JPH0572528A - カラーフイルターの修正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カラーフィルターに生じた突起を修正する。 【構成】 カラーフィルターの基板上に形成した着色画
素、保護膜等の積層体に生じた突起を、エキシマレーザ
等によって得られる短波長のレーザ光の照射エネルギー
を調整して照射することによってレーザ光によって破壊
される深さを限定する。 【効果】 下層部分に損傷を与えることなく突起を修正
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、カラー液晶表示装置等に使用さ
れるカラーフィルターの突起を除去することによるカラ
ーフィルターの修正方法に関する。

【０００２】

【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数μｍ程度のギャップを設けてその
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ることによって形成される
透明部分と不透明部分によっ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上に光の三
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、液晶のシャッター作用
によって３原色を加色して所望の色を表示している。

【０００３】カラー液晶表示装置用のカラーフィルター
は、透明基板、着色層、保護層、透明導電膜という順に
積層されており、ＲＧＢの三原色の位置に対向する電極
あるいは薄膜トランジスタを形成した透明基板とを数μ
ｍの間隔を保持し液晶物質を封入して液晶表示装置を形
成している。

【０００４】カラー液晶表示装置には、液晶の駆動方法
によって単純マトリックス方式とアクティブマトリック
ス方式があるが、最近ではパーソナルコンピュータなど
の表示装置用には画質に優れ、それぞれの画素を確実に
制御することが可能であり、また動作速度も速いアクテ
ィブマトリックス方式の採用が進められている。

【０００５】アクティブマトリックス方式の液晶表示装
置では各画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子をガ
ラス基板上に形成し、各素子のスイッチング作用によっ
て各画素の液晶のシャッター作用を制御している。これ
らの素子の対極には一様な透明電極が形成されている。

【０００６】パーソナルコンピュータ用のカラー液晶表
示装置用のカラーフィルターは、６４０×４００ないし
は６４０×４８０の画素から構成されており、さらに高
精細化が図られる傾向にある。そして、ＴＦＴ素子に対
向するカラーフィルターには各表示画素毎にＲＧＢの３
色の着色層が形成されているので、６４０×４００画素
の液晶表示装置用のカラーフィルターでも合計７６８，
０００個の着色画素を有しており、これらの数多くの着
色画素を対角線の長さが２５ｃｍ程度の基板上に形成し
ているが、微細で数多くの着色画素を欠陥なく形成する
ことは容易なことではない。

【０００７】図２は、カラーフィルターの製造工程の１
例を示す断面図であるが、ガラス等の透明基板２１上に
金属クロム、あるいは合成樹脂により、各着色画素を区
画するブラックマトリックス２２を形成する（Ａ）。次
いで第１色目例えば赤色の顔料を分散した感光材料を塗
布してフォトマスクを用いて露光した後に現像して赤の
着色層２３を形成する（Ｂ）。次いで緑の着色層２４お
よび青の着色層２５を第２色目、第３色目として同様に
形成する（Ｃ）。着色層上には着色層を保護する透明な
合成樹脂からなる保護層２６を形成する（Ｄ）。保護層
上には液晶に電圧を印加するためのＩＴＯ膜等の透明電
極膜２７を形成する（Ｅ）。

【０００８】以上のようなカラーフィルターの製造工程
は極めて清浄な環境の中で製造されている。そして、製
造工程においても異物の除去に注意が払われており、異
物を機械的に除去したり純水などによる洗浄を行い着色
層や保護層等に異物が付着することを防止しているが、
完全に異物の付着を防止することは事実上不可能であ
る。

【０００９】製造工程において着色層あるいは保護層中
に異物が混入すると図２の（Ｆ）に示すように異物２８
が原因となり突起２９が形成される。

【００１０】カラーフィルターに混入した異物による突
起は液晶表示装置を組み立てた際に、液晶の旋光性を周
囲と比べて異常なものとしたり、あるいは対向するＴＦ
Ｔ等の基板の電気回路とカラーフィルターの電極とが接
触して電気的に短絡し、表示画像を異常なものとするこ
とがおこる。したがって、大きな突起が生じたカラーフ
ィルターは製品として使用することができなくなるが、
突起を除去すれば液晶表示装置としての品質に悪影響を
与えないものとすることができるので、異物の発見とそ
の除去を確実に行うことが求められている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】カラーフィルターの着
色層あるいは保護層に混入した異物等によって生じた突
起は、カラーフィルターに配向層を形成して対向板と組
み立てて液晶を充填した後は、液晶の旋光性の異常等か
ら比較的容易に発見することができるが、カラーフィル
ターの着色層あるいは保護層に混入する異物による突起
は一般には液晶表示装置の液晶を挟持する間隔である数
μｍの約半分の３μｍ程度の小さなものであるので、カ
ラーフィルター単独では光学的な検査装置あるいはカラ
ーフィルターに斜めの方向から強力な光を照射して反射
光の異常から目視によって確認する方法等によって異物
を発見することが行われている。

【００１２】また、発見した突起は半導体装置の製造工
程等において使用されているレーザリペアリング装置に
よってレーザ光の照射により瞬時に照射部を蒸発させて
除去することが行われている。

【００１３】通常のレーザリペアリング装置はＹＡＧレ
ーザが用いられている。ＹＡＧレーザは、１０６４ｎｍ
の波長を有し半導体の製造工程等においては極めて有効
なものである。図３にはカラーフィルターの着色画素上
に生じた異物とＹＡＧレーザによる異物の除去の様子を
示すが、図３（Ａ）のガラス基板３１上には、金属クロ
ムからなるブラックマトリックス３２、顔料を分散した
有機物からなる着色画素３３が形成されており、着色画
素上には保護層３４が形成され、保護層上にはＩＴＯか
らなる透明電極膜３５が形成されている。そして、着色
画素上には異物３６が存在しており、大きな突起３７が
生じている。

【００１４】このような異物を図３（Ｂ）に示すように
ＹＡＧレーザによって発生したレーザ光３８によって除
去しようとすると、図３（Ｃ）に示すように突起、異物
のみならず着色画素さらには金属クロムのブラックマト
リックスや保護層上の照射部に近接した部分３９のＩＴ
Ｏ製の透明電極膜も損傷を受ける。そこで、異物あるい
は突起のみを除去し、それらの下層部分には損傷を与え
ないようにするために、ＹＡＧレーザの出力小さくした
り、あるいは照射時間を短くするように調整しても保護
層、着色画素の一部分のみを除去することは不可能であ
り、突起および異物とともに必ずガラス基板面上の金属
クロムからなるブラックマトリックスを含むすべてもの
が除去されてしまう。その結果、ＹＡＧレーザで異物を
除去した部分は、白欠陥と呼ばれるピンホールが生じて
しまうので、白欠陥部分にブラックマトリックスあるい
は着色画素と同様の材料を充填し、さらには透明電極膜
を形成することが必要であった。

【００１５】本発明は、上記の問題を解決するために、
カラーフィルターの製造工程において着色層、保護層等
に混入した異物等によって生じた突起のみを除去してカ
ラーフィルターを修正する方法を目的とするものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、カラーフィル
ターの着色画素あるいは保護層等に混入した異物等によ
って生じた突起を、短波長のレーザ光によって除去する
ものである。

【００１７】すなわち、ガラス基板上に有機物の層を形
成したカラーフィルターの有機物層中の異物をＹＡＧレ
ーザで除去する場合には、いかにレーザ光の出力あるい
は照射時間を調整しても、多層構造体の所定の有機物層
のみを除去することは不可能であり、ガラス基板面まで
のすべての層を除去することが避けられない。ところ
が、短波長のレーザ光を使用すると、ＹＡＧレーザに比
べて大きな照射エネルギーを有するレーザ光であって
も、照射時間および照射エネルギーを調整することによ
って所望の深さの有機物層のみを除去することが可能で
あることを見いだしたものである。本発明の方法に使用
可能な短波長レーザは、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等を
使用した波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３０８ｎｍ等の
エキシマレーザである。

【００１８】このように、エキシマレーザを使用して異
物を除去することによって、異物の下の破壊を防止で
き、ピンホールとなる白欠陥を防止することができるの
で、異物を除去したカラーフィルターをカラー液晶表示
装置に使用した場合には高品質の表示装置を得ることが
できる。

【００１９】

【作用】本発明は、カラーフィルターの着色層、保護層
等に混入した異物等によって生じた突起を、エキシマレ
ーザ等により得られる短波長レーザ光を使用することよ
って除去するもので、レーザ光の照射エネルギーあるい
はパルス状のレーザ光の照射回数を調整することによっ
て、突起部分に照射されるレーザ光の照射エネルギーの
総量を所望の大きさとしてレーザ光の作用する部分を保
護層あるいは保護層と着色画素に限定することができ
る。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【００２１】図１は、本発明のカラーフィルターの突起
の修正方法を説明する図である。カラーフィルター１の
ガラス基板２上には金属クロム等の金属被膜あるいはカ
ーボンブラックや四三酸化鉄等の顔料を混合した着色有
機物からなるブラックマトリックス３が設けられてお
り、さらに赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色画素４
が形成されている。そして、保護層５の比較的上部に異
物６があり、保護層上にはＩＴＯからなる透明電極膜７
が設けられており突起が生じている。図１（Ａ）。この
ように保護層の上方に異物がある場合には、エキシマレ
ーザからのレーザ光９の照射回数あるいは照射エネルギ
ーを調整して、損傷が下層にまで達しないようにする。
（Ｂ）。その結果、保護層の下部までには損傷はおよば
ず保護層の上部と照射部分の透明電極膜が除去され、小
さなくぼみ１０が形成されるるのみである。（Ｃ）。し
たがって、透明電極膜を部分的なスパッタリングによっ
て修正するのみでカラーフィルターとして使用すること
ができる。また、透明電極膜の修正はＩＴＯのスパッタ
リングによって行うことはもちろん、タングステン等の
透明な電極膜を形成しても良い。

【００２２】また、保護層全体に及ぶような異物によっ
て突起が生じており、突起の除去とともに異物を除去す
るために保護層を着色層まで除去した場合を図１（Ｄ）
に示す。この場合には、保護層が除去された比較的大き
なくぼみ１１が生じているが、着色層には損傷は及んで
いない。

【００２３】着色画素中の異物によって突起が生じた場
合であっても、突起の存在する深さによってエキシマレ
ーザの出力、照射回数を調整してブラックマトリックス
層はもちろん、所定の厚さの着色画素を残存させること
ができる。また、異物によっては着色画素の全体を除去
せざるを得ない場合でもブラックマトリックス層を残存
させることができるので、除去した個所に顔料で着色し
た有機物を充填して修正する場合でも修正工程が簡単と
なる。

【００２４】実施例１ 大きさ３００×４００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基
板上にスパッタリングによってクロム膜を成膜した。次
いでフォトレジストを塗布した後に、所定のフォトマス
クを介して露光、現像し、次いでクロム膜をエッチング
してブラックマトリックスを形成した。

【００２５】次に、赤色、緑色及び青色の顔料を、それ
ぞれ表１に示したような組成割合で感光性樹脂に分散さ
せて、赤色、緑色及び青色の着色感光性樹脂を作製す
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】ブラックマトリックスを形成した基板上
に、赤色感光性樹脂を１．５μｍの膜厚になるように塗
布し、その後温度７０℃で３０分間オ−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。

【００２８】続いて熱硬化性アクリル系保護膜材料（日
本合成ゴム（株）製オプトマーＳＳ８２６５）をスピン
コーターで、前記着色層上に２．０μｍの厚さで塗布し
た。次いで、１８０℃、３０分間加熱して保護膜を形成
した。

【００２９】得られた保護層の表面は着色層の厚さに起
因する凹凸が大きいところでは、１．０μｍ程度あり、
さらに異物粒子に起因する１２μｍ程度の凸部を有して
いた。

【００３０】エキシマレーザよりＫｒＦの２４８ｎｍの
レーザ光を、パルス幅１２ｎ秒、照射回数１０回を照射
して、０．０６Ｊ／ｃｍ² の照射量としたところ、保護
層の途中までを除去することができ、０．０９Ｊ／ｃｍ
² の照射量としたところ、着色画素の直前までの保護層
を除去することができ、さらに照射量を増加して０．１
２Ｊ／ｃｍ² の照射量としたところ、着色画素をすべて
除去することができたが、金属クロムからなるブラック
マトリックスには損傷は与えなかった。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、カラーフィルターの着色層、
保護層等に混入した異物等によって生じる突起を、エキ
シマレーザ等の短波長レーザの照射エネルギーを調整す
ることによって、レーザによって除去される保護層ある
いは着色層の深さを所望の範囲とし、レーザによる修正
後に生じたくぼみ等を処理する後処理工程を単純化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの修正方法を説明す
る図。

【図２】カラーフィルターの製造工程を説明する図。

【図３】従来のカラーフィルターの修正方法を説明する
図。

【符号の説明】

１…カラーフィルター、２…ガラス基板、３…ブラック
マトリックス、４…着色画素、５…保護層、６…異物、
７…透明電極膜、８…突起、９…レーザ光、１０…くぼ
み、１１…くぼみ、２１…透明基板、２２…ブラックマ
トリックス、２３…赤の着色層、２４…緑の着色層、２
５…青の着色層、２６…保護層、２７…透明電極膜、２
８…異物、２９…突起、３１…ガラス基板、３２…ブラ
ックマトリックス、３３…着色画素、３４…保護層、３
５…透明電極膜、３６…異物、３７…突起、３８…レー
ザ光、３９…照射部に近接した部分

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成したカラーフィルターを構
   成する積層体を修正する方法において、除去すべき個所
   に短波長のレーザ光の照射エネルギーを調整して照射す
   ることによって、所定の深さまで除去することを特徴と
   するカラーフィルターの修正方法。
2. 【請求項２】 短波長のレーザ光がエキシマレーザによ
   って得られた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修正方法。