JPH0228601A

JPH0228601A - カラーフィルター基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0228601A
Application number: JP63177211A
Authority: JP
Inventors: Tsuneichi Yoshino; 吉野　常一; Tomiya Sonoda; 薗田　富也
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-01-30

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば液晶表示装置に用いられるカラーフ
ィルター基板の製造方法に関する。

（従来の技術）従来より、ポリシリコン、非晶質シリコン（ａ−３ｉ　
）及びテルル等の薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍ
　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、　Ｔ　Ｆ　Ｔ　＞　、或いは
ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｖｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ
　）素子等の非線形素子を用いたアクティブマトリック
ス形液晶表示装置は、例えば特開昭５６−２５７１４号
公報や特開昭５６−２５７７７号公報等に開示され広く
知られている。

この種の液晶表示装置につき、例えばＴＰＴを用いた場
合について説明する。

即ち、これは通常、一方の基板上では信号線群と走査線
群からなるマトリックス配線の各交点にＴＰＴが設けら
れた形になっており、そのソース電極或いはドレイン電
極の一方が画素電極に接続されている。また、他方の基
板上では、画素電極に対応する領域に例えば赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）及び灰色（Ｇｒａｙ＞の４色のカラ
ーフィルターを配置し、残りの格子状の領域をブラック
マトリックスとしての遮光膜で覆うとともに、続いて全
面には対向電極が形成されている。そして、これらの２
枚の基板の間には液晶が挟持されており、更に２枚の基
板の外面にはそれぞれ偏光板が設けられている。この例
では、４色のカラーフィルターにより、１６色のマルチ
カラー表示が可能になっている。

ここで、遮光膜を有するカラーフィルターの従来の形成
方法について述べる。まず、例えばガラスからなる光透
過性基板を洗浄した後、スパッタリング装置内に設置し
、例えばクロム金属を０．１〜０．２μｍの厚さに被着
させる。続いて、レジストを塗布し、所定のパターンを
有するマスクを用いて露光・現像し、エツチング後にレ
ジストを剥離して、遮光膜が完成する。次に、光透過性
基板の遮光膜形成面の全面に感光性染色基材を塗布し、
所定のパターンを有するマスクを用いて露光する。

そして、遮光膜の所定の開口部分の染色基材を架橋重合
反応させた後に現像し、更に、赤染色槽に浸して赤染色
を行えば、赤（Ｒ＞のカラーフィルターが得られる。以
後、この作業を３回繰り返すことにより、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）及び灰色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルターが得ら
れる。なお、ここで灰色（Ｇｒａｙ）とは、赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）及び青（Ｂ）を所定の割合で混合した色のこと
である。

（発明が解決しようとする課題）ところで、灰色（Ｇｒａｂ）のカラーフィルターを染色
法で作成する場合、灰色系または黒色系の染料で染色を
行うが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）といった他の
色に比べ合成染色基材の染色性が良すぎるため、染色基
材層の厚さを薄くして、平均透過率が５０％程度になる
ように染色する方法が一般的である。

この結果、次に述べるような不都合な点が起こっていた
。

■灰色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルターにおける合成染
色基材層の膜厚管理が面倒になる（許容幅が小さい）。

■金属製の遮光膜は平滑な面上に形成することが望まし
い関係上、この遮光膜の形成は実質的にカラーフィルタ
ーを形成する前に限られることになり、工程順序の選択
度が狭められる。

■例えば液晶表示素子にカラーフィルターを用いたとき
に、合成染色基材層の膜厚が灰色（Ｇｒａｙ）に相当す
る部分だけ薄くなるため、この部分と赤（Ｒ）、緑（Ｇ
）及び青（Ｂ）に相当する部分とのキャップが異なって
しまう。

この発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたも
のである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、光透過性基板上に所定の規則性がある開口
部を有するように遮光膜を形成した１多、この開口部に
染色基材層を設けこれを染色することにより、少なくと
も灰色（Ｇｒａｂ）を含む２色以上のカラーフィルター
を得ているカラーフィルター基板の製造方法であり、灰
色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルターになる染色基材層は
紫外線を照射した後に染色する。

（作　用）この発明は、合成染色基材が紫外線の照射によって、染
色されにくくなるという現象に着目したものである。こ
の現象が起こる理由としては、合成染色基材中の染色に
寄与するの分子の機能が紫外線により一部損なわれるた
めと考えられている。

従って、この現象を利用することにより、灰色（Ｇｒａ
ｂ）のカラーフィルターの染色基材層の膜厚を、他の色
の染色基材層の膜厚と同程度にすることが可能になった
。

（実施例）以下、この発明の詳細を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例の製造工程を説明するため
の図である。まず、第１図（ａ）に示すように、例えば
ガラスからなる光透過性基板１上に、感光性染色基材２
をスピンナー或いはロールコータ−で１．０〜１．４μ
ｍの厚さに塗布する。ここで、感光性染色基材２は天然
蛋白質（ゼラチン或いはカゼイン）より染色性が優れて
いる合成品が望ましく、ＪＤＳ−５０９（日本合成ゴム
■製）或いはＲ６３３Ｌ１　（日本化薬味製）等が適し
ている。次に、マスクを用いた露光、即ち感光性染色基
材２に紫外光を照射し、架橋反応により第１図（ｂ）に
示すように、感光性染色基材２の潜像３を形成する。続
いて、感光性染色基材２の現像を行い、第１図（Ｃ）に
示すように、所定の規則性がある開口部４を有する樹脂
膜５を形成する。

この現像工程により、樹脂膜５の膜厚は感光性染色基材
２の膜厚に比べ、０．８〜１．１μｍ程度（残膜率約８
０％）に減少する。そして、樹脂膜５をポストベーキン
グした後、染料としてブラック１８１（日本化薬味製）
０．２５％及び試薬として酢酸１゜０％（ｐｈは約３）
を含有する黒色染色槽に浸し、６０’Ｃで２０分間染色
する。こうして、染色処理を行なって、第１図（ｄ）に
示すように、遮光膜６を形成する。この遮光膜６は、染
料を吸着することにより、樹脂膜５のときに比べ膜厚が
増大する。

例えば、光学濃度が２程度の場合は１．５μｍ、光学濃
度が２．５程度の場合は２．０μｍに達する。そして、
第２図は光学濃度が２．５程度になるよう゛に染色した
遮光膜６の分光透過率を示す図であり、縦軸は透過率（
％）、横軸は波長（ｎｍ）を表している。同図かられか
るように、遮光膜６は４００〜７００ｎｍの各波長の光
を十分に遮蔽することができる。

次に、タンニン酸と吐酒石が各々１％含まれた溶液に５
０’Ｃで１分間浸積させて固着処理を行った後、第１図
（ｅ）に示すように、厚さ１．０〜１．４μｍの感光性
染色基材７を全面に塗布する。次に、所定の露光用マス
クを用いて紫外線を照射することにより、所定の開口部
分即ち灰色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルターに相当する
箇所の感光性染色基材７を架橋重合反応させて、第１図
（ｆ）に示すような潜像８を得る。そして、現像液で現
像することにより、第１図（ｑ）に示すような島状パタ
ーンの染色基材層９を得る。続いて、この染色基材層９
はポストベークを行い、染色性を満面するため紫外線を
照射する。ここで、紫外線照射処理は、３６５ｎｍをピ
ーク波長とする超高圧水銀灯より２５４ｎｍをピーク波
長とする低圧水銀灯の方が処理効果が大きく、例えば１
５ｍｗ／ａ／ｌのエネルギーで１０〜２０分程度の処理
を施こす。次に、染料としてブラック１８１（日本生薬
■製）０．２５％及び試薬として酢１１１１．０％（ｐ
ｈは約３）を含有する黒色染色槽に、紫外線照射処理を
終えた染色基材層９を浸し、３５℃で５分間染色するこ
とにより、第１図（ｈ）に示すように灰色（Ｇｒａｂ）
のカラーフィルター１０を得る。続いて、灰色（Ｇｒａ
ｙ）のカラーフィルター１０の固着処理として、タンニ
ン酸と吐酒石が各々１％含まれた溶液に５０°Ｃで１分
間浸積させる。そして、第３図は灰色（Ｇｒａ’）／）
のカラーフィルター１０の分光透過率を示す図であり、
第２図と同じく縦軸は透過率（％）、横軸は波長（ｎｍ
）を表している。同図かられかるように、このカラーフ
ィルター１０の分光透過率は可視域平均で約５０％でお
り、所望の灰色が得られている。

次に、再び第１図（ｅ）から第１図（ｈ）までに示した
処理（ただし、紫外線照射処理は除く）を３回繰り返す
ことにより、第１図（ｉ）に示すように緑（Ｇ）、赤（
Ｒ）及び青（Ｂ）のカラーフィルター１１〜１３を形成
し、所望のカラーフィルター基板を得ている。ここで、
緑（Ｇ）、赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の染色条件については
、次の通りである。即ち、緑（Ｇ）のカラーフィルタ１
１は、染料としてＣＦＧｌｌｌ（日本生薬Ｕ製）０．２
５％を含有する緑色染色槽に、７０℃で２０分間浸して
染色する。また、赤（Ｒ＞のカラーフィルター１２は、
染料としてＲ１３６Ｐ（日本化薬味製）０．２５％を含
有する赤色染色槽に、７０℃で２０分間浸して染色する
。更に、青（Ｂ）のカラーフィルター１３は、染料とし
て８４３Ｐ　（日本化薬ＩＩ製〉０．２５％を含有する
青色染色槽に、６０℃で２０分間浸して染色する。そし
て、第４図は緑（Ｇ）、赤（Ｒ）及び青（Ｂ）に染色し
たカラーフィルター１１〜１３の分光透過率を示す図で
、Ｘ印、Ｏ印及びＯ印を結んだ線がそれぞれ緑（Ｇ）、
赤（Ｒ）及び青（Ｂ）に対応しているとともに、第２図
や第３図と同じく縦軸は透過率（％）、横軸は波長（ｎ
ｍ）を表している。同図かられかるように、緑（Ｇ）、
赤（Ｒ）及び青（Ｂ）のカラーフィルター１１〜１３の
分光透過率のピークはそれぞれ、波長５５０ｎｍ付近、
波長６２０ｎｍ以降及び波長４５０ｎｍ付近に存在して
おり、所望の緑色、赤色及び青色が１ｑられている。

この実施例では、灰色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルター
１０に相当する染色基材層９に対し、染色性を調節する
ために、染色前に紫外線照射処理を施している。この結
果、灰色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルター１０に相当す
る染色基材層９は、他の色のカラーフィルター１１〜１
３に相当する染色基材層９と同程度の厚さにて、所望の
分光透過率を得られるようになる。また、一般に合成染
色基材は染色性に優れていて、灰色系や黒色系の染料で
染色したときに染色過多になることが多いが、灰色（Ｇ
ｒａｂ）のカラーフィルター１０に相当する染色基材層
９は紫外線照射処理の調節により、所望の分光透過率を
再現性よく得ることが可能になった。

第５図はこの実施例により得られたカラーフィルタ二基
板２０を用いてなる液晶表示装置の一例を示す概略断面
図であり、この形成方法について同図を用いて説明する
。即ち、カラーフィルタ基板２０のオーバーコート層２
１上に透明導電膜からなる共通電極２２等を形成すると
ともに、新たに光透過性基板２３上にマトリックス配線
２４、画素電極２５及びスイッチング素子（図示せず）
等が形成されてなるアレイ基板２６を用意する。

ここで、カラーフィルター基板２０の表面上の段差は、
保喪平滑層としてのオーバーコート層２１の働きもあっ
て、０．５μｍ以下になっている。そして、カラーフィ
ルター基板２０とアレイ基板２６を、各々のカラーフィ
ルター１０〜１３と画素電極２５、及び遮光膜６とマト
リックス配線２４の部分が対向するようにして重ね合わ
せ、この間隙には液晶層２７を挟持する。更に、カラー
フィルター基板２０とアレイ基板２５の外面にはそれぞ
れ、偏光板２８．２９を被着することにより、所望の液
晶表示装置が得られ、表示を行うときは、例えばカラー
フィルター基板２０側から照明を施すとよい。

この液晶表示装置では、各色のカラーフィルター１０〜
１３の間で膜厚のばらつきが減少しているため、カラー
フィルター基板２０とアレイ基板２６の間のキャップの
ばらつきも減少する。この結果、例えば表示の色むらが
少なくなって、表示特性が向上する。

なお、用いる染料については、例えば灰色（Ｇｒａｙ）
のカラーフィルター１０の青・縁領域の透過率を上述し
た実施例に比べ減少させたいときは、ブラック１８１に
赤染料Ｒ１３６Ｐを１０重量％程度添加すればよい。ま
た、青（Ｂ）のカラーフィルター１３に用いた染料８４
３Ｐは必ずしも紫外線に対して強くはないので、あらか
じめ感光性染色基材中に４００ｎｍ以下の紫外線を吸収
する添加物を混入しておくことが望ましい。更に、各色
のカラーフィルター１０〜１３の染色の再現性を考慮し
て、遮光膜６を形成してから染色基材層９を形成するま
でに、固着処理に代えて所定の平滑層を設けてもよいこ
とは言うまでもない。また、遮光膜６は金属からなって
もよく、このときは従来と相違して遮光膜６の形成が各
色のカラーフィルター１０〜１３の形成後でも可能にな
り、製造工程の自由度が向上する。

［発明の効果］この発明は、灰色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルターにな
る染色基材層について染色前に紫外線照射処理を行うの
で、この染色基材層の厚さを他の色例えば緑（Ｇ）、赤
（Ｒ）及び青（Ｂ）になる染色基材層の厚さと同程度に
することができ、例えば液晶表示装置に用いたときにセ
ルギャップのばらつきに起因する表示むらを少なくする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の製造工程を説明するため
の断面図、第２図はこの発明における遮光膜の分光透過
率の一例を示した図、第３図はこの発明における灰色（
Ｇｒａｙ）のカラーフィルターの分光透過率の一例を示
した図、第４図はこの発明における緑（Ｇ）、赤（Ｒ）
及び青（Ｂ）のカラーフィルターの分光透過率の一例を
示した図、第５図はこの発明の一実施例を用いて得られ
る液晶表示装置の一例を示す断面図である。１・・・光透過性基板４・・・開口部６・・・遮光膜９・・・染色阜材層１０・・・灰色（Ｇｒａｙ）のカラーフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

光透過性基板と、この光透過性基板上に所定の規則性が
ある開口部を有するように形成された遮光膜と、前記開
口部に染色基材層を染色することにより形成された少な
くとも灰色を含む２色以上のカラーフィルターとを備え
たカラーフィルター基板の製造方法において、前記灰色
のカラーフィルターになる前記染色基材層は紫外線を照
射した後に染色することを特徴とするカラーフィルター
基板の製造方法。