JP3259059B2 - カラーフィルター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルターに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年カラーフィルターは、液晶ディスプ
レービデオカメラ用のビューファインダー、ＣＣＤ撮像
素子の色分解フィルター、カラーイメージセンサー、カ
ラーコピー用のラインセンサーなどに用いられ、各種の
カラーフィルターを用いたこれら工業製品の開発が進め
られている。

【０００３】これらのカラーフィルター製造方法には、
染色法、顔料分散法、電着法、蒸着法、印刷法などがあ
る。ここでは最も広く行われている染色法および分散法
について述べる。

【０００４】染色法によるカラーフィルターの着色画素
の形成は、フォトリソグラフィー技術と染色技術により
形成される。染色法ではゼラチン、カゼイン、グリュ
ー、ポリビニルアルコール等の水溶性のポリマーにクロ
ム酸塩あるいは重クロム酸塩等の架橋剤を混合したもの
を感光液とする。これを所定の膜厚にスピンコートし、
プリベークを行う。自然冷却後、マスクアライナー等の
露光装置を用いて露光をおこなう。この様にして形成し
た被染色パタ−ンを酸性染料あるいは反応性染料を用い
て染色する。次に防染層としてアクリル、ウレタン、エ
ポキシ等の中間層を形成する。またこの様な中間層を用
いずにタンニン酸等の化学反応により防染を行う方法も
ある。この一連の工程を同様に繰り返す事により、複数
の色相の着色画素を有するカラーフィルターを形成す
る。

【０００５】染色法によって製造されたカラーフィルタ
ーの特徴は、他法によるカラーフィルターに比べ以下の
様に列挙できる。すなわち、 フォトリソグラフィー法により製版されるので、微細
な着色画素（２μｍ〜）の形成が可能である点。 染料の種類が豊富であり、かつ複数の染料を組み合わ
せることにより、種々の分光特性が得られる、すなわち
分光特性に対する自由度が大きい点がある。

【０００６】一方、顔料分散法によるカラーフィルター
の着色画素の形成方法は、ゼラチン、ポリビニルアルコ
ール等の水溶性のポリマーに重クロム酸塩等を混合した
透明感光性樹脂に着色剤として有機顔料、無機顔料を分
散した感光液をスピンコートし、染色法カラーフィルタ
ーと同様フォトリソグラフィー技術により形成される。

【０００７】顔料分散法によって製造されたカラーフィ
ルターの特徴は、他法によるカラーフィルターに比べ以
下の様に列挙できる。すなわち、 染色法の着色画素と同様に、フォトリソグラフィー法
により製版されるので、微細な着色画素（１０μｍ〜）
の形成が可能である点。但し、顔料粒子による光乱反射
作用により染色法に用いられる着色画素よりも解像度に
欠く。 適切な顔料を選択することにより、耐光性、耐熱性、
耐薬品性、耐水性の物性において、染料に比し優れてい
る点。 染色法によるカラーフィルターの様に、染色工程や防
染工程などが必要でないので工程が簡略化される点があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】染色法で形成されたカ
ラーフィルター及び顔料分散法により形成されたカラー
フィルターにはそれぞれ以下の欠点を有している。すな
わち染色法によるカラーフィルターにおいては、 耐光性、耐水性、耐熱性、耐湿性、耐薬品性などのカ
ラーフィルターに要求される物性が満足に満たし得る染
料は少なく、このような物性を満足しつつ所望の分光特
性を有する染料は更に限定されてしまう点。 製造工程で染色基質に染料を吸着させる工程があり、
この時に染色基質が膨潤をきたし、更に後工程における
加温等で収縮が繰り返し起こる事でクラック等が入り外
観不良になる点。 高濃度な染色による着色画素を形成しようとすると、
染料を多量に吸着させるか、染色基質を厚膜にする手段
があるが、この方法を用いると更にクラック等が発生し
易くなり、結局高濃度な色を得る事が困難な点。等欠点
が挙げられる。

【０００９】また、顔料を分散することで形成されたカ
ラーフィルターにおいては、 顔料を保持するバインダー樹脂に対する顔料の分散性
と透明性を満足しつつ、所望の分光特性を有する顔料は
極めて種類が少なく、とりわけブルーやグリーンはフタ
ロシアニン系顔料等に限定される点。 顔料の乱反射により着色画素の彩度が低く、十分な濃
度のカラーフィルターを得ようとすると、明るさが低下
してしまう点。 顔料は紫外線領域の光の吸収が染料より大きいため
に、感光性樹脂の感度が低下してしまう点。等の欠点が
挙げられる。

【００１０】本発明は分光特性が広範囲に選択されつ
つ、優れた耐久性と彩度を有するカラーフィルターを提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
ーは、以上の問題を解決するべく検討した結果得られた
もので、基板上に規則的に複数の色相の着色画素を配置
してなるカラーフィルターにおいて、カゼイン、ゼラチ
ン、ポリビニルアルコールから選ばれた水溶性の透明樹
脂層を着色画素部とし、少なくとも１つの色相の着色画
素において、顔料を分散した透明樹脂により形成した着
色層を、前記分散した顔料と同一色相の染料により染色
して形成するものである。

【００１２】また基板上に、顔料を分散した透明樹脂に
より着色層を形成し、さらに次いでこの着色層を前記の
顔料と同一の色相の染料によって染色する工程により、
着色画素を形成して製造することができる。

【００１３】図１から図３に本発明のカラーフィルター
の実施例を断面図により示す。基板上に、顔料を分散し
た透明樹脂を塗布することにより着色画素を形成する
（図１）。次いでこの着色層のバインダーを同一色相の
染料によって染色することにより、着色画素を形成する
（図２）。このような工程を各色相について同様に繰り
返すことによって、複数の色相の着色画素を有する本発
明のカラーフィルターが得られるが（図３）、本発明に
おいては少なくとも１つの色相について上記の構成を適
用し、他の色相については従来から用いられる方法を適
用しても良い。

【００１４】このような構造をとるカラーフィルター
は、オンチップカラーフィルターあるいは貼り合わせ型
カラーフィルターというようなカラーフィルターの構造
には関係なく、耐光性を必要とするカラーフィルターに
適するものである。

【００１５】本発明における「色相」とは、原色タイプ
のカラーフィルターにおいては各色の赤，青，緑の色を
示す。また無彩色ではあるが黒を含むものとする。補色
タイプのカラーフィルターにおいては、マゼンタ，黄，
シアン、緑，または黄，シアン，緑の色を示す。また無
彩色ではあるが黒を含むものとする。

【００１６】本発明で１つの色相の着色画素に用いる顔
料と染料は、上記した色相が同一であれば良く、同一色
相の範囲内での顔料と染料の分光特性の違いにより、着
色画素の分光特性を補正する場合も本発明は包含するも
のである。

【００１７】

【作用】本発明によれば、顔料を分散した着色画素を種
々の染料で染色して着色画素を形成するので、 顔料分散では、感光性樹脂中に予め顔料を分散して着
色画素を形成するが、図４（Ａ）に示すように、顔料は
可視領域の短波長域である４００ｎｍ付近から柴外領域
にかけて光を大幅にカットしてしまい、感光性樹脂の感
度を低下させてしまうので、この領域の光を透過させよ
うとすると顔料の濃度を低くして図４（Ｂ）のような分
光特性の着色画素を形成しなければならず、必要な濃度
の着色画素が得られないため、分光特性上は不利であっ
た。そこで顔料を分散した感光性樹脂によって図４
（Ｂ）のような分光特性の着色されたパターン層を予め
形成しておき、この既に着色されたパターン層を染料に
よって染色することにより、高濃度の着色画素を得るこ
とができる。

【００１８】青の着色画素を顔料分散法で形成する場
合に、使用する顔料は可視領域の短波長域である４００
ｎｍ付近から紫外領域にかけての光の透過率について特
性上に問題はないが、図５の曲線ａに一例を示すように
ピーク値と半値幅が一定の関係にあって決まっいるの
で、いずれかを単独で変えることは困難である。そこ
で、曲線ｃで示されるような分光特性が必要な場合に
は、同一色相で分光特性の異なる染料（分光特性曲線
ｂ）により染色し、顔料と染料を組み合わせることよっ
て所望の分光特性を得られることが可能である。

【００１９】顔料を分散した着色画素を形成した後に
その着色画素を染色液に浸漬させて顔料のバインダーを
染色する方法であるので、製造工程においてコントロー
ルができ分光特性の微妙な調整を行い易い。

【００２０】耐光性の優れた顔料を通過した光が染色
されたバインダーを通過することになるので、光が大幅
に減衰されており着色層全体としての耐光性は、染料の
みにより染色された着色層に比べて大幅に向上する。

【００２１】

【実施例】本発明のカラーフィルターを固体撮像素子に
適用する場合について説明する。ＣＣＤの素子が形成さ
れているＰ型のＳｉ基板は、受光部と転送部が交互に形
成され凹凸があるため、固体撮像素子上に富士薬品工業
製ＦＶＲを１μｍ塗布して平坦化した。

【００２２】その後にスピンコーティングにより、カゼ
インと重クロム酸アンモニウムからなる水溶性感光樹脂
液に赤色顔料を５％分散させた膜を、厚さ約１．５μｍ
塗布形成した。次いで水銀アークランプの紫外光で第一
のマスクを用いて選択的に露光した。この層を現像する
事により顔料で着色されたパターン層を形成した。この
後この基板を赤色染料を溶かした染色浴に浸漬させ、こ
のパターン層を染色した。次いでタンニン酸水溶液と吐
酒石水溶液を用いてこの染色層を防染し赤色着色画素と
した。

【００２３】同様に青色顔料入り感光液を用いて第二の
パターンにて第二のパターン層を形成し、青色染料によ
って染色して青色着色画素を形成したのち防染処理をし
て、次いで緑色顔料入り感光液を用いて第三のパターン
にて第三のパターン層を形成し、緑色染料により染色し
て緑色着色画素を形成した。

【００２４】使用した顔料と染料については表１と表２
に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】更に、表面の保護のために最上部に富士薬
品工業のＦＶＲを３μｍ塗布して、露光、現像を経て保
護膜層を形成しカラー固体撮像素子を得た。

【００２８】かかるカラー固体撮像素子の分光特性を図
６に実線にて示し、併せて染色前の顔料のみで形成され
たものの分光特性を破線にて示す。これによると、赤色
の分光特性曲線においては、最大透過率の半分になる点
の波長の値は変化することなく、ボトム値（４５０ｎ
ｍ）が４％から０．２％へ低下した。緑色の分光特性曲
線においては、ボトム値（４５０ｎｍ）が１３％から
０．５％へ低下し、ボトム値（６５０ｎｍ）が５％から
０．３％へ低下し、半値幅も１００ｎｍから６０ｎｍと
なった。青色の分光特性曲線においては、最大透過率の
半分になる点の波長の値が５２０ｎｍから４９３ｎｍに
なった。従って、いずれの着色画素についても色純度が
向上し、分光特性上の改善が認められた。

【００２９】次いで、ハロゲン光３０００Ｌｕｘを光源
として５００時間光照射して耐光性テストを行ったとこ
ろ、本実施例に係るカラー固体撮像素子では、光照射の
前後で色信号出力に変化がみとめられなかったが、従来
法の染色による着色画素のみで形成したカラー固体撮像
素子を同時に照射したものでは、青で１５％、緑で５
％、赤で−４％の色信号出力の変化が認められた。固体
撮像素子自体は当該光照射程度では信号出力の変化は生
じないため、前記従来法によるカラーフィルターの色変
化により色信号出力の変化が生じたものと考えることが
でき、本実施例に係るカラー固体撮像素子のカラーフィ
ルターでは耐光性が改善されることが判った。

【００３０】この様に形成したカラー固体撮像素子をレ
ンズ系を介して撮像したところ良好な画像が得られた。

【００３１】なお、感光層膜はカゼイン膜層について例
示したが、カゼインをゼラチンまたはポリビニルアルコ
ールとしたものあるいは更に他の種類の感光膜層であっ
ても本発明は適応できる。更にまた発色領域の色も３原
色に限定されるものではなく、補色系あるいは原色、補
色混合系の場合にも適応される。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、染色法によるカラーフ
ィルターの性質を損なうことなく、いわば各々の特徴を
相補う性質を有するカラーフィルターが得られるので、
微細な着色画素を広範囲な分光特性で同時に諸物性が優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの断面図の１例を示
す図。

【図２】本発明のカラーフィルターの断面図の１例を示
す図。

【図３】本発明のカラーフィルターの断面図の１例を示
す図。

【図４】本発明のカラーフィルターによる短波長側の分
光特性の改善を説明する図。

【図５】本発明のカラーフィルターにより所望の分光特
性が得られるようになることを説明する図。

【図６】 本発明のカラーフィルターにより所望の分光特
性が得られるようにな ることを説明する図。

【符号の説明】

１ 平坦化層 ２ 顔料を分散した着色画素 ３ 顔料と同一色相の染料によって着色した着色画素 ４ 表面保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 知久 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に規則的に複数の色相の着色画素
   を配置してなるカラーフィルターにおいて、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコールから選ばれ
   た水溶性の透明樹脂層を着色画素部とし、 少なくとも一つの色相の着色画素は透明樹脂に顔料を分
   散することにより形成され、かつ前記顔料と同一の色相
   の染料によって着色されており、 赤色の分光特性曲線は４５０ｎｍにおけるボトム値が
   ０．２％以下であり、緑色の分光特性曲線は４５０ｎｍ
   におけるボトム値が０．５％以下、６５０ｎｍにおける
   ボトム値が０．３％以下で、半値幅が６０ｎｍ以下であ
   ることを特徴とするカラーフィルター。
2. 【請求項２】 基板上に規則的に複数の色相の着色画素
   を配置してなるカラーフィルターの製造方法において、 少なくとも一つの色相の着色画素を、基板上に、顔料を
   分散した透明樹脂からフォトリソグラフィー法により、
   着色層を形成する工程と、 次いで、該着色層を前記顔料と同一色相の染料によって
   染色する工程により形成することを特徴とするカラーフ
   ィルターの製造方法。