JPH08171008A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性、耐薬品性、寸法精度等が良好なカラ
ーフィルタを得るための、工程が簡易かつ低コストで歩
留りが良い製造方法を提供する。 【構成】 本発明の方法においては、Ｒ、Ｇ、Ｂのよう
な少なくとも３種類の異なる色の着色固化膜を有する各
ドライフィルムから、この着色膜を所定のパターンの凸
版面に転写した後、転写された着色膜をさらに透明基板
上に転写して所定の色の着色パターンを形成する。そし
て、このような一連の転写工程を、各色について繰り返
して行なうことにより、カラーフィルタを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ（表
示装置）のようなフラットパネルディスプレイに用いら
れるカラーフィルタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年フラットパネルディスプレイは、高
画質、薄形、軽量などから、携帯型パソコン、自動車ナ
ビゲーションシステム、テレビ、ゲーム機などの分野で
急激に用途が広がりつつある。フラットパネルディスプ
レイの中でも特に液晶ディスプレイは、軽量、低価格等
の理由で、ＯＡ機器の表示装置を中心にその使用領域が
拡大している。

【０００３】ところで、自発的な発色のない液晶ディス
プレイのカラー化においては、カラーフィルタが使用さ
れており、バックライトからの白色光がカラーフィルタ
を透過することで色彩が表現されている。

【０００４】一般にカラーフィルタは、ガラス基板上に
ブラックマトリックスと呼ばれる遮光層と着色層を設
け、その上に透明なオーバーコート層（保護膜）と透明
電極とを順に形成して構成されており、着色層において
は、Ｒ（ Red）、Ｇ（ Green）、Ｂ（Blue）の各色素
が、液晶ディスプレイパネル上の各画素電極ごとに１対
１に対応し、モザイク配列、ストライプ配列、トライア
ングル配列等のパターンに配列されている。そして、こ
のようなカラーフィルタの着色層を形成するには、従来
から染色法、顔料分散法、印刷法、電着法など種々の方
法が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以下に
詳述するように、これらの方法においてはそれぞれに一
長一短があって未だ改善すべき点が少なくなく、全般的
に工程の煩雑さに起因する歩留りの悪さやコストの高さ
等の問題点を有している。

【０００６】染色法は、量産レベルの実用的技術として
従来から最も一般的に行なわれてきた方法であり、ゼラ
チン、フィシュグルー等の天然たんぱく質や、ポリアク
リルアミド、ポリビニルアルコール、ポリイミド等の合
成樹脂のような可染性の感光性物質を、ガラス基板上に
塗布して有機基材層を形成し露光、現像のフォトファブ
リケーションプロセスを経て透明パターンを形成した
後、それを所定の染料溶液に浸漬して染色し、この工程
をＲ、Ｇ、Ｂの３色について繰り返して行なって着色層
を形成する方法である。

【０００７】この方法では、透過率および分光特性が良
く、色調の鮮やかなカラーフィルタを得ることができる
が、染色、防染処理など工程が複雑であるばかりでな
く、温度や湿度に対して退色しやすく、着色層が耐熱
性、耐薬品性、耐候性等の点で信頼性に乏しいという欠
点がある。

【０００８】顔料分散法は、現在広く用いられているＴ
ＦＴ（薄膜トランジスタ）駆動方式の液晶ディスプレイ
用カラーフィルタの製造に、主として用いられている。
この方法は、退色しやすい染料に代わって安定性の良い
顔料粉体を使用し、これをポリイミド等の基質に分散さ
せた溶液をガラス基板上に塗布して色素層を形成し、次
いで露光、現像プロセスを経て着色パターンを形成する
処理（塗布および固着処理）を、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色につ
いてそれぞれ行なう方法である。ここで、着色パターン
の形成には、フォトレジストを別途顔料層の上に塗布す
る方法と、顔料をフォトレジストに分散させて色素層自
体に感光性を持たせる方法との２通りの方法が実用化さ
れており、両者とも、染色法に比較して工程が簡略で低
コスト化が可能な方法として期待されている。またこの
方法で得られるカラーフィルタは、明るさや色合い等の
分光特性の点では染色法に劣るものの、使用する顔料が
250℃でも退色しないため安定性が良好であり、着色層
の上に配設する透明電極の低抵抗化が可能であるという
利点を有している。

【０００９】しかし、このような顔料分散法において
は、通常顔料分散塗料の塗布にスピンコータが使用され
ているため、高価な塗料の90％以上が無駄になり低コス
ト化に反するばかりでなく、塗布による膜厚分布の均一
な制御が非常に難しいという問題がある。また、塗布プ
ロセスのタクトタイムが30秒以上と非常に長くかかるう
えに、ガラス基板に対するダメージが大きく歩留りが悪
いなどの問題がある。

【００１０】印刷法は、色素（顔料）を含有する印刷イ
ンキを用いた、最も量産性に優れ製造コストの低廉化が
可能な方法であり、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オ
フセット印刷等いくつかの印刷方式が試みられている。
そして近年、３色同時塗布による工程の簡略化、歩留り
の向上等が図られており、耐熱性、耐候性に優れたカラ
ーフィルタが得られている。

【００１１】しかしこの方法では、未硬化で流動性の高
いインキを使用するため、エッジの切れに難点（エッジ
のボケやにじみ等）があるばかりでなく、印刷されたパ
ターンの寸法精度も低いため、画素の微細化や表示画面
の大型化に対応することが極めて困難である。また、印
刷面の平滑性が低く、かつゴミ等の混入に起因してピン
ホールや色むらのような欠陥が発生しやすく、歩留りが
悪いという問題がある。

【００１２】電着法は、色素（主に顔料）を電解液中で
イオン化し、ガラス基板の表面に形成された電極パター
ンに電気的に吸着させる方法であり、電着用の電極とし
ては透明電極（ＩＴＯ）が使用されている。この方法で
は、着色層の形成に工程が煩雑なフォトリソグラフィプ
ロセスを使用する必要がなく、かつ着色位置や濃度を高
精度に制御することができるという利点を有している。

【００１３】しかしこのような電着法においては、ブラ
ックマトリックスの形成が難しいという欠点がある。ま
た、ＩＴＯ膜が電着電極用と液晶セルの電極用の二重に
なるため、透過率が低下するばかりでなく、ドットマト
リックス状のカラーフィルタでは、ＩＴＯパターンの制
約から下電極の抵抗値が高くなり、作製が困難であるな
どの問題がある。

【００１４】さらに、カラーフィルタの着色層形成に係
わる方法としては、これらの方法の他に、プローブでイ
ンキを飛ばして基板上に被着させて着色層を形成するイ
ンキジェット法、カラープリンタと同様に染料を熱で昇
華させて着色する方法、銀塩フィルムで一度にＲ、Ｇ、
Ｂパターンを形成する方法、電子写真方式で顔料粉体を
帯電塗装して色パターンを形成する方法、Ｒ、Ｇ、Ｂ各
色のドライフィルムレジストをガラス基板に直接ラミネ
ートし、露光プロセスによりパターニングするドライフ
ィルム法等が新規に開発され検討されている。

【００１５】以上のように、液晶ディスプレイ用等のカ
ラーフィルタの着色層を形成する方法としては、さまざ
まな方法が提案されているが、いずれの方法も量産性、
製造コスト、タクトタイム、欠陥対策、歩留り等の点で
問題があり、市場の要求を完全に満足させる方法は未だ
開発されていないのが現状であった。

【００１６】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、工程の煩雑さに起因する歩留りの悪さや製造コ
ストの高さなどを解消し、製造工程が簡易で低コスト化
が実現でき、しかも耐熱性、耐薬品性、寸法精度等に優
れたカラーフィルタの製造方法を提供することを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
の製造方法は、透明基板上に少なくとも２種類の異なる
色のパターンを有する着色層を所定の配置パターンで設
けるカラーフィルタの製造方法において、前記各色につ
いて、版面に形成された固形の着色パターンを前記透明
基板上に転写して、前記配置パターンを設けることを特
徴とする。

【００１８】また、透明基板上に少なくとも３種類の異
なる色のパターンを有する着色層を所定の配置パターン
で設けるカラーフィルタの製造方法において、前記各色
について、着色材が分散された樹脂組成物からなる着色
固化膜を主層として有するドライフィルムから、所定の
パターンを有する版面に該パターンに則して前記着色固
化膜を転写した後、前記版面に転写された着色固化膜を
さらに前記透明基板上に転写することを特徴とする。

【００１９】本発明において、版面から透明基板上に転
写される着色パターンは、常温では外力により容易に形
状や体積が変化することがない、固形あるいは固体状態
の着色膜からなるパターンであり、ドライフィルムから
版面に転写された着色固化膜が用いられる。なお、前記
した着色膜には、乾燥状態によって溶剤成分の一部が残
留された実質的に流動しない膜が含まれることは言うま
でもない。

【００２０】そしてドライフィルムとしては、その主層
として、例えば顔料が分散された樹脂組成物からなる固
形またはゲル状の着色膜を有するフィルムが使用され
る。通常このフィルムは、ベースフィルムの上に顔料分
散型塗料を塗布し、乾燥あるいは硬化等の必要な処理を
加えた後、所望に応じてその上にカバーフィルムを被着
することによって得られる。

【００２１】ここで、ドライフィルムの基材となるベー
スフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ
エチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミ
ド（ＰＩ）等のプラスチックフィルム、金属箔、あるい
は前記したプラスチックフィルムと金属箔とをラミネー
トしてなる多層フィルム等を使用することができる。本
発明においては、特に3〜 200μm 厚のＰＥＴフィルム
の使用が好ましいが、ドライフィルムの基材として必要
とされる要求に沿うものであれば、材質、厚さともに限
定されない。フィルム幅は、使用される透明基板のサイ
ズに応じて決定され、長さに関しては特に限定するもの
ではない。

【００２２】また、このようなベースフィルム上に塗布
される顔料分散型の塗料としては、通常カラーフィルタ
の着色層形成用として開発・使用されているものであれ
ば、特に限定されない。例えばＲ、Ｇ、Ｂ各色の顔料
を、酢酸ビニル系、アクリル系等の樹脂溶液中にそれぞ
れ分散してなる塗料の使用が好適する。特に必須ではな
いが、必要に応じてこのような塗料自体に感光性を付与
することもできる。

【００２３】さらに、このような顔料分散型塗料の塗布
方式としては、リバースコート方式、グラビアコート方
式、マイクログラビアコート方式、バーコート方式、ワ
イヤーバーコート方式、ギャップコート方式、ナイフコ
ート方式、ノズルコート方式、カーテンコート方式、ス
プレーコート方式、エアロコート方式など各種の方式が
例示され、着色層として必要とされる厚みが確保される
手法であれば、どのような塗布方法を用いても良い。特
に本発明においては、薄膜性や量産性に優れたマイクロ
グラビアコート方式やノズルコート方式が好適する。

【００２４】さらに、必要に応じてこのような塗料の塗
膜の上に被着されるカバーフィルムとしては、ＰＥＴ、
ＰＰＳ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＩのようなプラスチックフィル
ムを使用することができる。特に 3〜50μm 厚のＰＥあ
るいはＰＰフィルムの使用が好ましいが、カバーフィル
ムとして必要な要求に沿うものであれば、材質、厚さと
もに特に限定されない。フィルム幅および長さは、それ
ぞれ使用されるベースフィルムのサイズに合わせて決定
される。

【００２５】本発明において、前記したドライフィルム
の着色固化膜が転写される版面としては、各色の配列パ
ターンに対応した凸状のレリーフパターンを有する凸版
面を使用することが望ましく、版面全体の形状は、平板
面、曲面、ロール面など特に限定されない。また、ドラ
イフィルムから版面のパターン上への着色固化膜の転写
は、その版の表面の温度が50〜 200℃になるように加熱
して、着色固化膜を軟化あるいは一部溶融させて行なっ
ても良い。また版面から透明基板への転写を、同様に加
熱して行なうこともできる。

【００２６】透明基板としては、特に限定されるもので
はないが、透明性、耐久性、強度等の観点からガラス基
板を使用することが望まく、液晶ディスプレイ用ガラス
基板として通常使用されている、コーニング社の7059や
NHテクノグラス社のNA45を例示することができる。ま
た、このようなガラス基板においては、版面に接着した
着色固化膜をさらに完全に透明基板上に転写するため
に、予め転写面に接着層を形成しておいても良い。

【００２７】さらに、本発明のカラーフィルタの製造方
法において、ブラックマトリックスの設置は必須の要素
ではないが、必要に応じて透明基板上に設けることが可
能である。形成方法としては、通常のCrのスパッタ法や
蒸着法などの物理的方法、感光性レジストによる化学的
方法、印刷による方法、ドライフィルムを転写、露光、
現像してパターンを得る方法、あるいは本発明における
着色層の形成と同様に、ドライフィルムからマトリック
スパターンを転写する方法など、さまざまな方法を用い
ることができることは言うまでもない。

【００２８】

【作用】本発明のカラーフィルタの製造方法において
は、Ｒ、Ｇ、Ｂのような少なくとも３種類の異なる色の
パターンが所定の形状に配設された着色層の形成に際し
て、ドライフィルムから版面にそのパターンに則して転
写された固形の着色膜を、さらに透明基板上にそれぞれ
転写しているので、版面に付着（接着）した着色膜が、
適度な押圧力により厚さ方向に破断することなくそのま
ま透明基板上に移行し、版面に着色膜の断片が残らな
い。したがって、従来の流動的なインキを用いた印刷法
で問題となっていた、着色層のエッジの変形やパターン
形状の歪み等が解消されて、寸法精度が良好となり歩留
も高くなる。

【００２９】また、本発明の方法によれば、現像や露光
のフォトファブリケーションプロセス、洗浄プロセスを
はじめとする液体処理工程（湿式工程）が少ないうえ
に、熱処理を要する工程も短縮されているので、量産性
に優れ低コスト化も実現される。さらに、基板に与える
ダメージが少なく、欠陥の発生が抑えられるうえに、工
程数が少なくタクトタイムを大幅に短縮することができ
る。またさらに、ドライフィルムにおける着色固化膜の
利用効率に関しては、版のずらし量を制御することによ
り、90％以上の高い利用効率も達成することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３１】実施例 まず、Ｒ、Ｇ、Ｂ用のドライフィルムをそれぞれ作製し
た。すなわち、図１（ａ）に示すように、ベースフィル
ム（ 100μm 厚の PETフィルム）１上に、マイクログラ
ビアコータで顔料分散型塗料を 1.8μm の厚さに塗布
し、乾燥硬化させることにより、Ｒの着色塗膜２を形成
した後、図１（ｂ）に示すように、この着色塗膜２の上
に、カバーフィルム（20μm 厚のPEフィルム）３を被着
してＲ用ドライフィルム４を得た。同様にして、Ｇ用ド
ライフィルムおよびＢ用ドライフィルムをそれぞれ作製
した。

【００３２】次に、図２（ａ）に示すように、Ｒ用ドラ
イフィルム４から着色塗膜２を、角柱状の凸版５の主面
の凸版面６に転写した。

【００３３】すなわち、図３に示すようなドット状のパ
ターンが高さ 5μm のレリーフ（凸部）７として形成さ
れた凸版面６を、Ｒ用ドライフィルム４の着色塗膜２上
に押し当て、着色塗膜２を凸部７に転写させた。次い
で、図２（ｂ）に示すように、予めスパッタ法等により
Crのブラックマトリックスが形成されたガラス基板（コ
ーニング社の7059）８の主面に、凸版面６を押し当て、
凸版面６に転写されていた着色塗膜２を、ここでさらに
ガラス基板８上へと転写して、Ｒ色の着色ドットパター
ンを形成した。さらに、Ｇ、Ｂの各色についても同様に
してドットパターンを形成した後、最後にベーク（ポス
トベーク）を行なって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色がモザイク状
に配列された着色層を完成した。

【００３４】こうして得られたカラーフィルタについ
て、ベースフィルム１における着色塗膜２の利用効率と
歩留りおよび着色層の寸法精度をそれぞれ調べたとこ
ろ、いずれも極めて良好であった。

【００３５】そして、本実施例で得られたカラーフィル
タを用いてＴＦＴ駆動の液晶表示素子を製造した。すな
わち、このカラーフィルタの着色層上に、アクリル系樹
脂等のオーバーコート層をスピンコート法により設け、
さらに平坦化処理を施した後、ＩＴＯ膜をスパッタ法に
より形成し、さらに配向処理を施して液晶表示素子の前
面側基板とした。これをＴＦＴ駆動素子や画像電極等の
貼設されたＴＦＴ基板（図示省略。）と対向するように
配置し、これらの基板間に液晶組成物を挟持させて液晶
表示素子を得た。このような液晶表示素子にテストパタ
ーンを表示させたところ、白ピンホールや色むら、変色
などの表示画像の欠陥は見受けられず、良好な表示が実
現されることが確認された。

【００３６】次に、比較のために、以下の３つの方法で
それぞれＴＦＴ−ＬＣＤ用のドットマトリックスタイプ
のカラーフィルタを作製した。

【００３７】比較例１（顔料分散法） まずＲについて、ガラス基板上にバーコータを使用して
顔料レジスト（顔料分散型レジスト）を塗布し、乾燥
（プリベーク）してから、露光・現像・洗浄のフォトリ
ソグラフィ工程を行なった後ベーク（ポストベーク）し
て、Ｒ色のドットパターンを形成した。次いで、Ｇ、Ｂ
の各色についても同様にしてドットパターンを形成し、
カラーフィルタを作製した。こうして得られたカラーフ
ィルタについて、顔料分散型レジストの利用効率、歩留
りおよび着色層の寸法精度をそれぞれ調べたところ、い
ずれも良好ではあるが、本実施例で得られたカラーフィ
ルタより劣ることがわかった。

【００３８】比較例２（オフセット印刷法） まずＲについて、凹版に保持された顔料レジストインキ
をブランケット胴の表面ゴム層に転移させ、次いでブラ
ンケット胴からガラス基板上に転写した後、ベークして
Ｒのドットパターンを形成した。Ｇ、Ｂの各色について
も同様にしてドットパターンを形成し、カラーフィルタ
を作製した。こうして得られたカラーフィルタについ
て、顔料レジストの利用効率、歩留り、着色層の寸法精
度をそれぞれ調べたところ、レジストの利用効率は本実
施例で得られたカラーフィルタと同等に極めて良好であ
るが、得られた着色層のパターンの寸法精度が悪く、歩
留りも低かった。

【００３９】比較例３（ドライフィルムを用いた露光・
現像法） まず、感光性の顔料レジストを用い、本実施例と同様に
してＲ、Ｇ、Ｂ用のドライフィルムをそれぞれ作製し
た。次いで、Ｒ用ドライフィルムの感光性レジストをガ
ラス基板上に転写し、露光・現像・洗浄のフォトリソグ
ラフィ工程を行なった後ベークして、Ｒ色のドットパタ
ーンを形成した。次いで、Ｇ、Ｂの各色についても同様
にしてドットパターンを形成し、カラーフィルタを作製
した。こうして得られたカラーフィルタについて、顔料
レジストの利用効率、歩留り、着色層の寸法精度をそれ
ぞれ調べたところ、いずれも良好ではあるが、本実施例
で得られたカラーフィルタより劣ることがわかった。特
に、歩留りは大幅に低かった。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の製造方法は、現像や露光のフォトファブリケーション
プロセス、洗浄プロセス等をはじめとする液体処理工程
を要さず、工程が極めて少なく簡易化されている。した
がって、本発明の方法によれば、工程の煩雑さに起因す
る歩留りの悪さやコストの高さ等の問題が解消され、耐
熱性、耐薬品性、耐光性等が良好で寸法精度に優れたカ
ラーフィルタを、歩留り良く製造することができる。

【００４１】そして、こうして得られたカラーフィルタ
を使用することにより、色彩特性、耐環境性に優れたカ
ラーフラットパネルディスプレイを提供することが可能
となり、特にＴＦＴ方式、ＳＴＮ方式に代表される液晶
ディスプレイ用カラーフィルタとして好適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法の実施例に
おいて、ドライフィルムを製造する工程を説明するため
の図。

【図２】同実施例において、着色塗膜をドライフィルム
から凸版面を介してガラス基板へ転写する工程を説明す
るための図。

【図３】同実施例において、凸版面に形成されたレリー
フパターンを模式的に示す図。

【符号の説明】

１……ベースフィルム ２……着色塗膜 ３……カバーフィルム ４……ドライフィルム ６……凸版面 ８……ガラス基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に少なくとも２種類の異なる
   色のパターンを有する着色層を所定の配置パターンで設
   けるカラーフィルタの製造方法において、 前記各色について、版面に形成された固形の着色パター
   ンを前記透明基板上に転写して、前記配置パターンを設
   けることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 【請求項２】 透明基板上に少なくとも３種類の異なる
   色のパターンを有する着色層を所定の配置パターンで設
   けるカラーフィルタの製造方法において、 前記各色について、着色材が分散された樹脂組成物から
   なる着色固化膜を主層として有するドライフィルムか
   ら、所定のパターンを有する版面に該パターンに則して
   前記着色固化膜を転写した後、前記版面に転写された着
   色固化膜をさらに前記透明基板上に転写することを特徴
   とするカラーフィルタの製造方法。
3. 【請求項３】 前記版面が凸版のパターンを備えた版面
   であって、該凸版上に前記着色固化膜を転写することを
   特徴とする請求項１または２記載のカラーフィルタの製
   造方法。