JP5474304B2 - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ等においてカラー表示を実現させるために用いられるカラーフィルターの製造方法に係り、とりわけ、基板と、基板上に形成されたＲ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンと、これら画素パターンのいずれかとともに基板上に予め形成された基板側アライメントマークと、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンの間に形成された遮光層とを有するカラーフィルターの製造方法に関する。

従来より、例えば液晶ディスプレイ等に使用されるカラーフィルターとして、図９に示すようなカラーフィルター３１が知られている。このカラーフィルター３１は、基板３２と、基板３２上にパターン状に形成された遮光層３８と、基板３２上に、遮光層３８とともに形成された基板側アライメントマーク３６とを備え、さらに、この遮光層３８間にＲ（赤）画素パターン３３、Ｇ（緑）画素パターン３４、およびＢ（青）画素パターン３５が形成されている。また、これらのＲ画素パターン３３、Ｇ画素パターン３４、およびＢ画素パターン３５上に保護層３９が形成され、この保護層３９上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層３７が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−５０２０２号公報

このようなカラーフィルター３１を製造する場合、まず、基板３２上に、遮光層３８とともに基板側アライメントマーク３６が形成される。次に、遮光層３８上にＲ画素パターン３３、Ｇ画素パターン３４、およびＢ画素パターン３５が順次形成される。

その後、Ｒ画素パターン３３、Ｇ画素パターン３４、Ｂ画素パターン３５、および基板側アライメントマーク３６上に保護層３９が形成され、この保護層３９上にＩＴＯ層３７が形成される。このようにしてカラーフィルター３１が得られる。

次に、基板３２上の遮光層３８間に、Ｒ画素パターン３３を形成する方法について詳述する。この場合、まず、基板３２上にＲ画素パターン３３を形成するＲ画素材料が全面塗布される。次にこのＲ画素材料がプリベークされて、Ｒ画素材料のうち溶剤のみを蒸発させる。次に、基板３２上に形成された基板側アライメントマーク３６を用いて、Ｒ画素パターン用マスク（図示せず）を基板２に対して位置決めする。

このＲ画素パターン用マスクを位置決めする際、基板３２上に形成された基板側アライメントマーク３６上に、Ｒ画素材料が塗布されている。このＲ画素材料はある程度の透過率を有しているため、Ｒ画素材料を介して基板３２上に形成された基板側アライメントマーク３６は外方に現れる。このため、基板３２上に形成された基板側アライメントマーク３６を用いて、Ｒ画素パターン用マスクを基板３２に対して確実に位置決めすることができる。

次に、このＲ画素パターン用マスクを用いて、Ｒ画素材料が露光され、現像される。その後、Ｒ画素材料がポストベークされて固められ、Ｒ画素パターン３３が形成される。

次に、このＲ画素パターン３３を形成する方法と同様にして、Ｇ画素パターン３４およびＢ画素パターン３５が順次形成される。

一方、図９に示すカラーフィルター３１とは異なる構造を有するカラーフィルターを製造するため、基板上に、まずＲ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンのいずれかとともに基板側アライメントマークを予め形成し、その後、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターン間に、遮光層を形成する方法が考えられている。

この場合、まず、基板上にＲ画素パターン、Ｇ画素パターン、Ｂ画素パターン、および基板側アライメントマークが形成され、次にＲ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターン間に遮光層を形成するブラックインキが、全面塗布されて、ブラック層が形成される。次に、このブラック層がプリベークされて、ブラック層のうち溶剤のみを蒸発させる。次に、基板上に形成された基板側アライメントマークを用いて、ブラック用マスクを基板に対して位置決めする。その後、ブラック層を露光し、現像することにより遮光層が形成される。

しかしながら、基板に対してブラック用マスクを位置決めする際、基板上に形成された基板側アライメントマークを用いる必要があるが、この際、基板側アライメントマーク上は透過率が低いブラック層により覆われている。このため、このブラック層を介して基板上に形成された基板側アライメントマークを外方から見ることは難しく、基板上に形成された基板側アライメントマークを用いて、ブラック用マスクを基板に対して正確に位置決めすることが困難となる。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、基板上に、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンのいずれかとともに基板側アライメントマークを予め形成しておき、この基板側アライメントマークがブラック層により覆われたとしても、基板側アライメントマークを用いて基板に対してブラック用マスクを精度良く位置決めすることができるカラーフィルターの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板を準備する工程と、基板上にＲ画素パターンと、Ｇ画素パターンと、Ｂ画素パターンとを各々形成するとともに、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンのいずれかとともに基板側アライメントマークを形成する工程と、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、Ｂ画素パターン、および基板側アライメントマーク上にＩＴＯ層を形成する工程と、ＩＴＯ層上全面に、顔料と溶剤と接合性樹脂とからなるブラックインキを塗布してブラック層を形成する工程と、形成されたブラック層をプリベークする工程と、プリベークされたブラック層のうち、基板側アライメントマークに対応する部分にレーザ光を照射して、この部分のブラック層を除去して、薄肉部または開口部を形成する工程と、ブラック層の薄肉部または開口部を介して外方へ現れる基板側アライメントマークと、ブラック用マスクのマスク側アライメントマークとを用いて、基板に対するブラック用マスクの位置決めを行なう工程と、ブラック用マスクを介してブラック層を露光し、現像することにより、Ｒ画素パターンと、Ｇ画素パターンと、Ｂ画素パターンとの間に遮光層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするカラーフィルターの製造方法である。

本発明は、ブラック層がプリベークされた後、プリベークされたブラック層を冷却する工程を更に備え、ブラック層に薄肉部または開口部を形成する工程は、プリベークされたブラック層が冷却された後に行なわれることを特徴とするカラーフィルターの製造方法である。

本発明は、ブラックインキの顔料は、カーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性微粒子のうちいずれかの材料からなることを特徴とするカラーフィルターの製造方法である。

本発明によれば、基板上に、まず、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンが各々形成されるとともに、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンのいずれかとともに基板側アライメントマークが形成される。その後、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、Ｂ画素パターン、および基板側アライメントマーク上にＩＴＯ層が形成され、このＩＴＯ層上の全面に顔料と溶剤と接合性樹脂とからなるブラック層が形成される。このブラック層のうち基板側アライメントマークに対応する部分にレーザ光が照射されることにより、この部分のブラック層が除去されて、薄肉部または開口部が形成される。このことにより、この薄肉部または開口部を介して基板に形成された基板側アライメントマークが外方へ現れる。このため、外方へ現れた基板側アライメントマークと、ブラック用マスクのマスク側アライメントマークとを用いて、基板に対してブラック用マスクの位置決めを容易かつ精度良く行なうことができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１乃至図７は、本発明におけるカラーフィルターの製造方法を示す図である。このうち図１は、本発明におけるカラーフィルターの製造方法により製造されるカラーフィルターの断面構成を示す図であり、図２は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示すモザイク型配置図であり、図３は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示すトライアングル型配置図である。また、図４は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示すストライプ型配置図であり、図５は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示す４面画素配置型配置図であり、図６は、本発明におけるカラーフィルターの製造方法において遮光層を形成するために用いられる露光装置を示す概略図であり、図７は、本発明におけるカラーフィルターの製造方法を示す図である。

まず、図１により本発明におけるカラーフィルターの製造方法によって製造されるカラーフィルターについて説明する。図１に示すようにカラーフィルターは、例えば液晶ディスプレイ等においてカラー表示を実現させるためのものである。

図１に示すカラーフィルター１は、基板２と、基板２上に各々形成されたＲ（赤）画素パターン３、Ｇ（緑）画素パターン４、およびＢ（青）画素パターン５とを備えている。また基板２上に、Ｒ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、およびＢ画素パターン５のいずれかとともに同時に形成された基板側アライメントマーク６が設けられている。また、Ｒ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、Ｂ画素パターン５、および基板側アライメントマーク６上に透明導電膜からなるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層７が形成され、このＩＴＯ層７上であって、Ｒ画素パターン３と、Ｇ画素パターン４と、Ｂ画素パターン５との間に顔料と溶剤と接合性樹脂（バインダー）とからなるブラックインキ８ｂを用いて遮光層８が形成されている。

このうち、基板２に用いる材料としては、ガラスであることが好ましい。またこの基板２は、例えば、０．７ｍｍの厚みを有し、３５０ｍｍ×３００ｍｍの長方形形状からなっている。

また、Ｒ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、およびＢ画素パターン５は、例えば図２に示すモザイク型、図３に示すトライアングル型、図４に示すストライプ型、図５に示す４面画素配置型により形成され、Ｒ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、およびＢ画素パターン５の各パターン間の距離は、１００μｍとなっている。このＲ画素パターン３を形成するＲ画素材料としては、赤色の顔料を感光性樹脂に分散させた材料が好ましい。赤色の顔料としては、例えばアゾ系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジケトピロロピロール系等が挙げられる。Ｇ画素パターン４を形成するＧ画素材料としては、緑色の顔料を感光性樹脂に分散させた材料が好ましい。緑色の顔料としては、例えばフタロシアニン系、ハロゲン化フタロシアニン系等が挙げられる。Ｂ画素パターン５を形成するＢ画素材料としては、青色の顔料を感光性樹脂に分散させた材料が好ましい。青色の顔料としては、例えばフタロシアニン系、スレン系、メチン・アゾメチン系、トリフェニルメタン系、トリアリルメタン系等が挙げられる。また、上記の各色画素材料に用いられる感光性樹脂としては、バインダー樹脂、光重合性モノマー、光開始剤、及び溶剤を含有する組成物やポリビニルアルコール、スチルバゾリウムキノリウム、及び水を含有する組成物等が挙げられる。

また遮光層８は、上述のように、カーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性微粒子のうちいずれかの材料からなる顔料と溶剤と樹脂からなるブラックインキ８ｂを塗布することにより形成されている。遮光性微粒子は、特別に限定されることはないが、アニリンブラック、ペリレンブラック、チタンブラック、カーボンブラックなどが例示される。

次に、図６により、本実施の形態におけるカラーフィルターの製造方法において遮光層を形成するために用いられる露光装置１０について説明する。露光装置１０は、基板２を保持する基板保持手段１１と、基板保持手段１１の上方に設けられ、マスク側アライメントマーク２１ａを含むブラック用マスク２１と、このブラック用マスク２１を保持するマスク保持手段１３とを有している。これらの基板保持手段１１とマスク保持手段１３は、基板２とブラック用マスク２１との間の距離が５０μｍとなるように、基板２およびブラック用マスク２１を各々保持している。

また、ブラック用マスク２１のマスク側アライメントマーク２１ａおよび基板２の基板側アライメントマーク６の上方にＣＣＤカメラ１４が配置され、このＣＣＤカメラ１４は、約２５万画素のエリアセンサを含み、基板側アライメントマーク６、およびマスク側アライメントマーク２１ａを撮像するようになっている。またＣＣＤカメラ１４の近傍に、アライメント用光源１５が設けられている。

また、基板保持手段１１に、基板２を水平方向に沿って移動させる移動手段１６が連結され、この移動手段１６は制御手段１７により駆動制御される。また、制御手段１７にＣＣＤカメラ１４が接続されており、この制御手段１７は、ＣＣＤカメラ１４からの画像信号に基づいて、基板側アライメントマーク６とマスク側アライメントマーク２１ａとの間の配置誤差を求め、この配置誤差に基づいて移動手段１６を駆動制御するようになっている。

さらに、基板２の上方に露光光源１８が設けられ、この露光光源１８により、ブラック用マスク２１を介して基板２上に形成されたブラック層８ａを露光するようになっている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用、すなわち本発明によるカラーフィルターの製造方法について説明する。

図７（ａ）に示すように、まず基板２を準備する。この基板２は、予め洗浄されている。

次に図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、基板２上にＲ画素パターン３と、Ｇ画素パターン４と、Ｂ画素パターン５とが各々形成される。ここでは、最初にＲ画素パターン３が形成され、次にＧ画素パターン４が形成され、最後にＢ画素パターン５が形成される場合について説明する。またＲ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、およびＢ画素パターン５を形成する方法としては、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法、転写法等があるが、本実施の形態においては、顔料分散法を用いた場合について説明する。

まず、図７（ｂ）に示すように、基板２上にＲ画素パターン３が形成される。この場合、まず、Ｒ画素パターン３を形成するＲ画素材料が基板２上に全面塗布される。次に、全面塗布されたＲ画素材料がプリベークされて、Ｒ画素材料のうち溶剤のみを蒸発させる。次に、Ｒ画素パターン用マスク（図示せず）を用いて、Ｒ画素材料が露光されて現像され、その後ポストベークされてＲ画素材料が所望の形状に固められる。このようにして、基板２上に、Ｒ画素パターン３が形成されるとともに、基板側アライメントマーク６が形成される（図７（ｂ））。

次に、Ｒ画素パターン３を形成する方法と同様にして、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、基板２上にＧ画素パターン４、およびＢ画素パターン５が順次形成される。

次に、図７（ｅ）に示すように、Ｒ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、Ｂ画素パターン５、および基板側アライメントマーク６上にＩＴＯ層７が形成される。

次に、図７（ｆ）に示すように、ＩＴＯ層７上全面に、顔料と溶剤と接合性樹脂とからなるブラックインキ８ｂが塗布されてブラック層８ａが形成される。次に、形成されたブラック層８ａがプリベークされて、ブラックインキ８ｂのうち溶剤のみを蒸発させる。次に、プリベークされたブラック層８ａが冷却される。

次に、図７（ｇ）に示すように、プリベークされて冷却されたブラック層８ａのうち、基板側アライメントマーク６に対応する部分にレーザ光が照射されて、この部分のブラック層８ａが除去され、薄肉部９が形成される。この場合、まず、基板２に形成された基板側アライメントマーク６に対応する部分に、レーザ発振器２３を用いてレーザ発振器２３のヘッド２３ａからレーザ光が照射される。このレーザ光を照射する位置は、ブラック層８ａが形成される前に予め確認しておいた基板２の基板側アライメントマーク６の位置に対応している。本実施の形態において、基板側アライメントマーク６は、ブラック層８ａにより外方へ現れることがないが、ブラック層８ａのうち基板側アライメントマーク６に対応する部分にレーザ光を照射すれば良く、基板側アライメントマーク６の中心位置にレーザ光を照射する必要はない。また、ブラック層８ａに照射されるレーザ光の強さは、基板側アライメントマーク６が外方へ現れる程度にブラック層８ａを除去して薄肉部９（後述）を形成することができる強さに設定されている。

次に、図７（ｈ）に示すように、レーザ光が照射されたブラック層８ａの部分は、ブラック層８ａが部分的に除去される。すなわち、レーザ光が照射されたブラック層８ａの部分の厚みは、基板側アライメントマーク６が外方へ現れる程度まで減少して、薄肉部９が形成される。

なお、上述したように、レーザ光が照射されるブラック層８ａを予め冷却しておくことにより、ブラック層８ａのうち基板側アライメントマーク６に対応する部分を、より一層確実に除去させることができる。

次に、ブラック層８ａに対して露光を行なって、遮光層８を形成する作用について、図６および図７により説明する。まず図６および図７に示すように、ブラック層８ａの薄肉部９を介して外方へ現れる基板側アライメントマーク６を用いて、基板２に対するブラック用マスク２２の位置決めが行なわれる。この場合、まず、基板２が、露光装置１０の基板保持手段１１により保持される。このとき、ブラック用マスク２２は予めマスク保持手段１３により、基板２の上方に保持されている。次に、露光装置１０のアライメント用光源１５を用いて、基板２上に形成された基板側アライメントマーク６と、ブラック用マスク２１に形成されたマスク側アライメントマーク２１ａとが照射される。次に、露光装置１０のＣＣＤカメラ１４を用いて、基板側アライメントマーク６とマスク側アライメントマーク２１ａとが撮像される。この場合、Ｒ画素材料により形成された基板側アライメントマーク６上に、ブラック層８ａが形成されているが、上述したようにブラック層８ａのうち基板側アライメントマーク６に対応する部分に薄肉部９が形成されている。このことにより、ブラック層８ａの薄肉部９を介して、基板側アライメントマーク６が外方に現われている。

次に、撮像された画像信号が、ＣＣＤカメラ１４に接続された制御手段１７に送られる。次に、制御手段１７において、この画像信号に基づき、基板側アライメントマーク６とマスク側アライメントマーク２１ａとの間の配置誤差が求められ、制御手段１７は、次にこの配置誤差に基づいて移動手段１６を駆動制御する。その後、移動手段１６により基板保持手段１１とともに基板２が移動し、基板側アライメントマーク６とマスク側アライメントマーク２１ａの位置合わせが行なわれる。このことにより、ブラック用マスク２１を基板２に対して精度良く確実に位置決めすることができる。

次に、露光装置１０の露光光源１８により、ブラック用マスク２１を介してブラック層８ａが露光される。その後、ブラック層８ａが現像されて、乾燥され、ポストベークされて、所望の形状からなる遮光層８が形成される（図７（ｉ））。

なお、上述したＲ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、およびＢ画素パターン５を形成する際に、図６に示す露光装置１０と同様の装置を用いて、基板２に対してマスクを位置決めすることができ、このマスクを介して基板２上に塗布されたＲ画素材料、Ｇ画素材料、およびＢ画素材料を露光することができる。

このように本実施の形態によれば、基板２上に、まず、Ｒ画素パターン３とともに基板側アライメントマーク６が形成され、次に、Ｇ画素パターン４、およびＢ画素パターン５が順次形成される。その後、Ｒ画素パターン３、Ｇ画素パターン４、Ｂ画素パターン５、および基板側アライメントマーク６上にＩＴＯ層７が形成され、このＩＴＯ層７上に顔料と溶剤と接合性樹脂とからなるブラック層８ａが形成される。このブラック層８ａのうち基板側アライメントマーク６に対応する部分にレーザ光が照射され、この部分のブラック層８ａが除去される。このことにより、この部分のブラック層８ａの厚みが減少して、薄肉部９が形成される。このため、この薄肉部９を介して基板２に形成された基板側アライメントマーク６が外方へ現れるため、露光装置１０のＣＣＤカメラ１４を用いて、この基板側アライメントマーク６を確実に撮像することができる。この結果、基板２上に形成された基板側アライメントマーク６と、ブラック用マスク２１のマスク側アライメントマーク２１ａとを用いて、基板２に対してブラック用マスク２１の位置決めを容易かつ精度良く行なうことができる。

なお本実施の形態においては、上述したように、ブラック層８ａに照射されるレーザ光は、基板側アライメントマーク６が外方へ現れる程度にブラック層８ａを除去して薄肉部９を形成することができる強さに設定されている。しかしながら、ブラック層８ａのうち、基板側アライメントマーク６に対応する部分のブラック層８ａを除去して開口部９ａを形成することができる強さに設定してもよい。この場合、上述した図７（ｈ）の代わりに図８を用いてカラーフィルターの製造方法が説明され、図８に示すように、開口部９ａにＩＴＯ層７が現れる。このため、基板側アライメントマーク６の視認性をより一層向上させることができる。

本発明におけるカラーフィルターの製造方法により製造されるカラーフィルターの断面構成を示す図。 図２は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示すモザイク型配置図。 図３は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示すトライアングル型配置図。 図４は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示すストライプ型配置図。 図５は、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンを示す４面画素配置型配置図。 図６は、本発明におけるカラーフィルターの製造方法において遮光層を形成するために用いられる露光装置を示す概略図。 図７は、本発明におけるカラーフィルターの製造方法を示す図。 図８は、本発明におけるカラーフィルターの製造方法において、ブラック層に開口部が形成された状態を示す図。 図９は、従来のカラーフィルターの断面構成を示す図。

符号の説明

１ カラーフィルター
２ 基板
３ Ｒ画素パターン
４ Ｇ画素パターン
５ Ｂ画素パターン
６ 基板側アライメントマーク
７ ＩＴＯ層
８ 遮光層
８ａ ブラック層
８ｂ ブラックインキ
９ 薄肉部
９ａ 開口部
１０ 露光装置
１１ 基板保持手段
１３ マスク保持手段
１４ ＣＣＤカメラ
１５ アライメント用光源
１６ 移動手段
１７ 制御手段
２１ ブラック用マスク
２１ａ マスク側アライメントマーク
２３ レーザ発振器
２３ａ ヘッド
３１ カラーフィルター
３２ 基板
３３ Ｒ画素パターン
３４ Ｇ画素パターン
３５ Ｂ画素パターン
３６ 基板側アライメントマーク
３７ ＩＴＯ層
３８ 遮光層
３９ 保護層

Claims (2)

1. 基板を準備する工程と、
   基板上にＲ画素パターンと、Ｇ画素パターンと、Ｂ画素パターンとを各々形成するとともに、Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、およびＢ画素パターンのいずれかとともに基板側アライメントマークを形成する工程と、
   Ｒ画素パターン、Ｇ画素パターン、Ｂ画素パターン、および基板側アライメントマーク上にＩＴＯ層を形成する工程と、
   ＩＴＯ層上全面に、顔料と溶剤と接合性樹脂とからなるブラックインキを塗布してブラック層を形成する工程と、
   形成されたブラック層をプリベークする工程と、
   ブラック層がプリベークされた後、プリベークされたブラック層を冷却する工程と、
   プリベークされたブラック層が冷却された後、プリベークされて冷却されたブラック層のうち、基板側アライメントマークに対応する部分にレーザ光を照射して、この部分のブラック層を除去して、薄肉部を形成する工程と、
   ブラック層の薄肉部を介して外方へ現れる基板側アライメントマークと、ブラック用マスクのマスク側アライメントマークとを用いて、基板に対するブラック用マスクの位置決めを行なう工程と、
   ブラック用マスクを介してブラック層を露光し、現像することにより、Ｒ画素パターンと、Ｇ画素パターンと、Ｂ画素パターンとの間に遮光層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
2. ブラックインキの顔料は、カーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性微粒子のうちいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法。

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