JP2014228723A - 高精細カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現像によるブラックマトリクス線９幅の額縁付近における細りやくびれを抑えた高精細カラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】ブラックフォトレジスト２からなる塗膜に、パターン照射を行い、現像により画素と画素とを区分するブラックマトリックス線９と、その周囲を囲む額縁部からなるブラックマトリックス２０を形成し、前記ブラックマトリックス上に着色画素を設けるカラーフィルタの製造方法であって、前記ブラックフォトレジスト２からなる塗膜の、ブラックマトリックスの額縁部７に相当する部分に、露光量の異なる箇所を設け、露光量の異なる箇所を現像除去することにより、額縁部近傍の現像液の活性を減少させ、額縁部近傍に位置するブラックマトリックスの線幅の細り３１やくびれ３２の発生を防止する。
【選択図】図１

Description

高精細カラーフィルタを構成するブラックマトリクス（ＢＭ）の線幅を均一にパターン形成するための露光パターンを工夫したカラーフィルタの製造方法に関し、ブラックマトリクス線幅の細りやくびれの発生がない、ブラックマトリクス線幅の面内分布に優れた高精細カラーフィルタの製造方法に関する。

スマートフォン、タブレットＰＣの普及に伴い、モバイル向け液晶パネルの出荷数が年々増加しており、今後も高い成長率が見込まれている。また、この市場における高精細化への要求は高く、カラーフィルタ（ＣＦ）についても同様に高精細化が求められている。

ＣＦにおける高精細化の主要な課題としては、ブラックマトリクス線幅の細線化および面内分布均一化、ＲＧＢレイヤーからなる着色画素との重ね合わせ精度の向上があげられる。

図５は、ブラックフォトレジストからなる塗膜に、パターン照射を行い、現像により画素と画素とを区分するブラックマトリックス線９と、その周囲を囲む額縁部７からなるブラックマトリックスを形成する時の、現像工程における現像液の未消費領域２１、消費領域２２を示しており、画素１０はブラックフォトレジスト２が除去されるため、現像液が疲労し消費領域２２となるが、額縁部７はブラックフォトレジスト２が除去されないため、現像液の疲労がなく、未消費領域２１となり、現像がすすむことにより、ブラックマトリクス線９部の細り３１や、くびれ３２が発生することを示している。

図６は、ブラックマトリクス線９の細り３１を示しており、額縁部７に近づくに従い、現像液が活性化するため、中央部のブラックマトリクス線９の線幅と比較して現像がすすみ、細くなってしまう。

図７は、ブラックマトリクス線９のくびれ３２を示しており、３１と同様に、額縁部７に近接する部分の、現像がすすみ、線幅の特に細くなるくびれ３２が生じる。

ブラックマトリクスパターン形成用のマスクにおいて、ＣＦの額縁近傍領域のブラックマトリクスの線幅を、あらかじめ現像工程でチップ内部領域の線幅に対して細くなる分だけ太くする補正を施しておくという方法が開示されている（特許文献１）。

しかしながら、上記現像工程にてブラックマトリクスの線幅がＣＦの内部領域に対して細くなるＣＦの額縁近傍領域は、ブラックマトリクスパターンの形状によって異なる。

そのため、ブラックマトリクス線幅が細線化しない内部領域にまで露光マスクにおけるブラックマトリクス線幅を太くする補正を施すことにより、ブラックマトリクスをパターン加工した際に、露光マスクにて補正を施した領域の一部のブラックマトリクス線幅が、補正を施していないＣＦの内部領域と比較して逆に太くなり、不連続に線幅が変化する境界部分が線状のムラとなって見えてしまうという危険がある。

そのため、現像工程においてブラックマトリクス線幅が実際に細るＣＦ額縁近傍領域を正確に把握しておく必要がある。

しかしながら、様々な形状のブラックマトリクスパターンを有するカラーフィルタ基板
に対して、セル額縁近傍領域を正確に把握して、上記の露光マスク補正を適正に施すことは膨大な手間と困難を有する。

またチップ形状も、用途によっては単純な四角形から例えば円形のような複雑なものも登場しており、その点においても、上記の露光マスクの補正を施す実際の作業に対して大きな障壁となる。

ブラックマトリクス線幅の細線化については、線幅が細線化されるに従い、セル額縁近傍においてブラックマトリクス線幅が細るという問題が顕在化している。

額縁近傍における細りは、ブラックマトリックスの剥がれや、ブラックマトリクス線幅面内分布の悪化の要因となり、表示品質の悪化の原因となっている。

ＣＦの額縁近傍におけるブラックマトリクス線幅の細りは、現像時のセル中央部と額縁近傍における現像液の活性の差異に起因すると考えられている。

ネガレジストを用いる場合、額縁部では現像液が消費されないため、額縁近傍における現像液の活性が高い状態となる。一方、中央部ではパターンにより現像液が消費され、活性が低くなっている。

大型基板上の現像処理均一化（現像液分布、置換効率の均一化）については、傾斜搬送、現像液スプレーノズルの揺動などの対策が行われている。この対策は、基板全面に対する現像処理の均一化には寄与するものの、局所的な額縁部とセル中央部の現像液均一化への効果は乏しいと考えられている。

また、額縁部にハーフトーンマスクを用い、ブラックマトリクス線部と比較して、額縁部に光が照射されるように露光を調整し、額縁部の厚みをかえることにより、物理的に現像液の流れを変え、滞留を防止する提案がなされている（特許文献２）。

しかしながら、ハーフトーンマスクを用いる方法は、ブラックマトリクス線幅の細りやくびれを防止することができるが、額縁部の光学濃度が規定の濃度より、下がってしまい、補正として額縁部にブラックマトリクス層を積層することがあるが、剥がれることも可能性としてありえる。

特開２００２−１２２８５６号公報 特開２００９−２４４５２３号公報

現像によるブラックマトリクスの額縁付近における線幅の細りやくびれが抑えられ、ブラックマトリクス線幅の面内分布に優れ、しかも、額縁部の光学濃度や平坦性の調整を行うための、積層膜の膜剥がれがない、高精細カラーフィルタの製造方法を提供する。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、ブラックフォトレジストからなる塗膜に、パターン照射を行い、現像により画素と画素とを区分するブラックマトリックス線と、その周囲を囲む額縁部からなるブラックマトリックスを形成し、前記ブラックマトリックス上に着色画素を設ける高精細カラーフィルタの製造方法であって
、前記ブラックフォトレジストからなる塗膜の、ブラックマトリックスの額縁部に相当する部分に、露光量の異なる箇所を設け、露光量の異なる箇所を現像除去することにより、額縁部に凹凸パターンを形成し、額縁部近傍の現像液の活性を減少させ、額縁部近傍に位置するブラックマトリックスの線幅の細りやくびれの発生を防止することを特徴とする高精細カラーフィルタの製造方法である。

また、請求項２に記載の発明は、前記ブラックフォトレジストからなる塗膜に、ハーフトーンマスクを用い、額縁部に相当する部分に露光量の異なる箇所を設け、額縁部に凹凸パターンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の高精細カラーフィルタの製造方法である。

また、請求項３に記載の発明は、前記ブラックフォトレジストからなる塗膜に、直描露光により、額縁部に相当する部分に露光量の異なる箇所を設け、額縁部に凹凸パターンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の高精細カラーフィルタの製造方法である。

現像時にＣＦ額縁部においても現像液が消費されるため、額縁近傍とセル中央部での現像液の活性の差異が小さく、額縁近傍での線幅の細りやくびれが発生しにくい。額縁近傍での細りがないため、ブラックマトリクス線はがれが発生しにくくなり、高精細化のための、ブラックマトリクス線幅の細線化が可能となる。

また、ブラックマトリクス層の上層にカラーフィルタ構成層のうちの1層以上を積層することで、額縁の凹凸化に伴う、光学密度（ＯＤ値）の低下、平坦性の悪化を補填することが可能で、ハーフトーンマスクを使用することで、従来設備を使用しての高精細化が可能となり、ブラックマトリクス線幅の面内分布に優れた高精細カラーフィルタの製造方法を提供できる。

本発明の高精細カラーフィルタの製造方法を示した概念図である。 図１における現像後のブラックマトリックス２０の断面概念図を、９０度回転させた時の断面概念図である。 額縁部の凹凸パターン及び遮光濃度を補正したブラックマトリックス２０の断面図である。 本発明の現像工程における現像液の未飽和領域２１、飽和領域２２を示した概念図であり、額縁部７に、露光量の異なる箇所８を設けることにより、未飽和領域２１、飽和領域２２に存在する現像液の活性度に差がなくなる。 従来の現像工程における現像液の未飽和領域２１、飽和領域２２を示した概念図である。 現像工程において、ブラックマトリックス２０の額縁部近傍で発生するブラックマトリクス線９の線幅の細り３１を示した概念図である。 現像工程において、ブラックマトリックス２０の額縁部近傍で発生するブラックマトリクス線９の線くびれ３２を示した概念図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の製造方法を示しており、基板１上に、ブラックフォトレジスト２が塗布され、プレベークにより乾燥させた後、マスク３を介して紫外線を照射する。

ブラックフォトレジスト２にはネガ型とレジストとポジ型があるが、ネガ型のレジスト
を用いた例にて説明する。ネガ型のレジストは光硬化タイプのレジストであり、画素１０は遮光部６にあたり、未硬化のままで、ブラックマトリクス線９は透過部５にあたり硬化する。

額縁部に相当する部分のマスク３は、ハーフトーン部４が設けられており、露光量の異なる箇所８を設け、硬化度合いが不十分な部分をパターン状に形成し、現像によりその部分を現像除去し、凹凸パターンを形成する。

図２は、図１におけるブラックマトリックス２０の直角方向の断面図であり、着色画素１０はそれぞれ、ブラックマトリクス線９により囲まれている。

図３は、額縁部の凹凸化に伴う、光学密度（ＯＤ値）の低下や平坦性の悪化を補填するために、レジスト１１を積層した状態を示している。レジストは必要に応じて、濃度調整レジストや透明レジストを積層することも可能である。

図４は、本発明の額縁部７に、マスク３のハーフトーン部４により、露光量の異なる箇所８を設けることにより、光照射の少ない部分を形成することにより、部分的にブラックフォトレジスト２が除去され、現像液が使われ、現像液の活性が落ちることから、細り３１や、くびれ３２が発生しなくなる。

続く現像工程にて、ＵＶ光照射の行われていない画素１０は現像除去され、ブラックマトリクス線９は硬化して残る。額縁部７にハーフトーン部４により、硬化度合いを抑えた部分は、現像液により、画素１０と比較して除去される度合いは低いものの、現像がすすみ、現像液の活性が低下するため、額縁部７近傍で、発生してしまうブラックマトリクス線９の細り３１や、くびれ３２は発生しない。

額縁部７に相当する部分に硬化度合いが不十分な部分を形成する方法としては、ハーフトーン部４を用いずに、直描露光により、額縁部に露光量の異なる箇所を設けることも可能である。

額縁部全てを、ハーフトーンとし、現像時、額縁部７における現像液の消費がすすむようにし、ブラックマトリクス線９と比較して、額縁部７全体を薄く除去すると、額縁部７の遮光が不十分となり、補正として、保証用ブラックフォトレジストを積層しなければならない場合があるが、全体を薄く除去した場合は、積層したブラックフォトレジストとの接着性が問題となり、剥離してしまうことも可能性としてある。

本発明では、額縁部７近傍の、現像液の活性を低下させるため、パターン状に額縁部の一部を薄く除去し、額縁部には凹凸を形成するが、額縁部に凹凸のパターンを形成するため、補正として保証用ブラックフォトレジストを積層しても、凹凸のパターンにより接着性があがり、補正として積層したブラックフォトレジスト２が剥離してしまうことはない。

額縁部に、露光強度を変化させ、部分を設けることにより、額縁近傍での線幅の細り３１やくびれ３２が発生しにくく、ブラックマトリクス線９のはがれのない２０を持つ高精細カラーフィルタの製造方法を提供できる。

１・・・基板
２・・・ブラックフォトレジスト
３・・・マスク（石英）
４・・・ハーフトーン部
５・・・透過部
６・・・遮光部
７・・・額縁部
８・・・露光量の異なる箇所
９・・・ブラックマトリクス線
１０・・・画素
１１・・・透明レジスト（濃度調整レジスト）
２０・・・ブラックマトリックス
２１・・・未消費領域
２２・・・消費領域
３１・・・細り
３２・・・くびれ

Claims (3)

1. ブラックフォトレジストからなる塗膜に、パターン照射を行い、現像により画素と画素とを区分するブラックマトリックス線と、その周囲を囲む額縁部からなるブラックマトリックスを形成し、前記ブラックマトリックス上に着色画素を設けるカラーフィルタの製造方法であって、
   前記ブラックフォトレジストからなる塗膜の、ブラックマトリックスの額縁部に相当する部分に、露光量の異なる箇所を設け、露光量の異なる箇所を現像除去することにより、額縁部に凹凸パターンを形成し、額縁部近傍の現像液の活性を減少させ、額縁部近傍に位置するブラックマトリックスの線幅の細りやくびれの発生を防止することを特徴とする高精細カラーフィルタの製造方法。
2. 前記ブラックフォトレジストからなる塗膜に、ハーフトーンマスクを用い、額縁部に相当する部分に露光量の異なる箇所を設け、額縁部に凹凸パターンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の高精細カラーフィルタの製造方法。
3. 前記ブラックフォトレジストからなる塗膜に、直描露光により、額縁部に相当する部分に露光量の異なる箇所を設け、額縁部に凹凸パターンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の高精細カラーフィルタの製造方法。

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