JPH08220327A - カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 透明基板上に遮光層、着色層が設けられたカ
ラーフィルタにおいて、着色層上に膜厚 0.5 μｍ以下
の薄膜を形成することを特徴とするカラーフィルタ。 【効果】 着色層上に、一般の透明保護膜の膜厚レベル
とは異なり、0.5 μｍ以下の薄膜を形成しているので、
透明性は保護膜がない場合と同等に良好でかつ、配向膜
形成時のＩＴＯの剥がれも生じない。またＩＴＯも低抵
抗である。こうして信頼性の高い低コストのカラーフィ
ルタを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子、固体撮像
素子などに用いられるカラーフィルタに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子などに用いられるカラーフ
ィルタは、透明基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の着色層および各色部の周囲に光遮光性物質を備えた構
造になっている。また、一般的には、表面保護および平
坦化を目的として着色層上に透明保護膜が形成されてい
る。

【０００３】現在透明保護膜として、アクリル樹脂（特
開平3-251819号公報）、エポキシ樹脂（特開平2-228630
号公報）、ポリイミド樹脂（特開昭61-254905 号公
報）、シリコーン樹脂（特開昭63-241076 号公報）、イ
ミド変性シリコーン（特開昭63ー291924 ）などが用いら
れている。これらの透明保護膜は平坦化するために１μ
ｍ以上の膜を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の透明保護膜には、下地となる透明基板、着色層および
遮光層との密着性があまり良くないこと、僅かに着色し
ているためにカラーフィルタの透明性を低下させるこ
と、保護膜の熱膨張率が適当でないため、その上に形成
するＩＴＯ（透明電極層）が配向膜処理工程で応力歪み
により剥がれが生じる、などの問題があった。また、透
明保護膜をつけることによりカラーフィルタの製造に関
して工程が増えるため、コストが高くなるだけでなく、
欠陥品も多くなり歩留まりが悪くなるという生産上の問
題もあった。このため、透明保護膜を除いて着色層上に
直接透明電極をつけることがよく行なわれるようになっ
た。ところが、表面の平坦性がやや悪いため透明電極の
高抵抗化や配向膜の配向不良などが生じたり着色層から
のイオン性不純物が液晶表示装置に悪影響を与えるとい
う問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本研究者らは鋭意検討した結果、本発明に到達し
た。

【０００６】すなわち、本発明は、透明基板上に遮光層
および着色層が設けられたカラーフィルタにおいて、膜
厚0.5 μｍ以下の薄膜を形成することを特徴としてい
る。このような配置にすることにより、従来の透明保護
膜の欠点が改善され、信頼性の高い低コストのカラーフ
ィルタが得られる。

【０００７】本発明のカラーフィルタは、透明基板上に
着色層、薄膜がこの順に設けられたものであり、通常こ
の上に酸化インジウム錫などの透明電極層が形成され
る。

【０００８】透明基板としては特に限定されるものでは
ないが、アルカリガラス、無アルカリガラスなどのガラ
ス板やポリカーボネート、ポリメタクリレートなどの樹
脂基板を用いることができる。これらの中では７０５９
（コーニング社）、ＯＡ２（日本電気硝子）、ＮＡ４０
（ＨＯＹＡ）などの無アルカリガラスがアルカリ溶出
性、耐熱性、耐薬品性、清浄度などから好適である。

【０００９】着色層は特に限定されるものではないが、
アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアルコー
ル樹脂、ポリイミド樹脂などの１種あるいは２種以上の
混合物およびこれらの感光性樹脂などに染料または顔料
などの着色剤を分散混合して赤、青、緑の画素を形成し
たものが用いられる。この着色層の形成方法としては染
色法、顔料分散法、転写法、印刷法および電着法など適
宜を用いることが可能である。

【００１０】各画素間にはコントラストの向上などのた
め、必要に応じて金属および樹脂などからなる遮光層が
設けられている。具体的には金属クロム、酸化クロム、
モリブデン、タンタル、アルミニウムおよびそれらの酸
化物、さらにカーボンや黒色顔料を分散した樹脂などが
使用される。この中でも遮光性、成膜性などから金属ク
ロムおよび酸化クロムが好適である。

【００１１】本発明において薄膜は、通常透明保護層と
して作用する。薄膜としては、アクリル樹脂、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂など公知の樹脂
を適宜使用しうるが、好ましいのは、ポリイミド樹脂で
あり、特に好ましく用いられるのは、次の一般式

【化１】 で示されるポリマーを主たる構成単位として含有する樹
脂である。上記一般式中Ｒ^１は少なくとも２個以上の炭
素原子を有する３価または、４価の有機基である。ポリ
イミド樹脂の耐熱性からは、Ｒ^１はポリマー主鎖のカル
ボニル基との結合が芳香環あるいは芳香族複素環から直
接行われている構造を有するものが好ましい。上記一般
式中Ｒ^２は少なくとも２個以上の炭素原子を有する２価
の有機基である。ポリイミド樹脂の耐熱性からは、Ｒ^２
はポリマー主鎖のアミド基との結合が芳香族環から直接
行われている構造を持つものが好ましい。

【００１２】このポリイミド樹脂の具体的な例として
は、ピロメリット酸二無水物と、3,3'- （または、4,4'
- ）ジアミノジフェニルスルホン、3 ,3',4 ,4'-ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物と、3,3'- （また
は、4,4'- ）ジアミノジフェニルスルホン、3 ,3',4 ,
4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、3,3'-
（または、4,4'- ）ジアミノジフェニルスルホン、ピロ
メリット酸二無水物および 3 ,3',4 ,4'- ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸二無水物と、3,3'- （または、4,4'
- ）ジアミノジフェニルスルホン、3 ,3',4 ,4'-ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸無水物と、3,3'- （または、
4,4'- ）ジアミノジフェニルスルホンおよびビス（3-ア
ミノプロピル）テトラメチルジシロキサン、3 ,3',4 ,
4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物と、3,3'-
（または、4,4'- ）ジアミノジフェニルスルホンおよび
3,3'-ジアミノジフェニルメタン、ビス（3-アミノプロ
ピル）テトラメチルジシロキサンなどから合成されるポ
リアミド酸を加熱等によりポリイミド樹脂としたものが
好ましく用いられる。ポリイミド樹脂は、前記一般式で
示されるもののみからなるものであってもよいし、他の
構造単位との共重合体であってもよい。共重合に用いら
れる構造単位の種類としては、ポリエーテルアミド酸、
ポリエステルアミド酸の構造単位が典型的な例として挙
げられるがこれらには限定されない。薄膜の塗布方法と
しては、スピンナー法、ロールコータ法、印刷法、ディ
ップ法など任意の方法で行うことができる。

【００１３】本発明ではこの薄膜の膜厚を0.5 μｍ以下
とすることが重要である。これは、膜厚が0.5 μｍを越
えると薄膜とその上に形成するＩＴＯ（透明電極層）の
熱膨張率が適当でなく、配向膜処理工程で応力歪みによ
りＩＴＯの剥がれが生じたり、低波長（400 〜500nm ）
側の透明性が低下してブルー画素の輝度が小さくなる為
である。膜厚が0.5 μｍ以下では、膜厚が薄いために熱
膨張率の影響はほとんどないためＩＴＯの剥がれも起ら
ないし、低波長側の透明性の低下も小さく、ブルー画素
も十分な輝度を有している。また、透明保護膜を形成す
る場合と同様に工程は１つ増えるものの、処理量はかな
り少なくコスト的にも半分以下になる。以上のように薄
膜の膜厚は薄い方がよいが、0.01μm より薄くなると着
色層の表面粗さの平坦化が難しくなるため、膜厚として
は0.01〜0.5 μm になることが望ましい。

【００１４】これらの薄膜は通常の表面保護膜よりも膜
厚は薄いが、着色層の表面を滑らかにするためにＩＴＯ
の高抵抗化や配向膜の配向不良は発生せず、イオン性不
純物のバリア性も十分なので液晶表示装置への悪影響は
ない。

【００１５】本発明では、薄膜をカラーフィルタ全面に
形成しても良いが、遮光層および着色層の少なくとも一
方が存在する領域内に設けるのが好ましい。これはＴＦ
Ｔ基板との貼合わせ部であるシール部分の材料は、主に
エポキシ樹脂などが用いられるのであるが、薄膜を通し
てよりガラスと直接接していた方が密着性が良い場合が
あるためである。最も理想的には、薄膜が、遮光層およ
び着色層の少なくとも一方存在する領域とぴったり重な
るように形成するのがより好ましい。しかしながら、薄
膜を遮光層および着色層の少なくとも一方が存在する領
域の外側に形成する場合であっても、外側近傍であれば
効果は達成されるので、遮光層および着色層の少なくと
も一方が存在する領域の範囲に包含される。

【００１６】薄膜をカラーフィルタの遮光層および着色
層の少なくとも一方が存在する領域の内側に形成する方
法としては、特に限定されないが、例えば、遮光層およ
び着色層の形成された透明基板上に薄膜を、前記遮光層
および前記着色層の少なくとも一方が存在する領域内に
形成する。具体的には、例えば、遮光層および着色層の
形成された透明基板上に薄膜を全面に塗布した後、カラ
ーフィルタの遮光層および着色層の少なくとも一方が存
在する領域より外側の薄膜を除去することによって得ら
れる。除去方法としては、例えばフォトリソグラフィ法
がある。全面塗布後オーブンにて溶媒を除去しセミキュ
アの状態となったポリイミド樹脂上にレジストを塗布し
プリベークした後、所定のパターンの描かれたマスクを
もちいて露光する。ポリイミド樹脂はレジストを現像す
るアルカリ液によってエッチングされるため現像とエッ
チングを同時に行うことができる。現像液つまりエッチ
ング液でもあるアルカリ液中に浸漬すると、レジストの
アルカリへの溶解性が非常に大きくなって除去された部
分のポリイミド樹脂がエッチングされる。アルカリ液
（例えば、シプレイ社製 ＭＰ３５１を純水で希釈し容
量にして5%〜50% ）でポリイミド樹脂を２５℃で１５秒
〜３０秒程度浸漬する。アルカリ液での現像エッチング
は浸漬法、スプレー法、などの方法を使用することがで
きる。この現像液の温度は、現像速度との兼ね合いでオ
ーバーエッチング、アンダーエッチングにならない温度
で用いることができるが、１０℃〜５０℃が好ましい。
次いてＭＣＡ（メチルセロソルブアセテート）、ＥＣＡ
（エチルセロソルブアセテート）、ＰＧＭＥＡ（プロピ
レングリコールモノメチルエーテルアセテート）および
酢酸ブチルなどの適宜な溶剤でレジストを剥離する。こ
うしてポリイミド樹脂樹脂がカラーフィルタの遮光層お
よび着色層の少なくとも一方が存在する領域の内側に形
成される。

【００１７】薄膜をカラーフィルタの遮光層および着色
層の少なくとも一方が存在する領域の内側に形成するた
めには、ダイコータ法、ロールコータ法や印刷法により
所定の部分にのみに塗布する方法を用いることも可能で
ある。ダイコータ法はスリットダイにより、スロット塗
布、カーテン塗布、スライド塗布などを使用してカラー
フィルタ形成領域の内側に塗布することができる。ロー
ルコータ法はナチュラルコータおよびリバースコータの
どちらを用いても塗布することが可能である。印刷法に
おいてはフレキソ印刷（凸版印刷）、スクリーン印刷、
平版印刷および凹版印刷などを適宜使用することが可能
であるが、フレキソ印刷法およびスクリーン印刷法が塗
布膜の材料設計の容易さなどから好適である。

【００１８】以上のように、本発明によって薄膜をカラ
ーフィルタ上に形成することにより、ＩＴＯとの熱膨張
との差によるＩＴＯの剥がれや、透明性の低下などの従
来の透明保護膜の持っていた問題点が改良できるばかり
でなく、コスト的にも半分以下ですむようになり、生産
性の向上も達成できる。

【００１９】

【実施例】次にこの発明の実施例について説明するが本
発明は実施例に限定されるものではない。

【００２０】参考例１ （ポリイミド樹脂の処方）三ツ口２ｌフラスコに N- メ
チル-2- ピロリドン 614 [g]を入れ、窒素通気下、撹拌
しながら 3,3'-ジアミノジフェニルスルホン 49.65
[g]、4,4'- ジアミノジフェニルメタン 39.66 [g]を添
加する。20分撹拌の後、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸無水物 126.16 [g] を少しのN-メチル-2-
ピロリドンとともに徐々に加えて完全に溶解したところ
で50℃に昇温する。50℃に調温しながら３時間撹拌し
た。末端調製のため 1.66 [g] 無水マレイン酸を添加し
て更に１時間撹拌した。一昼夜室温で放置した後、N-メ
チル-2- ピロリドン、エチレングリコールモノブチルエ
ーテルの混合溶媒で固形分濃度 11 [%] に希釈してポリ
イミド前駆体であるポリアミド酸ワニスを得た。

【００２１】実施例１ （カラーフィルターの製造）以下のようにして、カラー
フィルタを製造した。

【００２２】透明基板上にパターン化された金属クロム
遮光層を設け、さらに耐熱性顔料を含む着色ポリイミド
層をフォトリソグラフィによりパターン形成した。その
上に薄膜として参考例１で調製したポリアミド酸ワニス
をスピンナーで塗布した。その後100 ℃のオーブンに１
０分間投入し乾燥させた。膜厚は乾燥後約0.1 μｍにな
るように設定した。さらに、３００℃のオーブンで３０
分間本キュアを行い完全に硬化させた。最後にスパッタ
蒸着にてＩＴＯを形成しカラーフィルタを製作した。

【００２３】実施例２ 透明基板上にパターン化された金属クロム遮光層を設
け、さらに耐熱性顔料を含む着色ポリイミド層をフォト
リソグラフィによりパターン形成した。その上に薄膜と
して参考例１で調製したポリアミド酸ワニスをスピンナ
ーで塗布した。その後100 ℃のオーブンに１０分間投入
し乾燥させた。膜厚は乾燥後約0.1 μｍになるように設
定した。さらにこのセミキュア状態の密着層上にレジス
ト（シプレイ社製 “マイクロポジット” RC-100シリ
ーズ）を乾燥後 1〜2 μｍの膜厚になるようにスピンナ
ーで塗布し、90℃のオーブンで10分間プリベーク を行っ
た。密着層を画素部および額縁クロム部に限定して形成
しガラス部上の密着層を除去するために以下のようにし
てパターン化を行った。パターンの描かれたマスクを基
板上に配置して露光を行い、続いて、アルカリ（シプレ
ー社製 ＭＰ３５１）に純水を加えて容量にして16.7％
にした現像液２５℃で３０秒間浸漬した。この現像液中
で現像および密着層のエッチングを行った。次に残った
レジストを剥離剤（メチルセロソルブアセテート）を用
いて除去した。さらに100 ℃のオーブンで１０分間セミ
キュアを施した後、３００℃のオーブンで３０分間本キ
ュアを行い保護層を完全に硬化させた。最後にスパッタ
蒸着にてＩＴＯを形成しカラーフィルタを製作した。

【００２４】比較例１ 着色層上にポリイミド膜を1.0 μｍの膜厚になるように
スピンナーで塗布した以外は実施例１と同様にカラーフ
ィルタを製作した。

【００２５】比較例２ 着色層上にアクリル樹脂膜を1.0 μｍの膜厚になるよう
にスピンナーで塗布した以外は実施例１と同様にカラー
フィルタを製作した。

【００２６】比較例３ 着色層上に直接ＩＴＯをスパッタ蒸着して透明保護膜も
薄膜も形成しないこと以外は実施例１と同様にカラーフ
ィルタを製作した。

【００２７】実施例３ 実施例１、２および比較例１、２にて作製したカラーフ
ィルタについて、透明性保持率およびＩＴＯ抵抗値を測
定した。結果を表１に示す。

【００２８】また、実施例１、２および比較例１、２に
て作製したカラーフィルタ上にポリイミド樹脂からなる
配向膜をフレキソ印刷法にて塗布し、塗布後、配向膜の
キュアを施すために280 ℃で加熱して、配向膜形成時の
ＩＴＯ密着性を観察した。結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】透明性に関しては、比較例１、２の場合は
低波長側の透過率が低く青色の輝度が低くなった。また
比較例３の場合は着色層上に何も膜がないために表面平
坦化が行なわれず、直接ＩＴＯを形成したところＩＴＯ
の断線が生じた。このためＩＴＯの抵抗値は50Ωと高抵
抗であった。配向膜形成時のＩＴＯ密着性については、
実施例１および２および比較例１では問題がないが、比
較例２ではＩＴＯと透明保護膜であるアクリル樹脂の熱
膨張率の差からＩＴＯに剥がれが生じた。

【００３１】

【発明の効果】本発明によると、着色層上に、一般の透
明保護膜の膜厚レベルとは異なり、0.5 μｍ以下の薄膜
を形成しているので、透明性は保護膜がない場合と同等
に良好でかつ、配向膜形成時のＩＴＯの剥がれも生じな
い。またＩＴＯも低抵抗である。こうして信頼性の高い
低コストのカラーフィルタを得ることができる。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年４月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】各画素間にはコントラストの向上などのた
め、必要に応じて金属および樹脂などからなる遮光層が
設けられている。具体的には金属クロム、酸化クロム、
モリブデン、タンタル、アルミニウムおよびそれらの酸
化物、さらにカーボンや黒色顔料を分散した樹脂などが
使用される。この中でも遮光性、成膜性などから金属ク
ロム、酸化クロムおよびカーボンや黒色顔料を分散した
樹脂などが好適である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】本発明では、薄膜をカラーフィルタ全面に
形成しても良いが、遮光層および着色層の少なくとも一
方が存在する領域内に設けるのが好ましい。これはＴＦ
Ｔ基板との貼合わせ部であるシール部分の材料は、主に
エポキシ樹脂などが用いられるのであるが、薄膜を通し
てよりガラスとシール部分が直接接していた方が密着性
が良い場合があるためである。最も理想的には、薄膜
が、遮光層および着色層の少なくとも一方存在する領域
とぴったり重なるように形成するのがより好ましい。し
かしながら、薄膜を遮光層および着色層の少なくとも一
方が存在する領域の外側にまで形成する場合であって
も、外側近傍であり、薄膜を形成しない領域が周辺に残
っていれば効果は達成されるので、遮光層および着色層
の少なくとも一方が存在する領域の範囲に包含される。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に遮光層、着色層が設けられ
   たカラーフィルタにおいて、着色層上に膜厚0.5 μｍ以
   下の薄膜を形成することを特徴とするカラーフィルタ。
2. 【請求項２】 透着色層上に膜厚0.01〜0.5 μｍの薄膜
   を形成することを特徴とする請求項１記載のカラーフィ
   ルタ。
3. 【請求項３】 薄膜が遮光層および着色層の少なくとも
   一方が存在する領域内にあることを特徴とする請求項１
   記載のカラーフィルタ。
4. 【請求項４】 薄膜がポリイミド樹脂からなることを特
   徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。