JP2012118425A - Substrate for liquid crystal display and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置を構成する液晶表示装置用カラーフィルター基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a color filter substrate for a liquid crystal display device constituting a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった利点を有しており、さまざまな分野で用いられている。近年、液晶表示装置に対する視野角特性や高応答速度などの表示品位の向上が強く要求されており、これを実現する手段として、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードやＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置は、画素電極と共通電極に駆動電圧を印加して、液晶層内で基板に平行な電気力線（横電界）を生じさせ、この横電界によって、液晶分子を駆動し、配向方向を変化させることで、光量を調整する装置である。 Liquid crystal display devices have advantages such as thinness, light weight, and low power consumption, and are used in various fields. In recent years, there has been a strong demand for improvement in display quality such as viewing angle characteristics and high response speed for liquid crystal display devices. As means for realizing this, IPS (In-Plane Switching) mode and FFS (Fringe Field Switching) mode are used. Liquid crystal display devices are known. In this liquid crystal display device, a driving voltage is applied to the pixel electrode and the common electrode to generate electric lines of force (lateral electric field) parallel to the substrate in the liquid crystal layer, and the liquid crystal molecules are driven and aligned by this lateral electric field. It is a device that adjusts the amount of light by changing the direction.
そのため、共通電極となる透明導電膜は、横電界を生じさせるためにスリットなどのパターンが形成されている。さらに、電圧を加えていない状態の液晶分子の配向方向を規制するため、基板表面に配向膜を塗布し、表面のラビングを行う。このとき、透明電極膜のスリット形成によりできた保護層と透明導電膜との段差に起因して、ラビングの乱れが生じ、スリットパターンに沿って、ラビングのムラが発生する。このラビングムラにより、液晶の配向状態が乱れ、光漏れなどの表示不良が発生するといった問題がある。 Therefore, the transparent conductive film serving as the common electrode has a pattern such as a slit formed in order to generate a lateral electric field. Further, in order to regulate the alignment direction of the liquid crystal molecules in a state where no voltage is applied, an alignment film is applied to the substrate surface and the surface is rubbed. At this time, the rubbing is disturbed due to the step between the protective layer and the transparent conductive film formed by the slit formation of the transparent electrode film, and the rubbing unevenness occurs along the slit pattern. Due to this rubbing unevenness, there is a problem that the alignment state of the liquid crystal is disturbed and display defects such as light leakage occur.
このような透明導電膜の段差に起因する表示不良を解消するため、保護層に感光性材料を使用し、フォトリソ法を用いて、凹部を形成し、その段差部分に透明導電膜を形成する方法が提案されている。（特許文献１）
しかしながら、上記方法では、保護層の凹部加工と透明導電膜の凹部へのパターン加工の２回のフォトリソ加工が必要となるため、生産リードタイムが長くなり、また製造コストが高くなる。さらに、保護層の凹部と透明電極膜のパターンの位置あわせにずれが発生し、段差が完全に解消されないといった問題がある。（図２）
In order to eliminate such display defects caused by the steps of the transparent conductive film, a method of using a photosensitive material for the protective layer, forming a recess using a photolithography method, and forming a transparent conductive film on the stepped portion. Has been proposed. (Patent Document 1)
However, the above method requires two photolithographic processes, that is, a recess process of the protective layer and a pattern process to the recesses of the transparent conductive film, resulting in a longer production lead time and a higher manufacturing cost. Furthermore, there is a problem in that the alignment between the concave portion of the protective layer and the pattern of the transparent electrode film occurs and the step is not completely eliminated. (Figure 2)
本発明は、パターン加工した透明電極と下地との段差に起因するラビングムラを抑制し、表示ムラのない液晶表示装置を実現する液晶表示用カラーフィルタ基板を提供することである。 An object of the present invention is to provide a color filter substrate for liquid crystal display that suppresses uneven rubbing caused by a step between a patterned transparent electrode and a base and realizes a liquid crystal display device free from display unevenness.
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成をとる。
１．透明基板上のブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の各画素が形成され、ブラックマトリックスおよび各画素上に保護層が形成され、該保護層上に透明導電膜と絶縁膜とが形成された液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、透明導電膜はパターン形成され、該透明導電膜が除去された部分には絶縁膜が形成されており、かつ透明導電膜と絶縁膜における該透明基板と反対側の表面の段差が５０ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ基板。
２．前記絶縁膜はケイ素を含んだ無機膜であることを特徴とする第１項に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板。
３．第１項または第２項に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板を製造する方法であって、以下の工程を順次行うことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。
（１）透明基板上に開口部を有するブラックマトリックスを形成する工程
（２）ブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の各画素を形成する工程
（３）透明基板上のブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の各画素が形成された基板上に保護層を形成する工程
（４）保護層上に透明導電膜を形成する工程
（５）透明導電膜上にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソ法によりレジスト膜パターンを形成する工程
（６）レジスト膜パターンが除去された部分の透明導電膜をエッチングで除去することにより導電膜パターンを形成する工程
（７）透明導電膜パターンおよびレジスト膜パターンが積層された基板上に絶縁膜を形成する工程
（８）レジスト膜パターン上の絶縁膜をレジスト膜パターンとともに除去する工程
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
1. Red, green, and blue pixels are formed in the black matrix opening on the transparent substrate, a protective layer is formed on the black matrix and each pixel, and a transparent conductive film and an insulating film are formed on the protective layer. In the color filter substrate for a liquid crystal display device, the transparent conductive film is patterned, an insulating film is formed on the portion where the transparent conductive film is removed, and the transparent conductive film and the insulating film are opposite to the transparent substrate. A color filter substrate for a liquid crystal display device, wherein a step on the side surface is 50 nm or less.
2. 2. The color filter substrate for a liquid crystal display device according to
3. A method for manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display device according to
(1) Step of forming a black matrix having an opening on a transparent substrate (2) Step of forming red, green, and blue pixels in the opening of the black matrix (3) Opening of the black matrix on the transparent substrate (4) Step of forming a transparent conductive film on the protective layer (5) Step of forming a transparent conductive film on the transparent conductive film (6) Step of forming a resist film pattern by photolithography (6) Step of forming a conductive film pattern by removing a portion of the transparent conductive film from which the resist film pattern has been removed by etching (7) Transparent conductive film pattern and resist film Step of forming an insulating film on the substrate on which the pattern is laminated (8) Step of removing the insulating film on the resist film pattern together with the resist film pattern
本発明によれば、フォトリソ法によるエッチングにてパターン形成された透明電極とエッチングにて透明電極を除去した部分に形成された絶縁膜を有し、透明電極と絶縁膜の表面の段差が５０ｎｍ以下である液晶表示装置用カラーフィルタ基板を安価に製造できる。また、本発明によって得られた液晶表示装置用カラーフィルタ基板は、パターン加工した透明電極と下地との段差に起因するラビングムラを抑制し、表示ムラのない液晶表示装置が得られる。 According to the present invention, a transparent electrode patterned by etching by a photolithography method and an insulating film formed on a portion where the transparent electrode has been removed by etching are provided, and the step between the surface of the transparent electrode and the insulating film is 50 nm or less. The liquid crystal display device color filter substrate can be manufactured at low cost. In addition, the color filter substrate for a liquid crystal display device obtained by the present invention suppresses rubbing unevenness caused by a step between the patterned transparent electrode and the base, and a liquid crystal display device free from display unevenness can be obtained.
本発明は、透明基板上のブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の各画素が形成され、ブラックマトリックスおよび各画素上に保護層が形成され、該保護層上に透明導電膜と絶縁膜とが形成された液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、透明導電膜はパターン形成され、該透明導電膜が除去された部分には絶縁膜が形成されており、かつ透明導電膜と絶縁膜における該透明基板と反対側の表面の段差が５０ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ基板である。 In the present invention, each pixel of red, green, and blue is formed in an opening of a black matrix on a transparent substrate, a protective layer is formed on the black matrix and each pixel, and a transparent conductive film and an insulating film are formed on the protective layer In the color filter substrate for a liquid crystal display device in which is formed, the transparent conductive film is patterned, an insulating film is formed in a portion where the transparent conductive film is removed, and the transparent conductive film and the insulating film A color filter substrate for a liquid crystal display device, characterized in that a step on the surface opposite to the transparent substrate is 50 nm or less.
本発明の実施の形態の一例を図１に示す。 An example of an embodiment of the present invention is shown in FIG.
本発明は、透明基板上のブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の各画素を形成し、ブラックマトリックスおよび各画素上に保護層を形成し、該保護層上に透明導電膜を形成し、透明導電膜上にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソ法により所定のパターンを形成した後、エッチングにより透明導電膜を除去する。その後、フォトレジスト膜を剥離除去せずに、絶縁膜を形成した後、フォトレジスト膜を絶縁膜とともに剥離除去する。 In the present invention, red, green, and blue pixels are formed in an opening of a black matrix on a transparent substrate, a protective layer is formed on the black matrix and each pixel, and a transparent conductive film is formed on the protective layer. A photoresist film is formed on the transparent conductive film, a predetermined pattern is formed by a photolithography method, and then the transparent conductive film is removed by etching. Thereafter, an insulating film is formed without peeling off the photoresist film, and then the photoresist film is peeled off together with the insulating film.
本発明で使用する基板は、特に限定されず、光線透過率が高く、機械的強度、寸法安定性が優れたガラスが最適であるが、他にポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などのプラスチック板も使用できる。また、基板上に着色層、保護層、液晶ギャップ調整層などの有機膜を形成する場合には、有機膜材料として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも１つの樹脂が好適に使用される。 The substrate used in the present invention is not particularly limited, and glass having high light transmittance, excellent mechanical strength and dimensional stability is optimal, but other plastic plates such as polyimide resin, acrylic resin, polyester resin, etc. Can also be used. In addition, when organic films such as colored layers, protective layers, and liquid crystal gap adjustment layers are formed on the substrate, the organic film materials are epoxy resin, urethane resin, urea resin, acrylic resin, polyvinyl alcohol resin, melamine resin. At least one resin selected from the group consisting of polyamide resin, polyamideimide resin, and polyimide resin is preferably used.
本発明のブラックマトリックスおよび着色層で使用される樹脂としては、特に限定されず、１８０℃以上のアニール処理でも軟化、分解、着色を生じない材料が用いることができ、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂、シリコーン樹脂およびこれらの混合物などが好ましく用いられる。これらの中でも耐熱性、密着性にすぐれているポリイミド樹脂、アクリル樹脂もしくはエポキシ樹脂が好ましい。また、本発明で使用する樹脂層としては、感光性、非感光性のいずれでもよく、特に感光性材料が好適に用いられる。 The resin used in the black matrix and colored layer of the present invention is not particularly limited, and materials that do not soften, decompose, or color even when annealed at 180 ° C. or higher can be used. Epoxy resin, urethane resin, urea Resins, acrylic resins, polyvinyl alcohol resins, melamine resins, polyamide resins, polyamideimide resins, polyimide resins, tetrafluoroethylene resins, silicone resins, and mixtures thereof are preferably used. Among these, a polyimide resin, an acrylic resin or an epoxy resin excellent in heat resistance and adhesion is preferable. In addition, the resin layer used in the present invention may be either photosensitive or non-photosensitive, and a photosensitive material is particularly preferably used.
本発明で使用するブラックマトリックスとしては特に限定されないが、クロムやクロムと酸化クロムや窒化クロム、ニッケル合金、チタン合金の多層膜などからなる無機系や、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などに黒色顔料を分散した有機系の材料が用いられる。無機系、有機系とも本発明において好適に用いられるが、成膜に複雑な真空系を要する無機系に比べ製造コストの面で有利であり、地球環境への影響も少ない有機系を用いるのが望ましい。ブラックマトリックス層の厚みは無機系で０．１〜０．３μｍ、有機系で０．５〜２μｍのものが多く用いられる。ブラックマトリックス層は通常フォトリソグラフィ法やインクジェット法、印刷法により所定のパターンを形成する。 The black matrix used in the present invention is not particularly limited, but a black pigment is dispersed in an inorganic system composed of chromium, chromium and chromium oxide, chromium nitride, nickel alloy, titanium alloy multilayer film, acrylic resin, polyimide resin, or the like. Organic materials are used. Both inorganic and organic systems are preferably used in the present invention, but it is advantageous in terms of production cost compared to inorganic systems that require a complicated vacuum system for film formation, and it is preferable to use organic systems that have less impact on the global environment. desirable. The thickness of the black matrix layer is often 0.1 to 0.3 μm for an inorganic type and 0.5 to 2 μm for an organic type. The black matrix layer usually forms a predetermined pattern by a photolithography method, an inkjet method, or a printing method.
着色層としては特に限定はされないが、色素を樹脂中に分散したものを用いることができる。顔料は３原色を表すために適当なものを組み合わせて使用することができる。使用できる色素としては赤、橙、黄、緑、青、紫などの顔料や染料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Although it does not specifically limit as a colored layer, What disperse | distributed the pigment | dye in resin can be used. The pigments can be used in combination suitable for representing the three primary colors. Examples of pigments that can be used include, but are not limited to, pigments and dyes such as red, orange, yellow, green, blue, and purple.
ブラックマトリックスや着色層を形成する方法としては特に限定はされないが、例えば画素を形成する場合、着色ペーストを基板上に塗布・乾燥した後にパターニングを行う方法などがある。着色ペーストを得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などが用いられる。着色ペーストを塗布する方法としては、特に限定されずディップ法、ロールコータ法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバー法などの方法が好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュアの条件は使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により最適な値が選ばれるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。 The method for forming the black matrix or the colored layer is not particularly limited. For example, in the case of forming a pixel, there is a method of patterning after applying and drying a colored paste on a substrate. As a method for obtaining a colored paste, a method in which a resin and a colorant are mixed in a solvent and then dispersed in a dispersing machine such as a triple roll, a sand grinder, or a ball mill is used. The method for applying the colored paste is not particularly limited, and a method such as a dipping method, a roll coater method, a spinner method, a die coating method, or a wire bar method is preferably used, and then heated using an oven or a hot plate. Dry (semi-cure). As the semi-cure conditions, optimum values are selected depending on the resin, solvent, and paste application amount to be used.
このようにして得られた着色ペースト被膜は、樹脂が非感光性の場合はその上にフォトレジストの被膜を形成した後に、また樹脂が感光性の場合はそのままかあるいはポリビニルアルコールなどの酸素遮断膜を形成した後に、露光・現像を行う。その後必要に応じて、フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、再度加熱乾燥（本キュア）を実施する。本キュア条件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより基板上にパターニングされた着色層、すなわち画素が形成される。 If the resin is non-photosensitive, the colored paste film thus obtained is formed after forming a photoresist film thereon, or if the resin is photosensitive, it is left as it is or an oxygen blocking film such as polyvinyl alcohol. After forming, exposure and development are performed. Thereafter, if necessary, the photoresist or the oxygen blocking film is removed, and heat drying (main cure) is performed again. Although this cure condition changes with resin, when obtaining a polyimide-type resin from a precursor, it is common to heat at 200-300 degreeC normally for 1 to 60 minutes. By the above process, a colored layer, that is, a pixel patterned on the substrate is formed.
本発明のカラーフィルタは平坦性を向上するために画素上に保護膜を形成することが好ましい。保護膜としては特に限定されないが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、オルガノシランを縮重合して得られるシリコーン樹脂、オルガノシランとイミド基を有する化合物とを縮重合して得られるイミド変形シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ゼラチンなどが用いられる。中でも、後工程の液晶表示装置製造工程での加熱や、有機溶剤への耐性を有する樹脂を用いることが好ましく、この点から感光性もしくは非感光性のポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂が好ましく用いられる。保護膜を形成する方法としては特に限定されず、遮光層、着色層と同様、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用いられる。オーバーコート層の膜厚としては特に限定されないが、０．０５〜３．０μｍが好ましい。画素内段差を小さくする点からは厚いほうが好ましいが、均一塗布が難しくなる。もちろんブラックマトリックスと画素の膜厚の組み合わせにより、保護膜の厚みは好適に決定できる。 In the color filter of the present invention, it is preferable to form a protective film on the pixel in order to improve flatness. Although it does not specifically limit as a protective film, An epoxy resin, a polyimide resin, a silicone resin obtained by condensation polymerization of organosilane, an imide deformation silicone resin obtained by condensation polymerization of an organosilane and a compound having an imide group, an epoxy resin Acrylic resin, urethane resin, urea resin, polyvinyl alcohol resin, melamine resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyester resin, polyolefin resin, gelatin and the like are used. Among them, it is preferable to use a resin having resistance to heating or an organic solvent in a subsequent liquid crystal display manufacturing process. From this point, a photosensitive or non-photosensitive polyimide resin, acrylic resin, or epoxy resin is preferable. Is preferably used. A method for forming the protective film is not particularly limited, and a dipping method, a roll coater method, a spinner method, a die coating method, a method using a wire bar, and the like are suitably used as in the case of the light shielding layer and the colored layer. Although it does not specifically limit as a film thickness of an overcoat layer, 0.05-3.0 micrometers is preferable. Although thicker is preferable from the viewpoint of reducing the in-pixel step, uniform application becomes difficult. Of course, the thickness of the protective film can be suitably determined by the combination of the black matrix and the pixel film thickness.
保護膜上には透明導電膜が形成される。本発明の透明導電膜は、可視光領域の透過率が高く、抵抗値が低い材質が用いられ、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムと酸化スズの混合物（以下、ＩＴＯと称する）、などが好適に用いられ、厚みは１０〜３００ｎｍのものが好適に使用される。 A transparent conductive film is formed on the protective film. The transparent conductive film of the present invention uses a material having a high transmittance in the visible light region and a low resistance value, such as indium oxide, tin oxide, a mixture of indium oxide and tin oxide (hereinafter referred to as ITO), and the like. Is preferably used, and a thickness of 10 to 300 nm is preferably used.
透明導電膜の成膜方法は、特に限定はされず、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの物理的・化学的な各種成膜方法が使用できる。成膜温度は、特に限定されず、２０〜３００℃であることが好ましく、１００〜２３０℃の範囲がより好ましい。より好ましくは、１００〜１５０℃の範囲であり、導電膜を非晶質状態で形成し、エッチングを残渣なく容易にすることができる。非晶質状態で成膜した場合や、より安定して透過率や抵抗値の特性を得るためにアニール処理が好適に用いられる。アニール温度は、２００〜３００℃であることが好ましく、２２０〜２５０℃の範囲がより好ましい。アニールは、成膜後の任意のタイミングで実施すればよく、好適に成膜直後もしくは最終工程で実施される。 The method for forming the transparent conductive film is not particularly limited, and various physical and chemical film forming methods such as vacuum vapor deposition, CVD, and sputtering can be used. The film formation temperature is not particularly limited, and is preferably 20 to 300 ° C, more preferably 100 to 230 ° C. More preferably, it is the range of 100-150 degreeC, and it can form an electrically conductive film in an amorphous state and can make an etching easy without a residue. Annealing is preferably used when the film is formed in an amorphous state, or in order to obtain the characteristics of transmittance and resistance more stably. The annealing temperature is preferably 200 to 300 ° C, more preferably 220 to 250 ° C. The annealing may be performed at an arbitrary timing after the film formation, and is preferably performed immediately after the film formation or in the final process.
透明導電膜をパターン形成するために、透明導電膜上にフォトレジストが塗布され、フォトリソ法によりパターン形成される。本発明のフォトレジストは、熱可塑性樹脂のノボラック系レジストや化学増幅型レジスト、アジド化合物系レジストなどが好んで使用される。特にノボラック系レジストは、安価で加工安定性が良好なため、好適に使用される。 In order to pattern the transparent conductive film, a photoresist is applied on the transparent conductive film, and a pattern is formed by photolithography. The photoresist of the present invention is preferably a thermoplastic novolak resist, chemically amplified resist, azide compound resist or the like. In particular, novolak resists are preferably used because they are inexpensive and have good processing stability.
フォトレジストを塗布する方法としては、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用いられる。その後、必要に応じて、真空下で乾燥を行い、オーブンやホットプレートを用いて、加熱乾燥（プリベーク）を行う。プリベーク条件は、使用する樹脂や溶剤、塗布量により異なるが、通常５０℃〜１５０℃で、１分〜３０分加熱することが好ましい。その後、露光機により、所望のパターンを転写し、現像によって、不要部分を溶解除去して、パターンを形成する。現像する方法としては、ディップ方式やシャワー方式などが好適に用いられ、現像液としては、アルカリ現像液を使用し、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの無機系や、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの有機系などが好適に用いられる。現像条件は、通常はｐＨ１１〜１４、現像温度１５℃〜３０℃、現像時間３０秒〜３００秒の範囲が好ましい。 As a method for applying the photoresist, a roll coater method, a spinner method, a die coating method, a method using a wire bar, or the like is preferably used. Then, if necessary, drying is performed under vacuum, and heat drying (pre-baking) is performed using an oven or a hot plate. Although prebaking conditions change with resin to be used, solvent, and application quantity, it is preferable to heat at 50 to 150 degreeC normally for 1 to 30 minutes. Thereafter, a desired pattern is transferred by an exposure machine, and unnecessary portions are dissolved and removed by development to form a pattern. As a developing method, a dip method or a shower method is preferably used. As the developer, an alkali developer is used, and an inorganic system such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, or the like is used. An organic system or the like is preferably used. The development conditions are usually preferably pH 11 to 14, development temperature 15 ° C. to 30 ° C., and development time 30 seconds to 300 seconds.
レジスト膜パターンが形成された基板をエッチングすることにより、透明導電膜がパターン形成される。本発明に使用されるエッチング液は、塩化鉄水溶液や王水、蓚酸などが使用される。特に、弱酸である蓚酸は、フォトレジストや有機膜に与えるダメージが少ないため、好適に使用される。 The transparent conductive film is patterned by etching the substrate on which the resist film pattern is formed. As the etching solution used in the present invention, an aqueous iron chloride solution, aqua regia, oxalic acid, or the like is used. In particular, oxalic acid, which is a weak acid, is preferably used because it causes little damage to the photoresist and the organic film.
本発明のレジスト膜パターンは、エッチングにおけるレジスト膜と使用し、その後、剥離せずに、絶縁膜形成用のマスクとして使用する。 The resist film pattern of the present invention is used as a resist film in etching, and thereafter used as a mask for forming an insulating film without peeling off.
透明導電膜が除去された部分には、絶縁膜が形成される。本発明の絶縁膜は、ＳｉＯ２やＳｉＯＮ、ＳｉＯＣなどのケイ素を含んだ化合物やＡｌ２Ｏ３やＴｉＯ２などの金属酸化膜、ＴｉＮなどの金属窒化膜などが好適に用いられる。厚みは１０〜３００ｎｍのものが好適に使用され、透明導電膜の膜厚と同等の膜厚を形成する。 An insulating film is formed in the portion where the transparent conductive film has been removed. As the insulating film of the present invention, a silicon-containing compound such as SiO 2 , SiON, or SiOC, a metal oxide film such as Al 2 O 3 or TiO 2 , a metal nitride film such as TiN, or the like is preferably used. A thickness of 10 to 300 nm is preferably used, and a film thickness equivalent to that of the transparent conductive film is formed.
無機絶縁膜の成膜方法は、特に限定はされず、ＣＶＤ法、スパッタリング法、ゾルゲル法などの物理的・化学的な各種成膜方法が使用できる。 The method for forming the inorganic insulating film is not particularly limited, and various physical and chemical film forming methods such as a CVD method, a sputtering method, and a sol-gel method can be used.
絶縁膜は、レジスト膜とともに剥離を行う。レジスト膜を剥離する方法としては、始めに、紫外線を照射し、その後、アルカリ液にて、剥離を行う。紫外線の照射量は、レジストの種類や膜厚により異なるが、通常ｉ線で５０ｍＪ／ｃｍ２〜５００ｍＪ／ｃｍ２照射することが好ましい。剥離に用いるアルカリ液としては、無機系および有機系のいずれのアルカリ水溶液でも好適に用いられる。薄利条件は、通常はｐＨ１１〜１４，温度１５℃〜３０℃、薄利時間３０秒〜６００秒の範囲が好ましい。 The insulating film is peeled off together with the resist film. As a method for peeling the resist film, first, ultraviolet rays are irradiated, and then the peeling is performed with an alkaline solution. Dose of ultraviolet light may vary depending on the type of resist and the film thickness, it is preferable to 50mJ / cm 2 ~500mJ / cm 2 is irradiated in a conventional i-line. As the alkali solution used for peeling, any of inorganic and organic alkali aqueous solutions can be suitably used. As for the merits condition, the range of pH 11 to 14, the temperature 15 ° C. to 30 ° C., and the merits time 30 seconds to 600 seconds is preferable.
本発明における透明導電膜と絶縁膜の表面の段差とは、透明導電膜と絶縁膜の境界部分の透明基板と反対側の表面段差である。本発明において、該段差は、５０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以下である。 The step on the surface of the transparent conductive film and the insulating film in the present invention is a surface step on the opposite side of the transparent substrate at the boundary between the transparent conductive film and the insulating film. In this invention, it is preferable that this level | step difference is 50 nm or less, More preferably, it is 25 nm or less, More preferably, it is 10 nm or less.
基板表面の段差は、ラビングロールの乱れを生じさせる原因となり、段差が大きいほど、乱れが大きくなり、ラビングのムラとなる。段差が５０ｎｍ以上ある場合、ラビングムラが光漏れとなり、液晶表示装置のコントラストを低下させ、表示品位を悪くする。 The level difference on the surface of the substrate causes disturbance of the rubbing roll. The larger the level difference, the larger the disturbance and the unevenness of rubbing. When the level difference is 50 nm or more, rubbing unevenness causes light leakage, lowering the contrast of the liquid crystal display device and degrading the display quality.
段差の測定方法は、触針式段差測定装置を用いて、段差を測定したい一方の表面から、もう一方の表面へと触針で表面をなぞり、表面の段差形状を測定し、一方の表面からもう一方の表面の高さ差を計測する。 The step measurement method uses a stylus type step measurement device to trace the surface with one stylus from one surface where you want to measure the step to the other surface, measure the step shape on the surface, Measure the height difference of the other surface.
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
実施例１、２、および比較例１
本発明の液晶表示装置用基板の一例としてカラーフィルタ基板について説明する。
基板に無アルカリガラスを用いて、長さ６２０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの透明基板に、カーボンブラックからなる黒色顔料、ポリアミック酸、溶剤を攪拌混合して得られた非感光性黒色ペーストをスピンコートした。
その後、１１０℃で１５分間加熱し仮硬化し、膜厚１．５μｍのポリイミド前駆体膜を得た。この膜上にノボラック樹脂系レジストをスピンコートし、８０℃で２０分加熱乾燥して膜厚１．０μｍのレジスト膜を得た。次いで、フォトマスクを介して紫外線露光した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド２．４重量％の水溶液からなる現像液を用いて不要部分のフォトレジストおよびポリイミド前駆体膜をエッチング除去した後、残ったフォトレジストをメチルセルソロブアセテートにより除去した。これを３００℃で３０分加熱し、本硬化して、所定形状の遮光層を形成した。
次にポリアミック酸、赤顔料、溶剤からなる非感光性赤色ペーストをスピンコートの後、１１０℃で１５分間加熱し仮硬化し、膜厚１．５μｍのポリイミド前駆体膜を得て、この膜上にポジ型フォトレジストをスピンコートし、８０℃で２０分加熱乾燥した膜厚１．０μｍのレジスト膜を得た。次いで、フォトマスクを介して紫外線露光をした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド２．４重量％の水溶液からなる現像液を用いて不要部分のフォトレジストおよびポリイミド前駆体膜をエッチング除去した後、残ったフォトレジストをメチルセルソロブアセテートにより除去した。これを３００℃で３０分加熱し、本硬化して、所定形状の赤色の着色層を得た。同様にして緑色着色層、青色着色層のそれぞれを形成した。
Examples 1 and 2 and Comparative Example 1
A color filter substrate will be described as an example of the substrate for a liquid crystal display device of the present invention.
A non-photosensitive black paste obtained by stirring and mixing a black pigment made of carbon black, polyamic acid, and a solvent on a transparent substrate having a length of 620 mm, a width of 750 mm, and a thickness of 0.5 mm using an alkali-free glass as a substrate. Was spin coated.
Then, it heated at 110 degreeC for 15 minutes, and temporarily hardened, and obtained the polyimide precursor film | membrane with a film thickness of 1.5 micrometers. A novolac resin-based resist was spin-coated on this film and dried by heating at 80 ° C. for 20 minutes to obtain a resist film having a thickness of 1.0 μm. Next, after UV exposure through a photomask, unnecessary portions of the photoresist and polyimide precursor film were removed by etching using a developer composed of a 2.4% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, and the remaining photo The resist was removed with methyl celsorb acetate. This was heated at 300 ° C. for 30 minutes and fully cured to form a light shielding layer having a predetermined shape.
Next, a non-photosensitive red paste composed of polyamic acid, red pigment, and solvent is spin-coated and then heated at 110 ° C. for 15 minutes to be temporarily cured to obtain a polyimide precursor film having a thickness of 1.5 μm. A positive photoresist was spin-coated on the substrate, and a 1.0 μm-thick resist film was obtained by heating and drying at 80 ° C. for 20 minutes. Next, after UV exposure through a photomask, unnecessary portions of the photoresist and polyimide precursor film were removed by etching using a developer composed of an aqueous solution of 2.4% by weight of tetramethylammonium hydroxide, and remained. The photoresist was removed with methyl celsorb acetate. This was heated at 300 ° C. for 30 minutes and fully cured to obtain a red colored layer having a predetermined shape. Similarly, a green colored layer and a blue colored layer were formed.
さらにアクリル製の透明保護材料をスピンコートの後、２４０℃で３０分加熱し、本硬化して、膜厚２．０μｍの保護層を得た。 Further, a transparent protective material made of acrylic was spin-coated and then heated at 240 ° C. for 30 minutes and fully cured to obtain a protective layer having a thickness of 2.0 μm.
その後、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより、透明電極であるＩＴＯ膜を基板全面に成膜し、膜厚１００ｎｍの電極層を形成した。成膜温度は１２０℃とし、得られたＩＴＯ膜は非晶質状態であった。 Thereafter, an ITO film, which is a transparent electrode, was formed on the entire surface of the substrate by DC magnetron sputtering to form an electrode layer having a thickness of 100 nm. The film formation temperature was 120 ° C., and the obtained ITO film was in an amorphous state.
次に、ポジ型ノボラック樹脂系レジストをスピンコートし、８０℃で２０分加熱乾燥して膜厚１．６μｍのレジスト膜を得た。次いで、透明電極のパターンが描画されたフォトマスクを介して、紫外線露光をした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド２．４重量％の水溶液からなる現像液を用いて不要部分のレジストを除去した。さらに、蓚酸５％の水溶液からなるエッチャントを用いて不要部分のＩＴＯ膜を除去した。 Next, a positive novolac resin-based resist was spin-coated and dried by heating at 80 ° C. for 20 minutes to obtain a resist film having a thickness of 1.6 μm. Subsequently, after exposing to ultraviolet rays through a photomask on which a transparent electrode pattern was drawn, unnecessary portions of the resist were removed using a developer composed of an aqueous solution of 2.4% by weight of tetramethylammonium hydroxide. Further, an unnecessary ITO film was removed using an etchant made of an aqueous solution of 5% oxalic acid.
次に、ＲＦスパッタリングにより、無機絶縁膜であるＳｉＯ２膜を基板全面に成膜し、表１に示す膜厚の絶縁膜を形成した。絶縁膜の膜厚は、成膜時間を変更することにより、所望の膜厚になるよう調整した。 Next, an SiO 2 film, which is an inorganic insulating film, was formed on the entire surface of the substrate by RF sputtering to form an insulating film having a thickness shown in Table 1. The film thickness of the insulating film was adjusted to a desired film thickness by changing the film formation time.
その後、基板全面に紫外線照射をした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド５．０重量％の水溶液からなる剥離液を用いてレジストおよび絶縁膜を除去した。ＩＴＯ膜とＳｉＯ２膜の重なりは見られず、かつ、隙間は見られなかった。
ついで、２４０℃で３０分加熱し、ＩＴＯ膜をアニールして、所望の特性を得ることができた。
このようにして得られた基板の透明導電膜であるＩＴＯ膜と絶縁膜であるＳｉＯ２膜の表面の段差を株式会社小坂研究所製の高精度・全自動微細形状測定器 ＥＴ−５０００にて測定したところ、基板内９箇所の測定において、表１に示す段差の測定結果が得られた。
Thereafter, the entire surface of the substrate was irradiated with ultraviolet rays, and then the resist and the insulating film were removed using a stripping solution made of an aqueous solution of 5.0% by weight of tetramethylammonium hydroxide. No overlap between the ITO film and the SiO 2 film was observed, and no gap was observed.
Subsequently, the film was heated at 240 ° C. for 30 minutes, and the ITO film was annealed to obtain desired characteristics.
The step of the surface of the ITO film which is the transparent conductive film of the substrate and the SiO 2 film which is the insulating film obtained in this way is measured with a highly accurate and fully automatic fine shape measuring instrument ET-5000 manufactured by Kosaka Laboratory. As a result of measurement, the measurement results of the steps shown in Table 1 were obtained in the measurement at nine locations in the substrate.
次に、基板にポリイミド系配向膜を印刷し、１８０℃で一時間焼成し、膜厚５０ｎｍの配向膜を得た。その後、配向膜表面をラビング処理した。こうして完成したカラーフィルタ基板を用いて、横電界にて液晶分子を駆動する液晶表示装置を作成し、表示品位を確認した。表１に結果をまとめる。実施例１は、段差部のラビングムラに起因した光漏れが見られず、コントラスト比４００：１のかなり良好は表示装置が得られた。実施例２では、段差部にわずかに光漏れが見られたが、コントラスト比３５０：１の良好な表示装置が得られた。比較例１では、段差部に沿った光漏れが多く見られ、コントラスト比２００：１と大幅に悪化した。 Next, a polyimide alignment film was printed on the substrate and baked at 180 ° C. for 1 hour to obtain an alignment film having a thickness of 50 nm. Thereafter, the alignment film surface was rubbed. Using the color filter substrate thus completed, a liquid crystal display device for driving liquid crystal molecules by a lateral electric field was created, and the display quality was confirmed. Table 1 summarizes the results. In Example 1, no light leakage due to the rubbing unevenness of the stepped portion was observed, and a display device having a contrast ratio of 400: 1 was obtained. In Example 2, although a slight light leak was observed in the stepped portion, a good display device with a contrast ratio of 350: 1 was obtained. In Comparative Example 1, a lot of light leakage along the step portion was observed, and the contrast ratio was greatly deteriorated to 200: 1.
比較例２
基板に所定形状の遮光層、着色層および保護層を形成し、その後、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより、透明電極であるＩＴＯ膜を基板全面に成膜し、膜厚１００ｎｍの電極層を形成した。成膜温度は１２０℃とし、得られたＩＴＯ膜は非晶質状態であった。
Comparative Example 2
A light shielding layer, a colored layer and a protective layer having a predetermined shape were formed on the substrate, and then an ITO film as a transparent electrode was formed on the entire surface of the substrate by DC magnetron sputtering to form an electrode layer having a thickness of 100 nm. The film formation temperature was 120 ° C., and the obtained ITO film was in an amorphous state.
次に、ポジ型ノボラック樹脂系レジストにより所定のパターンを形成し、蓚酸５％の水溶液からなるエッチャントを用いて不要部分のＩＴＯ膜を除去した。（図３）
このようにして得られた基板の透明導電膜であるＩＴＯ膜と保護層の表面の段差を同様にＥＴ−５０００にて測定した結果を表１に示す。
Next, a predetermined pattern was formed with a positive novolac resin-based resist, and an unnecessary portion of the ITO film was removed using an etchant made of an aqueous solution of 5% oxalic acid. (Figure 3)
Table 1 shows the results obtained by measuring the steps of the ITO film, which is a transparent conductive film of the substrate thus obtained, and the surface of the protective layer in the same manner using ET-5000.
次に、基板にポリイミド系配向膜を印刷し、焼成、ラビング処理し、この基板を用いて、横電界にて液晶分子を駆動する液晶表示装置を作成して、表示品位を確認し、表示品位を確認した。段差部に沿った光漏れが多く見られ、コントラスト比１００：１と大幅に悪化した。（表１）
比較例３
基板に所定形状の遮光層、着色層および保護層を形成し、その後、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより、透明電極であるＩＴＯ膜を基板全面に成膜し、膜厚１００ｎｍの電極層を形成した。成膜温度は１２０℃とし、得られたＩＴＯ膜は非晶質状態であった。
Next, a polyimide alignment film is printed on the substrate, baked, and rubbed. Using this substrate, a liquid crystal display device that drives liquid crystal molecules in a horizontal electric field is created, and the display quality is confirmed. It was confirmed. Many light leaks were observed along the steps, and the contrast ratio was greatly deteriorated to 100: 1. (Table 1)
Comparative Example 3
A light shielding layer, a colored layer and a protective layer having a predetermined shape were formed on the substrate, and then an ITO film as a transparent electrode was formed on the entire surface of the substrate by DC magnetron sputtering to form an electrode layer having a thickness of 100 nm. The film formation temperature was 120 ° C., and the obtained ITO film was in an amorphous state.
次に、ポジ型ノボラック樹脂系レジストにより所定のパターンを形成し、蓚酸５％の水溶液からなるエッチャントを用いて不要部分のＩＴＯ膜を除去した。その後、剥離液にて、フォトレジスト膜を剥離した。 Next, a predetermined pattern was formed with a positive novolac resin-based resist, and an unnecessary ITO film was removed using an etchant made of an aqueous solution of 5% oxalic acid. Thereafter, the photoresist film was stripped with a stripping solution.
ついで、感光性のアクリル透明材料をスピンコートし、９０℃で２０分加熱乾燥し、フォトリソ法にて、ＩＴＯ膜を除去した部分を覆う様パターン加工し、２４０℃で３０分加熱硬化し、膜厚１００ｎｍの絶縁膜を得た。
このようにして得られた基板は、透明導電膜であるＩＴＯ膜と絶縁膜であるアクリル層が重なっている箇所や隙間が見られる箇所があった。重なっている箇所では、重なったアクリル層が突起となっており、段差は１００ｎｍであった。隙間がある箇所では、下地の保護層との段差が１００ｎｍであった。（図４）
次に、基板にポリイミド系配向膜を印刷し、焼成、ラビング処理し、この基板を用いて、横電界にて液晶分子を駆動する液晶表示装置を作成して、表示品位を確認した結果、段差部に沿った光漏れが多く見られ、コントラスト比は１００：１と低かった。
Next, a photosensitive acrylic transparent material is spin-coated, heated and dried at 90 ° C. for 20 minutes, patterned by a photolithographic method so as to cover the portion from which the ITO film has been removed, and cured by heating at 240 ° C. for 30 minutes. An insulating film having a thickness of 100 nm was obtained.
In the substrate thus obtained, there were places where an ITO film as a transparent conductive film and an acrylic layer as an insulating film were overlapped and where gaps were seen. In the overlapping part, the overlapping acrylic layer became a protrusion, and the step was 100 nm. At a position where there is a gap, the step with the underlying protective layer was 100 nm. (Fig. 4)
Next, a polyimide alignment film is printed on the substrate, baked, and rubbed. Using this substrate, a liquid crystal display device that drives liquid crystal molecules in a horizontal electric field is created, and the display quality is confirmed. Many light leaks were observed along the area, and the contrast ratio was as low as 100: 1.
本発明の液晶表示用カラーフィルタ基板は、種々の分野の液晶表示装置に利用できる。 The color filter substrate for liquid crystal display of the present invention can be used for liquid crystal display devices in various fields.
１：基板
２：ブラックマトリックス
３：着色層
４：保護層
５：透明電極膜
６：絶縁膜
７：フォトレジスト膜
1: Substrate 2: Black matrix 3: Colored layer 4: Protective layer 5: Transparent electrode film 6: Insulating film 7: Photoresist film
Claims (3)
（１）透明基板上に開口部を有するブラックマトリックスを形成する工程
（２）ブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の各画素を形成する工程
（３）透明基板上のブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の各画素が形成された基板上に保護層を形成する工程
（４）保護層上に透明導電膜を形成する工程
（５）透明導電膜上にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソ法によりレジスト膜パターンを形成する工程
（６）レジスト膜パターンが除去された部分の透明導電膜をエッチングで除去することにより導電膜パターンを形成する工程
（７）透明導電膜パターンおよびレジスト膜パターンが積層された基板上に絶縁膜を形成する工程
（８）レジスト膜パターン上の絶縁膜をレジスト膜パターンとともに除去する工程 A method for manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display device according to claim 1, wherein the following steps are sequentially performed.
(1) Step of forming a black matrix having an opening on a transparent substrate (2) Step of forming red, green, and blue pixels in the opening of the black matrix (3) Opening of the black matrix on the transparent substrate (4) Step of forming a transparent conductive film on the protective layer (5) Step of forming a transparent conductive film on the transparent conductive film (6) Step of forming a resist film pattern by photolithography (6) Step of forming a conductive film pattern by removing a portion of the transparent conductive film from which the resist film pattern has been removed by etching (7) Transparent conductive film pattern and resist film Step of forming an insulating film on the substrate on which the pattern is laminated (8) Step of removing the insulating film on the resist film pattern together with the resist film pattern
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