JPH06100685B2 - カラーフィルターとその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、液晶表示装置などの各種表示装置に用いら
れるカラーフィルターとその製造方法に関するものであ
り、さらに詳しくは、表面強度と平滑性が高く、精度の
優れたカラーフィルターとそれを効率よくかつ経済的に
製造する方法に関するものである。

【従来の技術】

従来のカラーフィルターとその製造方法として、次のよ
うなものがあった。 （ａ）透明基板上に設けられた染色性に優れた高分子膜
を、フォトリソグラフィー法により高分子膜をパターン
化して残し、それを染色したもの。 （ｂ）透明基板上に設けられた染色性に優れた同一の高
分子膜を部分的に色分け染色したもの。 （ｃ）透明基板上に設けられた無機活性膜層をフォトリ
ソグラフィー法により部分的に色分け染色したもの。 ここで言うフォトリソグラフィー法とは所要画像を持つ
加工用原板をつくり、この原板とフォトレジストおよび
光を用いて被加工物上にレジスト画像を形成させる方法
である。

【発明が解決しようとする課題】

しかし、上記したカラーフィルターとその製造方法に
は、それぞれ次のような課題があった。 つまり、（ａ）におけるカラーフィルターは、表面がパ
ターン化された高分子の膜であるため膜の厚み分だけの
凹凸が生じ、また高分子の物性上、硬度の優れた無機活
性膜に比べると強度がはるかに劣る。 また、（ｂ）においては色分け染色したカラーフィルタ
ーは平滑性には優れるものの染料が高分子膜の厚み方向
だけでなく、横方向にも浸透しやすいのでブリード（に
じみ）やマイグレイションが発生する。また、（ａ）と
同様に高分子の物性上、強度が劣る。 また、（ｃ）においては、フォトリソグラフィー法を行
う工程においてフォトレジストが活性膜層の微細孔中に
含浸してしまい、不要なレジストの除去に手間がかか
り、除去の仕方があまいとフォトレジストの残留分が不
純物となって色純度の低下や濃度不足や染色ムラのある
カラーフィルターとなる。 そこで、この発明では、上記の課題を解決することを目
的としている。

【課題を解決するための手段】

この発明は、以上の目的を達成するために、次のように
構成した。すなわち、この発明のカラーフィルターは、
透明基板上に、微細孔に高分子材料を含浸させた無機活
性膜層が設けられ、その高分子材料と無機活性膜層の両
方もしくは高分子材料のみがフォトリソグラフィー法に
より所望のパターン形状に染色されたものであることを
特徴としている。 また、そのカラーフィルターを製造する方法は次の工程
を有することを特徴としている。 （ａ）透明基板上に無機活性膜層を形成する工程。 （ｂ）前記無機活性膜層の微細孔中に染色性に優れた高
分子材料を含浸させる工程。 （ｃ）前記高分子材料と無機活性膜層の両方もしくは高
分子材料のみをフォトリソグラフィー法を用いて、パタ
ーン形状に染色し、最後にフォトリソグラフィー法によ
って生じたレジスト画像を剥離除去する工程。 以下、この発明を図面を参照しながら詳細に説明する。 この発明のカラーフィルターの一実施例を示す模式的な
断面図を第１図、第２図に示してある。つまり透明基板
１と、その上に形成された無機活性膜層２と、この無機
活性膜層２の多数の微細孔内に含有されパターン形状に
染色された高分子材料３と、パターン形状に染色された
カラーパターンとカラーパターンとの間隙を遮光するた
めのブラックマスク４と、無機活性膜層２上のオーバー
コート層５が示されている。 つぎに、この発明のカラーフィルターの製造方法を示し
ていく。 まず、透明基板１上に無機活性膜層２を形成する（第３
図（ａ）参照）。 透明基板１は、液晶ディスプレイなどの各種表示装置に
用いられるものでよく、その表面に無機活性膜層２が形
成可能な耐熱性の材料を用いる。たとえば、ガラス板ま
たは合成樹脂板や合成樹脂フィルムなどが用いられる
が、ソーダライムガラス、ボロンシリケートガラス、バ
リウムホウケイ酸ガラスなどのガラス板が好適である。 次に、前記透明基板１上に、活性アルミナや活性シリカ
あるいは両者の混合物などの金属無機酸化物よりなる多
数の微細孔を有する透明な無機活性膜層２を形成する。 この透明基板１上に、無機活性膜層２を形成する方法と
しては、以下に示すゾルゲル法の利用が適している。す
なわち、一般式Ｍ（OR1）ｍ（OR2）nXpYq…Ｉ（ただ
し、Ｉ式中、Ｍはマグネシウム・カルシウム・ジルコニ
ウム・チタニウム・ハフニウム・ゲルマニウム・イット
リウム・アルミニウム・ガリウム・スズ・ケイ素からな
る群より選ばれた少なくとも一つの元素を示す。R1およ
びR2はそれぞれ水素原子・アルキル基・アシル基を示
し、それらは同一であっても異なっていてもよい。Ｘ・
Ｙはそれぞれ水素原子・塩素原子または水酸基を示し、
それらは同一であっても異なっていてもよい。ｍ・ｎ・
ｐ・ｑは０〜８の整数でありかつｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑはＭの
原子価に等しい。）で表わされる化合物の水性液を加水
分解し、さらに解膠して得たゾルを透明基板１に塗布
し、焼成することにより得られるものである。一般式Ｉ
で示される化合物の例としては、テトラエチルシリケー
ト・アルミニウムトリイソプロポキシド・チタンテトラ
ブトキシド・ジルコニウムテトラブトキシドあるいはこ
れらの部分加水分解物などがある。また、水性液は必要
量の水、および塩酸・硫酸・硝酸・酢酸などの加水分解
の触媒、およびアルコールを含むものである。このゾル
を透明基板１上に塗布する方法には、バーコーティング
法・ロールコーティング法・スピンナーコーティング法
・ディッピング法などの方法がある。上記したようなゾ
ルを透明基板１上に塗布したのち乾燥し、300〜600℃の
温度で焼成することにより無機活性膜層２を得ることが
できる。無機活性膜層２の厚さは、１〜20μｍ程度とす
るとよい。 また、スパッタリング法や蒸着法により、透明基板上に
設けたアルミニウム薄膜を陽極酸化することにより得ら
れる酸化アルミニウムを使用することも可能である。 このようにしてできた無機活性膜層２は表面に多数の微
細孔を有しており、この微細孔中に染色性に優れた高分
子材料３を含浸させる（第３図（ｂ）参照）。 この高分子材料３としては、ゼラチン、グリュー、カゼ
イン、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピ
ロリドンなどの染色性に優れた高分子材料３を用いる。 この高分子材料３を無機活性膜層２の微細孔中に含浸さ
せる方法としては、印刷法、スプレー法、ディッピング
法、手描き法、インキジェット法、スピナー法、ロール
コート法等により無機活性膜上に膜状に設け、その後、
表面を洗浄し、微細孔中にのみ高分子材料３を含浸さ
せ、その後、乾燥する。 このようにして、高分子材料３がその微細孔中に含有さ
れた無機活性膜層２を得て、それを以下に示すフォトリ
ソグラフィー法によって設けられるレジスト画像により
パターン形状に染色する（第３図（ｃ）参照）。 まず、カラーフィルターの用途に応じて設計された所要
の画像パターンをもつ加工用原板を作る。高分子材料３
が含有された無機活性膜層２上にフォトレジストをディ
ッピング法、スプレー法、ロールコート法などにより全
面コーティングし、乾燥させてから、前記加工用原板を
用いてカラーフィルターのパターンを露光し現像するこ
とによりフォトレジストをパターン化し、レジスト画像
を形成する。 次に、前記レジスト画像でマスクされていない部分をデ
ィッピング法、スプレー法、印刷法、塗布法など適宜の
方法により、酸性染料、酸性媒染染料、アルミニウム用
染料、直接染料または油溶性染料でまず一色目の染色を
した後、マスクとなっていたレジスト画像を剥離除去す
る。 二色目以後もこのようにフォトレジストのパターン化、
染色、フォトレジスト除去の工程を必要回数行なえば、
赤，緑，青など多色よりなるカラーフィルターとなる。 パターン形状染色部を得る方法として、上記した以外に
次に示すように、高分子材料３を含浸させた無機活性膜
層２上ににまず全面に一色目を染色し（第４図（ｃ）参
照）、その色が必要な部分上にレジスト画像を形成し、
不要な部分を硝酸や硫酸または次亜鉛素酸ナトリウムな
どの脱色剤で脱色し（第４図（ｄ）参照）、その脱色し
た部分全面に二色目を染色し、その色が必要な部分上に
レジスト画像形成し（第４図（ｅ）参照）、脱色の各工
程を必要回数繰り返した後最後にレジスト画像を除去す
る方法もある（第４図参照）。 上記した方法により得られたパターン形状に染色された
無機活性膜層２上にさらに、必要に応じて、カラーフィ
ルターとしてのコントラストをあげるためのブラックマ
スク４をカラーパターンとカラーパターンとの間隙等必
要な部分に設ける（第３図（ｄ）参照）。 その形成方法としては、無電解メッキ法あるいはPVD法
（蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法
等）により金属膜を設けてエッチングする方法等により
設けるか（第１図参照）、あるいは、フォトリソグラフ
ィー法によりパターン化して染色して黒色部を設けてそ
れをブラックマスク４とする方法もある（第２図参
照）。 なお、このブラックマスク４は、無機活性膜層２に高分
子材料３を含浸させる前にカラーパターンを必要としな
い部分に設けもよいし、あるいは、無機活性膜層２の微
細孔中に高分子材料３を含浸させた後、カラーパターン
の染色を行なう前にカラーパターンを必要としない部分
に設けてもよい。 また、染料の飛散、散逸、湿度による退色等を防止する
ために、カラーパターンが染色された無機活性膜層２上
に、必要によりオーバーコート層５を設けることもでき
る。 オーバーコート層５の材料としては、アクリル系樹脂、
メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、不
飽和ポリエステル系樹脂、イソシアネート系樹脂、ポリ
イミド、ポリシロキサンまたは、紫外線硬化性樹脂など
の硬質で透明性に優れた樹脂を用いることができる。ま
た、ケイ酸リチウムやケイ酸ナトリウムなどの無機材料
をコートしてもよい。

【実施例】

まず、厚さ1.1mmの透明なガラス基板上に、ゾルゲル法
により厚さ５〜10μｍの活性アルミナ膜層を形成する。 次に、染色性に優れた高分子材料の10％−ゼラチン水溶
液中に活性アルミナ膜層を有するガラス基板を10分間浸
漬した後、水洗し80℃の雰囲気中で30分間乾燥して、ゼ
ラチンを活性アルミナ膜層中の微細孔中に含浸させた。 次いで、フォトレジストOMR−85（東京応化社製）を活
性アルミナ膜層全面に設け、その上に青色のパターンの
加工用原板を重ね合わせ、上から露光し青色パターンの
ネガパターンのレジスト画像を形成する。そして、青色
染料Sanodal Blue G（サンド社製）浴に浴温約60℃にて
約10分間浸漬し、高分子材料が含浸された活性アルミナ
膜層のレジスト画像でおおわれていない部分を染色し、
水洗後乾燥した。次いでフォトレジストをレジストをト
リクレンで剥離した。 続いて、フォトレジストOMR−85をアルミナ膜層上に全
面に設け、上記青色パターンを設けたときと同様に緑色
のパターンの加工用原板を用意し、フォトレジストをパ
ターン化し、緑色染料Aluminium Green LWN（サンド社
製）浴に浴温約40℃にて約10分間浸漬し、高分子材料が
含浸されたアルミナ膜層のレジスト画像で覆われていな
い部分を染色し、水洗後乾燥した。次いでフォトレジス
トをトリクレンで剥離した。 続いて、上記同様フォトリソグラフィー法により赤色パ
ターンのネガパターンレジスト画像を形成し赤色染料Al
uminium Red GWN（サンド社製）浴に浴温約40℃にて約1
0分間浸漬し、高分子材料が含浸されたアルミナ膜層の
レジスト画像でおおわれていない部分を染色し、水洗後
乾燥した。次いでフォトレジストをトリクレンで剥離し
た。 次にR,G,Bの必要な部分にレジストが残るように設計さ
れたフォトマスクを用いてレジストをパターン化した
後、黒色染料TacBlack−SLH（奥野製薬工業社製）中に
浴温40℃にて約30分間浸漬し、レジスト画像で覆われて
いない部分を黒色に染色した後水洗、乾燥した。次い
で、レジスト画像をトリクレンで剥離除去した そして、熱硬化性メラミン樹脂を厚さ0.5〜1.0μｍでコ
ーティングしてオーバーコート層を形成してカラーフィ
ルターを完成した。 実施例２ 厚さ1.1mmの透明ガラス基板上に、ゾルゲル法により厚
さ５〜10μｍのアルミナ膜層を形成した。 次に、染色性に優れた高分子材料の10％−ゼラチン水溶
液中にアルミナ膜層を有するガラス基板を10分間浸漬し
た後、水洗し80℃の雰囲気中で30分間乾燥して、ゼラチ
ンをアルミナ膜層中の微細孔中に含浸させた。 この高分子材料が含浸されたアルミナ膜層を有するガラ
ス基板を青色染料Sanodal Blue G（サンド社製）浴に浴
温約60℃にて約10分間浸漬し、アルミナ膜層の全面を青
色に染色し、水洗後乾燥した。 次いで、フォトレジストOMR−85（東京応化社製）をア
ルミナ膜層上に全面に設け、その上に青色のパターンの
加工用原板を重ね合わせ、上から露光し青色パターンの
ポジパターンのレジスト画像を形成する。 次いで、30％硝酸に室温で30秒浸漬し、アルミナ膜層の
レジスト画像で覆われていない部分の青色染料を脱色し
た。 続いて、緑色染料Aluminium Green LWN（サンド社製）
浴に浴温約40℃にて約10分間浸漬し、アルミナ膜層の脱
色した部分を緑色に染色し、水洗・乾燥した。 次いで、レジスト画像を赤色に染色する部分以外に形成
し、30％硝酸に室温で30秒浸漬し、アルミナ膜層のレジ
スト画像で覆われていない部分の緑色染料を脱色した。 続いて、赤色染料Aluminium Red GWN（サンド社製）浴
に浴温約約40℃にて約10分間浸漬し、アルミナ膜層の脱
色した部分を赤色に染色し、水洗後乾燥した。 次いで、残っていたフォトレジストをトリクレンで剥離
した後、熱硬化性メラミン樹脂を厚さ0.5〜1.0μｍでコ
ーティングしてオーバーコート層を形成してカラーフィ
ルターを完成した。

【発明の効果】

この発明のカラーフィルターは、透明基板上に、高分子
材料を含浸させた無機活性膜層が設けられ、その高分子
材料と無機活性膜層の両方もしくは高分子材料のみがフ
ォトリソグラフィー法によりパターン染色されたもので
あることを特徴としている。 つまり、無機活性膜層の微細孔中に予め、染色性に優れ
た高分子材料を含浸させて、それを染色するのであるか
ら、染色された高分子材料が無機酸化物からなる物性に
優れた無機活性膜によって守られるので表面の平滑性に
優れ、強度は無機活性膜層と同様の高強度が再現でき
る。また、染料は無機活性膜層中の各々独立した微細孔
中に含浸されるので、染着後の染料のブリードやマイグ
レイションが発生せず精度の優れたパターンが得られ
る。 また、このカラーフィルターの製造方法を用いれば、無
機活性膜層の微細孔中には高分子材料が含浸されるの
で、従来のようにフォトリソグラフィー法に用いるフォ
トレジストが直接活性膜層中に浸入することがないの
で、無機活性膜層からのフォトレジストの除去が容易に
完全にできる。したがって、工程的にも、簡略化され、
製品としても染色ムラや、濃度不足などのないカラーフ
ィルターが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明のカラーフィルターの一
実施例を示す模式的な断面図、第３図（ａ）から（ｄ）
はこの発明によって得られるカラーフィルターの製造工
程の一例を示す断面図である。第４図（ａ）から（ｆ）
はこの発明によって得られるカラーフィルターの製造工
程の他の例を示す断面図である。 １…透明基板、２…無機活性膜層、３…高分子材料、４
…ブラックマスク、５…オーバーコート層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板（１）上に、微細孔に高分子材料
   （３）を含浸させた無機活性膜層（２）が設けられ、そ
   の高分子材料（３）と無機活性膜層（２）の両方もしく
   は高分子材料（３）のみがフォトリソグラフィー法によ
   り所望のパターン形状に染色されることを特徴とするカ
   ラーフィルター。
2. 【請求項２】次の各工程を順次行なうことを特徴とする
   カラーフィルターの製造方法。 （ａ）透明基板（１）上に無機活性膜層（２）を形成す
   る工程。 （ｂ）前記無機活性膜層（２）の微細孔に染色性に優れ
   た高分子材料（３）を含浸させる工程。 （ｃ）前記高分子材料（３）と無機活性膜層（２）の両
   方もしくは高分子材料（３）のみをフォトリソグラフィ
   ー法を用いてパターン形状に染色し、最後にフォトリソ
   グラフィー法によって生じたレジスト画像を除去する工
   程。
3. 【請求項３】前記無機活性膜層（２）が、一般式 Ｍ（OR1）ｍ（OR2）nXpYq…Ｉ （ただし、Ｉ式中、Ｍはマグネシウム・カルシウム・ジ
   ルコニウム・チタニウム・ハフニウム・ゲルマニウム・
   イットリウム・アルミニウム・ガリウム・スズ・ケイ素
   からなる群より選ばれた少なくとも一つの元素を示す。
   R1およびR2はそれぞれ水素原子・アルキル基・アシル基
   を示し、それらは同一であっても異なっていてもよい。
   Ｘ・Ｙはそれぞれ水素原子・塩素原子または水酸基を示
   し、それらは同一であっても異なっていてもよい。ｍ・
   ｎ・ｐ・ｑは０〜８の整数でありかつｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑは
   Ｍの原子価に等しい。）で表わされる化合物の水性液を
   加水分解し、さらに解膠して得たゾルを透明基板１上に
   塗布し、焼成することにより得られるものであることを
   特徴とする請求項２に記載のカラーフィルターの製造方
   法。