JP4478420B2 - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、カラーフィルタ及びその製造方法に係り、特に大画面のカラー液晶表示装置に使用されるカラーフィルタに関する。

従来から、薄型、軽量で低消費電力等の特徴を有する液晶表示装置は、フラットパネルディスプレイとして広く使用されているが、ＴＶやコンピュータのディスプレイへの適用に伴って、カラー表示が主流となり、さらに近年は画面の大型化が要求されている。
カラー液晶表示装置には、白色光源からの光をＲ、Ｇ、Ｂの３原色に変換し、これら３原色を混合して各色を出すためのカラーフィルタを用いたものがある。図６に示されるように、カラーフィルタ１は、各画素２がＲ、Ｇ、Ｂの着色層からなる３つのサブ画素３ｒ、３ｇ、３ｂに分割された構造を有しており、さらに各サブ画素の境界部分に遮光領域であるブラックマトリックス４が形成されている。

このようなカラーフィルタは、例えば、フォトマスクを用いたパターン転写を介してサブ画素の枠となるブラックマトリックスをガラス基板上に形成した後、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層を顔料分散レジストの塗布、パターン転写及び現像によって順次形成することにより製造される。

また、画面の大型化に伴い、カラーフィルタに使用されるガラス基板として、より大面積の基板が用いられるようになった。ところが、カラーフィルタ製造のために使用されるフォトマスクや露光装置は高精度のものが必要となるため、基板の大型化に合わせてフォトマスクや露光装置を大型化することは極めて困難である。
そこで、例えば、特許文献１には、図７（ａ）に示されるように、ガラス基板５の有効領域６のほぼ半分の面積のフォトマスク７を用いて有効領域６のほぼ左半分を露光した後、図７（ｂ）に示されるように、フォトマスク７に対してガラス基板５を左方へ相対移動させて同じフォトマスク７で有効領域６の残り右半分を露光することにより、左右の露光領域８及び９を形成して大面積のカラーフィルタを製造する方法が開示されている。

特開平８−４５８２３号公報

しかしながら、図７（ｂ）のように、複数の露光領域８及び９を互いに直線状につなぐと、そのつなぎ部分がムラとして鮮明に現れ、カラーフィルタとしての品質が低下するという問題点があった。
特許文献１には、フォトマスク７による遮光部分が互いにわずかに重複するように露光領域８及び９の露光を行うことも記載されているが、製造工程の簡素化からネガ型のレジストを使用してブラックマトリックスを形成する場合には、ブラックマトリックスが露光領域のつなぎ部分で切断されることを防ぐために、遮光部分を互いに重複させることはできず、つなぎムラを解消することは困難であった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、高品質で大面積でありながら容易に製造することができるカラーフィルタを提供することを目的とする。
また、この発明は、高品質で大面積のカラーフィルタを容易に製造することができるカラーフィルタの製造方法を提供することもまた目的としている。

この発明に係るカラーフィルタは、基板上にブラックマトリックスが所定のパターンで形成されると共にブラックマトリックスの開口領域に複数の着色層が形成されたカラーフィルタにおいて、ブラックマトリックスが、所定の線幅の第１のラインと、第１のラインと同じ線幅を有すると共に第１のラインよりずれて配置された第２のラインと、第１のラインと第２のラインとをつなぐと共に第１のラインより広い線幅を有する第３のラインとを備え、さらに第１のライン及び第２のラインの第３のラインとの境界部分に配置されると共に第１のライン及び第２のラインから第３のラインへ線幅をなだらかに変化させるぼかし部を備え、第３のラインは、長手方向に沿う第１のラインの一端と第２のラインの一端とが、長手方向に沿って互いに重なりつつ幅方向に沿って互いにずれて配置されることで形成されているものである。
好ましくは、各ぼかし部が、第１のライン及び第２のラインの長手方向に沿って１ｍｍ以上の長さを有している。

また、この発明に係るカラーフィルタの製造方法は、基板より小さな面積のフォトマスクを基板に対して相対的に移動させて複数回露光を行うことにより転写パターンをつなぎ合わせて基板上に所定のパターンのブラックマトリックスを形成すると共にブラックマトリックスの開口領域に複数の着色層を形成するカラーフィルタの製造方法において、第１の露光によって所定の線幅の第１のラインを転写するとともに、第２の露光によって第１のラインと同じ線幅を有すると共に第１のラインよりずれて配置された第２のラインを転写する方法であって、第１の露光において、転写パターンのつなぎ合わせ部分に位置するフォトマスクの開口部の一部を遮光板で遮蔽した状態で露光を行い、第２の露光において、長手方向に沿う第１のラインの一端と第２ラインの一端とが長手方向に沿って互いに重なりつつ幅方向に沿って互いにずれて転写されることで第１のラインと第２のラインとをつなぐと共に第１のラインより広い線幅を有する第３のラインを形成するように、フォトマスクと基板とを相対的に移動させると共に前記つなぎ合わせ部分に位置するフォトマスクの開口部の一部を遮光板で遮蔽した状態で露光を行い、露光時に遮光板と基板との間に所定の間隔を保持させることにより転写パターンのつなぎ合わせ部分にぼかしを形成する方法である。
なお、露光量が変化しても基板上に転写されたブラックマトリックスの線幅がほとんど変化しないような飽和領域の露光量で露光を行うことが好ましい。

以上説明したように、この発明によれば、ブラックマトリックスが、所定の線幅の第１のラインと、第１のラインと同じ線幅を有すると共に第１のラインよりずれて配置された第２のラインと、第１のラインと第２のラインとをつなぐと共に第１のラインより広い線幅を有する第３のラインとを備え、さらに第１のライン及び第２のラインの第３のラインとの境界部分に配置されると共に第１のライン及び第２のラインから第３のラインへ線幅をなだらかに変化させるぼかし部を備えているので、高品質で大面積でありながら容易に製造することができるカラーフィルタが実現される。

また、この発明に係るカラーフィルタの製造方法によれば、露光時に遮光板と基板との間に所定の間隔を保持させることにより転写パターンのつなぎ合わせ部分にぼかしを形成するので、高品質で大面積のカラーフィルタを容易に得ることが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１にこの発明の実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法を実施するための露光装置の構成を示す。露光ステージ１１の上方にマスク吸着ステージ１２が配置され、マスク吸着ステージ１２の上方に一対の遮光板１３が配置されている。露光ステージ１１及び一対の遮光板１３はそれぞれ図示しない駆動装置により水平方向に移動することができるように構成されている。さらに、遮光板１３の上方には曲面ミラー１４が配置され、この曲面ミラー１４に対向して光源となるＵＶランプ１５が配置されている。

露光ステージ１１の上面には、カラーフィルタに用いられるガラス基板１６が載置されている。マスク吸着ステージ１２には露光に用いられるＵＶ光を通すための開口１７が形成されており、開口１７の下にフォトマスク１８が配置されている。フォトマスク１８は、開口１７の周縁部においてマスク吸着ステージ１２の下面に吸着保持されている。また、フォトマスク１８は、ガラス基板１６より小さな面積、例えばガラス基板１６の有効面積の半分よりわずかに大きい程度の面積を有すると共にカラーフィルタに使用されるブラックマトリックスの周辺枠部及び繰り返しパターンに相当する所定のパターンの開口部１９を有している。

次に、この実施の形態におけるカラーフィルタの製造方法について説明する。なお、露光ステージ１１の上に載置されたガラス基板１６の表面には、予めブラックマトリックス用の遮光性を有する感光性のネガレジストが塗布されているものとする。図示しないアライメント装置によりフォトマスク１８とガラス基板１６とが位置合わせされるように、駆動装置により露光ステージ１１を水平方向に移動させる。また、転写パターンのつなぎ合わせ部分Ｃに位置するフォトマスク１８の開口部１９の一部が遮蔽されるように駆動装置により遮光板１３を水平方向に移動させる。

この状態でＵＶランプ１５からのＵＶ光を曲面ミラー１４で反射させ、フォトマスク１８を介してガラス基板１６の第１回目の露光を行うことにより、ガラス基板１６のネガレジストに転写パターン２０を形成する。このとき、図２に示されるように、回折現象に起因してＵＶランプ１５からのＵＶ光が遮光板１３の陰部にまで回り込むため、転写パターンのつなぎ合わせ部分ＣにぼかしＡが形成される。ここで、遮光板１３とガラス基板１６との間の間隔Ｓを変化させたときのぼかしＡの長さを測定した結果を図３に示す。間隔Ｓが大きくなるほど、ぼかしＡの長さも大きくなることがわかる。

このようにして第１回目の露光を行った後、駆動装置により露光ステージ１１を図１の矢印の方向に移動させて第２回目の露光を行うが、第１回目の露光によりガラス基板１６に転写されるパターンと第２回目の露光によりガラス基板１６に転写されるパターンとが互いに重なり量Ｄだけ一部重複するようにフォトマスク１８に対して露光ステージ１１と共にガラス基板１６を相対的に移動させる。そして、つなぎ合わせ部分Ｃに位置するフォトマスク１８の開口部１９の一部を遮光板１３で遮蔽した状態で第２回目の露光を行う。
この第２回目の露光においても、第１回目の露光の際と同様に、ＵＶランプ１５からのＵＶ光が遮光板１３の陰部にまで回り込み、転写パターンのつなぎ合わせ部分ＣにぼかしＡが形成される。

ところで、フォトマスク１８に対するガラス基板１６の相対移動の精度や露光装置の光学系の収差等に起因して、第１回目の露光で転写されたパターンと第２回目の露光で転写されたパターンの間に、図４（ａ）に示されるような位置ずれが生じる虞がある。すなわち、ブラックマトリックスの転写パターンが、第１回目の露光による線幅Ｗ１の第１のライン２１と、第１のライン２１と同じ線幅Ｗ１を有すると共に第１のライン２１よりずれて配置された第２回目の露光による第２のライン２２と、露光の重なり量Ｄにわたって第１のライン２１と第２のライン２２とをつなぐと共に第１及び第２のライン２１及び２２より広い線幅Ｗ２を有する第３のライン２３とを備えることとなる。

ただし、上述したように、転写パターンのつなぎ合わせ部分ＣにぼかしＡが形成されるため、実際には図４（ｂ）に示されるように、第３のライン２３との境界部分に位置する第１のライン２１及び第２のライン２２に線幅をなだらかに変化させるぼかし部２４が形成される。このぼかし部２４は、露光の際の遮光板１３とガラス基板１６との間の間隔Ｓが大きくなるほど、図４（ｃ）に示されるように、長いものとなる。

第１回目及び第２回目の露光が完了した後、ガラス基板１６上のネガレジストを現像すると、ＵＶ光が照射された部分だけが残留し、他の部分が除去されてパターニングされたブラックマトリックスが形成される。
その後、ブラックマトリックスの開口領域にＲ、Ｇ、Ｂの着色層を順次形成することによりカラーフィルタが製造される。

ここで、露光の重なり量Ｄを変化させてそれぞれカラーフィルタを製造し、ビュアーを用いてつなぎ合わせ部分Ｃのムラの見え方を観察したところ、重なり量Ｄが４ｍｍと８ｍｍのときには画面内にムラが見えやすく、１０ｍｍ以上になるとほとんどムラが見えないことがわかった。重なり量Ｄが大きいほど良好な結果が得られたが、フォトマスク１８の設計や露光装置の設計により重なり量Ｄは制限を受けるため、１０〜５０ｍｍ程度の重なり量Ｄを設定することが好適である。

また、露光の際の遮光板１３とガラス基板１６との間の間隔Ｓを変化させることによりぼかし部２４の長さを変えて種々のカラーフィルタを製造し、ビュアーを用いてつなぎ合わせ部分Ｃのムラの見え方を観察した。その結果、ぼかし部２４が第１のライン２１及び第２のライン２２の長手方向に沿って１ｍｍ以上の長さを有する場合にムラのない良好な画面が得られることがわかった。

なお、露光量に対するブラックマトリックスの転写パターンの線幅の変化を測定したところ、図５に示されるように、所定の露光量までは露光量を増やすほど線幅の増加量が大きくなるが、所定の露光量を超えると露光量を増やしても線幅はほとんど増加せず、飽和領域となることがわかった。転写パターンのつなぎ合わせ部分Ｃにおいては、第１回目の露光と第２回目の露光とが重なって他の部分より２倍の露光量を受けることとなるので、露光量の増加に伴う線幅の変化を防止するために、飽和領域の露光量、例えば１００ｍＪ／ｃｍ^２以上の露光量でそれぞれの露光を行うことが好ましい。

なお、上記の実施の形態においては、ガラス基板１６の有効面積の半分よりわずかに大きい程度の面積を有するフォトマスク１８を用いて２回の露光で全画面のパターン転写を行ったが、より小さなフォトマスクを使用して３回以上の露光を経てパターン転写を行うこともできる。

この発明の実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法を実施するための露光装置の構成を示す断面図である。 転写パターンのつなぎ合わせ部分にぼかしが形成される様子を示す図である。 遮光板とガラス基板との間の間隔に対するぼかしの長さの関係を示すグラフである。 ２回の露光により得られた転写パターンのつなぎ合わせ部分を示す図である。 露光量に対するブラックマトリックスの転写パターンの線幅の増加量の関係を示すグラフである。 カラーフィルタの構造を示す部分拡大図である。 カラーフィルタを製造する際の従来の露光方法を示す図である。

符号の説明

１１ 露光ステージ、１２ マスク吸着ステージ、１３ 遮光板、１４ 曲面ミラー、１５ ＵＶランプ、１６ ガラス基板、１７ 開口、１８ フォトマスク、１９ 開口部、２０ 転写パターン、２１ 第１のライン、２２ 第２のライン、２３ 第３のライン、２４ ぼかし部、Ａ ぼかし、Ｃ つなぎ合わせ部分、Ｄ 重なり量、Ｓ 遮光板とガラス基板との間隔、Ｗ１，Ｗ２ 線幅。

Claims (4)

1. 基板上にブラックマトリックスが所定のパターンで形成されると共にブラックマトリックスの開口領域に複数の着色層が形成されたカラーフィルタにおいて、
   ブラックマトリックスが、
   所定の線幅の第１のラインと、
   第１のラインと同じ線幅を有すると共に第１のラインよりずれて配置された第２のラインと、
   第１のラインと第２のラインとをつなぐと共に第１のラインより広い線幅を有する第３のラインと、
   第１のライン及び第２のラインの第３のラインとの境界部分に配置されると共に第１のライン及び第２のラインから第３のラインへ線幅をなだらかに変化させるぼかし部と
   を備え、
   第３のラインは、長手方向に沿う第１のラインの一端と第２のラインの一端とが、長手方向に沿って互いに重なりつつ幅方向に沿って互いにずれて配置されることで形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 各ぼかし部は、第１のライン及び第２のラインの長手方向に沿って１ｍｍ以上の長さを有する請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 基板より小さな面積のフォトマスクを基板に対して相対的に移動させて複数回露光を行うことにより転写パターンをつなぎ合わせて基板上に所定のパターンのブラックマトリックスを形成すると共にブラックマトリックスの開口領域に複数の着色層を形成するカラーフィルタの製造方法において、
   第１の露光によって所定の線幅の第１のラインを転写するとともに、第２の露光によって第１のラインと同じ線幅を有すると共に第１のラインよりずれて配置された第２のラインを転写する方法であって、
   第１の露光において、転写パターンのつなぎ合わせ部分に位置するフォトマスクの開口部の一部を遮光板で遮蔽した状態で露光を行い、
   第２の露光において、長手方向に沿う第１のラインの一端と第２ラインの一端とが長手方向に沿って互いに重なりつつ幅方向に沿って互いにずれて転写されることで第１のラインと第２のラインとをつなぐと共に第１のラインより広い線幅を有する第３のラインを形成するように、フォトマスクと基板とを相対的に移動させると共に前記つなぎ合わせ部分に位置するフォトマスクの開口部の一部を遮光板で遮蔽した状態で露光を行い、
   露光時に遮光板と基板との間に所定の間隔を保持させることにより転写パターンのつなぎ合わせ部分にぼかしを形成する
   ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 露光量が変化しても基板上に転写されたブラックマトリックスの線幅がほとんど変化しないような飽和領域の露光量で露光を行う請求項３に記載のカラーフィルタの製造方法。

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