JPH103005A - カラーフィルターおよび多色表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】特に大画面で高精彩、高均一画面を有する高性
能な多色表示装置に求められる諸特性が優れるカラーフ
ィルター、それを製造する方法およびそのカラーフィル
ターを具備してなる多色表示装置を提供する。 【解決手段】１）所定の膜厚を有する窓枠状の遮光層を
形成し、次いで窓枠状の遮光層をネガ型またはポジ型の
フォトレジスト組成物にて塗布してフォトレジス層を形
成し、次いで、窓状に開放されている部分に該遮光層の
膜厚よりも小さい膜厚を有する窓状の着色層を形成する
カラーフィルターの製法、または着色層を形成するとき
に、１）の工程で形成した遮光層と接する部分の着色層
が該遮光層上に重なるように形成して窓状の着色層を形
成するカラーフィルターの製法、並びに該製法によって
製造されるカラーフィルターを用いる多色表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルタ
ー、その製造方法およびそのカラーフィルターを具備し
てなる多色表示装置に関する。さらに詳しくは、本発明
は窓状の着色層とそれらの間隙を埋める窓枠状の遮光層
とを有するカラーフィルター、それを製造する方法およ
びそのカラーフィルターを具備してなる多色表示装置、
例えば、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶を利用したＬＣＤは、いわゆ
るポケットテレビ等に使われてきたが、近年大型化、大
画面化が急速に進められている。画質もＴＮ（twisted
nematic)液晶からＳＴＮ（super-twisted nematic)液晶
やＴＦＴ（thin film transistor）に代表されるアクテ
ィブ駆動素子の開発でＣＲＴ（cathode-ray tube）に迫
るものが商品化されている。

【０００３】ＬＣＤの多色化に使用されるカラーフィル
ターは、染色法、顔料分散法、電着法、印刷法などの方
法で製造されることが知られている。これら方法のう
ち、特に、電着法によるカラーフィルターの製造方法
は、導電層を有する基板と対向電極を電着液槽に浸漬さ
せ、電圧を印加し、熱処理するだけで精度良く着色層を
形成することができる。そのため、工程が簡単で、歩留
まりが良く、安価にカラーフィルターを製造できるとい
う特長があり、注目されている。

【０００４】電着法によるカラーフィルターの製造は、
例えば、米国特許第４８１２３８７号明細書に記載の方
法で実施されている。この方法によれば、まず、ＩＴＯ
（インジウム錫酸化物）等の透明導電性回路を有するガ
ラス等の透明基板を用意する。また電着液としては、着
色顔料と高分子材料、溶剤等を所定の割合で配合、分散
させたものを用意する。基板を電着液槽内に浸漬、固定
後、アニオン電着の場合には、基板の導電性側を陽極、
対向電極側を陰極として 該回路に所定の電圧を、所定
の時間印加することにより、基板の導電性回路上に選択
的に着色層が形成される。この電着操作を複数回繰り返
すことによって所望の多色着色層を形成することができ
る。次いで、着色層が形成された基板の全面に、黒色に
着色されたネガ型フォトレジスト組成物を塗布し、基板
の背面から着色層をマスクとして露光後、現像する、所
謂、背面露光法によって、着色層の間隙に遮光層を形成
して、特に、層平坦性に優れた所望のカラーフィルター
を得ることができる。しかしながら、この方法による着
色層の形状は、例えば、ストライプ状のような連続形状
であって、近年、強く要請されている、例えば、窓状の
ような非連続形状の着色層を形成することができない。

【０００５】このような問題を解決する方法として、米
国特許第４８１２３８７号明細書に記載されている方法
が知られている。この方法は、電着法にフォトリソ技術
を組み合わせた方法である。具体的には、まず、透明導
電層を有する透明基板上にフォトレジスト組成物を塗布
して塗膜を形成し、形成した塗膜をフォトリソ法で窓状
にパターニングして、透明導電層を窓状に露出させ、次
いで電着法によっ窓状の着色層を形成した後、窓枠状の
フォトレジスト塗膜を剥離し、引き続き、形成されてい
る窓状着色層の間隙に、所謂、背面露光法によって遮光
層を形成して、特に、層平坦性に優れた所望のカラーフ
ィルターを得ることができる。さらに、電着法にフォト
リソ技術を組み合わせた方法として、米国特許第５５７
８４０３号明細書に記載されている方法も知られてい
る。この方法によれば、黒色に着色されたフォトレジス
ト組成物を用いて、透明導電層を有する透明基板上に、
予め、窓枠状の遮光層を形成し、次いで、窓状に露出し
ている透明導電層上に電着法によって着色層を形成し
て、特に、層平坦性に優れたカラーフィルターを得るこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの方法は、何れ
も工業的に優れた方法であるが、近年のＬＣＤの開発は
目覚ましいものであり、更なる大画面化、更なる高性能
化が求められている。そのようなＬＣＤを開発するため
に大型で高性能、とりわけ、各窓状の着色層周辺からの
光漏れがない高コントラストなカラーフィルターの開
発、およびそのようなカラーフィルターを工業的に有利
で効率的に製造する方法の開発が強く求められている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、そのよう
なカラーフィルターおよび工業的有利なその製法を見い
出すために鋭意検討を行い、着色層と露光層との膜厚に
差を設けることによって、所望のカラーフィルターを得
ることができるのを見い出し、本発明を完成した。すな
わち、本発明は、導電層を有する透明基板上に複数の窓
状の着色層とそれらの間隙を埋める窓枠状の遮光層とを
有するカラーフィルターを少なくとも該着色層を電着法
によって形成して製造する方法において、 １）所定の膜厚を有する窓枠状の遮光層を形成し、次い
で ２）１）の工程で窓状に開放されている部分に該遮光層
の膜厚よりも小さい膜厚を有する窓状の着色層を形成す
ることを特徴とするカラーフィルターの製造方法、およ
びその方法によって製造されるカラーフィルターを用い
ることを特徴とする多色表示装置の製造方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。図１は、表面に透明導電性回路が設けられている基
板の平面模式図である。図中、１は透明導電性回路を表
す。図２は、窓枠状の遮光層が形成されている基板の平
面模式図である。図中、２は遮光層を表す。図３Ａおよ
び図３Ｂは、本発明のカラーフィルターの平面模式図で
ある。図中３は着色層を表す。図３Ｂにおいて、カラー
フィルターの透明部の着色層の形状は窓状である。本発
明の方法によれば、図１、図２および図３（Ａまたは
Ｂ）の順を経て所望のカラーフィルターを得ることがで
きる。遮光層の膜厚が着色層のそれより大であることで
特徴づけられる本発明のカラーフィルターは、着色層の
形成に先立って遮光層を形成するかぎり公知のいずれの
方法によっても製造することができるが、以下にはそれ
らの方法のうち、特に好ましい方法について説明して本
発明の詳細を説明する。すなわち、製造法としては下記
の２つの方法が挙げられる。

【０００９】〔１〕導電性回路を有する透明基板上に複
数の窓状の着色層とそれらの間隙を埋める窓枠状の遮光
層とを有するカラーフィルターを少なくとも該着色層を
電着法によって形成して製造する方法において、 １）導電性回路を有する透明基板上に窓枠状の遮光層を
ネガ型またはポジ型のフォトレジスト組成物にて塗布し
てフォトレジス層を形成し、次いで、 ２）２）１）の工程で窓状に開放されている部分に該遮
光層の膜厚よりも小さい膜厚を有する窓状の着色層を形
成することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。

【００１０】〔２〕導電性回路を有する透明基板上に複
数の窓状の着色層とそれらの間隙を埋める窓枠状の遮光
層とを有するカラーフィルターを少なくとも該着色層を
電着法によって形成して製造する方法において、 １）導電性回路を有する透明基板上に窓枠状の遮光層を
ネガ型またはポジ型のフォトレジスト組成物にて塗布し
てフォトレジス層を形成し、次いで、 ２）１）の工程で窓状に開放されている部分に着色層を
形成するときに、１）の工程で形成した遮光層と接する
部分の着色層が該遮光層上に重なるように形成して窓状
の着色層を形成することを特徴とするカラーフィルター
の製造方法。

【００１１】本発明の方法で用いる導電性回路を有する
透明基板は、公知の方法によって作製することができ
る。例えば、ガラス板あるいはプラスチック板などの透
明基板上に、常法によってＩＴＯ膜（錫をドープした酸
化インジウム膜）あるいはネサ膜（アンチモンドープし
た酸化錫膜）などの透明導電層を形成し、エッチングな
どの方法によって、互いに絶縁された、所望の形状を有
する複数の透明導電性回路に形成することができる。

【００１２】導電性回路の抵抗率は特に制限されないが
低いほどよく、電着による各着色層の膜厚分布、平滑性
を向上するためには、３０Ω／□以下、好ましくは２０
Ω／□、さらに好ましくは１５Ω／□以下であることが
望まれる。また、基板内での抵抗率分布も均一であるほ
ど好ましい。これらの条件を満たせば、原理上、基板の
大きさは制限を受けず、いくらでも大きな基板のカラー
フィルターを作成できる。このことは、ＬＣＤの大画面
化の要求を満たすものであり、また、カラーフィルター
の生産性を向上することができるものであり、電着法の
大きな利点の一つである。

【００１３】本発明においては、先ず透明導電性回路を
有する基板上に黒色のフォトレジスト層を形成する。該
レジスト層を形成する材料としては、耐熱性、耐溶剤性
等の特性をもった適当な感光性材料、たとえばアクリル
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等を含む材料
に、遮光性のある顔料等、たとえばカーボンブラックま
たはチタンブラック等を分散させて得られるネガ型また
はポジ型フォトレジスト組成物を使用するが、もちろん
これらのものに限定されるものではなく、遮光性があ
り、一定の特性を満たす材料であれば何でもよい。例え
ば、一般に市販されているブラック材料含有のネガ型ま
たはポジ型フォトレジスト組成物等が使われ、具体的な
品名としては、富士ハントエレクトロニクステクノロジ
ー社製CK-S234(商品名）、東京応化工業社製CFPR-BK550
S （商品名）、新日鉄化学社製V259-BKO（商品名）など
が挙げられる。

【００１４】塗布する方法としては、通常、既存のスク
リーン印刷法、スピンコート法、ロールコート法等の方
法が用いられる。フォトレジスト層の膜厚は、上記フォ
トレジスト組成物中の溶媒等の揮発や樹脂の硬化等に伴
う収縮の程度にもよるが、通常、おおよそ０．２〜１０
μｍ程度である。パターニング性、遮光性、着色層の膜
厚との関係からは１．５〜６μｍ程度が好ましい。

【００１５】次いで、該レジスト層をフォトリソ法でパ
ターニングして窓枠状の遮光層を形成するとともに透明
導電層上に窓状に開放されている部分、つまり窓開け部
分を設ける。窓開け部分のパターンは、各ＬＣＤ画面に
応じて決定される。たとえば、５インチ以下程度の小さ
い画面では、デルタ配列、モザイク配列等が用いられ、
それ以上の大きい画面では主としてストライプ配列が用
いられる。遮光層のパターンは、窓開け部分を囲うよう
に形成されている窓枠状であり、その複数の導電性回路
間の間隙を埋めるように、必要により、複数の導電性回
路間の間隙を埋め、かつ、該導電性回路の縦方向の端部
に重なるように、そして、その横枠は、該導電性回路間
の間隙を埋め、かつ、該導電性回路を横断するように形
成する。このようなパターンの形成は、フォトマスクを
用い、公知のフォトリソ方法にしたがって露光、現像す
ることによって容易に行うことができる。このようにし
て得られた遮光層の膜厚は、カラーフィルターが用いら
れるＬＣＤにもよるが、好ましくは１〜５μｍである。

【００１６】次いで、上記の方法によって遮光層が窓枠
状に形成され、下層の透明導電層が窓状に露出している
基板を用いて、電着法によって窓状の着色層を形成す
る。電着は、上記の基板を一方の電極とし、対向電極を
用いて行う。対向電極は、その材質が電着液と反応を起
こさない導電体であれば特に限定されず、たとえばステ
ンレス製のプレート状導電体が典型例としてあげられ
る。そのようなプレート状導電体は板状であってもよい
が、電着塗膜の各着色層の膜厚分布の均一性、平滑性を
さらに向上するためには金網状が好ましく、また、その
形状は基板と全く異なる形であっても差しつかえない
が、好ましくは、基板と同形、または相似形である。

【００１７】電着は一般に公知の方法で行なうことがで
きる。電着法には、アニオン系とカチオン系があり、本
発明においてはいずれの方法も使用可能であるが、回路
への影響が少ないことなどからアニオン系電着法が好ま
しい。電着に用いる電着液の樹脂材料（バインダー）と
しては、マレイン化油系、アクリル系、ポリエステル
系、ポリブタジエン系、ポリオレフィン系などの樹脂が
あげられ、熱硬化性または光硬化性の樹脂であってもか
まわない。これらは、それぞれ単独で、あるいは混合し
て使用できる。これらのバインダーに染料、顔料などの
所望の色相を有する色素を配合する。電着液は、一般
に、バインダー、色素等の成分を適当な溶媒に分散、溶
解、希釈して調製することができる。溶媒としては、水
および有機溶剤などが使用される。

【００１８】電着液槽としては、電着液を保持できる材
質の絶縁物であれば特に限定されず、たとえば、硬質塩
化ビニール、アクリル樹脂等のプラスチック製の電着液
槽が用いられる。

【００１９】このような電着液槽内に上記の電着液を入
れ、基板および対向電極をそれぞれが対峙するように平
行に設置する。この際、基板は、その中心部が対向電極
の中心部と一致するように設置することが好ましい。ア
ニオン電着を行なう場合は、上記の基板の導電層を陽極
とし、対向電極を陰極として直流電圧を印加すると、そ
の導電層上に着色層が形成される。

【００２０】本発明の方法においては、電着によって遮
光層の窓開け部分に形成される着色層の膜厚を、遮光層
の膜厚よりも小さくする必要がある。膜厚差は、通常、
０．１〜４μｍであるが、好ましくは０．１〜０．１μ
ｍ、さらに好ましくは０．１〜０．５μｍである。この
膜厚差は、着色層が、予め形成されている遮光層上に積
み重なるように電着を行うことによって、より顕著にす
ることができる。着色層は遮光層上の全面に亙って積み
重なるようにしてもよい（この場合でも、カラーフィル
ターの遮光部の着色層の形状は窓状である。）が、少な
くとも着色層の縦枠が回路間の間隙を埋め、かつ、回路
の縦方向の端部に重なるように形成することによって達
成することができるが、遮光層形成材料の抵抗率（電気
固有抵抗）を適宜選択することによっても達成すること
ができる。

【００２１】着色層の膜厚は、通常、電圧１０〜３００
Ｖ、電圧印加時間１秒〜３分程度の電着条件の範囲から
所定の電着条件を選択することにより容易に制御するこ
とができる。着色層は、塗膜形成後よく洗浄して不要物
質を除去することが望ましい。塗膜強度を高めるため
に、必要により、１００〜２８０℃、１０〜１２０分間
の条件で熱処理することができる。

【００２２】本発明において、膜厚の測定は、電子顕微
鏡、レーザー顕微鏡、干渉顕微鏡、あるいは、臨界角法
（ＨＰＯＳＳ）による非接触式膜厚計（株式会社小坂研
究所製）等による非接触型測定法およびＤＥＫＴＡＫ−
１６００型（ＳＬＯＡＮ Ｃｏ．）ＴＥＮＣＯＲ ＥＰ
−２型（ＴＥＮＣＯＲ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃ
ｏ．）などによる接触型測定法のいずれによってもでき
るが、迅速性、簡便性の観点から、後者の接触型測定法
が好ましい。

【００２３】このようにして、遮光層の膜厚が着色層の
それよりも大であることによって特徴づけられる本発明
のカラーフィルターを工業的に有利に製造することがで
きる。本発明のカラーフィルターは、遮光層の膜厚が着
色層のそれよりも大であることによって、各着色層周辺
からの光漏れが防止され、よって、セルギャップの均一
性を向上することができる。

【００２４】本発明のカラーフィルターを用いて、よく
知られている方法によって容易にＬＣＤを含む多色表示
装置を作製することができる。このようにして作製され
た、本発明のカラーフィルターを具備してなる多色表示
装置は高性能、高精彩で、高均一画面を有し、その上、
よりおおきな画面であってもよい。また、本発明のカラ
ーフィルターは、遮光層の膜厚が着色層のそれよりも大
であるために、各着色層毎に独立に液晶を注入してなる
マイクロセルの作成も可能であり、よって、そのような
マイクロセル中の液晶の配向を制御して広視野角を達成
することができる液晶表示素子にも応用することができ
る。尚、実施例において、膜厚は、ＤＥＫＴＡＫ−１６
０００型を用い、Ｓｃａｎｌｅｎｇｔｈ：１ｍｍ、Ｓｐ
ｅｅｄ：ｍｅｄｉｕｍ、Ｒａｎｇｅ：２００００オング
ストロームの条件で測定した。

【００２５】

【実施例】本発明を実施例によってさらに詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００２６】実施例１ 公知の方法により、赤、緑、青の顔料をそれぞれエスビ
アED-3000 クリアー（アニオン性ポリエステル樹脂系電
着用塗料、神東塗料社製）に分散させて、電着用の赤
色、緑色、青色の各電着液を調製した。縦３５０mm、横
３００mm、厚さ１．１mmのガラス基板の表面に、７０μ
ｍ幅のＩＴＯ膜（１５Ω／□）回路が３０μｍの間隔を
おいて（１００μｍピッチ）短冊状に形成され、そのＩ
ＴＯ膜上に窓開けされたパターンを有する、２４０℃、
６０分間焼成後の膜厚が１．８μｍの遮光層が形成され
たものを準備した。該遮光層は、黒色顔料を分散したネ
ガ型レジスト（商品名V259-BKO、新日鉄化学社製）を用
い、フォトリソグラフィーでパターニングし、焼成、硬
化させて形成した。

【００２７】上記電着液中に、このガラス基板を対向電
極とともに設置し、赤、緑、青の各色電着液で電着を行
なった。電着は、３０℃、５０Ｖ、１０秒の条件で行
い、着色層の１２０℃、１０分間乾燥後の膜厚を遮光層
と同じ１．８μｍとした。基板を電着液から取り出した
後は、十分に水洗した。この基板を２６０℃、６０分間
焼成、硬化を行った。このようにして、膜厚１．７μｍ
の遮光層が窓枠状に正確に形成され、それぞれ３色の膜
厚が１μｍである所望の着色層が、ＩＴＯ回路上の遮光
層の窓開け部分のみに正確に形成されたカラーフィルタ
ーを得た。このカラーフィルターを用い、既存の技術に
よりＬＣＤを形成したところ、表示品位の優れたもので
あった。

【００２８】実施例２ 公知の方法により、赤、緑、青の顔料をそれぞれエスビ
アED-3000 クリアー（アニオン性ポリエステル樹脂系電
着用塗料、神東塗料社製）に分散させて、電着用の赤
色、緑色、青色の各電着液を調製した。縦３５０mm、横
３００mm、厚さ１．１mmのガラス基板の表面に、７０μ
ｍ幅のＩＴＯ膜（１５Ω／□）回路が３０μｍの間隔を
おいて（１００μｍピッチ）短冊状に形成され、そのＩ
ＴＯ膜上に窓開けされたパターンを有する、短冊の垂直
方向の膜幅が４０μｍで２４０℃、６０分間焼成後の膜
厚が２．０μｍの遮光層が形成されたものを準備した。
該遮光層は、黒色顔料を分散したネガ型レジスト（商品
名 CK-S171、富士ハントエレクトロニクステクノロジー
社製）を用い、短冊状ＩＴＯ膜回路の垂直方法の両端に
も遮光層が形成しうるパターンを有するマスクを用いた
フォトリソグラフィーでパターニングし、焼成、硬化さ
せて形成した。

【００２９】上記電着液中に、このガラス基板を対向電
極とともに設置し、赤、緑、青の各色電着液で電着を行
なった。電着は、３０℃、５０Ｖ、１０秒の条件で着色
層の１２０℃、１０分間乾燥後の膜厚を遮光層と同厚の
２．０μｍになるように行ない、基板を電着液から取り
出した後は、十分に水洗した。この基板を２６０℃、６
０分間焼成、硬化を行った。このようにして、正確な窓
枠状の膜厚１．８μｍの遮光層が形成され、該遮光層と
接する部分に約１μｍ電着載りした正確な窓状の膜厚
１．２μｍの着色層が形成されたカラーフィルターを得
た。このカラーフィルターを用い、既存の技術によりＬ
ＣＤを形成したところ、表示品位の優れたものであっ
た。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、高性能な多色表示装置に
求められる諸特性が優れるカラーフィルターを安価に効
率よく工業的有利に製造することができ、このようにし
て製造したカラーフィルターを用いて高性能多色表示装
置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面に透明導電性回路が設けられている基板の
平面模式図

【図２】窓枠状の遮光層が形成されている基板の平面模
式図

【図３】本発明のカラーフィルターの平面模式図 図３Ｂにおいて、カラーフィルターの透明部の着色層の
形状は窓状である。

【符号の説明】

１・・・・透明導電性回路 ２・・・・遮光層 ３・・・・着色層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性回路を有する透明基板上に複数の
   窓状の着色層とそれらの間隙を埋める窓枠状の遮光層と
   を有するカラーフィルターを少なくとも該着色層を電着
   法によって形成して製造するカラーフィルターにおい
   て、 １）所定の膜厚を有する窓枠状の遮光層を形成し、次い
   で ２）１）の工程で窓状に開放されている部分に該遮光層
   の膜厚よりも小さい膜厚を有する窓状の着色層を形成す
   ることを特徴とするカラーフィルター。
2. 【請求項２】 導電性回路を有する透明基板上に複数の
   窓状の着色層とそれらの間隙を埋める窓枠状の遮光層と
   を有するカラーフィルターを少なくとも該着色層を電着
   法によって形成して製造する方法において、 １）導電性回路を有する透明基板上に窓枠状の遮光層を
   ネガ型またはポジ型のフォトレジスト組成物にて塗布し
   てフォトレジス層を形成し、次いで、 ２）２）１）の工程で窓状に開放されている部分に該遮
   光層の膜厚よりも小さい膜厚を有する窓状の着色層を形
   成することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
3. 【請求項３】 導電性回路を有する透明基板上に複数の
   窓状の着色層とそれらの間隙を埋める窓枠状の遮光層と
   を有するカラーフィルターを少なくとも該着色層を電着
   法によって形成して製造する方法において、 １）導電性回路を有する透明基板上に窓枠状の遮光層を
   ネガ型またはポジ型のフォトレジスト組成物にて塗布し
   てフォトレジス層を形成し、次いで、 ２）１）の工程で窓状に開放されている部分に着色層を
   形成するときに、１）の工程で形成した遮光層と接する
   部分の着色層が該遮光層上に重なるように形成して窓状
   の着色層を形成することを特徴とするカラーフィルター
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の方法によって
   製造されるカラーフィルターを用いることを特徴とする
   多色表示装置の製造方法。