JP6682759B2

JP6682759B2 - カラーフィルタ基板の製造方法

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Publication number: JP6682759B2
Application number: JP2014243785A
Authority: JP
Inventors: 翼北村
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: JP2016109713A

Description

本発明は、カラー液晶表示装置やカラー撮像管素子等に用いるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。

液晶ディスプレイは、２枚の基板の間に液晶を挟み、この液晶に画素ごとに電圧を印加して光の透過と非透過（遮断）とを制御して、この透過部分と遮断部分とで画面表示を行うディスプレイである。そして、２枚の基板のうち一方の基板に画素ごとに透明着色膜を設けて、その透過光を着色することにより、カラー表示を可能としている。この透明着色画素を設けた基板は一般にカラーフィルタ基板と呼ばれる。図７は、従来のカラーフィルタ基板の例を断面で示した説明図である。このカラーフィルタ基板２００は、図７に示すような構造を有している。すなわち、カラーフィルタ基板２００は、透明基板１１０と、この透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜１２０（ＢＭ、ブラックマトリックス）と、画素領域に設けられた透明着色画素１３０とを備えて構成されている。透明着色画素１３０は画素領域ごとに異なる色彩を有しており、代表的には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の３色の透明着色画素（ＲＢＧ画素）が利用される（図７（ａ））。

さらに、図７（ｂ）で示すように、着色画素１３０上にオーバーコート層（保護層）１４０を設け、隣接画素間の段差、もしくはＢＭと着色画素との段差を平坦化している。さらに、オーバーコート層１４０上にフォトスペーサを設け、カラーフィルタ基板としている。このフォトスペーサは、カラーフィルタ基板２００と、一方の基板とで液晶を挟むのに、この基板間を支えるもので、高さの高い第１のフォトスペーサ１５１と、高さの低い第２のフォトスペーサ１５２とからなる。基板間に圧力が加わった場合、高いフォトスペーサ１５１だけでは破壊される恐れがあり、これを補うために高さの低いフォトスペーサ１５２が設けられている。

図８は、従来のカラーフィルタ基板のフォトスペーサの製造方法の例を断面で示した説明図である。従来のカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）２００の製造では、まず、ＲＧＢ画素１３０と、ブラックマトリックス１２０とを形成し、図７（ａ）に示すカラーフィルタを製造する。その上に、図７（ｂ）に示す、オーバーコート層（保護層）１４０と、高さの高い第１フォトスペーサ（以下メインＰＳ）１５１と、高さの低い第２フォトスペーサ（以下サブＰＳ）１５２とを形成する。この形成方法は、２工程に分割し、１工程目にてオーバーコート膜（ＯＣ膜）を塗布し、焼成して保護層１４０を形成する。保護層１４０のカラーフィルタ基板端部は、除去して形成している。その後図８に示すように、２工程目にて、メインＰＳ１５１とサブＰＳ１５２とを形成している。この２工程目では、フォトレジスト１７０を全面に塗布し、フォトマスク１００を介して、紫外線を露光し、現像する。このときに利用するフォトマスク１００は、形成速度差を付与するためにサブＰＳ部にハーフトーン（以下ＨＴ）膜１９０を積層させ、ＵＶ光透過率を下げた減光部を有したフォトマスク１００とし、これを用い、メイン・サブＰＳを形成する（特許文献１）。

ここで、保護層には、熱硬化型・光硬化型いずれか一方のＯＣ膜が用いられる。熱硬化型の場合は、ＯＣ膜を塗布しそのまま焼成することにより保護層を形成する。光硬化型の場合は、ＯＣ膜を塗布し全面を露光・現像し焼成することにより保護膜を形成する。

また、ＨＴ膜には金属薄膜（例えばＣｒ）が用いられる（特許文献２）。露光光には波長３６５ｎｍのｉ線が用いられる。

特開２００９−１５１０７１号公報特開２０１１−１３３８２号公報

現在液晶パネルの著しい価格低下に伴い、ＣＦ基板にもコストダウンが要望されている。そのためＣＦ基板製造工程の短縮・工程削減などＣＦ基板の生産性を向上させることが求められている。従来のＣＦ基板製造工程において、画素色毎に工程を分割しＣＦパターンを形成しているが、オーバーコートＯＣとフォトスペーサＰＳに関しては、同じ透明材料であるにも関わらずＯＣ膜形成工程とメイン／サブＰＳ形成工程の２工程に分割しＣＦ製造を行っていた。

また、カラーフィルタ基板製造では、多数のカラーフィルタパネルを面付けして製造し、その後個別に切り離す。この場合、カラーフィルタパネル断裁の際にオーバーコート材のカスが発生し、品質不良になることが問題とされている。

本発明は、以上のような事情の下になされ、オーバーコート層とフォトスペーサとの製造工程を減少し、さらにカラーフィルタ基板を切断する際にオーバーコート材のカスが発生しないカラーフィルタ基板の製造方法を提供することを課題とする。

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、透明基板上に多数のカラーフィルタパネルを面付けしたカラーフィルタ基板を製造するため、少なくとも、ブラックマトリックスと複数の着色画素とを形成する工程と、フォトレジストを塗布する工程と、第１のフォトスペーサに対応した開口部と第２のフォトスペーサに対応したハーフトーン膜Ａ形成部とオーバーコート層に対応し、かつ、前記ハーフトーン膜Ａよりも透過率の少ないハーフトーン膜Ｂ形成部と前記カラーフィルタパネルの外周部に対応した遮光部とを有するフォトマスクを用いて前記フォトレジストを露光・現像する工程と、を含むカラーフィルタ基板の製造方法であって、前記遮光部で、前記カラーフィルタパネルの外周部のオーバーコート層を除去することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。

本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の前記フォトマスクが、前記第１のフォトスペーサの高さをＡ、前記第２のフォトスペーサの透過率を０．８×Ａ、前記オーバーコート層の厚みを０．４×Ａとするため、前記ハーフトーン膜Ａの透過率を２０％、前記ハーフトーン膜Ｂの透過率を６％としたフォトマスクであることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。

本発明の請求項３の発明は、前記フォトレジストがネガ型であることを特徴とする請求項１または２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。

本発明のカラーフィルタ基板、その製造方法、およびそのためのフォトマスクは、以上のような構成であって、オーバーコート、２種のフォトスペーサを同時に形成できるので、工程を減少することができる。また、カラーフィルタパネルの外周部のオーバーコート層を、同時に除去して形成するので、さらにカラーフィルタ基板を切断する際にオーバーコート材のカスが発生しないという効果を有するカラーフィルタ基板、その製造方法、およびそのためのフォトマスクとすることができる。

図１は本発明の製造方法で用いるフォトマスクの実施形態の例を断面で示した説明図で、図１（ａ）は、本例で用いるフォトマスク、図１（ｂ）は、本例のフォトマスクを用いて製造するカラーフィルタ基板の例の説明図である。本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の実施形態例を断面で示した説明図である。フォトスペーサの設計値の一例を断面で示した部分説明図である。使用するフォトレジストにより形成されるサブＰＳと、ＯＣの膜厚と、フォトレジストを用いたハーフトーンマスクの透過率との関係を模式的に示す特性図である。本発明の製造方法で用いるフォトマスクの製造方法の例を断面で示した部分説明図である。本発明の製造方法で用いるフォトマスクの製造方法の例を断面で示したその他の部分説明図である。従来のカラーフィルタ基板の例を断面で示した説明図である。従来のカラーフィルタ基板のフォトスペーサの製造方法の例を断面で示した説明図である。

以下、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法、およびカラーフィルタ基板の製造方法で用いるフォトマスクについて詳細に説明する。

図１は本発明の製造方法で用いるフォトマスクの実施形態の例を断面で示した説明図で、図１（ａ）は、本例のフォトマスク、図１（ｂ）は、本例のフォトマスクを用いて製造するカラーフィルタ基板の例の説明図である。

図１に示すように、本実施例で用いるフォトマスク１０はカラーフィルタ基板２０を製造するためのもので、そのカラーフィルタ基板２０は、透明基板Ｂ１１０上に、少なくとも、ブラックマトリクス１２０と、複数色の着色画素１３０と、オーバーコート層１７と、フォトスペーサと、をこの順で具備し、フォトスペーサは第１のフォトスペーサ１５と高さの異なる第２のフォトスペーサ１６とからなる。
そしてフォトマスク１０は、透明基板Ａ１９上に、
第１のフォトスペーサ１５に対応した開口部１１と、
第２のフォトスペーサ１６に対応したハーフトーン膜Ａ形成部１２と、
オーバーコート層１７に対応したハーフトーン膜Ａ１２よりも透過率の少ないハーフトーン膜Ｂ形成部１３と、
前記カラーフィルタパネルの外周部に対応した遮光部と、
を具備する。

つぎに、本発明のカラーフィルタ基板を製造する例を示す。

図２は、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の実施形態例を断面で示した説明図である。
（１）まず図２（ａ）に示すように、透明基板Ｂ上１１０に、少なくとも、ブラックマトリクス１２０と、複数色の着色画素１３０と、を形成する。
（２）つぎに、形成された透明基板Ｂ１１０上にフォトレジスト１７を塗布、形成する（図２（ｂ））。
（３）つぎに、上記実施形態例で記載のフォトマスク１０を介し、フォトレジスト１７を露光・現像する（図２（ｃ））。
（４）つぎに、不要なレジストを除去し、カラーフィルタ基板を得る（図２（ｄ））。

本発明のフォトマスクは、以上のように、透明基板Ａ１９上に、第１のフォトスペーサ１５に対応した開口部１１と、第２のフォトスペーサ１６に対応したハーフトーン膜Ａ形成部１２と、オーバーコート層１７に対応した部位に、ハーフトーン膜Ａ１２よりも透過率の少ないハーフトーン膜Ｂ形成部１３と、カラーフィルタパネルの外周部に対応した遮光部１４と、を具備した構成としている。この構成から、オーバーコート、２種のフォトスペーサに対応した部分はそれぞれ異なる透過率となるため、フォトレジストに露光した際にはそれぞれ露光量が変わり、それを同時に露光し、現像することで同時に各部が形成できる。このため、カラーフィルタ基板の製造工程を減少することができる。また、オーバーコートの端部を、遮光層により、同時に削除して形成するので、さらにカラーフィルタ基板を切断する際にオーバーコート材のカスが発生しないという効果を有するカラーフィルタ基板、その製造方法、およびそのためのフォトマスクとすることができる。

以上のフォトマスク、およびカラーフィルタ基板について、その具体的な実施例について述べる。

本発明のフォトマスクのハーフトーン膜Ａ形成部、ハーフトーン膜Ｂ形成部、遮光部などのフォトマスク上に形成される積層膜の材質や透過率については、つぎのような特性値が例示できる。

メインＰＳ部）膜付け無し透過率９８％以上
サブＰＳ部）ＨＴ膜：酸化Ｃｒ透過率２０〜４０％
ＯＣ部）ＨＴ膜：酸化Ｃｒ透過率５〜１０％
パネル外周部）遮光膜：Ｃｒ透過率０％
このような特性値を有する材料を用いてフォトマスクを設計する手法を例示する。

まず、メインＰＳ、サブＰＳの仕様を表１、図３に示すように、それぞれ次のように例示する。表１は、本例の設計値、図３は、本例のそれぞれの設計値を断面で示した部分説明図である。
メインＰＳＡμｍ
サブＰＳ０．８Ａμｍ
メインＰＳ／サブＰＳ膜厚差０．２Ａμｍ
ＯＣ膜厚０．４Ａμｍ
フォトレジスト膜厚は、この設計値から１．４Ａμｍと選定される。
フォトレジストとしては、ネガ型フォトレジストを用いる。

つぎに、透過率を決める。図４は使用するフォトレジストにより形成されるサブＰＳと、ＯＣの膜厚と、フォトレジストを用いたハーフトーンマスクの透過率との関係を模式的に示す特性図である。この図に、上記のサブＰＳと、ＯＣとの膜厚の設計値（０．８Ａμｍ、０．４Ａμｍ）を太線で明示した。このときのハーフトーン膜の透過率（ＨＴ透過率）を特性図より、
サブＰＳ部）ＨＴ膜透過率２０％
ＯＣ部）ＨＴ膜透過率６％
として選定できる。

なお使用するネガ型フォトレジストとしては、ポリエステルアミド酸／エポキシ樹脂／エポキシ硬化剤／カップリング剤／界面活性剤／重合開始剤および溶媒からなるものが例示できる。

つぎに、本発明のフォトマスクの製造方法について例示する。本フォトマスクは、従来のフォトリソ技術を利用したフォトマスクの製造方法で、製造できる。図５、図６は、本発明のフォトマスクの製造方法の例を断面で示した説明図である。
（１）まず、透明基板の全面に酸化クロム膜３１とクロム膜３２を順次形成する（図５（ａ）に示す）。この膜形成はスパッタ方式で形成するのがよく、酸化クロム膜の形成には、アルゴンガスと酸素ガスを混合した雰囲気中でスパッタして形成することで、クロムを共通のターゲットとすることができるので、それぞれの材料をターゲットとする必要がないので作業が効率が上がる。そして、酸化クロム膜はオーバーコート層１７の形成に必要な透過率を満足する膜厚となる様に形成する。酸化クロム膜は、半透明膜である。
（２）つぎに、遮光部１４に対応した部位にレジストが残る様に、レジストパターン４１を形成する（図５（ｂ）に示す）。
（３）クロム膜をエッチングする（図５（ｃ）に示す）。
（４）つぎに、第１のフォトスペーサ１５の開口部１１と、第２のフォトスペーサ１６のハーフトーン膜Ａ形成部１２と、に対応した部位が開口したレジストパターンを形成する（図５（ｄ）に示す）。
（６）つぎに、レジストパターン４２を全て剥離してから、開口部１１に対応した部位が開口したレジストパターン４３を形成する（図５（ｆ）に示す）。
（７）つぎに酸化クロムをエッチングして、開口部１１の酸化クロム膜を全て除去する（図６（ｇ）に示す）。
（８）レジストパターン４３を剥離する（図６（ｈ）に示す）。

以上のようにして、本発明のフォトマスクを製造することができる。なおこの例では、実施の形態例で示したフォトマスク（図６（ｉ）に示す）とは次のように対応する。
オーバーコート層１７に対応した部位を開口した遮光部１４には、クロム膜と基板に形成した厚さの酸化クロム膜、
第１のフォトスペーサ１５に対応した開口部１１には、透明基板の開口部、
第２のフォトスペーサ１６に対応したハーフトーン膜Ａ形成部１２には、ハーフトーン膜Ａ形成部１２に必要な透過率を満足する膜厚の酸化クロム膜、
遮光層と開口部とハーフトーン膜Ａ形成部とを除く部位１３には、形成した膜厚の酸化クロム膜、がそれぞれ対応する。そして、それぞれの部位が設計に対応した透過率となるように、各膜の厚さを調整して製造する。なお、本実施例では透過率を調整するための膜として酸化クロム膜を用いたが、別の材料を用いてもよい。例えば、モリブデンシリサイドを用いることができる。

１０・・・フォトマスク
１１・・・開口部
１２・・・ハーフトーン膜Ａ形成部
１３・・・ハーフトーン膜Ｂ形成部
１４・・・遮光部
１５・・・第１のフォトスペーサ
１６・・・第２のフォトスペーサ
１７・・・オーバーコート層
１８・・・着色画素
１９・・・透明基板
２０・・・カラーフィルタ基板
３１・・・酸化クロム膜
３２・・・クロム膜
４１、４２、４３・・・レジストパターン
１１０・・・透明基板
１２０・・・遮光膜
１３０・・・透明着色画素
１４０・・・オーバーコート層
１５１・・・第１のフォトスペーサ
１５２・・・第２のフォトスペーサ
１９０・・・ハーフトーン膜
２００・・・カラーフィルタ基板__

Claims

透明基板上に多数のカラーフィルタパネルを面付けしたカラーフィルタ基板を製造するため、少なくとも、ブラックマトリックスと複数の着色画素とを形成する工程と、フォトレジストを塗布する工程と、第１のフォトスペーサに対応した開口部と第２のフォトスペーサに対応したハーフトーン膜Ａ形成部とオーバーコート層に対応し、かつ、前記ハーフトーン膜Ａよりも透過率の少ないハーフトーン膜Ｂ形成部と前記カラーフィルタパネルの外周部に対応した遮光部とを有するフォトマスクを用いて前記フォトレジストを露光・現像する工程と、を含むカラーフィルタ基板の製造方法であって、前記遮光部で、前記カラーフィルタパネルの外周部のオーバーコート層を除去することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
請求項１に記載の前記フォトマスクが、
前記第１のフォトスペーサの高さをＡ、
前記第２のフォトスペーサの透過率を０．８×Ａ、
前記オーバーコート層の厚みを０．４×Ａとするため、
前記ハーフトーン膜Ａの透過率を２０％、
前記ハーフトーン膜Ｂの透過率を６％と
したフォトマスクであることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
前記フォトレジストがネガ型であることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。