JPH07140315A - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【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
の突起が小さ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を覆って該透明基板
のほぼ全面に黒色感光性樹脂層を設け、フォトリソ工程
によって該着色画素パターン以外の部分にブラックマト
リックスを形成してなるカラーフィルターの製造方法に
おいて、該黒色感光性樹脂層の厚みを、該着色層の厚み
より薄くする。また、該黒色感光性樹脂層の形成を、仮
支持体上に該着色層の厚みより薄い厚みの黒色感光性樹
脂層を設けた画像形成材料の転写によって行なう。

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、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。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、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。

【０００３】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。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。

【０００４】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、マスク露光及び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、及び前述したラ
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】黒色感光性樹脂を用い
て金属薄膜同等の遮光性を持ったブラックマトリックス
を形成しようとした場合、黒色感光性樹脂層の膜厚を相
当厚くする必要があるが、該膜厚が着色画素パターンよ
りも厚くなって突起を形成すると液晶ディスプレーにし
た時に対抗基板とのギャップむらが生ずるため、着色画
素と同等の厚みとするのが限度である。

【０００６】しかし、着色画素パターン上に黒色感光性
樹脂層を設けると、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。この突
起は、黒色感光性樹脂層の厚みが厚いほど大きくなる。
カラーフィルター表面に大きな突起があると、その上に
形成される透明導電膜のクラック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。

【０００７】本発明の目的は、ブラックマトリックスを
黒色感光性樹脂により形成しているにもかかわらず、遮
光性が高く、基板全面にわたって突起が小さく、したが
って配向乱れのないカラーフィルターを製造する方法を
提供することにある。

【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
着色画素パターンを覆って該透明基板のほぼ全面に黒色
感光性樹脂層を設け、フォトリソ工程によって該着色画
素パターン以外の部分にブラックマトリックスを形成し
てなるカラーフィルターの製造方法において、該黒色感
光性樹脂層の厚みを、該着色層の厚みより薄くしたこと
を特徴とするカラーフィルターの製造方法によって達成
された。

【０００９】さらに、該黒色感光性樹脂層の形成を、仮
支持体上に該着色層の厚みより薄い厚みの黒色感光性樹
脂層を設けた画像形成材料の転写によって行うことによ
り、基板全面にわたって、突起が小さなカラーフィルタ
ーを製造することが出来る。以下、本発明について詳細
に説明する。

【００１０】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。

【００１１】次に、画素パターンを覆って透明基板のほ
ぼ全面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。

【００１２】黒色感光性樹脂を用いてブラックマトリッ
クスを形成する場合は、上記着色画素を形成したあとに
するのが好ましい。最初にブラックマトリックスを形成
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
な場合は形成されたマトリックスが剥がれてしまうこと
もあるからである。これに対し、ブラックマトリックス
を最後に形成すれば、ブラックマトリックスの周囲は着
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
ブラックマトリックスを形成できるという大きな利点が
ある。

【００１３】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。着色画素の厚みと黒色感光性樹脂層の厚みをそれ
ぞれ２μｍとした場合には、この突起は１．０μを超え
ることもある。突起がこのように大きくなると、カラー
フィルター上に透明導電膜を形成した際、クラックが発
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。したがって、この突起は０．５μｍ以下に
抑えることが望まれている。

【００１４】そこで本発明では、黒色感光性樹脂層の厚
みを着色画素の厚みより薄くする。ブラックマトリック
スはコントラストを高めるために高い遮光性（光学濃度
でいえば２．０以上、好ましくは２．５以上）が要求さ
れる。したがって、黒色感光性樹脂層の厚みも遮光性を
満足する範囲で薄くすることになるが、突起を小さく抑
える意味では、着色画素より０．３μｍ以上薄くするの
が好ましい。図２（ａ）には、本発明のカラーフィルタ
ーの製造方法において、着色画素パターン上に黒色感光
性樹脂層を設けた後の断面図、図２（ｂ）には、露光の
工程、図２（ｃ）には現像後の断面図を示す。突起９
は、黒色感光性樹脂層の厚みを薄くした分小さくなって
いる。

【００１５】黒色感光性樹脂層を設ける方法としては、
前述のとおり黒色感光性樹脂の塗布という手段も可能で
はあるが、基板が大きくなるにつれ、全面にわたって膜
厚を均一に形成することが困難になる。また塗膜のレベ
リングの作用によって、塗布後の経時でブラックマトリ
ックス部の膜厚が厚くなってゆく傾向もあり、コントロ
ールが難しいのが現実である。

【００１６】一方、ポリエステル等の可撓性支持体上
に、黒色感光性樹脂層を設けた画像形成材料の転写によ
る形成方法は、レベリングも無く、基板サイズによらず
全面に均一に形成できるという点で好ましい。

【００１７】次に、フォトマスクを介して黒色感光性樹
脂層側から露光し、着色画素が存在しない遮光部（ブラ
ックマトリックス）の黒色感光性樹脂層を硬化させ、次
いで現像処理により未硬化部の黒色感光性樹脂を除去
し、カラーフィルターを完成させる。以下、本発明を実
施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれら
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。

【００１９】先ず、ラミネート用画像形成材料を以下の
ようにして用意する。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２０μｍ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。

【００２０】 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

【００２１】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。

【００２２】 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

【００２３】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
性溶液を塗布乾燥させ、Ｒ，Ｇ，Ｂについては乾燥膜厚
が２μｍ、黒色については乾燥膜厚が１．５μｍ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。

【００２４】 表１：着色感光層用塗布液の組成（１） 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）− 1.31 0 1.52 1.47 ６−〔４−（Ｎ，Ｎ−ジエトキシカル 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 ────────────────────────────────────

【００２５】 表２：着色感光層用塗布液の組成（２） 赤 緑 青 黒 （ｇ） （ｇ） （ｇ） （ｇ） ──────────────────────────────────── 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 ────────────────────────────────────

【００２６】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、Ｒ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。次に所定の
フォトマスクを介して露光、現像後、コンベクションオ
ーブンでベークし、透明ガラス基板上にＲ画素パターン
を形成した。

【００２７】続いて、Ｒ画素パターンが形成されたガラ
ス基板上にＧ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、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Ｂでも繰り返した。
ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の、露光マスクにおける画素サ
イズに対する太り（または細り）はほぼ同じとした。後
に形成するブラックマトリックスとの重なりや間隙を、
各色ほぼ同一とするためである。

【００２８】次に、黒色画像形成材料の被覆シートを剥
離し、感光性樹脂層面を着色画素パターン面にラミネー
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／cm）、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。次に、黒色感光性樹脂層側からフォ
トマスクを介して露光し、現像して非硬化部を除去し、
両面から１０００ｍｊ／ｃｍ² （ｉ線測定）のポスト露
光を実施した後、ポストベークし、Ｒ、Ｇ、Ｂ各画素の
間隙にブラックマトリックスが形成されたカラーフィル
ターを完成させた。

【００２９】出来上がったカラーフィルターの表面凹凸
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との重
なり部周辺の突起は全面にわたって０．４μｍ以下であ
った。また、ブラックマトリックス部の光学濃度は２．
８５であり、十分な遮光性を有していた。転写、露光等
の条件は表３に示す通りである。

【００３０】 表３：転写・露光・現像等の条件 ───────────────────────────────── 転写 転写 露光 現像１ 現像２ ベーク ベーク 色 温度 速度 (405nm) 温度 時間 ℃ ｍ／分 mj/cm² 秒 秒 ℃ 分 ───────────────────────────────── 赤 １３０ ０．５ ２０ ５０ ７０ ２２０ １０ ───────────────────────────────── 緑 １４０ ０．５ ２０ ５０ ２５ ２２０ １０ ───────────────────────────────── 青 １５０ ０．５ ２０ ５０ ４０ ２２０ １０ ───────────────────────────────── 黒 １３０ ０．５ ３００ ５０ ２５ ２２０ ６０ ─────────────────────────────────

【００３１】その他の条件、表３の補足説明は次の通
り。 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．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。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、黒色感光性樹脂層の厚
みを、着色層の厚みより薄くしたことにより、画素とブ
ラックマトリックスの重なり部の突起が小さく、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。更に、黒色感
光性樹脂層の形成を、仮支持体上に黒色感光性樹脂層を
設けた画像形成材料の転写によって形成することによ
り、大サイズの基板でも全面にわたって表面凹凸の均一
な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】 従来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。

【図２】 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 黒色感光性樹脂マスク露光部 ８ フォトマスク ９ 突起

Claims (2)

【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を覆って該透明
   基板のほぼ全面に黒色感光性樹脂層を設け、フォトリソ
   工程によって該着色画素パターン以外の部分にブラック
   マトリックスを形成してなるカラーフィルターの製造方
   法において、該黒色感光性樹脂層の厚みを、該着色層の
   厚みより薄くしたことを特徴とするカラーフィルターの
   製造方法。
2. 【請求項２】 該黒色感光性樹脂層の形成を、仮支持体
   上に該着色層の厚みより薄い厚みの黒色感光性樹脂層を
   設けた画像形成材料の転写によって行うことを特徴とす
   る請求項１項に記載のカラーフィルターの製造方法。