JPH04356022A - カラーフィルターおよびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルターおよ
びその製造方法に関し、とくにカラー液晶表示装置等に
使用される透明電極膜に特徴を有するカラーフィルター
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、透明電極を設けたガラ
ス等の透明な基板を数μｍ程度のギャップを設けてその
間に液晶物質を封入し、電極間に印加した電圧によって
液晶の配列を変化させて透明部分と不透明部分を形成し
て画像を表示している。カラー液晶表示装置はいずれか
の透明電極基板上に光の三原色に対応する赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルターを設けてい
る。

【０００３】カラー液晶表示装置用のカラーフィルター
は、一般に透明基板、着色層、保護膜、透明電極膜等か
ら構成されており、ＲＧＢの三原色の位置に対向する電
極あるいは薄膜トランジスタを形成した透明基板とを数
μｍの間隔を保持し液晶物質を封入して液晶表示装置を
形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】カラーフィルターはガ
ラスなどの透明基板上に顔料分散法、染色法、電着法、
印刷法等によってＲ、Ｇ、Ｂの三原色を所定の形状とし
た着色層を形成し、着色層上には着色層を保護する目的
で保護層を形成し、更に保護層の上には、液晶を駆動す
るための透明電極膜が形成されている。

【０００５】透明電極には、酸化錫、酸化インジウムお
よびＩＴＯと称するそれらの複合酸化物が使用されてい
る。透明電極膜の成膜方法には、蒸着、イオンプレーテ
ィング、スパッタリング等の各種の方法があるが、カラ
ーフィルターの透明電極の下層となる着色層および保護
膜は合成樹脂で形成されているので耐熱性の面から比較
的低温での成膜が可能な方法が求められている。このた
めにカラーフィルター用の透明電極の製造にはスパッタ
リングが広く用いられている。

【０００６】蒸着、スパッタリング等の薄膜形成方法で
製造したＩＴＯ膜等の薄膜はその成膜条件によって得ら
れる膜の特性が異なることが知られている。透明電極と
して使用されるＩＴＯ膜には、各種の特性が要求される
が、最近の画面の大面積化、高密度化にともないＩＴＯ
膜が液晶を駆動するための電極として使用される場合に
は低抵抗であることが最も重要な要件となっている。

【０００７】とくに数百本という多数の線状のパターン
を形成したＩＴＯ膜からなる透明電極を有するＳＴＮ方
式によるパーソナルコンピュータなどのカラーディスプ
レイ用の液晶表示装置に使用するカラーフィルターでは
、ＴＦＴ方式の液晶表示装置用のカラーフィルターに比
べて電気抵抗は１０分の１程度の抵抗値とすることが要
求されており、面積抵抗は１０Ω／□ないし２０Ω／□
の低い値とすることが求められている。このような要求
があるのは、透明電極の抵抗値が液晶表示装置の表示品
質に影響を及ぼすためである。ＳＴＮ方式の液晶表示装
置では、線状の透明電極が多数形成された一対の透明電
極基板をＸ軸、Ｙ軸として直交させて配置し、この交点
で液晶を駆動しているが、例えば、白色の表示をした場
合には、その画素からＸ軸方向、Ｙ軸方向の各々に白色
のゴーストが発生する、いわゆる「クロストーク」が見
られ、この発生の度合いは透明電極の面積抵抗が大きい
ほど顕著になる。画面の大面積化、高密度化により、電
極の長さが増大する反面、幅が狭くなり透明電極の抵抗
値がより一層無視できなっており、低抵抗化が強く望ま
れている。

【０００８】また、ＴＦＴ方式においても、画面が２０
０ｍｍ×３００ｍｍ程度のパーソナルコンピュータ用途
のものにおいては、画面の周辺部と中心部とに電位差を
生じるために、従来の約１／２の５０Ω／□以下にする
ことが要求されている。

【０００９】スパッタリングによって析出するＩＴＯ膜
は基板の温度によって析出物の結晶形態が異なっており
、低抵抗膜を得るためには析出面の温度を３００℃ない
し３５０℃の温度とすれば析出するＩＴＯ膜の結晶性が
改善されて比抵抗が小となるので、低抵抗膜を得るため
に基板面をこのような温度とすることが行われている。

【００１０】ところが、ガラス基板のような耐熱性の基
材の面に直接にＩＴＯ膜を成膜する場合には３５０℃程
度の温度はなんら問題とならないが、カラーフィルター
の保護膜上にＩＴＯ膜を形成する場合には、基板の温度
の上昇には制約がある。すなわち、保護膜および着色層
が有機物であるので、一般に２００℃程度の温度が限界
であって、３００℃以上に加熱することは不可能である
。

【００１１】そこで、低温度で形成したために比抵抗が
高い膜であっても膜厚を厚くすることによって実質的な
電気抵抗を小さくすることも考慮されるが、従来の方法
でスパッタリングによって析出したＩＴＯ膜は、厚みに
よって析出物の形態が変化するために、膜厚が厚くなる
にしたがって比抵抗が増大する現象が見られる。したが
って、膜厚を厚くすることでＩＴＯ膜の低抵抗化を実現
することは不可能であった。

【００１２】また、従来の方法で得たＩＴＯ膜は内部応
力が大きいため、着色層や保護膜等の有機層の上では、
ＩＴＯ膜の膜厚を０．２μｍ以上に形成すると、着色層
や保護膜にクラックが発生したり、細かいしわが発生し
て透明電極が断線することがあり、また、光の透過率が
低下するので、カラーフィルターとして用いるためには
ＩＴＯ膜は０．２μｍ以下の膜厚でしか実用性がなかっ
た。また、ＩＴＯ膜の密着性は０．１μｍないし０．１
５μｍの膜厚であっても十分なものではなかった。

【００１３】スパッタリング時の基板の温度をパラメー
タとして、膜厚と比抵抗の関係を図２に示すように膜厚
の増加にしたがって比抵抗が増大する現象が見られる。 また、従来の方法で形成したＩＴＯ膜の面積抵抗と膜厚
との関係については図３に示すような関係がみられる。 すなわち２００℃程度の温度であると図３で示されるよ
うに、膜厚を厚くしても面積抵抗の値はＩＴＯのバルク
の抵抗値には近づかないばかりか、比抵抗が膜厚に依存
して高くなるために、逆にある膜厚以上では面積抵抗が
上昇するという現象が生じるので、膜厚を厚くすること
は面積抵抗の減少の目的には充分なものではなかった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した問
題点を解決する手段を検討した結果、ＩＴＯ膜の成膜を
特定の条件で行うことによって、２００℃程度の低温で
あっても比抵抗の小さいＩＴＯ膜を着色層上に保護層を
形成したカラーフィルターの保護膜上に成膜することが
できることを見いだした。

【００１５】すなわち、従来のスパッタリング条件では
、アルゴン３×１０−３ｔｏｒｒないし５×１０−３ｔ
ｏｒｒ、酸素５×１０−５ｔｏｒ程度の分圧の放電ガス
を使用して、酸化インジウムと酸化錫をターゲット材と
してスパッタリングを行っていたが、本発明の方法では
スパッタリング装置として低温マグネトロンスパッタリ
ング装置を用いて、スパッタリング時の放電ガスのアル
ゴンの分圧を１×１０−２ｔｏｒｒないし１．５×１０
−２ｔｏｒｒと高くし、酸素の分圧が３×１０−５ｔｏ
ｒｒないし８×１０−５ｔｏｒｒとしたもので、これに
よってＩＴＯ膜層の比抵抗を低下させることができる。 さらに本発明のＩＴＯ膜は従来の方法によって作製した
ＩＴＯ膜と比較して、膜の内部応力が低いため、０．１
５μｍの薄い膜厚においても保護膜への付着強度が高く
、ＩＴＯ膜を形成した後にエッチングによりＩＴＯ膜の
パターンを形成する場合にも、膜のエッジ部のびりつき
を皆無とすることができる。また、本発明のＩＴＯ膜で
は、膜厚を０．３μｍにしても保護膜にしわやクラック
の発生はみられなかった。熱安定性の面でも優れた特性
を有している。

【００１６】

【作用】本発明は、有機物の被膜を形成した基板上に透
明電極膜を形成する際に、放電ガスのアルゴンの分圧を
１×１０−２ｔｏｒｒないし１．５×１０−２ｔｏｒｒ
、酸素の分圧を３×１０−５ｔｏｒｒないし８×１０−
５ｔｏｒｒとしたもので、これによって透明電極膜の比
抵抗を低下させると共に、膜応力を低下させ、合わせて
エッチング性の向上と熱安定性の向上を図ることができ
る。以下に本発明の実施例を示し、更に詳細に説明する
。

【００１７】

【実施例】図面を参照して本発明を説明すると、第１図
は本発明を実施する装置の１例を示す。スパッタリング
装置１は、透明電極を形成するカラーフィルター２を導
入するロード室３、カラーフィルターを移送する搬送装
置４、カラーフィルターを所定の温度に加熱する加熱室
５、スパッタリングによって透明電極を形成する成膜室
６、基板の温度を冷却する冷却室７、基板を取り出すた
めのアンロード室８から構成されている。

【００１８】ロード室、成膜室、アンロード室はそれぞ
れ排気装置９、１０、１１に結合されており、成膜室６
を十分に真空ポンプで真空排気した後に、アルゴンおよ
び酸素からなる放電ガスを所定の分圧となるように供給
し、直流電圧を印加したＩＴＯのターゲット１２の近傍
には陽極１３を配置し、ターゲットの放電面とは逆の面
には陽極に向かう電子に螺旋運動を起こす磁石１４を設
けている。

【００１９】透明電極を形成すべきカラーフィルター２
は加熱室５において所定の温度に加熱された後に、成膜
室に送られ、ＩＴＯターゲットから所定の距離に配置し
て透明電極を形成し、目的とする厚さの膜を形成の後に
アンロード室から取り出す。図４は、スパッタリング時
のアルゴン分圧とＩＴＯ膜の応力の関係を示す図であり
、図５はスパッタリング時のアルゴン分圧とＩＴＯ膜の
比抵抗の関係を示したものである。この時の基板温度は
２００℃、酸素分圧は５×１０−５ｔｏｒｒ、膜厚は０
．１４μｍないし０．１５μｍである。図中に（Ａ）で
示す点はアルゴン分圧が従来の条件である５×１０−３
ｔｏｒｒで膜を形成した場合であり、（Ｂ）で示す点は
アルゴン分圧が本発明の条件である１×１０−２ｔｏｒ
ｒで膜を形成した場合である。図４、図５から明らかな
ように、本発明のＩＴＯ膜の膜応力は、従来条件で形成
したＩＴＯ膜の応力の１／２以下となっており、比抵抗
も３×１０−４Ω・ｃｍと従来の１／２以下となってい
る。 以下に本発明の実施例の詳細を示す。

【００２０】実施例１ 大きさ３００ｍｍ×３２０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラ
ス基板（コーニング社製７０５９材）を充分に洗浄し、
その上に、赤色感光性樹脂を１．２μｍの膜厚になるよ
うに塗布し、その後温度７０℃で３０分間オ−ブン中で
乾燥させ、水銀ランプを用いて露光し、水によるスプレ
ー現像を１分間行い、赤色画素を形成すべき領域に赤色
のレリーフ画像を形成し、さらに１５０℃で３０分間、
加熱硬化させた。同様の工程を繰り返して、緑色画素を
形成すべき領域に緑色のレリーフ画素を形成し、青色画
素を形成すべき領域に青色のレリーフ画素を形成して着
色層を形成した。

【００２１】続いて光硬化性アクリレートオリゴマーと
して、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート
（分子量１５００〜２０００）を５０重量部、多官能重
合性モノマーとして、ジペンタエリスリトールヘキサア
クリレート（日本化薬製ＤＰＨＡ）を５０重量部混合し
、さらに重合開始剤としてイルガキュアー６５１（チバ
ガイギー社製）２重量部を混合した配合物を、エチルセ
ルソルブアセテート２００重量部中に溶解させ、その溶
液１０ｇを用いてスピンコーターで前記着色層上に２．
０μｍの厚さに塗布した。塗布膜に接してフォトマスク
を配置して、２．０ｋＷの超高圧水銀ランプによって着
色層上のみに紫外線を１０秒間照射した。続いて温度２
５℃の１，１，２，２−テトラクロロエタンからなる現
像液中に１分間浸漬して、塗布膜の未硬化部分のみを除
去した。

【００２２】次に、得られた保護膜を形成した基板をス
パッタリング装置のロード室から基板の加熱室に入れ、
基板の温度を２００℃に加熱し、３×１０−６ｔｏｒｒ
まで減圧した後にアルゴンの圧力を１×１０−２ｔｏｒ
ｒ、酸素の圧力を５×１０−５ｔｏｒｒの分圧となるよ
うに製膜室にアルゴン、酸素を導入した。

【００２３】スパッタリング装置のターゲットと陽極の
間には直流電圧４００Ｖ、電流７Ａを印加して、ターゲ
ットと基板との距離を９０ｍｍとしてスパッタリングを
して、厚さ０．１５μｍの透明電極を形成した。得られ
た透明電極の比抵抗は２．８×１０−４Ω・ｃｍ、面積
抵抗は１８Ω／□であり、従来の１／６の低抵抗となり
、ＳＴＮ方式の液晶表示装置に対応できるものであった
。 また、フォトリソグラフィー法により透明電極を１０μ
ｍ幅のラインパターンにエッチングしたところエッジ部
のびりつきはまったく見られなかった。

【００２４】実施例２ 実施例１と同様の方法で基板上に着色層、保護膜を形成
した後、基板をスパッタリング装置のロード室から基板
の加熱室に入れ、基板の温度を２００℃に加熱し、３×
１０−６ｔｏｒｒまで減圧した後、アルゴンの圧力を１
．５×１０−２ｔｏｒｒ、酸素の圧力を５×１０−５ｔ
ｏｒｒの分圧となるようにアルゴン、酸素を導入した。 スパッタリング装置のターゲットと陽極の間に直流電圧
４００Ｖ、電流７Ａを印加して、ターゲットと基板との
距離を９０ｍｍとしてスパッタリングをして、厚さ０．
１５μｍの透明電極を形成した。

【００２５】得られた透明電極の比抵抗は２．７×１０
−４Ω・ｃｍ、面積抵抗は１７Ω／□と、実施例１と同
等に良好なものであった。また、エッチング特性、耐熱
性においても差は見られなかった。

【００２６】比較例１ 実施例１と同様の方法で基板上に着色層、保護膜を形成
した後、基板をスパッタリング装置のロード室から基板
の加熱室に入れ、基板の温度を２００℃に加熱し、３×
１０−６ｔｏｒｒまで減圧した後、アルゴンの圧力を２
．０×１０−２ｔｏｒｒ、酸素の圧力を５×１０−５ｔ
ｏｒｒの分圧となるようにアルゴン、酸素を導入した。 スパッタリング装置のターゲットと陽極の間に直流電圧
４００Ｖ、電流７Ａを印加して、ターゲットと基板との
距離を９０ｍｍとしてスパッタリングをしたところ、ス
パッタリング時の放電が不安定となり、実用性のある膜
が得られなかった。

【００２７】実施例３ 実施例１と同様の方法で基板上に着色層、保護膜を形成
した後、基板をスパッタリング装置のロード室から基板
の加熱室に入れ、基板の温度を２００℃に加熱し、３×
１０−６ｔｏｒｒまで減圧した後、アルゴンの圧力を１
×１０−２ｔｏｒｒ、酸素の圧力を５×１０−５ｔｏｒ
ｒの分圧となるようにアルゴン、酸素を導入した。スパ
ッタリング装置のターゲットと陽極の間に直流電圧４０
０Ｖ、電流７Ａを印加して、ターゲットと基板との距離
を９０ｍｍとしてスパッタリングをして、厚さ０．２μ
ｍの透明電極を形成した。

【００２８】得られた透明電極の比抵抗は２．８×１０
−４Ω・ｃｍ、面積抵抗は１４Ω／□と良好なものであ
った。また、保護膜への付着力も十分であり、エッチン
グによるエッジ部のびりつきも見られなかった。

【００２９】実施例４ 実施例１と同様の方法で基板上に着色層、保護膜を形成
した後、基板をスパッタリング装置のロード室から基板
の加熱室に入れ、基板の温度を２００℃に加熱し、３×
１０−６ｔｏｒｒまで減圧した後、アルゴンの圧力を１
×１０−２ｔｏｒｒ、酸素の圧力を５×１０−５ｔｏｒ
ｒの分圧となるようにアルゴン、酸素を導入した。スパ
ッタリング装置のターゲットと陽極の間に直流電圧４０
０Ｖ、電流７Ａを印加して、ターゲットと基板との距離
を９０ｍｍとしてスパッタリングをして、厚さ０．３μ
ｍの透明電極を形成した。

【００３０】得られた透明電極の比抵抗は２．８×１０
−４Ω・ｃｍと膜厚が増加したにもかかわらず実施例１
と同等なものが得られ、面積抵抗は１０Ω／□と極めて
良好なものが得られた。この時、保護膜にはしわやクラ
ックはまったく見られなかった。

【００３１】また、保護膜への付着力も十分であり、エ
ッチングによるエッジ部のびりつきも見られなかった。

【００３２】

【発明の効果】液晶を使用したカラーディスプレイ装置
に使用するカラーフィルターのように有機物の被膜を形
成した基板上に透明電極膜を形成する際に、放電ガスの
アルゴンの圧力を１．０×１０−２ｔｏｒｒないし１．
５×１０−２ｔｏｒｒ、酸素の圧力を３×１０−５ない
し８×１０−５ｔｏｒｒの分圧になるようして、低温マ
グネトロン法によってスパッタリングをしてＩＴＯ膜を
形成したことによって、透明電極層の比抵抗を低下させ
ると共に、膜の内部応力を低下させることができる。し
たがって、透明電極膜の厚さを０．２μｍないし０．３
μｍと厚くすることができ、透明電極膜の面積抵抗を２
０Ω／□以下に低下させることができる。また、本発明
の透明電極膜は付着特性、エッチング特性に優れたもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するプラズマ処理装置を示
す。

【図２】従来の方法によるスパッタリング時の基板の温
度をパラメータとして、膜厚と比抵抗の関係を示す。

【図３】従来の方法による比抵抗と面積抵抗との関係を
示す。

【図４】アルゴン分圧と膜の応力の関係を示す。

【図５】アルゴン分圧と比抵抗の関係を示す。

【符号の説明】

１…スパッタリング装置、２…カラーフィルター、３…
ロード室、４…搬送装置、５…加熱室、６…成膜室、７
…冷却室、８…アンロード室、９、１０、１１…排気装
置、１２…ＩＴＯ製ターゲット、１３…陽極、１４…磁
石

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に少なくとも、着色層、透明電
   極膜を有するカラーフィルターにおいて、前記透明電極
   膜が、アルゴン分圧が１×１０−２ｔｏｒｒないし１．
   ５×１０−２ｔｏｒｒ、酸素の分圧が３×１０−５ｔｏ
   ｒｒないし８×１０−５ｔｏｒｒの放電ガス中において
   、基板温度２００℃以下でスパッタリングすることによ
   って得られた比抵抗が３×１０−４Ω・ｃｍ以下のＩＴ
   Ｏ膜であることを特徴とするカラーフィルター。
2. 【請求項２】透明基板上に少なくとも、着色層、透明電
   極膜を有するカラーフィルターの製造方法において、前
   記透明電極膜が、アルゴン分圧が１×１０−２ｔｏｒｒ
   ないし１．５×１０−２ｔｏｒｒ、酸素の分圧が３×１
   ０−５ｔｏｒｒないし８×１０−５ｔｏｒｒの放電ガス
   中において、基板温度２００℃以下でＩＴＯターゲット
   を用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法によって形
   成することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。