JP2018180082A - カラーフィルタの製造方法およびカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラックマトリクスの光学的濃度を低下させることなく、フォトスペーサと下地との密着力を改善することで、フォトスペーサが剥離することを抑制可能なカラーフィルタとその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】透明基板４上に形成されたブラックマトリクス２を基準パターンとして、複数の着色層と、フォトスペーサ７と、を順次形成するフォトリソ方式のカラーフィルタ１０の製造方法において、着色層６−１、６−２、６−３を形成する際に使用するフォトマスク１は、ブラックマトリクスが形成する開口部の寸法に対応したフォトマスクの光透過部１−３から遮光部１−１に向って、減衰した光を透過するハーフトーン部１−２が形成されたハーフトーンマスクを使用することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法とそのカラーフィルタの製造方法を使用して製造したカラーフィルタに関する。

液晶表示装置は、ガラス基板上に薄膜トランジスタアレイを形成したＴＦＴ基板と、カラーフィルタ基板と、を向い合わせにして、周縁部をシール材により封止したセル構造（液晶セルとも言う。）を作製し、その中に液晶材料を封入して作製されている。

ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の間の距離（セルギャップとも言う。）を均一に保つことで液晶層の厚さを均一に保持する事が重要であるため、通常、カラーフィルタ基板側にスペーサと呼ばれる突起構造を形成している。

このスペーサとしては、当初は液晶セルの中に均一に散布した樹脂ビーズと呼ばれるスペーサが使用されていた。しかしながら、樹脂ビーズが画素の有効領域に配置されてしまうことを避けることができないため、表示品質上好ましくないことや、液晶表示装置の画素の微細化の進行もあり、画素の有効領域外であるブラックマトリクス（ＢＭ）上に配置されるスペーサが使用されるようになった。

このようなスペーサとしては、印刷法やフォトリソ法が検討されたが、フォトスペーサ（ＰＳ）と呼ばれる感光性樹脂を使用してフォトリソ法により作製する方法が主流となっている。

液晶表示装置の高精細化に伴い、ブラックマトリクスの線幅が狭くなり、ＰＳを形成する面積が小さくなっており、ＰＳがブラックマトリクスなどの下地から剥離し易い問題がある。

この問題を解決する技術として、例えば特許文献１には、ブラックマトリクスのパターニングを行う際に使用するフォトマスクとしてハーフトーンマスクを使用することにより、ブラックマトリクスの表面に凹凸を形成するフォトリソ方式のカラーフィルタの製造方法が開示されている。ブラックマトリクスの表面に凹凸形状が形成されることにより、その上に形成するフォトスペーサとブラックマトリクスが接する面積が増加し、ブラックマトリクスからフォトスペーサが剥離することが抑制される。

しかしながら、この技術においてはブラックマトリクスに形成された凹部の膜厚が小さくなることによりブラックマトリクスの光学濃度が低下する問題がある。また、ブラックマトリクスのパターンエッジ部の直線性の低下や線幅のバラツキが大きくなる問題も発生する。また、ＩＰＳ方式向けのカラーフィルタにおいては、ブラックマトリクス（ＢＭ）層と赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各着色層の上にオーバーコート（ＯＣ）層を形成する事が多く、その場合、ＢＭ層の表面を粗化して凹凸を形成しても、ＢＭ層とＯＣ層の密着性は改善するが、ＯＣ層の上に形成するフォトスペーサ（ＰＳ）の剥離防止には繋がらない。

特開２０１３−１４８６１２号公報

上記の事情に鑑み、本発明は、ブラックマトリクスの光学的濃度を低下させることなく、フォトスペーサと下地との密着力を改善することで、フォトスペーサが剥離することを抑制可能なカラーフィルタとその製造方法を提供することを課題とする。また、オーバーコート層の上にフォトスペーサを形成する場合に於いても、下地との密着力を改善することで、フォトスペーサが剥離することを抑制可能なカラーフィルタとその製造方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして、複数の着色層と、フォトスペーサと、を順次形成するフォトリソ方式のカラーフィルタの製造方法であって、
ブラックマトリクスが形成された透明基板上に感光性着色レジストを塗布・乾燥して感光性着色レジスト層を形成する工程と、
所望のパターンを有するフォトマスクを使用して、感光性着色レジスト層を露光・現像して着色層を形成する工程と、
前記感光性着色レジスト層を形成する工程と、前記着色層を形成する工程と、を必要な色数だけ繰り返す工程と、
ブラックマトリクス上に形成された着色層上に、フォトスペーサを形成する工程と、を備えており、
着色層を形成するための焼付け原版として使用するフォトマスクは、
ブラックマトリクスの開口部に対応する部分は光透過部からなり、
開口部の端部からブラックマトリクスに向ってブラックマトリクスの線幅以内までは、光透過部より露光量を減衰したハーフトーン部からなり、
光透過部とハーフトーン部および目合わせマーク以外は遮光部からなることを特徴とする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、透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして、複数の着色層と、オーバーコート層と、フォトスペーサと、を順次形成するフォトリソ方式のカラーフィルタの製造方法であって、
ブラックマトリクスが形成された透明基板上に感光性着色レジストを塗布・乾燥して感光性着色レジスト層を形成する工程と、
所望のパターンを有するフォトマスクを使用して、感光性着色レジスト層を露光・現像して着色層を形成する工程と、
前記感光性着色レジスト層を形成する工程と、前記着色層を形成する工程と、を必要な色数だけ繰り返す工程と、
オーバーコート層を形成する工程と、
形成したオーバーコート層上のブラックマトリクスに対応する位置に、フォトスペーサを形成する工程と、を備えており、
オーバーコート層を形成する工程は、
透明な感光性樹脂塗液を塗布・乾燥して透明な感光性樹脂層を形成する工程と、
所望のパターンを有するハーフトーンマスクを使用して、透明な感光性樹脂層のフォトスペーサを形成する位置に光透過部より露光量を減衰した露光を行う露光工程と、を備えていることを特徴とする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、透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして備えられた複数の着色層とフォトスペーサを備えており、
着色層は、ブラックマトリクスで区画された透明基板上と、ブラックマトリクス上に備えられており、
ブラックマトリクス上に備えられた着色層の表面は粗化されてなり、
フォトスペーサは、ブラックマトリクス上で表面が粗化された着色層の上に備えられていることを特徴とするカラーフィルタである。

また請求項４に記載の発明は、透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして備えられた複数の着色層と、オーバーコート層と、フォトスペーサを備えており、
オーバーコート層のブラックマトリクスに対応した部分の表面は粗化された粗化部となっており、
フォトスペーサは粗化部に備えられていることを特徴とするカラーフィルタである。

本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、透明基板上に形成されたブラックマトリクス上に複数の着色層が形成され、その上にフォトスペーサが形成されているカラーフィルタにおいて、ブラックマトリクス上で隣接する着色層の表面を粗化する製造方法であるため、ブラックマトリクスに光学的な濃度の低下をもたらすことなく、その上に形成されるフォトスペーサの下地との密着力が強いため、フォトスペーサの剥離を抑制したカラーフィルタを提供することができる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、透明基板上に形成されたブラックマトリクス上に複数の着色層が形成され、その上にオーバーコート層が形成されて、その上にフォトスペーサが形成されているカラーフィルタにおいて、オーバーコート層のフォトスペーサが形成される位置の表面を粗化する製造方法であるため、ブラックマトリクスに光学的な濃度の低下をもたらすことなく、その上に形成されるフォトスペーサの下地との密着力が強いため、フォトスペーサの剥離を抑制したカラーフィルタを提供することができる。

本発明のカラーフィルタの露光方法の特徴を断面図で例示する説明図。 本発明のカラーフィルタの構造上の特徴を断面図で例示する説明図。 本発明のカラーフィルタの構造上の特徴を断面図で例示する説明図。 本発明のカラーフィルタの構造上の特徴を断面図で例示する説明図。 本発明のカラーフィルタの構造上の特徴を断面図で例示する説明図。

＜第一の実施形態＞
本発明のカラーフィルタの製造方法の第一の実施形態について、図１〜４を用いて説明する。
本発明のカラーフィルタ１０の製造方法は、透明基板４上に形成されたブラックマトリクス２を基準パターンとして、複数の着色層と、フォトスペーサ７と、を順次形成するフォトリソ方式のカラーフィルタの製造方法である。

本発明のカラーフィルタ１０の製造方法は、ブラックマトリクス２が形成された透明基板４上に感光性着色レジストを塗布・乾燥して感光性着色レジスト層３を形成する工程と、所望のパターンを有するフォトマスク１を使用して、感光性着色レジスト層３を露光・現像して着色層を形成する工程と、前記感光性着色レジスト層３を形成する工程と、前記着色層を形成する工程と、を必要な色数だけ繰り返す工程と、ブラックマトリクス２上に形成された着色層上に、フォトスペーサ７を形成する工程と、を備えている。

本発明のカラーフィルタ１０の製造方法において、着色層を形成する焼付け原版として
使用するフォトマスク１は、ブラックマトリクス２の開口部に対応する部分は光透過部１−３からなり、開口部の端部からブラックマトリクス２の線幅方向の線幅以内までは、光透過部１−３より露光量を減衰したハーフトーン部１−２からなり、光透過部１−３とハーフトーン部１−２および目合わせマーク以外は遮光部１−１からなる。

（感光性着色レジスト層を形成する工程）
ブラックマトリクス２が形成された透明基板４上に感光性着色レジストを塗布・乾燥して感光性着色レジスト層３を形成する工程において、使用する感光性着色レジストは、得に限定する必要は無く、例えば市販されている感光性着色レジストを好適に使用可能である。感光性着色レジストの塗布方法についても、特に限定する必要は無く、スピンコータをはじめ、ダイコータ、ロールコータ、など各種の塗布方法を使用して塗布することができる。また、塗布した感光性着色レジスト層３に含まれる溶剤を乾燥させる乾燥工程としては、減圧して加熱する手段や常圧のまま加熱して乾燥させる手段を使用することができる。

（着色層を形成する工程）
ブラックマトリクス２が形成された透明基板４上に感光性着色レジスト層３を形成した後、所望のパターンを有するフォトマスクを用いて露光し、現像することにより、着色層を形成することができる。
図１に例示したように、透明基板４上にブラックマトリクス２が形成された基板上に、感光性着色レジスト層３を形成した状態の基板に対して、ブラックマトリクス２の開口寸法に対応した光透過部１−３を有するフォトマスク１を用いて露光する。更に詳しくは、フォトマスク１の光透過部１−３からブラックマトリクス２に向ってハーフトーン部１−２が形成されている。ハーフトーン部１−２は、ブラックマトリクス２の線幅の中央部まで形成されているのが好ましいが、ブラックマトリクス２の線幅まで形成されていても良い。その他の部分は、目合わせマークを除き、遮光部１−１となっている。

このようなフォトマスクを用いて、目合わせマークを用いてブラックマトリクス２が形成された透明基板４とフォトマスク１の位置合わせを行ってから露光し、所定の現像液を用いて現像し、十分な水洗を行ってから乾燥させることにより、１色目の着色層が形成される（図２参照）。

この様に、感光性着色レジストの塗布から露光・現像し水洗後、乾燥する工程を必要な色数だけ繰り返すことによって、着色層の形成を完了する（図３参照）。例えば、赤色着色層６−１、緑色着色層６−２、青色着色層６−３の順に形成すれば良い。この様に形成した各着色層のブラックマトリクス２と重なる部分は、表面粗化部５−１、５−２、５−３となっている。表面粗化部５−１、５−２、５−３は、フォトマスク１のハーフトーン部１−２を通して露光された部位であり、露光不足となっている部分である。そのため、感光性着色レジスト層３が十分硬化されておらず、現像処理によって未硬化の部分は溶出し、硬化が進んだ部分は残留することにより、表面粗化された表面が形成される。赤色着色層６−１のブラックマトリクス２の線幅方向の両側には表面粗化部５−１が、緑色着色層６−２のブラックマトリクス２の線幅方向の両側には表面粗化部５−２が、青色着色層６−３のブラックマトリクス２の線幅方向の両側には表面粗化部５−３が、それぞれ形成されている。

（フォトスペーサを形成する工程）
上記の様にして形成された着色層の上に、フォトスペーサ７を形成するための感光性の樹脂塗液を塗布・乾燥し、ブラックマトリクス２上の所望の位置にフォトスペーサ７を形成するためのフォトマスクを用いて露光・現像し、十分な水洗を行い、乾燥させることにより、フォトスペーサ７を形成させることができる。
以上に様にして図４に例示した本発明のカラーフィルタ１０を作製することができる。このカラーフィルタ１０は、ブラックマトリクス２に表面粗化などの処理を行っていないため、ブラックマトリクス２の光学的な濃度低下を引き起こすことなく、下地との密着力を強くできているため、フォトスペーサ７の剥離を抑制することができる。

＜第二の実施形態＞
次に、本発明の第二のカラーフィルタの製造方法について説明する。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして、複数の着色層と、オーバーコート層と、フォトスペーサと、を順次形成するフォトリソ方式のカラーフィルタの製造方法である。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、ブラックマトリクスが形成された透明基板上に感光性着色レジストを塗布・乾燥して感光性着色レジスト層を形成する工程と、所望のパターンを有するフォトマスクを使用して、感光性着色レジスト層を露光・現像して着色層を形成する工程と、前記感光性着色レジスト層を形成する工程と、前記着色層を形成する工程と、を必要な色数だけ繰り返す工程と、オーバーコート層を形成する工程と、形成したオーバーコート層上のブラックマトリクスに対応する位置に、フォトスペーサを形成する工程と、を備えている。

オーバーコート層を形成する工程は、透明な感光性樹脂塗液を塗布・乾燥して透明な感光性樹脂層を形成する工程と、所望のパターンを有するハーフトーンマスクを使用して、透明な感光性樹脂層のフォトスペーサを形成する位置に光透過部より減衰した露光を行う露光工程と、を備えていることを特徴とする。

（着色層を形成する工程）
第一の実施形態と異なる点は、感光性着色レジスト層の露光に使用するフォトマスクとしてハーフトーンマスクを使用せず、通常のフォトマスクを使用する点である。

（オーバーコート層を形成する工程）
オーバーコート層としては、従来から使用されている感光性のオーバーコート材料を好適に使用することができる。オーバーコート材料を塗布・乾燥後、ブラックマトリクス上のオーバーコート層のフォトスペーサを形成する位置に、露光量を減衰した露光を実施するためのハーフトーン部を目合わせして配置し、それ以外は光透過部であるハーフトーンマスクを使用して露光し現像する。このようにして、オーバーコート層のフォトスペーサが形成される部位に表面粗化された部分を形成することができる。なお、露光量を減衰した露光の減衰率（ハーフトーン部の露光量÷光透過部の露光量×１００）が、７０％〜８５％であることが好ましい。露光量の減衰率が、７０％未満であると露光量が不足し過ぎるため、オーバーコート層がきれいな表面を形成できなくなる。一方、８５％を超えると表面の粗化が不十分となる。なお、感光性のオーバーコート材料はネガ型であることを前提としている。

（フォトスペーサを形成する工程）
次に、所望の部位を表面粗化したオーバーコート層の上に、フォトスペーサを形成する樹脂塗液を塗布・乾燥し、フォトスペーサを形成する部位を露光する所望のパターンを備えたフォトマスクを用いて露光・現像することにより、表面粗化されたオーバーコート層の部位にフォトスペーサを形成することができる。

以上の様にして、図５に例示した本発明のカラーフィルタ２０を作製することができる。このカラーフィルタ２０は、ブラックマトリクスに表面粗化などの処理を行っていないため、ブラックマトリクスの光学的な濃度低下を引き起こすことなく、フォトスペーサ７の下地であるオーバーコート層との密着力を強くすることができるため、フォトスペーサ７の剥離を抑制することができる。そのため、オーバーコート層の上にフォトスペーサを形成するＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式のカラーフィルタにも適用することができる。

１・・・フォトマスク
１−１・・・遮光部
１−２・・・ハーフトーン部
１−３・・・光透過部
２・・・ブラックマトリクス（ＢＭ）
３・・・感光性着色レジスト層
４・・・透明基板
５−１・・・表面粗化部（赤色着色層）
５−２・・・表面粗化部（緑色着色層）
５−３・・・表面粗化部（青色着色層）
６−１・・・赤色着色層
６−２・・・緑色着色層
６−３・・・青色着色層
７・・・フォトスペーサ（ＰＳ）
８・・・オーバーコート層（ＯＣ）
９・・・表面粗化部（ＯＣ）
１０、２０・・・カラーフィルタ

Claims (4)

1. 透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして、複数の着色層と、フォトスペーサと、を順次形成するフォトリソ方式のカラーフィルタの製造方法であって、
   ブラックマトリクスが形成された透明基板上に感光性着色レジストを塗布・乾燥して感光性着色レジスト層を形成する工程と、
   所望のパターンを有するフォトマスクを使用して、感光性着色レジスト層を露光・現像して着色層を形成する工程と、
   前記感光性着色レジスト層を形成する工程と、前記着色層を形成する工程と、を必要な色数だけ繰り返す工程と、
   ブラックマトリクス上に形成された着色層上に、フォトスペーサを形成する工程と、を備えており、
   着色層を形成するための焼付け原版として使用するフォトマスクは、
   ブラックマトリクスの開口部に対応する部分は光透過部からなり、
   開口部の端部からブラックマトリクスに向ってブラックマトリクスの線幅以内までは、光透過部より露光量を減衰したハーフトーン部からなり、
   光透過部とハーフトーン部および目合わせマーク以外は遮光部からなることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして、複数の着色層と、オーバーコート層と、フォトスペーサと、を順次形成するフォトリソ方式のカラーフィルタの製造方法であって、
   ブラックマトリクスが形成された透明基板上に感光性着色レジストを塗布・乾燥して感光性着色レジスト層を形成する工程と、
   所望のパターンを有するフォトマスクを使用して、感光性着色レジスト層を露光・現像して着色層を形成する工程と、
   前記感光性着色レジスト層を形成する工程と、前記着色層を形成する工程と、を必要な色数だけ繰り返す工程と、
   オーバーコート層を形成する工程と、
   形成したオーバーコート層上のブラックマトリクスに対応する位置に、フォトスペーサを形成する工程と、を備えており、
   オーバーコート層を形成する工程は、
   透明な感光性樹脂塗液を塗布・乾燥して透明な感光性樹脂層を形成する工程と、
   所望のパターンを有するハーフトーンマスクを使用して、透明な感光性樹脂層のフォトスペーサを形成する位置に光透過部より露光量を減衰した露光を行う露光工程と、を備えていることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
3. 透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして備えられた複数の着色層とフォトスペーサを備えており、
   着色層は、ブラックマトリクスで区画された透明基板上と、ブラックマトリクス上に備えられており、
   ブラックマトリクス上に備えられた着色層の表面は粗化されてなり、
   フォトスペーサは、ブラックマトリクス上で表面が粗化された着色層の上に備えられていることを特徴とするカラーフィルタ。
4. 透明基板上に形成されたブラックマトリクスを基準パターンとして備えられた複数の着色層と、オーバーコート層と、フォトスペーサを備えており、
   オーバーコート層のブラックマトリクスに対応した部分の表面は粗化された粗化部となっており、
   フォトスペーサは粗化部に備えられていることを特徴とするカラーフィルタ。