(57)【要約】【課題】５μｍを下回る線幅のブラックマトリクス（ＢＭ）形成にあたり、マイクロローディング効果を抑制した上で、設計パターンの再現性に優れたパターニング手法の採用されたＢＭを具備するカラーフィルタを提案する。【解決手段】額縁部以外の表示領域では、厚さ２００〜８００ｎｍの黒色樹脂層からなる線幅５μｍ以下のマトリクスパターンを有し、額縁部は表示領域の２倍以上の厚さを有する前記黒色樹脂層と暗色系樹脂層の積層構造であるＢＭとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
額縁部以外の表示領域では、厚さ２００〜８００ｎｍの黒色樹脂層からなる線幅５μｍ以下のマトリクスパターンを有し、額縁部は表示領域の２倍以上の厚さを有する前記黒色樹脂層と暗色系樹脂層の積層構造であることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
透明基板上にフォトリソグラフィにより黒色樹脂層をパターン形成し、表示領域内のブラックマトリクスと表示領域外の額縁部を形成する工程を含むカラーフィルタの製造方法において、
黒色顔料を含有する樹脂ペーストを２００〜８００ｎｍの厚さで形成し、額縁部が表示領域と透過率の等しいパターン露光マスクを用いてパターン露光〜現像等のパターニング処理を行うことにより、全体の黒色樹脂層の厚さを等しくパターニングした後、額縁部にのみ暗色系樹脂層を再度形成する工程を具備する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、高精細化が進む液晶表示装置向けカラーフィルタに関し、特に、高精細時の、ＢＭ（ブラックマトリクス）遮光領域の増加に対応した、ＢＭ線幅の細線化に対応した構成のカラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の高精細化が進み、テレビの画素数増加による高画質化では、ＨＤＴＶ（水平解像度≧６５０本）→フルハイビジョン（水平１９２０×垂直１０８０＝２０７万画素）→４Ｋ（水平３８４０×垂直２１６０＝８２９万画素）→８Ｋ（水平７６８０×垂直４３２０＝３３１８万画素）と、ＵＨＤＴＶ（Ultra High Definition Television；超高精細テレビ）の実用化に向けた開発が取り組まれている。
【０００３】
カラーフィルタにおいても、各着色画素同士を仕切るＢＭの線幅の細線化が進み、その線幅は１０μｍ以下が一般的になっている。
【０００４】
カラーフィルタでは、表示コントラストを高めるため，アクティブエリアのＴＦＴ基板を遮光するため，ＴＦＴの引き回し配線を隠すためなどの目的で、ガラス基板上にＢＭが形成され、ＢＭの格子間に、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）などの各着色画素が形成され、その上層に透明導電膜が形成される。ＢＭは、環境面の問題や製造の簡便さなどから、構成材料が従来のクロムに替わり、黒色顔料を分散させた感光性樹脂ペーストを用い、露光マスクでパターン化することによって形成する方法に基づく製造物（フォトリソ法による樹脂ＢＭ）が普及している。（特許文献１参照）
一方で、樹脂ＢＭでは、所定の光学濃度を確保するための膜厚をクロムパターンと比較して厚くする必要もあり、感光性の有無は問わず、黒色樹脂層を厚く形成〜パターニングすることが要求され、ＢＭの高精細化に伴う製造上のハードルも高くなっている。
【０００５】
膜厚が薄くても光を遮光するのに充分な濃度を持ち、反射率が低く、膜強度が高く、複教色画素との重なり部分における凸状の突起を低下し、かつ、低露光量でＢＭが形成できる黒色感光性樹脂組成物の改良に係る提案も見られている。（特許文献２参照）
特許文献１でも解決課題と位置付けられる様に、フォトリソ法による樹脂ＢＭで線幅の細線化を図った場合には、表示領域における額縁の境界からおよそ１ｍｍ内部に至るまでの領域（額縁近傍領域）でのＢＭ線幅の設計値に対しての細り〜断線が発生する現象が顕著である。
【０００６】
樹脂ＢＭに限らず、フォトリソ工程を経て得られる製品では、パターンの高精細化に伴い、設計パターンの疎密に応じたパターニングむら（露光，現像，エッチングの各プロセスで生じる。特に、現像プロセスでの現像液の滞留〜現像液に対する暴露履歴の増大に基づく現像むらが顕著であり、「マイクロローディング効果」と称されている。）の現象が確認されている。
【０００７】
従来から、マイクロローディング効果の排除にあたっては、細く仕上がる量を把握し、パターン露光用フォトマスクに変動量のフィードバックをかける補正（ＣＤ補正）が行なわれている。額縁近傍領域での樹脂ＢＭに対するＣＤ補正の概念を図２に示す。額縁近傍領域での樹脂ＢＭ線幅が、設計値＝５μｍに対して仕上がり線幅＝４μｍとなってしまうマイクロローディング効果による影響を、額縁近傍領域での樹脂ＢＭ線幅を予め線幅＝６μｍでのＣＤ補正をかけておき、仕上がり線幅＝５μｍとする手法である。
【０００８】
図２（ａ）はＣＤ補正を施していないパターン露光用フォトマスクによる製造品（ＢＭパターン１０）であり、全面に渡りＢＭ線幅＝５μｍとなる設計のフォトマスクを用いても、同図下側の額縁近傍のＢＭ１１の線幅が４μｍに細ってしまっている。額縁近傍のＢＭ１１は、細く密着強度が不十分なため、基板からの剥離を招き易くなっている。
【０００９】
図２（ｂ）はＣＤ補正を施したパターン露光用フォトマスク２０の一例を示しており、額縁近傍での樹脂ＢＭ２１線幅を予め線幅＝６μｍとなる様に設計してある。
【００１０】
図２（ｃ）は図２（ｂ）のフォトマスクによる製造品（ＢＭパターン３０）であり、マイクロローディング効果による細りが生じても、額縁近傍領域も含めて全面に渡りＢＭ線幅＝５μｍで当初目的の設計パターンが再現されている。
【００１１】
樹脂ＢＭパターンの高精細化に伴い、ＣＤ補正によるマイクロローディング効果への対策も限界に近づいている。（図３参照）
同図では、当初目的の設計パターンとして、ＢＭ線幅＝３〜４μｍを目的とした場合の、フォトマスク（上側）と製造されるＢＭパターン（下側）を示す。
【００１２】
図３（ａ）は、ＣＤ補正なしのフォトマスク４０のパターンを用いた場合の製造物１０（ＢＭ画線部の細りに伴う剥離１３）を示す説明図であり、図３（ｂ）は、ＣＤ補正を加えたフォトマスク２０のパターンを用いた場合の製造物（ＢＭパターン３０）を示す説明図であるが、図３（ｂ）では、露光時にマスクパターンの解像が不十分となり、ＢＭ線幅を太らせるため極限まで細く設計した開口部がつぶれてしまい、ＢＭパターンが成形されずにベタな黒色層１５となる事態を招いている。（プロセス上の解像度の限界）
フォトリソ法による樹脂ＢＭ製造では、現行の材料（黒色樹脂）を用いたプロセス（フォトマスク，露光装置，現像装置）では、ＢＭ線幅＝５μｍをおおよその境界として製造難易度が格段に向上している実態にある。
【００１３】
表１は、各種画面サイズのスマートフォン，タブレット型端末などのモバイル端末の画面での、画面サイズ毎に要求される画素ピッチ（解像度）を示す。
【００１４】
表２は、表１の画素ピッチ（解像度）に応じて、画素を規定するＢＭについて、画線部／非画線部（開口部）の比を各種変更して形成する場合に算出されるＢＭ線幅を示す。
【００１５】
表１〜表２によると、普及例の多い５．５inch（縦横比＝横１６：縦９）サイズのスマートフォンでは、ＨＤＴＶ（ピクセル数＝１９２０×１０８０）で約４０１ｐｐｉ（６３．４μｍ）の画素ピッチとなり、同一画素ピッチについて、画線（黒色樹脂部）と開口（着色画素）との比を４：１０〜１０：４の間で７段階に変更すると、ＢＭ線幅は１８．１μｍ〜４５．３μｍの値となる。
【００１６】
８Ｋ方式ディスプレイでは、各種の画面サイズ，画線：開口の比について、大半の場合にＢＭ線幅が１０μｍ以下となり、５μｍを下回る設計値となる場合もある。
【００１７】
【表１】
2019045573.tif 000003
【００１８】
【表２】
2019045573.tif 000004
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−２４４５２３号公報
【特許文献２】特許第４１６６３０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
表１，２に示した液晶ディスプレイ用途以外にも、ディスプレイを遥かに上回る画素数を有するデジタルカメラ（３２６４×２４４８→約８００万画素，１０００万画素を超える製品もある）の撮像素子などへのカラーフィルタを形成する場合、ＢＭでの一層の高精細化も要求される可能性が高まることになる。
【００２１】
本発明では、５μｍを下回る線幅のＢＭ形成にあたり、マイクロローディング効果を抑制した上で、設計パターンの再現性に優れたパターニング手法の採用されたＢＭを具備するカラーフィルタを提案することを目的とする。
【００２２】
本発明によるカラーフィルタは、
額縁部以外の表示領域では、厚さ２００〜８００ｎｍの黒色樹脂層からなる線幅５μｍ以下のマトリクスパターンを有し、額縁部は表示領域の２倍以上の厚さを有する前記黒色樹脂層と暗色系樹脂層の積層構造であることを特徴とする。
【００２３】
上記カラーフィルタの製造にあたっては、
黒色顔料を含有する樹脂ペーストを２００〜８００ｎｍの厚さで形成し、額縁部が表示領域と透過率の等しいパターン露光マスクを用いてパターン露光〜現像等のパターニング処理を行うことにより、全体の黒色樹脂層の厚さを等しくパターニングした後、額縁部にのみ暗色系樹脂層を再度形成する工程を具備する製造方法を採用する。
【００２４】
光学濃度および密着強度の付与のため、額縁部の厚さを盛り上げる暗色系樹脂層としては、パターニング済みの黒色樹脂層と同一の樹脂ペーストであっても良いし、色相の異なる別組成の樹脂層であっても良い。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、５μｍを下回る線幅のＢＭ形成を要するカラーフィルタが、マイクロローディング効果による影響を被ることなく設計パターンの再現性に優れた状態で安定して供給される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】樹脂ＢＭパターニング処理を示す説明図。（本発明）
【図２】額縁近傍領域での樹脂ＢＭに対するＣＤ補正の概念を示す説明図。（従来技術）
【図３】樹脂ＢＭパターンの高精細化に伴い、ＣＤ補正によるマイクロローディング効果への対策が困難となる実態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の説明・図示によって限定されるものではない。
【００２８】
図１は、本発明のカラーフィルタの製造方法の一例について要部を示す説明図である。（上：平面図  下：断面図）
本発明に係る樹脂ＢＭ用の樹脂ペーストに関しては、感光型／非感光型、あるいは感光型におけるポジ型／ネガ型のいずれについても本発明の製造方法を適用することができる。
【００２９】
感光タイプの場合は、ガラス基板等からなる透明基板上に、アクリル系あるいはポリイミド系樹脂にカーボンブラックあるいはチタンブラックなどの顔料を分散した黒色の感光性レジストをスピンナーあるいはスリットコーターなどの装置を用い塗布し、感光性黒色樹脂層を形成し、額縁領域と表示領域とで透過率の等しいフォトマスクを用いたパターン露光〜現像等のパターニング処理を行って、ＢＭを形成する。
【００３０】
非感光型ペーストの場合は、同じくガラス基板等からなる透明基板上に、アクリル系あるいはポリイミド系樹脂にカーボンブラックあるいはチタンブラックなどの顔料を分散した黒色の非感光性樹脂ペーストをスピンナーあるいはスリットコーターなどの装置を用いて塗布し、その上にアクリル系あるいはノボラック系に代表される感光性レジストを塗布することで、感光性黒色樹脂層を形成し、額縁領域と表示領域とで透過率の等しいフォトマスクを用いたパターン露光〜現像等のパターニング処理を行って、ＢＭを形成する。
【００３１】
特許文献１では、細い線幅のＢＭ形成を要するカラーフィルタを安定供給する上で、樹脂ＢＭ形成工程のパターン露光に使用する露光マスクの光透過部における透過率が領域によって透過率が異なるマスクを用い、額縁近傍領域のＢＭ線幅と表示領域のＢＭ線幅の差が０．３μｍ以下になるようにパターン露光〜現像を行うことを主要な特徴としており、  ＢＭ形成用の材料としてポジ型感光性レジストを用い、マスクパターンの露光透過率が、ＢＭを有する表示領域に対してチップ額縁領域が高くなっている露光マスクを用いて露光〜現像する場合と、ＢＭ形成用の材料としてネガ型感光性レジストを用い、マスクパターンの露光透過率が、ＢＭを有する表示領域に対してチップ額縁領域が低くなっている露光マスクを用いた露光〜現像する場合とが説明されている。
【００３２】
マスクパターンの露光透過率を部分的に変調する上記手法は、ＢＭの光学濃度（十分な遮光性）を確保するための膜厚（１μｍ以上）の樹脂ＢＭをフォトリソ法によりパターニングする場合に、ＢＭ厚さの均一化も含めた設計パターンの再現性を確保する上で有効とされるが、本発明では、パターニングの容易な２００〜８００ｎｍの薄いＢＭ形成を行なうため、マスクパターンの露光透過率を部分的に変調するまでもない。
【００３３】
樹脂ＢＭの厚さが２００ｎｍを下回ると、再現性の良好なパターニング適性は十分であるものの、光学濃度が不十分であり、ＢＭ本来の機能を奏することが困難である。
【００３４】
樹脂ＢＭの厚さが８００ｎｍを上回ると、光学濃度は十分であるものの、高精細化に伴うマイクロローディング効果の発生が顕著となり、再現性の良好なパターニング適性には欠けることとなる。
【実施例】
【００３５】
第１段階のパターニング処理を行なった状態のＢＭパターン５０を図１（ａ）に示す。
【００３６】
樹脂ＢＭ用の樹脂ペーストは５００ｎｍで形成しており、模式的に灰色で図示している。
【００３７】
樹脂ペーストが薄いため、ＢＭ線幅が５μｍ以下の高精細なＢＭパターンであっても、設計パターンの再現性も安定してパターニングされる。
【００３８】
ＢＭ形成工程の後工程では、着色樹脂層（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を形成してパターン露光〜現像処理を行い、複数色の画素を形成する画素形成工程が行なわれることになる。
【００３９】
表示領域内において隣接する複数色の画素間では明確に境界を規定するためのＢＭの光学濃度（遮光性）は必須ではないが、額縁領域ではＴＦＴの引き回し配線を隠し表示領域との境界を明確に規定する目的に加えて、端部からのＢＭ剥離を避ける上でＢＭの厚さ確保が必要となる。図１（ａ）下側のＡ−Ａ’断面における額縁部のＢＭ厚さは５００ｎｍである。
【００４０】
第２段階のパターニング処理を行なった状態のＢＭパターン５１を図１（ｂ）に示す。
【００４１】
第１段階のパターニング処理の済んだＢＭ額縁部のみに、第１段階で形成された樹脂ＢＭの２倍以上の厚さとなるように樹脂ペーストを塗布形成する。
【００４２】
同図においては、ＢＭ額縁部の厚さが１５００ｎｍ（１．５μｍ）となるように樹脂ペーストを形成している。
【００４３】
第２段階のパターニング処理では、フォトリソ法によるパターニングは要さず、ＢＭ額縁部のみに選択的に樹脂ペーストを追加で塗布形成し、積層構造の樹脂ＢＭ５２とする。（追加で塗布形成した額縁部のＢＭを黒色で図示している。）図１（ｂ）下側のＢ−Ｂ’断面における額縁部のＢＭ厚さは１５００ｎｍである。
【００４４】
第２段階のパターニング処理で用いられる樹脂ペーストは、黒色である必要はなく、青色その他の暗色系樹脂も採用可能である。
【００４５】
以上により、マイクロローディング効果による影響を招くフォトリソ法による工程が１度で済み、比較的簡便なプロセスにより、設計パターンの再現性，額縁領域の光学濃度，基板からの剥離回避などに優れた高精細パターンを有するＢＭが提供され、超高精細ディスプレイへの適用が容易となる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ＢＭパターン（ＣＤ補正なし）
１１  額縁近傍のＢＭ線（ＣＤ補正なし）
１３  ＢＭ画線部の細りに伴う剥離（ＣＤ補正なし）
１５  ベタ欠陥となった黒色層（ＣＤ補正あり）
２０  パターン露光用フォトマスク（ＣＤ補正あり）
２１  額縁近傍での樹脂ＢＭ線（ＣＤ補正あり）
３０  ＢＭパターン（ＣＤ補正あり）
４０  パターン露光用フォトマスク（ＣＤ補正なし）
５０  ＢＭパターン（第１段階）
５１  ＢＭパターン（第２段階）
５２  積層構造の樹脂ＢＭ（額縁部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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