(57)【要約】【課題】ネガ型の黒色フォトレジスト、超高圧水銀ランプを用い、ブラックマトリックスを形成する際に、ブラックマトリックスの表面に発生する皺を抑制することが可能なカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法を提供する。【解決手段】超高圧水銀ランプ１に波長３３５ｎｍ以下の近紫外線を吸収する近紫外線吸収フィルタ８を設けて、ガラス基板１２上に設けた黒色フォトレジストの塗膜１１上に、超高圧水銀ランプからの照射光をフォトマスク１０を介して露光を行う。近紫外線吸収フィルタが、波長３３５ｎｍ〜波長２７０ｎｍの近紫外線を吸収するソーダ石灰ガラスであること。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に、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該ブラックマトリックスの製造方法において、
１）前記ブラックマトリックスを形成するフォトレジストとして、ネガ型の黒色フォトレジストを用い、露光用の光源として、超高圧水銀ランプを用い、
２）ガラス基板上に設けた黒色フォトレジストの塗膜上に、超高圧水銀ランプからの照射光をフォトマスクを介して露光を行い、続く現像処理によりブラックマトリックスを形成する際に、超高圧水銀ランプに波長３３５ｎｍ以下の近紫外線を吸収する近紫外線吸収フィルタを設けて露光を行うことを特徴とするカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法。
【請求項２】
前記近紫外線吸収フィルタが、波長３３５ｎｍ〜波長２７０ｎｍの近紫外線を吸収するソーダ石灰ガラスであることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタのブラックマトリックスの製造方法に関するものであり、特に、光源として超高圧水銀ランプを用いた際に、ブラックマトリックスの表面に発生する皺を抑制することが可能なカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは、有用な手段となっている。
この表示装置に用いるカラーフィルタは、多くの場合、カラーフィルタは画素として形成されて使用される。この表示装置に用いるカラーフィルタの画素を形成する方法としては、フォトリソグラフィ法が広く用いられている。
【０００３】
図６は、液晶表示装置に用い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７は、図６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６、及び図７に示すように、液晶表示装置に用いるカラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたものである。
図６、及び図７はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（４２）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１７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。
【０００４】
液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成し、次に、このブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。
ブラックマトリックス（４１）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（４２）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り、透明導電膜（４３）は、透明な電極として設けられたものである。
【０００５】
ブラックマトリックス（４１）は、着色画素（４２）間のマトリックス部（４１Ａ）と、着色画素（４２）が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部（４１Ｂ）とで構成されている。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。
【０００６】
ガラス基板上へのブラックマトリックスの形成は、例えば、ガラス基板（４０）上に、ブラックマトリックス形成用のネガ型の黒色フォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介しての露光、現像によってブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。このブラックマトリックスは、例えば、１．０μｍ〜１．５μｍ程度の膜厚にして必要な高濃度を得るようにしている。
【０００７】
また、着色画素（４２）の形成は、このブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色フォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。また、透明導電膜（４３）の形成は、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、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッ
タ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。
すなわち、一例として示す液晶表示装置に用いるカラーフィルタにおいては、透明導電膜を除きフォトリソグラフィ法によって画素（パターン）として形成されている。
【０００８】
この画素（パターン）を敬しえする際の露光に用いる光源としては、超高圧水銀ランプが広く用いられている。図１は、超高圧水銀ランプの一例の相対分光出力を示す説明図である。
図１に示すように、この超高圧水銀ランプの分光出力は、可視光線から近紫外線の領域にかけて連続スペクトルである。しかし、波長４３６ｎｍ（ｇ線）、波長４０５ｎｍ（ｈ線）、波長３６５ｎｍ（ｉ線）に強い輝線があり、これらの輝線がフォトレジストの光硬化に用いられている。また、波長３３５ｎｍ、波長３１５ｎｍ、波長３００ｎｍの各波長近傍には、上記ｇ線、ｈ線、ｉ線よりは弱い輝線がある。
【０００９】
ガラス基板上へのブラックマトリックスの形成において、ガラス基板上にネガ型の黒色フォトレジストの塗膜を設け、光源として超高圧水銀ランプを用い、フォトマスクを介した塗膜への露光を行い、現像処理を施すと、形成されたブラックマトリックスの表面に皺の発生が懸念される。この皺が発生すると外観を損なうので不良品となる。
図２は、ブラックマトリックスの表面に発生する皺の領域を説明する平面図である。図２中、斜線で示す領域に皺が発生する。
【００１０】
この皺を発生させないための対応策としては、例えば、露光量を減少させる方策が挙げられる。ブラックマトリックスを形成する際の塗膜への適正な露光量が例えば、１１０ｍＪ／ｃｍ2 の際に、６０ｍＪ／ｃｍ2 以下の露光量を与えることにより、この皺の発生を防ぐこができる。
しかし、露光量を減少させると塗膜の底部までの硬化が充分にされず、ガラス基板との密着性が悪化し、形成されたブラックマトリックスがガラス基板から剥離してしまうといった問題が生じる。
【００１１】
一方、特開２００６−３９００３号公報には、画素部の断面形状がオーバーハングなどの形状不良を発生させない技法が開示されている。
顔料分散樹脂を用いて液晶表示装置用カラーフィルタを製造する方法において、ネガ型の顔料分散樹脂を用いてプロキシミティー露光を行った場合、顔料分散樹脂層では、紫外線を照射しても樹脂層中の顔料により吸収され、紫外線が底層部まで到達しないため、底層部の画素部が未硬化となる。すなわち、顔料分散樹脂層の表層部近傍は強く硬化し不溶解性となり、逆に底層部近傍は弱く硬化し溶解性が残存する画素部となる。
【００１２】
そのため、現像処理後、画素部では、表層部近傍は寸法幅は広く、底層部近傍は寸法幅は狭い形状、すなわち、オーバーハング（逆テーパ）状の断面形状の画素部を具備したカラーフィルタとなる。
このカラーフィルタ上に蒸着法などで透明導電膜を膜付けする際、オーバーハング状の断面形状により、底層部の側壁部の膜形成が妨げられ、均一な膜厚で透明導電膜が形成されずに、不着膜・着膜不良による断線不良の部位が発生するといった問題がある。
【００１３】
この問題に対し、上記公報に示す技法は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの製造工程で用いるカラーフィルタ用フォトマスクにおいて、フォトマスクの表面又は裏面に、パターン露光時に、露光する光源の露光光中から特定する波長域の光を遮蔽する薄膜遮蔽層及び／又は紫外線薄膜遮蔽層を形成し、画素部を形成するための露光光が薄膜遮蔽層に特定波長域を吸収された後、顔料分散樹脂層へ照射され、樹脂層の表層部と底層部との不溶解性をより均一にするものである。
【００１４】
例えば、紫外線薄膜遮蔽層が、３２０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線を遮蔽する薄膜より形成され、その膜厚は、１／４波長に相当する厚さの８０ｎｍ〜１００ｎｍ、または３／４波長に相当する厚さの２４０ｎｍ〜３００ｎｍに形成したフォトマスクを用いて光硬化性のレジスト層へ露光光を照射し、樹脂層の表層部と底層部との不溶解性がより均一となる硬化度を得るものである。
しかしながら、この技法は本発明における目的及び効果とな異なるものである。
【特許文献１】特開２００６−３９００３号公報
【特許文献２】特開平８−５８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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、ブラックマトリックス形成用のネガ型の黒色フォトレジストを用い、露光用の光源として超高圧水銀ランプを用い、フォトリソグラフィ法によりガラス基板上にブラックマトリックスを形成する際に、フォトマスクを介した塗膜への露光量を減少させるといった方策によらず、ブラックマトリックスの表面に発生する皺を抑制することが可能なカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法を提供すること課題とするものである。
これにより、形成されたブラックマトリックスがガラス基板から剥離してしまうことのない良好なブラックマトリックスを形成することがきる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、ガラス基板上に、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該ブラックマトリックスの製造方法において、
１）前記ブラックマトリックスを形成するフォトレジストとして、ネガ型の黒色フォトレジストを用い、露光用の光源として、超高圧水銀ランプを用い、
２）ガラス基板上に設けた黒色フォトレジストの塗膜上に、超高圧水銀ランプからの照射光をフォトマスクを介して露光を行い、続く現像処理によりブラックマトリックスを形成する際に、超高圧水銀ランプに波長３３５ｎｍ以下の近紫外線を吸収する近紫外線吸収フィルタを設けて露光を行うことを特徴とするカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法である。
【００１７】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法において、前記近紫外線吸収フィルタが、波長３３５ｎｍ〜波長２７０ｎｍの近紫外線を吸収するソーダ石灰ガラスであることを特徴とするカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、１）ブラックマトリックス形成用フォトレジストとして、ネガ型の黒色フォトレジストを用い、露光用の光源として、超高圧水銀ランプを用い、２）黒色フォトレジストの塗膜上に、超高圧水銀ランプからの照射光をフォトマスクを介して露光を行い、続く現像処理によりブラックマトリックスを形成する際に、超高圧水銀ランプに波長３３５ｎｍ以下の近紫外線を吸収する近紫外線吸収フィルタを設けて露光を行うので、露光量を減少させるといった方策によらず、ブラックマトリックスの表面に発生する皺を抑制することが可能な、すなわち、ブラックマトリックスがガラス基板から剥離しない良好なブラックマトリックスを形成することがきるカラーフィルタ用ブラックマトリックスの製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明者は、形成されるブラックマトリックスの表面に皺が発生する原因として、波長３３５ｎｍ、波長３１５ｎｍ、波長３００ｎｍの各波長近傍の輝線に着目し、露光時にこれらの輝線を超高圧水銀ランプの分光出力から取り除いた照射光を塗膜へ照射する試みを行った。
【００２０】
これらの輝線を取り除く手段として近紫外線吸収フィルタを用いたが、近紫外線吸収の機能を有し容易に得られる０．５ｍｍ厚のソーダ石灰ガラスを採用してみた結果、形成されたブラックマトリックスの表面の皺は大幅に抑制された。
これにより、ブラックマトリックスの表面に皺が発生するのは、波長３３５ｎｍ以下の輝線が塗膜の表層部分のみを光硬化させ、内層部分は光硬化させないために、表層部分と内層部分の硬化度合いに差が生じ、この差がブラックマトリックスの表面に皺を発生させるものと推量した。
【００２１】
図３は、０．５ｍｍ厚のソーダ石灰ガラスを採用した際に、ソーダ石灰ガラスが超高圧水銀ランプの分光出力から近紫外線を吸収する効果の説明図である。図３は、図１に示す相対分光出力の短波長側の一部を拡大したものである。
図３中、符号Ａは、図１に示す超高圧水銀ランプの相対分光出力の波長３５０ｎｍ以下の分光出力である。また、図３中、符号Ｂは、近紫外線吸収フィルタとしてソーダ石灰ガラスを超高圧水銀ランプに取り付けた際の分光出力である。
【００２２】
図３に示すように、波長３１５ｎｍ近傍の輝線の出力は約１８％にまで減衰し、波長３００ｎｍ近傍の輝線の出力は約５％にまで減衰している。しかし、波長３３５ｎｍ近傍の輝線の出力は約２６％にまでの減衰に止まっている。
図４は、採用した０．５ｍｍ厚のソーダ石灰ガラスの分光吸収率曲線の概略である。図４に示すように、この０．５ｍｍ厚のソーダ石灰ガラスの吸収は、略波長３３５ｎｍ〜波長２７０ｎｍにあり、波長３３５ｎｍでの吸収率１５％程度から、短波長側に向かって上昇し波長３１５ｎｍにては吸収率６０％程度、波長３００ｎｍにては８５％程度の吸収率となっている。
【００２３】
すなわち、ソーダ石灰ガラスを採用した際の各輝線の出力は、０．５ｍｍ厚のソーダ石灰ガラスの各輝線の波長での吸収率に対応した減衰をしている。
また、波長３３５ｎｍ近傍の輝線の吸収は少ないものの、波長３１５ｎｍ近傍、及び波長３００ｎｍ近傍の輝線は大幅に吸収されているために、ブラックマトリックスの表面に皺は大幅に抑制されているものと解釈できる。
【００２４】
図５は、本発明において使用される露光装置の照明系の一例の説明図である。
図５に示すように、この照明系は、超高圧水銀ランプ（１）、ランプミラー（２）、コールドミラー（３）、フィルタ（４）、インテグレータレンズ（５）、コリメーションミラー（６）、反射ミラー（７）、及び本発明における近紫外線吸収フィルタ（８）で構成されている。この照明系は近紫外線吸収フィルタ（８）が、コリメーションミラー（６）と反射ミラー（７）との間に設けられた例である。超高圧水銀ランプ（１）からの光は、フォトマスク（１０）上方の反射ミラー（７）から照射されフォトマスク（１０）を介して、ガラス基板上に設けられた黒色フォトレジストの塗膜（１１）上に露光される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】超高圧水銀ランプの一例の相対分光出力を示す説明図である。
【図２】ブラックマトリックスの表面に発生する皺の領域を説明する平面図である。
【図３】ソーダ石灰ガラスが超高圧水銀ランプの分光出力から近紫外線を吸収する効果の説明図である。
【図４】０．５ｍｍ厚のソーダ石灰ガラスの分光吸収率曲線の概略である。
【図５】本発明において使用される露光装置の照明系の一例の説明図である。
【図６】液晶表示装置に用い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７】図６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】
【００２６】
１・・・超高圧水銀ランプ
２・・・ランプミラー
３・・・コールドミラー
４・・・フィルタ
５・・・インテグレータレンズ
６・・・コリメーションミラー
７・・・反射ミラー
８・・・近紫外線吸収フィルタ
４０・・・ガラス基板
４１・・・ブラックマトリックス
４２・・・着色画素
４３・・・透明導電膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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