JPH09184913A

JPH09184913A - カラーフィルタの製造方法

Info

Publication number: JPH09184913A
Application number: JP21196A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Hatai; 宗宏畠井; Kazuhiko Nakamura; 一彦中村
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1996-01-05
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】平坦性が良好で、優れた画質の液晶ディスプ
レイを実現することができるカラーフィルタを、経済的
かつ効率的に製造する方法を提供すること。【解決手段】透明基板上に少なくとも３色の着色画素
を形成したカラーフィルタの製造方法において、（１）
透明基板上の着色画素を形成する領域にレーザー光を照
射して、被照射部分を蒸散させて溝を形成する工程、
（２）該溝に着色顔料を分散させた着色組成物を充填す
る工程、（３）溝以外の領域、及び溝上の透明基板面か
らはみ出した部分の着色組成物を取り除く工程、及び
（４）溝中の着色組成物を硬化して着色画素とする工程
により、各色の着色画素を形成することを特徴とするカ
ラーフィルタの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶表示装
置において使用されるカラーフィルタの製造方法に関
し、更に詳しくは、透明基板上に少なくとも３色の着色
画素が形成され、平坦性に優れたカラーフィルタを経済
的、効率的に製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶表示装置には、透明な基板上
に３色の画素を形成したカラーフィルタが用いられてい
る。３色としては、一般に、赤、青、緑の３原色が使用
されている。所望により、色相の異なる第４色目以上の
画素を形成してもよい。従来、カラーフィルタの製造方
法として、透明な基板上に、第１の色相の顔料を分散さ
せた感光性樹脂組成物の塗膜を形成し、該塗膜上からマ
スクパターンを介して露光し、次いで、現像することに
より、第１のパターン状の透明着色画素を形成し、更
に、その上に同様の工程を繰り返すことにより、第２、
第３の色相のパターン状の透明着色画素を形成する方法
が提案されている（特開平６−６７０１０号公報）。ま
た、粒径１μｍ以上の顔料粒子が全顔料粒子の１０重量
％以下の粒径分布を有する顔料が分散された感光性樹脂
組成物を用いたカラーフィルタ（特開昭６０−１２９７
０７号公報）が提案されている。

【０００３】これらの着色感光性樹脂組成物を用いるカ
ラーフィルタの製造方法では、露光後に、水または有機
溶媒等の現像液を用いて現像することにより、現像液に
溶解する非露光部または露光部を除去し、着色画素を得
ている。ところが、このような製造方法では、現像工程
を必要とするため、現像液の廃液処理を行わなければな
らない。また、着色画素中に現像液からの未溶解物、ダ
スト等の混入があり、画素欠陥の原因となる。

【０００４】更に、着色感光性樹脂組成物を用いる方法
では、感光性成分や樹脂成分の性能により、感度及び解
像度が支配される。各着色画素の光透過率特性によって
も、各着色感光性樹脂組成物の感度及び解像度に差異が
生じる。一般に、青が最も感度が良く、以下、赤及び緑
の順であり、解像度についても、この順に従って低下す
る。そこで、要求される感度と解像度を得るためには、
着色感光性樹脂組成物の各成分を選択する必要がある。
そのために、着色感光性樹脂組成物が高価にならざるを
得なかった。また、この方法では、着色画素を得るため
の工程数が多くならざるを得ず、歩留りの低下を引き起
こし、製造コストが高くなってしまうという欠点があっ
た。

【０００５】感光性成分や樹脂成分の含有量などを調整
して、感度及び解像度の調整を行うと、各着色画素の膜
厚が異なってしまい、段差が生じてしまう。着色画素間
に段差が生じると、カラーフィルタの平坦性が損なわ
れ、実装時、電極間に電圧をかけると、かかる電圧に差
を生じて、表示不良を引き起こす。液晶ディスプレイで
は、液晶に電圧を加えて、液晶分子を配向させるが、セ
ルギャップにより、コントラストを最大にする電圧が変
化する。カラーフィルタの各着色画素の膜厚が異なる
と、セルギャップが変わり、色毎に最適な電圧が変わっ
てしまう。そのために、コントラストの低下やオフ時の
色バランスが崩れるという問題を生じる。また、カラー
フィルタに段差があると、配向膜の表面を一定方向にラ
ビングして液晶分子同士をラビング方向に配列させるラ
ビング処理時に、画素境界部分がラビングされずに、液
晶に配向不良を生じ、コントラストが低下する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、平坦
性が良好で、優れた画質の液晶ディスプレイを実現する
ことができるカラーフィルタを、経済的かつ効率的に製
造する方法を提供することにある。本発明者らは、前記
従来技術の問題点を克服するために鋭意研究した結果、
透明基板上に少なくとも３色の着色画素を形成したカラ
ーフィルタの製造方法において、透明基板上の着色画素
を形成する領域にレーザー光を照射して、被照射部分を
蒸散させて溝を形成し、次いで、該溝に着色顔料を分散
させた着色組成物を充填し、溝以外の領域、及び溝上の
透明基板面からはみ出した部分の着色組成物を取り除い
た後、溝中の着色組成物を硬化して着色画素とすること
により各着色画素を形成すれば、前記目的を達成できる
ことを見いだした。

【０００７】本発明の製造方法によれば、従来の着色感
光性樹脂組成物のように、その構成成分等によって感
度、解像度が支配されるという問題がなく、広い材料選
択性を持ち、廉価な着色組成物を使用することができ
る。本発明の製造方法では、現像工程の要らないドライ
プロセスにより、高精細な着色画素の形成が可能で、し
かも各着色画素間に膜厚差の無い、平坦性の良いカラー
フィルタの形成が可能となる。本発明は、これらの知見
に基づいて完成するに至ったものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、透明基
板上に少なくとも３色の着色画素を形成したカラーフィ
ルタの製造方法において、（１）透明基板上の着色画素
を形成する領域にレーザー光を照射して、被照射部分を
蒸散させて溝を形成する工程、（２）該溝に着色顔料を
分散させた着色組成物を充填する工程、（３）溝以外の
領域、及び溝上の透明基板面からはみ出した部分の着色
組成物を取り除く工程、及び（４）溝中の着色組成物を
硬化して着色画素とする工程により、各色の着色画素を
形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法が
提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照しながら本発明
について詳述する。最初に、透明基板１の着色画素を形
成する部分にレーザー光２を照射し、その部分をエッチ
ングして溝４を形成する。透明基板１には、予めブラッ
クマトリクス（遮光層）が形成されていてもよい。ここ
で、透明基板とは、可視光領域の光を透過する基板であ
り、ガラスまたは透明な樹脂が使用される。基板の厚さ
は、通常、０．１〜３ｍｍである。透明基板は、レーザ
ー光の照射によって、エッチングされなければならない
ので、レーザー光を吸収するようなもので、紫外線を吸
収するようなものがよい。この好適な例として、アルカ
リソーダガラス、無アルカリガラス、アクリル樹脂等が
挙げられる。

【００１０】着色画素とは、カラーフィルタを構成する
赤、緑、青のいずれかの色相のパターンであり、通常、
縦２００〜４００μｍ、横５０〜１５０μｍの大きさを
もつものであるか、あるいは、幅５０〜１５０μｍのラ
インも可能である。この着色画素の色特性としては、カ
ラーフィルタを実装し、液晶ディスプレイに搭載したと
きに所望の色相を持たなくてはならない。

【００１１】ここで用いるレーザー光とは、レーザー光
を透明基板に照射し、透明基板をエッチングできるよう
なものでなくてはならない。この条件を満たすレーザー
としては、紫外線の領域に波長をもつレーザーが、エッ
チング精度が高く、溝の形状精度を高くエッチングでき
るため、好ましく、エキシマレーザーがこれに属し、特
に好ましい。エキシマレーザーの例としては、ＡｒＦ、
ＫｒＦ、ＸｅＣｌの各レーザーがある。エキシマレーザ
ーを用いなくとも、ＣＯ₂、ＹＡＧレーザー等の赤外領
域の波長のレーザー光も使用できるが、エキシマレーザ
ーほど溝の形状精度がきれいに掘れない。この場合、非
線形光学素子を用いて短波長のレーザー光を作り、この
波長のレーザー光を照射すれば、きれいな溝を形成する
ことも可能である。レーザー光の出力として、１Ｊ／ｃ
ｍ²以上が好適である。出力が低すぎるとエッチングで
きない。エッチングにより、着色画素が適当な色特性を
持つような膜厚になるような深さにする。このときエッ
チングする深さとしては、通常、０．５〜３μｍであ
る。エッチングする深さは、レーザーパルスのショット
数により制御するのが簡便で好ましい。レーザー光がパ
ルスでない場合は、レーザー光の照射時間あるいはエネ
ルギー密度を変えることにより制御することが可能であ
る。レーザー光のエネルギー密度は、レーザー光自体の
出力を変えることよりも、むしろレンズ等によりレーザ
ー光を絞るか、あるいはマスクによりレーザー光をカッ
トする等の光学系により出力を変えるのが簡便で好まし
い。

【００１２】レーザー光を照射し、透明基板をエッチン
グするのに、２つ方法がある。１つは、フォトマスクを
介し面露光により一定の領域にレーザー光を照射し、一
括でパターンをエッチングし、次いで、ＸＹステージ等
により基板自体を動かし、次の領域に基板を動かす。こ
れらの工程を繰り返すことにより、所望のパターンを得
る。この場合、できる限り、大面積の方が加工時間が短
くなり有利だが、面積を広げすぎると、エネルギー密度
が小さくなり、被照射部が蒸散を起こさなくなってしま
う。最低限蒸散するようなエネルギー密度で、レーザー
光の領域を広げるのが好ましい。この方法では、１回に
画素を形成する領域が広いために、全体の加工時間が短
くなる。

【００１３】もう１つの方法として、レーザー光を小さ
く絞り込み、走査することにより着色画素を形成する。
レーザー光のスポットの大きさは、スポットの縦、横の
どちらかが少なくとも３０μｍ以下になるようにする必
要がある。レーザー光を走査する方法として、ＸＹステ
ージ等により基板自体を移動するか、またはレーザー光
を光学系により走査することが可能である。この方法で
は、フォトマスクは要らず、微細加工には有利である。

【００１４】ブラックマトリクスとは、着色画素のコン
トラストを上げるために用いられる着色画素間を埋める
遮光層である。ここで必要な遮光性は、光学密度２．５
以上好ましくは３以上である。このためブラックマトリ
クスは、金属の薄膜、あるいはカーボンブラック等の遮
光性物質を分散させたレジストが用いられる。金属の薄
膜のブラックマトリクスは、通常、クロムあるいは酸化
クロムを蒸散、スパッター等で形成させたものである。
金属のブラックマトリクスを用いた場合、これをレーザ
ー光によりパターニングすることも可能である。この場
合、レーザー光のエネルギー密度は２Ｊ／ｃｍ²以上が
好ましい。

【００１５】図１に示すように、着色画素は、通常、上
記工程により得られた透明基板１の溝４に着色組成物５
を埋めることにより得られる。なお、図１では、マスク
３を介して、レーザー光２が透明基板１上に照射されて
いる。着色組成物は、着色画素として用いた場合、充分
な色特性を持っているものであり、通常、顔料を分散剤
を用いて適当な溶媒に分散させたものである。ここでい
う分散剤とは、顔料を微細化し、安定に分散させるもの
である。

【００１６】ここで用いられる顔料としては、有機顔料
では、例えば、アゾレーキ系、不溶性アゾ系、縮合アゾ
系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ジオキサジン
系、イソインドリノン系、アントラキノン系、ペリノン
系、チオインジコ系、ペリレン系、カーボンがあり、無
機顔料としては、例えば、鉄黒、酸化チタン、ミロリブ
ルー、酸化鉄、コバルト紫、マンガン紫、群青、紺青、
コバルトブルー、セルリアンブルー、ビリジアン等があ
る。これらの顔料は、それぞれ単独で、あるいは２種以
上を組み合わせて使用される。また、顔料表面を表面処
理し、顔料の分散性を向上させた修飾顔料も使用するこ
とができる。

【００１７】本発明で用いられる分散剤としては、界面
活性剤がよく使用される。界面活性剤には、イオン性界
面活性剤、ノニオン性界面活性剤があり、イオン性界面
活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界
面活性剤、両性界面活性剤がある。カチオン性界面活性
剤の例として、脂肪族アミン類、第４アンモニウム塩
類、アルキルピリジウム塩類等がある。アニオン性界面
活性剤の例として、脂肪酸塩類、硫酸エステル類、スル
ホン酸塩類、燐酸エステル類等がある。両性界面活性剤
の例としてアミノ、酸塩類等がある。ノニオン性界面活
性剤の例として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル
類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、
ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンア
ルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアル
キルエステル類等がある。

【００１８】また、分散剤として、界面活性剤以外に市
販されている顔料分散用の樹脂も使用することができ
る。この例として、水溶性の樹脂として、ブチラール樹
脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポ
リアクリルアミド、あるいはアクリル酸、メタクリル
酸、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキ
シエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタ
クリレート等の（共）重合体等がある。溶剤系の樹脂と
して、アルキド樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリ
アミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン
樹脂、イソシアネート、マレイン樹脂等がある。

【００１９】分散剤として、上記界面活性剤と顔料分散
用の樹脂の併用も可能である。そして、上記界面活性
剤、顔料分散用の樹脂のどちらか一方で分散を行い、残
りの一方を顔料を分散した後、添加することも可能であ
る。着色組成物に用いられる溶媒としては、通常の塗料
に用いられている溶媒が使用することができ、具体例と
して、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアル
コール、ブタノール、トルエン、キシレン、メチルエチ
ルケトン、ジグライム、乳酸エステル、エチルセロソル
ブ、エチルセロソルブアセテート、酢酸エステル等が挙
げられる。

【００２０】着色組成物には、塗膜の耐久性を向上させ
るために、各種のバインダー樹脂を使用することも可能
である。バインダー樹脂としては、上記顔料分散用の樹
脂として挙げた樹脂も用いることができる。着色組成物
を硬化させるために、硬化剤が添加されることがある。
硬化剤としては、光硬化剤または熱硬化剤が用いられる
が、ジアゾ化合物、アジド化合物等の光硬化剤が好まし
く用いられる。上記化合物から適当なものを選択し、通
常の分散機により、顔料を溶媒中に分散する。溶媒中に
は、分散剤が予め溶解してある。分散機には、サンドミ
ル、ボールミル、ホモジナイザー等が使用される。

【００２１】このようにして得られた着色組成物を透明
基板に塗布し、透明基板の溝にこれを埋める。この方法
として、スピンコート、ロールコート、ディッピング等
がある。図１に示すように、溝中４の着色組成物５は、
その表面張力によって中央が盛り上がっている。この部
分をスクレーパー等の平滑にする器具により除去するこ
とにより、図１（５）に示すように、透明基板の面と面
一にする。そして、塗膜を乾燥させ、硬化させる。通
常、塗膜をベークし、塗膜を乾燥させる。その方法の例
として、ホットプレートに置くか、またはオーブン中に
入れる方法等が挙げられる。塗膜を乾燥させる条件とし
ては、溶媒の蒸気圧、ポリマーの耐熱性により適宜選択
されるが、ベークの温度として、常温以上３００℃以
下、好適な範囲として５０〜１００℃である。このよう
にして、第１色目の着色画素６を形成する。

【００２２】次に、第２色目着色画素を第１色目着色画
素を形成したときと同様にして形成する。つまり、第１
色目着色画素が形成されている透明基板の第２色目着色
画素を形成したい部分にレーザー光を照射し、透明基板
をエッチングし、第２色目着色組成物を溝に埋め、透明
基板より盛り上がった部分を除去した後、着色組成物を
硬化させ、第２色目着色画素を得る。この工程の例を図
２に示す。最後に、第３色目着色画素を第２色目着色画
素を形成したときと同様にして形成する。つまり、第１
色目、第２色目着色画素が形成されている透明基板の第
３色目着色画素を形成したい部分にレーザー光を照射
し、透明基板をエッチングして、形成された溝に第３色
目着色組成物を埋め、透明基板より盛り上がった部分を
除去した後、着色組成物を硬化させ、第３色目着色画素
を得る。この工程を図３に示す。

【００２３】この後、更に着色画素の平坦性を出すため
に着色画素を研磨機にかけ、研磨することも可能であ
る。このようにして、図３（１５）に示すように、透明
基板上に３色の着色画素を形成させ、カラーフィルタを
得る。なお、図２及び図３には、各着色画素が隣接した
構成のものを示したが、各着色画素間にブラックマトリ
クスを設けることもできる。本発明によれば、従来方法
のような露光、現像工程が要らず、ドライプロセスによ
り着色画素を形成させることができ、また、感光性着色
組成物を使用していないので、その材料の特性により感
度や解像度等を支配されることがなく、高解像度で、平
坦性の良い着色画素を廉価な着色組成物により形成させ
ることが可能である。

【００２４】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明についてより
具体的に説明する。（１）着色組成物の作製ＲＧＢの各着色組成物を作製する。ここでＲＧＢとは、
カラーフィルタの画素における３原色で、Ｒ、Ｇ、Ｂで
各々赤、緑、青である。ＲＧＢの各着色組成物を作製す
るために、赤、緑、青の３色に加えて、色調整用とし
て、黄と紫の２色の顔料を分散する。着色組成物の配合組成顔料：１５％ポリビニルアルコール（ゴーセノールＫＰ０８、日本
合成化学工業（株）製）：３％ノニオン系界面活性剤（ノイゲンＥＡ１７０、第一工
業製薬（株）製）：３％水：７９％各色における顔料赤：クロモフタールレッド緑：フタロシアニングリーン青：フタロシアニンブルー黄：ジスアゾイエロー紫：ジオキサジンヴァイオレットこれらの顔料をサンドミルにより分散する。色調整とし
て、以下の組成比で混合し、ＲＧＢの各着色組成物を得
た。Ｒ＝赤：黄（８５：１５）Ｇ＝緑：黄（６１：３９）Ｂ＝青：紫（７８：２２）

【００２５】（２）カラーフィルタの作製１０ｃｍ角の無アルカリガラス基板に、ＫｒＦのエキシ
マレーザー（ＭＰＢ社製、ＰＳＸ−１００）を着色パタ
ーンを作製すべき領域に照射して、パターン形状の溝を
作製した。このとき、レーザー光のビームサイズを光学
系により縮小し１００×１００μｍにして、エネルギー
密度を４Ｊ／ｃｍ²にし、試料台をＸＹステージにより
動かし、各部分に５ショットずつ照射されるようにして
エッチングを行った。このとき加工した溝は、１００μ
ｍ幅、２００μｍ間隔のストライプパターンであり、深
さは０．８μｍであった。このときの深さは、接触式膜
厚測定器ＤｅｋｔａｋＩＩＡ（Ｓｌｏａｎ社製）によ
り測定した。こうして溝を形成した透明基板に、前記工
程によって作製された着色組成物のＲをスピンコータに
よって塗布し、透明基板の溝に着色塗膜を埋めた。そし
て、溝以外の部分の着色組成物を、スクレーパーにより
透明基板上をこすり、除去した。次いで、これを７０℃
のホットプレートの上に３分間置き、乾燥させて、Ｒの
着色画素を作製した。

【００２６】次に、Ｒの画素に隣接して、幅１００μｍ
のストライプパターンの溝を、透明基板にレーザー光を
照射して形成した。レーザー光の照射条件は、Ｒのとき
と同一であった。これにＧの着色組成物をスピンコータ
ーによって塗布し、透明基板の溝に着色塗膜を埋めた。
そして、溝以外の部分の着色組成物を、スクレーパーに
より透明基板上をこすり、除去した。これを７０℃のホ
ットプレートの上に３分間置き、乾燥させて、Ｇの着色
画素を作製した。最後に、Ｒ、Ｇの画素に隣接して幅１
００μｍのストライプパターンの溝を、透明基板にレー
ザー光を照射して形成した。レーザー光の照射条件は、
Ｒ、Ｇのときと同一であった。これにＢの着色組成物を
スピンコーターによって塗布し、透明基板の上に着色塗
膜を埋めた。そして、溝以外の部分の着色組成物を、ス
クレーパーにより透明基板上をこすり、除去した。これ
を７０℃のホットプレートの上に３分間置き、乾燥させ
Ｂの着色画素を作製した。このようにして、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の各着色パターン（画素）を得、カラーフィルタを作製
した。

【００２７】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、次のような
顕著な効果を奏することができる。（１）着色画素の形成工程がドライプロセスであるの
で、廃液処理を必要としない。ウェットプロセスにおけ
るような現像液からの不純物の混入もなく、画素欠陥を
少なくすることが可能となる。その結果、カラーフィル
タの歩止まりを向上させることが可能となる。（２）着色画素を形成する工程が少ないので、生産性の
高い、かつ、低コストのカラーフィルタを作製すること
ができる。（３）レーザーにより画素形成を行うので、廉価な材料
により着色画素を形成することができ、かつ、高精細な
カラーフィルタを製造することができる。（４）平坦性の良いカラーフィルタを簡便に作製するこ
とができ、これにより着色画素間の膜厚差による表示不
良を無くすことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により、第１色目の着色画素
を形成する工程を示すフロー図である。

【図２】本発明の製造方法により、第２色目の着色画素
を形成する工程を示すフロー図である。

【図３】本発明の製造方法により、第３色目の着色画素
を形成する工程を示すフロー図である。

【符号の説明】

１：透明基板２：レーザー光３：マスク４：溝５：第１色目の着色組成物６：第１色目の着色画素７：第１〜２色目の着色画素が形成された透明基板１３：マスク１４：溝１５：第２色目の着色組成物１６：第２色目の着色画素１７：第２色目の着色画素が形成された透明基板２３：マスク２４：溝２５：第３色目の着色組成物２６：第３色目の着色画素２７：第１〜３色目の着色画素が形成された透明基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に少なくとも３色の着色画素
を形成したカラーフィルタの製造方法において、（１）
透明基板上の着色画素を形成する領域にレーザー光を照
射して、被照射部分を蒸散させて溝を形成する工程、
（２）該溝に着色顔料を分散させた着色組成物を充填す
る工程、（３）溝以外の領域、及び溝上の透明基板面か
らはみ出した部分の着色組成物を取り除く工程、及び
（４）溝中の着色組成物を硬化して着色画素とする工程
により、各色の着色画素を形成することを特徴とするカ
ラーフィルタの製造方法。
【請求項２】レーザー光として、エキシマレーザーを
使用する請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。