JPH06235811A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、主に、２色以上の色フィルタを透
明導電膜上に順次形成してカラーフィルタを製造する方
法において、（ａ）金属遮光層を透明導電膜上に形成
し、且つ、ポジ型の感光性樹脂によって透明導電膜上の
着色部を被覆し、（ｂ）次に、感光性樹脂被膜を所望の
形状に露光、現像パターニングして透明導電膜の一部を
露出させた後、露出導電膜に電着により着色層を形成
し、（ｃ）（ｂ）の工程を２回以上繰り返して２色以上
の色を出すことを特徴とするカラーフィルタの製造方法
である。 【効果】 開口率が大きく、しかも均一なカラーフィル
タが簡便・低コストで得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶などの表示素子を多
色化するために用いられるカラーフィルタの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子の基板面にカラーフィルタ
を形成する主な方法としては、(1) 基板面にゼラチンな
どの高分子膜を設け、これを染色する染色法、(2) 染料
の代わりに顔料を用い、これを高分子に分散させたもの
を使う顔料分散法、(3) オフセット印刷などで基板面に
直接インキを印刷する印刷法、(4) 基板上の導電膜上に
顔料を分散させた高分子を電着する電着法が良く知られ
ている。

【０００３】(1) と(2) の方法は何れも先ずブラックマ
トリックス（遮光層）を形成し、次に各着色層を順次形
成する。ブラックマトリックスは各画素間の境界におけ
る光洩れを無くし各着色層を鮮明に効果的な色調を出す
ために、各着色の境界を黒色で縁取る方法である。各着
色（例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））をモザイク
状に配列する場合には、この黒色の縁取りはブラックマ
トリックスとして黒色のマトリックスを形成する。ブラ
ックマトリックスには主として、蒸着あるいはスパッタ
法でＣｒがつけられる。(1) の染色法は現在もっとも一
般的に行われている方法で、可染性の感光膜を塗布し、
フォトマスクで紫外線露光する。感光膜はネガ型のた
め、露光部のみ硬化してパターンとして残るので、これ
を酸性染料で染色して着色パターンを得る方法である。
(2) の顔料分散法は顔料で着色した感光性樹脂を基板に
塗布、露光、現像パターニングを行って着色パターンを
作成する方法である。 (1)、(2) の方法共に三色（赤、
緑、青）を出すためには以上の工程を３回くり返す必要
がある。何れの方法もそれぞれ特徴があるが、(1) の場
合は工程の煩雑さに加えて耐熱性など膜特性の限界が問
題である。(2) の場合も工程が長く、感光性樹脂を何回
も使用することに加えて、酸素遮断膜を各色毎に塗布し
て感光性樹脂硬化時の悪影響を防止しなければならない
ことなどのため、材料コストが高くかかりコスト高につ
くという欠点を抱えている。これに対して(3) の印刷法
は、 (1)、(2) の方法に比べて工程が非常に簡単でコス
ト的にも非常に安く、量産性にも優れているが、精度が
悪く微細な形状のフィルタを製造するには適しない。こ
れらの欠点を解決する方法として(4) の電着法が開発さ
れてきた。

【０００４】電着法では透明導電膜を着色層の形にパタ
ーニングし、このパターニングされた導電膜上に所定の
着色が得られるように顔料を分散させた高分子を電着さ
せる。この方法は(1) 、(2) の方法に比べて工程が簡単
であり、微細加工もできる。しかし最初に導電膜をパタ
ーニングしてその上に着色するので、例えばストライプ
状の着色の場合は問題はないが、混色に有利なモザイク
状に着色するのは非常に難しい。各着色層の形状や配列
がその下の導電膜の形状や配列によって決まってしま
い、自由な形状、配列のカラーフィルタを作るのが難し
いという欠点があった。改良された電着法では、例えば
特開昭第６１−２７２７２０号に述べられているよう
に、ポジ型の感光性樹脂被膜を利用して露光、現像、電
着を繰り返すことにより、導電膜の形状や配列にあまり
影響されずに簡単な工程で着色層の配列や形状が自由な
カラーフィルタの製造できるようになった。図４に電着
法を用いた代表的な従来例の液晶表示用カラーフィルタ
の製造工程図を示す。ガラス基板１の上に透明導電膜
（ＩＴＯ層）２を形成し（図４（ａ））、その上にポジ
型の感光性樹脂を塗布しその被膜３とし、その上に所望
のパターンを描いたフォトマスクを当てて露光、現像す
る。露光部はパターニングされて例えば赤色フィルタ
（Ｒ）を配置すべき部分の感光性樹脂被膜を除去した感
光性樹脂被膜３のパターンができる（図４（ｂ））。こ
れを赤色顔料が分散された電着浴中で導電膜に通電する
ことにより赤の着色層が電着し、これによって赤色フィ
ルタ（Ｒ）が出来上がる（図４（ｃ））。緑色フィルタ
（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）についても、続いて露光、
現像パターニング、電着の工程を繰り返することによっ
て同様に形成できる（図４（ｄ）〜（ｇ））。このよう
な工程を繰り返すことによって更に多色のカラーフィル
タの形成も可能である。最後に、この様にして出来た多
色フィルタの間の残った感光性樹脂被膜３を全面露光し
現像してすべて除去し（図４（ｈ））、その後、導電膜
露出部にカーボンブラック等で黒色電着を行いブラック
マトリックスｂを形成し、カラーフィルタが出来上がる
（図４（ｉ））。

【０００５】その後、各着色画素間に遮光機能を持った
電着法のカラー液晶装置の製造方法が特開平第１−１４
２７１２号に開示された。この方法では、画素領域の透
明電極の短絡プロセスを遮光層形成プロセスによって行
うことを特徴としている。そのため、先ず基板上にＭｏ
−Ｔａ等の金属をスパッタ法で形成した後遮光層に相当
する部分のみを残して除去することを行う。次にＩＴＯ
膜をその上に形成した後各画素に相当する部分のみを残
し、かつ同色の画素は金属の遮光層で接続されており、
異なる色の画素およびそれに接続した遮光層とは互いに
絶縁された構造パターンになるようにＩＴＯ膜を処理す
る。このようにパターン化された基板に各色に電気的に
接続した遮光層を介して電着を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】以上述べた特開昭第
６１−２７２７２０号の電着法によって、高精度でコス
ト的にも有利なカラーフィルタの製造が出来る見通しが
得られた。電着法は正と負の電極間に電圧を印加し、イ
オン化した粒子を電気泳動で電極面に付着析出させるの
がその原理である。したがって印加する電圧、電極間を
流れる電流によって電着の状態は大きく左右される。カ
ラーフィルタ製造に用いられる電着の特徴としては、電
着させる側の電極に透明導電膜を用いるということを基
本としている。この導電膜は普通の金属に比べると抵抗
が非常に高く、面積抵抗で１００〜１０００Ω／cm² に
及んでいる。抵抗値を下げるには導電膜の厚みを厚くす
ることが必要であり、そうすると、光の透過率が落ちて
透明度を下げる結果になる。電着の電極に導電膜を使用
する結果、電極内で導電膜抵抗のため電圧降下が起こ
り、電着浴中での電流の流れに大きな不均一が生じる。
極端な場合には、基板の周辺は電着されるが中心部は全
く電着されないことが起こる。この傾向は導電膜の抵抗
が高くなればなるほど著しい。電着すべき基板の大きさ
が小さい範囲、例えば２〜３インチ角程度であれば、こ
の電着ムラは余り目立たないで比較的均一なカラーフィ
ルタを作ることもできるが、それでも導電膜の抵抗が大
きくなると電着膜のムラが目立ってくる。更に大画面、
例えば１０インチあるいはそれ以上の画面の大きさにな
ると、面積抵抗の低い導電膜を使用してもムラなく均一
な厚みのフィルタ膜を作ることは非常に難しくなる。す
なわち、電着法はコスト、高精細と言う点では優れてい
るが、色ムラの点で難点を抱えている。

【０００７】特開平第１−１４２７１２号の電着法では
各色に電気的に接続した導電性の遮光層を介して電圧を
印加するので電着させる導電膜の面積抵抗に左右されず
に均一な電着が可能である。しかし、この方法では各色
およびそれと電気的に接続する遮光層間は完全に絶縁す
ることが必要であり、そのために幅１０〜２０μｍのギ
ャップを設けることが要求される。このギャップを通っ
ての光洩れを防ぐために液晶表示装置の対応する基板上
に金属電極配線を張り巡らしてこの配線の陰になること
によってギャップを通っての光の透過を妨げている。ま
た、同一の色を遮光層を介して電気的に接続し、しかも
ギャップを作ることから、どうしてもカラーフィルタの
色の開口率が小さくなってしまうという欠点がある。さ
らに電着パターンの形成に当たって遮光層金属スパッタ
−エッチング−ＩＴＯ膜スパッタ−エッチングという工
程を行うのは必ずしもコスト面から見ても優れた方法と
は考えられない。そして、１０〜２０μｍのギャップを
介しての光洩れを防ぐやり方は、液晶層の厚さ、視野角
から見ても完全に防ぐことはむつかしく万全とは言い難
く各種の問題点を抱えている。

【０００８】本発明の主な目的は、色ムラがなく、しか
も開口率の大きいカラーフィルタを簡便に製造すること
にある。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】本発明のカラーフィル
タの製造方法は、透明導電膜上のブラックマトリックス
を金属で形成し、且つポジ型の感光性樹脂を塗布し、そ
の後、露光、現像パターニング、電着の工程を繰り返す
ことによって、導電膜の抵抗に左右されずに任意の大き
さの基板上に均一なカラーフィルタを形成できる方法を
提供しようというものである。また、本発明は、色フィ
ルタを透明導電膜上に形成してカラーフィルタを製造す
る方法において、（ａ）ストライプ状あるいはマトリッ
クス状の金属遮光層を透明導電膜上に形成する工程と、
（ｂ）導電膜に電着により着色層を形成する工程とを有
することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、
ブラックマトリックスを構成する金属の比抵抗は非常に
小さく、導電膜と比べて問題にならない。従って、たと
え導電膜基板が大きくても、ブラックマトリックスの比
抵抗が電着で問題になることはほとんどない。金属のブ
ラックマトリックスが形成された透明導電膜は、電気的
には抵抗値のほとんどゼロの配線ネットワークが張りめ
ぐらされたものと見なすことができるので、電圧をかけ
た場合導電膜内での電圧降下はほとんど見られない。電
圧降下は導電膜の抵抗でなくブラックマトリックスの抵
抗によって支配されるので、導電膜の抵抗によってカラ
ーフィルタの特性が支配されることもない。従って、大
画面のカラーフィルタを電着法で形成する場合にも、導
電膜の抵抗の大小はカラーフィルタの厚みムラにほとん
ど影響を与えず、均一なカラーフィルタを実現すること
ができる。また、ブラックマトリックスは電気的には隣
接する各色の画素と接続しており特別なパターン形状を
考える必要もない。絶縁ギャップの形成などの必要は一
切不要であり開口率を落とすことなく工程も簡単であ
る。

【００１１】

【実施例】図１（ａ）〜（ｊ）に本発明のカラーフィル
タの製造方法の製造工程図を示し、同図に従い図２のよ
うな三原色カラーフィルタを製造する場合の具体例につ
いて述べる。まずガラス基板１にＩＴＯからなる透明導
電膜（ＩＴＯ層）２を形成する（図１（ａ））。つぎに
透明導電膜２の上にマトリックス状の金属導電膜を形成
してブラックマトリックスｂとする。金属導電膜の形成
は、たとえば現行の染色法などでよく行われているよう
に、まずＣｒなどの金属を蒸着またはスパッタ法でつ
け、感光性樹脂塗布してその被膜３を形成し、露光パタ
ーニングした後ブラックマトリックス相当部を残して金
属（Ｃｒ等）を除去する。この場合、金属の除去は透明
導電膜を傷つけることなく選択的に金属のみを除去しな
ければならない。別の方法として、無電解メッキでＣ
ｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、あるいはこれらの金属の
合金を付ける方法もある。基板との密着性をよくするた
めに、金属の種類によっては表面の活性化処理を行う。
活性化の方法は金属の種類によって異なるが、Ｐｔ，Ｐ
ｄなどの貴金属触媒を使ったり、表面に短時間の微弱電
流を流す方法などによって行う（図１（ｂ））。ブラッ
クマトリックスｂの形成されたＩＴＯ基板上にポジ型の
感光性樹脂３を塗布した後（図１（ｃ））、露光、現像
パターニングしてブラックマトリックスで囲まれた第一
の着色層（たとえば赤色Ｒ）を形成すべき箇所の感光性
樹脂被膜３を除去する（図１（ｄ））。電着浴中でＩＴ
Ｏ層２およびブラックマトリックスｂに通電することに
より、露出したＩＴＯ層２上に第１の着色層Ｒが形成さ
れる（図１（ｅ））。この場合の電着液は従来の電着法
で用いられているもの、すなわち赤色顔料が分散された
高分子樹脂水溶液、たとえばカルボキシル基を付加した
メラニン樹脂水溶液でよい。この場合ＩＴＯ層２にかか
る電圧は、ブラックマトリックスｂにかかる電圧によっ
てきまるので、ＩＴＯ層２内での電圧降下はほとんどな
い。したがって均一な着色層Ｒが得られる。同様にし
て、残された感光性樹脂被膜３を露光、現像パターニン
グして、ブラックマトリックスｂで囲まれた第二の着色
層（たとえば緑色Ｇ）を形成すべき箇所の感光性樹脂被
膜３を除去する（図１（ｆ））。電着浴中でＩＴＯ層２
及びブラックマトリックスｂに通電することにより、第
２の着色層Ｇが、露出したＩＴＯ層２上に形成される
（図１（ｇ））。次に同様なやり方で残された感光性樹
脂被膜３を露光、現像パターニングして、ブラックマト
リックスｂで囲まれた第三の着色層（たとえば青色Ｂ）
を形成すべき箇所の感光性樹脂被膜３を除去する（図１
（ｈ））。電着浴中でＩＴＯ層２及びブラックマトリッ
クスｂに通電することにより、第３の着色層Ｂが、露出
したＩＴＯ層２上に形成される（図１（ｉ））。最後に
残ったブラックマトリックスｂ上の感光性樹脂被膜３を
露光、除去した後、場合に応じて、こうして得られたカ
ラーフィルタ膜の平坦性の確保、さらには絶縁性の確保
のためにトップコート４をしてカラーフィルタとして仕
上げる（図１（ｊ））。ここに、用いた電着液は、従来
から使用されているものと同じで差し支えなく、また電
着処理での着色材としては顔料を用いたが、これに限定
されるものではなく、染料等を使用することも可能であ
る。また、この顔料としては無機系のもの、有機系のも
のが存在するが、有機系の顔料の場合それ自体が適当な
溶媒中でイオン化されるならば、分散顔料のキャリヤと
しての高分子樹脂溶液は不要である。

【００１２】本実施例では、主としてブラックマトリッ
クスｂを蒸着等による金属で構成した基板を作った後、
電着法でカラーフィルタを作ることについて説明した。
しかし、ブラックマトリックスを無電解メッキで形成す
る工程を用いれば更に工法は簡略化できる。

【００１３】ＩＴＯ層上への無電解メッキはメッキすべ
き各金属の種類に応じて活性化処理を行う。無電解メッ
キは電解メッキと異なり膜厚は均一であり、均質な遮光
層が形成できる。しかも、よく用いられるスパッタとか
蒸着等の方法と異なり、大面積のものを均質に量産する
点に関して設備的にも有利である。図３にその１例を示
す。すなわち、基板１にＩＴＯ層２を形成し（図３
（ａ））、ブラックマトリックスを無電解メッキで付け
るためにその上に感光性樹脂被膜３を塗布、露光、現像
パターニングしてブラックマトリックス相当部のＩＴＯ
のみを露出させ、その上に無電解メッキでブラックマト
リックスｂとして金属を付着させる（図３（ｂ））。こ
うして得られた基板を、図１の方法と同じようにして第
一の着色層を形成する。この場合図１と異なる点は、電
着で露出したＩＴＯ層２上だけでなくブラックマトリッ
クスの上にも着色されていることである（図３
（ｄ））。しかし、これは実際の使用に当たっては、ブ
ラックマトリックスｂは光を完全に遮断しているので、
その上に任意の着色層ができていてもブラックマトリッ
クスｂの上に着色されて見えることはない。以後の工程
は図１と全く同じ工程をとればよい。図１と図３を比較
して明らかなように、図３では図１（ｃ）の工程が省略
されていることがわかる。このことは、製造コスト、歩
留まりの点で図３の方法は更にすぐれていることを示し
ている。

【００１４】上記実施例に代表される本発明の発明は、
特開平第１−１４２７１２号の方法と比べて、パターン
の形成法、工程の簡略さ、出来上ったカラーフィルタの
性能の比較において格段にすぐれていることがわかる。

【００１５】また、本実施例では遮光層としてはブラッ
クマトリックスｂについて取り上げたが、より簡単なス
トライプ状の遮光層の場合も同じことがいえるのはいう
までもない。

【００１６】さらに、本実施例における透明導電膜２は
ＩＴＯの場合について述べた。もちろんこれに限定され
るものではない。液晶表示素子の透明導電膜としてＩＴ
Ｏを主として使用する理由は面積抵抗の低い導電膜を要
求するからである。本発明の場合は電着のために必要と
しているのであり、しかも金属遮光膜を介して電圧をか
けるので前述のように導電膜の抵抗はあまり問題になら
ない。従って逆に言えば、無電解メッキすべき金属と相
性の良い導電膜材料を選ぶことができる。かくして、本
発明は、出来るだけ透過率を落とすことなく、密着性の
良い導電膜組成が選べる利点がある。即ち、ＩＴＯだけ
でなく、Ｓｎ，ＳｎＯ₂ ，Ｚｎ，ＺｎＯなどが用いられ
る。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法によれ
ば、従来の電着法の欠点であった透明導電膜の抵抗によ
る色ムラ、とくに大面積での電着ムラは解消され、開口
率が大きく、大面積で均一なカラーフィルタ、特に多色
カラーフィルタが低コストで得られる。尚、本発明は表
示素子用のカラーフィルタに限定されるものではなく、
導電膜の上に電着で着色層を形成する場合には常に有効
な製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｊ）は本発明のカラーフィルタの製
造方法を工程順に示した断面図である。

【図２】カラーフィルタの平面パターン図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の無電解メッキで金属
遮光層を構成する場合のカラーフィルタの製造方法の一
例を示した図である。

【図４】（ａ）〜（ｉ）は従来のカラーフィルタの製造
工程図である。

【符号の説明】

１……基板 ２……透明導電膜（ＩＴＯ層） ３……感光性樹脂被膜（ポジ型） ｂ……ブラックマトリックス（遮光層） Ｂ……青色着色層（フィルタ） Ｒ……赤色着色層（フィルタ） Ｇ……緑色着色層（フィルタ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２色以上の色フィルタを透明導電膜上に
   順次形成してカラーフィルタを製造する方法において、
   （ａ） ストライプ状あるいはマトリックス状の金属遮
   光層を透明導電膜上に形成し、且つ、ポジ型の感光性樹
   脂によって透明導電膜上の着色部を被覆し（ｂ） 次
   に、感光性樹脂被膜を所望の形状に露光、現像パターニ
   ングすることによって透明導電膜の一部を露出させた
   後、露出させた導電膜に電着により着色層を形成し
   （ｃ） （ｂ）の工程を２回以上繰り返して２色以上の
   色を出すことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、（ａ）の工程を、透
   明導電膜が形成された基板上にポジ型の感光性樹脂を塗
   布、ストライプ状あるいはマトリックス状に露光、現像
   パターニングして遮光部の導電膜を露出させ、その上に
   Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ａｕなどの無電解メッキ適合
   性金属あるいはこれらの金属の合金の無電解メッキを行
   って金属遮光層を形成することによって行い、その金属
   遮光層形成と同時に着色部も感光性樹脂で被覆されてい
   る状態とすることを特徴とするカラーフィルタの製造方
   法。
3. 【請求項３】 色フィルタを透明導電膜上に形成してカ
   ラーフィルタを製造する方法において、（ａ） ストラ
   イプ状あるいはマトリックス状の金属遮光層を透明導電
   膜上に形成する工程と、（ｂ） 導電膜に電着により着
   色層を形成する工程とを有することを特徴とするカラー
   フィルタの製造方法。