JPH11248917A

JPH11248917A - カラーフィルタの製造法

Info

Publication number: JPH11248917A
Application number: JP4642398A
Authority: JP
Inventors: Hidekuni Tomono; 秀邦伴野; Masatoshi Yamaguchi; 正利山口; Yasushi Sugimoto; 靖杉本; Takeshi Yoshida; 健吉田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】下地である遮光層の厚みの影響を受けずにカ
ラーフィルタの平坦性を向上し、隣接画素が感光するこ
となく、露光機ステージや搬送系と接触する際に発生す
る傷を防止し、基板裏面の異物による白欠陥を防止する
カラーフィルタの製造法を提供する。【解決手段】格子状遮光層が設けられた透明基板上に
画素母材である着色層を着色層の上に保護層を設置した
状態で配置し、前記透明基板の格子状遮光層が設けられ
た面と反対面側にドット状開口パターンを有するフォト
マスクを配置し、フォトマスクのパタ−ンと前記ドット
状所定開口部とが合う様に位置合わせを行い、透明基板
の遮光層が設けられた面と反対面側から露光し、前記保
護層を除去し、前記着色層を現像することで前記遮光層
の所定開口部に画素を形成する工程を所定回数行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカラー液晶
表示装置に使用されるカラーフィルタの製造法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ（以下ＬＣＤと略す）
は、薄型、小型、低消費電力などの特長を生かし、現在
時計、電卓、ＴＶ、パソコン等の表示部に用いられてい
る。更に近年、カラーＬＣＤが開発されＯＡ・ＡＶ機器
を中心にナビゲーションシステム、ビュウファインダー
など数多くの用途に使われ始めており、その市場は今
後、急激に拡大するものと予想されている。

【０００３】ＬＣＤをカラー表示させるためのカラーフ
ィルタは、格子状パターンの遮光層が形成されたガラス
基板等の透明基板上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）か
らなるカラー画素（約３００×１００×２μｍ）を順次
形成し、その上に透明なオーバーコート層（ＯＣ）を形
成したものである。

【０００４】現在、カラーフィルタは染色法、顔料分散
法（フォトリソグラフィ法）、電着法、印刷法等によっ
て製造されている。染色法はガラス基板上に透明な感光
性樹脂を塗布、乾燥、露光、現像によって画素を形成
後、染料を用いて染色しその後、混色防止層を形成する
といった工程を３回繰り返し行う方法である。染料は信
頼性（耐光性・耐熱性）が劣るという欠点がある。そこ
で、着色剤として顔料を用いたカラーフィルタがいくつ
か提案されており、それらが電着法、印刷法、フォトリ
ソ法（フォトリソグラフィ法）がある。

【０００５】しかし、電着法は電極パターンを形成する
必要があるため（１）パターンの自由度が少ない、
（２）コストが高い、また印刷法は（３）パターンの平
坦性が劣る、などの問題があり、現状ではフォトリソ法
が主流と考えられている。フォトリソ法には、液状レジ
ストとフィルムが考えられる。液状レジストは、感光性
樹脂中に顔料を分散させたワニスをスピナーでガラス基
板上に塗布、乾燥後、露光、現像によってカラー画素が
形成される。一方、フィルムは、プリント板用感光性フ
ィルムと同様にワニスをフィルム化したものであり、基
板にラミネート後、フィルムに酸素阻害性のある場合は
支持体であるベースフィルムを剥離した後露光、現像
し、フィルムに酸素阻害性の無い場合は上記ベースフィ
ルムをつけたまま露光、現像する事によってカラー画素
が形成される。ここで露光はフォトマスクを介して着色
層側から照射される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、遮光層には単位
膜厚当りの光学濃度が高い金属クロムが適用されてき
た。薄膜トランジスタ型（ＴＦＴ）液晶では遮光層の光
学濃度はＴＦＴの誤動作を防止するため３以上必要であ
り、この光学濃度を達成するには金属クロムでは厚みが
０．１５μｍあれば十分であった。しかし、金属クロム
反射率が高いため、ＬＣＤにした時、外光の反射が高く
なり視認性を低下させるなどの問題があった。そこで、
反射率を低下させるため、酸化クロムを積層する方法な
ど採られ、視認性は向上している。しかしながら、金属
クロム、酸化クロムを形成するには、スパッタリングな
どの真空蒸着法によるため、コストが高いという問題が
あった。この問題を解決するため、光硬化性樹脂にカー
ボンなどの黒着色層料を分散させたもの、熱硬化性樹脂
にグラファイトを分散させた樹脂遮光層が採用されつつ
ある。しかし、樹脂遮光層は金属クロム程単位膜厚当り
の光学濃度は高くなく、光学濃度３を得るには厚みが
０．５〜１．５μｍ必要である。このため、従来の画素
面側から露光する方法では遮光層と画素の重なりによっ
て概樹脂遮光層の膜厚の凸部ができるためカラーフィル
タ全体の平坦性を著しく損なっている。したがって、遮
光層と画素の重なりによってできる凸部を有効に除去も
しくは低減できれば、平坦化保護膜のいらない、色材の
平坦性が非常に優れたカラーフィルタを作製できる。凸
部ができない有効なカラーフィルタ作製法は特許公報第
2587653号に示された着色層を基板側から露光する背面
露光法である。ところが、顔料分散感光液をスピンコー
ター等によって塗布して色材を形成した場合、カラーフ
ィルタ断面の形状は図２のように色材がＭ字またはＬ字
となる。色材内段差δは０．３〜０．５μｍである。こ
のため、画素を背面露光法によって形成しても、色材内
段差δは０．３〜０．５μｍのままであり、けっして平
坦性のよいものではない。この上に平坦化保護膜を形成
すれば色材内段差δは０．１〜０．２μｍ程度となり、
ＳＴＮ−ＬＣＤにも使用できるようになるが、Ｍ字また
はＬ字形状のため完全な平坦にはならない。特開平７−
１２０６０８号公報に示されたように露光量を少なくし
て現像時に上記色材内段差部を現像除去してしまう方法
があるが、画素表面が荒れる、膜厚の調整が難しい等問
題がある。

【０００７】また、背面露光法において、露光の際に基
板をどのように支持するかが問題である。露光機ステー
ジを支持台にすると着色層３ａが何も保護されずに処理
されるため、露光機ステージ１６や搬送系と接触する際
にごみ２２が付き、画素３ｂに傷２１がつき欠陥となっ
てしまう問題があった（図４）。さらに露光機ステージ
からの反射光によって隣接する画素部まで露光されてし
まう場合がある。また、基板を端部のみで支持すると基
板がたわんでしまい、位置合わせ精度良く画素を形成す
ることは困難である。

【０００８】また、透明基板上の所定位置に格子状遮光
層をドット状所定開口部が形成されるように設け前記ド
ット状所定開口部に光硬化性樹脂からなる複数色の画素
を配列する時に、ストライプ状開口パターンを有するフ
ォトマスクを透明基板の格子状遮光層が設けられた面と
反対面側に配置し、フォトマスクのパタ−ンと前記ドッ
ト状所定開口部とが合う様に位置合わせを行い、透明基
板の遮光層が設けられた面と反対面側から露光して所定
開口部に画素を形成する（図５）と、完成したカラーフ
ィルタのストライプ方向の断面は図５ｂのように画素の
エッジに段差を生じる。この原因は遮光層上に光硬化性
樹脂を形成するときに光硬化性樹脂の膜厚が遮光層の端
部から傾斜をもって形成され（図７）、ストライプ状開
口パターンのフォトマスクで露光するとストライプ方向
で露光強度が一定となり（図５ｃ）、遮光層の端部も完
全に感光し、膜厚が大きくなるためである（図５）。

【０００９】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、下地である遮光層の厚みの影響を受けずに
カラーフィルタの平坦性を向上し、隣接画素が感光する
ことなく、露光機ステージや搬送系と接触する際に発生
する傷を防止し、基板裏面の異物による白欠陥を防止す
るカラーフィルタの製造法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明基板上の
所定位置に格子状遮光層をドット状所定開口部が形成さ
れるように設け前記ドット状所定開口部に光硬化性樹脂
からなる複数色の画素を配列するカラ−フィルタの製造
法に於いて、前記格子状遮光層が設けられた透明基板上
に画素母材である着色層を着色層の上に保護層を設置し
た状態で配置し、前記透明基板の格子状遮光層が設けら
れた面と反対面側にドット状開口パターンを有するフォ
トマスクを配置し、フォトマスクのパタ−ンと前記ドッ
ト状所定開口部とが合う様に位置合わせを行い、透明基
板の遮光層が設けられた面と反対面側から露光し、前記
保護層を除去し、前記着色層を現像することで前記遮光
層の所定開口部に画素を形成する工程を所定回数行うこ
とを特徴とするカラ−フィルタの製造法である。遮光層
上にフィルム法で着色層を形成すると図３に示した様
に、色材フィルム２０が下地に良好に追従するため、遮
光層の所定開口部の着色層の表面はＭ字やＬ字の形状に
ならず、非常に平坦である。遮光層１と色材フィルム２
０の重なりによって、遮光層厚みと同等厚みの突起２３
が発生するが、透明基板の遮光層が設けられた面と反対
面側からフォトマスクを通して露光しているので、現像
時に除去される。フォトマスクには所定開口部に合わせ
たドット状開口パターンを使用するので、完成したカラ
ーフィルタの縦方向の断面は図６ｂのように平坦性が優
れ、画素のエッジに段差は生じない。この理由は遮光層
上に光硬化性樹脂を形成するときに光硬化性樹脂の膜厚
が遮光層の端部から傾斜をもって形成されるが（図
７）、ドット状開口パターンのフォトマスクで露光する
と縦方向も露光強度が図６ｃのようになり、遮光層の端
部の傾斜部があまり感光せず、現像時に膜厚を小さくす
ることができるのである（図６）。また、ベースフィル
ムを付けたまま露光を行えるので、露光機ステージや搬
送系と接触する際に発生する傷を防止し、基板裏面の異
物による白欠陥を防止することができる。以上説明した
ように、フィルム法と画素を背面露光する方法を組み合
わせることによって従来にない平坦性の優れたカラーフ
ィルタを作製することができる。本発明において、画素
母材である着色層及び保護層は、請求項２に記載のベー
スフィルム上に着色された感光性樹脂層を積層した転写
フィルム、または請求項３に記載のベースフィルム上に
クッション層、着色された感光性樹脂層を順次積層した
転写フィルムである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に於いては、図１の１が遮
光層、２がガラス基板、３が着色層、１５がベースフィ
ルム、１６が露光ステージ、１７がフォトマスク、１８
がフォトマスクの遮光膜である。

【００１２】以下本発明の第一の実施例を図１の基づい
て説明する。透明基板としてコーニング社＃１７３７ガ
ラス縦２００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガ
ラス基板２を使用した。遮光層１としてグラファイトを
熱硬化性樹脂に分散させた、リフトオフ法によりパター
ン形成する日立粉末（株）製ＧＡ−６６Ｍ（商品名）を
用いた。ガラス基板２にリフトオフ用のフォトレジスト
としてシップレイ社製ポジ型フォトレジストＡｚ−１３
５０（商品名）をスピンコート法により回転数１０００
ｒｐｍで２０秒間で約１．２μｍ厚塗布する。次に９０
℃５分間ホットプレートでプリベークする。次にフォト
マスクを介して超高圧水銀ランプにて４０５ｎｍの光強
度で１２０ｍｊ／ｃｍ２露光する。次に１％水酸化カリ
ウム水溶液で室温にて１分３０秒間現像を行い水洗、水
切りをした後、１００℃でポストベークを行う。次にグ
ラファイト分散液ＧＡ−６６Ｍ（商品名）をスピンコー
ト法により、回転数５００ｒｐｍで１０秒間、厚み１μ
ｍ程度塗布する。次に９０℃１５分クリーンオーブンに
て乾燥を行う。次に２％水酸化カリウム水溶液で１分間
フォトレジストを溶解させた後、３ｋｇ／ｃｍ²の水圧
で水洗し水切りを行い、２００℃３０分クリーンオーブ
ンにて硬化を行う以上で遮光層付きガラス基板が完成す
る。本発明ではリフトオフ法によるグラファイトを用い
たが、カーボンを光硬化性樹脂に分散させたフォト法に
より作製するもの、カーボンを熱硬化性樹脂に分散させ
フォトレジストを用いてエッチング法によるものを用い
ても良い。また前記カーボンの代わりに金属酸化物を分
散させたものを用いたものでもよい。また、従来法の金
属あるいは金属と金属酸化物の積層膜、金属と金属窒化
物の積層膜、あるいは金属と金属酸化物及び金属窒化物
の積層膜を用いても良いがガラス裏面から見て黒色であ
ることが望ましい。この時の遮光層パターンは遮光層幅
２０μｍ、ピッチが横１００μｍ、縦３００μｍ、開口
数横６４０×（３色）列、縦４８０行とした。

【００１３】次に着色層形成工程に入る。フィルムには
５０μｍ厚ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィ
ルム上にクッション層を２０μｍ、酸素阻害機能を有す
る着色層を１．６μｍをロールトウロールで塗工した特
開平８−２１１２２２号公報に示された日立化成製ＣＦ
用２層フィルムを用いた。まず第一色目として赤フィル
ムをラミネート温度８０℃、ラミネート速度０．２ｍ／
ｍｉｎ、ロール圧力５ｋｇ／ｃｍ²で遮光層を作成した
ガラス基板に張合せる。ここで酸素阻害機能をもった着
色層を使用したが、酸素阻害機能が無い材料を用いても
よい。次に露光工程に入る。露光としてはプロキシミテ
ィ露光機を用いて、基板のガラス側とドット状開口パタ
ーンを有するフォトマスクの遮光膜側が相対する様に、
着色層側を露光ステージで支持する様セッティングす
る。次にフォトマスクと基板の位置合わせを行い４０５
ｎｍで２００ｍｊ／ｃｍ²露光した。この時フォトマス
クの開口は遮光層開口部に対し、各辺６μｍずつオーバ
ラップさせたレイアウトとした。このオーバラップ量は
ー１０〜１５μｍの範囲であればいずれでも良い。基板
とフォトマスクのギャップは６０μｍとした。このギャ
ップ量は０〜５００の範囲であればいずれでも良い。次
にベースフィルムをクッション層ごと剥離し、アルカリ
現像液で現像を行い、水洗し水切りを施した後硬化す
る。この工程を緑、青と繰り返す。この形成する順番は
問わない。三色形成した後、洗浄を行い、必要に応じて
上にオーバコートを形成し、カラーフィルタが完成す
る。この実施例のように、ドット状開口パターンを有す
るフォトマスクを使用して背面露光を行う（図６ａ，
ｄ）と、図６ｂのように画素端部の段差がない非常に平
坦性の良いカラーフィルタを作製することができた。こ
れは、ドット状開口パターンを有するフォトマスクを使
用すると、露光強度がフォトマスク遮光部エッジで弱く
なるため（図６ｃ）、遮光層の端部は弱く感光し、膜厚
が小さくなるため、画素端部の段差をなくすことができ
るのである。

【００１４】

【発明の効果】本発明により、着色層側からフォトマス
クを介して露光する従来法で遮光層膜厚１μｍ上に着色
層を形成した場合平坦性が１μｍであったものが、画素
端部の段差をなくすことができ、平坦性０．１μｍと低
減できた。また、着色層の膜厚の減少もなくフィルムの
塗工した着色層膜厚を安定に再現でき、且つ光の回り込
み、露光ステージからの光の反射によって生ずる隣接画
素への着色層残も無くなった。また、従来の背面露光法
で問題となった着色層の傷の発生は皆無となった。

【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の一実施例
を示す工程断面図。

【図２】Ｌ字、Ｍ字形状を説明するための断面図。

【図３】色材フィルムの段差への追従性を説明するため
の断面図。

【図４】ゴミ付着による傷の発生を説明するための断面
図。

【図５】ストライプパターンのフォトマスクを使用した
場合の露光強度と画素表面形状を説明するための概略
図。

【図６】ドットパターンのフォトマスクを使用した場合
の露光強度と画素表面形状を説明するための概略図。

【図７】遮光層端部での膜厚の傾斜を説明するための断
面図。

【符号の説明】

１遮光層１５ベースフィルム２ガラス基板１６露光ステージ３画素１７フォトマスク３ａ着色層１８遮光膜３ａ−１着色層１９クッション層３ａ−２着色層２０色材フィルム３ａ−３着色層２１傷３ｂ画素２２ごみ３ｂ−１画素２３突起３ｂ−２画素３ｂ−３画素

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上の所定位置に格子状遮光層を
ドット状所定開口部が形成されるように設け前記ドット
状所定開口部に光硬化性樹脂からなる複数色の画素を配
列するカラ−フィルタの製造法に於いて、前記格子状遮
光層が設けられた透明基板上に画素母材である着色層を
着色層の上に保護層を設置した状態で配置し、前記透明
基板の格子状遮光層が設けられた面と反対面側にドット
状開口パターンを有するフォトマスクを配置し、フォト
マスクのパタ−ンと前記ドット状所定開口部とが対応す
る様に位置合わせを行い、透明基板の遮光層が設けられ
た面と反対面側から露光し、前記保護層を除去し、前記
着色層を現像することで前記遮光層の所定開口部に画素
を形成する工程を所定回数行うことを特徴とするカラ−
フィルタの製造法。
【請求項２】画素母材である着色層及び保護層が、ベ
ースフィルム上に着色された感光性樹脂層を積層した転
写フィルムである請求項１記載のカラーフィルタの製造
法。
【請求項３】画素母材である着色層及び保護層が、ベ
ースフィルム上にクッション層、着色された感光性樹脂
層を順次積層した転写フィルムである請求項１記載のカ
ラーフィルタの製造法。