JP5549233B2 - カラーフィルタ基板の露光方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタ基板の露光方法に関する。
近年の液晶表示装置の大型化に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタも大型化している。カラーフィルタの製造工程では、フォトリソグラフィ法によって着色層をパターニングするが、大型の露光マスクは非常に高価であるため、カラーフィルタの製造コストが高くなるという問題がある。そこで、小型マスクを用いた新しい露光方法が種々検討されている。
小型マスクを用いた露光方法としては、基板の大きさより小さなフォトマスクを露光ヘッドに装着した露光機を用い、基板を搬送しながら、露光対象となる基板全面に対して繰り返し露光を行う方式(以下「小型マスク連続露光方式」という)がある。
図10は、小型マスク連続露光方式における露光方法を示す平面図であり、図11は、基板とフォトマスクとブラインドシャッターとの位置関係を示す側面図である。
図10に示すように、フォトマスク130を基板120に対して配置する。フォトマスクには、例えば、ドット状の着色画素やフォトスペーサー(以下「PS」という)に対応する複数の開口131が設けられている。基板120を図の矢印方向に搬送しながら、基板120上の表示領域に開口131を通じて順次焼き付けを行い、着色画素やフォトスペーサー(図示せず)を形成する。
基板120は、着色画素が形成される表示領域140及び表示領域140の外周を取り囲む非表示領域150を有する。表示領域140に形成されるPSは、カラーフィルタ基板110と対向基板であるTFT基板との貼り合わせ時に両基板の間隔を一定に保つためのものである。PSは非表示領域150にも設けられる場合がある(非表示領域150に設けられるPSを以下「ダミーPS」という)。ダミーPSは、カラーフィルタ基板110とTFT基板との貼り合わせの際に、表示領域140の外側における両基板の間隔を一定に保持し、セルギャップ(液晶が入っているセルの間隙)を安定化させるために重要な役割を担う。
特開2006−292955号公報
一般に、PS(ダミーPSを含む)はカラーフィルター基板内の全ての部分に配置されるわけではなく、TFT配線との接触や基板の切り出し時の障害とならないように、部分的にダミーPSの形成されない領域が存在する。このダミーPSの形成されない領域は、カラーフィルタ基板とTFT基板との貼り合わせ時に基板が撓む要因となり、表示領域とその周辺とで貼り合わせ時の応力が異なる。そこで、カラーフィルタ基板とTFT基板との張り合わせ時に発生する応力の分布に合わせて、ダミーPSの配置密度、大きさ、高さが、表示領域内のPSとは別に調整される。また、カラーフィルタ基板の製造工程で必要なアラミメントマーク等との干渉を避ける目的で、ダミーPSは、非表示領域において不規則なピッチで配置される。
しかし、上述した小型マスク連続露光方式では、基板搬送方向に対して同一のパターンを繰り返し焼き付けるため、途中でパターンの形状やパターンの配列ピッチを切り替えることができない。また、図10に示すように、1枚の基板120には複数のカラーフィルタ110が露光されるが、この時、基板搬送方向に並ぶ表示領域140で挟まれた部分には、表示領域140と同じフォトマスクで露光を行わない。そのため、図11に示すように、基板と同期して移動するブラインドシャッターを設け、表示領域140間の領域を遮光する。これにより、非表示領域150において、基板搬送方向に直交する辺に沿う部分にはダミーPSを露光することができないという問題がある。
それ故に、本発明では、小型マスク連続露光方式を用いて、カラーフィルタ基板の表示領域の外側の非表示領域にダミーPSを効率的に形成できる露光方法を提供することを目的とする。
本発明は、第1の方向に延びる一対の辺と第1の方向と直交する第2の方向に延びる一対の辺とを有する矩形状の表示領域と、第1の方向の辺の各々に沿う一対の第1の非表示領域と、第2の方向の辺の各々に沿う一対の第2の非表示領域とを有し、表示領域に複数の着色画素及び複数のフォトスペーサー(PS)が設けられ、第1及び第2の非表示領域に複数のダミーフォトスペーサー(ダミーPS)が設けられるカラーフィルタ基板の露光方法に関するものである。
本発明に係るカラーフィルタ基板の露光方法は、フォトレジストを塗布した基板を第1の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、第1の非表示領域に第1のダミーPSを構成する第1のレイヤーを形成する工程と、フォトレジストを塗布した基板を第2の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、第2の非表示領域に第2のダミーPSを構成する第2のレイヤーを形成する工程とを備える。第1のレイヤーを形成する工程と、第2のレイヤーを形成する工程とを任意の順序で行う。第1のレイヤーと第2のレイヤーとは、着色画素を形成する材料とは異なる材料により形成する。
本発明に係る他のカラーフィルタ基板の露光方法は、第1の色のフォトレジストを塗布した基板を第1の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、表示領域内に第1の色の着色画素を形成すると共に、第1の非表示領域内に第1の色の着色画素を形成する材料と同一材料からなり、第1のダミーPSを構成する第1のレイヤーを形成する工程と、第2の色のフォトレジストを塗布した基板を第2の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、表示領域内に第2の色の着色画素を形成すると共に、第2の非表示領域内に第2の色の着色画素を形成する材料と同一材料からなり、第2のダミーPSを構成する第2のレイヤーを形成する工程と、第3の色のフォトレジストを塗布した基板を第1または第2の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、表示領域に第3の色の着色画素を形成する工程と、フォトレジストを塗布した基板に対して1回の露光を行い、第1の非表示領域内の第1のレイヤー上に第1のダミーPSを構成する第3のレイヤーを形成すると共に、第2の非表示領域内の第2のレイヤー上に第2のダミーPSを構成する第4のレイヤーを形成する工程とを備える。第1の色の着色画素及び第1のレイヤーを形成する工程と、第2の色の着色画素及び第2のレイヤーを形成する工程と、第3の色の着色画素を形成する工程とを任意の順序で行う。第3及び第4のレイヤーは、着色画素を形成する材料とは異なる材料により形成する。
また、本発明は、第1の方向に延びる一対の辺と第1の方向と直交する第2の方向に延びる一対の辺とを有する矩形状の表示領域と、第1の方向の辺の各々に沿う一対の第1の非表示領域と、第2の方向の辺の各々に沿う一対の第2の非表示領域とを有するカラーフィルタ基板に関するものである。
本発明に係るカラーフィルタ基板は、表示領域内に設けられる複数の着色画素と、表示領域内に設けられる複数のフォトスペーサーと、第1の非表示領域内に形成され、着色画素を形成する材料とは異なる材料から形成される第1のレイヤーからなる第1のダミーフォトスペーサーと、第2の非表示領域内に形成され、着色画素を形成する材料とは異なる材料から形成される第2のレイヤーからなる第2のダミーフォトスペーサーとを備える。
本発明の他のカラーフィルタ基板は、表示領域内に形成される着色画素と、表示領域内に形成されるフォトスペーサーと、第1の非表示領域に設けられ、第1の色の着色画素と同一材料から形成される第1のレイヤーと、第1のレイヤー上に積層され、着色画素とは異なる材料から形成される第3のレイヤーとからなる第1のダミーフォトスペーサーと、第2の非表示領域に設けられ、第2の色の着色画素と同一材料から形成される第2のレイヤーと、第2のレイヤー上に積層され、着色画素とは異なる材料から形成される第4のレイヤーとからなる第2のダミーPSとを備える。
本発明によると、小型マスク連続露光方式を用いて、カラーフィルタ基板の表示領域4辺の外側に位置する非表示領域の全域にダミーPSを露光することができる。
本発明の各実施形態に共通する基本的な露光方法を示す平面図 本発明の各実施形態に共通するフォトマスクの開口の配置例を示す平面図 本発明の各実施形態に共通する基本的な露光方法を示す平面図 本発明の各実施形態に共通するカラーフィルタの平面図 図4に示すB部分の拡大図 第1の実施形態に係るカラーフィルタ基板上のPS及びダミーPSの断面図 第1の実施形態に係るカラーフィルタ基板の露光方法を示す平面図 第2の実施形態に係るカラーフィルタ基板上のPS及びダミーPSの断面図 第2の実施形態に係るカラーフィルタ基板の露光方法を示す平面図 小型露光マスク連続露光方式による露光方法を示す平面図 基板とフォトマスクとブラインドシャッターとの位置関係を示す側面図
(基本構成)
図1は、本発明の各実施形態に共通する基本的な露光方法を示す平面図である。図2は、本発明の各実施形態に共通する基本的なフォトマスクの開口の配置を示す平面図であって、図1のA部分の拡大図である。図1において、右下がりのハッチングで示す領域は表示画素が配列される表示領域であり、右上がりのハッチングで示す領域は後述する第1の非表示領域である。また、以降の各図面においては、説明の便宜上、互いに直交するX方向及びY方向を用いて基板の向きを特定する。具体的には、X方向は、表示領域の対向する短辺に平行な方向であり、Y方向は、表示領域の対向するに長辺に平行な方向である(以下の図においても同様である)。
図1に示すように、フォトマスク30a〜30lは、複数の露光ヘッドに夫々装着され、X方向に整列する2行に分けて配置されている。より詳細には、1行目(基板20の投入側)には、所定間隔を空けてフォトマスク30a、30c、30e、30g、30i、30kが配置され、2行目には、1行目のフォトマスクの間隔部分に対応して、フォトマスク30b、30d、30f、30h、30j、30lが相補的に配置されている。
フォトマスク30a〜30lには、表示領域40における複数の着色画素、複数のPSに対応する開口が設けられており、更に、フォトマスク30aの左端、30eの右端、30fの左端及び30kには、後述する第1の非表示領域51に形成される複数のダミーPSに対応する開口が設けられる。
ここで、図2に示すように、フォトマスク30aには、開口の配列31及び32が2つの領域に分けて形成されている(図示は省略するが、他のフォトマスク30b〜30lについても同様である)。これは、1枚のフォトマスクで2通りのパターンを形成可能とするためである。使用方法としては、Y方向に基板20を搬送する場合は開口31を用いて露光を行い、後述するX方向に基板20を搬送する場合は開口32を用いて露光を行う。基板搬送方向をX及びY方向で切り替える際には、光源に対して開口の配列31又は32が選択的に対向するようにフォトマスクを上下にシフトさせ、使用する開口の配列を切り替える。
図1の例では、基板20上に8つのカラーフィルタ基板10が形成される。露光時には、図1に示すように配列したフォトマスク30a〜30lに対して、図1に示すように、基板20のY方向と搬送方向を一致させ、所定の速度で基板20を搬送しながら間欠的に複数回の露光を行い、基板20上の表示領域40に着色画素及びPSを順次パターニングし、表示領域40のY方向の辺の各々に沿う一対の領域(以下「第1の非表示領域」という)51にダミーPSを順次パターニングする。この過程において、基板搬送方向に隣接する表示領域40間の領域は、ブラインドシャッターを用いて遮光される。
図3は、本発明の各実施形態に共通する基本的な露光方法を示す平面図であって、図1の露光方法と組み合わせて行われる露光方法を示す。図3において、右下がりハッチングで示す領域は表示領域であり、右上がりのハッチングで示す領域は後述する第2の非表示領域である。
Y方向にスキャン露光を行った後には、第1の非表示領域51の露光が終了した基板20を、図1に示した状態から90度回転させ、フォトマスク30a〜30lに対して図3に示すように設置する(基板の搬送方向と基板のX方向とが一致する)。図3に示す露光時には、基板20の向きに応じて露光すべきパターンを変える必要があるが、フォトマスク毎換装する代わりに、フォトマスク30a〜30lの夫々に設けられた他方の開口の配列32(図2参照)を用いることができる。また、フォトマスク30a〜30lには、表示領域40における複数の着色画素、複数のPSに対抗する開口が設けられており、更に、フォトマスク30aの左端、30cの右端、30dの左端、30fの右側、30gの左端、30iの右側、30jの左側及び30lの右側には第2の非表示領域52に形成される複数のダミーPSに対応する開口が設けられる。
基板20のX方向と搬送方向とを一致させ、所定の速度で基板20を搬送しながら間欠的に複数回露光を行い、基板20上の表示領域40に着色画素及びPSを表示領域40に順次パターニングし、表示領域40におけるX方向の辺の各々に沿う一対の領域(以下「第2の非表示領域」という)52にダミーPSを順次パターニングする。この過程において、基板搬送方向に隣接する表示領域40間の領域は、ブラインドシャッターを用いて遮光される。
尚、表示領域40内の同一色の着色画素及びPSを構成する同一色の層は、X方向またはY方向の一回のスキャンで露光しても良いし、X及びY方向の2回のスキャンに分けて露光しても良い。
図4は、露光後のカラーフィルタ基板の平面図であり、図5は、図4のB部分の拡大図である。
X及びY方向に小型マスク連続露光を行った後のカラーフィルタ基板10は、表示領域40に着色画素(図示せず)やPS90を有し、かつ、第1の非表示領域51及び第2の非表示領域52に複数のダミーPS71及び72を有する。
以下、図6〜13と共に図5を参照しながら、各実施形態に係る露光方法を説明する。
(第1の実施形態)
図6は、第1の実施形態に係るカラーフィルタ基板の一部の断面図であり、より特定的には、(a)は、図5のI−Iラインに沿う部分及びII―IIに沿う部分に相当する断面図であり、(b)は、図5のIII−IIIラインに沿う部分に相当する断面図である。
図6(a)に示すように、第1の非表示領域51及び第2の非表示領域52においては、ブラックマトリクス61及びITO膜63が積層された基板20上に、ダミーPS71を構成する第1のレイヤー81またはダミーPS72を構成する第2のレイヤー82が形成されている。表示領域40においては、(b)に示すように、基板20上にブラックマトリクス61と着色層62とITO膜63とが積層されている。そして、ブラックマトリクス61の上層にあるITO膜63上に第1のPS90を構成するレイヤー91が形成されている。本実施形態では、第1のレイヤー81及びレイヤー90は、例えば、着色画素を構成する着色層とは異なる絶縁樹脂により形成される。
図7は、第1の実施形態に係るカラーフィルタ基板の露光方法を示す平面図である。尚、説明の簡略化の為、基板全面のうち1つのカラーフィルタ基板に対応する領域のみを図示している。また、図7における上方向が基板の搬送方向である。
まず、公知の手法を用いて、基板20上にブラックマトリクス61と着色画素62とを形成し、更にブラックマトリクス61と着色画素62とを覆うようにITO膜63を形成する。更に、基板20上にフォトレジストを塗布する。
(a)に示すY方向に基板20を搬送しながら、基板20上の第1の非表示領域51(右上がりのハッチングで示す領域)に第1のレイヤー81を露光しながら、表示領域40(右下がりハッチングで示す領域)にレイヤー90を露光する。
次に、基板20を90度回転させて、(b)に示すX方向に基板20を搬送しながら、第2の非表示領域52(右上がりのハッチングで示す領域)に第2のレイヤー82を露光する。
このように、基板20に対してX及びY方向に1回ずつ小型マスク連続露光を行うことで、所望の配置ピッチ及び形状にて、第1の非表示領域51内に単層からなるダミーPS71を形成し、第2の非表示領域52内に単層からなるダミーPS72を形成することができる。
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係るカラーフィルタ基板上のPS及びダミーPSの断面図である。より特定的には、(a)は、図5のI−Iラインに沿う部分に相当する断面図であり、(b)は、図5のII―IIに沿う部分に相当する断面図であり、(c)は、図5のIII−IIIラインに沿う部分に相当する断面図である。
図8(a)に示すように、第1の非表示領域51においては、ブラックマトリクス61が表面に形成された基板20上に、ダミーPS71を構成する第1のレイヤー81及び第3のレイヤー83とが形成されている。第2の非表示領域52においては、(b)に示すように、ブラックマトリクス61が表面に形成された基板20上に、ダミーPS72を構成する第2のレイヤー81及び第4のレイヤー84とが形成されている。表示領域40においては、(c)に示すように、基板20上にブラックマトリクス61と着色層62とが積層されている。ブラックマトリクス61上の着色層62には、PS90を構成するレイヤー91〜93が積層されている。第3のレイヤー83、第4のレイヤー84及びレイヤー93は、着色画素を構成する着色層とは異なる絶縁樹脂により形成される。
図9は、第2の実施形態に係るカラーフィルタ基板の露光方法を示す平面図である。図9においても、上方向が基板の搬送方向である。
まず、公知の手段を用いて、基板20上にブラックマトリクス61を形成する。更に、基板20に赤色のフォトレジストを塗布して、(a)に示すY方向に基板20を搬送しながら小型マスク連続露光を行うことで、表示領域40内に赤色の着色層62を形成し、第1の非表示領域51内に第1のレイヤー81を形成する。
次に、基板20に緑色のフォトレジストを塗布し、(b)に示すX方向に基板20を搬送しながら小型マスク連続露光を行うことで、表示領域40内に緑色の着色画素とレイヤー91を形成し、第2の非表示領域52内に第2のレイヤー82を形成する。
次に、基板20に青色のフォトレジストを塗布し、(c)に示すY方向に基板20を搬送しながら小型マスク連続露光を行うことで、表示領域40内に青色の着色画素とレイヤー92を形成する。尚、本工程では、X方向に基板20を搬送しながら小型マスク連続露光を行っても良い。
次に、表示領域40、第1の非表示領域51及び第2の非表示領域52を覆うように、ITO膜63を形成する。
最後に、絶縁樹脂よりなるフォトレジストを基板20に塗布し、(d)に示すように、基板20に対して1回の露光を行い、第1の非表示領域51内の第1のレイヤー81上に第3のレイヤー83を形成すると同時に、第2の表示領域52内の第2のレイヤー82上に第4のレイヤー84を形成し、表示領域40内のレイヤー92上にレイヤー93を形成する。この工程では、小型のマスクではなく、1枚のカラーフィルタ基板に対応する大きさの1枚のフォトマスクが使用される。
このように、第1〜3の色の着色画素と同一材料からなる1層のレイヤーと、絶縁樹脂よりなる1層のレイヤーとの積層体としてサブPSを形成した場合でも、第1の非表示領域及び第2の非表示領域及び表示領域を一括して露光することできる。また、積層構造とすることにより、ダミーPSを更に高く形成することができる。
尚、上記の第1の実施形態においては、基板のスキャン順序をX方向、Y方向に特定しており、上記の第2の実施形態では、基板のスキャン順序をX方向、Y方向、X方向に特定しているが、スキャン順序はこれらに限定されない。例えば、第1の実施形態においては、図7の(a)と(b)とを逆の順番で行っても良い。更に、第2の実施形態においては、図9の(a)、(c)、(b)及び(d)の順、または、図9の(b)、(a)、(c)及び(d)の順、または、図9の(b)、(c)、(a)及び(d)の順、図9の(c)、(a)、(b)及び(d)の順、または、図9の(c)、(b)、(a)及び(d)の順のいずれで行っても良い。
また、上記の第1及び2の実施形態においては、非表示領域のダミーPSを形成しながら表示領域のPSを形成しているが、必ずしもこれに限定されず、PSは別の工程で作製しても良い。
更に、上記の第2の実施形態においては、着色層の色と形成順序を特定しているが、色や形成順序は第2の実施形態の例に限定されず、任意である。
本発明は、例えば、液晶表示装置や有機ELに用いられるカラーフィルタ基板の露光方法に用いることができる。
10 カラーフィルタ基板
20 基板
30 フォトマスク
31、32 開口の配列
40 表示領域
51 第1の非表示領域
52 第2の非表示領域
61 ブラックマトリクス
62 着色層
63 ITO膜
71、72 ダミーPS
81 第1のレイヤー
82 第2のレイヤー
83 第3のレイヤー
84 第4のレイヤー
90 PS
91〜94 レイヤー

Claims (2)

  1. 第1の方向に延びる一対の辺と前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる一対の辺とを有する矩形状の複数の表示領域と、前記第1の方向の辺の各々に沿う一対の第1の非表示領域と、前記第2の方向の辺の各々に沿う一対の第2の非表示領域とを有し、前記表示領域に複数の着色画素及び複数のフォトスペーサー(PS)が設けられ、前記第1及び第2の非表示領域の各々の、少なくとも前記複数の表示領域間の各領域に複数のダミーフォトスペーサー(ダミーPS)が設けられるカラーフィルタ基板の露光方法であって、
    フォトレジストを塗布した基板を前記第1の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、前記第1の非表示領域に第1のダミーPSを構成する第1のレイヤーを形成する工程と、
    フォトレジストを塗布した基板を前記第2の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、前記第2の非表示領域に第2のダミーPSを構成する第2のレイヤーを形成する工程とを備え、
    前記第1のレイヤーを形成する工程と、前記第2のレイヤーを形成する工程とを任意の順序で行い、
    前記第1のレイヤーと前記第2のレイヤーとを、前記着色画素を形成する材料とは異なる材料により形成する、カラーフィルタ基板の露光方法。
  2. 第1の方向に延びる一対の辺と前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる一対の辺とを有する矩形状の複数の表示領域と、前記第1の方向の辺の各々に沿う一対の第1の非表示領域と、前記第2の方向の辺の各々に沿う一対の第2の非表示領域とを有し、前記表示領域に複数の着色画素及び複数のフォトスペーサー(PS)が設けられ、前記第1及び第2の非表示領域の各々の、少なくとも前記複数の表示領域間の各領域に複数のダミーフォトスペーサー(ダミーPS)が設けられるカラーフィルタ基板の露光方法であって、
    第1の色のフォトレジストを塗布した基板を前記第1の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、前記表示領域内に第1の色の着色画素を形成すると共に、前記第1の非表示領域内に前記第1の色の着色画素を形成する材料と同一材料からなり、第1のダミーPSを構成する第1のレイヤーを形成する工程と、
    第2の色のフォトレジストを塗布した基板を前記第2の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、前記表示領域内に第2の色の着色画素を形成すると共に、前記第2の非表示領域内に前記第2の色の着色画素を形成する材料と同一材料からなり、第2のダミーPSを構成する第2のレイヤーを形成する工程と、
    第3の色のフォトレジストを塗布した基板を前記第1または前記第2の方向に搬送しながら、間欠的に複数回の露光を行い、前記表示領域に第3の色の着色画素を形成する工程と、
    フォトレジストを塗布した基板に対して1回の露光を行い、前記第1の非表示領域内の第1のレイヤー上に前記第1のダミーPSを構成する第3のレイヤーを形成すると共に、前記第2の非表示領域内の第2のレイヤー上に前記第2のダミーPSを構成する第4のレイヤーを形成する工程とを備え、
    前記第1の色の着色画素及び前記第1のレイヤーを形成する工程と、前記第2の色の着色画素及び前記第2のレイヤーを形成する工程と、前記第3の色の着色画素を形成する工程とを任意の順序で行い、
    前記第3及び第4のレイヤーを、前記着色画素を形成する材料とは異なる材料により形成する、カラーフィルタ基板の露光方法。
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