JPH05249310A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造方法が簡易で製造コストが大幅に低減で
きしかも光遮断性が良く膜厚が厚くなることを抑えて配
向欠陥などの問題が生じることのないようにしたブラッ
クマトリックスを有するカラーフィルタの製造方法を提
供する。 【構成】 ブラックマトリックス２となる材料として金
属酸化物からなる黒色顔料を金属アルコキシドに分散さ
せたものを用いて、スピンナのような簡易な塗布装置で
透明絶縁基板上に塗布することができるので、製造方法
は簡易で時間もかからず製造コストが大幅に低減でき
る。また前記の金属酸化物からなる黒色顔料を金属アル
コキシドに分散させたものを熱分解させると薄い膜厚で
十分な光遮断性を有するものとなるので、配向膜に配向
欠陥などが発生するといった問題を解消することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遮光層としてマトリック
ス状あるいはストライプ状の遮光膜を有するカラーフィ
ルタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー表示を行なう液晶表示装置に用い
られるカラーフィルタは、絶縁性の透明基板上に、例え
ばＲ、Ｇ、Ｂの３原色の着色セルが交互に配列された着
色層と、この着色層の個々の着色セルの間隙部分に配設
されたいわゆるブラックマトリックスと呼ばれる遮光層
とを有している。

【０００３】遮光層であるブラックマトリックスは、着
色セル間の見た目の色を分離してカラー画像表示品質を
向上させるとともに、同画像表示のコントラスト比の向
上や、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブ
マトリックス型液晶表示素子の場合では光電流によるＴ
ＦＴの誤動作を防ぐために外部からのＴＦＴへ照射しよ
うとする光を遮断するためなどの目的で設けられるもの
で、通常、光遮断性が良く、かつ見た目の色が黒色に近
い材料が用いられる。

【０００４】従来のカラーフィルタは、図３に示すよう
に、絶縁性の透明基板３０１上に金属クロム（Ｃｒ）か
らなる遮光層としてのブラックマトリックス３０２が配
設され、このブラックマトリックス３０２どうしの間隙
に例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の着色セ
ルが隣接するセルどうしの色が異なるように配置され
て、着色層３０３が形成されている。そしてその上に例
えばＩＴＯからなる透明電極３０４が配設される。そし
てこの透明電極３０４が液晶と接する面をラビング配向
処理して、配向膜が形成される。

【０００５】その製造方法の概略を説明すると、透明基
板３０１上に、一般的なスパッタリング法や蒸着法など
により1000オングストローム程度の厚さの金属Ｃｒの薄
膜を成膜した後、一般的なフォトエッチングによりパタ
ーンニングして、遮光層としてのブラックマトリックス
３０２を形成する。

【０００６】次に染色法、顔料分散法、印刷法などによ
り着色層３０３を形成した後、ＩＴＯ膜からなる透明電
極３０４を成膜する。

【０００７】このような金属Ｃｒの薄膜を用いた従来の
カラーフィルタのブラックマトリックスは、光の遮断性
の点では極めて優れているという長所を有するものの、
金属薄膜の薄膜蒸着装置が必要で、その製造方法は煩雑
で時間もかかり、製造コストが高くなるという問題があ
った。また、材質が金属Ｃｒの薄膜であるために、液晶
表示素子（表示パネル）に組み込まれたときに、この金
属Ｃｒのブラックマトリックスが外部から表示パネル前
面に照射された光を反射して表示パネルの画像品質を低
下させるという問題があった。

【０００８】そこで、ブラックマトリックスの材質とし
ては、上記のような薄膜蒸着装置を必要とし、また照射
された光を反射するような金属Ｃｒではなく、黒色のカ
ラーレジストを用いることが考えられている。

【０００９】例えば、黒色のカラーレジストとしては、
富士ハントテクノロジー製の黒色レジストＢＫ2000を用
い、この黒色レジストをスピンナ（スピンコータ）また
はロールコータを用いて前述の絶縁性の透明基板３０１
上に塗布し、その上に酸素遮断膜を形成した後、露光お
よび現像して所定のパターン形成を行なってブラックマ
トリックスを形成する。

【００１０】このような黒色のカラーレジストを用いた
ブラックマトリックスは、蒸着装置のような煩雑な装置
ではなく一般的なスピンナなどの簡易なレジスト塗布装
置や現像装置などで成膜を行なうことができるので、そ
の製造方法は簡易で時間もかからず、製造コストが大幅
に低減できるという長所を有するものの、光遮断性が十
分でなく、膜厚を厚くせねばならず、このように厚い膜
の上に前記の着色セルをオーバーラップさせた上に透明
電極や配向膜などを配設すると、配向膜の表面は凹凸が
顕著になり、これが原因で、配向膜に配向処理を施した
ときに配向欠陥が生じたり、液晶セルのセルギャップが
不均一になるという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するために成されたもので、その目的は、製
造方法が簡易で製造コストが大幅に低減でき、しかも光
遮断性が良くかつ膜厚が厚くなることを抑えて配向欠陥
などの問題が生じることのないようにしたブラックマト
リックスを有するカラーフィルタの製造方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のカラーフィルタの製造方法は、透明基板
上に遮光層および着色層を形成するにあたり、金属酸化
物からなる黒色顔料と金属アルコキシドを含有する黒色
塗料を用いて、前記透明基板上に遮光層に対応する所定
のパターンを形成する工程と、前記パターンを加熱処理
し該パターン中の前記金属アルコキシドを熱分解して遮
光層を形成する工程と、前記遮光層を形成した前記透明
基板上に着色セルを配列してなる着色層を配設する工程
とを具備することを特徴としている。

【００１３】なお、前記の黒色顔料としては、Ｆｅ₃ Ｏ
₄ 、Ｍｎ₂ Ｏ₃ 、ＦｅＯ、ＣｒＯ、Ｃｏ₃ Ｏ₄ 、Ｓｎ
Ｏ、ＴｉＯ、ＮｂＯなどを用い、また前記の金属アルコ
キシドとしては、Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ 、Ｚｒ（ＯＣ₄
Ｈ₉ ）₄ などを用いる。そしてその黒色塗料を用いて所
定のパターンを形成する形成方法としては、スピンナー
やロールコータのようないわゆるレジスト塗布装置を用
いて成膜したのち、その膜をフォトリソグラフィー技術
を用いてパターンニングしてもよく、あるいは前記の黒
色塗料を印刷転写に適した溶媒とともに用いるなどし
て、印刷法でパターン形成してもよい。

【００１４】また、前記の着色層の配設は、染色法、顔
料分散法、印刷法などを、カラーフィルタの使用条件な
どを考慮して、所望により使い分けて用いる。

【００１５】

【作用】ブラックマトリックスの材料として、金属酸化
物からなる黒色顔料を金属アルコキシドに分散させたも
のを用いて、これを黒色のカラーレジストの要領で一般
的なスピンナなどの簡易なレジスト塗布装置で前記の透
明絶縁基板上に塗布することができるので、成膜にあた
っては蒸着装置のような煩雑な装置が不要で、その製造
方法は簡易で時間もかからず製造コストが大幅に低減で
きる。

【００１６】かつ、前述のように、前記のブラックマト
リックスは膜の材料として金属酸化物からなる黒色顔料
を金属アルコキシドに分散させたものを用いているが、
これはパターンニングした後にポストベークすると、薄
い膜厚にして十分な光遮断性を有するものとなる。具体
的には、後述の実施例にも示すように、同じ光学濃度を
実現するにあたり、従来の黒色レジストの約半分以下の
膜厚でよい。したがって、光遮断性が十分でしかも膜厚
を薄くできるので、配向膜に配向欠陥などが発生すると
いった問題を解消することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の製造方法に係るカラーフィ
ルタの構造を示す断面図である。

【００１９】このカラーフィルタは、透明基板１の上
に、黒色顔料としてＦｅ₃ Ｏ₄ およびＭｎ₂ Ｏ₃ を用い
た遮光層としてのブラックマトリックス２と、Ｒ、Ｇ、
Ｂ 3原色の着色セルからなる着色層３と、その上に配設
された透明電極４とを有している。

【００２０】このようなカラーフィルタの製造方法を、
そのブラックマトリックス２の製造方法を中心に説明す
る。

【００２１】コーニング社の 7059Fのような無アルカリ
ガラス基板上に遮光層としてのブラックマトリックス２
を形成する。

【００２２】まず、黒色顔料として平均粒径0.08μｍ程
度のＦｅ₃ Ｏ₄ とＭｎ₂ Ｏ₃ を 35.00ｗｔ％、金属アル
コキシドとしてのＳｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ を 16.80ｗｔ％
およびＺｒ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ を5.60ｗｔ．％、カップリ
ング剤としてＴｉを0.25ｗｔ％、溶剤としてイソプロピ
ルアルコールを 42.35ｗｔ％含む溶液を、スピンナー
（スピンコータ）を用いて所定の均一な膜厚にコーティ
ングし遮光層としてのブラックマトリックス２となるべ
き膜を成膜する。

【００２３】そして大気中で摂氏 100度で30分のプリベ
ークを施し、その上に感光性レジストを塗布して所定の
格子状のレジストパターンを露光および現像したのち、
この感光性レジストパターンを用いて一般的なフォトリ
ソグラフィの手法により前記の遮光膜を所定の格子状の
パターンにパターンニングする。このパターンニングに
はエッチング液として硫酸を用いた。そして前記の感光
性レジストを剥離した後、パターンニングされた遮光膜
を摂氏 200度で 1時間のポストベークを施し、遮光層と
してのブラックマトリックス２を形成する。このポスト
ベークの際に前記の金属アルコキシドとしてのＳｉ（Ｏ
Ｃ₂ Ｈ₅ ）₄ およびＺｒ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ が熱分解して
前記の黒色顔料とで酸化物を形成し、この黒色顔料の隠
蔽性とあいまってブラックマトリックス２の光遮断性は
良好なものとなる。

【００２４】この後、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の着色セルか
らなる着色層３を配置する。

【００２５】この着色層３の形成には、一般的な染色
法、顔料分散法、印刷法、電着法のうちのどれを用いて
もよく、そのカラーフィルタに要求される諸特性によっ
てこれらの方法から選択すればよい。

【００２６】そしてこの上層にＩＴＯからなる透明電極
４を成膜する。

【００２７】このようにして製造された本発明に係るカ
ラーフィルタの遮光層としてのブラックマトリックス２
は、図２の表に示すように、膜厚が 0.5μｍのとき光学
濃度が 2.0、膜厚が 0.8μｍのとき光学濃度が 3.5、の
ように、 1.0μｍ以下の膜厚で十分な光遮断性を実現し
ている。

【００２８】このように、本発明のカラーフィルタの製
造方法によれば、遮光層としてのブラックマトリックス
２の形成にスピンナ（スピンコータ）を用いているの
で、製造方法が簡易で製造コストが大幅に低減できる。

【００２９】また、それによって製造されたカラーフィ
ルタは、ブラックマトリックス２の黒色顔料としてＦｅ
₃ Ｏ₄ やＭｎ₂ Ｏ₃ のような見た目も黒色である顔料を
用い、また母材として金属アルコキシドとしてのＳｉ
（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ およびＺｒ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ を用いて
おり、これらを加熱酸化処理すると、膜厚が厚くなくと
も十分な光遮断性を有する膜を得ることができる。従っ
てブラックマトリックス２の膜厚が厚いことにより発生
していた配向膜の配向欠陥などの問題が解消される。ま
た、少量の材料を用いるだけで済むので、材料コストも
低廉にできる。

【００３０】またこのブラックマトリックス２は、見た
目も黒い格子となり、外部から表示パネル前面に照射さ
れた光を反射することがなく、そのような光の反射によ
り表示画像品質が低下するという問題も解消される。

【００３１】なお、本実施例では、黒色顔料として平均
粒径0.08μｍ程度のＦｅ₃ Ｏ₄ とＭｎ₂ Ｏ₃ を用いた
が、使用する黒色顔料としてはこれには限定しない。こ
の他に、ＦｅＯ、Ｆｅ₃ Ｏ₄ 、Ｍｎ₂ Ｏ₃ 、ＣｒＯ、Ｃ
ｏ₃ Ｏ₄ 、ＳｎＯ、ＴｉＯ、ＮｂＯなどを用いてもよ
い。その平均粒径も、0.01μｍから 0.3μｍ程度のもの
であればよい。

【００３２】また、所定の効果を実現できるブラックマ
トリックス２の光学濃度としては、3.0程度以上が必要
となるが、このような光学濃度を実現するためには、上
記のような構成のブラックマトリックス２の膜厚を 0.6
μｍ以上とすればよい。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
カラーフィルタの製造方法は、簡易で、製造コストを大
幅に低減できる。しかもそれによって製造されたカラー
フィルタは光遮断性が良くかつ膜厚が厚くなることを抑
えて配向欠陥などの問題が生じることのないようにした
ブラックマトリックスを有するものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法に係るカラーフィルタの構造
を示す断面図である。

【図２】従来のカラーフィルタの構造を示す断面図。

【図３】本発明の製造方法に係るカラーフィルタおよび
従来のカラーフィルタの光学濃度と膜厚との関係を示す
表。

【符号の説明】

１…絶縁性の透明基板 ２…ブラックマトリックス ３…着色層 ４…透明電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に遮光層および着色層を形成
   するにあたり、 金属酸化物からなる黒色顔料と金属アルコキシドを含有
   する黒色塗料を用いて、前記透明基板上に遮光層に対応
   する所定のパターンを形成する工程と、 前記パターンを加熱処理し該パターン中の前記金属アル
   コキシドを熱分解して遮光層を形成する工程と、 前記遮光層を形成した前記透明基板上に着色セルを配列
   してなる着色層を配設する工程とを具備することを特徴
   とするカラーフィルタの製造方法。