JPH09304615A - カラ−フィルタおよびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平坦性の優れたカラーフィルタを容易に製造
する。 【構成】 ブラックマトリクス上で隣接色材間に位置合
わせ誤差以上の間隔をあけて色材を形成し、この色材と
ブラックマトリクスよりなる着色層面形状をブラックマ
トリクスが形成されていない箇所の着色層面の平坦性を
０．２μｍ以下の平坦面とし、ブラックマトリクスが形
成されている箇所の着色層面を平坦面に対し０．４μｍ
以上の凸部と、凹部が形成されるように構成し、着色層
面にさらに樹脂層を形成してカラーフィルタとする。 【効果】 膜厚の厚い樹脂ブラックマトリクスを使って
平坦性の優れたカラーフィルタを作製できるため、反射
率を押さえ、コントラストの高いカラーフィルタを容易
に作製できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶又はプラズ
マカラーディスプレイ等に使用するカラーフィルタ及び
その製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーディスプレイ用カラーフィルタ
は、通常、ガラス等の透明基板上に赤色、緑色及び青色
の色材をマトリクス状に配置し、それぞれの境界をブラ
ックマトリクスで区分した構造である。

【０００３】ブラックマトリクスの形成法はフォト法、
エッチング法等種々有り、色材形成工程より前にブラッ
クマトリクスを形成する先付けＢＭ法と後で付ける後付
けＢＭ法がある。ブラックマトリクス材料には従来クロ
ム金属膜が使用されているが、黒色顔料等と樹脂を分散
した樹脂ブラックマトリクスも使用され始めている。

【０００４】カラーフィルタ色材は染色法、顔料分散
法、印刷法、電着法、フィルム法等によって形成されて
いるが、現在は顔料分散法が主流であり、顔料分散感光
液をスピンナやロールコータによって塗布して色材を形
成している。

【０００５】平坦化を目的とする樹脂層はブラックマト
リクスや色材で生じた段差を平坦にする目的とそれらの
材料を保護する目的から、一般に平坦化保護膜と言われ
ており、スピンコータやロールコータ等で形成される。
カラーフィルタはＬＣＤ等に使用されるため平坦化保護
膜上の平坦性が必要になる。ＳＴＮ−ＬＣＤで±０.０
５μｍの平坦性が要求され、ＴＦＴ−ＬＣＤに置いても
±０.１μｍの平坦性が必要とされている。

【０００６】また、従来はブラックマトリクスの無い部
分の表示部である画素開口部での平坦性向上が課題であ
ったが、近年ではブラックマトリクス上の平坦性をも含
めて要求されている。この要求に対し、カラーフィルタ
メーカでは平坦化保護膜だけでは十分な平坦化が難しい
ため、保護膜形成前の段差形状を平坦にする種々の工夫
を行っている。例えば、隣接色材間にできる凹部を無く
すために、フォトマスクを工夫し、色材同士をブラック
マトリクス上で接触させる手法が提案されている。ま
た、先付けＢＭでブラックマトリクス上での色材の凸部
を少なくするために、フォトマスクを工夫し、色材とブ
ラックマトリクスの重なりを少なくする手法もある。保
護膜形成前の段差は、ブラックマトリクスに樹脂ブラッ
クマトリクスを使用する場合に、遮光性を確保するため
にクロム薄膜よりも膜厚が厚くなるため、大きくなる。
更に、ブラックマトリクスを後付けにし、色材とブラッ
クマトリクスの重なりを無くしてしまう手法もある。こ
の方法は電着法及びフィルム法で提案されている。樹脂
ブラックマトリクスを先付けで使用する場合には、樹脂
ブラックマトリクスにポーラスな材料を利用し、ブラッ
クマトリクスに重なった色材がブラックマトリクスにし
みこむことを利用したりする試みもある。これらの目的
は、すべて平坦化保護膜形成前の段差形状を、できる限
り平坦化しておくことによって、平坦化保護膜上で要求
値を満たす平坦性を確保しようとするものである。これ
とは別の考え方として、平坦化保護膜上を研磨し、機械
的に要求平坦性を作り出す研磨法も提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】フォトマスクを工夫
し、色材同士をブラックマトリクス上で接触させる手法
及びブラックマトリクスと色材の重なりを避ける手法で
はそれぞれの位置精度が問題になる。例えば、露光機を
用いて位置合わせを行う場合、露光機の位置合わせ精度
が問題となり、一般的には±１μｍの誤差がある。この
ような位置合わせ誤差は、部分的な隣接色材の隔たりや
色材同士の重なり、また色材とブラックマトリクスの重
なりや開口部に色材の無い部分を発生する。これらは平
坦性を損なうばかりか、カラーフィルタ面で部分的に発
生する欠陥となり、カラーフィルタは不良になる。ブラ
ックマトリクスを後付けで形成する場合は色材の位置合
わせ精度がカラーフィルタの位置精度を決定する。この
場合、全体の誤差が３色を形成することによる３回の位
置合わせ誤差を合わせた誤差となり、カラーフィルタの
位置精度が悪くなる。また、後付けＢＭ法は色材に紫外
線吸収機能を持たせてブラックマトリクス材を背面露光
して形成する手法、色材上のブラックマトリクスの残さ
除去のために研磨をする手法等があるが工程が煩雑にな
る。平坦化保護膜上を機械的に研磨する方法では研磨後
の洗浄等さらに工程が煩雑になる。工程が煩雑になれば
なるほどカラーフィルタ製造工程では異物の混入等によ
り、歩留りが低下するという問題がある。本発明は、膜
厚の厚い樹脂ブラックマトリクスを使っても平坦性の優
れたカラーフィルタを容易に製造する方法を提供するも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
は、透明基板上に２色以上の色材と前記色材間のブラッ
クマトリクスよりなる着色層を形成し、色材とブラック
マトリクスよりなる前記着色層面にさらに樹脂層を形成
したカラーフィルタであって、前記樹脂層を形成する前
の前記着色層面の形状がブラックマトリクス間のブラッ
クマトリクスが形成されていない箇所の色材面である着
色層面の平坦性が０．２μｍ以下の平坦面であり、ブラ
ックマトリクスが形成されている箇所の着色層面が前記
平坦面に対し０．４μｍ以上の凸部と、凹部を有してい
ることを特徴とするものである。

【０００９】本発明のカラーフィルタの製造法は、透明
基板上に、支持体フィルムに色材材料を塗布して色材フ
ィルムとした複合フィルムの色材フィルムを圧着・転写
して色材を形成して前記のカラーフィルタを製造するカ
ラーフィルタの製造法である。

【００１０】本発明は、例えば先付けブラックマトリク
スを用いブラックマトリクス上で隣接色材間に位置合わ
せ誤差以上の間隔をあけることによって前述の問題点を
無くし、隣接色材間に凹部を作ることを前提に、平坦化
を目的とする樹脂層形成後に±０．０５μｍ以内の平坦
性を有するカラーフィルタおよびその製造法を提案する
ものである。

【００１１】本発明は、平坦化保護膜等の樹脂層面上の
平坦性を達成するためには、従来技術が目標としている
平坦化保護膜等の樹脂層を形成する前の段差形状が平坦
である必要はなく、平坦化を目的とする樹脂層形成前の
段差形状に凸部と凹部を形成しておくことによって、平
坦化を目的とする樹脂層形成後の平坦性を確保すること
ができることをつきとめたことによりなされたものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、透明基板上にブラックマトリクスパターンを形成
する。透明基板としては、通常ガラス基板を使用する
が、透明な基板であれば、プラスチック基板などでもよ
い。ブラックマトリクスとは充分な遮光性を有し、好ま
しくは反射率の低いものが良い。このため、材料として
は従来の金属膜でも良いが酸化金属と金属との積層膜、
樹脂を含んだ樹脂ブラックマトリクス材料でも良い。ブ
ラックマトリクスの高さは、遮光の目的が達成されれ
ば、別に限定するものではないがブラックマトリクス上
に色材の凸部を作るためには、好ましくは０．４μｍ以
上であることが望ましい。従って、クロム薄膜ブラック
マトリクスは膜厚が０．１〜０．３μｍと薄いので、ク
ロムエッチングレジストを剥離しない方法等によってク
ロム上に樹脂等を積層し、０．４μｍ以上の高さを確保
しておくことが望ましい。

【００１３】次に、平坦化を目的とする樹脂層を形成す
る前の段差形状を検討するための色材材料として、フィ
ルム状の色材を用いて最適形状を検討した。各色の顔料
分散カラーフィルムをラミネート後、ブラックマトリク
スと色材が重なるように、また隣接色材同士間に露光機
位置合わせ誤差以上の間隔をあけて露光し、現像するこ
とによって所定の位置に色材を形成する。この方法によ
れば、カラーフィルタの断面形状は図１のようにブラッ
クマトリクスと色材の重なりによってできる凸部を有し
かつ隣接色材間に凹部を有し、さらにブラックマトリク
スと色材が重ならない部分の色材表面が平坦性の高いも
のとなる。図１において、１は基板、２はブラックマト
リクス、３は色材、４は凸部、５は凹部である。ブラッ
クマトリクス上の色材の凸部の高さは、ブラックマトリ
クスの高さ及び色材フィルムの色材の膜厚及び圧着条件
によって制御することが最も容易に目的とする形状を得
る方法ではあるが、他の方法によって形成しても良い。
本発明者は、この凸部の高さが０．４μｍ以上必要であ
ることをつきとめた。

【００１４】ディスプレイを表示した場合の色むら防止
のためには、平坦化を目的とする樹脂層を形成する前の
着色層面の形状がブラックマトリクス間のブラックマト
リクスが形成されていない箇所の色材面である着色層面
の平坦性が０．２μｍ以下であることが必要である。

【００１５】この形状を容易に形成することができるフ
ィルムとして支持体フイルムにクッションの役割をする
樹脂膜層を持ち、その上に色材料が積層されているフィ
ルムを使用すると容易に上記形状を作製できる。すなわ
ち、透明基板上に、支持体フィルムに色材材料を塗布し
て色材フィルムとした複合フィルムの色材フィルムを圧
着・転写して色材を形成する、また少なくとも一層の樹
脂膜層が形成された支持体フィルムに色材材料を塗布し
て色材フィルムとした複合フィルムを用い、複合フィル
ムの色材フィルムを圧着・転写して色材を形成すること
ができる。色材をフィルムで形成したが、液状の色材で
も粘度、表面張力を制御することによって同様の形状を
形成することは可能である。

【００１６】次にカラーフィルタ表面全体における平坦
性の向上のために平坦化を目的とする樹脂層を形成す
る。平坦化を目的とする樹脂層は従来の平坦化保護膜で
も良いし、少なくとも平坦化保護膜程度の平坦化能を有
しておれば特に材料を限定するものではない。

【００１７】図１のような断面形状を有するカラーフィ
ルタ上に平坦化を目的とする樹脂を全面に塗布し、硬化
処理を行うと図２に示すように極めて平坦性の高いもの
となる。図２において、１は基板、２はブラックマトリ
クス、３は色材、６は樹脂層である。

【００１８】以上のように、平坦化を目的とする樹脂層
を形成する前の色材とブラックマトリクスよりなる着色
層面の段差形状として、本発明に示すようにブラックマ
トリクス上に凸部と凹部を形成しておくことによって、
平坦性に優れたカラーフィルタを形成することができ
る。また、この方法では作成装置の位置合わせ誤差に影
響を受けることがなく、煩雑な工程を通す必要がないた
め、カラーフィルタを歩留りよく作製できる。

【００１９】

【実施例】

実施例１ バリウム硼硅酸ガラス基板（＃７０５９、コーニング社
製）上にカーボンが分散された黒色感光性樹脂塗料をス
ピンナにて１０００ｒｐｍ２０秒の条件で全面塗布し、
ホットプレート上で１２０℃でプリベークした。次に２
４μｍ幅のマトリクスパターンを有するフォトマスクを
通して露光した。次にＫ₂ＣＯ₃現像液で現像し、水洗
し、最後にクリーンオーブン中で２００℃で熱硬化する
ことによって、ブラックマトリクスパターンを形成し
た。このとき、ブラックマトリクスの膜厚は０．７μｍ
であった。次にこの基板上に赤色の２層カラーフィルム
をラミネートし、基板冷却後仮支持体とクッション機能
を有する膜を同時に剥離した。次にブラックマトリクス
と色材が８μｍ重なるように設計されたフォトマスクを
通して露光し、現像することにより第１の色材部に赤色
を形成した。以下、２、３色目に青色、緑色を第２、第
３の色材部に同様の方法によって形成した。このように
形成されたブラックマトリクス及び色材の断面形状はブ
ラックマトリクスと色材を重ねることによって０．７μ
ｍ程度の凸部を生じ、隣接する色材間に幅６〜８μｍの
凹部を生じた。さらにブラックマトリクスと色材が重な
らない部分、つまり色材の有効部分は非常に平坦性（所
定面の高低差）が優れており、０．１μｍ以下であっ
た。ブラックマトリックスと色材を形成した基板は１％
−ＮａＯＨ水溶液でスピン洗浄したあと水洗し、エアス
プレーで水切りした後ＩＲ炉で１００℃・２分間加熱乾
燥した。これに平坦化を目的とする樹脂４０ｃｃを滴下
し、７００ｒｐｍ・１４秒間（立ち上がり８秒間）でス
ピンコートした。５分間自然乾燥したのち、オーブンで
９０℃・２分間乾燥した。これを３０００ｍＪ／ｃｍ²
（ｈ線測定）で全面露光し、さらにオーブンで２００
℃、１時間加熱した。この結果、色材内段差・最大０．
０５μｍ、色材間段差・最大０．０８μｍのカラーフィ
ルタを形成するとこができた。

【００２０】実施例２ 膜厚０．１５μｍのクロムが蒸着されたバリウム硼硅酸
ガラス基板（＃７０５９、コーニング社製）上にポジ型
フォトレジストをスピンナにて３８０ｒｐｍ２０秒の条
件で全面塗布し、ホットプレート上で１００℃でプリベ
ークした。次に２４μｍ幅のマトリクスパターンを有す
るフォトマスクを通して露光した。次にＮａＯＨ現像液
で現像し、水洗し、ホットプレート上で１３０℃でポス
トべークした。次に、クロムエッチング液でポジレジス
トが形成されていない部分をエッチングした。こうし
て、クロムとポジレジストが積層された膜厚１．０５μ
ｍのブラックマトリクスを形成した。この基板上に前記
実施例１と同様にフィルム法によって色材を形成した。
このとき、ブラックマトリクスと色材の重なりによって
１．０５μｍの凸部を生じ、隣接色材間に幅６〜８μｍ
の凹部を生じた。また、ブラックマトリクスと色材が重
ならない部分、つまり色材の有効部分は非常に平坦性が
優れており、０．１μｍ以下であった。得られた基板上
に前記実施例１と同様の方法で平坦化保護膜を形成し
た。この結果、色材内段差・最大０．０５μｍ、色材間
段差・最大０．０９μｍのカラーフィルタを形成すると
こができた。

【００２１】比較例１ ガラス基板上に前記実施例１と同様の方法でカーボン分
散感光性樹脂によるブラックマトリクスを形成した。こ
の上に赤色の液状感光性レジストをスピンコートによっ
て１．５μｍの厚さに塗布し、次いでフォトマスクを通
して露光し現像することによって色材を形成した。同様
にして青色、緑色について順次色材を形成した。このよ
うにして形成された色材は、図３に示すようにＬ字型ま
たはＭ字型の不揃いな断面形状をなしており、ブラック
マトリクスと色材が重ならない部分、つまり色材の有効
部分は平坦性が悪く０．３μｍ以上であった。図３にお
いて、３１は基板、３２はブラックマトリックス、３３
は色材である。また、ブラックマトリクスと色材の重な
りによって生じた凸部は色材の有効部分の平均高さより
０．５μｍ高かった。得られた基板上に前記実施例１と
同様の方法で平坦化保護膜を形成した。この結果、最大
色材内段差０．２μｍ、最大色材間段差０．４μｍとな
った。

【００２２】比較例２ 厚さ０．１５μｍのクロムブラックマトリクスを形成し
たガラス基板上に、前記実施例１と同様にフィルム法に
よって色材を形成した。このとき、ブラックマトリクス
と色材の重なりによって０．１５μｍの凸部を生じ、隣
接色材間に幅６〜８μｍの凹部を生じた。また、ブラッ
クマトリクスと色材が重ならない部分、つまり色材の有
効部分は非常に平坦性が優れており、０．１μｍ以下で
あった。得られた基板上に前記実施例１と同様の方法で
平坦化保護膜を形成した。この結果、図４に示すように
平坦化膜の表面形状は色材上で丸みを帯びた凸形状にな
った。段差は製造基板ごとに不均一で最大段差において
０．１６〜０．２１μｍの範囲の膜厚差があった。図４
において、４１は基板、４２はブラックマトリックス、
３３は色材、４４は樹脂層である。

【００２３】比較例３ ガラス基板上に前記実施例１と同様の方法でカーボン分
散感光性樹脂によるブラックマトリクスを形成した。次
にこの基板上にブラックマトリクスと色材が１２μｍ重
なるように設計されたフォトマスクを使用して前記実施
例１と同様の方法で色材を形成した。この結果、ブラッ
クマトリクスと色材の重なりによって０．７μｍの凸部
を生じたが、、隣接色材間に凹部を生じなかった。ま
た、ブラックマトリクスと色材が重ならない部分、つま
り色材の有効部分は非常に平坦性が優れており、０．１
μｍ以下であった。得られた基板上に前記実施例１と同
様の方法で平坦化保護膜を形成したが、平坦化膜が凸部
に追従してしまい、凸部の最大段差が０．３μｍであっ
た。

【００２４】

【発明の効果】従来技術では樹脂ブラックマトリクスの
ように膜厚の厚いブラックマトリクスを使用した場合に
は更に大きな段差ができ、この段差を無くすために種々
の煩雑な工程を付加しているが、本発明では容易に凸部
と凹部を作製でき、工程を短縮できるばかりか不良を少
なくできる。これは、本発明のように、平坦化を目的と
する樹脂層を形成する前の形状が平坦である必要が無い
ことを示した効果である。この発明によって、膜厚の厚
い樹脂ブラックマトリクスを使って平坦性の優れたカラ
ーフィルタを作製できるため、反射率を押さえ、コント
ラストの高いカラーフィルタを容易に作製できることと
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラ−フィルタの断面図。

【図２】本発明のカラ−フィルタの断面図。

【図３】従来のカラ−フィルタの断面図。

【図４】従来のカラ−フィルタの断面図。

【符号の説明】

１．基板 ２．ブラックマトリクス ３．色材 ４．凸部 ５．凹部 ６．樹脂層 ３１．基板 ３２．ブラックマトリックス ３３．色材 ４１．基板 ４２．ブラックマトリックス、 ４３．色材 ４４．樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 健 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に２色以上の色材と前記色材
   間のブラックマトリクスよりなる着色層を形成し、色材
   とブラックマトリクスよりなる前記着色層面にさらに樹
   脂層を形成したカラーフィルタであって、前記樹脂層を
   形成する前の前記着色層面の形状がブラックマトリクス
   間のブラックマトリクスが形成されていない箇所の色材
   面である着色層面の平坦性が０．２μｍ以下の平坦面で
   あり、ブラックマトリクスが形成されている箇所の着色
   層面が前記平坦面に対し０．４μｍ以上の凸部と凹部を
   有していることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 【請求項２】 ブラックマトリクスの膜厚が０.４μｍ
   以上である請求項１記載のカラーフィルタ。
3. 【請求項３】 透明基板上に形成された色材が、支持体
   フィルムに色材材料を塗布して色材フィルムとした複合
   フィルムを用いその色材フィルムを透明基板に圧着・転
   写して形成した色材である請求項１又は２記載のカラー
   フィルタ。
4. 【請求項４】 透明基板上に、支持体フィルムに色材材
   料を塗布して色材フィルムとした複合フィルムの色材フ
   ィルムを圧着・転写して色材を形成して請求項１記載の
   カラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造法。
5. 【請求項５】 複合フィルムが、少なくとも一層の樹脂
   膜層が形成された支持体フィルムに色材材料を塗布して
   色材フィルムとした複合フィルムである請求項４記載の
   カラーフィルタの製造法。