JP2620354B2 - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、液晶ディスプレイなどの各種表示装置に
用いられ、高コントラストを有する画像を表示すること
のできるカラーフィルターの製造方法に関するものであ
る。

背景技術 従来、高コントラストの画像を得るには、カラーフィ
ルターに画素と画素との間隔を埋めるための遮光性を有
するブラックマスクを形成することが良好であるとされ
てきた。このブラックマスクを形成するには、黒色の有
機着色材を用いて構成する方法と、金属薄膜を用いて構
成する方法とがある。しかし、前者の方法は、遮光性の
点において充分満足できるものではないので、後者の方
法がより良好である。

金属薄膜を用いて構成されたブラックマスクを有する
カラーフィルターを製造する方法としては、ガラスなど
の透明基板にあらかじめエッチング可能なITOなどの導
電膜を形成し、次にこの導電膜をブラックマスクの形状
にエッチングなどによりパターン化し、その上にニッケ
ルなどの金属にて無電解メッキを施してブラックマスク
を形成し、その後カラーパターンを積層して製造する方
法があった。

また、他の製造方法としては、透明基板上にクロムな
どの金属をスパッタリングで薄膜状に形成したのちエッ
チングを行ってパターン化してブラックマスクを形成
し、その後カラーパターンを積層する方法や、透明基板
上にブラックマスクを必要としない部分にレジストを形
成したのち金属をスパッタリングで薄膜状に形成し、次
いでレジストを除去してブラックマスクを形成し、その
後カラーパターンを積層する方法があった。

しかし、このような方法によって得られたカラーフィ
ルターでは、ブラックマスクである金属薄膜パターンが
透明基板に直接または導電膜を介して形成されているた
め、金属薄膜によって鏡面が形成されることになる。表
示装置にこのカラーフィルターを組み込んだ場合、表示
される画像は目視する角度によっては金属反射が生じて
非常に目障りなものである。

また、スパッタリングでクロムなどの金属層を形成す
る方法の改善法として、２層低反射クロム層を形成する
方法が検討された。しかし、この２層低反射クロム層を
形成するには非常に高温で処理を行うため、透明基板で
あるガラス板にソリが発生し、またその加工を行うこと
は非常に高価であるので、カラーフィルター用としては
不適当なものである。

この発明は以上のような欠点を解消し、高コントラス
トを有する画像を表示することのできるカラーフィルタ
ーの製造方法を得ることを目的とする。

発明の開示 すなわち、この発明のカラーフィルターの製造方法
は、透明基板上に活性膜層を形成し、この活性膜層に染
料を染着させてカラーパターンを形成し、活性膜層上の
ブラックマスクを必要としない部分にレジスト層を形成
し、次に活性膜層に触媒液を接触させて活性膜層に触媒
液を吸着させ、次に無電解メッキを行ってレジスト層と
は逆パターンの金属薄膜パターンを形成し、レジスト層
を除去するように構成したものであるので、高コントラ
ストを有する画像を表示することのできるカラーフィル
ターを容易に製造することができる。

また、この発明の他のカラーフィルターの製造方法
は、透明基板上に活性膜層を形成し、この活性膜層に染
料を染着させてカラーパターンを形成し、次に活性膜層
に触媒液を接触させて活性膜層に触媒液を吸着させ、無
電解メッキを行って活性膜層上に金属薄膜層を形成し、
次に金属薄膜層上のブラックマスクを必要とする部分に
レジスト層を形成し、金属薄膜層のエッチングを行って
金属薄膜パターンを形成し、レジスト層を除去するよう
に構成したものであるので、高コントラストを有する画
像を表示することのできるカラーフィルターを容易に製
造することができる。

また、この発明の他のカラーフィルターの製造方法
は、透明基板上に活性膜層を形成し、この活性膜層に染
料を染着させてカラーパターンを形成し、活性膜層上の
ブラックマスクを必要としない部分にレジスト層を形成
し、次に活性膜層に触媒液を接触させて活性膜層に触媒
液を吸着させ、レジスト層を除去し、無電解メッキを行
って金属薄膜パターンを形成するように構成したもので
あるので、高コントラストを有する画像を表示すること
のできるカラーフィルターを容易に製造することができ
る。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明のカラーフィルターの製造方法によ
り製造されたカラーフィルターの一実施例を示す断面図
である。第２図はこの発明のカラーフィルターの製造方
法により製造されたカラーフィルターの他の実施例を示
す断面図である。第３図はこの発明のカラーフィルター
の製造工程を示す断面図である。第４図、第５図はこの
発明のカラーフィルターの他の製造工程を示す断面図で
ある。なお、図面は図示を明瞭にするために、構成要素
の相対的寸法関係を無視して誇張して描いてある。

発明を実施するための最良の形態 図面を用いてこの発明をさらに詳しく説明する。

透明基板１としては、一般に液晶表示装置に用いられ
るものでよく、通常はガラス板または合成樹脂板を用い
ることができる。

この透明基板１上に、活性アルミナや活性シリカなど
の金属酸化物による活性膜層２を形成する（第３図ａ参
照）。活性膜層２としては、活性アルミナ（χ−Al₂O₃
・nH₂O、γ−Al₂O₃・nH₂O、η−Al₂O₃・nH₂O、δ−Al₂O
₃・nH₂O）、活性シリカ（SiO₂・nH₂O）などを用いる。
透明基板１の表面に活性膜層２を形成するには、活性ア
ルミナまたは活性シリカの例をあげて述べると、まずア
ルミナコロイドまたはシリカコロイドの単体あるいは混
合物を透明基板１の表面に塗布する。塗布法としては、
スプレー法、ディッピング法、バーコート法、スクリー
ン印刷法などの方法が適用できる。乾燥後350〜850℃に
て10〜180分間焼成する。このようにして形成された活
性膜層２は透明であり、かつ表面に数nm〜100nm程度の
大きさの多数の微細孔を有しており、またその表面粗さ
は0.1μｍ以下にすることができる。したがって、活性
膜層２の表面は平滑であり、かつ高い吸着能を有するも
のであり、この微細孔が染料の染着孔として機能する。
なお、活性膜層２はその透明性・表面硬度・染料受容性
などを考慮すると、その層厚は0.5〜10μｍ、好ましく
は1.5〜5.0μｍのものが望ましい。これは活性膜層２の
層厚が上記より大きくなると活性膜層２が白化して不透
明となったり、またクラックが発生しやすく、また反対
に層厚が小さくなると活性膜層２の染料受容性が減少
し、十分な染着濃度が得られなくなるためである。

次に、透明基板１上に形成された活性膜層２に染料を
吸着させ、カラーパターンを形成する（第３図ｂ参
照）。染料としては、昇華性染料や熱溶融蒸気化する染
料などを用いることができる。具体的には分散染料、金
属を含まない油溶性染料もしくはカチオン染料などの単
独あるいは混合物を用いる。

染料を微細孔に染着させカラーパターンを形成するに
は、染料を含有するインキを用いて染料が微細孔中に熱
移行するような温度で加熱する。加熱条件は染料の種類
によって異なるものであるが、たとえば100〜300℃にお
いて数秒〜60分間常圧下もしくは減圧下で加熱すればよ
い。染料を活性膜層２中にパターン化して染着させるた
めの手段としては、たとえば、メタルマスク法（カラー
パターンの形状の窓部を有する金属板を活性膜層２上に
置き、染料を含むインキ層を有する転写シートをその上
に置き、加熱することによって染料を活性膜層２に染着
させる方法）や昇華転写法（染料を用いてカラーパター
ンを形成した転写材を活性膜層２上に重ね合わせ、加熱
し染料を染着させる方法）、直接印刷法（染料を含むイ
ンキを用いて活性膜層２上に直接印刷し、加熱すること
によって染料を活性膜層２に染着させ、その後不要のイ
ンキ層を除去する方法）などの方法が用いられる。

カラーパターンは、カラーフィルターの用途に応じて
その形状を適宜設計する。たとえばドットパターンの場
合は、２色以上の染料が別々に順序だてて染着されて形
成されるカラーパターンであり、後述するオーバーコー
ト層４上に形成される透明電極が各色のカラーパターン
に対応し、カラーパターンと透明電極のパターンとが正
確に一致するような位置に形成されるものである。カラ
ーパターンが赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の光の三原
色である場合には、このカラーフィルターを用いた表示
装置はフルカラーを表現することができる。

また、必要に応じて活性膜層２を封孔する。封孔処理
を行うことにより、活性膜層２の微細孔中に吸着された
染料の拡散を防止することができ、また不必要な物質に
よる汚染を防ぐことができる。封孔の方法としては、た
とえば活性膜層２が形成された透明基板１を、90℃以上
の温水あるいは90℃以上の酢酸ニッケル水溶液中に浸漬
し封孔する方法や、スチームで封孔する方法などがあ
る。

次に、この活性膜層２上にブラックマスクとして機能
する金属薄膜パターン３を形成する。まず、活性膜層２
上に感光性のレジストを塗布し、所定のブラックマスク
のパターンを露光し、ブラックマスクを必要としない部
分にレジスト層５を形成する（第３図ｃ参照）。レジス
ト層５は、アルカリ可溶性のレジストを用いて印刷法に
よって形成してもよい。

次に、活性膜層２に触媒６を吸着させる（第３図ｄ参
照）。透明基板１を触媒液に浸漬などの手段で接触させ
ると、活性膜層２の微細孔に触媒６が浸入し、吸着され
る。触媒６としては、たとえばスズ−パラジウム触媒を
使用するとよい。また、市販されている無電解メッキ用
の触媒でも充分目的を達成することができる。触媒６の
種類は次に行う無電解メッキに用いる金属の種類によっ
て適宜選択する。なお、活性膜層２に吸着した触媒６は
無色透明である。

次に、活性膜層１を水洗後、レジスト層５が剥離しな
い程度のアルカリ性溶液または酸性溶液に浸漬し、前記
触媒６を還元して金属化させる。この金属化した触媒６
が次工程での無電解メッキにおけるメッキ核となる。ア
ルカリ性水溶液としては水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウムなどの１〜10重量％液を用いるとよい。また、酸性
溶液としては、５〜20重量％の硫酸を用いるとよい。ま
た、アルカリ・酸のいずれも無電解メッキ用アクセレー
ターとして市販されているものを使用することができ
る。アクセレーターの種類は無電解メッキを行う金属の
種類によって適宜選択する。

次に、透明基板１を水洗後、無電解メッキ液に浸漬
し、無電解メッキを行って金属薄膜７を形成する（第３
図ｅ参照）。無電解メッキに用いる金属としては、ニッ
ケル・銅・コバルト・スズ・白金・金・銀など、あるい
はこれらの合金など無電解メッキ可能なものの内から選
択すればよい。これらの金属の内から遮光性に優れてい
ること、形成される金属薄膜７が強固であること、また
コストなどの条件よりニッケルを用いた場合、金属薄膜
７の膜厚は500〜3,000Åとするのが適当である。なお、
レジスト層５が形成された部分の活性膜層２の微細孔中
には触媒６が吸着せず、したがってブラックマスクを必
要とする部分のみに無電解メッキを行うことができる。

次いでレジスト層５を除去する（第３図ｆ参照）。こ
のようにすることによって、レジスト層を除去した部分
の活性膜層２上に強固な結合を有する無電解メッキ皮膜
である金属薄膜パターン３が形成される。

また、他の金属薄膜パターン３の形成方法としては、
次のような方法がある（第４図参照）。まず、カラーパ
ターンが形成された活性膜層２上に、上記の方法に準じ
て全面に触媒６を吸着させる（第４図ｃ参照）。次い
で、上記の方法と同様にして無電解メッキを行い、全面
に金属薄膜７を形成する（第４図ｄ参照）。次いでこの
金属薄膜層上に感光性レジストを塗布後、所定のブラッ
クマスクのパターンを露光し、ブラックマスクを必要と
する部分にレジスト層５を形成する（第４図ｅ参照）。
次に、この透明基板１を希硝酸や塩化第二鉄などに浸漬
して金属薄膜７のエッチングを行い、金属薄膜パターン
３を形成する（第４図ｆ参照）。水洗後レジスト層５を
除去する（第４図ｇ参照）。このようにして前記と同様
の金属薄膜パターン３を形成することができる。

あるいは、次に示す方法によっても金属薄膜パターン
３を形成することができる（第５図参照）。まず、カラ
ーパターンが形成された活性膜層２に、感光性レジスト
を塗布し、所定のブラックマスクのパターンを露光し、
ブラックマスクを必要としない部分にレジスト層５を形
成する（第５図ｃ参照）。次に、触媒液に浸漬して活性
膜層２に触媒６を吸着させる（第５図ｄ参照）。触媒６
はレジスト層５の形成されていない部分に吸着される。
次いで、レジスト層５を除去して（第５図ｅ参照）水洗
した後、無電解メッキ浴に浸漬することによって金属薄
膜パターン３を形成することができる（第５図ｆ参
照）。このようにしても前記した２種類の方法によって
得られた金属薄膜パターン３と同様のものが得られる。

このようにして金属薄膜パターン３によってブラック
マスクが形成される。その形状としては、カラーフィル
ターの各画素間を遮光する格子状のものや、あるいは各
画素を一列ごとに区切るような平行線状の形状などがあ
る。

以上のようにしてブラックマスクを有するカラーフィ
ルターを得ることができる。

また、必要に応じて、金属薄膜パターン３が形成され
た活性膜層２上に、オーバーコート層４を形成してもよ
い（第２図参照）。このオーバーコート層４の材料とし
てはアクリル系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹
脂、シリコン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、イソ
シアヌレート系樹脂、ポリイミド系樹脂または紫外線硬
化性樹脂などの硬質で透明性に優れた樹脂を用いること
ができる。このような樹脂を活性膜層２上に塗布したの
ち硬化させる。このほか、珪酸ナトリウムや珪酸リチウ
ムなどの無機材料を塗布し、加熱することによってもオ
ーバーコート層４を形成することができる。このオーバ
ーコート層４は、活性膜層２の微細孔中に染着された染
料分子の拡散を防ぎ、また不必要な物質による汚染を防
ぎ、しかもカラーフィルター表面の平滑性を向上させる
ことにも効果を有する。なお、この発明のカラーフィル
ターを後工程において透明電極で覆う場合、透明電極を
構成する物質と密着性に優れた物質を用いてオーバーコ
ート層４を形成すると、カラーフィルターと透明電極と
の密着性の向上に大きく寄与する。透明電極はオーバー
コート層４を部分的あるいは全面的に覆うように形成さ
れる。

以下にこの発明の実施例について説明する。

実施例１ アルカリ洗浄した透明ガラス板の片面にアルミナゾル
−200（日産化学工業株式会社製）をスプレーコート
し、70℃で５分間乾燥したのち、550℃で45分間焼成
し、ガラス板上に約２μｍの層厚を有する活性膜層を形
成した。

一方、下記の組成からなる３種類のスクリーンインキ
を用いてそれぞれシート上にスクリーン印刷を行い、赤
・緑・青の転写シートを得た。

赤色インキ （重量部） エチルセルロースＮ−７ （ハーキュレスイン コーポレイティッド製） 15部 エチルセルロースＮ−22 （ハーキュレスイン コーポレイティッド製） ５部 ワクソリンレッドYP （インペリアルケミカル イングストリーズリミテッド製） ８部 ブチルセルソルブ 22部 ブチルセルソルブアセテート 20部 ソルベッソ150 30部 緑色インキ （重量部） エチルセルロースＮ−７ （ハーキュレスイン コーポレイティッド製） 15部 エチルセルロースＮ−22 （ハーキュレスイン コーポレイティッド製） ５部 オレゾールファストイエロー5G （田岡化学工業株式会社製） ８部 ミケトンポリエステルグリーンＧ （三井東圧染料株式会社製） ４部 ブチルセルソルブ 20部 ブチルセルソルブアセテート 20部 ソルベッソ150 30部 青色インキ （重量部） エチルセルロースＮ−７ （ハーキュレスイン コーポレイティッド製） 15部 エチルセルロースＮ−22 （ハーキュレスイン コーポレイティッド製） ５部 カロヤンポリエステルブルーTS （日本化薬株式会社製） 10部 ブチルセルソルブ 20部 ブチルセルソルブアセテート 20部 ソルベッソ150 30部 また、一方所定のカラーパターンに対応するパターン
孔を有する厚さ0.03mmのステンレス製メタルマスクを３
枚用意した。次に、前記方法にて製造したガラス板を18
0℃に予熱し、青色インキ用のメタルマスクをガラス板
上の所定の位置に置き、その上に青色転写シートを重ね
合わせて1torr条件下において、JIS硬度50の180℃に加
熱されたシリコンゴムで１分間加熱加圧した。その後、
転写シートおよびメタルマスクを除去すると、メタルマ
スクのパターンに対応した青色のカラーパターンが転写
された。次に、前記工程で得られた青色のカラーパター
ンが形成されたガラス板上に、その青色のカラーパター
ンとは異なる所定の位置に緑色インキ用メタルマスクを
置き、緑色転写シートを重ね合わせ、50torr条件下で、
180℃、40秒間加熱加圧し、緑色のカラーパターンを転
写した。次に、赤インキ用メタルマスクと赤色転写シー
トとを用い、前記工程と同様にして100torr条件下で、1
80℃、30秒間加熱加圧することにより赤色のカラーパタ
ーンを転写した。以上のようにして、活性膜層に３原色
のカラーパターンを形成した。

次に、この３原色のカラーパターンが形成されたガラ
ス板上に、紫外線感光性のレジストを塗布し、ブラック
マスクの所定のパターンを露光し、ブラックマスクを必
要とする部分のレジストを除去した。

次に、塩酸300ml・水600mlに塩化パラジウム1gと塩化
第１スズ5gとを溶解し、１晩放置後塩化第１スズ50gを
溶解して調製した一液性触媒液に、上記のガラス板を浸
漬した。

このガラス板を水洗後、レジスト層が剥離しない程度
のアルカリ溶液に浸漬し、次いで水洗後無電解メッキ浴
に浸漬してニッケルメッキを行った。無電解メッキの終
了後、レジスト膜を除去した。

次に、この金属薄膜パターンが形成されたガラス板上
に下記の組成からなるオーバーコート剤をコーティング
して180℃で15分間熱処理を行った。

オーバーコート剤 （重量部） メラミン樹脂 ５部 アクリル樹脂 10部 水 85部 このようにすることによって、ブラックマスクを有す
る３原色のカラーフィルターを得た。

実施例２ 実施例１と同様にして、３原色のカラーパターンが活
性膜層に形成されたガラス板を得た。

次に、このガラス板に実施例１と同様にして金属薄膜
層を全面に形成し、次いでこの金属薄膜層上に紫外線感
光性レジストを塗布後、所定のブラックマスクのパター
ンに露光し、ブラックマスクを必要としない部分のレジ
ストを除去した。次に、このガラス板を希硝酸に浸漬し
てエッチングを行い、金属薄膜パターンを形成した。水
洗後レジスト膜を除去した。

次に、実施例１と同様にして、金属薄膜パターンが形
成されたガラス板上にオーバーコート層を形成してブラ
ックマスクを有する３原色のカラーフィルターを得た。

実施例３ 実施例１と同様にして、３原色のカラーパターンが活
性膜層に形成されたガラス板を得た。このガラス板を95
℃の酢酸ニッケル水溶液中に15分間浸漬し、封孔処理を
行った。

次に、このガラス板に実施例１と同様にしてブラック
マスクを必要としない部分にレジスト層を形成した。次
いで、触媒液にこのガラス板を浸漬した。

水洗後、レジスト層を除去し、無電解メッキを行って
金属薄膜パターンを形成した。

次に、実施例１と同様にして、金属薄膜パターンが形
成されたガラス板上にオーバーコート層を形成してブラ
ックマスクを有する３原色のカラーフィルターを得た。

産業上の利用可能性 上記したように、この発明のカラーフィルターの製造
方法により製造されたカラーフィルターは、ブラックマ
スクである金属薄膜パターンが活性膜層上に直接形成さ
れているので鏡面反射が生じないものである。したがっ
て、この発明のカラーフィルターは、液晶ディスプレイ
などの各種表示装置に組み込んで、高コントラストを有
する画像を表示することのできるものである。

また、この発明のカラーフィルターの製造方法によれ
ば、高コントラストを有する画像を表示することのでき
るカラーフィルターを容易に製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−69004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−65529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−15908（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次の各工程を順次行うことを特徴とするカ
   ラーフィルターの製造方法。 （ａ） 透明基板（１）上に活性膜層（２）を形成す
   る。 （ｂ） 活性膜層（２）に染料を染着させ、カラーパタ
   ーンを形成する。 （ｃ） 活性膜層（２）上のブラックマスクを必要とし
   ない部分にレジスト層を形成する。 （ｄ） 活性膜層（２）に触媒液を接触させ、活性膜層
   （２）に触媒液を吸着させる。 （ｅ） 無電解メッキを行い、レジスト層とは逆パター
   ンの金属薄膜パターン（３）を形成する。 （ｆ） レジスト層を除去する。
2. 【請求項２】工程ｆの次にオーバーコートを行う請求の
   範囲第１項に記載のカラーフィルターの製造方法
3. 【請求項３】工程ｂとｃとの間に封孔処理を行う請求の
   範囲第１項に記載のカラーフィルターの製造方法。
4. 【請求項４】次の各工程を順次行うことを特徴とするカ
   ラーフィルターの製造方法。 （ａ） 透明基板（１）上に活性膜層（２）を形成す
   る。 （ｂ） 活性膜層（２）に染料を染着させ、カラーパタ
   ーンを形成する。 （ｃ） 活性膜層（２）に触媒液を接触させ、活性膜層
   （２）を触媒液を吸着させる。 （ｄ） 無電解メッキを行い、活性膜層（２）上に金属
   薄膜層を形成する。 （ｅ） 金属薄膜層上のブラックマスクを必要とする部
   分にレジスト層を形成する。 （ｆ） 金属薄膜層のエッチングを行い、金属薄膜パタ
   ーン（３）を形成する。 （ｇ） レジスト層を除去する。
5. 【請求項５】工程ｇの次にオーバーコートを行う請求の
   範囲第４項に記載のカラーフィルターの製造方法。
6. 【請求項６】工程ｂとｃとの間に封孔処理を行う請求の
   範囲第４項に記載のカラーフィルターの製造方法。
7. 【請求項７】次の各工程を順次行うことを特徴とするカ
   ラーフィルターの製造方法。 （ａ） 透明基板（１）上に活性膜層（２）を形成す
   る。 （ｂ） 活性膜層（２）に染料を染着させ、カラーパタ
   ーンを形成する。 （ｃ） 活性膜層（２）上のブラックマスクを必要とし
   ない部分にレジスト層を形成する。 （ｄ） 活性膜層（２）に触媒液を接触させ、活性膜層
   （２）に触媒液を吸着させる。 （ｅ） レジスト層を除去する。 （ｆ） 無電解メッキを行い、金属薄膜パターン（３）
   を形成する。
8. 【請求項８】工程ｆの次にオーバーコートを行う請求の
   範囲第７項に記載のカラーフィルターの製造方法。
9. 【請求項９】工程ｂとｃとの間に封孔処理を行う請求の
   範囲第７項に記載のカラーフィルターの製造方法。