JP3277605B2 - カラーフィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板上に、ブラ
ックマトリクスパターンと、Ｂｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒ
ｅｄ各着色パターンから構成されるフィルタ色パターン
と、適宜透明導電膜等とを備えた液晶表示装置等のカラ
ーフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置等のカラーフィルタ
は、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１上に、規
則的な平行線状、格子状等の遮光性（若しくは光吸収
性）のブラックマトリクスパターン１２を設け、図３
（ｂ）該ブラックマトリクスパターン１２の間に、Ｂｌ
ｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄ各着色パターンから構成され
るフィルタ色パターン１５が設けられ、該ブラックマト
リクスパターン１２とフィルタ色パターン１５の上側に
は、適宜透明保護膜や透明導電膜（図示せず）が積層さ
れている。

【０００３】上記カラーフィルタにおいては、ブラック
マトリクスパターン１２とフィルタ色パターン１５との
隣接部分に空隙が形成されないように、ブラックマトリ
クスパターン１２とフィルタ色パターン１５は互いに密
接するように配置する必要があり、そのためフィルタ色
パターン１５は、ブラックマトリクスパターン１２上に
オーバーラップするように設けられている。

【０００４】上記ブラックマトリクスパターン１２を、
ガラス基板１１上にパターン形成する場合は、金属蒸着
方式によりガラス基板１１上に形成したクロム蒸着薄膜
をパターンエッチング方式によりパターン形成するか、
黒色、暗色着色顔料をフォトレジストに分散した顔料分
散フォトレジストを用いてフォトファブリケーション
（フォトリソグラフ法）方式によりパターン形成する
か、あるいは印刷インキを用いて凹版オフセット印刷方
式によりパターン形成している。

【０００５】上記クロム蒸着薄膜のパターンエッチング
方式は、他の方式に比較してクロム金属蒸着に多大の製
造原価が掛かり、また表面高反射性のクロム蒸着薄膜の
影響によって、液晶表示装置用として組立てた表示パネ
ルに、外光によるクロム蒸着薄膜面からの反射光が光ノ
イズとなって視認性を劣化させるため、クロム蒸着薄膜
よりも表面反射性能の低い顔料分散フォトレジストを用
いてフォトファブリケーション（フォトリソグラフ法）
方式によりパターン形成することが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ブラックマトリク
スパターン１２を、顔料分散フォトレジストを用いてフ
ォトファブリケーション（フォトリソグラフ法）方式に
よりパターン形成する場合においては、フォトファブリ
ケーションにおけるパターン露光光線が、顔料分散フォ
トレジスト膜を透過してガラス基板１１面に到達する以
前に、顔料分散フォトレジスト膜の黒色顔料によって吸
収されて、実際にガラス基板面に到達する光量は１／１
０００〜１／１００００に過ぎない。

【０００７】そのためパターン露光のための露光時間を
大きく採る必要があるが、露光時間の長大化によって露
光光線によるガラス基板１１面でのハレーションが発生
し、形成されるブラックマトリクスパターン１２のパタ
ーンエッジ部分の精度の低下を生じさせる傾向があっ
た。

【０００８】また、パターン形成においては、露光時間
の長大化を回避するために顔料分散フォトレジストの膜
厚をなるべく薄くして光学的濃度を低下させることが考
えられるが、パターン露光によって最終的に形成される
ブラックマトリクスパターン１２の光学的濃度を得るた
めには、できるかぎり顔料分散フォトレジストの膜厚を
大きくする必要があるため、カラーフィルタ色パターン
（Ｒ，Ｇ，Ｂ画素）とのオーバーラップ部分が例えば
０．８μｍ〜１μｍ程度の突起状となって、パネル化し
た場合の液晶セルギャップ（液晶封入間隔）のバラツキ
が大きくなり、液晶画像品質を劣化させる要因となって
いた。

【０００９】本発明は、ブラックマトリクスパターンを
遮光性の顔料分散フォトレジストを用いてフォトファブ
リケーション（フォトリソグラフ法）方式によりパター
ン形成する場合において、フォトレジストの膜厚をでき
る限り小さく設定し、パターン露光時間の長大化を解消
してガラス基板面でのハレーションの発生を防止し、ブ
ラックマトリクスパターンのパターンエッジ部分の精度
の向上を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板１
上にブラックマトリクスパターン２と、Ｂｌｕｅ，Ｇｒ
ｅｅｎ，Ｒｅｄ各着色パターンから構成されるフィルタ
色パターン５と、透明導電層等を備え、ブラックマトリ
クスパターン２は、蒸着クロム金属膜に比較して表面低
反射性であって遮光性の蒸着酸化クロム膜により形成さ
れた蒸着膜厚５００〜２０００Åの第１パターン層３
と、該第１パターン層上に整合積層された遮光性の感光
性樹脂により形成された膜厚０．５〜１μｍの極薄膜の
第２パータン層４とにより構成されていることを特徴と
するカラーフィルタである。

【００１１】

【実施例】本発明のカラーフィルタを、図１、図２の一
実施例に従って以下に詳細に説明すれば、図１に示すよ
うに、透明なガラス基板１上に規則的な平行線状、格子
状等の遮光性（若しくは光吸収性）のブラックマトリク
スパターン２が設けられている。

【００１２】該ガラス基板１上に形成された上記ブラッ
クマトリクスパターン２は、真空蒸着、スパッタリング
等により所定の膜厚に製膜された遮光性の酸化クロム膜
により形成された第１パターン層３と、該第１パターン
層３上に整合状態で積層された黒色顔料（若しくは濃青
色等の暗色系の着色顔料）を分散させた光架橋重合する
樹脂モノマーと光重合開始剤を含む感光性樹脂（顔料分
散フォトレジスト）により製膜された遮光性の感光性樹
脂層に形成された第２パターン層４とにより構成されて
いる。

【００１３】本発明のカラーフィルタは、図２に示すよ
うに、ブラックマトリクスパターン２の間に、Ｂｌｕ
ｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄ各着色パターンから構成される
フィルタ色パターン５が設けられ、該ブラックマトリク
スパターン２とフィルタ色パターン５の上側には、図示
しないが、適宜透明導電膜等（インジュウムにスズをド
ーピングしたＩＴＯ膜、若しくは透明保護層を介して積
層したＩＴＯ膜）が積層されている。

【００１４】上記本発明のカラーフィルタにおいては、
従来と同様に、ブラックマトリクスパターン２とフィル
タ色パターン５との隣接部分に空隙が形成されないよう
に、ブラックマトリクスパターン２とフィルタ色パター
ン５は互いに密接するように配置されており、ブラック
マトリクスパターン２とフィルタ色パターン５の端縁部
は互いに隣接しているか、若しくは、フィルタ色パター
ン５はブラックマトリクスパターン２上に少なくともそ
の端縁部、又は必要に応じてそのフィルタ色パターン５
の全てがオーバーラップするように設けられている。

【００１５】本発明のカラーフィルタにおけるブラック
マトリクスパターン２を、ガラス基板１上にパターン形
成する場合は、まず、ガラス基板１上に、蒸着方式によ
って所定膜厚（例えば蒸着膜厚；５００Å〜２０００
Å、光学濃度；０．３〜１．５）の遮光性の酸化クロム
膜（後に第１パターン層３となる不透明乃至半透明膜）
を製膜する。

【００１６】続いて、遮光性の酸化クロム膜上に、黒
色、暗色系の着色顔料をアクリル系樹脂、あるいはスチ
レン系樹脂等を主体とする感光性フォトレジスト（例え
ばアクリル系ポリマー及びアクリル系モノマーと光重合
開始剤、若しくはアクリル系モノマーと光重合開始剤を
含む）に分散混入させた顔料分散フォトレジストを全面
的に塗布して乾燥させ感光性樹脂層（例えば塗布膜厚；
０．５μｍ〜１μｍ、光学濃度；０．７〜２．０以上）
を設ける。なお光重合開始剤としては公知のものを使用
することが可能である。

【００１７】次に、フォトファブリケーション（フォト
リソグラフ法）方式により前記感光性樹脂層を紫外線を
用いて、適宜形状のブラックマトリクスパターン２の形
状にパターン露光（フォトマスク等の原版を用いて露
光、若しくは電子ビーム露光）して、樹脂モノマーと光
重合開始剤とにより前記感光性樹脂層の露光された領域
を光重合硬化させ、ブラックマトリクスパターン状に硬
化領域を形成する。

【００１８】続いて、前記感光性樹脂層の未露光領域
（未硬化領域）を有機溶媒にて現像処理して、ブラック
マトリクスパターン２相当の形状のレジストパターン
（後に第２パターン層４となる）を形成する。

【００１９】その後、該レジストパターンをエッチング
マスクとして、下層の酸化クロム膜を適宜エッチング液
にてエッチング処理することにより、図１に示すように
ガラス基板１上に、遮光性の酸化クロム膜により形成さ
れた第１パターン層３と、該第１パターン層３上に整合
して積層された顔料分散フォトレジストによる遮光性の
感光性樹脂層により形成された第２パターン層４とによ
り構成されるブラックマトリクスパターン２を形成する
ものである。

【００２０】なお、上記本発明のカラーフィルタにおい
て、第１パターン層３上に塗布される第２パターン層４
となる顔料分散フォトレジストは、エッチングマスクと
して支障のない程度に、第１パターン層３の塗布膜厚よ
りも薄膜に塗布することは可能である。

【００２１】また、本発明のカラーフィルタにおいて、
ブラックマトリクスパターン２を形成した後のガラス基
板１上におけるブラックマトリクスパターン２の形成領
域以外の部分に、Ｂｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄの各着
色パターンからなるフィルタ色パターン５をパターン形
成する場合には、従来のカラーフィルタのフィルタ色パ
ターンを形成する方法と同様の方法、例えば、ゼラチン
等の染色性の良い透明な感光液とＢｌｕｅ，Ｇｒｅｅ
ｎ，Ｒｅｄの各染料とを用いたレリーフ染色法や、前述
のＢｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄの各顔料分散フォトレ
ジストを用いた顔料分散フォトレジスト法や、Ｂｌｕ
ｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄの各着色印刷インキを用いた凹
版オフセット印刷法等の印刷法による有機フィルタ色パ
ターン形成法、あるいは、酸化チタン（ＴｉＯ₂ 、光屈
折率；２．４０）や酸化珪素（ＳｉＯ ₂ 、光屈折率；
１．４６）等の誘電体膜を多層に蒸着積層させて、その
層厚と組合せとによりＢｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄの
各干渉色フィルタ（偏光フィルタ）を形成する誘電体多
層膜法による無機フィルタ色パターン形成法によって、
ブラックマトリクスパターン２とフィルタ色パターン５
を互いにその端縁部が密に隣接、若しくはフィルタ色パ
ターン５がブラックマトリクスパターン２上にその端縁
部がオーバーラップするように、フィルタ色パターン５
をパターン形成するものである。

【００２２】以下に、本発明のカラーフィルタにおける
ガラス基板１上にブラックマトリクスパターン２を形成
する方法の具体的実施例を示す。

【００２３】＜実施例１＞まず、透明なガラス基板上
に、真空蒸着法により膜厚１０００Åの酸化クロム膜
（光学濃度；０．５〜１．８）を製膜する。次に、該酸
化クロム膜上に、アクリル系ポリマー樹脂及び該アクリ
ル系ポリマー樹脂に添加されたアクリル系モノマーと、
光重合開始剤と、黒色顔料とを含む顔料分散フォトレジ
ストをスピンコーターにて膜厚０．５μｍ〜１．０μｍ
（例えば、膜厚；０．６μｍ、光学濃度；１．５以上が
適当）に均一に塗布して乾燥させ、遮光性の感光性樹脂
層（後に第２パターン層となる）を形成した。

【００２４】このようにしてガラス基板上に積層形成さ
れたそれぞれ第１パターン層となる前記遮光性の非感光
性樹脂層と、第２パターン層となる遮光性の感光性樹脂
層との総厚は０．７μｍであり、その総光学濃度は２以
上（総光学濃度の実用化基準；２）となる。

【００２５】次に、遮光性の感光性樹脂層上よりブラッ
クマトリクスパターン形状相当の紫外線（若しくは電子
線）によるパターン露光（マスクパターン露光、又はビ
ーム露光）処理を行って、露光部分を光架橋硬化させ、
未露光部分を水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液にて現
像処理を行って除去し、遮光性の感光性樹脂層にブラッ
クマトリクスパターン形状相当のレジストパターンを形
成した。

【００２６】次に、このレジストパターンをエッチング
マスクとして、下層の酸化クロム膜を硝酸セリウム系の
エッチング液にてパターンエッチングすることにより、
第１パターン層と、該第１パターン層上に整合して積層
された第２パターン層とによるブラックマトリクスパタ
ーンを形成した。

【００２７】その後、ガラス基板上に形成されたブラッ
クマトリクスパターンを、１２０℃〜２５０℃、３分〜
１０分間加熱して、遮光性の第２パターン層の感光性樹
脂層を熱処理して耐薬品性を付与させた。

【００２８】

【作用】本発明のカラーフィルタは、ガラス基板上に、
遮光性の酸化クロム膜により形成された第１パターン層
３と、該第１パターン層３上に整合して積層された黒色
顔料を分散させた遮光性の感光性樹脂層により形成され
た第２パターン層４との２層構成によるブラックマトリ
クスパターン２を備えたものであるので、ブラックマト
リクスパターン２の遮光性は、第１パターン層３と第２
パターン層４の膜厚の総和によって得られ、第１パター
ン層３と第２パターン層４それぞれの単層膜厚を従来よ
り薄く設定することが可能である。

【００２９】そのため、第２パターン層４の膜厚はエッ
チングマスクとして耐えられる程度の比較的薄い膜厚に
設定でき、第２パターン層４をパターン露光するための
露光時間を短縮でき、露光時間を長大化する必要性が解
消される。

【００３０】露光時間の長大化の解消により、露光光線
によるガラス基板１面でのハレーションの発生を低減化
でき、ブラックマトリクスパターンのパターンエッジ部
分の精度の低下を防止できるものである。

【００３１】また本発明のカラーフィルタは、第１パタ
ーン層３が従来の蒸着クロム膜よりも低い反射率の酸化
クロム膜により形成されているため、液晶表示装置用の
液晶表示パネルとして組立てた場合の外光に対する反射
率を低下させることができ、反射光による光ノイズの発
生が低減できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明のカラーフィルタは、ブラックマ
トリクスパターン２をフォトファブリケーション（フォ
トリソグラフ法）方式によりパターン形成する場合にお
いて、フォトファブリケーションにおけるパターン露光
光線が、顔料分散フォトレジスト膜を透過してガラス基
板１面に到達する以前に、顔料分散フォトレジスト膜の
黒色顔料によって吸収されて、実際にガラス基板面に到
達する光量が極端に減少することによるパターン露光の
ための露光時間の長大化を、着色顔料分散フォトレジス
トの膜厚をできる限り薄く設定することによって解消で
き、ガラス基板面でのハレーションの発生を防止し、ブ
ラックマトリクスパターンのパターンエッジ部分の精度
の向上を図ることができ、また、液晶表示装置に組み込
んだ際には外光に対して低反射率であるため視認性を向
上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの一実施例におけるブ
ラックマトリクスパターンを説明する側断面図である。

【図２】本発明のカラーフィルタの一実施例におけるブ
ラックマトリクスパターン及びフィルタ色パターンを説
明する側断面図である。

【図３】（ａ）は従来のカラーフィルタにおけるブラッ
クマトリクスパターンを説明する側断面図、（ｂ）は従
来のカラーフィルタにおけるブラックマトリクスパター
ン及びフィルタ色パターンを説明する側断面図である。

【符号の説明】

１…ガラス基板 ２…ブラックマトリクスパターン ３
…第１パターン層 ４…第２パターン層 ５…フィルタ色パターン １１…ガラス基板 １２…ブラックマトリクスパターン
１３…第１パターン層 １４…第２パターン層 １５…フィルタ色パターン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス基板１上にブラックマトリクスパタ
   ーン２と、Ｂｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄ各着色パター
   ンから構成されるフィルタ色パターン５と、透明導電層
   等を備え、ブラックマトリクスパターン２は、蒸着クロ
   ム金属膜に比較して表面低反射性であって遮光性の蒸着
   酸化クロム膜により形成された蒸着膜厚５００〜２００
   ０Åの第１パターン層３と、該第１パターン層上に整合
   積層された遮光性の感光性樹脂により形成された膜厚
   ０．５〜１μｍの極薄膜の第２パータン層４とにより構
   成されていることを特徴とするカラーフィルタ。