JPH07248414A

JPH07248414A - カラーフィルタおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH07248414A
Application number: JP2352395A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Okamoto; 良平岡本; Takashi Sato; 尚佐藤; Shinji Mizumoto; 伸二水元; Tadahiro Furukawa; 忠宏古川
Original assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Current assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【目的】各フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの上面
部分だけでなく、側面部分についても耐性を有効に向上
させることができ、しかもまた、各フィルタ画素３０
Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ上にマイクロレンズを有効に形成こ
とができる技術を提供する。【構成】基板２０上のフィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３
０Ｂの上面および側面を被う保護膜５０があり、その保
護膜５０が、各フィルタ画素ごとに分離されている。保
護膜５０としては、感光性レジストが好ましい。特に、
各フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂをオーバーエッ
チングし、ついで、保護膜５０である感光性レジストを
加熱処理することによって、その感光性レジストを容易
にマイクロレンズ化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶ディスプレイ等
のカラー表示のために用いるカラーフィルタの技術に関
し、特に、染料あるいは顔料分散タイプのカラーフィル
タを薄型化する上、あるいは溶剤等に対する耐性を高め
る上で有効な技術に関する。

【０００２】

【先行する技術およびその問題点】この種の染料あるい
は顔料分散タイプのカラーフィルタは、たとえば、特開
昭６２−１４７４０２号の公報が示すように、着色材
（染料、顔料）を予め混入した着色樹脂によって、赤、
緑、青等の各フィルタ画素を構成する点に特徴がある。
そのため、フィルタ画素をパターニングした後、それを
染料で着色する、いわゆる染色タイプのカラーフィルタ
と同等以上の色濃度を持たせることができ、しかも、染
色タイプのカラーフィルタの製造に比べて各フィルタ画
素を構成する色濃度のコントロールが不要のため、処理
工程が簡単である。しかし、この染料／顔料分散タイプ
のカラーフィルタにおいても、各フィルタ画素の耐性の
向上がさらに要望される。

【０００３】この耐性の向上に関しては、２つの面から
考えることが必要である。一つは、各フィルタ画素群の
フィルタ画素をパターニングする段階での耐性、また、
もう一つは、パターニングを終えた各フィルタ画素上に
透明電極を形成する段階、あるいはその後の段階での耐
性である。前者の耐性については、各フィルタ画素群の
フィルタ画素をパターニングする際に、各フィルタ画素
から現像液などの処理液の中に着色材が溶け出るという
問題のほか、すでにパターニングした第１のフィルタ画
素群のフィルタ画素などが、それに続く第２のフィルタ
画素群のフィルタ画素のパターニング時に現像液等の処
理液中の溶剤等の影響によって損傷を受けるという問題
がある。こうした問題を解決するため、従来、たとえ
ば、特開昭５５−１３４８０７号の公報が示すように、
第１のフィルタ画素群のフィルタ画素のパターン上に、
パターニングに利用したフォトレジストをそのまま残し
ておく方法、また、たとえば、特開昭６０−２４７６０
３号の公報が示すように、各フィルタ画素群のフィルタ
画素のパターニングを終える度ごとに、画素群の全体を
中間保護膜で被う方法が知られている。なお、特開昭５
５−１３４８０７号の公報のものと同様の考えに基づく
技術として、特開平４−１１０９２２号の公報は、特
に、着色樹脂として感光性のものを用いた例を明らかに
している。他方、後の段階での耐性を考慮した従来の技
術としては、各フィルタ画素群をすべて形成し終えた後
で、それらを含む全体にトップコートとして保護膜を形
成する方法が良く知られている。

【０００４】ここでは、各フィルタ画素群のフィルタ画
素を保護する技術として、前記のフォトレジストを残す
方法（前述した特開昭５５−１３４８０７号の公報参
照）のように、各フィルタ画素のパターンの上だけに保
護膜を形成する方法に着目した。というのは、前記中間
保護膜のように全体を被う技術に比べて、基板上に余分
な保護膜を残さないので、それだけカラーフィルタ自体
を薄型化することができるからである。

【０００５】ところが、各フィルタ画素のパターンの上
だけに保護膜を形成する従来の技術においては、各パタ
ーンの上面は保護されるが、その側面は何も保護されて
いない。そのため、パターンの側面部分の耐性が充分で
ないことが分かった。

【０００６】

【発明の目的】この発明は、以上の検討結果に基づいて
なされたものであり、カラーフィルタ自体を薄型化する
ことができ、しかもまた、各フィルタ画素の上面部分だ
けでなく、側面部分についても耐性を有効に向上させる
ことができる技術を提供することを目的とする。また、
この発明は、そうした薄型化し、かつ耐性にすぐれたカ
ラーフィルタを製造する上で好適な技術を提供すること
をも目的とする。さらに、この発明は、各フィルタ画素
の上にマイクロレンズを形成し、液晶表示装置のバック
ライトの利用効率を高めることができる技術を提供する
ことを他の目的とする。

【０００７】

【解決手段】この発明によるカラーフィルタ１００で
は、実施例に対応する図１を参照して示すように、基板
２０上のフィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの上面お
よび側面を被う保護膜５０があり、その保護膜５０が、
各フィルタ画素ごとに分離されている。保護膜５０とし
ては、樹脂をはじめとした有機膜を用いることができ
る。その中でも感光性レジスト、特に、透明性および耐
熱性にすぐれたアクリル系、あるいはポリイミド系の感
光性レジストが好ましい。感光性レジストの場合、各フ
ィルタ画素のパターンニングに用いたものを剥離せずに
そのまま利用することができるので、各フィルタ画素の
上を位置合わせの誤差を生じることなく（いわゆるセル
フアラインで）、確実に保護することができる。また、
カラーフィルタ１００の各フィルタ画素群を構成する各
フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、透明な樹脂
と、その樹脂に分散させた着色材からなる。着色材に
は、染料のほか、顔料、さらには染料と顔料とを混入し
たものも含む。しかし、染料は顔料に比べてフィルタ画
素からより溶け出しやすく、それだけ保護の必要性が高
いので、この発明は、特に染料分散タイプのものに適用
したときに、特に有効である。なお、透明樹脂として
は、耐熱性、耐溶剤性の点ですぐれたポリイミド系のも
のが最適である。

【０００８】一方、カラーフィルタ１００製造方法とし
ては、図１に加えて図２〜図７をも参照して示すよう
に、次の第１〜第５の各工程を備えるものが好ましい。
たとえば、赤色のフィルタ画素３０Ｒを製造するに際し
て、（ａ）基板２０上に着色樹脂４０を塗布する第１工程
（図２）（ｂ）塗布した着色樹脂４０上に感光性レジスト６０を
塗布し、その感光性レジスト６０を露光した後、着色樹
脂４０をパターニングすることによって、第１のフィル
タ画素群３１（フィルタ画素３０Ｒに相当）のパターン
を得る第２工程（図３〜図５）（ｃ）第２工程中、あるいはそれに続いて、着色樹脂４
０からなる第１のフィルタ画素群３１（フィルタ画素３
０Ｒに相当）のパターンをオーバーエッチングする第３
工程（図６）（ｄ）第３工程によって、第１のフィルタ画素群３１
（フィルタ画素３０Ｒに相当）のパターンよりも突き出
た感光性レジスト６０の周縁部を垂れさせることによっ
て、着色樹脂４０からなる第１のフィルタ画素群３１
（フィルタ画素３０Ｒに相当）のパターンの側面を被う
ようにする第４工程（図７Ａ）（ｅ）以上の第１〜第４の各工程を、第１のフィルタ画
素群３１以外の他のフィルタ画素群３２，３３について
繰返し行う第５工程（図示しない）ところで、第３工程に続く第４工程を利用して、各フィ
ルタ画素３０Ｒ上の感光性レジスト６０をマイクロレン
ズ化することができる（図７Ｂ）。マイクロレンズ化
（レンズ効果により、結果的に、光の利用効率を高める
こと）を考えると、感光性レジスト６０としては、透明
性にすぐれたアクリル系ネガレジストが最適であるが、
そのほか、加熱処理によって容易にレンズ形状にするこ
とができるノボラック系ポジレジストも好適である。

【０００９】

【作用など】このようなカラーフィルタ１００は、各フ
ィルタ画素群３１，３２，３３の各フィルタ画素３０
Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂごとに、それぞれ分離した保護膜５
０を備えている。そのため、保護膜５０が二重、三重に
重なることがないので、各フィルタ画素を被う保護膜５
０があるにもかかわらず、カラーフィルタ１００は薄く
なる。また、保護膜５０は、各フィルタ画素の上面だけ
でなく、側面をも被っているので、側面部分の耐性も有
効に高まる。さらに、図６に示したように、保護膜５０
を感光性レジスト６０で形成し、着色樹脂４０のパター
ンをオーバーエッチングし、ついで、熱処理等によって
感光性レジストの周縁部を垂れ下げるようにする方法に
よれば（図７Ａおよび図７Ｂ）、フィルタ画素３０Ｒの
側面を確実に被う構成とすることができる。その場合、
感光性レジスト６０は、アメが曲がるように垂れ下がる
ので、側面を被う保護膜も上面とほぼ同じ厚さであり、
フィルタ画素３０Ｒを充分保護することができる。その
他、オーバーエッチングの結果、図６に示したように、
感光性レジスト６０の周縁部６０ｓが着色樹脂４０のエ
ッジ部分よりもはみ出しているため、そのレジスト材料
に応じた加熱処理によって容易に感光性レジスト６０を
マイクロレンズ化することができる。しかも、マイクロ
レンズ化した感光性レジスト６０は、図７Ｂに示したよ
うに、フィルタ画素３０Ｒの側面をも被うようになるた
め、フィルタ画素３０Ｒを透過する光の全体をより有効
に収束し、その利用効率を高めることになる。その結
果、従来の表示装置よりも明るい表示を行うことができ
る。

【００１０】

【カラーフィルタの実施例】図１は、この発明の一実施
例であるカラーフィルタ１００の断面構造を示してい
る。カラーフィルタ１００は、ガラス板あるいはアクリ
ル樹脂板などの透明な基板２０上に、クロムからなるブ
ラックマトリックス７０のほか、赤、緑、青の３つのフ
ィルタ画素群３１，３２，３３を備える。各フィルタ画
素群３１，３２，３３は、たとえば、一辺が８０〜２０
０μｍ程度の大きさのフィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３
０Ｂを多数含む（図１では、その一部のみを示してい
る）。各フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂはブラッ
クマトリックス７０の上に乗っているが、隣合うフィル
タ画素同士の間にはわずかながらすき間８０がある。

【００１１】しかし、このカラーフィルタ１００では、
各フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを被う保護膜５
０を各画素ごとに分離するようにして設け、しかも、そ
の保護膜５０が各フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ
の上面だけでなく、側面をも被う構成としている。各フ
ィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂが染料分散ポリイミ
ド系樹脂からなるのに対し、保護膜５０は、感光性のア
クリル系あるいはポリイミド系樹脂からなる。この保護
膜５０が各フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを有効
に保護するので、いわゆるトップコートを省略すること
ができる。勿論、トップコートを設けることもでき、そ
れによって、保護をより強固なものとすることができ
る。

【００１２】

【製造方法の実施例】図２〜図７が、図１に示すカラー
フィルタ１００を製造する処理工程を示す図である。こ
こに示す例では、残存させた感光性レジスト６０を保護
膜５０として利用している。なお、これらの図には、ブ
ラックマトリックス７０を省略してある。たとえば、フ
ィルタ画素３０Ｒを形成する場合について以下に説明す
る。まず、透明な基板２０の上に、染料分散ポリイミド
からなる着色樹脂４０を塗布する（図２）。着色樹脂４
０の膜厚は、１〜２μｍ程度、好ましくは１．８μｍで
ある。着色樹脂４０となる染料分散ポリイミド系樹脂の
塗布材料は、ポリミド前駆体、染料、溶剤としてのメチ
ルセロソルブを含む溶液であり、塗布にはスピンコータ
を用いることができる。

【００１３】次に、塗布した着色樹脂４０をプレベーク
する。プレベークの条件として、たとえば、ホットプレ
ート上で８０℃、１０分間の加熱処理を適用する。この
プレベーク後、着色樹脂４０の上に感光性レジスト６０
を均一に塗布する（図３）。感光性レジスト６０の膜厚
は、０．３〜２μｍ、好ましくは０．３〜１μｍの範囲
であれば保護膜としての機能を果たすことができ、ま
た、特に保護膜５０のマイクロレンズ化を考える場合に
は１μｍ前後と比較的に厚く設定するのが好ましい。感
光性レジスト６０としては、ネガ型のみならず、ポジ型
をも利用することができるが、ここでは、ネガ型のアク
リル系のもの（ＣＦＰＲＣＬ−０１５、東京応化工業
株式会社製）を利用する。これは、前記したように、そ
の材料が特に透明性にすぐれているからである。感光性
レジスト６０の塗布は、スピンコータによる。塗布後、
感光性レジスト６０をプレベークする。プレベークの条
件としては、ホットプレート上で８０℃、５分間の加熱
処理を適用する。

【００１４】プレベーク後、所定のマスク９０を通し
て、感光性レジスト６０を露光する（図４）。ネガ型の
感光性レジスト６０は、露光した部分が反応し、現像液
などに溶解しないようになる。そこで、現像およびエッ
チングの工程に入る。この場合、下層の着色樹脂４０お
よび上層の感光性レジスト６０が共にアルカリに可溶で
あるので、感光性レジスト６０の現像と着色樹脂４０の
エッチングとを同時に行うことができる（図５）。処理
液としては、たとえば０．５〜１％のＮａ₂ＣＯ₃を用い
る。この処理時、下層の着色樹脂４０を、たとえば２μ
ｍ程度、少なくとも着色樹脂４０の膜厚よりも大きく、
オーバーエッチングするようにする。その結果、上層の
感光性レジスト６０の周縁部６０ｓが下層の着色樹脂４
０よりも突き出た形態になる（図６）。なお、オーバー
エッチングの量を余りにも大きくすると、処理中に感光
性レジスト６０の周縁部６０ｓが欠けるおそれがあるの
で、着色樹脂４０の膜厚をわずかに越えるような量に設
定するのが好ましい。

【００１５】そうしたオーバーエッチングの後、感光性
レジスト６０および着色樹脂４０をポーストベークす
る。このポーストベークは、感光性レジスト６０および
着色樹脂４０を硬化することに加えて、感光性レジスト
６０の周縁部６０ｓを垂れ下がらせ、フィルタ画素３０
Ｒの側面を密着し被う構造を得るために行う。その結
果、残存した感光性レジスト６０は、フィルタ画素３０
Ｒを保護する保護膜５０となる。ポーストベークの条件
として、たとえば、クリーンオーブンの中で２００〜２
３０℃、３０分間の加熱処理を適用する。

【００１６】以上のような処理工程を残りの緑、青の他
のフィルタ画素群３２，３３に対しても行い、最終的に
図１に示すカラーフィルタ１００を完成する。なお、各
フィルタ画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのパターニングお
よびそれに続くオーバーエッチングの両方をウエットエ
ッチングで行えば、処理も簡単であるし、各フィルタ画
素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのパターンの側面がテーパ状
になるので、その上を感光性レジスト６０の周縁部６０
ｓがより密に被うこととなり、側面の保護を充分に行え
る点から好ましい。また、各フィルタ画素３０Ｒ，３０
Ｇ，３０Ｂのパターニングをドライエッチングで行い、
その後のオーバーエッチングをウエットエッチングで行
うこともできる。ここで、マイクロレンズ化に関連して
少し説明を加える。感光性レジスト６０がアクリル系ネ
ガレジストの場合、ガラス転移温度を越える２００℃以
上で容易にマイクロレンズ化した保護膜５０（図７Ｂ参
照）とすることができ、特に、マイクロレンズ化のため
の加熱処理に先立ち、フィルタ画素３０Ｒをオーバーエ
ッチング（この実施例では、図６に示すように）してい
るため、パターニングした感光性レジスト６０の周縁部
６０ｓは垂れやすく（別にいうと、表面移動抵抗が小さ
く）、マイクロレンズ化が容易である。マイクロレンズ
化する点からすると、たとえば特開昭６２−９４８２６
号の公報が示すように、ノボラック系ポジレジストは特
にレンズ化しやすいが、そのポジレジストに対しても前
記オーバーエッチングすることによりレンズ化を促進す
ることができる。なお、ノボラック系ポジレジストを感
光性レジスト６０に用いた場合、保護膜５０をマイクロ
レンズ化する加熱温度は１３０〜１５０℃であり、前記
アクリル系ネガレジストに比べて低い温度で良い。

【００１７】

【発明の効果】この発明では、基板１０上の各フィルタ
画素３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを個別に保護膜５０で被う
構成であるため、カラーフィルタ１００を薄型化するこ
とができ、しかも、各保護膜５０は、各画素の上面だけ
でなく側面をも被っているため、側面部分の耐性をも有
効に高めることができ、各フィルタ画素の着色材等の不
純物が液晶中に溶出することもなくなる。また、そうし
たカラーフィルタ１００を得る手段として、着色樹脂４
０上の感光性レジスト６０で保護膜５０を形成し、その
着色樹脂４０のパターンをオーバーエッチングし、つい
で、熱処理等によって感光性レジスト６０の周縁部６０
ｓを垂れ下げるようにする方法をとることによって、セ
ルフアラインで適正な保護膜５０を形成することができ
る。さらに、感光性レジスト６０の下層に位置する着色
樹脂４０のパターンを予めオーバーエッチングし、感光
性レジスト６０の材料に適した温度による加熱処理によ
って有効にマイクロレンズ化された保護膜５０を得るこ
とができ、また、各フィルタ画素の側面をも被うマイク
ロレンズは、フィルタ画素を透過する光の全体を有効に
収束することができ、明るいカラー液晶表示装置を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるカラーフィルタの一実施例を示
す部分断面構造図である。

【図２】製造方法を示す工程途中の図であり、着色樹脂
の塗布を終えた状態を示す図である。

【図３】製造方法を示す工程途中の図であり、感光性レ
ジストの塗布を終えた状態を示す図である。

【図４】製造方法を示す工程途中の図であり、露光状態
を示す図である。

【図５】製造方法を示す工程途中の図であり、現像およ
びエッチングを終えた状態を示す図である。

【図６】製造方法を示す工程途中の図であり、オーバー
エッチングを終えた状態を示す図である。

【図７】製造方法を示す工程途中の図であり、ポースト
ベークを終えた状態を示し、特に、Ｂはマイクロレンズ
化した状態を示す。

【符号の説明】

２０基板３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂフィルタ画素３１，３２，３３フィルタ画素群４０着色樹脂５０保護膜６０感光性レジスト６０ｓ周縁部１００カラーフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古川忠宏東京都文京区小石川４丁目14番12号共同印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に互いに分光特性の異なる複数の
フィルタ画素群があり、それらの各フィルタ画素群を構
成する各フィルタ画素が、着色樹脂からなるカラーフィ
ルタにおいて、前記各フィルタ画素の上面および側面を
被う保護膜があり、その保護膜が、各フィルタ画素ごと
に分離されていることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】前記保護膜は、感光性レジストからな
る、請求項１のカラーフィルタ。
【請求項３】前記着色樹脂は、透明な樹脂と、その樹
脂に分散させた染料あるいは顔料とを含む、請求項１の
カラーフィルタ。
【請求項４】基板上に互いに分光特性の異なる複数の
フィルタ画素群があり、それらの各フィルタ画素群を構
成する各フィルタ画素が、着色樹脂からなり、さらに、
前記各フィルタ画素の上面および側面を被う保護膜があ
り、その保護膜が、各フィルタ画素ごとに分離されてい
るカラーフィルタを製造する方法であって、前記基板上
に着色樹脂を塗布する第１工程と、塗布した着色樹脂上
に感光性レジストを塗布し、その感光性レジストを露光
した後、前記着色樹脂をパターニングすることによっ
て、第１のフィルタ画素群の各フィルタ画素のパターン
を得る第２工程と、第２工程中、あるいはそれに続い
て、前記第１のフィルタ画素群の各フィルタ画素のパタ
ーンをオーバーエッチングする第３工程と、第３工程に
よって、前記第１のフィルタ画素群の各フィルタ画素の
パターンよりも突き出た感光性レジストの周縁部を垂れ
させることによって、前記第１のフィルタ画素群の各フ
ィルタ画素のパターンの側面を被うようにする第４工程
と、以上の第１〜第４の各工程を、第１のフィルタ画素
群以外の他のフィルタ画素群について繰返し行う第５工
程とを備える、カラーフィルタの製造方法。
【請求項５】前記感光性レジストは、アクリル系ある
いはポリイミド系である、請求項４のカラーフィルタの
製造方法。
【請求項６】基板上に互いに分光特性の異なる複数の
フィルタ画素群があり、それらの各フィルタ画素群を構
成する各フィルタ画素が、着色樹脂からなり、さらに、
前記各フィルタ画素上に、それらの各フィルタ画素のパ
ターニングにマスクとして用いた感光性レジストが残存
するカラーフィルタを製造する方法であって、前記基板
上に着色樹脂を塗布する第１工程と、塗布した着色樹脂
上に感光性レジストを塗布し、その感光性レジストを露
光した後、前記着色樹脂をパターニングすることによっ
て、第１のフィルタ画素群の各フィルタ画素のパターン
を得る第２工程と、第２工程中、あるいはそれに続い
て、前記第１のフィルタ画素群の各フィルタ画素のパタ
ーンをオーバーエッチングする第３工程と、この第３工
程の後、加熱処理することによって、各フィルタ画素上
の感光性レジストをマイクロレンズ化する第４工程と、
以上の第１〜第４の各工程を、第１のフィルタ画素群以
外の他のフィルタ画素群について繰返し行う第５工程と
を備える、カラーフィルタの製造方法。
【請求項７】前記第４工程によってマイクロレンズ化
した感光性レジストは、フィルタ画素の上面のみならず
側面をも被っている、請求項６のカラーフィルタの製造
方法。
【請求項８】前記感光性レジストは、アクリル系ネガ
レジストあるいはノボラック系ポジレジストである、請
求項６あるいは７のカラーフィルタの製造方法。