JPH02239204A

JPH02239204A - カラーフィルター及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02239204A
Application number: JP1059642A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kusukawa; 宏之楠川
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-09-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、カラー液晶表示装置あるいはカラー固体撮像
素子等に用いられるカラーフィルター及び、その製造方
法に関するものである．〔従来の技術〕カラーフィルターは、固体撮像素子や撮像管等において
色分解の為に用いられたり、あるいは、液晶ディスプレ
イ装置等においてカラー表示を行うために、広くもちい
られている。このカラーフィルターの断面の概略を第４
図に示す．カラーフィルターの基板２としては、透明で
平滑であり、さらに、熱膨張が小さいことが要求される
ため、一般にはガラス基板が用いられている．このガラ
ス基板２の上には、ブラックマトリクスと呼ばれる遮光
層１′が各画素の間に設けてある．この遮光層１′は、
微細なパターンからなる金属薄膜により形成されること
が多い。この遮光層に用いられる金属としては、Ｃｒ，
　Ｎｌ，　ＡＩ等があり、その成膜方法としては、スパ
ッタ法や真空蒸着などの真空成膜法が広く用いられてい
る，また、微細なマトリクス状のパターンを形成するた
めには、通常、フォトリソグラフィーの手法によりフォ
トレジストのパターンを形成した後、このレジストパダ
ーンをエッチングマスクとして金属薄膜のエッチングを
行う．この工程により、フォトレジストの微細パターン
と一致する金属薄膜の微細パターンを形成することがで
きる．このブラックマトリクス層ｒの上に着色層５、６、７を
形成する。着色層５、６、７は、液晶ディスプレイ装置
用では、一ＪＧに赤色・緑色・青色の３，色から成る。

色分解用のカラーフィルターでは、この３色の他に、シ
アン、マゼンタ、イエローなども用いられている。この
着色層５、６、７の形成方法としては、染色法、顔料分
散法、電着法、印刷法など種々の方法が提唱されている
。代表的な染色法では、カゼインやゼラチンなどの天然
蛋白賞に重クロム酸塩などにより感光性を付与したもの
を染色基質として用い、この染色基質とし、フォトリソ
グラフィー法によりこの染色基質のレリーフ像を形成す
る。このレリーフ像を染料によって着色することによっ
て１色分の着色層を得る．この工程を所望の色数分だけ
繰り返すことによって、着色層を形成する．この着色層５、６、７の上に、透明な樹脂からなる保護
膜８を形成する。この透明保護膜８は、着色層の保護だ
けを目的としたものでなく、カラーフィルターを用いる
装置自身への化学的汚染等の遮蔽効果も目的としている
．用いる樹脂としては、アクリル、ウレタン、シリコー
ン系などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前述のように金属薄膜により形成されたブラ
ックマトリクスは、金属薄膜を成膜する製造コストが高
く、カラーフィルターの価格そのものを引き上げる原因
となっている。さらに、ブラックマトリクス用の金属薄
膜として一般に使われているＣｒ膜は反射率が高いため
、外光の強い場所ではＣｒ面からの反射光も強《、特に
透過型のディスプレイにカラーフィルターを組み込んだ
場合には、表示品質を著しく損ねる原因となる。この反
射光を低減させるために、Ｃｒ膜の手前に酸化Ｃｒのよ
うな低反射率の膜を一層設ける手法も提言されているが
、ブラックマトリクス製造コストはより増加することに
なり、コストダウンの点からは好まし《ない．本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解決して、
比較的廉価で、信顛性が高《、かつ、ブラックマトリク
ス部における反射率の低いカラーフィルター、及び、そ
の製造方法を提供することである．〔課題を解決するための手段〕本発明のカラーフィルターは、ブラックマトリクスを有
するカラーフィルターであうで、このブラックマトリク
スが遮光材を介敞したポリイミド系樹脂により形成され
ていることを特徴とするものである。

また、本発明のカラーフィルターの製造方法は、予め遮
光材を分散したポリアミック酸の膜を所望の形状にパタ
ーニングし、その後、加熱することによりこのポリアミ
ック酸をイミド化して、遮光材を分散したポリイミド系
樹脂からなるブラックマトリクスを形成することを特徴
とするものである。

〔作　用〕

本発明のカラーフィルターにおいては、ブラックマトリ
クスが遮光材を分散したポリイミド系樹脂により形成さ
れているため、ブラックマトリクス部における反射率を
極めて低く抑えることができる．また、材料自身の信顛
性が高いために染色法等により形成した場合に比べて、
耐熱性や耐光性等に優れたブラックマトリクスを形成す
ることができる．また、本発明のカラーフィルターの製造方法においては
、アルカリにより容易にパターニングが行えるポリアミ
ック酸に予め遮光材を分散して成膜し、これを所望の形
状にパターニングした後に、加熱によりポリアミック酸
をイミド化するために、パターニングの困難なポリイミ
ド系樹脂を直接パターニングする場合に比べて、ブラッ
クマトリクスを容易にパターニングすることができる。

〔実施例〕以下、添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説明
する。

カラーフィルターのブラックマトリクス層を形成するた
めに、まず、遮光材をその中に分散することにより黒色
、あるいは、それに準ずる色を呈するポリアミフク酸溶
液を調製する。遮光材としては、カーボンブラックなど
の顔料、四酸化鉄などの金属酸化物、金属硫化物、また
は、それらの混合物を用いることができる。これらの遮
光材は、充分な耐光性、耐熱性を存するので、カラーフ
ィルターに用いる遮光材として最適であるが、用途に応
じて、又は、紫外線カットフィルターと組み合わせるこ
とによって、黒色の染料も用いることができる。

ポリアミック酸溶液としては、市販のポリイミド前駆体
を用いる．例としては、Ｐ　Ｉ　Ｑ／Ｐ　Ｉ　Ｘシリー
ズ（日立化成工業ＩＩ）、セミコファインＳＰシリーズ
（東レＩ１）　、パイメルシリーズ（旭化成工業■）、
パイラリンシリーズ（デュポン・ジャパン・リミテッド
）等がある。

ポリアミック酸溶液への遮光材の分散方法としては、用
いる遮光材に応じて適宜選択することが可能であり、ス
ターラー等による攪拌法、ボールミル法、３本ロール法
等がある。また、分散の際には、界面活性剤等の分散助
剤を小量添加することにより、遮光材の分散安定性を向
上させることも可能である。なお、分散する遮光材の粒
径は、分散安定性、及び、ブラックマトリクス層を薄膜
化する目的から、ｌμｍ以下が望ましい。

次に、上述の遮光材を分散したポリアミック酸のパター
ニングについて述べる．パターニングプロセスは、第１
図に示した次の■から■の工程から成っている。順次こ
れらの工程を説明する。

■ポリアミック酸溶液の塗布カラーフィルター基板上に、上述の遮光材を分散したポ
リアミック酸の塗布を行う。カラーフィルター基板には
通常ガラス基板が用いられ、７０５９フユージョンガラ
ス　（コーニング）　、ＮＡシＩＪ一ズ（ＨＯＹＡ）な
どの低膨張ガラス、あるいは、ソーダライムガラスが用
いられている．また、これらのガラスは厚さｌａｍ程度
のものが広く用いられている。ポリアミック酸の塗布方
法としては、ロールコート法やスビンコート法が一般に
用いられており、本発明においてもこれらの塗布方法を
用いることができる．塗布膜厚は要求されるブラックマ
トリクスの光学濃度によって決定され（第２図）、塗布
条件等はその膜厚に応じて決定する必要がある。第２図
に遮光材を分敗したポリアミック酸の塗布膜厚と透過率
との関係を示してある。そして、ポリアミック酸の塗布
後にプレベータを行う。プレベータの条件は、用いるポ
リアミック酸の材質、膜厚によって若干変化するが、１
３０゜Ｃ〜１５０℃、３０分間の加熱が一般的である． ■フォトレジストの製版前述のポリアミック酸の塗膜上に、フォトレジストのパ
ターニングを行う．フォトレジストのパターニングには
、微細なパターンを形成する必要性から、公知のフォト
リソグラフィーの手法を用いることが望ましい．もちろ
ん、粗いパターンの場合には、印刷法などの他の手法に
よりレジストのパターニングを行うことも可能である。

用いるフォトレジストは、後で述べるポリアミック酸の
エッチングとの関係から、アルカリ性の現像液を使用す
るものが望ましい。このタイプのフォトレジストとして
は、ノボラック系のものがあり、ＯＦＰＲシリーズ（東
京応化工業■）ＡＺシリーズ（ヘキスト・ジャパン■）
、マイクロボジットシリーズ（シブレイ・ファーイース
ト＠）などがある。

フォトレジストの膜厚は、通常０．　５〜１．０μｍが
用いられるが、特に上述のノボラック系のフォトレジス
トを用いる場合には、１．５μｍ程度の若干厚めの膜厚
とすることが、ブラックマトリクスの寸法精度を向上さ
せる点から望ましい．■ポリアミック酸のエッチングポリアミック酸のエッチングは、前述のパターニングさ
れたレジストをエッチングマスクとして、アルカリ溶液
によって行う．このアルカリ溶液は、特にその種類が限
定されるものではないが、充分なエッチングレートを有
する濃度であることが望ましい．なお、前述のフォトレジストにノボラック系のレジスト
を用いた場合では、現像液にアルカリ溶液を使用するた
めに、レジストの現像とポリアミック酸のエッチングと
を同時に行うことができ、工程を短縮することができる
。このノボラック系レジストの現像液としては、ＮＭＤ
−３、ＯＦＰＲ現像液３　（東京応化工業■）などがあ
る。

エッチングの方法については、ポリアミック酸のエッチ
ング性が良好であるため、ディップ、シャワー等、特に
限定されるものではない。

エッチングの後には、純水によるリンスを行う。

■フォトレジストの剥離ポリアミック酸のエッチング後にレジストの剥離を行う
。

剥離液は、用いたレジストの種類に応じて適宜選択すれ
ばよいが、ノボラック系のレジストを用いた場合を例に
とれば、アセトン、ＭＥＫなどのケトン系、メタノール
、エタノールなどのアルコール系、エチルセロソルブな
どのセロソルブ系、ＥＣＡなとのセロソルブアセテート
系、あるいは、ｎ−ブチルアセテートなど種々の有機溶
剤を使用することができる．剥離方法については、特に限定されるものではな《、シ
ャワー、デイップ等の方法を用いることができる。

レジストの剥離後には、それぞれの剥離液に応じた乾燥
方法により、乾燥を行う。

なお、用途に応じて、ブラックマトリクス上にレジスト
が残っていても使用上の問題のない場合には、この工程
を省略することもできる。

■ポリアミック酸のイミド化ポリアミック酸のイミド化の条件は、用いるポリアミッ
ク酸の種類によって、若干の違いがあるが、一般的なポ
リアミック酸の場合には、少なくとも２５０゜Ｃ以上、
望ましくは３５０゜Ｃ以上の高温によりイミド化を行う
。

このイミド化により、ブラックマトリクス層は充分な耐
熱性、耐薬品性を有し、かつ、極めて低い反射率特性を
有するものになる。

以上の工程により形成したブラックマトリクスの上に、
公知の方法により、着色層、透明保護膜、ＩＴＯ層を形
成して、カラーフィルターを得る。

五一体二匹次に、カラーフィルター製造方法の具体例について説明
する．まず、遮光材を分散したポリアミック酸溶液を調製した
。遮光材としては、カーボンブラックを使用し、ポリア
ミック酸としては、バイラリンＰ１　−２５４５　（デ
ュポン・ジャパン・リミテッド）を使用した．これらを
１＝１の割合で混ぜ、ポールミルを用いて充分混ぜ合わ
せた後、Ｎ−メチル＝２−ビロリドンによって希釈して
、粘度を３０ｃＰに調製した．この時の平均粒径は、Ｏ
．　ｌμｍ以下であった．次に、このポリアミック酸溶液１を、第３図一■に示す
ように、ガラス基板２上に塗布した．ガラス基板２は３
００ｍ口のＳｉｎｇディップコート付のソーダライムガ
ラスで、洗浄を行ったものを用いた．？！！布方法には
スビンコー１・法を用い、膜厚は１．　０μｍで、その
時に透過率３％以下のものを得た。塗布後の乾燥は、循
環式オーブンを用いてｉ３０℃、３０分間の条件で行っ
た。

この後、フォトレジストの密着性を向上させるために、
ポリアミック酸塗布後の基板をＨＭＤＳの蒸気に１０分
間曝した。フォトレジストには、ＯＦＰＲ８００−２０
　　（東京応化工業■）を用い、このフォトレジスト３
をスピンナーにより、第３図一■に示すように、ポリア
ミック酸塗膜ｌの上に膜厚１．　５μｍになるように塗
布した．ブレベークは循環式オーブンによって、９０゜
Ｃ５３０分間の条件で行った．露光には２ｋｗ超高圧水
銀ランプを用い、第３図一■に示すように、フォトマス
ク４を介して、紫外線照射した．現像は、第３図一■に示すように、現像液ＮＭＤ−３　
（東京応化工業■）中に９０秒間ディッピングすること
により行った。なお、この時には、下層のポリアミック
酸塗膜１のエッチングも同時に行われた．リンスは純水
中に３０秒間ディッピングすることにより行い、乾燥は
１５００ｒｐｍのスピン乾燥により行った。

この後、第３図一Ｖに示すように、ｎ−ブチルアセテー
ト中に３０秒間ディッピングすることで、フォトレジス
ト３の剥離を行い、１５００ｒｐｍのスピン乾燥を行っ
た。

以上の工程によってパターニングされたポリアミック酸
１を、１２０゜ｃ１３０分間、２００゜Ｃ、３０分間、
３５０゜Ｃ、３０分間の３段階から成るステップキュア
ーによりイミド化を行い、カーボンブラックが分散され
たポリイミドのブラックマトリクス層を得た。

この後、第３図一■に示すように、公知の染色法により
、赤色層５、緑色層６、青色層７から成る着色層を形成
し、最後に、第３図一■に示すように、アクリル系樹脂
を厚さ１．０μｍに塗布することによって、透明保護膜
８を形成し、液晶ディスプレイ装置用のカラーフィルタ
ーを得た。

このカラーフィルターのブラックマトリクス部の反射率
は、４００〜７００ｎｍの波長において２％以下であり
、充分な低反射率特性を有していることが確認できた．〔発明の効果〕以上のように、本発明によれば、充分な低反射率特性を
有するカラーフィルターのブラックマトリクスを形成す
ることができる。しかも、金属薄膜を成膜するかわりに
、遮光材を分散した有機樹脂を用いるために、ブラック
マトリクスの製造コストを下げることが可能である。

さらに、本発明においては、このような有機樹脂として
ポリイミドを使用しているために、カラーフィルターと
しては充分な信顛性を有しており、特に、ＰＶＡ，アク
リル、ウレタン、エポキシなどの樹脂に比べ、はるかに
高い信幀性を有している。

また、本発明によれば、この高い信鯨性を有するポリイ
ミドを、先ずポリアミック酸の状態でパターニングし、
その後に、イミド化するものであるため、ポリイミドそ
のものをパターニングする場合に比べ、はるかに容易に
パターニングすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるブラックマトリクスのパターニン
グプロセスの概略の説明図、第２図は遮光材を分散した
ポリアミック酸の塗布膜厚と透過率との関係を示すグラ
フ、第３図は本発明のカラーフィルターの製造方法の工
程図、第４図は従来のカラーフィルター断面図である．１・・・ポリアミック酸塗膜、２・・・ガラス基板、３
・・・フォトレジスト、４・・・フォトマスク、５・・
・赤色層、６・・・緑色層、７・・・青色層、８・・・
透明保護膜第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ブラックマトリクスを有するカラーフィルターに
おいて、このブラックマトリクスが遮光材を分散したポ
リイミド系樹脂により形成されていることを特徴とする
カラーフィルター。
（２）予め遮光材を分散したポリアミック酸の膜を所望
の形状にパターニングし、その後、加熱することにより
このポリアミック酸をイミド化して、遮光材を分散した
ポリイミド系樹脂からなるブラックマトリクスを形成す
ることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルターの
製造方法。