JP2006330545A - Photomask with level difference, color filter substrate, and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラーフィルタ基板の柱状スペーサーを近接露光法(プロキシミティー)にてパターン露光する際に使用するフォトマスク段差付フォトマスクと、着色フィルタ層からなるメインパターン領域上の柱状スペーサーの高さと透明基板周辺部のダミー柱状スペーサーの高さを変えて柱状スペーサーの上部位置を揃えたカラーフィルタ基板と、段差付フォトマスクを用いて柱状スペーサーを作製するカラーフィルタ基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a photomask with a photomask step used for pattern exposure of columnar spacers of a color filter substrate by proximity exposure (proximity), and the height of the columnar spacers on a main pattern region formed of a colored filter layer. The present invention relates to a color filter substrate in which the height of dummy columnar spacers at the periphery of a transparent substrate is changed to align the upper positions of the columnar spacers, and a method for manufacturing a color filter substrate in which columnar spacers are manufactured using a stepped photomask.
近年、大型カラーテレビ、ノートパソコン、携帯用電子機器の増加に伴い、液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイパネルの需要の増加はめざましいものがある。
一般に、液晶表示ディスプレイパネルにおいて、現在最も広く使用されている液晶セル駆動方式は、TN(ねじれネマティック)方式とSTN(超ねじれネマティック)方式による縦電界駆動型であり、近年、横電界駆動型(IPS)による液晶セル駆動方式の開発も進んでいる。
In recent years, with the increase in large color televisions, notebook computers, and portable electronic devices, there has been a remarkable increase in demand for liquid crystal displays, particularly color liquid crystal display panels.
In general, the most widely used liquid crystal cell driving method in the liquid crystal display panel is a vertical electric field driving type using a TN (twisted nematic) method and an STN (super twisted nematic) method. Development of a liquid crystal cell driving system by IPS) is also in progress.
カラー液晶ディスプレイパネルに用いられるカラーフィルタ基板は、透明基板上に、ブラックマトリックス、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタからなる着色フィルタ層、透明電極層及び柱状スペーサーが形成されたものである。 A color filter substrate used in a color liquid crystal display panel is obtained by forming a color filter layer including a black matrix, a red filter, a green filter, and a blue filter, a transparent electrode layer, and a columnar spacer on a transparent substrate.
以下カラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
図7(a)〜(f)は、カラーフィルタ基板の製造方法の一例を示す模式構成断面図である。
まず、透明基板11上にアクリル系樹脂にカーボンブラックを分散した黒色の感光性樹脂をスピンナーにて塗布し、黒色感光性樹脂層21を形成し(図7(a)参照)、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、ブラックマトリクス21b及び遮光額縁層21aを形成する(図7(b)参照)。
Hereinafter, a method for manufacturing the color filter substrate will be described.
7A to 7F are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a color filter substrate.
First, a black photosensitive resin in which carbon black is dispersed in an acrylic resin is applied on a
次に、アクリル系の感光性樹脂に着色顔料(例えば、ジアントラキノン系顔料)を分散した赤色感光性樹脂溶液をスピンナーを用いてブラックマトリクス21b及び遮光額縁層21aが形成された透明基板上に塗布し、赤色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使って露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルタ31Rを形成する(図7(c)参照)。
Next, a red photosensitive resin solution in which a color pigment (for example, dianthraquinone pigment) is dispersed in an acrylic photosensitive resin is applied onto a transparent substrate on which the
次に、アクリル系の感光性樹脂に着色顔料(例えば、フタロシアニングリーン系顔料)を分散した緑色感光性樹脂溶液をスピンナーを用いてブラックマトリクス21b、遮光額縁層21a及び赤色フィルタ31Rが形成された透明基板上に塗布し、緑色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使って露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルタ31Gを形成する。
Next, a green photosensitive resin solution in which a color pigment (for example, phthalocyanine green pigment) is dispersed in an acrylic photosensitive resin is used to form a
次に、アクリル系の感光性樹脂に着色顔料(例えば、フタロシアニンブルー系顔料)を分散した青色感光性樹脂溶液をスピンナーを用いてブラックマトリクス21b、遮光額縁層21a、赤色フィルタ31R及び緑色フィルタ31Gが形成された透明基板上に塗布し、青色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使って露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルタ31Bを形成し、ブラックマトリクス21b及び遮光額縁層21aが形成された透明基板上に赤色フィルタ31R、緑色フィルタ31G及び緑色フィルタ31Bからなる着色フィルタ層30を形成する(図7(d)参照)。
Next, a blue photosensitive resin solution in which a color pigment (for example, phthalocyanine blue pigment) is dispersed in an acrylic photosensitive resin is used to form a
次に、着色フィルタ層30、遮光額縁層21a及び透明基板11上にスパッタリングにて酸化インジウム錫膜からなる透明電極層41を形成する(図7(e)参照)。
Next, a
さらに、アクリル系樹脂を主成分とする感光性樹脂溶液をスピンナーで塗布し、透明樹脂感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、加熱硬化して柱状スペーサー61a及びダミー柱状スペーサー61bを形成し、ブラックマトリクス21b、遮光額縁層21a、着色フィルタ層30、透明電極層41、柱状スペーサー61a及びダミー柱状スペーサー61bが形成されたカラーフィルタ基板200を得ることができる(図7(f)参照)。
Further, a photosensitive resin solution containing acrylic resin as a main component is applied by a spinner, a transparent resin photosensitive layer is formed, a series of patterning processes such as pattern exposure and development are performed, and heat-cured to form
上記透明樹脂感光層を形成して、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って上記柱状スペーサー61a及びダミー柱状スペーサー61bを形成する方法では、着色フィルタ層30と透明基板11周辺部に形成される透明樹脂感光層はほぼ一定の厚さになるので、着色フィルタ層30及び透明基板11上に形成される柱状スペーサー61aとダミー柱状スペーサー61bの高さはほぼ同じとなり、着色フィルタ層30からなるメインパターン領域の柱状スペーサー61aを基準にすると、透明基板11周辺部のダミー柱状スペーサー61bの上部の位置はδdだけ低くなる(図8参照)。
In the method of forming the
このカラーフィルタ基板200と対向基板(TFT基板)90とを貼り合わせて周辺部をシールしてパネル化すると、図9に示すように、対向基板(TFT基板)90はカラーフィルタ基板200の端部で曲げられるため、貼り合わせ時のセルギャップが着色フィルタ層30の端部(A部)で狭く、セルギャップの均一性が悪化し、液晶注入の際に時間を要する等の問題を有している。
When the
柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタ基板と対向基板とを貼り合わせしてパネル化した際、カラーフィルタ基板と対向基板のギャップの不均一性と対向基板の表層に損傷を与えたりするのを防止するために、柱状スペーサーの押し込み変形率を適性なものにしたカラーフィルタ基板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
これは、柱状スペーサーに使用する樹脂の押し込み変形率をある範囲に設定したものである。
In this case, the indentation deformation rate of the resin used for the columnar spacer is set within a certain range.
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、通常の透明樹脂感光層を近接露光(プロキシミティー)法にてパターン露光して柱状スペーサーを形成する際に使用する段差付フォトマスク及び段差付フォトマスクを使って全領域にわたって柱状スペーサーの高さを均一に形成したカラーフィルタ基板及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above problems, and a stepped photomask and step used for forming a columnar spacer by pattern exposure of an ordinary transparent resin photosensitive layer by proximity exposure (proximity) method. It is an object of the present invention to provide a color filter substrate in which the height of columnar spacers is uniformly formed over the entire region using an attached photomask, and a method for manufacturing the same.
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項1においては、透明基板上にすくなくとも複数の着色フィルタからなる着色フィルタ層と、柱状スペーサーとが形成されてなるカラーフィルタ基板の柱状スペーサーを近接露光(プロキシミティー)法にてパターン露光する際に使用するフォトマスクであって、前記フォマスクとカラーフィルタ基板との間の露光ギャップを変えるために、フォマスクを形成するための透明基板の厚さを部分的に変えたことを特徴とする段差付フォトマスクとしたものである。
In order to achieve the above object in the present invention, first, in
また、請求項2においては、透明基板上にブラックマトリクスと、複数の着色フィルタ
からなる着色フィルタ層と、柱状スペーサーとが形成されたカラーフィルタ基板において、前記着色フィルタ層からなるメインパターン領域上の柱状スペーサーの高さと前記透明基板周辺部のダミー柱状スペーサーの高さを変えたことを特徴とするカラーフィルタ基板としたものである。
According to a second aspect of the present invention, in a color filter substrate in which a black matrix, a colored filter layer including a plurality of colored filters, and a columnar spacer are formed on a transparent substrate, the main pattern region including the colored filter layer is provided. The color filter substrate is characterized in that the height of the columnar spacer and the height of the dummy columnar spacer around the transparent substrate are changed.
また、請求項3においては、前記着色フィルタ層からなるメインパターン領域上の柱状スペーサーと前記透明基板周辺部のダミー柱状スペーサーの上部位置が揃っていることを特徴とする請求項2に記載のカラーフィルタ基板としたものである。 3. The color according to claim 2, wherein the columnar spacer on the main pattern region made of the colored filter layer and the upper position of the dummy columnar spacer on the periphery of the transparent substrate are aligned. This is a filter substrate.
さらにまた、請求項4においては、少なくとも以下の工程を具備することを特徴とする請求項2または3に記載のカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。
(a)透明基板上にブラックマトリクス、遮光額縁層を形成すする工程。
(b)複数の着色フィルタからなる着色フィルタ層を形成する工程。
(c)透明電極層を形成する工程。
(d)請求項1に記載の段差付フォトマスクを使って、近接露光(プロキシミティー)法にてパターン露光し、現像処理等を行って柱状スペーサーを形成する工程。
Furthermore, according to a fourth aspect of the present invention, the method for producing a color filter substrate according to the second or third aspect comprises at least the following steps.
(A) A step of forming a black matrix and a light-shielding frame layer on a transparent substrate.
(B) A step of forming a colored filter layer comprising a plurality of colored filters.
(C) A step of forming a transparent electrode layer.
(D) A step of forming a columnar spacer by performing pattern exposure by proximity exposure (proximity) method using the stepped photomask according to
本発明のカラーフィルタ基板は、着色フィルタ層からなるメインパターン領域上に設けた柱状スペーサーとカラーフィルタ基板周辺部に設けたダミー柱状スペーサーの上部位置が揃っているため、対向基板(TFT基板)と貼り合わせしてパネル化した場合のパネルギャップを均一化でき、液晶注入効率を向上でき、高品位の液晶パネルを得ることができる。
また、本発明の段差付マスクを用いて近接露光(プロキシミティー)法にてパターン露光し、柱状スペーサーを形成するため、着色フィルタ層からなるメインパターン領域上に設けた柱状スペーサーとカラーフィルタ基板周辺部に設けたダミー柱状スペーサーの上部位置を揃えることができる。
In the color filter substrate of the present invention, since the columnar spacer provided on the main pattern region formed of the colored filter layer and the upper position of the dummy columnar spacer provided on the periphery of the color filter substrate are aligned, the counter substrate (TFT substrate) and When the panels are bonded together, the panel gap can be made uniform, the liquid crystal injection efficiency can be improved, and a high-quality liquid crystal panel can be obtained.
Further, in order to form a columnar spacer by pattern exposure using the stepped mask of the present invention by proximity exposure (proximity) method, the columnar spacer provided on the main pattern region composed of the colored filter layer and the periphery of the color filter substrate It is possible to align the upper positions of the dummy columnar spacers provided in the section.
以下、本発明の実施の形態につき説明する。
請求項1に係る本発明の段差付フォトマスクは、図1に示すように、部分的に基板厚の異なる透明基板領域71aを有する透明基板71上に柱状スペーサー形成用パターン72a及び72bを設けたもので、この透明基板71の基板厚差(d1−d2)を近接露光(プロキシミティー)法にてパターン露光を行う際の露光ギャップとして利用しようとするものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the stepped photomask according to the first aspect of the present invention is provided with columnar
以下本発明の段差付フォトマスクの作製方法について説明する。
図3(a)〜(f)及び図4(g)〜(h)は、本発明の段差付フォトマスクの製造方法の一実施例を示す部分模式構成断面図である。
まず、ガラス基板等からなる所定厚の透明基板71を準備する(図3(a)参照)。
透明基板71としては、低膨張ガラス、石英ガラス等のガラス基板が利用できる。
次に、スピンコート法等により耐酸性のレジストを塗布し、レジスト層81を形成する(図3(b)参照)。
Hereinafter, a method for manufacturing the photomask with steps according to the present invention will be described.
3 (a) to 3 (f) and FIGS. 4 (g) to (h) are partial schematic cross-sectional views showing an embodiment of a method for producing a stepped photomask of the present invention.
First, a
As the
Next, an acid resistant resist is applied by spin coating or the like to form a resist layer 81 (see FIG. 3B).
次に、レジスト層81に所定のマスクを使ってパターン露光、現像処理等のパターニング処理を行って、透明基板71の所定位置にレジストパターン81aを形成する(図3(c)参照)。
Next, patterning processing such as pattern exposure and development processing is performed on the
次に、レジストパターン81aをマスクにして弗酸を主成分とするエッチング液にて透明基板71をエッチングして、基板厚d2の基板厚の異なる透明基板領域71aを形成し
、レジストパターン81aを専用の剥離液で除去して、透明基板71の所定位置に基板厚d2の基板厚の異なる透明基板領域71aが形成された段差付透明基板を作製する(図3(d)参照)。
Next, using the
次に、段差付透明基板の加工面にスパッタリング等により、酸化クロム膜、クロム膜
及び酸化クロム膜からなる遮光層72を形成する(図3(e)参照)。
Next, a
次に、遮光層72上にスピンコート法等によりレジストを塗布し、レジスト層82を形成し(図3(f)参照)、電子ビーム描画装置にてパターン描画、現像処理等のパターニング処理を行って、遮光層72上にレジストパターン82aを形成する(図4(g)参照)。電子ビーム露光では、基板厚の異なる領域に形成されたレジスト層をパターン露光する際、露光面の位置(フォーカス)調整を比較的容易に行うことができる。
Next, a resist is applied on the
レジストパターン82aをマスクにして専用のエッチング液にて遮光層72をエッチングし、レジストパターン82aを専用の剥離液で除去して、段差付透明基板の遮光層72の所定位置に開口部72a及び開口部72bが形成された本発明の段差付フォトマスク70を得る(図4(h)参照)。
Using the resist
請求項2または3に係る本発明のカラーフィルタ基板100は、図2に示すように、透明基板11上にブラックマトリクス21bと、遮光額縁層21aと、複数の着色フィルタからなる着色フィルタ層30と、透明電極層41と、柱状スペーサー51a及びダミー柱状スペーサー51bとが形成されており、着色フィルタ層30からなるメインパターン領域上に形成された柱状スペーサー51aの上部と、透明基板11周辺部に形成されたダミー柱状スペーサー51bの上部とが同じ高さになるようにしてある。
これは、本発明のカラーフィルタ基板と対向基板(TFT基板)とをパネル化した場合着色フィルタ層30からなるメインパターン領域と透明基板11周辺部とを含めて、パネルギャップを均一化することができ、液晶注入に要する時間を短縮できる。
As shown in FIG. 2, the
This is because when the color filter substrate of the present invention and the counter substrate (TFT substrate) are made into a panel, the panel gap can be made uniform including the main pattern region formed of the
以下本発明のカラーフィルタ基板100の作製方法について説明する。
図5(a)〜(f)及び図6(g)〜(i)は、本発明のカラーフィルタ基板100の製造方法の一実施例を示す部分模式構成断面図である。
まず、透明基板11上にアクリル系樹脂にカーボンブラック等を分散した黒色の感光性樹脂をスピンナーにて塗布し、黒色感光性樹脂層21を形成し(図5(a)参照)、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、ブラックマトリクス21b及び遮光額縁層21aを形成する(図5(b)参照)。
ここで、透明基板11としては、低膨張ガラス、ノンアルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板及びプラスチックフィルム等が利用できる。
Hereinafter, a method for manufacturing the
FIGS. 5A to 5F and FIGS. 6G to 6I are partial schematic cross-sectional views showing an embodiment of the method for manufacturing the
First, a black photosensitive resin in which carbon black or the like is dispersed in an acrylic resin is applied on a
Here, as the
次に、アクリル系の感光性樹脂に着色顔料(例えば、ジアントラキノン系顔料)を分散した赤色感光性樹脂溶液をスピンナーを用いてブラックマトリクス21b及び遮光額縁層21aが形成された透明基板11上に塗布し、赤色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルタ31Rを形成する(図5(c)参照)。
Next, a red photosensitive resin solution in which a color pigment (for example, dianthraquinone pigment) is dispersed in an acrylic photosensitive resin is used on the
次に、アクリル系の感光性樹脂に着色顔料(例えば、フタロシアニングリーン系顔料)を分散した緑色感光性樹脂溶液をスピンナーを用いてブラックマトリクス21b、遮光額縁層21a及び赤色フィルタ31Rが形成された透明基板上に塗布し、緑色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルタ31Gを形成する(図5(d)参照)。
Next, a green photosensitive resin solution in which a color pigment (for example, phthalocyanine green pigment) is dispersed in an acrylic photosensitive resin is used to form a
次に、アクリル系の感光性樹脂に着色顔料(例えば、フタロシアニンブルー系顔料)を分散した青色感光性樹脂溶液をスピンナーを用いてブラックマトリクス21b、遮光額縁層21a、赤色フィルタ31R及び緑色フィルタ31Gが形成された透明基板上に塗布し、青色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルタ31Bを形成し、ブラックマトリクス21b及び遮光額縁層21aが形成された透明基板上に赤色フィルタ31R、緑色フィルタ31G及び緑色フィルタ31Bからなる着色フィルタ層30を形成する(図5(e)参照)。
Next, a blue photosensitive resin solution in which a color pigment (for example, phthalocyanine blue pigment) is dispersed in an acrylic photosensitive resin is used to form a
次に、酸化インジウム錫系の合金ターゲットを用いてスパッタリングして、着色フィルタ層30、遮光額縁層21a及び透明基板11上に酸化インジウム錫膜からなる所定厚の透明電極層41を形成する(図5(f)参照)。
透明電極層41の膜厚としては1400Å前後である。
Next, sputtering is performed using an indium tin oxide-based alloy target to form a
The film thickness of the
次に、アクリル系樹脂を主成分とする感光性樹脂溶液をスピンナーで塗布し、透明樹脂感光層51を形成する(図6(g)参照)。
ここで、透明樹脂感光層51の膜厚は、着色フィルタ層30のメインパターン領域の膜厚taと透明基板11周辺部の膜厚tbとはほぼ同じ厚さになるため、透明基板11周辺部に形成するダミー柱状スペーサーの高さが確保できる膜厚として、3〜5μmの範囲に設定する。
Next, a photosensitive resin solution containing acrylic resin as a main component is applied with a spinner to form a transparent resin photosensitive layer 51 (see FIG. 6G).
Here, the film thickness of the transparent resin
次に、近接露光(プロキシミティー)装置(TME−950P:トプコン製)に透明樹脂感光層51が形成されたカラーフィルタ基板と上記段差付フォトマスク70をセットして(図6(h)参照)、露光ギャップを調整した後UV光でパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行い、加熱硬化して柱状スペーサー51a及びダミー柱状スペーサー51bを形成し、透明基板11上にブラックマトリクス21bと、遮光額縁層21aと、赤色フィルタ31R、緑色フィルタ31G及び緑色フィルタ31Bからなる着色フィルタ層30と、透明電極層41と、着色フィルタ層30からなるメインパターン領域に柱状スペーサー51aと、透明基板11周辺部にダミー柱状スペーサー51bとが形成されたカラーフィルタ基板100を得る(図6(i)参照)。
Next, the color filter substrate on which the transparent resin
ここで、透明基板11周辺部に形成された透明樹脂感光層51と段差付フォトマスク70の開口部72bとの露光ギャップを近接露光(プロキシミティー)法で一般的に用いられている標準ギャップに設定して、透明樹脂感光層51の膜厚とほぼ同じ厚みのダミー柱状スペーサー51bを形成する。
一方、着色フィルタ層30からなるメインパターン領域の透明樹脂感光層51と段差付フォトマスク70の開口部72aとの露光ギャップは標準ギャップより大きく設定し、露光光の回折(廻りこみ)によるパターンのボケを利用して、透明樹脂感光層51の膜厚よりも薄い柱状スペーサー51aを形成する。
この方式の近接露光(プロキシミティー)法にて作製する柱状スペーサー51aの高さは、ダミー柱状スペーサー51bよりも1〜2μm程低い値になる。
Here, the exposure gap between the transparent resin
On the other hand, the exposure gap between the transparent resin
The height of the
上記本発明のカラーフィルタ基板100と対向基板(TFT基板)とをパネル化することにより、着色フィルタ層30からなるメインパターン領域と透明基板11周辺部とを含めて、パネルギャップを均一化でき、液晶注入に要する時間を短縮するこができる。
By making the
11、71……透明基板
71a……基板厚の異なる透明基板領域
21……遮光層
21a……遮光額縁層
21b……ブラックマトリクス
30……着色フィルタ層
31R……赤色フィルタ
31G……緑色フィルタ
31B……青色フィルタ
41……透明電極層
51……透明感光性樹脂層
51a、61a……柱状スペーサー
51b、61b……ダミー柱状スペーサー
70……段差付フォトマスク
72……遮光層
72a、72b……開口部
81、82……レジスト層
81a、82a……レジストパターン
90……対向基板(TFT基板)
100、200……カラーフィルタ基板
ta……透明基板周辺部の透明感光性樹脂層の膜厚
tb……着色フィルタ層からなるメインパターン領域の透明感光性樹脂層の膜厚
d1……透明基板71の板厚
d2……基板厚の異なる透明基板領域71aの板厚
δd……柱状スペーサーとダミー柱状スペーサーとの高さの差
11, 71...
100, 200 ... Color filter substrate t a ... Film thickness t b of transparent photosensitive resin layer around transparent substrate ... Film thickness d 1 of transparent photosensitive resin layer in main pattern region made of colored filter layer ... Plate thickness d 2 of
Claims (4)
(a)透明基板上にブラックマトリクス、遮光額縁層を形成すする工程。
(b)複数の着色フィルタからなる着色フィルタ層を形成する工程。
(c)透明電極層を形成する工程。
(d)請求項1に記載の段差付フォトマスクを使って、近接露光(プロキシミティー)法にてパターン露光し、現像処理等を行って柱状スペーサーを形成する工程。 The method for producing a color filter substrate according to claim 2, comprising at least the following steps.
(A) A step of forming a black matrix and a light-shielding frame layer on a transparent substrate.
(B) A step of forming a colored filter layer comprising a plurality of colored filters.
(C) A step of forming a transparent electrode layer.
(D) A step of forming a columnar spacer by performing pattern exposure using a photomask with a step according to claim 1 by proximity exposure (proximity) method and performing development processing or the like.
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