JPH0769488B2 - カラーフィルターの製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、カラーフィルターの製法に関し、更に詳しく
は、固体撮像素子又はカラー液晶表示装置等に使用され
るカラーフィルターの製法に関する。

従来の技術 VTR用カメラとして需要の大きいカラー固体撮像素子
（例えばCCD,CID,BBD,MOSFET方式等の撮像IC）及び軽量
化、薄型化の趨勢でCRT方式からの転換が進みつつある
カラー液晶表示装置等に用いられるカラーフィルター
は、２種以上の色相に着色された微細な領域を固体撮像
素子あるいは透明基板上に設けることによって形成され
ている。そして２種以上の色に着色されるべき微細な基
質膜を形成するには微細なパターンを形成しやすく、又
着色が比較的容易であるという理由から感光性樹脂が用
いられている。即ち例えば感光性樹脂をガラス板等の透
明基板上に塗布し乾燥後、その上に所定形状の開口パタ
ーンを有するマクスを介して紫外線を照射して露光部分
を光硬化せしめ、現像処理を経て所定の無色のパターン
を形成せしめたあとこれを水溶性染料等で染色するとい
う操作を染料を変えて２回以上くりかえして２種以上の
色相に着色された微細な有色パターンを備えた透明な基
板が製造されている。

又、上記の染色工程を省くという観点から、ゼラチン水
溶液に酸性染料を溶解させた後、光硬化剤として重クロ
ム酸アンモニウムを加えて感光性着色物をつくり、それ
を用いてカラーフィルターを作製する方法も提案されて
いる（特開昭61−172103）。

発明が解決しようとする問題点 前記の染色法によるカラーフィルター作製法において
は、カラーフィルターとしての所定の光学特性を満たす
被染色パターン膜の染色濃度がその膜厚に依存するこ
と、又膜の染色性が使用する感光性樹脂の特性および染
色条件（染浴濃度、染浴温度、染浴pH、染色時間、使用
染料等）に影響され易いこと、又、染色時の塗膜の膜あ
れ、基板からの膜剥離、そして膨潤による解像度の劣化
等の要因があり、その為カラーフィルター作製における
品質および生産工程管理が煩雑になるという問題があ
る。

一方、感光性着色物を使用してカラーフィルターを作製
する方法においては上記染色上の問題は軽減されるもの
の所定の光学特性を満たすに充分な着色濃度が得られな
い、十分な着色濃度を得るために着色成分の含有量を増
加させたり塗膜の膜厚を厚くすることによる感光性の低
下、即ち感度の低下をきたす、感光性樹脂中の染料等の
着色物の光吸収の為に感光するに有効な光波長領域、即
ち分光感度が狭められる、使用される感光性樹脂あるい
は架橋剤と着色剤（染料）の組み合わせも限定されたも
のになる等の問題点を有する。

問題点を解決するための手段 本発明者らは前記したような問題点を解決するために鋭
意検討を重ねた結果、本発明に至ったものである。即ち
本発明はブラックパターンが形成された基板上に実質上
無色の可染性の感光性樹脂を塗布し次いで感光してえた
塗膜上に水溶性染料と親水性樹脂とから成るインクを所
定のパターンに印刷し、染料を前記の塗膜に移向せしめ
たのち該親水性樹脂を除去することを特徴とするカラー
フィルターの製法を提供する。

本発明の製法を詳細に説明する。

本発明においてはブラックストライプあるいはブラック
マトリックスなどのブラックパターンが形成された基板
を使用する。最近の固体撮像素子あるいはカラー液晶表
示装置の趨勢として画質化、解像化、大視野角化の
傾向にあるが、赤、緑、青等の各絵素のすき間を黒くし
てコントラストをめ鮮明画像を得るというブラックス
トライプあるいはブラックマトリックス方式はそのよう
な傾向を促進する上で有効な方法であり、本発明の製法
もそような傾向に適するカラーフィルターを提供する。

ブラックパターンを基板上に形成するためには蒸着、ス
パッタリング等の方法によりクロム等の均一な金属薄膜
を基板上に形成させその後、感光性樹脂を用いるフォト
エッチング法によりパターン化されたストライプあるい
はマトリックスを得る方法、あるいは可染性の感光性樹
脂をフォトリソグラフィーによりパターン化後、黒色の
染料により染色する方法等によりなされる。

次いでこのブラックパターンが形成された基板上に実質
上無色の可染性の感光性樹脂を塗布するのであるが、こ
れに使用される樹脂としては水溶性あるいは親水性の溶
媒に可溶な無色の感光性樹脂が好ましく、具体的には次
のような樹脂が用いられる。

ポリビニルアルコール／スチルバゾリウム系感光性樹
脂、ケイ皮酸あるいはカルコン等の光架橋型感光性樹
脂、ピスアジド系等の光分解架橋型感光性樹脂、光架橋
剤（例えば重クロム酸塩、ジアズニウム塩、ピスアジド
化合物等）と天然タンパク（例えばカゼイン、ゼラチ
ン、グリユー等）あるいはビニルモノマー（例えばＮ−
ビニルピロリドン、N,N−ジメチルアミノアルキルアク
リルアミド、２−ヒドロキシエチルアクリレート等）の
共重合体との組み合わせ等からなる感光性樹脂。

又、本発明に使用される親水性樹脂としては水あるいは
親水性溶媒（メタノール、エタノール、プロパノール、
メチルセルソルブ等）に溶解する樹脂が好ましく、その
ような樹脂の具体例としてはポリビニルピロリドン、ポ
リアミド樹脂（ナイロン樹脂）、ポリアクリル酸、ポリ
アクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリエ
チレングリコール、ポリビニルアルコール、ブチラー
ル、カゼイン、グリューゼラチン、澱粉等が挙げられ
る。

親水性樹脂と共に使用される染料としては水あるいは親
水性溶媒（メタノール、エタノール、プロパノール、メ
チルセロソルブ等）あるいは両者の混合系溶媒に溶解す
る酸性染料、直接染料、反応性染料、カチオン染料が用
いられ、市販の染料をそのままあるいは好ましくは精製
した上で使用される。これらのうち酸性染料の使用が殊
に好ましい。これらの染料の水溶性樹脂に対する割合
（固型分）は10〜200％、好ましくは20〜100％、更に好
ましくは30〜70％である。染料（純分）と親水性樹脂を
混合し固型分が５〜50％、より好ましくは６〜20％にな
るように水、有機溶剤（例、メタノール、エタノール、
メチルセロソルブ等）を加えてインキが調製される。こ
のインキにはノニオン活性剤をレベリング剤として添加
してもよい。

以下、本発明のカラーフィルターの実際の製法を説明す
る。

まず前記したような方法により形成されたブラックパタ
ーンを有する基板上に上述の感光性樹脂をスピンナー、
ロールコーター、ディップコーター、バーコーター等の
塗布装置により乾燥時の膜厚が0.1〜10μｍ、好ましく
は0.5〜2.0μｍ程度になるように塗布し、乾燥後キセノ
ンランプ、メタルハライドランプ、（超）圧水銀灯等
の光源を用いて塗布面を直接に、あるいは透明基板を介
して裏面より全面露光する。次いで水あるいは親水性溶
媒（プロパノール、メチルセロソルブ等）の現像液でス
プレー現像あるいはディップ現像することによりブラッ
クパターンを有する可染性の樹脂膜あるいはブラックパ
ターンにより分割された可染性の樹脂膜を得る。この場
合現像処理を省略することも出来るが未硬化樹脂等を除
くという目的で前記したような現像処理を施すのが好ま
しい。次にこうして得られたブラックパターンを有する
可染性の樹脂膜の上に水溶性染料と親水性樹脂とから成
るインクがブラックパターン間の部位にのるようにブラ
ックパターンを指標として所定のパターンに印刷したの
ち乾燥する。次いで同様に２色目のインキをブラックパ
ターンに狭まれた部位の可染性の樹脂膜の上に所定のパ
ターンに印刷し乾燥する。最後に３色目のインキを印刷
するが、この場合（３色目のインキによる印刷）に限り
全面印刷でも、あるいは正確な位置合わせをせずに印刷
しても構わない。そして乾燥後、水あるいは親水性溶媒
でスプレー方式あるいはディップ方式により親水性樹脂
インキを除去することにより所定のブラックパターンを
有するカラーフィルターを得る。

ブラックパターンを有する可染性の樹脂膜上にインキを
印刷する利点としては、ブラックパターンが印刷時の位
置合わせの指標となり位置合わせが容易なこと、および
各インキ間の混色がブラックパターンにより切断され例
えばブラックパターン上あるいはブラックパターン上の
可染性の樹脂膜上に他のインキがのり、その結果着色さ
れることがあってもブラックとしての特性が損われるこ
とがない等の利点がある。

又、上記においてインキの印刷、乾燥後の膜厚は0.5〜1
0μｍ、好ましくは1.0〜5.0μｍでる。又インキ印刷後
の乾燥温度は50〜200℃、好ましくは80〜150℃である。

なお基板としては透明ガラス板、透明樹脂フィルム、固
体撮像素子等を用いる事ができる。

本発明のカラーフィルターの製法はカラーフィルター作
製における品質および生産工程の管理が容易で、且つ使
用する感光性樹脂と染料系に制限がなく感度、解像性、
透明性、平担性、分光特性等にすぐれている。

本発明の製法によって得られたカラーフィルターは撮像
素子、カラー液晶表示装置等に使用される。

実施例 本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。なお実施例
中ことわりのない限り、部は重量部を、又％は重量パー
セントを表すものとする。

実施例1. 常法によって形成されたブラックストライプを有するガ
ラス基板上に水溶性ナイロン樹脂とスチルバゾリウム系
樹脂との混合物からなる感光性樹脂を１μｍの膜厚にス
ピンナーで回転塗布し、90℃で15分間乾燥後、全面露光
した。続いて水中で２分間浸漬して現像後基板上にブラ
ックストライプを有する可染性の樹脂膜を得た。続いて
この基板上に下記の組成からなを赤色インキ（Ｒ）を膜
厚２μｍでブラックストライプ間の可染性樹脂膜の上に
ブラックストライプを指標として所定のパターンに印刷
したのち、120℃で10分間乾燥した。次いで青色インキ
（Ｂ）を同様に所定のパターンに膜厚２μｍに印刷し、
120℃で10分間乾燥した。最後に緑色インキ（Ｇ）を膜
厚３μｍで基板上に全面印刷し、前記同様乾燥した。次
いでこれら赤、青、緑に印刷塗布された基板を水中に室
温下１分間浸漬後洗浄乾燥してブラックストライプを有
する赤、青、緑に着色パターン化されたカラーフィルタ
ーを得た。

これらの工程は第１図（１）〜（７）において模式的に
示した。

青色インキ（Ｂ） Blue5P（日本化薬（株）製、青色酸性染料） 0.5部 10％水溶性ナイロン水溶液（東レ（株）製、商品名Ａ−
90） 10 部 赤色インキ（Ｒ） Red136P（日本化薬（株）製、赤色酸性染料） 0.7部 10％水溶性ナイロン水溶液（東レ（株）製、商品名Ａ−
90） 10 部 緑色インキ（Ｇ） CFG−51（日本化薬（株）製、緑色酸性染料） 1.0部 10％水溶性ナイロン水溶液（東レ（株）製、商品名Ａ−
90） 10 部 実施例2. 実施例１と同様な操作を下記の感光性樹脂及びインキを
用いて行ない、ブラックストライプを有する赤、青、緑
に着色パターン化されたカラーフィルターを得た。

感光性樹脂（水溶性ナイロン樹脂とスチルバゾリウム系
樹脂との混合物） 0.3部 青色インキ:Blue5P 0.3部 10％ポリビニルアルコール水溶液（日本合成（株）製、
商品名ゴーセノールGM14L） 10 部 赤色インキ:Red−136P 0.5部 10％ポリビニルアルコール水溶液（GM−14L） 10 部 緑色インキ:CFG−111（日本化薬（株）製、緑色酸性染
料） 0.5部 10％ポリビニルアルコール水溶液（GM−14L） 10 部 実施例3. 下記の感光性樹脂をブラックストライプを有するガラス
基板上に1.5μｍの膜厚に回転塗布し75℃で10分間乾燥
後、基板の裏面より全面露光した。続いて水中で３分間
浸漬して現像後基板上にブラックストライプにより分割
された可染性の樹脂パターン膜を得た。次いでこの基板
上に実施例２で使用した３色のインキを用いブラックス
トライプを指標として所定のパターンに赤インキ、緑イ
ンキ、青インキの順で印刷した。赤、緑、青のインキの
膜厚は各々３μｍ、５μｍ、２μｍで、乾燥はすべて12
0℃で20分間行った。次いでこの３色のインキが印刷さ
れた基板をスプレー水洗、洗浄後乾燥してブラックスト
ライプを有する赤、緑、青に着色パターン化されたカラ
ーフィルターを得た。

感光性樹脂 10％ゼラチン（富士薬品工業（株）性、商品名FCR−50
0） ５部 ８％重クロム酸アンモニウム水溶液 １部 発明の効果 従来のカラーフィルター作製の際にみられる染色するこ
とに伴なう品質および生産工程管理上の煩雑さを少なく
し、且つ着色感光性樹脂にみられる感度低下、使用着色
物の制限をなくすカラーフィルターの製法が確立され
た。

【図面の簡単な説明】 第１図（１）〜（６）は本発明のカラーフィルターの製
法の一例の各工程を示す。第１図において、 1:基板、2:ブラックストライプ、3:感光性樹脂、4:光硬
化膜、5:赤色インク（Ｒ）、6:青色インク（Ｂ）、7:緑
色インク（Ｇ）をそれぞれ示す。そして（１）図はブラ
ックストライプを備えたガラス基板、（２）図は可染性
の樹脂膜が設けられたガラス基板、（３）図は赤色イン
キを印刷したガラス基板、（４）図は青色インキ印刷し
たガラス基板、（５）図は緑色インキを印刷したガラス
基板、（６）図は水溶性樹脂が除去される前のガラス基
板、（７）図は本発明のカラーフィルターをそれぞれ示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラックパターンが形成された基板上に実
   質上無色の可染性の感光性樹脂を塗布し次いで感光して
   えた塗膜上に水溶性染料と親水性樹脂とから成るインク
   を所定のパターンに印刷し、染料を前記の塗膜に移向せ
   しめたのち該親水性樹脂を除去することを特徴とするカ
   ラーフィルターの製法