JP3995229B2 - 光反射性基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示素子の一方の電極基板として用いられる光反射層を有する光反射性基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示素子は、光源を外部からの光に求めているため、透過型もしくは半透過型液晶表示素子のようにバックライトを必要としない。このため、消費電力が少なくて済むとともに、薄型化・軽量化が可能である。
【０００３】
液晶表示素子を反射型とするには、液晶表示パネルの外部に光反射板を偏光板と一体として設けるか、もしくは液晶表示パネル内部に光反射層を例えばアルミスパッタなどにて形成するようにしている。特に、パネル内部に光反射層を設ける場合には、視角を広げ光源としての室内・室外の照明光を効率よく使用するため、別途にパネル内もしくはパネル外に光拡散層を設けるようにしている。
【０００４】
この光拡散層は、表示の解像度の関係でパネル内部に設けられることが好ましい。そのため、従来においては、液晶表示パネルの一方のガラスを凹凸加工して、その表面に光反射膜をスパッタしたり、そのガラス面に感光性樹脂を均一に塗布した後、フォトリソ処理により所定の形状をトレースする方法などが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前者のガラスの凹凸加工には機械的加工と化学的加工とがある。ガラスを粉粒体などにより機械的に粗面化するにしても、凹凸を微細にするのに限度があり、凹凸制御も困難である。また、ガラスを弗酸などにより化学的に粗面化するにしても、ガラス本来のうねりが顕著に出てくることがあり、そのうねりが表示品位に影響をおよぼすおそれがある。
【０００６】
これに対して、後者の感光性樹脂を用いた方法によると、凹凸の大きさやピッチなどのプロファイルを自由に設計できる点でメリットがある。この種の感光性樹脂としては、ネガ型とポジ型とがあるが、光の照射により反応が進み、光の照射部が不溶化となるネガ型が多く用いられている。しかしながら、感光性樹脂による場合でも次のような課題があった。
【０００７】
すなわち、従来ではガラス面上にネガ型感光性樹脂を均一に塗布した後、その樹脂面側からフォトマスクを介して露光するようにしているため、現像する過程で、図４に示されているように、ガラス面１に残された樹脂膜による凸部２の根元部分が浸食され逆テーパ状となってしまい、これでは良好な光拡散性が得られない。
【０００８】
良好な光拡散性を得る上で、凸部２の形状としては、断面が滑らかな波形（山形）であることが好ましいとされる。凸部２の形状が図４のような逆テーパ状となっても、樹脂が溶融性のものであれば、後加熱により波形に変えることも可能である。
【０００９】
しかしながら、このように耐熱性のない樹脂を使用すると、光反射膜の形成、透明導電膜の形成、配向膜の形成などの工程温度に耐えられないので、光拡散用の凹凸形成の目的には適用できない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基本的な工程を変更することなく、耐熱性ネガ型感光性樹脂により、ガラスなどの基板上にほぼ理想的な波形の凹凸からなる光拡散層を形成することができる。
【００１１】
このため、本発明は、反射型液晶表示素子の一方の基板として用いられる光反射性基板の製造方法において、表面が平滑なガラスもしくはプラスチックからなる基板の一方の面上に化学増幅系ネガ型感光性樹脂を所定の厚さに塗布した後、透孔を有するフォトマスクを上記基板の他方の面側に配置し、上記基板の他方の面側から上記フォトマスクの透孔を通して上記基板に光を照射し、その光を上記基板内で上記透孔の投影面積部分よりも広げて上記化学増幅系ネガ型感光性樹脂に照射することにより、上記化学増幅系ネガ型感光性樹脂を上記透孔の投影面積部分およびその周辺部分を含めて露光して現像することにより、上記基板の一方の面上に感光性樹脂からなる裾部付きの凸部を規則的もしくは不規則的に形成して粗面化し、その凸部面を含む一方の基板面全面に金属膜よりなる光反射層を形成することを特徴としている。
【００１２】
このように、感光性樹脂を基板の背面側から露光することにより、基板の厚さ分、その光路が長くされるのに伴なって、フォトマスクを通過した光が干渉による回り込み現象により、マスクの透孔よりも広げられて感光性樹脂に照射されるため、基板上に本来残される樹脂の凸部の周りに滑らかな裾部が形成され、ほぼ理想的な断面波状の凸部が得られる。
【００１３】
滑らかな裾部を形成するためには、現像後膜厚残量が１００％となる露光量の基準値（感光特性）をＥ_０として、背面側からの露光量が１．０×Ｅ_０〜５．０×Ｅ_０であることが好ましい。
【００１４】
ここで、化学増幅系ネガ型感光性樹脂とは、光の照射によって酸などを発生する成分と、その酸などを触媒として不溶化反応を起こすような反応系とを含むものである。この樹脂を用いることでわずかな光の照射で大きな溶解性の変化が現れることから感度が高くなり、ファインな解像度が得られる。
【００１５】
本発明で用いる化学増幅系ネガ型感光性樹脂は、超高耐熱性のフォトレジストであるノボラック系光熱硬化樹脂であることが好ましく、これによれば、きわめて熱的に安定した凹凸が得られる。すなわち、露光量、プリベイクなどの加熱条件および現像時間などに左右されにくく、常に安定した形状の凹凸が得られる。
【００１６】
なお、この光反射性基板を反射型カラー液晶表示素子に適用する場合には、光反射層上にカラーフィルタ層を形成し、さらに同カラーフィルタ層上に合成樹脂よりなる表面平滑化層を形成すればよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に示されている実施例によりさらに詳しく説明する。
【００１８】
光反射性基板を得るにあたっては、図１に示されているように、液晶表示素子の透明電極基板として用いられる例えばガラス基板１の表面１ａ側（図１において上面側）に、フォトレジストとしての化学増幅系ネガ型感光性樹脂２をスピンナーなどにより均一の厚さに塗布する。
【００１９】
化学増幅系ネガ型感光性樹脂２は、超高耐熱性のフォトレジストであるノボラック系光熱硬化樹脂であることが好ましく、具体的にはクラリアントジャパン社製の超高耐熱性化学増幅系ネガ型フォトレジストＥｘｐ４０７などが例示される。
【００２０】
化学増幅系ネガ型感光性樹脂２を仮乾燥した後、ガラス基板１の背面１ｂ側（図１において下面側）に、凹凸を形成するための所定のパターンを有するフォトマスク３をセットする。そして、図示しない光源よりガラス基板１の背面１ｂ側からフォトマスク３を介して化学増幅系ネガ型感光性樹脂２に光を照射する。
【００２１】
この化学増幅系ネガ型感光性樹脂２の露光量は好ましくは次のように設定されるとよい。すなわち、現像後膜厚残量が１００％となる露光量の基準値をＥ_０とした場合、背面側からの露光量は１．０×Ｅ_０〜５．０×Ｅ_０の範囲内とする。この範囲から外れると、滑らかな裾部が形成し難くなる。
【００２２】
その後、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）および現像を行ないポストベイクする。これにより、図３に例示されているように、ガラス基板１上にほぼ理想的に近い断面波形の凸部２ａが形成される。そして、最終的に凸部２ａを含むガラス基板１の表面１ａ全面に、例えばアルミニウムなどの金属反射膜を形成する。
【００２３】
凸部２ａの配置は規則的であってもよいし、不規則的（ランダム）であってもよいが、モアレ対策としてはランダムがよい。なお、ＰＥＢは化学増幅系ネガ型感光性樹脂２が光の照射によって酸を発生し、その酸が触媒となって架橋反応を起こす工程であり、その結果、照射部分の樹脂が現像液に溶けなくなる。
【００２４】
ここで、図１中の光の進路を模式的に示した矢印および図２の基板背面での光エネルギー強度分布グラフを参照して、上記のようにほぼ理想的に近い断面波形の凸部２ａが形成される理由を説明する。
【００２５】
図示しない光源より光を照射すると、フォトマスク３に形成されているマイクロホール（透孔）３ａに対応する領域（マイクロホール３ａの投影面積部分）には直進した光がそのまま照射されるが、これに伴なってその周辺にも干渉による回り込み現象により分散された光が照射される。
【００２６】
したがって、光源からの露光量が基準値Ｅ_０を超えているとすると、上記投影面積部分の光エネルギー強度は基準値Ｅ_０以上、すなわち膜厚の全体が反応するしきい値レベル以上の強度となるが、その周辺の光エネルギー強度は基準値Ｅ_０以下となる。このため、周辺部では膜全体が反応するに至らず、膜厚の内、基板面側のみが反応することになる。これにより、凸部２ａに滑らかな裾が形成される。
【００２７】
【実施例】
《実施例１》
０．７ｍｍ厚のガラス基板の片面に感光性樹脂として、クラリアントジャパン社製の超高耐熱性化学増幅系ネガ型フォトレジストＥｘｐ４０７をスピンナーにて厚さ約２．０μｍに塗布した後、９０℃のホットプレート上で約９０秒間仮乾燥した。
そして、プロキシミティ方式露光機を用い、ガラス基板を感光性樹脂塗布面が下になるようにしてテーブルにセットし、フォトマスクをそのガラス基板上に配置し、基準値Ｅ_０の３．０倍のエネルギー量を照射した。なお、フォトマスクには、直径５μｍの円状の遮光部を平均ピッチ１０μｍになるようにランダムに配置したものを用いた。
１３０℃で９０秒間ＰＥＢを行ない、室温にて１．０％ＮａＯＨの現像液で現像した。その後、２４０℃で２時間ポストベイクを行ない硬化させた。
この感光性樹脂による凹凸面を観察したところ、山−山の平均ピッチが１０μｍで高さ２．０μｍの波形形状であった。
そして、この凹凸面上にアルミニウム反射膜をスパッタにて約１０００Åの厚さに形成し、光拡散性能の指標である反射率半値幅を測定したところ、その入射光角度は約２５゜であった（受光は基板垂直方向）。
【００２８】
〈比較例１〉
フォトマスクを感光性樹脂の塗布面上に配置し、光照射エネルギー量を基準値Ｅ_０の１．５倍としたほかは、上記実施例１と同様にして光反射性基板を得た。
凹凸面を観察したところ、山−山の平均ピッチは１０μｍ、高さは２．０μｍであったが、凸部の肩が図４に例示されているような逆テーパになっていた。反射率半値幅は約１０゜であり、拡散性能は十分ではなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表面が平滑なガラスもしくはプラスチックからなる基板の一方の面上に化学増幅系ネガ型感光性樹脂を所定の厚さに塗布した後、透孔を有するフォトマスクを基板の他方の面側に配置し、基板の他方の面側からフォトマスクの透孔を通して基板に光を照射し、その光を基板内で透孔の投影面積部分よりも広げて化学増幅系ネガ型感光性樹脂に照射することにより、化学増幅系ネガ型感光性樹脂を透孔の投影面積部分およびその周辺部分を含めて露光するようにしたことにより、基本的な工程を変更することなく、耐熱性ネガ型感光性樹脂により、ガラスなどの基板上にほぼ理想的な波形の凹凸からなる光拡散層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を説明するための模式的断面図。
【図２】本発明において、基板に照射される光エネルギー強度分布を示したグラフ。
【図３】本発明により得られる凸部の形状を模式的に示した拡大断面図。
【図４】従来法により形成される凸部の形状を模式的に示した拡大断面図。
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ 化学増幅系ネガ型感光性樹脂
２ａ 凸部
３ フォトマスク

Claims (3)

1. 反射型液晶表示素子の一方の基板として用いられる光反射性基板の製造方法において、
   表面が平滑なガラスもしくはプラスチックからなる基板の一方の面上に化学増幅系ネガ型感光性樹脂を所定の厚さに塗布した後、透孔を有するフォトマスクを上記基板の他方の面側に配置し、上記基板の他方の面側から上記フォトマスクの透孔を通して上記基板に光を照射し、その光を上記基板内で上記透孔の投影面積部分よりも広げて上記化学増幅系ネガ型感光性樹脂に照射することにより、上記化学増幅系ネガ型感光性樹脂を上記透孔の投影面積部分およびその周辺部分を含めて露光して現像することにより、上記基板の一方の面上に感光性樹脂からなる裾部付きの凸部を規則的もしくは不規則的に形成して粗面化し、その凸部面を含む一方の基板面全面に金属膜よりなる光反射層を形成することを特徴とする光反射性基板の製造方法。
2. 現像後膜厚残量が１００％となる露光量の基準値をＥ_０として、上記基板の他方の面側からの露光量が１．０×Ｅ_０〜５．０×Ｅ_０である請求項１に記載の光反射性基板の製造方法。
3. 上記化学増幅系ネガ型感光性樹脂がノボラック系光熱硬化樹脂である請求項１または２に記載の光反射性基板の製造方法。

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