JPH0486801A - カラーフィルタの製造方法 - 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】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像素子や液晶表示素子のカラー化のた
めに使用されるカラーフィルタの製造方法に関する。

（従来の技術） 従来より、固体撮像素子をカラー化する手段として、固
体撮像素子上に透明樹脂をパターン形成したのちこれを
染色してカラーフィルタを形成するという方法が、実用
化されている。

一方、液晶表示素子をカラー化する手段の一つに、同様
なカラーフィルタを液晶表示素子と組み合わせて使用す
る方法がある。このカラーフィルタは、ガラス基板面上
に透明樹脂をモザイク状にパターン形成したのち、前記
モザイク化された各領域（画素）を赤緑青の３原色で選
択的に染色するという方法で作成されている。

（発明が解決しようとする課題） このように、透明樹脂をモザイク状にパターン形成した
のちこれを染色してカラーフィルタを形成する従来の方
法は、３色の染色液に段階的に浸漬し各画素に３原色を
選択的に色付けするという染色工程を含むため、製造工
程が繁雑であり製品の歩留りも低いという難点があった
。

歩留まりが低くなる原因としては、第１に、工程数が多
く製造時間が長くなるので、製造中にレジスト表面にゴ
ミ、レジスト片などが付着しゃすく、さらに−旦付着し
たゴミなどの除去が困難で修復しにくいことがあげられ
る。

第２に、被染色層としてゼラチンやカゼインなどの天然
物質を使用し、また染色液としても弱酸性〜中性の液体
を使用しているため、長い製造工程中に腐敗しゴミが発
生しやすいということがあげられる。

第３に、前述したような染色工程においては、レジスト
の膜厚変動によって色ムラか生じやすいだけでなく、温
度・酸性度・時間などの染色条件のバラツキ、あるいは
染色の色の順序によっても色ムラが生じやすい傾向かあ
る。これらの要因か重なり合うため、従来の製造方法で
は歩留り向上が困難であった。

工程数を減少させて歩留りを向上させる方法としては、
これまでにも、たとえば写真法を用いる方法（特開昭５
４−７７０５０）などが提案されている。しかし、この
ような方法で得られるカラーフィルタは、発色材が化学
的に弱く、カラーフィルタに要求される耐熱性・耐光性
を満たすようなものではないため、この方法は実用的で
はなかった。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、従来のようにパターン形成した透明基板を３
色の染色液に段階的に浸漬し各画素に３原色を選択的に
色付けするかわりに、隣接する各画素を隔離させて、で
きるだけ少ない工程で３色に染色できるようにしたもの
である。

本発明においては、透明基板を染色液に浸漬して染色す
るのではなく、たとえばインクジェット方式あるいはバ
ブルジェット方式のように、染色液を外部より容易に制
御できる方式の染色機器を使用する。そして、染色時の
各画素間の色の混じりを防止するために、隔壁を設けて
各画素を隔離したものである。

すなわち本発明のカラーフィルタの製造方法は、透明基
板面上に、各画素を互いに隔離させる隔壁を形成し、つ
いでこの隔壁で囲まれた各画素の表面に被染色層を形成
し、しかるのち各画素の被染色層にそれぞれ対応する色
の染色液を選択的に付着させることを特徴とする。

（作用） 本発明のカラーフィルタの製造方法は、透明基板表面を
複数個の画素に区分する隔壁を設けて各画素表面に互い
に隔離された被染色層を形成することにより、隣接する
他の画素の色と混じりあわせることなく各画素に染色液
を選択的に付着させることができる。そして、染色液の
量を外部より容易に制御することが可能な方式の染色機
器を使用して染色液を噴射あるいは滴下することにより
、特定の画素に特定の染色液を選択的に付着させること
が可能となる。

（実施例） まず、本発明のカラーフィルタの製造方法について一般
的に説明する。

本発明において、基板上に隔壁を設けるにあたっては、
遮光性の印刷インクを使用する印刷方式、染料を含む感
光性樹脂を用いてパターン形成する方法、あるいは感光
性樹脂でパターン形成した後これを染料で染色する方法
などにより設けることができる。隔壁を設ける方法は、
隔壁の高さやパターン寸法の大きさにより選択すること
が望ましい。

印刷方式によって隔壁を形成する場合には、スクリーン
印刷、凸版印刷、オフセット印刷、水なし平版などの方
式が利用できる。通常、隔壁の高さか１μｍ程度の場合
はオフセット印刷や水なし平版が有効である。しかし、
３μｍ以上の場合にはスクリーン印刷や凸版印刷を利用
したほうかよい。一方、パターン寸法が１００μｍ程度
の場合では、精度が容易に得られるオフセット印刷が適
している。また、パターン寸法が３００μｍ以上の場合
では、スクリーン印刷、凸版印刷、あるいは水なし平版
などで印刷するのが適当である。

印刷方式により隔壁を設けた場合には、基板に隔壁を印
刷したのち、通常、８０℃から１８０℃の温度で１５分
から６０分の間加熱してインクを乾燥させる。

一方、感光性樹脂を用いこれをパターン形成して隔壁と
する方法においては、感光性樹脂として、たとえばＩＣ
製造のためのキノンジアジドとノボラツク樹脂からなる
ポジ型感光性樹脂、ブタジェンまたはイソプレンとビス
アジド感光材からなるネガ型感光性樹脂、プリント基板
製造のためのレジスト、耐ハンダ性のあるソルダレジス
ト、感光性ポリイミド、あるいはカゼイン、ゼラチン、
グリユー、ポリビニルアルコール、部分ケン化ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルピロリドン、アクリル酸とそ
のエステルとの共重合体などの水溶性高分子に感光剤と
して重クロム酸アンモニウム、重クロム酸カリウム、重
クロム酸ナトリウム、ビスアジド化合物を添加したレジ
ストなどがあげられる。

これらのレジストは、回転塗布装置、スクリーン印刷機
あるいはオフセット印刷機などを用いて基板上に膜形成
される。膜形成ののち、８０℃から１５０℃に加熱した
ホットプレートまたはオーブンにて、通常は１５分から
６０分の間加熱して溶媒を乾燥除去する。

乾燥後、隔壁を形成するためのマスクパターンをレジス
ト膜形成した基板上に配置し、ついで紫外線露光装置に
て露光させる。露光後、現像液にて現像処理し、隔壁を
形成する。現像液としては、ポジ型レジストの場合には
水酸化ナトリウムやケイ酸ナトリウム等のアルカリ水溶
液が、ネガ型レジストの場合には有機溶剤が用いられる
。現像時間は現像方式にも依存するが、１０秒から５分
間である。現像後、１００℃から２５０℃に加熱したホ
ットプレートまたはオーブンにて、通常は１５分から６
０分の間加熱し、乾燥させる。

さらに、上述の感光性樹脂は光透過性がよいので、遮光
性を得るために黒色の顔料または染料を添加してパター
ン形成することが好ましい。このような場合の染料には
、通常塩基性染料あるいは酸性染料が使用可能である。

被染色層（染色基質）としては、カゼイン、ゼラチン、
グリユー、ポリビニルアルコール、部分ケン化ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルピロリドン、アクリル酸とそ
のエステルとの共重合体などの水溶性高分子が適してい
る。塩基性染料の場合には、染色液がｐＨ７以上であれ
ば染色可能であるが、最適ｐＨは８〜【２の範囲内であ
る。酸性染料の場合には、染色液がｐＨ７以下であれば
染色可能であるが、最適ｐＨは１〜４の範囲内である。

染色時間は、染色温度、被染色層の膜厚にもよるが、１
０秒から２０分の間である。

上述のいずれかの方法によって隔壁形成ののち被染色層
を形成する手段として、本発明においては光りソグラフ
ィ技術を応用し可視光に透明なレジストを塗布したのち
パターン露光・現像処理するという方法を用いている。

可視光に透明なレジストとしては種々のものが知られて
いるが、フィルタとして使用するためには染料で染色で
きることが要件であり、水溶性レジストであることが望
ましい。これにはカゼイン、ゼラチン、グリユー、ポリ
ビニルアルコール、部分ケン化ポリビニルアルコール、
ポリビニルピロリドン、ビニルアルコールとビニルピロ
リドンとの共重合体、アクリル酸とアクリル誘導体との
共重合体、アクリルアミドとアクリル誘導体との共重合
体、あるいはアクリル酸エステルとアクリル誘導体との
共重合体などの水溶性高分子に感光剤を添加したものな
どが好適である。

感光剤としては重クロム酸アンモニウム、重クロム酸カ
リウム、重クロム酸ナトリウム、アジド化合物、ビスア
ジド化合物、ジアゾ化合物などが用いられる。重クロム
酸アンモニウム、重クロム酸カリウム、重クロム酸ナト
リウムなどの感光剤は、水溶性高分子に対して１〜４０
重皿％の量を添加することが可能であるか、添加量の最
適値は通常７〜１２重量％の範囲内である。アジド化合
物、ビスアジド化合物、ジアゾ化合物などの感光剤は、
水溶性高分子に対して１〜４０重量％の量を添加しうる
。水溶性高分子の種類や分子量にもよるが、添加量の最
適値は通常１５〜２５重量％の範囲内である。

これらの水溶性レジストは、回転塗布装置を用いて基板
上に膜形成される。通常、膜厚が１〜５μｍになるよう
に均一に膜形成する。膜形成ののち、塗布溶媒を除去す
るために、５０℃から１２０℃に加熱したホットプレー
トまたはオーブンにて加熱処理する。加熱温度は７０℃
から　１００℃が最適である。すなわち７０℃以下では
乾燥が不十分であり、１００℃以上では感光剤が熱によ
り分解し、一部架橋反応を誘起するいわゆる熱カブリ現
象を起こしてしまう。加熱時間は通常は１５分から６０
分の間である。

乾燥後、レジスト膜形成した基板上にマスクパターンを
配置し、紫外線露光装置にて露光する。

露光後、現像液にて現像処理し、被染色層を形成する。

現像液としては水が用いられる。現像時間は現像方式に
もよるが、１０秒から５分間の範囲内である。現像後、
乾燥のため１００℃から２５０℃に加熱したホットプレ
ートまたはオーブンにて、通常は１５分から６０分間加
熱し、乾燥処理する。

ところで、被染色層の形成方法としては他にも種々の方
法、たとえば印刷法などもあげることができる。しかし
ながら、印刷法により被染色層を形成して得られるカラ
ーフィルタは、色ムラや欠陥やキズなどが多く均一性に
欠けるため、画像品位がすぐれないという難点がある。

それは、このような画像品位か、パターン印刷時の位置
合わせ精度、あるいは印刷時の膜厚制御性（部分的な膜
厚のムラの有無や一画素内での膜厚分布の大小）などで
表される印刷精度に、大きく依存していることなどのた
めである。さらに、使用するインクの粘度が高いためゴ
ミ等の不純物か混入したとしても除去しに＜＜、このこ
とかキズやムラを発生させる原因ともなる。したがって
このような理由からも、印刷法で被染色層を形成するの
は好ましくない。

さて、前述のようにして可視光に透明なレジストを塗布
したのちパターン露光・現像処理するという方法により
形成された被染色層は、インクジェット法、バブルジェ
ット法などの方式の印刷装置により、染色液を空間に飛
翔させたり、ノズルから染色液を滴下させたりすること
により、被染色層表面に染料を付着させる。このとき、
染色液が酸性染料の場合には、その液性がｐＨ７以下で
あれば使用可能であるか、最適ｐＨは１〜４の範囲内で
ある。塩基性染料の場合にはｐＨ７以上であれば使用可
能であるが、最適ｐＨは８〜１２の範囲内である。

この染色液に対し、その乾燥を早めるためにアルコール
を０．１〜１０重量％添加してもよい。このようなアル
コールとしては、炭素数が１以上かつ１０以下のアルコ
ールが適している。具体的にはメチルアルコール、エチ
ルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコ
ールなどが好適である。

また、タンニン酸と吐酒石とからなる染色固定液を、染
色液全量の０．０１〜３重量％となるように添加しても
よい。

染色液を被染色層に付着させるに際しては、常に一定量
付着させることが重要であり、被染色層を染色するにあ
たり、染色する色の順序は問わない。通常は、−色を染
色したのち他の色を染色するが、そのように各色ごとに
段階的に染色するのでなく、各々の被染色層を同時に各
々の染色液で選択的に色付けするようにしてもよい。−
回の染色工程が終了するごとに、１００℃から２５０”
Ｃに加熱したホットプレートまたはオーブンにて、通常
は１５分から６０分間加熱乾燥処理を施す。　本発明の
カラーフィルタの製造方法により被染色層表面に染料を
付着させるにあたり、ノズルと染色液溜との間にゴミ、
不純物等を除去する目的でフィルタを設けることが望ま
しい。このフィルタは０．１μｍ以上のゴミ、不純物を
除去できることが望ましいが、　１μｍ以上のゴミ、不
純物を除去できれば所期の目的は達しうる。。

さらに、被染色層の全面を染色したのちカラーフィルタ
層を保護する目的で、透明な保護層を被染色層全面に均
一にコーティングしてもよい。このような保護層に使用
される材料は透明であればどのようなものでもよく、た
とえばポリスチレン、ポリメチルメタクリレートおよび
メタクリル酸エステルの重合体、ポリアクリレートおよ
びアクリル酸エステルの重合体、ポリカーボネート、ポ
リ−４−メチルペンテン、あるいはアモルファスポリオ
レフィンなどがあげられる。さらに、光硬化性の透明樹
脂でもよく、上記ポリスチレン、ポリメチルメタクリレ
ートおよびメタクリル酸エステルの重合体、ポリアクリ
レートおよびアクリル酸エステルの重合体、ポリカーボ
ネート、ポリ−４−メチルペンテン、アモルファスポリ
オレフィンにビスアジドのような感光剤を添加した組成
物を用いて、塗布後、紫外線照射により硬化させるよう
にしてもよい。

以下、本発明の具体例について説明する。

実施例１ ガラス基板上に、カゼインに感光剤として重クロム酸ア
ンモニウムを添加（添加量はカゼインに対して１０重量
％）した感光性樹脂からなるレジストを塗布膜厚１μｍ
となるように回転塗布した。

その後、８０℃に加熱したホットプレート上に５分間静
置して加熱し乾燥させた。

乾燥の後、隔壁を形成するために、２００μｍ×３００
μｍピッチの幅１０μｍの格子状のマスクパタンをレジ
スト膜形成した基板上に配置し、４３６ｎ「の波長の紫
外線を発生する紫外線露光装置にて露光させた。そして
、現像液で現像し高さ　１μｍ幅ｌＯμｍの隔壁を形成
した。

その後、さらに同様の感光性樹脂を用いて同様にレジス
ト膜形成した基板上に、２００８ｍＸ３００μｍのカラ
ーフィルタ部分のマスクパターンを配置し、同様に露光
させた。露光後、３０秒間水中に浸して現像処理して、
被染色層を形成した。そして、１５０℃に加熱したホッ
トプレート上で１０分間加熱して乾燥させた。

このようにして形成した被染色層に、インクジェット法
で染色液を空間中を飛翔させることにより、被染色層表
面に染料を付着させた。まず最初に、赤色とする部分に
のみ染色液をインクジェットで飛翔させて付着させ、赤
色カラーフィルタを形成した。使用した赤色の染色液は
、スミノールファーストレッドを１重量％含有し、酢酸
を加えてｐＨ２としたものである。インクジェットで染
色した後、　１５０℃で加熱したホットプレート上で１
０分間加熱乾燥処理した。

続いて、赤色と同様な方法で緑色染色液を付着させて、
緑色カラーフィルタを形成した。使用した緑色の染色液
は、カヤノールイエロー　Ｎ５Ｇ：　　５部、アシドミ
ーリンググリーンＢ：２部を混合したものを１重量％含
有し、酢酸を加えてｐＨ２としたものである。インクジ
ェットで染色した後、乾燥のため１５０℃に加熱したホ
ットプレート上で１゜分間加熱処理した。

さらに、赤色、緑色と同様にして青色カラーフィルタを
形成し、染色後間様にして乾燥させた。

なお、使用した青色の染料液は、アシドシアニン６Ｂを
１重量％含有し、酢酸を加えてｐＨ２としたものである
。

このようにして得られた本発明のカラーフィルタは、従
来の染色法で作成したカラーフィルタと同等の性能を有
していた。

実施例２ 実施例１の場合と同様の感光性樹脂に、黒色染料として
スミノールファーストレッド：　５部、アシドシアニン
６Ｂ：１部を混合したものを３重量％添加し、これを遮
光層を得るための染料入りレジストとして使用した。ガ
ラス基板上に、この染料入り感光性樹脂からなるレジス
トを、塗布膜厚３μｍとなるように回転塗布した。そし
て、８０℃に加熱したホットプレート上に　５分静置し
て加熱乾燥させた。乾燥後、隔壁部分のパターンを形成
するため、２００８ｍＸ３００μｍピッチの幅１０μｍ
の格子状のマスクパターンをレジスト膜形成した基板上
に配置して、４３８ｒ＋ｍの波長の紫外線を発生する紫
外線露光装置にて露光させた。露光後、３０秒間水中に
浸して現像処理し、高さ　３μｍ、幅１０μｍの隔壁を
形成した。現像後、１５０℃に加熱したホットプレート
上で１０分加熱処理し、乾燥硬化させた。

その後、実施例１て示した方法と同様な方法で被染色層
を形成し、インクジェット法で染色してカラーフィルタ
を形成した。

このようにして形成したカラーフィルタは従来の染色法
で作成したカラーフィルタと同等の性能を有していた。

実施例３ ガラス基板上に隔壁層を設けるにあたり、スクリーン印
刷法を用いた。４００メツシユのスクリン上に４００μ
ｍＸ５Ｑｏμｍピッチの幅８０μｍの格子状のパターン
を形成したスクリーン版を用い、ガラス基板上にソルダ
インクを転写した。転写後、１５０℃に加熱したホット
プレート上に５分静置して、インクを乾燥硬化させた。

その後、実施例１の場合と同様な材料および方法で被染
色層を形成し、画素をインクジェット法で染色してカラ
ーフィルタを形成した。このようにして得られたカラー
フィルタは、従来の染色法で作成したカラーフィルタと
同等の性能を有していた。

実施例４ 実施例２の場合と同様に高さ　３μｍの隔壁を形成した
後、実施例１の場合と同様に被染色層のパターンを形成
した。

染色液を付着させるにあたっては、形成した被染色層の
上にノズルを配置して染料を滴下する方法を用いた。ま
ず最初に、インクジェットで赤色とする部分にのみ、赤
色の染色液をノズルから滴下させた。使用した赤色の染
色液は、スミノールファーストレッドを　１重量％含有
し、酢酸を加えてｐＨ２としたものである。染色の後、
１５０℃に加熱したホットプレート上で１０分間加熱乾
燥処理をした。

続いて赤色と同様な方法で緑色染色液を付着させて緑色
カラーフィルタを形成し、染色後乾燥させた。使用した
緑色の染色液は、カヤノールイエロー　Ｎ５Ｇ：　　５
部、アシドミーリンググリーン　Ｂ：２部を混合したも
のを１重量％含有し、酢酸を加えてｐ１］２としたもの
である。さらに、赤色、緑色と同様にして青色カラーフ
ィルタを形成し、染色後乾燥させた。なお、使用した青
色の染色液は、アシドシアニン６Ｂを１重量％とし、酢
酸を加えてｐ）１２としたものである。

このように本発明の方法により得られたカラーフィルタ
は、従来の染色法で作成したカラーフィルタと同等の性
能を有していた。

実施例５ 実施例１の場合と同様に高さ　１μｍの隔壁を形成した
後、実施例１の場合と同様に被染色層のパターンを形成
した。

そして、形成した被染色層の上にインクジェットのノズ
ルを配置して染料を滴下した。まず最初に、赤色とする
部分にのみ赤色染色液を滴下させて付着させ、赤色カラ
ーフィルタを形成した。使用した赤色の染色液は、スミ
ノールファーストレットを１重量％含有し、酢酸を加え
てｐＨ２としたものに、イソプロピルアルコールを３％
添加したものである。染色の後、１５０℃に加熱したホ
ットプレート上で１分間加熱処理をした。

続いて、赤色と同様な方法で緑色染色液を付着させて緑
色カラーフィルタを形成し、染色後乾燥させた。使用し
た緑色の染色液は、カヤノールイエロー　Ｎ５Ｇ：　　
５部、アシドミーリンググリーンＢ２部を混合したもの
を１重量％含有し、酢酸を加えてｐＨ２としたものに、
イソプロピルアルコールを３重量％添加したものである
。

さらに、赤色、緑色と同様にして青色カラーフィルタを
形成し、染色後乾燥させた。使用した青色の染色液は、
アシドシアニン６Ｂを１重量％含有し、酢酸を加えてｐ
Ｈ２としたものに、イソプロピルアルコールを３重量％
添加したものである。

このようにして形成したカラーフィルタは従来の染色法
で作成したカラーフィルタと同等の性能を有していた。

実施例６ 実施例１の場合と同様に高さ　１μｍの隔壁を形成した
後、実施例１と同様に被染色層のパターンを形成した。

染色液を付着させるにあたっては、形成した被染色層の
上にノズルを配置して染料を滴下させる方法を用いた。

まず最初に、μ色とする部分にのみ赤色の染色液をイン
クジェットのノズルから滴下した。使用した赤色の染色
液は、スミノールファーストレッドを１重量％含有し、
酢酸を加えてでｐＨ２としたものに、タンニン酸１部と
吐酒石１部とからなる染色固定液を０．０１重量％とな
るように添加したものである。染色の後、１５０℃に加
熱したホットプレート上で１０分間加熱乾燥処理した。

さらに、赤色と同様な方法で緑色染色液を付着させて緑
色カラーフィルタを形成し、染色後乾燥させた。使用し
た緑色の染色液は、カヤノールイエロー　Ｎ５Ｇ＋　　
５部、アシドミーリンググリーン　Ｂ。

２部を混合したものを　１重量％含有し、酢酸を加えて
ｐＨ２としたものに、タンニン酸１部と吐酒石１部とか
らなる染色固定液を０．０１％となるように添加したも
のである。さらに、赤色、緑色と同様にして青色カラー
フィルタを形成し、染色後乾燥させた。使用した青色の
染色液は、アジドシアニン６Ｂを１重量％含有し、酢酸
を加えてｐＨ２としたものに、タンニン酸１部と吐酒石
１部とからなる染色固定液を０．０１重量％となるよう
に添加したものである。

このようにして形成したカラーフィルタはカラフィルタ
間の混色がなく彩度の高いカラーフィルタか得られ、従
来の染色法で作成したカラーフィルタと同等の耐熱性、
耐光性を有していた。

［発明の効果］ 以上の実施例で明らかなように、本発明によれば、条件
を制御しやすい方法を用いて染色を行うので、均一で満
足すべき性能を有するカラーフィルタを容易に提供する
ことか可能となる。従来の製造方法に比較して工程数も
少なく短時間ですむことから、製造工程中にゴミ・レジ
スト片などが付着する機会も少なくなり、歩留りも大幅
に向上する。

出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　透明基板面上に、各画素を互いに隔離させる隔壁を形
   成し、ついでこの隔壁で囲まれた各画素の表面に被染色
   層を形成し、しかるのち各画素の被染色層にそれぞれ対
   応する色の染色液を選択的に付着させ染色させることを
   特徴とするカラーフィルタの製造方法。