JP4287166B2

JP4287166B2 - Method for producing resin black matrix and photomask used therefor, resin black matrix, color filter and liquid crystal display element

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Publication number: JP4287166B2
Application number: JP2003036068A
Authority: JP
Inventors: 友信角野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004246094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーテレビやパーソナルコンピュータのディスプレイ等に用いられるカラーフィルタの構成部品である樹脂ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、前記製造方法により製造された樹脂ブラックマトリックス、この樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタ及び液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー表示の液晶表示素子に用いられるカラーフィルタは、透明基板上に各画素電極に対応する約１μｍの薄い赤フィルタ、緑フィルタ、及び青フィルタを有し、各フィルタ間の隙間から入射光が漏れて液晶ディスプレイのコントラストが低下しないように縦横にマトリックス配列で配列された多数の開口部を有するブラックマトリックスを備えるものである。またブラックマトリックスは表示に寄与していない部分、即ち、液晶表示素子のソース配線、画素電極とソース配線の間の隙間等を全て遮光するものである。液晶表示を明るくするためにブラックマトリックスによる遮光部分をできるだけ少なくすることが望まれる。
【０００３】
従来、ブラックマトリックスは、透明基板上にネガ型のブラックレジスト層を形成し、このレジスト層とは所定の距離をおいて、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の遮光パターンを備えるフォトマスクを配置し、フォトマスクを介して露光を行い、フォトマスクのパターンをブラックレジストの層に露光、転写して製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ブラックマトリックスに関してはその高精細化、即ち隣接する開口部間の線状遮光部の細線化が求められている。しかし現在使用されているブラックレジストは、レジストにカーボンブラック等の遮光性顔料を分散させてなるもので、遮光性が高いにも関わらず、高い感光性を持たせるために、大量の反応開始剤が含まれている。そのため、回折光などの微小な光にも反応してブラックレジストの硬化が進むため、フォトマスクのパターンをブラックレジストに忠実に転写し、ブラックマトリックスを形成することが困難であり、フォトマスクの隣接する遮光パターン間の線状開口パターンをブラックレジストに転写すると、フォトマスクの線状開口パターンに対して広幅の線状遮光パターンが形成されてしまう。
【０００５】
図１は従来から用いられているフォトマスク１を示すものであり、石英等からなる透明マスク基板２上に縦横に互いに線状開口パターン４を介してマトリックス配列で配列された、クロム遮光膜からなる、多数の遮光パターン３を備えるものである。このフォトマスクを用いてレジストに露光したとき、図２に示すように開口部６が、フォトマスク１の線状開口パターン４よりも広幅の線状遮光パターン７を介してマトリックス配列で配列された樹脂ブラックマトリックス５が形成されてしまう。このときのフォトマスク１の線状開口パターン４と樹脂ブラックマトリックス５の線状遮光パターン７の間のパターン幅のシフト量（形成したパターン線幅−フォトマスク線幅）は約６μｍにもなる。例えば、８μｍ幅の線状遮光パターンを得るためにはフォトマスクの線状開口パターンの幅を２μｍとしなければならない。さらに６μｍ幅の線状遮光パターンを得ることは、不可能である。
また、露光量を減らす等のレジストの感光性を落とす手法を取ると硬化度が落ちてしまうため、製版マージンがなくなってしまう。
【０００６】
そのため、従来のブラックマトリックスの製造方法では、ブラックマトリックスの隣接する開口部間の線状遮光部の線幅を小さくして、遮光部を少なくすることには限界があった。
【０００７】
特許文献１に、透明基板上にネガ型ブラックレジストを形成し、フォトマスクを介してブラックレジストに、フォトマスクの遮光パターンの下に回折する回折光の露光には影響されず、フォトマスクの開口パターンの直下の直接光露光部だけを露光硬化させることができる露光量で露光し、露光されたネガ型ブラックレジストを現像してブラックレジストを形成することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１９９９６７号公報（段落００２９〜００３０）
【０００９】
しかし、特許文献１の方法において、フォトマスクの開口パターンの直下の直接光露光部を優先的に露光硬化させることができる露光量を選択しても、その露光量で直接光露光部の近傍の回折光領域も露光硬化され、結果としてフォトマスクの線状開口パターンよりも太目にブラックレジストにパターンが転写されてしまうことは回避できない。
【００１０】
本発明の目的は、隣接する開口部の間の線状遮光部を細線化したブラックマトリックスの製造方法、樹脂ブラックマトリックスの製造方法及びそれに用いるフォトマスク、隣接する開口部間の線状遮光部を細線化した樹脂ブラックマトリックス、この樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフィルタ及び該カラーフィルタを用いた高精細の液晶表示素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の製造方法に関する課題を解決するもので、透明基板上にネガ型ブラックレジストを塗布する工程と、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスクを介して前記ネガ型レジストに露光する工程と、露光された前記ネガ型レジストを現像して樹脂ブラックマトリックスを形成する工程を有することを特徴とする樹脂ブラックマトリックスの製造方法を要旨とする。
【００１２】
本発明の製造方法においては、フォトマスクの隣接する遮光パターンの間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるので、フォトマスクを介してブラックレジストに光を照射するとき、個々の小開口部において光の回折がおこる結果矩形の小開口部間の遮光部の下側にも回折光が入り込みブラックレジストには線状遮光パターンが形成される。また小開口部の遮光パターンの辺に沿う短辺が短いことにより遮光パターンの下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、上記したフォトマスクに関する課題を解決するもので、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなることを特徴とするブラックマトリックス形成用フォトマスクを要旨とする。
【００１４】
本発明のブラックマトリックス形成用フォトマスクにおいて、小開口部の長辺ａ／短辺ｃ比が２より大きくしかも３より小さく、且つ長辺ａは４μｍ以上４０μｍ以下であり、隣接する小開口部間の間隔ｂが１μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。小開口部の長辺ａが４０μｍを越えると遮光パターンのほうへの光の回折量が多くなり、小開口部に対応するレジスト部分が広幅に露光され線幅の小さいパターニングが困難となる。また小開口部の長辺ａが４０μｍであっても長辺ａ／短辺ｃ比が２以上、３以下のとき、うねりのある輪郭の線状部が形成されたり或いはけば立ちのある輪郭の線状部が形成されるので好ましくない。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、上記の樹脂ブラックマトリックスに関する課題を解決するもので、請求項１に記載の製造方法により製造された樹脂ブラックマトリックスを要旨とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、上記のカラーフィルタに関する課題を解決するもので、請求項４に記載の樹脂ブラックマトリックスの開口部に着色層を有することを特徴とするカラーフィルタを要旨とする。
【００１７】
カラーフィルタには、樹脂ブラックマトリックス及び着色層を覆う透明共通電極が備えられカラーフィルタ基板が構成される。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、上記の液晶表示素子に関する課題を解決するもので、請求項５に記載のカラーフィルタとその樹脂ブラックマトリックス及び着色層を覆う透明共通電極からなるカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板に対向する、多数の画素電極を備える対向基板と、前記カラーフィルタ基板と対向基板の間に封入された液晶を備えることを特徴とする液晶表示素子を要旨とする。この液晶表示素子は、ブラックマトリックスによる遮光部が少ないので明るい表示画面を提供するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造方法を示し、また図４は本発明の製造方法において用いるフォトマスクを示す。
【００２０】
本発明の製造方法において先ず透明基板２１上にネガ型ブラックレジスト２２を塗布する。ブラックレジストの塗布の方法は、スピンコーターによる塗布、ダイコーターによる塗布、ディップコート等の種々の方法を適用することができる。
【００２１】
また、透明基板２１としては、例えばガラスが多く用いられるが、アクリル樹脂等のプラスチックフィルムまたはシートを用いてもよい。また、必要に応じて、透明基板２１上にブラックレジストとの密着性を向上させるためにアンカーコートを施してもよい。
【００２２】
ブラックレジスト２２は、黒色の顔料または染料及び感光性材料を含むものである。感光性材料としては、ＵＶレジスト、ＤＥＥＰ−ＵＶレジスト、紫外線硬化型樹脂等が挙げられる。
【００２３】
ＵＶレジストとしては、環化ポリイソプレン−芳香属ビスアジド系レジスト、フェノール樹脂−芳香属アジド化合物系レジスト等のネガ型レジストを挙げることができる。また、ＤＥＥＰ−ＵＶレジストとしては、ポリビニルフェノール−３，３’−アジドフェニルスルホン及びポリメタクリル酸グリシジル等のネガ型レジストを挙げることができる。
【００２４】
また、紫外線硬化型樹脂組成物としては、ベンゾフェノン及びその置換誘導体、ベンゾイン及びその置換誘導体、アセトフェノン及びその置換誘導体、オキシム系化合物等の中から選ばれる１種または２種以上の光重合開始剤を２〜１０質量％程度含有した、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等の樹脂を挙げることができる。
【００２５】
更に具体的に述べると、前記紫外線硬化型樹脂組成物の樹脂として、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、及び、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルアクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマー又はコポリマー等を１種若しくは複数含む感光性樹脂組成物が挙げられる。
【００２６】
又、前記紫外線硬化型樹脂塑性物を構成する光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミン）ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノン、２−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスペロン、メチレンアントロン、４−アジドベンジルアセトフェノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）シクロヘキサン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）−４−メチルシクロヘキサノン、２−フェニル−１，２−ブチジオン−２−（ｏ−メトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１，３−ジフェニル−プロパントリオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−３−エトキシ−プロパントリオン−２−（ｏ−ベンゾイル）オキシム、ミヒラーケトン、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、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、ｎ−フェニルチオアクリドン、４，４−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、アデカ（株）製Ｎ１７１７、四臭素化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性の色素とアスコルビン酸、トリエタノールアミン等の還元剤の組合せ等が挙げられる。本発明においては、これらの光重合開始剤を１種又は２種以上使用することができる。
【００２７】
ブラックレジストは低沸点溶剤と高沸点溶剤からなる溶媒に分散させた状態で透明基板２１に塗布する。
【００２８】
低沸点溶剤としては、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられ、また、高沸点溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルセロソルブ、３−メトキシブチルアセテート等が挙げられる。また低沸点溶媒と高沸点溶媒の混合溶媒として、高沸点溶媒が５０％以上を占める割合で含まれる混合溶媒を用いることができる。
【００２９】
次に塗布したブラックレジスト２２を例えばホットプレート等を用いて仮硬化後に、ブラックレジスト２２上に露光ギャップを介してフォトマスク１１を配置し、フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に露光する。
【００３０】
図４は本発明の製造方法において用いるフォトマスク１１を示す。
このフォトマスク１１は、透明マスク基板２上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターン１３を備え、隣接する遮光パターン１３の間は、多数の、遮光パターン１３の辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部１４ａが遮光部１４ｂを介して連なる小開口部−遮光部複合パターン１４からなるものである。
【００３１】
フォトマスク１１を介して露光後に、現像を行うことにより、露光時にフォトマスク１１の遮光パターンで被覆された部分が現像液で溶出し、透明基板２１の表面が露出し、露光部分がブラックマトリックス１５の線状遮光パターン１７として残る。引き続き現像液を洗い流すためにリンスを行い、スピン乾燥やエアナイフ等簡単に乾燥する。
【００３２】
フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に露光し樹脂ブラックマトリックス１５を形成する過程において、本発明の製造方法においては、フォトマスク１１の隣接する遮光パターン１３の間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部１４ａが遮光部１４ｂを介して連なる小開口部−遮光部複合パターン１４からなるので、フォトマスク１１を介してブラックレジスト２２に光を照射するとき、個々の小開口部１４ａにおいて光の回折がおこる結果矩形の小開口部１４ａ間の遮光部１４ｂの下側にも回折光が入り込みブラックレジスト２２には図５に示すように線状遮光パターン１７が形成される。また小開口部１４ａの遮光パターン１６の辺に沿う隣接する小開口部間の間隔ｂが短く、好ましくは１０μｍ以下に形成されていることにより遮光パターン１６の下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００３３】
表１はフォトマスク１のマスク形状と形成される線状遮光パターンの線幅の関係を示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１に示すように本発明のフォトマスクを用いて製版することにより、従来のフォトマスクを用いて製版する場合に比べて少ないシフト量（形成される線状遮光パターンの線幅−フォトマスクの線状開口パターンの線幅）で線状遮光パターンを形成することができる。例えば遮光パターン間の線状開口部５μｍの通常のフォトマスクの場合形成された線状遮光パターンの線幅は１２．３３１μｍであるのに対して小開口部の長辺５μｍ、短辺２μ、小開口部間の間隔４μｍの本発明のフォトマスクの場合形成された線状遮光パターンの線幅は７．２７４μｍと通常のフォトマスクの場合に比して５．０５７μｍ細い線状遮光パターンを形成することができる。それ故本発明の製造方法により高精細の樹脂ブラックマトリックスを提供することができる。
【００３６】
その場合、小開口部間の間隔ｂが１０μｍを越えると図６に示すように小開口部１４ａに対応する線状遮光パターンの部分の幅が遮光部１４ｂに対応する線状遮光パターンの部分の幅が異なり極端な凹凸の輪郭を有する線状遮光パターン１７ａが得られてしまう。小開口部間の間隔ｂが１μｍ以下であるときは細線化の効果がない。また、小開口部の間隔ｂが１０μｍであっても小開口部１４ａの長辺ａ／短辺ｃ比が２以下のときは直線性がやや劣るものや、けば立ち様の輪郭を有するものが得られたり、うねりのある輪郭を有するものが得られるので好ましくない。長辺ａが４０μｍを超えるとけば立ちが目立ち、一方４μｍより小さいときは解像しない。長辺ａは４０μｍ以下４μｍ以上であり、小開口部１４ａの長辺ａ／短辺ｃ比が２より大きくしかも３より小さく、且つ小開口部の間隔ｂは１０μｍ以下１μｍ以上以下であることが望ましい。
【００３７】
また、表１に示すように小開口部間の間隔が広くなるにつれてシフト量は小さくなる傾向が見られる。これは小開口部間の間隔が広がるほど隣り合うの小開口部の回折光同士がぶつかり合う度合いが低くなるためと思われる。
【００３８】
（実施例）
無アルカリガラスにネガ型ブラックレジスト（ＤＮ８３、東京応化工業製）を１μｍの厚さにスピンコートし、９０℃で３分間プリベークした。
【００３９】
このブラックレジスト上に露光ギャップ７５μｍで、図４に示すような、透明マスク基板上に縦横に互いに間隔をおいてマトリックス配列で配列された多数の矩形の遮光パターンを備え、隣接する遮光パターンの間は、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるフォトマスク（但し長辺の長さ＝５μｍ、短辺の長さ＝２μｍ、小開口部の間の間隔＝４μｍ）を配置した。そして光源としてｉ線（波長３６５ｍｍの光）を主に発する高圧水銀ランプを用いて、露光量５０ｍＪ／ｃｍ²で露光した。その後アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５ｗｔ％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２００℃で３０分間ポストベークして、線幅７．２μｍの細い線状パターンを有する樹脂ブラックマトリックスを得ることができた。
【００４０】
（比較例）
無アルカリガラスにネガ型ブラックレジスト（ＤＮ８３、東京応化工業製）を１μｍの厚さにスピンコートし、９０℃で３分間プリベークした。
【００４１】
このブラックレジスト上に露光ギャップ７５μｍで、図１に示すような、従来型のフォトマスク（遮光パターン間の間隔＝５μｍ）を配置した。そして光源としてｉ線を主に発する高圧水銀ランプを用いて、露光量５０ｍＪ／ｃｍ²で露光した。その後アルカリ現像液（ＫＯＨ０．０５％水溶液）に４０秒間浸漬後リンスした。次いで２００℃で３０分間ポストベークして樹脂ブラックマトリックスを得た。しかし、線幅１２．３μｍの実施例のものに比較して太い線状パターンを有する樹脂ブラックマトリックスしか得ることができなかった。
【００４２】
次に図７を用いて本発明の樹脂ブラックマトリックス１５を用いたカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板について説明する。
【００４３】
カラーフィルタは、樹脂ブラックマトリックス１５の開口部に液晶ディスプレイの各画素電極に対応して赤、緑、青色の着色層２４を備える。更にこのカラーフィルタの樹脂ブラックマトリックス１５の線状遮光パターン１７及び着色層２４を覆うオーバーコート層２５を介して透明共通電極（ＩＴＯ）２６が設けられ、カラーフィルタ基板２７が構成される。このカラーフィルタ基板２７は樹脂ブラックマトリックスによる遮光部が少ないので明るい表示画面を提供するものである。
【００４４】
着色層２４は、以下に述べる既知の加工方法により着色層を形成し、しかる後キュア処理して樹脂を硬化させることにより形成することができる。
（１）染色法：樹脂ブラックマトリックス上に透明な感光性材料（例えば、重クロム酸塩を添加したゼラチン等）をフォトリソグラフ法によってパターン加工して着色すべき部分に樹脂層を形成し、その後、前記樹脂層を酸性染料などによって赤、緑、青色に染色する。
（２）染料分散層：感光性樹脂溶液に直接染料を添加した着色材を用いフォトリソグラフ法によってパターン加工して着色層を形成する。
（３）インクジェット法：インクジェット方式により樹脂ブラックマトリックスの開口部に染料を含む硬化型のインキを付与し、硬化させて着色層を形成する。
（４）エッチング法：樹脂ブラックマトリックスの全面に顔料を含む着色材層を形成し、次いで着色材層の着色層として残す部分をフォトレジストで被覆しエッチングして不用の着色材層の部分を除去する。
（５）着色感材法：顔料をバインダー樹脂に分散させた感光性の着色樹脂を用い、フォトリソグラフ法によりパターン加工して着色層を形成する。
（７）転写法：着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に転写する。
（８）印刷法：オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の印刷法により着色層を形成する。
（９）電着法：着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に電着塗装する。
（１０）電子写真法：着色すべき領域以外をレジストパターンで被覆し、顔料のはいった樹脂を着色すべき領域に電子写真法により形成する。
【００４５】
次に、オーバーコート層２５は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂等の材料を着色層２４を加工した基板２１の上にスピンナ等によって全面塗布した後、キュア処理して樹脂を硬化させてなるものである。
このオーバーコート層は用いた着色材料の保護と平坦度を得るために設けるもので、平坦度の厳しくないＴＦＴ−ＬＣＤ用途ではコストダウンのためにオーバーコート層を省略してもよい。
このオーバーコート層については、高透明度、表面高硬度、高耐熱性等が要求される。
【００４６】
透明共通電極２６は着色層（ＲＧＢ層）２４の上に直接か或いはオーバーコート層２５の上に真空蒸着装置等によって成膜形成する。
【００４７】
図８は本発明の樹脂ブラックマトリックスを用いた液晶表示素子を示す。
【００４８】
液晶表示素子はカラーフィルタ基板２７と多数の画素電極３０を備えるＴＦＴ側基板３１を対向させ、両基板間に液晶２９を封入してなるものである。
【００４９】
ＴＦＴ側基板３１はその内側に個々の画素をソース線（信号線）に対して導通／非導通の選択をするスイッチの機能を果たす薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）及びマトリックス状に配列された透明な画素電極３０を備え、さらに基板内面の全面を覆って配向膜２８が設けられている。一方カラーフィルタ基板２７は、前記したように、樹脂ブラックマトリックス１５の開口部に液晶ディスプレイの各画素電極３０に対応して赤、緑、青色の着色層２４を備え、更に樹脂ブラックマトリックス１５及び着色層２４を覆ってオーバーコート層２５を備え、更にその上に透明共通電極（ＩＴＯ）２６を備えていても良い。
【００５０】
またカラーフィルタ２７基板の上側に偏向板３３が設置され、ＴＦＴ側基板３１の下側に偏向板３２が設けられている。
【００５１】
さらにＴＦＴ側基板３１の下側に蛍光灯と散乱板の組み合わせからなるバックライトと呼ばれる光源（図示せず）が設けられ、バックライト光３４の透過率を変化させる光シャッターとして機能させることにより表示を行うように構成されている。さらにＴＦＴ側基板の下側にＴＦＴを制御するコントロール回路や駆動回路等の電子回路を載せたプリント基板（図示せず）、光源を制御するインバータ回路（図示せず）等が設けられている。
【００５２】
本発明の液晶表示素子は樹脂ブラックマトリックスによる遮光面積が少ないので明るい表示画面を提供する。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造方法によれば、フォトマスクの隣接する遮光パターンの間は線状開口パターンでなく、多数の、遮光パターンの辺に沿う短辺を有する矩形の小開口部が遮光部を介して連なる小開口部−遮光部複合パターンからなるので、フォトマスクを介してブラックレジストに光を照射するとき、個々の小開口部において光の回折がおこる結果矩形の小開口部間の遮光部の下側にも回折光が入り込みブラックレジストには線状遮光パターンが形成される。また小開口部の遮光パターンの辺に沿う短辺が短いことにより遮光パターンの下側への光の回折量は少なくなり、その結果線幅の小さいパターニングが可能となる。
【００５４】
また本発明の製造方法により得られる樹脂ブラックマトリックスは高精細化されたもので、この樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタは従来のカラーフィルタに比べて遮光部分が少ないので明るい表示画面を提供するものである。また本発明のカラーフィルタを組み込んだ液晶表示素子は高精細の表示を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来型の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスクの平面図である。
【図２】図１に示すフォトマスクを用いてなる樹脂ブラックマトリックスの平面図である。
【図３】本発明の樹脂ブラックマトリックスの製造過程を示す断面図である。
【図４】本発明の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスクの表面図である。
【図５】本発明のフォトマスクを用いてなる樹脂ブラックフォトマスクの平面図である。
【図６】小開口部の短辺の長さを３μｍにした本発明のフォトマスクを用いたときに形成される線状遮光パターンの平面図である。
【図７】本発明の樹脂ブラックマトリックスを用いてなるカラーフィルタの断面図である。
【図８】本発明のカラーフィルタを用いてなる液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
１フォトマスク
２透明マスク基板
３遮光パターン
４線状開口パターン
５ブラックマトリックス
６ブラックマトリックスの開口部
７ブラックマトリックスの線状遮光パターン
１１本発明の樹脂ブラックマトリックス形成用フォトマスク
１３遮光パターン
１４ａ小開口部
１４ｂ遮光部
１４小開口部−遮光部複合パターン
１５本発明の樹脂ブラックマトリックス
１６本発明の樹脂ブラックマトリックスの開口部
１７本発明の樹脂ブラックマトリックスの線状遮光パターン
２１透明基板
２２ネガ型ブラックレジスト
２４着色層
２５オーバーコート層
２６透明共通電極
２７カラーフィルタ基板
２８配向膜
２９液晶
３０画素電極
３１ＴＦＴ側基板
３２，３３偏向板
３４バックライト光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a resin black matrix which is a component of a color filter used for a color television or a display of a personal computer, a photomask used therefor, a resin black matrix produced by the production method, The present invention relates to a color filter and a liquid crystal display element used.
[0002]
[Prior art]
A color filter used in a liquid crystal display element for color display has a thin red filter, green filter, and blue filter of about 1 μm corresponding to each pixel electrode on a transparent substrate, and incident light leaks from a gap between the filters. In order to prevent the contrast of the liquid crystal display from being lowered, a black matrix having a large number of openings arranged in a matrix arrangement vertically and horizontally is provided. Further, the black matrix shields light from all parts that do not contribute to the display, that is, the source wiring of the liquid crystal display element, the gap between the pixel electrode and the source wiring, and the like. In order to brighten the liquid crystal display, it is desirable to reduce the light-shielding portion by the black matrix as much as possible.
[0003]
Conventionally, a black matrix has a negative black resist layer formed on a transparent substrate, and the resist layer is arranged in a matrix arrangement at a predetermined distance from each other on the transparent mask substrate at intervals in the vertical and horizontal directions. A photomask having a large number of light-shielding patterns is arranged, exposed through the photomask, and the photomask pattern is exposed and transferred to a black resist layer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
With respect to the black matrix, there is a demand for higher definition, that is, thinner linear light-shielding portions between adjacent openings. However, currently used black resists are made by dispersing a light-shielding pigment such as carbon black in the resist. A large amount of reaction initiator is used to provide high photosensitivity despite its high light-shielding properties. It is included. Therefore, the black resist cures in response to minute light such as diffracted light, so it is difficult to faithfully transfer the photomask pattern to the black resist and form a black matrix. When the linear opening pattern between the light shielding patterns to be transferred is transferred to the black resist, a wide linear light shielding pattern is formed with respect to the linear opening pattern of the photomask.
[0005]
FIG. 1 shows a photomask 1 conventionally used. From a chrome light-shielding film arranged in a matrix arrangement on a transparent mask substrate 2 made of quartz or the like through a linear opening pattern 4 vertically and horizontally. A plurality of light shielding patterns 3 are provided. When the resist is exposed to light using this photomask, the openings 6 are arranged in a matrix arrangement via the linear light-shielding pattern 7 wider than the linear opening pattern 4 of the photomask 1 as shown in FIG. Resin black matrix 5 is formed. At this time, the shift amount of the pattern width between the linear opening pattern 4 of the photomask 1 and the linear light-shielding pattern 7 of the resin black matrix 5 (formed pattern line width−photomask line width) is about 6 μm. For example, in order to obtain a linear light-shielding pattern having a width of 8 μm, the width of the linear opening pattern of the photomask must be 2 μm. Furthermore, it is impossible to obtain a linear light-shielding pattern with a width of 6 μm.
Further, if a method of reducing the photosensitivity of the resist such as reducing the exposure amount is taken, the degree of curing is lowered, so that the plate making margin is lost.
[0006]
Therefore, in the conventional black matrix manufacturing method, there is a limit to reducing the light shielding portion by reducing the line width of the linear light shielding portion between the adjacent openings of the black matrix.
[0007]
In Patent Document 1, a negative black resist is formed on a transparent substrate, and the photomask is not affected by the exposure of diffracted light diffracted under the light-shielding pattern of the photomask through the photomask. It is described that only a direct light exposure portion directly under a pattern is exposed with an exposure amount capable of exposing and curing, and the exposed negative black resist is developed to form a black resist.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2000-199967 (paragraphs 0029 to 0030)
[0009]
However, in the method of Patent Document 1, even if an exposure amount that can preferentially cure the direct light exposure portion directly under the opening pattern of the photomask is selected, the exposure amount near the direct light exposure portion is selected. The diffracted light region is also exposed and cured, and as a result, it cannot be avoided that the pattern is transferred to the black resist more widely than the linear opening pattern of the photomask.
[0010]
An object of the present invention is to provide a black matrix manufacturing method in which a linear light shielding portion between adjacent openings is thinned, a resin black matrix manufacturing method and a photomask used therefor, and a linear light shielding portion between adjacent openings. It is an object to provide a thin resin black matrix, a color filter using the resin black matrix, and a high-definition liquid crystal display element using the color filter.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1 solves the above-described problems relating to the manufacturing method, and includes a step of applying a negative black resist on a transparent substrate and an arrangement in a matrix arrangement on the transparent mask substrate at intervals in the vertical and horizontal directions. A plurality of rectangular light-shielding patterns, and between adjacent light-shielding patterns, a plurality of small rectangular openings having short sides along the side of the light-shielding pattern are connected via the light-shielding part. A method for producing a resin black matrix, comprising: exposing the negative resist through a photomask comprising a composite pattern; and developing the exposed negative resist to form a resin black matrix Is the gist.
[0012]
In the manufacturing method of the present invention, a large number of small rectangular openings having short sides along the sides of the light shielding pattern are connected via the light shielding portion, not between the linear light shielding patterns between adjacent light shielding patterns of the photomask. Since it consists of a small opening-light-shielding part composite pattern, when light is irradiated to the black resist through a photomask, light is diffracted in each small opening, resulting in the lower side of the light-shielding part between the rectangular small openings. Further, diffracted light enters and a black light-shielding pattern is formed on the black resist. Further, since the short side along the side of the light shielding pattern in the small opening is short, the amount of light diffracted to the lower side of the light shielding pattern is reduced, and as a result, patterning with a small line width is possible.
[0013]
The invention according to claim 2 solves the above-mentioned problems related to the photomask, and includes a plurality of rectangular light-shielding patterns arranged in a matrix arrangement at intervals in the vertical and horizontal directions on the transparent mask substrate. For forming a black matrix, characterized in that a large number of rectangular small openings having short sides along the sides of the light shielding pattern are arranged between the light shielding patterns, and are composed of a small opening portion-light shielding portion composite pattern connected via the light shielding portion. The gist is a photomask.
[0014]
In the photomask for forming a black matrix of the present invention, the ratio of long side a / short side c of a small opening is larger than 2 and smaller than 3, and the long side a is 4 μm or more and 40 μm or less, and between adjacent small openings It is desirable that the distance b is 1 μm or more and 10 μm or less. When the long side “a” of the small opening exceeds 40 μm, the amount of light diffracted toward the light shielding pattern increases, and the resist portion corresponding to the small opening is exposed wide and patterning with a small line width becomes difficult. Further, even when the long side a of the small opening is 40 μm, when the ratio of long side a / short side c is 2 or more and 3 or less, a wavy contoured linear portion is formed or the contour is steep This is not preferable because the linear portion is formed.
[0015]
The invention according to claim 4 solves the above-mentioned problems relating to the resin black matrix, and the summary thereof is the resin black matrix produced by the production method according to claim 1.
[0016]
The invention described in claim 5 solves the above-mentioned problems related to the color filter, and is summarized in a color filter having a colored layer at the opening of the resin black matrix according to claim 4.
[0017]
The color filter is provided with a transparent common electrode that covers the resin black matrix and the colored layer to constitute a color filter substrate.
[0018]
Invention of Claim 6 solves the subject regarding said liquid crystal display element, The color filter substrate which consists of a transparent common electrode which covers the color filter of Claim 5, its resin black matrix, and a colored layer, A gist is a liquid crystal display element comprising a counter substrate having a large number of pixel electrodes facing the color filter substrate, and a liquid crystal sealed between the color filter substrate and the counter substrate. This liquid crystal display element provides a bright display screen since there are few light-shielding parts by a black matrix.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 3 shows a method for producing a resin black matrix of the present invention, and FIG. 4 shows a photomask used in the production method of the present invention.
[0020]
In the manufacturing method of the present invention, a negative black resist 22 is first applied on the transparent substrate 21. As a method of applying the black resist, various methods such as application by a spin coater, application by a die coater, and dip coating can be applied.
[0021]
As the transparent substrate 21, for example, glass is often used, but a plastic film or sheet such as acrylic resin may be used. Further, if necessary, an anchor coat may be applied on the transparent substrate 21 in order to improve adhesion to the black resist.
[0022]
The black resist 22 includes a black pigment or dye and a photosensitive material. Examples of the photosensitive material include a UV resist, a DEEP-UV resist, and an ultraviolet curable resin.
[0023]
Examples of the UV resist include negative resists such as a cyclized polyisoprene-aromatic bisazide resist and a phenol resin-aromatic azide compound resist. Examples of the DEEP-UV resist include negative resists such as polyvinylphenol-3,3′-azidophenylsulfone and polyglycidyl methacrylate.
[0024]
In addition, as the ultraviolet curable resin composition, one or more photopolymerization initiators selected from benzophenone and substituted derivatives thereof, benzoin and substituted derivatives thereof, acetophenone and substituted derivatives thereof, oxime compounds and the like are used. Resins such as polyester acrylate, epoxy acrylate, and urethane acrylate that are contained in an amount of about 2 to 10% by mass can be exemplified.
[0025]
More specifically, as the resin of the ultraviolet curable resin composition, acrylic resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl chloride copolymer, ethylene vinyl copolymer, polystyrene, acrylonitrile-styrene copolymer Combined, ABS resin, polymethacrylic acid resin, ethylene methacrylic acid resin, polyvinyl chloride resin, chlorinated vinyl chloride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, nylon 6, nylon 66, nylon 12, polyethylene terephthalate , Polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyvinyl acetal, polyether ketone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyvinyl butyral, epoxy resin, phenoxy Resin, polyimide resin, polyamideimide resin, polyamic acid resin, polyetherimide resin, phenol resin, urea resin, etc., and polymerizable monomers methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, n-propyl acrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl acrylate, isopropyl methacrylate, sec-butyl acrylate, sec-butyl methacrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate, tert-butyl acrylate, tert-butyl methacrylate, n-pentyl acrylic acrylate, n-pentyl methacrylate, n- Hexyl acrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethyl One or more of ruhexyl methacrylate, n-octyl acrylate, n-octyl methacrylate, n-decyl acrylate, n-decyl methacrylate, styrene, α-methylstyrene, N-vinyl-2-pyrrolidone, glycidyl (meth) acrylate, and acrylic acid , A dimer of methacrylic acid and acrylic acid (for example, M-5600 manufactured by Toa Gosei Chemical Co., Ltd.), itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, vinyl acetic acid, and acid anhydrides thereof. Examples thereof include photosensitive resin compositions containing one or more polymers or copolymers.
[0026]
Examples of the photopolymerization initiator constituting the ultraviolet curable resin plastic material include benzophenone, methyl o-benzoylbenzoate, 4,4-bis (dimethylamine) benzophenone, 4,4-bis (diethylamine) benzophenone, α -Amino-acetophenone, 4,4-dichlorobenzophenone, 4-benzoyl-4-methyldiphenyl ketone, dibenzyl ketone, fluorenone, 2,2-diethoxyacetophenone, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2-hydroxy 2-methylpropiophenone, p-tert-butyldichloroacetophenone, thioxanthone, 2-methylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, diethylthioxanthone, benzyldimethyl ketal, benzylme Xyethyl acetal, benzoin methyl ether, benzoin butyl ether, anthraquinone, 2-tert-butylanthraquinone, 2-amylanthraquinone, β-chloroanthraquinone, anthrone, benzanthrone, dibenzsperone, methyleneanthrone, 4-azidobenzylacetophenone, 2,6- Bis (p-azidobenzylidene) cyclohexane, 2,6-bis (p-azidobenzylidene) -4-methylcyclohexanone, 2-phenyl-1,2-butidione-2- (o-methoxycarbonyl) oxime, 1-phenyl- Propanedion-2- (o-ethoxycarbonyl) oxime, 1,3-diphenyl-propanetrione-2- (o-ethoxycarbonyl) oxime, 1-phenyl-3-ethoxy-propanetrio 2- (o-benzoyl) oxime, Michler's ketone, 2-methyl-1 [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4- Morpholinophenyl) -butanone, naphthalenesulfonyl chloride, quinolinesulfonyl chloride, n-phenylthioacridone, 4,4-azobisisobutyronitrile, diphenyl disulfide, benzthiazole disulfide, triphenylphosphine, camphorquinone, ADEKA ) Manufactured by N1717, tetrabrominated carbon, tribromophenylsulfone, benzoin peroxide, eosin, methylene blue and the like, and a reducing agent such as ascorbic acid and triethanolamine. In the present invention, one or more of these photopolymerization initiators can be used.
[0027]
The black resist is applied to the transparent substrate 21 in a state of being dispersed in a solvent composed of a low boiling point solvent and a high boiling point solvent.
[0028]
Examples of the low boiling point solvent include butyl acetate and propylene glycol monomethyl ether, and examples of the high boiling point solvent include propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl cellosolve, and 3-methoxybutyl acetate. Moreover, the mixed solvent in which the high boiling point solvent occupies 50% or more can be used as the mixed solvent of the low boiling point solvent and the high boiling point solvent.
[0029]
Next, after the applied black resist 22 is temporarily cured using, for example, a hot plate or the like, the photomask 11 is disposed on the black resist 22 via an exposure gap, and the black resist 22 is exposed via the photomask 11.
[0030]
FIG. 4 shows a photomask 11 used in the manufacturing method of the present invention.
The photomask 11 includes a large number of rectangular light-shielding patterns 13 arranged in a matrix arrangement on the transparent mask substrate 2 in the vertical and horizontal directions, and a large number of light-shielding patterns 13 are provided between adjacent light-shielding patterns 13. A rectangular small opening portion 14a having a short side along this side is formed of a small opening portion-light shielding portion composite pattern 14 that is continuous through the light shielding portion 14b.
[0031]
By performing development after exposure through the photomask 11, the portion covered with the light-shielding pattern of the photomask 11 is eluted with the developer during exposure, the surface of the transparent substrate 21 is exposed, and the exposed portion is the black matrix 15. The linear light shielding pattern 17 remains. Next, rinse to wash away the developer and spin dry or air knife easily.
[0032]
In the process of forming the resin black matrix 15 by exposing the black resist 22 through the photomask 11, in the manufacturing method of the present invention, the space between the adjacent light shielding patterns 13 of the photomask 11 is not a linear opening pattern, but a large number. Since the small rectangular opening 14a having a short side along the side of the light shielding pattern is composed of the small opening-light shielding portion combined pattern 14 connected via the light shielding portion 14b, the light is applied to the black resist 22 through the photomask 11. As a result of diffraction of light in each small opening 14a, the diffracted light also enters the lower side of the light shielding portion 14b between the rectangular small openings 14a, and enters the black resist 22 as shown in FIG. A light shielding pattern 17 is formed. Further, the distance b between adjacent small openings along the side of the light shielding pattern 16 of the small opening 14a is short, preferably 10 μm or less, so that the amount of light diffracted to the lower side of the light shielding pattern 16 is small. As a result, patterning with a small line width is possible.
[0033]
Table 1 shows the relationship between the mask shape of the photomask 1 and the line width of the formed linear light shielding pattern.
[0034]
[Table 1]

[0035]
As shown in Table 1, by making a plate using the photomask of the present invention, a smaller shift amount than the case of making a plate using a conventional photomask (line width of the formed linear light-shielding pattern−photomask A linear light-shielding pattern can be formed with a line width of the linear opening pattern. For example, in the case of an ordinary photomask having a linear opening of 5 μm between the light shielding patterns, the line width of the formed linear light shielding pattern is 12.331 μm, whereas the long side of the small opening is 5 μm, the short side is 2 μm, and the small In the case of the photomask of the present invention having an interval of 4 μm between the openings, the line width of the linear light shielding pattern formed is 7.274 μm, which is 5.057 μm thinner than that of a normal photomask. be able to. Therefore, a high-definition resin black matrix can be provided by the production method of the present invention.
[0036]
In this case, when the interval b between the small openings exceeds 10 μm, the width of the linear light shielding pattern corresponding to the small opening 14a is as shown in FIG. As a result, a linear light-shielding pattern 17a having a different width and an extremely uneven contour is obtained. When the distance b between the small openings is 1 μm or less, there is no thinning effect. Further, even when the interval b between the small openings is 10 μm, the linearity is slightly inferior or has a flutter-like outline when the long side a / short side c ratio of the small opening 14a is 2 or less. Is obtained, and a product having a wavy contour is obtained. If the long side a exceeds 40 μm, the standing is conspicuous, whereas if it is smaller than 4 μm, the resolution is not resolved. The long side a is 40 μm or less and 4 μm or more, the ratio of long side a / short side c of the small opening 14a is larger than 2 and smaller than 3, and the interval b between the small openings is 10 μm or less and 1 μm or more. desirable.
[0037]
Further, as shown in Table 1, there is a tendency that the shift amount becomes smaller as the interval between the small openings becomes wider. This seems to be because the degree to which the diffracted lights of the adjacent small openings collide with each other decreases as the distance between the small openings increases.
[0038]
(Example)
A negative black resist (DN83, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated on an alkali-free glass to a thickness of 1 μm and prebaked at 90 ° C. for 3 minutes.
[0039]
On this black resist, an exposure gap of 75 μm is provided, and as shown in FIG. 4, a plurality of rectangular light-shielding patterns arranged in a matrix arrangement at intervals in the vertical and horizontal directions are provided on a transparent mask substrate. Is a photomask comprising a large number of rectangular small openings having a short side along the side of the light shielding pattern and a small opening-light shielding portion composite pattern in which the light shielding portions are connected via the light shielding portion (however, the length of the long side = 5 μm, short Side length = 2 μm, spacing between small openings = 4 μm). Then, using a high-pressure mercury lamp that mainly emits i-line (light having a wavelength of 365 mm) as a light source, the exposure amount is 50 mJ / cm. ² And exposed. Thereafter, the substrate was immersed in an alkaline developer (KOH 0.05 wt% aqueous solution) for 40 seconds and rinsed. Subsequently, it was post-baked at 200 ° C. for 30 minutes to obtain a resin black matrix having a thin linear pattern with a line width of 7.2 μm.
[0040]
(Comparative example)
A negative black resist (DN83, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated on an alkali-free glass to a thickness of 1 μm and prebaked at 90 ° C. for 3 minutes.
[0041]
A conventional photomask (interval between light shielding patterns = 5 μm) as shown in FIG. 1 was arranged on the black resist with an exposure gap of 75 μm. Then, using a high-pressure mercury lamp that mainly emits i-line as a light source, the exposure amount is 50 mJ / cm. ² And exposed. Thereafter, it was immersed in an alkaline developer (KOH 0.05% aqueous solution) for 40 seconds and rinsed. Subsequently, it was post-baked at 200 ° C. for 30 minutes to obtain a resin black matrix. However, only a resin black matrix having a thick linear pattern as compared with the example having a line width of 12.3 μm could be obtained.
[0042]
Next, a color filter substrate including a color filter using the resin black matrix 15 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0043]
The color filter includes red, green, and blue colored layers 24 corresponding to the pixel electrodes of the liquid crystal display at the openings of the resin black matrix 15. Further, a transparent common electrode (ITO) 26 is provided through an overcoat layer 25 that covers the linear light-shielding pattern 17 and the colored layer 24 of the resin black matrix 15 of the color filter, thereby forming a color filter substrate 27. The color filter substrate 27 provides a bright display screen because there are few light-shielding portions due to the resin black matrix.
[0044]
The colored layer 24 can be formed by forming a colored layer by a known processing method described below and then curing the resin by curing treatment.
(1) Dyeing method: A transparent photosensitive material (for example, gelatin added with dichromate) is patterned on a resin black matrix by a photolithographic method to form a resin layer on a portion to be colored, and then The resin layer is dyed red, green, or blue with an acid dye or the like.
(2) Dye dispersion layer: A colored layer is formed by patterning by a photolithographic method using a coloring material obtained by directly adding a dye to a photosensitive resin solution.
(3) Inkjet method: A curable ink containing a dye is applied to the openings of the resin black matrix by an inkjet method and cured to form a colored layer.
(4) Etching method: A colorant layer containing a pigment is formed on the entire surface of the resin black matrix, and then a portion of the colorant layer to be left as a color layer is covered with a photoresist and etched to remove an unnecessary colorant layer portion. To do.
(5) Colored photosensitive material method: A photosensitive colored resin in which a pigment is dispersed in a binder resin is used, and a colored layer is formed by patterning by a photolithographic method.
(7) Transfer method: A region other than the region to be colored is covered with a resist pattern, and the resin containing the pigment is transferred to the region to be colored.
(8) Printing method: A colored layer is formed by a printing method such as an offset printing method, a gravure printing method, or a screen printing method.
(9) Electrodeposition method: A region other than the region to be colored is covered with a resist pattern, and a resin containing a pigment is electrodeposited on the region to be colored.
(10) Electrophotography: A region other than the region to be colored is covered with a resist pattern, and a resin containing a pigment is formed in the region to be colored by electrophotography.
[0045]
Next, the overcoat layer 25 is formed by applying a material such as an acrylic resin, an epoxy resin, a polyimide resin, or a silicon resin on the entire surface of the substrate 21 on which the colored layer 24 is processed using a spinner, and then curing the resin by curing. It is something to be made.
This overcoat layer is provided in order to protect the coloring material used and to obtain flatness. For TFT-LCD applications where the flatness is not strict, the overcoat layer may be omitted for cost reduction.
The overcoat layer is required to have high transparency, high surface hardness, high heat resistance, and the like.
[0046]
The transparent common electrode 26 is formed directly on the colored layer (RGB layer) 24 or on the overcoat layer 25 by a vacuum vapor deposition apparatus or the like.
[0047]
FIG. 8 shows a liquid crystal display element using the resin black matrix of the present invention.
[0048]
In the liquid crystal display element, a color filter substrate 27 and a TFT side substrate 31 having a large number of pixel electrodes 30 are opposed to each other, and a liquid crystal 29 is sealed between the substrates.
[0049]
The TFT side substrate 31 is arranged in the form of a thin film transistor (TFT) (not shown) that functions as a switch for selecting whether each pixel is conductive / non-conductive with respect to the source line (signal line). A transparent pixel electrode 30 is provided, and an alignment film 28 is provided to cover the entire inner surface of the substrate. On the other hand, as described above, the color filter substrate 27 includes the red, green, and blue colored layers 24 corresponding to the respective pixel electrodes 30 of the liquid crystal display at the openings of the resin black matrix 15. An overcoat layer 25 may be provided so as to cover the layer 24, and a transparent common electrode (ITO) 26 may be provided thereon.
[0050]
A deflection plate 33 is installed on the upper side of the color filter 27 substrate, and a deflection plate 32 is installed on the lower side of the TFT side substrate 31.
[0051]
Further, a light source (not shown) called a backlight composed of a combination of a fluorescent lamp and a scattering plate is provided below the TFT side substrate 31 and is displayed by functioning as an optical shutter that changes the transmittance of the backlight light 34. Is configured to do. Further, a printed circuit board (not shown) on which electronic circuits such as a control circuit and a drive circuit for controlling the TFT are mounted, an inverter circuit (not shown) for controlling the light source, and the like are provided below the TFT side substrate.
[0052]
The liquid crystal display element of the present invention provides a bright display screen since the light shielding area by the resin black matrix is small.
[0053]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the method for producing a resin black matrix of the present invention, a large number of short sides along the sides of the light shielding pattern are not provided between the adjacent light shielding patterns of the photomask. Since the rectangular small opening having a small opening-shading portion composite pattern that continues through the light shielding portion, light is diffracted at each small opening when the black resist is irradiated with light through the photomask. As a result, diffracted light also enters the lower side of the light shielding part between the rectangular small openings, and a linear light shielding pattern is formed on the black resist. Further, since the short side along the side of the light shielding pattern in the small opening is short, the amount of light diffracted to the lower side of the light shielding pattern is reduced, and as a result, patterning with a small line width is possible.
[0054]
Further, the resin black matrix obtained by the production method of the present invention is highly refined, and the color filter using this resin black matrix provides a bright display screen because it has fewer light-shielding portions than the conventional color filter. Is. A liquid crystal display element incorporating the color filter of the present invention enables high definition display.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a conventional photomask for forming a resin black matrix.
FIG. 2 is a plan view of a resin black matrix using the photomask shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the production process of the resin black matrix of the present invention.
FIG. 4 is a surface view of a photomask for forming a resin black matrix of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a resin black photomask using the photomask of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of a linear light-shielding pattern formed when using the photomask of the present invention in which the length of the short side of the small opening is 3 μm.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a color filter using the resin black matrix of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a liquid crystal display element using the color filter of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Photomask
2 Transparent mask substrate
3 Shading pattern
4 Linear opening pattern
5 Black matrix
6 Black matrix opening
7 Black matrix linear shading pattern
11 Photomask for forming resin black matrix of the present invention
13 Shading pattern
14a Small opening
14b Shading part
14 Small aperture-shading part composite pattern
15 Resin black matrix of the present invention
16 Opening of resin black matrix of the present invention
17 Linear blackout pattern of resin black matrix of the present invention
21 Transparent substrate
22 Negative black resist
24 Colored layer
25 Overcoat layer
26 Transparent common electrode
27 Color filter substrate
28 Alignment film
29 LCD
30 pixel electrodes
31 TFT side substrate
32, 33 deflection plate
34 Backlight

Claims

A process of applying a negative black resist on a transparent substrate and a large number of rectangular light shielding patterns arranged in a matrix arrangement at intervals in the vertical and horizontal directions on the transparent mask substrate. Exposing the negative resist through a photomask comprising a small opening-shading portion composite pattern in which rectangular small openings having short sides along the side of the shading pattern are connected via the shading portion, and exposure A method for producing a resin black matrix, comprising: developing the negative resist formed to form a resin black matrix.

Provided with a large number of rectangular light shielding patterns arranged in a matrix arrangement at intervals in the vertical and horizontal directions on the transparent mask substrate, and between the adjacent light shielding patterns, a rectangular shape having a plurality of short sides along the side of the light shielding pattern. A photomask for forming a black matrix, characterized in that the small openings are composed of a composite pattern of small openings and light shielding portions that are connected via light shielding portions.

The long side a / short side c ratio of the small opening is larger than 2 and smaller than 3, the long side a is 4 μm or more and 40 μm or less, and the interval b between adjacent small openings is 1 μm or more and 10 μm or less. The photomask for forming a black matrix according to claim 2.

A resin black matrix produced by the production method according to claim 1.

A color filter comprising a colored layer in an opening of the resin black matrix according to claim 4.

6. A color filter substrate comprising a color filter according to claim 5 and a transparent common electrode covering the resin black matrix and the colored layer thereof, a counter substrate having a large number of pixel electrodes facing the color filter substrate, and the color filter substrate A liquid crystal display element comprising a liquid crystal sealed between a counter substrate and a counter substrate.