JPH04156403A - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カラーフィルターの製造方法に関し、とくに
カラー液晶表示装置に使用されるカラーフィルターのブ
ラックマトリックスの製造方法に特徴を有するカラーフ
ィルターの製造方法に関する。

［従来の技術］ 液晶表示装置は、透明電極を設けたガラス等の透明な基
板を１ないし１０１１ｍ程度に間隔を設けてその間に液
晶物質を封入し、電極間に印加した電圧によって液晶を
一定の方向に配向させて透明部分と不透明部分を形成し
て画像を表示している。

カラー液晶表示装置はいずれかの透明電極基板−にに光
の三原色に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三
色のカラーフィルターを設けており、透明電極への印加
電圧の調整によって液晶の光の透過を制御してＲ，Ｇ、
　　Ｂの３色のフィルターを透過する光量を制御して３
原色の加色による発色によってカラー表示を行っている
。

カラーフィルターの着色層のＲ，、Ｇ、　　Ｂの各色の
着色層は、あらかじめ各色の間を区画するブラツクマト
リックスの膜を設けた基板上に形成しているが、ブラッ
クマトリックスは着色層のＲ，Ｇ、Ｂの三原色を区画す
ると共に、カラーフィルターに対向する基板上に設けた
液晶の駆動用の電極あるいはＴＰＴ等のトランジスタを
遮光する作用を果たしている。

このような目的で使用されるカラーフィルターのブラッ
クマトリックスは金属のクロム、ニッケル、アルミニウ
ム等の薄膜で形成されていた。

ブラックマトリックスの製造はガラス基板上にこれらの
金属の薄膜をスパッタリングや真空蒸着等の方法によっ
て成膜した後に、フォトリソグラフィーの手法によって
所定のフォトマスクを使用してフォトレジストにパター
ンを形成した後にパターンを形成したフォトレジストを
エツチングマスクとして金属の薄膜のエツチングを行い
ブラックマトリックスのパターンを形成していた。

ところが、金属薄膜からなるブラックマトリックスはス
パッタリング、蒸着などの方法によって成膜をしている
ので、成膜に要する費用が大きく、また金属の薄膜はい
ずれも金属光沢を有しているので外部から表示装置へ入
射する光が強い場合には金属薄膜からの反射光が強くな
るので、液晶表示装置のように透過型の表示装置におい
ては表示品質の劣化を招く原因となった。

金属クロムを使用したブラックマトリックスでは反射率
を低下させる目的で、金属クロムの薄膜の形成の前に酸
化クロムのような低反射率の膜をガラス基板に設けた後
にクロムの薄膜を形成することも考えられるが、工程が
増加するとともに製造コストが大きくなるので好ましい
ものではない。

そこで、本発明者は、反射率が低くしかも製造コストが
低く製造工程も簡単なブランクマトリックスとして、カ
ーボンブラック等の遮光材を分散したポリイミド系の樹
脂からなるブラックマトリックスを有するカラーフィル
ターおよびその製造方法を特願平１−５９６４２号とし
て提案した。

［発明が解決しようとする課題］ ポリイミド系のブラックマトリックスの製造方法を、カ
ラーフィルターの断面図を示す第２図に基づいて説明す
ると、第２図（Ａ）において遮光材としてカーボンブラ
シ久　四三酸化鉄などの金属の酸化物や硫化物等あるい
はそれらの混合物を分散したポリアミック酸の溶液をガ
ラス等の透明基板１０にロールコート法やスピンコード
法によって塗布して塗布層１１を形成する。

第２図（Ｂ）に示すようにポリアミック酸の塗布後には
加熱してプレベータを行った後に、ポリアミック酸の組
成物の塗布層上にフォトレジストを塗布してフォトレジ
スト層１２を形成する。

フォトレジスト層には第２図（Ｃ）のように所定のフォ
トマスク１３を用いて露光したのちに現像を行い、フォ
トレジスト層にパターンを形成する。

次いで第２図（Ｄ）のようにフォトレジスト層のパター
ンに基づいてポリアミック酸の塗布層をエツチングした
後に、第２図（Ｅ）のようにフォトレジスト層の剥離を
行う。

ブラックマトリックス１４」二のフォトレジスト層の剥
離は、半導体集積回路等の製造工程の場合の様な酸化に
よってフォトレジストの剥離を行おうとすると、フォト
レジスト層の下層に形成する有機物であるブラックマト
リックスも損傷を受けるために種々の有機溶剤を使用し
てフォトレジスト層のみを選択的に溶解して剥離するこ
とが行われている。

ノボラック系のフォトレジストを使用した場合には、ア
セトン、メチルエチルケトン等のケトン系の有機溶剤、
メタノール、エタノール等のアルコール系、エチルセロ
ソルブ等のセロソルブ系、エチルセロソルブアセテート
等のセロソルブアセテート系、あるいは酢酸ブチル等の
エステル系の有機溶剤等の種々の有機溶剤を使用してい
た。

ところが、これらの有機溶剤はいずれも沸点あるいは引
火点が低いために取扱に注意を要し、また実験室で取り
扱う場合には問題はないが、工業的な規模での取扱にお
いては貯蔵量に制限を受ける等の問題点があった。

また、フォトレジストの剥離後には、フォトレジストの
残渣を完全に取り除くためにフォトレジストの剥離を終
わった基板を洗浄する必要があるが、フォトレジストの
剥離に使用した有機溶剤が水との相溶性が小さいもので
ある場合には、取扱の容易な水による洗浄では十分な洗
浄効果を期待できないので、この場合にはアルコール等
の有１幾溶剤で洗浄することが必要であった。

［発明が解決１〜ようとする課題］ 本発明は、フォトレジストの剥離液として十分な能力を
有するとともに、安全で取扱が容易な物質として、グリ
コールエーテル系の有機溶剤を使用するものであ頃　と
くにジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチ
レングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコー
ルモノエチルエーテルアセテート　ジプロピレングリコ
ールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類は引
火点が７０℃以上であるとともに、鎚、燃性であり、ま
た水との相溶性があるために使用し易いものである。

［作用］ 遮光材を分散したポリイミドからなるブラックマトリッ
クスを有するカラーフィルターの製造方法において、遮
光材を分散したポリイミドの前駆体の組成物の塗布膜上
に形成したフオトレジス；・をグリコールエーテルから
なる有機溶剤によって剥離するもので、これらの有機溶
剤は取扱が容易でまた水との相溶性が大きいのでフ第１
・レジストのφ１］離の後に水による洗浄のみで完全に
残渣を洗浄除去することができる。

［実施例］ 図面を示して本発明のカラーフィルターの製造方法を説
明する。

第１図はカラーフィルターの製造工程を示したものであ
るが、ガラス基板の洗浄工程１において有機溶剤、酸、
アルカリ、水等によってガラス基板面に付着した有機物
等を除去する。

ガラス基板には、　コーニング社製７０５９材等の熱膨
張率の小さい硼珪酸ガラスの基板あるいはソーダライム
ガラス等の基板等を使用する。

洗浄したガラス基板には、ポリアミック酸の組成物の塗
布工程２において、ガラス基板」−―に、加熱によって
容易にイミド化するポリアミック酸の溶液に光の透過を
防ｌ卜する遮光材を分散した組成物を基板上にロールコ
ート法やスピンコード法によって塗布する。

ポリアミック酸溶液としては、　Ｐ　Ｉ　Ｑ／Ｐ　Ｉ　
Ｘシリーズ（８立化成工業■）、セミコファインＳＰシ
リーズ（東し■）パイメルシリーズ（旭化成工業■）、
バイラリンシリーズ（デュポン）等の市販のポリイミド
前駆体を用いる。

遮光材としてカーボンブラック、四三酸化鉄等の顔料を
分散する。

遮光材の分散は溶液の攪拌、ボールミル法、３本ロール
法などで行い、遮光材の分散の際には界面活性剤等の少
量を添加すると遮光材の分散の安定性を高めることがで
きる。

また、遮光材として利用する粒子は分散した粒子の安定
性の面からは１μｍ以下であることが好ましい。

形成するポリアミック酸の組成物の膜厚は、遮光材を分
散したポリアミック酸の光学的な遮光特性によって異な
るが、厚さ０．　５μｍないし２゜０μｍの膜厚の膜を
形成し、プレベーク工程３において、遮光材を分散した
ポリアミック酸の組成物の溶液を塗布した後に１．３０
℃ないし１５０℃の温度で３０分間加熱してプレベーク
処理を行う。

ポリアミック酸の組成物の塗布膜をエツチングするため
に、ポリアミック酸の塗布膜」二に所定のパターンを形
成するが、寸法精度に優れたパターンを形成するために
は、フォトレジストの塗布工程４において、ポリアミッ
ク酸の組成物上にフ第１・レジストを塗布し、温度９０
’Ｃないし１００℃に加熱した熱板またはオーブンにお
いてプレベークした後にフォトフォトリソグラフィーの
手法によってパターンを形成することが行われる。

フォトレジストは、露光工程５において所定のパターン
を形成したフ第１・マスクを使用して超高圧水銀灯を光
源として露光した後に現像工程６においてパターンを現
像する。

使用するフオ）・レジストはポジ型、ネガ型のし＼ずれ
も使用することができるか、とくにポジ型のフォトレジ
ストとして広く利用されているノボラック系のフォトレ
ジストの場合には、フォトレジストを所定のフォトマス
クを用いて露光した後の現像では水酸化ナトリウム、テ
トラメチルアンモニウム等のアルカリ液を現像液として
使用することができるので、アルカリ液によってフォト
レジストの露光部が除去されると同時にポリアミック酸
の組成物も同時に除去され、フォトレジストの現像とポ
リアミック酸の組成物の塗布層のエツチングを同時に行
うことが可能となるので、露光部分の除去と酸であるポ
リアミック酸の組成物のエツチングを同時に９行えるの
で、エツチング工程７を短縮することが可能となる。

次いで、フォトレジストの剥離工程８においてガラス基
板上に所定のパターンが形成されたポリアミック酸の組
成物の塗布膜」−に残留したフォトレジストの剥離を行
う。

フォトレジストの剥離は、半導体集積回路等の製造工程
において使用されている酸化による剥離方法は、パター
ンを形成したポリアミック酸の組酸物の塗布膜に損傷を
与えるので、種々の有機溶剤を使用してフォトレジスト
のみを溶解して除去する。

本発明の方法で使用する剥離液は、グリコールエーテル
からなる有機溶剤であって、ジエチレングリコールモノ
ブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテー
ト、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、　ト
リエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれる
ものを使用することが好ましい。

これらのグリコールエーテル類はいずれも引火点が７０
℃以上であり、難燃性であるために取扱が容易であり、
しかも水との相溶性が大きいのでフォトレジストの剥離
の後に水による洗浄によって容易にフォトレジストの残
渣を除去することが可能である。

また、使用する有機溶剤によってはプレベータをしたポ
リアミック酸の塗布膜に亀裂あるいは溶解等の損傷を及
ぼすものもあるが、本発明の方法で使用するグリコール
からなる剥離液の場合にはそのようなおそれもない。

フォトレジストを剥離したポリアミック酸を含む組成物
は、イミド化工程９においてポリアミック酸を２５０℃
以上に加熱してポリイミドに変化させる。

得られたブラックマトリックスを形成したカラーフィル
ターの基板上にフォトリソグラフィーあるいは印刷法に
よって着色層を設け、着色層上には透明保護膜を形成し
、透明保護膜上には所定のパターンの透明電極層を形成
してカラーフィルターを製造する。

実施例１ 基板には、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社
製７０５９）を充分に洗浄して用いる。

ポリイミド前駆体として市販されているバイラリンＰＩ
−２５４５（デュポン・ジャパン・リミテッド製）の１
４％溶液をポリアミック酸として使用し、この溶液中の
ポリアミック酸（１００％換算）の１部に対してカーボ
ンブラックを１部加え、サンドミルで攪拌してカーボン
ブラックを十分に分散し、得られた分散液にｙ−ブチル
ラクトンを加えて粘度調整をした。

この液をガラス基板」二に１．５μｍの膜厚でスピンコ
ードし、　１３０℃に加熱したホットプレート上でプレ
ベークして有機溶剤を除去した。

ポリアミック酸の塗布膜上にポジ型レジストとして０Ｆ
ＰＲ−８００（東京応化工業（株）製）を塗布し、　９
０℃に加熱したホットプレート上でプレベークした。

フォトマスクを介して２．０ｋＷの超高圧水銀灯によっ
て１０秒間照射した上の基板１に形成した塗布膜を露光
した後にＮＭＤ−３（東京応化工業（株）製）を現像液
としてフォトレジストの露光部分の除去と共に、ポリア
ミック酸のエツチングを同時に行った。

ジエチレングリコールモツプチルエーテル中にカラーフ
ィルターを４５秒間浸漬してポリアミック酸の塗布膜上
のフォトレジストの剥離を行った後に水で洗浄した。

続いて温度２５０℃のオーブン中においてポリアミック
酸をポリイミド樹脂に変化させた。

このようにして形成したブラックマトリックスｌ−に、
赤色感光性樹脂を１．２μｍの膜厚になるように塗布し
、その後温度７０℃で３０分間オーブン中で乾燥させ、
水銀ランプを用いて露光し、水によるスプレー現像を１
分間行い、赤色画素を形成すべき領域に赤色のレリーフ
画像を形成し、さらに１５０℃で３０分間、加熱硬化さ
せた。

同様の工程を繰り返して、緑色画素を形成すべき領域に
緑色のレリーフ画素を形成し、青色画素を形成すべき領
域に青色のレリーフ画素を形成して着色層を形成した。

続いて光硬化性アクリレートオリゴマーとして、０−タ
レゾールノボラックエポキシアクリレート（分子量１５
ｏＯ〜２０００）を５０重量部、多官能重合性モノマー
として、ジペンタエリスリト−ルヘキサアクリレート（
日本化薬■製Ｄ　Ｐ　ＨＡ）を５０ｉｎ量部混合し、さ
らに重合開始剤としてイルガキュアー（チバガイギー社
■製）２取量部を混合した配合物を、エチルセロソルブ
アセテート２００重量部中に溶解させ、その溶液１０ｇ
を用いてスピンコーターで前記着色層上に２　、０７ｘ
　ｍ、　（Ｄ厚さに塗布した。

フォトマスクを５００μｍの距離に配置したプロキシミ
ティーアライナによって露光した。露光は２．ＯｋＷの
超高圧水銀ランプによって着色層」二のみに紫外線を１
０秒間照射した。続いて温度２５℃の１．１．２．２〜
テトラクロロエタンからなる現像液中に１分間浸漬して
、塗布膜の未硬化部分のみを除去した。

次に、形成された保護膜上にスパッタリング法により、
厚さ０．　４μｍのＩＴＯ膜（酸化インジウムと酸化錫
の複合膜）を被覆した。

ついで、このＩＴ○膜を塩化第二鉄および塩酸からなる
エツチング液によりエツチングして１００μｍの線幅で
２０μｍの間隔を有するパターンを形成したカラーフィ
ルターを得た。

得られたカラーフィルターを４００倍の顕微鏡で観察し
たブラックマトリックス部分の図を第３−１６＝ 図（Ａ）に示すように、ブラックマトリックスにはひび
割れや溶解によって細くなる部分も生ぜず十分な特性を
有するものであった。

実施例２ ポリアミック酸の塗布膜」−のフォトレジストの剥離を
ジエチレングリコールジメチルエーテルに１５秒間浸漬
して行った点を除いて実施例１と同様の方法によってカ
ラーフィルターを製造したが、４００倍の顕微鏡で観察
したブラックマトリックス部分の図を第３図（Ｂ）に示
すように、ブラックマトリックスにはひび割れや細くな
る部分も生ぜず部分な特性を有するものであった。

実施例３ ポリアミック酸の塗布膜」−のフ第１・レジストの剥離
をジエチレングリコールジエチルエーテル中に３０秒間
浸漬した点を除いて実施例１と同様の方法によってカラ
ーフィルターを製造したが、　４００倍の顕微鏡で観察
したブラックマトリックス部分の図を第３図（Ｃ）に示
すように、ブラックマトリックスにはひび割れや細くな
る部分も生ぜず十分な特性を有するものであった。

実施例４ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をジ
エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート中に
４５秒間浸漬した点を除いて実施例１と同様の方法によ
ってカラーフィルターを製造したが、　４００倍の顕微
鏡で観察したブラックマトリックス部分の図を第３図（
Ｄ）に示すように、ブラックマトリックスにはひび割れ
や細くなる部分も生ぜず部分な特性を有するものであっ
た。

実施例５ ポリアミック酸の塗布膜−１−のフォトレジスト剥離を
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル中に１２０
秒間浸漬した点を除いて実施例１と同様の方法によって
カラーフィルターを製造したが、　４００倍の顕微鏡で
観察したフランクマＩ・リックス部分の図を第３図（Ｅ
）に示すように、ブラックマトリックスにはひひ割れや
細くなる部分も生ぜず１−分な特性を有するものであっ
た。

実施例６ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をト
リエチレングリコールモノエチルエーテル中に１５秒間
浸漬した点を除いて実施例１と同様の方法によってカラ
ーフィルターを製造したが、４００倍の顕微鏡で観察し
たブラックマトリックス部分の図を第３図（Ｆ）に示す
ように、ブラックマトリックスにはひび割れや細くなる
部分も生ぜず十分な特性を有するものであった。

比較例１ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をジ
エチレングリコール中に９０秒間浸漬した点を除いて実
施例１と同様の方法によってカラーフィルターを製造し
たところ、第３図（Ｇ）に示すように、４００倍の顕微
鏡で観察したブラックマトリックスにはその格子の交点
部分にひび割れが生じた。

比較例２ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をジ
エチレングリコールモノメチルエーテル中に１５秒間浸
漬した点を除いて実施例１と同様−１９＝ の方法によってカラーフィルターを製造したところ、第
３図（Ｈ）に示すように、４００倍の顕微鏡で観察した
ブラックマトリックスにはその格子の交点部分にひび割
れが生じた。

比較例３ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をジ
エチレングリコールモノエチルエーテル中に１５秒間浸
漬した点を除いて実施例１と同様の方法によってカラー
フィルターを製造したところ、第３図（Ｉ）に示すよう
に、　４００倍の顕微鏡で観察したブラックマトリック
スにはその格子の交点部分にひび割れが生じた。

比較例４ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をト
リエチレングリコール中に９０秒間浸漬した点を除いて
実施例１と同様の方法によってカラーフィルターを製造
したところ、第３図（Ｊ）に示すように、　４００倍の
顕微鏡で観察したブラックマトリックスにはその格子の
交点部分にひび割れが生じるとともに、ブラックマトリ
ックスが＝２０− 全体に溶出して線幅が小さくなるという問題が生じた。

比較例５ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をト
リエチレングリコールモノメチルエーテル中に１５秒間
浸漬した点を除いて実施例１と同様の方法によってカラ
ーフィルターを製造したところ、第３図（Ｋ）に示すよ
うに、　４００倍の顕微鏡で観察したブラックマトリッ
クスにはその格子の交点部分にひび割れが生じた。

比較例６ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をト
リエチレングリコールモノブチルエーテル中に６０秒間
浸漬した点を除いて実施例１と同様の方法によってカラ
ーフィルターを製造したところ、第３図（Ｌ）に示すよ
うに、　４００倍の顕微鏡で観察したブラックマトリッ
クスにはひび割れは生じなかったが、ブラックマトリッ
クスが全体に溶出して線幅が小さくなるという問題が生
じた７ 比較例７ ポリアミック酸の塗布膜上のフォトレジストの剥離をテ
トラエチレングリコール中に１２０秒間浸漬した点を除
いて実施例１と同様の方法によってカラーフィルターを
製造したところ、第３図（Ｍ）に示すように、　４００
倍の顕微鏡で観察したブラックマトリックスにはひび割
れは生じなかったが、ブラックマトリックスが全体に溶
出して線幅が小さくなるという問題が生じた。

［発明の効果］ 遮光材を分散したポリイミドからなるブラックマトリッ
クスを有するカラーフィルターの製造方法において、遮
光材を分散したポリイミドの前駆体の塗布膜上に形成し
たフォトレジストをグリコールエーテルからなる有機溶
剤によって剥離するもので、取扱が容易でまた使用した
溶剤は水との相溶性が大きいのでフォトレジストの剥離
の後に水によって洗浄することにより完全に残渣を除去
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラーフィルターの製造方法の工程を
示す図であり、第２図は従来の方η、によるカラーフィ
ルタ・−の製造工程を示す断面図、第３図は剥離に使用
する有機溶剤を変えてフ第１・レジストを剥離した場合
のブラックマトリックスを４００　（、ｔ”ｉの顕微鏡
で観察し、た図。 １・・・ガラス基板の洗浄工程、　２・・ポリアミック
酸の組成物の塗布工程、　３・・・プレベーク■６程、
　４・・フォトレジスト 現像ＩＩ程、　７・・・エツチング工程、　８・・）第
１・レジストの剥離工程、　９・・・イミド化王程、　
１０・・・透明基板、１１・・塗布層、　１２・・・フ
ォトレジスト１３・・・フォトマス久　１４・・ブラッ
クマトリックス 出　　願　　人　　大日本印刷株式会社代理人　弁理士
　　米　澤　　明（外７名）＝２３− 第１図 第３図 （Ｂ） （Ｅ） 第３図 第３図 Ｕ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）遮光材を分散したポリイミドからなるブラックマ
   トリックスを有するカラーフィルターの製造方法におい
   て、遮光材を分散したポリイミドの前駆体の組成物の塗
   布膜上に形成したフォトレジストをグリコールエーテル
   からなる有機溶剤によって剥離することを特徴とするカ
   ラーフィルターの製造方法。
2. （２）グリコールエーテルがジエチレングリコールモノ
   ブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテ
   ル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテー
   ト、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリ
   エチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれるも
   のであることを特徴とする請求項１記載のカラーフィル
   ターの製造方法。