JPH11248918A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板のたわみによる位置精度の悪さを改善
し、フォトマスクに入る傷の問題を解決するものであ
る。 【解決手段】 透明基板上の所定位置に遮光層を形成し
た基板上に、上記画素のうち少なくとも１色を画素形成
面と反対面である透明基板側にフォトマスクを設置し、
透明基板側から露光した後、現像して所定位置に画素を
形成する際、遮光層を形成した透明基板に光硬化性樹脂
からなる着色層を形成し、露光機の基板支持体である露
光ステージに透明基板をセッティングする以前に着色層
面を下側にし、露光ステージと着色層側を相対する様に
セッティングし、フォトマスクを上記着色層を形成した
面と反対側の面に設置し、所定の位置に合う様に透明基
板と位置合わせを行い露光し、現像することで所定の位
置に画素を形成することでカラーフィルタを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、図５に示すように格子状パターンの遮光層１
が形成されたガラス板等の基板２上にＲ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）からなるカラー画素３（３００×１０
０×２μｍ）を順次形成し、その上に透明なオーバーコ
ート層（ＯＣ）４を形成したものである。５は偏光板、
６はＩＴＯ電極である。

【０００４】カラーＬＣＤは、カラーフィルタ７をＬＣ
Ｄ内部に設置し、バックライト光をカラーフィルタに透
過することによって表示画面をカラー化できる。８は配
向膜、９は液晶、１０はシール材、１１はトップコート
層、１２はＩＴＯ電極、１３はガラス板等の基板、１４
は偏光板である。

【０００５】現在、カラーフィルタは主に染色法を用い
て製造されている。しかし、この方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回繰り返し行う必要があるた
め、カラーフィルタの重要課題である信頼性（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、その中に電着法、印刷法、フォトリソ法（フォトリ
ソグラフィ法）がある。

【０００６】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（２）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。

【０００７】

【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、高いものでも光学濃度３を得る
には厚みが０．５μｍ必要であった。この遮光層上に着
色層を形成すると図３に示した様に、遮光層１と着色層
３のオーバラップした部分に、遮光層厚みと同等厚みの
突起２０が発生する。カラーフィルタには高い平坦性が
求められており、遮光層厚み分の突起の存在は問題とな
る。この問題はクロム遮光層に於いても同様である。こ
の対策として、特許第２５８７６５３号公報や特開平７
−１２０６０８号公報に示される様な遮光層パターン１
をフォトマスク１７として利用し、ガラス基板側から露
光する背面露光法が提案されている（図４）。しかし、
背面露光法ではフォトマスクとガラス基板の露光する際
の位置関係が従来法と異なるがため、従来使用していた
紫外線を上側から照射するタイプの露光機が使用できな
い問題があった。露光する形式には図２に示す様に、着
色層３を上にして、フォトマスクを基板の下に配置して
下側から露光する方法で、プロキシミティで露光する場
合、基板が薄くたわみが大きいため、位置精度が出ない
という問題があった。また、密着で行うにはフォトマス
クに傷が入り易い問題があった。

【０００８】本発明はこの問題に鑑みてなされたもので
あり、従来の露光機が使用でき、基板のたわみによる位
置精度の悪さを改善し、フォトマスクに入る傷の問題を
解決するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
の製造方法は、透明基板上の所定の位置に遮光層及び光
硬化性樹脂からなる複数色の画素を配列するカラーフィ
ルタの製造方法に於いて、透明基板上の所定位置に遮光
層を形成した基板上に、上記画素のうち少なくとも１色
を画素形成面と反対面である透明基板側にフォトマスク
を設置し、透明基板側から露光した後、現像して所定位
置に画素を形成する際、上記遮光層を形成した透明基板
に光硬化性樹脂からなる着色層をほぼ全面に形成する工
程、露光機の基板支持体である露光ステージに透明基板
をセッティングする以前に着色層面を下側にする工程、
上記露光ステージと着色層側を相対する様にセッティン
グする工程、フォトマスクを上記着色層を形成した面と
反対側の面に設置し、所定の位置に合う様に透明基板と
位置合わせを行い露光する工程、次いで現像することで
所定の位置に画素を形成すること特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１の２がガラス基板、１が遮光
層、３が着色層、１５が保護層、１７がフォトマスク、
１８がフォトマスクの遮光膜である。以下本発明の一実
施例を図１に基づいて説明する。

【００１１】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。遮光層材料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を用い
た。ガラス基板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−１３５０を
スピンコート法により回転数１０００ｒｐｍ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、１
００℃でポストベークを行う。次にグラファイト分散液
ＧＡ−６６Ｍをスピンコート法により、回転数５００ｒ
ｐｍで１０秒間、厚み１μｍ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、２０
０℃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１０
０μｍ、縦３００μｍ、開口数横６４０×（３色）列、
縦４８０行とした。

【００１２】次に着色層形成工程にはいる。仮支持体と
して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を形成したものを
用いて、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、本機能が無い材料を用いてもよい。次に前記ベー
スフィルムを剥離する。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た。まず、基板反転部
により着色層形成側を下に向ける。基板のガラス側とフ
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４０５ｎｍで４００ｍｊ
／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０〜５０
０の範囲であればいずれでも良い。次にアルカリ現像液
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。ここ
で、ベースフィルムは露光した後に剥離しても良い。着
色層に入る傷等を鑑みると露光した後にベースフィルム
を剥離する事が望ましい。ここで前記ＰＥＴフィルムの
代わりに２０μｍ厚のアルミ圧延フィルムに透明クッシ
ョン層あるいはアルミ圧延フィルムに黒色クッション層
を塗工したものを用いても良い。

【００１３】

【発明の効果】本発明により、従来の背面露光法で問題
であった背面露光用の露光機の新規購入が必要無く、従
来の露光機前後に基板反転機構を設けるだけで対応可能
なので、従来の露光機はそのまま使え設備投資を低減で
き、平坦性に優れたカラーフィルタを得ることができ
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実施例を
示す工程断面図である。

【図２】従来の製造方法を説明するための工程断面図で
ある。

【図３】従来の製造法を説明するための断面図である。

【図４】従来の製造法を説明するための断面図である。

【図５】カラーフィルタを説明するためのカラー液晶デ
ィスプレイの断面図である。

【符号の説明】

１ 遮光層 １−１ 遮光層母材 ２ ガラス基板 ３ 画素 ３ｂ−１ 画素 ３ｂ−２ 画素 ３ｂ−３ 画素 ４ オーバコート層 ５ 偏光板 ６ ＩＴＯ電極 ７ カラーフィルタ ８ 配向膜 ９ 液晶 １０ シール材 １１ トップコート層 １２ ＩＴＯ電極 １３ ガラス板 １４ 偏光板 １５ 基板反転部 １６ 露光ステージ １７ フォトマスク １８ フォトマスクの遮光膜 １９ フォトマスクホルダ ２０ 突起 ２１ ミラー

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上の所定の位置に遮光層及び光
   硬化性樹脂からなる複数色の画素を配列するカラーフィ
   ルタの製造方法に於いて、 透明基板上の所定位置に遮光層を形成した基板上に、上
   記画素のうち少なくとも１色を画素形成面と反対面であ
   る透明基板側にフォトマスクを設置し、透明基板側から
   露光した後、現像して所定位置に画素を形成する際、 上記遮光層を形成した透明基板に光硬化性樹脂からなる
   着色層を形成する工程、 露光機の基板支持体である露光ステージに透明基板をセ
   ッティングする以前に着色層面を下側にする工程、 上記露光ステージと着色層側を相対する様にセッティン
   グする工程、 フォトマスクを上記着色層を形成した面と反対側の面に
   設置し、所定の位置に合う様に透明基板と位置合わせを
   行い露光する工程、 次いで現像することで所定の位置に画素を形成工程をを
   備えるカラーフィルタの製造方法。