JP4929708B2 - カラーフィルタ用フォトマスク及びカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタを構成するパターンにスルーホール（開口部）を形成する技術に関するものであり、特に、近接露光による露光にて微細なスルーホールの形成が可能なカラーフィルタ用フォトマスク、カラーフィルタに関する。

半透過型液晶表示装置（半透過型ＬＣＤ）は、屋内など外光が少なく比較的暗い場所ではバックライトなどからの発光装置の光を透過して表示する透過表示部と、屋外など十分に外光が得られる場所ではアレイ側に備えられた反射板により外光を反射させて表示する反射表示部を備えた方式であり、屋外での使用が多いモバイル機器の表示装置として広く採用されている。

図１は、半透過型ＬＣＤの液晶セルの一例の断面図である。図１に示すように、カラーフィルタ４と液晶駆動用の画素電極や回路等を形成した基板（アレイ基板）８とで液晶７を挟持した構造であり、カラーフィルタ４には、基板上に複数の着色画素３が形成されている。着色画素３は、着色画素内を通過する光を所定の色光にするもので、透明樹脂中に着色顔料等の着色剤を分散させたものが一般的である。

半透過型ＬＣＤ用カラーフィルタでは、着色画素の１画素は、透過表示部用の着色画素部分と反射表示部用の着色画素部分で構成される。アレイ側に反射板２１を備え、半透過型ＬＣＤ内に入射する外光を反射させて表示する反射表示部においては、カラーフィルタ表示面から入射した外光はカラーフィルタを構成する着色画素部分を２回通過することから、反射表示部の表示が暗くなる、透過表示部との色純度が合わない等の問題が生じていた。

上記の問題を解決する方法として、従来の技術では、例えば、以下の方法が提案されている。
すなわち、図１に示すように、同じ着色材料を用いて、透過表示部１２と反射表示部１１に着色画素を同時に形成するが、反射表示部１１の着色画素部分内にスルーホール１３（着色画素層を設けない貫通領域）をパターン形成し、高い透過率を備えた着色画素とする方法である。着色画素内のスルーホール１３の形状は寸法管理が比較的行いやすい円形パターン、多角形パターン、又は、ストライプパターン等が広く用いられており、スルーホールを形成することで着色画素のカラー特性を調整する方法である。

次に、上記スルーホール型の半透過型ＬＣＤ用カラーフイルタの製造方法を説明する。図２は、スルーホール型の半透過型ＬＣＤ用カラーフイルタの製造方法の一例を示す製造工程図である。まず、所定の材質で、片側全表面に金属薄膜（遮光膜用）１９を具備したカラーフイルタ用のガラス基板２を工程に投入する。

（１）最初に、前記ガラス基板に所定の遮光膜パターン１５を形成する。すなわち、まず前記金属薄膜１９上に感光性樹脂を塗布しレジスト層を形成する。予め準備した遮光膜用パターンを備えた遮光膜用フォトマスクを用いて所定光源を照射露光し、所定の現像処理を行い、レジスト層を遮光膜用にパターン化したレジスト層２０とする。
次に、このパターン化したレジスト層２０をマスクとして、露出した前記金属薄膜部をエッチング処理し、遮光膜パターン１５を形成する（図２（ａ）〜（ｃ）参照）。ここで遮光膜パターン１５間の各開口部が各々１画素部となる。

（２）前記画素部内に１色目の着色画素を形成する。すなわち、前記遮光膜パターンが形成されたガラス基板上の全面に１色目の着色材料、例えば、感光性樹脂中に赤色顔料を分散させた赤色フォトレジストを所定の方法で塗布しガラス基板の全面に赤色フォトレジストの塗布層を形成する。
予め準備した赤色着色画素用パターンを備えたフォトマスクを用いて、前記塗布層に所定光源を照射露光して、前記塗布層にパターンを転写後、所定の現像処理を行って赤色着色画素１６を形成する（図２（ｄ）〜（ｅ）参照）。前記フォトマスクは赤色着色画素用パターンを備えている。該赤色着色画素用パターンは、所定のスルーホールパターンを具備した反射表示部の画素パターンと透過表示部の画素パターンで構成されている。

（３）次いで、２色目の着色画素を形成する。すなわち、前記赤色着色画素１６が形成されたガラス基板上の全面に２色目の着色材料、例えば、感光性樹脂中に緑色顔料を分散させた緑色フォトレジストを所定の方法で塗布しガラス基板の全面に緑色フォトレジストの塗布層を形成する。
予め準備した、緑色着色画素用スルーホールパターンを備えた反射表示の画素パターンと透過表示部の画素パターンを有するフォトマスクを用いて、前記塗布層に所定光源を照射露光して、前記塗布層にパターンを転写後、所定の現像処理を行って緑色着色画素１７を形成する（図２（ｆ）参照）。緑色着色画素は前記赤色着色画素１６の隣の画素部に形成されている。

（４）次いで、３色目の着色画素を形成する工程は、前記緑色着色画素が形成されたガラス基板上の全面に３色目の着色材料、例えば、感光性樹脂中に青色顔料を分散させた青色フォトレジストを所定の方法で塗布し、ガラス基板の全面に青色フォトレジストの塗布層を形成する。
予め準備した、青色着色画素用スルーホールパターンを備えた反射表示部の画素パターンと透過表示部の画素パターンとを有するフォトマスクを用いて、前記塗布層に所定光源を照射露光して、前記塗布層にパターンを転写後、所定の現像処理を行って青色着色画素１８を形成する（図２（ｇ）参照）。

青色着色画素１８は、前記赤色着色画素１６と緑色着色画素１７の間の画素部に形成されている。上記のようにして、赤色着色画素１６、緑色着色画素１７、青色着色画素１８が順番に配列する着色画素３を形成する。

着色画素３の反射表示部１１にはスルーホール１３が形成されている。図３は、図２（ｇ）のＺ−Ｚ線での、紙面垂直方向の断面図である。また、図４は、その平面図である。図３、図４に示すように、ガラス基板２上に形成されている赤色着色画素１６の反射表示部１１にはスルーホール１３が形成されている。
赤色着色画素１６の形成に用いるフォトマスクは、スルーホールパターンを具備した反射表示部の画素パターンと透過表示部の画素パターンで構成される赤色着色画素パターンを備えたものであり、この反射表示部のスルーホールパターンに対応しスルーホール１３が形成される。

（５）次に、着色画素３の反射表示部１１に透明樹脂層よりなる光路差調整層６を形成し、更に、該光路差調整層が形成されたガラス基板の全面に透明電極層５を形成し、スルーホール型の半透過型ＬＣＤ用カラーフイルタを得る（図１参照）。

上述したように、スルーホール型の半透過型ＬＣＤ用カラーフィルタの製造にはフォトリソグラフィ法が用いられるのが一般的であり、生産のスループット、製造装置の初期費用の観点からプロキシミティーアライナーによる近接露光方式で着色画素の形成が行なわ
れる場合が多い。すなわち、あらかじめ遮光層となる金属薄膜のパターンを具備した石英マスクとガラス基板とを数十〜数百μｍの間隔に近接させ、該石英マスクを介してＵＶ照射することでガラス基板に塗布された着色フォトレジストの光硬化を行っている。
ＵＶ照射用の露光光源は、一般的に高圧水銀ランプが用いられている。その主たる波長は３０２ｎｍ、３１２ｎｍ、３３４ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍなどが挙げられる。これらの波長に感光する光重合開始剤、及び光光重合性モノマーを適量配合することにより、着色フォトレジスト組成を調整している。

近接露光方式では、生産のスループットが他方式に比べ高いことや製造装置の初期費用が安く抑えられるなどの利点がある反面、ＵＶ光の回折の影響や、石英マスクとカラーフィルタとのギャップ量の影響を受けやすいため、従来のカラーフィルタ用フォトマスク及びカラーフィルタの製造方法では、開口径６．０μｍ以下の微細なスルーホールの形成は困難である。

携帯電話やデジタルスチルカメラなどのモバイル機器の表示装置として半透過型ＬＣＤが広く採用されているが、近年、その表示装置の高精細化が進むにつれて、半透過型ＬＣＤ用カラーフィルタの反射表示部のスルーホールの高精細化も必要となってきている。例えば、２．４インチ型の携帯電話で従来の解像度がＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）であったものが、ＶＧＡ（６４０×４８０画素）の解像度となった場合、着色画素の１画素の幅が約７５μｍから約２５μｍにまで狭くなることになる。従って２５μｍ幅の画素内に形成されるスルーホールもより小さなものが必要となる。

最近では、近接露光方式以外に、ミラープロジェクションやレンズ集光などによる等倍投影方式のカラーフィルタ製造用露光装置の実用化が進んでおり、回折の影響やギャップ量の影響を受けずにパターンを形成することが可能となってきている。

また、近接露光方式において、解像限界以上の大きさのマスクパターンを有する露光用マスクとネガ型フォトレジストを塗布した基板の相対位置をずらして露光を行うことで解像限界以下の幅の狭い開口部を形成する方法が提案されている（特許文献１）。

これら露光装置に特別な機能を要する方法では、通常の近接露光方式と比較して露光装置の初期費用が嵩む、生産のスループットが低下するなどの問題がありカラーフィルタのコストダウンにつながらない場合が多い。

また、近接露光方式において、露光用マスクの開口パターンの形状が忠実に転写されない転写条件の際に用いると好適なフォトマスク、および露光方式が提案されている。この方法は回折効果を利用したものであり、開口径が３．０μｍ〜１２．０μｍの場合に効果的である。しかし、３．０μｍ以下の領域における問題を解決できるものではない（特許文献２）。

また、カラーフィルタ用フォトマスクに特徴を持たせることで、着色画素に形成されるパターンの解像性を向上させる提案もいくつかなされているが、これらの提案も本願における課題を解決できるものではない（特許文献３、４、５）。
特開２００５−１０７３５６号公報 特開２００５−２０２３４５号公報 特開２００５−１７３３８４号公報 特開２００５−０８４４９２号公報 特開２００３−０６６５８９号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フォトリソグラフィ法によってガラス基板上にカラーフィルタを構成するパターンを形成する際に、近接露光法によってフォトマスクを介した露光を行っても、前記パターン、例えば、着色画素に開口径９．０〜０．５μｍの微細なスルーホール（開口部）を形成することのできるカラーフィルタ用フォトマスクを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用フォトマスクを用いたカラーフィルタの製造方法、カラーフィルタ、及び液晶表示装置を提供することを課題とする。

本発明は、ネガ型フォトレジストを用い、近接露光によりカラーフィルタを構成するパターンを形成する際に使用するフォトマスクにおいて、前記パターンの形成と同時に該パターン内に形成する開口部に対応したフォトマスク上の遮光パターンが、円形又は多角形の外形を有する核遮光パターン（Ｐ０）と、該核遮光パターン（Ｐ０）の外側に隣接した環状光透過部（Ｔ１）と、該環状光透過部（Ｔ１）の外側に隣接した環状遮光パターン（Ｐ１）で構成される遮光パターンであることを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスクである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用フォトマスクにおいて、前記パターンが着色画素であることを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスクである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用フォトマスクにおいて、前記環状光透過部（Ｔ１）及び環状遮光パターン（Ｐ１）の外形が、核遮光パターン（Ｐ０）の外形と相似であることを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスクである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用フォトマスクにおいて、前記環状遮光パターン（Ｐ１）の外径が６．０μｍ〜１５．０μｍ、環状遮光パターン（Ｐ１）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍ、環状光透過部（Ｔ１）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍであることを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスクである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用フォトマスクにおいて、前記環状遮光パターン（Ｐ１）の外側に隣接し、第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）と、該第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）の外側に隣接した第ｉ環状遮光パターン（Ｐｉ）の対を１対以上（ｉ＝２〜ｎ）順次に隣接して有することを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスクである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用フォトマスクにおいて、前記第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）及び第ｉ環状遮光パターン（Ｐｉ）の外形が、環状遮光パターン（Ｐ１）の外形と相似であることを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスクである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ用フォトマスクにおいて、前記第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍ、第ｉ環状遮光パターン（Ｐｉ）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍであることを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスクである。

また、本発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のカラーフィルタ用フォト
マスクを使用して、カラーフィルタを構成するパターン内に開口径９．０μｍ〜０．５μｍの開口部を形成す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、ネガ型フォトレジストを用い、近接露光によりカラーフィルタを構成するパターンを形成する際に使用するフォトマスクにおいて、前記パターンの形成と同時に該パターン内に形成する開口部に対応したフォトマスク上の遮光パターンが、円形又は多角形の外形を有する核遮光パターン（Ｐ０）と、該核遮光パターン（Ｐ０）の外側に隣接した環状光透過部（Ｔ１）と、該環状光透過部（Ｔ１）の外側に隣接した環状遮光パターン（Ｐ１）で構成される遮光パターンであるので、前記パターン、例えば、着色画素に開口径９．０〜０．５μｍの微細なスルーホール（開口部）を形成することのできるカラーフィルタ用フォトマスクとなる。

また、本発明は、上記カラーフィルタ用フォトマスクを用いるので、前記パターン、例えば、着色画素に開口径９．０〜０．５μｍの微細なスルーホール（開口部）を形成できるカラーフィルタの製造方法、形成したカラーフィルタ、及び液晶表示装置となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図５（ａ）は、本発明によるカラーフィルタ用フォトマスクの一実施例のパターンの一部を拡大して示す平面図である。このカラーフィルタ用フォトマスクは、着色画素を形成するためのものであり、着色画素を形成するフォトレジストとしてネガ型着色フォトレジストを用いた際のものである。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すカラーフィルタ用フォトマスクを用いて形成された着色画素を拡大して示す平面図である。

なお、本発明によるカラーフィルタ用フォトマスクは、フォトマスクと基板上に設けられた着色フォトレジスト層との間に間隙を設けた近接露光方式にて用いられるものである。その間隙は形成するパターンの大きさ等によって異なるものであるが、通常５０μｍ〜４００μｍの範囲内、好ましくは１００μｍ〜２００μｍの範囲内とされる。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、このフォトマスクは光透過部５２と遮光部５１で構成され、光透過部５２は幅ａ約２５μｍ、長さｂ約７５μｍ程度の矩形で、所望する着色画素５３の形状となっている。
光透過部５２の反射表示部１１には、着色画素５３内に形成する開口部Ｋ１に対応した遮光パターンとして、円形又は多角形の外形を有する核遮光パターン（Ｐ０）と、該核遮光パターン（Ｐ０）の外側に隣接した環状光透過部（Ｔ１）と、該環状光透過部（Ｔ１）の外側に隣接した環状遮光パターン（Ｐ１）で構成される遮光パターンが設けられている。核遮光パターン（Ｐ０）の中心に、環状光透過部（Ｔ１）及び環状遮光パターン（Ｐ１）の中心があり、これらは同心円状に配列している。また、着色画素５３の開口部Ｋ１の中心に、核遮光パターン（Ｐ０）の中心が対応している。図５には、核遮光パターン（Ｐ０）の外形が円形の例を示してある。

図７（ａ）は、本発明によるカラーフィルタ用フォトマスクを用いない従来のパターンの一部を拡大して示す平面図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すフォトマス
クを用いて形成された着色画素７３を拡大して示す平面図である。

図７（ａ）に示す、光透過部７２の反射表示部１１には、着色画素７３の開口部Ｋに対応した円形の遮光パターンＰが設けられている。この円形の遮光パターンＰは、露光によって忠実に再現され図７（ｂ）には所望の円形の開口部Ｋが形成されるのであるが、上方から照射された光は、近接露光の回折効果により遮光パターン端で下方に回り込み、遮光パターン下方の着色フォトレジスト層にも達するので、遮光パターンＰの外径が或る大きさ以下であると遮光パターンＰは遮光部の働きをしなくなり、その結果、図７（ｂ）に点線で示すように開口部Ｋは形成されなくなる。上記或る大きさの外径は、ネガ型着色フォトレジストを用いた近接露光にては６μｍ程度である。

図５（ａ）に示す、本発明によるカラーフィルタ用フォトマスクにおいては、上方から照射された光の内、環状遮光パターンＰ１の外周端で下方に回り込んだ光と、環状光透過部（Ｔ１）からの光が干渉し、着色フォトレジスト層面の中心部では光強度が弱まることがある。すなわち、この光強度が弱まる着色フォトレジスト層面の中心部は硬化されず、現像処理によって開口部Ｋ１が形成されることになる。

本発明者は、着色画素５３内に形成される開口部Ｋ１の開口径、すなわち、着色フォトレジスト層面の光強度と、遮光パターンを構成する核遮光パターン（Ｐ０）、環状光透過部（Ｔ１）、及び環状遮光パターン（Ｐ１）の形状の関係についてシミュレーションを行った結果、具体的には、環状遮光パターン（Ｐ１）の外径Ｄ１が６．０μｍ〜１５．０μｍ、環状遮光パターン（Ｐ１）の幅Ｗ１が０．５μｍ〜４．０μｍ、環状光透過部（Ｔ１）の幅Ｗ２が０．５μｍ〜４．０μｍにおいて、微細な開口部Ｋ１が形成されることを見出した。

例えば、環状遮光パターン（Ｐ１）の外径Ｄ１が６．０μｍの際に、環状遮光パターン（Ｐ１）の幅Ｗ１は０．５μｍ〜４．０μｍ、環状光透過部（Ｔ１）の幅Ｗ２は０．５μｍ〜４．０μｍにあることである。また、例えば、環状遮光パターン（Ｐ１）の外径Ｄ１が１５．０μｍの際に、環状遮光パターン（Ｐ１）の幅Ｗ１は０．５μｍ〜４．０μｍ、環状光透過部（Ｔ１）の幅Ｗ２は０．５μｍ〜４．０μｍにあることである。
上記形状の遮光パターンを設けることにより、開口径９．０μｍ〜０．５μｍの開口部Ｋ１を着色画素５３に形成することが可能となる。
また、環状光透過部（Ｔ１）及び環状遮光パターン（Ｐ１）の外形が核遮光パターン（Ｐ０）の外形と相似であると、着色フォトレジスト層面の中心部内での光強度は均一になりやすい。

また、図６（ａ）は、請求項５に係わる発明によるカラーフィルタ用フォトマスクの一実施例のパターンの一部を拡大して示す平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すカラーフィルタ用フォトマスクを用いて形成された着色画素を拡大して示す平面図である。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、このフォトマスクは光透過部６２と遮光部６１で構成され、光透過部６２は幅ａ約２５μｍ、長さｂ約７５μｍ程度の矩形で、所望する着色画素６３の形状となっている。
光透過部６２の反射表示部１１には、着色画素６３内に形成する開口部Ｋ２に対応した遮光パターンとして、環状遮光パターン（Ｐ１）の外側に隣接し、第２環状光透過部（Ｔ２）と、該第２環状光透過部（Ｔ２）の外側に隣接した第２環状遮光パターン（Ｐ２）とが対となった遮光パターンが設けられている。
図６に示す例は、第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）と第ｉ環状遮光パターン（Ｐｉ）の対が１対の場合の例である。
第２環状光透過部（Ｔ２）の幅Ｗ４が０．５μｍ〜４．０μｍ、第２環状遮光パターン（Ｐ２）の幅Ｗ３が０．５μｍ〜４．０μｍであると微細な開口部Ｋ２が形成される。

前記図５に示す、請求項１〜請求項４に係わる、核遮光パターン（Ｐ０）、環状光透過部（Ｔ１）、及び環状遮光パターン（Ｐ１）で構成する遮光パターンは、着色画素５３内に形成する開口部Ｋ１の開口径φ１が６μｍ以下の場合に好適なものである。また、図６に示す、請求項５〜請求項７に係わる、環状遮光パターン（Ｐ１）の外側に、第２環状光透過部（Ｔ２）と第２環状光透過部（Ｔ２）とが対となった遮光パターンは、着色画素６３内に形成する開口部Ｋ２の開口径φ２が６μｍ以上の場合に好適なものである。

なお、本発明によるカラーフィルタ用フォトマスクを用いて開口部が形成されるパターンとしては、上記着色画素内だけではなく、例えば、遮光膜内や保護層内等であってもよい。また、本発明においては、上記カラーフィルタ用フォトマスクを用いてカラーフィルタを構成するパターンを形成する工程以外に、必要に応じて他の工程を有していてもよい。このような工程や、本発明のカラーフィルタに用いられる材料等については、一般的なカラーフィルタに用いられる材料や製造方法等と同様のものを用いることができる。
ここでは代表的なフォトレジスト（以降、感光性組成物と称す）について以下に説明する。

［感光性組成物］
本発明に用いて好適な感光性組成物は、光重合性モノマー、非感光性樹脂及び／又は感光性樹脂、重合開始剤、及び溶剤を含有してなり、ネガ型感光性組成物である。これらはＵＶ露光、ＤｅｅｐＵＶ露光のいずれの硬化方法を用いてもよい。

（光重合性モノマー）
本発明に用いて好適な感光性組成物には、光重合性モノマーが配合される。光重合性モノマーには、水酸基を有する（メタ）アクリレートに多官能イソシアネートを反応させて得られる（メタ）アクリロイル基を有する多官能ウレタンアクリレートを用いることを特徴としている。なお、水酸基を有する（メタ）アクリレートと多官能イソシアネートとの組み合わせは任意であり、特に限定されるものではない。また、１種の多官能ウレタンアクリレートを単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

（非感光性樹脂及び／又は感光性樹脂）
本発明に用いて好適な感光性組成物には、非感光性樹脂及び／又は感光性樹脂が配合される。現在、環境問題の観点から、現像液として有機溶剤は殆ど使われなくなり、アルカリ現像が主流となっているが、アルカリ現像を採用する場合、アルカリ可溶型非感光性樹脂を含有させることが好ましい。ここで、アルカリ可溶型非感光性樹脂とは、アルカリ水溶液に溶解性を有すると共に、ラジカル架橋性を有しない樹脂のことを意味しており、例えば、カルボキシル基、スルホン基等の酸性官能基を有する質量平均分子量１０００〜５０万、好ましくは５０００〜１０万の樹脂が挙げられる。

具体的には、アクリル樹脂、α−オレフィン／（無水）マレイン酸共重体、スチレン／（無水）マレイン酸共重合体、スチレン／スチレンスルホン酸共重合体、エチレン／（メタ）アクリル酸共重合体、イソブチレン／（無水）マレイン酸共重合体等が挙げられる。中でも、アクリル樹脂、α−オレフィン／（無水）マレイン酸共重合体、スチレン／スチレンスルホン酸共重合体から選ばれる少なくとも１種の樹脂が好ましい。これらの中でも特に、アクリル樹脂は、耐熱性、透明性が高いことから、好適に用いられる。

（顔料）
感光性組成物層がカラーフィルタの着色画素用や遮光膜用である場合、さらに、顔料を含
有させる必要がある。着色画素の形成用としては感光性組成物に公知の有機顔料を用いることができる。顔料の配合量は特に限定されるものではないが、感光性組成物の１００重量％に対して、１〜２０重量％程度であることが好ましい。また、カラーフィルタの分光調整等のために、複数の顔料を組み合わせて用いることもできる。

また、上記有機顔料と組み合わせて、彩度と明度のバランスを取りつつ良好な塗布性、感度、現像性等を確保するために、無機顔料を組み合わせて用いることも可能である。無機顔料としては、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら（赤色酸化鉄（ＩＩＩ））、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉等が挙げられる。さらに、調色のため、耐熱性を低下させない範囲内で染料を含有させることができる。

（分散剤）
顔料を含有させる場合には、顔料を分散させるための分散剤を含有させる必要がある。分散剤としては、界面活性剤、顔料の中間体、染料の中間体、ソルスパース等が使用される。分散剤の添加量は特に限定されるものではないが、顔料の含有量１００重量％に対して、１〜１０重量％とすることが好ましい。

（重合開始剤）
本発明で用いられる感光性組成物に用いて好適な重合開始剤としては、４−フェノキシジクロロアセトフェノン、４−ｔ−ブチル−ジクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン等のアセトフェノン系化合物、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４'−メチルジフェニルサルファイド等のベンゾフェノン系化合物、チオキサンソン、２−クロルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン、イソプロピルチオキサンソン、２，４−ジイソプロピルチオキサンソン等のチオキサンソン系化合物、２，４，６−トリクロロ−ｓ−トリアジン、２−フェニル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ｐ−メトキシフェニル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ｐ−トリル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−ピペニル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２，４−ビス（トリクロロメチル）−６−スチリルｓ−トリアジン、２−（ナフト−１−イル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（４−メトキシ−ナフト−１−イル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（ピペロニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル（４'−メトキシスチリル）−６−トリアジン等のトリアジン系化合物、１，２-オクタンジオン，１-〔４-（フェニルチオ）-，２-（Ｏ-ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ-（アセチル）-Ｎ-（１-フェニル-２-オキソ-２-（４'-メトキシ-ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６-トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０-フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が挙げられる。
これらは１種を単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。

（光増感剤、その他）
また、重合開始剤と光増感剤とを併用することが好ましい。さらに、感光性組成物には、連鎖移動剤としての働きをする多官能チオールを含有させることができる。多官能チオールは、チオール基を２個以上有する化合物であればよく、例えば、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、１，４-ブタンジオールビスチオプロピオネート、１，４-ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス（３-メルカプトブチレート）、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス（２-ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、１，４-ジメチルメルカプトベンゼン、２、４、６-トリメルカプト-ｓ-トリアジン、２-（Ｎ，Ｎ-ジブチルアミノ）-４，６-ジメルカプト-ｓ-トリアジン等が挙げられる。これらの多官能チオールは、１種または２種以上混合して用いることができる。

（溶剤）
本発明に用いられる感光性組成物には、基板上への均一な塗布を可能とするために、水や有機溶剤等の溶剤が配合される。また、本発明に用いられる感光性組成物がカラーフィルタの着色画素用や遮光膜用である場合、溶剤は、顔料を均一に分散させる機能も有する。

［感光性組成物の調製方法］
本発明に用いられる感光性組成物は、公知の方法により調製することができる。
例えば、光重合性モノマー、感光性樹脂、分散剤、顔料、および溶剤とからなる本発明に用いられる感光性着色組成物は以下の方法により調製することができる。

（１）光重合性モノマー及び／又は感光性樹脂、あるいはこれらを溶剤に溶解した溶液に、顔料と分散剤を予め混合して調製した顔料組成物を添加して分散させ、残りの成分を添加する。（２）光重合性モノマー及び／又は感光性樹脂、あるいはこれらを溶剤に溶解した溶液に、顔料と分散剤を別々に添加して分散させた後、残りの成分を添加する。（３）光重合性モノマー及び／又は感光性樹脂、あるいはこれらを溶剤に溶解した溶液に、顔料を分散させた後、分散剤を添加し、残りの成分を添加する。（４）光重合性モノマー及び／又は感光性樹脂、あるいはこれらを溶剤に溶解した溶液を２種類調製し、顔料と分散剤を予め別々に分散させてから、これらを混合し、残りの成分を添加する。なお、顔料と分散剤のうち一方は溶剤にのみ分散させても良い。

ここで、光重合性モノマー及び／又は感光性樹脂、あるいはこれらを溶剤に溶解した溶液への顔料や分散剤の分散は、三本ロールミル、二本ロールミル、サンドミル、ニーダー、ディゾルバー、ハイスピードミキサー、ホモミキサー、アトライター等の各種分散装置を用いて行うことができる。また、分散を良好に行うために、各種界面活性剤を添加して分散を行っても良い。また、顔料と分散剤を予め混合して顔料組成物を調製する場合、粉末の顔料と粉末の分散剤を単に混合するだけでも良いが、（ａ）ニーダー、ロール、アトライター、スーパーミル等の各種粉砕機により機械的に混合する、（ｂ）顔料を溶剤に分散させた後、分散剤を含む溶液を添加し、顔料表面に分散剤を吸着させる、（ｃ）硫酸等の強い溶解力を持つ溶媒に顔料と分散剤を共溶解した後、水等の貧溶媒を用いて共沈させるなどの混合方法を採用することが好ましい。

以下に、本発明のカラーフィルタ用フォトマスクを用いた着色画素の形成方法について説明する。はじめに、基板上に、スプレーコート法、スピンコート法、ロールコート等により、感光性着色組成物を均一に塗布し乾燥させる。用いる基板としては透明基板が好適であり、具体的には、ガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンフタレート等の樹脂基板が好適に用いられる。

次に、形成した感光性着色組成物層をパターニングする。すなわち、前記図５又は図６に示す遮光パターンを有するフォトマスクを介して紫外線、電子線等の活性エネルギー線を照射して露光した後、有機溶剤やアルカリ水溶液等の現像液を用いて現像する。ここで、露光工程においては、活性エネルギー線が照射された部分の光重合性モノマーが重合し硬化する。また、感光性樹脂を含有する場合には該樹脂も架橋し硬化する。

また、露光感度を向上させるために、感光性着色組成物層を形成した後、水溶性あるいはアルカリ水溶性樹脂（例えばポリビニルアルコールや水溶性アクリル樹脂等）の溶液を塗布し乾燥させることにより、酸素による重合阻害を抑制する膜を形成してから、露光を行っても良い。そして、現像工程において、活性エネルギー線が照射されなかった部分が現像液により洗い流される。なお、現像液としては、炭酸ソーダ、苛性ソーダ等の水溶液や、ジメチルベンジルアミン、トリエタノールアミン等の有機アルカリ溶液等のアルカリ現像液が主流になっている。

また、現像液としては、必要に応じて消泡剤や界面活性剤が添加されたものが用いられる。最後に焼成することにより、基板上に着色画素や遮光膜、液晶表示装置のセルギャップを均一化するための柱状の凸部、セルギャップに段差を形成するための嵩上げ層を形成することができる。

次に、本発明の実施例及び比較例について具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においてこれに限定されるものではない。

＜実施例１＞
［感光性着色組成物の調製］
下記の要領でカラーフィルタの作製に用いる赤色の感光性着色組成物を調製した。
１）下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４ １８重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ−ＣＦ」）
・分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」） ２重量部
・アクリルワニス（固形分２０％） １０８重量部
２）その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルターで濾過して赤色の感光性着色組成物を得た。
・上記分散体 ３８重量部
・アクリルワニス １６重量部
・多官能ウレタンアクリレート（１） ６重量部
・光重合開始剤（チバガイギー社製「イルガキュア−369」） ０．３重量部
・光増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」） ０．２重量部
・シクロヘキサノン ２７重量部
［フォトマスク］
図５（ａ）に示すフォトマスクにおいて、光透過部５２の反射表示部１１に設けられた環状遮光パターン（Ｐ１）の外径Ｄ１が９．０μｍ、環状遮光パターン（Ｐ１）の幅Ｗ１が３．０μｍ、環状光透過部（Ｔ１）の幅Ｗ２が３．０μｍであるものを用いた。

［カラーフィルタの作製］
上記赤色の感光性着色組成物をカラーフィルタ用基板に塗布し２．０μｍ厚の感光性組成物層を形成した。高圧水銀ランプを用い上記フォトマスクを介してギャップ量１００μｍ
にて近接露光を行いパターン部位を硬化させた。その後アルカリ現像、及び２３０℃、１時間のポストベークを行った。その結果、膜厚が１．６μｍで、開口径が３．０μｍの微細な円形開口部Ｋ１を有するパターンが形成できた。

＜比較例１＞
カラーフィルタ用フォトマスクとして、図７（ａ）に示す円形の遮光パターンＰを具備するフォトマスクで、光透過部７２の反射表示部１１に設けられた円形の遮光パターンＰが、外径Ｄは４．０μｍのものを用いた以外は実施例１と同様にして、カラーフィルタを作製した。
結果は、回折の影響により遮光部にも光が回り込み所望の開口部Ｋは形成されなかった。

＜比較例２＞
図５（ａ）に示すフォトマスクにおいて、光透過部５２の反射表示部１１に設けられた環状遮光パターン（Ｐ１）の外径Ｄ１が７５．０μｍで、環状遮光パターン（Ｐ１）の幅Ｗ１が１５．０μｍ、環状光透過部（Ｔ１）の幅Ｗ２が１５．０μｍであるものを用いた以外は実施例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。結果は、フォトマスクのパターンと相似形状である中心部に外径１５．０μｍの非着色層、その周辺に外径４５．０μｍ、幅１５．０μｍの環状の着色層、されに、その周辺に外径７５．０μｍ、幅１５．０μｍの環状の非着色層が形成できた。

以上詳述したように、本発明のカラーフィルタ用フォトマスクは、フォトリソグラフィ法によってガラス基板上にカラーフィルタの着色画素を形成する際に、近接露光法によってフォトマスクを介し露光を行っても、着色画素に９．０〜０．５μｍの幅の微細な円形又は多角形の開口部を形成することができる。従って、より高精細な液晶表示装置を提供することができる。

半透過型ＬＣＤの液晶セルの一例の断面図である。 スルーホール型の半透過型ＬＣＤ用カラーフイルタ基板の製造方法の一例を示す製造工程図である。 図２（ｇ）のＺ−Ｚ線での、紙面垂直方向の断面図である。 図２（ｇ）のＺ−Ｚ線での、紙面垂直方向の平面図である。 （ａ）は、本発明によるカラーフィルタ用フォトマスクの一実施例のパターンの一部を拡大して示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すカラーフィルタ用フォトマスクを用いて形成された着色画素を拡大して示す平面図である。 （ａ）は、請求項５に係わる発明によるカラーフィルタ用フォトマスクの一実施例のパターンの一部を拡大して示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すカラーフィルタ用フォトマスクを用いて形成された着色画素を拡大して示す平面図である。 （ａ）は、従来のフォトマスクパターンの一部を拡大して示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すフォトマスクを用いて形成された着色画素を拡大して示す平面図である。

符号の説明

１、９・・・偏光板
２・・・ガラス基板
３、５３、６３、７３・・・着色画素
４・・・カラーフィルタ
５・・・透明電極層
６・・・光路差調整層
７・・・液晶
８・・・画素電極や回路等を形成した基板（アレイ基板）
１０・・・バックライト
１１・・・反射表示部
１２・・・透過表示部
１３・・・スルーホール（開口部）
１５・・・遮光膜のパターン
１６・・・赤色着色画素
１７・・・緑色着色画素
１８・・・青色着色画素
１９・・・金属薄膜
２０・・・パターン化したレジスト層
２１・・・反射板
５１、６１、７１・・・フォトマスクの遮光部
５２、６２、７２・・・フォトマスクの光透過部
Ｄ１・・・環状遮光パターンの外径
Ｋ、Ｋ１、Ｋ２・・・開口部（スルーホール）
Ｐ０・・・本発明における核遮光パターン
Ｐ１・・・本発明における環状遮光パターン
Ｐ２・・・第２環状遮光パターン
Ｔ１・・・本発明における環状光透過部
Ｔ２・・・第２環状光透過部
Ｗ１・・・環状遮光パターンの幅
Ｗ２・・・環状光透過部の幅
Ｗ３・・・第２環状遮光パターンの幅
Ｗ４・・・第２環状光透過部の幅
φ、φ１、φ２・・・開口径

Claims (8)

1. ネガ型フォトレジストを用い、近接露光によりカラーフィルタを構成するパターンを形成する際に使用するフォトマスクにおいて、前記パターンの形成と同時に該パターン内に形成する開口部に対応したフォトマスク上の遮光パターンが、円形又は多角形の外形を有する核遮光パターン（Ｐ０）と、該核遮光パターン（Ｐ０）の外側に隣接した環状光透過部（Ｔ１）と、該環状光透過部（Ｔ１）の外側に隣接した環状遮光パターン（Ｐ１）で構成される遮光パターンであることを特徴とするカラーフィルタ用フォトマスク。
2. 前記パターンが着色画素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用フォトマスク。
3. 前記環状光透過部（Ｔ１）及び環状遮光パターン（Ｐ１）の外形が、核遮光パターン（Ｐ０）の外形と相似であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のカラーフィルタ用フォトマスク。
4. 前記環状遮光パターン（Ｐ１）の外径が６．０μｍ〜１５．０μｍ、環状遮光パターン（Ｐ１）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍ、環状光透過部（Ｔ１）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍであることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のカラーフィルタ用フォトマスク。
5. 前記環状遮光パターン（Ｐ１）の外側に隣接し、第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）と、該第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）の外側に隣接した第ｉ環状遮光パターン（Ｐｉ）の対を１対以上（ｉ＝２〜ｎ）順次に隣接して有することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載のカラーフィルタ用フォトマスク。
6. 前記第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）及び第ｉ環状遮光パターン（Ｐｉ）の外形が、環状遮光パターン（Ｐ１）の外形と相似であることを特徴とする請求項５記載のカラーフィルタ用フォトマスク。
7. 前記第ｉ環状光透過部（Ｔｉ）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍ、第ｉ環状遮光パターン（Ｐｉ）の幅が０．５μｍ〜４．０μｍであることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のカラーフィルタ用フォトマスク。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のカラーフィルタ用フォトマスクを使用して、カラーフィルタを構成するパターン内に開口径９．０μｍ〜０．５μｍの開口部を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。

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