JPH07113688B2

JPH07113688B2 - カラーフィルタ用塗布材料

Info

Publication number: JPH07113688B2
Application number: JP23601694A
Authority: JP
Inventors: 正義島村; 敏夫芳賀; 明良村上; 忠宏古川
Original assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Current assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPH07173432A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶ディスプレイあ
るいは撮像素子などに用いられるカラーフィルタの製造
のための塗布材料に関し、特に、フォトリソグラフィ技
術によって各色パターンを形成する上で有効な塗布材料
に関するものである。

【０００２】

【関連出願】この出願は、原出願である昭和６０年特許
願第２０７３１号（平成５年特許出願公告第６９２０１
号）からの分割出願であり、原出願が「カラーフィルタ
の製造方法」としたプロセス技術に関するのに対し、分
割出願はそうしたプロセス等に用いる材料に関する。

【０００３】

【背景技術】この種のカラーフィルタは、ガラス板等の
基板の一面に複数の色パターンを有する。カラーフィル
タの耐性を高めるため、それらの各色パターン自体の耐
性を高めることが有効である。従来、色パターンの基礎
材料として、耐熱性および耐光性(特に、紫外線に対す
る耐性)などの種々の耐性に優れたポリイミド系の樹脂
を用いることが知られている。ポリイミド系の樹脂をパ
ターン材料とした場合、そのパターンニング方法として
は、印刷あるいはフォトリソグラフィ技術が利用され
る。前者の印刷は簡易であるが、得られるパターンの表
面精度および寸法精度の点からすると、後者のフォトリ
ソグラフィ技術の方が遥かに優れている。フォトリソグ
ラフィ技術による従来例として、図３にプロセスフロー
を示すように、各色パターンを、パターンニングした後
で染色することによって各々形成するようにした技術が
知られている（たとえば、特開昭５９−２９２２５号公
報参照)。しかし、この染色を利用した従来の技術で
は、パターンニングと染色とを別に行なうため工程が複
雑であり、しかもまた、パターンニングしたポリイミド
樹脂は少なくともセミキュア（半硬化）の状態にあるの
で、その中へ色素を拡散することは困難である、などの
いくつかの難点がある。そこで、本発明者等は、そうし
た難点を解決する技術として、ポリイミド系樹脂溶液に
予め着色材を混入して成る溶液を基板上に塗布し、それ
により形成した着色ポリイミド樹脂層をフォトリソグラ
フィ技術によってパターンニングする方法を先に提案し
た(特願昭５９−２０１３１９号)。図４はその提案に係
る技術によるプロセスフローの一例を示すが、前記図３
に示したものに比べて工程がかなり簡易化されているこ
とが理解されるであろう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】先の提案に係る技術に
よれば、各色パターンを比較的簡単に形成することがで
きるが、各色パターンを形成するごとに、それ以前に形
成した色パターンを保護するために保護膜を形成しなけ
ればならない。その点は、図３に示した従来一般の方法
でも同様である。本発明者等は、カラーフィルタの製造
工程をより一層簡易化するため、前記保護膜を省略する
ことに着目し、種々検討したところ、次のようなことが
判明した。すなわち、たとえば第１色目のパターンに保
護膜を被せずに第２色目のパターンを形成した場合、第
１色目のパターンは、第２色用の塗布液を塗布した時に
損傷を受けるが、パターンニングのためのエッチング時
にはほとんど損傷を受けないということである。ここ
で、損傷とは、たとえば第１色目のパターンのような前
段の色パターンにひび割れあるいはしわが生じたり、さ
らには、第１色目のパターン中の染料が溶け出したり、
あるいはパターン自体が溶け出したりするという現象で
ある。こうした現象は、第２色用の塗布液に含まれる溶
剤によるものと考えられる。以上の検討結果によると、
前段の色パターンに耐溶剤性、つまりポリイミドを溶解
する溶剤に対する耐性を付加することによって、前記保
護膜を省略することが可能である。パターンの耐溶剤性
を増す方法としては、エッチング後のポーストベークの
温度を染料の耐熱性が許される範囲でできるだけ高く、
たとえば２５０〜３００℃程度に高めることも考えられ
る。しかし、そうした高い温度で処理する場合、着色の
ための染料の選択範囲がきわめて制限されたものとな
る。この発明の目的は、ポーストベークの温度をそれほ
ど高めることなく、前段の色パターンの耐溶剤性を充分
に向上することができるカラーフィルタ用塗布材料を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のカラーフィル
タ用塗布材料は、その名のとおり基板上に塗布して用い
るが、基本的に、樹脂溶液およびそれを着色する着色剤
のほか、界面移行性もしくは表面移行性をもつ表面改質
剤を含むことを特徴とする。樹脂溶液としては、ポリイ
ミド前駆体および希釈のための溶剤を含むもの、また、
着色剤としては染料が好ましい。ポリイミド前駆体の溶
液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなど極性の高い溶剤
中にポリアミック酸を含む溶液であり、これをたとえば
２００℃以上の高温でベークすると、脱水閉環してポリ
イミドとなる。なお、このポリイミド前駆体溶液は主に
ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドあるいは
Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどを用いて希釈すること
ができ、回転塗布に適した適当な粘性をもたせることが
できる。また、着色のための染料としては、アゾ、アン
トラキノン、フタロシアニン、カルボニウム、キノンイ
ミン、メチン、ベンゾキノンおよびナフトキノンなど種
々の系の染料を用いることができる。各染料は各色パタ
ーンに対して１種あるいは２，３種のものを混合して用
いることができるが、色の濃さを出すため、その混合量
をできるだけ多くするのが好ましい。しかし、余りにも
多くすると、後の工程においてフォトレジスト中あるい
は剥離剤中に逃げ出すという不都合を生じる。したがっ
て、そうした逃げ出しを生じない範囲でできるだけ多く
するのが良い。次に、ポイントとなる表面改質剤は色パ
ターンに耐溶剤性を与えるもので、パーフロロアルキル
基のように表面移行性に優れ、かつはっ水はつ油性をも
つ機能性セグメントを有するブロックポリマーである。
機能性セグメントのほか、アクリル系ポリマーのように
ポリイミドに相溶する相溶性セグメントをも有するビニ
ルモノマーのＡ−Ｂ型ブロックポリマーは、はっ水はつ
油化の効果が半永久的であるので、特に好ましい。ま
た、表面改質剤としては、マクロモノマーと機能性モノ
マーとの共重合により合成され、優れた界面移行性をも
つ機能性クシ型グラフトポリマーを利用することもでき
る。さらに、表面改質剤として、機能性クシ型グラフト
ポリマーと前記ブロックポリマーとを混合して用いるこ
ともできる。この表面改質剤の添加量としては、通常１
〜３％程度が好適である。添加量を多くすればはっ水は
つ油化の効果が増す傾向にあるが、たとえば５〜１０％
以上にすると、色パターンを形成するための塗布層の均
一性が低下する。したがって、塗布層の均一性が損われ
ない上のような割合にするのが好ましいのである。とこ
ろで、カラーフィルタの基板、すなわち、塗布材料を塗
布する基板としては、一般的なガラス板のほか、プラス
チック板あるいはフレキシブルなプラスチックフィル
ム、さらには電気的な素子が形成された半導体基板など
をも利用することができる。半導体基板の場合には、表
面保護膜によって基板表面を平坦化したものを用いるの
が良い。しかしいずれにしろ、基板と前記塗布層との密
着性を高めることは、パターンニングの精度等を高める
上で大切である。基板としてガラス板を用いる場合、塗
布層を形成するための混合液に、Ｎ−フェニル−γ−ア
ミノプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリ
ング剤等の密着性向上のための添加剤を加えることが有
効である。

【０００６】

【作用】この発明による塗布材料には、特定の表面
改質剤が含有されており、その表面改質剤が色パターン
の表層部分に移行し、表面を保護することになり、色パ
ターン自体の耐溶剤性が大幅に向上する。そのため、パ
ターンニングした前段の色パターンのポーストベークを
たとえば２３０℃程度の比較的低い温度で処理した場合
でも、次段の色パターン形成によるダメージに充分耐え
ることができる。一般に、カラーフィルタは、赤(Ｒ)、
緑(Ｇ)、青(Ｂ)の３原色のほかに、黒(Ｂｌ)を加えた４
色の色パターンを有するが、前記耐溶剤性の向上は、第
１色目のパターンと第２色目のパターンとの間のみなら
ず、第２色目のパターンと第３色目のパターン、さらに
は第１色目および第２色目と第３色目との間、ならびに
第１色目、第２色目および第３色目と第４色目との間で
も同様である。したがって、この発明の塗布材料を用い
れば、フォトリソグラフィ技術によるプロセス上、図１
にそのフローを示すように、前段の色パターンを保護す
るための保護膜の形成工程をすべて省略することができ
る。また、すべての色パターンの耐溶剤性を増した場合
には、すべての色パターンの上を全体的に被う最上層の
保護膜、いわゆるトップコートをも省略することが可能
となる。さらに、この発明の塗布材料は、製造工程の簡
略化に加えて、保護膜がないことから、全体的に薄くか
つ平坦なカラーフィルタを得ることを得ることを可能と
する。これについては、この発明の塗布材料を利用して
得られるカラーフィルタの断面構造を示した図２から明
らかであろう。なお、図２において、１はガラス板から
成る基板、２はゼラチン系、エポキシ系あるいはポリイ
ミド系の材料から成るトップコート、また、Ｒ、Ｇ、Ｂ
およびＢｌは、フォトリソグラフィ技術によって形成し
た赤、緑、青、黒の各色パターンである。

【０００７】

【この発明の塗布材料の実施例、およびそれを用いたカ
ラーフィルタの製造例】基板１として、表面にシリカが
コートされたガラス板を用い、前記図２の(Ａ)の断面構
造をもつカラーフィルタを次のような条件で製造した。
得られたカラーフィルタは、保護膜がないにもかかわら
ず、前段のＢｌ、ＲおよびＧの各色パターンに前述した
ような損傷は何ら見られない良質のものだった。第１色
用塗布液として、ポリイミド前駆体溶液：１５．０ｇ、
含金属錯塩染料(ブラック)：1.０ｇ、溶剤：１０．０
ｇ、シランカップリング剤：０．０６ｇ、パーフロロア
ルキル基を一成分とする表面改質剤：０．０５ｇを含む
混合液を用意し、これを２０００ｒｐｍで回転する基板
１の一面に滴下することによって、黒パターンＢｌを形
成するための層を形成した。その層を１５０℃で３０分
間プリベーク処理した後、フォトリソグラフィ技術によ
ってパターンニングし、ついで２４０℃で３０分間ポー
ストベーク処理をした。次に、第２色用塗布液として、
ポリイミド前駆体溶液：１０．０ｇ、アントラキノン系
染料（レッド）：０．５ｇ、溶剤：７．０ｇ、シランカ
ップリング剤：０．０４ｇ、前記と同じ表面改質剤：
０．０３ｇを含む混合液を用意し、黒パターンＢｌを形
成した基板１の一面に、第１色目と同じ条件で塗布する
ことによって、赤パターンＲを形成するための層を形成
した。そして、その層を１４５℃で３０分間プリベーク
処理した後、フォトリソグラフィ技術によってパターン
ニングし、ついで２３０℃で３０分間ポーストベーク処
理をした。同様にして、第３色用塗布液として、ポリイ
ミド前駆体溶液：１０．０ｇ、アゾ系染料（イエロ
ー）：０．８ｇ、カルボニウム系染料(ブルー)：０．７
ｇ、溶剤：９．０ｇ、シランカップリング剤：０．０３
ｇ、前記と同じ表面改質剤：０．０３ｇを含む混合液を
用意し、これを２５００ｒｐｍで回転する基板１の一面
に滴下することによって、緑パターンＧを形成するため
の層を形成した。その層を１４５℃で３０分間プリベー
ク処理した後、フォトリソグラフィ技術によってパター
ンニングし、ついで２００℃で３０分間ポーストベーク
処理をした。さらに、第４色用塗布液として、ポリイミ
ド前駆体溶液：１０．０ｇ、キノンイミン系に属するア
ジン染料(ブルー)：１．０ｇ、溶剤：１１．０ｇ、シラ
ンカップリング剤：０．０２ｇを含む混合液を用意し、
これを３０００ｒｐｍで回転する基板１の一面に滴下す
ることによって、青パターンＢを形成するための層を形
成した。その層を１６０℃で３０分間プリベーク処理し
た後、他の色パターンと同様にしてパターンニングし、
ついで１９０℃で３０分間ポーストベーク処理をした。
そしてこの後、各色パターンを形成した基板１の一面全
体をトップコート２で被覆した。

【０００８】

【発明の効果】この発明では、樹脂溶液の中に、着色の
ための着色剤のほか、界面移行性もしくは表面移行性を
もつ表面改質剤を含ませているため、カラーフィルタを
製造する上でのプロセス条件、たとえばポーストベーク
の温度条件などを緩和することができるほか、中間保護
膜のないカラーフィルタ用の材料として有効に利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の塗布材料を用いたプロセスフローの
一例を示す工程図である。

【図２】この発明の塗布材料も用いることによって得ら
れるカラーフィルタの各例を示す断面図である。

【図３】従来一般の染色法によるプロセスフローを示す
工程図である。

【図４】先の提案に係るプロセスフローを示す工程図で
ある。

【符号の説明】

１基板２トップコートＢ青パターンＲ赤パターンＧ緑パターンＢｌ黒パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に塗布して用いるカラーフィルタ
用塗布材料であって、樹脂溶液およびそれを着色する着
色剤のほか、界面移行性もしくは表面移行性をもつ表面
改質剤を含むことを特徴とするカラーフィルタ用塗布材
料。
【請求項２】前記樹脂溶液がポリイミド前駆体および
希釈のための溶剤を含み、前記着色剤が染料である、請
求項１のカラーフィルタ用塗布材料。
【請求項３】前記表面改質剤は、はっ水はつ油性をも
つ機能性セグメントと、ポリイミドに相溶する相溶性セ
グメントより成るビニルモノマーのＡ−Ｂ型ブロックポ
リマーである、請求項２のカラーフィルタ用塗布材料。
【請求項４】前記表面改質剤は、マクロモノマーと機
能性モノマーとの共重合により合成された機能性クシ型
グラフトポリマーである、請求項２のカラーフィルタ用
塗布材料。
【請求項５】前記表面改質剤の添加量が１〜３％であ
る、請求項１のカラーフィルタ用塗布材料。
【請求項６】前記染料は、１〜３種類のものを混合し
て用いる、請求項２のカラーフィルタ用塗布材料。
【請求項７】黒色用の前記染料として、少なくとも含
金属錯塩系のものを用いる、請求項２のカラーフィルタ
用塗布材料。
【請求項８】赤色用の前記染料として、少なくともア
ントラキノン系のものを用いる、請求項２のカラーフィ
ルタ用塗布材料。
【請求項９】緑色用の前記染料として、少なくともア
ゾ系の染料とカボニウム系の染料を混合したものを用い
る、請求項２のカラーフィルタ用塗布材料。
【請求項１０】青色用の前記染料として、少なくとも
キノンイミン系のものを用いる、請求項２のカラーフィ
ルタ用塗布材料。