JP2017211572A - カラーフィルター基板及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、着色層が高色純度であり、かつ、前記露光装置がスキャン露光方式などの高照度露光であっても、着色層とブラックマトリクスの重なり部の段差が顕著に良好なカラーフィルター基板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ブラックマトリックスが形成された基板上に、着色樹脂組成物を塗布、露光、現像する工程によって、複数の着色層を形成するカラーフィルター基板の製造方法であって、少なくとも１つの該着色層を形成する露光工程において、焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍの関係を満たす、カラーフィルター基板の製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルター基板及び表示装置に関する。

液晶や有機エレクトロルミネッセンス等を利用した表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の特性を活かし、テレビ、ノートパソコン、携帯情報端末、デジタルカメラ又はデスクトップモニタ等、様々な用途で使用されている。

近年、従来のＣＲＴテレビでは表現できなかった真紅のバラの鮮やかな色や、南国の海の美しい緑色等を忠実に再現するため、表示装置の色再現範囲を拡大して、ＤＣＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｉｎｅｍａ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ）等の広色域を表示可能とする、高色純度化の要求が高まりつつある。

高色純度化するためには、バックライトの光線透過特性に合うように、カラーフィルターの着色層が含有する着色剤を選択し、着色層中に占める着色剤の比率を増加する必要があった。しかしながら、着色剤の比率を増やすということは、流動性を持つ樹脂比率が減少することを意味し、着色剤の比率を増やした着色層を塗布すると、着色層と下地であるブラックマトリクス（ＢＭ）の重なり部が盛り上がり、ツノ形状の段差が発生するという問題があった。更に、近年ＢＭは高ＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）化及び高電気抵抗化への要求があり、ＢＭを厚膜化する必要があるため、ツノ形状の段差は悪化傾向にあった。

液晶表示装置においては、カラーフィルター基板とＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板間に所定の配向により画像表示を可能とする液晶層を備えており、この基板間隔（セルギャップ）を均一に維持することが画質を決定する重要な要素の１つであるが、段差が悪化すると、セルギャップが均一ではなくなるため、光漏れなどの表示ムラが発生するという問題があった。この問題を解決するため着色層上に高い平坦化能を有する保護膜が提案（特許文献１〜３）されている。

特許第３７３５９８４号公報 特許第４７３５８１８号公報 特許第４９２０１３０号公報

しかしながら、ツノ形状の段差が厚くなると、保護膜で覆っても充分な平坦性は得られてはいなかった。さらに、段差上の保護膜の膜厚は薄くなってしまうため、保護機能が不充分になってしまうため、着色層に存在するイオン性不純物が液晶層へ流出し、液晶の配向不良が起こり、表示ムラが発生するという問題があった。

また、面取り数を増やして歩留まりを向上させるために、マザーガラス基板の大型化が進んでおり、大型のフォトマスクを用いることなく、複数のレンズとステージを随時移動させて広範囲を露光する、レンズスキャン露光なる方法も生み出されている。

レンズスキャン露光方式は、スループットを向上するため高照度で短時間に露光する必要がある。しかしながら、ネガ型レジストは、高照度の露光機でフォトリソグラフィを行うと、酸素阻害の影響を受け難いため、表面硬化が進みやすく、現像しても膜減りが発生し難い。

さらにレンズスキャン露光方式は、マスクを通過した光が投影レンズを通るために回折光が発生し難い。レンズスキャン露光方式はこれらの特徴があるため、一般的にカラーフィルターの露光に使用されるプロキシミティ露光方式に比べてツノ形状の段差が発生しやすいという問題があった。

そこで本発明は、着色層が高色純度であり、かつ、前記露光装置がスキャン露光方式などの高照度露光であっても、着色層とブラックマトリクスの重なり部の段差が顕著に良好なカラーフィルター基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討をした結果、着色層を形成する露光工程において、焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍの関係を満たすようにすれば、上記課題の解決に極めて有効であることを見出し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、ブラックマトリックスが形成された基板上に、着色樹脂組成物を塗布、露光、現像する工程によって、複数の着色層を形成するカラーフィルター基板の製造方法であって、少なくとも１つの該着色層を形成する露光工程において、焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍの関係を満たす、カラーフィルター基板の製造方法を提供する。

本発明の製造方法によれば、表示装置の色再現範囲の拡大に資する高色純度を達成しながら、着色層とブラックマトリクスの重なり部のツノ段差が小さいカラーフィルター基板を製造することが可能となる。

本発明におけるカラーフィルター基板の製造方法の一例である。 通常におけるカラーフィルター基板の製造方法の一例である。 本発明における好ましいカラーフィルター基板の製造方法の一例である。 本発明における好ましいカラーフィルター基板の製造方法の一例である。 本発明におけるカラーフィルター基板の製造方法で作製した、カラーフィルター基板の断面（一部）の一例である。

本発明の製造方法は、ブラックマトリックスが形成された基板上に、着色樹脂組成物を塗布、露光、現像する工程によって、複数の着色層を形成するカラーフィルター基板の製造方法であって、少なくとも１つの該着色層を形成する露光工程において、焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍの関係を満たすことを特徴とする。

本発明のカラーフィルター基板の製造方法は、着色層を形成する露光工程において、焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍの関係を満たすことが必要である。

焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜の関係を満たすことにより、レンズスキャン露光などの投影露光方式であっても、フォトマスクの開口部に比べて光の強度が弱い回折光が発生し、ブラックマトリクス上の着色層と開口部上の着色層の光硬化度にコントラストをつけることが可能となる。これにより、現像時にブラックマトリクス上の着色層の膜減り量を大きくすることが可能になるため、ツノ状段差を小さくすることができる。

また、｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍの関係を満たすことにより、位置精度よくパターニングすることができる。

基板とは、ブラックマトリクスを形成して配置する、板状の部品をいう。基板としては、例えば、石英ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス若しくは表面をシリカコートしたソーダライムガラス等の無機ガラスの板又は有機プラスチックのフィルム若しくはシートが挙げられる。なお、本発明のカラーフィルターオンアレイ基板を備える表示装置が反射型の表示装置である場合は、不透明な基板であっても構わない。

基板上には、表示画像のコントラストを高めるため、ブラックマトリクス（以下、「ＢＭ」）を形成する。

ＢＭを形成するための樹脂組成物が含有する樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂又はシロキサン系樹脂が挙げられる。

ＢＭを形成するための樹脂組成物が含有する遮光材としては、例えば、黒色有機顔料、混色有機顔料又は無機顔料が挙げられる。黒色有機顔料としては、例えば、カーボンブラック、樹脂被覆カーボンブラック、ペリレンブラック又はアニリンブラックが挙げられる。混色有機顔料としては、例えば、赤、青、緑、紫、黄色、マゼンダ又はシアン等の顔料を混合して、疑似黒色化したものが挙げられる。無機顔料としては、例えば、グラファイトあるいはチタン、銅、鉄、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、亜鉛、カルシウム若しくは銀等の金属微粒子、金属酸化物、複合酸化物、金属硫化物、金属窒化物又は金属炭化物が挙げられる。

ＢＭの形成方法としては、遮光材を含有する感光性樹脂組成物又は非感光性樹脂組成物を用いたフォトリソグラフィが一般的である。遮光剤を含有する感光性樹脂組成物を用いたフォトリソグラフィは、感光性樹脂組成物を用いた着色層の形成と同様の条件で行うことができる。遮光剤を含有する非感光性樹脂組成物を用いる場合には、該組成物の塗布膜上にさらにフォトレジスト膜を形成してから、露光及び現像してパターニングすることで、所望のパターンのＢＭを得ることができる。得られたＢＭは、１８０〜３００℃の熱風オーブン又はホットプレートで５〜６０分加熱処理（本キュア）する。

本発明のＢＭのパターン形状としては、例えば、矩形、ストライプ、正方形、多角形、波型又は凹凸のある形状が挙げられる。パターンの幅は、１〜３０μｍが好ましく、１〜１０μｍがより好ましく、１〜５μｍがさらに好ましい。パターン幅が３０μｍを超えると、画素の開口部面積が小さくなり輝度が低下する。一方で、１μｍ未満であると、加工時に欠ける場合がある。

本発明のＢＭの膜厚としては、０．５〜２．０μｍが好ましく、０．８〜１．７μｍがより好ましい。膜厚が０．５μｍ未満であると、遮光性及び抵抗値が不十分となる。一方で、膜厚が２．０μｍを超えると、平坦性が低下しやすい。

本発明の製造方法は、ＢＭが形成された基板上に着色樹脂組成物を塗布、露光、現像する工程によって赤緑青を含む複数の着色層を形成する。

赤緑青を含む複数色の着色層は、ストライプ配置等の一定のパターンで、形成される。着色層の形成方法としては、フォトリソグラフィが一般的である。

着色層の色純度は、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度（ｘ、ｙ）、すなわち、標準条件として周知のＣ光源を用いて測定したＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系における色度座標（ｘ、ｙ）のｘと、膜厚との関係から評価することができる。

赤色の着色層は通常、着色層の膜厚が厚くなるほど、ｘが増大して高色純度となる。着色層が赤色の場合は、ｘを一定にした場合の膜厚、又は、膜厚を一定にした場合のｘ、のいずれかから色純度を評価することができ、一定のｘにおける膜厚が薄いほど、又は、一定の膜厚におけるｘが大きいほど、着色層は薄膜かつ高色純度であるといえる。

緑色の着色層は通常、着色層の膜厚が厚くなるほど、ｙが増大して高色純度となる。着色層が緑色の場合は、ｙを一定にした場合の膜厚、又は、膜厚を一定にした場合のｙ、のいずれかから色純度を評価することができ、一定のｙにおける膜厚が薄いほど、又は、一定の膜厚におけるｙが大きいほど、着色層は薄膜かつ高色純度であるといえる。

青色の着色層は通常、着色層の膜厚が厚くなるほど、ｙが減少して高色純度となる。着色層が青色の場合は、ｙを一定にした場合の膜厚、又は、膜厚を一定にした場合のｙ、のいずれかから色純度を評価することができ、一定のｙにおける膜厚が薄いほど、又は、一定の膜厚におけるｙが小さいほど、着色層は薄膜かつ高色純度であるといえる。

本発明の製造方法で形成される赤色の着色層は、スピンコーターの回転数を調整して膜厚が２．５μｍとなる着色層を形成したとき、Ｃ光源を使用して測定したＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度（ｘ、ｙ）において、０．６６０≦ｘ≦０．６７０となる着色層を形成したとき、０．３２０≦ｙ≦０．３５０であることが好ましく、０．３２５≦ｙ≦０．３３５であることがより好ましい。

本発明の製造方法で形成される緑色の着色層は、スピンコーターの回転数を調整して膜厚が２．５μｍとなる着色層を形成したとき、Ｃ光源を使用して測定したＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度（ｘ、ｙ）において、０．６２０≦ｙ≦０．６４０となる着色層を形成したとき、０．２４０≦ｘ≦０．２８０であることが好ましく、０．２６０≦ｘ≦０．２７５であることがより好ましい。

本発明の製造方法で形成される青色の着色層は、スピンコーターの回転数を調整して膜厚が２．５μｍとなる着色層を形成したとき、Ｃ光源を使用して測定したＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度（ｘ、ｙ）において、０．０６０≦ｙ≦０．０９０となる着色層を形成したとき、０．１２５≦ｘ≦０．１５５であることが好ましく、０．１３５≦ｘ≦０．１４５であることがより好ましい。

本発明の製造方法で形成される着色層の膜厚は、０．１〜３．０μｍであることが好ましく、０．１〜２．０μｍであることがより好ましく、０．１〜１．０μｍであることがさらに好ましい。着色層の膜厚が０．１μｍよりも薄い場合は高色純度を表示することができない。着色層の膜厚が３．０μｍよりも厚い場合は、斜め方向から見たときの混色が発生するため好ましくない。

着色層を形成するための樹脂組成物が含有する着色剤としては、例えば、有機顔料、無機顔料又は染料が挙げられるが、着色層の透明性を高めるため、有機顔料又は染料が好ましい。

赤色顔料としては、例えば、ピグメントレッド（以下、「ＰＲ」）９、ＰＲ４８、ＰＲ９７、ＰＲ１２２、ＰＲ１２３、ＰＲ１４４、ＰＲ１４９、ＰＲ１６６、ＰＲ１６８、ＰＲ１７７、ＰＲ１７９、ＰＲ１８０、ＰＲ１９２、ＰＲ２０９、ＰＲ２１５、ＰＲ２１６、ＰＲ２１７、ＰＲ２２０、ＰＲ２２３、ＰＲ２２４、ＰＲ２２６、ＰＲ２２７、ＰＲ２２８、ＰＲ２４０、ＰＲ２５４又は臭素基を有するジケトピロロピロール顔料が挙げられる。オレンジ色顔料としては、例えば、ピグメントオレンジ（以下、「ＰＯ」）１３、ＰＯ３１、ＰＯ３６、ＰＯ３８、ＰＯ４０、ＰＯ４２、ＰＯ４３、ＰＯ５１、ＰＯ５５、ＰＯ５９、ＰＯ６１、ＰＯ６４、ＰＯ６５又はＰＯ７１が挙げられる。緑色顔料としては、例えば、ピグメントグリ−ン（以下、「ＰＧ」）７、ＰＧ１０、ＰＧ３６又はＰＧ５８が挙げられる。黄色顔料としては、例えば、ピグメントイエロ−（以下、「ＰＹ」）ＰＹ１２、ＰＹ１３、ＰＹ１７、ＰＹ２０、ＰＹ２４、ＰＹ８３、ＰＹ８６、ＰＹ９３、ＰＹ９５、ＰＹ１０９、ＰＹ１１０、ＰＹ１１７、ＰＹ１２５、ＰＹ１２９、ＰＹ１３７、ＰＹ１３８、ＰＹ１３９、ＰＹ１４７、ＰＹ１４８、ＰＹ１５０、ＰＹ１５３、ＰＹ１５４、ＰＹ１６６、ＰＹ１６８又はＰＹ８５が挙げられる。青色顔料としては、例えば、ピグメントブルー（以下、「ＰＢ」）１５：３、ＰＢ１５：４、ＰＢ１５：６、ＰＢ２１、ＰＢ２２、ＰＢ６０又はＰＢ６４が挙げられる。紫色顔料としては、例えば、ピグメントバイオレット（以下「ＰＶ」）１９、ＰＶ２３、ＰＶ２９、ＰＶ３０、ＰＶ３７、ＰＶ４０又はＰＶ５０が挙げられる（以上、番号はいずれもカラーインデックスＮｏ．）。

本発明の着色層の色純度、輝度及びコントラスト比を高めるためには、ＰＲ１７７、ＰＲ２５４、臭素基を有するジケトピロロピロール顔料、ＰＧ７、ＰＧ３６、ＰＧ５８、ＰＢ１５：６、ＰＶ２３、ＰＹ１２９、ＰＹ１３８及びＰＹ１５０からなる群から選ばれる着色剤を適宜組み合わせて用いることが好ましい。これら顔料は、必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理又は塩基性処理等の表面処理がされていても構わない。

赤色、緑色、青色、紫色又は黄色の染料としては、例えば、直接染料、酸性染料又は塩基性染料が挙げられる。これら染料の具体例としては、例えば、アゾ系染料、ベンゾキノン系染料、ナフトキノン系染料、アントラキノン系染料、キサンテン系染料、シアニン系染料、スクアリリウム系染料、クロコニウム系染料、メロシアニン系染料、スチルベン系染料、ジアリールメタン系染料、トリアリールメタン系染料、フルオラン系染料、スピロピラン系染料、フタロシアニン系染料、インジゴ系染料、フルギド系染料、ニッケル錯体系染料又はアズレン系染料が挙げられる。染料は感光性樹脂組成物中に溶解させても、顔料のように粒子として分散させても構わない。

熱、光、酸、アルカリ又は有機溶剤等に対する耐性を高めるため、塩基性染料は、有機スルホン酸若しくは有機カルボン酸等の有機酸又は過塩素酸とからなる造塩化合物であることが好ましく、トビアス酸等のナフタレンスルホン酸又は過塩素酸とからなる造塩化合物であることがより好ましい。

その耐性を高めるため、酸性染料及び直接染料は、四級アンモニウム塩、一〜三級アミン又はスルホンアミドとからなる造塩化合物であることが好ましい。

本発明の着色層を形成するための感光性樹脂組成物が含有する樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂又はポリシロキサン系樹脂が挙げられるが、着色層の透明性を高めるため、アクリル系樹脂又はシロキサン系樹脂が好ましい。なお、着色層を形成するための感光性樹脂組成物は、キノンジアジド化合物等を含有するポジ型、又は、アクリル基やエポキシ基を有する多官能モノマー等を含有するネガ型のいずれでも構わないが、着色層の透明性が高いネガ型が特に好ましい。

本発明の着色層を形成するための感光性樹脂組成物は、さらに密着性改良剤、高分子分散剤又は界面活性剤等を含有しても構わない。

赤、緑及び青のそれぞれの着色層を形成するための感光性樹脂組成物は、全固形分に占める着色剤の割合が一定範囲にあることが好ましい。ここで全固形分とは、感光性樹脂組成物における、溶媒以外の全成分をいう。赤色又は緑色の着色層を形成するための感光性樹脂組成物の全固形分に占める着色剤の割合は、１０〜６５質量％が好ましく、３５〜６０質量％がより好ましい。青色の着色層を形成するための感光性樹脂組成物の全固形分に占める着色剤の割合は、１０〜４５質量％が好ましく、１５〜４０質量％がより好ましい。着色剤の割合が過度に少ないと、広色域の表示がしづらくなる。一方で、着色剤の割合が過度に多いと、現像時の溶解時間が長くなり、パターニングが困難になりやすい。

着色剤を含有する感光性樹脂組成物を用いたフォトリソグラフィは、例えば、組成物の塗布、露光及び現像を主たる工程として備える。着色剤を含有する感光性樹脂組成物を調製する方法としては、例えば、溶媒中に樹脂、着色剤及びその他成分を混合した後、３本ロールミル、サンドグラインダー又はボールミル等の分散機を用いて着色剤を分散させる方法が挙げられる。

本発明の着色層を形成するための着色剤を含有する感光性樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、スリットコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法又はバーコート法が挙げられるが、スピンコート法又はスリットコート法が好ましい。

次に、着色剤を含有する感光性樹脂組成物を塗布した基板を風乾、減圧乾燥等により乾燥する。更に、オーブンやホットプレートを用いた加熱乾燥すなわち半硬化（セミキュア）させる。ホットプレートを用いる場合には、ホットプレート上又はホットプレート上に設置したプロキシピン等の治具上で基板を加熱して乾燥することが好ましい。

セミキュアの条件は、着色樹脂組成物の成分等により適宜決定すればよいが、６０〜２００℃で、１〜６０分加熱するのが一般的である。

セミキュアした着色剤を含有する感光性樹脂組成物の露光は、フォトマスクを介して投影露光方式により行うが、投影倍率は、１：１投影露光、縮小投影露光のどちらであっても構わない。投影露光方式としては、レンズスキャン露光方式、ミラープロジェクション露光方式又はステッパー露光方式等が挙げられるが、歩留まり、パターンの位置精度及び解像度等からレンズスキャン露光方式が好ましい。

本発明の製造方法の露光工程に用いられる光としては、ネガ型感光性樹脂組成物を硬化できるもの、又はポジ型感光性樹脂組成物をアルカリ可溶化できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な感光性樹脂を露光するために用いられる光と同様のものを用いることができる。例えば、超高圧水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、i線（３６５ｎｍ）、及びｇ線ｈ線i線を含んだブロードの波長、並びにＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）及びＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）等が挙げられる。

本発明の製造方法の露光工程に用いられる露光装置の光の照度は、２００ｍＷ/ｃｍ^２〜１０００ｍＷ/ｃｍ^２であることが好ましく、４００ｍＷ/ｃｍ^２〜８００ｍＷ/ｃｍ^２であることがさらに好ましい。露光装置の光の照度が１０００ｍＷ/ｃｍ^２より大きいと表面硬化が進み、現像時に膜減りが置き難くなるため好ましくない。露光装置の光の照度が１０００ｍＷ/ｃｍ^２より小さいと露光時間が長くなり、歩留まりが低下するため好ましくない。

本発明の製造方法では、少なくとも１つの着色層を形成する露光工程において、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍの関係を満たすことが必要である。焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍとすることにより、着色層の中心部とＢＭ上に乗り上げた着色層の端部とで光硬化度にコントラストがつけることができる。

通常の露光工程は図２に示すように、露光機の投影レンズ（１）の焦点（３）が基板（５）上の塗布膜（４）の表面に合った状態で、紫外線（２）により、露光される。焦点（３）が塗布膜（４）の表面に合った状態で露光すると、着色層の中心部とＢＭ上に乗り上げた着色層の端部とではほぼ同じ光強度で露光されることになり、光硬化度にコントラストがつかないため好ましくない。

さらに、図３に示すように露光装置の焦点深度Ｌ_３が、Ｌ_３＜２｜Ｌ_１−Ｌ_２｜の関係を満たすことにより、より明確に着色層の中心部とＢＭ上に乗り上げた着色層の端部とで光硬化度にコントラストがつけることができるため好ましい。ここでいう焦点深度Ｌ_３とはレンズと塗膜表面との焦点が合った時、レンズと塗膜との位置関係が塗膜表面とは垂直方向にずれても、露光された塗膜の中心部と端部とで光の強度のコントラストが付かない距離のことをいう。

本発明の製造方法は、フォトマスク（６）の開口幅をＷ_１として、露光部（７）である着色層の最大幅をＷ_２としたとき、図４（ａ）に示すように、開口幅Ｗ_１（９）と着色層の最大幅Ｗ_２（１０）が、Ｗ_１＜Ｗ_２の関係を満たすことが好ましい。

Ｗ_１＜Ｗ_２の関係を満たすことにより、ＢＭ（１１）にのり上げた塗布膜の最頂部（１２）を光硬化させずに、すなわち、塗布膜の最頂部（１２）が未露光部（８）のまま、着色層を形成することが可能になる。

図４（ｂ）に示すように、Ｗ_１≒Ｗ_２では、ＢＭ（１１）にのり上げた塗布膜の最頂部（１２）も光硬化してしまうため好ましくない。また、Ｗ_２＜Ｗ_１ではＢＭ開口部に存在する着色層の光硬化も不充分となってしまうため、現像時に着色層間の色むらが発生してしまうため好ましくない。

塗布膜を図４（ａ）の様に露光し、現像、加熱処理することにより、図５（ａ）に示す様な形状の着色層を形成することができる。図４（ａ）の様に露光することにより、着色層とＢＭの総膜厚が最も厚くなる箇所（１３）の着色層とＢＭの総膜厚と着色層の中心（１４）の膜厚差Ｔ_１を、図４（ｂ）の様に露光し、現像、加熱処理して作製した着色層（図５（ｂ））に比べて、薄くすることができる。

本発明の製造方法の現像工程は、アルカリ現像液により現像することが好ましい。アルカリ現像液は有機アルカリ現像液と無機アルカリ現像液のどちらも用いることができる。無機アルカリ現像液では炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの水溶液などが好適に用いられる。有機アルカリ現像液ではテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、メタノールアミンなどのアミン系水溶液が好適に用いられる。現像液には現像の均一性を上げるために界面活性剤を添加することが好ましい、ネガ型感光性樹脂組成物を現像する場合のアルカリ現像液濃度は０．０２〜２．０％の範囲が好ましい。現像液の温度を上げると現像速度が変化するので現像液温度は１８〜４０℃の範囲で適宜選択することが好ましい。

アルカリ現像はディップ現像、シャワー現像、パドル現像などの方法が可能である。現像液濃度、温度、流量、現像液シャワー噴射圧力、現像後の水洗温度、流量および水洗水シャワー噴射圧力条件を適宜選択することで、パターン加工することが可能である。基板上の樹脂層残渣を除去するには、現像液または水洗水を高圧で噴射することが好ましく、噴出圧力は０．０１ＭＰａ〜２０ＭＰａが好ましい。

得られた塗布膜パターンを１８０〜３００℃の熱風オーブン又はホットプレートで５〜６０分加熱処理することで、着色層を形成することができる。

本発明の製造方法は、フォトマスクの開口幅をＷ_１としたとき、着色層の最大幅Ｗ_２は、Ｗ_１＜Ｗ_２の関係を満たすことが好ましい。Ｗ_１＜Ｗ_２の関係を満たすことにより、着色層の中心部とＢＭにのり上げた画素端部の光硬化度にコントラストをつけることができるため好ましい。

着色層の色毎に作製した着色樹脂組成物を使用して、上記のようなパターニング工程を赤の着色画素、緑の着色画素及び青の着色画素について順次行うことにより、カラーフィルター基板が作製できる。なお、各色のパターニング順序は特に限定されない。

本発明の製造方法で作製されたカラーフィルター基板には、必要に応じて、スペーサーや配向膜が形成されていても構わない。

本発明の製造法で製造されたカラーフィルター基板は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ又は電子ペーパー等の構成要素として、表示装置の製造方法に用いることができる。すなわち、本発明の表示装置の製造方法は、本発明の製造方法によって製造されたカラーフィルター基板を具備することを特徴とする。

本発明の表示装置の製造方法の一例として、液晶表示装置の製造方法を以下に示す。カラーフィルター基板とアレイ基板とを、それらの基板上に設けられた液晶配向膜及びセルギャップ保持のためのスペーサーを介して、対向させて貼り合わせる。なお、アレイ基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子若しくは薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、走査線又は信号線等を設けることで、ＴＦＴ液晶表示装置又はＴＦＤ液晶表示装置を製造することができる。次に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した後に、注入口を封止する。さらに、バックライトを取り付け、ＩＣドライバー等を実装することにより、液晶表示装置が完成する。なお、バックライトとしては、２波長ＬＥＤ、３波長ＬＥＤ又はＣＣＦＬ等を用いることができるが、液晶表示装置の色再現範囲が拡大でき、かつ消費電力を低く押さえられることから、３波長ＬＥＤが好ましい。

以下に本発明をその実施例及び比較例を挙げて詳細に説明するが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。

（アクリル系樹脂（Ａ）の合成）
５００ｍＬの三口フラスコに、３３ｇのメタクリル酸メチル（０．３３ｍｏｌ）、３３ｇのスチレン（０．３２ｍｏｌ）、３４ｇのメタクリル酸（０．３９ｍｏｌ）、３ｇの２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）（０．０２ｍｏｌ）及び１５０ｇのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（以下、「ＰＧＭＥＡ」）を仕込み、９０℃で２時間撹拌してから内温を１００℃に昇温して、さらに１時間反応させた。得られた反応溶液に、３３ｇのメタクリル酸グリシジル、１．２ｇのジメチルベンジルアミン及び０．２ｇのｐ−メトキシフェノールを添加して、９０℃で４時間撹拌し、反応終了時に５０ｇのＰＧＭＥＡを添加して、アクリル系樹脂（Ａ）のＰＧＭＥＡ溶液（固形分濃度４０質量％）を得た。アクリル系樹脂（Ａ）の酸価は８０．０（ｍｇ／ＫＯＨ／ｇ）であり、ＧＰＣ測定による重量平均分子量（以下、「Ｍｗ」）は２２０００であった。

（赤色着色層形成用組成物（Ｒ１）の調製）
顔料である９．１４質量部のＰＲ２５４（イルガフォア（登録商標）レッドＢＫ−ＣＦ；ＢＡＳＦジャパン（株）製）、顔料である３．９２質量部のＰＲ１７７（クロモファイン（登録商標）レッド６１２５ＥＣ；大日精化工業（株）製）、高分子分散剤である１２．８３質量部のＤＩＳＰＥＲ ＢＹＫ（登録商標）２１１１６（固形分４０質量％のＰＧＭＥＡ溶液；以下、「ＢＹＫ２」；ビックケミージャパン（株）製）、１０．３０質量部のアクリル系樹脂（Ａ）及び６３．８１質量部のＰＧＭＥＡを混合し、ジルコニアビーズが充填されたミル型分散機を用いて分散して、顔料分散液（ｒ１）を得た。

１００質量部の顔料分散液（ｒ１）、光重合性モノマーである６．８５質量部のジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとの混合物（以下、「ＤＰＨＡ」；カヤキュア（登録商標）ＤＰＨＡ；日本化薬（株）製）を、光重合開始剤である０．６６質量部のオキシムエステル型カルバゾール系化合物（アデカアークルズ（登録商標）ＮＣＩ−８３１（以下、「ＮＣＩ−８３１」）；（株）ＡＤＥＫＡ製）密着改良剤である０．９２質量部のビニルトリメトキシシラン（ＫＢＭ１００３；信越化学（株）製）、界面活性剤である０．０９質量部のＢＹＫ（登録商標）−３３３（ビックケミージャパン（株）製）、重合禁止剤である０．０２質量部の２，５−ビス（１，１，３，３−テトラメチルブチル）ヒドロキノン（以下、「ＤＯＨＱ」；和光純薬工業（株）製）（全樹脂分に対して０．１質量％）及び１０３．９９質量部のＰＧＭＥＡを混合して、赤色着色層形成用組成物（Ｒ１）を調製した。

（緑色着色層形成用組成物（Ｇ１）の調製）
顔料である１０．３３質量部のＰＧ５８（ＦＡＳＴＧＥＮ（登録商標）Ｇｒｅｅｎ Ａ１１０；ＤＩＣ（株）製）、顔料である４．４３質量部のＰＹ１５０（Ｅ４ＧＮＧＴ；ランクセス（株）製）、７．２３質量部のＢＹＫ２、１３．６０質量部のアクリル系樹脂（Ａ）及び６４．４２質量部の有機溶剤を混合し、ジルコニアビーズが充填されたミル型分散機を用いて分散して、顔料分散液（ｇ１）を得た。

１００質量部の顔料分散液（ｇ１）、８．０７質量部のＤＰＨＡ、１．３５質量部のＮＣＩ−８３１、０．３３質量部のＫＢＭ１００３、０．０９質量部のＢＹＫ−３３３、０．０２質量部のＤＯＨＱ（全樹脂分に対して０．１質量％）及び１１７．３０質量部のＰＧＭＥＡを混合して、緑色着色層形成用組成物（Ｇ１）を調製した。

（青色着色層形成用組成物（Ｂ１）の調製）
顔料である１１．８３質量部のＰＢ１５：６（リオノール（登録商標）ブルー ７６０２；東洋インキ（株）製）、顔料である０．６２質量部のＰＶ２３（ホスタパーム（登録商標）バイオレットＲＬ−ＣＯＦ０２；クラリアントジャパン（株）製）、１３．２５質量部のＢＹＫ２、１０．００質量部のアクリル系樹脂（Ａ）及び４９．１５質量部のＰＧＭＥＡを混合し、ジルコニアビーズが充填されたミル型分散機を用いて分散して、顔料分散液（ｂ１）を得た。

１００質量部の顔料分散液（ｂ１）、１６．５５質量部のＤＰＨＡ、４．１１質量部の２−メチル−１−（４−メチルチオフェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン（イルガキュア（登録商標）９０７；ＢＡＳＦジャパン（株）製；以下、「ＩＣ９０７」）、２．０５質量部の２，４−ジエチルチオキサントン（カヤキュア（登録商標）ＤＥＴＸ−Ｓ；日本化薬（株）製；以下、「ＤＥＴＸ」）、０．４５質量部のＫＢＭ１００３、０．１２質量部のＢＹＫ−３３３、０．０３質量部のＤＯＨＱ（全樹脂分に対して０．１質量％）及び１８７．５０質量部のＰＧＭＥＡを混合して、青色層形成用組成物（Ｂ１）を調製した。

（実施例１）
駆動素子が配された無アルカリガラス基板（ガラス厚み０．５ｍｍ）に、幅５．０μｍ、厚さ１．１μｍ、開口部１０μｍ×５０μｍのＢＭを複数形成した。

カーテンフローコーターを用いて、赤色着色層形成用組成物（Ｒ１）をＢＭを覆うように塗布して塗布膜を得た後、９０℃のオーブンで１０分間セミキュアした。

得られた塗布膜を、高精細なフォトマスクであるレチクルを介して露光及び現像し、ストライプパターン、すなわち、ストライプ状の赤色着色層を得た。レチクルは、開口幅が９μｍであるものを用いた。露光装置としては、１：１影露光装置（ＦＸ６６Ｓ；（株）ニコン製）を用いて、波長３６５ｎｍ、照度６００ｍＷ／ｃｍ^２、１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で、図１（ａ）の状態で露光した。焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２の差は１００μｍだった。焦点深度Ｌ_３は１０μｍ以下だった。

現像液としては、０．３質量％の水酸化テトラメチルアンモニウム及び０．３質量％のエマルゲン（登録商標）Ａ−６０（花王（株）製）を含有する２３℃の水溶液を用い、２分間シャワー現像した後、純水でリンスして風乾した。さらに、２３０℃のオーブン内で３０分間本キュアをした。本キュア後の膜厚（下方に駆動素子が存在しない部位）を表面段差計（サーフコム１４００Ｄ；東京精密（株）製）で測定したところ、２．５μｍであった。

同様の方法で、緑色着色層形成用組成物（Ｇ１）を用いて緑色着色層を、青色着色層形成用組成物（Ｂ１）を用いて青色着色層を、対応する部分の駆動素子それぞれを覆うように、かつ赤緑青のストライプが隣接するように形成した。なお、緑色着色層を形成する際のシャワー現像の時間は１分間に変更をした。

これら赤、緑、青色着色層について、Ｃ光源でのＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系における色度（ｘ、ｙ）を、高精細ＣＦ基板光学検査装置（ＬＣＦ−１００ＭＡ＿ＳＦ；大塚電子（株）製）を用いて測定した。また着色層の幅は、光学顕微鏡（オリンパス販売（株）製、ＢＨ３−ＭＪＬ）を用いて測定した。

着色層の膜厚は、ＢＭ開口部の中心膜厚を表面段差計（サーフコム１４００Ｄ；東京精密（株）製）を用いて測定した。またＢＭに乗り上げた着色層端部の膜厚は、着色層とＢＭの総膜厚が最も厚くなる箇所を測定した。着色層とＢＭの総膜厚が最も厚くなる箇所とＢＭ開口部の着色層の膜厚の差分をツノ段差（Ｔ_１）とした。得られた結果を表１に示す。
◎：Ｔ_１＜０．３μｍ
○：０．３μｍ≦Ｔ１≦０．５μｍ
×：０．５μｍ＜Ｔ_１
（実施例２、３及び比較例１）
表１に示す赤緑青の各着色層形成用組成物、レチクル、｜Ｌ_１−Ｌ_２｜、着色層膜厚で実施例１と同様の方法で、カラーフィルター基板を製造した。得られた各カラーフィルターオンアレイ基板について、実施例１と同様の評価をした。

本発明の製造方法により製造されたカラーフィルター基板は、液晶や有機エレクトロルミネッセンス等を利用した表示装置用カラーフィルター基板、あるいは表示装置に利用できる。

１ 投影レンズ
２ 紫外線
３ 焦点
４ 塗布膜
５ 基板
６ フォトマスク
７ 露光部
８ 未露光部
９ 開口幅Ｗ_１
１０ 着色層の最大幅Ｗ_２
１１ ＢＭ
１２ 塗布膜の最頂部
１３ 着色層とＢＭの総膜厚が最も厚くなる箇所
１４ 着色層の中心

Claims (11)

1. ブラックマトリックスが形成された基板上に、着色樹脂組成物を塗布、露光、現像する工程によって、複数の着色層を形成するカラーフィルター基板の製造方法であって、少なくとも１つの該着色層を形成する露光工程において、焦点が合った時のレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_１と、露光する時点でのレンズと塗布膜表面までの距離Ｌ_２が、
   ２０μｍ≦｜Ｌ_１−Ｌ_２｜≦２００μｍ
   の関係を満たす、カラーフィルター基板の製造方法。
2. 前記露光工程で用いた露光装置の焦点深度Ｌ_３が、Ｌ_３＜２｜Ｌ_１−Ｌ_２｜の関係を満たすカラーフィルター基板の製造方法。
3. 前記露光工程で用いたフォトマスクの開口幅Ｗ_１と前記着色層の最大幅Ｗ_２が、Ｗ_１＜Ｗ_２の関係を満たす請求項１又は２記載のカラーフィルター基板の製造方法。
4. 膜厚２．５μｍのとき、Ｃ光源を用いて測定したＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度（ｘ、ｙ）において、０．６６０≦ｘ≦０．６７０、０．３２０≦ｙ≦０．３５０の前記着色樹脂組成物を塗付する請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルター基板の製造方法。
5. 膜厚２．５μｍのとき、Ｃ光源を用いて測定したＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度（ｘ、ｙ）において、０．２４０≦ｘ≦０．２８０、０．６２０≦ｙ≦０．６４０の前記着色樹脂組成物を塗付する請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルター基板の製造方法。
6. 膜厚２．５μｍのとき、Ｃ光源を用いて測定したＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度（ｘ、ｙ）において、０．１２５≦ｘ≦０．１５５、０．０６０≦ｙ≦０．０９０の前記着色樹脂組成物を塗付する請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルター基板の製造方法。
7. 前記ブラックマトリックスの開口幅の１辺が、１〜１０μｍである請求項１〜６のいずれかに記載のカラーフィルター基板の製造方法。
8. 前記着色層の膜厚が、０．１〜１．０μｍである請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルター基板の製造方法。
9. 前記露光装置の照度が、４００ｍＷ/ｃｍ^２〜８００ｍＷ/ｃｍ^２である請求項１〜８のいずれか記載のカラーフィルター基板の製造方法。
10. 前記露光装置が、レンズスキャン方式露光装置である、請求項１〜９のいずれかに記載のカラーフィルター基板の製造方法。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のカラーフィルター基板の製造方法によって製造されたカラーフィルター基板を備える、表示装置の製造方法。
    

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