, and therefore a polishing process for flattening the surface of the color filter can be performed. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a color filter that can be manufactured at low cost by making it unnecessary or providing an overcoat layer unnecessary.
本発明は、透明基板上に少なくとも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、前記着色画素を形成する際に、
１）露光装置として、前記透明基板を載置する露光ステ−ジ上面が鏡面である露光装置を用い、
２）フォトマスクとして、着色画素の形成に対応した開口部が設けられたフォトマスクを用い、
３）ａ）前記樹脂ブラックマトリックスが形成された透明基板の上面に、着色画素形成用のネガ型の着色フォトレジストの塗布膜を形成する工程、
ｂ）該塗布膜が形成された透明基板を、前記上面が鏡面である露光ステ−ジ上に、透明基板の下面を露光ステ−ジの上面に向けて載置する工程、
ｃ）樹脂ブラックマトリックスの端部上に、形成する着色画素の周縁部が重なるように前記フォトマスクを位置合わせする工程、
ｄ）該フォトマスクを介し、上方の光源からの照射光を着色フォトレジストの塗布膜に上方から露光する工程、を少なくとも具備し、
樹脂ブラックマトリックスの端部上の塗布膜には、上方からの照射光を露光し、樹脂ブラックマトリックスの開口部上の塗布膜には、上方からの照射光と、該塗布膜を透過し露光ステ−ジ上面の鏡面にて反射された、下方からの反射照射光とを露光した後に現像処理を施すことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
In the method for manufacturing a color filter in which at least a resin black matrix and colored pixels are sequentially formed on a transparent substrate, the present invention, when forming the colored pixels,
1) As an exposure apparatus, an exposure apparatus in which the upper surface of the exposure stage on which the transparent substrate is placed is a mirror surface,
2) As a photomask, a photomask provided with openings corresponding to the formation of colored pixels is used.
3) a) forming a negative colored photoresist coating film for forming colored pixels on the upper surface of the transparent substrate on which the resin black matrix is formed;
b) placing the transparent substrate on which the coating film is formed on an exposure stage whose upper surface is a mirror surface, and placing the lower surface of the transparent substrate on the upper surface of the exposure stage;
c) the step of aligning the photomask so that the peripheral edge of the colored pixel to be formed overlaps the edge of the resin black matrix;
d) exposing the irradiation light from the upper light source to the colored photoresist coating film from above via the photomask,
The coating film on the edge of the resin black matrix is exposed to irradiation light from above, and the coating film on the opening of the resin black matrix is transmitted through the coating film and the exposure film through the coating film. A method for producing a color filter, characterized in that a development process is performed after exposing the reflected irradiation light from below reflected on the mirror surface on the upper surface of the die.
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、前記上方からの照射光の露光は、上方からの露光のみでは塗布膜の硬化が不十分であり、上方からの露光と、下方からの反射照射光の露光が加算された露光では塗布膜の硬化が適正である照度、及び露光量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。 Further, in the color filter manufacturing method according to the present invention, in the color filter manufacturing method according to the above invention, the exposure of the irradiation light from above is insufficient for curing the coating film only from above, and from above and from below The color filter manufacturing method is characterized in that the exposure to which the exposure of the reflected irradiation light is added has an illuminance and an exposure amount appropriate for curing the coating film.
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、前記上方からの露光のみの塗布膜部分の焼成処理後の露光率は７５％以下であり、前記上方からの露光と、下方からの反射照射光の露光が加算された露光の塗布膜部分の焼成処理後の露光率は８０％以上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。 Further, in the color filter manufacturing method according to the present invention, the exposure rate after the baking treatment of the coating film portion only exposed from above is 75% or less, and the exposure from above and the exposure from below The color filter manufacturing method is characterized in that the exposure rate after the baking treatment of the exposed coating film portion to which the exposure of the reflected irradiation light is added is 80% or more.
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、前記樹脂ブラックマトリックスの膜厚は１〜２μｍであり、その光学濃度は３．０〜７．０であり、樹脂ブラックマトリックスの端部上に重なる着色画素の周縁部の幅は各々４〜７μｍ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。 In the color filter manufacturing method according to the present invention, the resin black matrix has a film thickness of 1 to 2 μm, an optical density of 3.0 to 7.0, and an end portion of the resin black matrix. The color filter manufacturing method is characterized in that the widths of the peripheral edge portions of the colored pixels overlying each are 4 to 7 μm.
本発明は、露光装置として、透明基板を載置する露光ステ−ジ上面が鏡面である露光装置を用い、フォトマスクとして、着色画素の形成に対応した開口部が設けられたフォトマスクを用い、樹脂ブラックマトリックスが形成された透明基板の上面に、着色画素形成用
のネガ型の着色フォトレジストの塗布膜を形成する工程、塗布膜が形成された透明基板を、上面が鏡面である露光ステ−ジ上に、透明基板の下面を露光ステ−ジの上面に向けて載置する工程、樹脂ブラックマトリックスの端部上に、形成する着色画素の周縁部が重なるようにフォトマスクを位置合わせする工程、フォトマスクを介し、上方の光源からの照射光を着色フォトレジストの塗布膜に上方から露光する工程を具備し、樹脂ブラックマトリックスの端部上の塗布膜には、上方からの照射光を露光し、樹脂ブラックマトリックスの開口部上の塗布膜には、上方からの照射光と、塗布膜を透過し露光ステ−ジ上面の鏡面にて反射された、下方からの反射照射光とを露光した後に現像処理を施すので、樹脂ブラックマトリックスの端部上に発生するツノ段差の高さを低減させ、従って、カラーフィルタの表面を平坦化するための研磨処理、或いはオーバーコート層を不要なものとし、廉価にカラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造方法となる。
The present invention uses, as an exposure apparatus, an exposure apparatus in which the upper surface of an exposure stage on which a transparent substrate is placed is a mirror surface, and uses a photomask provided with openings corresponding to the formation of colored pixels as a photomask. A step of forming a negative colored photoresist coating film for forming colored pixels on the upper surface of the transparent substrate on which the resin black matrix is formed, and an exposure stage in which the upper surface is a mirror surface. A step of placing the lower surface of the transparent substrate on the upper surface of the exposure stage, and a step of aligning the photomask so that the peripheral edge of the colored pixel to be formed overlaps with the edge of the resin black matrix. And a step of exposing the colored photoresist coating film from above through a photomask, and the coating film on the edge of the resin black matrix, The coating film on the opening of the resin black matrix is exposed to the irradiation light from one side and reflected from the mirror surface on the upper surface of the exposure stage through the coating film and the irradiation light from above. Since the development process is performed after the exposure to the reflected irradiation light, the height of the horn step generated on the edge of the resin black matrix is reduced, and therefore the polishing process or the over-leveling process is performed to flatten the surface of the color filter. A color filter manufacturing method that eliminates the need for a coat layer and manufactures a color filter at low cost.
また、本発明は、照射光の露光は、上方からの露光のみでは塗布膜の硬化が不十分であって、上方からの露光と、下方からの反射照射光の露光が加算された露光では塗布膜の硬化が必要かつ十分な適正となる照度、及び露光量であり、或いは上方からの露光のみの塗布膜部分の焼成処理後の露光率は７５％以下であり、上方からの露光と、下方からの反射照射光の露光が加算された露光の塗布膜部分の焼成処理後の露光率は８０％以上であるので、着色画素の膜厚は所望する膜厚となり、またツノ段差の高さは良好に低減された高さとなるカラーフィルタの製造方法となる。 Further, in the present invention, the exposure of the irradiation light is not sufficiently cured by only the exposure from above, and the exposure is performed by adding the exposure from above and the exposure of reflected irradiation light from below. The illuminance and exposure amount at which the film needs to be cured and adequately appropriate, or the exposure rate after baking of the coating film part that is only exposed from above is 75% or less. Since the exposure rate after the baking treatment of the coating film portion of the exposure to which the exposure of the reflected irradiation light from is added is 80% or more, the thickness of the colored pixel becomes a desired thickness, and the height of the horn step is This is a method for manufacturing a color filter having a well reduced height.
以下に、本発明によるカラーフィルタの製造方法の実施の形態について説明する。
図５は、本発明によるカラーフィルタの製造方法における露光方法の一例を説明する断面図であり、樹脂ブラックマトリックスが形成された、透明基板であるガラス基板上に着色画素を形成する際の露光方法を説明するものである。図６は、ツノ段差が発生する樹脂ブラックマトリックスの近傍の部分を拡大したものである。
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a color filter according to the present invention will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining an example of an exposure method in the method for producing a color filter according to the present invention, and an exposure method for forming colored pixels on a glass substrate, which is a transparent substrate, on which a resin black matrix is formed. Is described. FIG. 6 is an enlarged view of a portion in the vicinity of the resin black matrix in which a horn step is generated.
図５に示すように、ガラス基板（５０）を載置する露光ステージとして、本発明においては、その上面が鏡面となっている露光ステージ（７０）を用いる。フォトマスクは、着色画素（５２）の形成に対応した開口部（３２）が設けられたフォトマスク（ＰＭ２）を用いる。図５に示すように、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）の上面に着色フォトレジスト層（６０）が設けられ、ガラス基板（５０）は、その上面が鏡面である露光ステージ（７０）上にガラス基板（５０）の下面を露光ステージ（７０）の上面に向けて載置されている。 As shown in FIG. 5, in the present invention, an exposure stage (70) whose upper surface is a mirror surface is used as an exposure stage on which a glass substrate (50) is placed. As the photomask, a photomask (PM2) provided with an opening (32) corresponding to the formation of the colored pixel (52) is used. As shown in FIG. 5, a colored photoresist layer (60) is provided on the upper surface of a glass substrate (50) on which a resin black matrix (51) is formed, and the glass substrate (50) has an upper surface that is a mirror surface. The glass substrate (50) is placed on the stage (70) with the lower surface facing the upper surface of the exposure stage (70).
ガラス基板（５０）の上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を介してフォトマスク（ＰＭ２）が配置されている。フォトマスク（ＰＭ２）には、着色画素（５２）の形成に対応したパターン（開口部）（３２）が設けられている。フォトマスクの膜面は着色フォトレジスト層（６０）に対向している。図５は、着色画素（５２）の形成にネガ型の着色フォトレジストが用いられている。着色フォトレジスト層（６０）は、樹脂ブラックマトリックス（５１）上では盛り上がり状を呈している。 A photomask (PM2) is arranged above the glass substrate (50) via a gap (G) for proximity exposure. The photomask (PM2) is provided with a pattern (opening) (32) corresponding to the formation of the colored pixels (52). The film surface of the photomask faces the colored photoresist layer (60). In FIG. 5, a negative colored photoresist is used to form the colored pixels (52). The colored photoresist layer (60) has a raised shape on the resin black matrix (51).
フォトマスクの開口部（３２）の幅（Ｗ４）は、ガラス基板（５０）上に設けられた樹脂ブラックマトリックス（５１）の開口部（５１ｂ）の幅（Ｗ３）（隣接する樹脂ブラックマトリックス（５１）間の距離）よりも大きなものとしている（Ｗ４＞Ｗ３、Ｗ４−Ｗ３＝ΔＷ２）。この幅の差（ΔＷ２）は、露光時におけるフォトマスクの位置ズレによって、樹脂ブラックマトリックス（５１）の開口部（５１ｂ）に着色画素（５２）が形成されない部分、すなわち、樹脂ブラックマトリックスの端部上に着色画素の周縁部が重ならず、樹脂ブラックマトリックスの端部と着色画素の周縁部との間に隙間が発生するのを防ぐためのものである（図４参照）。 The width (W4) of the opening (32) of the photomask is the width (W3) of the opening (51b) of the resin black matrix (51) provided on the glass substrate (50) (adjacent resin black matrix (51 ))) (W4> W3, W4-W3 = ΔW2). This width difference (ΔW2) is a portion where the colored pixel (52) is not formed in the opening (51b) of the resin black matrix (51b) due to the positional deviation of the photomask during exposure, that is, the end of the resin black matrix. This is for preventing the peripheral edge of the colored pixel from overlapping and preventing a gap from being formed between the edge of the resin black matrix and the peripheral edge of the colored pixel (see FIG. 4).
フォトマスクは露光に先立ち、樹脂ブラックマトリックスの端部上に、形成する着色画素の周縁部が重なるように位置合わせを行っておく。露光は、フォトマスクを介し、上方の光源からの照射光を着色フォトレジストの塗布膜に上方から照射することによて行われる。 Prior to exposure, the photomask is aligned so that the edge of the colored pixel to be formed overlaps the end of the resin black matrix. The exposure is performed by irradiating the colored photoresist coating film from above with irradiation light from an upper light source through a photomask.
樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上の塗布膜の部分（ａ）には、上方からの照射光（Ｅ0 ）が露光される。また、樹脂ブラックマトリックスの開口部（５１ｂ）上の塗布膜の部分（ｂ）には、上方からの照射光（Ｅ0 ）と、塗布膜を透過し減衰した透過照射光（Ｅt ）が露光ステ−ジ（７０）上面の鏡面にて反射された、下方からの反射照射光（Ｅr ）とが露光される。図５中、符号（Ｅt ）は、塗布膜を透過し減衰した透過照射光を表し、また、符号（Ｅr ）は、透過照射光が鏡面にて反射された反射照射光を表している。 Irradiated light (E 0 ) from above is exposed to the coating film portion (a) on the edge of the resin black matrix (51). Further, the portion (b) of the coating film on the opening (51b) of the resin black matrix is exposed to irradiation light (E 0 ) from above and transmitted irradiation light (E t ) transmitted through the coating film and attenuated. The reflected irradiation light (E r ) reflected from the mirror surface on the upper surface of the stage (70) is exposed. In FIG. 5, reference numeral (E t ) represents transmitted irradiation light that has been transmitted through the coating film and attenuated, and reference numeral (E r ) represents reflected irradiation light in which the transmitted irradiation light is reflected by a mirror surface. .
図６は、露光後の現像処理によって得られた着色画素を示したものである。図６に示すように、樹脂ブラックマトリックスの開口部（５１ｂ）上の着色画素（５２）は、上方からの照射光（Ｅ0 ）と下方からの反射照射光（Ｅr ）とが露光されており、所望する膜厚（Ｔ１）を有する着色画素となる。一方、樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上のツノ段差（５３’）は、上方からの照射光（Ｅ0 ）のみの露光であるので、その硬化は不十分である。従って、ツノ段差（５３’）の高さ（Ｈ２）は、前記図３に示す、ツノ段差（５３）の高さ（Ｈ１）よりも低いものとなる（Ｈ２＜Ｈ１）。 FIG. 6 shows colored pixels obtained by development processing after exposure. As shown in FIG. 6, the colored pixel (52) on the opening (51b) of the resin black matrix is exposed to the irradiation light (E 0 ) from above and the reflected irradiation light (E r ) from below. Thus, a colored pixel having a desired film thickness (T1) is obtained. On the other hand, the horn step (53 ′) on the end of the resin black matrix (51) is only exposed to irradiation light (E 0 ) from above, so that its curing is insufficient. Therefore, the height (H2) of the horn step (53 ′) is lower than the height (H1) of the horn step (53) shown in FIG. 3 (H2 <H1).
この上方からの照射光（Ｅ0 ）の露光は、上方からの露光のみでは塗布膜の硬化が不十分であって、上方からの露光と、下方からの反射照射光（Ｅr ）の露光が加算された露光では塗布膜の硬化が必要かつ十分な、つまり、適正となる照度、及び露光量であることが好ましい。 Exposure of the light irradiated from the upper (E 0), the only exposed from above a insufficient curing of the coating film, and exposure from above, the exposure of the reflected radiation beam (E r) from below In the added exposure, it is preferable that the coating film is necessary and sufficient to be cured, that is, an appropriate illuminance and exposure amount.
また、本発明においては、上方からの露光のみの塗布膜部分の焼成処理後の露光率は７５％以下であり、上方からの露光と、下方からの反射照射光の露光が加算された露光の塗布膜部分の焼成処理後の露光率は８０％以上であることが好ましい。 Further, in the present invention, the exposure rate after the baking treatment of the coating film portion only for the exposure from the upper side is 75% or less, and the exposure obtained by adding the exposure from the upper side and the exposure of the reflected irradiation light from the lower side is added. The exposure rate after the baking treatment of the coating film portion is preferably 80% or more.
また、本発明においては、樹脂ブラックマトリックスの膜厚は１〜２μｍであり、その光学濃度は３．０〜７．０であり、樹脂ブラックマトリックスの端部上に重なる着色画素の周縁部の幅は各々４〜７μｍであることが好ましい。この各々の幅とは、前記図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向での、着色画素の周縁部の四辺における重なりの幅である。 In the present invention, the thickness of the resin black matrix is 1 to 2 μm, the optical density is 3.0 to 7.0, and the width of the peripheral edge of the colored pixel that overlaps the edge of the resin black matrix. Is preferably 4 to 7 μm. The respective widths are the overlapping widths at the four sides of the peripheral edge of the colored pixel in the X-axis direction and the Y-axis direction shown in FIG.
以下に、本発明の実施例を説明する。
［樹脂ブラックマトリックスの作製］
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として、表１中、符号（ＢＭ）の欄に記載される組成の黒色感光性樹脂を用い、また、樹脂ブラックマトリックスを形成するプロセス条件として、表２中、符号（ＢＭ）の欄に記載されるプロセス条件を用い、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に、膜厚１．８５μｍ、光学濃度３．０の樹脂ブラックマトリックスを作製した。
[Production of resin black matrix]
As a black photosensitive resin used for forming the resin black matrix, a black photosensitive resin having a composition described in the column of (BM) in Table 1 is used, and the process conditions for forming the resin black matrix are shown in Table 2. A resin black matrix having a film thickness of 1.85 μm and an optical density of 3.0 was produced on a glass substrate having a thickness of 0.7 mm using the process conditions described in the column of reference (BM).
［赤色画素の作製］ [Production of red pixels]
赤色画素の形成に用いる赤色フォトレジストとして、表１中、符号（ＲＥＤ）の欄に記載される組成の赤色フォトレジストを用い、上記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、膜厚２．３μｍの赤色フォトレジスト膜を形成した。この際の乾燥には減圧乾燥を用いた。また、この赤色フォトレジスト膜は、露光量６０ｍＪ／ｃｍ2 にて良好に硬化する感光性を有するものである。 As the red photoresist used for forming the red pixel, a red photoresist having a composition described in the column of the reference numeral (RED) in Table 1 is used, and a film thickness of 2. on the glass substrate on which the resin black matrix is formed. A 3 μm red photoresist film was formed. The drying at this time was performed under reduced pressure. The red photoresist film has photosensitivity that cures well at an exposure amount of 60 mJ / cm 2 .
次に、その表面が鏡面である露光ステージが設けられた露光装置を用い、上記により得られた、赤色フォトレジスト膜が形成されたガラス基板を、ガラス基板のガラス面を鏡面に向けて露光ステージ上に載置した。 Next, using an exposure apparatus provided with an exposure stage whose surface is a mirror surface, the glass substrate on which the red photoresist film obtained as described above is formed is exposed with the glass surface of the glass substrate facing the mirror surface. Placed on top.
赤色画素を形成するプロセス条件として、表２中、符号（ＲＥＤ）の欄に記載されるプロセス条件を用いた。露光方法として、赤色フォトレジスト膜とフォトマスク膜面との間に２００μｍのギャップを設けた近接露光を用いた。露光は、フォトマスク上方からの照射光をフォトマスクの開口部を介し、赤色フォトレジスト膜の上方より照度２０ｍＷにて、露光量４０ｍＪ／ｃｍ2 を与えた。 As a process condition for forming a red pixel, the process condition described in the column of “RED” in Table 2 was used. As an exposure method, proximity exposure in which a gap of 200 μm was provided between the red photoresist film and the photomask film surface was used. In the exposure, irradiation light from above the photomask was given an exposure amount of 40 mJ / cm 2 from above the red photoresist film at an illuminance of 20 mW through the opening of the photomask.
露光後の現像処理としては、アルカリ現像を６０秒、水洗を６０秒、焼成を２３０℃にて２０分を施した。現像処理後に得られた赤色画素のツノ段差の高さは、０．２７μｍのものであった。従来の露光方法によるツノ段差の高さは、０．４１μｍであることからして、本実施例のツノ段差の高さは、約３４％の低減がされている。 As development processing after exposure, alkali development was performed for 60 seconds, washing with water for 60 seconds, and baking at 230 ° C. for 20 minutes. The height of the horn step of the red pixel obtained after the development processing was 0.27 μm. Since the height of the horn step by the conventional exposure method is 0.41 μm, the height of the horn step in this embodiment is reduced by about 34%.
図７は、赤色画素の形成に用いた赤色フォトレジストの露光率の露光量依存性を示す説明図である。横軸は赤色フォトレジスト膜に与えた露光量、縦軸は赤色画素の露光率を表している。図７中、ツノ段差の部分には、上方から露光量４０ｍＪ／ｃｍ2 が与えられ、約６９％の露光率、赤色画素の部分には、上方及び下方から８０ｍＪ／ｃｍ2 の露光量が与えられたと推量され、露光率は約１００％である。
なお、露光率は、露光率＝［焼成後膜厚／１２０ｍＪ／ｃｍ2 露光したときの焼成後膜厚
］×１００で表される。
［緑色画素の作製］
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the exposure dose dependency of the exposure rate of the red photoresist used for forming the red pixel. The horizontal axis represents the amount of exposure given to the red photoresist film, and the vertical axis represents the exposure rate of red pixels. In FIG. 7, an exposure dose of 40 mJ / cm 2 is given to the horn step portion from above, an exposure rate of about 69%, and a red pixel portion is given an exposure dose of 80 mJ / cm 2 from above and below. The exposure rate is estimated to be about 100%.
The exposure rate is expressed as exposure rate = [film thickness after baking / film thickness after baking when exposed to 120 mJ / cm 2 ] × 100.
[Production of green pixels]
赤色画素の作製と同様にして緑色画素を作製した。緑色画素の形成に用いる緑色フォトレジストとして、表１中、符号（ＧＲＥＥＮ）の欄に記載される組成の緑色フォトレジストを用い、上記赤色画素が形成されたガラス基板上に、膜厚２．２μｍの緑色フォトレジスト膜を形成した。緑色画素を形成するプロセス条件として、表２中、符号（ＧＲＥＥＮ）の欄に記載されるプロセス条件を用いた。 A green pixel was produced in the same manner as the red pixel. As a green photoresist used for forming the green pixel, a green photoresist having a composition described in the column of “GREEN” in Table 1 is used, and a film thickness of 2.2 μm is formed on the glass substrate on which the red pixel is formed. A green photoresist film was formed. As a process condition for forming a green pixel, the process condition described in the column of “GREEN” in Table 2 was used.
露光は、フォトマスク上方からの照射光をフォトマスクの開口部を介し、緑色フォトレジスト膜の上方より照度２０ｍＷにて、露光量４０ｍＪ／ｃｍ2 を与えた。
現像処理後に得られた緑色画素のツノ段差の高さは、０．２８μｍのものであった。従来の露光方法によるツノ段差の高さは、０．４２μｍであることからして、本実施例のツノ段差の高さは、約３３％の低減がされている。
図８は、緑色画素の形成に用いた緑色フォトレジストの露光率の露光量依存性を示す説明図である。
［青色画素の作製］
In the exposure, irradiation light from above the photomask was given an exposure amount of 40 mJ / cm 2 from above the green photoresist film at an illuminance of 20 mW through the opening of the photomask.
The height of the horn step of the green pixel obtained after the development processing was 0.28 μm. Since the height of the horn step by the conventional exposure method is 0.42 μm, the height of the horn step in this embodiment is reduced by about 33%.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the exposure dose dependency of the exposure rate of the green photoresist used for forming the green pixel.
[Production of blue pixels]
赤色画素の作製と同様にして青色画素を作製した。青色画素の形成に用いる青色フォトレジストとして、表１中、符号（ＢＬＵＥ）の欄に記載される組成の青色フォトレジストを用い、上記緑色画素が形成されたガラス基板上に、膜厚１．９μｍの青色フォトレジスト膜を形成した。青色画素を形成するプロセス条件として、表２中、符号（ＢＬＵＥ）の欄に記載されるプロセス条件を用いた。 A blue pixel was produced in the same manner as the red pixel. As a blue photoresist used for forming a blue pixel, a blue photoresist having a composition described in the column (BLUE) in Table 1 is used, and a film thickness of 1.9 μm is formed on the glass substrate on which the green pixel is formed. A blue photoresist film was formed. As a process condition for forming a blue pixel, the process condition described in the column of “BLUE” in Table 2 was used.
露光は、フォトマスク上方からの照射光をフォトマスクの開口部を介し、青色フォトレジスト膜の上方より照度２０ｍＷにて、露光量４０ｍＪ／ｃｍ2 を与えた。
現像処理後に得られた青色画素のツノ段差の高さは、０．３０μｍのものであった。従来の露光方法によるツノ段差の高さは、０．２４μｍであることからして、本実施例のツノ段差の高さは、約３８％の低減がされている。
図９は、青色画素の形成に用いた青色フォトレジストの露光率の露光量依存性を示す説明図である。
In the exposure, irradiation light from above the photomask was given an exposure amount of 40 mJ / cm 2 from above the blue photoresist film at an illuminance of 20 mW through the opening of the photomask.
The height of the ridge step of the blue pixel obtained after the development processing was 0.30 μm. Since the height of the horn step by the conventional exposure method is 0.24 μm, the height of the horn step in this embodiment is reduced by about 38%.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the exposure amount dependency of the exposure rate of the blue photoresist used for forming the blue pixel.
３２・・・フォトマスク上の開口部
４０・・・露光ステージ
５１・・・樹脂ブラックマトリックス
５１ｂ・・・樹脂ブラックマトリックスの開口部
５２・・・着色画素
５３・・・ツノ段差
５３’・・・本発明におけるツノ段差
６０・・・着色フォトレジスト層
７０・・・本発明における上面が鏡面の露光ステージ
Ｅ・・・上方からの照射光
Ｅ0 ・・・上方からの照射光
Ｅr ・・・下方からの反射照射光
Ｅt ・・・塗布膜を透過した透過照射光
Ｇ・・・近接露光のギャップ
Ｈ１・・・ツノ段差の高さ
ＰＭ１、ＰＭ２・・・フォトマスク
32... Opening 40 on photomask... Exposure stage 51... Resin black matrix 51 b... Resin black matrix opening 52... Colored pixel 53. horn stepped 60 ... colored photoresist layer 70 ... irradiating light E r ... the upper surface from the irradiation light E 0 ... upwardly from the exposure stage E ... upper mirror of the present invention in the present invention Reflection irradiation light E t from below: Transmission irradiation light G transmitted through coating film: proximity exposure gap H 1: height of step height PM 1, PM 2 ... photomask
Claims (4)
１）露光装置として、前記透明基板を載置する露光ステ−ジ上面が鏡面である露光装置を用い、
２）フォトマスクとして、着色画素の形成に対応した開口部が設けられたフォトマスクを用い、
３）ａ）前記樹脂ブラックマトリックスが形成された透明基板の上面に、着色画素形成用のネガ型の着色フォトレジストの塗布膜を形成する工程、
ｂ）該塗布膜が形成された透明基板を、前記上面が鏡面である露光ステ−ジ上に、透明基板の下面を露光ステ−ジの上面に向けて載置する工程、
ｃ）樹脂ブラックマトリックスの端部上に、形成する着色画素の周縁部が重なるように前記フォトマスクを位置合わせする工程、
ｄ）該フォトマスクを介し、上方の光源からの照射光を着色フォトレジストの塗布膜に上方から露光する工程、を少なくとも具備し、
樹脂ブラックマトリックスの端部上の塗布膜には、上方からの照射光を露光し、樹脂ブラックマトリックスの開口部上の塗布膜には、上方からの照射光と、該塗布膜を透過し露光ステ−ジ上面の鏡面にて反射された、下方からの反射照射光とを露光した後に現像処理を施すことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。 In the method of manufacturing a color filter in which at least a resin black matrix and colored pixels are sequentially formed on a transparent substrate, when forming the colored pixels,
1) As an exposure apparatus, an exposure apparatus in which the upper surface of the exposure stage on which the transparent substrate is placed is a mirror surface,
2) As a photomask, a photomask provided with openings corresponding to the formation of colored pixels is used.
3) a) forming a negative colored photoresist coating film for forming colored pixels on the upper surface of the transparent substrate on which the resin black matrix is formed;
b) placing the transparent substrate on which the coating film is formed on an exposure stage whose upper surface is a mirror surface, and placing the lower surface of the transparent substrate on the upper surface of the exposure stage;
c) the step of aligning the photomask so that the peripheral edge of the colored pixel to be formed overlaps the edge of the resin black matrix;
d) exposing the irradiation light from the upper light source to the colored photoresist coating film from above via the photomask,
The coating film on the edge of the resin black matrix is exposed to irradiation light from above, and the coating film on the opening of the resin black matrix is transmitted through the coating film and the exposure film through the coating film. A method for producing a color filter, wherein the developing process is performed after exposing the reflected irradiation light from below reflected on the mirror surface of the upper surface of the die.
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