JP2014092701A - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラックマトリクスとカラーフィルタ用基板間の密着性を物理的に改善することで、カラーフィルタの製造歩留まりを高くすることができる製造方法を提供する。
【解決手段】カラーフィルタ用基板２１の表面を、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化し、薄膜のパターンを露光・現像処理により形成する手段を用いてカラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクス３０のパターンを形成し、ブラックマトリクスのパターンの開口部に露出したカラーフィルタ用基板の面上にＲＧＢ画素材を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ用カラーフィルタ、及び、カラーフィルタにブラックマトリクス及びＲＧＢ画素材を形成するカラーフィルタの製造方法に関する。

フラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）等が知られており、これらのディスプレイをカラー化する方法として、画素毎に赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）等からなる着色画素（ＲＧＢ画素材）を順番に繰り返し配列したカラーフィルタを作製し、各画素の明暗を制御して色の変化を表現している。

かかるカラーフィルタにおいては、コントラストや色純度の低下の原因となる、画素毎の隣接面の重なりによる色の濁りや、隣接面からの光の漏れを防止するために、カラーフィルタ用基板にブラックマトリックスが形成されている。そして、ブラックマトリックスの開口部に露出したカラーフィルタ用基板の面にＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素及びフォトスペーサーが積層される。これらとカラーフィルタ用基板との密着性が悪いと剥離事故となる。

フラットパネルディスプレイを構成するカラーフィルタは、詳しくは、特許文献１のように、ガラス基板等のカラーフィルタ用基板上に、表示コントラストを高めるために、光を遮蔽するためのブラックマトリクスが形成され、そのブラックマトリクス線パターンが形成する格子の間の開口部に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）などの各着色画素が形成され、その上層に透明導電膜が形成される。特に、そのブラックマトリクスは近年、環境問題などからパターン構成材料が従来のクロムに替わり、黒色顔料を分散させた感光性樹脂ペーストを用い、露光マスクでパターン化することによって形成する方法が多く用いられている。

近年フラットパネルディスプレイの高精細化が進み、フラットパネルディスプレイを構成するカラーフィルタにおいて、その各着色画素同士を仕切るブラックマトリクス線パターンの線幅の細線化が進み、その線幅は１０μｍ以下、特に近年では６μｍ以下が一般的になっている。今後もさらなる細線化が進む一方、線幅の公差低減も強く要求されている。

特開平１１−０５２５６４号公報

ブラックマトリクス線パターンの線幅が細線化すると、ブラックマトリクスとカラーフィルタ用基板間の密着性が低下しハガレが発生しやくすくなる問題があった。この問題を解決するために、ブラックマトリクス用の黒色の感光性樹脂組成物の組成を改善して密着性を改善したり、あるいは、黒色の感光性樹脂組成物をカラーフィルタ用基板上へ塗布して硬化させる加工条件を改善して密着性が化学的に改善されている。しかし、黒色の感光性樹脂組成物とカラーフィルタ用基板との密着性を強くしすぎると、逆に、その黒色の感光性樹脂組成物の塗膜がアルカリ現像できずにカラーフィルタ用基板上に残膜するという問題も生じる。

ここで、ブラックマトリクスとカラーフィルタ用基板間の密着性を物理的にも改善して、化学的な結合力強化手段と組み合わせて密着性を改善することで、より密着性の向上が期待できる。

本発明の課題は、上記の課題を解決することにあり、すなわち、ブラックマトリクスとカラーフィルタ用基板間の密着性を物理的に改善し、それにより、カラーフィルタの製造歩留まりを高くし製造コストを低減することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、表面の算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成されたカラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンが形成され、前記ブラックマトリクスのパターンの開口部に露出した前記カラーフィルタ用基板の面上にＲＧＢ画素材が形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、上記のカラーフィルタであって、前記表面の算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成されたカラーフィルタ用基板の面が、前記ブラックマトリクスのパターンの下にのみ形成されていることを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、カラーフィルタ用基板の表面を、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化する工程と、薄膜のパターンを露光・現像処理により形成する手段を用いて前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクスのパターンの開口部に露出した前記カラーフィルタ用基板の面上にＲＧＢ画素材を形成する工程を有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、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程が、前記カラーフィルタ用基板の面上に黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層を形成する工程と、前記黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層にパターンを露光・現像することでブラックマトリクスのパターンを形成する工程とを含む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、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程が、前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクス作成用レジストパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターン上にレジスト上ブラックマトリクス材堆積層を形成し前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンで被覆されていない前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンと前記レジスト上ブラックマトリクス材堆積層を一緒に除去する工程とを含む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、カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクス作成用レジストパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンから露出した前記カラーフィルタ用基板の表面を、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターン上にレジスト上ブラックマトリクス材堆積層を形成し前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンで被覆されていない前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンと前記レジスト上ブラックマトリクス材堆積層を一緒に除去する工程とを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明によれば、カラーフィルタ用基板の表面を、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化し、そのカラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成し、そのブラックマトリクスのパターンの開口部に露出したカラーフィルタ用基板の面上にＲＧＢ画素材を形成してカラーフィルタを製造する。

すなわち、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化したカラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスを形成するので、カラーフィルタ用基板の面とブラックマトリクスとの密着力を大きくできる効果があり、かつ、ブラックマトリクスのパターンを高い精度で形成することができる効果がある。

また、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化したカラーフィルタ用基板の露出面上にＲＧＢ画素材を形成するので、カラーフィルタ用基板の露出面上とＲＧＢ画素材との密着力を大きくできる効果がある。

（ａ）本発明の実施形態のカラーフィルタのブラックマトリクスのパターンを示す平面図である。（ｂ）同平面図のブラックマトリクスのパターンのＡ部の断面図である。 本発明の第１の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す側断面図である。 本発明の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す側断面図である。 本発明の第２の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す側断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ２０の構成を以下に説明する。ブラックマトリクス３０は、図１のように、カラーフィルタ２０の表示領域部における、幅（Ｗ）が３〜３０μｍ程度のブラックマトリクス線パターン３２と、その表示領域部の周辺に形成した額縁部３３のパターンからなる。ブラックマトリクス線パターン３２の間には開口部３１があり、その開口部３１には、後にＲＧＢ画素材５１を充填して画素部を形成してカラーフィルタ２０を仕上げる。

このブラックマトリクス３０は、例えば、ブラックマトリクス線パターン３２を、幅を５μｍに、格子状に形成し、そのブラックマトリクス線パターン３２に囲まれた開口部３１の形状を短辺２０μｍ×長辺７０μｍの長方形に形成する。そのブラックマトリクス３０の周囲のカラーフィルタ用基板２１の部分に余白部３４を設ける。

（カラーフィルタの製造方法）
以下で第１の実施形態によるＬＣＤ用のカラーフィルタ２０の製造方法を、図２と図３の断面図を参照して説明する。

（カラーフィルタ用基板）
先ず、図２（ａ）に示すように、ソーダ石灰ガラス基板、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス基板からなるカラーフィルタ用基板２１を、規定の寸法で製造する。カラーフィルタ用基板２１の板厚は０．７ｍｍを中心に０．３５ｍｍ〜１．１ｍｍのものを準備する。

（カラーフィルタ用基板の表面粗化工程）
次に、透明なガラス基板等のカラーフィルタ用基板２１の表面を粗化する。詳しくは、カラーフィルタ用基板２１を、フッ酸（ＨＦ）をフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）と組み
合わせて緩衝処理した緩衝酸化物エッチング液（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）（ＢＯＥ）に酢酸を組み合わせたエッチング液をカラーフィルタ用基板２１に吹き付けるか、またはそのＢＯＥにカラーフィルタ用基板２１を浸漬することにより、表面を微細に粗化する。このエッチング液のＨＦを緩衝処理することにより、エッチング速度を低速にして、安定させ、エッチングを良好に制御することができる。

これにより、カラーフィルタ用基板２１の表面を、ＪＩＳ−ＢＯ６０１に準拠して測定される表面粗さ（算術平均粗さＲａ（ｎｍ））を、０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成する。算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍより小さいと、カラーフィルタ用基板２１とその面上に形成するブラックマトリクス３０との密着力が弱くなるので望ましく無い。一方、算術平均粗さＲａが６ｎｍより大きくなると、カラーフィルタ用基板２１上に形成するブラックマトリクス３０のパターンの精度が悪くなるので望ましく無い。

（カラーフィルタ用基板２１の表面粗さが大きい場合に生じる問題）
カラーフィルタ用基板２１の表面粗さが大きい場合にブラックマトリクス３０のパターンの幅が細り、パターンの精度が悪くなる問題がある知見が以下の実験から得られた。

すなわち、カラーフィルタ用基板２１の表面粗さの算術平均粗さＲａを７．６ｎｍにし、その上に薄膜を形成し、その薄膜の上にフォトレジストのパターンを形成し、薄膜をエッチングしてパターンを形成する実験を行った。その結果、薄膜は１．６μｍのサイドエッチングが生じて薄膜のパターン幅が細った。このように、薄膜のパターン幅の細り量が大きいとその薄膜によって形成するパターンの精度が悪くなる問題を生じる。

次に、カラーフィルタ用基板２１の表面粗さの算術平均粗さＲａを５．８ｎｍにし、同様に、その上に形成した薄膜をエッチングした場合は、薄膜のパターン幅が細るサイドエッチング量が１．２μｍに減少した。

そのため、カラーフィルタ用基板２１の表面粗さの算術平均粗さＲａを６ｎｍ以下にすることでカラーフィルタ用基板２１の面上に形成する薄膜のパターンの幅の細り量を小さくして、それによりカラーフィルタ用基板２１の面上に形成するブラックマトリクス３０のパターンの精度を高くすることが望ましい。

（変形例１）
カラーフィルタ用基板２１の表面粗さを算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成する方法は、緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ）に酢酸を組み合わせたエッチング液を用いて表面を粗化する手法に限定されない。変形例１として、プラズマを用いたドライエッチングにより、カラーフィルタ用基板２１の表面粗さをこの算術平均粗さＲａに形成することもできる。また、微細なガラス粒子等の研磨粒を圧縮空気を用いて透明基板に吹き付けて基板表面の所望部分を粗化する微細サンドブラスト法や、ガラス粒子等の研磨粒を水等の液体を用いて吹き付ける基板表面の所望部分を粗化する液体フォーミング法等も適用できる。

（ブラックマトリクス用感光性樹脂組成物）
次に、そのカラーフィルタ用基板２１の面に、黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２を塗布する。詳しくは、ブラックマトリクス３０を形成するために黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２をカラーフィルタ用基板２１上に形成する。

その原料にする黒色の感光性樹脂組成物は、バインダ樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散剤を用いて分散させ、この分散液に、エチレン性不飽和二重結合を分子内に少なくとも１個有する化合物と、光重合開始剤と、チオール基に対してα位および／または
β位の炭素で分岐した構造を有するチオール化合物と、溶剤を添加して高感度の感光性樹脂組成物を調整する。

また、この黒色の感光性樹脂組成物には、カラーフィルタ用基板２１との密着性を高めるためにシランカップリング剤やシロキサンジアミン等の密着向上剤を適度に含有させることもできる。ただし、この密着向上剤の含有量が多いと、感光性樹脂組成物の塗膜のカラーフィルタ用基板２１との密着性が強くなりすぎ、従来の製造方法によって黒色の感光性樹脂組成物の塗膜を露光・現像しようとする場合は、その塗膜がアルカリ現像できずにカラーフィルタ用基板２１上に残膜する問題を生じるので、密着向上剤を適度に含有させる必要がある。

この黒色の感光性樹脂組成物のバインダ樹脂が光重合、又は熱重合、或は光重合及び熱重合を経て、三次元架橋されて、膜強度が優れ且つ高遮光性のブラックマトリクス３０を得ることができる。

（ブラックマトリクス用感光性樹脂層の形成工程）
カラーフィルタ用基板２１上に薄膜のパターンを露光・現像処理により形成する手段として、まず、図２（ｂ）のように、カラーフィルタ用基板２１上に、黒色の感光性樹脂組成物をスピンナー法、バーコート法、ロールコート法、カーテンコート法等を用いて均一に塗布し、乾燥して１〜３μｍ厚のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２を形成する。

乾燥は風乾、減圧乾燥、あるいはホットプレート、オーブンなどによる加熱乾燥によって行う。加熱によって乾燥するときは、１００℃以下で行うことが望ましい。この時の温度が高すぎたり、乾燥時間が長すぎると、一部重合あるいは架橋が起こり、未露光部の現像液に対する溶解性が低下し、いわゆる焼きつきを引き起こすことがあるので好ましくない。

（露光工程）
次に、図２（ｃ）のように、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２２にブラックマトリクス形成用フォトマスク１０の、フォトマスク用透明基板１１の表面に開口部用遮光パターン１２を形成したパターンを投影・露光する。それにより、ブラックマトリクス形成用フォトマスク１０を透過した光が、露光したブラックマトリクス用感光性樹脂層２２の部分に光架橋反応を起こさせる。

詳しくは、ブラックマトリクス形成用フォトマスク１０を、その開口部用遮光パターン１２の遮光膜がカラーフィルタ２０のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２から１００μｍの露光ギャップＨを隔てて対向するように配置し、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いて１００ｍＪ／ｃｍ^２の光密度の紫外線を照射する。

次に、図２（ｄ）のように、カラーフィルタ用基板２１をホットプレート４０上に載せ、温度７０℃〜１５０℃、時間１５秒〜５分の加熱処理にて酸の触媒反応を利用して、ブラックマトリクス線パターン３２の部分と、カラーフィルタ２０の周辺部の額縁部３３とのブラックマトリクス３０の部分のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２に架橋反応を起こさせる。

（ブラックマトリクス現像工程）
次に、図２（ｅ）のように、そのブラックマトリクス用感光性樹脂層２２を現像することで、架橋反応していない感光性樹脂部分２３を除去する。それにより、図１の平面図のようにカラーフィルタ用基板２１上にブラックマトリクス３０を形成する。

詳しくは、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２２にブラックマトリクス形成用フォトマスク１０のパターンを露光したカラーフィルタ用基板２１を、図２（ｅ）のように、アルカリ現像液６０の層をカラーフィルタ用基板２１の面上に形成し、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２２のうち、架橋反応していない感光性樹脂部分２３を除去する現像処理を行う。

現像液６０には、例えば、界面活性剤と、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム等の無機アルカリ溶液、トリエチルアミン等のアルキルアミン類、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド等の第４級アンモニウム塩等の混合液が適用できる

それにより、図２（ｆ）の断面図と図１の平面図のように、カラーフィルタ用基板２１上に、厚さ１〜２μｍのブラックマトリクス線パターン３２と額縁部３３から成るブラックマトリクス３０を形成する。

ここで、カラーフィルタ用基板２１の表面の表面粗さを、算術平均粗さＲａを、０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成したので、その上にブラックマトリクス３０のパターンを形成することで、カラーフィルタ用基板２１とその面上に形成するブラックマトリクス３０との密着力を大きくできる効果があり、かつ、ブラックマトリクス３０のパターンを高い精度で形成することができる効果がある。

（ＲＧＢ画素材の形成用の顔料分散樹脂）
ブラックマトリクス線パターン３２の間の開口部３１に設置する、赤色（Ｒ）着色層、緑色（Ｇ）着色層、青色（Ｂ）着色層のＲＧＢ画素材５１の形成用の顔料分散樹脂の組成は、顔料と、その顔料を分散させる熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂と感光性樹脂から成る透明樹脂の顔料担体と、光重合開始剤と、増感剤と、有機溶剤と、適宜、シランカップリング剤等の密着向上剤とを混合して顔料分散樹脂層４を構成する。

（ＲＧＢ画素形成工程）
次に、図３（ａ）のように、ブラックマトリクス線パターン３２の間の開口部３１に、赤色（Ｒ）着色層、緑色（Ｇ）着色層、青色（Ｂ）着色層のＲＧＢ画素材５１のパターンを、０．５〜３μｍ程度の厚さに形成して画素部を形成する。そのために、先ず、赤色（Ｒ）のＲ画素のパターンを形成する。これは、フォトプロセス法、例えば、顔料分散樹脂の塗布法による顔料分散樹脂層４の形成工程と、その顔料分散樹脂層４への前加熱処理（プリベーク処理）と、フォトマスクのパターン転写するパターン露光処理と、顔料分散樹脂層４の現像処理と、顔料分散樹脂層４のＲ画素への後加熱処理（ポストベーク処理）とによりＲ画素材５１を形成する。

次に、Ｒ画素の形成と同様の工程により、緑色（Ｇ）のＧ画素材５１を形成する。次に、同様の工程により、青色（Ｂ）のＢ画素材５１を形成する。以上により、カラーフィルタ用基板２１上にブラックマトリクスのパターン層１３と、その開口部３１に、ＲＧＢ画素材５１のパターンが形成される。

（焼成工程）
こうしてブラックマトリクス３０を形成し、ＲＧＢ画素材５１のパターンを形成した後、カラーフィルタ用基板２１に熱処理を施してパターンに形成した材料を硬化させる。熱処理方法としてはコンベクションオーブン、ホットプレート、ハロゲンヒータ、ＩＲオーブンによる加熱等が利用でき、特に限定されるものではない。ここで、焼成条件は、２００〜２５００Ｃで１０分〜６０分間加熱することが好ましい。

ここで、カラーフィルタ用基板２１の表面の表面粗さを、算術平均粗さＲａを、０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成したので、ブラックマトリクス線パターン３２の間の開口部３１のカラーフィルタ用基板２１上に形成したＲＧＢ画素材５１のパターンとカラーフィルタ用基板２１との密着力を大きくできる効果がある。

（透明電極形成工程）
図３（ｂ）のように、スパッタリング法を用いて、それらのパターンの上にＩＴＯ等の金属酸化物の導電性膜による透明電極５２のパターンを形成する。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ブラックマトリクス３０を形成する際に、カラーフィルタ用基板２１の表面をブラックマトリクス作成用レジストパターン２５で覆う点である。次に、その基板の上にブラックマトリクス金属膜、あるいはブラックマトリクス用黒色の感光性樹脂組成物の膜を形成した後に、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５を除去する工程を有する点が第１の実施形態と異なる。

以下で第２の実施形態のカラーフィルタ２０の製造方法を、図４の断面図を参照して説明する。

（カラーフィルタ用基板の表面粗化工程）
先ず、第１の実施形態と同様に、図４（ａ）のように、透明なガラス基板等のカラーフィルタ用基板２１の表面をＢＯＥに酢酸を組み合わせたエッチング液をカラーフィルタ用基板２１に吹き付けるか、またはそのＢＯＥにカラーフィルタ用基板２１を浸漬することにより、表面を微細に粗化する。

これにより、カラーフィルタ用基板２１の表面を、ＪＩＳ−ＢＯ６０１に準拠して測定される表面粗さ（算術平均粗さＲａ（ｎｍ））を、０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成する。

（ブラックマトリクス作成用レジストパターンの形成工程）
このカラーフィルタ用基板２１上に薄膜のパターンを露光・現像処理により形成する手段として、先ず、図４（ｂ）のように、そのカラーフィルタ用基板２１の面に、ブラックマトリクス作成用レジスト形成用感光性樹脂層２４を塗布する。

（露光・現像工程）
次に、そのブラックマトリクス作成用レジスト形成用感光性樹脂層２４に、ブラックマトリクス形成用フォトマスク１０のパターンを投影・露光し、現像することで、図４（ｃ）のように、ブラックマトリクスのネガパターンのブラックマトリクス作成用レジストパターン２５を形成する。

（ブラックマトリクス形成工程）
次に、図４（ｄ）のように、そのカラーフィルタ用基板２１の全面にスパッタリングや蒸着することで、クロム等のブラックマトリクス用の金属薄膜を形成する。それにより、カラーフィルタ用基板２１の表面のブラックマトリクス作成用レジストパターン２５で覆われていない部分にブラックマトリクス３０のパターンを形成する。また、この処理では、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５の面上には、レジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａが形成される。

（変形例２）
また、このブラックマトリクス形成工程の変形例として、ブラックマトリクスのネガパターンのブラックマトリクス作成用レジストパターン２５が形成されたカラーフィルタ用基板２１の全面に、黒色の感光性樹脂組成物をスピンナー法、バーコート法、ロールコート法、カーテンコート法等を用いて塗布する。

その塗膜を乾燥して、図４（ｄ）のように、１〜３μｍ厚のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２を形成する。乾燥は風乾、減圧乾燥、あるいはホットプレート、オーブンなどによる加熱乾燥によって行う。加熱によって乾燥するときは、１００℃以下で行うことが望ましい。

そして、そのブラックマトリクス用感光性樹脂層２２の表面に高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いて１００ｍＪ／ｃｍ^２の光密度の紫外線を照射する。

次に、カラーフィルタ用基板２１をホットプレート４０上に載せ、温度７０℃〜１５０℃、時間１５秒〜５分の加熱処理にて酸の触媒反応を利用して、ブラックマトリクス線パターン３２の部分と、カラーフィルタ２０の周辺部の額縁部３３とのブラックマトリクス３０の部分のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２に架橋反応を起こさせる。

この変形例２により、カラーフィルタ用基板２１の表面に、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２２が硬化したブラックマトリクス３０のパターンが、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５で覆われていない部分に形成される。また、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５の面上には、レジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａが形成される。

（ブラックマトリクス用感光性樹脂組成物）
変形例２で黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２を形成するために用いる、黒色の感光性樹脂組成物は、バインダ樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散剤を用いて分散させ、この分散液に、エチレン性不飽和二重結合を分子内に少なくとも１個有する化合物と、光重合開始剤と、チオール基に対してα位および／またはβ位の炭素で分岐した構造を有するチオール化合物と、溶剤を添加して高感度の感光性樹脂組成物を調整する。

（変形例３）
変形例２で用いる黒色の感光性樹脂組成物に、更に、カラーフィルタ用基板２１との密着性を高めるために、シランカップリング剤や、ビスー３一（アミノプロピル）テトラメチルシロキサンに代表されるシロキサンジアミン等の密着向上剤を添加する。これにより、変形例３で形成する黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２は、カラーフィルタ用基板２１とより強い密着強度で結合する。

変形例３で、黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２と、カラーフィルタ用基板２１との密着力を強めても、黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２のうち、ブラックマトリクス３０のパターンを形成する部分以外は、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５上のレジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａとなって、カラーフィルタ用基板２１とは接触しない。

すなわち、第２の実施形態では、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５によってブラックマトリクス３０のパターン以外のカラーフィルタ用基板２１の面を覆うので、必要な箇所以外のカラーフィルタ用基板２１の面に黒色の感光性樹脂組成物が塗布されることが無い。そして、レジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａとなった余分な黒
色の感光性樹脂組成物は、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５と一緒に容易に除去できる。すなわち、この変形例３では、黒色の感光性樹脂組成物に密着向上剤の含有量を多く添加して密着力を過度に高めても、黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層２２がカラーフィルタ用基板上に残膜せずに、良好にブラックマトリクス３０のパターンを形成することができる効果がある。

（ブラックマトリクス作成用レジストパターンの除去工程）
次に、図４（ｅ）のようにリフトオフ処理により、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５とその面上のレジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａをリフトオフ処理で除去する。これにより、図４（ｆ）のように、カラーフィルタ用基板２１の表面にブラックマトリクス３０のパターンが残る。

こうして、第１の実施形態と同様に、図１の平面図のように、カラーフィルタ用基板２１上にブラックマトリクス３０のパターンが形成されたカラーフィルタ２０を得る。

（変形例４）
ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５とその面上のレジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａを除去する方法はリフトオフ処理に限定されない。変形例４として、溶剤でブラックマトリクス作成用レジストパターン２５とその面上のレジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａを剥離して除去することも可能である。

（ＲＧＢ画素形成工程）
次に、第１の実施形態と同様にして、図３（ａ）のように、カラーフィルタ用基板２１上にブラックマトリクスのパターン層１３の開口部に、ＲＧＢ画素材５１のパターンを形成する。

（焼成工程）
次に、第１の実施形態と同様にして、カラーフィルタ用基板２１に熱処理を施してパターンに形成した材料を硬化させる。

（透明電極形成工程）
次に、第１の実施形態と同様にして、図３（ｂ）のように、それらのパターンの上にＩＴＯ等の金属酸化物の導電性膜による透明電極５２のパターンを形成する。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態として、先ず、カラーフィルタ用基板２１の表面をブラックマトリクス作成用レジストパターン２５で覆い、次に、そのブラックマトリクス作成用レジストパターン２５から露出したカラーフィルタ用基板２１の表面を、表面粗さを算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成する。その表面粗化方法として、緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ）に酢酸を組み合わせたエッチング液を用いて表面を粗化する。また、その表面粗化方法は、その方法に限定されず、例えば、プラズマを用いたドライエッチングにより、カラーフィルタ用基板２１の表面粗さをこの算術平均粗さＲａに形成しても良い。

次に、図４（ｄ）と同様にして、そのカラーフィルタ基板２１の全面にブラックマトリクス材堆積層３０ａを形成する。次に、図４（ｅ）と同様にして、リフトオフ処理により、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５とその面上のレジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａをリフトオフ処理で除去する。これにより、図４（ｆ）のように、カラーフィルタ用基板２１の表面にブラックマトリクス３０のパターンが残る。

こうして、図１の平面図のように、カラーフィルタ用基板２１上にブラックマトリクス３０のパターンが形成されたカラーフィルタ２０を得る。

次に、第１の実施形態と同様にして、図３（ａ）のように、カラーフィルタ用基板２１上にブラックマトリクスのパターン層１３の開口部に、ＲＧＢ画素材５１のパターンを形成し、更に、図３（ｂ）のように、それらのパターンの上にＩＴＯ等の金属酸化物の導電性膜による透明電極５２のパターンを形成する。

本実施形態によれば、カラーフィルタ用基板２１の表面粗さを算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成する際に、その表面に、ごく稀に、その粗さの範囲から逸脱して可視光線の波長の１０分の１の４０ｎｍ以上の粗さの傷が付いて、カラーフィルタ用基板２１の表面の光学特性を損なう事があっても、以下のように、問題を生じない効果がある。すなわち、ＲＧＢ画素材５１のパターンを形成する部分のカラーフィルタ用基板２１の表面が、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５で保護されて粗化されないので、表面粗化処理においてごく稀に生じ得る４０ｎｍ以上の粗さの傷がＲＧＢ画素材５１の部分に生じず、カラーフィルタ２０の光学特性が損なわれることが無い効果がある。

先ず、厚さ０．７ｍｍの無アルカリアルミノ硼珪酸ガラス基板から成るカラーフィルタ用基板２１を用意した。そして、体積％が４９ｖｏｌ％のフッ酸（ＨＦ）を１部に対して、体積％が４０ｖｏｌ％のフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）の３部を組み合わせて緩衝処理した緩衝酸化物エッチング液（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）（ＢＯＥ）の体積％を２５％にし、残りの７５％の体積％に９９ｖｏｌ％の酢酸を混合し、温度を２０℃に保ったエッチング液を用意した。次に、そのカラーフィルタ用基板２１をそのエッチング液に所定の時間浸漬することにより、カラーフィルタ用基板２１の表面を微細に粗化した。

＜実施例１＞
このエッチング液に、カラーフィルタ用基板２１を１０秒間浸漬した。そのカラーフィルタ用基板２１の表面粗さをＪＩＳ−ＢＯ６０１に準拠して測定した結果、その算術平均粗さＲａが、０．４５ｎｍであった。

この表面粗さのカラーフィルタ用基板２１の表面に、ブラックマトリクス作成用レジスト形成用感光性樹脂層２４を塗布する。

次に、そのブラックマトリクス作成用レジスト形成用感光性樹脂層２４に、ブラックマトリクス形成用フォトマスク１０のパターンを投影・露光し、現像することで、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクスのネガパターンのブラックマトリクス作成用レジストパターン２５を形成する。

次に、そのブラックマトリクス作成用レジストパターン２５の上から、カラーフィルタ用基板２１の全面に、バインダ樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散剤を用いて分散させ、この分散液に、エチレン性不飽和二重結合を分子内に少なくとも１個有する化合物と、光重合開始剤と、チオール基に対してα位および／またはβ位の炭素で分岐した構造を有するチオール化合物と、溶剤を添加した黒色の感光性樹脂組成物を塗布する。そしてその上から紫外線を露光した上で、加熱処理して、ブラックマトリクス線パターン３２の部分に架橋反応を起こさせる。

次に、図４（ｅ）のようにリフトオフ処理により、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５とその面上のレジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａを除去する。これにより、カラーフィルタ用基板２１の表面に、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクス３０のパターンを残した。

（密着性評価）
このブラックマトリクス３０の密着性の評価として、カラーフィルタ用基板２１の表面に、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクス３０のパターンが形成できていてブラックマトリクス３０のハガレが無いかどうかを光学顕微鏡で目視にて観察した。その結果、ブラックマトリクス３０のパターンのハガレが無く良好な結果を得た。

＜実施例２＞
実施例１と同じエッチング液に、カラーフィルタ用基板２１を６０秒間浸漬した。そのカラーフィルタ用基板２１の表面粗さを測定した結果、その算術平均粗さＲａが、２．２５ｎｍであった。

この表面粗さのカラーフィルタ用基板２１の表面に、実施例１と同様にして、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクス３０のパターンを形成した。

（密着性評価）
このブラックマトリクス３０のパターンの密着性を評価した結果、カラーフィルタ用基板２１の表面に、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクス３０のパターンが形成できていて、ブラックマトリクス３０のハガレが無く良好な結果を得た。

＜実施例３＞
最初に、厚さ０．７ｍｍの無アルカリアルミノ硼珪酸ガラス基板から成るカラーフィルタ用基板２１の表面に、ブラックマトリクス作成用レジスト形成用感光性樹脂層２４を塗布した。

次に、そのブラックマトリクス作成用レジスト形成用感光性樹脂層２４に、ブラックマトリクス形成用フォトマスク１０のパターンを投影・露光し、現像することで、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクスのネガパターンのブラックマトリクス作成用レジストパターン２５を形成した。

次に、そのブラックマトリクスのネガパターンのブラックマトリクス作成用レジストパターン２５からブラックアマトリクスの位置のカラーフィルタ用基板２１の面が露出した基板を、実施例１と同じエッチング液に６０秒間浸漬することにより、ブラックアマトリクスの位置のカラーフィルタ用基板２１の表面を微細に粗化した。

このカラーフィルタ用基板２１のブラックアマトリクスの位置の表面粗さをＪＩＳ−ＢＯ６０１に準拠して測定した結果、その算術平均粗さＲａが、２．２５ｎｍであった。

次に、その基板の全面に、バインダ樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散剤を用いて分散させ、この分散液に、エチレン性不飽和二重結合を分子内に少なくとも１個有する化合物と、光重合開始剤と、チオール基に対してα位および／またはβ位の炭素で分岐した構造を有するチオール化合物と、溶剤を添加した黒色の感光性樹脂組成物を塗布した。そしてその上から紫外線を露光した上で、加熱処理して、ブラックマトリクス線パターン３２の部分に架橋反応を起こさせた。

次に、図４（ｅ）のようにリフトオフ処理により、ブラックマトリクス作成用レジストパターン２５とその面上のレジスト上ブラックマトリクス材堆積層３０ａを除去する。これにより、カラーフィルタ用基板２１の表面に、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクス３０のパターンを残した。

（密着性評価）
このブラックマトリクス３０のパターンの密着性を評価した結果、カラーフィルタ用基板２１の表面に、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクス３０のパターンが形成できていて、ブラックマトリクス３０のハガレが無く良好な結果を得た。

＜比較例１＞
比較例１として、エッチング液による表面粗化処理を行わないカラーフィルタ用基板２１を用意した。そのカラーフィルタ用基板２１の表面粗さを測定すると、算術平均粗さＲａが、０．１５ｎｍであった。

この表面粗さのカラーフィルタ用基板２１の表面に、実施例１と同様にして、ライン幅／スペース幅＝５μｍ／４５μｍのブラックマトリクス３０のパターンを形成した。

（密着性評価）
このブラックマトリクス３０のパターンの密着性を評価した結果、カラーフィルタ用基板２１の表面のブラックマトリクス３０に、ハガレが発生した。

１０・・・ブラックマトリクス形成用フォトマスク
１１・・・フォトマスク用透明基板
１２・・・開口部用遮光パターン
２０・・・カラーフィルタ
２１・・・カラーフィルタ用基板
２２・・・ブラックマトリクス用感光性樹脂層
２３・・・架橋反応していない感光性樹脂部分
２４・・・ブラックマトリクス作成用レジスト形成用感光性樹脂層
２５・・・ブラックマトリクス作成用レジストパターン
３０・・・ブラックマトリクス
３０ａ・・・レジスト上ブラックマトリクス材堆積層
３１・・・開口部
３２・・・ブラックマトリクス線パターン
３３・・・額縁部
３４・・・余白部
４０・・・ホットプレート
５１・・・ＲＧＢ画素材
５２・・・透明電極
６０・・・現像液
Ｈ・・・露光ギャップ

Claims (6)

1. 表面の算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成されたカラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンが形成され、前記ブラックマトリクスのパターンの開口部に露出した前記カラーフィルタ用基板の面上にＲＧＢ画素材が形成されたことを特徴とするカラーフィルタ。
2. 請求項１記載のカラーフィルタであって、前記表面の算術平均粗さＲａが０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に形成されたカラーフィルタ用基板の面が、前記ブラックマトリクスのパターンの下にのみ形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。
3. カラーフィルタ用基板の表面を、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化する工程と、薄膜のパターンを露光・現像処理により形成する手段を用いて前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクスのパターンの開口部に露出した前記カラーフィルタ用基板の面上にＲＧＢ画素材を形成する工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 請求項３記載のカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程が、前記カラーフィルタ用基板の面上に黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層を形成する工程と、前記黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂層にパターンを露光・現像することでブラックマトリクスのパターンを形成する工程とを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
5. 請求項３記載のカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程が、前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクス作成用レジストパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターン上にレジスト上ブラックマトリクス材堆積層を形成し前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンで被覆されていない前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンと前記レジスト上ブラックマトリクス材堆積層を一緒に除去する工程とを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
6. カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクス作成用レジストパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンから露出した前記カラーフィルタ用基板の表面を、算術平均粗さＲａを０．４５ｎｍ以上６ｎｍ以下に粗化する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターン上にレジスト上ブラックマトリクス材堆積層を形成し前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンで被覆されていない前記カラーフィルタ用基板の面上にブラックマトリクスのパターンを形成する工程と、前記ブラックマトリクス作成用レジストパターンと前記レジスト上ブラックマトリクス材堆積層を一緒に除去する工程とを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。

Images