JP2006323056A - 表示素子用カラーフィルタの製造方法及び表示素子用カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板上に樹脂製のブラックマトリックス、着色画素を形成したカラーフィルタ基板の重なり部分の段差を研磨の手法により、短時間の処理で均一に研磨できる表示素子用カラーフィルタの製造方法及び表示素子用カラーフィルタを提供する。
【解決手段】研磨剤を研磨布５５もしくは表示素子用カラーフィルタ基板６５の表面に予め塗布したあとに、研磨を開始すること。研磨装置が、研磨剤の塗布を研磨布へ行う場合に、スプレーノズル或いはスリットノズル５４を用いて直接塗布する機構を具備している。
【選択図】図５

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素子などのフラットパネルディスプレイや、電気泳動などを利用したフレキシブルディスプレイ、ペーパーライクディスプレイに用いられる表示素子用カラーフィルタの製造に関する。

図１は、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の一例の部分を模式的に示した断面図である。図１に示すように、液晶表示装置などに用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（１１）上にブラックマトリックス（１２）、着色画素（１３）、及び透明導電膜（１４）が形成されたものである。
最近では、液晶表示装置用カラーフィルタには、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。また、垂直配向液晶の場合は、着色画素上などに液晶配向を制御する樹脂パターンを形成するＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）や、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｓｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）といった液晶表示装置に用いるカラーフィルタもある。

ブラックマトリックスは、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造のものや感光性樹脂に黒色顔料を分散させたものなどがある。ブラックマトリックスは、フォトレジスト或いは黒色顔料を分散させた感光性樹脂を塗布し、フォトマスクを介した露光、現像処理を行い金属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た露光、現像処理を行い所定のパターンを得る。この着色画素は、一般に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）で構成され、上記の作業を３回繰り返し、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の着色画素を得る。液晶表示装置用カラーフィルタを製造する工程は、ブラックマトリックスと着色画素を形成する工程と、この上に透明導電膜を形成する工程とからなる。

液晶表示装置用カラーフィルタの場合、透明導電膜を形成したガラス基板には、フォトスペーサーと呼ばれる突起を形成し、ガラス基板を貼り合わせる際、均一にギャップが確保できるようにする方法がある。透明導電膜の形成には、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。

近年、ブラックマトリックスにはクロムによる環境問題への配慮や、パネルの反射率低減による視認性の向上の目的から、図２に示すような、上記黒色顔料を分散させた感光性樹脂を用いた樹脂製のブラックマトリックス（１２’）を用いることが多くなった。
通常、ブラックマトリックス上に着色画素を形成する場合、ブラックマトリックスと着色画素との重なり部分が生じる。これは、ブラックマトリックスと着色画素との間に隙間が空くと、光漏れを生じてしまうためブラックマトリックス上に着色画素端を重ねているからである。

また、樹脂製のブラックマトリックスは、光遮蔽の特性を得るために膜厚を１．０μｍ以上にすることが一般的である。よって、この樹脂製のブラックマトリックス上に着色画素を形成した場合、ブラックマトリックスと着色画素との重なり部分の大小にもよるが、ブラックマトリックスと着色画素との重なり部分の最も膜厚の厚い所から、着色画素の表面との間に１．０μｍ近い段差（Ｈ）が生じてしまう。この段差は、例えば、液晶表示装
置に用いる場合、液晶の配向を損ねることがあり好ましくない。

これまで、着色画素上にオーバーコートを形成して平坦化を行う場合もあったが、カラーフィルタの価格低減の要求が厳しくなる中、オーバーコートを形成しないカラーフィルタが一般である。このため、オーバーコートを形成しないカラーフィルタでは平坦化をする必要がある。上記段差は、０．６μｍ以下になると液晶の配向を損ねることが少なくなるが、ラビング方式などによっては、０．３μｍ以下が望まれている。
最近では、ブラックマトリックスと着色画素との重なり部分を少なくして段差を０．６μｍ以下にする手法や、樹脂製のブラックマトリックスに用いる材料の改善を行い膜厚を薄くして段差を低くする試みがなされている。

１）例えば、特開平２−２９３７０２号公報は、ネガ型の着色感光性樹脂を用いた際に、露光に使用するフォトマスクとして、フォトマスクのパターン線幅を所望する着色画素のパターン線幅より細くしたフォトマスクを使用し、また、露光においては、フォトマスクと塗布膜との間に間隔を設けた露光を行うことにより段差を形成させない技法である。しかし、この技法は、フォトマスクへの修正が伴い、また、パターンずれを起こさせず且つ段差を生じさせない作業条件に難点がある。

２）特開平１０−９６８０９号公報は、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板の裏面側から、着色感光性樹脂にフォトマスクを介した露光を与えることによりブラックマトリックス端部に段差が生じることを回避した技法である。
露光の際に、着色感光性樹脂の塗布膜上部での光の減衰による硬化不足を補うために、塗布膜上面にガラス基板の裏面側からの紫外光を反射させる反射板を設けている。しかし、この技法は、減衰分の補足が十分に行われず、硬化が十分でないことに難点がある。

３）特開平９−４３４１２号公報は、樹脂製のブラックマトリックスの形成に用いる黒色感光性樹脂に含有させる黒色顔料の含有量を増加させることによって、樹脂製のブラックマトリックスの厚みを薄くしたものである。
この技法は、段差を低減させる効果が不十分であることに難点がある。

４）特開２００２−２２８８２６号公報は、樹脂製のブラックマトリックス、着色画素が形成されたガラス基板上に、ポジ型感光性樹脂を用いて過剰な厚みを有するオーバーコート層を設け、露光を与えることによって現像液に可溶なものとし、所望する厚みまで現像処理を行う技法である。
この技法は、オーバーコート層を設ける工程が追加されてしまうことに難点がある。

液晶表示装置用で言えば、この段差を、液晶の配向へ影響を与えないであろう０．６μｍ以下にするためには、上記のようなプロセス或いは材料の改善では困難である。そこで、着色画素を形成したのちに、カラーフィルタ基板を研磨する手法が広く採用されている。
カラーフィルタ基板の研磨については、下記の特許文献１〜４にみられるように、種々な技法が開示されている。

図３、及び図４は、カラーフィルタ基板を研磨する際に、一般的に使用されている平盤研磨装置の一例の概略を示す説明図である。図３は平盤研磨装置の回転部分の断面図、図４は平面図である。
図３、及び図４に示すように、この研磨装置の回転部分は、円盤状の下定盤（１）、下定盤と一体的に固定され下定盤を回転させる回転軸（２）、円盤状の上定盤（３）、上定盤と一体的に固定され上定盤を回転させる回転軸（４）で構成されたものである。

上定盤（３）のサイズは、下定盤（１）より小さなものであり、下定盤（１）と上定盤（３）を別々に駆動して回転させている。上定盤（３）は、下定盤（１）の上面上を円弧状に揺動（Ｃ）するようになっている。また、上定盤（３）の上部からは設定した研磨圧力（Ｄ）をかけられるようになっている。上定盤（３）の揺動は直線状のものもある。
研磨は、研磨剤（図示せず）をカラーフィルタ基板（６）の上方より滴下しながら行われる。尚符号（５）は研磨布、（７）はテンプレート、（Ａ）は下定盤の回転、（Ｂ）は上定盤の回転を表している。

カラーフィルタ基板への研磨は、段差を低減すると同時に、着色画素上、及び樹脂製のブラックマトリックス上に残留しているフォトレジストの残渣なども取り除き、後工程、例えば、透明導電膜の成膜における透明導電膜の密着性にとって、或いは、カラーフィルタ基板の周縁部を対向基板とのシール部とする際におけるシール材の密着性にとって好ましいものといえる。

しかしながら、高い段差を研磨するには、大きな研磨量が必要であり、それに伴う品質の低下、及び生産性の低下といった問題があった。研磨の生産性を向上させる手法として、シリコンウエハーの研磨などでは研磨布へ溝を設け研磨剤をシリコンウエハーの中心部まで行き渡らせる工夫が行われている。カラーフィルタ基板の場合は研磨時間がシリコンウエハーに比べて短く、研磨剤を効率よく十分に行き渡らせることができない。

また、段差を研磨すると、着色画素まで研磨されるため、色特性を損ねる場合がある。特に、液晶表示装置用では第６世代、第７世代といった基板の大型化が進み、２ｍを越える基板となると、基板面内の平坦化は容易なものではない。
また、カラーフィルタ基板において、段差の低減として樹脂製のブラックマトリックスと着色画素との重なり部分をさらに調整して要求に沿うように試みがなされているが作業条件の許容幅が狭くなり生産性が低下する状態である。
特開昭６１−３１２３号公報 特開昭６２−２８０８０２号公報 特開平３−２４６５０３号公報 特開２０００−２８８１９号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ガラス基板上に樹脂製のブラックマトリックス、着色画素を形成したカラーフィルタ基板において、その重なり部分の段差を研磨の手法により、短時間の処理で均一に研磨できるカラーフィルタ基板用の研磨装置を用いて処理する表示素子用カラーフィルタの製造方法及び表示素子用カラーフィルタを提供することを課題とする。

本発明は、ガラス基板上に、少なくともブラックマトリックス、三原色の着色画素が形成された表示素子用カラーフィルタ基板の表面を研磨する表示素子用カラーフィルタの製造方法において、研磨剤を研磨布もしくは表示素子用カラーフィルタ基板の表面に予め塗布したあとに、研磨を開始することを特徴とする表示素子用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による表示素子用カラーフィルタの製造方法において、前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を研磨布へ行う場合に、スプレーノズルを用いて直接塗布する機構を具備していることを特徴とする表示素子用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による表示素子用カラーフィルタの製造方法において、前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を研磨布へ行う場合に、スリットノズルを用いて直接塗布する機構を具備していることを特徴とする表示素子用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による表示素子用カラーフィルタの製造方法において、前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を表示素子用カラーフィルタ基板へ行う場合に、スプレーノズルを用いて直接塗布する機構を具備していることを特徴とする表示素子用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による表示素子用カラーフィルタの製造方法において、前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を表示素子用カラーフィルタ基板へ行う場合に、チューブを複数用いて研磨剤をノズルへ供給し直接塗布する機構を具備していることを特徴とする表示素子用カラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、前記研磨する研磨装置として、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の機構を具備した研磨装置を用いて製造されたことを特徴とする表示素子用カラーフィルタである。

本発明は、ガラス基板上に、少なくともブラックマトリックス、三原色の着色画素が形成された表示素子用カラーフィルタ基板の表面を研磨する表示素子用カラーフィルタの製造方法において、研磨剤を研磨布もしくは表示素子用カラーフィルタ基板の表面に予め塗布したあとに、研磨を開始するので、重なり部分の段差を研磨の手法により、短時間の処理で均一に研磨できる表示素子用カラーフィルタの製造方法となる。また、段差がカラーフィルタ面内で０．４μｍ以下の表示素子用カラーフィルタを提供できる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
従来、研磨の際、研磨剤の供給は、研磨開始時からの研磨剤の滴下による供給を行っている。このような研磨剤の供給方法では研磨布の全体へ短時間で研磨剤を十分に行き渡せることはできない。
本発明による表示素子用カラーフィルタの製造方法では、予め研磨布、或いはカラーフィルタ基板の全体へ研磨剤を供給しているため、研磨開始時から研磨布の全体へ研磨剤が十分に行き渡っている。従って、段差を研磨の手法により、短時間の処理で均一に研磨できることができる。

図５は、本発明による表示素子用カラーフィルタの製造方法において用いる研磨装置の一例の概略を説明する斜視図である。図５に示すように、研磨装置は、円盤状の下定盤（５１）、円盤状の上定盤（５３）、研磨剤塗布用のノズル（５４）で構成されている。
先ず、下定盤（５１）上に、研磨布（５２）或いはカラーフィルタ基板（６５）を取り付け、次に、研磨剤塗布用のノズル（５４）から直接に、研磨布（５５）或いはカラーフィルタ基板（６５）上に研磨剤を塗布する。ノズル（５４）は、図５に矢印で示すように、下定盤（５１）の上方を移動しながら、研磨剤の貯蔵槽からチューブ（図示せず）を経て供給される研磨剤を塗布する。次に、上定盤（５３）が下降して研磨を行うといった研磨
方法である。

請求項２に係わる発明は、下定盤（５１）上に研磨布（５５）を取り付け、研磨剤塗布用のノズル（５４）としてスプレーノズルを用いたものである。スプレーノズルを用いることによって、少量の研磨剤で均一に塗布するすることができる。

請求項３に係わる発明は、下定盤（５１）上に研磨布（５５）を取り付け、研磨剤塗布用のノズル（５４）としてスリットノズルを用いたものである。研磨布は研磨後には研磨滓などが付着しており、汚れによる研磨量の低下がある。これを防止するためスリットノズルを用いて研磨布を洗浄しながら研磨剤を塗布する研磨方法である。

請求項４に係わる発明は、下定盤（５１）上にカラーフィルタ基板（６５）を取り付け、研磨剤塗布用のノズル（５４）としてスプレーノズルを用いたものである。カラーフィルタ基板が大きなサイズの場合に好適なものである。

請求項５に係わる発明は、下定盤（５１）上にカラーフィルタ基板（６５）を取り付け、研磨剤塗布用のノズル（５４）へ研磨剤を供給するチューブを複数とするものである。これにより、研磨粒の含有量が多く、濃度の高い研磨剤を短時間で十分に塗布することができるものとなる。

以下に、カラーフィルタ基板の研磨の実施例を記す。樹脂製のブラックマトリックス、及び着色画素を形成したカラーフィルタ基板を研磨装置の下定盤上に取り付けた。カラーフィルタ基板は保持する枠材（テンプレート）内に取り付けた。次に、研磨布を貼り付けた上定盤を、カラーフィルタ基板上に０．０２ｋｇ／ｃｍ² の圧力で降下させるが、その降下位置に予め適量の研磨剤を供給し、その上に上定盤を降下させる。

研磨剤は、研磨剤の貯蔵槽から供給用のチューブで、回転数３０ｒｐｍとした供給ポンプを介してカラーフィルタ基板上に供給した。下定盤の回転数２０ｒｐｍで６０秒間の研磨を行った後、純水でカラーフィルタ基板表面に３０秒間のリンスを行った。リンス後に下定盤の枠材からカラーフィルタ基板を取り出し、洗浄処理を施し乾燥した。

本実施例で製造したカラーフィルタは、図６に示すように、変化率の一様な増加がみられ、カラーフィルタが全面にわたって均一に研磨されたことが分かり、面内分布は著しく均一になった。また、表１に従来と本実施例の段差を比較して示すように、樹脂製のブラックマトリックスと着色画素の重なり部分の段差はカラーフィルタ面内で０．４μｍ以下となった。
尚、変化率の増加は、下記の数式（１）で表されるものである。

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の一例の部分を模式的に示した断面図である。 樹脂製のブラックマトリックスを用いたカラーフィルタの一例の部分を模式的に示した断面図である。 平盤研磨装置の一例の概略を示す断面図である。 平盤研磨装置の一例の概略を示す平面図である。 本発明において用いる研磨装置の一例の概略を説明する斜視図である。 実施例で製造したカラーフィルタの変化率の増加の説明図である。

符号の説明

１、５１・・・下定盤
２、４・・・回転軸
３、５３・・・上定盤
５、５５・・・研磨布
６、６５・・・カラーフィルタ基板
７・・・テンプレート
１１・・・ガラス基板
１２・・・ブラックマトリックス
１２’・・・樹脂製のブラックマトリックス
１３・・・着色画素
１４・・・透明導電膜
５４・・・ノズル
Ｈ・・・段差

Claims (6)

1. ガラス基板上に、少なくともブラックマトリックス、三原色の着色画素が形成された表示素子用カラーフィルタ基板の表面を研磨する表示素子用カラーフィルタの製造方法において、研磨剤を研磨布もしくは表示素子用カラーフィルタ基板の表面に予め塗布したあとに、研磨を開始することを特徴とする表示素子用カラーフィルタの製造方法。
2. 前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を研磨布へ行う場合に、スプレーノズルを用いて直接塗布する機構を具備していることを特徴とする請求項１記載の表示素子用カラーフィルタの製造方法。
3. 前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を研磨布へ行う場合に、スリットノズルを用いて直接塗布する機構を具備していることを特徴とする請求項１記載の表示素子用カラーフィルタの製造方法。
4. 前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を表示素子用カラーフィルタ基板へ行う場合に、スプレーノズルを用いて直接塗布する機構を具備していることを特徴とする請求項１記載の表示素子用カラーフィルタの製造方法。
5. 前記研磨する研磨装置が、研磨剤の塗布を表示素子用カラーフィルタ基板へ行う場合に、チューブを複数用いて研磨剤をノズルへ供給し直接塗布する機構を具備していることを特徴とする請求項１記載の表示素子用カラーフィルタの製造方法。
6. 前記研磨する研磨装置として、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の機構を具備した研磨装置を用いて製造されたことを特徴とする表示素子用カラーフィルタ。

Images