JP4967689B2 - 露光方法、露光装置、及び半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光方法、露光装置、及び半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力という特徴を有するため、様々な表示装置、例えば、ノート型パソコン、携帯情報端末、デスクトップモニタ、デジタルカメラ等に広範に使用されている。なかでも、携帯電話やデジタルカメラ等のモバイル機器に使用されるディスプレイは、ほとんどが液晶表示装置である。

液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないので、その表示には他の光源を必要とする。たとえば後方にバックライトを設け、このバックライトにより表示を行う透過型液晶表示装置と呼ばれる液晶表示装置がある。この透過型液晶表示装置は、屋内のような暗い環境下で用いられる。また、後方に反射層を設け、周囲からの外光によって表示を行う反射型液晶表示装置と呼ばれる液晶表示装置がある。この反射型液晶表示装置は、屋外のような明るい環境下で用いられる。

一方、暗い環境下ではバックライトを利用した透過型表示を行い、明るい環境下では外光を利用した反射型表示を行う半透過型液晶表示装置と呼ばれる液晶表示装置も知られている。この半透過型液晶表示装置は、様々な環境下で使用されるモバイル機器に搭載される。

半透過型液晶表示装置に使用されるカラーフィルタには、大きく分けて次の３種類がある。

１．透過型と同様のカラーフィルタ
２．反射表示部の明度を向上させるために画素の一部に着色層のない空所を設けたカラーフィルタ
３．それぞれの色特性を最適化するために、透過表示部と反射表示部を別個に設けたカラーフィルタ
以上のカラーフィルタのうち、パネルの色特性の点では、３番目のカラーフィルタが最も良いが、露光に用いるフォトマスクの数が６個必要であり、またＲＧＢの各着色画素の形成工程の数が２倍必要となる。このカラーフィルタを製造するための露光の手順を図７に示す。

即ち、図７（ａ）では反射赤色表示部７１ａの露光を行い、図７（ｂ）では反射緑色表示部７２ａの露光を行い、図７（ｃ）では反射青色表示部７３ａの露光を行い、図７（ｄ）では反射赤色表示部７１ａを含む領域に透過赤色表示部７１ｂの露光を行い、図７（ｅ）では反射緑色表示部７２ａを含む領域に透過緑色表示部７２ｂの露光を行い、図７（ｆ）では反射青色表示部７３ａを含む領域に透過青色表示部７３ｂの露光を行っている。このように、６つのフォトマスクを用いて、６回の露光を行う必要がある。

そのため、フォトマスクの数や各着色画素の形成工程の数を増加させることなく、透過表示部と反射表示部を形成することの可能な露光方法が望まれる。そのための方法として、透過部と反射部とで積算露光量を変えることのできるようなデザインのフォトマスクを用い、露光後に現像された感光性着色材料層の残膜量に差を設けて、透過表示部と反射表示部を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この方法は、図８（ａ）に示すような、光透過率の高い高透過率部（例えば、開口部）８１と、その周囲に光透過率の低い低透過率部８２を有するフォトマスクを用いるものである。なお、図８（ａ）において、参照符号８３は遮光部分を示す。この方法により製造されたカラーフィルタを図８（ｂ）の平面図、図８（ｃ）の断面図に示す。

図８（ａ）に示すフォトマスクを用いて感光性着色材料層を露光すると、高透過率部８１を通して露光された感光性着色材料層の部分は露光量が多く、低透過率部８２を通して露光された感光性着色材料層の部分は露光量が少なく、その結果、現像により図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、膜厚の厚い透過部８４と膜厚の薄い反射部８５とを有するカラーフィルタが形成される。

しかし、このようなフォトマスクを得るためには、フォトマスクに透過率低減処理を施す必要があり、フォトマスクの製造コストが極めて高額となってしまう。ガラス基板の大型化に伴い、一括露光に使用するフォトマスクも大型化し、フォトマスクの費用がカラーフィルタの製造コストに占める割合も大きくなっている。

また、フォトマスクの製作過程において、透過率低減処理のバラツキにより透過率が一定ではなくなり、感光性着色材料層に照射する露光照度にバラツキが生じ、現像後の膜厚差も不均一となる場合が生ずる。
特開２００６−３９５０７号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、膜厚の異なる透過部と反射部を含む着色画素を形成するための露光を、フォトマスクに透過率低減処理を施すことなく、低コストで行うことを可能とする露光方法、露光装置、及び半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、１画素内に光透過部とこの透過部に隣接し、この透過部よりも膜厚の薄い光反射部とを有する着色画素を基板上に形成するための露光を行う露光方法において、前記露光は、光透過部用開口パターンと、この光透過部用開口パターンよりも大きい光反射部用開口パターンのパターン対を所定の間隔をあけて複数対配列し、光透過部用開口パターン列と光反射部用開口パターン列とを有するフォトマスクを用いて、光源からの光を、最初に前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列のいずれか一方を通して前記基板上に形成された感光性着色樹脂層の前記光透過部形成領域又は光反射部形成領域のいずれか一方に照射し、次いで前記基板を前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列の他方に対応する位置に移動させて、前記光透過部用開口パターン又は光反射部用開口パターンの他方に、前記光反射部用開口パターンが前記光透過部用開口パターンの全体を含むように重ねて照射し、前記光透過部形成領域の露光エネルギー量を前記光反射部形成領域の露光エネルギー量よりも多くすることを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第２の態様は、表面に感光性材料層を有する基板を移動する手段、光源、光透過部用開口パターンと、この光透過部用開口パターンよりも大きい光反射部用開口パターンのパターン対を所定の間隔をあけて複数対配列し、光透過部用開口パターン列と光反射部用開口パターン列とを有するフォトマスク、及び前記光源からの光を前記フォトマスクを通して前記感光性材料層に露光する手段を具備する、１画素内に光透過部とこの透過部に隣接し、この透過部よりも膜厚の薄い光反射部とを有する着色画素を基板上に形成するための露光を行う露光装置において、最初に前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列のいずれか一方を通して前記感光性着色樹脂層の光透過部形成領域又は光反射部形成領域のいずれか一方に照射し、次いで前記基板を前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列の他方に対応する位置に移動させて、前記光透過部用開口パターン又は光反射部用開口パターンの他方に、前記光反射部用開口パターンが前記光透過部用開口パターンの全体を含むように重ねて照射し、前記光透過部形成領域の露光エネルギー量を光反射部形成領域の露光エネルギー量よりも多くすることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第３の態様は、移動する基板上に形成された感光性材料層を、請求項１〜５のいずれかに記載の露光方法により露光し、現像することにより、１画素内に光透過部とこの透過部よりも膜厚の薄い光反射部とを有する着色画素を基板上に形成する工程を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供する。

以上の露光方法、露光装置、及び半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、前記露光をパルスショット方式により行うことができる。この場合、前記フォトマスクは、前記基板の移動方向に分離して配列された透過部用開口パターン及び光反射部用開口パターンを有するものとすることができる。

また、前記露光をスキャニング方式により行うことができる。この場合、前記フォトマスクは、前記基板の移動方向に連結して１つの開口パターンを構成する透過部用開口パターン及び光反射部用開口パターンを有するものとすることができる。

本発明によると、光透過部用開口パターンと、この光透過部用開口パターンよりも大きい光反射部用開口パターンとを有するフォトマスクを用いて、基板の移動により、光透過部用開口パターンを通す露光と、光反射部用開口パターンを通す露光とを、基板上に形成された感光性着色樹脂層に部分的に重ねて行うことにより、感光性着色樹脂層の光透過部形成領域の露光エネルギー量を光反射部形成領域の露光エネルギー量よりも多くすることができる。従って、その後の現像により、基板上に、露光エネルギー量が多いために厚く形成された光透過部と、露光エネルギー量が少ないために薄く形成された光反射部とを有する着色画素を形成することができる。

このように、本発明によると、膜厚の異なる透過部と反射部を含む着色画素を形成するための露光を、フォトマスクに透過率低減処理を施すことなく、低コストで行うことができ、かつパターンの均一性に優れた反射部の形成を可能とする露光方法、露光装置、及び半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る露光方法は、図１に示すような半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを製造するための露光を行うものである。図１に示す半透過型液晶表示装置用カラーフィルタは、基板１１上に光透過部１２と、この光透過部１２よりも膜厚の薄い光反射部１３とからなる着色画素を形成することにより構成される。

このような露光は、図２に示すように、光透過部用開口パターン２２と、この光透過部用開口パターン２２よりも大きい光反射部用開口パターン２３とを有するフォトマスク２１を用いて行うことができる。即ち、基板のＹ方向への移動により、光透過部用開口パターン２２を通す露光と、光反射部用開口パターン２３を通す露光とを、基板１１上に形成された感光性着色樹脂層に部分的に重ねて行うことにより、光透過部形成領域の露光エネルギー量を光反射部形成領域の露光エネルギー量よりも多くすることができる。

その結果、現像により、図１に示すように、基板１１上に、露光エネルギー量が多いために厚く形成された光透過部１２と、露光エネルギー量が少ないために薄く形成された光反射部１３とを有する着色画素を形成することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る露光方法に用いる、大型原版レーザスキャン露光装置を示す斜視図である。図３において、表面に感光性材料層（図示せず）が形成された基板３１の被露光領域の上方に、複数（図では４個）の露光ヘッド３２が、一定の方向（図１の場合、Ｘ方向）に沿って並置されている。これらの露光ヘッド３２の列の下を基板３１が当該ヘッド列の並列方向と交差する方向、(図３の場合、Ｘ方向に直行するＹ方向)に往復駆動し、光源（図示せず）からの光３３が個々の露光ヘッド３２に分岐され、個々の露光ヘッド３２から固定されたフォトマスク３４を通して基板３１上の被露光領域へ照射され、露光が行われる。

図３に示すような露光装置を用いて行う露光には、レーザ等の光を用いたパルスショット方式、及び従来のプロキシミティー露光方式と類似した光源を用いたスキャニング方式とがあり、本発明では、いずれの方式をも使用可能である。

パルスショット方式は、レーザに代表されるパルス出力（パルス幅数十ｎｓｅｃ〜数ｎｓｅｃ）を用いて、ガラス基板の移動と同期してレーザパルスを照射するものであり、ストライプパターン及びドットパターンの着色画素を形成することができる。

これに対し、スキャニング方式では、ストライプ状の開口を有するフォトマスクを用い、シャッターを開閉することで露光照射を行うため、ストライプパターンのみの着色画素が形成可能である。このスキャニング方式の露光について、図４を参照して説明する。

スキャニング方式では、図４に示すように、フォトマスク３４の上方にシャッター３５が配置されていて、図４（ａ）に示す位置ではシャッター３５が光３３を遮蔽しているが、図４（ｂ）に示す位置に基板が移動する際に、基板３１の移動速度と等速でシャッター３５が移動してフォトマスク３４のストライプ状の開口部と一致し（図４（ｂ））、基板３１表面への光３３の照射を可能とする。基板３１が移動して露光が終了する位置（図４（ｃ））に来ると、同様にシャッター３５が移動してフォトマスク３４の開口部を遮蔽する。

本実施形態では、図３に示す大型原版レーザスキャン露光装置に、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すようなフォトマスクを用いるものである。パルスショット方式の露光には、図５（ａ）に示すフォトマスクを用い、スキャニング方式には、図６（ａ）に示すフォトマスクを用いる。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すフォトマスクを用いてパターニングされる着色画素の形状を、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すフォトマスクを用いてパターニングされる着色画素の形状をそれぞれ示す。

図５（ａ）に示すフォトマスク５１は、光反射部用開口パターン５３と、それよりサイズの小さい光透過部用開口パターン５２とを有する。このフォトマスク５１を用い、最初に光透過部用開口パターン５２を通して、図５（ｂ）に示す感光性着色樹脂層の光透過部形成領域５４に露光し、次いで基板をＹ方向に移動し、それに同期して、光反射部用開口パターン５３を通して感光性着色樹脂層の光反射部形成領域５５に露光する。その結果、光透過部形成領域５４は２回露光されることにより、その周辺の光反射部形成領域５５よりも累積露光量が多くなる。その後、現像処理すると、図１に示すように、膜厚の厚い光透過部１２と膜厚の薄い光反射部１３とを含む着色画素パターンを得ることができる。

図６（ａ）に示すフォトマスク６１は、光反射部用開口パターン６３と、それに連続した、幅の狭い光透過部用開口パターン６２とを有する。このフォトマスク６１を用い、最初に基板及びシャッターを移動させつつ、光透過部用開口パターン６２を通して感光性着色樹脂層の光透過部形成領域６４に露光し、次いで光反射部用開口パターン６３を通して感光性着色樹脂層の光反射部形成領域６５に露光する。その結果、光透過部形成領域６４は２回露光されることにより、その両側の光反射部形成領域６５よりも累積露光量が多くなる。その後、現像処理すると、図１に示すように、膜厚の厚い光透過部１２と膜厚の薄い光反射部１３とを含む着色画素パターンを得ることができる。

以上のように、本発明の一実施形態に係る露光方法によると、特異的なデザインのフォトマスクを用いることにより、使用するフォトマスクの数を増加させることがなく、また、フォトマスクに透過率低減処理を施すこともないため、フォトマスク費用を低減することができる。また、透過率低減処理に伴う透過率のバラツキがないため、反射部のパターンの均一性を向上させることが可能である。

本発明の一実施形態に係る露光方法により製造された半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの一例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る露光方法に用いるフォトマスクの一部を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る露光方法に用いる、大型原版レーザスキャン露光装置を示す斜視図である。 スキャニング方式の露光を説明するための図である。 パルスショット方式の露光に用いる、及びそれにより得た着色画素の形状を示す図である。 スキャニング方式の露光に用いる、及びそれにより得た着色画素の形状を示す図である。 ６個のフォトマスクを用いる従来の半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを製造するための露光の手順を示す図である。 透過率低減処理を施した従来の半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを製造するための露光に用いるフォトマスク、及びそれにより得た着色画素の形状を示す図である。

符号の説明

１１，３１…基板、１２…光透過部、１３…光反射部、２１，３４，５１…フォトマスク、２２，５２，６２…光透過部用開口パターン、２３，５３，６３…光反射部用開口パターン、３２…露光ヘッド、３３…光、３５…シャッター、６４…光透過部形成領域、６５…光反射部形成領域。

Claims (7)

1. １画素内に光透過部とこの透過部に隣接し、この透過部よりも膜厚の薄い光反射部とを有する着色画素を基板上に形成するための露光を行う露光方法において、前記露光は、光透過部用開口パターンと、この光透過部用開口パターンよりも大きい光反射部用開口パターンのパターン対を所定の間隔をあけて複数対配列し、光透過部用開口パターン列と光反射部用開口パターン列とを有するフォトマスクを用いて、光源からの光を、最初に前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列のいずれか一方を通して前記基板上に形成された感光性着色樹脂層の前記光透過部形成領域又は光反射部形成領域のいずれか一方に照射し、次いで前記基板を前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列の他方に対応する位置に移動させて、前記光透過部用開口パターン又は光反射部用開口パターンの他方に、前記光反射部用開口パターンが前記光透過部用開口パターンの全体を含むように重ねて照射し、前記光透過部形成領域の露光エネルギー量を前記光反射部形成領域の露光エネルギー量よりも多くすることを特徴とする露光方法。
2. 前記露光をパルスショット方式により行うことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記フォトマスクは、前記基板の移動方向に分離して配列された透過部用開口パターン列及び光反射部用開口パターン列を有することを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
4. 前記露光をスキャニング方式により行うことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
5. 前記フォトマスクは、前記基板の移動方向に連結して１つの開口パターンを構成する透過部用開口パターン及び光反射部用開口パターンのパターン列を有することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
6. 表面に感光性材料層を有する基板を移動する手段、光源、光透過部用開口パターンと、この光透過部用開口パターンよりも大きい光反射部用開口パターンのパターン対を所定の間隔をあけて複数対配列し、光透過部用開口パターン列と光反射部用開口パターン列とを有するフォトマスク、及び前記光源からの光を前記フォトマスクを通して前記感光性材料層に露光する手段を具備する、１画素内に光透過部とこの透過部に隣接し、この透過部よりも膜厚の薄い光反射部とを有する着色画素を基板上に形成するための露光を行う露光装置において、最初に前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列のいずれか一方を通して前記感光性着色樹脂層の光透過部形成領域又は光反射部形成領域のいずれか一方に照射し、次いで前記基板を前記光透過部用開口パターン列又は光反射部用開口パターン列の他方に対応する位置に移動させて、前記光透過部用開口パターン又は光反射部用開口パターンの他方に、前記光反射部用開口パターンが前記光透過部用開口パターンの全体を含むように重ねて照射し、前記光透過部形成領域の露光エネルギー量を光反射部形成領域の露光エネルギー量よりも多くすることを特徴とする露光装置。
7. 移動する基板上に形成された感光性材料層を、請求項１〜５のいずれかに記載の露光方法により露光し、現像することにより、１画素内に光透過部とこの透過部よりも膜厚の薄い光反射部とを有する着色画素を基板上に形成する工程を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。

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