JP2005084493A - カラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜が形成されたカラーフィルタ基板の、透明導電膜の所定位置を下地にダメージを与えることなく、レーザーを用いて容易にエッチング除去できるカラーフィルタ基板の製造方法、およびカラーフィルタ基板を提供すること。
【解決手段】ブラックマトリックス１３、着色画素２１が形成されたガラス基板１１の全面に透明導電膜１４をスパッタリング法にて無加熱で成膜した後、所定の位置の透明導電膜をレーザーでエッチング除去し、その後、透明導電膜が目的の特性を得られるようにアニール処理すること。
【選択図】図２

Description

本発明は、テレビ、パソコン、携帯端末などに使用される、液晶表示素子、ＥＬ素子など、フラットパネルディスプレイやフレキシブルディスプレイなどに用いられるカラーフィルタ基板に関する。

図１は、液晶表示装置用などに用いるカラーフィルタ基板の一例を示した平面図である。また、図２は、図１のＸ１−Ｘ２断面を拡大した断面図である。

図１、２に示すように、液晶表示装置などフラットパネルに用いられるカラーフィルタ基板は、ガラス基板１１、ブラックマトリックス１３、着色画素２１、及び透明導電膜１４から構成される。

最近では、液晶表示装置用カラーフィルタ基板にはパネルのギャップを均一に保つために樹脂によるスペーサーを形成する場合がある。

ブラックマトリックス１３は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、金属クロム膜と酸化クロム膜を積層した構成のものや、感光性樹脂に顔料を分散させたものを用いたものなどがある。いずれもフォトレジストあるいはブラックの顔料を分散させた感光性材料をコーティングしたものをフォトマスクを介して紫外線露光させ現像し、クロム膜の場合はエッチングしたあとレジスト剥膜を行い、所定のパターンを得る。

着色画素２１は、上記ブラックマトリックス上に着色レジストを塗布し、フォトマスクを介して紫外線露光し、現像後所定の着色画素を得る。この着色画素は一般に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で構成され、前記と同様の作業を３度繰り返し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色画素を得る。

カラ−フィルタ基板の製造工程は、ガラス基板上に、このブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を形成する工程からなる。

液晶表示装置用カラ−フィルタ基板の場合、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を形成したカラ−フィルタ基板には、フォトスペーサーと呼ばれる突起を形成し、対向する基板を張り合わせする際、均一にギャップが確保できるようにする方法などがある。

透明導電膜１３の形成には、均一な膜厚で抵抗値や透過率などの特性が、比較的安定して得られることから、スパッタリング法が広く普及している。透明導電膜は、一般にはＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合物）がよく用いられる。他に、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛−アルミニウム、酸化インジウム−酸化亜鉛などの材料が利用される。

透明導電膜は、例えば、図１に示すように、ガラス基板内に１基の液晶表示装置に対応した大きさのカラ−フィルタが複数面付けされたガラス基板上に形成されるが、１基のカラ−フィルタの外周部Ａには、液晶パネルの貼り合わせ部がくるため、信頼性などの面で透明導電膜が形成されないようにメタルマスクでマスキングを行っている。

最近では、ガラス基板の大型化が進み、メタルマスクの作製において均質な金属板の確保やパターン精度の問題などがあり、対応が困難になってきた。また、携帯端末向けなど
の表示素子の場合、パネルが小型のためガラス基板の面内にたくさんの面付けを行なって、さらに有効に面付けするため各面間Ａをできるだけ細くする傾向にある。

他に、表示素子の表示画面以外の非有効エリアを出来るだけ少なくする傾向にある。

このため一部では全面に透明導電膜を形成する品種もある。全面に透明導電膜を形成した場合、そのままパネル化されることもあるが、ほとんどはフォトリソプロセスを経てエッチングパターニングされる。

全面に透明導電膜が成膜されたガラス基板では、下地が樹脂であった時、透明導電膜の密着性が相対的に低く、パネルのはり合わせ部分で剥がれをきたす場合があった。また、パネル化後に温度、湿度の変化による結露から漏電を発生したり、ゴミの付着による上下端子のショートなどが発生し、信頼性に問題がでる場合があった。

前記のように、カラーフィルター基板において、透明導電膜がメタルマスクによる形成ができず全面に形成された場合、信頼性などの面から一般的にフォトリソによるパターニングを行なう。

この場合、コスト低減の目的でガラス基板の大型化、多面付け化へ進んでいる流れに対し、一工程増えてしまい、コストを上昇させてしまうといった問題があった。

最近では、低コストにて透明導電膜をパターンニングできる方法として、サンドブラスト法、レーザーパターニング法などが検討されている。特に、ガラス基板上に形成された透明導電膜の除去としてレーザーパターンニングが一部実用化されている。

一般には、ガラス基板にダメージを与えず、安価に加工できる方法として、ＹＡＧレーザーの基本波（１０６４ｎｍ）を用いて加工する方法が行われている。

最近では、液晶パネルなど表示エリアに対し、非表示エリアが狭くなる傾向にあり、ガラス基板の貼りあわせ位置がブラックマトリックスにかかることがある。この場合、たとえば、レーザーを用いて加工をすると、下地であるブラックマトリックスのほうがダメージが大きいため、実用化はきわめて困難な状況にあった。これは、レーザーによるエッチング方法では、透明導電膜よりも下地である着色画素あるいはブラックマトリックスのほうが、光吸収が高く、先にダメージを受けてしまうためである。

このときの透明導電膜は通常、加熱成膜され、光の透過率もよく結晶化しており、一般に加工しずらい状態にある。

本発明は、透明基板上のブラックマトリックス及び着色画素上に形成された透明導電膜の加工において、レーザーを用いて、下地にダメージを与えることなく、所定の位置の透明導電膜をエッチング除去する加工が容易に行えるカラーフィルタ基板の製造方法、およびそれを用いて形成されたカラーフィルタ基板を提供することを課題とする。

本発明は、透明基板上に、ブラックマトリックス、三原色からなる着色画素、及び透明導電膜が順次に形成されたカラーフィルタ基板の製造方法において、ブラックマトリックス、及び三原色からなる着色画素が形成された透明基板の全面に透明導電膜をスパッタリング法にて無加熱で成膜した後、所定の位置の透明導電膜をレーザーを使ってエッチング
除去し、その後、透明導電膜が目的の特性を得られるようにアニール処理することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ基板の製造方法において、前記透明導電膜が、ＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合物）膜であることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ基板の製造方法において、前記透明導電膜が、非晶質様（アモルファスライク）であることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ基板の製造方法において、前記透明基板がプラスチック基板であることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法である。

また、本発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法によって製造されたことを特徴とするカラーフィルタ基板である。

本発明によれば、ガラス基板上のブラックマトリックス、着色画素上に、無加熱にて透明導電膜を形成したあとに、レーザーによって透明導電膜をエッチングし、その後に、アニール処理してカラーフィルタ基板を得ることにより、下地へのダメージなく形状よくＩＴＯ膜をパターニングできる。これにより液晶パネルなどの貼り合わせ時の密着不足、あるいはパネル信頼性の確保などの問題が解決でき、しかもフォトリソ法などを用いた加工方法よりもより安価に安定して形成することが可能となる。

以下に、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

本発明における透明導電膜は無加熱で成膜したものである。透明導電膜は、アニール処理後に目的の特性が得られるように、無加熱で成膜した場合、成膜直後の膜は色みがついており、アニール処理後の膜に比べ光の吸収が大きく、小さい出力で透明導電膜をエッチングでき、他にダメージを与えることがない。

また、請求項２に係わるカラーフィルタ基板の製造方法は、透明導電膜としてＩＴＯ膜を用いたものである。透明導電膜としては酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂ ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ）、ＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合物）などがある。最もポピュラーな材料としてＩＴＯがよく用いられる。ＩＴＯ膜は最も特性がよく、加工性も優れている。

また、請求項３に係わるカラーフィルタ基板の製造方法は、透明導電膜がアモルファスライクな膜である。この場合には、より加工性がよくなり、またエッチングした透明導電膜のエッジを形状よく加工することが可能となる。

これらは、レーザーアブレーションによる加工条件の場合、下地層であるブラックマトリックスの最表面で吸収され昇華、あるいはガス化した物質が上層である透明導電膜を剥離してしまうときに、膜の浮きやはがれなどがなく良好である。

また、加工に使用するレーザーの光源を限定するものではない、一般には比較的簡単な設備で、ランニングコストもかからないことからＹＡＧレーザーなどが用いられる。アブレーションなどの効果を前提とした加工を行う場合はＹＡＧの第３高調波、第４高調波な
ど短波長レーザーで行うことが望ましい。ほかにエキシマレーザーを用いた加工も可能である。

スループットを高くする場合や処理面積が広い場合は、ＸｅＣｌなどの大出力レーザーなどの使用が可能である。

また、請求項４に係わるカラーフィルタ基板の製造方法は、通常のガラス基板に代わりプラスチック基板を用いて同様の効果を得たものである。

以下に実施例により本発明を具体的に説明する。

ガラス基板上に、黒色顔料を分散させた感光性樹脂を塗布し、所定のパターンが形成されたフォトマスクを介して露光した。その後現像、乾燥の工程を経て、ブラックマトリックスを得た。

次に、赤色顔料を分散させた感光性樹脂を塗布し、所定のパターンが形成されたフォトマスクを介して露光した。その後現像、乾燥の工程を経て赤色の着色画素を得た。同様に緑色、青色の着色画素を形成し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の着色画素を得た。これら形成は顔料分散法カラーフィルタとしてよく知られている形成方法である。

ガラス基板上に、ブラックマトリックスと着色画素を形成後、透明導電膜を形成した。膜の形成はスパッタリング法を用い、装置はロードロックタイプのものを用いた、ターゲットはＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズ（１０ｗ％の焼結体）を用いた。

着色画素が形成されたガラス基板をスパッタリング装置のトレイに固定し、投入を行った。粗引き槽にて２６．６Ｐａまで排気を行ったあと、高真空排気槽へトレイを移動させ、１０×１０^-3Ｐａまで排気させた。その後スパッタ槽へ投入した。スパッタ槽は、酸素ガス０．２％混合されたアルゴンガスを導入し、ガス圧を０．５Ｐａになるよう調整した。ターゲットへは５ｋＷの出力をかけ放電状態にした。ガラス基板を固定したトレイは、ターゲットの前を通過し、ＩＴＯ膜の形成を行った。基板は無加熱の状態で膜形成を行った、このときの基板温度はおおよそ５０℃であった。

このときのＩＴＯ膜は１５０ｎｍ形成されていた。

取り出したガラス基板はレーザー加工装置へ投入し、着色画素の外周部分、すなわち液晶パネルの貼り合わせ部分のＩＴＯ膜を幅２ｍｍでエッチングした。ＩＴＯ膜は電極端子の部分はエッチングされずに残してある。

このときに使用したレーザーはエキシマレーザー（ＫｒＦ 波長：２４８ｎｍ）で出力は４０ｍＷであった。エッチング後のガラス基板は取り出され、洗浄機で洗浄後オーブンにてアニール処理を行った。このときの処理条件は２４０℃で約１時間あった。

ＩＴＯ膜の抵抗値は１７Ω／□であった。これにより、目的の液晶表示素子用カラーフィルタ基板が得られた。

液晶表示装置用などに用いるカラーフィルタ基板の一例を示した平面図である。 図１のＸ１−Ｘ２断面を拡大した断面図である。

符号の説明

１１・・・ガラス基板
１３・・・ブラックマトリックス
１４・・・透明導電膜
２１・・・着色画素
Ａ・・・１基のカラ−フィルタの外周部（各面間）

Claims (5)

1. 透明基板上に、ブラックマトリックス、三原色からなる着色画素、及び透明導電膜が順次に形成されたカラーフィルタ基板の製造方法において、ブラックマトリックス、及び三原色からなる着色画素が形成された透明基板の全面に透明導電膜をスパッタリング法にて無加熱で成膜した後、所定の位置の透明導電膜をレーザーを使ってエッチング除去し、その後、透明導電膜が目的の特性を得られるようにアニール処理することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
2. 前記透明導電膜が、ＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合物）膜であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
3. 前記透明導電膜が、非晶質様（アモルファスライク）であることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
4. 前記透明基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法によって製造されたことを特徴とするカラーフィルタ基板。