(57)【要約】  【課題】フォトマスクを使用せず、短時間で露光でパターン加工することが可能なカラーフィルター基板を提供することを目的にする。  【解決手段】基板に非感光性樹脂層を塗布・乾燥し、その上に感光性樹脂層を積層塗布・乾燥する工程と、該非感光性樹脂層と該感光性樹脂層を積層した基板を露光する工程と、前記非感光性樹脂層と感光性樹脂層を同時に現像する工程と、を含む液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法において、該感光性樹脂がナフトキノンジアジド化合物を含有するポジ型レジストであって、露光光源からの光が波長４２０ｎｍ以下の光であり、かつ露光光源からの光を２次元光変調デバイスで変調して露光することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。【選択図】図３
2009080391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に非感光性樹脂層を塗布・乾燥し、その上に感光性樹脂層を積層塗布・乾燥する工程と、
該非感光性樹脂層と該感光性樹脂層を積層した基板を露光する工程と
前記非感光性樹脂層と感光性樹脂層を同時に現像する工程と、
を含む液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法において、該感光性樹脂がナフトキノンジアジド化合物を含有するポジ型レジストであって、露光光源からの光が波長４２０ｎｍ以下の光であり、かつ露光光源からの光を２次元光変調デバイスで変調して露光することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項２】
非感光性樹脂が着色剤を含むことを特徴とする請求項１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３】
露光光源が、波長３９０〜４２０ｎｍの光を発するレーザーであることを特徴とする請求項１または請求項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】
非感光性樹脂がポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３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５】
非感光性樹脂がアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３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
【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、液晶テレビ、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。
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。
【０００３】
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る。フォトマスクは露光における紫外光の透過率が高いことや、寸法安定性が高いことが求められるので、３〜１３ｍｍ厚みの石英ガラスが主に用いられる。石英ガラスは高価であるで、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フォトマスクが完成するまではカラーフィルターの製造ができずに、カラーフィルター製造までに時間がかかる問題がある。
【０００４】
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、レーザー光をより小さく絞れば、レーザー照射場所の照度は上がるが、レーザーでの描画時間が長くなり。生産性が低下する。レーザー光の絞りを大きくすると、生産性は向上するが、解像度が低下したり、照度が上がらない問題がある。また、ポリゴン走査方式では、画面中心部と画面端部でポリゴンミラーとカラーフィルター基板までの光路長に差があり、とくに画面端部で加工精度が悪化するといった課題が生じる。
さらに、レーザー光源は波長４８８ｎｍのアルゴンレーザーであり、波長が長いので、単一レーザー光を小さく絞ることが難しい課題があった。
【０００５】
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、光学系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）。この方法によれば、光学系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。
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。
【０００６】
光変調素子で露光する方法では、バインダー、重合性化合物、着色剤、及び光重合開始剤を含む感光層を不活性ガス雰囲気下で露光する方法が考案されている（特許文献３）
この方法によれば、露光雰囲気に存在する酸素によって、光重合反応を阻害されないので高精細のパターン加工が可能である。しかしながら、感光層に着色剤を含むので着色剤によって露光光が遮光されて感度が上がらないために、露光量を増やす必要があり生産性が上がらない課題があった。また、露光雰囲気から酸素を排除しなければならず、装置コストが上がる課題があった。
【特許文献１】特開平９−３１８８０９
【特許文献２】特開２００４−１２４４
【特許文献３】特開２００６−１８２４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フォトマスクは同一物を多量に生産する場合は、カラーフィルター生産に占めるフォトマスクのコストが下がるので、好ましいが、少量生産する場合は、カラーフィルター生産に占めるコストが上がるという問題があった。少量生産でも低コストで製造するためには、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直接描画法はその１つの方法を与えるものである。
【０００８】
しかし、直接描画法でカラーフィルターを露光しようとすると、露光時間が長くかかってしまうという課題があった。特に光硬化型感光性樹脂では露光量が不十分であると、パターン解像度が低下し、露光量を増加させるとパターン解像度は改善されるが、露光時間が長くなる課題があった。
【０００９】
感光性樹脂法では、感光性樹脂中に黒色樹脂や顔料などの着色剤を分散させてカラーフィルターとしての着色性能を出す。このため、感光性樹脂１層でカラーフィルターを作製することができる。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。ネガ型感光性樹脂では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。しかし、ネガ型感光性レジストには一般に着色剤を含むため、着色剤によって紫外線が遮光されるので、少ない露光量では十分に光架橋できない。このため、ネガ型感光性樹脂では光架橋させるために露光量を大きくする必要がある。ネガ型感光性樹脂中に含まれる着色剤が増加するとより露光量を大きくする必要があり、着色剤のより多い高色純度の画素をパターン加工することが困難である。
【００１０】
ネガ型感光性樹脂はそのままカラーフィルターの着色膜となるので、光架橋のために可視光領域に目的とする着色以外の光吸収があると、カラーフィルターとしての性能が低下する。このため、ネガ型感光性樹脂では、光架橋に寄与する露光は主に３８０ｎｍ以下の紫外線にしなければならず、光学系が高価になる問題があった。
【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、
基板に非感光性樹脂層を塗布・乾燥し、その上に感光性樹脂層を積層塗布・乾燥する工程と、
該非感光性樹脂層と該感光性樹脂層を積層した基板を露光する工程と
前記非感光性樹脂層と感光性樹脂層を同時に現像する工程と、
を含む液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法において、該感光性樹脂がナフトキノンジアジド化合物を含有するポジ型レジストであって、露光光源からの光が波長４２０ｎｍ以下の光であり、かつ露光光源からの光を２次元光変調デバイスで変調して露光することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法によって、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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述のごとく非感光性樹脂上に感光性樹脂を積層するので、感光性樹脂は単体で感光設計が可能となり、感度を高めることが容易になる。このため、より少ない露光量でフォトマスクを使うことなく露光を行なうことができるので、生産性が向上する。また、フォトマスク作製にかかる費用と時間が短縮でき、少量多品種の液晶カラーフィルターの低コスト製造に有用である。さらに、フォトマスクを使用しないので、マスクの切り替え作業がなくなることや、フォトマスクに付着した異物が露光されて、基板上で欠点になることもなくなることも生産性向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は非感光性樹脂層上に感光性樹脂層を積層し、２次元光変調デバイスで変調された光で露光した後に、非感光性樹脂と感光性樹脂を同時に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である。
カラーフィルターをパターン加工する方法は、非感光性樹脂上にポジ型感光性樹脂を積層してパターン加工する非感光性法がある。
【００１４】
非感光性法では、非感光性樹脂上にポジ型感光性樹脂を積層してパターン加工する。非感光性樹脂中に黒色樹脂や顔料などの着色剤を分散させてカラーフィルターとしての着色性能を出し、感光性樹脂でパターン加工し、パターン加工後に感光性樹脂を剥離するのが一般的である。この場合は、感光性樹脂は着色剤を含まないので感度を上げやすい。また、感光性樹脂はパターン加工後に剥離するので、カラーフィルターの色表示性能には影響しない。このため感光性樹脂は着色していても、着色していなくても使用することができ、多くの感光剤を使用することもできるのでより感度を上げやすいので好ましい。
【００１５】
本発明の実施形態では、カラーフィルターのブラックマトリックスおよび、赤、緑、青などの画素を形成することができる。
【００１６】
図１に本発明のカラーフィルターのブラックマトリックスの製造方法を示す。
工程Ｐ１では基板１０上に未硬化の非感光性のブラックマトリックス用ペースト１１を塗布してセミキュアをした状態を示す。セミキュアはホットプレートまたは熱風オーブンで７０〜１８０℃で１〜３０分加熱するのが好ましい。
工程Ｐ２では感光性のポジレジスト１２を塗布してセミキュアした状態を示す。ポジレジストのセミキュアはホットプレートまたは熱風オーブンで７０〜１３０℃で１〜２０分加熱するのが好ましい。
工程Ｐ３では２次元光変調デバイスによって変調されたレーザー光１３を感光性ポジレジストに照射した状態を示す。
工程Ｐ４ではポジレジストとブラックマトリックスを同時に現像した状態を示す。
工程Ｐ５では、ポジレジストを剥離した状態を示す。
工程Ｐ５の後に本キュアすることでブラックマトリックス１４が完成する。本キュアはホットプレートまたは熱風オーブンで１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが好ましい。
【００１７】
図２には本発明の１色の画素を形成する製造方法を示す。
工程Ｐ１１ではブラックマトリックスが形成された基板１５上に非感光性の着色剤を含むースト１６を塗布してセミキュアをした状態を示す。セミキュアはホットプレートまたは熱風オーブンで７０〜１８０℃で１〜３０分加熱するのが好ましい。
工程Ｐ１２では感光性のポジレジスト１７を塗布してセミキュアした状態を示す。ポジレジストのセミキュアはホットプレートまたは熱風オーブンで７０〜１３０℃で１〜２０分加熱するのが好ましい。
工程Ｐ１３では２次元光変調デバイスによって変調されたレーザー光１８を感光性ポジレジストに照射した状態を示す。
工程Ｐ１４ではポジレジストと着色剤を含む画素を同時に現像した状態を示す。
工程Ｐ１５では、ポジレジストを剥離した状態を示す。
工程Ｐ１５の後に本キュアすることで１色の着色画素１９が完成する。本キュアはホットプレートまたは熱風オーブンで１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが好ましい。
以上の工程を必要な画素分繰り返すことでカラーフィルターを作製することができる。
【００１８】
図３に本発明の製造方法で使用する２次元光変調デバイスの露光装置を示す。露光装置は、レーザー光源３０、レンズ３１、シャッター３２、２次元光変調部３３および集光レンズ３４を含む露光ヘッド４４とステージ３５をｘ方向に駆動するモーター３８、ｙ方向に駆動するモーター３９で構成される。モーターはステッピングモーターやサーボモーターを使用することができる。
光源３０からのレーザー光はレンズ３１を通して、２次元光変調部３３で露光パターンに変調される。非感光性樹脂４１に感光性樹脂層４２を塗布された基板４３（以後「ワーク４０」という。）はステージ３５に保持される。露光しない領域ではシャッター３２で遮光して、レーザー光がワーク４０に射出しないようにする。
【００１９】
図４は露光の動作について説明した図である。本発明の露光では、露光ヘッド４４とステージ３５を相対的に移動させてワーク４０に露光パターン４５を露光するが、露光ヘッドを固定して、ステージ３５をガイドレール４８に沿って移動するほうが高さ方向の移動のムラが少なくなり好ましい。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。
図４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への移動はモータ３８によって行い、ｙ方向３７への移動はモータ３９によって行ない、露光パターン４５を露光する。
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が、ｘ方向とｙ方向に移動するために移動時間が長くなるので露光時間が長くなる。
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。
【００２０】
図５には、１次元スキャン方式の場合で、複数個の露光ヘッド４６を登載した場合を示す。露光ヘッドを複数搭載することで、ワーク４０を幅方向全域に渡って露光パターン４７を露光することができる。
露光装置は複数の露光ヘッド４６、ステージ３５をガイドレールに沿ってｘ方向に駆動モータ３８で構成される。複数の露光ヘッド４６にはそれぞれ２次元光変調デバイスが搭載されており、それぞれに異なった光変調が可能である。
複数の露光ヘッド４６は２列に千鳥格子状に配置されている。千鳥格子状に配置することでより多くの露光ヘッドを搭載することが可能になり。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。
【００２１】
本発明に使用される光源としては、レーザー光が好ましく用いられ、３９０〜４２０ｎｍのレーザーを使用することが好ましい。３９０〜４２０ｎｍのレーザー光源としては、ＧａＮ系半導体レーザーが知られており好ましく用いることができる。高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤなどの光源を用いて、特定の波長のみを通過させるバンドパスフィルタを通過させて３９０〜４２０ｎｍの光を取り出して露光することもできる。露光波長が３９０ｎｍより短い場合は、より短い光を通過する光学系を用いる必要があり、露光装置のコストアップの要因になるので好ましくない。
【００２２】
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。
【００２３】
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、ＧａＮ系半導体レーザーの露光量としては、１０〜５００ｍＪ／ｃｍ２が好ましく用いられる。露光量がより小さくなると露光に要する時間が短くなり、生産性が向上するので好ましく、露光量は１０〜１００ｍＪ／ｃｍ２が好ましく、１０〜５０ｍＪ／ｃｍ２がさらに好ましい。
【００２４】
２次元光変調デバイス３３に用いる２次元光変調デバイスとしてはデジタル・マイクロミラー・デバイスが好ましい。図６に２次元光変調デバイスの模式図を示す。２次元光変調デバイスは基板２２上に形成されている。
【００２５】
図７に２次元光変調デバイスであるデジタル・マイクロミラー・デバイスのミラー部の模式図を示す。説明のため、模式的に上方向に露光する図とした。
デジタル・マイクロミラー・デバイス２３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。露光する部分はデジタル・マイクロミラー・デバイスの微小ミラーに電圧を印加してミラー２５が約１２度傾斜して、光源からの光２６が微小ミラー２５で反射されて、反射光２７がレンズ３４を介して露光するように制御する。露光しない部分では、デジタル・マイクロミラー・デバイスの微小ミラーに電圧を印加せずミラー２４は傾かないので、光源からの光２６が微小ミラー２４で反射して、２８の方向に反射するので露光されない。
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。
【００２６】
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。このため、集光レンズ３４は必要な解像度から適宜選択される。
露光ヘッドは適宜光学レンズを入れて補正することが好ましい。
本発明に用いる露光では、露光位置を合わせるために露光前に基板上に形成下パターンを読み込んで位置あわせをするアライメント動作が必要である。
【００２７】
アライメントは、ずれを検出してテーブル位置を微調整してもよいし、位置ずれ情報を基にデジタル・マイクロミラー・デバイスで投射する光を補正してもよい。
アライメントは露光する基板ごとに行ってもよいし、テーブルが一定量移動した後に行ってもよい。
【００２８】
通常のフォトリソ法による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。
【００２９】
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露光して、赤、青、緑の画素工程をフォトマスクレス工程で直描露光することもできる。
ブラックマトリックスをフォトマスクを用いて露光する場合は、全面一括露光するプロキシミティ露光、基板とフォトマスクを同期させてスキャンしながら露光するミラープロジェクション露光、基板をｘ方向およびｙ方向に移動させるステップアンドリピート露光を用いることができる。
本発明の非感光性樹脂材料としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の材料が用いられるが、樹脂の耐熱性や透明性からポリイミド系樹脂およびアクリル系樹脂が特に好ましく用いられる。
【００３０】
ここで、ポリイミド系樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸を、加熱又は適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いられる。ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させることにより得ることができる。
【００３１】
本発明におけるポリアミック酸の合成には、テトラカルボン酸二無水物として、たとえば、脂肪族系、脂環式系、芳香族系のものを用いることができ、４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物などが好適に用いられるが、これに限定されない。
また、本発明におけるポリアミック酸の合成には、ジアミンとして、たとえば、脂肪族系、脂環式系、芳香族系のものを用いることができ、３，４´−ジアミノジフェニルエーテルなどが好適に用いられるがこれに限定されない。
ポリアミック酸の合成は、極性有機溶媒中でテトラカルボン酸二無水物とジアミンを混合して反応させることにより行うのが一般的である。この時、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物の混合比により、得られるポリアミック酸の重合度を調節することができる。  このほか、テトラカルボン酸ジクロライドとジアミンを極性有機溶媒中で反応させて、その後、塩酸と溶媒を除去することによってポリアミック酸を得るなど、ポリアミック酸を得るには種々の方法がある。しかし、本発明はその合成法によらずにポリアミック酸に対して適用が可能である。
【００３２】
非感光性樹脂の例として、アクリル系樹脂について述べる。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。
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、メタクリル酸メチルが好適に用いられるがこれに限定されない。、
アクリル系樹脂としては、本キュア工程で熱硬化をさせるために、アクリル系ポリマーにアクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマーなどを添加してもよい。
本発明に用いる非感光性樹脂の溶媒としては、Ｎ―メチル―２―ピロリドンなどのアミド系極性溶媒、γ―ブチロラクトンなどのラクトン類などが用いられるが、これらに限定されない。また、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こともできる。
【００３３】
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。
【００３４】
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が、有機顔料が好適に用いられる。
【００３５】
本発明のカラーフィルター基板のブラックマトリックスに使用される着色剤は、
カーボンブラックやチタンブラックなどの黒色粉末、金属粉、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化窒化物使用することができる。着色剤を樹脂および溶剤に分散させた樹脂ブラックマトリックス用ペーストを作製することができる。
【００３６】
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化合物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。
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。
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などが好適に用いられる。
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、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、などが好適に用いられる。
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。
【００３７】
本発明に用いるポジレジスト溶媒としては、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メチル―３―メトキシプロピオネートなどのエステル類が好適に用いられる。
【００３８】
画素を形成するためのペーストおよびレジストの塗布方法としては、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。セミキュアの前に減圧下で塗布したペーストの溶剤を蒸発させる真空乾燥工程を追加してもよい。
真空乾燥工程は、乾燥する溶剤の飽和蒸気圧以下になる排気速度を持った真空ポンプを設置することが好ましい。
【００３９】
露光後の基板を現像するには、アルカリ現像液により現像することが好ましい。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、ポジ型フォトレジスト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。
【００４０】
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、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。
【００４１】
現像後はポジ型フォトレジストを剥離する。ポジ型フォトレジストは溶剤によって溶解させたり、真空中でイオンエッチングしたりすることで剥離することができる。
ポジ型フォトレジストを溶解させる溶剤としては、有機溶剤が好ましく用いられる。アセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メチルセロソルブなどが好適に用いられるが、これらに限定されない。
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。
【００４２】
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。透明基板上に遮光剤、ポリアミック酸、溶剤、界面活性剤からなるブラックマトリックス用ペーストをスリットコーターやスピンコーターで塗布し、真空乾燥後に、ホットプレートや熱風オーブンなどの加熱乾燥により、非感光着色膜を形成する。この上にポジ型フォトレジストをスリットコーターやスピンコーターで塗布し、ホットプレートや熱風オーブンなどにより加熱乾燥させ、ブラックマトリックス上にポジ型フォトレジストを積層させる。
【００４３】
続いて、主波長４０５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザー光を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。次に、ポジ型レジストを有機溶剤に浸漬して溶解させた後に、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、０．２〜５時間、連続的または段階的に行われる。
【００４４】
次に画素用の赤色ペーストを塗布した塗布膜形成した後に、ポジ型フォトレジストを積層塗布して露光・現像・レジスト剥離・加熱処理を行う。以上の画素形成工程を繰り返して緑、青画を形成することで液晶表示装置用カラーフィルター基板が作製できる。
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】
【００４５】
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。
＜測定法＞
透過率、色座標：大塚電子（株）製、ＭＣＰＤ−２０００顕微分光光度計を用い、カラーフィルター基板上に製膜されているものと同一製膜条件により作製されるＩＴＯを製膜したガラスをリファレンスとして測定した。
ここでいう透過領域色度とは、上述のカラーフィルター基板透過領域を顕微分光光度計などで測定したときに得られる分光スペクトルから求められるものであり、反射領域色度とは該領域中の着色領域の分光スペクトル、透明領域の分光スペクトルをそれぞれ各波長で自乗し、着色領域と透明領域との面積についての加重平均を取ることにより求められるものである。
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。
【００４６】
実施例１
Ａ．ポリアミック酸溶液の作製
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル ９５．１ｇおよびビス(３−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン ６．２ｇをγ−ブチロラクトン ５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ２２０ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 １４４．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸 ３．０ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２５重量％のポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）を得た。
【００４７】
Ｂ．ポリマー分散剤の合成
４，４′−ジアミノベンズアニリド １６１．３ｇ、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン １７６．７ｇ、およびビス(３−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン １８．６ｇをγ−ブチロラクトン ２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ５２７ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 ４３９．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸 ２．２ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２０重量％のポリアミック酸溶液であるポリマー分散剤（ＰＤ）を得た。
【００４８】
Ｃ．カラーペーストの作製
ピグメントレッドＰＲ２５４、３．８７ｇ（８６ｗｔ％）、ピグメントレッドＰＲ１２２、０．６３ｇ（１４ｗｔ％）とポリマー分散剤（ＰＤ） ２２．５ｇおよびγ−ブチロラクトン ４２．８ｇ、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール ２０．２ｇをガラスビーズ ９０ｇ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。このようにして赤色分散液５％溶液（ＧＤ）を得た。
分散液（ＧＤ） ５０．０ｇにポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） ８．０ｇをγ−ブチロラクトン ４２．０ｇで希釈した溶液を添加混合し、赤色カラーペースト（Ｒ−１）を得た。同様にして、表１に示す割合で緑ペースト（Ｇ−１）、青ペースト（Ｂ−１）を得た。
分散液（ＧＤ） ５０．０ｇにアクリル共重合体溶液７０ｇ（ダイセル化学工業株式会社製サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０、４３ｗｔ％、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液）を添加して赤色カラーペースト（Ｒ−２）を得た。同様にして、表１に示す割合で緑ペースト（Ｇ−２）、青ペースト（Ｂ−２）を得た。
【００４９】
【表１】
2009080391.tif 000003
【００５０】
Ｄ．カラーフィルターの作製
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Ｃ光源を通したときの色度（ｘ、ｙ）が（０．４６４、０．２８２）となるように非感光性樹脂を含む赤ペースト（Ｒ−１）をスピンナーでガラス基板上に塗布した。該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジストＬＣ１００（ローム・アンド・ハース電子材料株式会社）を乾燥後に１μｍになるように塗布し、９０℃のオーブンで１０分乾燥した。
【００５１】
主波長４０５ｎｍの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を持つ露光装置ＤＬ−１０００（株式会社ナノシステムソリューションズ）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３０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）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２．３％の水溶液からなる２３℃の現像液に６０秒浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の赤着色塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離した。さらにポリアミック酸の着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、ポリイミドに転換し、赤画素の透過領域に赤着色層を形成した。
【００５２】
次に、Ｃ光源を通したときの仕上がりの色度（ｘ、ｙ）が（０．１５２、０．１９０）になるように、非感光性樹脂を含む青ペースト（Ｂ−１）を塗布し１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。この上にポジ型フォトレジストＬＣ１００（ローム・アンド・ハース電子材料株式会社）を乾燥後に１μｍになるように塗布し、９０℃のオーブンで１０分乾燥した。
その後、主波長４０５ｎｍの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、赤画素を形成した位置よりも一画素分だけ横方向にずらした位置に所定のパターンを露光した。ＧａＮレーザーの露光量は３０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）で露光した。
【００５３】
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２．３％の水溶液からなる２３℃の現像液に６０秒浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の着色塗膜のエッジングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離した。さらにポリアミック酸の着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、ポリイミドに転換し、青画素の透過領域に青着色層を形成した。
【００５４】
次にＣ光源を通したときの仕上がりの色度（ｘ、ｙ）が（０．２８４、０．４４３）になるように非感光性樹脂を含む緑ペースト（Ｇ−１）を塗布し１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。この上にポジ型フォトレジストＬＣ１００（ローム・アンド・ハース電子材料株式会社）を乾燥後に１μｍになるように塗布し、９０℃のオーブンで１０分乾燥した。
その後、主波長４０５ｎｍの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、青画素と赤画素の間に所定のパターンを露光した。ＧａＮレーザーの露光量は３０ｍＪ/ｃｍ２（４０５ｎｍの紫外線強度）で露光した。
【００５５】
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２．３％の水溶液からなる２３℃の現像液に６０秒浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の着色塗膜のエッジングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離した。さらにポリアミック酸の着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、ポリイミドに転換し、緑画素の透過領域に緑着色層を形成した。
このようにして得られた画素膜上にオーバーコート層を２μｍの厚みで製膜し、さらにその上にＩＴＯ膜を膜厚０．１μｍとなるようにスパッタリングした。
この様にして得られたカラーフィルター基板の２波長型ＬＥＤ光源ＮＳＳＷ０９８Ａ（日亜化学工業株式会社）での透過領域色度を表２に示す。
【００５６】
【表２】
2009080391.tif 000004
【００５７】
実施例２
非感光性樹脂ペーストとして、Ｒ−２ペースト、Ｂ−２ペースト、Ｇ−２ペーストを使ったこと、ペースト塗布後の乾燥を１１０℃と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。このようにして得られたカラーフィルター基板は実施例１と同じ色度のカラーフィルターであった。
【００５８】
比較例１
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Ｃ光源を通したときの色度（ｘ、ｙ）が（０．４６４、０．２８２）となるように非感光性樹脂を含む赤ペースト（Ｒ−１）をスピンナーでガラス基板上に塗布した。該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジストＬＣ１００（ローム・アンド・ハース電子材料株式会社）を乾燥後に１μｍになるように塗布し、９０℃のオーブンで１０分乾燥した。
【００５９】
輝線スペクトルに４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍの主スペクトルを持つ超高圧水銀灯が光源の露光機ＬＥ４０００Ａ（株式会社日立ハイテクノロジーズ）を用いて、
一辺の長さが４５０ｍｍと５５０ｍｍで厚みが５ｍｍで赤画素用パターンを形成した石英材質のフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍでの露光量が５０ｍＪ／ｃｍ２になるように露光した。
【００６０】
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２．３％の水溶液からなる２３℃の現像液に６０秒浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の赤着色塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離した。さらにポリアミック酸の着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、ポリイミドに転換し、赤画素の透過領域に赤着色層を形成した。
【００６１】
次に、Ｃ光源を通したときの仕上がりの色度（ｘ、ｙ）が（０．１５２、０．１９０）になるように、非感光性樹脂を含む青ペースト（Ｂ−１）を塗布し１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。この上にポジ型フォトレジストＬＣ１００（ローム・アンド・ハース電子材料株式会社）を乾燥後に１μｍになるように塗布し、９０℃のオーブンで１０分乾燥した。
輝線スペクトルに４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍの主スペクトルを持つ超高圧水銀灯が光源の露光機ＬＥ４０００Ａ（株式会社日立ハイテクノロジーズ）を用いて、
一辺の長さが４５０ｍｍと５５０ｍｍで厚みが５ｍｍで青画素用パターンを形成した石英材質のフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍでの露光量が５０ｍＪ／ｃｍ２になるように露光した。
【００６２】
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２．３％の水溶液からなる２３℃の現像液に６０秒浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の着色塗膜のエッジングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離した。さらにポリアミック酸の着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、ポリイミドに転換し、青画素の透過領域に青着色層を形成した。
次にＣ光源を通したときの仕上がりの色度（ｘ、ｙ）が（０．２８４、０．４４３）になるように非感光性樹脂を含む緑ペースト（Ｇ−１）を塗布し１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。この上にポジ型フォトレジストＬＣ１００（ローム・アンド・ハース電子材料株式会社）を乾燥後に１μｍになるように塗布し、９０℃のオーブンで１０分乾燥した。
【００６３】
輝線スペクトルに４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍの主スペクトルを持つ超高圧水銀灯が光源の露光機ＬＥ４０００Ａ（株式会社日立ハイテクノロジーズ）を用いて、
一辺の長さが４５０ｍｍと５５０ｍｍで厚みが５ｍｍで緑画素用パターンを形成した石英材質のフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍでの露光量が５０ｍＪ／ｃｍ２になるように露光した。
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２．３％の水溶液からなる２３℃の現像液に６０秒浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の着色塗膜のエッジングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離した。さらにポリアミック酸の着色塗膜を２４０℃のオーブンで３０分熱処理し、ポリイミドに転換し、緑画素の透過領域に緑着色層を形成した。
得られたカラーフィルターは実施例１と同じ膜厚で、同じ透過領域色度であったが、露光に用いたフォトマスクを作製したために、フォトマスク費用が発生した。また、フォトマスクを作製するために１０日間を要した。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のカラーフィルターの製造方法のブラックマトリックス工程を示す図である。
【図２】本発明のカラーフィルターの製造方法の画素工程を示す図である。
【図３】本発明の露光機の模式図である。
【図４】本発明の露光機の模式図である。
【図５】本発明の露光機の模式図である。
【図６】本発明に用いられる２次元光変調デバイスの模式図である。
【図７】本発明に用いられるデジタル・マイクロミラー・デバイスの模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０：基板
１１：ブラックマトリックス用ペースト塗布
１２：ポジ型フォトレジスト
１３：光変調されたレーザー光
１４：パターン加工されたブラックマトリックス
１５：ブラックマトリックスが形成された基板
１６：着色画素用ペースト塗布
１７：ポジ型フォトレジスト
１８：光変調されたレーザー光
１９：着色画素  
２１：２次元光変調素子
２２：２次元光変調素子が形成された基板
２３：デジタル・マイクロミラー・デバイスの模式図
２４：オフ状態のデジタルマイクロミラー
２５：オン状態のデジタル・マイクロミラー・デバイス
２６：光源からの光
２７：反射光
２８：反射光
３０：光源
３１：レンズ
３２：シャッター
３３：２次元光変調部
３４：レンズ
３５：ステージ
３６：ｘ方向の移動
３７：ｙ方向の移動
３８：ｘ方向駆動モーター
３９：ｙ方向駆動モーター
４０：ワーク
４１：非感光性樹脂
４２：感光性樹脂
４３：基板
４４：露光ヘッド
４５：露光パターン
４６：露光ヘッド
４７：露光パターン
４８：ガイドレール
【図１】
2009080391.tif 000005
【図２】
2009080391.tif 000006
【図３】
2009080391.tif 000007
【図４】
2009080391.tif 000008
【図５】
2009080391.tif 000009
【図６】
2009080391.tif 000010
【図７】
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