JPH10260401A

JPH10260401A - 液晶用カラーフィルタおよび液晶用カラーフィルタの製造方法

Info

Publication number: JPH10260401A
Application number: JP6517297A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Matsushima; 文明松島; Kuniyasu Matsui; 邦容松井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】電気的に絶縁性が高く、液晶表示性能も確保
したカラーフィルタの提供、およびＲ・Ｇ・Ｂ各層の選
択的な形成を電解法で行うにあたり、用いるフォトレジ
ストの剥離を防止する方法の提供。【解決手段】ガラス基板２３上の電極ライン２２の間
に、幅１０μｍ、厚差１．２μｍ、抵抗率１０^８Ω ｍ
以上、光透過率０．１％から１０％で遮光層２１を形成
する。ガラス基板２３の全面にポジ型フォトレジスト２
４を塗布後、プリベーク、所定のパターンを形成したフ
ォトマスクによってＲ層を形成する電極のみを露出す
る。電解により有機顔料と透明導電粒子からなるＲ層２
５を形成する。Ｇ（緑）２６・Ｂ（青）２７の各層も前
記工程を繰り返すことにより形成する。このカラーフィ
ルタに、ポリイミド配向膜を塗布し加熱キュアーして対
向電極基板と貼り合わせ液晶パネル化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータ用液晶表示装置や携帯用情報端末機器用液晶表示
装置のような液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ
およびカラーフィルタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置用カラーフィルタの製造方
法としては、染色法・顔料分散法・電着法などが実用化
されている。一方、我々は従来より次のようなカラーフ
ィルタを提案してきた。すなわち、レドックス反応性を
持つ界面活性剤液に有機顔料と疎水性表面を有する透明
導電性粒子を共分散し、電解により有機顔料と透明導電
性粒子を共析させてなるカラーフィルタである（国際公
開番号ＷＯ９４／２７１７３）。このカラーフィル
タは、基板上にあらかじめ所定のパターンを持った透明
電極層を形成しておき、電解により透明電極層上に有機
顔料と該透明導電性粒子を共析させるものである。この
共析層は従来の顔料分散法・染色法あるいは電着法によ
るＲ（赤色）・Ｇ（緑色）・Ｂ（青色）層が最低１．３
μｍ程度の厚みが分光特性上必要だったのに対し、樹脂
分を含まないため１．２μｍの厚みで十分な分光特性が
えられる。これを実際液晶表示装置として用いるとき
は、所定の工程により液晶パネル化するわけであるが、
透明電極層は液晶駆動用の電極としても使用するもので
ある。また通常は、透明電極層のパターンの間に遮光層
が設けられる。遮光層はＣｒなどの金属薄膜、カーボン
微粒子を分散した樹脂膜などが一般的な材料として知ら
れている。遮光層を用いる目的は液晶パネルにおいて余
計な光の透過を抑えコントラストを向上させることであ
る。Ｃｒはもちろん導電性であるが、カーボン微粒子を
分散した樹脂も遮光性を重視するため多量のカーボン粒
子が添加され、通常は１０^８Ωｃｍよりかなり低い抵
抗率を有する。

【０００３】上記のカラーフィルタは、Ｒ・Ｇ・Ｂ３原
色を透明電極層上に形成するにあたり次のように行う。
図３の断面図を用いて説明する。ガラス基板３３上全面
にポジ型フォトレジスト層３２を形成し（図３
（ａ））、有機顔料と透明導電性粒子を共析させたい部
分の電極層上のみ現像して透明電極層３１を露出させる
（図３（ｂ））。ＲＧＢの色調を呈する有機顔料の選択
により、この工程を３回繰り返してそれぞれ電解すれば
選択的にＲＧＢのカラーフィルタ層３４が形成できる
（図３（ｃ））。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では次
のような課題があった。

【０００５】１．従来の遮光層材料は、金属膜あるいは
カーボンを多量に含む樹脂膜であるため、遮光性は十分
に高く５５０ｎｍの波長で０．０１％以下の光透過率を
示した。しかしながら基本的に１０^８Ωｃｍよりかな
り低い抵抗率となり導電性があった。したがって、透明
電極層間に形成した場合、電極パターン同志を導通させ
てしまい、液晶パネル化したとき液晶の駆動ができなく
なるといういう課題があった。

【０００６】２．通常カラーフィルタを形成する基板
は、ガラス基板に透明電極層（一般的には酸化インジウ
ム・スズあるいは酸化スズ）が形成され、その透明電極
層は電解および後に液晶駆動電極として使用する部分以
外は基本的にエッチングして除去され、ガラス面が露出
した状態となっている。Ｒ・Ｇ・Ｂ層を選択的に形成す
るために基板全面にフォトレジスト層を形成する場合、
そのほとんどはガラス面を直接被覆することになる。一
般的にフォトレジストは平滑なガラス面には密着性が悪
く、特に電解時に電解液中に浸せきしたときなど極めて
容易に剥離し電解液中に浮遊しＲ・Ｇ・Ｂ各層の形成に
障害を与えた。

【０００７】本発明は、上記のような課題を解決するも
ので、その目的とするところは、電気的絶縁性が高く、
液晶駆動にも支障が無い遮光層を持つ液晶用カラーフィ
ルタの提供、およびＲ・Ｇ・Ｂ各層の選択的な形成を電
解法で行なうにあたり用いるフォトレジストの剥離を防
止できる液晶用カラーフィルタの製造方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の様な課題
を解決するためのもので、以下の手段からなる。

【０００９】本発明の液晶カラーフィルタは、ガラス基
板上に所定パターンを持つ透明電極層が形成され、該透
明電極層の所定部分およびそのパターン間の所定部分に
少なくとも樹脂と有機顔料からなる抵抗率１０^８Ωｃ
ｍ以上でかつその厚みが０．２から１．２μｍ、光透過
率が５５０ｎｍの波長で０．１から１０％であるの遮光
層パターンが形成され、該遮光層パターンに囲まれた部
分でかつ該透明電極層が露出している部分に少なくとも
有機顔料および透明導電粒子からなる所定の配列を持っ
たＲＧＢ３原色もしくはＹＭＣ３原色のカラーフィルタ
層が形成され、さらに該遮光層およびカラーフィルタ層
上に透明なオーバーコート層が形成されたことを特徴と
する。

【００１０】さらには、Ｒ（赤色）・Ｇ（緑色）・Ｂ
（青色）各カラーフィルタ層、あるいはＹ（イエロー）
・Ｍ（マゼンタ）・Ｃ（シアン）各カラーフィルタ層が
電解により析出されたことを特徴とする。

【００１１】遮光層の抵抗率については次の根拠により
規定できた。すなわち、通常カラーフィルタ基板には横
方向の液晶駆動電極であるコモン電極が形成される。Ｖ
ＧＡ表示用では４８０本、ＳＶＧＡ表示用では６００本
のライン状電極として形成される。このラインの長さは
対角1５インチのＳＶＧＡ表示用パネルではＩＣ実装部
も含めて約３２ｃｍとなる。電極ライン間のすき間は加
工上１０μｍが限界である。したがってこのすき間に
１．２μｍの膜厚、幅１０μｍ、長さ３２ｃｍで１０
^８Ωｃｍの抵抗率を持った遮光層が形成されたとき電
極ライン2本間の遮光層の抵抗値は計算上２．６＊１０
^７Ωとなる。我々はこの電極ライン間の抵抗値が１０
^７Ω以上であれば液晶駆動時に電極間の電気的リーク
が起こらないことを実験的に確認した。電極ライン間距
離が１０μｍ以上、遮光層の膜厚が１．２μｍ、液晶パ
ネルのサイズが対角１５インチ以下ならより電極ライン
間の抵抗値は大きくできるので電極間リークの課題はな
くなることになる。

【００１２】一方、遮光性については特にＳＴＮタイプ
の液晶パネルに用いるときは、０．１から１０％の範囲
の光透過率（５５０ｎｍ）が確保できれば実用上十分で
あることを実験的に確認した。

【００１３】遮光層の厚みを０．２から１．2μｍとし
たのは次の理由による。例えば、カラーフィルタ層であ
るＲＧＢの各層は通常の透過型液晶パネルに用いるとき
は最高１．２μｍの厚みで十分な分光特性が得られ、反
射型液晶パネルに用いるときには０．２μｍの厚みで実
用できる。このためこれら膜厚と同等の範囲内がよく、
好ましくはＲＧＢ各層の厚みと０．２μｍ以内の膜厚差
とすることが望ましい。段差による液晶の配向不良を防
止することが主な理由である。

【００１４】本発明の液晶用カラーフィルタの製造方法
は、ガラス基板上に透明電極層を形成し、該透明電極層
を所定のパターンにエッチングし、該透明電極層上に電
解法により選択的にカラーフィルタ層を形成する液晶用
カラーフィルタの製造方法において、少なくとも液晶パ
ネルとして使用するために切り出される領域以外は透明
電極層をエッチングせずにそのまま残す、あるいは該領
域外に透明電極層で被覆されない部分を設ける場合にお
いては、その透明電極層で被覆されない部分は少なくと
も短辺の長さが１０ｍｍ以下、もしくは直径１０ｍｍ以
下の形状であることを特徴とする。

【００１５】透明電極層で紫外線露光の時やパネル組み
立てに必要なマーク類を作る必要性があるため一般的に
はどうしてもガラス露出面はできてしまうが上記の形状
なら問題ない。

【００１６】上記の面積規定については実験的に確認
し、根拠とした。最終的に液晶パネルとして使用される
領域内のガラス露出部は、幅で１０ｍｍ以下か、遮光層
で覆われているので問題の対象外である。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（実施例１）３００ｍｍ×４００ｍｍで厚差０．７ｍｍ
のソーダガラス基板上に酸化インジウム・スズ（以下Ｉ
ＴＯと略記）の透明電極層を０．２μｍの膜厚で形成し
た。この透明電極層を所定のパターンにエッチングする
ために透明電極層上全面にポジ型フォトレジスト（東京
応化工業製ＯＦＰＲ−８００）を１．５μｍの膜厚で塗
布し、９０℃で１０分間ベークした。所定のフォトマス
クを用いて紫外線露光しアルカリ性現像液で現像し、透
明電極層をエッチングしたい部分のみフォトレジストを
除去した。塩酸と硝酸の混合溶液に基板を浸せきして、
フォトレジストを除去した部分のＩＴＯをエッチングし
除去し、図１に示すようなパターンを形成した。直線で
囲んだ長方形の領域１１が最終的に液晶パネルとして使
用するために切り出されるカラーフィルタ基板である。
本実施例では対角１５インチの大きさ（３２ｃｍ×２
３．５ｃｍ）とした。さて、このとき領域１１内には電
解でＲ・Ｇ・Ｂ各層を形成するための電極１２（最終的
に液晶パネルとしてコモン電極として用いる電極）がラ
イン状に６００本形成された。ライン間には１０μｍす
き間ができるようＩＴＯはエッチングされている。領域
１１内は長さ方向で３２０ｍｍのガラス露出面はある
が、幅で１０ｍｍより長いガラス露出面はない。領域１
１の外側は基本的にＩＴＯをエッチングせずにそのまま
残した状態に加工した。ただし、露光時のアラインメン
トマークを作る領域１３（１０ｍｍ×１０ｍｍの面積、
２箇所）、パネル作成工程で配向膜を塗布するときに使
うマークを形成する領域１４（直径１０ｍｍの面積、４
箇所）およびパネル組み立て時に必要なマークを形成す
る領域１５（１０ｍｍ×５０ｍｍ、４箇所）はそれぞれ
基本的にＩＴＯで作成した微小サイズのマークが存在す
るが、マーク以外の部分はＩＴＯがエッチングされガラ
ス面が露出している。

【００１８】続いて遮光層を形成した。遮光層材料は固
形分として感光性のアクリル系樹脂にカーボン微粒子
（１３重量％）、有機顔料（３０重量％）を配合しセロ
ソルブ系溶剤で塗料上にしたものであり最終的な加熱キ
ュアーにより１０^８Ωｃｍの抵抗率を示すものを用い
た。図２は図１のＡ−Ａ’の断面を模式的示す図であ
る。ガラス基板２３上の電極ライン２２の間に、幅１０
μｍ、厚差１．２μｍで遮光層２１を形成した（図２
（ａ））。光透過率は０．１％（５５０ｎｍ波長）であ
った。形成は遮光層材料をスピンコーティングで全面に
塗布した後、プリベーク、所定のパターンを形成したフ
ォトマスクによる紫外線露光、現像、加熱キュアーの工
程により行った。なお、遮光層は電極間のみならず電極
にまたがるように格子状に形成してもよいし、領域１１
の内側の部分に必要に応じて設けることができる。

【００１９】続いて、Ｒ・Ｇ・Ｂ各層を形成した。カラ
ーフィルタ層形成の第１の工程として図２の（ｂ）に示
すように、ガラス基板２３全面にポジ型フォトレジスト
２４を１．５μｍの厚みで塗布した後、プリベーク、所
定のパターンを形成したフォトマスクによる紫外線露
光、現像、ポストベークを行いＲ層を形成する電極のみ
露出させた。ポジ型フォトレジストは我々が評価した中
で最もガラス表面に密着性の良いものとして判定できた
東京応化工業製のＯＦＰＲ−８００Ｃを用いた。

【００２０】カラーフィルタ形成の第２の工程として、
電解により有機顔料と透明導電粒子（疎水化表面処理し
たＩＴＯ粒子）からなるＲ層２５を図２の（ｃ）のよう
に形成した。膜厚は１．０μｍであった。具体的な形成
法手順としては、最初に電解液を作製した。以下の成分
を配合し純水に溶解あるいは分散させた。

【００２１】

【表１】

【００２２】分散は２０ｋＨｚの超音波で９０分間行っ
た。作製した電解液中に図２の（ｂ）で作製した基板を
浸せきし電解を行った。基板の上端部のポジ型フォトレ
ジストを一部剥がしてクリップでつまみ直流電源のプラ
ス側につないだ。同様に電解液中にプラチナメッキした
チタン製の対極を浸せきし直流電源のマイナス側につな
いだ。０．６Ｖの電解電圧を印加し１０分間電解した。

【００２３】塗布したポジ型フォトレジストは領域１１
の内部および外側において全くはがれることなく、極め
て良好な状態でＲ層の形成ができた。

【００２４】電解後、基板は水洗し、乾燥したあとポジ
型フォトレジストをすべて３％のＫＯＨ水溶液で剥離
し、十分な水洗を行った後１８０℃で３０分間加熱し
た。この段階で図２の（ｄ）の様になる。

【００２５】Ｇ（緑）２６・Ｂ（青）２７の各層も上記
の図２の（ｂ）から（ｃ）の工程を繰り返すことにより
形成した（図２（ｅ））。使用した電解液の組成は以下
のようであった。

【００２６】

【表２】

【００２７】形成した層の厚みはＧ・Ｂとも１．０μｍ
とした。Ｒの時と同様にポジ型フォトレジストがはがれ
ることは全くなかった。

【００２８】最終的に図２の（ｅ）の様な状態が完成
し、さらに全面に透明の熱硬化型アクリル系樹脂をオー
バーコートとして０．２μｍの膜厚で形成した。以上の
工程により本実施例のカラーフィルタが完成した。

【００２９】このカラーフィルタにポリイミド配向膜を
０．０５μｍの膜厚で塗布し、加熱キュアーした。６．
３μｍのセルギャップで対向電極基板と貼り合わせ液晶
パネル化した。所定の形状（カラーフィルタ側は領域Ａ
の部分）に切り出した後、液晶を注入し、電極ラインの
端部のオーバーコートおよびポリイミド膜を酸素プラズ
マでアッシングして除去した。さらには電極ライン端部
に対向基板も含めて液晶駆動用ＩＣを実装した。

【００３０】完成した液晶パネルはＳＶＧＡ仕様のＳＴ
Ｎタイプのカラー液晶として実用できるもので、１／３
００ｄｕｔｙ比の駆動でコントラスト比２０：１が得ら
れた。遮光層によるコモン電極間の電気的リークは全く
認められなかった。また、液晶の配向不良の発生もなく
外観的にも良好な液晶パネルが作製できた。

【００３１】（実施例２）実施例１に対して、遮光層材
料の材質を変更してカラーフィルタを作製した。感光性
アクリル系樹脂に有機顔料（実施例１でＲＧＢ層を形成
したものと同じ材料で同じ混合比）を固形分中の重量比
で３０％混合し、エチルセロソルブアセテートで希釈し
て塗料状にしたものを用いた。最終的に加熱キュアーさ
れると１．２μｍの膜厚で１０^１０Ω ｃｍの抵抗率を
示した。光透過率は１０％（５５０ｎｍ）を示した。

【００３２】同様にＳＴＮタイプの液晶パネルを作製し
て評価を行ったが、実施例１に比べコントラストが少し
低い１５：１を示したものの実用上問題ないレベルのも
のであった。

【００３３】（実施例３）実施例１と用いた材料、作製
工程とも以下に記すところ以外は基本的に同じとした。
最終的に反射型のＳＴＮタイプ液晶カラーパネルに用い
られる液晶用カラーフィルタを作製した。

【００３４】ガラス基板には、透明電極層の下に透明な
酸化シリコン系の絶縁層を介して反射板の役割を果たす
金属クロムの０．３μｍの薄膜を形成した。

【００３５】遮光層は０．２μｍの厚みで形成した。光
透過率は単にガラスの上に形成された状態で１０％（５
５０ｎｍ）を示した。

【００３６】ＲＧＢ層の変わりにイエロー（Ｙ）、マゼ
ンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３原色系の着色層を形成し
た。使用した電解液の組成は以下のものである。

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】形成したＹ，Ｍ，Ｃ各層の厚みは０．４μ
ｍであった。以上のようにして反射型用カラーフィルタ
を作製した。

【００４０】最終的に反射型液晶パネルを作製し、評価
した。その液晶パネルはＳＶＧＡ仕様のＳＴＮタイプの
カラー液晶である。１／３００ｄｕｔｙ比の駆動でコン
トラスト比４：１が得られ、用途によって実用化可能で
ある。。遮光層によるコモン電極間の電気的リークも全
く認められなかった。また、液晶の配向不良の発生もな
く外観的にも良好な液晶パネルが作製できた。

【００４１】（比較例１）実施例１に対して、遮光層材
料としてカーボン微粒子の添加量を増やした材料を使用
した。膜厚１．２μｍで光透過率は０．０５％となり遮
光性は向上したが、抵抗率は１×１０^７Ωｃｍとなっ
た。液晶パネルを作製して評価した結果、液晶駆動時に
電極ライン間の電気的リークが発生した。

【００４２】（比較例２）実施例２に対して、露光時の
アラインメントマークを作る領域１３の大きさを１５×
１５ｍｍ、パネル作成工程で配向膜を塗布するときに使
うマークを形成する領域１４の大きさを直径１５ｍｍ、
パネル組み立て時に必要なマークを形成する領域１５の
大きさを５０×２０ｍｍとした。すなわち、ポジ型フォ
トレジストでカバーされるガラスの露出面の面積を増加
した。

【００４３】この結果、最初のＲ層を形成するための電
解液中に基板を入れ、電解を行い所定時間後に基板を取
り出すと、ガラス露出面をカバーしていたポジ型フォト
レジスト層にひび割れが起こり、それぞれの面積の１／
２から２／３が剥がれていた。さらには剥がれたポジ型
フォトレジストが電解液中を浮遊した結果製膜したＲ層
に１０箇所程度微小な傷が入り、この段階で不良品なっ
てしまった。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明により、液晶駆動用
電極に直接接触して形成されなければならない液晶カラ
ーフィルタ用遮光層を形成するにあたり、要求される必
要物性を明確にでき、その選択が容易になった。その結
果、特にＳＴＮタイプに適する液晶用カラーフィルタの
提供が極めて容易になった。

【００４５】合わせて、従来そのＲ，Ｇ，Ｂ各層の選択
的な形成を電解法で行うにあたり、用いるフォトレジス
トの剥離を防止するための有効な方法も提供できること
になった。

【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を実施例に
おいて説明するための図。

【図２】本発明のカラーフィルタおよびカラーフィルタ
の製造方法を実施例において説明するための図。

【図３】従来の技術を説明するための図。

【符号の説明】

１１最終的に液晶パネルとして使用される領域１２電解およびコモン電極に用いられるライン電極１３露光時のアラインメントマークを形成する領域１４パネル形成工程で配向膜を塗布するときに使うマ
ークを形成する領域１５パネル組み立て時に必要なマークを形成する領域２１遮光層２２電解およびコモン電極に用いられるライン電極２３ガラス基板２４ポジ型フォトレジスト層２５Ｒ層２６Ｇ層２７Ｂ層３１電解およびコモン電極に用いられるライン電極３２ポジ型フォトレジスト層３３ガラス基板３４カラーフィルタ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に所定パターンを持つ透明
電極層が形成され、該透明電極層の所定部分およびパタ
ーン間の所定部分に、少なくとも樹脂と有機顔料からな
る抵抗率１０^８Ωｃｍ以上、厚みが０．２から１．２
μｍ、光透過率が５５０ｎｍの波長で、０．１から１０
％の遮光層パターンが形成され、該遮光層パターンに囲
まれた部分でかつ該透明電極層が露出している部分に、
少なくとも有機顔料および透明導電粒子からなる所定の
配列を持ったＲＧＢ３原色もしくはＹＭＣ３原色のカラ
ーフィルタ層が形成され、さらに該遮光層およびカラー
フィルタ層上に透明なオーバーコート層が形成されてい
ることを特徴とする液晶用カラーフィルタ。
【請求項２】前記Ｒ・Ｇ・Ｂ各層が電解により析出さ
れたことを特徴とする請求項１記載の液晶用カラーフィ
ルタ。
【請求項３】ガラス基板上に透明電極層を形成し、該
透明電極層を所定のパターンにエッチングし、該透明電
極層上に電解法により選択的にカラーフィルタ層を形成
する液晶用カラーフィルタの製造方法において、少なく
とも液晶パネルとして使用するために切り出される領域
以外は透明電極層をエッチングせずにそのまま残す、あ
るいは該領域外に透明電極層で被覆されない部分を設け
る場合においては、該透明電極層で被覆されない部分は
少なくとも短辺の長さが１０ｍｍ以下、もしくは直径１
０ｍｍ以下の形状であることを特徴とする液晶用カラー
フィルタの製造方法。