JP2575497B2

JP2575497B2 - カラーフィルタの製造方法

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Publication number: JP2575497B2
Application number: JP14632889A
Authority: JP
Inventors: 敏明高松; 伸一小川; 典夫橋本; 雅勇吉川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH0311301A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、たとえば透光性基板上に赤、緑および青の
カラーモザイクパターンを形成したカラー液晶表示装置
などに好適に実施することができるカラーフィルタの製
造方法に関する。

従来の技術液晶を用いたカラー表示の方式として種々のものが提
案されているが、その中で液晶パネルの内面にカラーフ
ィルタ層を形成したカラー液晶表示装置は、ガラス厚に
起因するカラーフィルタパターンと表示電極パターンと
のずれがなく、良好な表示品位が得られるという特徴を
有する。

カラーフィルタ層すなわち着色膜の形成の具体的な方
法として、第１にはカラーインクをスクリーン印刷法あ
るいはオフセット印刷法などにより印刷する方法（特開
昭58−46326号）があり、第２には感光性を付加したゼ
ラチン、グリュー、カゼインなどの水溶性高分子膜をパ
ターン化しさらにホトプロセスによって選択的に所定の
パターンに染色する方法（内田:Proc.Japan Display 8
3,P202〜205）がある。さらに、第３には有機顔料を所
定のパターンに蒸着する方法（スガタ他、Proc.Japan D
isply '83,P210〜212）があり、また、第４には電着法
により透明電極上にポリマーと色素を付着させたカラー
フィルタを形成する方法（岩佐、安川他:Proc.SID,Vol
28,1987,P115〜121）がある。

第１のスクリーン印刷あるいはオフセット印刷などの
印刷法では、工程が簡単でありかつ価格的に有利である
が、半田、印刷精度が数十μｍ程度であり、カラー液晶
表示装置に要求される非常に微細なパターン（たとえば
100μｍ程度までのドットのピッチ）に対してこの方法
を適用することは困難である。

第２のゼラチンなどの水溶性高分子膜を酸性染料など
で染色する方法では、色純度の優れたカラーフィルタが
得られ、また、微細なパターンからなるカラーフィルタ
を作製することが可能である。しかしながらこの方法
は、染料を用いているということから耐熱性および耐光
性の点で問題が残る。

第３の有機顔料を蒸着により形成する方法では、ホト
レジストでマスキングした後、その開口部に顔料を蒸着
し、この方法ではカラーフィルタとして良好な顔料が見
当たらず、色純度の優れたカラーフィルタはこれまでの
ところ得られていない。

第４の電着法によりカラーフィルタを形成する方法で
は、顔料をポリエステル−メラミン樹脂水溶液に分散さ
せ、対向する電極間に直流電圧を印加すると、上記樹脂
が一方向に引き寄せられ、それに伴い顔料も引っ張られ
電極上に付着する。この方法は、プロセスが比較的簡単
であり、また顔料を使用していることから、耐熱性、耐
光性の点で優れているというメリットがある。しかしな
がら今後、電極幅が非常に細かくなり、かつ、基板が大
きくなると、電極抵抗が増大し、電極の先端部では電圧
がかかりにくく、電着むらが発生するという問題があ
る。

また、この第４の方法では、第４図に示すような絵素
電極１がいわゆるデルタ配列された構成においては、絵
素間のつなぎ電極２が非常に細かくなり、電極抵抗が増
大し、電着むらが発生し易い。

このような問題を解決するための電着法によるカラー
フィルタを形成する第５の方法は、たとえば特開昭61−
272720および特開昭61−281220などに開示されている。
この第５の方法を、第５図を参照して説明する。第５図
（ａ）で示されるようにガラス基板上には透明電極４が
全面にわたって形成されている。この透明電極４上にホ
トレジスト層３を形成し、そのホトレジスト層３をマス
クとして、第５図（ｂ）で示されるように電着法によっ
て第１の着色膜６を形成する。次に第５図（ｃ）で示さ
れるようにしてもう１つのホトレジスト層3aを用いて第
２の着色膜７を電着法によって形成する。その後、第５
図（ｄ）で示すようにホトレジスト層3aを除去し、第５
図（ｅ）で示すように第３着色膜８を電着法によって形
成する。

発明が解決すべき課題このような第５図に示される電着法を用いて第１〜第
３着色膜6,7,8を形成する方法では、ホトレジスト層3,3
aでマスキングすることから、カラーモザイクである着
色膜6,7,8の形状および配列が自由に選べるという利点
はあるが、カラーモザイク間の隙間については配慮がな
されていない。そのため着色膜6,7,8による絵素の隙間
からは赤、緑、青のうち、いずれかの光が漏れてくるこ
とになり、この光の漏れが表示コントラストに大きく影
響を与えている。特に、ノーマリホワイト方式において
は、絵素の隙間から漏れてくる光によって、液晶パネル
に充分に電圧を加えても真黒にならず、そのため表示コ
ントラストが低下するという問題がある。

発明が解決すべき課題本発明は、複数の着色膜の隙間をなくして、表示コン
トラストを向上することができるカラーフィルタの製造
方法を提供することである。

課題を解決するための手段本発明は、第１、第２および第３着色膜12,13,14を、
黒色の遮光膜27,28,29をそれぞれ介して、この順序で隣
接して形成するカラーフィルタの製造方法において、基板上に形成された透明電極上に、感光性樹脂を塗布
し、ホトプロセスによって第１着色膜12、ならびに第２
および第３着色膜13,14間の黒色遮光膜28に対応する領
域に、選択的に開口を形成し、これらの開口に電着法に
よって第１着色膜12を形成するとともに、第２および第
３着色膜13,14間の黒色遮光膜28に対応する領域に、補
助着色膜12aを形成する第１ステップと、次にホトプロセスによって、第３着色膜14に対応する
領域に感光性樹脂20を塗布したまま選択的に残すととも
に、第２着色膜13、ならびに第１および第２着色膜12,1
3間の黒色遮光膜29に対応する領域にある透明電極を露
出させ、この露出した透明電極上に電着法によって第２
着色膜13を形成する第２ステップと、その後、第２ステップの感光性樹脂20を除去し、感光
性樹脂の中に、第１着色膜12の光透過率の大きい波長帯
域で光透過率が小さく、これによって遮光される分光特
性を有する着色顔料を分散させた材料を、ホトプロセス
によって（ａ）第３着色膜14に対応する領域と、（ｂ）
第１着色膜12の第３着色膜14との間の黒色遮光膜27に対
応する領域と、（ｃ）補助着色膜12aの上と、（ｄ）第
１着色膜12の週縁部と第２着色膜13の周縁部とにわたる
黒色遮光膜29に対応する領域とに、選択的に形成する第
３ステップ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。

作用本発明に従えば、第１着色膜12を、ホトプロセスによ
って選択的に開口した領域に電着法によって形成し、こ
のとき第２および第３着色膜13,14間の黒色遮光膜28に
対応する領域にも、同様に補助着色膜12aを形成し、次
に第３着色膜14に対応する領域にはホトプロセスによっ
て感光性樹脂20を塗布したまま選択的に残しておき、か
つ第２着色膜13ならびに第１および第２着色膜12,13間
の黒色遮光膜29に対応する領域にある透明電極を露出さ
せて電着法によって第２着色膜13を形成し、その後、ホ
トプロセスによって、感光性樹脂の中に着色顔料を分散
させた材料を選択的に形成して第３着色膜14を形成する
ようにし、このようにしてホトプロセスを用いることに
よって、高精度の位置決めを行って第１、第２および第
３着色膜12,13,14を形成することができる。

さらに本発明に従えば、補助着色膜12a上には、第３
ステップにおける前記材料が重ねられて形成されるの
で、第２および第３着色膜13および14間の黒色遮光膜28
もまた、高い精度で形成することができる。

さらに本発明に従えば、第１着色膜12の第３着色膜14
との間の黒色遮光膜27に対応する領域にも、前記材料が
ホトプロセスによって形成され、こうして黒色遮光膜27
を高精度で形成することができる。

さらに本発明に従えば、第１着色膜12の周縁部と第２
着色膜13の周縁部とにわたって前記材料を形成して黒色
遮光膜29を高精度で形成するとができる。

またこの材料は、感光性樹脂の中に着色顔料が分散さ
せた組成を有し、したがって第３着色膜14の形成ととも
に、黒色遮光膜27,28,29を同時に行うことができる。

さらに本発明に従えば、着色顔料は、たとえば赤など
の第１着色膜12の光透過率の大きい波長領域で光透過率
が小さい分光特性を有し、この着色顔料はたとえば青色
であり、こうして後述の第３図に示されるように、これ
らの第１および第３着色膜12,13によって遮光される波
長領域が可視光の全範囲にわたることが可能となり、こ
れによって黒の遮光膜27,28,29において光を確実に遮光
することができる。こうして光が漏れることができる。
こうして光が漏れることがなく、表示コストラストの向
上を図ることができる。

実施例第１図は本発明の一実施例を示し、その第１図（１）
は断面図であり、第１図（２）は平面図である。カラー
液晶表示装置を構成する透明なガラス基板10の一表面に
全面にわたって透明電極11が形成される。この透明電極
11は、インジウム錫酸化物（略称ITO）が形成される。
この透明電極11上に、赤の第１着色膜12,12aと、緑の第
２着色膜13と、青の第３着色膜14,14aが形成される。第
１図（２）では、これらの着色膜12,13,14による正方形
のカラーモザイクパターン以外の領域を斜線で示す。

このようなカラーフィルタを製造するための手順を、
第２図を参照して説明する。

第２図（１）に示されるようにガラス基板10上の全面
に透明電極11が形成され、その上にホトレジスト層16を
塗布する。このホトレジスト層16は、たとえば商品名OF
PR−800（東京応化社製）などである。そこで第２図
（２）で示すようにマスク17と、光源18とを用いて、露
光を行い、次に第２図（３）で示されるようにしてホト
レジスト層16による第１着色膜12が形成されるべき領域
である開口部19を形成する。

次に電着法により第２図（４）のようにホトレジスト
層16の開口部19に第１の着色膜12を形成する（第１図を
も参照）。電着法には、使用する高分子樹脂の種類によ
って、アニオン型とカチオン型の２つのタイプがある。
絵素電極には、普通ITO等の透明電極11が用いられてお
り、カチオン型の高分子樹脂を用いる場合、高分子樹脂
に添加される中和剤（一般には酸性化合物）により、IT
Oの透明電極11の表面が電着により変質し、黒褐色の抵
抗値の高い不透明な材料に還元される。そこで本件実施
例で用いる高分子樹脂は、アニオン型の高分子樹脂であ
り、末端にカルボキシ基が多く存在する。電着液中に電
着する第２図（３）のような構造を有する基板10と、対
向基板を浸漬し、透明電極11と対向基板間に電圧を印加
すると、水溶液中で解離しているカルボキシルアニオン
（Ｒ・COO^-）が陽極に引き寄せられ、開口部19から露出
している電極11上に析出する。Ｒは、反応基を示す。す
なわち、電極11である陽極上では次式に示す反応が起こ
り、高分子物質の析出が見られる。

2H₂O4H⁺＋O₂↑＋4e^- Ｒ・COO^-＋H⁺→Ｒ・COOH（析出）ここで高分子水溶液中に顔料を微粒子化し、分散さ
せ、電着により着色された高分子膜である第１着色膜12
を電極11上に形成することができる。

ここで電着液としては、下記の組成（ａ），（ｂ）か
ら成る。

（ａ）水溶液ポリエステル樹脂と、水溶液メラミン樹脂
を、60％、（ｂ）ブチルセロソルブと、イソプロピルアルコールと
を、40％混合する。

さらに顔料をエチレングリコール中に分散させたの
ち、下記の重量比によって上記電着液と水とを混合す
る。赤色顔料として、カドミウムレッド（セレン化カド
ミウム）や有機赤（トルイジンやリソールのようなコー
ルタール誘導体が用いられる。

この混合物は、次に示す重量比を有する。

上記電着液 10重量部水 120重量部エチレングリコール 20重量部赤色顔料２重量部混合電着液内に、電着する基板10と対向基板を浸漬
し、電着を行う。ここで電着条件として設定電圧60V、
電着時間10secである。

こうして第１着色膜12が形成された後、ホトレジスト
層16を剥離し、基板10の洗浄を行なって第２図（５）で
示す状態とし、次に200℃で焼成し、着色膜12を硬化さ
せる。

この第１着色膜12の形成と同時に、第２および第３着
色膜13,14間の黒色遮光膜28に対応する領域に、補助的
な着色膜12aも同時に形成する。

次に第２着色膜13を形成するために、第２図（６）〜
第２図（９）のステップが行われる。まず第２図（６）
で示されるように、第１着色膜12が形成された透明電極
11上に、前述と同様なホトレジスト20を塗布し、マスク
21と光源22とを用いて露光し、第２図（７）で示すよう
にそのホトレジスト層20の一部を、第３着色膜14に対応
する領域で残してパターン化を行う。その後第２図
（８）で示されるように電着法によって第１着色膜12お
よびホトレジスト層20から露出している第１着色膜12の
部分12aの間に、第２図（８）で示されるように第２の
着色膜13を電着法によって形成する。

電着液組成については、前記と同様であり、ここで緑
色顔料として、有機顔料（フタロシアニン）、クロムグ
リーン（クロムイエローとプルシャンブルー混合物）が
用いられる。電着条件としては、前記同様、設定電圧60
V、時間10secで行う。ここで第１の着色膜12は、絶縁膜
となっており、該電着膜12上には電着されない。電着
後、第２図（９）のようにホトレジスト層20を剥離し、
基板10の洗浄後焼成する。

最後に第３の着色膜の形成を行う。このプロセスで
は、電着法の代わりに透明な感光性樹脂の中に着色顔料
を分散させたカラーレジスト材料を採用する。カラーレ
ジスト材料としては、富士ハントエレクトロニクス社よ
り入手した着色カラーレジストを、第１、第２の着色膜
12,13が形成された基板10上に第２図（10）のようにし
て塗布し、プリベークを行った後、酸素遮断のためにオ
ーバーコート材24を塗布し、プリベークを行う。

その後、第２図（11）のようにマスク25と光源26を用
いてカラーレジスト材料の露光、現像を行い、第２図
（12）のようにして、200℃で焼成を行う。

ここで第１着色膜12の一部12aに第３着色膜14の一部
が積層する。これによって第１着色膜12の外周縁部上に
第３着色膜14が部分的に重なる。第１着色膜12の光透過
率は波長に依存して第３図の参照符l1で示すとおりであ
り、また第３着色層14の光透過率は参照符l2で示すとお
りである。したがってこれらの着色層12,14を部分的に
重ねて、分光特性を重ね合わすことによって、第１およ
び第３着色膜12,14には参照符27で示すように隙間が生
じることはなく、黒の遮光膜が形成される。また第１着
色膜12の一部12aと第３着色膜14とが部分的に重って遮
光膜28が形成され、さらにまた第１および第２着色膜1
2,13の境界付近に第３着色膜14の一部14aが重って遮光
膜29が形成される。こうして絵素の周辺に黒の遮光膜2
7,28,29が形成されて、光の漏れが防がれ、表示コント
ラストの向上を図ることができる。赤、緑、青のカラー
モザイクの配列、および形状を自由に選ぶことができ、
大型基板についても着色むらのない均一な特性のカラー
フィルタが実現できる。

また赤、緑、青から成るカラーフィルタのうち、赤と
青の２色を重ね合わせることにより、カラーモザイクの
周辺に遮光膜を形成し、表示コントラスト低下を防止す
ることができる。

すなわち、ホトプロセスにより、着色膜を形成するこ
とから、第２、第３の着色膜13,14形成時のパターンず
れがほとんどなく寸法精度が優れている。さらに、従来
のカラーフィルタでは、遮光膜形成用に新たにプロセス
が増大することなく、電着法およびホトプロセスによる
カラーレジスト材料を併用し、さらにマスク形状を工夫
することにより、モザイクパターンの周辺で光の漏れを
防止でき、性能の優れた遮光膜27,28,29を形成すること
ができる。従来のプロセスを簡略化できることから、歩
留の向上、コストの低減が可能となり、かつ、遮光膜の
形成により、表示コントラストの改善が図られる。

本発明によれば、４以上の着色膜を形成するために、
本発明を実施することができ、透明または透光性の電極
は、電着法によって形成されるべき着色膜の位置にのみ
形成されていてもよく、このような変更もまた、本発明
の精神に含まれる。

発明の効果本発明によれば、第１ステップにおいてホトプロセス
によって第１着色膜12と補助直色膜12aとを、透明電極
上で選択的に開口して電着法によって形成し、また第２
ステップでは、ホトプロセスによって、第３着色膜14に
対応する領域を感光性樹脂20で覆ったままで、第２着色
膜13に対応する領域にある透明電極を露出させるととも
に、第１および第２着色膜12,13間の黒色遮光膜29に対
応する領域にある透明電極を露出させ、電着法によって
第２着色膜13を形成し、さらに第３ステップでは、ホト
プロセスによって、感光性樹脂の中に着色顔料を分散さ
せた材料を塗布するようにして第３着色膜14を形成する
ので、高精度で第１〜第３着色膜12,13,14を形成するこ
とができ、さらにそれらの間の黒色遮光膜27,28,29を高
精度で形成することができる。

さらに本発明によれば、前記材料は、感光性樹脂の中
に着色顔料を分散させた組成を有し、したがって第３着
色膜14の形成とパターン化とを同時に行うことができ、
作業が単純化されるという優れた効果が達成される。

さらにこの材料は、第１および第３着色膜14との間の
黒色遮光膜27を形成するために、また補助着色膜12a上
に設けて第２および第３着色膜13,14間の黒色遮光膜28
を形成するために、さらに第１および第２着色膜12,13
の周縁部とにわたって黒色遮光膜29を形成するために用
いられ、作業が効率よく行われ、カラーフィルタの製造
を単純化することができるという優れた効果もまた、達
成される。

さらに本発明によれば、前記着色顔料は、第１着色膜
12の光透過率の大きい波長領域で光透過率が小さく、こ
うして可視光の全ての波長帯域で遮光される分光特性を
得ることができ、いわゆるブラックマトリクスなどの黒
色遮光膜27,28,29の光の遮光を確実に行うことができ、
このことによってもまた、表示コントラストの向上を図
ることができるようになる。

また本発明によれば、第１〜第３着色膜12,13,14の間
で光が漏れることが生じず、このことによってもまた表
示コントラストを向上し、表示品質を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は本
発明に従うカラーフィルタの製造工程を示す断面図、第
３図は第１および第３着色膜の光透過率を示す図、第４
図は先行技術の簡略化した平面図、第５図は他の先行技
術の製造工程を示す断面図である。 10……ガラス基板、11……透明電極、12……第１着色
膜、13……第２着色膜、14……第３着色膜、16,20……
ホトレジスト層、30……カラーレジスト材料、24……酸
素遮断用オーバーコート材、27,28,29……遮光膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉川雅勇大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開昭61−281220（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−85418（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−79402（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１、第２および第３着色膜12,13,14を、
黒色の遮光膜27,28,29をそれぞれ介して、この順序で隣
接して形成するカラーフィルタの製造方法において、基板上に形成された透明電極上に、感光性樹脂を塗布
し、ホトプロセスによって第１着色膜12、ならびに第２
および第３着色膜13,14間の黒色遮光膜28に対応する領
域に、選択的に開口を形成し、これらの開口に電着法に
よって第１着色膜12を形成するとともに、第２および第
３着色膜13,14間の黒色遮光膜28に対応する領域に、補
助着色膜12aを形成する第１ステップと、次にホトプロセスによって、第３着色膜14に対応する領
域に感光性樹脂20を塗布したまま選択的に残すととも
に、第２着色膜13、ならびに第１および第２着色膜12,1
3間の黒色遮光膜29に対応する領域にある透明電極を露
出させ、この露出した透明電極上に電着法によって第２
着色膜13を形成する第２ステップと、その後、第２ステップの感光性樹脂20を除去し、感光性
樹脂の中に、第１着色膜12の光透過率の大きい波長帯域
で光透過率が小さく、これによって遮光される分光特性
を有する着色顔料を分散させた材料を、ホトプロセスに
よって（ａ）第３着色膜14に対応する領域と、（ｂ）第
１着色膜12の第３着色膜14との間の黒色遮光膜27に対応
する領域と、（ｃ）補助着色膜12aの上と、（ｄ）第１
着色膜12の週縁部と第２着色膜13の周縁部とにわたる黒
色遮光膜29に対応する領域とに、選択的に形成する第３
ステップとを含むことを特徴とするカラーフィルタの製
造方法。