(57)【要約】【課題】硬化が十分に行われた着色画素を有し、パターンずれなく、且つ突起のないカラーフィルタを工程を増やすことなく、容易に製造することのできるカラーフィルタの製造方法を提供すること。【解決手段】ガラス基板１０上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次に形成されたカラーフィルタをフォトリソグラフィ法により製造するカラーフィルタの製造方法において、樹脂ブラックマトリックス１１を形成する際の現像後の熱硬化処理、及び各色着色画素１４を形成する際の現像後の各熱硬化処理を、最終着色画素を形成する際の現像後の熱硬化処理と同時に一括して行うこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次に形成されたカラーフィルタの製造方法において、樹脂ブラックマトリックスを形成する際の熱硬化処理、及び各色着色画素を形成する際の各熱硬化処理を、最終着色画素を形成する際の熱硬化処理と同時に一括して行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次に形成されたカラーフィルタをフォトリソグラフィ法により製造するカラーフィルタの製造方法において、樹脂ブラックマトリックスを形成する際の現像後の熱硬化処理、及び各色着色画素を形成する際の現像後の各熱硬化処理を、最終着色画素を形成する際の現像後の熱硬化処理と同時に一括して行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置などの表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、樹脂ブラックマトリックスが形成されたカラーフィルタにおいて、工程を増やすことなく、容易に、突起のないカラーフィルタを製造することのできるカラーフィルタの製造方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）が形成されたものである。
図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（５２）は１２個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１４インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。
【０００３】
ブラックマトリックス（５１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（５２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
【０００４】
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例である。
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（５０）上に、例えば、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（５１）と称している。
【０００５】
また、カラーフィルタの周縁部は、額縁と称している部分である。図３、及び図４に示すカラーフィルタは、額縁の部分、すなわち、カラーフィルタの周縁部の端まで樹脂ブラックマトリックスが形成された例である。
バックライトからの直接光をカラーフィルタの周縁部の端まで遮蔽し、またカラーフィルタの端面から入射する迷光を低減させ画像のコントラストを向上させる機能をもたせたものである。
【０００６】
また、着色画素（５２）は、この樹脂ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型の感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ法によって、すなわち、感光性樹脂の塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像処理によって着色画素として形成されたものである。赤色、緑色、青色の着色画素は順次に形成されている。
【０００７】
樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックス（図示せず）として用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂
ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
【０００８】
カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したカラーフィルタを大サイズのガラス基板に面付けした状態で製造する。例えば、対角１７インチのカラーフィルタを６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。
ガラス基板が大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
この移行は、ガラス基板が更に大サイズ化するに伴い著しくなるものと思われる。また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向もある。
【０００９】
樹脂ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜では高濃度を得ることはできず、例えば、０．５μｍ〜２．０μｍ程度の厚さにして必要な高濃度を得るようにしている。
樹脂ブラックマトリックスの膜厚が、例えば、１．０μｍ程度と厚くなると、図４に示すように、樹脂ブラックマトリックス（５１）上にその周縁部を重ねて形成された着色画素（５２）は、その周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５１）上にて突起（５３）となる。
【００１０】
図２（ａ）〜（ｄ）は、突起（５３）の発生を模式的に示した説明図である。
図２（ａ）は、ガラス基板（２０）上に黒色感光性樹脂が塗布され、フォトマスクを介した露光、現像処理によって、樹脂ブラックマトリックスのパターンが形成された状態を表したものである。
この樹脂ブラックマトリックスのパターン（２１）は、フォトリソグラフィ工程におけるポストベーク（熱硬化処理）前のものであり、樹脂ブラックマトリックスのパターン（２１）の厚み（Ｔ１１）は、説明上２．０μｍとする。
【００１１】
図２（ｂ）に示すように、この樹脂ブラックマトリックスのパターン（２１）が形成されたガラス基板（２０）にポストベークを施し、ポストベークが施された樹脂ブラックマトリックスのパターン（２２）を得る。
樹脂ブラックマトリックスのパターン（２１）の熱収縮率を説明上５０％とすると、得られた樹脂ブラックマトリックスのパターン（２２）の厚み（Ｔ１２）は、１．０μｍとなる。
【００１２】
次に、図２（ｃ）に示すように、樹脂ブラックマトリックスのパターン（２２）が形成されたガラス基板（２０）上に、着色感光性樹脂を塗布し、フォトマスクを介した露光、現像処理により、着色画素のパターン（２３）を得る。
着色画素のパターン（２３）は、ポストベーク前のものであり、着色画素のパターン（２３）の厚みは、ガラス基板（２０）上の部分の厚み（Ｔ１３）を３．０μｍとすると、樹脂ブラックマトリックスのパターン（２２）上の部分の厚み（Ｔ１４）は、樹脂ブラックマトリックスのパターン（２２）の厚み（Ｔ１２）が１．０μｍであるので、２．０μｍとなる。
【００１３】
次に、図２（ｄ）に示すように、着色画素のパターン（２３）が形成されたガラス基板（２０）にポストベークを施し、ポストベークが施された着色画素のパターン（２４）を得る。着色画素のパターン（２３）の熱収縮率を５０％とすると、得られたポストベーク
が施された着色画素のパターン（２４）の、ガラス基板（２０）上の部分の厚み（Ｔ１５）は、１．５μｍとなる（Ｔ１３（３．０μｍ）／２＝１．５μｍ）。
【００１４】
一方、ポストベークが施された着色画素のパターン（２４）の、樹脂ブラックマトリックスのパターン（２２）上の部分の厚み（Ｔ１６）は、１．０μｍとなる（Ｔ１４（２．０μｍ）／２＝１．０μｍ）。
従って、ガラス基板（２０）の表面から、突起（５３）の上部までの厚み（Ｔ１７、Ｔ１７＝Ｔ１２（１．０μｍ）＋Ｔ１６（１．０μｍ））は、２．０μｍとなる。
よって、形成された突起（段差）（５３）の厚み（Ｔ１８、Ｔ１８＝Ｔ１７（２．０μｍ）−Ｔ１５（１．５μｍ））は、０．５μｍとなる。
【００１５】
この突起（５３）は、カラーフィルタの表面を凹凸のあるものとし、平坦性を悪化させる。このような突起（５３）のある、表面の平坦性が悪化したカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、突起の影響によって液晶分子の配向が乱され表示ムラが発生したり、或いは、この上に透明導電膜を形成すると、対向するパネルの電極に接触しショートを起こしたり、透明導電膜の断線を起こしたり、亀裂から好ましくない成分が流出したりなど表示品質、及び信頼性を低下させることになる。従って、多くの場合、カラーフィルタ表面への研磨によって突起を除去している。
尚、金属を用いたブラックマトリックスの場合には、薄膜であるために、このような顕著な突起が形成されることはない。
【００１６】
このような突起が形成されてしまうのを回避する技法としては、以下に示す種々な技法が提案されている。
１）例えば、特開平２−２９３７０２号公報は、ネガ型の着色感光性樹脂を用いた際に、露光に使用するフォトマスクとして、フォトマスクのパターン線幅を所望する着色画素のパターン線幅より細くしたフォトマスクを使用し、また、露光においては、フォトマスクと塗布膜との間に間隔を設けた露光を行うことにより突起を形成させない技法である。
しかし、この技法は、フォトマスクへの修正が伴い、また、パターンずれを起こさせず且つ突起を生じさせない作業条件に難点がある。
【００１７】
２）特開平１０−９６８０９号公報は、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板の裏面側から、着色感光性樹脂にフォトマスクを介した露光を与えることによりブラックマトリックス端部に突起が生じることを回避した技法である。
露光の際に、着色感光性樹脂の塗布膜上部での光の減衰による硬化不足を補うために、塗布膜上面にガラス基板の裏面側からの紫外光を反射させる反射板を設けている。
しかし、この技法は、減衰分の補足が十分に行われず、硬化が十分でないことに難点がある。
【００１８】
３）特開平９−２３０１２４号公報は、形成されてしまった突起を除去するものであり、前記［００１５］に記述した、カラーフィルタ表面への研磨である。
この技法は、研磨工程が追加されてしまうことに難点がある。
【００１９】
４）特開平９−４３４１２号公報は、樹脂ブラックマトリックスの形成に用いる黒色感光性樹脂に含有させる黒色顔料の含有量を増加させることによって、樹脂ブラックマトリックスの厚みを薄くしたものである。
この技法は、突起を低減させる効果が不十分であることに難点がある。
【００２０】
５）特開２００２−２２８８２６号公報は、樹脂ブラックマトリックス、着色画素が形成されたガラス基板上に、ポジ型感光性樹脂を用いて過剰な厚みを有するオーバーコート層を設け、露光を与えることによって現像液に可溶なものとし、所望する厚みまで現像処
理を行う技法である。
この技法は、オーバーコート層を設ける工程が追加されてしまうことに難点がある。
【特許文献１】特開平２−２９３７０２号公報
【特許文献２】特開平１０−９６８０９号公報
【特許文献３】特開平９−２３０１２４号公報
【特許文献４】特開平９−４３４１２号公報
【特許文献５】特開２００２−２２８８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造方法において、硬化が十分に行われた着色画素を有し、パターンずれなく、且つ突起のないカラーフィルタを工程を増やすことなく、容易に製造することのできるカラーフィルタの製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次に形成されたカラーフィルタの製造方法において、樹脂ブラックマトリックスを形成する際の熱硬化処理、及び各色着色画素を形成する際の各熱硬化処理を、最終着色画素を形成する際の熱硬化処理と同時に一括して行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００２３】
また、本発明は、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次に形成されたカラーフィルタをフォトリソグラフィ法により製造するカラーフィルタの製造方法において、樹脂ブラックマトリックスを形成する際の現像後の熱硬化処理、及び各色着色画素を形成する際の現像後の各熱硬化処理を、最終着色画素を形成する際の現像後の熱硬化処理と同時に一括して行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、樹脂ブラックマトリックスを形成する際の現像後の熱硬化処理、及び各色着色画素を形成する際の現像後の各熱硬化処理を、最終着色画素を形成する際の現像後の熱硬化処理と同時に一括して行うので、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素を順次に形成するカラーフィルタの製造において、硬化が十分に行われた着色画素を有し、パターンずれなく、且つ突起のないカラーフィルタを工程を増やすことなく、逆に工程を短縮させて、容易に製造することのできるカラーフィルタの製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるカラーフィルタの製造方法を模式的に示した説明図である。
図１（ａ）は、ガラス基板（１０）上に黒色感光性樹脂が塗布され、フォトマスクを介した露光、現像処理によって、樹脂ブラックマトリックスのパターンが形成された状態を表したものである。
この樹脂ブラックマトリックスのパターン（１１）は、フォトリソグラフィ工程における熱硬化処理（ポストベーク）前のものであり、樹脂ブラックマトリックスのパターン（１
１）の厚み（Ｔ１）は、説明上２．０μｍとする。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、この樹脂ブラックマトリックスのパターン（１１）が形成されたガラス基板（１０）にポストベークを施さず、ガラス基板（１０）上に、着色感光性樹脂を塗布し、フォトマスクを介した露光、現像処理により、着色画素のパターン（１３）を得る。
着色画素のパターン（１３）は、ポストベーク前のものであり、着色画素のパターン（１３）の厚みは、ガラス基板（１０）上の部分の厚み（Ｔ３）を３．０μｍとすると、樹脂ブラックマトリックスのパターン（１１）上の部分の厚み（Ｔ４）は、樹脂ブラックマトリックスのパターン（１１）の厚み（Ｔ１）が２．０μｍであるので、１．０μｍとなる。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、樹脂ブラックマトリックスのパターン（１１）及び着色画素のパターン（１３）が形成されたガラス基板（１０）にポストベークを施し、ポストベークが施された樹脂ブラックマトリックスのパターン（１２）及びポストベークが施された着色画素のパターン（１４）を得る。
両パターンの熱収縮率を５０％とすると、得られた、ポストベークが施された樹脂ブラックマトリックスのパターン（１２）の厚み（Ｔ２）が１．０μｍとなる（Ｔ１（２．０μｍ）／２＝１．０μｍ）。
また、得られた、ポストベークが施された着色画素のパターン（１４）の、ガラス基板（１０）上の部分の厚み（Ｔ５）は、１．５μｍとなる（Ｔ３（３．０μｍ）／２＝１．５μｍ）。
【００２８】
一方、ポストベークが施された着色画素のパターン（１４）の、樹脂ブラックマトリックスのパターン（１２）上の部分の厚み（Ｔ６）は、０．５μｍとなる（Ｔ４（１．０μｍ）／２＝０．５μｍ）。
従って、ガラス基板（１０）の表面から、ポストベークが施された着色画素のパターン（１４）の上部までの厚み（Ｔ７、Ｔ７＝Ｔ２（１．０μｍ）＋Ｔ６（０．５μｍ））は、１．５μｍとなる。
【００２９】
すなわち、ポストベークが施された着色画素のパターン（１４）の、ガラス基板（１０）上の部分の厚み（Ｔ５（１．５μｍ））と、樹脂ブラックマトリックスのパターン（１２）上の部分の、ガラス基板（１０）の表面からポストベークが施された着色画素のパターン（１４）の上部までの厚み（Ｔ７（１．５μｍ））は同一の厚みとなる。
よって、突起（段差）は形成されず、平坦（Ｔ８）なものとなる。
【００３０】
図１（ａ）〜（ｃ）は、着色画素として第１色目の着色画素が形成された場合の例であり、現像後の樹脂ブラックマトリックスのパターン（１１）に施すポストベークと、現像後の着色画素のパターン（１３）に施すポストベークを着色画素のパターン（１３）に施すポストベークと同時に一括して行ったものである。
このように、樹脂ブラックマトリックスのパターン（１１）に施すポストベークと、着色画素のパターン（１３）に施すポストベークを一括して行うことにより、図４に示すように、樹脂ブラックマトリックス上にその周縁部を重ねて形成された着色画素は、その周縁部が樹脂ブラックマトリックス上にて突起（段差）を形成することはない。
或いは、突起（段差）が形成されても、その厚みは低減されたものであり、僅小である。
【００３１】
液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの多くは、赤色、緑色、青色の３色の着色画素で構成されている。従って、樹脂ブラックマトリックスを形成する際の現像後の熱硬化処理、及び各色着色画素を形成する際の現像後の各熱硬化処理を、最終（第３色目）着色画素を形成する際の現像後の熱硬化処理と同時に一括して行うことになる。
【実施例１】
【００３２】
以下に実施例を説明する。
（樹脂ブラックマトリックスの形成）
ガラス基板上に、黒色感光性樹脂をスピンコート装置を用いて塗布し塗膜を設け、フォトマスクを介し１００ｍＪ／ｃｍ2 の露光を与え、現像処理を行い、厚み０．９９μｍの樹脂ブラックマトリックスのパターンを形成した。
【００３３】
（着色画素の形成）
上記樹脂ブラックマトリックスのパターンが形成されたガラス基板上に、着色感光性樹脂をスピンコート装置を用いて塗布し塗膜を設け、フォトマスクを介し１００ｍＪ／ｃｍ2 の露光を与え、現像処理を行い、厚み２．１０μｍの着色画素のパターンを形成した。
樹脂ブラックマトリックスのパターンと、着色画素のパターンの重なり部分の厚みは２．３１μｍであった。
【００３４】
（熱硬化処理）
上記樹脂ブラックマトリックスのパターン、及び着色画素のパターンが形成されたガラス基板に２３０℃、３０分間の熱硬化処理を行い、熱硬化処理が施された樹脂ブラックマトリックスのパターン、及び着色画素のパターンを得た。
熱硬化処理後の厚みは、樹脂ブラックマトリックスのパターンは０．８１μｍ、着色画素のパターンは１．２８μｍ、重なり部分は１．５０μｍであった。突起（段差）の厚みは、１．５０−１．２８＝０．２２μｍであった。結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【実施例２】
【００３６】
実施例２は、実施例１と比較するための例である。
（樹脂ブラックマトリックスの形成、及び熱硬化処理）
ガラス基板上に、黒色感光性樹脂をスピンコート装置を用いて塗布し塗膜を設け、フォトマスクを介し１００ｍＪ／ｃｍ2 の露光を与え、現像処理を行い、厚み０．９３μｍの樹脂ブラックマトリックスのパターンを形成した。
この樹脂ブラックマトリックスのパターンが形成されたガラス基板に２３０℃、３０分間の熱硬化処理を行い、熱硬化処理が施された樹脂ブラックマトリックスのパターンを得た。厚みは０．７６μｍであった。
【００３７】
（着色画素の形成）
上記樹脂ブラックマトリックスのパターンが形成されたガラス基板上に、着色感光性樹脂をスピンコート装置を用いて塗布し塗膜を設け、フォトマスクを介し１００ｍＪ／ｃｍ2 の露光を与え、現像処理を行い、厚み２．１２μｍの着色画素のパターンを形成した。
樹脂ブラックマトリックスのパターンと、着色画素のパターンの重なり部分の厚みは２．３０μｍであった。
【００３８】
（熱硬化処理）
上記熱硬化処理が施された樹脂ブラックマトリックスのパターン、及び着色画素のパターンが形成されたガラス基板に２３０℃、３０分間の熱硬化処理を行い、熱硬化処理が施された着色画素のパターンを得た。
熱硬化処理後の厚みは、着色画素のパターンは１．２７μｍ、重なり部分は１．７７μｍであった。突起（段差）の厚みは、１．７７−１．２７＝０．５１μｍであった。結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
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上記のように、実施例１において、突起（段差）の厚みは著しく低減したものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるカラーフィルタの製造方法を模式的に示した説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、突起の発生を模式的に示した説明図である。
【図３】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。
【図４】図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０、２０、５０・・・ガラス基板
５１・・・ブラックマトリックス
５２・・・着色画素
５３・・・突起（段差）
１１、２１・・・樹脂ブラックマトリックスのパターン（熱硬化処理前）
１２、２２・・・ポストベークが施された樹脂ブラックマトリックスのパターン１３、２３・・・着色画素のパターン（熱硬化処理前）
１４、２４・・・ポストベークが施された着色画素のパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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