JPH11248922A

JPH11248922A - カラーフィルタの製造方法

Info

Publication number: JPH11248922A
Application number: JP10047697A
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】平坦性に優れたカラーフィルタの製造法を提
供する。【解決手段】透光性基板に、所定の画素区画膜を形成
し、感光性着色層を形成し、透光性基板の画素区画膜が
形成された面の裏面に所定の開口部を有すマスクを配置
し、マスク開口部を通して透光性基板の裏面から感光性
着色層に活性光線を照射し、現像によって所定画像を形
成する工程を所定回数行いカラ−フィルタの製造法する
際に、透光性基板の厚さを０．３〜０．８ｍｍとし、マ
スク開口部の幅が６０μｍ〜画素の幅とする。

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
置等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（１）大型基板の位
置合わせが難しく解像度が低いため微細化の対応が困
難、（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、液状レジスト法とフィルム転写法が考
えられる。液状レジスト法は、感光性樹脂中に顔料を分
散させたワニスをスピン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、フィルム転写法は、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、露光、現像によってカラー画素が形成され
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、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第２５
８７６５３号公報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。ところが背面露光法は透光性基板
を通して着色層を露光するので、フォトマスクから着色
層までの距離が長くなる。この結果、フォトマスク端に
おける回折光の影響が大きくなり隣接する画素部まで露
光されてしまう。

【０００８】また、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
色層が何も保護されずに処理されるため、露光機ステー
ジや搬送系と接触する際にごみが付き、画素に傷がつき
欠陥となってしまう問題があった。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。

【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な
い、平坦性に優れるカラーフィルタの製造法である背面
露光法を実用化せしめ、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】本発明のカラーフィルタ
の製造法は、透光性基板に、所定の画素区画膜を形成
し、感光性着色層を形成し、透光性基板の画素区画膜が
形成された面の裏面に所定の開口部を有すマスクを配置
し、マスク開口部を通して透光性基板の裏面から感光性
着色層に活性光線を照射し、現像によって所定画像を形
成する工程を所定回数行うカラ−フィルタの製造法であ
って、前記透光性基板の厚さが０．３〜０．８ｍｍであ
り、前記マスク開口部の幅が６０μｍ〜画素の幅である
ことを特徴とするものである。

【００１１】画素を背面から露光する際の第一の問題点
は前述したように透光性基板を通して着色層を露光する
ので、フォトマスクから着色層までの距離（＝基板の厚
さと露光ギャップ）が長くなり、この結果、フォトマス
ク端における回折光の影響が大きくなり隣接する画素部
まで露光されてしまうことにある（図２）。背面露光プ
ロセスにおいて隣接する画素部の露光を避ける手段とし
て、マスク開口部の幅を対応する画素の幅より小さくす
ることと基板の厚さを薄くすることの２つの手段があ
る。我々はマスク開口幅について鋭意検討した結果、露
光光源に高圧水銀灯を使用した場合、マスク開口幅は６
０μｍが限界であることがわかった。６０μｍ以下のマ
スク開口幅になると露光強度分布が図３のように凸型に
なり、形成した画素が凸型になってしまうからである。
６０μｍ以上のマスク開口幅では図４のように通常の露
光強度分布であり平坦な画素を形成することができた。
厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に１０．４インチＶＧＡ
（４８０×６４０ドット、画素幅７６μｍ）のカラーフ
ィルタの作製を試みた結果、マスク開口幅６０μｍであ
っても隣接画素部が露光されてしまった。我々は基板の
厚さについて鋭意検討した結果、基板厚さ０．８μｍ以
下であればマスク開口幅６０μｍ以上でも隣接画素部が
露光されないように画素を形成することができることが
わかった。基板の厚さは薄いほどマスク開口幅を広くす
ることができ画素の平坦性も向上する。しかし、基板の
厚さが０．３ｍｍ以下では基板がたわみやすく、基板た
わみによる露光時の位置ずれが大きいので基板の厚さは
０．３ｍｍ以上であることが好ましい。この方法によれ
ば、高精細のカラーフィルタの作製も可能である。例え
ば、１２．１インチＳＶＧＡは６００×８００ドット、
画素幅８０μｍなので、厚さ０．８ｍｍ以下の基板を使
用すれば、マスク開口幅６０μｍで隣接画素部が露光さ
れないように画素を形成することができる。このように
画素幅が７０μｍ以上であるカラーフィルタであれば同
様の方法で作製できる。

【００１２】本発明では、支持フィルムに形成された感
光性着色フィルムを、所定の画素区画膜を形成した透光
性基板に貼り付けることにより感光性着色層の形成を行
い、感光性着色フィルムに活性光線を感光性着色フィル
ムに支持フィルムが張り合わされている状態で照射する
ことができる。感光性着色フィルムに活性光線を感光性
着色フィルムに支持フィルムが張り合わされている状態
で照射する効果は画素形成に要する露光量を少なくでき
る。これは、感光性着色層が直接空気にさらされない状
態なので活性光線照射によって着色層中に発生するラジ
カルが空気中の酸素に侵されることなく有効に着色層を
光硬化することができるからである。さらに、露光量を
少なくできるのでマスク開口幅を通常より広くでき、形
成された画素の平坦性を向上できる。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。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図１の基
づいて説明する。図１で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。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。まず、基板上に画素区画膜を形成し
た。画素区画膜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−１３５０（商品名）
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、
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、２００℃３０分クリーンオーブンにて硬化
を行う。この時の画素区画膜パターンは幅２０μｍ、ピ
ッチが横１００μｍ、縦３００μｍ、画素幅８０μｍ、
開口数横６４０×（３色）列、縦４８０行とした。以上
で画素区画膜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、画素を露光
する感光波長の活性光線を遮断できればどのようなもの
でも使用できる。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。

【００１４】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
ルム上に光吸収剤を含有するクッション層を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
で画素区画膜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
ス側とフォトマスクの画素区画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２００ｍｊ／ｃｍ²露光した。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がなるべく小さいほう
がよい。次にベースフィルムをクッション層毎剥離し、
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。この時フォトマスクの開口幅は６０〜
８０μｍのいずれの開口幅でも隣接する画素部が露光さ
れることはなかった。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。

【００１５】

【発明の効果】本発明により、下地である遮光層の厚み
の影響を受けない、平坦性に優れるカラーフィルタの製
造法である背面露光法を実用化せしめ、露光機ステージ
や搬送系と接触する際に発生する傷や基板裏面の異物に
よる白欠陥のないカラーフィルタを作製できるようにな
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法の一実施例
を示す工程断面図。

【図２】隣接画素部の露光を説明するための断面図。

【図３】マスク幅６０μｍ以下の時の露光強度分布を
説明するための断面図。

【図４】マスク幅６０μｍ以上の時の露光強度分布を
説明するための断面図。

【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２ガラス基板３画素３ａ−１画素３ａ−２画素３ａ−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６ＩＴＯ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１２ＩＴＯ電極１３ガラス板１４偏光板１５ベースフィルム１６露光ステージ１７フォトマスク１８遮光膜１９クッション層２０色材フィルム２１傷２２ごみ２３突起

───────────────────────────────────────────────────── 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】透光性基板に、所定の画素区画膜を形成
し、感光性着色層を形成し、透光性基板の画素区画膜が
形成された面の裏面に所定の開口部を有すマスクを配置
し、マスク開口部を通して透光性基板の裏面から感光性
着色層に活性光線を照射し、現像によって所定画像を形
成する工程を所定回数行うカラ−フィルタの製造法であ
って、前記透光性基板の厚さが０．３〜０．８ｍｍであ
り、前記マスク開口部の幅が６０μｍ〜画素の幅である
ことを特徴とするカラ−フィルタの製造法。
【請求項２】支持フィルムに形成された感光性着色フ
ィルムを、所定の画素区画膜を形成した透光性基板に貼
り付けることにより感光性着色層の形成を行い、感光性
着色フィルムに活性光線を感光性着色フィルムに支持フ
ィルムが張り合わされている状態で照射する請求項１記
載のカラ−フィルタの製造法。