JPH03231201A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

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〉 本発明はテレビやＯＡ用デイスプレィあるいはセンサー
等に使用されるカラーフィルタに関するものであり、詳
しくは、画面の非画素部分に形成される遮光パターンを
有するカラーフィルタに関するものである。

〈従来の技術〉 液晶表示装置は液晶分子の配向を電圧によって制御し、
光の透過率を変化させて画像を表示するものである。す
なわち、Ｃα晶は画素部における光のＯＮ、　　ＯＦＦ
をつかさとるシャッターの役割をする。

液晶表示装置をカラー化するためにはカラーフィルタを
使用する。通常は光の３原色であるＢＩｕｅ、Ｇｒｅｅ
ｎ、Ｒｅｄの３色の画素を有するカラーフィルタが使わ
れている。カラーフィルタは液晶を刺止している２枚の
透明基板の何れか一方の内側に形成される場合が多い。

カラーフィルタの形成方法としてはフォトリソ法を用い
てパターン化した樹脂層を染色する染色法、着色インキ
をパターン通りに転写する印刷法、予め着色されている
樹脂をフォトリソ法を用いてパターン化する着色レジス
ト法、銀塩写真をカラー発色させる銀塩写真法、色材を
電気泳動てパターン化する電着法、多層干渉膜をパター
ン化する干渉膜法等がある。また、これらの方法を組み
合わせる複合法がある。

液晶表示装置の画質の良し悪しを表す基準のひとつにコ
ントラスト比がある。コントラスト比とは画素ドツト○
ＦＦ時の輝度と画素ドツト○Ｎ時の輝度の比で表される
。コントラスト比の大きい画面はど画質の評価は良い。

また、特開昭６２−２８０８０６号明細書に示されてい
る分光バラツキか少ない方が画質が良い。

従来、コントラスト比を大きくするためには画面の非画
素部分に遮光パターンを設けて光の漏洩を防ぎ、画素ト
ラ）ＯＦＦ時の輝度を下げる方−法かある。本発明にお
いて遮光パターンとは光の低透過率および／あるいは低
反射率のパターンをいう。遮光パターンの形成方法とし
ては印刷法（特開昭６２−１５３９０１、特開昭６２−
１５３９０２）の他に、スパッタリング等で形成した金
属あるいは金属酸化物等の薄膜をパターンエツチングす
る方法、フォトリソ法を用いてパターン化した樹脂層を
染色する方法（特開昭６２−５５６０４、特開昭６２−
２６９９２８）、予め着色されている樹脂をフォトリソ
法を用いてパターン化する方法、あるいはハロゲン化銀
より形成された金属銀を用いる方法（特開昭６２−１４
１５０２）等がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来のカラーフィルタの形成方法には次のような欠点が
あった。染色法は被染色樹脂に主としてゼラチンやカセ
インを使用しているために液晶表示装置製造工程中の高
温処理過程で樹脂が褐色化してしまったり、色材である
染料が退色してしまい・　カラーフィルタの分光特性を
著しく劣下させていた。そのため染色法で形成されたカ
ラーフィルタを用いる場合はカラー液晶表示装置製造工
程におけるＩＴＯスパッタリングや配向膜の焼成等の温
度条件を従来のモノクロ液晶表示装置製造工程における
条件よりも引き下げなければならず、透明電極の抵抗値
が大きくなったり、配向膜の焼成が不十分になったりす
る欠点があった。印刷法は画素形状のシャープネスに欠
けていたり、寸法精度に問題があった。着色レジスト法
は樹脂の高温時褐色化に加え、色材の分散が悪かった。

銀塩写真法は銀塩の分散媒体にゼラチンを用いているた
めに熱に弱かった。電着法は画素パターンの設計に制約
があり、電圧降下による色むらが発生しやすい上に透明
電極の上にカラーフィルタ層が形成されるために駆動電
圧の損失も大きかった。干渉膜法は工程が長く、コスト
メリットがなかった。

複合法としては染色法あるいは着色レジスト法、さらに
は金属あるいは金属酸化物の薄膜をスパッタリング等で
形成後パターンエツチングする方法で遮光パターンを形
成し、印刷法で画素部を形成する方法（特開昭６２−１
０６４０７）がある。この方法によると印刷法の欠点で
ある画素形状のシャープネスの悪さや寸法精度の悪さが
解消され、印刷法の利点である分光特性及び堅牢性の良
いカラーフィルタが形成できるが、カラーフィルタ表面
の平坦性では劣っていた。すなわち、印刷法で形成する
画素゛形状のシャープネスとフォトリソ法で形成する遮
光パターンのシャープネスが異なるため、微細に観察す
ると、接合部においてオーバーラツプしたり白抜けにな
ったりする。カラーフィルタにおいて白抜けは重要な欠
陥であるために、通常は第２図（ａ）に示すことく印刷
法で形成する画素形状を意識的に大きくして遮光パター
ンとオーバーラツプさせ、白抜けの発生を防いでいた。

しかしながら、この方法ではカラーフィルタの表面平坦
性という観点からは第２図（ｂ）のようにオーバーラツ
プ部が凸となり、液晶のセルギャップの均一性が要求さ
れる５ＴＮｉ晶表示装置やＴＰＴアクティブマトリック
ス方式の液晶表示装置に使用することができないため次
工程てオーバーコート等の平坦化処理を必要としていた
。

〈問題を解決するための手段〉 本発明においては透明基板上に複数色の画素部と遮光パ
ターンを有するカラーフィルタを形成する際に、予め遮
光パターンが形成されるべき部分に光分解型感光性樹脂
パターンをフォトリソ法により形成する。次に該光分解
型感光性樹脂パターンにより区画される画素部のうち所
定の画素部に所定の分光特性を有し、かつ、該画素部よ
りも大きな面積を有する着色層を印刷法により形成する
。この着色層形成工程を必要な色数だけ繰り返す。その
後、該光分解型感光性樹脂パターンに透明基板側より光
照射し、次いで現像処理をすることにより該光分解型感
光性樹脂パターンと該着色層のうち該光分解型感光性樹
脂パターンの上部を被覆している部分を同時に除去する
。さらに、凹部になった遮光パターンが形成されるべき
部分に凹部を埋めるように着色された感光性樹脂を塗布
し、遮光パターンを有するマスクを介して光照射、ある
いは透明基板側より着色層を透過しない光で照射、現像
することにより遮光パターンを設ける。

〈発明の作用〉 本発明によると先ず第１に透明基板の非画素部分に光分
解型感光性樹脂パターンをフォトリソ法により形成する
が、これにはフォトリソ法によるシャープなパターンで
画素部を開口させることにより印刷法における画素形状
のシャープネスの悪さおよび寸法精度の悪さを補う作用
がある。次に画素部を印刷法で形成するがこれは゛分光
特性および堅牢性の良いインキを使用することにより次
工程におけるＩＴＯスパッタリングや配向膜の焼成等の
処理条件に同等制約、を加えることがなく液晶表示装置
を製造することが可能になる。すなわち印刷法では使用
するインキの素材に染色性や感光性の制約がないので堅
牢性の高い素材を選択しやすい。印刷画素を本来の画素
寸法よりも大きくして印刷するのは白抜けの発生を防ぐ
ためである。

次に印刷面の反対側の面から光照射して光分解型感光性
樹脂パターンの透明基板との接着力を弱め現像処理する
ことにより、光分解型感光性樹脂パターンおよびその上
部にオーバーラツプして印刷されているインキ層を同時
に除去する。゛これには形状のシャープな画素部だけに
インキ層を残留させてシャープな形状を有する画素を形
成する作用と、インキのオーバーラツプにより生じる突
起部分を消去する作用がある。現像処理は現像液による
湿式現像の他にテープ剥離等の処理でも良い。

現像液としては光分解した感光性樹脂を溶解するものを
使用するが、通常はアルカリ水溶液あるいはアルコール
等の有機溶剤が用いられる。テープ剥離に使用するテー
プは接着力がガラスとインキ層との接着力よりも弱く、
がっ、ガラスと光分解した感光性樹脂パターンとの接着
力よりも強いものを使用する。次に光分解型感光性樹脂
パターンおよびその上部にオーバーラツプして印゛刷さ
れているインキ層を除去することによって生じる凹部に
予め着色された感光性樹脂を塗布し、パターン露光して
硬化させるが、これには凹部を埋めてカラーフィルタ表
面を平坦にする作用と予め着色されていることによる遮
光の作用がある。

遮光パターンとは低透過率あるいは／および低反射率の
パターンであるが、低透過率とは透過率１０％以下、よ
り好ましくは透過率１％以下であり、低反射率とは全反
射を１００％とするとき１５％以下、より好ましくは１
０％以下を示す。

印刷法には凸版印刷、平版オフセット印刷、グラビア印
刷、スクリーン印刷なとがあり、版式に応じた版と印刷
インキを用いることができる。

例えば、平版オフセット印刷ではＰＳ版あるいはフォト
レジストを塗布したアルミ板あるいは非画線部にインキ
反発物質を有するいわゆる水無し平版などが版として用
いられ、ネガタイプあるいはポジタイプがあり、マスク
ζこ応して使い分けられる。画素パターンを印刷するイ
ンキには顔料あるいは／および染料を含むインキが用い
られる。顔料としてはモノアソ系、ジスアゾ系、アゾレ
ーキ系、縮合アゾ系、キレートアソ系、フタロシアニン
系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系、チオ
インジゴ系、キナクリドン系、ジオキサジン系、イソイ
ントリノン系、キノフタロン系、染め付はレーキ系等の
有機顔料あるいは／および無機顔料が用いられる。染料
としては油溶性染料、分散性染料、塩基性染料、酸性染
料、直接染料等が用いられる。インキには特開昭６０−
１２９７０７より容易に類推されるように平均粒径１μ
ｍ以上の粒子が全粒子の１０重量％以下である粒径分布
を有する顔料を分散したインキがより好ましい。

〈実施例−１〉 （光分解型感光性樹脂のパターンニング）第１図（ａ）
に示すように、３００ｍｍＸ３００ｍｍサイズで厚さ１
．１μｍのカラスに光分解型感光性樹脂（商品名ポジテ
ィプレジス）ＦＨ−２１３０富士ハントエレクトロニク
ステクノロジー株式会社製）をスピンナーを用いて回転
塗布し、９０°Ｃのホットプレート上で５分間乾燥した
。次に、第１図（ｂ）のように遮光パターンのポジマス
クを介してＵＶ露光し、０．５％水酸化ナトリウム溶液
中で６０秒問現像し、純水で水洗した後乾燥させ、第１
図（ｃ）のような光分解型感光性樹脂のパターンを得た
。

（印刷インキの作成） アクリル系樹脂（商品名アルマテックスＤＩ０５　三井
東圧化学株式会社製）をキシレンに溶解させ、顔料を加
えて混練し、印刷用のインキを３種類作成した。以下に
各インキの組成を連記する。

Ｂｌｕｅインキ アルマテックスＤ１０５ キシレン Ｃ，１，Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｂｌｕｅ　１５Ｃ，１，Ｐｉ
ｇｍｅｎｔ　Ｒｅｄ　１２２Ｇｒｅｅｎインキ アルマテックスＤ１０５ キシレン Ｃ，１，Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｇｒｅｅｎ　３６Ｒｅｄイン
キ アルマテックスＤ１０５ （溶剤分５０％） １００重量部 ５０重量部 １０重量部 ２重量部 （溶剤分５０％） １００重量部 ５０重量部 １５重量部 （溶剤分５０％） １００重量部 キシレン　　　　　　　　　　　５０重量部Ｃ，１，Ｐ
ｉｇｍｅｎｔ　Ｒｅｄ　５３　　　　　　１２重量部（
着色層の印刷） 上記のＢｌｕｅインキを用いてスクリーン印刷法でカラ
ス上の光分解型感光性樹脂パターンで囲まれた画素部の
うち所定の画素部にＢｌｕｅ着色層を形成した。この際
、Ｂｌｕｅ着色層の大きさを画素部よりも大きくして光
分解型感光性樹脂パターンの上部の一部にオーバーラツ
プさせた。

インキの乾燥条件は５０℃のオーブン中で１０分間であ
った。

同様にＧｒｅｅｎインキおよびＲｅｄインキを用いてＧ
ｒｅｅｎ着色層およびＲｅｄ着色層を形成し、第１図（
ｄ）のような表面形状を有するカラーフィルタを作成し
た。

（光分解型感光性樹脂パターンおよびオーバーラツプし
ている着色層の除去） 第１図（ｅ）に示すようにカラーフィルタのガラス面側
よりＵＶ露光し、メチルアルコールで現像してＵＶ露光
で分解した光分解型感光性樹脂パターンおよびオーバー
ラツプしている着色層を除去し第１図（ｆ）のように遮
光パターン部分のガラス面が露出している形状のカラー
フィルタを作成した。

（遮光パターンの形成） 遮光パターンの材料として予め黒色に着色された感光性
樹脂（商品名カラーモザイクＣＫ−２０００富士ハント
エレクトロニクステクノロジー株式会社製）を用いた。

第１図（ｇ）に示すようにカラーモザイクＣＫ−２００
０を着色層と同し膜圧になるようにスピンナーて回転塗
布し、９０℃で５分間ブリ・ベークした後カラーフィル
タのカラス面側よりＵＶ露光した。この時、ＵＶ光が着
色層に吸収されてしまうため着色層上にわずかに残って
いるカラーモザイクＣＫ−２０００の薄膜は光硬化しな
いまま残る。次に専用の現像液で現像すると着色層上に
付着しているカラーモザイクＣＫ−２０００の薄膜か除
去され、第１図（ｈ）のような遮光パターンを有するカ
ラーフィルタを作成することができた。また、２００°
Ｃで５分間以上のボ、ストベーク処理を行うと着色層及
び遮光層の皮膜が強固になり、カラーフィルタの信頼性
が高まる。

作成されたカラーフィルタは画素形状がシャープでトー
タルピッチ精度は±５μｍ以内／３００ｍｍであった。

表面平坦性についてはカラーフィルタの表面凹凸が０．
　１μｍ以内であった。また、遮光部の光透過率は０．
１％以下であった。

画素部の分光特性は２５０℃のオーブン中に一時間放置
でも変化がなかった。さらに、耐光性、耐溶剤性、耐温
水性等についても充分な堅牢度を持っていた。

〈実施例−２〉 （光分解型感光性樹脂のパターンニング）３００ｍｍＸ
３００ｍｍサイズで厚さ１．１μｍのカラスに光分解型
感光性樹脂（商品名ポジティブレジストＰＨ−２１３０
富士ハントエレクトロニクステクノロジー株式会社製〉
をスピンナーを用いて回転塗布し、９０℃のホットブレ
ート上で５分間乾燥した。次に、遮光パターンのポジマ
スクを介してＵＶ露光し、０．５％水酸化ナトリウム溶
液中で６０秒間現像し、純水で水洗した後乾燥させ、光
分解型感光性樹脂のパターンを得た。

（印刷インキの作成） アクリル系樹脂（商品名アルマテックスＤ１０５　三井
東圧化学株式会社製）を酢酸ブチルセロソルブに溶解さ
せ、顔料を加えて混練し、印刷用のインキを３種類作成
し・た。以下に各インキの組成を連記する。

Ｂｌｕｅインキ アルマテックスＤ１０５ （固形分〉 ５０重量部 ５０重量部 １０重量部 ２重量部 酢酸ブチルセロソルブ Ｃ，１，Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｂｌｕｅ　１５Ｃ，１，Ｐｉ
ｇｍｅｎｔ　Ｒｅｄ　１２２Ｇｒｅｅｎインキ アルマテックスＤＩ０５ （固形分） ５０重量部 酢酸プチルセロソルフ　　　　　５０重量部Ｃ，１，Ｐ
ｉｇｍｅｎｔ　Ｇｒｅｅｎ　３６　　　　　１５重量部
Ｒｅｄインキ アルマテックスＤ１０５（固形分） ５０重量部 酢酸ブチルセロソルブ　　　　　５０重量部Ｃ，１，Ｐ
ｉｇｍｅｎｔ　Ｒｅｄ　５３　　　　　　１２重量部（
着色層の印刷） 上記のＢｌｕｅインキを用いて平版オフセット印刷法で
ガラス上の光分解型感光性樹脂パターンで囲まれた画素
部のうち所定の画素部にＢｌｕｅ着色層を形成した。こ
の際、Ｂｌｕｅ着色層の大きさを画素部よりも大きくし
て光分解型感光性樹脂パターンの上部の一部にオーバー
ラツプさせた。インキの乾燥条件は１００℃のオーブン
中で３０分間であった。

同様にＧｒｅｅｎインキおよびＲｅｄインキを用いてＧ
ｒｅｅｎ着色層およびＲｅｄ着色層を形成した。

（光分解型感光性樹脂パターンおよびオーバ−ラップし
ている着色層の除去） 作成したカラーフィルタのガラス面側よりＵＶ露光し、
１％水酸化ナトリウム水溶液で現像してＵＶ露光で分解
した光分解型感光性樹脂パターンおよびオーバーラツプ
している着色層を除去し遮光パターン部分のガラス面が
露出している形状のカラーフィルタを作成し・た。

（遮光パターンの形成） 遮光パターンの材料として予め黒色に着色された感光性
樹脂（商品名カラーモザイクＣＫ−２０００富士ハント
エレクトロニクステクノロジー株式会社製）を用いた。

カラーモザイクＣＫ−２０００を着色層と同じ膜圧にな
るようにスピンナーて回転塗布し、９０°Ｃで５分間プ
リベークした後遮光パターンのネカマスクを介してＵＶ
露光した。次に専用の現像液で現像すると着色層上に付
着しているカラーモザイクＣＫ−２０００の薄膜が除去
され、表面平坦性に優れかつ遮光パターンを有するカラ
ーフィルタを作成することができた。また、２００　’
Ｃで１０分間以上のポストベーク処理を行うと着色層及
び遮光層の皮膜が強固になり、カラーフィルタの信頼性
が高まる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、分光特性に優れかつ堅牢性の高いカラ
ーフィルタが作成できるため、カラー液晶表示装置製造
工程において従来のモノクロ液晶表示装置製造工程と同
し温度条件で製造が可能になり、品質の高いカラー液晶
表示装置を製造することができる。また、画素形状がシ
ャープで寸法精度に優れかつ表面平坦性も良いために液
晶のセルギャップの均一性が要求されるＳＴＮ液晶表示
装置やＴＰＴアクティブマトリックス方式の液晶表示装
置にも用いることができる。さらに、カラーフィルタに
シャープな形状を有する遮光パターンが形成されている
ため画面の開口率を下げたり、輝度ムラを発生させずに
コントラスト比を上げることが出来る。また分光バラツ
キも少なくなった。すなわち、メリハリのあるクリアな
画像を表示することが出来る。また、画素パターンの形
成方法としては印刷法を用いることができるために安価
に大量生産が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラーフィルタの製造方法の工程
を示す断面図、第２図はフォトリソ法と印刷法の複合に
よるカラーフィルタの拡大平面図および断面図である。 １１．２１・・・・・・透明基板 １２・・・・・・光分解型感光性樹脂層１３・・−・・
・フォトマスク １４Ｂ、２４Ｂ＝Ｂ　ｌ　ｕ　ｅ着色層１４Ｇ、　　２
４Ｇ＝Ｇ　ｒ　ｅ　ｅ　ｎ着色層１４Ｒ１２４Ｒ＝・＝
Ｒｅｄ着色層 １５・・・・・・予め着色された感光性樹脂層２５・・
・・・・遮光パターン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板上に複数色の画素部と遮光パターンを有
   するカラーフィルタを形成する際に、（イ）予め遮光パ
   ターンが形成されるべき部分に光分解型感光性樹脂パタ
   ーンを設ける。 （ロ）該光分解型感光性樹脂パターンにより区画される
   画素部のうち所定の画素部に所定の分光特性を有し、か
   つ、該画素部よりも大きな面積を有する着色層を設ける
   。 （ハ）（ロ）の工程を必要な色数だけ繰り返す。 （ニ）該光分解型感光性樹脂パターンに光照射し、次い
   で現像処理をすることにより、該光分解型感光性樹脂パ
   ターンと該着色層のうち該光分解型感光性樹脂パターン
   の上部を被覆している部分を同時に除去する。 （ホ）該光分解型感光性樹脂パターンと該着色層のうち
   該光分解型感光性樹脂パターンの上部を被覆している部
   分を同時に除去することによって凹部になった遮光パタ
   ーンが形成されるべき部分に、凹部を埋めるように遮光
   パターンを設ける。 少なくとも以上の工程を含むことを特徴とするカラーフ
   ィルタの製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の光分解型感光性樹脂
   パターンをフォトリソ法を用いて形成することを特徴と
   するカラーフィルタの製造方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の着色層を印刷法を用
   いて形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方
   法。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の光照射を透明基板側
   より行うことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項記載の遮光パターンを予め
   着色されている感光性樹脂を用いて形成することを特徴
   とするカラーフィルタの製造方法。
6. （６）特許請求の範囲第１項および第５項記載の遮光パ
   ターンを着色層における透過率の低い波長の光を用い、
   透明基板側より照射して形成することを特徴とするカラ
   ーフィルタの製造方法。