JPH08304618A

JPH08304618A - カラーフィルター及びその製造方法並びにそれを用いた薄膜トランジスター及び液晶素子

Info

Publication number: JPH08304618A
Application number: JP10745795A
Authority: JP
Inventors: 英昭 ▲高▼尾; Hideaki Takao
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-05-01
Filing date: 1995-05-01
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【構成】カラーフィルター画素単位を分割したパター
ン状受容層に、インクジェット方式にて着色インクを付
与した着色パターンを有するカラーフィルターおよびそ
の製造方法並びにそれを用いた薄膜トランジスター及び
液晶素子【効果】隣接色との混色防止効果はもとより、画素間
体積増大によるインク受容時の膨潤吸収効果で表面平坦
性の優れたカラーフィルターを得ることができ、インク
ジェット方式のもつ解像度や精度に、微細パターン化さ
れたフォトリソグラフィーの解像度、精度が加味され、
高解像度のカラーフィルターパターンを得ることができ
る。これにより、種々のカラーデバイス構成に本発明の
カラーフィルターを用いた場合でも、デバイスの機能、
形成工程に影響を及ぼすこともなく、諸特性に優れたカ
ラーデバイスを生産性良く形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】カラーディスプレイに用いるカラ
ーフィルター（ＣＦ）に関するもので、特に平坦性及び
解像度の優れたカラーフィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラーフィルターとしては、基板
上にゼラチン、カゼイン、グリューあるいはポリビニル
アルコール等の親水性高分子からなる媒染層を設け、該
媒染層を色素にて着色画素を形成する染色法カラーフィ
ルターや、着色材が透明樹脂中に分散されてなる着色樹
脂を用いてフォトリソグラフィーにより着色画素を形成
する分散法カラーフィルター等が知られている。

【０００３】この様な染色法では、各色毎に防染処理を
行なうといった複雑な工程を有し、生産性、歩留り等の
点で欠点をもち、コスト的に不利な方法であった。

【０００４】また、分散法では、高価な着色樹脂をスピ
ンコート法により基板上に塗布する際の利用効率の低さ
から、コスト的に不利な方法であった。

【０００５】これに対し、従来、簡便な工程で、かつ着
色材料の利用効率を高め、デバイスサイドからの低コス
ト・カラーフィルターの要求に答えるべく、インクジェ
ット方式を用いたカラーフィルターが、特開昭５９−７
５２０５号公報、特開昭６３−２３５９０１号公報ある
いは特開平１−２１７３２０号公報等に示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来イ
ンクジェット法においてパターン化されていない受容層
を着色インクにて着色しようとする場合、第１に隣接色
との混色により、色のにじみが生じ、解像度の低下をも
たらし、カラーデバイスのカラー特性に影響を及ぼすと
いう欠点があった。

【０００７】また、第２に着色インクを受容した受容層
は、その膨潤現象から表面に凹凸状の形状が生じ、デバ
イスプロセスやデバイスの機能に影響を及ぼすという欠
点があった。

【０００８】さらに、第３に、インクジェット法の印字
装置及びノズル等から決定される印字解像度や位置精度
がカラーフィルターパターン形成に直に反映され、高解
像度のカラーフィルターを得ることが難しいという欠点
があった。

【０００９】これらの課題に対応し、カラーフィルター
のＲ．Ｇ．Ｂ画素単位にパターン化した受容層を用い、
着色インクにて着色する方法があるが、この方法では、
主に隣接色との混色は改善されるものの、より微細され
ていくＣＦパターンに対して、表面凹凸形状や印字解像
度等の観点で充分な品質のカラーフィルターが得られな
いという問題がでてきた。

【００１０】本発明の目的は、上述の従来例のもつ解消
せしめ、簡便な工程で形成できるインクジェット法カラ
ーフィルターを改善し、より表面平坦性に優れ、高解像
度なカラーフィルターを提供することにある。

【００１１】さらに本発明の目的は、諸特性に優れたカ
ラーデバィスを得ることのできる安価なカラーフィルタ
ーを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
ーは、カラーフィルター画素単位を分割したパターン状
受容層に、インクジェット方式にて着色インクを付与し
た着色パターンよりなることを特徴とするものである。

【００１３】さらに本発明はカラーフィルター画素単位
を分割したパターン状受容層に、インクジェット方式に
て着色インクを付与した着色パターンを設けることを特
徴とするカラーフィルターの製造方法を提供することに
ある。

【００１４】さらに本発明は上記カラーフィルターを用
いた薄膜トランジスター並びにこの薄膜トランジスター
を使用した液晶素子を提供することにある。

【００１５】すなわち、本発明のカラーフィルターによ
れば、あらかじめカラーフィルターのＲ．Ｇ．Ｂ画素単
位以下に分割されたパターン受容層を用いているため、
画素間面積が増大し、その結果着色インクを受容した場
合に生じる膨潤現象の画素間部への吸収量が増大し、カ
ラーフィルター表面に形成される凹凸形状は減少する。
従って、表面平坦性により優れたカラーフィルターを得
ることができ、幅広いカラーデバイスへの適用が可能と
なる。

【００１６】また、インクジェットの印字部から支配さ
れてしまう解像度や精度に対し、より細かいパターン状
受容層を用いることによって、印字を行なう際の解像度
のバラツキや精度のズレが生じた場合においても、フォ
トリソグラフィー技術により形成された微細パターン受
容層に着色インキが吸収されてしまうことで、フォトリ
ソグラフィーの解像度をもってカラーフィルターパター
ンを形成することができる。これにより、高解像のカラ
ーデバイスへの適用も可能となる。

【００１７】さらに本発明は前記パターン状受容層が、
基板上に感光性受容層を用いて、フォトリソグラフィー
によりパターン形成したことを特徴のカラーフィルター
を提供することにある。

【００１８】さらに本発明は該カラーフィルターが、表
示装置の表示部に設けられたことを特徴とするカラーフ
ィルターを提供することにある。

【００１９】さらに、より微細な受容層に着色インクを
付与するため、受容層内での着色インクの拡散の均一性
が増し、着色濃度ムラの少ないカラーフィルターを得る
ことができ、より高性能なカラーデバイスに適用するこ
とができる。

【００２０】なお、パターン化された受容層を用いてい
る為、隣接色との混色を防止できることは言うまでもな
い。

【００２１】この様な、表面平坦性、解像度、着色濃度
ムラ等をより良好にするためには、Ｒ．Ｇ．Ｂ各々のカ
ラーフィルター画素単位をより細かく分割することが効
果的だが、実用的には必要な光学特性（透過率、色特
性、コントラスト等）との兼ね合いで任意に設定する。
例えば分割数として２〜１６分割、好ましくは２〜４分
割程度に設定される。

【００２２】なお、画素単位の分割数、形状等は、Ｒ．
Ｇ．Ｂ各色毎に同じであっても、又異なっていてもよ
く、受容する各色着色インクの特性とのバランスを考慮
し、必要な光学特性や表面平坦性、解像度等を得られる
範囲で任意に設定する。

【００２３】本発明に用いるカラーフィルターとして
は、インクジェット方式で製造され、その方法は特に限
定されないが、好ましい具体例としては、エネルギー発
生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェットタイ
プあるいは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプが使
用可能である。

【００２４】本発明に用いるパターン化された受容層を
形成する材料としては、感光性アクリル樹脂、感光性ポ
リアミド樹脂、感光性ポリイミド樹脂をはじめ、感光剤
の付与されたゼラチン、カゼイン、グリュー等の天然
物、及びポリビニルアルコール等が挙げられる。特に諸
物性の優れたカラーフィルターを得るには、物性面で優
れた特性を有する感光正ポリアミド樹脂、感光性ポリイ
ミド樹脂等から選定することが好ましい。

【００２５】本発明では、上記感光性樹脂を基板上にス
ピンコート法、ロールコート法、印刷法等により塗布、
乾燥させた後、通常のフォトリソグラフィー技術を用い
てパターニングを行ない、ポストベークの後、膜厚０．
５〜５μｍ程度、好ましくは、０．５〜２μｍ程度の受
容層パターンを形成する。

【００２６】また、本発明に用いる着色材料としては、
有機顔料、無機顔料、染料等のうち所望の分光特性を得
られるものであれば、特に限定されるものではない。こ
の場合、各材料を単位で用いることも、あるいは、これ
らのうちのいくつかの混合物を用いることもできる。

【００２７】本発明に用いる着色インクは、上記着色材
料を必要に応じて添加剤とともに溶媒に溶解あるいは分
散させて用いる。

【００２８】なお、本発明のカラーフィルターに対し、
より平坦性を必要とする場合や、より各種の環境条件か
ら、カラーフィルターを保護するためには、着色パター
ン表面に、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポ
リカーボネート、アクリル系、シリコン系等の有機樹脂
やＳｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｔａ ₂
Ｏ₃ 等の無機膜をスピンコート、ロールコート、印刷法
の塗布法で、あるいは蒸着法によって、保護層として設
けることができる。

【００２９】以上説明した様なカラーフィルターは適当
な基板上に形成することができる。基板は通常カラーフ
ィルターの基板として使用されているものなら特に制限
はないが、例えば、ガラス板、透明樹脂板、樹脂フィル
ム、あるいはブラウン管表示面、撮像管の受光面、ＣＣ
Ｄ，ＢＢＤ，ＣＩＤ，ＢＡＳＩＳ等の固体撮像素子が形
成されたウエハー、薄膜半導体を用いた密着型イメージ
センサー、液晶ディスプレー面、カラー電子写真用感光
体等があげられる。

【００３０】受容層と下地の基板間との接着性を更に増
す必要がある場合には、基板上にあらかじめシランカッ
プリング剤等で薄く塗布した後に受容層パターンを形成
するか、あるいは、あらかじめ受容層中にシランカップ
リング剤等を少量添加したものを用いてカラーフィルタ
ーを形成することにより、一層効果的である。

【００３１】以下、図面を参照しつつ、代表的な本発明
のカラーフィルターの形成法を説明する。

【００３２】図１は、本発明のカラーフィルターの形成
法を説明する工程図である。まず、図１（ａ）に示すご
とく、受容層パターン間に遮光層２の形成された基板上
に着色インクの受容能力をもつ感光性樹脂溶液を用い、
受容層膜３を所定の基板１上に、スピンコート法にて所
定の膜厚になるように塗布形成し、適当な温度条件下で
プリベークを行なう。次いで、図１（ｂ）に示すごと
く、感光性樹脂の感度を有する光（例えば、高圧水銀灯
等）で、形成しようとする画素分割パターンに対応した
所定のパターン形状を有するフォトマスク４を介して受
容層膜を露光し、パターン部の光硬化を行なう。

【００３３】次いで未露光部分のみを溶解する溶液（例
えば、Ｎａ₂ ＣＯ₃ 水溶液等）にて現像した後、リンス
処理（例えば、純水等）を行ない、図１（ｃ）に示すご
とくカラーフィルター画素単位を分割したパターン化さ
れた受容層５（本例では、各色画素を同形状で２分割し
た）を得ることができる。

【００３４】次に、図１（ｄ）に示すごとく、インクジ
ェット法にて着色インクを受容層に付与し、乾燥、ポス
トベークの後、図１（ｅ）に示すごとく、３色共、分割
され着色パターンからなるカラーフィルターを形成する
ことができる。

【００３５】また、本発明のカラーフィルターは、図１
（ｆ）に示すように、カラーフィルター上部に、先に挙
げた様な材料から形成した保護層８を有しているもので
あってもよい。また、本発明のカラーフィルターは、図
１（ｇ）に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの受容層パターン間
のみに感光層を配置したものであってもよい。

【００３６】

【実施例】

（第１の実施例）遮光層パターンの形成されたガラス基
板上に、アクリル系感光性樹脂材［Ｖ−２５９ＰＡ（商
品名，新日鉄化学（株）製）］をスピンコート法により
１．０μｍの膜厚に塗布した。次に、該受容層に８０
℃、１０分間のプリベークを行なった後、Ｒ，Ｇ，Ｂ同
一形状で各色画素単位を各々２分割したパターン形状に
対応したパターンマスクを介して高圧水銀灯にて露光し
た。露光終了後、該受容層の未露光部のみを溶解する現
像液（Ｎａ₂ ＣＯ₃ 水溶液）にて現像し、純水によりリ
ンス処理を行なった。

【００３７】続いて、染料をベースにしたＲ，Ｇ，Ｂ着
色インクを用い、インクジェット方式の印字装置にて、
パターン化された受容層を着色し、９０℃にて１０分間
乾燥した後、２００℃にて１時間のポストベーク処理を
行ない、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色カラーフィルターを得た。

【００３８】この様にして形成されたカラーフィルター
は、混色部分もない上にフォトリソグラフィーで形成さ
れた微細パターン状受容層の精度、解像度を有している
ものであった。

【００３９】また、表面の凸形状は、０．２μｍ程度で
パターン化していない場合に比べ１／３程度に、又、画
素単位でパターン化した場合に比べ１／２程度に減少
し、平坦性に優れたものであった。

【００４０】（第２の実施例）実施例１において、アク
リル系感光性樹脂材を用いる代わりに、芳香族ポリアミ
ド系の感光性樹脂材［ＰＡ−１０００Ｃ（商品名、宇部
興産（株）製）］を用いてパターン状の受容層を形成し
た。すなわち、ＰＡ−１０００Ｃ（商品名、宇部興産
（株）製）］をスピン・コート法にて１．０μｍの膜厚
に塗布した。

【００４１】次に該感光性樹脂層に８０℃にて１０分間
のプリベークを行なった後、Ｒ，Ｇ，Ｂ同一形状で各色
画素単位を各々２分割したパターン形状に対応したパタ
ーンマスクを介して高圧水銀灯にて露光した。そして、
該感光性樹脂層の未露光部のみを溶解する専用現像液
（γ−ブチロラクトンを主成分とする現像液）にて超音
波を使用して現像し、専用リンス液（エチルセロソルブ
を主成分とするリンス液）で処理を行なった。

【００４２】続いて、染料をベースとしたＲ，Ｇ，Ｂ着
色インクを用い、インクジェット方式の印字装置にて、
パターン化された受容層を着色し、９０℃にて３０分間
乾燥した後、２００℃にて１時間のポストベーク処理を
行ない、Ｒ．Ｇ．Ｂ３色カラーフィルターを得た。この
様にして形成されたカラーフィルターは、混色部分も無
い上に、フォトリソグラフィーで形成された微細パター
ン状受容層の精度、解像度を有しているものであった。
また、表面の凸形状は、０．２μｍ程度で、パターン化
していない場合に比べ１／３程度に、又、画素単位でパ
ターン化した場合に比べ１／２程度に減少し、平坦性に
優れたものであった。

【００４３】（第３の実施例）実施例１において得られ
たカラーフィルターを用いて液晶素子を形成した。すな
わち図２に示す様に、ＩＴＯを５００Åの厚さにスパッ
タリング法により成膜し、透明電極１５とした。この上
に配向制御膜１７として、ポリイミド形成溶液（日立化
成工業（株）製「ＰＩＱ」）を３０００ｒｐｍで回転す
るスピンナーで塗布し、１５０℃で３０分間加熱を行な
って２０００Åのポリイミド被膜を形成した。しかる
後、このポリイミド被膜表面をラビング処理した。

【００４４】このようにして形成したカラーフィルター
基板と、対向する基板１２を貼り合わせてセル組し、強
誘電性液晶を注入、封口して液晶素子を得た。平坦性に
優れたカラーフィルターを内設したこの液晶素子をクロ
スニコルの偏光顕微鏡で観察したところ、内部の液晶素
子は配向欠陥を生じなく、さらに解像度の優れたカラー
フィルターパターンを有することも加わり、表示品位の
優れた液晶素子を得ることができた。

【００４５】（第４の実施例）実施例１において得られ
たカラーフィルターを用いて、薄膜トランジスターを用
いた液晶素子を形成した。まず図３（ａ）に示すよう
に、ガラス基板（商品名：７０５９，コーニング社
（株）製）２１上に１０００Åの層厚のＩ．Ｔ．Ｏの画
素電極２２をフォトリソ工程により所望のパターンを成
形した後、この面に更にＡｌを１０００Åの層厚に真空
蒸着し、この蒸着層をフォトリソ工程により所望の形状
にパターニングして図３（ｂ）に示すようなゲート電極
２３を形成した。

【００４６】続いて、感光性ポリイミド（商品名：セミ
コファイン，東レ（株）社製）を前記電極に設けられた
基板２１面上に塗布し絶縁層２４を形成し、パターン露
光及び現像処理によってドレイン電極１８と画素電極２
２とのコンタクト部を形成するスルーホール２５を図３
（ｃ）に示すように形成した。

【００４７】ここで、基板２１を堆積槽内の所定の位置
にセットし、堆積槽内にＨ₂ で希釈されたＳｉＨ₄ を導
入し、真空中でグロー放電法により、前記電極２２、及
び絶縁層２４の設けられた基板２１全面に２０００Åの
層厚のａ−Ｓｉからなる光導電層（イントリンシック
層）２６を堆積させた後、この光導電層２６上に引続き
同様の操作によって、１０００Åの層厚のｎ⁺ 層２７を
図３（ｄ）に示したように積層した。この基板２１を堆
積槽から取り出し、前記ｎ⁺ 層２７及び光導電層２６の
それぞれを、この順にドライエッチング法により所望の
形状に図３（ｅ）に示したようにパターニングした。

【００４８】次に、このようにして光導電層２６及びｎ
⁺ 層２７が設けられている基板面に、Ａｌを１０００Å
の層厚で真空状着した後、このＡｌ蒸着層をフォトリソ
工程により所望の形状にパターニングして、図３（ｆ）
に示すようなソース電極２８及びドレイン電極２９を形
成した。

【００４９】そして、図３（ｇ）の如くこの基板面全面
に配向機能を付与した絶縁膜３０としてのポリイミド樹
脂を１２００Åの層厚に塗布し、２５０℃、１時間の加
熱処理によって樹脂の硬化を行ない薄膜トランジスター
基板を作製した。

【００５０】このように作製された薄膜トランジスター
基板を用いて更に、カラー液晶表示素子を形成した。

【００５１】すなわち、ガラス基板（商品名：７０５
９，コーニング社（株）製）上に、実施例１と同様にし
て、Ｒ，Ｇ，Ｂ２分割した３色カラーフィルターを形成
し、さらに受容層と同様の材料を用いて２．０μｍの膜
厚でカラーフィルター全面に保護膜を形成した。次い
で、１０００ÅのＩ．Ｔ．Ｏ電極層を形成し、更に該電
極層上に配向機能を付与したポリイミド樹脂からなる層
厚１２００Åの絶縁層を形成し、この基板と先に形成し
た薄膜トランジスター基板との間に液晶を封入して全体
を固定して、カラー用液晶表示素子を得た。得られたカ
ラー液晶表示素子は、表示品位の優れたものであった。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カラーフィルター画素単位を分割したパターン状受容層
にインクジェット方式にて着色インキを付与したカラー
フィルターであるため、隣接色との混色防止効果はもと
より、画素間体積増大によるインク受容時の膨潤吸収効
果で表面平坦性の優れたカラーフィルターを得ることが
できる。さらに、インクジェット方式のもつ解像度や精
度に、微細パターン化されたフォトリソグラフィーの解
像度、精度が加味され、高解像度のカラーフィルターパ
ターンを得ることができる。

【００５３】これにより、種々のカラーデバイス構成に
本発明のカラーフィルターを用いた場合でも、デバイス
の機能、形成工程に影響を及ぼすこともなく、諸特性に
優れたカラーデバイスを生産性良く形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの形成法を説明する
工程図である。

【図２】本発明のカラーフィルターを用いた強誘電性液
晶素子の基本構成を示す断面図である。

【図３】本発明のカラーフィルターを用いたカラー液晶
表示素子の薄膜トランジスター基板の製造工程図であ
る。

【符号の説明】

１，１１，１２，２１基板２遮光層３受容層４フォトマスク５パターン化された受容層６インクジェット・ヘッド７，１３着色パターン８，１４保護層１０強誘電性液晶素子１５，１６透明電極１７，１８配向制御膜１９強誘電性液晶２０遮光層２２画素電極２３ゲート電極２４絶縁層２５スルーホール２６光導電層２７ｎ⁺ 層２８ソース電極２９ドレイン電極３０絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラーフィルター画素単位を分割したパ
ターン状受容層に、インクジェット方式にて着色インク
を付与した着色パターンを有するカラーフィルター。
【請求項２】カラーフィルター画素単位を分割したパ
ターン状受容層に、インクジェット方式にて着色インク
を付与した着色パターンを設けることを特徴とするカラ
ーフィルターの製造方法。
【請求項３】前記パターン状受容層が、基板上に感光
性受容層を用いて、フォトリソグラフィーによりパター
ン形成したことを特徴とする請求項１記載のカラーフィ
ルター。
【請求項４】前記カラーフィルターが、表示装置の表
示部に設けられたことを特徴とする請求項１記載のカラ
ーフィルター。
【請求項５】請求項１記載のカラーフィルターを表示
部に設けた表示装置。
【請求項６】請求項１記載のカラーフィルターを使用
した薄膜トランジスター。
【請求項７】請求項１記載の薄膜トランジスターを使
用した液晶素子。