JP2007199091A - カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板上に少なくともブラックマトリックス、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の製造にて、平坦化処理として研磨を施しても、透明導電膜に剥がれが発生しない、また、熱応力による歪みや、配向膜の溶剤により透明導電膜にクラックが発生しないカラーフィルタを製造方法を提供する。
【解決手段】着色画素の形成後に研磨による平坦化処理を行い、透明導電膜のスパッタリング法による形成はプラズマ処理にて表面改質を行ったのちに成膜する。研磨剤はアルミナを主成分とする。プラズマ処理が常圧プラズマ処理である。
【選択図】図２

Description

本発明は、カラーフィルタの製造に関するものであり、特に、表示装置用カラーフィルタの製造にて、研磨による平坦化処理を行っても、透明導電膜に剥がれ、クラックが発生しないカラーフィルタの製造方法に関する。

表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは、有用な手段となっている。
この表示装置に用いるカラーフィルタは、多くの場合、カラーフィルタは画素として形成されて使用される。この表示装置に用いるカラーフィルタの画素を形成する方法としては、フォトリソグラフィ法が広く用いられている。

図１は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図２は、図１に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図１、及び図２に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（５０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）、透明導電膜（５４）が順次に形成されたものである。
図１、及び図２はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（５２）は１２個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１７インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。

ブラックマトリックス（５１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（５２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（５０）上に、ブラックマトリックス形成用の黒色ホトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によって形成された例であり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（５１）と称している。

また、着色画素（５２）は、この樹脂ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（５０）上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によって、すなわち、着色フォトレジストの塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像処理によって着色画素として形成されたものである。赤色、緑色、青色の着色画素は順次に形成されている。

樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックスとして用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。

ガラス基板が大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの
金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色フォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向にある。

樹脂ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜では高濃度を得ることはできず、例えば、１．０μｍ〜１．５μｍ程度の厚さにして必要な高濃度を得るようにしている。
樹脂ブラックマトリックスの膜厚が、例えば、１．０μｍ程度と厚くなると、図２、及び部分を拡大した図３に示すように、樹脂ブラックマトリックス（５１）上にその周縁部を重ねて形成された着色画素（５２）は、その周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５１）の端部上にて突起（５３）となる。

この突起は、液晶の配向に乱れを起こし液晶表示装置の表示品位に影響を及ぼすので、透明導電膜を形成する前にカラーフィルタ表面には研磨による平坦化処理が行われる。

また、透明導電膜（５４）の形成は、樹脂ブラックマトリックス、着色画素が形成され、平坦化処理が行われたガラス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッタリング法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。
透明導電膜の成膜は、室温で成膜した後にアニールをして結晶化させ目的とする特性を得る方法や、結晶化温度以上の温度で成膜する方法、或いは、１００℃程度の結晶化する手前の低温加熱をした後にアニールをして目的とする特性を得る方法などがある。最近では、カラーフィルタへの影響を低減するために室温又は低温加熱にて形成する方法が一般的である。

図１、及び図２に示すカラーフィルタは、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとして基本的な機能を備えたものである。液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、液晶カラーＴＶ、ノート型ＰＣなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。
多様な液晶表示装置の開発、実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して下記のような、種々な機能が付加されるようになった。

例えば、透過・反射併用機能。一基の液晶表示装置において透過型と反射型の両機能を兼ね備えた半透過型液晶表示装置は、屋外の明るい環境下でも、屋内の暗い環境下でも用いることができる。
この半透過型液晶表示装置に用いるカラーフィルタには、透過表示の着色画素と反射表示の着色画素の２種の着色画素が形成される方式がある。

また、例えば、分光特性調整機能。半透過型液晶表示装置に用いるカラーフィルタの他の方式であり、透過表示用として適切な分光特性を有する着色部に透明部を設けることによって、着色部の色光と透明部の白色光を混色させ反射表示用として適切な分光特性に調節するものである。この透明部は透明なフォトレジストによってパターン状に形成される。

また、例えば、光路差調整機能。半透過型液晶表示装置においては、透過表示の領域と反射表示の領域を通過する光の位相をそろえるために、基板間の間隔を、透過表示の領域：反射表示の領域＝２：１としている。この基板間の間隔を２：１とするために、反射表示の領域に光路差調整層を設けている。この光路差調整層は、透明なフォトレジストによ
ってパターン状に形成される。

また、例えば、光散乱機能。半透過型液晶表示装置においては、その反射表示の領域では、外光が入射してから外部へ出射するまでの光路のいずれかの箇所で光を散乱させている。この光散乱機能をカラーフィルタに設ける際には、カラーフィルタの反射表示の領域に光散乱層を設けている。この光散乱層は、光散乱粒子を含有させた透明なフォトレジストによってパターン状に形成される。

上記、透過・反射併用機能、分光特性調整機能、光路差調整機能、光散乱機能は、いずれも図１に示すカラーフィルタに付加されたものであるが、これらの層は、透明導電膜（４３）の形成前にガラス基板上に形成されており、透明導電膜（４３）の下面にこれらの層が設けられている。
一方、基本的な機能を備えたカラーフィルタの透明導電膜（４３）の上面に設けられる機能としては、例えば、スペーサー機能、配向分割機能などが挙げられる。

上記種々な機能は、そのカラーフィルタの用途、仕様にもとづき１機能或いは複数の機能が図１に示すカラーフィルタに追加される。これらの機能は、基本となるカラーフィルタ上に付随する層として、各々対応して、透明導電膜（４３）の形成前に、反射表示の着色画素、分光特性調整用の透明部、光路差調整機能、光散乱機能などを形成し具備させる。或いは透明導電膜（４３）の形成後にフォトスペーサー、配向制御用突起などを形成し具備させる。

ところで、研磨による前記平坦化処理を施したのちに、透明導電膜（４３）を成膜すると、透明導電膜には剥がれやクラックが発生することがある。透明導電膜の剥がれは、研磨後のカラーフィルタ表面の残渣によるものであり、透明導電膜の密着性が低下し剥がれが発生し易くなる。
透明導電膜のクラックは、透明導電膜の成膜、或いはアニールの際に、既にガラス基板上に形成されているブラックマトリックス、着色画素、及び各付随する層の熱応力による歪みによって、膜厚の薄い透明導電膜が破壊されて生じるクラックである。

また、透明導電膜のクラックは、カラーフィルタをパネルとして貼り合わせる前にカラーフィルタに施される配向膜の形成時に、配向膜の材料であるポリイミドの溶剤、ＮＭＰ（ｎ−メチルピロリジノン）によるものである。
前記研磨によって着色画素の表面に露出した顔料がＮＭＰに溶解し、また、着色画素を構成する樹脂が膨潤し、膜厚の薄い透明導電膜が破壊されてクラックが生じることがある。

また、配向膜の形成時には、配向膜が異物やハジキなどで不良になると、成膜した配向膜を剥離してカラーフィルタを再利用する。この際に用いられるＮＭＰによって同様に膜厚の薄い透明導電膜が破壊されてクラックが生じることがある。
尚、これらのクラックは、透明導電膜のピンホール、ヒロックなどの欠陥部分やカラーフィルタのパターン端を起点として発生する場合が多い。
特開平８ー２２０５２８号公報 特開２００１ー２８１４３５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、ガラス基板上に少なくともブラックマトリックス、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を
製造する際に、表面の平坦化処理として研磨を施しても、透明導電膜に剥がれが発生することのない、また、カラーフィルタを構成する各層の熱応力による歪みや、配向膜の溶剤により透明導電膜にクラックが発生することのないカラーフィルタを製造方法を提供することを課題とするものである。
また、上記カラーフィルタの製造方法を用いて製造した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、着色画素、透明導電膜を順次に形成するカラーフィルタの製造方法において、
１）前記着色画素の形成後に、研磨による表面の平坦化処理を行い、
２）前記透明導電膜のスパッタリング法による形成は、プラズマ処理にて表面改質を行ったのちに成膜して透明導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記研磨に用いる研磨剤が、アルミナを主成分とする研磨剤であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、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、着色画素、透明導電膜を順次に形成するカラーフィルタの製造方法において、前記透明導電膜のスパッタリング法による形成は、プラズマ処理にて表面改質を行ったのちに成膜して透明導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記プラズマ処理が、スパッタリング装置とは異なる装置による常圧プラズマ処理であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの製造方法において、前記プラズマ処理が、グロー放電を用いたプラズマ処理であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタ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錫の混合体）であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

また、本発明は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のカラーフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタである

本発明においては、透明導電膜のスパッタリング法による形成は、プラズマ処理にて表面改質を行ったのちに成膜して透明導電膜を形成するので、ガラス基板上に少なくともブラックマトリックス、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を製造する際に、表面の平坦化処理として研磨を施しても、透明導電膜に剥がれが発生することのない、また、カラーフィルタを構成する各層の熱応力による歪みや、配向膜の溶剤により透明導電膜にクラックが発生することのないカラーフィルタを製造方法となる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、着色画素の表面を、或いは着色画素の表面を研磨により平坦化した表面を、プ
ラズマ処理にて改質を行い、その耐性を向上させたカラーフィルタの製造方法である。
これにより、透明導電膜の剥がれの発生、及び熱応力や配向膜の溶剤による透明導電膜のクラックの発生を防止したカラーフィルタを製造することができる。

以下に実施例により、本発明を具体的に説明する。
＜実施例１＞
透明基板上にブラックマトリックス、着色画素を順次に形成しってなるカラーフィルタを作製した。次に、アルミナを主成分とする研磨剤を用いてカラーフィルタ表面をオスカー型研磨装置にて平坦化処理を施した。この時の研磨条件は回転数３０ｒｐｍ、圧力４０ｇ／ｃｍ² 、１分であった。
平坦化処理後の洗浄を行ったのちに、カラーフィルタ表面にプラズマ処理を施した。プラズマ処理は常圧プラズマにて着色画素の表面の改質を行った。この時の条件はＮ₂ ガスを用いカラーフィルタ表面へダイレクトプラズマを照射した。

プラズマ処理後にスパッタリング装置にて、ＩＴＯターゲットを用い室温で、Ａｒ：４００ＳＣＣＭ、Ｏ₂ ：０．２ＳＣＣＭ導入してガス圧を０．６７Ｐａに調圧したのち、３．５Ｗ／ｃｍ² の出力をかけてＩＴＯ膜を成膜した。膜厚は１５０ｎｍとした。
その後、２３０℃のオーブンにて熱処理を行い目的の特性をもったＩＴＯ膜を得た。この構成のＩＴＯ膜は、その後の熱処理による歪みに対してもクラックの発生のない良好なカラーフィルタを得ることができた。

＜実施例２＞
透明基板上にブラックマトリックス、着色画素を順次に形成しってなるカラーフィルタを作製した。次に、アルミナを主成分とする研磨剤を用いてカラーフィルタ表面をオスカー型研磨装置にて平坦化処理を施した。この時の研磨条件は回転数３０ｒｐｍ、圧力４０ｇ／ｃｍ² 、１分であった。
平坦化処理後の洗浄を行ったのちに、カラーフィルタをスパッタリング装置に投入した。透明導電膜を成膜する前に、前室においてカラーフィルタ表面にプラズマ処理を施した。この時Ａｒ：２００ＳＣＣＭ導入してガス圧を０．６７Ｐａに調圧したのち、１５００Ｖの電圧をかけ３０秒間の処理を行った。

次に、大気に戻さず連続してスパッタ室にカラーフィルタを投入しＩＴＯターゲットを用いＩＴＯ膜を成膜した。この時の条件はＡｒ：４００ＳＣＣＭ、Ｏ₂ ：０．２ＳＣＣＭ導入してガス圧を０．６７Ｐａに調圧したのち、３．５Ｗ／ｃｍ² の出力をかけてＩＴＯ膜を形成した。膜厚は１５０ｎｍとした。
その後、２３０℃のオーブンにて熱処理を行い目的の特性をもったＩＴＯ膜を得た。得られたカラーフィルタは、その後の配向膜の形成工程、及び配向膜の再生工程を経ても膨潤によるクラックは発生せず良好なものであった。

液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。 図１に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 図２に示すカラーフィルタの一部分を拡大した突起の説明図である。

符号の説明

５０・・・ガラス基板
５１・・・ブラックマトリックス
５２・・・着色画素
５３・・・突起
５４・・・透明導電膜

Claims (7)

1. ガラス基板上に少なくとも、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を順次に形成するカラーフィルタの製造方法において、
   １）前記着色画素の形成後に、研磨による表面の平坦化処理を行い、
   ２）前記透明導電膜のスパッタリング法による形成は、プラズマ処理にて表面改質を行ったのちに成膜して透明導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 前記研磨に用いる研磨剤が、アルミナを主成分とする研磨剤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の製造方法。
3. ガラス基板上に少なくとも、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜を順次に形成するカラーフィルタの製造方法において、前記透明導電膜のスパッタリング法による形成は、プラズマ処理にて表面改質を行ったのちに成膜して透明導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 前記プラズマ処理が、スパッタリング装置とは異なる装置による常圧プラズマ処理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の製造方法。
5. 前記プラズマ処理が、グロー放電を用いたプラズマ処理であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載のカラーフィルタの製造方法。
6. 前記透明導電膜が、ＩＴＯ（酸化インジウムと酸化錫の混合体）であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、又は請求項５記載のカラーフィルタの製造方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のカラーフィルタの製造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィルタ

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