JPH10300916A

JPH10300916A - カラーフィルターの製造方法

Info

Publication number: JPH10300916A
Application number: JP11120797A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kuroda; 健夫黒田; Munehiro Hatai; 宗宏畠井; Hideki Hayashi; 秀樹林
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】従来技術に比べて極めて簡略化された方法に
より、欠陥の少ない着色画素を形成することができ、現
像液の廃液処理を必要としないカラーフィルターの製造
方法を提供すること。【解決手段】透明な基板上に少なくとも２色の画素を
形成したカラーフィルターの製造方法において、（１）
透明基板上に被染色膜を形成し、次いで、レーザー光を
第１色目の画素となる領域以外の部分に照射して、被照
射部分の被染色膜を蒸散除去する工程、（２）工程
（１）により形成された第１色目の画素となる領域の被
染色膜を、第１色目の染料を含む着色液で着色して、第
１色目の画素を形成する工程、（３）第１色目の画素上
を含む基板全面に被染色膜を形成し、次いで、レーザー
光を第２色目の画素となる領域以外の部分に照射して、
被照射部分の被染色膜を蒸散除去する工程、（４）工程
（３）により形成された第２色目の画素となる領域の被
染色膜を、第２色目の染料を含む着色液で着色して、第
２色目の画素を形成する工程を含むカラーフィルターの
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、カラー液晶ディス
プレイ、カラーファクシミリ、カラービデオカメラなど
に装着されるカラーフィルターの製造方法に関し、さら
に詳しくは、透明な基板上にパターン状の着色画素を形
成したカラーフィルターの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶ディスプレイには、透明な基
板上に２色以上、通常は３色の画素を形成したカラーフ
ィルターが装着されている。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。ま
た、黒色のブラックマトリクスを形成してもよい。これ
らの画素は、様々な方法により、透明基板上にパターン
状に形成されている。

【０００３】従来より、カラーフィルターの製造方法と
して、（Ａ）透明基板上に感光性を付与した可染性樹脂
膜を形成し、該可染性樹脂膜をフォトリソグラフィーに
よりパターニングし、得られたレリーフを染色して着色
画素を形成する方法（レリーフ染色法）、（Ｂ）透明基
板上に可染性の高分子材料からなる被染色層を形成し
て、その上に耐染色性のレジスト皮膜をパターン状に形
成してマスクとし、露出している被染色層の部分を所望
の色に染色する方法（マスク染色法）、（Ｃ）透明な基
板上に感光性樹脂に顔料を分散させた着色組成物の塗布
層を形成し、フォトリソグラフィーによりパターニング
する方法（顔料分散法）などが知られている。これらの
方法のうち、（Ｃ）の着色剤として顔料を用いる顔料分
散法は、染料を用いる方法に比べて、一般に、着色画素
のコントラストが低いという欠点がある。また、（Ａ）
〜（Ｃ）のフォトリソグラフィーによりパターニングを
行う方法では、湿式エッチング法が採用されているが、
現像工程において、画素中に現像液からの未溶解物やダ
ストの混入があり、画素欠陥の原因になること、さらに
は、現像液の廃液処理が必要になることなどの欠点があ
る。

【０００４】従来、これらの方法とは異なり、画素のパ
ターニングに湿式エッチング法を用いない方法として、
（Ｄ）染料を含有させた着色親水性ポリマー層上にフォ
トレジストパターンを形成してマスクとし、プラズマエ
ッチング等によるドライエッチング法にてパターニング
を行う方法が提案されている（特開昭５７−１７２３０
４）。この方法では、着色ポリマー層として着色親水性
ポリマーを使用し、ドライエッチングすることにより、
湿式エッチングの際に問題となる膨潤、シミ込み、密着
力等の物性の低下を防ぐことができ、しかもサイドエッ
チ等が少なく、パターン精度が向上できるとされてい
る。また、現像工程を必要としない方法として、（Ｅ）
支持体上に塗設された色要素受容層上に感熱層を形成
し、パターンに従って高密度エネルギー放射線を照射す
ることによって、前記色要素受容層を部分的に露出さ
せ、次いで該部分を染色してパターンを形成する方法が
提案されている（特公平１−５７７６２号公報）。

【０００５】しかし、前記（Ｄ）の方法では、マスク形
成工程が必要で、しかも当該工程はフォトリソグラフィ
ーによるため、画素を形成する材料以外にフォトレジス
トが必要となり、材料コストが増加するとともに、現像
工程が必要であり、そのために廃液処理も必要となる。
前記（Ｅ）の方法では、現像工程がないため、現像工程
によって生じる問題は解決されるものの、感光層の除去
は、光エネルギーを熱に変換し、その熱によって行われ
るため、その熱によりマスクパターンのエッジが鈍ると
いう問題に加えて、露出する部分の色要素受容層表面も
熱の影響を受けて、膜厚の変化や平滑性の悪化が起きる
という問題がある。また、これまでのレリーフ染色法で
は、可染性樹脂として、パターン形成に必要な解像度を
持つ感光性を有するものを使用することが必要であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術に比べて極めて簡略化された方法により、欠陥の少
ない着色画素を形成することができるカラーフィルター
の製造方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、感光性樹脂を用いた従来法のように、現像液の廃液
処理を必要としないカラーフィルターの製造方法を提供
することにある。

【０００７】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、透明基板上に被染色膜
を形成し、レーザー照射法により不必要な部分（第１色
目の画素となる領域以外の部分）を蒸散除去して、第１
色目の画素となる領域の被染色膜をパターン状に形成
し、次いで、パターン状の被染色膜を、染料を含む着色
液で染色して第１色目の画素を形成し、さらに、同様の
方法を繰り返すことにより、少なくとも２色の画素が形
成されたカラーフィルターの得られることを見いだし
た。

【０００８】この方法によれば、被染色膜の形成材料
として、高価な感光性樹脂を使用する必要がない、現
像工程がないため、画素欠陥のない着色画素を得ること
ができる、各画素間の平坦性の良好なカラーフィルタ
ーを得ることができる、着色剤として染料を用いてい
るため、コントラストに優れたカラーフィルターを得る
ことができる、といった顕著な作用効果を奏することが
できる。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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、透明な
基板上に少なくとも２色の画素を形成したカラーフィル
ターの製造方法において、（１）透明基板上に被染色膜
を形成し、次いで、レーザー光を第１色目の画素となる
領域以外の部分に照射して、被照射部分の被染色膜を蒸
散除去する工程、（２）工程（１）により形成された第
１色目の画素となる領域の被染色膜を、第１色目の染料
を含む着色液で着色して、第１色目の画素を形成する工
程、（３）第１色目の画素上を含む基板全面に被染色膜
を形成し、次いで、レーザー光を第２色目の画素となる
領域以外の部分に照射して、被照射部分の被染色膜を蒸
散除去する工程、（４）工程（３）により形成された第
２色目の画素となる領域の被染色膜を、第２色目の染料
を含む着色液で着色して、第２色目の画素を形成する工
程、及び（５）必要に応じて、工程（３）及び（４）と
同様の工程を繰り返して、第３色目以降の必要色数の画
素を形成する工程、の各工程を含むことを特徴とする少
なくとも２色の画素が形成されたカラーフィルターの製
造方法が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図１を参
照しながら説明する。図１（ａ）に示すように、先ず、
透明基板１上に、被染色膜２を設ける。透明な基板とし
ては、ガラス、合成樹脂からなる透明な薄板、シート、
フィルムなどが挙げられる。基板としては、予めブラッ
クマトリクスが形成されているものも使用することがで
きる。ブラックマトリクスとは、各着色画素の隙間を遮
光性物質で埋め、あるいは被覆したものであり、カラー
フィルターのコントラストを向上させる役割を持つもの
である。ブラックマトリクスの材質としては、例えば、
クロム、酸化クロムの薄膜、カーボンブラック、黒鉛、
遮光性物質を混入した樹脂組成物などがある。ブラック
マトリクスは、着色画素を形成するのと同じ方法により
形成してもよい。

【００１１】被染色膜は、通常、染色性を有する樹脂を
用いて形成される。このような樹脂としては、染色性を
有するものである限り特に限定されず、例えば、天然高
分子材料のゼラチン、グリュー、カゼインや、合成高分
子材料のポリビニルアルコール、ポリビニルピロリド
ン、アクリル樹脂などが挙げられる。被染色膜は、一般
に、透明基板上に、染色性を有する樹脂の溶液をスピン
コーター、ロールコーター、バーコーター等の塗布法に
より塗布し、乾燥することにより形成される。被染色膜
の膜厚は、用途に応じて適宜定めることができるが、通
常、０．５〜３μｍ程度である。

【００１２】次に、図１（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、第１色目の画素となる領域４以外の部分にレーザー
光３を照射して、被照射部分の被染色膜を蒸散させるこ
とにより除去し、パターン４を形成する。ここで用いる
レーザー光は、紫外線の領域に波長を持つレーザー光が
形状精度が高いので好ましく、エキシマレーザーが特に
好ましい。エキシマレーザーの例としては、ＡｒＦ、Ｋ
ｒＦ、ＸｅＣｌの各レーザーがある。また、ＣＯ₂、Ｙ
ＡＧレーザー等の赤外領域の波長のレーザー光も使用す
ることができる。ただし、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
光を照射するのが好ましい。

【００１３】これらのレーザー光を、マスクを用いて照
射するか、あるいはレーザー光の線幅を調整することに
よりマスクを用いずに照射する。この際、レーザー光を
第１色目の画素となる領域以外の部分に選択的に照射し
て、被照射部分の被染色膜を蒸散除去して、第１色目の
画素となる領域をパターン状に形成する。レーザー光の
エネルギー密度は、通常、０．２〜３Ｊ／ｃｍ²程度で
ある。レーザー光の出力を制御するには、レーザー光が
パルス光であることが好ましい。パルス光のショット数
により被染色膜の深さ方向の加工制御が容易となるから
である。

【００１４】形成される画素（または画素となる領域）
の大きさは、目的に応じて適宜選択されるが、通常、お
およそ１００×３００μｍであり、画素間隔はおおよそ
３０μｍである。レーザー光を照射するのに、２つの方
法がある、一つは、フォトマスクを介して面露光する方
法であり、もう一つの方法は、レーザー光を小さく絞り
込み、走査する方法である。レーザー光のスポットの大
きさは、通常、スポットの縦及び横のいずれか一方が少
なくとも３０μｍ以下になるようにすることが好まし
い。レーザー光を走査する方法としては、ＸＹステージ
にて基板自体を移動させるか、あるいはレーザー光を光
学系により走査する方法がある。この方法では、フォト
マスクは不要であり、特に微細加工には有利である。

【００１５】図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、パタ
ーニングされた被染色膜４は、染料を含む第１色目の着
色液（例えば、赤色；Ｒ）で着色し、必要に応じて固着
処理する。これにより１色目（例えば、赤色）の画素４
Ｒが形成される。使用する染料は、特に限定されない
が、部属分類的には、特に酸性染料及び反応性染料が好
ましい。化学構造的には、例えば、アゾ系染料、フタロ
シアニン系染料、アントラキノン系染料、トリフェニル
メタン系染料、インジゴイド染料などがある。染色した
染料は、必要に応じて固着させる。染料の固着処理は、
基板全体を、例えば、タンニン酸水溶液の５０〜９０℃
の浴に１〜６０分間入れ、その後、吐酒石水溶液の５０
〜９０℃の浴に１〜３０分間程度入れることによる処理
等がある。

【００１６】次に、図１（ｄ）に示すように、２色目の
パターン形成工程において、先ず、第１色目の画素が形
成された基板の全面に被染色膜５を形成する。この被染
色膜５は、基板１上に直接形成された被染色膜５ａと、
着色画素４Ｒ上に形成された被染色膜５ｂとがある。次
いで、レーザー光を第２色目の画素となる領域以外の部
分に照射して、被照射部分の被染色膜を蒸散除去する。
この工程により、図１（ｅ）に示すように、第２色目の
画素となる領域の被染色膜６をパターン状に形成する。
レーザー光の照射に際し、レーザー光の出力（ショット
数を含む）を制御して、着色画素４Ｒ上に形成された被
染色膜５ｂについては、該被染色膜５ｂのみを蒸散させ
て、第１色目の着色画素４Ｒが残るようにする。図１
（ｅ）及び（ｆ）に示すように、パターニングされた被
染色膜６は、染料を含む第２色目の着色液（例えば、緑
色；Ｇ）で着色し、必要に応じて固着処理する。これに
より２色目（例えば、緑色）の画素６Ｇが形成される。

【００１７】３色以降の画素を形成するには、図１の工
程（ｄ）〜（ｆ）と同様の操作を繰り返す。すなわち、
図１（ｇ）に示すように、先ず、着色画素４Ｒ及び６Ｇ
を含む基板全面に被染色膜７を形成する。この被染色膜
７は、基板１上に直接形成された被染色膜７ａと、着色
画素４Ｒまたは６Ｇ上に形成された被染色膜７ｂとがあ
る。次いで、レーザー光を第３色目の画素となる領域以
外の部分に照射して、被照射部分の被染色膜を蒸散除去
する。この工程により、図１（ｈ）に示すように、第３
色目の画素となる領域の被染色膜８をパターン状に形成
する。

【００１８】レーザー光の照射に際し、レーザー光の出
力（ショット数を含む）を制御して、着色画素４Ｒ及び
６Ｇ上に形成された被染色膜７ｂについては、該被染色
膜７ｂのみを蒸散させて、第１色目の着色画素４Ｒと第
２色目の着色画素６Ｇとが残るようにする。図１（ｈ）
及び（ｉ）に示すように、パターニングされた被染色膜
８は、染料を含む第３色目の着色液（例えば、青色；
Ｂ）で着色し、必要に応じて固着処理する。これにより
３色目（例えば、青色）の画素８Ｂが形成される。

【００１９】通常は、透明基板上に前記３色の画素を形
成することにより、図１（ｉ）に示すように、カラーフ
ィルターが完成する。必要があれば、４色目以降の着色
画素を同様の方法で形成することができる。さらに、着
色画素の上には、保護膜を形成してもよい。保護膜の材
質としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド
樹脂等がある。

【００２０】（作用）本発明では、レーザー光の照射に
より、光反応によって樹脂（被染色膜）を蒸散してパタ
ーニングを行うため、熱によるエッジ鈍りがない。さら
に、マスクレジストを用いないため、安価な材料で製造
することができ、マスクレジストの剥離による染色膜の
浸食や染料の溶出がなく、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。また、
現像工程が不要なために、工程が簡略化でき、現像液の
廃液処理を必要としない。湿式エッチングで問題となる
膨潤、シミ込み、密着力、サイドエッチング等が問題に
ならず、パターン精度が良好である。

【００２１】

【実施例】以下に、実施例を挙げて、本発明の好ましい
実施形態について、より具体的に説明する。

【００２２】［実施例１］図１に示すように、無アルカ
リガラス基板１に、ゼラチン１０ｇ、ジアゾニウム塩
０．１ｇ、及び水１００ｇを含有する溶液（以下、樹脂
溶液という）をスピンコーターにより塗布し、６０℃で
プリベーク後、１００℃でベークし被染色膜２を形成し
た。次に、ＫｒＦエキシマレーザー（ＭＰＢ社製、ＰＳ
Ｘ−１００）を、金属マスクを介し、第１色目の画素が
形成される領域以外に照射し〔図１（ａ）〕、被照射部
分を蒸散させることにより除去し、第１色目の画素とな
るパターン４を形成した〔図１（ｂ）〕。これを、アゾ
系染料のＰＣ−レッド１３６Ｐ〔日本化薬（株）〕１
ｇ、氷酢酸２ｇ、及び水１００ｇを含有する着色液に７
０℃で１０分間浸漬した後、水洗し、染色した〔図１
（ｃ）〕。これを、０．３重量％タンニン酸水溶液に７
０℃で５分浸漬した後、水洗し、０．０９重量％吐酒石
水溶液に７０℃で１分浸漬後、１３０℃で３分間加熱す
ることにより固着させて、赤の画素４Ｒ〔図１（ｃ）〕
を形成した。第１色目の画素４Ｒの形成された基板全面
に、前記同じ樹脂溶液をスピンコーターにより塗布し、
６０℃でプリベーク後、１００℃でベークし被染色膜５
を形成した〔図１（ｄ）〕。

【００２３】次に、ＫｒＦエキシマレーザー（ＭＰＢ社
製、ＰＳＸ−１００）を、金属マスクを介し、第２色目
の画素が形成される領域以外に照射し〔図１（ｄ）〕、
被照射部分を蒸散させることにより除去し、２色目の画
素となるパターン６を形成した〔図１（ｅ）〕。これ
を、フタロシアニン系染料のＰＣ−グリーンＦＯＰ〔日
本化薬（株）〕１ｇ、氷酢酸２ｇ、及び水１００ｇを含
有する着色液に７０℃で１０分間浸漬した後、水洗し、
染色した。これを、０．３重量％タンニン酸水溶液に７
０℃で５分浸漬した後、水洗し、０．０９重量％吐酒石
水溶液に７０℃で１分浸漬後、１３０℃で３分間加熱す
ることにより固着させて、緑の画素（第２色目；６Ｇ）
を形成した〔図（ｆ）〕。第１色目と第２色目の画素が
形成された基板の全面に、前記と同じ樹脂溶液をスピン
コーターにより塗布し、６０℃でプリベーク後、１００
℃でベークし被染色膜７を形成した〔図１（ｇ）〕。

【００２４】次に、ＫｒＦエキシマレーザー（ＭＰＢ社
製、ＰＳＸ−１００）を、金属マスクを介し、第３色目
の画素が形成される領域以外に照射し〔図１（ｇ）〕、
被照射部分を蒸散させることにより除去し、第３色目の
画素となるパターン８を形成した〔図１（ｈ）〕。これ
を、アントラキノン系染料のＰＣ−ブルー４３Ｐ〔日本
化薬（株）〕１ｇ、氷酢酸２ｇ、及び水１００ｇを含有
する着色液に７０℃で１０分間浸漬した後、水洗し、染
色した。これを、０．３重量％タンニン酸水溶液に７０
℃で５分間浸漬した後、水洗し、０．０９重量％吐酒石
水溶液に７０℃で１分浸漬後、１３０℃で３分間加熱す
ることにより固着させて、青の画素〔第３色目；８Ｂ）
を形成し、ＲＧＢ三色の画素を有するカラーフィルター
を形成した〔図１（ｉ）〕。このようにして得られたカ
ラーフィルターは、画素欠陥がなく、カラー液晶ディス
プレイに組み込んで使用したところ、優れた色調と高コ
ントラストを得ることができた。

【００２５】

【発明の効果】本発明のカラーフィルターの製造方法に
よれば、レーザー光の照射により、光反応によって被染
色膜を蒸散除去してパターニングを行うため、以下のよ
うな顕著な効果を奏することができる。（１）熱によるパターンエッジの鈍りがない。（２）これまでのレリーフ染色法では、可染性樹脂とし
てパターン形成に必要な解像度を持つ感光性が必要であ
ったのに対し、本方法では、パターン形成に必要な解像
度を持つ感光性は不要であるため、幅広い材料、安価な
材料を用いることができる。（３）マスクレジストを用いないため、マスクレジスト
の剥離による染色膜の浸食や染料の溶出がない。（４）現像工程が不要なために、現像液からの不純物の
混入がなく、画素欠陥を少なくすることが可能となる。
また、工程が簡略化でき、現像液の廃液処理を必要とし
ない。さらには、湿式エッチングで問題となる膨潤、シ
ミ込み、密着性、サイドエッチング等が問題にならず、
パターン精度がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの製造方法の一実施
例における工程（ａ）〜（ｉ）を模式的に示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１：透明基板２：被染色膜３：レーザー光４：第１色目のパターン状被染色膜４Ｒ：赤色フィルター（第１色目の画素）５：被染色膜５ａ：基板上の被染色膜５ｂ：第１色目の画素上の被染色膜６：第２色目のパターン状被染色膜６Ｇ：緑色フィルター（第２色目の画素）７：被染色膜７ａ：基板上の被染色膜７ｂ：第１色目及び第２色目の画素上の被染色膜８：第３色目のパターン状被染色膜８Ｂ：青色フィルター（第３色目の画素）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な基板上に少なくとも２色の画素を
形成したカラーフィルターの製造方法において、（１）
透明基板上に被染色膜を形成し、次いで、レーザー光を
第１色目の画素となる領域以外の部分に照射して、被照
射部分の被染色膜を蒸散除去する工程、（２）工程
（１）により形成された第１色目の画素となる領域の被
染色膜を、第１色目の染料を含む着色液で着色して、第
１色目の画素を形成する工程、（３）第１色目の画素上
を含む基板全面に被染色膜を形成し、次いで、レーザー
光を第２色目の画素となる領域以外の部分に照射して、
被照射部分の被染色膜を蒸散除去する工程、（４）工程
（３）により形成された第２色目の画素となる領域の被
染色膜を、第２色目の染料を含む着色液で着色して、第
２色目の画素を形成する工程、及び（５）必要に応じ
て、工程（３）及び（４）と同様の工程を繰り返して、
第３色目以降の必要色数の画素を形成する工程、の各工
程を含むことを特徴とする少なくとも２色の画素が形成
されたカラーフィルターの製造方法。