JPH07120613A - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 黒色感光性樹脂によりブラックマトリックス
を形成するカラーフィルターの製造方法において、表面
凹凸の少ないカラーフィルターが得られる製造方法を提
供する。 【構成】 透明基板１上に複数色の着色画素パターン
２，３，４を形成後、該画素パターン上に黒色感光性樹
脂層５を設け、該黒色感光性樹脂層５側からフォトマス
ク８を介して露光後、現像してブラックマトリックスを
形成し、次いで該画素パターンの反対面側から全面露光
後、再度現像処理を行うことによりブラックマトリック
スの平坦化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶カラーディスプレ
ー等に使用するカラーフィルターの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶用カラーフィルターは、通常、ガラ
ス等の透明基板上に赤色、緑色及び青色のドット状画像
をそれぞれマトリックス状に配置し、それぞれの境界を
ブラックマトリックスで区分した構造である。

【０００３】カラーフィルターの製造方法としては、染
色法、印刷法、着色感光性樹脂の塗布、露光、現像の繰
り返しによる着色レジスト法、特開昭６１−９９１０２
公報記載の、予め着色した感光性樹脂液を仮支持体上に
塗布することにより着色層を形成し、順次直接、透明基
板上にこの感光性着色樹脂層を転写し、露光、現像を繰
り返す方法（ラミネート法）等が知られている。

【０００４】また、ブラックマトリックスを形成する方
法としては金属薄膜を用いる方法や黒色感光性樹脂を用
いる方法等が知られている。

【０００５】金属薄膜を用いる場合は、赤色、緑色、青
色の各色画素形成に先立って、透明基板上にスパッタリ
ング等の手段によってＣｒ等の金属薄膜を設け、その後
フォトリソ工程によりパターニングを行うが、この方法
は高価な真空成膜設備やレジスト塗布設備、フォトリソ
設備、更にエッチング設備も必要とするため製造コスト
が極めて高くなるという欠点、また、ディスプレーにし
た時に、金属膜特有の反射のため見にくいという欠点を
有する。

【０００６】一方黒色感光性樹脂を用いる方法は、赤
色、緑色、青色の各色画素形成後、その上に黒色感光性
樹脂層を設け、マスク露光、現像のフォトリソ工程によ
り形成する。黒色感光性樹脂層を設ける方法としては、
スピンコート法、ロールコート法、前述したラミネート
法等が適宜使用できる。この方法は、金属薄膜を用いる
方法に比べ、コスト的にも、また低反射率であるという
点でも有利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、黒色感
光性樹脂によりブラックマトリックスを形成する場合、
図１（ａ）に示すように、既形成画素の存在によって黒
色感光性樹脂５の膜厚が段階的に厚くなる部分６が生
じ、更に各画素の位置ずれによる光漏れを防止する目的
で各画素と黒色樹脂とを一部重ねるため、図１（ｃ）に
示すようにカラーフィルター表面に大きな突起９を形成
してしまうという問題がある。カラーフィルター表面に
大きな段差があると、その上に形成される透明電極の断
線や液晶の配向乱れの原因になるため、研磨により突起
を削り取ったり、平滑化層を設ける等の手段が用いられ
るが、コストアップや歩留り低下につながったりするた
め好ましくない。本発明は、ブッラクマトリックスを黒
色感光性樹脂により形成しているにもかかわらず、表面
凹凸の小さなカラーフィルターの製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、透明基
板上に複数色の着色画素パターンを形成し、その後、該
着色画素パターン以外の部分に黒色の遮光性膜を設けて
なるカラーフィルターの製造方法において、該画素パタ
ーンを覆って該透明基板全面に黒色感光性樹脂層を設け
該黒色感光性樹脂層側からフォトマスクを介して露光
後、現像してブラックマトリックスを形成し、次いで該
透明基板を通して全面露光後、再度現像処理を行うこと
を特徴とするカラーフィルターの製造方法により達成さ
れた。以下、本発明について詳細に説明する。

【０００９】先ず、透明基板上に赤色、緑色、青色等
の、目的に合わせた着色画素を形成する。透明基板上に
赤色、緑色、青色等の着色画素を形成する方法として
は、前述した染色法、印刷法、または着色感光性樹脂液
をスピンコーター等で塗布後、フォトリソ工程でパター
ニングする着色レジスト法、さらにはラミネート法等が
適宜利用できる。画素パターンを形成する際、装置のア
ライメント誤差や、基板の熱膨張の影響を受けて多少の
位置ずれが生じる。

【００１０】次に画素パターン上に黒色感光性樹脂層を
設けるが、これも黒色感光性樹脂液をスピンコーターや
ロールコーターで塗布する方法、また、予め黒色感光性
樹脂液を仮支持体上に塗布することにより画像形成材料
を作成し、画素パターン上にこの黒色感光性樹脂層を転
写する方法等が利用できる。

【００１１】何れの方法においても、画素パターンの位
置ずれによる光漏れを防止するため各画素周縁部とブラ
ックマトリックスとを僅かに重ねる。重ねる方法は、黒
色感光性樹脂をマスク露光する際、実際の画素間隔より
広い幅で露光するか、各画素間隔と同一間隔のマスクを
用いて、マスクと黒色感光性樹脂面とのプロキシミティ
ーギャップを広げてぼかし露光する等の方法が用いられ
る。

【００１２】黒色感光性樹脂を用いてブラックマトリク
スを形成する場合は、上記着色画素を形成した後にする
のが好ましい。最初にブラックマトリクスを形成する
と、光学濃度の高い黒色感光性樹脂では、樹脂表面しか
硬化しないため、次いで行われる現像処理、特に着色画
素を形成するため繰り返し行う現像処理により未硬化の
樹脂が溶け出し（サイドエッチと称する）、極端な場合
には形成されたマトリクスが剥がれてしまうこともある
からである。

【００１３】これに対し、ブラックマトリクスを最後に
形成すれば、ブラックマトリクスの周囲は着色画素で囲
まれていて、断面からは現像液が浸透しにくいため、サ
イドエッチが起こりにくく、光学濃度の高いブラックマ
トリクスを形成できるという大きな利点がある。

【００１４】図１（ｃ）にはこの方法でブラックマトリ
ックスを形成したカラーフィルターの断面図を示すが、
重なり部周辺のブラックマトリックスは突起９となって
いる。黒色感光性樹脂層を２μｍ、重なり部の幅を２μ
ｍとした場合、突起９は１．５μｍの高さになることも
ある。突起が大きくなるとカラーフィルター上に透明導
電膜を形成した際、クッラクが発生したり、ディスプレ
ーにした時に配向乱れが発生する原因となる。

【００１５】ブラックマトリックスはコントラストを高
めるため高い遮光性が要求される。光学濃度としては
２．５以上、好ましくは３．０以上が望まれる。黒色感
光性樹脂をこの濃度にした場合、樹脂面側から露光して
も、その光は基板面までは到達せず、樹脂が硬化するの
は表面だけで内部は殆ど未硬化の状態である。

【００１６】本発明はこの点に着目してなされたもので
ある。すなわち、黒色感光性樹脂は表面しか硬化してい
ないので、現像時間を更に延長すると樹脂の未硬化部に
現像液が浸透し、徐々に樹脂が溶け出すことによって突
起も小さくなるという事が判明したのである。しかし、
この方法によって過不足無く現像することは極めて困難
で、画素の周囲の黒色感光性樹脂が抜けて画素との間に
隙間が出来てしまったり、逆に現像が足りなくて、突起
がそのまま残ったりしてしまう事がある。特に基板サイ
ズがおおきくなるにつれ、面内を均一に処理することは
不可能に近い。

【００１７】そこで本発明では、画素パターン上に黒色
感光性樹脂層を設け、樹脂面側からマスクを介して露光
し、現像後、図１（ｃ）に示すように反対面側から紫外
線を照射して基板近傍の黒色感光性樹脂を硬化させた
後、再度適当時間現像する。裏面露光することによっ
て、現像時間は多少オーバーしても黒色感光性樹脂層と
画素との間に隙間が出来ることもなく、突起も小さくな
り、研磨工程も平滑化層も不要なカラーフィルターが出
来上がる。最適裏面露光量は、黒色感光性樹脂層の光学
濃度や感度、再現像の条件によって決まるが、通常１０
ｍｊ／ｃｍ²〜数千ｍｊ／ｃｍ²である。再現像時間は、
現像液の濃度や温度で変わるが、生産性を考えれば６０
秒以内とするのが好ましい。以下実施例により本発明を
更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。

【００１８】

【実施例】赤色、緑色、青色の各色画素形成及び、黒色
樹脂によるブラックマトリックス形成は、種々の方法が
利用できるが、本実施例ではラミネート法による形成を
例に挙げて具体的に説明する。先ず、ラミネート用画像
形成材料を以下のようにして用意した。厚さ７５μｍの
ポリエチレンテレフタレートフィルム支持体上に下記の
処方Ａからなる塗布液を塗布、乾燥させ、乾燥膜厚が２
０μｍの熱可塑性樹脂層を設けた。この層は、複数色の
画素を順次ラミネートにより形成する際、既形成画素の
存在に起因する気泡の混入を防止する機能を有する。

【００１９】 熱可塑性樹脂層処方Ａ： ・メチルメタクリレート／２─エチルヘキシルアクリレート／ ベンジルメタクリレート／メタクリル酸共重合体〔共重合組成比（モル比） ＝５５／１１．７／４．５／２８．８、重量平均分子量＝８００００〕 ４．５重量部 ・スチレン／アクリル酸共重合体〔共重合組成比（重量比） ＝７／３、重量平均分子量＝８０００〕 １０．５重量部 ・ＢＰＥ−５００（新中村化学社製） ７重量部 ・Ｆ１７７Ｐ（大日本インキ社製界面活性剤） ０．２６重量部 ・メチルエチルケトン １８．６重量部 ・メタノール ３０．６重量部 ・１−メトキシ−２−プロパノール ９．３重量部

【００２０】次に上記熱可塑性樹脂層上に下記処方Ｂか
らなる塗布液を塗布、乾燥させ、乾燥膜厚が１．６μｍ
の中間層を設けた。この層は、次にこの層上に形成する
着色感光性樹脂層と先に形成した熱可塑性樹脂層が混じ
り合わないようにするためのバリアー層として働くもの
である。

【００２１】 中間層処方Ｂ： ・ポリビニルアルコール（クラレ社製ＰＶＡ２０５） １３重量部 ・ポリビニルピロリドン（五協産業社製ＰＶＰ−Ｋ３０） ６重量部 ・メタノール １７３重量部 ・水 ２１１．４重量部

【００２２】上記中間層上に、それぞれ表１の処方を有
する、赤色（Ｒ層用）、緑色（Ｇ層用）、青色（Ｂ層
用）及び黒色（ブラックマトリックス用）の４色の感光
製溶液を塗布乾燥させ、乾燥膜厚が２μｍの着色感光性
樹脂層を形成した。さらに上記感光性樹脂層の上にポリ
プロピレン（厚さ１２μｍ）の被覆シートを圧着し、赤
色、緑色、青色及び黒色の画像形成材料を作成した。

【００２３】 表１：着色感光層用塗布液の組成 赤 緑 青 黒 （ｇ） （ｇ） （ｇ） （ｇ） ──────────────────────────────────── ベンジルメタクリレート／ メタクリル酸共重合体 25.7 33.5 39.9 40.6 （モル比＝72/28,分子量＝30000） ──────────────────────────────────── ジペンタエリスリトールヘキサアクリ 27.0 25.2 31.9 30.5 レート（日本化薬製 ＤＰＨＡ） ──────────────────────────────────── Ｆ１７７Ｐ（大日本インキ製 フッ素 0.17 0.19 0.19 0.30 系界面活性剤） ──────────────────────────────────── ２，４−ビス（トリクロロメチル）− ６−〔４−（Ｎ，Ｎ−ジエトキシカル 1.31 0 1.52 1.47 ボニルメチル）−３−ブロモフェニル〕 −ｓ−トリアジン ──────────────────────────────────── ２−トリクロロメチル−５−（Ｐ−スチ リルスチリル）−１，３，４−オキサ 0 1.20 0 0 ジアゾール ──────────────────────────────────── フェノチアジン 0.022 0.020 0.026 0.015 ──────────────────────────────────── クロモフタルレッドＡ２Ｂ 27.0 0 0 0 ──────────────────────────────────── パリオトールイエローＬＹ−１８２０ 9.3 7.98 0 0 ──────────────────────────────────── モナストラルグリーン６Ｙ 0 31.92 0 0 ──────────────────────────────────── ヘリオーゲンブルーＬ６７００Ｆ 0 0 25.6 0 ──────────────────────────────────── リオノーゲンバイオレットＶＲＬ 0 0 0.8 0 ──────────────────────────────────── カーボンブラック 0 0 0 27.1 ──────────────────────────────────── メトキシプロピレングリコール 310 310 310 310 ──────────────────────────────────── メチルエチルケトン 460 460 460 460 ────────────────────────────────────

【００２４】この画像形成材料を用いて、以下の方法で
カラーフィルターを作成した。先ず、洗浄した厚さ１．
１ｍｍ、４００ｍｍ×３００ｍｍの透明ガラス基板（コ
ーニング社製＃７０５９）を用意した。次に、赤色画像
形成材料の被覆シートを剥離し、感光性樹脂層面を透明
ガラス基板にラミネーター（ソマール社製オートカット
ラミネーターＡＳＬ−２４）を用いて加圧（１０kg／c
m）、加熱して貼り合わせ、続いて支持体と熱可塑性樹
脂層との界面で剥離し、支持体を除去した。

【００２５】次に所定のフォトマスクを介して露光し、
現像し、その後下記に示す現像残渣除去用液中でナイロ
ン繊維ロールブラシで形成画素表面を擦った後水洗、水
切りし、コンベクションオーブンでベークして、透明ガ
ラス基板上に赤色画素パターンを形成した。続いて、赤
色画素パターンが形成されたガラス基板上に緑色画像形
成材料を上記と同様にして貼り合わせ、支持体剥離、露
光、現像、ブラシ擦り、水洗、水切り、ベークを行い、
緑色画素パターンを形成した。同様な工程を青色、黒色
画像形成材料で繰り返し、カラーフィルター作成の第１
ステップを完了した。ここで、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の、露光
マスクの画素サイズに対する太り（もしくは細り）はほ
ぼ同じとした。ブラックマトリックスの重なりや間隙
を、各色ほぼ同一とするためである。

【００２６】 現像残渣除去用液処方： ・ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩 ７ｇ （第一工業社製 ネオゲンＰ） ・ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル ５ｇ （日本油脂社製 ノニオンＮＳ２０８．５） ・ピロ燐酸ナトリウム １４ｇ ・水 ２０ｌ

【００２７】転写、露光等の条件は表２に示す通りであ
る。

【００２８】 表２：転写・露光・現像等の条件 ──────────────────────────────────── 転写 転写 露光 現像１ 現像２ ブラシ ベーク ベーク 色 温度 速度 (405nm) 擦り 温度 時間 ℃ ｍ／分 mj/cm² 秒 秒 秒 ℃ 分 ──────────────────────────────────── 赤 １３０ ０．５ ２０ ５０ ７０ ５ ２２０ １０ ──────────────────────────────────── 緑 １４０ ０．５ ２０ ５０ ２５ ５ ２２０ １０ ──────────────────────────────────── 青 １５０ ０．５ ２０ ５０ ４０ ５ ２２０ １０ ──────────────────────────────────── 黒 １３０ ０．５ ３００ ５０ ２５ ５ − − ────────────────────────────────────

【００２９】その他の条件、表２の補足説明は次の通り
である。 １．現像１は、熱可塑性樹脂層、中間層を溶解除去する
ための現像で、現像液としてトリエタノールアミン１％
水溶液を用い、３３℃でシャワー現像した。 ２．現像２では、着色感光性樹脂層を現像し、現像液と
してカラーモザイク現像液ＣＤ（富士ハントエレクトロ
ニクステクノロジー社製）の１／１０希釈水溶液を用
い、３３℃でシャワー現像した。 ３．ブラシ擦りは、３３℃の現像残渣除去用液をシャワ
ーでかけながら、繊維径５０μｍ、毛足２５μｍのナイ
ロンロールブラシを１００ｒｐｍで回転させて、基板各
部への接触時間５秒で行った。 ４．ベーク時間は、オーブン中で基板が設定時間（２２
０℃）に達してからの時間を示す。

【００３０】上述の条件により作成したカラーフィルタ
ー仕掛品の表面凹凸を表面粗さ計（東京精密社製 サー
フコム１５０６Ａ）で測定したところ、画素とブラック
マトリックスの重なり部周辺の突起が１μｍあった。

【００３１】次にこのカラーフィルター仕掛品の裏面
（画素が形成されている面の反対面）から紫外線を１０
００ｍｊ／ｃｍ² （超高圧水銀灯４０５ｎｍ計測）照射
し、表２に示す現像２槽でシャワー４０秒処理し、水
洗、水切りを行った後、コンベクションオーブンで２２
０℃１時間ベークしカラーフィルターを完成させた。こ
のカラーフィルター完成品の表面凹凸を表面粗さ計で測
定したところ、突起は０．２μｍ以下であり、平坦性に
優れたものであった。

【００３２】本実施例では、画素及びブラックマトリッ
クスをラミネート法で形成する方法を述べたが、これに
限定されるものではない。例えば、着色画素パターンを
着色レジスト液の塗布で形成したり、染色法で形成する
ことも可能であり、黒色感光性樹脂層の形成も塗布で行
うことも可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、透明基板上に複数色の
着色画素パターンを形成後、該画素パターン上に黒色感
光性樹脂層を設け、該黒色感光性樹脂層側からフォトマ
スクを介して露光後、現像してブラックマトリックスを
形成し、次いで該画素パターンの反対面側から全面露光
後、再度現像処理を行うことにより、画素とブラックマ
トリックス重なり部周辺の突起が小さく、したがって、
透明導電膜形成時クラックが入ったり、ディスプレーに
した時に配向乱れを生じることのない、優れたカラーフ
ィルターを製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のカラーフィルターの製造方法の一例
を示す工程図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 赤色画素 ３ 緑色画素 ４ 青色画素 ５ 黒色感光性樹脂層 ６ 膜厚変化部 ７ 黒色感光性樹脂露光部 ８ フォトマスク ９ 突起

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に複数色の着色画素パターン
   を形成し、その後、該着色画素パターン以外の部分に黒
   色の遮光性膜を設けてなるカラーフィルターの製造方法
   において、該画素パターンを覆って該透明基板全面に黒
   色感光性樹脂層を設け該黒色感光性樹脂層側からフォト
   マスクを介して露光後、現像してブラックマトリックス
   を形成し、次いで該透明基板を通して全面露光後、再度
   現像処理を行うことを特徴とするカラーフィルターの製
   造方法。