JP4978666B2

JP4978666B2 - ブラックマトリックス基板の製造方法

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Publication number: JP4978666B2
Application number: JP2009158632A
Authority: JP
Inventors: 庸哲鈴木; 友信角野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2018-09-28
Also published as: JP2010002908A

Description

本発明はブラックマトリックス基板の製造方法に係り、特に樹脂タイプのブラックマトリックスを備えたブラックマトリックス基板の製造方法に関する。

近年、フラットディスプレイとして、モノクロあるいはカラーの液晶ディスプレイが注目されている。液晶ディスプレイには、３原色の制御を行うためにアクティブマトリックス方式および単純マトリックス方式とがあり、いずれの方式においてもカラーフィルタが用いられている。そして、カラーの液晶ディスプレイは構成画素部を３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とし、液晶の電気的スイッチングにより３原色の各光の透過を制御してカラー表示を行うものである。

液晶ディスプレイ用のカラーフィルタは、透明基板上に各着色パターンと透明電極膜を形成して構成されている。そして、発色効果や表示コントラストを上げるために、着色パターンのＲ，Ｇ，Ｂの各画素の境界部分に遮光膜（ブラックマトリックス）が形成される。また、アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイでは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いているため、光リーク電流を抑制する必要がある。このため、ブラックマトリックスに対してより高い遮光性が要求されている。

従来、カラーフィルタを製造するためのブラックマトリックス基板としては、透明基板上に、クロム薄膜をフォトエッチングしてブラックマトリックスを形成したもの、親水性樹脂レリーフを染色してブラックマトリックスとしたもの、黒色顔料等を分散した感光樹脂組成物を用いてブラックマトリックスを形成したもの、黒色電着塗料を電着してブラックマトリックスを形成したもの、印刷によりブラックマトリックスを形成したもの等がある。

上述の黒色顔料等を分散した感光性樹脂組成物を用いてレリーフ形成してブラックマトリックスとする場合、ネガ型の感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層をフォトマスクを介したプロキシミティ露光により露光し、その後、現像することによりレリーフパターンを形成する。しかし、プロキシミティ露光における光の回折作用により、感光性樹脂層はフォトマスクの透光部のパターン幅よりも広幅で露光され、特にフォトマスクの透光部が交差する箇所ではこの傾向が著しい。このため、露光後に現像され形成されたブラックマトリックスパターンは、交差箇所において太りがみられ、フォトマスクのパターンに忠実な高精度のブラックマトリックスパターンが得られないという問題があった。

このような問題を解消するために、プロキシミティ露光における感光性樹脂層とフォトマスクとの距離を小さく設定したり、露光に使用する光をより波長の短いものとすることにより、光の回折作用を低減して高精度のブラックマトリックスを形成することが考えられる。しかし、プロキシミティ露光における感光性樹脂層とフォトマスクとの距離を小さく設定すると、透明基板やフォトマスク等に微小なゴミが存在していた場合、フォトマスクへの感光性樹脂組成物の付着が生じ易くなり、このようなフォトマスクを使用した場合、ブラックマトリックスに欠陥が生じるという問題がある。また、露光に使用する光をより波長の短いものとすることにより、ブラックマトリックスの形成に使用できる感光性樹脂組成物の選択の幅が狭まるという問題がある。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂タイプのブラックマトリックスを高い精度で備えたブラックマトリックス基板の製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、透明基板上にブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介してプロキシミティ露光し現像することによりブラックマトリックスパターンを形成するブラックマトリックス基板の製造方法において、フォトマスクは透光部と遮光部とを所定のパターンで備え、透光部の交差箇所内に位置し、かつ、前記交差箇所の周囲に位置する４個の前記遮光部に連続したＩ字形状の遮光部を備え、Ｉ字形状の該遮光部の幅は０．５〜５．０μｍの範囲であり面積は透光部の交差箇所の面積の１〜３０％の範囲であるものを使用するような構成とした。

また、本発明は、透明基板上にブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介してプロキシミティ露光し現像することによりブラックマトリックスパターンを形成するブラックマトリックス基板の製造方法において、フォトマスクは透光部と遮光部とを所定のパターンで備え、透光部の交差箇所を囲むように位置し、かつ、前記交差箇所の周囲に位置する４個の前記遮光部に連続した回廊形状の遮光部を備え、回廊形状の前記遮光部の幅は０．５〜５．０μｍの範囲であり面積は透光部の交差箇所の面積の１〜３０％の範囲であるものを使用するような構成とした。

本発明によれば透明基板上に形成したブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を、透光部と遮光部とを所定のパターンで備え、透光部の交差箇所内に位置し上記遮光部に連続したＩ字形状の遮光部を備えたフォトマスク、あるいは、透光部の交差箇所を囲むように位置し、かつ、上記遮光部に連続した回廊形状の遮光部を備えたフォトマスクを介して露光し現像することにより、透光部の交差箇所に対応する領域での露光面積の拡大が有効に防止され、感光性樹脂層の露光パターンがフォトマスクの透光部のパターンに極めて近いパターンとなり、高精度のブラックマトリックスを備えたブラックマトリックス基板の製造が可能であり、また、露光における感光性樹脂層とフォトマスクとの距離を小さく設定する必要がなく、したがって、フォトマスクの汚染が防止され、ブラックマトリックス基板の製造歩留が大幅に向上し、さらに、露光に使用する光源に制限がないので、ブラックマトリックスの形成に使用できるネガ型の感光性樹脂組成物の選択の幅が広くなるという効果が奏される。

本発明のブラックマトリックス基板の製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。本発明のブラックマトリックス基板の製造方法において使用するフォトマスクの一例を示す平面図である。本発明のブラックマトリックス基板の製造方法により形成されたブラックマトリックスの交差部を示す部分拡大図である。従来のブラックマトリックス基板の製造方法において使用するフォトマスクの一例を示す平面図である。従来のブラックマトリックス基板の製造方法により形成されたブラックマトリックスの交差部を示す部分拡大図である。本発明のブラックマトリックス基板の製造方法において使用するフォトマスクの他の例を示す平面図である。本発明のブラックマトリックス基板の製造方法において使用するフォトマスクの他の例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のブラックマトリックス基板の製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。

図１において、まず、透明基板２にブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層３を形成する（図１（Ａ））。感光性樹脂層３の厚みは、形成しようとするブラックマトリックスの厚みに応じて設定することができ、また、塗布方法は、ロールコート法、スピンコート法、ブレードコート法等の従来公知の塗布手段を用いることができる。

次に、この感光性樹脂層３をブラックマトリックス用のフォトマスク１１を介してプロキシミティ露光を行う（図１（Ｂ））。図２は本発明において使用するフォトマスク１１の一例を示す平面図であり、図１（Ｂ）に示したフォトマスク１１は図２のＡ−Ａ線における断面形状である。

図２において、フォトマスク１１は透明基材１２に所定のパターンで遮光層を設けて遮光部１３Ａ（斜線で示されている）を形成したものであり、この遮光部１３Ａの非形成領域はブラックマトリックスパターンに相当するマトリックス状の透光部１４を構成している。そして、透光部１４の交差箇所１４ａには十字形状に遮光部１３Ｂ（斜線で示されている）が形成されている。これにより、正方形状である透光部１４の交差箇所１４ａの４か所の角部１４ｂに遮光部１３Ｂが存在することになる。

遮光部１３Ｂの線幅は、露光時の照射光の回折作用により感光性樹脂層３を透光部１４の交差箇所１４ａの形状で露光できるような幅とする必要があり、例えば、０．５〜５．０μｍの範囲で設定することができる。また、透光部１４の交差箇所１４ａの面積に占める遮光部１３Ｂの面積は１〜３０％の範囲で設定することが好ましい。

このようなフォトマスク１１を介した感光性樹脂層３の露光により、感光性樹脂層３は光の回折作用によりフォトマスク１１の透光部１４のパターン幅よりも若干広い幅で露光される。そして、フォトマスク１１の透光部１４の交差箇所１４ａに対応する位置の感光性樹脂層３は、上記の遮光部１３Ｂの作用により交差箇所１４ａの正方形状に極めて近い形状で露光されることになる。

上記のようなフォトマスク１１を構成する透明基材および遮光層材料には特に制限はなく、従来からフォトマスクに使用されている材料を使用することができる。

フォトマスク１１を介した感光性樹脂層３のプロキシミティ露光では、使用する光源の波長には特に制限はなく、使用する感光性樹脂組成物に対応して適宜光源を設定することができる。また、感光性樹脂層３とフォトマスク１１との距離は、５０〜３００μｍの範囲で任意に設定することができ、フォトマスク１１の感光性樹脂組成物による汚染を防止することができる。

次に、感光性樹脂層３を現像することにより、ブラックマトリックス４が透明基板２上に形成され、ブラックマトリックス基板１が得られる（図１（Ｃ））。

図３は、このように作製されたブラックマトリックス基板１のブラックマトリックス４の交差部の部分拡大図である。図３において、ブラックマトリックス４（斜線で示されている）は、上述のフォトマスク１１の透光部１４のパターン（鎖線で示されている）幅ｗよりも若干広い幅Ｗを有している。また、ブラックマトリックス４の交差部４ａは、フォトマスク１１の透光部１４の交差箇所１４ａ（二点鎖線で示されている）の正方形状に極めて近い形状であり、交差部４ａの４か所の角部４ｂは湾曲の極めて少ないシャープな形状を呈している。

一方、図４に示されるような透明基材１０２に所定のパターンで遮光層を設けて遮光部１０３を形成し、この遮光部１０３の非形成領域をブラックマトリックスパターンに相当するマトリックス状の透光部１０４とした従来のフォトマスク１０１を使用して、上記のようなプロキシミティ露光を行った場合、形成されるブラックマトリックス１１４は図５に示されるような形状となる。すなわち、ブラックマトリックス１１４（斜線で示されている）は、フォトマスク１０１の透光部１０４のパターン（鎖線で示されている）幅ｗよりも若干広い幅Ｗを有している点で、上記のブラックマトリックス４と同様である。しかし、ブラックマトリックス１１４の交差部１１４ａは、露光時の照射光の回折作用により、フォトマスク１０１の透光部１０４の交差箇所１０４ａ（二点鎖線で示されている）よりも大きな面積となり、その形状は４か所の角部１１４ｂに湾曲が生じたものとなる。このようなブラックマトリックスの角部の湾曲の大きさＬを図５に示されるように規定した場合、本発明により製造されたブラックマトリックス基板では、交差部４ａの４か所の角部４ｂにおける湾曲の大きさＬを５μｍ以下とすることが可能であるが、従来の製造方法では、交差部１１４ａの４か所の角部１１４ｂにおける湾曲の大きさＬは５μｍを超えることになる。

本発明において使用するフォトマスクは、上述のフォトマスク１１に限定されるものではない。図６および図７は、本発明において使用できるフォトマスクの他の例を示す平面図である。

図６に示されるフォトマスク２１は、透明基材２２に所定のパターンで遮光層を設けて遮光部２３Ａ（斜線で示されている）を形成したものであり、この遮光部２３Ａの非形成領域はブラックマトリックスパターンに相当するマトリックス状の透光部２４を構成するものである。そして、透光部２４の交差箇所２４ａ（鎖線で囲まれた正方形状）内にはＩ字形状に遮光部２３Ｂ（斜線で示されている）が形成され、さらに、交差箇所２４ａ（正方形状）の対向する２辺にもＩ字形状に遮光部２３Ｂ（斜線で示されている）が形成されている。これにより、正方形状である透光部２４の交差箇所２４ａの４か所の角部２４ｂの近傍に遮光部２３Ｂが形成されたことになる。

また、図７に示されるフォトマスク３１は、透明基材３２に所定のパターンで遮光層を設けて遮光部３３Ａ（斜線で示されている）を形成したものであり、この遮光部３３Ａの非形成領域はブラックマトリックスパターンに相当するマトリックス状の透光部３４を構成するものである。そして、透光部３４の交差箇所３４ａ（実線で囲まれた正方形状）の周囲には遮光部３３Ｂ（斜線で示されている）が形成されている。これにより、正方形状である透光部３４の交差箇所３４ａの４か所の角部３４ｂの近傍に遮光部３３Ｂが形成されたことになる。

尚、フォトマスク１１と同様に、上述のフォトマスク２１，３１においも、遮光部２３Ｂ，３３Ｂの線幅は露光時の照射光の回折作用により感光性樹脂層をフォトマスクの透光部の交差箇所の形状で露光できるような幅に設定する必要がある。

上述のような本発明のブラックマトリックス基板の製造方法に使用するブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物は、着色剤として染料、無機顔料、有機顔料等を感光性樹脂に含有させた公知の種々のネガ型の感光性樹脂組成物から適宜選択して使用することができる。また、透明基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のないリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有するフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、ブラックマトリックス基板を用いてアクティブマトリックス方式によるＬＣＤ用のカラーフィルタを製造する場合に適している。

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
まず、図２に示されるような形状のブラックマトリックス用フォトマスクＡを下記仕様で作製した。

ブラックマトリックス用のフォトマスクＡ
・透明基材２：厚み５．０ｍｍ、外形３００×４３０ｍｍ
・透光部１４の線幅：２６μｍ
・透光部１４のピッチ：１１０μｍ
・遮光部１３Ｂの幅：１μｍ
次に、ブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物（富士フィルムオーリン（株）製ＣＫ−Ｓ１７１）をスピンコート法によりガラス基板（コーニング（株）製７０５９ガラス（厚み０．７ｍｍ））上に塗布し乾燥して感光性樹脂層（厚み１．５μｍ）を形成した。次いで、上記のブラックマトリックス用のフォトマスクＡを介して下記の条件で感光性樹脂層に対してプロキシミティ露光を行った。

露光条件
・光源：ウシオ電機（株）製ＵＳＨ３５０２ＭＡ
（波長４０５ｎｍ）
・露光量：３００ｍＪ
・マスクの近接距離：２００μｍ
次いで、感光性樹脂層を現像し、さらに洗浄、乾燥してマトリックス状のブラックマトリックスパターンを形成しブラックマトリックス基板Ａを得た。

このブラックマトリックス基板Ａは、ブラックマトリックスの線幅が３０μｍであり、交差部における湾曲の大きさＬ（図５に示すように規定）が２μｍであり、フォトマスクＡのパターンに極めて近い高精度なものであった。また、上記のブラックマトリックス基板Ａの製造においてフォトマスクＡの汚染は発生しなかった。

一方、比較例として、図４に示されるような形状の従来のブラックマトリックス用フォトマスクＢを下記仕様で作製した。

ブラックマトリックス用のフォトマスクＢ
・透明基材１０２：厚み５．０ｍｍ、外形３３０×４３０ｍｍ
・透光部１０４の線幅：２８μｍ
・透光部１０４のピッチ：１１０μｍ
次に、上記と同様にしてガラス基板上に形成した感光性樹脂層を上記の従来のブラックマトリックス用のフォトマスクＢを介して同様の条件で露光した。

次いで、感光性樹脂層を現像し、さらに洗浄、乾燥してマトリックス状のブラックマトリックスパターンを形成しブラックマトリックス基板Ｂを得た。

このブラックマトリックス基板Ｂは、ブラックマトリックスの線幅が３２μｍであるが、交差部における湾曲の大きさＬ（図５に示すように規定）が８μｍと大きく、フォトマスクＢのパターンに対して交差部での精度が低いものであった。尚、上記のブラックマトリックス基板Ｂの製造においてフォトマスクＢの汚染は発生しなかった。

また、上記のフォトマスクＢを使用し、プロキシミティ露光におけるマスクの近接距離を７５μｍとした他は、上記のブラックマトリックス基板Ｂの製造と同様にしてブラックマトリックス基板Ｃを得た。

このブラックマトリックス基板Ｃは、ブラックマトリックスの線幅が３０μｍであり、また、交差部における湾曲の大きさＬ（図５に示すように規定）が４μｍであり、フォトマスクＢのパターンに極めて近い高精度なものであったが、マスクの近接距離が小さいため露光段階でフォトマスクＢの汚染が発生し易いものであった。

高精細のブラックマトリックス基板の製造に有用であり、ブラックマトリックスを備えた種々のカラーフィルタの製造に利用可能である。

１…ブラックマトリックス基板
２…透明基板
３…感光性樹脂層
４…ブラックマトリックス
１１，２１，３１…ブラックマトリックス用のフォトマスク
１３（１３Ａ，１３Ｂ），２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ…遮光部
１４，２４，３４…透光部
１４ａ，２４ａ，３４ａ…透光部の交差箇所
１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ…透光部の交差箇所の角部

Claims

透明基板上にブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介してプロキシミティ露光し現像することによりブラックマトリックスパターンを形成するブラックマトリックス基板の製造方法において、
フォトマスクは透光部と遮光部とを所定のパターンで備え、透光部の交差箇所内に位置し、かつ、前記交差箇所の周囲に位置する４個の前記遮光部に連続したＩ字形状の遮光部を備え、Ｉ字形状の該遮光部の幅は０．５〜５．０μｍの範囲であり面積は透光部の交差箇所の面積の１〜３０％の範囲であるものを使用することを特徴とするブラックマトリックス基板の製造方法。
透明基板上にブラックマトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介してプロキシミティ露光し現像することによりブラックマトリックスパターンを形成するブラックマトリックス基板の製造方法において、
フォトマスクは透光部と遮光部とを所定のパターンで備え、透光部の交差箇所を囲むように位置し、かつ、前記交差箇所の周囲に位置する４個の前記遮光部に連続した回廊形状の遮光部を備え、回廊形状の前記遮光部の幅は０．５〜５．０μｍの範囲であり面積は透光部の交差箇所の面積の１〜３０％の範囲であるものを使用することを特徴とするブラックマトリックス基板の製造方法。