(57)【要約】  【課題】液晶カラーフィルターを作成する際、フォトマスクを作成する工程は、時間的コスト的に全工程中で大きな割合を締める。そこで、少量多品種の製品に用いる液晶カラーフィルターの生産では、カラーフィルターのパターンを直接描画する生産方法が要望されていた。  【解決手段】感光性樹脂層にカラーフィルターのパターンを直接描画する方法では、露光効率を上げるために感光性樹脂層の温度を上げるのが好適であるが、基板全体を暖めると膨張などで寸法的誤差が大きくなる。そこで露光用の光と過熱用の光を合成する光合成部１６を有する露光装置を用い、露光部分だけの感光性樹脂層の温度を上げ、基板全体の温度は上げる事無く、露光効率を上げる。【選択図】図１
2008242365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に感光性樹脂層を塗布し感光性樹脂層付基板を作る塗布工程と、
前記感光性樹脂層付基板を波長の異なる複数の光源からの光で露光する露光工程と、
前記感光性樹脂層付基板を現像する工程を含む液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記露光工程は、
前記複数の光源からの光を混合し混合光を作る光混合工程と、
前記混合光の一部の進行方向を変更する光変調工程とを含む
請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記複数の光は、４５０ｎｍ以下の光と６００ｎｍ以上の光である請求項１または２のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記露光工程は、前記複数の光を個別に遮断するシャッター部を含み、前記複数の光を個別に制御可能な請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示用カラーフィルターの製造方法。
【請求項５】
前記露光工程は、複数の光源からの光を混合し混合光を作る光混合工程と、
前記混合光の一部の進行方向を変更する光変調工程とを含む露光ヘッドを、複数個を持ち、前記感光性樹脂層付基板を移動させる移動工程を含む請求項１乃至４に記載の液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項６】
前記露光工程は、さらに
前記混合光を遮断するシャッター工程と、
前記シャッター工程で前記混合光が遮断された間に前記感光性樹脂層付基板を移動させる移動工程を含む請求項２に記載の液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項７】
複数の光源と、
前記複数の光源からの光を混合する光混合部と、
前記混合された光を通過若しくは遮断するシャッター部と、
前記混合された光の一部を被感光物の方向に方向を変更する光変調部と、
前記シャッター部の動きと同期して前記被感光物を前進させる駆動部とを有する
液晶表示装置用カラーフィルター露光装置。
【請求項８】
前記複数の光源は、波長が４５０nm以下の光を発する光源と、波長が６００ｎｍ以上の光を発する光源である請求項５または６のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクを使うことなく、安価で高い生産性を有する液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法と、その製造に用いる露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示装置は軽量、薄型、低消費電力等の特性を生かし、ノートＰＣ、携帯情報端末、携帯電話、デスクトップモニタ、デジタルカメラなど様々な用途で使用されている。
【０００３】
液晶表示装置に使用するカラーフィルターは、基板上に感光性樹脂を形成後に、露光、現像、加熱硬化させる工程からなるフォトリソ法が主に用いられている。露光工程では、フォトマスクを通して紫外光を照射して、フォトマスクパターンを転写する方法が主に用いられている。
【０００４】
カラーフィルターを作製するには、ブラックマトリックス用および画素形成用フォトマスクを準備する必要があり、フォトマスクがカラーフィルターのコスト上昇の原因になっている。さらに、フォトマスクは作製に時間を要することから、フォトマスク設計からカラーフィルター製造までに時間がかかる問題がある。
【０００５】
フォトマスクを使わずにカラーフィルター基板を安価に製造するために、レーザーによる直接描画が考案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、フォトレジスト膜にレーザー光を直接照射することでパターンを描画するので、フォトマスクを使用することなくパターン加工が可能である。しかし、レーザー光をポリゴンミラーによる走査方式で走査するため、単一の光源から発振されたレーザーを光学系によって絞って露光する必要がある。この場合は、レーザーの照度が上がらない、画面中心部と画面端部で加工精度に差が生じるといった課題が生じる。
【０００６】
レーザー光を光源とする露光方法では、レーザー光をデジタル・マイクロミラー・デバイス等の光変調素子で変調後に、マイクロレンズアレイを通して結像露光する方法が考案されている（特許文献２参照）。この方法によれば、マイクロレンズアレイによってレーザー光は絞られて露光されるので、解像度が向上することが可能である。
【０００７】
しかしながら、レーザー光を光変調素子で露光する場合は、プロキシミティ露光のように一括で大面積を露光することが難しく、露光時間が長くなるという課題が生じる。
【特許文献１】特開平９−３１８８０９
【特許文献２】特開２００４−１２４４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フォトマスクは同一物を多量に生産する場合は便利であるが、少量多品種という要請には対応できない。従って、フォトマスクを使用せず、短時間で露光する方法が求められている。上記背景技術における感光性樹脂へのパターン直接描写はその１つの方法を与えるものである。
【０００９】
しかし、この方法では、上述したように露光時間が長くかかってしまうという課題があった。これに対しては感光性樹脂を塗布した基板を暖めることによって、露光の効率を高くするという方法で対応できそうでもある。
【００１０】
ところが、感光性樹脂を塗布した基板全体を暖めてしまったのでは、基板の膨張によってパターンの精度が確保できないという課題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の２種類以上のレーザー光による露光によって高精度でかつ生産性の高いカラーフィルター基板が製造可能であることを見いだした。すなわち、露光用の短い波長の光と共に、露光部分を加熱昇温するための長波長光を合成した光で露光の工程を行なう。また、そのような露光が可能な露光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述のごとく複数の光源、特に露光用の短い波長の光と、昇温用の長い波長の光を同時に使って露光する構成としたので、ワーク全体を暖めてパターンの寸法誤差が生じるという問題が生じないうえに、感光性樹脂層を昇温することで露光の効率を上げる事が出来る。しかも、フォトマスクを使うことなく露光を行なうので、フォトマスク作製にかかる費用と時間が短縮でき、少量多品種の製品用の液晶カラーフィルターの製造に有用である。また、フォトマスクを使用しないので、マスクの切り替え作業をプログラム的にデータ処理で行なうことができるという点も少量多品種の製品用として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、感光性樹脂を露光させて光化学反応によって、現像液への溶解速度差からパターン加工する方法において、光化学反応を促進するために感光性樹脂膜を選択的に加熱する方法である。
【００１４】
光化学反応は加熱によって反応速度があがるので、加熱することで感光性樹脂の感度が向上して好ましいが、加熱によって感光性樹脂の支持体基板が熱膨張しパターンの寸法安定性が悪化する問題があった。寸法安定性を向上させるためには露光時に基板温度を一定に保つことが重要である。支持体基板の熱膨張を避けつつ、パターンの感度を向上させるためには感光性樹脂を露光をしているときのみに短時間に加熱することが好ましい。
【００１５】
感光性樹脂としてはネガ型感光性樹脂とポジ型感光性樹脂の両方がある。ここで、ネガ型感光性レジストとポジ型感光性レジストの現像特性の違いについて述べる。ネガ型感光性レジストでは、紫外線などにより露光された領域は、光架橋反応が進行し、現像液に不溶となる一方、未露光部分は、現像液に溶解するので十分な露光量の紫外線を照射することでパターンを形成することが出来る。
【００１６】
一方、ポジ型感光性レジストでは、紫外線などの露光により紫外線照射部分は化学反応で酸が発生し、露光部分の現像液に対する溶解性が上がることでパターン形成することができる。
【００１７】
ポジ型感光性レジストでは露光された部分が溶解し遮光部分がパターン化し、ネガ型感光性レジストでは露光された部分がパターン化するが、いずれも紫外線をエネルギーとする光化学反応である。
【００１８】
図１に本発明の露光装置１０の構成を示す。露光装置１０は、複数のレーザー光源１２および１４を含み、シャッター１７および１８、ダイクロイックミラー１６、光変調部２０および集光レンズ２４、ステージを駆動するステップモータ３８、３９で構成される。
【００１９】
光源１２、１４からの光は、それぞれシャッター１７、１８を通してダイクロイックミラー１６で合成され、光変調部２０で露光パターンに変調される。感光性樹脂層４１を塗布された基板４２（以後「ワーク４０」という。）はテーブル３０に保持される。
【００２０】
複数のレーザー光源１２および１４と、シャッター１７および１８、ダイクロイックミラー１６、光変調部２０および集光レンズ２４は１つのユニットである。１つのユニットから放出する光は、基本的に１本であるが、集光レンズ２４の前後で光を分割し、同じパターンの光を複数本放出してもよい。このユニットを収めた部分を露光ヘッド４３と呼ぶ。図２に露光ヘッド４３の構成を示す。後述するように、露光ヘッドには、複数のユニットが含まれていても良いし、露光装置１０には露光ヘッド４３を複数登載してもよい。
【００２１】
図３は図１を横方向から見た図である。但し、図３では、説明のためにレーザー光源１４は、レーザー光源１２に対して垂直方向に表示した。
【００２２】
図１に戻って、本発明では、露光ヘッド４３とテーブル３０を相対的に移動させてワーク４０を露光するが、相対的な移動がｘ方向３６とｙ方向３７の両方を移動するステップアンドリピート方式と、移動がｘ方向３６またはｙ方向３７のどちらか一方であり、連続的に露光する１次元スキャン方式があり、どちらも好ましく用いることができる。
【００２３】
図１はステップアンドリピート方式の構成図である。ｘ方向３６への移動はステップモータ３８によって行い、ｙ方向３７への移動はステップモータ３９によって行なう。
【００２４】
ステップアンドリピート方式は、ｘ方向３６とｙ方向３７のどちら方向にも露光することができ、複雑なパターンや曲線形状の露光も可能である。図４には、ステップアンドリピート方式の場合で露光ヘッドを複数登載した場合を示す。露光ヘッドを複数登載することで、面積の広い感光性樹脂層４１を塗布された基板４２に、同一パターンを一度に露光することができる。また、図４では、１つの露光ヘッドから３本の光が放出されている様子を示しているが、露光ヘッドのユニットの数を増やせば、より少ない移動距離でパターンを露光することができる。
【００２５】
一方、１次元スキャン方式では、ワーク４０をｘ方向３６若しくはｙ方向３７のいずれか一方の方向だけに移動させる。そのためワーク４０の移動速度を速くすることができるが、移動方向と直角方向のパターンを露光するために複数の露光ヘッドを設置する必要がある。
【００２６】
図５に本発明の１次元スキャン方式の露光装置４６の構成を示す。露光装置４６は複数の露光ヘッド４３、ステージをｘ方向３６に起動するサーボモータ４８で構成される。図５では１つの露光ヘッドから３本の光を放出している様子を示す。真ん中の１本の光は間欠的に光を放出しており、未露光部分と露光部分ができることで所望のパターンを露光する。図５ではそれぞれの露光ヘッドは同じ動作を繰り返すように示したが、それぞれの露光ヘッドを独立して制御することによって、ワーク４０上に所望のパターンが描ける。
【００２７】
図６に本発明の１次元スキャン方式であり、さらに多くの露光ヘッド設置した露光装置４７の構成を示す。露光装置４７は複数の露光ヘッド４３、ステージをｘ方向３６に起動するサーボモータ４８で構成される。複数の露光ヘッドは２列に配置され、千鳥格子状に配置されている。千鳥格子上に配置することで、より多くの露光ヘッドを設置可能となるので、ワークの移動方向と直角方向の露光精度をより細かくすることができる。
【００２８】
図１を再び参照し、本発明に使用されるレーザー光源（１２や１４）は、ＧａＮなどの半導体レーザー、Ｎｄ：ＹＡＧなどの固体レーザー、Ｈｅ−ＮｅやＡｒイオンなどのガスレーザー、ＡｒＦやＸｅＦなどエキシマレーザー、色素レーザーなどの公知のレーザーを使用することができる。波長４５０nm以下のレーザー光源としては、ＧａＮ半導体レーザーや、波長３５５nmのＮｄ：ＹＡＧの第三高調波が好ましく用いられるが、これに限定されない。波長６００nm以上のレーザー光源としては、Ｈｅ−ＮｅレーザーやＮｄ：ＹＡＧが好ましく用いられるが、これに限定されない。
【００２９】
レーザーは複数のレーザーを光学系によって合波することも可能である。合波したレーザーは光ファイバーを使って光学系に送ることができる。複数のレーザーを用いることで、単一のレーザー出力よりも大きな出力を得ることができ、より短時間で露光することができるので好ましい。
【００３０】
図７には、複数のレーザー源からのレーザーを合波する場合の構成の模式図を示す。図７ではレーザー源としてレーザー光源１２の場合を示したが、レーザー光源１４も同様に構成することができる。複数のレーザー源からのレーザーはテレセントリックな光学系５０を通過させることで集約し、光ファイバー５２で１本のレーザー光とすることができる。合波されたレーザーは図１のダイクロイックミラー１６の手前から、好ましくはシャッター１７、１８の前から入力される。
【００３１】
図１を再度参照し、レーザー光の露光量としては、感光性樹脂の感度に合わせた露光量を適宜選択する必要があるが、４５０ｎｍ以下のレーザー光の露光量としては、１０〜５００ｍＪ／ｃｍ２が好ましく用いられ、２０〜１００ｍＪ／ｃｍ２がさらに好ましいが、これに限定されない。６００ｎｍ以上のレーザー光の照射量としては、１〜１０００ｍＪ／ｃｍ２が好ましいがこれに限定されない。
【００３２】
光源１２には、短い波長のレーザー光源を用い、光源１４には波長の長いレーザー光源を用いる。レーザー光はシャッター部１７および１８で、遮断され若しくは通過した後にダイクロイックミラー１６に入射する。ダイクロイックミラーは、長波長側の光をほぼ反射するタイプのものを用いる。従って、波長の短い光を出す光源１２からの光はダイクロイックミラー１６を通り抜け、長波長の光を出す光源１４からの光はダイクロイックミラー１６で９０度方向が変わる。このようにすることで、２つの波長の光は合成された合成光となる。つまり、ダイクロイックミラー１６は光合成部である。なお、ここでは２つの光を合成する例を示したが、適当な反射波長特性を有するダイクロイックミラーを選択することで、２つ以上の光であっても合成することができる。
【００３３】
後述するように露光装置１０は、デジタルマイクロミラーによって合成光の一部を露光パターンとしてワーク４０に当て、その他の光はワーク以外の方向に反射する。もし、シャッターが無ければ、１つのマイクロミラーによってワークに照射されている光は、マイクロミラーの動きに従って連続的に反射方向を変えるので、本来露光させたくない部分にまで合成光が当たる可能性がある。従って、マイクロミラーによる照射パターンを変える際には、シャッター１７および１８で光を遮断する。
【００３４】
光変調部２０に用いる光変調素子としてはデジタル・マイクロミラー・デバイスが好ましい。デジタル・マイクロミラー・デバイスは可動式の微小ミラーが支柱上にマトリックス状に配置されている。微小ミラーひとつひとつが電気制御によって傾くことが可能で、ミラーが傾くことで、光投射を制御するデバイスである。デジタル・マイクロミラー・デバイスは微小ミラーが４８万個以上で構成されている。
【００３５】
本発明では、デジタル・マイクロミラー・デバイスで光が投射された部分が露光され、光が投射されない部分は露光されない。デジタル・マイクロミラー・デバイスで変調された光は、集光レンズ等の光学系を経て感光性樹脂に露光される。１個の微小ミラーデバイスで反射した光をさらに集光することで、露光の解像度を上げることが可能であるが、集光すると、露光される面積が減少するので、露光に時間がかかることになる。ことため、集光レンズ２４は必要な解像度から適宜選択される。
【００３６】
露光ヘッドが１つのステップアンドリピート方式の場合は、露光しながら露光ヘッドまたはカラーフィルター基板（ワーク４０）を２次元に走査して露光する。露光ヘッドをワーク４０の走査方向と垂直方向へ複数個並べて、ワーク４０を１次元に走査して露光する１次元スキャン方法が露光時間の短縮のために好ましい。
【００３７】
２種類以上のレーザーはデジタル・マイクロミラー・デバイスに上に集光される。２種類のレーザーの光分布がデジタル・マイクロミラー・デバイス上で等しくなるように光源１２及び１４には光学レンズを入れて補正することが好ましい。
【００３８】
ステップアンドリピート方式の場合は、テーブル３０はステッピングモータ３８、３９によって所定距離ずつｘ方向３６若しくはｙ軸方向３７に移動する。すなわち、ステッピングモータ３８及び３９は駆動部である。なお、ワークは固定され露光ヘッド側が移動するようにしてもよい。
１次元スキャン方式の場合は、テーブル３０はサーボモータ４８によってｘ方向３６に移動する。すなわち、サーボモータ４８は駆動部である。なお、ワークは固定され露光ヘッド側が移動するようにしてもよい。
【００３９】
以上のような露光装置の動作について説明する。感光性樹脂層４１を塗布された基板４２（ワーク４０）は、テーブル３０に保持される。露光用の光源１２からのレーザー光と過熱用の光源１４からのレーザー光は、ダイクロイックミラー１６で構成される光合成部で合成され、光変調部２０に向かう。
【００４０】
光変調部２０にはデジタル・マイクロミラーがあり、図示していない制御装置から露光すべき位置に対応する微小ミラーだけを傾ける。露光すべき部分の微小ミラーが傾いたところで、シャッター１８を開放し、２光源からの合成光をデジタル・マイクロミラーにあてる。
【００４１】
光変調部２０からの反射光は、ワーク４０に当たる。ここで、露光用の短波長のレーザー光によって露光されるわけであるが、加熱用の長波長のレーザー光がともに照射されているので、感光性樹脂層４１の温度が上昇し、露光感度が上がる。
【００４２】
また、長波長レーザーは、露光すべき箇所だけに照射されるため、基板４２全体の温度を上げるまでには至らず、基板４２が膨張などすることで、露光パターンの寸法ずれなどを生じることがない。
【００４３】
ステップアンドリピート方式の場合は、所定時間の照射が終了したら、シャッター１８を閉め、合成光がワーク４０に当たらないようにして、テーブル３０を所定距離だけ移動させる。そして、再び、デジタル・マイクロミラーの反射パターンを変更し、シャッターを開いて露光処理を行う。このようにして露光部分４５が形成される。この工程をワーク全域が露光できるまで繰り返す。ワークの全領域の露光が終了したらこれを現像、焼成することで所望のパターンを得る。
【００４４】
上記露光工程を繰り返す場合には、露光パターンが位置ずれを起こすことがあるので、テーブルを移動させた後に、既パターン位置を読み込み、ズレを検出してテーブル位置を微調整するアライメント機構があることが好ましい。アライメントはテーブル移動毎に行っても良いし、テーブルが一定量移動した後に行ってもよい。
【００４５】
なお、シャッター１８は露光用の短波長の光だけを通過・遮断させるようにしてもよい。この場合は、短波長の光が遮断されて、テーブルが移動し、デジタル・マイクロミラーの反射パターンが変更されてから、次に露光用の短波長光が照射されるまでの間、長波長の光が照射されていることになる。これは短波長光と長波長光が同時に照射されるより、ワークの感光性樹脂層を温める時間が長くなるので、より効果的に露光工程を行うことができる。
【００４６】
以上の動作を必要なパターンの分だけ繰り返すことで、フォトマスクがなくても所定のカラーフィルターを得ることができる。このような方法では、基板の位置によって、合成光を反射すべき露光ヘッドの微小ミラーを選択し、シャッターを開け露光するという動作の繰り返しで露光工程が完了する。従って、どのような露光パターンであっても、データを変更するだけで瞬時に露光パターンを変更することができ、フォトマスクを削減できる。
【００４７】
カラーフィルター基板製造においては、ブラックマトリックス工程でフォトマスクを１枚と赤、青、緑の画素製造工程でフォトマスクは少なくとも１枚、好ましくは赤、青、緑各色用にフォトマスクを３枚準備する必要があるため、フォトマスク費用がカラーフィルターコストアップの要因になっている。さらにフォトマスクは紫外線透過率を上げるために母材には高価な石英が使われることが多く、フォトマスクを削減することは大きなコストダウンとなる。
【００４８】
ブラックマトリックス工程は、その後の赤、青、緑工程の位置の基準となる工程であり、通常ブラックマトリックスのパターンに合わせて、赤、青、緑を位置決めする。位置ずれを小さくする必要があるので、ブラックマトリックス工程はフォトマスクを介して一括露光するプロキシミティ露光とし、赤、青、緑の画素工程をフォトマスクレス工程で露光することもできる。
【００４９】
次に、ネガ型感光性材料として用いる感光性カラーペースト用の樹脂の例として、アクリル系樹脂について述べる。アクリル系樹脂としては、感光性を持たせるため、少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤を含有させた構成を有するのが一般的である。
【００５０】
使用できるアクリル系ポリマーとしては、特に限定はないが、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の共重合体を好ましく用いることができる。不飽和カルボン酸の例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、あるいは酸無水物などがあげられる。
【００５１】
これらは単独で用いても良いが、他の共重合可能なエチレン性不飽和化合物と組み合わせて用いても良い。共重合可能なエチレン性不飽和化合物としては、具体的には、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎープロピル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｓｅｃ−ブチル、メタクリル酸ｓｅｃ−ブチル、アクリル酸イソ−ブチル、メタクリル酸イソ−ブチル、アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、メタクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸ｎ−ペンチル、メタクリル酸ｎ−ペンチル、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸アルキルエステル、スチレン、ｐ−メチルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物、アミノエチルアクリレートなどの不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸グリシジルエステル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物、１，３−ブタジエン、イソプレンなどの脂肪族共役ジエン、それぞれ末端にアクリロイル基、あるいはメタクリロイル基を有するポリスチレン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリシリコーンなどのマクロモノマーなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
【００５２】
また、側鎖にエチレン性不飽和基を付加したアクリル系ポリマーを用いると、加工の際の感度がよくなるので好ましく用いることができる。エチレン性不飽和基としては、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタクリル基のようなものがある。このような側鎖をアクリル系（共）重合体に付加させる方法としては、アクリル系（共）重合体のカルボキシル基や水酸基などを有する場合には、これらにグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドを付加反応させる方法が一般的である。その他、イソシアネートを利用してエチレン性不飽和基を有する化合物を付加させることもできる。ここでいうグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドとしては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、クロトニルグリシジルエーテル、クロトン酸グリシジルエーテル、イソクロトン酸グリシジルエーテル、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどがあげられる。
【００５３】
多官能モノマーとしては、例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリレートカルバメート、変性ビスフェノールＡエポキシ（メタ）アクリレート、アジピン酸１，６−ヘキサンジオール（メタ）アクリル酸エステル、無水フタル酸プロピレンオキサイド（メタ）アクリル酸エステル、トリメリット酸ジエチレングリコール（メタ）アクリル酸エステル、ロジン変性エポキシジ（メタ）アクリレート、アルキッド変性（メタ）アクリレートのようなオリゴマー、あるいはトリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリアクリルホルマール、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレートなどがあげられる。これらは単独または混合して用いることができる。また、次にあげるような単官能モノマーも併用することができ、例えば、エチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレートなどがあり、これらの２種以上の混合物、あるいはその他の化合物との混合物などが用いられる。これらの多官能及び単官能モノマーやオリゴマーの選択と組み合わせにより、ペーストの感度や加工性の特性をコントロールすることが可能である。特に、硬度を高くするにはアクリレート化合物よりメタクリレート化合物が好ましく、また、感度を上げるためには、官能基が３以上ある化合物が好ましい。また、メラミン類、グアナミン類などもアクリル系モノマーの代わりに好ましく用いることができる。
【００５４】
光重合開始剤としては、特に限定はなく、公知のものが使用でき、例えば、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ’−テトラエチル−４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４−メトキシ−４’−ジメチルアミノベンゾフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−[４−（メチルチオ）フェニル]−２−モルホリノ−１−プロパン、ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン、２，３−ジクロロアントラキノン、３−クロル−２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、１，４−ナフトキノン、９，１０−フェナントラキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキノン、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体などがあげられる。また、その他のアセトフェノン系化合物、イミダゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、リン系化合物、トリアジン系化合物、あるいはチタネート等の無機系光重合開始剤なども好ましく用いることができる。また、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エステルなどの増感助剤を添加すると、さらに感度を向上させることができ好ましい。また、これらの光重合開始剤は２種類以上を併用して用いることもできる。
【００５５】
ペースト固形分に対する光重合開始剤の添加量を増やすと、露光感度が上がるが過剰に光重合開始剤を添加すると感度は下がる。本発明では、半透過領域の露光量では、感光性樹脂は光硬化せずにパターン化されないことが重要である。光重合開始剤の添加量としては特に限定されないが、露光感度を調整するために光重合開始剤添加量はペースト全固形分に対して、好ましくは１〜３０ｗｔ％、より好ましくは５〜２５ｗｔ％、さらに好ましくは６〜２０ｗｔ％である。
【００５６】
本発明のカラーペーストにおいて、樹脂成分と、少なくとも顔料を含む着色剤とは、通常、重量比で１：９〜１００：１、好ましくは２：８〜５０：１の範囲で混合して用いられる。樹脂成分の量が少なすぎると、着色被膜の基板との接着性が不良となり、逆に顔料の量が少なすぎると着色度が問題となる。また、該ペーストにおいては、塗工性、乾燥性などの観点から、樹脂成分と顔料をあわせた固形分濃度は、２〜３０％、好ましくは３〜２５％、さらに好ましくは４〜２０％の範囲で使用する。
【００５７】
本発明のカラーフィルター基板は、少なくとも赤、緑、青の３色の色画素から構成され、使用される着色材料は、有機顔料、無機顔料、染料問わず着色剤全般を使用することができる。代表的な顔料の例として、ピグメントレッド（ＰＲ−）、２、３、２２、３８、１４９，１６６、１６８、１７７，２０６、２０７、２０９、２２４、２４２，２５４、ピグメントオレンジ（ＰＯ−）５、１３、１７、３１、３６、３８、４０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５、７１、ピグメントイエロー（ＰＹ−）１２、１３、１４、１７、２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０，１５３、１５４、１６６、１７３、１８５、ピグメントブルー（ＰＢ−）１５（１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６）、２１、２２、６０、６４、ピグメントバイオレット（ＰＶ−）１９、２３、２９、３２、３３、３６、３７、３８、４０、５０、ピグメントグリーン（ＰＧ−）７、３６、などが挙げられる。本発明ではこれらに限定されずに種々の顔料を使用することができる。
【００５８】
本発明で用いるカラーペーストにおける溶媒としては、あるいはアクリル系樹脂を溶解するものを使用することができる。
【００５９】
非感光性樹脂上に形成する感光性ポジレジスト材料として、アルカリ可溶性ノボラック樹脂にナフトキノンジアジド基を含む感光成分を含有させた構成を有するのが一般的である。
【００６０】
アルカリ可溶性ノボラック樹脂はフェノール類とアルデヒド類を反応させて得られるノボラック樹脂があげられる。
【００６１】
フェノール類としては、たとえばフェノール；ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｏ−クレゾール等のクレゾール類；２，３−キシレノール、２，５−キシレノール、３，５−キシレノール、３，４−キシレノール等のキシレノール類；ｍ−エチルフェノール、ｐ−エチルフェノール、ｏ−エチルフェノール、２，３，５−トリメチルフェノール、２，３，５−トリエチルフェノール、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、３−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルフェノール等のアルキルフェノール類；ｐ−メトキシフェノール、ｍ−メトキシフェノール、ｐ−エトキシフェノール、ｍ−エトキシフェノール、ｐ−プロポキシフェノール、ｍ−プロポキシフェノール等のアルコキシフェノール類；ｏ−イソプロペニルフェノール、ｐ−イソプロペニルフェノール、２−メチル−４−イソプロペニルフェノール、２−エチル−４−イソプロペニルフェノール等のイソプロペニルフェノール類；フェニルフェノール等のアリールフェノール類；４，４’−ジヒドロキシビフェニル、ビスフェノールＡ、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール等のポリヒドロキシフェノール類等があげられる。これらは単独で用いてもよいし、また２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００６２】
アルデヒド類としては、たとえばホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、トリメチルアセトアルデヒド、アクロレイン、クロトンアルデヒド、シクロヘキサンアルデヒド、フルフラール、フリルアクロレイン、ベンズアルデヒド、テレフタルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、ｏ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｍ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｏ−メチルベンズアルデヒド、ｍ−メチルベンズアルデヒド、ｐ−メチルベンズアルデヒド、ｏ−クロロベンズアルデヒド、ｍ−クロロベンズアルデヒド、ｐ−クロロベンズアルデヒド、ケイ皮アルデヒド等があげられる。これらは単独で用いてもよいし、また２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００６３】
ナフトキノンジアジド基を含む感光成分として、たとえば２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノンと１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸化合物とのエステル化物等が挙げられる。
【００６４】
本発明に用いるポジレジスト溶媒としては、例えばメチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルカルビトール、エチルカルビトール、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどのエチレングリコールあるいはプロピレングリコール誘導体、あるいは、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、メチル―３―メトキシプロピオネート、３―メチル―３―メトキシブチルアセテートなどの脂肪族エステル類、あるいは、エタノール、３―メチル―３―メトキシブタノールなどの脂肪族アルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類を用いることも可能である。
【００６５】
従って、本発明に用いるカラーペースト用溶媒としては使用樹脂を溶解する単独あるいは２種類以上の溶媒の混合溶媒を、適宜組み合わせて使用するのが好ましい。好ましい溶媒としては、特に限定されるわけではないが、例えばプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルなどが好ましく用いることができる。
【００６６】
画素を形成するためのペースト塗布方法としては、ディップ法、ロールコーター法、ス
ピナー法、ダイコーティング法、ワイヤバーコーティング法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いてセミキュアを行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、樹脂塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。
【００６７】
非感光性樹脂のパターンの形成は、未硬化の非感光性樹脂を塗布、セミキュアさせた後に、ポジ型フォトレジストを塗布、セミキュアさせる。セミキュア後に所定の露光量でマスク露光し、アルカリ現像液で現像後にポジ型フォトレジストを剥離することで、非感光性樹脂のパターンを形成し、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂の種類や塗布量により若干異なるが、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。
【００６８】
感光性樹脂のパターンの形成は、未硬化の感光性樹脂を塗布、セミキュアさせた後に所定の露光量で露光し、アルカリ現像液で現像後して感光性樹脂のパターンを形成し、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂の種類や塗布量により若干異なるが、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。
【００６９】
アルカリ現像液は有機アルカリ現像液と無機アルカリ現像液のどちらも用いることができる。無機アルカリ現像液では炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの水溶液などが好適に用いられる。有機アルカリ現像液ではテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、メタノールアミンなどのアミン系水溶液が好適に用いられる。現像液には現像の均一性を上げるために界面活性剤を添加することが好ましい。ネガ型感光性樹脂を現像する場合のアルカリ現像液濃度は０．０１〜１％の範囲が好ましく、ポジ型感光性樹脂を現像する場合のアルカリ現像液濃度は１〜５％の範囲が好ましい。現像液の温度を上げると現像速度が変化するので現像液温度は１８〜４０℃の範囲で適宜選択することが好ましい。
【００７０】
感光性樹脂を含む着色層は露光により未硬化の樹脂を光硬化するので、露光量が十分多い場合は感光性樹脂の光架橋が進み、露光された部分は現像でほとんど溶解されない。未露光部分はアクリル樹脂層の光架橋が進まないので、現像で溶解する。フォトマスクの中間の透過率領域に対応するパターンは露光量が感光性樹脂の硬化に十分でないのでアクリル樹脂層の光架橋が十分進まず、露光された樹脂層はアルカリ現像で塗膜が溶解や基板からの剥離が起こり、パターンは形成されない。アルカリ現像はディップ現像、シャワー現像、パドル現像などの方法が可能である。現像液濃度、温度、流量、現像液シャワー噴射圧力、現像後の水洗温度、流量および水洗水シャワー噴射圧力条件を適宜選択することで、光架橋が十分でなく部分的に硬化したアクリル樹脂層が基板上に残らずパターン加工することが可能である。基板上の樹脂層残渣を除去するには、現像液または水洗水を高圧で噴射することが好ましく、噴出圧力は０．０１ＭＰａ〜２０ＭＰａが好ましい。
【００７１】
本発明のカラーフィルター基板は、液晶表示装置の駆動方法、表示方式にも限定されず、アクティブマトリクス方式、パッシブマトリクス方式、ＴＮモード、ＶＡモード、ＳＴＮモード、ＥＣＢモード、ＯＣＢモードなど種々の液晶表示装置に適用される。また、液晶表示装置の構成、例えば偏光板の数、散乱体の位置等にも限定されずに使用することができる。
【００７２】
本発明のカラーフィルター基板作製方法の一例を述べるがこれに限定されるものではない。ブラックマトリックスが形成された基板の一色の画素を形成する場合は、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂、着色剤、溶剤からなるペーストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル着色被膜を積層形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、５０〜１８０℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。
【００７３】
続いて、４５０nｍ以下のレーザー光と６００ｎｍ以上のレーザー光を同時に照射する露光装置を用いて所定の露光量で露光し、露光後、アルカリ現像することによりパターンを形成する。その後、加熱処理することによって、被膜を熱硬化する。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。
【００７４】
以上の工程を赤、緑、青のカラーペーストを塗布した塗布膜について露光・現像等を行い、必要に応じてブラックのカラーペーストについて行うと、液晶表示装置用カラーフィルター基板が作製できる。
【００７５】
次に、このカラーフィルター基板を用いて作成した液晶表示装置の一例について述べる。上記カラーフィルター基板上に、透明保護膜を形成し、さらにその上にＩＴＯ膜などの透明電極を製膜する。次に、このカラーフィルター基板と、金属蒸着膜などの反射電極が形成された反射電極基板とを、さらにそれらの基板上に設けられた液晶配向のためのラビング処理を施した液晶配向膜、およびセルギャップ保持のためのスペーサーを介して、対向させて貼りあわせる。なお、反射電極基板上には、反射電極以外に、光拡散用の突起物、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、および走査線、信号線などを設け、ＴＦＴ液晶表示装置や、ＴＦＤ液晶表示装置を作成することができる。次に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した後に、注入口を封止する。つぎに、ＩＣドライバー等を実装することによりモジュールが完成する。
【実施例】
【００７６】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
（実施例１）
Ａ．感光性カラーペーストの作製
ピグメントグリーンＰＧ３６、７．７５ｇとピグメントイエローＰＹ１３８、２．２５ｇを３−メチル−３−メトキシブタノール５０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０、４３ｗｔ％溶液）７０．０ｇ、多官能モノマーとしてペンタエリスリトールテトラメタクリレート３０．０ｇ、光重合開始剤として“イルガキュア”３６９  １５．０ｇにシクロペンタノン２６０ｇを加えた感光性樹脂溶液（固形分濃度２０重量％）７５．０ｇを加え、緑ペースト（Ｇ−１）を得た。同様にして、表１に示す顔料割合で赤ペースト（Ｒ−１）、青ペースト（Ｂ−１）を得た。
【表１】
2008242365.tif 000003
【００７７】
Ｂ．カラーフィルターの作成
ブラックマトリクスがパターン加工されたガラス基板上に感光性樹脂を含む赤ペースト（Ｒ−１）をスピンナーで１．５μｍになるように塗布し９０℃のオーブンで１０分乾燥した。ＧａＮ半導体レーザーおよびＮｄ：ＹＡＧレーザーをデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を備えたレーザーヘッドで、ガラス基板の所定のパターンを露光した。ＧａＮレーザーの露光量は２０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの露光量は１００ｍＪ/ｃｍ２で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの０．１％の水溶液からなる２５℃の現像液に浸漬し、着色塗膜のエッチングを行った。さらに着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、赤画素の反射領域に赤着色層を形成した。
【００７８】
次に感光性樹脂を含む青ペースト（Ｂ−１）をスピンナーで塗布し９０℃のオーブンで２０分乾燥した。ＧａＮ半導体レーザーおよびＮｄ：ＹＡＧレーザーをデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を備えたレーザーヘッドで、ガラス基板の所定のパターンを露光した。ＧａＮレーザーの露光量は２０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの露光量は１００ｍＪ/ｃｍ２で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの０．１％の水溶液からなる２５℃の現像液に浸漬し、着色塗膜のエッチングを行った。さらに着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、青画素の反射領域に青着色層を形成した。
【００７９】
次に感光性樹脂を含む緑ペースト（Ｇ−１）をスピンナーで塗布し１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。ＧａＮ半導体レーザーおよびＮｄ：ＹＡＧレーザーをデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を備えたレーザーヘッドで、ガラス基板の所定のパターンを露光した。ＧａＮレーザーの露光量は２０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの露光量は１００ｍＪ/ｃｍ２で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの０．１％の水溶液からなる２５℃の現像液に浸漬し、着色塗膜のエッチングを行いカラーフィルターを得た。各着色層は現像工程で欠けることなく良好であった。
【００８０】
（比較例１）
ＧａＮ半導体レーザーをデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を備えたレーザーヘッドで、ガラス基板の所定のパターンを露光したこと。ＧａＮ半導体レーザーの露光量は２０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）、で露光したこと以外は実施例１と同様にカラーフィルター基板を作製したが、現像工程で赤着色層、青着色層、緑着色層が剥がれてカラーフィルター画素を得ることができなかった。
【００８１】
（比較例２）
ＧａＮ半導体レーザーをデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を備えたレーザーヘッドで、ガラス基板の所定のパターンを露光したこと。ＧａＮ半導体レーザーの露光量は６０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）、で露光したこと以外は実施例１と同様にカラーフィルター基板を得た。着色層は現像工程で欠けることなく良好であった。
【００８２】
（実施例２）
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第三高調波およびＮｄ：ＹＡＧレーザーをデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を備えたレーザーヘッドで、ガラス基板の所定のパターンを露光したこと。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第三高調波のレーザーの露光量は２０ｍＪ/ｃｍ２（３５５ｎｍの紫外線強度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの露光量は１００ｍＪ/ｃｍ２で露光したこと以外は実施例１と同様にカラーフィルター基板を得た。各着色層は現像工程で欠けることなく良好であった。
【００８３】
（比較例３）
ＧａＮ半導体レーザーをデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を備えたレーザーヘッドで、ガラス基板の所定のパターンを露光したこと。ＧａＮ半導体レーザーの露光量は２０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）で、カラーフィルター基板を３０℃に加熱して露光したこと以外は実施例１と同様にカラーフィルター基板を得た。各着色層は現像工程で欠けることなかったが、加熱によってガラス基板が歪みガラス基板端部において、ブラックマトリックスと着色画素がずれる不良が発生した。
以上のように本発明のカラーフィルターの製造方法では、フィルターパターンを直接描写し、かつ露光工程で、露光する光と共に感光性樹脂層の露光部分を過熱するための長波長光を同時に照射するので、露光の効率が上がり、少ない露光量で露光を完了することができ、短時間で露光工程を行うことができるので、単位時間あたりの露光枚数が増えて生産性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の露光装置の構成を示す図である。
【図２】露光ヘッドの構成を示す図である。
【図３】本発明の露光装置を横から見た図である。
【図４】露光ヘッドが複数あるステップアンドリピート方式の露光装置を示す図である。
【図５】１次元スキャン方式の露光装置の構成を示す図である。
【図６】露光ヘッドの数を多くした場合の１次元スキャン方式の露光装置の構成を示す図である。
【図７】複数のレーザー光線源からのレーザー光を１本の光に集約する構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１２  露光用短波長光源
１４  加熱用長波長光源
１６  ダイクロイックミラー
２０  デジタル・マイクロミラー・デバイス
２４  集光レンズ
３０  ステージ
３８  ステッピングモータ
３９  ステッピングモータ
４３  露光ヘッド
【図１】
2008242365.tif 000004
【図２】
2008242365.tif 000005
【図３】
2008242365.tif 000006
【図４】
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【図５】
2008242365.tif 000008
【図６】
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【図７】
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