JPH08110519A - カラーフィルターおよび液晶表示装置の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 透明基板上に細片状の着色塗膜とその間隙を
埋める遮光性膜が精度よく形成され、光リークがよく防
止されており、遮光性膜上に着色塗膜が形成されていな
く平坦性に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】 透明導電性回路２を表面に有する透明基板１
の全面に遮光性材料を用いて遮光性膜３を形成し、フォ
トリソグラフィ・エッチング法によって透明導電性回路
の表面を細片状に露出し、次いで電着塗装法によって細
片状に露出した透明導電性回路上に着色塗膜５を形成す
ることによって、細片状の着色塗膜とその間隙に遮光性
膜とを有してなるカラーフィルターを製造し、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。

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の製造
法およびそれを用いる液晶表示装置の製造法に関する。
更に詳しくは、本発明は、透明基板上に細片状の着色塗
膜とその間隙に遮光性膜とを有してなるカラーフィルタ
ーの製造法およびそれを用いる液晶表示装置の製造法に
関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】液晶
を利用した表示装置は、近年、大型化、大画面化が急速
に進められており、特にＴＦＴに代表されるアクティブ
駆動素子を用いる液晶表示装置が注目されている。この
ような液晶表示装置に欠かすことができないカラーフィ
ルターの製造方法としては、一般的に、シルクスクリー
ン法やオフセット法などの印刷技術による方法および電
気泳動性の高分子材料を利用した電着による方法などが
よく知られている。

【０００３】印刷法は、文字どおり印刷によって直接透
明基板上に着色塗膜を形成する方法であり、電着法は、
例えば、特開昭５９−１１４５７２号公報に記載されて
いるように、透明基板上に互いに絶縁された複数の導電
性回路を設け、染料または顔料と電気泳動性の高分子材
料とを含む電着浴を用いて電着により導電性回路上に選
択的に着色塗膜を形成する方法である。しかしながら、
特に、ＴＦＴ方式のカラー表示装置のカラーフィルター
においては、スイッチング素子への光リークを防ぐため
に着色塗膜の間隙にブラックマトリックスと呼ばれる遮
光性塗膜を精度よく形成し、その上、遮光性塗膜の遮光
率が高いことが要求され、更に、画質の向上のために、
遮光性塗膜を格子状などのように複雑な形状にすること
が望まれている。

【０００４】従来の印刷法によるカラーフィルターの製
造方法は、精度の高いパターンを形成することが困難で
あり、例えば、着色塗膜間の間隙を１００μｍ以下に形
成する、すなわち、１００μｍ以下の微細な格子状の遮
光性塗膜を精度よく形成することは困難である。一方、
電着塗装法によるカラーフィルターの製造方法におい
て、ブラックマトリックスを形成する方法は、例えば、
特開昭６２−１６０４２１号公報に記載されて知られて
いる。しかしながら、この公知の方法は、パターンを高
精度で形成することはできるが、工程的に更に改良が望
まれている。

【０００５】しかも、一般的に遮光性塗膜形成用の遮光
性材料としては、特開平４−２８２０１号公報に記載さ
れているようにカーボンブラックが主に使用されてお
り、その他には黒色酸化鉄などの金属酸化物系黒色顔料
などを使用することが知られている。しかしながら、こ
のような遮光性材料、特に、カーボンブラックや酸化鉄
などは導電性が高いために、例えば上記特開昭６２−１
６０４２１号公報に記載されている方法に従って、先
ず、透明基板上に、遮光性塗膜を所定の形状に形成し、
次いで電着法により着色塗膜を形成する際、先に形成さ
れている遮光性塗膜上にも電着による着色塗膜が形成さ
れてカラーフィルターの平坦性が損なわれるという問題
が生じる。また、着色塗膜とその間隙を埋める遮光性塗
膜を有するカラーフィルターの上に液晶駆動用の導電性
回路を形成して液晶表示装置を製造したときには、回路
間の絶縁性が損なわれて短絡する問題も生じうる。更
に、この公知の方法では、着色塗膜を細片状に形成しそ
の間隙の遮光性塗膜を格子状に形成するなどの複雑な形
状の形成が困難である。

【０００６】本発明者らは、これらの問題を解決し工業
的有利にカラーフィルターを製造する方法について鋭意
検討した結果、本発明を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明導電性回
路を表面に有する透明基板の全面に遮光性材料を用いて
遮光性膜を形成し、フォトリソグラフィー・エッチング
法によって所定の形状を有する遮光性膜を下層とし絶縁
性フォトレジスト塗膜を上層としてなる積層を形成する
とともに透明導電性回路の表面を細片状に露出させ、次
いで細片状に露出した透明導電性回路上に電着法によっ
て着色塗膜を形成することを特徴とする細片状の着色塗
膜とその間隙に遮光性膜とを有してなるカラーフィルタ
ーの製造法、およびそのようにして製造するカラーフィ
ルターを用いることを特徴とする液晶表示装置の製造法
を提供する。

【０００８】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
おけ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透明基板が例示される。これらの透
明基板はその表面に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）などの透明導電性回路を有するものである。透明
導電性回路の形成は、例えば、透明基板上の全面に常法
にしたがって透明導電性材料の膜を形成し、形成した膜
をエッチングするなどの方法によって行うことができ、
このような公知の方法によって透明基板上に所望の形状
の透明導電性回路を形成することができる。

【０００９】本発明において、遮光性膜は好ましくは遮
光性を有するとともに絶縁性を有するものである。その
ような遮光性膜を形成するために使用される遮光性材料
としては、色素および非光反応性高分子材料を含有して
なる塗料や遮光性を有する金属などが挙げられる。塗料
を調製するために用いる色素としては、金属酸化物系黒
色顔料、カーボンブラック、染料、その他の顔料などが
例示され、それらの１種または２種以上を用いることが
できる。本発明においては、これらの色素中、絶縁性を
有するものが好適に用いられる。そのような色素として
は、例えば、チタンブラックなどの無機顔料、ペリオゲ
ンブラック、フタロシアニンブラック、アニリンブラッ
クのような有機顔料、あるいは各色有機顔料の混合物な
どが挙げられる。

【００１０】また、非光反応性高分子材料としては、通
常、揮発性塗料、熱硬化型塗料、酸化乾燥型塗料あるい
は油ワニスなどの製造に広く使用されている樹脂を適宜
選択して用いることができる。これらの色素、高分子材
料および必要によりその他の助剤を用いて常法によって
塗料を調製し、常法によって透明基板の全面に塗布して
遮光性絶縁膜を形成することができる。

【００１１】遮光性を有する金属としては、ニッケル、
亜鉛、クロム、錫など各種の金属を用いることができる
が、本発明においては、絶縁性をも有する例えば、プラ
セオジム、マンガン酸化物（ＰｒＭｎＯｘｉｄｅ）など
が好適に用いられる。これらの金属を用い、スパッタリ
ングなどの方法によっても遮光性膜を形成することがで
きる。遮光性膜の膜厚は、好ましくは０．０５〜３μｍ
である。

【００１２】本発明においてフォトリソグラフィー・エ
ッチングは、その方法について特に制限されるものでは
ないが、例えば、以下の方法で行うことができる。 （ｉ）上記の方法で形成した遮光性膜上の全面にネガ型
またはポジ型フォトレジスト組成物を塗布して絶縁性フ
ォトレジスト塗膜を形成することによって遮光性膜を下
層とし絶縁性フォトレジスト塗膜を上層としてなる積層
を形成し、（ｉｉ）該フォトレジスト塗膜を所定のパタ
ーンを有するフォトマスクを介して露光、現像すること
によって透明導電性回路上に位置する遮光性膜の表面を
細片状に露出させ、次いで、（ｉｉｉ）残存する積層を
マスクとして遮光性膜をエッチング除去する。このよう
にして、遮光性膜と絶縁性フォトレジスト塗膜とからな
る積層を所定の形状に形成するとともに透明導電性回路
の表面を細片状に露出することができる。

【００１３】（ｉ）の工程で用い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がてきる
ものであればよく、例えば、アクリレート系樹脂、およ
びベンゾフェノン類、アントラキノン類などの光重合開
始剤を含有してなる公知の組成物などが挙げられる。ま
た、フジレジストＮｏ．１４（略称ＦＲ−１４、富士薬
品工業社製）、Ｖ−２５９−ＰＡ（新日鉄化学社製）な
どの市販品から適宜選択して使用することもできる。

【００１４】また、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公知の組成物なとが挙げられ
る。また、ＯＦＰＲ−８００（東京応化工業社製）、Ｐ
Ｆ−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。

【００１５】これらのネガ型またはポジ型フォトレジス
ト組成物は、例えば、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
などにより塗布することができる。塗布後、必要に応じ
て６０〜１５０℃、１〜６０分の条件で熱処理を行い塗
膜の形成を容易にすることができる。絶縁性フォトレジ
スト塗膜の膜厚は好ましくは０．０１〜２μｍである。

【００１６】（ｉｉ）の工程で用いるフォトマスクのパ
ターンは、工程（ｉ）で使用するフォトレジスト組成物
が、ネガ型かポジ型かによって、それぞれ光透過性また
は遮光性の部分が細片状に構成（その間隙部分、例え
ば、格子状の間隙部分はそれぞれ逆に遮光性または光透
過性に構成）されており、且つ、その細片が透明基板上
の透明導電性回路の形状と相まって、平行状、トライア
ングル状またはモザイク状などの所望の形状に配列する
ように構成されている。このようなフォトマスクを上記
の工程を経て得た基板上の所定の位置に設置した後、露
光を行う。

【００１７】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２
〜４０００ｍＪ／ｃｍ² である。

【００１８】フォトレジスト塗膜を除去する現像は、水
また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、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、有機アミン
および有機強塩基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。

【００１９】このようにして透明導電性回路上に位置す
る遮光性膜の表面を細片状に露出することができるが、
残存している所定の形状の積層は、所望により、８０〜
３００℃、５〜１２０分の条件で熱処理を行うことによ
って塗膜強度を向上することができる。

【００２０】（ｉｉｉ）の工程におけるエッチングは、
遮光性膜が塗料を用いて形成されている場合は、苛性ソ
ーダなどのアルカリ、鉱酸などの酸、ケトン、ベンゼ
ン、アルコール、酢酸エステル、塩素化炭化水素などの
有機溶剤、あるいはそれらの有機溶剤に洗剤、粘度向上
剤、揮発抑制剤などを混合し塗料のリムーバーとして市
販されている薬剤を用い、また、遮光性膜が金属を用い
て形成されている場合には鉱酸、有機酸またはその塩な
どの薬剤を用いて常法にしたがって行うことができる。

【００２１】本発明においては、例えば、上記のフォト
リソグラフィー・エッチング法によって細片状に露出し
た透明導電性回路上に、電着法によって着色塗膜を形成
する。

【００２２】電着法は一般に公知である。電着法には、
アニオン系とカチオン系があり、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電着法が好ましい。電着に用いる
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光硬化性であってもよい樹
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、アニオン電着法の場合は、その透明導電性回
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、その透明導
電性回路上に選択的に細片状の電着塗膜が形成される。

【００２３】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℃、１０〜
１２０分間の条件で熱処理することができる。

【００２４】上記の本発明の方法中、最も好ましい態様
は、（ａ）透明導電性回路を表面に有する透明基板の全
面に遮光性材料を用いて遮光性膜を形成し、（ｂ）該遮
光性膜上の全面にネガ型またはポジ型フォトレジスト組
成物を塗布して絶縁性フォトレジスト塗膜を形成するこ
とによって遮光性膜を下層とし絶縁性フォトレジスト塗
膜を上層としてなる積層を形成し、（ｃ）該フォトレジ
スト塗膜を所定のパターンを有するフォトマスクを介し
て露光、現像することによって透明導電性回路上に位置
する遮光性膜の表面を細片状に露出させ、（ｄ）残存す
る積層をマスクとして遮光性膜をエッチング除去するこ
とによって透明性導電性回路の表面を細片状に露出さ
せ、次いで（ｅ）細片状に露出した透明導電性回路上に
電着法によって着色塗膜を形成することによって所望の
カラーフィルターを製造する方法である。

【００２５】以上のとおり、本発明の方法によって所望
のカラーフィルターを製造することができる。本発明の
方法においては、必要により、フォトリソグラフィー工
程で形成した絶縁性フォトレジスト塗膜を最後に剥離し
てもよい。また、そのようにフォトレジスト塗膜を剥離
した後、または、そのように剥離を行わずに、または、
剥離に先立って、常法に従って表面を研磨することによ
って平坦化を更に向上することができる。

【００２６】このようにして細片状の着色塗膜を、平行
状、トライアングル状、モザイク状など、カラー表示装
置の種類により所望の形状で有し、その間隙に遮光性絶
縁膜を有するカラーフィルターを製造することができ
る。また上記のとおり形成された着色塗膜および遮光性
膜の上に必要によりオーバーコート膜（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もよい。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。

【００２７】

【実施例】以下に本発明の方法に従って、細片状の着色
塗膜が平行状に配列され、その格子状の間隙に遮光性絶
縁膜を有するカラーフィルターを形成する実施の態様の
１例を図面を参照して説明する。図１（１）〜（６）は
本発明の方法によって形成される形状の断面の模式図で
あり、図２（１）〜（３）はその平面の模式図である。

【００２８】（１）遮光性膜の形成 表面に８０μｍ幅のＩＴＯ膜（３０Ω／□）回路を２０
μｍの間隙をおいて（１００μｍピッチ）ストライプ状
に形成してなる１．１ｍｍ厚ガラス基板を準備した。
〔図１（１）〕このガラス基板上の全面に、熱硬化性ポ
リイミドオリゴマー〔ＰＭＲ−ＩＩ（Ｊ．Ａｐｐｌｙ．
Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉ．２５．１０５９１９８０）〕
およびカーボンブラックを含有する塗料をスピンコート
法によって塗布した。塗布後、８０℃で３０分間熱処理
を行った。このようにして、ガラス基板の全面に膜厚
１．５μｍの黒色の遮光性膜を形成した。〔工程
（ａ）、図１（２）〕

【００２９】（２）遮光性膜上への絶縁性フォトレジス
ト塗膜の形成 上記（１）で形成した遮光性膜上の全面に、ネガ型フォ
トレジスト組成物（フジレジストＮｏ．１４、富士薬品
工業社製）をスピンコート法によって塗布し、９０℃で
１０分間熱処理を施した。このようにして、遮光性膜上
の全面に膜厚１．０μｍの絶縁性フォトレジスト塗膜を
形成した。〔工程（ｂ）、図１（３）〕

【００３０】（３）露光、現像による細片状の遮光性絶
縁膜表面の露出 平行状に配置された細片（１つの細片のサイズ６０μｍ
×２００μｍ）を遮光部とし、該細片の格子状の間隙を
光透過部としてパターンニングされたフォトマスクを上
記（２）で形成したフォトレジスト塗膜上の所定の位置
に配置した後、露光を行った。〔露光量５０ｍＪ／ｃｍ
² 〕 次いで、現像液として水を用い、基板を水中に１分間浸
漬して現像を行い、未露光の細片状の部分のフォトレジ
スト塗膜を除去し、１４０℃、１０分間熱処理を施し
た。このようにして、遮光性膜の表面を細片状に露出さ
せた。〔工程（ｃ）、図１（４）および図２（１）〕

【００３１】（４）細片状の遮光性膜のエッチング除去 上記（３）で得られた基板を１重量％苛性ソーダ水溶液
中に１分間浸漬し、上記（３）で残存している絶縁性フ
ォトレジスト塗膜をマスクとしてエッチングを行い、Ｉ
ＴＯ回路の表面を細片状に露出した。〔工程（ｄ）、図
１（５）および図２（２）〕

【００３２】（５）電着による着色塗膜の形成 着色材としてフタロシアニンブルーＳＲ−１５０（山陽
色素社製）、フタロシアニングリーンＳＡＸ（山陽色素
社製）ならびにピグメントレッド４ＢＳ（山陽色素社
製）およびＴＯＲ（透明酸化鉄、大日精化社製）をそれ
ぞれエスビアＥＤ−３０００（アニオン性ポリエステル
樹脂系電着用塗料、神東塗料社製）に分散させて、青、
緑および赤色電着浴を調製した。上記（１）、（２）、
（３）および（４）の工程を経て得られた基板を上記で
調製した電着浴に浸漬し、基板上のＩＴＯ回路を一方の
電極として用い、赤、緑、青の順に常法により、５０
Ｖ、３０秒間の条件で電着を行った。このようにして
赤、緑および青色の細片状の着色塗膜が平行状に配列さ
れ、その格子状の間隙に遮光性塗膜とフォトレジスト塗
膜からなる積層を有する基板を得た。〔工程（ｅ）、図
１（６）および図２（３）〕 各塗膜は精度よく形成されており、着色塗膜と遮光性塗
膜との間の光リークはなく、遮光性塗膜の上には全く着
色塗膜は形成されなかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、ブラックマトリ
ックスと呼ばれている遮光性膜の導電性に起因する種々
の問題がなく、しかもＴＦＴ方式のカラー表示装置など
に要求される複雑な形状の遮光性膜および着色塗膜が精
度よく形成された、光リークのない平坦性に優れたカラ
ーフィルターを工業的有利に製造することができ、この
カラーフィルター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 透明導電性回路 ３ 遮光性膜 ４ 絶縁性フォトレジスト塗膜 ５ 着色塗膜 Ｒ 赤色着色塗膜 Ｇ 緑色着色塗膜 Ｂ 青色着色塗膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明導電性回路を表面に有する透明基板
   の全面に遮光性材料を用いて遮光性膜を形成し、フォト
   リソグラフィー・エッチング法によって所定の形状を有
   する遮光性膜を下層とし絶縁性フォトレジスト塗膜を上
   層としてなる積層を形成するとともに透明導電性回路の
   表面を細片状に露出させ、次いで細片状に露出した透明
   導電性回路上に電着法によって着色塗膜を形成すること
   を特徴とする細片状の着色塗膜とその間隙に遮光性膜と
   を有してなるカラーフィルターの製造法。
2. 【請求項２】 遮光性材料が色素および非光反応性高分
   子材料を含有してなる塗料である請求項１に記載の製造
   法。
3. 【請求項３】 遮光性材料が遮光性を有する金属である
   請求項１に記載の製造法。
4. 【請求項４】 （ａ）透明導電性回路を表面に有する透
   明基板の全面に遮光性材料を用いて遮光性膜を形成し、 （ｂ）該遮光性膜上の全面にネガ型またはポジ型フォト
   レジスト組成物を塗布して絶縁性フォトレジスト塗膜を
   形成することによって遮光性膜を下層とし絶縁性フォト
   レジスト塗膜を上層としてなる積層を形成し、 （ｃ）該フォトレジスト塗膜を所定のパターンを有する
   フォトマスクを介して露光、現像することによって透明
   導電性回路上に位置する遮光性膜の表面を細片状に露出
   させ、 （ｄ）残存する積層をマスクとして遮光性膜をエッチン
   グ除去することによって透明性導電性回路の表面を細片
   状に露出させ、次いで （ｅ）細片状に露出した透明導電性回路上に電着法によ
   って着色塗膜を形成する請求項１〜３のいずれかに記載
   の製造法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
   よって製造される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法。