JPH06273610A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 十分な光学濃度を有するブラックマトリック
スを備えたカラーフィルタを高精度かつ効率よく得るこ
とのできるカラーフィルタの製造方法を提供する。 【構成】 透明基板上に形成された所定パターンの透明
電極表面に電着により複数色の電着着色パターンを順次
形成して所望の着色層を形成し、その後、透明基板上の
着色層非形成部分に親水性樹脂と無電解メッキの触媒と
なる金属化合物とを含有するレリーフを形成し、このレ
リーフを無電解メッキ液と接触させて内部に金属を析出
させることにより黒色レリーフ（ブラックマトリック
ス）を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラーフィルタの製造方
法に係り、特に液晶ディスプレイ等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】例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に
おいては、近年のカラー化の要請に対応するために、ア
クティブマトリックス方式および単純マトリックス方式
のいずれの方式においてもカラーフィルタが用いられて
いる。例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたア
クティブマトリックス方式の液晶ディスプレイでは、カ
ラーフィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色
が用いられ、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの画素に対応する電
極をＯＮ、ＯＦＦさせることで液晶がシャッタとして作
動し、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの画素を光が透過してカラ
ー表示が行われる。そして、色混合は２色以上の画素に
対応する液晶シャッタを開いて混色し別の色に見せる加
色混合の原理により網膜上で視覚的に行われる。

【０００３】上記のカラーフィルタは、その形成方法に
より次のようなものがあり、要求されている特性として
は、パターン解像性、分光性、耐熱性、耐候性、耐薬品
性、低製造コスト、その他、欠陥がないこと、作業性の
高いこと等が挙げられる。 （Ａ）染色法カラーフィルタ 染色法によりカラーフィルタを形成するには、ゼラチ
ン、カゼイン、ポリビニルアルコール等の親水性樹脂に
重クロム酸塩等の感光剤を添加した塗工液を、スピンコ
ート法等により透明ガラス基板表面に０．４〜２μｍ程
度の膜厚に塗布後、所定形状のマスクを介して露光・現
像して被染色層を形成し、この被染色層を酸性染料また
は反応性染料で染色して第１色目の着色層を形成する。
次に、第１色目の着色層上に二度染め防止のためのアク
リル、ウレタン、エポキシ等の防染層を形成してから第
２色目以降の着色層を同様の工程で形成し、Ｒ，Ｇ，Ｂ
の各着色層を備えたカラーフィルタを形成することがで
きる。 （Ｂ）分散法カラーフィルタ 分散法によりカラーフィルタを形成するには、透明感光
性樹脂に着色剤として染料、有機顔料、無機顔料等を分
散した感光液を、透明基板上に塗布して感光性樹脂層を
形成する。次に、この感光性樹脂層を所定形状のマスク
を介して露光・現像して第１色目の着色層を形成し、同
様にして第２色目以降の着色層を形成してＲ，Ｇ，Ｂの
各着色層を備えたカラーフィルタを形成することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の染色法
では、色変えの度にフォトリソグラフィ工程の処理を行
う必要があり、さらに二度染め防止用の防染層を形成す
る必要があるため、工程が煩雑となり、製造コスト面で
問題があった。また、着色剤として染料を用いているた
め耐熱性、耐候性、耐薬品性等が劣るという問題もあっ
た。

【０００５】また、分散法では、耐熱性、耐候性、耐薬
品性等に優れた微細パターンを備えるカラーフィルタの
製造が可能であるが、染色法と同様に色変えの度にフォ
トリソグラフィ工程の処理を行う必要があり、工程が煩
雑となり製造コスト面で問題があった。

【０００６】このような問題を解決する方法として、電
着によるカラーフィルタの製造方法が開発されている。
電着法では、例えば、基板上に形成された透明導電膜を
パターニングして透明電極を形成し、パターン化された
透明電極のうち同色の着色層を形成する箇所にのみ選択
的に電圧を印加し、着色電着浴中で電着を行って第１色
目の着色層が形成される。次に、別の色の着色層を形成
する箇所にのみ選択的に電圧を印加し、同様にして第２
色目以降の着色層を形成してＲ，Ｇ，Ｂの各着色層を備
えたカラーフィルタを形成することができる。

【０００７】しかし、上記のような電着によるカラーフ
ィルタの製造において、着色層の形成前に金属クロム等
でブラックマトリックスを形成すると、着色層形成時に
ブラックマトリックス上にも着色層が形成されてしまう
という問題があった。この問題は、黒色顔料を分散させ
た材料を用いてブラックマトリックスを形成する場合で
あっても、黒色顔料としてカーボンブラック等の導電性
材料を使用したときに、同様に生じる問題である。

【０００８】更に、Ｒ，Ｇ，Ｂからなる着色層を形成し
た後に、黒色顔料を分散させたフォトレジストを塗布し
露光・現像してブラックマトリックスを形成する方法が
提案されているが、遮光性材料に光反応を利用すること
に相反関係があり、結果としてカラーフィルタとして十
分な光学濃度を得ることが困難であった。

【０００９】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、十分な光学濃度を有するブラックマト
リックスを備えたカラーフィルタを高精度かつ効率よく
得ることのできるカラーフィルタの製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は透明基板上に所定のパターンを有す
る透明電極を形成し、該透明電極上に複数色の電着着色
パターンを順次形成することにより所定の色数からなる
着色層を形成する第１の工程と、前記着色層が形成され
ていない前記透明基板上に親水性樹脂と無電解メッキの
触媒となる金属化合物とを含有するレリーフを形成する
第２の工程と、前記レリーフを無電解メッキ液に接触さ
せることにより前記レリーフ内に金属を析出させ黒色レ
リーフとしてブラックマトリックスを形成する第３の工
程と、を有するような構成とした。

【００１１】

【作用】透明基板上に形成された所定パターンの透明電
極表面に電着により複数色の電着着色パターンが順次形
成されて所望の着色層が形成され、その後、透明基板上
の着色層非形成部分に親水性樹脂と無電解メッキの触媒
となる金属化合物とを含有するレリーフが形成され、こ
のレリーフが無電解メッキ液と接触して内部に金属が析
出され黒色レリーフ（ブラックマトリックス）が形成さ
れる。これにより、従来法に比べて高精度の微細パター
ンが形成され、十分な光学濃度のブラックマトリックス
を備えたカラーフィルタを簡便かつ効率的に製造するこ
とが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明によるカラーフィルタの製造
方法を説明するための工程図である。図１において、ま
ず、透明基板２上に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の
透明導電性物質により透明電極３を形成する（図１
（Ａ））。この透明電極３は、後述する工程で形成され
る着色層４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに相当するパターンで形成さ
れている。このような透明電極３の形成は、例えばスパ
ッタリング法等により透明基板２上に酸化インジウムス
ズ（ＩＴＯ）等の透明導電性物質を成膜（厚さ２００〜
２０００Å程度）し、その後エッチングを行う方法、あ
るいは透明基板２上に塗布した感光性レジストを所定パ
ターンのフォトマスクを介して露光・現像し、露出して
いる透明基板２上に透明導電性物質を成膜する方法等、
公知の方法にしたがって行うことができる。

【００１３】そして、赤色顔料を分散させた電着浴中に
上記の透明基板２を浸漬し、透明電極３のうち赤色の着
色層４Ｒを形成する透明電極３にのみ選択的に直流電圧
を印加して赤色電着材を析出させ、十分に水洗した後に
乾燥してピンホールのない着色層４Ｒが形成される（図
１（Ｂ））。

【００１４】同様にして、透明電極３上に緑色の着色層
４Ｇ、青色の着色層４Ｂを形成する（図１（Ｃ））。次
に、透明基板２の全面に親水性樹脂を含有する感光性レ
ジストを塗布して感光性レジスト層５を形成し、ブラッ
クマトリックス用のフォトマスク１１を介して感光性レ
ジスト層５を露光する（図１（Ｄ））。そして、露光後
の感光性レジスト層５を現像してブラックマトリックス
用のパターンを有するレリーフを形成し、この透明基板
２に熱処理（１００〜２００℃、５〜３０分間）を施し
た後、レリーフに無電解メッキの触媒となる金属化合物
の水溶液を塗布し水洗して触媒含有レリーフ６とする
（図１（Ｅ））。この触媒含有レリーフ６を無電解メッ
キ液に接触させることにより黒色レリーフとなしブラッ
クマトリックス７を形成する。さらに、上述のように形
成された着色層４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ、ブラックマトリック
ス７を覆うように保護層８、透明共通電極９を設けてカ
ラーフィルタ１とする（図１（Ｆ））。

【００１５】カラーフィルタ１の透明基板２としては、
石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓
性のないリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学
用樹脂板等の可撓性を有するフレキシブル材を用いるこ
とができる。この中で特にコーニング社製７０５９ガラ
スは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および
高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中に
アルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、
アクティブマトリックス方式によるＬＣＤ用のカラーフ
ィルタに適している。

【００１６】上記の製造工程において用いられる電着材
料は、一般に有機材料（高分子材料）からなり、その原
形は電着塗装法としてよく知られている。電着塗装で
は、電気化学的な主電極との反応によりカチオン電着と
アニオン電着とがある。これは、電着材料がカチオンと
して存在するか、アニオンとして挙動するかで分類され
る。電着に用いられる有機高分子物質としては、天然油
脂系、合成油脂系、アルキッド樹脂系、ポリエステル樹
脂系、アクリル樹脂系、エポキシ樹脂系等の種々の有機
高分子物質が挙げられる。

【００１７】アニオン型では、古くからマレイン化油や
ポリブタジエン系樹脂が知られており、電着物質の硬化
は酸化重合反応による。カチオン型はエポキシ樹脂系が
多く、単独あるいは変性されて使用できる。その他に、
メラミン樹脂系、アクリル樹脂系等のいわゆるポリアミ
ノ樹脂系が多く用いられ、熱硬化や光硬化等により強固
な着色層を形成できる。

【００１８】液晶カラーフィルタの電着では、アニオン
型またはカチオン型電着浴中に微粉砕された顔料や染料
を分散させ、イオン性高分子材料とともに導電性部に共
析させる。

【００１９】本発明において用いる感光性レジストとし
ては、例えば光硬化型の感光性基としてジアゾ基を有す
るジアゾニウム化合物およびパラホルムアルデヒドの反
応生成物であるジアゾ樹脂、アジド基を有するアジド化
合物、ポリビニルアルコールにケイ皮酸を縮合したケイ
皮酸縮合樹脂、スチルバゾリウム塩を用いた樹脂、重ク
ロム酸アンモニウム等の感光性基を有するものを挙げる
ことができる。尚、感光性基は上述の光硬化型感光性基
に限定されないことは勿論である。

【００２０】感光性レジストに含有される親水性樹脂と
しては、例えばゼラチン、カゼイン、グルー、卵白アル
ブミン等の天然タンパク質、カルボキシメチルセルロー
ス、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアク
リルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキ
サイド、無水マレイン酸共重合体等が挙げられる。さら
に、感光性レジストにはセラミックスや多孔質アルミナ
等の無機物質を添加してもよい。このような親水性樹脂
あるいは無機物質は、感光性レジスト中に１０重量％程
度含有されることが好ましい。このように、感光性レジ
スト中に親水性樹脂が含有されることにより、上述のよ
うに触媒含有レリーフ６が無電解メッキ液と接触した際
に、無電解メッキ液が触媒含有レリーフ６に浸透し易く
なり、触媒含有レリーフ６中に均一に金属粒子が析出す
ることになる。したがって、形成されたブラックマトリ
ックス７は充分な黒さと低反射率を有することになり、
従来のクロム薄膜形成における金属層による反射という
問題が解消され得る。

【００２１】本発明において用いる無電解メッキの触媒
となる金属化合物は、例えばパラジウム、金、銀、白
金、銅等の塩化物、硝酸塩等の水溶性塩、および錯化合
物が用いられ、水溶液として市販されている無電解メッ
キ用のアクチベータ溶液をそのまま用いることができ
る。

【００２２】尚、触媒含有レリーフ６に含有される無電
解メッキの触媒となる金属の含有量は、０．０００１〜
０．００１重量％程度が好ましい。本発明において用い
る無電解メッキ液は、例えば次亜リン酸、次亜リン酸ナ
トリウム、水素化ホウ素ナトリウム、Ｎ−ジメチルアミ
ンボラザン、ボラザン誘導体、ヒドラジン、ホルマリン
等の還元剤と、例えばニッケル、コバルト、鉄、銅、ク
ロム等の水溶性の被還元性重金属塩と、メッキ速度、還
元効率等を向上させるカセイソーダ、水酸化アンモニウ
ム等の塩基性化合物と、無機酸、有機酸等のｐＨ調整
剤、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等のオキシカ
ルボン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸、無機酸のアルカリ塩
に代表される緩衝剤と、重金属イオンの安定性を目的と
した錯化剤の他、反応促進剤、安定剤、界面活性剤等と
を有する無電解メッキ液が使用される。

【００２３】上記の保護層８は、カラーフィルタ１の表
面平滑化、信頼性の向上および液晶ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）において使用する際の液晶層への汚染防止等を目的
とするものであり、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、
ポリイミド系樹脂等の透明樹脂、あるいは二酸化ケイ素
等の透明無機化合物等を用いて形成することができる。
このような保護層の厚さは０．５〜５０μｍ程度が好ま
しい。

【００２４】また、透明共通電極９としては、酸化イン
ジウムスズ（ＩＴＯ）膜等を用いることができる。ＩＴ
Ｏ膜は蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法により
形成することができ、厚さは２００〜２０００Å程度が
好ましい。

【００２５】次に、実験例を示して本発明を更に詳細に
説明する。 （実験例）ガラス基板上に酸化インジウムスズ（ＩＴ
Ｏ）をスパッタリング法により成膜してＩＴＯ層を形成
し、次にこのＩＴＯ層をエッチングして着色層のポジパ
ターンを有する透明電極を形成した。

【００２６】一方、アニオン型の電着材料（日本石油化
学（株）製 オリゴーＥＤ）を残留固体分が１３．５重
量％となるように純水で希釈したものに赤色顔料（ナフ
トールレッド）を５重量％の割合で添加して赤色着色層
用の電着液を調製した。そして、この電着液中に、透明
電極を陽極、白金電極を陰極とし、電極間隔３０mmとな
るように基板を浸漬し、透明電極のうち赤色着色層を形
成する透明電極にのみ選択的に１０mAの定電流を６０秒
間通電して電着を行った。次に、電着液から取り出した
基板を十分に水洗した後、８０℃、１０分間の乾燥を行
って透明性の良好な赤色の着色層を形成した。

【００２７】次に、赤色顔料の代りに緑色顔料（フタロ
シアニングリーン）を用いた他は上記の赤色着色層用の
電着液と同様にして緑色着色層用の電着液を調製した。
そして、この緑色着色層用の電着液を用いて上記の赤色
着色層の形成と同一条件で電着を行った。次に、電着液
から取り出した基板を十分に水洗した後、８０℃、１０
分間の乾燥を行って透明性の良好な緑色の着色層を形成
した。

【００２８】さらに、赤色顔料の代りに青色顔料（銅フ
タロシアニンブルー）を用いた他は上記の赤色着色層用
の電着液と同様にして青色着色層用の電着液を調製し
た。そして、この青色着色層用の電着液を用いて上記の
赤色着色層の形成と同一条件で電着を行った。次に、電
着液から取り出した基板を十分に水洗した後、８０℃、
１０分間の乾燥を行って透明性の良好な青色の着色層を
形成した。

【００２９】次に、着色層を形成した透明基板上に、ス
ピンコート法（回転数＝１５００r.p.m.）により下記組
成の感光性レジストを塗布し、その後、７０℃、５分間
の条件で乾燥して感光性レジスト層（厚さ＝１μｍ）を
形成した。

【００３０】 感光性レジストの組成 ・ポリビニルアルコール１０％水溶液 （日本合成化学製ゴーセナールＴ−３３０） …２０重量部 ・ジアゾ樹脂１０％水溶液（シンコー技研製Ｄ−０１１） …２０重量部 ・水 …１５重量部 次に、感光性レジスト層に対してブラックマトリックス
用のフォトマスク（線幅＝５０μｍ）を介して露光を行
った。露光用の光源は超高圧水銀灯２ｋｗを用い、１０
秒間照射した。その後、常温の水を用いてスプレー現像
を行いエアー乾燥して、上記の着色層間にブラックマト
リックス用のレリーフを形成した。

【００３１】つぎに、この透明基板に１５０℃、３０分
間の熱処理を施し、その後、レリーフ上に塩化パラジウ
ム水溶液（日本カニゼン製レッドシューマー）をスプレ
ー塗布し、水洗、水切りして、上記のレリーフを触媒含
有レリーフとした。

【００３２】その後、透明基板をホウ素系還元剤を含む
３０℃のニッケルメッキ液（奥野製薬製ニッケルメッキ
液トップケミアロイＢ−１）に５分間浸漬させ、水洗乾
燥して黒色レリーフ（ブラックマトリックス）を形成
し、カラーフィルタを得た。

【００３３】このブラックマトリックスの光学濃度Ｄお
よび反射率Ｒを測定したところ、Ｄ≧３．０、Ｒ≦５％
であり、また、ブラックマトリックスとガラス基板との
密着状態は、浮き、剥離等が全く見られず良好であっ
た。このことから、本発明により形成されたブラックマ
トリックスは、カラーフィルタ用ブラックマトリックス
として充分な光学濃度と低い反射率を具備していること
がわかった。

【００３４】さらに、得られたカラーフィルタを用いて
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を作成し、カラー画像を表
示させたところ、色ずれや滲みのない良好なカラー画像
が表示された。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば電
着により着色層を形成するので高精度な着色層形成が可
能であり、またブラックマトリックスの形成を最後に行
い、かつ無電解メッキにより触媒含有レリーフ中に金属
を析出させてブラックマトリックスを形成するので、金
属材料を遮光層に使用することができ、光学濃度が大き
く反射率の低いブラックマトリックスを形成することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカラーフィルタの製造方法を説明
するための工程図である。

【符号の説明】

１…カラーフィルタ ２…透明基板 ３…透明電極 ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…着色層 ５…感光性レジスト層 ６…触媒含有レリーフ ７…ブラックマトリックス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に所定のパターンを有する透
   明電極を形成し、該透明電極上に複数色の電着着色パタ
   ーンを順次形成することにより所定の色数からなる着色
   層を形成する第１の工程と、 前記着色層が形成されていない前記透明基板上に親水性
   樹脂と無電解メッキの触媒となる金属化合物とを含有す
   るレリーフを形成する第２の工程と、 前記レリーフを無電解メッキ液に接触させることにより
   前記レリーフ内に金属を析出させ黒色レリーフとしてブ
   ラックマトリックスを形成する第３の工程と、を有する
   ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 【請求項２】 前記透明基板がガラス基板であることを
   特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。