JP2007010731A - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの膜厚が異なる複数の品種のカラーフィルタ・ピースを一枚の大サイズのガラス基板に付合わせて形成したカラーフィルタを廉価に提供すること。上記カラーフィルタの製造方法を提供すること。
【解決手段】該カラーフィルタ・ピースＣＰ・−１、ＣＰ・−２を構成するパターンの形成には、該パターンを形成するためのマスクパターンが該複数個設けられたフォトマスクＰＭで、膜厚が最も高い品種以外の品種のカラーフィルタ・ピースに対応したフォトマスク上のマスクパターンに、各品種のパターンの膜厚を形成させる濃度のハーフトーン部６を有するフォトマスクを用い、一回の露光、及び現像処理によって形成すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置のカラーフィルタに関するものであり、特に、品種毎に異なる膜厚のパターンを有する複数の品種のカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタに関する。

例えば、図３は、液晶表示装置に用いられ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４は、図３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３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）などのパターンが順次に形成されたものである。
図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（５２）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。

ブラックマトリックス（５１）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（５２）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。

このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例である。
このブラックマトリックス（５１）のパターンは、ガラス基板（５０）上に、例えば、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フォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（５１）と称している。

また、着色画素（５２）のパターンは、この樹脂ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）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たフォトリソグラフィ法によって、すなわち、着色フォトレジストの塗膜へのフォトマスクを介した露光、現像処理によって着色画素として形成されたものである。赤色、緑色、青色の着色画素は順次に形成されている。

カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したサイズのカラーフィルタ（以降カラーフィルタ・ピースと称す）を大サイズのガラス基板に多面付けした状態で製造することが多い。例えば、対角１７インチのカラーフィルタを６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。
この際の露光は、ガラス基板のサイズと略同程度のサイズのマスク基板に、例えば、対角１７インチのカラーフィルタ・ピースを形成するためのマスクパターンが４面付けされたフォトマスクを用いて露光する方法が広く採用されている。４面付けされたマスクパターンの４画面全体を１回の露光で一括して行う、所謂、一括露光法である。

この際の多面付けは、例えば、パターンである着色画素の膜厚、仕上がりサイズ（カラーフィルタ・ピースのサイズ）などが同一仕様の、すなわち、同一品種のカラーフィルタ・ピースを多面付けする。そして、その製造にあたっては、面間のバラツキが発生しない
ように、各工程で配慮を施し製造を行う。

これに対し、ステップアンドリピート露光法と称される露光方法は、例えば、対角１７インチのカラーフィルタ・ピースと略同程度のサイズのマスク基板に、対角１７インチのカラーフィルタ・ピースを形成するためのマスクパターンが１面付けされたフォトマスクを用い、例えば、６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に多面付けの数である４回の露光を行う方法である。従って、ステップアンドリピート露光法は、その露光工程において、相応の時間を要することとなる。

すなわち、大サイズのガラス基板に、マスクパターンが多面付けされたフォトマスクを用いた１回の露光を行い、続いて一括した現像処理を行うといった、この一括露光法による製造方法は、フォトリソグラフィ法によりカラーフィルタを製造する際の製造方法としては、廉価に大量にカラーフィルタを製造することのできる優れた製造方法といえる。

一方、上記ステップアンドリピート露光法においては、露光工程に相応の時間を要するものの、複数の異なる品種のカラーフィルタ・ピースを大サイズのガラス基板に付合わせて、例えば、着色画素の膜厚が異なる２品種の対角１７インチのカラーフィルタ・ピースを、大サイズのガラス基板に付合わせて製造しようとする際には、その多数回の露光の途中で、フォトマスクを第二品種のフォトマスクに差し替えることにより、比較的容易に製造することができる。

しかし、前記一括露光法では、複数の異なる品種のカラーフィルタ・ピースを、前記大サイズのガラス基板に付合わせて製造しようとしても、各品種の仕様、例えば、カラーフィルタの明度、彩度を規定する着色画素の膜厚が異なっている場合には、大サイズのガラス基板に複数の異なる品種のカラーフィルタ・ピースを付合わせて製造することは極めて困難である。
特開２００１−２３５６１６号公報

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、例えば、着色画素の膜厚など、カラーフィルタ・ピースを構成するパターンの膜厚が異なる複数の品種のカラーフィルタ・ピースを一枚の大サイズのガラス基板に付合わせて形成したカラーフィルタを廉価に提供することを課題とするものである。
また、上記カラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。

これにより、例えば、大サイズのガラス基板に、あるサイズのカラーフィルタ・ピースを多面付けして余白部が生じた際に、その余白部に異なる品種で異なるサイズのカラーフィルタ・ピースを付合わせることにより、余白部を有効に利用してカラーフィルタを廉価に製造することが可能となる。
或いは、例えば、大サイズのガラス基板に、複数の異なる品種のカラーフィルタ・ピースを付合わせることにより、複数の異なる品種で同一サイズのカラーフィルタ・ピースを短期間内に、その納入を同時に開始することが可能となる。

本発明は、基板上に一基の表示装置に対応したサイズのカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタにおいて、該カラーフィルタ・ピースは、品種毎に異なる膜厚のパターンを有する複数の品種のカラーフィルタ・ピースであり、該カラーフィルタ・ピースを構成するパターンは、フォトマスクとして、該パターンを形成するためのマスク
パターンが該複数個設けられたフォトマスクであり、上記膜厚が最も高い品種以外の品種のカラーフィルタ・ピースに対応したフォトマスク上のマスクパターンに、各品種のパターンの膜厚を形成させる濃度のハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、該フォトマスクを介した一回の露光、及び現像処理によって形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記複数の品種のカラーフィルタ・ピースが、異なるサイズであることを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、一基の表示装置に対応したサイズのカラーフィルタ・ピースを構成するパターンを形成するためのマスクパターンが複数個設けられたフォトマスクを介し、基板上に設けられたネガ型フォトレジストの塗膜への一回の露光、及び現像処理を行い、該基板上にカラーフィルタ・ピースを構成する各パターンを順次に形成し、該基板上にカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造方法において、
上記基板上に設けられるカラーフィルタ・ピースが、複数の品種のカラーフィルタ・ピースからなり、構成するパターンの膜厚が品種毎に異なる際に、前記フォトマスクとして、上記膜厚が最も高い品種以外の品種のカラーフィルタ・ピースに対応したフォトマスク上のマスクパターンに、各品種のパターンの膜厚を形成させる濃度のハーフトーン部を有するフォトマスクを用いることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記ハーフトーン部が、金属酸化物膜又はクロム膜、或いはパターンを形成する系の解像度以下のピッチをもったラインアンドスペースパターン又は市松模様であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明は、基板上に一基の表示装置に対応したサイズのカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタにおいて、該カラーフィルタ・ピースを構成するパターンは、フォトマスクとして、該パターンを形成するためのマスクパターンが該複数個設けられたフォトマスクであり、上記膜厚が最も高い品種以外の品種のカラーフィルタ・ピースに対応したフォトマスク上のマスクパターンに、各品種のパターンの膜厚を形成させる濃度のハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、該フォトマスクを介した一回の露光、及び現像処理によって形成されたカラーフィルタであるので、カラーフィルタ・ピースを構成するパターンの膜厚が異なる複数の品種のカラーフィルタ・ピースを一枚の大サイズのガラス基板に付合わせて形成した廉価なカラーフィルタとなる。

また、本発明は、一基の表示装置に対応したサイズのカラーフィルタ・ピースを構成するパターンを形成するためのマスクパターンが複数個設けられたフォトマスクを介し、基板上に設けられたネガ型フォトレジストの塗膜への一回の露光、及び現像処理を行い、該基板上にカラーフィルタ・ピースを構成する各パターンを順次に形成し、該基板上にカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造方法において、上記基板上に設けられるカラーフィルタ・ピースが、複数の品種のカラーフィルタ・ピースからなり、構成するパターンの膜厚が品種毎に異なる際に、前記フォトマスクとして、上記膜厚が最も高い品種以外の品種のカラーフィルタ・ピースに対応したフォトマスク上のマスクパターンに、各品種のパターンの膜厚を形成させる濃度のハーフトーン部を有するフォトマスクを用いるカラーフィルタの製造方法であるので、カラーフィルタ・ピースを構成するパターンの膜厚が異なる複数の品種のカラーフィルタ・ピースを一枚の大サイズのガラス基板に付合わせたカラーフィルタを廉価に製造することができる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明によるカラーフィルタの一例を示す平面図である。図１に示すように、この一例に示すカラーフィルタ（１０）は、ガラス基板上に、一基の表示装置に対応したサイズの第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）が３個と、サイズの異なる他の一基の表示装置に対応したサイズの第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）が６個の２品種のカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタである。

第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）を構成するパターンの膜厚、例えば、赤色の着色画素の膜厚と、第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）を構成する赤色の着色画素の膜厚は、異なる膜厚である。これらカラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１、ＣＦ・Ｐ−２）を構成するパターンは、各パターンを形成するためのマスクパターンが各々３個、及び６個設けられた、上記ガラス基板と略同じサイズのフォトマスクを介し一回の露光、所謂、一括露光法により露光され、続く現像処理によって形成されたものである。

図１に示すカラーフィルタ（１０）は、ガラス基板に対して、第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）のみを多面付けすると、余白部が大きなものとなる場合であり、余白部を活用するために、サイズが第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）より小さく、且つ、パターンの膜厚が第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）のパターンの膜厚より薄い第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）を、第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）と付合わせた例である。

図２は、本発明によるカラーフィルタ製造方法の一例を模式的に示す説明図である。図２（ａ）は、ガラス基板（１）上に、例えば、赤色の着色画素を形成するためのネガ型フォトレジストの塗膜（２）設けられ、その塗膜（２）に、本発明におけるフォトマスク（ＰＭ）を介した照射光（７）を与えている状態を示したものである。
図２は、図１のＡ−Ａ線での断面に対応した説明図である。

本発明におけるフォトマスク（ＰＭ）は、ガラス基板（４）上に、例えば、クロム膜の表面に酸化クロムの干渉膜を形成した２層の金属薄膜（５）からなるタイプのものであり、この金属薄膜に第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）の、例えば、赤色の着色画素を形成するための第一マスクパターン（ＭＰ−１）と、第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）の、例えば、赤色の着色画素を形成するための第二マスクパターン（ＭＰ−２）が設けられている。第一マスクパターン（ＭＰ−１）の遮光部の濃度及び透過部の透過率は、第二マスクパターン（ＭＰ−２）のそれらと同一である。

第二マスクパターン（ＭＰ−２）上には、ハーフトーン部（６）が設けられている。これは、前記のように、第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）の、例えば、赤色の着色画素の膜厚は、第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）の赤色の着色画素の膜厚より薄いので、第一マスクパターン（ＭＰ−１）と同じ遮光部及び透過部で構成される第二マスクパターン（ＭＰ−２）で膜厚の薄い、例えば、赤色の着色画素を形成するために、第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）に対応したフォトマスク上のマスクパターン、すなわち、第二マスクパターン（ＭＰ−２）上にハーフトーン部（６）を設けたのである。

フォトマスク（ＰＭ）の後方からの一様な照射光（７）は、第二マスクパターン（ＭＰ−２）ではハーフトーン部（６）により減衰される。従って、図２（ｂ）に示すように、現像処理後に得られる第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）の、例えば、赤色の
着色画素（３−２）の膜厚は、第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）の赤色の着色画素（３−１）の膜厚より薄いものとなる。

第二マスクパターン（ＭＰ−２）上に設けるハーフトーン部（６）の濃度は、フォトマスク（ＰＭ）の後方から一様な照射光（Ｌ）を与えた場合に、ガラス基板上に形成される第一カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１）の、例えば、赤色の着色画素（３−１）の膜厚は正規の膜厚に、また、第二カラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−２）の、例えば、赤色の着色画素（３−２）の膜厚は所望する薄い膜厚に形成されるように設定する。

ハーフートーン部（６）としては、紫外線を減衰させる薄膜、例えば、ＩＴＯなどの金属酸化物膜からなるハーフートーン部、或いは、フォトマスクを製造する際に成膜したクロム膜をフォトエチングしたハーフートーン部などがあげられる。
しかし、ガラス基板上に付合わせるカラーフィルタ・ピースの品種数が３以上の場合には、異なる複数の濃度のハーフートーン部（６）を設けることになるので、ハーフートーン部（６）としては、パターンを形成する系の解像度以下のピッチをもったラインアンドスペースパターン又は市松模様であることが好ましい。
このラインアンドスペースパターン又は市松模様は、系の解像度以下のピッチで、且つ品種毎の膜厚に対応した濃度を有したものとなる。

図７（ａ）は、ラインアンドスペースパターンの一例の部分を拡大して示す平面図である。また、図７（ｂ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ’線での断面図である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、このラインアンドスペースパターンは光を遮光するライン（Ｌ）と光を透過するスペース（Ｓ）で構成される。本発明におけるラインアンドスペースパターンは、用いるフォトリソグラフィ法の系の解像度以下となっている。

フォトリソグラフィ法の系とは、例えば、着色画素を形成する際の光学系、フォトマスク、着色フォトレジスト、現像処理などのプロセス全体を指し、得られる着色画素のパターンの解像度は、この系の解像度によって定まる。
すなわち、ラインアンドスペースパターンをフォトリソグラフィ法の系の解像度以下とすることによって、フォトマスク上のハーフートーン部（６）のラインアンドスペースパターンをラインアンドスペースの像を形成させるパターンとして機能させるのではなく、均一な光学濃度のハーフートーンとして機能させるものである。

図５は、本発明によるカラーフィルタの他の例を示した平面図である。図５に示すように、このカラーフィルタ（２０）は、ガラス基板上に、例えば、液晶表示装置に用いるカラーフィルタの内、パソコン用の色度を有するカラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１１）の２個と、同一サイズのＴＶ用の色度を有するカラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１２）の１個と、同一サイズのモニター用の色度を有するカラーフィルタ・ピース（ＣＦ・Ｐ−１３）の１個とが付合わせられた例である。
このような、着色画素の膜厚の異なる３品種のカラーフィルタ・ピースを付合わせて製造することによって、色度の異なる３品種のカラーフィルタ・ピースを短期間内に、その納入を同時に開始することが可能となる。

上述の説明は、カラーフィルタ・ピースを構成するパターンとして、着色画素を例にとって行ったが、本発明によるカラーフィルタの製造方法は、カラーフィルタ・ピースを構成する他のパターンにおいても適用することができる。
例えば、従来の液晶表示装置に於いては、基板間にギャップを形成するために、スペーサーと呼ばれるガラス又は合成樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を散布している。このスペーサーは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサーが入っていると、黒色表示時にスペーサーを介して光がもれてしまい、また、液晶材料が封入されている基
板間にスペーサーが存在することによって、スペーサー近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光もれを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす、などの問題を有していた。

このような問題を解決する技術として、フォトレジストを用い、フォトリソグラフィ法により、例えば、画素間のブラックマトリックスの位置にスペーサー機能を有するフォトスペーサー（突起部）を形成する方法が開発、実用された。
図６は、このような液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。図６に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタ（３０）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、ブラックマトリックス（４１）上方の透明導電膜（４３）上にスペーサー機能を有する突起部としてのフォトスペーサー（４４）が形成されている。このような液晶表示装置用カラーフィルタ（３０）を用いた液晶表示装置には、フォトスペーサー（４４）が画素内を避けた位置に形成されているので、上記コントラストの改善がみられる。

このような、フォトスペーサー（４４）が設けられたカラーフィルタにおいても、本発明によるカラーフィルタの製造方法を適用することによって、複数の異なる高さのフォトスペーサーを有するカラーフィルタ・ピースを付合わせて容易に製造することができる。また、同様に、例えば、ラビング処理に代わり、突起を設けることにより液晶分子の配向を制御する配向制御用突起の形成に、或いは、前記樹脂ブラックマトリックスの形成に適用することができる。

本発明によるカラーフィルタの一例を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明によるカラーフィルタ製造方法の一例を模式的に示す説明図である。 液晶表示装置に用いられ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３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 本発明によるカラーフィルタの他の例を示した平面図である。 フォトスペーサーを有するカラーフィルタの部分断面図である。 （ａ）は、ラインアンドスペースパターンの一例の部分を拡大して示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ’線での断面図である。

符号の説明

１、４・・・ガラス基板
２・・・ネガ型フォトレジストの塗膜
３−１・・・第一カラーフィルタ・ピースの赤色の着色画素
３−２・・・第二カラーフィルタ・ピースの赤色の着色画素
５・・・金属薄膜
６・・・ハーフトーン部
７・・・照射光
１０、２０、３０・・・カラーフィルタ
４０、５０・・・ガラス基板
４１、５１・・・ブラックマトリックス
４２、５２・・・着色画素
４３・・・透明導電膜
４４・・・フォトスペーサー
ＣＦ・Ｐ−１・・・第一カラーフィルタ・ピース
ＣＦ・Ｐ−２・・・第二カラーフィルタ・ピース
ＣＦ・Ｐ−１１・・・パソコン用の色度を有するカラーフィルタ・ピース
ＣＦ・Ｐ−１２・・・ＴＶ用の色度を有するカラーフィルタ・ピース
ＣＦ・Ｐ−１３・・・モニター用の色度を有するカラーフィルタ・ピース
Ｌ・・・光を遮光するライン
ＭＰ−１・・・第一マスクパターン
ＭＰ−２・・・第二マスクパターン
ＰＭ・・・フォトマスク
Ｓ・・・光を透過するスペース

Claims (4)

1. 基板上に一基の表示装置に対応したサイズのカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタにおいて、該カラーフィルタ・ピースは、品種毎に異なる膜厚のパターンを有する複数の品種のカラーフィルタ・ピースであり、該カラーフィルタ・ピースを構成するパターンは、フォトマスクとして、該パターンを形成するためのマスクパターンが該複数個設けられたフォトマスクであり、上記膜厚が最も高い品種以外の品種のカラーフィルタ・ピースに対応したフォトマスク上のマスクパターンに、各品種のパターンの膜厚を形成させる濃度のハーフトーン部を有するフォトマスクを用い、該フォトマスクを介した一回の露光、及び現像処理によって形成されたことを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記複数の品種のカラーフィルタ・ピースが、異なるサイズ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。
3. 一基の表示装置に対応したサイズのカラーフィルタ・ピースを構成するパターンを形成するためのマスクパターンが複数個設けられたフォトマスクを介し、基板上に設けられたネガ型フォトレジストの塗膜への一回の露光、及び現像処理を行い、該基板上にカラーフィルタ・ピースを構成する各パターンを順次に形成し、該基板上にカラーフィルタ・ピースが複数個設けられたカラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造方法において、
   上記基板上に設けられるカラーフィルタ・ピースが、複数の品種のカラーフィルタ・ピースからなり、構成するパターンの膜厚が品種毎に異なる際に、前記フォトマスクとして、上記膜厚が最も高い品種以外の品種のカラーフィルタ・ピースに対応したフォトマスク上のマスクパターンに、各品種のパターンの膜厚を形成させる濃度のハーフトーン部を有するフォトマスクを用いることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 前記ハーフトーン部が、金属酸化物膜又はクロム膜、或いはパターンを形成する系の解像度以下のピッチをもったラインアンドスペースパターン又は市松模様であることを特徴とする請求項３記載のカラーフィルタの製造方法。

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