JP5609207B2 - Method for manufacturing color filter for liquid crystal display device, color filter for liquid crystal display device, and liquid crystal display device - Google Patents

Method for manufacturing color filter for liquid crystal display device, color filter for liquid crystal display device, and liquid crystal display device Download PDF

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本発明は、液晶表示装置に用いるカラーフィルタに関する。   The present invention relates to a color filter used in a liquid crystal display device.

近年、液晶表示装置は軽量、薄型、低消費電力等の特性を活かし、ノートPC、携帯情報端末、デジタルカメラ等、様々な用途で使用されている。液晶表示装置に表示特性(輝度、色再現性、視野角特性など)がより向上したことにより、液晶表示装置用画面には、従来のノートPC、デスクトップモニタに加え、色再現性をさらに向上させた大型液晶テレビ、あるいは、カーナビ、デジタルカメラ、ワンセグ等の動画に対応した携帯電話等が開発されている。   In recent years, liquid crystal display devices have been used in various applications such as notebook PCs, personal digital assistants, and digital cameras, taking advantage of characteristics such as light weight, thinness, and low power consumption. Due to the improved display characteristics (brightness, color reproducibility, viewing angle characteristics, etc.) of the liquid crystal display device, the color reproducibility is further improved on the screen for the liquid crystal display device in addition to the conventional notebook PC and desktop monitor. Large LCD TVs, mobile phones that support moving images such as car navigation systems, digital cameras, and 1Seg have been developed.

液晶表示装置をカラー化するために用いられるカラーフィルタは、例えば、透明基板上にブラックマトリックス、次いで、赤(R)、緑(G)、青(B)の着色膜を形成し、この上に必要に応じて透明保護膜、透明電極を形成させるものである。ブラックマトリックスは、着色膜間に配列された遮光領域を示し、液晶表示装置の表示コントラストを向上させるために設けられている。従来、ブラックマトリクスは、微細にパターン加工された金属薄膜、あるいは遮光剤により着色された樹脂によって形成される。   A color filter used for colorizing a liquid crystal display device is formed, for example, by forming a black matrix on a transparent substrate and then a colored film of red (R), green (G), and blue (B) on the transparent matrix. A transparent protective film and a transparent electrode are formed as necessary. The black matrix indicates a light shielding region arranged between the colored films and is provided to improve the display contrast of the liquid crystal display device. Conventionally, a black matrix is formed of a finely patterned metal thin film or a resin colored with a light shielding agent.

上記ブラックマトリクスに、金属膜を用いる場合は、反射光が大きく、また製造コストが高く、さらにはパターン加工を行う際、6価クロム等の有害な物質を生成し、環境汚染が問題となる場合がある。金属酸化物、あるいは金属窒化物で形成される多層膜を用いる場合は、反射光は小さくなるものの、製造コストおよび環境汚染の問題については軽減されない。一方、遮光剤によって着色された樹脂を用いる場合は、金属薄膜の場合に比べ、低反射であり、かつ、有害な物質の発生も抑えられる。しかし、ある程度の遮光性をもたせるためには、金属膜の膜厚に対して数倍の厚膜化が必要となる。   When a metal film is used for the black matrix, the reflected light is large, the manufacturing cost is high, and harmful substances such as hexavalent chromium are generated when pattern processing is performed, and environmental pollution becomes a problem. There is. When a multilayer film formed of metal oxide or metal nitride is used, the reflected light is reduced, but the problem of manufacturing cost and environmental pollution is not reduced. On the other hand, in the case of using a resin colored with a light shielding agent, compared with the case of a metal thin film, it is less reflective and generation of harmful substances can be suppressed. However, in order to provide a certain degree of light shielding properties, it is necessary to increase the film thickness several times the film thickness of the metal film.

パターン化されたブラックマトリクスの開口部に着色膜を形成する際は、ブラックマトリクスと着色膜の境界に隙間が生じないよう、該境界部ではブラックマトリクス上に着色膜を重ね合わせて形成するのが一般的であるが、上述したようにブラックマトリクスに樹脂材料を用いる場合は、厚膜のためにブラックマトリクスと着色膜との重なり領域が盛り上がり、カラーフィルタの表面平坦性を悪化させる問題がある。最近では、動画などの高画質化によって広い色再現性が求められ、着色膜の膜厚も大きくなりつつあり、ブラックマトリクスと着色膜の重なり領域の盛り上がりは一層大きくなる傾向にある。   When forming a colored film at the opening of the patterned black matrix, the colored film should be formed on the black matrix so that there is no gap at the boundary between the black matrix and the colored film. Generally, as described above, when a resin material is used for the black matrix, the overlapping region between the black matrix and the colored film rises due to the thick film, and there is a problem of deteriorating the surface flatness of the color filter. Recently, wide color reproducibility has been demanded due to high image quality of moving images and the like, and the film thickness of the colored film is becoming larger, and the bulge of the overlapping area between the black matrix and the colored film tends to become larger.

また、広い色再現性を実現するために色純度の高い材料が用いられるが、これによって着色膜自体の透過率が低下する傾向にある。このため、液晶表示装置では、高強度のバックライト光を用いて明るさを向上させている。高強度のバックライト光を用いると、従来の光学濃度では光漏れを発生させる可能性があるため、ブラックマトリクスには、より高い光学濃度が要求される。つまり、ブラックマトリクスに樹脂材料を用いる場合は、更なる厚膜化が必要となり、これもカラーフィルタの表面段差をより悪化させる原因となっている。   Moreover, in order to realize wide color reproducibility, a material having high color purity is used, but this tends to reduce the transmittance of the colored film itself. For this reason, in the liquid crystal display device, the brightness is improved by using high intensity backlight light. If high intensity backlight light is used, light leakage may occur at the conventional optical density, so that a higher optical density is required for the black matrix. That is, when a resin material is used for the black matrix, it is necessary to further increase the film thickness, which also causes the surface step of the color filter to be further deteriorated.

また、着色膜の高精細化を実現するためには、ブラックマトリクスの微細化、細線化が必要である。このことは、ブラックマトリクスのパターン領域を小さくすることになるため、ブラックマトリクスと着色膜の重なり領域もわずかとなり、該領域ではブラックマトリクスと着色膜が重ならずに境界に隙間が生じやすくなる。   Further, in order to realize high definition of the colored film, it is necessary to make the black matrix finer and thinner. This reduces the pattern area of the black matrix, so that the overlapping area between the black matrix and the colored film is also small. In this area, the black matrix and the colored film do not overlap and a gap is likely to occur at the boundary.

上記のようなカラーフィルタの表面平坦性の悪化や、ブラックマトリクスと着色膜の境界に隙間が生じる問題は、液晶表示装置用パネルでの液晶配向不良やラビング不均一による表示不良、また、色再現性の悪化やバックライトの光漏れによるコントラスト低下等の問題を引き起こすおそれがあった。   Problems such as the deterioration of the surface flatness of the color filter and the gap between the black matrix and the colored film are caused by poor alignment of the liquid crystal display panel, poor display due to uneven rubbing, and color reproduction. There is a risk of causing problems such as deterioration of the property and lowering of contrast due to light leakage of the backlight.

上記問題を改善する方法として、カラーフィルタの表面平坦性については、例えば、ブラックマトリクスおよび着色膜の膜厚を調整して着色膜間の段差を低減させる方法(特許文献1参照)や、コントラスト向上については、例えば、色材料に含まれる顔料を微細化する方法によって得られた材料を用いたカラーフィルタ(特許文献2参照)などが提案されている。また、カラーフィルタの表面平坦性向上に加えて、ブラックマトリクスのパターン加工精度向上のため、遮光性の非感光性樹脂で形成したブラックマトリクス上に遮光性の感光性樹脂を積層させたカラーフィルタが提案されている(特許文献3参照)。この遮光性の非感光性樹脂で形成したブラックマトリクス上に遮光性の感光性樹脂を積層させたカラーフィルタにおいては、積層させた遮光性の感光性樹脂のサイズを、下地となる非感光性樹脂のサイズより小さくして、ブラックマトリクス全体の形状を凸状にすることで、ブラックマトリクスと着色膜の重なり領域に生じる盛り上がりを小さくすることを可能としている。   As a method for improving the above problem, as for the surface flatness of the color filter, for example, a method of adjusting the film thickness of the black matrix and the colored film to reduce the level difference between the colored films (see Patent Document 1), or improving the contrast For example, a color filter (see Patent Document 2) using a material obtained by a method of refining a pigment contained in a color material has been proposed. In addition to improving the surface flatness of the color filter, in order to improve the pattern processing accuracy of the black matrix, there is a color filter in which a light-blocking photosensitive resin is laminated on a black matrix formed of a light-blocking non-photosensitive resin. It has been proposed (see Patent Document 3). In a color filter in which a light-shielding photosensitive resin is laminated on a black matrix formed of this light-shielding non-photosensitive resin, the size of the laminated light-shielding photosensitive resin is set to the base non-photosensitive resin. By reducing the size of the black matrix and making the shape of the entire black matrix convex, it is possible to reduce the swell generated in the overlapping region of the black matrix and the colored film.

しかしながら、ブラックマトリクスあるいは着色膜の膜厚調整による着色膜段差の低減については、上述したように、広い色再現性、高い光学濃度化にともなう着色膜や樹脂ブラックマトリクスの厚膜化により、従来のカラーフィルタ構造のままではブラックマトリクスと着色膜との重なり領域の盛り上がりを軽減させるような膜厚調整は非常に困難であること、また、色材料自体のコントラスト向上については、着色膜の高精細化にともなうブラックマトリクスの細線化により、ブラックマトリクスに対して着色層をより高精度に配置させなければならず、ブラックマトリクスと着色膜の境界部に隙間が生じやすくなり、液晶表示装置にて該境界部で光漏れが発生し、結果的にコントラストが向上しないという問題があった。また、遮光性の非感光性樹脂で形成したブラックマトリクス上に遮光性の感光性樹脂を積層させたカラーフィルタについては、その光学濃度特性を、2つの層から設計する必要があり、また、両層の膜厚バラツキによって基板内の光学濃度が不均一になりやすいという問題があった。さらには、積層させた遮光性の感光性樹脂のサイズを、下地となる非感光性樹脂のサイズより小さくして、ブラックマトリクスの全体形状を凸状に形成しようとすると、従来感光性樹脂のフォトリソ加工では必要のなかった感光性樹脂を積層させるための塗布装置や乾燥装置を新たに設ける必要があり、また、非感光性樹脂を形成した後に感光性樹脂を追加現像処理するためには、まず非感光性樹脂を熱硬化させるための加熱乾燥工程が必要となり、その後、同時に熱硬化された感光性樹脂を現像可能にするための手法や装置が必要となる。   However, as described above, the reduction in the level difference of the colored film by adjusting the film thickness of the black matrix or the colored film can be achieved by increasing the thickness of the colored film or the resin black matrix with wide color reproducibility and high optical density. With the color filter structure, it is very difficult to adjust the film thickness so as to reduce the swell of the overlap area between the black matrix and the colored film. As a result of the thinning of the black matrix, the colored layer must be arranged with higher accuracy with respect to the black matrix, and a gap is likely to be formed at the boundary between the black matrix and the colored film. There was a problem that light leakage occurred in the area, and as a result, the contrast was not improved. In addition, for a color filter in which a light-blocking photosensitive resin is laminated on a black matrix formed of a light-blocking non-photosensitive resin, it is necessary to design the optical density characteristics from two layers. There has been a problem that the optical density in the substrate tends to be non-uniform due to variations in the film thickness of the layers. Furthermore, when the size of the laminated light-shielding photosensitive resin is made smaller than the size of the non-photosensitive resin as a base, and the entire shape of the black matrix is formed in a convex shape, the conventional photosensitive resin photolithography is performed. It is necessary to newly provide a coating device and a drying device for laminating a photosensitive resin that was not necessary for processing. In addition, in order to further develop the photosensitive resin after forming the non-photosensitive resin, first, A heating and drying step for thermosetting the non-photosensitive resin is required, and thereafter, a method and an apparatus for enabling development of the thermosetting photosensitive resin are required.

特公平10−35485号公報Japanese Patent Publication No. 10-35485 特開2005−208397号公報JP 2005-208397 A 特開平6−331816号公報JP-A-6-331816

この発明はこのような従来技術の課題を解決しようとするものであり、樹脂ブラックマトリクスを用い、コントラストを向上させたカラーフィルタを低コストで製造し、さらには表示品位の高い液晶表示装置を提供することを目的とする。   The present invention is intended to solve such problems of the prior art, and provides a liquid crystal display device that uses a resin black matrix to produce a color filter with improved contrast at a low cost, and also has a high display quality. The purpose is to do.

この発明は、表面平坦性およびコントラストを向上したカラーフィルタを低コストで提供するために、以下のカラーフィルタの製造方法により達成される。
(1)透明基板上に非感光性樹脂ブラックマトリクス層を形成し、その上に感光性レジスト液を塗布・乾燥した後に露光・現像を行うことによりパターン化された樹脂ブラックマトリックス層とレジスト層が積層されたブラックマトリックスを形成し、次いで該ブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の着色層をそれぞれ形成してなる液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法であって、パターン化された樹脂ブラックマトリックス層上に形成されたレジスト層の幅をW1、パターン化された樹脂ブラックマトリクス層の幅をW2としたときに、W1>W2となるように樹脂ブラックマトリックス層のエッチングと感光性レジスト層の現像を同時に行うことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
(2)前記感光性レジスト液は、ポジ型の透明樹脂を含有することを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
(3)前記赤、緑、青の着色層のうち、少なくとも1色の着色層の膜厚をd0、パターン化された樹脂ブラックマトリクス層の膜厚をd1、該パターン化された樹脂ブラックマトリクス層とその上に形成されたレジスト層の膜厚の合計をd2としたときに、d1<d0≦d2であることを特徴とする(1)〜(2)のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
(4)(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法を用いたカラーフィルタの表面には透明保護膜層を形成することを特徴とする晶表示装置用カラーフィルタ。
(5)(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法を用いたカラーフィルタを具備する液晶表示装置。
The present invention is achieved by the following color filter manufacturing method in order to provide a color filter with improved surface flatness and contrast at low cost.
(1) A resin black matrix layer and a resist layer which are patterned by forming a non-photosensitive resin black matrix layer on a transparent substrate, applying and drying a photosensitive resist solution thereon, and then performing exposure and development. A method for producing a color filter substrate for a liquid crystal display device, wherein a patterned black matrix is formed by forming a laminated black matrix and then forming red, green and blue colored layers in the openings of the black matrix respectively. Etching of the resin black matrix layer and the photosensitive resist layer so that W1> W2, where W1 is the width of the resist layer formed on the black matrix layer and W2 is the width of the patterned resin black matrix layer A method for producing a color filter for a liquid crystal display device, characterized in that the development is carried out simultaneously.
(2) The method for producing a color filter for a liquid crystal display device according to (1), wherein the photosensitive resist solution contains a positive transparent resin.
(3) Among the red, green, and blue colored layers, the thickness of the colored layer of at least one color is d0, the thickness of the patterned resin black matrix layer is d1, and the patterned resin black matrix layer And d2 <d0 ≦ d2, where d2 is the total film thickness of the resist layers formed thereon, and the liquid crystal display device according to any one of (1) to (2) A method for producing a color filter.
(4) A color filter for a crystal display device, wherein a transparent protective film layer is formed on the surface of the color filter using the production method according to any one of (1) to (3).
(5) A liquid crystal display device comprising a color filter using the production method according to any one of (1) to (4).

この発明によれば、ブラックマトリクスと着色膜の重なり領域で生じる盛り上がりや、ブラックマトリクスと着色膜の境界部で発生する隙間を低減させることが可能となり、カラーフィルタの表面平坦性およびコントラストを向上することができる。また、新たな材料や装置を用いることなく、表示品位の高い液晶表示装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the swell generated in the overlapping region between the black matrix and the colored film and the gap generated at the boundary between the black matrix and the colored film, thereby improving the surface flatness and contrast of the color filter. be able to. In addition, a liquid crystal display device with high display quality can be provided without using new materials and devices.

本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (a)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。(b)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。(A) It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (B) It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. 本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. 本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (a)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略表面図である。(b)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。(A) It is a schematic surface drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (B) It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (a)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略表面図である。(b)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。(A) It is a schematic surface drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (B) It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (a)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略表面図である。(b)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。(A) It is a schematic surface drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (B) It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (a)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略表面図である。(b)本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを説明するための概略断面図である。(A) It is a schematic surface drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention. (B) It is a schematic sectional drawing for demonstrating the color filter for liquid crystal display devices of this invention.

以下、本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

1.本発明のカラーフィルタの構成
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの概略断面図の一例を図1に示す。
図1において、カラーフィルタは、透明基板1の上に、樹脂ブラックマトリックス2、感光性レジスト3、着色膜(赤、青、緑)4、透明保護膜5、透明電極膜6が順次形成されている。
1. Configuration of Color Filter of the Present Invention An example of a schematic sectional view of a color filter for a liquid crystal display device of the present invention is shown in FIG.
In FIG. 1, a color filter is formed by sequentially forming a resin black matrix 2, a photosensitive resist 3, a colored film (red, blue, green) 4, a transparent protective film 5, and a transparent electrode film 6 on a transparent substrate 1. Yes.

ここで、本発明で用いられる透明基板は、特に限定されるものではなく、石英ガラスやホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラス類、有機プラスチックのフィルム又はシート等が用いられる。樹脂ブラックマトリクスとしては、樹脂中に遮光材を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスが好ましく用いられる。樹脂としては、耐熱性、耐薬品性等の点からポリイミドやアクリルが好ましい。遮光材としての黒色顔料の例としてはピグメントブラック7、チタンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されず、種々の顔料を使用することができる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性基処理などの表面処理が施されているものを使用してもよい。   Here, the transparent substrate used in the present invention is not particularly limited, and inorganic glass such as quartz glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, soda lime glass whose surface is coated with silica, organic plastic film Or a sheet | seat etc. are used. As the resin black matrix, a resin black matrix obtained by dispersing a light shielding material in a resin is preferably used. As the resin, polyimide and acrylic are preferable from the viewpoints of heat resistance and chemical resistance. Examples of the black pigment as the light shielding material include Pigment Black 7 and Titanium Black, but are not limited thereto, and various pigments can be used. In addition, you may use the pigment in which surface treatments, such as a rosin process, an acidic group process, a basic group process, are performed as needed.

感光性レジストとしては、特に限定されないが、非感光性樹脂のフォトリソ加工で一般的に用いられているポジ型の透明樹脂であることが好ましい。ここでいう透明樹脂とは、具体的には可視光領域の平均透過率が60%以上の樹脂であることをいう。その中でも、フェノールノボラック樹脂とジアゾナフトキノン化合物で構成される感光性レジストは、非感光性樹脂を形成するためのフォトリソ加工工程で幅広く使用されており、生産上、新たな設備を導入することなく適用することができる。その他にも上記材料は、色材料に用いられる樹脂、例えば、アクリルやポリイミド樹脂などの透明材料を用いても構わない。   Although it does not specifically limit as a photosensitive resist, It is preferable that it is a positive type transparent resin generally used by the photolithographic processing of non-photosensitive resin. Here, the transparent resin specifically means a resin having an average transmittance in the visible light region of 60% or more. Among them, photosensitive resist composed of phenol novolac resin and diazonaphthoquinone compound is widely used in photolithography process to form non-photosensitive resin, and can be applied without introducing new equipment in production. can do. In addition, the material may be a resin used for a color material, for example, a transparent material such as acrylic or polyimide resin.

色材料としては、着色成分と樹脂成分を含むペーストであり、樹脂成分としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂およびポリオレフィン系樹脂等の材料が好ましく用いられる。   The color material is a paste containing a coloring component and a resin component. As the resin component, materials such as a polyimide resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, a polyester resin, and a polyolefin resin are preferably used. It is done.

透明保護膜としては、透明材質であり、かつ平坦化層としての役割を有するものであればどのようなものであってもかまわない。透明保護膜の材質としては、エポキシ系の膜、アクリルエポキシ膜、アクリル膜、シロキサンポリマ系の膜、ポリイミド膜、ケイ素含有ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜等が用いられる。ここでいう透明膜は、具体的には可視光領域の平均透過率が95%以上の樹脂であることをいう。   The transparent protective film may be any material as long as it is a transparent material and has a role as a planarizing layer. As a material for the transparent protective film, an epoxy film, an acrylic epoxy film, an acrylic film, a siloxane polymer film, a polyimide film, a silicon-containing polyimide film, a polyimidesiloxane film, or the like is used. The transparent film as used herein specifically means a resin having an average transmittance in the visible light region of 95% or more.

透明導電膜としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛、酸化スズ等及びその合金を用いることができる。ここでいう透明膜は、具体的には可視光領域の平均透過率が98%以上の金属膜であることをいう。   As the transparent conductive film, indium tin oxide (ITO), zinc oxide, tin oxide and the like and alloys thereof can be used. The transparent film here means specifically a metal film having an average transmittance in the visible light region of 98% or more.

2.本発明のカラーフィルタの製造方法
本発明で用いられるカラーフィルタの製造方法の一例を以下に示す。まず、透明基板上に非感光性の樹脂ブラックマトリクスを形成する。ブラックマトリクスの形成方法は、ダイコート法、スピンコート法、ダイスピンコート法、ロールコート法、ディピィング法等が好ましく用いられる。この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥(セミキュア)を行う。セミキュア条件は、使用する材料により異なるが、通常60〜200℃で1〜60分加熱することが好ましい。次いで、感光性レジスト材料をブラックマトリクスと同様に、塗布、加熱乾燥(プリベーク)した後、露光、現像を行う。プリベーク条件は、通常70〜150℃で1〜60分加熱するのが一般的である。ここで、現像後のカラーフィルタ構造断面を図2(a)に示す。この図は、着色膜を平面から見て着色膜長辺方向に対して垂直方向に切ったときの断面図である。
2. Production method of color filter of the present invention An example of the production method of the color filter used in the present invention is shown below. First, a non-photosensitive resin black matrix is formed on a transparent substrate. As a method for forming the black matrix, a die coating method, a spin coating method, a die spin coating method, a roll coating method, a deping method, or the like is preferably used. Then, heat drying (semi-cure) is performed using an oven or a hot plate. Semi-cure conditions vary depending on the materials used, but it is usually preferable to heat at 60 to 200 ° C. for 1 to 60 minutes. Next, the photosensitive resist material is coated and heat-dried (prebaked) in the same manner as the black matrix, and then exposure and development are performed. As prebaking conditions, heating is usually performed at 70 to 150 ° C. for 1 to 60 minutes. Here, a cross section of the color filter structure after development is shown in FIG. This figure is a cross-sectional view when the colored film is cut in a direction perpendicular to the long side direction of the colored film as viewed from above.

本発明による現像後の形状は、パターン加工されたブラックマトリクス2上に、同様にパターン加工された感光性レジスト7が積層され、該レジストの幅はブラックマトリクスの幅より大きくなることを特徴とする。このレジストの幅は、現像条件にて容易に調整することができる。その後、通常であれば感光性レジスト膜を剥離する工程にて剥離を行うが、本発明では剥離を行わず、加熱乾燥(本キュア)を行う。本キュア条件は、ブラックマトリクスにおいて、前駆体からポリイミド系樹脂を得るために、通常200〜300℃で1〜60分加熱するのが一般的である。ここで、本キュア後のカラーフィルタ構造断面を図2(b)に示す。本発明による本キュア後の形状は、上記本キュア条件により、図2(b)のように、熱溶解によってブラックマトリクス2の表層を覆うように積層レジスト3が形成される。このとき、該レジストの幅W1はブラックマトリクスの幅W2より大きくなることを特徴とする。ここでいうレジスト幅およびブラックマトリクス幅とは、着色膜を平面から見て着色膜長辺方向に対して垂直方向に切ったときの断面のそれぞれの長さのことをいう。このことは、次工程の着色膜形成において、着色膜材料塗布の際にブラックマトリクスの開口領域全体に色材料を充填できるとともに、現像工程において着色膜の過現像を防ぎ、ブラックマトリクスと着色膜の境界部の隙間の発生を防止することができる。このように現像後の積層レジスト7を剥離せず本キュアする方法によって、本発明のブラックマトリクスと感光性レジストを同時形成することができる。   The shape after development according to the present invention is characterized in that a similarly patterned photosensitive resist 7 is laminated on the patterned black matrix 2, and the width of the resist is larger than the width of the black matrix. . The width of the resist can be easily adjusted by developing conditions. Thereafter, the peeling is usually performed in the step of peeling the photosensitive resist film, but in the present invention, the peeling is not performed, but the heat drying (the present curing) is performed. As for this curing condition, in order to obtain a polyimide resin from a precursor in a black matrix, it is generally heated at 200 to 300 ° C. for 1 to 60 minutes. Here, a cross section of the color filter structure after the main curing is shown in FIG. As shown in FIG. 2B, the laminated resist 3 is formed so as to cover the surface layer of the black matrix 2 by heat melting under the above-described curing conditions as described above. At this time, the width W1 of the resist is larger than the width W2 of the black matrix. The resist width and the black matrix width here refer to respective lengths of a cross section when the colored film is cut in a direction perpendicular to the long side direction of the colored film when viewed from the plane. This means that in the next color film formation, the color material can be filled in the entire opening area of the black matrix when the color film material is applied, and over development of the color film is prevented in the development process. Generation of a gap at the boundary can be prevented. As described above, the black matrix of the present invention and the photosensitive resist can be formed simultaneously by the method of curing the laminated resist 7 after development without peeling.

次に、着色膜を形成する。形成方法は、ブラックマトリクスと同様の方法で露光、現像工程まで行い、その後、着色膜上に形成された感光性レジストを剥離工程にて剥離し、本キュアを行い、着色膜のみを所定の領域へ形成する。本発明の製造方法では、ブラックマトリクスの表層を覆うレジストによって着色膜の現像量にマージンを持たせることが可能となる。着色膜現像時のカラーフィルタ構造断面図を図3に示す。この図は、図2同様、着色膜を平面から見て着色膜長辺方向に対して垂直方向に切ったときの断面図である。例えば、着色膜4の幅L0が、過現像によってブラックマトリクスの開口幅L1より小さくなる場合は、色材料を塗布した際、積層レジスト3下に色材料が流れ込むことで、現像時に積層レジスト3が着色膜の現像を堰止めする役割を果たし、ブラックマトリクス2と着色膜4の間に隙間は発生しにくい。反対に、着色膜4の幅L0がブラックマトリクスの開口幅L1より大きくなることがあるのであれば、上記過現像のマージンを活かして、あらかじめ過現像気味に装置設定をしておくことで、ブラックマトリクス2上における隣接する他の着色膜領域側へのはみ出しを防ぐことができる。   Next, a colored film is formed. The formation method is the same as that for the black matrix until the exposure and development steps are performed, and then the photosensitive resist formed on the colored film is peeled off in the peeling step, this cure is performed, and only the colored film is applied to a predetermined area. To form. In the manufacturing method of the present invention, it is possible to give a margin to the development amount of the colored film by the resist covering the surface layer of the black matrix. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the color filter structure during color film development. Like FIG. 2, this figure is a cross-sectional view when the colored film is cut in a direction perpendicular to the long side direction of the colored film when viewed from above. For example, when the width L0 of the colored film 4 is smaller than the opening width L1 of the black matrix due to over-development, the color resist flows into the bottom of the multi-layer resist 3 when the color material is applied. It plays a role of blocking development of the colored film, and a gap is not easily generated between the black matrix 2 and the colored film 4. On the other hand, if the width L0 of the colored film 4 may be larger than the opening width L1 of the black matrix, the apparatus is preliminarily overdeveloped by taking advantage of the overdevelopment margin, so that the black It is possible to prevent the protrusion to the other adjacent colored film region side on the matrix 2.

このとき、着色膜の膜厚と、ブラックマトリクスの膜厚と、ブラックマトリクスと積層レジストを含む総膜厚をあらかじめ設計することによって、着色膜の加工精度をさらに向上させることが可能となる。図4は、着色膜を平面から見て着色膜長辺方向に対して垂直方向に切ったときの断面図である。この断面図において、着色膜の膜厚をd0、ブラックマトリクスの膜厚をd1、ブラックマトリクスと積層レジストの総膜厚をd2としたときに、着色膜の膜厚d0は、ブラックマトリクスの膜厚d1より大きく、また、ブラックマトリクスと積層レジストの総膜厚d2より小さい、あるいは同等であることが好ましい。あらかじめ各層の膜厚を上記の通り設計しておくことで、ブラックマトリクスと着色膜の境界に隙間が生じにくく、かつ、ブラックマトリクス上における隣接する他の着色膜領域側へのはみ出しを防ぐことが可能となる。以上のプロセスを繰り返すことによって、基板上に複数の着色膜を形成する。   At this time, the processing accuracy of the colored film can be further improved by designing in advance the thickness of the colored film, the thickness of the black matrix, and the total thickness including the black matrix and the laminated resist. FIG. 4 is a cross-sectional view when the colored film is cut in a direction perpendicular to the long side direction of the colored film when viewed from the plane. In this sectional view, when the thickness of the colored film is d0, the thickness of the black matrix is d1, and the total thickness of the black matrix and the laminated resist is d2, the thickness d0 of the colored film is the thickness of the black matrix. It is preferably larger than d1 and smaller than or equal to the total film thickness d2 of the black matrix and the laminated resist. By designing the film thickness of each layer in advance as described above, it is difficult for gaps to occur at the boundary between the black matrix and the colored film, and also prevents protrusion to the adjacent colored film region side on the black matrix. It becomes possible. By repeating the above process, a plurality of colored films are formed on the substrate.

その後、必要に応じて透明保護膜を着色膜と同様の方法で形成する。透明保護膜は、カラーフィルタの表面保護だけでなく、着色膜間の段差等の凹凸を平坦化させる効果があることから、形成するのが好ましい。このとき、透明保護膜の膜厚は、材料にもよるが、一般的には薄いと表面平坦性向上の効果が得られず、反対に、厚いとカラーフィルタ表面自体の硬度が低下し、透明電極形成時に透明保護膜との界面で歪み応力が発生しやすくなることから、1〜2μmの範囲で形成することが好ましい。次いで、透明電極をスパッタリングや蒸着により設け、必要であればフォトリソエッチング法でパターン化する。   Thereafter, if necessary, a transparent protective film is formed by the same method as the colored film. The transparent protective film is preferably formed because it not only protects the surface of the color filter but also has an effect of flattening unevenness such as a step between the colored films. At this time, although the film thickness of the transparent protective film depends on the material, in general, if it is thin, the effect of improving the surface flatness cannot be obtained. Since distortion stress is likely to occur at the interface with the transparent protective film during electrode formation, it is preferably formed in the range of 1 to 2 μm. Next, a transparent electrode is provided by sputtering or vapor deposition, and if necessary, patterned by a photolithography etching method.

以上から得られた本発明のカラーフィルタおよびこれを用いた液晶表示装置は、パソコン、エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、デジタルカメラ、携帯電話などの液晶表示画面に用いられ、また、液晶プロジェクション等にも好適に用いられる。また、光通信や光情報処理の分野において、液晶を用いた空間変調素子としても好適に用いられる。空間変調素子は、素子への入力信号に応じて、素子に入射する光の強度や位相、偏光方向等を変調させるもので、実時間ホログラフィーや空間フィルター、インコヒーレント/コヒーレント変換等に用いられるものである。   The color filter of the present invention obtained from the above and a liquid crystal display device using the same are used for liquid crystal display screens of personal computers, engineering workstations, navigation systems, liquid crystal televisions, digital cameras, mobile phones, etc. It is also suitably used for projection and the like. Further, in the field of optical communication and optical information processing, it is also suitably used as a spatial modulation element using liquid crystal. A spatial modulation element modulates the intensity, phase, polarization direction, etc. of light incident on the element according to the input signal to the element, and is used for real-time holography, spatial filter, incoherent / coherent conversion, etc. It is.

以下、本発明の実施例を、具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited thereto.

(樹脂ブラックマトリクス用ブラックペーストの作成)
3、3’、4、4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4、4’−ジアミノジフェニルエーテル及びビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンをN−メチル−2−ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体(ポリアミック酸)溶液を得た。下記の組成を有するカーボンブラックミルベースをホモジナイザーを用いて、均一に分散し、ガラスビーズをろ過してブラックペーストを得た。
(Create black paste for resin black matrix)
3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 4,4′-diaminodiphenyl ether and bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane are reacted with N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent A polyimide precursor (polyamic acid) solution was obtained. A carbon black mill base having the following composition was uniformly dispersed using a homogenizer, and glass beads were filtered to obtain a black paste.

(カーボンブラックミルベースの組成)
カーボンブラック(MA100 、三菱化成(株)製):4.6部
ポリイミド前駆体溶液:24.0部
N−メチルピロリドン:61.4部
ガラスビーズ:90.0部。
(Composition of carbon black mill base)
Carbon black (MA100, manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd.): 4.6 parts Polyimide precursor solution: 24.0 parts N-methylpyrrolidone: 61.4 parts Glass beads: 90.0 parts.

(着色膜形成用ポリイミド樹脂ペーストの作製)
4,4′−ジアミノジフェニルエーテルと、ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンと、γ−ブチロラクトンと、N−メチル−2−ピロリドン をそれぞれ19対1対105対44の割合で仕込み、これに3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、無水フタル酸をそれぞれ280対48対1の割合で添加し、25重量%のポリアミック酸溶液(PAA)を得た。
(Preparation of colored film forming polyimide resin paste)
4,4′-diaminodiphenyl ether, bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane, γ-butyrolactone, and N-methyl-2-pyrrolidone were charged at a ratio of 19: 1 to 105: 44, respectively. 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride and phthalic anhydride were added in a ratio of 280 to 48 to 1, respectively, to obtain a 25 wt% polyamic acid solution (PAA).

4,4′−ジアミノベンズアニリドと、3,3′−ジアミノジフェニルスルホンと、ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンをγ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドンとともに、それぞれ8対9対1対134対27の割合で仕込み、これに3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 と無水フタル酸を、それぞれ1775対220対1の割合で添加し、20重量%のポリアミック酸溶液であるポリマー分散剤(PD)を得た。   8: 9 pairs of 4,4'-diaminobenzanilide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, and bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane together with γ-butyrolactone and N-methyl-2-pyrrolidone Charged in a ratio of 1: 134: 27, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and phthalic anhydride were added in a ratio of 1775: 220: 1, respectively, and 20% by weight. A polymer dispersant (PD) which is a polyamic acid solution was obtained.

ピグメントレッドPR254と、ピグメントイエローPY138と、ポリマー分散剤(PD)およびγ−ブチロラクトンと、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノールをガラスビーズとともに、それぞれ4対1対23対43対20対90の割合で仕込み、分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。このようにしてPR254とPY138からなる分散液5%溶液を得た。   Pigment Red PR254, Pigment Yellow PY138, Polymer Dispersant (PD) and γ-butyrolactone, and 3-methoxy-3-methyl-1-butanol together with glass beads, 4: 1 to 23:43 to 20:90, respectively. Then, the glass beads were filtered and removed. In this way, a 5% dispersion of PR254 and PY138 was obtained.

該分散液とポリアミック酸溶液(PAA)をγ−ブチロラクトンで、それぞれ9対3対8の割合で希釈した溶液を添加混合し、非感光性赤色カラーペーストを得た。同様にして、ピグメントグリーンPG38とピグメントイエローPY138からなる非感光性緑ペースト、ピグメントブルーPB15:6からなる非感光性青ペーストを得た。   A solution obtained by diluting the dispersion and polyamic acid solution (PAA) with γ-butyrolactone at a ratio of 9: 3: 8 was added and mixed to obtain a non-photosensitive red color paste. Similarly, a non-photosensitive green paste composed of Pigment Green PG38 and Pigment Yellow PY138 and a non-photosensitive blue paste composed of Pigment Blue PB15: 6 were obtained.

(透明保護膜用ペーストの作製)
γ−アミノプロピルメチルジエトキシシランの加水分解物と、メチルトリメトキシシランの加水分解物と、3、3’、4、4’、−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを17対5対14.5の割合で反応させ、透明保護膜用ペーストを得た。
(Preparation of transparent protective film paste)
17. Gamma-aminopropylmethyldiethoxysilane hydrolyzate, methyltrimethoxysilane hydrolyzate and 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride 17 to 5 to 14. Reaction was carried out at a ratio of 5 to obtain a transparent protective film paste.

実施例1
(ブラックマトリクス層の構造が樹脂ブラックマトリクスおよび積層レジスト(積層レジストの幅>ブラックマトリクスの幅)からなるカラーフィルタの設計)
実施例1のカラーフィルタ基板の平面図およびa−a’間の断面図をそれぞれ図5(a)、(b)に示す。図5(a)のように、樹脂ブラックマトリクス2の着色膜パターンをストライプ状とし、樹脂ブラックマトリクス2のピッチL2が50μm、樹脂ブラックマトリクス2の幅L3が6μm、赤、緑、青の各着色膜の幅L4が樹脂ブラックマトリクスの開口幅L1と同じ44μmとなるブラックマトリクスおよび各着色膜のフォトマスクを作成した。また、積層レジストの幅L3’は8μmとなるよう現像条件を設定した。
Example 1
(Design of a color filter with a black matrix layer structure consisting of a resin black matrix and a laminated resist (width of the laminated resist> width of the black matrix))
A plan view of the color filter substrate of Example 1 and a cross-sectional view taken along the line aa ′ are shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. As shown in FIG. 5A, the colored film pattern of the resin black matrix 2 is striped, the pitch L2 of the resin black matrix 2 is 50 μm, the width L3 of the resin black matrix 2 is 6 μm, and each color is red, green, and blue. A black matrix having a film width L4 of 44 μm, which is the same as the opening width L1 of the resin black matrix, and a photomask for each colored film were prepared. The development conditions were set so that the width L3 ′ of the laminated resist was 8 μm.

図5(b)のように、樹脂ブラックマトリクスの膜厚d1が1.4μm、赤、緑、青の各着色膜の膜厚d0が2.0μm、樹脂ブラックマトリクスと積層レジストの総膜厚d2が2.2μm、透明保護膜の膜厚t1が1.5μm、透明電極の膜厚t2が1500オングストロームとなる設計とした。   As shown in FIG. 5B, the film thickness d1 of the resin black matrix is 1.4 μm, the film thickness d0 of each colored film of red, green, and blue is 2.0 μm, and the total film thickness d2 of the resin black matrix and the laminated resist. Is 2.2 μm, the thickness t1 of the transparent protective film is 1.5 μm, and the thickness t2 of the transparent electrode is 1500 angstroms.

(ブラックマトリクス層の構造が樹脂ブラックマトリクスおよび積層レジスト(積層レジストの幅>ブラックマトリクスの幅)からなるカラーフィルタ基板の作製)
無アルカリガラス基板(コーニング製)上に上記ブラックスペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートでセミキュアし、樹脂塗膜を形成した。次に、感光性レジスト(AZ社製)をカーテンフローコータで塗布、ホットプレートでプリベークし、露光機にて所定のフォトマスクを介して露光した後、感光性レジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成した。次いで、ホットプレートで本キュアすることで樹脂ブラックマトリクスをイミド化させ、ブラックマトリクスおよび積層レジスト形成基板を作製した。
(Preparation of a color filter substrate in which the structure of the black matrix layer is a resin black matrix and a multilayer resist (width of the multilayer resist> width of the black matrix))
The black space was coated on an alkali-free glass substrate (manufactured by Corning) with a curtain flow coater and semi-cured with a hot plate to form a resin coating film. Next, a photosensitive resist (manufactured by AZ Co., Ltd.) is applied with a curtain flow coater, pre-baked with a hot plate, exposed through a predetermined photomask with an exposure machine, and then development of the photosensitive resist and etching of the resin coating film are performed. Were performed simultaneously to form a pattern. Next, the resin black matrix was imidized by main curing with a hot plate, and a black matrix and a multilayer resist-formed substrate were produced.

次に、樹脂ブラックマトリクス基板上に上記ポリイミド樹脂赤ペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートでセミキュアし、上記赤色の樹脂塗膜を形成した。この後、ブラックペーストと同様に、感光性レジストをカーテンフローコータで塗布、ホットプレートでプリベークした。その後ブラックペーストの場合と同じ露光機を用い、上記内容で設計したフォトマスクを介して露光した後、感光性レジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成した。次いで、レジストを剥離し、ホットプレートで加熱して、赤着色膜を形成した。上記手順を繰り返して、緑着色膜、青着色膜を形成した。   Next, the polyimide resin red paste was applied onto a resin black matrix substrate with a curtain flow coater and semi-cured with a hot plate to form the red resin coating film. Thereafter, similar to the black paste, a photosensitive resist was applied with a curtain flow coater and pre-baked with a hot plate. Thereafter, using the same exposure machine as in the case of the black paste, after exposure through the photomask designed as described above, development of the photosensitive resist and etching of the resin coating film were simultaneously performed to form a pattern. Next, the resist was peeled off and heated on a hot plate to form a red colored film. The above procedure was repeated to form a green colored film and a blue colored film.

次に、着色膜形成基板上に上記透明保護膜用ペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートでセミキュアし、上記塗膜を形成した。この後、ホットプレートで加熱乾燥して、透明保護膜を形成した。最後に、透明電極をスパッタリングしてカラーフィルタ基板を作製した。   Next, the transparent protective film paste was applied on a colored film forming substrate with a curtain flow coater and semi-cured with a hot plate to form the coating film. Thereafter, it was dried by heating on a hot plate to form a transparent protective film. Finally, a transparent electrode was sputtered to produce a color filter substrate.

カラーフィルタの表面平坦性を評価するため、図5(b)に示すように、各着色膜4の総膜厚d0’と、ブラックマトリクス2と着色膜4の重なり領域の総膜厚T3を接触式膜厚計(Tencor社製)でそれぞれ測定し、それらを差し引いた値T4(絶対値)を求めた結果、以下の通りとなった。   In order to evaluate the surface flatness of the color filter, as shown in FIG. 5B, the total film thickness d0 ′ of each colored film 4 and the total film thickness T3 of the overlapping region of the black matrix 2 and the colored film 4 are contacted. As a result of measuring each with a film thickness meter (manufactured by Tencor) and subtracting them, a value T4 (absolute value) was obtained.

d0’(赤):3.7μm、d0’(緑):3.8μm、d0’(青):3.7μm
T3(赤):3.7μm、T3(緑):3.8μm、T3(青):3.7μm
T4(赤):0.0μm、T4(緑):0.0μm、T4(青):0.0μm。
d0 ′ (red): 3.7 μm, d0 ′ (green): 3.8 μm, d0 ′ (blue): 3.7 μm
T3 (red): 3.7 μm, T3 (green): 3.8 μm, T3 (blue): 3.7 μm
T4 (red): 0.0 μm, T4 (green): 0.0 μm, T4 (blue): 0.0 μm.

上記結果より、カラーフィルタの表面段差T4は0.0μmと平坦な状態が得られた。また、ブラックマトリクスと各着色膜の重なり領域からの光漏れを観察するため、光学顕微鏡(ニコン製)の透過モードにてカラーフィルタ観察を行った結果、該当部分に光漏れは見られなかった。また、カラーフィルタのコントラストを評価するため、コントラスト測定器(トプコン製)で測定した結果、1200cdとなった。   From the above results, the surface level difference T4 of the color filter was as flat as 0.0 μm. Moreover, in order to observe the light leakage from the overlapping area of the black matrix and each colored film, the color filter was observed in the transmission mode of an optical microscope (manufactured by Nikon). As a result, no light leakage was observed in the corresponding portion. Moreover, in order to evaluate the contrast of a color filter, it was 1200 cd as a result of measuring with the contrast measuring device (made by Topcon).

比較例1
(ブラックマトリクス層の構造が樹脂ブラックマトリクスのみからなるカラーフィルタの設計)
比較例1のカラーフィルタ基板の平面図およびb−b’間の断面図をそれぞれ図6(a)、(b)に示す。図6(a)において、ブラックマトリクス2と着色膜4の各境界に隙間が生じないよう、ブラックマトリクス上に着色膜を重ね合わせて形成する設計とするため、赤、緑、青の各着色膜の幅L4が、ブラックマトリクスの開口幅L1より4μm大きい48μmとなる着色膜用のフォトマスクを作成し、積層レジストは形成せず、各膜厚は全て実施例1と同じ設計とした。
Comparative Example 1
(Design of a color filter whose black matrix layer structure consists only of resin black matrix)
A plan view of the color filter substrate of Comparative Example 1 and a cross-sectional view between bb ′ are shown in FIGS. 6A and 6B, respectively. In FIG. 6A, each of the red, green, and blue colored films is designed so that the colored films are overlapped on the black matrix so that no gap is formed at each boundary between the black matrix 2 and the colored film 4. A photomask for a colored film having a width L4 of 48 μm, which is 4 μm larger than the opening width L1 of the black matrix, was prepared, and a laminated resist was not formed.

(ブラックマトリクスが樹脂ブラックマトリクス構造のみのカラーフィルタ基板の作製)
無アルカリガラス基板(コーニング製)上に上記ブラックスペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートでセミキュアし、樹脂塗膜を形成した。次に、感光性レジスト(AZ社製)をカーテンフローコータで塗布、ホットプレートでプリベークし、露光機にて所定のフォトマスクを介して露光した後、感光性レジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成した。次いで、剥離工程でレジスト剥離を行い、ホットプレートで加熱することで樹脂ブラックマトリクスをイミド化させ、ブラックマトリクス形成基板を形成した。
(Preparation of color filter substrate with black matrix resin resin matrix only)
The black space was coated on an alkali-free glass substrate (manufactured by Corning) with a curtain flow coater and semi-cured with a hot plate to form a resin coating film. Next, a photosensitive resist (manufactured by AZ Co., Ltd.) is applied with a curtain flow coater, pre-baked with a hot plate, exposed through a predetermined photomask with an exposure machine, and then development of the photosensitive resist and etching of the resin coating film are performed. Were performed simultaneously to form a pattern. Next, the resist was peeled off in a peeling step, and the resin black matrix was imidized by heating with a hot plate to form a black matrix forming substrate.

次に、赤、緑、青の各着色膜、透明保護膜、透明電極を、実施例1と同様に順次形成し、カラーフィルタ基板を作製した。   Next, red, green and blue colored films, a transparent protective film, and a transparent electrode were sequentially formed in the same manner as in Example 1 to produce a color filter substrate.

実施例1と同様に、カラーフィルタの表面平坦性を評価するため、図6(b)に示すように、各着色膜4の総膜厚d0’と、ブラックマトリクス2と着色膜4の重なり領域の総膜厚T3をそれぞれ測定し、それらを差し引いた値T4(絶対値)を求めた結果、以下の通りとなった。   As in Example 1, in order to evaluate the surface flatness of the color filter, as shown in FIG. 6B, the total film thickness d0 ′ of each colored film 4 and the overlapping region of the black matrix 2 and the colored film 4 The total film thickness T3 was measured and the value T4 (absolute value) obtained by subtracting them was determined as follows.

d0’(赤):3.8μm、d0’(緑):3.8μm、d0’(青):3.8μm
T3(赤):4.2μm、T3(緑):4.1μm、T3(青):4.1μm
T4(赤):0.4μm、T4(緑):0.3μm、T4(青):0.3μm。
d0 ′ (red): 3.8 μm, d0 ′ (green): 3.8 μm, d0 ′ (blue): 3.8 μm
T3 (red): 4.2 μm, T3 (green): 4.1 μm, T3 (blue): 4.1 μm
T4 (red): 0.4 μm, T4 (green): 0.3 μm, T4 (blue): 0.3 μm.

上記結果より、カラーフィルタの表面段差T4は、実施例1に比べ約0.3μm悪化した。また、ブラックマトリクスと各着色膜の重なり領域からの光漏れを観察するため、光学顕微鏡(ニコン製)の透過モードにてカラーフィルタ観察を行った結果、該当部分に光漏れは見られなかった。カラーフィルタのコントラストを測定した結果、1100cdとなり、実施例1に比べ100cd低下した。   From the above results, the surface level difference T4 of the color filter was deteriorated by about 0.3 μm compared to Example 1. Moreover, in order to observe the light leakage from the overlapping area of the black matrix and each colored film, the color filter was observed in the transmission mode of an optical microscope (manufactured by Nikon). As a result, no light leakage was observed in the corresponding portion. As a result of measuring the contrast of the color filter, it was 1100 cd, which was 100 cd lower than that of Example 1.

比較例2
(ブラックマトリクス層の構造が樹脂ブラックマトリクスのみからなるカラーフィルタの設計)
カラーフィルタ基板の平面図およびc−c’間の断面図をそれぞれ図7(a)、(b)に示す。図7(a)において、実施例1と同様に、樹脂ブラックマトリクス2のピッチL2が50μm、樹脂ブラックマトリクス2の幅L3が6μm、赤、緑、青の各着色膜4の幅L4が、ブラックマトリクスの開口幅L1と同じ44μmとなる着色膜用のフォトマスクを使用し、積層レジストは形成せず、各膜厚は全て実施例1と同じ設計とした。
Comparative Example 2
(Design of a color filter whose black matrix layer structure consists only of resin black matrix)
7A and 7B show a plan view of the color filter substrate and a cross-sectional view taken along line cc ′, respectively. In FIG. 7A, as in Example 1, the pitch L2 of the resin black matrix 2 is 50 μm, the width L3 of the resin black matrix 2 is 6 μm, and the width L4 of each of the red, green, and blue colored films 4 is black. A colored film photomask having the same opening width L1 as that of the matrix of 44 μm was used, no laminated resist was formed, and each film thickness was designed to be the same as in Example 1.

(ブラックマトリクスの構造が樹脂ブラックマトリクスのみからなるカラーフィルタ基板の作製)
比較例1と同じ作製手順で上記設計通りにカラーフィルタを作製した。
(Preparation of color filter substrate with black matrix structure consisting only of resin black matrix)
A color filter was produced as designed in the same production procedure as Comparative Example 1.

カラーフィルタの表面平坦性を評価するため、図7(b)に示すように、各着色膜4の総膜厚d0’と、ブラックマトリクス2と着色膜4の重なり領域の総膜厚T3をそれぞれ測定し、それらを差し引いた値T4(絶対値)を求めた結果、以下の通りであった。   In order to evaluate the surface flatness of the color filter, as shown in FIG. 7B, the total film thickness d0 ′ of each colored film 4 and the total film thickness T3 of the overlapping region of the black matrix 2 and the colored film 4 are respectively represented. As a result of measuring and subtracting them, a value T4 (absolute value) was obtained.

d0’(赤):3.7μm、d0’(緑):3.7μm、d0’(青):3.7μm
T3(赤):3.6μm、T3(緑):3.7μm、T3(青):3.7μm
T4(赤):0.1μm、T4(緑):0.0μm、T4(青):0.1μm
上記結果より、カラーフィルタの表面段差は実施例1とほぼ同等であったが、ブラックマトリクスと各着色膜の境界部分を光学顕微鏡(ニコン製)の透過モードにて観察したところ、該当部分に光漏れが見られた。この光漏れにより、カラーフィルタのコントラストは800cdとなり、実施例1に比べ400cd低下した。
d0 ′ (red): 3.7 μm, d0 ′ (green): 3.7 μm, d0 ′ (blue): 3.7 μm
T3 (red): 3.6 μm, T3 (green): 3.7 μm, T3 (blue): 3.7 μm
T4 (red): 0.1 μm, T4 (green): 0.0 μm, T4 (blue): 0.1 μm
From the above results, the surface step of the color filter was almost the same as in Example 1, but when the boundary part between the black matrix and each colored film was observed in the transmission mode of an optical microscope (manufactured by Nikon), there was no light in the corresponding part. There was a leak. Due to this light leakage, the contrast of the color filter was 800 cd, which was 400 cd lower than that in Example 1.

比較例3
(ブラックマトリクス層の構造が樹脂ブラックマトリクスおよび積層レジスト(積層レジストの幅<ブラックマトリクスの幅)からなるカラーフィルタの設計)
カラーフィルタ基板の平面図およびd−d’間の断面図をそれぞれ図8(a)、(b)に示す。図8(a)において、実施例1と同様に、樹脂ブラックマトリクス2のピッチL2が50μm、樹脂ブラックマトリクス2の幅L3が6μm、赤、緑、青の各着色膜の幅L4が樹脂ブラックマトリクスの開口幅L1と同じ44μmのブラックマトリクスおよび各着色膜のフォトマスクを使用し、積層レジストの幅L3’は5μmとなるよう現像条件を設定した。また各膜厚については、全て実施例1と同じ設計とした。
(ブラックマトリクス層の構造が樹脂ブラックマトリクスおよび積層レジスト(積層レジストの幅<ブラックマトリクスの幅)からなるカラーフィルタ基板の作製)
実施例1と同じ作製手順で上記設計通りにカラーフィルタを作製した。カラーフィルタの表面平坦性を評価するため、図8(b)に示すように、各着色膜4の総膜厚d0’と、ブラックマトリクス2と着色膜4の重なり領域の総膜厚T3をそれぞれ測定し、それらを差し引いた値T4(絶対値)を求めた結果、以下の通りであった。
Comparative Example 3
(Design of color filter with black matrix layer structure consisting of resin black matrix and multilayer resist (width of multilayer resist <width of black matrix))
FIGS. 8A and 8B are a plan view of the color filter substrate and a cross-sectional view taken along line dd ′, respectively. In FIG. 8A, as in Example 1, the pitch L2 of the resin black matrix 2 is 50 μm, the width L3 of the resin black matrix 2 is 6 μm, and the width L4 of each colored film of red, green, and blue is the resin black matrix. The development conditions were set such that the same black matrix as the opening width L1 of 44 μm and a photomask of each colored film were used, and the width L3 ′ of the laminated resist was 5 μm. Each film thickness was the same as in Example 1.
(Production of a color filter substrate in which the structure of the black matrix layer is a resin black matrix and a laminated resist (width of laminated resist <width of black matrix))
A color filter was produced according to the above-described design by the same production procedure as in Example 1. In order to evaluate the surface flatness of the color filter, as shown in FIG. 8B, the total film thickness d0 ′ of each colored film 4 and the total film thickness T3 of the overlapping region of the black matrix 2 and the colored film 4 are respectively set. As a result of measuring and subtracting them, a value T4 (absolute value) was obtained.

d0’(赤):3.7μm、d0’(緑):3.7μm、d0’(青):3.7μm
T3(赤):3.8μm、T3(緑):3.8μm、T3(青):3.8μm
T4(赤):0.1μm、T4(緑):0.1μm、T4(青):0.1μm。
d0 ′ (red): 3.7 μm, d0 ′ (green): 3.7 μm, d0 ′ (blue): 3.7 μm
T3 (red): 3.8 μm, T3 (green): 3.8 μm, T3 (blue): 3.8 μm
T4 (red): 0.1 μm, T4 (green): 0.1 μm, T4 (blue): 0.1 μm.

上記結果より、カラーフィルタの表面段差は約0.1μmとなり、実施例1より若干悪化したもののほぼフラットな結果が得られた。ブラックマトリクスと各着色膜の重なり領域を観察したところ、該当部分に光漏れが見られた。また、カラーフィルタのコントラストを測定した結果、780cdとなり、実施例1に比べ420cd低下した。   From the above results, the surface step of the color filter was about 0.1 μm, and although it was slightly worse than Example 1, a substantially flat result was obtained. When the overlapping area of the black matrix and each colored film was observed, light leakage was observed in the corresponding part. Further, as a result of measuring the contrast of the color filter, it was 780 cd, which was 420 cd lower than that in Example 1.

1:透明基板1
2:樹脂ブラックマトリクス
3:感光性積層レジスト
4:着色膜(赤、緑、青)
5:透明保護膜
6:透明電極膜
7、8:感光性レジスト
1: Transparent substrate 1
2: Resin black matrix
3: Photosensitive laminated resist
4: Colored film (red, green, blue)
5: Transparent protective film 6: Transparent electrode film 7, 8: Photosensitive resist

Claims (4)

透明基板上に非感光性樹脂ブラックマトリクス層を形成し、その上に感光性レジスト液を塗布・乾燥した後に露光・現像を行うことによりパターン化された樹脂ブラックマトリックス層とレジスト層が積層されたブラックマトリックスを形成し、次いで該ブラックマトリックスの開口部に赤、緑、青の着色層をそれぞれ形成してなる液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法であって、パターン化された樹脂ブラックマトリックス層上に形成されたレジスト層の幅をW1、パターン化された樹脂ブラックマトリクス層の幅をW2としたときに、W1>W2となるように樹脂ブラックマトリックス層のエッチングと感光性レジスト層の現像を同時に行うことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。 A non-photosensitive resin black matrix layer was formed on a transparent substrate, and a photosensitive resin solution was applied and dried thereon, followed by exposure and development to form a patterned resin black matrix layer and a resist layer. A method for producing a color filter substrate for a liquid crystal display device, comprising forming a black matrix and then forming red, green, and blue colored layers in the openings of the black matrix, respectively, wherein the patterned resin black matrix layer Etching the resin black matrix layer and developing the photosensitive resist layer so that W1> W2, where W1 is the width of the resist layer formed above and W2 is the width of the patterned resin black matrix layer. A method for producing a color filter for a liquid crystal display device, which is performed simultaneously. 前記感光性レジスト液は、ポジ型の透明樹脂を含有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。 The method for producing a color filter for a liquid crystal display device according to claim 1, wherein the photosensitive resist solution contains a positive transparent resin. 請求項1または2に記載の製造方法によって得られた液晶表示装置用カラーフィルタの表面に透明保護膜層を形成することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。 Method for manufacturing a color liquid crystal display device filter and forming a transparent protective layer to claim 1 or 2 surface of the liquid crystal display device for color filter obtained by the method according to. 請求項1〜のいずれかに記載の製造方法によって得られた液晶表示装置用カラーフィルタを具備する液晶表示装置。 The liquid crystal display device which comprises the color filter for liquid crystal display devices obtained by the manufacturing method in any one of Claims 1-3 .
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