JPH07318721A - カラーフィルターおよび液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 細片状の着色層とその間隙を埋める遮光性塗
膜が精度よく形成され、光リークがよく防止されてお
り、着色が鮮明で光学特性が優れるカラーフィルターを
工業的有利に製造し、高画質の液晶表示装置を製造す
る。 【構成】 基板を所定のパターンを有するフォトマスク
を介して露光後、現像して透明導電層上のフォトレジス
ト層を細片状に形成し、（ａ）形成した細片状のフォト
レジスト層に遮光性を付与し、（ｂ）該基板上に遮光性
のネガ型フォトレジスト組成物を塗布してネガ型レジス
ト層を形成し、（ｃ）該基板の裏面より露光後、現像し
て透明導電層を細片状に露出させ、（ｄ）現像後に残存
するネガ型レジスト層を硬化させ、次いで（ｅ）露出し
た透明導電上に電着により着色層を形成することによっ
て製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルターおよ
び液晶表示装置の製造方法に関する。更に詳しくは、本
発明は、細片状の着色層を有しその間隙に遮光性塗膜を
有するカラーフィルターの新規な製造方法およびそのカ
ラーフィルターを用いて液晶表示装置を製造する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、液
晶を利用したＬＣＤは、いわゆるポケットテレビ等に使
われてきたが、近年大型化、大画面化が急速に進められ
ている。画質もＴＮ液晶からＳＴＮ液晶やＴＦＴに代表
されるアクティブ駆動素子の開発でＣＲＴに迫るものが
商品化されている。ＴＦＴによるカラー表示装置の画質
向上と生産性の改善については、様々な検討が行われて
いるが、その重要な問題として、ＴＦＴの光リーク防止
および画質向上（見かけのコントラスト）のためのブラ
ックマトリックスと呼ばれる遮光膜の形成方法が挙げら
れる。ＬＣＤのカラー化に使用されるカラーフィルター
の着色層の間隙を埋める、遮光性などを有する機能性塗
膜の形成方法として、従来、シルクスクリーン法、オフ
セット法などの印刷技術による方法が知られている。

【０００３】また、複数の平行なストライプ状の導電性
回路上に着色層を電着法により、形成し、次いで機能性
塗膜を与えるネガ型フォトレジストを全面に塗布して、
前記着色層をマスク代わりにして基板背面から露光し
て、ストライプ状の着色膜の間隙にブラックマトリック
スとしての機能性塗膜を形成する方法が知られている
（特開昭６２−２４７３３１号公報）。しかしながら、
特に、将来が有望視されているＴＦＴ方式のＬＣＤにお
いては、スイッチング素子の光リークを防ぐために、ブ
ラックマトリックス（遮光膜）の遮光率向上が要求され
るとともに、画質向上のために、遮光膜のパターンは、
格子状であることが望ましいとされている。従来の印刷
による方法では、格子間が約１００μｍ程度の粗いパタ
ーンのものしかできず、格子状に精度よくブラックマト
リックスの機能性塗膜を形成することは困難である。ま
た、従来の電着法により形成したストライプ状の着色層
をマスク代わりにして基板背面から露光する方法では、
機能性塗膜をストライプ状の着色層間に精度よく形成す
ることはできるが、ストライプ状の着色層を横切る方向
に機能性塗膜を形成し、着色層を細片状にすることが困
難である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、着色層を
極めて精度よく導電回路上にのみ選択的に塗着すること
ができる電着塗装方法を応用し、ポジ型およびネガ型フ
ォトレジストを巧みに用いることによって上記した従来
の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに
至った。

【０００５】すなわち、本発明は、（ａ）透明基板上に
透明導電層を形成し、（ｂ）該透明導電層上にポジ型フ
ォトレジスト組成物を塗布してフォトレジスト層を形成
し、（ｃ）該フォトレジスト層を所定のパターンを有す
るフォトマスクを介して露光後、現像して透明導電層表
面を露出させ、（ｄ）露出した透明導電層をエッチング
除去して下層に透明導電層をその上層にフォトレジスト
層を有する積層を設けてなる基板を形成し、（ｅ）該基
板を所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光
後、現像して透明導電層上のフォトレジスト層を細片状
に形成し、（ｆ）形成した細片状のフォトレジスト層に
遮光性を付与し、（ｇ）該基板上に遮光性のネガ型フォ
トレジスト組成物を塗布してネガ型レジスト層を形成
し、（ｈ）該基板の裏面より露光後、現像することによ
ってネガ型レジスト層の未露光部分および（ｅ）の工程
で細片状に形成されたフォトレジスト層を除去して透明
導電層の表面を露出し、（ｉ）現像後に残存するネガ型
レジスト層を硬化させ、次いで、（ｊ）（ｈ）の工程で
露出した透明導電層上に電着により着色層を形成するこ
とを特徴とする細片状の着色層を有しその間隙に遮光性
塗膜を有するカラーフィルターの製造方法、およびその
方法で製造されたカラーフィルターを用いることを特徴
とする液晶表示装置の製造方法を提供する。

【０００６】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて使用される透明基板としては、ガラス板あるいは
プラスチック板など従来公知の基板を例示することがで
きる。本発明における工程（ａ）は、上記の基板上に透
明導電層を形成する工程である。この工程では、公知の
方法に従ってＩＴＯ膜（錫をドープした酸化インジウム
膜）あるいはネサ膜（アンチモンドープした酸化錫膜）
等の透明導電層を基板上の全面に形成する。本発明にお
ける工程（ｂ）は工程（ａ）において形成された透明導
電層上にポジ型フォトレジスト組成物を塗布してフォト
レジスト層を形成する工程である。この工程で使用され
るポジ型フォトレジスト組成物は露光部分が現像により
溶出除去できるものであればよく、例えばノボラック型
フェノール樹脂およびキノンジアジド系感光剤などから
なる組成物が好適である。また、ＯＦＰＲ−８００（東
京応化工業社製）、ＰＦ−７４００（住友化学工業社
製）、ＦＨ−２０３０（富士ハントエレクトロニクステ
クノロジー社製）、などの市販品から適宜選択して使用
することもできる。

【０００７】ポジ型フォトレジスト組成物は、所望によ
り粘度調整剤、有機溶剤、接着向上剤、その他公知の補
助剤などを含有することができる。フォトレジスト層を
形成する方法としてはスクリーン印刷法、オフセット印
刷法、ロールコート法、バーコート法、スピンコート法
等が使用できる。これらの中で、スピンコート法により
塗膜を形成する場合には、ポジ型フォトレジスト組成物
に希釈剤（例えばエチルセロソルブアセテートなどの非
反応性希釈剤）を加え低粘度化するのが好ましく、組成
物１００重量部に対して５〜４０重量部の希釈剤を加え
るのが、特に好ましい。また、スピンコート法における
回転数は、二段階とし、初めに１００〜４００ｒｐｍで
基板上に広げ、次に８００〜５０００ｒｐｍで膜厚を均
一にすることが推奨される。スピンコート法は、透明導
電層に忠実に精度良く塗膜を形成することができるため
有用である。このようにして形成されたフォトレジスト
層は必要に応じて６０〜１００℃、５〜６０分間の条件
で熱処理される。熱処理をすることにより、そのフォト
レジスト組成物中の樹脂が予備硬化され、その塗膜と導
電層との密着性が向上する。

【０００８】本発明における工程（ｃ）は、工程（ｂ）
で形成されたフォトレジスト層上に所定のパターンを有
するフォトマスクを重ね、露光後、現像して遮光部分を
不溶部分として残し、露光部分を溶解除去することによ
り透明導電層表面を露出させる工程である。この工程で
の露光には、用いるフォトレジスト組成物の種類により
種々の範囲の波長光を使用できるが、一般にＵＶ領域の
波長光が好ましく、光源として超高圧水銀灯、メタルハ
ライドランプ等を使用した装置を用いることができる。
露光条件は、使用する光源およびポジ型フォトレジスト
組成物の種類により異なるが、通常の露光量は１０〜４
０００ｍＪ／ｃｍ² である。露光部分を除去する現像方
法としては、例えば、プリント配線形成技術の分野で知
られている方法（サーキットテクノロジ、ＶＯｌ．４、
Ｎｏ．４（１９８９）ｐ．１９７；「プリント配線板」
先端技術集成、経営システム研究所発行（昭和６２年２
月１０日）ｐ．３０８）などがあげられる。除去は適当
な溶解力を有する薬剤（現像液）に接触させることによ
り行われる。このような薬剤は、ポジ型フォトレジスト
組成物の種類により適宜選択されるが、通常、苛性ソー
ダ、炭酸ソーダ、４級アンモニウム塩および有機アミン
等を水に溶かしたアルカリ水溶液、あるいは、エステ
ル、ケトン、アルコール、エーテル、塩素化炭化水素等
の有機溶剤などから適宜選択される。除去は、浸漬ある
いはシャワーなどにより５秒ないし２０分程度で行なう
ことができる。必要により、ブラシ、織布などによるラ
ビングが使用される。その後、有機溶剤、水などを使用
してよく洗浄することが望ましい。

【０００９】工程（ｄ）は、工程（ｃ）で形成された露
出透明導電層をエッチング除去することによって、下層
に透明導電層、上層にフォトレジスト層を有してなる積
層をその表面に有する基板を形成する工程である。透明
導電層のエッチング除去は常法に従って容易に行うこと
ができる。エッチングに用いる薬剤は透明導電層の種類
によって適宜選択されるが、例えば、鉱酸、有機酸また
はその塩などから選択することができる。

【００１０】工程（ｅ）は、工程（ｄ）において形成さ
れた積層を有してなる基板上に所定のパターンを有する
フォトマスクを重ねて露光後、現像することによって、
フォトレジスト層を細片状に形成する工程である。この
工程における露光および現像は工程（ｃ）におけると同
様にして行うことができる。

【００１１】工程（ｆ）は、工程（ｅ）で細片状に形成
したフォトレジスト層に遮光性を付与する工程である。
この工程でフォトレジスト層に遮光性を付与する方法は
特に制限されるものではなく公知の種々の方法によって
行うことができる。例えば、工程（ｂ）で使用するポジ
型フォトレジスト組成物に予め感熱記録材料としてよく
知られている無色染料と顕色剤とを含有せしめておき、
この工程で加熱処理を施し、無色染料と顕色剤とを反応
させることによって発色させて所望の遮光性を付与する
ことができる。このような目的のために用いる無色染料
としては、例えば、ラクトン系、トリフェニルメタン
系、フルオラン系、ローダミンラクタム系、フルオレン
系、スピロピラン系などのものが、また、顕色剤として
は、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ベンジル−
ｐ−ヒドロキシベンゾエートなどが例示される。このよ
うな無色染料の発色は、例えば、１５０〜２５０℃の温
度で０．５〜２時間加熱処理することによって行うこと
ができる。フォトレジスト層の遮光性の付与は、また、
顔料、染料などを用いて常法に従って着色を行うことに
よっても行うことができる。さらには、単に、フォトレ
ジスト層に加熱処理を施すことによっても遮光性を付与
することができる。この場合の加熱処理条件は特に制限
されるものではないが、通常、１５０〜２４０℃、０．
５〜２時間、好ましくは、２００〜２２０℃、１時間程
度の時間である。

【００１２】工程（ｇ）は、工程（ｅ）で形成された基
板上の全面に遮光性のネガ型フォトレジスト組成物を塗
布してネガ型レジスト層を形成する工程である。この工
程で使用されるネガ型フォトレジスト組成物は未露光部
分が現像により溶出除去できるものであればよく、例え
ば、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、合成ゴム
系、ポリビニルアルコール系等の各種の樹脂あるいは、
ゴムまたはゼラチン、およびベンゾフェノン系またはア
ントラキノン系の光重合開始剤などからなる組成物が挙
げられる。また、ＯＭＲ−８３（東京応化工業社製）な
どの市販品、または光硬化型塗料またはインキとして市
販されているものから適宜選択して使用することもでき
る。このようなネガ型フォトレジスト組成物に遮光性を
付与する方法は、特に制限されるものではなく、常法に
したがって、例えば、金属酸化物系黒色顔料、カーボン
ブラック、硫化ビスマス、黒色染料などの色素を用いて
黒色に染色するとによって行うことができる。使用され
るＬＣＤの種類により絶縁性の色素が好ましい場合があ
る。遮光性のネガ型フォトレジスト組成物は、所望によ
り反応性希釈剤、反応開始剤、光増感剤、接着向上剤、
粘度調整のための有機溶剤や水などを含有することがで
きる。塗布は、スピンコート法、ロールコート法、スク
リーン印刷法、オフセット印刷法、浸漬コート法などの
方法によって行うことができ、このようにして均質なネ
ガ型レジスト層を形成することができる。

【００１３】工程（ｈ）は、工程（ｇ）で全面にネガ型
レジスト層が形成された透明基板の裏面から露光し、次
いで現像する工程である。この工程で露光は、ネガ型フ
ォトレジスト組成物の種類により種々の範囲の波長の光
が使用できるが、一般には、ＵＶ領域の波長光が好まし
く、光源として超高圧水銀灯、メタルハライドランプ等
を使用した装置を用いて行うことができる。露光条件
は、使用する光源およびネガ型フォトレジスト組成物の
種類により異なるが、通常の露光量は１００〜４０００
ｍＪ／ｃｍ² である。露光された部分は、架橋反応が進
行し不溶性となり硬化する。露光の際の空気中の酸素に
よる硬化阻害を防止するために、窒素雰囲気下に露光を
行ってもよく、また、ポリビニルアルコールを主成分と
する酸素遮断膜を設けて露光を行ってもよい。

【００１４】この工程で現像は、工程（ｅ）で形成され
た細片状のフォトレジスト層およびネガ型レジスト層の
未露光部分を溶出、除去するために行う。この除去は、
適当な溶解力を有する薬剤（現像液）に接触させ、溶出
することにより行われる。このような薬剤は、ポジ型フ
ォトレジスト組成物およびネガ型フォトレジスト組成物
の種類により選択されるが、通常はカ性ソーダ、炭酸ソ
ーダ、４級アンモニウム塩又は有機アミン等を水に溶か
したアルカリ水溶液、あるいはエステル、ケトン、アル
コール、塩素化炭化水素等の有機溶剤などから適宜選択
される。溶出は浸漬あるいはシャワーなどにより３０秒
ないし５分程度行えばよい。その後に、水、有機溶剤な
どを使用してよく洗浄することが望ましい。この工程で
透明導電層が細片状に露出し、その間隙がネガ型レジス
ト（遮光性塗膜）で埋められた基板が形成される。

【００１５】工程（ｉ）は、工程（ｈ）における露光、
現像後に残存するネガ型レジスト層を硬化させる工程で
ある。この工程で硬化は常法によって容易に行うことが
でき、例えば、温度１００〜２８０℃で１０〜１２０分
間加熱処理することによって行うことができる。

【００１６】工程（ｊ）は工程（ｈ）で露出した透明導
電層上に電着により着色層を形成する工程である。この
工程で行う透明導電層上への着色層の形成は、電着塗装
法により行う。電着塗装法は一般に公知である。電着塗
装法には、アニオン系とカチオン系の塗装法があり、本
発明においてはいずれの方法も使用可能であるが、回路
への影響が少ないことなどからアニオン系塗装法が好ま
しい。電着塗装に用いる電着液の樹脂材料（バインダ
ー）としては、マレイン化油系、アクリル系、ポリエス
テル系、ポリブタジエン系、ポリオレフィン系などの樹
脂があげられる。これらは、それぞれ単独で、あるいは
混合して使用できる。これらのバインダーに染料、顔料
などの所望の色相を有する色素を配合する。電着液は、
一般に、バインダー、色素等の成分を水に分散、溶解、
希釈して調製することができる。電着液としては、水以
外に有機溶剤を使用する電着液も使用することができ
る。電着液の入った浴中に上記の工程を経て得られた基
板を入れ、アニオン電着塗装法の場合は、その導電性回
路を正極とし、非腐蝕性の導電材料（ステンレスなど）
を対極として入れて直流電圧を印加すると、その導電性
回路の上に位置する細片状の導電層上に選択的に電着塗
膜が形成される。電着塗膜の膜厚は、電着条件により制
御することができる。電着条件は、通常１０〜３００Ｖ
で１秒から３分程度である。電着塗膜は、塗膜形成後よ
く洗浄して不要物質を除去することが望ましい。塗膜強
度を高めるために、必要により、１００〜２８０℃、１
０〜１２０分間の条件で熱処理することができる。

【００１７】このようにして細片状の着色層を有しその
間隙に遮光性塗膜を有する基板を作製することができ
る。細片状の着色層の配列は使用されるＬＣＤの種類に
より異なるが、例えば、赤色、緑色および青色の各着色
層の細片が平行状、トライアングル状、モザイク状など
に配列されたものが例示される。本発明によれば、工程
（ｃ）および工程（ｅ）で用いるフォトマスクのパター
ンを適宜選択することにより所望の配列を得ることがで
きる。このようにして作製された基板を用いてカラーフ
ィルターを製造する。カラーフィルターは常法に従って
製造することができる。例えば上記のとおり形成された
着色層および遮光性塗膜の上にオーバーコート膜（保護
膜）を形成し、必要によりその上に液晶駆動用の透明導
電膜を形成し、必要に応じて回路パターンを形成してカ
ラーフィルターを製造することができる。本発明の方法
によって製造されたカラーフィルターを用い、公知の方
法にしたがって液晶表示装置を製造することができる。

【００１８】以下に本発明の方法に従って、細片状の着
色層が平行状に配列され、その間隙に遮光性塗膜を有す
る基板を形成する実施の態様を図面によって説明する。
図１（１）〜（８）は本発明の方法によって形成される
基板の断面の模式図であり、図２（１）および（２）は
その平面の模式図である。

【００１９】工程（ａ）で、厚さ１．１ｍｍのガラス基
板などの透明基板１の上にＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ＋ＳｎＯ
₂ ）などの透明導電層２を形成する。〔図１（１）〕 工程（ｂ）で、例えば、ＦＨ−２０３０（富士ハントエ
レクトロニクステクノロジー社製のポジ型フォトレジス
ト）に無色染料として例えば、ＰＳＤ−１５０〔新日曹
化工（株）〕と顕色剤としてベンジル−ｐ−ヒドロキシ
ベンゾエートとの重量比１／２混合物を混合して調製し
たポジ型フォトレジスト組成物を透明導電層２の上に塗
布してフォトレジスト層３を形成する。〔図１（２）〕

【００２０】工程（ｃ）で、フォトレジスト層３の上
に、パターンがストライプ状であり、例えば遮光部巾が
８０μｍ、露光部巾が２０μｍであるフォトマスクを重
ね、常法に従って、露光、現像を行ってフォトレジスト
層３をストライプ状（巾８０μｍ）に形成するとともに
その間隙（巾２０μｍ）に透明導電層２の表面を露出さ
せる。〔図１（３）〕

【００２１】工程（ｄ）では、工程（ｃ）で表面が露出
した透明導電層２の部分を常法に従ってエッチング除去
する。この工程で、基板１の上に、下層を透明導電層２
を、その上層にフォトレジスト層３を有するストライプ
状の積層を形成する。〔図１（４）〕

【００２２】工程（ｅ）では、工程（ｄ）で形成された
ストライプ状の積層の上層を形成するフォトレジスト層
３を細片状に形成するために、例えば工程（ｃ）で用い
たフォトマスクを該積層の長手方向に対し垂直方向に重
ね、常法に従って露光後現像を行う。このようにして縦
方向の間隙は基板１の表面が、横方向の間隙は透明導電
層２の表面が露出した、全体の間隙が格子状である細片
状のフォトレジスト層３を形成する。〔図２（１）〕

【００２３】工程（ｆ）では、工程（ｅ）で細片状に形
成されたフォトレジスト層に遮光性を付与する。例え
ば、２００℃で１時間加熱処理することにより工程
（ｂ）で混合した無色染料が顕色剤との反応により黒色
に発色してフォトレジスト層に遮光性が付与される。
〔図１（５）〕

【００２４】工程（ｇ）で、基板の全面に、例えば、ブ
ラックマスク用塗料（神東塗料社製の遮光性材料含有ネ
ガ型フォトレジスト組成物）を塗布し、必要に応じて１
００℃で１０分間熱処理を行い予備硬化させて、ネガ型
レジスト層４を形成する。〔図１（６）〕

【００２５】工程（ｈ）で、基板１の裏面から常法に従
って露光、現像してネガ型レジスト層４の未露光部分お
よび細片状のフォトレジスト層３を除去した後、工程
（ｉ）で、例えば２３０℃で３０分間熱処理を施して現
像後に残存するネガ型レジスト層を硬化させる。このよ
うにして透明導電層２の表面が細片状に露出し、その格
子状の間隙が遮光性のネガ型レジスト層で埋められた基
板を形成する。〔図１（７）〕

【００２６】次いで、工程（ｊ）で、基板１上の透明導
電層２を一方の電極として従来公知の電着塗装法に従い
電着を行って細片状に露出している透明導電層上に着色
層６を形成する。このようにして細片状の着色層を有
し、その格子状の間隙が遮光性塗膜で精度よく埋められ
た基板を工業的有利に形成することができる。〔形成さ
れた基板の断面は図１（８）、平面は図２（２）に示
す。尚、図中、Ｒは赤色着色層、Ｇは緑色着色層、Ｂは
青色着色層を表わす。〕

【００２７】

【発明の効果】本発明の方法によって、細片状の着色層
とその間隙を埋める遮光性塗膜が精度よく形成され、光
リークがよく防止されており、着色が鮮明で光学特性が
優れるカラーフィルターを工業的有利に製造することが
でき、それを用いて高画質の液晶表示装置を製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各工程で形成される形状を有する基板
の断面の模式図である。

【図２】本発明の各工程で形成される形状を有する基板
の平面の模式図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ 透明導電層 ３ フォトレジスト層 ４ 遮光性を付与したフォトレジスト層 ５ ネガ型レジスト層 ６ 着色層 Ｒ 赤色着色層 Ｇ 緑色着色層 Ｂ 青色着色層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）透明基板上に透明導電層を形成
   し、 （ｂ）該透明導電層上にポジ型フォトレジスト組成物を
   塗布してフォトレジスト層を形成し、 （ｃ）該フォトレジスト層を所定のパターンを有するフ
   ォトマスクを介して露光後、現像して透明導電層表面を
   露出させ、 （ｄ）露出した透明導電層をエッチング除去して下層に
   透明導電層をその上層にフォトレジスト層を有する積層
   を設けてなる基板を形成し、 （ｅ）該基板を所定のパターンを有するフォトマスクを
   介して露光後、現像して透明導電層上のフォトレジスト
   層を細片状に形成し、 （ｆ）形成した細片状のフォトレジスト層に遮光性を付
   与し、 （ｇ）該基板上に遮光性のネガ型フォトレジスト組成物
   を塗布してネガ型レジスト層を形成し、 （ｈ）該基板の裏面より露光後、現像することによって
   ネガ型レジスト層の未露光部分および（ｅ）の工程で細
   片状に形成されたフォトレジスト層を除去して透明導電
   層の表面を露出し、 （ｉ）現像後に残存するネガ型レジスト層を硬化させ、
   次いで （ｊ）（ｈ）の工程で露出した透明導電層上に電着によ
   り着色層を形成することを特徴とする細片状の着色層を
   有しその間隙に遮光性塗膜を有するカラーフィルターの
   製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法によって製造されたカラ
   ーフィルターを用いることを特徴とする液晶表示装置の
   製造方法。